KR20140032917A - 온도 기록이 가능한 파우치형 이차전지 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 온도 기록이 가능한 파우치형 이차전지에 관한 것으로, 보다 상세하게는 특정 온도에서 변색되는 시온잉크 마킹을 셀의 내부 및 외부에 동시에 형성함으로써, 이차전지의 작동상황에 따른 온도변화, 특히 셀 내부의 온도변화를 효과적으로 기록 및 감지할 수 있는 파우치형 이차전지에 관한 것이다.

Description

온도 기록이 가능한 파우치형 이차전지{TEMPERATURE RECORDABLE POUCH-TYPE SECONDARY BATTERY}
본 발명은 온도 기록이 가능한 파우치형 이차전지에 관한 것이다.
통상적으로 충전이 불가능한 일차전지와는 달리 충전 및 방전이 가능한 이차전지는 디지털 카메라, 휴대폰, 노트북 컴퓨터, 하이브리드 자동차 등 첨단분야의 개발로 활발한 연구가 이루어지고 있다.
이러한 이차전지로는 니켈-카드뮴 전지, 니켈-메탈 하이드라이드 전지, 니켈-수소 전지, 리튬이차전지 등을 들 수 있다. 이 중에서, 리튬이차전지는 작동전압이 3.6V 이상으로 니켈-카드뮴 전지나 니켈-메탈 하이드라이드 전지에 비하여 3배나 높고, 단위 중량당 에너지 밀도의 특성도 우수하여 그 사용량이 급증하는 추세이며, 예를 들어 휴대용 전자 기기의 전원으로 사용되거나 수 개를 직렬연결하여 고출력의 하이브리드 자동차에 사용되고 있다.
상기 리튬이차전지는 전해질 종류에 따라 액체 전해질을 사용하는 리튬이온전지와 고분자 고체 전해질을 사용하는 리튬이온 폴리머전지로 구분할 수 있다. 또한, 외장이나 포장 형태에 따라 원통형 또는 각형 등의 금속 캔을 용기로 하여 포장된 캔형 리튬이차전지와 파우치를 용기로 하여 포장된 파우치형 리튬이차전지로 구분될 수 있다.
상기 리튬이차전지의 구조 중 원통형과 같은 캔형 리튬이차전지는 구조적 안정성이 우수하고, 라미네이트 시트 케이스를 사용한 파우치형 리튬이차전지는 중량이 작고 제조가 용이하다는 장점을 가지고 있다. 그런데, 최근 전자기기의 소형경박화 경향과 중대형 전지팩의 중량 감소 필요성 등이 대두되면서, 라미네이트 시트를 사용하는 파우치형 리튬이차전지의 사용량이 급증하고 있다.
한편, 리튬이차전지는 내부에서 단락 등이 발생하는 경우 급속한 방전이 발생되어 전지 내부의 온도가 비정상적으로 상승할 수 있다. 일반적으로 리튬이차전지가 정상적으로 방전되는 경우에는 내부 온도가 40℃ 정도로 상승하게 되나, 이상 방전의 경우에는 80℃ ~ 100℃까지 상승하게 된다. 특히 리튬이차전지의 제조과정에서 이상 충, 방전이 발생하여 내부 온도가 급상승하는 경우가 많다.
리튬이차전지에 있어 셀의 안전성 평가 및 모니터링 과정에서 셀의 온도를 확인하기 위해 종래에는 외부에 써모커플(thermocouple)과 같은 온도측정 센서를 부착하는 방법이 주로 사용되었다. 그러나 이러한 방법으로는 밀폐된 셀 내부의 온도를 측정하기 어려울 뿐만 아니라 측정 센서의 오작동 등 여러 가지 문제가 발생하는 것으로 보고되고 있다.
따라서, 리튬이차전지에 있어서 셀의 안전성 평가 및 모니터링을 위해 보다 콤팩트(compact)하고 단순한 구조로 셀 내부 및 외부의 온도, 특히 셀 내부의 온도변화를 효과적으로 측정, 감지할 수 있는 기술에 대한 개발이 요구되고 있다.
한국공개특허 제10-2011-0030352호
본 발명은 상기한 종래기술의 문제점을 해결하기 위해, 전지 내부 및 외부의 온도변화를 간단한 방법으로 측정하여 전지의 이상작동을 효과적으로 파악하고 분석할 수 있는 파우치형 이차전지를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명은,
전극조립체; 라미네이트 시트가 열융착되어 형성되며 상기 전극조립체를 밀봉 수용하는 파우치 케이스; 및 특정 온도에서 비가역적으로 변색되는 시온안료를 포함하는 시온잉크 마킹을 구비하며, 상기 시온잉크 마킹은 상기 파우치 케이스의 밀폐된 내면, 및 외면에 동시에 형성된 것을 특징으로 하는 파우치형 이차전지를 제공한다.
또한, 상기 시온안료는 무기계 또는 유기계 시온안료일 수 있으며, 구체적으로 상기 시온안료는 (NiCO3)x(CdS)1-x, COSiF6, CdCO3, CoCl2·2(CH2)6N4 및 NiBr2·(CH2)6N4 중에서 선택되는 1종 이상일 수 있다.
또한, 상기 시온잉크는 변색되는 온도가 서로 다른 2 이상의 시온안료의 혼합물일 수 있다.
또한, 상기 시온잉크는 시온안료 및 일반안료의 혼합물일 수 있으며, 여기서 상기 시온안료는 시온잉크 총 중량 기준으로 1 ~ 20 중량% 포함되는 것일 수 있다.
또한, 상기 시온잉크 마킹은 80℃ 이상 또는 100℃ 이상에서 변색되는 것일 수 있다.
또한, 상기 시온잉크 마킹은 상기 파우치 케이스의 밀폐된 내면, 및 외면에 각각 2개 이상 형성되며, 상기 2개 이상의 시온잉크 마킹은 변색되는 온도가 서로 다른 것일 수 있으며, 구체적으로 상기 시온잉크 마킹은 상기 파우치 케이스의 밀폐된 내면, 및 외면에 각각 4개 형성되며, 제1 마킹은 80℃ 이상, 제2 마킹은 85℃ 이상, 제3 마킹은 90℃ 이상, 제4 마킹은 100℃ 이상에서 변색되는 것일 수 있다.
또한, 상기 시온잉크 마킹은 상기 파우치 케이스의 상면 또는 하면의 내/외면에 각각 형성되는 것일 수 있다.
또한, 상기 시온잉크 마킹은 기호, 문자, 숫자 또는 도형의 형태로 형성된 것일 수 있다.
또한, 상기 파우치형 이차전지는 파우치형 리튬이차전지인 것일 수 있다.
본 발명에 따르면,
전지의 밀폐된 내부에 독립적인 온도측정 수단을 형성함으로써, 셀의 기밀성을 유지하면서도 보다 쉽게 셀 내부의 온도변화를 감지하여, 비정상적인 셀의 거동을 효율적으로 파악하고 분석할 수 있다.
나아가, 전지의 외부에 화학반응으로 발현되는 온도측정 수단을 형성함으로써, 종래 온도측정 센서의 오작동 문제를 개선함과 더불어, 육안으로도 쉽게 셀의 온도변화를 식별할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 시온잉크 마킹을 구비한 파우치형 이차전지를 나타낸 도면이다.
이하, 본 발명에 대해 상세히 설명한다.
본 발명의 파우치형 이차전지는, 전극조립체; 라미네이트 시트가 열융착되어 형성되며 상기 전극조립체를 밀봉 수용하는 파우치 케이스; 및 특정 온도에서 비가역적으로 변색되는 시온안료를 포함하는 시온잉크 마킹을 구비하며, 상기 시온잉크 마킹은 상기 파우치 케이스의 밀폐된 내면, 및 외면에 동시에 형성된 것이다.
즉, 본 발명은 종래 전지 케이스의 외부에만 온도변화 감지 수단이 설치되어 셀 내부의 온도변화를 측정할 수 없었던 것과 달리, 특정 온도에서 변색되는 시온잉크 마킹을 파우치 케이스의 외면은 물론, 밀폐된 셀의 내부에도 형성함으로써, 전지의 통상적인 반응에 영향을 주지 않으면서 셀의 온도변화, 특히 셀 내부의 온도변화를 효율적으로 감지할 수 있도록 한 것이다.
상기 전극조립체는 일반적으로 양극재와 집전체로 구성된 양극, 음극재와 집전체로 구성된 음극, 및 상기 양극과 음극 간의 전기적 접촉을 차단하고 리튬이온을 이동케하는 분리막을 기본구조로 한 단위셀이 1개 이상 포함(예컨대, 단위셀 다수 개가 중첩된 구조)된 것이다.
본 발명에 있어 전극조립체의 형태는 특별히 제한되지 않으며, 예를 들어 젤리-롤형, 스택형 또는 스택-폴딩형(스택-Z-폴딩형 포함)일 수 있다.
젤리-롤형 전극조립체는 집전체로 사용되는 금속 호일에 전극활물질 등을 코팅하고 건조 및 프레싱한 후, 소망하는 폭과 길이의 밴드 형태로 재단하고 분리막을 사용하여 음극과 양극을 격막한 후 나선형으로 감아 제조된다. 젤리-롤형 전극조립체는 원통형 전지에는 적합하지만, 각형 또는 파우치형 전지에 적용함에 있어서는 전극활물질의 박리 문제, 낮은 공간 활용성 등의 단점을 가지고 있다.
반면에, 스택형 전극조립체는 다수의 양극 및 음극 단위셀들을 순차적으로 적층한 구조로서, 각형의 형태를 얻기가 용이한 장점이 있지만, 제조과정이 번잡하고 충격이 가해졌을 때 전극이 밀려서 단락이 유발되는 단점이 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여 상기 젤리-롤형과 스택형의 혼합 형태인 진일보한 구조의 전극조립체로서, 일정한 단위 크기의 풀셀(full cell) 및/또는 바이셀(bicell)을 긴 길이의 연속적인 분리필름을 사용하여 폴딩한 구조의 스택-폴딩형 전극조립체가 제안되었다.
일 구체예에서, 상기 전극조립체는 단위셀로서 스택형 방식으로 바이셀 및/또는 풀셀을 만들고 이들을 긴 분리필름(분리막 시트) 상에 다수 개 위치시킨 후 순차적으로 폴딩하여 중첩시킨 구조의 스택-폴딩형 전극조립체일 수 있다.
상기 파우치 케이스는 전극조립체를 수용하는 외장재로서, 통상적으로 외부수지층/금속층/내부수지층의 라미네이트 시트 구조를 갖는다.
본 발명에서는 전지 외장재로 원통형, 각형 등의 금속 캔이 아닌 파우치 케이스를 사용하는바 금속 캔을 외장재로 사용할 경우와는 그 구성 재질 등이 서로 상이하여 전지 내, 외부의 온도 구배가 다르게 나타날 수 있다. 구체적으로, 폴리머층을 포함하는 파우치 외장재를 케이스로 사용하는 파우치형 이차전지의 경우 금속 재질만으로 이루어진 캔을 사용하는 원통형 이차전지 등에 비해 케이스를 통한 열전도율이 낮아 전지 내부 및 외부 온도 편차가 상대적으로 더 크다. 이러한 측면에서, 본 발명은 후술하는 바와 같이 파우치 케이스의 외면과 더불어 내면에도 독립적인 시온잉크 마킹을 형성함으로써, 셀 내부의 온도변화를 효율적으로 감지하도록 하였다.
상기 외부수지층은 젤리-롤형 전극조립체 등 전극조립체의 보호 역할을 하고 내열성 및 내화학성을 확보하는 것으로, 통상 인장강도, 투습방지성 및 공기투과방지성이 우수한 내열성 폴리머를 사용한다. 또한 상기 외부수지층은 1층 또는 2층 이상의 다층으로 형성될 수 있다. 상기 외부수지층의 재질로는 상기 특성들을 지니면서도 원가 측면에서 유리한 나일론(예컨대, 연신 나일론; ONy) 또는 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)를 사용할 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 외부수지층의 두께는 일반적으로 20 ~ 100㎛의 범위가 적절하다.
상기 금속층은 외부로부터 전지 내부에 수분(수증기)이나 가스가 침투하는 것을 방지하는 배리어층의 역할을 한다. 상기 금속층의 재질로는 가볍고 성형성(예컨대, 프레스(press) 성형성)이 우수한 알루미늄(박)을 사용할 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 금속층의 두께는 수증기 배리어성의 확보 및 가공시의 가공 적성을 고려할 때 20 ~ 200㎛의 범위가 적절하다.
상기 내부수지층(열융착층 이라고도 함)은 열 접착성을 가져 실링 역할을 하는 것으로서, 전극조립체를 내장한 상태에서 인가된 열과 압력에 의해 상호 열융착되어 파우치를 밀봉하는 것이다. 상기 내부수지층의 재질로는 내화학성이 우수하면서도 실링성이 좋은 폴리에틸렌, 폴리에틸렌아크릴산, 폴리프로필렌, 폴리부틸렌 등의 폴리올레핀계 수지, 폴리우레탄수지 및 폴리이미드수지 중에서 선택되는 1종 이상을 사용할 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 상세하게는, 내부수지층의 재질로서 내전해액성과 열융착성을 겸비한 무연신 폴리프로필렌(CPP)을 사용할 수 있다. 상기 내부수지층은 전해질의 침투를 효과적으로 방지하기 위해 1층 또는 2층 이상의 다층으로 형성될 수 있으며, 그 두께는 전해질 차단 기능, 필름의 강도, 가공성 등을 고려할 때 20 ~ 100㎛의 범위로 하는 것이 적절하다.
한편, 본 발명에서의 파우치 케이스는 필요에 따라 상기 내부수지층과 외부수지층 사이에 접착수지층을 더 포함할 수 있다. 상기 접착수지층은 내부수지층과 외부수지층의 원활한 부착을 위한 것으로서, 그 재질로는 통상적인 폴리올레핀계 접착수지를 사용하거나 원활한 가공을 위해 우레탄 또는 폴리우레탄수지를 사용할 수 있으며, 이들을 혼합 사용할 수도 있다.
본 발명에서의 파우치 케이스는 다양한 방식으로 제조될 수 있다. 예를 들어, 내부수지층 필름, 금속박층 및 외부수지층 필름을 순차적으로 적층한 후 건식 라미네이션(Dry Lamination) 또는 압출 라미네이션(Extrusion Lamination) 등의 방법으로 상호 접착하여 제조할 수 있다.
상기 파우치 케이스에 전극조립체를 수용하고 파우치 케이스를 열융착, 실링하여 파우치형 이차전지를 제조하는 방법은 특별히 제한되지 않으며, 당분야에서 통상적으로 사용되는 방법을 적용하여 수행할 수 있다.
예를 들어, 제조된 파우치 케이스의 일측에 딥 드로잉을 통해 전극조립체(예컨대, 젤리-롤형 전극조립체)가 안착될 수 있도록 수납부를 형성하고, 전극조립체를 수용 후, 타측을 덮개의 형태로 절곡한 다음, 외주면 3면을 열융착을 통해 실링하여 개별 전극조립체가 파우치 케이스에 의해 각각 포장된 파우치형 단위셀을 제조한다(이른바, 싱글컵의 경우). 한편 두 장의 외장재를 제조 후 그 중 하나에 수납부를 형성하고, 전극조립체를 수용한 다음, 나머지 한 장의 외장재를 덮어 외주면 4면을 실링함으로써 파우치형 단위셀을 제조할 수도 있다(이른바, 더블컵의 경우).
기타, 전해질의 주입, 포메이션(formation), 디개싱(degassing) 등 파우치형 이차전지의 제조와 관련된 다른 공정들은 당분야에 공지되어 있는 방법을 그대로 채용하기로 한다.
상기 시온잉크 마킹은 파우치 케이스의 밀폐된 내면, 및 외면에 동시에 형성되어있는 것으로서, 상기 시온잉크는 특정 온도에서 비가역적으로 변색되는 시온안료를 포함하고 있다.
본 발명은 셀의 외부는 물론, 셀의 밀폐된 내부에 시온잉크 마킹을 형성한 것인바, 특정 온도에서 비가역적으로 변색되는 시온잉크 마킹을 통해 파우치 케이스 내면의 온도변화를 측정하여 변색이 완료되면 이후 특정한 이상 상황 발생시 셀을 분해 분석하여 비정상적인 셀의 거동을 효율적으로 파악하고 대비할 수 있다.
온도변화 감지수단에 사용되는 상기 비가역성 시온안료는 특정 온도에서 색상이 하나의 색상에서 다른 색상으로 변하게 되며, 예를 들어 무색에서 특정 색으로 변화하거나 특정 색에서 다른 특정 색으로 변화하거나 특정 색에서 무색으로 변화하게 된다. 이러한 비가역성 시온안료는 안료가 열에 의하여 분해되면서 그 색상을 잃어 변색을 나타내게 된다.
시온안료의 기본 색상은 15 종류가 있으나, 통상적으로는 Black, Blue, Red, Yellow를 사용하며 나머지 색상은 일반안료나 안료를 혼합하여 구현한다. 또한 두 가지 색상의 시온안료를 조합하여 시온안료 색상표의 15가지 기본 색상 외에 다른 색상을 구현할 수도 있음은 물론이다.
색상 결정시에는 일반안료로 칠해진 바탕색에 유의하여야 하는데, 예를 들어 바탕색이 진하고 시온안료가 밝으면 은폐력이 떨어져 바탕색이 돌출하게 된다. 바탕색이 White인 경우에는 시온안료의 색상을 특별한 제한없이 채택할 수 있으나, 바탕색을 확실히 감추기 위하여 혹은 확실한 색상 변화를 얻기 위하여 대부분 Black, Dark blue 등 어두운 색을 주로 사용한다. 일 구체예에서, 바탕색을 일반안료를 사용하여 빨간색으로 칠한 후 Dark blue색으로 도포하면 실온에서는 Dark blue 색상인 것이 온도가 상승하면 빨간색이 함께 구현되어 이중색상 효과를 낼 수도 있다.
상기 시온안료로는 특정 온도에서 비가역적으로 변색되는 다양한 시온안료를 특별한 제한없이 사용할 수 있다. 일 구체예에서, 무기계 또는 유기계 시온안료, 예를 들어 (NiCO3)x(CdS)1-x, COSiF6, CdCO3, CoCl2·2(CH2)6N4 및 NiBr2·(CH2)6N4와 같은 무기 금속 산화물 또는 금속 산화물의 수화물, 무기 금속 산화물 또는 금속 산화물의 수화물의 혼합물 등을 사용할 수 있다.
상기 시온잉크로는 변색되는 온도가 서로 다른 2 이상의 시온안료의 혼합물을 사용할 수 있다. 변색온도가 다른 적어도 2종 이상의 시온안료를 혼합하여 시온잉크 마킹을 형성하는 것이다.
2종 혼합의 일 예로서, 80℃에서 청색에서 무색으로 변하는 시온안료와 100℃에서 적색에서 무색으로 변하는 시온안료를 조합하면 80℃에서는 청색과 적색의 혼합 색상에서 적색으로 변하고 100℃에서는 완전히 색상이 없어지게 된다.
3종 혼합의 일 예로서, 변색온도가 각각 80℃, 90℃, 100℃인 시온안료를 조합하여 사용하면, 예컨대 85℃에서 색상이 변했다가 95℃에서 다른 색상으로 변하고 또 온도가 105℃까지 이르면 또 다른 색상으로 변하게 된다.
같은 측면으로, 상기 시온잉크는 전지의 온도변화에 따라 소정 온도 간격을 두고 연속적으로 변색되도록 적어도 2종 이상의 시온안료를 포함하여 구성될 수 있다.
또한, 상기 시온잉크 마킹은 각각 하나의 특정 변색온도를 갖는 시온안료를 포함하는 2 이상의 것으로 다수 개 형성될 수 있다.
일 구체예로, 상기 시온잉크 마킹은 상기 파우치 케이스의 밀폐된 내면, 및 외면에 각각 2개 이상 형성되며, 상기 2개 이상의 시온잉크 마킹은 변색되는 온도가 서로 다른 것일 수 있다. 이로 인해, 상기 시온잉크는 각각 일정한 온도에서 변화하는 다수의 마킹으로 형성되어 전지의 온도 상승 정도와 과정을 용이하게 파악할 수 있게 된다.
예를 들어, 상기 시온잉크 마킹은 최상부에 형성된 마킹으로부터 각각 5 또는 10℃ 간격으로 변색되는 시온안료를 포함하도록 형성될 수 있다. 구체적으로, 도 1을 참고하면, 상기 시온잉크 마킹은 상기 파우치 케이스의 밀폐된 내면, 및 외면에 각각 4개 형성되며, 여기서 제1 마킹은 80℃ 이상, 제2 마킹은 85℃ 이상, 제3 마킹은 90℃ 이상, 제4 마킹은 100℃ 이상에서 변색되는 것일 수 있다.
또한, 상기 시온잉크로는 시온안료 및 일반안료를 혼합하여 사용할 수 있다. 여기서, 일반안료란 시온잉크의 초기 색상 구현 및 변색여부 확인에 도움을 주기 위한 것으로서, 시온안료와는 달리 온도변화에 영향을 받지 않는 안료를 의미한다.
일반안료와 시온안료를 혼합하는 방식으로 온도가 안 올라갔을 때에는 혼합된 색상을 나타내다가 온도가 올라가면 시온안료의 색상은 없어지고 일반안료의 색상만 나타나게 되는데, 예를 들어 일반안료와 80℃ 이상에서 청색에서 무색으로 변하는 시온안료를 배합한 경우 온도가 80℃ 이상으로 올라가지 않았을 때는(예컨대, 상온에서는) 혼합된 색으로 보이다가 온도가 80℃ 이상으로 올라가면 시온안료의 색은 없어지고 일반안료의 색만 나타나게 된다.
상기 시온안료는 시온잉크 총 중량 기준으로 1 ~ 20 중량%, 상세하게는 3 ~ 15 중량%, 더욱 상세하게는 5 ~ 10 중량% 포함될 수 있다. 시온안료의 함량이 1 중량% 미만이면 특정 온도 도달시 변색의 정도가 상대적으로 미미해져 특히 파우치 케이스의 밀폐된 내면에 형성된 시온잉크 마킹의 변색여부를 외부에서 육안으로 판별하기 어려워질 수 있으며, 그 함량이 20 중량%를 초과하면 시온잉크를 파우치 케이스에 도포시 부착력이 약화될 수 있다.
상기 시온잉크 마킹의 변색온도는 소망하는 모니터링의 수준에 따라 적절히 설정할 수 있다. 통상적으로는 전지 내부의 온도가 80 ~ 100℃까지 도달했을 때 이상 방전 등 비정상적 현상이 발생한 것으로 예측할 수 있는바, 100℃ 이상, 더욱 엄격하게는 80℃ 이상에서 변색을 나타내는 시온안료를 사용할 수 있다.
상기 시온잉크 마킹을 형성하는 위치는 셀 내부의 온도변화를 외부에서 용이하게 감지할 수 있는 파우치 케이스 상의 위치라면 특별히 제한되지 않는다. 일 구체예로, 시온잉크 마킹은 면적이 넓어 신속하게 용이하게 변색여부를 관찰할 수 있는 파우치 케이스의 상면 및/또는 하면에 형성시킬 수 있고, 이 경우 역시 상면 및/또는 하면의 내/외면에 모두 시온잉크 마킹을 형성함은 물론이다.
또한, 상기 시온잉크 마킹은 기호, 문자, 숫자 또는 도형의 형태로 형성시킬 수 있다. 전지의 온도변화를 감지해야 하는 필요에 따라 적정한 표식을 파우치 케이스의 내면 및 외면에 형성하여 필요에 적합하게 사용할 수 있는 장점이 있다. 예를 들어, 전지의 제조공정에 상기 시온잉크 마킹을 사용하고자 하는 경우에는 베어셀의 제조라인을 파우치 케이스에 표시함으로써 문제 발생시 바로 조처할 수 있도록 할 수 있다.
상기 파우치 케이스의 외면에 형성된 시온잉크 마킹의 변색여부는 외부에서 육안으로 용이하게 확인할 수 있다. 한편, 상기 파우치 케이스의 밀폐된 내면에 형성된 시온잉크 마킹의 변색여부 또한 파우치 케이스를 지나 내부에서 외부로 투과된 변색현상을 통해 외부에서 육안으로 확인할 수 있다.
나아가, 파우치 케이스는 그 특성상, 수지층 및 알루미늄층의 적층 구조로 되어 있으므로, 열전도의 차이에 의하여 파우치 외부와 내부의 온도차가 발생할 수 있으며, 상기와 같이 내부 및 외부에 변색 해여부를 기록, 감지할 수 있는 시온잉크 마킹을 동시에 구비함으로써, 전지셀의 온도 변화를 보다 효율적으로 감지할 수 있다.
또한, 밀폐된 내면에 형성된 시온잉크 마킹의 변색 여부의 보다 정확한 측정을 위하여 상기 밀폐된 파우치 케이스를 분리 또는 분해하여 케이스 내부에서의 온도 변화에 따른 시온잉크 변색 현상을 감지하여 전지셀 내부의 온도변화를 보다 쉽게 관찰할 수 있다.
상기 시온잉크 마킹을 파우치 케이스의 내면 및 외면에 형성하는 방법은 특별히 제한되지 않으며, 당분야의 통상적인 방법을 사용할 수 있다. 예를 들어, 1종의 시온안료 또는 변색온도가 다른 2종 이상의 시온안료를 포함하는 시온잉크를 준비한 뒤, 이를 코터 등을 통해 파우치 케이스에 도포한 다음 건조시켜 본 발명의 시온잉크 마킹을 형성할 수 있다.
한편, 본 발명의 시온잉크 마킹을 구비하는 파우치형 이차전지는 리튬이차전지에 특히 적합하게 적용될 수 있다.
일반적으로 리튬이차전지는 양극재와 집전체로 구성된 양극, 음극재와 집전체로 구성된 음극, 및 상기 양극과 음극 간의 전기적 접촉을 차단하고 리튬이온을 이동케 하는 분리막으로 구성되며, 전극과 분리막 재료의 void에는 리튬이온의 전도를 위한 전해액이 포함되어 있다.
상기 리튬이차전지는 당분야의 통상적인 방법에 따라 제조할 수 있다. 예를 들어, 양극과 음극 사이에 다공성의 분리막을 넣고, 비수 전해액을 투입함으로써 제조할 수 있다.
또한, 본 발명의 파우치형 리튬이차전지는 셀의 장변, 단변의 어느 방향으로도 양극리드 또는 음극리드를 구현할 수 있으며, 양극리드와 음극리드를 한쪽 방향으로 구현하는 것(단방향 돌출)뿐만 아니라 각각 다른 방향으로도 구현(쌍방향 돌출)할 수 있다.
아울러, 상기 리튬이차전지는 다른 종류의 이차전지와 대비하여 고에너지 밀도를 제공하는바, 고용량 및 고출력이 요구되는 기기에 특히 적합하게 이용될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 파우치형 리튬이차전지는 중대형 디바이스의 전원인 전지모듈 또는 전지팩의 단위전지로 사용될 수 있다.
즉, 본 발명의 파우치형 리튬이차전지를 포함하는 전지모듈 또는 전지팩은, 핸드폰, 노트북 등의 소형 디바이스는 물론, 파워 툴(power tool); 전기차(Electric Vehicle, EV), 하이브리드 전기차(Hybrid Electric Vehicle, HEV) 및 플러그인 하이브리드 전기차(Plug-in Hybrid Electric Vehicle, PHEV)를 포함하는 전기차; 이-바이크(E-bike), 이-스쿠터(E-scooter)를 포함하는 전기 이륜차; 전기 골프 카트(Electric golf cart); 전기 트럭; 전기 상용차 또는 전력 저장용 시스템 등의 중대형 디바이스 중 어느 하나의 전원으로 이용될 수 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것으로서, 본 발명의 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의하여 해석되어야 하며 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (13)

  1. 전극조립체;
    라미네이트 시트가 열융착되어 형성되며 상기 전극조립체를 밀봉 수용하는 파우치 케이스; 및
    특정 온도에서 비가역적으로 변색되는 시온안료를 포함하는 시온잉크 마킹을 구비하며,
    상기 시온잉크 마킹은 상기 파우치 케이스의 밀폐된 내면, 및 외면에 동시에 형성된 것을 특징으로 하는 파우치형 이차전지.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 시온안료는 무기계 또는 유기계 시온안료인 것을 특징으로 하는 파우치형 이차전지.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 시온안료는 (NiCO3)x(CdS)1-x, COSiF6, CdCO3, CoCl2·2(CH2)6N4 및 NiBr2·(CH2)6N4 중에서 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 파우치형 이차전지.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 시온잉크는 변색되는 온도가 서로 다른 2 이상의 시온안료의 혼합물인 것을 특징으로 하는 파우치형 이차전지.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 시온잉크는 시온안료 및 일반안료의 혼합물인 것을 특징으로 하는 파우치형 이차전지.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 시온안료는 시온잉크 총 중량 기준으로 1 ~ 20 중량% 포함되는 것을 특징으로 하는 파우치형 이차전지.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 시온잉크 마킹은 80℃ 이상에서 변색되는 것을 특징으로 하는 파우치형 이차전지.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 시온잉크 마킹은 100℃ 이상에서 변색되는 것을 특징으로 하는 파우치형 이차전지.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 시온잉크 마킹은 상기 파우치 케이스의 밀폐된 내면, 및 외면에 각각 2개 이상 형성되며, 상기 2개 이상의 시온잉크 마킹은 변색되는 온도가 서로 다른 것을 특징으로 하는 파우치형 이차전지.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 시온잉크 마킹은 상기 파우치 케이스의 밀폐된 내면, 및 외면에 각각 4개 형성되며, 제1 마킹은 80℃ 이상, 제2 마킹은 85℃ 이상, 제3 마킹은 90℃ 이상, 제4 마킹은 100℃ 이상에서 변색되는 것을 특징으로 하는 파우치형 이차전지.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 시온잉크 마킹은 상기 파우치 케이스의 상면 또는 하면의 내/외면에 각각 형성되는 것을 특징으로 하는 파우치형 이차전지.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 시온잉크 마킹은 기호, 문자, 숫자 또는 도형의 형태로 형성된 것을 특징으로 하는 파우치형 이차전지.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 이차전지는 리튬이차전지인 것을 특징으로 하는 파우치형 이차전지.
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