KR101539829B1

KR101539829B1 - 지지부재를 포함하는 2차 전지

Info

Publication number: KR101539829B1
Application number: KR1020120157453A
Authority: KR
Inventors: 윤성한; 권성진; 김영훈; 안순호; 김동명; 김기웅; 류승민
Original assignee: 주식회사 엘지화학
Priority date: 2012-12-28
Filing date: 2012-12-28
Publication date: 2015-07-28
Also published as: KR20140087364A

Abstract

본 발명은 2차 전지용 파우치 외장재 내에 음극 전류 집전체의 적어도 일면에 음극 활물질이 코팅된 음극판 및 음극 전극탭을 포함하는 음극, 양극 전류 집전체의 적어도 일면에 양극 활물질이 코팅된 양극판 및 양극 전극탭을 포함하는 양극, 및 상기 음극과 양극 사이에 개재된 분리막을 포함하는 유닛셀이 1 또는 2 이상 포함된 전극 조립체; 상기 음극 및 양극의 전극 탭이 분리되어 관통하는 2개의 홈을 가지며, 상기 전극 조립체와 인접하여 파우치 외형을 평면으로 유지하는 지지부재; 및 전해액이 내장된 파우치형 2차 전지 및 상기 파우치형 2차 전지를 포함하는 디바이스를 제공한다.
본 발명에 따르면, 파우치형 2차 전지 내부의 빈 공간(void space)에 실리콘 또는 내열성 플라스틱 재질의 지지부재를 삽입함으로써, 파우치 외형이 평면을 유지하도록 지지하여 외관 불량이 발생하는 것을 방지함과 동시에, 폴디드 셀이 전극 탭 또는 V-폼부와 접촉하여 발생하는 내부 단락을 방지하여 안전성을 향상시킬 수 있다.

Description

지지부재를 포함하는 2차 전지 {Secondary battery including support means}

본 발명은 지지부재를 포함하는 2차 전지에 관한 것이다.

2차 전지(secondary battery)는 충전이 불가능한 일차전지와는 달리 충전 및 방전이 가능한 전지로써, 그 사용범위는 휴대가 가능한 소형 전자기기에서 하이브리드 자동차 등의 대형기기의 전원에서 이르기까지 매우 광범위하며, 전지의 형상 및 재료 등에 따라 수요가 증가하고 있다. 대표적으로 전지의 형상 면에서는 얇은 두께로 휴대폰 등과 같은 제품들에 적용될 수 있는 각형 2차 전지와 파우치형 2차 전지에 대한 수요가 높고, 재료 면에서는 높은 에너지 밀도, 방전 전압, 출력 안정성 등의 장점을 가진 리튬이온 전지, 리튬이온 폴리머 전지 등과 같은 리튬 2차 전지에 대한 수요가 높다.

또한, 2차 전지는 양극/분리막/음극 구조의 전극 조립체가 어떠한 구조로 이루어져 있는지에 따라 분류되기도 하는 바, 대표적으로는, 긴 시트형의 양극들과 음극들을 분리막이 개재된 상태에서 권취한 구조의 젤리-롤(권취형) 전극 조립체, 소정 크기의 단위로 절취한 다수의 양극과 음극들을 분리막을 개재한 상태로 순차적으로 적층한 스택형(적층형) 전극 조립체, 소정 단위의 양극과 음극들을 분리막을 개재한 상태로 적층한 바이셀(Bi-cell) 또는 풀셀(Full cell)들을 분리필름 등으로 권취한 구조의 스택/폴딩형 전극 조립체 등을 들 수 있다.

최근에는, 스택형 또는 스택/폴딩형 전극 조립체를 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.

이러한 파우치형 2차전지는 일반적으로 도 1에 나타낸 바와 같이 파우치(50) 내에 전극 조립체(20)를 삽입하고, 진공압 상태에서 전해액을 주입하여 제조하는데, 폴디드 셀의 상부의 빈 공간(void space) 부분에서 상기 진공압에 의해 2차 전지의 파우치(50) 외형이 안쪽으로 오목하게 들어가는 외관 불량(ravine)이 발생한다.

또한, 폴디드 셀의 유동으로 인하여 V-폼(V-form)부가 적층된 셀로 파고들거나, 폴디드 셀과 전극 탭(30)이 접촉하여 내부 단락이 생기는 문제가 발생한다. 특히, 고온에서 2차 전지의 내열성 및 폭파에 대해 실험하는 핫 박스 테스트(Hot Box Test)에서는 2차 전지의 전극 탭(30) 부분이 아래쪽을 향하도록 세워서 실험하게 되어, 폴디드 셀이 하부로 유동하면서 V-폼부가 접촉하여 내부 단락 등의 문제가 발생할 수 있다.

본 발명의 한 측면은 파우치의 외형을 평면으로 유지함과 동시에, 유동에 의한 폴디드 셀과 V-폼부 또는 전극 탭의 접촉을 방지할 수 있는 지지부재를 파우치형 2차 전지에 삽입함으로써, 외관 및 안전성이 향상된 파우치형 2차 전지를 제공하고자 한다.

본 발명의 제1 구현예에 따르면, 2차 전지용 파우치 외장재 내에 음극 전류 집전체의 적어도 일면에 음극 활물질이 코팅된 음극판 및 음극 전극탭을 포함하는 음극, 양극 전류 집전체의 적어도 일면에 양극 활물질이 코팅된 양극판 및 양극 전극탭을 포함하는 양극, 및 상기 음극과 양극 사이에 개재된 분리막을 포함하는 유닛셀이 1 또는 2 이상 포함된 전극 조립체; 상기 음극 및 양극의 전극 탭이 분리되어 관통하는 2개의 홈을 가지며, 상기 전극 조립체와 인접하여 파우치 외형을 평면으로 유지하는 지지부재; 및 전해액이 내장된 파우치형 2차 전지가 제공된다.

상기 지지부재의 재질은 실리콘 또는 내열성 플라스틱일 수 있다.

상기 내열성 플라스틱은 폴리이미드(Polymide), 폴리벤즈이미다졸 (Polybenzimidazole) 또는 폴리아미드이미드(Polyamide imide)일 수 있다.

상기 지지부재의 너비는 파우치형 2차 전지의 전체 너비의 80 내지 100%일 수 있다.

상기 지지부재의 길이는 파우치형 2차 전지의 전체 길이의 80 내지 100%일 수 있다.

상기 지지부재의 높이는 파우치형 2차 전지의 전체 높이의 80 내지 100%일 수 있다.

상기 지지부재는 파우치 외장재에 결합되어 고정될 수 있다.

상기 지지부재는 둘 이상의 부품이 조립되어 형성된 조립체일 수 있다.

상기 전극 조립체는 스택 타입, 젤리롤 타입, 스택 앤드 폴딩 타입 또는 Z-폴딩 타입일 수 있다.

본 발명의 제2 구현예에 따르면, 상기 파우치형 2차 전지를 포함하는 디바이스가 제공된다.

상기 디바이스는 휴대폰, 휴대용 컴퓨터, 스마트폰, 스마트 패드, 넷북, LEV(Light Electronic Vehicle), 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 플러그-인 하이브리드 전기자동차, 또는 전력저장장치일 수 있다.

본 발명에 따르면, 파우치형 2차 전지 내부의 빈 공간(void space)에 실리콘 또는 내열성 플라스틱 재질의 지지부재를 삽입함으로써, 파우치 외형이 평면을 유지하도록 지지하여 외관 불량이 발생하는 것을 방지함과 동시에, 폴디드 셀이 전극 탭 또는 V-폼부와 접촉하여 발생하는 내부 단락을 방지하여 안전성을 향상시킬 수 있다.

도 1은 외관 불량(ravine)이 발생된 종래의 파우치형 2차 전지를 개략적으로 도시한 것이다.
도 2는 본 지지부재가 내부에 삽입된 본 발명의 파우치형 2차 전지를 개략적으로 도시한 것이다.
도 3은 본 발명의 지지부재의 일 예로서, 둘 이상의 부품이 조립되어 형성된 조립체의 단면도를 개략적으로 도시한 것이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 형태들을 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시 형태로 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명의 실시형태는 당해 기술분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 도면에서 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.

도 1은 외관 불량(ravine)이 발생된 종래의 파우치형 2차 전지를 개략적으로 도시한 것이고, 도 2는 본 지지부재가 내부에 삽입된 본 발명의 파우치형 2차 전지를 개략적으로 도시한 것이며, 도 3은 둘 이상의 부품이 조립되어 형성된 조립체인 본 발명의 지지부재를 개략적으로 도시한 것이다.

본 발명은 파우치형 2차 전지에 발생하는 외관 불량(ravine) 및 폴디드 셀의 유동에 의한 내부 단락을 방지하고자 하는 것으로서, 빈 공간(void space) 부분에 지지부재(10)를 삽입하면 파우치(50)의 외형을 평면으로 유지할 수 있으며, 상기 지지부재(10)는 또한 폴디드 셀이 V-폼부(40) 또는 전극 탭(30)과 접촉하는 것을 방지할 수 있다.

통상적인 파우치형 2차 전지는 파우치(50) 외장재 내에 음극 전류 집전체의 적어도 일면에 음극 활물질이 코팅된 음극판 및 음극 전극 탭(30)을 포함하는 음극, 양극 전류 집전체의 적어도 일면에 양극 활물질이 코팅된 양극판 및 양극 전극 탭(30)을 포함하는 양극, 및 상기 음극과 양극 사이에 개재된 분리막을 포함하는 유닛셀이 1 또는 2 이상 포함된 전극 조립체(20)와 전해액이 내장된다. 본 발명은 외관 및 안전성의 향상을 위해 상기 파우치형 2차 전지 내에 상기 음극 및 양극의 전극 탭(30)이 분리되어 관통하는 2개의 홈을 가지며, 상기 전극 조립체(20)와 인접하여 파우치(50) 외형을 평면으로 유지하는 지지부재(10)를 삽입한다. 상기 전극 탭(30) 및 상기 전극 탭(30)이 관통하는 홈의 위치는 특별히 한정하지 않으며, 예를 들어 지지부재(10)의 중앙부에 상기 전극 탭(30)이 관통하도록 홈이 위치할 수 있으며, 도 2에 도시된 바와 같이 지지부재의 측면에 위치할 수도 있다. 또한, 상기 홈의 크기는 특별히 제한하지 않으며, 상기 전극 탭(30)이 관통할 수 있도록 통상의 기술자가 용이하게 실시할 수 있는 범위 내일 수 있다.

상기 지지부재(10)는 파우치형 2차 전지 내의 빈 공간(void space)부분이 진공압에 의해 오목하게 들어가는 외관 불량(ravine)이 발생하지 않도록 파우치(50) 외형을 지지하는 역할을 하며, 폴디드 셀이 V-폼부(40) 또는 전극 탭(30)과 물리적으로 접촉하지 않도록 하여 내부 단락이 발생하는 것을 방지하는 역할을 한다.

특히, 고온에서 2차 전지의 내열성 및 폭파에 대해 실험하는 핫 박스 테스트에 있어서, 근래에는 2차 전지의 전극 탭(30) 부분이 아래쪽을 향하도록 세워서 실험하므로 안정성이 문제될 수 있다. 따라서, 상기 핫 박스 테스트에서 본 발명의 파우치형 2차 전지가 보다 향상된 안전성을 갖기 위해, 상기 지지부재(10)의 재질은 실리콘 또는 내열성 플라스틱일 수 있다. 또한, 특별히 제한하지 않으나 상기 내열성 플라스틱은 폴리이미드(Polymide), 폴리벤즈이미다졸(Polybenzimidazole) 또는 폴리아미드이미드(Polyamide imide) 인 것이 바람직하다.

상기 지지부재(10)는 파우치형 2차 전지에 삽입되어야 하므로, 상기 지지부재(10)의 너비, 길이 및 높이는 상기 2차 전지의 크기 범위 이내일 수 있다. 이하 2차 전지의 크기로 제시되는 '너비'는 전극 탭(30)이 돌출되는 방향과 수직인 방향의 크기로, '길이'는 전극 탭(30)이 돌출되는 방향의 크기로, '높이'는 전극이 적층되는 방향의 크기로 각각 정의하도록 한다.

상기 지지부재(10)의 너비는 파우치형 2차 전지의 전체 너비의 80 내지 100%일 수 있다. 80% 미만인 경우 상기 지지부재(10)의 파우치(50) 외형을 지지하는 너비가 부족하여 일부 외관 불량이 발생할 수 있으며, 100%를 초과하는 경우 지지부재(10)에 의해 파우치(50)가 손상되거나 2차 전지의 외형이 변형될 우려가 있다.

상기 지지부재(10)의 길이는 파우치형 2차 전지의 전체 길이의 80 내지 100%일 수 있다. 80% 미만인 경우 상기 지지부재(10)의 폴디드 셀과 V-폼부(40)의 접촉 방지효과가 미미하며, 100%를 초과하는 경우 2차 전지의 공간 효율이 떨어지게 된다.

상기 지지부재(10)의 높이는 파우치형 2차 전지의 전체 높이의 80 내지 100%일 수 있다. 80% 미만인 경우 2차 전지내에 빈 공간(void space)이 발생하여 외관 불량이 발생할 수 있으며, 100%를 초과하는 경우 지지부재(10)에 의해 파우치(50)가 손상되거나 2차 전지의 외형이 변형될 우려가 있다.

한편, 상기 지지부재(10)는 파우치(50) 외장재에 결합되어 고정될 수 있는데, 상기 지지부재(10)가 고정됨에 따라 폴디드 셀의 유동 범위가 좁아져, 내부 단락 발생 효과를 향상시킬 수 있다.

또한, 상기 지지부재(10)는 2개의 홈을 가지는 일체형으로 제조될 수 있으며, 도 3에 나타난 바와 같이 둘 이상의 부품이 조립되어 형성된 조립체일 수 있다. 예를 들어, 2개의 홈이 맞물리도록 조립되어 형성된 조립체일 수 있다. 상기 지지부재(10)가 일체형으로 제조되는 경우 생산적인 측면에서 용이하다는 장점이 있다. 상기 지지부재(10)가 조립되어 형성되는 것이라면, 2차 전지의 내부공간 활용 및 탭 부위의 빈 공간을 줄이는 측면에서 유리하다는 장점이 있다.

본 발명에 의해 제공되는 파우치형 2차 전지에 내장되는 전극 조립체(20)는 특별히 한정하지 않으며, 스택 타입, 젤리롤 타입, 스택 앤드 폴딩 타입 또는 Z-폴딩 타입일 수 있으며, 이들의 조합일 수 있다.

나아가, 본 발명은 상기 파우치형 2차 전지를 포함하는 디바이스를 제공하며, 상기 디바이스는 휴대폰, 휴대용 컴퓨터, 스마트폰, 스마트 패드, 넷북, LEV(Light Electronic Vehicle), 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 플러그-인 하이브리드 전기자동차, 또는 전력저장장치일 수 있다.

이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것은 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게는 자명할 것이다.

10: 지지부재
20: 전극 조립체
30: 전극 탭
40: V-폼부
50: 파우치

Claims

2차 전지용 파우치 외장재 내에
음극 전류 집전체의 적어도 일면에 음극 활물질이 코팅된 음극판 및 음극 전극탭을 포함하는 음극, 양극 전류 집전체의 적어도 일면에 양극 활물질이 코팅된 양극판 및 양극 전극탭을 포함하는 양극, 및 상기 음극과 양극 사이에 개재된 분리막을 포함하는 유닛셀이 1 또는 2 이상 포함된 전극 조립체;
상기 음극 및 양극의 전극 탭이 분리되어 관통하는 2개의 홈을 가지며, 상기 전극 조립체와 인접하여 파우치 외형을 평면으로 유지하는 지지부재; 및
전해액이 내장되며,
상기 지지부재의 재질은 내열성 플라스틱이고,
상기 지지부재는 파우치 외장재에 결합되어 고정된 것인 파우치형 2차 전지.
삭제
제1 항에 있어서, 상기 내열성 플라스틱은 폴리이미드(Polymide), 폴리벤즈이미다졸 (Polybenzimidazole) 또는 폴리아미드이미드(Polyamide imide)인 파우치형 2차 전지.
제1 항에 있어서, 상기 지지부재의 너비는 파우치형 2차 전지의 전체 너비의 80 내지 100%인 파우치형 2차 전지.
제1 항에 있어서, 상기 지지부재의 길이는 파우치형 2차 전지의 전체 길이의 80 내지 100%인 파우치형 2차 전지.
제1 항에 있어서, 상기 지지부재의 높이는 파우치형 2차 전지의 전체 높이의 80 내지 100%인 파우치형 2차 전지.
삭제
제1 항에 있어서, 상기 지지부재는 둘 이상의 부품이 조립되어 형성된 조립체인 파우치형 2차 전지.
제1 항에 있어서, 상기 전극 조립체는 스택 타입, 젤리롤 타입, 스택 앤드 폴딩 타입 또는 Z-폴딩 타입인 파우치형 2차 전지.
제1 항, 제3 항 내지 제6 항, 제8 항 및 제9 항 중 어느 한 항에 기재된 파우치형 2차 전지를 포함하는 디바이스.
제 10항에 있어서, 상기 디바이스는 휴대폰, 휴대용 컴퓨터, 스마트폰, 스마트 패드, 넷북, LEV(Light Electronic Vehicle), 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 플러그-인 하이브리드 전기자동차, 또는 전력저장장치인 디바이스.