KR102258025B1 - 파우치형 전지 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 탭과 파우치 사이에 배치되며, 파우치 외부로 노출되는 실란트 부분에 이슬이 맺혀 있는 현상을 억제할 수 있는, 파우치형 전지를 제공하기 위한 것이다. 본 발명에 따르면, 전극 조립체를 수용하기 위한 가요성 케이스; 상기 전극 조립체와 연결되고, 상기 가요성 케이스 외부로 돌출되는 탭; 및 상기 가용성 케이스와 상기 탭 사이에 배치되는 실란트를 포함하고, 상기 케이스 외부로 연장되어 노출되는 상기 실란트의 노출 부분에는 경사부가 형성되는, 파우치형 전지가 제공된다.

Description

파우치형 전지{POUCH TYPE BATTERY}
본 발명의 실시예들은 파우치형 전지에 관한 것으로서, 좀 더 구체적으로는 파우치 외부로 돌출되는 탭을 구비하는 파우치형 전지에 관한 것이다.
재충전이 가능한 이차 전지 중 차세대 동력원으로 주목 받는 리튬 이차 전지는 에너지 밀도가 높고 기억 효과가 없으며, 사용하지 않을 때에도 자연방전이 일어나는 정도가 작고, 매우 가벼워 노트북, 카메라, 핸드폰 등과 같은 휴대용 전자 기기들에 많이 사용되고 있다. 이 외에도 에너지밀도가 높은 특성을 이용하여 방산업이나 자동화시스템, 그리고 자동차, 항공산업 분야에서도 점점 그 사용 빈도가 증가하는 추세이다.
이러한 리튬 이차 전지는 일반적으로는, 전해액(electrolytic solution)의 종류에 따라 액체 전해질을 사용하는 리튬 이온 전지와, 고분자 전해질을 사용하는 리튬 폴리머 전지로 분류된다. 또한, 이러한 이차 전지는 여러 가지 형상으로 제조되고 있으며, 크게 원통형, 각형(prismatic), 파우치형으로 분류될 수 있다.
또한, 통상적으로 리튬 이차 전지는 양극 활물질이 코팅된 양극판, 음극 활물질이 코팅된 음극판 및 이 양극판과 음극판 사이에 배치되어 리튬 이온의 이동만을 가능하게 하면서 쇼트는 방지하는 분리막으로 구성되는 전극 조립체; 이 전극 조립체를 수용하는 케이스; 이 케이스 내측에 수용되어 리튬 이온의 이동을 가능하게 하는 전해액 등으로 구성된다.
특히, 파우치형 리튬 이차 전지는 알루미늄 케이스보다 현저히 가볍고 가요성인 파우치 포장재로 케이스가 구성되어, 각형 리튬 이차 전지에 비하여 높은 에너지 밀도(energy density)를 가질 수 있다. 파우치 포장재는 복수의 층으로 형성될 수 있으며, 예를 들어, 열접착층, 고분자 수지층 및, 이들 사이에 배치되는 금속층을 포함할 수 있다.
한편, 전극 조립체는, 긴 시트형의 양극판과 음극판을 분리막이 개재된 상태에서 권취한 구조의 권취형 전극조립체, 소정 크기의 단위로 절취한 다수의 양극판과 음극판을 분리막을 개재한 상태로 순차적으로 적층한 적층형 전극조립체, 및 소정 단위의 양극판과 음극판을 분리막을 개재한 상태로 적층한 바이셀(Bi-cell) 또는 풀셀(Full cell)들을 긴 길이의 연속적인 분리막 시트를 이용하여 일 방향으로 또는 지그재그 방향으로 폴딩한 구조의 스택/폴딩형 전극조립체로 분류될 수 있다. 이와 같은 전지부는 젤리(Jelly)를 와인딩한 형상과 유사하여 일반적으로 젤리 롤(Jelly Roll)이라 불린다.
또한, 파우치형 이차 전지의 경우에, 케이스의 일 단부 또는 2개의 대향 단부 또는 서로 인접하는 2개의 단부에 양극 탭 및 음극 탭이 케이스로부터 돌출되도록 마련되며, 케이스의 가장자리 부분이 시일링된다. 이때, 각각의 탭과 케이스 사이에는 실란트(sealant; 또는 절연 필름)가 배치되며, 실란트의 일부분은 파우치의 외부로 연장되어 노출된다. 양극 탭 및 음극 탭은 리드를 통해서 케이스 내부의 양극판 및 음극판과 전기적으로 연결된다.
그런데, 이와 같은 파우치형 이차 전지의 사용 중, 이차 전지의 표면에 결로 현상에 의해서 이슬 맺힘이 발생할 수 있고, 특히 이차 전지의 탭과 실란트가 서로 밀착되는 부분에 형성되는 이슬 또는 물방울은 탭과 파우치의 금속층 사이에 전기 회로를 형성할 수 있다(특허문헌 2 참조).
대한민국 공개특허공보 제10-2012-0126932호 (2012. 11. 21.) 대한민국 공개특허공보 제10-2013-OO36991호 (2013. 04. 15.)
본 발명의 실시예들은, 탭과 파우치 사이에 배치되며, 파우치 외부로 연장되어 노출되는 실란트 부분에 이슬이 맺혀 있는 현상을 억제할 수 있는, 파우치형 전지를 제공하기 위한 것이다.
그러나, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 과제에 한정되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 전극 조립체를 수용하기 위한 가요성 케이스; 상기 전극 조립체와 연결되고, 상기 가요성 케이스 외부로 돌출되는 탭; 및 상기 가용성 케이스와 상기 탭 사이에 배치되는 실란트를 포함하고, 상기 케이스 외부로 연장되어 노출되는 상기 실란트의 노출 부분에는 경사부가 형성되는, 파우치형 전지가 제공된다.
상기 경사부는 직선형일 수 있다.
상기 경사부는 볼록한 곡선형일 수도 있다.
상기 경사부는 미리 결정된 반경을 갖는 원호일 수도 있다.
상기 경사부는 오목 곡선형일 수도 있다.
상기 경사부는 계단형일 수도 있다.
상기 경사부의 하단에는 파적부가 형성될 수 있다.
상기 파적부는 가장자리 부분에 단면이 삼각형 형상인 부분을 포함할 수 있다.
상기 파적부의 평면 형상은 직사각형일 수 있다.
상기 경사부의 상단은 상기 탭에 맞닿아 있을 수 있다.
상기 파우치형 전지의 사용 시에, 상기 경사부는 중력 방향과 비스듬하게 교차되도록 형성될 수 있다.
상기 경사부는 가장자리에 단면이 삼각형 형상인 부분을 포함할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 파우치형 전지의 개략적인 평면도,
도 2의 (a) 내지 (c)는 경사부의 다양한 변형예를 도시하는 개략적인 부분 확대 평면도,
도 3의 (a) 내지 (f)는 경사부의 다양한 변형예를 도시하는 개략적인 부분 확대 평면도.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시형태를 설명하기로 한다. 그러나 이는 예시에 불과하며 본 발명은 이에 제한되지 않는다.
본 발명을 설명함에 있어서, 본 발명과 관련된 공지기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 그리고, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
본 발명의 기술적 사상은 청구범위에 의해 결정되며, 이하의 실시예는 본 발명의 기술적 사상을 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 효율적으로 설명하기 위한 일 수단일 뿐이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 파우치형 전지의 개략적인 평면도가 도시된다. 도시된 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 파우치형 전지(10)는 파우치 포장재로 형성되는 가요성 케이스(14), 가요성 케이스(14)에 수용되는 전극 조립체(13), 전극(13) 조립체에 연결되고, 가요성 케이스(14)의 외부로 돌출되도록 마련되는 탭(11, 12), 및 가요성 케이스(14)와 탭(11, 12) 사이에 배치되는 실란트(17; 또는 절연 필름)를 포함하고, 가요성 케이스(14)의 외부로 노출되는 실란트(17)의 노출 부분(171)에는 경사부(18)가 형성된다. 즉, 종래의 파우치형 전지에서 실란트의 노출 부분의 코너 부분이 직각으로 형성되나, 본 발명의 일 실시예에 따른 경사부(18)는, 파우치형 전지(10)의 사용시, 중력 방향에 비스듬하게 교차된다.
전극 조립체(13)를 밀봉되게 수용하는 가요성 케이스(14)는 전극 조립체(13)를 외부에서 둘러싸는 형태로 장착된다. 가요성 케이스(14)는 복수의 층으로 형성될 수 있으며, 예를 들어, 열접착층, 고분자 수지층, 및 이들 사이에 배치되는 금속층을 포함할 수 있다. 이 경우, 예를 들어, 30 ~ 40 ㎛의 두께를 갖고 금속층의 일 표면에 형성되는 열접착층의 재질은, 예를 들어 무연신 폴리프로필렌(casted polypropylene: CPP)이 사용될 수 있다.
금속층은 가요성 케이스(14)의 외부로부터 내부로의 수증기 또는 기체의 침투를 방지할 수 있으며, 가요성 케이스(14) 내부의 전해액이 누출되는 것을 방지하는 역할을 할 수 있다. 금속층은 철(Fe), 탄소(C), 크롬(Cr), 망간(Mn), 니켈(Ni) 및 알루미늄(Al) 등 중에서 적어도 하나가 사용될 수 있다.
가요성 케이스(14)의 외측 표면을 형성하는 고분자 수지층의 재질은, 예를 들어 폴리아미드 수지(나일론), 폴리에틸렌테레프탈레이트, 아크릴계 수지 등 중에서 적어도 하나가 사용될 수 있다.
전극 조립체(13)는 양극 전극판, 음극 전극판 및 양극 전극판과 음극 전극판 사이에 배치되는 분리막이 권취되거나, 적층되어 형성될 수 있으며, 이에 한정되지 않는다. 전극 조립체(13)에는 양극 탭(11) 및 음극 탭(12)이 리드(15, 16)에 의해서 연결될 수 있다.
전극 조립체(13)가 가요성 케이스(14)에 수용될 때, 양극 탭(11) 및 음극 (12)의 자유 단부 부분은 가요성 케이스(14) 외부로 돌출된다. 또한, 가요성 케이스(14)와 탭(11, 12) 사이에 실란트(17)를 배치한 상태에서, 가요성 케이스(14)의 테두리 부분이 시일링된다. 이때, 실란트(17)의 일 부분은 가요성 케이스(14)의 외부로 노출되는 노출 부분(171)을 구비한다.
가요성 케이스(14)와 탭(11, 12) 사이에 배치되는 실란트(17)는 전체적으로 임의의 두께를 갖는 직사각형 형상이며, 실란트(17)의 노출 부분(171)의 양 코너부에는 경사부(18)가 형성된다. 경사부(18)는, 파우치형 전지(10)가 사용될 때, 중력 방향과 비스듬하게 교차되도록 형성된다. 이와 같은 경사부(18)에 의해서, 결로 현상으로 실란트(17)의 노출 부분(171)에 맺히는 이슬이 자중에 의해서 노출 부분(171)으로부터 가요성 케이스(14) 상단 측으로 흘러 내려가기 때문에, 노출 부분(171)에 이슬 맺힘이 방지되어 탭(11, 12)과 가요성 케이스(14)의 금속층 사이에 이슬에 의한 전기적 연결이 방지될 수 있다. 경사부(18)로부터 가요성 케이스(14)로 흘러내린 이슬은 가요성 케이스(14)의 외측 표면을 따라서 가요성 케이스(14) 아래로 흘러 내려간다.
또한, 경사부(18)의 단면 형상은, 적어도 가장자리 부분이 뾰족한 삼각형 형상일 수 있다. 이와 같은 경사부(18)에 의하면, 경사부(18) 상에 이슬이 맺힐 수 있는 표면을 제공하지 않기 때문에, 이슬이 맺히지 못하고 흘러내리게 된다. 따라서, 탭(11, 12)과 가요성 케이스(14)의 금속층 사이에 이슬에 의한 전기적 연결이 효과적으로 방지될 수 있다.
도 2의 (a) 내지 (c)를 참조하면, 도 1의 영역(A)에 해당하는 경사부의 여러 가지 변형예의 부분 확대 평면도가 도시된다.
실란트(17)의 노출 부분(171)의 코너에는 직선형 경사부(18)가 형성될 수 있다(도 2의 (a) 참조). 경사부(18)의 상측 단부는 도시된 바와 같이 탭(12)으로부터 약간 이격되어 형성될 수 있으며, 탭(12)에 맞닿도록 형성될 수도 있다. 경사부(18)의 하단에는 도 3의 (a)에 도시되는 바와 같이 파적부(19)가 형성될 수 있다. 파적부(19)는 경사부(18)를 따라서 내려오는 이슬 또는 물방울이 가요성 케이스(14)의 상단에 부딪히기 전에 쪼개져 파적부(19)의 양쪽 면을 따라서 흘러내리도록 하여, 이슬 또는 물방울이 가요성 케이스(14)의 상단에 부딪히지 않도록 할 수 있다. 파적부(19)의 이와 같은 작용에 의해서, 수분이 가요성 케이스(14)를 형성하는 복수의 층 사이로 침투되는 것이 억제될 수 있다.
또는, 실란트(17)의 노출 부분(171)의 코너에는 볼록 곡선형 경사부(18b)가 형성될 수 있다(도 2의 (b) 참조). 경사부(18b)의 상측 단부는 도시된 바와 같이 탭(12)으로부터 약간 이격되어 형성될 수 있으며, 탭(12)에 맞닿도록 형성될 수도 있다. 경사부(18)의 하단에는 도 3의 (b)에 도시되는 바와 같이 파적부(19)가 형성될 수 있다. 파적부(19)는 경사부(18)를 따라서 내려오는 이슬 또는 물방울이 가요성 케이스(14)의 상단에 부딪히기 전에 쪼개지도록 하여 이슬 또는 물방울이 가요성 케이스(14)의 상단에 부딪히지 않도록 할 수 있다. 따라서, 수분이 가요성 케이스(14)를 형성하는 복수의 층 사이로 침투되는 것을 억제할 수 있다.
또는, 실란트(17)의 노출 부분(171)의 코너에는 미리 결정된 반경(R)을 갖는 원호형 경사부(18c)가 형성될 수 있다(도 2의 (c) 참조). 원호형 경사부(18c)의 상측 단부는 도시된 바와 탭(12)으로부터 약간 이격되어 형성될 수 있으며, 탭(12)에 맞닿도록 형성될 수도 있다. 경사부(18c)의 하단에는 도 3의 (c)에 도시되는 바와 같이 파적부(19)가 형성될 수 있다. 파적부(19)는 경사부(18c)를 따라서 내려오는 이슬 또는 물방울이 가요성 케이스(14)의 상단에 부딪히기 전에 쪼개지도록 하여 이슬 또는 물방울이 가요성 케이스(14)의 상단에 부딪히지 않도록 할 수 있다. 따라서, 수분이 가요성 케이스(14)를 형성하는 복수의 층 사이로 침투되는 것을 억제할 수 있다.
또는, 실란트(17)의 노출 부분(171)의 코너에는 계단형 경사부(18d)가 형성될 수 있다(도 2의 (b) 참조). 계단형 경사부(18d)의 상측 단부는 도시된 바와 같이 탭(12)으로부터 약간 이격되어 형성될 수 있으며, 탭(12)에 맞닿도록 형성될 수도 있다. 계단형 경사부(18d)의 하단에는 도 3의 (b)에 도시되는 바와 같이 파적부(19)가 형성될 수 있다. 파적부(19)는 경사부(18d)를 따라서 내려오는 이슬 또는 물방울이 가요성 케이스(14)의 상단에 부딪히기 전에 쪼개지도록 하여 이슬 또는 물방울이 가요성 케이스(14)의 상단에 부딪히지 않도록 할 수 있다. 따라서, 수분이 가요성 케이스(14)를 형성하는 복수의 층 사이로 침투되는 것을 억제할 수 있다.
또는, 실란트(17)의 노출 부분(171)의 코너에는 오목 곡선형 경사부(18e)가 형성될 수 있다(도 3의 (e) 참조). 경사부(18e)의 상측 단부는 도시된 바와 같이 탭(12)으로부터 약간 이격되어 형성될 수 있으며, 탭(12)에 맞닿도록 형성될 수도 있다. 경사부(18e)의 하단에는 도 3의 (e)에 도시되는 바와 같이 파적부(19)가 형성될 수 있다. 파적부(19)는 경사부(18e)를 따라서 내려오는 이슬 또는 물방울이 가요성 케이스(14)의 상단에 부딪히기 전에 쪼개지도록 하여 이슬 또는 물방울이 가요성 케이스(14)의 상단에 부딪히지 않도록 할 수 있다. 따라서, 수분이 가요성 케이스(14)를 형성하는 복수의 층 사이로 침투되는 것을 억제할 수 있다.
또는, 파적부(19)는 직사각형이 아닌 다른 형상도 가능하다. 예를 들어, 도 3의 (f)에 도시된 바와 같이 원호형 경사부(18c)의 하단에 볼록 곡선형의 파적부(19)b가 형성될 수 있다.
또한, 파적부(19, 19b)의 단면 형상은, 뾰족한 삼각형 형상이 적어도 가장자리에 형성될 수 있다. 이와 같이 구성에 의해, 실란트(17)의 노출 부분(171)에 이슬 또는 물 방울의 맺힘 현상을 억제할 수 있다.
상술된 설명에서, 본 발명에 따른 일 실시예는 이차 전지를 예로 들어 설명하였으나, 본 발명의 경사부(18, 18b, 18c, 18d, 18e) 또는 파적부(19, 19b) 등은, 파우치를 케이스로 사용하고, 탭의 일부가 케이스 외부로 노출되는 구성을 갖는 전지라면, 그 적용이 가능하다.
전술된 바와 같이, 본 발명은 실시예를 중심을 설명되었으나, 본 발명의 기술적 사상에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 변형이 가능함은 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백할 것이다.
또한, 본 발명에서 보이는 구성요소들을 공지의 유사한 기능을 수행하는 기술요소로 치환하거나 변형하는 것도 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가지는 자에게 명백할 것이다.
따라서, 본 발명의 권리범위는 본 발명의 권리범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 아래의 청구범위에서 보이는 사상 및 그 균등범위까지 미친다.
10: 파우치형 전지
11: 양극 탭
12: 음극 탭
13: 전극 조립체
14: 가요성 케이스(파우치)
15; 16: 리드
17: 실란트
171: 노출 부분
18; 18b; 18c; 18d; 18e; 18f: 경사부
19; 19b: 파적부

Claims (12)

  1. 전극 조립체를 수용하기 위한 가요성 케이스;
    상기 전극 조립체와 연결되고, 상기 가요성 케이스 외부로 돌출되는 탭; 및
    상기 가요성 케이스와 상기 탭 사이에 배치되는 실란트를 포함하고,
    상기 실란트는,
    상기 케이스의 외부로 노출되는 부분에 경사지게 형성되는 경사부;
    상기 경사부의 단부에 배치되는 파적부로서, 상기 경사부를 따라 흐르는 이슬이 직접 상기 케이스로 전달되지 않도록 상기 경사부의 단부와 상기 케이스 사이에 배치되는 파적부;를 포함하는 파우치형 전지.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 경사부는 직선형인, 파우치형 전지.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 경사부는 볼록한 곡선형인, 파우치형 전지.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 경사부는 미리 결정된 반경을 갖는 원호인, 파우치형 전지.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 경사부는 오목 곡선형인, 파우치형 전지.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 경사부는 계단형인, 파우치형 전지.
  7. 삭제
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 파적부는 가장자리 부분에 단면이 삼각형 형상인 부분을 포함하는, 파우치형 전지.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 파적부의 평면 형상은 직사각형인, 파우치형 전지.
  10. 청구항 2 내지 청구항 6 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 경사부의 상단은 상기 탭에 맞닿아 있는, 파우치형 전지.
  11. 청구항 1에 있어서,
    상기 파우치형 전지의 사용 시에, 상기 경사부는 중력 방향과 비스듬하게 교차되도록 형성되는, 파우치형 전지.
  12. 청구항 1에 있어서,
    상기 경사부는 가장자리에 단면이 삼각형 형상인 부분을 포함하는, 파우치형 전지.
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