WO2019103357A1 - 파우치 형 이차 전지 - Google Patents

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electrode lead
fusion
secondary battery
battery case
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최용수
김상훈
강민형
유형균
황수지
김나윤
김용
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주식회사 엘지화학
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Definitions

  • the present invention relates to a pouch type secondary battery, and more particularly, to a pouch type secondary battery which can easily adjust an internal pressure of a battery case in which two electrode leads are detached from each other,
  • the present invention relates to a secondary battery.
  • Cells and batteries that generate electrical energy through the physical reaction or chemical reaction of a material and supply power to the outside can not acquire the AC power supplied to the building depending on the living environment surrounded by various electronic devices It is used when DC power is needed.
  • a primary cell and a secondary cell which are chemical cells using a chemical reaction, are generally used.
  • a primary cell is a consumable cell which is collectively referred to as a dry cell.
  • a secondary battery is a rechargeable battery in which oxidation and reduction processes between an electric current and a substance are manufactured using a plurality of repeatable materials.
  • the secondary battery includes a nickel cadmium battery, a nickel metal hydride battery, a lithium ion battery, and a lithium ion polymer battery.
  • Such a secondary battery is not limited to small-sized products such as a digital camera, a P-DVD, an MP3P, a mobile phone, a PDA, a portable game device, a power tool and an e-bike, It is also applied to power storage devices that store power and renewable energy, and backup power storage devices.
  • the lithium secondary battery is generally formed by stacking a cathode, a separator, and an anode. These materials are selected in consideration of battery life, charge / discharge capacity, temperature characteristics, stability, and the like.
  • the charging and discharging of the lithium secondary battery proceeds as the lithium ion is intercalated and deintercalated from the lithium metal oxide in the anode to the graphite electrode in the cathode.
  • unit cells stacked in a three-layer structure of a cathode / separator / cathode or a five-layer structure of anode / separator / cathode / separator / anode or cathode / separator / anode / separator / cathode are gathered to be one electrode assembly .
  • Such an electrode assembly is accommodated in a specific case.
  • the secondary battery is classified into a pouch type and a can type according to the material of the case housing the electrode assembly.
  • the pouch type accommodates the electrode assembly in a pouch made of a flexible polymer material having a non-uniform shape.
  • the can type accommodates the electrode assembly in a case made of a material such as metal or plastic having a constant shape.
  • the safety of the secondary battery is threatened due to various problems such as internal short circuit due to external impact, overheating due to overcharge, overheating, electrolyte decomposition due to the overheating, and heat runaway phenomenon.
  • the explosion of the secondary battery is caused by various reasons, but the increase of the gas pressure inside the secondary battery due to the decomposition of the electrolyte is also one cause.
  • a gas is generated by an electrochemical reaction between the electrolyte and the electrode active material.
  • the generated gas raises the internal pressure of the secondary battery to cause problems such as weakening of the bonding force between the parts, case failure of the secondary battery, early operation of the protection circuit, deformation of the electrode, internal short circuit, explosion and the like. Therefore, in the case of a Can type secondary battery, a protective member such as a CID filter and a safety vent is provided, and the electrical connection is physically blocked when the pressure inside the case increases.
  • a protecting member is not sufficiently provided.
  • the present invention provides a pouch-type secondary battery in which a user can easily adjust the internal pressure of a battery case in which two-stage electrode leads are detached from each other, and the internal pressure is kept constant when the internal pressure is adjusted .
  • a pouch type secondary battery comprising: an electrode assembly including electrodes including positive and negative electrodes; A battery case for accommodating the electrode assembly; An electrode tab connected to the electrode and projecting from one side of the electrode assembly; A first electrode lead having one end connected to the electrode tab; A second electrode lead having one end connected to the other end of the first electrode lead and the other end protruding outside the battery case; A connecting portion connecting the first and second electrode leads to each other; An insulating portion surrounding and fusing a part of the first and second electrode leads to adhere the first and second electrode leads to the battery case; And a fusion preventing portion formed at a specific position on one surface of the first electrode lead to prevent fusion between the first electrode lead and the insulating portion.
  • the fusing prevention portion may be formed in a direction from the one side of the connection portion toward the inside of the battery case.
  • the fusing prevention portion may be formed by performing a wear process at the specific position.
  • the fusing prevention portion may be formed by not performing the surface treatment at the specific position.
  • the fusing prevention unit may be formed by peeling the first tape after attaching the first tape to the specific position and performing the surface treatment.
  • the insulating portion may include an acid-treated polyolefin-based resin.
  • the polyolefin-based resin may include polypropylene.
  • the fusing prevention portion may be formed by attaching a second tape to the specific position.
  • the second tape may include normal polypropylene not subjected to acid treatment.
  • the fusing prevention portion may be formed by attaching a film to a position of the insulation portion corresponding to the specific position.
  • the film may comprise normal polypropylene that has not been subjected to acid treatment.
  • the adhesive force between the specific position of the first electrode lead or between the insulating portion and the fusion prevention portion may be weaker than the adhesive force between the first or second electrode lead and the connection portion.
  • connection portion may be made of a conductive polymer including a conductive material.
  • the connecting portion may have a thickness of 1 to 500 mu m.
  • the insulating portion may surround a portion where the first and second electrode leads are connected through the connecting portion.
  • FIG. 1 is an assembled view of a pouch type secondary battery according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a perspective view of a pouch type secondary battery of FIG. 1 assembled.
  • FIG. 2 is a perspective view of a pouch type secondary battery of FIG. 1 assembled.
  • FIG 3 is a cross-sectional view of a battery case according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a perspective view illustrating a pouch type secondary battery according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a partial cross-sectional view taken along line A-A 'in FIG. 2 of a conventional pouch-type secondary battery including a plurality of electrode leads.
  • Fig. 6 is a part of a cross-sectional view cut along the line A-A 'in Fig. 2 when the volume of a conventional pouch-type secondary battery including a plurality of electrode leads is expanded.
  • FIG. 7 is a part of a cross-sectional view taken along line A-A 'in FIG. 2 of a pouch type secondary battery according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a part of a sectional view taken along the line A-A 'in FIG. 2 when the volume of the pouch type secondary battery according to the embodiment of the present invention is expanded.
  • FIG. 9 is an enlarged view of an enlarged view of the first electrode lead, the second electrode lead, and the connection portion according to the embodiment of the present invention shown in FIG.
  • FIG. 10 is an enlarged view of an enlarged view of a first electrode lead, a second electrode lead, and a connection portion according to an embodiment of the present invention shown in FIG.
  • FIG. 11 is an enlarged view of the first electrode lead, the second electrode lead, and the connection portion according to another embodiment of the present invention corresponding to FIG. 7;
  • FIG. 11 is an enlarged view of the first electrode lead, the second electrode lead, and the connection portion according to another embodiment of the present invention corresponding to FIG. 7;
  • FIG. 12 is an enlarged view of an enlarged view of a first electrode lead, a second electrode lead, and a connection portion according to another embodiment of the present invention, which corresponds to FIG. 7;
  • FIG. 1 is an assembled view of a pouch-type secondary battery 1 according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a perspective view of a pouch-type secondary battery 1 of FIG.
  • a process for manufacturing a lithium secondary battery includes firstly preparing a positive electrode plate and a negative electrode plate by coating a slurry obtained by mixing an electrode active material, a binder and a plasticizer on a positive electrode current collector and a negative electrode current collector, and laminating them alternately with a separator After the electrode assembly 10 having the predetermined shape is formed, the electrode assembly 10 is inserted into the battery case 13, and the electrolyte solution is injected and sealed.
  • the electrode assembly (10) includes an electrode tab (11) as shown in FIG.
  • the electrode tabs 11 are connected to the positive electrode and the negative electrode of the electrode assembly 10 and protrude to the outside of the electrode assembly 10 to be a path through which electrons can move between the inside and the outside of the electrode assembly 10 .
  • the current collector of the electrode assembly 10 is composed of a portion coated with the electrode active material and a terminal portion not coated with the electrode active material, that is, the non-coated portion.
  • the electrode tabs 11 may be formed by cutting the plain weave portion or by connecting a separate conductive member to the plain weave portion by ultrasonic welding or the like. The electrode tabs 11 may protrude in the same direction from one side of the electrode assembly 10 as shown in FIG. 1, but may extend in different directions.
  • Electrode leads 12 are connected to the electrode tabs 11 of the electrode assembly 10 by spot welding or the like.
  • a plurality of electrode leads 12 according to an embodiment of the present invention are formed. 5) is connected to the electrode tab 11 of the electrode assembly 10 and the second electrode lead 1240 (shown in Fig. 5) is connected to the electrode tab 11 of the electrode assembly 10 among the plurality of electrode leads 12, Is protruded to the outside of the battery case (13). Details of the first and second electrode leads 1230 and 1240 will be described later.
  • a part of the electrode lead 12 is surrounded by the insulating portion 14.
  • the insulating portion 14 is located in the sealing portion where the upper pouch 131 of the battery case 13 and the lower pouch 132 are thermally fused and is bonded to the battery case 13.
  • an insulating portion 14 is made of a nonconductive nonconductor which is not electrically conductive.
  • a large number of insulating tapes which are easy to adhere to the electrode leads 12 and have a relatively small thickness, are used, but not limited thereto, various members can be used as long as the electrode leads 12 can be insulated. have.
  • the electrode leads 12 may extend in the same direction or in opposite directions depending on the formation positions of the positive electrode tab 111 and the negative electrode tab 112.
  • the positive electrode lead 121 and the negative electrode lead 122 may have different materials from each other. That is, the cathode lead 121 may be made of the same aluminum material as the cathode current collector, and the anode lead 122 may be made of the same copper material as the anode current collector or a copper material coated with nickel (Ni).
  • Ni nickel
  • the battery case 13 is a pouch made of a soft material.
  • the battery case 13 receives and seals the electrode assembly 10 such that a part of the electrode lead 12, that is, the terminal portion is exposed.
  • the battery case 13 includes an upper pouch 131 and a lower pouch 132, as shown in FIG.
  • the lower pouch 132 is provided with a receiving space 1331 capable of accommodating the electrode assembly 10 and the upper pouch 131 is provided in the lower pouch 132 so that the electrode assembly 10 can be separated from the battery case 13 And covers the accommodation space 1331 at the top.
  • the upper pouch 131 also has a receiving space 1331 to accommodate the electrode assembly 10 from above.
  • the upper pouch 131 and the lower pouch 132 may be separately manufactured as shown in FIG. 1. However, the upper pouch 131 and the lower pouch 132 may be manufactured in various ways.
  • the electrode lead 12 When the electrode lead 12 is connected to the electrode tab 11 of the electrode assembly 10 and the insulating portion 14 is formed in a part of the electrode lead 12, And the upper pouch 131 covers the accommodating space 1331 from the upper side.
  • the electrolyte is injected into the upper and lower pouches 131 and 132, the secondary battery 1 is manufactured as shown in FIG.
  • FIG. 3 is a sectional view of a battery case 13 according to an embodiment of the present invention.
  • the battery case 13 is a pouch made of a soft material. 3, a gas barrier layer 21, a surface protection layer 22, and a sealant layer 22 are formed on the surface of the electrode assembly 10, Sealant Layer, 23).
  • the gas barrier layer 21 shields gas from entering and discharging, and contains a metal mainly composed of an aluminum foil (Al foil). Since the surface protective layer 22 is located on the outermost layer and friction or collision with the outside often occurs, a polymer such as nylon resin or PET, which mainly has abrasion resistance and heat resistance, is used.
  • the sealant layer 23 is located in the innermost layer and directly contacts the electrode assembly 10, and a polymer such as polypropylene (PP) is mainly used.
  • the pouch-shaped battery case 13 is manufactured by processing the film of the laminated structure as described above into a bag shape, and injects the electrolyte solution when the electrode assembly 10 is received therein. Thereafter, when the upper pouch 131 and the lower pouch 132 are brought into contact with each other and thermally pressed to the sealing portion, the sealant layers 23 are bonded together to seal the battery case 13. At this time, since the sealant layer 23 is in direct contact with the electrode assembly 10, the sealant layer 23 must be insulative and contact with the electrolyte solution. In addition, since the inside is completely sealed, the movement of the substance between the inside and the outside must be blocked, and therefore, the sealing must have a high sealing property. That is, the sealing portions bonded between the sealant layers 23 should have excellent heat bonding strength.
  • a polyolefin-based resin such as polypropylene (PP) or polyethylene (PE) is used for the sealant layer 23.
  • polypropylene (PP) is mainly used for producing the sealant layer 23 because of its excellent mechanical properties such as tensile strength, rigidity, surface hardness, abrasion resistance, heat resistance and chemical properties such as corrosion resistance.
  • FIG. 4 is a perspective view illustrating a pouch type secondary battery 1 according to an embodiment of the present invention, which is expanded in volume.
  • the electrode assembly 10 is charged and discharged by an oxidation and reduction reaction. Therefore, when the secondary battery 1 is repeatedly charged and discharged, a certain amount of gas is generated due to the electrochemical reaction between the electrolyte and the electrode active material. However, due to overcharging or shorting due to an abnormal reaction inside the electrode assembly 10, More gas may be generated. At this time, since the layers of the pouch-shaped battery case 13 are made of a flexible material, the generated gas raises the internal pressure of the secondary battery 1 and, as shown in FIG. 4, (1) is expanded.
  • FIG. 5 is a part of a sectional view taken along the line A-A 'in FIG. 2 of a conventional pouch-type secondary battery including a plurality of electrode leads 12.
  • a plurality of electrode leads 1230 and 1240 are formed in two stages in a pouch type secondary battery 1, and when the battery case 13 expands, a plurality of electrode leads 1230 and 1240 Can be physically disconnected from each other, such as by disconnecting each other and disconnecting the connection.
  • desorption means that the adsorbed or adhered matter falls off.
  • the secondary battery includes a plurality of electrode leads 12, that is, a first electrode lead 1230 and a second electrode lead 1240.
  • the other end of the first electrode lead 1230 and one end of the second electrode lead 1240 are connected to each other by being bonded to one side of the first electrode lead 1230 through the connection portion 15.
  • the first and second electrode leads 1230 and 1240 are preferably positioned on different planes, and the upper and lower surfaces are connected to each other.
  • FIG. 6 is a part of a sectional view cut along the line A-A 'in FIG. 2 when the volume of a conventional pouch-type secondary battery including a plurality of electrode leads 12 is expanded.
  • the repulsive force applied to the first electrode lead 1230 and the second electrode lead 1240 increases. 6, the first and second electrode leads 1230 and 1240 are eventually detached from each other. Thus, the electrical connection is cut off and electricity can no longer flow.
  • the pressure inside the battery case in which the plurality of electrode leads 1230 and 1240 are detached is not constant.
  • the specifications of the battery case 13 the sizes and positions of the first and second electrode leads 1230 and 1240 are the same.
  • the insulating portion 14 surrounding the first and second electrode leads 1230 and 1240 when the sealing process is performed has the form of a film made of a soft material.
  • the insulating portion 14 attached to the first electrode lead 1230 is also detached. At this time, it was not easy to keep the length of the insulating portion 14 having the film shape attached to the first electrode lead 1230 constant.
  • the adhesive force between the insulating portion 14 and the first electrode lead 1230 was not constant. Accordingly, the internal pressure at which the current is interrupted is not constant, and it is not easy for the user to adjust the internal pressure. Therefore, there is a problem that the reliability of safety can not always be guaranteed.
  • Fig. 7 is a part of a cross-sectional view taken along the line A-A 'in Fig. 2 of a pouch type secondary battery 1 according to an embodiment of the present invention.
  • a pouch type secondary battery 1 includes a plurality of electrode leads 12, that is, a plurality of electrode leads 12 connected to the electrode tabs 11 of the electrode assembly 10, And an electrode lead 123 and a second electrode lead 124 protruding outside the battery case 13.
  • the first electrode lead 123 has one end connected to the electrode tab 11 and the other end connected to the second electrode lead 124.
  • One end of the second electrode lead 124 is connected to the other end of the first electrode lead 123, and the other end of the second electrode lead 124 protrudes to the outside of the battery case 13.
  • One end of the first electrode lead 123 and one end of the second electrode lead 124 are connected to each other by being bonded to one side of the first electrode lead 123 through the connection portion 15.
  • the first and second electrode leads 123 and 124 When the battery case 13 is normal, the first and second electrode leads 123 and 124 must be stably connected to each other. When the battery case 13 expands, the first and second electrode leads 123 and 124 are connected to each other It must be easily detached. Therefore, it is preferable that the first and second electrode leads 123 and 124 are located on the same plane and are connected to each other on the different planes rather than the side surfaces are connected to each other.
  • the connecting portion 15 connecting the first and second electrode leads 123 and 124 to each other is preferably a thin film having conductivity.
  • the thickness of the connecting portion 15 is preferably 1 to 500 ⁇ , which is very thin. Therefore, even if the first and second electrode leads 123 and 124 form a step, the step size may not be excessively large, and the electricity generated from the electrode assembly 10 may be easily discharged to the outside.
  • the connecting portion 15 is preferably a polymer containing a conductive material.
  • the conductive material may be natural or artificial graphite; Carbon black such as carbon black, acetylene black, ketjen black, channel black, furnace black, lamp black, and summer black; Conductive fibers such as carbon fiber or metal fiber; Metal powders such as carbon fluoride, aluminum, nickel, gold, silver and copper powder; A powder having a core / shell structure coated with a different kind of metal on one kind of metal; Conductive whiskey such as zinc oxide and potassium titanate; Conductive metal oxides such as titanium oxide; Conductive materials such as polyphenylene derivatives, and the like may be used.
  • the polymer may be selected from the group consisting of acrylic resin, epoxy resin, EPDM (ethylene propylene diene monomer) resin, CPE (chlorinated polyethylene) resin, silicone, polyurethane, urea resin, melamine resin, phenol resin and unsaturated ester resin, PP ), Polyethylene (PE), polyimide, polyamide, and most preferably an acrylic resin.
  • the electrode lead 12 is surrounded by the insulating portion 14. Then, the electrode lead is bonded to the battery case through the insulating portion (14).
  • the sealant layer 23 of the battery case 13 is broken because the portion of the upper pouch 131 and the lower pouch 132 that are in contact with the electrode lead 12 has a relatively high pressure during the sealing process . Since the sealant layer 23 is in direct contact with the electrode assembly 10 as described above, the sealant layer 23 is insulative. However, if the sealant layer 23 is broken, electricity can flow through the electrode lead 12 to the battery case 13. [ Particularly, since the gas barrier layer 21 of the battery case 13 is made of a metal such as aluminum, if the sealant layer 23 is partially broken and the gas barrier layer 21 is exposed, So that electricity can flow easily.
  • the insulating portion 14 is made of a nonconductive nonconductor which is not electrically conductive. Further, the insulating portion 14 has high mechanical strength and heat resistance.
  • polyolefin-based resin such as polypropylene (PP) or polyethylene (PE) may be included in the insulating portion 14.
  • polypropylene (PP) is excellent in mechanical properties such as tensile strength, rigidity, surface hardness, abrasion resistance, heat resistance, and chemical properties such as corrosion resistance and is mainly used for manufacturing the insulating portion 14.
  • an acid-treated polypropylene may be included.
  • the acid-treated polypropylene and the normal polypropylene may be mixed together, or the polypropylene may be further mixed, or may simply contain acid-treated polypropylene.
  • the acid treated polypropylene may be MAH PP (maleic anhydride polypropylene).
  • the insulating portion 14 maintains its shape, and even if the sealant layer is partially broken and the gas barrier layer 21 is exposed, Thereby blocking the contact of the barrier layer 21. Thereby preventing electricity generated from the electrode assembly 10 from flowing to the battery case 13 through the electrode lead 12.
  • the insulating portion 14 has high adhesiveness. Therefore, the upper pouch 131 of the battery case 13 and the lower pouch 132 are confined to the sealing portion to which the electrode pouch 131 is thermally fused, and the electrode lead 12 is adhered to the battery case 13.
  • the insulating portion 14 may be made of at least one of thermoplastic, thermosetting and photocurable resin having electrical insulation properties as a polymer resin.
  • the insulating portion 14 a large number of insulating tapes, which are easy to adhere to the electrode leads 12 and have a relatively small thickness, are used, but not limited thereto, various members can be used as long as the electrode leads 12 can be insulated. have.
  • the insulating portion 14 surrounds the first electrode lead 123, the connecting portion 15, and the second electrode lead 124 all together. If the first electrode lead 123 or the connection portion 15 is not surrounded, even if the battery case 13 expands, a repulsive force can not be applied to the first electrode lead 123 and the second electrode lead 124 to be. The repulsive force will be described in detail later.
  • the pouch type secondary battery 1 may further include a fusion prevention unit 16 as shown in FIG.
  • the fusion splice prevention portion 16 is formed at a specific position on one surface of the first electrode lead 123 to prevent fusion between the first electrode lead 123 and the insulation portion 14. [ A detailed description of the fusion prevention portion 16 will be described later.
  • FIG. 8 is a part of a sectional view cut along the line A-A 'in FIG. 2 when the volume of the pouch-type secondary battery 1 according to the embodiment of the present invention is expanded.
  • the outer wall of the battery case 13 moves outward.
  • the upper wall and the lower wall of the outer wall of the battery case 13 are larger in area than the side wall and are not sealed, resulting in greater ductility. Therefore, the upper wall of the battery case 13 tends to move upward, and the lower wall tends to move downward.
  • the outer wall of the battery case 13 is moved outward, and the first electrode lead 123 and the second electrode 13 are connected to each other through the insulating portion 14, A repulsive force is applied to the lead 124.
  • a repulsive force is applied to the lead 124.
  • the adhesive force between the first or second electrode leads 123 and 124 and the connection portion 15 is such that the insulation between the other surface of the first electrode lead 123 and the insulation portion 14 or the second electrode lead 124 (14). Therefore, when repulsive force is applied to the first electrode lead 123 and the second electrode lead 124, the adhesive strength between the second electrode lead 123 and the second electrode lead 124 and the insulating portion 14 is The sealing of the battery case 13 is maintained, and the first and second electrode leads 123 and 124 are detached from each other.
  • the adhesive force between the third position 1233 of the first electrode lead 123 and the insulating portion 14 is weaker than the adhesive force between the first or second electrode leads 123 and 124 and the connecting portion 15. A detailed description thereof will be described later.
  • Fig. 9 is an enlarged view of an enlarged view of the first electrode lead 123, the second electrode lead 124, and the connecting portion 15 according to the embodiment of the present invention shown in Fig. 7, and Fig. 10 is an enlarged view The first electrode lead 123, the second electrode lead 124, and the connection portion 15 according to an embodiment of the present invention.
  • the pouch-type secondary battery 1 further includes a fusion prevention unit 16 as shown in Fig.
  • the insulating portion 14 is located in the sealing portion where the upper pouch 131 and the lower pouch 132 of the battery case 13 are thermally fused.
  • the insulating portion 14 is also thermally fused together and attached to the first electrode lead 123 and the second electrode lead 124.
  • the fusion-splice preventing portion 16 is formed at a specific position on one surface of the first electrode lead 123 to prevent fusion between the first electrode lead 123 and the insulating portion 14.
  • the first electrode lead 123 and the second electrode lead 124 are separated from each other by the fusion prevention portion 16,
  • the one surface of the lead 123 and the insulating portion 14 are also detached from each other.
  • the inner pressure at which the first and second electrode leads 123 and 124 are detached can be adjusted by adjusting the length L of the fusion-spliced portion 16.
  • the fusion preventing portion 16 does not exist as a separate member but refers to a specific position of one surface of the first electrode lead 123.
  • One surface of the first electrode lead 123 is a surface facing the connection portion 15 and the second electrode lead 124 among the various surfaces of the first electrode lead 123.
  • One surface of the first electrode lead 123 has a first position 1231 in which the connection portion 15 is attached and a second position 1232 located in the inner direction of the battery case 13 from the first position 1231 , And a third position 1233 located in the inner direction of the battery case 13 from the second position 1232. That is, the first to third positions 1233 are arranged side by side on the one surface as shown in Fig. It is preferable that the fusion preventing portion 16 is formed in the second position 1232 and the insulating portion 14 is attached to the third position 1233. [ However, the present invention is not limited thereto, and the fusion preventing portion 16 may be formed at the third position 1233, and the insulating portion 14 may be attached to the second position 1232. [ The fusion preventing portion 16 is formed on the same surface as the surface to which the connecting portion 15 is attached in the first electrode lead 123 and in the direction toward the inside of the battery case 13 from one side of the connecting portion 15 do.
  • the fusion-splice preventing portion 16 prevents fusion between the first electrode lead 123 and the insulating portion 14. More specifically, the adhesive force between the second position 1232 of the first electrode lead 123 or the insulating portion 14 and the fusion prevention portion 16 is set such that the adhesive strength between the third position 1233 of the first electrode lead 123 (14). This is because the surface treatment is also performed on the third position 1233 of the first electrode lead 123 and the acid treatment is performed on the insulating portion 14. When the battery case 13 is inflated, however, the first electrode lead 123 or the first electrode lead 123 is actually removed from the second position 1232 or between the insulating portion 14 and the fusion prevention portion 16, And the insulating portion 14 can be almost simultaneously formed.
  • the adhesive force between the third position 1233 of the first electrode lead 123 and the insulating portion 14 is weaker than the adhesive force between the first or second electrode leads 123 and 124 and the connecting portion 15. Therefore, when the battery case 13 expands, the third position 1233 of the first electrode lead 123 and the insulating portion 14 are first attached and detached, and the first or second electrode leads 123, (15) can be desorbed relatively later.
  • the adhesive strength between the first or second electrode leads 123 and 124 and the connecting portion 15 is different from the adhesive strength between the other surface of the first electrode lead 123 and the insulating portion 14 or the second electrode lead 124 ) And the insulating portion (14). Therefore, when the battery case 13 expands, the adhesive force between the second electrode lead 123 and the second electrode lead 124 and the insulating portion 14 is maintained, and the sealing of the battery case 13 is maintained .
  • the first electrode lead 123 and the second electrode lead 123 are electrically connected to each other through the insulating portion 14 and the first and second electrode leads 123 and 124 and the connecting portion 15 and the third position 1233 of the first electrode lead 123,
  • the second position 1232 of the insulating portion 14 and the first electrode lead 123 or the insulating portion 14 and the fusion prevention portion 16 gradually weakens in this order.
  • the detachment between the third position 1233 and the insulating portion 14 occurs almost simultaneously.
  • the first position 1231 of the first electrode lead 123 and the connecting portion 15 are detached and the first and second electrode leads 123 and 124 can be detached from each other.
  • the inner pressure at which the first and second electrode leads 123 and 124 are detached can be adjusted by adjusting the length L of the fusion-spliced portion 16. For example, if the length L of the fusion preventing portion 16 is relatively short, the area between the third position 1233 of the first electrode lead 123 and the insulating portion 14 increases, The internal pressure at which the first and second electrode leads 123 and 124 are detached increases. On the other hand, if the length L of the fusion prevention part 16 is relatively long, the area between the third position 1233 of the first electrode lead 123 and the insulation part 14 decreases, The inner pressure at which the first and second electrode leads 123 and 124 are detached is reduced.
  • the internal pressure at which the first and second electrode leads 123 and 124 are detached can always be constantly adjusted.
  • a length L is preferably 1 to 4 mm, but it is not limited thereto and may have various lengths L.
  • the adhesive force between one surface of the first electrode lead 123 and the insulating portion 14 must be significantly reduced or removed.
  • the electrode lead 123 In order to attach the electrode lead 123 and the insulating portion 14, the electrode lead 123 must be surface-treated on the surface of the metal, and the insulating portion 14 must be acid-treated. Therefore, in order to form the fusion prevention portion 16, at least one of the above two conditions must be removed.
  • various embodiments for forming the fusion preventing portion 16 will be described.
  • the fusion preventing portion 16 does not exist as a separate member.
  • the first electrode lead 123 may be polished using a polishing apparatus such as sandpaper or a grinder at the second position 1232 after the surface treatment is performed on the metal.
  • the electrode lead 12 is made of a metal material. That is, as described above, the positive electrode lead 121 is made of the same aluminum (Al) material as the positive electrode collector, and the negative electrode lead 122 is made of the same copper material as the negative electrode collector or copper May be a material.
  • the present invention is not limited thereto, and the cathode lead 121 and the anode lead 122 may be made of materials different from those of the cathode current collector and the anode current collector, respectively.
  • the electrode lead 12 is made of an electrode tab 11 such as copper (Cu), aluminum (Al), nickel (Ni), iron (Fe), carbon (C), chromium (Cr), manganese Terminal and may be made of various materials if they can be electrically connected to the terminal.
  • electrode tab 11 such as copper (Cu), aluminum (Al), nickel (Ni), iron (Fe), carbon (C), chromium (Cr), manganese Terminal and may be made of various materials if they can be electrically connected to the terminal.
  • a surface treatment layer is formed. Since the surface treatment layer has hydrophilicity, the electrode lead 12 and the insulating portion 14 can be easily attached. That is, the adhesive strength between the surface treatment layer and the insulating portion 14 is excellent. However, this adhesive force acts as a resisting force when the first and second electrode leads 123 and 124 are detached from each other. Therefore, the stronger the adhesive force between the electrode lead 12 and the insulating portion 14, the higher the internal pressure of the battery case 13 in which the first and second electrode leads 123 and 124 are detached.
  • the surface treatment layer When the surface treatment layer is formed, defects such as corrosion or peeling due to magnetic poles inside and outside the secondary battery 1 are generated after the heat treatment is applied to the sealant layer 23 of the battery case 13 by thermal fusion . Since the physical and chemical properties of the surface treatment layer vary depending on the method of performing the surface treatment on the metal, the performance such as adhesion strength with the insulating portion 14 and electrolyte resistance may differ.
  • chromium In order to perform the surface treatment of the electrode lead 12 in this way, chromium (Cr) can be generally used.
  • Cr chromium
  • O 2 oxygen
  • NH 3 ammonia
  • argon A plasma processing method for causing a plasma discharge, and the like have been proposed.
  • the present invention is not limited thereto, and various methods can be used as long as the electrode lead 12 can be surface-treated.
  • an abrasive such as sandpaper is applied to the second position 1232 of one surface of the first electrode lead 123 It is possible to perform polishing using a grinding machine such as a grinder. As described above, when the surface treatment layer is polished and removed in the second position 1232, the fusion prevention portion 16 is formed, and the adhesion with the insulating portion 14 can be weakened even by heat fusion.
  • a taping operation in which the first tape is first attached to the second position 1232 of the first electrode lead 123 can be performed. Thereafter, when the above-described surface treatment is performed, the surface treatment layer is formed at a position other than the second position 1232 of the first electrode lead 123.
  • the attached first tape is peeled and removed, the surface treatment layer is not formed only at the second position 1232, and the fusion preventing portion 16 can be formed.
  • the first tape should not be corroded or deformed during the surface treatment. Therefore, it is preferable to be made of a material excellent in corrosion resistance and abrasion resistance.
  • FIG. 11 is an enlarged view of an enlarged view of the first electrode lead 123, the second electrode lead 124 and the connection portion 15 according to another embodiment of the present invention corresponding to FIG.
  • the fusion preventing portion 16 according to an embodiment of the present invention does not exist as a separate member but refers to a specific position of one surface of the first electrode lead 123.
  • the fusion preventing portion 16a according to another embodiment of the present invention exists as a separate member, as shown in Fig.
  • the fusion prevention portion 16a according to another embodiment of the present invention will be described.
  • the overlapping description with the fusing prevention part 16 according to the embodiment of the present invention will be omitted.
  • the fusion preventing portion 16a may be formed at the second position 1232 of the first electrode lead 123.
  • a taping operation may be performed in which the second tape 12 is attached to the second position 1232 of the first electrode lead 123 after the first electrode lead 123 is manufactured.
  • the first electrode lead 123 and the second electrode lead 124 are connected to each other by using the connecting portion 15 and the insulating portion 14a surrounding the first and second electrode leads 123 and 124 is fused do.
  • the attached second tape becomes the fusion preventing portion 16a according to another embodiment of the present invention.
  • the fusion preventing portion 16a is preferably very thin, and may be approximately 20 to 50 ⁇ ⁇ .
  • the insulating portion 14a may include a polyolefin-based resin such as polypropylene (PP) or polyethylene (PE), for example, and may include an acid-treated polypropylene.
  • the acid treated polypropylene may be MAH PP (maleic anhydride polypropylene).
  • MAH PP maleic anhydride polypropylene
  • Such an acid-treated polypropylene can be adhered to the electrode lead 12 with an improved adhesive strength upon heat fusion.
  • the non-acid-treated normal polypropylene does not adhere to the electrode lead 12 even if it is thermally fused.
  • the second tape serving as the fusion-bonding preventing portion 16a is not peeled off after being attached.
  • the second tape is also thermally fused together. Therefore, it is preferable that the second tape is made of a non-acid-treated polyolefin-based resin, particularly normal polypropylene, which is not adhered to the electrode lead 12 even if the second tape is thermally fused.
  • FIG. 12 is an enlarged view of a first electrode lead 123, a second electrode lead 124, and a connection portion 15 according to another embodiment of the present invention, which corresponds to FIG.
  • the fusion prevention portion 16b according to another embodiment of the present invention is also provided as a separate member like the fusion prevention portion 16a according to another embodiment of the present invention.
  • the fusion prevention portion 16b according to another embodiment of the present invention will be described. However, the description of the overlapping contents of the fusion prevention parts 16 and 16a according to the embodiment of the present invention and other embodiments will be omitted.
  • the fusion preventing portion 16a may be formed by attaching a second tape to the second position 1232 of the first electrode lead 123.
  • the fusion preventing portion 16b may be attached not to the first electrode lead 123 but to a specific position of the insulating portion 14b.
  • the specific position of the insulating portion 14b is a position corresponding to the second position 1232 of the first electrode lead 123. That is, when the insulating portion 14b is fused after the fusion prevention portion 16b is attached to the insulating portion 14b, the fusion prevention portion 16b contacts the second position 1232 of the first electrode lead 123 Quot;
  • the fusion prevention portion 16b is made of a non-acid-treated polyolefin-based resin, particularly normal polypropylene, which does not adhere to the electrode lead 12 even if it is thermally fused.
  • a non-acid-treated polyolefin-based resin particularly normal polypropylene
  • it since it can be manufactured in the form of a film, it may be thicker than the fusion prevention portion 16a according to another embodiment of the present invention, and may be approximately 50 to 200 ⁇ ⁇ .
  • the present invention is not limited thereto. If the polypropylene is acid-treated to manufacture the insulating portion 14, if only a part of the insulating portion 14 is not subjected to acid treatment, the fusion preventing portion 16b is present as a separate member A part of the insulating portion 14 not subjected to the acid treatment may be the fusion preventing portion 16b.

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Abstract

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 파우치 형 이차 전지는 양극 및 음극을 포함하는 전극과, 분리막이 교대로 적층되는 전극 조립체; 상기 전극 조립체를 수용하는 전지 케이스; 상기 전극과 연결되며 상기 전극 조립체의 일측으로부터 돌출되는 전극 탭; 일단이 상기 전극 탭과 연결되는 제1 전극 리드; 일단이 상기 제1 전극 리드의 타단과 연결되고, 타단이 상기 전지 케이스의 외부로 돌출되는 제2 전극 리드; 상기 제1 및 제2 전극 리드를 서로 연결하는 연결부; 상기 제1 및 제2 전극 리드의 일부를 포위하고 융착되어, 상기 제1 및 제2 전극 리드를 상기 전지 케이스에 접착시키는 절연부; 및 상기 제1 전극 리드의 일면의 특정 위치에 형성되어, 상기 제1 전극 리드와 상기 절연부 사이의 융착을 방지하는 융착 방지부를 포함한다.

Description

파우치 형 이차 전지
관련출원과의 상호인용
본 출원은 2017년 11월 23일자 한국특허출원 제 10-2017-0157526호에 기초한 우선권의 이익을 주장하며, 해당 한국특허출원의 문헌에 개시된 모든 내용은 본 명세서의 일부로서 포함된다.
기술분야
본 발명은 파우치 형 이차 전지에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 2단의 전극 리드가 서로 탈착되는 전지 케이스의 내부 압력을 사용자가 용이하게 조절할 수 있고, 상기 내부 압력이 조절되면 일정하게 유지되는 파우치 형 이차 전지에 관한 것이다.
물질의 물리적 반응이나 화학적 반응을 통해 전기 에너지를 생성시켜 외부로 전원을 공급하게 되는 전지(Cell, Battery)는 각종 전자 기기로 둘러싸여 있는 생활 환경에 따라, 건물로 공급되는 교류전원을 획득하지 못하거나 직류전원이 필요할 경우 사용하게 된다.
이와 같은 전지 중에서 화학적 반응을 이용하는 화학 전지인 일차 전지와 이차 전지가 일반적으로 많이 사용되고 있는데, 일차 전지는 건전지로 통칭되는 것으로 소모성 전지이다. 반면에, 이차 전지는 전류와 물질 사이의 산화 및 환원 과정이 다수 반복 가능한 소재를 사용하여 제조되는 재충전식 전지이다. 일반적으로, 이차 전지의 종류로는 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 리튬 이온 전지 및 리튬 이온 폴리머 전지 등이 있다. 이러한 이차 전지는 디지털 카메라, P-DVD, MP3P, 휴대폰, PDA, Portable Game Device, Power Tool 및 E-bike 등의 소형 제품뿐만 아니라, 전기 자동차나 하이브리드 자동차와 같은 고출력이 요구되는 대형 제품과 잉여 발전 전력이나 신재생 에너지를 저장하는 전력 저장 장치와 백업용 전력 저장 장치에도 적용되어 사용되고 있다.
리튬 이차 전지는 일반적으로 양극(Cathode), 분리막(Separator) 및 음극(Anode)이 적층되어 형성된다. 그리고 이들의 재료는 전지수명, 충방전 용량, 온도특성 및 안정성 등을 고려하여 선택된다. 리튬 이온이 양극의 리튬 금속 산화물로부터 음극의 흑연 전극으로 삽입(Intercalation) 및 탈리(Deintercalation)되는 과정이 반복되면서, 리튬 이차 전지의 충방전이 진행된다.
일반적으로 양극/분리막/음극의 3층 구조, 또는 양극/분리막/음극/분리막/양극 또는 음극/분리막/양극/분리막/음극의 5층 구조로 적층된 단위 셀들이 모여, 하나의 전극 조립체가 된다. 그리고 이러한 전극 조립체는 특정 케이스에 수용된다.
이차 전지는 전극 조립체를 수용하는 케이스의 재질에 따라, 파우치 형(Pouch Type) 및 캔 형(Can Type) 등으로 분류된다. 파우치 형(Pouch Type)은 형태가 일정하지 않은 연성의 폴리머 재질로 제조된 파우치에 전극 조립체를 수용한다. 그리고, 캔 형(Can Type)은 형태가 일정한 금속 또는 플라스틱 등의 재질로 제조된 케이스에 전극 조립체를 수용한다.
한편, 이차 전지는 외부 충격에 의한 내부 단락, 과충전, 과방전 등에 의한 발열과 이로 인한 전해질 분해, 열폭주 현상 등 여러 가지 문제로 안전성을 위협받는다. 특히, 이차 전지의 폭발은 여러 가지 원인에서 비롯되지만 전해질 분해에 따라 이차 전지 내부의 기체 압력 증가도 하나의 원인이 된다.
구체적으로, 이차 전지를 반복적으로 충방전하면, 전해질과 전극 활물질에 의한 전기화학적 반응으로 기체가 발생한다. 이 때, 발생한 기체는 이차 전지의 내부 압력을 상승시켜 부품간의 결합력 약화, 이차 전지의 케이스 파손, 보호회로의 조기 작동, 전극의 변형, 내부 단락, 폭발 등의 문제를 발생시킨다. 따라서, 캔 형(Can Type)의 이차 전지의 경우에는, CID 필터 및 안전 벤트와 같은 보호 부재가 마련되어, 케이스의 내부의 압력이 증가하면 전기적 연결을 물리적으로 차단하였다. 그러나, 종래의 파우치 형(Pouch Type)의 이차 전지의 경우에는, 이러한 보호 부재가 충분히 마련되지 않았다.
최근에는 파우치 형(Pouch Type)의 이차 전지에서 복수의 전극 리드를 2단으로 형성하여, 케이스가 팽창하면 복수의 전극 리드가 서로 탈착되어 연결을 차단하는 등 전기적 연결을 물리적으로 차단하는 기술들이 제안되었다. 그런데 종래에는 상기 복수의 전극 리드가 탈착되는 전지 케이스의 내부의 압력을 조절할 수가 없었다. 즉, 동일한 모델의 이차 전지에서 동일하게 내부 압력이 증가하더라도, 전류가 차단되는 내부 압력이 일정하지 않고, 이를 사용자가 조절하는 것 또한 용이하지 않아, 안전성의 신뢰도를 항상 일정하게 담보할 수가 없는 문제가 있었다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 2단의 전극 리드가 서로 탈착되는 전지 케이스의 내부 압력을 사용자가 용이하게 조절할 수 있고, 상기 내부 압력이 조절되면 일정하게 유지되는 파우치 형 이차 전지를 제공하는 것이다.
본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 파우치 형 이차 전지는 양극 및 음극을 포함하는 전극과, 분리막이 교대로 적층되는 전극 조립체; 상기 전극 조립체를 수용하는 전지 케이스; 상기 전극과 연결되며 상기 전극 조립체의 일측으로부터 돌출되는 전극 탭; 일단이 상기 전극 탭과 연결되는 제1 전극 리드; 일단이 상기 제1 전극 리드의 타단과 연결되고, 타단이 상기 전지 케이스의 외부로 돌출되는 제2 전극 리드; 상기 제1 및 제2 전극 리드를 서로 연결하는 연결부; 상기 제1 및 제2 전극 리드의 일부를 포위하고 융착되어, 상기 제1 및 제2 전극 리드를 상기 전지 케이스에 접착시키는 절연부; 및 상기 제1 전극 리드의 일면의 특정 위치에 형성되어, 상기 제1 전극 리드와 상기 절연부 사이의 융착을 방지하는 융착 방지부를 포함한다.
또한, 상기 융착 방지부는, 상기 연결부의 일측으로부터, 상기 전지 케이스의 내측을 향하는 방향으로 형성될 수 있다.
또한, 상기 융착 방지부는, 상기 특정 위치에 마모 공정을 수행함으로써 형성될 수 있다.
또한, 상기 융착 방지부는, 상기 특정 위치에 표면 처리를 미수행함으로써 형성될 수 있다.
또한, 상기 융착 방지부는, 상기 특정 위치에 제1 테이프를 부착하고 표면 처리를 수행한 뒤에 상기 제1 테이프를 박리하여 형성될 수 있다.
또한, 상기 절연부는, 산처리된 폴리올레핀계 수지를 포함할 수 있다.
또한, 상기 폴리올레핀계 수지는, 폴리프로필렌을 포함할 수 있다.
또한, 상기 융착 방지부는, 상기 특정 위치에 제2 테이프를 부착하여 형성될 수 있다.
또한, 상기 제2 테이프는, 산처리 되지 않은 노멀 폴리프로필렌을 포함할 수 있다.
또한, 상기 융착 방지부는, 상기 특정 위치에 대응되는 상기 절연부의 위치에 필름을 부착하여 형성될 수 있다.
또한, 상기 필름은, 산처리 되지 않은 노멀 폴리프로필렌을 포함할 수 있다.
또한, 상기 제1 전극 리드의 상기 특정 위치 또는 상기 절연부와 상기 융착 방지부 간의 접착력은, 상기 제1 또는 제2 전극 리드와 상기 연결부 간의 접착력보다 약할 수 있다.
또한, 상기 연결부는, 도전재를 포함하는 전도성 폴리머로 제조될 수 있다.
또한, 상기 연결부는, 두께가 1 내지 500 μm일 수 있다.
또한, 상기 절연부는, 상기 제1 및 제2 전극 리드가 상기 연결부를 통해 연결된 부분을 포위할 수 있다.
본 발명의 기타 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
본 발명의 실시예들에 의하면 적어도 다음과 같은 효과가 있다.
제1 전극 리드의 일면의 특정 위치에 융착 방지부를 형성하고, 융착 방지부의 길이를 조절함으로써, 제1 및 제2 전극 리드가 탈착되는 내부 압력을 조절할 수 있고, 상기 내부 압력이 조절되면 일정하게 유지될 수 있다.
본 발명에 따른 효과는 이상에서 예시된 내용에 의해 제한되지 않으며, 더욱 다양한 효과들이 본 명세서 내에 포함되어 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 파우치 형 이차 전지의 조립도이다.
도 2는 도 1의 파우치 형 이차 전지의 조립이 완료된 모습의 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 케이스의 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 파우치 형 이차 전지의 부피가 팽창한 모습을 나타낸 사시도이다.
도 5는 복수의 전극 리드를 포함하는 종래의 파우치 형 이차 전지를 도 2의 A-A'로 절단한 단면도의 일부이다.
도 6은 복수의 전극 리드를 포함하는 종래의 파우치 형 이차 전지의 부피가 팽창했을 때 도 2의 A-A'로 절단한 단면도의 일부이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 파우치 형 이차 전지를 도 2의 A-A'로 절단한 단면도의 일부이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 파우치 형 이차 전지의 부피가 팽창했을 때 도 2의 A-A'로 절단한 단면도의 일부이다.
도 9는 도 7에 도시된 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 전극 리드, 제2 전극 리드 및 연결부를 확대한 확대도이다.
도 10은 도 8에 도시된 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 전극 리드, 제2 전극 리드 및 연결부를 확대한 확대도이다.
도 11은 도 7에 대응하는 본 발명의 다른 실시예에 따른 제1 전극 리드, 제2 전극 리드 및 연결부를 확대한 확대도이다.
도 12는 도 7에 대응하는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 제1 전극 리드, 제2 전극 리드 및 연결부를 확대한 확대도이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소 외에 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 파우치 형 이차 전지(1)의 조립도이고, 도 2는 도 1의 파우치 형 이차 전지(1)의 조립이 완료된 모습의 사시도이다.
일반적으로 리튬 이차 전지를 제조하는 과정은, 먼저 전극 활물질과 바인더 및 가소제를 혼합한 슬러리를 양극 집전체 및 음극 집전체에 도포하여 양극판과 음극판을 제조하고, 이를 분리막(Separator)과 교대로 적층함으로써 소정 형상의 전극 조립체(10)를 형성한 다음에, 전극 조립체(10)를 전지 케이스(13)에 삽입하고 전해액 주입 후 실링한다.
전극 조립체(Electrode Assembly, 10)는 도 1에 도시된 바와 같이, 전극 탭(Electrode Tab, 11)을 포함한다. 전극 탭(11)은 전극 조립체(10)의 양극 및 음극과 각각 연결되고, 전극 조립체(10)의 외부로 돌출되어, 전극 조립체(10)의 내부와 외부 사이에 전자가 이동할 수 있는 경로가 된다. 전극 조립체(10)의 집전체는 전극 활물질이 도포된 부분과 전극 활물질이 도포되지 않은 말단 부분, 즉 무지부로 구성된다. 그리고 전극 탭(11)은 무지부를 재단하여 형성되거나 무지부에 별도의 도전부재를 초음파 용접 등으로 연결하여 형성될 수도 있다. 이러한 전극 탭(11)은 도 1에 도시된 바와 같이, 전극 조립체(10)의 일측으로부터 동일한 방향으로 나란히 돌출될 수도 있으나, 이에 제한되지 않고 각각 다른 방향으로 돌출될 수도 있다.
전극 조립체(10)의 전극 탭(11)에는 전극 리드(Electrode Lead, 12)가 스팟(Spot) 용접 등으로 연결된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 리드(12)는 복수로 형성된다. 그리고, 복수의 전극 리드(12) 중에서, 제1 전극 리드(1230, 도 5에 도시됨)는 전극 조립체(10)의 전극 탭(11)과 연결되고, 제2 전극 리드(1240, 도 5에 도시됨)는 전지 케이스(Battery Case, 13)의 외부로 돌출된다. 제1 및 제2 전극 리드(1230, 1240)에 대한 자세한 설명은 후술한다. 그리고, 전극 리드(12)의 일부는 절연부(14)로 주위가 포위된다. 절연부(14)는 전지 케이스(13)의 상부 파우치(131)와 하부 파우치(132)가 열 융착되는 실링부에 한정되어 위치하여, 전지 케이스(13)에 접착된다. 그리고, 전극 조립체(10)로부터 생성되는 전기가 전극 리드(12)를 통해 전지 케이스(13)로 흐르는 것을 방지하며, 전지 케이스(13)의 실링을 유지한다. 따라서, 이러한 절연부(14)는 전기가 잘 통하지 않는 비전도성을 가진 부도체로 제조된다. 일반적으로 절연부(14)로는, 전극 리드(12)에 부착하기 용이하고, 두께가 비교적 얇은 절연테이프를 많이 사용하나, 이에 제한되지 않고 전극 리드(12)를 절연할 수 있다면 다양한 부재를 사용할 수 있다.
전극 리드(12)는 양극 탭(111) 및 음극 탭(112)의 형성 위치에 따라 서로 동일한 방향으로 연장될 수도 있고 서로 반대 방향으로 연장될 수도 있다. 양극 리드(121) 및 음극 리드(122)는 서로 그 재질이 다를 수 있다. 즉, 양극 리드(121)는 양극 집전체와 동일한 알루미늄(Al) 재질이며, 음극 리드(122)는 음극 집전체와 동일한 구리(Cu) 재질 또는 니켈(Ni)이 코팅된 구리 재질일 수 있다. 그리고 전지 케이스(13)의 외부로 돌출된 전극 리드(12)의 일부분은 단자부가 되어, 외부 단자와 전기적으로 연결된다.
파우치 형 이차 전지(1)에서 전지 케이스(13)는 연성의 재질로 제조된 파우치이다. 이하, 전지 케이스(13)는 파우치인 것으로 설명한다. 그리고 전지 케이스(13)는 전극 리드(12)의 일부, 즉 단자부가 노출되도록 전극 조립체(10)를 수용하고 실링된다. 이러한 전지 케이스(13)는 도 1에 도시된 바와 같이, 상부 파우치(131)와 하부 파우치(132)를 포함한다. 하부 파우치(132)에는 전극 조립체(10)를 수용할 수 있는 수용 공간(1331)이 마련되고, 상부 파우치(131)는 상기 전극 조립체(10)가 전지 케이스(13)의 외부로 이탈되지 않도록 상기 수용 공간(1331)을 상부에서 커버한다. 이 때, 도 1에 도시된 바와 같이 상부 파우치(131)에도 수용 공간(1331)이 형성되어, 전극 조립체(10)를 상부에서 수용할 수도 있다.
상부 파우치(131)와 하부 파우치(132)는 도 1에 도시된 바와 같이 서로 분리되어 별도로 제조될 수 있으나, 이에 제한되지 않고 일측이 서로 연결되어 제조되는 등 다양하게 제조될 수 있다.
전극 조립체(10)의 전극 탭(11)에 전극 리드(12)가 연결되고, 전극 리드(12)의 일부분에 절연부(14)가 형성되면, 하부 파우치(132)에 마련된 수용 공간(1331)에 전극 조립체(10)가 수용되고, 상부 파우치(131)가 상기 수용 공간(1331)을 상부에서 커버한다. 그리고, 내부에 전해액을 주입하고 상부 파우치(131)와 하부 파우치(132)의 테두리에 형성된 실링부가 실링되면, 도 2에 도시된 바와 같이 이차 전지(1)가 제조된다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 케이스(13)의 단면도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전지 케이스(13)는 연성의 재질로 제조된 파우치이다. 일반적으로 전극 조립체(10)를 수용하는 전지 케이스(13)는, 도 3에 도시된 바와 같이, 가스 배리어층(Gas Barrier Layer, 21), 표면 보호층(Surface Protection Layer, 22) 및 실란트층(Sealant Layer, 23)을 포함한다. 가스 배리어층(21)은 가스 출입을 차단하는 것으로, 금속을 포함하며 주로 알루미늄 박막(Al Foil)이 사용된다. 표면 보호층(22)은 최외층에 위치하여 외부와의 마찰 및 충돌이 자주 발생하므로, 주로 내마모성 및 내열성을 가지는 나일론(Nylon) 수지 또는 PET 등의 폴리머가 사용된다. 그리고 실란트층(23)은 최내층에 위치하여 전극 조립체(10)와 직접적으로 접촉하고, 주로 폴리프로필렌(PP) 등의 폴리머가 사용된다.
파우치 형 전지 케이스(13)는 상기와 같은 적층 구조의 필름이 주머니 형태로 가공되어 제조되며, 전극 조립체(10)가 내부에 수용되면 전해액을 주입한다. 그 후에 상부 파우치(131)와 하부 파우치(132)를 서로 접촉시키고, 실링부에 열 압착을 하면 실란트층(23)끼리 접착됨으로써 전지 케이스(13)가 실링된다. 이 때, 실란트층(23)은 전극 조립체(10)와 직접적으로 접촉하므로 절연성을 가져야 하며, 또한 전해액과도 접촉하므로 내식성을 가져야 한다. 또한, 내부를 완전히 밀폐하여 내부 및 외부간의 물질 이동을 차단해야 하므로, 높은 실링성을 가져야 한다. 즉, 실란트층(23)끼리 접착된 실링부는 우수한 열 접착 강도를 가져야 한다. 일반적으로 이러한 실란트층(23)에는 폴리프로필렌(PP) 또는 폴리에틸렌(PE) 등의 폴리올레핀계 수지가 사용된다. 특히, 폴리프로필렌(PP)은 인장강도, 강성, 표면경도, 내마모성, 내열성 등의 기계적 물성과 내식성 등의 화학적 물성이 뛰어나, 실란트층(23)을 제조하는데 주로 사용된다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 파우치 형 이차 전지(1)의 부피가 팽창한 모습을 나타낸 사시도이다.
한편, 일반적으로 전극 조립체(10)에서는 산화 및 환원 반응에 의해 충전 및 방전된다. 따라서, 이차 전지(1)를 반복적으로 충방전하면, 전해질과 전극 활물질에 의한 전기화학적 반응으로 어느 정도 기체가 발생하는데, 전극 조립체(10)의 내부의 이상 반응에 의한 과충전 또는 쇼트 등의 이유로 비정상적으로 더욱 많은 기체가 발생할 수도 있다. 이 때, 상기 파우치 형 전지 케이스(13)는 각 층들이 모두 연성의 재질을 가지므로, 상기 발생한 기체는 이차 전지(1)의 내부 압력을 상승시켜, 도 4에 도시된 바와 같이 파우치 형 이차 전지(1)의 부피가 팽창한다.
도 5는 복수의 전극 리드(12)를 포함하는 종래의 파우치 형 이차 전지를 도 2의 A-A'로 절단한 단면도의 일부이다.
상기 기술한 바와 같이, 전지 케이스(13)의 내부에서 기체가 발생하면 이차 전지(1)의 내부 압력을 상승시켜 부품간의 결합력 약화, 이차 전지(1)의 케이스 파손, 보호회로의 조기 작동, 전극의 변형, 내부 단락, 폭발 등의 문제를 발생시킨다. 이를 해결하기 위해, 파우치 형(Pouch Type)의 이차 전지(1)에서 복수의 전극 리드(1230, 1240)를 2단으로 형성하여, 전지 케이스(13)가 팽창하면 복수의 전극 리드(1230, 1240)가 서로 탈착되어 연결을 차단하는 등 전기적 연결을 물리적으로 차단할 수 있다. 여기서 탈착이란 흡착 또는 부착된 것이 떨어진다는 것을 의미한다.
구체적으로 도 5에 도시된 바와 같이, 이차 전지는 복수의 전극 리드(12), 즉 제1 전극 리드(1230) 및 제2 전극 리드(1240)를 포함한다. 그리고, 제1 전극 리드(1230)의 타단과 제2 전극 리드(1240)의 일단은 각각 일면이 연결부(15)를 통해 접착됨으로써, 서로 연결된다. 이 때, 제1 및 제2 전극 리드(1230, 1240)는, 서로 다른 평면상에 위치하여 상하면이 서로 연결되는 것이 바람직하다.
도 6은 복수의 전극 리드(12)를 포함하는 종래의 파우치 형 이차 전지의 부피가 팽창했을 때 도 2의 A-A'로 절단한 단면도의 일부이다.
전지 케이스(13)의 내부에서 기체가 발생하여 이차 전지(1)의 부피가 팽창하면, 제1 전극 리드(1230)와 제2 전극 리드(1240)에 인가되는 척력의 크기가 증가한다. 그리고 도 6에 도시된 바와 같이, 제1 및 제2 전극 리드(1230, 1240)는 결국 서로 탈착된다. 따라서, 전기적 연결이 차단되어, 전기가 더 이상 흐를 수가 없다.
그런데 종래에는 이러한 복수의 전극 리드(1230, 1240)가 탈착되는 전지 케이스의 내부의 압력이 일정하지 않았다. 구체적으로, 동일한 모델의 이차 전지(1)라면, 전지 케이스(13)의 규격, 제1 및 제2 전극 리드(1230, 1240)의 규격과 위치 등이 모두 동일하다. 그러나, 실링 공정을 수행할 때 제1 및 제2 전극 리드(1230, 1240)를 주변에서 포위하는 절연부(14)는, 연성의 재질로 제조된 필름의 형태를 가진다. 그런데, 제1 및 제2 전극 리드(1230, 1240)가 탈착될 때, 제1 전극 리드(1230)에 부착되었던 절연부(14)도 탈착된다. 이 때, 필름의 형태를 가지는 절연부(14)가 제1 전극 리드(1230)에 부착되는 길이를 일정하게 유지하는 것이 용이하지 않았다. 즉, 절연부(14)와 제1 전극 리드(1230) 사이의 접착력이 일정하지 않았다. 이에 따라 전류가 차단되는 내부 압력도 일정하지 않고, 이를 사용자가 조절하는 것 또한 용이하지 않아, 안전성의 신뢰도를 항상 일정하게 담보할 수가 없는 문제가 있었다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 파우치 형 이차 전지(1)를 도 2의 A-A'로 절단한 단면도의 일부이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 파우치형 이차 전지(1)는, 도 7에 도시된 바와 같이, 복수의 전극 리드(12) 즉, 전극 조립체(10)의 전극 탭(11)과 연결되는 제1 전극 리드(123) 및 전지 케이스(13)의 외부로 돌출되는 제2 전극 리드(124)를 포함한다. 이 때, 제1 전극 리드(123)는 일단이 전극 탭(11)과 연결되고, 타단이 제2 전극 리드(124)와 연결된다. 그리고 제2 전극 리드(124)는 일단이 제1 전극 리드(123)의 타단과 연결되고, 타단이 전지 케이스(13)의 외부로 돌출된다. 그리고, 제1 전극 리드(123)의 타단과 제2 전극 리드(124)의 일단은 각각 일면이 연결부(15)를 통해 접착됨으로써, 서로 연결된다.
전지 케이스(13)가 정상일 때에는 제1 및 제2 전극 리드(123, 124)가 서로 안정적으로 연결되어야 하고, 전지 케이스(13)가 팽창하면 제1 및 제2 전극 리드(123, 124)는 서로 용이하게 탈착되어야 한다. 따라서 제1 및 제2 전극 리드(123, 124)는, 동일 평면상에 위치하여 측면이 연결되는 것보다는, 서로 다른 평면상에 위치하여 상하면이 서로 연결되는 것이 바람직하다.
제1 및 제2 전극 리드(123, 124)를 서로 연결하는 연결부(15)는, 전도성을 가지는 얇은 필름 형태인 것이 바람직하다. 특히, 연결부(15)의 두께는 1 내지 500 μm로 매우 얇은 것이 바람직하다. 따라서, 제1 및 제2 전극 리드(123, 124)가 단차를 형성하더라도, 단차의 크기가 과도하게 크지 않을 수 있으며, 전극 조립체(10)로부터 생성된 전기를 용이하게 외부로 방출할 수 있다. 이를 위해, 연결부(15)는 도전재를 포함하는 폴리머인 것이 바람직하다.
도전재는 천연 또는 인조 등의 흑연; 카본블랙, 아세틸렌 블랙, 케첸 블랙, 채널 블랙, 퍼네이스 블랙, 램프 블랙, 서머 블랙 등의 카본블랙; 탄소 섬유 또는 금속 섬유 등의 도전성 섬유; 불화카본, 알루미늄, 니켈, 금, 은, 구리 분말 등의 금속 분말; 1종의 금속 위에 이종의 금속으로 코팅된 Core/Shell 구조를 가지는 분말; 산화아연, 티탄산 칼륨 등의 도전성 위스키; 산화 티탄 등의 도전성 금속 산화물; 폴리페닐렌 유도체 등의 도전성 소재 등 가운데 적어도 하나가 사용될 수 있다.
상기 폴리머는 열경화성 고분자 수지로 아크릴 수지, 에폭시 수지, EPDM(Ethylene Propylene Diene Monomer) 수지, CPE(Chlorinated Polyethylene) 수지, 실리콘, 폴리우레탄, 우레아 수지, 멜라민 수지, 페놀수지 및 불포화에스테르 수지, PP(polypropylene), PE(polyethylene), polyimide, polyamide 중의 적어도 하나를 포함하며, 아크릴 수지가 가장 바람직하다.
한편 상기 기술한 바와 같이, 전극 리드(12)의 일부는 절연부(14)로 주위가 포위된다. 그리고 절연부(14)를 통해, 전극 리드가 전지 케이스에 접착된다. 상부 파우치(131)와 하부 파우치(132)가 실링되는 과정에서, 전극 리드(12)와 접촉하는 부분은 상대적으로 압력이 높으므로, 전지 케이스(13)의 실란트층(23)이 파손될 가능성이 높다. 이러한 실란트층(23)은 상기 기술한 바와 같이, 전극 조립체(10)와 직접적으로 접촉하므로 절연성을 가진다. 그러나, 실란트층(23)이 파손된다면, 전극 리드(12)를 통해서 전지 케이스(13)로 전기가 흐를 수 있다. 특히, 전지 케이스(13)의 가스 배리어층(21)은 알루미늄과 같은 금속으로 제조되므로, 실란트층(23)이 조금이라도 파손되어 가스 배리어층(21)이 노출된다면, 전극 리드(12)와 접촉하여 전기가 용이하게 흐를 수 있다.
따라서, 절연부(14)는 전기가 잘 통하지 않는 비전도성을 가진 부도체로 제조된다. 또한, 절연부(14)는 높은 기계적 강도와 내열성을 가진다. 이에 절연부(14)에는 예를 들어, 폴리프로필렌(PP) 또는 폴리에틸렌(PE) 등의 폴리올레핀계 수지가 포함될 수 있다. 특히, 폴리프로필렌(PP)은 인장강도, 강성, 표면경도, 내마모성, 내열성 등의 기계적 물성과 내식성 등의 화학적 물성이 뛰어나, 절연부(14)를 제조하는데 주로 사용된다. 나아가, 절연부(14)의 접착력을 향상시키기 위해, 산처리된 폴리프로필렌을 포함할 수도 있다. 예를 들어, 산처리된 폴리프로필렌과 노멀 폴리프로필렌을 혼합할 수도 있고, 폴리 에틸렌을 더 혼합할 수도 있으며, 단순히 산처리된 폴리프로필렌만을 포함할 수도 있다. 여기서 산처리된 폴리프로필렌은 MAH PP(말레익 안하이드라이드 폴리프로필렌)일 수 있다.
따라서 상부 파우치(131)와 하부 파우치(132)가 열 융착될 때 절연부(14)는 형태를 유지하여, 실란트 층이 일부 파손되어 가스 배리어층(21)이 노출되더라도 전극 리드(12)와 가스 배리어층(21)의 접촉을 차단한다. 그럼으로써 전극 조립체(10)로부터 생성되는 전기가 전극 리드(12)를 통해 전지 케이스(13)로 흐르는 것을 방지한다. 그리고 절연부(14)는 높은 접착성을 가진다. 따라서, 전지 케이스(13)의 상부 파우치(131)와 하부 파우치(132)가 열 융착되는 실링부에 한정되어 위치하여, 전극 리드(12)를 전지 케이스(13)에 접착시킨다. 이러한 절연부(14)는 고분자 수지로서, 전기 절연성을 지니는 열가소성, 열경화성, 광경화형 수지 중 적어도 하나로 이루어질 수 있다. 일반적으로 절연부(14)로는, 전극 리드(12)에 부착하기 용이하고, 두께가 비교적 얇은 절연테이프를 많이 사용하나, 이에 제한되지 않고 전극 리드(12)를 절연할 수 있다면 다양한 부재를 사용할 수 있다.
도 7에 도시된 바와 같이, 절연부(14)는 제1 전극 리드(123), 연결부(15) 및 제2 전극 리드(124)를 모두 포위한다. 만약, 제1 전극 리드(123) 또는 연결부(15)를 포위하지 않는다면, 전지 케이스(13)가 팽창하더라도 제1 전극 리드(123)와 제2 전극 리드(124)에 척력을 인가할 수 없기 때문이다. 척력에 대한 자세한 설명은 후술한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 파우치형 이차 전지(1)는, 도 7에 도시된 바와 같이, 융착 방지부(16)를 더 포함할 수 있다. 융착 방지부(16)는 제1 전극 리드(123)의 일면의 특정 위치에 형성되어, 제1 전극 리드(123)와 절연부(14) 사이의 융착을 방지한다. 융착 방지부(16)에 대한 자세한 설명은 후술한다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 파우치 형 이차 전지(1)의 부피가 팽창했을 때 도 2의 A-A'로 절단한 단면도의 일부이다.
상기 기술한 바, 파우치 형 전지 케이스(13)의 내부에서 압력이 증가한다면, 파우치 형 이차 전지(1)의 부피가 팽창한다. 따라서 도 8에 도시된 바와 같이, 전지 케이스(13)의 외벽이 외측을 향해 이동한다. 이 때, 전지 케이스(13)의 외벽 중에 상벽 및 하벽은 측벽보다 면적이 넓고 실링이 되어 있지 않아, 연성이 더욱 크다. 따라서, 전지 케이스(13)의 상벽은 상방으로, 하벽은 하방으로 이동하는 경향이 크다.
이차 전지(1)의 부피가 팽창하면, 도 8에 도시된 바와 같이, 전지 케이스(13)의 외벽이 외측을 향해 이동하면서 절연부(14)를 통해 제1 전극 리드(123)와 제2 전극 리드(124)에 척력을 인가한다. 따라서, 전지 케이스(13)의 내부 압력이 점점 증가하면 전지 케이스(13)의 외벽이 이동하려는 힘이 더욱 커지고, 제1 전극 리드(123)와 제2 전극 리드(124)에 인가되는 척력의 크기도 더욱 증가한다. 제1 전극 리드(123)와 제2 전극 리드(124)간의 접착력보다 상기 척력의 크기가 더 커지게 되면, 도 8에 도시된 바와 같이 제1 전극 리드(123)와 제2 전극 리드(124)는 결국 탈착된다. 따라서, 전기적 연결이 차단되어, 전기가 더 이상 흐를 수가 없다. 다만, 이 때 제1 또는 제2 전극 리드(123, 124)와 연결부(15) 간의 접착력은, 제1 전극 리드(123)의 타면과 절연부(14) 또는 제2 전극 리드(124)와 절연부(14) 간의 접착력보다 약하다. 따라서, 제1 전극 리드(123)와 제2 전극 리드(124)에 척력이 인가되면, 제1 전극 리드(123)의 타면 또는 제2 전극 리드(124)와 절연부(14) 사이의 접착력은 유지되어 전지 케이스(13)의 실링이 유지되고, 제1 및 제2 전극 리드(123, 124)가 서로 탈착된다. 다만, 제1 전극 리드(123)의 제3 위치(1233)와 절연부(14) 사이의 접착력은, 제1 또는 제2 전극 리드(123, 124)와 연결부(15) 간의 접착력보다 약하다. 이에 대한 자세한 설명은 후술한다.
도 9는 도 7에 도시된 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 전극 리드(123), 제2 전극 리드(124) 및 연결부(15)를 확대한 확대도이고, 도 10은 도 8에 도시된 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 전극 리드(123), 제2 전극 리드(124) 및 연결부(15)를 확대한 확대도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 파우치 형 이차 전지(1)는, 도 9에 도시된 바와 같이 융착 방지부(16)를 더 포함한다. 상기 기술한 바와 같이 절연부(14)는 전지 케이스(13)의 상부 파우치(131)와 하부 파우치(132)가 열 융착되는 실링부에 한정되어 위치한다. 그리고 실링부가 실링되면, 절연부(14)도 함께 열 융착이 되어 제1 전극 리드(123) 및 제2 전극 리드(124)에 부착된다. 이 때, 융착 방지부(16)는 제1 전극 리드(123)의 일면의 특정 위치에 형성되어, 제1 전극 리드(123)와 절연부(14) 사이의 융착을 방지한다. 그럼으로써, 전지 케이스(13)가 팽창하여 제1 전극 리드(123)와 제2 전극 리드(124)가 서로 탈착되면, 도 10에 도시된 바와 같이, 융착 방지부(16)에 의해 제1 전극 리드(123)의 일면과 절연부(14)도 서로 탈착된다. 이 때, 융착 방지부(16)의 길이(L)를 조절함으로써, 제1 및 제2 전극 리드(123, 124)가 탈착되는 내부 압력을 조절할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 융착 방지부(16)는 별도의 부재로써 존재하지 않고, 제1 전극 리드(123)의 일면의 특정 위치를 지칭한다. 여기서 상기 제1 전극 리드(123)의 일면은, 제1 전극 리드(123)의 여러 면들 중에서, 연결부(15) 및 제2 전극 리드(124)를 향하는 면이다.
이러한 제1 전극 리드(123)의 일면은, 연결부(15)가 부착되는 제1 위치(1231), 상기 제1 위치(1231)로부터 전지 케이스(13)의 내측 방향에 위치하는 제2 위치(1232), 상기 제2 위치(1232)로부터 전지 케이스(13)의 내측 방향에 위치하는 제3 위치(1233)를 포함한다. 즉, 제1 내지 제3 위치(1233)는 도 9에 도시된 바와 같이, 상기 일면에서 나란히 배치된다. 그리고, 융착 방지부(16)는 제2 위치(1232)에 형성되고, 절연부(14)는 제3 위치(1233)에 부착되는 것이 바람직하다. 다만, 이에 제한되지 않고 융착 방지부(16)가 제3 위치(1233)에 형성되고, 절연부(14)가 제2 위치(1232)에 부착될 수도 있다. 따라서, 융착 방지부(16)는 제1 전극 리드(123)에서 연결부(15)가 부착되는 면과 동일한 면에, 그리고 연결부(15)의 일측으로부터 전지 케이스(13)의 내측을 향하는 방향으로 형성된다.
융착 방지부(16)는 제1 전극 리드(123)와 절연부(14) 사이의 융착을 방지한다. 구체적으로, 제1 전극 리드(123)의 제2 위치(1232) 또는 절연부(14)와 융착 방지부(16) 간의 접착력은, 제1 전극 리드(123)의 제3 위치(1233)와 절연부(14) 간의 접착력보다 약하다. 제1 전극 리드(123)의 제3 위치(1233)에도 표면 처리가 수행되고, 절연부(14)에는 산처리가 되기 때문이다. 다만, 전지 케이스(13)가 팽창하면, 실제로는 제1 전극 리드(123)의 제2 위치(1232) 또는 절연부(14)와 융착 방지부(16) 간의 탈착과, 제1 전극 리드(123)의 제3 위치(1233)와 절연부(14) 간의 탈착이 거의 동시에 발생할 수 있다.
그리고, 제1 전극 리드(123)의 제3 위치(1233)와 절연부(14) 간의 접착력은, 제1 또는 제2 전극 리드(123, 124)와 연결부(15) 간의 접착력보다 약하다. 따라서, 전지 케이스(13)가 팽창하면, 제1 전극 리드(123)의 제3 위치(1233)와 절연부(14)가 먼저 탈착되고, 제1 또는 제2 전극 리드(123, 124)와 연결부(15)는 상대적으로 더 늦게 탈착될 수 있다.
또한 상기 기술한 바와 같이, 제1 또는 제2 전극 리드(123, 124)와 연결부(15) 간의 접착력은, 제1 전극 리드(123)의 타면과 절연부(14) 또는 제2 전극 리드(124)와 절연부(14) 간의 접착력보다 약하다. 따라서, 전지 케이스(13)가 팽창하면, 제1 전극 리드(123)의 타면 또는 제2 전극 리드(124)와 절연부(14) 사이의 접착력은 유지되어 전지 케이스(13)의 실링이 유지된다.
즉, 제1 전극 리드(123)의 타면과 절연부(14), 제1 또는 제2 전극 리드(123, 124)와 연결부(15), 제1 전극 리드(123)의 제3 위치(1233)와 절연부(14) 및 제1 전극 리드(123)의 제2 위치(1232) 또는 절연부(14)와 융착 방지부(16)의 순서대로 접착력이 점점 약해진다. 이에, 전지 케이스(13)가 팽창하면, 제1 전극 리드(123)의 제2 위치(1232) 또는 절연부(14)와 융착 방지부(16) 간의 탈착과, 제1 전극 리드(123)의 제3 위치(1233)와 절연부(14) 간의 탈착이 거의 동시에 발생한다. 그리고, 최종적으로는 제1 전극 리드(123)의 제1 위치(1231)와 연결부(15)가 탈착되면서, 제1 및 제2 전극 리드(123, 124)가 서로 탈착될 수 있다.
이 때, 융착 방지부(16)의 길이(L)를 조절함으로써, 제1 및 제2 전극 리드(123, 124)가 탈착되는 내부 압력을 조절할 수 있다. 예를 들어, 융착 방지부(16)의 길이(L)를 상대적으로 짧게 형성하면, 제1 전극 리드(123) 의 제3 위치(1233)와 절연부(14) 사이의 면적이 증가하여 접착력도 증가하므로, 제1 및 제2 전극 리드(123, 124)가 탈착되는 내부 압력이 증가한다. 반면에, 융착 방지부(16)의 길이(L)를 상대적으로 길게 형성하면, 제1 전극 리드(123)의 제3 위치(1233)와 절연부(14) 사이의 면적이 감소하여 접착력도 감소하므로, 제1 및 제2 전극 리드(123, 124)가 탈착되는 내부 압력이 감소한다. 그리고, 동일한 규격 및 모델의 이차 전지(1)에서, 제1 및 제2 전극 리드(123, 124)가 탈착되는 내부 압력을 항상 일정하게 조절할 수 있다. 이러한 길이(L)는 1 내지 4mm인 것이 바람직하나, 이에 제한되지 않고 다양한 길이(L)를 가질 수 있다.
융착 방지부(16)를 형성하기 위해서는, 제1 전극 리드(123)의 일면과 절연부(14) 사이의 접착력을 현저히 저하시키거나, 제거해야 한다. 그런데 일반적으로 전극 리드(123)와 절연부(14)가 부착되기 위해서는, 전극 리드(123)는 금속의 표면에 표면 처리를 수행해야 하고, 절연부(14)는 산처리가 되어야 한다. 따라서, 융착 방지부(16)를 형성하기 위해서는 상기의 두 가지 중에서 적어도 하나의 조건을 제거해야 한다. 이하, 융착 방지부(16)를 형성하는 다양한 실시예들을 설명한다.
상기 기술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 융착 방지부(16)는 별도의 부재로써 존재하지 않는다. 이를 위해서는, 제1 전극 리드(123)를 제조할 때 금속에 표면 처리를 수행한 후, 제2 위치(1232)에는 사포와 같은 연마재 또는 그라인더와 같은 연마 장치를 이용하여 연마할 수 있다.
구체적으로, 전극 리드(12)는 금속 재질로 제조된다. 즉 상기 기술한 바와 같이, 양극 리드(121)는 양극 집전체와 동일한 알루미늄(Al) 재질이며, 음극 리드(122)는 음극 집전체와 동일한 구리(Cu) 재질 또는 니켈(Ni)이 코팅된 구리 재질일 수 있다. 다만, 이에 제한되지 않고 양극 리드(121) 및 음극 리드(122)는 각각 양극 집전체 및 음극 집전체와 다른 재질로 제조될 수 있다. 나아가, 전극 리드(12)는 구리(Cu), 알루미늄(Al), 니켈(Ni), 철(Fe), 탄소(C), 크롬(Cr), 망간(Mn) 등 전극 탭(11) 및 외부 단자와 전기적으로 연결될 수 있다면 다양한 재질로 제조될 수 있다.
상기 금속에 표면 처리가 수행되면 표면 처리층이 형성된다. 표면 처리층은 친수성을 가지므로, 전극 리드(12)와 절연부(14)가 용이하게 부착될 수 있다. 즉, 표면 처리층과 절연부(14)와의 접착력이 우수하다. 그런데 이러한 접착력은, 제1 및 제2 전극 리드(123, 124)가 서로 탈착될 때, 이에 저항하는 힘으로 작용한다. 따라서, 전극 리드(12)와 절연부(14) 사이의 접착력이 강할수록, 제1 및 제2 전극 리드(123, 124)가 탈착되는 전지 케이스(13)의 내부 압력도 상승한다.
또한, 표면 처리층이 형성되면, 전지 케이스(13)의 실란트층(23)과 열 융착되어 접착된 후에, 이차 전지(1)의 내부 및 외부의 자극에 의한 부식 또는 박리 등의 결함이 발생하는 것을 방지할 수도 있다. 그리고 금속에 표면 처리를 수행하는 방법에 따라 표면 처리층의 물리적, 화학적 성질이 달라지므로, 절연부(14)와의 접착 강도, 내전해액성 등의 성능이 상이할 수 있다.
이와 같이, 전극 리드(12)의 표면 처리를 수행하기 위해, 일반적으로 크롬(Cr)을 사용할 수 있다. 크롬을 사용하여 금속의 표면에 피막이 형성되면, 절연부(14)와의 우수한 접착성 및 내전해액성을 가진다. 다만, 인체 및 환경에 유해하므로, RoHS의 규제를 받아 그 사용이 제한되고 있다. 따라서, 최근에는 크롬을 대체하여, PMMA(폴리메틸메타크릴레이트, Polymethylmethacrylate), 폴리아크릴아미드(Polyacrylamide)를 사용하거나, 산소(O2), 암모니아(NH3), 아르곤(Ar) 등의 가스로 플라즈마 방전을 일으키는 플라즈마 처리 방법 등이 제시되고 있다. 다만, 이에 제한되지 않고 전극 리드(12)에 표면 처리를 할 수 있다면 다양한 방법이 사용될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 전극 리드(12)에 표면 처리를 수행하여 표면 처리층이 생성된 후, 제1 전극 리드(123)의 일면의 제2 위치(1232)에 사포와 같은 연마재 또는 그라인더와 같은 연마 장치를 이용하여 연마할 수 있다. 이와 같이, 제2 위치(1232)에서 표면 처리층이 연마되어 제거되면 융착 방지부(16)가 형성되고, 열 융착에도 절연부(14)와의 접착력이 약화될 수 있다.
제2 위치(1232)를 연마하는 방법 외에도 다른 방법을 사용할 수도 있다. 본 발명의 일 실시예의 변형예에 따르면, 제1 전극 리드(123)의 제2 위치(1232)에 먼저 제1 테이프를 부착하는 테이핑 작업을 수행할 수 있다. 그 후에, 상기 기술한 표면 처리를 수행하면, 제1 전극 리드(123)의 제2 위치(1232)를 제외한 나머지 위치에 표면 처리층이 형성된다. 그리고, 상기 부착한 제1 테이프를 박리하여 제거하면, 제2 위치(1232)에만 표면 처리층이 형성되지 않아, 융착 방지부(16)가 형성될 수 있다. 여기서, 제1 테이프는 표면 처리를 수행하는 동안, 부식되거나 변형되지 않아야 한다. 따라서, 내식성 및 내마모성이 우수한 재질로 제조되는 것이 바람직하다.
도 11은 도 7에 대응하는 본 발명의 다른 실시예에 따른 제1 전극 리드(123), 제2 전극 리드(124) 및 연결부(15)를 확대한 확대도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 융착 방지부(16)는 별도의 부재로써 존재하지 않고, 제1 전극 리드(123)의 일면의 특정 위치를 지칭한다. 반면에, 본 발명의 다른 실시예에 따른 융착 방지부(16a)는, 도 11에 도시된 바와 같이, 별도의 부재로써 존재한다. 이하, 본 발명의 다른 실시예에 따른 융착 방지부(16a)에 대하여 설명한다. 다만, 상기 기술한 본 발명의 일 실시예에 따른 융착 방지부(16)와 중복되는 내용에 대한 설명은 생략한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 융착 방지부(16a)도 제1 전극 리드(123)의 제2 위치(1232)에 형성될 수 있다. 이를 위해서는 제1 전극 리드(123)를 제조할 때 표면 처리를 수행한 후, 제1 전극 리드(123)의 제2 위치(1232)에 제2 테이프를 부착하는 테이핑 작업을 수행할 수 있다. 그 후에 연결부(15)를 이용하여 제1 전극 리드(123)와 제2 전극 리드(124)를 연결하고, 제1 및 제2 전극 리드(123, 124)를 포위한 절연부(14a)를 융착한다. 그러면, 도 11에 도시된 바와 같이, 상기 부착된 제2 테이프가, 본 발명의 다른 실시예에 따른 융착 방지부(16a)가 된다. 한편, 융착 방지부(16a)는 두께가 매우 얇은 것이 바람직하며, 대략 20 내지 50 μm일 수 있다.
상기 기술한 바와 같이, 절연부(14a)에는 예를 들어, 폴리프로필렌(PP) 또는 폴리에틸렌(PE) 등의 폴리올레핀계 수지가 포함될 수 있으며, 특히 산처리된 폴리프로필렌을 포함할 수도 있다. 여기서 산처리된 폴리프로필렌은 MAH PP(말레익 안하이드라이드 폴리프로필렌)일 수 있다. 이러한 산처리된 폴리프로필렌은 열 융착시 접착력이 향상되어 전극 리드(12)에 부착될 수 있다. 그러나, 산처리되지 않은 노멀 폴리프로필렌은 열 융착을 하더라도 전극 리드(12)에 부착되지 않는다. 상기 융착 방지부(16a)가 되는 제2 테이프는 상기 제1 테이프와 달리, 부착된 뒤에 박리되지 않으므로, 절연부(14a)가 열 융착될 때, 제2 테이프도 함께 열 융착된다. 따라서, 제2 테이프는 열 융착이 되더라도 전극 리드(12)에 부착되지 않는, 산처리되지 않은 폴리올레핀계 수지, 특히 노멀 폴리프로필렌으로 제조되는 것이 바람직하다.
도 12는 도 7에 대응하는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 제1 전극 리드(123), 제2 전극 리드(124) 및 연결부(15)를 확대한 확대도이다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 융착 방지부(16b)도 본 발명의 다른 실시예에 따른 융착 방지부(16a)와 같이, 별도의 부재로써 존재한다. 이하, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 융착 방지부(16b)에 대하여 설명한다. 다만, 상기 기술한 본 발명의 일 실시예 및 다른 실시예에 따른 융착 방지부(16, 16a)와 중복되는 내용에 대한 설명은 생략한다.
상기 기술한 본 발명의 다른 실시예에 따른 융착 방지부(16a)는, 제1 전극 리드(123)의 제2 위치(1232)에 제2 테이프를 부착하여 형성될 수 있다. 반면에, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 융착 방지부(16b)는 제1 전극 리드(123)가 아니라, 절연부(14b)의 특정 위치에 부착될 수도 있다. 여기서 절연부(14b)의 특정 위치는, 제1 전극 리드(123)의 제2 위치(1232)에 대응되는 위치이다. 즉, 융착 방지부(16b)가 절연부(14b)에 부착된 후에 절연부(14b)를 융착하면, 융착 방지부(16b)가 제1 전극 리드(123)의 제2 위치(1232)에 접촉하는 위치를 지칭한다.
그리고, 융착 방지부(16b)도 부착된 뒤에 박리되지 않으므로, 절연부(14b)가 열 융착될 때 함께 열 융착된다. 따라서, 융착 방지부(16b)는 열 융착이 되더라도 전극 리드(12)에 부착되지 않는, 산처리되지 않은 폴리올레핀계 수지, 특히 노멀 폴리프로필렌으로 제조되는 것이 바람직하다. 다만, 필름의 형태로 제조될 수 있으므로, 상기 본 발명의 다른 실시예에 따른 융착 방지부(16a)보다 두께가 두꺼울 수도 있으며, 대략 50 내지 200 μm일 수 있다.
다만 이에 제한되지 않고, 폴리프로필렌을 산처리하여 절연부(14)를 제조할 때, 절연부(14)의 일부분만을 산처리하지 않을 수 있다면, 상기 융착 방지부(16b)는 별도의 부재로써 존재하지 않고, 상기 산처리되지 않은 절연부(14)의 일부분이 융착 방지부(16b)가 될 수도 있다.
본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 다양한 실시 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (15)

  1. 양극 및 음극을 포함하는 전극과, 분리막이 교대로 적층되는 전극 조립체;
    상기 전극 조립체를 수용하는 전지 케이스;
    상기 전극과 연결되며 상기 전극 조립체의 일측으로부터 돌출되는 전극 탭;
    일단이 상기 전극 탭과 연결되는 제1 전극 리드;
    일단이 상기 제1 전극 리드의 타단과 연결되고, 타단이 상기 전지 케이스의 외부로 돌출되는 제2 전극 리드;
    상기 제1 및 제2 전극 리드를 서로 연결하는 연결부;
    상기 제1 및 제2 전극 리드의 일부를 포위하고 융착되어, 상기 제1 및 제2 전극 리드를 상기 전지 케이스에 접착시키는 절연부; 및
    상기 제1 전극 리드의 일면의 특정 위치에 형성되어, 상기 제1 전극 리드와 상기 절연부 사이의 융착을 방지하는 융착 방지부를 포함하는 파우치 형 이차 전지.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 융착 방지부는,
    상기 연결부의 일측으로부터, 상기 전지 케이스의 내측을 향하는 방향으로 형성되는, 파우치 형 이차 전지.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 융착 방지부는,
    상기 특정 위치에 마모 공정을 수행함으로써 형성되는, 파우치 형 이차 전지.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 융착 방지부는,
    상기 특정 위치에 표면 처리를 미수행함으로써 형성되는, 파우치 형 이차 전지.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 융착 방지부는,
    상기 특정 위치에 제1 테이프를 부착하고 표면 처리를 수행한 뒤에 상기 제1 테이프를 박리하여 형성되는, 파우치 형 이차 전지.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 절연부는,
    산처리된 폴리올레핀계 수지를 포함하는, 파우치 형 이차 전지.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 폴리올레핀계 수지는,
    폴리프로필렌을 포함하는, 파우치 형 이차 전지.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 융착 방지부는,
    상기 특정 위치에 제2 테이프를 부착하여 형성되는, 파우치 형 이차 전지.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제2 테이프는,
    산처리 되지 않은 노멀 폴리프로필렌을 포함하는, 파우치 형 이차 전지.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 융착 방지부는,
    상기 특정 위치에 대응되는 상기 절연부의 위치에 필름을 부착하여 형성되는, 파우치 형 이차 전지.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 필름은,
    산처리 되지 않은 노멀 폴리프로필렌을 포함하는, 파우치 형 이차 전지.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 제1 전극 리드의 상기 특정 위치 또는 상기 절연부와 상기 융착 방지부 간의 접착력은,
    상기 제1 또는 제2 전극 리드와 상기 연결부 간의 접착력보다 약한, 파우치 형 이차 전지.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 연결부는,
    도전재를 포함하는 전도성 폴리머로 제조되는, 파우치 형 이차 전지.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 연결부는,
    두께가 1 내지 500 μm인, 파우치 형 이차 전지.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 절연부는,
    상기 제1 및 제2 전극 리드가 상기 연결부를 통해 연결된 부분을 포위하는, 파우치 형 이차 전지.
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