KR102414770B1 - 파우치용 테이프 및 파우치용 테이프가 부착된 이차 전지 - Google Patents

파우치용 테이프 및 파우치용 테이프가 부착된 이차 전지 Download PDF

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Abstract

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 파우치용 테이프는 중심각이 존재하는 도형의 형상을 가지며, 일면에 접착제가 도포된 바디부; 및 상기 바디부에서 상기 중심각을 형성하는 두 선분에 대응되는 모서리의 교점으로부터 외측으로 돌출되며, 일면에 상기 접착제가 도포된 돌출부를 포함한다.

Description

파우치용 테이프 및 파우치용 테이프가 부착된 이차 전지{The Tape For Pouch And The Secondary Battery Attached The Thereof}
본 발명은 파우치용 테이프 및 파우치용 테이프가 부착된 이차 전지에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 이차 전지의 파우치가 파손되어 내부의 금속이 외부로 노출되는 것을 방지하는 파우치용 테이프 및 파우치용 테이프가 부착된 이차 전지 에 관한 것이다.
물질의 물리적 반응이나 화학적 반응을 통해 전기 에너지를 생성시켜 외부로 전원을 공급하게 되는 전지(Cell, Battery)는 각종 전자 기기로 둘러싸여 있는 생활 환경에 따라, 건물로 공급되는 교류전원을 획득하지 못하거나 직류전원이 필요할 경우 사용하게 된다.
이와 같은 전지 중에서 화학적 반응을 이용하는 화학 전지인 일차 전지와 이차 전지가 일반적으로 많이 사용되고 있는데, 일차 전지는 건전지로 통칭되는 것으로 소모성 전지이다. 반면에, 이차 전지는 전류와 물질 사이의 산화 및 환원 과정이 다수 반복 가능한 소재를 사용하여 제조되는 재충전식 전지이다. 즉, 전류에 의해 소재에 대한 환원 반응이 수행되면 전원이 충전되고, 소재에 대한 산화 반응이 수행되면 전원이 방전되는데, 이와 같은 충전-방전이 반복적으로 수행되면서 전기가 생성된다.
일반적으로, 이차 전지의 종류로는 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 리튬 이온 전지 및 리튬 이온 폴리머 전지 등이 있다. 이러한 이차 전지는 디지털 카메라, P-DVD, MP3P, 휴대폰, PDA, Portable Game Device, Power Tool 및 E-bike 등의 소형 제품뿐만 아니라, 전기 자동차나 하이브리드 자동차와 같은 고출력이 요구되는 대형 제품과 잉여 발전 전력이나 신재생 에너지를 저장하는 전력 저장 장치와 백업용 전력 저장 장치에도 적용되어 사용되고 있다.
리튬 이차 전지는 일반적으로 양극(Cathode), 분리막(Separator) 및 음극(Anode)이 적층되어 형성된다. 그리고 이들의 재료는 전지수명, 충방전 용량, 온도특성 및 안정성 등을 고려하여 선택된다. 리튬 이온이 양극의 리튬 금속 산화물로부터 음극의 흑연 전극으로 삽입(Intercalation) 및 탈리(Deintercalation)되는 과정이 반복되면서, 리튬 이차 전지의 충방전이 진행된다.
일반적으로 양극/분리막/음극의 3층 구조, 또는 양극/분리막/음극/분리막/양극 또는 음극/분리막/양극/분리막/음극의 5층 구조로 적층된 단위 셀들이 모여, 하나의 전극 조립체가 된다. 그리고 이러한 전극 조립체는 특정 케이스에 수용된다.
이차 전지는 전극 조립체를 수용하는 케이스의 재질에 따라, 파우치 형(Pouch Type) 및 캔 형(Can Type) 등으로 분류된다. 파우치 형(Pouch Type)은 형태가 일정하지 않은 연성의 폴리머 재질로 제조된 파우치에 전극 조립체를 수용한다. 그리고, 캔 형(Can Type)은 형태가 일정한 금속 또는 플라스틱 등의 재질로 제조된 케이스에 전극 조립체를 수용한다.
한편, 최근 슬림한 타입 또는 다양한 디자인의 추세 변화(trend change)로 인하여 새로운 형태의 전지가 요구되고 있다. 또한, 상기와 같은 전지들은 동일한 크기 또는 용량의 전극 조립체를 포함하는 것으로 구성되어 있으므로, 전지가 적용되는 디바이스의 디자인을 고려하여 신규한 구조로 만들기 위해서는, 전지의 용량을 줄이거나 더 큰 크기로 디바이스의 디자인을 변경해야 하는 문제점이 있었다.
최근에는 이러한 문제를 해결하기 위해, 일반적인 장방형 구조를 가지는 디바이스의 외형 구조에서 벗어나 여러 가지 외형을 가지는 디바이스에서도 효율적으로 장착이 가능한, 비정형 구조의 전지 셀을 제조하는 기술이 제시되었다. 한편, 파우치의 외장재는 내부에 금속을 포함하는데, 파우치의 둘레 부분을 따라 금속이 노출된다면 외부의 전기 소자와 접촉되어 단락(쇼트, Short)될 수 있다. 따라서, 이러한 파우치의 둘레 부분을 커버하기 위해 테이프가 접착되는 경우가 있다. 그런데, 테이프가 이러한 비정형 구조의 전지 셀에 접착될 때, 특정 부분에서 접착력이 현저하게 저하되어 탈착되는 문제가 있었다. 특히, 비정형 구조의 전지 셀의 상기 특정 부분에서 복수의 실링면을 폴딩할 때, 폴딩 라인이 교차하는 부분에서 파우치가 파손될 가능성이 매우 높았다. 이러한 경우에는 파우치의 내부의 금속 소재가 외부로 노출되어 단락되는 문제가 발생하기도 하였다.
일본공개공보 제2008-052932호 한국공개공보 제2015-0144614호
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 전지 케이스가 파손되어 금속이 외부로 노출되는 것을 방지하는 파우치용 테이프를 제공하는 것이다.
또한, 파우치용 테이프가 부착되어, 전지 케이스가 파손됨으로써 금속이 외부로 노출되는 것을 방지하는, 파우치용 테이프가 부착된 이차 전지를 제공하는 것이다.
본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 파우치용 테이프는 중심각이 존재하는 도형의 형상을 가지며, 일면에 접착제가 도포된 바디부; 및 상기 바디부에서 상기 중심각을 형성하는 두 선분에 대응되는 모서리의 교점으로부터 외측으로 돌출되며, 일면에 상기 접착제가 도포된 돌출부를 포함한다.
또한, 상기 바디부는, 부채꼴 형상을 가진다.
또한, 상기 바디부의 중심각은, 1° 내지 270° 사이 중 하나일 수 있다.
또한, 상기 바디부의 중심각은, 180°일 수 있다.
또한, 상기 바디부의 중심각은, 180° 보다 작을 수 있다.
또한, 상기 교점으로부터 측정한 상기 돌출부의 상기 돌출된 길이는, 상기 바디부의 반지름보다 짧을 수 있다.
또한, 상기 돌출부는, 상기 바디부와 동일 평면 상에 배치될 수 있다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 파우치용 테이프가 부착된 이차 전지는 외측 코너부가 형성된 전극 조립체를 수용하는 전지 케이스; 및 중심각이 존재하는 도형의 형상을 가지는 바디부와, 상기 바디부에서 상기 중심각을 형성하는 두 선분에 대응되는 모서리의 교점으로부터 외측으로 돌출되는 돌출부를 포함하는 파우치용 테이프를 포함하며, 상기 바디부는, 상기 전지 케이스에서, 상기 외측 코너부가 형성된 부분과 대응되는 부분에 부착될 수 있다.
또한, 상기 바디부의 중심각은, 1° 내지 270° 사이 중 어느 하나일 수 있다.
또한, 상기 바디부의 중심각은, 180°일 수 있다.
또한, 상기 바디부의 중심각은, 180° 보다 작을 수 있다.
또한, 상기 전극 조립체에 만입부가 형성되는 경우, 상기 전지 케이스는, 상기 전극 조립체가 수용될 때 상기 만입부에 대응되는 위치에, 실링 확장부가 형성될 수 있다.
또한, 상기 바디부는, 상기 실링 확장부에 부착될 수 있다.
또한, 상기 바디부는, 상기 돌출부가 상기 전지 케이스의 외측으로 돌출되는 방향으로 부착될 수 있다.
또한, 상기 돌출부는, 상기 전지 케이스의 두 개의 실링면의 연결부분이 절단된 절단부의 최내측을 커버하는 부분에 위치할 수 있다.
또한, 상기 돌출부는, 상기 전지 케이스의 실링면이 폴딩되는 방향과 동일한 방향으로 폴딩될 수 있다.
본 발명의 기타 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
본 발명의 실시예들에 의하면 적어도 다음과 같은 효과가 있다.
전지 케이스에서, 제1 및 제2 실링면의 연결 부분이 절단된 절단부가 파손되어 금속이 외부로 노출되는 것을, 파우치용 테이프를 부착함으로써 방지할 수 있다.
그리고, 파우치용 테이프가 바디부와 돌출부를 포함하며, 돌출부가 제1 및 제2 실링면이 폴딩된 방향과 동일한 방향으로 폴딩되어, 파우치용 테이프가 쉽게 탈착되는 것을 방지할 수 있다.
본 발명에 따른 효과는 이상에서 예시된 내용에 의해 제한되지 않으며, 더욱 다양한 효과들이 본 명세서 내에 포함되어 있다.
도 1은 종래의 비정형 구조를 가지는 파우치 형 이차 전지의 조립도이다.
도 2는 도 1의 파우치 형 이차 전지의 조립이 완료된 모습의 사시도이다.
도 3은 도 1의 파우치 형 이차 전지를 상방에서 본 개념도이다.
도 4는 최근에 제시되는 비정형 구조를 가지는 파우치 형 이차 전지를 구성하는 전극 조립체의 사시도이다.
도 5는 도 4의 파우치 형 이차 전지의 사시도이다.
도 6은 최근에 제시되는 다른 비정형 구조를 가지는 파우치 형 이차 전지를 구성하는 전극 조립체(10a)의 사시도이다.
도 7은 도 4의 파우치 형 이차 전지의 평면도이다.
도 8은 종래의 파우치용 테이프가 파우치 형 이차 전지에 접착된 모습을 나타낸 개념도이다.
도 9은 본 발명의 일 실시예에 따른 파우치용 테이프의 개념도이다.
도 10는 본 발명의 일 실시예에 따른 파우치용 테이프가 파우치 형 이차 전지에 접착된 모습을 나타낸 개념도이다.
도 11은 도 10의 파우치 형 이차 전지의 실링면이 폴딩 라인에 따라 폴딩된 모습을 나타낸 개념도이다.
도 12은 도 10의 파우치용 테이프의 돌출부가 폴딩 라인에 따라 폴딩된 모습을 나타낸 개념도이다.
도 13는 본 발명의 다른 실시예에 따른 파우치용 테이프의 개념도이다.
도 14은 본 발명의 다른 실시예에 따른 파우치용 테이프가 파우치 형 이차 전지에 접착된 모습을 나타낸 개념도이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소 외에 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 종래의 비정형 구조를 가지는 파우치 형 이차 전지(2)의 조립도이고, 도 2는 도 1의 파우치 형 이차 전지(2)의 조립이 완료된 모습의 사시도이다.
일반적으로 리튬 이차 전지(2)를 제조하는 과정은, 먼저 전극 활물질과 바인더 및 가소제를 혼합한 슬러리를 양극 집전체 및 음극 집전체에 도포하여 양극판과 음극판을 제조하고, 이를 분리막(Separator)의 양 측에 적층함으로써 소정 형상의 전극 조립체(20)를 형성한 다음에, 전극 조립체(20)를 전지 케이스(23)에 삽입하고 전해액 주입 후 실링한다.
전극 조립체(Electrode Assembly, 20)는 도 1에 도시된 바와 같이, 전극 탭(Electrode Tab, 21)을 포함한다. 전극 탭(21)은 전극 조립체(20)의 양극 및 음극과 각각 연결되고, 전극 조립체(20)의 외부로 돌출되어, 전극 조립체(20)의 내부와 외부 사이에 전자가 이동할 수 있는 경로가 된다. 전극 조립체(20)의 집전판은 전극 활물질이 도포된 부분과 전극 활물질이 도포되지 않은 말단 부분, 즉 무지부로 구성된다. 그리고 전극 탭(21)은 무지부를 재단하여 형성되거나 무지부에 별도의 도전부재를 초음파 용접 등으로 연결하여 형성될 수도 있다. 이러한 전극 탭(21)은 도 1에 도시된 바와 같이, 전극 조립체(20)의 일측으로부터 동일한 방향으로 나란히 돌출될 수도 있으나, 이에 제한되지 않고 각각 다른 방향으로 돌출될 수도 있다.
전극 조립체(20)의 전극 탭(21)에는 전극 리드(Electrode Lead, 22)가 스팟(Spot) 용접 등으로 연결된다. 그리고, 전극 리드(22)의 일부는 절연부(24)로 주위가 포위된다. 절연부(24)는 전지 케이스(23)의 상부 파우치(231)와 하부 파우치(232)가 열 융착되는 실링부에 한정되어 위치하여, 전극 리드(22)를 전지 케이스(23)에 접착시킨다. 그리고, 전극 조립체(20)로부터 생성되는 전기가 전극 리드(22)를 통해 전지 케이스(23)로 흐르는 것을 방지하며, 전지 케이스(23)의 실링을 유지한다. 따라서, 이러한 절연부(24)는 전기가 잘 통하지 않는 비전도성을 가진 부도체로 제조된다. 일반적으로 절연부(24)로는, 전극 리드(22)에 부착하기 용이하고, 두께가 비교적 얇은 절연테이프를 많이 사용하나, 이에 제한되지 않고 전극 리드(22)를 절연할 수 있다면 다양한 부재를 사용할 수 있다.
전극 리드(22)는 양극 탭(211) 및 음극 탭(212)의 형성 위치에 따라 서로 동일한 방향으로 연장될 수도 있고 서로 반대 방향으로 연장될 수도 있다. 양극 리드(221) 및 음극 리드(222)는 서로 그 재질이 다를 수 있다. 즉, 양극 리드(221)는 양극 판과 동일한 알루미늄(Al) 재질이며, 음극 리드(222)는 음극 판과 동일한 구리(Cu) 재질 또는 니켈(Ni)이 코팅된 구리 재질일 수 있다. 그리고 전지 케이스(23)의 외부로 돌출된 전극 리드(22)의 일부분은 단자부가 되어, 외부 단자와 전기적으로 연결된다.
파우치 형 이차 전지(2)에서 전지 케이스(23)는 연성의 재질로 제조된 파우치이다. 이하, 전지 케이스(23)는 파우치인 것으로 설명한다. 전지 케이스(23)는 전극 리드(22)의 일부, 즉 단자부가 노출되도록 전극 조립체(20)를 수용하고 실링된다. 이러한 전지 케이스(23)는 도 1에 도시된 바와 같이, 상부 파우치(231)와 하부 파우치(232)를 포함한다. 하부 파우치(232)에는 전극 조립체(20)를 수용할 수 있는 공간이 마련되고, 상부 파우치(231)는 상기 전극 조립체(20)가 전지 케이스(23)의 외부로 이탈되지 않도록 상기 공간을 상부에서 커버한다. 상부 파우치(231)와 하부 파우치(232)는 도 1에 도시된 바와 같이 서로 분리되어 별도로 제조될 수 있으나, 이에 제한되지 않고 일측이 서로 연결되어 제조되는 등 다양하게 제조될 수 있다.
일반적으로 전극 조립체(20)를 수용하는 전지 케이스(23)는, 가스 배리어 층(Gas Barrier Layer)과 실란트 층(Sealant Layer)을 포함한다. 가스 배리어 층은 가스 출입을 차단하는 것으로, 주로 알루미늄 박막(Al Foil)이 사용된다. 실란트 층은 최내층에 위치하여 전극 조립체(20)와 직접적으로 접촉하고, 주로 폴리프로필렌(PP) 등이 사용된다. 그리고 가스 배리어 층의 상부에는 표면 보호 층을 더 포함할 수도 있다. 표면 보호 층은 최외층에 위치하여 외부와의 마찰 및 충돌이 자주 발생한다. 따라서, 주로 내마모성 및 내열성을 가지는 나일론(Nylon) 수지 또는 PET가 사용된다.
파우치 형 전지 케이스(23)는 상기와 같은 적층 구조의 필름이 주머니 형태로 가공되어 제조되며, 전극 조립체(20)가 내부에 수용되면 전해액을 주입한다. 그 후에 상부 파우치(231)와 하부 파우치(232)를 서로 접촉시키고, 실링부에 열 압착을 하면 실란트 층끼리 접착됨으로써 전지 케이스(23)가 실링된다. 이 때, 실란트 층은 전극 조립체(20)와 직접적으로 접촉하므로 절연성을 가져야 하며, 또한 전해액과도 접촉하므로 내식성을 가져야 한다. 또한, 내부를 완전히 밀폐하여 내부 및 외부간의 물질 이동을 차단해야 하므로, 높은 실링성을 가져야 한다. 즉, 실란트 층끼리 접착된 실링부는 우수한 열 접착 강도를 가져야 한다. 일반적으로 이러한 실란트 층에는 폴리프로필렌(PP) 또는 폴리에틸렌(PE) 등의 폴리올레핀계 수지가 사용된다. 특히, 폴리프로필렌(PP)은 인장강도, 강성, 표면경도, 내마모성, 내열성 등의 기계적 물성과 내식성 등의 화학적 물성이 뛰어나, 실란트 층을 제조하는데 주로 사용된다.
전극 조립체(20)의 전극 탭(21)에 전극 리드(22)가 연결되고, 전극 리드(22)의 일부분에 절연부(24)가 형성되면, 하부 파우치(232)에 마련된 공간에 전극 조립체(20)가 수용되고, 상부 파우치(231)가 상기 공간을 상부에서 커버한다. 그리고, 내부에 전해액을 주입하고 상부 파우치(231)와 하부 파우치(232)의 테두리에 형성된 실링부가 실링되면, 도 2에 도시된 바와 같이 이차 전지(2)가 제조된다.
도 3은 도 1의 파우치 형 이차 전지(2)를 상방에서 본 개념도이다.
종래의 비정형 구조를 가지는 파우치 형 이차 전지(2)는 다양한 형상을 가질 수 있으나, 도 3에 도시된 바와 같이 코너가 형성된 형상을 가지는 코너 형(Corner Type) 이차 전지(2)의 수요가 증가하는 추세이다. 구체적으로, 전극 조립체(20)는 평면의 형상 및 크기가 서로 상이할 수 있는 제1 및 제2 전극부(201, 202)가 경계(A)를 기준으로 구분된다. 그리고, 제1 및 제2 전극부(201, 202)의 모서리가 서로 교차하며, 전극 조립체(20)의 외측으로 일정 각도를 가지는 외측 코너부(C)가 형성된다.
전극 조립체(20)에서 제1 전극부(201)와 제 2 전극부(202)는 서로 일체로 형성되어, 전극 판과 분리막이 적층된 상태에서 가상의 경계(A)를 중심으로 평면 형상 및 크기가 서로 상이하도록 구획된 부분을 의미한다. 다만 이에 제한되지 않고, 제1 전극부(201)와 제2 전극부(202)는 물리적으로 분할되거나 별도로 제조되어 서로 연결되어 형성될 수도 있는 등 다양한 방법으로 형성될 수 있다. 제1 전극부(201)와 제2 전극부(202)는 평면의 넓이가 서로 상이하며, 도 3에 도시된 바와 같이 제1 전극부(201)가 제2 전극부(202)보다 평면의 넓이가 더 넓을 수 있다.
외측 코너부(C)는, 일반적인 장방형 구조의 이차 전지(2)에서 두 개의 모서리가 교차하여 내측으로 일정 각도를 가지는 내측 코너부와 달리, 제1 및 제2 전극부(201, 202)의 모서리가 서로 교차하여 외측으로 일정 각도를 가진다. 이 때, 상기 일정 각도는 대략 1°내지 180°사이이며, 특히 직각인 것이 바람직하다. 그리고, 여기서 내측 및 외측은 이차 전지(2)를 기준으로 구분되므로, 내측은 이차 전지(2)가 존재하는 부분, 외측은 이차 전지(2)가 존재하지 않는 공간 부분을 지칭한다.
전지 케이스(23)는 상기 전극 조립체(20)에 대응되는 형상으로 형성되어, 상기 전극 조립체(20)를 수용한다. 그리고 전극 조립체(20)의 모서리를 따라 제1 내지 제5 실링면(251, 252, 253, 254, 255)이 실링된다. 따라서, 파우치 형 이차 전지(2)는 기존의 장방형 구조가 아닌, 도 3에 도시된 바와 같이 비정형 구조를 가진다.
이 때, 전극 조립체(20)의 외측 코너부(C)가 형성된 부분에서는, 전지 케이스(23)의 제1 및 제2 실링면(251, 252)이 상호 교차한다. 이러한 외측 코너부(C)가 형성된 부분에서는, 전지 케이스(23)의 실링력이 상대적으로 약하다. 따라서, 제1 및 제2 실링면(251, 252)을 실링할 때에는, 도 3에 도시된 바와 같이 제3 내지 제5 실링면(253, 254, 255)보다 상대적으로 넓은 실링 면적이 필요하다. 따라서, 종래의 비정형 구조를 가지는 파우치 형 이차 전지(2)는 전체의 부피를 증가시키고, 디바이스에 대한 공간활용도를 저하시키는 단점이 있었다.
또한, 실링면을 모두 실링한 후 실링면을 전지 케이스(23)의 측면으로 폴딩할 때, 제1 및 제2 실링면(251, 252)은 서로 교차하여 연결되므로, 전지 케이스(23)의 측면 방향으로 폴딩되는 것이 용이하지 않다. 만약, 제1 및 제2 실링면(251, 252)의 연결 부분을 절단한다면, 외측 코너부(C)와 절단 부분 사이에 전지 케이스(23)의 실링 영역이 확보되지 않아, 실링 상태가 해제될 수 있는 문제점이 있었다.
도 4는 최근에 제시되는 비정형 구조를 가지는 파우치 형 이차 전지(1)를 구성하는 전극 조립체(10)의 사시도이고, 도 5는 도 4의 파우치 형 이차 전지(1) 의 사시도이며, 도 6은 최근에 제시되는 다른 비정형 구조를 가지는 파우치 형 이차 전지를 구성하는 전극 조립체(10a)의 사시도이다.
최근에는 상기의 문제를 해결하기 위해, 도 4에 도시된 바와 같이 전극 조립체(10)에서 외측 코너부(C)가 존재하는 부분에 만입부(103)를 형성하는 파우치 형 이차 전지(1)가 제시되었다.
구체적으로, 상기 기술한 바와 같이, 전극 조립체(10)가 평면의 형상 및 크기가 서로 상이할 수 있는 제1 및 제2 전극부(101, 102)가 경계(A)를 기준으로 구분된다. 그리고, 제1 및 제2 전극부(101, 102)의 모서리가 서로 교차하며, 전극 조립체(10)의 외측으로 일정 각도를 가지는 외측 코너부(C)가 형성된다. 이 때 도 4에 도시된 바와 같이, 만입부(103)가 외측 코너부(C)에서 전극 조립체(10)의 내측으로 만입되어 형성된다. 이러한 만입부(103)는 도 4에서 원형의 형상을 가지는 것으로 도시되어 있으나, 이에 제한되지 않고 타원형, 다각형 또는 직선과 곡선이 조합된 형상 등 다양한 형상을 가질 수 있다.
이와 같이 만입부(103)가 형성된 전극 조립체(10)가 도 5에 도시된 바와 같이, 전지 케이스(13)에 수용된다. 이 때, 전극 조립체(10)에 형성된 상기 만입부(103)를 통해, 전지 케이스(13)가 실링될 때 실링면이 확장되어 더욱 견고하게 실링될 수 있다.
나아가, 전극 조립체(10a)에 외측 코너부(C)가 복수로 존재할 수도 있다. 즉, 전극 조립체(10a)는 3개 이상의 전극부로 구분될 수 있다. 그리고, 도 6에 도시된 바와 같이, 제1 및 제2 전극부(101a, 102a)의 모서리가 서로 교차하며 외측 코너부(C)가 형성되고, 제2 및 제3 전극부(102a, 104a)의 모서리가 서로 교차하면서도 외측 코너부(C)가 형성된다. 따라서, 이러한 전극부의 모서리가 교차하는 부분이 복수로 형성되므로, 외측 코너부(C)도 복수로 존재할 수 있다. 나아가, 복수의 외측 코너부(C)에서 각각 내측으로 만입되는 만입부(103a, 103b)가 형성될 수도 있다. 도면에 도시되지는 않았으나, 이러한 전극 조립체(10a)가 전지 케이스에 수용되면, 전지 케이스가 실링될 때 실링면이 더욱 확장될 수 있다. 도 6에는 복수의 외측 코너부(c)가 서로 마주보며 형성되는 것으로 도시되어 있으나, 이에 제한되지 않고 복수의 외측 코너부(C)는 전극 조립체(10a)의 복수의 전극부(101a, 102a, 104a)의 배치에 따라 다양한 위치에 형성될 수 있다.
도 7은 도 4의 파우치 형 이차 전지(1)의 평면도이다.
전지 케이스(13)는 상기 만입부(103)가 형성된 전극 조립체(10)를 수용하고, 주변의 실링면을 실링한다. 만약, 전지 케이스(13)의 상부 파우치(131)와 하부 파우치(132)가 서로 분리되지 않고 일측이 서로 연결된다면, 연결된 일측은 실링할 필요가 없고, 도 7에 도시된 바와 같이 제1 내지 제5 실링면(151, 152, 153, 154, 155)을 실링한다.
이 때, 도 7에 도시된 바와 같이 상기 제1 내지 제5 실링면(151, 152, 153, 154, 155)뿐만 아니라, 전극 조립체(10)에 형성된 만입부(103)와 대응되는 전지 케이스(13)의 실링 확장부(133)도 실링된다. 즉, 최근 제시되는 이차 전지(1)의 전지 케이스(13)는, 만입부(103)에 대응되는 위치에서 추가로 실링되는 실링 확장부(133)를 포함한다. 따라서, 상대적으로 실링력이 약한 전극 조립체(10)의 외측 코너부(C) 주변의 제1 및 제2 실링면(151, 152)을 보강할 수 있다. 또한, 제1 및 제2 실링면(151, 152)의 면적을 감소시킬 수 있으므로, 파우치 형 이차 전지(1)의 전체의 부피를 감소시키고, 디바이스에 대한 공간활용도를 향상시킬 수 있다.
제1 내지 제5 실링면(151, 152, 153, 154, 155)을 모두 실링한 후, 상기 실링면을 전지 케이스(13)의 측면을 향해 폴딩한다. 구체적으로, 전극 탭(21) 및 전극 리드(22)가 형성된 제3 실링면(153)을 제외하고, 전지 케이스(13)에서 실링된 제1, 제2, 제4 및 제5 실링면(151, 152, 154, 155) 각각은, 전지 케이스(13)의 측면을 향해 폴딩된다. 그럼으로써, 파우치 형 이차 전지(1)의 면적 및 부피를 더욱 감소시키고, 수분 기타 이물질의 침투를 방지할 수 있다. 따라서, 제4 및 제5 실링면(154, 155)은 제3 및 제4 폴딩 라인(Z, W)을 기준으로 전지 케이스(13)의 측면을 향해 폴딩된다.
그러나, 외측 코너부(C)와 인접한 제1 및 제2 실링면(151, 152)은 서로 교차하여 연결되므로, 전지 케이스(13)의 측면 방향으로 폴딩되는 것이 용이하지 않다. 이를 위해 도 7에 도시된 바와 같이, 제1 및 제2 실링면(151, 152)의 연결 부분을 절단하여 절단부(R)를 형성한다. 그럼으로써 제1 및 제2 실링면(151, 152)도 제1 및 제2 폴딩 라인(X, Y)을 기준으로 전지 케이스(13)의 측면을 향해 폴딩될 수 있다. 그리고, 절단부(R)가 형성되더라도 실링 확장부(133)가 형성되어 실링되므로, 전지 케이스(13)의 실링을 유지하며 실링 상태가 해제될 수 있는 단점을 해소할 수 있다.
도 8은 종래의 파우치용 테이프(16)가 파우치 형 이차 전지(1)에 접착된 모습을 나타낸 개념도이다.
그러나 전지 케이스(13)의 제1 및 제2 실링면(151, 152)의 연결 부분을 절단하여 절단부(R)를 형성하면, 절단면을 통해 전지 케이스(13)의 내부의 가스 배리어 층과 같은 금속이 외부로 노출될 수 있었다. 특히, 제1 및 제2 실링면(151, 152)이 폴딩되면서 상기 절단부(R)의 최내측이 용이하게 파손될 수 있으므로, 내부의 금속이 노출되는 가능성이 더욱 높아졌다. 금속이 외부로 노출되면, 내부에서 생성된 전기가 외부로 누전되거나 부식이 되는 등의 문제가 발생할 수 있었다.
이를 해결하기 위해, 종래에는 중심각이 대략 270°인 부채꼴 형상의 파우치용 테이프(3)를 사용하였다. 이러한 파우치용 테이프(3)는 도 8에 도시된 바와 같이, 제1 및 제2 폴딩 라인(X, Y)을 커버하며 부착되었다. 특히, 제1 및 제2 실링면(151, 152)이 폴딩될 때 파우치용 테이프(3)도 함께 용이하게 폴딩되기 위해, 파우치용 테이프(3)는 부채꼴의 반지름에 대응되는 부분이 제1 및 제2 폴딩 라인(X, Y)과 대략 평행하도록 부착되었다.
그러나, 종래의 파우치용 테이프(3)는 제1 및 제2 실링면(151, 152)과 함께 폴딩되는 부분이 매우 좁아, 접착력이 매우 약했다. 따라서, 제1 및 제2 실링면(151, 152)에 부착되었던 부분이 쉽게 탈착되어, 절단부(R)의 절단면이 다시 외부로 노출될 수 있었다. 만약 상기 폴딩되는 부분을 넓게 확보하기 위해, 파우치용 테이프(3)에서 상기 절단부(R)와 대응되는 부분이 절단된다면, 절단부(R)의 최내측이 커버되지 않으므로, 전지 케이스(13)가 파손되어 내부의 금속이 노출되는 것을 여전히 방지할 수 없는 문제가 있었다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 파우치용 테이프(16)의 개념도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 파우치용 테이프(16)는 도 9에 도시된 바와 같이, 바디부(161) 및 돌출부(162)를 포함한다.
바디부(161)는 원 또는 다각형 등의 다양한 도형에서 중심각이 존재하는 형상을 가지며, 일면에 접착제가 도포된다. 특히, 바디부(161)는 원에서 중심각이 존재하는, 부채꼴 형상인 것이 바람직하다. 바디부(161)의 중심각은 대략 1°내지 270°사이이고, 특히 본 발명의 일 실시예에 따르면, 중심각이 180°가 되어, 상기 바디부(161)는 반원의 형상을 가지는 것이 바람직하다.
돌출부(162)는 바디부(161)에서 중심각을 형성하는 두 선분에 대응되는 모서리의 교점으로부터, 외측으로 돌출되어 형성된다. 만약, 상기 바디부(161)가 부채꼴, 특히 반원의 형상을 가진다면, 돌출부(162)는 상기 반원을 포함하는 원의 중심으로부터, 외측으로 돌출되어 형성된다. 이 때, 돌출부(162)는 상기 바디부(161)와 동일 평면상에 배치된다. 그리고 상기 바디부(161)에서 부채꼴의 두 반지름에 대응되는 부분의 교점으로부터, 상기 돌출부(162)가 외측으로 돌출된 길이를 측정하면, 상기 부채꼴의 반지름보다 짧은 것이 바람직하다.
이러한 바디부(161)와 돌출부(162)는 일체로 제조되어 형성될 수도 있으나, 이에 제한되지 않고 별도로 제조되어 연결됨으로써 형성되는 등 다양한 방법으로 형성될 수 있다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 파우치용 테이프(16)가 파우치 형 이차 전지(1)에 접착된 모습을 나타낸 개념도이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 바디부(161)는 전지 케이스(13)에서, 전극 조립체(10)의 외측 코너부(C)가 형성된 부분과 대응되는 부분에 부착된다. 만약, 전극 조립체(10)에 만입부(103)가 형성된다면, 도 10에 도시된 바와 같이, 전지 케이스(13)에서 상기 만입부(103)에 대응되는 부분인 실링 확장부(133)에 부착된다. 이 때 바디부(161)는, 돌출부(162)가 전지 케이스(13)의 외부로 돌출되는 방향, 특히 전지 케이스(13)의 절단부(R)가 위치하는 방향으로 부착된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 바디부(161)는 반원의 형상을 가질 수 있다. 그리고, 상기 반원을 포함하는 원은 상기 실링 확장부(133)보다 크지 않은 것이 바람직하다. 따라서, 전극 조립체(10)의 외측 코너부(C)의 일정 각도가 대략 1°내지 180°사이일 때, 바디부(161)는 전지 케이스(13)에 용이하게 부착될 수 있다.
도 11은 도 10의 파우치 형 이차 전지(1)의 실링면이 폴딩 라인에 따라 폴딩된 모습을 나타낸 개념도이고, 도 12는 도 10의 파우치용 테이프(16)의 돌출부(162)가 폴딩 라인에 따라 폴딩된 모습을 나타낸 개념도이다.
바디부(161)가 전지 케이스(13)에 부착되면, 도 11에 도시된 바와 같이 제1 및 제2 실링면(151, 152)이 제1 및 제2 폴딩 라인(X, Y)을 기준으로 전지 케이스(13)의 측면을 향해 폴딩된다. 이 때, 제1 및 제2 실링면(151, 152)의 연결부분을 절단하여 절단부(R)를 형성한다.
제1 및 제2 실링면(151, 152)이 폴딩되면, 도 12에 도시된 바와 같이, 돌출부(162)도 제1 및 제2 실링면(151, 152)이 폴딩된 방향과 동일한 방향으로 폴딩된다. 즉, 전지 케이스(13)의 측면을 향해 폴딩된다. 이 때, 돌출부(162)는, 전지 케이스(13)의 절단부(R)의 최내측을 커버하는 부분에 위치한다. 따라서, 돌출부(162)가 폴딩되면 상기 절단부(R)의 최내측을 커버하며 전지 케이스(13)에 부착될 수 있다. 그럼으로써, 전지 케이스(13)가 파손되어 내부의 금속이 외부로 노출되는 것을 방지할 수 있다.
한편, 돌출부(162)의 일면에도 상기 접착제가 도포된다. 접착제가 도포된 바디부(161)의 일면과 접착제가 도포된 돌출부(162)의 일면은, 돌출부(162)가 폴딩되지 않았을 때 서로 동일한 방향을 향한다. 따라서, 돌출부(162)가 폴딩되면서, 상기 바디부(161)와 돌출부(162)가 모두 전지 케이스(13)에 부착될 수 있다.
만약, 전극 조립체(10a)에 복수의 외측 코너부(C)가 형성된다면, 도면에 도시되지는 않았으나 전지 케이스에서 상기 만입부(103a, 103b)에 대응되는 부분인 실링 확장부도 복수로 형성된다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 파우치용 테이프(16)도 복수로 형성되어, 복수의 실링 확장부에 각각 상기의 방법과 같이 부착될 수 있다.
이러한 본 발명의 일 실시예에 따른 파우치용 테이프(16)는, 전지 케이스(13)의 일면에만 부착될 수도 있으나, 이에 제한되지 않고 파우치용 테이프(16) 두 개가 전지 케이스(13)의 양면에 각각 하나씩 부착될 수도 있다. 이 때, 두 개의 파우치용 테이프(16)는 동일한 위치에, 동일한 방향으로 서로 마주보며 부착될 수 있다. 즉, 두 개의 바디부(161)는 전지 케이스(13)에서, 전극 조립체(10)의 외측 코너부(C)가 형성된 부분과 대응되는 부분에, 서로 마주보며 각각 부착될 수 있다. 그리고 두 개의 돌출부(162)가 모두 전지 케이스(13)의 외부로 돌출되는 방향, 특히 전지 케이스(13)의 절단부(R)가 위치하는 방향을 향한다. 따라서, 두 개의 돌출부(162)도 서로 마주보며 위치할 수 있다. 그리고 제1 및 제2 실링면(151, 152)이 폴딩되면, 돌출부(162)도 전지 케이스(13)의 측면을 향해 폴딩된다. 이 때, 두 개의 돌출부(162)가 서로 교차하며 하나씩 폴딩될 수 있다. 다만, 이에 제한되지 않고, 파우치 형 이차 전지(1)의 두께가 얇다면, 두 개의 돌출부(162)가 폴딩되지 않고 서로 접착되는 등 다양한 방법으로 부착될 수 있다. 만약, 두 개의 돌출부(162)가 서로 접착된다면, 파우치 형 이차 전지(1)의 전체 부피를 크게 증가시키지 않기 위해 돌출부(162)의 길이가 매우 짧을 수 있다. 특히, 상기 바디부(161)에서 부채꼴의 두 반지름에 대응되는 부분의 교점으로부터, 상기 돌출부(162)가 외측으로 돌출된 길이를 측정하면, 상기 부채꼴의 반지름의 절반보다 짧은 것이 바람직하다.
도 13은 본 발명의 다른 실시예에 따른 파우치용 테이프(16a)의 개념도이다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 파우치용 테이프(16a)도 도 13에 도시된 바와 같이, 바디부(161a) 및 돌출부(162a)를 포함한다. 이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 파우치용 테이프(16a)와 중복되는 내용은 생략한다. 그러나 이는 설명의 편의를 위한 것이고, 권리범위를 제한하기 위함이 아니다. 또한, 통상의 기술자는 상기 기술한 본 발명의 일 실시예를 통해, 생략된 내용을 용이하게 유추할 수 있다.
상기 기술한 바와 같이, 바디부(161a)는 부채꼴 형상을 가진다. 특히, 바디부(161a)의 중심각은 대략 1°내지 270°사이이고, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 바디부(161a)의 중심각은 180°보다 작을 수 있다.
돌출부(162a)는 바디부(161a)에서 부채꼴의 두 반지름에 대응되는 부분의 교점으로부터, 외측으로 돌출되어 형성된다.
도 14는 본 발명의 다른 실시예에 따른 파우치용 테이프(16a)가 파우치 형 이차 전지(1b)에 접착된 모습을 나타낸 개념도이다.
파우치 형 이차 전지(1b)가 가질 수 있는 비정형 구조는 하나의 형상에 제한되지 않는다. 즉, 도 1 내지 도 9에 도시된 바와 같이 코너 형(Corner Type) 이차 전지(1b)가 될 수도 있으나, 도 14에 도시된 바와 같이 일측에 빗변을 가지는 사다리꼴 형(Trapezoid Type) 이차 전지(1a)가 될 수도 있다. 즉, 비정형 구조를 가지는 파우치 형 이차 전지(1a)는, 제한되지 않고 다양한 형상을 가질 수 있다.
이러한 사다리꼴 형(Trapezoid Type) 이차 전지(1b)는 도 14에 도시된 바와 같이, 전극 조립체(10b)의 제1 및 제2 전극부(101b, 102b)의 모서리가 서로 교차하여 이루는 일정 각도가 외측으로는 대략 180°내지 360°사이일 수 있다. 즉, 외측 코너부(C)를 가지지 않고 내측 코너부만을 가질 수 있다. 이 때, 내측으로는 대략 180°보다 작은 각도를 가지므로, 바디부(161a)는 상기 내측으로 측정한 각도에 대응되는 중심각을 가질 수 있다.
코너 형 이차 전지(1b)의 경우, 전극 조립체(10b)의 외측 코너부(C)에 의해 실링면의 실링력이 약해지는 문제가 있어, 전극 조립체(10b)에 만입부를 형성할 수 있다. 그러나, 사다리꼴 형 이차 전지(1b)에는 이러한 문제가 발생할 가능성이 적다. 따라서, 전극 조립체(10b)에 만입부가 형성되거나, 전지 케이스(13b)에 실링 확장부가 형성될 필요가 없다. 다만 전지 케이스(13b)의 제1 및 제2 실링면(151b, 152b)의 연결 부분 및 제2 및 제4 실링면(152b, 154b)의 연결 부분 을 절단하여 각각 절단부(R)를 형성하면, 실링면(151b, 152b, 154b)이 폴딩될 때 각각의 실링면(151b, 152b, 154b)들이 서로 연결되는 부분에서 여전히 전지 케이스(13b)가 파손될 위험이 존재한다. 즉, 사다리꼴 형 이차 전지(1b)의 경우에도, 여전히 제1, 제2 및 제4 실링면(151b, 152b, 154b)이 폴딩되면서 절단부(R)의 최내측이 파손되거나, 절단부(R)의 절단면을 통해 내부의 금속이 외부로 노출되는 문제가 발생할 수 있다.
따라서, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 도 14에 도시된 바와 같이, 바디부(161a)는 전지 케이스(13b)에서, 전극 조립체(10b)의 내측 코너부가 형성된 부분과 대응되는 부분에 각각 부착된다. 바디부(161a)가 전지 케이스(13b)에 부착되면, 제1, 제2 및 제4 실링면(151b, 152b, 154b)이 제1, 제2 및 제3 폴딩 라인(X, Y, Z)을 기준으로 각각 전지 케이스(13b)의 측면을 향해 폴딩된다. 제1, 제2 및 제4 실링면(151b, 152b, 154b)이 폴딩되면, 돌출부(162a)도 제1, 제2 및 제4 실링면(151b, 152b, 154b)이 폴딩된 방향과 동일한 방향으로 폴딩된다. 이 때, 돌출부(162a)는, 전지 케이스(13ab)의 절단부(R)의 최내측을 커버하는 부분에 위치한다. 따라서, 전지 케이스(13b)가 파손되어 내부의 금속이 외부로 노출되는 것을 방지할 수 있다. 도 14에서는 파우치용 테이프(16a)가 두 군데에 부착된 것으로 도시되어 있으나, 이에 제한되지 않고 전지 케이스(13b)의 절단부(R)를 커버하기 위해서는 다양한 위치에 파우치용 테이프(16a)가 부착될 수 있다.
본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 다양한 실시 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
1, 1a, 2: 이차 전지 3, 16: 테이프
10, 20: 전극 조립체 101, 201: 제1 전극부
102, 202: 제2 전극부 103: 만입부
11, 21: 전극 탭 12, 22: 전극 리드
13, 23: 전지 케이스 24: 절연부
131, 231: 상부 파우치 132, 232: 하부 파우치
133: 실링 확장부
151, 152, 153, 154, 155, 251, 252, 253, 254, 255: 실링면
161: 바디부 162: 돌출부
211: 양극 탭 212: 음극 탭
221: 양극 리드 222: 음극 리드

Claims (20)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 외측 코너부가 형성된 전극 조립체를 수용하는 전지 케이스; 및
    중심각이 존재하는 도형의 형상을 가지는 바디부와, 상기 바디부에서 상기 중심각을 형성하는 두 선분에 대응되는 모서리의 교점으로부터 외측으로 돌출되는 돌출부를 포함하는 파우치용 테이프를 포함하며,
    상기 돌출부는,
    상기 바디부가 상기 전지 케이스에 부착되면, 상기 전지 케이스의 두 개의 실링면의 연결부분을 절단한 절단부가 위치하는 방향을 향하여, 상기 전지 케이스의 외부로 돌출되고,
    상기 전극 조립체에 만입부가 형성되는 경우, 상기 전지 케이스는 상기 전극 조립체가 수용될 때 상기 만입부에 대응되는 위치에 실링 확장부가 형성된, 파우치용 테이프가 부착된 이차 전지.
  9. 삭제
  10. 제8항에 있어서,
    상기 바디부는,
    상기 전지 케이스에서, 상기 외측 코너부가 형성된 부분과 대응되는 부분에 부착되는, 파우치용 테이프가 부착된 이차 전지.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 바디부는,
    부채꼴 형상을 가지는, 파우치용 테이프가 부착된 이차 전지.
  12. 제8항에 있어서,
    상기 바디부의 중심각은,
    1° 내지 270° 사이 중 어느 하나인, 파우치용 테이프가 부착된 이차 전지.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 바디부의 중심각은,
    180°인, 파우치용 테이프가 부착된 이차 전지.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 바디부의 중심각은,
    180° 보다 작은, 파우치용 테이프가 부착된 이차 전지.
  15. 삭제
  16. 제8항에 있어서,
    상기 바디부는,
    상기 실링 확장부에 부착되는, 파우치용 테이프가 부착된 이차 전지.
  17. 제8항에 있어서,
    상기 돌출부는,
    상기 전지 케이스의 실링면이 폴딩되는 방향과 동일한 방향으로 폴딩되는, 파우치용 테이프가 부착된 이차 전지.
  18. 제8항에 있어서,
    상기 파우치용 테이프는,
    두 개가 상기 전지 케이스의 양면에 하나씩 부착되는, 파우치용 테이프가 부착된 이차 전지.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 돌출부는,
    두 개가 서로 교차하며 하나씩 폴딩되는, 파우치용 테이프가 부착된 이차 전지.
  20. 제18항에 있어서,
    상기 돌출부는,
    두 개가 서로 접착되는, 파우치용 테이프가 부착된 이차 전지.
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