KR20220142966A - 이차전지 - Google Patents

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KR20220142966A
KR20220142966A KR1020220047142A KR20220047142A KR20220142966A KR 20220142966 A KR20220142966 A KR 20220142966A KR 1020220047142 A KR1020220047142 A KR 1020220047142A KR 20220047142 A KR20220047142 A KR 20220047142A KR 20220142966 A KR20220142966 A KR 20220142966A
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sealing
vent member
secondary battery
vent
electrode assembly
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KR1020220047142A
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김상훈
송대웅
강민형
유형균
임훈희
황수지
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주식회사 엘지에너지솔루션
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Abstract

본 발명은 벤트 부재를 구비한 이차전지에 관한 것이다. 상기 이차전지는 전극 조립체, 내부에 상기 전극 조립체를 수납하는 수납부를 포함하는 케이스, 상기 전극 조립체에 부착되는 전극 리드, 및 벤트 부재를 포함할 수 있다. 상기 케이스는 내부에 상기 전극 조립체를 밀봉하기 위한 실링부를 포함할 수 있다. 상기 실링부는 상기 전극 조립체의 둘레를 밀봉하기 위해 실란트 수지를 포함할 수 있다. 상기 전극 리드는 상기 케이스로부터 제1 방향을 따라 연장될 수 있다. 상기 실링부는 상기 전극 리드에 인접한 경사 실링부를 포함할 수 있다. 상기 경사 실링부는 제2 방향을 따라 연장될 수 있다. 상기 제2 방향은 상기 제1 방향과 직교하지 않을 수 있다. 상기 벤트 부재가 상기 경사 실링부에 위치할 수 있다. 상기 벤트 부재는 상기 실란트 수지보다 융점이 낮은 벤트 수지를 포함할 수 있다.

Description

이차전지 {SECONDARY BATTERY}
본 발명은 이차전지에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 벤트 부재를 구비한 이차전지에 관한 것이다.
이차전지는 다양한 제품에 적용이 가능하며 높은 에너지 밀도 등 전기적 특성이 우수하다. 이차전지는 휴대용 기기뿐만 아니라 전력으로 구동되는 전기자동차(EV)나 하이브리드 전기자동차(HEV)에도 많이 사용된다. 이차전지는 화석연료의 사용을 크게 줄일 수 있고 에너지 소비 과정에서 부산물이 발생하지 않는다는 점에서 환경 친화성 및 에너지 효율 향상을 위한 새로운 에너지원으로 주목받고 있다.
현재 널리 사용되는 이차전지로는 리튬 이온 전지, 리튬 폴리머 전지, 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지 등이 있다.
이차전지는 일반적으로 양극/분리막/음극 구조를 갖는 적어도 하나의 단위 셀을 포함하는 전극 조립체가 외층, 금속 배리어층, 실란트층이 순차적으로 적층된 라미네이트 시트의 전지 케이스에 수납되고, 상기 실란트층의 실란트 수지를 융착하여 전극 조립체가 밀봉된 구조를 갖는다.
종래의 이차전지에서는 이차전지 내부의 단락, 과충전 또는 과방전, 온도 조절 등 다양한 원인에 의해 전지가 발화될 수 있다. 이 때, 이차전지 내부의 온도가 급격히 상승함과 동시에 인접 셀로 열이 전달되는 열 폭주 현상(Thermal Propagation)이 발생하여 화재가 더욱 커질 수 있다.
열 폭주 현상 발생 시, 즉 이차전지 내부 온도가 상승할 때, 가스에 의한 전극의 손상을 최소화하기 위해, 가스를 한 방향으로 배출하는 디렉셔널 벤팅(Directional Venting) 특성이 요구된다. 그러나, 종래의 이차전지는 특정 방향으로 가스 배출을 유도하기 어려운 문제점이 있다.
따라서 본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 특정 방향으로 가스 배출을 유도할 수 있어 안전성이 향상된 이차전지를 제공하는 것이다.
상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 일 측면에 따르면, 하기 구현예들의 이차전지가 제공된다.
제1 구현예는,
전극 조립체;
상기 전극 조립체를 수납하는 수납부, 및 내부에 상기 전극 조립체를 밀봉하기 위한 실링부를 포함하고, 상기 실링부는 상기 전극 조립체의 둘레를 밀봉하기 위해 실란트 수지를 포함하는 케이스;
상기 전극 조립체에 부착되고, 상기 케이스로부터 제1 방향을 따라 연장되는 전극 리드; 및
상기 실란트 수지보다 융점이 낮은 수지(이하 '벤트 수지'라 함)를 포함하는 벤트 부재;를 포함하고,
상기 실링부는 상기 전극 리드에 인접한 경사 실링부;를 포함하고, 상기 경사 실링부는 제2 방향을 따라 연장되며, 상기 제2 방향은 상기 제1 방향과 직교하지 않으며,
상기 벤트 부재가 상기 경사 실링부에 위치하는 것을 특징으로 하는 이차전지에 관한 것이다.
제2 구현예는, 제1 구현예에 있어서,
상기 경사 실링부는 10° 내지 80°의 경사각을 가질 수 있고, 상기 경사각은 상기 제1 방향과 상기 제2 방향 사이의 각도일 수 있다.
제3 구현예는, 제1 구현예 또는 제2 구현예에 있어서,
상기 벤트 부재는 상기 제2 방향과 평행하게 연장되는 제1 변을 포함할 수 있다.
제4 구현예는, 제3 구현예에 있어서,
상기 벤트 부재의 제1 변과 수직인 방향을 따라 벤트가 형성될 수 있다.
제5 구현예는, 제1 구현예 내지 제4 구현예 중 어느 한 구현예에 있어서,
상기 전극 리드의 외면을 감싸고, 상기 전극 리드와 상기 실링부 사이에 개재되는 리드 필름을 더 포함할 수 있고, 상기 벤트 부재가 상기 수납부에서 상기 리드 필름과 적어도 일부가 중첩되거나 접촉하도록 상기 수납부를 거쳐 연장될 수 있다.
제6 구현예는, 제5 구현예에 있어서,
상기 벤트 부재는 제1부와 제2부를 포함할 수 있고, 상기 제1부는 상기 제1부가 상기 수납부에서 상기 리드 필름과 적어도 일부가 중첩되거나 접촉하도록 상기 제2 방향을 따라 연장될 수 있고, 상기 제2부는 상기 제2 방향과 직교하는 제3 방향을 따라 연장될 수 있다.
제7 구현예는, 제6 구현예에 있어서,
상기 벤트 부재가 L자 형상을 이루는 것일 수 있다.
제8 구현예는, 제6 구현예에 있어서,
상기 제2부가 상기 전극 조립체를 따라 상기 수납부로 연장되면서 폭이 점점 가늘어지는 가장자리(tapered edge)를 포함할 수 있다.
제9 구현예는, 제6 구현예 내지 제8 구현예 중 어느 한 구현예에 있어서,
상기 제1부의 외측 단부는 상기 리드 필름과 인접한 상기 실링부의 내측 단부로부터 이격될 수 있고, 상기 제1부의 외측 단부가 상기 수납부에 위치할 수 있다.
제10 구현예는, 제6 구현예 내지 제9 구현예 중 어느 한 구현예에 있어서,
상기 제2부는 상기 리드 필름과 중첩되거나 접촉하지 않을 수 있다.
제11 구현예는, 제1 구현예 내지 제10 구현예 중 어느 한 구현예에 있어서,
상기 벤트 부재의 폭은 상기 제2 방향과 직교하는 방향을 따라 변할 수 있다.
제12 구현예는, 제1 구현예 내지 제11 구현예 중 어느 한 구현예에 있어서,
상기 벤트 부재가 원형, 타원형, 스텝형, 삼각형, 및 사각형 형상 중 어느 하나를 가질 수 있다.
제13 구현예는, 제1 구현예 내지 제12 구현예 중 어느 한 구현예에 있어서,
상기 벤트 부재의 두께는 상기 제2 방향과 직교하는 방향을 따라 변할 수 있다.
제14 구현예는, 제5 구현예 내지 제13 구현예 중 어느 한 구현예에 있어서,
상기 벤트 부재가 상기 리드 필름과 중첩되거나 접촉하는 면적이 상기 리드 필름이 상기 전극 리드와 중첩되지 않는 영역의 1% 내지 30%일 수 있다.
제15 구현예는, 제1 구현예 내지 제14 구현예 중 어느 한 구현예에 있어서,
상기 벤트 수지가 탄소수 6 이상의 코모노머(comonomer)를 가지는 선형 저밀도 폴리에틸렌을 포함할 수 있다.
제16 구현예는, 제1 구현예 내지 제15 구현예 중 어느 한 구현예에 있어서,
상기 벤트 부재가 100℃ 내지 120℃에서 용융되어 상기 수납부에서 상기 이차전지의 외부로 가스를 벤트할 수 있다.
제17 구현예는, 제16 구현예에 있어서,
상기 벤트 부재가 상기 수납부의 압력이 0.7 atm 이상일 때 상기 수납부로부터 가스를 벤트시킬 수 있다.
제18 구현예는, 제1 구현예 내지 제17 구현예 중 어느 한 구현예에 있어서,
상기 벤트 부재는 100℃ 이상에서의 최대 실링 강도가 6 kgf/15 mm 미만일 수 있다.
제19 구현예는, 제1 구현예 내지 제18 구현예 중 어느 한 구현예에 있어서,
상기 벤트 부재는 100℃ 이상에서의 평균 실링 강도가 4.5 kgf/15 mm 미만일 수 있다.
제20 구현예는, 제1 구현예 내지 제19 구현예 중 어느 한 구현예에 있어서,
상기 벤트 부재는 상온 내지 60℃에서의 최대 실링 강도가 6 kgf/15 mm 이상일 수 있다.
제21 구현예는, 제1 구현예 내지 제20 구현예 중 어느 한 구현예에 있어서,
상기 벤트 부재는 상온 내지 60℃에서의 평균 실링 강도가 4.5 kgf/15 mm 이상일 수 있다.
제22 구현예는, 제15 구현예 내지 제21 구현예 중 어느 한 구현예에 있어서,
상기 선형 저밀도 폴리에틸렌이 메탈로센 촉매의 존재 하에 중합된 것일 수 있다.
제23 구현예는, 제15 구현예 내지 제22 구현예 중 어느 한 구현예에 있어서,
상기 선형 저밀도 폴리에틸렌 100 중량%을 기준으로 탄소수 6 이상의 코모노머의 함량이 15 중량% 이하일 수 있다.
제24 구현예는, 제1 구현예 내지 제23 구현예 중 어느 한 구현예에 있어서,
상기 벤트 수지가 4 이하의 다분산성 지수(Poly Dispersity Index; PDI)를 가질 수 있다.
제25 구현예는, 제1 구현예 내지 제24 구현예 중 어느 한 구현예에 있어서,
상기 실란트 수지의 결정화 온도와 상기 벤트 수지의 결정화 온도의 차이가 10℃ 이하일 수 있다.
제26 구현예는, 제1 구현예 내지 제25 구현예 중 어느 한 구현예에 있어서,
상기 벤트 수지가 100℃ 내지 130℃의 융점을 가질 수 있다.
제27 구현예는, 제1 구현예 내지 제26 구현예 중 어느 한 구현예에 있어서,
상기 벤트 수지는 중량평균분자량이 10만 g/mol 내지 40만 g/mol일 수 있다.
제28 구현예는, 제1 구현예 내지 제27 구현예 중 어느 한 구현예에 있어서,
상기 이차전지는 파우치형 이차전지일 수 있다.
제29 구현예는, 제1 구현예 내지 제28 구현예 중 어느 한 구현예에 있어서,
상기 벤트 부재는 100℃ 내지 120℃에서의 최대 실링 강도가 6 kgf/15 mm 미만일 수 있다.
제30 구현예는, 제1 구현예 내지 제29 구현예 중 어느 한 구현예에 있어서,
상기 벤트 부재는 100℃ 내지 120℃에서의 평균 실링 강도가 4.5 kgf/15 mm 미만일 수 있다.
제31 구현예는, 제15 구현예 내지 제30 구현예 중 어느 한 구현예에 있어서,
상기 선형 저밀도 폴리에틸렌 100 중량%을 기준으로 탄소수 6 이상의 코모노머의 함량이 5 중량% 내지 15 중량%일 수 있다.
제32 구현예는, 제1 구현예 내지 제31 구현예 중 어느 한 구현예에 있어서,
상기 벤트 부재는 120℃ 이상에서의 최대 실링 강도가 3 kgf/15 mm 미만일 수 있다.
제33 구현예는, 제1 구현예 내지 제32 구현예 중 어느 한 구현예에 있어서,
상기 벤트 부재는 120℃ 이상에서의 평균 실링 강도가 2 kgf/15 mm 미만일 수 있다.
제34 구현예는,
전극 조립체;
상기 전극 조립체를 수납하는 수납부, 및 내부에 전극 조립체를 밀봉하기 위한 실링부를 포함하고, 상기 실링부는 상기 전극 조립체의 둘레를 밀봉하기 위해 실란트 수지를 포함하는 케이스;
상기 전극 조립체에 부착되고, 상기 케이스로부터 제1 방향을 따라 연장되는 전극 리드; 및
상기 실란트 수지보다 융점이 낮은 벤트 수지를 포함하는 벤트 부재;를 포함하고,
상기 실링부는 상기 전극 리드에 인접한 사각형 실링부;를 포함하고, 상기 사각형 실링부의 적어도 한 변은 제2 방향을 따라 연장되며, 상기 제2 방향은 상기 제1 방향과 평행하지 않으며,
상기 벤트 부재의 적어도 일부가 상기 사각형 실링부에 위치하는 것을 특징으로 하는 이차전지에 관한 것이다.
제35 구현예는,
전극 조립체;
상기 전극 조립체를 수납하는 수납부, 및 내부에 전극 조립체를 밀봉하기 위한 실링부를 포함하고, 상기 실링부는 상기 전극 조립체의 둘레를 밀봉하기 위해 실란트 수지를 포함하는 케이스;
상기 전극 조립체에 부착되고, 상기 케이스로부터 제1 방향을 따라 연장되는 전극 리드; 및
상기 실란트 수지보다 융점이 낮은 벤트 수지를 포함하는 벤트 부재;를 포함하고,
상기 실링부는 상기 전극 리드에 인접한 볼록한 실링부;를 포함하고, 상기 볼록한 실링부는 상기 제1 방향에서 제2 방향으로 볼록한 곡선을 따라 연장되며, 상기 제2 방향은 상기 제1 방향과 직교하며,
상기 벤트 부재가 상기 볼록한 실링부에 위치하는 것을 특징으로 하는 이차전지에 관한 것이다.
제36 구현예는,
전극 조립체;
상기 전극 조립체를 수납하는 수납부, 및 내부에 전극 조립체를 밀봉하기 위한 실링부를 포함하고, 상기 실링부는 상기 전극 조립체의 둘레를 밀봉하기 위해 실란트 수지를 포함하는 케이스;
상기 전극 조립체에 부착되고, 상기 케이스로부터 제1 방향을 따라 연장되는 전극 리드; 및
상기 실란트 수지보다 융점이 낮은 벤트 수지를 포함하는 벤트 부재;를 포함하고,
상기 실링부는 상기 전극 리드에 인접한 오목 실링부;를 포함하고, 상기 오목 실링부는 제2 방향에서 상기 제1 방향으로 오목한 곡선을 따라 연장되며, 상기 제2 방향은 상기 제1 방향과 직교하며,
상기 벤트 부재가 상기 오목 실링부에 위치하는 것을 특징으로 하는 이차전지에 관한 것이다.
제37 구현예는,
전극 조립체;
상기 전극 조립체를 수납하는 수납부, 및 내부에 전극 조립체를 밀봉하기 위한 실링부를 포함하고, 상기 실링부는 상기 전극 조립체의 둘레를 밀봉하기 위해 실란트 수지를 포함하는 케이스;
상기 전극 조립체에 부착되고, 상기 케이스로부터 제1 방향을 따라 연장되는 전극 리드; 및
상기 실란트 수지보다 융점이 낮은 벤트 수지를 포함하는 벤트 부재;를 포함하고,
상기 실링부는 제1 실링부 및 제2 실링부를 포함하고,
상기 제1 및 제2 실링부는 상기 수납부의 외주면을 따라 밀봉되어 구획된 것이고, 상기 제2 실링부는 인접한 상기 제1 실링부 사이에 배치되고, 상기 제2 실링부의 외측면은 인접한 상기 제1 실링부를 연결하는 선 또는 곡선에 의해 구획되고, 상기 선은 상기 제1 방향과 평행하지 않으며,
상기 제2 실링부가 상기 벤트 부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시양태에 따른 이차전지는 실란트 수지보다 낮은 융점을 갖는 벤트 수지를 포함하는 벤트 부재를 구비하여, 상기 벤트 부재를 향해 가스 배출을 유도할 수 있다.
본 발명의 일 실시양태에 따른 이차전지는 경사 실링부에 벤트 부재를 포함하여, 전극 리드에 직접 접촉하도록 벤트되는 가스의 양을 최소화할 수 있어 전지의 안전성을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시양태에 따른 이차전지는 경사 실링부에 벤트 부재를 포함하여, 일자형(straight) 실링부에 벤트 부재를 구비하는 경우에 비해 가스 배출이 용이할 수 있다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 전술한 발명의 내용과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은, 종래의 이차전지를 나타내는 평면도이다.
도 2는, 본 발명의 일 실시양태에 따른 이차전지의 부분 평면도이다.
도 3은, 본 발명의 일 실시양태에 따른 이차전지에서 벤트 형성을 나타내는 개략도이다.
도 4는, 본 발명의 또 다른 실시양태에 따른 이차전지의 리드 필름 및 벤트 부재를 부분적으로 확대하여 나타낸 평면도이다.
도 5는, 본 발명의 또 다른 실시양태에 따른 이차전지의 벤트 부재를 부분적으로 확대하여 나타낸 평면도이다.
도 6은, 본 발명의 또 다른 실시양태에 따른 이차전지의 경사 실링부를 부분적으로 확대하여 나타낸 평면도이다.
도 7은, 본 발명의 또 다른 실시양태에 따른 이차전지의 사각형 실링부를 부분적으로 확대하여 나타낸 평면도이다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시양태에 따른 이차전지에서 경사 실링부를 부분적으로 확대하여 나타낸 평면도이다.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시양태에 따른 이차전지에서 볼록한 실링부를 부분적으로 확대하여 나타낸 평면도이다.
도 10은 본 발명의 또 다른 실시양태에 따른 이차전지에서 오목 실링부를 부분적으로 확대하여 나타낸 평면도이다.
도 11은 본 발명의 또 다른 실시양태에 따른 이차전지에서 벤트 부재를 부분적으로 확대하여 나타낸 평면도이다.
도 12a는, 본 발명의 일 실시양태에 따른 도 2의 A-A` 축에 따른 벤트 부재의 단면도이다.
도 12b는, 본 발명의 또 다른 실시양태에 따른 도 2의 A-A` 축에 따른 벤트 부재의 단면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 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.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
전극 리드는 과충전이나 내부 단락 등의 이상 상황에서 온도가 빠르게 상승하는 부품이다. 따라서, 벤트되는 가스와 전극 리드의 직접적 접촉을 최소화하면 안전성이 개선될 수 있다.
도 1은 종래의 이차전지를 나타내는 평면도이다. 도 1을 참고하면, 종래의 이차전지에서는 케이스가 직사각형의 형태를 가지고, 케이스의 외주면을 따라 형성된 실링부가 경사를 이루지 않아, 실링부 코너에서 이웃하는 실링부의 제1 변과 제2 변이 전지의 스웰링으로 인한 압력을 견딜 수 있어 배출되는 가스가 전극 리드와 직접적으로 접촉하는 것을 최소화할 수 있는 실링부 코너 방향으로 가스의 배출을 유도하는 것이 용이하지 않다.
본 발명의 발명자들은 실링부 코너에 경사 실링부를 구비하고, 상기 경사 실링부와 적어도 일부가 중첩되도록 벤트 부재를 삽입하면, 실링부 코너에서 벤트가 일어나는 것이 용이한 것을 발견하여 본 발명을 완성하였다.
본 발명의 일 실시양태에 따른 이차전지는, 전극 리드가 부착된 전극 조립체; 상기 전극 조립체를 수납하는 수납부, 및 실란트 수지를 포함하고 상기 전극 조립체를 밀봉하기 위해 형성된 실링부를 포함하는 케이스; 상기 실링부는 코너에 경사 실링부를 포함하고, 상기 경사 실링부에 실란트 수지보다 융점이 낮은 수지를 포함하는 벤트 부재를 포함한다.
상기 "경사 실링부"는 본 명세서에 개시된 일부 실시양태에서 실링부의 외측 경사 실링 라인과 실링부의 내측 경사 실링 라인 사이에 형성되는 영역을 지칭할 수 있다. 외측 경사 실링 라인은 전극 조립체로부터 더 먼 것을 지칭하고, 내부 경사 실링 라인은 전극 조립체에 더 가까운 것을 지칭한다.
상기 "경사"는 일부 실시양태에서 경사 실링부가 전극 리드의 방향(제1 방향)에 대해 예각 또는 둔각, 즉, 전극 리드의 방향에 대해 직교하지 않는 각도(제2 방향)를 형성하는 경우를 지칭할 수 있다.
본 명세서 전체에서, 상기 경사 실링부에 벤트 부재를 포함한다는 것은, 상기 경사 실링부와 상기 벤트 부재가 적어도 일부 중첩될 수 있다는 것을 의미한다.
바람직한 실시예를 설명함에 있어서, 이차전지를 설명하는데 사용되는 방향 명명법을 참조할 것이다. 이 명명법은 단지 편의를 위해 사용되었으며 본 개시내용의 범위와 관련하여 제한하려는 의도가 아님을 주목해야 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시양태에 따른 이차전지(10)를 나타낸 것이다. 도 2를 참조하면, 이차전지(10)는 전극 리드(11)가 부착된 전극 조립체(12), 및 케이스(13)를 포함한다. 상기 전극 조립체(12)는 양극판, 음극판 및 분리막을 포함할 수 있다(미도시). 전극 조립체(12)에서 분리막을 사이에 두고 양극판과 음극판이 순차적으로 적층될 수 있다.
양극판은 도전성이 우수한 금속 박판, 예를 들면 알루미늄(Al) 호일(foil)로 이루어진 양극 집전체와 이의 적어도 일면에 코팅된 양극 활물질층을 포함할 수 있다. 또한, 상기 양극판은 일측 단부에 금속 재질, 이를테면 알루미늄(Al) 재질로 이루어진 양극탭을 포함할 수 있다. 상기 양극탭은 양극판의 일측 단부로부터 돌출될 수 있고, 양극판의 일측 단부에 용접되거나, 도전성 접착제를 이용하여 이에 접합될 수 있다.
음극판은 도전성 금속 박판, 예를 들면 구리(Cu) 호일로 이루어진 음극 집전체와, 이의 적어도 일면에 코팅된 음극 활물질층을 포함할 수 있다. 또한, 상기 음극판은 일측 단부에 금속 재질, 이를테면 구리(Cu)나 니켈(Ni) 재질로 형성된 음극탭을 포함할 수 있다. 상기 음극탭은 음극판의 일측 단부로부터 돌출되거나, 음극판의 일측 단부에 용접되거나, 도전성 접착제를 이용하여 이에 접합될 수 있다.
분리막은 양극판과 음극판 사이에 개재되어, 양극판과 음극판을 서로 전기적으로 절연시킨다. 상기 분리막은 양극판과 음극판 사이에서 리튬 이온이 서로 통과할 수 있도록 다공성 막일 수 있다. 상기 분리막은, 예를 들어 폴리에틸렌(PE), 또는 폴리프로필렌(PP), 또는 이들의 복합필름을 사용한 다공성 막을 포함할 수 있다.
분리막의 표면에는 무기물 코팅층이 구비될 수 있다. 무기물 코팅층은 무기물 입자들이 바인더에 의해 서로 결합되어 입자들 사이에 기공 구조(interstitial volume)를 형성한 구조를 가질 수 있다.
전극 조립체(12)는 긴 시트형의 양극들과 음극들을 분리막이 개재된 상태에서 권취한 구조의 젤리-롤(권취형) 전극 조립체, 소정 크기의 단위로 절취한 다수의 양극과 음극들을 분리막을 개재한 상태로 순차적으로 적층한 스택형(적층형) 전극 조립체, 소정 단위의 양극과 음극들을 분리막을 개재한 상태로 적층한 바이셀(Bi-cell) 또는 풀 셀(Full dell)들을 권취한 구조의 스택/폴딩형 전극 조립체 등일 수 있다.
도 2를 참조하면, 상기 케이스(13)는 전극 조립체(12)를 수납하는 수납부(13a), 및 실란트 수지를 포함하고 전극 조립체(12)를 밀봉하기 위해 형성된 실링부(13b)를 구비할 수 있다.
실링부(13b)는 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 수납부(13a)의 외주면을 따라 융착되어 상기 전극 조립체(12)를 밀봉하는 부분을 지칭한다. 실링부(13b)는 전지 케이스로부터 연장된 전극 리드(11)에 인접한 케이스(13)의 코너에 경사 실링부(14)를 포함한다. 이차전지(10)는 리드 필름(15)을 포함할 수 있다. 리드 필름(15)은 도 2에 도시된 바와 같이 전극 리드(11)의 외면의 적어도 일부를 감쌀 수 있다. 전극 리드(11)가 전극 리드(11)와 전지 케이스로부터 돌출되는 영역에서의 케이스(13)의 실링부(13b) 사이에 리드 필름(15)이 개재되어 전극 리드(11)와 전지 케이스(13)의 실링부(13b)의 결착을 용이하게 할 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이 경사 실링부(14)는 벤트 부재(16)를 구비한다. 구체적으로, 벤트 부재(16)의 적어도 일부는 경사 실링부(14) 내에 중첩되거나 위치할 수 있다. 벤트 부재(16)는 실링부(13b)의 실란트 수지보다 낮은 융점을 갖는 벤트 수지를 포함한다.
벤트 부재(16)는 실링부(13b)의 실란트 수지보다 융점이 낮은 벤트 수지를 포함하여, 벤트 부재(16)는 고온에서 실란트 수지보다 먼저 용융된다. 고온에서 벤트 부재(16)가 삽입된 부분의 실링 강도는 실란트 수지를 포함하는 케이스 부분의 실링 강도에 비해 더 낮아져 벤트 특성을 용이하게 구현할 수 있다. 이에 따라, 열 폭주 현상 발생 시, 특정 방향으로 가스를 배출하도록 유도하여 전지의 안전성을 향상시킬 수 있다.
도 3은, 본 발명의 일 실시양태에 따른 이차전지에서 벤트 형성을 나타내는 개략도이다. 구체적으로, 도 3은 본 발명의 일 실시양태에 따른 이차전지에서 벤트 부재를 도시한 단면도이다.
도 3을 참조하면, 전지가 정상적으로 작동하는 온도에서, 벤트 부재는 케이스(13)를 외부로부터 밀봉하는 역할을 한다. 전지의 비정상적인 작동으로 인해 전지의 온도가 상승하면 벤트 부재(16)가 용융되면서 벤트 부재(16)가 삽입된 부분의 실링 강도가 저하된다. 따라서, 벤트 부재(16)가 삽입된 부분의 실링 강도가 낮아진다. 이에 따라, 이 위치에 벤트를 형성하여 수납부로부터 가스를 배출할 수 있다. 예를 들어, 전지 내부 가스의 압력이 벤트 부재(16)와 경사 실링부(14) 사이의 계면에 집중됨에 따라 벤트 부재(16)와 경사 실링부(14) 사이에 갭 또는 벤트가 형성되어 가스가 배출될 수 있다.
벤트 부재(16)와 경사 실링부(14)는 열융착 또는 다른 수단에 의해 서로 중첩되거나 연결될 수 있다. 또 다른 예에서, 벤트 부재(16)와 경사 실링부(14)는 글루 또는 다른 유사한 수단과 같은 접착제를 통해 서로 중첩되거나 연결될 수 있다. 또 다른 예에서, 벤트 부재(16)와 경사 실링부(14)는 클립 등을 통해 물리적으로 결합될 수 있다. 또 다른 예로, 벤트 부재(16)의 일부가 경사 실링부(14)를 구성하는 필름에 매립될 수 있다.
벤트 부재(16)가 경사 실링부(14)에 위치하여 전극 리드(11)와 직접 접촉하는, 즉 전극 리드(11)의 측면을 향해 벤트되는 가스의 양을 최소화함으로써, 전지의 안전성을 더욱 향상시킬 수 있다.
또한, 벤트 부재(16)는 경사 실링부(14)에 위치하므로, 즉 경사 실링부(14)의 내측 단부가 경사지므로, 경사 실링부(14)의 내측 단부가 수납부(13a)에 노출되는 영역이 인접한 실링부(13b)가 직교 모서리(orthogonal corners)를 형성하는 경우보다 작다. 이에 따라, 전지가 부풀어오를 때 가해지는 압력이 실링부의 코너에 있는 경사 실링부(14) 상에 더 쉽게 집중될 수 있어서, 가스가 실링부의 코너를 향하여 보다 쉽게 배출되도록 유도될 수 있다. 여기서, 경사 실링부(14)의 내측 단부는 수납부(13a)에 더 가까운 경사 실링부(14)의 단부를 지칭한다.
도 2를 참조하면, 경사 실링부는 10° 내지 80°, 또는 20° 내지 60°, 또는 40° 내지 50°의 경사각을 가질 수 있다. 여기서, 경사각이란, 연장된 전극리드에 의해 정의되는 제1 방향과 경사 실링부가 연장되는 방향에 의해 정의되는 제2 방향 사이의 각도를 의미한다. 상기 경사 실링부의 경사각이 상기 범위를 만족하는 경우, 전극 리드(11)를 향하여 직접적으로 접촉하는, 즉 전극 리드(11)의 측면으로 벤트되는 가스의 양을 더욱 최소화하여 전지의 안전성을 더욱 향상시킬 수 있다. 도 2에서 이차전지로부터의 가스 배출 방향을 나타내는 화살표로 도시된 바와 같이, 배기 가스는 전극 리드(11)로부터 멀어지는 방향으로 유도될 수 있다.
도 2를 참조하면. 벤트 부재(16)는 제2 방향과 평행할 수 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 벤트 부재(16)는 제2 방향과 평행하게 연장되는 제1 변을 포함할 수 있고, 상기 제2 방향은 제1 방향에 대해 직교하지 않는다.
본 발명의 일 실시양태에서, 벤트는 벤트 부재의 방향과 수직인 방향으로 발생할 수 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 벤트 부재(16)의 제1 변에 수직인 방향을 따라 벤트가 형성될 수 있다. 이 경우, 전극 리드(11)와 직접적으로 접촉하는, 즉 전극 리드(11)의 측면으로 벤트되는 가스의 양을 최소화할 수 있어 전지의 안전성을 더욱 향상시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시양태에서 벤트 부재(16)는 경사 실링부(14)에 위치할 수 있다. 본 발명의 또 다른 실시양태에서 벤트 부재(16)는 수납부(13a)를 거쳐 연장될 수 있다. 본 발명의 또 다른 실시양태에서, 벤트 부재(16)는 경사 실링부(14)(미도시)를 거쳐 케이스(13) 외부로 노출되도록 위치할 수 있다.
본 발명의 일 실시양태에서 벤트 부재(16)는 리드 필름(15)과 중첩되지 않을 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시양태에서, 벤트 부재(16)는 도 2에 도시된 바와 같이 리드 필름(15)과 부분적으로 중첩될 수 있다. 벤트 부재(16)가 리드 필름(15)과 적어도 부분적으로 중첩되는 경우, 벤트 부재(16)의 위치를 일관되고 용이하게 고정시킬 수 있다. 벤트 부재(16)는 수납부(13a)를 거쳐 벤트 부재(16)가 수납부(13a)에서 리드 필름(15)과 적어도 부분적으로 중첩되거나 접촉하도록 연장될 수 있다. 예를 들어, 벤트 부재(16)가 삽입된 후 융착되는 경우, 벤트 부재(16)의 일부가 리드 필름(15)과 중첩됨에 따라 벤트 부재(16)는 소정 위치에 삽입된 후 융착될 수 있다.
벤트 부재(16)는 전극 리드(11)와 소정 거리 이격되어 위치할 수 있다. 따라서, 전극 리드(11)와 직접 접촉할 수 있는 방향, 즉 전극 리드(11)의 측면으로 벤트되는 가스의 양을 최소화하기 용이하여 전지의 안전성을 더욱 향상시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시양태에서, 벤트 부재(16)는 실링부(13b 또는 14)에서 리드 필름(15)과 이격될 수 있고, 수납부(13a)에서 리드 필름(15)과 적어도 부분적으로 중첩 또는 접촉할 수 있다. 벤트 부재(16)가 실링부(13b 또는 14)에서 리드 필름(15)과 중첩되거나 접촉하지 않음으로써, 즉 벤트 부재(16)가 전극 리드(11)로부터 떨어져 위치함에 따라, 전극 리드(11) 측면으로 벤트되는 가스의 양이 최소화될 수 있어, 전지의 안전성을 더욱 향상시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시양태에서, 경사 실링부(14)의 외측 실링 라인과 내측 실링 라인은 하나 이상의 직선으로 형성될 수 있다. 도 2를 참조하면, 경사 실링부(14)는 경사 실링부의 외측에서 경사진 직선 실링 라인의 단부들과 경사 실링부의 내측에서 경사진 직선 실링 라인의 단부들을 연결하여 형성되는 사각형 형상의 영역일 수 있다.
도 2를 참조하면, 경사 실링부(14)는 10° 내지 80°, 또는 20° 내지 60°, 또는 40° 내지 50°의 경사각을 가질 수 있다. 경사 실링부(14)의 경사각이 상기 범위를 만족하는 경우, 전극 리드와의 직접적인 접촉을 최소화할 수 있는 방향으로 가스의 배출을 유도하기 더욱 용이할 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시양태에서, 실링부는 제1 실링부(13b) 및 제2 실링부(14)를 포함할 수 있다. 제1 실링부(13b)는 수납부의 외주면을 따라 실링되는 실링부이다. 제2 실링부(14)는 인접한 제1 실링부(13b)의 사이에 위치한다. 제2 실링부(14)는 서로 인접한 두 개의 제1 실링부(13b)의 연장선이 상기 두 개의 제1 실링부에 대해 직교하여 만나지 않고, 직선(ex. 도 2) 또는 곡선(ex. 도 9 및 도 10)으로 연결된 실링부이다. 즉, 제2 실링부(14)의 외측은 제1 실링부(13b)의 인접한 변을 연결하는 직선 또는 곡선에 의해 정의될 수 있다. 상기 직선은 상기 제1 방향과 평행하지 않을 수 있다. 제2 실링부(14)는 실란트 수지보다 융점이 낮은 수지("벤트 수지")를 포함하는 벤트 부재를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시양태에 따른 이차전지는 제2 실링부(14)를 포함하는 경우, 제2 실링부의 내측 단부가 경사를 이루거나 곡선을 이루므로, 제2 실링부의 내측 단부가 수납부에 노출되는 영역이, 직교 모서리를 형성하는 인접한 실링부의 내측 단부가 수납부에 노출되는 영역보다 작기 때문에 제2 실링부의 내측 단부에 압력이 보다 쉽게 집중될 수 있다. 여기서, 제2 실링부의 내측 단부는 수납부에 더 가까운 제2 실링부의 단부를 의미한다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시양태에 따른 이차전지에서 벤트 부재(16)를 부분적으로 확대한 도이다. 도 4를 참조하면, 벤트 부재(16)는 제1부(16b)와 제2부(16a)를 포함할 수 있다. 상기 제1부(16b)는 리드 필름(15)과 제2부(16a) 사이에서 상기 제2 방향을 따라 연장되어 제2부와 리드 필름 사이에 브릿지 부분을 형성한다. 제2부(16a)는 상기 제2 방향과 직교하는 제3 방향을 따라 연장된다.
본 발명의 일 실시양태에서, 벤트 부재(16)는 도 4에 도시된 바와 같이 L자 형상을 가질 수 있다.
여기서, 제2부(16a)에서는 실질적으로 벤트가 발생할 수 있고, 제1부(16b)에서는 실질적으로 벤트가 발생하지 않을 수 있다.
본 발명의 일 실시양태에서, 상기 제1부(16b)는 직사각형 형상일 수 있다. 예컨대, 제3 방향으로 상기 제1부의 장변이 위치하고, 제2 방향으로 상기 제1부의 단변이 위치할 수 있다.
본 발명의 일 실시양태에서, 상기 제2부(16a)는 직사각형 형상일 수 있다. 예컨대, 제3 방향으로 상기 제2부의 단변이 위치하고, 제2 방향으로 상기 제2 부의 장변이 위치할 수 있다.
도 4를 참조하면, 제1부(16b)는 리드 필름(15)과 적어도 부분적으로 중첩되거나 접촉될 수 있다. 제1부(16b)의 일부와 리드 필름(15)의 일부는 열융착에 의해 중첩되거나 접촉될 수 있다. 다른 예로, 제1부(16b)의 일부와 리드 필름(15)의 일부가 글루와 같은 접착제를 통해 중첩되거나 서로 접촉될 수 있다. 다른 예로, 제1부(16b)의 일부와 리드 필름(15)의 일부가 클립 등을 통해 물리적으로 결합될 수 있다. 다른 예에서, 제1부(16b)의 일부는 리드 필름(15)을 구성하는 필름에 매립될 수 있다.
도 4에 도시된 바와 같이, 벤트 부재(16)의 제2부(16a)와 리드 필름(15)은 서로 중첩되거나 접촉되지 않을 수 있다. 예를 들어, 제2부(16a)와 리드 필름(15)은 실링부(13b) 및/또는 경사 실링부(14)에서 서로 중첩되거나 접촉되지 않을 수 있다. 벤트 부재(16)의 제2부(16a)와 리드 필름(15)이 중첩되거나 접촉하지 않는 경우, 전극 리드(11)의 측면으로 벤트되는 가스의 양이 최소화되어 전지의 안전성이 더욱 향상될 수 있다.
본 발명의 일 실시양태에 있어서, 벤트 부재가 리드 필름과 중첩 또는 접촉하는 영역이 리드 필름이 전극 리드와 중첩하지 않는 영역의 1% 내지 30%, 또는 1.3% 내지 23%, 또는 1.5% 내지 12%, 또는 2% 내지 9%일 수 있다. 여기서, 리드 필름이 전극 리드와 중첩되지 않는 영역은 전극 리드와 리드 필름이 중첩되지 않는 리드 필름의 양 영역의 합을 의미한다.
도 4에 도시된 바와 같이, 제1부(16b)의 외측 단부는 경사 실링부(14)의 내측 단부와 이격될 수 있다. 여기서, "벤트 부재의 제1부의 외측 단부"는 실링부에 가까운 제1부(16b)의 단부를 의미한다. "경사 실링부의 내측 단부"는 전지의 외측 방향으로부터 더 먼 경사 실링부의 단부를 의미한다. 제1부(16b)의 외측 단부가 경사 실링부(14)의 내측 단부와 이격되면, 제1부(16b) 전체가 수납부(13a)에 위치된다. 따라서, 제1부(16b)와 경사 실링부(14) 사이의 갭 또는 공간이 수납부(13a)에 노출되고, 결과적으로 이 갭 또는 공간에 가스 압력이 집중되어 비정상적인 상황에서 보다 빠른 벤팅이 가능하게 된다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시양태에 따른 이차전지에서 벤트 부재(16)를 부분적으로 확대하여 나타낸 도이다. 도 5에 도시된 벤트 부재(16)는 도 4에 도시된 벤트 부재(16)와 대부분 유사하다. 예컨대, 도 5에 도시된 바와 같이, 벤트 부재(16)는 제1부(16b)와 제2부(16a)를 포함할 수 있다. 그러나, 도 5에 가장 잘 도시된 바와 같이 벤트 부재(16)의 제2부(16b)가 상기 전극 조립체(12)를 따라 상기 수납부(13a)로 연장되면서 폭이 점점 가늘어지는 가장자리(tapered edge)를 포함할 수 있다. 상기 가장자리의 폭이 점점 가늘어짐에 따라 벤트 부재가 전극 조립체(12)의 측면과 나란하기 용이할 수 있어 전지 케이스 내에 벤트 부재의 편리하고 적절한 배치를 용이하게 할 수 있다. 수납부(13a) 내부에서 전극 조립체(12)가 제2부(16a)의 내측 단부와 접촉하는 것을 방지하기 더욱 용이할 수 있다.
도 6을 참조하면, 상기 경사 실링부는 실링부의 외측에서 경사진 직선 실링 라인의 단부들과 실링부의 내측에서 경사진 직선 실링 라인의 단부를 연결한 사각형 영역일 수 있다.
구체적으로, 제1 방향에 직교하는 제1 직선부(14a), 전극 리드(11)를 향해 경사진 상기 제1 직선부(14a)로부터 연장된 경사부(14b), 및 상기 경사부(14b)로부터 연장되어 리드 필름(15)이 접하는 케이스(13)의 일단으로 연장된 제2 직선부(14c)를 포함하는 외측 실링 라인에서, 상기 경사부(14b)의 일측 단부와 타측 단부를 내측 실링 라인의 경사진 부분의 일측 단부와 타측 단부와 각각 연결하여 형성된 영역을 경사 실링부로 지칭할 수 있다.
상기 경사 실링부의 경사각은 10° 내지 80°, 또는 20° 내지 60°, 또는 40° 내지 50°일 수 있다. 상기 경사 실링부의 경사각이 전술한 범위를 만족하는 경우, 전극 리드와 직접적인 접촉을 최소화할 수 있는 방향으로 가스의 배출을 유도하는 것이 더욱 용이할 수 있다.
도 7을 참조하면, 벤트 부재(16)의 적어도 일부가 사각형 실링부 내에 위치할 수 있다. 상기 사각형 실링부는 도 7에 도시된 바와 같이, 실링부의 외측에서 상기 제1 방향과 평행한 직선 실링 라인의 단부들과 상기 실링부의 내측에서 상기 제1 방향과 평행한 직선 실링 라인의 단부들이 연결되어 형성된 사각형 영역으로 정의될 수 있다.
구체적으로, 제1 방향에 수직인 제1 직선부(14a), 상기 제1 직선부(14a)와 직각을 이루며 상기 제1 직선부(14a)로부터 연장된 제2 직선부(14b), 및 상기 제2 직선부(14b)와 직각을 이루며 상기 제2 직선부(14b)로부터 리드 필름(15)이 접하는 케이스(13)의 일단으로 연장된 제3 직선부(14c)를 포함하는 외측 실링 라인에서, 상기 제2 직선부(14b)의 일측 단부와 타측 단부를 제1 방향에 평행한 내측 실링 라인의 일측 단부와 타측 단부와 각각 연결한 영역을 사각형 실링부로 지칭할 수 있다.
도 7을 참조하면, 벤트 부재(16)의 적어도 일부가 사각형 실링부 내에 위치할 수 있다. 이에 따라, 전극 리드와 직접적인 접촉을 최소화할 수 있는 방향으로 가스의 배출을 유도하는 것이 더욱 용이할 수 있다.
도 8을 참조하면, 상기 경사 실링부는 실링부의 외측에서 경사진 직선 실링 라인의 단부들과 실링부의 내측에서 경사진 직선 실링 라인의 단부들을 연결한 팔각형 또는 복수의 사각형 영역을 지칭할 수 있다.
구체적으로, 실링부(13b)의 단부로부터 연장되어 전극 리드(11) 방향으로 기울어진 제1 경사부(14d), 상기 제1 경사부(14d)로부터 연장되고 제1 방향과 수직인 제1 직선부(14e), 상기 제1 직선부(14e)로부터 연장되어 전극 리드(11) 방향으로 경사진 제2 경사부(14f), 및 상기 제2 경사부(14f)로부터 연장되어 리드 필름(15)이 접하는 케이스(13)의 일단으로 연장된 제2 직선부(14g)를 포함하는 외측 실링 라인에서, 상기 제1 경사부(14d)의 일측 단부와 상기 제2 경사부(14f)의 타측 단부를 내측 실링 라인에서 실링부(13b)로부터 연장되어 전극 리드(11) 방향으로 기울어진 경사부의 일측 단부와 리드 필름(15)과 중첩하는 내측 실링 라인으로부터 연장되어 실링부(13b) 방향으로 연장되는 내측 실링 라인의 타측 단부와 각각 연결한 영역을 경사 실링부로 지칭할 수 있다.
도 8을 참조하면. 제1 경사부(14d) 및/또는 제2 경사부(14f)의 경사각과 수직인 방향으로 벤트가 발생할 수 있다.
제1 경사부(14d)와 제2 경사부(14f)의 경사각은 동일하거나 상이할 수 있다.
상기 제1 경사부(14d) 및/또는 제2 경사부(14f)의 경사각은 10° 내지 80°, 또는 20° 내지 60°, 또는 40° 내지 50°일 수 있다. 상기 경사 실링부의 경사각이 전술한 범위를 만족하는 경우, 전극 리드와 직접적인 접촉을 최소화할 수 있는 방향으로 가스의 배출을 유도하는 것이 더욱 용이할 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시양태에서, 경사 실링부(14)의 외측 및 내측 실링 라인이 하나 이상의 곡선으로 이루어질 수 있다.
도 9를 참조하면, 곡선의 외측 및 내측 실링 라인에 의해 케이스(13) 외부 방향으로 볼록한 형상을 가지는 곡선 실링부(14)가 정의된다. 즉, 상기 곡선 실링부(14)는 실링부 외측 곡선의 실링 라인의 단부들과 실링부 내측 곡선의 실링 라인의 단부들을 연결하여 형성된 영역을 지칭할 수 있다.
도 10을 참조하면, 곡선의 외측 및 내측 실링 라인에 의해 케이스(13) 내부 방향으로 만입된 또는 오목한 형상을 가지는 곡선 실링부(14)가 정의된다. 즉, 상기 곡선 실링부(14)는 실링부 외측 곡선의 실링 라인의 단부들과 실링부 내측 곡선의 실링 라인의 단부들을 연결한 영역을 지칭할 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시양태에서, 상기 곡선 실링부(14)의 외측 및 내측 실링 라인이 연속적인 둘 이상의 곡선들로 이루어질 수 있다. 이 때, 상기 둘 이상의 곡선들은 서로 다른 곡률 반경을 가질 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시양태에서, 경사 실링부(14)의 외측 및 내측 실링 라인이 하나 이상의 직선과 하나 이상의 곡선으로 이루어질 수 있다.
본 발명의 일 실시양태에서, 상기 벤트 부재(16)는 100℃ 내지 120℃에서 벤트될 수 있어 벤트 부재(16)를 통해 수납부(13a)에서 전지 외부로 가스를 배출할 수 있다.
상기 벤트 부재(16)의 적어도 일부가 상기 경사 실링부(14)에 중첩 또는 위치하기 때문에, 경사 실링부, 사각형 실링부 또는 곡선 실링부가 없는 실링부를 포함하는 종래의 이차전지보다 낮은 압력에서 벤팅이 발생할 수 있다. 예를 들어, 벤트 부재(16)는 100℃ 내지 120℃에서 0.7 atm 이상의 압력에서 벤트될 수 있다.
상기 벤트 부재(16)가 전술한 온도 범위 및/또는 전술한 압력 조건에서 벤트됨에 따라, 전지가 정상 작동할 때에는 전지가 밀봉되면서 전지의 이상 작동 시에만 가스 배출을 유도하기 더욱 용이할 수 있다.
도 11을 참조하면, 벤트 부재(16)는 경사 실링부(14)의 상기 제2 방향과 직교하는 방향으로 폭이 좁아지는 구조를 가질 수 있다. 벤트 부재(16)의 폭은 경사 실링부(14)의 제2 방향과 직교하는 방향을 따라 연속적으로 또는 불연속적으로 좁아질 수 있다. 벤트된 가스가 전극 리드(11)로부터 더 먼 방향으로 유도됨에 따라 전지의 안전성을 더욱 향상시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시양태에서, 벤트 부재(16)는 원형, 타원형, 삼각형, 또는 사각형의 형상을 가질 수 있다.
도 11에 도시된 바와 같이, 벤트 부재(16)는 비대칭 스텝형 구조를 가질 수 있다. 비대칭 스텝형 구조에서, 벤트되는 가스와 전극 리드(11) 사이의 직접적인 접촉이 최소화될 수 있도록 스텝 사이에 오프셋(offset)이 형성될 수 있다. 예를 들어, 벤트 부재(16)의 배출 단부의 크기(벤트된 가스의 배기 각도) 및 위치(전극 리드(11)로부터의 거리)는 도 11에 가장 잘 도시된 바와 같이 벤트된 가스와 전극 리드의 접촉을 최소화하도록 구성될 수 있다. 따라서, 전극 리드(11)로부터 먼 방향으로 가스를 유도하기 위해 벤트 부재의 배출 단부의 크기를 줄이고 전극 리드로부터 멀리 배출 단부를 위치시키는 것은 벤트된 가스와 전극 리드 사이의 접촉을 최소화할 것이다. 이 경우, 벤트되는 가스의 배출 방향은 전극 리드(11)의 측면으로부터 더 이격될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 벤트 부재(16)의 두께는 경사 실링부(14)의 제2 방향과 직교하는 방향을 따라 연속적으로 또는 불연속적으로 감소할 수 있다.
도 12a 및 도 12b는 도 2의 A-A` 축에 따른 단면도이다. 도 12a에 도시된 바와 같이, 벤트 부재(16)의 두께는 단차를 따라 불연속적으로 감소될 수 있거나, 도 12b에 도시된 바와 같이, 연속적으로 감소될 수 있다.
본 발명의 일 실시양태에서, 상기 실란트 수지보다 융점이 낮은 벤트 수지는 탄소수 6 이상의 코모노머를 가지는 선형 저밀도 폴리에틸렌을 포함할 수 있다.
상기 실란트 수지보다 융점이 낮은 벤트 수지가 탄소수 6 이상의 코모노머를 가지는 선형 저밀도 폴리에틸렌을 포함함에 따라, 정상 온도 범위에서는 실란트 수지와의 밀봉성이 우수하면서, 고온에서 벤트 부재(16)를 포함하는 실링부(13b)의 실링 강도가 저하되어 벤팅을 실현할 수 있다.
본 발명의 일 실시양태에서, 상기 실란트 수지보다 융점이 낮은 벤트 수지가 탄소수 6 내지 8의 코모노머를 가지는 선형 저밀도 폴리에틸렌을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시양태에서, 상기 실란트 수지보다 융점이 낮은 벤트 수지는 100℃ 내지 130℃, 또는 105℃ 내지 125℃, 또는 110℃ 내지 120℃의 융점을 가질 수 있다. 상기 실란트 수지보다 융점이 낮은 벤트 수지의 융점이 전술한 범위를 만족하는 경우, 고온, 예컨대 100℃ 이상에서 벤트 부재(16)를 포함하는 실링부의 실링 강도가 저하되어 벤트 특성이 구현되기 더욱 용이할 수 있다.
상기 실란트 수지보다 융점이 낮은 벤트 수지의 융점은 시차 주사 열량계(Differential scanning calorimeter; DSC)를 이용하여 측정할 수 있다. 예컨대, 시료의 온도를 30℃로부터 10℃/min으로 280℃까지 증가시킨 후, 280℃에서 10분 간 유지하고, 10℃/min으로 30℃까지 냉각한 후, 30℃에서 10분간 유지한다. 이후, 시료의 온도를 30℃로부터 10℃/min으로 280℃까지 증가시킨 후 280℃에서 10분간 온도를 유지하여 융점을 측정할 수 있다.
본 발명의 일 실시양태에서, 상기 벤트 부재(16)는 100℃ 이상에서의 최대 실링 강도가 6 kgf/15 mm 미만, 또는 5 kgf/15 mm 미만, 또는 4.5 kgf/15 mm 미만일 수 있다. 본 발명의 일 실시양태에서, 상기 벤트 부재(16)는 100℃ 내지 120℃에서의 최대 실링 강도가 6 kgf/15 mm 미만, 또는 5 kgf/15 mm 미만, 또는 4.5 kgf/15 mm 미만일 수 있다. 본 발명의 일 실시양태에서, 상기 벤트 부재(16)는 120℃ 이상에서의 최대 실링 강도가 3 kgf/15 mm 미만, 또는 2 kgf/15 mm 미만, 또는 1 kgf/15 mm 미만, 또는 0.5 kgf/15 mm 미만일 수 있다. 상기 벤트 부재가 전술한 온도 범위에서 전술한 실링 강도를 만족하는 경우, 고온, 예컨대 100℃ 이상에서 벤트 부재(16)를 포함하는 실링부의 실링 강도가 저하되어 벤트 특성이 구현되기 더욱 용이할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시양태에서, 상기 벤트 부재는 상온 내지 60℃에서의 최대 실링 강도가 6 kgf/15 mm 이상, 또는 8 kgf/15 mm 이상, 또는 10 kgf/15 mm 이상일 수 있다. 상기 벤트 부재가 전술한 온도 범위에서 전술한 실링 강도를 만족하는 경우, 전지의 정상 작동 시에 우수한 실링 강도를 가져 전지의 밀봉성을 확보하기 용이할 수 있다.
본 발명의 일 실시양태에서, 상기 벤트 부재는 100℃ 이상에서의 최대 실링 강도가 6 kgf/15 mm 미만이고, 상기 벤트 부재(16)는 상온 내지 60℃에서의 최대 실링 강도가 6 kgf/15 mm 이상일 수 있다. 상기 벤트 부재가 전술한 실링 강도를 만족하는 경우, 고온에서 벤트 부재(16)를 포함하는 실링부의 실링 강도가 저하되어 벤트 특성이 구현되기 더욱 용이할 수 있다. 또한, 전지의 정상적 작동 시에는 우수한 실링 강도를 가져 전지의 밀봉성을 확보하기 용이할 수 있다.
본 발명의 일 실시양태에서, 상기 벤트 부재는 100℃ 이상에서의 평균 실링 강도가 4.5 kgf/15 mm 미만, 또는 3 kgf/15 mm 미만일 수 있다. 본 발명의 일 실시양태에서, 상기 벤트 부재(16)는 100℃ 내지 120℃에서의 평균 실링 강도가 4.5 kgf/15 mm 미만, 또는 3 kgf/15 mm 미만일 수 있다. 본 발명의 일 실시양태에서, 상기 벤트 부재(16)는 120℃ 이상에서의 평균 실링 강도가 2 kgf/15 mm 미만, 또는 1 kgf/15 mm 미만, 또는 0.5 kgf/15 mm 미만일 수 있다. 상기 벤트 부재(16)가 전술한 온도 범위에서 전술한 실링 강도를 만족하는 경우, 고온에서 벤트 부재(16)를 포함하는 실링부의 실링 강도가 저하되어 벤트 특성이 구현되기 더욱 용이할 수 있다.
본 발명의 일 실시양태에서, 상기 벤트 부재는 상온 내지 60℃에서의 평균 실링 강도가 4.5 kgf/15 mm 이상, 또는 5 kgf/15 mm 이상, 또는 6 kgf/15 mm 이상, 또는 7 kgf/15 mm 이상일 수 있다. 상기 벤트 부재가 전술한 온도 범위에서 전술한 실링 강도를 만족하는 경우, 전지의 정상 작동 시에 우수한 실링 강도를 가져 전지의 밀봉성을 확보하기 용이할 수 있다.
본 발명의 일 실시양태에서, 상기 벤트 부재가 100℃ 이상에서의 평균 실링 강도가 4.5 kgf/15 mm 미만이고, 상온 내지 60℃에서의 평균 실링 강도가 4.5 kgf/15 mm 이상일 수 있다. 상기 벤트 부재가 전술한 온도 범위에서 전술한 실링 강도를 가지는 경우, 고온에서 벤트 부재(16)를 포함하는 실링부의 실링 강도가 저하되어 벤트 특성이 구현되기 용이할 수 있다. 또한, 전지의 정상 작동 시에 우수한 실링 강도를 가져 전지의 밀봉성을 확보하기 용이할 수 있다.
온도에 따른 벤트 부재(16)의 실링 강도는 벤트 부재(16)가 삽입된 케이스의 일부를 폭 15mm, 길이 5cm로 재단한 뒤, 양 끝을 180°로 벌려 UTM 지그에 물린 뒤, 5 mm/min의 속도로 인장 테스트를 실시하여 측정할 수 있다.
이 때, 최대 실링 강도는 케이스가 파단될 때의 최대값을 의미하며, 평균 실링 강도는 최대 실링 강도가 4.5 kgf/15 mm 이상인 경우에는 4.5 kgf/15 mm에서 전지 케이스가 8 mm 만큼 연신되었을 때의 평균값을 의미하고, 최대 실링 강도가 4.5 kgf/15 mm 미만인 경우에는 최대 실링 강도에서 전지 케이스가 8 mm 만큼 연신되었을 때의 평균값을 의미한다.
본 발명의 일 실시양태에서, 상기 탄소수 6 이상의 코모노머를 가지는 선형 저밀도 폴리에틸렌이 메탈로센 촉매의 존재 하에 중합된 것일 수 있다. 상기 탄소수 6 이상의 코모노머를 가지는 선형 저밀도 폴리에틸렌이 메탈로센 촉매의 존재 하에 중합된 것인 경우, 지글러-나타 촉매의 존재 하에 중합된 경우보다 실링 강도 및 물성 측면에서 더욱 유리할 수 있다.
본 발명의 일 실시양태에서, 상기 탄소수 6 이상의 코모노머를 가지는 선형 저밀도 폴리에틸렌에서의 상기 탄소수 6 이상의 코모노머의 함량이 상기 탄소수 6 이상의 코모노머를 가지는 선형 저밀도 폴리에틸렌 100 중량% 대비 15 중량% 이하, 또는 12 중량% 이하, 또는 11.8 중량% 이하, 또는 10 중량% 이하, 또는 9 중량% 이하, 또는 8 중량% 이하, 또는 7.6 중량% 이하일 수 있다. 동시에, 상기 탄소수 6 이상의 코모노머의 함량이 상기 탄소수 6 이상의 코모노머를 가지는 선형 저밀도 폴리에틸렌 100 중량% 대비 5 중량% 이상, 또는 7.6 중량% 이상, 또는 8 중량% 이상, 또는 9.0 중량% 이상, 또는 10 중량% 이상, 또는 11.8 중량% 이상, 또는 12 중량% 이상일 수 있다. 탄소수 6 이상의 코모노머의 함량이 전술한 범위를 만족하는 경우, 분자 간 패킹 밀도가 감소하여, 전지의 정상 작동 시에 실링 강도가 낮아지는 문제를 방지하기 용이할 수 있다.
상기 탄소수 6 이상의 코모노머의 함량은 H-NMR로 측정할 수 있다. 예컨대, 시료 약 10 mg을 트리클로로에틸렌 용매 약 0.6 mL에 히터 건(heat gun)을 사용하여 완전히 녹인 후, NMR 튜브에 샘플링하고, 1H-NMR 또는 13C-NMR을 이용하여 측정할 수 있다.
본 발명의 일 실시양태에서, 상기 실란트 수지보다 융점이 낮은 수지의 중량평균분자량이 10만 g/mol 내지 40만 g/mol, 또는 20만 g/mol 내지 35만 g/mol, 또는 23만 g/mol 내지 30만 g/mol일 수 있다. 상기 실란트 수지보다 융점이 낮은 수지의 중량평균분자량이 전술한 범위를 만족하는 경우, 전지의 정상 작동 시에 실란트 수지와의 실링 강도가 더욱 향상될 수 있다.
본 발명의 일 실시양태에서, 상기 실란트 수지보다 융점이 낮은 수지의 다분산성 지수(Poly Dispersity Index; PDI)가 4 이하, 또는 3.8 이하, 또는 3.796 이하, 또는 3.5 이하, 또는 3.023 이하, 또는 3 이하, 또는 2.7 이하, 또는 2.674 이하일 수 있다. 또한, 다분산성 지수(Poly Dispersity Index; PDI)가 1.0 이상일 수 있다. 상기 실란트 수지보다 융점이 낮은 수지의 다분산성 지수가 전술한 범위를 만족하는 경우, 분자량 분포가 좁아 전지의 정상 작동 시에 실란트 수지와의 실링 강도 및 물성이 더욱 우수할 수 있다.
상기 실란트 수지보다 융점이 낮은 벤트 수지의 중량평균분자량 및 다분산성 지수는 겔 투과 크로마토그래피(GPC: gel permeation chromatography)로 하기의 조건에서 측정한 것일 수 있다.
- 컬럼: Tosoh社 HLC-8321 GPC/HT
- 용매: TCB(Trichlorobenzene) + 0.04% BHT(after drying with 0.1% CaCl2)
- 유속: 1.0 ml/min
- 시료농도: 1.5 mg/ml
- 주입량: 300 ㎕
- 컬럼온도: 160℃
- Detector: RI detector
- Standard: Polystyrene (3차 함수로 보정)
본 발명의 일 실시양태에서, 실란트 수지의 결정화 온도와 실란트 수지보다 낮은 융점을 가지는 벤트 수지의 결정화 온도가 비슷할 수 있다. 예컨대, 실란트 수지의 결정화 온도와 실란트 수지보다 낮은 융점을 가지는 벤트 수지의 결정화 온도의 차이가 10℃ 이하, 또는 5℃ 이하일 수 있다. 또한, 실란트 수지의 결정화 온도와 벤트 수지의 결정화 온도의 차이가 0.1℃ 이상일 수 있다. 상기 실란트 수지의 결정화 온도와 실란트 수지보다 낮은 융점을 가지는 벤트 수지의 결정화 온도의 차이가 전술한 범위를 만족하는 경우, 상기 실란트 수지와 실란트 수지보다 낮은 융점을 가지는 벤트 수지의 전지의 정상 작동 시의 융착 특성이 더욱 향상될 수 있다.
본 발명의 일 실시양태에서, 실란트 수지보다 낮은 융점을 가지는 벤트 수지의 결정화 온도가 90℃ 내지 115℃, 또는 95℃ 내지 110℃, 또는 100℃ 내지 110℃, 또는 105℃ 내지 110℃일 수 있다. 상기 실란트 수지보다 낮은 융점을 가지는 벤트 수지의 결정화 온도가 전술한 범위를 만족하는 경우, 상기 실란트 수지와 실란트 수지보다 낮은 융점을 가지는 벤트 수지의 융착 특성이 더욱 향상될 수 있다.
상기 결정화 온도는 시차 주사 열량계(Differential scanning calorimeter; DSC)를 이용하여 측정할 수 있다. 예컨대, 시료의 온도를 30℃로부터 10℃/min으로 280℃까지 증가시킨 후, 280℃에서 10분 간 유지하고, 10℃/min으로 30℃까지 냉각한 후, 30℃에서 10분간 유지할 수 있다. 이후, 시료의 온도를 30℃로부터 10℃/min으로 280℃까지 증가시킨 후 온도를 280℃에서 10분간 유지하여 결정화 온도를 측정할 수 있다.
본 발명의 일 실시양태에서, 상기 벤트 부재(16)는 필름의 두께를 가질 수 있다. 벤트 부재(16)는 기 설정된 크기의 소정의 두께를 갖도록 형성될 수 있다. 또한, 벤트 부재(16)는 설계에 따라, 삽입길이를 다르게 하거나 벤팅 압력 및 위치 제어가 가능할 수 있게 경사 실링부, 사각형 실링부, 또는 곡선 실링부(14)에 삽입될 수 있다
본 발명의 일 실시양태에서, 벤트 부재(16)는 실란트 수지와 상기 실란트 수지보다 더 낮은 융점을 가지는 벤트 수지 사이의 향상된 실링을 위해 접착층을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시양태에 따른 이차 전지는 벤트 수지를 포함하는 벤트 부재와 적어도 일부가 중첩되는, 실링부의 코너에 위치한 경사 실링부, 사각형 실링부, 또는 곡선 실링부를 구비함에 따라, 열 폭주 현상 발생 시 가스로 인한 전극 손상을 최소화하기 위해, 전지 내부 온도가 상승될 때 고온에서의 실링 강도 저하를 통해 한쪽 방향으로 가스를 배출하는 디렉셔널 벤팅(Directional Venting)을 보다 더 원활하고 신속히 구현할 수 있다.
본 발명의 일 실시양태에서, 상기 케이스(13)는 파우치 형태일 수 있다.
본 발명의 일 실시양태에서, 전지 케이스(13)가 파우치 형태인 경우, 전지 케이스(13)는 상부 파우치와 하부 파우치를 포함할 수 있다. 전지 케이스(13)가 상부 파우치와 하부 파우치를 포함하는 경우, 실란트 수지가 서로 대향하도록 상부 파우치와 하부 파우치를 배치한 후, 대향하는 실란트 수지가 열과 압력에 의해 상호 융착됨으로써 전지를 밀봉할 수 있다.
상기 융착은 열융착, 초음파에 의한 융착 등일 수 있으나, 실링부를 융착시킬 수 있다면 특별히 제한되지는 않는다.
실링부(13b)는 전지 케이스(13)의 4면 또는 3면에서 실링될 수 있다. 3면 실링 구조에서, 상부 파우치와 하부 파우치가 하나의 파우치 시트에 형성된 후 상부 파우치 및 하부 파우치의 경계면을 절곡시켜 상부 파우치 및 하부 파우치에 형성된 수납부(13a)들이 포개지도록 한 상태에서 절곡부를 제외한 나머지 3면의 테두리가 실링된다.
본 발명의 일 실시양태에서, 경사 실링부, 사각형 실링부, 또는 곡선 실링부는 실링된 3면의 가장자리 중 상기 절곡부에 연결되는 가장자리에서 상기 실링부의 코너에 위치할 수 있다.
본 발명의 일 실시양태에서, 상기 전지 케이스(13)는 외부 충격 보호를 위한 외층, 수분을 차단하는 금속 배리어층, 및 전지 케이스를 밀봉하는 실란트층의 다층 구조의 필름 형태로 구비될 수 있다.
상기 외층은, 폴리(에틸렌테레프탈레이트)(Poly(ethylene terephthalate); PET), 폴리부틸렌테레프타레이트, 폴리에틸렌나프탈레이트, 폴리부틸렌나프탈레이트, 공중합 폴리에스테르, 폴리카보네이트, 나일론 등을 사용한 폴리에스터계 필름을 포함할 수 있고, 단일층 또는 다층으로 구성될 수 있다.
상기 금속 배리어층은, 알루미늄, 구리 등을 포함할 수 있다.
상기 실란트층은 단일층 또는 다층으로 구성될 수 있다.
상기 실란트 수지는 폴리프로필렌(PP), 산 변성 폴리프로필렌(Acid modified polypropylene; PPa), 랜덤 폴리프로필렌(random polypropylene), 에틸렌 프로필렌 공중합체, 또는 이들 중 2 이상을 포함할 수 있다. 상기 에틸렌 프로필렌 공중합체는 에틸렌 프로필렌 고무(ethylene-propylene rubber), 에틸렌-프로필렌 블록 공중합체 등을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
본 발명의 일 실시양태에서, 상기 이차전지는 원통형, 각형, 또는 파우치형 이차전지일 수 있다.
이상, 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정 실시예에 한정되지 않으며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 요지를 벗어나지 않고 다양하게 변형될 수 있다. 본 발명은 특허청구범위에 정의되어 있으며, 이러한 변형은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어서는 안 된다.
10: 이차전지
11: 전극 리드
12: 전극 조립체
13: 전지 케이스
13a: 수납부
13b: 실링부, 제1 실링부
14: 경사 실링부, 사각형 실링부, 곡선 실링부, 제2 실링부,
15: 리드 필름
16: 벤트 부재
16b: 제1부
16a: 제2부

Claims (37)

  1. 전극 조립체;
    상기 전극 조립체를 수납하는 수납부, 및 내부에 상기 전극 조립체를 밀봉하기 위한 실링부를 포함하고, 상기 실링부는 상기 전극 조립체의 둘레를 밀봉하기 위해 실란트 수지를 포함하는 케이스;
    상기 전극 조립체에 부착되고, 상기 케이스로부터 제1 방향을 따라 연장되는 전극 리드; 및
    상기 실란트 수지보다 융점이 낮은 벤트 수지를 포함하는 벤트 부재;를 포함하고,
    상기 실링부는 상기 전극 리드에 인접한 경사 실링부;를 포함하고, 상기 경사 실링부는 제2 방향을 따라 연장되며, 상기 제2 방향은 상기 제1 방향과 직교하지 않으며,
    상기 벤트 부재가 상기 경사 실링부에 위치하는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 경사 실링부는 10° 내지 80°의 경사각을 가지고,
    상기 경사각은 상기 제1 방향과 상기 제2 방향 사이의 각도인 것을 특징으로 하는 이차전지.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 벤트 부재는 상기 제2 방향과 평행하게 연장되는 제1 변을 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 벤트 부재의 제1 변과 수직인 방향을 따라 벤트가 형성되는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 전극 리드의 외면을 감싸고, 상기 전극 리드와 상기 실링부 사이에 개재되는 리드 필름을 더 포함하고,
    상기 벤트 부재가 상기 수납부에서 상기 리드 필름과 적어도 일부가 중첩되거나 접촉하도록 상기 수납부를 거쳐 연장되는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 벤트 부재는 제1부와 제2부를 포함하고,
    상기 제1부는 상기 제1부가 상기 수납부에서 상기 리드 필름과 적어도 일부가 중첩되거나 접촉하도록 상기 제2 방향을 따라 연장되고,
    상기 제2부는 상기 제2 방향과 직교하는 제3 방향을 따라 연장되는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 벤트 부재가 L자 형상을 이루는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 제2부가 상기 전극 조립체를 따라 상기 수납부로 연장되면서 폭이 점점 가늘어지는 가장자리(tapered edge)를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 제1부의 외측 단부는 상기 리드 필름과 인접한 상기 실링부의 내측 단부로부터 이격되고,
    상기 제1부의 외측 단부가 상기 수납부에 위치하는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  10. 제6항에 있어서,
    상기 제2부는 상기 리드 필름과 중첩되거나 접촉하지 않는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 벤트 부재의 폭은 상기 제2 방향과 직교하는 방향을 따라 변하는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 벤트 부재가 원형, 타원형, 스텝형, 삼각형, 및 사각형 형상 중 어느 하나를 가지는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 벤트 부재의 두께는 상기 제2 방향과 직교하는 방향을 따라 변하는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  14. 제5항에 있어서,
    상기 벤트 부재가 상기 리드 필름과 중첩되거나 접촉하는 면적이 상기 리드 필름이 상기 전극 리드와 중첩되지 않는 영역의 1% 내지 30%인 것을 특징으로 하는 이차전지.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 벤트 수지가 탄소수 6 이상의 코모노머(comonomer)를 가지는 선형 저밀도 폴리에틸렌을 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  16. 제1항에 있어서,
    상기 벤트 부재가 100℃ 내지 120℃에서 용융되어 상기 수납부에서 상기 이차전지의 외부로 가스를 벤트하는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 벤트 부재가 상기 수납부의 압력이 0.7 atm 이상일 때 상기 수납부로부터 가스를 벤트시키는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  18. 제1항에 있어서,
    상기 벤트 부재는 100℃ 이상에서의 최대 실링 강도가 6 kgf/15 mm 미만인 것을 특징으로 하는 이차전지.
  19. 제1항에 있어서,
    상기 벤트 부재는 100℃ 이상에서의 평균 실링 강도가 4.5 kgf/15 mm 미만인 것을 특징으로 하는 이차전지.
  20. 제1항에 있어서,
    상기 벤트 부재는 상온 내지 60℃에서의 최대 실링 강도가 6 kgf/15 mm 이상인 것을 특징으로 하는 이차전지.
  21. 제1항에 있어서,
    상기 벤트 부재는 상온 내지 60℃에서의 평균 실링 강도가 4.5 kgf/15 mm 이상인 것을 특징으로 하는 이차전지.
  22. 제15항에 있어서,
    상기 선형 저밀도 폴리에틸렌이 메탈로센 촉매의 존재 하에 중합된 것을 특징으로 하는 이차전지.
  23. 제15항에 있어서,
    상기 선형 저밀도 폴리에틸렌 100 중량%을 기준으로 탄소수 6 이상의 코모노머의 함량이 15 중량% 이하인 것을 특징으로 하는 이차전지.
  24. 제1항에 있어서,
    상기 벤트 수지가 4 이하의 다분산성 지수(Poly Dispersity Index; PDI)를 가지는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  25. 제1항에 있어서,
    상기 실란트 수지의 결정화 온도와 상기 벤트 수지의 결정화 온도의 차이가 10℃ 이하인 것을 특징으로 하는 이차전지.
  26. 제1항에 있어서,
    상기 벤트 수지가 100℃ 내지 130℃의 융점을 가지는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  27. 제1항에 있어서,
    상기 벤트 수지는 중량평균분자량이 10만 g/mol 내지 40만 g/mol인 것을 특징으로 하는 이차전지.
  28. 제1항에 있어서,
    상기 이차전지는 파우치형 이차전지인 것을 특징으로 하는 이차전지.
  29. 제1항에 있어서,
    상기 벤트 부재는 100℃ 내지 120℃에서의 최대 실링 강도가 6 kgf/15 mm 미만인 것을 특징으로 하는 이차전지.
  30. 제1항에 있어서,
    상기 벤트 부재는 100℃ 내지 120℃에서의 평균 실링 강도가 4.5 kgf/15 mm 미만인 것을 특징으로 하는 이차전지.
  31. 제15항에 있어서,
    상기 선형 저밀도 폴리에틸렌 100 중량%을 기준으로 탄소수 6 이상의 코모노머의 함량이 5 중량% 내지 15 중량%인 것을 특징으로 하는 이차전지.
  32. 제1항에 있어서,
    상기 벤트 부재는 120℃ 이상에서의 최대 실링 강도가 3 kgf/15 mm 미만인 것을 특징으로 하는 이차전지.
  33. 제1항에 있어서,
    상기 벤트 부재는 120℃ 이상에서의 평균 실링 강도가 2 kgf/15 mm 미만인 것을 특징으로 하는 이차전지.
  34. 전극 조립체;
    상기 전극 조립체를 수납하는 수납부, 및 내부에 전극 조립체를 밀봉하기 위한 실링부를 포함하고, 상기 실링부는 상기 전극 조립체의 둘레를 밀봉하기 위해 실란트 수지를 포함하는 케이스;
    상기 전극 조립체에 부착되고, 상기 케이스로부터 제1 방향을 따라 연장되는 전극 리드; 및
    상기 실란트 수지보다 융점이 낮은 벤트 수지를 포함하는 벤트 부재;를 포함하고,
    상기 실링부는 상기 전극 리드에 인접한 사각형 실링부;를 포함하고, 상기 사각형 실링부의 적어도 한 변은 제2 방향을 따라 연장되며, 상기 제2 방향은 상기 제1 방향과 평행하지 않으며,
    상기 벤트 부재의 적어도 일부가 상기 사각형 실링부에 위치하는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  35. 전극 조립체;
    상기 전극 조립체를 수납하는 수납부, 및 내부에 전극 조립체를 밀봉하기 위한 실링부를 포함하고, 상기 실링부는 상기 전극 조립체의 둘레를 밀봉하기 위해 실란트 수지를 포함하는 케이스;
    상기 전극 조립체에 부착되고, 상기 케이스로부터 제1 방향을 따라 연장되는 전극 리드; 및
    상기 실란트 수지보다 융점이 낮은 벤트 수지를 포함하는 벤트 부재;를 포함하고,
    상기 실링부는 상기 전극 리드에 인접한 볼록한 실링부;를 포함하고, 상기 볼록한 실링부는 상기 제1 방향에서 제2 방향으로 볼록한 곡선을 따라 연장되며, 상기 제2 방향은 상기 제1 방향과 직교하며,
    상기 벤트 부재가 상기 볼록한 실링부에 위치하는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  36. 전극 조립체;
    상기 전극 조립체를 수납하는 수납부, 및 내부에 전극 조립체를 밀봉하기 위한 실링부를 포함하고, 상기 실링부는 상기 전극 조립체의 둘레를 밀봉하기 위해 실란트 수지를 포함하는 케이스;
    상기 전극 조립체에 부착되고, 상기 케이스로부터 제1 방향을 따라 연장되는 전극 리드; 및
    상기 실란트 수지보다 융점이 낮은 벤트 수지를 포함하는 벤트 부재;를 포함하고,
    상기 실링부는 상기 전극 리드에 인접한 오목 실링부;를 포함하고, 상기 오목 실링부는 제2 방향에서 상기 제1 방향으로 오목한 곡선을 따라 연장되며, 상기 제2 방향은 상기 제1 방향과 직교하며,
    상기 벤트 부재가 상기 오목 실링부에 위치하는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  37. 전극 조립체;
    상기 전극 조립체를 수납하는 수납부, 및 내부에 전극 조립체를 밀봉하기 위한 실링부를 포함하고, 상기 실링부는 상기 전극 조립체의 둘레를 밀봉하기 위해 실란트 수지를 포함하는 케이스;
    상기 전극 조립체에 부착되고, 상기 케이스로부터 제1 방향을 따라 연장되는 전극 리드; 및
    상기 실란트 수지보다 융점이 낮은 벤트 수지를 포함하는 벤트 부재;를 포함하고,
    상기 실링부는 제1 실링부 및 제2 실링부를 포함하고,
    상기 제1 및 제2 실링부는 상기 수납부의 외주면을 따라 밀봉되어 구획된 것이고, 상기 제2 실링부는 인접한 상기 제1 실링부 사이에 배치되고, 상기 제2 실링부의 외측면은 인접한 상기 제1 실링부를 연결하는 선 또는 곡선에 의해 구획되고, 상기 선은 상기 제1 방향과 평행하지 않으며,
    상기 제2 실링부가 상기 벤트 부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US8758931B2 (en) * 2011-12-02 2014-06-24 Lenovo (Singapore) Pte. Ltd. Electrochemical cell package
KR20140015769A (ko) * 2012-07-24 2014-02-07 삼성에스디아이 주식회사 이차 전지
KR102159368B1 (ko) * 2016-03-03 2020-09-23 주식회사 엘지화학 전기화학소자용 파우치 외장재
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