KR101860975B1 - 이차 전지용 파우치 케이스 및 이를 이용한 파우치형 이차 전지 - Google Patents

이차 전지용 파우치 케이스 및 이를 이용한 파우치형 이차 전지 Download PDF

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Abstract

파우치형 이차 전지에 관한 기술이 개시된다.
본 발명에 따른 이차 전지용 파우치 케이스는, 두 장의 파우치 시트를 결합하여 이차 전지의 베어셀(bare cell)을 수용하며, 제1 금속 층을 구비하는 제1 파우치 시트; 제2 금속 층을 구비하며, 소정 실링 층에 의해 상기 제1 파우치 시트와 결합하여 상기 제1 파우치 시트와의 사이에 구비되는 소정 공간에 베어셀을 수용하는 제2 파우치 시트; 및 상기 제1 파우치 시트와 상기 제2 파우치 시트가 결합하는 경우, 상기 제1 금속 층과 상기 제2 금속 층을 전기적으로 연결하는 도전성 부재를 포함함으로써, 이차 전지 제조 공정의 간소화 및 자동화를 용이하게 하면서도, 파우치 시트들 간에 발생하는 플래시 오버(flash over) 문제를 방지할 수 있다.

Description

이차 전지용 파우치 케이스 및 이를 이용한 파우치형 이차 전지{Pouch case for secondary battery and pouch typed secondary battery using thereof}
본 발명은 이차 전지용 파우치 케이스 및 이를 이용한 파우치형 이차 전지에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 두 장의 파우치 시트를 결합하여 베어셀을 수용하는 파우치형 이차 전지에 있어서 파우치 시트들 간에 발생하는 플래시 오버 현상을 방지하는 이차 전지용 파우치 케이스 및 이를 이용한 파우치형 이차 전지에 관한 것이다.
일반적으로, 이차 전지(secondary battery)는 충전이 불가능한 일차 전지와는 달리, 충·방전이 가능한 전지로서, 에너지의 사용에 따른 부산물이 발생하지 않는 점에서 최근 화석 연료를 대체하는 친환경 에너지원으로 주목받고 있다. 이러한 이차 전지는, 외장이나 적용 형태에 따라 캔형 이차 전지와 파우치형 이차 전지로 구분될 수 있다.
특히, 파우치형 이차 전지는, 전해액의 누출 가능성이 작고 비교적 소형 및 경량으로 동일한 용량의 이차 전지를 구현할 수 있을 뿐만 아니라 형태적 변형이 용이하다는 장점으로 인해, 휴대폰, 노트북 컴퓨터, 캠코더 등의 소형 전자기기는 물론, 전기 자동차(Electric Vehicle) 등의 고전압 환경에도 적용되고 있다.
한편, 대한민국 특허등록번호 제10-1428002호 등에 개시되어 있는 바와 같이, 파우치형 이차 전지의 파우치 케이스는 통상적으로 한 장 또는 두 장의 파우치 시트(sheet)로 제작된다. 한 장의 파우치 시트를 사용하여 파우치 케이스를 제작하는 경우, 파우치 시트의 절단, 스탬핑(stamping) 등의 공정 이외에 파우치 시트를 접거나 구부리는 추가적 공정이 필요하게 된다. 그러나, 이러한 추가적 공정들은 제조 공정을 복잡하게 하고 제조 공정의 자동화를 어렵게 하는 문제가 있다. 또한, 실제 제조 환경 하에서 파우치 시트를 접거나 구부리는 경우 파우치 시트 외부 면에 형성된 절연 층이 변형되거나 훼손되는 문제가 발생할 수 있다.
반면, 두 장의 파우치 시트를 사용하여 파우치 케이스를 제작하는 경우, 이미 형성된 파우치 시트들을 열 융착을 통해 결합하기만 하면 되므로, 제조 공정의 간소화 및 자동화가 용이하고 파우치 시트 외부 면에 형성된 절연 층의 훼손을 방지할 수 있다는 장점이 있다. 그러나, 파우치 시트는 재단 등이 되는 과정에서 그 테두리 절단면에 파우치 시트의 금속 층이 노출되기 마련이며, 이러한 파우치 시트들로 제조된 이차 전지를 실제로 사용하는 경우, 파우치 시트의 금속 층에 전하가 축적되어 파우치 시트들 간에 플래시 오버(flash over) 현상이 발생하는 문제가 있다. 특히, 전기 자동차 등 고전압을 사용하는 환경에서는 파우치 시트들 간에 축적되는 전하량의 차이가 대단히 커질 수 있으며, 이로 인한 파우치 시트들 간의 플래시 오버는 파우치 시트 자체의 손상은 물론, 인접 부품이나 소자에 대한 간섭이나 손상을 초래하는 문제가 있다.
또한, 대한민국 특허공개번호 제10-2013-0013220호 등에 개시되어 있는 바와 같이, 기존의 기술들은 파우치의 테두리 면에 절연 물질을 코팅하기도 하지만, 이러한 기존의 기술들은 외부와의 절연이나 수분 침투에 의한 금속층 내지 접착층의 부식을 방지하기 위한 것으로서 파우치 시트들 간의 플래시 오버 문제를 해결하고자 하는 것이 아니다. 특히, 파우치의 테두리는 사용 중에 발생하는 외부로부터의 충격, 마찰 등으로 인해 손상되기 쉬운 반면, 파우치 시트들 간의 플래시 오버 현상은 극히 작은 면적의 노출 만으로도 발생할 수 있기 때문에, 파우치 시트들 간의 플래시 오버 문제를 근본적으로 해결할 수 있는 기술이 요구되고 있는 실정이다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 두 장의 파우치 시트를 사용하여 이차 전지 제조 공정의 간소화 및 자동화를 용이하게 하면서도, 파우치 시트들 간에 발생하는 플래시 오버 문제를 방지할 수 있는 이차 전지용 파우치 케이스를 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 기술적 과제는, 두 장의 파우치 시트를 사용하여 이차 전지 제조 공정의 간소화 및 자동화를 용이하게 하면서도, 파우치 시트들 간에 발생하는 플래시 오버 문제를 방지할 수 있는 파우치형 이차 전지를 제공하는 것이다.
상기와 같은 기술적 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지용 파우치 케이스는, 두 장의 파우치 시트를 결합하여 이차 전지의 베어셀(bare cell)을 수용하며, 제1 금속 층을 구비하는 제1 파우치 시트; 제2 금속 층을 구비하며, 소정 실링 층에 의해 상기 제1 파우치 시트와 결합하여 상기 제1 파우치 시트와의 사이에 구비되는 소정 공간에 베어셀을 수용하는 제2 파우치 시트; 및 상기 제1 파우치 시트와 상기 제2 파우치 시트가 결합하는 경우, 상기 제1 금속 층과 상기 제2 금속 층을 전기적으로 연결하는 도전성 부재를 포함한다.
일 실시예에 있어서, 상기 제1 파우치 시트 및 상기 제2 파우치 시트는 각각, 파우치 시트의 기하학적 구조를 유지하는 금속 층; 상기 베어셀이 수용되는 상기 금속 층의 내부 면에 구비되어 상기 제1 파우치 시트 및 상기 제2 파우치 시트 간을 실링하는 실링 층; 및 상기 금속 층의 외부 면에 구비되는 절연 층을 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 도전성 부재는, 상기 제1 파우치 시트의 테두리 면에 노출되는 제1 금속 층 부분과 상기 제2 파우치 시트의 테두리 면에 노출되는 제2 금속 층 부분을 전기적으로 연결하도록 도포되는 도전성 금속 페이스트일 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 이차 전지용 파우치 케이스는, 상기 금속 페이스트를 외부와 절연시키는 제1 절연부를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 이차 전지용 파우치 케이스는, 상기 제1 파우치 시트의 테두리 면에 노출되는 제1 금속 층 부분과 상기 제2 파우치 시트의 테두리 면에 노출되는 제2 금속 층 부분 중, 상기 금속 페이스트가 도포된 부분 이외의 부분을 외부와 절연시키는 제2 절연부를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 도전성 부재는, 상기 실링 층에 삽입되어 상기 제1 금속 층과 상기 제2 금속 층을 전기적으로 연결하는 금속 부재일 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 이차 전지용 파우치 케이스는, 상기 제1 파우치 시트의 테두리 면에 노출되는 제1 금속 층 부분 및 상기 제2 파우치 시트의 테두리 면에 노출되는 제2 금속 층 부분을 외부와 절연시키는 제3 절연부를 더 포함할 수 있다.
상기와 같은 기술적 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 파우치형 이차 전지는, 양극판, 음극판 및 상기 양극판과 음극판 간에 개재되어 두 극판 간을 절연시키는 분리막을 구비하는 베어셀; 각각 금속 층을 구비하는 두 장의 파우치 시트 간에 개재되는 소정 실링 층에 의해 상기 두 장의 파우치 시트를 결합하여, 상기 결합된 두 장의 파우치 시트 사이에 구비되는 소정 공간에 상기 베어셀을 수용하는 파우치 케이스; 및 상기 결합된 두 장의 파우치 시트의 각 금속 층들 간을 전기적으로 연결하는 도전성 부재를 포함한다.
일 실시예에 있어서, 상기 파우치형 이차 전지는, 일 단이 상기 베어셀의 극단자에 연결되고 타 단이 상기 파우치 케이스의 외부로 연장되는 전극 리드부를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 도전성 부재는, 상기 결합된 두 장의 파우치 시트의 테두리 면에 노출되는 각각의 금속 층 부분들 간을 전기적으로 연결하도록 도포되는 도전성 금속 페이스트일 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 파우치형 이차 전지는, 상기 금속 페이스트를 외부와 절연시키는 제4 절연부를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 파우치형 이차 전지는, 상기 결합된 두 장의 파우치 시트의 테두리 면에 노출되는 각각의 금속 층 부분 중, 상기 금속 페이스트가 도포되는 부분 이외의 부분을 외부와 절연시키는 제5 절연부를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 도전성 부재는, 상기 실링 층에 삽입되어 상기 결합된 두 장의 파우치 시트의 각 금속 층들 간을 전기적으로 연결하는 금속 부재일 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 파우치형 이차 전지는, 상기 결합된 두 장의 파우치 시트의 테두리 면에 노출되는 각각의 금속 층 부분을 외부와 절연시키는 제6 절연부를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 파우치 시트를 접거나 구부리는 추가적 공정 없이 두 장의 파우치 시트를 단순히 열 융착하여 파우치 케이스를 제조하도록 함으로써, 파우치 시트에 형성된 절연 층의 변형이나 훼손 등을 방지하고, 제조 공정의 간소화 및 자동화를 용이하게 할 수 있다.
특히, 파우치 시트들을 구성하는 각각의 금속 층들을 전기적으로 연결함으로써, 파우치 시트들 간에 발생하는 플래시 오버 문제를 해결하고, 파우치 자체의 손상과 인접 부품, 소자 등에 대한 간섭이나 손상을 방지할 수 있다.
또한, 파우치 시트의 절단 등에 의해 노출되는 파우치 시트 테두리 면의 금속 층을 절연함으로써, 이차 전지의 전기적 안정성 및 신뢰성을 개선할 수 있다.
나아가, 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면, 본 발명에 따른 다양한 실시예들이 상기 언급되지 않은 여러 기술적 과제들을 해결할 수 있음을 이하의 설명으로부터 자명하게 이해할 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명이 적용되는 파우치형 이차 전지의 일례를 나타낸 분해 사시도.
도 2는 본 발명이 적용되는 파우치형 이차 전지의 다른 일례를 나타낸 분해 사시도.
도 3은 본 발명이 적용되는 파우치형 이차 전지의 일례를 나타낸 단면도.
도 4는 도 3의 A 영역을 나타낸 확대도.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 파우치형 이차 전지를 나타낸 단면도.
도 6은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 파우치형 이차 전지를 나타낸 단면도.
이하, 본 발명의 기술적 과제에 대한 해결 수단을 명확화하기 위해 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세하게 설명한다. 첨부도면들에 있어서 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타내는 것이다. 다만, 본 발명을 설명함에 있어서 관련 공지기술에 관한 설명이 오히려 본 발명의 요지를 불명료하게 하는 경우 그에 관한 설명은 생략하기로 한다. 또한, 후술하는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 설계자, 제조자 등의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있을 것이다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 1에는 본 발명이 적용되는 파우치형 이차 전지의 일례가 분해 사시도로 도시되어 있다.
도 2에는 본 발명이 적용되는 파우치형 이차 전지의 다른 일례가 분해 사시도로 도시되어 있다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명은 두 장의 파우치 시트(110, 120)를 결합한 파우치 케이스에 베어셀(bare cell)(100)을 수용하는 이차 전지에 적용될 수 있다.
상기 베어셀(100)은 양극판, 음극판 및 상기 양극판과 음극판 간에 개재되어 두 극판 간을 절연시키는 분리막을 구비한다. 상기 파우치 케이스는 각각 금속 층을 구비하는 두 장의 파우치 시트(110, 120)를, 상기 두 장의 파우치 시트(110, 120) 간에 개재되는 소정 실링 층에 의해 결합시켜, 상기 결합된 두 장의 파우치 시트(110, 120) 사이에 구비되는 소정 공간에 상기 베어셀(100)을 수용한다.
또한, 상기 파우치형 이차 전지는 일 단이 상기 베어셀(100)의 극단자에 연결되고 타 단이 상기 파우치 케이스(110, 120)의 외부로 연장되는 전극 리드부(130, 132)를 더 포함할 수 있다. 상기 전극 리드부(130, 132)는, 도 1에 도시된 바와 같이 양극 리드(130)와 음극 리드(132)가 상기 파우치 케이스의 전·후 또는 좌·우 등의 양 방향으로 연장되도록 구성될 수 있으며, 또한 도 2에 도시된 바와 같이 양극 리드(130)와 음극 리드(132)가 일 방향으로 연장되도록 구성될 수도 있다.
한편, 이러한 파우치형 이차 전지의 제조 시, 베어셀(100)을 파우치 케이스(110, 120)에 수용한 후 전해액을 주입하고, 두 장의 파우치 시트(110, 120)의 테두리 주변 가장자리를 열 융착하여 실링한다. 그 다음, 적당한 충·방전 사이클을 통해 이차 전지를 활성화하는 과정과, 이러한 과정에서 발생하는 가스를 배출하는 디개싱(degasing) 과정을 거치게 된다. 이와 같이, 이차 전지의 제조 시, 두 장의 파우치 시트를 사용하여 파우치 케이스를 구성하는 경우, 열 융착을 통해 파우치 시트들을 결합하기만 하면 되므로, 한 장의 파우치 시트를 사용하는 경우와 달리 접거나 구부리는 추가적 공정이 필요하지 않고, 그 결과 제조 공정의 간소화 및 자동화를 용이하게 할 수 있으며, 파우치 시트 외부 면에 형성된 절연 층의 훼손을 방지할 수 있다.
도 3에는 본 발명이 적용되는 파우치형 이차 전지의 일례가 단면도로 도시되어 있다.
도 4에는 도 3의 A 영역이 확대도로 도시되어 있다.
도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 파우치형 이차 전지는 베어셀(100)과 상기 베어셀(100)을 그 내부 공간(160)에 수용하는 파우치 케이스(110, 120)를 포함한다. 이 경우, 파우치 케이스(110, 120)의 상부 파우치 시트(110) 및 하부 파우치 시트(120)는 각각 금속 층(112, 122), 실링 층(114, 124) 및 절연 층(116, 126)을 포함할 수 있다.
그러나, 이러한 파우치 시트들(110, 120)은 재단 등이 되는 과정에서 그 테두리 절단면에 파우치 시트의 금속 층들(112, 122)이 노출되며, 이러한 금속 층 들(112, 122)에 전하가 축적되어 파우치 케이스를 구성하는 파우치 시트들(110, 120) 간에 플래시 오버 현상이 발생하게 되는 것이다. 특히, 앞서 언급한 바와 같이, 전기 자동차 등 고전압을 사용하는 환경에서는 파우치 시트들 간에 축적되는 전하량의 차이가 대단히 커질 수 있으며, 이로 인한 파우치 시트들 간의 플래시 오버는 파우치 시트 자체의 손상은 물론, 인접 부품이나 소자에 대한 간섭이나 손상을 초래할 수 있다.
도 5에는 본 발명의 일 실시예에 따른 파우치형 이차 전지가 단면도로 도시되어 있다.
도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 파우치형 이차 전지는 베어셀(100), 파우치 케이스(110, 120), 및 도전성 부재(170)를 포함한다.
더욱 구체적으로 설명하면, 상기 베어셀(100)은 양극판, 음극판, 및 양극판과 음극판 간에 개재되어 두 극판을 전기적으로 절연시키는 분리막을 구비하는 조립체에 해당하는 것으로서, 전기 에너지를 생성 내지 저장하는 기능을 수행한다. 상기 베어셀(100)은 양극판, 음극판 및 분리막이 적층 되거나, 적층되어 권취된 형태로 구성될 수 있다.
상기 파우치 케이스(110, 120)는 각각 금속 층(112, 122)을 구비하는 두 장의 파우치 시트(110, 120)를, 상기 두 장의 파우치 시트(110, 120) 간에 개재되는 소정 실링 층에 의해 결합시켜, 상기 결합된 두 장의 파우치 시트(110, 120) 사이에 구비되는 소정 공간에 상기 베어셀(100)을 수용한다. 이 경우, 본 발명에 따른 이차 전지용 파우치 케이스가 적용될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지용 파우치 케이스는, 제1 파우치 시트(110), 제2 파우치 시트(120) 및 도전성 부재(170)를 포함한다.
상기 제1 파우치 시트(110)는 제1 금속 층(112)을 구비한다. 그리고, 상기 제2 파우치 시트(120)는 제2 금속 층(122)을 구비하며, 소정 실링 층(114, 116)에 의해 상기 제1 파우치 시트(110)와 결합하여 상기 제1 파우치 시트와의 사이에 구비되는 소정 공간(160)에 베어셀(100)을 수용한다. 아래에서 다시 설명하겠지만, 상기 도전성 부재(170)는, 상기 제1 파우치 시트(110)와 상기 제2 파우치 시트(120)가 결합하는 경우, 상기 제1 금속 층(112)과 상기 제2 금속 층(122)을 전기적으로 연결한다.
일 실시예에 있어서, 상기 제1 파우치 시트(110) 및 상기 제2 파우치 시트(120)는 각각, 상기 금속 층(112, 122)과 함께 실링 층(114, 124) 및 절연 층(116, 126)을 더 포함할 수 있다.
상기 금속 층들(112, 122)은, 해당 파우치 시트(110, 120)의 기하학적 구조를 형성 내지 유지한다. 즉, 상기 금속 층(112, 122)은, 파우치 케이스(110, 120)의 기계적, 물리적 강도를 유지하여 파우치 케이스(110, 120)의 내부 공간(160)에 수용된 베어셀(100)을 보호한다. 이 경우, 상기 금속 층(112, 122)은, 베어셀(100)의 전기 화학적 성질에 대한 내성과 방열성을 높이고 산소, 수분 등에 의한 부식 등을 방지하기 위해 알루미늄 소재로 구성될 수 있다.
상기 실링 층(114, 124)은, 베어셀(100)이 수용되는 금속 층(112, 122)의 내부 면에 구비되어 상기 제1 파우치 시트(110)와 상기 제2 파우치 시트(120) 간을 실링한다. 상기 제1 파우치 시트(110)의 실링 층(114)과 상기 제2 파우치 시트(120)의 실링 층(124)은 파우치 케이스(110, 120)의 테두리 주변 부분에 대한 열 융착 방식으로 간단히 상호 결합될 수 있다. 이러한 실링 층(114, 124)은 상기 제1 파우치 시트(110)와 상기 제2 파우치 시트(120)를 결합하는 접착 기능은 물론, 파우치 케이스(110, 120)의 내부 공간(160)에 수용된 전해액 등의 외부 누출을 방지하는 실링 기능을 수행하는 것이다. 또한, 상기 실링 층(114, 124)은 상기 파우치 케이스(110, 120)의 내부 공간(160)에 수용된 전해액과 상기 금속 층(112, 122)의 전기적 간섭을 방지하는 절연 기능도 수행할 수 있다. 이를 위해, 상기 실링 층(114, 124)은 폴리프로필렌(polypropylene)이나 무연신 폴리프로필렌(casted polypropylene) 등을 포함하는 소재로 구성될 수 있다. 또한, 도 5에는 각각의 실링 층들(114, 124)이 단일 층 구조로 도시되어 있으나, 실시예에 따라 다중 층 구조로 구성될 수도 있다. 예컨대, 상기 실링 층(124)은, 무연신 폴리프로필렌 재질로 이루어진 외곽 층, 그리고 외곽 층과 금속 층 간에 산변성 폴리프로필렌 재질인 PPA(polypropylene-co-acrylic acid) 등과 같은 접착층을 포함함으로써, 상기 외곽 층에 의해 제1 파우치 시트(110)와 제2 파우치 시트(120)가 열 융착 되도록 하고, 상기 접착층에 의해 상기 외곽 층과 상기 금속 층 간의 접착을 보완하도록 구성될 수 있다.
상기 절연 층(116, 126)은, 상기 금속 층(112, 122)의 외부 면에 구비되어 상기 금속 층(112, 122)을 외부와 절연시킨다. 이를 위해, 상기 절연 층(116, 126)은, 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)나 연신 나일론(oriented nylon) 등을 포함하는 소재로 구성될 수 있다. 또한, 도 5에는 각각의 절연 층들(116, 126)이 단일 층 구조로 도시되어 있으나, 실시예에 따라 다중 층 구조로 구성될 수 있음은 물론이다.
한편, 앞서 언급한 바와 같이, 상기 도전성 부재(170)는, 상기 결합된 두 장의 파우치 시트(110, 120)의 각 금속 층들(112, 122) 간을 전기적으로 연결한다. 일 실시예에 있어서, 상기 도전성 부재(170)는, 상기 결합된 두 장의 파우치 시트(110, 120)의 테두리 면에 노출되는 각각의 금속 층 부분들 간을 전기적으로 연결하도록 도포되는 도전성 금속 페이스트(metal paste)일 수 있다. 즉, 상기 금속 페이스트(170)는, 상기 제1 파우치 시트(110)의 테두리 면에 노출되는 제1 금속 층(112) 부분과 상기 제2 파우치 시트(120)의 테두리 면에 노출되는 제2 금속 층(122) 부분을 전기적으로 연결하도록 도포되어, 상기 제1 금속 층(112)과 상기 제2 금속 층(122) 간을 연결하는 전기적 패스(electrical path) 역할을 하게 된다.이러한 금속 페이스트는 Ag, Al, Au, Cu 등 1.0×102[S/m] 이상의 도전성을 가지는 소재들 또는 이들의 조합으로 구성될 수 있다. 또한, 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 금속 페이스트(170)는 파우치 케이스 테두리에 나타나는 절단면의 일부에 도포되거나, 또는 절단면 전부에 도포될 수도 있다. 이 경우, 상기 금속 페이스트(170)의 도전성, 경도 등을 고려하여 상기 금속 페이스트(170)의 두께는 0.1[mm] 이상 5[mm] 이하로 도포되는 것이 바람직하며, 상기 금속 페이스트(170)의 도포 길이는 파우치 케이스 테두리 길이의 적어도 10[mm] 이상 또는 파우치 케이스의 테두리 전부에 도포되는 것이 바람직하며, 연속적 또는 불연속적으로 도포될 수 있다. 이와 같이, 파우치 시트들을 구성하는 각각의 금속 층들을 전기적으로 연결함으로써, 파우치 시트들 간에 발생하는 플래시 오버 문제를 근본적으로 해결하고, 파우치 자체의 손상과 인접 부품이나 소자 등에 대한 간섭이나 손상을 방지할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 본 발명에 따른 이차 전지용 파우치 케이스와 파우치형 이차 전지는, 상기 금속 페이스트(170)를 외부와 절연시키는 제1 절연부(180)를 더 포함할 수 있다. 상기 제1 절연부(180)는, 절연성 소재의 코팅으로 구성되거나 절연 테이프로 구성되어 상기 금속 페이스트(170)와 외부 기기들 간의 단락 등 전기적 간섭을 방지한다.
또한, 일 실시예에 있어서, 본 발명에 따른 이차 전지용 파우치 케이스와 파우치형 이차 전지는, 상기 결합된 두 장의 파우치 시트(110, 120)의 테두리 면에 노출되는 각각의 금속 층 부분 중, 상기 금속 페이스트(170)가 도포되는 부분 이외의 부분을 외부와 절연시키는 제2 절연부(182)를 더 포함할 수 있다. 즉, 상기 제2 절연부(182)는, 절연성 소재의 코팅으로 구성되거나 절연 테이프로 구성되어 상기 제1 파우치 시트(110)의 테두리 면에 노출되는 제1 금속 층 부분과 상기 제2 파우치 시트(122)의 테두리 면에 노출되는 제2 금속 층 부분 중, 상기 금속 페이스트(170)가 도포된 부분 이외의 부분을 외부와 전기적으로 절연시킨다.
이와 같이, 파우치 케이스 테두리에 도포되는 금속 페이스트(170)와 파우치 시트 테두리 면에 노출되는 금속 층(112, 122)을 절연함으로써, 이차 전지의 전기적 안정성 및 신뢰성을 개선할 수 있다.
도 6에는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 파우치형 이차 전지가 단면도로 도시되어 있다.
도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 이차 전지용 파우치 케이스와 파우치형 이차 전지는, 도 5를 참조하여 설명한 제1 파우치 시트(110), 제2 파우치 시트(120)와 함께 변형된 형태의 도전성 부재(172)를 포함할 수 있다. 이러한 변형된 형태의 도전성 부재(172)는, 실링 층(114, 124)에 삽입되어 두 장의 파우치 시트(110, 120)의 각 금속 층들(112, 122) 간을 전기적으로 연결하는 금속 부재일 수 있다. 즉, 상기 금속 부재(172)는, 상기 제1 파우치 시트(110)와 상기 제2 파우치 시트(120) 간 결합시 제1 금속 층(112)과 제2 금속 층(122)을 전기적으로 연결하도록 상기 실링 층(114, 124)에 삽입될 수 있다. 상기 금속 부재(172)는, 상기 실링 층(114, 124) 내부에 위치하여 상기 제1 금속 층(112)과 상기 제2 금속 층(122) 간을 연결하는 전기적 패스 역할을 하게 된다. 이와 같이, 금속 층들(112, 122) 간의 전기적 패스 역할을 하는 상기 금속 부재(172)를 파우치 케이스 내부에 위치시킴으로써, 외부로부터의 충격, 마찰 등에 의한 전기적 패스의 손상을 방지할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 본 발명에 따른 이차 전지용 파우치 케이스와 파우치형 이차 전지는, 상기 결합된 두 장의 파우치 시트(110, 120)의 테두리 면에 노출되는 각각의 금속 층 부분을 외부와 절연시키는 제3 절연부(184)를 더 포함할 수 있다. 즉, 상기 제3 절연부(184)는, 절연성 소재의 코팅으로 구성되거나 절연 테이프로 구성되어 상기 제1 파우치 시트(110)의 테두리 면에 노출되는 제1 금속 층 부분과 상기 제2 파우치 시트(120)의 테두리 면에 노출되는 제2 금속 층 부분을 외부와 절연시킨다. 이와 같이, 파우치 시트 테두리 면에 노출되는 금속 층들(112, 122)을 절연함으로써, 이차 전지의 전기적 안정성 및 신뢰성을 개선할 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 파우치형 이차 전지는, 일 단이 상기 베어셀(100)의 극단자에 연결되고 타 단이 상기 파우치 케이스(110, 120)의 외부로 연장되는 전극 리드부(도 1 및 도 2의 130, 132)를 더 포함할 수 있다. 상기 전극 리드부(130, 132)는 금속 등의 도전성 소재로 형성되는 것으로서, 상기 베어셀(100)의 전극과 저항 용접, 초음파 용접, 레이저 용접 등의 방법으로 연결될 수 있다. 이러한 전극 리드부(130, 132)는 파우치 케이스(110, 120)의 외부로 노출되어 이차 전지의 전극으로서 외부 회로 등과 전기적으로 연결된다. 또한, 상기 전극 리드부(130, 132)는, 도 1에 도시된 바와 같이 양극 리드(130)와 음극 리드(132)가 상기 파우치 케이스의 전·후 또는 좌·우 등의 양 방향으로 연장되도록 구성될 수 있으며, 또한 도 2에 도시된 바와 같이 양극 리드(130)와 음극 리드(132)가 일 방향으로 연장되도록 구성될 수도 있다. 이러한 전극 리드부(130, 132)는 재질, 형태 등에 있어서 다양한 변형이 가능함은 물론이다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 파우치 시트를 접거나 구부리는 추가적 공정 없이 두 장의 파우치 시트를 단순히 열 융착하여 파우치 케이스를 제조하도록 함으로써, 파우치 시트에 형성된 절연 층의 변형이나 훼손 등을 방지하고, 제조 공정의 간소화 및 자동화를 용이하게 할 수 있다. 특히, 파우치 시트들을 구성하는 각각의 금속 층들을 전기적으로 연결함으로써, 파우치 시트들 간에 발생하는 플래시 오버 문제를 해결하고, 파우치 자체의 손상과 인접 부품, 소자 등에 대한 간섭이나 손상을 방지할 수 있다. 또한, 파우치 시트의 절단 등에 의해 노출되는 파우치 시트 테두리 면의 금속 층을 절연함으로써, 이차 전지의 전기적 안정성 및 신뢰성을 개선할 수 있다. 나아가, 본 발명에 따른 다양한 실시예들은, 당해 기술 분야는 물론 관련 기술 분야에서 본 명세서에 언급된 내용 이외의 다른 여러 기술적 과제들을 해결할 수 있음은 물론이다.
지금까지 본 발명에 대해 구체적인 실시예들을 참고하여 설명하였다. 그러나 당업자라면 본 발명의 기술적 범위에서 다양한 변형 실시예들이 구현될 수 있음을 자명하게 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 앞서 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 즉, 본 발명의 진정한 기술적 사상의 범위는 첨부된 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 균등범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100 : 베어셀 110 : 제1 파우치 시트
120 : 제2 파우치 시트 112, 122 : 금속 층
114, 124 : 실링 층 116, 126 : 절연 층
170 : 도전성 부재 180 : 제1 절연부
182 : 제2 절연부

Claims (14)

  1. 두 장의 파우치 시트를 결합하여 이차 전지의 베어셀(bare cell)을 수용하는 이차 전지용 파우치 케이스에 있어서,
    제1 금속 층을 구비하는 제1 파우치 시트;
    제2 금속 층을 구비하며, 소정 실링 층에 의해 상기 제1 파우치 시트와 결합하여 상기 제1 파우치 시트와의 사이에 구비되는 소정 공간에 베어셀을 수용하는 제2 파우치 시트; 및
    상기 제1 파우치 시트와 상기 제2 파우치 시트가 결합하는 경우, 상기 제1 금속 층과 상기 제2 금속 층을 전기적으로 연결하는 도전성 부재를 포함하고,
    상기 제1 파우치 시트 및 상기 제2 파우치 시트는 각각,
    파우치 시트의 기하학적 구조를 유지하는 금속 층;
    상기 베어셀이 수용되는 상기 금속 층의 내부 면에 구비되어 상기 제1 파우치 시트 및 상기 제2 파우치 시트 간을 실링하는 실링 층; 및
    상기 금속 층의 외부 면에 구비되는 절연 층을 포함하고,
    상기 실링 층은,
    열 융착되는 무연신 폴리프로필렌(casted polypropylene) 재질의 외곽 층; 및
    상기 외곽 층과 상기 금속 층 간의 접착을 보완하는 PPA(polypropylene-co-acrylic acid) 재질의 접착층을 포함하고,
    상기 도전성 부재는,
    상기 실링 층에 삽입되어 상기 파우치 케이스 내부에 위치하며, 상기 제1 금속 층과 상기 제2 금속 층을 전기적으로 연결하는 금속 부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차 전지용 파우치 케이스.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 도전성 부재는, 상기 제1 파우치 시트의 테두리 면에 노출되는 제1 금속 층 부분과 상기 제2 파우치 시트의 테두리 면에 노출되는 제2 금속 층 부분을 전기적으로 연결하도록 도포되는 도전성 금속 페이스트를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차 전지용 파우치 케이스.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 이차 전지용 파우치 케이스는, 상기 금속 페이스트를 외부와 절연시키는 제1 절연부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이차 전지용 파우치 케이스.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 이차 전지용 파우치 케이스는, 상기 제1 파우치 시트의 테두리 면에 노출되는 제1 금속 층 부분과 상기 제2 파우치 시트의 테두리 면에 노출되는 제2 금속 층 부분 중, 상기 금속 페이스트가 도포된 부분 이외의 부분을 외부와 절연시키는 제2 절연부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이차 전지용 파우치 케이스.
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서,
    상기 이차 전지용 파우치 케이스는, 상기 제1 파우치 시트의 테두리 면에 노출되는 제1 금속 층 부분 및 상기 제2 파우치 시트의 테두리 면에 노출되는 제2 금속 층 부분을 외부와 절연시키는 제3 절연부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이차 전지용 파우치 케이스.
  8. 양극판, 음극판 및 상기 양극판과 음극판 간에 개재되어 두 극판 간을 절연시키는 분리막을 구비하는 베어셀(bare cell);
    각각 금속 층을 구비하는 두 장의 파우치 시트 간에 개재되는 소정 실링 층에 의해 상기 두 장의 파우치 시트를 결합하여, 상기 결합된 두 장의 파우치 시트 사이에 구비되는 소정 공간에 상기 베어셀을 수용하는 파우치 케이스; 및
    상기 결합된 두 장의 파우치 시트의 각 금속 층들 간을 전기적으로 연결하는 도전성 부재를 포함하고,
    상기 두 장의 파우치 시트는 각각,
    파우치 시트의 기하학적 구조를 유지하는 금속 층;
    상기 베어셀이 수용되는 상기 금속 층의 내부 면에 구비되어 상기 두 장의 파우치 시트 간을 실링하는 실링 층; 및
    상기 금속 층의 외부 면에 구비되는 절연 층을 포함하고,
    상기 실링 층은,
    열 융착되는 무연신 폴리프로필렌(casted polypropylene) 재질의 외곽 층; 및
    상기 외곽 층과 상기 금속 층 간의 접착을 보완하는 PPA(polypropylene-co-acrylic acid) 재질의 접착층을 포함하고,
    상기 도전성 부재는,
    상기 실링 층에 삽입되어 상기 파우치 케이스 내부에 위치하며, 상기 결합된 두 장의 파우치 시트의 각 금속 층들 간을 전기적으로 연결하는 금속 부재를 포함하는 파우치형 이차 전지.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 파우치형 이차 전지는, 일 단이 상기 베어셀의 극단자에 연결되고 타 단이 상기 파우치 케이스의 외부로 연장되는 전극 리드부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 파우치형 이차 전지.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 도전성 부재는, 상기 결합된 두 장의 파우치 시트의 테두리 면에 노출되는 각각의 금속 층 부분들 간을 전기적으로 연결하도록 도포되는 도전성 금속 페이스트를 포함하는 것을 특징으로 하는 파우치형 이차 전지.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 파우치형 이차 전지는, 상기 금속 페이스트를 외부와 절연시키는 제4 절연부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 파우치형 이차 전지.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 파우치형 이차 전지는, 상기 결합된 두 장의 파우치 시트의 테두리 면에 노출되는 각각의 금속 층 부분 중, 상기 금속 페이스트가 도포되는 부분 이외의 부분을 외부와 절연시키는 제5 절연부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 파우치형 이차 전지.
  13. 삭제
  14. 제8항에 있어서,
    상기 파우치형 이차 전지는, 상기 결합된 두 장의 파우치 시트의 테두리 면에 노출되는 각각의 금속 층 부분을 외부와 절연시키는 제6 절연부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 파우치형 이차 전지.
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