KR20170050444A - 파우치형 이차전지 - Google Patents

파우치형 이차전지 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전극 리드의 저항 및 발열을 감소시킬 수 있으며, 구조적 안정성을 개선하기 위한 것으로, 양극탭을 구비하는 양극, 음극탭을 구비하는 음극, 분리막을 포함하는 전극조립체; 상기 전극조립체를 수용하는 전지케이스; 및 상기 양극탭 및 음극탭과 각각 전기적으로 연결되어 전지케이스의 외부로 돌출되는 양극리드 및 음극리드를 포함하며, 상기 양극리드 및 음극리드 중 1종 이상의 리드 두께방향 또는 길이방향으로 굴곡된 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 파우치형 이차전지가 제공된다.

Description

파우치형 이차전지{POUCH TYPE SECONDARY BATTERY}
본 발명은 파우치형 이차전지에 관한 것으로서, 구체적으로는 저항을 감소시킬 수 있고, 리드부의 발열을 억제할 수 있는 파우치형 이차전지에 관한 것이다.
모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서의 전지의 수요가 급격히 증가하고 있고, 그에 따라 다양한 요구에 부응할 수 있는 전지에 대한 많은 연구가 행해지고 있다.
대표적으로 전지는 얇은 두께로 휴대폰 등과 같은 제품들에 적용될 수 있는 캔형 이차전지와 파우치형 이차전지를 사용한다.
또한, 일반적인 이차전지는 양극판, 음극판 및 분리막 구조의 전극조립체가 어떠한 구조로 이루어져 있는지에 따라 분류 되기도 하는 바, 대표적으로는, 긴 시트형의 양극들과 음극들을 분리막이 개재된 상태에서 권취한 구조의 젤리-롤(권취형) 전극조립체, 소정 크기의 단위로 절취한 다수의 양극과 음극들을 분리막을 개재한 상태로 순차적으로 적층한 스택형(적층형) 전극조립체, 소정 단위의 양극과 음극들을 분리막을 개재한 상태로 적층한 바이셀(Bi-cell) 또는 풀셀(Full cell)들을 권취한 구조의 스택/폴딩형 전극조립체 등을 들 수 있다.
파우치형 이차전지는 파우치형 외장재, 전극조립체, 전극 탭 및 전극 리드를 포함하며, 전극 리드에서 발열이 일어나므로, 단순히 전극 리드의 두께를 증가시키는 경우, 모듈 내의 공간이 부족하거나, 실링 공정에서 불량이 발생하는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 전극 리드의 저항 및 발열을 감소시킬 수 있으며, 구조적 안정성이 우수한 파우치형 이차전지를 제공하는 것이다.
상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 일 측면에 따르면, 양극, 음극, 분리막을 포함하는 전극조립체; 상기 전극조립체를 수용하는 전지케이스; 상기 양극 및 음극과 각각 전기적으로 연결되어 전지케이스의 외부로 돌출되는 양극리드 및 음극리드를 포함하며, 상기 양극리드 및 음극리드 중 1종 이상의 리드 두께방향 또는 길이방향으로 굴곡된 형상을 갖는 파우치형 이차전지가 제공된다.
바람직하게는, 상기 굴곡된 형상을 갖는 리드는 양 끝단의 최단거리가 굴곡전 리드 폭 의 50 내지 90% 일 수 있다.
바람직하게는, 상기 굴곡된 형상은 반원 형상, 아치 형상, 물결 형상 또는 지그재그 형상일 수 있다.
바람직하게는, 상기 양극리드 및 음극리드는 각각 독립적으로 0.05 내지 1 mm의 두께를 가질 수 있다.
바람직하게는, 상기 양극 리드는 알루미늄 재질일 수 있다.
바람직하게는, 상기 음극 리드는 구리 재질일 수 있다.
바람직하게는, 상기 양극 리드 및 음극 리드는 상기 전지케이스로부터 동일 방향으로 돌출될 수 있다.
또한, 본 발명의 일 측면에 따르면, 양극, 음극, 분리막, 상기 양극 및 음극과 각각 전기적으로 연결되는 양극리드 및 음극리드를 포함하는 전극조립체를 준비하는 단계; 상기 전극조립체의 양극리드 및 음극리드의 일부가 노출되도록 파우치 외장재에 상기 전극 조립체를 수납하는 단계; 상기 양극리드 및 음극리드가 노출된 부분을 제외한 상기 파우치 외장재의 외주부를 실링하는 단계; 및 상기 양극리드 및 음극리드 중 적어도 1종 이상의 리드가 굴곡된 형상을 갖도록 프레싱하는 단계를 포함하는 파우치형 이차전지의 제조방법이 제공된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 전극리드의 저항 및 발열을 감소시킬 수 있으며, 종래의 이차전지와 비교하여, 전극리드가 차지하는 폭을 감소시킬 수 있다.
또한, 이차전지 간의 연결부의 내구성을 향상시켜, 외부 충격에 대한 연결부의 변형을 최소화시킬 수 있다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 전술한 발명의 내용과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1 및 2는 종래의 파우치형 이차전지의 사시도이다.
도 3a 및 3b는 본 발명의 일 실시예에 따른 파우치형 이차전지의 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 파우치형 이차전지의 제조방법을 개략적으로 나타낸 도면이다.
이하, 본 발명을 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다. 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 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 기재된 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.
도 1 및 2는 종래의 파우치형 이차전지의 사시도이다. 파우치형 이차전지(100)는 전극탭(30)을 구비하는 전극조립체(10); 상기 전극조립체(10)를 수용하는 전지케이스(20); 상기 전극탭(30)과 전기적으로 연결되어 전지케이스 외부로 돌출되는 전극리드(40)을 포함한다.
종래의 파우치형 이차전지에 있어서, 전극리드에서 주로 발열이 일어나며, 전극리드 부분의 전지케이스가 열화에 의해 변형되는 문제가 있었다. 이러한 문제를 해결하기 위해, 종래의 전극리드의 두께를 증가시키는 경우, 모듈 내의 공간이 부족하거나, 실링 공정에서 불량이 발생하는 문제점이 있었다.
본 발명에 일 실시예에 따른 파우치형 이차전지는, 양극탭을 구비하는 양극, 음극탭을 구비하는 음극, 분리막을 포함하는 전극조립체; 상기 전극조립체를 수용하는 전지케이스; 상기 양극탭 및 음극탭과 각각 전기적으로 연결되어 전지케이스의 외부로 돌출되는 양극리드 및 음극리드를 포함하며, 상기 양극리드 및 음극리드 중 1종 이상의 리드 두께방향 또는 길이방향으로 굴곡된 형상을 갖는다.
본 발명에 일 실시예에 따르면, 종래의 전극리드 대비 장폭의 전극리드를 사용할 수 있으며, 동일한 폭의 전극리드를 사용하는 경우 셀에서 차지하는 폭을 감소시킬 수 있다.
상기 전지케이스는 파우치 외장재일 수 있다. 상기 파우치 외장재는 상부 파우치와 하부 파우치로 형성될 수 있으며, 내부에 빈 공간을 가져, 이러한 내부 공간에 전극조립체를 수납하도록 형성될 수 있다. 이때, 파우치 외장재는 각각의 테두리에 실링부를 구비하여, 전극조립체, 전극탭 및 전해액 등을 수납한 후, 상부 파우치와 하부 파우치의 실링부가 서로 접착된다. 또한, 파우치 외장재는 육면체 또는 각형 형상으로 형성될 수 있으나, 본 발명에서 파우치 외장재의 형상을 특정 형상으로 한정하는 것은 아니다.
상기 전극조립체는 전지케이스의 내부에 수용되며, 양극, 음극 및 분리막을 포함한다. 전극조립체는 분리막이 개재된 상태에서 양극과 음극이 순차적으로 적층 되어 서로 절연된 상태로 구성될 수 있다. 전극조립체는 실시형태에 따라 권취형, 스택형 또는 스택/폴딩형 등으로 다양한 구조로 형성될 수 있다.
상기 양극은 도전성이 우수한 금속 박판, 예를 들면 알루미늄(Al) 호일(foil)로 이루어진 양극 집전체와 그 양면에 코팅된 양극 활물질층을 포함하여 형성된다. 양극은 양면에 양극 활물질층이 형성되지 않은 양극 집전체 영역, 즉 양극 무지부가 형성될 수 있다. 그리고, 양극은 양극 무지부의 일측단에 금속 재질 이를 테면 알루미늄(Al) 재질로 형성되는 양극탭이 접합될 수 있다.
상기 음극은 전도성 금속 박판, 예를 들면 구리(Cu) 호일로 이루어진 음극 집전체와, 그 양면에 코팅된 음극 활물질층을 포함하고 있다. 음극은 양 측부에 음극 활물질층이 형성되지 않은 음극 집전체 영역, 즉 음극 무지부가 형성된다. 그리고, 음극은 일측단에 금속 재질, 이를테면 니켈(Ni) 재질로 형성되는 음극탭이 접합될 수 있다.
상기 분리막은 양극과 음극 사이에 위치하여, 양극과 음극을 서로 전기적으로 절연시키며, 양극과 음극 사이에서 리튬 이온 등이 서로 통과할 수 있도록 다공성막 형태로 형성될 수 있다. 이러한 분리막은, 예를 들어 폴리에틸렌(PE) 또는 폴리프로필렌(PP) 또는 이들의 복합필름을 사용한 다공성막으로 이루어질 수 있다.
상기 전극탭은 전극조립체로부터 연장된다. 이러한 전극탭은 외부 단자 또는 장치와의 전기적 연결 등을 위하여, 전극탭의 일부나 전체가 전극리드에 연결될 수 있다.
상기 양극리드 및 음극리드는 전극탭들과 용접 등의 방법으로 전기적으로 연결되어 있고, 그 일부가 전지케이스의 외부로 노출될 수 있다. 양극리드와 음극리드는 전지케이스에서 서로 반대 방향으로 위치할 수도 있고, 동일한 방향에 나란히 위치할 수도 있다.
도 3a 및 3b는 본 발명의 일 실시예에 따른 파우치형 이차전지의 사시도이다. 도 3a를 참조하면, 파우치형 이차전지(100)의 각각의 전극리드(400)가 외부로 돌출되며, 두께방향으로 굴곡된 형상을 가질 수 있다. 전극리드가 두께방향으로 굴곡된 형상을 갖는 경우, 종래 대비 전극리드 폭의 증가로 저항이 감소하며, 표면적이 증가하여 냉각성능이 개선된다. 도 3b를 참조하면, 파우치형 이차전지 (100)의 각각의 전극리드(400)가 외부로 돌출되며, 길이방향으로 굴곡된 형상을 가질 수 있다. 전극리드가 길이방향으로 굴곡된 형상을 갖는 경우, 저항이 증가하나, 표면적이 증가하여 냉각성능이 개선된다.
상기 전극리드의 굴곡된 형상은 이차전지의 실링공정 또는 출하 단계에서, 굴곡된 형상을 갖는 금형으로 프레스 공정을 수행하여 형성될 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 파우치형 이차전지의 제조방법을 개략적으로 나타낸 도면이다. 도 4를 참조하면, 전극리드(400)는 굴곡된 형상을 갖는 금형(200)으로 프레스 공정을 수행하여, 굴곡된 형상을 가질 수 있다.
상기 굴곡된 형상을 갖는 리드는 양 끝단의 최단거리가 굴곡전 리드 폭의 50 내지 90% 일 수 있다. 상기 굴곡된 형상을 갖는 리드의 양 끝단의 최단거리가 굴곡전 리드 폭의 50% 보다 작거나, 90%보다 큰 경우, 제조가 용이하지 않거나, 발열성능이 개선되지 않는 문제점이 발생할 수 있다.
상기 굴곡된 형상은 반원 형상, 아치 형상, 물결 형상 또는 지그재그 형상일 수 있으며, 금형의 형상에 따라 변경될 수 있고, 이에 제한되지 않는다.
상기 양극리드 및 음극리드는 각각 독립적으로 0.05 내지 1 mm의 두께를 가질 수 있다. 모바일 기기와 같은 소형의 이차전지에서, 차량용 이차전지와 같은 대형의 이차전지에 적용될 수 있는 두께범위를 가질 수 있다.
상기 양극 리드는 알루미늄 재질의 도전성 부재를 사용할 수 있으며, 상기 음극 리드는 구리 재질 또는 니켈이 코팅된 구리 재질의 부재를 사용할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 파우치형 이차전지의 제조방법은 (S1) 양극, 음극, 분리막, 상기 양극 및 음극과 각각 전기적으로 연결되는 양극리드 및 음극리드를 포함하는 전극조립체를 준비하는 단계; (S2) 상기 전극조립체의 양극리드 및 음극리드의 일부가 노출되도록 파우치 외장재에 상기 전극 조립체를 수납하는 단계; (S3) 상기 양극리드 및 음극리드가 노출된 부분을 제외한 상기 파우치 외장재의 외주부를 실링하는 단계; 및 (S4) 상기 양극리드 및 음극리드 중 적어도 1종 이상의 리드가 굴곡된 형상을 갖도록 프레싱하는 단계를 포함한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 파우치형 이차전지의 제조방법은 상기 (S1) 내지 (S3) 단계 중 어느 한 단계 이후에 수행될 수 있다.
또한, 상기 (S4)단계는 각각의 파우치형 이차전지를 병렬 또는 직렬로 연결하기 위해, 셀의 전극리드간의 용접을 진행하기 전이나, 진행한 후에 수행될 수 있다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
10: 전극조립체
20: 전지케이스
30: 전극탭
40, 400: 전극리드
100: 파우치형 이차전지
200: 금형

Claims (8)

  1. 양극, 음극, 분리막을 포함하는 전극조립체; 상기 전극조립체를 수용하는 전지케이스; 상기 양극 및 음극과 각각 전기적으로 연결되어 전지케이스의 외부로 돌출되는 양극리드 및 음극리드를 포함하며,
    상기 양극리드 및 음극리드 중 1종 이상의 리드 두께방향 또는 길이방향으로 굴곡된 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 파우치형 이차전지.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 굴곡된 형상을 갖는 리드는 양 끝단의 최단거리가 굴곡전 리드 폭 의 50 내지 90% 인 것을 특징으로 하는 파우치형 이차전지.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 굴곡된 형상은 반원 형상, 아치 형상, 물결 형상 또는 지그재그 형상인 것을 특징으로 하는 파우치형 이차전지.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 양극리드 및 음극리드는 각각 독립적으로 0.05 내지 1 mm의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 파우치형 이차전지.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 양극 리드는 알루미늄 재질인 것을 특징으로 하는 파우치형 이차전지.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 음극 리드는 구리 재질인 것을 특징으로 하는 파우치형 이차전지.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 양극 리드 및 음극 리드는 상기 전지케이스로부터 동일 방향으로 돌출된 것을 특징으로 하는 파우치형 이차전지.
  8. 양극, 음극, 분리막, 상기 양극 및 음극과 각각 전기적으로 연결되는 양극리드 및 음극리드를 포함하는 전극조립체를 준비하는 단계;
    상기 전극조립체의 양극리드 및 음극리드의 일부가 노출되도록 파우치 외장재에 상기 전극 조립체를 수납하는 단계;
    상기 양극리드 및 음극리드가 노출된 부분을 제외한 상기 파우치 외장재의 외주부를 실링하는 단계; 및
    상기 양극리드 및 음극리드 중 적어도 1종 이상의 리드가 굴곡된 형상을 갖도록 프레싱하는 단계를 포함하는 파우치형 이차전지의 제조방법.
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