KR200214033Y1 - 수축용 수지층이 부가된 파우치 자재 - Google Patents

Abstract

본 고안은 파우치(Pouch)형 리튬이온 제조시 젤리 롤(Jelly Roll)과 파우치 사이의 밀착성을 향상시킬 수 있는 파우치 자재의 적층구조에 관한 것이다.

구체적으로, 본 고안은 종래 파우치 자재의 적층구조 중간에 열에 의해 수축하는 특성을 가지는 수지로 이루어지는 한 개의 층이 더 부가되어 제조됨으로써, 젤리 롤과 파우치의 융착시 밀착성을 향상시킬 수 있게 된 파우치 자재의 적층구조에 관한 것이다.

Description

수축용 수지층이 부가된 파우치 자재{Pouch Material Having Heat-Contracting Resin Layer}

전지는 원래 내부에 들어 있는 화학물질의 전기화학적 산화-환원 반응시 발생하는 화학에너지를 전기에너지로 변환하는 장치를 말하는 것으로서, 그 사용상 특성에 따라 전지속의 에너지가 고갈되면 폐기해야 하는 1차(disposable)전지와 계속 충전하면서 여러번 재사용이 가능한 2차(reusable)전지로 구분할 수 있다.

최근 들어 전자, 통신, 컴퓨터 산업 등의 급속한 발전에 힘입어 캠코더, 휴대폰, 노트북 PC 등 휴대용 전자제품의 사용이 일반화됨으로써, 가볍고 오래 사용할 수 있으며 신뢰성이 높은 고성능의 소형 2차전지 개발이 절실히 요청되고 있는데, 이러한 수요에 상응하여 많은 관심과 각광을 받고 있으며, 현재 일부 상용화되어 있는 것이 바로 리튬 2차전지이다.

리튬은 지구상에 존재하는 금속중 가장 가볍기 때문에 단위 질량당 전기용량이 가장 크며, 전기음성도가 가장 커서 전압이 높은 전지를 만들 수 있다. 따라서, 제한된 양의 화학물질로 최대한의 에너지를 낼 수 있도록 해야하는 전지에서는 가장 잠재력이 큰 음극물질로 오래전부터 연구되어 오고 있었다.

이와 같은 리튬을 이용한 2차전지는 사용되는 전해질의 형태에 따라 유기용매 전해질을 사용하는 리튬 금속전지 및 리튬 이온전지와 고분자 전해질을 이용하는 리튬 폴리머전지로 나눌 수 있다.

이중 리튬 금속전지는 낮은 사이클 수명과 심각한 안정성의 문제로 상용화에 어려움을 겪고 있으며, 이를 극복하기 위한 수단으로 리튬금속 대신 음극으로 카본을 사용하는 리튬 이온전지가 개발되어 상용화되었다.

리튬 폴리머전지는 액체전해질형 리튬 이온전지의 단점인 안정성 문제, 제조비용의 고가, 대형화의 어려움 등의 문제를 해결할 수 있는 전지로 판단되지만 상용화되기 위해서는 전기화학적 안정성, 높은 전도도 등 기술적 문제를 해결해야만 가능하다.

상기 리튬 2차전지들의 단점을 극복하기 위해 개발된 파우치형 리튬이온전지는 리튬 이온전지와 리튬 폴리머전지의 장점을 조합한 형태의 전지로서, 양극과 음극을 격리막(Separator)으로 격리한 형태로 권취한 상태의 전지 셀(Cell)을 철제(Steel) 캔 및 알루미늄(Al) 캔과 같은 금속 캔 대신에 리튬 폴리머전지의 외장재로 쓰이는 파우치(Pouch)에 수납함으로써, 안정성을 한층 높임과 동시에 경량화에 유리하다는 장점을 가지고 있다.

이와 같은 파우치형 리튬 2차전지 제조를 위해 일반적으로 사용되는 파우치(P)는, 도 1에 나타낸 바와 같이, 전지 셀(C)을 수납하기 위한 전지 셀 수용홈(H) 및 틈새 밀봉용 밀봉 테이프(S)가 부착된 전극 탭(T)의 융착 부위인 융착편(E)이 구비된 수용판(B)과 전지 셀(C)을 수납한 후 수용판(B) 위로 접어 덮는 덮개(L)가 일체형으로 구성되어 중앙에서 접을 수 있는 형태를 하고 있다.

파우치형 리튬 2차전지는 양극, 음극 및 격리막(Separator)이 롤(Roll) 형태로 감긴, 젤리 롤(Jelly Roll)이라 불리우는 전지 셀(C)을 상기와 같이 구성되는 파우치(P)의 수용판(B)에 구비된 전지 수용홈(H)에 수납하고 덮개(L)를 덮은 후 열융착 함으로써 제조되는 것이다.

한편, 이와 같이 전지 셀과 파우치를 열융착할 때에는 젤리 롤과 파우치가 빈 공간이 없이 밀착되도록 전지가 융착되는 것이 중요한데, 이는 젤리 롤과 파우치 사이에 공간이 생길 경우 전지 셀과 파우치 사이에 이격이 발생하여 전지가 파손되거나 리튬이 석출되는 현상이 발생할 수 있기 때문이다.

도 2를 살펴보면, 종래 사용되어 오던 파우치 자재(1)는 일반적으로 파우치 내측으로부터 순서대로 폴리프로필렌(10)/알루미늄(20)/나일론(30)/PET(40) (PP/ALUMINUM/NYLON/PET)의 적층구조를 가지는 라미네이트 필름이었는데, 이중 PP(10)는 융착을 목적으로, Al(20) 재질은 전지에 성형성을 주기 위한 목적으로 사용되며, 외피를 구성하는 NYLON(30)과 PET(40)는 전지 내부에의 수분 침투 방지 및 외부절연을 목적으로 사용되는 재질이다.

그러나, 이와 같은 재질로 구성되는 종래의 파우치 자재(1) 적층구조는 상기 각 재료의 사용 목적에 충실할 수 있는 구조로 되어있기는 하나, 밀봉 후 전지 내용물의 내부공간을 확실히 밀착시킬 수 있는 구조로는 부족하다고 할 수 있다.

본 고안은 이와 같은 종래 기술의 문제점을 극복하기 위한 것으로, 그 목적은 파우치형 리튬 2차전지 제조시 젤리 롤(Jelly Roll)과 파우치(Pouch)가 빈 공간이 없이 융착되도록 할 수 있는 파우치 자재의 적층구조를 제공하고자 하는 것이다.

이를 위한 본 고안은 종래 파우치 자재 적층구조의 중간에 열에 의해 수축하는 특성을 가지는 수지로 이루어지는 한 개의 층을 더 부가함으로써, 젤리 롤과 파우치 융착시의 밀착성을 향상시킬 수 있도록 제조된 파우치 자재의 적층구조를 제공하는 것으로 이루어진다.

도 1은 일반적인 파우치형 리튬 2차전지의 분리 사시도.

도 2은 종래 기술에 따른 파우치 자재 적층구조의 단면도.

도 3는 본 고안에 따른 파우치 자재 적층구조의 단면도.

[도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명]

P: 파우치 C: 전지 셀

T: 전극 탭 S: 밀봉 테이프

B: 수용판 L: 덮개

H: 전지 수용홈 E: 융착편

1, 1': 파우치 자재 10: 폴리프로필렌

20: 알루미늄 30: 나일론

40: PET 50: PVC

본 고안은 여러개의 각각 다른 재료의 층으로 이루어지는 종래의 파우치(Pouch) 자재 적층구조에 열에 의해 수축하는 특성을 가지는 수지로 이루어진 한 개의 층이 더 부가됨으로써 제조되는 새로운 파우치 자재 적층구조에 관한 것이다.

구체적으로, 본 고안은 종래 파우치 자재(1)의 중간에 열에 의해 수축하는 특성을 가지는 수지로 이루어진 한 개의 층이 더 부가되어 제조됨으로써, 열융착시 수축하면서 젤리 롤(Jelly Roll)과 파우치의 밀착성을 높여줄 수 있는 파우치 자재 적층구조에 관한 것이다.

본 고안에서 수축특성을 부여하기 위하여 사용되는 수지는 PVC, 폴리올레핀계 수지 및 불소계 수지로서 모두 열에 의해 수축하는 성질을 가지고 있는 것들인데, 이중 PVC를 예로 들고 도 3을 참고로 하여 본 고안의 일 실시예를 설명하자면 다음과 같다.

원래 PVC는 열에 의해 수축하는 특성을 가지는 물질로서, 전선 연결 후 절연 목적으로 사용되는 수축 튜브, 전지를 완성하고 튜브를 삽입한 후 수축포장하는 재료 등으로 사용되는 물질이다.

본 고안의 파우치 자재(1')에서 PVC 층(50)은 도 2와 같이 이루어진 종래 파우치 자재의 알루미늄 층(20)과 나일론 층(30)의 중간에 삽입됨으로써, 결국 도 3에 나타낸 본 고안 파우치 자재(1') 적층구조를 형성하게 된다.

이렇게 PVC 층(50)이 삽입되어 제조된 본 고안 파우치 자재(1')는 전지 제조를 위한 열융착시 열에 의해 수축됨으로써, 젤리 롤과 파우치 사이의 밀착을 더욱 완전하게 해주는 역할을 하게된다.

본 고안에 따라 PVC 층(50)이 삽입된 파우치 자재(1')를 전지 제조에 적용한 결과, 밀봉을 위한 열융착시 파우치 자재 내 PVC 재료의 수축 기능에 의해 전지 셀과 파우치 사이의 밀착성이 향상됨으로써, 전지 내부저항이 약 1/2(85mΩ→42mΩ)로 감소되었고, 밀착성이 향상되면서 전지소자의 전극 대향면이 균일화됨으로써 충방전시 전극면에 리튬이 석출되는 것이 방지되는 것으로 나타났다.

결국 이와 같이 전지의 내부저항이 감소되고 리튬 석출이 방지됨으로써 전지의 수명 및 안전성을 향상시킬 수 있게 된 것이다.

이렇게 완성된 본 고안의 수축성이 향상된 파우치 자재는 리튬 2차전지 뿐만 아니라 셀을 파우치에 내장하여 사용하는 모든 파우치형 전지에 사용될 수 있으며, 이는 당업자에 있어 자명한 사실이라고 할 수 있다.

이상과 같이 본 고안의 적층구조가 완성됨으로써, 전지 제조를 위한 열융착시 열에 의해 수축되면서 전지 셀과 파우치 사이의 밀착성을 크게 향상시킬 수 있는 파우치 자재가 제공될 수 있게 되었다.

또한, 이와 같이 전지 셀과의 밀착성이 크게 향상된 파우치가 제공됨으로 인해, 내부저항이 감소되고 리튬 석출이 방지됨으로써 수명이 길어지고 안정성이 높아진 파우치형 리튬 2차전지가 제공될 수 있게 되었다.

Claims (1)

1. 파우치 융착시 융착성을 주기 위한 하나 이상의 층, 전지에 성형성을 주기 위한 하나 이상의 층 및 외피를 이루는 하나 이상의 층으로 구성되는 파우치형 전지의 파우치(Pouch) 자재 적층구조에 있어서,

   열에 의해 수축하는 특성을 가지는 수지의 층이 더 삽입되어 구성됨을 특징으로 하는, 파우치형 전지의 파우치 자재 적층구조.