KR102695422B1 - 파우치형 이차전지 - Google Patents

Abstract

본 발명은 파우치형 이차전지에 관한 것이다. 상세하게는 양극판, 음극판 및 세퍼레이터를 포함하는 전극조립체; 및 상기 전극조립체를 수용하는 파우치 필름을 포함하고, 상기 전극조립체의 적어도 일측면은 단차가 형성되고, 상기 파우치 필름은 상기 전극조립체의 형태에 대응되도록 형성되는, 파우치형 이차전지에 관한 것이다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 넓은 면적의 테라스부가 필요한 경우, 테라스부를 필요한 부분에서만 형성시켜 에너지 밀도의 감소를 최소화할 수 있다.

Description

파우치형 이차전지{Pouch type Secondary Battery}

본 발명은 파우치형 이차전지에 관한 것이다.

현대 사회에서 모바일 기기 또는 자동차 등 산업전반에 이차전지의 수요가 급격히 증가하고 있고 이에 대한 연구도 활발하게 진행중이다. 일반적으로 파우치는 포밍(forming)공정(프레스 공정), 즉 포일을 가압하여 전극조립체가 수용될 공간을 형성하는 공정을 통해 형성된다. 상기의 공정을 통해 성형된 파우치의 내부 공간에 전극조립체(젤리롤)을 삽입한 후 성형된 파우치의 단부를 라미네이팅하여 전지를 제조한다.

도 1은 종래의 이차전지의 전극조립체를 나타낸 도면이고, 도 2는 종래의 이차전지의 파우치 필름을 나타낸 도면이다. 도 1 및 도 2를 참조하면, 종래의 이차전지의 파우치 필름(2)에 형성된 수용부(2a)는 전극조립체(1)를 수용한다. 이차전지의 에너지 밀도는 파우치 필름(2)이 차지하는 공간이 일정할 때 전극조립체(1)의 크기가 커질수록 커진다. 다만, 필요에 따라 테라스부(2b)가 확장될 필요가 있는데 이 경우 테라스부(2b)가 확장될 필요가 없는 부분까지 확장되어 에너지밀도가 불필요하게 감소되었다.

한국특허등록공보 제10-0865399호(2008.10.20)

본 발명의 일 실시예에 따르면, 테라스부를 확장할 때 테라스부가 점유하는 공간을 최소화함으로써 에너지 밀도를 증가시킬 수 있는 파우치형 이차전지를 제공하고자 한다.

또한, 모듈 조립시 단순끼움 결합방법을 적용가능한 파우치형 이차전지를 제공하고자 한다.

또한, 전극탭의 면적을 키워 외부와의 연결저항을 줄이면서도 에너지 밀도의 감소를 최소화할 수 있는 파우치형 이차전지를 제공하고자 한다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 양극판 및 음극판을 포함하는 전극들 및 세퍼레이터를 포함하는 전극조립체, 상기 전극조립체로부터 연장되어 형성되는 전극탭 및 상기 전극조립체를 수용하는 수용부를 포함하는 파우치 필름을 포함하고, 상기 전극조립체를 형성하는 전극들의 적어도 하나의 일측에는 단차가 형성되고, 복수 개의 상기 전극들의 상기 단차가 일정하게 형성되어 상기 전극조립체의 적어도 하나의 일측에 단차가 형성되고, 상기 파우치 필름의 상기 수용부는 상기 전극조립체의 형태에 대응되도록 형성되는, 파우치형 이차전지를 제공한다.

또한, 상기 단차는 상기 전극조립체의 길이방향으로 형성될 수 있다.

또한, 상기 단차는 상기 전극탭이 인출되는 면에 상기 전극탭이 인출되는 방향으로 소정의 길이만큼 튀어 나온 상기 일측의 일부인 돌출부, 상기 돌출부와 단차를 형성하는 상기 일측의 다른 일부인 기준부 및 상기 돌출부와 상기 기준부를 연결하는 연결부를 통해 형성될 수 있다.

또한, 상기 기준부에 상기 전극조립체와 연결되는 전극탭이 형성될 수 있다.

또한, 상기 수용부는 상기 기준부, 상기 돌출부 및 상기 연결부의 형태에 대응되도록 형성될 수 있다.

또한, 상기 기준부, 상기 돌출부 및 상기 연결부는 대칭으로 형성될 수 있다.

또한, 상기 기준부, 상기 돌출부 및 상기 연결부는 상기 전극조립체의 중심을 기준으로 점대칭으로 형성되거나 가상의 중심선을 기준으로 선대칭되어 형성될 수 있다.

또한, 상기 단차는 상기 전극조립체의 길이방향의 양 측 단부에 모두 형성될 수 있다.

또한, 상술한 파우치형 이차전지를 포함하는 배터리 모듈을 제공한다.

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본 발명의 실시예들에 따르면, 일정 영역에서만 테라스부를 확장하여 에너지 밀도의 감소를 줄일 수 있다.

또한, 전극탭의 면적을 키워야 할 필요가 있는 경우 확장이 용이하다.

도 1은 종래의 파우치형 이차전지의 전극조립체를 나타낸 도면
도 2는 종래의 파우치형 이차전지를 형성하는 파우치 필름을 나타낸 도면
도 3는 본 발명의 일 실시예에 따른 파우치형 이차전지를 나타낸 도면
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 파우치형 이차전지의 전극조립체의 전극을 나타낸 도면
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 파우치형 이차전지의 전극조립체를 나타낸 도면
도 6는 넓은 면적의 테라스부가 필요할 때 종래의 파우치형 이차전지와 본 발명의 일 실시예에 따른 파우치형 이차전지를 비교한 도면
도 7는 전극탭의 면적을 확장할 때 종래의 파우치형 이차전지와 본 발명의 일 실시예에 따른 파우치형 이차전지의 용이성을 비교한 도면

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시형태를 설명하기로 한다. 이하의 상세한 설명은 본 명세서에서 기술된 방법, 장치 및/또는 시스템에 대한 포괄적인 이해를 돕기 위해 제공된다. 그러나 이는 예시에 불과하며 본 발명은 이에 제한되지 않는다.

본 발명의 실시예들을 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. 상세한 설명에서 사용되는 용어는 단지 본 발명의 실시예들을 기술하기 위한 것이며, 결코 제한적이어서는 안 된다. 명확하게 달리 사용되지 않는 한, 단수 형태의 표현은 복수 형태의 의미를 포함한다. 본 설명에서, "포함" 또는 "구비"와 같은 표현은 어떤 특성들, 숫자들, 단계들, 동작들, 요소들, 이들의 일부 또는 조합을 가리키기 위한 것이며, 기술된 것 이외에 하나 또는 그 이상의 다른 특성, 숫자, 단계, 동작, 요소, 이들의 일부 또는 조합의 존재 또는 가능성을 배제하도록 해석되어서는 안 된다.

본 명세서에서의 전극조립체는 그 종류나 형태에 제한되지 않는다. 즉, 본 명세서에서의 전극조립체는 소정의 크기를 갖는 양극과 음극이 분리막에 개재된 상태에서 순차적으로 적층되는 스택형, 시트형의 양극과 음극 사이에 분리막을 개재하여 권취한 젤리롤형, 스택형의 단위 셀들을 긴 길이의 분리필름으로 권취한 스택폴딩형 또는 그 밖의 다른 형태를 가진 전극조립체를 모두 포함하는 개념이다.

또한, 본 명세서에서 테라스부는 파우치 필름 중 후술할 수용부가 형성된 면에서 수용부를 제외한 부분일 수 있다. 즉 파우치 필름이 실링되는 공간을 제공하는 부분일 수 있다. 따라서, 본 명세서에서는 "테라스부"라는 용어를 사용함에 있어 상술한 의미를 갖는 용어를 전제로 설명한다.

도 3는 본 발명의 일 실시예에 따른 파우치형 이차전지를 나타낸 도면이다.

본 발명의 일실시예에 따른 파우치형 이차전지(10)는 전극조립체(100) 및 파우치 필름(200)을 포함할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 파우치형 이차전지(10)의 전극조립체(100)에는 단차가 형성될 수 있다. 상게하게는 전극조립체(100)의 4개의 옆면 중 적어도 일측의 옆면에 단차가 형성될 수 있다. 도 3에는 전극조립체(100)의 길이방향으로의 양측 단부에 단차가 형성된 것으로 표현하고 있지만, 이에 제한되는 것은 아니다.

전극조립체(100)의 적어도 일측면에 단차가 형성됨에 따라 파우치 필름(200)도 이에 대응되도록 형성될 수 있다. 상세하게 설명하면, 파우치 필름(200)은 전극조립체(100)가 수용되는 수용부(210)를 포함할 수 있다. 전극조립체(100)에 형성된 단차에 대응되도록 파우치 필름(200)이 형성된다는 의미는 전극조립체(100)에 형성된 단차의 모양대로 수용부(210)가 형성된다는 것을 의미하는 것일 수 있다. 수용부(210)가 전극조립체(100)에 형성된 단차의 모양대로 형성되지 않는 경우, 전극조립체(100)의 수용이 어려울 수 있다. 또한, 수용부(210)가 전극조립체(100)가 수용될 수 있도록 형성되더라도, 전극조립체(100)의 모서리 부분과 파우치 필름(200)간의 거리가 불필요하게 넓어져 에너지밀도가 낮아지는 결과를 초래할 수 있다. 따라서, 파우치 필름(200)의 수용부(210)에도 단차가 형성될 수 있으며, 전극조립체(100)가 수용될 수 있도록 전극조립체(100)보다 약간 크게 형성되는 것이 바람직할 수 있다.

파우치 필름(200)에도 단차가 형성되므로, 테라스부(220)가 점유하는 공간을 최소화 함으로써 전지의 에너지 밀도를 증가시킬 수 있다. 상세하게 설명하면, 수용부(210)를 최대한 크게 형성하고, 수용부(210)의 크기와 비슷하거나 약간 작도록 전극조립체(100)를 형성하는 것이 에너지밀도측면에서 가장 유리할 수 있다. 다만, 경우에 따라 부분적으로 넓은 테라스부가 필요한 경우가 존재할 수 있다. 이 경우 수용부(210)에 단차가 형성되지 않도록 테라스부가 형성된다면, 불필요하게 테라스부가 크게 형성되는 결과를 초래할 수 있다. 다만, 본 발명의 실시예들에 따르면, 단차를 형성하여 부분적으로 테라스부를 넓힐 수 있고, 나머지 부분을 전극조립체(100)가 차지하는 공간으로 형성할 수 있어, 전극의 사용면적을 크게할 수 있어 에너지 감소를 줄일 수 있다는 장점이 있다.

이뿐만 아니라, 파우치 필름(200)의 수용부(210)도 단차가 형성되도록 생산되면 배터리 모듈(미도시)을 조립할 때 단차에 대응되도록 끼워맞춤부분을 형성할 수 있어, 용접하지 않고 단순 끼움 방식으로 모듈을 제조할 수 있다는 장점이 있다.

도 3에서는 전극조립체(100)에 형성된 단차의 기준부(110)에 외부와 전기적으로 연결될 수 있는 전극탭(300)이 형성되도록 도시하였으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 즉, 돌출부(120)에도 전극탭(300)이 형성될 수 있다. 기준부(110) 및 돌출부(120)에 대해서는 후술한다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 파우치형 이차전지의 전극조립체의 전극을 나타낸 도면이다. 도 4(a)는 본 발명의 일 실시예에 따른 파우치형 이차전지의 전극조립체의 전극을 나타낸 도면이고, 도 4(b)는 파우치형 이차전지의 전극탭이 전극의 기준부에 형성된 것을 나타낸 도면이다.

도 4(a)를 참조하면, 전극조립체(100)의 단차는 전극에 단차가 형성되고, 복수 개의 전극에 일정하게 단차가 형성됨에 따라 형성될 수 있다. 상세하게 설명하면, 전극조립체(100)의 단차는 전극의 기준부(110), 돌출부(120) 및 연결부(130)로 인해 형성될 수 있다.

기준부(110)는 전극조립체(100)의 길이방향으로 연장되어 형성될 수 있다. 기준부(110)는 전극조립체(100)의 단차가 형성되는 일측면에 포함될 수 있다.

돌출부(120)는 기준부(110)보다 전극조립체(100)의 길이방향으로 소정의 길이만큼 더 연장된 부분일 수 있다. 돌출부(120)도 마찬가지로 단차가 형성된 일측면에 포함될 수 있다. 소정의 거리는 사용자의 선택에 따라 달라질 수 있다.

즉, 돌출부(120)는 전극탭(300)이 인출되는 방향으로 기준부(110)보다 소정의 길이만큼 더 연장된 부분일 수 있다. 돌출부(120)와 기준부(110)가 전극탭(300)의 인출방향으로 돌출된 거리의 차이만큼의 단차가 형성될 수 있다.

연결부(130)는 기준부(110)와 돌출부(120)의 사이에 형성될 수 있다. 연결부(130)는 전극조립체(100)의 길이방향과 평행하게 형성될 수 있다. 다만, 이에 제한되는 것은 아니고, 전극조립체(100)의 길이방향과 평행하지 않도록 비스듬히 형성될 수도 있다.

상술한 기준부(110), 돌출부(120) 및 연결부(130)는 전극의 옆면이 일정한 면의 모양을 갖지 않으므로 옆면의 형태를 쉽게 이해할 수 있도록 구분되어 정의된 부분일 수 있다. 즉, 기준부(110), 돌출부(120) 및 연결부(130)는 하나의 면을 구성하는 부분일 수 있고 발명의 명확한 이해를 위해 구분한 것일 수 있다.

도 4(b)는 파우치형 이차전지의 전극탭이 전극의 기준부에 형성된 것을 나타낸 도면이다. 전극탭(300)이 전극조립체(100')의 기준부(110)에 연결되도록 형성될 수 있다. 전극탭(300)이 기준부(110)에 연결되도록 형성되면 전극탭(300)의 면적을 키워야할 필요가 있을 때 확장이 용이할 수 있다. 도 4(b)에서는 기준부(110)의 일부에 전극탭(300)이 연결되도록 도시하였으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 전극탭(300)은 필요에 따라 크기가 커질 수 있다. 전극탭(300)의 크기가 커지면, 전기적으로 연결되는 부분이 커져 연결저항이 작아질 수 있다. 따라서, 전자이동이 훨씬 용이해질 수 있다.

전극탭(300)이 기준부(110)에 연결될 때 전극탭(300)은 기준부(110)의 크기 내에서 커지도록 형성될 수 있다. 이때 전극탭(300)의 크기는 사용자의 선택에 따라 달라질 수 있다.

도 5(a)는 전극조립체의 단차가 전극조립체의 가상의 중심선을 기준으로 선대칭되어 형성된 것을 나타낸 도면이고, 도 5(b)는 전극조립체에 형성된 단차가 전극조립체의 중심을 기준으로 점대칭되어 형성된 것을 나타낸 도면이다.

도 5(a) 및 도 5(b)는 도 4에 도시된 전극들이 순차적으로 적층되어 전극조립체(100, 100')를 형성하는 것을 나타낸다.

전극조립체(100)의 좌우 측 양단부에 단차가 형성될 수 있다. 상세하게는 전극조립체(100)의 중심에서 전극조립체(100)의 길이방향과 수직인 방향으로 가상의 중심선을 고려할 때 가상의 중심선을 기준으로 선대칭되는 형태로 단차가 형성될 수 있다. 필요에 따라 테라스부가 부분적으로 넓은 공간이 필요할 때 단순히 일측면만 단차를 형성하는 것이 아니라 전극조립체(100)의 양측면에 단차를 형성시켜 활용성을 극대화시킬 수 있다.

도 5(b)는 전극이 적층되어 전극조립체(100')를 형성할 때 전극의 단차가 생기는 부분이 엇갈리도록 적층되어 형성되는 것을 나타낸 도면이다. 도 5(a)에 도시된 바와 같이 전극조립체(100')를 형성할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니기 때문에 도 5(b)와 같이 좌우 측의 단차가 엇갈려 형성되는 것도 가능하다.

즉, 양측면의 돌출부(120)가 전극조립체(100')의 중심으로 점대칭되는 위치에 형성될 수 있다. 이는 사용자의 필요에 따라 취사선택될 수 있다.

도 6는 넓은 면적의 테라스부가 필요할 때 종래의 파우치형 이차전지와 본 발명의 일 실시예에 따른 파우치형 이차전지를 비교한 도면이다. 도 6(a)는 종래의 파우치형 이차전지를 나타낸 도면이고, 도 6(b)는 일정영역에서 넓은 면적의 테라스부가 필요할 때 종래의 파우치형 이차전지를 나타낸 도면이고, 도 6(c)는 일정영역에서 넓은 면적의 테라스부가 필요할 때 본 발명의 일 실시예에 따른 파우치형 이차전지를 나타낸 도면이다.

종래의 파우치형 이차전지는 도 5(a)와 같은 형태로 파우치 필름(2) 내부에 넓게 전극조립체(1)가 위치하여 에너지 밀도의 상승을 도모한다. 다만, 도 6(b)와 같이 일정영역(A)에서 테라스부(2b')의 크기가 커질 필요가 있는 경우에는 일정영역(A)이 외의 부분에도 테라스부(2b')가 형성되어 에너지밀도가 불필요하게 감소되는 문제가 발생하였다.

반면에, 도 6(c)에서와 같이 본 발명의 일 실시예에 따르면, 일정영역(도 2의 A)에서 테라스부의 확장이 필요한 경우 일정영역(A)에 해당하는 부분에만 테라스부(210)를 형성하고, 일정영역(A)외의 영역(B)은 전극 공간으로 활용하여 에너지 밀도가 불필요하게 낮아지는 결과를 피할 수 있다.

도 7는 전극탭의 면적을 크게 할 때 확장의 용이성을 비교한 도면이다. 도 7(a)는 종래의 파우치형 이차전지를 나타낸 도면이고, 도 7(b)는 일정영역에서 전극탭의 면적을 크게할 때 종래의 파우치형 이차전지를 나타낸 도면이고, 도 7(c)는 전극탭의 면적을 크게할 때 본 발명의 일 실시예에 따른 파우치형 이차전지를 나타낸 도면이다.

도 7(a) 내지 도 7(c)에서 도시된 바와 같이 필요에 따라 전극탭(3', 3'', 300')은 테라스부 내에 배치될 필요성이 있을 수 있다. 이하에서는 전극탭(3', 3'', 300')이 확장될 필요가 있을 때 확장의 용이성을 비교한다.

종래의 파우치형 이차전지는 도 7(a)와 같은 형태로 파우치 필름(2) 내부에 넓게 전극조립체(1)가 위치하여 에너지 밀도를 높였다. 전극탭(300')의 크기가 확장되면 외부와의 연결저항을 낮출 수 있어 안정성을 도모할 수 있으나, 도 7(b)와 같이 전극탭(3'')이 확장되어야 하는 영역(C)외의 부분에도 테라스부가 형성되어 에너지밀도가 불필요하게 감소되는 문제가 발생하였다.

반면에, 도 7(c)에서와 같이 본 발명의 일 실시예에 따르면, 전극탭(300')의 확장되기 위해 필요한 영역(C)외에 부분에 불필요하게 테라스부를 형성하지 않고 전극이 위치하는 공간으로 활용하여 에너지밀도를 불필요하게 감소시키는 결과를 피할 수 있다.

이상에서 본 발명의 대표적인 실시예들을 상세하게 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 상술한 실시예에 대하여 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 변형이 가능함을 이해할 것이다. 그러므로 본 발명의 권리범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

1: 종래 파우치형 이차전지의 전극조립체
2: 종래 파우치형 이차전지의 파우치 필름
2a: 종래 파우치형 이차전지의 파우치 필름의 수용부
2b: 종래 파우치형 이차전지의 파우치 필름의 테라스부
3: 종래 파우치형 이차전지의 전극탭
10: 파우치형 이차전지
100: 전극조립체
110: 기준부
120: 돌출부
130: 연결부
200: 파우치 필름
210: 수용부
220: 테라스부
300: 전극탭

Claims (9)

1. 양극판 및 음극판을 포함하는 전극들 및 세퍼레이터를 포함하는 전극조립체;
   상기 전극조립체로부터 연장되어 형성되는 전극탭; 및
   상기 전극조립체를 수용하는 수용부를 포함하는 파우치 필름을 포함하고,
   상기 전극조립체를 형성하는 전극들의 적어도 하나의 일측에는 단차가 형성되고,
   복수 개의 상기 전극들의 상기 단차가 일정하게 형성되어 상기 전극조립체의 적어도 하나의 일측에 단차가 형성되고,
   상기 파우치 필름의 상기 수용부는 상기 전극조립체의 형태에 대응되도록 형성되고,
   상기 단차는 상기 전극탭이 인출되는 면에 상기 전극탭이 인출되는 방향으로 소정의 길이만큼 튀어나온 상기 일측의 일부인 돌출부, 상기 돌출부와 단차를 형성하는 상기 일측의 다른 일부인 기준부 및 상기 돌출부와 상기 기준부를 연결하는 연결부를 통해 형성되고,
   상기 전극탭은 상기 돌출부에 형성되는, 파우치형 이차전지.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 단차는 상기 전극조립체의 길이방향으로 형성되는, 파우치형 이차전지.
   
3. 삭제
4. 삭제
5. 청구항 1에 있어서,
   상기 수용부는 상기 기준부, 상기 돌출부 및 상기 연결부의 형태에 대응되도록 형성되는, 파우치형 이차전지.
6. 청구항 1에 있어서,
   상기 기준부, 상기 돌출부 및 상기 연결부는 대칭으로 형성되는, 파우치형 이차전지.
7. 청구항 6에 있어서,
   상기 기준부, 상기 돌출부 및 상기 연결부는 상기 전극조립체의 중심을 기준으로 점대칭으로 형성되거나 가상의 중심선을 기준으로 선대칭되어 형성되는, 파우치형 이차전지.
   
8. 청구항 1에 있어서,
   상기 단차는 상기 전극조립체의 길이방향의 양 측 단부에 모두 형성되는, 파우치형 이차전지.
   
9. 청구항 1, 2 및 5 내지 8 중 어느 한 항의 파우치형 이차전지를 포함하는, 배터리 모듈.