KR102264632B1 - 이차전지 및 그 이차전지의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
이차전지 및 그 이차전지의 제조방법이 개시된다.
본 발명에 따르면 파우치형 이차전지의 내압이 일정 이상 증가하는 경우 이차전지 내부의 가스를 외부로 효과적으로 방출함으로써, 안전성이 향상된 이차전지를 제조할 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따르면, 전극조립체; 상기 전극조립체를 수용하는 외장재; 를 포함하고, 상기 외장재는 제1 외장재 및 제2 외장재를 포함하고, 상기 제1 외장재 및 상기 제2 외장재가 접착하여 접착부를 형성하고, 상기 접착부 중 일부에는 벤팅부가 형성되고, 상기 벤팅부 중 상기 제1 외장재와 상기 제2 외장재가 서로 접착하는 영역에 형성되는 팽창성 물질의 열팽창계수는 상기 벤팅부를 제외한 상기 접착부 영역 중 상기 제1 외장재와 상기 제2 외장재가 서로 접착하는 영역에 형성되는 물질의 열팽창계수보다 큰 이차전지가 제공된다.
본 발명에 따르면 파우치형 이차전지의 내압이 일정 이상 증가하는 경우 이차전지 내부의 가스를 외부로 효과적으로 방출함으로써, 안전성이 향상된 이차전지를 제조할 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따르면, 전극조립체; 상기 전극조립체를 수용하는 외장재; 를 포함하고, 상기 외장재는 제1 외장재 및 제2 외장재를 포함하고, 상기 제1 외장재 및 상기 제2 외장재가 접착하여 접착부를 형성하고, 상기 접착부 중 일부에는 벤팅부가 형성되고, 상기 벤팅부 중 상기 제1 외장재와 상기 제2 외장재가 서로 접착하는 영역에 형성되는 팽창성 물질의 열팽창계수는 상기 벤팅부를 제외한 상기 접착부 영역 중 상기 제1 외장재와 상기 제2 외장재가 서로 접착하는 영역에 형성되는 물질의 열팽창계수보다 큰 이차전지가 제공된다.
Description
본 발명은 이차전지 및 그 이차전지의 제조방법에 관한 것으로서, 이차전지 내부의 가스로 인해 일정 이상의 압력이 발생하는 경우 가스를 외부로 방출할 수 있는 이차전지 및 그 이차전지의 제조방법에 관한 것이다.
반복적인 충전 및 방전이 가능한 이차전지(secondary battery)는 사용 과정에서 다양한 환경에 처하게 된다. 예를 들어, 외부의 온도가 급격히 상승하거나 외부로부터의 물체가 이차전지의 내부를 관통하는 경우 이차전지 내부의 반응으로 인해 가스가 발생하여 이차전지의 내압(internal pressure)이 증가할 수 있다. 특히, 이차전지의 내압이 일정 이상 증가하는 경우 이차전지가 폭발할 가능성이 있으므로 안전성의 측면에서 문제가 된다.
이러한 이차전지의 폭발 등의 문제를 방지하기 위해 캔형(can-type) 이차전지에는 이차전지 내부의 압력이 일정 지점에 도달하게 되면 이차전지 내부의 가스를 외부로 방출하는 안전 장치가 구비되는 것이 일반적이다. 그러나, 파우치형(pouch-type) 이차전지의 경우에는 구조상 캔형 이차전지에 탑재되는 안전 장치를 그대로 적용하기가 힘들다.
비록, 파우치형 이차전지의 경우에는 이차전지의 내압이 일정 범위를 초과하면 파우치형 외장재의 일부가 벌어지게 되어 이차전지 내부의 가스를 방출할 수도 있기는 하지만, 이 경우, 이차전지마다 가스를 방출하는 시기가 일정하지 않으므로, 이차전지가 폭발 직전에도 이차전지 내부의 가스가 제대로 방출되지 않을 수 있다는 문제점이 있었다.
본 발명이 달성하고자 하는 목적은 파우치형 이차전지의 내압이 일정 이상 증가하는 경우 이차전지 내부의 가스를 외부로 효과적으로 방출함으로써, 안전성이 향상된 이차전지를 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따르면, 전극조립체; 상기 전극조립체를 수용하는 외장재; 를 포함하고, 상기 외장재는 제1 외장재 및 제2 외장재를 포함하고, 상기 제1 외장재 및 상기 제2 외장재가 접착하여 접착부를 형성하고, 상기 접착부 중 일부에는 벤팅부가 형성되고, 상기 벤팅부 중 상기 제1 외장재와 상기 제2 외장재가 서로 접착하는 영역에 형성되는 팽창성 물질의 열팽창계수는 상기 벤팅부를 제외한 상기 접착부 영역 중 상기 제1 외장재와 상기 제2 외장재가 서로 접착하는 영역에 형성되는 물질의 열팽창계수보다 큰 이차전지가 제공된다.
상기 팽창성 물질은 폴리-에틸렌을 포함할 수 있다.
상기 팽창성 물질은 전기 전도성 물질을 포함할 수 있다.
상기 접착부는 적어도 하나의 모서리를 포함하고, 상기 벤팅부는 상기 모서리에 인접하게 형성될 수 있다.
상기 벤팅부의 두께는 상기 벤팅부를 제외한 상기 접착부 영역의 두께와 동일할 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 측면에 따르면, 제1 외장재 및 제2 외장재를 제조하는 단계; 및 상기 제1 외장재 및 상기 제2 외장재를 접착하여 접착부를 형성하는 접착 단계; 를 포함하고, 상기 접착 단계에서, 상기 접착부 중 일부에는 벤팅부가 형성되고, 상기 벤팅부 중 상기 제1 외장재와 상기 제2 외장재가 서로 접착하는 영역에 형성되는 팽창성 물질의 열팽창계수는 상기 벤팅부를 제외한 상기 접착부 영역 중 상기 제1 외장재와 상기 제2 외장재가 서로 접착하는 영역에 형성되는 물질의 열팽창계수보다 큰 이차전지의 제조방법이 제공된다.
상기 팽창성 물질은 폴리-에틸렌을 포함할 수 있다.
상기 팽창성 물질은 전기 전도성 물질을 포함할 수 있다.
상기 접착부는 적어도 하나의 모서리를 포함하고, 상기 접착 단계에서 상기 벤팅부는 상기 모서리에 인접하게 형성될 수 있다.
상기 접착 단계에서 상기 벤팅부의 두께는 상기 벤팅부를 제외한 상기 접착부 영역의 두께와 동일하도록 상기 제1 외장재 및 상기 제2 외장재를 접착할 수 있다.
본 발명에 따르면 파우치형 이차전지의 내압이 일정 이상 증가하는 경우 이차전지 내부의 가스를 외부로 효과적으로 방출함으로써, 안전성이 향상된 이차전지를 제조할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지의 구조를 도시한 평면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지의 접착부 및 그 주변을 확대 도시한 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지의 벤팅부를 제외한 접착부 영역의 구조를 확대 도시한 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지의 벤팅부의 구조를 확대 도시한 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지의 접착부 및 그 주변을 확대 도시한 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지의 벤팅부를 제외한 접착부 영역의 구조를 확대 도시한 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지의 벤팅부의 구조를 확대 도시한 단면도이다.
이하, 도면을 참고하여 본 발명에 따른 이차전지의 구조 및 이차전지의 제조방법을 설명하도록 한다.
이차전지
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지의 구조를 도시한 평면도이다.
도 1에 도시된 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지(1)는 전극조립체(electrode assembly, 미도시) 및 전극조립체를 수용하는 외장재(10)를 포함할 수 있다. 외장재(10)는 파우치일 수 있고, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지(1)는 파우치형 이차전지일 수 있다. 한편, 이차전지(1)는 전극조립체와 외부의 전자기기 등을 전기적으로 연결하는 구성으로서, 외부로 돌출되어 있는 전극 리드(L)를 포함할 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같이 전극 리드(L)는 외장재의 일측 및 타측에 각각 하나씩 형성될 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지의 접착부 및 그 주변을 확대 도시한 단면도이다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지(1)의 외장재(10)는 복수의 구성들로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 외장재(10)는 제1 외장재(12) 및 제2 외장재(14)를 포함할 수 있다. 도 2에서는, 제1 외장재(12)는 오목하게 만입된 형상을 갖고, 제2 외장재(14)는 편평한 판(plate) 형상을 가지며, 제1 외장재(12)와 제2 외장재(14)가 서로 마주봄으로써 전극조립체(미도시)가 수용되는 내부 공간이 형성되는 것을 도시하고 있다. 이와 달리 제1 외장재와 제2 외장재는 모두 오목하게 만입된 형상을 가질 수도 있다.
한편, 외장재가 복수의 구성들로 이루어지는 경우에는 복수의 구성들이 서로 접착함으로써 접착부를 형성할 수 있다. 예를 들어, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 외장재(10)의 제1 외장재(12) 및 제2 외장재(14)는 서로 접착하여 접착부(20)를 형성할 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같이 접착부(20)는 이차전지(1)의 둘레를 따라 형성될 수 있다. 접착부(20)가 형성됨으로써 이차전지(1) 내의 전극조립체는 외부의 환경으로부터 분리될 수 있다.
한편, 도 1에 도시된 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지(1)의 접착부(20)의 일부에는 벤팅부(30)가 형성될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면 이차전지(1)의 내압이 일정 이상 증가하게 되면 벤팅부(30)가 벌어지게 되어 벤팅부(30)를 통해 이차전지(1) 내부의 가스가 외부로 방출될 수 있다.
접착부(20)는 적어도 하나의 모서리를 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 1에 도시된 바와 같이 접착부(20)는 네개의 모서리를 포함할 수 있다. 그리고, 벤팅부(30)는 접착부(20)의 모서리에 인접하게 형성될 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지의 벤팅부를 제외한 접착부 영역의 층상 구조를 확대 도시한 단면도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지의 벤팅부의 층상 구조를 확대 도시한 단면도이다.
도 3에 도시된 바와 같이 접착부(20)는 복수의 층상 구조를 가질 수 있다. 예를 들어, 접착부(20)를 형성하는 제1 외장재(12) 및 제2 외장재(14)는 서로 접착이 이루어지는 지점으로부터 가까운 순서대로 CPP(casted polypropylene)층, PPa(polypropylene co acrylic acid)층, HF(hydrogen fluoride) 보호층, Al(알루미늄) 포일층, 접착층(adhesive layer), 연신 나일론(o-nylon)층, 접착층(adhesive layer) 및 PET(polyethylene terephthalate)층이 적층된 구조를 가질 수 있다. 즉, 제1 외장재(12)와 제2 외장재(14)의 CPP층이 서로 접착하여 접착부를 형성할 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 이차전지의 내압에 의해 벤팅부는 벤팅부를 제외한 접착부 영역보다 빨리 벌어지는 것이 바람직하다. 따라서, 벤팅부는 외장재를 구성하는 복수의 구성이 서로 접착하는 영역에 형성되는 팽창성 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 4에 도시된 바와 같이 벤팅부(30) 중 제1 외장재(12) 및 제2 외장재(14)가 서로 접착하는 영역에는 팽창성 물질(32)이 형성될 수 있다. 즉, 벤팅부에서는 팽창성 물질(32)층이 서로 접착하여 벤팅부(30)를 형성할 수 있다. 한편, 도 4에 도시된 바와 같이 팽창성 물질(32)을 제외하고 벤팅부(30)를 구성하는 물질들은 벤팅부를 제외한 접착부(20) 영역을 구성하는 물질들과 동일할 수 있다.
한편, 이차전지의 내압 상승시 접착부의 다른 영역보다 벤팅부가 먼저 벌어지기 위해 본 발명의 일 실시예에 따르면 팽창성 물질(32)의 열팽창계수는 벤팅부(30)를 제외한 접착부(20) 영역 중 외장재를 구성하는 복수의 구성들(예를 들어, 제1 외장재(12) 및 제2 외장재(14))이 서로 접착하는 영역에 형성되는 물질(예를 들어, CPP)의 열팽창계수보다 클 수 있다.
이차전지의 내압이 비정상적으로 상승하는 주된 원인은 이차전지 내부의 비정상적인 반응에 의한 것이다. 따라서, 이차전지의 내압이 비정상적으로 발생하면서 이차전지 내부의 온도 역시 함께 증가하는 것이 일반적이다. 따라서, 본 발명의 일 실시예와 같이 벤팅부(30)에 열팽창계수가 큰 팽창성 물질(32)을 적용함으로써 이차전지 내부의 온도 증가가 증가하는 경우 벤팅부(30)의 팽창성 물질(32)이 팽창하여 벤팅부(30)가 먼저 벌어짐으로써 이차전지 내부의 가스를 방출할 수 있게 된다.
예를 들어, 팽창성 물질(32)은 폴리-에틸렌을 포함할 수 있다. 그러나, 팽창성 물질(32)의 열팽창계수가 충분히 크기만 하면 폴리-에틸렌에 제한되지는 않는다.
이차전지의 내압 상승으로 인해 벤팅부가 일단 벌어지기 시작하면 벤팅부는 빠른 속도로 벌어질 필요가 있다. 벤팅부가 빠른 속도로 크게 벌어져야 이차전지 내의 가스가 신속하게 방출될 수 있기 때문이다.
이를 위해 본 발명의 다른 실시예에 따르면 벤팅부(30)의 팽창성 물질(32)은 전기 전도성 물질(미도시)을 더 포함할 수 있다. 전기 전도성 물질은 충분한 전기 전도성을 갖는 물질이라면 족하며, 예를 들어, 전기 전도성 물질은 알루미늄, 구리 등과 같이 전기 전도성을 갖는 금속 물질일 수 있다.
이차전지의 내압 상승으로 인해 벤팅부가 일단 벌어지기 시작하면 벌어진 부위, 즉, 팽창성 물질에 이차전지 내부의 전해액이 흘러들어가게 된다. 그런데, 본 발명의 다른 실시예에 따르면 팽창성 물질은 전기 전도성 물질을 포함하므로 팽창성 물질에 전해액이 흘러들어가게 되면 팽창성 물질에 전류가 흐르게 된다. 팽창성 물질에 전류가 흐르게 되면 팽창성 물질 자체의 저항으로 인해 팽창성 물질에 추가적인 열이 발생하게 되고 팽창성 물질은 더 팽창하게 되어 결과적으로 벤팅부가 더욱 빠른 속도로 벌어지게 된다. 따라서, 본 발명의 다른 실시예에 따르면 이차전지 내부의 가스가 더욱 신속하게 방출될 수 있다.
한편, 도 3 및 도 4를 참고하면, 본 발명에 따른 벤팅부(30)의 두께는 벤팅부(30)를 제외한 접착부(20) 영역의 두께와 동일할 수 있다. 즉, 본 발명에 따르면 이차전지(1)의 내부 가스를 방출하는 벤팅부(30)를 포함하면서도, 벤팅부(30)를 포함하는 접착부(20)의 전체적인 두께가 일정하도록 함으로써, 이차전지(1)의 외관 변화를 최소화할 수 있다.
이하, 도 1 내지 도 4를 참고하여 본 발명에 따른 이차전지의 제조방법을 설명하도록 한다.
이차전지의 제조방법
본 발명에 따른 이차전지의 제조방법은, 외장재(10)를 구성하는 복수의 구성들(예를 들어, 제1 외장재(12) 및 제2 외장재(14))을 제조하는 단계, 외장재(10)를 구성하는 복수의 구성을 접착하여 접착부(20)를 형성하는 접착 단계를 포함할 수 있다.
한편, 접착 단계에서 접착부(20) 중 일부에는 벤팅부(30)가 형성될 수 있는데, 벤팅부(30) 중 외장재(10)를 구성하는 복수의 구성들(예를 들어, 제1 외장재(12) 및 제2 외장재(14))이 서로 접착하는 영역에 형성되는 팽창성 물질(32)의 열팽창계수는 벤팅부(30)를 제외한 접착부(20) 영역 중 외장재(10)를 구성하는 복수의 구성들(예를 들어, 제1 외장재(12) 및 제2 외장재(14))이 서로 접착하는 영역에 형성되는 물질의 열팽창계수보다 클 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 이차전지 제조방법에서의 외장재(10), 접착부(20), 벤팅부(30), 팽창성 물질(32)에 관한 내용은 본 발명에 따른 이차전지의 구조를 설명하면서 기재된 내용과 동일하므로 이에 갈음하도록 한다.
본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 실시가 가능함은 물론이다.
1 : 이차전지
10 : 외장재
12 : 제1 외장재
14 : 제2 외장재
20 : 접착부
30 : 벤팅부
32 : 팽창성 물질
L : 전극 리드
10 : 외장재
12 : 제1 외장재
14 : 제2 외장재
20 : 접착부
30 : 벤팅부
32 : 팽창성 물질
L : 전극 리드
Claims (10)
- 전극조립체;
상기 전극조립체를 수용하는 외장재; 를 포함하고,
상기 외장재는 제1 외장재 및 제2 외장재를 포함하고,
상기 제1 외장재 및 상기 제2 외장재가 접착하여 접착부를 형성하고,
상기 접착부 중 일부에는 벤팅부가 형성되고,
상기 벤팅부 중 상기 제1 외장재와 상기 제2 외장재가 서로 접착하는 영역에 형성되는 팽창성 물질의 열팽창계수는 상기 벤팅부를 제외한 상기 접착부 영역 중 상기 제1 외장재와 상기 제2 외장재가 서로 접착하는 영역에 형성되는 물질의 열팽창계수보다 크고,
상기 벤팅부의 두께는 상기 벤팅부를 제외한 상기 접착부 영역의 두께와 동일한 이차전지. - 청구항 1에 있어서,
상기 팽창성 물질은 폴리-에틸렌을 포함하는 이차전지. - 청구항 1에 있어서,
상기 팽창성 물질은 전기 전도성 물질을 포함하는 이차전지. - 청구항 1에 있어서,
상기 접착부는 적어도 하나의 모서리를 포함하고,
상기 벤팅부는 상기 모서리에 인접하게 형성되는 이차전지. - 삭제
- 제1 외장재 및 제2 외장재를 제조하는 단계; 및
상기 제1 외장재 및 상기 제2 외장재를 접착하여 접착부를 형성하는 접착 단계; 를 포함하고,
상기 접착 단계에서,
상기 접착부 중 일부에는 벤팅부가 형성되고,
상기 벤팅부 중 상기 제1 외장재와 상기 제2 외장재가 서로 접착하는 영역에 형성되는 팽창성 물질의 열팽창계수는 상기 벤팅부를 제외한 상기 접착부 영역 중 상기 제1 외장재와 상기 제2 외장재가 서로 접착하는 영역에 형성되는 물질의 열팽창계수보다 크고, 상기 벤팅부의 두께는 상기 벤팅부를 제외한 상기 접착부 영역의 두께와 동일하도록 상기 제1 외장재 및 상기 제2 외장재를 접착하는 이차전지의 제조방법. - 청구항 6에 있어서,
상기 팽창성 물질은 폴리-에틸렌을 포함하는 이차전지의 제조방법. - 청구항 6에 있어서,
상기 팽창성 물질은 전기 전도성 물질을 포함하는 이차전지의 제조방법. - 청구항 6에 있어서,
상기 접착부는 적어도 하나의 모서리를 포함하고,
상기 접착 단계에서 상기 벤팅부는 상기 모서리에 인접하게 형성되는 이차전지의 제조방법. - 삭제
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