KR20080034369A - 파우치형 리튬 이차전지 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 베어셀의 사이즈가 작아지더라도 충분한 용량을 확보할 수 있도록 하기 위하여 셀의 두께를 증대시키기 위하여 탭 실링부의 폭을 일정하게 제한하도록 구성하여 특히 파우치의 총높이가 35mm 이하의 미니 파우치형 리튬 이차전지를 제조하게 된다.
파우치형 리튬 이차전지. 미니 셀, 탭 실링부

Description

파우치형 리튬 이차전지 {POUCH TYPE LITHIUM RECHARGEABEL BATTERY}
도 1은 일반적인 파우치형 리튬 이차전지의 분해사시도.
도 2는 본 발명에 의한 파우치형 리튬 이차전지의 정면도.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
30 ; 전극 조립체 34,35 ; 제1,2 전극탭
40 ; 파우치 42 ; 탭 실링부
L1 ; 탭 실링부의 폭 L2 ; 파우치의 높이
본 발명은 파우치형 리튬 이차전지에 관한 것으로, 보다 상세하게는 셀의 사이즈를 축소시키면서 전지의 용량은 최대화하기에 적합하도록 파우치의 전체 높이에 대하여 탭 실링부의 폭을 일정 비율로 제한하도록 한 파우치형 리튬 이차전지에 관한 것이다.
비디오 카메라, 휴대폰, 노트북 컴퓨턱, 휴대용 개인정보단말기(PDA) 등의 휴대용 무선기기와 전동공구 등은 제품의 경량화 및 고기능화가 진행됨에 따라 이들 제품의 구동 전원으로 사용되는 전지의 중요성이 증대되고, 이에 따라 전지에 대한 많은 연구가 이루어지고 있다.
특히 재충전이 가능한 리튬 이차전지는 리튬 원자의 가벼운 특성으로 인하여 기존의 납축전지, 니켈-카드뮴 전지, 니켈-수소 전지, 니켈-아연 전지 등과 비교하여 단위 중량당 에너지 밀도가 높고, 급속충전이 가능하기 때문에 이에 대한 연구 개발이 활발하게 진행되고 있다.
일반적으로 리튬 이차전지는 리튬과 수분의 반응성 때문에 비수성 전해질을 사용한다. 이러한 전해질은 리튬염을 함유하는 고체 폴리머이거나, 리튬염이 유기 용매에서 해리된 액상일 수 있다. 리튬염이 용해되는 용액은 대개 에틸렌 카보네이트, 프로필렌 카보네이트 또는 다른 알킬기 함유 카보네이트나 유사한 유기화합물로서, 50℃ 이상의 비등점과 실온에서 매우 낮은 증기압을 갖는다.
리튬 이차전지는 전해질의 종류에 따라서 액체 전해질을 사용하는 리튬 금속 전지와 리튬 이온 전지, 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 함유한 겔(gel)형 고분자 전해질을 사용하는 리튬 이온 폴리머 전지로 나눌 수 있다.
완전 고체형 리튬 이온 폴리머 전지의 경우에는 유기 전해액이 누출될 수 없으나, 유기 전해액을 함유하는 겔형 리튬 이온 폴리머 전지의 경우에는 유기 전해액이 누출되는 문제가 발생할 수 있다. 그러나 액체 전해질을 사용하는 리튬 이온 전지와 비교할 때 리튬 이온 폴리머 전지의 경우에는 전해액이 누출되는 문제를 간 단하게 방지할 수 있다, 가령 리튬 이온 폴리머 전지는 금속 호일과 이 호일을 덮는 하나 이상의 폴리머 막으로 구성된 다층막 파우치를 리튬 이온 전지의 금속캔 대신 사용할 수 있다. 이처럼 다층막 파우치를 사용하는 경우에는 금속캔을 사용하는 경우보다 무게를 현저하게 줄일 수 있는 장점이 있고, 다층막 파우치에서 호일을 이루는 금속은 통상 알루미늄이 사용된다. 또한, 파우치막의 내층을 이루는 폴리머 막은 전해질로부터 금속 호일을 보호함과 아울러 양극과 음극, 그리고 전극탭들 사이의 단락을 방지하게 된다.
파우치형 리튬 이차 전지를 형성하기 위해서는 우선 양극, 세퍼레이터, 음극을 적층하거나, 적층 후 권취하여 이루어지는 전극조립체를 가봉지 상태의 파우치 내에 위치시킨다. 그리고 파우치의 개방된 가장자리부에서 상하 파우치막을 가열 융착시키면 밀봉된 파우치 형태의 베어셀 전지가 제조된다.
베어셀(Bare cell) 전지에 도시되지 않은 보호회로기판(PCM:Protecting Circuit Moudule)이나, PTC(Positive Temperature Coefficient) 같은 부속품 혹은 구조체가 부착되어 코어 팩(Core Pack)전지가 형성된다.
이와 같은 코어 팩 전지를 하드 케이스 내에 결합시키면 완성된 하드 팩 전지가 된다.
하드 케이스는 그 내측에 별도의 회로나 또는 도전체부 없이 폴리프로필렌 수지 등을 이용하여 형성할 수 있으나, 전지가 사용되는 기기의 특성에 따라 하드 케이스 내부에 별도의 부속회로나 기타 도전체부를 가지는 경우가 있다. 경우에 따라서는 별도의 하드 케이스 없이 코어 팩 전지가 직접 제품에 부착되어 사용될 수 도 있다.
일반적인 파우치형 리튬 이차전지를 도 1을 참조하여 설명하면, 직사각형 파우치(20)의 일측에 일정 깊이의 드로잉부(21)를 형성하고, 드로잉부(21)에는 제1,2 전극판(11,12) 및 세퍼레이터(13)가 권취되며, 제1,2 전극탭(14,15)이 인출된 전극 조립체(10)를 수납시킨다. 다음으로 제1,2 전극탭(14,15)이 인출된 주변에 전극탭(14,15)에 보호회로기판 및 기타 구조체가 접속된다.
따라서 전극 조립체(10)가 수납된 파우치(20)는 제1,2 전극탭(14,15)과 연결되는 보호회로기판 및 기타 구조체를 설치하고 이들을 별도의 케이스(미도시)에 수납하면 조립이 완료된다.
이와 같이 구성되는 파우치형 리튬 이차전지는 파우치(20)의 형상이 대략 사각형으로 형성되고, 파우치(20)의 상단부에서 전극 조립체(10)와 접속된 제1,2 전극탭(14,15)이 인출된다. 이러한 파우치(20)의 상단부에는 탭 실링부(22)가 소정의 폭(ℓ1)을 갖고 형성되어 있다. 이러한 탭 실링부(22)는 전체 파우치(20)의 높이(ℓ2)에 대하여 일정한 비율로 형성되는데 이는 전지의 용량과 관계가 있다.
그런데 최근 파우치형 리튬 이차전지는 제품의 기능 및 사이즈에 맞추기 위하여 전지의 형상을 변형하거나 사이즈를 축소시켜야 된다.
특히 베어셀의 사이즈가 축소되는 경우에는 파우치의 폭방향의 길이는 동일한 길이를 유지하고 길이방향의 길이가 줄어들게 된다. 이는 파우치의 폭방향 상단부에 전극탭이 인출되기 때문에 폭방향의 사이즈를 줄이면서 디자인 또는 전지의 형태를 변형하기는 어렵기 때문이다.
이와 같이 파우치형 리튬 이차전지에서 베어셀의 사이즈가 줄어들게 되면 전지의 용량을 충분하게 확보하기 위해서는 베어셀의 두께를 확보해야 한다.
이와 같은 문제점을 감안하여 안출한 본 발명의 목적은 베어셀의 사이즈를 줄이면서 전지가 요구하는 용량을 최대한 확보하도록 한 파우치형 리튬 이차전지를 제공함에 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 파우치의 형상이 대략 사각형으로 형성되고, 상기 파우치의 상단부에서 전극 조립체와 접속된 제1,2 전극탭이 인출되며, 상기 파우치의 상단부에는 탭 실링부가 소정의 폭(L1)을 갖고 형성되되, 상기 탭 실링부는 전체 파우치의 높이(L2)에 대하여 일정한 비율로 형성되는 파우치형 리튬 이차전지에 있어서, 상기 탭 실링부의 폭(L1)과 상기 파우치의 높이(L2)의 비가 다음을 만족하는 것을 특징으로 한다.
(L1 / L2) X 100％ < 13％
이러한 본 발명은 보다 구체적으로는 상기 파우치의 높이(L2)가 20mm 내지 35mm의 범위에서 상기 탭 실링부의 폭(L1)은 최대 3.5mm 이하로 형성되는 것을 특징으로 한다.
이하, 상기한 바와 같은 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면에 의거하여 보다 상세하게 설명하며, 종래 기술과 동일한 구성을 지시하는 부호는 중복 사용한 다.
첨부도면 도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 파우치형 리튬 이차전지의 정면도로서, 본 발명에 의한 파우치형 리튬 이차전지는
파우치(40)의 형상이 대략 사각형으로 형성되고, 파우치(40)의 상단부에서 전극 조립체(30)와 접속된 제1,2 전극탭(34,35)이 인출된다. 이러한 파우치(40)의 상단부에는 탭 실링부(42)가 소정의 폭(L1)을 갖고 형성되어 있다. 이러한 탭 실링부(42)는 전체 파우치(40)의 높이(L2)에 대하여 일정한 비율로 형성된다. 이때, 본 발명에서는 파우치의 높이(L2)를 축소시킨 전지를 제공하고자 하므로 제1,2 전극탭(34,35)이 인출되는 변이 파우치의 높이에 해당되는 변보다 길게 형성될 수 있다.
본 발명에서는 사각형상을 갖는 파우치의 높이가 소정의 높이 이하로 제조되는 경우에 상단부 탭 실링부의 폭(L1)과 파우치의 높이(L2)의 비율을 규격화함으로써 전지의 용량을 최대한 확보하게 된다.
이는 상단부 탭 실링부의 폭이 지나치게 좁으면 실링 효과가 저하되고, 또한 상단부 탭 실링부의 폭이 너무 넓으면 전지에서 요구하는 용량을 확보하기 어렵다는 것을 실험적으로 알게 된 것에 따른 것이다.
본 발명의 실시예에서는 파우치의 총높이(L2)를 20mm 내지 35mm의 범위에서 각각 상단부 탭 실링부의 폭(L1)은 최대 3.5mm 이하로 형성하는 것이 전지의 용량을 확보하는데 적합하게 된다.
즉, (L1 / L2) X 100％ < 13％ 에 있게 된다.
아래 표 1은 탭 실링부의 폭길이(L1)와 파우치의 총높이(L2) 및 이들의 환산비를 도표화한 것이다.
표 1.
L1 L2 L1/L2
실시예 1 실시예 2 실시예 3 실시예 4 1 1.5 2 2.5 20 20 20 20 5.0% 7.5% 10.0% 12.5%
비교예 1 비교예 2 비교예 3 3 3.4 4 20 20 20 15.0% 17.0% 20.0%
실시예 5 실시예 6 실시예 7 실시예 8 실시예 9 1 1.5 2 2.5 3 25 25 25 25 25 4.0% 6.0% 8.0% 10.0% 12.0%
비교예 4 비교예 5 3.4 4 25 25 13.6% 16.0%
실시예 10 실시예 11 실시예 12 실시예 13 실시예 14 실시예 15 1 1.5 2 2.5 3 3.4 30 30 30 30 30 30 3.3% 5.0% 6.7% 8.3% 10.0% 11.3%
비교예 6 4 30 13.3%
실시예 16 실시예 17 실시예 18 실시예 19 실시예 20 실시예 21 실시예 22 1 1.5 2 2.5 3 3.4 4 35 35 35 35 35 35 35 2.9% 4.3% 5.7% 7.1% 8.6% 9.7% 11.4%
상기 표 1에서 보는 바와 같이, 본 발명에 의한 실시예에 의하면 탭 실링부의 폭(L1)과 파우치의 총높이(L2)의 비가 13% 이하로 구성된 파우치형 리튬 이차전지의 경우에 전지의 용량을 최대한 구현하게 됨을 알 수 있다.
즉, 실시예 1 내지 실시예 4에서 보는 바와 같이, 파우치의 총높이(L2)가 20mm인 경우에는 탭 실링부의 폭(L1)이 1 내지 2.5mm의 범위이고, 실시예 5 내지 실시예 9에서는 파우치의 총높이(L2)가 25mm인 경우에는 탭 실링부의 폭(L1)이 1 내지 3mm의 범위이다.
또한, 실시예 10 내지 실시예 15에서는 파우치의 총높이(L2)가 30mm인 경우에는 탭 실링부의 폭(L1)이 1 내지 3.4mm의 범위이고, 실시예 16에서 실시예 22에는 파우치의 총높이(L2)가 35mm인 경우에는 탭 실링부의 폭(L1)이 1 내지 4mm의 범위인 것이 바람직하다.
비교예 1부터 비교예 6에서는 상기의 실시예들에서 벗어나는 수치를 나타내 보여주고 있는데 통상적으로 전지에서 요구하는 용량을 확보할 수 없게 된다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의한 파우치형 리튬 이차전지는 베어셀의 사이즈가 작아지더라도 충분한 용량을 확보할 수 있도록 셀의 두께를 증대시키기 위하여 탭 실링부의 폭을 일정하게 제한하도록 구성하여 특히 파우치의 총높이가 35mm 이하의 미니 파우치형 리튬 이차전지를 제조하는 효과가 있다.
본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에 서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형의 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 특허청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.

Claims (2)

  1. 파우치의 형상이 대략 사각형으로 형성되고, 상기 파우치의 상단부에서 전극 조립체와 접속된 제1,2 전극탭이 인출되며, 상기 파우치의 상단부에는 탭 실링부가 소정의 폭(L1)을 갖고 형성되되, 상기 탭 실링부는 전체 파우치의 높이(L2)에 대하여 일정한 비율로 형성되는 파우치형 리튬 이차전지에 있어서,
    상기 탭 실링부의 폭(L1)과 상기 파우치의 높이(L2)의 비가 다음을 만족하는 것을 특징으로 하는 파우치형 리튬 이차전지.
    (L1 / L2) X 100％ < 13％
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 파우치의 높이(L2)가 20mm 내지 35mm의 범위에서 상기 탭 실링부의 폭(L1)은 최대 3.5mm 이하로 형성되는 것을 특징으로 하는 파우치형 리튬 이차전지.
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