KR20230045913A - 파우치형 이차전지 - Google Patents

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김지형
김영하
이상빈
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Abstract

제1 전극판, 세퍼레이터 및 제2 전극판을 구비하는 전극 조립체 및 상기 전극조립체가 내부에 수용되는 파우치 필름을 포함하며, 상기 파우치 필름은 상기 전극조립체가 수용되는 수용부 및 상기 수용부로부터 상기 수용부의 외측으로 연장 형성되는 테라스부를 포함하며, 상기 테라스부에는 보조용 전해액이 수용되는 복수개의 보조 수용부가 구비되는 파우치형 이차 전지가 개시된다.

Description

파우치형 이차전지{Pouch type rechargeable-battery}
본 발명은 파우치형 이차전지에 관한 것이다.
일반적으로 이차전지는 전기화학반응이 지속적으로 일어남에 따라 전해액 용매(solvent)와 염화나트륨(NaCl)의 분해로 전해액 고갈현상이 발생하며 이차전지 내부에 가스가 발생하여 이차전지 내압이 증가하는 현상이 발생된다.
이와 같이, 전해액이 고갈되면 아치전지 내의 저항이 급격히 증가하고, 전기화학 반응의 면적이 급격하게 감소됨에 따라 용량이 줄어드는 문제가 있다.
이와 더불어, 이차 전지의 수명이 급격하게 감소하는 문제가 있다.
공개특허공보 : KR 2020-0050782 A
본 발명의 실시예에서는 전해액의 고갈을 최소화하여 수명을 증대시킬 수 있는 파우치형 이차전지를 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 파우치형 이차 전지는 제1 전극판, 세퍼레이터 및 제2 전극판을 구비하는 전극 조립체 및 상기 전극조립체가 내부에 수용되는 파우치 필름을 포함하며, 상기 파우치 필름은 상기 전극조립체가 수용되는 수용부 및 상기 수용부로부터 상기 수용부의 외측으로 연장 형성되는 테라스부를 포함하며, 상기 테라스부에는 보조용 전해액이 수용되는 복수개의 보조 수용부가 구비될 수 있다.
상기 복수개의 보조 수용부 중 적어도 하나의 보조 수용부에 수용되는 보조용 전해액에는 리튬(Li)이 함유될 수 있다.
상기 리튬(Li)이 함유되는 보조용 전해액에는 염화나트륨(NaCl)이 함유될 수 있다.
상기 복수개의 보조 수용부 중 적어도 하나의 보조 수용부에 수용되는 보조용 전해액은 상기 수용부에 충진되는 전해액과 동일할 수 있다.
상기 복수개의 보조 수용부는 상기 수용부에 충진되는 전해액과 동일한 전해액이 충진되는 제1 보조 수용부와, 상기 제1 보조 수용부의 외측에 배치되어 리튬(Li)과 염화나트륨(NaCl)을 함유하는 전해액이 수용되는 제2 보조 수용부 및 상기 제2 보조 수용부의 외측에 배치되어 상기 수용부에 충진되는 전해액과 동일한 전해액이 충진되는 제3 보조 수용부를 구비할 수 있다.
상기 테라스부에는 상기 보조 수용부의 외측에 배치되는 실링부가 구비될 수 있다.
상기 실링부에는 상기 실링부의 접합을 위한 접착제 또는 보조 실링부재가 구비될 수 있다.
본 발명의 실시예에서는 전해액의 고갈을 최소화하여 수명을 증대시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 파우치형 이차 전지를 나타내는 사시도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 파우치형 이차 전지를 나타내는 분해 사시도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 파우치형 이차 전지의 보조 수용부를 설명하기 위한 설명도이다.
도 4 내지 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 파우치형 이차 전지의 작동을 설명하기 위한 설명도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 형태들을 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시 형태로 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명의 실시형태는 당해 기술분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 도면에서 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 파우치형 이차 전지를 나타내는 사시도이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 파우치형 이차 전지를 나타내는 분해 사시도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 파우치형 이차 전지(100)는 일예로서, 전극 조립체(120), 파우치필름(140), 음극리드(160) 및 양극리드(180)를 포함하여 구성될 수 있다.
전극 조립체(120)는 파우치 필름(130)에 의해 형성되는 내부 공간에 수용된다. 일예로서, 전극조립체(120)는 얇은 판형 또는 막형으로 형성된 제1 전극판(121), 제2 전극판(122) 및 세퍼레이터(123)를 포함하며, 적층형 또는 권취형 등 필요에 따라 다양한 형태로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 제1 전극판(121)은 음극 역할을 할 수 있으며, 제2 전극판(122)은 양극 역할을 할 수 있다.
제1 전극판(121)은 예를 들어, 구리, 구리 합금, 니켈 또는 니켈 합금과 같은 금속 포일로 형성된 제1 전극 집전체에 흑연 또는 탄소 등의 제1 전극 활물질이 도포되어 형성될 수 있다. 또한, 제1 전극판(121)은 제1 전극 활물질이 도포되지 않는 영역인 제1 전극 무지부(121a)를 포함한다. 제1 전극 무지부(121a)는 제1 전극판(121)과 제1 전극판(121) 외부 간의 전류 흐름의 통로가 된다.
제2 전극판(122)은 예를 들어, 알루미늄 또는 알루미늄 합금과 같은 금속 포일로 형성된 제2 전극 집전체에 전이금속산화물 등의 제2 전극 활물질이 도포되어 형성될 수 있다. 또한, 제2 전극판(122)은 제2 전극 활물질이 도포되지 않는 영역인 제2 전극 무지부(122a)를 포함한다. 제2 전극 무지부(122a)도 제2 전극판(122)과 제2 전극판(122) 외부 간의 전류 흐름의 통로가 된다.
세퍼레이터(123)는 제1 전극판(121)과 제2 전극판(122) 사이에 위치되어 쇼트를 방지하고 리튬 이온의 이동을 가능하게 하는 역할을 한다. 예를 들어, 세퍼레이터(123)는 폴리에틸렌, 폴리 프로필렌 또는 폴리 에틸렌과 폴리 프로필렌의 복합 필름으로 이루어질 수 있다.
일예로서, 제1 전극판(121), 제2 전극판(122) 및 세퍼레이터(123)는 하부 케이스(130)의 높이 방향으로 배열될 수 있다. 다시 말해, 파우치 필름(140)의 바닥면으로부터 상부 측으로 제1 전극판(121), 세퍼레이터(123) 및 제2 전극판(122)의 순서로 교번적으로 적층될 수 있다.
그리고, 제1 전극판(121)의 무지부(121a)에는 음극 리드(160)가 연결되며, 제2 전극판(122)의 무지부(122a)에는 양극 리드(180)가 연결된다.
파우치 필름(140)는 내부에 전극조립체(120)를 수용하며, 파우치 필름(140)의 양측으로 음극 리드(160) 및 양극 리드(180)가 돌출되어 배치될 수 있다.
한편, 파우치 필름(140)에는 수납부(141)가 포밍될 수 있다. 그리고, 수납부(141)의 바닥면은 편평하게 형성될 수 있다. 또한, 수납부(141)에 전극조립체(120)가 삽입 배치될 수 있으며, 전극조립체(120)의 일면을 중심으로 파우치 필름(140)가 접혀진다.
그리고, 파우치 필름(140)에는 수납부(141)의 외측으로 연장 형성되는 테라스부(142)를 구비할 수 있다. 테라스부(142)는 일예로서, 수납부(141)의 네 측면으로부터 연장 형성될 수 있다.
한편, 테라스부(142)의 가장자리 중 일부에는 실링부(143)가 구비될 수 있다. 일예로서, 실링부(143)은 제1 측면 실링부(143a)와, 제2 측면 실링부(143b) 및 상단 실링부(143c)를 구비할 수 있다. 이 경우, 이차전지 셀(100)은 수납부(141)를 중첩시켜 전극조립체(120)를 수용하고, 상단 실링부(143c)를 제외한 제1,2 측면 실링부(143a,143b) 전체를 상호 접합한 후 상단 실링부(143c)가 배치되는 영역을 통해 전해액(E)을 주입한 다음 실링을 실시할 수 있다. 이와 같이, 이차전지 셀(100)은 4개의 가장자리 중 3개의 가장자리가 실링될 수 있다. 다시 말해, 테라스부(142)의 가장자리에는 상기한 제1 측면 실링부(143a)와, 제2 측면 실링부(143b) 및 상단 실링부(143c)로 이루어지는 실링부(143)가 형성될 수 있다.
또한, 테라스부(142)는 실링부(143)의 폭보다 넓은 폭을 가질 수 있다. 실링부(143)는 테라스부(142)에서 예를 들어 열융착에 의해 접합되는 영역을 의미하며, 실링부(143)를 제외한 테라스부(142)는 접합되지 않은 상태를 유지한다.
일예로서, 실링부(143)에는 접합을 위한 접착제(미도시) 또는 보조 실링부재(미도시)인 보형물이 추가적으로 구비될 수 있다. 즉, 테라스부(142)의 접합을 위한 접착제 또는 보조 실링부재인 보형물이 실링부(143)에 구비될 수 있다.
한편, 전해액(E)은 에틸렌 카보네이트(EC), 프로필렌 카보네이트(PC), 디에틸 카보네이트(DEC), 에틸메틸 카보네이트(EMC), 디메틸 카보네이트 (DMC)와 같은 유기 용매에 LiPF6, LiBF4와 같은 리튬염으로 이루어질 수 있다. 또한, 상기 전해액(E)은 액체 또는 겔상일 수 있다.
또한, 파우치 필름(140)는 금속층과 수지층을 포함하는 라미네이트 시트로 이루어질 수 있다. 특히, 상기 라미네이트 시트는 알루미늄 라미네이트 시트일 수 있다. 일예로서, 파우치 필름(140)는 그 재질이 금속층으로 이루어진 심부와, 상기 심부의 상부면 상에 형성된 열융착층과, 상기 심부의 하부면 상에 형성된 절연막으로 이루어질 수 있다.
상기 열융착층은 폴리머 수지인 변성 폴리프로필렌, 예컨대 CPP(Casted Polypropylene)를 사용하여 접착층으로 작용하며, 상기 절연막은 나일론이나 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)와 같은 수지재가 형성되어 있을 수 있으나, 여기서 상기 파우치 파우치 필름의 구조 및 재질을 한정하는 것은 아니다.
한편, 테라스부(142)에는 보조용 전해액(SE)이 수용되는 복수개의 보조 수용부(150)가 구비될 수 있다. 일예로서, 복수개의 보조 수용부(150)는 파우치 필름(140)의 장변 측에 배치되는 2개의 테라스부(142)에 배치될 수 있다. 한편, 복수개의 보조 수용부(150)는 수용부(141)에 수용되는 전해액(E)과 동일한 전해액(SE)이 충진되는 제1 보조 수용부(152)와, 제1 보조 수용부(152)의 외측에 배치되어 리튬(Li)과 염화나트륨(NaCl)을 함유하는 전해액(ASE)이 수용되는 제2 보조 수용부(154) 및 제2 보조 수용부(154)의 외측에 배치되어 수용부(141)에 충진되는 전해액(E)과 동일한 전해액(SE)이 충진되는 제3 보조 수용부(156)를 구비할 수 있다. 한편, 도 3에 도시된 바와 같이, 수용부(141)와 제1 보조 수용부(152) 사이와, 제1 보조 수용부(152)와 제2 보조 수용부(154) 사이 및 제2 보조 수용부(154)와 제3 보조 수용부(156) 사이에는 제1,2,3 보조 실링부(157,158,159)가 형성될 수 있다.
이에 따라, 파우치형 이차 전지(100)의 사용에 따라 발생되는 가스에 의해 제1,2,3 보조 수용부(152,154,156)가 순차적으로 개방되면서 전해액이 수용부(141)에 보충될 수 있다.
이에 대하여 보다 자세하게 살펴보면, 도 4에 도시된 바와 같이, 파우치형 이차 전지(100)의 사용에 의하여 발생된 가스가 수납부(141)에 충진되며, 이에 따라 파우치 필름(140)의 내압이 증가한다. 이후, 파우치 필름(140)의 내압이 일정압력 이상이 되면 도 5에 도시된 바와 같이, 제1 보조 실링부(157)가 개방되면서 제1 보조 수용부(152)에 수용된 전해액(SE)이 수납부(141)로 보충된다. 이후, 파우치형 이차 전지(100)의 계속적인 사용에 의하여 발생된 가스에 의해 파우치 필름(140)의 내압이 증가한다. 이후, 파우치 필름(140)의 내압이 일정압력 이상이 되면 도 6에 도시된 바와 같이, 제2 보조 실링부(158)가 개방되면서 제2 보조 수용부(154)에 수용된 전해액(ASE)이 수납부(141)로 보충된다. 한편, 제2 보조 수용부(154)에 수용된 전해액에는 리튬(Li)과 염화나트륨(NaCl)이 함유되어 있으므로, 전해액(E)의 점도 감소를 방지할 수 있으며, 이온 전도도를 향상시킬 수 있다. 이후, 파우치형 이차 전지(100)의 계속적인 사용에 의하여 발생된 가스에 의해 파우치 필름(140)의 내압이 증가하게 된다. 이후, 파우치 필름(140)의 내압이 일정압력 이상이 되면 도 7에 도시된 바와 같이, 제3 보조 실링부(159)가 개방되면서 제3 보조 수용부(156)에 수용된 전해액(SE)이 수납부(141)로 보충된다.
이와 같이, 파우치형 이차 전지(100)의 사용 기간에 따라 보조 수용부(150)에 수용되는 전해액(SE,ASE)을 보충함으로써 파우치형 이차 전지(100)의 수명을 증가시킬 수 있다.
음극 리드(160)는 상기한 제1 전극판(121)의 무지부(121a)에 전기적으로 연결되며, 일단부가 파우치 필름(140)으로부터 돌출되도록 배치된다. 일예로서, 음극 리드(160)는 제1 전극판(121)과 동일한 재질인 구리, 구리 합금, 니켈 또는 니켈 합금 재질로 이루어질 수 있다. 한편, 음극 리드(160)는 집전체(미도시)를 통해 제1 전극판(121)에 연결될 수 있다. 그리고, 음극 리드(160)와 집전체는 용접에 의해 접합될 수 있다. 일예로서, 음극 리드(160)에는 실링필름(미도시)이 설치될 수 있으며, 실링필름은 제1 측면 실링부(143a) 내에 배치될 수 있다.
양극 리드(180)는 상기한 제2 전극판(122)의 무지부(122a)에 전기적으로 연결되며, 일단부가 파우치 필름(140)으로부터 돌출되도록 배치된다. 일예로서, 양극 리드(180)는 제2 전극판(122)과 동일한 재질인 알루미늄 또는 알루미늄 합금 재질로 이루어질 수 있다. 또한, 양극 리드(180)도 집전체(미도시)를 통해 제2 전극판(122)에 연결될 수 있다. 한편, 양극 리드(180)와 집전체는 용접에 의해 접합될 수 있다. 일예로서, 양극 리드(180)에는 실링필름(미도시)이 설치될 수 있으며, 실링필름은 제2 측면 실링부(143b) 내에 배치될 수 있다.
상기한 바와 같이, 복수개의 보조 수용부(150)를 통해 수용부(141)에 전해액(E)을 보충할 수 있으므로, 파우치형 이차전지(100)의 수명을 증대시킬 수 있다.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것은 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게는 자명할 것이다.
100 : 파우치형 이차 전지
120 : 전극 조립체
140 : 파우치 필름
160 : 음극 리드
180 : 양극 리드

Claims (7)

  1. 제1 전극판, 세퍼레이터 및 제2 전극판을 구비하는 전극 조립체; 및
    상기 전극조립체가 내부에 수용되는 파우치 필름;
    을 포함하며,
    상기 파우치 필름은 상기 전극조립체가 수용되는 수용부 및 상기 수용부로부터 상기 수용부의 외측으로 연장 형성되는 테라스부를 포함하며,
    상기 테라스부에는 보조용 전해액이 수용되는 복수개의 보조 수용부가 구비되는 파우치형 이차 전지.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 복수개의 보조 수용부 중 적어도 하나의 보조 수용부에 수용되는 보조용 전해액에는 리튬(Li)이 함유되는 파우치형 이차 전지.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 리튬(Li)이 함유되는 보조용 전해액에는 염화나트륨(NaCl)이 함유되는 파우치형 이차 전지.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 복수개의 보조 수용부 중 적어도 하나의 보조 수용부에 수용되는 보조용 전해액은 상기 수용부에 충진되는 전해액과 동일한 파우치형 이차 전지.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 복수개의 보조 수용부는 상기 수용부에 충진되는 전해액과 동일한 전해액이 충진되는 제1 보조 수용부와, 상기 제1 보조 수용부의 외측에 배치되어 리튬(Li)과 염화나트륨(NaCl)을 함유하는 전해액이 수용되는 제2 보조 수용부 및 상기 제2 보조 수용부의 외측에 배치되어 상기 수용부에 충진되는 전해액과 동일한 전해액이 충진되는 제3 보조 수용부를 구비하는 파우치형 이차 전지.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 테라스부에는 상기 보조 수용부의 외측에 배치되는 실링부가 구비되는 파우치형 이차 전지.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 실링부에는 상기 실링부의 접합을 위한 접착제 또는 보조 실링부재가 구비되는 파우치형 이차 전지.
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KR20200050782A (ko) 2018-11-02 2020-05-12 주식회사 엘지화학 전해액 보충용 홈이 형성된 파우치형 이차전지

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