KR20210155279A - 이차전지 - Google Patents

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KR20210155279A
KR20210155279A KR1020200072596A KR20200072596A KR20210155279A KR 20210155279 A KR20210155279 A KR 20210155279A KR 1020200072596 A KR1020200072596 A KR 1020200072596A KR 20200072596 A KR20200072596 A KR 20200072596A KR 20210155279 A KR20210155279 A KR 20210155279A
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secondary battery
outer tube
adhesive
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임훈희
김상훈
강민형
유형균
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주식회사 엘지에너지솔루션
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Abstract

본 발명은, 전극조립체와 전해액이 봉입되면 테두리에 형성된 실링부의 밀봉이 이뤄지는 파우치를 구비한 이차전지에 있어서, 일단은 파우치 내부에 위치하고 타단은 파우치 외부에 위치하도록 실링부에 장착되고 상기 파우치 내부에서 생성된 가스를 외부로 배출할 수 있는 밸브를 포함하고, 상기 밸브는 내부에 접착제가 채워지며 스웰링 발생 시 변형이 발생하는 재질로 제조된 내측튜브를 포함하며, 스웰링이 발생하여 상기 파우치 내부의 압력이 상승하면, 상기 접착제가 채워진 부분에서 틈이 발생하고 상기 틈을 통해 파우치 내부의 가스가 외부로 배출되는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 구성을 갖는 본 발명은, 내측튜브 내에 접착제가 채워져 전해액의 누액과 외부의 수분 침투를 방지하되 파우치 내부의 압력이 상승하는 경우에만 틈이 발생하여 가스를 배출하므로, 스웰링 발생을 효율적으로 방지할 수 있는 효과를 갖는다.

Description

이차전지{Secondary battery}
본 발명은 파우치 내에 전극조립체와 전해액이 내장되는 이차전지에 관한 것으로써 더욱 상세하게는 파우치 내에 가스가 생성되면 상기 가스를 외부로 배출할 수 있는 밸브를 구비한 파우치형 이차전지에 관한 것이다.
휴대 기기 및 전기 자동차 분야 등에서 고효율 이차전지에 대해 수요가 급격히 증가하고 있다. 그러한 이차전지 중에서도 에너지 밀도가 높고 상대적으로 고전압을 유지할 수 있으며 자기방전율이 낮은 리튬 이차전지가 상용화되어 널리 사용되고 있고 성능향상을 위한 연구개발이 활발히 이루어지고 있다.
이차전지는 캔, 파우치 등과 같은 케이스 내에 전극조립체와 전해질이 내장되는 구조를 갖는다. 전극조립체는 양극, 분리막, 음극이 반복 적층된 구조를 갖되, 일반적으로 양극, 분리막, 음극이 적층된 상태에서 둘둘 말아져 케이스 내에 내장되는 권취형, 일정한 크기로 양극, 분리막, 음극이 절단된 상태에서 적층이 이루어지는 스택형(적층형)으로 구분될 수 있다.
상기 권취형 전극조립체는 나선형으로 감겨지는 구조상, 원통형 전지에는 탑재가 적합한 반면에 각형 또는 파우치형 전지에는 공간 활용도에 있어서 불리하고, 반대로 스택형 전극조립체는 전극과 분리막 절단 시 크기 조절이 가능하므로 케이스에 맞는 각형태를 얻기 용이하나 제조과정이 상대적으로 복잡해지고 외부 충격에 상대적으로 취약한 단점이 있다. 그리고, 권취형과 스택형의 장점을 취합하도록 스택앤폴딩(Stack&Folding) 방식이 개발된 바 있다. 스택앤폴딩 방식은 폴딩분리막 위에 C타입바이셀(양극/분리막/음극/분리막/양극 적층구조를 갖는 바이셀)과 A타입바이셀(음극/분리막/양극/분리막/음극 적층구조를 갖는 바이셀)을 올려놓고 상기 바이셀들을 폴딩하여 제조가 이루어진다.
위와 같이 다양한 방식으로 제조되는 전극조립체는 캔 또는 파우치와 같은 케이스에 탑재가 이뤄진다.
이중, 파우치형 배터리는 단위 중량 및 체적 당 에너지밀도가 보다 높고 배터리의 박형화 및 경량화가 가능할 뿐 아니라 외장재로서의 재료비가 적게 드는 등 유리한 점이 많아 최근 그 개발이 활발하게 진행 중에 있다. 파우치(1)가 개구된 상태에서 전극조립체(3)가 탑재되는 모습이 도시된 도 1 에서 나타난 바와 같이, 파우치형 이차전지는 파우치(1)의 상측부분과 하측부분이 분리된 상태에서 전극조립체(3)가 내부에 안착되고 전해액이 주입되면 상측부분과 하측부분의 테두리(2)에 형성된 실링부들(2a, 2b)끼리 밀봉이 이뤄지도록 제조된다. 이때, 전극조립체(3)에서 인출된 전극리드(3a)의 끝단은 외부로 돌출되게 배치된 상태로 밀봉이 이뤄진다.
한편, 파우치형 배터리는 제조과정에서 충방전 공정이 이뤄지는 동안 그리고 제조가 이뤄진 후 충방전장치로 사용되는 동안에 스웰링(swelling)이 발생하는 문제가 있었다.
이러한 스웰링은 전해액이 기화되어 파우치(1) 내부에 가스가 발생하는 현상으로 파우치(1)의 외형을 변형시키고 이차전지의 충방전 성능을 저하시키며 심한 경우 폭발의 위험성까지 있었다.
따라서, 파우치 내부에서 가스가 생성되면 이를 제거할 필요가 있었다.
본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해소할 수 있도록 파우치 내부에서 가스가 생성되어 내부압력이 증가하면 가스를 외부로 배출시킬 수 있는 밸브를 구비한 이차전지를 제공하는 것에 주목적이 있다.
전술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 전극조립체와 전해액이 봉입되면 테두리에 형성된 실링부의 밀봉이 이뤄지는 파우치를 구비한 이차전지에 있어서, 일단은 파우치 내부에 위치하고 타단은 파우치 외부에 위치하도록 실링부에 장착되고 상기 파우치 내부에서 생성된 가스를 외부로 배출할 수 있는 밸브를 포함하고, 상기 밸브는 내부에 접착제가 채워지며 스웰링 발생 시 변형이 발생하는 재질로 제조된 내측튜브를 포함하며, 스웰링이 발생하여 상기 파우치 내부의 압력이 상승하면, 상기 접착제가 채워진 부분에서 틈이 발생하고 상기 틈을 통해 파우치 내부의 가스가 외부로 배출되는 것을 특징으로 한다.
상기 밸브는, 일단은 파우치 내부에 위치하고 타단은 파우치 외부에 위치하도록 실링부에 장착되되 상기 내측튜브가 내부에서 길이방향을 따라 삽입되도록 장착되는 외측튜브를 포함하고, 상기 외측튜브와 내측튜브 사이에서 밀폐된 공간인 챔버가 형성되도록 상기 외측튜브와 내측튜브는 각각의 양측 끝단에서 서로 연결되어 밀봉되며, 상기 내측튜브는 외측튜브 내에서 변형이 이뤄진다.
상기 외측튜브는 스웰링 발생 시에도 변형이 발생하지 않는 재질로 제조되고, 스웰링이 발생하여 상기 파우치 내부의 압력이 상승하면 챔버의 부피가 수축하도록 내측튜브의 변형이 발생한다.
상기 외측튜브와 내측튜브는 파우치에 포함된 재질인 폴리프로필렌으로 제조되되, 외측튜브는 내측튜브와 비교할 때 상대적으로 연성(延性)이 낮고 강성(剛性)이 높게 제조되고, 상기 내측튜브는 외측튜브에 비해 상대적으로 연성이 높고 강성이 낮게 제조된다.
상기 챔버 내에는 기체 질소(N2)가 주입되되, 다른 안정적인 기체가 대신할 수도 있다.
상기 외측튜브와 내측튜브는 원형 또는 타원형의 횡단면을 갖도록 제조된다.
상기 접착제는 에폭시 바인더(epoxy binder)를 함유하는 재질일 수 있다. 또는 상기 접착제는 아크릴 바인더(acrylate binder)를 함유하는 재질일 수 있다.
그리고, 상기 내측튜브 내에는 후크 앤드 루프 패스너(hook-and-loop fastener) 방식으로 물리적 체결이 이뤄질 수 있도록 서로 대향하는 일측면과 타측면 각각에 복수 개의 걸고리가 설치될 수 있다.
아울러, 본 발명에서 상기 내측튜브 내에 형성된 틈은 가스 배출이 후에 다시 메워질 수 있다.
상기 밸브는 전극조립체에서 인출되어 파우치 외부로 돌출되는 전극리드와 평행하게 배치될 수 있다.
또한, 본 발명에서는 위와 같은 구성을 갖는 이차전지가 복수 개 결합되어 구성된 이차전지모듈이 추가적으로 제공될 수 있다.
상기와 같은 구성을 갖는 본 발명은, 내측튜브 내에 접착제가 채워져 전해액의 누액과 외부의 수분 침투를 방지하되 파우치 내부의 압력이 상승하는 경우에만 틈이 발생하여 가스를 배출하므로, 스웰링 발생을 효율적으로 방지할 수 있는 효과를 갖는다.
상기 내측튜브는 외측튜브 내에서 직경이 확장되도록 변형될 수 있도록 상기 외측튜브 내에 위치하므로, 외부 충격으로 부터 보호될 수 있다.
상기 내측튜브와 외측튜브 사이에 형성된 챔버에는 기체 질소가 주입되어 내측튜브를 보호할 수 있으며, 상기 기체 질소는 내측튜브의 팽창과 동시에 수축되어 접착제의 틈 발생을 용이하게 할 수 있다.
아울러, 상기 내측튜브 내에는 후크 앤드 루프 패스너(hook-and-loop fastener) 방식으로 물리적 체결이 이뤄질 수 있도록 서로 대향하는 일측면과 타측면 각각에 복수 개의 걸고리가 설치되어 접착제에 틈이 생성되는 파우치 내의 압력기준 및 틈의 확장 속도를 조절할 수 있다.
도 1 은 파우치가 개구된 상태에서 전극조립체가 탑재되는 모습이 도시된 사시도.
도 2 는 파우치형 이차전지에서 본 발명의 제1실시예에 따른 밸브가 탑재된 모습이 도시된 도면.
도 3 은 본 발명의 제1실시예에 따른 밸브의 횡단면도.
도 4 는 본 발명의 제1실시예에 따른 밸브에서 접착제 내에 틈(g)이 발생한 모습이 도시된 횡단면도.
도 5 는 본 발명의 제1실시예에 따른 밸브가 일반적인 상태일 때의 종단면과 횡단면(왼쪽 도면) 및 파우치 내부에 가스가 생성되어 내부압력이 상승하였을 때 상기 밸브의 종단면과 횡단면(오른쪽 도면)이 도시된 도면.
도 6 은 본 발명의 제2실시예에 따른 밸브의 횡단면도.
이하, 첨부된 도면에 의거하여 본 발명에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.
또한, 본 명세서 및 특허청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정하여 해석되어서는 안되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
본 발명은 전극조립체(3)와 전해액이 봉입되면 테두리(2)에 형성된 실링부(2a, 2b)의 밀봉이 이뤄지는 파우치(1)를 구비한 이차전지에 관한 것으로써 상기 파우치(1) 내부에서 가스가 발생하여 내부압력이 상승하면 상기 가스를 외부를 배출할 수 있도록 밸브(10)를 구비하는 이차전지에 관한 것이다. 이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들을 더욱 상세히 설명한다.
제1실시예
도 2 는 파우치형 이차전지에서 본 발명의 제1실시예에 따른 밸브가 탑재된 모습이 도시된 도면이고, 도 3 은 본 발명의 제1실시예에 따른 밸브의 횡단면도이며, 도 4 는 상기 밸브에서 접착제 내에 틈(g)이 발생한 모습이 도시된 횡단면도이다.
도면들을 참조하면, 도 2 에 나타난 바와 같이 본원의 이차전지는 밸브(10)를 포함하여 구성되되, 상기 밸브(10)는 일단이 파우치 내부에 위치하고 타단은 파우치 외부에 위치하도록 실링부에 장착된다(더 상세하게는 서로 접합되는 실링부들 사이에 장착된다). 즉, 상기 밸브(10)는 전극조립체에서 인출되어 파우치 외부로 돌출되는 전극리드(3a)와 간격을 두고 평행하게 배치된다.
상기 밸브(10)는 파우치(1) 내부에서 생성된 가스를 외부로 배출하는 기능을 갖되, 파우치의 내외부를 개통하도록 통로가 형성된 튜브(10)에서 상기 통로가 접착제(13)에 의해 막혀진 구조를 갖는다.
즉, 도 3 에 나타난 바와 같이 상기 밸브(10)는, 일단은 파우치(1) 내부에 위치하고 타단은 파우치(1) 외부에 위치하며 내부는 접착제(13)가 채워진 내측튜브(11) 및 일단은 파우치(1) 내부에 위치하고 타단은 파우치(1) 외부에 위치하도록 실링부에 장착되되 상기 내측튜브(11)가 내부에서 길이방향을 따라 삽입되도록 장착되는 외측튜브(12)를 포함하여 구성된다.
상기 내측튜브(11)는 파우치 내부에서 스웰링이 발생하여 압력이 높아지면 변형이 발생할 수 있는 재질로 제조되어 내부의 압력이 상승하면 상기 접착제(13)가 채워진 부분에서 틈(g)이 발생하고 상기 틈(g)이 접착제(13)를 내측튜브(11)의 길이방향을 따라 개통시키면 상기 틈(g)을 통해 파우치(1) 내부의 가스가 외부로 배출되도록 구성된다.
이때, 상기 외측튜브(12)와 내측튜브(11) 사이에서 밀폐된 공간인 챔버(C)가 형성되도록 상기 외측튜브(12)와 내측튜브(11)는 각각의 양측 끝단에서 서로 연결되어 밀봉되며, 상기 내측튜브(11)는 외측튜브(12) 내에서 직경이 확장되는 방향으로 변형이 이뤄질 수 있다.
상기 외측튜브(12)는 스웰링 발생 시에도 변형이 발생하지 않는 재질로 제조되어 스웰링이 발생하여 상기 파우치(1) 내부의 압력이 상승하면 챔버(C)의 부피가 수축하도록 내측튜브(11)의 변형이 발생한다.
즉, 파우치(1) 내부에서 내측튜브(11)의 끝단에 가스압력이 작용하게되면 접착제(13)의 표면에는 스트레스가 작용하게 되고 도 4 와 같은 틈(g)이 적어도 하나 이상 발생하게 된다( 도 4 의 형태와는 다르게 테두리 부분이나 중앙에서 한 개로 틈이 발생할 수도 있다. 즉, 도 4 에서는 복수 개의 틈(g)이 형성된 것으로 도시되었고 도 5 에서는 가스통과 경로가 하나의 화살표로 도시되었으나, 접착제의 종류나 상태에 따라 상기 틈(g)은 복수 개가 형성될 수도 있고 한개만 형성될 수도 있으며, 그 크기 또한 다양할 수 있다).
밸브(10)가 일반적인 상태일 때의 종단면과 횡단면(왼쪽의 위아래 그림) 및 파우치 내부에 가스가 생성되어 내부압력이 상승하였을 때 상기 밸브의 종단면과 횡단면(오른쪽의 위아래 그림)이 도시된 도 5 에 나타난 바와 같이, 이러한 틈(g)에는 지속적으로 압력이 작용하게 되므로, 상기 틈(g)은 내측밸브(11)의 길이방향을 따라서 확장되어 내측밸브(11)의 외측까지 개통되게 된다.
이에 따라, 파우치(1) 내부의 가스는 이러한 틈(g)에 의해 개통된 통로를 따라 외부로 배출되게 된다. 이와 같은 틈(g)의 형성 및 상기 틈의 확장과 동시에 내측튜브(11)는 챔버(C)를 수축이 발생하도록 직경이 증가하게 된다.
이때, 외측밸브(12)의 형상에는 변형이 발생하지 않으므로, 챔버(C) 내부의 기체 수축과 내측밸브(11)의 팽창은 동시에 이뤄질 수 있다. 챔버(C) 내부의 공기수축과 내측튜브(11)의 직경증가는 동시에 이뤄지므로 접착제(13)의 프리볼륨(free volume)을 상승시키는 틈(g)의 크기가 증가하여 가스가 배출되는 통로가 형성될 수 있다.
한편, 상기 외측튜브(12)와 내측튜브(11)는 파우치(1)의 씰링 시에 밀폐될 수 있도록 상기 파우치에 포함된 재질인 폴리프로필렌으로 제조되는 것이 바람직하다.
다만, 외측튜브(12)는 내측튜브(11)와 비교할 때 상대적으로 연성(延性)이 낮고 강성(剛性)이 높게 제조되고, 상기 내측튜브(11)는 외측튜브(12)에 비해 상대적으로 연성이 높고 강성이 낮게 제조된다. 이러한, 연성과 강도는 성형 조건의 조절 또는 첨가물 추가 등으로 조절될 수 있다.
아울러, 상기 챔버(C) 내에는 기체 질소(N2)가 주입될 수 있고, 다른 안정적인 기체가 대신 주입될 수도 있다.
상기 외측튜브(12)와 내측튜브(11)는 전방향에서 비교적 균일한 압력이 작용할 수 있도록 원형 또는 타원형의 횡단면을 갖는 것이 바람직하되, 사각 또는 다른 다각형 횡단면을 갖게 제조될 수도 있다. 또한, 상기 외측튜브(12)와 내측튜브(11)는 가스압력이 효율적으로 작용할 수 있도록 파우치(1) 내부에 위치한 부분은 상대적으로 직경이 더크고 반대쪽 부분은 더 작은 직경을 갖는 모양을 갖도록 제조할 수도 있다.
아울러, 상기 접착제(13)는 에폭시 바인더(epoxy binder)를 함유하는 재질 또는 아크릴 바인더(acrylate binder)를 함유하는 재질일 수 있다. 다만, 상기 접착제(13)는 전해액과 반응이 이뤄지지 않는 재질 중 다양한 재질이 선택될 수 있으며, 연한 고체 상태 뿐만이나라 젤(jell) 또는 겔(gel) 형태로 내측튜브(11)에 채워질 수 있다.
또한, 본 발명에서 상기 내측튜브(11) 내에 형성된 틈(g)은 가스 배출이 후에 다시 메워질 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 밸브(10)는 이차전지의 수명이 다할 때까지 반복적으로 가스를 배출한 후, 밀폐되는 기능을 반복적으로 제공할 수 있다.
제2실시예
도 6 은 본 발명의 제2실시예에 따른 밸브(10)의 횡단면도이다. 이 실시예에 따른 밸브(10)는 제1실시예와 동일하게 외측튜브(12) 내에 내측튜브(11)가 위치하고, 상기 내측튜브(11)에 접착제(13)가 체워진 구조를 갖되, 물리적인 결합력을 증대시키기 위해 복수 개의 걸고리(14)가 도 6 에 나타난 바와 같이 추가적으로 설치된 구조를 갖는다.
즉, 상기 내측튜브(11)의 내주면에는 특정방향으로의 결합력을 증대시키도록 짝을 이룬 복수 개의 걸고리(14)가 설치된다.
상기 걸고리들(14)은 후크 앤드 루프 패스너(hook-and-loop fastener) 방식(즉, 벨크로 테이프의 결합방식)으로 물리적 체결이 이뤄질 수 있으므로, 틈(g)이 생성되는 압력 및 틈의 확장속도 등을 늦출 수 있다.
상기와 같은 구성을 갖는 본 발명은, 내측튜브(11) 내에 접착제(13)가 채워져 전해액의 누액과 외부의 수분 침투를 방지하되 파우치 내부의 압력이 상승하는 경우에만 틈(g)이 발생하여 가스를 배출하므로, 스웰링 발생을 효율적으로 방지할 수 있는 효과를 갖는다.
상기 내측튜브(11)는 외측튜브(12) 내에서 직경이 확장되도록 변형될 수 있도록 상기 외측튜브(12) 내에 위치하므로, 상기 외측튜브(12)에 의해 외부 충격으로 부터 보호될 수 있다.
상기 내측튜브(11)와 외측튜브(12) 사이에 형성된 챔버(C)에는 기체 질소가 주입되어 내측튜브(11)를 보호(완충)할 수 있으며, 상기 기체 질소는 내측튜브(11)의 팽창과 동시에 수축되어 접착제(13)의 틈 발생을 용이하게 할 수 있다.
아울러, 상기 내측튜브(11) 내에는 후크 앤드 루프 패스너(hook-and-loop fastener) 방식으로 물리적 체결이 이뤄질 수 있도록 서로 대향하는 일측면과 타측면 각각에 복수 개의 걸고리(14)가 설치되어 접착제(13)에 틈(g)이 생성되는 파우치 내의 압력기준 및 틈의 확장 속도를 조절할 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 가능하다.
10 : 밸브
11 : 내측튜브
12 : 외측튜브
13 : 접착제
14 : 걸고리
C : 챔버
g : 틈

Claims (12)

  1. 전극조립체와 전해액이 봉입되면 테두리에 형성된 실링부의 밀봉이 이뤄지는 파우치를 구비한 이차전지에 있어서,
    일단은 파우치 내부에 위치하고 타단은 파우치 외부에 위치하도록 실링부에 장착되고 상기 파우치 내부에서 생성된 가스를 외부로 배출할 수 있는 밸브를 포함하고,
    상기 밸브는 내부에 접착제가 채워지며 스웰링 발생 시 변형이 발생하는 재질로 제조된 내측튜브를 포함하며,
    스웰링이 발생하여 상기 파우치 내부의 압력이 상승하면, 상기 접착제가 채워진 부분에서 틈이 발생하고 상기 틈을 통해 파우치 내부의 가스가 외부로 배출되는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 밸브는,
    일단은 파우치 내부에 위치하고 타단은 파우치 외부에 위치하도록 실링부에 장착되되 상기 내측튜브가 내부에서 길이방향을 따라 삽입되도록 장착되는 외측튜브를 포함하고,
    상기 외측튜브와 내측튜브 사이에서 밀폐된 공간인 챔버가 형성되도록 상기 외측튜브와 내측튜브는 각각의 양측 끝단에서 서로 연결되어 밀봉되며,
    상기 내측튜브는 외측튜브 내에서 변형이 이뤄지는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 외측튜브는 스웰링 발생 시에도 변형이 발생하지 않는 재질로 제조되고, 스웰링이 발생하여 상기 파우치 내부의 압력이 상승하면 챔버의 부피가 수축하도록 내측튜브의 변형이 발생하는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 외측튜브와 내측튜브는 파우치에 포함된 재질인 폴리프로필렌으로 제조되되, 외측튜브는 내측튜브와 비교할 때 상대적으로 연성(延性)이 낮고 강성(剛性)이 높게 제조되고, 상기 내측튜브는 외측튜브에 비해 상대적으로 연성이 높고 강성이 낮게 제조된 것을 특징으로 하는 이차전지.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 챔버 내에는 기체 질소(N2)가 주입된 것을 특징으로 하는 이차전지.
  6. 제 2 항에 있어서,
    상기 외측튜브와 내측튜브는 원형 또는 타원형의 횡단면을 갖도록 제조된 것을 특징으로 하는 이차전지.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 접착제는 에폭시 바인더(epoxy binder)를 함유하는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 접착제는 아크릴 바인더(acrylate binder)를 함유하는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 내측튜브 내에는 후크 앤드 루프 패스너(hook-and-loop fastener) 방식으로 물리적 체결이 이뤄질 수 있도록 서로 대향하는 일측면과 타측면 각각에 복수 개의 걸고리가 설치된 것을 특징으로 하는 이차전지.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 내측튜브 내에 형성된 틈은 가스 배출이 후에 다시 메워지는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 밸브는 전극조립체에서 인출되어 파우치 외부로 돌출되는 전극리드와 평행하게 배치되는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  12. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항의 이차전지가 복수 개 결합되어 구성된 이차전지모듈.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4678725A (en) * 1983-05-11 1987-07-07 Matsushita Electric Industrial Co., Inc. Hermetically sealed storage battery
JP4900339B2 (ja) * 2008-08-01 2012-03-21 日本電気株式会社 フィルム外装電気デバイスおよびその製造方法
KR20140067246A (ko) * 2012-11-26 2014-06-05 주식회사 엘지화학 노즐 부재가 장착되어 있는 전지셀
KR102159368B1 (ko) * 2016-03-03 2020-09-23 주식회사 엘지화학 전기화학소자용 파우치 외장재
KR102361569B1 (ko) * 2018-04-23 2022-02-10 주식회사 엘지에너지솔루션 가스배출수단이 구비된 파우치형 이차전지

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