WO2019059502A1 - 방열층을 포함하는 파우치형 전지케이스 - Google Patents

방열층을 포함하는 파우치형 전지케이스 Download PDF

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WO2019059502A1
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battery case
pouch
metal
heat dissipation
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한형석
유형균
팽기훈
문재원
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주식회사 엘지화학
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Definitions

  • the present invention provides a pouch-shaped battery case including a heat dissipation layer, wherein the battery case includes an outer coating layer, a metal barrier layer, and an inner adhesive layer, wherein the metal barrier layer includes a heat dissipation layer between a plurality of metal layers
  • the present invention relates to a pouch-type battery case.
  • a pouch-shaped battery having a structure in which a stacked or stacked / folded electrode assembly is embedded in a pouch-shaped battery case of a laminate sheet has attracted much attention due to low manufacturing cost, small weight, and easy shape deformation.
  • the laminate sheet is largely composed of an outer coating layer, a metal barrier layer and an inner sealing layer.
  • the outer surface of the metal barrier layer is elongated larger than the inner surface, so that the stress is concentrated and cracks are generated. Therefore, it is difficult to form the electrode assembly housing part having a certain depth or more.
  • the thermal conductivity is lowered by the polymer layer surrounding the metal barrier layer. As a result, thermal runaway occurs due to abnormal use of the battery cell, or explosion or ignition of the battery cell occurs.
  • Chinese Patent Registration No. 204558547 discloses a layered lithium battery aluminum film comprising an outer protective film, a first adhesive layer, an aluminum foil, a second adhesive layer, a porous buffer film and a heat sealing film, Since only one aluminum foil is used, it is difficult to obtain an effect of improving the formability.
  • Japanese Patent Application Laid-Open No. 2014-086361 discloses a laminate comprising an aluminum foil (A), a modified polyolefin layer (B), and a sealant film (C) laminated in this order and nickel , Copper, and lead is formed into a film having a thickness of 10 to 500 nm.
  • the above-described invention does not include a heat dissipating structure for quickly discharging heat inside the battery cell.
  • an object of the present invention is to provide a battery case comprising an outer coating layer, a metal barrier layer and an inner adhesive layer, Layer, the moldability can be improved as compared with the case of using a single metal layer.
  • the heat radiation characteristic can be enhanced without increasing the thickness of the entire metal barrier layer, the heat generated inside the battery cell can be quickly discharged.
  • a pouch-shaped battery case in which an electrode assembly having a structure in which a separator is interposed between an anode and a cathode is housed,
  • the battery case includes an outer coating layer, a metal barrier layer, and an inner adhesive layer,
  • the metal barrier layer has a structure in which a heat dissipation layer is included between a plurality of metal layers.
  • the metal barrier layer of the pouch-shaped battery case according to the present invention is composed of a plurality of metal layers, and compared with the case where the metal barrier layer is composed of a single metal layer having the same thickness as the sum of the thicknesses of the plurality of metal layers, The stress generated on the outside of the corner portion during molding is relatively small. Therefore, it is possible to form the electrode assembly accommodating portion having a deep depth, and the capacity of the battery can be improved.
  • the heat dissipation layer is included between the plurality of metal layers, it is possible to compensate for the weakening of the strength of the battery case as the thickness of the plurality of metal layers becomes relatively thin. Due to the presence of the heat dissipation layer, The generated heat can be discharged quickly.
  • the present invention has been made in view of the fact that, due to the presence of the polymer layer surrounding the metal barrier layer, the metal barrier layer has a low thermal conductivity even though a metal having a high thermal conductivity is used for the metal barrier layer. The problem can be solved.
  • the metal barrier layer may have a structure in which a first metal layer, a heat dissipation layer, and a second metal layer are sequentially stacked.
  • the first metal layer and the second metal layer may be made of the same material or may be made of different materials.
  • the first metal layer and / or the second metal layer may be made of aluminum.
  • the heat dissipation layer may be made of the same material as the first metal layer and the second metal layer, or may be made of a material different from the first metal layer and the second metal layer.
  • the heat dissipation layer may have a net structure or a porous structure, and the inner space may be filled with an adhesive material.
  • the first metal layer and the second metal layer may be attached to both sides of the heat dissipation layer by an adhesive material filled in the heat dissipation layer .
  • a separate adhesive layer is not required between the first metal layer and the heat dissipation layer, and between the second metal layer and the heat dissipation layer.
  • the adhesive material is not particularly limited as long as it is a material capable of easily bonding between the first metal layer, the heat dissipating layer and the second metal layer, and examples thereof include polyethylene terephthalate, polybutylene terephthalate, polyethylene naphthalate, Polyester resins including rhenaphthalate, polyethylene isophthalate, polycarbonate, and copolymerized polyester; Polyether-based adhesives; Polyurethane-based adhesives; Epoxy resin; Phenolic resin; Nylon 6, nylon 66, nylon 12; Polyamide based resin; A polyolefin-based resin including a polyolefin, a carboxylic acid-modified polyolefin, and a metal-modified polyolefin; Polyvinyl acetate resin; Cellulosic adhesives; (Meth) acrylic resins; Polyimide resin; An amino resin including a urea resin and a melamine resin; Chloroprene rubber, nitrile rubber, sty
  • the heat dissipation layer is made of a material having a thermal conductivity equal to or higher than the thermal conductivity of aluminum so as to prevent the heat inside the battery cell from being rapidly discharged to the outside to prevent the thermal runaway phenomenon from occurring and to reduce the risk of explosion or ignition of the battery cell.
  • the heat dissipation layer may be made of one selected from the group consisting of aluminum (Al), beryllium (Be), copper (Cu), silver (Ag), and gold (Au) Or an alloy containing two or more of the above metals.
  • the metal may form a network structure or a porous structure of the heat dissipation layer.
  • the first metal layer and the second metal layer are bonded by the adhesive material of the heat dissipation layer They can be combined with each other to form a unit member.
  • the inner adhesive layer is composed of a first inner adhesive layer and a second inner adhesive layer
  • the first inner adhesive layer is composed of an acidified surface-modified polypropylene (PPa) positioned adjacent to the metal layer
  • the inner adhesive layer may be made of polypropylene (PP) as a layer located outside the first inner adhesive layer.
  • the outer coating layer is composed of a first outer coating layer and a second outer coating layer
  • the first outer coating layer is made of polyethylene terephthalate (PET) as an outermost layer
  • the second outer coating layer is made of polyethylene terephthalate And may be formed of stretched nylon as a layer positioned between the first outer coating layer and the metal layer.
  • the metal layer may be composed of a plurality of metal layers to improve the moldability of the metal barrier layer, and the metal layers may include two or more metal layers.
  • a plurality of metal layers can be bonded to each other to secure a certain level of strength, and further, a heat-radiating layer made of a metal material having a high thermal conductivity is disposed between the metal layers. That is, when the metal barrier layer has a structure in which a heat dissipation layer is included in each of three or more metal layers, the thermal conductivity of the metal barrier layer may be increased to improve heat dissipation characteristics.
  • An adhesive layer is interposed between the metal barrier layer and the outer coating layer, and the surface of the metal barrier layer facing the adhesive layer may be a structure in which an acidified surface-modified polypropylene layer is bonded.
  • the acidified surface-modified polypropylene is surface-modified so that an acidic functional group is adhered to the surface, and the bonding strength with the metal barrier layer is further improved as compared with polypropylene. Therefore, it is preferable that the internal adhesive layer made of the acidified surface-modified polypropylene is positioned adjacent to the metal barrier layer.
  • the present invention also provides a pouch type secondary battery including the pouch type battery case and a battery pack including the pouch type secondary battery.
  • the battery pack may be used as a power source for devices requiring high-temperature safety, long cycle characteristics, and high rate characteristics.
  • devices include a mobile device, a wearable device A power tool powered by an electric motor; An electric vehicle including an electric vehicle (EV), a hybrid electric vehicle (HEV), a plug-in hybrid electric vehicle (PHEV), and the like; An electric motorcycle including an electric bike (E-bike) and an electric scooter (E-scooter); An electric golf cart; And an energy storage system, but the present invention is not limited thereto.
  • FIG. 1 is a vertical sectional view of a pouch-shaped battery case according to an embodiment.
  • FIG. 2 is a vertical sectional view of a pouch-shaped battery case according to another embodiment.
  • FIG 3 shows a net structure or a porous structure of a heat dissipation layer having various structures.
  • FIG. 1 schematically shows a vertical sectional view of a pouch-shaped battery case according to one embodiment.
  • the pouch-shaped battery case 100 includes an outer covering layer 110, a metal barrier layer 120, and an inner bonding layer 130 sequentially stacked.
  • the outer covering layer 110 and the metal barrier layer 120 The adhesive layer 140 is further provided.
  • the adhesive layer 140 may be positioned between the metal barrier layer 120 and the inner adhesive layer 130, or between the outer coating layer 110 and the metal barrier layer 120, 120 and the internal adhesive layer 130, respectively.
  • the metal barrier layer 120 may have a structure in which the first metal layer 121, the heat dissipation layer 122, and the second metal layer 123 are laminated.
  • the first metal layer and the second metal layer may be formed of the same material or different materials.
  • the heat dissipation layer 122 may be made of the same material as the first metal layer 121 or the second metal layer 123 or may be made of a different material.
  • an air gap is formed in the inside of the heat dissipation layer 122, and an adhesive material (not shown) is filled in the inner space, and the first metal layer and the second metal layer And the first metal layer, the heat dissipation layer, and the second metal layer become the same shape as the one unit member while being combined with the heat dissipation layer.
  • Fig. 2 schematically shows a vertical sectional view of a pouch-shaped battery case according to another embodiment.
  • the pouch-shaped battery case 200 includes a first outer covering layer 211, a second outer covering layer 212, a metal barrier layer 220, a first inner bonding layer 231, and a second inner bonding layer And an adhesive layer 213 is disposed between the second outer coating layer 212 and the metal barrier layer 220.
  • the adhesive layer 213 may be present between the metal barrier layer 220 and the first inner adhesive layer 231 or between the second outer coating layer 212 and the metal barrier layer 220 and / Can be located both between the first internal adhesive layer 231 and the metal barrier layer 220.
  • the pouch-shaped battery case 200 is similar to the pouch-shaped battery case 200 except that the pouch-shaped battery case 200 is composed of an outer coating layer having a two-layer structure and an inner adhesion layer having a two-
  • the pouch-type battery case 100 may be constructed in the same structure as the case 100, so that the description of the pouch-type battery case 100 except for the differences described above can be applied to the description of the pouch-type battery case 200.
  • FIG 3 shows a net structure or a porous structure of a heat dissipation layer having various structures.
  • the heat dissipation layer (a) has a net structure in which a plurality of through holes are formed in a planar metal plate, and the heat dissipation layers (b), (c) And is formed on the heat dissipation layer.
  • the through holes and the porous structure are filled with an adhesive material, thereby bonding with the metal layers.
  • the adhesive material may be filled at a ratio of 50% to 100% based on the total volume of the through-hole and the porous pores.
  • the heat-radiating layers are made of a material having excellent thermal conductivity.
  • the heat-radiating layer is preferably made of a metal material having higher thermal conductivity than aluminum Do.
  • the pouch-shaped battery case according to the present invention includes a metal barrier layer having a structure in which a heat-radiating layer is interposed between a plurality of metal layers, so that the moldability and heat radiation of the battery case can be improved.
  • the pouch-shaped battery case according to the present invention includes an outer coating layer, a metal barrier layer, and an inner adhesive layer, and the metal barrier layer is composed of a plurality of metal layers, The thickness of one metal layer becomes thinner, so that the flexibility is further increased and excellent moldability can be exhibited.
  • the heat dissipation layer is included between the plurality of metal layers as described above, not only the metal layers can be bonded but also the heat dissipation property can be improved, so that the heat dissipation can be performed quickly before the battery cell deteriorates A secondary battery with improved safety can be provided.

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Abstract

본 발명은 양극 및 음극 사이에 분리막이 개재되어 적층된 구조의 전극조립체가 수납된 파우치형 전지케이스로서, 상기 전지케이스는 외부 피복층, 금속 배리어층 및 내부 접착층을 포함하고, 상기 금속 배리어층은 복수의 금속층들 사이에 방열층이 포함되는 구조로 이루어진 파우치형 전지케이스에 대한 것이다.

Description

방열층을 포함하는 파우치형 전지케이스
본 출원은 2017년 9월 19일자 한국 특허 출원 제 2017-0120637 호에 기초한 우선권의 이익을 주장하며, 해당 한국 특허 출원의 문헌에 개시된 모든 내용은 본 명세서의 일부로서 포함된다.
본 발명은 방열층을 포함하는 파우치형 전지케이스로서, 상기 전지케이스는 외부 피복층, 금속 배리어층 및 내부 접착층을 포함하고, 상기 금속 배리어층은 복수의 금속층들 사이에 방열층이 포함되는 구조로 이루어진 파우치형 전지케이스에 대한 것이다.
모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서의 전지의 수요가 급격히 증가하고 있다. 또한 다양한 기기에 부응할 수 있는 많은 형태의 전지에 대한 연구가 진행되고 있다.
전지의 형상 면에서 얇은 두께로 휴대폰 등과 같은 제품들에 적용될 수 있는 각형 이차전지와 파우치형 이차전지에 대한 수요가 높고, 재료 면에서는 높은 에너지 밀도, 방전 전압, 출력 안정성 등의 장점을 가진 리튬이온 전지, 리튬이온 폴리머 전지 등과 같은 리튬 이차전지에 대한 수요가 높다.
최근에는, 스택형 또는 스택/폴딩형 전극조립체를 라미네이트 시트의 파우치형 전지케이스에 내장한 구조의 파우치형 전지가, 낮은 제조비, 작은 중량, 용이한 형태 변형 등을 이유로, 많은 관심을 모으고 있다.
라미네이트 시트는 크게 외부 피복층, 금속 차단층 및 내부 밀봉층으로 구성된다. 전극조립체의 수납을 위한 수납부를 라미네이트 시트에 성형하는 경우, 금속 차단층의 외측면이 내측면 보다 더 크게 연신되면서 스트레스가 집중되고 크랙(crack)이 발생하게 된다. 그러므로 일정 깊이 이상의 전극조립체 수납부를 형성하는 데에 어려움이 있다.
이와 같이, 전지케이스에 크랙이 발생하는 경우, 전해액이 누액되어 전지셀의 사이클 특성이 저하될 뿐만 아니라 안전성면에서 다양한 문제가 야기될 수 있다.
라미네이트 시트의 금속 차단층에 열전도성이 우수한 금속을 사용하고 있지만, 상기 금속 차단층을 둘러싸고 있는 고분자층에 의해 열전도성이 낮아지게 된다. 이로 인해 전지셀의 비정상적인 사용에 따른 열폭주 현상이 발생하거나, 전지셀의 폭발 내지 발화가 문제가 발생한다.
이와 관련하여, 중국 등록특허공보 제 204558547 호에는 외부 보호 필름, 첫번째 접착층, 알루미늄 호일, 두번째 접착층, 다공성 버퍼막과 열밀봉막을 포함하는 층상 구조의 리튬 전지 알루미늄 필름을 개시하나, 다공성 버퍼막에 의한 한 개의 알루미늄 호일만을 사용하기 때문에 성형성이 향상되는 효과를 얻기 어렵다.
일본 공개특허공보 제 2014-086361 호는 알루미늄박(A), 변성 폴리올레핀층(B), 실런트 필름(C)이 순서대로 적층되고 A의 적어도 B측 표면에 니켈 크롬, 니켈, 은, 백금, 금, 구리, 납에서 선택된 1종 이상의 금속이 두께 10~500㎚의 막형으로 형성된 이차전지 외장용 알루미늄박 적층 시트를 개시한다.
그러나, 상기 발명은 전지셀 내부의 열을 빠르게 배출하기 위한 방열 구조를 포함하지 않고 있다.
따라서, 파우치형 전지케이스용 라미네이트 시트에 포함되는 금속 배리어층의 두께를 증가시키지 않으면서 성형성을 향상시킬 수 있고, 전지셀 내부의 열을 배출하는 성능이 향상된 파우치형 전지케이스에 대한 필요성이 높은 실정이다
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하기 위하여, 외부 피복층, 금속 배리어층 및 내부 접착층을 포함하는 전지케이스로서, 상기 금속 배리어층이 복수의 금속층들 사이에 방열층이 포함되는 구조로 이루어지는 경우, 단일한 금속층을 사용하는 경우보다 성형성을 향상시킬 수 있다.
또한, 전체적인 금속 배리어층의 두께를 증가시키지 않으면서 방열특성을 강화할 수 있으므로, 전지셀 내부에서 발생한 열의 배출이 빠르게 이루어질 수 있다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 파우치형 전지케이스는,
양극 및 음극 사이에 분리막이 개재되어 적층된 구조의 전극조립체가 수납된 파우치형 전지케이스로서,
상기 전지케이스는 외부 피복층, 금속 배리어층 및 내부 접착층을 포함하고,
상기 금속 배리어층은 복수의 금속층들 사이에 방열층이 포함되는 구조로 이루어진다.
이와 같이, 본 발명에 따른 파우치형 전지케이스의 금속 배리어층은 복수의 금속층들로 이루어지는 바, 상기 복수의 금속층들의 두께의 합과 동일한 두께를 갖는 단일한 금속층으로 이루어지는 경우와 비교할 때, 전지케이스의 성형시 코너부의 외측에 생기는 스트레스가 상대적으로 작아진다. 따라서, 깊이가 깊은 전극조립체 수납부의 형성이 가능한 바, 전지의 용량을 향상시킬 수 있다.
또한, 전지케이스에 크랙이 발생하는 것을 방지함으로써 전해액의 누액, 외부 물질의 유입 및 사이클 특성이 저하되는 문제 등을 방지할 수 있다.
상기 복수의 금속층들 사이에는 방열층이 포함되는 바, 상기 복수의 금속층들의 두께가 상대적으로 얇아 짐에 따라 전지케이스의 강도가 약해지는 것을 보완할 수 있으며, 방열층의 존재로 인하여 전지셀 내부에서 발생한 열을 빠르게 배출이 가능하다.
본원 발명은 전지케이스의 절연성 및 밀봉성을 확보하기 위하여 상기 금속 배리어층을 둘러싸고 있는 고분자층의 존재로 인하여, 열전도성이 높은 금속을 금속 배리어층에 사용함에도 낮은 열전도성을 갖을 수 밖에 없었던 종래의 문제점을 해결할 수 있다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 금속 배리어층은 제 1 금속층, 방열층 및 제 2 금속층이 순차적으로 적층된 구조로 이루어질 수 있다.
상기 제 1 금속층과 제 2 금속층은 동일한 소재로 이루어질 수 있고, 또는 서로 다른 소재로 이루어진 금속일 수 있다. 예를 들어, 상기 제 1 금속층 및/또는 제 2 금속층은 알루미늄으로 이루어질 수 있다.
상기 방열층은 상기 제 1 금속층 및 제 2 금속층과 동일한 소재로 이루어질 수 있고, 또는 상기 제 1 금속층 및 제 2 금속층과 상이한 소재로 이루어질 수 있다.
상기 방열층은 그물 구조 또는 다공성 구조로서 내부 공극에 접착 물질이 채워진 구조로 이루어지는 바, 상기 방열층에 채워진 접착 물질에 의해 상기 제 1 금속층과 제 2 금속층이 방열층의 양측면 각각에 부착될 수 있다.
따라서, 상기 제 1 금속층과 방열층 사이, 및 상기 제 2 금속층과 방열층 사이에 별도의 접착층이 불필요하다.
상기 접착 물질은 상기 제 1 금속층, 방열층 및 제 2 금속층 간의 결합을 용이하게 이루어질 수 있는 소재라면 특별히 제한되지 않으며, 예를 들어, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리부틸렌테레프탈레이트, 폴리에틸렌나프탈레이트, 폴리부틸렌나프탈레이트, 폴리에틸렌이소프탈레이트, 폴리카르보네이트, 공중합 폴리에스테르를 포함하는 폴리에스테르계 수지; 폴리에테르계 접착제; 폴리우레탄계 접착제; 에폭시계 수지; 페놀계 수지; 나일론 6, 나일론 66, 나일론 12; 폴리아미드계 수지; 폴리올레핀, 카르복실산 변성 폴리올레핀, 금속 변성 폴리올레핀을 포함하는 폴리올레핀계 수지; 폴리아세트산비닐계 수지; 셀룰로오스계 접착제; (메트)아크릴계 수지; 폴리이미드계 수지; 요소 수지, 멜라민 수지를 포함하는 아미노 수지; 클로로프렌 고무, 니트릴 고무, 스티렌-부타디엔 고무를 포함하는 고무; 실리콘계 수지로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상으로 이루어질 수 있다.
전지셀 내부의 열을 외부로 빠르게 배출하여 열폭주 현상이 일어나는것을 방지하고, 전지셀의 폭발 내지 발화의 위험을 낮추기 위하여, 상기 방열층은 알루미늄의 열전도도와 동일하거나 더 높은 열전도도를 갖는 소재로 이루어지는 것이 바람직한 바, 예를 들어, 상기 방열층은 알루미늄(Al), 베릴륨(Be), 구리(Cu), 은(Ag) 및 금(Au)으로 이루어진 군에서 선택되는 1종으로 이루어질 수 있고, 또는 상기 금속들을 2종 이상 포함하는 합금으로 이루어질 수 있다. 상기 금속은 방열층의 그물 구조 또는 다공성 구조를 이룰 수 있다.
하나의 구체적인 예에서, 관통구가 형성된 그물 구조 내지 3차원 다공성 구조로 이루어진 방열층의 내부 공극에 접착 물질이 채워지는 경우에는, 상기 제 1 금속층 및 제 2 금속층은 상기 방열층의 접착 물질에 의해 서로 결합되어 1단위 부재와 같은 형태가 될 수 있다.
상기 내부 접착층은 제 1 내부 접착층 및 제 2 내부 접착층으로 구성되고, 상기 제 1 내부 접착층은 금속층과 인접하게 위치하는 층으로서 산성화 표면 개질된 폴리프로필렌(Acidified-Polypropylene, PPa)으로 이루어지고, 제 2 내부 접착층은 상기 제 1 내부 접착층의 외측에 위치하는 층으로서 폴리프로필렌(Polypropylene, PP)으로 이루어 질 수 있다.
상기 외부 피복층은 제 1 외부 피복층 및 제 2 외부 피복층으로 구성되고, 상기 제 1 외부 피복층은 최외측에 위치하는 층으로서 폴리에틸렌테레프탈레이트(Polyethylene terephthalate, PET)로 이루어지고, 상기 제 2 외부 피복층은 상기 제 1 외부 피복층과 상기 금속층 사이에 위치하는 층으로서 연신 나일론으로 이루어질 수 있다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 금속 배리어층의 성형성을 향상시키기 위하여 복수의 금속층들로 구성될 수 있는 바, 상기 금속층들은 2개 이상의 금속층들을 포함할 수 있다.
또한, 상기 복수의 금속층들을 결합시킬 수 있으면서 일정 수준 이상의 강도를 확보하고, 나아가 열전도도가 높은 금속 소재로 이루어진 방열층이 상기 금속층들 사이에 위치한다. 즉, 상기 금속 배리어층은 3개 이상의 금속층들 사이 각각에 방열층이 포함되는 구조로 이루로 이루어지는 경우, 상기 금속 배리어층의 열전도도가 증가하여 방열 특성이 향상될 수 있다.
상기 금속 배리어층과 외부 피복층 사이에는 접착층이 개재되어 있고, 상기 접착층과 대면하는 금속 배리어층의 면은 산성화 표면 개질된 폴리프로필렌층이 결합된 구조일 수 있다.
상기 산성화 표면 개질된 폴리프로필렌은 표면에 산성 작용기가 부착되도록 표면 개질된 것으로서 폴리프로필렌과 비교할 때 상기 금속 배리어층과의 결합력이 더욱 향상된 효과를 제공한다. 따라서, 상기 산성화 표면 개질된 폴리프로필렌으로 이루어진 내부 접착층이 상기 금속 배리어층과 인접하도록 위치하는 것이 바람직하다.
본 발명은 또한, 상기 파우치형 전지케이스를 포함하는 파우치형 이차전지 및 상기 파우치형 이차전지를 포함하는 전지팩을 제공한다.
구체적으로, 상기 전지팩은 고온 안전성 및 긴 사이클 특성과 높은 레이트 특성 등이 요구되는 디바이스의 전원으로 사용될 수 있으며, 이러한 디바이스의 상세한 예로는, 모바일 전자기기(mobile device), 웨어러블 전자기기(wearable device), 전지적 모터에 의해 동력을 받아 움직이는 파워 툴(power tool); 전기자동차(Electric Vehicle, EV), 하이브리드 전기자동차(Hybrid Electric Vehicle, HEV), 플러그-인 하이브리드 전기자동차(Plug-in Hybrid Electric Vehicle, PHEV) 등을 포함하는 전기차; 전기 자전거(E-bike), 전기 스쿠터(E-scooter)를 포함하는 전기 이륜차; 전기 골프 카트(electric golf cart); 전력 저장 장치(Energy Storage System) 등을 들 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
이들 디바이스의 구조 및 그것의 제작 방법은 당업계에 공지되어 있으므로, 본 명세서에서는 그에 대한 자세한 설명은 생략한다.
도 1은 하나의 실시예에 따른 파우치형 전지케이스의 수직 단면도이다.
도 2는 다른 하나의 실시예에 따른 파우치형 전지케이스의 수직 단면도이다.
도 3은 다양한 구조의 방열층의 그물 구조 또는 다공성 구조를 나타낸다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 쉽게 실시할 수 있는 실시예를 상세히 설명한다. 다만, 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 동작 원리를 상세하게 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.
또한, 도면 전체에 걸쳐 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 사용한다. 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 연결되어 있다고 할 때, 이는 직접적으로 연결되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고, 간접적으로 연결되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 어떤 구성요소를 포함한다는 것은 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라, 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
본 발명을 도면에 따라 상세한 실시예와 같이 설명한다.
도 1은 하나의 실시예에 따른 파우치형 전지케이스의 수직 단면도를 모식적으로 도시하고 있다.
도 1을 참조하면, 파우치형 전지케이스(100)는 외부 피복층(110), 금속 배리어층(120) 및 내부 접착층(130)이 순차적으로 적층되어 있고, 외부 피복층(110)과 금속 배리어층(120) 사이에는 접착층(140)이 더 포함되어 있다. 도 1에는 도시되지 않았지만, 접착층(140)은 금속 배리어층(120)과 내부 접착층(130) 사이에도 위치할 수 있고, 또는 외부 피복층(110)과 금속 배리어층(120) 사이 및 금속 배리어층(120)과 내부 접착층(130) 사이에 모두 위치할 수 있다.
금속 배리어층(120)은 제 1 금속층(121), 방열층(122) 및 제 2 금속층(123)이 적층된 구조로 형성되고, 제 1 금속층과 제 2 금속층은 동일한 소재이거나 또는 상이한 소재로 이루어질 수 있으며, 방열층(122)은 제 1 금속층(121) 또는 제 2 금속층(123)과 동일한 소재이거나 또는 상이한 소재로 이루어질 수 있다.
방열층(122)은 하기 도 3의 설명에서와 같이 내부에 공극이 형성되어 있고, 상기 내부 공극에는 접착 물질(도시하지 않음)이 채워지는 바, 상기 접착 물질에 의해 제 1 금속층과 제 2 금속층이 방열층과 결합하면서, 제 1 금속층, 방열층 및 제 2 금속층이 1단위의 부재와 같은 형상이 된다.
도 2는 다른 하나의 실시예에 따른 파우치형 전지케이스의 수직 단면도를 모식적으로 도시하고 있다.
도 2를 참조하면, 파우치형 전지케이스(200)는 제 1 외부 피복층(211), 제 2 외부 피복층(212), 금속 배리어층(220), 제 1 내부 접착층(231) 및 제 2 내부 접착층(232)이 순차적으로 적층된 구조로 이루어지고, 제 2 외부 피복층(212)과 금속 배리어층(220) 사이에는 접착층(213)이 위치한다. 도 2에는 도시하지 않고 있지만, 접착층(213)은 금속 배리어층(220)과 제 1 내부 접착층(231) 사이에 존재할 수 있고, 또는 제 2 외부 피복층(212)과 금속 배리어층(220) 사이 및 제 1 내부 접착층(231)과 금속 배리어층(220) 사이에 모두 위치할 수 있다.
파우치형 전지케이스(100)와 파우치형 전지케이스(200)를 비교할 때, 파우치형 전지케이스(200)는 2층 구조의 외부 피복층 및 2층 구조의 내부 접착층으로 이루어진 점을 제외하고는 파우치형 전지케이스(100)와 동일한 구조로 이루어질 수 있으므로, 상기의 차이점을 제외한 파우치형 전지케이스(100)에 대한 설명은 파우치형 전지케이스(200)에 대한 설명에도 적용될 수 있다.
도 3은 다양한 구조의 방열층의 그물 구조 또는 다공성 구조를 나타낸다.
도 3을 참조하면, 방열층 (a)는 평판형 금속판에 다수의 관통구가 형성된 그물 구조로 이루어지고, 방열층 (b), (c), (d)는 3차원의 개방형 다공성 구조가 금속 방열층에 형성된 구조이다.
상기 관통구 및 다공성 구조에는 접착 물질이 채워짐으로써, 금속층들과의 결합이 이루어진다. 상기 접착 물질은 관통구 및 다공성 기공의 전체 부피를 기준으로 50% 내지 100%의 비율로 충진될 수 있다.
방열층들은 열전도성이 우수한 소재로 이루어지는 것이 바람직한 바, 일반적으로 라미네이트 시트의 금속층에 알루미늄이 사용되는 점을 고려할 때, 상기 방열층은 알루미늄의 열전도도보다 높은 열전도도를 갖는 금속 소재로 이루어지는 것이 바람직하다.
이와 같이, 본 발명에 따른 파우치형 전지케이스는 복수의 금속층 사이에 방열층이 개재된 구조의 금속 배리어층을 포함함으로써, 전지케이스의 성형성 및 방열성을 향상시킬 수 있다.
본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주내에서 다양한 응용 및 변형을 수행하는 것이 가능할 것이다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 파우치형 전지케이스는 외부 피복층, 금속 배리어층 및 내부 접착층을 포함하고, 상기 금속 배리어층은 복수의 금속층들로 구성되는 바, 동일한 두께를 갖는 단일 금속층을 사용하는 경우와 비교할 때, 금속층 한 개의 두께가 더 얇아지기 때문에 상대적으로 유연성이 더 증가하여 우수한 성형성을 발휘할 수 있다.
또한, 상기와 같이 복수의 금속층들 사이에 방열층을 포함시킴으로써 금속층들 간의 결합이 이루어질 수 있을 뿐 아니라, 방열 특성이 향상될 수 있는 바, 전지셀의 열화 현상이 일어나기 전에 빠르게 방열이 이루어질 수 있으므로 안전성이 향상된 이차전지를 제공할 수 있다.

Claims (14)

  1. 양극 및 음극 사이에 분리막이 개재되어 적층된 구조의 전극조립체가 수납된 파우치형 전지케이스로서,
    상기 전지케이스는 외부 피복층, 금속 배리어층 및 내부 접착층을 포함하고,
    상기 금속 배리어층은 복수의 금속층들 사이에 방열층이 포함되는 구조로 이루어진 파우치형 전지케이스.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 금속 배리어층은 제 1 금속층, 방열층 및 제 2 금속층이 순차적으로 적층된 구조인 파우치형 전지케이스.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 방열층은 그물 구조 또는 다공성 구조로서 내부 공극에 접착 물질이 채워진 것인 파우치형 전지케이스.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 접착 물질은 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리부틸렌테레프탈레이트, 폴리에틸렌나프탈레이트, 폴리부틸렌나프탈레이트, 폴리에틸렌이소프탈레이트, 폴리카르보네이트, 공중합 폴리에스테르를 포함하는 폴리에스테르계 수지; 폴리에테르계 접착제; 폴리우레탄계 접착제; 에폭시계 수지; 페놀계 수지; 나일론 6, 나일론 66, 나일론 12; 폴리아미드계 수지; 폴리올레핀, 카르복실산 변성 폴리올레핀, 금속 변성 폴리올레핀을 포함하는 폴리올레핀계 수지; 폴리아세트산비닐계 수지; 셀룰로오스계 접착제; (메트)아크릴계 수지; 폴리이미드계 수지; 요소 수지, 멜라민 수지를 포함하는 아미노 수지; 클로로프렌 고무, 니트릴 고무, 스티렌-부타디엔 고무를 포함하는 고무; 실리콘계 수지로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상인 파우치형 전지케이스.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 방열층은 알루미늄의 열전도도와 동일하거나 더 높은 열전도도를 갖는 소재로 이루어진 파우치형 전지케이스.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 방열층은 알루미늄(Al), 베릴륨(Be), 구리(Cu), 은(Ag) 및 금(Au)으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상으로 이루어진 파우치형 전지케이스.
  7. 제 2 항에 있어서, 상기 제 1 금속층 및 제 2 금속층은 상기 방열층에 의해 서로 결합되어 있는 파우치형 전지케이스.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 내부 접착층은 제 1 내부 접착층 및 제 2 내부 접착층으로 구성되는 파우치형 전지케이스.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 제 1 내부 접착층은 금속층과 인접하게 위치하는 층으로서 산성화 표면 개질된 폴리프로필렌(Acidified-Polypropylene, PPa)으로 이루어지고, 제 2 내부 접착층은 상기 제 1 내부 접착층의 외측에 위치하는 층으로서 폴리프로필렌(Polypropylene, PP)으로 이루어진 파우치형 전지케이스.
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 외부 피복층은 제 1 외부 피복층 및 제 2 외부 피복층으로 구성되는 파우치형 전지케이스.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 제 1 외부 피복층은 최외측에 위치하는 층으로서 폴리에틸렌테레프탈레이트(Polyethylene terephthalate, PET)로 이루어지고, 상기 제 2 외부 피복층은 상기 제 1 외부 피복층과 상기 금속층 사이에 위치하는 층으로서 연신 나일론으로 이루어진 파우치형 전지케이스.
  12. 제 1 항에 있어서, 상기 금속 배리어층은 3개 이상의 금속층들 사이 각각에 방열층이 포함되는 구조로 이루어진 파우치형 전지케이스.
  13. 제 1 항에 있어서, 상기 금속 배리어층과 외부 피복층 사이에는 접착층이 개재되어 있고, 상기 접착층과 대면하는 금속 배리어층의 면은 산성화 표면 개질된 폴리프로필렌층이 결합되어 있는 파우치형 전지케이스.
  14. 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 따른 파우치형 전지케이스를 포함하는 파우치형 이차전지.
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