KR20030035185A

KR20030035185A - 리튬 이온 폴리머 전지

Info

Publication number: KR20030035185A
Application number: KR1020010067143A
Authority: KR
Inventors: 정현제
Original assignee: 삼성에스디아이 주식회사
Priority date: 2001-10-30
Filing date: 2001-10-30
Publication date: 2003-05-09
Also published as: KR100889765B1

Abstract

본 발명에 따른 리튬 이온 폴리머 전지는 극판 조립체와; 상기 극판 조립체가 수용되는 케이스와, 상기 케이스와 상호 융착 결합되어 전지를 밀봉시키는 커버를 구비하는 파우치 형태의 외장재; 및 상기 외장재의 일측에 전지의 내압 상승시 파단될 수 있도록 초음파 융착으로 형성된 파단변;을 구비함으로써, 전지의 내압 상승으로 파우치가 팽창되어 파열될 때 안전성을 확보할 수 있는 효과가 있다.

Description

리튬 이온 폴리머 전지{Lithium ion polymer cell}

본 발명은 리튬 이온 폴리머 전지에 관한 것으로서, 더 상세하게는 파우치 를 외장재로 사용하는 경우 전지의 내압 상승으로 파우치가 팽창되어 파열될 때 안전성을 확보할 수 있게 구조가 개선된 리튬 이온 폴리머 전지에 관한 것이다.

최근에는 전기, 전자, 통신 및 컴퓨터 산업이 급속하게 발전함에 따라 고성능, 고안전성의 리튬 이차 전지에 대한 수요가 점차 증대되고 있으며, 특히 전자기기의 소형화, 박형화 및 경량화가 급속도로 확산되면서 이에 따른 전지의 소형화, 박형화의 요구가 날로 증대되고 있다. 이러한 요구에 부응하여 최근 가장 많은 관심을 갖고 있는 것이 리튬 이온 폴리머 전지이다. 리튬 이온 폴리머 전지는 크기나 모양을 원하는 대로 조절할 수 있으며, 단위 중량당 에너지 밀도가 높은 장점을 지니고 있다.

이러한 리튬 이온 폴리머 전지에 있어서, 전극 조립체를 밀봉하는 외장재로서 일반적으로 금속 캔이 사용되어 왔다. 그러나, 근래에는 외장재로서 파우치(pouch)를 사용하는 방법이 각광받고 있는데, 파우치를 사용하게 되면 단위중량 및 체적당 에너지밀도가 보다 높아지고 전지의 박형화 및 경량화가 가능해질 뿐만 아니라 외장재의 재료비가 적게 들어 유리한 점이 많다.

도 1에는 종래의 리튬 이온 폴리머 전지에 대한 일예가 도시되어 있다.

도면을 참조하면, 리튬 이온 폴리머 전지는 전극 활물질을 충전시킨 양극판 및, 음극판과, 상기 양극판과 음극판 사이에 개재되는 세퍼레이터(separator)가 적층된 구조로 되어 있는 극판 조립체(11)를 구비한다. 또한 상기 양극판의 일측에는 양극 탭(12a)이 형성되고, 상기 음극판의 일측에는 음극 탭(13a)이 형성된다. 상기 탭(12a, 13a)들은 리이드(14, 15)에 연결됨으로써 외부 회로와 접속된다.

상술한 극판 조립체(11), 양극 탭(12a), 음극 탭(13a) 및, 양극 리이드(14)와 음극 리이드(15)는 파우치 형태의 외장재(16)에 의해 밀봉된다. 외장재(16)는 커버(16a)와 케이스(16b)로 나뉘며, 케이스(16b) 내에 극판 조립체가 수용되고, 극판 조립체(11)가 수용된 상태에서 커버(16a)와 케이스(16b)를 결합시켜 전지를 밀봉시키게 된다.

통상적으로 외장재(16)는 전지 본체에 대하여 최내층에 열융착층, 알루미늄층 및 최외각층이 순차적으로 적층된 구조를 갖는다. 따라서, 외장재(16)의 커버(16a)와 케이스(16b)가 결합될 때, 커버(16a)와 케이스(16b)에 각각 형성된 열융착층이 상호 융착됨으로써, 전지를 밀봉시킬 수 있게 된다.

그런데, 종래의 이온 폴리머 전지에 있어서, 작동전압이상으로 전압이 상승하여 가스가 발생하여 전지 내의 압력이 상승하는 경우, 파우치 자체는 금속 캔과 같은 강도를 가지지 않기 때문에 전지의 내압이 상승함에 따라 팽창하게 됨으로써, 전지가 발화하거나 폭발하게 된다. 또한 외부에서 양극과 음극이 단락되었을 때에도 마찬가지로 급격한 전류의 흐름과 함께 열이 발생하며 가스가 발생함으로써, 위의 경우와 마찬가지로 발화 또는 폭발이 일어나게 된다. 이와 같이 전지가 발화 또는 폭발하게 되면 전지가 수용된 전자기기가 손상될 수 있다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 관련기술로서, 특개평2000-100399호에 개시된 "폴리머 리튬 2차 전지의 제조방법"이 있다.

개시된 전지는 상호 접착되어 극판 조립체가 수용된 공간을 밀봉하는 열융착층을 구비하는 외장재에 있어서, 외장재의 일부 영역이 파단변으로 형성되어 있다. 이 파단변은 융착 온도를 파단변으로 형성되지 않은 영역의 융착 온도보다 낮게 하여 열융착시킴으로써 파단변에서의 융착력을 낮게 하여, 전지의 내압이 소정값 이상으로 상승하게 되면 이 파단변이 파단될 수 있게 한다.

그러나, 상기와 같이 파단변을 형성하는 경우, 파단변이 형성되는 부분만을 융착 온도를 낮게 하여 융착시키는 것이 공정상 어려움이 많고, 파단압에 따른 파단변에서의 융착 결합력을 조절하기가 어렵다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 전지의 내압이 소정값 이상으로 상승하게 되면 외장재의 일측에 초음파 융착으로 형성된 파단변이 파단되어 전지의 발화 또는 폭발을 방지할 수 있는 리튬 이온 폴리머 전지를 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1은 종래의 리튬 이온 폴리머 전지에 대한 일예를 도시한 사시도.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 리튬 이온 폴리머 전지를 도시한 사시도.

도 3은 도 2에 있어서, 리튬 이온 폴리머 전지의 밀봉된 상태의 일예를 도시한 부분 절개된 평면도.

도 4는 리튬 이온 폴리머 전지의 밀봉된 상태의 다른 예를 도시한 부분 절개된 평면도.

〈도면의 주요 부호에 대한 간단한 설명〉

21..극판 조립체22a..양극탭

23a..음극탭24,25..리이드

26..외장재26a..커버

26b..케이스30..파단변

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 리튬 이온 폴리머 전지는 극판 조립체와; 상기 극판 조립체가 수용되는 케이스와, 상기 케이스와 상호 융착 결합되어 전지를 밀봉시키는 커버를 구비하는 파우치 형태의 외장재; 및 상기 외장재의 일측에 전지의 내압 상승시 파단될 수 있도록 초음파 융착으로 형성된 파단변;을 구비하여 된 것을 특징으로 한다.

상기 파단변은 외장재의 장변부에 위치하여 된 것이 바람직하다.

또한, 상기 파단변은 양극탭과 음극탭 사이의 외장재의 단변부에 위치하여 된 것이 바람직하다.

이하 첨부된 도면을 참조하여, 바람직한 실시예에 따른 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 리튬 이온 폴리머 전지를 도시한 것이고, 도 3은 도 2에 있어서, 리튬 이온 폴리머 전지가 밀봉된 상태의 일예를 도시한 것이다. 그리고, 도 4는 리튬 이온 폴리머 전지가 밀봉된 상태의 다른 예를 도시한 것이다.

한편, 도 3 및 도 4에서 발췌하여 도시한 부분은 전지 내의 압력이 소정값 이상으로 상승하여 파단변이 파단된 상태를 도시한 것이다.

도 2 내지 도 4를 참조하면, 리튬 이온 폴리머 전지는 그리드(grid)에 전극 활물질을 충전시킨 양극판 및, 음극판과, 상기 양극판과 음극판 사이에 개재된 것으로 유기 전해액이 함침되어 있는 세퍼레이터(separator)가 적층된 구조로 되어 있는 극판 조립체(21)를 구비한다. 또한 상기 양극판의 일측에는 양극 탭(22a)이 형성되고, 상기 음극판의 일측에는 음극탭(23a)이 형성되며, 양극탭 및 음극탭(22a, 23a)은 일정한 간격을 두고 나란하게 배치된다. 상기 탭(22a, 23a)들은 리이드(24, 25)에 연결됨으로써 외부 회로와 접속된다.

상기 극판 조립체(21), 양극탭(22a), 음극탭(23a) 및, 양극 리이드(24)와 음극 리이드(25)는 파우치 형태의 외장재(26)에 의해 밀봉이 된다.

외장재(26)는 커버(26a)와 케이스(26b)로 나뉘며, 상기 케이스(26b) 내에 극판 조립체(21)가 수용된다. 극판 조립체(21)가 수용된 상태에서 커버(26a)와 케이스(26b)는 상호 결합되어 전지를 밀봉시키게 된다. 즉 커버(26a)와 케이스(26b)에 각각 형성된 열융착층은 열에 의하여 용융됨으로써, 상호 융착이 이루어지게 된다.

한편, 상기 커버(26a)와 케이스(26b)의 일측에는 파단변(30)이 구비되어 있다. 상기 파단변(30)은 도 2에 도시된 A 및 B 영역이 상호 융착되어 형성된다. 파단변(30)의 위치는 도 3에 도시된 바와 같이, 외장재(26)의 장변부일 수도 있고, 도 4에 도시된 것과 같이, 양극탭(22a)과 음극탭(23a) 사이의 외장재(26)의 단변부일 수도 있다.

상기 파단변(30)은 커버(26a)와 케이스(26b)가 상호 열융착으로 융착되는 부분보다 융착되는 결합력이 낮게 형성된 것으로서, 초음파 융착으로 형성되는 것이 바람직하다. 상기 초음파 융착은 초음파를 융착하려는 부분으로 발신하여 그 부분에 진동에 의한 열을 발생시킴으로써 융착하는 방식으로, 초음파의 진동수를 제어함으로써, 파단변의 융착 결합력을 소정 값으로 조절할 수 있다. 따라서, 파단압에 따라 파단변이 파단될 수 있는 시점을 조절할 수 있음으로써, 파단압에 따른 대응이 용이할 수 있다.

상기와 같이 외장재(26)의 일측에 파단변(30)을 형성함으로써, 전지의 내압이 상승하게 되면, 상대적으로 융착 결합력이 낮은 파단변(30)은 도 3 및 도 4에서 확대하여 발췌한 것과 같이, 파단됨으로써 가스가 분출될 수 있다. 따라서, 전지의 발화 또는 폭발을 방지할 수 있게 된다.

상술한 바와 같이, 본 발명에서는 외장재에 초음파 융착으로 형성된 파단변을 구비함으로써, 전지의 내압 상승시 파단변이 파단되어 가스를 분출시킬 수 있어, 전지의 발화 또는 폭발을 방지할 수 있는 효과가 있다. 또한, 파단되는 부분만을 초음파 융착에 의해 형성시켜 융착 결합력을 소정의 값으로 조절함으로써 파단변이 파단되는 파단압에 따른 대응이 용이하다.

본 발명은 첨부된 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 청구 범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.

Claims

극판 조립체와;

상기 극판 조립체가 수용되는 케이스와, 상기 케이스와 상호 융착 결합되어 전지를 밀봉시키는 커버를 구비하는 파우치 형태의 외장재; 및

상기 외장재의 일측에 전지의 내압 상승시 파단될 수 있도록 초음파 융착으로 형성된 파단변;을 구비하여 된 것을 특징으로 하는 리튬 이온 폴리머 전지.
제 1항에 있어서,

상기 파단변은 외장재의 장변부에 위치하여 된 것을 특징으로 하는 리튬 이온 폴리머 전지.
제 1항에 있어서,

상기 파단변은 양극탭과 음극탭 사이의 외장재의 단변부에 위치하여 된 것을특징으로 하는 리튬 이온 폴리머 전지.