KR20140058730A - 파우치형 이차전지 - Google Patents

Abstract

본 발명은 파우치형 이차전지에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 파우치 내에 방열부를 삽입하여 파우치형 셀의 방열 효율을 늘리며, 또한 전극조립체의 효과적인 보호가 가능한 수 있는 파우치형 이차전지에 관한 것이다.

Description

파우치형 이차전지{Pouch Type Secondary Battery}

본 발명은 파우치형 이차전지에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 파우치형 셀의 방열 효율을 늘리며, 또한 전극조립체의 효과적인 보호가 가능한 수 있는 파우치형 이차전지에 관한 것이다.

일반적으로, 이차전지는 일차전지와는 달리 충전 및 방전이 가능하여 디지털 카메라, 휴대폰, 노트북, 하이브리드카와 같은 다양한 분야에 적용되며 활발한 연구가 진행 중이다. 이차전지로는 니켈-카드뮴 전지, 니켈-메탈 하이드라이드 전지, 니켈-수소 전지, 리튬 이차전지 등을 들 수 있다.

이러한 이차전지 중에서도 높은 에너지 밀도와 방전 전압을 가진 리튬 이차전지에 대한 많은 연구가 행해지고 있고 또한 상용화되어 널리 사용되고 있다. 이러한 리튬 이차전지는 다양한 형태로 제조 가능한데, 대표적인 형상으로는 리튬 이온 전지에 주로 사용되는 원통형(cylinder type) 및 각형(prismatic type)을 들 수 있으며, 최근 들어 각광받는 리튬 폴리머 전지는 유연성을 지닌 파우치형(pouched type)으로 제조되어서, 그 형상이 비교적 자유롭다. 이러한 파우치형 이차전지는 전극체의 일측에 전극탭이 형성되는 전극조립체 및 전극탭이 외부로 인출되도록 전극체를 감싸서 밀봉하는 파우치로 이루어진다. 이때 파우치는 외부의 충격으로부터 전극조립체를 보호하며, 전극조립체에서 발생하는 열을 외부로 방열하는 기능을 수행한다. 하지만 파우치는 유연성을 지니는 소재이며 두께 또한 두껍게 형성되지 않으므로 파우치만으로는 전극조립체를 보호하는데 있어서 한계가 있으며, 방열 또한 전극조립체와 파우치의 접촉면이 넓지 않아 열의 전달이 효율적으로 이루어지지 않으며 평면의 구조를 가지기 때문에 표면적이 낮아 효율이 높지 않다는 단점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 효과적인 방열이 가능한 파우치형 이차전지를 제공함에 있다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 파우치형 이차전지는, 전극조립체; 전극조립체를 수용하는 파우치; 및 파우치와 전극조립체의 사이에 구비되며 요철을 포함하여 형성되는 적어도 하나의 이상의 방열을 위한 방열부; 을 포함한다.

이때, 방열부는 요철이 전극조립체의 폭 방향 또는 길이 방향을 따라 스트라이프 또는 아일랜드 형상으로 형성될 수 있다.

이와 더불어, 상기 방열부는 상기 전극조립체의 두께에 대한 상기 요철의 높이의 비가 1:0.1 내지 1:0.5 범위 내의 값으로 형성될 수 있다.

또한, 상기 방열부는 면상의 플레이트 형태 또는 선형의 프레임의 형태로 형성될 수 있다.

이와 더불어, 상기 방열부는 10W/mK 내지 1300W/mK 범위 내의 열전도도를 갖는 소재로 형성된다.

이때, 상기 방열부는 전해질을 흡수하지 않는 PE, PP, 폴리올래핀과 같은 플라스틱수지 계열의 소재 중 선택되는 어느 하나로 형성소재로 형성된다.

또, 상기 방열부는 상기 파우치의 일면 또는 양면에 구비된다.

본 발명에 의하면, 파우치형 셀에 있어서, 파우치의 표면적을 넓혀 방열 효율을 높이는 장점을 갖는다. 따라서, 기존의 방열을 위한 방열부재를 파우치 외부에 구비하므로 발생하던 불필요한 부피의 증가를 최소화 할 수 있게 되어 전지 모듈을 구성할 때에 더욱 많은 파우치형 셀을 연결할 수 있게 되며, 내부에서 전극조립체를 보호할 수 있게 되어 보호 효율을 높일 수 있다는 장점을 갖게 된다.

도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 파우치형 이차전지의 사시도.
도 2는 도 1의 AA'방향 단면도.
도 3은 도 1의 또 다른 실시예에 따른 AA'방향 단면도.
도 4는 본 발명의 제2실시예에 따른 파우치형 이차전지의 사시도.
도 5는 본 발명의 제3실시예에 따른 파우치형 이차전지의 사시도.
도 6은 도 5의 BB'방향 단면도.
도 7은 본 발명의 방열부 실시예.

이하, 상술한 바와 같은 본 발명의 파우치형 이차전지를 첨부된 도면을 참조로 상세히 설명한다. 다음에 소개되는 도면들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 따라서, 본 발명은 아래 제시되는 도면들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화 될 수도 있다. 또한 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.

도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 파우치형 이차전지의 사시도이고, 도 2는 도 1의 AA'방향 단면도이며, 도 3은 도 1의 또 다른 실시예에 따른 AA'방향 단면도, 도 4는 본 발명의 제2실시예에 따른 파우치형 이차전지의 사시도, 도 5는 본 발명의 제3실시예에 따른 파우치형 이차전지의 사시도, 도 6은 도 5의 BB'방향 단면도, 그리고 도 7은 본 발명의 방열부 실시예이다.

본 발명의 실시예에 따른 파우치형 이차전지는, 도 1에 도시된 바와 같이 전극탭(111a)을 포함하여 구성되는 전극조립체(110a), 전극탭(111a)을 제외한 전극조립체(110a)를 감싸 밀봉하는 파우치(120a), 전극조립체(110a)와 파우치(120a) 사이에 구비되어 요철(131a)을 형성하는 방열부(130a)를 포함한다.

우선, 전극조립체(110a)는 전기를 충전 또는 방전할 수 있는 부분으로 양극판, 음극판으로 이루어지는 전극탭(111a), 그리고 분리막 및 전해질 등을 포함한다.

이때, 파우치(120a)는 전극조립체(110a)를 밀봉하도록 형성되는데, 파우치(120a)내부에 전극탭(111a)을 제외한 전극조립체(110a)를 넣은 상태에서 파우치(120a)의 가장자리를 열 융착하여 밀봉되도록 형성될 수 있다.

또한, 파우치(120a)는 알루미늄 라미네이트 포장재로 이루어질 수 있으며, 알루미늄 라미네이트 포장재는 얇은 알루미늄(Al) 판에 폴리에틸렌(PE)과 같은 플라스틱 박막을 증착하여 얇고 유연한 형태로 만든 포장재로서, 전극조립체(110a)의 절연을 확보할 수 있고, 열융착을 통해 전극탭(111a)이 외부로 인출되도록 하여 밀봉이 용이하다.

이와 더불어, 방열부(130a)는 파우치(120a)와 전극조립체(110a)의 사이에 구비되고 요철(131a)을 포함하여 형성되며, 요철(131a)을 이용하여 파우치(120a)의 방열면적을 늘려 전극조립체(110a)에서 발생되는 열에 대한 방열 효율을 높이기 위하여 적어도 하나의 이상 형성된다.

이때, 도 1은 길이 방향으로 요철(131a)이 형성된 본 발명의 제 1실시예를 도시하고 있다. 이와 같이 길이 방향으로 형성된 요철(131a)은 본 발명의 파우치형셀이 길이 방향으로 형성되었을 때에 효과적인 방열이 가능하며, 파우치형셀의 강도 보강을 효과적으로 할 수 있다는 장점을 갖는다. 물론 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 요철(131a)이 대각선 방향으로 형성되는 등의 예시와 같이 다양한 방향으로 요철(131a)이 형성되어도 무방하다.

이와 더불어 방열부(130a)가 물결과 같은 형상의 스프라이트 형태로 형성되는 것이 바람직하다. 이때, 상기 스프라이트 형태는 방열에 있어서 열이 파우치(120a) 전체를 통하여 이동을 하기 때문에 전체적 온도 조절에 강점을 갖는다. 따라서, 파우치(120a) 전체의 통합적인 열 관리가 가능하게 된다. 이때, 도 2에 도시된 바와 같은 스프라이트 형태의 요철(131a)의 모서리가 둥근 형태로 처리된다. 이는 방열부(130a)가 각진 형태로 형성될 경우, 방열부(130a)의 모서리에 의하여 파우치(120a)가 파손될 수 있기 때문이다.

또한, 도 2에 도시된 바와 같이 상기 전극조립체(110a)의 두께를 a, 상기 방열부 (130a)의 두께를 b로 하였을 때, a와 b의 비는 1:0.1 내지 1:0.5 범위 내의 값으로 형성되는 것이 바람직하다. 이는 상기 요철(131a)의 높이의 비가 상기 전극조립체(110a)의 두께보다 많이 두꺼워질 경우 파우치셀의 두께가 비효율적으로 두꺼워질 수 있기 때문이다. 이렇게 파우치셀의 두께가 비효율적으로 두꺼워질 경우에 열이 외부로 방열되는 데에 걸리는 시간이 많이 걸리고 따라서 전체적인 방열 효율이 떨어지게 되며, 또한 부피가 불필요하게 커지는 단점을 가지게 된다. 따라서, 보다 효율적인 파우치셀의 두께를 위하여 전극조립체(110a)의 두께 a와 방열부(130a)의 높이 b의 비율은 1:0.1 내지 1:0.5 범위 내의 값으로 형성되는 것이 바람직하다.

이때, 이러한 방열부(130a)는 파우치(120a)의 일면 또는 양면에 구비된다. 이때, 도 2와 같이 일면에 구비될 경우, 방열부(130a)는 구비되지 않은 일측면의 부피가 방열부(130a)가 구비된 일측면의 부피보다 작게 형성되기 때문에 파우치(120a)의 전체 두께를 줄일 수 있는 장점을 갖게 된다. 또한 도 3과 같이 방열부(130a)가 양면에 형성될 때에는 방열 면적의 극대화 되기 때문에 신속한 방열이 가능하다는 장점을 갖는다.

이와 더불어, 본 발명의 제 2실시예로 도 4에 도시한 바와 같이, 폭 방향으로 요철(131b)이 형성될 수 있다. 이와 같이 폭 방향으로 형성된 요철(131b)은 본 발명의 파우치형셀이 폭 방향으로 형성되었을 때에 효과적인 방열이 가능하며, 파우치형셀의 강도보강을 효과적으로 할 수 있다는 장점을 갖는다. 물론 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 요철(131b)이 대각선 방향으로 형성되는 등의 예시와 같이 다양한 방향으로 요철(131b)이 형성되어도 무방하다.

또한, 본 발명의 제 3실시예로 도 5에 도시한 바와 같이 방열부(130b)의 일부 영역이 융기되는 형상의 아일랜드 형태로 형성될 수 있다. 이러한 아일랜드 형태는 각각의 부위에 독립적인 방열공간이 형성되어 파우치(120c)의 일정영역 방열에 더욱 효율을 높은 장점을 갖는다. 이는 도 6에 도시한 바와 같이 아일랜드 형태의 요철(131c)의 형태가 선택적인 부위에 전극조립체(110b)와 접촉하여 방열하는 방열공간이 형성되기 때문이다. 또한 도 6에서 도시한 바와 같이, 요철(131c)을 형성하는 방열부(130b)는 모서리가 둥근 형태로 처리된다. 이는 방열부(130b)가 각진 형태로 형성될 경우, 방열부(130b)의 모서리에 의하여 파우치(120c)가 파손될 수 있기 때문이다.

따라서 도 7(a)에 도시된 바와 같이, 면상으로 이루어지는 플레이트의 형태를 가지게 될 때에는 플레이트가 전극조립체(110a)와 직접 접촉하게 되어 보다 넓은 면적으로 파우치(120a)와 접촉하여 방열하게 되어 방열 효율성이 증가 하게 되며, 외부로부터의 충격으로부터 전극조립체(110a)를 효과적으로 보호할 수 있다는 장점을 가진다. 또한 도 7(b)에 도시된 바와 같이, 면상의 플레이트 형태가 아닌 선형의 프레임 형태가 복수개 형성될 수 있다. 이와 같이 프레임 형태를 갖는 방열부(130a)가 복수개 형성될 때에는 최소한의 부피와 최소한의 무게로 파우치(120a)의 방열면적을 넓힐 수 있어 파우치(120a)의 강도를 보강하게 되어 파우치형 이차전지의 경량화에 장점이 있다.

또한, 방열부(130a)는 10 W/mK 내지 1300 W/mK 범위 내의 열전도도를 갖는 소재로 형성된다. 본 발명에서 파우치(120a)내에 방열부(130a)를 삽입하는 가장 큰 이유는 방열 효율을 높이기 위해서 이다. 이때 방열부(130a)는 요철(131a)을 이용하여 파우치(120a) 표면적을 증가시켜 방열 효율을 높이기도 하지만 전극조립체(110a)의 열을 직접 파우치(120a)로 전달하여 외부로 방열하는 역할을 제공한다. 따라서 전극조립체(110a)에서 발생하는 열을 효과적으로 방열하기 위한 방열부(130a)의 열전도도는 10W/mK 내지 1300W/mK 범위가 되는 것이 바람직하다.

또한, 방열부(130a)는 전해질을 흡수하지 않는 소재로 형성된다. 방열부(130a)가 파우치(120a) 내부에 구비되므로 전해질과의 접촉이 발생될 가능성이 높다. 하지만 전해질과의 접촉 시 전해질을 일정범위이상으로 흡수하게 되는 상황이 발생되면 전극조립체(110a)에 문제가 발생할 수 있게 되므로 전해질을 흡수하지 않는 소재로 형성되는 것이 바람직하다. 이때 방열부 (130a)는 PE, PP, 폴리올래핀과 같은 플라스틱수지 계열의 소재로 형성되는 것이 바람직하며, 전해질로는 LiPF6, LiBF4와 같은 Lithium salts 계열의 소재로 형성되는 것이 바람직하다.

또한, 파우치형 이차전지의 제조 방법에 있어서, 파우치(120a) 접합 전에 방열부(130a)를 파우치(120a)와 접합하는 방열부 접합 단계; 를 수행한다. 이때 방열부 접합 단계에서 접합 방법은 열 압착을 이용한다. 이러한 열 압착은 먼저 탄성을 가지는 소재로 구성된 파우치(120a)를 방열부(130a)와 열 접합을 통하여 늘려주는 효과를 가지게 되어 별도의 접합부를 형성하지 않고서도 접합이 가능해지는 장점을 갖는다. 따라서, 파우치(120a) 크기의 변화를 주지 않고서도 적용이 가능하다는 장점을 가지게 되어 기존 공정에 대한 적용이 용이하다는 장점을 갖는다.

또한, 방열부 접합단계를 거치지 않았을 때, 방열부(130a)와 전극조립체(110a) 또는 파우치(120a)가 잘못 접합되어 발생될 수 있는 전극조립체(110a) 및 파우치(120a)의 손상을 방지할 수 있는 장점을 가지고 있다. 이와 더불어, 방열부(130a)를 원하는 위치에 정확하게 위치시킬 수 있게 되어 전극조립체(110a)의 방열 또는 보호라는 방열부(130a)의 역할에 맞는 적절한 위치에 방열부(130a)를 위치시켜 최적의 효율을 가질 수 있도록 할 수 있다는 장점을 갖는다.

위와 같은 방열부 접합단계 다음으로 파우치(120a)에 전극조립체(110a)를 삽입하는 전극조립체(110a) 삽입단계; 파우치(120a)의 접합하여 밀봉하는 파우치 접합단계; 를 통하여 파우치형 셀이 제조될 수 있다.

이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것 일뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.

따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허 청구 범위뿐 아니라 이 특허 청구 범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.

100a, 100b, 100c: 파우치형 셀
110a, 110b: 전극조립체
111a, 111b, 111c: 전극탭
120a, 120b, 120c: 파우치
130a, 130b: 방열부
131a, 131b, 131c: 요철

Claims (8)

1. 전극조립체;
   상기 전극조립체를 수용하는 파우치; 및
   상기 파우치와 상기 전극조립체의 사이에 구비되며 요철을 포함하여 형성되는 방열부
   를 포함하는 파우치형 이차전지.
   
2. 제 1항에 있어서,
   상기 요철은 상기 전극조립체의 폭 방향 또는 길이 방향을 따라 스트라이프 형상으로 형성되는 파우치형 이차전지.
   
3. 제 1항에 있어서,
   상기 전극조립체의 두께에 대한 상기 요철의 높이의 비가 1:0.1 내지 1:0.5 범위 내의 값으로 형성되는 파우치형 이차전지.
   
4. 제 1항에 있어서,
   상기 방열부는 면상의 플레이트 형태 또는 선형의 프레임의 형태를 갖는 파우치형 이차전지.
   
5. 제 1항에 있어서,
   상기 방열부는 1300W/mK 이하의 열전도도를 갖는 소재로 형성되는 파우치형 이차전지.
   
6. 제 1항에 있어서,
   상기 방열부는 전해질을 흡수하지 않는 소재로 형성되는 파우치형 이차전지.
   
7. 제 6항에 있어서,
   상기 방열부는 폴리에틸렌 및 폴리프로필렌 중 선택되는 어느 하나로 형성되는 파우치형 이차전지.
   
8. 제 1항에 있어서, 상기 방열부는 상기 파우치의 일면 또는 양면에 구비되는 파우치형 이차전지.
   

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