KR101068618B1 - 안전성이 향상된 파우치형 이차전지 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 양극과 음극이 분리막으로 절연되어 형성된 전극조립체, 상기 전극조립체로부터 연장된 전극 탭, 상기 전극 탭에 연결된 전극 리드, 및 상기 전극조립체를 수용하는 파우치형 전지케이스를 포함하는 파우치형 이차전지에 있어서, 상기 파우치형 전지케이스는 전극조립체, 상기 전극 탭과 전극 리드가 연결되는 웰딩부위를 거쳐 리드 필름과 파우치가 접착되는 부위까지 연장되어 단계적으로 포밍됨으로써 전극 리드와 전극 탭 용접부위가 상대적으로 두꺼움에도 불구하고 파우치 포밍없이 사용함에 따라 절연이 파괴되는 문제를 효과적으로 방지할 수 있어 전지 안전성을 향상시킬 수 있다.
파우치전지*전극탭*전극리드*파우치포밍*연장*절연*단락방지
Description
본 발명은 상대적으로 두께가 두꺼운 전극 탭과 리드부의 웰딩 부위를 거쳐 리드 필름과 파우치가 접착되는 위치까지 연장되어 파우치 포밍을 함으로써 절연이 파괴되지 않아 안전성이 향상된 파우치형 이차전지를 제공한다.
비디오 카메라, 휴대용 전화, 휴대용 PC와 같은 휴대용 무선 기기가 경량화 및 고기능화 됨에 따라 에너지원으로서 이차전지의 수요가 급격히 증가하고 있으며, 그러한 이차전지 중 높은 에너지 밀도와 방전 전압을 가지는 리튬 이차전지에 대한 연구가 활발하게 이루어지고 있으며, 또한 상용화되어 널리 사용되고 있다.
이차전지는 화석 연료를 사용하는 기존의 가솔린 차량, 디젤 차량 등의 대기오염 등을 해결하기 위한 방안으로 제시되고 있는 전기자동차(EV), 하이브리드 전기자동차(HEV) 등의 동력원으로서도 주목받고 있다.
대표적으로 전지의 형상 면에서는 얇은 두께로 휴대폰 등과 같은 제품들에 적용될 수 있는 각형 이차전지와 파우치형 이차전지에 대한 수요가 높고, 재료 면 에서는 높은 에너지 밀도, 방전 전압, 출력 안정성 등의 장점을 가진 리튬이온 전지, 리튬이온 폴리머 전지 등과 같은 리튬 이차전지에 대한 수요가 높다.
또한, 이차전지는 양극/분리막/음극 구조의 전극조립체가 어떠한 구조로 이루어져 있는지에 따라 분류되기도 하는 바, 대표적으로는, 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 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 있고 또한 그것의 사용량이 점차적으로 증가하고 있다.
도 1에는 종래의 대표적인 파우치형 이차전지의 일반적인 구조가 분해 사시도로서 모식적으로 도시되어 있다. 도 1을 참조하면, 파우치형 이차전지는, 전극조립체(30), 상기 전극조립체(30)로부터 연장되어 있는 전극탭들(40, 50), 상기 전극탭들(40, 50)에 용접되어 있는 전극리드(60, 70), 절연 필름(80) 및 상기 전극조립체(30)를 수용하는 파우치형 외장재인 전지케이스(20)를 포함하는 것으로 구성되어 있다.
상기 전극조립체(30)는 분리막이 개재된 상태에서 양극과 음극이 순차적으로 적층되어 있는 발전소자로서, 스택형 또는 스택/폴딩형 구조로 이루어져 있다. 전극탭들(40, 50)은 전극조립체(30)의 각 극판으로부터 연장되어 있고, 전극리드(60, 70)는 각 극판으로부터 연장된 복수 개의 전극탭들(40, 50)과, 예를 들어, 용접에 의해 각각 전기적으로 연결되어 있으며, 전지케이스(20)의 외부로 일부가 노출되어 있다. 또한, 전극리드(60, 70)의 상하면 일부에는 전지케이스(20)와의 밀봉도를 높이고 동시에 전기적 절연상태를 확보하기 위하여 절연필름(80)이 부착되어 있다.
상기 파우치형 전지케이스(20)는 알루미늄 라미네이트 시트로 이루어져 있고, 전극조립체(30)를 수용할 수 있는 공간을 제공하며, 전체적으로 파우치 형상을 가지고 있다. 도 1에서와 같은 적층형 전극조립체(30)의 경우, 다수의 양극 탭들(40)과 다수의 음극 탭들(50)이 전극리드(60, 70)에 함께 결합될 수 있도록, 전지케이스(20) 내부 상단은 전극조립체(30)로부터 소정의 길이로 이격되어 있다.
지금까지의 파우치 전지는 다음 도 2에서와 같이, 전극 조립체(30)를 포함하는 부위가 연장되는 평평한 부위(L1)와 상대적으로 두께가 두꺼워지는 전극 탭(40)과 전극 리드(50)가 만나는 부위(L2)에 걸쳐 일체형으로 형성되는 것이 일반적이었다. 또한, 리드 필름(80)을 거쳐 단부가 노출된 전극 탭(61)이 있는 위치(L3)까지는 실제적으로 파우치 포밍이 이루어지지 않은 채로 연결되어 절연이 파괴되어 전지 안전성에 문제가 있었다. 즉, 전극조립체와 전극 리드 탭이 연결되는 부위의 두께에 대한 고려없이 파우치 포밍이 이루어져 왔다.
상기 도 1의 이차전지에서 양극 탭들이 밀집된 형태로 결합되어 양극리드에 연결되어 있는 파우치 형태의 케이스 내부 상단의 부분 확대도가 도시된 다음 도 3을 참조하여 이를 구체적으로 살피면, 전극조립체(30)의 양극 집전체(41)로부터 연장되어 돌출되어 있는 다수의 양극 탭들(40)은, 예를 들어, 용접에 의해 일체로 결합된 용착부의 형태로 양극리드(60)에 연결된다. 이러한 양극리드(60)는 양극 탭 용착부가 연결되어 있는 대향 단부(61)가 노출된 상태로 파우치형 케이스(20)에 의해 밀봉된다. 다수의 양극 탭들(40)이 일체로 결합되어 용착부를 형성함으로 인해, 파우치형 케이스(20)의 내부 상단은 전극조립체(30)의 상단 면으로부터 소정의 길이로 이격되어 있고, 용착부의 양극 탭들(40)은 대략 V자 형상으로 절곡되어 있다. 통상, 이러한 전극 탭들과 전극리드의 결합부위를 "V-포밍(V-forming)" 부위로 칭하기도 한다.
그러나, 이러한 V-포밍 부위는 전지가 그것의 상단, 즉 양극리드(60) 쪽으로 낙하되거나 전지의 상단에 물리적인 외력이 가해지는 경우에, 전극조립체(30)가 전지케이스(20)의 내면 상단으로 이동되거나 또는 상단이 짓눌려져서, 전극조립체(30)의 음극(도시하지 않음)이 양극 탭(40) 또는 양극리드(61)와 접촉되어 내부단락을 유발할 수 있으므로, 전지의 안전성에 문제가 있다.
또한, 상기 전극 탭과 전극 리드부가 웰딩되는 부분은 상대적으로 두꺼움에도 불구하고, 종래에는 별도의 파우치 포밍이 이루어지지 않고 사용되어 왔기 때문에 전기 절연의 문제가 있었고, 리드 필름(80)을 거쳐 단부가 노출된 전극 탭(61)이 있는 위치(L3)까지, 즉 리드 필름과 파우치가 접착되는 위치까지는 실제적으로 파우치 포밍이 이루어지지 않은 채로 연결되어 절연이 파괴되어 전지 안전성에 문제가 있었다.
이러한 전지의 내부단락을 방지하기 위한 기술로서, 일본 특허출원공개 제2001-052659호는 전극 단자부를 수용한 부분의 외장 용기의 깊이를 전극조립체를 수용한 부분으로부터 바깥쪽으로 점차 좁게 형성하는 것을 특징으로 하는 적층형 폴리머 전해질 전지를 개시하고 있다. 그러나, 상기 기술은 전지가 반복적인 충방전을 거치면서 전지케이스의 팽창 및 수축에 의해 전극조립체와 전지케이스의 접촉부위가 느슨해지게 되는데, 이러한 상태에서 외부 충격이 인가되었을 때, 재차 단락이 발생할 수 있는 문제가 있다.
또한, 한국 공개특허 2008-41113호에서는 다음 도 4에서 보는 바와 같이 전극탭과 전극리드의 연결을 위한 전극조립체(300)와 전지케이스 수납부(230)의 상단 이격 공간에서 반복적인 충방전시 수납부에 장착된 전극조립체의 상향 이동을 방지하도록, 상기 전지케이스는 전극조립체상단을 소정의 폭(H)으로 가압하는 형태로 멀티-포밍(A)되어 있는 전지를 제시하고 있다. 상기 특허에서는, 전극조립체가 밀려나오지 않도록 파우치 포밍의 각도를 다르게 설계한 전지로서, 이는 모서리부에 충격이 가해지는 경우 발생하는 단락을 방지할 수 있는 구조이나, 여전히 전극 탭과 전극 리드가 연결되는 부위(B 부분)는 상대적으로 두꺼우나 이를 고려하지 않고 그대로 사용함으로 전극 탭과 전극 리드 부위가 맞닿은 부위의 절연이 파괴되어 안전성이 떨어지는 문제는 해결할 수 없다.
따라서, 본 발명에서는 통상의 파우치 전지에서 전극조립체를 수납하는 파우치 포밍이 전극조립체 자체의 두께와, 전극 탭과 리드가 연결되어 상대적으로 두께가 두꺼운 부위를 고려하지 않고 일체형으로 하는 등으로 인해 효과적으로 이루어져 있지 않아 절연이 파괴되는 문제를 해결하고자 한 것이다.
따라서, 본 발명의 목적은 파우치 포밍을 전극 탭과 리드가 웰딩되는 부위 및 리드 필름과 파우치가 접착되는 위치까지 그 두께를 고려하여 연장시킴으로써 절연 특성을 향상시킬 수 있는 파우치형 이차 전지를 제공하는 데 있다.
본 발명에서는 통상의 파우치 전지에서 파우치형 상부케이스와 하부케이스를 전극조립체 부분과, 전극조립체의 폴딩부와 전극 탭이 만나는 웰딩부위, 리드 필름과 파우치가 접착되는 위치까지 상이한 두께를 고려하여 계단식으로 파우치 포밍을 연장시킴으로써 상기와 같은 문제를 해결할 수 있게 되었다.
본 발명과 같이 파우치 전지를 포밍할 때 전극조립체 부분과, 전극탭과 리드부가 연결되어 상대적으로 두꺼운 웰딩 부위와, 이로부터 연결되는 리드 필름과 전극 탭의 두께 차이를 고려하여 계단식으로 파우치 포밍을 수행함으로써, 이를 고려하지 않아 종래 파우치 전지에서 절연이 파괴되는 문제를 효과적으로 방지할 수 있어 전지 안전성을 향상시킬 수 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 파우치형 이차전지는 양극과 음극이 분리막으로 절연되어 형성된 전극조립체, 상기 전극조립체로부터 연장된 전극 탭, 상기 전극 탭에 연결된 전극 리드, 및 상기 전극조립체를 수용하는 파우치형 전지케이스를 포함하는 파우치형 이차전지에 있어서,
상기 파우치형 전지케이스는 전극조립체, 상기 전극 탭과 전극 리드가 연결되는 웰딩부위를 거쳐 리드 필름과 파우치가 접착되는 부위까지 연장되어 단계적으로 포밍되는 것을 특징으로 한다.
이하에서 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 더욱 상세하게 설명하면 다음과 같다. 이는 본 발명의 더욱 용이한 이해를 위한 것으로, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.
다음 도 5는 본 발명에 따라 단계적으로 파우치 포밍이 형성된 파우치형 이차전지를 나타낸 것이다.
상세히 살피면, 양극과 음극이 분리막으로 절연되어 형성된 전극조립체(230), 상기 전극조립체(230)로부터 연장되어 있는 양극 및 음극 탭들(240, 하나의 탭만 도시됨), 상기 양극 및 음극 탭들에 용접되어 있는 전극 리드(260), 및 상기 전극조립체(230)를 수용하는 파우치형 전지케이스(220)를 포함하는 것으로 구성 되어 있다.
상기 전극조립체(230)는 분리막이 개재된 상태에서 양극과 음극이 순차적으로 적층되어 있는 발전소자로서, 스택형 또는 스택/폴딩형 구조일 수 있으나 특별히 한정되지 않는다.
양극 및 음극 탭들(240)은 전극조립체의 각 극판으로부터 연장되어 있고, 전극리드(260)는 각 극판으로부터 연장된 복수 개의 양극 및 음극 탭들과, 예를 들어, 용접에 의해 각각 전기적으로 연결되어 있으며, 전지케이스의 외부로 일부(261)가 노출되어 있다.
또한, 파우치형 케이스 본체(220)의 잉여부와 커버가 열융착기에 의해 열융착될 때 그러한 열융착기와 전극리드(260) 간에 쇼트가 발생하는 것을 방지하고 전극리드(260)와 전지케이스(220)와의 밀봉성을 확보하기 위하여, 전극리드(260)의 상하면에 절연필름(280)이 부착될 수도 있다.
상기 파우치형 케이스(220)는 일반적으로 알루미늄 라미네이트 시트로 이루어져 있고, 상기 도 1에서 도식된 바와 같이 상기 전극조립체(30)가 안착될 수 있는 오목한 형상의 수납부를 포함하는 케이스 본체와 그러한 본체에 일체로서 연결되어 있는 덮개로 이루어져 있다.
본 발명에서는, 도 5에서와 같이 파우치 포밍을 전극조립체(230)가 위치하는 부분(La)은 물론이고, 전극조립체로부터 연장된 전극 탭들(240)과 전극 리드(260)가 연결되는 웰딩 부위(Lb), 및 리드 필름과 파우치가 접착되는 부분(Lc)까지 연장시키되, 이를 두께의 차이를 감안하여 계단식으로 단계적으로 구성한 데 특징이 있 다.
종래에는 상기 도 1에서와 같이, 전극조립체(30)와 이로부터 연장된 전극 탭들(40, 50)과 전극 리드(60,70)가 연결되는 웰딩부위를 거쳐 리드 필름(80)까지 일체형으로 이루어진 파우치 케이스의 덮개(20)를 파우치형 수납부에 열융착시켜 실질적으로 두께 차이를 고려하지 않고 하나의 층으로 이루어진 일자형으로 파우치 포밍을 수행하였다.
그러나, 본 발명에서는 다음 도 6에서와 같이 전극조립체 부분, 전극 탭과 리드부가 연결되어 상대적으로 두께가 두꺼운 웰딩 부위를 거쳐 리드 필름과 파우치가 접착되는 위치까지 두께에 따라 계단식으로 이루어지도록 함으로써 상기 전극 탭과 전극 리드부위의 절연이 파괴되는 문제를 해결할 수 있어 전지 안전성을 향상시킬 수 있다.
또한, 상기 전극 탭과 전극 리드부가 연결되는 부위를 파우치 포밍함으로써 상기 전극 탭과 전극 리드부가 접하는 부위를 압박하게 됨으로써, 상기 접점에서의 두께를 최소화시킬 수 있어 상대적으로 두께가 두꺼운 문제를 해결할 수 있다.
또한, 리드 필름부를 거쳐 전극 리드가 노출되기 전까지, 즉 리드 필름과 파우치가 접착되는 부분까지를 파우치 포밍시킴으로써 고용량, 고출력 배터리로 적용됨에 따른 리드가 두꺼워 지고, 그에 따라 미리 포밍함으로써 리드 필름과 파우치 실링시 생기는 주름 문제 등을 해결할 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 전극 조립체는 양극활물질을 포함하는 양극과, 음극활물질을 포함하는 음극, 및 분리막으로 구성된 것이다.
구체적으로 양극은, 예를 들어, 양극 집전체 상에 양극 활물질, 도전제 및 결착제의 혼합물을 도포한 후 건조하여 제조되며, 필요에 따라서는, 상기 혼합물에 충진제를 더 첨가하기도 한다.
본 발명에 따른 양극 활물질은 리튬 코발트 산화물(LiCoO2), 리튬 니켈 산화물(LiNiO2) 등의 층상 화합물이나 하나 또는 그 이상의 전이금속으로 치환된 화합물; 화학식 Li1+xMn2-xO4 (여기서, x 는 0 ~ 0.33 임), LiMnO3, LiMn2O3, LiMnO2 등의 리튬망간 산화물(LiMnO2); 리튬 동 산화물(Li2CuO2); LiV3O8, LiFe3O4, V2O5, Cu2V2O7 등의 바나듐 산화물; 화학식 LiNi1-xMxO2 (여기서, M = Co, Mn, Al, Cu, Fe, Mg, B 또는 Ga 이고, x = 0.01 ~ 0.3 임)으로 표현되는 니켈 사이트형 리튬 니켈 산화물(lithiated nickel oxide); 화학식 LiMn2-xMxO2 (여기서, M = Co, Ni, Fe, Cr, Zn 또는 Ta 이고, x = 0.01 ~ 0.1임) 또는 Li2Mn3MO8 (여기서, M = Fe, Co, Ni, Cu 또는 Zn 임)로 표현되는 리튬 망간 복합 산화물; 화학식의 리튬 일부가 알칼리토금속 이온으로 치환된 LiMn2O4; 디설파이드 화합물; Fe2(MoO4)3 또는 이들의 조합에 의해 형성되는 복합 산화물 등과 같이 리튬 흡착 물질(lithium intercalation material)을 주성분으로 하는 화합물과 혼합 사용할 수 있다.
상기 양극 집전체는 일반적으로 3 내지 500 ㎛의 두께로 만든다. 이러한 양극 집전체는, 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 높은 도전성을 가지는 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 스테인리스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소, 또는 알루미늄이나 스테인리스 스틸의 표면에 카본, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면처리한 것 등이 사용될 수 있다. 집전체는 그것의 표면에 미세한 요철을 형성하여 양극 활물질의 접착력을 높일 수도 있으며, 필름, 시트, 호일, 네트, 다공질체, 발포체, 부직포체 등 다양한 형태가 가능하다.
상기 도전제는 통상적으로 양극 활물질을 포함한 혼합물 전체 중량을 기준으로 1 내지 50 중량%로 첨가된다. 이러한 도전제는 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 천연 흑연이나 인조 흑연 등의 흑연; 카본블랙, 아세틸렌 블랙, 케첸 블랙, 채널 블랙, 퍼네이스 블랙, 램프 블랙, 서머 블랙 등의 카본블랙; 탄소 섬유나 금속 섬유 등의 도전성 섬유; 불화 카본, 알루미늄, 니켈 분말 등의 금속 분말; 산화아연, 티탄산칼륨 등의 도전성 위스키; 산화 티탄 등의 도전성 산화물; 폴리페닐렌 유도체 등의 도전성 소재 등이 사용될 수 있다.
상기 결착제는 활물질과 도전제 등의 결합과 집전체에 대한 결합에 조력하는 성분으로서, 통상적으로 양극 활물질을 포함하는 혼합물 전체 중량을 기준으로 1 내지 50 중량%로 첨가된다. 이러한 결착제의 예로는, 폴리불화비닐리덴, 폴리비닐알코올, 카르복시메틸셀룰로우즈(CMC), 전분, 히드록시프로필셀룰로우즈, 재생 셀룰로우즈, 폴리비닐피롤리돈, 테트라플루오로에틸렌, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 에틸렌-프로필렌-디엔 테르 폴리머(EPDM), 술폰화 EPDM, 스티렌 브티렌 고무, 불소 고무, 다양한 공중합체 등을 들 수 있다.
상기 충진제는 양극의 팽창을 억제하는 성분으로서 선택적으로 사용되며, 당 해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 섬유상 재료라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등의 올리핀계 중합체; 유리섬유, 탄소섬유 등의 섬유상 물질이 사용된다.
또한, 음극은 음극 집전체 상에 음극 재료를 도포, 건조하여 제작되며, 필요에 따라, 앞서 설명한 바와 같은 성분들이 더 포함될 수도 있다.
상기 음극 집전체는 일반적으로 3 내지 500 ㎛의 두께로 만들어진다. 이러한 음극 집전체는, 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 구리, 스테인리스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소, 구리나 스테인리스 스틸의 표면에 카본, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면처리한 것, 알루미늄-카드뮴 합금 등이 사용될 수 있다. 또한, 양극 집전체와 마찬가지로, 표면에 미세한 요철을 형성하여 음극 활물질의 결합력을 강화시킬 수도 있으며, 필름, 시트, 호일, 네트, 다공질체, 발포체, 부직포체 등 다양한 형태로 사용될 수 있다.
상기 음극 재료는 비정질 카본 또는 정질 카본을 포함하며, 구체적으로는 난흑연화 탄소, 흑연계 탄소 등의 탄소; LixFe2O3(0≤x≤1), LixWO2(0≤x≤1), SnxMe1-xMe'yOz (Me: Mn, Fe, Pb, Ge; Me': Al, B, P, Si, 주기율표의 1족, 2족, 3족 원소, 할로겐; 0<x≤1; 1≤y≤3; 1≤z≤8) 등의 금속 복합 산화물; 리튬 금속; 리튬 합금; 규소계 합금; 주석계 합금; SnO, SnO2, PbO, PbO2, Pb2O3, Pb3O4, Sb2O3, Sb2O4, Sb2O5, GeO, GeO2, Bi2O3, Bi2O4, and Bi2O5 등의 산화물; 폴리아세틸렌 등의 도전성 고분자; Li-Co-Ni계 재료 등을 사용할 수 있다.
상기 양극과 음극 사이에서 상기 전극들을 절연시키는 분리막으로는 통상 알려진 폴리올레핀계 분리막이나, 상기 올레핀계 기재에 유,무기 복합층이 형성된 복합 분리막 등을 모두 사용할 수 있으며, 특별히 한정되지 않는다.
상기와 같은 구조로 이루어진 전극집전체를 파우치 외장재에 수납한 다음, 전해액을 주입하여 전지를 제조한다.
본 발명에 따른 전해액은 리튬염 함유 비수계 전해질로서, 이는 비수 전해질과 리튬으로 이루어져 있다. 비수 전해질로는 비수 전해액, 고체 전해질, 무기 고체 전해질 등이 사용된다.
상기 비수 전해액으로는, 예를 들어, N-메틸-2-피롤리디논, 프로필렌 카르보네이트, 에틸렌 카르보네이트, 부틸렌 카르보네이트, 디메틸 카르보네이트, 디에틸 카르보네이트, 감마-부틸로 락톤, 1,2-디메톡시 에탄, 테트라히드록시 프랑
(franc), 2-메틸 테트라하이드로푸란, 디메틸술폭시드, 1,3-디옥소런, 포름아미드, 디메틸포름아미드, 디옥소런, 아세토니트릴, 니트로메탄, 포름산 메틸, 초산메틸, 인산 트리에스테르, 트리메톡시 메탄, 디옥소런 유도체, 설포란, 메틸 설포란, 1,3-디메틸-2-이미다졸리디논, 프로필렌 카르보네이트 유도체, 테트라하이드로푸란 유도체, 에테르, 피로피온산 메틸, 프로피온산 에틸 등의 비양자성 유기용매가 사용될 수 있다.
상기 유기 고체 전해질로는, 예를 들어, 폴리에틸렌 유도체, 폴리에틸렌 옥사이드 유도체, 폴리프로필렌 옥사이드 유도체, 인산 에스테르 폴리머, 폴리 에지 테이션 리신(agitation lysine), 폴리에스테르 술파이드, 폴리비닐 알코올, 폴리 불화 비닐리덴, 이온성 해리기를 포함하는 중합체 등이 사용될 수 있다.
상기 무기 고체 전해질로는, 예를 들어, Li3N, LiI, Li5NI2, Li3N-LiI-LiOH, LiSiO4, LiSiO4-LiI-LiOH, Li2SiS3, Li4SiO4, Li4SiO4-LiI-LiOH, Li3PO4-Li2S-SiS2 등의 Li의 질화물, 할로겐화물, 황산염 등이 사용될 수 있다.
상기 리튬염은 상기 비수계 전해질에 용해되기 좋은 물질로서, 예를 들어, LiCl, LiBr, LiI, LiClO4, LiBF4, LiB10Cl10, LiPF6, LiCF3SO3, LiCF3CO2, LiAsF6, LiSbF6, LiAlCl4, CH3SO3Li, CF3SO3Li, (CF3SO2)2NLi, 클로로 보란 리튬, 저급 지방족 카르본산 리튬, 4-페닐 붕산 리튬, 이미드 등이 사용될 수 있다.
또한, 비수계 전해질에는 충방전 특성, 난연성 등의 개선을 목적으로, 예를 들어, 피리딘, 트리에틸포스파이트, 트리에탄올아민, 환상 에테르, 에틸렌 디아민, n-글라임(glyme), 헥사 인산 트리 아미드, 니트로벤젠 유도체, 유황, 퀴논 이민 염료, N-치환 옥사졸리디논, N,N-치환 이미다졸리딘, 에틸렌 글리콜 디알킬 에테르, 암모늄염, 피롤, 2-메톡시 에탄올, 삼염화 알루미늄 등이 첨가될 수도 있다. 경우에 따라서는, 불연성을 부여하기 위하여, 사염화탄소, 삼불화에틸렌 등의 할로겐 함유 용매를 더 포함시킬 수도 있고, 고온 보존 특성을 향상시키기 위하여 이산화탄산 가스를 더 포함시킬 수도 있다.
파우치 외장재는 통상 열융착층/알루미뉴층(금속층)/외부층의 구조로 이루어져 있으며, 상기 열융착층과 금속층 사이, 및 상기 금속층과 외부층 사이에는 강도 와 내열성 향상을 위하여 다수의 고분자층을 더 포함하기도 한다.
상기 외장재의 구체적인 구성의 예를 들면, 외부층/금속층/열융착층=Ny/Al/CPP, PET/Al/CPP, PET/Al/PET/CPP, PET/Ny/Al/CPP, PET/Ny/Al/Ny/CPP, PET/Ny/Al/Ny/PE, Ny/PE/Al/LLDPE, PET/PE/Al/PET/LDPE 또는 PET/Ny/Al/LDPE/CPP로 할 수 있다. 또한 여기서 상술한 바와 같이 금속층으로서는 알루미늄 이외의 금속을 채용할 수가 있음은 물론이다.
상기 파우치 외장재를 구성하는 금속층은 파우치 외장재의 강도 향상 외에, 수분, 산소, 빛의 진입을 막아 내용물을 보호하는 가장 중요한 역할을 담당하고 있으며, 스테인레스 또는 니켈 도금을 실시한 철 등을 재료로서 적절하게 이용할 수 있지만, 경량성, 신장성, 가격 및 가공의 용이성 면에서 알루미늄(Al)이 가장 바람직하다.
한편, 상기와 같은 파우치형 이차전지는 리튬이차전지인 것이 바람직하나, 이에 한정되지 않으며, 상기와 같은 파우치형 이차전지를 다수개 연결하여 고출력 대용량의 중대형 전지팩에 사용 가능하다.
도 1은 통상 파우치형 이차전지의 사시도이고,
도 2는 도 1의 이차전지에서 양극 탭들이 밀집된 형태로 결합되어 양극리드에 연결되어 있는 전지케이스 내부 상단의 부분 확대도이고,
도 3은 종래 파우치 전지에서 파우치 포밍 부위를 나타낸 것이고,
도 4는 종래 기술의 일 실시예에 따른 파우치 포밍을 나타낸 것이고,
도 5와 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 연장된 파우치 포밍을 나타낸 것이다.
Claims (7)
- 양극과 음극이 분리막으로 절연되어 형성된 전극조립체, 상기 전극조립체로부터 연장된 전극 탭, 상기 전극 탭에 연결된 전극 리드, 및 상기 전극조립체를 수용하는 파우치형 전지케이스를 포함하는 파우치형 이차전지에 있어서,상기 파우치형 전지케이스는 전극조립체, 상기 전극 탭과 전극 리드가 연결되는 웰딩부위를 거쳐 리드 필름과 파우치가 접착되는 부위까지 연장되어 단계적으로 단차지게 포밍되는 것을 특징으로 하는 파우치형 이차 전지.
- 제 1항에 있어서, 상기 파우치 포밍은 상기 전극 탭과 전극 리드부가 연결되는 웰딩 부위의 두께를 최소화시킬 수 있는 것임을 특징으로 하는 파우치형 이차전지.
- 제 1항에 있어서, 상기 리드 필름과 파우치가 접착되는 부분은 전극 리드가 노출되기 전까지의 부분인 것을 특징으로 하는 파우치형 이차전지.
- 제 1항에 있어서, 상기 파우치는 수지층과 금속층을 포함하는 라미네이트 시 트로 이루어진 것을 특징으로 하는 파우치형 이차전지.
- 제 1항에 있어서, 상기 전극조립체는 스택형 또는 스택/폴딩형 구조인 것을 특징으로 하는 파우치형 이차전지.
- 제 1항에 있어서, 상기 전지는 리튬 이차전지인 것을 특징으로 하는 파우치형 이차전지.
- 제 1항 내지 제 6항 중 어느 한 항에 따른 이차전지를 포함하고 있는 고출력 대용량의 중대형 전지팩.
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