KR20220025347A - 이차전지용 파우치 외장재 및 이를 포함한 이차전지 - Google Patents

이차전지용 파우치 외장재 및 이를 포함한 이차전지 Download PDF

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KR20220025347A
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한수희
이종혁
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Abstract

본 발명은 내부에 전극 조립체를 수납하여 패키징하는 파우치 외장재에 있어서, 상기 파우치 외장재는 하나 이상의 금속 박막층 및 하나 이상의 수지층을 포함한 라미네이트 시트이며, 상기 금속 박막층과 수지층 사이에 개재되어 적층된 탄성 재질의 탄성층을 포함하여 파우치 외장재가 구성되고, 상기 파우치 외장재의 내부에 전극 조립체가 수납된 상태로 패키징되어 이차전지가 구성됨에 따라, 이차전지의 면압 불균일에 의한 조기 열화 현상이 방지되어, 이차전지의 성능 및 수명을 향상시킬 수 있는 이차전지용 파우치 외장재 및 이를 포함한 이차전지에 관한 것이다.

Description

이차전지용 파우치 외장재 및 이를 포함한 이차전지 {Pouch case for secondary battery and secondary battery having the same}
본 발명은 전극 조립체를 수납하여 패키징 할 수 있는 이차전지용 파우치 외장재 및 이를 포함한 이차전지에 관한 것이다.
일반적으로 리튬 이차전지는 소형 모바일 장치뿐 아니라 자동차나 전력저장장치와 같은 중대형 장치에도 널리 이용되고 있다. 이러한 리튬 이차전지는 용량 및 출력을 높이기 위해 적층이 쉽고 무게가 가벼운 파우치형 이차전지를 복수 개 연결하여 사용한다.
그리고 파우치형 이차전지와 같은 배터리 셀을 복수 개 적층시켜 배터리 모듈을 구성할 때에는, 복수의 배터리 셀을 적층한 후 적층된 배터리 셀들을 케이스의 내부에 삽입하여 케이스의 내부에 배터리 셀들이 수용되어 있는 형태로 배터리 모듈이 구성된다. 이때, 적층된 배터리 셀들은 케이스의 내부에서 적층된 방향으로 배터리 셀들이 서로 접촉되는 면에 균일한 압력(면압)이 가해지지 않아 배터리 셀들의 성능을 저하시키고 수명을 단축시키는 원인이 되기도 한다. 이에 따라 최근에는 배터리 셀의 외부 면에 탄성이 있는 패드를 부착하여, 배터리 모듈 내에 배터리 셀들이 조립되었을 때 배터리 셀들에 균일한 면압을 가할 수 있도록 배터리 셀을 구성하고 있다.
그런데 배터리 모듈의 제조 시 배터리 셀에 패드를 부착하지 않은 경우에는 배터리 모듈의 사용, 예를 들어 충방전 시, 배터리 셀들에 불균일한 압력 분포로 인해, 배터리 셀 내부에 리튬 석출 등으로 인해 수명 및 성능 저하가 발생한다. 이를 해결하기 위해 배터리 셀의 표면에 탄성을 가지는 별도의 패드를 부착할 경우 재료비 상승 및 추가적인 공정에 의한 제조 원가가 상승되며, 배터리 셀에 부착되는 패드의 위치가 어긋나 복수의 배터리 셀들을 적층 및 케이스의 내부에 삽입하여 조립하였을 때 배터리 셀들에 균일한 면압이 가해지지 않는 등의 문제가 발생할 수 있다.
미국특허공보 US 9,911,949 B2 (2018.03.06.)
본 발명은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 파우치 외장재를 구성하는 적층된 시트들 사이에 탄성층을 일체로 형성하여, 탄성층의 위치 산포에 따른 이차전지의 성능 및 수명 저하를 방지할 수 있는 이차전지용 파우치 외장재 및 이를 포함한 이차전지를 제공하는 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 이차전지용 파우치 외장재는, 내부에 전극 조립체를 수납하여 패키징하는 파우치 외장재에 있어서, 상기 파우치 외장재는, 하나 이상의 금속 박막층 및 하나 이상의 수지층을 포함한 라미네이트 시트이며, 상기 금속 박막층과 수지층 사이에 개재되어 적층된 탄성 재질의 탄성층을 포함할 수 있다.
또한, 상기 수지층은 열융착이 가능한 재질일 수 있다.
또한, 상기 탄성층에는 열전도성 물질이 포함될 수 있다.
그리고 본 발명에 따른 이차전지용 파우치 외장재는, 내부에 전극 조립체를 수납하여 패키징하는 파우치 외장재에 있어서, 금속 박막층; 상기 금속 박막층의 일측에 적층되며, 외측 표면을 형성하는 외부 수지층; 상기 금속 박막층의 타측에 적층되며, 내측 표면을 형성하는 내부 수지층; 및 상기 외부 수지층과 금속 박막층 사이 및 상기 금속 박막층과 내부 수지층 사이 중 어느 하나 이상에 개재되어 적층된 탄성 재질의 탄성층; 을 포함할 수 있다.
또한, 상기 내부 수지층은 열융착이 가능한 재질일 수 있다.
또한, 상기 탄성층에는 열전도성 물질이 포함될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 이차전지용 파우치 외장재는, 내부에 전극 조립체를 수납하여 패키징하는 파우치 외장재에 있어서, 금속 박막층; 상기 금속 박막의 일측에 적층된 제1외부 수지층; 상기 제1외부 수지층의 일측에 적층되며, 외측 표면을 형성하는 제2외부 수지층; 상기 금속 박막의 타측에 적층된 제1내부 수지층; 상기 제1내부 수지층의 타측에 적층되며, 내측 표면을 형성하는 제2내부 수지층; 및 상기 제2외부 수지층과 제1외부 수지층 사이, 상기 제1외부 수지층과 금속 박막층 사이, 상기 금속 박막층과 제1내부 수지층 사이 중 어느 하나 이상에 개재되어 적층된 탄성 재질의 탄성층; 을 포함할 수 있다.
또한, 상기 제2내부 수지층은 열융착이 가능한 재질일 수 있다.
또한, 상기 탄성층에는 열전도성 물질이 포함될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 이차전지는 상기 이차전지용 파우치 외장재; 및 상기 파우치 외장재의 내부에 수납되어 패키징된 전극 조립체; 를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 이차전지용 파우치 외장재 및 이를 포함한 이차전지는, 이차전지의 면압 불균일에 의한 조기 열화 현상을 방지하여, 이차전지의 성능 및 수명이 향상되는 효과가 있다.
도 1 내지 도 5는 본 발명에 따른 이차전지용 파우치 외장재의 실시예들을 나타낸 부분 단면도이다.
도 6 내지 도 8은 본 발명에 따른 이차전지용 파우치 외장재를 포함한 이차전지의 실시예들을 나타낸 단면도이다.
도 9 내지 도 11은 본 발명에 따른 다른 형태의 이차전지를 나타낸 분해사시도, 조립사시도 및 단면도이다.
본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면에 의하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 이하의 상세한 설명은 예시적인 것에 지나지 않으며, 본 발명의 바람직한 실시예를 도시한 것에 불과하다.
<파우치 외장재>
도 1 내지 도 5는 본 발명에 따른 이차전지용 파우치 외장재의 실시예들을 나타낸 부분 단면도이다.
우선, 본 발명에 따른 이차전지용 파우치 외장재는 내부에 전극 조립체가 수납된 상태에서 파우치 외장재를 밀봉하여 패키징하는데 사용할 수 있으며, 이차전지용 파우치 외장재는 크게 금속 박막층, 수지층 및 탄성층으로 구성될 수 있다. 여기에서 금속 박막층은 하나 이상으로 구성될 수 있고, 수지층도 하나 이상으로 구성될 수 있으며, 파우치 외장재는 금속 박막층과 수지층 사이에 탄성층이 개재되어 적층된 형태의 라미네이트 시트가 될 수 있다. 그리고 각각의 층들은 적층되어 서로 마주보는 면들끼리 접착 또는 접합되어 일체로 형성될 수 있다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 이차전지용 파우치 외장재는 금속 박막층(100), 외부 수지층(120), 내부 수지층(130) 및 탄성층(140)을 포함하여 구성될 수 있으며, 탄성층(140)은 상기 외부 수지층(120)과 금속 박막층(110) 사이 또는 금속 박막층(110)과 내부 수지층(130) 사이에 개재되어 적층될 수 있다. 여기에서 도시되지는 않았으나 탄성층(140)은 상기 외부 수지층(120)과 금속 박막층(110) 사이 및 금속 박막층(110)과 내부 수지층(130) 사이에 모두 구비될 수도 있다. 그리고 금속 박막층(110)은 일례로 알루미늄 또는 알루미늄 합금 재질로 형성될 수 있고, 외부 수지층(120)은 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 및 나일론계 수지 등이 될 수 있으며, 내부 수지층(130)은 열융착이 가능한 폴리프로필렌(PP)이 될 수 있다. 또한, 탄성층(140)은 외력을 가하면 변형되었다가 외력이 제거되면 원래의 형태로 복원될 수 있는 탄성을 갖는 탄성 재질로 형성될 수 있으며, 일례로 SBR, BR, HBR, CR, EPM 등의 고무 재질이거나 니트릴 고무, 불소 고무, 실리콘 고무 등이 될 수 있다. 그리고 탄성층(140)은 탄성 물질이 포함된 재질로 형성될 수도 있다. 또한, 탄성층(140)에는 열전도성 물질이 포함되어, 탄성층(140)은 탄성 재질이면서 열전도성 재질이 되어 열융착에 이용되는 내부 수지층(130)으로의 열전도가 용이하도록 할 수 있다. 또한, 금속 박막층(110)은 두께가 얇은 판 형태로 형성될 수 있고, 외부 수지층(120)과 내부 수지층(130)은 각각 두께가 얇은 필름 형태일 수 있으며, 탄성층(140)은 약 0.1mm 내지 5.0mm 두께의 시트 형태일 수 있다.
도 3 내지 도 5를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차전지용 파우치 외장재는 금속 박막층(100), 제1외부 수지층(121), 제2외부 수지층(122), 제1내부 수지층(131), 제2내부 수지층(132) 및 탄성층(140)을 포함하여 구성될 수 있다. 그리고 탄성층(140)은 제2외부 수지층(122)과 제1외부 수지층(121) 사이, 제1외부 수지층(121)과 금속 박막층(110) 사이, 금속 박막층(110)과 제1내부 수지층(131) 사이 중 어느 하나 이상에 개재되어 적층될 수 있다. 여기에서 도시되지는 않았으나 탄성층(140)은 상기한 위치 중 두 군데 이상의 위치에 구비될 수도 있다. 그리고 금속 박막층(110)은 일례로 알루미늄 또는 알루미늄 합금 재질 등으로 형성될 수 있고, 제1외부 수지층(121)은 나일론계 수지로 형성될 수 있으며, 제2외부 수지층(122)은 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)로 형성될 수 있다. 또한, 제1내부 수지층(131)은 폴리프탈아마이드(PPA)로 형성될 수 있으며, 제2내부 수지층(132)은 열융착이 가능한 폴리프로필렌(PP)이 될 수 있다. 또한, 탄성층(140)은 상기한 일실시예와 같은 재질로 형성될 수 있다. 또한, 금속 박막층(110)은 두께가 얇은 판 형태로 형성될 수 있고, 제1외부 수지층(121), 제2외부 수지층(122), 제1내부 수지층(131), 제2내부 수지층(132)은 각각 두께가 얇은 필름 형태일 수 있으며, 탄성층(140)은 약 0.1mm 내지 5.0mm 두께의 시트 형태일 수 있다.
<이차전지>
도 6 내지 도 8은 본 발명에 따른 이차전지용 파우치 외장재를 포함한 이차전지의 실시예들을 나타낸 단면도이다.
도시된 바와 같이 본 발명의 일실시예에 따른 이차전지는 상기한 이차전지용 파우치 외장재(100) 및 전극 조립체(200)를 포함하여 구성될 수 있다. 파우치 외장재(100)는 전극 조립체(200)가 내부에 수납되어 밀봉될 수 있도록 수납부가 형성될 수 있으며, 일례로 전극 조립체(200)가 수납될 수 있는 주머니 형태 등 다양한 형태로 형성될 수 있다. 이때, 이차전지용 파우치 외장재(100)는 먼저 평평한 형태의 라미네이트 시트로 형성된 상태에서, 이를 접은 후 일측만 내부와 외부가 연통되도록 개방된 상태로 두고 나머지 부분은 접착 또는 융착 등으로 밀봉하여 주머니 형태의 파우치 외장재(100)로 형성될 수 있다. 그리고 주머니 형태의 파우치 외장재(100) 내부에 전극 조립체(200)를 삽입한 후 파우치 외장재(100)의 개방된 일측을 밀봉하여, 전극 조립체(200)가 파우치 외장재(100)의 내부에 수납되어 패키징된 상태가 될 수 있다. 이때, 전극 조립체(200)의 전극 탭(210)은 파우치 외장재(100)의 외부로 인출된 상태로 형성될 수 있다. 이외에도 이차전지는 다양한 형태로 형성될 수 있다. 여기에서 파우치 외장재(100)는 전극 조립체(200)가 수납되는 내부 쪽에 제2내부 수지층(132)이 위치하고 외부 쪽에 제2외부 수지층(122)이 위치하도록 형성될 수 있다. 즉, 전극 조립체(200)가 수납되는 파우치 외장재(100)의 내부 면이 제2내부 수지층(132)이 되도록 하고 파우치 외장재(100)의 외부 면이 제2외부 수지층(122)이 되도록 형성될 수 있다. 또한, 파우치 외장재(100)의 내부에 전극 조립체(200)를 수납한 다음 파우치 외장재(100)의 내부에 전해액을 주입한 후 파우치 외장재(100)가 밀봉되어, 파우치 외장재(100)의 내부에는 전극 조립체(200) 및 전해액이 구비될 수 있다.
그리하여 본 발명의 이차전지는 파우치 외장재의 내부에 구비된 전극 조립체의 표면이 균일하지 않거나 굴곡이 있는 경우에도, 파우치 외장재 자체에 구비된 탄성층에 의해 전극 조립체에 균일한 면압이 가해질 수 있어 이차전지의 조기 열화 현상이 방지되며, 이에 따라 이차전지의 성능 및 수명이 향상될 수 있다. 그리고 이차전지에 별도의 탄성 패드 등을 부착하지 않아도 되므로, 탄성 패드의 위치가 어긋나 균일한 면압이 가해지지 않는 등의 문제가 발생하지 않을 수 있다. 또한, 복수의 이차전지를 이용해 배터리 모듈 또는 배터리 팩을 제조 할 때 이차전지들에 균일한 면압이 가해지므로, 충방전 시 이차전지들에 균일한 압력 분포로 인해 성능 및 수명이 향상될 수 있다.
또한, 본 발명의 이차전지는 파우치 외장재(100)의 밀봉을 위한 실링부(101)가 열융착에 의해 접합될 수 있으며, 탄성층(140)이 탄성 재질이면서 동시에 열전도성 재질로 형성되어 제2내부 수지층(132)로의 열전달이 용이하게 이루어져 열융착이 용이할 수 있다.
도 9 내지 도 11은 본 발명에 따른 다른 형태의 파우치 외장재를 포함한 이차전지를 나타낸 분해사시도, 조립사시도 및 단면도이다.
도시된 바와 같이 본 발명의 이차전지용 파우치 외장재(100)는 케이스(100a) 및 커버(100b)로 구성될 수 있으며, 케이스(100a)에는 전극 조립체(200)가 수납될 수 있도록 오목한 형태의 수납부(102)가 형성될 수 있다. 그리고 케이스(100a)의 수납부(102)의 상단에서 바깥쪽 방향으로 실링부(101)가 연장된 형태로 형성될 수 있다. 이때, 수납부(102)는 일례로 평평한 형태의 라미네이트 시트를 소성 성형하여 오목한 형태로 형성될 수 있다. 또한, 케이스(100a)의 실링부(101) 일단에는 커버(100b)가 일체로 연장된 형태로 형성될 수 있다. 그리하여 케이스(100a)의 수납부(102)에 전극 조립체(200)를 수납한 다음 커버(100b)를 덮은 후 실링부(101)를 융착 등으로 밀봉하여 본 발명의 이차전지가 패키징될 수 있다. 이때, 전극 조립체(200)의 전극 탭(210)들은 파우치 외장재(100)의 외부로 인출된 상태로 형성될 수 있다. 여기에서도 파우치 외장재(100)는 전극 조립체(200)가 수납되는 수납부(102)쪽에 제2내부 수지층(132)이 위치하고 외부 쪽에 제2외부 수지층(122)이 위치하도록 형성될 수 있다. 즉, 전극 조립체(200)가 수납되는 파우치 외장재(100)의 내부 면이 제2내부 수지층(132)이 되도록 하고 파우치 외장재(100)의 외부 면이 제2외부 수지층(122)이 되도록 형성될 수 있다. 또한, 파우치 외장재(100)의 내부에 전극 조립체(200)를 수납한 다음 파우치 외장재(100)의 내부에 전해액을 주입한 후 파우치 외장재(100)가 밀봉되어, 파우치 외장재(100)의 내부에는 전극 조립체(200) 및 전해액이 구비될 수 있다.
이상에서는, 본 발명의 원리를 예시하기 위한 바람직한 실시예를 기초로 본 발명을 설명하고 도시하였지만, 본 발명은 그와 같이 도시되고 설명된 그대로의 구성 및 작용으로 한정되는 것이 아니다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 기술자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서도 본 발명이 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 후술하는 청구범위에 의하여 나타내어지며, 청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100 : 파우치 외장재
101 : 실링부 102 : 수납부
100a : 케이스 100b : 커버
110 : 금속 박막층
120 : 외부 수지층
121 : 제1외부 수지층 122 : 제2외부 수지층
130 : 내부 수지층
131 : 제1내부 수지층 132 : 제2내부 수지층
140 : 탄성층
200 : 전극 조립체 210 : 전극 탭

Claims (10)

  1. 내부에 전극 조립체를 수납하여 패키징하는 파우치 외장재에 있어서,
    상기 파우치 외장재는,
    하나 이상의 금속 박막층 및 하나 이상의 수지층을 포함한 라미네이트 시트이며,
    상기 금속 박막층과 수지층 사이에 개재되어 적층된 탄성 재질의 탄성층을 포함하는 이차전지용 파우치 외장재.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 수지층은 열융착이 가능한 재질인 이차전지용 파우치 외장재.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 탄성층에는 열전도성 물질이 포함된 이차전지용 파우치 외장재.
  4. 내부에 전극 조립체를 수납하여 패키징하는 파우치 외장재에 있어서,
    금속 박막층;
    상기 금속 박막층의 일측에 적층되며, 외측 표면을 형성하는 외부 수지층;
    상기 금속 박막층의 타측에 적층되며, 내측 표면을 형성하는 내부 수지층; 및
    상기 외부 수지층과 금속 박막층 사이 및 상기 금속 박막층과 내부 수지층 사이 중 어느 하나 이상에 개재되어 적층된 탄성 재질의 탄성층;
    을 포함하는 이차전지용 파우치 외장재.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 내부 수지층은 열융착이 가능한 재질인 이차전지용 파우치 외장재.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 탄성층에는 열전도성 물질이 포함된 이차전지용 파우치 외장재.
  7. 내부에 전극 조립체를 수납하여 패키징하는 파우치 외장재에 있어서,
    금속 박막층;
    상기 금속 박막의 일측에 적층된 제1외부 수지층;
    상기 제1외부 수지층의 일측에 적층되며, 외측 표면을 형성하는 제2외부 수지층;
    상기 금속 박막의 타측에 적층된 제1내부 수지층;
    상기 제1내부 수지층의 타측에 적층되며, 내측 표면을 형성하는 제2내부 수지층; 및
    상기 제2외부 수지층과 제1외부 수지층 사이, 상기 제1외부 수지층과 금속 박막층 사이, 상기 금속 박막층과 제1내부 수지층 사이 중 어느 하나 이상에 개재되어 적층된 탄성 재질의 탄성층;
    을 포함하는 이차전지용 파우치 외장재.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제2내부 수지층은 열융착이 가능한 재질인 이차전지용 파우치 외장재.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 탄성층에는 열전도성 물질이 포함된 이차전지용 파우치 외장재.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항의 이차전지용 파우치 외장재; 및
    상기 파우치 외장재의 내부에 수납되어 패키징된 전극 조립체;
    를 포함하는 이차전지.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US9911949B2 (en) 2013-03-22 2018-03-06 Lg Chem, Ltd. Secondary battery having pouch type exterior member with downwardly folded sealing part

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