KR20160019785A - 파우치형 이차 전지 및 그 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 파우치형 이차 전지에 충격이나 진동이 가해지더라도, 내부의 전극 조립체가 훼손되어 이차 전지의 성능이 저하되거나, 절연파괴가 발생하는 것을 방지 또는 최소화할 수 있는 내구성이 강화된 파우치형 이차 전지 및 그 제조 방법을 개시한다.
본 발명의 일 측면에 따른 파우치형 이차 전지는, 전극 조립체; 내부에 수용공간이 형성되어 상기 전극 조립체를 수용한 상태로 상기 전극 조립체를 커버하는 내부 케이스; 및 상기 내부 케이스에 의해 커버된 상기 전극 조립체를 내부에 수납하는 파우치;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

파우치형 이차 전지 및 그 제조 방법{Pouch type secondary battery and method for manufacturing the same}
본 발명은 파우치형 이차 전지에 관한 기술로서, 보다 상세하게는, 외부의 충격 내지 진동으로부터 전극 조립체 등을 보호할 수 있는, 기계적 강도가 강화된 파우치형 이차 전지 및 그 제조 방법에 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 충방전이 자유롭고, 자가 방전율이 매우 낮으며 에너지 밀도가 높은 장점으로 각광을 받고 있다.
한편, 리튬 이차 전지는 외장재의 형상에 따라, 전극 조립체가 금속 캔에 내장되어 있는 캔형 이차 전지와 전극 조립체가 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치에 내장되어 있는 파우치형 전지로 분류될 수 있다. 그리고, 캔형 이차 전지는 다시 금속 캔의 형태에 따라 원통형 전지와 각형 전지로 분류될 수 있다.
이 중에서도, 중량이 작고 전해액의 누액 가능성이 적으며 제조비용이 저렴한 파우치형 이차 전지가 널리 사용되고 있다. 그런데, 이러한 파우치형 이차 전지는, 캔형 이차 전지에 비해 외장재의 기계적 강성이 낮아 안전성이 낮다는 문제점을 가지고 있다.
다시 말해, 파우치형 이차 전지의 외장재인 파우치는 기계적 강성이 약하기 때문에, 외부의 충격이나 진동이 파우치형 이차 전지에 가해질 경우, 이러한 충격이나 진동이 직접적으로 전극 조립체에 가해질 수 있다. 예를 들어, 전극 조립체의 외주면인 테두리 부분에 충격이나 진동이 가해지면, 양극, 세퍼레이터, 음극 사이에 틈이 발생하여 전지의 성능이 저하될 수 있다.
특히 문제가 되는 경우는, 전극 조립체의 테두리 부분에 충격이 가해져 단면이 노출된 양극과 음극이 서로 맞닿게 되어 내부 단락이 발생하는 경우이다. 내부 단락이 발생하면, 전지의 성능이 크게 저하될 뿐만 아니라, 경우에 따라서는 발화나 폭발이 발생할 수도 있기 때문이다.
이와 같은 문제점에 대해서는 이하의 도 1을 참조하면 쉽게 이해될 수 있다.
도 1은, 종래기술에 따른 파우치형 이차 전지를 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, 상기 파우치형 이차 전지는, 내부에 전극 조립체(10)를 수용하고 있다 또한, 도 1에서 A로 표시된 부분은 파우치(20)의 내부에 수용된 전극 조립체(10)의 일부분을 나타내고 있다. A부분이 확대된 부분을 참조하면, 전극 조립체(10)의 외주면인 테두리 부분은, 외부로 층상 구조가 노출된다. 따라서, 파우치형 이차 전지의 테두리 부분인 측면부에 외력이 가해지면 층 사이에 틈이 발생하거나, 양극(11)과 음극(12)이 직접 접촉될 우려가 있다.
예를 들어, 전극 조립체(10)의 외주면 테두리 부분 중 전극 탭(t)이 구비된 부분에 외력이 가해질 경우, 층 사이에 틈이 발생하여 전극 탭(t)과 전극 조립체(10) 사이의 결합력이 약해져 내부 저항이 증가하거나, 전극 탭(t)이 전극 조립체(100)로부터 이탈하게 되는 문제가 발생할 수 있다.
특히 문제가 되는 것은 양극(11)과 음극(12) 사이의 단락 현상이 발생하는 경우이다. 파우치형 이차 전지의 측면부에 도면에 도시된 바와 같이 상하 방향의 외력이 가해질 경우, 양극(11)과 음극(12)에 압력이 가해지면서 양극(11)과 음극(12)이 서로 직접적으로 접촉될 가능성이 높다. 상술한 바와 같이 양극(11)과 음극(12)이 직접 접촉되면, 내부 단락으로 인해 저장되어 있던 에너지가 순식간에 소모되므로, 전지의 성능이 크게 저하될 수 있을 뿐만 아니라 발화나 폭발이 발생하게 될 우려가 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 파우치형 이차 전지에 충격이나 진동이 가해지더라도, 내부의 전극 조립체가 훼손되어 이차 전지의 성능이 저하되거나, 절연파괴가 발생하는 것을 방지 또는 최소화할 수 있는 내구성이 강화된 파우치형 이차 전지 및 그 제조 방법을 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 특허청구범위에 나타난 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 파우치형 이차 전지는, 전극 조립체; 내부에 수용공간이 형성되어 상기 전극 조립체를 수용한 상태로 상기 전극 조립체를 커버하는 내부 케이스; 및 상기 내부 케이스에 의해 커버된 상기 전극 조립체를 내부에 수납하는 파우치;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 내부 케이스의 적어도 일부는, 상기 전극 조립체와 소정 간격 이격될 수 있다.
상기 내부 케이스의 상측 내면은, 상기 전극 조립체의 상면과 밀착되고, 상기 내부 케이스의 하측 내면은, 상기 전극 조립체의 하면과 밀착될 수 있다.
상기 내부 케이스는, 상기 전극 조립체와 접착 결합될 수 있다.
상기 내부 케이스의 상측 내면 및 상기 전극 조립체의 상면 중 적어도 한 면에는 접착제가 도포되고, 상기 내부 케이스의 하측 내면 및 상기 전극 조립체의 하면 중 적어도 한면에는 접착제가 도포될 수 있다.
상기 내부 케이스는, 접착제를 매개로 상기 전극 조립체와 열융착될 수 있다.
상기 내부 케이스의 적어도 일측 내면은, 대면하는 상기 전극 조립체의 일 측면과 이격될 수 있다.
상기 내부 케이스의 좌측 내면 및 우측 내면은 대면하는 상기 전극 조립체의 좌측면 및 우측면과 각각 이격될 수 있다.
상기 내부 케이스의 적어도 일측부에는 개구부가 형성될 수 있다.
상기 내부 케이스의 전측 내면 및 후측 내면 중 적어도 하나는 대면하는 상기 전극 조립체의 전측면 및 후측면 중 적어도 하나와 이격될 수 있다.
상기 내부 케이스와 상기 전극 조립체 사이의 이격 공간에는 탄성을 가지는 탄성폼이 구비될 수 있다.
상기 내부 케이스의 적어도 일 측면은 라운드 형상일 수 있다.
상기 내부 케이스는, 적어도 2층으로 구성된 층상 구조이고, 상기 전극 조립체와 인접하는 층인 제1층은, 상기 제1층의 외부에 위치하는 층인 제2층 보다 탄성이 클 수 있다.
상기 내부 케이스는, 플라스틱으로 구성될 수 있다.
상기 파우치는, 상기 내부 케이스에 밀착된 상태로 밀봉될 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 측면에 따른 배터리 팩은, 상술한 파우치형 이차 전지를 포함할 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 측면에 따른 파우치형 이차 전지 제조 방법은, 전극 조립체, 상기 전극 조립체를 커버하는 내부 케이스 및 파우치를 준비하는 단계; 상기 내부 케이스에 상기 전극 조립체를 수용하는 단계; 상기 전극 조립체를 수용한 상기 내부 케이스를 상기 파우치 내부에 수납하는 단계; 및 상기 파우치를 밀봉하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 수용 단계는, 상기 내부 케이스의 상측 내면 및 하측 내면을 상기 전극 조립체의 상면 및 하면에 밀착시킨 상태로 상기 전극 조립체를 수용할 수 있다.
상기 수용 단계 이전에, 상기 내부 케이스의 상측 내면 및 상기 전극 조립체의 상면 중 적어도 한면에 접착제를 도포하고, 상기 내부 케이스의 하측 내면 및 상기 전극 조립체의 하면 중 적어도 한면에 접착제를 도포하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 수용 단계 이후에, 상기 접착제를 매개로 상기 전극 조립체와 상기 내부 케이스를 열융착시킬 수 있다.
본 발명에 의하면, 내부 케이스로 전극 조립체를 둘러싼 후 내부 케이스를 파우치로 밀봉하므로 파우치형 이차 전지의 기계적 강성이 강화될 수 있다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 전극 조립체는 내부 케이스와 소정 간격 이격되므로, 외부의 충격이 파우치형 이차 전지에 가해지더라도 전극 조립체에 충격이 가해지지 않거나 전극 조립체에 가해지는 충격이 완화될 수 있다. 특히, 전극 조립체의 층상 구조가 노출될 수 있는 전극 조립체의 측면부가 내부 케이스와 직접 맞닿지 않기 때문에 외부의 충격으로부터 전극 조립체를 확실하게 보호할 수 있다.
상술한 본 발명의 효과 및 다른 효과들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허청구범위에 나타난 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
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, 종래기술에 따른 파우치형 이차 전지를 나타낸 도면이다.
도 2는, 본 발명의 일 실시예에 따른 파우치형 이차 전지의 분해 사시도이다.
도 3은, 본 발명의 일 실시예에 따른 파우치형 이차 전지의 결합 사시도이다.
도 4는, 본 발명의 일 실시예에 따른 파우치형 이차 전지에 파우치가 결합되기 전의 모습을 상부에서 바라본 투시도이다.
도 5 및 도 6은, 본 발명의 다른 실시예에 따른 파우치형 이차 전지의 제조 과정의 일부를 나타낸 도면이다.
도 7은, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 파우치형 이차 전지로서, 파우치가 제거된 모습을 나타낸 사시도이다.
도 8은, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 파우치형 이차 전지를 파우치가 제거된 상태에서 상부에서 바라본 투시도이다.
도 9는, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 파우치형 이차 전지를 파우치가 제거된 상태에서 상부에서 바라본 투시도이다.
도 10은, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 파우치형 이차 전지를 파우치가 제거된 상태에서 상부에서 바라본 투시도이다.
도 11은, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 파우치형 이차 전지 제조 방법을 나타낸 순서도이다.
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 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
또한, 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
본 발명의 실시형태는 통상의 기술자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이므로 도면에서의 구성요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시될 수 있다. 따라서, 각 구성요소의 크기나 비율은 실제적인 크기나 비율을 전적으로 반영하는 것은 아니다.
도 2는, 본 발명의 일 실시예에 따른 파우치형 이차 전지의 분해 사시도이고, 도 3은, 본 발명의 일 실시예에 따른 파우치형 이차 전지의 결합 사시도이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 파우치형 이차 전지는, 전극 조립체(100), 내부 케이스(200) 및 파우치(300)를 포함한다.
상기 전극 조립체(100)는, 양극판, 음극판 및 세퍼레이터를 포함하는 충방전이 가능한 발전소자이다.
상기 양극판은, 양극 집전체의 적어도 일면에 양극 활물질이 도포되어 형성될 수 있다. 이러한 양극 집전체에서 양극 활물질이 도포되지 않은 무지부에는 양극 탭(110)이 초음파 융착 등의 방식에 의해 구비될 수 있다. 그러나, 본 발명이 이와 같은 양극 탭(110)의 구비 방식에 의해 제한되는 것은 아니며, 본 발명의 출원 시점에서 공지된 다양한 탭 부착 기술 등이 본 발명에 채용될 수 있다.
상기 음극판은, 음극 집전체의 적어도 일면에 음극 활물질이 도포되어 형성될 수 있다. 양극판과 마찬가지로, 이러한 음극 집전체에서 음극 활물질이 도포되지 않은 무지부에는 음극 탭(120)이 구비될 수 있으며, 초음파 융착 방식과 같은 다양한 부착 방식 등이 적용될 수 있다.
상기 세퍼레이터는, 양극판과 음극판 사이에 배치되어 상기 양극판과 상기 음극판 사이를 절연시키고, 상기 양극판과 상기 음극판 사이에 활물질 이온이 교환될 수 있도록 한다. 상기 양극판 또는 음극판의 외측에 또 다른 세퍼레이터가 위치되어 양극판과 음극판 사이에 절연 상태가 이루어지도록 할 수 있다.
또한, 상기 전극 조립체(100)에는 상술한 양극 탭(110) 및 음극 탭(120)과 같은 전극 탭이 구비될 수 있다. 일 예로, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 전극 탭은, 전극 조립체(100)의 후면부에 구비될 수 있다. 다만, 이는 일 예시로서, 전극 탭이 구비되는 위치에는 제한이 없다. 상기 예시와 달리, 전극 탭은, 전극 조립체(100)의 전면에 구비될 수도 있으며, 양극 탭(110)은 전극 조립체(100)의 전면에 구비되고, 음극 탭(120)은 전극 조립체(100)의 후면에 구비될 수도 있다.
또한, 상기 전극 조립체(100)는, 도 2에 도시된 바와 같이 폭(w)이 높이(h)보다 큰 값을 가져 좌우로 넓게 펼쳐진 형상을 가질 수 있다(즉, w > h). 이때, 상기 전극 조립체(100)는 전면부에서 바라볼 때 직사각형이나 타원형과 같은 형상을 가질 수 있다. 또한, 상기 전극 조립체(100)는, 상부에서 바라봤을 때 전체적으로 사각형상을 가질 수 있다.
또한, 상기 전극 조립체(100)는, 다양한 구조로 형성될 수 있다. 즉, 상기 전극 조립체(100)는, 양극판과 음극판 사이에 세퍼레이터를 개재시켜 권취한 권취형 전극 조립체일 수 있고, 소정 크기의 다수의 양극판과 음극판 사이에 세퍼레이터를 개재시켜 순차적으로 적층시킨 스택형 전극 조립체일 수도 있다. 다시 말해, 상기 전극 조립체(100)의 구조에는 제한이 없으며, 상기 전극 조립체(100)는, 권취형과 스택형의 혼합 형태인 스택-폴딩형의 전극 조립체일 수도 있다.
또한, 파우치(300)에 수용되는 전극 조립체(100)는, 단일의 전극 조립체(100)인 경우가 많으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 즉, 상기 전극 조립체(100)는, 2개 이상이 구비되어 내부 케이스(200) 및 파우치(300)에 수용될 수도 있으며, 이때 2 이상의 전극 조립체(100)는, 서로 직렬 및/또는 병렬로 연결될 수 있다.
상기 양극판, 음극판 및 세퍼레이터의 구성이나 재질, 제조 방법 등에 대하여 본 명세서에 설명된 내용 이외에는, 본 발명의 당업자에게 널리 알려져 있는 내용이 본 발명에 채용될 수 있으며, 이러한 내용에 대해서는 본 명세서에서 그 상세한 설명을 생략한다.
상기 내부 케이스(200)는, 내부에 수용 공간이 형성되어 내부에 전극 조립체(100)를 수용할 수 있다. 상기 내부 케이스(200)는, 내부에 전극 조립체(100)를 수용한 상태로 전극 조립체(100)를 커버할 수 있다.
바람직하게는, 상기 내부 케이스(200)는, 기계적 강성을 갖는 재질로 구성되는 것이 좋다. 또한, 상기 내부 케이스(200)는, 기계적 강성을 가져 외부 충격에 강하면서도, 어느 정도의 탄성을 가져 외부 충격에 의해 깨지지 않는 재질로 구성되는 것이 좋다. 일 예로, 상기 내부 케이스(200)는, 플라스틱이나 폴리머 등으로 구성될 수 있다.
또한 상기 내부 케이스(200)는, 전기적 절연성을 가지고, 열전도도가 높은 물질로 구성되는 것이 좋다. 즉, 상기 내부 케이스(200)는, 전극 조립체(100)와의 단락을 방지하기 위해 전기적 절연성을 갖는 것이 좋으며, 내부에서 발생하는 열을 외부로 쉽게 배출하기 위해 열전도도가 높은 물질로 구성되는 것이 좋다.
선택적으로, 상기 내부 케이스(200)는, 층상 구조로 이루어질 수 있다. 즉, 상기 내부 케이스(200)는, 2층 이상으로 구성된 층상 구조를 가질 수 있다. 이때, 전극 조립체(100)와 인접하는 내부층은, 상기 내부층의 바깥에 위치하는 외부층 보다 탄성이 큰 것이 좋다. 예를 들어, 내부 케이스(200)가 2층으로 구성된 경우를 가정하면, 내부층인 제1층이 외부층인 제2층 보다 탄성이 크도록 구성되는 것이 좋다. 전극 조립체(100)와 맞닿는 층은 외부로부터 가해지는 충격이 전극 조립체에 직접 전달되는 것을 완충하기 위해 탄성이 큰 것이 좋기 때문이며, 이보다 바깥쪽에 위치하는 외부층은, 기계적 강성을 유지하는 것이 좋기 때문이다.
또한 선택적으로, 상기 내부 케이스(200)는, 알루미늄과 같은 금속층을 기본 구조로 가지며, 상기 금속층의 내부 및 외부에는 절연층이 형성될 수도 있다.
상기 내부 케이스(200)의 형상은 원칙적으로 제한이 없으나, 전반적인 내부 케이스(200)의 형상은 내부에 수용되는 전극 조립체(100)의 윤곽을 따르는 것이 좋다. 즉, 내부에 수용되는 전극 조립체(100)의 형상이 전체적으로 직육면체라면, 내부 케이스(200)의 형상도 직육면체인 것이 바람직하다. 다만, 여기서, 상기 내부 케이스(200)의 형상은 상기 전극 조립체(100)의 윤곽과 전반적으로 일치하는 것이 좋다는 의미일 뿐, 내부 케이스(200)의 형상이 전극 조립체(100)의 형상과 일치하거나, 내부 케이스(200)에 전극 조립체(100)가 완벽하게 대응되는 형태로 전극 조립체(100)가 내부 케이스(200)에 수용되어야만 한다는 것을 의미하는 것은 아니다.
상기 내부 케이스(200)는, 상기 내부 케이스(200)의 적어도 일부가, 전극 조립체(100)와 소정 간격 이격되는 것이 좋다. 이를 위해, 상기 내부 케이스(200)의 수용 공간은, 전극 조립체(100)의 부피보다 큰 것이 좋다. 다시 말해, 상기 내부 케이스(200)의 수용 공간은, 전극 조립체(100)가 차지하는 공간보다 큰 것이 좋다.
바람직하게는, 상기 내부 케이스(200)는, 내부 케이스(200)의 측면부 내면이 전극 조립체(100)와 이격되도록 구성되는 것이 좋다. 다시 말해, 상기 내부 케이스(200)의 적어도 일측 내면은, 대면하는 전극 조립체(100)의 일측면과 이격되는 것이 좋다.
도 4는, 본 발명의 일 실시예에 따른 파우치형 이차 전지에 파우치가 결합되기 전의 모습을 상부에서 바라본 투시도이다. 즉, 도 4는 도 3의 파우치형 이차 전지에서 파우치를 제거하고 상부에서 바라본 도면이라고 할 수 있다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 파우치형 이차 전지는, 내부 케이스(200)의 좌측 내면(i1)이 전극 조립체(100)의 좌측면(e1)과 이격되어 있고, 내부 케이스(200)의 우측 내면(i2)이 전극 조립체(100)의 우측면(e2)과 이격되어 있다. 따라서, 내부 케이스(200)의 좌측 내면(i1)과 전극 조립체(100)의 좌측면(e1) 사이에 빈공간(s1)이 형성되고, 내부 케이스(200)의 우측 내면(i2)과 전극 조립체(100)의 우측면(e2) 사이에 빈공간(s2)이 형성된다.
이와 같이, 전극 조립체(100)와 내부 케이스(200) 사이에 빈공간(s1, s2)이 형성되면, 외부로부터 충격이 가해지더라도 전극 조립체(100)에 충격이 직접적으로 미치지 않게 된다. 특히, 도 2 내지 도 4와 같이, 전극 조립체(100)의 측면 테두리 부위가 내부 케이스(200)와 이격되는 실시예에 따르면, 외부 충격으로부터 취약한 전극 조립체(100)의 테두리 부위가 보호될 수 있다는 장점이 있다.
한편, 외부로부터 충격이 가해졌을 경우 전극 조립체(100)를 보호하기 위해, 전극 조립체(100)와 내부 케이스(200) 사이의 빈공간은, 진공 상태로 유지되거나, 공기가 충진될 수도 있다. 선택적으로, 전극 조립체(100)와 내부 케이스(200) 사이의 빈공간은 탄성폼으로 채워질 수도 있다. 상기 탄성폼은, 전극 조립체(100)와 내부 케이스(200) 사이의 이격 공간에 구비되어, 외부로부터 가해지는 충격이 전극 조립체(100)에 전달되는 것을 방지할 수 있을 뿐만 아니라, 전극 조립체(100)가 유동하는 것을 방지할 수도 있다.
한편, 도 2 내지 도 4에 도시된 실시예는, 내부 케이스(200)의 좌측 내면 및 우측 내면이, 대면하는 전극 조립체(100)의 좌측면 및 우측면과 각각 이격된 경우를 도시하고 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 즉, 내부 케이스(200)의 전측 내면이 대면하는 전극 조립체(100)의 전측면과 이격될 수도 있고, 내부 케이스(200)의 후측 내면이 대면하는 전극 조립체(100)의 후측면과 이격될 수도 있으며, 이외의 다양한 조합이 가능하다.
선택적으로, 상기 내부 케이스(200)는, 적어도 일 측부에 개구부가 형성될 수 있다. 다시 말해, 상기 내부 케이스(200)의 적어도 일 측부는 개방될 수 있다.
도 2 내지 도 4에 도시된 실시예에서, 내부 케이스(200)의 전측부와 후측부에는 개구부(Of, Ob)가 형성되어 있다. 이러한 개구부(Ob, Of)는, 전극 조립체(100)를 내부 케이스(200)로 삽입하는 통로로 이용될 수 있으며, 전극 조립체(100)에 구비된 전극 탭이 노출되는 통로로 사용될 수도 있다. 뿐만 아니라, 이와 같이 내부 케이스(200)에 개구부가 형성될 경우, 전극 조립체(100)가 상하 방향의 압력을 받더라도 개구부 방향으로 자연스럽게 팽창할 수 있으므로, 전극 조립체(100)가 훼손되는 것을 방지할 수 있다.
한편, 전극 조립체(100)는, 파우치(300) 내에서 유동하지 않고 고정된 위치를 유지하는 것이 좋다. 보다 구체적으로, 전극 조립체(100)는, 특히, 내부 케이스(200) 내부에서 유동하지 않고 고정된 위치를 유지하는 것이 좋다. 전극 조립체(100)가 파우치(300) 내에 안정적으로 고정되어 있지 않을 경우, 진동으로 인한 손상이 발생할 수 있다. 즉, 전극 조립체(100)가 파우치(300) 내에 안정적으로 고정되지 않은 상태에서, 외부로부터 충격이나 진동이 가해지면, 전극 조립체(100)가 유동하여 전극 탭과 같은 전기적 연결부위가 손상될 우려가 있다.
따라서, 바람직하게는, 전극 조립체(100)는, 내부 케이스(200)에 밀착된 상태로 결합되는 것이 좋다. 이를 위해, 내부 케이스(200)의 상측 내면은, 전극 조립체(100)의 상면과 밀착되고, 내부 케이스(200)의 하측 내면은, 전극 조립체(100)의 하면과 밀착될 수 있다.
더욱 바람직하게는, 전극 조립체(100)가 내부 케이스(200)에 안정적으로 결합되도록 하기 위해, 내부 케이스(200)는, 전극 조립체(100)와 접착 결합될 수 있다. 이를 위해, 내부 케이스(200)의 내면과 전극 조립체(100)의 외면 중 적어도 한 면에 접착제(B)가 도포될 수 있다. 다시 말해, 내부 케이스(200)의 상측 내면 및 전극 조립체(100)의 상면 중 적어도 한 면에 접착제(B)가 도포되고, 내부 케이스(200)의 하측 내면 및 전극 조립체(100)의 하면 중 적어도 한 면에 접착제(B)가 도포될 수 있다.
선택적으로, 전극 조립체(100)와 내부 케이스(200)의 결합력을 더욱 강화하기 위해, 내부 케이스(200)는, 상기 접착제(B)를 매개로 전극 조립체(100)와 열융착될 수 있다.
도 5 및 도 6은, 본 발명의 다른 실시예에 따른 파우치형 이차 전지의 제조 과정의 일부를 나타낸 도면이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 파우치형 이차 전지는, 전극 조립체(100), 내부 케이스(200)를 포함하며, 상기 전극 조립체(100) 및 내부 케이스(200)는, 도 2 내지 도 4에 도시된 전극 조립체(100) 및 내부 케이스(200)와 동일한 것이다.
먼저, 전극 조립체(100)의 상면 및 하면에 접착제(B)를 도포하고, 화살표 방향을 따라 전극 조립체(100)를 내부 케이스(200)에 삽입한다. 이러한 과정이 수행된 다음, 도 6에 도시된 바와 같이, 내부 케이스(200)의 상면과 하면에 열과 압력을 가하면, 전극 조립체(100)와 내부 케이스(200)는 접착제(B)를 매개로 열융착될 수 있다.
상기 파우치(300)는, 전극 조립체(100)를 내부에 수납할 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 파우치(300)는, 내부 케이스(200)에 의해 커버된 전극 조립체(100)를 내부에 수납할 수 있다.
이와 같이, 파우치(300)는 전극 조립체(100)를 수납하되, 내부 케이스(200)에 의해 커버된 전극 조립체(100)를 수납한 상태로 밀봉되므로, 캔형 이차 전지처럼 높은 기계적 강성을 갖는 장점이 있다.
일 예로, 상기 파우치(300)는, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 상부 파우치(310)와 하부 파우치(320)로 구성될 수 있다. 이때, 상부 파우치(310)와 하부 파우치(320)의 내부에 형성된 공간에 전극 조립체(100)를 수용한 내부 케이스(200)가 안착될 수 있다. 상기 내부 케이스(200)가 상부 파우치(310) 및 하부 파우치(320)에 수용된 후, 상기 파우치와 하부 파우치(320)의 외주면에 형성된 실링부가 서로 접착될 수 있다. 이때, 내부에 수용된 전극 조립체(100)의 전극 탭과 외부 장치와의 전기적 연결을 위해, 양극 탭(110)과 음극 탭(120)이 파우치(300)의 외부로 노출될 수 있으며, 양극 탭(110) 및/또는 음극 탭(120)과 각각 연결된 양극 리드 및/또는 음극 리드가 파우치(300)의 외부로 노출될 수도 있다. 선택적으로, 전극 탭 또는 전극 리드의 파우치(300)에 대한 부착 내지 접착을 위해 접착 필름이 추가적으로 사용될 수도 있다.
또한, 상기 파우치(300)는 알루미늄 박막이 개재된 형태로 구성될 수 있다. 이때, 외부와의 절연성을 확보하기 위하여 상기 알루미늄 박막에는, 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PolyEthylene Terephthalate, PET) 수지 또는 나일론(nylon) 수지 등의 절연물질로 코팅된 절연층이 외부에 형성될 수 있다.
또한, 상부 파우치(310)와 하부 파우치(320)의 실링부는, 상호 간의 접착을 위하여 무연신 폴리프로필렌(Casted PolyPropylene, CPP) 또는 폴리프로필렌(PolyPropylene, PP)에 의한 접착층이 형성될 수 있다. 따라서, 상부 파우치(310) 실링부는 절연층, 알루미늄층 및 접착층의 순서를 가지는 소정의 층상 구조를 가지게 되며, 하부 파우치(320) 실링부는 접착층, 알루미늄층 및 절연층의 구조로 이루어질 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 파우치(300)는 상부 파우치(310) 및 하부 파우치(320) 모두에 수용공간이 형성되어 있으나, 본 발명에 따른 파우치는 이에 한정되지 않는다. 즉, 상기 수용공간은 상부 파우치(310) 및 하부 파우치(320) 모두에 형성될 수도 있고, 상부 파우치(310) 및 하부 파우치(320) 중 어느 하나에 형성될 수도 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 파우치(300)는, 상부 파우치(310)와 하부 파우치(320)로 나뉘어진 구조를 가지고 있으나, 본 발명에 따른 파우치(300)는 이에 한정되지 않는다. 즉, 상기 파우치(300)는, 상부 파우치(310)와 하부 파우치(320)가 일체로 연결된 구조일 수도 있으며, 일부분이 연결되어 접이식 구조를 가질 수도 있음은 물론이다.
도 7은, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 파우치형 이차 전지로서, 파우치가 제거된 모습을 나타낸 사시도이다.
도 7을 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 파우치형 이차 전지는, 전극 조립체(100) 및 내부 케이스(200)를 포함한다. 여기서, 전극 조립체(100)는, 스택형 전극 조립체(100)로서, 직육면체의 형상을 가지고 있다. 내부 케이스(200)의 형상도 직육면체이다. 특히, 내부 케이스(200)의 수용 공간은, 전극 조립체(100)의 부피보다 크게 형성되어, 전극 조립체(100)가 내부 케이스(200)에 수용되었을 때, 전극 조립체(100)는 내부 케이스(200)와 소정 간격 이격된다. 즉, 전극 조립체(100)와 내부 케이스(200) 사이에 빈 공간이 형성된다.
특히, 도 2 내지 도 6에 도시된 실시예와 비교할 때, 도 7에 도시된 실시예의 내부 케이스(200)는 각형을 띄고 있다는 차이점이 있으며, 전극 조립체(100)와 내부 케이스(200) 사이의 빈 공간(S1, S2)을 탄성 폼(F)이 채우고 있다는 차이점이 있다.
도 8은, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 파우치형 이차 전지를 파우치가 제거된 상태에서 상부에서 바라본 투시도이다.
도 8을 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 파우치형 이차 전지는, 도 4에 도시된 실시예와 비교할 때, 내부 케이스(200)의 전측면과 후측면이 전극 조립체(100)로부터 이격되어 있다는 점에서 차이가 있다. 즉, 내부 케이스(200)의 전측면과 전극 조립체(100)의 전면에도 이격 공간(S3)이 형성되고, 내부 케이스(200)의 후측면과 전극 조립체(100)의 후면에도 이격 공간(S4)이 형성된다. 다시 말해, 도 8의 실시예는, 도 4에 도시된 실시예와 마찬가지로 전측면과 후측면에 개구부가 형성되어 있지만, 내부 케이스(200)의 전면부와 후면부는 각각 전극 조립체(100)보다 전면 방향과 후면 방향으로 더 돌출되어 있다. 따라서, 도 8의 실시예에 따르면, 전극 조립체(100)의 전후좌우 테두리 부분과 내부 케이스(200)에 이격 공간(S1, S2, S3, S4)이 마련되어, 전극 조립체(100)의 전후좌우 테두리 전부가 외부의 충격이나 하중으로부터 보호될 수 있다.
도 9는 및 도 10은, 각각 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 파우치형 이차 전지를 파우치가 제거된 상태에서 상부에서 바라본 투시도이다.
먼저, 도 9를 참조하면, 도 8에 도시된 실시예와 비교할 때, 내부 케이스(200)의 전측면과 전극 조립체(100) 사이에 이격 공간이 형성되지 않는다는 점과, 내부 케이스(200)의 전측면에 개구부가 형성되지 않는다는 점에서 차이가 있다.
다음으로, 도 10을 참조하면, 도 9에 도시된 실시예와 비교할 때, 내부 케이스(200)의 후측면과 전극 조립체(100) 사이에 이격 공간이 형성되지 않는다는 점에서 차이가 있다.
한편, 도면을 참조하여 상술한 상기의 실시예는, 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 상술한 파우치형 이차 전지가 이러한 실시예에 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 상술한 파우치형 이차 전지는 배터리 팩에 포함될 수 있다. 즉, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 팩은, 상술한 파우치형 이차 전지를 포함할 수 있다. 상기 배터리 팩은, 상술한 파우치형 이차 전지를 적어도 하나 이상 포함하며, 이차 전지 이외에 모니터링, 제어, 보호 기능 등을 수행하는 배터리 팩 관리 장치 등을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 파우치형 이차 전지 제조 방법에 대해 설명하도록 한다. 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 파우치형 이차 전지 제조 방법에 대해서는, 상술한 파우치형 이차 전지에 대한 설명 등이 그대로 적용될 수 있으므로 반복적인 부분에 대한 설명은 생략하도록 한다.
도 11은, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 파우치형 이차 전지 제조 방법을 나타낸 순서도이다.
도 11을 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 파우치형 이차 전지 제조 방법은, 먼저, 전극 조립체(100), 전극 조립체(100)를 커버하는 내부 케이스(200) 및 파우치(300)를 준비한다(S1110). 이어서, 내부 케이스(200)에 전극 조립체(100)를 수용한다(S1130). 다음으로, 전극 조립체(100)를 수용한 내부 케이스(200)를 파우치(300) 내부에 수납한다(S1150). 그 다음으로, 파우치(300)를 밀봉한다(S1170).
이때, 상기 수용 단계(S1130)는, 내부 케이스(200)의 상측 내면 및 하측 내면을 전극 조립체(100)의 상면 및 하면에 각각 밀착시킨 상태로 전극 조립체(100)를 수용할 수 있다.
선택적으로, 상기 수용 단계(S1130) 이전에, 내부 케이스(200)의 상측 내면 및 전극 조립체(100)의 상면 중 적어도 한면에 접착제(B)를 도포하고, 내부 케이스(200)의 하측 내면 및 전극 조립체(100)의 하면 중 적어도 한면에 접착제(B)를 도포할 수 있다.
선택적으로, 상기 수용 단계(S1130) 이후에, 접착제(B)를 매개로 전극 조립체(100)와 내부 케이스(200)를 열융착시킬 수 있다.
한편, 본 명세서에서는. 상, 하 등과 같이 방향을 나타내는 용어가 사용되었으나, 이러한 용어는 설명의 편의를 위한 것일 뿐, 설명의 객체가 되는 대상, 관측자의 보는 위치 또는 대상의 놓여져 있는 위치 등에 따라 다르게 표현될 수 있음은 본 발명의 당업자에게 자명하다.
이상에서 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: 전극 조립체
110: 양극 탭
120: 음극 탭
200: 내부 케이스
300: 파우치
310: 상부 파우치
320: 하부 파우치

Claims (20)

  1. 전극 조립체;
    내부에 수용공간이 형성되어 상기 전극 조립체를 수용한 상태로 상기 전극 조립체를 커버하는 내부 케이스; 및
    상기 내부 케이스에 의해 커버된 상기 전극 조립체를 내부에 수납하는 파우치;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 파우치형 이차 전지.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 내부 케이스의 적어도 일부는, 상기 전극 조립체와 소정 간격 이격된 것을 특징으로 하는 파우치형 이차 전지.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 내부 케이스의 상측 내면은, 상기 전극 조립체의 상면과 밀착되고,
    상기 내부 케이스의 하측 내면은, 상기 전극 조립체의 하면과 밀착된 것을 특징으로 하는 파우치형 이차 전지.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 내부 케이스는, 상기 전극 조립체와 접착 결합된 것을 특징으로 하는 파우치형 이차 전지.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 내부 케이스의 상측 내면 및 상기 전극 조립체의 상면 중 적어도 한 면에는 접착제가 도포되고, 상기 내부 케이스의 하측 내면 및 상기 전극 조립체의 하면 중 적어도 한면에는 접착제가 도포된 것을 특징으로 하는 파우치형 이차 전지.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 내부 케이스는, 접착제를 매개로 상기 전극 조립체와 열융착된 것을 특징으로 하는 파우치형 이차 전지.
  7. 제 2 항에 있어서,
    상기 내부 케이스의 적어도 일측 내면은, 대면하는 상기 전극 조립체의 일 측면과 이격된 것을 특징으로 하는 파우치형 이차 전지.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 내부 케이스의 좌측 내면 및 우측 내면은 대면하는 상기 전극 조립체의 좌측면 및 우측면과 각각 이격된 것을 특징으로 하는 파우치형 이차 전지.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 내부 케이스의 적어도 일측부에는 개구부가 형성된 것을 특징으로 하는 파우치형 이차 전지.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 내부 케이스의 전측 내면 및 후측 내면 중 적어도 하나는 대면하는 상기 전극 조립체의 전측면 및 후측면 중 적어도 하나와 이격된 것을 특징으로 하는 파우치형 이차 전지.
  11. 제 2 항에 있어서,
    상기 내부 케이스와 상기 전극 조립체 사이의 이격 공간에는 탄성을 가지는 탄성폼이 구비된 것을 특징으로 하는 파우치형 이차 전지.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 내부 케이스의 적어도 일 측면은 라운드 형상인 것을 특징으로 하는 파우치형 이차 전지.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 내부 케이스는, 적어도 2층으로 구성된 층상 구조이고,
    상기 전극 조립체와 인접하는 층인 제1층은, 상기 제1층의 외부에 위치하는 층인 제2층 보다 탄성이 큰 것을 특징으로 하는 파우치형 이차 전지.
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 내부 케이스는, 플라스틱으로 구성된 것을 특징으로 하는 파우치형 이차 전지.
  15. 제 1 항에 있어서,
    상기 파우치는, 상기 내부 케이스에 밀착된 상태로 밀봉된 것을 특징으로 하는 파우치형 이차 전지.
  16. 제 1 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 따른 파우치형 이차 전지를 포함하는 배터리 팩.
  17. 전극 조립체, 상기 전극 조립체를 커버하는 내부 케이스 및 파우치를 준비하는 단계;
    상기 내부 케이스에 상기 전극 조립체를 수용하는 단계;
    상기 전극 조립체를 수용한 상기 내부 케이스를 상기 파우치 내부에 수납하는 단계; 및
    상기 파우치를 밀봉하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 파우치형 이차 전지 제조 방법.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 수용 단계는,
    상기 내부 케이스의 상측 내면 및 하측 내면을 상기 전극 조립체의 상면 및 하면에 밀착시킨 상태로 상기 전극 조립체를 수용하는 것을 특징으로 하는 파우치형 이차 전지 제조 방법.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 수용 단계 이전에, 상기 내부 케이스의 상측 내면 및 상기 전극 조립체의 상면 중 적어도 한면에 접착제를 도포하고, 상기 내부 케이스의 하측 내면 및 상기 전극 조립체의 하면 중 적어도 한면에 접착제를 도포하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 파우치형 이차 전지 제조 방법.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 수용 단계 이후에, 상기 접착제를 매개로 상기 전극 조립체와 상기 내부 케이스를 열융착시키는 것을 특징으로 하는 파우치형 이차 전지 제조 방법.

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