KR20220081313A - 이차전지 및 이를 포함하는 전지 모듈 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지는, 전극시트들과 상기 전극시트들 사이에 위치한 분리막을 포함하는 전극 조립체; 상기 전극 조립체가 수납되는 파우치형의 전지 케이스; 상기 전극 조립체와 연결되고 상기 전지 케이스의 외측으로 돌출되는 전극리드; 및 상기 전극리드를 감싸고, 상기 전극리드와 상기 전지 케이스 사이에 개재되는 리드 필름을 포함한다. 상기 리드 필름은, 상기 전극리드를 감싸는 외층 및 상기 외층 내부에 위치한 내층을 포함하고, 상기 내층은 상기 외층보다 통기도가 높은 소재를 포함한다.
Description
본 발명은 이차전지 및 이를 포함하는 전지 모듈에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 내부에서 발생한 가스의 배출이 가능한 이차전지 및 이를 포함하는 전지 모듈에 관한 것이다.
최근, 화석연료의 고갈에 의한 에너지원의 가격 상승, 환경 오염의 관심이 증폭되며, 친환경 대체 에너지원에 대한 요구가 미래생활을 위한 필수 불가결한 요인이 되고 있다. 이에 원자력, 태양광, 풍력, 조력 등 다양한 전력 생산기술들에 대한 연구가 지속되고 있으며, 이렇게 생산된 에너지를 더욱 효율적으로 사용하기 위한 전력 저장장치 또한 지대한 관심이 이어지고 있다.
특히, 모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서의 전지의 수요가 급격히 증가하고 있고, 그에 따라 다양한 요구에 부응할 수 있는 전지에 대한 많은 연구가 행해지고 있다.
대표적으로 높은 에너지 밀도, 방전 전압, 출력 안정성 등의 장점을 가진 리튬이온 전지, 리튬이온 폴리머 전지 등과 같은 리튬 이차전지에 대한 수요가 높다.
이차전지는 양극, 음극, 및 양극과 음극 사이에 개재되는 분리막이 적층된 구조의 전극 조립체가 어떠한 구조로 이루어져 있는지에 따라 분류되기도 한다. 대표적으로는, 긴 시트형의 양극들과 음극들을 분리막이 개재된 상태에서 권취한 구조의 젤리롤형 전극 조립체, 소정 크기의 단위로 절취한 다수의 양극과 음극들을 분리막을 개재한 상태로 순차적으로 적층한 스택형 전극 조립체 등을 들 수 있다. 최근에는 상기 젤리롤형 전극 조립체 및 스택형 전극 조립체가 갖는 문제점을 해결하기 위해, 상기 젤리롤형과 스택형의 혼합 형태로서, 소정 단위의 양극과 음극들을 분리막을 개재한 상태로 적층한 단위 셀들을 분리필름 상에 위치시킨 상태에서 순차적으로 권취한 구조의 스택/폴딩형 전극 조립체가 개발되었다.
또한, 이차전지는 케이스의 형상에 따라, 전극 조립체가 원통형의 케이스에 내장된 원통형 이차전지, 전극 조립체가 각형의 케이스에 내장된 각형 이차전지 및 전극 조립체가 라미네이트 시트의 파우치형 케이스에 내장되어 있는 파우치형 이차전지로 분류될 수 있다.
이차전지의 에너지 밀도가 증가함에 따라, 이차전지 내부에서 발생하는 가스의 양이 증대되고 있다. 특히, 파우치형 이차전지의 경우, 발생된 가스로 인해 내부 압력이 증가하여 파우치형 케이스의 용착 강도 한계치를 넘는 경우, 이차전지의 밀봉이 해제되면서 내부의 가스가 배출될 수 있다. 이 경우, 이차전지의 수명이 현격하게 줄어들기 때문에 해결책이 필요하다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 내부에서 발생하는 가스를 효과적으로 배출할 수 있는 이차전지 및 이를 포함하는 전지 모듈을 제공하는 것이다.
그러나, 본 발명의 실시예들이 해결하고자 하는 과제는 상술한 과제에 한정되지 않고 본 발명에 포함된 기술적 사상의 범위에서 다양하게 확장될 수 있다.
상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 일 측면에 따르면, 하기 구현예들의 이차전지가 제공된다.
제1 구현예는, 전극시트들과 상기 전극시트들 사이에 위치한 분리막을 포함하는 전극 조립체; 상기 전극 조립체가 수납되는 파우치형의 전지 케이스; 상기 전극 조립체와 연결되고 상기 전지 케이스의 외측으로 돌출되는 전극리드; 및 상기 전극리드를 감싸고, 상기 전극리드와 상기 전지 케이스 사이에 개재되는 리드 필름을 포함하고, 상기 리드 필름은, 상기 전극리드를 감싸는 외층 및 상기 외층 내부에 위치한 내층을 포함하고, 상기 내층은 상기 외층보다 통기도가 높은 소재를 포함하는 이차전지에 관한 것이다.
제2 구현예는, 제1 구현예에 있어서,
상기 내층의 외면과 상기 외층의 내면은 서로 접착된 형태일 수 있다.
제3 구현예는, 제1 구현예 또는 제2 구현예에 있어서,
상기 전지 케이스의 외측에서, 상기 내층의 일 단부가 외부로 노출될 수 있고, 상기 전지 케이스의 내부에서, 상기 내층의 타 단부가 상기 외층에 의해 감싸질 수 있다.
제4 구현예는, 제1 구현예 또는 제2 구현예에 있어서,
상기 전지 케이스의 외측에서, 상기 내층의 일 단부가 외부로 노출될 수 있고, 상기 전지 케이스의 내부에서, 상기 내층의 타 단부가 상기 전지 케이스의 내부의 공간에 노출될 수 있다.
제5 구현예는, 제1 구현예 또는 제2 구현예에 있어서,
상기 전지 케이스의 외측에서, 상기 내층의 일 단부가 상기 외층에 의해 감싸질 수 있고, 상기 전지 케이스의 내부에서, 상기 내층의 타 단부가 상기 전지 케이스의 내부의 공간에 노출될 수 있다.
제6 구현예는, 제1 구현예 또는 제2 구현예에 있어서,
상기 전지 케이스의 외측에서, 상기 내층의 일 단부가 상기 외층에 의해 감싸질 수 있고, 상기 전지 케이스의 내부에서, 상기 내층의 타 단부가 상기 외층에 의해 감싸질 수 있다.
제7 구현예는, 제5 구현예 또는 제6 구현예에 있어서,
상기 전지 케이스의 외측에서, 상기 내층의 일 단부를 감싸는 외층의 리드 필름의 전극리드 연장 방향의 폭은 2 mm 이상일 수 있다.
제8 구현예는, 제1 구현예 내지 제7 구현예 중 어느 한 구현예에 있어서,
상기 내층과 상기 전지 케이스 사이의 외층의 두께가 100 내지 300 ㎛일 수 있다.
제9 구현예는, 제1 구현예 내지 제8 구현예 중 어느 한 구현예에 있어서,
상기 내층의 두께가 50 내지 150 ㎛일 수 있다.
제10 구현예는, 제1 구현예 내지 제9 구현예 중 어느 한 구현예에 있어서,
상기 외층의 가스 투과도(permeability)가 60℃에서 4 내지 40 barrer일 수 있다.
제11 구현예는, 제1 구현예 내지 제10 구현예 중 어느 한 구현예에 있어서,
상기 외층의 수분 침투량이 25℃, 50 %RH에서 10년간 0.02 내지 0.2 g일 수 있다.
제12 구현예는, 제1 구현예 내지 제11 구현예 중 어느 한 구현예에 있어서,
상기 내층의 가스 투과도(permeability)가 1.6 e5 내지 1.6 e7 barrer일 수 있다.
제13 구현예는, 제1 구현예 내지 제12 구현예 중 어느 한 구현예에 있어서,
상기 외층은 폴리올레핀(Polyolefin)계 수지를 포함할 수 있다. 상기 폴리올레핀계 수지는, 폴리프로필렌(Polypropylene), 폴리에틸렌(Polyethylene) 및 폴리비닐디플로라이드(Polyvinyldifluoride, PVDF)으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 소재를 포함할 수 있다.
제14 구현예는, 제1 구현예 내지 제13 구현예 중 어느 한 구현예에 있어서,
상기 내층은, 폴리올레핀(Polyolefin)계 수지, 불소계 수지, 천연 소재, 유리 섬유(glass fiber), 세라믹 섬유(ceramic fiber) 및 금속 섬유(metal fiber)으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 소재를 포함할 수 있다.
제15 구현예는, 제14 구현예에 있어서,
상기 폴리올레핀계 수지는, 폴리프로필렌(Polypropylene), 폴리에틸렌(Polyethylene) 및 폴리비닐디플로라이드(Polyvinyldifluoride, PVDF)으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 소재를 포함할 수 있다. 상기 불소계 수지는, 폴리테트라플루오로에틸렌(Polytetrafluoroethylene) 및 폴리비닐리덴 플로라이드(Polyvinylidene fluoride)으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 소재를 포함할 수 있다. 상기 천연 소재는 cotton 및 wool으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 소재를 포함할 수 있다.
제16 구현예는, 제1 구현예 내지 제15 구현예 중 어느 한 구현예에 있어서,
상기 내층과 상기 전극리드의 일면 사이에 상기 외층의 일부분이 위치하는 형태일 수 있다.
제17 구현예는, 제1 구현예 내지 제16 구현예 중 어느 한 구현예에 있어서,
상기 전지 케이스는, 상부 케이스 및 하부 케이스를 포함할 수 있다. 상기 상부 케이스의 상부 실링부와 상기 하부 케이스의 하부 실링부가 서로 접합될 수 있다. 상기 리드 필름은 상기 상부 실링부와 상기 하부 실링부 사이에 위치할 수 있다.
제18 구현예는, 제17 구현예에 있어서,
상기 전극리드의 돌출 방향에 대해, 상기 리드 필름이 상기 상부 실링부 및 상기 하부 실링부보다 길게 형성되어, 상기 전지 케이스의 내부와 외측 각각에서 상기 리드 필름이 노출될 수 있다.
제19 구현예는, 제18 구현예에 있어서,
상기 리드 필름이 상기 전지 케이스의 외측에서 노출되는 면적이 상기 리드 필름이 상기 전지 케이스의 내측에서 노출되는 면적과 동일할 수 있다.
제20 구현예는, 제18 구현예에 있어서,
상기 리드 필름이 상기 전지 케이스의 외측에서 노출되는 면적이 상기 리드 필름이 상기 전지 케이스의 내측에서 노출되는 면적보다 클 수 있다.
제21 구현예는, 제17 구현예 내지 제20 구현예 중 어느 한 구현예에 있어서,
상기 외층은, 상기 상부 실링부와 상기 전극리드 사이에 위치한 상부 외층 및 상기 하부 실링부와 상기 전극리드 사이에 위치한 하부 외층을 포함할 수 있다.
제22 구현예는, 제21 구현예에 있어서,
상기 내층은, 상기 상부 외층에 의해 감싸진 상부 내층 및 상기 하부 외층에 의해 감싸진 하부 내층을 포함할 수 있다.
제23 구현예는, 제22 구현예에 있어서,
상기 상부 외층은, 제1 상부 외층 및 제2 상부 외층을 포함할 수 있고, 상기 상부 내층은, 상기 제1 상부 외층 및 상기 제2 상부 외층 사이에 위치할 수 있다.
제24 구현예는, 제22 구현예 또는 제23 구현예에 있어서,
상기 하부 외층은, 제1 하부 외층 및 제2 하부 외층을 포함할 수 있고, 상기 하부 내층은, 상기 제1 하부 외층 및 상기 제2 하부 외층 사이에 위치할 수 있다.
제25 구현예는, 제1 구현예 내지 제24 구현예 중 어느 한 구현예에 있어서,
상기 내층은, 상기 전극리드의 일면에 접촉되는 형태일 수 있다.
상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 일 측면에 따르면, 하기 구현예의 전지 모듈이 제공된다.
제26 구현예는,
제1 구현예에 따른 이차전지를 포함하는 전지 모듈에 관한 것이다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 높은 통기성을 갖는 리드 필름을 전극리드 인근에 마련함으로써, 이차전지의 내부에서 발생하는 가스를 효과적으로 배출할 수 있다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지에 대한 분해 사시도이다.
도 2는 도 1의 이차전지가 밀봉된 모습을 나타낸 사시도이다.
도 3은 도 2의 절단선 A-A'를 따라 자른 단면도이다.
도 4는 도 3의 “C”부분을 확대하여 나타낸 부분 단면도이다.
도 5는 도 2의 절단선 B-B'를 따라 자른 단면도이다.
도 6은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 이차전지에 대한 단면도이다.
도 7은 도 6의 “D”부분을 확대하여 나타낸 부분 단면도이다.
도 8은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 이차전지에 대한 단면도이다.
도 9는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 이차전지에 대한 단면도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 리드 필름의 구체적 구성을 설명하기 위한 개략도이다.
도 11은 본 발명의 비교예에 따른 리드 필름의 형태를 나타낸 부분 단면도이다.
도 12와 도 13은 각각 본 발명의 다른 실시예들에 따른 리드 필름의 형태를 나타낸 부분 단면도이다.
도 2는 도 1의 이차전지가 밀봉된 모습을 나타낸 사시도이다.
도 3은 도 2의 절단선 A-A'를 따라 자른 단면도이다.
도 4는 도 3의 “C”부분을 확대하여 나타낸 부분 단면도이다.
도 5는 도 2의 절단선 B-B'를 따라 자른 단면도이다.
도 6은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 이차전지에 대한 단면도이다.
도 7은 도 6의 “D”부분을 확대하여 나타낸 부분 단면도이다.
도 8은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 이차전지에 대한 단면도이다.
도 9는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 이차전지에 대한 단면도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 리드 필름의 구체적 구성을 설명하기 위한 개략도이다.
도 11은 본 발명의 비교예에 따른 리드 필름의 형태를 나타낸 부분 단면도이다.
도 12와 도 13은 각각 본 발명의 다른 실시예들에 따른 리드 필름의 형태를 나타낸 부분 단면도이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 여러 실시예들에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예들에 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, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타냈기 때문에, 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다. 도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 그리고 도면에서, 설명의 편의를 위해, 일부 층 및 영역의 두께를 과장되게 나타내었다.
또한, 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 또는 “상에” 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다. 또한, 기준이 되는 부분 "위에" 또는 “상에” 있다고 하는 것은 기준이 되는 부분의 위 또는 아래에 위치하는 것이고, 반드시 중력 반대 방향을 향하여 “위에” 또는 “상에” 위치하는 것을 의미하는 것은 아니다.
또한, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
또한, 명세서 전체에서, "평면상"이라 할 때, 이는 대상 부분을 위에서 보았을 때를 의미하며, "단면상"이라 할 때, 이는 대상 부분을 수직으로 자른 단면을 옆에서 보았을 때를 의미한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지에 대한 분해 사시도이다. 도 2는 도 1의 이차전지가 밀봉된 모습을 나타낸 사시도이다. 도 3은 도 2의 절단선 A-A'를 따라 자른 단면도이다.
도 1 내지 도 3을 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지(100)는, 전극시트(210, 220)들과 전극시트(210, 220)들 사이에 위치한 분리막(230)을 포함하는 전극 조립체(200); 전극 조립체(200)가 수납되는 파우치형의 전지 케이스(300); 전극 조립체(200)와 연결되고 전지 케이스의 외측으로 돌출되는 전극리드(400, 500); 및 전극리드(400, 500)를 감싸고, 상기 전극리드(400, 500)과 상기 전지 케이스(300) 사이에 개재되는 리드 필름(600)을 포함한다.
우선, 전극 조립체(200)는, 전극탭(210t)이 형성된 전극시트(210, 220)들 및 전극시트(210, 220)들 사이에 위치한 분리막(230)을 포함한다. 특히, 본 실시예에 따른 전극 조립체(200)는, 스택형 전극 조립체, 젤리롤형 전극 조립체 또는 스택/폴딩형 전극 조립체일 수 있다. 도 3에는 일례로 스택형 전극 조립체가 도시되어 있다. 구체적으로, 스택형 전극 조립체는, 다수의 전극시트(210, 220)들이 분리막(230)을 사이에 두고 적층된 구조일 수 있다.
각 전극시트(210, 220)는 전극 집전체 상에 전극 활물질이 도포되어 형성될 수 있으며, 상기 전극 집전체의 일부가 돌출되어 전극탭(210t)이 마련될 수 있다. 전극시트(210, 220)는 양극시트와 음극 시트로 구분될 수 있으며, 양극시트와 음극시트 사이에 분리막(230)이 개재될 수 있다. 일례로, 어느 한 전극시트(210)가 양극시트일 수 있으며, 그로부터 돌출된 전극탭(210t)은 양극탭일 수 있다. 다른 전극시트(220)는 음극시트일 수 있고, 그로부터 돌출된 전극탭(미도시)은 음극탭일 수 있다.
또한, 본 실시예에 따른 전극탭은 전극리드와 연결될 수 있다. 일례로, 어느 한 극성의 전극탭(210t)들이 어느 하나의 전극리드(400)에 접합될 수 있고, 다른 극성의 전극탭(미도시)들이 다른 전극리드(500)에 접합될 수 있다. 이러한 전극리드(400, 500)는 전지 케이스(300)의 양 단부로부터 돌출될 수 있다. 도 1 및 도 2에는 2개의 전극리드(400, 500)가 서로 대향하는 방향으로 돌출되는 것으로 나타나 있으나, 돌출되는 방향에 특별한 제한은 없다. 즉, 이차전지(100)의 일측으로부터 서로 같은 방향으로 2개의 전극리드(400, 500)가 돌출되는 구조도 가능하다. 2개의 전극리드(400, 500) 중 하나는 양극리드일 수 있고, 다른 하나는 음극리드일 수 있다. 일례로, 도 3에 도시된 전극탭(210t)이 양극탭이라면, 그와 연결된 전극리드(400)는 양극리드이다.
한편, 본 실시예에 따른 전지 케이스(300)는 파우치형 케이스이다. 이러한 전지 케이스(300)는, 서로 접합되는 상부 케이스(310) 및 하부 케이스(320)를 포함할 수 있다. 구체적으로 도시하지 않았으나, 상부 케이스(310)와 하부 케이스(320)를 포함하는 전지 케이스(300)는 수지층과 금속층을 포함하는 라미네이트 시트일 수 있다. 구체적으로, 상부 케이스(310)와 하부 케이스(320) 각각은 밀봉을 위한 내측 수지층, 물질의 관통을 방지하는 금속층 및 가장 바깥쪽의 외측 수지층을 포함할 수 있다.
상기 외측 수지층은 외부로부터 파우치형 이차전지(100)를 보호하기 위해 두께 대비 우수한 인장강도와 내후성을 갖고 전기적 절연성을 띌 수 있다. 이러한 외측 수지층은 폴리에틸렌테레프탈레이트(PolyEthylene Terephthalate, PET) 수지 또는 나일론(nylon) 수지를 포함할 수 있다. 상기 금속층은 공기, 습기 등이 파우치형 이차전지(100) 내부로 유입되는 것을 방지할 수 있다. 이러한 금속층은 알루미늄(Al)을 포함할 수 있다. 상기 내측 수지층은, 전극 조립체(200)를 내장한 상태에서, 인가된 열과 압력에 의해 서로 접합될 수 있다. 이러한 내측 수지층은 무연신 폴리프로필렌(Casted PolyPropylene, CPP) 또는 폴리프로필렌(PolyPropylene, PP)를 포함할 수 있다.
상부 케이스(310)와 하부 케이스(320) 각각에 전극 조립체(200)가 안착될 수 있는 오목한 형상의 수납부(310R, 320R)가 형성될 수 있고, 전극 조립체(200)가 이러한 수납부(310R, 320R)에 수납될 수 있다. 수납부(310R, 320R)를 형성하는 방법에 특별한 제한은 없으며, 가압하는 펀치를 이용한 딥 드로잉 방식이 적용될 수 있다.
상부 케이스(310)와 하부 케이스(320) 각각의 수납부(310R, 320R)의 바깥둘레를 따라 실링부(310S, 320S)가 마련될 수 있다. 상부 케이스(310)의 상부 실링부(310S)와 하부 케이스(320)의 하부 실링부(320S)가 서로 접합되어, 전지 케이스(300)가 밀봉될 수 있다. 보다 구체적으로는, 상부 실링부(310S)의 내측 수지층과 하부 실링부(320S)의 내측 수지층이 서로 대면한 상태에서 열과 압력에 의해 일부가 녹아, 서로 접합될 수 있다. 즉, 본 명세서 상에서 상부 실링부(310S)와 하부 실링부(320S)간의 접합이나, 상부 실링부(310S), 하부 실링부(320S)와 후술할 리드 필름(600)간의 접합은, 열과 압력을 인가하여, 각 수지층을 접합시키는 열용착에 해당할 수 있다.
한편, 도 1에는 수납부가 형성되고, 서로 분리된 상부 케이스(310)와 하부 케이스(320)를 도시하였으나, 상부 케이스의 일변과 하부 케이스의 일변이 일체로 형성된 라미네이트 시트의 파우치 케이스도 적용 가능하고, 또 상부 케이스와 하부 케이스 중 어느 하나에만 수납부가 형성되고 다른 하나는 수납부가 형성되지 않는 판상형 구조의 파우치 케이스도 적용 가능하다.
이하에서는, 도 3 내지 도 5를 참고하여, 본 실시예에 따른 리드 필름(600)에 대해 자세히 설명하도록 한다. 설명의 반복을 피하기 위해 2개의 전극리드(400, 500) 중 어느 하나의 전극리드(400)를 기준으로 설명하나, 다른 전극리드(500)에도 본 실시예에 따른 리드 필름(600)의 구조가 형성될 수 있음은 물론이다.
도 4는 도 3의 “C”부분을 확대하여 나타낸 부분 단면도이다. 도 5는 도 2의 절단선 B-B'를 따라 자른 단면도이다.
도 3 내지 도 5를 참고하면, 본 실시예에 따른 리드 필름(600)은 전극리드(400)를 감싸도록 형성되는데, 이러한 리드 필름(600)은 전극리드(400)를 감싸는 외층(700) 및 외층(700) 내부에 위치한 내층(800)을 포함한다. 내층(800)이 외층(700)의 내부에 위치하고 있다는 것은, 외층(700)이 내층(800)의 외면의 적어도 일부를 감싸는 형태로 배치되는 것을 의미할 수 있다.
또한, 리드 필름(600)은 상부 케이스(310)의 상부 실링부(310S)와 하부 케이스(320)의 하부 실링부(320S) 사이에 위치할 수 있다. 리드 필름(600)은, 상부 실링부(310S)와 하부 실링부(320S)의 일부 영역과 대응하는 부분에 위치할 수 있다. 즉, 리드 필름(600)이 없는 영역에서는, 상부 실링부(310S)의 내측 수지층과 하부 실링부(320S)의 내측 수지층이 서로 대면하여 접합되나, 리드 필름(600)이 위치한 영역에서는, 상부 실링부(310S)의 내측 수지층과 하부 실링부(320S)의 내측 수지층 각각이 리드 필름(600)의 외층(700)과 접합될 수 있다.
구체적으로, 본 실시예에 따른 외층(700)은, 접착성 및 밀봉성 증대를 위한 것으로,
전극리드(400, 500)와 전지 케이스(300)의 금속층 사이에서 단락이 발생되는 것을 방지할 뿐만 아니라, 파우치형 전지 케이스(300)의 밀봉성을 향상시킬 수 있다. 금속 재질의 전극리드(400, 500)가 상부 실링부(310S)의 내측 수지층이나 하부 실링부(320S)의 내측 수지층과 접촉 시, 접촉 저항이 다소 커 표면 밀착력이 저하될 수 있다. 하지만, 본 실시예와 같이, 외층(700)이 구비되면, 이러한 밀착력 저하 현상이 방지될 수 있다. 또한, 외층(700)은 절연성을 띄기 때문에 전극리드(400, 500)에서 파우치형 전지 케이스(300)의 금속층으로 전류가 인가되는 것을 차단할 수 있다.
또한, 외층(700)은 내층(800)과 함께 이차전지의 내부에서 발생하는 가스 배출을 용이하게 하는 역할을 할 수 있다.
본 발명의 일 실시양태에서, 상기 외층(700)의 가스 투과도(permeability)가 60℃에서 4 내지 40 barrer, 또는 5 내지 20 barrer, 또는 4 내지 12 barrer일 수 있다. 예컨대, 상기 외층(700)의 이산화탄소 투과도가 전술한 범위를 만족할 수 있다. 또한, 외층(700)의 두께 200 ㎛ 기준으로 가스 투과도가 60℃에서 전술한 범위를 만족할 수 있다. 상기 외층(700)의 가스 투과도가 전술한 범위를 만족하는 경우, 이차전지의 내부에서 발생하는 가스가 배출되기 더욱 효과적일 수 있다.
본 명세서에서, 가스 투과도는 다음의 방법으로 측정할 수 있다. 외부에서 가스를 주입할 수 있는 가스관이 설치된 이차전지를 두 종류 준비한다. 한 종류는 가스관을 제외하고 전지가 완벽히 밀봉된 상태이며, 다른 한 종류는 구멍을 만들고 상기 외층 또는 내층을 부착한 상태로 전지를 밀봉한다. 이후, 가스관을 통해 외부에서 가스를 주입한 후에 외층 또는 내층이 구비되지 않은 전지와 외층 또는 내층이 구비된 전지의 내부 압력 변화의 차를 측정한다. 이 때, 압력 변화와 가스 주입량의 상관 관계식을 통해 외층 또는 내층의 가스 투과도를 측정할 수 있다. 상기 외부에서 주입하는 가스는 예컨대 이산화탄소일 수 있다.
본 발명의 일 실시양태에서, 상기 외층(700)의 수분 침투량이 25℃, 50 %RH에서 10년간 0.02 내지 0.2 g, 또는 0.02 내지 0.04 g, 또는 0.06 g 또는 0.15 g일 수 있다. 예컨대, 상기 외층(700)으로 폴리프로필렌을 사용하는 경우, 수분 침투량이 0.06 g 내지 0.15 g일 수 있다. 상기 외층(700)의 수분 침투량이 전술한 범위를 만족하는 경우, 상기 외층(700)으로부터 유입되는 수분의 침투를 방지하기 더욱 효과적일 수 있다.
본 발명의 일 실시양태에서, 상기 외층(700)이 가스 투과도(permeability)가 60℃에서 4 내지 40 barrer이면서 수분 침투량이 25℃, 50 %RH에서 10년간 0.02 내지 0.2 g일 수 있다. 상기 외층(700)의 가스 투과도 및 수분 침투량이 전술한 범위를 만족하는 경우, 이차전지의 내부에서 발생하는 가스를 배출하면서 외부로부터의 수분 침투를 방지하기 더욱 효과적일 수 있다.
상기 외층의 수분 침투량은 ASTM F 1249 방식을 채택하여 측정할 수 있다. 이 때, MCOON사에서 공식인증된 장비를 사용하여 측정할 수 있다.
본 발명의 일 실시양태에서, 상기 외층(700)이 폴리올레핀(Polyolefin)계 수지를 포함할 수 있다. 예컨대, 상기 외층(700)이 전술한 가스 투과도 및/또는 수분 침투량 값을 만족하는 폴리올레핀계 수지를 포함할 수 있다. 상기 폴리올레핀계 수지는, 폴리프로필렌(Polypropylene), 폴리에틸렌(Polyethylene) 및 폴리비닐디플로라이드(Polyvinyldifluoride, PVDF)으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 소재를 포함할 수 있다. 상기 외층(700)이 폴리프로필렌을 포함하면서 상기 외층(700)의 가스 투과도(permeability)가 60℃에서 4 내지 40 barrer일 수 있다. 이 경우, 이차전지의 내부에서 발생하는 가스가 배출되기 더욱 효과적일 수 있다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시양태에서, 상기 내층(800)과 전지 케이스(300) 사이에 위치하는 외층(700)의 두께(H)가 100 내지 300 ㎛, 또는 100 내지 200 ㎛일 수 있다. 상기 외층(700)의 두께가 전술한 범위를 만족하는 경우, 전지 케이스(300) 내부의 가스가 외부로 배출되기 더욱 용이할 수 있다.
한편, 본 실시예에 따른 내층(800)은, 가스 배출을 위한 것으로, 내층(800)은 외층(700)보다 외층(700)에 비해 상대적으로 통기도, 즉 가스 투과의 정도가 높은 소재를 포함할 수 있으며, 이에 따라 충, 방전 시 내부에서 발생하는 가스가 내층(800)을 통해 외부로 배출될 수 있다. 통기도가 더 높다는 것은, 소정의 압력을 갖는 가스가 일 방향으로 투과될 때, 투과되는 가스의 양이 상대적으로 더 많은 것을 의미할 수 있다. 일례로, 내층(800)은, 외층(700)에 비해 다공성인 소재를 포함할 수 있다. 즉, 내층(800)은 외층(700)보다 단위 부피당 기공의 비율이 높은 소재를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시양태에서, 상기 내층(800)의 가스 투과도(permeability)가 1.6 e5 내지 1.6 e7 barrer, 또는 1 e6 내지 3 e6 barrer일 수 있다. 예컨대, 상기 내층(800)의 이산화탄소 투과도가 전술한 범위를 만족할 수 있다.
본 발명의 일 실시양태에서, 상기 내층(800)은 폴리올레핀(Polyolefin)계 수지, 불소계 수지, 천연 소재, 유리 섬유(glass fiber), 세라믹 섬유(ceramic fiber) 및 금속 섬유(metal fiber)으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 소재를 포함할 수 있다. 예컨대, 상기 내층(800)은 전술한 가스 투과도 값을 만족하는 폴리올레핀(Polyolefin)계 수지, 불소계 수지, 천연 소재, 유리 섬유(glass fiber), 세라믹 섬유(ceramic fiber) 및 금속 섬유(metal fiber)으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 소재를 포함할 수 있다. 상기 폴리올레핀계 수지는, 폴리프로필렌(Polypropylene), 폴리에틸렌(Polyethylene) 및 폴리비닐디플로라이드(Polyvinyldifluoride, PVDF)으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 소재를 포함할 수 있다. 상기 불소계 수지는, 폴리테트라플루오로에틸렌(Polytetrafluoroethylene) 및 폴리비닐리덴 플로라이드(Polyvinylidene fluoride)으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 소재를 포함할 수 있으며, 상기 천연 소재는 cotton 및 wool으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 소재를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시양태에서, 상기 내층(800)의 두께가 50 내지 150 ㎛, 또는 50 내지 100 ㎛일 수 있다. 상기 내층(800)의 두께가 전술한 범위를 만족하는 경우, 전지 케이스(300) 내부의 가스가 외부로 배출되기 더욱 용이할 수 있다.
도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 내층(800)은 외층(700)의 내부에 배치된 형태로 위치할 수 있다. 보다 구체적으로, 전극리드(400)의 돌출 방향과 수직한 x축 방향이나 z축 방향에 대해 내층(800)이 외층(700)에 의해 둘러싸인 형태일 수 있다. 밀봉성이 높은 외층(700)을 마련하고, 그 내부에 통기성이 높은 내층(800)을 마련함으로써, 전지 케이스(300) 외부의 수분이나 이물이 전지 케이스(300) 내부로 침투하는 것을 줄임과 동시에 전지 케이스(300) 내부에서 발생한 가스를 효과적으로 배출할 수 있다. 즉, 외부에 형성된 외층(700)으로 인해 밀봉성을 높이면서, 내부에 형성된 내층(800)을 통해 전지 케이스(300) 내부에서 발생한 가스를 배출할 수 있다. 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 내층(800)을 통해 전지 케이스(300) 내부에서 발생한 가스가 전지 케이스(300) 외부로 배출될 수 있다.
또한, 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 전극리드(400)의 돌출 방향(y축과 평행한 방향)에 대해, 리드 필름(600)이 상부 실링부(310S) 및 하부 실링부(320S)보다 길게 형성되어, 전지 케이스(300)의 내부와 외측 각각에서 리드 필름(600)이 노출될 수 있다. 내층(800)만큼은 아니나, 외층(700)도 어느 정도의 통기성을 갖추고 있는 바, 내층(800)뿐만 아니라 외층(700)을 통해서도 전지 케이스(300) 내부에서 발생한 가스가 전지 케이스(300) 외부로 배출될 수 있다.
전지 케이스(300)의 내부와 외측 각각에서의 리드 필름(600)이 노출되는 면적을 조절함으로써, 가스 배출량을 조절할 수 있다.
본 발명의 일 실시양태에서, 리드 필름(600)이 전지 케이스(300)의 외측에서 노출되는 면적이 리드 필름(600)이 전지 케이스(300)의 내측에서 노출되는 면적과 동일할 수 있다.
본 발명의 다른 실시양태에서, 리드 필름(600)이 전지 케이스(300)의 외측에서 노출되는 면적이 리드 필름(600)이 전지 케이스(300)의 내측에서 노출되는 면적보다 클 수 있다. 가스 배출량은 가스 배출 면적과 압력의 곱에 비례하는데, 전지 케이스(300) 내측의 압력이 전지 케이스(300) 외측의 압력보다 크므로, 리드 필름(600)이 전지 케이스(300)의 외측에서 노출되는 면적이 리드 필름(600)이 전지 케이스(300)의 내측에서 노출되는 면적보다 큰 경우 전지 케이스(300) 내부에서 발생한 가스가 외부로 배출되기 더욱 용이할 수 있다.
본 발명의 일 실시양태에서, 리드 필름(600)이 전지 케이스(300)의 외측에서 노출되는 면적이 40 내지 80 mm2일 수 있다. 이는 60℃에서 내부 압력 1 기압 기준으로, 가스가 하루에 약 0.5 내지 3 cc 배출될 수 있는 크기이다. 또한, 수분 침투량이 25℃, 50 %RH에서 10년간 0.02 내지 0.2 g일 수 있는 크기이다.
한편, 리드 필름(600)은, 전극리드(400)보다 넓은 폭을 갖고, 전극리드(400)보다 작은 길이를 가질 수 있다. 이에 따라, 리드 필름(600)은 전극리드(400)의 전기적 연결을 방해하지 않으면서도, 전극리드(400)의 측면이 외부로 노출되는 것을 방지할 수 있다.
이 때, 도 4를 참고하면, 전지 케이스(300)의 외측에서, 내층(800)의 일 단부(800E1)가 외부로 노출되도록 형성함으로써, 가스 배출 효과를 높일 수 있다. 이에 따라, 내층(800)의 일 단부(800E1)를 통해 전지 케이스(300) 내부의 가스가 y축 방향으로 전지 케이스(300) 외부로 배출될 수 있다. 또한, 내층(800)만큼은 아니나, 외층(700)도 어느 정도의 통기성을 갖추고 있는 바, 내층(800)으로 확산된 전지 케이스(300) 내부의 가스가 외층(700)을 통해 Z축 방향으로 배출될 수도 있다. 예컨대, 전지 케이스(300) 외부로 노출되는 외층(700)을 통해서 Z축 방향을 따라 전지 내부의 가스가 배출될 수 있다.
또한, 전지 케이스(300)의 내부에서, 내층(800)의 타 단부(800E2)가 외층(700)에 의해 감싸지도록 형성될 수 있다. 내층(800)의 일 단부(800E1)와 타 단부(800E2)는 서로 마주하는 양 단부일 수 있다. 내층(800)에 적용되는 소재에 따라, 가스 투과를 위한 내층(800)이 전지 케이스(300) 내부의 전해액과 반응하여 내부 구성품에 영향을 미치고 전지 성능에 악영향을 미칠 우려가 있다. 따라서, 본 실시예에서는, 전지 케이스(300) 내부에서 내층(800)을 직접적으로 노출되지 않도록 구성하여, 단순히 가스 투과층을 층으로 배치하는 경우에 비해, 내부 구성품을 보호하면서도 가스 배출을 안내할 수 있다는 장점이 있다. 즉, 내층(800)에 적용되는 소재가 전지 케이스(300) 내부의 전해액과 반응할 우려가 있는 경우, 본 실시예에서와 같이 내층(800)의 타 단부(800E2)가 외층(700)에 의해 감싸지도록 구성함이 바람직하다.
이하에서는, 도 6 및 도 7을 참고하여, 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 리드 필름(600a)에 대해 자세히 설명하도록 한다. 다만, 상술한 내용과 중복되는 부분에 대해서는 설명을 생략한다.
도 6은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 이차전지에 대한 단면도이다. 도 7은 도 6의 “D”부분을 확대하여 나타낸 부분 단면도이다. 이 때, 도 6은 도 3의 절단면과 같이, 도 2에서 yz 평면을 따라 자른 단면에 해당한다.
도 6 및 도 7을 참고하면, 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 리드 필름(600a)은, 접착성의 외층(700a) 및 통기성의 내층(800a)을 포함한다.
이 때, 전지 케이스(300)의 외측에서 내층(800a)의 일 단부(800E1a)가 외부로 노출되도록 형성하고, 전지 케이스(300)의 내부에서 내층(800a)의 타 단부(800E2a)가 전지 케이스(300)의 내부의 공간에 노출되도록 형성함으로써, 가스 배출 효과를 극대화할 수 있다. 내층(800a)의 일 단부(800E1a)와 타 단부(800E2a)는 서로 마주하는 양 단부일 수 있다. 즉, 마주하는 양 단부(800E1a, 800E2a)를 모두 노출시킴으로써, 가스 배출 효과를 높일 수 있다.
이때, 내층(800a)은 전해액 환경에서 안정한, 즉, 전지 케이스(300) 내부의 전해액과 반응하지 않는 소재를 포함하는 것이 바람직하다. 일례로, 폴리프로필렌(Polypropylene), 폴리비닐디플로라이드(Polyvinyldifluoride, PVDF) 및 폴리테트라플루오로에틸렌(Polytetrafluoroethylene)로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 소재를 포함할 수 있다.
이하에서는, 도 8을 참고하여, 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 리드 필름(600b)에 대해 자세히 설명하도록 한다. 다만, 상술한 내용과 중복되는 부분에 대해서는, 설명을 생략한다.
도 8은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 이차전지에 대한 단면도이다. 도 8은 도 4의 절단면과 같이, yz 평면을 따라 자른 단면에 해당한다.
도 8을 참고하면, 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 리드 필름(600b)은, 접착성의 외층(700b) 및 통기성의 내층(800b)을 포함한다.
이 때, 전지 케이스(300)의 외측에서 내층(800b)의 일 단부(800E1b)가 외층(700b)에 의해 감싸지도록 형성되고, 전지 케이스(300)의 내부에서 내층(800b)의 타 단부(800E2b)가 전지 케이스(300)의 내부의 공간에 노출되도록 형성될 수 있다. 내층(800b)의 일 단부(800E1b)가 외층(700b)에 의해 감싸짐에 따라 전지 케이스(300) 내부에서 발생하는 가스가 내층(800b) 및 외층(700b)을 순차적으로 거쳐 Z축 방향을 따라 배출될 수 있다. 예컨대, 리드 필름(600b)이 전지 케이스(300) 외부로 노출되는 경우, 전지 케이스(300) 내부에서 발생하는 가스가 내층(800b) 및 전지 케이스(300) 외부로 노출되는 외층(700b)을 순차적으로 거쳐 Z축 방향을 따라 배출할 수 있다.
내층(800b)의 일 단부(800E1b)와 타 단부(800E2b)는 서로 마주하는 양 단부일 수 있다. 투과성이 좋은 내층(800b)이 외부 환경에 노출 시 외부 성분이 전지 케이스(300) 내부로 침투하는 문제가 있을 수 있다. 따라서 본 실시예에서는, 전지 케이스(300) 외측에서 내층(800b)을 직접 노출되지 않도록 구성하여, 단순히 가스 투과층을 층으로 배치하는 경우에 비해, 외부 성분의 침투 가능성을 줄일 수 있다. 대신 내층(800b)의 타 단부(800E2b)가 전지 케이스(300)의 내부의 공간에 노출되도록 형성함으로써 가스 배출 효과를 보완할 수 있다. 이 때, 상술한 바 대로, 내층(800b)은 전해액 환경에서 안정한, 즉, 전지 케이스(300) 내부의 전해액과 반응하지 않는 소재를 포함하는 것이 바람직하다. 일례로, 폴리프로필렌(Polypropylene), 폴리비닐디플로라이드(Polyvinyldifluoride, PVDF) 및 폴리테트라플루오로에틸렌(Polytetrafluoroethylene)으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 소재를 포함할 수 있다.
도 8을 참조하면, 본 발명의 일 실시양태에서, 상기 전지 케이스(300)의 외측에서, 상기 내층(800b)의 일 단부를 감싸는 외층(700b)의 리드 필름(600b)의 전극리드 연장 방향의 폭(W)은 2 mm 이상, 또는 2 mm 내지 3 mm 일 수 있다. 상기 내층(800b)의 일 단부를 감싸는 외층(700b)의 리드 필름(600b)의 전극리드 연장 방향의 폭이 전술한 범위를 만족하는 경우, 전지 케이스(300) 내부에서 발생한 가스가 외부로 배출되는 과정에서 리드 필름(600b)이 찢어지는 현상을 방지하기 더욱 용이할 수 있다.
이하에서는, 도 9를 참고하여, 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 리드 필름(600c)에 대해 자세히 설명하도록 한다. 다만, 상술한 내용과 중복되는 부분에 대해서는, 설명을 생략한다.
도 9는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 이차전지에 대한 단면도이다. 도 9는 도 4의 절단면과 같이, yz 평면을 따라 자른 단면에 해당한다.
도 9를 참고하면, 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 리드 필름(600c)은, 접착성의 외층(700c) 및 통기성의 내층(800c)을 포함한다.
이 때, 전지 케이스(300)의 외측에서 내층(800c)의 일 단부(800E1c)와 전지 케이스(300)의 내부에서 내층(800c)의 타 단부(800E2c)가 모두 외층(700c)에 의해 감싸지도록 형성될 수 있다. 내층(800c)의 일 단부(800E1c)와 타 단부(800E2c)는 서로 마주하는 양 단부일 수 있다. 상술한 바 대로, 가스 투과를 위한 내층(800c)이 전지 케이스(300) 내부의 전해액과 반응하여 내부 구성품에 영향을 미치고 전지 성능에 악영향을 미칠 우려가 있다. 또한 투과성이 좋은 내층(800c)이 외부 환경에 노출 시 외부 성분이 전지 케이스(300) 내부로 침투하는 문제가 있을 수 있다. 따라서 본 실시예에서는, 가스 배출 효과를 높이는 것 보다, 내층(800c)이 전지 케이스(300) 내부의 전해액 등과 반응할 우려를 줄이고, 외부 물질의 침투의 가능성을 줄이는 것에 중점을 두어, 내층(800c)의 마주하는 양 단부(800E1c, 800E2c)가 모두 외층(700c)에 감싸지도록 구성하였다.
한편, 도 3, 도 4, 도 7, 도 8 및 도 9를 참고하면, 본 실시예들에 따른 리드 필름(600, 600a, 600b, 600c)의 일 단부(800E1, 800E1a, 800E1b, 800E1c)는 전지 케이스(300)의 외측면보다 외측에 위치할 수 있다. 또한, 리드 필름(600, 600a, 600b, 600c)의 타 단부(800E2, 800E2a, 800E2b, 800E2c)는 전지 케이스(300)의 내측면보다 내측에 위치할 수 있다.
이에 따라, 리드 필름(600, 600a, 600b, 600c)은 내층(800, 800a, 800b, 800c)의 면적을 최대화하여, 전지 케이스(300) 내부에서 발생된 가스를 효과적으로 배출할 수 있다.
이하에서는, 도 10을 참고하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 리드 필름의 구체적 구성에 대해 설명하도록 한다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 리드 필름의 구체적 구성을 설명하기 위한 개략도이다.
도 10을 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 리드 필름은 상술한 바대로, 접착성의 외층(700) 및 통기성의 내층(800)을 포함한다.
이 때, 외층(700)은, 상부 케이스(310)의 상부 실링부(310S)와 전극리드(400) 사이에 위치한 상부 외층(700U) 및 하부 케이스(320)의 하부 실링부(320S)와 전극리드(400) 사이에 위치한 하부 외층(700L)을 포함할 수 있다. 한편, 내층(800)은, 상부 외층(700U)에 의해 감싸진 상부 내층(800U) 및 하부 외층(700L)에 의해 감싸진 하부 내층(800L)을 포함할 수 있다.
또한, 상부 외층(700U)은, 제1 상부 외층(710U) 및 제2 상부 외층(720U)을 포함할 수 있고, 상부 내층(800U)이 이러한 상기 제1 상부 외층(710U) 및 제2 상부 외층(720U) 사이에 위치할 수 있다. 이 때, 전극리드(400)의 돌출 방향과 수직한 방향(x축과 평행한 방향)에 대한 제1 상부 외층(710U) 및 제2 상부 외층(720U)의 폭(d1)이 상부 내층(800U)의 폭(d2)보다 넓을 수 있다.
또한, 하부 외층(700L)은, 제1 하부 외층(710L) 및 제2 하부 외층(720L)을 포함할 수 있고, 하부 내층(800L)은, 이러한 제1 하부 외층(710L) 및 제2 하부 외층(720L) 사이에 위치할 수 있다. 상부 외층(700U)에서와 마찬가지로, 전극리드(400)의 돌출 방향과 수직한 방향(x축과 평행한 방향)에 대한 제1 하부 외층(710L) 및 제2 하부 외층(720L)의 폭이 하부 내층(800L)의 폭보다 넓을 수 있다.
본 실시예에서는, 제1 상부 외층(710U), 상부 내층(800U), 제2 상부 외층(720U), 제1 하부 외층(710L), 하부 내층(800L) 및 제2 하부 외층(720L)간에 접합을 실시할 때, 서로 인접한 층에 열과 압력을 가해 접합을 실시한 후 다음 층을 위치시켜 다시 열과 압력을 가해 접합하는 과정을 실시한다. 즉, 대면하는 각 층에 대해 열과 압력을 인가하는 과정을 모든 층에 대해 반복 실시하여 본 실시예에 따른 리드 필름을 제조할 수 있다.
제1 상부 외층(710U), 제2 상부 외층(720U), 제1 하부 외층(710L) 및 제2 하부 외층(720L)들이 접합되어, 전극리드(400)를 감싸는 외층(700)들을 형성할 수 있다. 도 4, 도 7, 도 8 및 도 9를 다시 참고하면, 내층(800, 800a, 800b, 800c)과 전극리드(400)의 일면 사이에 외층(700, 700a, 700b, 700c)의 일 부분이 위치할 수 있다. 즉, 내층(800, 800a, 800b, 800c)은 전극리드(400)와 직접 접촉하는 형태가 아닐 수 있다. 이는, 도 10에서 도시된 것처럼, 제2 상부 외층(720U)이 상부 내층(800U)과 전극리드(400) 사이에 배치되어 있고, 제1 하부 외층(710L)이 하부 내층(800L)과 전극리드(400) 사이에 배치되어 있기 때문이다.
또한, 상술한 바 대로, 전극리드(400)의 돌출 방향과 수직한 방향(x축과 평행한 방향)에 대하여, 제1 상부 외층(710U), 제2 상부 외층(720U), 제1 하부 외층(710L) 및 제2 하부 외층(720L)의 폭(d1)을 상부 내층(800U)과 하부 내층(800L)의 폭(d2) 보다 넓게 설계하여, 외층(700) 내부에 내층(800)이 위치하도록 형성할 수 있다.
또한, 전극리드(400)의 돌출 방향(y축과 평행한 방향)에 대하여, 상부 외층(700U), 하부 외층(700L), 상부 내층(800U) 및 하부 외층(700L) 모두의 길이를 상부 실링부(310S)와 하부 실링부(320S)보다 길게 형성함으로써, 전지 케이스(300)의 내부와 외측 각각에서 본 실시예에 따른 리드 필름이 노출될 수 있다.
이하에서는, 도 11에 도시된 비교예에 따른 리드 필름 대비 본 발명의 실시예들에 따른 리드 필름이 갖는 장점에 대해 자세히 설명하도록 한다.
도 11은 본 발명의 비교예에 따른 리드 필름의 형태를 나타낸 부분 단면도이다.
먼저 도 11을 참고하면, 본 비교예에서는, 전극리드(40)가 상부 실링부(310S)와 하부 실링부(320S) 사이를 경유해 외부로 돌출되고, 상부 실링부(310S)와 하부 실링부(320S) 사이에서 리드 필름(70)이 전극리드(40)를 감싸고 있다. 이 때, 전극리드(40)의 일면에는 가스 투과를 위한 가스 투과층(80)이 형성될 수 있고, 이러한 가스 투과층(80)은 금속이나 합금 소재를 포함하는 금속 투과층일 수 있다. 전기적 절연과 밀봉을 위해 리드 필름(70)이 고분자 수지를 포함하기 때문에 금속이나 합금 소재를 포함하는 가스 투과층(80)은 리드 필름(70)과의 접합성에 문제가 있을 수 있고, 이는 이차전지의 밀봉성을 저해하는 요인이 될 수 있다.
이와 달리, 도 3, 도 4, 도 7, 도 8 및 도 9를 참고하면, 본 실시예에 따른 리드 필름(600)은, 리드 필름(600, 600a, 600b, 600c)은 통기도가 상대적으로 높은 내층(800, 800a, 800b, 800c)을 외층(700, 700a, 700b, 700c)의 내부에 배치한 형태이므로, 밀봉성 저하의 문제없이, 전지 케이스(300) 내부의 가스를 배출하는 경로를 마련할 수 있다는 장점을 갖는다.
또한, 도 3, 도 4, 도 7, 도 8 및 도 9를 참고하면, 본 실시예에 따른 리드 필름(600, 600a, 600b, 600c)은, 내층(800, 800a, 800b, 800c)이 외층(700, 700a, 700b, 700c)의 내부에 배치되어 있고, 내층(800, 800a, 800b, 800c)의 외면과 외층(700, 700a, 700b, 700c)의 내면이 서로 접착된 형태일 수 있다.
여기서, 접착이란, 외층(700, 700a, 700b, 700c)과 내층(800, 800a, 800b, 800c)이 인가된 열이나 압력에 의해 서로 용착되는 것이나, 별도의 접착제가 개재되어 접착되는 것을 모두 포괄한다.
내층(800, 800a, 800b, 800c)은 상대적으로 통기도가 높은 소재를 포함하면서, 외층(700, 700a, 700b, 700c)에 접착된 형태이기 때문에, 일종의 물리적 지지대로써의 역할을 수행할 수 있다. 즉, 본 실시예에 따른 내층(800, 800a, 800b, 800c)은 가스를 배출하는 통로로 기능하면서도, 리드 필름(600, 600a, 600b, 600c)의 내구성과 강성을 보완하는 기능을 담당할 수 있다. 이에 따라, 상기 비교예에서와 같이 리드 필름이 상, 하부 방향으로 팽창되어 일부가 인장되는 문제를 방지할 수 있다는 장점을 갖는다.
이하에서는, 도 12 및 도 13을 참고하여, 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 리드 필름에 대해 설명하도록 한다.
도 12와 도 13은 각각 본 발명의 다른 실시예들에 따른 리드 필름의 형태를 나타낸 부분 단면도이다.
도 12 및 도 13을 참고하면, 본 발명의 실시예들에 따른 리드 필름(600', 600”)은 외층(700', 700”)과 내층(800', 800”)을 포함할 수 있다. 외층(700', 700”)과 내층(800', 800”)에 대한 구체적 설명은 앞서 설명한 내용과 중복이므로 생략한다. 다만, 본 실시예들에 따른 내층(800', 800”)은 전극리드(400)의 일면에 접촉되는 형태일 수 있다. 상부에 위치한 내층(800', 800”)은 전극리드(400)의 상면에 접촉되고, 하부에 위치한 내층(800', 800”)은 전극리드(400)의 하면에 접촉될 수 있다. 도 4, 도 7, 도 8 및 도 9에 도시된 실시예들과 달리, 내층(800, 800')과 전극리드(400) 사이에 외층의 일부분이 위치하지 않는다.
도 12는 내층(800')의 일 단부(800E1')가 개방되고 타 단부(800E2')가 외층(700')에 의해 감싸진 형태를 도시하고, 도 13은 내층(800”)의 일 단부(800E1”)가 외층(700”)에 의해 감싸지고 타 단부(800E2”)가 개방된 형태를 도시한다. 구체적으로 도시하지 않았으나, 내층의 일단부와 타단부가 모두 개방되거나 모두 외층에 의해 감싸진 형태도 가능하다.
도 10을 참고했을 때, 제2 상부 외층(720U)과 제1 하부 외층(710L)을 제거하면, 도 12와 도 13에 도시된 리드 필름(600', 600”)을 제조할 수 있다. 즉, 전극리드(400)의 일면에 접촉되는 형태의 내층(800', 800”)을 갖는 리드 필름(600', 600”)은, 제조 과정 상에서 열용착이 필요한 층의 개수가 줄어드는 것이기 때문에 열용착 단계가 일부 축소되는 것이다. 따라서, 제조 공정상 이점이 있고, 또 비용 절감의 효과를 갖는다.
본 실시예에서 전, 후, 좌, 우, 상, 하와 같은 방향을 나타내는 용어가 사용되었으나, 이러한 용어들은 설명의 편의를 위한 것일 뿐, 대상이 되는 사물의 위치나 관측자의 위치 등에 따라 달라질 수 있다.
앞에서 설명한 본 실시예에 따른 이차전지가 여러 개로 모여 전지 모듈을 형성할 수 있다. 이러한 전지 모듈은, BMS(Battery Management System), 냉각 시스템 등의 각종 제어 및 보호 시스템과 함께 장착되어 전지 팩을 형성할 수 있다.
상기 이차전지, 상기 전지 모듈 또는 상기 전지 팩은 다양한 디바이스에 적용될 수 있다. 구체적으로는, 전기 자전거, 전기 자동차, 하이브리드 등의 운송 수단에 적용될 수 있으나 이에 제한되지 않고 이차 전지를 사용할 수 있는 다양한 디바이스에 적용 가능하다.
상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
100: 이차전지
200: 전극 조립체
210, 220: 전극시트
210t: 전극탭
230: 분리막300: 전지 케이스
310: 상부 케이스
310S: 상부 실링부
310R, 320R: 수납부
320: 하부 케이스
320S: 하부 실링부400, 500: 전극리드
600, 600a, 600b, 600c, 600`, 600``: 리드 필름
700, 700a, 700b, 700c, 700`, 700``: 외층
700U: 상부 외층
700L: 하부 외층
710U: 제1 상부 외층
710L: 제1 상부 외층
720U: 제2 상부 외층
720L: 제2 하부 외층
800, 800a, 800b, 800c, 800`, 800``: 내층
800E1, 800E1a, 800E1b, 800E1c, 800E1`, 800E1``: 일 단부
800E2, 800E2a, 800E2b, 800E2c, 800E2`, 800E2``: 타 단부
800U: 상부 내층
800L: 하부 내층
200: 전극 조립체
210, 220: 전극시트
210t: 전극탭
230: 분리막300: 전지 케이스
310: 상부 케이스
310S: 상부 실링부
310R, 320R: 수납부
320: 하부 케이스
320S: 하부 실링부400, 500: 전극리드
600, 600a, 600b, 600c, 600`, 600``: 리드 필름
700, 700a, 700b, 700c, 700`, 700``: 외층
700U: 상부 외층
700L: 하부 외층
710U: 제1 상부 외층
710L: 제1 상부 외층
720U: 제2 상부 외층
720L: 제2 하부 외층
800, 800a, 800b, 800c, 800`, 800``: 내층
800E1, 800E1a, 800E1b, 800E1c, 800E1`, 800E1``: 일 단부
800E2, 800E2a, 800E2b, 800E2c, 800E2`, 800E2``: 타 단부
800U: 상부 내층
800L: 하부 내층
Claims (26)
- 전극시트들과 상기 전극시트들 사이에 위치한 분리막을 포함하는 전극 조립체;
상기 전극 조립체가 수납되는 파우치형의 전지 케이스;
상기 전극 조립체와 연결되고 상기 전지 케이스의 외측으로 돌출되는 전극리드; 및
상기 전극리드를 감싸고, 상기 전극리드와 상기 전지 케이스 사이에 개재되는 리드 필름을 포함하고,
상기 리드 필름은, 상기 전극리드를 감싸는 외층 및 상기 외층 내부에 위치한 내층을 포함하고,
상기 내층은 상기 외층보다 통기도가 높은 소재를 포함하는 이차전지. - 제1항에서,
상기 내층의 외면과 상기 외층의 내면은 서로 접착된 형태인 이차전지. - 제1항에서,
상기 전지 케이스의 외측에서, 상기 내층의 일 단부가 외부로 노출되고,
상기 전지 케이스의 내부에서, 상기 내층의 타 단부가 상기 외층에 의해 감싸져 있는 이차전지. - 제1항에서,
상기 전지 케이스의 외측에서, 상기 내층의 일 단부가 외부로 노출되고,
상기 전지 케이스의 내부에서, 상기 내층의 타 단부가 상기 전지 케이스의 내부의 공간에 노출되는 이차전지. - 제1항에서,
상기 전지 케이스의 외측에서, 상기 내층의 일 단부가 상기 외층에 의해 감싸지고,
상기 전지 케이스의 내부에서, 상기 내층의 타 단부가 상기 전지 케이스의 내부의 공간에 노출되는 이차전지. - 제1항에서,
상기 전지 케이스의 외측에서, 상기 내층의 일 단부가 상기 외층에 의해 감싸져 있고,
상기 전지 케이스의 내부에서, 상기 내층의 타 단부가 상기 외층에 의해 감싸져 있는 이차전지. - 제5항 또는 제6항에서,
상기 전지 케이스의 외측에서, 상기 내층의 일 단부를 감싸는 외층의 리드 필름의 전극리드 연장 방향의 폭은 2 mm 이상인 이차전지. - 제1항에서,
상기 내층과 상기 전지 케이스 사이의 외층의 두께가 100 내지 300 ㎛인 이차전지. - 제1항에서,
상기 내층의 두께가 50 내지 150 ㎛인 이차전지. - 제1항에서,
상기 외층의 가스 투과도(permeability)가 60℃에서 4 내지 40 barrer인 이차전지. - 제1항에서,
상기 외층의 수분 침투량이 25℃, 50 %RH에서 10년간 0.02 내지 0.2 g인 이차전지. - 제1항에서,
상기 내층의 가스 투과도(permeability)가 1.6 e5 내지 1.6 e7 barrer인 이차전지. - 제1항에서,
상기 외층은 폴리올레핀(Polyolefin)계 수지를 포함하고,
상기 폴리올레핀계 수지는, 폴리프로필렌(Polypropylene), 폴리에틸렌(Polyethylene) 및 폴리비닐디플로라이드(Polyvinyldifluoride, PVDF)으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 소재를 포함하는 이차전지. - 제1항에서,
상기 내층은, 폴리올레핀(Polyolefin)계 수지, 불소계 수지, 천연 소재, 유리 섬유(glass fiber), 세라믹 섬유(ceramic fiber) 및 금속 섬유(metal fiber)으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 소재를 포함하는 이차전지. - 제14항에서,
상기 폴리올레핀계 수지는, 폴리프로필렌(Polypropylene), 폴리에틸렌(Polyethylene) 및 폴리비닐디플로라이드(Polyvinyldifluoride, PVDF)으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 소재를 포함하고,
상기 불소계 수지는, 폴리테트라플루오로에틸렌(Polytetrafluoroethylene) 및 폴리비닐리덴 플로라이드(Polyvinylidene fluoride)으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 소재를 포함하며,
상기 천연 소재는 cotton 및 wool으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 소재를 포함하는 이차전지. - 제1항에서,
상기 내층과 상기 전극리드의 일면 사이에 상기 외층의 일부분이 위치하는 형태인 이차전지. - 제1항에서,
상기 전지 케이스는, 상부 케이스 및 하부 케이스를 포함하고,
상기 상부 케이스의 상부 실링부와 상기 하부 케이스의 하부 실링부가 서로 접합하며,
상기 리드 필름은 상기 상부 실링부와 상기 하부 실링부 사이에 위치하는 이차전지. - 제17항에서,
상기 전극리드의 돌출 방향에 대해, 상기 리드 필름이 상기 상부 실링부 및 상기 하부 실링부보다 길게 형성되어, 상기 전지 케이스의 내부와 외측 각각에서 상기 리드 필름이 노출되는 이차전지. - 제18항에서,
상기 리드 필름이 상기 전지 케이스의 외측에서 노출되는 면적이 상기 리드 필름이 상기 전지 케이스의 내측에서 노출되는 면적과 동일한 이차전지. - 제18항에서,
상기 리드 필름이 상기 전지 케이스의 외측에서 노출되는 면적이 상기 리드 필름이 상기 전지 케이스의 내측에서 노출되는 면적보다 큰 이차전지. - 제17항에서,
상기 외층은, 상기 상부 실링부와 상기 전극리드 사이에 위치한 상부 외층 및 상기 하부 실링부와 상기 전극리드 사이에 위치한 하부 외층을 포함하는 이차전지. - 제21항에서,
상기 내층은, 상기 상부 외층에 의해 감싸진 상부 내층 및 상기 하부 외층에 의해 감싸진 하부 내층을 포함하는 이차전지. - 제22항에서,
상기 상부 외층은, 제1 상부 외층 및 제2 상부 외층을 포함하고,
상기 상부 내층은, 상기 제1 상부 외층 및 상기 제2 상부 외층 사이에 위치하는 이차전지. - 제22항에서,
상기 하부 외층은, 제1 하부 외층 및 제2 하부 외층을 포함하고,
상기 하부 내층은, 상기 제1 하부 외층 및 상기 제2 하부 외층 사이에 위치하는 이차전지. - 제1항에서,
상기 내층은, 상기 전극리드의 일면에 접촉되는 형태인 이차전지. - 제1항에 따른 이차전지를 포함하는 전지 모듈.
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