KR20170025872A - 안전성이 개선된 파우치형 리튬이차전지 - Google Patents

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KR20170025872A
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Abstract

본 발명에서는 노치부가 형성되어 있는 전극 리드; 상기 노치부 외측에 위치하며 전극 리드의 양면에 적용된 파우치 케이스 부착용 리드 필름; 및 상기 리드 필름과 전극 탭-전극 리드의 연결부 사이에 위치하며 노치부를 중심으로 전극 리드에 적용되는 면을 달리하여 적용된 단선 유도용 리드 필름을 포함하는 파우치형 리튬이차전지가 제공된다.

Description

안전성이 개선된 파우치형 리튬이차전지 {Pouch type lithium secondary battery with improved safety}
본 발명은 안전성이 개선된 파우치형 리튬이차전지에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 내부가스 발생시에 리드 단선이 유도되도록 한 파우치형 리튬이차전지에 관한 것이다.
비디오 카메라, 휴대용 전화, 휴대용 PC 등의 휴대용 전기 제품 사용이 활성화됨에 따라 그 구동 전원으로서 주로 사용되는 이차전지에 대한 중요성이 증가되고 있다.
통상적으로 충전이 불가능한 일차전지와는 달리, 충전 및 방전이 가능한 이차전지는 디지털 카메라, 셀룰러 폰, 랩탑 컴퓨터, 파워 툴, 전기 자전거, 전기 자동차, 하이브리드 자동차, 대용량 전력 저장 장치 등 첨단 분야의 개발로 활발한 연구가 진행 중이다.
특히, 리튬 이차전지는 기존의 납 축전지, 니켈-카드뮴 전지, 니켈-수소 전지, 니켈-아연전지 등 다른 이차전지와 비교하여 단위 중량 당 에너지 밀도가 높고 급속 충전이 가능하므로 사용의 증가가 활발하게 진행되고 있다.
리튬 이차전지는 작동 전압이 3.6V 이상으로 휴대용 전자 기기의 전원으로 사용되거나, 다수의 전지를 직렬 또는 병렬로 연결하여 고출력의 전기자동차, 하이브리드 자동차, 파워툴, 전기 자전거, 전력저장장치, UPS 등에 사용된다.
리튬 이차전지는 전해질 종류에 따라 액체 전해질을 사용하는 리튬 이온전지와 고분자 고체 전해질을 사용하는 리튬 이온 폴리머 전지로 구분할 수 있다. 그리고, 리튬 이온 폴리머 전지는 고분자 고체 전해질의 종류에 따라 전해액이 전혀 함유되어 있지 않은 완전 고체형 리튬 이온 폴리머 전지와 전해액을 함유하고 있는 겔형 고분자 전해질을 사용하는 리튬 이온 폴리머 전지로 나눌 수 있다.
액체 전해질을 사용하는 리튬 이온전지의 경우 대개 원통이나 각형의 금속 캔을 용기로 하여 용접 밀봉시킨 형태로 사용되었다. 이런 금속 캔을 용기로 사용하는 캔형 이차전지는 형태가 고정되므로 이를 전원으로 사용하는 전기 제품의 디자인을 제약하는 단점이 있고, 부피를 줄이는 데 어려움이 있다. 따라서, 전극 조립체와 전해질을 필름으로 만든 파우치 포장재에 넣고 밀봉하여 사용하는 파우치형 이차전지가 개발되어 사용되고 있다.
이차전지에서 충·방전이 반복적으로 이루어지면, 전해질과 전극활물질의 전기화학적 반응으로 인해 가스가 발생된다. 이 때, 발생한 가스는 이차전지의 내부 압력을 상승시켜 부품간의 체결약화, 이차전지의 외부 케이스의 파손, 보호회로의 조기 작동, 전극의 변형, 내부 단락, 폭발 등의 문제를 일으킬 수 있다.
파우치형 이차전지에서 내부에 가스가 발생하게 되면, 파우치가 부풀면서 배기(venting) 또는 폭발 등의 이벤트(event)가 발생할 수 있다. 이러한 상황에서 파우치 케이스에 수납되어 있는 셀, 예컨대, 폴딩 셀(folded cell)에서는 단선이 일어나지 않으며, 지속적으로 충, 방전이 일어나게 된다. 이와 같이, 배기가 발생한 셀의 내부에 전류가 지속적으로 흐르게 되면, 내부 저항의 영향으로 인해 전지 온도가 상승하게 되고, 이러한 상황이 계속되면 발화나 추가적인 이벤트가 발생하게 되어 사용자의 안전을 위협할 수 있다.
도 1은 파우치형 이차전지에서 사용하기 위해 전극 리드에 리드 필름이 적용된 종래 양태를 개략적으로 나타낸 상면도이다.
도 1을 참조하면, 실질적으로 동일한 형태와 위치에서 리드 필름(120)이 전극 리드(110)의 양면에 적용되어 있으며, 상기 리드 필름(120)은 파우치 케이스(도시되지 않음)의 실링부에 위치하게 된다. 이를 위해, 리드 필름(120)은 전극 탭-전극 리드의 연결부(W)로부터 일정한 거리를 두고 전극 리드(110)에 적용된다.
도 2는 파우치형 이차전지에서 전극 리드가 파우치 케이스에 적용된 종래 양태를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 2를 참조하면, 전극 리드(210)의 일단이 전극조립체(250)로부터 연장된 전극 탭(도시되어 있지 않음)에 연결되어 연결부(280)를 형성하고, 전극 리드(210)의 타단이 파우치 케이스(260)의 외부로 노출되어 있다. 또한, 전극 리드(210)가 파우치 케이스(260)와 보다 용이하게 열 융착되도록 하기 위해, 리드 필름(220)은 전극 탭과의 연결부(280)로부터 일정 거리만큼 이격되는 위치에서 전극 리드(210)에 적용되어, 리드 필름(220)을 매개로 하여 전극 리드(210)가 파우치 케이스(260)에 부착되어 실링부(S)를 구성하게 된다. 즉, 리드 필름(220)은 상부 파우치 케이스와 하부 파우치가 열 융착되는 실링부(S)에 한정되게 위치하여 전극 리드(210)를 파우치 케이스에 부착시킨다. 이 때문에, 내압이 발생하여 파우치 케이스가 팽창하더라도, 리드 단선이 용이하게 유도될 수 없다.
한편, 파우치형 이차전지에서는 내압 발생시 일부 구성요소가 물리적으로 변형되도록 함으로써 이차전지의 안전성을 확보하는 방안이 제시되어 왔다. 그러나, 이러한 방법은 이차전지의 제조공정을 복잡하게 하거나 혹은 파우치 케이스내 내압이 상당한 수준에 도달하였을 때 비로소 전류가 차단되기 때문에 안전성 확보에 한계가 있는 문제점이 있었다.
따라서, 본 발명에서는 파우치형 이차전지에서 내부가스 발생시 리드 단선이 용이하게 유도될 수 있는 파우치형 이차전지를 제공하는 것을 하나의 기술적 과제로 한다.
또한, 본 발명에서는 종래에 비해 낮은 내압에서 리드 단선이 유도될 수 있는 파우치형 이차전지를 제공하는 것을 또 하나의 기술적 과제로 한다.
또한, 본 발명에서는 종래에 비해 내압 발생에 대하여 우수한 감응도로 리드 단선이 유도되도록 한 파우치형 이차전지를 제공하는 것을 또 하나의 기술적 과제로 한다.
전술한 기술적 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 일 양태에서는, 노치부가 형성되어 있는 전극 리드; 상기 노치부 외측에 위치하며 전극 리드의 양면에 적용되어 있는 파우치 케이스 부착용 리드 필름; 및 상기 파우치 케이스 부착용 리드 필름과 전극 탭-전극 리드의 연결부 사이에 위치하며, 전극 리드의 상면 또는 하면에 노치부를 중심으로 적용되는 면을 달리하여 적용되어 있는 단선 유도용 리드 필름을 포함하는 파우치형 이차전지가 제공된다.
상기 파우치 케이스 부착용 리드 필름은 열 융착되어 파우치 케이스의 실링부를 구성할 수 있다.
상기 단선 유도용 리드 필름은 파우치 케이스의 실링부 내측에 위치하게 되는 전극 리드 부분에 적용되어 있을 수 있다.
전극 리드의 상면에 적용되어 있는 단선 유도용 리드 필름은 파우치 케이스의 상면에 부착되고, 전극 리드의 하면에 적용되어 있는 단선 유도용 리드 필름은 파우치 케이스의 하면에 부착될 수 있다.
상기 노치부는 파우치 케이스의 실링부 내측에 위치하게 되는 전극 리드 부분에 형성될 수 있다.
상기 노치부는 전극 리드 두께의 10 내지 90 %에 해당하는 두께를 가질 수 있다.
상기 노치부는 전극 리드에 V자형, 바닥있는 V자형, U자형, 타원형 또는 물결형 형태로 형성될 수 있다.
내부 가스가 발생하여 파우치가 부풀면, 노치부를 중심으로 타면에 접착되어 있는 단선 유도용 리드 필름이 서로 반대 방향으로 이끌려가면서 리드 단선이 유도될 수 있다.
본 발명의 다른 양태에 따르면, 상기 파우치형 이차전지를 단위전지로 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지 모듈이 제공된다.
또한, 상기 이차전지 모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 전지 팩이 제공된다.
상기 전지팩은 중대형 디바이스의 전원으로 사용될 수 있으며, 상기 중대형 디바이스는 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 플러그-인 하이브리드 전기자동차, 또는 전력저장용 시스템일 수 있다.
본 발명의 일 양태에 따른 파우치형 이차전지에서는 내부가스 발생에 의해 파우치 케이스가 팽창될 때, 리드 필름에 의한 리드 단선이 보다 용이하게 유도될 수 있다. 따라서, 파우치형 이차전지에서는 내부 가스의 배기(venting)가 발생하기 전에, 단선에 의해 내부에 더 이상의 전류가 흐르지 않게 되므로 이차전지의 안정화가 이루어질 수 있고, 더 이상의 발열 혹은 폭발 등이 발생하지 않게 된다.
또한, 본 발명의 일 양태에 따른 파우치형 이차전지에서는 종래보다 낮은 내압에서도 리드의 일부 단선이 발생할 수 있다. 이러한 리드 일부 단선이 발생하면, 전류 흐름이 방해받고, 그에 따라 리드부에 저항이 높게 걸려 발열이 일어나서, 결과적으로는, 리드의 완전 단선이 유도되므로 리튬이차전지의 안전성이 유도될 수 있다. 따라서, 리드의 완전 단선에 의해서만 안전성이 담보되는 파우치형 이차전지에 비해 크게 향상된 안전성을 가질 수 있다.
또한, 본 발명의 일 양태에 따른 파우치형 이차전지를 포함하는 전지팩에서는 비정상적인 상황에 의한 내압 발생시 특정 셀에서 일부 단선이 발생하여 저항이 커져서 전압 변동의 폭이 커지게 되므로, 이러한 셀 이상여부를 보다 확실하게 감지(sensing)할 수 있는 이점이 있다.
도 1은 파우치형 이차전지에서 사용하기 위해 전극 리드에 리드 필름이 적용된 종래 양태를 개략적으로 나타낸 상면도이다.
도 2는 파우치형 이차전지에서 전극 리드, 리드 필름 및 파우치 케이스가 조립되어 있는 종래 양태를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 3a는 파우치형 이차전지에서 사용하기 위해 전극 리드에 리드 필름이 부착되어 있는 본 발명의 일 양태를 개략적으로 도시한 상면도이고, 도 3b는 도 3a에 도시된 전극 리드의 반대면에 리드 필름이 부착되어 있는 양태를 개략적으로 도시한 하면도이다.
도 4는 파우치형 이차전지에서 전극 리드, 리드 필름 및 파우치 케이스가 조립되어 있는 본 발명의 일 양태를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 5a와 도 5b는 본 발명의 일 양태에 따라, 리드 필름이 적용된 전극 리드(도 5a)에서 내부가스 발생시에 단선이 발생되는 양태(도 5b)를 측면에서 개략적으로 나타낸 도면이다.
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 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 발명의 일 양태에 따른 파우치형 이차전지는 전극 조립체, 전극 리드, 리드 필름 및 파우치 케이스를 포함하여 구성되고, 보다 구체적으로는, 노치부가 형성되어 있는 전극 리드; 상기 노치부 외측에 위치하며 전극 리드의 양면에 적용된 파우치 케이스 부착용 리드 필름; 및 상기 파우치 케이스 부착용 리드 필름과 전극 탭-전극 리드의 연결부 사이에 위치하며, 노치부를 중심으로 전극 리드에 적용되는 면을 달리하여 적용된 단선 유도용 리드 필름을 포함한다.
본 발명에서 사용되는 전극 조립체로는 당업계에서 통상적으로 사용되는 전극조립체를 사용할 수 있으며, 양극, 음극, 세퍼레이터 및 전해질을 포함하고, 상기 양극과 음극에는 활물질이 도포되어 있지 않은 부분인 전극 탭이 형성되어 있으며, 상기 전극 탭은 전극 리드에 부착, 연결되어 있다.
전극 리드는 얇은 판상 또는 봉 형상을 가지며, 전도성을 위해 금속으로 구성된다. 일반적으로, 전극 리드는 전도성에서 유리한 알루미늄(Al), 니켈(Ni), 구리(Cu) 및 이들의 합금 등으로부터 선택된 전도성 금속으로 구성된다.　 전극 리드는 용접이나 리벳(revet) 등을 통해 전극 탭에 부착되고, 전극 조립체의 외측 방향으로 연장된다. 상기 전극 리드는 양극 탭과 직접 또는 간접적으로 연결되는 양극 리드, 및 음극 탭과 직접 또는 간접적으로 연결되는 음극 리드를 포함한다. 상기 양극 리드 및 음극 리드는 양극 탭 및 음극 탭의 형성 위치에 따라 서로 반대 방향으로 연장될 수도 있고, 서로 동일한 방향으로 연장될 수도 있다. 이러한 전극 리드와 파우치 케이스의 부착 부위에는 실링을 위한 리드 필름이 개재되어 전극 리드와 파우치 케이스를 부착시킨다.
본 발명에 따라 전극 리드에 리드 필름이 적용된 일 양태를 도 3a와 도 3b를 참조하여 설명한다.
도 3a와 도 3b는 하나의 전극 리드의 상면과 하면을 각각 나타낸 것이다. 도 3a와 도 3b를 참조하면, 전극 리드(310)의 양면에, 파우치 케이스와의 실링을 위한 파우치 케이스 부착용 리드 필름(320)이 적용되어 있으며, 또한, 전극 리드(310)의 상면과 하면 각각에는, 파우치 케이스 상면과 파우치 케이스 하면 각각에 실링되도록 하기 위한 단선 유도용 리드 필름(320', 320")이 적용되어 있다. 또한, 내압 발생시 리드 단선이 용이하게 유도되도록 하는 노치(notch)부(N)가 전극 리드(310)에 형성되어 있다.
상기 노치부의 위치는 과전류시 혹은 내부가스 발생시 리드 단선이 용이하게 유도될 수 있다면 특별히 제한되지 않는다. 다만, 노치부가 상면 파우치 케이스와 하면 파우치 케이스(도시되지 않음)의 열 융착에 의해 형성된 실링부 혹은 실링부 외측에 위치하는 경우에는 리드 단선 유도가 이루어지지 않게 되므로, 노치부는 전극 리드 중 실링부 내측, 즉, 전극조립체 수납부에 위치하게 되는 부분에 형성되는 것이 바람직하다.
노치부는 리드 폭, 리드 두께, 목적하는 과전류 감응성과 같은 요인을 고려하여, 리드 폭 전체에 걸쳐 형성되거나 혹은 리드 폭의 일부에만 형성될 수 있다. 또한, 전극 리드의 양면 모두에 형성되거나 혹은 일면에만 형성될 수 있다.
또한, 노치부는 전극 리드에, V자형, 바닥있는 V자형, U자형, 타원형 또는 물결형과 같은 형태로 형성될 수 있다. 또한, 노치부는 그 형성 방법에 따라, 점선(dotted line) 형태로 혹은 연속한 새긴선 형태로 형성될 수 있다.
상기 노치부를 형성하는 방법은 당업계에서 통상적으로 사용될 수 있는 방법이라면 특별히 제한되지 않는다. 비제한적인 예로, 레이저(laser), 절삭(cutting), 천공(punching) 또는 쏘잉(sawing)와 같은 방법에 의해 노치부가 형성될 수 있다. 천공에 의해 노치부가 형성된 경우, 천공된 관통구는 원, 직사각형, 정사각형, 세모와 같은 임의의 형상을 가질 수 있다.
또한, 노치부는 전극 리드 두께의 10 내지 90 % 또는 20 내지 80 %에 해당하는 두께를 갖도록 형성될 수 있다. 노치부는, 노치부를 중심으로 타면에 접착되어 있는 단선 유도용 리드 필름이 내부 가스가 발생되어 파우치가 부풀게 되면 서로 반대 방향으로 이끌려가면서 발생하는 리드 단선을 유도하는 일종의 절취선 역할을 한다. 만약, 단선 유도용 리드 필름없이 노치부 두께만을 조정하여 전극 단선이 이루어지도록 하는 경우에는 노치부 부분이 본 발명에 비해 더 얇은 두께로 형성되어야 하고, 이 경우, 전극 리드는 높은 저항을 갖게 되어 정상적인 작동 상태에서의 출력 손실이 크게 되어 비효율적으로 되는 문제점이 있다.
예컨대, 도 3a와 도 3b에서 노치부는 리드 필름(320, 320') 하단과 전극 리드의 경계면에 해당하는 부분에 리드 폭 전체에 걸쳐, 바닥이 있는 V 자 형태로 형성되어 있다.
전극 리드(310)에는 노치부 외측에 위치하며 전극 리드의 양면에 적용된 파우치 케이스 부착용 리드 필름(320); 및 상기 파우치 케이스 부착용 리드 필름과 전극 탭-전극 리드의 연결부(W) 사이에 위치하며 노치부를 중심으로 전극 리드에 적용되는 면을 달리하여 적용된 단선 유도용 리드 필름(320')이 포함된다.
본원 명세서에서 '노치부 외측'이라 함은, 전극 리드가 전극 탭에 연결되어 파우치 케이스 외부를 향해 배치되어 있을 때 전극 리드 중 노치부 기준으로 (전극 탭 쪽이 아니라) 파우치 케이스 외부 쪽을 의미하는 것으로 이해한다.
본원 명세서에서 '파우치 케이스 부착용 리드 필름'과 '단선 유도용 리드 필름' 용어는 지칭 편의를 위한 것으로, 상기 리드 필름의 기능 및 용도가 각각 '파우치 케이스 부착' 또는 '단선 유도'에 한정되는 것으로 이해되어서는 안된다. 또한, 파우치 케이스 부착용 리드 필름과 단선 유도용 리드 필름은, 필요 혹은 편의에 따라, 일체형으로 형성된 1매의 리드 필름으로 형성될 수 있고, 또는, 별개로 형성된 2매 혹은 그 이상 매수의 리드 필름으로 구성될 수 있다.
도 3a와 도 3b를 함께 살펴보면, 전극 리드(310)의 상면 중 단선 유도용 리드 필름(320')이 적용된 부분에 해당하는 전극 리드(310)의 하면에는 단선 유도용 리드 필름이 적용되어 있지 않으며, 전극 리드(310)의 하면 중 단선 유도용 리드 필름(320")이 적용된 부분에 해당하는 전극 리드(310)의 상면에는 단선 유도용 리드 필름이 적용되어 있지 않다. 한편, 도 3a에는 파우치 케이스 부착용 리드 필름(320)과 단선 유도용 리드 필름(320')이 마크(Mark: M)에 의해 구분되게 표시되어 있는데, 이는 설명의 편의를 위한 것으로, 파우치 케이스 부착용 리드 필름과 단선 유도용 리드 필름(320, 320')은 일체형으로 형성된 1매의 리드 필름으로 형성될 수 있고, 또는, 별개로 형성된 2매의 리드 필름일 수 있다.
또한, 본 발명의 일 양태에서 리드 필름이 전극 리드 및 파우치 케이스에 적용되는 양태를 더 살펴보기 위해 도 4, 도 5a 및 도 5b를 참조한다.
도 4를 살펴보면, 파우치 케이스 부착용 리드 필름(220)은 전극 리드(210)의 양면에 적용되어 파우치 케이스(460)의 양면에 열 융착되어 실링부를 형성한다. 또한, 단선 유도용 리드 필름(420', 420") 각각은 전극 리드의 상면 또는 하면 각각에만 적용되어 파우치 케이스(460) 일면에만 열 융착된다. 단선 유도용 리드 필름이 파우치 케이스 실링부에 위치하는 경우에는, 과전류가 발생하더라도 절취되어 반대 방향으로 서로 벌어질 수 없으므로, 즉, 리드 단선을 유도할 수 없으므로, 파우치 케이스의 실링부 내측, 즉, 전극조립체 수납공간쪽에서 전극 리드에 적용되어야 한다. 따라서, 본 발명에 따른 리드 필름(420, 420', 420")은 전반적으로 전극 탭-전극 리드의 연결부(W)에 보다 인접하게 혹은 보다 근접하게 전극 리드에 적용될 수 있다.
도 5a를 참조하면, 단선 유도용 리드 필름(520', 520")은 내압 발생 전에는 전극 리드(510)에 양면에 위치를 달리하여 부착되어 있다. 이후, 내압이 발생되어 전극 리드에 응력이 가해지는 경우에는, 도 5b에 도시된 바와 같이, 상기 응력이 노치부(N)에 집중되게 되고, 전극 리드(510)에 부착되어 있는 단선 유도용 리드 필름(520', 520") 각각은 이들이 부착되어 있는 상부 또는 하부 파우치 케이스의 팽창 방향으로 이동하면서, 즉, 노치부(N)를 중심으로 전극 리드(510)가 반대 방향으로 벌어지게 되어, 전극 리드(510)에 단선이 발생한다.
설사, 전극 리드의 완전한 단선을 유발할 정도의 파우치 케이스 팽창이 발생하지 않는 경우에도 내압 발생에 의해 전극 리드의 일부 단선이 유발되면, 궁극적으로는 전극 리드의 완전한 단선을 유도할 수 있다. 이는, 전극 리드의 일부 단선에 의해 전류 흐름이 방해받고, 그에 따라 전극 리드에 저항이 높게 걸려 발열이 일어나도록 함으로써 가능하게 되며, 이로써 리튬이차전지의 안전성이 유도된다.
파우치 케이스 부착용 리드 필름과 단선 유도용 리드 필름은 각각의 목적하는 기능을 발휘할 수 있다면 그 재질 측면에서 특별히 제한되지 않으며, 동일하거나 상이한 재질로 형성될 수 있다.
예컨대, 파우치 케이스 부착용 리드 필름과 단선 유도용 리드 필름은 각각 독립적으로, 파우치 케이스와의 열 접착성을 위해 주로 폴리프로필렌(PP)이나 폴리에틸렌(PE) 필름으로 구성될 수 있다.　또는, 파우치 케이스 부착용 리드 필름과 단선 유도용 리드 필름은 각각 독립적으로 2층 또는 3층의 다층 구조로 구성될 수 있다. 예컨대, 내층은 금속과의 우수한 열 접착력을 유지할 수 있는 에틸렌비닐아세테이트 수지(EVA)에 전기 절연성 등이 우수한 폴리스티렌(PS)을 포함하는 혼합 수지 층으로 구성될 수 있다. 외층은 이차전지의 파우치 케이스와 열 접착력을 갖는 것이면 특별히 제한되지 않는다.　 이러한 외층은 비제한적으로 EVA와 PS의 혼합물, 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP), 캐스팅 폴리프로필렌(CPP) 및 에틸렌-프로필렌 공중합체로부터 선택된 1종 또는 2종 이상을 포함하여 형성될 수 있다. 　또한, 내층과 외층보다 용융지수(MFI)가 낮은 중간층을 포함하여, 열 접착시 리드 필름의 형태를 유지하도록 할 수 있다. 상기 중간층은 비제한적으로 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN), 폴리부틸렌테레프탈레이트(PBT), 폴리부틸렌나프탈레이트(PBN) 및 연신 폴리프로필렌(OPP) 필름 등으로부터 형성될 수 있다.　
단선 유도용 리드 필름은 열 융착에 의해 파우치 케이스와 전극 리드에 부착될 수 있으나, 필요에 따라, 단선 유도용 리드 필름의 일면 또는 양면에 접착제 층이 더 형성되어 파우치 케이스 혹은 전극 리드에 대한 접착 강도를 조정 혹은 차별화할 수 있다. 예컨대, 단선 유도용 리드 필름의 양면 중 파우치 케이스에 접착되는 일면에만 접착제층이 형성되도록 하고 전극 리드에 접착되는 타면에는 접착제층이 형성되지 않도록 할 수 있다. 이러한 접착제층은 전지셀 내부의 전해액과 반응하지 않으면서도 접착성을 제공하는 소재로서 특별히 한정되지 않으며, 예를 들어 아크릴계 수지로 구성될 수 있다.
파우치 케이스는 전극 리드가 외부로 인출되도록 전극 조립체를 수용한 채로 테두리 영역을 열 융착함으로써 실링부를 형성시켜 밀봉된다. 파우치 케이스는 우수한 열 융착성, 형상을 유지하고 전극 조립체를 보호하기 위한 강성 및 절연성을 모두 확보하기 위해 다층 구조를 가질 수 있다. 예를 들어, 상기 파우치 케이스는 전극 조립체와 대면하는 최내층, 외부 환경에 직접 노출되는 최외층 및 상기 두 층 사이에 개재되는 금속층을 포함하는 다층 구조를 가질 수 있으나, 이러한 구조에 한정되는 것은 아니다. 상기 최내층은 예를 들어, 폴리프로필렌(PP)과 같이 전해액에 대한 내부식성, 절연성 및 열 융착성을 갖는 재질로 이루어질 수 있고, 최외층은 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)와 같이 형태 유지를 위한 강성 및 절연성을 갖는 재질로 이루어질 수 있으며, 금속층은 알루미늄(Al)과 같은 금속 재질로 이루어질 수 있다.
파우치 케이스에 수납되는 전극조립체는 당업계에서 사용될 수 있는 것이라면 특별히 제한되지 않으며, 당업계에 잘 공지되어 있는 바와 같이 양극, 음극 및 이들 사이에 개재되어 있는 세퍼레이터를 포함하는 구조를 가질 수 있다.
양극 및 음극은 특별히 제한되지 않으며, 당업계에 알려진 통상적인 방법에 따라 전극활물질을 전극집전체에 결착된 형태로 제조할 수 있다.
전극활물질 중 양극활물질의 비제한적인 예로는 종래 전기화학소자의 양극에 사용될 수 있는 통상적인 양극활물질이 사용 가능하며, 특히 리튬망간산화물, 리튬코발트산화물, 리튬니켈산화물, 리튬철산화물 또는 이들을 조합한 리튬복합산화물을 사용하는 것이 바람직하다.
음극활물질의 비제한적인 예로는 종래 전기화학소자의 음극에 사용될 수 있는 통상적인 음극활물질이 사용 가능하며, 특히 리튬 금속 또는 리튬 합금, 탄소, 석유코크(petroleum coke), 활성화 탄소(activated carbon), 그래파이트(graphite) 또는 기타 탄소류 등과 같은 리튬 흡착물질 등이 바람직하다. 양극집전체의 비제한적인 예로는 알루미늄, 니켈 또는 이들의 조합에 의하여 제조되는 호일 등이 있으며, 음극집전체의 비제한적인 예로는 구리, 금, 니켈 또는 구리 합금 또는 이들의 조합에 의하여 제조되는 호일 등이 있다.
세퍼레이터로는 다양한 고분자로 형성된 다공성 막이나 부직포 등 예컨대 전기화학 소자에 사용되는 다공성 고분자 기재라면 모두 사용이 가능하다. 예를 들어 전기화학 소자 특히, 리튬 이차전지의 세퍼레이터로서 사용되는 폴리올레핀계 다공성 막이나, 폴리에틸렌테레프탈레이트 섬유로 이루어진 부직포 등을 사용할 수 있으며, 그 재질이나 형태는 목적하는 바에 따라 다양하게 선택할 수 있다. 예를 들어 폴리올레핀계 다공성 막은 고밀도 폴리에틸렌, 선형 저밀도 폴리에틸렌, 저밀도 폴리에틸렌, 초고분자량 폴리에틸렌과 같은 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리부틸렌, 폴리펜텐 등의 폴리올레핀계 고분자를 각각 단독으로 또는 이들을 혼합한 고분자로 형성할 수 있으며, 부직포 역시 폴리올레핀계 고분자 또는 이보다 내열성이 높은 고분자를 이용한 섬유로 제조될 수 있다. 다공성 고분자 기재의 두께는 특별히 제한되지 않으나, 바람직하게는 약 1 내지 약 100 ㎛, 더욱 바람직하게는 약 5 내지 약 50 ㎛이고, 다공성 고분자 기재에 존재하는 기공 크기 및 기공도 역시 특별히 제한되지 않으나 각각 약 0.001 내지 약 50 ㎛ 및 약 10 내지 약 95%인 것이 바람직하다
파우치 케이스에는 전극조립체와 함께 전해액이 수용될 수 있다. 본 발명의 전극조립체에서 사용될 수 있는 전해액은 A+B-와 같은 구조의 염으로서, A+는 Li+, Na+, K+와 같은 알칼리 금속 양이온 또는 이들의 조합으로 이루어진 이온을 포함하고 B-는 PF6 -, BF4 -, Cl-, Br-, I-, ClO4 -, AsF6 -, CH3CO2 -, CF3SO3 -, N(CF3SO2)2 -, C(CF2SO2)3 -와 같은 음이온 또는 이들의 조합으로 이루어진 이온을 포함하는 염이 프로필렌 카보네이트(PC), 에틸렌 카보네이트(EC), 디에틸카보네이트(DEC), 디메틸카보네이트(DMC), 디프로필카보네이트(DPC), 디메틸설폭사이드, 아세토니트릴, 디메톡시에탄, 디에톡시에탄, 테트라하이드로퓨란, N-메틸-2-피롤리돈(NMP), 에틸메틸카보네이트(EMC), 감마 부티로락톤 (γ-부티로락톤) 또는 이들의 혼합물로 이루어진 유기 용매에 용해 또는 해리된 것이 있으나, 이에만 한정되는 것은 아니다. 상기 전해액 주입은 최종 제품의 제조 공정 및 요구 물성에 따라, 전지 제조 공정 중 적절한 단계에서 행해질 수 있다. 즉, 전지 조립 전 또는 전지 조립 최종 단계 등에서 적용될 수 있다.
또한, 본 발명은 상기 리튬 이차전지를 단위전지로 포함하는 중대형 전지모듈 및 상기 전지모듈을 포함하는 전지팩을 제공한다.
상기 전지팩은 특히 높은 레이트 특성과 고온 안전성이 요구되는 다양한 중대형 디바이스에 사용될 수 있으며, 예를 들어, 전기적 모터에 의해 동력을 받아 움직이는 파워 툴(power tool); 전기차(Electric Vehicle, EV), 하이브리드 전기차(Hybrid Electric Vehicle, HEV) 및 플러그인 하이브리드 전기차(Plug-in Hybrid Electric Vehicle, PHEV)를 포함하는 전기차; E-bike, E-scooter를 포함하는 전기 이륜차; 전기 골프 카트(electric golf cart) 등의 전원으로 사용될 수 있고, 전력저장용 시스템에 사용될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
한편, 본 명세서에 개시된 본 발명의 실시예들은 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것에 지나지 않으며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형예들이 실시 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명할 것이다.

Claims (12)

  1. 노치부가 형성되어 있는 전극 리드;
    상기 노치부 외측에 위치하며 전극 리드의 양면에 적용되어 있는 파우치 케이스 부착용 리드 필름; 및
    상기 파우치 케이스 부착용 리드 필름과 전극 탭-전극 리드의 연결부 사이에 위치하며, 전극 리드의 상면 또는 하면에 노치부를 중심으로 적용되는 면을 달리하여 적용되어 있는 단선 유도용 리드 필름을 포함하는
    파우치형 이차전지.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 파우치 케이스 부착용 리드 필름은 열 융착되어 파우치 케이스의 실링부를 형성하는 것을 특징으로 하는 파우치형 이차전지.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 단선 유도용 리드 필름이 파우치 케이스의 실링부 내측에 위치하게 되는 전극 리드 부분에 적용되어 있는 것을 특징으로 하는 파우치형 이차전지.
  4. 제1항에 있어서,
    전극 리드의 상면에 적용되어 있는 단선 유도용 리드 필름은 파우치 케이스의 상면에 부착되고, 전극 리드의 하면에 적용되어 있는 단선 유도용 리드 필름은 파우치 케이스의 하면에 부착되어 있는 것을 특징으로 하는 파우치형 이차전지.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 노치부는 파우치 케이스의 실링부 내측에 위치하게 되는 전극 리드 부분에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 파우치형 이차전지.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 노치부가 전극 리드 두께의 10 내지 90 %에 해당하는 두께를 가지는 것을 특징으로 하는 파우치형 이차전지.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 노치부가 전극 리드에 V자형, 바닥있는 V자형, U자형, 타원형 또는 물결형 형태로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 파우치형 이차전지.
  8. 제1항에 있어서,
    내부 가스가 발생하여 파우치가 부풀면, 노치부를 중심으로 타면에 접착되어 있는 단선 유도용 리드 필름이 서로 반대 방향으로 이끌려가면서 리드 단선이 유도되는 것을 특징으로 하는 파우치형 이차전지.
  9. 제1항에 기재된 파우치형 이차전지를 단위전지로 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지 모듈.
  10. 제8항에 기재된 이차전지 모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 전지 팩.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 전지 팩은 중대형 디바이스의 전원으로 사용되는 것을 특징으로 하는 전지 팩.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 중대형 디바이스는 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 플러그-인 하이브리드 전기자동차, 또는 전력저장용 시스템인 것을 특징으로 하는 전지팩.
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