KR20050096288A - Pouch type lithium ion polymer battery - Google Patents
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Abstract
본 발명은 리튬 이온을 이용하는 파우치형 리튬이온 폴리머전지에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 양극판과 음극판 및 분리막을 포함하는 전극조립체와 이를 수용하는 파우치(pouch)를 수용하여 보호하며 이차전지의 외관을 형성하는 외부케이스의 강도를 보강한 파우치형 리튬이온 폴리머전지에 관한 것이다.The present invention relates to a pouch type lithium ion polymer battery using lithium ions, and more particularly, to accommodate and protect an electrode assembly including a positive electrode plate, a negative electrode plate and a separator, and a pouch containing the same, and to form an appearance of a secondary battery. It relates to a pouch type lithium ion polymer battery reinforced with the strength of the outer case.
본 발명에 의한 리튬이온 폴리머전지에 의하면 리튬이온 폴리머전지의 하드팩에 외부의 압력이 가해지더라도 파우치와 전극조립체에 압력이 가해지는 것을 방지하여 파우치와 전극조립체가 손상되는 것을 방지할 수 있는 효과가 있다. According to the lithium ion polymer battery according to the present invention, even when an external pressure is applied to the hard pack of the lithium ion polymer battery, it is possible to prevent the pouch and the electrode assembly from being damaged by preventing the pouch and the electrode assembly from being damaged. have.
Description
본 발명은 리튬 이온을 이용하는 파우치형 리튬이온 폴리머전지에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 양극판과 음극판 및 분리막을 포함하는 전극조립체와 이를 수용하는 파우치(pouch)를 수용하여 보호하며 이차전지의 외관을 형성하는 외부케이스의 강도를 보강한 파우치형 리튬이온 폴리머전지에 관한 것이다.The present invention relates to a pouch type lithium ion polymer battery using lithium ions, and more particularly, to accommodate and protect an electrode assembly including a positive electrode plate, a negative electrode plate and a separator, and a pouch containing the same, and to form an appearance of a secondary battery. It relates to a pouch type lithium ion polymer battery reinforced with the strength of the outer case.
비디오 카메라, 휴대용 전화, 노트북 컴퓨터, 휴대용 개인정보단말기(PDA) 등의 휴대용 무선 기기 제품과 전기 자전거, 전기자동차, 전동공구 등의 경량화 및 고기능화가 진행됨에 따라, 이들 제품의 구동 전원으로서 사용되는 전지의 중요성이 증가되고, 전지에 대한 많은 연구가 이루어지고 있다. As wireless and portable devices such as video cameras, portable telephones, notebook computers, portable personal digital assistants (PDAs), and electric bicycles, electric vehicles, and electric tools are becoming lighter and more functional, batteries are used as driving power for these products. Increasing the importance of, and a lot of research on the battery has been done.
특히, 충전과 방전이 가능한 리튬 2차전지는 리튬의 가벼운 원자 특성으로 인하여 기존의 납 축전지, 니켈-카드뮴 전지, 니켈-수소전지, 니켈-아연전지 등과 비교하여 단위 중량당 에너지 밀도가 높고, 급속 충전이 가능하기 때문에 이에 대한 연구 개발이 활발하게 진행되고 있다.In particular, lithium secondary batteries that can be charged and discharged have a higher energy density per unit weight and rapid charge than conventional lead storage batteries, nickel-cadmium batteries, nickel-hydrogen batteries, and nickel-zinc batteries due to the light atomic characteristics of lithium. Since this is possible, research and development on this is being actively conducted.
리튬 2차전지는 리튬과 수분의 반응성 때문에 비수성 전해질을 사용한다. 이 전해질은 리튬염을 함유하는 고체 폴리머이거나, 리튬염이 유기 용매에서 해리된 액상일 수 있다.Lithium secondary batteries use nonaqueous electrolytes because of their reactivity with lithium. This electrolyte may be a solid polymer containing lithium salts, or may be a liquid phase in which lithium salts dissociate in an organic solvent.
리튬 2차전지는 전해질 종류에 따라 액체 전해질을 사용하는 리튬 금속전지와 리튬 이온전지, 그리고 고분자 고체 전해질을 사용하는 리튬 이온 폴리머 전지로 구분할 수 있다. 리튬 이온 폴리머 전지는 고분자 고체 전해질의 종류에 따라 유기 전해액이 전혀 함유되어 있지 않은 완전 고체형 리튬 이온 폴리머 전지와, 유기 전해액을 함유하고 있는 겔(Gel)형 고분자 전해질을 사용하는 리튬이온 폴리머전지로 나눌 수 있다.Lithium secondary batteries may be classified into lithium metal batteries using a liquid electrolyte, lithium ion batteries, and lithium ion polymer batteries using a polymer solid electrolyte according to electrolyte types. Lithium-ion polymer battery is a lithium-ion polymer battery that uses an all-solid-type lithium ion polymer battery containing no organic electrolyte at all according to the type of polymer solid electrolyte and a gel-type polymer electrolyte containing an organic electrolyte solution. Can be divided.
완전 고체형 리튬이온 폴리머전지의 경우에는 유기 전해액의 누출문제가 없으나, 유기 전해액을 함유하는 겔형 리튬 이온 폴리머전지의 경우에는 유기 전해액의 누출문제가 일부 발생될 수 있다. 그러나, 리튬이온 폴리머전지의 전해액의 누출 문제는 액체 전해질을 사용하는 리튬 이온 전지의 경우보다 더 간단한 방법으로 해결될 수 있다. 가령, 리튬이온 폴리머전지는 금속 포일과 이 포일을 덮는 하나 이상의 폴리머막으로 구성된 다층막 파우치를 리튬 이온 전지의 금속캔(can) 대신 사용하여 전해액의 누출을 막을 수 있다. In the case of a fully solid lithium ion polymer battery, there is no problem of leakage of the organic electrolyte, but in the case of a gel type lithium ion polymer battery containing the organic electrolyte, a problem of leakage of the organic electrolyte may occur. However, the problem of leakage of the electrolyte of the lithium ion polymer battery can be solved by a simpler method than that of the lithium ion battery using the liquid electrolyte. For example, a lithium ion polymer battery may use a multilayer film pouch composed of a metal foil and one or more polymer films covering the foil instead of a metal can of a lithium ion battery to prevent leakage of an electrolyte.
또한 다층막 파우치를 사용할 경우에는 금속 캔을 사용할 때보다 전지의 무게를 현저히 줄일 수 있다는 장점을 가진다. 다층막 파우치를 이루는 파우치막은 금속 포일과 이의 양면에 부착되는 폴리머막으로 형성되며, 포일을 이루는 금속으로 통상 알루미늄이 이용된다. 파우치막 내층을 이루는 폴리머막은 전해질로부터 금속 포일을 보호함과 아울러, 양극과 음극, 그리고 전극탭들 사이의 단락(短絡)을 방지한다. In addition, the use of a multilayer film pouch has the advantage of significantly reducing the weight of the battery than when using a metal can. The pouch film constituting the multilayer film pouch is formed of a metal foil and a polymer film attached to both sides thereof, and aluminum is usually used as the metal constituting the foil. The polymer film forming the inner layer of the pouch film protects the metal foil from the electrolyte and prevents short circuit between the positive electrode, the negative electrode, and the electrode tabs.
리튬이온 폴리머전지는, 도 1을 참조하면, 세부적으로 상세하게 도시되지 않았지만, 집전체(Grid)에 전극 활물질을 충진시키는 방법으로 양극판과 음극판을 형성하고, 양극판과 음극판 사이에는 유기 전해액이 함침된 분리막(Separator)을 위치시킨다. 또한 이러한 양극판과 분리막과 음극판을 젤리 롤 형태로 권취하여 전극조립체(10)를 형성한다.Although not shown in detail with reference to FIG. 1, a lithium ion polymer battery is formed by forming a positive electrode plate and a negative electrode plate by filling an electrode active material in a current collector grid, and an organic electrolyte solution is impregnated between the positive electrode plate and the negative electrode plate. Place the separator. In addition, the positive electrode plate, the separator, and the negative electrode plate are wound in a jelly roll to form an electrode assembly 10.
한편, 상기 전극조립체(10)의 양극판 일측에는 양극탭(12)이 형성되고, 음극판의 일측에는 음극탭(14)이 형성되며, 젤리 롤(Jelly Roll) 상태에서 양극탭(12)과 음극탭(14)은 일정한 간격을 두고 나란하게 배치된다. 양극탭(12)과 음극탭(14)은 전극조립체가 외부와 전기적으로 연결되도록 양극탭(12)과 음극탭(14)의 일부가 파우치(20) 외부로 노출되도록 형성된다. On the other hand, the positive electrode tab 12 is formed on one side of the positive electrode plate of the electrode assembly 10, the negative electrode tab 14 is formed on one side of the negative electrode plate, the positive electrode tab 12 and the negative electrode tab in the jelly roll (Jelly Roll) state 14 are arranged side by side at regular intervals. The positive electrode tab 12 and the negative electrode tab 14 are formed to expose a portion of the positive electrode tab 12 and the negative electrode tab 14 to the outside of the pouch 20 so that the electrode assembly is electrically connected to the outside.
상기 파우치(20)는 일반적으로 일체로 형성되는 직방형 파우치막을 한 변의 길이 방향을 기준으로 중간을 접철하여 파우치의 상부(22), 하부(24)를 이룬다. 하부(24)에는 프레스(press) 가공 등을 통해 전극조립체(10)가 수용될 홈을 형성한다. 파우치막은 통상적으로 알루미늄 박막의 상면과 하면에 나일론, 폴리프로필렌이나 폴리에틸렌 등의 합성수지로 덮여진 적층구조를 가지도록 형성되며, 밀봉을 위해 파우치 내면의 합성수지는 열접착성 물질로 이루어진다. 즉, 열접착성 물질이 가열, 가압될 때 상호 융착되어 파우치는 밀봉된다. 파우치(20)의 하부(24) 홈에 전극조립체(10)가 수용된 후 파우치(20)가 밀봉되어 베어 셀(bare cell)이 형성된다. The pouch 20 is generally folded to form an upper portion 22 and a lower portion 24 of the pouch by folding the middle of the rectangular pouch membrane formed integrally with respect to the length direction of one side thereof. The lower part 24 forms a groove in which the electrode assembly 10 is to be accommodated by pressing or the like. The pouch film is typically formed to have a laminated structure covered with synthetic resin such as nylon, polypropylene or polyethylene on the upper and lower surfaces of the aluminum thin film, and the synthetic resin on the inner surface of the pouch is made of a heat-adhesive material for sealing. That is, when the heat-adhesive material is heated and pressurized, they are fused together and the pouch is sealed. After the electrode assembly 10 is accommodated in the lower 24 groove of the pouch 20, the pouch 20 is sealed to form a bare cell.
도 2에서 보는 바와 같이, 상기 베어 셀(30)에 보호기판(42)과 PTC(Positive Temperature Coefficient)(도면에 표시하지 않음)와 같은 부속품이 부착되어 코어팩(core pack)(40)이 형성된다. As shown in FIG. 2, accessories such as a protective substrate 42 and a positive temperature coefficient (PTC) (not shown) are attached to the bare cell 30 to form a core pack 40. do.
도 3에서 보는 바와 같이, 상기 코어팩(40)이 하드케이스(60)에 수용된 후 하드케이스(60)가 밀봉되면 하드팩 전지가 완성된다. 종래의 하드케이스(60)는 상부가 개방된 박스타입의 하부본체(62)와 상부커버(64)로 구성되며 하드케이스(60)의 내측에 별도의 회로나 도전체부 없이 폴리프로필렌 수지 등을 이용하여 형성하게 되거나, 전지가 사용되는 특성에 따라 하드케이스 내부에 별도의 부속회로 기타 도전체부를 가지는 경우가 있다.As shown in FIG. 3, the hard pack battery is completed when the hard case 60 is sealed after the core pack 40 is accommodated in the hard case 60. The conventional hard case 60 is composed of a box-type lower body 62 and an upper cover 64 having an open top, and use a polypropylene resin or the like without a separate circuit or conductor part inside the hard case 60. Or a separate accessory circuit or other conductor part in the hard case depending on the characteristics of the battery.
종래의 파우치형 리튬이온 폴리머전지에 사용되는 하드케이스(60)는 단순한 박스타입이며, 특히, 상부커버(64)는 판상으로 하부본체(62)를 밀봉하는 역할만 수행한다. 이러한 하드케이스(60)는 폴리프로필렌수지 등 합성수지로 형성되므로 캔형 리튬이차전지에 비하여 가벼운 장점은 있으나, 강도가 약하여 외부의 압력에 따라 일부 전지의 내부로 변형이 되는 문제점이 있다. 특히, 전극조립체(10)(또는 베어 셀)의 상단에 대응하는 하드케이스의 부분은, 도 3에서 보는 바와 같이, 하드케이스의 전단외벽으로부터 소정거리 떨어진 부분이므로 압력이 가해지는 경우에 하드케이스(60)가 내부로 변형되면서 베어 셀(30)과 접촉하여 베어 셀에 압력을 가하게 된다.The hard case 60 used in the conventional pouch type lithium ion polymer battery is a simple box type, and in particular, the upper cover 64 serves only to seal the lower body 62 in a plate shape. Since the hard case 60 is formed of a synthetic resin such as polypropylene resin, there is a light advantage over the can-type lithium secondary battery. However, the hard case 60 has a problem in that the strength of the hard case 60 is deformed into the inside of the battery according to external pressure. In particular, the hard case portion corresponding to the upper end of the electrode assembly 10 (or bare cell) is a portion away from the front outer wall of the hard case, as shown in FIG. 60 deforms inward and contacts the bare cell 30 to apply pressure to the bare cell.
한편, 상기 베어 셀(30)은, 도 1에서 보는 바와 같이, 알루미늄 포일과 폴리머막이 적층되어 형성된 파우치(20) 내부에 전극조립체(10)가 삽입되어 형성되므로 외부의 압력에 취약하게 된다. 특히, 하드케이스(60)의 외곽에서 떨어져 주위에 별도의 지지체가 없는 부분에 위치하는 전극조립체(10)의 상단은 하드케이스(60)에 전해지는 외부의 압력의 영향을 많이 받게된다. 전극조립체(10)가 압력을 받아 심하게 변형되면 젤리롤 상태로 형성된 음극판(14)과 양극판(12)이 단락되는 경우가 발생하게 된다. 또한 전극조립체(10)와 파우치(20)가 압력에 의하여 변형되면 파우치(20)의 폴리머막이 파손되면서 파우치의 알루미늄 포일과 양극판(12) 또는 음극판(14) 사이에 단락이 발생하는 경우도 발생하여 역시 양극판(12)과 음극판(14)이 단락될 수 있다.Meanwhile, as shown in FIG. 1, the bare cell 30 is vulnerable to external pressure because the electrode assembly 10 is inserted into the pouch 20 formed by stacking the aluminum foil and the polymer film. In particular, the upper end of the electrode assembly 10 which is located at the portion of the hard case 60 apart from the outside of the hard case 60 is affected by the external pressure transmitted to the hard case 60. When the electrode assembly 10 is severely deformed under pressure, a case in which the negative electrode plate 14 and the positive electrode plate 12 formed in a jelly roll state is short-circuited. In addition, when the electrode assembly 10 and the pouch 20 are deformed by the pressure, the polymer film of the pouch 20 is broken and a short circuit occurs between the aluminum foil of the pouch and the positive electrode plate 12 or the negative electrode plate 14. Also, the positive electrode plate 12 and the negative electrode plate 14 may be shorted.
이렇게 양극판(12)과 음극판(14) 사이에 단락이 발생하게 되면, 단자들 사이에 방전이 이루어져 과열 및 스웰링이 발생할 가능성이 높고, 불량으로 인한 제품 수율이 저하되는 문제점이 발생한다.When a short circuit occurs between the positive electrode plate 12 and the negative electrode plate 14, there is a high possibility that overheating and swelling occurs due to discharge between the terminals, and a product yield due to defects is lowered.
또한, 음극판(14)과 파우치(20)의 알미늄 사이에 단락이 발생할 경우, 특히 전해질이 있는 환경에서는 베리어(barrier)로 작용하는 알루미늄 포일이 계속 부식되어 제거된다. 따라서, 파우치의 차단 능력이 떨어지고 분리막의 유기 전해액이 증발되거나 외부 수분이나 산소가 유입되어 파우치에 가스 발생으로 인한 압력이 증가하는 스웰링(swelling) 등의 문제가 생길 수 있다.In addition, when a short circuit occurs between the anode plate 14 and the aluminum of the pouch 20, particularly in an environment in which an electrolyte is present, the aluminum foil serving as a barrier continues to be corroded and removed. Therefore, the blocking ability of the pouch may be reduced, and the organic electrolyte solution of the separator may be evaporated, or external moisture or oxygen may be introduced to cause problems such as swelling (swelling) in which pressure due to gas generation increases in the pouch.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 본 발명은 양극판과 음극판 및 분리막을 포함하는 전극조립체와 이를 수용하는 파우치(pouch)를 수용하여 보호하며, 이차전지의 외관을 형성하는 외부케이스의 강도를 보강한 파우치형 리튬이온 폴리머전지에 관한 것이다.The present invention devised to solve the above problems is to accommodate and protect the electrode assembly and the pouch (accommodating) an electrode assembly including a positive electrode plate and a negative electrode plate and a separator, reinforce the strength of the outer case to form the appearance of the secondary battery It relates to a pouch type lithium ion polymer battery.
상기와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명의 파우치형 리튬이온 폴리머전지는 양극판, 분리막, 음극판으로 이루어지는 전극조립체와 상기 전극조립체가 수용되며, 가장자리가 밀봉되는 파우치와 상기 파우치의 전단부에서 인출되는 양극탭과 음극탭에 연결되는 보호회로 및 상기 파우치와 보호회로를 수용하는 하드케이스를 구비하여 이루어지는 파우치형 리튬이온 폴리머전지에 있어서, 상기 하드케이스는 상부가 개방된 박스형상으로 상기 파우치와 보호회로가 수용되도록 소정의 크기를 갖는 하부본체와, 상기 하부본체의 상부에 결합되며, 상기 하부본체에 수용되는 상기 파우치와 상기 보호회로 사이에 수직으로 위치되도록 형성되는 보강판을 구비하는 상부커버를 포함하는 것을 특징으로 한다.The pouch-type lithium ion polymer battery of the present invention for solving the above problems is an electrode assembly consisting of a positive electrode plate, a separator, a negative electrode plate and the electrode assembly is accommodated, the pouch is sealed at the edge and the positive electrode drawn out from the front end of the pouch A pouch type lithium ion polymer battery comprising a protective circuit connected to a tab and a negative electrode tab, and a hard case accommodating the pouch and the protective circuit, wherein the hard case has a box shape with an open upper portion. And an upper cover having a lower body having a predetermined size to be accommodated, and a reinforcing plate coupled to an upper portion of the lower body, the reinforcement plate being vertically positioned between the pouch accommodated in the lower body and the protection circuit. It is characterized by.
또한 본 발명에서 상기 보강판은 상기 상부커버가 상기 하부본체에 결합될 때, 상기 보강판의 하단이 상기 파우치의 전단부의 돌출부 상면에서 0.1mm 내지 3mm 이격되도록 높이가 형성하는 것이 바람직하다.In the present invention, the reinforcing plate is preferably formed so that when the upper cover is coupled to the lower body, the lower end of the reinforcing plate is 0.1mm to 3mm apart from the upper surface of the protrusion of the front end of the pouch.
또한 본 발명에서 상기 보강판은 하나의 판으로 형성될 수 있다.In the present invention, the reinforcement plate may be formed of one plate.
또한 본 발명에서 상기 보강판은 상기 파우치에서 양극탭과 음극탭이 인출되면서 형성되는 돌출부에 대응되는 위치의 하단부에 수용홈이 형성될 수 있다.In the present invention, the reinforcing plate may be provided with a receiving groove at the lower end of the position corresponding to the protrusion formed while the positive electrode tab and the negative electrode tab is drawn out from the pouch.
또한 본 발명에서 상기 보강판은 상기 파우치에 형성된 각 돌출부의 상부를 제외한 부분에만 존재하도록 3개의 부분판으로 형성될 수 있다.In addition, in the present invention, the reinforcing plate may be formed of three partial plates so that only the portion except for the upper portion of each protrusion formed in the pouch.
또한 본 발명에서 상기 보강판은 하단의 단면이 곡면으로 형성되는 것이 바람직하다.In addition, in the present invention, the reinforcing plate is preferably formed in the cross section of the lower surface.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 4는 본 발명에 따른 하드케이스가 적용된 하드팩의 횡단면도를 나타낸다. 도 5는 본 발명에 따른 실시예의 하드케이스와 파우치의 결합관계를 나타내는 도 4의 A-A' 단면도이다. 도 6은 본 발명에 따른 다른 실시예의 하드케이스와 파우치의 결합관계를 나타낸다. 도 7은 본 발명에 따른 또 다른 실시예의 하드케이스와 파우치의 결합관계를 나타내는 나타낸다. 도 8은 도 4에서 보강판이 형성된 상부커버의 부분 확대도를 나타낸다.4 is a cross-sectional view of a hard pack to which a hard case according to the present invention is applied. 5 is a cross-sectional view taken along line AA ′ of FIG. 4 illustrating a coupling relationship between a hard case and a pouch of an embodiment of the present invention. 6 shows a coupling relationship between the hard case and the pouch of another embodiment according to the present invention. Figure 7 shows a coupling relationship between the hard case and the pouch of another embodiment according to the present invention. 8 is a partially enlarged view of the upper cover in which the reinforcing plate is formed in FIG. 4.
본 발명에 따른 파우치형 리튬이온 폴리머전지는 전극조립체(10)와 파우치(20)와 보호회로(42) 및 하드케이스(70)를 포함하여 형성된다. 여기서 종래의 파우치형 리튬이온 폴리머전지와 동일한 구성요소는 도1 내지 도 3의 구성요소의 식별번호를 동일하게 사용하여 설명한다.The pouch-type lithium ion polymer battery according to the present invention includes an electrode assembly 10, a pouch 20, a protective circuit 42, and a hard case 70. Here, the same components as those of the conventional pouch-type lithium ion polymer battery will be described using the same identification numbers of the components of FIGS. 1 to 3.
도 4와 도 1을 참조하며 보면 상기 전극조립체(10)는 양극판, 분리막, 음극판이 적층된 다층막을 와형으로 권취하여 젤리 롤(Jelly Roll) 형태로 형성한다. 또한 젤리 롤을 형성할 때 양극판과 음극판의 단락을 막기 위해 롤(roll)의 외부 혹은 내부 전극면에는 분리막이 덧붙여진다.Referring to FIGS. 4 and 1, the electrode assembly 10 is formed in a jelly roll shape by winding a multilayer film in which a positive electrode plate, a separator, and a negative electrode plate are stacked in a spiral shape. In addition, when forming the jelly roll, a separator is added to the outer or inner electrode surface of the roll to prevent a short circuit between the positive electrode plate and the negative electrode plate.
양극판은 도전성이 우수한 금속 박판, 예컨대 알루미늄 메시나 포일로 된 양극 집전체에 리튬계 산화물을 주성분으로 하는 양극 활물질층을 코팅하는 등의 방법으로 형성할 수 있다. 음극판은 전도성의 금속 박판, 이를테면 구리 호일로 된 음극 집전체에 탄소를 주성분으로 하는 음극 활물질층을 코팅하여 형성할 수 있다. 코팅은 도전제, 바인더, 기타 함유물이 섞인 페이스트 상태의 활물질을 집전체에 얇게 씌우는 방식으로 이루어질 수 있다.The positive electrode plate can be formed by coating a positive electrode active material layer containing lithium-based oxide as a main component on a metal thin plate having excellent conductivity, such as an aluminum current collector made of aluminum mesh or foil. The negative electrode plate may be formed by coating a negative electrode active material layer containing carbon as a main component on a negative electrode current collector made of a conductive metal thin plate, such as a copper foil. The coating may be made by thinly coating a current collector in a paste state mixed with a conductive agent, a binder, and other contents.
통상 파우치형을 채택하는 리튬 이온 폴리머 전지에서 양극판과 음극판 사이의 폴리머층이 분리막 겸 전해질을 이룬다. 이때, 분리막은 이온전도도를 높이기 위해 유기 전해액이 함유되는 겔(Gel)형인 것이 일반적이다.In a lithium ion polymer battery adopting a pouch type, a polymer layer between a positive electrode plate and a negative electrode plate forms a separator and an electrolyte. At this time, the separator is generally a gel (Gel) type containing an organic electrolyte in order to increase the ionic conductivity.
상기 파우치(20)는 먼저 일체로 형성되는 직방형 파우치막을 한 변의 길이 방향을 기준으로 중간을 접철하여 파우치의 상부(22), 하부(24)를 이룬다. 하부(24)에는 프레스(press) 가공 등을 통해 전극조립체가 수용될 홈을 형성한다. 파우치막은 통상 알미늄 재질의 금속 포일을 중심으로 내외면에 폴리프로필렌, 나일론 등의 폴리머막이 코팅되어 형성된다.The pouch 20 folds the middle in the longitudinal direction of one side of a rectangular pouch film formed integrally with one another to form an upper portion 22 and a lower portion 24 of the pouch. The lower part 24 forms a groove in which the electrode assembly is to be accommodated by pressing or the like. The pouch film is usually formed by coating a polymer film such as polypropylene and nylon on the inner and outer surfaces of an aluminum metal foil.
상기 파우치(20)의 하부 홈에 전극조립체(10)를 안착시킨 후 하부 홈 주위의 가장자리와 이에 대응되는 파우치막 상부의 가장자리를 밀착시킨 상태에서 밀착된 부분을 가열·가압하면 내부 폴리머막이 융착되면서 파우치 밀봉이 이루어져 베어 셀(30)이 형성된다. 이때 파우치는 상하 파우치막이 융착된 상태로 홈 주위의 4변 가운데 적어도 3 변에 플랜지 형태를 이루게 된다.When the electrode assembly 10 is seated in the lower groove of the pouch 20, the inner polymer film is fused by heating and pressing the closely contacted portion with the edges around the lower groove and the edge of the upper portion of the pouch film corresponding thereto. Pouch sealing is performed to form a bare cell 30. At this time, the pouch is flanged to at least three sides of the four sides around the groove while the upper and lower pouch membranes are fused.
양극판과 음극판 각각에 형성되는 양극탭(14)과 음극탭(12)은 파우치의 융착되는 3변 가운데 전단부(26)를 통과하여 파우치(20) 외부로 인출되도록 형성된다. 양극탭(12)과 음극탭(14)이 인출되는 파우치(20)의 전단부(26)에는 도 5에서 보는 바와 같이, 각각 돌출부(44)가 형성된다.The positive electrode tab 14 and the negative electrode tab 12 formed on each of the positive electrode plate and the negative electrode plate are formed to be drawn out of the pouch 20 by passing through the front end portion 26 among the three fused sides of the pouch. As shown in FIG. 5, protrusions 44 are formed at the front end portion 26 of the pouch 20 from which the positive electrode tab 12 and the negative electrode tab 14 are drawn out.
파우치 밀봉 과정에서 파우치(20) 내면의 폴리머막과 양극탭(12)과 음극탭(14)의 접착을 강화하기 위해 폴리머막 표면에 특정 성분을 함유시키거나, 밀봉전 이들 성분을 가진 별도의 테이프를 양극탭(12)과 음극탭(14)이 파우치의 전단부(26)와 접착되는 부분에 부착시킬 수도 있다. 실시예에 따라 양극 및 음극 탭(12, 14)은 극성을 달리하여 배치될 수 있다.In order to enhance adhesion of the polymer film on the inner surface of the pouch 20 and the positive electrode tab 12 and the negative electrode tab 14 during the pouch sealing process, a specific tape is contained on the surface of the polymer film or a separate tape having these components before sealing May be attached to a portion where the positive electrode tab 12 and the negative electrode tab 14 adhere to the front end portion 26 of the pouch. According to an embodiment, the positive and negative electrode tabs 12 and 14 may be arranged with different polarities.
상기 보호회로(42)는 리튬이온 폴리머전지의 과충전과 과방전을 방지하는 회로로서 베어 셀(30)에서 인출되는 양극탭(12)과 음극탭(14)에 연결된다. 또한 음극탭(14) 또는 양극탭(12)과 보호회로(42)사이에는 PTC(positive temperature coefficient)가 연결되어 코어팩(40) 전지가 형성된다. 코어팩(40)에는 하드케이스(70)의 단자 전극(도면에 표시하지 않음)과의 혹은 사용기기와의 전기적 연결을 위한 도전선이 연결된 상태다.The protection circuit 42 is a circuit for preventing overcharge and overdischarge of the lithium ion polymer battery and is connected to the positive electrode tab 12 and the negative electrode tab 14 which are drawn out from the bare cell 30. In addition, a positive temperature coefficient (PTC) is connected between the negative electrode tab 14 or the positive electrode tab 12 and the protection circuit 42 to form a core pack 40 battery. The core pack 40 is in a state in which a conductive wire is connected to a terminal electrode (not shown) of the hard case 70 or to an electrical connection with a user device.
상기 하드케이스(70)는, 도 4를 참조하여 보면, 하부본체(72)와 상부커버(74)를 포함하여 형성된다. 하부본체(72)는 폴리프로필렌등 합성수지로 형성되며, 상기 베어 셀(30)과 보호회로(42)가 연결된 코어팩(40)이 안착되도록 상부가 개방된 박스 형상의 소정의 크기로 형성된다. 하부본체(72)의 높이는 안착되는 코어팩의 높이와 유사하게 형성한다.4, the hard case 70 includes a lower main body 72 and an upper cover 74. The lower body 72 is formed of a synthetic resin such as polypropylene, and is formed in a predetermined size of a box shape in which an upper portion thereof is opened so that the core pack 40 to which the bare cell 30 and the protection circuit 42 are connected is seated. The height of the lower body 72 is formed similar to the height of the core pack to be seated.
상기 상부커버(74)는 하부본체(72) 상단의 개방부에 결합되도록 하부본체의 크기와 동일한 크기의 판상으로 형성된다. 상부커버(74)의 각 측단에는 판상에서 하면으로 수직하게 소정높이 연장되는 연장부(76)가 형성되며, 연장부(76)의 외측면이 상기 하부본체(72) 수직면의 내측면과 접촉하게 된다. 하부본체(72)와 상부커버(74)가 결합된 상태에서 밀봉하여 하드케이스(70) 내부를 밀봉하게 된다.The upper cover 74 is formed in a plate shape of the same size as the size of the lower body to be coupled to the opening of the upper end of the lower body (72). Each side end of the upper cover 74 is formed with an extension portion 76 extending vertically from the plate to the lower surface vertically, so that the outer surface of the extension portion 76 is in contact with the inner surface of the vertical surface of the lower body (72) do. The lower body 72 and the upper cover 74 are sealed in a combined state to seal the inside of the hard case 70.
한편, 본 발명의 주요 특징인 상기 상부커버(74)에는 하부로 수직하게 형성되는 보강판(78)이 형성된다. 도 4와 도 5에서 보는 바와 같이, 보강판(78)은 상기 하부본체(72)에 코아팩(40)이 안착된 상태에서 상부커버(74)가 결합될 때, 코아팩(40)의 베어 셀(30)과 보호회로(42) 사이를 수직으로 통과하는 위치에 위치하도록 상부커버의 하면에 하방으로 수직하게 형성된다.On the other hand, the upper cover 74, which is a main feature of the present invention, is formed with a reinforcement plate 78 formed vertically downward. As shown in FIGS. 4 and 5, the reinforcement plate 78 is bare of the core pack 40 when the upper cover 74 is coupled with the core pack 40 seated on the lower body 72. It is formed vertically downward on the lower surface of the upper cover to be positioned at a position passing vertically between the cell 30 and the protection circuit 42.
상기 보강판(78)의 높이는 상기 상부커버(74)가 하부본체(72)와 결합된 상태에서 보강판(78)의 하단이 양극탭(12)과 음극탭(14)이 인출되는 파우치의 전단부(26)의 돌출부(44)의 상면에서 소정높이 떨어지도록 결정된다. 보강판(78)의 높이가 너무 작게 되면 보강판을 설치한 효과가 없게 되며 보강판(78)의 높이가 너무 크게 되면 상부커버(74)의 조립이 어렵게 되며, 양극탭(12)과 음극탭(14)이 인출되는 파우치의 돌출부(44)등에 손상을 줄 가능성이 있다. 따라서, 바람직하게는 상부커버(74)가 하부본체(72)에 조립되었을때 상기 보강판(78)의 하단이 파우치 전단부(26)의 돌출부(44) 상면에서 0.1mm 내지 3mm 떨어지도록 보강판(78)의 높이를 형성한다. 이때는 보강판이 사용되는 전지의 두께를 고려하여 적정한 이격간격을 설정하게 된다.The height of the reinforcement plate 78 is the front end of the pouch in which the positive electrode tab 12 and the negative electrode tab 14 are drawn out at the lower end of the reinforcement plate 78 while the upper cover 74 is coupled to the lower body 72. It is determined to fall a predetermined height from the upper surface of the protrusion 44 of the portion 26. If the height of the reinforcement plate 78 is too small, there is no effect of installing the reinforcement plate, if the height of the reinforcement plate 78 is too large, it becomes difficult to assemble the upper cover 74, the positive electrode tab 12 and the negative electrode tab There is a possibility of damaging the protrusions 44 and the like of the pouch from which the 14 is taken out. Therefore, preferably when the upper cover 74 is assembled to the lower body 72, the lower end of the reinforcement plate 78 is 0.1 mm to 3 mm away from the upper surface of the protrusion 44 of the pouch front end portion 26 Form the height of 78. At this time, considering the thickness of the battery in which the reinforcing plate is used to set an appropriate spacing interval.
상기 보강판(78)의 폭은 상기 상부커버(74)의 폭과 유사하게 형성되도록 한다. 보강판(78)은 보강판(78)이 하드케이스(70)의 외부에서 가해지는 압력에 변형되지 않도록 소정두께를 갖도록 형성한다. The width of the reinforcing plate 78 is to be formed similar to the width of the upper cover (74). The reinforcement plate 78 is formed to have a predetermined thickness so that the reinforcement plate 78 is not deformed by the pressure applied from the outside of the hard case 70.
상기 보강판(78)이 형성된 상부커버(64)에 의하여 상기 하드케이스(70)에 외부의 압력이 가해지더라도 상기 보강판(78)의 하단이 파우치(20) 전단부의 돌출부(44) 상면에 접촉되어 하드케이스(70)의 상부커버(74)의 변형을 방지하여 베어 셀(30)과 전극조립체(10)의 변형을 방지하게 된다.Even when external pressure is applied to the hard case 70 by the upper cover 64 on which the reinforcing plate 78 is formed, the lower end of the reinforcing plate 78 contacts the upper surface of the protrusion 44 of the front end of the pouch 20. By preventing the deformation of the upper cover 74 of the hard case 70 to prevent deformation of the bare cell 30 and the electrode assembly 10.
상기 보강판(78)의 다른 실시예로서, 도 6에서 보는 바와 같이, 보강판(78)의 하단부에 상기 파우치(20)의 전극탭이 인출되는 부분에 형성된 돌출부(44)가 수용될 수 있도록 돌출부에 대응되는 위치에 수용홈(79)을 형성한다. 수용홈(79)이 형성되는 경우에는 상기 보강판(78)의 하단부가 파우치의 전단부 상면과 접촉되는 접촉면적이 넓어지므로 외부의 압력을 분산하게 되어 파우치에 주는 손상을 최소화 할 수 있게된다. 따라서 이경우는 보강판(78) 하단이 상기 파우치(20)의 전단부(26) 상면과 0.1mm 내지 3mm 이격되도록 형성한다. 이때는 보강판이 사용되는 전지의 두께를 고려하여 적정한 이격간격을 설정하게 된다.As another embodiment of the reinforcement plate 78, as shown in FIG. 6, the protrusion 44 formed at a portion at which the electrode tab of the pouch 20 is drawn out is accommodated at the lower end of the reinforcement plate 78. The receiving groove 79 is formed at a position corresponding to the protrusion. When the receiving groove 79 is formed, since the contact area of the lower end portion of the reinforcing plate 78 is in contact with the upper surface of the front end of the pouch is widened, the external pressure is dispersed to minimize damage to the pouch. Therefore, in this case, the bottom of the reinforcing plate 78 is formed so as to be spaced apart from the upper surface of the front end portion 26 of the pouch 20 by 0.1mm to 3mm. At this time, considering the thickness of the battery in which the reinforcing plate is used to set an appropriate spacing interval.
상기 보강판의 또 다른 실시예로서, 도 7에서 보는 바와 같이, 보강판(78)을 3개의 부분판(78a, 78b, 78c)으로 형성하여, 돌출부(44)의 상면에서는 보강판(78)의 끝단이 접촉되지 않도록 형성할 수 있다. 양극탭(12)과 음극탭(14)이 인출되는 돌출부(44)의 파우치막이 취약하여 파손될 가능성이 큰 경우에는 보강판(78)의 끝단이 상기 파우치 전단부의 돌출부(44)의 상면에 접촉되지 않도록 하는 것이 바람직하다.As another embodiment of the reinforcement plate, as shown in FIG. 7, the reinforcement plate 78 is formed of three partial plates 78a, 78b, and 78c, and the reinforcement plate 78 is formed on the upper surface of the protrusion 44. The end of the can be formed so as not to contact. If the pouch film of the protrusion 44 through which the positive electrode tab 12 and the negative electrode tab 14 are drawn out is fragile and is likely to be damaged, the end of the reinforcing plate 78 does not contact the upper surface of the protrusion 44 of the front end portion of the pouch. It is desirable to avoid.
상기 상부커버에 형성되는 상기 보강판은 바람직하게는 상기 보강판(78)의 하단을, 도 8에서 보는 바와 같이, 곡면처리하여 보강판의 하단이 파우치의 전단부 상면과 접촉될 때 파우치막에 손상을 주지 않도록 하는 것이 바람직하다.The reinforcement plate formed on the upper cover is preferably curved at the lower end of the reinforcement plate 78, as shown in FIG. 8, so that the lower end of the reinforcement plate contacts the upper surface of the front end of the pouch. It is desirable not to damage it.
상기 보강판(78)이 형성된 상부커버(74)를 코어팩40)이 안착된 하부본체(72)에 결합하게 되면 상기 보강판(78)은 파우치(20)와 보호회로(42) 사이를 통과하여 파우치(20)의 전단부(26) 상면에 위치하게 된다. 이러한 상태에서 하부본체(72)와 상부커버(74)를 밀봉하여 하드 팩을 형성하게 된다. When the upper cover 74 formed with the reinforcing plate 78 is coupled to the lower body 72 on which the core pack 40 is seated, the reinforcing plate 78 passes between the pouch 20 and the protection circuit 42. The upper surface of the front end portion 26 of the pouch 20 is positioned. In this state, the lower body 72 and the upper cover 74 are sealed to form a hard pack.
다음은 본 발명에 따른 리튬이온 폴리머전지에서 보강판의 작용에 대하여 설명한다.Next, the operation of the reinforcing plate in the lithium ion polymer battery according to the present invention will be described.
상기 보강판(78)이 형성된 하드케이스(70)에 의하여 형성된 하드팩에 외부의 압력이 주어지면 보강판(78)이 파우치(20)의 전단부 또는 돌출부(44)와 접촉되면서 하드팩의 지지대 역할을 하게 되므로 하드팩은 변형되지 않게 되며 따라서 파우치(20)와 전극조립체(10)는 외부의 압력이 전달되지 않게 된다. 따라서 파우치(20)와 전극조립체(10)가 파손 또는 변형되지 않으며, 파우치(20)의 금속막과 전극조립체(10)의 양극판과 음극판은 단락등 이상이 발생하지 않게 된다.When external pressure is applied to the hard pack formed by the hard case 70 having the reinforcing plate 78 formed thereon, the reinforcing plate 78 is in contact with the front end or the protrusion 44 of the pouch 20 and supports of the hard pack. Since the hard pack does not deform, the pouch 20 and the electrode assembly 10 do not transmit external pressure. Therefore, the pouch 20 and the electrode assembly 10 are not damaged or deformed, and the metal film of the pouch 20 and the positive electrode plate and the negative electrode plate of the electrode assembly 10 do not cause abnormalities such as short circuits.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형의 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 특허청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.As described above, the present invention is not limited to the specific preferred embodiments described above, and any person having ordinary skill in the art to which the present invention pertains without departing from the gist of the present invention claimed in the claims. Various modifications are possible, of course, and such changes are within the scope of the claims.
본 발명에 의한 리튬이온 폴리머전지에 의하면 리튬이온 폴리머전지의 하드팩에 외부의 압력이 가해지더라도 파우치와 전극조립체에 압력이 가해지는 것을 방지하여 파우치와 전극조립체가 손상되는 것을 방지할 수 있는 효과가 있다.According to the lithium ion polymer battery according to the present invention, even when an external pressure is applied to the hard pack of the lithium ion polymer battery, it is possible to prevent the pouch and the electrode assembly from being damaged by preventing the pouch and the electrode assembly from being damaged. have.
도 1은 전극조립체와 전극조립체가 수용되는 파우치의 결합관계를 나타내는 사시도.1 is a perspective view showing a coupling relationship between an electrode assembly and a pouch in which the electrode assembly is accommodated.
도 2는 베어셀에 보호회로가 결합되어 형성되는 코어팩의 사시도.2 is a perspective view of a core pack formed by coupling a protection circuit to a bare cell.
도 3은 종래에 하드케이스에 코어팩이 수용되어 형성된 하드팩의 횡단면도.3 is a cross-sectional view of a hard pack conventionally formed by receiving a core pack in a hard case.
도 4는 본 발명에 따른 하드케이스가 적용된 하드팩의 횡단면도.4 is a cross-sectional view of a hard pack to which a hard case according to the present invention is applied.
도 5는 본 발명에 따른 실시예의 하드케이스와 파우치의 결합관계를 나타내는 도 4의 A-A' 단면도.5 is a cross-sectional view taken along line AA ′ of FIG. 4 illustrating a coupling relationship between a hard case and a pouch of an embodiment of the present invention.
도 6은 본 발명에 따른 다른 실시예의 하드케이스와 파우치의 결합관계를 나타내는 단면도.Figure 6 is a cross-sectional view showing a coupling relationship between the hard case and the pouch of another embodiment according to the present invention.
도 7은 본 발명에 따른 또 다른 실시예의 하드케이스와 파우치의 결합관계를 나타내는 단면도.Figure 7 is a cross-sectional view showing a coupling relationship between the hard case and the pouch of another embodiment according to the present invention.
도 8은 도 4에서 보강판이 형성된 상부커버의 부분 확대도.FIG. 8 is an enlarged view of a portion of the upper cover in which the reinforcing plate is formed in FIG.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Description of the reference numerals for the main parts of the drawings>
10 - 전극조립체 20 - 파우치10-electrode assembly 20-pouch
30 - 베어 셀 40 - 코아팩30-Bare Cell 40-Core Pack
50 - 하드팩 70 - 하드케이스50-Hard Pack 70-Hard Case
72 - 하부본체 74 - 상부커버72-Lower Body 74-Upper Cover
78 - 보강판78-gusset
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