KR20220000068A - 전해액의 보충이 가능한 파우치형 전지셀 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 파우치형 전지셀의 충방전 과정에서 고갈되는 전해액을 보충함으로써 상기 파우치형 전지셀의 수명 특성을 향상시킬 수 있는 효과를 발휘하고, 라미네이트 시트로 이루어진 전지케이스, 상기 전지케이스 내부에 수용된 전극조립체, 상기 전극조립체의 외면에 위치하고, 보충 전해액을 수용하는 내부 파우치, 및 상기 내부 파우치를 관통하여 상기 보충 전해액을 배출시키는 관통부재를 포함하고, 상기 전지케이스의 내압 증가시 상기 내부 파우치에 수용된 보충 전해액을 배출하도록 상기 관통부재가 변형되는 파우치형 전지셀에 대한 것이다.

Description

전해액의 보충이 가능한 파우치형 전지셀 {Pouch-type Battery Cell capable of Replenishing Electrolyte}
본원 발명은 전해액의 보충이 가능한 파우치형 전지셀에 대한 것으로서, 구체적으로, 전지케이스 내부에 보충용 전해액을 수용하는 내부 파우치를 구비하고, 전해액의 보충이 필요할 때 전극조립체로 상기 전해액을 공급할 수 있는 구조를 포함하는 전해액의 보충이 가능한 파우치형 전지셀에 대한 것이다.
충방전이 가능한 리튬 이차전지는 전지셀의 교체가 불필요하기 때문에 내장형 전지셀로 사용하기에 적절하며, 상기 리튬 이차전지의 안정성 향상과 용량 증가가 빠르게 이루어지고 있는 바, 다양한 디바이스에 적용되고 있다.
예를 들어, 다기능 소형 제품인 와이어리스 모바일 기기(wireless mobile device) 또는 신체에 착용하는 웨어러블 기기(wearable device)의 에너지원으로 광범위하게 사용되고 있을 뿐만 아니라, 대기 오염을 유발하는 기존의 가솔린 차량 및 디젤 차량에 대한 대안으로 제시되는 전기자동차 및 하이브리드 전기자동차 등의 에너지원으로도 사용되고 있다.
상기 리튬 이차전지는, 리튬을 기반으로 하는 양극, 리튬 이온의 흡장과 방출이 가역적으로 일어나는 음극, 상기 양극 및 음극의 절연성을 확보하기 위한 분리막으로 구성되는 전극조립체와 상기 리튬 이온의 전달 경로를 제공하는 전해액이 전지케이스에 내장된 구조로 이루어진다.
상기 리튬 이차전지는 충방전이 반복되는 과정에서 전극 표면과 전해액 간의 부반응이 일어나는데, 이로 인하여 양극과 음극의 결정 구조가 붕괴되고, 전해액이 고갈된다. 이는, 상기 리튬 이차전지의 수명 단축의 원인이 되고 있다.
특히, 전해액이 고갈됨에 따라 리튬 이온의 이동성이 저하되어 전지셀 내부 저항이 증가하게 되는 바, 리튬 이차전지의 성능이 급격하게 저하된다.
이와 같은 문제를 보완하기 위하여, 리튬 이차전지의 사용 중에 전해액을 추가로 주입하는 방법을 고려할 수 있다. 그러나, 전해액의 추가를 위하여 전지셀을 분해하면 전극이 공기 중에 노출될 가능성이 높으며, 분해된 전지셀을 다시 밀봉하기 어려운 문제가 있다.
다른 방법으로서, 특허문헌 1은 충방전 중, 전극층의 팽창 수축에 의한 전극면 내의 전해액 과부족을 해소하기 위하여, 전극층과 전해질층을 적층해서 이루어지는 발전 요소의 주변부에 잉여 전해액 지지부를 포함하는 전기 디바이스와, 상기 전기 디바이스의 면과 케이스 사이 공간에 압력 전달 매체를 구비하는 전기 디바이스용 모듈을 개시한다.
상기 특허문헌 1은 전극층이 팽창하면 상기 압력 전달매체로 전달되고 상기 압력 전달매체에 전달된 압력이 잉여 전해액 지지부로 전달되면 상기 잉여 전해액 지지부에 수용된 전해액이 배출되는 형태로 이루어진다.
이와 같이, 상기 특허문헌 1은 전해액을 배출하기 위한 수단으로서 압력 전달 매체를 전극층들 사이마다 배치하는 구조인 바, 전지의 용량이 저하되는 문제가 있다.
다른 예로서, 특허문헌 2는 파우치형 이차전지의 내벽에 전해액 보충 부재로서 에어캡이 구비된 파우치형 전지에 대한 것으로서, 전지케이스 내측에 형성된 에어캡이 파괴되면 상기 에어캡 내부에 수용된 전해액이 배출되는 구조로 이루어진다.
상기 특허문헌 2는 전지케이스 내측에 전해액을 수용하는 에어캡을 구비하는 과정을 별도로 필요로 하는 점에서 제조 공정이 복잡해지고, 상기 에어캡이 쉽게 파괴되는 구조로 이루어지기 때문에 전해액이 고갈되기 이전이라도 외부 충격에 의해 상기 에어캡이 파괴되어 상기 에어캡에 수용된 전해액이 유출될 수 있으므로, 전해액이 보충되는 시점을 조절하기 어렵다.
이와 같이, 리튬 이차전지의 사용 중에 고갈되는 전해액을 보충할 수 있는 구조를 구비함으로써 전지셀의 수명을 향상시킬 수 있으면서, 전지셀의 용량이 저하되는 것을 방지하고 제조 공정을 단순화할 수 있는 기술에 대한 필요성이 높은 실정이다.
일본 공개특허공보 제2013-134878호 (2013.07.08) 한국 공개특허공보 제2013-0106796호 (2013.09.30)
본원 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위한 것으로서, 파우치형 전지셀의 반복적인 충방전 과정에서 전해액이 고갈됨으로써 파우치형 전지셀의 수명이 저하되는 것을 방지할 수 있도록 전해액의 보충이 가능한 파우치형 전지셀을 제공하는 것을 목적으로 한다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본원 발명에 따른 파우치형 전지셀은, 라미네이트 시트로 이루어진 전지케이스, 상기 전지케이스 내부에 수용된 전극조립체, 상기 전극조립체의 외면에 위치하고, 보충 전해액을 수용하는 내부 파우치, 및 상기 보충 전해액을 배출하기 위하여 상기 내부 파우치를 관통하는 관통부재를 포함하고, 상기 전지케이스의 내압 증가시 상기 내부 파우치에 수용된 보충 전해액을 배출하도록 상기 관통부재가 변형되는 구조로 이루어질 수 있다.
본원 발명에 따른 파우치형 전지셀에서, 상기 보충 전해액은 피막형성 첨가제를 포함하지 않을 수 있다.
본원 발명에 따른 파우치형 전지셀에서, 상기 내부 파우치는 상기 전극조립체의 전극판과 평행한 외면인 상기 전극조립체의 상면 및 하면 중 적어도 어느 한쪽의 외면에 위치할 수 있다.
본원 발명에 따른 파우치형 전지셀에서, 상기 내부 파우치는 상기 전극조립체와 대면하는 제1면, 상기 제1면의 반대쪽 외면으로서 상기 관통부재와 대면하는 제2면, 및 상기 제1면과 상기 제2면을 제외한 측면을 포함할 수 있다.
본원 발명에 따른 파우치형 전지셀에서, 상기 관통부재는, 상기 전지케이스의 내부 압력에 의해 전압을 발생하는 압전소자, 및 상기 압전소자에서 발생한 전압에 의해 변형되는 전기활성 고분자(Electroactive polymer, EAP)핀을 포함할 수 있다.
또한, 상기 EAP핀은 정상 상태에서는 평면 형태이고, 상기 전지케이스의 내압 증가시에는 상기 내부 파우치 방향으로 절곡 변형될 수 있다.
본원 발명에 따른 파우치형 전지셀에서, 상기 압전소자는 평판형으로 이루어지고, 상기 EAP핀은 상기 압전소자와 결합된 결합부와 전압 증가시 변형되는 변형부를 포함할 수 있다.
본원 발명에 따른 파우치형 전지셀에서, 상기 변형부는 상기 결합부에 대해 수직이 되도록 절곡되어 상기 내부 파우치를 관통할 수 있다.
또는, 본원 발명에 따른 파우치형 전지셀에서, 상기 변형부는 상기 내부 파우치의 측면에 대해 수직이 되도록 절곡되어 상기 내부 파우치를 관통할 수 있다.
본원 발명에 따른 파우치형 전지셀에서, 상기 관통부재는 1개의 압전소자와 연결된 제1 EAP핀 및 제2 EAP핀을 포함할 수 있다.
본원 발명에 따른 파우치형 전지셀에서, 상기 내부 파우치는 서로 구획된 제1수용부 및 제2수용부를 포함하고, 상기 제1수용부를 관통하는 제1 EAP핀의 변형 전압과 상기 제2수용부를 관통하는 제2 EAP핀의 변형 전압이 상이할 수 있다.
본원 발명은, 또한, 상기 파우치형 전지셀을 복수의 개수로 수용하고, 상기 파우치형 전지셀이 인접하는 파우치형 전지셀과 밀착되도록 배열된 전지셀 적층체를 포함하는 전지팩을 제공한다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본원 발명에 따른 파우치형 전지셀은 전지케이스의 내압이 증가했을 때만 전해액의 보충이 가능한 형태로 이루어지는 바, 상기 파우치형 전지셀에 초기 주입된 전해액이 고갈되어 전해액의 보충이 필요할 시점에 전극조립체로 이동될 수 있다.
또한, 보충 전해액이 수용된 내부 파우치 이외에 전기활성 고분자가 부착된 압전소자만이 부가되기 때문에, 파우치형 전지셀의 전체적인 두께가 증가되는 것을 최소화할 수 있다.
또한, 상기 파우치형 전지셀들이 밀착되도록 배치하여 전지모듈 및 전지팩을 구성하기 때문에, 상기 파우치형 전지셀의 내압 증가 압력만으로도 압전소자에서 전압 발생이 가능한 바, 상기 전기활성 고분자가 변형되면서 내부 파우치를 관통할 수 있다.
따라서, 보충 전해액의 추가로 인해 파우치형 전지셀의 저항이 증가하는 것을 방지할 수 있으며, 사이클 특성이 향상된 파우치형 전지셀을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 파우치형 전지셀의 분해 사시도이다.
도 2는 제1 실시예에 따른 내부 파우치 및 관통부재의 사시도이다.
도 3은 제2 실시예에 따른 내부 파우치 및 관통부재의 사시도이다.
도 4는 제3 실시예에 따른 내부 파우치 및 관통부재의 사시도이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본원 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본원 발명을 쉽게 실시할 수 있는 실시예를 상세히 설명한다. 다만, 본원 발명의 바람직한 실시예에 대한 동작 원리를 상세하게 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본원 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.
또한, 도면 전체에 걸쳐 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 사용한다. 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 연결되어 있다고 할 때, 이는 직접적으로 연결되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고, 간접적으로 연결되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 어떤 구성요소를 포함한다는 것은 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라, 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
또한, 구성요소를 한정하거나 부가하여 구체화하는 설명은, 특별한 제한이 없는 한 모든 발명에 적용될 수 있으며, 특정한 발명으로 한정하지 않는다.
또한, 본원의 발명의 설명 및 청구범위 전반에 걸쳐서 단수로 표시된 것은 별도로 언급되지 않는 한 복수인 경우도 포함한다.
또한, 본원의 발명의 설명 및 청구범위 전반에 걸쳐서 "또는"은 별도로 언급되지 않는 한 "및"을 포함하는 것이다. 그러므로 "A 또는 B를 포함하는"은 A를 포함하거나, B를 포함하거나, A 및 B를 포함하는 상기 3가지 경우를 모두 의미한다.
또한, 모든 수치 범위는 명확하게 제외한다는 기재가 없는 한, 양 끝의 값과 그 사이의 모든 중간값을 포함한다.
본원 발명을 도면에 따라 상세한 실시예와 같이 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 파우치형 전지셀의 분해 사시도이다.
도 1을 참조하면, 파우치형 전지셀(100)은 라미네이트 시트로 이루어진 전지케이스(110) 내부에 전극조립체(120), 내부 파우치(130) 및 관통부재(140)를 수납하고 있다.
도 1에 도시된 전지케이스(110)는 상부케이스 및 하부케이스가 분리된 형태이나, 이와 달리, 상부케이스 및 하부케이스의 일측 외주변이 연결된 일체형 구조로 이루어진 전지케이스를 사용할 수 있다.
상기 라미네이트 시트는 외부 수지층, 공기 및 수분차단성 금속층, 및 열융착성 내부 수지층의 적층 구조로 이루어질 수 있다.
상기 외부 수지층은 외부 환경에 대해 우수한 내성을 가져야 하므로, 소정 이상의 인장강도와 내후성이 필요하다. 이러한 측면에서 외부 피복층의 고분자 수지는 인장강도 및 내후성이 우수한 폴리에틸렌 나프탈레이트(PEN), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 또는 연신 나일론을 포함할 수 있다.
상기 금속층은 가스, 습기 등 이물질의 유입 내지 전해액의 누출을 방지하는 기능 이외에 전지케이스의 강도를 향상시키는 기능을 발휘할 수 있도록, 알루미늄(Al) 또는 알루미늄 합금이 사용될 수 있으며, 알루미늄 합금으로는 예를 들어, 합금번호 8079, 1N30, 8021, 3003, 3004, 3005, 3104, 3105 등을 들 수 있으며, 이들은 단독 또는 둘 이상의 조합으로 사용될 수 있다.
상기 내부 수지층은 열융착성(열접착성)을 가지고, 전해액의 침입을 억제하기 위해 전해액에 대한 흡습성이 낮으며, 전해액에 의해 팽창하거나 침식되지 않는 고분자 수지가 사용될 수 있으며, 더욱 바람직하게는 무연신 폴리프로필렌 필름(CPP)으로 이루어질 수 있다.
도 1에 도시된 전극조립체(120)는 양극판 및 음극판 사이에 분리막이 개재되어 적층된 스택형 전극조립체를 도시하고 있으나, 본 발명의 전극조립체의 구조는 이에 한정되지 않으며, 복수의 바이셀 및/또는 모노셀이 분리 필름 상에 배치된 후 권취되는 스택/폴딩형 전극조립체, 복수의 바이셀 및/또는 모노셀들 사이에 분리막이 개재된 상태로 적층되는 라미네이션/스택형 전극조립체, 또는 양극 시트 및 음극 시트 사이에 분리막 시트가 개재된 상태로 권취되는 젤리-롤형 전극조립체일 수 있다.
상기 바이셀은 2개의 양극과 1개의 음극 사이에 분리막이 개재되어 적층된 형태이거나, 2개의 음극과 1개의 양극 사이에 분리막이 개재되어 적층된 형태의 전지셀이며, 상기 모노셀은 1개의 양극과 1개의 음극 사이에 분리막이 개재되어 적층된 형태의 전지셀을 의미한다.
본 발명에 따른 파우치형 전지셀은 전지케이스의 내압 증가시 내부 파우치(130)에 수용된 보충 전해액을 배출하도록 관통부재(140)의 형태가 절곡되어 변형된다. 즉, 관통부재(140)가 내부 파우치(130)를 관통하여 보충 전해액이 전극조립체 방향으로 이동할 수 있도록 내부 파우치(130)와 관통부재(140)가 밀착 배열되고, 내부 파우치(130)와 전극조립체(120)가 밀착 배열되는 것이 바람직하다.
따라서, 상기 도 1에 도시한 바와 같이, 내부 파우치(130)는 전극조립체(120)의 전극과 평행한 외면인 전극조립체의 상면(121)에 배치될 수 있다.
또한, 도 1에 도시된 바와 달리, 보충 전해액의 양을 고려하여 상기 내부 파우치는 상기 전극조립체의 상면 및 하면 각각에 배치할 수 있고, 상기 내부 파우치들 각각의 외면에 관통부재가 배치될 수 있다.
상기 내부 파우치는 전해액과 화학적인 반응이 일어나지 않는 물질로 이루어지고, 관통부재에 의해 파단이 쉽게 이루어지는 것이라면, 그 소재가 특별히 한정되지 않는다.
상기 내부 파우치로서 탄성이 있는 소재를 사용하는 경우에는, 탄성력에 의해 상기 내부 파우치가 수축하기 때문에, 상기 내부 파우치 내부에 수용된 보충 전해액이 외부로 빠르게 유출될 수 있다. 또한, 보충 전해액을 배출한 후, 상기 내부 파우치가 수축되면 전지케이스 내부에서 빈 공간이 증가하게 되는 바, 전지셀의 내압이 감소할 수 있으므로 안전성이 향상될 수 있다.
예를 들어, 상기 내부 파우치의 소재로서 폴리프로필렌(Polypropylene, PP), 폴리에틸렌(Polyethylene, PE) 또는 폴리테트라플루오로에틸렌(Polytetrafluoroethylene, PTFE)이 사용될 수 있다.
도 2는 제1 실시예에 따른 내부 파우치 및 관통부재의 사시도로서, 도 1에 도시된 내부 파우치 및 관통부재이다.
도 2를 도 1과 함께 참조하면, 내부 파우치(130)는 전극조립체(120)와 대면하는 제1면(131), 제1면(131)의 반대쪽 외면으로서 관통부재(140)와 대면하는 제2면(132), 및 제1면(131)과 제2면(132)을 제외한 측면(133)을 포함하는 형태로서 전체적으로 직육면체 형태로 이루어진다.
그러나, 도 1에 도시된 바와 달리, 제1면(131) 및 제2면(132)이 곡선 외주변을 포함하는 형태로 이루어질 수 있다. 다만, 제1면(131) 및 제2면(132)의 크기는, 제1면(131) 및 제2면(132)의 외주변이 전극조립체의 상면(121) 및 하면의 외주변보다 돌출되지 않는 크기로 이루어지는 것이 바람직하다.
관통부재(140)는 압전소자(141) 및 전기활성 고분자(Electroactive polymer, EAP)핀(142)을 포함한다.
압전소자(141)의 예로서, 수정, 전기석 및 로셸염 등이 사용될 수 있으며, 압전소자에 압력이 인가되면 기계적 에너지를 전기적 에너지로 변환시켜 전압을 발생할 수 있다.
상기 EAP핀은 전기가 통하면 수축하는 성질을 갖는 전기활성 고분자(EAP)로 이루어진 핀으로서, 상기 압전소자에서 발생한 전압에 의해 상기 EAP핀의 형태가 변형될 수 있다.
하나의 구체적인 예에서, 파우치형 전지셀의 사용 중에 나타나는 발열현상 및 가스 발생 현상에 따라 전지케이스가 팽창하며 내압이 증가할 수 있다. 이와 같이, 증가된 전지케이스의 내부 압력에 의해 압전소자가 압력을 받게 되면, 상기 압전소자는 전압을 발생시킨다. 상기 압전소자는 EAP핀과 전기적으로 연결(도시하지 않음)되어 있기 때문에 EAP핀의 형태가 변형될 수 있다.
구체적으로, 도 2를 참조하면, 압전소자(141)는 평판형으로 이루어지고, 내부 파우치(130)의 제2면(132)과 대면하는 전체 부분에서 제2면(132)과 밀착되도록 배열된다. 따라서, 전극과 전해액의 부반응에서 발생한 가스압력 뿐 아니라, 팽창된 전극조립체가 인가하는 압력이 내부 파우치(130)를 통해 압전소자(141)로 전달되어 압전소자(141)를 가압하는 외부 힘으로 작용한다.
하나의 구체적인 예에서, 본 발명에 따른 파우치형 전지셀들을 복수의 개수로 수용하고, 상기 파우치형 전지셀들이 인접하는 파우치형 전지셀들과 밀착되도록 배열된 전지셀 적층체를 포함하는 전지팩을 제조할 수 있다.
일반적으로, 파우치형 전지셀에서 초기 전해액이 고갈되어 보충이 필요한 상태에 이른 경우, 파우치형 전지셀의 내부 압력 크기는 전지셀의 초기 내부 압력의 수배 이상이 된다.
상기 전지셀 적층체는 밀착 배열되어 있기 때문에, 전지케이스가 팽창하는데 한계가 있는 바, 전지케이스 내부에서 발생한 가스에 의해 증가된 내압은 압전소자를 가압하는 힘으로 작용하게 된다.
따라서, 압전소자에서 전압이 발생되기에 충분한 압력이 상기 압전소자에 인가될 수 있으며, 상기 압전소자에서 발생한 전압에 의해 EAP핀이 변형되어 내부 파우치에 관통구를 형성하게 된다.
상기 관통구는 상기 EAP핀이 변형되어 상기 내부 파우치를 뚫고 들어가면서 형성되는 바, 상기 관통구를 통해 내부 파우치에 수용된 전해액이 전극조립체로 이동하여 전해액 보충이 이루어진다.
상기 EAP핀(142)은 정상 상태에서는 평면 형태이고, 전지케이스의 내압 증가시에는 내부 파우치(130) 방향으로 절곡 변형될 수 있는 바, EAP핀(142)은 압전소자(141)와 결합된 결합부(142a)와 전압 발생에 따라 변형되는 변형부(142b)를 포함한다.
변형부(142b)가 결합부(142a)에 대해 수직이 되도록 절곡되면, 변형부(142b)가 내부 파우치(130)의 제2면(132)을 뚫고 들어가게 되는 바, 제2면(132)에 관통구가 형성된다. 따라서, 내부 파우치(130)에 수용된 보충 전해액이 상기 관통구를 통해 전극조립체 방향으로 유출될 수 있다.
다만, 상기 변형부(142b)의 변형에 의해 상기 전극조립체가 손상되는 것을 방지하기 위하여, 상기 변형부의 길이는 상기 내부 파우치의 두께보다 작게 형성되는 것이 바람직하다.
도 2에는 압전소자(141)의 양측 끝단 각각에 위치하도록 2개의 EAP핀이 배치된 구조를 도시하고 있으나, 압전소자에 결합되는 EAP핀의 개수는 1개일 수 있고, 또는 빠르게 보충 전해액을 배출하기 위하여, 상기 압전소자에 결합된 EAP핀의 개수가 3개 이상일 수 있다. 다만, 전극조립체의 전체 부분에 보충 전해액이 빠르게 공급되기 위한 목적을 고려할 때, 복수의 EAP핀들은 압전소자의 서로 다른 외주변 상에 서로 이격되도록 배치되는 것이 바람직하다.
도 3은 제2 실시예에 따른 내부 파우치 및 관통부재의 사시도이다.
도 3을 참조하면, 압전소자(241)는 평판형으로 이루어지고, 내부 파우치(230)의 제2면(232)과 대면하는 전체 부분에서 제2면(232)과 밀착되도록 배열된다.
EAP핀(242)은 압전소자(241)와 결합된 결합부(242a)와 전압 발생에 따라 변형되는 변형부(242b)를 포함한다.
도 3의 EAP핀(242)은, 정상상태에서 결합부(242a)는 평판형 압전소자(241)의 상면에 위치하고 변형부(242b)는 압전소자(241)의 측면 및 내부 파우치(230)의 측면(233) 상에 위치한다. 압전소자에 압력이 인가되어 전압이 발생하면 변형부(242b)는 내부 파우치(230)의 측면(233)에 대해 수직이 되도록 절곡되어 제3면(233)을 뚫고 들어가게 되는 바, 제3면(233)에 관통구가 형성하도록 변형된다. 이와 같이 변형부가 변형된 상태는 점선으로 표시하였다.
이와 같이 변형부(242b)가 내부 파우치(230)의 측면(233)을 관통하도록 배치되는 EAP핀(242)을 사용하는 경우, 내부 파우치를 완전히 관통시키기 위해 뾰족하고 긴 형태의 EAP핀(242)을 사용하더라도, 절곡 변형된 EAP핀(242)에 의해 전극조립체가 손상되지 않는 장점이 있다.
즉, 도 3에 도시된 EAP핀(242)을 사용하는 경우에는, 도 2에 도시된 EAP핀(142) 보다 변형부의 길이가 긴 것을 사용할 수 있는 바, 내부 파우치 상에 관통구를 형성하는 과정이 신속하게 이루어질 수 있고, 내부 파우치의 측면을 관통하기 때문에 보충 전해액의 주액 과정의 안전성이 향상될 수 있다.
도 4는 제3 실시예에 따른 내부 파우치 및 관통부재의 사시도이다.
도 4를 참조하면, 내부 파우치(330)는 서로 구획되는 제1수용부(351) 및 제2수용부(352)를 포함한다. 따라서, 제1수용부(351)에 제1 EAP핀(361)에 의한 관통구가 형성되어 보충 전해액이 제1수용부(351)에서 누액되더라도 제2수용부(352)는 보충 전해액이 유출되지 않은 상태를 유지할 수 있다. 반대로, 제2수용부(352)에 제2 EAP핀(362)에 의한 관통구가 형성되어 보충 전해액이 제2수용부(352)에서 누액되더라도 제1수용부(351)는 보충 전해액이 유출되지 않은 상태를 유지할 수 있다. 즉, 제1수용부(351)와 제2수용부(352) 중 어느 하나의 보충 전해액 누출은 다른 수용부에 영향을 주지 않는다.
즉, 전해액의 누출이 제1수용부와 제2수용부에서 순차적으로 이루어지도록 제1 EAP핀(361)과 제2 EAP(362)을 변형 전압이 서로 다르게 설정할 수 있다.
예를 들어, 변형 전압이 다른 소재를 사용하여 제1 EAP핀과 제2EAP핀을 제조할 수 있다. 또는 상기 제1 EAP핀이 결합된 압전소자와 상기 제2EAP핀이 결합된 압전소자가 서로 분리된 형태로 적용될 수 있다.
이와 같이, 전해액의 보충 시점을 2차로 나누어 진행함으로써 파우치형 전지셀의 수명 특성을 더욱 향상시킬 수 있다.
하나의 구체적인 예에서, 본 발명에 따른 파우치형 전지셀은, 최초에 주액되는 전해액에 피막형성 첨가제가 포함되어 있기 때문에, 양극의 표면에 피막이 형성된다. 그러나, 추가되는 보충 전해액에 피막형성 첨가제가 포함되는 경우에는, 추가로 피막이 형성됨으로써 파우치형 전지셀의 내부 저항이 증가할 수 있다. 따라서, 상기 보충 전해액은 피막형성 첨가제를 포함하지 않은 것이 바람직하다.
본원 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본원 발명의 범주내에서 다양한 응용 및 변형을 수행하는 것이 가능할 것이다.
100: 파우치형 전지셀
110: 전지케이스
120: 전극조립체
121: 전극조립체의 상면
130, 230, 330: 내부 파우치
131: 제1면
132, 232: 제2면
133, 233: 측면
140: 관통부재
141, 241: 압전소자
142, 242: 전기활성 고분자(EAP)핀
142a, 242a: 결합부
142b, 242b: 변형부
351: 제1수용부
352: 제2수용부
361: 제1 EAP핀
362: 제2 EAP핀

Claims (12)

  1. 라미네이트 시트로 이루어진 전지케이스;
    상기 전지케이스 내부에 수용된 전극조립체;
    상기 전극조립체의 외면에 위치하고, 보충 전해액을 수용하는 내부 파우치; 및
    상기 보충 전해액을 배출하기 위하여 상기 내부 파우치를 관통하는 관통부재;
    를 포함하고,
    상기 전지케이스의 내압 증가시 상기 내부 파우치에 수용된 보충 전해액을 배출하도록 상기 관통부재가 변형되는 파우치형 전지셀.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 보충 전해액은 피막형성 첨가제를 포함하지 않은 파우치형 전지셀.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 내부 파우치는 상기 전극조립체의 전극판과 평행한 외면인 상기 전극조립체의 상면 및 하면 중 적어도 어느 한쪽의 외면에 위치하는 파우치형 전지셀.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 내부 파우치는 상기 전극조립체와 대면하는 제1면, 상기 제1면의 반대쪽 외면으로서 상기 관통부재와 대면하는 제2면, 및 상기 제1면과 상기 제2면을 제외한 측면을 포함하는 파우치형 전지셀.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 관통부재는,
    상기 전지케이스의 내부 압력에 의해 전압을 발생하는 압전소자, 및 상기 압전소자에서 발생한 전압에 의해 변형되는 전기활성 고분자(Electroactive polymer, EAP)핀을 포함하는 파우치형 전지셀.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 EAP핀은 정상 상태에서는 평면 형태이고, 상기 전지케이스의 내압 증가시에는 상기 내부 파우치 방향으로 절곡 변형되는 파우치형 전지셀.
  7. 제 5 항에 있어서, 상기 압전소자는 평판형으로 이루어지고, 상기 EAP핀은 상기 압전소자와 결합된 결합부와 전압 증가시 변형되는 변형부를 포함하는 파우치형 전지셀.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 변형부는 상기 결합부에 대해 수직이 되도록 절곡되어 상기 내부 파우치를 관통하는 파우치형 전지셀.
  9. 제 7 항에 있어서, 상기 변형부는 상기 내부 파우치의 측면에 대해 수직이 되도록 절곡되어 상기 내부 파우치를 관통하는 파우치형 전지셀.
  10. 제 5 항에 있어서, 상기 관통부재는 1개의 압전소자와 연결된 제1 EAP핀 및 제2 EAP핀을 포함하는 파우치형 전지셀.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 내부 파우치는 서로 구획된 제1수용부 및 제2수용부를 포함하고,
    상기 제1수용부를 관통하는 제1 EAP핀의 변형 전압과 상기 제2수용부를 관통하는 제2 EAP핀의 변형 전압이 상이한 파우치형 전지셀.
  12. 제 1 항 내지 제 11 항에 따른 파우치형 전지셀을 복수의 개수로 수용하고,
    상기 파우치형 전지셀이 인접하는 파우치형 전지셀과 밀착되도록 배열된 전지셀 적층체를 포함하는 전지팩.
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