KR20160120089A - 이차 전지용 리드 부재 및 이를 포함하는 파우치형 이차 전지 - Google Patents

이차 전지용 리드 부재 및 이를 포함하는 파우치형 이차 전지 Download PDF

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KR20160120089A
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조영석
김종훈
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Abstract

본 발명은 파우치형 이차 전지에 대한 것이다. 더욱 상세하게는 리드 부재와 파우치 외장재의 절연상태가 개선된 파우치형 이차 전지에 대한 것이다.
본원 발명에 따른 리드 부재는 금속 도체를 포함하며 이의 표면에 절연층이 형성되어 있어 리드 부재가 파우치 외장재 내의 금속층과 접촉하더라도 단락이 형성되지 않고 절연상태가 유지된다. 이로 인해 전지의 안전성 및 사이클 특성이 향상되는 효과가 있다.

Description

이차 전지용 리드 부재 및 이를 포함하는 파우치형 이차 전지{A lead member for a secondary battery and a pouch type secondary battery comprising the same}
본 발명은 파우치형 이차 전지에 대한 것이다. 더욱 상세하게는 리드 부재와 파우치 외장재의 절연상태가 개선된 파우치형 이차 전지에 대한 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 충 방전이 자유롭고, 자가 방전율이 매우 낮으며 에너지 밀도가 높은 장점으로 각광을 받고 있다. 일반적으로 이러한 이차 전지는 외장이나 적용 형태에 따라 캔형 이차 전지와 파우치형 이차 전지로 구분될 수 있다.
도 1은 종래의 파우치형 이차 전지의 구성을 도시한 분해 사시도이며, 도 2는 도 1의 파우치형 이차 전지의 결합도이다. 도 1에 도시된 바와 같이 파우치형 이차 전지는, 양극 탭(31) 및 음극 탭(41), 상기 양극 탭 및 음극 탭에 전기적으로 연결된 양극 리드(32) 및 음극 리드(42)가 구비된 전극 조립체(20)와 상기 전극 조립체(20)를 수용하는 파우치 외장재(10)로 이루어지는 것이 일반적이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 파우치 외장재(10)는, 상부 파우치(11)와 하부 파우치(12)로 구성될 수 있으며, 이러한 상부 파우치(11)와 하부 파우치(12)로 형성된 내부 공간에 전극 조립체(20) 및 전해액이 수용된다. 그리고, 상부 파우치(11)와 하부 파우치(12)는, 내부 공간을 밀폐시키기 위해 외주면에 실링부가 형성되고, 이러한 실링부가 서로 접착(실링)된다.
이러한 파우치 외장재(10)는, 전극 조립체(20)와 전해액 등 내부 구성요소를 보호하고, 전극 조립체(20)와 전해액에 의한 전기 화학적 성질에 대한 보완 및 방열성 등을 제고하기 위하여 알루미늄 박막이 포함된 형태로 구성된다. 그리고, 이러한 알루미늄 박막은 전극 조립체(20) 및 전해액과 같은 이차 전지 내부의 구성요소나 이차 전지 외부의 다른 구성요소와의 전기적 절연성을 확보하기 위해, 절연물질로 형성된 절연층 사이에 개재된다.
도 3은 도 2의 A의 확대도이다.
도 3을 참조하면 상부 파우치(11)와 하부 파우치(12)는 각각 외부 절연층(11a, 12a), 금속층(11b, 12b) 및 내부 절연층(11c, 12c)으로 구성된다. 그리고, 상부 파우치(11)와 하부 파우치(12)의 내부 공간을 밀폐하기 위해, 상부 파우치(11)의 실링부와 하부 파우치(12)의 실링부는 서로 열융착 등에 의해 접착된다. 이처럼, 상부 파우치(11)와 하부 파우치(12)는 실링부에서 서로 접착되기 때문에, 상부 파우치의 내부 절연층(11c)과 하부 파우치의 내부 절연층(12c)은 폴리프로필렌(PolyPropylene, PP)과 같이 열융착에 의해 접착성이 좋은 물질로 형성되는 것이 일반적이다.
그런데, 상부 파우치(11)와 하부 파우치(12)가 실링부에서 서로 접착될 때 리드 인출 부분에서 금속 도체인 리드와 파우치 외장재의 금속층이 물리적으로 접촉되어 단락이 형성될 수 있다. 최근에는 많은 수의 이차 전지를 전기적으로 연결하여 중대형 배터리 팩을 구성하는 경우가 많은데, 이 경우 일부 이차 전지에서 발생하는 성능의 하락은 중대형 배터리 팩 전체의 성능 하락을 야기할 수 있다.
본 발명은 파우치형 이차 전지에 있어서 파우치 외장재의 금속층과 전극 리드의 절연성을 개선하기 위해 절연성이 향상된 전극 리드 부재 및 이를 포함하는 파우치형 이차 전지를 제공하는 것을 목적으로 한다. 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기 설명에 의해서 이해될 수 있을 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허청구범위에서 기재되는 수단 또는 방법, 및 이의 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
본 발명은 상기 기술 과제를 해결하기 위한 이차 전지용 전극 리드, 상기 전극 리드를 포함하는 이차 전지 및 전지팩에 대한 것이다.
본 발명에 있어서, 상기 전극 리드는 전극 조립체와 전기적으로 연결되며, 상기 전극 리드는 전도성 재질의 금속 도체 및 상기 금속 도체의 일측 표면에 절연층이 형성되어 있는 것이다.
여기에서, 상기 절연층은 금속 산화물층일 수 있으며, 상기 절연층의 두께는 0.2㎛ 내지 10㎛일 수 있다. 여기에서, 상기 금속 도체는 구리(Cu), 알루미늄(Al), 니켈(Ni), 철(Fe), 탄소(C), 크롬(Cr), 망간(Mn) 및 이 중 둘 이상을 포함하는 합금으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상일 수 있다.
여기에서, 상기 금속 산화물층은 금속 도체 표면을 양극산화처리, 대기압 플라즈마 처리, 열처리, 또는 산화제 처리하여 형성될 수 있다.
또한, 본 발명은 양극판 및 음극판이 세퍼레이터를 개재하여 배치되고 전극 리드가 전기적으로 연결된 전극 조립체; 및 상기 전극 조립체 및 전해액을 수납하고 상부 파우치와 하부 파우치를 포함하는 전지 케이스;를 포함하고, 여기에서, 상기 전극 리드는 제1항에 따른 전극 리드이며, 상기 상부 및 하부 파우치 사이를 통해 전지 케이스의 외부로 인출되는 것을 특징으로 하는 이차 전지를 제공한다.
여기에서, 상기 상부 및 하부 파우치는 각각 외부 절연층, 금속층, 내부 절연층이 순차적으로 라미네이트되어 형성된 파우치 외장재로 구성되며, 상기 전지 케이스는 상부 파우치의 내부 절연층과 하부 파우치의 내부 절연층의 실링부가 열융착에 의해 실링될 수 있다.
또한, 본 발명은, 양극판 및 음극판이 세퍼레이터를 개재하여 배치되고 전극 리드가 전기적으로 연결된 전극 조립체; 및 상기 전극 조립체 및 전해액을 수납하고 상부 파우치와 하부 파우치를 포함하는 전지 케이스;를 포함하고, 여기에서, 상기 전극 리드는 금속 도체의 표면에 절연층이 형성되어 있으며, 상부 및 하부 파우치 사이를 통해 전지 케이스의 외부로 인출되고, 상기 상부 및 하부 파우치는 각각 외부 절연층, 금속층, 내부 절연층이 순차적으로 라미네이트되어 형성된 파우치 외장재로 구성되며, 상기 절연층에 의하여 전극 리드의 금속 도체와 파우치의 금속층 간 절연상태를 형성하는 이차 전지를 제공한다.
또한, 본 발명은 전술한 특징을 갖는 이차 전지를 단위전지로 포함하는 중대형 전지팩을 제공한다. 여기에서, 상기 전지팩은 전기 자동차, 하이브리드 전기 자동차 또는 전기 자전거의 전원으로 사용되는 것이다.
또한, 본 발명은 절연층이 금속 도체의 표면에 형성된 고분자 수지층 또는 무기물층인 것인 이차 전지용 전극 리드를 제공한다.
본원 발명에 따른 리드 부재는 금속 도체를 포함하며 이의 표면에 절연층이 형성되어 있어 리드 부재가 파우치 외장재 내의 금속층과 접촉하더라도 단락이 형성되지 않고 절연상태가 유지된다. 이로 인해 전지의 안전성 및 사이클 특성이 향상되는 효과가 있다.
첨부된 도면은 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 상세한 설명과 함께 본 발명의 원리를 설명하는 것으로, 발명의 범위가 이에 국한되는 것은 아니다. 한편, 본 명세서에 수록된 도면에서의 요소의 형상, 크기, 축척 또는 비율 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장될 수 있다.
도 1은 종래의 파우치형 이차 전지의 구성을 도시한 분해 사시도이다.
도 2는 도 1의 파우치형 이차 전지의 결합도이다.
도 3은 도 2의 A 부분을 확대한 확대도이며, 종래 파우치형 이차전지의 실링부의 단면을 도시한 것이다.
도 4는 도 2의 B 부분을 확대한 확대도이며, 종래 파우치형 이차전지에 있어서 리드 인출부의 단면을 도시한 것이다.
도 5 및 도 6은 본 발명에 따른 리드 부재의 구체적인 실시양태를 도시한 것이다.
도 7은 본 발명에 따른 파우치형 이차 전지의 분해 사시도 및 결합도이다.
도 8 및 도 9는 도 7의 B 부분을 확대한 것이다.
도 10 및 도 11은 금속 산화물층이 더 구비된 실시양태를 도시한 것이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본원 발명을 상세하게 설명한다. 본 명세서 및 특허청구범위에 사용된 용어 또는 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. 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.
본 발명에 있어서, 전극 리드 부재는 전극 조립체의 양극 탭 및/또는 음극 탭에 전기적으로 연결되어 양극 단자 또는 음극 단자로 사용되는 것이다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 구체적인 일 실시양태에 따른 리드 부재 및 이의 단면을 도시한 것이다. 상기 도 5 및 도 6을 참조하면, 상기 리드 부재(500)는 금속 도체(520)를 포함하며, 상기 도체의 적어도 일측 표면에 절연층(521)이 형성되어 있다. 상기 절연층은 도 5에 도시된 바와 같이 리드의 표면부 중 일부에 형성될 수 있으며, 바람직하게는 도 6에 도시된 바와 같이 금속 도체의 표면 전체를 피복하는 형식으로 형성되어 금속 도체의 표면이 노출되지 않는 것이 바람직하다.
본 발명과 같이 상기 금속 리드의 금속 도체, 예를 들어 상기 금속 도체가 알루미늄인 경우, 이의 표면을 산화처리하면 알루미늄이 알루미늄옥사이드로 변하게 되며, 이는 알루미늄 금속인 도체에서 알루미늄옥사이드인 부도체로 그 형상이 변하게 된다. 따라서, 이러한 부도체는 파우치의 금속층과 접촉하더라도 단락을 형성하지 않아 절연저항을 유지할 수 있다.
상기 금속 도체(520)는 구리(Cu), 알루미늄(Al), 니켈(Ni), 철(Fe), 탄소(C), 크롬(Cr), 망간(Mn) 및 이 중 둘 이상을 포함하는 합금으로 이루어진 군에서 선택될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니며 상기 전극 탭과 전기적으로 연결될 수 있는 재료라면 특별한 제한 없이 사용될 수 있다. 상기 금속 도체는 기계적 강도와 유연성을 고려하여 선택할 수 있으며, 가공성 및 유연성 및 후술하는 표면처리를 고려하여 알루미늄(Al)인 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 구체적인 일 실시양태에 있어서, 상기 알루미늄은 선택적으로 실리콘, 붕소, 게르마늄, 비소, 안티몬, 구리, 마그네슘, 망간, 아연, 리튬, 철, 크롬, 바나듐, 티타늄, 비스무스, 칼륨, 주석, 납 지르코늄, 니켈, 코발트 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 원소를 포함하는 합금일 수 있다.
본 발명의 구체적인 일 실시양태에 있어서, 상기 절연층(510)은 고분자 수지층, 무기물층 또는 금속 산화물층일 수 있으며, 바람직하게는 상기 절연층(510)은 금속 산화물층이다. 상기 전극 리드가 금속 도체를 포함하므로 후술하는 간단한 공정에 의해 산화물층을 형성할 수 있다.
본 발명의 구체적인 일 실시양태에 따르면 상기 절연층(510)은 금속 도체의 표면을 양극산화처리, 대기압 플라즈마 처리, 열처리, 또는 산화제 처리하여 형성될 수 있다.
바람직하게는 절연층(510)은 양극산화처리(anodizing)에 의해 형성될 수 있다. 상기 금속 도체(520)의 표면에 대해 양극산화처리(anodizing)을 실시하면, 금속 도체의 표면에 나노~마이크론 수준의 두께를 갖는 다공성 산화피막이 형성될 수 있다. 본 발명에서는 양극산화처리 조건을 조절하여 리드 부재를 구성하는 알루미늄과 같은 금속 도체의 적어도 표면 일부 또는 표면 전부에 적절한 표면 저항을 갖도록 금속 산화물층을 형성시킨다. 상기 산화막에 의해 형성된 저항 값은 특별한 범위로 한정되는 것은 아니며, 금속 도체가 전지의 전위에 의해 부식되지 않을 수 있는 저항값으로 설정할 수 있다.
본 발명의 구체적인 일 실시양태에 따르면 상기 양극산화처리에 의해 형성되는 절연층(510)은 복수의 기공이 형성된 다공질이다. 상기 다공성의 금속 산활물층인 절연층(510)은 기공으로 인해 표면적이 향상되어 후술하는 파우치 외장재의 내부 절연층과의 접착성을 향상시킬 수 있다.
양극산화처리는 황산법, 수산법, 크롬산법, 인산법 또는 붕산법 등의 방법이 다양하게 사용될 수 있다. 예를 들어, 양극산화처리는 황산, 크롬산, 붕산, 옥산산 또는 그들의 혼합물을 포함하는 약 10℃ 내지 35℃의 전해질 용액을 사용하여 0.5A/d㎡ 내지 50A/d㎡의 전류밀도에서 반응이 이루어질 수 있으며, 상기 공정은 약 5초에서 60분 정도가 수행할 수 있다. 이렇게 처리된 금속 산화물층은 다공성의 산화물(예를 들어 Al2O3) 층으로서, 고유의 기능과 함께 전기절연성, 내산성, 금속 접착성, 내마모성 등이 향상된다.
상기 양극산화처리는 산용액을 0.1% 내지 25% 농도로 포함하는 전해질 용액에서 금속 도체의 표면을 처리하는 것으로서, 상기 양극산화처리에 사용 가능한 전해질 용액의 산으로는, 황산, 크롬산, 인산, 옥살산 및 인산으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상일 수 있으며, 예를 들면, 10~25% 농도의 황산, 0.1~10% 농도의 옥살산, 5-15% 농도의 인산 또는 2-15%의 크롬산일 수 있다, 또한 황산 용액을 사용하는 경우 옥살산을 추가로 첨가하여 사용할 수도 있다.
또한, 상기 양극산화처리는 0.5A/d㎡ 내지 50A/d㎡의 전류밀도로 5초에서 60분 동안 수행할 수 있다. 상기 전해질 용액의 온도는 10℃ 내지 35℃, 더욱 바람직하게는 15℃ 내지 30℃일 수 있으며, 상기 수치범위를 벗어나는 경우 산화물층의 두께가 불균일하다는 문제점과 기공크기조절의 문제점이 있다.
또한, 상기 절연층(510)의 두께는 0.2㎛ 내지 10㎛, 바람직하게는 0.5㎛ 내지 5㎛, 더욱 바람직하게는 0.5㎛ 내지 1㎛이다. 금속 산화물층의 두께가 상기 범위에 미치지 못하는 경우에는 소망하는 절연 특성을 나타내지 못하거나 잔진동이 인가되거나 전지가 낙하되는 등의 이유로 리드의 외형이 변형되는 경우 금속 산화물층이 갈라지기 쉽다. 또한, 상기 두께가 10㎛를 초과하면 전극 탭과의 용접 등 전지 제조 공정이나 전지 사용상 금속 산화물층이 갈라지는 등 손상되어 금속 도체의 표면에 노출될 수 있어 바람직하지 않다.
또한, 본 발명의 구체적인 일 실시양태에 있어서, 상기 절연층은 상기 금속 도체를 열처리 시키거나, 또는 금속 도체의 표면을 산화제로 처리함으로써 금속 산화물층으로 형성시킬 수 있다.
상기 열처리는 금속 도체를 200 내지 600℃의 고온에서 5초 내지 24시간 동안 노출시킴으로써 표면에 금속 산화물을 형성하는 방법이다.
또한, 상기 금속 도체의 표면을 산화제로 처리할 경우 사용되는 산화제로는 염화철(III), 황산철(III), 파라톨루엔술폰산철(III), 크롬산, 과산화수소 및 질산 등으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 산화제를 사용하는 것이 바람직하다. 상기와 같은 산화제를 이용하여 금속 도체의 표면을 처리할 경우, 5초 내지 24시간 동안 수행하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 구체적인 일 실시양태에 있어서 상기 절연층(510)은 상압 플라즈마 방법에 의해 형성될 수 있다. 상압 플라즈마에 의해 대기 중 산소가 이온화되고 이온화된 산소는 강한 반응성을 가지고 있어 금속층을 산화시킬 수 있다. 플라즈마 생성을 위한 가스로는 아르곤(Ar) 또는 질소(N2)를 이용할 수 있으며, 반응 가스로는 공기를 사용한다. 이때 인가되는 전력은 100 내지 2000W인 것이다.
또한, 본 발명은 전술한 리드 부재(500)를 포함하는 파우치형 이차 전지를 제공한다. 본 발명에 있어서, 특별한 기재가 없는 한 본 발명의 리드 부재(500)는 양극 리드(320) 및/또는 음극 리드(420)에 적용될 수 있다.
도 7 은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 파우치형 이차 전지의 분해사시도이다. 도 7 내지 도 8을 참조하면, 본 발명에 따른 파우치형 이차 전지는, 전극 조립체(200) 및 파우치 외장재(100)를 포함하며, 상기 전극 조립체의 양극 탭(310) 및 음극 탭(410)은 본원 발명에 따른 리드 부재(320, 420)와 각각 전기적으로 연결되어 있다.
본 발명에 있어서 상기 전극 탭(310, 410)은 예를 들어 저항 용접, 레이져 용접, 초음파 용접, 도전성 접착제 등의 방법에 의해 본 발명의 리드 부재(320, 420)와 전기적으로 연결될 수 있다. 그러나 상기 전극 탭과 리드 부재의 전기적 연결은 예시된 상기 방법에 한정되는 것은 아니다.
상기 전극 조립체(200)는, 양극판 및 음극판이 세퍼레이터를 사이에 두고 배치된 형태로 구성된다. 이때, 전극 조립체(200)는 하나의 양극판 및 하나의 음극판이 세퍼레이터를 사이에 두고 권취된 구조를 갖거나, 다수의 양극판 및 다수의 음극판이 세퍼레이터를 사이에 두고 적층된 구조를 가질 수 있다. 그리고, 이러한 양극판과 음극판은 각각 전극 집전체에 활물질 슬러리가 도포된 구조로서 형성될 수 있는데, 슬러리는 통상적으로 입상의 활물질, 보조도체, 바인더 및 가소제 등이 용매가 첨가된 상태에서 교반되어 형성될 수 있다.
한편, 전극 조립체(200)에는, 전극판에 슬러리가 도포되지 않은 무지부가 존재할 수 있으며, 이러한 무지부에는 각각의 전극판에 대응되는 전극 탭이 구비될 수 있다. 즉, 전극 조립체(200)의 양극판에는 양극 탭(310)이 부착되고, 전극 조립체(200)의 음극판에는 음극 탭(410)이 부착될 수 있다. 상기 양극 탭(310) 및 음극 탭(410)은 양극 리드(320) 및 음극 리드(420)에 전기적으로 연결되어, 전극 단자(300, 400)를 형성하며, 상기 전극 단자(300, 400)가 파우치 외장재(100)의 외부로 인출된다.
상기 파우치 외장재(100)는, 상부 파우치(110)와 하부 파우치(120)를 포함한다. 이러한 상부 파우치(110)와 하부 파우치(120)에는 오목하게 들어간 형태의 내부 공간이 형성되어, 이러한 내부 공간에 전극 조립체(200) 및 전해액을 수납한다.
그리고, 파우치 외장재(100)는, 상부 파우치와 하부 파우치의 실링부(S)가 서로 접착됨으로써 밀봉 상태를 유지할 수 있다. 즉, 상부 파우치(110)와 하부 파우치(120)는 각각 테두리에 실링부(S)를 구비하고, 테두리 내측으로 형성된 수납 공간에 전극 조립체(200) 및 전해액을 수납한 후, 이러한 실링부(S)가 서로 접착(실링)된다. 이때 상부 파우치(110)와 하부 파우치(120)의 실링부(S) 접착은, 열융착 등의 방식으로 이루어질 수 있다.
한편, 상부 파우치(110)와 하부 파우치(120)는, 각각 외부 절연층(111, 121), 금속층(112, 122) 및 내부 절연층(113, 123)으로 구성될 수 있다. 여기서, 외부 절연층(111, 121)은, 이차 전지와 외부와의 절연성을 확보하기 위하여 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PolyEthylene Terephthalate, PET) 수지 또는 나일론(nylon) 수지 등의 절연물질로 구성될 수 있다.
바람직하게는, 상기 외부 절연층(111, 121)은 금속층을 보호하고 외부에서의 압력 또는 힘에 대하여 보호하는 목적으로 사용되므로, 포장재의 내후성, 내화학성, 성형성을 등을 감안하여 2축 방향으로 연신된 폴리에스테르계 수지층 및/또는 연신 폴리아미드계 수지층로 구성된 것이 바람직하다. 상기 외부 절연층은 5㎛ 내지 50㎛이 바람직하고, 좀 더 바람직하게는 15㎛ 내지 30㎛ 정도이다. 두께가 너무 얇으면 그 층 자체에 핀홀이 발생할 가능성 및 외력에 대한 보호 효과가 감소된다.
상기 폴리에스테르계 수지의 예로는 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리부틸렌테레프탈레이트(PBT), 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN), 폴리부틸렌나프탈레이트(PBN), 공중합폴리에스테르, 또는 폴리카보네이트(PC) 필름 등이 있고, 상기 이축 연신된 폴리아마이드 필름 수지로서 나일론(nylon) 6, 나일론 6.6, 나일론 6과 나일론 6.6과의 공중합체, 나일론 6.10 및 폴리메타키실릴렌 아미파미드(MXD 6)등으로 구성되는 군으로부터 하나 이상 선택된 성분으로 단일 또는 복합층 구성할 수 있다. 또한, 내열성, 내후성, 내화학성이 개선된 폴리올레핀계 수지가 있다면, 그것을 적용하여 층을 구성할 수 있다. 상기 외부 절연층은 드라이 라미네이션, 압출 라미네이션 등의 방법으로 금속층과 접착된다.
상기 내부 절연층은 무연신 폴리프로필렌(casted polypropylene: CPP)과 같은 변성 폴리프로필렌, 폴리프로필렌과 부틸렌과 에틸렌 삼원 공중합체 등이 사용될 수 있다. 상기 내부 절연층은 상기 금속층의 다른 면에 대략 30∼40㎛의 두께로 코팅 또는 라미네이팅되어 있다.
본 발명에 있어서, 상기 금속층은 바람직하게는 알루미늄 박막인 것이다.
도 7은 본 발명에 따른 파우치형 이차 전지의 분해 사시도를 도시한 것이다. 상기 도 7을 참조하면 전지 케이스 외부로 돌출된 전극 리드(420)는 금속 도체(422)의 표면에 절연층(421)이 형성되어 있다.
도 8 및 도 9는 도 7의 B 부분을 확대한 도면이다. 이를 참조하면, 전지 케이스의 열융착시 실링 불량이 발생하여 전극 리드가 실링부에 의해 충분히 피복되지 못하고 전극 리드의 일부가 파우치의 금속층과 접촉하는 부분(X2)이 발생하여도 전극 리드(420)의 표면에 형성된 절연층(421)에 의해 금속층(113)과 전극 리드(420)의 금속 도체(422)가 물리적으로 접촉하지 않아 단락이 발생되지 않는다.
또한, 본 발명의 구체적인 일 실시양태에 있어서, 상기 하부 파우치 및 상부 파우치의 금속층(112, 122)의 표면의 전부 또는 일부, 특히 실링부에 대응 되는 부분에 금속 산화물층이 더 형성될 수 있다. 도 10은 상부 및 하부 파우치의 금속층의 표면 특히 하부 절연층과 대면하는 금속층의 표면에 금속 산화물층(114, 124)이 더 형성되어 있는 파우치형 전지를 도시한 것이다. 이를 참조하면, 금속층(113, 123)과 전극 리드(420)가 접촉되더라도 금속층의 금속 산화물층(114, 124)과 전극 리드의 표면에 형성된 절연층(421)에 의해 단락이 발생되지 않으므로 전지 사용상 안정성이 향상될 수 있다.
상기 금속층의 표면에 산화물층을 형성하는 방법은 양극산화처리, 표면을 양극산화처리, 대기압 플라즈마 처리, 열처리, 또는 산화제 중 어느 하나 또는 둘 이상을 사용할 수 있다. 이에 대한 상세한 설명은 상기 금속 리드의 표면에 금속 산화물층을 형성하는 방법을 참조할 수 있다.
본 발명의 기술 사상은 상기 바람직한 실시예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 상기한 실시예는 그 설명을 위 한 것이며 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 발명의 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술 사상의 범위 내에서 다양한 변형예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다. 전술한 발명에 대한 권리범위는 이하의 특허청구범위에서 정해지는 것으로써, 명세서 본문의 기재에 구속되지 않으며, 청구범위의 균등 범위에 속하는 변형과 변경은 모두 본 발명의 범위에 속할 것이다.

Claims (11)

  1. 전극 조립체와 전기적으로 연결되는 전극 리드이며,
    상기 전극 리드는 전도성 재질의 금속 도체 및 상기 금속 도체의 일측 표면에 절연층이 형성되어 있는 것인, 이차 전지용 전극 리드.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 절연층은 금속 산화물층인 것인, 이차 전지용 전극 리드.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 절연층의 두께는 0.2㎛ 내지 10㎛인 것인, 이차 전지용 전극 리드.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 금속 도체는 구리(Cu), 알루미늄(Al), 니켈(Ni), 철(Fe), 탄소(C), 크롬(Cr), 망간(Mn) 및 이 중 둘 이상을 포함하는 합금으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상인 것인, 이차 전지용 전극 리드.
  5. 제2항에 있어서
    상기 금속 산화물층은 금속 도체 표면을 양극산화처리, 대기압 플라즈마 처리, 열처리, 또는 산화제 처리하여 형성되는 것인, 이차 전지용 전극 리드.
  6. 양극판 및 음극판이 세퍼레이터를 개재하여 배치되고 전극 리드가 전기적으로 연결된 전극 조립체; 및
    상기 전극 조립체 및 전해액을 수납하고 상부 파우치와 하부 파우치를 포함하는 전지 케이스;를 포함하고,
    여기에서, 상기 전극 리드는 제1항에 따른 전극 리드이며, 상기 상부 및 하부 파우치 사이를 통해 전지 케이스의 외부로 인출되는 것인, 이차 전지.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 상부 및 하부 파우치는 각각 외부 절연층, 금속층, 내부 절연층이 순차적으로 라미네이트되어 형성된 파우치 외장재로 구성되며,
    상기 전지 케이스는 상부 파우치의 내부 절연층과 하부 파우치의 내부 절연층의 실링부가 열융착에 의해 실링되는 것인, 이차 전지.
  8. 양극판 및 음극판이 세퍼레이터를 개재하여 배치되고 전극 리드가 전기적으로 연결된 전극 조립체; 및
    상기 전극 조립체 및 전해액을 수납하고 상부 파우치와 하부 파우치를 포함하는 전지 케이스;를 포함하고,
    여기에서, 상기 전극 리드는 금속 도체의 표면에 절연층이 형성되어 있으며, 상부 및 하부 파우치 사이를 통해 전지 케이스의 외부로 인출되고,
    상기 상부 및 하부 파우치는 각각 외부 절연층, 금속층, 내부 절연층이 순차적으로 라미네이트되어 형성된 파우치 외장재로 구성되며,
    상기 절연층에 의하여 전극 리드의 금속 도체와 파우치의 금속층 간 절연상태를 형성하는 것인, 이차 전지.
  9. 제6항에 따른 이차 전지를 단위전지로 포함하는 중대형 전지팩.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 전지팩은 전기 자동차, 하이브리드 전기 자동차 또는 전기 자전거의 전원으로 사용되는 것인, 중대형 전지팩.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 절연층은 금속 도체의 표면에 형성된 고분자 수지층 또는 무기물층인 것인, 이차 전지용 전극 리드.
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