KR20240041848A - 파우치형 이차 전지 - Google Patents

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김창호
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김재민
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Abstract

본 발명의 실시예에 따른 파우치형 이차 전지는, 전극 조립체 및 파우치형 전지 케이스를 포함할 수 있다. 상기 파우치형 전지 케이스는, 상기 전극 조립체를 수용하는 컵부; 상기 컵부의 전장 방향 양측에 위치한 한 쌍의 제1실링부; 및 상기 한 쌍의 제1실링부를 연결하며 상기 컵부의 전폭 방향 일측에 위치한 제2실링부를 포함할 수 있다. 상기 제1실링부의 각 면적을 A mm2, 상기 전극 조립체의 무게를 B g 이라 할 때, A/B 는 0.29 이상일 수 있다.

Description

파우치형 이차 전지{POUCH-TYPE SECONDARY BATTERY}
본 발명은 파우치형 이차 전지에 관한 것으로, 보다 상세하게는 내충격성이 우수한 파우치형 이차 전지에 관한 것이다.
리튬 이차 전지는 일반적으로, 양극과 음극을 제조하기 위해 전극 활물질 슬러리를 양극 집전체 및 음극 집전체에 도포함으로써 제조된다. 그리고, 상기 양극 및 음극을 분리막(Separator)의 양 측에 적층함으로써 소정 형상의 전극 조립체(Electrode Assembly)를 형성한다. 이후, 케이스에 전극 조립체를 수납하고 전해액을 주입한다.
일반적으로, 이차 전지는 전극 조립체를 수용하는 케이스의 형상에 따라 분류된다. 예시적인 이차 전지는, 파우치 형(Pouch Type) 이차 전지, 캔 형(Can Type) 이차 전지 및 각형(prismatic-type) 이차 전지를 포함할 수 있다. 예를 들어, 파우치형 이차 전지는 유연성을 가지는 파우치 필름 적층체를 가압하여 컵부를 형성하고, 상기 컵부에 전극 조립체를 수납하여 전해액을 주입한 후 실링부를 실링하여 제조될 수 있다. 반면, 캔 형(Can Type) 이차 전지는 금속 재질로 제조된 캔에 전극 조립체를 수용하고, 상기 캔에는 캔을 밀봉하기 위한 탑 캡이 구비되며, 밀봉된 캔으로 전해액을 주입하여 제조된다.
파우치형 이차 전지는 무게가 가볍고, 우수한 공간 활용성을 보이며, 적층된 전극 조립체를 사용하여 높은 에너지 밀도를 갖는 반면, 캔형 이차 전지에 비해 외부 충격에 의한 화염, 폭발 및 전해액 누액에 취약하다.
이차 전지는 온실가스 배출을 줄이거나 방지하기 위해 전기 자동차를 비롯한 다양한 제품에 사용된다. 이차 전지가 전기 자동차에 사용될 경우, 상기 이차 전지는 탑승자를 보호하기 위해 우수한 안전성을 가질 것이 요구된다. 따라서, 파우치형 이차 전지의 내충격성 개선이 요구된다.
본 발명이 해결하고자 하는 일 과제는, 외부 충격 시에 전극 조립체 이탈 및/또는 전해액 누설이 억제된 파우치형 이차 전지에 관한 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 파우치형 이차 전지는, 전극 조립체 및 파우치형 전지 케이스를 포함할 수 있다. 상기 파우치형 전지 케이스는, 상기 전극 조립체를 수용하는 컵부; 상기 컵부의 전장 방향 양측에 위치한 한 쌍의 제1실링부; 및 상기 한 쌍의 제1실링부를 연결하며 상기 컵부의 전폭 방향 일측에 위치한 제2실링부를 포함할 수 있다. 상기 제1실링부의 각 면적을 A mm2, 상기 전극 조립체의 무게를 B g 이라 할 때, A/B 는 0.29 이상일 수 있다.
상기 A/B 는 0.37 이하일 수 있다.
상기 파우치형 전지 케이스는, 상기 컵부와 상기 한 쌍의 제1실링부 중 어느하나의 사이에 위치하며, 상기 전극 조립체로부터 배출된 가스를 수용하도록 구성된 가스 포켓부를 더 포함할 수 있다.
상기 컵부의 전장 방향에 대한 상기 제1실링부와 상기 전극 조립체 사이의 최소 간격은, 상기 전극 조립체의 전장의 0.5% 내지 0.8% 일 수 있다.
상기 제1실링부는, 상기 제2실링부와 연결되며 상기 제2실링부에서 멀어질수록 상기 컵부의 전장 방향에 대한 상기 컵부와의 간격이 증가하는 제1구간; 및 상기 제1구간과 연결되며 상기 전극 조립체와 연결된 전극 리드가 돌출되는 제2구간을 포함할 수 있다.
상기 컵부의 전장 방향에 대한 상기 제1구간과 상기 전극 조립체 사이의 최소 간격은, 상기 전극 조립체의 전장의 0.5% 내지 0.8% 일 수 있다.
상기 파우치형 전지 케이스는, 상기 컵부에 대해 상기 제2실링부의 반대편에 위치하며 상기 한 쌍의 제1실링부를 연결하는 폴딩부를 더 포함할 수 있다. 상기 제1실링부는, 상기 제2구간과 상기 폴딩부를 연결하며 상기 폴딩부에서 멀어질수록 상기 컵부의 전장 방향에 대한 상기 컵부와의 간격이 증가하는 제3구간을 더 포함할 수 있다.
상기 컵부의 전장 방향에 대해, 상기 제1구간과 상기 전극 조립체 간 최소 간격은 상기 제3구간과 상기 전극 조립체 간 최소 간격보다 작을 수 있다.
상기 제1구간의 길이는 상기 제3구간의 길이보다 길 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 파우치형 이차 전지는, 전극 조립체 및 파우치형 전지 케이스를 포함할 수 있다. 상기 파우치형 전지 케이스는, 상기 전극 조립체를 수용하는 컵부; 상기 컵부의 전장 방향 양측에 위치한 한 쌍의 제1실링부; 및 상기 한 쌍의 제1실링부를 연결하며 상기 컵부의 전폭 방향의 적어도 일측에 위치한 제2실링부를 포함할 수 있다. 상기 컵부의 전장 방향에 대한 상기 제1실링부와 상기 전극 조립체 사이의 최소 간격은, 상기 전극 조립체의 전장 대비 0.5% 이상일 수 있다.
상기 컵부의 전장 방향에 대한 상기 제1실링부와 상기 전극 조립체 사이의 최소 간격은, 상기 전극 조립체의 전장 대비 0.8% 이하일 수 있다.
상기 제1실링부의 각 면적을 A mm2, 상기 전극 조립체의 무게를 B g 이라 할 때, A/B 는 0.29 내지 0.37 일 수 있다.
상기 파우치형 전지 케이스는, 상기 컵부와 상기 한 쌍의 제1실링부 중 적어도 하나의 사이에 배치되는 가스 포켓부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 파우치형 이차 전지는, 전극 조립체 및 파우치형 전지 케이스를 포함할 수 있다. 상기 파우치형 이차 전지는, 상기 파우치형 전지 케이스는,상기 전극 조립체를 수용하는 컵부; 상기 컵부의 전장 방향 양측에 위치한 한 쌍의 제1실링부; 상기 한 쌍의 제1실링부를 연결하며 상기 컵부의 전폭 방향의 적어도 일측에 위치한 제2실링부; 및 상기 컵부와 상기 한 쌍의 제1실링부 중 적어도 하나의 사이에 위치하는 가스 포켓부를 포함할 수 있다. 상기 제1실링부는, 상기 제2실링부와 연결되며 경사지게 만곡된 제1구간; 및 상기 제1구간과 연결된 제2구간을 포함할 수 있다.
상기 파우치형 전지 케이스는, 상기 컵부에 대해 상기 제2실링부의 반대편에 위치하며 상기 한 쌍의 제1실링부를 연결하는 폴딩부를 더 포함할 수 있다.
상기 제1실링부는, 상기 폴딩부와 상기 제2구간을 연결하며 경사지게 만곡된 제3구간을 더 포함할 수 있다.
상기 제1실링부의 각 면적을 A mm2, 상기 전극 조립체의 무게를 B g 이라 할 때, A/B 는 0.29 내지 0.37 일 수 있다.
상기 파우치형 전지 케이스는, 상기 폴딩부에서 상기 제3구간과 상기 컵부의 사이에 위치하는 서브 실링부를 더 포함할 수 있다.
상기 컵부의 전장 방향에 대한 상기 제1실링부와 상기 전극 조립체 사이의 최소 간격은, 상기 전극 조립체의 전장의 0.5% 내지 0.8% 일 수 있다.
상기 최소 간격은, 상기 제1구간의 상기 제2실링부에 연결되는 단부와 상기 컵부 사이의 간격일 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 파우치형 전지 케이스의 제1실링부의 면적과 전극 조립체의 무게 간 비율이 특정 조건을 만족하거나, 제1실링부와 전극 조립체 사이의 최소 간격과 전극 조립체의 전장 간 비율이 특정 조건을 만족하거나, 양 특정 조건 모두를 만족할 수 있다. 이로써, 외부 충격 시에 전극 조립체에 의해 제1실링부가 손상되거나 뚫릴 우려를 줄일 수 있고, 전극 조립체 이탈 및/또는 전해액 누설이 억제되어 우수한 내충격성을 구현할 수 있다.
이 외에도, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 구성들로부터 당업자가 용이하게 예측 가능한 효과들을 포함할 수 있다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술되는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 파우치형 이차 전지의 분해도이다.
도 2는 도 1의 파우치형 이차 전지의 평면도이다.
도 3은 도 2의 파우치형 이차 전지의 일부를 확대 도시한 평면도이다.
이하에서는 첨부의 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 이하의 실시예에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 파우치형 이차 전지(1)의 분해도이다.
파우치형 이차 전지(1)는, 전극 조립체(10) 및 파우치형 전지 케이스(20)(이하, '전지 케이스')를 포함할 수 있다.
전극 조립체(10)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 양극과 음극이 분리막을 사이에 두고 교대로 적층되어 형성될 수 있다. 즉, 전극 조립체(10)는 복수개의 전극과, 복수개의 전극을 상호 절연시키기 위해 복수개의 전극 사이에 개재되는 분리막을 포함할 수 있다. 대안적으로, 전극 조립체(10)는 젤리롤 형, 스택 앤 폴딩형 등일 수 있다. 전극 조립체(10)는 전지 케이스(20)의 컵부(22)에 전해액과 함께 수용될 수 있다.
전극 조립체(10)는 복수개의 전극 탭(11)을 포함할 수 있다. 각 전극 탭(11)은 양극 또는 음극과 연결되고, 전극 조립체(10)로부터 외부로 돌출되어 전극 조립체(10)의 내부와 외부 사이에 전자가 이동할 수 있는 경로로서 작용할 수 있다.
전극 탭(11)은 전극 집전체의 무지부를 재단하여 형성되거나 무지부에 별도의 도전부재를 초음파 용접 등으로 연결하여 형성될 수 있다.
전극 탭(11)은, 양극과 연결된 양극 탭(111)과, 음극과 연결된 음극 탭(112)을 포함할 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같이 양극 탭(111) 및 음극 탭(112)은 전극 조립체(10)의 서로 반대 방향으로 돌출될 수도 있으나, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 양극 탭(111) 및 음극 탭(112)은 전극 조립체(10)의 일측으로부터 동일한 방향으로 나란히 돌출될 수도 있다.
전극 조립체(10)의 전극 탭(11)에는 이차 전지(1)의 외부로 전기를 공급하는 전극 리드(12)가 스팟(Spot) 용접 등으로 연결될 수 있다. 그리고, 전극 리드(12)의 일부는 절연부(14)로 주위가 포위될 수 있다. 절연부(14)는 전지 케이스(20)의 테라스부(23)(26)에 한정될 수 있으며, 좀 더 상세히는, 제1 케이스(21)와 제2 케이스(22)가 열 융착되는 테라스부(23)(26)에 한정되어 위치할 수 있다. 따라서, 절연부(14)는 전극 리드(12)와 전지 케이스(20)를 절연시키고, 전지 케이스(20)의 실링을 유지할 수 있다. 일반적으로 절연부(14)로는, 전극 리드(12)에 부착하기 용이하고, 두께가 비교적 얇은 절연테이프를 많이 사용하나, 본 발명은 이에 제한되지 않는다. 예를 들어, 전극 리드(12)를 절연할 수 있다면 다른 재질을 사용할 수 있다.
전극 리드(12)는 일단이 상기 전극 탭(11)과 연결되고 타단이 상기 전지 케이스(20)의 외부로 돌출될 수 있다. 전극 리드(12)는 양극 탭(111)에 연결된 양극 리드(121)와, 음극 탭(112)에 연결된 음극 리드(122)를 포함할 수 있다.
이와 관련하여, 전극 리드(12)는 전극 조립체(10)를 전지 케이스(20)의 외부의 전기 부품과 전기적으로 연결할 수 있다. 또한, 양극 탭(111) 및 음극 탭(112)이 각각 다양한 방향을 향해 돌출 형성되므로, 양극 리드(121) 및 음극 리드(122)도 각각 다양한 방향을 향해 연장될 수 있다. 예를 들어, 양극 리드(121) 및 음극 리드(122)는, 전지 케이스(20)의 양측에서 서로 반대 방향으로 연장되거나, 전지 케이스(20)의 일측에서 서로 동일 방향으로 연장될 수 있다.
전지 케이스(20)는 전극 조립체(10)를 내부에 수용할 수 있으며 라미네이트 시트가 성형되어 형성될 수 있다. 좀 더 상세히, 다이 및 펀치 등을 이용하여 유연성을 가지는 라미네이트 시트를 드로잉 성형하면, 그 일부가 연신되어 포켓 형태의 수용 공간을 갖는 컵부(22)가 형성될 수 있다.
전극 조립체(10)는 전극 리드(12)의 일부가 노출되도록 전지 케이스(20)의 컵부(22)에 수용될 수 있고, 전지 케이스(20)는 실링될 수 있다. 예를 들어, 전지 케이스(20)는 한 쌍의 케이스(20a)(20a), 좀 더 상세히는 제1케이스(20a)와 제2케이스(20b)를 포함할 수 있다.
제1케이스(20a)와 제2 케이스(20b)는 폴딩부(21)에 의해 서로 연결될 수 있다. 다만 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 제1케이스(20a)와 제2 케이스(20b)가 서로 분리되어 제조되는 것도 가능함며, 전극 조립체(10)를 내부에 수용한 이후에 제1케이스(20a)와 제2 케이스(20b)를 함께 실링할 수 있다.
한 쌍의 케이스(20a)(20b) 중 적어도 하나에는 컵부(22)가 형성되어 전극 조립체(10)를 수용할 수 있는 수용 공간이 마련될 수 있다. 컵부(22)는 함몰 형상을 가질 수 있다.
이하, 각 케이스(20a)(20b)에 컵부(22)가 형성된 경우를 설명한다. 그러나, 당업자는 한 쌍의 케이스(20a)(20b) 중 어느 하나에만 컵부(22)가 구비될 수도 있음을 이해할 수 있을 것이다.
한 쌍의 케이스(20a)(20b)의 각 컵부(22)는 서로 마주보도록 배치되어, 함께 전극 조립체(10)를 수용할 수 있다. 한 쌍의 케이스(20a)(20b) 중 어느 하나에만 컵부(22)가 형성되는 경우와 비교하여, 전지 케이스(20)는 두께가 증가하여 용량이 더 큰 전극 조립체(10)를 수용할 수 있다.
제1케이스(20a)와 제2케이스(20b)는 폴딩부(21)로 연결될 수 있다. 각 케이스(20a)(20b)에 컵부(22)가 형성된 경우, 폴딩부(21)의 일부는 제1케이스(20a)의 컵부(22)와 제2케이스(20b)의 컵부(22)의 사이에 위치할 수 있고, 폴딩부(21)의 다른 일부는 제1케이스(20a)의 제1테라스부(23)와 제2케이스(20b)의 제1테라스부(23)의 사이에 위치할 수 있다. 제1테라스부(23)에 대해서는 후술한다.
폴딩부(21)는 전극 조립체(10)의 전장 방향(예를 들어, 도 1 내지 도 3에 도시된 X축과 나란한 방향)과 나란하게 연장될 수 있다. 폴딩부(21)가 폴딩되면 제1케이스(20a)와 제2케이스(20b)는 서로 마주볼 수 있다.
각 케이스(20a)(20b)는, 컵부(22)의 둘레에 위치한 테라스부(23)(26)를 포함할 수 있다. 좀 더 상세히, 테라스부(23)(26)는 컵부(22)의 전장 방향(예를 들어, X축과 나란한 방향) 양측에 위치한 한 쌍의 제1테라스부(23)와, 한 쌍의 제1테라스부(23)를 연결하며 컵부(22)의 전폭 방향(예를 들어, Y축과 나란한 방향) 일측에 위치한 제2테라스부(26)를 포함할 수 있다.
제2테라스부(26)는 컵부(22)에 대해 폴딩부(21)의 반대편에 위치할 수 있다. 만일 제1케이스(20a)와 제2케이스(20b)가 폴딩부(21)로 연결되지 않고 별개로 제조된 경우, 제2테라스부(26)는 컵부(22)의 전폭 방향 양측에 위치할 수 있다.
폴딩부(21)가 폴딩되면 제1케이스(20a) 및 제2케이스(20b)의 테라스부(23)(26)는 서로 맞닿을 수 있다. 이 때 전극 조립체(10)의 절연부(14)는, 한 쌍의 케이스(20a)(20b)의 테라스부(23)(26)의 사이에 위치할 수 있다. 예를 들어, 절연부(14)는, 한 쌍의 케이스(20a)(20b)의 제1테라스부(23)의 사이에 위치할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 파우치형 이차 전지의 평면도이고, 도 3은 도 2의 파우치형 이차 전지의 일부를 확대 도시한 평면도이다.
전지 케이스(20)는, 컵부(22)의 전장 방향 양측에 위치한 한 쌍의 제1실링부(24)와, 한 쌍의 제1실링부(24)를 연결하며 컵부(22)의 전폭 방향 일측, 폴딩부(21)의 반대편에 위치한 제2실링부(27)를 포함할 수 있다.
실링부(24)(27)는, 제1케이스(20a) 및 제2케이스(20b)가 서로 맞닿았을 때 테라스부(23)(26)가 서로 실링된 부분일 수 있다. 좀 더 상세히, 제1실링부(24)는, 한 쌍의 케이스(20a)(20b)의 제1테라스부(23)의 외측 일부가 서로 실링되어 형성될 수 있다. 마찬가지로, 제2실링부(27)는, 한 쌍의 케이스(20a)(20b)의 제2테라스부(26)의 외측 일부가 서로 실링되어 형성될 수 있다.
각 제1실링부(24)는 폴딩부(21)와 제2실링부(27)를 연결할 수 있다. 따라서, 전지 케이스(20)는 한 쌍의 제1실링부(24) 및 제2실링부(27)에 의해 밀폐될 수 있다.
제1실링부(24) 및 제2실링부(27)의 치수(예를 들어, 폭)은 대략 일정하게 형성될 수 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
도 3을 추가로 참조하면, 제1실링부(24)는, 제1구간(241), 제2구간(242) 및 제3구간(243)을 더 포함할 수 있다.
제1구간(241)은 제2실링부(27) 및 제2구간(242)의 사이에서 연장될 수 있다. 제1구간(241)과 컵부(22) 사이의 거리는, 제2실링부(27)에서 제2구간(242)를 향하는 방향으로 제1구간(241)의 길이를 따라 증가할 수 있다. 즉, 제1구간(241)은 컵부(22)의 전폭 방향에 대해 비스듬하거나 휘어지는 방향으로 연장될 수 있다.
제2구간(242)은 제1구간(241)과 제3구간(243)의 사이에서 연장될 수 있고, 전극 리드(12)는 제2구간(242)를 통해 돌출될 수 있다. 좀 더 상세히, 한 쌍의 케이스(20a)(20b)의 제1실링부(24)의 제2구간(242) 사이에는 전극 리드(12)를 절연시키는 절연부(14)가 위치할 수 있다. 제2구간(242)과 컵부(22) 사이의 거리는, 제2구간(242)의 길이에 걸쳐 일정할 수 있다. 즉, 제2구간(242)은 컵부(22)의 전폭 방향과 나란하게 연장될 수 있다.
제3구간(243)은 제2구간(242)과 폴딩부(21)의 사이에서 연장될 수 있다. 제3구간(243)과 컵부(22) 사이의 거리는, 폴딩부(21)에서 제2구간(242)을 향하는 방향으로 제3구간(243)의 길이를 따라 증가할 수 있다. 즉, 제3구간(243)은 컵부(22)의 전폭 방향에 대해 비스듬하거나 휘어지는 방향으로 연장될 수 있다.
제1구간(241)의 치수는 제3구간(243)의 치수보다 클 수 있다. 제2구간(242)의 치수는 제3구간(243)의 치수보다 클 수 있다.
컵부(22)의 전장 방향에 대해, 제1구간(241)과 전극 조립체(10) 간 최소 간격(d1)은 제3구간(243)과 전극 조립체(10) 간 최소 간격(d2)보다 작을 수 있다.
이러한 제1실링부(24)의 구성에 의해, 파우치형 이차 전지(1)가 복수개 수용되는 전지모듈(미도시) 내의 공간을 효율적으로 활용할 수 있다.
제2실링부(27)는 컵부(21)를 향해 적어도 1회 폴딩될 수 있다. 예를 들어, 제2실링부(27)는 더블 사이드 폴딩(Double Side Folding, DSF)될 수 있다. 이로써, 파우치형 이차 전지(1)의 에너지 밀도가 높아질 수 있다.
전지 케이스(20)는, 컵부(22)와 제1실링부(24)의 사이에 위치한 가스포켓부(25)를 더 포함할 수 있다.
가스 포켓부(25)는, 한 쌍의 케이스(20a)(20b)의 제1테라스부(23)에서 서로 실링되지 않은 내측 일부를 포함할 수 있다. 이와 관련하여, 가스 포켓부(25)의 내부는 컵부(22)의 수용 공간과 연통되어, 전극 조립체(10)에서 발생한 가스는 컵부(22)뿐만 아니라 가스 포켓부(25)에도 수용되도록 할 수 있다.
전지 케이스(20)는, 컵부(22)와 제2실링부(27)의 사이에 위치한 미실링부(28)를 더 포함할 수 있다.
미실링부(28)는, 한 쌍의 케이스(20a)(20b)의 제2테라스부(26)에서 서로 실링되지 않은 내측 일부일 수 있다. 미실링부(28)에 의해, 제2실링부(27)를 형성하는데 사용되는 고온의 실링툴이 컵부(22)에 접촉하여 전극 조립체(10)에 영향을 끼치는 것을 방지할 수 있다.
또한 미실링부(28)는 가스 포켓부(25)와 연통될 수 있다. 전극 조립체(10)에서 발생한 가스는 미실링부(28)에 수용될 수 있으며 가스 포켓부(25)로 이동될 수 있다. 미실링부(28)의 폭은 가스 포켓부(25)에 비해 좁으므로, 미실링부(28) 단독으로 수용할 수 있는 가스의 양이 부족할 수 있다.
전지 케이스(20)는, 제1실링부(24)와 연결된 서브 실링부(29)를 더 포함할 수 있다. 서브 실링부(29)는 폴딩부(21)의 외측 일부를 실링하여 형성될 수 있다. 좀 더 상세히, 서브 실링부(29)는 폴딩부(21) 중에서 한 쌍의 케이스(20a)(20b)의 제1테라스부(23)에서 제3구간(243)과 컵부(22)의 사이에 위치한 부분을 실링하여 형성될 수 있다. 서브 실링부(29)는 대략 컵부(22)의 전장 방향과 나란하게 연장될 수 있고, 컵부(22)와 소정의 간격을 이룰 수 있다.
서브 실링부(29)에 의해, 전지 케이스(20)의 전체적인 실링 강도가 더욱 향상될 수 있다.
한편, 전기 자동차용 전지와 같이 고용량이 요구되는 전지에 대한 수요가 증가함에 따라, 고용량 요구를 만족시키기 위해 전극 조립체의 크기 및 무게가 증가해왔다. 그러나, 전기 자동차의 충돌 등과 같은 외부 충격이 가해지면, 크기가 크고 무게가 무거워진 전극조립체를 수용한 파우치형 전지 케이스가 파손되기 쉽다. 즉, 전극 조립체가 전지 케이스를 향해 강제로 이동하면 크고 무거워진 전극 조립체는 파우치형 전지 케이스를 뚫고 나올 수 있다. 이러한 파우치형 전지 케이스의 손상이 발생하면 전해액이 누설되거나 전극 조립체의 변형이 발생하여 화재, 폭발 등 전지 성능 및 안전성에 심각한 문제가 발생할 수 있다.
전극 조립체(10)가 정위치에서 이탈하여 강제로 전지 케이스(20)에 접촉되어 손상/관통되는 우려를 완화시키기 위해, 본 발명에 따른 파우치형 이차 전지(1)는, 전극 조립체(10)의 중량에 대한 제1실링부(24)의 면적의 비율이 특정 조건을 만족하도록 형성될 수 있다.
좀 더 상세히, 제1실링부(24)의 면적을 A mm2, 전극 조립체(10)의 무게를 B g 이라 할 때, A/B 는 0.29 이상일 수 있다. 즉, 각 제1실링부(24)의 면적(mm2)은 전극 조립체(10)의 무게(g) 대비 0.29 배 이상일 수 있다.
전극 조립체(10)의 무게가 무거울수록 관성이 커지므로, 더 무거운 전극 조립체(10)는 외부 충격이 가해졌을 때 전지 케이스(20)를 손상시킬 우려가 크다.
또한, 전지 케이스(20)에 가해지는 응력은 외부 충격이 가해지는 방향에 따라 달라질 수 있다. 다르게 말하면, 각 제1실링부(24)는 제2실링부(27)보다 더 짧은 길이를 가지므로, 전극 조립체(10)로부터 제1실링부(24)에 외부 충격이 가해지면, 동일한 힘이 제2실링부(27)에 가해질 때보다 전지 케이스(20)에 가해지는 응력이 더 커질 수 있다. 이로 인해 제2실링부(27)보다 제1실링부(24)가 손상 혹은 뚫릴 우려가 더 크다.
따라서, 내충격성을 향상시키기 위해서는, 더 무거운 전극 조립체(10)에 의해 전지 케이스(20)에 가해지는 응력에 대응하기 위해서는 제1실링부(24)의 면적이 커져야 할 것이다.
더욱 상세히, 만일 제1실링부(24)의 면적(mm2)이 전극 조립체(10)의 무게(g)의 0.29 배 미만이면, 파우치형 이차 전지(1)에 외부 충격이 가해졌을 때, 전극 조립체(10)가 전지 케이스(20)를 손상시키거나 전지 케이스(20)를 뚫고 나올 우려가 있다.
또한, 제1실링부(24)의 면적이 과도하게 증가하면 파우치형 이차 전지(1)의 에너지 밀도가 감소할 수 있다. 따라서, 제1실링부(24)의 면적(mm2)은 전극 조립체(10)의 무게(g)의 0.37 배 이하일 수 있고, 이를 통해 이차 전지(1)의 성능 저하 없이 향상된 안전성을 제공할 수 있다. 즉, 상기 A/B 는 0.29 내지 0.37인 범위 내일 수 있다.
다시 말해, 만일 제1실링부(24)의 면적(mm2)이 전극 조립체(10)의 무게(g)의 0.37 배 보다 크면, 파우치형 이차 전지(1)의 에너지 밀도가 지나치게 낮아질 수 있다. 또한, 크기가 커진 파우치형 이차 전지(1)를 전지 모듈(미도시)에 복수개 수용하는 것이 어려울 수 있다.
이하, 도 1 내지 도 3을 참조하여 본 발명의 추가적인 특징들에 대해 설명한다.
파우치형 이차 전지(1)는, 외부 충격에 의해 전극 조립체(10)가 정위치에서 이탈할 때 발생하는 힘, 그리고 그에 따른 손상이나 관통을 최소화할 수 있다. 좀 더 상세히, 이러한 결과는 컵부(22)의 전장 방향에 대한 제1실링부(24)와 전극 조립체(10) 사이의 최소 거리(d1)와, 전극 조립체(10)의 전장(L) 간 비율이 특정 조건을 만족할 할 때 이루어질 수 있다.
좀 더 상세히, 파우치형 이차 전지(1)는, 컵부(22)의 전장 방향에 대한 제1실링부(24)와 전극 조립체(10) 사이의 최소 간격(d1)(이하, "클리어런스 간격")이 전극 조립체(10)의 전장(L) 대비 0.5% 이상일 수 있다.
앞서 설명한 바와 같이, 컵부(22)의 전장 방향에 대해, 제1구간(241)과 전극 조립체(10) 간 최소 간격(d1)은 제3구간(243)과 전극 조립체(10) 간 최소 간격(d2)보다 작으므로, 클리어런스 간격(d1)은, 제1실링부(24)의 제1구간(241)과 전극 조립체(10) 사이의 최소 간격을 의미할 수 있다.
전극 조립체(10)의 전장(L)이 증가한 경우, 외부 충격이 가해져 전극 조립체(10)가 전지 케이스의 내면에 대해 강제로 이동하면 전지 케이스(20)가 손상되기 쉽다.
그러나, 클리어런스 간격(d1)은 전극 조립체(10)가 제1실링부에 닿기 전 전극 조립체(10)가 정위치에서 이탈될 수 있는 거리이므로, 클리어런스 간격이 증가함에 따라, 전극 조립체(10)가 제1실링부를 손상 및/또는 관통할 우려는 줄어든다.
따라서, 우수한 내충격성을 구현하기 위해서는 전극 조립체(10)의 전장(L)이길수록 클리어런스 간격(d1)이 커져야 할 것이다.
만일 클리어런스 간격(d1)이 전극 조립체(10)의 전장(L) 대비 0.5% 미만이면, 파우치형 이차 전지(1)에 외부 충격이 가해졌을 때, 전극 조립체(10)가 전지 케이스(20)를 손상시키거나 전지 케이스(20)를 뚫고 나올 우려가 있다.
또한, 클리어런스 간격(d1)이 과도하게 커져 파우치형 이차 전지(1)의 에너지 밀도가 낮아지는 것을 방지하기 위해, 클리어런스 간격(d1)은 전극 조립체(10)의 전장(L) 대비 0.8% 이하일 수 있다. 즉, 클리어런스 간격(d1)은 전극 조립체(10)의 전장(L) 대비 0.5% 내지 0.8%일 수 있다. 결과적으로, 이차전지(1)의 성능 저하 없이 이차전지(1)의 안전성이 향상될 수 있다.
만일 클리어런스 간격(d1)이 전극 조립체(10)의 전장(L) 대비 0.8% 보다 크면, 파우치형 이차 전지(1)의 에너지 밀도가 지나치게 낮아질 수 있다. 또한, 파우치형 이차 전지(1)의 크기가 커지면, 파우치형 이차 전지(1)를 복수개 수용하는 전지모듈 케이스 내의 공간 확보가 어려울 수 있다.
제1실링부(24)의 면적과 전극 조립체(10)의 무게 간 비율 조건과, 클리어런스 간격(d)과 전극 조립체(10)의 전장(L) 간 비율 조건은 대안적이거나, 파우치형 이차 전지(1)가 상기 양 조건을 동시에 만족할 수 있다. 또한, 전술한 제1 실링부(24)의 형상, 구체적으로 제1 구간(241), 제2 구간(242) 및 제3 구간(243)의 구조가 전술한 비율에 기여할 수 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다.
따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
1: 파우치형 이차 전지 10: 전극 조립체
12: 전극 리드 14: 절연부
20: 파우치형 전지 케이스 21: 폴딩부
22: 컵부 23: 제1테라스부
24: 제1실링부 241: 제1구간
242: 제2구간 243: 제3구간
25: 가스 포켓부 26: 제2테라스부
27: 제2실링부 28: 미실링부
29: 서브 실링부

Claims (20)

  1. 전극 조립체 및 파우치형 전지 케이스를 포함하는 파우치형 이차 전지에 있어서,
    상기 파우치형 전지 케이스는,
    상기 전극 조립체를 수용하는 컵부;
    상기 컵부의 전장 방향 양측에 위치한 한 쌍의 제1실링부; 및
    상기 한 쌍의 제1실링부를 연결하며 상기 컵부의 전폭 방향 일측에 위치한 제2실링부를 포함하며,
    상기 제1실링부의 각 면적을 A mm2, 상기 전극 조립체의 무게를 B g 이라 할 때, A/B 는 0.29 이상인 파우치형 이차 전지.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 A/B 는 0.37 이하인 파우치형 이차 전지.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 파우치형 전지 케이스는,
    상기 컵부와 상기 한 쌍의 제1실링부 중 어느 하나의 사이에 위치하며, 상기 전극 조립체로부터 배출된 가스를 수용하도록 구성된 가스 포켓부를 더 포함하는 파우치형 이차 전지.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 컵부의 전장 방향에 대한 상기 제1실링부와 상기 전극 조립체 사이의 최소 간격은, 상기 전극 조립체의 전장의 0.5% 내지 0.8% 인 파우치형 이차 전지.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1실링부는,
    상기 제2실링부와 연결되며 상기 제2실링부에서 멀어질수록 상기 컵부의 전장 방향에 대한 상기 컵부와의 간격이 증가하는 제1구간; 및
    상기 제1구간과 연결되며 상기 전극 조립체와 연결된 전극 리드가 돌출되는 제2구간을 포함하는 파우치형 이차 전지.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 컵부의 전장 방향에 대한 상기 제1구간과 상기 전극 조립체 사이의 최소 간격은, 상기 전극 조립체의 전장의 0.5% 내지 0.8% 인 파우치형 이차 전지.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 파우치형 전지 케이스는,
    상기 컵부에 대해 상기 제2실링부의 반대편에 위치하며 상기 한 쌍의 제1실링부를 연결하는 폴딩부를 더 포함하고,
    상기 제1실링부는,
    상기 제2구간과 상기 폴딩부를 연결하며 상기 폴딩부에서 멀어질수록 상기 컵부의 전장 방향에 대한 상기 컵부와의 간격이 증가하는 제3구간을 더 포함하는 파우치형 이차 전지.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 컵부의 전장 방향에 대해, 상기 제1구간과 상기 전극 조립체 간 최소 간격은 상기 제3구간과 상기 전극 조립체 간 최소 간격보다 작은 파우치형 이차 전지.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 제1구간의 길이는 상기 제3구간의 길이보다 긴 파우치형 이차 전지.
  10. 전극 조립체 및 파우치형 전지 케이스를 포함하는 파우치형 이차 전지에 있어서,
    상기 파우치형 전지 케이스는,
    상기 전극 조립체를 수용하는 컵부;
    상기 컵부의 전장 방향 양측에 위치한 한 쌍의 제1실링부; 및
    상기 한 쌍의 제1실링부를 연결하며 상기 컵부의 전폭 방향의 적어도 일측에 위치한 제2실링부를 포함하며,
    상기 컵부의 전장 방향에 대한 상기 제1실링부와 상기 전극 조립체 사이의 최소 간격은, 상기 전극 조립체의 전장 대비 0.5% 이상인 파우치형 이차 전지.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 컵부의 전장 방향에 대한 상기 제1실링부와 상기 전극 조립체 사이의 최소 간격은, 상기 전극 조립체의 전장 대비 0.8% 이하인 파우치형 이차 전지.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 제1실링부의 각 면적을 A mm2, 상기 전극 조립체의 무게를 B g 이라 할 때, A/B 는 0.29 내지 0.37 인 파우치형 이차 전지.
  13. 제 10 항에 있어서,
    상기 파우치형 전지 케이스는,
    상기 컵부와 상기 한 쌍의 제1실링부 중 적어도 하나의 사이에 배치되는 가스 포켓부를 더 포함하는 파우치형 이차 전지.
  14. 전극 조립체 및 파우치형 전지 케이스를 포함하는 파우치형 이차 전지에 있어서,
    상기 파우치형 전지 케이스는,상기 전극 조립체를 수용하는 컵부;
    상기 컵부의 전장 방향 양측에 위치한 한 쌍의 제1실링부;
    상기 한 쌍의 제1실링부를 연결하며 상기 컵부의 전폭 방향의 적어도 일측에 위치한 제2실링부; 및
    상기 컵부와 상기 한 쌍의 제1실링부 중 적어도 하나의 사이에 위치하는 가스 포켓부를 포함하며,
    상기 제1실링부는,
    상기 제2실링부와 연결되며 경사지게 만곡된 제1구간; 및
    상기 제1구간과 연결된 제2구간을 포함하는 파우치형 이차 전지.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 파우치형 전지 케이스는,
    상기 컵부에 대해 상기 제2실링부의 반대편에 위치하며 상기 한 쌍의 제1실링부를 연결하는 폴딩부를 더 포함하는 파우치형 이차 전지.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 제1실링부는,
    상기 폴딩부와 상기 제2구간을 연결하며 경사지게 만곡된 제3구간을 더 포함하는 파우치형 이차 전지.
  17. 제 15 항에 있어서,
    상기 제1실링부의 각 면적을 A mm2, 상기 전극 조립체의 무게를 B g 이라 할 때, A/B 는 0.29 내지 0.37 인 파우치형 이차 전지.
  18. 제 16 항에 있어서,
    상기 파우치형 전지 케이스는,
    상기 폴딩부에서 상기 제3구간과 상기 컵부의 사이에 위치하는 서브 실링부를 더 포함하는 파우치형 이차 전지.
  19. 제 16 항에 있어서,
    상기 컵부의 전장 방향에 대한 상기 제1실링부와 상기 전극 조립체 사이의 최소 간격은, 상기 전극 조립체의 전장의 0.5% 내지 0.8% 인 파우치형 이차 전지.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 최소 간격은, 상기 제1구간의 상기 제2실링부에 연결되는 단부와 상기 컵부 사이의 간격인 파우치형 이차 전지.
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