KR20170076053A - 파열형 절취선을 포함한 전지셀용 라벨 및 그것을 포함하는 파우치형 전지셀 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 판상형 전지셀의 전지케이스 외면에 부착되는 라벨로서, 전지케이스에 부착되는 일면에 점착층이 도포되어 있는 필름 부재로 이루어져 있고, 반복적인 충방전 또는 비정상적인 작동에 의한 전지셀의 팽창시 파열되면서 전지케이스의 부착 인장력으로 인한 전극조립체의 변형을 억제할 수 있도록 적어도 하나의 파열형 절취선이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지셀용 라벨 및 그것이 부착되어 있는 파우치형 전지셀을 제공한다.

Description

파열형 절취선을 포함한 전지셀용 라벨 및 그것을 포함하는 파우치형 전지셀 {Label for Battery Cell Having Rupture-typed Dotted Line and Pouch-Type Secondary Battery Having the Same}

본 발명은 파열형 절취선을 포함한 전지셀용 라벨 및 그것을 포함하는 파우치형 전지셀에 관한 것이다.

화석연료 사용의 급격한 증가로 인하여 대체 에너지나 청정에너지의 사용에 대한 요구가 증가하고 있으며, 그 일환으로 가장 활발하게 연구되고 있는 분야가 전기화학을 이용한 발전, 축전 분야이다.

현재 이러한 전기화학적 에너지를 이용하는 전기화학 소자의 대표적인 예로 이차전지를 들 수 있으며, 점점 더 그 사용 영역이 확대되고 있는 추세이다.

최근에는 휴대용 컴퓨터, 휴대용 전화기, 카메라 등의 휴대용 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서 이차전지의 수요가 급격히 증가하고 있고, 그러한 이차전지 중 높은 에너지 밀도와 작동 전위를 나타내고 사이클 수명이 길며 자기방전율이 낮은 리튬 이차전지에 대해 많은 연구가 행해져 왔고, 또한 상용화되어 널리 사용되고 있다.

대표적으로 전지의 형상 면에서는 얇은 두께로 휴대폰 등과 같은 제품들에 적용될 수 있는 각형 이차전지와 파우치형 이차전지에 대한 수요가 높고, 재료 면에서는 높은 에너지 밀도, 방전 전압, 출력 안정성 등의 장점을 가진 리튬이온 전지, 리튬이온 폴리머 전지 등과 같은 리튬 이차전지에 대한 수요가 높다.

또한, 환경 문제에 대한 관심이 커짐에 따라 대기오염의 주요 원인의 하나인 가솔린 차량, 디젤 차량 등 화석연료를 사용하는 차량을 대체할 수 있는 전기자동차, 하이브리드 전기자동차 등에 대한 연구가 많이 진행되고 있으며, 이러한 리튬 이차전지는 이러한 전기자동차, 하이브리드 전기자동차 등의 동력원으로도 사용되고 있다.

또한, 이차전지는 양극/분리막/음극 구조의 전극조립체가 어떠한 구조로 이루어져 있는지에 따라 분류되기도 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.

최근에는, 스택형 또는 스택/폴딩형 전극조립체를 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치형 전지케이스에 내장한 구조의 파우치형 전지가, 낮은 제조비, 적은 중량, 용이한 형태 변형 등을 이유로, 많은 관심을 모으고 있고 또한 그것의 사용량이 점차적으로 증가하고 있다.

도 1에는 종래의 대표적인 파우치형 이차전지의 일반적인 구조를 나타낸 분해 사시도가 모식적으로 도시되어 있다.

도 1을 참조하면, 파우치형 이차전지(10)는, 다수의 전극 탭들(21, 22)이 돌출되어 있는 스택형 전극조립체(20), 전극 탭들(21, 22)에 각각 연결되어 있는 두 개의 전극 리드(30, 31), 및 이러한 전극 리드(30, 31)의 일부가 외부로 노출되도록 스택형 전극조립체(20)를 수납 및 밀봉하는 구조의 전지케이스(40)를 포함하는 것으로 구성되어 있다.

또한, 전지케이스(40)는 스택형 전극조립체(20)가 안착될 수 있는 오목한 형상의 수납부(41)를 포함하는 하부 케이스(42)와 그러한 하부 케이스(42)의 덮개로서 스택형 전극조립체(20)를 밀봉하는 상부 케이스(43)로 이루어져 있다. 이러한 상부 케이스(43)와 하부 케이스(42)는 스택형 전극조립체(20)를 내장한 상태에서 전지케이스(40) 외주면을 열융착하여 밀봉한다.

이때, 전극조립체(20)는 분리막이 개재된 상태에서 양극과 음극이 순차적으로 적층되어 있는 발전소자로서, 스택형 또는 스택/폴딩형 구조로 이루어져 있다. 전극 탭들(21, 22)은 전극조립체(20)의 각 극판으로부터 연장되고, 전극리드(410, 420)는 각 극판으로부터 연장된 복수개의 전극 탭들(21, 22)과, 예를 들어, 용접에 의해 각각 전기적으로 연결되어 있으며, 전지케이스(40)의 외부로 일부가 노출되어 있다. 또한, 전극리드(30, 31)의 상하면 일부에는 전지케이스(40)과의 밀봉도를 높이고 동시에 전기적 절연상태를 확보하기 위하여 절연필름(43)이 부착되어 있다.

이러한 파우치형 이차전지는 소형화 및 얇은 두께를 갖는 형태로 개발됨에 따라 스마트폰 또는 노트북 등의 모바일 기기를 소형화가 가능하게 되었다.

그러나, 파우치형 리튬 이온 전지는 전지 내부 전해질 분해 시 발생하는 가스에 의해 부풀어 오르는 현상이 생기게 되는데, 이러한 현상을 전해액 스웰링이라고 한다. 전해질의 분해는 고온에서 촉진되므로, 전지를 고온에서 방치할 경우, 스웰링 현상이 촉진된다. 전지의 온도가 올라가면 전해액이 분해하거나 부반응이 일어나 이산화탄소나 일산화탄소와 같은 가스가 발생하여 전지의 두께가 증가하기 때문이다.

또한, 이러한 파우치형 리튬 이온 전지의 스웰링 현상은 내부 전극조립체의 전극 변형에 의해 전지의 발화가 발생되는 요인이 된다.

한편, 전지의 그 외면에는 전지에 대한 각종 정보, 예를 들어, 전지의 제조사, 모델명, 제품번호, 각종 규격이나 품질표시, 사용상 주의사항 등이 문자 또는 마크의 형태의 정보를 인쇄한 라벨을 부착하게 된다.

그러나, 전지케이스 상에 부착되는 이러한 라벨은 반복적인 충방전 또는 비정상적인 작동에 의한 전지셀의 전지케이스가 팽창할 경우, 라벨과 전지케이스 간의 부착 인장력이 발생되어, 응력이 전지케이스의 어느 한쪽에 쏠리기 쉬워지므로 전극조립체의 변형을 더욱 촉진하게 하는 바, 전지의 발화의 발생 확률이 더욱 높아지는 문제가 있다.

따라서, 상기한 문제점들을 줄일 수 있는 기술이 매우 필요한 실정이다.

본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.

본 출원의 발명자들은 심도 있는 연구와 다양한 실험을 거듭한 끝에, 이후 설명하는 바와 같이, 판상형 전지셀의 전지케이스 외면에 부착되는 라벨에, 반복적인 충방전 또는 비정상적인 작동에 의한 전지셀의 팽창시 파열되면서 전지케이스의 부착 인장력으로 인한 전극조립체의 변형을 억제할 수 있도록 적어도 하나의 파열형 절취선이 형성되어 있을 경우, 전지셀의 스웰링이 발생시에 라벨의 형성된 파열형 절취선이 파열되면서 라벨과 전지케이스 간의 부착 인장력으로 인한 전극조립체의 변형을 억제하여 전지의 발화의 발생률이 현저히 줄어드는 것을 확인하고, 본 발명을 완성하기에 이르렀다.

상기한 목적을 달성하기 위한, 본 발명에 따른 판상형 전지셀의 전지케이스 외면에 부착되는 라벨은,

전지케이스에 부착되는 일면에 점착층이 도포되어 있는 필름 기재로 이루어져 있고, 반복적인 충방전 또는 비정상적인 작동에 의한 전지셀의 팽창시 파열되면서 전지케이스의 부착 인장력으로 인한 전극조립체의 변형을 억제할 수 있도록 적어도 하나의 파열형 절취선이 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.

여기서, "파열형 절취선"은 라벨이 전지셀의 스웰링 현상으로 인해 양측방향으로 인장력을 받을 경우 절취선을 따라 라벨이 갈라지거나, 파열되도록 설계된 절취선을 의미한다.

따라서, 본 발명에 따른 전지셀용 라벨은, 판상형 전지셀의 전지케이스 외면에 부착되는 라벨이 전지케이스에 부착되는 일면에 점착층이 도포되어 있는 필름 기재로 이루어져 있고, 반복적인 충방전 또는 비정상적인 작동에 의한 전지셀의 팽창시 파열되면서 전지케이스의 부착 인장력으로 인한 전극조립체의 변형을 억제할 수 있도록 적어도 하나의 파열형 절취선이 형성됨으로써, 반복적인 충방전 또는 비정상적인 작동에 의한 전지셀의 팽창시 라벨의 형성된 파열형 절취선이 갈라지거나 파열되면서 라벨이 전지케이스의 부착 인장력으로 인한 전극조립체의 변형을 억제하여 전지의 발화의 발생률이 현저히 줄어드는 효과를 발휘한다.

하나의 구체적인 예에서, 상기 전지케이스는 파우치 형태의 라미네이트 시트로 이루어져 있고, 상기 라미네이트 시트는 내후성을 가진 고분자 수지로 이루어진 외부 수지층, 기체와 액체에 대해 차단성을 가진 금속층, 및 열융착성을 가진 고분자 수지로 이루어진 내부 수지층을 포함하고 있는 구조일 수 있다.

하나의 구체적인 예에서, 상기 파열형 절취선은 복수의 관통형 슬릿들이 이격된 상태로 선형 배열되어 있는 구조로 이루어질 수 있다.

한편, 본원의 하기 도 2는 종래 기술의 전지셀들을 Hot box test 및 안전성 테스트(safety test)를 실시한 후의 발화된 결과를 나타낸 사진들이다.

본 출원의 발명자들은 심도 있는 연구와 Hot box test 및 안전성 테스트(safety test)를 통해, 하기 도 1에 나타낸 사진들과 같이, 전지셀이 스웰링할 경우, 전지케이스 표면에 부착된 라벨에 의해 전지셀이 비대칭 적으로 부풀어 오름에 따라 전극조립체의 중앙 보다는 외주부에 응력이 쏠리는 현상이 일어나며, 또한, 이러한 현상은 전지셀의 발화의 주요한 원인이 되는 것을 확인하였다.

따라서, 본 발명에 따른 전지셀용 라벨은, 상기 파열형 절취선이 평면상으로 전극조립체의 외주변에 대응하는 전지케이스의 부위에 형성되어 있는 구조일 수 있다. 이러한 구조에 의해 전극조립체의 외주변에 집중된 응력을 효과적으로 분산시킬 수 있는 바, 전극조립체의 변형을 억제하는 효과를 높일 수 있다.

하나의 구체적인 예에서, 상기 파열형 절취선들은 전지셀의 스웰링시 절취선의 응력 분산을 극대화하기 위해 단순 선형이 아닌 다각형상을 이룰 수 있으며, 예를 들어, 복수의 파열형 절취선들이 평면상으로 전개된 라벨에서 하나 이상의 다각형 절취 형상을 이루고 있는 구조일 수 있다.

또한, 상기 파열형 절취선들이 전극조립체의 일면의 면적을 기준으로 70% 내지 120%의 크기를 가진 중앙 사각형 절취 형상이 평면상으로 전개된 라벨의 중앙에 위치하도록 형성되어 있는 구조일 수 있다. 상세하게는, 상기 파열형 절취선들의 크기가 70% 미만인 경우, 전극조립체의 외주변과 대응되는 위치에 파열형 절취선들이 형성되지 못하는 바, 전지셀의 스웰링으로 인해 발생된 응력을 효과적으로 풀어내기(release) 어렵고, 반대로 120%를 초과할 경우도 전극조립체의 외주변과 대응되는 위치와 멀리 떨어지게 되어 본 발명이 요구하는 효과를 발휘하기 어렵다.

또한, 상기 전극조립체의 외주변에 대응하는 전지케이스의 부위에서 좀더 세분화된 파열을 유도하기 위해 상기 중앙 사각형 절취 형상의 4개의 변들에 접한 상태로 복수의 보조 사각형 절취 형상들이 위치하도록, 파열형 절취선들이 형성되어 있는 구조일 수 있다.

하나의 구체적인 예에서, 상기 사각형 절취 형상들의 개수에 따라 라벨이 파열되는 강도가 달라질 수 있고, 상세하게는, 상기 중앙 사각형 절취 형상의 1개의 변에는 8 내지 20개의 보조 사각형 절취 형상들이 위치하고 있을 수 있다.

구체적으로, 상기 중앙 사각형 절취 형상의 3개의 변들에 접한 보조 사각형 절취 형상들은, 대응하는 전지셀의 일면의 외주변과 전지셀의 측면 및 전지셀의 이면(裏面)의 적어도 일부를 감쌀 수 있는 길이로 연장되어 있는 구조일 수 있다.

또한, 상기 중앙 사각형 절취 형상의 1개의 변에 접한 보조 사각형 절취 형상은, 대응하는 전지셀의 일면의 외주변까지 연장되어 있는 구조일 수 있다.

하나의 구체적인 예에서, 본 발명에 따른 평면상으로 전개된 라벨은 사각형의 전지셀에 대응하는 중앙부로부터 4변들이 각각 외향 연장된 형상으로 이루어진 구조일 수 있고, 상세하게는, 상기 외향 연장된 형상은 연장 길이가 폭보다 상대적으로 큰 직사각형 형상일 수 있다.

하나의 구체적인 예에서, 상기 파열형 절취선이 파열되는 강도는 2 N 내지 10 N일 수 있고, 상세하게는, 상기 파열 강도가 2 N 미만인 경우에는 파열형 절취선이 전지셀의 운반 내지 사용 중에 발생된 외부 충격에도 쉽게 파열될 수 있어, 오히려 스웰링 발생시에 효과를 발휘하지 못할 수 있고, 반대로 10 N을 초과할 경우, 스웰링이 발생할 경우에도 라벨 파열이 일어나지 않아 본원이 요구하는 효과를 발휘할 수 없다.

하나의 구체적인 예에서, 상기 라벨은, 일면에 전지셀의 정보가 인쇄되어 있는 필름 기재, 상기 필름 기재의 타면에 도포되어 있는 점착층, 및 상기 점착층에 부착되어 있는 이형지를 포함하고 있는 구조일 수 있다.

구체적으로, 상기 필름 기재의 소재는 종이, 비닐 코팅된 종이, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 및 폴리에틸렌테레프탈레이트로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상일 수 있다.

또한, 상기 라벨은, 필름 기재 상에 부착되어 있는 보호필름을 더 포함하고 있을 수 있다.

또한, 상기 라벨의 두께는 0.03 mm 내지 0.2 mm일 수 있다. 상세하게는, 상기 라벨의 두께가 0.03 mm 미만일 경우, 얇은 두께로 인해 적정 범위의 파단 강도를 발휘하기 어렵고 이형지로부터 분리된 라벨을 전지케이스에 부착시킬 때 라벨이 말리는 현상이 발생할 수 있으며, 반대로 0.2 mm를 초과할 경우, 파열 강도가 높아져 적절히 파열이 이루어지지 않을 수 있다.

또 다른 하나의 구체적인 예에서, 상기 전지케이스는 판상형 전지셀이 내장되는 플라스틱 소재로 이루어진 몸체를 가지고 있고, 상기 몸체는 상단이 개방되어 있는 장방형의 케이스 본체와, 상기 케이스 본체의 개방 상단에 결합되는 케이스 캡으로 이루어져 있는 구조일 수 있다.

본 발명은 또한, 상기 전지셀용 라벨이 파우치형 케이스의 외면에 부착되어 있고, 상기 파우치형 케이스의 내부에는 양극/분리막/음극 구조의 전극조립체가 전해액과 함께 밀봉되어 있는 것을 특징으로 하는 파우치형 전지셀을 제공한다.

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 전기화학적 반응을 일으킬 수 있는 물질로서, 리튬 전이금속 산화물로서, 2 이상의 전이금속을 포함하고, 예를 들어, 1 또는 그 이상의 전이금속으로 치환된 리튬 코발트 산화물(LiCoO₂), 리튬 니켈 산화물(LiNiO₂) 등의 층상 화합물; 1 또는 그 이상의 전이금속으로 치환된 리튬 망간 산화물; 화학식 LiNi_1-yM_yO₂ (여기서, M = Co, Mn, Al, Cu, Fe, Mg, B, Cr, Zn 또는 Ga이고 상기 원소 중 하나 이상의 원소를 포함, 0.01≤y≤0.7 임)으로 표현되는 리튬 니켈계 산화물; Li_1+zNi_1/3Co_1/3Mn_1/3O₂, Li_1+zNi_0.4Mn_0.4Co_0.2O₂ 등과 같이 Li_1+zNi_bMn_cCo_1-(b+c+d)M_dO_(2-e)A_e (여기서, -0.5≤z≤0.5, 0.1≤b≤0.8, 0.1≤c≤0.8, 0≤d≤0.2, 0≤e≤0.2, b+c+d<1 임, M = Al, Mg, Cr, Ti, Si 또는 Y 이고, A = F, P 또는 Cl 임)으로 표현되는 리튬 니켈 코발트 망간 복합산화물; 화학식 Li_1+xM_1-yM'_yPO_4-zX_z(여기서, M = 전이금속, 바람직하게는 Fe, Mn, Co 또는 Ni 이고, M' = Al, Mg 또는 Ti 이고, X = F, S 또는 N 이며, -0.5≤x≤+0.5, 0≤y≤0.5, 0≤z≤0.1 임)로 표현되는 올리빈계 리튬 금속 포스페이트 등을 들 수 있지만, 이들만으로 한정되는 것은 아니다.

상기 도전재는 통상적으로 양극 활물질을 포함한 혼합물 전체 중량을 기준으로 1 내지 20 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 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.

또한, 상기 음극은, 예를 들어, 음극 집전체 상에 음극 활물질, 도전재 및 바인더의 혼합물을 도포한 후 건조하여 제조되며, 필요에 따라서는, 상기 혼합물에 충진제를 더 첨가하기도 한다. 또한, 상기 음극 활물질은 흑연계 탄소, 코크스계 탄소 및 하드 카본으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상일 수 있다.

본 발명은 또한, 상기 파우치형 전지셀을 전원으로 포함하고 있는 모바일 디바이스를 제공한다. 상세하게는, 상기 모바일 다비이스는 휴대폰, 휴대용 컴퓨터, 웨어러블 전자기기, 태플릿 PC, 스마트 패드, 또는 넷북일 수 있다.

이러한 모바일 디바이스들의 구조 및 제작 방법은 당업계에 공지되어 있으므로, 본 명세서에서는 그에 대한 자세한 설명을 생략한다.

이상의 설명과 같이, 본 발명에 따른 전지셀용 라벨은, 반복적인 충방전 또는 비정상적인 작동에 의한 전지셀의 팽창시 파열되면서 전지케이스의 부착 인장력으로 인한 전극조립체의 변형을 억제할 수 있도록 적어도 하나의 파열형 절취선이 형성되어 있어, 반복적인 충방전 또는 비정상적인 작동에 의한 전지셀의 팽창시 라벨의 형성된 파열형 절취선이 파열되면서 라벨이 전지케이스의 부착 인장력으로 인한 전극조립체의 변형을 억제하여 전지의 발화의 발생률이 현저히 줄어드는 효과를 발휘한다.

도 1은 종래기술에 따른 파우치형 전지셀의 사시도이다;
도 2는 종래 기술의 전지셀들을 Hot box test 및 안전성 테스트(safety test)를 실시한 후의 발화된 결과를 나타낸 사진들이다;
도 3은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지셀용 라벨이 부착되는 파우치형 케이스를 포함하고 있는 파우치형 전지셀을 나타낸 모식적인 평면도이다;
도 4는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지셀용 라벨의 단층 구조를 나타낸 모식적인 단면도이다;
도 5는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지셀용 라벨의 평면상으로 전개된 형상을 나타낸 모식적인 평면도이다;
도 6은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지셀용 라벨이 파우치형 케이스 상에 부착되어 있는 파우치형 전지셀을 나타낸 모식적인 평면도이다;
도 7은 본 발명의 또 다른 하나의 실시예에 따른 전지셀용 라벨이 단단한 플라스틱 소재의 전지케이스 상에 부착되어 있는 전지팩을 나타낸 모식적인 평면도이다.

이하에서는 도면을 참조하여, 본 발명의 내용을 더욱 상술하지만, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.

도 3에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지셀용 라벨이 부착되는 파우치형 케이스를 포함하고 있는 파우치형 전지셀을 나타낸 모식적인 평면도가 도시되어 있고, 도 4에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지셀용 라벨의 단층 구조를 나타낸 모식적인 단면도가 도시되어 있다.

도 3 및 도 4를 함께 참고하면, 본 발명에 따른 판상형 전지셀(200)의 전지케이스(210) 외면에 부착되는 라벨(100)은, 일면에 전지셀(200)의 정보가 인쇄되어 있는 필름 기재(150), 이러한 필름 기재(150) 상에 부착되어 있는 보호필름(140)이 형성되어 있고, 또한, 필름 기재(150)의 타면에 도포되어 있는 점착층(160), 및 점착층(160)의 하면에는 이형지(170)가 부착되어 있다.

또한, 이중 필름 기재(150)의 소재는 종이이다. 그리고, 이러한 라벨(100)의 두께(T)는 0.03 mm 내지 0.2 mm이다.

또한, 도 3의 전지케이스(210)는 파우치 형태의 라미네이트 시트로 이루어져 있다.

도 5에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지셀용 라벨의 평면상으로 전개된 형상을 모식적으로 나타낸 평면도이다;

도 3 내지 도 5를 함께 참조하면, 본 발명에 따른 판상형 전지셀(200)용 라벨(100)은, 반복적인 충방전 또는 비정상적인 작동에 의한 전지셀(200)의 팽창시 갈라지거나 파열되면서 전지케이스(210)의 부착 인장력으로 인한 전극조립체(220)의 변형을 억제할 수 있도록 적어도 하나의 파열형 절취선(110)이 형성되어 있다.

여기서, "파열형 절취선(110)"은 라벨(100)이 전지셀(200)의 스웰링 현상으로 인해 양측방향으로 인장력을 받을 경우 절취선(110)을 따라 라벨(100)이 파열되도록 설계되었다.

이러한 파열형 절취선(110)은 복수의 관통형 슬릿들이 이격된 상태로 선형 배열되어 있는 구조로 이루어진다.

또한, 전지셀(200)용 라벨(100)은, 파열형 절취선(110)이 평면상으로 전극조립체(220)의 외주변(222)에 대응하는 전지케이스(210)의 부위에 형성되어 있는 구조이다. 이러한 구조에 의해 전극조립체(220)의 외주변에 집중된 응력을 효과적으로 분산시킬 수 있는 바, 전극조립체(220)의 변형을 억제하는 효과를 높이다.

또한, 파열형 절취선(110)들은 전지셀(200)의 스웰링시 절취선의 응력 분산을 극대화하기 위해 단순 선형이 아닌 다각형상을 이루고 있다. 구체적으로, 전극조립체(220)의 일면의 면적을 기준으로 70% 내지 120%의 크기를 가진 중앙 사각형 절취 형상(120, 적색선)이 평면상으로 전개된 라벨(100)의 중앙에 위치하도록 형성되어 있는 구조이다.

또한, 전극조립체(220)의 외주변(222)에 대응하는 전지케이스(210)의 부위에서 좀더 세분화된 파열을 유도하기 위해 중앙 사각형 절취 형상(120)의 4개의 변들(121, 122, 123, 124)에 접한 상태로 복수의 보조 사각형 절취 형상들(131, 132, 133, 134)이 위치하도록 형성되어 있는 구조이다.

즉, 라벨(100)은 사각형의 전지셀(200)에 대응하는 중앙부(130)로부터 4변들 각각에 외향 연장된 형상들(131, 132, 133, 134)이 형성되어 있고, 이러한 외향 연장된 형상들(131, 132, 133, 134)은 연장 길이(L)가 폭(W)보다 상대적으로 큰 직사각형 형상이다.

이러한 사각형 절취 형상들(131, 132, 133, 134)의 개수에 따라 라벨(100)이 파열되는 강도가 설정되고, 본 발명의 전지셀용 라벨(100)은 중앙 사각형 절취 형상(120)의 1개의 변(121)에는 9개의 보조 사각형 절취 형상들(131)이 형성되어 있다.

도 6에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지셀용 라벨이 파우치형 케이스 상에 부착되어 있는 파우치형 전지셀을 나타낸 모식적인 평면도가 도시되어 있다.

도 6을 참조하면, 중앙 사각형 절취 형상(120)의 1개의 변(121)에 접한 보조 사각형 절취 형상들(131)은, 대응하는 전지셀(200)의 외주변(231)을 감쌀 수 있는 길이로 연장되어 있는 구조이다.

또, 중앙 사각형 절취 형상(120)의 3개의 변들(122, 123, 124)에 접한 보조 사각형 절취 형상들(132, 133, 134)은, 대응하는 전지셀(200)의 일면의 외주변(231)과 전지셀(200)의 측면(232) 및 전지셀(200)의 이면(233)의 적어도 일부를 감쌀 수 있는 길이로 연장되어 있는 구조이다.

이러한 파열형 절취선(110)의 파열되는 강도는 5 N가 되도록 설정되어 있다.

전지셀용 라벨(100)이 전지셀(200)의 파우치형 케이스(110)의 외면에 부착되어 있는 파우치형 전지셀(300)이다. 이때, 라벨(100)의 중앙 사각형 절취 형상(120)의 1개의 변(121)에 접한 보조 사각형 절취 형상(131)이 전지셀(200)의 외주변(231)에 근접한 길이로 연장되어 있고, 나머지, 중앙 사각형 절취 형상(120)의 3개의 변들(122, 123, 124)에 접한 보조 사각형 절취 형상들(132, 133, 134)은, 전지셀(200)의 일면(235)의 외주변과 전지셀(200) 측면(232) 및 이면(233)의 적어도 일부를 감쌀 수 있는 길이로 연장되어 있다.

도 7에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지셀용 라벨(100B)이 플라스틱 케이스 상에 부착되어 있는 전지팩을 나타낸 모식적인 평면도가 도시되어 있다.

도 7을 참조하면, 본 발명에 따른 또 다른 하나의 실시예에 따른 전지팩(400)은, 판상형 전지셀(도시하지 않음)이 내장되는 딱딱한 소재인 플라스틱으로 이루어진 몸체(410)를 가지고 있고, 몸체(410)는 상단이 개방되어 있는 장방형의 케이스 본체(415)와, 케이스 본체의 개방 상단에 결합되는 케이스 캡(417)으로 이루어져 있는 전지케이스(410)을 포함하고 있는 전지팩(400)이다. 이러한 전지팩(400)의 본체(415)에는 전지셀용 라벨(100B)이 부착되어 있다.

앞서 도면을 참조하여 설명하였듯이, 본 발명에 따른 전지셀용 라벨은, 판상형 전지셀의 전지케이스 외면에 부착되는 라벨이 전지케이스에 부착되는 일면에 점착층이 도포되어 있는 필름 기재로 이루어져 있고, 반복적인 충방전 또는 비정상적인 작동에 의한 전지셀의 팽창시 파열되면서 전지케이스의 부착 인장력으로 인한 전극조립체의 변형을 억제할 수 있도록 적어도 하나의 파열형 절취선이 형성할 경우, 반복적인 충방전 또는 비정상적인 작동에 의한 전지셀의 팽창시 라벨의 형성된 파열형 절취선이 파열되면서 라벨이 전지케이스의 부착 인장력으로 인한 전극조립체의 변형을 억제하여 전지의 발화의 발생률이 현저히 줄어드는 효과를 발휘한다.

본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주내에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다.

Claims (21)

1. 판상형 전지셀의 전지케이스 외면에 부착되는 라벨로서,
   전지케이스에 부착되는 일면에 점착층이 도포되어 있는 필름 부재로 이루어져 있고, 반복적인 충방전 또는 비정상적인 작동에 의한 전지셀의 팽창시 파열되면서 전지케이스의 부착 인장력으로 인한 전극조립체의 변형을 억제할 수 있도록 적어도 하나의 파열형 절취선이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지셀용 라벨.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 전지케이스는 파우치 형태의 라미네이트 시트로 이루어져 있고, 상기 라미네이트 시트는 내후성을 가진 고분자 수지로 이루어진 외부 수지층, 기체와 액체에 대해 차단성을 가진 금속층, 및 열융착성을 가진 고분자 수지로 이루어진 내부 수지층을 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 전지셀용 라벨.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 파열형 절취선은 복수의 관통형 슬릿들이 이격된 상태로 선형 배열되어 있는 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 전지셀용 라벨.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 파열형 절취선은 평면상으로 전극조립체의 외주변에 대응하는 전지케이스의 부위에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지셀용 라벨.
5. 제 1 항에 있어서, 복수의 파열형 절취선들은 평면상으로 전개된 라벨에서 하나 이상의 다각형 절취 형상을 이루고 있는 것을 특징으로 하는 전지셀용 라벨.
6. 제 5 항에 있어서, 상기 파열형 절취선들이 전극조립체의 일면의 면적을 기준으로 70% 내지 120%의 크기를 가진 중앙 사각형 절취 형상이, 평면상으로 전개된 라벨의 중앙에 위치하도록 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지셀용 라벨.
7. 제 6 항에 있어서, 상기 중앙 사각형 절취 형상의 4개의 변들에 접한 상태로 복수의 보조 사각형 절취 형상들이 위치하도록, 파열형 절취선들이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지셀용 라벨.
8. 제 7 항에 있어서, 상기 중앙 사각형 절취 형상의 1개의 변에는 8 내지 20개의 보조 사각형 절취 형상들이 위치하는 것을 특징으로 하는 전지셀용 라벨.
9. 제 8 항에 있어서, 상기 중앙 사각형 절취 형상의 3개의 변들에 접한 보조 사각형 절취 형상들은, 대응하는 전지셀 일면의 외주변과, 전지셀의 측면 및 전지셀의 이면의 적어도 일부를 감쌀 수 있는 길이로 연장되어 있는 것을 특징으로 하는 전지셀용 라벨.
10. 제 8 항에 있어서, 상기 중앙 사각형 절취 형상의 1개의 변에 접한 보조 사각형 절취 형상은, 대응하는 전지셀의 일면의 외주변까지 연장되어 있는 것을 특징으로 하는 전지셀용 라벨.
11. 제 1 항에 있어서, 평면상으로 전개된 라벨은 사각형의 전지셀에 대응하는 중앙부로부터 4변들이 각각 외향 연장된 형상으로 이루어진 것을 특징으로 하는 전지셀용 라벨.
12. 제 11 항에 있어서, 상기 외향 연장된 형상은 연장 길이가 폭보다 상대적으로 큰 직사각형 형상인 것을 특징으로 하는 전지셀용 라벨.
13. 제 1 항에 있어서, 상기 파열형 절취선이 파열되는 강도는 2 N 내지 10 N인 것을 특징으로 하는 전지셀용 라벨.
14. 제 1 항에 있어서, 상기 라벨은, 일면에 전지셀의 정보가 인쇄되어 있는 필름 기재, 상기 필름 기재의 타면에 도포되어 있는 점착층, 및 상기 점착층에 부착되어 있는 이형지를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 전지셀용 라벨.
15. 제 14 항에 있어서, 상기 필름 기재의 소재는 종이, 비닐 코팅된 종이, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 및 폴리에틸렌테레프탈레이트로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는 전지셀용 라벨.
16. 제 15 항에 있어서, 상기 필름 기재 상에 부착되어 있는 보호필름을 더 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 전지셀용 라벨.
17. 제 1 항에 있어서, 상기 라벨의 두께는 0.03 mm 내지 0.2 mm인 것을 특징으로 하는 전지셀용 라벨.
18. 제 1 항에 있어서, 상기 전지케이스는 판상형 전지셀이 내장되는 플라스틱 소재로 이루어진 몸체를 가지고 있고,
    상기 몸체는 상단이 개방되어 있는 장방형의 케이스 본체와, 상기 케이스 본체의 개방 상단에 결합되는 케이스 캡으로 이루어져 있는 것을 특징으로 하는 전지셀용 라벨.
19. 제 1 항 내지 제 17 항 중 어느 하나에 따른 전지셀용 라벨이 파우치형 케이스의 외면에 부착되어 있고, 상기 파우치형 케이스의 내부에는 양극/분리막/음극 구조의 전극조립체가 전해액과 함께 밀봉되어 있는 것을 특징으로 하는 파우치형 전지셀.
20. 제 19 항에 따른 파우치형 전지셀을 전원으로 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 모바일 디바이스.
21. 제 20 항에 있어서, 상기 모바일 디바이스는 휴대폰, 휴대용 컴퓨터, 웨어러블 전자기기, 태플릿 PC, 스마트 패드, 또는 넷북인 것을 특징으로 하는 모바일 디바이스.

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