KR20210101157A - 파우치형 이차전지 및 전지 모듈 - Google Patents

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KR20210101157A
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최규현
최항준
강달모
문정오
공진학
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주식회사 엘지에너지솔루션
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Abstract

파우치형 이차전지 및 전지 모듈이 개시된다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따르면, 전극 조립체를 수용하는 공간이 형성되는 수용부; 및 상기 수용부의 둘레를 따라 형성되고 상기 수용부가 외부로부터 밀봉되도록 상기 외장재 중 일부 영역이 서로 부착됨으로써 형성되는 밀봉부; 를 포함하는 외장재를 포함하되, 상기 밀봉부에는 복수의 모서리가 형성되고, 상기 복수의 모서리 중 적어도 하나는, 상기 전극 조립체를 향해 만입되어 있는 만입부; 및 상기 만입부에 인접하게 형성되며, 상기 외장재의 길이 방향(L)과 교차하면서 상기 만입부를 향하는 사선 방향(S)으로 형성되는 사선부; 를 포함하는 파우치형 이차전지가 제공된다.

Description

파우치형 이차전지 및 전지 모듈{Pouch type secondary battery and battery module}
본 발명은 파우치형 이차전지 및 전지 모듈에 관한 것이다.
반복적인 충전 및 방전이 가능한 이차전지는 그 구조 및 제조 방법에 따라, 원통형 이차전지, 각형 이차전지, 파우치형 이차전지 등으로 나뉠 수 있다. 이 중 파우치형 이차전지는 파우치형 시트 내에 전극 조립체를 수용한 후 시트를 밀봉함으로써 제조되는데, 다른 종류의 이차전지에 비해 구조가 간단하고 단위 부피 당 용량이 커서 자동차 배터리, 또는, 에너지 저장 장치 등에 널리 사용되고 있다.
보다 상세하게, 파우치형 이차전지는, 파우치형 시트에 만입된 형상의 컵(cup)을 형성한 후 컵 내에 전극 조립체가 수용되고, 파우치형 시트를 폴딩하여 파우치형 시트의 일 영역이 전극 조립체 및 전극 조립체를 덮도록 한 후, 전극 조립체의 둘레를 밀봉하는 밀봉부를 형성함으로써 제조되는 것이 일반적이다. 이러한 밀봉부는 외측으로 돌출된 형상을 갖는 것이 일반적이다.
한편, 큰 전기 용량을 요구하는 전자 기기(예를 들어, 에너지 저장 장치(energy storage device))에 사용하기 위해 복수의 이차전지가 배치되는 전지 모듈이 제조된다. 전지 모듈에는 이차전지뿐만 아니라 이차전지 부근에 배치되는 부품들도 함께 구비되는데, 종래 기술에 따르면 파우치형 이차전지에 형성되는 밀봉부가 외측으로 돌출되기 때문에 이차전지 부근에 배치되는 전지 모듈의 부품들과 간섭하는 문제가 있었다. 이러한 간섭이 발생하는 경우, 이차전지의 밀봉부가 꺾이는 문제가 있었고, 그 꺾임이 심한 경우 이차전지가 손상되는 문제가 발생하였다. 이차전지가 손상되는 경우에는 손상된 이차전지뿐만 아니라 그 이차전지를 포함하는 전지 모듈의 안전성에도 악영향을 끼쳤다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 파우치형 이차전지에서 밀봉부가 외부로 돌출되는 정도를 완화함으로써 전지 모듈 제조 시 이차전지와 다른 부품 간의 간섭 문제를 해소함으로써 전지 모듈의 안전성을 향상시키는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따르면, 전극과 분리막이 교대로 배치된 구조를 갖는 전극 조립체; 및 상기 전극 조립체를 수용하는 파우치형 외장재; 를 포함하고, 상기 외장재는, 상기 전극 조립체를 수용하는 공간이 형성되는 수용부; 및 상기 수용부의 둘레를 따라 형성되고 상기 수용부가 외부로부터 밀봉되도록 상기 외장재 중 일부 영역이 서로 부착됨으로써 형성되는 밀봉부; 를 포함하고, 상기 밀봉부에는 복수의 모서리가 형성되고, 상기 복수의 모서리 중 적어도 하나는, 상기 전극 조립체를 향해 만입되어 있는 만입부; 및 상기 만입부에 인접하게 형성되며, 상기 외장재의 길이 방향(L)과 교차하면서 상기 만입부를 향하는 사선 방향(S)으로 형성되는 사선부; 를 포함하는 파우치형 이차전지가 제공된다.
상기 만입부는, 상기 전극 조립체를 향해 만입된 곡선으로 형성될 수 있다.
상기 사선부는 직선으로 형성될 수 있다.
상기 만입부와 상기 사선부는 직접 맞닿아 있을 수 있다.
상기 만입부의 모든 영역은 상기 사선부의 상기 사선 방향(S)을 연장한 가상의 선을 기준으로 상기 전극 조립체와 인접한 영역에 놓여질 수 있다.
상기 전극 조립체와 전기적으로 연결되고 상기 밀봉부로부터 외측으로 돌출되는 전극 리드; 를 더 포함하고, 상기 만입부 및 상기 사선부는 상기 전극 리드의 일 측에 형성된 모서리에 형성될 수 있다.
상기 만입부는 상기 밀봉부 중 상기 전극 리드가 돌출되는 영역과 직접 맞닿아 있을 수 있다.
상기 전극 리드는, 상기 밀봉부 중 일 측으로부터 돌출되는 제1 전극 리드; 및 상기 밀봉부의 상기 일 측의 반대편에 형성되는 타 측으로부터 돌출되는 제2 전극 리드; 를 포함하고, 상기 만입부 및 상기 사선부는 상기 제1 전극 리드의 일 측에 형성된 모서리 및 상기 제2 전극 리드의 일 측에 형성된 모서리에 각각 형성될 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 측면에 따르면, 상기 이차전지를 포함하는 전지 모듈이 제공된다.
상기 이차전지는 복수로 구비되고, 상기 복수의 이차전지는, 상기 복수의 이차전지에 각각 형성된 상기 만입부가 서로 마주보도록 배열되고, 상기 복수의 이차전지에 각각 형성된 상기 사선부가 서로 마주보도록 배열될 수 있다.
본 발명에 따르면, 파우치형 이차전지에서 밀봉부가 외부로 돌출되는 정도를 완화함으로써 전지 모듈 제조 시 이차전지와 다른 부품 간의 간섭 문제를 해소함으로써 전지 모듈의 안전성이 향상될 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 파우치형 이차전지의 구조를 도시한 평면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 파우치형 이차전지에서 밀봉부의 모서리의 모습을 확대 도시한 평면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 파우치형 이차전지에서 코팅부가 더 형성된 상태를 확대하여 예시적으로 도시한 단면도이다.
이하, 도면을 참고하여, 본 발명에 따른 파우치형 이차전지 및 전지 모듈을 설명한다.
파우치형 이차전지
도 1은 본 발명에 따른 파우치형 이차전지의 구조를 도시한 평면도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 파우치형 이차전지(10, 이하, '이차전지'라 부르기로 한다)는 전극 조립체(100) 및 전극 조립체를 수용하는 파우치형 외장재(200, 이하, '외장재'라 부르기로 한다)를 포함할 수 있다. 전극 조립체(100)는 두께 방향으로 전극과 분리막이 교대로 배치된 구조를 가질 수 있고, 외장재(200)는 얇은 두께를 갖는 시트 구조를 가질 수 있다.
전극 조립체(100)는 전극 조립체의 몸체를 형성하는 몸체부(100a) 및 몸체부로부터 일 방향으로 돌출되는 전극탭(110)을 포함할 수 있다. 전극탭(110)은 제1 전극탭(112)과 제2 전극탭(114)를 포함할 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 제1 전극탭(112)과 제2 전극탭(114)은 각각 전극 조립체의 몸체부(100a)의 일 측부와 일 측부의 반대편에 형성되는 타 측부로부터 연장될 수 있다. 이 경우, 제1 전극탭(112)과 제2 전극탭(114)은 몸체부(100a)로부터 서로 반대 방향으로 연장될 수 있다. 그러나, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 제1 전극탭(112)과 제2 전극탭(114)은 모두 전극 조립체(100)의 몸체부의 일 측부로부터 연장될 수 있다. 이 경우, 제1 전극탭(112)과 제2 전극탭(114)은 몸체부(100a)로부터 동일한 방향으로 연장되고 서로 인접하게 구비될 수 있다. 또한, 제1 전극탭(112)은 양극탭일 수 있고, 제2 전극탭(114)은 음극탭일 수 있다.
한편, 외장재(200)는 전극 조립체(100)를 수용하는 공간이 형성되는 수용부(210) 및 수용부의 둘레를 따라 형성되고 수용부가 외부로부터 밀봉되도록 외장재(200) 중 일부 영역이 서로 부착됨으로써 형성되는 밀봉부(220)를 포함할 수 있다.
계속해서 도 1을 참고하면, 본 발명에 따른 이차전지(10)는, 전극 조립체(100)와 전기적으로 연결되는 전극 리드(300)를 더 포함할 수 있다. 보다 상세하게, 전극 리드(300)는 전극탭(110)과 직접 연결됨으로써 전극 조립체(100)와 전기적으로 연결될 수 있다.
전극 리드(300)는 제1 전극 리드(310) 및 제2 전극 리드(320)를 포함할 수 있다. 제1 전극 리드(310)는 제1 전극탭(112)과 직접 연결될 수 있고, 제2 전극 리드(320)는 제2 전극탭(114)과 직접 연결될 수 있다. 전술한 바와 같이, 제1 전극탭(112)은 양극탭일 수 있고, 제2 전극탭(114)은 음극탭일 수 있으므로, 제1 전극탭(112)과 직접 연결되는 제1 전극 리드(310)는 양극 리드일 수 있고, 제2 전극탭(114)과 직접 연결되는 제2 전극 리드(320)는 음극 리드일 수 있다.
한편, 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따르면, 전극 리드(300)는 밀봉부(220)로부터 외측으로 돌출될 수 있다. 보다 상세하게, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 제1 전극 리드(310)는 밀봉부(220) 중 일 측으로부터 돌출될 수 있고, 제2 전극 리드(320)는 밀봉부(220)의 상기 일 측의 반대편에 형성되는 타 측으로부터 돌출될 수 있다. 그러나, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 제1 전극 리드(310) 및 제2 전극 리드(320)는 모두 밀봉부(220)의 일 측으로부터 돌출될 수 있다.
한편, 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 이차전지(10)에서 밀봉부(220)에는 복수의 모서리(E)가 형성될 수 있다. 이때, 본 명세서에서 '모서리'란 물체를 일견(一見)하였을 때, 물체의 둘레 중 외측으로 돌출되어 있는 영역을 의미하는 것으로 정의한다. 도 1에는 이차전지(10)에 제1 전극 리드(310) 및 제2 전극 리드(320)의 상하 방향으로 각각 하나씩(즉, 제1 전극 리드의 상측에 하나와 하측에 하나, 그리고, 제2 전극 리드의 상측에 하나와 하측에 하나), 총 4개의 모서리(E)가 형성된 모습이 도시되어 있다.
도 2는 본 발명에 따른 파우치형 이차전지에서 밀봉부의 모서리의 모습을 확대 도시한 평면도이다.
도 1 및 도 2를 참고하면, 복수의 모서리(E) 중 적어도 하나는, 전극 조립체(100)를 향해 만입되어 있는 만입부(222) 및 만입부에 인접하게 형성되며, 외장재(200)의 길이 방향(L)과 교차하면서 만입부를 향하는 사선 방향(S)으로 형성되는 사선부(224)를 포함할 수 있다. 즉, 본 발명에 따르면, 사선 방향(S)은 외장재의 길이 방향(L)과 평행하지 않을 수 있다.
이때, 만입부(222)는 도 2에 도시된 바와 같이 전극 조립체(100)를 향해 만입된 곡선으로 형성될 수 있다. 그러나, 만입부(222)는 만입된 형상을 갖되 직선들로 이루어질 수도 있다.
한편, 사선부(224)는 사선 방향(S)을 따라 직선으로 형성될 수 있다. 또한, 만입부(222)와 사선부(224)는 직접 맞닿아 있을 수 있다. 즉, 만입부(222)의 일 끝부는 사선부(224)의 일 끝부와 서로 연결될 수 있다.
보다 바람직하게, 본 발명에 따르면, 도 2에 도시된 바와 같이, 만입부(222)의 모든 영역은 사선부(224)가 연장되는 방향인 사선 방향(S)을 연장한 가상의 선을 기준으로 전극 조립체(100)와 인접한 영역에 놓여질 수 있다.
본 발명에 따르면, 이차전지(10)의 외장재(200)의 밀봉부(220)에 사선부(224)가 형성되므로, 사선부(224)가 형성되지 않는 경우와 비교하여, 외측으로 돌출되는 돌출 영역(D, 도 2 참조)이 사라지게 된다.
종래 기술에 따르면, 파우치형 이차전지를 제조하는 과정에서 밀봉부에 상기 돌출 영역(D)이 함께 형성되었고, 이로 인해 전지 모듈의 조립성이 저하되고 안전성 역시 저하되는 문제가 있었다. 즉, 전지 모듈을 제조하는 과정에서 밀봉부에 형성되는 돌출 영역(D)과 전지 모듈의 다른 부품 간에 간섭 현상이 일어나게 되어, 밀봉부가 꺾이거나 이차전지가 손상되는 문제가 발생하였다. 이는, 전지 모듈의 안전성에도 악영향을 끼쳤다.
그러나, 본 발명에 따르면, 종래에 밀봉부에 존재하던 돌출 영역(D)이 제거됨으로써, 돌출 영역(D)이 존재함으로써 발생하던 상기 문제점들을 해소할 수 있다.
한편, 본 발명에 따르면, 밀봉부(220)에 형성되는 만입부(222) 및 사선부(224)는 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 전극 리드(300)의 일 측에 형성된 모서리에 형성될 수 있다. 보다 바람직하게, 만입부(222)는 밀봉부(220) 중 전극 리드(300)가 돌출되는 영역과 직접 맞닿아 있을 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 만입부(222) 및 사선부(224)는 제1 전극 리드(310)의 일 측에 형성된 모서리 및 제2 전극 리드(320)의 일 측에 형성된 모서리에 각각 형성될 수 있다. 도 1에는 제1 전극 리드(310)의 하측 및 제2 전극 리드(320)의 하측에 각각 하나씩 형성된 모서리에 만입부(222) 및 사선부(224)가 형성된 모습이 도시되어 있다.
도 3은 본 발명에 따른 파우치형 이차전지에서 코팅부가 더 형성된 상태를 확대하여 예시적으로 도시한 단면도이다.
도 1 내지 도 3을 참고하면, 본 발명에 따른 파우치형 이차전지(10)의 외장재(200)는 예를 들어 알루미늄 시트(L1) 및 알루미늄 시트(L1)의 양면측에 위치된 보호층(L2)을 포함할 수 있다. 이때, 보호층(L2)은 수지 재질을 포함하거나, 수지 및 나일론 재질을 포함할 수 있다. 여기서, 보호층(L2)은 예를 들어 하나 이상의 층으로 형성될 수 있다. 그리고, 외장재(200)는 상부 케이스 및 하부 케이스를 포함하고, 상부 케이스(200a) 및 하부 케이스(200b) 외주면을 가압하여 열융착을 통해 밀봉부(220)를 형성시켜 실링할 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 파우치형 이차전지(10)는 추가적인 예로 만입부(222) 및 사선부(224)를 감싸도록 코팅된 코팅부(230)가 더 형성될 수 있다.
즉, 코팅부(230)는 만입부(222) 및 사선부(224)의 외면이 외부로 노출되지 않도록 코팅될 수 있다.
이에 따라, 외장재(200)의 밀봉부(220)에 만입부(222) 및 사선부(224)를 커팅 하여 형성 시, 코팅부(230)를 통해 외장재(200)의 알루미늄 시트(L1)의 끝단이 외부로 노출되어 통전되는 문제를 방지할 수 있다. 또는 만입부(222) 및 사선부(224)를 코팅부(230)가 외력에 손상되거나, 이차전지(10)의 만입부(222) 및 사선부(224)의 각진 부분에 의해 다른 부품들이 손상되는 것을 방지할 수 있다.
이때, 코팅부(230)는 절연 재질을 포함할 수 있다. 여기서, 코팅부(230)는 예를 들어 실리콘을 포함할 수 있다. 즉, 코팅부(230)가 내열성, 내화학성, 절연성, 방수성이 상당히 우수한 재질인 실리콘을 포함하여, 알루미늄 시트(L1)의 끝단이 외부로 노출되어 통전되는 것을 방지하고, 이차전지(10)의 발열 시 손상 또는 용해되지 않으며, 만입부(222) 및 사선부(224)를 외부 환경으로부터 보호할 수 있다.
이때, 만입부(222)가 예를 들어 지그 재그 형태의 직선 들로 이루어져 다수의 절곡 부위를 형성할 때, 코팅부(230)를 통해 외부 환경에 의한 다수의 절곡 부위들의 손상이 방지될 수 있다. 하지만, 본 발명의 만입부(222)가 지그 재그 형태의 직선 들로 이루어지는 것으로 반드시 한정되는 것은 아니다.
전지 모듈
본 발명에 따른 전지 모듈에는 전술한 이차전지(10)가 복수로 구비될 수 있다. 이차전지(10)에 대한 설명은 전술한 내용으로 갈음한다.
한편, 본 발명에 따르면, 전지 모듈을 구성하는 복수의 이차전지(10)는, 복수의 이차전지에 각각 형성된 만입부(222)가 서로 마주보도록 배열될 수 있고, 복수의 이차전지에 각각 형성된 사선부(224) 역시 서로 마주보도록 배열될 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 전지 모듈의 경우, 종래 기술과 비교하여, 사선부(224)에 의해 형성되는 빈 공간이 추가로 확보될 수 있으므로, 전지 모듈 내 이차전지와 다른 부품 간의 간섭을 방지할 수 있고, 전지 모듈의 공간 활용성이 증대될 수 있다.
이상에서 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 실시가 가능함은 물론이다.
10 : 이차전지
100 : 전극 조립체
100a : 몸체부
110 : 전극탭
112 : 제1 전극탭
114 : 제2 전극탭
200 : 외장재
210 : 수용부
220 : 밀봉부
222 : 만입부
224 : 사선부
300 : 전극 리드
310 : 제1 전극 리드
320 : 제2 전극 리드
D : 돌출 영역
E : 밀봉부의 모서리
L : 외장재의 길이 방향
S : 사선 방향

Claims (11)

  1. 전극과 분리막이 교대로 배치된 구조를 갖는 전극 조립체; 및
    상기 전극 조립체를 수용하는 파우치형 외장재; 를 포함하고,
    상기 외장재는,
    상기 전극 조립체를 수용하는 공간이 형성되는 수용부; 및
    상기 수용부의 둘레를 따라 형성되고 상기 수용부가 외부로부터 밀봉되도록 상기 외장재 중 일부 영역이 서로 부착됨으로써 형성되는 밀봉부; 를 포함하고,
    상기 밀봉부에는 복수의 모서리가 형성되고,
    상기 복수의 모서리 중 적어도 하나는,
    상기 전극 조립체를 향해 만입되어 있는 만입부; 및
    상기 만입부에 인접하게 형성되며, 상기 외장재의 길이 방향(L)과 교차하면서 상기 만입부를 향하는 사선 방향(S)으로 형성되는 사선부; 를 포함하는 파우치형 이차전지.
  2. 청구항 1에서,
    상기 만입부는,
    상기 전극 조립체를 향해 만입된 곡선으로 형성되는 파우치형 이차전지.
  3. 청구항 2에서,
    상기 사선부는 직선으로 형성되는 파우치형 이차전지.
  4. 청구항 3에서,
    상기 만입부와 상기 사선부는 직접 맞닿아 있는 파우치형 이차전지.
  5. 청구항 1에서,
    상기 만입부의 모든 영역은 상기 사선부의 상기 사선 방향(S)을 연장한 가상의 선을 기준으로 상기 전극 조립체와 인접한 영역에 놓여지는 파우치형 이차전지.
  6. 청구항 1에서,
    상기 전극 조립체와 전기적으로 연결되고 상기 밀봉부로부터 외측으로 돌출되는 전극 리드; 를 더 포함하고,
    상기 만입부 및 상기 사선부는 상기 전극 리드의 일 측에 형성된 모서리에 형성되는 파우치형 이차전지.
  7. 청구항 6에서,
    상기 만입부는 상기 밀봉부 중 상기 전극 리드가 돌출되는 영역과 직접 맞닿아 있는 파우치형 이차전지.
  8. 청구항 6에서,
    상기 전극 리드는,
    상기 밀봉부 중 일 측으로부터 돌출되는 제1 전극 리드; 및
    상기 밀봉부의 상기 일 측의 반대편에 형성되는 타 측으로부터 돌출되는 제2 전극 리드; 를 포함하고,
    상기 만입부 및 상기 사선부는 상기 제1 전극 리드의 일 측에 형성된 모서리 및 상기 제2 전극 리드의 일 측에 형성된 모서리에 각각 형성되는 파우치형 이차전지.
  9. 청구항 1에서,
    상기 만입부 및 상기 사선부를 감싸도록 코팅된 코팅부가 더 형성되는 파우치형 이차전지.
  10. 청구항 1에 따른 이차전지를 포함하는 전지 모듈.
  11. 청구항 10에서,
    상기 이차전지는 복수로 구비되고,
    상기 복수의 이차전지는,
    상기 복수의 이차전지에 각각 형성된 상기 만입부가 서로 마주보도록 배열되고,
    상기 복수의 이차전지에 각각 형성된 상기 사선부가 서로 마주보도록 배열되는 전지 모듈.
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