KR20170047756A - 이차 전지 - Google Patents

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KR20170047756A
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Abstract

본 발명의 일 측면은 파우치 외곽에 구비되는 실링부를 파우치의 측면으로 접을 때, 실링부에 주름을 발생시키지 않고 파우치의 측면과 접힌 실링부 사이에 공간을 제거하는 이차 전지를 제공하는 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지는, 전류를 충전 및 방전하는 전극 조립체, 상기 전극 조립체를 내장하는 파우치, 및 상기 전극 조립체에 전기적으로 연결되어 상기 파우치를 통하여 외부로 인출되는 리드탭을 포함하며, 상기 파우치는 상기 전극 조립체를 내장하여 서로 마주하는 제1외장재와 제2외장재, 및 상기 전극 조립체의 외곽을 따라 상기 제1외장재와 상기 제2외장재를 설정된 실링폭으로 실링하는 실링부를 포함하고, 상기 실링부는 상기 실링폭보다 작은 크기로 절개되는 절개홈을 구비하고, 상기 전극 조립체의 외곽을 따라 접히어 상기 파우치의 측면에 밀착된다.

Description

이차 전지 {RECHARGEABLE BATTERY}
본 기재는 파우치를 실링하여 전극 조립체를 내장하는 이차 전지에 관한 것이다.
모바일 기기에 대한 기술 개발에 따라 에너지원으로써 이차 전지의 수요가 증가되고 있다. 이차 전지(rechargeable battery)는 일차 전지와 달리 충전 및 방전을 반복적으로 수행하는 전지이다.
소용량의 이차 전지는 휴대폰이나 노트북 컴퓨터 및 캠코더와 같이 휴대가 가능한 소형 전자기기에 사용되고, 대용량 이차 전지는 하이브리드 자동차 및 전기 자동차의 모터 구동용 전원으로 사용될 수 있다.
예를 들면, 파우치형 이차 전지는 충전 및 방전 작용하는 전극 조립체, 전극 조립체와 전해액을 수용하는 파우치 및 전극 조립체를 파우치의 외부로 인출하는 리드탭을 포함한다.
전자 기기는 그 종류, 크기 및 내부 공간의 형상에 따라 다양한 크기 및 형상의 이차 전지를 필요로 한다. 그러나 이차 전지는 원통형 또는 직육면체와 같은 형태로 이루어져 있으므로 전자 기기의 수용 공간에 효과적으로 적용되기 어렵다.
이를 극복하기 위하여, 파우치형 이차 전지는 전자 기기의 내부 공간에 효과적으로 적용될 수 있도록 직육면체와 같은 정형이 아니고 곡면부를 가지는 비정형으로 형성되거나, 직육면체이면서 휘어질 수 있는(curved, flexible) 구조로 형성될 수 있다.
이차 전지는 전극 조립체를 내장하는 파우치의 외곽에 실링부를 구비하며, 실링부는 접히어 파우치의 측면에 밀착된다. 그러나 파우치가 외곽에 곡면부를 가지는 비정형인 경우, 파우치 외곽에 구비되는 실링부는 직경 차이로 인하여 외주에서 주름을 발생시킬 수 있다.
또한 이차 전지에서 비정형의 형태에 따라 실링부의 주름이 상이하고, 이에 따라 전극 조립체를 내장하는 파우치의 측면과 접힌 실링부 사이에서 상이한 크기의 공간이 형성될 수 있다.
실링부의 주름 및 파우치의 측면과 접힌 실링부 사이에 형성되는 공간은 이차 전지의 전체적인 부피를 증가시키고, 이차 전지의 에너지 밀도를 저감시킨다.
본 발명의 일 측면은 파우치 외곽에 구비되는 실링부를 파우치의 측면으로 접을 때, 실링부에 주름을 발생시키지 않고 파우치의 측면과 접힌 실링부 사이에 공간을 제거하는 이차 전지를 제공하는 것이다.
또한 본 발명의 일 측면은 곡면부를 가지는 파우치의 외곽에 구비되어 접히는 실링부를 파우치의 측면에 긴밀하게 밀착시키는 이차 전지를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지는, 전류를 충전 및 방전하는 전극 조립체, 상기 전극 조립체를 내장하는 파우치, 및 상기 전극 조립체에 전기적으로 연결되어 상기 파우치를 통하여 외부로 인출되는 리드탭을 포함하며, 상기 파우치는 상기 전극 조립체를 내장하여 서로 마주하는 제1외장재와 제2외장재, 및 상기 전극 조립체의 외곽을 절개홈따라 상기 제1외장재와 상기 제2외장재를 설정된 실링폭으로 실링하는 실링부를 포함하고, 상기 실링부는 상기 실링폭보다 작은 크기로 절개되는 절개홈을 구비하고, 상기 전극 조립체의 외곽을 따라 접히어 상기 파우치의 측면에 밀착된다.
상기 실링부는 상기 리드탭이 인출되는 테라스부, 및 상기 테라스부에 연결되어 상기 파우치의 측면에 밀착되는 곡면부를 포함할 수 있다.
상기 곡면부는 평면에서 원호로 형성되고, 상기 절개홈은 상기 곡면부의 직경 방향으로 중심선을 일치하여 형성될 수 있다.
상기 절개홈은 내측의 일점에서 설정된 각을 가지고 신장되어 외측에서 제1절개 폭을 가질 수 있다.
상기 실링부를 접어서 상기 전극 조립체의 측면에 대응하는 상기 파우치의 측면에 밀착한 상태에서, 상기 제1절개 폭은 제거 또는 감소될 수 있다.
상기 절개홈은 상기 곡면부 내측의 일점에서 설정된 간격을 가지고 직경 방향으로 신장되어 외측 단부에 이를 수 있다.
상기 곡면부를 접어서 상기 전극 조립체의 측면에 대응하는 상기 파우치의 측면에 밀착한 상태에서, 상기 절개홈의 일측 단부는 상기 절개홈의 다른 일측 단부에 포개어질 수 있다.
상기 곡면부는 상기 곡면부의 직경 방향으로 권취되어 상기 파우치의 측면에 밀착될 수 있다.
상기 실링부는 상기 리드탭이 인출되는 테라스부, 및 상기 테라스부에 연결되어 평면으로 형성되는 측면부를 포함할 수 있다.
상기 절개홈은 상기 측면부에 교차 방향으로 설정될 수 있다.
상기 절개홈은 내측의 일점에서 설정된 각을 가지고 외측으로 신장되어 외측에서 제2절개 폭을 가질 수 있다.
이와 같이 본 발명의 일 실시예에 따르면, 실링부에 절개홈을 구비하여 실링부를 전극 조립체의 외곽을 따라 접어서 파우치의 측면에 밀착하므로 실링부에 주름이 발생되지 않고 파우치의 측면과 접힌 실링부 사이에 공간이 발생되지 않을 수 있다. 따라서 실링부와 파우치의 측면은 긴밀하게 밀착될 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 이차 전지의 분해 사시도이다.
도 2는 도 1의 이차 전지를 조립한 상태의 사시도이다.
도 3은 도2의 부분 평면도이다.
도 4는 도 2의 이차 전지에서 실링부를 접어서 파우치의 측면에 밀착한 상태의 사시도이다.
도 5는 도 4의 부분 측면도이다.
도 6은 본 발명의 제2실시예에 따른 이차 전지의 부분 평면도이다.
도 7은 도 6의 이차 전지에서 실링부를 접어서 파우치의 측면에 밀착한 상태의 측면도이다.
도 8은 도 7의 평면도이다.
도 9는 본 발명의 제3실시예에 따른 이차 전지의 부분 측면도이다.
도 10은 도 9의 Ⅹ-Ⅹ 선을 따라 자른 단면도이다.
도 11은 본 발명의 제4실시예에 따른 이차 전지의 사시도이다.
도 12는 도 11의 이차 전지를 굽힌 상태의 측면도이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 붙였다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 이차 전지의 분해 사시도이고, 도 2는 도 1의 이차 전지를 조립한 상태의 사시도이다. 명세서 전체에서 비정형의 의미는 전극 조립체 및 파우치에서 적어도 외곽의 일부에 곡면부를 가지는 것을 의미한다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 일 실시예에 따른 이차 전지(1)는 전류를 충전 및 방전하는 전극 조립체(10), 전극 조립체(10)를 수용하고 가요성을 가지는 파우치(120), 및 전극 조립체(10)에 전기적으로 연결되어 파우치(120)를 통하여 외부로 인출되는 리드탭(16, 17)을 포함한다.
전극 조립체(10)는 절연체인 세퍼레이터(13)의 양면에 음극(11)과 양극(12)을 배치하고, 음극(11), 세퍼레이터(13) 및 양극(12)을 적층하여 형성된다. 음극(11) 및 양극(12)은 각각 금속 박판의 집전체에 활물질을 도포한 코팅부(11a, 12a), 및 활물질을 도포하지 않아서 노출된 집전체로 형성되는 무지부(11b, 12b)를 포함한다.
예를 들면, 음극(11), 양극(12) 및 세퍼레이터(13)는 원형에서 일부를 직선으로 절단한 형상을 가진다. 즉 음, 양극(11, 12)은 하나의 직선부와 직선부의 양단을 곡선으로 연결하는 곡선부를 가지는 비정형 형상으로 이루어진다. 음, 양극(11, 12)의 곡선부는 음, 양극(11, 12) 적층 시, 전극 조립체(10)의 측면에서 곡면부를 형성하고, 이에 대응하여 파우치(120)의 측면에 곡면부를 형성하게 한다.
음극(11)의 무지부(11b)는 적층되는 음극(11)의 직선부에서 돌출 형성된다. 양극(12)의 무지부(12b)는 적층되는 양극(12)의 직선부에서 돌출 형성된다. 그리고 음, 양극(11, 12)의 직선부는 전극 조립체(10)의 측면에서 평면부를 형성한다. 음, 양극(11, 12)의 무지부들(11b, 12b)은 전극 조립체(10)의 평면부에서 양측으로 번갈아 배치된다.
파우치(120)는 전극 조립체(10)를 내장하여 서로 마주하는 제1외장재(201)와 제2외장재(202), 및 전극 조립체(10)의 외곽을 따라 제1, 제2외장재(201, 202)를 설정된 실링폭(W)으로 실링하는 실링부(31, 32)를 포함한다. 리드탭(16, 17)은 음, 양극(11, 12)의 무지부(11b, 12b)에 각각 연결되고, 절연부재(14, 15)를 개재하여 실링부(31, 32)를 통하여 외부로 인출된다.
전극 조립체(10)를 내장하여 제1, 제2외장재(201, 202)의 외곽을 열융착하므로 실링부(31, 32)가 형성되고, 리드탭(16, 17)은 전기적으로 서로 절연되면서 실링부(31, 32)를 통하여 파우치(120)의 외부로 인출된다.
예를 들면, 파우치(120)는 내면 시트(721), 외면 시트(722) 및 금속 시트(723)를 포함한다. 제1, 제2외장재(201, 202)는 동일한 층구조의 내면 시트(721), 외면 시트(722) 및 금속 시트(723)로 형성될 수 있다.
내면 시트(721)는 파우치(120)의 내면을 형성하여 절연 및 열융착 작용하고, 폴리머 시트로 형성될 수 있다. 외면 시트(722)는 파우치(120)의 외면을 형성하여 보호 작용하고, PET(polyethyleneterephthalate) 시트, 나일론 시트 또는 PET-나일론 복합 시트로 형성될 수 있다.
금속 시트(723)는 내, 외면 시트(721, 722) 사이에 구비되어 파우치(120)의 기계적인 강도를 제공하고, 알루미늄 시트로 형성될 수 있다.
일례로써, 제1외장재(201)는 전극 조립체(10)를 수용하도록 오목 구조로 형성되고, 제2외장재(202)는 제1외장재(201)에 수용된 전극 조립체(10)를 덮을 수 있도록 평평하게 형성된다.
실링부(31, 32)는 음, 양극(11, 12)의 직선부에 대응하여 직선으로 형성되어 리드탭(16, 17)을 인출하는 테라스부(311, 321), 및 테라스부(311, 321)에 연결되어 곡선으로 형성되는 곡면부(312, 322)를 가진다.
곡면부(312, 322)는 음, 양극(11, 12)의 곡선부를 따라 형성되어, 접힌 상태에서 파우치(120)의 측면에 밀착된다. 이때, 파우치(120)의 측면이 곡면으로 형성되므로 실링부(31, 32)의 곡면부(312, 322)는 곡면인 파우치(120)의 측면에 밀착된다.
도 3은 도2의 부분 평면도이다. 도 1 내지 도 3을 참조하면, 실링부(31, 32)는 실링폭(W)보다 작은 크기로 절개되는 절개홈(C11, C12)을 구비한다. 절개홈(C11, C12)은 실링부(31, 32)의 곡면부(312, 322)에 구비된다.
일례로써, 곡면부(312, 322)는 음, 양극(11, 12)의 곡선부에 대응하도록 평면에서 원호로 형성된다. 절개홈(C11, C12)은 곡면부(312, 322)의 직경 방향으로 중심선을 일치하여 형성된다. 절개홈(C11, C12)은 내측의 일점에서 설정된 각을 가지고 신장되어 외측에서 제1절개 폭(W1)을 가진다.
도 4는 도 2의 이차 전지에서 실링부를 접어서 파우치의 측면에 밀착한 상태의 사시도이고, 도 5는 도 4의 부분 측면도이다. 도 4 및 도 5를 참조하면, 실링부(31, 32)의 곡면부(312, 322)는 전극 조립체(10)의 외곽을 따라 절곡되어 곡면의 형성되는 파우치(120)의 측면에 밀착된다.
이 상태에서, 절개홈(C11, C12)의 제1절개 폭(W1)은 제거되거나 감소된다. 제1절개 폭(W1)은 도 5의 크기에서 도 3의 크기로 좁아진다. 제1절개 폭(W1)이 제거 또는 감소됨에 따라 곡면부(312, 322)는 곡면으로 형성되는 파우치(120)의 측면에 밀착된 상태에서 주름을 형성하지 않게 된다. 즉 제1절개 폭(W1)은 곡면부(312, 322)의 곡면 방향의 길이 차이를 흡수하게 된다.
실링부(31, 32)의 실링폭(W) 방향으로 설정되는 절개홈(C11, C12)의 깊이(D)는 실링부(31, 32)의 실링 성능을 저하하지 않는 범위 내에서 최대로 형성될 수 있다. 곡면부(312, 322)가 파우치(120)의 측면에 밀착될 때, 절개홈(C11, C12)은 깊이(D)가 깊을수록 곡면부(312, 322)에서 곡면 방향의 길이 차이를 효과적으로 흡수할 수 있다.
따라서 실링부(31, 32)의 곡면부(312, 322)와 파우치(120)의 측면 사이에 공간이 생기지 않는다. 즉 실링부(31, 32)의 곡면부(312, 322)는 파우치(120)의 측면에 긴밀하게 밀착될 수 있다. 실링부(31, 32) 및 곡면부(312, 322)는 이차 전지(1) 전체의 부피를 증가시키지 않으므로 설정된 부피에서 에너지의 밀도를 높일 수 있다.
이하 본 발명의 다양한 실시예에 대하여 설명한다. 편의상 제1실시예 및 기 설명된 실시예와 동일한 구성에 대한 설명을 생략하고 서로 다른 구성에 대하여 설명한다.
도 6은 본 발명의 제2실시예에 따른 이차 전지의 부분 평면도이고, 도 7은 도 6의 이차 전지에서 실링부를 접어서 파우치의 측면에 밀착한 상태의 측면도이며, 도 8은 도 7의 평면도이다.
도 6 내지 도 8을 참조하면, 제2실시예에 따른 이차 전지(2)의 파우치(140)에서, 절개홈(C2)은 곡면부(41)의 직경 방향 내측의 일점에서 설정된 간격(G)을 가지고 직경 방향으로 신장되어 외측 단부에 이른다.
곡면부(41)를 접어서 전극 조립체(10)의 측면에 대응하는 파우치(140)의 측방 곡면에 밀착시키면, 절개홈(C2)의 일측 제1단부(411)는 절개홈(C2)의 다른 일측 제2단부(412)에 포개어진다.
제1, 제2단부(411, 412)가 서로 포개어짐에 따라 곡면부(41)는 곡면으로 형성되는 파우치(140)의 측면에서 주름을 형성하지 않게 된다. 즉 절개홈(C2)은 제1, 제2단부(411, 412)의 포개어짐을 유도하여 곡면부(41)의 곡면 방향의 길이 차이를 흡수한다.
곡면부(41)의 실링폭(W2) 방향으로 설정되는 절개홈(C2)의 깊이(D2)는 곡면부(41)의 실링 성능을 저하하지 않는 범위 내에서 최대로 형성될 수 있다. 곡면부(41)가 파우치(140)의 측면에 밀착될 때, 절개홈(C2)의 깊이(D2)가 깊을수록 절개홈(C2)은 곡면부(41)에서 곡면 방향의 길이 차이를 효과적으로 흡수할 수 있다.
도 9는 본 발명의 제3실시예에 따른 이차 전지의 부분 측면도이며, 도 10은 도 9의 Ⅹ-Ⅹ 선을 따라 자른 단면도이다. 도 9 및 도 10을 참조하면, 제3실시예의 이차 전지(3)에서, 곡면부(51)는 도 3의 상태에서 곡면부(51)의 직경 방향으로 권취되어 파우치(150)의 측면에 밀착된다.
곡면부(51)는 절개홈(도 3의 C11, C12 참조)을 구비하여 직경 방향으로 권취되므로 제1, 제2실시예의 곡면부(312, 322; 41)에 비하여 실링 성능을 더 향상시킬 수 있다.
도 11은 본 발명의 제4실시예에 따른 이차 전지의 사시도이고, 도 12는 도 11의 이차 전지를 굽힌 상태의 측면도이다. 도 11 및 도 12를 참조하면, 제4실시예의 이차 전지(4)에서 실링부(61)는 리드탭(16, 17)이 인출되는 테라스부(611), 및 테라스부(611)에 연결되어 평면으로 형성되는 측면부(612)를 포함한다.
절개홈(C4)은 측면부(612)에 교차 방향으로 설정된다. 즉 절개홈(C4)은 내측의 일점에서 설정된 각을 가지고 외측으로 신장되어 외측에서 제2절개 폭(W4)을 가진다.
도 12에 도시된 바와 같이 이차 전지(4)를 굽히면, 측면부(612)의 제2절개 폭(W4)이 감소되면서 측면부(612) 및 이차 전지(4)의 굽힘을 유도할 수 있다. 따라서 이차 전지(4)의 측면에 구비되는 실링부(61)의 측면부(612)는 절개홈(C4)의 유도를 받으면서 쉽게 휘어질 수 있다.
이상을 통해 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.
1, 2, 3, 4: 이차 전지 10: 전극 조립체
11: 음극 11a, 12a: 코팅부
11b, 12b: 무지부 12: 양극
13: 세퍼레이터 14, 15: 절연부재
16, 17: 리드탭 31, 32, 61: 실링부
41, 51, 312, 322: 곡면부 120, 140: 파우치
201: 제1외장재 202: 제2외장재
311, 321, 611: 테라스부 411, 412: 제1, 제2단부
612: 측면부 721: 내면 시트
722: 외면 시트 723: 금속 시트
C11, C12, C2, C4: 절개홈 D, D2: 깊이
G: 간격 W, W2: 실링폭
W1, W4: 제1, 제2절개 폭

Claims (11)

  1. 전류를 충전 및 방전하는 전극 조립체;
    상기 전극 조립체를 내장하는 파우치; 및
    상기 전극 조립체에 전기적으로 연결되어 상기 파우치를 통하여 외부로 인출되는 리드탭
    을 포함하며,
    상기 파우치는
    상기 전극 조립체를 내장하여 서로 마주하는 제1외장재와 제2외장재, 및
    상기 전극 조립체의 외곽을 따라 상기 제1외장재와 상기 제2외장재를 설정된 실링폭으로 실링하는 실링부를 포함하고,
    상기 실링부는
    상기 실링폭보다 작은 크기로 절개되는 절개홈을 구비하고, 상기 전극 조립체의 외곽을 따라 접히어 상기 파우치의 측면에 밀착되는 이차 전지.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 실링부는,
    상기 리드탭이 인출되는 테라스부, 및
    상기 테라스부에 연결되어 상기 파우치의 측면에 밀착되는 곡면부를 포함하는 이차 전지.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 곡면부는 평면에서 원호로 형성되고,
    상기 절개홈은
    상기 곡면부의 직경 방향으로 중심선을 일치하여 형성되는 이차 전지.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 절개홈은
    내측의 일점에서 설정된 각을 가지고 신장되어 외측에서 제1절개 폭을 가지는 이차 전지.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 실링부를 접어서 상기 전극 조립체의 측면에 대응하는 상기 파우치의 측면에 밀착한 상태에서,
    상기 제1절개 폭은 제거 또는 감소되는 이차 전지.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 절개홈은
    상기 곡면부 내측의 일점에서 설정된 간격을 가지고 직경 방향으로 신장되어 외측 단부에 이르는 이차 전지.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 곡면부를 접어서 상기 전극 조립체의 측면에 대응하는 상기 파우치의 측면에 밀착한 상태에서,
    상기 절개홈의 일측 단부는
    상기 절개홈의 다른 일측 단부에 포개어지는 이차 전지.
  8. 제2항에 있어서,
    상기 곡면부는
    상기 곡면부의 직경 방향으로 권취되어 상기 파우치의 측면에 밀착되는 이차 전지.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 실링부는,
    상기 리드탭이 인출되는 테라스부, 및
    상기 테라스부에 연결되어 평면으로 형성되는 측면부를 포함하는 이차 전지.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 절개홈은 상기 측면부에 교차 방향으로 설정되는 이차 전지.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 절개홈은
    내측의 일점에서 설정된 각을 가지고 외측으로 신장되어 외측에서 제2절개 폭을 가지는 이차 전지.
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