JP2023511097A - パウチ型二次電池および電池モジュール - Google Patents

Abstract

パウチ型二次電池および電池モジュールが開示される。前記目的を達成するための本発明の一側面によると、電極組立体を収容する空間が形成される収容部と、前記収容部の周縁に沿って形成され、前記収容部が外部からシールされるように前記外装材のうち一部領域が互いに付着することで形成されるシール部とを含む外装材を含み、前記シール部には複数の角部が形成され、前記複数の角部のうち少なくとも一つは、前記電極組立体に向かって窪んでいる窪み部と、前記窪み部に隣接して形成され、前記外装材の長さ方向と交差しながら前記窪み部に向かう斜線方向に形成される斜線部とを含むパウチ型二次電池が提供される。

Description

本出願は、２０２０年２月７日付けの韓国特許出願第１０－２０２０－００１５０９９号および２０２１年２月４日付けの韓国特許出願第１０－２０２１－００１６３５４号に基づく優先権の利益を主張し、該当韓国特許出願の文献に開示されている全ての内容は、本明細書の一部として組み込まれる。

本発明は、パウチ型二次電池および電池モジュールに関する。

繰り返した充電および放電が可能な二次電池は、その構造および製造方法に応じて、円筒型二次電池、角型二次電池、パウチ型二次電池などに分けられる。このうち、パウチ型二次電池は、パウチ型シート内に電極組立体を収容した後、シートをシールすることで製造されるが、他種の二次電池に比べて、構造が簡単で単位体積当たりの容量が大きいことから、自動車バッテリー、または、エネルギー貯蔵装置などに広く使用されている。

より詳細には、パウチ型二次電池は、パウチ型シートに窪んだ形状のカップ（ｃｕｐ）を形成した後、カップ内に電極組立体が収容され、パウチ型シートを折り畳んで（ｆｏｌｄｉｎｇ）パウチ型シートの一領域が電極組立体および電極組立体を覆うようにした後、電極組立体の周縁をシールするシール部を形成することで製造されることが一般的である。このようなシール部は、外側に突出した形状を有することが一般的である。

一方、大きい電気容量を要する電子機器（例えば、エネルギー貯蔵装置（ｅｎｅｒｇｙ ｓｔｏｒａｇｅ ｄｅｖｉｃｅ））に使用するために、複数の二次電池が配置される電池モジュールが製造される。電池モジュールには、二次電池だけでなく、二次電池付近に配置される部品もともに備えられるが、従来技術によると、パウチ型二次電池に形成されるシール部が外側に突出するため、二次電池付近に配置される電池モジュールの部品と干渉する問題があった。このような干渉が発生する場合、二次電池のシール部が折れる問題があり、その折れがひどい場合、二次電池が損傷する問題が発生した。二次電池が損傷する場合には、損傷した二次電池だけでなく、その二次電池を含む電池モジュールの安全性にも悪影響を及ぼした。

本発明が解決しようとする課題は、パウチ型二次電池において、シール部が外部に突出する程度を緩和することで、電池モジュールの製造時に、二次電池と他の部品との干渉問題を解消することにより、電池モジュールの安全性を向上させることである。

上記目的を達成するための本発明の一側面によると、電極とセパレータが交互に配置された構造を有する電極組立体と、前記電極組立体を収容するパウチ型外装材とを含み、前記外装材は、前記電極組立体を収容する空間が形成される収容部と、前記収容部の周縁に沿って形成され、前記収容部が外部からシールされるように前記外装材のうち一部領域が互いに付着されることで形成されるシール部とを含み、前記シール部には複数の角部が形成され、前記複数の角部のうち少なくとも一つは、前記電極組立体に向かって窪んでいる窪み部と、前記窪み部に隣接して形成され、前記外装材の長さ方向と交差しながら前記窪み部に向かう斜線方向に形成される斜線部とを含むパウチ型二次電池が提供される。

前記窪み部は、前記電極組立体に向かって窪んだ曲線で形成されることができる。

前記斜線部は、直線で形成されることができる。

前記窪み部と前記斜線部は、当接していることができる。

前記窪み部の全領域は、前記斜線部の前記斜線方向を延長した仮想の線を基準に前記電極組立体と隣接した領域に配置されることができる。

前記電極組立体と電気的に連結され、前記シール部から外側に突出する電極リードをさらに含み、前記窪み部および前記斜線部は、前記電極リードの一側に形成された角部に形成されることができる。

前記窪み部は、前記シール部のうち前記電極リードが突出する領域と当接していることができる。

前記電極リードは、前記シール部のうち一側から突出する第１電極リードと、前記シール部の前記一側の反対側に形成される他側から突出する第２電極リードとを含み、前記窪み部および前記斜線部は、前記第１電極リードの一側に形成された角部および前記第２電極リードの一側に形成された角部にそれぞれ形成されることができる。窪み部および斜線部の外面が外部に露出しないようにコーティングされたコーティング部がさらに形成され得る、

上記目的を達成するための本発明の他の側面によると、前記二次電池を含む電池モジュールが提供される。

前記二次電池は、複数で備えられ、前記複数の二次電池は、前記複数の二次電池にそれぞれ形成された前記窪み部が互いに対向するように配列され、前記複数の二次電池にそれぞれ形成された前記斜線部が互いに対向するように配列されることができる。

本発明によると、パウチ型二次電池において、シール部が外部に突出する程度を緩和することで、電池モジュールの製造時に、二次電池と他の部品との干渉問題を解消することにより、電池モジュールの安全性が向上することができる。

本発明によるパウチ型二次電池の構造を図示した平面図である。 本発明によるパウチ型二次電池において、シール部の角部の様子を拡大して図示した平面図である。 本発明によるパウチ型二次電池において、コーティング部がさらに形成された状態を拡大して例示的に図示した断面図である。

以下、図面を参照して、本発明によるパウチ型二次電池および電池モジュールについて説明する。

（パウチ型二次電池）
図１は本発明によるパウチ型二次電池の構造を図示した平面図である。

図１に図示されているように、本発明によるパウチ型二次電池１０（以下、「二次電池」と称する）は、電極組立体１００と、電極組立体を収容するパウチ型外装材２００（以下、「外装材」と称する）とを含むことができる。電極組立体１００は、厚さ方向に、電極とセパレータが交互に配置された構造を有することができ、外装材２００は、薄い厚さを有するシート構造を有することができる。

電極組立体１００は、電極組立体の本体を形成する本体部１００ａと、本体部から一方向に突出する電極タブ１１０とを含むことができる。電極タブ１１０は、第１電極タブ１１２および第２電極タブ１１４を含むことができる。図１に図示されているように、本発明の一実施形態によると、第１電極タブ１１２と第２電極タブ１１４は、それぞれ、電極組立体の本体部１００ａの一側部と、一側部の反対側に形成される他側部から延びることができる。この場合、第１電極タブ１１２と第２電極タブ１１４は、本体部１００ａから互いに反対方向に延びることができる。しかし、本発明の他の実施形態によると、第１電極タブ１１２と第２電極タブ１１４は、いずれも電極組立体１００の本体部の一側部から延びることができる。この場合、第１電極タブ１１２と第２電極タブ１１４は、本体部１００ａから同じ方向に延びて互いに隣接して備えられることができる。また、第１電極タブ１１２は正極タブであってもよく、第２電極タブ１１４は負極タブであってもよい。

一方、外装材２００は、電極組立体１００を収容する空間が形成される収容部２１０と、収容部の周縁に沿って形成され、収容部が外部からシールされるように、外装材２００の一部領域が互いに付着されることで形成されるシール部２２０とを含むことができる。

次いで、図１を参照すると、本発明による二次電池１０は、電極組立体１００と電気的に連結される電極リード３００をさらに含むことができる。より詳細には、電極リード３００は、電極タブ１１０と直接連結されることで、電極組立体１００と電気的に連結されることができる。

電極リード３００は、第１電極リード３１０および第２電極リード３２０を含むことができる。第１電極リード３１０は、第１電極タブ１１２と直接連結されることができ、第２電極リード３２０は、第２電極タブ１１４と直接連結されることができる。上述のように、第１電極タブ１１２は正極タブであってもよく、第２電極タブ１１４は負極タブであってもよいため、第１電極タブ１１２と直接連結される第１電極リード３１０は、正極リードであってもよく、第２電極タブ１１４と直接連結される第２電極リード３２０は、負極リードであってもよい。

一方、図１に図示されているように、本発明によると、電極リード３００は、シール部２２０から外側に突出することができる。より詳細には、本発明の一実施形態によると、第１電極リード３１０は、シール部２２０の一側から突出することができ、第２電極リード３２０は、シール部２２０の前記一側の反対側に形成される他側から突出することができる。しかし、本発明の他の実施形態によると、第１電極リード３１０および第２電極リード３２０は、いずれもシール部２２０の一側から突出することができる。

一方、図１に図示されているように、本発明による二次電池１０において、シール部２２０には、複数の角部Ｅが形成されることができる。この際、本明細書において、「角部」とは、物体を一見した時に、物体の周縁のうち、外側に突出している領域を意味するものと定義する。図１には、二次電池１０に第１電極リード３１０および第２電極リード３２０の上下方向にそれぞれ一つずつ（すなわち、第１電極リードの上側に一つおよび下側に一つ、また、第２電極リードの上側に一つおよび下側に一つ）、計４個の角部Ｅが形成された様子が図示されている。

図２は本発明によるパウチ型二次電池において、シール部の角部の様子を拡大して図示した平面図である。

図１および図２を参照すると、複数の角部Ｅのうち少なくとも一つは、電極組立体１００に向かって窪んでいる窪み部２２２と、窪み部に隣接して形成され、外装材２００の長さ方向Ｌと交差しながら窪み部に向かう斜線方向Ｓに形成される斜線部２２４とを含むことができる。すなわち、本発明によると、斜線方向Ｓは、外装材の長さ方向Ｌに対して平行でないこともある。

この際、窪み部２２２は、図２に図示されているように、電極組立体１００に向かって窪んだ曲線で形成されることができる。しかし、窪み部２２２は、窪んだ形状を有し、且つ、直線からなることもできる。

一方、斜線部２２４は、斜線方向Ｓに沿って直線で形成されることができる。また、窪み部２２２と斜線部２２４は、当接していることができる。すなわち、窪み部２２２の一端部は、斜線部２２４の一端部と互いに連結されることができる。

より好ましくは、本発明によると、図２に図示されているように、窪み部２２２の全領域は、斜線部２２４が延びる方向である斜線方向Ｓを延長した仮想の線を基準に電極組立体１００と隣接した領域に配置されることができる。

本発明によると、二次電池１０の外装材２００のシール部２２０に斜線部２２４が形成されることから、斜線部２２４が形成されない場合と比較して、外側に突出する突出領域Ｄ（図２参照）が無くなる。

従来技術によると、パウチ型二次電池を製造する過程で、シール部に前記突出領域Ｄがともに形成され、これによって電池モジュールの組立性が低下し、安全性も低下する問題があった。すなわち、電池モジュールを製造する過程で、シール部に形成される突出領域Ｄと電池モジュールの他の部品との間に干渉現象が生じ、シール部が折れるか、二次電池が損傷する問題が発生した。これは、電池モジュールの安全性にも悪影響を及ぼした。

しかし、本発明によると、従来、シール部に存在していた突出領域Ｄが除去されることで、突出領域Ｄが存在することから発生していた前記問題点を解消することができる。

一方、本発明によると、シール部２２０に形成される窪み部２２２および斜線部２２４は、図１および図２に図示されているように、電極リード３００の一側に形成された角部に形成されることができる。より好ましくは、窪み部２２２は、シール部２２０のうち、電極リード３００が突出する領域と当接していることができる。

また、本発明によると、窪み部２２２および斜線部２２４は、第１電極リード３１０の一側に形成された角部および第２電極リード３２０の一側に形成された角部にそれぞれ形成されることができる。図１には、第１電極リード３１０の下側および第２電極リード３２０の下側にそれぞれ一つずつ形成された角部に窪み部２２２および斜線部２２４が形成された様子が図示されている。

図３は本発明によるパウチ型二次電池において、コーティング部がさらに形成された状態を拡大して例示的に図示した断面図である。

図１～図３を参照すると、本発明によるパウチ型二次電池１０の外装材２００は、例えば、アルミニウムシートＬ１と、アルミニウムシートＬ１の両面側に位置した保護層Ｌ２とを含むことができる。この際、保護層Ｌ２は、樹脂を含むか、樹脂およびナイロンを含むことができる。ここで、保護層Ｌ２は、例えば、一つ以上の層で形成されることができる。また、外装材２００は、上部ケースおよび下部ケースを含み、上部ケース２００ａおよび下部ケース２００ｂの外周面を加圧して、熱融着により、シール部２２０を形成してシールすることができる。

一方、本発明によるパウチ型二次電池１０は、さらなる例として、窪み部２２２および斜線部２２４を包むようにコーティングされたコーティング部２３０がさらに形成されることができる。

すなわち、コーティング部２３０は、窪み部２２２および斜線部２２４の外面が外部に露出しないようにコーティングされることができる。

これにより、外装材２００のシール部２２０に窪み部２２２および斜線部２２４をカットして形成する時に、コーティング部２３０を介して外装材２００のアルミニウムシートＬ１の端部が外部に露出して通電する問題を防止することができる。または、窪み部２２２および斜線部２２４をコーティング部２３０が外力によって損傷するか、二次電池１０の窪み部２２２および斜線部２２４の角部によって他の部品が損傷することを防止することができる。

この際、コーティング部２３０は、絶縁材料を含むことができる。ここで、コーティング部２３０は、例えば、シリコンを含むことができる。すなわち、コーティング部２３０が耐熱性、耐薬品性、絶縁性、防水性が相当優れた材料であるシリコンを含み、アルミニウムシートＬ１の端部が外部に露出して通電することを防止し、二次電池１０の発熱時に損傷または溶解されず、窪み部２２２および斜線部２２４を外部環境から保護することができる。

この際、窪み部２２２が、例えば、ジグザグ状の直線からなり多数の曲がり部（bent portion）を形成する時に、コーティング部２３０を介して外部環境による多数の曲がり部の損傷を防止することができる。しかし、本発明の窪み部２２２が、必ずしもジグザグ状の直線からなることに限定されるものではない。

（電池モジュール）
本発明による電池モジュールには、上述の二次電池１０が複数で備えられることができる。二次電池１０に関する説明は上述の内容のとおりである。

一方、本発明によると、電池モジュールを構成する複数の二次電池１０は、複数の二次電池にそれぞれ形成された窪み部２２２が互いに対向するように配列されることができ、複数の二次電池にそれぞれ形成された斜線部２２４も互いに対向するように配列されることができる。したがって、本発明による電池モジュールの場合、従来技術と比較して、斜線部２２４によって形成される空き空間がさらに確保されることができるため、電池モジュール内の二次電池と他の部品との干渉を防止することができ、電池モジュールの空間活用性が増大することができる。

以上、本発明は、限定された実施形態と図面によって説明しているが、本発明はこれによって限定されず、本発明が属する技術分野において通常の知識を有する者により、本発明の技術思想と以下に記載する特許請求の範囲の均等範囲内で様々な実施が可能であることは言うまでもない。

１０ 二次電池
１００ 電極組立体
１００ａ 本体部
１１０ 電極タブ
１１２ 第１電極タブ
１１４ 第２電極タブ
２００ 外装材
２１０ 収容部
２２０ シール部
２２２ 窪み部
２２４ 斜線部
２３０ コーティング部
３００ 電極リード
３１０ 第１電極リード
３２０ 第２電極リード
Ｄ 突出領域
Ｅ シール部の角部
Ｌ 外装材の長さ方向
Ｓ 斜線方向

Claims (11)

1. 電極とセパレータが交互に配置された構造を有する電極組立体と、
   前記電極組立体を収容するパウチ型外装材とを含み、
   前記外装材は、
   前記電極組立体を収容する空間が形成される収容部と、
   前記収容部の周縁に沿って形成され、前記収容部が外部からシールされるように前記外装材のうち一部領域が互いに付着されることで形成されるシール部とを含み、
   前記シール部には複数の角部が形成され、
   前記複数の角部のうち少なくとも一つは、
   前記電極組立体に向かって窪んでいる窪み部と、
   前記窪み部に隣接して形成され、前記外装材の長さ方向と交差しながら前記窪み部に向かう斜線方向に形成される斜線部とを含む、パウチ型二次電池。
2. 前記窪み部は、前記電極組立体に向かって窪んだ曲線で形成される、請求項１に記載のパウチ型二次電池。
3. 前記斜線部は、直線で形成される、請求項２に記載のパウチ型二次電池。
4. 前記窪み部と前記斜線部は、当接している、請求項３に記載のパウチ型二次電池。
5. 前記窪み部の全領域は、前記斜線部の前記斜線方向を延長した仮想の線を基準に前記電極組立体と隣接した領域に配置される、請求項１～４の何れか一項に記載のパウチ型二次電池。
6. 前記電極組立体と電気的に連結され、前記シール部から外側に突出する電極リードをさらに含み、
   前記窪み部および前記斜線部は、前記電極リードの一側に形成された角部に形成される、請求項１～５の何れか一項に記載のパウチ型二次電池。
7. 前記窪み部は、前記シール部のうち前記電極リードが突出する領域と当接している、請求項６に記載のパウチ型二次電池。
8. 前記電極リードは、
   前記シール部のうち一側から突出する第１電極リードと、
   前記シール部の前記一側の反対側に形成される他側から突出する第２電極リードとを含み、
   前記窪み部および前記斜線部は、前記第１電極リードの一側に形成された角部および前記第２電極リードの一側に形成された角部にそれぞれ形成される、請求項６に記載のパウチ型二次電池。
9. 前記窪み部および前記斜線部の外面が外部に露出しないようにコーティングされたコーティング部がさらに形成される、請求項１～８の何れか一項に記載のパウチ型二次電池。
10. 請求項１～９の何れか一項に記載の二次電池を含む、電池モジュール。
11. 前記二次電池は、複数で備えられ、
    前記複数の二次電池は、
    前記複数の二次電池にそれぞれ形成された前記窪み部が互いに対向するように配列され、
    前記複数の二次電池にそれぞれ形成された前記斜線部が互いに対向するように配列される、請求項１０に記載の電池モジュール。

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