KR20130094638A - 파우치형 배터리 - Google Patents

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KR20130094638A
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김재형
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삼성에스디아이 주식회사
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Abstract

본 발명은 파우치형 배터리에 관한 것으로, 파우치의 끝단으로 노출된 메탈층을 보호하기 위해 추가적으로 이루어지는 테이핑 공정을 제거하고, 광경화 접착제를 이용하여 메탈층을 보호함과 동시에 파우치의 접합부를 파우치에 고정할 수 있으므로 파우치형 배터리의 제조 공정을 단순화 및 자동화 시킬 수 있으며, 접착 강도를 증가시키고, 접착 위치를 고정하여 접착의 질을 높이는데 있다.

Description

파우치형 배터리{Pouch type battery}
본 발명은 파우치형 배터리에 관한 것이다.
이차 전지(rechargeable battery)는 충전이 불가능한 일차 전지와는 달리 충전 및 방전이 가능한 전지로서, 하나의 배터리 셀이 팩 형태로 포장된 저용량 전지의 경우 휴대폰 및 캠코더와 같은 휴대가 가능한 소형 전자기기에 사용되고, 배터리 셀이 수십 개 연결된 대용량 전지의 경우 전기 스쿠터, 하이브리드 자동차, 전기 자동차 등의 모터 구동용 전원으로 널리 사용되고 있다.
이차 전지는 여러 가지 형상으로 제조되고 있는데, 이 중에서 파우치 전지는 양극판 및 음극판 사이에 절연체인 세퍼레이터(separator)를 개재하여 형성된 전극 조립체와, 상기 전극 조립체가 내장된 얇은 연성(flexible)의 파우치를 구비한다. 이때 파우치는 가장자리부의 접합에 의해 구비된 내측 공간에 전극 조립체를 수용한다.
이러한 파우치는 메탈층과 상기 메탈층의 각 면을 덮는 절연층을 포함하는 다층막으로 이루어진다. 그리고 상기 절연층은 절연층 사이에 개재된 메탈층이 파우치 내외부의 전도성 물질과 단락되는 것을 방지할 수 있다. 그러나 상기 파우치의 가장자리 단부는 별도의 테이프 접착 공정을 하지 않게 되면, 외부로 메탈층이 노출되어 쇼트(short) 위험이 있다. 그러나 상기 테이프 접착은 자동 공정에 의해 처리할 수 없으며, 작업자에 의해 일일이 파우치 전지에 접착해야 하는 작업의 번거로움이 발생되며, 작업자에 따른 작업 산포로 인해 접착 위치 및 접착 강도 등이 불균일할 수 있다.
본 발명은 상술한 종래의 문제점을 극복하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 수작업으로 이루어지는 테이핑 공정을 대신하여 광경화 접착제를 이용하여 파우치의 끝단으로 노출되는 메탈층 보호하고, 접합부를 파우치에 고정할 수 있으므로 제조 공정을 단순화하고 자동화시킬 수 있는 파우치형 배터리를 제공하는데 있다.
상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명에 의한 파우치형 배터리는 제1전극판, 제2전극판 및 세퍼레이터를 포함하는 전극 조립체와, 상기 전극조립체를 수용하며, 양쪽 측부의 접합에 의해 형성된 접합부를 구비하는 파우치 및, 상기 파우치의 접합부와 상기 파우치의 측부에 도포된 광경화 접착제를 포함할 수 있다.
상기 광경화 접착제는 상기 파우치의 접합부를 상기 파우치의 측부에 접착 및 고정할 수 있다.
상기 파우치는 박막인 메탈층과, 상기 메탈층의 일면을 덮도록 형성된 제1절연층 및, 상기 메탈층의 상기 일면의 반대면인 타면을 덮도록 형성된 제2절연층을 포함하는 다층 박막으로 이루어질 수 있다.
상기 접합부의 끝단으로 노출된 메탈층은 상기 광경화 접착제에 의해 덮여질 수 있다.
상기 파우치는 한변의 길이방향을 기준으로 접철된 제1파우치와 제2파우치를 포함할 수 있다.
상기 파우치는 상기 제1파우치와 상기 제2파우치의 접합에 의해 양쪽 측부에 형성된 상기 접합부 사이를 연결하고, 제1파우치 및 상기 제2파우치의 접합에 의해 구비된 평탄부를 더 가질 수 있다.
상기 전극 조립체의 제1전극판과 전기적으로 접속되며, 상기 파우치의 평탄부를 통해 외부로 노출된 제1전극 탭 및, 상기 전극 조립체의 제2전극판과 전기적으로 접속되며, 상기 파우치의 평탄부를 통해 외부로 노출된 제2전극 탭을 더 포함할 수 있다.
상기 접합부는 상기 제1파우치 방향으로 절곡되며, 상기 광경화 접착제에 의해 상기 파우치의 측면에 고정될 수 있다.
상기 광경화 접착제는 상기 접합부의 끝단과 상기 파우치의 측부 사이를 덮을 수 있다.
상기 광경화 접착제는 상기 접합부의 끝단과 접촉된 파우치의 측부와, 상기 접합부의 끝단에서 연장된 접합부의 외측 및 상기 접합부의 끝단을 덮을 수 있다.
상기 광경화 접착제는 상기 파우치의 측부와 상기 접합부의 내측 사이에 개재되어 상기 접합부를 상기 파우치의 측부에 접착하고, 상기 파우치의 측부로 절곡된 상기 접합부의 끝단을 덮을 수 있다.
상기 광경화 접착제는 자외선에 의해서 경화되는 절연성 경화제와 절연성 수지가 혼합된 이액형 접착제일 수 있다.
전극 조립체; 및 상기 전극 조립체를 수용하며 양쪽 측부의 접합에 의해 형성된 접합부가 절곡되어, 양쪽 측부에 접촉된 파우치를 포함하며,
또한 상기의 목적을 달성하기 위해 본 발명에 의한 파우치형 배터리는 상기 파우치의 접합부의 끝단과 상기 파우치의 측부를 덮도록 도포된 광경화 접착제에 의해, 상기 파우치의 접합부가 상기 파우치의 측부에 고정될 수 있다.
본 발명에 의한 파우치형 배터리는 수작업으로 이루어지는 테이핑 공정을 대신하여 광경화 접착제를 이용하여 파우치의 끝단으로 노출되는 메탈층 보호하고, 접합부를 파우치에 고정할 수 있으므로 제조 공정을 단순화하고 자동화시킬 수 있으며, 접착 질을 향상시킬 수 있게 된다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 파우치형 배터리를 도시한 사시도이다.
도 2는 도 1의 I-I'선의 일예를 도시한 단면도이다.
도 3은 도 2의 A를 확대 도시한 확대도이다.
도 4는 도 1의 I-I'선의 다른 예를 도시한 단면도이다.
도 5는 도 4의 B를 확대 도시한 확대도이다.
본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다. 여기서, 명세서 전체를 통하여 유사한 구성 및 동작을 갖는 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다.
도 1을 참조하면 본 발명의 일실시예에 따른 파우치형 배터리를 도시한 사시도가 도시되어 있고, 도 2를 참조하면 도 1의 I-I'선 단면도가 도시되어 있고, 도 3을 참조하면 도 2의 A에 대한 확대도가 도시되어 있다. 이하에서는 도 1 내지 도 3을 참조하여 본 발명의 파우치형 배터리를 설명하고자 한다.
우선 도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이 파우치형 배터리(100)는 전극 조립체(110), 제1전극 탭(120), 제2전극 탭(130), 파우치(140) 및 광경화 접착제(150)를 포함한다.
상기 전극 조립체(110)는 얇은 판형 혹은 막형으로 형성된 제1전극판(111), 세퍼레이터(113), 제2전극판(112)의 적층체를 권취하거나 겹쳐서 형성한다. 여기서, 제1전극판(111)은 양극으로서 동작할 수 있으며, 제2전극판(112)은 음극으로서 동작할 수 있다. 물론, 그 반대도 가능하다. 그리고 상기 전극 조립체(110)는 파우치(140)의 내부에 수용된다.
상기 제1전극판(111)은 알루미늄과 같은 금속 포일(foil)로 형성된 제1전극 집전판에 전이금속산화물 등의 제1전극 활물질을 도포함으로써 형성되며, 본 발명에서 상기 제1전극판(111)의 재질을 한정하는 것은 아니다.
상기 제2전극판(112)은 구리 또는 니켈과 같은 금속 포일로 형성된 제2전극 집전판에 흑연 또는 탄소 등의 제2전극 활물질을 도포함으로써 형성되며, 본 발명에서 상기 제2전극판(112)의 재질을 한정하는 것은 아니다.
상기 세퍼레이터(113)는 제1전극판(111)과 제2전극판(112) 사이에 위치되어 전기적 쇼트를 방지하고 전이 금속 이온의 이동을 가능하게 하는 역할을 하며, 폴리에틸렌이나, 폴리프로필렌이나, 폴리에틸렌과 폴리프로필렌의 복합 필름으로 이루어질 수 있다. 한편, 본 발명에서 상기 세퍼레이터(113)의 재질을 한정하는 것은 아니다.
상기 전극 조립체(110)의 제1전극판(111)과 제2전극판(112)은 각각 제1전극 탭(120) 및 제2전극 탭(130)에 전기적으로 접속된다.
상기 전극 조립체(110)는 실질적으로 전해액과 함께 상기 파우치(140)에 수납된다. 상기 전해액은 EC(ethylene carbonate), PC(propylene carbonate), DEC(diethyl carbonate), EMC(ethyl methyl carbonate), DMC(dimethyl carbonate)와 같은 유기 용매에 LiPF6, LiBF4와 같은 리튬염으로 이루어질 수 있다. 또한, 상기 전해액은 액체, 고체 또는 겔상일 수 있다.
상기 제1전극 탭(120)은 전극 조립체(110)의 제1전극판(111)과 전기적으로 접속된다. 상기 제1전극 탭(120)은 파우치(140)에 구비된 평탄부(140b)를 통해 외부로 연장 및 돌출된다. 상기 평탄부(140b)는 하기에서 자세히 설명하고자 한다. 여기서, 상기 제1전극 탭(120)은 제1전극 탭(120)을 감싸도록 평탄부(140b)의 내측에 구비된 제1절연 테이프(121)를 더 포함한다. 상기 제1절연 테이프(121)는 파우치(140)의 메탈층(141a,142a)과 전기적인 쇼트 되는 것을 방지하는 역할을 한다. 그리고 제1전극 탭(120)은 알루미늄 또는 알루미늄 합금일 수 있다. 그러나 상기 재질로 본 발명이 한정되는 것은 아니다.
상기 제2전극 탭(130)은 전극 조립체(110)의 제2전극판(112)과 전기적으로 접속된다. 상기 제2전극 탭(130)은 파우치(140)에 구비된 평탄부(140b)를 통해 외부로 연장 및 돌출된다. 상기 제2전극 탭(130)은, 제2전극 탭(130)을 감싸도록 상기 평탄부(140b)의 내측에 구비된 제2절연 테이프(131)를 더 포함한다. 상기 제2절연 테이프(131)는 파우치(140)의 메탈층(141a,142a)과의 전기적인 쇼트를 방지하는 역할을 한다.
상기 제1전극 탭(120)과 제2전극 탭(130)은 파우치(140)의 전방에 형성된 평탄부(140b)를 통해서 파우치(120)의 외부로 돌출 및 연장되며, 상호간 나란한 형태일 수 있다. 그리고 제1전극 탭(120)과 제2전극 탭(130)은 평판 형태이다.
상기 파우치(140)는 일반적으로 일체로 형성되는 직방형 파우치 막을 한 변의 길이방향을 기준으로 접철한 제1파우치(141)와 제2파우치(142)로 이루어진다. 상기 제1파우치(141)에는 프레스(press) 가공 등에 의해 형성되며 상기 전극 조립체(110)를 수용할 홈이 구비된다. 상기 파우치(140)는 전극 조립체(110)를 제1파우치(141)의 홈에 안착시킨 후, 제1파우치(141)의 홈 주위의 가장자리와 이에 대응되는 제2파우치(142)의 가장자리를 밀착시킨 상태에서 밀착된 부분을 가열ㅇ가압하여 융착 하거나, 접착할 수 있다. 상기 파우치(120)의 내측에는 전해액이 존재한다.
상기 전극 조립체(110)의 양쪽 측부에 대응되는 파우치(120)의 양쪽 측부는 제1파우치(141)와 제2파우치(142)의 융착 또는 접착에 의해 접합부(140a)가 형성된다. 상기 접합부(140a)는 파우치(140)의 양쪽 측부에서 일정길이 연장된 부분을 의미하며, 제1파우치(141) 방향으로 절곡된다. 상기 접합부(140a)는 절곡되어 광경화 접착제(150)에 의해 파우치(140)의 측부에 고정 및 접착된다.
그리고 제1파우치(141)와 제2파우치(142)는 제1전극 탭(120)과 제2전극 탭(140)이 외부로 연장 및 돌출되는 평탄부(140b)를 구비한다. 여기서 평탄부(140b)는 제1파우치(141)와 제2파우치(142)가 상호간 접착 또는 용착된 부분이며, 일정길이 평탄하게 연장된 부분이다. 이러한 평탄부(140b)는 서로 대향하는 접합부(140a) 사이에 위치한다.
즉, 상기 파우치(140)는 제1파우치(141)와 제2파우치(142)의 접합에 의해 양측 면엔 접합부(140a)가 형성되고, 남은 일변 가장자리의 접합에 의해 평탄부(140b)가 형성된다. 이때 평탄부(140b)는 전극 조립체(110)의 제1전극판(111) 및 제2전극판(112)과 각각 전기적으로 접속된 제1전극 탭(120) 및 제2전극 탭(130)이 돌출된 일변이고, 접합부(140a)는 제1파우치(141)의 홈의 외측방향으로 절곡된 양측변이다.
상기 제1파우치(141)는 메탈층(141a)과, 상기 메탈층(141a)의 일면에 형성된 제1절연층(141b) 및 상기 메탈층(141a)의 일면의 반대면인 타면에 형성된 제2절연층(141c)으로 이루어진 다층 박막이다. 상기 제2파우치(142) 역시 상술한 제1파우치(141)와 동일한 다층 구조를 갖는다.
상기 접합부(140a)와 평탄부(140b)는 상기 제1 및 2파우치(141,142)의 각 제1절연층(141b, 142b)이 상호간 접착 또는 융착된 영역이다. 상기 제1 및 2파우치(141,142)의 각 제1절연층(141b, 142b)은 제1파우치(141)와 제2파우치(142)의 접착 또는 융착을 위해 열접착성 물질로 이루어질 수 있다.
상기 광경화 접착제(150)는 파우치(140)의 양쪽 측부에서 제1파우치(141) 방향으로 절곡된 접합부(140a)에 도포되어, 상기 접합부(140a)의 끝단(140c)을 덮도록 형성된다. 상기 광경화 접착제(150)는 자외선(UV)에 의해서 경화되는 절연성 경화제와 절연성 수지가 혼합된 이액형 접착제일 수 있다. 그리고 광경화 접착제(150)는 투명이거나 무색일 수 있으며, 색상은 어떠한 색이든 무방하다.
상기 광경화 접착제(150)의 도포 및 경화를 예를 들면 하기와 같다. 우선 광경화 접착제(150)는 파우치(140)의 양쪽 측부에서 제1파우치(141) 방향으로 절곡된 접합부(140a)에 도포된다. 바람직하게 상기 광경화 접착제(150)는 파우치(140)의 양쪽 측부로 절곡된 접합부(140a)의 끝단(140c)을 모두 덮도록 파우치(140)의 측부와 접합부(140a)의 끝단(140c) 사이에 도포된다. 즉, 상기 광경화 접착제(150)는 접합부(140a)의 끝단(140c)로 노출된 메탈층(141a, 142a)을 외부 환경으로부터 격리시킨다. 따라서 광경화 접착제(150)는 상기 접합부(140a)의 메탈층(141a, 142a)이 외부로 노출되는 것을 차단하여, 메탈층(141a, 142a)과 외부 장치사이에 발생될 수 있는 전기적인 쇼트를 방지할 수 있다.
그리고 상기 광경화 접착제(150)에 자외선이 조사되면, 광경화 접착제(150)는 경화되어 접합부(140a)를 파우치(140)의 측부에 접착 및 고정시킨다.
상기 광경화 접착제(150)는 별도의 테이프를 이용하지 않고, 파우치(140)의 접합부(140a)를 파우치에 고정시킬 수 있고, 접합부(140a)의 끝단(140c)으로 노출된 메탈층(141a, 142a)을 외부 환경으로부터 보호할 수 있다.
도 4를 참조하면 도 1의 I-I'선에 대한 다른 예를 도시한 단면도가 도시되어 있고, 도 5를 참조하면 도 4의 B를 확대한 확대도가 도시되어 있다. 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이 파우치형 배터리(200)의 단면도는 광경화 접착제(250)를 제외하고 동일하다. 이하에서는 광경화 접착제(250)를 위주로 설명하고자 한다.
상기 광경화 접착제(250)는 제1파우치(141)의 홈의 외측면과 접합된 접합부(140a)의 내측 사이에 개재되고, 접합부(140a)의 끝단(140c)과 제1파우치(141)의 측부 사이에 도포된다. 즉, 광경화 접착제(250)는 접합부(140a)의 절곡된 내측, 끝단(140c) 및 제1파우치(141)의 홈의 외측면을 모두 덮도록 도포된다.
그리고 상기 광경화 접착제(250)는 자외선 조사시 경화되어, 접합부(140a)를 상기 파우치(140)에 접착 및 고정한다. 그리고 광경화 접착제(250)는 접합부(140a)의 끝단(140c)으로 노출된 메탈층(141a, 142a)을 외부 환경으로부터 격리시킨다. 따라서 광경화 접착제(250)는 상기 접합부(140a)의 메탈층(141a, 142a)이 외부로 노출되는 것을 차단하여, 메탈층(141a, 142a)과 외부 장치사이에 발생될 수 있는 전기적인 쇼트를 방지할 수 있다.
상기 광경화 접착제(250)는 별도의 테이프를 이용하지 않고, 파우치(140)의 접합부(140a)를 파우치에 고정시킬 수 있고, 접합부(140a)의 끝단(140c)으로 노출된 메탈층(141a, 142a)을 외부 환경으로부터 보호할 수 있다.
이와 같은 파우치형 배터리(100)는 광경화 접착제(150, 250)를 이용하여, 파우치(140)의 끝단(140c)으로 노출된 메탈층(141a, 142a)을 보호하기 위해 추가적으로 이루어지는 테이핑 공정을 제거할 수 있으므로 파우치형 배터리의 제조 공정을 단순화 및 자동화 시킬 수 있다. 또한 파우치형 배터리(100)는 광경화 접착제(150, 250)를 이용하여, 접합부(140a)를 파우치(140)에 접착 및 고정하므로 접착 강도를 증가시키고, 접착 위치를 고정하여 접착의 질을 높일 수 있다.
이상에서 설명한 것은 본 발명에 의한 파우치형 배터리를 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.
100; 파우치형 전지 110; 전극 조립체
120; 제1전극 탭 130; 제2전극 탭
140; 파우치 150, 250; 광경화 접착제

Claims (13)

  1. 제1전극판, 제2전극판 및 세퍼레이터를 포함하는 전극 조립체;
    상기 전극조립체를 수용하며, 양쪽 측부의 접합에 의해 형성된 접합부를 구비하는 파우치; 및
    상기 파우치의 접합부와 상기 파우치의 측부에 도포된 광경화 접착제를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 파우치형 배터리.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 광경화 접착제는 상기 파우치의 접합부를 상기 파우치의 측부에 접착 및 고정하는 것을 특징으로 하는 파우치형 배터리.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 파우치는
    박막인 메탈층;
    상기 메탈층의 일면을 덮도록 형성된 제1절연층; 및
    상기 메탈층의 상기 일면의 반대면인 타면을 덮도록 형성된 제2절연층을 포함하는 다층 박막으로 이루어진 것을 특징으로 하는 파우치형 배터리.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 접합부의 끝단으로 노출된 메탈층은 상기 광경화 접착제에 의해 덮여진 것을 특징으로 하는 파우치형 배터리.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 파우치는 한변의 길이방향을 기준으로 접철된 제1파우치와 제2파우치를 포함하는 것을 특징으로 하는 파우치형 배터리.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 파우치는 상기 제1파우치와 상기 제2파우치의 접합에 의해 양쪽 측부에 형성된 상기 접합부 사이를 연결하고, 제1파우치 및 상기 제2파우치의 접합에 의해 구비된 평탄부를 더 갖는 것을 특징으로 하는 파우치형 배터리.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 전극 조립체의 제1전극판과 전기적으로 접속되며, 상기 파우치의 평탄부를 통해 외부로 노출된 제1전극 탭; 및
    상기 전극 조립체의 제2전극판과 전기적으로 접속되며, 상기 파우치의 평탄부를 통해 외부로 노출된 제2전극 탭을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 파우치형 배터리.
  8. 청구항 5에 있어서,
    상기 접합부는
    상기 제1파우치 방향으로 절곡되며, 상기 광경화 접착제에 의해 상기 파우치의 측면에 고정된 것을 특징으로 하는 파우치형 배터리.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 광경화 접착제는
    상기 접합부의 끝단과 상기 파우치의 측부 사이를 덮는 것을 특징으로 하는 파우치형 배터리.
  10. 청구항 8에 있어서,
    상기 광경화 접착제는
    상기 접합부의 끝단과 접촉된 파우치의 측부와, 상기 접합부의 끝단에서 연장된 접합부의 외측 및 상기 접합부의 끝단을 덮는 것을 특징으로 하는 파우치형 배터리.
  11. 청구항 1에 있어서,
    상기 광경화 접착제는
    상기 파우치의 측부와 상기 접합부의 내측 사이에 개재되어 상기 접합부를 상기 파우치의 측부에 접착하고, 상기 파우치의 측부로 절곡된 상기 접합부의 끝단을 덮는 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 하는 파우치형 배터리.
  12. 청구항 1에 있어서,
    상기 광경화 접착제는
    자외선에 의해서 경화되는 절연성 경화제와 절연성 수지가 혼합된 이액형 접착제인 것을 특징으로 하는 파우치형 배터리.
  13. 전극 조립체; 및 상기 전극 조립체를 수용하며 양쪽 측부의 접합에 의해 형성된 접합부가 절곡되어, 양쪽 측부에 접촉된 파우치를 포함하며,
    상기 파우치의 접합부의 끝단과 상기 파우치의 측부를 덮도록 도포된 광경화 접착제에 의해, 상기 파우치의 접합부가 상기 파우치의 측부에 고정된 것을 특징으로 하는 파우치형 배터리.
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