KR20150134112A - 이차 전지용 파우치 및 이를 이용한 이차 전지 - Google Patents

이차 전지용 파우치 및 이를 이용한 이차 전지 Download PDF

Info

Publication number
KR20150134112A
KR20150134112A KR1020140061025A KR20140061025A KR20150134112A KR 20150134112 A KR20150134112 A KR 20150134112A KR 1020140061025 A KR1020140061025 A KR 1020140061025A KR 20140061025 A KR20140061025 A KR 20140061025A KR 20150134112 A KR20150134112 A KR 20150134112A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
pouch
secondary battery
thermoplastic resin
resin matrix
outside
Prior art date
Application number
KR1020140061025A
Other languages
English (en)
Other versions
KR101722408B1 (ko
Inventor
강희경
Original Assignee
에스케이이노베이션 주식회사
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 에스케이이노베이션 주식회사 filed Critical 에스케이이노베이션 주식회사
Priority to KR1020140061025A priority Critical patent/KR101722408B1/ko
Publication of KR20150134112A publication Critical patent/KR20150134112A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101722408B1 publication Critical patent/KR101722408B1/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
    • H01M50/308—Detachable arrangements, e.g. detachable vent plugs or plug systems
    • 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 of a single cell or a single battery
    • 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
    • H01M50/572—Means for preventing undesired use or discharge
    • H01M50/574—Devices or arrangements for the interruption of current
    • H01M50/578—Devices or arrangements for the interruption of current in response to pressure
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2200/00—Safety devices for primary or secondary batteries
    • H01M2200/20—Pressure-sensitive devices
    • 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
    • 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

Abstract

본 발명은 이차 전지용 파우치 및 이를 이용한 이차 전지에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 각각의 외곽부가 상호 접합되는 케이스 본체 및 덮개를 포함하고, 상기 접합되는 외곽부 중 적어도 한 부분에, 평면부가 상기 외곽부의 면 방향으로 배치되는 구조체 및 상기 구조체를 둘러싸며 상기 구조체와 열팽창계수가 다른 열가소성 수지 매트릭스를 포함하는 안전벤트부를 더 포함하므로, 폭발 및 발화를 방지할 수 있는 이차 전지용 파우치를 제공한다.

Description

이차 전지용 파우치 및 이를 이용한 이차 전지{POUCH FOR SECONDARY BATTERY AND SECONDARY BATTERY USING THE SAME}
본 발명은 이차 전지용 파우치 및 이를 이용한 이차 전지에 관한 것이다.
통상적으로, 이차 전지는 충전 및 방전이 가능한 전지로서, 휴대폰, 노트북 컴퓨터, 캠코더 등의 첨단 전자 기기 분야에서 널리 사용되고 있다. 특히, 리튬 이차 전지는 전자 장비 전원으로서 많이 사용되고 있는 니켈-카드늄(Ni-Cd) 전지나, 니켈-수소(Ni-MH) 전지보다 작동전압이 세 배나 높고, 단위 중량당 에너지 밀도가 우수하다는 점에서 많은 연구 개발이 진행되고 있다.
이러한 리튬 이차 전지는 전해액의 종류에 따라 액체 전해질 전지와, 고분자 전해질 전지로 분류할 수 있으며, 일반적으로는 액체 전해질을 사용하는 전지를 리튬 이온 전지라 하고, 고분자 전해질을 사용하는 전지를 리튬 폴리머 전지라 부른다.
일반적인 리튬 이온 전지는, 다공성의 양극 집전체 및 음극 집전체와 세퍼레이터가 서로 번갈아 가며 겹쳐 진 형태로 이루어진 전극 조립체와, 상기 전극 조립체 및 전해액을 수용하는 셀 외장재로 이루어져 있다. 이러 한 배터리 셀은, 셀 외장재의 형태에 따라 캔(can)형 배터리 셀 혹은 파우치(pouch)형 배터리 셀로 구분되기도 한다.
통상적으로, 일차 전지와는 달리 충전 및 방전이 가능한 이차 전지는 디지털 카메라, 셀룰러 폰, 노트북 컴퓨터, 하이브리드 자동차 등 첨단 분야의 개발로 활발한 연구가 진행중이다. 이차 전지로는 니켈-카드뮴 전지, 니켈-메탈 하이드라이드 전지, 니켈-수소 전지, 리튬 이차 전지를 예로 들 수 있다. 이 중에서, 리튬 이차 전지는 작동 전압이 3.6V 이상으로 휴대용 전자 기기의 전원으로 사용되거나, 또는 수개를 직렬 연결하여 고출력의 하이브리드 자동 차에 사용되는데, 니켈-카드뮴 전지나, 니켈-메탈 하이드라이드 전지에 비하여 작동 전압이 3배가 높고, 단위 중량당 에너지 밀도의 특성도 우수하여 급속도로 사용이 증가되고 있는 추세이다.
상기 리튬 이차 전지는 다양한 형태로 제조가능한데, 대표적인 형상으로는 리튬 이온 전지에 주로 사용되는 원통형(cylinder type) 및 각형(prismatic type)을 들 수 있다. 최근 들어 각광받는 리튬 폴리머 전지는 유연성을 지닌 파우치형(pouched type)으로 제조되어서, 그 형상이 비교적 자유롭다. 또한 리튬 폴리머 전지는 안전성도 우수하고, 무게가 가벼워서 휴대용 전자 기기의 슬림화 및 경량화에 유리하다고 할 것이다.
이 중 파우치형 이차 전지는 도 1에 도시된 바와 같이, 소정 전류를 생성하는 전극 조립체(20)와, 상기 전극 조립체(20)를 감싸서 밀봉하는 파우치(10)를 포함하여 이루어진다. 상기 전극 조립체(20)는 그 일측으로부터 연장된 전극탭(14)에 외부와의 전기적 통로 역할을 하는 리이드(lead, 17)가 연결되며, 상기 리이드(17)는 그 표면으로 전극 테이프(16)가 접착되어 파우치(10)의 외부로 일부 돌출되게 설치된다.
상기 파우치(10)는 전극 조립체(20)를 수용할 수 있도록 내부공간이 마련된 케이스 본체(12) 및 상기 케이스 본체(12)를 덮는 덮개(11)로 이루어져 있다. 상기 케이스 본체(12)와 덮개(11)의 외곽부(15)는 상호 접합되어 파우치(10)를 밀봉할 수 있도록 되어 있다.
한편, 이차 전지는 과충전으로 내부의 전압이 상승하면, 가스가 발생하여 팽창, 폭발할 염려가 있게 된다. 특히 리튬 이온 전지는 과충전으로 액체 전해질이 분해되면서 이산화탄소나 일산화탄소 등의 가스를 방출하고, 이에 따라 전지의 내부 압력을 상승시키는 문제가 있다. 또한 과방전이나 단락 등에 의해 과전류가 흐르면 전지 내부의 온도가 상승하여 액체 전해질이 가스로 변하게 되고, 이에 따라 전지 내부의 압력 및 온도가 상승하게 되고, 특히 발화의 위험성이 있어 안전에 큰 문제가 있어 왔다.
뿐만 아니라, 상기와 같은 이차 전지는 충전 시의 온도 조건과 사용시의 온도 조건을 지켜야 안전하게 사용할 수 있는 데, 사용 환경이 가혹한 경우, 즉 충방전 시의 온도가 지나치게 높거나, 전지가 사용되는 기기의 작동 온도가 지나치게 높으면, 이러한 외부의 온도 조건이 전지의 온도를 증대시켜 폭발이나 발화를 유발할 수 있다.
따라서 이차전지에는 폭발을 방지할 수 있는 다양한 형태의 안전장치가 제안되고 있다.
예를 들어 한국공개특허 제2004-0017094호는 안전변을 구비하여 전지의 폭발 및 발화를 방지 할 수 있는 파우치형 이차전지에 대한 구성을 개시하고 있다.
하지만, 한국공개특허 제2004-0017094호에 개시된, 폴리 에틸렌계 수지재로 구비된 개방편을 포함하는 안전변의 경우, 파단시점을 예측하기 어렵고, 개방편의 융점을 조절할 수 없어 원하는 온도에서 파단되지 않는다는 단점이 있으며, 실제적으로 상기 개방편이 있는 부분에서 벤트가 이루어지지 않는 경우도 발생할 수 있다.
한국공개특허 제2004-0017094호
본 발명은 이차 전지의 내부 압력이 기준치 이상으로 상승할 경우, 안전벤트부가 개방되어 전지 내부의 가스가 배출되어 예기치 못한 폭발 및 발화를 방지할 수 있는 이차 전지용 파우치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 전지 내부 압력 상승 시 일관성있는 벤트가 가능한 안전벤트부를 포함하는 이차 전지용 파우치를 제공하는 것을 다른 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 위치의 제한 없이 설치할 수 있는 안전벤트부를 포함하는 이차 전지용 파우치를 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.
1. 각각의 외곽부가 상호 접합되는 케이스 본체 및 덮개를 포함하고, 상기 접합되는 외곽부 중 적어도 한 부분에, 웹(web) 형상의 구조체 및 상기 구조체를 둘러싸는 열가소성 수지 매트릭스를 포함하는 안전벤트부를 더 포함하는, 이차 전지용 파우치.
2. 위 1에 있어서, 상기 구조체는 파우치의 내부에서 외부로의 방향으로 배치된 것인, 이차 전지용 파우치.
3. 위 1에 있어서, 상기 구조체는 메쉬 형상 또는 불규칙한 그물망 형상인, 이차 전지용 파우치.
4. 위 1에 있어서, 상기 구조체는 금속, 세라믹, 고분자 및 유리로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나의 소재를 포함하여 이루어진, 이차 전지용 파우치.
5. 위 1에 있어서, 상기 구조체의 열팽창계수는 상기 열가소성 수지 매트릭스의 열팽창계수와 다른, 이차 전지용 파우치.
6. 위 1에 있어서, 상기 구조체는 상기 열가소성 수지 매트릭스보다 높은 용융점을 갖는, 이차 전지용 파우치.
7. 위 1에 있어서, 상기 구조체의 파우치의 내부에서 외부로의 방향 길이는 상기 외곽부의 파우치의 내부에서 외부로의 방향 길이와 동일하거나 작은, 이차 전지용 파우치.
8. 위 1에 있어서, 상기 구조체의 파우치의 내부에서 외부로의 방향과 수직 방향 길이는 상기 외곽부의 파우치의 내부에서 외부로의 방향과 수직 방향 길이와 동일하거나 작은, 이차 전지용 파우치.
9. 위 1에 있어서, 상기 구조체는 상기 열가소성 수지 매트릭스 내에 복수로 포함되는, 이차 전지용 파우치.
10. 위 1에 있어서, 상기 열가소성 수지 매트릭스는 상기 케이스 본체 및 덮개를 형성하는 소재보다 용융점이 낮은, 이차 전지용 파우치.
11. 위 1에 있어서, 상기 안전벤트부는 케이스 본체 또는 덮개 중 적어도 하나의 외곽부와 전극탭이 만나는 부분에 배치되는, 이차 전지용 파우치.
12. 위 1에 있어서, 파우치의 내부 압력이 미리 설정된 벤트 작동 압력 이상일 경우, 상기 안전벤트부의 구조체를 기준으로 열가소성 수지 매트릭스가 파단되어 파우치의 내외부가 연통되는, 이차 전지용 파우치.
13. 위 1에 있어서, 파우치의 내부 온도가 미리 설정된 벤트 작동 온도 이상이고 파우치 내부 압력이 벤트 압력에 도달하는 경우, 상기 안전벤트부의 구조체를 기준으로 열가소성 수지 매트릭스가 파단되어 파우치의 내외부가 연통되는, 이차 전지용 파우치.
14. 위 1 내지 13 중 어느 한 항의 파우치 및 상기 파우치 내부에 수용된 전극 조립체를 포함하는 파우치형 이차 전지.
본 발명에 따른 이차 전지용 파우치는 정상적인 상황에서는 열가소성 수지 매트릭스의 접합력으로 인해 밀봉 상태를 유지하며, 내부 압력이 증가되는 비정상 상황에서는 열가소성 수지 매트릭스 내부의 웹 형상의 구조체가 열가소성 수지 매트릭스의 접합력 약점(weak point)를 제공하므로 열가소성 수지 매트릭스의 파단을 유발하게 되고, 그에 따라 구조체를 기준으로 열가소성 수지 매트릭스가 파단되어 파우치 내부와 외부가 연통되므로 파우치 내부의 가스가 배출되어 전지의 폭발, 발화 등을 방지할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 이차 전지용 파우치는 파우치의 외곽부라면 위치에 상관 없이 안전벤트부를 설치할 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명에 따른 이차 전지용 파우치는 전지 내부의 압력 상승과 함께 온도도 상승하는 경우 열가소성 수지 매트릭스의 파단을 보다 신속하게 유발할 수 있다.
도 1은 종래 파우치형 이차 전지의 개략적인 구조를 나타내는 사시도이다.
도 2는 본 발명에 따른 파우치 및 그 파우치를 포함하는 이차 전지의 일 실시예를 개략적으로 나타낸 사시도이다.
도 3은 본 발명에 따른 안전벤트부의 일 실시예를 개략적으로 나타낸 사시도이다.
도 4는 본 발명에 따른 안전벤트부의 일 실시예의 개략적인 수평단면도(a), 정면도(b) 및 측면도(c)이다.
도 5는 본 발명의 따른 구조체의 개략적인 실시예들을 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명에 따른 안전벤트부의 작동 메커니즘의 일 실시예를 개략적으로 나타낸 도면이다.
본 발명은, 각각의 외곽부가 상호 접합되는 케이스 본체 및 덮개를 포함하고, 상기 접합되는 외곽부 중 적어도 한 부분에, 웹(web) 형상의 구조체 및 상기 구조체를 둘러싸는 열가소성 수지 매트릭스를 포함하는 안전벤트부를 더 포함하므로, 폭발 및 발화를 방지할 수 있는 이차 전지용 파우치를 제공한다.
이하 도면을 참고하여, 본 발명의 실시예를 보다 구체적으로 설명하도록 한다. 다만, 본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 전술한 발명의 내용과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니된다.
도 2는 본 발명에 따른 파우치(100)와 이에 수용되는 전극 조립체(200)의 일 실시예를 개략적으로 나타낸 도면이다.
파우치(100)는 그 내부에 전극 조립체(200)를 수용한 후, 케이스 본체(110)와 덮개(120)의 외곽부가 접합되어 밀봉됨으로써 파우치형 이차 전지를 구성한다. 파우치(100)는 접합되는 외곽부의 적어도 한 부분에 안전벤트부(150)를 포함한다.
도 3에는 본 발명에 따른 안전벤트부(150)의 일 실시예를 개략적으로 나타낸 사시도가 도시되어 있으며, 도 4에는 안전벤트부(150)의 일 실시예의 개략적인 수평단면도(a), 정면도(b) 및 측면도(c)가 도시되어 있다.
안전벤트부(150)는 웹(web) 형상의 구조체(151) 및 상기 구조체(151)를 둘러싸는 열가소성 수지 매트릭스(152)를 포함한다. 본 발명의 일 실시예에 있어서, 구조체(151)는 파우치의 내부에서 외부로의 방향으로 배치될 수 있다. 정상적인 상태에서는 열가소성 수지 매트릭스(152)는 외곽부와 함께 파우치를 밀봉하고 구조체(151)를 바인딩하고 있으며, 구조체(151)는 안전벤트부(150)의 기계적 강성 유지에 기여한다.
본 발명에 따른 구조체(151)는 웹(web) 형상을 갖는다. 본 발명에 있어서 웹 형상이란 선(線) 형태의 구조물이 2차원적으로 연결되어 형성하는 그물 형상을 의미한다.
도 5에는 본 발명에 따른 구조체(151)의 실시예들이 개략적으로 도시되어 있다. 구조체(151)는 도 5의 (a)와 같이 규칙적인 메쉬 형상일 수도 있으며, (b)와 같이 불규칙적인 그물 형상일 수도 있으나, 본 발명의 구조체(151)의 형상이 이에 한정되는 것은 아니다.
구조체(151)는 열가소성 수지 매트릭스(12)와는 다른 소재로 형성되는 것이 안전벤트부(150)의 벤트 형성 시 바람직할 수 있다. 구조체(151)가 열가소성 수지 매트릭스(152)와는 다른 소재로 형성되면 열가소성 수지 매트릭스(152)와의 상용성이 저하되므로, 벤트 형성시 안전벤트부(150)의 접합력 약점(weak point)을 제공할 수 있게 된다. 이러한 측면에서, 구조체(151)는 예를 들면 금속, 세라믹, 고분자 및 유리로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나의 소재를 포함하여 이루어질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
열가소성 수지 매트릭스(152)는 정상적인 상태에서는 외곽부(121)와 함께 파우치의 밀봉에 기여한다. 통상적으로 외곽부(121)의 접합은 케이스 본체(110) 및 덮개(120)의 접합면을 가열압착하여 이루어지므로, 본 발명에 따른 열가소성 수지 매트릭스(152)는 통상적인 외곽부 접합 공정에서 함께 외곽부(121)의 접합에 사용될 수 있을 뿐만 아니라, 외곽부(121)라면 위치에 상관없이 배치될 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 안전벤트부(150)는 위치에 상관없이 외곽부(121)에 배치될 수 있으며, 필요한 경우 2 곳 이상에도 배치될 수도 있다. 본 발명의 다른 실시예로서, 안전벤트부(150)는 케이스 본체(110) 또는 덮개(120) 중 적어도 하나의 외곽부(121)와 전극탭(230)이 만나는 부분(전극테이프(220)가 부착된 부분)에 배치될 수도 있다.
열가소성 수지 매트릭스(152)를 형성하는 열가소성 수지는 당분야에 알려진 열가소성 수지라면 특별히 제한되지 않고 사용될 수 있다. 예를 들면, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등이 사용될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
열가소성 수지 매트릭스(152)의 용융점은 케이스 본체(110) 및 덮개(120)를 형성하는 소재보다 용융점이 낮은 것이 바람직하다. 통상적으로 케이스 본체(110) 및 덮개(120)는 금속층과 고분자 수지층이 적층된 구조로 형성되는데, 열가소성 수지 매트릭스(152)의 용융점은 케이스 본체(110) 및 덮개(120)의 금속층 및 고분자 수지층보다 용융점이 낮은 것이 안전벤트부(150)가 파우치(100)의 손상 전에 작동할 수 있는 측면에서 바람직하다.
이하에서는, 본 발명에 따른 안전벤트부(150)의 작동 메커니즘의 일 실시예를 보다 상세하게 설명하도록 한다. 도 6에는 본 발명에 따른 안전벤트부(150)의 작동 메커니즘의 일 실시예가 개략적으로 도시되어 있다.
덮개(120)와 케이스 본체(110)의 외곽부의 적어도 한 부분에는 웹 형상의 구조체(151) 및 상기 구조체를 둘러싼 열가소성 수지 매트릭스(152)를 포함하는 안전벤트부(150)가 구비된다.
정상적인 상태에서는 열가소성 수지 매트릭스(152)는 덮개(120)와 케이스 본체(110)를 접합하여 밀봉을 유지하며, 구조체(151)의 웹 구조 사이로 연통되어 전체적으로 하나로 통합된 구조를 가지게 된다.
어떠한 이유에서 파우치 내부의 압력이 증가하게 되면, 파우치는 내압으로 인해 부풀게 된다. 이 때, 덮개(120)와 케이스 본체(110)가 접합된 외곽부에도 힘이 가해지게 된다.
통상적으로 덮개(120)와 케이스 본체(110)가 직접 접하게 되는 외곽부는 동일한 고분자 소재로 형성된 덮개(120)와 케이스 본체(110)의 각각의 열융착층이 서로 접하게 되어 밀봉 상태를 유지한다. 그런데, 본 발명에 따른 안전벤트부(150)는 열가소성 수지 매트릭스(152) 내부에 웹 형상의 구조체(151)가 존재하므로, 구조체(151)가 존재하는 부피만큼 열가소성 수지 매트릭스(152)의 접합력이 저하되게 된다. 보다 구체적으로 설명하면, 열가소성 수지 매트릭스(152)는 구조체(151)를 기준으로 하여 양쪽으로 나뉘어져 있으나 구조체(151)에 형성된 다수의 홀(hole)을 통해 양쪽의 열가소성 수지 매트릭스(152)가 연결된 구조를 가지게 되므로, 이러한 구조는 열가소성 수지 매트릭스(152)만 존재하는 구조보다 그 접합력이 작게 된다.
따라서, 본 발명에 따른 안전벤트부(150)는 파우치의 덮개(120)와 케이스 본체(110)가 접합된 부분에서 가장 접합력이 작은 부분이 되며, 파우치 내부의 압력이 벤트 압력 이상으로 높아지게 되면, 구조체(151)에 형성된 다수의 홀(hole)을 통해 양쪽으로 연결된 열가소성 수지 매트릭스(152) 구조가 파단되면서(구조체(151)를 기준으로 열가소성 수지 매트릭스(152)가 양쪽으로 파단됨) 안전벤트가 형성되게 된다. 열가소성 수지 매트릭스(152)의 파단은 파우치 내부 쪽에서부터 시작되며, 일단 파단이 시작되면 파우치 외부쪽으로 파단이 전달되어 파우치의 내외부가 연통됨으로써 안전벤트가 완성된다.
안전벤트부(150)의 벤트 압력은 구조체(151)와 열가소성 수지 매트릭스(152) 각각의 구체적인 소재 종류, 구조체(151)를 포함하는 평면 전체의 면적 대비 홀의 면적의 비 등의 선택으로 적절하게 결정될 수 있다. 따라서, 사용되는 전지의 구체적인 용도에 따라 벤트 압력의 조절이 가능하다.
구조체(151)의 파우치의 내부에서 외부로의 방향(x방향) 길이는 상기 외곽부(121)의 파우치의 내부에서 외부로의 방향(x방향) 길이와 동일하거나 작을 수 있다. 바람직하게는 외곽부(121)의 파우치의 내부에서 외부로의 방향 길이와 동일한 것이 벤트 형성에 보다 효과적일 수 있다.
구조체(151)의 파우치의 내부에서 외부로의 방향과 수직 방향(y방향) 길이는 상기 외곽부의 파우치의 내부에서 외부로의 방향과 수직 방향(y방향) 길이와 동일하거나 작을 수 있다. 바람직하게는 외곽부(121)의 파우치의 내부에서 외부로의 방향과 수직 방향 길이와 동일한 것이 벤트 형성에 보다 효과적일 수 있다.
필요에 따라, 구조체(151)는 상기 열가소성 수지 매트릭스(152) 내에 복수로 포함될 수도 있다. 구조체(151)가 복수로 포함되는 경우에는 정상 상태에서는 안전벤트부(150)의 기계적 강도 강화에 보다 바람직할 수도 있고, 열가소성 수지 매트릭스(152)의 접합력을 더욱 낮출 수 있으므로, 보다 낮은 벤트 압력을 가질 수 있으므로 안전성 강화 측면에도 보다 바람직할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 있어서, 구조체(151)의 열팽창계수는 열가소성 수지 매트릭스(152)의 열팽창계수와 다를 수 있다. 통상적으로 파우치 내부의 압력 상승은 온도의 상승을 동반하게 되는데, 열팽창계수가 상이한 구조체(151)와 열가소성 수지 매트릭스(152)는 파우치 내부의 온도가 상승하게 되면 각각의 팽창(또는 수축) 정도가 다르므로 서로 접촉하고 있는 계면에 틈이 발생하게 된다. 이에 따라, 열가소성 수지 매트릭스(152)의 접합력을 더욱 약화시키므로 벤트의 형성에 보다 효과적일 수 있다. 또한, 구조체(151)가 안전벤트부(150) 전체에 걸쳐 형성되어 있는 경우(예컨대, 구조체(151)의 파우치의 내부에서 외부로의 방향 길이가 외곽부의 파우치의 내부에서 외부로의 방향 길이와 동일한 경우), 상기 틈이 구조체(151)를 따라 형성되면 상기 틈을 따라 파우치의 내부와 외부가 연통될 수도 있다. 이 경우, 파우치 내부에 생성된 가스 및 열이 외부로 방출될 수 있는 벤트가 마련되어 전지의 폭발 및 발화를 방지할 수 있다.
구조체(151)와 열가소성 수지 매트릭스(152) 각각의 열팽창계수는 적절한 소재 등의 선택으로 결정될 수 있으며, 열가소성 수지 매트릭스(152)는 사용되는 열가소성 수지의 종류 외에도 동일한 단량체로 중합되었더라도 분자량 등에 따라 열팽창계수나 용융점이 달라질 수 있다.
구조체(151)와 열가소성 수지 매트릭스(152)의 열팽창계수 및 용융점의 조절에 따라, 본 발명에 따른 안전벤트부(150)가 작동하는 벤트 작동 온도를 미리 설정할 수 있다. 그에 따라, 파우치 내부의 온도가 벤트 작동 온도 이상이 될 경우 전술한 바와 같이 열가소성 수지 매트릭스(152)의 접합력을 낮추게 할 수 있다. 또한, 경우에 따라서는 구조체(151)와 열가소성 수지 매트릭스(152) 사이가 이격되어 파우치 내외부를 연통하는 틈이 형성되도록 할 수 있고 그에 따라 파우치 내부에 생성된 가스 및 열이 외부로 배출되도록 할 수 있다.
이러한 측면에서, 구조체(151)는 열가소성 수지 매트릭스(152)보다 용융점이 높은 것이 바람직할 수 있다.
본 발명에 따른 파우치(100)의 안전벤트부(150)을 제외한 다른 구성은 당분야에 공지된 구성을 특별한 제한 없이 채택할 수 있다.
케이스 본체(110) 및 덮개(120)는 금속층과 상기 금속층의 일면 상에 형성된 열융착층과 상기 금속층의 다른 일면 상에 형성된 절연막 층으로 이루어질 수 있다.
금속층은 외부로부터의 수분이 전지 내부로 유입되는 것을 차단하고, 포밍 후 현상을 유지하는 역할을 한 다. 상기 금속층은 예를 들면, 알루미늄, 스테인레스, 철, 동, 니켈 등을 들 수 있고, 이 중에서도 알루미늄이 경량으로 수분을 차단하는 기능이 우수하다. 또한, 상기 금속층은 1종의 금속으로 형성할 수 있고, 또는 2종 이 상의 금속층을 일체화하여 형성될 수도 있다.
열융착층은 CPP(Cast Polypropylene) 또는 PPA(Poly Phthal Amide)로 형성될 수 있다. 케이스 본체(110) 및 덮개(120)는 열융착층이 서로 접하도록 배치되며, 열융착층이 서로 접합(열융착)되어 파우치의 밀봉을 구현한다.
절연막층은 나일론 또는 폴리에틸렌테레프탈레이트 중 어느 하나로 이루어 질 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 필요에 따라 절연막층은 복수의 층으로 형성될 수도 있으며, 이 경우 나일론 또는 폴리에틸렌테레프탈레이트 외부에 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌테레프탈레이트 등의 수지층이 더 포함될 수 있다.
본 발명은 전술한 파우치 및 그 내부에 수용된 전극 조립체를 포함하는 파우치형 이차 전지를 제공한다.
전극 조립체(200)는 양극판, 세퍼레이터, 음극판 순으로 배치되어서 일방향으로 와인딩되거나, 다수장의 양극판, 세퍼레이터, 음극판이 적층된 형상이다. 전극 조립체(200)의 각 극판은 양극탭 및 음극탭(211, 212)과 전 기적으로 연결되어 있다.
상기 극판은 양극탭 및 음극탭(211, 212)의 일단부는 리이드(230)를 통하여 외부로 돌출되어 있다. 돌출된 리이드(230)의 일단부는 도시되지 않은 외부 단자와 접속된다.
상기 리이드(230)의 외면에는 외곽부(121)와 접촉하는 부분에서 상기 케이스 본체(110) 및 덮개(120)와 리이드(230)과의 전기적 단락을 방지하기 위하여 각각의 전극테이프(220)가 감겨져 있다.
본 발명에 따른 파우치형 이차 전지는 다수 결합되어 전지 팩으로 사용될 수 있다. 상기 전지 팩은 파워 툴(power tool); 전기차(Electric Vehicle, EV), 하이브리드 전기차(Hybrid Electric Vehicle, HEV) 및 플러그인 하이브리드 전기차(Plug-in Hybrid Electric Vehicle, PHEV) 등의 전기차; 이-바이크(E-bike) 또는 이-스쿠터(Escooter) 등의 전기 이륜차; 전기 골프 카트(Electric golf cart); 전기 트럭; 및 전기 상용차 등의 중대형 디바이스 전원으로 사용 가능하다.
100: 파우치 110: 케이스 본체
120: 덮개 150: 안전벤트부
151: 구조체 152: 열가소성 수지 매트릭스부
210: 전극탭 220: 전극테이프
230: 리이드

Claims (14)

  1. 각각의 외곽부가 상호 접합되는 케이스 본체 및 덮개를 포함하고,
    상기 접합되는 외곽부 중 적어도 한 부분에, 웹(web) 형상의 구조체 및 상기 구조체를 둘러싸는 열가소성 수지 매트릭스를 포함하는 안전벤트부를 더 포함하는, 이차 전지용 파우치.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 구조체는 파우치의 내부에서 외부로의 방향으로 배치된 것인, 이차 전지용 파우치.
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 구조체는 메쉬 형상 또는 불규칙한 그물망 형상인, 이차 전지용 파우치.
  4. 청구항 1에 있어서, 상기 구조체는 금속, 세라믹, 고분자 및 유리로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나의 소재를 포함하여 이루어진, 이차 전지용 파우치.
  5. 청구항 1에 있어서, 상기 구조체의 열팽창계수는 상기 열가소성 수지 매트릭스의 열팽창계수와 다른, 이차 전지용 파우치.
  6. 청구항 1에 있어서, 상기 구조체는 상기 열가소성 수지 매트릭스보다 높은 용융점을 갖는, 이차 전지용 파우치.
  7. 청구항 1에 있어서, 상기 구조체의 파우치의 내부에서 외부로의 방향 길이는 상기 외곽부의 파우치의 내부에서 외부로의 방향 길이와 동일하거나 작은, 이차 전지용 파우치.
  8. 청구항 1에 있어서, 상기 구조체의 파우치의 내부에서 외부로의 방향과 수직 방향 길이는 상기 외곽부의 파우치의 내부에서 외부로의 방향과 수직 방향 길이와 동일하거나 작은, 이차 전지용 파우치.
  9. 청구항 1에 있어서, 상기 구조체는 상기 열가소성 수지 매트릭스 내에 복수로 포함되는, 이차 전지용 파우치.
  10. 청구항 1에 있어서, 상기 열가소성 수지 매트릭스는 상기 케이스 본체 및 덮개를 형성하는 소재보다 용융점이 낮은, 이차 전지용 파우치.
  11. 청구항 1에 있어서, 상기 안전벤트부는 케이스 본체 또는 덮개 중 적어도 하나의 외곽부와 전극탭이 만나는 부분에 배치되는, 이차 전지용 파우치.
  12. 청구항 1에 있어서, 파우치의 내부 압력이 미리 설정된 벤트 작동 압력 이상일 경우, 상기 안전벤트부의 구조체를 기준으로 열가소성 수지 매트릭스가 파단되어 파우치의 내외부가 연통되는, 이차 전지용 파우치.
  13. 청구항 1에 있어서, 파우치의 내부 온도가 미리 설정된 벤트 작동 온도 이상이고 파우치 내부 압력이 벤트 압력에 도달하는 경우, 상기 안전벤트부의 구조체를 기준으로 열가소성 수지 매트릭스가 파단되어 파우치의 내외부가 연통되는, 이차 전지용 파우치.
  14. 청구항 1 내지 13 중 어느 한 항의 파우치 및 상기 파우치 내부에 수용된 전극 조립체를 포함하는 파우치형 이차 전지.
KR1020140061025A 2014-05-21 2014-05-21 이차 전지용 파우치 및 이를 이용한 이차 전지 KR101722408B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020140061025A KR101722408B1 (ko) 2014-05-21 2014-05-21 이차 전지용 파우치 및 이를 이용한 이차 전지

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020140061025A KR101722408B1 (ko) 2014-05-21 2014-05-21 이차 전지용 파우치 및 이를 이용한 이차 전지

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20150134112A true KR20150134112A (ko) 2015-12-01
KR101722408B1 KR101722408B1 (ko) 2017-04-03

Family

ID=54882607

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020140061025A KR101722408B1 (ko) 2014-05-21 2014-05-21 이차 전지용 파우치 및 이를 이용한 이차 전지

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101722408B1 (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20180095982A (ko) 2017-02-20 2018-08-29 주식회사 엘지화학 열팽창성 층을 도입한 파우치형 이차전지 및 이의 제조방법

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20040017094A (ko) 2002-08-20 2004-02-26 삼성에스디아이 주식회사 안전변을 구비한 파우치형 이차전지
JP2005276700A (ja) * 2004-03-25 2005-10-06 Toshiba Corp 非水電解質二次電池
JP2006179547A (ja) * 2004-12-21 2006-07-06 Japan Pionics Co Ltd 電気二重層キャパシタ及びその製造方法
JP4860181B2 (ja) * 2005-05-20 2012-01-25 Ｎｅｃエナジーデバイス株式会社 フィルム外装型電池

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20040017094A (ko) 2002-08-20 2004-02-26 삼성에스디아이 주식회사 안전변을 구비한 파우치형 이차전지
JP2005276700A (ja) * 2004-03-25 2005-10-06 Toshiba Corp 非水電解質二次電池
JP2006179547A (ja) * 2004-12-21 2006-07-06 Japan Pionics Co Ltd 電気二重層キャパシタ及びその製造方法
JP4860181B2 (ja) * 2005-05-20 2012-01-25 Ｎｅｃエナジーデバイス株式会社 フィルム外装型電池

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20180095982A (ko) 2017-02-20 2018-08-29 주식회사 엘지화학 열팽창성 층을 도입한 파우치형 이차전지 및 이의 제조방법

Also Published As

Publication number Publication date
KR101722408B1 (ko) 2017-04-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2793287B1 (en) Secondary battery, component for the same and method for manufacturing the same
KR102055853B1 (ko) 안전성이 개선된 파우치형 리튬이차전지
KR101991058B1 (ko) 파우치형 이차전지 및 그의 제조방법
KR101531271B1 (ko) 배터리셀, 및 이를 포함하는 배터리 모듈
KR101734703B1 (ko) 배터리 셀
EP4057434A1 (en) Battery module, battery pack comprising same, and automobile
KR102335202B1 (ko) 열팽창성 층을 도입한 파우치형 이차전지 및 이의 제조방법
KR20130048419A (ko) 파우치형 이차전지
KR20190042215A (ko) 가스 배출구를 포함하는 이차전지용 파우치형 케이스
KR102159368B1 (ko) 전기화학소자용 파우치 외장재
KR102188446B1 (ko) 이차 전지용 파우치 및 이를 이용한 이차 전지
KR101806994B1 (ko) 배터리 모듈 및 이를 포함하는 배터리 팩
KR102080903B1 (ko) 전극 리드 및 이를 포함하는 이차 전지
KR20060059699A (ko) 파우치형 이차 전지 및 이를 이용한 제조 방법
KR101292284B1 (ko) 신규한 실링부 구조를 포함하는 이차전지
US9455479B2 (en) Rechargable battery having a fuse
KR20140091222A (ko) 파우치형 이차 전지 및 이를 포함하는 배터리 팩
KR100804893B1 (ko) 전지캡과 ｐｔｃ 소자의 접속 구조 및 이를 이용한 이차전지
KR101121205B1 (ko) 이차전지
KR101722408B1 (ko) 이차 전지용 파우치 및 이를 이용한 이차 전지
KR102284605B1 (ko) 이차 전지용 파우치 및 이를 이용한 이차 전지
KR101795704B1 (ko) 파우치형 이차전지 및 그 제조방법
KR102356686B1 (ko) 이차 전지용 파우치 및 이를 이용한 이차 전지
KR101114781B1 (ko) 이차 전지의 화성 처리층을 이용한 안전 장치
KR101307386B1 (ko) 전지팩 안전장치

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20191226

Year of fee payment: 4