KR102351581B1 - 파우치형 이차전지 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 양극, 분리막 및 음극이 교대로 적층되고 각 전극에는 바깥 방향으로 리드가 돌출되어 있는 전극조립체; 및 상기 전극조립체를 수용할 수 있는 수납부를 구비한 파우치 케이스;를 포함하고,상기 양극의 리드 돌출 방향과 상기 음극의 리드 돌출 방향이 서로 직각을 이루는 것을 특징으로 하는 파우치형 이차전지를 개시한다.

Description

파우치형 이차전지{POUCH TYPE SECONDARY BATTERY}
본 발명은 파우치형 이차전지에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 리드의 돌출 방향과 분리막의 배치 구조가 개선된 파우치형 이차전지에 관한 것이다.
리튬 이차전지는 에너지 밀도가 높고, 작동전압이 높을 뿐만 아니라 우수한 보존 및 수명특성을 보이는 등 많은 장점이 있어 개인용 컴퓨터, 캠코더, 휴대용 전화기, 휴대용 CD 플레이어, PDA 등 각종 휴대용 전자기기에 널리 사용되고 있다.
일반적으로 리튬 이차전지는 원통형 또는 각형의 케이스와, 전해질과 함께 상기 케이스에 수용되는 전극 조립체를 포함한다. 여기서, 전극 조립체는 양극, 분리막(Separator) 및 음극이 적층된 것으로서, 젤리-롤(Jelly-Roll) 형태의 권취 구조 또는 스택 구조를 갖는다.
양극/분리막/음극으로 이루어져 있는 전극조립체는, 단순히 적층된 구조로 이루어질 수도 있지만, 다수의 전극(양극 및 음극)들을 분리막이 개재된 상태에서 적층한 후 가열/가압에 의해 상호 결합시킨 구조로 이루어질 수도 있다. 이 경우, 전극과 분리막의 결합은 분리막 상에 도포된 접착층과 전극을 상호 대면한 상태에서 가열/가압함으로써 달성된다. 여기서, 분리막은 통상 폴리올레핀(polyolefine) 수지를 원료로 하는 압출 공정에 의해 성형되고, 전극과의 접착력 등과 같은 특성을 향상시키기 위하여 바인더 등의 물질이 코팅된다.
한편, 리튬 이차전지가 적용되는 디바이스들이 다양화됨에 따라, 리튬 이차전지는, 적용되는 디바이스에 알맞은 출력과 용량을 제공할 수 있도록 다양화되고 있으며, 이와 더불어 소형 경박화가 요구되고 있다.
그러나, 통상의 파우치형 이차전지는 전극 리드의 돌출 방향이 전지의 단방향 또는 양방향으로만 제작되는 관계로, 리드 돌출 방향이 직선 상에 놓이게 되므로 전지를 배터리 모듈에 장착할 경우 그 연결 방향과 방법이 도 1 내지 도 2와 같이 매우 단순하게 된다. 도 1에는 파우치형 이차전지(10)의 양방향으로 돌출된 양극 리드(11a)와 음극 리드(13a)를 서로 다른 전지 간에 병렬 연결한 예가 도시되어 있으며, 도 2에는 양극 리드(11a)와 음극 리드(13a)를 서로 다른 전지 간에 직렬 연결한 예가 도시되어 있다.
도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이 통상의 파우치형 이차전지(10)는 양극(11)에 형성된 양극 리드(11a)의 돌출 방향은 서로 다른 양극(11)들 간에 동일하고, 마찬가지로 음극(13)에 형성된 음극 리드(13a)의 돌출 방향은 서로 다른 음극(13)들 간에 동일하게 구성된다.
또한, 통상의 파우치형 이차전지(10)는 전극조립체의 적층 방식과는 무관하게, 분리막(12)의 MD(Machine Direction) 방향(화살표 참조)이 서로 다른 레이어(Layer) 간에 서로 동일하게 제작되는데, 이러한 구조에 따르면 분리막(12)의 MD 방향과 TD(Transverse Direction) 방향의 강도 차이로 인하여 외부에서 전지의 한쪽 방향으로 외력이 강하게 가해질 경우 분리막(12)이 쉽게 손상될 수 있는 취약점이 있다. 즉, 파우치형 이차전지(10)에 충돌이나 압축력이 가해질 경우 전지의 한쪽 방향에서의 강도가 매우 약해서 분리막(12)이 찢어지는 등의 문제가 발생하게 된다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 서로 다른 셀 간에 리드 연결 구조를 효율적이고 다양하게 수행할 수 있는 파우치형 이차전지를 제공하는 데 그 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적은 전극조립체가 완성된 상태에서 분리막의 방향에 따른 강도 차이가 발생하지 않는 구조를 가진 파우치형 이차전지를 제공하는 데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명은 양극, 분리막 및 음극이 교대로 적층되고 각 전극에는 바깥 방향으로 리드가 돌출되어 있는 전극조립체; 및 상기 전극조립체를 수용할 수 있는 수납부를 구비한 파우치 케이스;를 포함하고,상기 양극의 리드 돌출 방향과 상기 음극의 리드 돌출 방향이 서로 직각을 이루는 것을 특징으로 하는 파우치형 이차전지를 제공한다.
상기 분리막은 상기 양극과 음극 사이에 교호적으로 개재되고, 서로 다른 분리막들 간에 MD 방향이 서로 수직으로 교차하게 배치될 수 있다.
상기 파우치 케이스는 정사각형으로 이루어지고, 상기 양극의 리드와 상기 음극의 리드는 서로 인접한 변에서 각각 돌출되어 돌출 방향이 서로 직각을 이루는 것이 바람직하다.
상기 양극, 분리막 및 음극은 스택 방식으로 적층될 수 있다.
상기 분리막은 건식 분리막인 것이 바람직하다.
본 발명에 따르면 서로 다른 셀 간에 리드 연결 구조를 여러가지 형상으로 다각화하는 것이 가능하므로 다양한 디자인의 셀 어셈블리를 구현할 수 있다.
또한, 분리막의 방향에 따른 강도 차이가 발생하지 않아 외부 충격에 의해 분리막이 찢어지는 것을 방지할 수 있으므로 파우치형 이차전지의 안전성을 향상시킬 수 있다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술되는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니된다.
도 1 및 도 2는 종래기술에 따른 파우치형 이차전지의 연결 구조를 도시한 평면도이다.
도 3 및 도 4는 종래기술에 따른 파우치형 이차전지에 구비된 전극조립체의 분리막 배치 구조를 도시한 분리 사시도이다.
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 파우치형 이차전지에 구비된 전극조립체의 분리막 배치 구조를 도시한 분리 사시도이다.
도 6 및 도 7은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 파우치형 이차전지의 연결 구조를 도시한 평면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 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 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 파우치형 이차전지(100)는 양극(101), 분리막(102) 및 음극(103)이 교대로 적층되고 각 전극에는 바깥 방향으로 리드(101a,103a)가 인출되고 서로 다른 전극들(101,103) 간에 리드(101a,103a)가 서로 교차되게 배치되어 있는 전극조립체를 포함한다.
양극(101) 및 음극(103)은 집전체의 적어도 한면에 전극 활물질, 바인더 수지, 도전제 및 기타 첨가제 등의 슬러리를 도포함으로써 제조된다. 상기 전극 활물질은, 양극(101)의 경우, 리튬 함유 전이금속 산화물과 같은 통상의 양극 활물질이 사용되고, 음극(103)의 경우에는 리튬 이온이 흡장 및 방출될 수 있는 리튬 금속, 탄소재 및 금속 화합물 또는 이들의 혼합물과 같은 통상의 음극 활물질이 사용될 수 있다.
양극(101)과 음극(103)에는 각각 양극 리드(101a)와 음극 리드(103a)가 가장자리단으로부터 돌출되게 형성되어 있다. 여기서, 양극 리드(101a)의 돌출 방향과 음극 리드(103a)의 돌출 방향은 서로 교차되어 직각을 이룬다. 즉, 양극(101)과 음극(103)은 분리막(102)을 사이에 두고 대향하고, 양극 리드(101a)의 장축과 음극 리드(103a)의 장축은 서로 실질적으로 수직을 이루도록 교차되게 배치되어 있다. 이와 같은 구조에 따르면, 파우치형 이차전지(100)에 있어서 서로 수직으로 이루는 서로 다른 변으로 양극 리드(101a)와 음극 리드(103a)가 인출되므로 서로 다른 셀 간에 리드 연결 구조를 여러 방향으로 다각화하는 것이 가능하므로 다양한 디자인의 셀 어셈블리를 구현할 수 있다.
양극(101)과 음극(103) 사이에 개재되는 분리막(102)으로는 리튬 이차전지에 사용되는 통상의 건식 분리막(102) 제조용 다공화 기술에 의해 제작되는 다공성 고분자 필름이 채용 가능하다.
분리막(102)은 양극(101)과 음극(103) 사이에 교호적으로 개재되고, 서로 다른 분리막(102)들은 분리막(102) 제조 공정시의 MD 방향(화살표 참조)이 서로 수직으로 교차하게 배치된다. 즉, 서로 다른 레이어에 위치한 분리막(102)들은 MD 방향이 서로 수직을 이루도록 배열된다. 이러한 구조에 따르면, 분리막(102)의 MD 방향과 TD 방향의 강도 차이로 인하여 셀에 충돌 및 압축력이 가해질 경우 셀의 한쪽 방향에서의 강도가 매우 약해서 분리막(102)이 찢어지는 등의 문제가 방지될 수 있다.
양극(101), 분리막(102) 및 음극(103)은 스택 방식으로 파우치 케이스 내에 적층되는 것이 바람직하다.
양극(101), 분리막(102) 및 음극(103)과 함께 상기 파우치 케이스 내에 봉입되는 전해액으로는 통상의 리튬 이차전지용 전해액이 채용될 수 있다.
상기 파우치 케이스는 시트 소재로 형성되는 것으로서, 상기 전극조립체를 수용하기 위한 수납부를 구비한다. 바람직하게, 파우치 케이스는 시트 소재가 소정 형상으로 가공되어 형성된 제1 케이스와 제2 케이스가 결합되어 형성된다. 파우치 케이스를 이루는 시트 소재는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PolyEthylene Terephthalate, PET)나 나일론(Nylon) 등의 절연물질로 이루어진 최외곽의 외부수지층과, 기계적 강도를 유지하고 수분 및 산소의 침투를 막아주는 알루미늄 소재의 금속층과, 열접착성을 가져 실링재 역할을 하는 폴리올레핀(Polyolepin)계 재료로 이루어진 내부수지층이 적층된 다층 구조로 구성되어 있다.
파우치 케이스를 이루는 시트 소재는 필요에 따라 상기 내부 수지층과 금속층, 상기 외부 수지층과 금속층 사이에는 소정의 접착수지층이 개재될 수 있다. 상기 접착 수지층은 이종 재료 간의 원활한 부착을 위한 것으로서 단층 또는 다층으로 형성되고, 그 재료는 통상적으로 폴리올레핀계 수지가 사용되거나 원활한 가공을 위해 폴리우레탄 수지가 사용될 수 있으며, 이들의 혼합물도 채용 가능하다.
셀의 적어도 일부 가장자리 부분은 열압착 등에 의해 실링이 이루어지는 부분이다. 따라서, 셀의 가장자리 부분은 몸체 부분에 비해 두께가 상대적으로 매우 얇게 구성된다.
바람직하게, 상기 파우치 케이스는 정사각형으로 이루어지고, 양극 리드(101a)와 음극 리드(103a)는 서로 수직하게 인접한 변에서 각각 돌출되어 그 돌출 방향이 서로 직각을 이룬다.
도 6 및 도 7은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 파우치형 이차전지(100)의 연결 구조를 도시한 평면도이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따르면 서로 다른 파우치형 이차전지(100)가 두께 방향으로 적층되게 배열되고 서로 다른 이차전지 간에 양극 리드(101a)와 음극 리드(103a)가 각각 동일 극성끼리 용접된 구조를 가진 병렬 연결식의 셀 어셈블리가 제공될 수 있다.
또한, 도 7에 도시된 바와 같이 서로 다른 파우치형 이차전지(100)를 실질적으로 지그재그 형태로 배열되고 서로 다른 이차전지 간에 양극 리드(101a)와 음극 리드(103a)가 각각 다른 극성끼리 용접됨으로써 연쇄적으로 연결된 구조를 가진 직렬 연결식의 셀 어셈블리가 제공될 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 파우치형 이차전지(100)는 양극 리드(101a)와 음극 리드(103a)의 돌출 방향이 서로 수직을 이루는 구조에 의해 서로 다른 셀 간에 리드 연결 구조를 다양한 패턴으로 다각화하는 것이 가능하다.
또한, 파우치형 이차전지(100) 내에 교호적으로 배치된 분리막(102)들의 MD 방향이 서로 수직으로 교차하므로 이차전지가 사방에서 강도가 보강되어, 파우치형 이차전지(100)의 외부에서 특정 방향으로 외부 충격이 가해지더라도 분리막(102)이 찢어지는 것이 방지되므로 안전성을 향상시킬 수 있다.
이상에서 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 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
100: 파우치형 이차전지 101: 양극
101a: 양극 리드 102: 분리막
103: 음극 103a: 음극 리드

Claims (5)

  1. 양극, 분리막 및 음극이 교대로 적층되고 각 전극에는 바깥 방향으로 리드가 돌출되어 있는 전극조립체; 및
    상기 전극조립체를 수용할 수 있는 수납부를 구비한 파우치 케이스;를 포함하고,
    상기 양극의 리드 돌출 방향과 상기 음극의 리드 돌출 방향이 서로 직각을 이루고,
    상기 분리막은 상기 양극과 음극 사이에 교호적으로 개재되고, 서로 다른 분리막들 간에 MD 방향이 서로 수직으로 교차하게 배치되고,
    상기 파우치 케이스는 정사각형으로 이루어지고, 상기 양극의 리드와 상기 음극의 리드는 서로 인접한 변에서 각각 하나씩 돌출되어 돌출 방향이 서로 직각을 이루는 파우치형 이차전지로서,
    상기 파우치형 이차전지는 복수 개이고,
    상기 복수 개의 파우치형 이차전지는 서로 간에 각각 다른 극성의 리드끼리 용접됨으로써 지그재그 형태로 연쇄적으로 연결된 것을 특징으로 하는 파우치형 이차전지.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 양극, 분리막 및 음극은 스택 방식으로 적층된 것을 특징으로 하는 파우치형 이차전지.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 분리막은 건식 분리막인 것을 특징으로 하는 파우치형 이차전지.
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