KR20230100164A - 이차전지 - Google Patents

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KR20230100164A
KR20230100164A KR1020210189844A KR20210189844A KR20230100164A KR 20230100164 A KR20230100164 A KR 20230100164A KR 1020210189844 A KR1020210189844 A KR 1020210189844A KR 20210189844 A KR20210189844 A KR 20210189844A KR 20230100164 A KR20230100164 A KR 20230100164A
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KR
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secondary battery
pouch case
electrode
disconnection
electrode lead
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KR1020210189844A
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오태섭
이찬섭
강철호
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에스케이온 주식회사
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Abstract

본 발명은 파우치 케이스 내부에 전극탭을 포함하는 전극조립체를 수용하고 밀봉된 파우치형 이차전지로서, 상기 파우치 케이스의 적어도 1면에 상기 전극탭과 연결된 전극리드가 인출되는 전극리드 인출부를 포함하고, 상기 전극리드 인출부를 갖는 적어도 1면의 파우치 케이스 내부에 상기 전극탭과 전극리드가 연결된 연결부의 상면 및 하면 중 적어도 일면 상에 형성된 단선 방지부재를 포함하며, 상기 단선 방지부재는 상기 전극리드 인출부의 파우치 케이스의 내면에 접합된 일측 단부 및 상기 일측 단부로부터 파우치 케이스의 내면을 따라 연장된 타측 단부를 가지고, 전극탭과 전극리드가 연결된 연결부를 덮는 것인, 이차전지를 제공한다.

Description

이차전지{Lithium ion battery}
본 발명은 이차전지에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 전극리드와 전극 탭 연결부의 단선을 방지할 수 있는 단선 방지 부재를 포함하는 이차전지에 관한 것이다.
모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서의 이차전지의 수요가 급격히 증가하고 있고, 그러한 이차전지 중 높은 에너지 밀도와 전압을 가지고, 사이클 수명이 길며, 자기방전율이 낮은 리튬 이차전지가 상용화되어 널리 사용되고 있다.
이러한, 리튬 이온 전지는 장기간 사용에 있어서의 충방전의 반복, 과충전, 혹은 단락 등의 이상시의 전지 내부의 온도 상승에서 기인되어 열화나 전기 분해를 일으킨다. 이로써, 전지 내부에서는 CO 나 CO2 등의 가스가 발생되어, 셀 내부의 진공을 파괴할 뿐만 아니라, 내압이 상승하여 기밀 용기인 파우치가 변형되고, 내부 저항이 증대하는 등의 문제를 일으킬 우려가 있다.
한편, 이차전지는 전지케이스의 형상에 따라, 전극조립체가 원통형 또는 각형의 금속 캔에 내장되어 있는 원통형 전지 및 각형 전지와, 전극조립체가 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치형 케이스에 내장되어 있는 파우치형 전지로 분류될 수 있다. 여기서, 파우치형 전지는 실링 특성이 셀의 내구성에 직결되기 때문에 별도의 장치로 인해 오히려 내구성이 감소할 수 있으므로, 내부에서 발생되는 가스를 분출할 수 있는 장치 또는 방법이 전무한 실정이다.
도 1(a)는 일반적으로 사용되는 파우치형 전지를 개략적으로 나타낸 도면이고, 도 1(b)는 전지 내부에서 발생하는 가스에 의해 전극탭 부근의 전지 내부 빈 공간에 가스가 채워짐으로 인해 스웰링(swelling)이 발생한 형상을 개략적으로 나타낸 도면이다, 상기 도 1의 (b)로부터 알 수 있는 바와 같이, 파우치형 전지의 파우치 케이스(400) 내부에서 가스가 발생하는 경우에는 파우치 케이스의 실링부(270)와 전극조립체(100) 사이의 영역 중 전극 탭(250) 및 전극리드(200)와 겹쳐지지 않는 빈 공간 영역인 테라스(terrace) 영역에 스웰링(swelling)이 발생하게 된다. 전극조립체(100)의 전극에 연결되는 전극탭(250)과, 파우치 케이스(400) 외부로 돌출되는 전극리드(200)는 도 1(a)에 나타낸 바와 같이 용접 등의 방법으로 인해 연결되고 이에 따른 연결부(220)는 파우치 케이스(400) 내부에 위치하게 된다. 상기 연결부(220)는 파우치 케이스(400) 내부에 가스가 발생하는 경우, 상기 전극탭(250)과 전극리드(200)의 연결부(220)가 단선에 취약하다는 문제점이 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위해, 파우치의 실링 강도를 강화하거나 파우치 내부의 고분자층을 두껍게 형성 하여 가스 압력을 막아 보고자 하는 시도 등이 이루어지고 있으나, 이러한 문제점을 근본적으로 해결할 수 있는 기술에 대한 필요성이 높은 실정이다.
본 발명은 상기와 같은 실정을 감안하여 안출된 것으로, 이차전지 내부에서 발생되는 가스를 이용하여, 전극탭과 전극리드의 단선을 방지할 수 있는 이차전지를 제공하고자 한다.
본 발명은 파우치 케이스 내부에 전극탭을 포함하는 전극조립체를 수용하고 밀봉된 파우치형 이차전지로서, 상기 파우치 케이스의 적어도 1면에 상기 전극탭과 연결된 전극리드가 인출되는 전극리드 인출부를 포함하고, 상기 전극리드 인출부를 갖는 적어도 1면의 파우치 케이스 내부에 상기 전극탭과 전극리드가 연결된 연결부의 상면 및 하면 중 적어도 일면 상에 형성된 단선방지부재를 포함하며, 상기 단선방지부재는 상기 전극리드 인출부의 파우치 케이스의 내면에 접합된 일측 단부 및 상기 일측 단부로부터 파우치 케이스의 내면을 따라 연장된 타측 단부를 가지고, 전극탭과 전극리드가 연결된 연결부를 덮는 것인, 이차전지를 제공한다.
상기 타측 단부는 상기 파우치 케이스의 내면과 이격된 자유단일 수 있으며, 상기 파우치 케이스의 내면에 접합된 고정단일 수 있다.
상기 파우치 케이스 내면에 접합된 타측 단부의 접합 강도는 상기 일측 단부의 접합강도보다 낮을 수 있다.
상기 단선방지부재는 가스가 유동하는 기공을 갖는 기공 형성 영역을 적어도 일부에 포함할 수 있다.
상기 기공 형성 영역은 상기 타측 단부에 위치할 수 있다.
상기 단선방지부재는 금속층 및 상기 금속층의 양면에 수지층을 포함하는 것일 수 있다.
상기 단선방지부재는 타측 단부의 말단이 수지층으로 덮여 있는 것이 바람직하다.
상기 단선방지부재는 수지층으로 된 금속층-프리(free) 영역을 적어도 일부에 포함할 수 있다.
상기 금속층-프리영역은 상기 타측 단부에 위치할 수 있다.
상기 수지층은 연신시 기공이 형성되는 것일 수 있다.
상기 금속층-프리영역은 기공을 포함할 수 있다.
상기 수지층은 파우치 케이스의 내면과 열실링되는 재질일 수 있다.
상기 수지층은 폴리프로필렌, 폴리프로필렌-부틸렌-에틸렌 삼원 공중합체, 염화 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 에틸렌프로필렌 공중합체, 폴리에틸렌과 아크릴산 공중합체 및 폴리프로필렌과 아크릴산의 공중합체로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 포함할 수 있다.
상기 금속층은 알루미늄; 스테인리스 스틸; 철, 탄소, 크롬 및 망간의 합금; 및 철, 탄소, 크롬 및 니켈의 합금으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 포함할 수 있다.
상기 단선방지부재는 2개 이상 형성될 수 있다.
상기 단선방지부재와 파우치 케이스의 내면 사이에 소정의 공간을 형성할 수 있다.
상기 단선방지부재의 일측 단부는 일면이 파우치 케이스 내면과 접촉하고, 반대면이 탭필름과 접촉하여, 열실링에 의해 접합된 것일 수 있다.
이차전지의 열화로 생기는 가스는 이차전지의 단선에 직접적인 영향을 미치며, 이러한 단선은 별도의 측정 장비가 없기 때문에, 사전에 방지하는 것이 중요하다. 본 발명에 따르면, 이차전지 내부에서 발생되는 가스의 압력을 이용하여, 전극, 구체적으로, 전극리드와 전극탭이 단선되는 현상을 방지함으로써, 이차전지의 안정성을 향상시키고, 이차전지의 수명을 증대시킬 수 있다. 또한, 내부에서 발생하는 가스를 소정의 영역으로 유도함으로써, 이차전지 내부 구조가 뒤틀리거나 파괴되는 현상을 방지할 수 있는 효과가 있다.
도 1의 (a)는 종래의 파우치형 이차전지를 개략적으로 나타낸 도면이고, (b)는 전지 내부에서 발생된 가스에 의해, 전극탭 부근의 전지 내부에서 부풀림(swelling)이 발생하는 현상을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 단선방지부재의 단면을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 4는 도 2의 이차전지에서 내부 가스 발생시 단선방지부재가 단선을 방지하는 메카니즘을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차전지를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 6은 도 5의 이차전지에서 내부 가스 발생시 단선방지부재가 단선을 방지하는 메카니즘을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 7은 도 3의 단선방지부재에 형성된 기공을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명의 다른 일 실시예예 따른 단선방지부재의 단면을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 9는 도 8의 단선방지부재에 형성된 기공을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 10은 단선방지부재의 금속층의 일면에 형성되는 수지필름층을 제거한 평면도이다.
이하, 다양한 실시예를 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 형태를 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시 형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시 형태로 한정되는 것은 아니다.
본 발명은 이차전지 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 전극리드와 전극 탭 연결부의 단선을 방지할 수 있는 단선 방지 부재를 포함하는 이차전지 및 이의 제조방법에 관한 것이다. 이하 첨부 도면을 참조하여 본 발명을 상세하게 설명하기로 한다.
본 발명의 이차전지는 파우치 케이스 내에 전극탭을 포함하는 전극조립체를 수용하고 밀봉된 파우치형 이차전지이다. 본 발명의 파우치형 이차전지를 도 2에 개략적으로 나타내었다.
도 2에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 파우치형 이차전지는 파우치 케이스(400) 내에 전극조립체(100)가 수용된 상태에서 파우치 케이스(400)가 밀봉된다.
상기 전극조립체(100)는, 양극, 음극 및 상기 음극과 양극 사이에 세퍼레이터가 개재된 것으로서, 그 형태는 특별히 한정하지 않는다. 예를 들어, 상기 전극조립체(100)는 장방형의 양극과 음극 및 상기 양극과 음극 사이에 세퍼레이터를 개재하여 일방향으로 권취된 와인딩 타입의 전극조립체일 수 있고, 양극과 음극이 교대로 적층되고, 상기 양극과 음극 사이에 분리막이 개재된 스택형 전극조립체일 수 있으며, 양극과 음극이 교대로 적층되고, 상기 양극과 음극 사이에 장방형의 세퍼레이터를 사용하여 양극과 음극을 격리하는 스택앤폴딩형의 전극조립체일 수 있다. 이때, 상기 세퍼레이터는 일방향으로 폴딩할 수 있고, 지그재그(S 폴딩 또는 Z 폴딩)로 폴딩할 수 있다.
상기 전극조립체(100)는 전극탭(250)을 포함하며, 상기 전극탭(250)은 전극리드(200)와 전기적으로 연결된다. 상기 전극리드(200)와 전극탭(250)은 용접 등의 방법에 의해 연결되어 연결부(220)를 형성하고, 상기 전극리드(200)가 파우치 케이스(400)의 외부로 인출되어 노출된다.
예를 들어, 상기 전극조립체(100)가 스택형 또는 스택앤 폴딩형의 전극조립체인 경우, 상기 전극조립체(100) 중 동일한 극성의 전극으로부터 전극탭(250)이 연장되어 집속되고, 상기 집속된 전극탭(250)과 전극리드(200)가 용접에 의해 전기적으로 연결되며, 상기 전극리드(200)가 파우치 케이스(4000)가 실링된 실링부(270)를 통해 파우치 케이스(400)의 외부로 인출된다. 상기 전극리드가 인출되는 실링부(270)를 다른 실링부와 구별하기 위해 편의상 전극리드 인출부라 한다.
상기 전극리드(200)가 인출되는 파우치 케이스(400)의 전극리드 인출부(270)에는 상기 전극리드(200) 상에 탭필름(300)이 부착되고 상기 절연 필름(300) 상에서 파우치 케이스(400)가 열과 압력에 의해 실링되어 파우치 케이스(400)가 밀봉된다.
상기 전극리드 인출부(270)를 갖는 적어도 1면의 파우치 케이스(400) 내부에는 상기 전극탭(250)과 전극리드(200)가 연결된 연결부(220)의 상면 및 하면 중 적어도 일면 상에 형성된 단선방지부재(500)를 포함한다.
상기 단선방지부재(500)는 일측 단부(510) 및 상기 일측 단부(510)와 마주보는 타측 단부(530)를 갖는 소정의 크기의 시트상 필름으로서, 본 발명에 따른 단선방지부재(500)의 단면을 도 3에 개략적으로 나타내었다. 도 3에 나타낸 바와 같이, 상기 단선방지부재(500)는 금속층(511) 및 상기 금속층(511)의 양면에 수지필름층(513)을 갖는 라미네이트 필름일 수 있다.
상기 금속층(511)은 상기 단선방지부재(500)에 대한 지지력을 제공하는 지지층으로서, 단층일 수 있으며, 2 이상의 복수의 층일 수 있다.
상기 금속층(511)의 재질은 특별하게 한정하는 것은 아니나, 알루미늄 포일, 스테인리스 스틸 포일 또는 철 합금 호일일 수 있다. 상기 철 합금 포일로는 예를 들어, 철, 탄소, 크롬 및 망간의 합금 또는 철, 탄소, 크롬 및 니켈의 합금으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 재질로 된 금속 포일일 수 있으며, 바람직하게는 알루미늄 또는 스테인리스 스틸의 포일일 수 있다.
상기 금속층(511)의 양면에 라미네이트되는 수지필름층(513)은 상기 파우치 케이스(400)와의 접합이 가능하고, 또 열에 의해 연신 가능한 재질의 필름을 사용할 수 있다. 파우치 케이스(400)는 외부층/금속층/내부층을 순차적으로 포함하는 라미네이트 시트가 사용되며, 상기 내부층은 열접착에 의한 밀봉하는 접착층으로 기능하는데, 본 발명의 단선방지부재(500)는 상기 파우치 케이스(400)의 내부층에 접착되는 것이므로, 파우치 케이스(400)의 내부층과의 열접착이 가능한 재질을 상기 수지필름층(513)으로 사용할 수 있으며, 바람직하게는 상기 파우치 케이스(400)의 내부층과 동일한 재질을 수지필름층(513)으로 사용할 수 있다.
구체적으로는, 통상 상기 파우치 케이스(400)의 내부층은 폴리프로필렌 수지 필름이 적용되므로, 상기 단선방지부재의 수지필름층(513)은 폴리프로필렌계 수지를 사용할 수 있다. 상기 폴리플?O렌계 수지로는 예를 들어, 폴리프로필렌, 폴리프로필렌-부틸렌-에틸렌 삼원 공중합체, 염화 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 에틸렌프로필렌 공중합체, 폴리에틸렌과 아크릴산 공중합체 및 폴리프로필렌과 아크릴산의 공중합체로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 포함할 수 있다.
상기한 바와 같이, 본 발명의 단선방지부재(500)가 금속층(511)을 포함하는 경우, 상기 금속층(511)은 외부에 노출되지 않는 것이 바람직하다. 특히, 상기 단선방지부재(500)의 타측 단부(530)는 파우치 케이스(400) 내부에 위치하게 되는데, 전해액과의 반응이 일어날 수 있다. 따라서, 도 6에 나타낸 바와 같이, 상기 단선방지부재(500)에 있어서 적어도 타측 단부(530)의 말단은 금속층(511)의 외부에 형성되는 수지필름층(513)으로 덮여 있는 것이 바람직하며, 보다 바람직하게는 상기 단선방지부재(500)의 모든 말단이 상기 수지필름층(513)으로 덮여 있을 수 있다.
상기 도 2에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 단선방지부재(500)는 상기 일측 단부(510)가 상기 전극리드 인출부(270)에서 파우치 케이스(400) 내면에 접합되고, 상기 파우치 케이스(400)의 내면을 따라 연장된다. 이에 의해 상기 단선방지부재(500)와 파우치 케이스(400)의 내면 간에는 일정한 공간을 형성하며, 상기 공간 내에는 전지 구동 중에 발생하는 가스가 수용될 수 있다.
상기 단선방지부재(500)는 파우치 케이스(400)의 내면의 형태와 동일한 형상을 가질 수 있다. 구체적으로, 도 2에 나타낸 바와 같이, 파우치 케이스(400)는 전극조립체(100)의 본방을 덮는 본방면 및 실링부면의 수평면 및 상기 본방면과 실링부면을 연결하는 경사면을 갖는다. 따라서, 상기 단선방지부재(500)는 전극리드 인출부(270)에서 일측단부(510)가 접합되어 전극 내부로 연장되고, 소정 영역에서 절곡되어 경사면과 수평하게 연장될 수 있다.
상기 단선방지부재(500)의 타측 단부(530)는 도 2에 나타낸 바와 같이, 파우치 케이스(400)의 내면과 접합되지 않고 자유단을 형성할 수 있다. 이와 같이 단선방지부재(500)의 타측 단부(530)가 자유단을 형성함으로써 전지 내부에서 가스가 발생될 때, 발생된 가스는 도 3에 나타낸 바와 같이 상기 타측 단부(530)의 말단과 파우치 케이스(400) 사이의 공간을 통해 상기 단선방지부재(500)와 파우치 케이스(400) 사이의 공간으로 유입될 수 있다. 상기 공간으로 유입된 가스는 상기 연결부(220)를 향해 상기 단선방지부재(500)에 압력을 가하게 되고, 압력에 의해 상기 단선방지부재(500)는 상기 전극리드 인출부(270)의 파우치 케이스(400) 내면에 접합된 일측 단부(510)를 축으로 상기 연결부(220) 방향으로 이동하여 연결부(220)를 보호할 수 있으며, 이에 의해 상기 가스에 의한 연결부(220)의 단선을 방지할 수 있다.
또한, 상기 단선방지부재(500)의 타측 단부(530)는 도 4에 나타낸 바와 같이, 파우치 케이스(400)의 내면과 접합되어 고정단을 형성할 수 있다. 이때, 상기 파우치 케이스(400)의 내면과 단선방지부재(500)의 일면 사이에는 소정의 공간이 형성될 수 있다.
상기 단선방지부재(500)의 타측 단부(530)가 고정단을 형성하는 경우에는 상기 타측단부(530)가 파우치 케이스(400)와 접합되는 접합 강도는 상기 일측 단부(510)가 파우치 케이스(400)와 접합되는 접합강도보다 낮은 강도로 접합될 수 있다. 이 경우, 상기 타측 단부(530)가 낮은 접합강도로 접합됨으로 인해 접합이 탈락되더라도 자유단으로서 역할을 수행할 수 있어 상기하나 바와 같이 연결부(220) 가 단선되는 것을 방지할 수 있다.
상기 단선방지부재(500)와 파우치 케이스(400)의 내면과의 접착은 열압착 방식을 통하여 접합될 수 있다. 특별하게 한정하는 것은 아니나, 상기 접합은 100 내지 170℃의 온도범위에서, 수행될 수 있다. 100℃ 미만인 경우 고분자 층이 충분히 용융되지 않아 충분한 접착력을 확보할 수 없으며, 반면 170℃ 초과인 경우 고분자 층의 구조적 변형이 생기게 되어 충분한 접착력을 확보 할 수 없다. 상기 범위를 벗어나, 충분한 접착력을 확보하지 못하면, 단선방지부재(500)가 파우치 케이스(400) 내에서 고정되지 않고 움직일 가능성이 생겨 이차전지 파우치 셀의 성능에 영향을 줄 수 있다.
상기 단선방지부재(500)의 일부 영역에 가스가 유동할 수 있는 기공(560)을 형성함으로써 전지 내부에서 가스가 발생될 때 상기 기공(560)을 통해 발생된 가스가 상기 공간으로 유입될 수 있다. 상기 공간으로 유입된 가스는 상기 전극리드와 전극탭의 연결부(220)를 향해 상기 단선방지부재(500)에 압력을 가하게 되고, 압력에 의해 상기 단선방지부재(500)가 상기 연결부(220) 방향으로 변형됨으로써 연결부(220)를 보호할 수 있으며, 이에 의해 상기 가스에 의한 연결부(220)의 단선을 방지할 수 있다.
상기 단선방지부재(500)는 도 7에 나타낸 바와 같이, 상기 기공(560) 형성을 위한 기공형성영역(550)을 포함할 수 있다. 상기 기공형성영역(550)은 특별히 한정하지 않으며, 파우치 케이스(400)와 단선방지부재(500) 사이에 공간이 형성되는 소정의 영역에 형성될 수 있으며, 바람직하게는 상기 기공형성영역(550)은 상기 타측 단부(530)에 형성될 수 있다.
보다 바람직하게는 도 8에 나타낸 바와 같이, 상기 단선방지부재(500)는 내부 금속층(511)의 노출을 방지하기 위해 금속층(511)을 갖지 않는 금속층-프리(free) 영역(531)을 포함하며, 도 9에 나타낸 바와 같이, 상기 기공형성영역(550)은 상기 금속층-프리영역(531)에 형성될 수 있다. 더욱 더 바람직하게는 상기 기공(560)이 형성되는 금속층-프리영역(531)은 타측 단부(530)에 위치할 수 있다.
상기 금속층-프리영역(531)을 포함하는 단선방지부재(500)의 일 예를 도 10에 나타내었다. 도 10은 단선방지부재(500)의 금속층(511)의 일면에 형성되는 수지필름층(513)을 제거한 평면도이다. 도 10에 나타낸 바와 같이, 상기 금속층 프리 영역(531)은 도 10의 (a)에 나타낸 바와 같이, 단선방지부재(500)의 중앙부에 형성될 수 있고, 또, (b)에 나타낸 바와 같이, 단선방지부재(500)의 타측 단부(530)에 형성될 수 있다.
도 10으로부터 알 수 있는 바와 같이, 상기 단선방지부재(500)는 일측 단부(510) 말단으로부터 타측 단부(530) 말단까지의 X축 방향으로 금속층(511)의 전체 길이가 상기 수지 필름층(513)의 전체 길이보다 짧으며, 상기 금속층(511)은 도 10의 (a)와 같이 단속적일 수 있고, (b)와 같이 연속적일 수 있다.
전지 구동 중에 가스가 발생하는 경우에는 열이 함께 발생하는데, 이 경우 상기 수지 필름층(513)은 상기 발생된 열에 의해 연신 가능한 상태로 될 수 있다. 이때, 상기 기공(560)을 통해 단선방지부재(500)와 파우치 케이스(400) 사이의 공간으로 가스가 유입됨으로써 소정의 압력을 상기 단선방지부재(500)에 가할 수 있고, 이로 인해 상기 금속층-프리영역(531)이 연신되어 단선방지부재(500)의 변형을 야기함으로써 상기 연결부(220)를 덮을 수 있고, 이로 인해 연결부(220)의 단선을 방지할 수 있다.
한편, 상기 수지필름층(513)은 다공성의 수지필름을 사용할 수 있다. 이와 같이 다공성의 수지필름을 단선방지부재(500)의 수지필름층(513)으로 적용하는 경우, 가스 발생시의 열에 의해 금속층-프리영역(531)의 수지필름층(513)이 연신되어 기공(560)이 생성 및 확장될 수 있으며, 확장된 기공(560)을 통해 가스가 상기 단선방지부재(500)와 파우치 케이스(400)의 공간으로 유입될 수 있다. 나아가, 상기 공간으로 유입된 가스에 의해 상기 단선방지부재(500)를 상기 연결부(220) 방향으로 압력이 가해짐으로써 금속층-프리영역(530)이 추가로 연신되어 단선방지부재(500)의 변형을 야기함으로써 상기 연결부(220)를 덮을 수 있고, 이로 인해 연결부(220)의 단선을 방지할 수 있다.
도 2 및 도 5에 나타낸 바와 같이, 상기 연결부(220)의 상하 양면에 한 쌍의 상기 단선방지부재(500)가 형성될 수 있다. 이와 같이 상기 단선방지부재(500)가 연결부(200)의 양면에 형성되면, 양면에서 균일한 압력이 가해지므로 보다 안정적으로 연결부(200)의 단선을 방지할 수 있다.
예를 들어, 파우치 케이스(400)의 일면으로 음극 및 양극의 전극리드(200)가 인출되는 경우에는 음극 및 양극 각각의 연결부(220)의 상하 양면에 각각 한 쌍의 단선방지부재(500)가 형성될 수 있으며, 두 전극의 연결부(220)를 동시에 덮는 한 쌍의 단선방지부재(500)가 형성될 수도 있다.
또한, 파우치 케이스(400)의 일면으로 어느 하나의 전극의 전극리드(200)가 인출되고, 다른 일면으로 다른 하나의 전극의 전극리드(200)가 각각 인출되는 경우 및 음극과 양극의 한 쌍의 전극리드(200)가 양면으로 각각 인출되는 경우에도 상기한 바와 동일한 형태로 단선방지부재(500)가 형성될 수 있다.
한편, 본 발명에서 파우치 케이스(400)에 수납되는 전극조립체(100), 전극조립체(100)와 전기적으로 연결되는 전극탭(250), 전극탭(250)과 연결되어 파우치 케이스(400)외부로 돌출되는 전극리드(200) 및 파우치 케이스(400)와의 밀봉도를 높이고 동시에 전기적 절연상태를 확보하기 위한 탭 필름(300) 등, 이차전지를 형성하기 위한 구성요소는 제한없이 적용될 수 있다.
예를 들어, 전극리드(200) 및 탭은 구리, 알루미늄, 니켈, 철, 크롬, 금, 은, 및 이들 중 하나 이상을 포함하는 합금이 사용될 수 있으며, 탭 필름은 스티렌-부타디엔 수지, 스티렌 수지, 에폭시 수지, 우레탄 수지, 아크릴 수지, 페놀 수지, 아미드 수지 및 아크릴레이트 수지로 이루어진 그룹에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
전극조립체(100)는 양극, 음극 및 분리막을 포함하며, 전극조립체(100)는 양극활물질을 포함하는 양극과, 음극활물질을 포함하는 음극, 및 분리막을 포함하며, 양극은, 양극 집전체 상에 양극 활물질, 도전제 및 결착제의 혼합물을 도포한 후 건조하여 제조될 수 있다.
한편, 양극 집전체는, 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 높은 도전성을 가지는 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 스테인리스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소, 또는 알루미늄이나 스테인리스 스틸의 표면에 카본, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면처리한 것 등이 사용될 수 있다. 집전체는 그것의 표면에 미세한 요철을 형성하여 양극 활물질의 접착력을 높일 수도 있으며, 필름, 시트, 호일, 네트, 다공질체, 발포체, 부직포체 등 다양한 형태가 가능하다.
양극 활물질은 리튬의 가역적인 인터칼레이션 및 디인터칼레이션이 가능한 화합물로서, 구체적으로는 니켈, 코발트, 망간 및 알루미늄으로 이루어진 적어도 1종의 전이금속과 리튬을 포함하는 리튬 전이금속 복합 산화물, 바람직하게는 니켈, 코발트 및 망간을 포함하는 전이금속과 리튬을 포함하는 리튬 전이금속 복합 산화물을 포함할 수 있다.
상기 양극 활물질층은 양극 바인더를 추가로 포함할 수 있으며, 바인더는 활물질과 도전재 등의 결착과 집전체에 대한 결착에 조력하는 성분이다. 이러한 양극 바인더로는 구체적으로 폴리비닐리덴플루오라이드, 폴리비닐알코올, 카르복시메틸셀룰로우즈(CMC), 전분, 히드록시프로필셀룰로우즈, 재생 셀룰로우즈, 폴리비닐피롤리돈, 테트라플루오로에틸렌, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 에틸렌-프로필렌-디엔 테르 폴리머(EPDM), 술폰화 EPDM, 스티렌-부타디엔 고무 및 불소 고무로 이루어진 군에서 선택된 적어도 1종, 바람직하게는 폴리비닐리덴플루오라이드를 포함할 수 있다.
또한, 상기 양극 활물질 층은 도전성을 향상시키기 위해, 흑연, 카본 블랙, 금속 분말 및 도전성 산화물로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 도전재를 추가로 포함할 수 있다.
음극은 음극 집전체 상에 음극 재료를 도포, 건조하여 제작되며, 필요에 따라, 앞서 설명한 바와 같은 성분들이 더 포함될 수도 있다. 음극 집전체는, 해당 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 구리, 스테인리스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소, 구리나 스테인리스 스틸의 표면에 카본, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면처리한 것, 알루미늄-카드뮴 합금 등이 사용될 수 있다. 또한, 양극 집전체와 마찬가지로, 표면에 미세한 요철을 형성하여 음극 활물질의 결합력을 강화시킬 수도 있으며, 필름, 시트, 호일, 네트, 다공질체, 발포체, 부직포체 등 다양한 형태로 사용될 수 있다.
상기 음극 재료는 비정질 카본 또는 정질 카본을 포함하며, 구체적으로는 난흑연화 탄소, 흑연계 탄소 등의 탄소; LixFe2O3(0≤x≤1), LixWO2(0≤x≤1), SnxMe1-xMe'yOz (Me: Mn, Fe, Pb, Ge; Me': Al, B, P, Si, 주기율표의 1족, 2족, 3족 원소, 할로겐; 0<x≤1; 1≤y≤3; 1≤z≤8) 등의 금속 복합 산화물; 리튬 금속; 리튬 합금; 규소계 합금; 주석계 합금; SnO, SnO2, PbO, PbO2, Pb2O3, Pb3O4, Sb2O3, Sb2O4, Sb2O5, GeO, GeO2, Bi2O3, Bi2O4, and Bi2O5 등의 산화물; 폴리아세틸렌 등의 도전성 고분자; Li-Co-Ni계 재료 등을 사용할 수 있다.
상술한 것과 같이, 본 발명에 따르면, 이차전지 내부에서 발생되는 가스의 압력을 이용하여, 전극, 구체적으로, 전극리드(200)와 전극탭(250)이 단선되는 현상을 방지함으로써, 이차전지의 안정성을 향상시키고, 이차전지의 수명을 증대시킬 수 있다. 또한, 내부에서 발생하는 가스를 소정의 영역으로 유도함으로써, 이차전지 내부 구조가 뒤틀리거나 파괴되는 현상을 방지할 수 있는 효과가 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: 전극조립체
200: 전극리드
220: 연결부
250: 전극탭
270: 실링부(전극리드 인출부)
300: 탭필름
400: 파우치
500: 단선방지부재
510: 일측 단부
511: 금속층
513: 수지필름층
530: 타측 단부
531: 금속층-프리영역
550: 기공형성영역
560: 기공

Claims (18)

  1. 파우치 케이스 내부에 전극탭을 포함하는 전극조립체를 수용하고 밀봉된 파우치형 이차전지로서,
    상기 파우치 케이스의 적어도 1면에 상기 전극탭과 연결된 전극리드가 인출되는 전극리드 인출부를 포함하고,
    상기 전극리드 인출부를 갖는 적어도 1면의 파우치 케이스 내부에 상기 전극탭과 전극리드가 연결된 연결부의 상면 및 하면 중 적어도 일면 상에 형성된 단선 방지부재를 포함하며,
    상기 단선 방지부재는 상기 전극리드 인출부의 파우치 케이스의 내면에 접합된 일측 단부 및 상기 일측 단부로부터 파우치 케이스의 내면을 따라 연장된 타측 단부를 가지고, 전극탭과 전극리드가 연결된 연결부를 덮는 것인, 이차전지.
  2. 제1항에 있어서, 상기 타측 단부는 상기 파우치 케이스의 내면과 이격된 자유단인, 이차전지.
  3. 제1항에 있어서, 상기 타측 단부는 상기 파우치 케이스의 내면에 접합된 고정단인, 이차전지.
  4. 제3항에 있어서, 상기 파우치 케이스 내면에 접합된 타측 단부의 접합 강도는 상기 일측 단부의 접합강도보다 낮은 것인, 이차전지.
  5. 제1항에 있어서, 상기 단선 방지부재는 가스가 유동하는 기공을 갖는 기공 형성 영역을 적어도 일부에 포함하는 것인 이차전지.
  6. 제5항에 있어서, 상기 기공 형성 영역은 상기 타측 단부에 위치하는 것인 이차전지.
  7. 제1항에 있어서, 상기 단선 방지부재는 금속층 및 상기 금속층의 양면에 수지층을 포함하는 것인 이차전지.
  8. 제7항에 있어서, 상기 단선 방지부재는 타측 단부의 말단이 수지층으로 덮여 있는 것인 이차전지.
  9. 제7항에 있어서, 상기 단선 방지부재는 수지층으로 된 금속층-프리(free) 영역을 적어도 일부에 포함하는 것인 이차전지.
  10. 제9항에 있어서, 상기 금속층-프리 영역은 상기 타측 단부에 위치하는 것인 이차전지.
  11. 제9항에 있어서, 상기 수지층은 연신시 기공이 형성되는 것인 이차전지.
  12. 제9항에 있어서, 상기 금속층-프리 영역은 기공을 포함하는 것인 이차전지.
  13. 제7항에 있어서, 상기 수지층은 파우치 케이스의 내면과 열실링되는 재질로 된 것인 이차전지.
  14. 제7항에 있어서, 상기 폴리프로필렌계 수지층은 폴리프로필렌, 폴리프로필렌-부틸렌-에틸렌 삼원 공중합체, 염화 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 에틸렌프로필렌 공중합체, 폴리에틸렌과 아크릴산 공중합체 및 폴리프로필렌과 아크릴산의 공중합체로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 포함하는, 이차전지.
  15. 제7항에 있어서, 상기 금속층은 알루미늄; 스테인리스 스틸; 철, 탄소, 크롬 및 망간의 합금; 및 철, 탄소, 크롬 및 니켈의 합금으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 포함하는, 이차전지.
  16. 제1항에 있어서, 상기 단선 방지부재는 2개 이상 형성되는, 이차전지.
  17. 제1항에 있어서, 상기 단선 방지부재와 파우치 케이스의 내면 사이에 소정의 공간을 형성하는 것인, 이차전지.
  18. 제1항에 있어서, 상기 단선 방지부재의 일측 단부는 일면이 파우치 케이스 내면과 접촉하고, 반대면이 절연필름과 접촉하여, 열실링에 의해 접합된 것인 이차전지.
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