KR20190051537A - 이차전지용 파우치 및 이를 포함하는 이차전지 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 이차전지용 파우치 및 이를 포함하는 이차전지에 관한 것으로, 본 발명에 따른 이차전지용 파우치는 전극 조립체 및 전해액을 내측에 수용하는 이차전지용 파우치로서, 상기 파우치의 외측에서 내측방향으로 순차적으로 적층되는 기재층과, 알루미늄층 및 수지층을 포함하고, 상기 알루미늄층의 상부 또는 하부에 스테인레스(Stainless)층이 더 형성된다.
Description
본 발명은 이차전지용 파우치 및 이를 포함하는 이차전지에 관한 것이다.
이차 전지는 일차 전지와는 달리 재충전이 가능하고, 또 소형 및 대용량화 가능성으로 인해 근래에 많이 연구 개발되고 있다. 모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서의 이차 전지의 수요가 급격하게 증가하고 있다.
이차 전지는 전지 케이스의 형상에 따라, 코인형 전지, 원통형 전지, 각형 전지, 및 파우치형 전지로 분류된다. 이차 전지에서 전지 케이스 내부에 장착되는 전극 조립체는 전극 및 분리막의 적층 구조로 이루어진 충방전이 가능한 발전소자이다.
또한, 전극 조립체는 활물질이 도포된 시트형의 양극과 음극 사이에 분리막을 개재(介在)하여 권취한 젤리 롤(Jelly-roll)형, 다수의 양극과 음극을 분리막이 개재된 상태에서 순차적으로 적층한 스택형, 및 스택형의 단위 셀들을 긴 길이의 분리 필름으로 권취한 스택/폴딩형으로 대략 분류할 수 있다.
최근에는, 스택형 또는 스택/폴딩형 전극조립체를 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치(Pouch)형 전지 케이스(Case)에 내장한 구조의 파우치형 전지가, 낮은 제조비, 작은 중량, 용이한 형태 변형 등을 이유로, 많은 관심을 모으고 있고 또한 그것의 사용량이 점차적으로 증가하고 있다.
하지만, 파우치형 전지에서 알루미늄 파우치의 경우 파우치 안에 내장되는 전극 조립체와 전기적으로 연결이 될 경우 쉽게 부식이 발생되는 문제가 있어왔다.
본 발명의 하나의 관점은 이차전지의 파우치에 부식이 발생되어 이차전지의 밀폐성이 회손되는 것을 방지할 수 있는 이차전지용 파우치 및 이를 포함하는 이차전지를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 다른 관점은 이차전지의 파우치 성형 시 크랙(Crack)이 발생되는 것을 방지할 수 있는 이차전지용 파우치 및 이를 포함하는 이차전지를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 이차전지용 파우치는, 전극 조립체 및 전해액을 내측에 수용하는 이차전지용 파우치로서, 상기 파우치의 외측에서 내측방향으로 순차적으로 적층되는 기재층과, 알루미늄층 및 수지층을 포함하고, 상기 알루미늄층의 상부 또는 하부에 스테인레스(Stainless)층이 더 형성될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 이차전지는, 전극 및 분리막이 교대로 결집되어 적층된 전극 조립체 및 상기 전극 조립체 및 전해액을 내측에 수용하는 파우치를 포함하고, 상기 파우치는 상기 파우치의 외측에서 내측방향으로 순차적으로 적층되는 기재층과, 알루미늄층 및 수지층을 포함하고, 상기 알루미늄층의 상부 또는 하부에 스테인레스층이 더 형성되는 될 수 있다.
본 발명에 따르면, 이차전지의 파우치를 알루미늄층 및 스테인레스층을 포함하여 형성시킴으로서, 부식으로 파우치가 손상되어 밀폐성이 회손되는 것을 방지할 수 있고, 파우치의 성형 시 크랙(Crack)이 발생하여 기능을 상실하는 문제를 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 이차전지용 파우치를 적용한 이차전지를 나타낸 분리 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지용 파우치를 나타낸 요부 단면도이다.
도 3은 이차전지의 파우치에 알루미늄층을 적용 시, 충방전 과정에서 알루미늄층과 음극 사이에 일어나는 반응을 나타낸 그래프이다.
도 4은 이차전지의 파우치에 스테인레스층을 적용 시, 충방전 과정에서 알루미늄층과 음극의 반응량을 나타낸 그래프이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차전지용 파우치를 나타낸 요부 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지용 파우치를 나타낸 요부 단면도이다.
도 3은 이차전지의 파우치에 알루미늄층을 적용 시, 충방전 과정에서 알루미늄층과 음극 사이에 일어나는 반응을 나타낸 그래프이다.
도 4은 이차전지의 파우치에 스테인레스층을 적용 시, 충방전 과정에서 알루미늄층과 음극의 반응량을 나타낸 그래프이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차전지용 파우치를 나타낸 요부 단면도이다.
본 발명의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되어지는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예들로부터 더욱 명백해질 것이다. 본 명세서에서 각 도면의 구성요소들에 참조번호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 번호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다. 또한, 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고, 본 발명을 설명함에 있어서, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 관련된 공지 기술에 대한 상세한 설명은 생략하도록 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 이차전지용 파우치를 적용한 이차전지를 나타낸 분리 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지용 파우치를 나타낸 요부 단면도이다.
도 1 및 도 2를 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지용 파우치(100)는 전극 조립체(12) 및 전해액을 내측에 수용하는 이차전지용 파우치(100)로서, 파우치(100)의 외측에서 내측방향으로 순차적으로 적층되는 기재층(120)과, 알루미늄층(140) 및 수지층(150)을 포함하고, 알루미늄층(140)의 상부에 스테인레스(Stainless)층(130)이 더 형성된다. 스테인레스(Stainless)층(130)은 알루미늄층(140)에 인접하거나 또는 접하도록 형성될 수 있다.
이하에서, 도 1 내지 도 4를 참조하여, 본 발명의 일 실시예인 이차전지용 파우치에 대해 보다 상세히 설명하기로 한다.
보다 상세히, 도 1 및 도 2를 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지용 파우치(100)는 전극 조립체(12) 및 전해액을 내측에 수용한다. 이때, 파우치(100)는 내측에 전극 조립체(12) 및 전해액이 수용가능하도록 공간을 형성하는 수용부(110)가 형성될 수 있다.
전극 조립체(12)는 충방전이 가능한 발전소자로서, 전극(12c)과 분리막(12d)이 결집되어 교대로 적층된 구조를 형성한다.
전극(12c)은 양극(12a) 및 음극(12b)으로 구성될 수 있다. 이때, 전극 조립체(12)는 양극(12a)/분리막(12d)/음극(12b)이 교대로 적층된 구조로 이루어질 수 있다. 여기서, 분리막(12d)은 양극(12a)과 음극(12b) 사이와, 양극(12a)의 외측 및 음극(12b)의 외측에 위치될 수 있다.
분리막(12d)은 절연 재질로 이루어져 양극(12a)과 음극(12b) 사이를 전기적으로 절연한다. 여기서, 분리막(12d)은 예를 들어 미다공성을 가지는 폴리에칠렌, 폴리프로필렌 등 폴리올레핀계 수지막으로 형성될 수 있다.
전극 탭(13)은 전극(12c)에 일측부가 연결되어 전극(12c)과 전기적으로 연결된다.
기재층(120)은 파우치(100)의 최외각측에 위치될 수 있다. 여기서, 기재층(120)은 예를 들어 나일론(Nylon)으로 이루어질 수 있다.
수지층(150)은 파우치(100)의 최내측에 위치될 수 있다. 여기서, 수지층(150)은 폴리프로필렌(PP; polypropylene)으로 이루어질 수 있다.
알루미늄(Al)층(140)은 수지층(150)의 외측면 상에 적층될 수 있다. 이때, 알루미늄층(140)은 포일(Foil) 형태로 형성될 수 있다.
스테인레스(Stainless)층(130)은 예를 들어 알루미늄층(140)의 상부에 형성될 수 있다. 이때, 스테인레스층(130)은 포일(Foil) 형태로 형성될 수 있다.
즉, 본 발명의 일 실시예인 이차전지용 파우치(100)는 외측에서 수용부(110)가 형성된 내측방향으로, 기재층(120), 스테인레스층(130), 알루미늄층(140) 및 수지층(150)으로 순차적으로 적층될 수 있다.
한편, 스테인레스층(130)은 니켈(Ni) 8~11% 및 크롬(Cr) 18~20%를 함유한 강인 SUS304로 이루어질 수 있다.
또한, 알루미늄층(140)이 없이 스테인레스층(130) 만을 파우치(100)에 적용하면 파우치(100)의 성형성에 문제가 생기게 된다. 즉, 전극 조립체(12)를 파우치(100)에 내장하기 위해 파우치(100)를 성형하면 모서리 끝단에서 크랙(Crack)이 쉽게 발생하여 기능을 상실하는 문제가 있다.
따라서, 본 발명의 일 실시예인 이차전지용 파우치(100)는 알루미늄층(140) 및 스테인레스층(130)을 포함하여 부식으로 파우치(100)가 손상되어 밀폐성이 회손되는 것을 방지할 수 있고, 파우치(100)의 성형 시 크랙(Crack)이 발생하여 기능을 상실하는 문제를 방지할 수 있다.
한편, 예를 들어 알루미늄층(140)은 10~80㎛의 두께로 형성되고, 상기 스테인레스층(130)은 10~80 ㎛의 두께로 형성될 수 있다. 그리고, 보다 구체적으로 예를들어 알루미늄층(140)은 20~40㎛의 두께로 형성되고, 스테인레스층(130)은 20~40 ㎛의 두께로 형성될 수 있다. 여기서, 알루미늄층(140) 및 스테인레스층(130)의 두께가 너무 얇게 형성되면, 외부 요인에 의한 손상(damage)에 의해 쉽게 홀(hole)이 형성되어 수분 등의 외부의 요소가 밀폐된 이차전지(10)의 내부로 유입되는 문제가 있다. 또한, 알루미늄층(140) 및 스테인레스층(130)의 두께가 너무 두껍게 형성되면, 전지의 에너지 밀도를 저하시키는 문제가 있다.
또한, 기재층(120)은 12~25㎛의 두께로 형성되고, 수지층(150)은 20~45㎛의 두께로 형성될 수 있다.
< 실험예 >
이차전지용 파우치에서 25㎛ 두께의 알루미늄(Al)층을 통상적인 이차전지의 성형량인 4mm 성형을 한 후 잔존 두께를 측정하여 하기 표 1에 나타내었다. 여기서, 하기 표 1은 파우치에 전극 조립체를 수용하는 예를 들어 컵 형태의 수용부를 형성시키기 위하여 성형 깊이가 4mm가 되도록 프레스(Press) 등의 방법으로 성형하고 나서 알루미늄층의 잔존 두께를 측정한 것을 나타낸다. 또한, 하기 표 1은 알루미늄층의 잔존두께는 1~32부분에서 측정한 것을 나타내고, 단위는 ㎛를 사용하였다.
| 1(부분) | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 |
| 17.07(㎛) | 18.45 | 17.78 | 17.86 | 17.95 | 17.92 | 17.52 | 16.99 |
| 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 | 16 |
| 17.43 | 17.42 | 16.99 | 17.02 | 17.67 | 17.89 | 17.17 | 17.52 |
| 17 | 18 | 19 | 20 | 21 | 22 | 23 | 24 |
| 17.9 | 17.79 | 17.22 | 17.27 | 17.01 | 17.15 | 17.3 | 18.19 |
| 25 | 26 | 27 | 28 | 29 | 30 | 31 | 32 |
| 18.48 | 17.01 | 17.52 | 17.1 | 17.69 | 17.98 | 17.52 | 17.56 |
상기 표 1에서 볼 수 있듯이, 파우치의 성형 후 알루미늄층의 다수의 곳에서 측정한 최소 잔존 두께는 16.99㎛이고, 최대 잔존 두께는 18.48㎛이며, 평균 잔존 두께는 17.55㎛임을 알 수 있다.
결국, 파우치의 성형 시 알루미늄층의 두께가 약 9㎛ 정도 감소되므로, 두께가 최소한 10㎛ 이상의 두께로 형성되어야 층이 찢어지거나 홀이 형성되지 않을 수 있다. 또한, 알루미늄층의 두께가 20㎛ 이상으로 형성하여 층이 손상되는 것을 보다 안정적으로 방지할 수 있다.
도 3은 이차전지의 파우치에 알루미늄층을 적용 시, 충방전 과정에서 알루미늄층과 음극 사이에 일어나는 반응을 나타낸 그래프이고, 도 4은 이차전지의 파우치에 스테인레스층을 적용 시, 충방전 과정에서 알루미늄층과 음극의 반응량을 나타낸 그래프이다.
도 3에 도시된 그래프는 본 발명의 일 실시예에 따라 이차전지(10)의 파우치(100)에 알루미늄층을 적용 시, 알루미늄층과 음극 사이에 전류를 흐르게 하면, 반응이 일어나는 것을 나타낸다. 즉, 파우치(100)를 알루미늄으로만 사용하면 알루미늄층과 음극 사이에 전류가 흐르게 되어 부식이 일어나는 문제가 생기게 된다.
한편, 도 4에 도시된 그래프는 본 발명의 일 실시예에 따라 이차전지(10)의 파우치(100)에 스테인레스층을 적용 시, 스테인레스층과 음극 사이에 전류를 흐르게 하면, 반응이 일어나지 않은 것을 나타낸다. 즉, 파우치(100)를 스테인레스층을 사용하면 스테인레스층과 음극 사이에 전류가 흐르지 않게되어 부식이 방지되는 효과가 있다.(도 1 참고)
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차전지용 파우치를 나타낸 요부 단면도이다.
도 5를 참고하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차전지용 파우치(200)는 전술한 일 실시예에 따른 이차전지용 파우치(100)와 비교할 때, 알루미늄층(230)과 스테인레스층(240)의 적층 위치가 상이한 차이가 있다. 따라서, 본 실시예는 일 실시예와 중복되는 내용은 간략히 기술하고, 차이점을 중심으로 기술하도록 한다.
도 1 및 도 5를 참고하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차전지용 파우치(200)는 전극 조립체(12) 및 전해액을 내측에 수용하는 이차전지용 파우치(200)로서, 파우치(200)의 외측에서 내측방향으로 순차적으로 적층되는 기재층(220)과, 알루미늄층(230) 및 수지층(250)을 포함하고, 알루미늄층(230)의 하부에 스테인레스층(240)이 더 형성된다. 스테인레스(Stainless)층은 알루미늄층에 인접하거나 또는 접하도록 형성될 수 있다.
즉, 파우치(200)의 최외측에 기재층(220)이 형성되고, 내측 방향으로 알루미늄층(230), 스테인레스층(240) 및 수지층(250)이 위치될 수 있다.
여기서, 기재층(220)은 예를 들어 나일론(Nylon) 이루어지고, 수지층(250)은 폴리프로필렌(PP; polypropylene)으로 이루어질 수 있다.
또한, 스테인레스층(240)은 니켈(Ni) 8~11% 및 크롬(Cr) 18~20%를 함유한 강인 SUS304로 이루어질 수 있다.
아울러, 예를 들어 알루미늄층(230)은 10~80㎛의 두께로 형성되고, 상기 스테인레스층(240)은 10~80 ㎛의 두께로 형성될 수 있다. 그리고, 보다 구체적으로 예를들어 알루미늄층(230)은 20~40㎛의 두께로 형성되고, 스테인레스층(240)은 20~40 ㎛의 두께로 형성될 수 있다.
한편, 기재층(220)은 12~25 ㎛의 두께로 형성되고, 수지층(250)은 20~45㎛의 두께로 형성될 수 있다.
상기와 같이 구성된 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차전지용 파우치(200)는 스테인레스층(240)이 알루미늄층(230) 보다 파우치(200)의 내측에 위치되어, 전극 조립체(12)와 알루미늄층(230)이 전기적으로 반응하여 알루미늄층(230)이 부식되는 것을 효과적으로 방지할 수 있다.
이하에서는 본 발명의 실시예에 따른 이차전지(10)에 대하여 설명하기로 한다.
도 1, 도 2 및 도 5를 참고하면, 본 발명의 실시예에 따른 이차전지(10)는 전술한 일 실시예에 따른 이차전지용 파우치(100) 및 다른 실시예에 따른 이차전지용 파우치(200)를 포함하는 이차전지(10)에 대한 것이다.
따라서, 본 발명의 실시예에 따른 이차전지(10)는 전술한 일 실시예에 따른 이차전지용 파우치(100) 및 다른 실시예에 따른 이차전지용 파우치(200)와 중복되는 내용은 간략히 기술하고, 차이점을 중심으로 기술하도록 한다.
보다 상세히, 본 발명의 실시예에 따른 이차전지(10)는 전극(12c) 및 분리막(12d)이 교대로 결집되어 적층된 전극 조립체(12) 및 상기 전극 조립체(12) 및 전해액을 내측에 수용하는 파우치(100,200)를 포함한다. 이때, 본 발명의 실시예에 따른 이차전지(10)에서 파우치(100,200)는 파우치(100,200)의 외측에서 내측방향으로 순차적으로 적층되는 기재층(120,220)과, 알루미늄층(140,230), 및 수지층(150,250)을 포함하고, 알루미늄층(140,230)의 상부 또는 하부에 스테인레스층(130,240)이 더 형성될 수 있다.
여기서, 도 2를 참고하면, 본 발명의 실시예에 따른 이차전지(10)는 일례로 파우치(100)의 외측에서 내측방향으로 기재층(120)과, 스테인레스층(130)과, 알루미늄층(140), 및 수지층(150)이 순차적으로 적층되며 파우치(100)를 형성할 수 있다.
한편, 도 5를 참고하면, 본 발명의 실시예에 따른 이차전지(10)는 다른 예로 파우치(200)의 외측에서 내측방향으로 기재층(220)과, 알루미늄층(230)과, 스테인레스층(240), 및 수지층(250)이 순차적으로 적층되며 파우치(200)를 형성할 수 있다.
도 1, 도 2 및 도 5를 참고하면, 상기와 같이 구성된 본 발명의 실시예에 따른 이차전지(10)는 알루미늄층(140,230) 및 스테인레스층(130,240)을 포함하는 파우치(100,200)를 구비하여, 부식으로 파우치(100,200)가 손상되어 이차전지(10)의 밀폐성이 회손되는 것을 방지할 수 있고, 파우치(100,200)의 성형 시 크랙(Crack)이 발생하여 기능을 상실하는 문제를 방지할 수 있다.
이상 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세히 설명하였으나, 이는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명에 따른 이차전지용 파우치는 이에 한정되지 않는다. 본 발명의 기술적 사상 내에서 당해 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 실시가 가능하다고 할 것이다.
또한, 발명의 구체적인 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의하여 명확해질 것이다.
10: 이차전지
12: 전극 조립체
12a: 양극
12b: 음극
12c: 전극
12d: 분리막
13: 전극 탭
100,200: 파우치
110: 수용부
120,220: 기재층
130,240: 스테인레스층
140,230: 알루미늄층
150,250: 수지층
12: 전극 조립체
12a: 양극
12b: 음극
12c: 전극
12d: 분리막
13: 전극 탭
100,200: 파우치
110: 수용부
120,220: 기재층
130,240: 스테인레스층
140,230: 알루미늄층
150,250: 수지층
Claims (9)
- 전극 조립체 및 전해액을 내측에 수용하는 이차전지용 파우치로서,
상기 파우치의 외측에서 내측방향으로 순차적으로 적층되는
기재층;
알루미늄층; 및
수지층을 포함하고,
상기 알루미늄층의 상부 또는 하부에 스테인레스(Stainless)층이 더 형성되는 이차전지용 파우치. - 청구항 1에 있어서,
상기 기재층은 나일론(Nylon)으로 이루어지고,
상기 수지층은 폴리프로필렌(PP; polypropylene)으로 이루어지는 이차전지용 파우치. - 청구항 1에 있어서,
상기 스테인레스층은 상기 알루미늄층의 상부에 상기 알루미늄층과 인접하여 형성되는 이차전지용 파우치. - 청구항 1에 있어서,
상기 스테인레스층은 상기 알루미늄층의 하부에 상기 알루미늄층과 인접하여 형성되는 이차전지용 파우치. - 청구항 1에 있어서,
상기 스테인레스층은 니켈(Ni) 8~11% 및 크롬(Cr) 18~20%를 함유한 강인 SUS304로 이루어지는 이차전지용 파우치. - 청구항 1 내지 5 중 어느 한 항에 있어서,
상기 알루미늄층은 10~80 ㎛의 두께로 형성되고,
상기 스테인레스층은 10~80 ㎛의 두께로 형성되는 이차전지용 파우치. - 청구항 6에 있어서,
상기 알루미늄층은 20~40 ㎛의 두께로 형성되고,
상기 스테인레스층은 20~40 ㎛의 두께로 형성되는 이차전지용 파우치. - 청구항 6에 있어서,
상기 기재층은 12~25 ㎛의 두께로 형성되고,
상기 수지층은 20~45 ㎛의 두께로 형성되는 이차전지용 파우치. - 전극 및 분리막이 교대로 결집되어 적층된 전극 조립체; 및
상기 전극 조립체 및 전해액을 내측에 수용하는 파우치를 포함하고,
상기 파우치는
상기 파우치의 외측에서 내측방향으로 순차적으로 적층되는 기재층;
알루미늄층; 및
수지층을 포함하고,
상기 알루미늄층의 상부 또는 하부에 스테인레스층이 더 형성되는 이차전지.
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| KR1020170147327A KR102414195B1 (ko) | 2017-11-07 | 2017-11-07 | 이차전지용 파우치 및 이를 포함하는 이차전지 |
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- 2017-11-07 KR KR1020170147327A patent/KR102414195B1/ko active IP Right Grant
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| KR102414195B1 (ko) | 2022-06-29 |
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