KR102023554B1

KR102023554B1 - 이차 전지용 파우치

Info

Publication number: KR102023554B1
Application number: KR1020150116792A
Authority: KR
Inventors: 이성환; 김영훈; 김동명; 김기웅; 빈승석; 윤성한
Original assignee: 주식회사 엘지화학
Priority date: 2015-08-19
Filing date: 2015-08-19
Publication date: 2019-09-24
Also published as: KR20170022156A

Abstract

본 발명은 캔의 두께 증가를 억제할 수 있게 하는 이차 전지용 파우치에 관한 것이다.
이러한 본 발명은 양극, 분리막, 음극이 적층되는 전극조립체를 내부에 수용하는 이차 전지용 파우치에 있어서, 상기 전극조립체의 일측부를 내부에 수용하는 제1 수용부, 개구되게 형성되어 상기 제1 수용부를 선택적으로 마감하여 상기 전극조립체의 타측부를 내부에 수용하는 제2 수용부 및 상기 제1 수용부와 상기 제2 수용부를 상호 절첩 가능하게 연결하는 브릿지부를 포함하며, 상기 제2 수용부는 상기 브릿지부와의 연결부로부터 반대측으로 경사지게 형성되는 것을 특징으로 한다.

Description

이차 전지용 파우치{POUCH FOR SECONDARY BATTERY}

본 발명은 이차 전지용 파우치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 캔의 두께 증가를 억제할 수 있게 하는 이차 전지용 파우치에 관한 것이다.

이차전지는 양극/세퍼레이터/음극 구조의 전극조립체가 어떠한 구조로 이루어져 있는지에 따라 분류되기도 하는데, 대표적으로는, 긴 시트형의 양극들과 음극들을 세퍼레이터가 개재된 상태에서 권취한 구조의 젤리롤 형 전극조립체, 소정 크기의 단위로 절취한 다수의 양극과 음극들을 세퍼레이터를 개재한 상태로 순차적으로 적층한 스택형 전극조립체, 소정 단위의 양극과 음극들을 세퍼레이터를 개재한 상태로 적층한 바이셀(Bi-cell) 또는 풀셀(Full cell)들을 권취한 구조의 스택/폴딩형 전극조립체 등을 들 수 있다.

최근에는, 스택형 또는 스택/폴딩형 전극조립체를 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치형 전지케이스에 내장한 구조의 파우치형 전지가 낮은 제조비, 작은 중량, 용이한 형태 변형 등을 이유로, 많은 관심을 모으고 있고, 또한 그것의 사용량이 점차적으로 증가하고 있다.

파우치형 이차전지는, 전극조립체, 전극조립체로부터 연장되어 있는 전극탭들, 전극탭들에 용접되어 있는 전극 단자 및 전극조립체를 수용하는 파우치 외장재를 포함하는 것으로 구성되어 있다.

파우치형 이차전지에 대한 종래의 기술은 한국등록실용신안 제0207948호에 공지되어 있다.

이러한 파우치(pouch) 외장재는 전극조립체의 두께에 따라 1개의 캐비티(cavity) 또는 2개의 캐비티를 갖게 포밍(forming)되고, 포밍된 파우치는 브릿지(bridge)에 의해 폴딩(folding) 된다.

그런데 2개의 캐비티를 갖는 파우치는 폴딩 시 브릿지가 형성된 부분에 의해 파우치의 두께가 영향을 받아 파우치에서 브릿지가 형성되었던 부분이 다른 부분에 비해 두껍게 되어 이차전지의 두께 품질을 저해하는 문제점이 있다.

따라서 본 발명은 상술한 바와 같은 문제점들을 해결하기 위한 것으로서, 브릿지 부분을 고려하여 두께를 보상할 수 있도록 하는 이차 전지용 파우치를 제공하는 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 2차 전지는 양극, 분리막, 음극이 적층되는 전극조립체를 내부에 수용하는 이차 전지용 파우치에 있어서, 상기 전극조립체의 일측부를 내부에 수용하는 제1 수용부, 개구되게 형성되어 상기 제1 수용부를 선택적으로 마감하여 상기 전극조립체의 타측부를 내부에 수용하는 제2 수용부 및 상기 제1 수용부와 상기 제2 수용부를 상호 절첩 가능하게 연결하는 브릿지부를 포함하며, 상기 제2 수용부(20)는 브릿지부(30)의 일단으로부터 연장되는 연결측벽(23)과, 연결측벽(23)의 단부로부터 절곡되며 경사지게 연장 형성되는 파우치면(25)과, 파우치면(25)의 단부로부터 절곡되며 연결측벽(23)에 비해 길이가 길게 연장 형성되는 마감측벽(27)을 포함하고, 상기 제2 수용부(20)의 파우치면(25)은 상기 제1 수용부(10)의 바닥면(13)을 기준으로 보았을 때 상기 브릿지부(30)와의 연결부인 연결측벽(23)으로부터 반대측인 상기 마감측벽(27) 방향으로 상향 경사지게 형성되며, 상기 브릿지부(30)는 접힌 형태로 형성되고, 접힌 형태의 상기 브릿지부(30)가 완전히 폈을 때 상기 연결측벽(23) 방향으로 길이가 증대되면서 상기 연결측벽(23)에 연결된 상기 파우치면(25)의 단부가 상승하면서 상기 제2 수용부(20)의 파우치면(25)과 상기 제1 수용부(10)의 바닥면(13)은 수평을 이루어질 수 있다.

상기 제1 수용부는 일측이 개구되어 상기 전극조립체의 일측부를 내부에 수용하는 제1 수용공간을 더 포함할 수 있다.

상기 제2 수용부는 상기 전극조립체의 타측부를 내부에 수용하는 제2 수용공간을 더 포함할 수 있다.

상기 제2 수용공간은 상기 브릿지부의 일단으로부터 연장되어 상기 연결부를 형성하는 연결 측벽과 상기 연결측벽의 단부로부터 절곡되며 경사지게 형성되는 파우치면과 상기 파우치면의 단부로부터 절곡되며 상기 연결측벽에 비해 길이가 길게 형성되는 마감측벽을 포함할 수 있다.

상기 제2 수용부가 상기 제1 수용부를 마감하도록 상기 브릿지부를 절첩할 시 상기 연결측벽과 상기 마감측벽과의 길이 차는 상기 브릿지부의 길이에 의하여 보상될 수 있다.

상기 제2 수용부가 상기 제1 수용부를 마감하도록 상기 브릿지부를 절첩할 시 상기 파우치면은 상기 브릿지부에 의해 상기 제1 수용부의 바닥면과 수평을 이룰 수 있다.

상술한 바와 같이 구성된 본 발명에 따른 이차 전지용 파우치는 2 캐비티 중 하나의 캐비티 면이 브릿지부가 형성된 측으로 경사를 형성하여 이차 전지를 제작하였을 때 브릿지부의 길이를 캐비티 면에 형성된 경사에 의해 보상받게 하여 파우치의 두께가 증가하는 것을 방지하는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 따른 이차 전지용 파우치는 파우치의 두께 신뢰성을 확보하여 제품 불량을 줄이는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지용 파우치를 도시한 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지용 파우치를 개봉하여 내부에 전극조립체가 수용된 것을 우측 단면에서 개략적으로 도시한 구성도이다.
도 3은 도 2에서 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지용 파우치만을 도시한 구성도이다.
도 4는 도 3의 이차 전지용 파우치를 절첩하여 마감한 상태에서 브릿지부가 완전히 펴지기 전의 상태를 도시한 구성도이다.
도 5는 도 4에서 브릿지부가 완전히 펴진 상태를 도시한 구성도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 설명한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들이 도면에 예시되고 관련된 상세한 설명이 본 명세서에 기재되어 있다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경 및/또는 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 도면의 설명과 관련하여, 유사한 구성요소에 대해서는 유사한 참조 부호가 사용되었다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지용 파우치를 도시한 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지용 파우치를 개봉하여 내부에 전극조립체가 수용된 것을 우측 단면에서 개략적으로 도시한 구성도이다.

도 1 내지 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 이차 전지용 파우치는 양극, 분리막, 음극이 적층되는 전극조립체(100)를 내부에 수용하는 것으로서, 이차 전지용 파우치(1)에 있어서, 상기 전극조립체(100)의 일측부(101)를 내부에 수용하는 제1 수용부(10), 개구되게 형성되어 상기 제1 수용부(10)를 선택적으로 마감하여 상기 전극조립체(100)의 타측부(103)를 내부에 수용하는 제2 수용부(20) 및 상기 제1 수용부(10)와 상기 제2 수용부(20)를 상호 절첩 가능하게 연결하는 브릿지부(30)를 포함하며, 상기 제2 수용부(20)는 상기 브릿지부(30)와의 연결부로부터 반대방향으로 갈수록 경사지게 형성된다.

전극 조립체(100)는, 예를 들어, 양극 활물질이 도포된 양극과 음극 활물질이 도포된 음극을 적층하고, 양극과 음극 사이에 개재된 분리막을 개재하는 방식으로 제작할 수 있다.

양극은 양극 활물질이 도포된 양극 활물질부와, 양극 활물질이 도포되지 않은 양극 무지부를 포함할 수 있다.

양극 활물질은 LiCoO₂, LiNiO₂, LiMnO₂, LiMnO₄와 같은 리튬 함유 전이금속 산화물 또는 리튬 칼코게나이드 화합물일 수 있다.

양극 활물질부는 예를 들어, 알루미늄 판의 적어도 어느 한 면의 일부에 양극 활물질을 도포하여 형성하며, 양극 활물질이 미 도포된 알루미늄 판의 나머지 부분이 양극 무지부가 될 수 있다.

음극은 음극 활물질이 도포된 음극 활물질부와 음극 활물질이 도포되지 않은 음극 무지부를 포함할 수 있다.

음극 활물질은, 결정질 탄소, 비정질 탄소, 탄소 복합체, 탄소 섬유와 같은 탄소 재료, 리튬 금속 또는 리튬 합금 등일 수 있다.

음극 활물질부는 예를 들어, 구리 판의 적어도 어느 한 면의 일부에 음극 활물질을 도포하여 형성하며, 음극 활물질이 미 도포된 구리 판의 나머지 부분이 음극 무지부가 될 수 있다.

분리막은 예를 들어, 폴리에틸렌(PE), 폴리스틸렌(PS), 폴리프로필렌(PP) 및 폴리에틸렌(PE)과 폴리프로필렌(PP)의 공중합체(co-polymer)로 이루어지는 군에서 선택되는 어느 하나의 기재에 폴리비닐리덴 플로우라이드-헥사플로로프로필렌 공중합체(PVDF-HFP co-polymer)를 코팅함으로써 제조될 수 있다.

전극 조립체(100)는 양극 무지부들과 음극 무지부들에 각각 전극 탭이 부착되며, 전극 탭들은 파우치(1)를 관통하여 외부로 도출될 수 있다.

파우치(1)는 전극 조립체(100)를 밀봉하며, 내부에 전극 조립체(100)와 함께 전해질을 수용한다.

파우치(1)는, 일 예로, 절연층, 금속층 및 절연층의 3층 구조로 이루어질 수 있다.

그리고 파우치(1)는 상기 3층 구조로 이루어짐으로써 두께는 얇게 제작하면서도 절연성과 내구성을 동시에 만족하는 효과를 갖는다.

예를 들어, 금속층은 알루미늄, 스틸, 스텐레스 스틸 등으로 형성될 수 있으며, 절연층은 변성 폴리프로필렌(CPP), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 나일론 등으로 형성될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

이러한 파우치(1)의 제1 수용부(10)는 내부에 일측이 개구되어 전극조립체(100)의 일측부(101)를 수용하는 제1 수용공간(11)을 더 포함한다.

그리고 파우치(1)의 제2 수용부(20)는 내부에 전극조립체(100)의 타측부(103)를 수용하는 제2 수용공간(21)을 더 포함한다.

즉, 본 발명에 따른 이차 전지용 파우치(1)는 제1 수용부(10)의 제1 수용공간(11)과 제2 수용부(20)의 제2 수용공간(11)으로 이루어지는 2개의 캐비티(cavity)를 갖는다.

이러한 제1 수용공간(11)과 제2 수용공간(20)은 파우치(1)에서 전극조립체(100)와 전해액을 내부에 수용하기 위한 공간이다.

제1 수용공간(11)과 제2 수용공간(20)을 갖는 파우치(1)는 고용량의 이차 전지에 주로 적용된다.

이하에서는 파우치(1)에 2개의 캐비티 즉, 제1 수용공간(11)과 제2 수용공간(20)을 형성하는 이유에 대하여 보다 상세히 설명한다.

이차 전지에 사용되는 전극조립체(100)의 크기는 일반적으로 요구되는 용량에 비례한다.

하지만, 이차 전지의 면적은 제한적일 수 밖에 없으므로 고용량의 전극조립체(100)는 크기를 키우기 위해서 저용량의 전극조립체(100)에 비해 두께를 두껍게 형성하는 것이 일반적이다.

이와 같은 고용량의 전극조립체(100)를 1개의 캐비티에 수용하기 위해선 고용량의 전극조립체(100)의 두께에 대응하도록 캐비티의 깊이(depth)를 깊게 제작해야 하는데, 캐비티의 깊이가 지나치게 깊어지면 파우치의 알루미늄(Al) 연신(延伸)으로 인한 크랙(crack)의 위험성이 있다.

따라서 파우치의 알루미늄 연신으로 인한 크랙의 위험성을 배제하기 위해 파우치(10)에 2개의 캐비티를 형성하여 각각의 캐비티 깊이는 깊지 않으면서 두께가 두꺼운 전극조립체(100)를 수용할 수 있게 한다.

도 3은 도 2에서 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지용 파우치만을 도시한 구성도이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 제2 수용부(20)는 브릿지부(30)의 일단으로부터 연장되어 브릿지부(30)와 제2 수용부(20)를 연결하는 연결부를 형성하는 연결측벽(23)과 연결측벽(23)의 단부로부터 절곡되며 경사지게 연장 형성되는 파우치면(25)과 파우치면(25)의 단부로부터 절곡되며 연결측벽(23)에 비해 길이가 길게 연장 형성되는 마감측벽(27)을 포함한다.

도 4는 도 3의 이차 전지용 파우치를 절첩하여 마감한 상태에서 브릿지부가 완전히 펴지기 전의 상태를 도시한 구성도이다.

도 4에 도시된 바와 같이, 마감측벽(27)은 제2 수용부(20)가 브릿지부(30)를 중심으로 절첩될 시 제1 수용부(10)의 단부와 밀착되어 제1 수용부(10)를 마감하는 것으로서, 마감측벽(27)은 제1 수용부(10)의 단부와 레이저 용접 등의 방법으로 결합될 수 있다.

여기서 제2 수용부(20)가 제1 수용부(10)를 마감한 상태에서 브릿지부(30)를 평평하게 펴지 않으면 제2 수용부(20)는 파우치면(25)에 형성된 경사에 의해 연결측벽(23) 측은 가상의 수평선(h)으로부터 소정간격(a) 떨어지게 되고, 마감측벽(27)은 가상의 수평선(h) 상에 위치하게 된다.

이때. 가상의 수평선(h)은 제1 수용부(10)의 바닥면(13)과 수평을 이루는 수평선이다.

이와 같은 이유는 연결측벽(23)의 길이가 마감측벽(27)의 길이에 비해 "a"만큼 짧기 때문이다.

도 5는 도 4에서 브릿지부가 완전히 펴진 상태를 도시한 구성도이다.

도 5에 도시된 바와 같이, 이차 전지의 제작을 완성하기 위해선 제2 수용부(20)가 제1 수용부(10)를 마감한 상태에서 브릿지부(30)를 평평하게 펴야 한다.

여기서 브릿지부(30)를 완전히 폈을 때의 길이는 (a)의 길이와 동일하게 형성되어 브릿지부(30)를 평평하게 펴게 되면 연결측벽(23)이 가상의 수평선(h) 상에 위치하게 되어 파우치면(25)은 가상의 수평선(h)과 수평성 상에 위치하게 된다.

즉, 제2 수용부(20)의 파우치면(25)은 제1 수용부(10)의 바닥면(13)과 상호 수평을 이루게 되는 것이다.

이와 같이 제2 수용부(20)가 제1 수용부(10)를 마감하도록 브릿지부(30)를 절첩할 시 연결측벽(23)과 마감측벽(27)과의 길이 차는 브릿지부(30)를 완전히 폈을 때의 길이(a)에 의하여 보상되게 함에 따라 파우치가 제작되었을 때 제1 수용부(10)의 바닥면(13)과 제2 수용부의 파우치면(25)이 상호 수평을 이루게 할 수 있다.

따라서 본 발명은 브릿지부(30)에 의해 이차 전지의 두께가 두꺼워 지는 것을 방지하고 이차 전지의 두께가 일정한 두께를 이룰 수 있도록 한다.

이상과 같이 본 발명에 따른 이차 전지용 파우치를 예시된 도면을 참고하여 설명하였으나, 본 발명은 이상에서 설명된 실시예와 도면에 의해 한정되지 않으며, 특허청구범위 내에서 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자들에 의해 다양한 수정 및 변형이 가능하다.

1: 파우치
10: 제1 수용부
11: 제1 수용공간
13: 바닥면
20: 제2 수용부
21: 제2 수용공간
23: 연결측벽
25: 파우치면
27: 마감측벽
30: 브릿지부
100: 전극조립체
101: 일측부
103: 타측부

Claims

양극, 분리막, 음극이 적층되는 전극조립체(100)를 내부에 수용하는 이차 전지용 파우치에 있어서,
상기 전극조립체(100)의 일측부(101)를 내부에 수용하는 제1 수용부(10);
개구되게 형성되어 상기 제1 수용부(10)를 선택적으로 마감하여 상기 전극조립체의 타측부(103)를 내부에 수용하는 제2 수용부(20); 및
상기 제1 수용부(10)와 상기 제2 수용부(20)를 상호 절첩 가능하게 연결하는 브릿지부(30);를 포함하며,
상기 제2 수용부(20)는 브릿지부(30)의 일단으로부터 연장되는 연결측벽(23)과, 연결측벽(23)의 단부로부터 절곡되며 경사지게 연장 형성되는 파우치면(25)과, 파우치면(25)의 단부로부터 절곡되며 연결측벽(23)에 비해 길이가 길게 연장 형성되는 마감측벽(27)을 포함하고,
상기 제2 수용부(20)의 파우치면(25)은 상기 제1 수용부(10)의 바닥면(13)을 기준으로 보았을 때 상기 브릿지부(30)와의 연결부인 연결측벽(23)으로부터 반대측인 상기 마감측벽(27) 방향으로 상향 경사지게 형성되며,
상기 브릿지부(30)는 접힌 형태로 형성되고,
접힌 형태의 상기 브릿지부(30)가 완전히 폈을 때 상기 연결측벽(23) 방향으로 길이가 증대되면서 상기 연결측벽(23)에 연결된 상기 파우치면(25)의 단부가 상승하면서 상기 제2 수용부(20)의 파우치면(25)과 상기 제1 수용부(10)의 바닥면(13)은 수평을 이루는 것을 특징으로 하는 이차 전지용 파우치.
청구항 1에 있어서,
상기 제1 수용부(10)는 일측이 개구되어 상기 전극조립체(100)의 일측부를 내부에 수용하는 제1 수용공간(11)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이차 전지용 파우치.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
상기 제2 수용부(20)는 상기 전극조립체(100)의 타측부를 내부에 수용하는 제2 수용공간(21)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이차 전지용 파우치.
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