KR20140145502A

KR20140145502A - 이차 전지 및 이를 포함하는 배터리 팩

Info

Publication number: KR20140145502A
Application number: KR20130068031A
Authority: KR
Inventors: 김수영; 박현우; 유정완; 이한호; 신영준
Original assignee: 주식회사 엘지화학
Priority date: 2013-06-13
Filing date: 2013-06-13
Publication date: 2014-12-23
Also published as: KR101576597B1

Abstract

내부에서 가스가 발생하더라도 스웰링되는 것이 억제될 수 있는 이차 전지 및 이를 포함하는 배터리 팩을 개시한다. 본 발명에 따른 이차 전지는, 양극판 및 음극판이 소정 거리 이격되도록 배치된 전극 조립체; 내부 공간이 형성되어 상기 내부 공간에 상기 전극 조립체를 수납하는 파우치 외장재; 상기 전극 조립체의 상부에 구비되어 상기 전극 조립체와 상기 파우치 외장재 사이에 개재된 상부 플레이트; 상기 전극 조립체의 하부에 구비되어 상기 전극 조립체와 상기 파우치 외장재 사이에 개재된 하부 플레이트; 및 상기 상부 플레이트와 상기 하부 플레이트 사이에 구비되어, 상기 상부 플레이트와 상기 하부 플레이트에 결합되며, 상기 상부 플레이트와 상기 하부 플레이트를 지지하는 지지 부재를 포함한다.

Description

이차 전지 및 이를 포함하는 배터리 팩{Secondary battery and battery pack including the same}

본 발명은 이차 전지에 관한 것으로, 보다 상세하게는 이차 전지의 내압 증가시 스웰링이 억제될 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(10)와 이러한 전극 조립체(10)를 수용하는 파우치 외장재(20)로 이루어지는 것이 일반적이다.

여기서, 전극 조립체(10)는, 양극판과 음극판, 그리고 그 사이에 개재된 세퍼레이터를 기본 구조로 가진다.

한편, 양극판과 음극판에는, 각각 하나 이상의 전극 탭(11), 즉 양극 탭과 음극 탭이 구비될 수 있다. 그리고, 이러한 양극 탭과 음극 탭은 각각 전극 리드(12), 즉 양극 리드 및 음극 리드와 결합되며, 양극 리드와 음극 리드의 일부는 파우치 외장재(20)의 외부로 노출됨으로써 이차 전지의 외부 구성, 이를테면 다른 이차 전지나 외부 장치와 전기적으로 연결될 수 있도록 전극 단자를 제공한다.

파우치 외장재(20)는, 상부 파우치(21)와 하부 파우치(22)로 구성될 수 있으며, 이러한 상부 파우치(21)와 하부 파우치(22)로 형성된 내부 공간에 전극 조립체(10) 및 전해액이 수용된다. 그리고, 상부 파우치(21)와 하부 파우치(22)는, 내부 공간을 밀폐시키기 위해 외주면에 실링부(S)가 형성되고, 이러한 실링부(S)가 서로 접착(실링)된다.

이러한 파우치 외장재(20)는, 전극 조립체(10)와 전해액 등 내부 구성요소를 보호하고, 전극 조립체(10)와 전해액에 의한 전기 화학적 성질에 대한 보완 및 방열성 등을 제고하기 위하여 알루미늄 박막이 포함된 형태로 구성된다. 그리고, 이러한 알루미늄 박막은 전극 조립체(10) 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 부풀어오르는 스웰링(swelling) 현상이 일어날 수 있다.

이러한 스웰링 현상은, 과충전이나 과방전, 단락, 고온 방치 등과 같이 다양한 원인에 의해 발생할 수 있는데, 이는 이차 전지의 손상과 성능 감소를 유발하고, 심한 경우 폭발이나 발화까지도 일으킬 수 있다.

특히, 최근에는 자동차나 전력 저장 장치와 같은 중대형 장치로 이차 전지의 적용이 확대되면서 이차 전지의 용량 및 출력 향상을 위해 그 크기가 날로 증가하고 있다. 그런데, 이차 전지의 크기가 클수록 스웰링 현상에 따른 부피 변화는 더욱 커질 수 있어, 그 피해는 더욱 심각해질 수 있다.

예를 들어, 이차 전지의 크기가 클수록, 스웰링 현상이 발생하면 전극 조립체(10)의 반응 면적이 감소하여 셀 성능이 더욱 심하게 저하될 수 있다. 더욱이, 중대형 장치에 사용되는 배터리 팩의 경우 다수의 이차 전지를 패키징한 상태로 포함하고 있는데, 하나의 이차 전지에서 스웰링 현상이 발생할 경우 다른 이차 전지들의 배열을 흐트러뜨릴 수 있으며, 이로 인해 이차 전지 간 접속이 차단되어 배터리 팩의 고장을 일으킬 수 있다. 뿐만 아니라, 다수의 이차 전지를 포함하는 배터리 팩의 경우, 이차 전지의 부피 변화가 심하면 이를 고려하여 이차 전지를 배치해야 하므로, 배터리 팩의 설계 및 제조가 매우 어려워질 수 있다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 내부에서 가스가 발생하더라도 스웰링되는 것이 억제될 수 있는 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 소정 거리 이격되도록 배치된 전극 조립체; 내부 공간이 형성되어 상기 내부 공간에 상기 전극 조립체를 수납하는 파우치 외장재; 상기 전극 조립체의 상부에 구비되어 상기 전극 조립체와 상기 파우치 외장재 사이에 개재된 상부 플레이트; 상기 전극 조립체의 하부에 구비되어 상기 전극 조립체와 상기 파우치 외장재 사이에 개재된 하부 플레이트; 및 상기 상부 플레이트와 상기 하부 플레이트 사이에 구비되어, 상기 상부 플레이트와 상기 하부 플레이트에 결합되며, 상기 상부 플레이트와 상기 하부 플레이트를 지지하는 지지 부재를 포함한다.

바람직하게는, 상기 지지 부재는, 복수 개 포함된다.

또한 바람직하게는, 상기 전극 조립체는 상하 방향으로 하나 이상의 홀이 형성되고, 상기 지지 부재는 상기 전극 조립체의 홀을 관통하도록 구성된다.

또한 바람직하게는, 상기 전극 조립체는 복수 개 포함되고, 상기 지지 부재는 복수의 전극 조립체 사이 공간에 구비된다.

또한 바람직하게는, 상기 지지 부재는, 적어도 외측 표면이 전기적 비전도성 재질로 형성된다.

또한 바람직하게는, 상기 상부 플레이트와 상기 하부 플레이트 중 적어도 하나는, 상기 전극 조립체와 대면하는 부분에 양극 활물질 또는 음극 활물질이 도포된다.

또한 바람직하게는, 상기 상부 플레이트와 상기 하부 플레이트 중 적어도 하나는, 상기 파우치 외장재에 부착된다.

또한 바람직하게는, 상기 전극 조립체는, 세퍼레이터를 사이에 두고 복수의 양극판 및 복수의 음극판이 적층된 형태로 구성된다.

또한 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 배터리 팩은, 본 발명에 따른 이차 전지를 포함한다.

또한 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 자동차는, 본 발명에 따른 이차 전지를 포함한다.

본 발명의 일 측면에 의하면, 이차 전지 내부에서 가스가 발생하여 내압이 증가한다 하더라도, 파우치 외장재가 부풀어오르는 스웰링 현상이 억제될 수 있다.

따라서, 이러한 이차 전지의 스웰링 현상으로 인해, 전극 조립체의 반응 면적이 감소하여 이차 전지 성능이 저하되거나 이차 전지가 손상되는 것을 방지할 수 있다.

또한, 다수의 이차 전지를 포함하는 배터리 팩의 경우, 본 발명에 의하면, 스웰링 현상으로 인해 다른 이차 전지들의 배열을 흐트러뜨리는 것을 막아, 이차 전지 간 접속 차단 등의 문제가 일어나는 것을 방지할 수 있다.

그리고, 이차 전지의 부피 변화를 크게 고려하지 않아도 되므로, 다수의 이차 전지를 포함하는 배터리 팩의 설계 및 제조가 매우 용이해질 수 있다.

뿐만 아니라, 본 발명의 다른 측면에 의하면, 파우치 외장재와 전극 조립체 사이에 플레이트가 개재되어, 외부의 충격으로부터 이차 전지 내부가 보호될 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 이차 전지의 구성을 개략적으로 나타내는 분리 사시도이다.
도 4는, 도 3의 결합 형태에 있어서 A-A'선에 대한 단면도이다.
도 5는, 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차 전지의 구성을 개략적으로 나타내는 분리 사시도이다.
도 6은, 도 5의 결합 형태에 있어서 B-B'선에 대한 단면도이다.

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 이차 전지의 구성을 개략적으로 나타내는 분리 사시도이다. 또한, 도 4는, 도 3의 결합 형태에 있어서 A-A'선에 대한 단면도이다.

도 3 및 도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 이차 전지는, 전극 조립체(100), 파우치 외장재(200), 상부 플레이트(300), 하부 플레이트(400) 및 지지 부재(500)를 포함한다.

상기 전극 조립체(100)는, 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 양극판과 음극판은 각각, 활물질이 도포되지 않은 무지부에 양극 탭(111)과 음극 탭(112)이 구비될 수 있다. 그리고, 이러한 양극 탭(111)과 음극 탭(112)은 각각 양극 리드(121)와 음극 리드(122)에 연결되어, 파우치 외장재(200) 외부로 노출될 수 있다.

상기 파우치 외장재(200)는 오목한 형태의 내부 공간을 구비하며, 이러한 내부 공간에 전극 조립체(100) 및 전해액을 수납할 수 있다. 특히, 파우치 외장재(200)는 상부 파우치(210)와 하부 파우치(220)로 구성될 수 있는데, 이 경우 오목한 형태의 내부 공간은, 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 상부 파우치(210)와 하부 파우치(220) 모두에 형성될 수 있다. 그러나, 이는 일 형태에 불과할 뿐, 상부 파우치(210) 및 하부 파우치(220) 중 하나에만 오목한 형태의 내부 공간이 형성될 수도 있다.

또한, 파우치 외장재(200)는 내부 공간의 테두리에 실링부를 구비할 수 있으며, 이러한 실링부가 열융착 등의 방법으로 실링됨으로써, 내부 공간이 밀폐될 수 있다.

특히, 본 발명에 따른 파우치형 이차 전지는, 이러한 파우치 외장재(200) 내부에 전극 조립체(100) 이외에 상부 플레이트(300) 및 하부 플레이트(400)를 더 포함할 수 있다.

상기 상부 플레이트(300)는, 플레이트 형태로 구성되어, 파우치 외장재(200) 내부에서 전극 조립체(100)의 상부에 구비될 수 있다. 예를 들어, 상부 플레이트(300)는, 전극 조립체(100)와 상부 파우치(210) 사이에 개재된 형태로 수납된다.

상기 하부 플레이트(400)는, 플레이트 형태로 구성되어, 파우치 외장재(200) 내부에서 전극 조립체(100)의 하부에 구비될 수 있다. 예를 들어, 하부 플레이트(400)는, 전극 조립체(100)와 하부 파우치(220) 사이에 개재된 형태로 수납된다.

상기 지지 부재(500)는, 상부 플레이트(300)와 하부 플레이트(400) 사이에 구비된다. 그리고, 지지 부재(500)는 상부 플레이트(300)와 하부 플레이트(400)에 결합 고정될 수 있다.

예를 들어, 상기 지지 부재(500)는, 도 3에 도시된 바와 같이, 일 방향으로 길게 연장된 원통형 막대 형태로 형성될 수 있으며, 이 경우 지지 부재(500)의 상단은 상부 플레이트(300)에 결합되고, 지지 부재(500)의 하단은 하부 플레이트(400)에 결합될 수 있다.

이때, 상부 플레이트(300)나 하부 플레이트(400)에 대하여 지지 부재(500)를 고정하기 위한 결합 방식은 다양한 형태로 구현될 수 있다. 예를 들어, 상기 지지 부재(500)는 볼트 체결 방식으로 상부 플레이트(300)나 하부 플레이트(400)에 결합될 수 있다. 일례로, 지지 부재(500)의 상단과 상부 플레이트(300)에 각각 나선형 홈을 가진 체결홀이 형성되어 있고, 볼트가 상부 플레이트(300)의 체결홀 및 지지 부재(500)의 상단 체결홀에 삽입 체결됨으로써, 지지 부재(500)와 상부 플레이트(300)가 결합될 수 있다. 다른 예로, 지지 부재(500)와 상부 플레이트(300) 또는 하부 플레이트(400)를 결합하기 위해 볼트 대신에 리벳 등의 체결 부재가 이용될 수도 있다. 이 밖에도, 지지 부재(500)와 상부 플레이트(300) 또는 하부 플레이트(400)를 결합하는 방식으로는 다양한 방식이 이용될 수 있으며, 본 발명이 이러한 결합 방식에 의해 제한되는 것은 아니다.

이처럼 상기 지지 부재(500)는, 상부 플레이트(300)와 하부 플레이트(400)에 양단이 결합되어, 상부 플레이트(300)와 하부 플레이트(400)를 지지할 수 있다. 특히, 지지 부재(500)는, 상부 플레이트(300)와 하부 플레이트(400) 사이의 거리가 유지될 수 있도록 한다. 즉, 상부 플레이트(300)와 하부 플레이트(400)는 지지 부재(500)에 결합되어 있기 때문에 상호 거리가 변하지 않고 일정하게 유지될 수 있다. 더욱이, 이차 전지 내부에서 가스가 발생하여 내압이 증가하는 경우에도, 상부 플레이트(300)와 하부 플레이트(400)는 지지 부재(500)에 양단이 결합되어 서로 거리가 멀어지지 않을 수 있다. 그러므로, 본 발명에 의하면, 이차 전지의 내압이 증가하는 경우에도 파우치 외장재(200)가 부풀어오르는 스웰링 현상이 억제될 수 있다.

바람직하게는, 상기 지지 부재(500)는, 복수 개 포함될 수 있다. 즉, 본 발명의 일시예에 따른 이차 전지는, 복수의 지지 부재(500)를 포함하고, 각 지지 부재(500)가 수평 방향으로 소정 거리 이격되어, 각각의 양단이 상부 플레이트(300)와 하부 플레이트(400)에 결합되도록 구성될 수 있다. 이러한 실시예에 의하면, 복수의 지지 부재(500)에 의해 상부 플레이트(300)와 하부 플레이트(400)가 지지되므로, 지지 부재(500)의 지지력이 보다 향상될 수 있다. 더욱이, 복수의 지지 부재(500)가 수평 방향으로 소정 거리마다 구비되면, 지지 부재(500)의 지지력이 상부 플레이트(300)나 하부 플레이트(400)의 전 부분에 균일하게 분배되어, 상부 플레이트(300)나 하부 플레이트(400)의 소정 부분에 압력이 몰려 해당 부분이 크게 부풀어오르는 것을 방지할 수 있다.

한편, 상기 지지 부재(500)는, 전극 조립체(100)의 상부 플레이트(300)와 하부 플레이트(400)의 중앙 부분에 결합되는 것이 좋다. 즉, 상기 지지 부재(500)는, 도면에 도시된 바와 같이, 상부 플레이트(300)나 하부 플레이트(400)의 테두리 부분이 아닌, 중앙 부분에 결합됨으로써, 상부 플레이트(300)와 하부 플레이트(400)의 중앙 부분에서 상호 거리가 멀어지지 않도록 구현될 수 있다. 본 발명의 이러한 실시예에 의하면, 파우치형 이차 전지의 스웰링 현상이 크게 억제될 수 있다. 통상적으로, 파우치형 이차 전지의 내압이 증가하는 경우, 파우치 외장재(200)의 테두리 부분보다는 중앙 부분이 크게 부풀어오르게 되는데, 본 발명의 이러한 측면에 의하면, 상부 플레이트(300)와 하부 플레이트(400)의 중앙 부분이 지지 부재(500)에 결합되어 있으므로, 이러한 중앙 부분에서 부풀어오르는 현상이 효과적으로 방지될 수 있다.

바람직하게는, 상기 지지 부재(500)는, 상부 플레이트(300)와 하부 플레이트(400)의 중앙 부분에 결합되기 위해, 전극 조립체(100)의 홀을 관통하도록 구성될 수 있다. 그리고, 이를 위해, 전극 조립체(100)는 상하 방향의 관통홀(130)이 하나 이상 형성될 수 있다.

예를 들어, 도 3 및 도 4를 참조하면, 전극 조립체(100)는 3개의 관통홀(130)이 형성될 수 있다. 그리고, 이차 전지에는 이러한 관통홀(130)에 대응하여 3개의 지지 부재(500)가 포함될 수 있다. 이 경우, 3개의 지지 부재(500)는 각각 전극 조립체(100)에 형성된 관통홀(130)을 관통하여 그 양단이 상부 플레이트(300)와 하부 플레이트(400)에 결합될 수 있다. 특히, 3개의 지지 부재(500)는, 상부 플레이트(300)와 하부 플레이트(400)의 중앙 부분에 결합되어 있으며, 수평 방향으로 소정 거리 이격되어 있다. 따라서, 이러한 다수의 지지 부재(500)는, 상부 플레이트(300)와 하부 플레이트(400)를 안정적이고 균일하게 지지하고, 더욱이 상부 플레이트(300)의 중앙 부분이 상부 방향으로 부풀어오르거나 하부 플레이트(400)의 중앙 부분이 하부 방향으로 부풀어오르는 것을 방지할 수 있다.

다만, 도 3 및 도 4에 도시된 관통홀(130) 및 지지 부재(500)의 개수나 위치, 형태 등은 일례에 불과한 것으로, 이들은 다양하게 형성될 수 있다.

도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차 전지의 구성을 개략적으로 나타내는 분리 사시도이며, 도 6은 도 5의 결합 형태에 있어서 B-B'선에 대한 단면도이다. 다만, 도 5 및 도 6에서는 설명의 편의를 위해 전극 탭이나 전극 리드는 도시되지 않도록 한다.

도 5 및 도 6을 참조하면, 본 발명에 따른 이차 전지는 전극 조립체(100)를 복수 개 포함할 수 있다. 그리고, 지지 부재(500)는, 이러한 복수의 전극 조립체(100) 사이의 공간에 구비될 수 있다. 즉, 복수의 전극 조립체(100)는, 파우치 외장재(200)의 내부 공간에서 지지 부재(500)를 사이에 두고 양측에 위치하도록 할 수 있다.

여기서, 지지 부재(500)는, 플레이트 형태로 구성되어 파우치 외장재(200)의 내부 공간을 소정의 단위 공간으로 구분하는 격벽으로서 역할을 하도록 구비될 수 있다. 그리고, 복수의 전극 조립체(100)는, 이러한 지지 부재(500)에 의해 구분된 단위 공간에 각각 수납되어 서로 접촉하지 않을 수 있다. 예를 들어, 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 파우치형 이차 전지는 2개의 지지 부재(500)를 구비하여, 파우치 외장재(200)의 내부 공간은 3개의 단위 공간으로 구분될 수 있다. 그리고, 이러한 3개의 단위 공간에 3개의 전극 조립체(100)가 각각 수납될 수 있다.

이러한 실시예에 의하면, 상부 플레이트(300)와 하부 플레이트(400)의 중앙 부분에 지지 부재(500)가 구비되도록 함으로써, 내압 증가시 파우치형 이차 전지의 중앙 부분이 외부 방향으로 부풀어오르는 것을 방지할 수 있다. 또한, 이러한 실시예에 의하면, 복수의 전극 조립체(100)가 파우치 외장재(200)의 내부 공간에서 유동하는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 복수의 전극 조립체(100)가 유동하여 전극 조립체(100)가 손상되거나 다른 전극 조립체(100)의 다른 극성의 전극판끼리 접촉하여 내부 단락이 일어나는 것을 방지할 수 있다.

한편, 상부 플레이트(300) 및 하부 플레이트(400)는, 이차 전지 내부의 내압 증가시 파우치 외장재(200)가 부풀어오르는 것을 방지하기 위한 것이므로, 변형에 강한 재질로 형성되는 것이 좋다. 예를 들어, 상부 플레이트(300) 및 하부 플레이트(400)는 구리 등의 금속 재질로 형성될 수 있다. 그러나, 본 발명이 반드시 이러한 실시예로 한정되는 것은 아니며, 상부 플레이트(300) 및 하부 플레이트(400)는 다른 금속이나 폴리머 등 다양한 재질로 형성될 수 있다.

바람직하게는, 상기 지지 부재(500)는, 적어도 외측 표면이 전기적 비전도성 재질로 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 지지 부재(500)는 전체적으로 동일하게 폴리머 등 전기적 비전도성 재질로 형성될 수 있다. 또는, 상기 지지 부재(500)는 내부 코어층과 외부 코팅층으로 형성될 수 있으며, 이 경우 내부 코어층은 기계적 강도를 확보하기 위해 금속 등의 전기적 전도성 재질로 형성되고, 외부 코팅층은 전기적 절연성을 확보하기 위해 전기적 비전도성 재질로 형성될 수 있다. 이처럼, 지지 부재(500)의 적어도 외측 표면이 전기적 비전도성 재질로 형성되는 실시예에 의하면, 전극 조립체(100)의 전극판들과 지지 부재(500)가 접촉하더라도, 지지 부재(500)에 의한 전극 조립체(100)의 내부 단락이 일어나는 것을 방지할 수 있다.

또한 바람직하게는, 상기 상부 플레이트(300)와 상기 하부 플레이트(400) 중 적어도 하나는 전극 조립체(100)와 대면하는 부분에 양극 활물질 또는 음극 활물질이 도포될 수 있다. 예를 들어, 도 4를 참조하면, 전극 조립체(100)의 최상부에 위치하는 전극판이 양극판인 경우, 상부 플레이트(300)의 하면에는 음극 활물질이 도포될 수 있다. 이때, 상부 플레이트(300)는, 음극판을 구성하는 음극 집전체의 재질과 동일한 재질로 형성될 수 있으며, 상부 플레이트(300)와 전극 조립체(100) 사이에는 세퍼레이터가 더 개재될 수도 있다. 또한, 상부 플레이트(300)에는 음극 활물질이 도포되지 않은 부분에 음극 탭(112)이 구비되어, 이러한 음극 탭(112)이 다른 음극판의 음극 탭(112)들과 함께 음극 리드(122)에 연결될 수 있다. 이러한 실시예에 의하면, 상부 플레이트(300)가 음극판으로서, 다시 말해 전극 조립체(100)의 일부로 기능할 수 있게 되므로, 전극 조립체(100)의 용량이 증대될 수 있다.

이와 유사한 방식으로, 전극 조립체(100)의 최하부에 위치하는 전극판이 음극판인 경우, 하부 플레이트(400)의 하면에는 양극 활물질이 도포되고, 하부 플레이트(400)는 양극 집전체의 재질과 동일한 재질로 형성됨으로써, 하부 플레이트(400)가 양극판으로서 기능하도록 구성될 수도 있다.

또한 바람직하게는, 상부 플레이트(300)와 하부 플레이트(400) 중 적어도 하나는, 파우치 외장재(200)의 내측 표면에 부착될 수 있다. 예를 들어, 상기 상부 플레이트(300)는 상부 파우치(210)의 하면에 접촉하여 부착되도록 구성될 수 있다. 또한, 상기 하부 플레이트(400)는 하부 파우치(220)의 상면에 접촉하여 부착되도록 구성될 수 있다. 이러한 실시예에 의하면, 이차 전지 내부에서 가스 발생 시, 상부 플레이트(300)와 파우치 외장재(200) 사이, 및/또는 하부 플레이트(400)와 파우치 외장재(200) 사이의 공간에 이러한 가스가 유입되는 것을 방지하여, 파우치 외장재(200)가 부풀어오르는 것을 막을 수 있다.

한편, 상기 전극 조립체(100)는, 복수의 양극판 및 복수의 음극판이 세퍼레이터를 사이에 두고 적층된 형태로 구성될 수 있다. 특히, 도 3에 도시된 바와 같이, 전극 조립체(100)에 하나 이상의 관통홀(130)이 형성되고, 이러한 관통홀(130)에 지지 부재(500)가 삽입된 실시예에 대해서는, 전극 조립체(100)가 이처럼 적층 형태로 구성되는 것이 좋다. 양극판 및 음극판이 권취된 형태의 전극 조립체(100)의 경우, 양극판과 음극판에 관통홀(130)을 미리 형성해 놓고 이를 권취하여 관통홀(130)을 맞추는 공정이 어려울 수 있으나, 이와 같은 적층 형태의 전극 조립체(100)의 경우, 양극판과 음극판에 관통홀(130)을 미리 형성해 놓은 경우에도 관통홀(130)을 쉽게 맞출 수 있다. 다만, 본 발명이 반드시 이러한 적층 형태의 전극 조립체(100)로 한정되는 것은 아니며, 권취 형태의 전극 조립체(100)도 본 발명의 이차 전지에 이용될 수 있다.

본 발명에 따른 배터리 팩은, 상술한 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. 일반적으로, 자동차에 적용되는 배터리 팩의 경우, 다수의 파우치형 이차 전지를 포함할 수 있는데, 본 발명에 따른 파우치형 이차 전지의 경우 내압 증가시에도 스웰링이 억제되므로, 설계 및 제조가 용이하고, 손상 및 고장이 감소될 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.

한편, 본 명세서에서 상부, 하부 등과 같이 방향을 나타내는 용어가 사용되었으나, 이는 설명의 편의를 위한 것일 뿐, 이러한 방향을 나타내는 용어는, 관측자의 위치나 물건의 배치 형태 등에 따라 달라질 수 있다.

100: 전극 조립체
111: 양극 탭
112: 음극 탭
121: 양극 리드
122: 음극 리드
130: 관통홀
200: 파우치 외장재
300: 상부 플레이트
400: 하부 플레이트
500: 지지 부재

Claims

양극판 및 음극판이 소정 거리 이격되도록 배치된 전극 조립체;
내부 공간이 형성되어 상기 내부 공간에 상기 전극 조립체를 수납하는 파우치 외장재;
상기 전극 조립체의 상부에 구비되어 상기 전극 조립체와 상기 파우치 외장재 사이에 개재된 상부 플레이트;
상기 전극 조립체의 하부에 구비되어 상기 전극 조립체와 상기 파우치 외장재 사이에 개재된 하부 플레이트; 및
상기 상부 플레이트와 상기 하부 플레이트 사이에 구비되어, 상기 상부 플레이트와 상기 하부 플레이트에 결합되며, 상기 상부 플레이트와 상기 하부 플레이트를 지지하는 지지 부재
를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
제1항에 있어서,
상기 지지 부재는, 복수 개 포함된 것을 특징으로 하는 이차 전지.
제1항에 있어서,
상기 전극 조립체는 상하 방향으로 하나 이상의 홀이 형성되고,
상기 지지 부재는 상기 전극 조립체의 홀을 관통하는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
제1항에 있어서,
상기 전극 조립체는 복수 개 포함되고,
상기 지지 부재는 복수의 전극 조립체 사이 공간에 구비된 것을 특징으로 하는 이차 전지.
제4항에 있어서,
상기 파우치 외장재는, 상기 지지 부재에 의해 내부 공간이 소정의 단위 공간으로 구분되고,
상기 복수의 전극 조립체 각각은, 상기 파우치 외장재의 서로 다른 단위 공간에 수납되어 서로 접촉하지 않는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
제1항에 있어서,
상기 지지 부재는, 적어도 외측 표면이 전기적 비전도성 재질로 형성된 것을 특징으로 하는 이차 전지.
제1항에 있어서,
상기 상부 플레이트와 상기 하부 플레이트 중 적어도 하나는, 상기 전극 조립체와 대면하는 부분에 양극 활물질 또는 음극 활물질이 도포된 것을 특징으로 하는 이차 전지.
제1항에 있어서,
상기 상부 플레이트와 상기 하부 플레이트 중 적어도 하나는, 상기 파우치 외장재에 부착된 것을 특징으로 하는 이차 전지.
제1항에 있어서,
상기 전극 조립체는, 세퍼레이터를 사이에 두고 복수의 양극판 및 복수의 음극판이 적층된 형태로 구성된 것을 특징으로 하는 이차 전지.
제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 이차 전지를 포함하는 배터리 팩.
제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 이차 전지를 포함하는 자동차.