KR102035125B1 - 2차 전지용 파우치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 가스 포켓으로 전해액이 토출되는 것을 방지하기 위한 2차 전지용 파우치에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 전극 집전체와 전해액을 내부에 수용하기 위한 수용부, 상기 수용부와 내부가 연통하는 가스 포켓부 및 상기 가스 포켓부 내부에 마련되어 상기 수용부에 수용된 전해액의 이동은 차단하면서 상기 수용부 내부에서 발생되는 가스를 상기 가스 포켓부 내부로 안내하는 가이드부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

2차 전지용 파우치{POUCH FOR SECONDARY BATTERY}

본 발명은 2차 전지용 파우치에 관한 것으로서, 보다 자세하게는 가스 포켓으로 전해액이 토출되는 것을 방지하기 위한 2차 전지용 파우치에 관한 것이다.

물질의 물리적 반응이나 화학적 반응을 통해 전기에너지를 생성시켜 외부로 전원을 공급하게 되는 전지(cell, battery)는 각종 전기전자 기기로 둘러싸여 있는 생활환경에 따라, 건물로 공급되는 교류전원을 획득하지 못할 경우나 직류전원이 필요할 경우 사용하게 된다.

이와 같은 전지 중에서 화학적 반응을 이용하는 화학전지인 일차전지와 이차전지가 일반적으로 많이 사용되고 있는데, 일차전지는 건전지로 통칭되는 것으로 소모성 전지이다. 또한, 이차전지는 전류와 물질 사이의 산화환원과정이 다수 반복 가능한 소재를 사용하여 제조되는 재충전식 전지로서, 전류에 의해 소재에 대한 환원반응이 수행되면 전원이 충전되고, 소재에 대한 산화반응이 수행되면 전원이 방전되는데, 이와 같은 충전-방전이 반복적으로 수행되면서 전기가 생성되게 된다.

리튬 2차전지는 전해질 형태에 따라 리튬금속전지, 리튬이온전지, 리튬파우치형 전지의 조립방법으로 나눌 수 있다.

여기서 리튬 파우치형 전지의 조립방법은 전해질이 고체 또는 젤 형태이기 때문에 불의의 사고로 전지가 파손되어도 전해질이 밖으로 새어 나가지 않아 발화하거나 폭발할 우려가 거의 없어 안정성이 확보되고 에너지 효율이 높다는 장점이 있다.

또한, 견고한 금속 외장을 사용할 필요가 없고, 용도에 따라 다양한 크기와 모양으로 제조할 수 있으며, 3mm이하 두께로 제작이 가능하고 무게도 30% 이상 줄일 수 있으며, 대량생산 및 대형전지 제조가 가능하다.

이런 이유로 리튬 파우치형 전지의 조립방법은 현재 상용화되어 다양한 분야에서 사용되고 있다.

대한민국 공개특허공보 제10-2001-0104136호에는 종래의 파우치 전지가 공지되어 있다.

이러한 종래의 파우치 전지는 에이징 과정에서 발생하는 가스를 제거하기 위해 파우치 몸체 일측에 가스 포켓을 마련하여 가스 포켓에 가스를 저장한 후 가스 포켓을 파단하여 가스를 제거한다.

하지만, 종래의 파우치는 가스 포켓에 가스를 저장하는 과정에서 전해액이 가스 포켓으로 토출되어 전지 내부의 전해액 잔존량이 감소하는 문제점이 있다.

전지의 전해액이 감소하게 되면 전지의 성능이 감소되는 문제점이 있다.

따라서 본 발명은 위와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 과제는 가스 포켓부에 실링을 통해 전해액의 이동을 차단하고 가스의 이동은 안내할 수 있는 2차 전지용 파우치를 제공하는 것이다.

본 발명에 따른 2차 전지는 전극 집전체와 전해액을 내부에 수용하기 위한 수용부, 상기 수용부와 내부가 연통하는 가스 포켓부 및 도 3 에 도시된 바와 같이 상기 수용부와 가스 포켓부 사이를 구획하며 상기 수용부에 수용된 전해액의 이동은 차단하면서 상기 수용부 내부에서 발생되는 가스를 상기 가스 포켓부 내부로 안내하는 가이드부를 포함하고, 상기 가이드부는 일단이 일측 내벽면에서부터 연장되는 하나와 일단이 타측 내벽면에서부터 연장되는 다른 하나의 차단막들 두 개로 형성되며, 상기 차단막들 사이로 서로 겹치게 되는 영역 내에는 유로가 형성되며, 양측의 차단막 각각은 직선 형태를 이루고 내벽면 내에서 서로 간에 높이 차가 발생하는 위치에서 형성되되, 내벽면에서 시작되는 일단 보다 그 반대쪽의 타단이 수용부를 향하도록 경사지게 형성되어, 상기 수용부에서부터 가스 포켓부로 갈수록 상기 유로의 단면적이 좁아지는 모양을 갖고 상기 차단막들은 실링을 통해 형성되며, 어느 하나의 차단막은 가스 포켓부의 경계를 형성하는 것을 특징으로 한다.

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본 발명에 따르면, 가스 포켓부에 가이드부를 형성하여 전해액의 이동은 차단하고 가스의 이동은 안내하는 효과가 있다.

본 발명에 따르면, 가이드부에 의해 전해액의 이동을 차단하여 전지의 성능 저하를 방지하는 효과가 있다.

본 발명에 따르면, 가이드부가 경사지게 형성되어 전해액의 차단과 가스의 이동 안내 효과를 극대화하는 장점이 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 2차 전지용 파우치를 개략적으로 도시한 구성도이다.
도 2는 종래의 2차 전지용 파우치를 개략적으로 도시한 구성도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 2차 전지용 파우치를 개략적으로 도시한 구성도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 2차 전지용 파우치에 대하여 상세히 설명하기로 한다.

본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과하고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

도면에서 각 구성요소 또는 그 구성요소를 이루는 특정 부분의 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었다. 따라서, 각 구성요소의 크기는 실제크기를 전적으로 반영하는 것은 아니다. 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우, 그러한 설명은 생략하도록 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 2차 전지용 파우치를 개략적으로 도시한 구성도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 2차 전지용 파우치는 전극 집전체(3)와 전해액을 내부에 수용하기 위한 수용부(110), 상기 수용부(110)와 내부가 연통하는 가스 포켓부(120) 및 상기 가스 포켓부(120) 내부에 마련되어 상기 수용부(110)에 수용된 전해액의 이동은 차단하면서 상기 수용부(110) 내부에서 발생되는 가스를 상기 가스 포켓부(120) 내부로 안내하는 가이드부(130)를 포함한다.

전극 집전체(3)는, 예를 들어, 양극 활물질이 도포된 양극과 음극 활물질이 도포된 음극 및 양극과 음극 사이에 개재된 세퍼레이터를 복수 회 적층하여 제작할 수 있다.

다만, 본 발명은 이에 한하지 않으며, 전극 집전체(20)는 양극과 세퍼레이터 및 음극을 적층한 적층체를 젤리 롤 형태로 권취하여 제작할 수도 있다.

양극은 알루미늄 판일 수 있으며, 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 구리 판일 수 있으며, 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.

세퍼레이터는 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.

전해액은 전극 조립체에서 리튬 이온의 이동을 원활하게 하는데, 예를 들면, 비수성 유기 용매 및 리튬염을 포함할 수 있다.

리튬염은 유기 용매에 용해되어, 이차전지 내에서 리튬 이온의 공급원으로 작용하고, 양극과 음극 사이의 리튬 이온의 이동을 촉진 시킬 수 있다.

리튬염의 예로는, LiPF6, LiBF4, LiSbF6, LiAsF6, LiCF3SO3, LiN(CF3SO2)3, Li(CF3SO2)2N, LiC4F9SO3, LiClO4, LiAlO4, LiAlCl4, LiN(CxF2x+1SO2)(CyF2y+1SO2)(여기서, x 및 y는 자연수), LiCl, LiI, 및 리튬 비스옥살레이트 보레이트(lithium bisoxalate borate) 등의 일종 또는 이종 이상을 지지(supporting) 전해염으로 포함하는 것을 들 수 있다.

전해액에서 리튬염의 농도는, 용도에 따라 변화될 수 있는 것으로, 통상적으로는 0.1M 내지 2.0M 범위 내에서 사용한다.

또한, 유기 용매는 전지의 전기 화학적 반응에 관여하는 이온들이 이동할 수 있는 매질의 역할을 하는 것으로서, 그 예로는, 벤젠, 톨루엔, 플루오로벤젠, 1,2-디플루오로벤젠, 1,3-디플루오로벤젠, 1,4-디플루오로벤젠, 1,2,3-트리플루오로벤젠, 1,2,4-트리플루오로벤젠, 클로로벤젠, 1,2-디클로로벤젠, 1,3-디클로로벤젠, 1,4-디클로로벤젠, 1,2,3-트리클로로벤젠, 1,2,4-트리클로로벤젠, 아이오도벤젠(iodobenzene), 1,2-디이오도벤젠, 1,3-디이오도벤젠, 1,4-디이오도벤젠, 1,2,3-트리이오도벤젠, 1,2,4-트리이오도벤젠, 플루오로톨루엔, 1,2-디플루오로톨루엔, 1,3-디플루오로톨루엔, 1,4-디플루오로톨루엔, 1,2,3-트리플루오로톨루엔, 1,2,4-트리플루오로톨루엔, 클로로톨루엔, 1,2-디클로로톨루엔, 1,3-디클로로톨루엔, 1,4-디클로로톨루엔, 1,2,3-트리클로로톨루엔, 1,2,4-트리클로로톨루엔, 아이오도톨루엔, 1,2-디이오도톨루엔, 1,3-디이오도톨루엔, 1,4-디이오도톨루엔, 1,2,3-트리이오도톨루엔, 1,2,4-트리이오도톨루엔, R-CN(여기에서, R은 탄소수 2 내지 50의 직쇄상, 분지상 또는 고리상 구조의 탄화 수소기로서, 상기 탄화수소기는 이중결합, 방향족 고리 또는 에테르 결합 등을 포함할 수 있다), 디메틸포름아마이드, 디메틸아세테이트, 크실렌, 사이클로헥산, 테트라하이드로퓨란, 2-메틸테트라하이드로퓨란, 사이클로헥사논, 에탄올, 이소프로필 알콜, 디메틸 카보네이트, 에틸메틸 카보네이트, 디에틸 카보네이트, 메틸프로필 카보네이트, 프로필렌 카보네이트, 메틸 프로피오네이트, 에틸 프로피오네이트, 메틸 아세테이트, 에틸 아세테이트, 프로필 아세테이트, 디메톡시에탄, 1,3-디옥솔란, 디글라임, 테트라글라임, 에틸렌 카보네이트, 프로필렌 카보네이트, 감마-부티로락톤, 설포란(sulfolane), 발레로락톤, 데카놀라이드 또는 메발로락톤의 일종 또는 이종 이상을 들 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

수용부(110)는 2차 전지의 케이스를 형성하는 것이고, 가스 포켓부(120)는 수용부(110)와 내부가 연통하게 형성되어 2차 전지의 제작 과정 중 에이징 과정에서 발생하는 가스를 저장하기 위한 것이다.

도 1에서 가스의 이동은 점선으로 도시하였다.

즉, 수용부(110) 내부에서 발생하는 가스를 가스 포켓부(120)에 저장하고 가스 저장이 완료된 가스 포켓부(120)는 수용부(110)로부터 제거한 후, 수용부(110)에서 가스 포켓부(120)와 연통되었던 부분은 실링(sealing) 처리하여 수용부(110)에 수용된 전해액의 유출을 방지한다.

도 2는 종래의 2차 전지용 파우치를 개략적으로 도시한 구성도이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 종래의 전지용 파우치는 수용부(110)로부터 가스 포켓부(120)로 가스가 이동할 시 수용부(110)와 가스 포켓부(120)가 서로 연결된 부분의 측벽을 따라 전해액이 수용부(110)에서 가스 포켓부(120)로 이동한다.

도 2에서 가스의 이동은 점선으로 도시하였다.

이와 같이 전해액이 가스 포켓부(120)로 이동하게 되면 가스 포켓부(120)를 수용부(110)로부터 제거하는 과정에서 수용부(110)에 수용된 전해액의 잔존량이 줄어들게 되고 결과적으로 2차 전지의 성능의 저하를 초래하게 된다.

따라서 본 발명은 이러한 2차 전지의 성능 저하를 방지하기 위해 가스 포켓부(120)의 내부에 가이드부(130)를 형성한다.

가이드부(130)는 실링(sealing)을 통해 복수 개의 차단막(131, 132)을 형성하여 전해액이 수용부(110)로부터 가스 포켓부(120)로 이동하는 것은 차단하면서 가스가 수용부(110)로부터 가스 포켓부(120)로 이동하는 것은 안내한다.

본 발명의 가이드부(130)를 실시예와 함께 더욱 상세히 설명한다.

본 발명의 일 실시예에 따르면 가이드부(130)는 복수개의 차단막(131, 132)으로 형성되며, 복수 개의 차단막(131, 132) 중 하나의 차단막(131)은 가스 포켓부(120)의 일측면에서 타측으로 연장되게 형성되고, 복수 개의 차단막(131, 132) 중 다른 하나의 차단막(132)은 가스 포켓부(120)의 타측면에서 일측으로 연장되게 형성된다.

즉, 하나의 차단막(131)과 다른 하나의 차단막(132)은 가스 포켓부(120)의 서로 마주보는 측면으로부터 각각 연장되게 형성된다.

그리고 하나의 차단막(131)은 가스 포켓부(120)의 내부에서 수용부(110)와의 경계 측에 형성되는 것이 바람직하며, 다른 하나의 차단막(132)은 하나의 차단막(131)에 비해 가스 포켓부(120)의 내측에 위치하는 것이 바람직하다.

또한, 하나의 차단막(131)과 다른 하나의 차단막(132)은 서로 교차되는 영역이 형성되어 하나의 차단막(131)과 다른 하나의 차단막(132)에 의해 형성되는 유로(133)는 방향이 적어도 한번 이상 전향되어 전해액의 이동은 차단하면서 가스의 이동은 안내하게 된다.

특히, 전해액은 수용부(110)와 가스 포켓부(120)의 측벽을 따라 이동하는 성질이 있는데, 하나의 차단막(131)과 다른 하나의 차단막(132)이 서로 마주보는 측면으로부터 각각 연장되기 때문에 전해액의 이동을 효율적으로 차단하게 된다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면 하나의 차단막(131)과 다른 하나의 차단막(132)은 도 1에 도시된 바와 같이 각각 단부가 가스 포켓부(120)의 내측으로 경사지게 형성되어 하나의 차단막(131)과 다른 하나의 차단막(132)의 사이에 형성되는 유로(133)의 통로(133a)를 좁게 형성하여 전해액의 이동을 더욱 어렵게 할 수 있어 전해액의 이동은 효율적으로 차단하면서 가스의 이동에는 영향을 미치지 않는다.

도 3과 함께 본 발명의 다른 실시예에 대해 상세히 설명하되, 이미 설명한 본 발명의 일 실시예와 중복되는 설명은 생략하고 차이점을 중심으로 설명한다.

도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 2차 전지용 파우치를 개략적으로 도시한 구성도이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따르면 가이드부(130)의 하나의 차단막(131)과 다른 하나의 차단막(132)은 각각 단부가 수용부(110)의 내측으로 경사지게 형성된다.

이와 같이 하나의 차단막(131)과 다른 하나의 차단막(132)이 수용부(110)의 내측으로 경사지게 형성되면 수용부(110)로부터 가스 포켓부(120)로 이동되는 전해액의 방향과 역방향이 되어 전해액의 이동을 어렵게 하면서 하나의 차단막(131)과 다른 하나의 차단막(132)의 사이에 형성되는 유료(133)의 통로(133a)를 좁게 형성하여 전해액의 이동을 더욱 어렵게 하여 전해액의 이동은 효율적으로 차단하면서 가스의 이동에는 영향을 미치지 않게 한다.

도 3에서 가스의 이동은 점선으로 도시하였다.

또한, 상술한 실시예들에서 가이드부(13)가 하나의 차단막(131)과 다른 하나의 차단막(132)으로 형성되는 것으로 설명하였지만, 이에 한정되지 않고 실시예들보다 많은 차단막으로 형성되어 유로(133)의 형성 방향을 2회 이상 전향되게 할 수도 있다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 가스 포켓부에 가이드부를 형성하여 전해액의 이동은 차단하고 가스의 이동은 안내하는 효과가 있다.

본 발명에 따르면, 가이드부에 의해 전해액의 이동을 차단하여 전지의 성능 저하를 방지하는 효과가 있다.

본 발명에 따르면, 가이드부가 경사지게 형성되어 전해액의 차단과 가스의 이동 안내 효과를 극대화하는 장점이 있다.

이상과 같이 본 발명에 따른 2차 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.

3: 전극 집전체
110: 수용부
120: 가스 포켓부
130: 가이드부
131: 하나의 차단막
132: 다른 하나의 차단막
133: 유로
133a: 통로

Claims (5)

1. 전극 집전체(3)와 전해액을 내부에 수용하기 위한 수용부(110);
   상기 수용부(110)와 내부가 연통하는 가스 포켓부(120); 및
   상기 수용부(110)와 상기 가스 포켓부(120) 사이를 구획하며 상기 수용부(110)에 수용된 전해액의 이동은 차단하면서 상기 수용부(110) 내부에서 발생되는 가스를 상기 가스 포켓부(120) 내부로 안내하는 가이드부(130); 를 포함하고,
   상기 가이드부(130)는 일단이 일측 내벽면에서부터 연장되는 하나(131)와 일단이 타측 내벽면에서부터 연장되는 다른 하나(132)의 차단막들(131, 132) 두 개로 형성되며, 상기 차단막들(131, 132) 사이로 서로 겹치게 되는 영역 내에는 유로(133)가 형성되며,
   양측의 차단막(131, 132) 각각은 직선 형태를 이루고 내벽면 내에서 서로 간에 높이차가 발생하는 위치에서 형성되되, 내벽면에서 시작되는 일단 보다 그 반대쪽 타단이 수용부(110)를 향하도록 경사지게 형성되어, 상기 수용부(110)에서부터 가스 포켓부(120)로 갈수록 상기 유로(133)의 단면적이 좁아지는 모양을 갖고,
   상기 차단막들(131, 132)은 실링을 통해 형성되며, 어느 하나의 차단막(132)은 가스 포켓부(120)의 경계를 형성하는 것을 특징으로 하는 2차 전지용 파우치.
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