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KR102479486B1 - 파우치형 이차 전지 - Google Patents

파우치형 이차 전지 Download PDF

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KR102479486B1
KR102479486B1 KR1020150150480A KR20150150480A KR102479486B1 KR 102479486 B1 KR102479486 B1 KR 102479486B1 KR 1020150150480 A KR1020150150480 A KR 1020150150480A KR 20150150480 A KR20150150480 A KR 20150150480A KR 102479486 B1 KR102479486 B1 KR 102479486B1
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Abstract

본 발명의 한 실시예에 따른 파우치형 이차 전지는 제1 전극, 세퍼레이터 및 제2 전극을 포함하는 전극 조립체, 전극 조립체를 중심으로 양쪽에 위치하는 제1 고정 부재와 제2 고정 부재를 포함하는 고정 부재, 그리고 전극 조립체를 수용하는 수용부, 상기 수용부를 둘러싸며 열융착된 실링부를 가지는 파우치를 포함하고, 고정 부재는 상기 전극 조립체와 중첩하는 제1 부분, 상기 실링부와 중첩하는 제2 부분을 가지고, 상기 제2 부분의 폭은 상기 실링부의 폭보다 좁다.

Description

파우치형 이차 전지{POUCH TYPE RECHARGEABLE BATTERY}
본 발명은 이차 전지에 관한 것으로, 특히 파우치형 이차 전지에 관한 것이다.
모바일 기기에 대한 기술 개발에 따라 에너지원으로써 이차 전지의 수요가 증가되고 있다. 이차 전지(rechargeable battery)는 일차 전지와 달리 충전 및 방전을 반복적으로 수행하는 전지이다.
이차 전지를 제작하는 데 중요한 부분 중 하나가 에너지 밀도이다. 특히 소형 전자기기에 이용되는 이차 전지는 전자기기 내에 삽입되어 전원으로 이용되고 있다.
이차 전지는 양극판, 세퍼레이터 및 음극판으로 구성되는 전극조립체, 전극조립체를 수용하는 케이스를 포함한다. 전극 조립체는 권취형과 적층형으로 나눌 수 있으며, 권취형 또는 적층형 전극 조립체 모두 다수의 박막이 적층된다.
이 중, 권취형은 박판을 적층한 후 권취축을 축으로 감아 형성한 것으로, 권취된 후에도 일정한 형태를 유지하여야 한다.
그러나, 이차 전지에 외부 충격이 가해질 경우, 전극 조립체의 형태가 틀어질 수 있으며 초기 형태를 유지하지 못할 경우 이차 전지의 성능이 악화될 수 있다.
따라서 본 발명의 실시예에서는 초기 형태를 유지하도록 하여 내구성을 높이고, 장수명 특성을 확보할 수 있는 이차 전지를 제공하는 것이다.
상기한 과제를 달성하기 위한 본 발명의 한 실시예에 따른 파우치형 이차 전지는 제1 전극, 세퍼레이터 및 제2 전극을 포함하는 전극 조립체, 전극 조립체를 중심으로 양쪽에 위치하는 제1 고정 부재와 제2 고정 부재를 포함하는 고정 부재, 그리고 전극 조립체를 수용하는 수용부, 수용부를 둘러싸며 열융착된 실링부를 가지는 파우치를 포함하고, 고정 부재는 전극 조립체와 중첩하는 제1 부분, 실링부와 중첩하는 제2 부분을 가지고, 상기 제2 부분의 폭은 실링부의 폭보다 좁다.
상기 제1 고정 부재의 제2 부분과 상기 제2 고정 부재의 제2 부분은 서로 열융착 되어 있을 수 있다.
상기 제1 고정 부재의 제1 부분과 상기 제2 고정 부재의 제1 부분은 각각 상기 전극 조립체의 일면 및 타면과 접촉하고 있을 수 있다.
상기 고정 부재는 PET(polyethylene terephthalate), PI(poly imide) 또는 OPP(oriented polypropylene) 중 어느 하나를 포함할 수 있다.
상기 전극 조립체는 권회축을 중심으로 권취된 젤리 롤 타입일 수 있다.
상기 고정 부재의 제2 부분은 상기 권회축과 평행한 방향으로 길게 형성되어 있을 수 있다.
본 발명의 한 실시예에서와 같이 고정 부재를 형성하면, 젤리 롤 형태인 전극 조립체의 형태를 안정적으로 유지시킬 수 있다. 또한, 고정 부재의 제2 부분과 파우치의 가장자리를 중첩시켜 융착함으로써 파우치의 내부의 이차 전지를 이중으로 밀봉시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 이차 전지의 사시도이다.
도 2는 도 1의 전극 조립체의 사시도이다.
도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 전극 조립체, 고정 부재 및 파우치의 평면도이다.
도 4는 도 3의 IV-IV선을 따라 잘라 도시한 단면도이다.
도 5는 도 3의 V-V선을 따라 잘라 도시한 단면도이다.
도 6 및 도 7은 도 3의 전극 조립체와 파우치의 정렬관계를 개략적으로 도시한 사시도이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 여러 실시예들에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예들에 한정되지 않는다.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.
또한, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다.
도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 그리고 도면에서, 설명의 편의를 위해, 일부 층 및 영역의 두께를 과장되게 나타내었다. 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 또는 "상에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다.
또한, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서 전체에서, "~상에"라 함은 대상 부분의 위 또는 아래에 위치함을 의미하는 것이며, 반드시 중력 방향을 기준으로 상 측에 위치하는 것을 의미하는 것은 아니다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 한 실시예에 따른 이차 전지에 대해서 구체적으로 설명한다.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 이차 전지의 사시도이고, 도 2는 도 1의 전극 조립체의 사시도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 한 실시예에 따른 이차 전지(100)는 전극 조립체(10), 전극 조립체(10), 전극 조립체(10)를 감싸는 고정 부재(400), 전극 조립체(10) 및 전해액을 수용하는 파우치(102)를 포함한다.
전극 조립체(10)는 충전 및 방전이 가능한 조립체로, 세퍼레이터(13)를 사이에 두고 제1 전극(11)과 제2 전극(12)을 배치하여 권회축(XL)을 중심으로 권취한 후, 납작하게 가압된 젤리롤(jelly roll) 형태를 이룬다.
제1 전극(11) 및 제2 전극(12)은 각각 금속 포일(foil)로 형성되는 박판에 활물질이 도포된 영역인 전극판(11a, 12a)과 활물질이 도포되지 않은 영역인 전극 무지부(11b, 12b)를 포함한다.
제1 전극판(11a)은 알루미늄과 같은 금속 포일로 이루어진 기재와 기재 위에 전이 금속 산화물등의 활물질을 도포함으로써 형성되며, 제2 전극판(12a)은 구리 또는 니켈과 같은 금속 포일로 이루어지는 기재와 기재 위에 흑연 또는 탄소 등의 활물질을 도포함으로써 형성될 수 있다.
제1 전극 무지부(11b)와 제2 전극 무지부(12b)는 제1 전극판(11a)과 제2 전극판(12a)을 제조할 때 미리 전극판의 일변으로부터 돌출된 형태로 기재를 절단하여 형성할 수 있다. 따라서, 제1 전극 무지부(11b)와 제2 전극 무지부(12b)는 제1 전극판(11a) 및 제2 전극판(12a)의 기재와 각각 일체일 수 있다.
제1 전극(11), 세퍼레이터(13) 및 제2 전극(12)은 적층된 상태로 권회축(XL)을 중심으로 권취되고, 제1 전극 무지부(11b)와 제2 전극 무지부(12b)는 단락되지 않도록 이격되어 있다.
제1 전극 무지부(11b) 및 제2 전극 무지부(12b)는 각각 1회전 마다 1개 또는 1회전 마다 2개로 형성될 수 있다. 복수로 형성되는 제1 전극 무지부(11b)들은 겹쳐져 형성될 수 있으며, 전류 이동을 용이하게 하기 위해서 초음파 용접 등으로 용접 될 수 있다. 또한, 제2 전극 무지부(12b)들도 겹쳐져 형성될 수 있으며, 초음파 용접 등으로 용접 될 수 있다.
세퍼레이터(13)는 제1 전극판(11a)과 제2 전극판(12a) 사이에 위치하며, 단락을 방지하고 리튬 이온의 이동을 가능하게 하는 역할을 한다. 예를 들어, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 폴리 프로필렌의 복합 필름으로 이루어질 수 있다.
세퍼레이터(13)는 제1 전극판(11a)과 제2 전극판(12a) 사이뿐 아니라, 제1 전극판(11a) 또는 제2 전극(12a) 위에 형성될 수 있다. 예를 들어, 세퍼레이터, 제1 전극, 세퍼레이터 및 제2 전극 순으로 적층되거나, 제1 전극, 세퍼레이터, 제2 전극 및 세퍼레이터 순으로 적층될 수 있다.
전극 조립체(10)는 실질적으로 전해액과 함께 파우치(102)에 수납된다. 전해액은 EC, PC, DEC, EMC, EMC와 같은 유기 용매에 LiPF6, LiBF4와 같은 리튬염으로 이루어질 수 있다. 전해액은 액체, 고체 또는 겔상일 수 있다.
전극 조립체(10)의 제1 전극 무지부(11b) 및 제2 전극 무지부(12b)는 각각 제1 전극 리드(21) 및 제2 전극 리드(22)와 용접 등의 방법으로 연결될 수 있다.
제1 전극 리드(21)와 제2 전극 리드(22)는 파우치의 일측 밀봉부 밖에 위치하며, 일정 간격을 두고 위치한다. 파우치 밖에 위치하는 제1 전극 리드(21)와 제2 전극 리드(22)는 일정 간격을 두고 위치하며, 외부 기기와 전기적으로 연결될 수 있다.
그리고 제1 전극 리드(21)와 제1 전극 무지부(11b)가 용접 등에 의해서 전기적으로 연결된 부분, 제2 전극 리드(22)와 제2 전극 무지부(12b)가 용접 등에 의해서 전기적으로 연결된 부분은 용접된 부분이 노출되지 않도록 밀봉 테이프(sealing tape)(50)로 감싸져 밀봉될 수 있다.
한편, 전극 조립체(10)는 고정 부재(400)에 의해서 감싸진 형태로 고정될 수 있다.
고정 부재(400)는 전극 조립체(10)를 중심으로, 양쪽에 위치하는 제1 고정 부재(42)와 제2 고정 부재(44)를 포함한다. 고정 부재(400)는 라미네이션 필름으로, 열에 의해서 융착 가능한 물질로, 예를 들어 PET(polyethylene terephthalate), PI(poly imide), OPP(oriented polypropylene) 중 어느 하나를 포함하는 필름일 수 있다.
도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 전극 조립체, 고정 부재 및 파우치의 평면도이고, 도 4는 도 3의 IV-IV선을 따라 잘라 도시한 단면도이고, 도 5는 도 3의 V-V선을 따라 잘라 도시한 단면도이고, 도 6 및 도 7은 도 3의 전극 조립체와 파우치의 정렬관계를 개략적으로 도시한 사시도이다.
도 3 내지 도 5를 참조하면, 고정 부재(400)는 전극 조립체(10)의 외주면을 감쌀 수 있도록, 제1 고정 부재(42) 및 제2 고정 부재(44)는 각각 전극 조립체(10)의 일면의 면적보다 클 수 있다. 따라서, 제1 고정 부재(42) 및 제2 고정 부재(44)는 전극 조립체(10) 밖으로 돌출될 수 있다. 구체적으로, 제1 고정 부재(42)와 제2 고정 부재(44)는 각각 전극 조립체(10)와 대응하는 제1 부분(A1) 전극 조립체(10) 밖에 위치하며 제1 고정 부재(42)와 제2 고정 부재(44)가 접촉하여 밀봉되는 제2 부분(A2)을 포함한다.
제1 고정 부재(42) 및 제2 고정 부재(44)의 제1 부분(A1)은 전극 조립체의 일면 또는 타면과 접촉하도록 위치하고, 제1 고정 부재(42)와 제2 고정 부재(44)의 제2 부분(A2)은 서로 맞닿은 상태에서 열융착되어 밀봉된다. 제1 고정 부재(42) 및 제2 고정 부재(44)의 제2 부분(A2)을 열융착할 때, 가해지는 열에 의해서 제1 고정 부재(42) 및 제2 고정 부재(44)는 수축될 수 있으며, 이에 따라서 제1 고정 부재(42) 및 제2 고정 부재(44)는 전극 조립체(10)에 밀착될 수 있다. 이처럼, 고정 부재가 수축하면서 전극 조립체(10)에 밀착되므로, 권취된 전극 조립체(10)를 고정시켜, 전극 조립체(10)의 형태가 틀어지는 것을 방지할 수 있다.
고정 부재의 제2 부분(A2)은 권회축에 나란한 방향으로 길게 형성될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 고정 부재의 제2 부분은 권회축에 대해서 수직한 방향으로 길게 형성될 수도 있으며, 이때, 전극 조립체 내부에 주입되는 전해액의 주입을 방해하지 않도록 형성하는 것이 바람직하다.
파우치(102)는 고정 부재(400)로 감싸진 전극 조립체(10)를 수용하고 밀봉된다. 파우치(102)는 고정 부재(400)로 감싸진 전극 조립체(10)를 중심으로 양쪽에 위치하는 한 쌍의 외장재를 포함한다. 한 쌍의 외장재는 전극 조립체(10)를 중심으로 상부에 위치하는 상부 외장재(32)와 하부에 위치하는 하부 외장재(34)를 포함한다.
하부 외장재 및 상부 외장재는 각각 다층 시트 구조로 형성될 수 있다. 예를 들어, 파우치는 내면을 형성하며 절연 및 열융착 작용하는 폴리머 시트, 외면을 형성하여 보호 작용하는 PET(polyethylene terephthalate) 시트, 나일론 시트 또는 PET-나일론 복합 시트, 기계적 강도를 제공하는 금속 시트를 포함한다. 금속 시트는 예를 들어 알루미늄 시트일 수 있으며, 폴리머 시트와 나일로 시트 사이에 위치한다.
하부 외장재(34)는 전극 조립체(10)가 수용되는 수용부(B1)와 수용부(B1)의 외측에 위치하는 가장자리(B2)를 포함한다. 상부 외장재는 하부 외장재의 수용부(B1)를 덮으며, 하부 외장재의 가장자리(B2)와 열융착으로 접합되어 파우치(102)의 밀봉부를 형성한다. 이처럼, 상부 외장재(32)와 하부 외장재(34)의 가장자리(B2)를 따라서 열 융착함으로써, 전극 조립체가 파우치 내에 밀봉될 수 있다.
수용부(B1)는 고정 부재(400)로 둘러싸인 전극 조립체(10)가 수용될 수 있도록 전극 조립체(10)와 유사한 형태의 오목한 공간일 수 있다.
수용부(B1)는 도 6에 도시한 바와 같이, 하부 외장재(34)에 형성될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 상부 외장재(32)에 형성될 수 있다. 또한, 도 7에 도시한 바와 같이, 하부 외장재(34) 및 상부 외장재(32) 모두에 형성될 수 있다. 도 7에서와 같이 하부 외장재 및 상부 외장재에 수용부가 형성될 경우 도 6과 달리 전극 조립체가 안착되는 수용부의 깊이를 얕게 형성할 수 있다.
한편, 도 3 및 도 6을 참조하면, 전극 조립체(10)를 수용부(B1)에 안착시킬 때, 고정 부재(400)의 제2 부분(A2)은 외장재의 가장자리(B2)와 중첩하도록 배치한다. 이때, 수용부(B1)의 외측에 위치하는 가장자리(B2)의 폭(D1)은 고정 부재(400)의 제2 부분(A2)의 폭(D2)보다 크게 형성될 수 있다. 가장자리(B2)의 폭(D1)과 제2 부분(A2)의 폭(D2) 사이의 간격(D3)은 1mm이상일 수 있다. 이들 사이의 간격(D3)이 1mm미만이면 외장재의 가장자리(B2)가 서로 융착되지 못하고 들뜰 수 있다.
이후, 제2 부분(A2)과 외장재의 가장자리(B2)가 중첩된 상태에서, 외장재의 가장자리(B2)를 융착한다. 이처럼, 제2 부분과 가장자리(B2)가 중첩된 상태에서 융착되면, 고정 부재(400)의 제2 부분(A2)은 외장재의 가장자리(B2)에 의해서 완전히 덮혀 파우치 밖으로 노출되지 않는다.
한편, 파우치형 이차 전지는 케이스에 다시 수용될 수 있으며, 파우치의 가장자리는 수용부 방향으로 접어 케이스에 삽입될 수 있다. 이때, 본 발명의 한 실시예에서는 고정 부재(400)의 제2 부분(A2)과 함께 외장재의 가장자리(B2)가 중첩된 상태로 접어지므로, 전극 조립체의 측면에 외장재 및 고정 부재가 함께 위치하여 전극 조립체의 측면을 더욱 안전하게 보호할 수 있다.
그리고, 가장자리와 고정 부재가 중첩하는 부분을 용이하게 접기 위해서, 접는 위치에 노치(도시하지 않음)가 일정 간격으로 형성될 수 있다.
본 발명의 한 실시예에서와 같이 고정 부재를 형성하면, 젤리 롤 형태인 전극 조립체의 형태를 안정적으로 유지시킬 수 있다. 또한, 고정 부재의 제2 부분과 파우치의 가장자리를 중첩시켜 융착함으로써 파우치의 내부의 이차 전지를 이중으로 밀봉시킬 수 있다.
이상을 통해 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.
10: 전극 조립체 11: 제1 전극
11a: 제1 전극판 11b: 제1 전극 무지부
12a: 제2 전극판 12b: 제2전극 무지부
13: 세퍼레이터 21: 제1 전극 리드
22: 제2 전극 리드 32: 상부 외장재
34: 하부 외장재 42: 제1 고정 부재
44: 제2 고정 부재 50: 밀봉 테이프
100: 이차 전지 102: 파우치
400: 고정 부재

Claims (6)

  1. 제1 전극, 세퍼레이터 및 제2 전극을 포함하는 전극 조립체,
    상기 전극 조립체를 중심으로 양쪽에 각각 위치하는 제1 고정 부재와 제2 고정 부재, 그리고
    상기 전극 조립체를 중심으로 양쪽에 각각 위치하여, 상기 제1 고정 부재와 제2 고정 부재와 중첩하고 상기 전극 조립체를 수용하는 수용부와, 상기 수용부를 둘러싸며 열융착된 실링부를 형성하는 제1 시트부재와 제2 시트부재를 포함하는 파우치
    를 포함하고,
    상기 제1 고정 부재와 제2 고정 부재는 각각 상기 전극 조립체와 중첩하는 제1 부분, 상기 실링부와 중첩하며 상기 전극 조립체의 가장자리를 따라 형성되어 있는 제2 부분을 가지고,
    상기 제1 고정 부재의 제2 부분과 상기 제2 고정 부재의 제2 부분은 서로 접촉하여 열융착 되어 있고,
    상기 제2 부분의 폭은 상기 실링부의 폭보다 좁아 상기 제1 시트부재와 제2 시트부재가 상기 제2 부분 밖으로 돌출되어 서로 열융착되어 있는 파우치형 이차 전지.
  2. 제1항에서,
    상기 제1 고정 부재와 상기 제2 고정 부재는 열융착으로 수축되면서 상기 전극 조립체에 밀착되는 파우치형 이차 전지.
  3. 제1항에서,
    상기 고정 부재는 라미네이션 필름인 파우치형 이차 전지.
  4. 제3항에서,
    상기 고정 부재는 PET(polyethylene terephthalate), PI(poly imide) 또는 OPP(oriented polypropylene) 중 어느 하나를 포함하는 파우치형 이차 전지.
  5. 제1항에서,
    상기 전극 조립체는 권회축을 중심으로 권취된 젤리 롤 타입인 파우치형 이차 전지.
  6. 제5항에서,
    상기 고정 부재의 제2 부분은 상기 권회축과 평행한 방향의 상기 전극 조립체의 가장자리를 따라 형성되어 있는 파우치형 이차 전지.
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