KR20130130935A - 파우치형 이차전지 - Google Patents

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KR20130130935A
KR20130130935A KR1020120054601A KR20120054601A KR20130130935A KR 20130130935 A KR20130130935 A KR 20130130935A KR 1020120054601 A KR1020120054601 A KR 1020120054601A KR 20120054601 A KR20120054601 A KR 20120054601A KR 20130130935 A KR20130130935 A KR 20130130935A
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pouch type
type secondary
sealed
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손정삼
김상범
이승노
김칠중
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에스케이이노베이션 주식회사
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Abstract

본 발명은 음극판 및 양극판으로부터 음극 탭 및 양극 탭이 각각 연장형성되는 전극 조립체와, 상기 전극조립체가 내부에 수용되며 상기 음극 탭 및 양극 탭이 외측으로 노출되도록 밀봉되는 파우치형 전지케이스를 포함하는 파우치형 이차전지에 있어서, 상기 파우치형 전지케이스의 가장자리를 따라 형성되는 실링부의 내측 일부 영역은 열접착에 의해 밀봉되고, 상기 실링부의 외측 일부 영역은 초음파 또는 레이저에 의한 금속용접으로 밀봉되는 것을 특징으로 하는 파우치형 이차전지에 관한 것이다.

Description

파우치형 이차전지{Pouch type secondary battery}
본 발명은 파우치형 이차전지에 관한 것으로서, 더욱 상세하게 파우치형 전지케이스의 외주면을 따라 형성되는 실링부의 내측 일부 영역은 열접착에 의해 밀봉되고, 실링부의 외측 일부 영역은 초음파 또는 레이저에 의한 금속용접으로 밀봉됨으로써, 파우치형 전지케이스의 내면에 위치되는 실란트 층을 통한 수분 유입을 방지하기 위한 파우치형 이차전지에 관한 것이다.
최근, 충방전이 가능한 이차전지는 와이어리스 모바일 기기의 에너지원으로 광범위하게 사용되고 있다.
또한, 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.
소형 모바일 기기에서는 디바이스 1 대당 하나 또는 두서너 개의 배터리 셀들이 사용됨에 반하여, 자동차 등과 같은 중대형 디바이스에서는 고출력 대용량의 필요성으로 인해, 단위전지로서 다수의 배터리 셀을 전기적으로 연결한 중대형 전지팩이 사용된다.
중대형 전지팩은 가능하면 작은 크기와 중량으로 제조되는 것이 바람직하므로, 높은 집적도로 적층될 수 있고 용량 대비 중량이 작은 각형 전지, 파우치형 전지 등이 중대형 전지팩의 배터리 셀로서 주로 사용되고 있다. 그 중에서도, 중량이 작고 전해액의 누액 가능성이 적으며 제조비가 저렴한 파우치형 전지가 특히 많은 관심을 모으고 있다.
통상적으로 사용되는 리튬 이온 폴리머 전지의 파우치형 전지케이스는 도시된 바와 같이 순차적으로 열접착성을 가져 실링재 역할을 하는 열접착층인 폴리올레핀계 수지층(Polyolepin Layer), 기계적 강도를 유지하는 기재 및 수분과 산소의 배리어층으로서 역할을 하는 금속층인 알미늄층(AL/Aluminum Layer:13), 기재 및 보호층으로 작용하는 나일론층(Nylon Layer:11)이 적층된 다층막구조로 구성되어 있다. 폴리올레핀계 수지층으로 흔히 사용되는 것으로는 CPP(Casted Polypropylene)가 있다.
파우치형 이차전지는 형태에 융통성을 가질 수 있고 보다 작은 부피 및 질량으로 같은 용량의 이차전지를 구현할 수 있는 장점이 있다.
미국공개특허 제2011-0311862호(공개일 2011.12.22, 명칭 : SECONDARY BATTERY)에는 상술한 바와 같은 파우치형 전지케이스가 개시된 바 있다.
그런데, 파우치형 전지케이스는 밀봉을 위해 열접착층인 폴리올레핀계 수지층을 녹여 서로 결합되도록 하는데, 이 경우, 밀봉 품질에 따라서 수분 침투의 가능성이 있으며, 열접착층인 CPP 원단 자체가 어느 정도 수분을 흡수하기 때문에 수분 침투를 완전히 차단하기 어렵다는 단점이 있다.
미국공개특허 제2011-0311862호(공개일 2011.12.22, 명칭 : SECONDARY BATTERY)
본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 파우치형 전지케이스의 실링부 외측 일부 영역이 초음파 또는 레이저에 의한 금속용접으로 밀봉됨으로써, 실란트 층을 통한 수분 유입을 방지하기 위한 파우치형 이차전지를 제공하는 것이다.
본 발명의 파우치형 이차전지는 음극판 및 양극판으로부터 음극 탭 및 양극 탭이 각각 연장형성되는 전극 조립체와, 상기 전극조립체가 내부에 수용되며 상기 음극 탭 및 양극 탭이 외측으로 노출되도록 밀봉되는 파우치형 전지케이스를 포함하는 파우치형 이차전지에 있어서, 상기 파우치형 전지케이스의 가장자리를 따라 형성되는 실링부의 내측 일부 영역은 열접착에 의해 밀봉되고,,상기 실링부의 외측 일부 영역은 초음파 또는 레이저에 의한 금속용접으로 밀봉되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 상기 파우치형 전지케이스는 외면에 절연물질로 이루어지는 외부 피복층과, 알루미늄 또는 SUS로 이루어지는 중간층과, 내면에 열접착체로 이루어지는 내부 실란트층을 포함하여 형성되되, 상기 실링부의 외측 일부 영역에 위치되는 상기 외부 피복층 또는 내부 실란트층이 제거된 상태에서 밀봉될 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 상기 파우치형 전지케이스는 상기 실링부의 외측 일부 영역에 위치되는 상기 외부 피복층이 제거되되, 상기 외부 피복층이 제거된 영역에 별도의 금속판이 가장자리를 감싸며 초음파 또는 레이저 용접될 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 상기 파우치형 전지케이스는 상기 금속판이 알루미늄일 경우 초음파 용접으로 밀봉되며, 상기 금속판이 SUS일 경우 초음파 또는 레이저 용접으로 밀봉될 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 상기 금속판은 상기 파우치형 이차전지의 외측에 구비되는 냉각수단과 접촉될 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 상기 파우치형 전지케이스는 상기 실링부의 외측 일부 영역에 위치되는 상기 내부 실란트층이 제거되되, 상기 내부 실란트층이 제거된 영역이 초음파 용접 또는 레이저 용접에 의해 밀봉될 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 상기 파우치형 전지케이스는 상기 중간층이 알루미늄일 경우 초음파 용접으로 밀봉되며, 상기 중간층이 SUS일 경우 초음파 또는 레이저 용접으로 밀봉될 수 있다.
본 발명의 파우치형 이차전지는 파우치형 전지케이스의 외주면을 따라 형성되는 실링부의 내측 일부 영역은 열접착에 의해 밀봉되고, 실링부의 외측 일부 영역은 초음파 또는 레이저에 의한 금속용접으로 밀봉됨으로써, 파우치형 전지케이스의 내면에 위치되는 실란트 층을 통한 수분 유입을 방지할 수 있다는 장점이 있다.
또한, 본 발명의 파우치형 이차전지는 열접착을 통한 밀봉과, 초음파 또는 레이저에 의한 금속용접을 복합적으로 사용함으로써, 기존과 같이 수분 침투를 늦추기 위해 일정 수준의 실링부 폭이 확보되어야 할 필요가 없어 실링부의 폭이 줄어들 수 있다.
이에 따라, 본 발명의 파우치형 이차전지는 줄어든 실링부의 폭 만큼 더 큰 전극조립체를 사용할 수 있어 높은 용량의 이차전지를 형성할 수 있다는 장점이 있다.
또, 본 발명의 파우치형 이차전지는 실링부의 외측 일부 영역에 위치되는 외부 피복층을 제거하고, 제거된 영역에 별도의 금속판이 가장자리를 감싸며 초음파 또는 레이저 용접되도록 함으로써, 수분을 100% 차단할뿐만 아니라, 금속판이 외부에 구비되는 냉각수단과 접하도록 설치되어 냉각효율이 향상될 수 있다는 장점이 있다.
아울러, 본 발명의 파우치형 이차전지는 수분 침투를 방지함으로써, 불량율을 감소시켜 이차전지의 안전성을 향상시킬 수 있다는 장점이 있다.
도 1은 본 발명에 따른 파우치형 이차전지의 일실시예를 나타낸 사시도.
도 2는 도 1에 도시된 파우치형 이차전지의 실링부를 나타낸 단면도.(2(a)는 실링 전, 2(b)는 실링 후)
도 3은 본 발명에 따른 파우치형 이차전지의 또 다른 실시예를 나타낸 사시도.
도 4는 도 3에 도시된 파우치형 이차전지의 실링부를 나타낸 단면도. (4(a)는 실링 전, 4(b)는 실링 후)
도 5는 도 3에 도시된 파우치형 이차전지를 나타낸 정면도.
이하, 상술한 바와 같은 특징을 가지는 본 발명의 파우치형 이차전지를 첨부된 도면을 참조로 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 파우치형 이차전지의 일실시예를 나타낸 사시도이고, 도 2는 도 1에 도시된 파우치형 이차전지의 실링부를 나타낸 단면도이며, 도 3은 본 발명에 따른 파우치형 이차전지의 또 다른 실시예를 나타낸 사시도이고, 도 4는 도 3에 도시된 파우치형 이차전지의 실링부를 나타낸 단면도이며, 도 5는 도 3에 도시된 파우치형 이차전지를 나타낸 정면도이다.
본 발명의 파우치형 이차전지(100)는 크게 전극조립체(200), 파우치형 전치케이스를 포함하여 형성된다.
전극조립체(200)는 음극판(210)과 양극판(220)을 포함하며, 음극판(210)과 양극판(220) 사이에 분리막이 개재되고, 음극판(210) 및 양극판(220)으로부터 음극 탭(230) 및 양극 탭(240)이 각각 연장 형성된다.
도 1에서 도시된 전극조립체(200)는 음극판(210)과 양극판(220) 사이에 분리막이 개재된 다음, 권취되어 형성된 젤리롤 형태이지만, 이 외에도, 일정 크기로 컷팅된 음극판(210)과 양극판(220) 사이에 분리막이 개재되도록 복수 회 적층되는 적층형 전극조립체(200)일 수도 있으며, 특정 형태로 한정되지 않는다.
한편, 파우치형 전지케이스(100)는 내부에 공간부가 구비되어 공간부에 전극조립체(200)가 수용되며, 음극 탭(230) 및 양극 탭(240)이 외측으로 노출되도록 밀봉된다.
도 1에서 도시된 바와 같이, 본 발명의 파우치형 이차전지(100)는 파우치형 전지케이스(100) 내부에 전극조립체(200)가 수용되되, 파우치형 전지케이스(100)의 가장자리에 형성된 실링부(300)에 음극 탭(230) 및 양극 탭(240)이 걸쳐져 외부로 인출되도록 조립된다.
이 때, 파우치형 전지케이스(100)는 외면에 절연물질로 이루어지는 외부 피복층(110)과, 알루미늄 또는 SUS로 이루어지는 중간층(120)과, 내면에 열접착체로 이루어지는 내부 실란트층(130)을 포함하여 형성된다.
본 발명의 파우치형 이차전지(100)에 포함되는 파우치형 전지케이스(100)는 전지케이스의 가장자리에 형성된 실링부(300)의 내측 일부 영역은 열접착에 의해 밀봉되고, 열접착에 의해 밀봉된 영역을 제외한 나머지 영역, 즉 실링부(300)의 외측 일부 영역은 초음파 또는 레이저에 의한 금속용접으로 밀봉된다.
다시 설명하자면, 파우치형 전지케이스(100)의 가장자리에 형성된 실링부(300) 중 파우치형 전지케이스(100)의 공간부와 인접한 측에 위치되는 내측 일부 영역은 외부에서 가해지는 열에 의해 파우치형 전지케이스(100)의 내면을 이루는 내부 실란트층(130)이 녹아 서로 맞닿은 부분이 접착됨으로써 1차적으로 밀봉된다.
도 2에 도시된 바와 같이, 파우치형 전지케이스(100)의 실링부(300) 중 가장자리에 인접한 측에 위치되는 외측 일부 영역은 초음파 또는 레이저에 의해 금속용접됨으로써 밀봉되는데, 이를 위해, 실링부(300)의 외측 일부 영역에 위치되는 내부 실란트 층이 제거되어 알루미늄 또는 SUS로 이루어 지는 중간층(120)이 서로 맞닿아 용접되도록 할 수 있다.
이 때, 내부 실란트 층은 밀링 또는 컷팅과 같은 가공 공정을 통해 제거될 수 있다.
도 2에 도시된 방법으로 파우치형 전지케이스(100)를 밀봉하는 방법은 서로 맞닿아 접착되는 부분인 중간층(120)의 재질이 알루미늄일 경우, 초음파 용접을 통해 밀봉되며, 중간층(120)의 재질이 SUS일 경우, 초음파 용접 또는 레이저 용접이 둘 다 가능하다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 파우치형 이차전지(100)는 실링부(300)의 가장자리에 위치한 영역이 금속으로 용접됨으로써, 외부로부터 침투하는 수분을 효과적으로 차단할 수 있다.
또 다른 실시예로, 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 파우치형 이차전지(100)는 파우치형 전지케이스(100)의 실링부(300) 중 가장자리 측에 위치한 외측 일부 영역의 외부 피복층(110)이 제거되고, 외부 피복층(110)이 제거된 영역에 별도의 금속판(400)이 가장자리를 감싸며, 초음파 또는 레이저 용접될 수도 있다.
이 때, 외부 피복층(110)은 내부 실란트 층과 마찬가지로, 밀링 또는 컷팅과 같은 가공 공정을 통해 제거될 수 있다.
도 4를 참고로 설명하면, 파우치형 전지케이스(100)는 실링부(300)의 내측 일정 영역이 외부에서 가해지는 열에 의해 내면을 이루는 내부 실란트 층이 녹아 서로 맞닿은 부분이 접착됨으로써 1차적으로 밀봉된다.
파우치형 전지케이스(100)의 실링부(300) 중 가장자리에 인접한 측에 위치되는 외측 일부 영역은 외부 피복층(110)이 제거되어 표면에 중간층(120)이 노출되며, 파우치형 전지케이스(100)의 양면이 맞닿은 상태에서 중간층(120)이 노출된 영역을 금속판(400)이 감싸도록 하여 초음파 또는 레이저 용접으로 밀봉될 수 있다.
이 때, 파우치형 전지케이스(100)는 금속판(400)이 알루미늄일 경우 초음파 용접으로 밀봉되며, 금속판(400)이 SUS일 경우 초음파 용접 또는 레이저 용접으로 밀봉될 수 있다.
특히, 도 4에 도시된 파우치형 이차전지(100)는 이차전지에서 발생되는 열을 냉각시키기 위해 구비되는 냉각수단과 금속판(400)이 접촉되도록 설치되어, 이차전지의 열이 효과적으로 방출될 수 있으며, 냉각효율이 향상될 수 있다.
도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 파우치형 이차전지(100)는 음극 탭(230) 및 양극 탭(240)이 외부로 노출된 영역을 제외한 나머지 파우치형 전지케이스(100)의 가장자리를 따라 금속판(400)에 의해 밀봉될 수 있다.
일반적인 파우치형 전지케이스(100)는 열접착층의 열접착에 의해 밀봉되는 경우, 수분침투를 늦추기 위해 일정 수준 이상(6~7mm 정도)의 실링 폭이 확보되어야 하지만, 본 발명의 파우치형 전지케이스(100)는 금속용접으로 수분침투를 차단할 수 있기 때문에, 2~4mm 수준으로 실링 폭을 최소화할 수 있다.
이에 따라, 본 발명의 파우치형 이차전지는 열접착을 통한 밀봉과, 초음파 또는 레이저에 의한 금속용접을 복합적으로 사용함으로써, 파우치형 전지케이스의 내면에 위치되는 실란트 층을 통한 수분 유입을 방지하는 동시에 실링부 폭은 최소화 할 수 있다는 장점이 있다.
또한, 본 발명의 파우치형 이차전지는 줄어든 실링부의 폭 만큼 더 큰 전극조립체를 사용할 수 있어 높은 용량의 이차전지를 형성할 수 있다는 장점이 있다.
또, 본 발명의 파우치형 이차전지는 실링부의 외측 일부 영역에 위치되는 외부 피복층을 제거하고, 제거된 영역에 별도의 금속판이 가장자리를 감싸며 초음파 또는 레이저 용접되도록 함으로써, 수분을 100% 차단할뿐만 아니라, 금속판이 외부에 구비되는 냉각수단과 접하도록 설치되어 냉각효율이 향상될 수 있다는 장점이 있다.
아울러, 본 발명의 파우치형 이차전지는 수분 침투를 방지함으로써, 불량율을 감소시켜 이차전지의 안전성을 향상시킬 수 있다는 장점이 있다.
본 발명은 상기한 실시 예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다.
1 : 파우치형 이차전지
100 : 파우치형 전지케이스
110 : 외부 피복층 120 : 중간층
130 : 내부 실란트층
200 : 전극 조립체
210 : 음극판 220 : 양극판
230 : 음극 탭 240 : 양극 탭
300 : 실링부
400 : 금속판

Claims (7)

  1. 음극판 및 양극판으로부터 음극 탭 및 양극 탭이 각각 연장형성되는 전극 조립체와, 상기 전극조립체가 내부에 수용되며 상기 음극 탭 및 양극 탭이 외측으로 노출되도록 밀봉되는 파우치형 전지케이스를 포함하는 파우치형 이차전지에 있어서,
    상기 파우치형 전지케이스의 가장자리를 따라 형성되는 실링부의 내측 일부 영역은 열접착에 의해 밀봉되고,
    상기 실링부의 외측 일부 영역은 초음파 또는 레이저에 의한 금속용접으로 밀봉되는 것을 특징으로 하는 파우치형 이차전지.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 파우치형 전지케이스는
    외면에 절연물질로 이루어지는 외부 피복층과, 알루미늄 또는 SUS로 이루어지는 중간층과, 내면에 열접착체로 이루어지는 내부 실란트층을 포함하여 형성되되,
    상기 실링부의 외측 일부 영역에 위치되는 상기 외부 피복층 또는 내부 실란트층이 제거된 상태에서 밀봉되는 것을 특징으로 하는 파우치형 이차전지.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 파우치형 전지케이스는
    상기 실링부의 외측 일부 영역에 위치되는 상기 외부 피복층이 제거되되,
    상기 외부 피복층이 제거된 영역에 별도의 금속판이 가장자리를 감싸며 초음파 또는 레이저 용접되는 것을 특징으로 하는 파우치형 이차전지.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 파우치형 전지케이스는
    상기 금속판이 알루미늄일 경우 초음파 용접으로 밀봉되며,
    상기 금속판이 SUS일 경우 초음파 또는 레이저 용접으로 밀봉되는 것을 특징으로 하는 파우치형 이차전지.
  5. 제 3항에 있어서,
    상기 금속판은
    상기 파우치형 이차전지의 외측에 구비되는 냉각수단과 접촉되는 것을 특징으로 하는 파우치형 이차전지.
  6. 제 2항에 있어서,
    상기 파우치형 전지케이스는
    상기 실링부의 외측 일부 영역에 위치되는 상기 내부 실란트층이 제거되되,
    상기 내부 실란트층이 제거된 영역이 초음파 용접 또는 레이저 용접에 의해 밀봉되는 것을 특징으로 하는 파우치형 이차전지.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 파우치형 전지케이스는
    상기 중간층이 알루미늄일 경우 초음파 용접으로 밀봉되며,
    상기 중간층이 SUS일 경우 초음파 또는 레이저 용접으로 밀봉되는 것을 특징으로 하는 파우치형 이차전지.
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