WO2017078412A1 - 파우치 타입 이차전지 - Google Patents

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WO2017078412A1
WO2017078412A1 PCT/KR2016/012544 KR2016012544W WO2017078412A1 WO 2017078412 A1 WO2017078412 A1 WO 2017078412A1 KR 2016012544 W KR2016012544 W KR 2016012544W WO 2017078412 A1 WO2017078412 A1 WO 2017078412A1
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sealing
pouch
case
sealing part
secondary battery
Prior art date
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PCT/KR2016/012544
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Inventor
홍지준
고성태
허윤정
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주식회사 코캄
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    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/10—Primary casings; Jackets or wrappings
    • H01M50/102—Primary casings; Jackets or wrappings characterised by their shape or physical structure
    • H01M50/105—Pouches or flexible bags
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/052—Li-accumulators
    • H—ELECTRICITY
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    • H01M50/141—Primary casings; Jackets or wrappings for protecting against damage caused by external factors for protecting against humidity
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    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Definitions

  • the present invention relates to a pouch type secondary battery, and more particularly, to a pouch type secondary battery having a structure in which the pouch case is sealed by a sealing part.
  • the secondary battery may be classified into a can type in which the electrode assembly is embedded in a cylindrical or rectangular metal can, and a pouch type in which the electrode assembly is embedded in a pouch case of an aluminum laminate sheet.
  • the can type secondary battery Since the can type secondary battery has a limited form of the battery due to the metal can, it is difficult to diversify the design of a product using the same as a power source, and also has difficulty in reducing the volume.
  • the pouch type secondary battery is advantageous in that it is possible to diversify the form of the product in terms of the characteristics of using a pouch case made of a soft sheet material and in terms of improving the energy density and easy to miniaturize.
  • the pouch packaging material used in the pouch type secondary battery is generally the outermost outer resin layer made of an insulating material such as polyethylene terephthalate (PET) or nylon (Nylon), and maintains mechanical strength and keeps moisture and oxygen It is composed of a multilayered structure in which a metal layer of aluminum material that prevents penetration and an internal resin layer made of a polyolefin (Polyolepin) -based material that serves as a sealing material with heat adhesiveness are laminated.
  • PET polyethylene terephthalate
  • nylon nylon
  • Polyolepin polyolefin
  • a pouch type secondary battery is obtained by wrapping and encapsulating an electrode assembly and an electrolyte composed of an electrode and a separator in an inside of a pouch formed of a sheet-like exterior material.
  • Pouch-type secondary batteries have the advantage of easy design diversification and high energy with a small volume.However, unlike can-type secondary batteries, soft pouches have weak mechanical strength and difficult to secure sealing reliability. there is a problem.
  • Korean Laid-Open Patent Publication No. 10-2010-0099063 discloses a pouch including a second sealing part in part or all of the first sealing part to prevent moisture infiltration and leakage of electrolyte solution from the inside thereof, and a secondary battery including the same. .
  • Korean Unexamined Patent Publication No. 10-2010-0118394 has an unsealed surplus portion to collect the generated gas between the sealing portion of the battery case and the electrode assembly, and when high pressure is generated in the battery due to external conditions such as overcharge or high temperature.
  • a pouch type secondary battery is disclosed which suppresses an increase in the breakdown voltage of a secondary battery while the unsealed surplus is opened and expanded.
  • Korean Patent Laid-Open No. 10-2014-0041057 includes a second and third additional sealing portion in the sealing portion of the pouch case to minimize external moisture penetration, prevent the electrode assembly from being pushed, and provide a space in which electrolyte can flow.
  • a pouch type secondary battery that can be shrunk is disclosed.
  • Korean Patent Publication No. 10-2010-0082704 considers a relatively thick welding part where an electrode assembly part, an electrode tab and a lead part are connected when forming a pouch battery, and a thickness difference between the lead film and the electrode tab connected therefrom.
  • a pouch type secondary battery that can improve the problem of dielectric breakdown.
  • the conventional sealing techniques may cause the complexity of the process or the physical deformation of the pouch sheath sheet, and the like, and there is a demand for improvement of the pattern for forming the sealing portion that can more effectively prevent leakage of the electrolyte solution.
  • the present invention has been made in view of the above problems, and an object thereof is to provide a pouch type secondary battery having an improved double structure sealing portion to improve leakage and water blocking performance of an electrolyte solution.
  • the present invention provides an electrode assembly in which an anode, a separator, and a cathode are alternately stacked and an electrode tab is drawn out at least one side thereof; And a pouch case having an accommodating part for accommodating the electrode assembly, the pouch case having a first case and a second case, wherein the edges of the first case and the second case are joined to each other to form a sealing part.
  • the sealing unit includes a first sealing unit and a second sealing unit located outside the first sealing unit and partitioned with respect to the first sealing unit.
  • the sealing portion is preferably formed by thermal compression.
  • the second sealing part may be formed on all four sides of the pouch case, and the first sealing part may be formed on a side where the electrode tab is located.
  • the width of the first sealing part is smaller than or equal to the width of the second sealing part.
  • Both the first sealing portion and the second sealing portion may be continuously formed on all four sides of the pouch case.
  • the first sealing part and the second sealing part may be formed to be in contact with each other over the entire circumference of the pouch case.
  • first sealing part and the second sealing part may be formed to be in contact with each other on the side where the electrode tab is located among the four sides of the pouch case and spaced apart from each other with a free space.
  • first sealing portion and the second sealing portion may be formed to be spaced apart from each other over the entire circumference of the pouch case.
  • An insulating sealing film may be interposed between the electrode tab and the pouch case, and a part of the first sealing part and a part of the second sealing part may be positioned on the insulating sealing film.
  • the first sealing part and the second sealing part may be formed to be spaced apart from each other on the insulating sealing film.
  • a plurality of insulating sealing films are interposed in the coupling portion between the electrode tab and the pouch case, and a portion of the first sealing portion and a portion of the second sealing portion are positioned on different insulating sealing films. It can be formed to.
  • leakage and water blocking performance of the electrolyte may be enhanced by the first sealing part and the second sealing part.
  • first sealing portion and the second sealing portion along the circumference of the pouch case is formed in a substantially balanced pattern has the advantage that a stable sealing can be made.
  • the sealing process can be simplified and the second sealing can be changed even if the sealing strength of the first sealing portion in direct contact with the electrolyte is changed by long-term storage.
  • the negative sealing action effectively prevents leakage of the electrolyte in the battery and prevents breakdown.
  • FIG. 1 is an exploded perspective view illustrating a configuration of a pouch type secondary battery according to a preferred embodiment of the present invention.
  • FIGS. 2 to 4 are plan views illustrating a coupling relationship between an insulating sealing film, a first sealing part, and a second sealing part provided in the pouch type secondary battery according to the present invention.
  • 5 to 9 are plan views illustrating the formation patterns of the first sealing part and the second sealing part provided in the pouch type secondary battery according to the present invention.
  • FIG. 1 is an exploded perspective view illustrating a configuration of a pouch type secondary battery according to a preferred embodiment of the present invention.
  • a pouch type secondary battery includes an electrode assembly 100, pouch cases 110 and 113 capable of accommodating the electrode assembly 100 together with an electrolyte, and a sealing process.
  • the first sealing part 121 and the second sealing part 122 are formed at the edge joining portions of the pouch cases 110 and 113.
  • the electrode assembly 100 has a structure in which an anode, a separator, and a cathode are alternately stacked, and an electrode tab 101 is drawn out at least one side thereof.
  • a member used in a commercial pouch type secondary battery may be similarly employed, and thus, detailed description of the detailed configuration thereof will be omitted. That is, the positive electrode and the negative electrode are manufactured by applying a slurry such as an electrode active material, a binder resin, a conductive agent and other additives to at least one surface of the current collector.
  • a conventional positive electrode active material such as a lithium-containing transition metal oxide is used in the case of a positive electrode
  • a lithium metal, a carbon material and a metal compound or a mixture thereof, in which lithium ions can be occluded and released in which lithium ions can be occluded and released.
  • Conventional negative electrode active materials may be used.
  • a conventional porous polymer film used for a lithium secondary battery may be employed as the separator.
  • the electrode tab 101 serves as a lead wire for connecting the electrode assembly 100 and an external terminal.
  • the tab for the positive electrode contains aluminum or an aluminum alloy and may be surface treated to improve assembly processability and corrosion resistance.
  • the negative electrode tab usually contains nickel or copper plated with nickel.
  • the thickness of the electrode tab 101 is generally in the range of 0.05 to 0.8 mm.
  • An insulating sealing film 102 is interposed between the electrode tab 101 and the pouch cases 110 and 113.
  • the insulating sealing film 102 is disposed in a predetermined length of the electrode tab 101, as shown in Figures 2 to 4 to insulate and seal the coupling portion between the electrode tab 101 and the pouch case (110, 113) Do it.
  • the insulating sealing film 102 is any one selected from the group consisting of polypropylene, chloride polypropylene, polyethylene, ethylene-propylene copolymer, ethylene-acrylic acid copolymer, propylene-acrylic acid copolymer, and lead-free polypropylene. It may consist of two or more mixtures.
  • the thickness of the insulating sealing film 102 is appropriately in the range 0.05 ⁇ 0.3mm.
  • the insulating sealing film 102 is adhered to the contact surfaces of the electrode tab 101 and the pouch cases 110 and 113 by a heat bonding process applying heat and pressure together.
  • a conventional lithium secondary battery electrolyte may be employed as the electrolyte solution accommodated in the pouch cases 110 and 113 together with the electrode assembly 100.
  • the pouch cases 110 and 113 are formed of a sheet material, and include the accommodating part 111 for accommodating the electrode assembly 100.
  • the pouch cases 110 and 113 have a first case 110 and a second case 113 formed by processing a sheet material into a predetermined shape.
  • the sheet material of the pouch cases 110 and 113 is an outermost outer resin layer made of an insulating material such as polyethylene terephthalate (PET) or nylon (Nylon), and maintains mechanical strength and prevents penetration of moisture and oxygen.
  • the main layer is composed of a multilayer structure in which a metal layer made of aluminum and an inner resin layer made of a polyolefin (Polyolepin) -based material having a heat-adhesive property as a sealing material are laminated.
  • the thickness of the outer resin layer is 15 ⁇ 50 ⁇ m
  • the thickness of the metal layer is 20 ⁇ 100 ⁇ m
  • the thickness of the inner resin layer is preferably designed in the range of 20 ⁇ 80 ⁇ m.
  • a predetermined adhesive resin layer may be interposed between the inner resin layer and the metal layer and the outer resin layer and the metal layer, as necessary.
  • the adhesive resin layer is for smooth adhesion between dissimilar materials and is formed in a single layer or multiple layers.
  • the material may be a polyolefin-based resin or a polyurethane resin for smooth processing, and a mixture thereof may be employed. .
  • An accommodating part 111 for accommodating the electrode assembly 100 is formed in at least one of the first case 110 and the second case 113 forming the pouch cases 110 and 113.
  • the drawing shows a configuration in which the accommodating part 111 is formed in the first case 110, the present invention is not limited thereto, and the accommodating part 111 is formed in the second case 113 or the first case ( It is also possible to be formed in both the 110 and the second case 113.
  • a flange (protruding shape) is formed around the edge of at least one of the first case 110 and the second case 113 in a protruding shape relative to the other portion.
  • 112 is preferably formed.
  • the configuration in which the flange 112 is formed in the first case 110 is shown in the drawing, the present invention is not limited thereto, and the flange 112 is formed in the second case 113 or the first case 110. And the second case 113 may be formed.
  • the first case 110 and the second case 113 form pouch cases 110 and 113 for accommodating the electrode assembly 100 by sealing the edge portions of each other, for example, by thermal compression.
  • the first sealing part 121 and the second sealing part 122 are formed on the flange 112 by the sealing process for the pouch cases 110 and 113 to be partitioned from each other.
  • the first sealing portion 121 is located inward relative to the width direction of the flange 112 and the second sealing portion 122 is located outside of the first sealing portion 121.
  • the first sealing part 121 and the second sealing part 122 may be formed such that a part of the first sealing part 121 and the second sealing part 122 are positioned on the same film. have. Specifically, the first sealing part 121 and the second sealing part 122 may be formed to be in contact with each other in the region of the insulating sealing film 102, as shown in FIG. The overall formation pattern of the first sealing portion 121 and the second sealing portion 122 is shown in FIG. 8. In order to more effectively prevent leakage of the electrolyte, the first sealing part 121 and the second sealing part 122 may be formed to be spaced apart from each other on the insulating sealing film 102 as shown in FIG. 3. The entire formation pattern of the first sealing portion 121 and the second sealing portion 122 is shown in FIG. 9.
  • the first sealing part 121 and the second sealing part 122 may be formed to be positioned on different insulating sealing films 102 and 103, respectively, as shown in FIG. 4.
  • a plurality of insulating sealing films 102 and 103 are interposed between the electrode tab 101 and the pouch cases 110 and 113 at predetermined intervals along the longitudinal direction of the electrode tab 101.
  • the second sealing part 122 is continuously formed along all four sides of the pouch cases 110 and 113, and the first sealing part 121 is It is formed only on the side where the electrode tab 101 is located among the four sides.
  • the portion 122a of the second sealing portion 122 located on the side where the first sealing portion 121 is formed is preferably formed in a narrower pattern than other portions located on the other side.
  • the width W1 of the first sealing portion 121 is smaller than or the same as that of the other portions of the second sealing portion 122.
  • the width W1 of the first sealing portion 121 is smaller than that of the other portions of the second sealing portion 122 and the width of the thin portion 122a of the second sealing portion 122 ( An example formed of the same size as W2) is shown. According to this structure, since the effective width of the sealing portion is substantially maintained uniformly along the circumferences of the pouch cases 110 and 113, the product can be easily standardized and a stable sealing can be made.
  • first sealing portion 121 is configured such that the longitudinal intermediate point is disconnected as shown in FIG. 6, so that gas generated inside the battery in the emergency situation is vented only in the direction in which the electrode tab 101 is located. It may be provided with a channel 123 for inducing to be (Vent).
  • both the first sealing part 121 and the second sealing part 122 may be continuously formed on all four sides of the pouch cases 110 and 113.
  • the first sealing part 121 and the second sealing part 122 may be formed to be in contact with each other over the entire circumference of the pouch cases 110 and 113 by a simple sealing process.
  • the first sealing part 121 and the second sealing part 122 may be formed of the pouch cases 110 and 113 as shown in FIG. 8.
  • the electrode tab 101 of the four sides are formed to be in contact with each other and to be spaced apart from each other with a predetermined free space 124 on the other side can further enhance the leakage preventing performance of the electrolyte.
  • the first sealing part 121 and the second sealing part 122 may be formed to be spaced apart from each other on the four sides of the pouch cases 110 and 113 with a predetermined clearance space 124 as shown in FIG. 9. It is also possible.
  • the first sealing part 121 and the second sealing part 122 of the flange 112 are formed in the pouch cases 110 and 113 by a sealing process. It is formed in a multi-faceted pattern to be partitioned with each other in the width direction, by the sealing pattern is enhanced leakage and moisture blocking performance of the electrolyte solution can be improved long-term storage performance and insulation properties.
  • the electrode assembly used for the pouch-type lithium secondary battery is seated in the housing of the pouch case, and then, a certain amount of electrolyte is injected and a thermocompression process is performed on the flange portion of the pouch case to form the first sealing part and the second sealing part. It was.
  • a manufacturing process was performed in the same manner as in the above example except that the second sealing part was not formed during the sealing process for the pouch case.
  • Tensile strength was measured to confirm the sealing strength of the pouch case prepared according to the above Examples and Comparative Examples, shown in Table 1 below.
  • the sample for tensile strength test was prepared by sealing the electrode tab in the pouch case and injecting the electrolyte solution to prepare a battery of Examples and Comparative Examples having a seal width of 5 mm, and stored at 4 ° C after 60 ° C storage, and the electrode tab was 0.3 mm. The same specifications were used with thickness and 50mm width.
  • the sealing strength of the pouch case and the electrode tab formed together with the second sealing portion has a higher value than that of only the first sealing portion in the same width. This effect appears even before high temperature storage, but the sealing strength can be improved even when the deterioration rate is accelerated through high temperature standing.
  • a fracture test was conducted to measure the sealing strength of the pouch case.
  • the battery used in the fracture test was manufactured according to the Example and Comparative Example with the product model SLPB100216216 (40Ah), and the hole was formed in the pouch case at the central position of the manufactured battery to confirm the pressure that was broken while injecting air of a certain pressure.
  • the test results are shown in Table 2 below.
  • the embodiment in which the second sealing part is formed is shown to have a significantly high breakdown voltage characteristic, which also confirms that the sealing strength is improved.
  • the lithium secondary battery manufactured by the product model SLPB100216216 (40Ah) was observed while storing at a high temperature (45 ⁇ 3 °C) in SOC 100% state in order to confirm the capacity change and resistance increase rate according to the standing period.
  • the retention period was measured in units of 6 months, and the capacity retention rate and insulation resistance change rate were measured. Insulation resistance measurement was performed to artificially expose the aluminum layer of the electrode and the upper surface of the pouch case to determine whether it is electrically insulated.
  • the embodiment in which the second sealing part is formed has further improved capacity retention rate and insulation resistance, thereby improving electrical characteristics of the battery.

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Abstract

본 발명은 양극, 세퍼레이터 및 음극이 교대로 적층되고 적어도 일측으로 전극탭이 인출되어 있는 전극조립체; 및 상기 전극조립체를 수용할 수 있는 수납부를 구비하고 제1 케이스와 제2 케이스를 갖는 파우치 케이스;를 포함하고, 상기 파우치 케이스는 상기 제1 케이스와 제2 케이스의 가장자리 부분이 서로 접합되어 실링부가 형성되어 있고, 상기 실링부는 제1 실링부와 상기 제1 실링부의 바깥쪽에 위치하고 상기 제1 실링부에 대해 구획되는 제2 실링부를 포함하는 것을 특징으로 하는 파우치 타입 이차전지를 개시한다.

Description

파우치 타입 이차전지
본 출원은 2015년 11월 2일에 출원된 한국특허출원 제10-2015-0152956호에 기초한 우선권을 주장하며, 해당 출원의 명세서 및 도면에 개시된 모든 내용은 본 출원에 원용된다.
본 발명은 파우치 타입 이차전지에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 파우치 케이스가 실링부에 의해 밀봉된 구조를 가진 파우치 타입 이차전지에 관한 것이다.
이차전지는 전극조립체가 원통형 또는 각형의 금속 캔에 내장되어 있는 캔 타입과, 전극조립체가 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치 케이스에 내장되어 있는 파우치 타입으로 분류될 수 있다.
캔 타입의 이차전지는 금속 캔으로 인해 전지 형태가 제한적이므로 이를 전원으로 사용하는 제품의 디자인을 다양화하기가 곤란하고 부피를 줄이는 데도 어려움이 있다. 반면에, 파우치 타입의 이차전지는 연질의 시트 소재로 이루어진 파우치 케이스가 사용되는 특성상 제품 형태의 다양화가 가능하고 에너지 밀도의 향상 측면에서 유리하고 소형화가 용이한 장점이 있다.
통상적으로 파우치 타입의 이차전지에 사용되는 파우치 외장재는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PolyEthylene Terephthalate, PET)나 나일론(Nylon) 등의 절연물질로 이루어진 최외곽의 외부수지층과, 기계적 강도를 유지하고 수분 및 산소의 침투를 막아주는 알루미늄 소재의 금속층과, 열접착성을 가져 실링재 역할을 하는 폴리올레핀(Polyolepin)계 재료로 이루어진 내부수지층이 적층된 다층 구조로 구성되어 있다.
이러한 시트 형태의 외장재로 구성된 파우치의 내부에 전극과 세퍼레이터로 구성된 전극조립체와 전해질을 넣고 감싼 후 열융착시키면 파우치 타입의 이차전지가 얻어진다. 파우치 타입의 이차전지는 디자인의 다양화가 용이하고 작은 부피로 높은 에너지를 구현할 수 있는 장점이 있지만, 캔 타입 이차전지와 달리 연질의 파우치를 사용하다 보니 기계적 강도가 약하고 밀봉의 신뢰성을 확보하기가 어려운 문제가 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여 다양한 방법의 실링 기술들이 제안되었다.
예를 들어, 한국공개특허 제10-2010-0099063호에는 제1 실링부의 일부 또는 전부에 제2 실링부를 포함하여 수분 침투와 내부로부터 전해액 누출을 방지하는 파우치 및 이를 포함하는 이차전지가 개시되어 있다.
한국공개특허 제10-2010-0118394호에는 전지케이스의 실링부와 전극조립체 사이에 발생 가스를 포집할 수 있도록 미실링 잉여부를 구비하고, 과충전이나 고온과 같은 외부 상황으로 인한 전지내에서 고압 발생시 1차적으로 상기 미실링 잉여부가 개방, 팽창하면서 이차전지의 내압상승을 억제하는 파우치 타입 이차전지가 개시되어 있다.
한국공개특허 제10-2014-0041057호에는 파우치 외장재의 실링부에 제2, 제3의 추가적인 실링부를 구비함으로써 외부의 수분 침투를 최소화하고, 전극조립체의 밀림을 방지하며, 전해액의 유동 가능 공간을 축소할 수 있는 파우치 타입 이차전지가 개시되어 있다.
한국공개특허 제10-2010-0082704호에는 파우치 전지를 포밍할 때 전극조립체 부분과, 전극탭과 리드부가 연결되어 상대적으로 두꺼운 웰딩 부위와, 이로부터 연결되는 리드 필름과 전극 탭의 두께 차이를 고려하여 계단식으로 파우치 포밍을 수행함으로써, 절연 파괴의 문제점을 개선할 수 있는 파우치 타입 이차전지가 개시되어 있다.
그러나, 종래의 실링 기술들은 공정의 복잡성 혹은 파우치 외장재 시트의 물성 변형 등이 발생할 수 있는 우려가 있고, 전해액의 누액을 보다 효과적으로 방지할 수 있는 실링부의 형성 패턴에 대한 개선이 요구되고 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 고려하여 창안된 것으로서, 전해액의 누액과 수분 차단 성능을 향상시킬 수 있도록 개선된 이중 구조의 실링부를 구비한 파우치 타입 이차전지를 제공하는 데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명은 양극, 세퍼레이터 및 음극이 교대로 적층되고 적어도 일측으로 전극탭이 인출되어 있는 전극조립체; 및 상기 전극조립체를 수용할 수 있는 수납부를 구비하고 제1 케이스와 제2 케이스를 갖는 파우치 케이스;를 포함하고, 상기 파우치 케이스는 상기 제1 케이스와 제2 케이스의 가장자리 부분이 서로 접합되어 실링부가 형성되어 있고, 상기 실링부는 제1 실링부와 상기 제1 실링부의 바깥쪽에 위치하고 상기 제1 실링부에 대해 구획되는 제2 실링부를 포함하는 것을 특징으로 하는 파우치 타입 이차전지를 제공한다.
상기 실링부는 열 압착에 의해 형성되는 것이 바람직하다.
상기 제2 실링부는 상기 파우치 케이스의 네 변 전체에 형성되고, 상기 제1 실링부는 상기 네 변 중 상기 전극탭이 위치한 변에 형성될 수 있다.
상기 제1 실링부의 폭은 상기 제2 실링부의 폭에 비해 작거나 같게 형성되는 것이 바람직하다.
상기 제1 실링부와 상기 제2 실링부 모두 상기 파우치 케이스의 네 변 전체에 연속적으로 형성되는 것이 가능하다.
상기 제1 실링부와 상기 제2 실링부는 상기 파우치 케이스의 둘레 전체에 걸쳐서 서로 맞닿아 있도록 형성될 수 있다.
대안으로, 상기 제1 실링부와 상기 제2 실링부는, 상기 파우치 케이스의 네 변 중 상기 전극탭이 위치한 변에서는 서로 맞닿아 있고 나머지 변에서는 서로 여유공간을 두고 이격되도록 형성될 수 있다.
다른 대안으로, 상기 제1 실링부와 상기 제2 실링부는 상기 파우치 케이스의 둘레 전체에 걸쳐서 서로 여유공간을 두고 이격되도록 형성될 수 있다.
상기 전극탭과 상기 파우치 케이스 간의 결합부위에는 절연성 실링필름이 개재되고, 상기 제1 실링부의 일부와 상기 제2 실링부의 일부가 상기 절연성 실링필름 상에 위치할 수 있다.
상기 절연성 실링필름 상에서 상기 제1 실링부와 상기 제2 실링부는 서로 이격되게 형성될 수 있다.
상기 전극탭과 상기 파우치 케이스 간의 결합부위에는 상기 전극탭의 길이방향을 따라 복수개의 절연성 실링필름이 개재되고, 상기 제1 실링부의 일부와 상기 제2 실링부의 일부가 서로 다른 절연성 실링필름 상에 위치하도록 형성될 수 있다.
본 발명에 따른 파우치 타입 이차전지는 제1 실링부 및 제2 실링부에 의해 전해액의 누액과 수분 차단 성능이 강화될 수 있다.
또한, 파우치 케이스의 둘레를 따라 제1 실링부 및 제2 실링부가 실질적으로 균형있는 패턴으로 형성되어 안정적인 실링이 이루어질 수 있는 이점이 있다.
본 발명에서 제시하고 있는 제1 실링부 및 제2 실링부의 다각적인 형성 패턴에 따르면, 실링 공정을 간소화 할 수 있으며 장기 보관에 의해 전해액과 직접 접촉되는 제 1실링부의 실링 강도가 변화되더라도 제2 실링부의 실링 작용에 의해 전지 내부의 전해액이 누출되는 것을 효과적으로 차단하여 절연파괴를 예방할 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 아니된다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 파우치 타입 이차전지의 구성을 도시한 분리 사시도이다.
도 2 내지 도 4는 본 발명에 따른 파우치 타입 이차전지에 구비되는 절연성 실링필름, 제1 실링부 및 제2 실링부 간의 결합관계를 예시한 평면도이다.
도 5 내지 도 9는 본 발명에 따른 파우치 타입 이차전지에 구비되는 제1 실링부 및 제2 실링부의 형성 패턴을 예시한 평면도이다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 파우치 타입 이차전지의 구성을 도시한 분리 사시도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 파우치 타입 이차전지는 전극조립체(100)와, 전해액과 함께 전극조립체(100)를 수용할 수 있는 파우치 케이스(110,113)와, 밀봉처리에 의해 파우치 케이스(110,113)의 가장자리 접합 부분에 형성되는 제1 실링부(121) 및 제2 실링부(122)를 포함한다.
전극조립체(100)는 양극, 세퍼레이터 및 음극이 교대로 적층되고 적어도 일측으로 전극탭(101)이 인출되어 있는 구조로 이루어진다. 전극조립체(100)로는 상용 파우치 타입 이차전지에 사용되는 부재가 동일하게 채용 가능하므로 그 세부 구성에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다. 즉, 상기 양극 및 음극은 집전체의 적어도 한면에 전극 활물질, 바인더 수지, 도전제 및 기타 첨가제 등의 슬러리를 도포함으로써 제조된다. 상기 전극 활물질은, 양극의 경우, 리튬 함유 전이금속 산화물과 같은 통상의 양극 활물질이 사용되고, 음극의 경우에는 리튬 이온이 흡장 및 방출될 수 있는 리튬 금속, 탄소재 및 금속 화합물 또는 이들의 혼합물과 같은 통상의 음극 활물질이 사용될 수 있다. 또한, 상기 세퍼레이터로는 리튬 이차전지에 사용되는 통상의 다공성 고분자 필름이 채용 가능하다.
전극탭(101)은 전극조립체(100)와 외부 단자를 연결하기 위한 리드선의 역할을 한다. 전극탭(101)에 있어서, 양극용 탭은 알루미늄 또는 알루미늄 합금을 함유하고 있으며 조립 공정성 및 내부식성을 향상시키기 위해서 표면 처리될 수 있다. 한편, 음극용 탭은 통상 니켈 또는 니켈을 도금한 구리를 함유하고 있다. 전극탭(101)의 두께는 일반적으로 0.05 ~ 0.8mm의 범위가 적절하다.
전극탭(101)과 파우치 케이스(110,113) 간의 결합부위에는 절연성 실링필름(102)이 개재된다. 이 절연성 실링필름(102)은 도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이 전극탭(101)의 소정 길이구간에 배치되어 전극탭(101)과 파우치 케이스(110,113) 간의 결합부위를 절연 및 실링하는 작용을 한다. 절연성 실링필름(102)은 폴리프로필렌, 염화 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 에틸렌-프로필렌 공중합체, 에틸렌-아크릴산 공중합체, 프로필렌-아크릴산 공중합체, 및 무연산 폴리프로필렌으로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물로 이루어질 수 있다. 절연성 실링필름(102)의 두께는 0.05 ~ 0.3mm 범위가 적절하다. 이러한 절연성 실링필름(102)은 열과 압력을 함께 가하는 열 접착공정에 의해 전극탭(101)과 파우치 케이스(110,113)의 접촉면에 접착된다.
상기 전극조립체(100)와 함께 파우치 케이스(110,113) 내에 수용되는 전해액으로는 통상의 리튬 이차전지용 전해액이 채용될 수 있다.
파우치 케이스(110,113)는 시트 소재로 형성되는 것으로서, 전극조립체(100)를 수용하기 위한 수납부(111)를 구비한다. 바람직하게, 파우치 케이스(110,113)는 시트 소재가 소정 형상으로 가공되어 형성된 제1 케이스(110)와 제2 케이스(113)를 갖는다.
파우치 케이스(110,113)를 이루는 시트 소재는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PolyEthylene Terephthalate, PET)나 나일론(Nylon) 등의 절연물질로 이루어진 최외곽의 외부수지층과, 기계적 강도를 유지하고 수분 및 산소의 침투를 막아주는 알루미늄 소재의 금속층과, 열접착성을 가져 실링재 역할을 하는 폴리올레핀(Polyolepin)계 재료로 이루어진 내부수지층이 적층된 다층 구조로 구성되어 있다. 여기서, 상기 외부수지층의 두께는 15~50㎛, 상기 금속층의 두께는 20~100㎛, 상기 내부수지층의 두께는 20~80㎛의 범위로 설계되는 것이 바람직하다.
파우치 케이스(110,113)를 이루는 시트 소재는 필요에 따라 상기 내부 수지층과 금속층, 상기 외부 수지층과 금속층 사이에는 소정의 접착수지층이 개재될 수 있다. 상기 접착 수지층은 이종 재료 간의 원활한 부착을 위한 것으로서 단층 또는 다층으로 형성되고, 그 재료는 통상적으로 폴리올레핀계 수지가 사용되거나 원활한 가공을 위해 폴리우레탄 수지가 사용될 수 있으며, 이들의 혼합물도 채용 가능하다.
파우치 케이스(110,113)를 이루는 제1 케이스(110) 및 제2 케이스(113) 중 적어도 어느 하나에는 전극조립체(100)를 수용하기 위한 수납부(111)가 형성되어 있다. 비록, 도면에는 제1 케이스(110)에 수납부(111)가 형성된 구성이 도시되어 있으나, 이러한 예에 한정되지 않고 수납부(111)는 제2 케이스(113)에 형성되거나, 제1 케이스(110) 및 제2 케이스(113) 모두에 형성되는 것도 가능하다.
제1 케이스(110)와 제2 케이스(113) 간의 효율적인 접합을 위해, 제1 케이스(110) 및 제2 케이스(113) 중 적어도 어느 하나의 가장자리 둘레에는 다른 부분에 비해 돌출된 형상으로 플랜지(112)가 형성되는 것이 바람직하다. 비록, 도면에는 제1 케이스(110)에 플랜지(112)가 형성된 구성이 도시되어 있으나, 이러한 예에 한정되지 않고 플랜지(112)는 제2 케이스(113)에 형성되거나, 제1 케이스(110) 및 제2 케이스(113) 모두에 형성되는 것도 가능하다.
제1 케이스(110)와 제2 케이스(113)는 가장자리 부분이 서로, 예컨대 열 압착에 의해 밀봉됨으로써 전극조립체(100)를 수용하는 파우치 케이스(110,113)를 이룬다.
파우치 케이스(110,113)에 대한 밀봉처리에 의해 플랜지(112)에는 제1 실링부(121)와 제2 실링부(122)가 서로 구획되게 형성된다. 여기서, 제1 실링부(121)는 플랜지(112)의 폭방향을 기준으로 상대적으로 안쪽에 위치하며 제2 실링부(122)는 제1 실링부(121)의 바깥쪽에 위치한다.
제1 실링부(121)와 제2 실링부(122)는 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 하나의 절연성 실링필름(102)을 공유하면서 각각의 일부가 동일 필름 상에 위치하도록 형성될 수 있다. 구체적으로, 제1 실링부(121)와 제2 실링부(122)는 도 2에 도시된 바와 같이 절연성 실링필름(102)의 영역 내에서 서로 맞닿아 있도록 형성될 수 있다. 이에 대응하는 제1 실링부(121)와 제2 실링부(122)의 전체 형성 패턴은 도 8에 도시되어 있다. 전해액의 누액을 보다 효과적으로 방지하기 위해, 제1 실링부(121)와 제2 실링부(122)는 도 3에 도시된 바와 같이 절연성 실링필름(102) 상에서 서로 이격되게 형성되는 것도 가능하다. 이에 대응하는 제1 실링부(121)와 제2 실링부(122)의 전체 형성 패턴은 도 9에 도시되어 있다.
대안으로, 제1 실링부(121)와 제2 실링부(122)는 도 4에 도시된 바와 같이 서로 다른 절연성 실링필름들(102,103) 상에 각각 위치하도록 형성될 수 있다. 이 경우, 전극탭(101)과 파우치 케이스(110,113) 간의 결합부위에는 전극탭(101)의 길이방향을 따라 정해진 간격을 두고 복수개의 절연성 실링필름들(102,103)이 개재된다. 이러한 구조에 따르면, 제1 실링부(121)와 그에 대응하는 절연성 실링필름(103)의 접합성이 결여되더라도 그 바깥에 위치한 제2 실링부(122)와 그에 대응하는 절연성 실링필름(102)의 접합성이 유지되기 때문에 절연성 유지의 신뢰성을 더욱 높일 수 있다.
실링 공정을 간소화하기 위해, 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이 제2 실링부(122)는 파우치 케이스(110,113)의 네 변 전체를 따라 연속적으로 형성되며, 제1 실링부(121)는 상기 네 변 중 전극탭(101)이 위치한 변에만 형성된다. 이때, 제2 실링부(122)에 있어서 제1 실링부(121)가 형성된 변에 위치한 부분(122a)은, 다른 변에 위치한 여타 부분에 비해 좁은 패턴으로 형성되는 것이 바람직하다. 또한, 제1 실링부(121)의 폭(W1)은 제2 실링부(122)의 상기 여타 부분에 비해 작거나 같게 형성되는 것이 바람직하다. 도 5 및 도 6에는 제1 실링부(121)의 폭(W1)이 제2 실링부(122)의 상기 여타 부분에 비해 작고 상기 제2 실링부(122)의 가는 부분(122a)의 폭(W2)과는 동일한 크기로 형성된 예가 도시되어 있다. 이러한 구조에 따르면 파우치 케이스(110,113)의 둘레를 따라 가면서 실질적으로 실링부의 유효 폭이 균일하게 유지되므로 제품의 규격화가 용이하고 안정적인 실링이 이루어질 수 있다.
부가적으로, 제1 실링부(121)는 도 6에 나타난 바와 같이 길이방향 중간 지점이 단절되도록 구성되어, 비상상황 발생 시 전지 내부에서 발생된 가스가 전극탭(101)이 위치한 방향으로만 벤트(Vent) 되도록 유도하기 위한 채널(123)을 구비할 수 있다.
도 7 내지 도 8에 도시된 바와 같이 제1 실링부(121)와 제2 실링부(122)는 모두 파우치 케이스(110,113)의 네 변 전체에 연속적으로 형성될 수 있다. 여기서, 제1 실링부(121)와 제2 실링부(122)는 간소한 실링 공정에 의해 도 7에 나타난 바와 같이 파우치 케이스(110,113)의 둘레 전체에 걸쳐서 서로 맞닿아 있도록 형성될 수 있다. 대안으로, 제1 실링부(121)와 제2 실링부(122)는 도 8에 도시된 바와 같이 파우치 케이스(110,113)의 네 변 중 전극탭(101)이 위치한 변에서는 서로 맞닿아 있고 나머지 변에서는 소정의 여유공간(124)을 두고 이격되도록 형성됨으로써 전해액의 누액 방지 성능이 더욱 강화될 수 있다. 다른 대안으로, 제1 실링부(121)와 제2 실링부(122)는 도 9에 도시된 바와 같이 파우치 케이스(110,113)의 네 변 모두에서 소정의 여유공간(124)을 두고 이격되도록 형성되는 것도 가능하다.
상기와 같은 구성을 가진 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 파우치 타입 이차전지는 실링 공정에 의해 파우치 케이스(110,113)에 제1 실링부(121)와 제2 실링부(122)가 플랜지(112)의 폭방향으로 서로 구획되게 다각적인 패턴으로 형성되며, 이러한 실링 패턴에 의해 전해액의 누액과 수분 차단 성능이 강화되어 장기 보존성능 및 절연특성 등이 개선될 수 있다.
이하, 본 발명의 보다 구체적인 실시예 및 비교예를 예시한다. 하기의 실시예는 본 발명의 이해를 돕도록 하기 위해 예시적으로 제공되는 것일 뿐, 이에 의해 본 발명의 기술적 범위가 한정되는 것은 아니다.
1. 실시예
파우치 타입 리튬 이차전지에 사용되는 전극조립체를 파우치 케이스의 수납부에 안착시킨 후 일정양의 전해액을 주입하고 파우치 케이스의 플랜지 부분에 대하여 열 압착공정을 수행하여 제1 실링부와 제2 실링부를 형성하였다.
2. 비교예
파우치 케이스에 대한 실링 공정 시 제2 실링부를 형성하지 않은 것을 제외하고는 상기 실시예와 동일한 제조공정을 수행하였다.
3. 실험예
상기 실시예 및 비교예에 따라 제조된 파우치 케이스의 실링 강도를 확인하기 위해 인장강도를 측정하여, 하기 표 1에 나타내었다. 인장강도 시험을 위한 시료는 파우치 케이스에 전극탭 실링을 하고 전해액을 주입하여 실 폭이 5mm인 실시예와 비교예의 전지를 제조하였으며, 60℃ 저장 후 4시간 간격으로 확인하였으며, 전극탭은 0.3mm 두께, 50mm 너비로 동일한 규격을 사용하였다.
Figure PCTKR2016012544-appb-T000001
상기 표 1을 참조하면, 동일 너비에서 제1 실링부만 형성된 것에 비해 제2 실링부를 함께 형성한 파우치 케이스와 전극탭의 실링 강도가 더 높은 값을 갖는 것을 확인할 수 있다. 이러한 효과는 고온 저장 전에도 나타나지만, 고온 방치를 통해 열화 속도를 가속화하였을 때에도 실링 강도의 개선 효과를 얻을 수 있다.
제조된 파우치 타입 이차전지에 대해서, 파우치 케이스의 실링 강도를 측정하기 위해 파괴 시험을 진행해 보았다. 파괴 시험에 사용된 전지는 제품모델 SLPB100216216(40Ah)로 실시예와 비교예에 따라 제조되었으며, 제조된 전지의 중앙부 위치에서 파우치 케이스에 홀을 형성시켜 일정 압력의 공기를 주입시키면서 파괴되는 압력을 확인한 시험결과를 하기 표 2에 나타내었다.
Figure PCTKR2016012544-appb-T000002
상기 표 2를 참조하면, 표 1에서와 마찬가지로 제2 실링부를 형성한 실시예가 내압 특성이 현저히 높은 것으로 나타나 이 역시 실링 강도가 개선된 것을 확인할 수 있다.
제품모델 SLPB100216216(40Ah)로 제조된 리튬 이차전지에 대해서 방치 기간에 따른 용량 변화 및 저항 증가율을 확인하기 위하여 SOC 100% 상태로 고온(45±3℃)에서 보관하면서 관찰하였다. 보존 기간은 6개월 단위로 측정하였으며, 그에 따른 용량 유지율 및 절연 저항 변화율을 측정하였다. 절연저항 측정은 전극과 파우치 케이스 상부면의 알루미늄층을 인위적으로 노출시켜 전기적으로 절연이 되는지를 측정하였으며 이를 표 3에 나타내었다.
Figure PCTKR2016012544-appb-T000003
표 3을 참조하면, 제2 실링부를 형성한 실시예가 용량보존율 및 절연저항이 더욱 향상되어 전지의 전기적 특성이 개선된 것을 확인할 수 있다.
본 발명을 적용할 경우 장기 보존성능 및 절연특성과 신뢰성이 향상된 파우치 타입 이차전지를 구현할 수 있다.

Claims (11)

  1. 양극, 세퍼레이터 및 음극이 교대로 적층되고 적어도 일측으로 전극탭이 인출되어 있는 전극조립체; 및
    상기 전극조립체를 수용할 수 있는 수납부를 구비하고 제1 케이스와 제2 케이스를 갖는 파우치 케이스;를 포함하고,
    상기 파우치 케이스는 상기 제1 케이스와 제2 케이스의 가장자리 부분이 서로 접합되어 실링부가 형성되어 있고,
    상기 실링부는 제1 실링부와 상기 제1 실링부의 바깥쪽에 위치하고 상기 제1 실링부에 대해 구획되는 제2 실링부를 포함하는 것을 특징으로 하는 파우치 타입 이차전지.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 실링부는 열 압착에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 파우치 타입 이차전지.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제2 실링부는 상기 파우치 케이스의 네 변 전체에 형성되고,
    상기 제1 실링부는 상기 네 변 중 상기 전극탭이 위치한 변에 형성되는 것을 특징으로 하는 파우치 타입 이차전지.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 실링부의 폭은 상기 제2 실링부의 폭에 비해 작거나 같은 것을 특징으로 하는 파우치 타입 이차전지.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1 실링부와 상기 제2 실링부 모두 상기 파우치 케이스의 네 변 전체에 연속적으로 형성되는 것을 특징으로 하는 파우치 타입 이차전지.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제1 실링부와 상기 제2 실링부는 상기 파우치 케이스의 둘레 전체에 걸쳐서 서로 맞닿아 있는 것을 특징으로 하는 파우치 타입 이차전지.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 제1 실링부와 상기 제2 실링부는, 상기 파우치 케이스의 네 변 중 상기 전극탭이 위치한 변에서는 서로 맞닿아 있고 나머지 변에서는 여유공간을 두고 이격되어 있는 것을 특징으로 하는 파우치 타입 이차전지.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 제1 실링부와 상기 제2 실링부는 상기 파우치 케이스의 둘레 전체에 걸쳐서 서로 여유공간을 두고 이격되어 있는 것을 특징으로 하는 파우치 타입 이차전지.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 전극탭과 상기 파우치 케이스 간의 결합부위에는 절연성 실링필름이 개재되고,
    상기 제1 실링부의 일부와 상기 제2 실링부의 일부가 상기 절연성 실링필름 상에 위치하는 것을 특징으로 하는 파우치 타입 이차전지.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 절연성 실링필름 상에서 상기 제1 실링부와 상기 제2 실링부는 서로 이격되어 있는 것을 특징으로 하는 파우치 타입 이차전지.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 전극탭과 상기 파우치 케이스 간의 결합부위에는 상기 전극탭의 길이방향을 따라 복수개의 절연성 실링필름이 개재되고,
    상기 제1 실링부의 일부와 상기 제2 실링부의 일부가 서로 다른 절연성 실링필름 상에 위치하는 것을 특징으로 하는 파우치 타입 이차전지.
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