KR101789804B1 - Directional venting이 이루어지도록 한 이차전지용 파우치 및 이를 포함하는 파우치형 이차전지 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 2차 전지용 파우치 및 이를 이용한 파우치형 이차전지를 제공한다.
본 발명은 파우치 전지의 실링부의 일정 위치에, 폴리프로필렌 및 SUS를 포함하는 라미네이션 필름을 용접시킴으로써 파우치내에서 발생하는 가스가 directional venting될 수 있을 뿐만 아니라, 외부로부터 수분이 침투되는 것을 최소화할 수 있기 때문에 장기적으로 전지의 성능을 향상시킬 수 있다.
본 발명은 파우치 전지의 실링부의 일정 위치에, 폴리프로필렌 및 SUS를 포함하는 라미네이션 필름을 용접시킴으로써 파우치내에서 발생하는 가스가 directional venting될 수 있을 뿐만 아니라, 외부로부터 수분이 침투되는 것을 최소화할 수 있기 때문에 장기적으로 전지의 성능을 향상시킬 수 있다.
Description
본 발명은 Directional venting이 이루어지도록 한 이차전지용 파우치 및 이를 포함하는 파우치형 이차전지에 관한 것이다.
비디오 카메라, 휴대용 전화, 휴대용 PC 등의 휴대용 전기 제품 사용이 활성화됨에 따라 그 구동 전원으로서 주로 사용되는 이차전지에 대한 중요성이 증가되고 있다. 특히, 리튬 이차전지는 기존의 납 축전지와, 니켈-카드뮴 전지, 니켈-수소 전지, 니켈-아연전지 등 다른 이차전지와 비교하여 단위 중량 당 에너지 밀도가 높고 급속충전이 가능하기 때문에 사용의 증가가 활발하게 진행되고 있다.
통상적으로 충전이 불가능한 일차전지와는 달리 충전 및 방전이 가능한 이차전지는 디지털 카메라, 셀룰러 폰노트북 컴퓨터, 하이브리드 자동차 등 첨단 분야의 개발로 활발한 연구가 진행중이다. 이차전지로는 니켈-카드뮴 전지, 니켈-메탈 하이드라이드 전지, 니켈-수소 전지, 리튬이차전지 등을 들 수 있다. 이 중에서, 리튬이차전지는 작동 전압이 3.6V 이상으로 휴대용 전자 기기의 전원으로 사용되거나, 또는 수 개를 직렬 연결하여 고출력의 하이브리드 자동차에 사용되는데, 니켈-카드뮴 전지나 니켈-메탈 하이드라이드 전지에 비하여 작동 전압이 3배가 높고, 단위 중량당 에너지 밀도의 특성도 우수하여 급속도로 사용되고 있는 추세이다.
리튬 이차전지는 전해질 종류에 따라 액체 전해질을 사용하는 리튬 이온전지와 고분자 고체 전해질을 사용하는 리튬 이온 폴리머 전지로 구분할 수 있다. 그리고, 리튬 이온 폴리머 전지는 고분자 고체 전해질의 종류에 따라 전해액이 전혀 함유되어 있지 않은 완전 고체형 리튬 이온 폴리머 전지와 전해액을 함유하고 있는 겔형 고분자 전해질을 사용하는 리튬 이온 폴리머 전지로 나눌 수 있다.
액체 전해질을 사용하는 리튬 이온전지의 경우 대개 원통이나 각형의 금속 캔을 용기로 하여 용접 밀봉시킨 형태로 사용된다. 이런 금속캔을 용기로 사용하는 캔형 이차전지는 고정된 형태를 가지므로 이를 전원으로 사용하는 전기 제품의 디자인을 제약하는 단점이 있고, 부피를 줄이는 데 어려움이 있다. 따라서, 두 전극과 세퍼레이터, 전해질을 필름으로 만든 파우치에 넣고 밀봉하여 사용하는 파우치형 이차전지가 개발되어 사용되고 있다.
파우치형 이차전지는 형태에 융통성을 가질 수 있으므로, 동일한 용량의 이차전지를 구현함에 있어서 보다 작은 부피 및 질량을 가질 수 있는 장점이 있다. 그러나, 캔으로 이루어진 외장재와 달리 파우치 외장재는 연질의 파우치를 용기로 사용하므로 기계적 강도가 약하고 밀봉 신뢰성이 낮아, 누액 가능성이 큰 전해액을 사용하는 리튬 이온 이차전지에서 보다는 겔형이나 완전 고체형 리튬 이온 폴리머 전지에서 주로 사용된다.
이차전지용 파우치는 파우치 상부와 파우치 하부를 포함하여 구성될 수 있으며, 일 양태에서 파우치 하부에는 전극조립체를 수납하는 수납부가 형성될 수 있고 파우치 상부는 파우치 하부를 커버하는 기능을 할 수 있다. 상기 파우치 상부와 파우치 하부는 일 가장자리에서 연결된 형태이거나 분리된 형태일 수 있다.
이러한 이차전지용 파우치의 일반적인 형태가 도 1에 예시되어 있다. 도 1에 예시된 이차전지용 파우치는 전극조립체(30)가 수납되는 파우치 하부(20)와, 상기 파우치 하부(20)를 덮는 파우치 상부(10)를 포함한다. 여기서의 파우치 상부와 파우치 하부는 연결부(E)에서 연결된 형태로, 상기 파우치는 열접착성을 가져 실링재 역할을 하는 내부층(15)인 폴리올레핀계 수지층, 기계적 강도를 유지하면서 수분과 산소의 배리어층으로서 역할을 하는 금속층(13)인 알루미늄층(AL/Aluminum Layer), 기재 및 보호층으로 작용하는 외부층(11)(통상 나일론층)이 순차적으로 적층된 다층막 구조로 구성되어 있다. 폴리올레핀계 수지층으로 흔히 사용되는 것으로는 CPP(Casted Polypropylene)가 있다. 또한, 파우치의 수납부(21)에 내장되는 전극조립체(30)는 양극, 음극 및 세퍼레이터(31, 33, 35)가 적층 권취되어 이루어진다. 각 전극에서는 전극 탭(37, 38)이 인출되고, 전극 탭(37, 38)은 절연 테이프(39)에 의해 파우치에 부착될 수 있다.
이차전지용 파우치는 특정 구조에서 가스 배기가 이루어지는 캔형 이차전지와 달리, 파우치 내에서 생성된 가스가 파우치 실링부 중 낮은 압착 온도 및 압력에서 실링이 이루어진 부분에서 배기되는 경향이 있다. 따라서, 파우치 실링부 모두가 동일한 압착 온도 및 압력하에 실링된 경우에는 가스 배기가 랜덤(random) 방향으로 이루어져서 가스 배기가 일정 방향으로 이루어지지 않는 문제점이 있다.
이차전지용 파우치로부터 일정 방향으로의 가스 배기가 이루어지도록 하기 위해서는 특정 파우치 실링부에서만 낮은 실링압을 갖도록 실링 압력/온도를 매우 세심하게 설계하고 적용하여야 한다. 이러한 실링 조건의 설계 및/또는 적용이 적절하게 이루어지지 않은 경우, 전술한 바와 같이, 파우치형 이차전지로부터 가스 배기가 랜덤 방향으로 이루어지게 되고, 이러한 파우치형 이차전지를 포함하도록 제조된 전지 모듈 및 전지 팩에서 일정 방향으로의 가스 배기가 원활하게 이루어지도록 하기가 곤란하다.
한편, 캔형 외장재에 비해 파우치형 외장재에서는 수분의 침투가 보다 용이하게 이루어질 수 있는데, 파우치 외장재에 침투된 수분은 실링 압력이나 온도를 결정하는데 영항을 줄 수 있으므로, 이차전지용 파우치에서 일정 방향으로의 가스 배기가 이루어지도록 하는 실링 조건의 결정 인자에는 파우치에 침투되는 수분이 포함된다. 이 때문에, 실링 조건을 특정하게 설계함으로써 파우치형 이차전지에서 일정 방향으로의 가스 배기가 이루어지도록 하는 것은 매우 많은 실험과 연구를 필요로 하는 곤란함이 있다. 그 밖에도, 외부로부터 수분 등의 이물질이 파우치 내로 침투하게 되면 전극 조립체, 탭, 외장재의 부식을 촉진시키거나, 또는 양극/음극의 활물질에도 손상을 주는 등의 성능의 저하를 초래할 뿐만 아니라, 전지의 사용시간이 길어질수록 외부에서의 수분침투는 전지의 성능을 장기적으로 저하시키는 요인이 되므로, 파우치 외장재로의 수분 침투는 가능한한 억제되는 것이 바람직하다.
따라서, 본 발명의 일 목적은 일정 방향으로의 가스 배기가 가능하도록 하는 이차전지용 파우치를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 수분 침투를 최소화할 수 있는 이차전지용 파우치를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 또 다른 목적은 상기와 같이 일정 방향으로의 가스 배기가 가능하면서 외부로부터의 수분 침투가 최소화됨으로써 전지 성능이 향상된 파우치형 이차전지를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 또 다른 목적은 파우치형 이차전지의 수준에서 일정 방향으로의 가스 배기가 가능하게 된 전지 모듈 및 전지 팩을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 양태에서는 파우치 상부와 파우치 하부를 포함하여 이루어진 이차전지용 파우치에 있어서, 가스 배기부를 제외한 파우치 윙부의 위아래 각각에 라미네이션된 라미네이트 필름을 포함하고, 상기 라미네이트 필름은 폴리올레핀계 수지 및 SUS (Steel Use Stainless) 필름을 포함하며, 상기 라미네이트 필름은 폴리올레핀계 수지가 파우치에 접하도록 라미네이션되고, 라미네이트 필름의 일 단부는 파우치의 윙부에 용접되어 있고, 라미네이트 필름의 다른 단부는 파우치 단부를 지나 외부로 더 연장되어 있으면서, 대향 라미네이트 필름의 단부와 용접되어 있는 것을 특징으로 하는 이차전지용 파우치가 제공된다.
상기 가스 배기부는 파우치의 일 가장자리의 전체 혹은 일부일 수 있다.
상기 폴리올레핀계 수지는 폴리프로필렌, 무연신 폴리프로필렌, 염화폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 에틸렌프로필렌 공중합체, 폴리에틸렌과 아크릴산 공중합체 및 폴리프로필렌과 아크릴산의 공중합체로 이루어진 군으로부터 선택된 수지일 수 있다.
상기 폴리올레핀계 수지는 무연신 폴리프로필렌 수지일 수 있다.
상기 SUS 필름은 0.01 내지 100㎛ 두께를 가질 수 있다.
본 발명의 다른 양태에서는, 전극조립체 및 상기 전극 조립체를 수납하는 이차전지용 파우치를 포함하는 파우치형 이차전지에 있어서, 상기 이차전지용 파우치가 전술한 이차전지용 파우치인 것임을 특징으로 하는 파우치형 이차전지가 제공된다.
본 발명의 또 다른 양태에서는, 복수개의 파우치형 이차전지를 포함하는 전지 모듈에 있어서, 상기 파우치형 이차전지가 전술한 파우치형 이차전지이며, 이 때, 파우치형 이차전지에서 가스 배기부가 일 방향을 향하도록 파우치형 이차전지가 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 전지 모듈이 제공된다.
본 발명의 또 다른 양태에서는, 전술한 전지 모듈 복수개가 동일한 방향으로의 가스 배기가 이루어지도록 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 전지 팩이 제공된다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 파우치내에서 발생하는 가스의 일정 방향으로의 배기가 가능하게 될 뿐만 아니라, 파우치 외부로부터의 수분 침투를 최소화할 수 있는 효과를 갖는다.
또한, 이러한 파우치형 이차전지를 포함하는 전지 모듈 및 전지 팩에서의 효율적인 가스 배기 역시 가능하게 된다.
또한, 이차전지의 장기적 성능이 향상되는 효과를 갖는다.
도 1은 종래 이차전지용 파우치의 구조를 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 일 양태에 따라 SUS 필름 및 폴리프로필렌 필름을 포함하는 라미네이트 필름이 파우치 윙부에 적용된 양태의 사시도를 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명의 다른 양태에 따라 SUS 필름 및 폴리프로필렌 필름을 포함하는 라미네이트 필름이 파우치 윙부에 적용된 양태의 사시도를 나타낸 것이다.
도 4는 본 발명의 또 다른 양태에 따라 SUS 필름 및 폴리프로필렌 필름을 포함하는 라미네이트 필름이 파우치 윙부에 적용된 양태의 사시도를 나타낸 것이다.
도 5는 본 발명의 일 양태에 따라 SUS 필름 및 폴리프로필렌 필름을 포함하는 라미네이트 필름이 파우치 윙부에 적용된 양태의 단면도를 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 일 양태에 따라 SUS 필름 및 폴리프로필렌 필름을 포함하는 라미네이트 필름이 파우치 윙부에 적용된 양태의 사시도를 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명의 다른 양태에 따라 SUS 필름 및 폴리프로필렌 필름을 포함하는 라미네이트 필름이 파우치 윙부에 적용된 양태의 사시도를 나타낸 것이다.
도 4는 본 발명의 또 다른 양태에 따라 SUS 필름 및 폴리프로필렌 필름을 포함하는 라미네이트 필름이 파우치 윙부에 적용된 양태의 사시도를 나타낸 것이다.
도 5는 본 발명의 일 양태에 따라 SUS 필름 및 폴리프로필렌 필름을 포함하는 라미네이트 필름이 파우치 윙부에 적용된 양태의 단면도를 나타낸 것이다.
이하, 본 발명을 상세히 설명하기로 한다. 본 명세서 및 청구범위에 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.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 이차전지용 파우치는 가스 배기부를 제외한 파우치 윙부의 위아래 각각에 라미네이션된 라미네이트 필름을 포함하고, 상기 라미네이트 필름은 폴리올레핀계 수지 및 SUS 필름을 포함하며, 상기 라미네이트 필름은 폴리올레핀계 수지가 파우치에 접하도록 라미네이션되고, 라미네이트 필름의 일 단부는 파우치 윙부에 용접되어 있고, 라미네이트 필름의 다른 단부는 파우치 단부를 지나 외부로 더 연장되어 있으면서, 대향 라미네이트 필름의 단부와 용접되어 있는 것을 특징으로 한다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명하면 다음과 같다.
본원 명세서에서 '윙부'라 함은 파우치 외장부를 구성하는 가장자리 중 전극 탭이 부착되는 부분을 제외한 파우치 실링부를 의미하는 것으로 이해한다. 파우치 상부와 파우치 하부가 연결되어 있는 형태에서 파우치 상부와 파우치 하부의 연결부(E)는 윙부에 포함되지 않는다. 비제한적인 예에서, 윙부는 도 2에서 23, 23', 23”으로 표시된 부분, 도 3과 도 4에서 23, 23'으로 표시된 부분을 의미한다.
본원 명세서에서 '가스 배기부'라 함은 도 2 내지 4에서 화살표로 표시된 부분을 의미한다.
본원 명세서에서 SUS 필름 및 폴리프로필렌 필름을 포함하는 라미네이트 필름은 '라미네이트 필름'으로 지칭되기도 하며, 필요에 따라, 다른 구성성분을 포함하는 것을 배제하는 것은 아니다.
도 2는 SUS 필름 및 폴리프로필렌 필름을 포함하는 라미네이트 필름이 파우치에 적용된 본 발명에 따른 일 양태를 나타낸 사시도이다.
도 2에서 파우치형 이차전지는 상부 파우치와 하부 파우치가 분리되어 있는 형태로, 전극 탭(37, 38)은 일 방향으로 배치되어 있다. 또한, 상기 파우치에서 가스 배기부가 형성되지 않는 다른 윙부(23', 23”)에 라미네이트 필름(24, 24')이 라미네이션되어 있다. 상기 라미네이트 필름(24, 24')은 W1 및 W2 각각에서 용접되어 파우치 및 다른 대향 라미네이트 필름과 용접된다.
도 3은 SUS 필름 및 폴리프로필렌 필름을 포함하는 라미네이트 필름이 파우치에 적용된 본 발명의 다른 양태를 나타낸 사시도이다.
도 3에서 파우치형 이차전지는 상부 파우치와 하부 파우치가 연결부(E)에서 연결되어 있으며 전극 탭이 일 방향으로 배치되어 있는 형태를 갖는다. 상기 파우치에서도 가스 배기부가 형성되지 않는 다른 윙부(23')에 라미네이트 필름(24)이 라미네이션되어 있다. 상기 라미네이트 필름(24)은 W1에서 파우치에 용접되고 W2에서 다른 대향 라미네이트 필름에 용접된다.
도 4는 SUS 필름 및 폴리프로필렌 필름을 포함하는 라미네이트 필름이 파우치에 적용된 또 다른 양태를 나타낸 사시도이다.
도 4에서 파우치형 이차전지는 상부 파우치와 하부 파우치가 연결부(E)에서 연결되어 있고 전극 탭이 일 방향으로 배치되어 있는 형태인 점에서는 도 3과 동일하나, 가스 배기부를 포함하는 가장자리 일부에도 라미네이트 필름(24, 24')이 적용되는 차이점을 갖는다.
도 5는 SUS 필름 및 폴리프로필렌 필름을 포함하는 라미네이트 필름이 파우치 실링부에 적용된 일 양태를 나타낸 단면도이다.
도 5에서 파우치 상부와 파우치 하부가 실링된 부분(30)은 그 중심으로부터 내부층(15), 금속층(13) 및 외부층(11) 순으로 적층되어 있으며, 그 위 아래 각각에, 라미네이트 필름(24) 2매가 라미네이션되어 있다. 상기 라미네이트 필름(24)은 폴리올레핀계 필름(241)과 SUS 필름(242)을 포함하여 이루어지고, 이 때 폴리올레핀계 필름(241)이 파우치 외부층(11)에 접하도록 라미네이션된다. 이와 같이 라미네이트 필름(24)의 일 단부가 파우치에 용접되는 한편(W1), 라미네이트 필름(24)의 다른 단부는 파우치 단부보다 외부로 더 연장되어 있으면서 대향 라미네이트 필름의 단부와 용접된다(W2). SUS 필름간의 용접에 의해 파우치 가장자리가 밀봉되므로 수분 침투가 완전히 방지될 수 있다.
용접 방법으로는 초음파 용접 혹은 레이저 용접과 같이 당업계에서 알려진 방법에 의해 이루어질 수 있다.
라미네이트 필름이 파우치에 라미네이션되는 폭은 상기 라미네이트 필름이 파우치에 견고하게 용접될 수 있다면 특별히 제한되지 않는다.
또한, 파우치보다 외부로 더 연장되는 라미네이트 필름의 폭 역시 라미네이트 필름간의 용접이 확보될 수 있는 정도라면 특별히 제한되지 않는다.
다만, 본 발명에 따른 파우치형 이차전지에서는 가스의 배기가 원활히 이루어지도록 하기 위해 윙부의 폴딩이 이루어지지 않는 것이 바람직하므로, 불필요한 체적 증가를 방지하기 위해 라미네이트 필름의 라미네이션되는 폭은 목적하는 용접이 이루어지도록 하는 한도에서 최소화하는 것이 바람직하다. 예컨대, 라미네이트 필름이 라미네이션된 윙부의 전체 폭은 5 내지 10 mm일 수 있다.
라미네이트 필름에 사용되는 폴리올레핀계 수지의 비제한적인 예로는 폴리프로필렌, 무연신 폴리프로필렌, 염화폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 에틸렌프로필렌 공중합체, 폴리에틸렌과 아크릴산 공중합체 및 폴리프로필렌과 아크릴산의 공중합체로 이루어진 군으로부터 선택된 수지 필름을 들 수 있다. 예컨대, 무연신 폴리프로필렌(casted polypropylene)이 바람직하게 사용될 수 있다.
라미네이트 필름에 사용되는 SUS 필름은 예컨대, SUS304일 수 있다.
라미네이트 필름이 폴리프로필렌을 포함하지 않고 SUS 필름으로 이루어지는 경우에는 SUS 필름의 낮은 인장력과 연신율로 인해 성형성이 낮아 SUS 필름을 파우치 윙부의 단부에 라미네이션하는 작업성이 낮은 문제점이 있다.
또한, 라미네이트 필름이 SUS 필름 없이 폴리프로필렌만으로 이루어지는 경우에는 용접에 의한 수분 침투 억제 효과를 기대할 수 없게 된다.
이러한 라미네이트 필름은 파우치 외장재의 체적을 불필요하게 증가시키지 않으면서 일정 방향으로의 가스 배기 및 수분 침투의 방지가 이루어지도록 하는 두께로 선택된다. 예컨대, 폴리올레핀계 수지와 SUS 필름은 각각 예컨대, 1 내지 100 ㎛의 두께를 가질 수 있다.
본 발명의 일 양태에 따른 이차전지용 파우치는 통상적인 열접착층인 내부층, 금속층 및 나일론 등으로 이루어진 외부층의 3개의 층으로 이루어져 있으며, 필요에 따라 더 많은 기능층들이 더 설치될 수 있다. 또한, 많은 다른 대체 재질층으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 본 실시예의 열접착층을 이루는 CPP층은 다른 폴리올레핀계 수지인 염화폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 에틸렌프로필렌 공중합체, 폴리에틸렌과 아크릴산 공중합체 및 폴리프로필렌과 아크릴산의 공중합체로 이루어진 군에서 선택된 물질층으로 대체될 수 있다.
파우치막의 전체 두께는 통상 40 내지 120㎛이며, 상기 외부층과, 내부층은 10 내지 40㎛, 금속층은 20 내지 100㎛인 것이 바람직하다.
한편, 본 발명은 두 개의 서로 다른 극성의 전극이 세퍼레이터로 분리된 상태로 적층되어 이루어지는 전극 조립체 1개 또는 2개 이상을 파우치에 내장하여 베어 셀을 형성하는 이차전지에 있어서, 상기 파우치의 윙부에 라미네이트 필름이 라미네이션된 이차 전지를 제공하는 것을 또 다른 특징으로 한다.
본 발명의 상기 전극조립체는, 서로 대향하는 양극판과 음극판, 상기 양극판과 음극판 사이에 개재되는 세퍼레이터를 포함한다. 상기 전극조립체는 직사각형 또는 정사각형 형상으로 형성될 수 있으나, 여기서 상기 전극조립체의 형상을 한정하는 것은 아니다.
상기 양극판은 양극집전체와 상기 양극집전체 상에 형성된 양극활물질층을 포함하여 이루어진다. 상기 양극집전체의 단부에는 상기 양극활물질층이 형성되지 않은 부분인 양극무지부가 형성된다. 상기 양극무지부에는 양극집전체에 모인 전자들이 외부회로로 흘러갈 수 있도록 외부회로와 전기적으로 연결되는 양극탭이 형성된다. 상기 양극집전체는 전기전도도가 우수한 알루미늄(Al) 등으로 형성되고, 상기 양극탭 역시 알루미늄(Al) 등으로 형성된다. 상기 양극탭은 상기 양극무지부에 통상적으로 초음파용접으로 용접된다. 상기 양극활물질층은 리튬 이온이 흡장 또는 탈리할 수 있도록 코발트산리튬(LiCoO2)과 같은 리튬 금속 산화물에 도전재와 바인더를 혼합하여 형성한다. 또한, 상기 양극탭이 양극무지부에 용접된 후에는 양극탭의 이탈을 막기 위해 테이프가 부착된다.
상기 음극판은, 화학반응에 의해 발생한 전자를 모으는 음극집전체와, 상기 음극집전체의 상부에 형성된 음극활물질층을 포함하여 형성된다. 상기 음극집전체의 단부에는 상기 음극활물질층이 형성되지 않은 음극무지부가 형성된다. 상기 음극무지부에는 상기 음극집전체에 모인 전자들을 외부 회로로 흘러갈 수 있도록 외부 회로와 전기적으로 연결되는 음극탭이 부착되어 있다. 상기 음극탭이 음극무지부에서 이탈하지 않도록 음극탭 위에는 테이프가 부착된다. 상기 음극집전체는 통상 전기전도도가 우수한 구리(Cu) 또는 니켈(Ni)로 형성되며, 상기 음극탭은 통상 니켈(Ni)로 형성된다. 상기 음극활물질층은 리튬 이온이 흡장, 탈리할 수 있도록 탄소 재료에 도전재와 바인더를 혼합하여 형성된다.
상기 세퍼레이터는 양극판과 음극판 사이에 개재되어 상기 양극판과 상기 음극판 사이에 발생할 수 있는 쇼트를 방지한다. 세퍼레이터는 통상적으로 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP) 등의 열가소성 수지로 형성되며, 그 표면은 다공막 구조로 되어 있다. 이러한 다공막 구조는, 전지 내부의 온도 상승으로 상기 열가소성 수지의 융점근처가 되면 세퍼레이터가 용융하여 동공이 막힘으로써 절연필름이 된다. 이러한 현상을 세퍼레이터의 봉공 또는 셧다운(shut down) 현상이라고 한다.
이렇게 절연필름으로 바뀜으로써 양극판과 음극판간의 리튬 이온의 이동이 차단되고, 더 이상의 전류가 흐르지 못하게 됨으로써 전지내부의 온도 상승이 중단된다.
본 발명의 다른 양태에서는 복수개의 파우치형 이차전지를 포함하는 전지 모듈이 제공된다. 이 때, 가스 배기부가 동일 방향을 향하도록 파우치형 이차전지가 배치되어 전지 모듈에 수납된다. 일례로, 복수개의 파우치형 이차전지를 수납하기 위한 하우징 및 상기 하우징과 결합하는 덮개체를 구비하는 전지 모듈에서, 가스 배기가 덮개체에 형성된 배기 통로를 따라 외부로 배출되는 경우, 파우치형 이차전지는 가스 배기가 이루어지는 파우치 윙부 부분이 덮개체를 향하도록 하우징 내에 수납될 수 있으며, 파우치형 이차전지에서 배기된 가스는 전지 모듈에서 외부로 원활하게 배출될 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 양태에서는 전술한 전지 모듈 복수개가 직렬 또는 병렬로 접속되어 있는 전지 팩이 제공된다. 이러한 전지 팩에서는 전지 모듈 복수개가 동일한 방향으로 가스 배기가 이루어지도록 배치될 수 있다. 특히, 파우치형 이차전지 수준에서 directional venting이 가능하도록 설계되기 때문에, 전지 팩에서의 일정 방향으로의 가스 배기가 보다 효과적으로 이루어질 수 있다.
Claims (8)
- 파우치 상부와 파우치 하부를 포함하여 이루어진 이차전지용 파우치에 있어서,
파우치 윙부 중 가스 배기부를 제외한 파우치 윙부 위아래 각각에 라미네이션된 라미네이트 필름을 포함하고,
상기 가스 배기부는 파우치 윙부 일 가장자리의 전체 혹은 일부이며,
상기 라미네이트 필름은 폴리올레핀계 수지 및 SUS 필름을 포함하며,
상기 라미네이트 필름은 폴리올레핀계 수지가 파우치 외부층에 접하도록 라미네이션되고,
라미네이트 필름의 일 단부는 파우치 윙부에 용접되어 있고,
라미네이트 필름의 다른 단부는 파우치 단부를 지나 외부로 더 연장되어 있으면서, 대향 라미네이트 필름의 단부와 용접되되, SUS 필름간 용접되어 파우치 가장자리 밀봉이 이루어지는 것을 특징으로 하는 이차전지용 파우치.
- 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 폴리올레핀계 수지는 폴리프로필렌, 무연신 폴리프로필렌, 염화폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 에틸렌프로필렌 공중합체, 폴리에틸렌과 아크릴산 공중합체 및 폴리프로필렌과 아크릴산의 공중합체로 이루어진 군으로부터 선택된 수지인 것을 특징으로 하는 이차전지용 파우치.
- 제1항에 있어서,
상기 폴리올레핀계 수지는 무연신 폴리프로필렌 수지인 것을 특징으로 하는 이차전지용 파우치.
- 제1항에 있어서,
상기 SUS 필름은 0.01 내지 100㎛ 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 이차전지용 파우치.
- 전극조립체 및 상기 전극 조립체를 수납하는 이차전지용 파우치를 포함하는 파우치형 이차전지에 있어서,
상기 이차전지용 파우치가 제1항 및 제3항 내지 제5항중 어느 한 항에 기재된 것임을 특징으로 하는 파우치형 이차전지.
- 복수개의 파우치형 이차전지를 포함하는 전지 모듈에 있어서,
상기 파우치형 이차전지가 제6항에 기재된 파우치형 이차전지이며,
이 때, 파우치형 이차전지의 가스 배기부가 일 방향을 향하도록 파우치형 이차전지가 배치되어 있으며, 윙부는 폴딩되어 있지 않은 것을 특징으로 하는 전지 모듈.
- 제7항에 기재된 전지 모듈 복수개가 동일한 방향으로의 가스 배기가 이루어지도록 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 전지 팩.
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