KR20150045623A - 파우치형 이차전지 - Google Patents

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KR20150045623A
KR20150045623A KR20130125098A KR20130125098A KR20150045623A KR 20150045623 A KR20150045623 A KR 20150045623A KR 20130125098 A KR20130125098 A KR 20130125098A KR 20130125098 A KR20130125098 A KR 20130125098A KR 20150045623 A KR20150045623 A KR 20150045623A
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electrode assembly
pouch
secondary battery
side sealing
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나승호
안창범
박지원
고명훈
반진호
양영주
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주식회사 엘지화학
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Abstract

본 발명은 외장재 케이스의 가장자리에 씰링부가 형성되어 있는 파우치형 이차전지에 관한 것으로서, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 파우치형 이차전지는: 전극조립체, 상기 전극조립체를 수용하는 파우치형 케이스, 상기 전극조립체와 전기적으로 연결되는 제1 리드 및 제2 리드를 포함하는 파우치형 이차전지이며, 상기 파우치형 케이스의 단부들 중 상기 리드들이 노출되어 있는 단부의 가장자리는 씰링되어 리드측 씰링부를 이루고, 상기 리드측 씰링부로부터 상기 전극조립체를 향하여 상기 파우치형 케이스의 내부에서 소정 길이(D1)만큼 연장되어 상기 전극조립체의 유동을 제한하는 지지턱을 구비하며, 상기 지지턱에는, 상기 지지턱의 단부로부터 상기 리드측 씰링부를 향하여 소정 길이(D2)만큼 함입되어 있는 홈부가 형성될 수 있다.

Description

파우치형 이차전지{Pouch type secondary battery}
본 발명은 파우치형 이차전지에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 외장재 케이스의 가장자리에 씰링부가 형성되어 있는 파우치형 이차전지에 관한 것이다.
일반적으로, 모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요의 증가로 이차 전지의 수요 또한 급격히 증가하고 있으며, 그 중에서도 에너지 밀도와 작동 전압이 높고 보존과 수명 특성이 우수한 리튬(이온/폴리머) 이차전지는 각종 모바일 기기는 물론 다양한 전자제품의 에너지원으로 널리 사용되고 있다.
이차전지의 케이스 외장재 내에는 전극조립체가 수용되어 있으며, 이 전극조립체는 양극/분리막/음극 구조의 전극조립체가 어떠한 구조로 이루어져 있는지에 따라, 긴 시트 형의 양극들과 음극들을 분리막이 개재된 상태에서 권취한 구조로 이루어진 젤리롤형(권취형) 전극조립체, 소정 크기의 단위로 절취한 다수의 양극과 음극들을 분리막을 개재한 상태로 순차적으로 적층한 스택형(적층형) 전극조립체, 그리고, 스택 폴딩형 전극조립체로 구분된다.
또한, 이차전지는 외장재 케이스의 형상에 따라, 전극조립체가 금속 캔에 수납되어 있는 캔형 이차전지와, 금속 및 고분자 물질이 라미네이트 되어 있는 시트로 제조된 파우치형 케이스에 전극조립체가 수납되어 있는 파우치형 이차전지로 구분할 수 있다.
파우치형 이차전지는 제조 비용이 저렴하고 에너지 밀도가 높으며 직렬 또는 병렬 연결을 통해 대용량의 전지팩을 구성하기 용이하다는 장점이 있어서 최근 전기 자동차나 하이브리드 자동차의 에너지원으로 각광을 받고 있는데, 이러한 파우치형 이차전지는, 파우치형 케이스 내에 전극조립체가 수납되어 있고, 파우치형 케이스의 내부에는 전해액이 주입되며, 파우치형 케이스의 가장자리가 열융착 방식으로 씰링되어 있는 구조를 갖는다.
그러나, 파우치형 이차전지는 사용함에 따라 파우치형 케이스의 내부에서 발생하는 가스로 인하여 불룩해지는 현상이 발생할 수 있고, 특히 외부로부터의 강한 충격이 가해졌을 때 전극조립체에 구비된 전극들이 단락되어 급격하게 가스가 발생하고 이 가스의 압력이 지나치게 높아지면 폭발하는 현상이 발생할 수 있다.
파우치형 이차전지의 폭발을 방지하기 위하여, 가스 압력이 일정수준 이상이 되면 파우치형 케이스의 가장자리에 형성된 씰링부 중에서 특정 부위가 미리 뜯어질 수 있는 구조를 갖는 파우치형 이차전지가 개발된 바 있다. 예컨대, 한국공개특허 제2013-0052892호(이하, '선행문헌'이라 한다)는 씰링부의 특정 부위에 V자형 홈을 형성하고, 씰링부가 이 V자형 홈을 중심으로 뜯어질 수 있도록 안전 벤트(vent)를 미리 설계하여 파우치형 케이스 내부의 고압 가스가 일정한 방향성을 갖고 배출되도록 하는 기술을 개시하고 있다.
한편, 상기 선행문헌에 개시된 파우치형 이차전지에서, 파우치형 케이스의 가장자리에 형성된 씰링부 중 리드가 위치한 곳과 대응되는 부분과, 전극조립체는 소정 간격만큼 이격되어 있는데, 이는 리드가 아래를 향한 상태에서 파우치형 이차전지가 지면에 떨어지더라도 리드가 변형될 수 있는 공간적 여유를 마련하여 파우치형 이차전지가 완전히 파손되는 것을 방지하기 위한 것이다.
그러나, 이와 같은 공간적 여유가 있기 때문에 파우치형 케이스의 내부에서 전극조립체는 리드의 길이 방향을 따라 유동하기 쉽고, 이로 인해 이차전지를 장착 대상 장치에 장착하여 사용하거나, 유통하는 과정 중에 파우치형 케이스와 전극조립체 사이의 상대운동이 빈번하게 발생하여 리드의 변형이나, 리드와 전극탭 사이의 접촉이 불량해지게 되기 쉽다.
전극조립체의 리드의 길이 방향을 유동을 방지하고자 한다면, 리드가 위치한 부분에 대응되는 씰링부를 두껍게 형성하면 되나, 만약 리드가 아래를 향한 상태로 파우치형 이차전지가 지면으로 떨어지는 경우를 가정한다면 리드가 변형될 수 있는 공간적 여유가 없기 때문에 파우치형 이차전지가 완전히 파손될 가능성은 높아지게 된다.
위와 같이, 씰링부 중 리드가 위치한 부분과 전극조립체의 간격을 늘리면 전극조립체가 유동하는 문제를 해결할 수 없고, 간격을 줄이면 이차전지 낙하시에 이차전지의 파손의 가능성이 높아지기 때문에, 전극조립체의 유동 방지와, 낙하시 이차전지의 파손 가능성을 낮추는 것은 서로 상충되는(trade-off) 관계에 있는 것이다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해 착상된 것으로서, 전극조립체가 파우치형 케이스의 내부에서 리드의 길이 방향을 따라 불필요한 유동을 하는 것을 방지할 수 있으면서도, 낙하시 이차전지의 파손 가능성을 낮출 수 있는 구조를 갖는 파우치형 이차전지를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 다른 목적은, 전극조립체의 유동을 방지하고 이와 동시에 낙하시 이차전지의 파손 가능성을 낮출 수 있는 구조물에 안전 벤트까지 함께 형성되어 있는 파우치형 이차전지를 제공하는 것에 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 파우치형 이차전지는: 전극조립체, 상기 전극조립체를 수용하는 파우치형 케이스, 상기 전극조립체와 전기적으로 연결되는 제1 리드 및 제2 리드를 포함하는 파우치형 이차전지이며, 상기 파우치형 케이스의 단부들 중 상기 리드들이 노출되어 있는 단부의 가장자리는 씰링되어 리드측 씰링부를 이루고, 상기 리드측 씰링부로부터 상기 전극조립체를 향하여 상기 파우치형 케이스의 내부에서 소정 길이(D1)만큼 연장되어 상기 전극조립체의 유동을 제한하는 지지턱을 구비하며, 상기 지지턱에는, 상기 지지턱의 단부로부터 상기 리드측 씰링부를 향하여 소정 길이(D2)만큼 함입되어 있는 홈부가 형성될 수 있다.
또한, 상기 D2는 상기 D1보다 클 수 있다.
또한, 상기 리드측 씰링부를 마주보는 분리막의 단부 중 상기 지지턱에 대응되는 부위는, 상기 지지턱에 간섭되지 않도록 접혀 있을 수 있다.
또한, 상기 지지턱에 대응되는 분리막들의 단부는 모두 같은 방향으로 접혀 있을 수 있다.
또한, 상기 리드측 씰링부를 마주보는 분리막의 단부 중 상기 지지턱에 대응되는 부위는, 상기 분리막의 단부를 잇는 선을 기준으로 오목한 형상을 가질 수 있다.
또한, 상기 지지턱은 상기 제1 리드와 제2 리드의 사이 구간에 형성되어 있을 수 있다.
또한, 상기 리드측 씰링부와 상기 전극조립체 사이의 간격(W1)은, 상기 지지턱과 상기 전극조립체 사이의 간격(W2)보다 넓을 수 있다.
또한, 상기 지지턱과 상기 전극조립체 사이의 간격(W2)은 1.5mm 이내일 수 있다.
또한, 상기 지지턱이 상기 리드측 씰링부로부터 연장된 길이(D1)는 8~12mm일 수 있다.
본 발명에 따르면, 전극조립체가 파우치형 케이스의 내부에서 리드의 길이 방향을 따라 불필요한 유동을 하는 것을 방지할 수 있으면서도, 낙하시 이차전지의 파손 가능성을 낮출 수 있는 구조를 갖는 파우치형 이차전지를 제공할 수 있다.
또한, 전극조립체의 유동 방지와 낙하시 이차전지의 파손 가능성을 낮출 수 있는 기능을 갖는 구조물이, 파우치형 케이스 내부의 고압의 가스를 방향성 있게 배출할 수 있는 기능까지 갖고 있는 파우치형 이차전지를 제공할 수 있다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 전술된 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되지 않아야 한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 파우치형 이차전지의 개략적인 구조를 나타낸다.
도 2는 도 1의 Ⅱ-Ⅱ선에 따른 단면도이다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다. 그러나 본 발명이 이하의 실시예에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
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.
도면에서 각 구성요소 또는 그 구성요소를 이루는 특정 부분의 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었다. 따라서, 각 구성요소의 크기는 실제크기를 전적으로 반영하는 것은 아니다. 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우, 그러한 설명은 생략하도록 한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 파우치형 이차전지의 개략적인 구조를 나타내고, 도 2는 도 1의 Ⅱ-Ⅱ선에 따른 단면도이다.
도 1에 도시된 이차전지에서, 리드측 씰링부(3)와, 씰링부(2)는 그대로 도시되어 있으나, 이차전지의 내부구조를 명확하게 파악할 수 있도록 파우치형 케이스(1)의 상면은 제거한 상태로 도시되었음을 미리 밝혀둔다.
도 1 및 도 2를 참조하면 본 발명에 따른 파우치형 이차전지(이하, '이차전지'라 한다)는, 전극조립체(10)와, 이 전극조립체(10)를 수용하는 파우치형 케이스(1)를 갖는 파우치형 이차전지로서, 전극조립체(10)는 제1 전극과 제2 전극이 교대로 적층되되 제1 전극과 제2 전극 사이에는 분리막(17)이 적층되어 있는 구조를 갖는다. 여기서, 제1 전극과 제2 전극은 각각 순서대로 양극 및 음극이거나, 음극 및 양극이 될 수 있다.
제1 전극으로부터 인출된 제1 전극탭(13)은 제1 리드(11)와 전기적으로 연결되고, 제2 전극으로부터 인출된 제2 전극탭(14)은 제2 리드(12)와 전기적으로 연결된다.
파우치형 케이스(1)의 단부들 중, 리드들(11, 12)이 노출되어 있는 단부의 가장자리는 씰링되어 리드측 씰링부(3)를 이루고 있으며, 도 1을 기준으로 우측단부와 좌측단부도 씰링부(2)가 형성되어 있다. 비록, 도 1에서 파우치형 케이스(1)의 하단부에는 씰링부(2)가 형성되어 있지 않은 것으로 도시되어 있으나, 파우치형 케이스(1)의 종류에 따라 하단부에도 씰링부(2)가 형성될 수 있음은 물론이다.
파우치형 케이스(1)와 리드들(11, 12)의 접착성을 향상시키기 위하여, 엄밀하게 말하면 리드측 씰링부(3)와 리드들(11, 12)의 접착성을 향상시키기 위하여 리드들(11, 12)에는 절연 테이프(15)가 구비될 수 있으며, 절연 테이프(15)는 리드들(11, 12)과 리드측 씰링부(3)의 접착성을 향상시킬 수 있으면서도 절연성을 띠는 재질인 것이 바람직하다.
지지턱(5)은 리드측 씰링부(3)로부터 전극조립체(10)를 향하여 D1의 길이만큼 연장되어 형성되어 있는데, 이 지지턱(5)은 파우치형 케이스(1)의 내부에 위치하며, 전극조립체(10)의 리드의 길이 방향 유동을 제한하는 역할을 수행한다. 이를 위해, 지지턱(5)과 전극조립체(10) 사이의 간격(W2)은 1.5mm 이내로 형성될 수 있으며, 지지턱(5)과 전극조립체(10)는 서로 맞닿게 할 수도 있다.
그러나, 제조상의 공차 및 설계 오차 등을 고려 한다면 지지턱(5)과 전극조립체(10) 사이에는 간격이 형성되는 것이 더욱 바람직하며, 이 경우, 지지턱(5)과 리드측 씰링부(3)를 열융착 방식으로 형성하는 과정 중에, 지지턱(5)에 분리막(17)이 끼어들어가서 함께 융착되는 현상을 방지할 수 있다.
만약, 지지턱(5)과 전극조립체(10) 사이에 간격을 형성하기 위해서, 리드측 씰링부(3)를 마주보는 분리막(17)의 단부 중 지지턱(5)에 대응되는 부위(A)를, 전극조립체(10)에 구비된 전극과 분리막(17)의 접촉면을 따라서 미는 방식을 사용한다면, 이 경우 분리막(17)이 방향성 없이 무작위로 접히면서 양극과 음극이 서로 단락될 수 있는 위험이 있다.
따라서, 지지턱(5)과 전극조립체(10) 사이에 간격을 형성하기 위해서, 상기 A부위를 미는 것보다는, 지지턱(5)에 간섭되지 않도록 접는 것이 바람직하다. 그리고, 도 2와 같이, 리드측 씰링부(3)를 마주보는 분리막(17)의 단부 중 지지턱(5)에 대응되는 부위(A)는 도 2에 도시된 것과 같이 모두 같은 방향으로 접는 것이 더욱 바람직하다.
리드(11, 12)가 아래를 향한 상태에서 이차전지가 지면으로 떨어지는 경우에 파우치형 이차전지가 완전히 파손되는 확률을 낮추기 위해서는, 리드측 씰링부(3)와 전극조립체(10) 사이의 간격(W1)을 대략 8~12mm 정도로 설정하는 것이 바람직하며, 지지턱(5)이 리드측 씰링부(3)로부터 연장된 길이(D1)도 W1과 대응될 수 있도록 8~12mm로 설정할 수 있다.
한편, 앞서 설명한 바와 같이, 제조상의 공차 및 설계 오차 등을 고려 한다면 지지턱(5)과 전극조립체(10) 사이에는 간격이 형성되는 것이 더욱 바람직하기 때문에, 리드측 씰링부(3)를 마주보는 분리막(17)의 단부 중 상기 지지턱(5)에 대응되는 부위(A)는, 분리막(17)의 단부를 잇는 선을 기준으로 오목한 형상을 가질 수 있다. 다만, 리드측 씰링부(3)를 마주보는 분리막(17)의 단부 중 지지턱(5)에 대응되는 부위(A)는 제조상의 공차 및 설계 오차 등을 고려하여 지지턱(5)과의 사이에 간격을 둔 것이기 때문에, 이 간격(W2)을 과도하게 설정할 필요는 없다. 따라서, 이 간격(W2)은, 리드측 씰링부(3)와 상기 전극조립체(10) 사이의 간격(W1)보다 좁게 설정하는 것이 바람직하다.
지지턱(5)은 제1 리드(11)와 제2 리드(12)의 사이 구간에 형성되어 있고, 제1 리드(11)와 제2 리드(12)가 형성되어 있는 영역에는 형성되어 있지 않은데, 지지턱(5)이 이와 같이 설치되어 있기 때문에 전극조립체(10)의 리드의 길이 방향 유동은 방지할 수 있으면서도, 제1 리드(11)와 제2 리드(12)가 변형될 수 있는 공간적 여유는 확보할 수 있다. 즉, 본 발명에 따르면, 종래기술에 따른 파우치형 이차전지에서는 서로 상충되는(trade-off) 관계에 있던, 전극조립체(10)의 유동 방지와, 낙하시 이차전지의 파손 가능성을 낮추는 것을 함께 달성할 수 있다.
한편, 지지턱(5)에는, 지지턱(5)의 단부로부터 리드측 씰링부(3)를 향하여 소정 길이(D2)만큼 함입되어 있는 홈부(5A)가 형성되어 있고, D2는 지지턱(5)의 길이인 D1보다 크게 설정되어 있다. 따라서, 리드측 씰링부(3)와, 씰링부(2)를 모두 통틀어 홈부(5A)에서 씰링의 강도가 가장 낮아지기 때문에, 파우치형 케이스(1) 내부에 발생한 과도한 가스에 의하여 파우치형 케이스(1)의 다른 부분이 아닌 바로 홈부(5A)가 개방되어 가스가 배출될 수 있다.
이와 같이, 파우치형 케이스(1)의 씰링 파손부위는 항상 홈부(5A)가 되기 때문에 가스의 방향성 배출이 가능하게 되고, 홈부(5A)가 곧 안전 벤트가 된다.
또한, 안전 벤트가 지지턱(5)에 형성되어 있기 때문에, 본 발명에 따른 이차전지에 구비된 지지턱(5)으로 인하여, 전극 조립체의 유동 방지와, 낙하시 이차전지의 파손 가능성을 낮추는 것과, 가스의 방향성 배출을 가능하게 하는 다양한 효과를 기대할 수 있다.
전술한 바와 같은 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시예에 관해 설명하였다. 그러나 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서는 여러 가지 변형이 가능하다. 본 발명의 기술적 사상은 본 발명의 기술한 실시예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
1 : 파우치형 케이스 2 : 씰링부
3 : 리드측 씰링부 5 : 지지턱
5A : 홈부 10 : 전극조립체
11 : 제1 리드 12 : 제2 리드
13 : 제1 전극탭 14 : 제2 전극탭
15 : 절연 테이프 17 : 분리막

Claims (9)

  1. 전극조립체, 상기 전극조립체를 수용하는 파우치형 케이스, 상기 전극조립체와 전기적으로 연결되는 제1 리드 및 제2 리드를 포함하는 파우치형 이차전지에 있어서,
    상기 파우치형 케이스의 단부들 중 상기 리드들이 노출되어 있는 단부의 가장자리는 씰링되어 리드측 씰링부를 이루고,
    상기 리드측 씰링부로부터 상기 전극조립체를 향하여 상기 파우치형 케이스의 내부에서 소정 길이(D1)만큼 연장되어 상기 전극조립체의 유동을 제한하는 지지턱을 구비하며,
    상기 지지턱에는, 상기 지지턱의 단부로부터 상기 리드측 씰링부를 향하여 소정 길이(D2)만큼 함입되어 있는 홈부가 형성된 것을 특징으로 하는 파우치형 이차전지.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 D2는 상기 D1보다 큰 것을 특징으로 하는 파우치형 이차전지.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 리드측 씰링부를 마주보는 분리막의 단부 중 상기 지지턱에 대응되는 부위는, 상기 지지턱에 간섭되지 않도록 접혀 있는 것을 특징으로 하는 파우치형 이차전지.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 지지턱에 대응되는 분리막들의 단부는 모두 같은 방향으로 접혀 있는 것을 특징으로 하는 파우치형 이차전지.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 리드측 씰링부를 마주보는 분리막의 단부 중 상기 지지턱에 대응되는 부위는, 상기 분리막의 단부를 잇는 선을 기준으로 오목한 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 파우치형 이차전지.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 지지턱은 상기 제1 리드와 제2 리드의 사이 구간에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 파우치형 이차전지.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 리드측 씰링부와 상기 전극조립체 사이의 간격(W1)은, 상기 지지턱과 상기 전극조립체 사이의 간격(W2)보다 넓은 것을 특징으로 하는 파우치형 이차전지.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 지지턱과 상기 전극조립체 사이의 간격(W2)은 1.5mm 이내인 것을 특징으로 하는 파우치형 이차전지.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 지지턱이 상기 리드측 씰링부로부터 연장된 길이(D1)는 8~12mm인 것을 특징으로 하는 파우치형 이차전지.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20170013809A (ko) * 2015-07-28 2017-02-07 주식회사 엘지화학 전극 탭 부위에 형성된 만입부를 포함하는 전지셀
JPWO2019151494A1 (ja) * 2018-02-02 2021-01-28 Tdk株式会社 非水電解液二次電池
KR20220114972A (ko) * 2021-02-09 2022-08-17 주식회사 클레버 파우치형 이차전지용 정렬 장치

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