KR20200133455A - 내부 단락을 방지하는 파우치형 리튬 이차전지 - Google Patents

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KR20200133455A
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오광석
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Abstract

본 발명은 파우치형 리튬 이차전지의 충방전 중 음극에서 발생되는 덴드라이트(dendrite)로 인해 리드탭(leat tab)과 전기적 단락이 발생하는 현상을 억제할 수 있도록 리드탭 보호부재를 적용한 파우치형 리튬 이차전지에 관한 것이다.

Description

내부 단락을 방지하는 파우치형 리튬 이차전지{A pouch type lithium secondary battery that prevents internal short circuit}
본 발명은 파우치형 리튬 이차전지의 충방전 중 음극에서 발생되는 덴드라이트(dendrite)로 인해 리드탭(leat tab)과 전기적 단락이 발생하는 현상을 억제할 수 있도록 리드탭 보호부재를 적용한 파우치형 리튬 이차전지에 관한 것이다.
현재 휴대용 전자기기와 전기 자동차의 전원으로 사용되고 있는 리튬 이온전지의 경우, 원통형이나 각형에 비해 형태의 변형이 용이하고 제조비용이 저렴하며 경량화에 유리한 파우치형 이차 전지가 널리 쓰이고 있다. 같은 이유로 리튬 이온전지 외에 리튬 공기, 리튬 황, 리튬 금속 이차전지 등 현 리튬이온 전지 이후의 차세대 전지 역시 파우치 형태로 주로 개발되고 있다.
대부분의 파우치형 이차전지는 전극 군으로부터 인출된 리드탭(lead tab)을 가지며, 이러한 리드탭과 외장재(파우치)는 실링 필름(sealing film)을 통해 밀봉되는데, 실링 필름은 파우치와 리드탭 열접합 부에 국한하여 위치하고 있다.
한편 상기 리튬 금속 이차전지는 음극으로 리튬 금속이나 리튬 합금을 사용하는 전지로서 이론적으로 매우 높은 에너지 용량을 가지지만, 특정 부위에만 리튬이 증착되어 수지상 석출물인 리튬 덴드라이트(dendrite)를 형성하여 분리막을 통과해 양극에 도달하여 전지를 단락시키거나 전지의 폭발 위험성이 있어 리튬 금속과 전해질 사이의 계면을 안정화시키는 것이 주요 사안이다.
종래에는 상기 단락 방지를 위해 리튬 보호막이나 분리막에 세라믹 입자를 코팅하는 기술이 공지되어 있으나 이는 전극 측면 부로 성장되는 덴드라이트를 제대로 차단시키지 못하고 있다.
도 1은 종래의 파우치형 리튬금속 전지에서 발생하는 단락문제를 간단히 나타낸 것이다. 상기 파우치형 리튬금속 전지가 충방전하는 과정에서 음극 물질층(220')의 표면으로 리튬이 석출되어 덴드라이트(2)가 성장하는데, 이때 상기 덴드라이트(2)가 분리막(300')과 파우치(미도시) 사이의 공간을 통해 성장하여 양극 물질층(120') 또는 양극 집전체(110')에 연결된 리드탭(130')과 닿아서 단락이 발생하게 된다.
한국공개특허 제10-2018-0018111호는 단락 방지 구조를 구비한 파우치 이차전지에 관한 것으로, 음극과 리드탭간 단락을 방지하기 위해 리드탭의 일부에 절연부재를 적용하고 있으나, 이는 단순히 음극과 리드탭의 직접적인 접촉을 방지하기 위한 설계일 뿐, 음극에서 생성되는 덴드라이트와 리드탭의 접촉을 상정하지 않았기 때문에 충방전이 끊임없이 일어나야하는 실질적인 배터리에 적용할 경우, 덴드라이트와 리드탭간 간접적인 접촉 발생을 효과적으로 방어하지 못한다.
한국공개특허 제10-2018-0018111호
본 발명의 목적은 충방전에 따라 음극에서 생성되어 전극 조립체의 측면부를 따라 성장하는 덴드라이트와 리드탭간의 접촉을 효과적으로 차단할 수 있는 파우치형 리튬 이차전지를 제공할 목적이 있다.
본 발명의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않는다. 본 발명의 목적은 이하의 설명으로 보다 분명해 질 것이며, 특허청구범위에 기재된 수단 및 그 조합으로 실현될 것이다.
본 발명에 따르면, 전극 조립체; 상기 전극 조립체에 접속되어 상기 전극 조립체의 측면으로 돌출된 리드탭; 상기 리드탭을 감싸서 절연시키는 리드탭 보호부재; 및 상기 리드탭의 일부가 외부로 노출되도록 상기 전극 조립체를 내부에 수용하여 밀봉하는 파우치; 를 포함하는 파우치형 리튬 이차전지를 제공한다.
상기 전극 조립체는 양극 물질층, 및 양극 집전체를 포함하는 양극; 음극; 및 상기 양극 및 음극 사이에 개재되는 분리막을 포함하고, 상기 양극 집전체 및 음극에는 상기 리드탭이 각각 접속되는 것일 수 있다.
상기 분리막은 상기 양극 및 음극의 면적과 같거나 큰 것일 수 있다.
상기 리드탭은 상기 양극 집전체에 접속되는 양극 리드탭; 및 상기 음극에 접속되는 음극 리드탭; 을 포함할 수 있다.
상기 음극은 리튬 금속을 포함할 수 있다.
상기 리드탭은 구리(Cu), 니켈 코팅된 구리(Nickel coated Cu), 알루미늄(Al), 니켈(Ni), 카본 코팅된 알루미늄(carbon coated Al) 및 스테인레스스틸(SUS) 중 어느 하나 이상을 포함할 수 있다.
상기 리드탭은 상기 파우치와 맞닿는 제1 영역(a), 상기 파우치의 내부에 위치하는 제2 영역(b), 및 상기 파우치의 외부로 노출되어 위치하는 제3 영역(c)을 포함하고, 상기 리드탭 보호부재는 상기 리드탭의 제2 영역(b)에 위치하는 것일 수 있다.
상기 파우치와 상기 리드탭 사이에 개재되어 상기 파우치 및 리드탭 사이의 공간을 메꾸어 상기 파우치의 내부가 외부로부터 밀봉되도록 하는 실링 필름을 더 포함하는 것일 수 있다.
상기 실링 필름은 에틸렌비닐아세테이트, 폴리스티렌, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리에틸렌나프탈레이트, 폴리부틸렌테레프탈레이트, 폴리부틸렌나프탈레이트, 폴리이미드 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나를 포함하는 것일 수 있다.
상기 리드탭 보호부재는 상기 실링 필름에 맞닿아 있는 것일 수 있다.
상기 리드탭 보호부재는 코팅층 및 필름 중 적어도 하나 이상의 형태일 수 있다.
상기 리드탭 보호부재는 폴리에틸렌, 폴리염화비닐, 천연고무, 폴리에스테르, 에폭시, 페놀, 폴리우레탄, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리아마이드, 폴리이미드, 폴리프로필렌, 테프론, 산화알루미늄(Al2O3), 이산화규소(SiO2), 이산화티탄(TiO2) 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나의 절연물질을 포함하는 것일 수 있다.
상기 리드탭 보호부재의 두께는 1㎛ 내지 50㎛ 일 수 있다.
상기 파우치는 전극 조립체가 수용되는 내부면의 테두리를 따라 열접합되는 부위인 접합부를 포함할 수 있다.
상기 파우치의 접합부에는 접착제가 도포되어 있는 것일 수 있다.
상기 파우치는 상기 접합부간 및 상기 파우치의 접합부와 상기 리드탭이 열접합되어 밀봉되는 것일 수 있다.
본 발명에 따르면, 충방전에 따라 음극에서 생성되어 전극 조립체의 측면부를 따라 성장하는 덴드라이트와 리드탭간의 접촉을 효과적으로 차단하는 효과가 있다.
본 발명의 효과는 이상에서 언급한 효과로 한정되지 않는다. 본 발명의 효과는 이하의 설명에서 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 할 것이다.
도 1은 종래의 리튬 금속전지 및 단락 발생 과정을 개략적으로 나타낸 것이다.
도 2는 리드탭이 접속된 전극 조립체의 측면도를 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명의 파우치형 리튬 이차전지의 평면도를 나타낸 것이다.
도 4은 리드탭 보호부재에 의해 단락 현상이 방지되는 것을 나타낸 것이다.
도 5는 비교예1 실험 후의 전극 단락이 발생한 것을 촬영한 것이다.
도 6은 비교예1의 충방전 곡선을 나타낸 것이다.
도 7은 비교예1의 충방전 사이클에 따른 용량 변화를 나타낸 것이다.
도 8은 비교예1의 충방전에 따른 전류 및 전압의 변화를 나타낸 것이다.
도 9는 실시예1의 실험 전 리드탭 보호부재가 적용된 리드탭 및 전극 조립체를 촬영한 사진이다.
도 10은 실시예1의 충방전 곡선을 나타낸 것이다.
도 11은 실시예1의 충방전 사이클에 따른 용량 변화를 나타낸 것이다.
이상의 본 발명의 목적들, 다른 목적들, 특징들 및 이점들은 첨부된 도면과 관련된 이하의 바람직한 실시예들을 통해서 쉽게 이해될 것이다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 통상의 기술자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.
각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 첨부된 도면에 있어서, 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 위하여 실제보다 확대하여 도시한 것이다. 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "상에" 있다고 할 경우, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "하부에" 있다고 할 경우, 이는 다른 부분 "바로 아래에" 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다.
본 발명은 파우치형 리튬 이차전지의 충방전 중 음극에서 발생되는 덴드라이트로 인해 리드탭과 전기적 단락이 발생하는 현상을 억제할 수 있도록 리드탭 보호부재를 적용한 파우치형 리튬 이차전지에 관한 것이다.
본 발명의 파우치형 리튬 이차전지는 구체적으로 전극 조립체, 상기 전극 조립체에 접속되어 상기 전극 조립체의 측면으로 돌출된 리드탭, 상기 리드탭을 감싸서 절연시키는 리드탭 보호부재, 및 상기 리드탭의 일부가 외부로 노출되도록 상기 전극 조립체를 내부에 수용하여 밀봉하는 파우치를 포함하는 것이 특징이다.
도 2 및 도 3에는 본 발명의 파우치형 리튬 이차전지 구조가 나타나 있다. 이를 참고하여 각 구성을 상세히 설명하도록 하겠다. 단, 본 발명에서는 파우치에 하나의 전극 조립체가 수용되는 것으로 나타내었는데, 이는 설명의 편의성을 위함이고 다수개의 전극 조립체가 적층된 구조물이 파우치에 수용될 수 있다.
도 2의 전극 조립체 및 상기 전극 조립체에 접속된 리드탭의 측면도를 보면, 상기 전극 조립체는 양극 물질층(120) 및 양극 집전체(110)를 포함하는 양극(100), 음극(200) 및 상기 양극(100) 및 음극(200) 사이에 개재되는 분리막(300)을 포함한다. 상기 음극(200)은 음극 물질층(220) 및 음극 집전체(210)를 포함할 수 있다.
상기 양극 물질층(120)은 통상적인 리튬 이차전지에 사용될 수 있는 활물질을 포함할 수 있고, 본 발명에서는 상기 음극 물질층(220)으로 바람직하게 리튬 금속을 포함한다.
상기 분리막(300)은 상기 양극(100) 및 음극(200)의 면적과 같을 수 있으나, 음극(200)에서 형성된 덴드라이트의 초기 성장으로 인한 단락을 방지하기 위해 상기 양극(100) 및 음극(200)의 면적 보다 넓을 수 있다. 이때 본 발명의 분리막(300)의 종류는 특별히 한정되지 않으며, 리튬 이온전지 기술분야에 통상적으로 사용되는 분리막(300)이면 충분하다.
본 발명의 리드탭은 양극(100) 및 음극(200)에 각각 연결되어 있는 형상인데, 양극(100) 및 음극(200)이 양극 집전체(110) 및 음극 집전체(210)를 포함하고 있을 경우, 상기 리드탭은 상기 양극 집전체(110) 및 음극 집전체(210)에 각각 접속된다.
상기 양극(100) 또는 음극(200)이 집전체를 포함하지 않는 경우, 상기 리드탭은 양극 물질층(120) 또는 음극 물질층(220)에 접속될 수 있다. 여기서 접속 또는 연결이란 표현은 전기적으로 저항을 받지 않고 전류가 흐르는 통로를 제공할 수 있도록 연결된다는 것으로, 연결시키는 방법은 특별히 한정하지 않는다.
상기 리드탭은 양극(100)에 접속되는 양극 리드탭(130) 및 음극(200)에 접속되는 음극 리드탭(230)을 포함한다.
상기 리드탭은 전극 조립체를 파우치의 외부 도선과 연결될 수 있도록 연속적으로 연결된 하나일 수 있으나, 필요에 따라 다수의 리드탭을 하나의 리드탭에 별도록 접속시켜 파우치의 외부 도선과 연결될 수 있도록 할 수 있다. 즉, 구체적인 예를 들면, 상기 파우치에 수용되는 전극 조립체가 다수개일 경우, 양극(100)에 접속된 양극 리드탭(130)은 여러 개일 수 있다. 이때 상기 다수개의 양극 리드탭(130)은 하나의 리드탭에 연결되어 파우치의 외부로 노출될 수 있다.
상기 리드탭은 통전 물질을 포함하는데, 통상적으로 구리(Cu), 니켈 코팅된 구리(Nickel coated Cu), 알루미늄(Al), 니켈(Ni), 카본 코팅된 알루미늄(carbon coated Al) 및 스테인레스스틸(SUS) 중 어느 하나 이상을 포함한다.
상기 파우치형 리튬 이차전지는 상기 파우치와 상기 리드탭 사이에 개재되어 상기 파우치 및 리드탭 사이의 공간을 메꾸어 상기 파우치의 내부가 외부로부터 밀봉되도록 하는 실링 필름(131)을 더 포함할 수 있다. 상기 실링 필름(131)은 상기 리드탭이 상기 파우치에 고정될 수 있도록 하는 역할도 할 수 있다.
도 3을 참고하면, 상기 파우치(400)는 상면(410) 및 하면(420)으로 이루어진다. 상기 파우치(400)의 상면(410) 및 하면(420)의 가장자리를 열접합하여 밀봉할 수 있다. 상기 파우치(400)의 가장자리를 따라 열접합되는 부위를 접합부(430)로 명명한다. 상기 파우치(400)는 상기 접합부(430)간 열접합될 수 있고, 상기 파우치(400)의 접합부(430)와 리드탭이 열접합되어 밀봉될 수 있다.
상기 접합부(430)에는 추가로 접착제가 도포될 수 있으며, 상기 접착제는 파우치형 리튬 이차전지를 다루는 기술분야에서 파우치(400)를 열접합할 때 통상적으로 사용될 수 있는 접착제면 충분하다.
상기 실링 필름(131)은 상기 리드탭 상에 부착된 상태로 상기 파우치(400)의 상면(410) 및 하면(420)이 맞붙어 열접합되게 된다. 이때 상기 실링 필름(131)은 상기 파우치(400)의 접합부(430)분에 위치하여 부분적으로 또는 전체가 용융될 수 있다. 또한 상기 실링 필름(131)은 상기 파우치(400)의 내부 및 외부를 차단하는 밀봉제로써 작용할 수 있다.
상기 실링 필름(131)은 에틸렌비닐아세테이트, 폴리스티렌, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리에틸렌나프탈레이트, 폴리부틸렌테레프탈레이트, 폴리부틸렌나프탈레이트, 폴리이미드 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상을 포함한다. 다만 이에 한정되지 않으며, 열에 의해 적절히 용융되어 상기의 접착제 및 밀봉 기능을 수행할 수 있는 물질이면 충분하다.
도 3을 참조하면(420), 본 발명의 리드탭은 몇 가지 영역으로 구분될 수 있다. 구체적으로 상기 리드탭은 파우치(400)의 접합부(430)에 눌려지면서 맞닿는 제1 영역(a), 파우치(400)의 접합부(430)를 기준으로 상기 파우치(400)의 내부에 위치하는 제2 영역(b) 및 상기 파우치(400)의 외부로 노출되어 위치하는 제3 영역(c)을 포함한다.
상기 도 3에서는 양극 리드탭(130)을 기준으로 제1 영역(a), 제2 영역(b) 및 제3 영역(c)을 구분하고 있으나, 이는 음극 리드탭(230)에서도 마찬가지로 적용할 수 있다.
이때 상기 파우치(400)와 리드탭이 맞닿는 제1 영역(a)은 파우치(400)의 접합부(430)와 일치하게 된다.
상기 제3 영역(c)은 파우치(400) 내부에 수용되어 있는 전극 조립체(1)를 외부 도선과 연결하기 위한 구성이다.
상기 제2 영역(b)은 파우치(400)의 내부에서 전극 조립체(1)와 동일한 공간에 위치하고 있다. 따라서 상기 제2 영역(b)은 상기 음극(200)의 측면으로 성장한 덴드라이트와 접촉할 위험이 높은 영역이다.
본 발명의 목적은 리드탭의 제2 영역(b)에서 전극으로부터 성장된 리튬 덴드라이트와 리드탭의 단락을 방지하기 위함이다. 이를 수행하기 위해 상기 리드탭의 제2 영역(b)이 리드탭 보호부재(132)에 의해 감싸져서 절연되도록 하는 것이 본 발명의 주요 특징이다.
도 4를 참조하면, 상기 리드탭(130)의 제1 영역(a)에 실링 필름(131)이 부착되어 있다. 또한 상기 리드탭(130)의 제2 영역(b)에 리드탭 보호부재(132)가 감싸져 있다.
상기 리드탭 보호부재(132)는 상기 리드탭(130)의 제2 영역(b)에 위치하게 되는데, 이때 상기 리드탭 보호부재(132)는 제1 영역(a)에 위치하는 실링 필름(131)과 맞닿게 된다. 바람직하게 상기 리드탭 보호부재(132) 및 실링 필름(131) 사이에는 틈새가 없으며, 어느 부분에서도 상기 리드탭(130)이 외부로 노출되지 않는다.
상기 실링 필름(131)은 파우치의 접합부에 위치하고 있으며, 상기 리드탭 보호부재(132)는 상기 접합부의 안쪽 즉, 상기 파우치의 내부에 위치하고 있다. 보다 정확히는 상기 리드탭 보호부재(132)는 상기 전극 조립체에서 상기 실링 필름(131)까지 노출되어 있는 리드탭(130)의 전면을 감싼다.
상기 리드탭 보호부재(132)는 코팅층 및 필름 중 어느 하나 이상의 형태일 수 있다.
상기 리드탭 보호부재(132)는 폴리에틸렌, 폴리염화비닐, 천연고무, 폴리에스테르, 에폭시, 페놀, 폴리우레탄, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리아마이드, 폴리이미드, 폴리프로필렌, 테프론, 산화알루미늄(Al2O3), 이산화규소(SiO2), 이산화티탄(TiO2) 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상의 절연물질을 포함한다.
상기 코팅층은 절연물질을 포함하는 수지를 도포 또는 증착 등의 방법으로 형성될 수 있다. 이때 상기 리드탭 보호부재(132)의 두께는 1㎛ 내지 50㎛ 이다.
상기 필름은 접착제 등을 사용하여 리드탭(130)에 감싸질 수 있다. 이때 리드탭(130) 상에 형성된 필름의 두께는 1㎛ 내지 50㎛ 이다.
이하, 본 발명을 구체적인 실시예를 통해 더욱 상세히 설명한다. 그러나 이들 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것으로 본 발명의 범위가 이들에 의해 한정되는 것은 아니다.
실시예1
니켈-마그네슘-코발트(NMC811), 폴리비닐리덴 플루오라이드(PVdF) 및 N-메틸피롤리돈을 혼합하여 양극 슬러리를 제조하고, 상기 양극 슬러리를집전체인 알루미늄 호일 상부에 코팅하고 충분히 건조시켜 양극 물질층을 제조하였다. 두께 약 45㎛의 리튬 금속 박막으로 음극 물질층을 준비하였다. 상기 양극 물질층과 음극 물질층 사이에 폴리에틸렌 분리막을 개재하여 전극 조립체를 제조하였다. 상기 전극 조립체의 양극 물질층 및 음극 물질층에 알루미늄 리드탭 접속시켰다. 상기 리드탭에서 파우치와 맞닿는 부분에 폴리에틸렌테레프탈레이트 실링 필름을 부착하였다. 상기 실링 필름 및 전극 조립체 사이에는 리드탭 보호부재인 폴리이미드 필름을 두께 7㎛가 되도록 여러 번 감싸서 부착시켰다.
상기 실링 필름이 부착된 리드탭 및 상기 리드탭에 접속된 전극 조립체를 파우치의 하면에 안착시켰다. 상기 파우치 하면에 파우치 상면을 열접합시켜 파우치형 리튬이차전지를 제조하였다. 이때 상기 양극과 음극 사이에는 액체 전해질을 부가하였다.
비교예1
상기 실시예1과 동일한 방식으로 파우치형 리튬이차전지를 제조하되, 상기 리드탭 보호부재를 부착하지 않고 파우치형 리튬이차전지를 제조하였다.
실험예
상기 비교예1 및 실시예1에서 제조된 파우치형 리튬이차전지를 충전 및 방전시키는 실험을 실시하였다. 그 결과를 도 5 내지 도 11에 나타내었다.
도 5는 비교예1에서 제조된 파우치형 리튬이차전지를 충전하는 중에 생성된 덴드라이트 및 상기 덴드라이트로 인해 발생된 접촉 단락 현상을 찍은 사진이다. 전극 조립체의 측면으로 음극에서 발생한 덴드라이트가 분리막을 관통하여 양극 리드탭까지 침범한 것을 확이할 수 있다.
도 6은 상기 비교예1의 충전 곡선을 나타낸 것으로, 양극 리드탭부에서의 단락으로 충전시의 정상적인 전압 상승이 이뤄지지않고, 전위 저하 및 평탄 전위 개형으로 나타나는 과충전 현상을 확인할 수 있다. 도 7을 참고하면 이 같이 단락으로 인한 과충전 발생 시, 충전 종료 전위 도달로 인한 사이클 종료가 불가능하여 정상적인 충방전 사이클 구동이 불가해진 것을 확인할 수 있다.
도 8을 참고하면, 정전압 충전모드에서 발생하는 전류값이 지속적으로 감소하지 않고, 단락으로 인한 전류 누수로 인해 과전류가 발생하는 것을 확인할 수 있다.
도 9는 실시예1에서 제조된 리드탭 보호부재를 적용한 파우치형 리튬 이차전지를 찍은 사진이다. 이를 참조하면, 실링 필름 및 전극 조립체 사이에 리드탭 보호부재로 리드탭을 감싼 것을 확인할 수 있다.
도 10은 실시예1의 파우치형 리튬 이차전지의 충방전 곡선을 나타낸 것이다. 이를 참조하면, 상기 리튬 이차전지는 과충전 현상없이 정상적인 만충전 조건을 달성하여 충방전 사이클이 원활히 진행되고 있는 것을 확인할 수 있다. 도 11을 통해 충방전 사이클이 80회가 될 때 까지 안정적으로 충방전이 구동되고 있음을 확인할 수 있다.
상기 실시예1 및 비교예1의 결과를 비교하였을 때, 리드탭 보호부재의 적용에 의해서 파우치 내부 공간에서 발생된 덴드라이트로인한 리드탭과의 간접적인 단락문제가 해결되었음을 알 수 있다.
1: 전극 조립체 a: 제1 영역(a)
2: 덴드라이트 b: 제2 영역(b)
100: 양극 c: 제3 영역(c)
110: 양극 집전체 110': (종래기술) 양극 집전체
120: 양극 물질층 120': (종래기술) 양극 물질층
130: (양극)리드탭 130': (종래기술) (양극)리드탭
131: 실링 필름 210': (종래기술) 음극 집전체
132: 리드탭 보호부재 220': (종래기술) 음극 물질층
200: 음극
210: 음극 집전체
220: 음극 물질층
230: (음극)리드탭
300: 분리막
400: 파우치
410: 파우치(상면)
420: 파우치(하면)
430: 접합부

Claims (16)

  1. 전극 조립체;
    상기 전극 조립체에 접속되어 상기 전극 조립체의 측면으로 돌출된 리드탭;
    상기 리드탭을 감싸서 절연시키는 리드탭 보호부재; 및
    상기 리드탭의 일부가 외부로 노출되도록 상기 전극 조립체를 내부에 수용하여 밀봉하는 파우치; 를 포함하는 파우치형 리튬 이차전지.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 전극 조립체는 양극 물질층, 및 양극 집전체를 포함하는 양극; 음극; 및 상기 양극 및 음극 사이에 개재되는 분리막을 포함하고,
    상기 양극 집전체 및 음극에는 상기 리드탭이 각각 접속되는 것인 파우치형 리튬 이차전지.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 분리막은 상기 양극 및 음극의 면적과 같거나 큰 것인 파우치형 리튬 이차전지.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 리드탭은 상기 양극 집전체에 접속되는 양극 리드탭; 및
    상기 음극에 접속되는 음극 리드탭; 을 포함하는 것인 파우치형 리튬 이차전지.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 음극은 리튬 금속을 포함하는 것인 파우치형 리튬 이차전지.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 리드탭은 구리(Cu), 니켈 코팅된 구리(Nickel coated Cu), 알루미늄(Al), 니켈(Ni), 카본 코팅된 알루미늄(carbon coated Al) 및 스테인레스스틸(SUS) 중 어느 하나 이상을 포함하는 것인 파우치형 리튬 이차전지.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 리드탭은 상기 파우치와 맞닿는 제1 영역(a), 상기 파우치의 내부에 위치하는 제2 영역(b), 및 상기 파우치의 외부로 노출되어 위치하는 제3 영역(c)을 포함하고,
    상기 리드탭 보호부재는 상기 리드탭의 제2 영역(b)에 위치하는 것인 파우치형 리튬 이차전지.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 파우치와 상기 리드탭 사이에 개재되어 상기 파우치 및 리드탭 사이의 공간을 메꾸어 상기 파우치의 내부가 외부로부터 밀봉되도록 하는 실링 필름을 더 포함하는 것인 파우치형 리튬 이차전지.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 실링 필름은 에틸렌비닐아세테이트, 폴리스티렌, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리에틸렌나프탈레이트, 폴리부틸렌테레프탈레이트, 폴리부틸렌나프탈레이트, 폴리이미드 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나를 포함하는 것인 파우치형 리튬 이차전지.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 리드탭 보호부재는 상기 실링 필름에 맞닿아 있는 것인 파우치형 리튬 이차전지.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 리드탭 보호부재는 코팅층 및 필름 중 적어도 하나 이상의 형태인 파우치형 리튬 이차전지.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 리드탭 보호부재는 폴리에틸렌, 폴리염화비닐, 천연고무, 폴리에스테르, 에폭시, 페놀, 폴리우레탄, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리아마이드, 폴리이미드, 폴리프로필렌, 테프론, 산화알루미늄(Al2O3), 이산화규소(SiO2), 이산화티탄(TiO2) 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나의 절연물질을 포함하는 것인 파우치형 리튬 이차전지.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 리드탭 보호부재의 두께는 1㎛ 내지 50㎛ 인 파우치형 리튬 이차전지.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 파우치는 전극 조립체가 수용되는 내부면의 테두리를 따라 열접합되는 부위인 접합부를 포함하는 파우치형 리튬 이차전지.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 파우치의 접합부에는 접착제가 도포되어 있는 것인 파우치형 리튬 이차전지.
  16. 제14항에 있어서,
    상기 파우치는 상기 접합부간 및 상기 파우치의 접합부와 상기 리드탭이 열접합되어 밀봉되는 것인 파우치형 리튬 이차전지.
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