KR20170075145A - 보강용 라벨을 포함하는 전지케이스 및 이를 포함하고 있는 이차전지 - Google Patents

보강용 라벨을 포함하는 전지케이스 및 이를 포함하고 있는 이차전지 Download PDF

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KR20170075145A
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Abstract

본 발명은 양극과 음극 사이에 분리막이 개재되어 있는 구조의 전극조립체를 내부에 밀봉하는 구조의 전지케이스로서, 상기 전지케이스에는 전극조립체의 형상에 대응하는 전극조립체 수납부가 형성되어 있으며, 상기 전극조립체 수납부의 내면에는 스웰링(swelling)으로 인한 전극조립체의 변형 발생 예정 부위에 보강용 라벨(label)이 부가되어 있는 것을 특징으로 하는 전지케이스를 제공한다.

Description

보강용 라벨을 포함하는 전지케이스 및 이를 포함하고 있는 이차전지 {Battery Case Having Label for Reinforcement and Secondary Battery Comprising the Same}
본 발명은 보강용 라벨을 포함하는 전지케이스 및 이를 포함하고 있는 이차전지에 관한 것이다.
모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서의 이차전지의 수요가 급격히 증가하고 있으며, 그러한 이차전지 중에서도 높은 에너지 밀도와 방전 전압을 가진 리튬 이차전지에 대한 많은 연구가 행해지고 있고 또한 상용화되어 널리 사용되고 있다.
일반적으로 이차전지는 양극, 음극 및 상기 양극과 음극 사이에 개재되는 분리막으로 구성된 전극조립체를 적층하거나 권취한 상태로 금속 캔 또는 라미네이트 시트의 전지케이스에 내장한 다음 전해액을 주입하거나 함침시키는 것으로 구성되어 있다.
이러한 이차전지에서 주요 연구 과제 중의 하나는 안전성을 향상시키는 것이다. 예를 들어, 이차전지는 내부 단락, 허용된 전류 및 전압을 초과한 과충전 상태, 고온에의 노출, 낙하 또는 외부 충격에 의한 변형 등 전지의 비정상적인 작동상태로 인해 유발될 수 있는 전지 내부의 고온 및 고압에 의해 전지의 폭발이 초래될 수 있다. 특히, 파우치형 이차전지에서는 전지케이스의 밀봉력이 저하되어 전해액이 누출되는 문제점도 발생한다.
도 1에는 종래의 대표적인 파우치형 이차전지의 일반적인 구조가 분해 사시도로서 모식적으로 도시되어 있고, 도 2 및 3에는 각각 스웰링시 변형이 발생한 도 1의 전지케이스 및 전극조립체의 사진이 도시되어 있다.
도 1을 참조하면, 파우치형 이차전지(10)는, 전극조립체(30), 전극조립체(30)로부터 연장되어 있는 전극 탭들(40, 50), 전극 탭들(40, 50)에 용접되어 있는 전극리드(60, 70), 및 전극조립체(30)를 수용하는 전지케이스(20)를 포함하는 것으로 구성되어 있다.
전극조립체(30)는 분리막이 개재된 상태에서 양극과 음극이 순차적으로 적층되어 있는 발전소자로서, 스택형 또는 스택/폴딩형 구조로 이루어져 있다. 전극 탭들(40, 50)은 전극조립체(30)의 각 극판으로부터 연장되어 있고, 전극리드(60, 70)는 각 극판으로부터 연장된 복수 개의 전극 탭들(40, 50)과, 예를 들어, 용접에 의해 각각 전기적으로 연결되어 있으며, 전지케이스(20)의 외부로 일부가 노출되어 있다. 또한, 전극리드(60, 70)의 상하면 일부에는 전지케이스(20)와의 밀봉도를 높이고 동시에 전기적 절연상태를 확보하기 위하여 절연필름(80)이 부착되어 있다.
전지케이스(20)는 알루미늄 라미네이트 시트로 이루어져 있고, 전극조립체(30)를 수용할 수 있는 공간을 제공하며, 전체적으로 파우치 형상을 가지고 있다.
이차전지(10)는 전지케이스(20)의 수납부에 전극조립체(30)를 장착한 상태에서 전지케이스(20) 외주면의 접촉부위를 상호 열융착시켜 제조한다.
이러한 이차전지는 내부 단락, 과충전, 고온 노출 등의 비정상적인 작동상태에 이르게 되면, 내부 전해액이 분해되면서 고압의 가스가 발생하게 된다. 발생된 고압 가스는 전지케이스의 변형을 유발하고 전지의 수명을 단축시킬 수 있으며, 심각하게는 전지의 발화 내지 폭발을 초래할 수 있다.
특히, 파우치형 이차전지의 경우, 고압 가스 발생에 의한 스웰링(swelling)시에는 도 2 및 3에서 도시되어 있는 바와 같이, 전지케이스의 변형이 주로 이차전지의 폭 방향을 기준으로 중심부에 발생활 확률이 높으며, 내부의 전극조립체 또한 전지케이스의 변형이 발생한 위치에서 큰 변형이 발생하고, 그에 따라 해당 위치에서 발화가 시작되는 것을 확인할 수 있다.
따라서, 이러한 문제점을 근본적으로 해결할 수 있는 기술에 대한 필요성이 높은 실정이다.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.
즉, 본 발명의 목적은 전지케이스에서 전극조립체 수납부의 내면에 스웰링로 인한 전극조립체의 변형 발생 예정 부위에 보강용 라벨을 포함하도록 구성함으로써, 고압 가스 발생에 의한 스웰링시 전지케이스의 변형을 최소화하고, 그에 따라 전지케이스 내부에 위치하고 있는 전극조립체의 변형을 방지할 수 있는 구조의 전지케이스를 제공하는 것이다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전지케이스는, 양극과 음극 사이에 분리막이 개재되어 있는 구조의 전극조립체를 내부에 밀봉하는 구조의 전지케이스로서,
상기 전지케이스에는 전극조립체의 형상에 대응하는 전극조립체 수납부가 형성되어 있으며,
상기 전극조립체 수납부의 내면에는 스웰링(swelling)으로 인한 전극조립체의 변형 발생 예정 부위에 보강용 라벨(label)이 부가되어 있는 구조로 구성되어 있다.
따라서, 본 발명에 따른 전지케이스는 전극조립체 수납부의 내면에 스웰링으로 인한 전극조립체의 변형 발생 예정 부위에 보강용 라벨을 포함하도록 구성함으로써, 고압 가스 발생에 의한 스웰링시 전지케이스의 변형을 최소화하고, 그에 따라 전지케이스 내부에 위치하고 있는 전극조립체의 변형을 방지할 수 있는 효과를 제공한다.
본 발명에 따른 전지케이스는 특히 금속층과 수지층을 포함하는 라미네이트 시트, 하나의 구체적인 예에서 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치형 케이스의 수납부에 전극조립체가 내장되어 있는 파우치형 이차전지에 사용되는 전지케이스에 바람직하게 적용될 수 있다.
일반적으로 파우치형 이차전지는, 예를 들어, 알루미늄 라미네이트 시트로 이루어진 파우치형 전지케이스의 수납부에 전극조립체가 내장되어 있는 구조로 이루어져 있다. 즉, 파우치형 이차전지는 라미네이트 시트에 전극조립체의 장착을 위한 수납부를 형성하고, 상기 수납부에 전극조립체를 장착한 상태에서 상기 시트와 분리되어 있는 별도의 시트 또는 그로부터 연장되어 있는 시트를 열융착하여 밀봉하는 것으로 제조된다.
상기 라미네이트 시트는 전극조립체 수납부가 상부 및 하부 라미네이트 시트의 일측 또는 양측에 형성되어 있는 구조일 수 있다. 즉, 상호 분리된 별도의 상부 및 하부 라미네이트 시트를 사용하거나 또는 상부 및 하부 라미네이트 시트의 일측이 연결되어 있는 하나의 시트를 사용하는 것이 가능하다. 이러한 파우치 케이스는 수십 내지 수백 ㎛ 두께의 라미네이트 시트를 다이와 펀치를 사용하여 드로잉 공정으로 부분 압축함으로써 수납부를 형성한다.
또한, 상기 파우치형 전지케이스는 전극조립체 수납부에 전극조립체가 장착된 상태에서 외주면을 실링할 수 있도록 전지케이스의 외주면에는 실링 예정부("외주면 실링 예정부")가 형성되어 있으며, 상기 외주면 실링 예정부의 하나에 가스 포집용 포켓이 외측방향으로 돌출된 형태로 형성되어 있는 구조로 이루어질 수 있다.
한편, 앞서 설명한 바와 같이, 파우치형 이차전지의 경우, 내부 단락, 과충전, 고온 노출 등의 비정상적인 작동상태에 이르게 되면, 내부 전해액이 분해되면서 고압의 가스가 발생하게 된다. 발생된 고압 가스는 전지케이스의 변형을 유발하고 전지의 수명을 단축시킬 수 있으며, 심각하게는 전지의 발화 내지 폭발을 초래할 수 있다.
구체적으로, 파우치형 이차전지의 변형 발생 예정 부위는, 양극단자와 음극단자가 전극조립체의 일측 단부에 함께 위치하는 구조에서, 양극단자와 음극단자 사이를 가로지르는 전극조립체 수납부의 중심축 상에 위치하고, 양극단자와 음극단자가 전극조립체의 양측 단부에 각각 위치하는 구조에서, 양극단자와 음극단자를 연결하는 전극조립체 수납부의 중심축 상에 위치하게 된다.
본 발명에 따른 보강용 라벨은 전극조립체 수납부의 중심축 상에서 임의의 위치에 부착되어 있는 구조인 것이 바람직하다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 보강용 라벨은 1 부재로서, 상기 중심축의 전체 길이에 대응하여 전극조립체 수납부의 내면에 부착되어 있는 구조일 수 있으며, 보강용 라벨의 폭은 중심축에 수직인 전극조립체 수납부의 폭에 대해 20% 내지 50% 크기를 가지는 것이 바람직하다.
또 다른 구체적인 예에서, 상기 보강용 라벨은, 중심축 상으로 전극조립체 수납부의 i) 일측 단부 내면, 또는 ii) 대향측 단부 내면, 또는 iii) 일측 단부 내면 및 대향측 단부 내면에 부착되어 있는 구조일 수 있다.
이때, 단부 내면은 전극조립체의 단부 모서리로부터 전극조립체의 중심 쪽으로 연장된 부위가 대면하는 전극조립체 수납부의 내면인 것이 바람직하다.
또 하나의 구체적인 예에서, 상기 보강용 라벨은 중심축에 수직인 전극조립체 수납부의 폭에 대응하는 길이로 부착되어 있는 구조일 수 있다.
더욱 구체적으로, 상기 보강용 라벨은 2단위의 부재로서, 전극조립체 수납부의 일측 단부 내면 및 대향측 단부 내면에 각각 위치하도록 부착되어 있는 구조일 수 있으며, 상기 보강용 라벨은 중심축의 길이에 대해 20% 내지 50% 크기를 가지는 것이 바람직하다.
따라서, 이러한 구조에서 보강용 라벨은 변형 발생 예정 부위의 기계적 강도를 보강함으로써, 전지케이스의 외형 변화 및 그에 따른 내부에 위치하는 전극조립체의 변형을 방지할 수 있다.
상기 보강용 라벨은 전지의 작동에 영향을 미치지 않은 비반응성 접착제(non-reactive adhesive)를 사용하여 전지케이스 내면에 부착되거나 열융착에 의해 부착되는 구조일 수 있다.
즉, 전지케이스에 대해서 전극조립체에 대응하는 형상의 수납부를 형성한 후 전지케이스 내면에 접착제를 사용하여 부착하건, 열융착에 의해 부착되는 구조일 수 있으며, 상기 비반응성 접착제는 전해액이나 전극 활물질 등과 부반응을 유발하지 않는 접착제를 의미하며, 예를 들어, 실리콘 폴리머 접착제 또는 탄소 광섬유 폴리머 접착제일 수 있다.
상기 보강용 라벨의 두께는 전지케이스의 강도를 보강하기 위한 두께로서, 예를 들어, 30㎛ 내지 500㎛ 범위인 것이 바람직하며, 더욱 구체적으로는 150㎛ 내지 400㎛ 범위인 것이 바람직하다. 상기 두께가 지나치게 작은 경우, 변형 예정부위를 효과적으로 보호할 수 없으므로 바람직하지 않고, 반대로 두께가 지나치게 큰 경우, 전지케이스의 두께 또한 증가하므로 바람직하지 않다.
또한, 상기 보강용 라벨의 소재는 특별히 제한되지 않으며, 예를 들어, PE(polyethylene), PP(polypropylene), PS(polystyrene), PVdF(polyvinylidene fluoride), PTFE (polytetrafluoroethylene), PET(polyethylene-terephthalate), PMMA (PolyMethy lMethAcrylate), 및 PAN(polyacrylonitrile)로 이루어진 군에서 선택되는 하나 또는 둘 이상의 소재로 이루어질 수 있다.
본 발명은 또한 상기 전지케이스 내부에 전극조립체를 밀봉하고 있는 것을 특징으로 하는 이차전지를 제공할 수 있다.
참고로, 상기 이차전지는 리튬이온 이차전지 또는 리튬이온 폴리머 이차전지일 수 있으며, 상기 이차전지는 양극, 음극, 분리막, 및 리튬염 함유 비수 전해액으로 구성될 수 있다.
상기 양극은, 예를 들어, 양극 집전체 상에 양극 활물질, 도전재 및 바인더의 혼합물을 도포한 후 건조하여 제조되며, 필요에 따라서는, 상기 혼합물에 충진제를 더 첨가하기도 한다.
상기 양극 활물질은 리튬 코발트 산화물(LiCoO2), 리튬 니켈 산화물(LiNiO2) 등의 층상 화합물이나 1 또는 그 이상의 전이금속으로 치환된 화합물; 화학식 Li1+xMn2-xO4 (여기서, x 는 0 ~ 0.33 임), LiMnO3, LiMn2O3, LiMnO2 등의 리튬 망간 산화물; 리튬 동 산화물(Li2CuO2); LiV3O8, LiFe3O4, V2O5, Cu2V2O7 등의 바나듐 산화물; 화학식 LiNi1 - xMxO2 (여기서, M = Co, Mn, Al, Cu, Fe, Mg, B 또는 Ga 이고, x = 0.01 ~ 0.3 임)으로 표현되는 Ni 사이트형 리튬 니켈 산화물; 화학식 LiMn2 - xMxO2 (여기서, M = Co, Ni, Fe, Cr, Zn 또는 Ta 이고, x = 0.01 ~ 0.1 임) 또는 Li2Mn3MO8 (여기서, M = Fe, Co, Ni, Cu 또는 Zn 임)으로 표현되는 리튬 망간 복합 산화물; 화학식의 Li 일부가 알칼리토금속 이온으로 치환된 LiMn2O4; 디설파이드 화합물; Fe2(MoO4)3 등을 들 수 있지만, 이들만으로 한정되는 것은 아니다.
상기 도전재는 통상적으로 양극 활물질을 포함한 혼합물 전체 중량을 기준으로 1 내지 30 중량%로 첨가된다. 이러한 도전재는 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 천연 흑연이나 인조 흑연 등의 흑연; 카본블랙, 아세틸렌 블랙, 케첸 블랙, 채널 블랙, 퍼네이스 블랙, 램프 블랙, 서머 블랙 등의 카본블랙; 탄소 섬유나 금속 섬유 등의 도전성 섬유; 불화 카본, 알루미늄, 니켈 분말 등의 금속 분말; 산화아연, 티탄산 칼륨 등의 도전성 위스키; 산화 티탄 등의 도전성 금속 산화물; 폴리페닐렌 유도체 등의 도전성 소재 등이 사용될 수 있다.
상기 바인더는 활물질과 도전재 등의 결합과 집전체에 대한 결합에 조력하는 성분으로서, 통상적으로 양극 활물질을 포함하는 혼합물 전체 중량을 기준으로 1 내지 30 중량%로 첨가된다. 이러한 바인더의 예로는, 폴리불화비닐리덴, 폴리비닐알코올, 카르복시메틸셀룰로우즈(CMC), 전분, 히드록시프로필셀룰로우즈, 재생 셀룰로우즈, 폴리비닐피롤리돈, 테트라플루오로에틸렌, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 에틸렌-프로필렌-디엔 테르 폴리머(EPDM), 술폰화 EPDM, 스티렌 브티렌 고무, 불소 고무, 다양한 공중합체 등을 들 수 있다.
상기 충진제는 양극의 팽창을 억제하는 성분으로서 선택적으로 사용되며, 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 섬유상 재료라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등의 올리핀계 중합체; 유리섬유, 탄소섬유 등의 섬유상 물질이 사용된다.
상기 음극은 음극 집전체 상에 음극 활물질을 도포, 건조하여 제작되며, 필요에 따라, 앞서 설명한 바와 같은 성분들이 선택적으로 더 포함될 수도 있다.
상기 음극 활물질로는, 예를 들어, 난흑연화 탄소, 흑연계 탄소 등의 탄소; LixFe2O3(0≤x≤1), LixWO2(0≤x≤1), SnxMe1 - xMe'yOz (Me: Mn, Fe, Pb, Ge; Me': Al, B, P, Si, 주기율표의 1족, 2족, 3족 원소, 할로겐; 0<x≤1; 1≤y≤3; 1≤z≤8) 등의 금속 복합 산화물; 리튬 금속; 리튬 합금; 규소계 합금; 주석계 합금; SnO, SnO2, PbO, PbO2, Pb2O3, Pb3O4, Sb2O3, Sb2O4, Sb2O5, GeO, GeO2, Bi2O3, Bi2O4, and Bi2O5 등의 금속 산화물; 폴리아세틸렌 등의 도전성 고분자; Li-Co-Ni 계 재료 등을 사용할 수 있다.
상기 분리막은 양극과 음극 사이에 개재되며, 높은 이온 투과도와 기계적 강도를 가지는 절연성의 얇은 박막이 사용된다. 분리막의 기공 직경은 일반적으로 0.01 ~ 10 ㎛이고, 두께는 일반적으로 5 ~ 300 ㎛이다. 이러한 분리막으로는, 예를 들어, 내화학성 및 소수성의 폴리프로필렌 등의 올레핀계 폴리머; 유리섬유 또는 폴리에틸렌 등으로 만들어진 시트나 부직포 등이 사용된다. 전해질로서 폴리머 등의 고체 전해질이 사용되는 경우에는 고체 전해질이 분리막을 겸할 수도 있다.
리튬염 함유 비수계 전해액은, 극성 유기 전해액과 리튬염으로 이루어져 있다. 전해액으로는 비수계 액상 전해액, 유기 고체 전해질, 무기 고체 전해질 등이 사용된다.
상기 비수계 액상 전해액으로는, 예를 들어, N-메틸-2-피롤리디논, 프로필렌 카르보네이트, 에틸렌 카르보네이트, 부틸렌 카르보네이트, 디메틸 카르보네이트, 디에틸 카르보네이트, 감마-부틸로 락톤, 1,2-디메톡시 에탄, 테트라히드록시 프랑(franc), 2-메틸 테트라하이드로푸란, 디메틸술폭시드, 1,3-디옥소런, 포름아미드, 디메틸포름아미드, 디옥소런, 아세토니트릴, 니트로메탄, 포름산 메틸, 초산메틸, 인산 트리에스테르, 트리메톡시 메탄, 디옥소런 유도체, 설포란, 메틸 설포란, 1,3-디메틸-2-이미다졸리디논, 프로필렌 카르보네이트 유도체, 테트라하이드로푸란 유도체, 에테르, 피로피온산 메틸, 프로피온산 에틸 등의 비양자성 유기용매가 사용될 수 있다.
상기 유기 고체 전해질로는, 예를 들어, 폴리에틸렌 유도체, 폴리에틸렌 옥사이드 유도체, 폴리프로필렌 옥사이드 유도체, 인산 에스테르 폴리머, 폴리 에지테이션 리신(agitation lysine), 폴리에스테르 술파이드, 폴리비닐 알코올, 폴리 불화 비닐리덴, 이온성 해리기를 포함하는 중합체 등이 사용될 수 있다.
상기 무기 고체 전해질로는, 예를 들어, Li3N, LiI, Li5NI2, Li3N-LiI-LiOH, LiSiO4, LiSiO4-LiI-LiOH, Li2SiS3, Li4SiO4, Li4SiO4-LiI-LiOH, Li3PO4-Li2S-SiS2 등의 Li의 질화물, 할로겐화물, 황산염 등이 사용될 수 있다.
상기 리튬염은 상기 비수계 전해질에 용해되기 좋은 물질로서, 예를 들어, LiCl, LiBr, LiI, LiClO4, LiBF4, LiB10Cl10, LiPF6, LiCF3SO3, LiCF3CO2, LiAsF6, LiSbF6, LiAlCl4, CH3SO3Li, CF3SO3Li, (CF3SO2)2NLi, 클로로 보란 리튬, 저급 지방족 카르본산 리튬, 4 페닐 붕산 리튬, 이미드 등이 사용될 수 있다.
또한, 비수계 전해액에는 충방전 특성, 난연성 등의 개선을 목적으로, 예를 들어, 피리딘, 트리에틸포스파이트, 트리에탄올아민, 환상 에테르, 에틸렌 디아민, n-글라임(glyme), 헥사 인산 트리 아미드, 니트로벤젠 유도체, 유황, 퀴논 이민 염료, N-치환 옥사졸리디논, N,N-치환 이미다졸리딘, 에틸렌 글리콜 디알킬 에테르, 암모늄염, 피롤, 2-메톡시 에탄올, 삼염화 알루미늄 등이 첨가될 수도 있다. 경우에 따라서는, 불연성을 부여하기 위하여, 사염화탄소, 삼불화에틸렌 등의 할로겐 함유 용매를 더 포함시킬 수도 있고, 고온 보존 특성을 향상시키기 위하여 이산화탄산 가스를 더 포함시킬 수도 있다.
본 발명은 또한 상기 이차전지를 단위전지로 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 전지팩을 제공할 수 있다.
또한, 상기 전지팩을 전원으로 포함하는 디바이스를 제공할 수 있는 바, 상기 디바이스는 휴대폰, 태블릿 컴퓨터, 노트북 컴퓨터, 파워 툴, 웨어러블 전자기기, 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 플러그-인 하이브리드 전기자동차, 및 전력저장 장치로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나일 수 있다.
이들 디바이스의 구조 및 그것의 제작 방법은 당업계에 공지되어 있으므로, 본 명세서에서는 그에 대한 자세한 설명은 생략한다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 전지케이스는 전극조립체 수납부의 내면에 스웰링으로 인한 전극조립체의 변형 발생 예정 부위에 보강용 라벨을 포함하도록 구성함으로써, 고압 가스 발생에 의한 스웰링시 전지케이스의 변형을 최소화하고, 그에 따라 전지케이스 내부에 위치하고 있는 전극조립체의 변형을 방지할 수 있는 효과를 제공한다.
도 1은 종래의 파우치형 이차전지의 일반적인 구조에 대한 분해 사시도이다;
도 2는 스웰링시 변형이 발생한 도 1의 전지케이스에 대한 사진이다;
도 3은 스웰링시 변형이 발생한 도 1의 전극조립체에 대한 사진이다;
도 4는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지케이스에 대한 모식도이다;
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전지케이스에 대한 모식도이다;
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전지케이스에 대한 모식도이다.
이하에서는, 본 발명의 실시예에 따른 도면을 참조하여 설명하지만, 이는 본 발명의 더욱 용이한 이해를 위한 것으로, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.
도 4에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지케이스에 대한 모식도가 도시되어 있고, 도 5에는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전지케이스에 대한 모식도가 도시되어 있다.
먼저, 도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 전지케이스(100)는 양극과 음극 사이에 분리막이 개재되어 있는 구조의 전극조립체(도시하지 않음)를 내부에 밀봉하는 구조의 전지케이스(100)로서, 전극조립체의 형상에 대응하는 전극조립체 수납부(110)가 형성되어 있다.
전지케이스(100)는 전극조립체가 전극조립체 수납부(110)에 장착된 상태에서 외주면을 실링할 수 있도록 전지케이스(100)의 외주면에는 실링 예정부(120)가 형성되어 있으며, 상기 실링 예정부(120) 중의 일부에 가스 포집용 포켓(130)이 외측방향으로 돌출된 형태로 형성되어 있다.
전극조립체 수납부(110)의 내면에는 스웰링으로 인한 전극조립체의 변형 발생 예정 부위에 보강용 라벨(140)이 부가되어 있다. 구체적으로, 변형 발생 예정 부위는 양극단자와 음극단자가 전극조립체의 일측 단부에 함께 돌출되는 방향(D)에서 양극단자와 음극단자 사이를 가로지르는 전극조립체 수납부(110)의 중심축(A) 상에 위치하고 있다.
이때, 보강용 라벨(140)은 1 부재로서, 중심축(A)의 전체 길이에 대응하여 전극조립체 수납부(110)의 내면에 부착되어 있으며, 보강용 라벨(140)의 폭은 중심축(A)에 수직인 전극조립체 수납부(110)의 폭에 대해 20% 크기를 가지고 있고, 실리콘 폴리머 접착제에 의하여 부착되어 있다.
다음으로 도 5를 참조하면, 보강용 라벨(241, 242)은 중심축 상으로 전극조립체의 수납부(210)의 일측 단부 내면(251) 및 대향측 단부 내면(252)에 각각 부착되어 있는 구조로 구성되며, 보강용 라벨(241, 242)의 폭은 중심축(A)에 수직인 전극조립체 수납부(210)의 폭에 대해 20% 크기를 가지고 있고, 실리콘 폴리머 접착제에 의하여 부착되어 있다.
이때, 일측 단부 내면(251) 및 대향측 단부 내면(252)은 전극조립체의 단부 모서리로부터 전극조립체의 중심 쪽으로 연장된 부위가 대면하는 전극조립체 수납부(210)의 내면이다.
도 6에는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전지케이스에 대한 모식도가 도시되어 있다.
도 6을 참조하면, 전지케이스(300)는 양극과 음극 사이에 분리막이 개재되어 있는 구조의 전극조립체(도시하지 않음)를 내부에 밀봉하는 구조의 전지케이스(300)로서, 전극조립체의 형상에 대응하는 전극조립체 수납부(310)가 형성되어 있다.
전지케이스(300)는 전극조립체가 전극조립체 수납부(310)에 장착된 상태에서 외주면을 실링할 수 있도록 전지케이스(300)의 외주면에는 실링 예정부(320)가 형성되어 있으며, 상기 실링 예정부(320) 중의 일부에 가스 포집용 포켓(330)이 외측방향으로 돌출된 형태로 형성되어 있다.
전극조립체 수납부(310)의 내면에는 스웰링으로 인한 전극조립체의 변형 발생 예정 부위에 보강용 라벨(341, 342)이 부가되어 있다. 구체적으로, 변형 발생 예정 부위는 양극단자와 음극단자가 전극조립체의 일측 단부에 함께 돌출되는 방향(D)에서 양극단자와 음극단자 사이를 가로지르는 전극조립체 수납부(310)의 중심축(A) 상에 위치하고 있다.
보강용 라벨(341, 342)은 중심축에 수직인 전극조립체 수납부(310)의 폭에 대응하는 길이로 부착되어 있으며, 상기 보강용 라벨(341, 342)은 2단위의 부재로서, 전극조립체 수납부(310)의 일측 단부 내면(261) 및 대향측 단부 내면(262)에 각각 위치하도록 부착되어 있다.
이때, 보강용 라벨(341, 342)은 중심축(A)의 길이에 대해 20% 크기를 가지고 있으며, 실리콘 폴리머 접착제에 의하여 부착되어 있다.
따라서, 도 4 내지 6에 도시되어 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 전지케이스는 전극조립체 수납부의 내면에 스웰링으로 인한 전극조립체의 변형 발생 예정 부위에 해당하는, 전극조립체 수납부의 중심축에 보강용 라벨을 포함하도록 구성함으로써, 고압 가스 발생에 의한 스웰링시 전지케이스의 변형을 최소화하고, 그에 따라 전지케이스 내부에 위치하고 있는 전극조립체의 변형을 방지할 수 있는 효과를 제공한다.
본 발명이 속한 분양에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주내에서 다양한 응용 및 변형을 수행하는 것이 가능할 것이다.

Claims (20)

  1. 양극과 음극 사이에 분리막이 개재되어 있는 구조의 전극조립체를 내부에 밀봉하는 구조의 전지케이스로서,
    상기 전지케이스에는 전극조립체의 형상에 대응하는 전극조립체 수납부가 형성되어 있으며,
    상기 전극조립체 수납부의 내면에는 스웰링(swelling)으로 인한 전극조립체의 변형 발생 예정 부위에 보강용 라벨(label)이 부가되어 있는 것을 특징으로 하는 전지케이스.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 전지케이스는 수지층과 금속층을 포함하는 라미네이트 시트로 이루어진 것을 특징으로 하는 전지케이스.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 라미네이트 시트는 알루미늄 라미네이트 시트인 것을 특징으로 하는 전지케이스.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 라미네이트 시트는 전극조립체 수납부를 기준으로 상부 및 하부 라미네이트 시트의 일측 단부가 상호 연결되어 있는 구조로 이루어져 있는 것을 특징으로 하는 전지케이스.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 전극조립체가 전극조립체 수납부에 장착된 상태에서 외주면을 실링할 수 있도록 전지케이스의 외주면에는 실링 예정부가 형성되어 있으며, 상기 실링 예정부 중의 일부에 가스 포집용 포켓이 외측방향으로 돌출된 형태로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지케이스.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 변형 발생 예정 부위는,
    양극단자와 음극단자가 전극조립체의 일측 단부에 함께 위치하는 구조에서, 양극단자와 음극단자 사이를 가로지르는 전극조립체 수납부의 중심축 상에 위치하고,
    양극단자와 음극단자가 전극조립체의 양측 단부에 각각 위치하는 구조에서, 양극단자와 음극단자를 연결하는 전극조립체 수납부의 중심축 상에 위치하는 것을 특징으로 하는 전지케이스.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 보강용 라벨은 전극조립체 수납부의 중심축 상에서 임의의 위치에 부착되어 있는 것을 특징으로 하는 전지케이스.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 보강용 라벨은 1 부재로서, 상기 중심축의 전체 길이에 대응하여 전극조립체 수납부의 내면에 부착되어 있는 것을 특징으로 하는 전지케이스.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 보강용 라벨의 폭은 중심축에 수직인 전극조립체 수납부의 폭에 대해 20% 내지 50% 크기를 가지는 것을 특징으로 하는 전지케이스.
  10. 제 6 항에 있어서, 상기 보강용 라벨은, 중심축 상으로 전극조립체 수납부의 i) 일측 단부 내면, 또는 ii) 대향측 단부 내면, 또는 iii) 일측 단부 내면 및 대향측 단부 내면에 부착되어 있는 것을 특징으로 하는 전지케이스.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 보강용 라벨은 중심축에 수직인 전극조립체 수납부의 폭에 대응하는 길이로 부착되어 있는 것을 특징으로 하는 전지케이스.
  12. 제 10 항에 있어서, 상기 보강용 라벨은 2단위의 부재로서, 전극조립체 수납부의 일측 단부 내면 및 대향측 단부 내면에 각각 위치하도록 부착되어 있는 것을 특징으로 하는 전지케이스.
  13. 제 12 항에 있어서, 상기 보강용 라벨은 중심축의 길이에 대해 20% 내지 50% 크기를 가지는 것을 특징으로 하는 전지케이스.
  14. 제 1 항에 있어서, 상기 보강용 라벨은 전지의 작동에 영향을 미치지 않은 비반응성 접착제(non-reactive adhesive)를 사용하여 부착되거나 열융착에 의해 부착되는 것을 특징으로 하는 전지케이스.
  15. 제 14 항에 있어서, 상기 비반응성 접착제는 실리콘 폴리머 접착제 또는 탄소 광섬유 폴리머 접착제인 것을 특징으로 하는 전지케이스.
  16. 제 1 항에 있어서, 상기 보강용 라벨의 두께는 30㎛ 내지 500㎛ 범위 인 것을 특징으로 하는 전지케이스.
  17. 제 1 항에 있어서, 상기 보강용 라벨은 PE(polyethylene), PP(polypropylene), PS(polystyrene), PVdF(polyvinylidene fluoride), PTFE (polytetrafluoroethylene), PET(polyethylene-terephthalate), PMMA (PolyMethy lMethAcrylate), 및 PAN(polyacrylonitrile)로 이루어진 군에서 선택되는 하나 또는 둘 이상의 소재로 이루어진 것을 특징으로 하는 전지케이스.
  18. 제 1 항 내지 제 17 항 중 어느 하나에 따른 전지케이스 내부에 전극조립체를 밀봉하고 있는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  19. 제 18 항에 따른 이차전지를 단위전지로 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 디바이스.
  20. 제 19 항에 있어서, 상기 디바이스는 휴대폰, 태블릿 컴퓨터, 노트북 컴퓨터, 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 플러그-인 하이브리드 전기자동차, 및 전력저장장치로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 디바이스.
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