KR20180130796A - 리튬 이차 전지 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 수지층 및 금속층을 포함하는 외장재; 상기 외장재에 둘러싸여 수용되는 전극 조립체; 상기 전극 조립체에 결합되고 일부가 상기 외장재의 외부로 돌출되는 전극 탭; 및 상기 외장재 및 상기 전극 탭 상에 부착되어 상기 전극 탭 및 상기 전극 조립체의 결합부를 밀봉하는 보호필름;을 포함하고, 상기 외장재의 내측면에서 상기 보호필름의 적어도 하나의 일단에 평행하게 위치되어 상기 외장재 내부에 존재하는 전해액이 상기 전극 탭 측으로 접근하는 것을 차단하는 차폐부;가 형성된, 리튬 이차 전지에 관한 것이다.

Description

리튬 이차 전지 {LITHIUM SECONDARY BATTERY}
본 발명의 실시예들은, 리튬 이차 전지에 관한 것으로서, 특히 차폐부가 형성됨으로써 전해액과 탭 간의 전기적 연결을 차단하여 셀 탭 부식 가능성을 크게 감소시킬 수 있는 리튬 이차 전지에 관한 것이다.
최근 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 휴대폰 등에 대한 기술 개발과 수요의 증가로 이차 전지의 수요 또한 급격히 증가하고 있으며, 특히 높은 에너지 밀도를 가지고 사이클 수명이 긴 리튬 이차 전지의 수요가 꾸준히 증가되고 있다.
이러한 리튬 이차 전지 중 전해액의 누액 가능성이 적고 제조가 용이한 리튬이온 폴리머 전지의 사용량이 늘어나고 있는데, 이와 같은 리튬 이차 전지는 파우치형의 전지케이스 내부에 양극, 음극 및 이들 사이에 배치되는 분리막으로 이루어진 전극 조립체가 내장되어 있고, 위 전극 조립체에 결합되며 일부가 전지케이스의 외부로 노출된 전극 탭으로 구성되어 있다.
다만, 종래에는 셀 내부 파우치의 수지층이 손상되어 금속층이 노출되는 경우, 전극 탭과 파우치의 금속층이 전해액을 통해 통전되어 셀 내부가 부식되는 등의 문제가 있었으며, 위와 같은 셀 부식 방지를 위해 탭 용접부에 보호테이프를 부착한 경우에도 보호테이프 내에 잔류하는 전해액에 의하여 탭과 파우치 금속층이 통전될 가능성이 존재하였다.
본 발명의 일 실시예들은, 보호필름을 부착함으로써 탭 용접부로 인한 파우치 손상을 방지할 수 있는 리튬 이차 전지를 제공하기 위한 것이다.
또한, 본 발명의 실시예들은, 보호필름 주변에 차폐부를 형성함으로써 탭 용접부 주변에 파우치 손상이 발생하고 보호필름 내에 전해액이 잔류하는 경우에도 전해액에 의한 전극 탭 및 금속층의 통전을 방지할 수 있는 리튬 이차 전지를 제공하기 위한 것이다.
또한, 본 발명의 실시예들은, 파우치 제조 과정에서 단순한 금형 수정을 통해 차폐부 형성이 용이한 리튬 이차 전지를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 수지층 및 금속층을 포함하는 외장재; 상기 외장재에 둘러싸여 수용되는 전극 조립체; 상기 전극 조립체에 결합되고 일부가 상기 외장재의 외부로 돌출되는 전극 탭; 및 상기 외장재 및 상기 전극 탭 상에 부착되어 상기 전극 탭 및 상기 전극 조립체의 결합부를 밀봉하는 보호필름;을 포함할 수 있고, 상기 외장재의 내측면에서 상기 보호필름의 적어도 하나의 일단에 평행하게 위치되어 외장재 내부에 존재하는 전해액이 상기 전극 탭 측으로 접근하는 것을 차단하는 차폐부;가 형성될 수 있는, 리튬 이차 전지를 제공한다.
상기 차폐부는 상기 전극 탭의 길이방향에 평행하게 형성될 수 있다.
상기 외장재와 상기 전극 탭의 접촉부위에 절연필름을 더 포함할 수 있다.
상기 차폐부는 상기 절연필름과 맞닿을 수 있다.
상기 차폐부는 상기 외장재의 일부가 내측으로 돌출되어 형성될 수 있다.
상기 차폐부는 3mm 내지 5mm의 높이로 돌출될 수 있다.
상기 차폐부는 일측면 또는 양측면에 상기 전극 탭의 길이방향에 평행하게 형성된 경사면을 포함할 수 있다.
상기 경사면은 상기 차폐부가 위치한 외장재의 내측면으로부터 50도 내지 80도의 경사로 형성될 수 있다.
본 발명의 실시예들에 의하면, 보호필름을 부착함으로써 탭 용접부로 인한 파우치 손상을 방지할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예들에 의하면, 보호필름 주변에 차폐부를 형성함으로써 탭 용접부 주변에 파우치 손상이 발생하고 보호필름 내에 전해액이 잔류하는 경우에도, 전해액에 의한 전극 탭 및 금속층의 통전을 방지할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예들에 의하면, 파우치 제조 과정에서 단순한 금형 수정을 통해 차폐부를 용이하게 형성할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 리튬 이차 전지의 사시도
도 2는 차폐부가 형성되지 않은 상태에서 전극 탭 용접부 주변에 파우치 손상이 일어난 경우의 리튬 이차 전지를 나타낸 도면
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 전극 탭 용접부 주변에 차폐부가 형성된 모습을 나타내는 도면
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 리튬 이차 전지의 단면을 나타내는 도면
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 리튬 이차 전지의 단면을 나타내는 도면
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시형태를 설명하기로 한다. 그러나 이는 예시에 불과하며 본 발명은 이에 제한되지 않는다.
본 발명을 설명함에 있어서, 본 발명과 관련된 공지기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 그리고, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
본 발명의 기술적 사상은 청구범위에 의해 결정되며, 이하의 실시예는 본 발명의 기술적 사상을 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 효율적으로 설명하기 위한 일 수단일 뿐이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 리튬 이차 전지(1)의 사시도이고, 도 2는 차폐부(11)가 형성되지 않은 상태에서 탭 용접부 주변에 외장재(10) 손상이 일어난 경우의 리튬 이차 전지를 나타낸 도면이다.
도 1 및 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 리튬 이차 전지(1)는 수지층 및 금속층을 포함하는 외장재(10), 외장재(10)에 둘러싸여 수용되는 전극 조립체(미도시 됨), 전극 조립체에 결합되고 일부가 외장재(10)의 외부로 돌출되는 전극 탭(20) 및 외장재(10)와 전극 탭(20) 상에 부착되어 전극 탭(20) 및 전극 조립체의 결합부를 밀봉하는 보호필름(30)을 포함할 수 있다.
구체적으로, 외장재(10) 내에 전극 조립체가 수용되어 외장재(10)가 전극 조립체를 감싸고 전극 탭(20)은 외장재(10) 외부로 인출되어 있는 형태일 수 있다. 이 때의 전극 조립체는 양극 탭과 음극 탭 사이에 분리막(미도시 됨)을 개재하여 각각이 교대로 겹친 상태로 타원형 등의 형상으로 권취된 젤리롤 형태일 수 있고, 다수의 양극 조립체 및 음극 조립체를 분리막을 개재한 상태에서 순차적으로 적층한 스텍형일 수도 있다.
또한, 도 1에서는 전극 탭(20)이 각각 서로 다른 양측면에서 돌출된 형태로 도시되었으나, 이에 한정되지 않고 본 발명의 다른 실시예에 따른 리튬 이차 전지(2)의 일측에서 두 개의 전극 탭(20)이 함께 돌출될 수도 있다.
한편, 외장재(10)에 포함되는 금속층은 알루미늄(Al)일 수 있다. 외장재(10)에 알루미늄을 사용하는 것은 소형화, 경량화, 박형화를 하는 동시에, 혹독한 열적 환경과 기계적 충격을 견디기 위함일 수 있다. 또한, 외장재(10) 내에 움푹 들어간 형상의 수용공간(미도시됨)이 형성되고, 수용공간에 전극 조립체를 배치시킬 수 있다. 전극 조립체를 배치시킨 후, 전극 조립체의 외곽을 따라서 외장재(10)를 접합할 수 있다.
상기 보호필름(30)은 소수성, 내화학성이 우수한 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등의 폴리올레핀계 및 폴리이미드계 수지가 사용될 수 있으나, 이에 한정하지 않고 리튬 이차 전지(1) 내에서 화학적 반응을 일으키지 않는 소재이면 충분하다.
또한, 위 보호필름(30)이 각 전극 조립체에서 돌출된 복수의 전극 탭(20)이 결합되는 전극 탭(20) 용접부위에 부착됨으로써 전극 탭(20) 용접부위에 의한 외장재(10) 손상을 방지할 수 있고, 셀의 내부 단락 방지 및 부식 가능성을 감소시킬 수 있다. 한편, 보호필름(30)은 상기 용접부위를 밀폐할 수 있는 충분한 크기로 형성 될 수 있다.
다만, 위와 같은 보호필름(30)이 부착된 경우에도 보호필름(30) 내에 전해액이 잔류해 있을 수 있고, 도 2에 도시된 것과 같이 전극 탭(20) 용접부위 주변에서 외장재(10)의 손상이 발생한 경우 보호필름(30) 내 잔류전해액에 의해 노출된 외장재(10) 금속층과 전극 탭(20)이 전기적으로 연결될 수 있고, 이에 따라 셀 내부에 부식이 발생할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 전극 탭(20) 용접부 주변에 차폐부(11)가 형성된 모습을 나타내는 도면이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 리튬 이차 전지(1)의 단면을 나타내는 도면이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 리튬 이차 전지(1)는 외장재(10)의 내측면에서 상기 보호필름(30)의 적어도 하나의 일단에 평행하게 위치되어 상기 외장재(10) 내부에 존재하는 전해액이 상기 전극 탭(20) 측으로 접근하는 것을 차단하는 차폐부(11)가 형성될 수 있고, 외장재(10)와 전극 탭(20)의 접촉부위에 절연필름(40)을 더 포함할 수 있다.
상기 절연필름(40)은 전극 탭(20)의 상하면 일부에 부착될 수 있고, 절연필름(40)이 부착됨으로써 외장재(10)와의 밀봉도를 높이고 동시에 전기적 절연상태를 확보할 수 있다.
구체적으로, 차폐부(11)는 도 3에 도시된 것과 같이 전극 탭(20)의 길이방향에 평행하게 형성될 수 있으며, 이 때 차폐부(11)는 상기 절연필름(40)과 맞닿도록 형성될 수 있다. 차폐부(11)가 절연필름(40)에 맞닿게 형성됨으로써 차폐부(11)와 절연필름(40) 사이의 공간을 최소화하여 전해액이 보호필름(30) 측으로 접근하는 것을 방지하고, 보호필름(30) 내에 전해액이 잔류해 있는 경우라도 상기 차폐부(11)에 의해 외장재 손상부(50)에 노출된 외장재(10)의 금속층과 전극 탭(20)이 전해액을 통해 전기적으로 연결될 수 있는 가능성을 차단할 수 있다.
또한, 상기 차폐부(11)는 일측면 또는 양측면에 상기 전극 탭(20)의 길이방향에 평행하게 형성된 경사면(11a)을 포함할 수 있다,
구체적으로, 상기 경사면(11a)은 보호필름(30)이 위치한 일측으로 경사지게 형성될 수 있고, 동시에 도면상 차폐부(11)를 기준으로 반대측인 타측으로 경사지게 형성될 수 있다. 이 때 차페부(11) 양측의 경사면(11a)은 상기 보호필름(30)의 일단에 평행하게 형성될 수 있다.
또한, 위와 같이 차폐부(11)의 경사면(11a)은 차폐부(11)의 길이방향 중심축을 기준으로 양측에 형성될 수 있으나, 이에 한정하지 않고 보호필름(30) 측 또는 외장재 손상부(50) 측 등 상기 차폐부(11)의 일측에만 형성될 수도 있음은 통상의 기술자에게 자명할 것이다.
한편, 상기 차폐부(11)는 외장재(10) 내에 존재하는 전해액이 보호필름(30) 측으로 쉽게 유입되지 못하도록 일정 범위의 높이(H) 및 경사각(θ)으로 형성될 수 있으며, 이 때, 차폐부(22)가 지나치게 높거나 가파르게 형성된 경우 후술할 차폐부(11) 형성 과정에서 외장재(10)가 파손될 수 있으므로, 바람직하게는 상기 외장재(10) 및 보호필름(30)의 접촉면으로부터 3mm 내지 5mm의 높이(h)로 돌출될 수 있고, 상기 차폐부(11)의 경사면(11a)은 차폐부(11)가 위치한 외장재(10)의 내측면에서 차폐부(11)가 돌출되기 시작하는 부분을 기준으로 50도 내지 80도의 경사각(θ)으로 형성될 수 있다.
상기한 차폐부(11)는 외장재(10) 형성과정에 있어서 프레스(press) 공정을 통해 용이하게 형성될 수 있다. 구체적으로, 이차 전지는 프레스 공정을 거쳐 생산될 수 있는데, 상기 공정에 이용되는 금형에 기 설정된 차폐부(11) 형상을 부가한 후 가압하여 쉽게 차폐부(11)를 형성할 수 있다. 또한, 위 과정은 외장재(10) 형성과정에서 이용되는 기존 금형을 차폐부(11) 형상이 부가된 금형으로 교체하는 것으로 충분한 바, 제조 간 별도의 추가 비용 없이 양산이 가능하다.
다만, 외장재(10) 형성 과정에서 상기 차폐부(11)는 외장재(10)의 차폐부(11) 부분이 파손되는 문제를 방지하기 위하여 전해액에 의한 전기적 연결을 충분히 차단할 수 있으면서도 제조공정 간 외장재(10)가 손상되지 않도록 3mm 내지 5mm의 높이(h) 및 50도 내지 80도의 경사각(θ)으로 형성됨이 바람직할 것이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 리튬 이차 전지(2)의 단면을 나타내는 도면이다.
앞선 실시예에서는 외장재(10)의 일부가 리튬 이차 전지(1) 내측으로 돌출되어 상기 차폐부가 형성되는 것(프레스 등으로 외장재(10) 일부를 성형하는 방식)을 기준으로 서술되었으나, 이제 한정되지 않고 도 5에 도시된 본 발명의 다른 실시예에 따른 리튬 이차 전지(2)와 같이 외장재(10) 이외의 별도 구성이 외장재(10) 내측면에 부가됨으로써 차폐부(12)를 형성할 수도 있음은 통상의 기술자에게 자명할 것이다.
이 때의 차폐부(12) 역시 앞서 본 발명의 일 실시예에 따른 리튬 이차 전지(1)와 같이 일측면 또는 양측면에 상기 전극 탭(20)의 길이방향에 평행하게 형성된 경사면(12a)을 포함할 수 있으며, 경사면(12a)은 보호필름(30)이 위치한 일측으로 경사지게 형성될 수 있고, 도면상 차폐부(12)를 기준으로 반대측인 타측으로 경사지게 형성될 수 있다.
상기 경사면(12a)의 경사각(θ) 및 차폐부(12) 높이(h)는 상술한 본 발명의 일 실시예에 따른 차폐부(12)와 동일한 바, 자세한 설명은 생략한다.
이상에서 대표적인 실시예를 통하여 본 발명에 대하여 상세하게 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 상술한 실시예에 대하여 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 변형이 가능함을 이해할 것이다. 그러므로 본 발명의 권리범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
1, 2 : 리튬 이차 전지
10 : 외장재
11, 12 : 차폐부
11a, 12a : 경사면
20 : 전극 탭
30 : 보호필름
40 : 절연필름
50 : 외장재 손상부
H : 높이
θ : 각도

Claims (8)

  1. 수지층 및 금속층을 포함하는 외장재;
    상기 외장재에 둘러싸여 수용되는 전극 조립체;
    상기 전극 조립체에 결합되고 일부가 상기 외장재의 외부로 돌출되는 전극 탭; 및
    상기 외장재 및 상기 전극 탭 상에 부착되어 상기 전극 탭 및 상기 전극 조립체의 결합부를 밀봉하는 보호필름;을 포함하고,
    상기 외장재의 내측면에서 상기 보호필름의 적어도 하나의 일단에 평행하게 위치되어 상기 외장재 내부에 존재하는 전해액이 상기 전극 탭 측으로 접근하는 것을 차단하는 차폐부;가 형성된, 리튬 이차 전지.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 차폐부는 상기 전극 탭의 길이방향에 평행하게 형성된, 리튬 이차 전지.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 외장재와 상기 전극 탭의 접촉부위에 절연필름을 더 포함하는, 리튬 이차 전지.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 차폐부는 상기 절연필름과 맞닿아 있는, 리튬 이차 전지
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 차폐부는 상기 외장재의 일부가 내측으로 돌출되어 형성된, 리튬 이차 전지.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 차폐부는 3mm 내지 5mm의 높이로 돌출된, 리튬 이차 전지.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 차폐부는 일측면 또는 양측면에 상기 전극 탭의 길이방향에 평행하게 형성된 경사면을 포함하는, 리튬 이차 전지
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 경사면은 상기 차폐부가 위치한 외장재의 내측면으로부터 50도 내지 80도의 경사로 형성된, 리튬 이차 전지.
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