KR20160021346A - 이차전지용 파우치 및 이를 포함하는 이차전지 - Google Patents

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Abstract

이차전지용 파우치 및 이를 포함하는 이차전지에 관하여 개시한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 이차전지용 파우치에 있어서, 열전사 실링 바에 의해 밀봉되는 상기 파우치의 실링부와 상기 파우치의 내측 수용공간 사이의 연결부위에 형성되는 복수의 단차부를 포함하는 이차전지용 파우치를 제공한다.

Description

이차전지용 파우치 및 이를 포함하는 이차전지{POUCH FOR SECONDARY BATTERY AND SECONDARY BATTERY HAVING THE SAME}
본 발명은 이차전지용 파우치 및 이를 포함하는 이차전지에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 열전사 실링 바를 이용한 이차전지 파우치의 밀봉 작업 시 실링부로의 열전달로 인해 점융착 등의 결함이 발생하는 것을 방지할 수 있는 이차전지용 파우치 및 이를 포함하는 이차전지에 관한 것이다.
주지된 바와 같이, 이차전지는 충전이 불가능한 일차전지와는 달리 충전 및 방전이 가능한 전지를 말한다.
일 예로서, 하나의 전지 셀이 팩 형태로 포장된 저용량 전지의 경우 휴대용 단말기, 노트북, 컴퓨터 및 캠코더와 같은 휴대가 가능한 소형 전자기기에 주로 사용되고 있다.
또 다른 예로서, 대전력을 필요로 하는 기기, 예컨대 전기 자동차 등의 모터 구동용 전원의 경우에는 다수 개의 전지 셀이 직렬 또는 병렬로 연결된 대용량의 이차 전지가 사용되고 있다.
이와 같은 이차 전지는 다양한 형태로 제조가 가능한데, 대표적인 예로서, 파우치형, 원통형, 각형 등의 형태로 제조되고 있다. 그 중에서, 파우치형의 경우 그 형상이 비교적 자유롭고 무게가 가벼워서 최근 슬림화 및 경량화가 요구되는 휴대용 전자기기에 많이 사용되고 있으며, 이 외에도 전기자동차 등에도 사용되고 있다.
도 1은 일반적인 파우치형 이차전지를 간략히 도시한 사시도이다.
도 1의 (a)를 참조하면, 파우치형 이차전지(1)는 테두리를 따라 실링부(11)가 형성되며 내측에 수용공간(13)을 갖는 파우치 포장재(이하, '파우치'라 함)(10)를 포함한다.
그리고 상기 파우치(10)의 내측 수용공간(13)으로는 전극적층체(20)가 수용되며, 파우치(10)의 외측으로는 적어도 한 쌍의 전극 탭(20, 30)이 돌출되는데, 이들 전극 탭(30, 40)은 상기 전극적층체(20)와 전기적으로 연결된다.
도 1의 (b)를 참조하면, 상기 파우치(10)의 실링부가 밀봉되어, 전극적층체는 상기 파우치(10)의 내측 수용공간에 밀봉된 상태로 수납되며 전극 탭(30, 40)만이 파우치(10)의 외측으로 돌출된 형태를 띠고 있다.
도 2는 일반적인 이차전지용 파우치의 성형에 사용되는 다이 및 펀치를 간략히 도시한 단면도이다.
도 2를 참조하면, 하부에 다이(50)가 배치되고, 상기 다이(50)의 상부에 펀치(60)가 배치된다. 그리고 상기 다이(50)와 펀치(60) 사이에 파우치(10)로 성형되기 위한 소재가 배치된다. 상기 소재는 박막의 금속 필름과 절연성 필름을 포함하여 형성되어, 자유롭게 구부림이 가능한 소재를 이용할 수 있다. 상기 다이(50)와 펀치(60)에는 파우치(10)의 단면 형상에 대응하는 단차가 마련되며, 상기 다이(50)와 펀치(60) 간의 가압 작용에 의해 목표하는 형상의 파우치(10)가 성형된다.
도 3은 기존의 이차전지용 파우치의 단면 형상을 간략히 도시한 도면이다.
도 3을 참조하면, 상기 파우치(10)는 앞서 도 2를 통해 살펴본 다이 및 펀치를 이용하여 실링부(11)와 전극적층체가 내장되는 수용공간(13)의 경계 부위에서 단일의 단차가 형성되는 형태로 성형된다. 즉, 상기 파우치(10)의 내측 수용공간(13)이 위치하는 영역은 소정의 공간이 마련되도록 볼록하게 형성되며, 상기 파우치(10)의 테두리 쪽은 위, 아래의 실링부(11)가 서로 마주하여 접촉되는 형태로 성형된다.
그리고 상기 실링부(11)의 상, 하로 열전사 실링 바(Sealing Bar)(B)가 접촉 배치되어 상기 실링부(11) 간의 밀봉 작업을 실시한다.
그런데, 종래의 이차전지용 파우치의 경우, 실링부(11)가 상기 실링 바(B)에 의해 밀봉되는 도중에 실링 바로부터 고온의 열이 전달되어, 실링부(11)의 내측 끝단, 즉 단차가 시작되는 부위에서 점융착(S)이 발생되는 문제가 있었다.
이는, 이차전지의 사용 중 내부 가스 발생 등의 원인으로 상기 파우치(10)의 내부에 부피변화가 나타날 때 점융착(S)이 발생된 부위가 떨어지는 등의 손상이 유발되어 이차전지의 절연효과가 유지되지 못하는 악영향을 초래할 수 있다.
관련된 선행기술로는 대한민국 공개특허공보 제10-2013-0102807호(2013.09.23. 공개일)가 있으며, 상기 선행문헌에는 리튬 폴리머 이차전지에 관한 기술이 개시되어 있다.
본 발명은 열전사 실링 바를 이용한 이차전지 파우치의 밀봉 작업 시 실링부로의 열전달로 인해 점융착 등의 결함이 발생하는 것을 방지할 수 있는 이차전지용 파우치 및 이를 포함하는 이차전지를 제공한다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 여기서 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 이차전지용 파우치에 있어서, 열전사 실링 바에 의해 밀봉되는 상기 파우치의 실링부와 상기 파우치의 내측 수용공간 사이의 연결부위에 형성되는 복수의 단차부를 포함하는 이차전지용 파우치를 제공한다.
상기 복수의 단차부는, 상기 열전사 실링 바에 의해 상기 실링부가 밀봉될 때 점융착을 방지할 수 있다.
상기 복수의 단차부는, 서로 다른 각도로 경사지게 형성될 수 있다.
상기 복수의 단차부는, 상기 실링부의 내측 단부로부터 제1경사각으로 구부러져 형성되는 제1단차부; 및 상기 제1단차부의 내측 단부로부터 상기 파우치의 내측 수용공간을 향해 제2경사각으로 구부러져 형성되는 제2단차부를 포함한다.
상기 제2경사각은 상기 제1경사각에 비해 크게 형성될 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 측면에 따르면, 열전사 실링 바에 의해 밀봉되는 상기 파우치의 실링부와 상기 파우치의 내측 수용공간 사이의 연결부위에 복수의 단차부를 포함하는 파우치; 상기 파우치의 내측 수용공간에 내장되는 전극적층체; 및 상기 전극적층체와 연결되며 상기 파우치의 외부로 돌출되는 전극 탭을 포함한다.
상기 복수의 단차부는, 상기 열전사 실링 바에 의해 상기 실링부가 밀봉될 때 점융착을 방지할 수 있다.
상기 복수의 단차부는, 서로 다른 각도로 경사지게 형성될 수 있다.
상기 복수의 단차부는, 상기 실링부의 내측 단부로부터 제1경사각으로 구부러져 형성되는 제1단차부; 및 상기 제1단차부의 내측 단부로부터 상기 파우치의 내측 수용공간을 향해 제2경사각으로 구부러져 형성되는 제2단차부를 포함한다.
상기 제2단차부의 제2경사각은 상기 제1단차부의 제1경사각에 비해 크게 형성될 수 있다.
본 발명에 의하면, 열전사 실링 바를 이용한 이차전지용 파우치의 밀봉 작업 시 실링부로의 열전달로 인해 점융착 등의 결함이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
예컨대, 이차전지의 사용 중 음극과 양극 활물질 작용으로 내부 가스가 발생됨에 따라 파우치의 내부 부피변화가 발생되는 경우, 점융착 부위가 떨어져 손상되는 현상을 방지하여 이차전지의 절연효과를 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
도 1은 파우치형 리튬 이차전지를 간략히 도시한 사시도.
도 2는 이차전지용 파우치의 성형에 사용되는 다이 및 펀치를 간략히 도시한 단면도.
도 3은 이차전지용 파우치의 단면 형상과 실링 바를 이용한 밀봉 작업을 간략히 보여주는 도면.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 이차전지용 파우치의 단면 형상을 간략히 도시한 도면.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 이차전지용 파우치에 대해 실링 바를 이용하여 밀봉 작업을 실시하는 모습을 간략히 보여주는 도면.
도 6은 도 5의 부분 확대도.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 이차전지용 파우치가 복수의 단차부를 갖도록 성형되는 모습을 종래의 이차전지용 파우치와 비교하여 도시한 단면도.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
그리고 본 발명의 실시예들을 설명함에 있어서 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명의 실시예에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들에 따른 이차전지용 파우치 및 이를 포함하는 이차전지에 관하여 상세히 설명하기로 한다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 이차전지용 파우치의 단면 형상을 간략히 도시한 도면이다.
도 4를 참조하면, 이차전지용 파우치(이하, '파우치'라 함)(100)는 테두리를 따라 실링부(110)가 형성되며, 상기 실링부(110)의 내측 수용공간(130)으로 전극적층체(미도시)가 내장되는 파우치 형태의 이차전지 케이스 또는 포장재를 의미한다.
그리고 상기 실링부(110)는 열전사 실링 바(도 5의 도면부호 B)에 의해 접촉 가압되어 실링(sealing) 처리 될 수 있다.
하지만, 상기 실링 바로부터 전달된 고온의 열에 의해 상기 실링부(110)와 파우치의 내측 수용공간(130) 사이의 연결부위에서는 비이상적인 실링, 예를 들면 점융착 등과 같은 문제가 유발될 수 있다.
만일, 이차전지의 사용 중 음극과 양극 활물질 작용으로 내부 가스가 발생되게 되면 파우치의 내부에서 부피변화가 유발되는데, 구조적으로 취약한 점융착 부위가 떨어지게 되어, 이차전지의 절연효과가 유지되기에 어려움이 있을 수 있다.
이와 같은 점융착 발생을 방지하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따른 이차전지용 파우치(100)는 실링부(110)와 파우치의 내측 수용공간(130) 사이의 연결부위에 복수의 단차부(111, 113)를 포함한다.
상기 파우치(100)의 소재로는 박막의 금속 필름과 이의 양면에 형성된 절연성 필름을 포함하는 형태로 제공될 수 있으며, 준비된 성형 장치, 예를 들면 다이 및 펀치 등에 의해 가압되어 자유롭게 구부림이 가능한 소재를 이용할 수 있다.
상기 복수의 단차부(111, 113)는 상기 실링부(110)와 파우치의 내측 수용공간(130) 사이의 연결부위에 구비될 수 있는데, 도 4에 도시된 바와 같이 서로 다른 각도로 경사지게 형성될 수 있다.
예컨대, 상기 복수의 단차부(111, 113)는 상기 실링부(110)의 내측 단부에 연결되는 제1단차부(111)와, 상기 파우치의 내측 수용공간(130) 쪽에 연결되는 제2단차부(113)를 포함할 수 있다.
상기 제1단차부(111)는 상기 실링부(110)의 내측 단부로부터 연장되어 제1경사각(도 6의 도면부호 a1)으로 구부러져 형성될 수 있다.
상기 제2단차부(113)는 상기 제1단차부(111)의 내측 단부로부터 연장되어 상기 파우치의 내측 수용공간(130)을 향해 제2경사각(도 6의 도면부호 a2)으로 구부러져 형성될 수 있다.
그리고 상기 제2경사각(도 6의 도면부호 a2)은 상기 제1경사각(도 6의 도면부호 a1)에 비해 큰 각도를 가질 수 있다.
이에 따라, 제1단차부(111)는 상기 제2단차부(113)에 단면 형상이 완만하게 경사진 형태로 이루어질 수 있다.
한편, 상기 제1경사각 및 제2경사각의 크기는 특정 각도로 제한하여 이용될 필요가 없으며, 파우치의 형상 및 크기 등의 조건을 고려하여 적절한 각도를 선정하여 이용할 수 있다.
이와 같이, 실링부(110)와 파우치의 내측 수용공간(130) 사이에 제1, 2단차부(111, 113)가 마련됨에 따라, 실링부(110)의 밀봉 작업 시 실링 바로부터 열전달이 이루어질 경우에도 기존의 실링부에 비해 점융착 발생이 억제될 수 있다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 이차전지용 파우치에 대해 실링 바를 이용하여 밀봉 작업을 실시하는 모습을 간략히 보여주는 도면 및 확대도이다.
도 5를 참조하면, 상기 파우치(100)는 전극적층체(미도시)가 마련되는 내측 수용공간(130)이 구비되고, 파우치의 테두리 쪽에 실링부(110)가 형성된다.
그리고 상기 실링부(110)와 상기 내측 수용공간(130) 사이의 연결부위에 복수의 단차부(111, 113)가 형성된다.
상기 실링부(110)의 밀봉 작업을 살펴보면, 실링부(110)를 사이에 두고 상하 방향으로 실링 바(B)를 접촉 배치시켜 열전사 방식으로 실링부(110)를 밀봉시킬 수 있다.
이때, 복수의 단차부(111, 113) 중에서 상대적으로 경사가 완만하게 형성된 제1단차부(111)에 의해 상기 실링부(110)의 내측 단부에서는 점융착 발생이 억제될 수 있다.
도 6을 참조하면, 파우치의 실링부(110)를 서로 맞닿도록 배치시킨 후 이의 상하로 실링 바(B)를 밀착시켜 열전사 방식으로 상기 실링부(110)를 밀봉시킨다.
이때, 상기 실링 바(B)로부터 전달된 고온의 열이 상기 실링부(110)의 내측 단부를 통해 제1단차부(111) 및 제2단차부(113)에 영향을 줄 수 있으나, 기존과 달리 실링부(110)의 내측 단부에서 점융착이 발생되는 현상은 나타나지 않을 수 있다.
한편, 상기 제1단차부(111)의 제1경사각(a1)은 상기 제2단차부(113)의 제2경사각(a2)에 비해 작게 형성될 수 있는데, 이에 따라 상기 제1단차부(111)는 상기 제2단차부(113)에 비해 완만한 경사를 가지도록 이루어질 수 있다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 이차전지용 파우치가 복수의 단차부를 갖도록 성형되는 모습을 나타낸 것이다.
도 7을 참조하면, 파우치(100)로 성형되는 소재를 사이에 두고, 제1단차성형 홈(210)을 갖는 다이(200)가 하부에 배치된다.
그리고 상기 다이(200)의 상부에는 상기 제1성형 홈(210)과 마주하는 제2성형 홈(310)을 갖는 펀치(300)가 배치될 수 있다.
예컨대, 상기 제1성형 홈(210)을 갖는 다이(200)와 상기 제2성형 홈(310)을 갖는 펀치(300)의 상호 가압 작용에 의해, 상기 실링부(110)의 내측 단부로부터 연결되는 부위에는 복수의 단차부(111, 113)가 형성될 수 있다.
한편, 상기 다이(200)와 펀치(300)의 단면 형상은 도시된 것과 달리 복수의 단차부(111, 113)의 형상에 따라 조금씩 달라질 수 있으므로, 반드시 도시된 형태에 제한될 필요는 없다.
그리고 여기서, 다이(200)와 펀치(300)라는 용어를 사용하였으나, 이와 다른 명칭의 통상의 프레스 설비를 이용하여 복수의 단차부(111, 113)를 성형 가공할 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예에 따르면, 별도로 도시하진 않았으나 전술한 복수의 단차부를 갖는 파우치와, 파우치의 내부 수용공간에 내장되는 전극적층체 및 파우치의 외부로 돌출된 적어도 한 쌍의 전극 탭을 포함하는 이차전지를 제공할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 구성 및 작용에 따르면, 열전사 실링 바를 이용한 이차전지용 파우치의 밀봉 작업 시 실링부로의 열전달로 인해 점융착 등의 결함이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
예컨대, 이차전지의 사용 중 음극과 양극 활물질 작용으로 내부 가스가 발생됨에 따라 파우치의 내부 부피변화가 발생되는 경우, 점융착 부위가 떨어져 손상되는 현상을 방지하여 이차전지의 절연효과를 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
지금까지 본 발명인 이차전지용 파우치 및 이를 포함하는 이차전지에 관하여 살펴보았으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서는 여러 가지 실시 변형이 가능함은 자명하다.
그리고 전술된 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며, 한정적인 것이 아닌 것으로 이해되어야 하며, 본 발명의 범위는 상세한 설명보다는 후술될 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 그 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 및 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
B: 열전사 실링 바(또는 실링 바)
S: 점융착
1: 이차전지
10: 이차전지용 파우치(또는 파우치)
11: 실링부
13: 수용공간
20: 전극적층체
30, 40: 전극 탭
100: 본 발명의 실시예에 따른 이차전지용 파우치(또는 파우치)
110: 실링부
111: 제1단차부
113: 제2단차부
130: 수용공간
200: 다이
210: 제1성형 홈
300: 펀치
310: 제2성형 홈

Claims (10)

  1. 이차전지용 파우치에 있어서,
    열전사 실링 바에 의해 밀봉되는 상기 파우치의 실링부와 상기 파우치의 내측 수용공간 사이의 연결부위에 형성되는 복수의 단차부를 포함하는,
    이차전지용 파우치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 단차부는,
    상기 열전사 실링 바에 의해 상기 실링부가 밀봉될 때 점융착을 방지하는,
    이차전지용 파우치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 단차부는,
    서로 다른 각도로 경사지게 형성되는,
    이차전지용 파우치.
  4. 제1항 내지 제3항에 있어서,
    상기 복수의 단차부는,
    상기 실링부의 내측 단부로부터 제1경사각으로 구부러져 형성되는 제1단차부; 및
    상기 제1단차부의 내측 단부로부터 상기 파우치의 내측 수용공간을 향해 제2경사각으로 구부러져 형성되는 제2단차부를 포함하는,
    이차전지용 파우치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제2경사각은 상기 제1경사각에 비해 크게 형성되는,
    이차전지용 파우치.
  6. 열전사 실링 바에 의해 밀봉되는 상기 파우치의 실링부와 상기 파우치의 내측 수용공간 사이의 연결부위에 복수의 단차부를 포함하는 파우치;
    상기 파우치의 내측 수용공간에 내장되는 전극적층체; 및
    상기 전극적층체와 연결되며 상기 파우치의 외부로 돌출되는 전극 탭을 포함하는,
    이차전지.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 복수의 단차부는,
    상기 열전사 실링 바에 의해 상기 실링부가 밀봉될 때 점융착을 방지하는,
    이차전지.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 복수의 단차부는,
    서로 다른 각도로 경사지게 형성되는,
    이차전지.
  9. 제6항 내지 제8항에 있어서,
    상기 복수의 단차부는,
    상기 실링부의 내측 단부로부터 제1경사각으로 구부러져 형성되는 제1단차부; 및
    상기 제1단차부의 내측 단부로부터 상기 파우치의 내측 수용공간을 향해 제2경사각으로 구부러져 형성되는 제2단차부를 포함하는,
    이차전지.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제2단차부의 제2경사각은 상기 제1단차부의 제1경사각에 비해 크게 형성되는,
    이차전지.
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