WO2023090887A1 - 파우치형 리튬 이차전지 - Google Patents

파우치형 리튬 이차전지 Download PDF

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WO2023090887A1
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secondary battery
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lithium secondary
electrode
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박기수
이현수
이재길
신동석
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주식회사 엘지에너지솔루션
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Definitions

  • the present invention relates to a pouch type lithium secondary battery.
  • types of secondary batteries include nickel cadmium batteries, nickel hydrogen batteries, lithium ion batteries, and lithium ion polymer batteries. These secondary batteries are used not only for small products such as digital cameras, P-DVDs, MP3Ps, mobile phones, PDAs, portable game devices, power tools and E-bikes, but also for large products requiring high power such as electric vehicles and hybrid vehicles. It is applied and used to a power storage device for storing generated power or renewable energy and a power storage device for backup.
  • the lithium secondary battery is generally composed of a positive electrode, a separator, and a negative electrode, and materials thereof are selected in consideration of battery life, charge/discharge capacity, temperature characteristics, and stability.
  • the lithium secondary battery is charged and discharged while repeating processes of intercalation and deintercalation of lithium ions from lithium metal oxide at the cathode to the graphite electrode at the anode.
  • lithium secondary batteries have a three-layer structure of positive electrode / separator / negative electrode, or a five-layer structure of positive electrode / separator / negative electrode / separator / positive electrode or negative electrode / separator / positive electrode / separator / negative electrode. It has been designed.
  • each layer of the cathode or anode is laminated with the same amount of electrode active material applied thereto, so that each cathode and anode have the same thickness.
  • the above unit cells are gathered to form one electrode assembly or secondary battery.
  • an electrode lead is connected to the electrode tab to form an electrode terminal.
  • a bidirectional cell when configuring a battery pack, it occupies more space than a unidirectional cell, and thus has a disadvantage in that energy density is lowered.
  • the electrode tabs of the positive electrode and the negative electrode are formed in the same direction, so that lithium dendrites precipitated from the negative electrode as the battery is charged and discharged are grounded to the electrode tab of the positive electrode, thereby preventing a short circuit. problems may occur.
  • Patent Document 1 Korean Patent Publication No. 2006-0118955
  • the inventors of the present invention conducted various studies to solve the above problems, and as a result, in a pouch-type lithium secondary battery in which a positive electrode lead tab and a negative electrode lead tab are formed at one end of the positive electrode and the negative electrode, respectively, the length of the separator located between the positive electrode and the negative electrode is controlled so that the separator protrudes from the end of the positive electrode, but the length of the protruding portion of the separator is controlled to a maximum of the sealing portion located along the edge of the pouch, thereby preventing a short circuit between the positive electrode and the negative electrode. Therefore, it was confirmed that the safety and lifespan characteristics of the battery can be improved.
  • an object of the present invention is to provide a pouch type lithium secondary battery having a structure capable of preventing a short circuit between a positive electrode and a negative electrode.
  • an electrode assembly consisting of an anode, a separator and a cathode
  • a secondary battery including an electrode lead tab electrically connected to the electrode assembly
  • the electrode lead tab has a positive lead tab and a negative lead tab
  • the pouch has a sealing portion at an edge and a junction portion for sealing portions where the positive lead tab and the negative lead tab protrude to the outside of the pouch through the sealing portion,
  • the separator protrudes from one end of the positive electrode, and the length of the protruding portion is less than or equal to the length from one end of the positive electrode to the sealing portion.
  • the positive electrode has a positive lead tab electrically connected to one end
  • the negative electrode has a negative lead tab electrically connected to one end
  • the positive lead tab and the negative lead tab electrically connect the positive and negative electrodes in the same or opposite directions. It may be that it is connected to.
  • the pouch may be an aluminum pouch.
  • the bonding portion may include a thermoplastic resin.
  • a portion of the protruding portion of the separator may have an insulating layer.
  • the insulating layer may be formed on one side or both sides of the separator.
  • the insulating layer may include at least one selected from the group consisting of polyethylene (PE), polypropylene (PP), and polyethylene terephthalate (PET).
  • PE polyethylene
  • PP polypropylene
  • PET polyethylene terephthalate
  • One end of the separator may partially protrude to overlap with the anode lead tab or may be wrapped around the anode lead tab.
  • the negative electrode may be a lithium negative electrode.
  • the lithium secondary battery may be a lithium-sulfur secondary battery.
  • a separator protrudes from one end of the positive electrode, thereby removing lithium dendrites from the negative electrode during battery operation. Even if grows, it is possible to structurally minimize the contact between the lithium dendrite and the positive electrode to prevent a short circuit between the positive electrode and the negative electrode, and improve the stability and lifespan characteristics of the battery.
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing a cross-section of an electrode assembly included in a pouch-type lithium secondary battery according to a preferred embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a partial schematic diagram showing protruding portions of a positive electrode lead tab and a negative electrode lead tab in a pouch-type lithium secondary battery according to a preferred embodiment of the present invention
  • FIG 3 is an exploded view of an electrode assembly included in a pouch-type lithium secondary battery according to a preferred embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is an exploded view of an electrode assembly included in a pouch-type lithium secondary battery according to another preferred embodiment of the present invention.
  • the present invention relates to a pouch-type lithium secondary battery, and in a pouch-type lithium secondary battery including an electrode assembly in which a positive electrode, a separator, and a negative electrode are sequentially stacked, lithium grows from the negative electrode during charging and discharging by controlling the length of the separator. It relates to a lithium secondary battery having a structure that prevents a short circuit between a positive electrode and a negative electrode caused by dendrites.
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing a cross-section of an electrode assembly included in a pouch-type lithium secondary battery according to a preferred embodiment of the present invention.
  • the electrode assembly 10 included in the pouch-type lithium secondary battery 1 of the present invention has a form in which a positive electrode 100, a separator 300, and a negative electrode 200 are sequentially stacked, and the separator It is characterized in that the length of (300) is longer than the length of anode (100). In addition, the length of the separator 300 may be longer than the length of the negative electrode 200 .
  • the separator 300 is longer than the positive electrode 100, it protrudes from one end of the positive electrode 100. In addition, since the separator 300 may be longer than the cathode 200, it may protrude from one end of the cathode 200.
  • the positive electrode is electrically connected to the positive lead tab only at one end
  • the negative electrode is also electrically connected to the negative electrode lead tab only at one end.
  • directions in which the positive electrode lead tab and the negative lead tab are connected to the positive electrode and the negative electrode may be in the same direction or opposite directions.
  • FIG. 2 is a partial schematic diagram showing a protruding portion of a positive electrode lead tab and a negative electrode lead tab in a pouch-type lithium secondary battery according to a preferred embodiment of the present invention, which may be a cross-sectional view of the pouch-type lithium secondary battery.
  • 3 is an exploded view of an electrode assembly included in a pouch-type lithium secondary battery according to a preferred embodiment of the present invention.
  • an electrode assembly 10 in which a positive electrode 100, a separator 300, and a negative electrode 200 are stacked is stored in a pouch 300.
  • the separator 300 included in the electrode assembly 10 included in the pouch-type lithium secondary battery 1 is longer than the positive electrode 100, and specifically, one end of the positive electrode 100 As a reference, it protrudes as much as d, which is the length of the protruding part of the separation membrane 300.
  • the separator 300 may protrude from one end of the positive electrode 100 (not shown).
  • the length of the protruding portion of the separator 300 may be equal to or less than the length from one end of the anode to the sealing portion 310 .
  • the length (d) of the protruding portion of the separator 300 is equal to or less than the length (H) from one end of the anode 100 to the sealing portion 310, specifically, the inner surface of the sealing portion 310 ( d ⁇ H). More specifically, d ⁇ H, d ⁇ 0.9 * H, d ⁇ 0.7 * H, d ⁇ 0.5 * H or d ⁇ 0.5 * H.
  • the lower limit of d is not particularly limited as long as it is greater than 0. For example, For example, it may be 0.1*H or more (d ⁇ 0.1*H). If d is greater than H (d > H), a part of the separator, for example, the end, is included in the sealing part, so that when the electrolyte is injected into the pouch due to poor sealing, the electrolyte flows into the sealing part. It may flow in, or the electrolyte may flow out through the separator.
  • the electrode assembly 10 is electrically connected to an electrode lead tab, and the electrode lead tab includes a positive lead tab 110 and a negative lead tab 210 .
  • the positive electrode 100 has a positive lead tab 110 electrically connected to one end
  • the negative electrode 200 has a negative lead tab 120 electrically connected to one end.
  • the positive lead tab 110 and the negative lead tab 120 are electrically connected to the positive electrode 100 and the negative electrode 200 in the same direction.
  • the electrode assembly 10 is stored inside the pouch 300, and the pouch 300 has a sealing portion 310 formed along the circumference of the pouch 300 and the positive electrode lead tab 110 through the sealing portion 310. and a joint portion 320 sealing a portion where the negative electrode lead tab 210 protrudes to the outside of the pouch 300 .
  • the bonding portion 320 may seal the pouch 300 and at the same time serve as a buffer for the sealing portion 310 . If an excessively high pressure and/or temperature is applied to the joint 320, the joint 320 is damaged, and current is generated between the aluminum pouch and the electrode lead tab, thereby causing
  • the junction part 320 may serve as a buffer for the sealing part 310 .
  • damage occurs, and current is generated between the aluminum pouch 300 and the positive lead tab and/or the negative lead tab, thereby deteriorating the safety of the battery. there is.
  • the joint portion 320 may be formed of a thermoplastic resin.
  • the thermoplastic resin is not particularly limited as long as it can seal the pouch 300 and serve as a buffer for the sealing part 310 .
  • the thermoplastic resin is polyvinyl chloride (PVC), polystyrene (PS), polycarbonate (PC), polymethyl methacrylate (PMMA), acrylonitrile butadiene styrene (ABS) polyurethane (PU), polyamide ( PA), polyacetal (POM), polyphenylene sulfide (PPS), polybutylene terephthalate (PBT), polyimide (PI), liquid crystal polymer (LCP), polyether ether ketone (PEEK), polyether ketone ( PEK), ethylene propylene diene methylene rubber (EPDM), and acrylic rubber (ACM) may be at least one selected from the group consisting of.
  • PVC polyvinyl chloride
  • PS polystyrene
  • PC polycarbonate
  • PMMA polymethyl methacrylate
  • ABS acrylonitrile butad
  • the protruding portion of the separator may be formed with an insulating layer.
  • the insulating layer may be partially formed at an end of a protruding portion of the separator.
  • an insulating layer may be formed to a length of d/5, 4/d, or 3/d from one end of the edge of the protruding portion of the separator.
  • the insulating layer may be formed on one side or both sides of the separator, and when the insulating layer is formed on one side of the separator, if it is formed on the side facing the negative electrode, the short circuit caused by the growth of lithium dendrites from the negative electrode is prevented can be effective in
  • the insulating layer includes an insulating material, and the insulating material is not particularly limited as long as it is a material having insulating properties.
  • the insulating material is not particularly limited as long as it is a material having insulating properties.
  • any one of polyethylene (PE), polypropylene (PP), and polyethylene terephthalate (PET) may be a derivative of any one of these, or a copolymer containing any one or more of these.
  • the insulating material may further include polyvinylidene fluoride (PVDF) having high strength, processability, and excellent chemical resistance.
  • PVDF polyvinylidene fluoride
  • the insulating layer may have a structure in which an insulating material as described above is applied, or may have a structure in which an insulating tape is attached to a corresponding portion.
  • the insulating tape may have a structure including any one of PE, PP, and PET, a derivative of any one of these, or a copolymer including any one or more of these.
  • the separator may be formed so that only a portion overlapping the positive lead tab protrudes.
  • FIG 4 is an exploded view of an electrode assembly included in a pouch-type lithium secondary battery according to another preferred embodiment of the present invention, in which one end of the separator 300 protrudes so as to overlap the cathode lead tab 110. It could be More specifically, one end of the separator 300 may protrude and wrap around the cathode lead tab 110 .
  • the separator 300 protrudes to overlap the portion of the anode lead tab 210 or surrounds the anode lead tab 210 and reacts with the electrolyte to form lithium dendrites. may grow On the other hand, since there is no positive electrode active material in the positive lead tab 110, side reactions do not proceed if one end of the separator 300 protrudes to overlap with the positive lead tab 110 or wraps around the positive lead tab 110. and contact with lithium dendrites can be prevented.
  • the lithium secondary battery as described above is intended to prevent lithium dendrites grown on the negative electrode from contacting the positive electrode, it may be effective when a lithium negative electrode is used as the negative electrode.
  • the lithium secondary battery may be a lithium-sulfur secondary battery containing sulfur as a cathode active material.
  • the positive electrode, separator, and electrolyte included in the lithium-sulfur secondary battery may be prepared according to conventional components and manufacturing methods, respectively, and the shape of the lithium-sulfur secondary battery is not particularly limited, but a cylindrical shape or a prismatic shape using a can , Pouch (Pouch) type or coin (Coin) type, etc. can be.

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Abstract

본 발명은 리튬 이차전지에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 양극 리드탭과 음극 리드탭이 각각 양극과 음극의 일 말단에 형성된 파우치형 리튬 이차전지에서, 양극과 음극 사이에 위치한 분리막의 길이를 제어하되, 상기 분리막이 상기 양극의 말단에 비해 돌출되도록 하되, 상기 분리막이 돌출된 부분의 길이가 최대 상기 파우치의 가장자리를 따라 위치한 실링부까지로 제어함으로써, 양극과 음극 사이의 단락이 방지되어 안전성과 수명 특성이 향상된 파우치형 리튬 이차전지에 관한 것이다.

Description

파우치형 리튬 이차전지
본 출원은 2021년 11월 22일자 한국 특허출원 제2021-0160923호 및 2022년 11월 16일자 한국 특허출원 제2022-0153613호에 기초한 우선권의 이익을 주장하며, 해당 한국 특허 출원의 문헌에 개시된 모든 내용은 본 명세서의 일부로서 포함한다.
본 발명은 파우치형 리튬 이차전지에 관한 것이다.
일반적으로, 이차전지의 종류로는 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 리튬 이온 전지 및 리튬 이온 폴리머 전지 등이 있다. 이러한 이차전지는 디지털 카메라, P-DVD, MP3P, 휴대폰, PDA, Portable Game Device, Power Tool 및 E-bike 등의 소형 제품뿐 만 아니라, 전기 자동차나 하이브리드 자동차와 같은 고출력이 요구되는 대형제품과 잉여 발전 전력이나 신재생 에너지를 저장하는 전력 저장 장치와 백업용 전력 저장 장치에도 적용되어 사용되고 있다.
상기 리튬 이차전지는 일반적으로 양극(positive electrode), 분리막(separator) 및 음극(negative electrode)으로 이루어지는데, 이들의 재료는 전지수명, 충방전용량, 온도특성 및 안정성 등을 고려하여 선택된다. 상기 리튬 이차전지는 양극의 리튬 금속 산화물로부터 리튬 이온이 음극의 흑연 전극으로 삽입(intercalation)되고 탈리(deintercalation)되는 과정을 반복하면서 충방전이 진행된다. 일반적으로 리튬 이차전지는 양극/분리막/음극의 3층 구조를 가지거나, 또는 양극/분리막/음극/분리막/양음극 또는 음극/분리막/양극/분리막/음극의 5층 구조로 설계되어 왔다. 또한, 상기 구조에서 음극 또는 양극의 각 층은 전극활물질의 양이 동일하게 도포되어 적층되어 각 음극과 양극은 동일한 두께를 가진다. 상기의 단위셀들이 모여서 하나의 전극 조립체 또는 이차전지가 된다.
이러한 이차전지에서, 단방향 형태의 전극단자는 상기 전극조립체의 양극 및 음극의 전극탭이 동일 방향에 형성된 후, 상기 전극탭에 전극리드가 연결되어 전극단자를 형성하는 것이다. 단방향 셀의 경우 전극리드 쪽의 발열, 충전 및 방전시 셀의 활물질 사용의 불균일로 인해서 수명에 좋지 않은 단점이 있다.
상기 양방향 형태의 전극단자는 상기 전극조립체의 양극 및 음극 전극탭이 상기 전극조립체의 대향면에 형성된 후, 상기 전극탭에 전극리드가 연결되어 전극단자를 형성하는 것이다. 양방향 셀의 경우 전지팩을 구성할 경우, 단방향 셀보다 공간을 많이 차지하게 됨으로써 에너지 밀도가 떨어지는 단점이 있다.
특히, 상기 단방향 형태의 전극단자의 경우, 양극 및 음극의 전극탭이 동일 방향에 형성되어 있어, 전지의 충방전이 진행됨에 따라 음극에서 석출되는 리튬 덴드라이트가 양극의 전극탭과 접지되어 단락이 발생되는 문제가 발생할 수 있다.
이에, 단방향 형태의 전극단자가 형성된 리튬 이차전지에서 음극으로부터 리튬 덴드라이트가 성장하더라도 양극과 음극 사이의 단락을 방지할 수 있는 리튬 이차전지 구조에 대한 연구개발이 지속적으로 요구되고 있다.
[선행기술문헌]
[특허문헌]
(특허문헌 1) 한국공개특허 제2006-0118955호
본 발명자들은 상기 문제점을 해결하기 위해 다각적으로 연구를 수행한 결과, 양극 리드탭과 음극 리드탭이 각각 양극과 음극의 일 말단에 형성된 파우치형 리튬 이차전지에서, 양극과 음극 사이에 위치한 분리막의 길이를 제어하되, 상기 분리막이 상기 양극의 말단에 비해 돌출되도록 하되, 상기 분리막이 돌출된 부분의 길이가 최대 상기 파우치의 가장자리를 따라 위치한 실링부까지로 제어함으로써, 양극과 음극 사이의 단락을 방지할 수 있고, 이에 따라 전지의 안전성과 수명 특성을 향상시킬 수 있음을 확인하였다.
따라서, 본 발명의 목적은 양극과 음극 사이의 단락을 방지할 수 있는 구조를 가지는 파우치형 리튬 이차전지를 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명은, 양극, 분리막 및 음극으로 이루어진 전극조립체;
상기 전극조립체를 수납하는 파우치; 및
상기 전극조립체와 전기적으로 연결된 전극 리드탭을 포함하는 이차전지로서,
상기 전극 리드탭은, 양극 리드탭 및 음극 리드탭을 가지고,
상기 파우치는 가장자리의 실링부 및 상기 실링부를 통해 양극 리드탭 및 음극 리드탭이 파우치의 외부로 돌출되는 부분을 밀봉하는 접합부를 가지고,
상기 분리막은 상기 양극의 일 말단에 비해 돌출된 형태이고, 상기 돌출된 부분의 길이는 상기 양극의 일 말단에서 상기 실링부까지의 길이 이하인 것인, 파우치형 리튬 이차전지를 제공한다.
상기 양극은 일 말단에 전기적으로 연결된 양극 리드탭을 가지고, 상기 음극은 일 말단에 전기적으로 연결된 음극 리드탭을 가지고, 상기 양극 리드탭과 음극 리드탭은 동일한 방향 또는 반대 방향으로 양극과 음극에 전기적으로 연결된 것인 된 것일 수 있다.
상기 파우치는 알루미늄 파우치인 것일 수 있다.
상기 접합부는 열가소성 수지를 포함하는 것일 수 있다.
상기 분리막의 돌출된 부분의 일부분은 절연층을 가지는 것일 수 있다.
상기 절연층은 분리막의 일 면 또는 양 면에 형성된 것일 수 있다.
상기 절연층은 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP), 및 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함하는 것일 수 있다.
상기 분리막의 일 말단은 상기 양극 리드탭과 중첩되도록 부분적으로 돌출되거나, 상기 양극 리드탭을 감싼 형태인 것일 수 있다.
상기 음극은 리튬 음극인 것일 수 있다.
상기 리튬 이차전지는 리튬-황 이차전지인 것일 수 있다.
본 발명에 따르면, 양극 리드탭과 음극 리드탭이 각각 양극과 음극의 일 말단에 형성된 파우치형 리튬 이차전지에서, 분리막이 상기 양극의 일 말달에 비해 돌출되도록 함으로써, 전지 구동 시 음극에서 리튬 덴드라이트가 성장하더라도 구조적으로 상기 리튬 덴드라이트와 양극의 접촉을 최소화하여 양극과 음극 간의 단락을 방지하고, 전지의 안정성과 수명 특성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 일 구현예에 따른 파우치형 리튬 이차전지에 포함된 전극조립체의 단면을 나타낸 모식도이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 일 구현예에 따른 파우치형 리튬 이차전지에서 양극 리드탭과 음극 리드탭이 돌출된 부분을 나타낸 부분 모식도이다,
도 3은 본 발명의 바람직한 일 구현예에 따른 파우치형 리튬 이차전지에 포함된 전극조립체의 분해도를 나타낸 것이다.
도 4는 본 발명의 바람직한 다른 일 구현예에 따른 파우치형 리튬 이차전지에 포함된 전극조립체의 분해도를 나타낸 것이다.
이하, 본 발명에 대한 이해를 돕기 위하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다.
본 명세서 및 청구범위에서 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
파우치형 리튬 이차전지
본 발명은 파우치형 리튬 이차전지에 관한 것으로, 양극, 분리막 및 음극이 순차적으로 적층된 형태의 전극조립체를 포함하는 파우치형 리튬 이차전지에서 분리막의 길이를 제어함으로써, 충방전시 음극으로부터 성장하는 리튬 덴드라이트에 의한 양극과 음극의 단락을 방지하는 구조를 가지는 리튬 이차전지에 관한 것이다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 일 구현예에 따른 파우치형 리튬 이차전지에 포함된 전극조립체의 단면을 나타낸 모식도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 파우치형 리튬 이차전지(1)에 포함된 전극조립체(10)는 양극(100), 분리막(300) 및 음극(200)이 순차적으로 적층된 형태를 가지며, 분리막(300)의 길이가 양극(100)의 길이보다 긴 것을 특징으로 한다. 또한, 추가로 분리막(300)의 길이는 음극(200)의 길이보다도 긴 것일 수도 있다.
분리막(300)은 양극(100)에 비해 길이가 긴 것이므로, 양극(100)의 일 말단을 기준으로 돌출된 형태이다. 또한, 추가로 분리막(300)은 음극(200)에 비해서도 길이가 긴 것일 수 있으므로 음극(200)의 일 말단을 기준으로 돌출된 형태일 수 있다.
이때, 상기 양극은 일 말단에만 양극 리드탭이 전기적으로 연결된 것이고, 상기 음극 역시 일 말단에만 음극 리드탭이 전기적으로 연결된 것이다. 상기 전극조립체에서, 상기 양극 리드탭 및 음극 리드탭이 양극 및 음극에 연결된 방향은 동일 방향 또는 반대 방향일 수 있다.
도 2는 본 발명의 바람직한 일 구현예에 따른 파우치형 리튬 이차전지에서 양극 리드탭과 음극 리드탭이 돌출된 부분을 나타낸 부분 모식도로서, 상기 파우치형 리튬 이차전지의 횡단면도일 수 있다. 도 3은 본 발명의 바람직한 일 구현예에 따른 파우치형 리튬 이차전지에 포함된 전극조립체의 분해도를 나타낸 것이다.
도 2를 참조하면, 파우치형 리튬 이차전지(1)는 양극(100), 분리막(300) 및 음극(200)이 적층된 전극조립체(10)가 파우치(300)에 수납되어 있다.
도 3을 참조하면 파우치형 리튬 이차전지(1)에 포함된 전극조립체(10)에 포함된 분리막(300)은 양극(100)에 비해 길이가 길고, 구체적으로, 양극(100)의 일 말단을 기준으로 분리막(300)의 돌출된 부분의 길이인 d 만큼 돌출되어 있다.
전극조립체(10)에서 분리막(300)은 양극(100)의 일 말단에 비해 돌출된 형태일 수 있다 (미도시). 분리막(300)의 돌출된 부분의 길이는 상기 양극의 일 말단에서 실링부(310)까지의 길이 이하인 것일 수 있다. 다시 말해, 분리막(300)의 돌출된 부분의 길이(d)는 양극(100)의 일 말단에서 실링부(310), 구체적으로는 실링부(310)의 내부 면 까지의 길이(H) 이하 (d ≤ H)일 수 있다. 보다 구체적으로, d ≤ H, d ≤ 0.9*H, d ≤ 0.7*H, d ≤ 0.5*H 또는 d ≤ 0.5*H 일 수 있다, 상기 d의 하한값은 0 초과라면 특별히 제한되지 않지만, 예를 들어 0.1*H 이상 (d ≥ 0.1*H) 일 수 있다. 상기 d가 H 초과이면 (d ＞ H), 분리막의 일부, 예를 들어, 말단이 실링부의 내부에 포함되는 형태로 되어, 실링이 제대로 되지 않아 파우치 내부에 전해액을 주액할 때 상기 전해액이 실링부로 흘 들어가거나, 상기 전해액이 분리막을 타고 외부로 흘러나올 수 있다.
또한, 전극조립체(10)는 전극 리드탭과 전기적으로 연결되어 있으며, 상기 전극 리드탭은 양극 리드탭(110) 및 음극 리드탭(210)을 포함한다.
양극(100)은 일 말단에 전기적으로 연결된 양극 리드탭(110)을 가지고, 음극(200)은 일 말단에 전기적으로 연결된 음극 리드탭(120)을 가진다. 양극 리드탭(110)과 음극 리드탭(120)은 동일한 방향으로 양극(100) 및 음극(200)과 전기적으로 연결된다.
파우치(300) 내부에는 전극조립체(10)가 수납되어 있고, 파우치(300)는 파우치(300)의 가장자리 둘레를 따라 형성된 실링부(310) 및 실링부(310)를 통해 양극 리드탭(110) 및 음극 리드탭(210)이 파우치(300)의 외부로 돌출되는 부분을 밀봉하는 접합부(320)를 가진다.
접합부(320)는 파우치(300)를 밀봉하는 동시에, 실링부(310)에 대한 완충 역할을 할 수 있다. 만약, 접합부(320)에 과도하게 높은 압력 및/또는 온도가 가해지면 접합부(320)가 손상되어, 알루미늄 파우치와 전극 리드탭 간에 통전이 발생하고, 이로 인하여
접합부(320)는 실링부(310)에 대한 완충 역할을 할 수 있다. 접합부(320)에 과도하게 높은 압력 및/또는 온도가 가해지면 손상이 일어나, 알루미늄 파우치(300)와 양극 리드탭 및/또는 음극 리드탭 간에 통전이 발생하고, 이로 인하여 전지의 안전성이 저하될 수 있다.
이와 같은 접합부(320)의 기능성을 고려하여 접합부(320)는 열가소성 수지로 형성된 것일 수 있다.
상기 열가소성 수지는 파우치(300)를 밀봉하고 실링부(310)에 대한 완충 역할을 할 수 있는 것이라면 특별히 제한되지 않는다. 예컨대, 상기 열가소성 수지는 폴리염화비닐(PVC), 폴리스티렌(PS), 폴리카보네이트(PC), 폴리메틸메타아크릴레이트(PMMA), 아크릴로니트릴부타디엔스티렌(ABS) 폴리우레탄(PU), 폴리아마이드(PA), 폴리아세탈(POM), 폴리페닐렌설파이드(PPS), 폴리뷰틸렌테레프탈레이트(PBT), 폴리이미드(PI), 액정폴리머(LCP), 폴리에테르에테르케톤(PEEK), 폴리에테르케톤(PEK), 에틸렌프로필렌디엔메틸렌고무(EPDM), 및 아크릴고무(ACM)로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상인 것일 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 분리막의 돌출된 부분은 절연층이 형성된 것일 수 있다. 상기 절연층은 상기 분리막이 돌출된 부분의 말단에 부분적으로 형성된 것일 수 있다. 예를 들어, 상기 분리막이 돌출된 부분의 가장자리 일 말단으로부터 d/5, 4/d 또는 3/d 길이까지 절연층이 형성된 것일 수 있다.
상기 절연층은 분리막의 일 면 또는 양면에 형성된 것일 수 있으며, 상기 분리막의 일 면에 절연층이 형성될 경우, 음극과 마주보는 면에 형성된다면 음극으로부터의 리튬 덴드라이트 성장에 의한 단락 현상을 방지하는데 효과적일 수 있다.
상기 절연층은 절연물질을 포함하며, 상기 절연물질은 절연성을 가지는 소재라면 특별히 한정되지 않으며, 예를 들어, 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP), 및 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 중 어느 하나이거나, 이들 중 어느 하나의 유도체, 또는 이들 어느 하나 이상이 포함되어 있는 공중합체일 수 있다.
또한, 상기 절연물질은 높은 강도와 가공성 및 내약품성이 우수한 PVDF(Polyvinylidene fluoride)를 더 포함할 수도 있다.
상기 절연층은 상기와 같은 절연물질이 도포되어 있는 구조일 수도 있고, 해당 부위에 절연 테이프가 부착되어 있는 구조일 수도 있다. 상기 절연 테이프는 PE, PP, 및 PET 중 어느 하나, 또는 이들 중 어느 하나의 유도체, 또는 이들 중 어느 하나 이상이 포함되어 있는 공중합체를 포함하는 구조로 형성될 수 있다.
또한, 상기 분리막은 상기 양극 리드탭과 중첩되는 부분만 돌출되도록 형성될 수도 있다.
도 4는 본 발명의 바람직한 다른 일 구현예에 따른 파우치형 리튬 이차전지에 포함된 전극조립체의 분해도를 나타낸 것으로, 양극 리드탭(110)과 중첩되도록 분리막(300)의 일 말단이 돌출된 형태인 것일 수 있다. 더욱 구체적으로, 분리막(300)의 일 말단이 돌출되어 양극 리드탭(110)을 감싼 형태일 수 있다.
음극 리드탭(210)은 그 자체가 음극 활물질이므로, 분리막(300)이 음극 리드탭(210) 부분과 중첩되도록 돌출되거나, 음극 리드탭(210)을 감싸고 있으며 전해액과의 반응에 의해 리튬 덴드라이트가 성장할 수도 있다. 반면, 양극 리드탭(110)에는 양극 활물질이 없으므로, 분리막(300)의 일 말단이 양극 리드탭(110) 부분과 중첩되도록 돌출되거나, 양극 리드탭(110) 부분을 감싼 형태이면 부반응이 진행되지도 않고 리튬 덴드라이트와의 접촉도 방지될 수 있다.
상술한 바와 같은 리튬 이차전지는 음극에서 성장한 리튬 덴드라이트가 양극과 접촉하는 것을 방지하고자 하는 것이므로, 음극으로서 리튬 음극을 사용하는 경우에 효과적일 수 있다.
또한, 상기 리튬 이차전지는 양극 활물질로서 황을 포함하는 리튬-황 이차전지인 것일 수 있다.
상기 리튬-황 이차전지에 포함되는 상기 양극, 분리막 및 전해질은 각각 통상적인 성분과 제조 방법에 따라 준비될 수 있으며, 또한 리튬-황 이차전지의 외형은 특별한 제한이 없으나, 캔을 사용한 원통형, 각형, 파우치(Pouch)형 또는 코인(Coin)형 등이 될 수 있다.
이상에서 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
[부호의 설명]
1: 파우치형 리튬 이차전지
10: 전극 조립체
100: 양극
110: 양극 리드탭
200: 음극
210: 음극 리드탭
300: 파우치
310: 실링부
320: 접합부
d: 양극의 일 말단으로부터 분리막이 돌출된 부분의 길이
H: 양극의 일 말단으로부터 실링부 까지의 길이

Claims (10)

  1. 양극, 분리막 및 음극으로 이루어진 전극조립체;
    상기 전극조립체를 수납하는 파우치; 및
    상기 전극조립체와 전기적으로 연결된 전극 리드탭을 포함하는 이차전지로서,
    상기 전극 리드탭은, 양극 리드탭 및 음극 리드탭을 포함하고,
    상기 파우치는 가장자리의 실링부 및 상기 실링부를 통해 양극 리드탭 및 음극 리드탭이 파우치의 외부로 돌출되는 부분을 밀봉하는 접합부를 가지고,
    상기 분리막은 상기 양극의 일 말단에 비해 돌출된 형태이고, 상기 돌출된 부분의 길이는 상기 양극의 일 말단에서 상기 실링부까지의 길이 이하인 것인, 파우치형 리튬 이차전지.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 양극은 일 말단에 전기적으로 연결된 양극 리드탭을 가지고,
    상기 음극은 일 말단에 전기적으로 연결된 음극 리드탭을 가지고,
    상기 양극 리드탭과 음극 리드탭은 동일한 방향 또는 반대 방향으로 양극과 음극에 전기적으로 연결된 것인, 파우치형 리튬 이차전지.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 파우치는 알루미늄 파우치인 것인, 파우치형 리튬 이차전지.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 접합부는 열가소성 수지를 포함하는 것인, 파우치형 리튬 이차전지.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 분리막의 돌출된 부분의 일부분은 절연층을 가지는 것인, 파우치형 리튬 이차전지.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 절연층은 분리막의 일 면 또는 양 면에 형성된 것인, 파우치형 리튬 이차전지.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 절연층은 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP), 및 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함하는 것인, 파우치형 리튬 이차전지.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 분리막의 일 말단은 상기 양극 리드탭과 중첩되도록 부분적으로 돌출되거나, 상기 양극 리드탭을 감싼 형태인 것인, 파우치형 리튬 이차전지.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 음극은 리튬 음극인 것인, 파우치형 리튬 이차전지.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 리튬 이차전지는 리튬-황 이차전지인 것인, 파우치형 리튬 이차전지.
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