KR20230045914A - 파우치형 이차전지 - Google Patents
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Abstract
제1 전극판, 세퍼레이터 및 제2 전극판을 구비하는 전극조립체 및 상기 전극조립체가 내부에 수용되는 파우치필름을 포함하며, 상기 파우치필름은 상기 전극조립체가 수용되는 수용부 및 상기 수용부로부터 상기 수용부의 외측으로 연장 형성되는 테라스부를 포함하며, 상기 테라스부는 상기 전극조립체에 연결되는 음극 리드가 관통되어 돌출되는 제1 측면부와, 상기 전극조립체에 연결되는 양극 리드가 관통되어 돌출되는 제2 측면부 및 상기 제1,2 측면부에 양단부가 연결되는 상단부를 구비하며, 상기 제1,2 측면부의 끝단에는 상기 상단부 방향 측으로 접혀지는 폴딩부가 구비되는 파우치형 이차 전지가 개시된다.
Description
본 발명은 파우치형 이차전지에 관한 것이다.
파우치형 이차전지는 전극 리드의 방향에 따라 단방향 파우치형 이차전지와 양방향 파우치형 이차전지로 나뉘며, 실링면의 수에 따라 3면 실링 파우치형 이차전지와, 4면 실링 파우치형 이차 전지로 나누어 진다.
한편, 3면 실링 파우치형 이차전지의 경우 실링이 되지 않는 면의 양끝단이 돌출되는데, 이를 일반적으로 Shark-fin, Bat ear 등 다양한 이름으로 부른다.
한편, 복수개의 파우치형 이차전지가 케이스 등에 수용되어 이차전지 모듈과 이차전지 팩으로 제조될 수 있다.
그런데, 상기한 돌출부에 의해 이차전지 모듈 또는 이차전지 팩의 제조 시 체적 밀도가 낮아지는 문제가 있으며, 나아가 냉각 효율이 떨어지는 문제가 있다.
본 발명의 실시예에서는 돌출부를 제거할 수 있는 파우치형 이차전지를 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 파우치형 이차 전지는 제1 전극판, 세퍼레이터 및 제2 전극판을 구비하는 전극조립체 및 상기 전극조립체가 내부에 수용되는 파우치필름을 포함하며, 상기 파우치필름은 상기 전극조립체가 수용되는 수용부 및 상기 수용부로부터 상기 수용부의 외측으로 연장 형성되는 테라스부를 포함하며, 상기 테라스부는 상기 전극조립체에 연결되는 음극 리드가 관통되어 돌출되는 제1 측면부와, 상기 전극조립체에 연결되는 양극 리드가 관통되어 돌출되는 제2 측면부 및 상기 제1,2 측면부에 양단부가 연결되는 상단부를 구비하며, 상기 제1,2 측면부의 끝단에는 상기 상단부 방향 측으로 접혀지는 폴딩부가 구비될 수 있다.
상기 폴딩부는 상기 파우치 필름이 겹쳐지는 상기 테라스부 내측으로 접혀질 수 있다.
상기 폴딩부가 배치되는 영역의 상기 테라스부의 종단면은 'Σ'자 형상을 가질 수 있다.
상기 파우치필름은 상기 전극조립체의 일측면이 접촉되며 상기 상단부의 반대측에 배치되는 바닥면을 구비하며, 상기 바닥면의 양끝단으로부터 연장되며 상기 폴딩부에 연결되는 보조 폴딩부가 구비될 수 있다.
상기 보조 폴딩부는 상기 전극 조립체의 양단부 측으로 접혀질 수 있다.
상기 제1,2 측면부와 상기 상단부에는 상기 파우치필름의 밀폐를 위한 실링부가 구비될 수 있다.
상기 폴딩부의 사이에 배치되는 실링부재를 더 포함할 수 있다.
상기 실링부재는 접착제로 이루어질 수 있다.
상기 실링부재는 상기 실링부의 접합을 위한 보형물일 수 있다.
본 발명의 실시예에서는 돌출부를 제거할 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 도 1의 A부를 나타내는 확대도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 파우치형 이차 전지의 변형 실시예를 설명하기 위한 사시도이다.
도 5는 도 4의 B부를 나타내는 확대도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 파우치형 이차 전지를 나타내는 분해 사시도이다.
도 3은 도 1의 A부를 나타내는 확대도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 파우치형 이차 전지의 변형 실시예를 설명하기 위한 사시도이다.
도 5는 도 4의 B부를 나타내는 확대도이다.
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 사시도이고, 도 3은 도 1의 A부를 나타내는 확대도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 이차 전지(100)는 일예로서, 전극 조립체(120), 파우치필름(130), 음극 리드(160) 및 양극 리드(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, 하부 케이스(130)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)은 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 세 측면으로부터 연장 형성될 수 있다. 일예로서, 테라스부(142)는 전극 조립체(120)에 연결되는 음극 리드(160)가 관통되어 돌출되는 제1 측면부(142a)와, 전극 조립체(120)에 연결되는 양극 리드(180)가 관통되어 돌출되는 제2 측면부(142b) 및 제1,2 측면부(142a,142b)에 양단부가 연결되는 상단부(142c)를 구비할 수 있다. 일예로서, 도 1에 도시된 바와 같이, 상단부(142c)는 후술할 실링부(143)의 형성 후 접혀질 수 있다.
한편, 테라스부(142)의 가장자리 중 일부에는 실링부(143)가 구비될 수 있다. 일예로서, 실링부(143)는 파우치 필름(140)의 3면에 구비될 수 있다. 예를 들어, 실링부(143)는 제1 측면 실링부(143a)와, 제2 측면 실링부(143b) 및 상단 실링부(143c)를 구비할 수 있다. 이 경우, 파우치형 이차 전지(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 전해액을 주입한 다음 실링을 실시할 수 있다. 이와 같이, 파우치형 이차 전지(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.
한편, 전해액은 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 전해액은 액체 또는 겔상일 수 있다.
또한, 파우치 필름(140)은 금속층과 수지층을 포함하는 라미네이트 시트로 이루어질 수 있다. 특히, 상기 라미네이트 시트는 알루미늄 라미네이트 시트일 수 있다. 일예로서, 파우치 필름(140)은 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, 제1,2 측면부(142a,142b)의 끝단에는 상단부(142c) 방향 측으로 접혀지는 폴딩부(144)가 구비될 수 있다. 폴딩부(144)는 파우치 필름(140)이 겹쳐지는 테라스부(142) 내측으로 접혀질 수 있다. 일예로서, 폴딩부(144)가 배치되는 영역의 테라스부(142)는 종단면이 'Σ'자 형상을 가질 수 있다.
그리고, 파우치 필름(140)은 전극 조립체(120)의 일측면이 접촉되며 상단부(142c)의 반대측에 배치되는 바닥면(145)을 구비하며, 바닥면(145)의 양끝단으로부터 연장되며 폴딩부(144)에 연결되는 보조 폴딩부(146)가 구비될 수 있다. 보조 폴딩부(146)는 전극 조립체(120)의 양단부 측으로 접혀질 수 있다. 다시 말해, 보조 폴딩부(146)는 테라스부(142) 측으로 접혀져서 바닥부(145)로부터 돌출되는 돌출부를 형성하지 않을 수 있다.
예를 들어, 폴딩부(144) 및 보조 폴딩부(146)은 테라스부(142)의 실링부(143)를 형성하기 전, 파우치 필름(140)을 중심선을 기준으로 접을 때 도 2의 접선으로 표시된 부분이 접히면서 형성될 수 있다. 만약, 폴딩부(144) 및 보조 폴딩부(146)가 구비되지 않는 경우 파우치 필름(140)의 수용부(141)에 전극 조립체(120)의 일면을 접촉시킨 상태에서 파우치 필름(140)을 접는 경우 수용부(141)와 테라스부(142)의 단차로 인하여 돌출부가 형성될 수 있다. 하지만, 폴딩부(144)와 보조 폴딩부(146)를 통해 수용부(141)의 일부 영역이 접혀지면서 접혀지는 보조 폴딩부(146)로부터 연장되는 폴딩부(144)를 형성함으로써, 바닥부(145)로부터 돌출되는 돌출부를 형성하지 않을 수 있다.
이와 같이, 테라스부(142)에 폴딩부(144)가 구비되며 바닥부(145)로부터 연장되는 보조 폴딩부(146)가 파우치 필름(140)에 구비되므로 실링부(143)의 형성 시 돌출부(즉, Shark-fin, Bat ear)가 형성되지 않을 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(162)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(182)이 설치될 수 있으며, 실링필름은 제2 측면 실링부(143b) 내에 배치될 수 있다.
상기한 바와 같이, 테라스부(142)에 폴딩부(144)가 구비되며 바닥부(145)로부터 연장되는 보조 폴딩부(146)가 파우치 필름(140)에 구비되므로 실링부(143)의 형성 시 돌출부(즉, Shark-fin, Bat ear)가 형성되지 않을 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 이차 전지의 변형 실시예를 나타내는 사시도이고, 도 5는 도 4의 B부를 나타내는 확대도이다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 이차 전지(200)는 파우치 필름(140)을 포함한다. 한편, 이차 전지(200)는 상기에서 설명한 전극 조립체(120), 음극 단자(160) 및 양극 단자(180)를 포함하나, 전극 조립체(120), 음극 단자(160) 및 양극 단자(180)는 상기에서 설명한 구성요소와 실질적으로 동일하므로 자세한 설명 및 도면에의 도시는 생략하기로 한다.
한편, 파우치 필름(240)에는 수납부(미도시, 도 2 참조)가 포밍될 수 있다. 그리고, 수납부의 바닥면은 편평하게 형성될 수 있다. 또한, 수납부(241)에 전극조립체(120, 도 2 참조)가 삽입 배치될 수 있으며, 전극조립체(120)의 일면을 중심으로 파우치 필름(240)가 접혀진다.
그리고, 파우치 필름(240)에는 수납부(241)의 외측으로 연장 형성되는 테라스부(242)를 구비할 수 있다. 테라스부(242)는 일예로서, 수납부의 세 측면으로부터 연장 형성될 수 있다.
한편, 테라스부(242)의 가장자리 중 일부에는 실링부(243)가 구비될 수 있다. 일예로서, 파우치형 이차 전지(200)는 4개의 가장자리 중 3개의 가장자리가 실링될 수 있다.
또한, 테라스부(242)는 실링부(243)의 폭보다 넓은 폭을 가질 수 있다. 실링부(243)는 테라스부(242)에서 예를 들어 열융착에 의해 접합되는 영역을 의미하며, 실링부(243)를 제외한 테라스부(242)는 접합되지 않은 상태를 유지한다.
한편, 전해액은 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 전해액은 액체 또는 겔상일 수 있다.
또한, 파우치 필름(240)는 금속층과 수지층을 포함하는 라미네이트 시트로 이루어질 수 있다. 특히, 상기 라미네이트 시트는 알루미늄 라미네이트 시트일 수 있다. 일예로서, 파우치 필름(240)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(242)에는 상부를 향하여 접혀지는 폴딩부(244)가 구비될 수 있다. 폴딩부(244)는 파우치 필름(240)이 겹쳐지는 테라스부(242) 내측으로 접혀질 수 있다. 일예로서, 폴딩부(244)가 배치되는 영역의 테라스부(242)는 종단면이 'Σ'자 형상을 가질 수 있다.
그리고, 파우치 필름(240)은 전극 조립체(120)의 일측면이 접촉되는 바닥면(245)을 구비하며, 바닥면(245)의 양끝단으로부터 연장되며 폴딩부(244)에 연결되는 보조 폴딩부(246)가 구비될 수 있다. 보조 폴딩부(246)는 전극 조립체(120)의 양단부 측으로 접혀질 수 있다. 다시 말해, 보조 폴딩부(246)는 테라스부(242) 측으로 접혀져서 바닥부(245)로부터 돌출되는 돌출부를 형성하지 않을 수 있다.
한편, 폴딩부(244)와 보조 폴딩부(246)에는 실링부재(210)가 구비될 수 있다. 이에 따라, 폴딩부(244)와 보조 폴딩부(246)에 의해 낮아지는 접합력을 보완할 수 있다. 일예로서, 실링부재(210)는 접착제일 수 있다.
다만, 본 실시예에서는 폴딩부(244)와 보조 폴딩부(246)에는 실링부재(210)가 접착제로 이루어지며, 접착제가 충진되는 경우를 예로 들어 설명하고 있으나, 이에 한정되지 않으며 접착제를 대신하여 보형물이 폴딩부(244)와 보조 폴딩부(246)에 게재될 수 있다.
이와 같이, 테라스부(242)에 폴딩부(244)가 구비되며 바닥부(245)로부터 연장되는 보조 폴딩부(246)가 파우치 필름(240)에 구비되므로 실링부(243)의 형성 시 돌출부(즉, Shark-fin, Bat ear)가 형성되지 않을 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
120 : 전극 조립체
140 : 파우치 필름
160 : 음극 리드
180 : 양극 리드
Claims (9)
- 제1 전극판, 세퍼레이터 및 제2 전극판을 구비하는 전극조립체; 및
상기 전극조립체가 내부에 수용되는 파우치필름;
을 포함하며,
상기 파우치필름은 상기 전극조립체가 수용되는 수용부 및 상기 수용부로부터 상기 수용부의 외측으로 연장 형성되는 테라스부를 포함하며,
상기 테라스부는 상기 전극조립체에 연결되는 음극 리드가 관통되어 돌출되는 제1 측면부와, 상기 전극조립체에 연결되는 양극 리드가 관통되어 돌출되는 제2 측면부 및 상기 제1,2 측면부에 양단부가 연결되는 상단부를 구비하며
상기 제1,2 측면부의 끝단에는 상기 상단부 방향 측으로 접혀지는 폴딩부가 구비되는 파우치형 이차 전지.
- 제1항에 있어서,
상기 폴딩부는 상기 파우치 필름이 겹쳐지는 상기 테라스부 내측으로 접혀지는 파우치형 이차 전지.
- 제2항에 있어서,
상기 폴딩부가 배치되는 영역의 상기 테라스부의 종단면은 'Σ'자 형상을 가지는 파우치형 이차 전지.
- 제1항에 있어서,
상기 파우치필름은 상기 전극조립체의 일측면이 접촉되며 상기 상단부의 반대측에 배치되는 바닥면을 구비하며,
상기 바닥면의 양끝단으로부터 연장되며 상기 폴딩부에 연결되는 보조 폴딩부가 구비되는 파우치형 이차 전지.
- 제4항에 있어서,
상기 보조 폴딩부는 상기 전극 조립체의 양단부 측으로 접혀지는 파우치형 이차 전지.
- 제1항에 있어서,
상기 제1,2 측면부와 상기 상단부에는 상기 파우치필름의 밀폐를 위한 실링부가 구비되는 파우치형 이차 전지.
- 제1항에 있어서,
상기 폴딩부의 사이에 배치되는 실링부재를 더 포함하는 파우치형 이차 전지.
- 제7항에 있어서,
상기 실링부재는 접착제로 이루어지는 파우치형 이차 전지.
- 제7항에 있어서,
상기 실링부재는 상기 실링부의 접합을 위한 보형물인 파우치형 이차 전지.
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