KR20220010792A - 유동방지부를 포함하는 파우치형 이차전지 및 이의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본원발명은 전극조립체의 분리막이 접히거나 말리는 현상을 방지하고, 상기 전극조립체의 유동을 방지할 수 있는 유동방지부를 포함하는 파우치형 이차전지 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
Description
본원발명은 유동방지부를 포함하는 파우치형 이차전지 및 이의 제조방법에 관한 것이다. 구체적으로 본원발명은 전극조립체의 가장자리의 일부를 감싸는 유동방지부를 포함하고, 상기 유동방지부는 상기 전극조립체에서 돌출된 분리막 부분을 한쪽으로 모아 부착한 형태인 것을 특징으로 하는 파우치형 이차전지 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
핸드폰과 같이 휴대용 기기가 늘어남에 따라 휴대용으로 에너지원을 공급할 수 있는 전지, 특히 고용량, 고밀도의 전지에 관한 수요가 증가하고 있다. 특히 알루미늄 라미네이트 시트를 사용하여 무게가 가벼우면서 다양한 형태로 제작할 수 있는 파우치형 이차전지에 관한 관심이 증가하고 있다.
파우치형 이차전지는 일반적으로 성형하여 수납부를 구비하고 있는 알루미늄 라미네이트 시트와 양극, 분리막, 음극을 포함하는 전극조립체를 포함한다. 상기 파우치형 이차전지는 상기 수납부에 상기 전극조립체를 수납한 후, 상기 수납부 주변의 라미네이트 시트를 밀봉하는 방법으로 형성된다. 이 때, 상기 수납부 내부의 공기를 제거하거나 상기 전극조립체에 전해액을 주액하는 경우, 상기 분리막이 내부로 접히거나, 형태가 흐트러질 수 있다.
도 1은 종래기술에 따른 파우치형 이차전지의 사진이다.
도 1에서 볼 수 있듯, 종래기술에 따른 파우치형 이차전지는 전해액의 주입이나 수납부의 공기를 제거할 때와 같이 파우치형 이차전지 제조과정에서 전극조립체(10)의 분리막(11)이 접히게 되는 경우가 발생한다. 또한 상기 분리막은 파우치형 이차전지 내부의 열에 의해 수축하기도 한다. 이와 같이 전극조립체의 분리막이 말려들어가거나 접히는 경우, 양극과 음극 사이에 절연을 수행하는 부분이 없어져 쇼트가 발생하게 된다.
이를 해결하기 위해 특허문헌 1은 분리막 잉여부를 열수축에 의해 전극의 외주 단부에 밀착시켜 열 수축에 의한 분리막 잉여부 수축을 감소시키고 있으나, 전해액 주입이나 전극조립체 수납 후 진공상태 형성시 분리막 잉여부가 접히거나 말리는 현상을 방지하지는 못한다.
특허문헌 2는 분리막의 제1 단부를 전극판 중 분리막에 대응되는 부위에 열 융착하고 있으나, 이는 파우치형 이차전지의 용량 증가와 무관한 부분이 증가하여 전지의 크기에 따른 성능이 감소하는 단점이 있다.
이와 같이 파우치형 이차전지의 분리막이 말리는 현상을 방지할 개선방향이 필요하다.
본원발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 파우치형 이차전지의 분리막이 말리거나 접히는 현상을 방지하는 것을 목적으로 한다.
또한 파우치형 이차전지 내의 전극조립체를 초기 위치에 고정시켜 파우치형 이차전지의 안전성을 향상시키고자 한다.
전해액이 내부에서 순환하도록 하여 전해액 함침성이 높고 성능이 향상된 파우치형 이차전지를 제공하고자 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본원발명에 따른 파우치형 이차전지는, 양극, 분리막, 음극이 적층되어 있는 전극조립체 및 상기 전극조립체의 가장자리의 일부를 감싸는 유동방지부를 포함하고, 상기 유동방지부는 상기 전극조립체에서 돌출된 분리막 잉여부를 모아 부착한다.
상기 유동방지부는 양면이 접착성 있는 소재로 이루어져 있을 수 있다.
상기 유동방지부는 고온 고압에서 전지케이스와 부착 수 있다.
상기 유동방지부는 OPS 테이프일 수 있다.
상기 유동방지부는 상기 전극조립체의 전극리드 돌출부를 제외한 모서리에 모두 위치할 수 있다.
상기 유동방지부는 하나의 전극조립체에 두개 이상 구비될 수 있다.
상기 유동방지부들 사이의 간격은 최대 5mm일 수 있다.
상기 유동방지부가 접합하는 상기 분리막 잉여부의 폭은 적어도 10mm이상일 수 있다.
본원발명은 상기 기재된 파우치형 이차전지 중 어느 하나를 제조하는 파우치형 이차전지 제조방법으로, S1) 전극조립체의 일면에 유동방지부의 일측을 부착하는 단계 S2) 상기 전극조립체에서 돌출된 분리막을 모아 상기 유동방지부의 타측에 부착하는 단계 및 S3) 상기 유동방지부의 타측을 상기 전극조립체의 타면을 부착해 상기 전극조립체를 감싸는 단계를 포함할 수 있다.
또한 S4) 상기 유동방지부를 피해 상기 전극조립체에 전해액을 주액하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본원발명은 상기에서 언급된 파우치형 이차전지 중 어느 하나를 포함하는 배터리 모듈 또는 배터리 팩일 수 있다. 또한 상기 파우치형 이차전지가 장착된 디바이스일 수 있다.
본원발명은 상기와 같은 구성들 중 상충되지 않는 구성을 하나 또는 둘 이상 택하여 조합할 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본원발명에 따른 파우치형 이차전지는 전극조립체의 분리막의 접힘이나 말리는 현상을 방지하고, 고열에도 분리막이 수축하는 것을 방지한다. 또한 이를 통해 전극조립체의 쇼트를 방지해 파우치형 이차전지 전체의 안전성을 향상시킨다.
게다가 파우치형 이차전지가 외부 충격에도 흔들리지 않게 함으로서 전지의 손상 등을 방지하고, 원하는 형태로 유지할 수 있도록 한다.
또한 파우치형 이차전지 내부의 전해액이 전극조립체 내부에서 순환하여 돌아다니도록 하여 파우치형 이차전지의 성능 및 수명을 향상시킨다.
도 1은 종래기술에 따른 파우치형 이차전지의 사진이다.
도 2는 본원발명에 따른 전극조립체의 상면도이다.
도 3은 본원발명에 따른 유동방지부 형성과정의 단면도이다.
도 4는 본원발명에 따른 전극조립체를 전지케이스에 수납한 단면도이다.
도 2는 본원발명에 따른 전극조립체의 상면도이다.
도 3은 본원발명에 따른 유동방지부 형성과정의 단면도이다.
도 4는 본원발명에 따른 전극조립체를 전지케이스에 수납한 단면도이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본원발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본원발명을 쉽게 실시할 수 있는 실시예를 상세히 설명한다. 다만, 본원발명의 바람직한 실시예에 대한 동작 원리를 상세하게 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본원발명의 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 경우 뿐만 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 중간 값을 포함한다.
도 2는 본원발명에 따른 전극조립체의 상면도이고, 도 3은 본원발명에 따른 유동방지부의 형성과정을 보여주는 단면도이다.
도 2에서 볼 수 있듯 본원발명에 따른 전극조립체(100)는 양극, 분리막, 음극이 적층되어 있고, 상기 전극조립체(100)의 일면 또는 양면에서 돌출되어 있는 전극리드(110)를 포함하고 있다.
상기 전극조립체에는 도 2 및 도 3과 같이 상기 전극조립체(100)의 가장자리의 일부를 감싸는 유동방지부(120)가 존재한다. 상기 유동방지부(120)는 상기 전극조립체(100)의 분리막(101) 중 돌출된 부분인 분리막 잉여부를 상기 유동방지부(120)에 부착한 후, 상기 전극조립체(100)를 감싼 형태를 갖는다.
상기 양극은 예를 들어, 양극 집전체에 양극 활물질 입자들로 구성된 양극 활물질과, 도전재 및 바인더가 혼합된 양극 합제를 도포하여 제조될 수 있고, 필요에 따라서는 상기 양극 합제에 충진제를 더 첨가할 수 있다.
상기 양극 집전체는 일반적으로 3 μm~ 500 μm의 두께로 제조되며, 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 높은 도전성을 가지는 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 스테인레스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티타늄, 및 알루미늄이나 스테인레스 스틸의 표면에 카본, 니켈, 티타늄 또는 은으로 표면처리 한 것 중에서 선택되는 하나를 사용할 수 있고, 상세하게는 알루미늄이 사용될 수 있다. 집전체는 그것의 표면에 미세한 요철을 형성하여 양극 활물질의 접착력을 높일 수도 있으며, 필름, 시트, 호일, 네트, 다공질체, 발포체, 부직포체 등 다양한 형태가 가능하다.
상기 양극 활물질은, 예를 들어, 상기 양극 활물질 입자 외에, 리튬 니켈 산화물(LiNiO2) 등의 층상 화합물이나 1 또는 그 이상의 전이금속으로 치환된 화합물; 화학식 Li1+xMn2-xO4 (여기서, x 는 0 ~ 0.33 임), LiMnO3, LiMn2O3, LiMnO2 등의 리튬 망간 산화물; 리튬 동 산화물(Li2CuO2); LiV3O8, LiV3O4, V2O5, Cu2V2O7 등의 바나듐 산화물; 화학식 LiNi1-xMxO2 (여기서, M = Co, Mn, Al, Cu, Fe, Mg, B 또는 Ga 이고, x = 0.01 ~ 0.3 임)으로 표현되는 Ni 사이트형 리튬 니켈 산화물; 화학식 LiMn2-xMxO2 (여기서, M = Co, Ni, Fe, Cr, Zn 또는 Ta 이고, x = 0.01 ~ 0.1 임) 또는 Li2Mn3MO8 (여기서, M = Fe, Co, Ni, Cu 또는 Zn 임)으로 표현되는 리튬 망간 복합 산화물; 화학식의 Li 일부가 알칼리토금속 이온으로 치환된 LiMn2O4; 디설파이드 화합물; Fe2(MoO4)3 등으로 구성될 수 있으며, 이들만으로 한정되는 것은 아니다.
상기 도전재는 통상적으로 양극 활물질을 포함한 혼합물 전체 중량을 기준으로 0.1 내지 30 중량%로 첨가된다. 이러한 도전재는 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 천연 흑연이나 인조 흑연 등의 흑연; 카본블랙, 아세틸렌 블랙, 케첸 블랙, 채널 블랙, 퍼네이스 블랙, 램프 블랙, 서머 블랙 등의 카본블랙; 탄소 섬유나 금속 섬유 등의 도전성 섬유; 불화 카본, 알루미늄, 니켈 분말 등의 금속 분말; 산화아연, 티탄산 칼륨 등의 도전성 위스키; 산화 티탄 등의 도전성 금속 산화물; 폴리페닐렌 유도체 등의 도전성 소재 등이 사용될 수 있다.
상기 양극에 포함되는 바인더는 양극 활물질과 도전재 등의 결합과 집전체에 대한 결합에 조력하는 성분으로서, 통상적으로 양극 활물질을 포함하는 혼합물 전체 중량을 기준으로 0.1 내지 30 중량%로 첨가된다. 이러한 바인더의 예로는, 폴리불화비닐리덴, 폴리비닐알코올, 카르복시메틸셀룰로우즈(CMC), 전분, 히드록시프로필셀룰로우즈, 재생 셀룰로우즈, 폴리비닐피롤리돈, 테트라플루오로에틸렌, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 에틸렌-프로필렌-디엔 테르 폴리머(EPDM), 술폰화 EPDM, 스티렌-부타디엔 고무, 불소 고무, 다양한 공중합체 등을 들 수 있다.
상기 음극은 음극 집전체 상에 음극 활물질을 도포, 건조하여 제작되며, 필요에 따라, 앞서 설명한 바와 같은 성분들이 선택적으로 더 포함될 수도 있다.
상기 음극 집전체는 일반적으로 3 μm 내지 500 μm의 두께로 만들어진다. 이러한 음극 집전체는 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 구리, 스테인리스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소, 구리나 스테인리스 스틸의 표면에 카본, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면 처리한 것, 알루미늄-카드뮴 합금 등이 사용될 수 있다. 또한, 양극 집전체와 마찬가지로, 표면에 미세한 요철을 형성하여 음극 활물질의 결합력을 강화시킬 수도 있으며, 필름, 시트, 호일, 네트, 다공질체, 발포체, 부직포체 등 다양한 형태로 사용될 수 있다.
상기 음극 활물질로는, 예를 들어, 난흑연화 탄소, 흑연계 탄소 등의 탄소; LixFe2O3(0≤x≤1), LixWO2(0≤x≤1), SnxMe1-xMe'yOz (Me: Mn, Fe, Pb, Ge; Me': Al, B, P, Si, 주기율표의 1족, 2족, 3족 원소, 할로겐; 0<x≤1; 1≤y≤3; 1≤z≤8) 등의 금속 복합 산화물; 리튬 금속; 리튬 합금; 규소계 합금; 주석계 합금; SnO, SnO2, PbO, PbO2, Pb2O3, Pb3O4, Sb2O3, Sb2O4, Sb2O5, GeO, GeO2, Bi2O3, Bi2O4, 및 Bi2O5 등의 금속 산화물; 폴리아세틸렌 등의 도전성 고분자; Li-Co-Ni 계 재료 등을 사용할 수 있다.
상기 분리막은 양극과 음극 사이에 개재되며, 높은 이온 투과도와 기계적 강도를 가지는 절연성의 얇은 박막이 사용된다. 분리막의 기공 직경은 일반적으로 0.01 μm ~ 10 μm이고, 두께는 일반적으로 5 μm ~ 300 μm이다. 이러한 분리막으로는, 예를 들어, 내화학성 및 소수성의 폴리프로필렌 등의 올레핀계 폴리머; 유리섬유 또는 폴리에틸렌 등으로 만들어진 시트나 부직포 등이 사용된다. 전해질로서 폴리머 등의 고체 전해질이 사용되는 경우에는 고체 전해질이 분리막을 겸할 수도 있다.
상기 리튬염 함유 비수 전해액은, 비수 전해액과 리튬염으로 이루어져 있다. 비수 전해액으로는 비수계 유기용매, 유기 고체 전해질, 무기 고체 전해질 등이 사용되지만 이들만으로 한정되는 것은 아니다.
상기 비수계 유기용매로는, 예를 들어, N-메틸-2-피롤리디논, 프로필렌 카르보네이트, 에틸렌 카르보네이트, 부틸렌 카르보네이트, 디메틸 카르보네이트, 디에틸 카르보네이트, 감마-부틸로 락톤, 1,2-디메톡시 에탄, 테트라히드록시 프랑(franc), 2-메틸 테트라하이드로푸란, 디메틸술폭시드, 1,3-디옥소런, 포름아미드, 디메틸포름아미드, 디옥소런, 아세토니트릴, 니트로메탄, 포름산 메틸, 초산메틸, 인산 트리에스테르, 트리메톡시 메탄, 디옥소런 유도체, 설포란, 메틸 설포란, 1,3-디메틸-2-이미다졸리디논, 프로필렌 카르보네이트 유도체, 테트라하이드로푸란 유도체, 에테르, 프로피온산 메틸, 프로피온산 에틸 등의 비양자성 유기용매가 사용될 수 있다.
상기 유기 고체 전해질로는, 예를 들어, 폴리에틸렌 유도체, 폴리에틸렌 옥사이드 유도체, 폴리프로필렌 옥사이드 유도체, 인산 에스테르 폴리머, 폴리 에지테이션 리신(agitation lysine), 폴리에스테르 설파이드, 폴리비닐알코올, 폴리불화비닐리덴, 이온성 해리기를 포함하는 중합체 등이 사용될 수 있다.
상기 무기 고체 전해질로는, 예를 들어, Li3N, LiI, Li5NI2, Li3N-LiI-LiOH, LiSiO4, LiSiO4-LiI-LiOH, Li2SiS3, Li4SiO4, Li4SiO4-LiI-LiOH, Li3PO4-Li2S-SiS2 등의 Li의 질화물, 할로겐화물, 황산염 등이 사용될 수 있다.
상기 리튬염은 상기 비수 전해액에 용해되기 좋은 물질로서, 예를 들어, LiCl, LiBr, LiI, LiClO4, LiBF4, LiB10Cl10, LiPF6, LiCF3SO3, LiCF3CO2, LiAsF6, LiSbF6, LiAlCl4, CH3SO3Li, CF3SO3Li, (CF3SO2)2NLi, 클로로보란리튬, 저급 지방족 카르본산 리튬, 4 페닐 붕산 리튬, 이미드 등이 사용될 수 있다.
또한, 비수 전해액에는 충방전 특성, 난연성 등의 개선을 목적으로, 예를 들어, 피리딘, 트리에틸포스파이트, 트리에탄올아민, 환상 에테르, 에틸렌 디아민, n-글라임(glyme), 헥사 인산 트리 아미드, 니트로벤젠 유도체, 유황, 퀴논 이민 염료, N-치환 옥사졸리디논, N,N-치환 이미다졸리딘, 에틸렌 글리콜 디알킬 에테르, 암모늄염, 피롤, 2-메톡시 에탄올, 삼염화 알루미늄 등이 첨가될 수도 있다. 경우에 따라서는, 불연성을 부여하기 위하여, 사염화탄소, 삼불화에틸렌 등의 할로겐 함유 용매를 더 포함시킬 수도 있고, 고온 보존 특성을 향상시키기 위하여 이산화탄산 가스를 더 포함시킬 수도 있으며, FEC(Fluoro-Ethylene Carbonate), PRS(Propene sultone) 등을 더 포함시킬 수 있다.
상기 전극조립체(100)는 긴 시트형의 양극 및 음극 사이에 분리막이 개재된 후 권취되는 구조로 이루어지는 젤리-롤형 조립체, 또는 장방형의 양극 및 음극이 분리막을 사이에 개재한 상태로 적층되는 구조의 단위셀들로 구성되는 스택형 조립체, 단위셀들이 긴 분리 필름에 의해 권취되는 스택-폴딩형 조립체, 또는 단위셀들이 분리막을 사이에 개재한 상태로 적층되어 서로 간에 부착되는 라미네이션-스택형 조립체 등으로 이루어질 수 있으나 이에 제한하지 않는다.
상기 전극리드(110)는 상기 전극조립체(100)의 양극 탭과 음극 탭이 각각 전기적으로 연결된 후, 전지케이스 외부로 노출되는 구조로 이루어질 수 있고, 양극 탭과 음극 탭 없이 전극리드(110)가 직접 전극조립체(100)와 전지케이스 외부를 연결하는 구조일 수도 있으나, 이에 제한하지 않는다. 상기와 같은 파우치형 이차전지는 일반적으로 알려져 있는 구성들에 해당되므로 보다 상세한 설명은 생략하기로 한다.
상기 유동방지부(120)는 양면이 접착성 있는 소재로 이루어져 있을 수 있다. 상기 유동방지부(120)는 전해액과 반응하여 접착성이 발현되는 소재일 수도 있고, 전해액이 있는 상태에서 고온 고압을 가하는 경우, 점성이 생길 수도 있다. 상기 유동방지부(120)를 이루는 소재는 일반적으로 이차전지의 작용을 방해하지 않는 소재라면 그 제한이 없으나, 일례로 본원발명에 따른 유동방지부(120)는 OPS(Oriented PolyStyrene) 재질로 이루어져 있을 수 있다. OPS 필름은 평상시에는 접착성을 갖지 않다가, 전해액의 일정 성분, 이를테면 DMC(DiMethylCarbonate)와 반응하게 되는 경우 접착성을 갖게 될 수 있다. 보다 구체적으로, OPS 필름은 고체 상태의 필름으로써 일반적으로는 접착성을 갖지 않으나, DMC와 반응하게 되면 고분자 사슬의 공극에 DMC가 침투하게 되어 고분자 사슬이 움직이기 쉬운 유동적인 상태가 되고 접착성을 갖게 된다. 다시 말해, OPS 필름은 DMC와 반응하게 되어 고체 상태가 점성의 액체 상태로 상 변화가 이루어지게 되고, 이 과정에서 접착성을 가질 수 있게 된다.
전해액과 반응하여 점성의 액체 상태로 변화된 상기 OPS 필름은 60℃ 정도의 열처리에 의해 수축 반응을 시작하고 용제 성분을 조금씩 잃어가면서 서서히 고체화가 진행될 수 있다. 이와 같이 상기 유동방지부(120)는 고온 고압에서 전지케이스와 부착될 수 있다.
상기 유동방지부(120)는 상기 전극조립체(100)의 전극리드(100) 돌출부를 제외한 모서리 모두에 위치해 있을 수 있다. 본원발명에 따른 유동방지부(120)는 하나의 전극조립체(100)에 두 개 이상 구비되어 있을 수 있다. 도 2와 같이 본원발명에 따른 유동방지부(120)는 전극조립체(100)의 장축에 두 개 이상의 유동방지부(120)를 두고, 전극조립체(100)의 단축에 한 개 이상의 유동방지부(120)를 두는 형태도 가능하다.
상기와 같이 유동방지부(120)가 전극조립체(100)의 모서리에 위치하여, 상기 유동방지부(120)가 전극조립체(100)의 중앙에 위치하는 것보다 원하는 위치에 고정이 쉽고, 가스나 전해액 등에 의해 위치가 틀어지는 것을 효율적으로 방지할 수 있다.
또한, 상기 유동방지부(120)를 여러 개 구비하여 상기 전극조립체(100)의 전해액 함침성을 유지할 수 있다. 상기 전극조립체(100)의 전해액 함침성을 유지하기 위해 상기 유동방지부(120)들은 서로 간격이 있도록 떨어져 있는 것이 바람직하다. 이 때, 상기 유동방지부(120)들 사이의 거리는 최대 5mm를 넘지 않는 것이 바람직하다. 만약 상기 유동방지부(120)들 사이의 거리가 5mm를 초과하는 경우, 상기 전극조립체를 효과적으로 고정할 수 없게 된다.
또한 상기와 같이 유동방지부(120)가 일정한 거리로 떨어져 존재하는 경우, 함침된 전해액이 상기 전극조립체(100) 외부로 나가지 않으면서 내부 순환되어 상기 전극조립체(100)의 전해액 함침성이 높아진다.
상기 유동방지부(120)의 폭, 즉 유동방지부(120)가 접하는 상기 분리막(101)의 잉여부의 폭은 적어도 10mm 이상인 것이 바람직하다.
상기 폭이 10mm 미만인 경우, 상기 전극조립체(100)의 분리막(101)을 고정하기 어렵다. 또한 상기 전극조립체(100)를 전지케이스에 고정하기 어렵다.
도 4는 본원발명에 따른 전극조립체를 전지케이스에 수납한 단면도이다.
상기 전지케이스(200)는 통상적으로 내부층/금속층/외부층의 라미네이트 시트 구조로 이루어져 있다. 내부층은 전극조립체(100)와 직접적으로 접촉하므로 절연성과 내전해액성을 가져야 하고, 또 외부와의 밀폐를 위하여 실링성 즉, 내부층끼리 열 접착된 실링 부위는 우수한 열접착 강도를 가져야 한다. 이러한 내부층의 재료로는 내화학성이 우수하면서도 실링성이 좋은 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 폴리에틸렌아크릴산, 폴리부틸렌 등의 폴리올레핀계 수지, 폴리우레탄수지 및 폴리이미드수지로부터 선택될 수 있으나 이에 한정하지 않으며, 인장강도, 강성, 표면경도, 내충격 강도 등의 기계적 물성과 내화학성이 뛰어난 폴리프로필렌이 가장 바람직하다.
내부층과 접하고 있는 금속층은 외부로부터 수분이나 각종 가스가 전지 내부로 침투하는 것을 방지하는 배리어층에 해당되고, 이러한 금속층의 바람직한 재료로는 가벼우면서도 성형성이 우수한 알루미늄 막막을 사용할 수 있다.
그리고 금속층의 타측면에는 외부층이 구비되며, 이러한 외부층은 전극 조립체를 보호하면서 내열성과 내화학성을 확보할 수 있도록 인장강도, 투습방지성 및 공기투과 방지성이 우수한 내열성 폴리머를 사용할 수 있고, 일예로 나일론 또는 폴리에틸렌테레프탈레이트를 사용할 수 있으나 이에 제한하지 않는다.
상기 전지케이스(200)는 수납부를 구비하고 있는데, 상기 수납부는 상기 전지케이스(200)의 상부 및 하부 모두에 형성되어 있을 수도 있고, 상부 또는 하부 둘 중 어느 하나에만 존재할 수도 있다. 또한 상기 전지케이스(200)는 수납부 내의 물질이 외부에 배출되지 않도록 하기 위해 상기 수납부의 외측면을 밀봉한다. 이 때, 밀봉되어 형성된 밀봉부는 배터리 모듈의 에너지 밀도를 향상시키기 위해 수납부 방향으로 절곡된다. 이 때, 상기 밀봉부 중 단방향 또는 양방향으로 돌출되어 있는 전극리드(110)가 돌출되어 있는 테라스부는 상기 수납부에서 돌출되어 있는 형태로 존재한다.
도 4에서 볼 수 있듯, 본원발명에 따른 전극조립체(100)는 상기 전극리드(110) 돌출부에 전극조립체 고정부(130)를 구비할 수 있다.
상기 전극조립체 고정부(130)는 상기 전지케이스(200)의 밖으로 돌출되어 상기 전극조립체(100)의 위치를 원하는 위치로 맞추도록 할 수 있다.
상기 전극조립체 고정부(130)는 상기 전극리드(110)의 양측에 적어도 두 개 이상 구비할 수 있다. 상기 전극조립체 고정부(130)를 하나만 구비할 수 있으나, 상기 전극조립체 고정부(130)가 하나만 있는 경우, 상기 전극조립체(100)의 수평을 맞추기 어려울 수 있어, 상기 전극조립체 고정부(130)를 두 개 이상 구비하는 것이 바람직하다.
상기 전극조립체 고정부(130)는 일정한 간격으로 배치되어 있을 수 있다. 상기 전극조립체 고정부(130)는 일정한 간격으로 배치되어 상기 전극조립체(100)의 위치를 잡아주면서 상기 유동방지부(120)가 원하는 위치에 위치할 수 있도록 한다.
상기 전극조립체 고정부(130)의 폭은 최대 5mm로 상기 전극조립체(100)의 전극리드(110)를 방해하지 않으면서 상기 전극조립체(100)의 위치를 조절할 수 있도록 한다. 이를 위해 상기 전극조립체 고정부(130)는 일측은 상기 전극조립체(100)에 부착되어 있고, 타측은 상기 전지케이스(200) 외부로 돌출되어 있을 수 있다.
상기 전극조립체 고정부(130)는 상기 파우치형 이차전지의 성능에 영향을 미치지 않는 소재는 모두 사용할 수 있다. 일례로, 상기 유동방지부(120)와 동일한 소재로 이루어져 있을 수도 있다.
본원발명은 또한, 상기 파우치형 이차전지를 포함하는 전지 모듈, 전지팩 및 상기 전지팩을 포함하는 디바이스를 제공하는 바, 상기와 같은 전지 모듈, 전지팩 및 디바이스는 당업계에 공지되어 있으므로, 본 명세서에서는 그에 대한 구체적인 설명을 생략한다.
상기 디바이스는, 예를 들어, 노트북 컴퓨터, 넷북, 태블릿 PC, 휴대폰, MP3, 웨어러블 전자기기, 파워 툴(power tool), 전기자동차(Electric Vehicle, EV), 하이브리드 전기자동차(Hybrid Electric Vehicle, HEV), 플러그-인 하이브리드 전기자동차(Plug-in Hybrid Electric Vehicle, PHEV), 전기 자전거(E-bike), 전기 스쿠터(E-scooter), 전기 골프 카트(electric golf cart), 또는 전력저장용 시스템일 수 있지만, 이들만으로 한정되지 않음은 물론이다.
본원발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본원발명의 범주내에서 다양한 응용 및 변형을 수행하는 것이 가능할 것이다.
10, 100 : 전극조립체
11, 101 : 분리막
110 : 전극리드
120 : 유동방지부
130 : 전극조립체 고정부
200 : 케이스
11, 101 : 분리막
110 : 전극리드
120 : 유동방지부
130 : 전극조립체 고정부
200 : 케이스
Claims (10)
- 양극, 분리막, 음극이 적층되어 있는 전극조립체; 및
상기 전극조립체의 가장자리의 일부를 감싸는 유동방지부;
를 포함하고,
상기 유동방지부는 상기 전극조립체에서 돌출된 분리막 잉여부를 모아 부착한 파우치형 이차전지. - 제1항에 있어서,
상기 유동방지부는 양면이 접착성 있는 소재로 이루어져 있는 파우치형 이차전지. - 제2항에 있어서,
상기 유동방지부는 고온 고압에서 전지케이스와 부착되는 것을 특징으로 하는 파우치형 이차전지. - 제3항에 있어서,
상기 유동방지부는 OPS 테이프인 것을 포함하는 파우치 셀. - 제1항에 있어서,
상기 유동방지부는 상기 전극조립체의 전극리드 돌출부를 제외한 모서리에 모두 위치하는 것을 포함하는 파우치형 이차전지. - 제1항에 있어서,
상기 유동방지부는 하나의 전극조립체에 두 개 이상 구비되어 있는 파우치형 이차전지. - 제1항에 있어서,
상기 유동방지부들 사이의 간격은 최대 5mm인 파우치형 이차전지. - 제1항에 있어서,
상기 유동방지부가 접합하는 상기 분리막 잉여부의 폭은 적어도 10mm이상인 파우치형 이차전지. - 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따른 파우치형 이차전지 제조방법으로,
S1) 전극조립체의 일면에 유동방지부의 일측을 부착하는 단계;
S2) 상기 전극조립체에서 돌출된 분리막을 모아 상기 유동방지부의 타측에 부착하는 단계; 및
S3) 상기 유동방지부의 타측을 상기 전극조립체의 타면을 부착해 상기 전극조립체를 감싸는 단계;
를 포함하는 파우치형 이차전지 제조방법. - 제9항에 있어서,
S4) 상기 유동방지부를 피해 상기 전극조립체에 전해액을 주액하는 단계;를 더 포함하는 파우치형 이차전지 제조방법.
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| KR1020200089324A KR20220010792A (ko) | 2020-07-20 | 2020-07-20 | 유동방지부를 포함하는 파우치형 이차전지 및 이의 제조방법 |
Applications Claiming Priority (1)
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Publications (1)
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| KR (1) | KR20220010792A (ko) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP4415090A1 (en) * | 2023-02-08 | 2024-08-14 | Samsung SDI Co., Ltd. | Rechargeable battery |
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| KR20110114573A (ko) | 2010-02-05 | 2011-10-19 | 도요타지도샤가부시키가이샤 | 비수전해질 2차 전지용 전극체 및 비수전해질 2차 전지 |
| KR20150073647A (ko) | 2013-12-23 | 2015-07-01 | 엘지전자 주식회사 | 세그먼트형 고체 산화물 연료 전지 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination |