KR20130005528A - 절연저항이 향상된 이차전지 - Google Patents

절연저항이 향상된 이차전지 Download PDF

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Abstract

본 발명은 절연저항이 향상된 이차전지에 관한 것으로서, 더욱 상세하게 본 발명은 파우치의 실링부 단부를 보호하는 지지부재를 이용함으로써 절연 저항이 파괴됨으로 인해 발생되는 성능 저하 등의 문제점을 해결하고, 전지 성능을 향상할 수 있는 절연저항이 향상된 이차전지에 관한 것이다.

Description

절연저항이 향상된 이차전지{Secondary battery having enhanced electrical insulation}
본 발명은 절연저항이 향상된 이차전지에 관한 것으로서, 더욱 상세하게 본 발명은 파우치의 실링부 단부를 보호하는 지지부재를 이용함으로써 절연 저항이 파괴됨으로 인해 발생되는 성능 저하 등의 문제점을 해결하고, 전지 성능을 향상할 수 있는 절연저항이 향상된 이차전지에 관한 것이다.
전지는 크게 1차 전지와 2차 전지로 구분될 수 있는데, 1차 전지란 비가역적인 반응을 이용하여 전기를 생산하므로 한 번 사용된 후에는 재사용이 불가능한 전지로서 일반적으로 많이 사용하는 건전지, 수은 전지, 볼타 전지 등이 이에 속하며, 2차 전지는 이와는 달리 가역적인 반응을 이용하므로 사용 후 충전하여 재사용이 가능한 전지로서 납 축전지, 리튬 이온 전지, 니카드(Ni-Cd) 전지 등이 이에 속한다. 도 1은 2차 전지 중 하나인 일반적인 리튬 이온 전지의 구조를 개념적으로 도시한 것이다. 리튬 이온 전지와 리튬 이온 폴리머 전지는 전해질의 성상(액체/고체)만 다를 뿐 그 구조는 동일하다.
전지에 따라 전해질이나 극의 재질이 도 1에 기재된 재질과는 조금씩 다를 수도 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 리튬 이온 전지는 일반적으로 탄소로 이루어지는 음극(1) 및 일반적으로 리튬 화합물로 이루어지는 양극(2), 두 극(1, 2) 사이에 위치하는 전해질(3), 그리고 음극(1) 및 양극(2)을 연결하는 전선(4)을 포함하여 구성된다. 전해질(3) 내의 리튬 이온은 충전(charge) 시에는 음극(1) 쪽으로, 방전(discharge) 시에는 양극(2) 쪽으로 이동하며, 각 극에서 잉여의 전자를 방출하거나 또는 흡수하면서 화학 반응을 일으키게 된다. 이러한 과정에서 상기 전선(4)에 전자가 흐르게 되며, 이에 따라 전기 에너지가 발생하게 된다. 여기에서 리튬 이온 전지를 사용하여 설명하였으나, 다른 2차 전지의 경우도 전극 또는 전해질로 사용되는 물질이 달라질 뿐 기본 원리 및 구조는 이와 동일하다. 즉, 일반적으로 2차 전지는 상술한 바와 같이 음극(1), 양극(2), 전해질(3) 및 전선(4)을 포함하여 이루어지는 것이다.
이 때, 2차 전지는 음극(1), 양극(2), 전해질(3) 및 전선(4)이 각각 단일 개 구비되어 형성될 수도 있지만, 보다 일반적으로는 단일 개의 음극(1), 양극(2), 전해질(3) 및 전선(4)으로 이루어지는 단위 셀(10)이 다수 개 연결되어 이루어진다. 즉, 2차 전지 팩의 내부에는 상기 설명한 바와 같은 단위 셀(10)이 다수 개 들어 있게 된다. 물론 각 단위 셀(10)은 전기적으로 서로 연결된다.
일반적으로 2차 전지는 그 내부에 다수 개의 단위 셀을 포함하고 있으며, 또한 일반적으로 각 셀의 전극들과 연결된 한 쌍의 외부 단자 탭(즉 각 단위 셀의 음극들이 연결된 하나의 음극, 각 셀의 양극들이 연결된 하나의 양극으로서, 전지 하나당 한 쌍이 구비되어 전극으로서 기능하는 탭)이 외부로 노출되어 있는 형태로 구성된다. 이와 같은 2차 전지들은 일반적으로 단일 개 사용되기보다는 다수 개가 연결되어 하나의 팩으로서의 배터리를 형성하게 된다. 이러한 팩 형태의 배터리에서 각각의 전지들을 (전지를 구성하는 단위 셀과 구별하여) 셀이라 칭하며, 물론 각 셀의 탭들은 전기적으로 연결되게 된다.
이와 같은 2차 전지의 형태 중 널리 사용되는 형태는, 배터리를 형성하는 셀이 파우치형을 이루고 있는 형태, 즉 파우치 셀로 이루어지는 형태를 예로 들 수 있다.
도 2는 이러한 형태로 구성되는 종래의 서브 배터리 모듈의 일실시예를 도시한 것으로서, 배터리 셀(10)이 파우치(20)에 의해 실링된다.
상기 도 2에 도시한 서브 배터리 모듈의 경우 파우치가 각을 이루어 접힘에 따라 알루미늄층 자체의 깨짐 현상이 쉽게 유발될 수 있는 문제점이 있다.
상기 파우치형 배터리는 캔형 배터리에 비교하여 작은 부피 및 질량을 가지는 장점이 있는데 반해, 연질의 파우치를 용기로 사용하므로 기계적 강도 및 밀봉의 신뢰성 문제가 유발될 수 있다.
특히, 배터리 제조 공정 중에 실링된 파우치의 실링부위에 전해액의 기상분자들의 확산에 의해 실링부위에 마이크로크랙(microcrack) 혹은 결함(defect)을 통해 외부와의 전류 통로(path)가 생기게 되어 국부적인 절연파괴가 발생할 수 있다.
이러한 국부적인 절연파괴가 발생할 경우에, 상기 영역이 셀 커버에 접지 시, 전압이 강하될 수 있으며, 연결된 다른 셀의 성능 저하를 유발할 수 있다.
본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 파우치의 실링부 단부를 보호하는 지지부재를 이용함으로써 파우치 실링부를 보호할 수 있으며, 절연 저항이 파괴됨으로 인해 발생되는 성능 저하 등의 문제점을 해결하고, 전지 성능을 향상할 수 있는 절연저항이 향상된 이차전지를 제공하는 것이다.
특히, 본 발명의 목적은 실링부의 단부가 지지부재의 삽입홈에 삽입되고, 그 둘레를 감싸도록 형성됨으로써 파우치의 손상을 방지할 수 있으며, 외부로부터 수분 또는 공기 침투를 저하할 수 있는 절연저항이 향상된 이차전지를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 목적은 상기 지지부재가 형성되어 배터리 셀의 양측을 지할 수 있고, 탭을 포함한 셀 높이보다 높게 형성되어 탭이 형성된 측을 보호할 수 있어 전체 내구성을 향상할 수 있는 절연저항이 향상된 이차전지를 제공하는 것이다.
본 발명의 절연저항이 향상된 이차전지(1000)는 적어도 하나 이상의 절연저항이 향상된 이차전지 셀(110)과, 상기 배터리 셀(110)로부터 일측 방향으로 연장되어 형성되는 전극 탭(120)과, 시트형태로 내부에 상기 배터리 셀(110)이 수용되어 실링되는 파우치(130)를 포함하는 서브 배터리 모듈(100); 및 상기 서브 배터리 모듈(100)이 병렬 배치되는 배터리 모듈 케이스(200); 를 포함하는 이차 전지(1000)에 있어서, 상기 이차 전지(1000)는 상기 파우치(130)의 높이방향으로 형성되되, 상기 파우치(130)의 측단부가 삽입되는 삽입홈(310)이 형성되어 상기 파우치(130)를 지지하는 한 쌍의 지지부재(300)가 구비되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 절연저항이 향상된 이차전지(1000)는 상기 지지부재(300)가 상기 배터리 셀(110)의 측면에 밀착되도록 상기 파우치(130)의 일정 영역이 상기 지지부재(300) 둘레를 감싸도록 형성되는 것을 특징으로 한다.
또, 상기 지지부재(300)는 상기 삽입홈(310)에 몰딩재가 삽입되는 것을 특징으로 한다.
아울러, 상기 절연저항이 향상된 이차전지(1000)는 상기 지지부재(300)의 높이가 상기 파우치(130)의 상ㆍ하측으로 높게 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 지지부재(300)는 단면이 원형, 또는 다각형으로 형성되는 것을 특징으로 한다.
또, 상기 다각형 단면을 갖는 지지부재(300)는 상기 삽입홈(310)이 다각형을 형성하는 선분에 수직한 방향으로 형성되는 것을 특징으로 한다.
아울러, 상기 배터리 모듈 케이스(200)는 상기 지지부재(300) 형태에 대응되는 형태의 안착부가 형성되는 것을 특징으로 한다.
이에 따라, 본 발명의 절연저항이 향상된 이차전지는 파우치의 실링부 단부를 보호하는 지지부재를 이용함으로써 파우치 실링부를 보호할 수 있으며, 절연 저항이 파괴됨으로 인해 발생되는 성능 저하 등의 문제점을 해결하고, 전지 성능을 향상할 수 있는 장점이 있다.
특히, 본 발명의 절연저항이 향상된 이차전지는 실링부의 단부가 지지부재의 삽입홈에 삽입되고, 그 둘레를 감싸도록 형성됨으로써 파우치의 손상을 방지할 수 있으며, 외부로부터 수분 또는 공기 침투를 저하할 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명의 절연저항이 향상된 이차전지는 상기 지지부재가 형성되어 배터리 셀의 양측을 지할 수 있고, 탭을 포함한 셀 높이보다 높게 형성되어 탭이 형성된 측을 보호할 수 있어 전체 내구성을 향상할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 일반적인 리튬 이온 전지의 구조도.
도 2는 종래의 서브 배터리 모듈 예를 나타낸 도면.
도 3은 본 발명에 따른 절연저항이 향상된 이차전지를 나타낸 도면
도 4 내지 도 6은 도 3에 도시한 절연저항이 향상된 이차전지의 서브 배터리 모듈을 나타낸 사시도, 분해사시도 및 단면도.
도 7은 본 발명에 따른 절연저항이 향상된 이차전지의 지지부재 형성 예를 나타낸 도면.
도 8 및 도 9는 본 발명에 따른 서브 배터리 모듈의 다른 사시도 및 분해사시도.
도 10은 본 발명에 따른 서브 배터리 모듈의 또 다른 단면도.
이하, 상술한 바와 같은 특징을 가지는 본 발명의 절연저항이 향상된 이차전지(1000)를 첨부된 도면을 참조로 상세히 설명한다.
본 발명의 절연저항이 향상된 이차전지(1000)는 서브 배터리 모듈(100) 및 배터리 모듈 케이스(200)를 포함하여 형성되며, 이 때, 상기 서브 배터리 모듈(100)은 한 쌍의 지지부재(300)에 의해 지지되는 것을 특징으로 한다.
먼저, 상기 서브 배터리 모듈(100)은 배터리 셀(110), 전극 탭(120), 및 파우치(130)를 포함하여 형성된다.
상기 서브 배터리 모듈(100)은 하나의 배터리 셀(110)이 구비되는 형태를 포함하여, 분리판을 사이에 두고 복수개가 형성될 수 있다.
상기 전극 탭(120)은 상기 각각의 배터리 셀(110)로부터 일측 방향으로 연장되어 형성되는 구성이다.
상기 파우치(130)는 시트형태로 내부에 상기 배터리 셀(110)이 수용되어 실링된다.
더욱 상세하게, 상기 파우치(130)는 상기 전극 탭(120)이 돌출형성되는 부분을 제외한 상기 배터리 셀(110)의 나머지 면들을 감싸는 형태로, 알루미늄 라미네이트 시트가 널리 이용되고 있다.
상기 배터리 모듈 케이스(200)는 상기 서브 배터리 모듈(100)이 내장되는 케이스로서, 상기 서브 배터리 모듈(100)이 상기 전극 탭(120)이 있는 면이 동일하도록 적어도 둘 이상 적층되어 나란하게 배치된다.
도 3에서, 상기 3개의 구성으로 이루어지는 배터리 모듈 케이스(200)를 나타내었으나, 본 발명의 절연저항이 향상된 이차전지(1000)는 더욱 다양한 배터리 모듈 케이스(200) 형태에 적용 실시될 수 있다.
본 발명의 절연저항이 향상된 이차전지(1000)는 상기 서브 배터리 모듈(100)의 양측 파우치(130) 부분을 지지하는 지지부재(300)가 구비된다.
상기 지지부재(300)는 파우치(130)의 높이방향으로 형성되는 구성으로서, 상기 파우치(130)의 측단부가 삽입되는 삽입홈(310)이 형성되어 상기 파우치(130)를 지지하도록 상기 서브 배터리 모듈(100) 각각에 한 쌍이 구비된다.
도 4 내지 도 6은 본 발명의 절연저항이 향상된 이차전지(1000)의 일예를 나타낸 도면으로서, 상기 서브 배터리 모듈(100)과 지지부재(300)의 한 형태를 나타내었다.
도 4 내지 도 6에 도시한 형태는 상기 지지부재(300)의 형성 높이가 상기 서브 배터리 모듈(100)의 파우치(130) 높이와 동일하게 형성되며, 상기 서브 배터리 모듈(100)의 실링된 양측단부가 상기 지지부재(300)의 삽입홈(310)에 삽입고정되는 예를 나타내었다.
이 때, 상기 지지부재(300)는 상기 파우치(130)의 삽입 이전에, 상기 삽입홈(310)에 몰딩재가 삽입되어 있어, 서브 배터리 모듈(100)의 절연 특성을 보다 강화할 수 있고, 상기 파우치(130)와 지지부재(300)의 고정이 용이하도록 할 수 있다.
본 발명의 절연저항이 향상된 이차전지(1000)는 상기 지지부재(300)가 상기 파우치(130) 양측을 지지하도록 형성되어 내구성을 보다 향상할 수 있으며, 특히 좌ㆍ우방향으로의 외력이 존재하는 상황에서도 상기 서브 배터리 모듈(100)을 안정적으로 보호할 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명의 절연저항이 향상된 이차전지(1000)는 파우치(130)의 양단부가 상기 지지부재(300)에 의해 감싸지는 구조로서, 파우치(130) 실링부를 보호할 수 있으며, 상기 파우치(130)의 실링부를 보호할 수 있으며, 이에 따라, 절연 저항이 파괴됨으로 인해 발생되는 성능 저하 등의 문제점을 해결하고, 전지 성능을 향상할 수 있는 장점이 있다.
상기 지지부재(300)는 상기 배터리 셀(110)의 형태에 따라 다양한 형태를 갖도록 형성될 수 있으며, 도 7에 그 다양한 형태를 나타내었다.
도 7 (a) 내지 (c)는 상기 지지부재(300)의 단면이 원형, 삼각형, 및 사각형 형태인 예를 나타내었다.
이 때, 상기 지지부재(300)는 상기 파우치(130)의 일정 영역이 상기 지지부재(300)의 둘레를 감싸도록 형성될 수 있으므로, 상기 지지부재(300)의 단면이 다각형으로 형성될 경우에, 모서리 부분이 라운드진 형태로 형성되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 지지부재(300)는 상기 삽임홈이 모서리 부분에 형성된 다각형을 형성하는 선분에 수직 부분에 형성되어 상기 파우치(130)의 고정 각도가 좁아지는 것을 방지할 수 있도록 하는 것이 바람직하다.
더욱 상세하게, 상기 도 7 (c)에 도시한 지지부재(300)의 경우, 상기 파우치(130)의 단부가 삽입홈(310)에 삽입된 부분과, 상기 지지부재(300) 둘레를 감싸도록 형성되는 부분 사이의 각도는 대략 90 °이다.
만약, 상기 삽입홈(310)이 상기 지지부재(300)의 모서리부에 형형성되는 경우에, 상기 파우치(130)의 단부가 삽입홈(310)에 삽입된 부분과, 상기 지지부재(300) 둘레를 감싸도록 형성되는 부분 사이의 각도는 대략 45 °로, 도 2에 도시한 종래예보다는 시트 손상을 방지할 수 있으나, 위 도 7 (c)에 도시한 예보다는 파우치(130)의 손상이 유발될 수 있으므로, 본 발명의 절연저항이 향상된 이차전지(1000)는 상기 지지부재(300)가 다각형 단면을 갖도록 형성되는 경우에, 상기 삽입홈(310)이 다각형을 형성하는 선분에 수직한 방향으로 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기 절연저항이 향상된 이차전지(1000) 케이스는 상기 지지부재(300)에 지지되는 서브 배터리 모듈(100)의 형태에 대응되는 형태의 안착부가 형성된다.
또한, 본 발명의 절연저항이 향상된 이차전지(1000)는 도 8 및 도 9에 도시한 바와 같이, 상기 지지부재(300)의 높이가 파우치(130)의 상ㆍ하측으로 높게 형성될 수 있다.
즉, 도 8 및 도 9에 도시한 상기 지지부재(300)는 상기 서브 배터리 모듈(100)의 파우치(130) 형성 부분이 삽입되는 삽입홈(310)이 상측 및 하측에 표시되지 않도록 상기 파우치(130)의 높이보다 높게 형성된 예를 나타낸 것으로서, 상ㆍ하방향으로의 외력에도 그 충격을 지지부재(300)가 흡수하여 배터리 셀(110)을 보호할 수 있는 예를 나타내었다.
이에 따라, 본 발명의 절연저항이 향상된 이차전지(1000)는 상기 지지부재(300)를 이용함으로써 절연파괴로 인한 문제점을 예방할 수 있을 뿐만 아니라 전체 내구성을 향상할 수 있는 장점이 있다.
도 10은 본 발명에 따른 다른 절연저항이 향상된 이차전지(1000)를 나타낸 것으로서, 상기 파우치(130)의 실링부분이 상기 서브 배터리 모듈(100)의 양측 방향으로 넓게 형성되어 있는 경우에 적합한 예를 나타내었다.
상기 도 10에 도시한 예는 상기 지지부재(300)가 상기 배터리 셀(110) 측면에 밀착되도록 상기 파우치(130)의 일정 영역이 상기 지지부재(300) 둘레를 감싸도록 형성된다.
이 때, 상기 상기 파우치(130)의 실링부분의 형성 넓이에 따라, 상기 지지부재(300)는 상기 파우치(130)에 의해 전체 또는 일부가 감싸질 수 있다.
도 3 내지 도 9에서 상기 배터리 셀(100)이 좌ㆍ우 방향으로 긴 6각형 형태로 형성된 예를 나타내었으며, 도 10에서 상기 배터리 셀(100)이 사다리꼴 형태인 예를 나타내었다.
본 발명의 절연저항이 향상된 이차전지(1000)는 상기 배터리 셀(100)의 특정 형태에 한정되지 않으며, 다양한 배터리 셀(1000) 형태에 따라 다양한 지지부재(300) 형태를 이용할 수 있다.
이에 따라, 본 발명의 절연저항이 향상된 이차전지(1000)는 상기 배터리 셀(100)의 양측면을 지지할 수 있는 지지부재(300)를 이용하여, 절연 저항이 파괴됨으로 인해 발생되는 성능 저하 등의 문제점을 해결하고, 전지 성능을 향상할 수 있는 장점이 있다.
본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다.
1000 : 배터리
100 : 서브 배터리 모듈
110 : 배터리 셀 120 : 전극 탭
130 : 파우치
200 : 배터리 모듈 케이스
300 : 지지부재 310 : 삽입홈

Claims (7)

  1. 적어도 하나 이상의 배터리 셀과, 상기 배터리 셀로부터 일측 방향으로 연장되어 형성되는 전극 탭과, 시트형태로 내부에 상기 배터리 셀이 수용되어 실링되는 파우치를 포함하는 서브 배터리 모듈; 및 상기 서브 배터리 모듈이 병렬 배치되는 배터리 모듈 케이스; 를 포함하는 이차전지에 있어서,
    상기 이차전지는
    상기 파우치의 높이방향으로 형성되되, 상기 파우치의 측단부가 삽입되는 삽입홈이 형성되어 상기 파우치를 지지하는 한 쌍의 지지부재가 구비되는 것을 특징으로 하는 절연저항이 향상된 이차전지.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 절연저항이 향상된 이차전지는
    상기 지지부재가 상기 배터리 셀의 측면에 밀착되도록 상기 파우치의 일정 영역이 상기 지지부재 둘레를 감싸도록 형성되는 것을 특징으로 하는 절연저항이 향상된 이차전지.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 지지부재는 상기 삽입홈에 몰딩재가 삽입되는 것을 특징으로 하는 절연저항이 향상된 이차전지.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 절연저항이 향상된 이차전지는 상기 지지부재의 높이가 상기 파우치의 상ㆍ하측으로 높게 형성되는 것을 특징으로 하는 절연저항이 향상된 이차전지.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 지지부재는 단면이 원형, 또는 다각형으로 형성되는 것을 특징으로 하는 절연저항이 향상된 이차전지.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 다각형 단면을 갖는 지지부재는 상기 삽입홈이 다각형을 형성하는 선분에 수직한 방향으로 형성되는 것을 특징으로 하는 절연저항이 향상된 이차전지.
  7. 제1항 내지 제6항에 있어서,
    상기 배터리 케이스는 상기 지지부재 형태에 대응되는 형태의 안착부가 형성되는 것을 특징으로 하는 절연저항이 향상된 이차전지.
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