WO2023033429A1 - 절연 및 열발산 특성이 우수한 파우치형 이차전지 - Google Patents

절연 및 열발산 특성이 우수한 파우치형 이차전지 Download PDF

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WO2023033429A1
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Definitions

  • the present invention relates to a pouch type secondary battery having excellent insulation and heat dissipation characteristics.
  • Secondary batteries whose usage has recently been increasing, are trending toward increasing demand for prismatic secondary batteries and pouch-type secondary batteries that can be applied to products such as mobile phones with a thin thickness in terms of battery shape, and high energy density in terms of materials
  • Electrodes are also classified according to the structure of the electrode assembly of the cathode/separator/cathode structure.
  • These electrode assemblies include a jelly-roll (wound type) electrode assembly having a structure in which long sheet-shaped positive electrodes and negative electrodes are wound with a separator interposed therebetween, and a plurality of positive electrodes and negative electrodes cut in units of a predetermined size with a separator interposed therebetween.
  • a stack type (laminated type) electrode assembly sequentially stacked in a state, a structure in which positive and negative electrodes of a predetermined unit are stacked with a separator interposed therebetween, and bi-cells or full cells are wound with a separator film. and stack/folding type electrode assemblies.
  • a pouch-type battery having a structure in which a stacked or stacked/folding type electrode assembly is embedded in a pouch-type battery case of an aluminum laminate sheet has attracted a lot of attention due to low manufacturing cost, small weight, and easy shape deformation. , usage is also gradually increasing.
  • a pouch-type secondary battery 100 includes an electrode assembly 20, an electrode tab 50 extending from the electrode assembly 20, and an electrode lead 40 welded to the electrode tab 50. ), and a battery case 10 accommodating the electrode assembly 20.
  • a lead insulation coating part 60 is attached to a part of the upper and lower surfaces of the electrode lead 40 to increase the degree of sealing with the battery case 10 and at the same time secure an electrical insulation state.
  • Such a pouch-type battery is manufactured by accommodating the electrode assembly in a laminate sheet, injecting an electrolyte solution, and sealing it by thermal fusion, etc. Excessive melting and/or pressurization of the innermost resin layer of the sheet may cause the resin layer to protrude to the outside. Contamination of the sealing part or external protrusion of the inner resin layer acts as a cause of incomplete sealing, and defects in the sealing part cause serious problems such as moisture permeation and electrolyte leakage.
  • a pouch-type battery causes insulation breakdown by exposing a metal layer at an end of a laminate sheet, which is a battery case.
  • the present invention was made to solve the above problems of the prior art,
  • Another object of the present invention is to provide a pouch-type secondary battery having improved heat dissipation characteristics of a sealing portion.
  • a pouch-type battery case including an electrode assembly accommodating portion and a sealing portion
  • An electrode assembly accommodated in the accommodating unit includes,
  • the sealing part includes a bent part in which the sealing part is bent in the direction of the electrode assembly accommodating part,
  • An insulating coating layer is bonded to the inner and outer surfaces of the electrode assembly accommodating part of the bent part and to the end surface of the bent part forming the boundary between the inner and outer surfaces,
  • the outer surface of the insulating coating layer bonded to the inner surface of the bent portion is bonded to the outer surface of the electrode assembly housing wall
  • the insulating coating layer includes a binder and heat-dissipating particles having a thermal conductivity of 0.2 W/(mk) or more, but the joint adhered to the outer surface of the electrode assembly accommodating part wall does not contain heat-dissipating particles. do.
  • the bonding portion may have a thickness of 1 ⁇ m to 100 ⁇ m from the outer surface of the electrode assembly accommodating part wall.
  • the inner and outer surfaces of the electrode assembly accommodating part of the bent part, and the insulating coating layer of the end surface of the bent part forming the boundary between the inner and outer surfaces may be formed by being connected to each other.
  • the inner and outer surfaces of the electrode assembly accommodating part of the bent part, and the insulating coating layer of the end surface of the bent part forming the boundary between the inner and outer surfaces are bonded by bending the insulating coating film.
  • the adhesion of the insulating coating film may be made by thermal fusion.
  • the sealing part further includes a terrace part positioned in a direction parallel to an upper surface or a lower surface of the electrode assembly accommodating part,
  • An insulating coating layer is further laminated in the space formed between the terrace portion and the outer surface of the electrode assembly accommodating portion wall,
  • the insulating coating layer may include a binder and heat dissipating particles having a thermal conductivity of 0.2 W/(mk) or more, but a junction bonded to an outer surface of the electrode assembly accommodating part wall may not include heat dissipating particles.
  • the bonding portion may have a thickness of 1 ⁇ m to 100 ⁇ m from the outer surface of the electrode assembly accommodating part wall.
  • the height of the insulating coating layer may be formed equal to or lower than the height of the wall of the electrode assembly accommodating part.
  • an electrode lead may be positioned at the front end of the terrace part.
  • the portion including the heat dissipating particles in the insulating coating layer may include 10 to 90 wt % of the binder and 10 to 90 wt % of the heat dissipating particles.
  • the heat dissipating particles may have an average particle diameter of 0.1 ⁇ m to 10 ⁇ m.
  • the bent portion may include a portion folded in two or more layers by folding the sealing portion.
  • the pouch-type secondary battery of the present invention provides excellent sealability and excellent insulation characteristics, and in particular, excellent heat dissipation characteristics.
  • the pouch type secondary battery of the present invention provides an effect of significantly improving the safety of the battery.
  • FIG. 1 is an exploded perspective view of a conventional pouch-type secondary battery
  • FIG. 2 is a perspective view schematically showing an embodiment of a pouch-type secondary battery of the present invention
  • FIG. 3 is a cross-sectional view of the A-A section of the pouch-type secondary battery of FIG. 2;
  • FIG. 4 is a cross-sectional view schematically showing the shape of a film for insulation coating as an embodiment of the present invention
  • FIG. 5 is a perspective view schematically showing an embodiment of a pouch-type secondary battery of the present invention.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view of the BB section of the pouch-type secondary battery of FIG. 5;
  • FIG. 7 is a perspective view schematically showing the shape of a bar for insulation coating as an embodiment of the present invention.
  • FIG 8 to 10 are cross-sectional views schematically showing one embodiment of the pouch type secondary battery of the present invention.
  • FIGS. 2 and 5 are perspective views schematically showing an embodiment of the pouch-type secondary battery of the present invention.
  • the pouch-type secondary battery 100 of the present invention includes a pouch-type battery case 10 including an electrode assembly accommodating part 11 and a sealing part 12; And an electrode assembly 20 accommodated in the accommodating part 11; includes,
  • the sealing part 12 includes a bent part 12-1 in which the sealing part is bent in the direction of the electrode assembly accommodating part 11,
  • An insulating coating layer 30 is bonded to the inner and outer surfaces of the bent part 12-1 based on the electrode assembly accommodating part 11, and the end surface of the bent part forming the boundary between the inner and outer surfaces,
  • the outer surface of the insulating coating layer 30 bonded to the inner surface of the bent part 12-1 is bonded to the outer surface of the wall of the electrode assembly accommodating part 11,
  • the insulating coating layer 30 includes a binder and heat dissipating particles 32 having a thermal conductivity of 0.2 W/(mk) or more, and the bonding portion 30a adhered to the outer surface of the electrode assembly accommodating part wall includes heat dissipating particles ( 32) is characterized in that it does not include.
  • the present invention has the characteristics of significantly improving heat dissipation characteristics as well as improving sealing properties and insulation characteristics of the sealing portion.
  • the insulating layer formed on the conventional sealing part includes heat dissipating particles as a whole, it has a disadvantage in that it does not maintain an adhesive state for a long period of time due to insufficient adhesion to the pouch-type battery case.
  • the present invention has technical features that solve the problems of the prior art as described above.
  • the bonding portion 30a may have a thickness of 1 ⁇ m to 100 ⁇ m, preferably 5 ⁇ m to 20 ⁇ m, from the outer surface of the wall of the electrode assembly accommodating portion 11 .
  • the thickness of the bonding portion 30a is less than 1 ⁇ m, adhesive strength is reduced, and when the thickness exceeds 100 ⁇ m, the heat dissipation effect is reduced.
  • the inner and outer surfaces of the electrode assembly accommodating part 11 of the bent part 12-1 and the insulating coating layer 30 on the end surface of the bent part forming the boundary between the inner and outer surfaces may be connected to each other. there is.
  • the inner and outer surfaces of the electrode assembly accommodating part 11 of the bent part and the insulating coating layer 30 on the end surface of the bent part forming the boundary between the inner and outer surfaces are for insulating coating as shown in FIG.
  • the film 34 may be bent and adhered. At this time, the bent portion of the insulating coating film 34 may be adhered to the end surface of the bent portion forming the boundary between the inner and outer surfaces.
  • Adhesion of the insulating coating film 34 may be performed by thermal fusion.
  • the insulating coating film 34 may be manufactured in the form illustrated in FIG. 4 .
  • the film 34 for insulation coating is prepared by preparing a heat dissipating composition for insulation coating including, for example, a binder and heat dissipating particles having a thermal conductivity of 0.2 W/(mk) or more, coating it on a substrate, and curing the first heat dissipating composition. After forming the coating layer, the upper surface of the first coating layer may be partitioned, and the heat dissipating composition for insulating coating may be coated on a portion, and the binder composition may be coated on the remaining portion and cured.
  • the production of the insulating coating film 34 may be performed by a known extrusion (injection) method.
  • the upper surface of the first coating layer may be partitioned, and the binder composition may be coated on only a part (joint portion 30a) and cured.
  • the film for insulation coating 34 The production of may be performed by a known extrusion (injection) method.
  • the thickness of the insulating coating film 34 may be 20 ⁇ m to 1 mm, preferably 40 ⁇ m to 200 ⁇ m.
  • the sealing part 12 further includes a terrace part (non-bent part) positioned in a direction parallel to the upper or lower surface of the electrode assembly accommodating part 11, and at this time, As shown in FIGS. 5 and 6 , the insulating coating layer 30 ′ may be further stacked in a space formed between the terrace portion and the outer surface of the wall of the electrode assembly accommodating portion 11 .
  • the insulating coating layer 30' includes a binder and heat dissipating particles 32 having a thermal conductivity of 0.2 W/(mk) or more, and the bonding portion 30'a adhered to the outer surface of the electrode assembly housing wall It may be of a type that does not include the diverging particles 32 .
  • the bonding portion 30a may have a thickness of 1 ⁇ m to 100 ⁇ m, preferably 5 ⁇ m to 20 ⁇ m, from the outer surface of the wall of the electrode assembly accommodating portion 11 .
  • the thickness of the bonding portion 30a is less than 1 ⁇ m, adhesive strength is reduced, and when the thickness exceeds 100 ⁇ m, the heat dissipation effect is reduced.
  • the insulating coating layer 30' may be formed in a shape suitable for a space formed between the terrace portion and the outer surface of the electrode assembly accommodating portion wall 11, for example, as shown in FIGS. 5 and 6, a square shape. It may be formed in a shape similar to a pillar, but is not limited thereto.
  • the insulating coating layer 30' may be formed using an insulating coating bar 36 as shown in FIG. 7 .
  • the bar 36 for insulation coating may have a shape similar to a square pillar, but may have an appropriate shape depending on the shape of a pouch-type battery case.
  • the bonding of the insulating coating bar 36 may be performed by thermal fusion, or it is also possible to bond using a separate adhesive.
  • the insulating coating layer 30' is formed only on the terrace in the direction where the electrode lead 40 is located, or as shown in FIG. Likewise, the electrode lead 40 may be formed on both the terrace portion in the direction in which it is located and the terrace portion opposite to the terrace portion.
  • the insulating coating layer 30' may be formed to cover the front end of the terrace part, and part or all of the front end of the terrace part and the lower surface of the terrace part. It may be formed in the form of covering.
  • the height of the insulating coating layer 30 ' may be equal to or lower than the height of the wall 11 of the electrode assembly accommodating part.
  • the electrode lead 40 may be positioned at the front end of the terrace part.
  • the heat dissipating particle having portions 30b and 30'b of the insulating coating layers 30 and 30' contain 10 to 90 wt% of a binder and 10 to 90 wt% of heat dissipating particles. preferably 30 to 70% by weight of the binder and 30 to 70% by weight of the heat dissipating particles, more preferably 40 to 60% by weight of the binder and 40 to 60% by weight of the heat dissipating particles It may contain divergent particles. In addition to the above components, known components used for insulating coating in this field may be further included.
  • the heat dissipating particles are included in less than 10% by weight, it is difficult to expect a heat dissipation effect, and if the content exceeds 90% by weight, the adhesiveness of the insulating coating layers 30 and 30' may deteriorate, which is not preferable.
  • a photo-curable polymer or a thermo-curable polymer may be used as the binder.
  • the polymers include polyurethane resins, polyethylene resins, polypropylene resins, polybutylene resins, polystyrene resins, polyethylene terephthalate resins, polycarbonate resins, polybutadiene resins, unsaturated polyester resins, polyimide resins, and polyacrylates.
  • a resin or the like may be used alone or in a mixed form of two or more, but is not limited thereto.
  • Examples of the polyacrylate-based resin include polyester acrylate, epoxy acrylate, and urethane acrylate.
  • Examples of the heat dissipating particles having a thermal conductivity of 0.2 W/(mk) or more include aluminum, carbon, copper, chromium, titanium, and stainless steel particles, and these may be used alone or in combination of two or more. .
  • the heat dissipating particles may have an average particle diameter of 0.1 ⁇ m to 10 ⁇ m, but are not limited to this range.
  • the heat dissipating particles may preferably have electrical conductivity of 0.2 S/cm or less. When the electrical conductivity is greater than the above range, it is not preferable because insulation may be deteriorated.
  • the junctions 30a and 30'a of the insulating coating layers 30 and 30' to the outer surface of the electrode assembly housing wall that do not contain heat dissipating particles are formed with a binder and It may include additives commonly used to improve adhesion, and may be composed of only the above-exemplified binder.
  • the sealing part 12 as shown in FIGS. 2, 3, and 8, includes a bent part 12-1 in which the sealing part is bent toward the electrode assembly accommodating part. can do.
  • the bent part 12-1 may be bent at an angle of 80 degrees to 180 degrees, preferably at an angle of 85 degrees to 145 degrees, and more preferably at an angle of 90 degrees to 100 degrees based on the non-bent part of the sealing part.
  • the bent portion 12-1 may include a portion folded in two or more layers by folding the sealing portion.
  • the electrode assembly 20 may be used without limitation in a form known in the art, a detailed description thereof will be omitted.
  • the electrode assembly 20 is not particularly limited as long as it has a structure in which an anode and a cathode are formed by connecting a plurality of electrode tabs, and preferably has a folding structure, a stacked structure, a stack / It may have a folding type structure or a lamination-stack type structure.
  • the battery case 10 may be a pouch-type case made of a laminate sheet including a metal layer and a resin layer, for example, an aluminum laminate sheet, and including an electrode assembly accommodating part and a sealing part.
  • the battery case 10 may be made of a laminate sheet of one unit.
  • a case body portion including an electrode assembly accommodating portion around a bent portion and a cover portion coupled to the case body so as to surround the electrode assembly accommodating portion are formed.
  • a terrace portion in which electrode terminals having a structure in which an electrode tab protruding from the electrode assembly and an electrode lead are combined may be positioned at a portion opposite to the bent portion of the laminate sheet, and side surfaces respectively adjacent to both ends of the terrace portion are positioned.
  • a sealing unit may be located.
  • a bent portion may be formed on the side sealing portion.
  • a heat dissipating composition for insulation coating was prepared by adding a polyurethane binder and an aluminum/carbon composite (particle size: 0.1 ⁇ m) with heat dissipating particles having a thermal conductivity of 0.2 W/(mk) or more in a weight ratio of 1:9 to an acetone solvent.
  • a binder composition for insulating coating was prepared by adding a polyurethane binder to an acetone solvent.
  • the heat dissipating composition for insulating coating was applied to a substrate and cured to form a first coating layer.
  • the upper surface of the first coating layer is partitioned according to the shape of the film for insulation coating shown in FIG. 5, the portion to be bonded to the outer surface of the electrode assembly housing wall is coated with the binder composition for insulation coating, and The portion was coated with the heat dissipating composition for insulation coating and cured to prepare a film for insulation coating as shown in FIG. 4 .
  • the heat dissipating composition for insulating coating prepared in Example 1 was applied to the same thickness as the film for insulating coating prepared in Example 1, and cured to prepare a film for insulating coating.
  • Example 2 Formation of an insulating layer for the sealing portion of a pouch-type secondary battery
  • Example 1 Of the sealing portion of the pouch-type battery case in which the electrode assembly is accommodated, a portion of the electrode assembly accommodating portion was left, and the remaining portion was bent at 90 degrees toward the electrode assembly accommodating portion to form a bent portion. Thereafter, the film for insulating coating prepared in Example 1 was bent and then heat-sealed to form an insulating coating layer as shown in FIG. 2 .
  • Comparative Example 2 Formation of an insulating layer for the sealing part of a pouch-type secondary battery
  • An insulating coating layer was formed in the same manner as in Example 2, except that the film for insulating coating prepared in Preparation Example 1 was used.
  • Test Example 1 Evaluation of adhesive performance of insulating coating layer
  • sealing part 12-1 bending part

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Abstract

본 발명은 전극조립체 수납부 및 실링부를 포함하는 파우치형 전지케이스; 상기 수납부에 수용된 전극조립체; 및 상기 실링부에 적층된 절연 코팅층;을 포함하며, 상기 절연 코팅층은 바인더와 열전도도가 0.2 W/(mk) 이상인 열발산 입자를 포함하는 파우치형 이차전지를 제공한다.

Description

절연 및 열발산 특성이 우수한 파우치형 이차전지
본 출원은 2021년 8월 31일자 한국 특허 출원 제10-2021-0115869호 및 2022년 7월 18일자 한국 특허 출원 제10-2022-0088456호에 기초한 우선권의 이익을 주장하며, 해당 한국 특허 출원의 문헌에 개시된 모든 내용은 본 명세서의 일부로서 포함한다.
본 발명은 절연 및 열발산 특성이 우수한 파우치형 이차전지에 관한 것이다.
최근 사용량이 증가하고 있는 이차전지는, 전지의 형상 면에서 얇은 두께로 휴대폰 등과 같은 제품들에 적용될 수 있는 각형 이차전지와 파우치형 이차전지에 대한 수요가 증가하는 추세이이며, 재료 면에서는 높은 에너지 밀도, 방전 전압, 출력 안정성 등의 장점을 가진 리튬이온 전지, 리튬이온 폴리머 전지 등과 같은 리튬 이차전지에 대한 수요 증가하고 있다.
이차전지는 양극/분리막/음극 구조의 전극조립체가 어떠한 구조로 이루어져 있는지에 따라 분류되기도 한다. 이러한 전극조립체로는 긴 시트형의 양극들과 음극들을 분리막이 개재된 상태에서 권취한 구조의 젤리-롤(권취형) 전극조립체, 소정 크기의 단위로 절취한 다수의 양극과 음극들을 분리막을 개재한 상태로 순차적으로 적층한 스택형(적층형) 전극조립체, 소정 단위의 양극과 음극들을 분리막을 개재한 상태로 적층한 바이셀(Bi-cell) 또는 풀셀(Full cell)들을 분리필름으로 권취한 구조의 스택/폴딩형 전극조립체 등을 들 수 있다.
최근에는, 스택형 또는 스택/폴딩형 전극조립체를 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치형 전지케이스에 내장한 구조의 파우치형 전지가, 낮은 제조비, 작은 중량, 용이한 형태 변형 등을 이유로, 많은 관심을 모으고 있으며, 사용량도 점차적으로 증가하고 있다.
도 1에는 종래의 대표적인 파우치형 이차전지의 일반적인 구조가 도시되어 있다. 도 1을 참조하면, 파우치형 이차전지(100)는, 전극조립체(20), 전극조립체(20)로부터 연장되어 있는 전극탭(50), 상기 전극탭(50)에 용접되어 있는 전극리드(40), 및 전극조립체(20)를 수용하는 전지케이스(10)를 포함한다. 상기 전극리드(40)의 상하면 일부에는 전지케이스(10)와의 밀봉도를 높이고 동시에 전기적 절연상태를 확보하기 위하여 리드 절연코팅부(60)이 부착되어 있다.
이러한 파우치형 전지는 전극조립체를 라미네이트 시트에 수납하고 전해액을 주입하여 열융착 등으로 밀봉하는 방식으로 제조되는 데, 이러한 제조 과정에서 열융착 부위(실링부)가 전해액 주입과정에서의 오염되거나, 라미네이트 시트의 최내측 수지층의 과다한 용융 및/또는 가압으로 인하여 수지층이 외부로 돌출되는 문제가 발생하기도 한다. 상기 실링부의 오염이나 내부 수지층의 외부 돌출은 실링 상태를 불완전하게 하는 원인으로 작용하며, 실링부의 결함은 수분의 침투, 전해액 누액 등과 같은 심각한 문제를 야기한다.
또한, 파우치형 전지는 전지케이스인 라미네이트 시트의 단부에서 금속층이 노출되어 절연 파괴 현상을 초래하는 것으로 알려져 있다.
종래의 기술들은 이러한 문제를 해소하기 위하여, PET 라벨(label), 테이프 등을 이용하여 열융착부 외각을 절연시키는 방법을 제안하고 있다. 그러나, PET 라벨, 테이프 등을 이용하여 열융착부 외각을 절연할 경우, 라벨 및 테이프의 벗겨짐 현상이 나타나거나 기포 또는 주름 등의 불량이 발생하는 것으로 알려져 있다.
최근에는 열융착부 외곽에 밀폐보조제를 도포함으로써 밀봉성을 향상시킨 파우치형 전지도 소개되고 있다. 그러나, 얇은 수직 단면상의 열융착부 외곽에 소정의 점도와 유동성을 갖는 밀폐보조제를 도포하는 작업은 용이하지 않으며, 도포 후, 경화시키는 과정에서 밀폐보조제가 하단으로 흘러내려 목적 효과를 얻기 어려우므로, 실제 양산 공정에 적용하기는 어려운 것으로 보인다.
따라서, 이러한 종래 기술의 문제를 해결하여 열융착부의 밀봉성을 향상시키고 절연 파괴 현상을 신뢰성 있게 방지할 수 있는 기술 개발이 요구되고 있다.
[선행기술문헌]
[특허문헌]
대한민국 등록특허 제10-1216422호
본 발명은 종래기술의 상기와 같은 문제를 해소하기 위하여 안출된 것으로서,
실링부의 밀봉성 및 절연 특성이 향상된 파우치형 이차전지를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 실링부의 열발산 특성이 개선된 파우치형 이차전지를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은
전극조립체 수납부 및 실링부를 포함하는 파우치형 전지케이스; 및
상기 수납부에 수용된 전극조립체;를 포함하며,
상기 실링부는 실링부를 전극조립체 수납부 방향으로 절곡시킨 절곡부를 포함하며,
상기 절곡부의 전극조립체 수납부 기준 내측면, 외측면, 및 상기 내측면과 외측면의 경계를 이루는 절곡부 단부면에는 절연 코팅층이 접합되며,
상기 절곡부의 내측면에 접합된 절연 코팅층의 외부면은 상기 전극 조립체 수납부 벽체의 외부면에 접합되며,
상기 절연 코팅층은 바인더와 열전도도가 0.2 W/(mk) 이상인 열발산 입자를 포함하되, 상기 전극 조립체 수납부 벽체의 외부면에 접착된 접합부는 열발산 입자를 포함하지 않는 파우치형 이차전지를 제공한다.
본 발명의 일 실시형태에 있어서, 상기 접합부는 상기 전극 조립체 수납부 벽체의 외부면으로부터 1㎛ 내지 100㎛의 의 두께를 가질 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 있어서, 상기 절곡부의 전극조립체 수납부 기준 내측면, 외측면, 및 상기 내측면과 외측면의 경계를 이루는 절곡부 단부면의 절연 코팅층은 서로 연결되어 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 있어서, 상기 절곡부의 전극조립체 수납부 기준 내측면, 외측면, 및 상기 내측면과 외측면의 경계를 이루는 절곡부 단부면의 절연 코팅층은 절연코팅용 필름을 절곡시켜 접착시킨 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 있어서, 상기 절연코팅용 필름의 접착은 열융착에 의해 이루어질 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 있어서, 상기 실링부는 전극조립체 수납부의 상부면 또는 하부면과 평행한 방향으로 위치되는 테라스부를 더 포함하며,
상기 테라스부와 전극조립체 수납부 벽체 외부면 사이에 형성된 공간에 절연 코팅층이 더 적층되며,
상기 절연 코팅층은 바인더와 열전도도가 0.2 W/(mk) 이상인 열발산 입자를 포함하되, 상기 전극 조립체 수납부 벽체의 외부면에 접착된 접합부는 열발산 입자를 포함하지 않을 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 있어서, 상기 접합부는 상기 전극 조립체 수납부 벽체의 외부면으로부터 1㎛ 내지 100㎛의 두께를 가질 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 있어서, 상기 절연 코팅층의 높이는 상기 전극조립체 수납부 벽체의 높이와 같거나 낮게 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 있어서, 상기 테라스부 선단에는 전극리드가 위치될 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 있어서, 상기 절연 코팅층 중 열발산 입자를 포함하는 부분은 10 내지 90 중량%의 바인더와 10 내지 90 중량%의 열발산 입자를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 있어서, 상기 열발산 입자는 평균 입경이 0.1 ㎛ 내지 10 ㎛인 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 있어서, 상기 절곡부는 실링부를 접어서 2겹 이상으로 포갠 부분을 포함할 수 있다.
본 발명의 파우치형 이차전지는 우수한 실링부 밀봉성 및 우수한 절연 특성을 제공하며, 특히, 우수한 열발산 특성을 제공한다.
따라서, 본 발명의 파우치형 이차전지는 전지의 안전성을 현저히 개선시키는 효과를 제공한다.
도 1은 종래의 파우치형 이차전지의 분해사시도이며,
도 2는 본 발명의 파우치형 이차전지의 일 실시형태를 모식적으로 나타낸 사시도이며,
도 3은 상기 도 2의 파우치형 이차전지의 A-A 단면에 대한 단면도이며,
도 4는 본 발명의 일 실시형태로서 절연코팅용 필름의 형태를 모식적으로 나타낸 단면도이며,
도 5는 본 발명의 파우치형 이차전지의 일 실시형태를 모식적으로 나타낸 사시도이며,
도 6는 상기 도 5의 파우치형 이차전지의 B-B 단면에 대한 단면도이며,
도 7은 본 발명의 일 실시형태로서 절연코팅용 바(bar)의 형태를 모식적으로 나타낸 사시도이며,
도 8 내지 도 10은 본 발명의 파우치형 이차전지의 일 실시형태를 모식적으로 나타낸 단면도이다.
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시 예에 대하여 첨부한 도면을 참고로 하여 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결된다, 구비된다, 또는 설치된다"고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결 또는 설치될 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 한다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결된다, 구비된다, 또는 설치된다"라고 언급된 때에는 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 한편, 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 “~상부에”와 “상부에 직접” 또는 "∼사이에"와 "바로 ∼사이에" 또는 "∼에 이웃하는"과 "∼에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.
도 1은 본 발명에도 적용되는 종래의 파우치형 이차전지의 분해사시도이며, 도 2 및 도 5는 본 발명의 파우치형 이차전지의 일 실시형태를 모식적으로 나타낸 사시도이다.
본 발명의 파우치형 이차전지(100)는, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 전극조립체 수납부(11) 및 실링부(12)를 포함하는 파우치형 전지케이스(10); 및 상기 수납부(11)에 수용된 전극조립체(20);를 포함하며,
상기 실링부(12)는 실링부를 전극조립체 수납부(11) 방향으로 절곡시킨 절곡부(12-1)를 포함하며,
상기 절곡부(12-1)의 전극조립체 수납부(11) 기준 내측면, 외측면, 및 상기 내측면과 외측면의 경계를 이루는 절곡부 단부면에는 절연 코팅층(30)이 접합되며,
상기 절곡부(12-1)의 내측면에 접합된 절연 코팅층(30)의 외부면은 상기 전극 조립체 수납부(11) 벽체의 외부면에 접합되며,
상기 절연 코팅층(30)은 바인더와 열전도도가 0.2 W/(mk) 이상인 열발산 입자(32)를 포함하되, 상기 전극 조립체 수납부 벽체의 외부면에 접착된 접합부(30a)는 열발산 입자(32)를 포함하지 않는 것을 특징으로 한다.
종래의 파우치형 이차전지에서도 실링부 밀봉성 및 절연 특성을 개선하기 위한 노력이 이루어졌으나, 효과 개선이 충분하지 못한 면이 있었다. 본 발명은 실링부의 밀봉성 및 절연 특성을 개선시킴과 동시에, 열발산 특성을 현저히 개선시키는 특징을 갖는다. 특히, 종래의 실링부에 형성되는 절연층은 전체적으로 열발산 입자를 포함함으로써 파우치형 전지케이스에 대한 접착력이 부족하여 장기간 접착상태를 유지하지 못하는 단점이 있었다. 본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해소하는 기술적 특징을 갖는다.
상기 접합부(30a)는 상기 전극 조립체 수납부(11) 벽체의 외부면으로부터 1㎛ 내지 100㎛의 두께를 가질 수 있으며, 바람직하게는 5㎛ 내지 20㎛의 두께를 가질 수 있다. 상기 접합부(30a)의 두께가 1㎛ 미만일 경우, 접착력이 저하되며, 100㎛를 초과하는 경우에는 열발산 효과가 저하된다.
상기 절곡부(12-1)의 전극조립체 수납부(11) 기준 내측면, 외측면, 및 상기 내측면과 외측면의 경계를 이루는 절곡부 단부면의 절연 코팅층(30)은 서로 연결된 형태일 수 있다.
상기 절곡부의 전극조립체 수납부(11) 기준 내측면, 외측면, 및 상기 내측면과 외측면의 경계를 이루는 절곡부 단부면의 절연 코팅층(30)은, 도 4에 도시된 바와 같은 절연코팅용 필름(34)을 절곡시켜 접착시킨 것일 수 있다. 이 때, 상기 절연코팅용 필름(34)의 절곡된 부분은 상기 내측면과 외측면의 경계를 이루는 절곡부 단부면에 위치하도록 접착될 수 있다.
상기 절연코팅용 필름(34)의 접착은 열융착에 의해 이루어질 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 있어서, 상기 절연코팅용 필름(34)은 도 4에 예시된 형태로 제조된 것을 사용할 수 있다. 상기 절연코팅용 필름(34)은 예를 들어, 바인더와 열전도도가 0.2 W/(mk) 이상인 열발산 입자를 포함하는 절연코팅용 열발산 조성물을 제조하여, 기재 상에 도포하고 경화시켜 제1 코팅층을 형성한 후, 상기 제1 코팅층 상부면을 구획하여, 일부에는 상기 절연코팅용 열발산 조성물을 코팅하고, 나머지 일부에는 바인더 조성물을 코팅하여 경화시키는 방식으로 제조할 수 있다. 상기 절연코팅용 필름(34)의 제조는 공지의 압출(사출)방식으로 수행할 수도 있다.
또한, 상기 제1 코팅층을 형성한 후, 상기 제1 코팅층 상부면을 구획하여, 일부(접합부(30a)에만 바인더 조성물을 코팅하여 경화시키는 방식으로 제조할 수도 있다. 상기 절연코팅용 필름(34)의 제조는 공지의 압출(사출)방식으로 수행할 수도 있다.
본 발명의 일 실시형태에 있어서, 상기 절연코팅용 필름(34)의 두께는 20㎛ 내지 1mm일 수 있으며, 바람직하게는 40㎛ 내지 200㎛일 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 있어서, 상기 실링부(12)는 전극조립체 수납부(11)의 상부면 또는 하부면과 평행한 방향으로 위치되는 테라스부(비절곡부)를 더 포함하며, 이 때, 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 테라스부와 전극조립체 수납부(11) 벽체 외부면 사이에 형성된 공간에는 상기 절연 코팅층(30')이 더 적층될 수 있다.
상기 절연 코팅층(30')은 바인더와 열전도도가 0.2 W/(mk) 이상인 열발산 입자(32)를 포함하되, 상기 전극 조립체 수납부 벽체의 외부면에 접착된 접합부(30'a)는 열발산 입자(32)를 포함하지 않는 형태일 수 있다.
상기 접합부(30a)는 상기 전극 조립체 수납부(11) 벽체의 외부면으로부터 1㎛ 내지 100㎛의 두께를 가질 수 있으며, 바람직하게는 5㎛ 내지 20㎛의 두께를 가질 수 있다. 상기 접합부(30a)의 두께가 1㎛ 미만일 경우, 접착력이 저하되며, 100㎛를 초과하는 경우에는 열발산 효과가 저하된다.
상기 절연 코팅층(30')은 상기 테라스부와 전극조립체 수납부 벽체(11) 외부면 사이에 형성된 공간에 적절한 형태로 형성될 수 있으며, 예를 들어 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 사각기둥과 유사한 형태로 형성될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 절연 코팅층(30')은, 도 7에 도시된 바와 같은 절연코팅용 바(bar)(36)를 사용하여 형성될 수 있다. 상기 절연코팅용 바(36)는 사각기둥과 유사한 형태를 가질 수 있으나, 파우치형 전지케이스의 형태에 따라 적절한 형태를 가질 수 있다.
상기 절연코팅용 바(36)의 접착은 열융착에 의해 이루어질 수 있으며, 별도의 접착제를 사용하여 접착하는 것도 가능하다.
본 발명의 일 실시형태에 있어서, 상기 절연 코팅층(30')은 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 전극리드(40)가 위치하는 방향의 테라스부에만 형성되거나, 도 10에 도시된 바와 같이, 전극리드(40)이 위치하는 방향의 테라스부 및 이의 반대쪽 테라스부 모두에 형성될 수도 있다.
본 발명의 일 실시형태에 있어서, 상기 절연 코팅층(30')은 도 9에 도시된 바와 같이, 테라스부의 선단부를 덮는 형태로 형성될 수 있으며, 상기 테라스부의 선단부 및 테라스부의 하부면의 일부 또는 전부를 덮는 형태로 형성될 수도 있다.
본 발명의 일 실시형태에 있어서, 상기 절연 코팅층(30')의 높이는 상기 전극조립체 수납부 벽체(11)의 높이와 같거나 낮을 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 있어서, 상기 테라스부 선단에는 도 5 내지 도 6에 도시된 바와 같이, 전극리드(40)가 위치할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 있어서, 상기 절연 코팅층(30, 30') 중 열발산 입자 구비부(30b, 30'b)는 10 내지 90 중량%의 바인더와 10 내지 90 중량%의 열발산 입자를 포함할 수 있으며, 바람직하게는 30 내지 70 중량%의 바인더와 30 내지 70 중량%의 열발산 입자를 포함할 수 있으며, 더욱 바람직하게는 40 내지 60 중량%의 바인더와 40 내지 60 중량%의 열발산 입자를 포함할 수 있다. 또한, 상기 성분 이외에 이 분야에서 절연 코팅을 위하여 사용되는 공지의 성분들이 더 포함될 수 있다.
상기에서 열발산 입자가 10 중량% 미만으로 포함되는 경우, 열발산 효과를 기대하기 어렵고, 90 중량%를 초과하는 경우에는 절연 코팅층(30, 30')의 접착력이 저하될 수 있으므로 바람직하지 않다.
상기 바인더로는 광 경화성 고분자 또는 열 경화성 고분자가 사용될 수 있다. 상기 고분자로는 폴리우레탄 수지, 폴리에틸렌 수지, 폴리프로필렌 수지, 폴리부틸렌 수지, 폴리스티렌 수지, 폴리에틸렌 테레프탈레이트 수지, 폴리카보네이트 수지, 폴리부타디엔 수지, 불포화 폴리에스테르계 수지, 폴리이미드계 수지, 폴리아크릴레이트계 수지 등이 1종 단독으로 또는 2종 이상의 혼합 형태로 사용될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 폴리아크릴레이트계 수지로는 폴리에스테르 아크릴레이트, 에폭시 아크릴레이트, 우레탄 아크릴레이트 등을 들 수 있다.
상기 열전도도가 0.2 W/(mk) 이상인 열발산 입자로는 알루미늄, 카본, 구리, 크롬, 티타늄, 및 스테인리스 스틸 입자 등을 들 수 있으며, 이들은 1종 단독 또는 2종 이상의 조합 형태로 사용될 수 있다.
상기 열발산 입자는 평균 입경이 0.1㎛ 내지 10㎛인 것이 사용될 수 있으나, 이 범위로 한정되는 것은 아니다.
상기 열발산 입자는 전기전도도가 0.2 S/cm 이하인 것이 바람직하게 사용될 수 있다. 전기전도도가 상기 범위보다 클 경우, 절연성이 저하될 수 있으므로 바람직하지 않다.
본 발명의 일 실시형태에 있어서, 상기 절연 코팅층(30, 30') 중 열발산 입자를 포함하지 않는 전극 조립체 수납부 벽체의 외부면에 대한 접합부(30a, 30'a)는 바인더와 이 분야에서 접착력 향상을 위하여 통상적으로 사용되는 첨가제를 포함할 수 있으며, 상기 예시된 바인더만으로 구성될 수도 있다.
본 발명의 일 실시형태에 있어서, 상기 실링부(12)는, 도 2, 도 3 및 도 8에 도시된 바와 같이, 실링부를 전극조립체 수납부 방향으로 절곡시킨 절곡부(12-1)를 포함할 수 있다.
상기 절곡부(12-1)는 실링부의 비절곡부를 기준으로 80도 내지 180도, 바람직하게는 85도 내지 145도, 더욱 바람직하게는 90도 내지 100도로 절곡될 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 있어서, 상기 절곡부(12-1)는, 도 8에 도시된 바와 같이, 실링부를 접어서 2겹 이상으로 포갠 부분을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 있어서, 상기 전극조립체(20)는 이 분야에 공지된 형태가 제한없이 사용될 수 있으므로, 자세한 설명을 생략한다.
상기 전극조립체(20)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 다수의 전극 탭들을 연결하여 양극과 음극을 구성하는 구조라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 바람직하게는 폴딩형 구조, 스택형 구조, 스택/폴딩형 구조 또는 라미네이션-스택형 구조를 가질 수 있다.
또한, 상기 전지케이스(10)는 금속층과 수지층을 포함하는 라미네이트 시트, 예를 들어, 알루미늄 라미네이트 시트로 제조되며, 전극조립체 수납부 및 실링부를 포함하는 파우치형 케이스일 수 있다.
상기 전지케이스(10)는 1 단위의 라미네이트 시트로 이루어질 수 있으며, 이 경우, 절곡부를 중심으로 전극조립체 수납부를 포함하는 케이스 본체부 및 전극조립체 수납부를 감싸도록 상기 케이스 본체에 결합되는 커버부가 형성될 수 있다.
상기 라미네이트 시트의 절곡 부위에 대향하는 부위에 전극조립체로부터 돌출되어 있는 전극탭과 전극리드가 결합된 구조의 전극단자들이 위치하는 테라스부가 위치할 수 있으며, 상기 테라스부의 양측 단부들에 각각 인접하는 측면 실링부가 위치할 수 있다. 상기 측면 실링부에는 절곡부가 형성될 수 있다.
실시예 1: 절연코팅용 필름의 제조
폴리우레탄 바인더와 열전도도가 0.2 W/(mk) 이상인 열발산 입자로 알루미늄/카본 복합체(입경 0.1um)를 1:9의 중량비로 아세톤 용매에 첨가하여 절연코팅용 열발산 조성물을 제조하였다.
또한, 폴리우레탄 바인더를 아세톤 용매에 첨가하여 절연코팅용 바인더 조성물을 제조하였다.
상기 절연코팅용 열발산 조성물을 기재에 도포하고 경화시켜 제1 코팅층을 형성하였다.
다음으로, 상기 제1 코팅층 상부면을 도 5에 도시된 절연코팅용 필름의 형태에 따라 구획하고, 전극 조립체 수납부 벽체의 외부면에 접합시킬 부분에는 상기 절연코팅용 바인더 조성물을 코팅하고, 나머지 부분에는 상기 절연코팅용 열발산 조성물을 코팅하여 경화시켜서 도 4에 도시된 바와 같은 절연코팅용 필름을 제조하였다.
비교예 1: 절연코팅용 필름의 제조
상기 실시예 1에서 제조된 절연코팅용 열발산 조성물을 실시예 1에서 제조된 절연코팅용 필름과 동일한 두께로 도포하고, 경화시켜서 절연코팅용 필름을 제조하였다.
실시예 2: 파우치형 이차전지의 실링부에 대한 절연층 형성
전극조립체가 수납된 파우치형 전지케이스의 실링부 중 전극조립체 수납부 쪽의 일부분을 남기고 나머지 부분을 전극조립체 수납부 방향으로 90도 절곡시켜서 절곡부를 형성하였다. 이후, 실시예 1에서 제조된 절연코팅용 필름을 절곡시킨 후, 열융착하여, 도 2에 도시된 바와 같이 절연 코팅층을 형성하였다.
비교예 2: 파우치형 이차전지의 실링부에 대한 절연층 형성
상기 제조예 1에서 제조된 절연코팅용 필름을 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 2와 동일한 방법으로 절연 코팅층을 형성하였다.
시험예 1: 절연 코팅층의 접착 성능 평가
상기 실시예 2 및 비교예 2의 파우치형 이차전지를 65℃ 온도 하에서 보관하면서 절연 코팅층의 탈락여부를 확인하고 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
72 시간 후 360 시간 후
실시예 2 파우치형 이차전지의 절연 코팅층 상태 이상 없음 이상 없음
비교예 2 파우치형 이차전지의 절연 코팅층 상태 절연 코팅층 중 전극 조립체 수납부 벽체의 외부면에 접착된 접합부에 틈이 발생함 절연 코팅층 중 전극 조립체 수납부 벽체의 외부면에 접착된 접합부 중 50%가 탈락됨
비록 본 발명이 상기 언급된 바람직한 실시예와 관련되어 설명되었지만,
발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다양한 수정이나 변형을 하는 것이 가능하다. 따라서, 첨부된 특허청구범위는 본 발명의 요지에 속하는 한 이러한 수정이나 변형을 포함할 것이다.
[부호의 설명]
10: 전지케이스 11: 전극조립체 수납부
12: 실링부 12-1: 절곡부
20: 전극조립체 30, 30': 절연 코팅층
30a, 30'a: 절연 코팅층의 전극 조립체 수납부 벽체의 외부면에 대한 접합부
30b, 30'b: 절연 코팅층의 열발산 입자 구비부
32: 열발산 입자 34: 절연코팅용 필름
36: 절연코팅용 바(bar)
40: 전극리드 50: 전극탭
60: 리드 절연코팅부

Claims (12)

  1. 전극조립체 수납부 및 실링부를 포함하는 파우치형 전지케이스; 및
    상기 수납부에 수용된 전극조립체;를 포함하며,
    상기 실링부는 실링부를 전극조립체 수납부 방향으로 절곡시킨 절곡부를 포함하며,
    상기 절곡부의 전극조립체 수납부 기준 내측면, 외측면, 및 상기 내측면과 외측면의 경계를 이루는 절곡부 단부면에는 절연 코팅층이 접합되며,
    상기 절곡부의 내측면에 접합된 절연 코팅층의 외부면은 상기 전극 조립체 수납부 벽체의 외부면에 접합되며,
    상기 절연 코팅층은 바인더와 열전도도가 0.2 W/(mk) 이상인 열발산 입자를 포함하되, 상기 전극 조립체 수납부 벽체의 외부면에 접착된 접합부는 열발산 입자를 포함하지 않는 파우치형 이차전지.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 접합부는 상기 전극 조립체 수납부 벽체의 외부면으로부터 1㎛ 내지 100㎛의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 파우치형 이차전지.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 절곡부의 전극조립체 수납부 기준 내측면, 외측면, 및 상기 내측면과 외측면의 경계를 이루는 절곡부 단부면의 절연 코팅층은 서로 연결된 것을 특징으로 하는 파우치형 이차전지.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 절곡부의 전극조립체 수납부 기준 내측면, 외측면, 및 상기 내측면과 외측면의 경계를 이루는 절곡부 단부면의 절연 코팅층은 절연코팅용 필름을 절곡시켜 접착시킨 것을 특징으로 하는 파우치형 이차전지.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 절연코팅용 필름의 접착은 열융착에 의해 이루어진 것을 특징으로 하는 파우치형 이차전지.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 실링부는 전극조립체 수납부의 상부면 또는 하부면과 평행한 방향으로 위치되는 테라스부를 더 포함하며,
    상기 테라스부와 전극조립체 수납부 벽체 외부면 사이에 형성된 공간에 절연 코팅층이 더 적층되며,
    상기 절연 코팅층은 바인더와 열전도도가 0.2 W/(mk) 이상인 열발산 입자를 포함하되, 상기 전극 조립체 수납부 벽체의 외부면에 접착된 접합부는 열발산 입자를 포함하지 않는 파우치형 이차전지.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 접합부는 상기 전극 조립체 수납부 벽체의 외부면으로부터 1㎛ 내지 100㎛의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 파우치형 이차전지.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 절연 코팅층의 높이는 상기 전극조립체 수납부 벽체의 높이와 같거나 낮은 것을 특징으로 하는 파우치형 이차전지.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 테라스부 선단에는 전극리드가 위치하는 것을 특징으로 하는 파우치형 이차전지.
  10. 제1항 또는 제6항에 있어서,
    상기 절연 코팅층 중 열발산 입자를 포함하는 부분은 10 내지 90 중량%의 바인더와 10 내지 90 중량%의 열발산 입자를 포함하는 것을 특징으로 하는 파우치형 이차전지.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 열발산 입자는 평균 입경이 0.1 ㎛ 내지 10 ㎛인 것을 특징으로 하는 파우치형 이차전지.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 절곡부는 실링부를 접어서 2겹 이상으로 포갠 부분을 포함하는 것을 특징으로 하는 파우치형 이차전지.
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Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100918408B1 (ko) * 2002-10-22 2009-09-24 삼성에스디아이 주식회사 파우치형 이차전지
KR101216422B1 (ko) 2010-10-15 2012-12-28 주식회사 엘지화학 실링부의 절연성이 향상된 이차전지
KR20160076245A (ko) * 2014-12-22 2016-06-30 에스케이이노베이션 주식회사 파우치형 이차 전지
KR101675929B1 (ko) * 2013-12-26 2016-11-14 주식회사 엘지화학 수평방향으로 절곡된 실링부 단부 상에 전기적 절연성 물질이 부가되어 있는 구조의 전지셀
KR20170135490A (ko) * 2016-05-31 2017-12-08 주식회사 엘지화학 상전이 물질을 포함하는 전지셀
JP2019067608A (ja) * 2017-09-29 2019-04-25 三洋化成工業株式会社 リチウムイオン電池
KR20210115869A (ko) 2020-03-16 2021-09-27 (주)이녹스첨단소재 재박리성 점착 시트
KR20220088456A (ko) 2019-10-23 2022-06-27 네오 퍼포먼스 메터리얼즈 (싱가포르) 프라이베이트 리미티드 중간 입도분포의 Dy2O3 입자

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100918408B1 (ko) * 2002-10-22 2009-09-24 삼성에스디아이 주식회사 파우치형 이차전지
KR101216422B1 (ko) 2010-10-15 2012-12-28 주식회사 엘지화학 실링부의 절연성이 향상된 이차전지
KR101675929B1 (ko) * 2013-12-26 2016-11-14 주식회사 엘지화학 수평방향으로 절곡된 실링부 단부 상에 전기적 절연성 물질이 부가되어 있는 구조의 전지셀
KR20160076245A (ko) * 2014-12-22 2016-06-30 에스케이이노베이션 주식회사 파우치형 이차 전지
KR20170135490A (ko) * 2016-05-31 2017-12-08 주식회사 엘지화학 상전이 물질을 포함하는 전지셀
JP2019067608A (ja) * 2017-09-29 2019-04-25 三洋化成工業株式会社 リチウムイオン電池
KR20220088456A (ko) 2019-10-23 2022-06-27 네오 퍼포먼스 메터리얼즈 (싱가포르) 프라이베이트 리미티드 중간 입도분포의 Dy2O3 입자
KR20210115869A (ko) 2020-03-16 2021-09-27 (주)이녹스첨단소재 재박리성 점착 시트

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