KR102564975B1 - 리튬 이차전지용 파우치 및 이를 포함하는 리튬 이차전지 - Google Patents
리튬 이차전지용 파우치 및 이를 포함하는 리튬 이차전지 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 리튬 이차전지용 파우치 및 이를 포함하는 리튬 이차전지에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 그 내부에 전극 조립체를 수납할 수 있는 리튬 이차전지용 파우치로서, 제1 파우치와 제2 파우치를 포함하며, 상기 제1 파우치와 상기 제2 파우치가 접합되는 부분에 서로 대향하여 맞물리도록 형성되는 제1 지퍼부 및 제2 지퍼부가 상기 제1 파우치와 상기 제2 파우치에 각각 형성됨으로써, 파우치의 밀봉 및 개봉이 용이한 리튬 이차전지용 파우치를 제공할 수 있다.
Description
본 발명은 리튬 이차전지용 파우치 및 이를 포함하는 리튬 이차전지에 관한 것이다.
리튬 이온 이차전지는 전해질의 종류에 따라 액체 전해질을 사용하는 리튬 이온 이차전지 및 고분자 고체 전해질을 사용하는 리튬 이온 폴리머 이차전지 등으로 구분할 수 있다.
액체 전해질을 사용하는 리튬 이온 이차전지는 원통 또는 각 형의 금속 캔을 용기로 하여 용접 밀봉될 수 있다. 이런 금속 캔이 용기로 사용되는 이차전지의 경우 그 형상이 고정되므로, 이를 전원으로 사용하는 전기 제품의 디자인 및 소형화가 제약될 수 있다. 따라서 두 전극과 분리막, 전해질을 필름으로 만든 파우치에 넣고 밀봉하여 제조되는 파우치형 이차전지가 개발되고 있다.
통상적으로 사용되는 리튬 이온 폴리머 이차전지의 파우치는, 내부에 수납된 전극 조립체, 전해액 등을 보호하는 내부보호층, 열 접착성을 가져 실링재 역할을 하는 열융착층, 기계적 강도를 유지하는 기재 및 수분과 산소의 배리어층으로서 역할을 하는 금속층, 기재 및 보호층으로 작용하는 나일론층(Nylon Layer) 등과 같은 층들이 적층된 다층막 구조가 포함될 수 있다.
이러한 구성들 중에서, 파우치형 이차전지는, 상호 맞닿는 열융착층의 융착을 통해 실링함으로써, 이차전지를 밀봉하고 내부 상태를 유지한다. 이렇게 밀봉된 경우 이차전지의 내부를 확인하기 위해서는 파우치를 절단하는 등의 방법을 이용하게 되는데, 이 후 절단된 이차전지는 폐기 처리된다.
한국공개특허 제10-2010-0097820호는 이차전지용 파우치 및 이차전지에 관한 기술을 개시하고 있다.
본 발명은 파우치의 밀봉 및 개봉이 용이한 리튬 이차전지용 파우치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 상기 리튬 이차전지용 파우치를 포함하는 리튬 이차전지를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 그 내부에 전극 조립체를 수납할 수 있는 리튬 이차전지용 파우치로서, 제1 파우치와 제2 파우치를 포함하며, 상기 제1 파우치와 상기 제2 파우치가 접합되는 부분에 서로 대향하여 맞물리도록 제1 지퍼부 및 제2 지퍼부가 각각 형성된, 리튬 이차전지용 파우치를 제공한다.
또한, 상기 제1 파우치 및 상기 제2 파우치는 각각의 적어도 일부가 상호 접합되도록 하는 제1 열융착부 및 제2 열융착부를 더 포함하고, 상기 제1 열융착부 및 상기 제2 열융착부는 상기 제1 지퍼부 또는 상기 제2 지퍼부의 외측에 형성될 수 있다.
또한, 대향하여 맞물리도록 형성되는 상기 제1 지퍼부 및 상기 제2 지퍼부는 각각 수평 방향으로 소정의 간격으로 이격되어 복수로 포함되고, 상기 제1 파우치는 상기 제1 지퍼부의 이격된 부분에 제1 열융착부를 더 포함하고, 상기 제2 파우치는 상기 제2 지퍼부의 이격된 부분에 제2 열융착부를 더 포함될 수 있다.
또한, 상기 제1 지퍼부 및 상기 제2 지퍼부는 폴리비닐 클로라이드(PVC), 폴리스티렌(PS), 폴리에틸렌(PE) 및 폴리프로필렌(PP)로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다.
또한, 상기 제1 지퍼부 및 상기 제2 지퍼부 중 적어도 하나는 그 내부에 강성이 있는 보강부재를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 제1 지퍼부 및 상기 제2 지퍼부는 모두 보강 부재를 포함하고, 상기 제1 지퍼부의 보강부재와 상기 제2 지퍼부의 보강부재는 상호간 인력을 형성하는 자성을 가질 수 있다.
또한, 상기 제1 파우치 및 상기 제2 파우치는 각각 전극 조립체 측에서부터 내부보호층, 금속층 및 외부보호층이 배치되는 다층구조를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 전극 조립체 및 상기 전극 조립체를 수납하는 전술한 어느 하나의 리튬 이차전지용 파우치를 포함하는 리튬 이차전지를 제공할 수 있다.
본 발명에 따른 리튬 이차전지용 파우치는, 파우치의 밀봉 및 개봉이 용이할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 리튬 이차전지용 파우치는, 지퍼라인을 개방함으로써, 리튬 이차전지의 내부 상태 확인이 용이할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 리튬 이차전지용 파우치는, 지퍼라인을 폐쇄함으로써, 리튬 이차전지의 내부를 밀봉할 수 있고, 리튬 이차전지가 동작될 수 있는 밀봉 조건을 조성할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 리튬 이차전지용 파우치는, 복수의 공정 또는 실험이 수행되는 경우 매 공정 또는 실험 사이에 파우치의 밀봉 및 개봉이 용이할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 리튬 이차전지용 파우치는, 이차전지 제조 공정에서 제품에 불량이 발생한 경우 그 원인 파악이 용이할 수 있다.
본 발명에 따른 리튬 이차전지용 파우치는, 파우치의 개봉 후 밀봉 및 작동이 용이할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 리튬 이차전지용 파우치는, 별도의 실링부 없이 지퍼라인만으로도 파우치를 밀봉할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 리튬 이차전지용 파우치는, 파우치를 보다 우수하게 밀봉할 수 있는 지퍼라인을 구비할 수 있다.
또한, 본 발명은 전술한 리튬 이차전지용 파우치를 포함한 리튬 이차전지를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 리튬 이차전지의 개략적인 분해사시도이다.
도 2a 내지 도 2c는 본 발명의 일 실시예에 따른 리튬 이차전지의 개략적인 사용도이다.
도 3의 (a)는 본 발명의 일 실시예에 따른 리튬 이차전지의 단면도이다.
도 3의 (b)는 본 발명의 일 실시예에 따른 리튬 이차전지 일부의 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 리튬 이차전지의 개략적인 분해사시도이다.
도 2a 내지 도 2c는 본 발명의 일 실시예에 따른 리튬 이차전지의 개략적인 사용도이다.
도 3의 (a)는 본 발명의 일 실시예에 따른 리튬 이차전지의 단면도이다.
도 3의 (b)는 본 발명의 일 실시예에 따른 리튬 이차전지 일부의 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 리튬 이차전지의 개략적인 분해사시도이다.
본 발명의 일 실시형태는 그 내부에 전극 조립체를 수납할 수 있는 리튬 이차전지용 파우치로서, 제1 파우치와 제2 파우치를 포함하며, 상기 제1 파우치와 상기 제2 파우치가 접합되는 부분에 서로 대향하여 맞물리도록 형성되는 제1 지퍼부 및 제2 지퍼부가 상기 제1 파우치와 상기 제2 파우치에 각각 형성됨으로써, 파우치의 밀봉 및 개봉이 용이할 수 있는 리튬 이차전지용 파우치에 관한 것이다.
이하, 도 1 내지 도 3을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시형태를 설명하기로 한다. 그러나 이는 예시에 불과하며 본 발명은 이에 제한되지 않는다.
본 명세서에서, 제1 지퍼부(210), 제2 지퍼부(220), 제1 열융착부(410) 및 제2 열융착부(420)의, "제1" 및 "제2"의 의미는 지퍼부, 열융착부(400)의 개수를 한정하는 의미가 아니라, 서로 다른 지퍼부, 열융착부(400)를 구별하는 의미에 지나지 않는다.
또한, 본 명세서에서, 제1 파우치(110) 및 제2 파우치(120)의 "제1" 및 "제2"의 의미는 파우치의 위치를 한정하는 의미가 아니라, 맞닿아 융착되는 서로 다른 파우치를 구별하는 의미에 지나지 않는다.
<리튬 이차전지용 파우치>
도 1 및 3을 참조하면, 본 발명의 리튬 이차전지용 파우치는 제1 파우치(110), 제2 파우치(120), 제1 지퍼부(210) 및 제2 지퍼부(220)를 포함한다.
제1 파우치(110) 및 제2 파우치(120)
도 1 및 3을 참조하면, 본 발명에 따른 파우치는 제1 파우치(110) 및 제2 파우치(120)를 포함할 수 있으며, 전극 조립체(510)를 수용하는 파우치는 전극 조립체(510)를 외부에서 둘러싸는 형태로 그 내부에 수납할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 제1 파우치(110) 및 제2 파우치(120)는 전극 조립체(510)를 덮으며, 전극탭(520)을 포함하는 전극 조립체(510)를 사이에 두고 대향되고, 필요에 따라 전극 조립체(510)와 가까운 면에 열융착층을 포함하여 서로 열융착부(400)를 통해 접합될 수 있다.
필요에 따라, 본 발명의 일 실시예에 따른 각 파우치는 복수의 층으로 형성될 수 있고, 파우치형 리튬 이차전지 제조에 쓰이는 파우치이면 당 분야에 공지된 소재가 특별한 제한 없이 사용될 수 있으며 다층구조를 포함할 수 있다. 예를 들어, 각 파우치는 전극 조립체(510) 측에서부터 내부보호층, 금속층 및 외부보호층이 배치되는 다층구조를 포함할 수 있고, 내부보호층은 열융착층을 포함할 수 있다.
내부보호층
본 발명의 일 실시예에 따른 내부보호층은 파우치 내부에 수납된 전극 조립체, 전해액 등과 같은 소재들을 외부의 충격 등으로부터 보호할 수 있으며, 금속층이 내부 소재와 전기적으로 연결되는 것을 방지할 수 있다.
필요에 따라, 본 발명의 일 실시예에 따른 내부보호층은 열융착층을 포함할 수 있는데, 열융착층은 리튬 이차전지의 제조 과정 중 파우치를 실링하는 공정의 진행 과정에서 파우치의 주변부 등에 가하는 열에 의해 해당 부분이 용융된다. 이에 따라, 각 파우치의 가열된 부분이 서로 융착되어 제1 파우치(110) 및 제2 파우치(120)가 접합될 수 있다.
열융착층은 후술할 외부보호층과 마찬가지로 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리카보네이트, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리비닐 클로라이드, 아크릴계 고분자, 폴리아크릴로나이트릴, 폴리이미드, 폴리아마이드, 셀룰로오스, 아라미드, 나일론, 폴리에스테르, 폴리파라페닐렌벤조비스옥사졸, 폴리아릴레이트, 폴리스티렌, 테프론 및 유리섬유로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나의 물질로 이루어진 단일막 구조 또는 2개 이상의 물질로 이루어진 복합막 구조를 가질 수 있다.
이 중에서 폴리프로필렌이 바람직하고, 폴리프로필렌은 호모 폴리프로필렌과 변성 폴리프로필렌을 적층한 구조로 사용될 수 있다. 열융착층의 총 두께는 특별히 제한되지는 않지만 바람직하게는 60㎛ 내지 100㎛일 수 있으며, 70㎛ 내지 90㎛인 것이 특히 바람직하다.
본 발명에 따른 열융착층이 2개 이상의 층으로 이루어진 복합막 구조일 경우 각 층은 접착층을 통해 결합될 수 있고, 상기 접착층의 재료는 당분야에서 쓰이는 것이라면 특별히 제한되지 않으며, 두께는 3㎛ 이내인 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 제1 지퍼부(210) 및 제2 지퍼부(220)는 내부보호층에 구비될 수 있다.
금속층
본 발명의 일 실시예에 따른 금속층은 외부의 수분, 가스 등이 전극 조립체(510) 측으로 침투하는 것을 방지할 수 있으며, 파우치의 기계적 강도 향상과 함께 파우치 내부에 주입된 화학 물질이 외부로 유출되는 것을 방지할 수 있다.
상기 금속층의 재질은 철, 탄소, 크롬, 망간, 니켈, 구리 및 알루미늄 등으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나가 사용될 수 있으며, 예를 들어 철, 탄소, 크롬 및 망간의 합금, 철, 크롬 및 니켈의 합금, 알루미늄 또는 그 등가물 중 선택된 어느 하나가 이용될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 금속층을 철이 함유된 재질로 할 경우 기계적 강도가 강해지고, 알루미늄이 함유된 재질로 할 경우에는 유연성이 좋아지나, 본 발명에서는 알루미늄이 보다 바람직하다.
본 발명에 따른 금속층의 두께는 특별히 제한되지는 않지만 바람직하게는 30㎛ 내지 50㎛일 수 있고, 보다 바람직하게는 35㎛ 내지 45㎛일 수 있다.
상기 금속층은 파우치를 구성하는 다른 층, 구체적으로 외부보호층, 또는 열융착층과 접착층을 통하여 결합될 수 있고, 상기 접착층의 재료는 당분야에서 쓰이는 것이라면 특별히 제한되지 않으며, 두께는 3㎛ 이내인 것이 바람직하다.
외부보호층
본 발명에 따른 외부보호층은 금속층의 손상과 부식 등을 방지하며, 금속층이 외부와 전기적으로 연결되는 것을 방지할 수 있다. 리튬 이차전지는 전극 조립체(510)의 전극탭(520)을 통해서만 외부와 전기적으로 연결되어야 하며, 금속층이 직접 전기적으로 연결될 경우 리튬 이차전지의 안전성이 저해될 수 있다. 특히, 전극 조립체(510)의 전극탭(520)이 상기 금속층을 통해서 단락될 경우 리튬 이차전지가 폭발할 수 있다.
상기 외부보호층은 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리카보네이트, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리염화비닐, 아크릴계 고분자, 폴리아크릴로나이트릴, 폴리이미드, 폴리아마이드, 셀룰로오스, 아라미드, 나일론, 폴리에스테르, 폴리파라페닐렌벤조비스옥사졸, 폴리아릴레이트, 테프론 및 유리섬유로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나의 물질로 이루어진 단일막 구조 또는 2개 이상의 물질로 이루어진 복합막 구조를 가질 수 있다.
폴리에틸렌테레프탈레이트, 나일론이 보다 바람직하며, 상기 나일론층은 이축 연신된 나일론층 일 수 있고 외부보호층의 총 두께는 20㎛ 내지 30㎛인 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 외부보호층이 2개 이상의 층으로 이루어진 복합막 구조일 경우 각 층은 접착층을 통해 결합될 수 있고, 상기 접착층의 재료는 당분야에서 쓰이는 것이라면 특별히 제한되지 않으며, 두께는 3㎛ 이내인 것이 바람직하다.
지퍼라인
(200)(제1
지퍼부
(210) 및 제2
지퍼부
(220))
도 1 및 3을 참조하면, 본 발명은 제1 파우치(110)와 제2 파우치(120)가 접합되는 부분에 서로 대향하여 맞물리도록 형성되는 제1 지퍼부(210) 및 제2 지퍼부(220)가 제1 파우치(110)와 제2 파우치(120)에 형성된다. 제1 지퍼부(210) 및 제2 지퍼부(220)는 지퍼라인(200)을 형성하며, 제1 지퍼부(210) 및 제2 지퍼부(220)가 맞물림으로써 지퍼라인(200)이 폐쇄될 수 있고, 파우치의 밀봉 상태를 구현할 수 있다.
제1 지퍼부(210) 및 제2 지퍼부(220)가 제1 파우치(110)와 제2 파우치(120)가 접합되는 부분에 서로 대향하여 맞물리도록 형성되기만 하면 되므로, 제1 지퍼부(210) 및 제2 지퍼부(220)는 각각 볼록한 철(凸)부 및 오목한 요(凹)부 또는 요(凹)부 및 철(凸)부를 포함할 수 있다.
예를 들어, 제1 지퍼부(210)가 볼록한 철(凸)부를 포함하고 제2 지퍼부(220)가 오목한 요(凹)부를 포함한 경우 제1 지퍼부(210) 및 제2 지퍼부(220)는 서로 맞물려 결합될 수 있고, 이들을 상호 밀착시켜 맞물리게 한 경우 제1 지퍼부(210) 및 제2 지퍼부(220)는 결합되었던 방향의 반대 방향으로 소정의 힘을 초과하는 힘을 가하여야 분리될 수 있다.
상기 소정의 힘은 통상적인 환경에서 파우치의 밀봉 상태를 유지할 수 있는 정도라면 특별히 제한되지 않으며, 예를 들면, 지퍼라인(200)의 폐쇄만으로 이차전지의 정상 작동이 가능하도록 지지할 수 있는 힘, 또는 일련의 이차전지 제조 공정 단계에서 발생할 수 있는 힘일 수 있는데 특히 지퍼라인(200)을 폐쇄한 후 파우치 내 진공 흡입이 수행되는 경우 지퍼라인(200)이 공정 상 의도치 않게 개방되지 않을 정도의 힘일 수 있다. 물론 필요에 따라서는 단기적 확인을 위해 긴 내구성 유지가 불필요하다면 상기 소정의 힘은 전술한 정도보다 작은 힘일 수 있다.
본 발명에 따른 제1 지퍼부(210) 및 제2 지퍼부(220)가 제1 파우치(110)와 제2 파우치(120)에 각각 형성됨으로써, 파우치의 밀봉 및 개봉이 용이할 수 있다. 구체적으로, 소정의 힘을 가하여 지퍼라인(200)을 폐쇄하고 개방함으로써 파우치의 밀봉 및 개봉이 가능하게 된다. 본 발명에 따른 리튬 이차전지용 파우치의 밀봉 및 개봉은, 예를 들어, 통상적인 리튬 이차전지 제조 공정 상에서 수행될 수도 있고, 연구 개발 단계에서도 수행될 수도 있다. 또한, 복수의 공정 또는 실험이 수행되는 경우 매 공정 또는 실험 사이에 파우치의 밀봉 및 개봉이 용이하게 수행될 수도 있다.
도 2c에 도시된 바와 같이, 지퍼라인(200)을 개방함으로써, 리튬 이차전지의 내부 상태 확인 등이 용이할 수 있고, 지퍼라인(200)을 폐쇄함으로써, 리튬 이차전지의 내부 밀봉 및 밀봉 후 작동 등이 가능할 수 있다.
이에 따라, 예를 들어, 이차전지 제조 공정에서 제품에 불량이 발생한 경우 그 원인 파악을 위해 이차전지 내부의 전극, 전해질 등을 검사하여 재료나 공정 상에 어떤 문제가 있는지 파악하기 용이할 수 있다. 아울러, 필요하면 파우치 내부 재료의 보충 및 수집도 가능할 수 있다.
구체적으로, 전해액량 조절 후 파우치 내의 전해액량의 확인이 용이할 수 있고, 내부 alignement, 충방전 상태, 불순물 상태 등의 확인이 가능하고, 뿐만 아니라 이후 정상 작동 확인까지 가능할 수 있다. 특히 전기 자동차 등에 사용되는 이차전지와 같이 미량이라도 전해액량의 조절이 중요한 경우는 이러한 점의 중요성이 더욱 부각될 수 있다. 또한, 전극, 분리막의 변형 확인도 가능한데, 이는 이차전지의 안전성에 영향을 미치므로 그 확인이 매우 중요한 사항이다.
필요에 따라, 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 지퍼부(210) 및 제2 지퍼부(220)는 각각 수평 방향으로 소정의 간격을 두고 제1 파우치(110) 및 제2 파우치(120)에 복수로 형성될 수 있다. 이 때, 제1 지퍼부(210) 및 제2 지퍼부(220)는 대응되는 지퍼부끼리 대향하여 맞물리도록 형성되는 것은 당연하다. 즉, 이는 제1 지퍼부(210) 및 제2 지퍼부(220)가 형성하는 지퍼라인(200)이 파우치가 접합되는 면을 따라 복수로 형성될 수 있음을 의미한다.
제1 지퍼부(210) 및 제2 지퍼부(220)가 복수로 형성됨으로써, 지퍼라인(200)에 의한 밀봉이 보다 강하게 형성될 수 있고, 또한 하나의 지퍼라인(200)이 파우치 밀봉을 위한 기능적 결함이 발생하더라도 다른 지퍼라인(200)에 의한 밀봉을 구현할 수도 있다.
도1 내지 도 4를 참조하면, 필요에 따라, 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 파우치(110) 및 제2 파우치(120)는 각각의 적어도 일부가 융착을 통해 상호 접합되도록 하는 제1 열융착부(410) 및 제2 열융착부(420)를 더 포함할 수 있다.
열융착부(400)를 포함함으로써 열융착부(400)를 융착하여 파우치를 밀봉할 수 있다. 또한, 이와 별개로 제1 지퍼부(210) 및 제2 지퍼부(220)를 맞물리게 함으로써 파우치를 밀봉할 수도 있는데, 열융착부(400)의 융착 및 지퍼라인(200)의 폐쇄를 함께 수행함으로써 파우치의 밀봉성을 보다 강화할 수도 있다.
내부보호층이 열융착이 가능한 소재로 제조된다면, 필요한 부분을 가열함으로써 열융착부(400)를 형성시킬 수 있다.
제1 열융착부(410) 및 제2 열융착부(420)가 형성되는 위치는 제1 파우치(110) 및 제2 파우치(120)를 접합하여 파우치를 밀봉할 수 있는 위치이면 별다른 제한 없이 설정될 수 있으나, 예를 들면, 제1 지퍼부(210) 또는 제2 지퍼부(220)의 외측에 형성될 수 있다.
외측이라 함은, 도1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 제1 파우치(110) 및 제2 파우치(120)가 접합됨으로써 파우치가 전극 조립체(510)를 수용할 때, 제1 파우치(110) 및 제2 파우치(120)가 접합되는 부분 중 전극 조립체(510)를 기준으로 먼 쪽 부분을 의미한다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 열융착부(410) 및 제2 열융착부(420)가 제1 지퍼부(210) 또는 제2 지퍼부(220)의 외측에 형성된 경우, 파우치를 열융착부(400)를 융착하여 밀봉하고(도 2a 참조), 이 후, 열융착부(400)와 지퍼라인(200) 사이의 일부를 절단하여(도 2b 참조) 파우치를 개봉하고 리튬 이차전지의 내부 상태 확인 등을 수행한 후(도 2c 참조)에 별다른 실링부 없이도 지퍼라인(200)을 폐쇄함으로써 파우치를 밀봉할 수 있다. 아울러, 전술한 바와 같이 밀봉 후 작동 등이 가능할 수 있다.
또한, 전술한 바와 같이 제1 지퍼부(210) 및 제2 지퍼부(220)가 각각 수평 방향으로 소정의 간격을 두고 제1 파우치(110) 및 제2 파우치(120)에 복수로 형성되는 경우, 필요에 따라, 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 파우치(110) 및 제2 파우치(120)는 각각, 상기 소정의 간격을 두는 2개의 제1 지퍼부(210) 및 2개의 제2 지퍼부(220)의 사이에, 제1 열융착부(410) 및 제2 열융착부(420)를 포함할 수 있다.
이와 같이 제1 파우치 상에 복수의 철(凸)부와 제1 열융착부(410)를 번갈아 배치하고 제2 파우치 상에 복수의 요(凹)부와 제2 열융착부(420)를 번갈아 배치함으로써, 리튬 이차전지용 파우치의 밀봉, 개봉 및 열융착을 반복적으로 수행할 수 있다. 구체적으로, 반복된 열융착은, 먼저 파우치의 가장자리 쪽에 위치한 열융착부부터 융착하고, 상기 융착된 열융착부를 잘라 파우치를 개봉한 후 먼저 융착되었던 열융착부보다 파우치의 안 쪽에 위치한 열융착부를 다시 융착함으로써 수행될 수 있다. 이러한 반복된 열융착은 본 발명의 목적이 보다 효과적으로 수행될 수 있도록 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 제1 지퍼부(210) 및 제2 지퍼부(220)의 소재는 파우치 열융착 온도나 리튬 이차전지에 사용되는 용제류에 잘 견딜 수 있으며 파우치의 밀봉을 유지할 수 있는 내구성을 가지는 소재이면 당분야에 공지된 소재가 별다른 제한 없이 사용될 수 있으나, 예를 들면, 폴리비닐 클로라이드(PVC), 폴리스티렌(PS), 폴리에틸렌(PE) 및 폴리프로필렌(PP)로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있으며, 바람직하게 파우치 성형온도에 따라 적절한 소재가 사용될 수 있다.
보강부재
(300)
도 3을 참조하면, 필요에 따라, 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 지퍼부(210) 및 제2 지퍼부(220) 중 적어도 하나는 그 내부에 강성이 있는 보강부재(300)를 더 포함할 수 있다.
제1 지퍼부(210) 및 제2 지퍼부(220) 중 적어도 하나가 그 내부에 강성이 있는 보강부재(300)를 더 포함함으로써, 지퍼라인(200)이 폐쇄되면 파우치를 보다 우수하게 밀봉할 수 있다. 구체적으로, 제1 지퍼부(210) 및 제2 지퍼부(220)가 맞물리는 힘이 강화되도록 하거나 지퍼라인(200)의 형상이 고정될 수 있도록 하여, 지퍼라인(200)에 의도하지 않은 소정의 힘이 작용하더라도 지퍼라인(200)이 이를 견디어, 개방되지 않도록 할 수 있다.
보강부재(300)의 소재는 전술한 기능을 수행할 수 있는 소재이면 별다른 제한 없이 사용될 수 있으나, 내열성 및 내구성이 우수한 수지가 바람직할 수 있다. 예를 들어, 보강부재(300)의 소재는 철사, SUS(Steel Use Stainless), 폴리카보네이터, 폴리아세틸수지 및 섬유 강화플라스틱(FRP)로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다.
한편, 보강부재(300)의 형상은 전술한 기능을 수행할 수 있는 형상이면 별다른 제한 없이 사용될 수 있으나, 예를 들면 직선, 나선형, 구형 등일 수 있다.
보강부재(300)가 각 지퍼에 포함되는 위치는 전술한 기능을 수행할 수 있는 소재이면 별다른 제한 없이 사용될 수 있으나, 예를 들면, 도 3의 (a)에 도시된 바와 같이, 지퍼의 내부에 포함될 수도 있고, 도 3의 (b)에 도시된 바와 같이, 지퍼의 표면에 부가되어 포함될 수도 있다.
필요에 따라, 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 지퍼부(210) 및 제2 지퍼부(220)는 모두 보강 부재를 포함하고, 제1 지퍼부(210)의 보강부재(300)와 제2 지퍼부(220)의 보강부재(300)는 상호간 인력을 형성하는 자성을 가질 수 있다.
제1 지퍼부(210)의 보강부재(300)와 제2 지퍼부(220)의 보강부재(300)는 상호간 인력을 형성하기 위해 각각 서로 다른 자성을 띄도록 구비될 수 있다.
이러한 상호간 인력은 지퍼라인(200)의 밀봉성을 더욱 향상시킬 수 있다.
<리튬 이차전지>
또한, 본 발명은 전술한 리튬 이차전지용 파우치를 포함하는 이차 전지를 제공한다. 도 1 및 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지는 전극 조립체(510) 및 전극 조립체(510)를 덮는 전술한 리튬 이차전지용 파우치를 포함한다.
전극 조립체(510)
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 전극 조립체(510)는 이차 전지에 적용되는 통상적인 구조로서, 양극판, 음극판, 이들을 절연하기 위해 양극판과 음극판 사이에 개재된 분리막 및 양극판 및 음극판 각각에 전기적으로 연결된 전극탭(520)을 포함할 수 있다.
이들은 양극판, 분리막, 음극판이 순차로 배치되어 일 방향으로 와인딩 되거나, 다수장의 양극판, 분리막, 음극판이 반복적으로 적층된 것일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 양극판 및 음극판에는 각각 양극 활물질과 음극 활물질이 코팅될 수 있다.
상기 양극 활물질은 당 분야에서 통상적으로 사용되는 것이라면, 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어, 본 발명이 리튬 이차전지인 경우, 상기 양극 활물질은 리튬 계열의 활물질이며, 구체적으로는 리튬 코발트 산화물(LiCoO2), 리튬 니켈 산화물(LiNiO2) 등의 층상 화합물이나 1 또는 그 이상의 전이금속으로 치환된 화합물; LiMnO3, LiMn2O3, LiMnO2 등의 리튬 망간 산화물; 리튬 동 산화물(Li2CuO2); LiV3O8, LiFe3O4, V2O5, Cu2V2O7 등의 바나듐 산화물; Ni 사이트형 리튬 니켈 산화물; 리튬 망간 복합 산화물; 등을 들 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 음극 활물질은 당분야에서 통상적으로 사용되는 것이라면, 특별히 한정되지 않으나, 구체적으로는 결정질 탄소, 비정질 탄소, 탄소 복합체, 탄소 섬유 등의 탄소 재료, 리튬 금속, 리튬과 다른 원소의 합금, 규소 또는 주석 등이 사용될 수 있다. 비결정질 탄소로는 하드카본, 코크스, 1500℃ 이하에서 소성한 메조카본 마이크로비드(mesocarbon microbead: MCMB), 메조페이스피치계 탄소섬유(mesophase pitch-based carbon fiber: MPCF) 등이 있다. 결정질 탄소로는 흑연계 재료가 있으며, 구체적으로는 천연흑연, 흑연화 코크스, 흑연화 MCMB, 흑연화 MPCF 등이 있다. 리튬과 합금을 이루는 다른 원소로는 알루미늄, 아연, 비스무스, 카드뮴, 안티몬, 실리콘, 납, 주석, 갈륨 또는 인듐이 사용될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 분리막은 소재는 절연 물질이라면 특별히 한정되지 않으며, 양극과 음극 사이에 이온이 통화할 수 있도록 다공성 막으로 구성되는 것이 바람직하며, 예를 들면, 높은 이온 투과도와 기계적 강도를 가지는 절연성의 얇은 박막이 사용될 수 있다. 구체적으로 내화학성 및 소수성의 폴리프로필렌 등의 올레핀계 폴리머; 유리섬유 또는 폴리에틸렌 등으로 만들어진 시트나 부직포 등이 사용될 수 있다. 전해질로서 폴리머 등의 고체 전해질이 사용되는 경우에는 고체 전해질이 분리막을 겸할 수도 있다. 바람직하게는, 폴리에틸렌 필름, 폴리프로필렌 필름, 또는 이들 필름의 조합에 의해서 제조되는 다층 필름이나 폴리비닐리덴 플로라이드(polyvinylidene fluoride), 폴리에틸렌옥사이드(polyethylene oxide), 폴리아크릴로니트릴(polyacrylonitrile), 또는 폴리비닐리덴 플로라이드 헥사플루오로프로필렌(polyvinylidene fluoridehexafluoropropylene) 공중합체 등의 고분자 필름일 수 있다.
상기 전극 조립체(510)를 파우치에 수납하고, 전해액을 주입한 후 파우치를 밀봉하여 이차 전지를 제조할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 파우치형 이차 전지는 다수 결합되어 전지 팩으로 사용될 수 있다. 상기 전지 팩은 파워 툴(Power tool); 전기차(Electric Vehicle, EV), 하이브리드 전기차(Hybrid Electric Vehicle, HEV) 및 플러그인 하이브리드 전기차(Plug-in Hybrid Electric Vehicle, PHEV) 등의 전기차; 이-바이크(E-bike) 또는 이-스쿠터(Escooter) 등의 전기 이륜차; 전기 골프 카트(Electric golf cart); 전기 트럭; 및 전기 상용차 등의 중대형 디바이스 전원으로 사용될 수 있다.
110 : 제1 파우치
120 : 제2 파우치
200 : 지퍼라인
210 : 제1 지퍼부
220 : 제2 지퍼부
300 : 보강부재
400 : 열융착부
410 : 제1 열융착부
420 : 제2 열융착부
510 : 전극 조립체
520 : 전극탭
120 : 제2 파우치
200 : 지퍼라인
210 : 제1 지퍼부
220 : 제2 지퍼부
300 : 보강부재
400 : 열융착부
410 : 제1 열융착부
420 : 제2 열융착부
510 : 전극 조립체
520 : 전극탭
Claims (8)
- 그 내부에 전극 조립체를 수납할 수 있는 리튬 이차전지용 파우치로서,
제1 파우치와 제2 파우치를 포함하며,
상기 제1 파우치와 상기 제2 파우치가 접합되는 부분에 형성되며, 서로 대향하여 접촉하며 맞물리도록 상기 제1 파우치 및 상기 제2 파우치의 내측에 각각 형성된 제1 지퍼부 및 제2 지퍼부를 포함하는, 리튬 이차전지용 파우치. - 청구항 1에 있어서, 상기 제1 파우치 및 상기 제2 파우치는 각각의 적어도 일부가 상호 접합되도록 하는 제1 열융착부 및 제2 열융착부를 더 포함하고,
상기 제1 열융착부 및 상기 제2 열융착부는 상기 제1 지퍼부 또는 상기 제2 지퍼부의 외측에 형성되는, 리튬 이차전지용 파우치. - 청구항 1에 있어서, 대향하여 맞물리도록 형성되는 상기 제1 지퍼부 및 상기 제2 지퍼부는 각각 수평 방향으로 소정의 간격으로 이격되어 복수로 포함되고,
상기 제1 파우치는 상기 제1 지퍼부의 이격된 부분에 제1 열융착부를 더 포함하고, 상기 제2 파우치는 상기 제2 지퍼부의 이격된 부분에 제2 열융착부를 더 포함하는 것인, 리튬 이차전지용 파우치. - 청구항 1에 있어서, 상기 제1 지퍼부 및 상기 제2 지퍼부는 폴리비닐 클로라이드(PVC), 폴리스티렌(PS), 폴리에틸렌(PE) 및 폴리프로필렌(PP)로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나를 포함하는, 리튬 이차전지용 파우치.
- 청구항 1에 있어서, 상기 제1 지퍼부 및 상기 제2 지퍼부 중 적어도 하나는 그 내부에 강성이 있는 보강부재를 더 포함하는, 리튬 이차전지용 파우치.
- 청구항 1에 있어서, 상기 제1 지퍼부 및 상기 제2 지퍼부는 모두 보강 부재를 포함하고, 상기 제1 지퍼부의 보강부재와 상기 제2 지퍼부의 보강부재는 상호간 인력을 형성하는 자성을 가지는, 리튬 이차전지용 파우치.
- 청구항 1에 있어서, 상기 제1 파우치 및 상기 제2 파우치는 각각 전극 조립체 측에서부터 내부보호층, 금속층 및 외부보호층이 배치되는 다층구조를 포함하는, 리튬 이차전지용 파우치.
- 전극 조립체 및 상기 전극 조립체를 수납하는 상기 청구항 1 내지 7 중 어느 한 항의 리튬 이차전지용 파우치를 포함하는, 리튬 이차전지.
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