KR20160028012A - 리튬 폴리머 이차전지 - Google Patents

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KR20160028012A
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김명훈
김영석
황창묵
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에스케이이노베이션 주식회사
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Abstract

본 발명은 리튬 폴리머 이차전지에 관한 것으로, 특히 양극, 분리막 및 음극을 포함하는 전극조립체가 파우치형 수납케이스에 내장되는 이차전지에 있어서, 상기 이차전지의 실링부는 누액감지부를 포함함으로써 장기 신뢰성이 높은 리튬 폴리머 이차전지에 관한 것이다.

Description

리튬 폴리머 이차전지{LITHIUM POLYMER SECONDARY BATTERY}
본 발명은 리튬 폴리머 이차전지에 관한 것으로, 특히 양극, 분리막 및 음극을 포함하는 전극조립체가 파우치형 수납케이스에 내장되는 이차전지에 있어서, 상기 이차전지는 누액감지부를 포함함으로써 장기 신뢰성이 높은 리튬 폴리머 이차전지에 관한 것이다.
모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요의 증가로, 가볍고 오래 사용할 수 있으며, 신뢰성이 높은 고성능의 소형 이차 전지 개발이 절실히 요청되고 있다. 또한 환경 및 에너지 문제의 해결 방안의 하나인 전기자동차와 심야유휴전력의 효율적 활용을 위한 대형 이차전지의 개발 수요가 높아지고 있다. 이러한 수요에 부응하기 위해 지금까지 많은 연구가 이루어진 것이 리튬이차전지이다.
이차전지는 충·방전이 가능한 양극/분리막/음극 구조의 전극조립체가 전해질이 함침된 상태에서 원통형 또는 각형 등의 금속 캔이나 수지층 및 금속층을 포함하는 라미네이트 시트의 케이스에 내장된 구조로 이루어져 있다.
상기 전지의 구조 중 원통형의 전지는 구조적 안정성이 우수하고, 라미네이트 시트 케이스를 사용한 전지는 중량이 작고 제조가 용이하다는 장점을 가지고 있다.
최근, 전자기기의 소형경박화 경향과 중대형 전지팩의 중량 감소 필요성 등이 요구되면서, 라미네이트 시트를 사용하는 전지의 사용량이 증가하고 있다. 이러한 라미네이트 시트 케이스를 사용하는 전지는 케이스의 형태가 파우치 형상을 하고 있어, 파우치형 이차전지로 불리기도 한다.
이러한 라미네이트 시트를 사용한 이차전지는 실링부에서 내부 수지층이 서로 대면하는 구조를 이루고, 내부 수지층은 열압착에 의하여 서로 결합된다. 이 때, 라미네이트 시트의 단부에서 내부 수지층이 외부에 노출되는데, 노출된 내부 수지층을 통해 수분 침투가 용이하게 된다. 침투된 수분은 전지 내부에서 부반응을 야기하여 수명을 저하시키고, 라미네이트 시트 케이스의 금속층을 산화시키며, 실링부의 접착강도를 약화시켜 전해액 누액 가능성이 유발되는 문제점이 발생되고 있다.
특히 전해액이 누출될 경우 전지 용량이 감소하고, 전지가 채택된 기기의 손상이 유발되므로 전해액이 누출되었는지 여부를 즉시 감지하고, 전해액 누액이 발생된 전지를 교체, 제거하는 것이 중요하다.
본 발명의 목적은 상기와 같은 문제를 해결하고, 양극, 분리막 및 음극을 포함하는 전극조립체가 파우치형 수납케이스에 내장되는 이차전지에 있어서, 상기 이차전지는 누액감지부를 포함함으로써 장기 신뢰성이 높은 리튬 폴리머 이차전지를 제공하는 것이다.
본 발명은 양극, 분리막 및 음극을 포함하는 전극조립체가 파우치형 수납케이스에 내장되는 이차전지에 있어서, 상기 이차전지는 누액감지부를 포함함으로써 장기 신뢰성이 높은 리튬 폴리머 이차전지를 제공한다.
본 발명의 리튬 폴리머 이차전지에 의하면, 누액감지부를 포함함으로써 장기 신뢰성이 높은 이차전지를 얻을 수 있게 된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 이차전지의 평면 분해도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 이차전지의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 의한 이차전지의 평면도이다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 이차전지의 평면도이다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 이차전지의 단면도이다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 이차전지의 단면도이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하는 것으로, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것인바, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 리튬 폴리머 이차전지에 관하여 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 이차전지의 평면 분해도, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 이차전지의 단면도이다.
먼저, 도 1에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 이차전지는 양극(210), 분리막(230) 및 음극(220)을 포함하는 전극조립체(200)가 파우치형 수납케이스(100)에 내장되는 이차전지로서, 상기 수납케이스(100)의 가장자리가 일자형태로 밀봉되는 실링부(110); 상기 실링부(110)의 단부에서 상기 수납케이스의 외측방향으로 연장된 누액감지부(111)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 전극조립체(200)는 분리막(230)이 개재된 상태에서 양극과 음극이 순차적으로 적층되어 있는 발전소자로서, 양극 탭(212) 및 음극 탭(222)이 각각 전극조립체(200)의 양극 탭 용접영역(211) 및 음극 탭 용접영역(221)으로부터 각각 연장되어 있고, 수납케이스(100)의 외부로 일부가 노출되어 있다. 양극 탭(212)과 음극 탭(222)의 상하면 일부에는 수납케이스(100)와의 밀봉도를 높이는 동시에, 전기적 절연상태를 확보하기 위하여 절연부재(213)이 부착되어 있다.
도 2에 나타난 바와 같이, 상기 수납케이스(100)는 라미네이트 시트로 이루어진 것으로서, 라미네이트 시트는 금속층(101)와 열용착을 위한 수지층(102)을 포함하고 있고, 상기 수납케이스(100)는 전극조립체(200)를 수용할 수 있는 공간을 제공하기 위하여 전체적으로 파우치 형상을 가질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 이차전지는 도 1, 2에 나타난 바와 같이, 누액감지부(111)가 상기 실링부(110)의 단부 전체에 형성될 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 실시예에 의한 이차전지는 도 3에 나타난 바와 같이, 누액감지부(111)가 전극 탭(212, 222)이 노출된 부위를 포함하는 수납케이스(100)의 가장자리에 형성된 실링부(110)의 단부에 형성될 수 있다.
즉, 전극 탭이 노출된 부분의 실링부가 누액에 가장 취약하기 때문에 전극 탭이 노출된 부위를 포함하는 수납케이스(100)의 가장자리에 형성된 실링부(110)의 단부에 누액감지부(111)를 형성할 수 있다. 따라서 도면에서 도시하지는 않았지만, 본 발명의 이차전지는 전극 탭(212, 222)이 수납케이스(100)의 서로 다른 가장자리로 노출되는 경우, 누액감지부(111)는 해당 전극 탭(212, 222)이 노출된 수납케이스(100)의 가장자리에 형성된 2개 이상의 실링부(110)의 단부에 형성될 수 있다.
또한, 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 이차전지는 도 4, 5에 나타난 바와 같이, 누액감지부(111)가 전극 탭(222)을 감싸고 있는 절연부재(213)와 실링부(110)에 의해 발생되는 단차부위의 단부에 형성될 수 있다.
이 때, 상기한 본 발명의 다양한 실시예에 있어서, 상기 실링부(110)의 단부에서 상기 수납케이스(100)의 외측방향으로 연장된 누액감지부(111)의 연장길이(t)는 1mm~10mm일 수 있다.
누액감지부(111)의 연장길이(t)가 1mm미만인 경우에는 충분한 길이가 확보되지 않아 누액 여부를 육안으로 확인하기 어렵다.
본 발명에 있어서, 상기 누액감지부는 티몰블루, 메틸오렌지, 메틸레드, 브롬티몰블루, 페놀레드, 페놀프탈레인 중에서 선택된 1종 이상의 화합물을 포함할 수 있다. 즉 본 발명의 누액감지부는 상기한 화합물을 포함함으로써 전해액이 Sealing부 외부로 누액 된 후 해당 전해액에 포함된 HF등으로 인한 수소 이온의 농도 변화에 의한 색의 변화로 누액여부를 육안으로 확인할 수 있도록 한다.
본 발명의 이차전지에 포함되는 상기 전극조립체는 젤리-롤, 스택, 스택 앤 폴딩, z-폴딩 중 선택된 어느 하나의 구조로 이루어진 것일 수 있다.
한편, 본 발명의 또 다른 실시예에 의하면, 도 6, 7에 나타낸 바와 같이, 양극, 분리막 및 음극을 포함하는 전극조립체가 파우치형 수납케이스에 내장되는 이차전지로서, 상기 수납케이스의 단부에서 내측방향으로 일정 거리(l) 이격된 부분이 열융착되어 밀봉되는 봉합부(110')와 상기 봉합부(110')로부터 수납케이스 단부까지 V자 형태로 형성된 노치부(120)를 포함하는 실링부(110) 및 상기 노치부(120)의 내측면을 따라 형성된 누액감지부(111')를 포함할 수도 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 의한 이차전지는, 누액감지부(111')가 상기 노치부(120)의 내측면 전체에 형성될 수 있다. 즉, 수납케이스의 가장자리에 형성된 모든 실링부(110)의 노치부(120) 내측면에 형성될 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 의한 이차전지는 누액감지부(111')가 전극 탭(212, 222)이 노출된 부위를 포함하는 수납케이스의 가장자리에 형성된 노치부(120)의 내측면에 형성될 수 있다.
즉, 전극 탭이 노출된 부분의 실링부가 누액에 가장 취약하기 때문에 전극 탭이 노출된 부위를 포함하는 수납케이스의 가장자리에 형성된 노치부(120)의 내측면에 누액감지부(111')를 형성할 수 있다. 따라서 도면에서 도시하지는 않았지만, 본 발명의 이차전지는 전극 탭(212, 222)이 수납케이스(100)의 서로 다른 가장자리로 노출되는 경우, 누액감지부(111')는 해당 전극 탭(212, 222)이 노출된 수납케이스(100)의 가장자리에 형성된 2개 이상의 노치부(120)의 단부에 형성될 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 의한 이차전지는, 도 7에 나타낸 바와 같이, 누액감지부(111')가 전극 탭(212)을 감싸고 있는 절연부재(213)와 상기 봉합부(110')가 만나는 부분을 일측 단부로 하여 노치부(120)의 내측면에 형성될 수 있다.
상기한 본 발명의 실시예에 의한 이차전지에 있어서, 상기 노치부(120)의 내측면에 형성된 누액감지부(111')의 두께는 0.1~5mm일 수 있다.
누액감지부(111')의 두께(t')가 0.1mm미만인 경우에는 충분한 길이가 확보되지 않아 누액 여부를 육안으로 확인하기 어렵고, 5mm를 초과하는 경우에는 두껍게 도포되거나 부착되어서 미세한 누액이 발생시 확인이 어려운 문제가 있다.
본 발명에 있어서, 상기 누액감지부는 티몰블루, 메틸오렌지, 메틸레드, 브롬티몰블루, 페놀레드, 페놀프탈레인 중에서 선택된 1종 이상의 화합물을 포함할 수 있다. 즉 본 발명의 누액감지부는 상기한 화합물을 포함함으로써 전해액이 Sealing부 외부로 누액 된 후 해당 전해액에 포함된 HF등으로 인한 수소 이온의 농도 변화에 의한 색의 변화로 누액여부를 육안으로 확인할 수 있도록 한다.
본 발명의 이차전지에 포함되는 상기 전극조립체는 젤리-롤, 스택, 스택 앤 폴딩, z-폴딩 중 선택된 어느 하나의 구조로 이루어진 것일 수 있다.
이상에서는 본 발명의 실시예를 중심으로 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 기술자의 수준에서 다양한 변경이나 변형을 가할 수 있다. 이러한 변경과 변형은 본 발명이 제공하는 기술 사상의 범위를 벗어나지 않는 한 본 발명에 속한다고 할 수 있다. 따라서 본 발명의 권리범위는 이하에 기재되는 청구범위에 의해 판단되어야 할 것이다.

Claims (16)

  1. 양극, 분리막 및 음극을 포함하는 전극조립체가 파우치형 수납케이스에 내장되는 이차전지에 있어서,
    상기 수납케이스의 가장자리가 일자형태로 밀봉되는 실링부;
    상기 실링부의 단부에서 상기 수납케이스의 외측방향으로 연장된 누액감지부;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 누액감지부는 상기 실링부의 단부 전체에 형성되는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 누액감지부는 전극 탭이 노출된 부위를 포함하는 수납케이스의 가장자리에 형성된 실링부의 단부에 형성되는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 누액감지부는 전극 탭을 감싸고 있는 절연부재와 실링부에 의해 발생되는 단차부위의 단부에 형성되는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 실링부의 단부에서 상기 수납케이스의 외측방향으로 연장된 누액감지부의 연장길이는 1~10mm인 것을 특징으로 하는 이차전지.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 누액감지부는 티몰블루, 메틸오렌지, 메틸레드, 브롬티몰블루, 페놀레드, 페놀프탈레인 중에서 선택된 1종 이상의 화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 전극조립체는 젤리-롤, 스택, 스택 앤 폴딩, z-폴딩 중 선택된 어느 하나의 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 이차전지.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 수납케이스는 금속층과 수지층을 포함하는 라미네이트 시트를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  9. 양극, 분리막 및 음극을 포함하는 전극조립체가 파우치형 수납케이스에 내장되는 이차전지에 있어서,
    상기 수납케이스의 단부에서 내측방향으로 일정 거리 이격된 부분이 열융착되어 밀봉되는 봉합부와 상기 봉합부로부터 수납케이스 단부까지 V자 형태로 형성된 노치부를 포함하는 실링부;
    상기 노치부의 내측면을 따라 형성된 누액감지부;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 누액감지부는 상기 노치부의 내측면 전체에 형성된 것을 특징으로 하는 이차전지.
  11. 제 9항에 있어서,
    상기 누액감지부는 전극 탭이 노출된 부위를 포함하는 수납케이스의 가장자리에 형성된 노치부의 내측면에 형성되는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  12. 제 9항에 있어서,
    상기 누액감지부는 전극 탭을 감싸고 있는 절연부재와 상기 봉합부가 만나는 부분을 일측 단부로 하여 노치부의 내측면에 형성되는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  13. 제 9항에 있어서,
    상기 노치부의 내측면에 형성된 누액감지부의 두께는 0.1~5mm인 것을 특징으로 하는 이차전지.
  14. 제 9항에 있어서,
    상기 누액감지부는 티몰블루, 메틸오렌지, 메틸레드, 브롬티몰블루, 페놀레드, 페놀프탈레인 중에서 선택된 1종 이상의 화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  15. 제 9항에 있어서,
    상기 전극조립체는 젤리-롤, 스택, 스택 앤 폴딩, z-폴딩 중 선택된 어느 하나의 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 이차전지.
  16. 제 9항에 있어서,
    상기 수납케이스는 금속층과 수지층을 포함하는 라미네이트 시트를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지.
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