KR20090064757A - Pouch type secondary battery - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 파우치형 이차전지에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 전극 탭 중 적어도 하나를 제거하고, 제거된 전극 탭을 파우치 외장재의 금속층으로 대체함으로써 자유로운 위치에서 전극 탭의 설계가 가능하여 간단한 구조를 가지는 파우치형 이차전지에 관한 것이다.The present invention relates to a pouch-type secondary battery, and more particularly, by removing at least one of the electrode tab, and replacing the removed electrode tab with a metal layer of the pouch packaging material, it is possible to design the electrode tab in a free position to have a simple structure It relates to a pouch type secondary battery.
모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서의 이차전지의 수요가 급격히 증가하고 있고, 그에 따라 다양한 요구에 부응할 수 있는 전지에 대한 많은 연구가 행해지고 있다.As technology development and demand for mobile devices increase, the demand for secondary batteries as an energy source is rapidly increasing, and accordingly, a lot of researches on batteries that can meet various demands have been conducted.
대표적으로 전지의 형상 면에서는 얇은 두께로 휴대폰 등과 같은 제품들에 적용될 수 있는 각형 전지와 파우치형 전지에 대한 수요가 높고, 재료 면에서는 에너지 밀도, 방전 전압, 안전성이 우수한 리튬 코발트 폴리머 전지와 같은 리튬 이차전지에 대한 수요가 높다.Representatively, there is a high demand for square and pouch type batteries that can be applied to products such as mobile phones with a thin thickness in terms of shape of batteries, and lithium, such as lithium cobalt polymer batteries, which has excellent energy density, discharge voltage, and safety in terms of materials. The demand for secondary batteries is high.
리튬이차전지는 다양한 형태로 제조가 가능한데, 대표적인 형상으로는 리튬이온전지에 주로 사용되는 원통형 및 각형을 들 수 있다. 최근들어, 각광받는 리튬폴리머전지는 유연성을 지닌 소재로 제조되어 그 형상이 비교적 자유롭다. 또한, 안전성도 우수하고, 무게가 가벼워서 휴대용 전자기기의 슬림화 및 경량화에 유리하다고 할 것이다.The lithium secondary battery may be manufactured in various forms, and typical shapes include cylindrical and square shapes mainly used in lithium ion batteries. In recent years, the lithium polymer battery has been in the spotlight and is made of a flexible material and its shape is relatively free. In addition, excellent safety and light weight will be advantageous for slimming and lightening portable electronic devices.
최근, 충방전이 가능한 이차전지는 와이어리스 모바일 기기의 에너지원으로 광범위하게 사용되고 있다. 또한, 이차전지는, 화석 연료를 사용하는 기존의 가솔린 차량, 디젤 차량 등의 대기오염 등을 해결하기 위한 방안으로 제시되고 있는 전기자동차, 하이브리드 전기자동차 등의 동력원으로도 주목받고 있다.Recently, secondary batteries capable of charging and discharging have been widely used as energy sources of wireless mobile devices. In addition, the secondary battery is attracting attention as a power source of electric vehicles, hybrid electric vehicles, etc., which are proposed as a solution for air pollution of conventional gasoline vehicles and diesel vehicles using fossil fuel.
자동차 등과 같은 중대형 디바이스들은 고출력 대용량의 필요성으로 인해, 다수의 전지 셀을 전기적으로 연결한 중대형 전지 시스템이 사용된다. 그러한 중대형 전지 시스템에 단위전지로서 많이 사용되는 파우치형 리튬이온 폴리머 이차전지는 소형 디바이스에 사용되는 동일 계열의 전지에 비해 상대적으로 큰 크기를 가지고 있다.Medium and large devices such as automobiles, due to the need for a high output large capacity, a large and large battery system that is electrically connected to a plurality of battery cells are used. Pouch type lithium ion polymer secondary batteries, which are frequently used as unit cells in such medium and large battery systems, have a relatively large size compared to batteries of the same series used in small devices.
다음 도 1에는 고출력 대용량 전지 시스템에 사용되는 하나의 예시적인 파우치형 폴리머 이차전지(100)의 일반적인 구조가 모식적으로 도시되어 있다. 도 1을 참조하면, 파우치형 폴리머 이차전지(100)는, 전극조립체(10), 상기 전극조립체(10)로부터 연장되는 전극 탭들(30, 30')과, 상기 전극 탭들(30, 30')에 용접되어 있는 전극리드(40, 40'), 및 상기 전지부를 수용하며, 고분자 수지와 알루미늄의 라미네이트 시트로 이루어진 파우치형 전지케이스(20)를 포함하는 것으로 구성되어 있다.Next, FIG. 1 schematically illustrates a general structure of one exemplary pouch-type polymer
또한, 상기 전지케이스(20)와 전극리드(40, 40')가 결합되는 부위에는 전해액의 누출을 방지하고 공기중의 수분이 전지 내로 침투하는 것을 방지하며 전극리 드(40, 40')의 전기적 절연성을 담보하기 위하여, 얇은 수지 필름(50)이 결합되어 있다.In addition, the portion where the
상에서와 같이 종래 통상의 이차전지들은 통상 알루미늄, 니켈, 구리 등의 금속 플레이트로 이루어져 있는 음극 탭과 양극 탭을 상기 전극조립체로부터 연장시켜 별도로 구비하고 있다. 또한, 상기 전극 탭이 구비된 다음에는 전해액의 누출을 방지하고 공기중의 수분이 전지 내로 침투하는 것을 방지하며 전기적 절연성을 담보하기 위하여, 절연 필름이 포함되기도 한다.As described above, conventional conventional secondary batteries are provided with a negative electrode tab and a positive electrode tab, which are usually made of metal plates such as aluminum, nickel, and copper, extending from the electrode assembly. In addition, after the electrode tab is provided, an insulating film may be included to prevent leakage of the electrolyte, to prevent moisture in the air from penetrating into the battery, and to ensure electrical insulation.
그러나, 상기와 같은 절연 필름은 그 가격이 비싸므로 전지 제조 단가가 높아지고, 또한, 실링 후에도 상기 전극 탭 부분에 수분 등이 침투하여 전지의 성능을 저하시키는 요인이 되고 있다. However, the insulating film as described above is expensive, and thus, the battery manufacturing cost increases, and even after sealing, moisture or the like penetrates into the electrode tab portion, thereby deteriorating battery performance.
따라서, 본 발명에서는 상기와 같이 파우치형 이차전지에서 종래 전극 탭 부분과 관련된 여러 가지 문제들을 해결하고자 안출된 것이다. Therefore, the present invention is to solve various problems related to the conventional electrode tab portion in the pouch type secondary battery as described above.
이에 본 발명에서는 음극 또는 양극 탭 중 적어도 하나의 전극 탭을 제거하고, 상기 제거된 전극 탭을 파우치 포장재를 구성하는 금속층으로 대체함으로써 상기한 문제들을 해결할 수 있게 되었다.Accordingly, in the present invention, the above problems can be solved by removing at least one electrode tab of the negative electrode or the positive electrode tab and replacing the removed electrode tab with a metal layer constituting the pouch packaging material.
본 발명에서는 적어도 하나의 전극 탭을 파우치 외장재의 금속층으로 대체함으로써 전극 탭 구성을 위한 별도의 비용을 들지 않아 전지 제조 비용을 낮출 수 있고, 단순한 구조의 파우치형 이차전지를 제조할 수 있고, 직렬 및 병렬 연결이 용이한 파우치형 이차전지를 제공할 수 있다.In the present invention, by replacing at least one electrode tab with a metal layer of the pouch sheathing material, it is possible to lower the battery manufacturing cost without incurring a separate cost for configuring the electrode tab, to manufacture a pouch type secondary battery having a simple structure, and A pouch type secondary battery that can be easily connected in parallel can be provided.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 파우치형 이차전지는 적어도 하나의 전극 탭을 파우치 외장재의 금속층으로 사용하는 것으로 구성된 것을 그 특징으로 한다. The pouch type secondary battery of the present invention for achieving the above object is characterized in that at least one electrode tab is used as a metal layer of the pouch packaging material.
이하 본 발명을 첨부된 도면을 참고하여 더욱 상세하게 설명하면 다음과 같다. Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings.
다음 도 2는 통상의 파우치형 리튬 이차 전지로서, 이는 전극 조립체(200)와, 상기 전극 조립체(200)를 수용하는 파우치 외장재(300)로 구성된다. 2 is a conventional pouch type lithium secondary battery, which is composed of an
상기 전극 조립체(200)는 양극 활물질 및 음극 활물질 중 어느 하나, 예를 들면, 양극 활물질이 코팅된 제 1 전극판(210), 양극 활물질 및 음극 활물질 중 다른 하나, 예를 들면, 음극 활물질이 코팅된 제 2 전극판(230), 상기 제 1 전극판(210) 및 제 2 전극판(230) 사이에 위치하여 상기 제 1 전극판(210)과 제 2 전극판(230)의 쇼트(short)를 방지하고 리튬 이온의 이동만 가능하게 하는 세퍼레이터(220)로 이루어진다. The
또한, 상기 제 1 전극판(210)에는 일반적으로 알루미늄(Al) 재질로 이루어지며, 일정 길이 돌출되어 양극 탭으로 작용하는 제 1 전극 탭(211)이 접합되어 있다. 상기 제 2 전극판(230)에는 일반적으로 니켈(Ni) 재질로 이루어지며, 일정 길이 돌출되어 음극 탭으로 작용하는 제 2 전극 탭(221)이 접합되어 있으나, 본 발명에서 위의 재질을 한정하는 것은 아니다. 또한, 상기 제 1 전극 탭(211) 및 제 2 전극 탭(221)과 상기 파우치 외장재(300) 사이의 단락을 방지하기 위한 절연 테이프(도시하지 않음)를 더 구비할 수도 있다. In addition, the
또한, 통상 상기 제 1 전극 탭(211) 및 제 2 전극탭(221)은 상기 파우치 외장재(300)의 어느 일측면을 통하여 외부로 인출된다. 더불어 상기 전극 조립체(200)의 상ㆍ하부에는 상기 전극 조립체(200)가 상기 파우치 외장재(300)와의 접 촉하는 것을 방지하기 위해 상ㆍ하부 절연 플레이트(도시하지 않음)가 더 부착될 수도 있다.In addition, the
본 발명에서는 다음 도 3과 4에서와 같이 상기 제1전극 탭(211) 또는 제2전극탭(221) 중 적어도 하나를 제거하고, 이를 상기 파우치 외장재를 구성하는 금속층(320)으로 대체할 수 있도록 상기 금속층(320)을 전극 탭을 구성하는 부분까지 연장하여 구성된 것이다.In the present invention, as shown in FIGS. 3 and 4, at least one of the
구체적으로 살피면, 상기 전극 탭 중 제1전극탭(211)인 양극 탭을 제거한 경우, 다음 도 3에서와 같이 상기 파우치 외장재(300)의 금속층(320)은 내부에서는 젤리롤 형태로 구비된 양극의 전극판에 연결되고, 상기 금속층(320)의 바깥 부분이 상기 제1전극탭(212, 점선 표시 부분)인 양극 탭으로 사용되는 것이다. 상기 제1전극탭(211)이 파우치 외장재의 금속층(320)으로 대체된 경우, 상기 제2전극탭(221)은 그대로 유지할 수 있다.In detail, when the positive electrode tab, which is the
또한, 다음 도 4와 같이 상기 전극 탭 중 제2전극탭(221)인 음극 탭을 제거한 경우 역시 상기 파우치 외장재(300)의 금속층(320)은 내부에서는 젤리롤 형태로 구비된 음극의 전극판에 연결되고, 상기 금속층(320)의 바깥 부분이 상기 제2전극탭(212, 점선 표시 부분)인 음극 탭으로 사용되는 것이다. 상기 제2전극탭(211)이 파우치 외장재의 금속층(320)으로 대체된 경우, 상기 제1전극탭(221)은 그대로 유지할 수 있다.In addition, when the negative electrode tab, which is the
상기와 같이 적어도 하나의 전극 탭을 파우치 외장재의 금속층으로 대체할 경우 상기 대체되는 파우치 외장재 금속층은 상기 제거된 전극 탭이 차지하던 단면 적만큼 연장되는 것이 바람직하다. When the at least one electrode tab is replaced with the metal layer of the pouch sheathing material as described above, the replaced pouch sheathing metal layer preferably extends by the cross-sectional area occupied by the removed electrode tab.
상기와 같은 전극 탭은 젤리 롤의 상하로 형성되는 것이 바람직하지만, 병렬로 연결되는 것도 가능하다. The electrode tab as described above is preferably formed above and below the jelly roll, but may be connected in parallel.
상기와 같이 하여 본 발명에 의한 이차 전지는 전극 조립체중 적어도 하나의 전극 탭이 파우치 외장재의 금속층에 전기적 및 기계적으로 직접 용접됨으로써, 종래와 같은 적어도 하나의 전극 탭이 필요 없어 공정이 단순화되고, 또한 파우치 내부에서의 전극 조립체 유동 및 소음도 효율적으로 방지할 수 있게 된다. As described above, in the secondary battery according to the present invention, at least one electrode tab of the electrode assembly is directly welded electrically and mechanically to the metal layer of the pouch packaging material, thereby simplifying the process by eliminating the need for at least one electrode tab as in the related art. The electrode assembly flow and noise inside the pouch can also be effectively prevented.
또한, 전극 탭과 파우치 외장재 사이의 단락을 방지하기 위해 포함되는 절연 테이프를 별도로 구비할 필요가 없으므로, 값비싼 절연테이프에 대한 구매 비용이 절약되어 경제적인 이차전지를 제조할 수 있다. In addition, since it is not necessary to separately include an insulating tape included to prevent a short circuit between the electrode tab and the pouch sheathing material, it is possible to manufacture an economical secondary battery by reducing the purchase cost for expensive insulating tape.
따라서, 본 발명에 의한 이차 전지는 적어도 하나의 전극 탭이 제거됨으로써, 전극 조립체에 적어도 하나의 전극 탭을 접속하는 공정 등을 생략할 수 있어 이차 전지의 생산성이 향상된다. Accordingly, in the secondary battery according to the present invention, at least one electrode tab is removed, thereby eliminating the process of connecting the at least one electrode tab to the electrode assembly, thereby improving the productivity of the secondary battery.
본 발명에서는 상기 양극 활물질로는 칼코게나이드(chalcogenide) 화합물이 사용되고 있으며, 그 예로 LiCoO2, LiMn2O4, LiNiO2, LiNi1 -xCoxO2(0<x<1), LiMnO2 등의 복합 금속 산화물들이 사용되고 있다. In the present invention, a chalcogenide compound is used as the cathode active material, and examples thereof include LiCoO 2 , LiMn 2 O 4 , LiNiO 2 , LiNi 1- x Co x O 2 (0 <x <1), and LiMnO 2. Composite metal oxides, such as these, are used.
음극 활물질는 탄소(C) 계열 물질, Si, Sn, 틴 옥사이드, 틴 합금 복합체(composite tin alloys), 전이 금속 산화물, 리튬 금속 나이트라이드 또는 리튬 금속 산화물 등이 사용되고 있다. As the negative electrode active material, carbon (C) -based materials, Si, Sn, tin oxides, composite tin alloys, transition metal oxides, lithium metal nitrides, or lithium metal oxides are used.
또한, 일반적으로 상기 양극 전극판은 알루미늄(Al) 재질, 음극 전극판은 니켈(Ni) 재질을 사용하며, 상기 세퍼레이터는 일반적으로 폴리에틸렌(PE) 또는 폴리프로필렌(PP)을 사용하지만, 본 발명에서 위의 재질을 한정하는 것은 아니다.Also, in general, the anode electrode plate is made of aluminum (Al), the cathode electrode plate is made of nickel (Ni), and the separator is generally made of polyethylene (PE) or polypropylene (PP). It does not limit the above materials.
본 발명의 이차전지는 바람직하게는 고출력 대용량의 전지 시스템에 단위전지로서 사용되는 전지일 수 있다. 또한, 본 발명의 이차전지는 리튬이차전지가 바람직하다.The secondary battery of the present invention may preferably be a battery used as a unit cell in a high output large capacity battery system. In addition, the secondary battery of the present invention is preferably a lithium secondary battery.
이하에서 본 발명을 실시예에 의거하여 더욱 상세하게 설명하면 다음과 같은 바, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the following Examples, but the present invention is not limited thereto.
실시예Example 1 One
음극탭으로는 구리 플레이트를 사용하였으며, 양극 방향의 파우치를 실링 부위에서 여분으로 3cm 형성하고, 여분의 고분자층을 NMP 및 아세톤으로 세척하여 알루미늄층을 표면으로 드러나게 한 폴리머 전지를 제조하였다.A copper plate was used as the negative electrode tab, and a pouch in the positive direction was formed with an extra 3 cm at the sealing site, and the polymer layer was made by exposing the aluminum layer to the surface by washing the excess polymer layer with NMP and acetone.
비교예Comparative example 1 One
각각의 양극 탭과 음극 탭을 구비한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 리튬이온 폴리머 전지를 제조하였다.A lithium ion polymer battery was manufactured in the same manner as in Example 1, except that each positive electrode tab and the negative electrode tab were provided.
[실험예]Experimental Example
상기 실시예와 비교예에 따라 제조된 이차전지의 물성을 측정하고, 그 결과 를 다음 표 1에 나타내었다. The physical properties of the secondary battery manufactured according to the Examples and Comparative Examples were measured, and the results are shown in Table 1 below.
상기 표 1의 결과에서와 같이, 본 발명에 따른 이차전지는 비교예와 동일한 용량을 발현하면서도, 수분 증가 억제로 인한 고온 고습에서의 안정성이 뛰어난 전지를 발현하였다.As shown in the results of Table 1, the secondary battery according to the present invention, while expressing the same capacity as the comparative example, expressed a battery excellent in stability at high temperature and high humidity due to the inhibition of moisture increase.
도 1은 고출력 대용량 전지 시스템에 사용되는 하나의 예시적인 파우치형 폴리머 이차전지이고,1 is one exemplary pouch-type polymer secondary battery used in a high output large capacity battery system,
도 2는 통상의 파우치형 리튬 이차 전지이고,2 is a conventional pouch type lithium secondary battery,
도 3과 4는 본 발명에 따른 파우치 외장재의 금속층으로 적어도 하나의 전극탭을 대체한 예이다.3 and 4 are examples of replacing at least one electrode tab with a metal layer of the pouch case according to the present invention.
<도면 부호의 설명><Description of Drawing>
100:파우치형 폴리머 이차전지 100: pouch type polymer secondary battery
10,200 : 전극조립체 20 : 전지케이스10,200: electrode assembly 20: battery case
21 : 전지케이스의 상단부재 22 : 전지케이스의 하단부재21: upper member of the battery case 22: lower member of the battery case
30,30': 전극 탭 40, 40': 전극 리드30,30 ':
50 : 수지 필름 210:제1전극판50: resin film 210: first electrode plate
211:제1전극탭 212:금속층으로 대체된 제1전극탭211: first electrode tab 212: first electrode tab replaced with a metal layer
220:분리막 221:제2전극탭 220: separator 221: second electrode tab
222: 금속층으로 대체된 제2전극탭 230:제2전극판222: second electrode tab replaced by metal layer 230: second electrode plate
300:파우치 외장재 310:내부층 300: pouch exterior material 310: inner layer
320:금속층 330:외부층320: metal layer 330: outer layer
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