KR20140091222A - 파우치형 이차 전지 및 이를 포함하는 배터리 팩 - Google Patents

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KR20140091222A
KR20140091222A KR1020130003205A KR20130003205A KR20140091222A KR 20140091222 A KR20140091222 A KR 20140091222A KR 1020130003205 A KR1020130003205 A KR 1020130003205A KR 20130003205 A KR20130003205 A KR 20130003205A KR 20140091222 A KR20140091222 A KR 20140091222A
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pouch
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secondary battery
electrode lead
electrode
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KR1020130003205A
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김지영
양정훈
조영석
최승돈
박정규
한현규
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주식회사 엘지화학
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Abstract

본 발명은 이차 전지 내부에서 가스 발생시 발생된 가스가 조기에 배출될 수 있도록 하는 한편 가스 배출 방향이 유도될 수 있는 안전성이 향상된 파우치형 이차 전지 및 이를 포함하는 배터리 팩을 개시한다. 본 발명에 따른 이차 전지는, 양극판 및 음극판이 서로 대향하도록 배치된 전극 조립체; 상기 전극 조립체 및 전해액을 내부 공간에 수납하고, 실링부에 노치가 형성된 파우치 외장재; 및 상기 파우치 외장재의 실링부 사이에 개재되어, 일단이 상기 전극 조립체에 연결되고 타단이 상기 파우치 외장재의 외부로 노출된 전극 리드를 포함한다.

Description

파우치형 이차 전지 및 이를 포함하는 배터리 팩{Pouch type secondary battery and battery pack including the same}
본 발명은 이차 전지에 관한 것으로, 보다 상세하게는 이차 전지의 내압 증가시 안전성이 확보될 수 있도록 구조가 개선된 파우치형 이차 전지 및 이를 포함하는 배터리 팩에 관한 것이다.
최근, 노트북, 비디오 카메라, 휴대용 전화기 등과 같은 휴대용 전자 제품의 수요가 급격하게 증대되고, 전기 자동차, 에너지 저장용 축전지, 로봇, 위성 등의 개발이 본격화됨에 따라, 반복적인 충방전이 가능한 고성능 이차 전지에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.
현재 상용화된 이차 전지로는 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지, 리튬 이차 전지 등이 있는데, 이 중에서 리튬 이차 전지는 니켈 계열의 이차 전지에 비해 메모리 효과가 거의 일어나지 않아 충 방전이 자유롭고, 자가 방전율이 매우 낮으며 에너지 밀도가 높은 장점으로 각광을 받고 있다.
이러한 리튬 이차 전지는 주로 리튬계 산화물과 탄소재를 각각 양극 활물질과 음극 활물질로 사용한다. 리튬 이차 전지는, 이러한 양극 활물질과 음극 활물질이 각각 도포된 양극판과 음극판이 세퍼레이터를 사이에 두고 배치된 전극 조립체와, 전극 조립체를 전해액과 함께 밀봉 수납하는 외장재, 즉 전지 케이스를 구비한다.
일반적으로 리튬 이차 전지는 외장재의 형상에 따라, 전극 조립체가 금속 캔에 내장되어 있는 캔형 이차 전지와 전극 조립체가 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치에 내장되어 있는 파우치형 이차 전지로 분류될 수 있다. 이러한 이차 전지는 대체로 전극 조립체가 외장재에 수납된 상태에서 전해액이 주입되고, 외장재가 실링되는 과정을 통해 제조된다.
도 1은 종래의 파우치형 이차 전지의 구성을 도시한 분해 사시도이며, 도 2는 도 1의 파우치형 이차 전지의 결합도이다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 파우치형 이차 전지는, 전극 조립체(30)와 이러한 전극 조립체(30)에 연결된 전극 리드(20), 그리고 상기 전극 조립체(30)를 수용하는 파우치 외장재(10)로 이루어지는 것이 일반적이다.
여기서, 전극 조립체(30)는, 양극판과 음극판, 그리고 그 사이에 개재된 세퍼레이터를 기본 구조로 가진다.
한편, 양극판과 음극판으로부터는, 각각 하나 이상의 양극 탭(31)과 음극 탭(32)이 연장될 수 있다. 그리고, 이러한 양극 탭(31)과 음극 탭(32)은 각각 전극 리드(20), 즉 양극 리드(21) 및 음극 리드(22)와 결합되며, 양극 리드(21)와 음극 리드(22)의 일부는 파우치 외장재(10)의 외부로 노출됨으로써 이차 전지의 외부 구성, 이를테면 다른 이차 전지나 외부 장치와 전기적으로 연결될 수 있도록 전극 단자를 제공한다.
파우치 외장재(10)는, 상부 파우치(11)와 하부 파우치(12)로 구성될 수 있으며, 이러한 상부 파우치(11)와 하부 파우치(12)로 형성된 내부 공간에 전극 조립체(30) 및 전해액이 수용된다. 그리고, 상부 파우치(11)와 하부 파우치(12)는, 내부 공간을 밀폐시키기 위해 외주면에 실링부(S)가 형성되고, 이러한 실링부(S)가 서로 접착(실링)된다.
이러한 파우치 외장재(10)는, 전극 조립체(30)와 전해액 등 내부 구성요소를 보호하고, 전극 조립체(30)와 전해액에 의한 전기 화학적 성질에 대한 보완 및 방열성 등을 제고하기 위하여 알루미늄 박막이 포함된 형태로 구성된다. 그리고, 이러한 알루미늄 박막은 전극 조립체(30) 및 전해액과 같은 이차 전지 내부의 구성요소나 이차 전지 외부의 다른 구성요소와의 전기적 절연성을 확보하기 위해, 절연물질로 형성된 절연층 사이에 개재된다.
이와 같은 파우치형 이차 전지에 대하여 최근 부각되고 있는 가장 중요한 문제 중 하나가 안전성 확보이다. 스마트폰과 같이 파우치형 이차 전지가 적용되는 휴대용 장치는 점점 늘어나고 있으며, 이러한 휴대용 장치의 성능 및 사용 시간에 대한 요구가 높아짐에 따라 이에 사용되는 이차 전지의 출력 및 용량은 계속적으로 증대되고 있다. 이러한 상황에서 이차 전지의 안전성이 확보되지 않는다면, 이차 전지의 손상은 물론이고, 감전이나 화재, 폭발과 같은 사고로 이어질 수 있어, 인명 및 재산 피해를 초래할 수 있다. 따라서, 이차 전지의 안전성을 확보하기 위해 다양한 보호 장치들이 적용 또는 시도되고 있다.
하지만 그럼에도 불구하고, 아직까지 이러한 이차 전지에 대한 안전성이 완전하게 확보되었다고 하기는 어려운 상황이다. 특히, 이차 전지의 사용 중, 이차 전지 내부에서 가스가 발생할 수 있는데, 이 경우 이차 전지의 내부 압력이 증가하여 스웰링(swelling) 현상이 일어날 수 있다.
이러한 가스 발생은, 과충전이나 과방전, 단락, 고온 방치 등과 같이 다양한 원인에 의해 발생할 수 있는데, 이로 인해 이차 전지가 손상되는 것은 물론, 폭발이나 발화 등으로까지 이어질 수 있어 더욱 문제가 된다. 특히, 이차 전지가 폭발이나 발화하는 경우, 이차 전지가 적용된 장치의 파손은 물론, 이를 사용하는 사용자를 해치는 심각한 결과를 초래할 수 있다. 뿐만 아니라, 이차 전지 외장재의 파손으로 이차 전지 내부의 전해액이 유출되어 단락이나 감전과 같은 피해를 발생시킬 수도 있다. 더욱이, 배터리로 구동되는 하이브리드 자동차나 전기 자동차, 또는 전력 저장 장치 등의 경우, 출력과 용량이 매우 크기 때문에 이러한 내부 가스 발생으로 인한 피해는 더욱 심각해질 수 있다.
또한, 종래에 이차 전지의 내부에서 가스가 발생하여 파우치의 실링부(S)가 파손되면서 가스가 외부로 유출될 수 있는데, 이러한 실링부(S)의 파손 부위는 다양하게 존재할 수 있어 가스가 어느 방향으로 유출될지 예측이 어렵다. 따라서, 이차 전지 내부에서 발생된 가스가 안전한 유출 경로로 완전하게 배출되도록 하는데에는 한계가 있다. 특히, 자동차에서 사용되는 이차 전지에 있어서, 그 내부에서 발생한 가스가 자동차 실내로 유입될 수 있는데, 이 경우 자동차 탑승자가 이러한 가스를 흡입하게 되는 문제가 발생할 수 있다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 이차 전지 내부에서 가스 발생시 발생된 가스가 조기에 배출될 수 있도록 하는 한편 가스 배출 방향이 유도될 수 있는 안전성이 향상된 파우치형 이차 전지 및 이를 포함하는 배터리 팩을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 이차 전지는, 양극판 및 음극판이 서로 대향하도록 배치된 전극 조립체; 상기 전극 조립체 및 전해액을 내부 공간에 수납하고, 실링부에 노치가 형성된 파우치 외장재; 및 상기 파우치 외장재의 실링부 사이에 개재되어, 일단이 상기 전극 조립체에 연결되고 타단이 상기 파우치 외장재의 외부로 노출된 전극 리드를 포함한다.
바람직하게는, 상기 노치는, 상기 실링부에서 상기 전극 리드가 개재된 부분에 형성된다.
또한 바람직하게는, 상기 파우치 외장재는 상부 파우치와 하부 파우치를 구비하고, 상기 노치는 상기 상부 파우치와 하부 파우치에 모두 형성된다.
또한 바람직하게는, 상기 파우치 외장재의 노치 형성 위치에 대응하여 상기 전극 리드에도 노치가 형성된다.
또한 바람직하게는, 상기 전극 리드와 상기 상부 파우치 사이 및 상기 전극 리드와 상기 하부 파우치 사이에 각각 실링 테이프를 더 포함하고, 상기 파우치 외장재와 상기 전극 리드의 노치 형성 위치에 대응하여 상기 실링 테이프에도 노치가 형성된다.
또한 바람직하게는, 상기 파우치 외장재는 상부 파우치와 하부 파우치를 구비하고, 상기 노치는 상기 상부 파우치 또는 상기 하부 파우치에 형성된다.
또한 바람직하게는, 상기 노치는, 양극 리드와 음극 리드가 개재된 부분에 모두 형성된다.
또한 바람직하게는, 상기 노치는, 하나의 전극 리드가 개재된 부분에 둘 이상 형성된다.
또한 바람직하게는, 상기 노치는, 내측 단부보다 외측 단부의 폭이 짧게 구성된다.
또한 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 배터리 팩은, 상술한 이차 전지를 포함한다.
또한 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 자동차는, 상술한 이차 전지를 포함한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 이차 전지 내부에서 가스가 발생하여 내압이 증가하는 경우, 파우치에 형성된 노치로 인해 이차 전지 내부의 가스가 조기에 배출되도록 할 수 있다. 즉, 이차 전지 내부에서 발생된 가스가 이차 전지 내부에서 과도하게 축적되어 큰 압력으로 폭발하기 전에, 노치를 통해 가스가 배출되도록 할 수 있다.
따라서, 이차 전지의 내압 증가로 인한 폭발이나 발화를 방지하여 이로 인한 인명 및 재산 피해를 방지할 수 있다.
특히, 이차 전지의 과충전, 과방전, 고온 방치 등의 경우, 이차 전지 내부에서 가스가 발생할 가능성이 큰데, 이러한 경우에도 이차 전지의 안전성이 확보될 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 측면에 의하면, 이차 전지 내부로부터 가스 배출시 가스가 배출되는 방향을 유도할 수 있다. 따라서, 이차 전지 내부에서 가스가 배출되는 경우, 배출된 가스가 일정한 경로로 원활하게 유출되도록 할 수 있다.
특히, 전기 자동차나 하이브리드 자동차 등의 자동차용 배터리 팩에는 쿨링 시스템이 구비되어 있는데, 본 발명의 이러한 측면에 의하면, 이러한 쿨링 시스템이 잘 작동할 수 있는 방향으로 가스 배출을 유도할 수 있다. 따라서, 이차 전지에서 배출된 가스가 자동차 실내로 유입되지 않고 자동차 외부로 안전하게 배출되도록 함으로써, 자동차 탑승자가 이러한 가스를 흡입하는 것을 방지할 수 있다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술하는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은, 종래의 파우치형 이차 전지의 구성을 도시한 분해 사시도이다.
도 2는, 도 1의 파우치형 이차 전지의 결합도이다.
도 3은, 본 발명의 일 실시예에 따른 파우치형 이차 전지의 구성을 개략적으로 도시하는 사시도이다.
도 4는, 도 3의 A 부분을 확대하여 나타낸 상면도이다.
도 5는, 도 4의 B-B'선에 대한 단면도이다.
도 6은, 도 5의 구성에서 파우치 외장재의 내부에서 발생된 가스가 파우치 외장재의 실링부에 형성된 노치로 배출되는 구성을 도식화하여 나타내는 도면이다.
도 7은, 본 발명의 다른 실시예에 따른 파우치형 이차 전지의 전극 리드가 개재된 부분의 실링부 구성을 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 8은, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 파우치형 이차 전지의 전극 리드가 개재된 부분의 실링부 구성을 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 9는, 본 발명의 다른 실시예에 따른 파우치형 이차 전지에서 하나의 전극 리드가 개재된 부분의 실링부 구성을 개략적으로 나타내는 상면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상에 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 3은, 본 발명의 일 실시예에 따른 파우치형 이차 전지의 구성을 개략적으로 도시하는 사시도이다. 또한, 도 4는 도 3의 A 부분을 확대하여 나타낸 상면도이고, 도 5는 도 4의 B-B'선에 대한 단면도이다.
도 3 내지 도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 파우치형 이차 전지는, 파우치 외장재(100) 및 전극 리드(200)를 포함한다. 그리고, 도 3 내지 도 5에는 도시되지 않았지만, 도 1에 도시된 바와 마찬가지로, 본 발명에 따른 파우치형 이차 전지는, 파우치 외장재(100) 내부에 전극 조립체를 포함한다.
상기 전극 조립체는, 하나 이상의 양극판 및 하나 이상의 음극판이 서로 대향하도록 배치된 형태로 구성된다. 즉, 양극판과 음극판은 플레이트 형태로 구성되되, 넓은 면이 서로 마주보는 형태가 되도록 배치된다. 그리고, 이러한 양극판과 음극판은 서로 직접 접촉하지 않도록 소정 거리 이격된 형태로 구성되며, 그 사이에는 세퍼레이터가 개재될 수 있다.
양극판과 음극판은 집전체에 활물질 슬러리가 도포된 구조로서 형성되는데, 슬러리는 통상적으로 입상의 활물질, 보조도체, 바인더 및 가소제 등이 용매가 첨가된 상태에서 교반되어 형성될 수 있다.
이러한 전극 조립체는, 다수의 양극판 및 음극판이 적층된 상태로 파우치 외장재(100)에 수납되거나, 하나의 양극판 및 하나의 음극판이 세퍼레이터를 사이에 두고 권취된 상태로 파우치 외장재(100)에 수납될 수 있다.
상기 파우치 외장재(100)는 오목한 형태의 내부 공간을 구비하며, 이러한 내부 공간에 전극 조립체 및 전해액을 수납할 수 있다.
또한, 파우치 외장재(100)는 내부 공간의 테두리에 실링부(S)를 구비한다. 그리고, 파우치 외장재(100)는, 이러한 실링부(S)가 열융착 등의 방법으로 실링됨으로써, 내부 공간이 밀폐되어 내부 공간에 수납된 전극 조립체 및 전해액을 외부와 차단시킨다.
특히, 본 발명에 따른 파우치형 이차 전지의 파우치 외장재(100)는, 실링부(S)에 노치(101)가 형성되어 있다. 여기서, 노치(101)는 실링부(S)에 구멍이 뚫린 형태로 형성될 수 있다.
이처럼, 본 발명에 의하면, 실링부(S)에 노치(101)가 형성되어 있기 때문에, 파우치 외장재(100)의 내부에서 가스 발생시 발생된 가스가 파우치 외장재(100)의 외부로 조기에 배출될 수 있다.
보다 구체적인 예로서, 도 4를 참조하면, 파우치 외장재(100)의 실링부(S)에서 노치(101)가 형성되지 않은 부분의 실링 길이를 L1이라 하고 노치(101)가 형성된 부분의 내측 실링 길이를 L2라 할 경우, L2는 L1보다 작은 길이를 갖는다. 따라서, 이차 전지의 내압이 증가하여 L2의 길이만큼 상부 파우치(110)와 하부 파우치(120) 사이의 접착이 떨어지는 경우, 다른 실링 부분에서는 벤팅(venting)이 일어나지 않고 노치(101)가 형성된 부분에서는 노치(101)를 통해 가스가 외부로 배출되어 벤팅이 일어날 수 있다. 그러므로, 본 발명에 의하면, 이차 전지 내부에서 가스가 발생하는 경우 발생된 가스가 이차 전지 내부에서 과도하게 누적되어 큰 압력으로 폭발하기 전에, 가스가 이차 전지 외부로 조기에 배출되도록 할 수 있다.
상기 전극 리드(200)는, 파우치 외장재(100)의 실링부(S) 사이에 개재된다. 파우치 외장재(100)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 상부 파우치(110)와 하부 파우치(120)로 구성될 수 있는데, 전극 리드(200)는, 이러한 상부 파우치(110)와 하부 파우치(120)의 실링부(S) 사이에 개재될 수 있다. 그리고, 상기 전극 리드(200)는, 일단이 전극 조립체에 연결되고 타단이 파우치 외장재(100)의 외부로 노출될 수 있다. 따라서, 전극 리드(200)는, 이차 전지의 단자로서 전극 조립체를 외부의 다른 구성요소와 연결하는 역할을 한다.
이러한 전극 리드(200)는, 일단이 전극 조립체에 직접 부착되어 전극 조립체에 연결될 수 있다. 하지만, 전극 리드(200)는, 일단이 전극 조립체에 직접 부착되지 않고, 전극 조립체에서 돌출된 형태로 형성된 전극 탭에 부착됨으로써 전극 조립체에 연결될 수 있다. 즉, 전극 조립체의 전극판들에는 슬러리가 도포되지 않는 무지부가 존재할 수 있고, 이러한 무지부에는 각각의 전극판에 대응되는 전극 탭이 형성될 수 있는데, 전극 리드(200)는 이러한 전극 탭과 서로 부착되는 형태로 이차 전지에 포함될 수 있다.
이때, 전극 탭, 즉 양극 탭과 음극 탭은 각각, 양극판과 음극판에 하나 또는 그 이상이 형성될 수 있다. 그리고, 이러한 양극 탭 또는 음극 탭은 양극판 또는 음극판에 부착되는 형태로 돌출되게 형성될 수 있으며, 각각 양극 집전체 또는 음극 집전체와 동일 재질로 구성될 수 있다.
바람직하게는, 상기 노치(101)는, 도 3 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 실링부(S)에서 전극 리드(200)가 개재된 부분에 형성되는 것이 좋다.
파우치 외장재(100)의 실링부(S)에서 전극 리드(200)가 개재되지 않은 부분에서는 상부 파우치(110)의 내부 접착층과 하부 파우치(120)의 내부 접착층이 직접 접촉한다. 그리고, 열융착 등의 방법으로 실링부(S)가 실링될 때, 상부 파우치(110)의 내부 접착층과 하부 파우치(120)의 내부 접착층은, 서로 강하게 접착되어 일체화되면서 이차 전지의 내측 방향(전극 조립체 방향)으로 밀리며 다소 두꺼운 내측 접착층을 형성할 수 있다. 이 경우, 이러한 내측 접착층으로 인해 상부 파우치(110)와 하부 파우치(120) 사이가 벌어지는 것은 쉽지 않다. 반면, 파우치 외장재(100)의 실링부(S)에서 전극 리드(200)가 개재된 부분에서는, 상부 파우치(110)의 내부 접착층과 하부 파우치(120)의 내부 접착층이 직접 접촉하지 않는다. 따라서, 실링부(S)가 실링되더라도 상부 파우치(110)의 내부 접착층과 하부 파우치(120)의 내부 접착층이 일체화되어 이차 전지의 내측 방향으로 밀려 두꺼운 내측 접착층을 형성하는 현상은 거의 발생하지 않게 된다. 또한, 상부 파우치(110)와 하부 파우치(120)는 각각 다른 물질에 접촉함으로써 그 사이가 벌어지는 것이 보다 용이하다. 그러므로, 상기와 같이 실링부(S)에서 전극 리드(200)가 개재된 부분에 노치(101)가 형성되는 실시예에 의하면, 상부 파우치(110)와 전극 리드(200) 사이, 또는 하부 파우치(120)와 전극 리드(200) 사이가 벌어지는 것이 상대적으로 용이하다. 그러므로, 이러한 실시예에 의하면, 이차 전지 내부에서 가스 발생시 가스의 배출이 보다 조기에 이루어지도록 구현하는데 유리할 수 있다.
뿐만 아니라, 전기 자동차나 하이브리드 자동차에 이용되는 자동차용 배터리 팩의 경우, 그에 포함된 이차 전지의 전극 리드(200) 측에서 공랭식 냉각 시스템이 원활하게 작동하는 경우가 많다. 따라서, 상기 실시예와 같이 노치(101)가 전극 리드(200) 측에 형성되도록 하여 이차 전지 내부의 가스가 전극 리드(200) 측으로 배출되도록 하는 경우, 냉각 시스템을 통해 가스가 보다 원활하게 배출되도록 할 수 있다. 특히, 본 발명의 이러한 측면에 의하면, 이차 전지 내부에서 발생한 가스가 자동차 실내로 유입되어 탑승자를 중독시키는 사고를 방지할 수 있다는 점에서도 바람직하다 할 것이다.
또한 바람직하게는, 상기 노치(101)는, 상부 파우치(110)와 하부 파우치(120)에 모두 형성될 수 있다.
보다 구체적으로, 도 5를 참조하여 설명하면, 노치(101)는, 상부 파우치(110)의 실링부(S)에서 전극 리드(200)의 상부에 위치한 부분 및 하부 파우치(120)의 실링부(S)에서 전극 리드(200)의 하부에 위치한 부분에 각각 형성될 수 있다.
이러한 실시예에 의하면, 노치(101)가 형성된 부분에서 상부 파우치(110) 또는 하부 파우치(120)와 전극 리드(200) 사이가 벌어져 노치(101)로 이차 전지 내부의 가스가 배출될 때, 가스가 상부 파우치(110)에 형성된 노치(101)와 하부 파우치(120)에 형성된 노치(101)로 모두 배출될 수 있다. 따라서, 이차 전지 외부로 가스 배출이 보다 신속하고 원활하게 이루어질 수 있다.
더욱 바람직하게는, 도 5에 도시된 바와 같이, 전극 리드(200)에도 노치(201)가 형성되는 것이 좋다. 그리고, 이러한 전극 리드(200)의 노치(201)는, 파우치 외장재(100)의 노치(101) 형성 위치에 대응하는 위치에 형성되는 것이 좋다. 즉, 상부 파우치(110)의 노치(101)와 하부 파우치(120)의 노치(101), 그리고 전극 리드(200)의 노치(201)는 서로 연결되어, 하나의 관통홀을 형성하는 것이 좋다.
이러한 실시예에 의하면, 상부 파우치(110)와 전극 리드(200) 사이 및 하부 파우치(120)와 전극 리드(200) 사이 중 어느 부분이 벌어지더라도 가스는, 상부 파우치(110)의 노치(101)와 하부 파우치(120)의 노치(101)를 통해 모두 배출될 수 있다.
도 6은, 도 5의 구성에서 파우치 외장재(100)의 내부에서 발생된 가스가 파우치 외장재(100)의 실링부(S)에 형성된 노치(101)로 배출되는 구성을 도식화하여 나타내는 도면이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 파우치 외장재(100)의 내부에서 가스가 발생하여 이차 전지의 내압이 증가하면, 상부 파우치(110)와 전극 리드(200) 사이 또는 하부 파우치(120)와 전극 리드(200) 사이가 벌어질 수 있다. 다만, 도 6에서는 상부 파우치(110)와 전극 리드(200) 사이가 벌어지는 것으로 도시되어 있는데, 하부 파우치(120)와 전극 리드(200) 사이가 벌어질 수도 있음은 물론이다.
이처럼, 상부 파우치(110)와 전극 리드(200) 사이가 벌어져 상부 파우치(110)의 노치(101)가 이차 전지의 내측 방향으로 노출되면, 파우치 외장재(100) 내부의 가스가 상부 파우치(110)의 노치(101)를 통해 외부로 배출될 수 있다. 그리고, 전극 리드(200)에도 노치(201)가 형성되어 있으며, 이러한 전극 리드(200)의 노치(201)와 하부 파우치(120)의 노치(101)는 서로 연결되어 있으므로, 파우치 외장재(100) 내부의 가스는 전극 리드(200)의 노치(201) 및 하부 파우치(120)의 노치(101)를 거쳐 외부로 배출될 수 있다. 이러한 실시예에 의하면, 상부 파우치(110)의 노치(101)와 하부 파우치(120)의 노치(101)로 모두 가스가 배출될 수 있으므로, 가스 배출이 보다 원활하고 신속하게 이루어질 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 파우치형 이차 전지는, 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 파우치 외장재(100)와 전극 리드(200) 사이에 실링 테이프(400)를 더 포함할 수 있다.
상기 실링 테이프(400)는 파우치 외장재(100)의 실링 시 파우치 외장재(100)와 전극 리드(200)가 잘 접착될 수 있도록 충분한 접착력이 제공될 수 있도록 한다. 즉, 파우치 외장재(100)의 내부 접착층은 절연성 및 접착성 확보를 위해 폴리머 재질로 이루어질 수 있고, 전극 리드(200)는 전기 전도성 확보를 위해 금속 재질로 이루어질 수 있는데, 이로 인해 파우치 외장재(100)와 전극 리드(200)는 서로 완전하게 접착되기가 쉽지 않다. 따라서, 파우치 외장재(100)와 전극 리드(200) 사이에 이러한 실링 테이프(400)가 구비됨으로써, 전극 리드(200)가 개재된 부분에서도 파우치 외장재(100)의 실링이 완전하게 이루어질 수 있다. 예를 들어, 실링 테이프(400)는 상부 파우치(110)와 전극 리드(200) 사이, 및 하부 파우치(120)와 전극 리드(200) 사이에 개재될 수 있다.
이처럼, 실링 테이프(400)가 파우치 외장재(100)와 전극 리드(200) 사이에 구비된 경우, 이러한 실링 테이프(400)에도, 파우치 외장재(100)의 노치(101)가 형성된 위치와 전극 리드(200)의 노치(201)가 형성된 위치에 대응하여, 노치(401)가 형성되는 것이 바람직하다. 예를 들어, 파우치 외장재(100)의 노치(101), 전극 리드(200)의 노치(201) 및 실링 테이프(400)의 노치(401)는 서로 연결되어, 하나의 관통홀을 형성하는 것이 좋다.
보다 구체적으로, 도 5를 참조하면, 상부 파우치(110)와 전극 리드(200) 사이에 구비된 실링 테이프(400)의 노치(401)는, 상부 파우치(110)의 노치(101) 하부와 전극 리드(200)의 노치(201) 상부에 형성될 수 있다. 그리고, 하부 파우치(120)와 전극 리드(200) 사이에 구비된 실링 테이프(400)의 노치(401)는, 하부 파우치(120)의 노치(101) 상부와 전극 리드(200)의 노치(201) 하부에 형성될 수 있다. 그리고, 이와 같은 노치들(101, 201, 401)은 모두, 하나의 관통홀로 연결될 수 있다.
이러한 실시예에 의하면, 파우치 외장재(100)의 노치(101), 전극 리드(200)의 노치(201) 및 실링 테이프(400)의 노치(401)가 하나의 관통홀로 형성되므로, 이차 전지 내부의 가스가 외부로 보다 원활하게 배출될 수 있다.
이 경우, 본 발명에 따른 파우치형 이차 전지는, 절연 부재를 더 포함할 수 있다.
도 7은, 본 발명의 다른 실시예에 따른 파우치형 이차 전지의 전극 리드(200)가 개재된 부분의 실링부(S) 구성을 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 7을 참조하면, 도 5의 실시예에서 도시된 구성과 달리, 절연 부재(500)가 더 포함되어 있다. 상기 절연 부재(500)는, 전기적 절연성을 갖는 물질로 형성되며, 파우치 외장재(100)의 노치(101), 전극 리드(200)의 노치(201) 및 실링 테이프(400)의 노치(401)에 의해 형성되는 관통홀의 내주면을 감싸도록 구성된다. 다만, 이러한 절연 부재(500)는, 관통홀의 내주면 전체를 감싸지 않고, 일부만을 감싸도록 구성될 수도 있다.
이러한 실시예에 의하면, 절연 부재(500)로 인해, 파우치 외장재(100)의 알루미늄층이나 전극 리드(200)가 외부로 노출되지 않도록 하거나 노출되는 부분을 감소시킴으로써, 내부 쇼트 등의 문제가 발생하는 것을 억제할 수 있다.
다만, 이러한 절연 부재(500)는, 파우치 외장재(100)의 내부에서 발생한 가스가 노치(101)를 통해 외부로 배출시, 파손되거나 변형될 수 있도록 구성되어, 노치(101)를 통한 가스 배출이 방해받지 않도록 하는 것이 좋다.
한편, 상기 실시예들에서는, 노치(101)가 상부 파우치(110)와 하부 파우치(120)에 모두 형성된 경우를 위주로 설명되었으나, 본 발명이 반드시 이러한 실시예로 한정되는 것은 아니다.
도 8은, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 파우치형 이차 전지의 전극 리드(200)가 개재된 부분의 실링부(S) 구성을 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 8을 참조하면, 파우치 외장재(100)가 상부 파우치(110)와 하부 파우치(120)로 구성되되, 노치(101)는 상부 파우치(110)에만 형성되어 있다. 이 경우, 파우치 외장재(100)의 내부에서 가스가 발생하여 내압 증가시, 가스는 상부 파우치(110)의 노치(101)로 배출된다. 따라서, 이러한 실시예에 의하면, 파우치 외장재(100) 내부의 가스가 어느 방향으로 배출될지, 배출 방향이 보다 쉽게 예측될 수 있다.
다만, 도 8의 구성에서 상부 파우치(110) 이외에, 상부 파우치(110)와 전극 리드(200) 사이에 포함된 실링 테이프(400), 전극 리드(200), 하부 파우치(120)와 전극 리드(200) 사이에 포함된 실링 테이프(400) 중 적어도 하나에도 노치가 형성될 수 있다.
또한, 도 8의 구성과 달리, 노치(101)는 상부 파우치(110)가 아닌 하부 파우치(120)에 형성될 수도 있다.
한편, 도 3에 도시된 바와 같이, 파우치 외장재(100)의 노치(101)는, 양극 리드(210)가 개재된 부분과 음극 리드(220)가 개재된 부분에 모두 형성될 수 있다. 이러한 실시예에 의하면, 노치(101)가 둘 이상 형성됨으로써, 파우치 외장재(100) 내부에서 가스 발생시, 발생된 가스가 외부로 보다 원활하게 배출될 수 있다.
또한, 파우치 외장재(100)의 노치(101)는, 하나의 전극 리드(200)가 형성된 부분에 둘 이상 형성될 수 있다.
도 9는, 본 발명의 다른 실시예에 따른 파우치형 이차 전지에서 하나의 전극 리드(200)가 개재된 부분의 실링부(S) 구성을 개략적으로 나타내는 상면도이다.
도 9를 참조하면, 도 4의 구성과 달리, 하나의 전극 리드(200) 상부에 위치한 파우치 외장재(100)의 실링부(S)에 노치(101)가 다수 형성되어 있다. 이러한 구성에서는, 도 9에 도시된 상부 파우치(110)의 실링부(S) 이외에, 전극 리드(200) 및 이러한 전극 리드(200)의 하부에 위치한 하부 파우치(120)의 실링부(S)에도 다수의 노치(101)가 형성될 수 있음은 물론이다.
이러한 실시예에 의하면, 하나의 전극 리드(200)의 상부 및/또는 하부에 노치(101)가 둘 이상 형성되어 있기 때문에, 파우치 외장재(100) 내부에서 가스가 발생한 경우, 노치(101)를 통한 가스의 배출이 보다 원활하고 신속하게 이루어질 수 있다. 더욱이 이러한 실시예의 경우, 노치(101)의 폭(도 9에서 노치(101)의 상하 길이)에 비해 전극 리드(200)의 폭(도 9에서 전극 리드의 상하 길이)이 크게 넓다 하더라도, 다수의 노치(101)를 통해 전극 리드(200)의 어느 부분에서도 벤팅이 원활하게 이루어지도록 할 수 있다.
한편, 이러한 실시예, 즉 하나의 전극 리드(200)가 개재된 부분에 노치(101)가 둘 이상 형성된 구성은, 양극 리드(210)와 음극 리드(220) 모두에 적용되거나, 양극 리드(210) 또는 음극 리드(220)에만 적용될 수도 있다.
또한 바람직하게는, 파우치 외장재(100)의 노치(101)는, 내측 단부보다 외측 단부의 폭이 짧게 구성될 수 있다. 여기서, 노치(101)의 내측 단부란 이차 전지의 내측 방향, 다시 말해 전극 조립체가 위치하는 방향 측에 위치한 단부를 의미하고, 노치(101)의 외측 단부란 그 반대 방향을 의미한다.
예를 들어, 도 3, 도 4 및 도 9에 도시된 실시예에서, 노치(101)의 좌측에 전극 조립체가 위치하므로, 노치(101)의 좌측 단부가 내측 단부이고, 노치(101)의 우측 단부가 외측 단부를 나타낸다.
그리고, 노치(101)의 폭이란, 상기 도면들을 기준으로 볼 때, 노치(101)의 상하 방향 길이를 의미한다.
이처럼, 노치(101)의 외측 단부가 내측 단부보다 폭이 짧게 구성되는 실시예에 의하면, 노치(101)를 통해 배출되는 가스의 방향성이 보다 확실하게 정해질 수 있다. 즉, 노치(101)의 내측 단부에서 보다 넓은 면적을 통해 노치(101)로 유입된 가스는, 노치(101)의 외측 단부에서 보다 좁은 면적을 통해 외부로 유출됨으로써, 배출 방향이 보다 한정될 수 있다. 따라서, 노치(101)를 통한 가스 배출 방향 유도가 보다 용이하게 달성될 수 있다.
특히, 이를 위해, 노치(101)는, 파우치 외장재(100)의 상부에서 바라볼 때, 삼각형 형태로 형성되는 것이 좋다.
예를 들어, 도 4에 도시된 바를 참조하면, 파우치 외장재(100)의 노치(101)는, 내측 단부가 하나의 변으로 길게 형성되고, 외측 단부가 이러한 변의 대각, 즉 꼭지점으로 구성되도록 형성될 수 있다. 이러한 실시예에 의하면, 노치(101)의 내측 단부에 위치한 변을 통해 노치(101)로 유입된 가스가 노치(101)의 외측 단부에 위치한 꼭지점을 통해 노치(101)로부터 유출되어, 가스 배출 방향성이 보다 확실하게 정해질 수 있다.
다만, 본 발명이 반드시 이러한 노치(101)의 형태로 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 노치(101)는, 파우치 외장재(100)의 상부에서 바라볼 때, 원형이나 사각형, 사다리꼴과 같이 다양한 형태로 형성될 수 있다.
본 발명에 따른 배터리 팩은, 상술한 파우치형 이차 전지를 포함할 수 있다. 이때, 배터리 팩은, 이차 전지를 하나 또는 그 이상 포함할 수 있으며, 이러한 이차 전지 이외에도, BMS(Battery Management System)와 같은 이차 전지의 충방전을 제어하기 위한 여러 보호 장치들을 포함할 수 있다.
특히, 본 발명에 따른 배터리 팩은, 전기 자동차 또는 하이브리드 자동차와 같이 배터리로 구동되는 자동차에 적용될 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 자동차는, 상술한 파우치형 이차 전지를 포함할 수 있다. 이 경우, 파우치 외장재(100)의 노치(101)를 통해 배출된 가스가, 자동차용 배터리 팩에 구비된 공랭식 냉각 시스템을 통해 원활하게 자동차 외부로 배출되도록 할 수 있다.
이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
100: 파우치 외장재
101: 파우치 외장재의 노치
110: 상부 파우치
120: 하부 파우치
200: 전극 리드
201: 전극 리드의 노치
210: 양극 리드
220: 음극 리드
400: 실링 테이프
401: 실링 테이프의 노치
500: 절연 부재
S: 실링부

Claims (13)

  1. 양극판 및 음극판이 서로 대향하도록 배치된 전극 조립체;
    상기 전극 조립체 및 전해액을 내부 공간에 수납하고, 실링부에 노치가 형성된 파우치 외장재; 및
    상기 파우치 외장재의 실링부 사이에 개재되어, 일단이 상기 전극 조립체에 연결되고 타단이 상기 파우치 외장재의 외부로 노출된 전극 리드
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 파우치형 이차 전지.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 노치는, 상기 실링부에서 상기 전극 리드가 개재된 부분에 형성된 것을 특징으로 하는 파우치형 이차 전지.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 파우치 외장재는 상부 파우치와 하부 파우치를 구비하고,
    상기 노치는 상기 상부 파우치와 하부 파우치에 모두 형성된 것을 특징으로 하는 파우치형 이차 전지.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 파우치 외장재의 노치 형성 위치에 대응하여 상기 전극 리드에도 노치가 형성된 것을 특징으로 하는 파우치형 이차 전지.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 전극 리드와 상기 상부 파우치 사이 및 상기 전극 리드와 상기 하부 파우치 사이에 각각 실링 테이프를 더 포함하고,
    상기 파우치 외장재와 상기 전극 리드의 노치 형성 위치에 대응하여 상기 실링 테이프에도 노치가 형성된 것을 특징으로 하는 파우치형 이차 전지.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 관통홀의 내주면을 감싸는 절연 부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 파우치형 이차 전지.
  7. 제2항에 있어서,
    상기 파우치 외장재는 상부 파우치와 하부 파우치를 구비하고,
    상기 노치는 상기 상부 파우치 또는 상기 하부 파우치에 형성된 것을 특징으로 하는 파우치형 이차 전지.
  8. 제2항에 있어서,
    상기 노치는, 양극 리드와 음극 리드가 개재된 부분에 모두 형성된 것을 특징으로 하는 파우치형 이차 전지.
  9. 제2항에 있어서,
    상기 노치는, 하나의 전극 리드가 개재된 부분에 둘 이상 형성된 것을 특징으로 하는 파우치형 이차 전지.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 노치는, 내측 단부보다 외측 단부의 폭이 짧은 것을 특징으로 하는 파우치형 이차 전지.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 노치는, 삼각형 형태로 형성된 것을 특징으로 하는 파우치형 이차 전지.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 따른 파우치형 이차 전지를 포함하는 배터리 팩.
  13. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 따른 파우치형 이차 전지를 포함하는 자동차.
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