WO2019098522A1 - 미실링부를 갖는 파우치 타입 이차 전지 - Google Patents

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WO2019098522A1
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unsealed
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장필규
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삼성에스디아이(주)
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Definitions

  • Various embodiments of the present invention are directed to a pouch-type secondary battery having a unsealed portion.
  • a secondary battery is a battery that can be charged and discharged unlike a non-rechargeable primary battery.
  • a secondary battery of low capacity is used for portable electronic devices such as smart phones, feature phones, notebook computers and camcorders, and a large-capacity secondary battery is widely used for a motor drive power supply for a hybrid car, an electric automobile, .
  • the secondary battery includes an electrode assembly including a positive electrode and a negative electrode, a case for accommodating the electrode assembly, and an electrode tab connected to the electrode assembly.
  • the case can be classified into a circle, a square, and a pouch type according to its shape.
  • the pouch-type secondary battery may include a pouch which is easily deformed into various shapes and has a small weight.
  • a problem to be solved according to various embodiments of the present invention is to provide a method and a device for discharging gas inside a battery to the outside in a case where gas is generated inside the battery due to overcharging or heat exposure and swelling of the pouch- And to provide a pouch-type secondary battery having a non-sealing portion that can be improved.
  • a pouch type secondary battery having an unsealed portion, comprising: an electrode assembly; And a second outer portion covering the recess of the first outer portion, wherein the pouch includes a sealing portion formed along the periphery of the first and second outer portions,
  • the sealing portion may include at least one unsealed portion connected to the recess, and the height (or depth) of the unsealed portion may be smaller than the height (or depth) of the recess.
  • the unsealed portion may be formed such that the first enclosure and the second enclosure of the pouch are spaced apart from each other.
  • the unsealed portion may be formed because the first exterior portion and the second exterior portion of the pouch are not bonded to each other.
  • the unsealed portion may be formed in the first outer portion or the second outer portion of the pouch.
  • the unsealed portion may be formed on the first external portion and the second external portion of the pouch.
  • the non-sealing portion may have a curved or angled surface in cross section.
  • the sealing portion of the pouch may include a primary folding portion that is first folded in a direction parallel to the longitudinal direction of the electrode assembly and a secondary folding portion that is parallel to the first folding portion and folded toward the electrode assembly , And the unsealed portion may be formed from the recess to the secondary folding portion.
  • the sealing portion of the pouch may include a pair of longitudinal sealing portions formed parallel to the longitudinal direction of the electrode assembly and a width sealing portion formed parallel to the width direction of the electrode assembly, As shown in Fig.
  • the sealing portion of the pouch may include a pair of longitudinal sealing portions formed parallel to the longitudinal direction of the electrode assembly and one lateral sealing portion formed parallel to the width direction of the electrode assembly, Directional sealing portion.
  • the sealing portion of the pouch may include a pair of longitudinal sealing portions formed parallel to the longitudinal direction of the electrode assembly and one width sealing portion formed parallel to the width direction of the electrode assembly, Directional sealing portion and the widthwise sealing portion.
  • a pouch type secondary battery is provided. That is, according to the present invention, when the internal pressure of the pouch exterior member exceeds the reference pressure, the sealing portion having a relatively short length or a short width corresponding to the unsealed portion is opened by forming the unsealed portion in the sealing portion of the pouch, The internal gas is promptly discharged to the outside.
  • FIGS. 1A and 1B are an exploded perspective view and an assembled plan view illustrating a pouch-type secondary battery having a non-sealing portion according to various embodiments of the present invention.
  • FIG. 2A and 2B are partial cross-sectional views showing lines 2a-2a and 2b-2b in FIG. 1B.
  • FIGS. 3A and 3B are partial cross-sectional views illustrating a folded state of a sealing portion having a sealing portion and a non-sealing portion among the pouch-type secondary batteries having a non-sealing portion according to various embodiments of the present invention.
  • 4A and 4B are a plan view and a partial cross-sectional view illustrating a pouch type secondary battery having a non-sealing portion according to various embodiments of the present invention.
  • FIG. 5 is a partial cross-sectional view illustrating a pouch-type secondary battery having a non-sealing portion according to various embodiments of the present invention.
  • FIG. 6 is a partial cross-sectional view illustrating a pouch type secondary battery having a non-sealing portion according to various embodiments of the present invention.
  • FIG. 7 is a partial cross-sectional view illustrating a pouch-type secondary battery having a non-sealing portion according to various embodiments of the present invention.
  • FIG. 8 is a plan view showing a pouch type secondary battery having a non-sealing portion according to various embodiments of the present invention.
  • FIG. 9 is a plan view showing a pouch type secondary battery having a non-sealing portion according to various embodiments of the present invention.
  • FIG. 10 is a view showing a gas discharge path in a pouch-type secondary battery having a unsealed portion according to various embodiments of the present invention.
  • first, second, etc. are used herein to describe various elements, components, regions, layers and / or portions, these members, components, regions, layers and / It is obvious that no. These terms are only used to distinguish one member, component, region, layer or section from another region, layer or section. Thus, a first member, component, region, layer or section described below may refer to a second member, component, region, layer or section without departing from the teachings of the present invention.
  • FIGS. 1A and 1B an exploded perspective view and a connection plan view of a pouch-type secondary battery having a unsealed portion according to various embodiments of the present invention are shown.
  • a secondary battery 100 includes an electrode assembly 110, a pouch 120, and a non-sealing portion 130.
  • the electrode assembly 110 may include a first electrode 111, a second electrode 112 and a separator 113 interposed between the first electrode 111 and the second electrode 112.
  • the electrode assembly 110 may be formed by winding a laminate of the first electrode 111, the separator 113, and the second electrode 112.
  • the electrode assembly 110 is shown in the drawing, for example, a wound or jelly roll type electrode assembly, a stacked electrode assembly may also be used in another embodiment of the present invention.
  • the first electrode 111 may act as an anode and the second electrode 112 may act as a cathode.
  • the following description will be made on the assumption that the first electrode 111 acts as an anode and the second electrode 112 acts as a cathode.
  • the first electrode 111 includes a first electrode active material layer coated on both surfaces of a first electrode current collector made of a metal thin plate having excellent conductivity, for example, an aluminum foil or a mesh.
  • the first electrode active material may include, but is not limited to, a chalcogenide compound.
  • composite metal oxides such as LiCoO2, LiMn2O4, LiNiO2, and LiNiMnO2 may be used.
  • the first electrode tab 114 may be formed on the first electrode non-coated portion where the first electrode active material layer is not formed on the first electrode current collector, though it is not limited thereto. That is, one end of the first electrode tab 114 is electrically connected to the first electrode non-coated portion, and the tab may protrude to the outside.
  • the first electrode tab 114 may be provided with an insulating member 114a to prevent the first electrode tab 114 from being short-circuited with the pouch 120.
  • the second electrode 112 includes, but is not limited to, a second electrode active material layer coated on both sides of a second electrode current collector made of a conductive metal foil, for example, copper or nickel foil or mesh.
  • the second electrode active material may include, but is not limited to, a carbon-based material, Si, Sn, a tin oxide, a tin alloy composite, a transition metal oxide, a lithium metal nitride or a metal oxide.
  • a second electrode tab 115 may be formed on the second electrode non-coated portion where the second electrode active material layer is not formed on the second electrode current collector, though it is not limited thereto. That is, one end of the second electrode tab 115 may be electrically connected to the second electrode non-conductive portion and the other end may protrude to the outside.
  • the second electrode tab 115 may be provided with an insulating member 115a to prevent the second electrode tab 115 from being short-circuited with the pouch 120.
  • the separator 113 is interposed between the first electrode 111 and the second electrode 112 to prevent a short circuit between the first electrode 111 and the second electrode 112.
  • the separator 113 may be made of any one selected from the group consisting of polyethylene, polypropylene, and a porous copolymer of polyethylene and polypropylene, though not limited thereto.
  • the separator 113 may have a width greater than that of the first electrode 111 and the second electrode 112 to prevent a short circuit between the first electrode 111 and the second electrode 112.
  • the separator is a concept including, but not limited to, a solid electrolyte (e.g., an inorganic ceramic-based electrolyte such as Perovskite, NASICON, LISICON, Sulfide, Garnet or Glass, or a polymer based electrolyte) , In which case the liquid electrolyte may be omitted.
  • a solid electrolyte e.g., an inorganic ceramic-based electrolyte such as Perovskite, NASICON, LISICON, Sulfide, Garnet or Glass, or a polymer based electrolyte
  • the liquid electrolyte may be omitted.
  • the pouch, the pouch exterior member or the laminate exterior member 120 is formed by housing the electrode assembly 110 and sealing the outer periphery of the electrode assembly 110.
  • the pouch 120 includes a first enclosure 121 having a recess 123 having a predetermined depth to accommodate the electrode assembly 110 and a second enclosure 121 having one end connected to the first enclosure 121, And a second exterior portion 122 covering the first exterior portion 110.
  • the pouch 120 includes a pair of longitudinal sealing portions 124 formed by heat-sealing the peripheries of the first and second covering portions 121 and 122 corresponding to the outer periphery of the electrode assembly 110, (Not shown). That is, the pair of longitudinal sealing portions 124 are formed by sealing the peripheries of the first and second external portions 121 and 122 in a direction substantially parallel to the longitudinal direction of the electrode assembly 110, (125) are formed by sealing the peripheries of the first and second external parts (121, 122) in a direction substantially parallel to the width direction of the electrode assembly (110).
  • the longitudinal sealing portion 124 and the widthwise sealing portion 125 have a substantially vertical relationship with each other. That is, the pair of longitudinal sealing portions 124 and one widthwise sealing portion 125 are approximately " ⁇ " shaped.
  • the electrode assembly 110 is securely protected inside the pouch 120 by the longitudinal sealing portion 124 and the widthwise sealing portion 125 of the pouch 120 and the electrolytic solution is not leaked.
  • the first enclosure 121 also includes four extended areas 126 and 127 that are spaced apart from the second enclosure 122 and a plurality of second extended areas 126 and 127 that are connected to the four extended areas 126 and 127, Area 128.
  • a relatively long region may be defined as a long side extended region 126
  • a relatively short region may be defined as a short side extended region 127, among the four extended regions 126 and 127.
  • a longitudinally extending sealing portion 124 is formed adjacent to the long side extending portion 126
  • a widthwise sealing portion 125 is formed adjacent to the short side extending portion 127.
  • the first and second electrode tabs 114 and 115 of the electrode assembly 110 are drawn out to the outside through the widthwise sealing portion 125 in which the first and second external portions 121 and 122 are sealed.
  • the insulating members 114a and 115b formed on the first and second electrode tabs 114 and 115 are sealed together with the width directional sealing part 125. That is, the insulating members 114a and 115b are formed at portions where the first and second electrode tabs 114 and 115 and the width directional sealing portion 125 are in contact with each other so that the first and second electrode tabs 114 and 115 are connected to the pouch 120, .
  • the pouch 120 may be formed in a multi-layer structure including, but not limited to, a first insulating layer 120a, a metal layer 120b, and a second insulating layer 120c.
  • a variety of adhesive layers and functional layers may be further added, but a description thereof will be omitted so as not to obscure the gist of the present invention.
  • the first insulating layer 120a is an inner surface of the pouch 120, and is formed of a material having insulating and thermal adhesiveness.
  • the first insulating layer 120a is formed on one surface of the metal layer 120b and forms an inner surface of the pouch 120 facing the electrode assembly 110.
  • the first insulating layer 120a may be formed of casted polypropylene (CPP) or its equivalent which does not react with an electrolyte or the like, but is not limited thereto.
  • the metal layer 120b is interposed between the first insulating layer 120a and the second insulating layer 120c to prevent moisture and oxygen from being introduced into the pouch 120. If the electrolyte is filled in the pouch 120, And serves to prevent external leakage thereof. In addition, the metal layer 120b serves to maintain the mechanical strength of the pouch 120.
  • the metal layer 120b may be formed of, but not limited to, aluminum, an aluminum alloy, an iron, and an iron alloy. This metal layer 120b is stretched during the process of forming the recess 123, and in particular, the thickness of a portion where a lot of stretching is made is thinned and cracked, so that moisture resistance can be deteriorated (that is, moisture permeability can be increased). Therefore, it is very important to control the thickness of the extended metal layer 120b during the molding process of the recess 123. [
  • the second insulating layer 120c serves as an outer surface of the pouch 120 to mitigate mechanical and chemical impacts with external electronic devices.
  • the second insulating layer 120c is formed on the other surface of the metal layer 120b and forms the outer surface of the pouch 120.
  • the second insulating layer 120c may be formed of, but not limited to, nylon, polyethylene terephthalate (PET), polybutylene terephthalate (PBT), polybutylene naphthalate (PBN), or the like.
  • a secondary battery 100 further includes a non-sealing portion 130 formed in the pouch 120.
  • the unsealed portion 130 may be formed, for example, in the longitudinal sealing portion 124 formed substantially parallel to the longitudinal direction of the electrode assembly 110. That is, a cavity having a predetermined depth (height) is formed in the first external portion 121 adjacent to the electrode assembly 110 among the longitudinal sealing portions 124, thereby realizing the unsealed portion 130.
  • the non-sealing portions 130 may be arranged at a predetermined pitch along the longitudinal sealing portions 124.
  • the unsealed portion 130 changes the design of the mold in the process of forming the recess 123 of a certain depth in the first enclosure 121, To allow more cavities to be formed, and to control such cavities to not be sealed in the sealing process.
  • the unsealed portion 130 is connected to the recess 123, so that the unsealed portion 130 can share the gas formed in the recess 123.
  • the width W2 of the longitudinal sealing portion 124 of the region in which the unsealed portion 130 is formed is relatively smaller than the width W1 of the longitudinal sealing portion 124. [ Therefore, when the internal pressure of the pouch 120 exceeds the reference pressure, the sealing portion 124 of the portion where the unsealed portion 130 is formed can be easily broken / opened.
  • the number of the unsealed portions 130 is three, but the present invention is not limited thereto.
  • the number of the non-sealing portions 130 may be further increased or decreased depending on the gas discharge pressure to be set.
  • the secondary battery 100 when gas is generated in the battery due to overcharging, heat exposure, or the like, and the pouch is swelled excessively by the generated gas, 130 are operated to quickly release the internal gas of the pouch 120 to the outside, thereby improving safety. Since the width W2 of the longitudinal sealing portion 124 of the region substantially corresponding to the unshrouded portion 130 is relatively small, the sealing structure of this portion is broken / opened and the gas inside the battery is discharged to the outside .
  • the unsealed portion 130 has a substantially predetermined space / cavity, extra unused electrolyte can be filled in the unsealed portion 130, so that the pouch 120 is filled with a sufficient amount of electrolyte As shown in Fig.
  • the unsealed portion 130 secures the predetermined space / cavity as described above, the unsealed portion 130 safely protects the secondary battery 100 from an external impact. That is, the plurality of unsealed portions 130 can securely protect the secondary battery 100 from an external impact such as an airbag in a vehicle.
  • FIG. 2A and 2B there is shown a partial cross-sectional view taken along lines 2a-2a and 2b-2b in Fig.
  • the longitudinal sealing portion 124 may be formed on the outer side of the electrode assembly 110 and / or on the outer side of the recess 123 in the first enclosure 121, And the areas of the second covering part 122 may be formed by heat-sealing each other.
  • the unsealed portion 130 has a predetermined space 131 on the outer side of the electrode assembly 110 and / or on the outer side of the recess 123 in the first enclosure 121 .
  • the unsealed portion 130 is formed in the vertical direction so that the regions of the first external portion 121 and the second external portion 122 are not thermally fused to each other.
  • the unsealed portion 130 may have a substantially angular shape in section.
  • Fig. 2B a unsealed portion 130 having two angled surfaces is shown.
  • the longitudinal sealing portion 124 of the region where the unsealed portion 130 is formed The width W2 of the pouch 120 is relatively small so that gas is generated inside the pouch 120 and excessive swelling of the pouch 120 causes the longitudinal sealing of the region where the non- The inner gas of the pouch 120 is rapidly discharged to the outside while the portion 124 is broken / opened.
  • reference numeral 129 denotes a curved portion formed between the extended region 126 and the flat region 128 in the first external portion 121.
  • the height (or depth) of the unsealed portion 130 is preferably smaller than the height (or depth) of the recess 123 when the secondary battery 100 is viewed in cross section. That is, when the height of the unsealed portion 130 is smaller than the height of the recess 123, the gas generated when the secondary battery 100 is overcharged or exposed to heat quickly fills the unsealed portion 130, The gas can be quickly released to the outside through the sealing portion 130. If the height of the unsealed portion 130 is the same as the height of the recess 123, the discharge speed (or time) of the internal gas may be relatively slow, and the safety of the secondary battery 100 may be deteriorated.
  • the height of the unsealed portion 130 is smaller than the height of the recess 123, the possibility of cracking with respect to the metal layer (for example, aluminum) as the inner layer of the pouch is reduced during the pouch forming process. That is, if the height of the unsealed portion 130 is equal to the height of the recess 123, the metal layer as the inner layer of the pouch is likely to be cracked during the pouch forming process, thereby increasing the pouch defect ratio.
  • This feature may be shared in all embodiments of the present invention.
  • a pouch-type secondary battery 100 having a non-sealing part 130 includes a sealing part 124 having a sealing part 124 and a non- Sectional view of the folded state of the first embodiment of the present invention.
  • a primary folding portion F1 and a secondary folding portion F2 are formed in the longitudinal sealing portion 124 and the unsealed portion 130, respectively, of the pouch 120 .
  • the longitudinal sealing portion 124 in which the unsealed portion 130 is not formed is divided into a first folding portion F1 formed by folding in the upward direction and a second folding portion F1 formed in the lower direction And a second folding portion F2 folded in a direction toward the assembly 110 or the recess 123).
  • the longitudinal sealing portion 124 having the unsealed portion 130 also includes a first folding portion F1 formed by folding in an upward direction, a second folding portion F1 formed by folding in the downward direction, But may include a predetermined space 131 from the recess 123 to the secondary folding portion F2. That is, the space 131 becomes the unsealed portion 130.
  • the end of the secondary folding unit F2 is formed to face downward, the metal layer, which is a component of the pouch 120, is not exposed to the outside (upper side), thereby preventing a short circuit with the external device .
  • FIGS. 4A and 4B a plan view and partial cross-sectional view of a pouch-type secondary battery 200 having an unsealed portion 230 according to various embodiments of the present invention is shown.
  • the unsealed portion 230 has a predetermined space and is not simply sealed (not bonded) . ≪ / RTI > That is, the sealing process typically places the first enclosure 121 and the second enclosure 122 overlaid between the upper hot-bar and the lower hot-bar, By forming recesses or the like not to transmit heat to the first and second external portions 121 and 122 on the upper and lower hot bars corresponding to the unsealed portions 230, 230 may be formed. Of course, at this time, the first external part 121 and the second external part 122 can contact with each other at the unsealed part 230, but they are not bonded with each other.
  • the inside of the pouch 120 is sealed through the unsealed portion 230 where the sealing region is not formed (i.e., not bonded) and the longitudinal sealing portion 124 adjacent thereto, The gas can be quickly discharged to the outside.
  • FIG. 5 there is shown a partial cross-sectional view of a pouch-type secondary battery 300 having a unsealed portion 330 according to various embodiments of the present invention.
  • the unsealed portion 330 is formed on the outer side of the electrode assembly 110 and / or the recess 123, May be formed in the second enclosure 122 rather than in the second enclosure 121.
  • the first enclosure 121 may maintain a substantially flat state, and the second enclosure 122 may be provided with a unsealed portion 330 having a substantially downwardly angled surface, 330 may be provided with a predetermined space 331.
  • the width W2 of the longitudinal sealing portion 124 adjacent to the unsealed portion 330 is formed to be relatively small.
  • the gas inside the battery is discharged to the outside through the unsealed portion 330 where the sealing region is not formed and the longitudinal sealing portion 124 adjacent thereto. It can be discharged quickly.
  • FIG. 6 there is shown a partial cross-sectional view of a pouch-type secondary battery 400 having unsealed portions 430a and 430b according to various embodiments of the present invention.
  • the unsealed portion 430a on one side is disposed on the outer side of the electrode assembly 110 and / or the recess 123,
  • the unsealed portion 430b on the other side may be formed on the second external portion 122 on the outside of the electrode assembly 110 and /
  • the spaces 431a of the unsealed portions 430a formed on the first external portion 121 and the spaces 431b of the unsealed portions 430b formed on the second external portion 122 may be connected to each other.
  • the width W2 of the longitudinal sealing portion 124 adjacent to the unsealed portions 430a and 430b is formed to be relatively small.
  • the gas inside the pouch 120 is discharged through the unsealed portions 430a and 430b and the adjacent longitudinal sealing portions 124, As shown in FIG.
  • the spaces 431a and 431b are further formed in the pouch 120 in this way to accommodate more electrolytic solution. Further, Is safely protected.
  • FIG. 7 there is shown a partial cross-sectional view of a pouch-type secondary battery 500 having a unsealed portion 530 according to various embodiments of the present invention.
  • the unsealed portion 530 is formed on the outer side of the electrode assembly 110 and / or the recess 123, And may have a substantially curved shape in cross section.
  • the unsealed portion 530 may be formed in a curved shape with one curvature. That is, the first enclosure 121 includes a curved portion formed between the extended region and the flat region, and the curved portion extends to one side of the longitudinally sealed portion 124 with one curvature, (530) may be formed.
  • a relatively large space 531 can be formed adjacent to the recess 123 by such a non-sealing portion 530.
  • the gas inside the pouch 120 is discharged to the outside through the unsealed portion 530 where the sealing region is not formed and the longitudinal sealing portion 124 adjacent thereto .
  • FIG. 8 a top view of a pouch-type secondary battery 600 having unsealed portions 130, 630 according to various embodiments of the present invention is shown.
  • the unsealed portion 630 may be formed on the outer side of the electrode assembly 110 and / or the recess 123, And may be formed in the external portion 121 and have a predetermined space in the widthwise sealing portion 125. That is, the unsealed portion 630 may be formed in the width direction sealing portion 125, which is called a normal terrace portion, through which the first and second electrode tabs 114 and 115 extend.
  • the width of the width directional sealing part 125 is relatively smaller than the width of the longitudinal directional sealing part 124, the width of the width directional sealing part 125 corresponds to the non-sealing part 630 formed in the width directional sealing part 125
  • the width of the sealing portion 125 may be smaller than the width of the sealing portion 124 corresponding to the unsealed portion 130 formed in the longitudinal sealing portion 124.
  • the unsealed portion 630 can operate at the internal pressure of the relatively small pouch 120.
  • FIG. 9 a top view of a pouch-type secondary battery 700 having unsealed portions 230, 730 according to various embodiments of the present invention is shown.
  • the unsealed portion 730 is formed in the outer side of the electrode assembly 110 and / Can be formed in the widthwise sealing portion 125 in such a manner that no sealing region is formed in the portions 121 and 122.
  • the predetermined area of the width direction sealing part 125 extending through the first and second electrode tabs 114 and 115 is not sealed, so that the unsealed part 730 can be formed naturally. Similar to what has been described above, this unsealed portion 730 can operate at an internal pressure of a relatively small pouch 120.
  • FIG. 10 is a view showing a gas discharge path in a pouch type secondary battery 100 having a unsealed portion 130 according to various embodiments of the present invention.
  • the present invention is not limited to the above-described embodiment, but may be applied to a pouch-type secondary battery having a non-sealing portion according to the present invention. It will be understood by those of ordinary skill in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention.

Abstract

본 발명의 다양한 실시예는 미실링부를 갖는 파우치 타입 이차 전지에 관한 것으로, 해결하고자 하는 기술적 과제는 과충전, 열 노출 등에 의해 내부에 가스가 발생하고, 발생된 가스에 의해 파우치가 스웰링될 경우, 내부 가스를 외부로 신속히 방출하여 안전성을 향상시킬 수 있는 미실링부를 갖는 파우치 타입 이차 전지를 제공하는데 있다. 이를 위해 본 발명은 전극 조립체; 및 상기 전극 조립체가 수용되는 리세스를 갖는 제1외장부와, 상기 제1외장부의 리세스를 덮는 제2외장부를 포함하며, 상기 제1,2외장부의 둘레를 따라 형성된 실링부를 포함하는 파우치를 포함하고, 상기 실링부에는 상기 리세스에 연결된 적어도 하나의 미실링부가 더 형성되고, 상기 미실링부의 높이는 상기 리세스의 높이보다 작은 파우치 타입 이차 전지를 개시한다.

Description

미실링부를 갖는 파우치 타입 이차 전지
본 발명의 다양한 실시예는 미실링부를 갖는 파우치 타입 이차 전지에 관한 것이다.
이차 전지(secondary battery)는 충전이 불가능한 일차 전지와는 달리 충전 및 방전이 가능한 전지이다. 저용량의 이차 전지는 스마트폰, 피처폰, 노트북 컴퓨터 및 캠코더와 같이 휴대가 가능한 소형 전자기기에 사용되고, 대용량의 이차 전지는 하이브리드 자동차, 전기 자동차 등의 모터 구동용 전원 및 전력 저장용 전지 등으로 널리 사용되고 있다.
이러한 이차 전지는 양극 및 음극으로 이루어지는 전극 조립체, 이를 수용하는 케이스, 전극 조립체에 연결되는 전극 탭을 포함한다. 케이스는 그 형상에 따라 원형, 각형 및 파우치형 등으로 구분할 수 있다. 이 중, 파우치형 이차 전지는 다양한 형상으로 변형이 용이하고 중량이 작은 파우치를 포함할 수 있다.
이러한 발명의 배경이 되는 기술에 개시된 상술한 정보는 본 발명의 배경에 대한 이해도를 향상시키기 위한 것뿐이며, 따라서 종래 기술을 구성하지 않는 정보를 포함할 수도 있다.
본 발명의 다양한 실시예에 따른 해결하고자 하는 과제는 과충전, 열 노출 등에 의해 전지 내부에 가스가 발생하고, 발생한 가스에 의해 파우치 외장재가 스웰링될 경우, 전지 내부 가스를 외부로 신속히 방출하여 안전성을 향상시킬 수 있는 미실링부를 갖는 파우치 타입 이차 전지를 제공하는데 있다.
본 발명의 다양한 실시예에 따른 미실링부를 갖는 파우치 타입 이차 전지는 전극 조립체; 및 상기 전극 조립체가 수용되는 리세스를 갖는 제1외장부와, 상기 제1외장부의 리세스를 덮는 제2외장부를 포함하며, 상기 제1,2외장부의 둘레를 따라 형성된 실링부를 포함하는 파우치를 포함하고, 상기 실링부에는 상기 리세스에 연결된 적어도 하나의 미실링부가 더 형성될 수 있고, 상기 미실링부의 높이(또는 깊이)는 상기 리세스의 높이(또는 깊이)보다 작을 수 있다.
상기 미실링부는 상기 파우치의 제1외장부와 제2외장부가 상호간 이격되어 형성될 수 있다.
상기 미실링부는 상기 파우치의 제1외장부와 제2외장부가 상호간 접착되지 않아 형성될 수 있다.
상기 미실링부는 상기 파우치의 제1외장부 또는 제2외장부에 형성될 수 있다.
상기 미실링부는 상기 파우치의 제1외장부와 제2외장부에 형성될 수 있다.
상기 미실링부는 단면의 형태가 곡면 또는 각진면 형태일 수 있다.
상기 파우치의 실링부는 상기 전극 조립체의 길이 방향에 평행한 방향으로 1차 폴딩된 1차 폴딩부와, 상기 1차 폴딩부에 평행한 동시에 상기 전극 조립체를 향하여 폴딩된 2차 폴딩부를 포함할 수 있고, 상기 미실링부는 상기 리세스로부터 상기 2차 폴딩부까지 형성될 수 있다.
상기 파우치의 실링부는 상기 전극 조립체의 길이 방향에 평행하게 형성된 한쌍의 길이 방향 실링부와, 상기 전극 조립체의 폭 방향에 평행하게 형성된 폭 방향 실링부를 포함할 수 있고, 상기 미실링부는 상기 길이 방향 실링부에 형성될 수 있다.
상기 파우치의 실링부는 상기 전극 조립체의 길이 방향에 평행하게 형성된 한쌍의 길이 방향 실링부와, 상기 전극 조립체의 폭 방향에 평행하게 형성된 하나의 폭 방향 실링부를 포함할 수 있고, 상기 미실링부는 상기 폭 방향 실링부에 형성될 수 있다.
상기 파우치의 실링부는 상기 전극 조립체의 길이 방향에 평행하게 형성된 한쌍의 길이 방향 실링부와, 상기 전극 조립체의 폭 방향에 평행하게 형성된 하나의 폭 방향 실링부를 포함할 수 있고, 상기 미실링부는 상기 길이 방향 실링부 및 폭 방향 실링부에 형성될 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예는 과충전, 열 노출 등에 의해 전지 내부에 가스가 발생하고, 발생한 가스에 의해 파우치가 스웰링될 경우, 내부 가스를 외부로 신속히 방출하여 안전성을 향상시킬 수 있는 미실링부를 갖는 파우치 타입 이차 전지를 제공한다. 즉, 본 발명은 파우치 중 실링부에 미실링부를 더 형성함으로써, 파우치 외장재의 내부 압력이 기준 압력을 초과할 경우, 미실링부와 대응하는 상대적으로 길이 또는 폭이 짧은 실링부가 개방되도록 하여, 전지 내부의 가스를 신속하게 외부로 배출하도록 한다.
도 1a 및 도 1b는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 미실링부를 갖는 파우치 타입 이차 전지를 도시한 분해 사시도 및 결합 평면도이다.
도 2a 및 도 2b는 도 1b에서 2a-2a 라인 및 2b-2b 라인을 도시한 부분 단면도이다.
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 미실링부를 갖는 파우치 타입 이차 전지 중에서 실링부 및 미실링부를 갖는 실링부의 폴딩 상태를 도시한 부분 단면도이다.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 미실링부를 갖는 파우치 타입 이차 전지를 도시한 평면도 및 부분 단면도이다.
도 5는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 미실링부를 갖는 파우치 타입 이차 전지를 도시한 부분 단면도이다.
도 6은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 미실링부를 갖는 파우치 타입 이차 전지를 도시한 부분 단면도이다.
도 7은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 미실링부를 갖는 파우치 타입 이차 전지를 도시한 부분 단면도이다.
도 8은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 미실링부를 갖는 파우치 타입 이차 전지를 도시한 평면도이다.
도 9는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 미실링부를 갖는 파우치 타입 이차 전지를 도시한 평면도이다.
도 10은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 미실링부를 갖는 파우치 타입 이차 전지에서, 가스 배출 경로를 도시한 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려, 이들 실시예는 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다.
또한, 이하의 도면에서 각 층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장된 것이며, 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 "및/또는"은 해당 열거된 항목 중 어느 하나 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다. 또한, 본 명세서에서 "연결된다"라는 의미는 A 부재와 B 부재가 직접 연결되는 경우뿐만 아니라, A 부재와 B 부재의 사이에 C 부재가 개재되어 A 부재와 B 부재가 간접 연결되는 경우도 의미한다.
본 명세서에서 사용된 용어는 특정 실시예를 설명하기 위하여 사용되며, 본 발명을 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 단수 형태는 문맥상 다른 경우를 분명히 지적하는 것이 아니라면, 복수의 형태를 포함할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 경우 "포함한다(comprise, include)" 및/또는 "포함하는(comprising, including)"은 언급한 형상들, 숫자, 단계, 동작, 부재, 요소 및/또는 이들 그룹의 존재를 특정하는 것이며, 하나 이상의 다른 형상, 숫자, 동작, 부재, 요소 및 /또는 그룹들의 존재 또는 부가를 배제하는 것이 아니다.
본 명세서에서 제1, 제2 등의 용어가 다양한 부재, 부품, 영역, 층들 및/또는 부분들을 설명하기 위하여 사용되지만, 이들 부재, 부품, 영역, 층들 및/또는 부분들은 이들 용어에 의해 한정되어서는 안 됨은 자명하다. 이들 용어는 하나의 부재, 부품, 영역, 층 또는 부분을 다른 영역, 층 또는 부분과 구별하기 위하여만 사용된다. 따라서, 이하 상술할 제1부재, 부품, 영역, 층 또는 부분은 본 발명의 가르침으로부터 벗어나지 않고서도 제2부재, 부품, 영역, 층 또는 부분을 지칭할 수 있다.
"하부(beneath)", "아래(below)", "낮은(lower)", "상부(above)", "위(upper)"와 같은 공간에 관련된 용어가 도면에 도시된 한 요소 또는 특징과 다른 요소 또는 특징의 용이한 이해를 위해 이용될 수 있다. 이러한 공간에 관련된 용어는 본 발명의 다양한 공정 상태 또는 사용 상태에 따라 본 발명의 용이한 이해를 위한 것이며, 본 발명을 한정하기 위한 것은 아니다. 예를 들어, 도면의 요소 또는 특징이 뒤집어지면, "하부" 또는 "아래"로 설명된 요소 또는 특징은 "상부" 또는 "위에"로 된다. 따라서, "하부"는 "상부" 또는 "아래"를 포괄하는 개념이다.
도 1a 및 도 1b를 참조하면, 본 발명의 다양한 실시예에 따른 미실링부를 갖는 파우치 타입 이차 전지에 대한 분해 사시도 및 결합 평면도가 도시되어 있다.
도 1a 및 도 1b에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다양한 실시예에 따른 이차 전지(100)는 전극 조립체(110), 파우치(120) 및 미실링부(130)를 포함한다.
전극 조립체(110)는 제1전극(111), 제2전극(112) 및 제1전극(111)과 제2전극(112) 사이에 개재되는 세퍼레이터(113)를 포함할 수 있다. 전극 조립체(110)는 제1전극(111)과 세퍼레이터(113) 및 제2전극(112)의 적층제를 권취하여 형성될 수 있다. 비록 도면에서, 일례로 권취형 또는 젤리롤 타입의 전극 조립체(110)가 도시되어 있으나, 본 발명에서 다른 예로 스택형 전극 조립체가 이용될 수도 있다.
제1전극(111)은 양극으로서 작용할 수 있으며, 제2전극(112)은 음극으로서 작용할 수 있다. 물론, 그 반대도 가능하나, 이하에서는 제1전극(111)이 양극으로 작용하고 제2전극(112)이 음극으로 작용하는 것을 가정하여 설명하기로 한다.
제1전극(111)은, 한정하는 것은 아니지만, 도전성이 우수한 금속 박판, 예를 들면 알루미늄 호일(foil) 또는 메쉬로 이루어진 제1전극 집전체의 양면에 코팅된 제1전극 활물질층을 포함한다. 여기서 제1전극 활물질은, 한정하는 것은 아니지만, 칼코게나이트(chalcogenide) 화합물이 사용될 수 있으며, 일례로, LiCoO2, LiMn2O4, LiNiO2, LiNiMnO2 등의 복합 금속 산화물들이 사용될 수 있다. 제1전극 집전체에 제1전극 활물질층이 형성되지 않은 제1전극 무지부에는, 한정하는 것은 아니지만, 제1전극탭(114)이 형성될 수 있다. 즉, 제1전극탭(114)의 일단은 제1전극 무지부에 전기적으로 연결되며, 타탄은 외부로 돌출될 수 있다. 또한, 제1전극탭(114)에는 절연 부재(114a)가 부착되어, 제1전극탭(114)이 파우치(120)와 쇼트되는 것을 방지할 수 있다.
제2전극(112)은, 한정하는 것은 아니지만, 전도성 금속 박판, 예를 들면, 구리 또는 니켈 호일이나 메쉬로 이루어진 제2전극 집전체의 양면에 코팅된 제2전극 활물질층을 포함한다. 여기서 제2전극 활물질은, 한정하는 것은 아니지만, 탄소 계열 물질, Si, Sn, 틴 옥사이드, 틴 합금 복합체, 전이 금속 산화물, 리튬 금속 나이트라이트 또는 금속 산화물 등이 사용될 수 있다. 제2전극 집전체에 제2전극 활물질층이 형성되지 않은 제2전극 무지부에는, 한정하는 것은 아니지만, 제2전극탭(115)이 형성될 수 있다. 즉, 제2전극탭(115)의 일단은 제2전극 무지부에 전기적으로 연결되며, 타단은 외부로 돌출될 수 있다. 또한, 제2전극탭(115)에는 절연 부재(115a)가 부착되어, 제2전극탭(115)이 파우치(120)와 쇼트되는 것을 방지할 수 있다.
세퍼레이터(113)는 제1전극(111)과 제2전극(112) 사이에 개재되어 제1전극(111)과 제2전극(112)의 단락을 방지한다. 세퍼레이터(113)는, 한정하는 것은 아니지만, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 및 폴리에틸렌과 폴리프로필렌의 다공성 공중합체로 이루어지는 군에서 선택되는 어느 하나로 이루어질 수 있다. 세퍼레이터(113)는 제1전극(111)과 제2전극(112) 간의 단락을 방지하기 위해 제1전극(111) 및 제2전극(112) 보다 폭을 넓게 형성할 수 있다. 더불어, 세퍼레이터는, 한정하는 것은 아니지만, 고체 전해질(예를 들면, Perovskite계, NASICON계, LISICON계, Sulfide계, Garnet계 또는 Glass계와 같은 무기계 세라믹 기반 전해질 또는 고분자 기반 전해질)을 포함하는 개념으로써, 이 경우 액체 전해질이 생략될 수 있다.
파우치, 파우치 외장재 또는 라미네이트 외장재(120)는 전극 조립체(110)를 수용하며, 전극 조립체(110)의 외주연을 실링하여 형성된다. 파우치(120)는 실질적으로 전극 조립체(110)를 수용할 수 있도록 일정 깊이의 리세스(123)를 갖는 제1외장부(121)와, 제1외장부(121)에 일단이 연결되고 전극 조립체(110)를 덮는 제2외장부(122)를 포함할 수 있다.
더불어, 파우치(120)는 전극 조립체(110)의 외주연에 상응하는 제1,2외장부(121,122)의 둘레가 상호간 열융착되어 형성된 한쌍의 길이 방향 실링부(124) 및 하나의 폭 방향 실링부(125)를 포함할 수 있다. 즉, 한쌍의 길이 방향 실링부(124)는 전극 조립체(110)의 길이 방향에 대략 평행한 방향으로 제1,2외장부(121,122)의 둘레가 상호간 실링되어 형성되고, 하나의 폭 방향 실링부(125)는 전극 조립체(110)의 폭 방향에 대략 평행한 방향으로 제1,2외장부(121,122)의 둘레가 상호간 실링되어 형성된다. 여기서, 길이 방향 실링부(124) 및 폭 방향 실링부(125)는 상호간 대략 수직한 관계를 갖는다. 즉, 한쌍의 길이 방향 실링부(124)와 하나의 폭 방향 실링부(125)는 대략 "∩" 형태를 한다.
이러한 파우치(120)의 길이 방향 실링부(124) 및 폭 방향 실링부(125)에 의해 전극 조립체(110)가 파우치(120)의 내부에서 안전하게 보호되고 또한 전해액이 누액되지 않게 된다.
또한, 제1외장부(121)는 제2외장부(122)로부터 멀어지는 네개의 연장 영역(126,127)과, 이러한 네개의 연장 영역(126,127)에 연결되는 동시에 리세스(123)의 바닥이 되는 평평 영역(128)을 포함한다. 여기서, 네개의 연장 영역(126,127) 중 상대적으로 긴 영역을 장변 연장 영역(126)으로, 상대적으로 짧은 영역을 단변 연장 영역(127)으로 정의할 수 있다. 더욱이, 장변 연장 영역(126)에 인접하여 길이 방향 실링부(124)가 형성되고, 단변 연장 영역(127)에 인접하여 폭 방향 실링부(125)가 형성된다.
전극 조립체(110)의 제1,2전극탭(114,115)은 제1외장부(121)와 제2외장부(122)가 실링된 폭 방향 실링부(125)를 통하여 외부로 인출된다. 이때, 제1,2전극탭(114,115)에 형성된 절연 부재(114a,115b)가 폭 방향 실링부(125)에 함께 실링된다. 즉, 절연 부재(114a,115b)는 제1,2전극탭(114,115)과 폭 방향 실링부(125)가 접촉하는 부분에 형성되어 제1,2전극탭(114,115)이 파우치(120)와 쇼트되는 것을 방지한다.
파우치(120)는, 한정하는 것은 아니지만, 제1절연층(120a), 금속층(120b) 및 제2절연층(120c)을 갖는 다층 구조로 형성될 수 있다. 물론, 이밖에도 다양한 접착층이나 기능층이 더 추가될 수 있으나, 본 발명의 요지를 흐리지 않도록, 이에 대한 설명은 생략한다.
제1절연층(120a)은 파우치(120)의 내측면으로, 절연성 및 열접착성을 가지는 물질로 형성된다. 또한, 제1절연층(120a)은 금속층(120b)의 일면에 형성되며, 전극 조립체(110)와 대향하는 파우치(120)의 내측면을 이룬다. 제1절연층(120a)은, 한정하는 것은 아니지만, 전해액 등과 반응하지 않는 캐스티드 폴리프로핀렌(Casted Polypropylene:CPP) 또는 그 등가물로 형성될 수 있다. 제1외장부(121)의 리세스(123)에 전극 조립체(110)를 수용하고 제2외장부(122)로 덮으면, 파우치(120)의 제1절연층(120a)이 서로 접촉하게 된다. 따라서, 실링부(124,125)를 열융착시키면, 제1절연층(120a)이 서로 접착되어 파우치(120)가 밀봉된다.
금속층(120b)은 제1절연층(120a)과 제2절연층(120c) 사이에 개재되어 있으며, 외부로부터 수분과 산소가 유입되는 것을 막고, 만약 파우치(120)의 내부에 전해액이 채워진다면, 이의 외부 유출을 방지하는 역할을 한다. 또한, 금속층(120b)은 파우치(120)의 기계적 강도를 유지하는 역할을 한다. 일반적으로 금속층(120b)은, 한정하는 것은 아니지만, 알루미늄, 알루미늄 합금, 철, 철 합금으로 형성될 수 있다. 이러한 금속층(120b)은 리세스(123)의 형성 공정 중 연신되고, 특히, 연신이 많이 이루어진 부분의 두께는 얇아져서 크랙되어 방습성이 저하될 수 있다(즉, 투습성이 증가할 수 있다). 따라서, 이러한 리세스(123)의 성형 공정 중 연신되는 금속층(120b)의 두께 관리는 매우 중요하다.
제2절연층(120c)은 파우치(120)의 외측면으로, 외부 전자기기와의 기계적, 화학적 충격을 완화하는 역할을 한다. 또한, 제2절연층(120c)은 금속층(120b)의 타면에 형성되며, 파우치(120)의 외측면을 이룬다. 제2절연층(120c)은, 한정하는 것은 아니지만, 나일론, 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 폴리부틸렌 테레프탈레이트(PBT), 폴리부틸렌 나프탈레이트(PBN) 또는 그 등가물로 형성될 수 있다.
계속해서, 도 1a 및 도 1b를 참조하면, 본 발명의 다양한 실시예에 따른 이차 전지(100)는 파우치(120)에 형성된 미실링부(130)를 더 포함한다. 이러한 미실링부(130)는, 예를 들면, 전극 조립체(110)의 길이 방향에 대략 평행하게 형성된 길이 방향 실링부(124)에 형성될 수 있다. 즉, 길이 방향 실링부(124) 중에서 전극 조립체(110)에 인접한 제1외장부(121)에 일정 깊이(높이)의 캐비티가 더 형성됨으로써, 미실링부(130)가 구현될 수 있다. 특히, 이러한 미실링부(130)는 길이 방향 실링부(124)를 따라서 다수개가 일정 피치를 가지며 배열될 수 있다.
실질적으로, 미실링부(130)는 제1외장부(121)에서 일정 깊이의 리세스(123)를 형성하는 공정에서, 금형의 디자인을 변경하여 리세스(123)의 둘레를 따라 일정 깊이의 캐비티가 더 형성되도록 하고, 또한 실링 공정에서 이러한 캐비티가 실링되지 않도록 제어함으로써, 구현될 수 있다. 이에 따라, 미실링부(130)는 리세스(123)에 연결됨으로써, 미실링부(130)는 리세스(123)에 형성된 가스를 공유할 수 있다.
따라서, 길이 방향 실링부(124)의 폭(W1)에 대비하여, 미실링부(130)가 형성된 영역의 길이 방향 실링부(124)의 폭(W2)이 상대적으로 작게 된다. 따라서, 파우치(120)의 내부 압력이 기준 압력을 초과할 경우, 미실링부(130)가 형성된 부분의 실링부(124)가 쉽게 파단/개방될 수 있다.
비록, 도면에서는 미실링부(130)가 전극 조립체(110)를 중심으로 양측에 3개씩 총 6개가 형성된 것으로 도시되어 있으나, 이러한 개수로 본 발명이 한정되지 않는다. 이러한 미실링부(130)의 개수는, 설정하고자 하는 가스 배출 압력에 따라, 더 증가하거나 또는 더 감소될 수 있다.
이와 같이 하여, 본 발명의 실시예에 따른 이차 전지(100)는 과충전, 열 노출 등에 의해 전지 내부에 가스가 발생하고, 발생한 가스에 의해 파우치가 과도하게 스웰링될 경우, 상술한 미실링부(130)가 동작하면서 파우치(120)의 내부 가스를 외부로 신속히 방출하여 안전성을 향상시키게 된다. 실질적으로 미실링부(130)와 대응되는 영역의 길이 방향 실링부(124)의 폭(W2)이 상대적으로 작으므로, 이 부분의 실링 구조가 파괴/개방되면서 전지 내부의 가스가 외부로 방출된다.
더불어, 이러한 미실링부(130)는 실질적으로 소정 공간/캐비티를 확보하고 있기 때문에, 이러한 미실링부(130)에 여분의 전해액이 더 채워질 수 있고, 이에 따라 파우치(120)가 충분한 량의 전해액을 수용하도록 할 수 있다.
또한, 이러한 미실링부(130)는 상술한 바와 같이 소정 공간/캐비티를 확보하고 있기 때문에, 외부 충격으로부터 이차 전지(100)를 안전하게 보호하는 역할을 한다. 즉, 다수의 미실링부(130)가 차량의 에어백과 같이 외부 충격으로부터 이차 전지(100)를 안전하게 보호하는 역할을 할 수 있다.
도 2a 및 도 2b를 참조하면, 도 1b에서 2a-2a 라인 및 2b-2b 라인을 취한 부분 단면도가 도시되어 있다.
도 2a에 도시된 바와 같이, 길이 방향 실링부(124)는 전극 조립체(110)의 외측 및/또는 제1외장부(121)중 리세스(123)의 외측에서 제1외장부(121)와 제2외장부(122)의 영역이 상호간 열융착되어 형성될 수 있다.
또한, 도 2b에 도시된 바와 같이, 미실링부(130)는 전극 조립체(110)의 외측 및/또는 제1외장부(121)중 리세스(123)의 외측에서 소정 공간(131)을 가지며 형성된다. 특히, 미실링부(130)는 제1외장부(121)와 제2외장부(122)의 영역이 상호간 열융착되지 않고 수직 방향으로 이격되어 형성된다. 이에 따라, 예를 들면, 한정하는 것은 아니지만, 미실링부(130)는, 단면의 형태가 대략 각진면 형태일 수 있다. 도 2b에서, 2회 각진면을 갖는 미실링부(130)가 도시되어 있다.
이와 같이 하여, 미실링부(130)가 형성되지 않은 영역의 길이 방향 실링부(124)가 갖는 폭(W1)에 비해, 미실링부(130)가 형성된 영역의 길이 방향 실링부(124)가 갖는 폭(W2)이 상대적으로 작게 형성됨으로써, 파우치(120)의 내부에서 가스가 발생되어, 파우치(120)가 과도하게 스웰링되면, 상술한 미실링부(130)가 형성된 영역의 길이 방향 실링부(124)가 파단/개방되면서, 파우치(120)의 내부 가스가 외부로 신속하게 배출된다. 도면중 미설명 부호 129는 제1외장부(121) 중에서 연장 영역(126)과 평탄 영역(128)의 사이에 형성된 곡면부이다.
여기서, 이차 전지(100)를 단면에서 보았을 때, 상술한 미실링부(130)의 높이(또는 깊이)는 상술한 리세스(123)의 높이(또는 깊이)보다 상대적으로 작게 형성됨이 바람직하다. 즉, 미실링부(130)의 높이가 리세스(123)의 높이보다 작아야, 이차 전지(100)의 과충전이나 열 노출 시 발생된 가스가 미실링부(130)를 신속하게 채우고, 이에 따라 미실링부(130)를 통해 가스가 외부로 신속하게 방출될 수 있기 때문이다. 만약, 미실링부(130)의 높이가 리세스(123)의 높이와 같다면, 내부 가스의 방출 속도(또는 시간)가 상대적으로 늦어져 이차 전지(100)의 안전성이 저하될 수 있다. 더욱이, 미실링부(130)의 높이가 리세스(123)의 높이보다 작아야, 파우치 성형 공정 중 파우치의 내층인 금속층(예를 들면, 알루미늄)에 대한 크랙 가능성이 작아진다. 즉, 미실링부(130)의 높이가 리세스(123)의 높이와 같다면, 파우치 성형 공정 중 파우치의 내층인 금속층이 크랙되기 쉽고 이에 따라 파우치 불량률이 증가한다. 이러한 특징은 본 발명의 모든 실시예에서 공유될 수 있다.
도 3a 및 도 3b를 참조하면, 본 발명의 다양한 실시예에 따른 미실링부(130)를 갖는 파우치 타입 이차 전지(100) 중에서 실링부(124) 및 미실링부(130)를 갖는 실링부(124)의 폴딩 상태에 대한 부분 단면도가 도시되어 있다.
도 3a 및 도 3b에 도시된 바와 같이, 파우치(120) 중에서 길이 방향 실링부(124) 및 미실링부(130)에는 1차 폴딩부(F1) 및 2차 폴딩부(F2)가 각각 형성될 수 있다.
먼저, 도 3a에 도시된 바와 같이, 미실링부(130)가 형성되지 않은 길이 방향 실링부(124)는 상부 방향으로 폴딩되어 형성된 1차 폴딩부(F1)와, 다시 하부 방향(즉, 전극 조립체(110) 또는 리세스(123)를 향하는 방향)으로 폴딩되어 형성된 2차 폴딩부(F2)를 포함할 수 있다.
한편, 도 3b에 도시된 바와 같이, 미실링부(130)를 갖는 길이 방향 실링부(124) 역시 상부 방향으로 폴딩되어 형성된 1차 폴딩부(F1)와, 다시 하부 방향으로 폴딩되어 형성된 2차 폴딩부(F2)를 포함하나, 여기서 리세스(123)로부터 2차 폴딩부(F2)까지 소정 공간(131)이 더 존재할 수 있다. 즉, 이러한 공간(131)이 미실링부(130)가 된다.
더불어, 상술한 2차 폴딩부(F2)의 단부는 하부를 향하여 형성됨으로써, 파우치(120)의 한 구성 요소인 금속층이 외측(상측)으로 노출되지 않고, 이에 따라 외부 장치와의 쇼트가 예방된다.
도 4a 및 도 4b를 참조하면, 본 발명의 다양한 실시예에 따른 미실링부(230)를 갖는 파우치 타입 이차 전지(200)에 대한 평면도 및 부분 단면도가 도시되어 있다.
도 4a 및 도 4b에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 파우치 타입 이차 전지(200)에서, 미실링부(230)는 소정 공간을 갖는 대신 단순히 실링이 수행되지 않는(접착되지 않는) 방식으로 형성될 수 있다. 즉, 실링 공정은 통상적으로 상부 핫바(upper hot-bar)와 하부 핫바(lower hot-bar)의 사이에 겹쳐진 제1외장부(121) 및 제2외장부(122)를 위치시키고, 이들을 상호간 가압하여 수행되는데, 이때 미실링부(230)와 대응되는 상부 핫바와 하부 핫바에 제1,2외장부(121,122)로 열이 전달되지 않도록 요홈 등을 형성함으로써, 단순히 실링 영역이 없는 미실링부(230)가 형성되도록 할 수 있다. 물론, 이때 미실링부(230)에서 제1외장부(121)와 제2외장부(122)가 접촉할 수는 있지만, 상호간 접착력을 가지며 접착된 상태는 아니다.
따라서, 파우치(120)의 내부 압력이 미리 설정된 압력보다 클 경우, 실링 영역이 형성되지 않은(즉, 접착되지 않은) 미실링부(230) 및 이와 인접한 길이 방향 실링부(124)를 통해서 내부의 가스가 외부로 신속하게 배출될 수 있다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 다양한 실시예에 따른 미실링부(330)를 갖는 파우치 타입 이차 전지(300)에 대한 부분 단면도가 도시되어 있다.
도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 이차 전지(300)에서, 미실링부(330)는, 전극 조립체(110) 및/또는 리세스(123)의 외측에서 제1외장부(121)가 아니라 제2외장부(122)에 형성될 수 있다.
즉, 제1외장부(121)는 대략 평평한 상태를 유지하고, 제2외장부(122)에 대략 하부 방향으로 각진면을 갖는 미실링부(330)가 형성될 수 있고, 이러한 미실링부(330)에 소정 공간(331)이 구비될 수 있다. 마찬가지로, 이러한 구조에 의해, 미실링부(330)와 인접한 길이 방향 실링부(124)의 폭(W2)은 상대적으로 작게 형성된다.
이와 같이 하여, 파우치(120)의 내부 압력이 미리 설정된 압력보다 클 경우, 실링 영역이 형성되지 않은 미실링부(330) 및 이와 인접한 길이 방향 실링부(124)를 통해서 전지 내부의 가스가 외부로 신속하게 배출될 수 있다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 다양한 실시예에 따른 미실링부(430a,430b)를 갖는 파우치 타입 이차 전지(400)에 대한 부분 단면도가 도시되어 있다.
도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 이차 전지(400)에서, 일측의 미실링부(430a)는, 전극 조립체(110) 및/또는 리세스(123)의 외측에서 제1외장부(121)에 형성되고, 또한 타측의 미실링부(430b)가, 전극 조립체(110) 및/또는 리세스(123)의 외측에서 제2외장부(122)에 형성될 수 있다.
이에 따라, 제1외장부(121)에 형성된 미실링부(430a)의 공간(431a)과 제2외장부(122)에 형성된 미실링부(430b)의 공간(431b)은 상호간 연결될 수 있다. 물론, 이러한 구조에 의해, 미실링부(430a,430b)와 인접한 길이 방향 실링부(124)의 폭(W2)은 상대적으로 작게 형성된다.
이와 같이 하여, 파우치(120)의 내부 압력이 미리 설정된 압력보다 클 경우, 실링 영역이 형성되지 않은 미실링부(430a,430b) 및 이와 인접한 길이 방향 실링부(124)를 통해서 내부의 가스가 외부로 신속하게 배출될 수 있다. 더불어, 이와 같이 하여, 파우치(120)의 내부에 리세스(123) 외에 추가적으로 공간(431a,431b)이 더 형성됨으로써, 더 많은 전해액을 수용할 수 있고, 또한 더 많은 공간으로 인해 외부 충격으로부터 전지가 안전하게 보호된다.
도 7을 참조하면, 본 발명의 다양한 실시예에 따른 미실링부(530)를 갖는 파우치 타입 이차 전지(500)에 대한 부분 단면도가 도시되어 있다.
도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 파우치 타입 이차 전지(500)에서, 미실링부(530)는, 전극 조립체(110) 및/또는 리세스(123)의 외측에서 제1외장부(121)에 형성되되, 단면의 형태가 대략 곡면 형태일 수 있다. 특히, 미실링부(530)는 하나의 곡률을 갖는 곡면 형태로 형성될 수 있다. 즉, 제1외장부(121)는 연장 영역과 평탄 영역 사이에 형성된 곡면부를 포함하는데, 이러한 곡면부가 길이 방향 실링부(124)에까지 하나의 곡률을 가지면서 연장됨으로써, 소정 곡률을 갖는 미실링부(530)가 형성될 수 있다. 물론, 이러한 미실링부(530)에 의해 리세스(123)에 인접하여 비교적 큰 공간(531)이 형성될 수 있다.
이와 같이 하여, 파우치(120)의 내부 압력이 미리 설정된 압력보다 클 경우, 실링 영역이 형성되지 않은 미실링부(530) 및 이와 인접한 길이 방향 실링부(124)를 통해서 내부의 가스가 외부로 배출될 수 있다.
도 8을 참조하면, 본 발명의 다양한 실시예에 따른 미실링부(130,630)를 갖는 파우치 타입 이차 전지(600)에 대한 평면도가 도시되어 있다.
도 8에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 파우치 타입 이차 전지(600)에서, 미실링부(630)는, 전극 조립체(110) 및/또는 리세스(123)의 외측에서 제1외장부(121)에 형성되되, 폭 방향 실링부(125)에 소정 공간을 가지며 형성될 수 있다. 즉, 제1,2전극 탭(114,115)이 관통하여 연장되는 통상 테라스부라고 지칭되는 폭 방향 실링부(125)에 미실링부(630)가 형성될 수 있다.
여기서, 폭 방향 실링부(125)의 폭은 길이 방향 실링부(124)의 폭에 비해 상대적으로 더 작은 폭을 갖기 때문에, 결국 폭 방향 실링부(125)에 형성된 미실링부(630)와 대응하는 실링부(125)의 폭 역시 길이 방향 실링부(124)에 형성된 미실링부(130)와 대응하는 실링부(124)의 폭에 비해 상대적으로 더 작을 수 있다.
따라서, 이러한 미실링부(630)는 상대적으로 작은 파우치(120)의 내부 압력에서도 동작할 수 있다.
도 9를 참조하면, 본 발명의 다양한 실시예에 따른 미실링부(230,730)를 갖는 파우치 타입 이차 전지(700)에 대한 평면도가 도시되어 있다.
도 9에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 파우치 타입 이차 전지(700)에서, 미실링부(730)는, 전극 조립체(110) 및/또는 리세스의 외측에서 제1,2외장부(121,122)에 실링 영역이 형성되지 않는 방식으로, 폭 방향 실링부(125)에 형성될 수 있다. 즉, 제1,2전극 탭(114,115)이 관통하여 연장되는 폭 방향 실링부(125) 중에서 소정 영역은 실링되지 않음으로써 자연스럽게 미실링부(730)가 형성될 수 있다. 위에서 설명한 바와 유사하게, 이러한 미실링부(730)는 상대적으로 작은 파우치(120)의 내부 압력에서 동작할 수 있다.
도 10은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 미실링부(130)를 갖는 파우치 타입 이차 전지(100)에서, 가스 배출 경로를 도시한 도면이다.
도 10에 도시된 바와 같이, 이차 전지(100)는 과충전, 열노출 등에 의해 전지 내부에 가스가 발생하고, 발생한 가스에 의해 파우치(120)가 스웰링되어 내부 압력이 기준 압력을 초과할 경우, 미실링부(130)와 대응되는 길이 방향 실링부(124)가 파단(개방)되면서, 파우치(120)의 내부 가스가 외부로 신속하게 배출된다. 이때, 미실링부(130)와 길이 방향 실링부(124)에 1차 폴딩부(F1) 및 2차 폴딩부(F2)가 형성되어 있다고 해도, 2차 폴딩부(F2) 이후에 형성된 길이 방향 실링부(124)는 파우치(120)의 내부 압력에 의해 용이하게 파단/개방된다.
이상에서 설명한 것은 본 발명에 따른 미실링부를 갖는 파우치 타입 이차 전지를 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.

Claims (10)

  1. 전극 조립체; 및
    상기 전극 조립체가 수용되는 리세스를 갖는 제1외장부와, 상기 제1외장부의 리세스를 덮는 제2외장부를 포함하며, 상기 제1,2외장부의 둘레를 따라 형성된 실링부를 포함하는 파우치를 포함하고,
    상기 실링부에는 상기 리세스에 연결된 적어도 하나의 미실링부가 더 형성되고, 상기 미실링부의 높이는 상기 리세스의 높이보다 작은 것을 특징으로 하는 파우치 타입 이차 전지.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 미실링부는 상기 파우치의 제1외장부와 제2외장부가 상호간 이격되어 형성된 것을 특징으로 하는 파우치 타입 이차 전지.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 미실링부는 상기 파우치의 제1외장부와 제2외장부가 상호간 접착되지 않아 형성된 것을 특징으로 하는 파우치 타입 이차 전지.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 미실링부는 상기 파우치의 제1외장부 또는 제2외장부에 형성된 것을 특징으로 하는 파우치 타입 이차 전지.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 미실링부는 상기 파우치의 제1외장부와 제2외장부에 형성된 것을 특징으로 하는 파우치 타입 이차 전지.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 미실링부는 단면의 형태가 곡면 또는 각진면 형태인 것을 특징으로 하는 파우치 타입 이차 전지.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 파우치의 실링부는 상기 전극 조립체의 길이 방향에 평행한 방향으로 1차 폴딩된 1차 폴딩부와, 상기 1차 폴딩부에 평행한 동시에 상기 전극 조립체를 향하여 폴딩된 2차 폴딩부를 포함하고,
    상기 미실링부는 상기 리세스로부터 상기 2차 폴딩부까지 형성된 것을 특징으로 하는 파우치 타입 이차 전지.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 파우치의 실링부는 상기 전극 조립체의 길이 방향에 평행하게 형성된 한쌍의 길이 방향 실링부와, 상기 전극 조립체의 폭 방향에 평행하게 형성된 폭 방향 실링부를 포함하고,
    상기 미실링부는 상기 길이 방향 실링부에 형성된 것을 특징으로 하는 파우치 타입 이차 전지.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 파우치의 실링부는 상기 전극 조립체의 길이 방향에 평행하게 형성된 한쌍의 길이 방향 실링부와, 상기 전극 조립체의 폭 방향에 평행하게 형성된 하나의 폭 방향 실링부를 포함하고,
    상기 미실링부는 상기 폭 방향 실링부에 형성된 것을 특징으로 하는 파우치 타입 이차 전지.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 파우치의 실링부는 상기 전극 조립체의 길이 방향에 평행하게 형성된 한쌍의 길이 방향 실링부와, 상기 전극 조립체의 폭 방향에 평행하게 형성된 하나의 폭 방향 실링부를 포함하고,
    상기 미실링부는 상기 길이 방향 실링부 및 폭 방향 실링부에 형성된 것을 특징으로 하는 파우치 타입 이차 전지.
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