KR20140013266A - 그루브가 형성되어 있는 전지케이스를 포함하는 이차전지 - Google Patents

그루브가 형성되어 있는 전지케이스를 포함하는 이차전지 Download PDF

Info

Publication number
KR20140013266A
KR20140013266A KR1020120079849A KR20120079849A KR20140013266A KR 20140013266 A KR20140013266 A KR 20140013266A KR 1020120079849 A KR1020120079849 A KR 1020120079849A KR 20120079849 A KR20120079849 A KR 20120079849A KR 20140013266 A KR20140013266 A KR 20140013266A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
secondary battery
battery
groove
battery case
thickness
Prior art date
Application number
KR1020120079849A
Other languages
English (en)
Other versions
KR101498471B1 (ko
Inventor
김효진
안순호
김동명
안인구
정재빈
Original Assignee
주식회사 엘지화학
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사 엘지화학 filed Critical 주식회사 엘지화학
Priority to KR1020120079849A priority Critical patent/KR101498471B1/ko
Publication of KR20140013266A publication Critical patent/KR20140013266A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101498471B1 publication Critical patent/KR101498471B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/30—Arrangements for facilitating escape of gases
    • H01M50/342—Non-re-sealable arrangements
    • H01M50/3425—Non-re-sealable arrangements in the form of rupturable membranes or weakened parts, e.g. pierced with the aid of a sharp member
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/10—Primary casings; Jackets or wrappings
    • H01M50/102—Primary casings; Jackets or wrappings characterised by their shape or physical structure
    • H01M50/105—Pouches or flexible bags
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/10—Primary casings; Jackets or wrappings
    • H01M50/116—Primary casings; Jackets or wrappings characterised by the material
    • H01M50/117—Inorganic material
    • H01M50/119—Metals
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/10—Primary casings; Jackets or wrappings
    • H01M50/116—Primary casings; Jackets or wrappings characterised by the material
    • H01M50/121—Organic material
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/10—Primary casings; Jackets or wrappings
    • H01M50/116—Primary casings; Jackets or wrappings characterised by the material
    • H01M50/124—Primary casings; Jackets or wrappings characterised by the material having a layered structure
    • H01M50/126—Primary casings; Jackets or wrappings characterised by the material having a layered structure comprising three or more layers
    • H01M50/129—Primary casings; Jackets or wrappings characterised by the material having a layered structure comprising three or more layers with two or more layers of only organic material
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/10—Primary casings; Jackets or wrappings
    • H01M50/131—Primary casings; Jackets or wrappings characterised by physical properties, e.g. gas permeability, size or heat resistance
    • H01M50/133—Thickness
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/052—Li-accumulators
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/058—Construction or manufacture
    • H01M10/0583—Construction or manufacture of accumulators with folded construction elements except wound ones, i.e. folded positive or negative electrodes or separators, e.g. with "Z"-shaped electrodes or separators
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/058—Construction or manufacture
    • H01M10/0585—Construction or manufacture of accumulators having only flat construction elements, i.e. flat positive electrodes, flat negative electrodes and flat separators
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2220/00—Batteries for particular applications
    • H01M2220/20—Batteries in motive systems, e.g. vehicle, ship, plane
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/10—Primary casings; Jackets or wrappings
    • H01M50/172—Arrangements of electric connectors penetrating the casing
    • H01M50/174—Arrangements of electric connectors penetrating the casing adapted for the shape of the cells
    • H01M50/178—Arrangements of electric connectors penetrating the casing adapted for the shape of the cells for pouch or flexible bag cells
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/50—Current conducting connections for cells or batteries
    • H01M50/543—Terminals
    • H01M50/552—Terminals characterised by their shape
    • H01M50/553—Terminals adapted for prismatic, pouch or rectangular cells
    • H01M50/557—Plate-shaped terminals
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Sealing Battery Cases Or Jackets (AREA)
  • Connection Of Batteries Or Terminals (AREA)

Abstract

본 발명은 양극, 음극, 및 양극과 음극 사이에 분리막이 개재되어 있는 구조의 전극조립체가 라미네이트 시트의 전지케이스에 내장되어 있고, 상기 전지케이스의 일측 단부에는 양극단자 및 음극단자가 돌출되어 있으며, 상기 전지케이스의 외면에는 외부 충격의 인가시 전극조립체가 전극단자 방향으로 이동할 때 및/또는 전지 내부에 고압이 발생할 때에 파열되는 선상(線狀)의 그루브가 양극단자 및 음극단자에 대해 평행하게 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 이차전지를 제공한다.

Description

그루브가 형성되어 있는 전지케이스를 포함하는 이차전지 {Secondary Battery Empolyed with Battery Case Having Groove}
본 발명은 그루브가 형성되어 있는 전지케이스를 포함하는 이차전지에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 양극, 음극, 및 양극과 음극 사이에 분리막이 개재되어 있는 구조의 전극조립체가 라미네이트 시트의 전지케이스에 내장되어 있고, 상기 전지케이스의 일측 단부에는 양극단자 및 음극단자가 돌출되어 있으며, 상기 전지케이스의 외면에는 외부 충격의 인가시 전극조립체가 전극단자 방향으로 이동할 때 및/또는 전지 내부에 고압이 발생할 때에 파열되는 선상(線狀)의 그루브가 양극단자 및 음극단자에 대해 평행하게 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 이차전지에 관한 것이다.
모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서의 이차전지의 수요가 급격히 증가하고 있으며, 그러한 이차전지 중에서도 높은 에너지 밀도와 방전 전압의 리튬 이차전지에 대해 많은 연구가 행해지고 있고 또한 상용화되어 널리 사용되고 있다.
일반적으로 이차전지는 전지케이스의 형상에 따라, 전극조립체가 원통형 또는 각형의 금속 캔에 내장되어 있는 원통형 전지 및 각형 전지와, 전극조립체가 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치형 케이스에 내장되어 있는 파우치형 전지로 분류된다.
전지케이스에 내장되는 상기 전극조립체는 양극/분리막/음극의 적층 구조로 이루어진 충방전이 가능한 발전소자로서, 활물질이 도포된 긴 시트형의 양극과 음극 사이에 분리막을 개재하여 권취한 젤리-롤형과, 소정 크기의 다수의 양극과 음극을 분리막이 개재된 상태에서 순차적으로 적층한 스택형으로 분류된다.
이러한 이차전지는 사용 상태 및 조건에 따라 다양한 환경에 노출될 수 있으며, 사용자의 안전을 위해 특히 폭발의 위험성을 예방하는 것이 요구된다. 일반적으로, 내부 쇼트, 허용된 전류, 전압을 초과한 충전 상태, 고온에의 노출, 낙하 등에 의한 충격 등과 같은 전지의 비정상적인 작동 상태로 인해 유발될 수 있는 전지 내부의 고온 및 고압은 전지의 폭발을 초래할 수 있다.
따라서, 이러한 문제점을 근본적으로 해결할 수 있는 방안으로서 본 발명에서는 상기 전극조립체의 상단 경계면에 대응하는 전지케이스 부위를 소정의 형태로 변형한 구조를 제시하고 있다.
이와 관련하여, 전지케이스의 일 면에 홈 부를 형성하는 일부 기술이 알려져 있다. 일 예로, 일본 등록특허 제3730981호는 방열성의 향상을 목적으로 전극조립체를 감싸는 전지케이스의 일 면 이상에 다수의 볼록한 부분을 설치하고 볼록한 부분의 내부를 각각 충진제로 충진하는 구조를 개시하고 있다. 상기 기술은 복수의 볼록한 부분에 의해 전지케이스의 필름 표면적을 증가시켜 방열성을 향상시키고, 그러한 볼록한 부위에 충전제를 충진하여 형상을 안정적으로 유지할 수는 있으나, 외력이 전극조립체에서 전극탭 방향으로 작용할 때 전극조립체의 상향 이동으로 인한 전지 내부 단락을 방지하지는 못하는 것으로 확인되었다.
또한, 일본 특허출원공개 제2001-057179호는 전지케이스의 팽창을 억제하여 전지케이스의 변형을 방지할 목적에서, 전지케이스의 적어도 일 면에 홈부 바닥 또는 볼록한 부분이 ‘X자’ 형상 등의 선상 패턴을 형성하는 이차전지의 구조를 개시하고 있다. 즉, 상기 기술은 그것의 명세서에도 명시되어 있는 바와 같이, 상호 교차하는 선상 패턴이 구조적으로 대들보 효과를 발휘하여 전지케이스의 전체적인 강도를 증가시킴으로써, 전지케이스의 팽창에 따른 변형을 방지하는 구성을 제시하고 있다. 그러나, 상기 기술은 선상 패턴이 X자 형상과 같이 교차 구조를 이룰 때에만 소정의 효과를 얻을 수 있고, 전지케이스로서 실질적으로 금속 캔에만 적용이 가능하며, 시트형의 전지케이스에서는 실효성이 낮다는 문제점을 가지고 있다. 또한, 구조적으로 대들보 효과를 발휘하기 위해서는 선상 패턴이 상당한 정도로 깊게 형성되어야 하지만, 이러한 공정은 특히 선상 패턴의 교차 부위에서 전지케이스의 기계적 강도를 크게 훼손시킬 가능성이 높다.
따라서, 실제 제조 공정상에 어려움이 없고, 전극조립체의 이동에 의한 단락 등을 예방하고, 전지셀의 내부 가스를 효과적으로 방출함으로써, 전지셀의 발화 내지 폭발을 미연에 방지하여, 전지의 수명 및 안전성을 확보할 수 있는 기술에 대한 필요성이 높은 실정이다.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.
구체적으로, 본 발명의 목적은 외부 충격이 인가되었을 때 전지케이스의 외면에 양극단자 및 음극단자에 평행하게 형성되어 있는 선상(線狀)의 그루브가 파열되는 구조를 형성함으로써, 전지의 낙하 또는 외부의 물리적 충격으로 전극 리드 또는 전극 탭과 전극조립체가 접촉되어 발생하는 내부 단락을 방지하고, 고압가스의 배출을 통해 전지에 대한 발화 내지 폭발의 위험성을 미연에 차단함으로써, 열적 전기적으로 안전성이 향상된 이차전지를 제공한다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 이차전지는, 양극, 음극, 및 양극과 음극 사이에 분리막이 개재되어 있는 구조의 전극조립체가 라미네이트 시트의 전지케이스에 내장되어 있고, 상기 전지케이스의 일측 단부에는 양극단자 및 음극단자가 돌출되어 있으며, 상기 전지케이스의 외면에는 외부 충격의 인가시 전극조립체가 전극단자 방향으로 이동할 때 및/또는 전지 내부에 고압이 발생할 때에 파열되는 선상(線狀)의 그루브가 양극단자 및 음극단자에 대해 평행하게 형성되어 있는 것으로 구성되어 있다.
전지의 낙하, 외부 충격의 인가 등에 의한 내부단락은 전지의 폭발 또는 발화의 주된 원인으로 작용할 수 있는 바, 이는 낙하 또는 충격 인가시 전극조립체가 이동하면서 양극과 음극이 접촉되고, 그러한 접촉 저항부에서의 통전 전류에 의한 높은 저항열 때문이다. 상기 저항열로 인하여 전지 내부온도가 임계치 이상으로 상승하게 되면, 양극 활물질의 산화물 구조가 붕괴되어 열폭주 현상이 발생하게 되며, 이로 인해 전지의 발화 또는 폭발이 발생할 수 있다.
반면에, 본 발명에 따른 이차전지는 외부 충격의 인가시 전극조립체가 전극단자 방향으로 이동할 때, 전지케이스의 외면의 선상의 그루브가 파열되는 구조를 형성함으로써, 전극리드 또는 전극 탭과 전극조립체의 의한 내부 단락을 효과적으로 방지할 수 있고, 또한 전지 내부의 전해액이 분해되면서 발생하는 가스를 파열된 선상의 그루브를 통해 전지케이스 외부로 방출시킴으로써 전지케이스 내부의 고압에 따른 폭발을 방지하여 안정성을 향상시킨 구조로 이루어져 있다.
상기 전지케이스는 라미네이트 시트의 파우치형 케이스로서, 전극조립체가 내장된 상태에서 외주면을 열융착한 구조로 이루어질 수 있다.
상기 라미네이트 시트는 전지케이스의 외면으로부터 내면 방향으로 외부 피복층, 배리어층 및 내부 실란트층이 순차적으로 적층되어 있는 구조로 이루어질 수 있다.
상기 외부 피복층은 외부로부터 전지를 보호하는 역할을 하기 위해 외부 환경으로부터 우수한 내성을 가져야 하므로 두께 대비 우수한 인장강도와 내후성 등이 요구된다. 예를 들어, 폴리에틸렌 테레 프탈레이트(PET), 폴리부틸렌 테레 프탈레이트(PBT), 폴리에틸렌 나프 탈레이트(PEN) 등의 폴리에스테르계 수지, 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP) 등의 폴리올레핀계 수지, 폴리스티렌 등의 폴리스티렌계 수지, 폴리염화비닐계 수지, 폴리염화비닐리덴계수지 등이 사용될 수 있다. 이러한 소재는 단독으로 또는 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있으며, 폴리에틸렌 테레 프탈레이트(PET), 폴리에틸렌 나프탈레이트(PEN) 등이 바람직하게 사용될 수 있다.
상기 배리어층은 가스, 습기 등 이물질의 유입 내지 누출을 방지하는 기능 이외에 전지케이스의 강도를 향상시키는 기능을 발휘할 수 있도록, 알루미늄 또는 알루미늄 합금이 사용될 수 있으며, 알루미늄 합금으로는 예를 들어, 합금번호 8079, 1N30, 8021, 3003, 3004, 3005, 3104, 3105 등을 들 수 있으며, 이들은 단독 또는 둘 이상의 조합으로 사용될 수 있다. 그 중에서도 8079, 1N30, 8021 및 3004이 배리어층의 금속박으로서 특히 바람직하게 사용될 수 있다.
상기 내부 실란트층은 열융착성(열접착성)을 가지고, 전해액의 침입을 억제하기 위해 흡습성이 낮으며, 전해액에 의해 팽창하거나 침식되지 않는 폴리올레핀(polyolefin)계 수지가 사용될 수 있으며, 더욱 상세하게는 무연신 폴리프로필렌(cPP)이 사용될 수 있다.
하나의 예에서, 상기 외부 피복층은 나일론 또는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(polyethylene terephthalate)를 포함하고 있고, 상기 배리어층은 알루미늄 또는 알루미늄 합금을 포함하고 있으며, 상기 내부 실란트층은 무연신 폴리프로필렌을 포함하는 구조일 수 있다.
본 발명에 따른 라미네이트 시트에서, 상기 외부 피복층의 두께는 5 내지 40 ㎛이고, 상기 배리어층의 두께는 20 내지 150 ㎛이며, 상기 수지 실란트층 각각의 두께는 3 내지 30 ㎛인 것이 바람직하고, 수지 실란트층의 총 두께는 10 내지 50 ㎛인 것이 바람직하다. 상기 두께들이 너무 얇은 경우에는 전지케이스 외부 및 내부 사이의 차단성이 떨어지고, 강도가 낮아지므로 바람직하지 않고, 반대로 상기 두께들이 너무 두꺼우면 가공성이 떨어질 뿐 만 아니라 전지케이스의 두께 및 무게가 증가하는 단점이 있다.
하나의 바람직한 예에서, 본 발명에 따른 라미네이트 시트는 약 7.0 kgf 이상의 침상 관통력을 갖는 고강도 라미네이트 시트일 수 있다. 이러한 고강도 라미네이트 시트의 바람직한 예로는, 상기 배리어층은 알루미늄 합금으로 이루어져 있고, 상기 외부 피복층이 폴리에틸렌 나프탈레이트(PEN)로 이루어져 있거나 또는 폴리에틸렌 나프탈레이트(PEN)의 외부 피복층의 외면에 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)층이 구비되어 있는 시트를 들 수 있다.
상기 그루브는 발화, 폭발을 유발할 정도의 외부 충격의 인가 시에 파열되는 소정의 크기 및 두께로 형성되는 것이 바람직하다.
구체적으로, 상기 그루브는 전지케이스의 양측 너비를 기준으로 20 내지 80%의 크기로 형성될 수 있다. 그루브가 상기 범위보다 작은 경우 외부 충격의 인가 시에도 그루브가 파열되지 않을 수 있다. 반대로 상기 범위보다 큰 경우, 발화 및 폭발이 예상되지 않는 작은 충격의 인가시에도 그루브의 파열이 발생할 수 있으므로 바람직하지 않다.
또한, 상기 그루브는 전지케이스의 두께를 기준으로 20 내지 70%의 깊이로 형성될 수 있다. 그루브의 깊이가 전지케이스 두께 기준으로 20% 미만이면 발화, 폭발이 예상되는 외부 충격의 인가시에도 그루브가 파열되지 않을 수 있고, 깊이가 70% 이상이면 작은 충격의 인가시에도 그루브가 쉽게 파열될 뿐만 아니라, 그루브의 형성을 위한 전지케이스의 가공시 전지케이스의 파열이 초래될 수 있으므로 바람직하지 않다. 예를 들어, 상기 그루브의 폭은 0.1 내지 0.2 mm의 크기로 형성되는 것이 바람직하다.
본 발명의 상기 라미네이트 시트는 외부 피복층, 배리어층 및 내부 실란트층을 포함하고 있고, 그루브에 대응하는 위치에서 상기 층들 중의 적어도 하나 이상이 그루브 이외의 위치보다 상대적으로 얇은 두께로 형성될 수 있다. 즉, 외부 피복층, 배리어층, 및 내부 실란트층 중 하나 또는 둘 이상을 선택하여 두께를 얇게 할 수 있다.
바람직하게는, 상기 라미네이트 시트에서 상기 그루브에 대응하는 배리어층의 두께가 그루브 이외의 위치에 해당하는 베리어층의 두께보다 얇게 형성될 수 있다. 상기 그루브에 대응하는 배리어층의 두께는, 예를 들어, 그루브 이외의 위치에 해당하는 베리어층 두께의 20 내지 90%의 크기일수 있다. 상기 범위 보다 얇은 경우에는 물질에 대한 차단 기능과 강도 향상을 기대하기 어렵고, 반대로 상기 범위 보다 두꺼우면 파열이 용이하지 않아 전지의 안전성의 향상을 기대하기 어렵다.
상기 그루브는, 예를 들어, 양극단자 및 음극단자에 대해 평행한 직선 구조로 이루어질 수 있다. 이러한 그루브는, 앞서 설명한 바와 같은 종래기술에서 전지케이스의 외면에 복수의 볼록한 홈부를 형성하거나, 볼록한 부분을 선상패턴으로 변형하는 형태보다 훨씬 용이하게 형성할 수 있다.
또 다른 예에서, 상기 그루브는 양극단자 및 음극단자에 대해 평행한 원호 구조로 이루어질 수 있다. 구체적으로, 상기 그루브는 수직 단면상에서 셀 케이스의 내측면 방향으로 반원 구조의 완만한 만입형 구조일 수 있다. 이러한 만입형 반원 구조는 그루브의 형성을 위한 전지케이스의 가공시 전지케이스의 파열 현상을 억제할 수 있으며, 구조적으로도 형태 유지성이 뛰어나다.
상기 전극조립체는 다수의 전극탭들을 상호 연결하여 양극과 음극을 구성하는 구조라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 바람직하게는 스택형 구조와 스택/폴딩형 구조를 들 수 있다. 스택/폴딩형 구조의 전극조립체에 대한 자세한 내용은 본 출원인의 한국 특허출원공개 제2001-0082058호, 제2001-0082059호 및 제2001-0082060호에 개시되어 있으며, 상기 출원은 본 발명의 내용에 참조로서 합체된다.
본 발명에 따른 이차전지는 바람직하게는 리튬 이차전지일 수 있으며, 특히, 리튬 함유 전해액이 겔의 형태로 전극조립체에 함침되어 있는, 이른바, 리튬이온 폴리머 전지에 바람직하게 적용될 수 있다.
본 발명은 또한 상기 이차전지를 단위전지로서 포함하고 있는 디바이스를 제공한다. 본 발명에 따른 이차전지는, 특히, 장시간의 수명과 우수한 내구성이 요구되는 고출력 대용량의 전지, 또는 이러한 전지를 단위전지로서 다수 개 포함하는 디바이스에 바람직하게 사용될 수 있다. 상기 디바이스는, 예를 들어, 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 전기오토바이, 전기자전거 등의 동력원으로 사용될 수 있다.
이러한 디바이스의 구조 및 제조방법은 당업계에 공지되어 있으므로, 그에 대한 자세한 설명을 본 명세서에서는 생략한다.
이상에서 설명하는 바와 같이, 본 발명의 따른 이차전지는 외부 충격이 인가되었을 때 전지케이스의 외면에 양극단자 및 음극단자에 평행하게 형성되어 있는 선상(線狀)의 그루브가 파열되는 구조를 형성함으로써, 전지의 낙하 또는 외부의 물리적 충격에 의한 전극 리드 또는 전극 탭과 전극조립체의 접촉에 의한 내부 단락을 방지하고, 고압가스의 배출을 통해 전지에 대한 발화 내지 폭발의 위험성을 미연에 차단함으로써, 안전성을 향상시키는 효과가 있다.
도 1은 하나의 예시적인 파우치형 이차전지의 분해 모식도이다;
도 2는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 이차전지의 평면 투시도이다;
도 3은 도 2의 측면을 나타내는 단면 모식도이다;
도 4는 도 3의 그루브가 파열된 구조의 단면 모식도이다;
도 5 및 도 6은 도 2의 전지케이스에서 그루브가 형성된 부위를 나타내는 확대도들이다.
이하에서는, 본 발명의 실시예에 따른 도면을 참조하여 설명하지만, 이는 본 발명의 더욱 용이한 이해를 위한 것으로, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.
도 1에는 파우치형 이차전지의 분해 모식도가 도시되어 있다.
도 1을 참조하면, 파우치형 전지셀(100)은, 파우치형 전지케이스(110) 내부에, 양극, 음극 및 이들 사이에 배치되는 분리막으로 이루어진 전극조립체(120)가 그것의 양극 및 음극 탭들(160, 130)과 전기적으로 연결되는 두 개의 전극단자(142, 140)가 외부로 노출되도록 밀봉되어 있는 구조로 이루어져 있다.
전지케이스(110)는 전극조립체(120)가 안착될 수 있는 오목한 형상의 수납부(116)를 포함하는 케이스 본체(114)와 그러한 본체(114)에 일체로서 연결되어 있는 커버(112)로 이루어져 있다.
스택형 또는 스택/폴딩형의 구조를 가진 전극조립체(120)는 다수의 양극 탭들(160)과 다수의 음극 탭들(130)이 각각 융착되어 전극단자(142, 140)에 함께 결합되어 있다.
또한, 케이스 본체(114)의 잉여부(118)와 커버(112)가 열융착기에 의해 열융착될 때 그러한 열융착기와 전극단자(142, 140) 간에 쇼트가 발생하는 것을 방지하고 전극단자(142, 140)와 전지케이스(110)와의 밀봉성을 확보하기 위하여, 전극단자(142, 140)의 상하면에 절연필름(180)이 부착된다.
케이스 본체(114)와 커버(112)는 외부 피복층(150), 배리어층(152) 및 내부 실란트층(154)으로 구성되어 있고, 내부 실란트층(154)은 케이스 본체(114)의 외면과 커버(112)의 외면에 가해지는 열융착기(도시하지 않음)로부터의 열과 압력에 의해 밀착 고정될 수 있게 된다.
전해액이 함침된 전극조립체(120)를 수납부(114)에 안착한 상태에서 케이스 본체(114)의 잉여부(118)와 커버(112)의 접촉부위를 열융착시키면 실링부가 형성된다.
도 2에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 이차전지의 평면 투시도가 도시되어 있다.
도 2를 참조하면, 전극조립체(220)가 케이스 본체(210)에 내장되어 있고, 케이스 본체(210)의 일측 단부에는 양극단자(222) 및 음극단자(232)가 돌출되어 있으며, 케이스 본체(210)의 외면에는 외부 충격의 인가시 전극조립체(220)가 양극단자(222) 및 음극단자(232)의 방향으로 이동할 때 또는 전지 내부에 고압이 발생할 때에 파열되는 선상(線狀)의 그루브(230)가 형성되어 있다.
도 3에는 도 2의 일측 단면을 나타내는 모식도가 도시되어 있고, 도 4에는 도 3에서 그루브가 파열된 구조를 나타내는 모식도가 도시되어 있다.
도 3 및 도 4를 도 1과 함께 참조하면, 케이스 본체(210) 외면에 형성된 그루브(230)는 양극단자(222) 및 음극단자(232)에 대해 평행한 직선 구조로 만입되어 형성되어 있고, 케이스 본체(210)의 두께 대비 낮은 두께로 이루어져 있다.
따라서, 전지에 외부충격이 인가되어 케이스 본체(210) 내에서 전극조립체(220)가 전극 단자(222, 232)의 방향으로 이동하였을 때, 케이스 본체(210)의 측면이 압박되면서 상대적으로 강도가 낮은 그루브(230)가 도 4에 도시된 바와 같이 파열되는 구조로 이루어져 있다.
또한, 단락 및 발화에 따른 고온 상황에서 전해액이 분해되어 가스가 발생하더라도 외부 충격의 인가 시에 미리 파열된 그루브(230) 부위로 가스를 외부로 방출할 수 있으므로 폭발을 방지하는 구조로 이루어져 있다.
도 5 및 도 6에는 도 2의 전지케이스에서 그루브가 형성된 부위를 나타내는 확대도들이 도시되어 있다;
도 5 및 도 6을 도 2와 함께 참조하면, 라미네이트 시트는 케이스 본체(210)의 외면으로부터 내면 방향으로 외부 피복층(250A, 250B), 배리어층(260A. 260B) 및 내부 실란트층(270A, 270B)이 순차적으로 적층되어 있다.
도 5에서, 배리어층(260A)은 그루브(230A)가 위치에 부위의 두께가 그루브(230A)가 위치하지 않는 부위의 두께보다 얇은 구조로 이루어져 있고, 도 6에서 외부 피복층(250B) 및 배리어층(260B)은 그루브(230A)가 위치에 부위의 두께가 그루브(230A)가 위치하지 않는 부위의 두께보다 각각 얇은 구조로 이루어져 있.
따라서, 이러한 구조의 그루브(230, 230A, 230B)는 전지에 외력이 인가되어 전극조립체(220)가 이동할 때 또는 내부에 고압이 발생할 때 파열되고, 파열된 그루브(230, 230A, 230B) 부위를 통해 내부의 가스가 배출되어, 전지의 폭발의 대한 위험성을 미연에 차단함으로써 안전성을 확보하는 구조로 이루어져 있다.
이상 본 발명의 실시예에 따른 도면을 참조하여 설명하였지만, 본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주 내에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다.

Claims (16)

  1. 양극, 음극, 및 양극과 음극 사이에 분리막이 개재되어 있는 구조의 전극조립체가 라미네이트 시트의 전지케이스에 내장되어 있고, 상기 전지케이스의 일측 단부에는 양극단자 및 음극단자가 돌출되어 있으며, 상기 전지케이스의 외면에는 외부 충격의 인가시 전극조립체가 전극단자 방향으로 이동할 때 및/또는 전지 내부에 고압이 발생할 때에 파열되는 선상(線狀)의 그루브가 양극단자 및 음극단자에 대해 평행하게 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 전지케이스는 라미네이트 시트의 파우치형 케이스로서, 전극조립체가 내장된 상태에서 외주면을 열융착한 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 이차전지.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 라미네이트 시트는 전지케이스의 외면으로부터 내면 방향으로 외부 피복층, 배리어층 및 내부 실란트층이 순차적으로 적층되어 있는 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 이차전지.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 외부 피복층은 나일론 또는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(polyethylene terephthalate)를 포함하고 있고, 상기 배리어층은 알루미늄 또는 알루미늄 합금을 포함하고 있으며, 상기 내부 실란트층은 무연신 폴리프로필렌을 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  5. 제 3 항에 있어서, 배리어층은 알루미늄 합금으로 이루어져 있고, 상기 외부 피복층이 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN)로 이루어져 있거나 또는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)과 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN)의 적층 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 이차전지.
  6. 제 3 항에 있어서, 상기 외부 피복층의 두께는 5 내지 40 ㎛이고, 상기 배리어층의 두께는 20 내지 150 ㎛이며, 상기 내부 실란트층의 두께는 10 내지 50 ㎛인 것을 특징으로 하는 이차전지.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 그루브는 전지케이스의 양측 너비를 기준으로 20 내지 80%의 크기로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 그루브는 전지케이스의 두께를 기준으로 20 내지 70%의 깊이로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 그루브의 폭은 0.1 내지 2 mm의 크기인 것을 특징으로 하는 이차전지.
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 라미네이트 시트는 외부 피복층, 배리어층 및 내부 실란트층을 포함하고 있고, 그루브에 대응하는 위치에서 상기 층들 중의 적어도 하나 이상이 그루브 이외의 위치보다 상대적으로 얇은 두께로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 라미네이트 시트에서 배리어층의 두께가 상대적으로 얇은 두께로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  12. 제 1 항에 있어서, 상기 그루브는 양극단자 및 음극단자에 대해 평행한 직선 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 이차전지.
  13. 제 1 항에 있어서, 상기 그루브는 양극단자 및 음극단자에 대해 평행한 원호 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 이차전지.
  14. 제 1 항에 있어서, 상기 전극조립체는 스택형 또는 스택-폴딩형 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 이차전지.
  15. 제 1 항에 있어서, 상기 이차전지는 리튬 이차전지인 것을 특징으로 하는 이차전지.
  16. 제 1 항 내지 제 15 항 중 어느 하나에 따른 이차전지를 포함하는 것을 특징으로 하는 디바이스.
KR1020120079849A 2012-07-23 2012-07-23 그루브가 형성되어 있는 전지케이스를 포함하는 이차전지 KR101498471B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020120079849A KR101498471B1 (ko) 2012-07-23 2012-07-23 그루브가 형성되어 있는 전지케이스를 포함하는 이차전지

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020120079849A KR101498471B1 (ko) 2012-07-23 2012-07-23 그루브가 형성되어 있는 전지케이스를 포함하는 이차전지

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20140013266A true KR20140013266A (ko) 2014-02-05
KR101498471B1 KR101498471B1 (ko) 2015-03-04

Family

ID=50263727

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020120079849A KR101498471B1 (ko) 2012-07-23 2012-07-23 그루브가 형성되어 있는 전지케이스를 포함하는 이차전지

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101498471B1 (ko)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106471637A (zh) * 2014-09-17 2017-03-01 株式会社Lg 化学 具有防皱图案的电池外壳
KR20170059103A (ko) * 2015-11-20 2017-05-30 주식회사 엘지화학 분리 유도부를 포함하는 파우치형 전지셀
US10115938B2 (en) 2014-09-17 2018-10-30 Lg Chem, Ltd. Battery case having anti-wrinkle pattern
WO2019045447A1 (ko) * 2017-08-29 2019-03-07 주식회사 엘지화학 이차전지 및 그 제조방법과, 이차전지 제조용 가압블록
US11811076B2 (en) 2017-08-29 2023-11-07 Lg Energy Solution, Ltd. Secondary battery and method for manufacturing the same, and pressing block for manufacturing secondary battery

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100329562B1 (ko) * 1999-07-05 2002-03-20 김순택 이차전지
JP3863351B2 (ja) * 2000-02-18 2006-12-27 松下電器産業株式会社 角形電池および角形電池の安全機構の製造方法
KR101143300B1 (ko) * 2008-12-19 2012-05-08 주식회사 엘지화학 전지케이스용 라미네이트 시트 및 이를 포함하고 있는 리튬이차전지
KR101216423B1 (ko) * 2010-11-24 2012-12-28 주식회사 엘지화학 향상된 생산성의 이차전지 제조방법

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106471637A (zh) * 2014-09-17 2017-03-01 株式会社Lg 化学 具有防皱图案的电池外壳
US10115938B2 (en) 2014-09-17 2018-10-30 Lg Chem, Ltd. Battery case having anti-wrinkle pattern
CN106471637B (zh) * 2014-09-17 2019-05-17 株式会社Lg 化学 具有防皱图案的电池外壳
KR20170059103A (ko) * 2015-11-20 2017-05-30 주식회사 엘지화학 분리 유도부를 포함하는 파우치형 전지셀
WO2019045447A1 (ko) * 2017-08-29 2019-03-07 주식회사 엘지화학 이차전지 및 그 제조방법과, 이차전지 제조용 가압블록
US11811076B2 (en) 2017-08-29 2023-11-07 Lg Energy Solution, Ltd. Secondary battery and method for manufacturing the same, and pressing block for manufacturing secondary battery

Also Published As

Publication number Publication date
KR101498471B1 (ko) 2015-03-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100944987B1 (ko) 신규한 실링부 구조를 포함하는 이차전지
JP7049541B2 (ja) ガス排出手段を備えたパウチ型二次電池
KR100821856B1 (ko) 안전성이 향상된 이차전지
JP7041810B2 (ja) ベンティングガスを用いてコネクターを破断する構造を有するバッテリーモジュール
US11437683B2 (en) Battery cell of venting structure using taping
JP5674936B2 (ja) 安全性が向上した二次電池用ポーチ及びこれを利用したポーチ型二次電池、中大型電池パック
KR101216422B1 (ko) 실링부의 절연성이 향상된 이차전지
KR100863730B1 (ko) 외면에 미세 그루브가 형성되어 있는 전지셀 및 이를포함하고 있는 전지팩
EP2541649B1 (en) Secondary battery
KR101123061B1 (ko) 향상된 안전성의 이차전지
KR20140013266A (ko) 그루브가 형성되어 있는 전지케이스를 포함하는 이차전지
KR101292284B1 (ko) 신규한 실링부 구조를 포함하는 이차전지
KR101240753B1 (ko) 이차 전지
KR101261243B1 (ko) 변형된 구조의 보호테이프를 포함하는 전지셀 및 이를 포함하고 있는 전지모듈
KR20120060315A (ko) 절연성이 향상된 이차전지
KR101128664B1 (ko) 향상된 안전성의 이차전지
US9455479B2 (en) Rechargable battery having a fuse
KR20070104689A (ko) 분리막 필름에 의해 감싸인 전극조립체를 포함하고 있는안전성이 향상된 이차전지
JP7420566B2 (ja) 蓄電装置
JP6926509B2 (ja) 蓄電装置
KR100858789B1 (ko) 분리막의 열융착에 의해 형성된 댐핑부를 포함하고 있는향상된 안전성의 전기화학 셀
KR101156963B1 (ko) Ｐｔｃ 소자의 전극리드를 포함하고 있는 이차전지
JP7258075B2 (ja) ラミネート型電池モジュール
KR101104150B1 (ko) 향상된 안전성의 이차전지
CN117121246A (zh) 二次电池、包括其的电池组和装置

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
AMND Amendment
E601 Decision to refuse application
X091 Application refused [patent]
AMND Amendment
X701 Decision to grant (after re-examination)
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20180116

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20190116

Year of fee payment: 5

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20200116

Year of fee payment: 6