KR20140146958A - 실링부를 실란트로 실링한 이차전지 - Google Patents

Abstract

본 발명은 양극/분리막/음극의 적층 구조를 포함하는 전극조립체; 상기 전극조립체가 수용된 파우치형 외장재; 및 상기 파우치형 외장재 외부에 형성된 전극단자를 포함하는 이차전지에 있어서, 상기 파우치형 외장재의 주변부를 접합한 실링부를 포함하고, 적어도 하나의 상기 실링부를 실란트로 코팅한 이차전지에 관한 것이다. 본 발명에 따르면, 파우치형 외장재의 실링부를 실란트로 코팅하여, 상기 실링부를 최소화할 수 있다. 이에 따라 이차전지의 에너지 밀도를 향상시킬 수 있다.

Description

실링부를 실란트로 실링한 이차전지{a secondary battery sealing by sealant}

본 발명은 이차전지에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는, 파우치형 이차전지에 있어서, 파우치의 실링부가 차지하는 면적을 최소화함으로써 이차전지의 에너지 밀도가 향상된 이차전지에 관한 것이다.

리튬이온 이차전지는 전해질의 종류에 따라 액체 전해질을 사용하는 리튬 이온전지와 고분자 고체 전해질을 사용하는 리튬 이온 폴리머 전지로 구분할 수 있다.

액체 전해질을 사용하는 리튬이온 이차전지의 경우 대게 원통이나 각형의 금속 캔을 용기로 하여 용접 밀봉시킨 형태로 사용된다. 이런 금속캔을 용기로 사용하는 캔형 이차전지는 형태가 고정되므로 이를 전원으로 사용하는 전기 제품의 디자인을 제약하는 단점이 있고, 부피를 줄이는 데 어려움이 있다. 따라서 두 전극과 분리막, 전해질을 필름으로 만든 파우치에 넣고 밀봉하여 사용하는 파우치형 이차전지가 개발되어 사용되고 있다.

통상적으로 사용되는 리튬이온 폴리머 전지의 파우치는 순차적으로 열접착성을 가져 실링재 역할을 하는 열접착층인 폴리올레핀계 수지층(Polyolefin Layer)의 내부층, 기계적 강도를 유지하는 기재 및 수분과 산소의 배리어층으로서 역할을 하는 금속박층인 알루미늄층(AL/Aluminum Layer), 기재 및 보호층으로 작용하는 나일론층(Nylon Layer)인 외부층이 적층된 다층막구조로 구성되어 있다.

최근, 충방전이 가능한 이차전지는 와이어리스 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), 플러그-인 하이브리드 전기자동차(Plug-In HEV) 등의 동력원으로서도 주목받고 있다.

기기들의 경량화 및 소형화되는 경향에 따라 그에 사용되는 이차전지 역시 더욱 가볍고 얇은 구조가 요구되고 있다. 다만 종래의 파우치형 외장재는 이차전지의 충전 및 방전 사이클 중에 스웰링 현상이나 가스 발생으로 인한 이차전지의 안전성을 높이기 위해, 상대적으로 실링부의 폭을 넓게 하였다. 다만, 이와 같이 실링부의 폭을 넓게 할 경우, 이차전지를 수용하는 배터리 모듈 및 팩이 대형화되고, 이에 따라 상기 배터리 모듈 및 팩을 수용하는 기기들 역시 대형화되는 문제점이 있었다.

본 발명은 파우치형 외장재의 실링부를 실란트로 코팅함으로써, 실링부를 최소화하여 이차전지의 에너지 밀도를 향상시키고자 한다.

또한 본 발명은 상기 이차전지를 수용하는 배터리 모듈 및 팩에 있어서, 배터리 모듈 및 팩의 부피를 최소화하고자 한다.

본 발명은 양극/분리막/음극의 적층 구조를 포함하는 전극조립체; 상기 전극조립체가 수용된 파우치형 외장재; 및 상기 파우치형 외장재 외부에 형성된 전극단자를 포함하는 이차전지에 있어서, 상기 파우치형 외장재의 주변부를 접합한 실링부를 포함하고, 적어도 하나의 상기 실링부를 실란트로 코팅한 이차전지를 제공한다.

상기 실링부의 폭은 상기 파우치형 외장재의 너비가 좁은 폭의 5 내지 50%인 것이 바람직하다.

또한, 상기 실링부의 폭은 5 내지 9mm인 것이 바람직하다.

한편, 상기 이차전지는 리튬이온 이차전지 또는 리튬이온 폴리머 이차전지일 수 있다.

본 발명은 상기 이차전지를 하나 이상 포함하는 배터리 모듈을 제공한다. 또한 본 발명은 상기 이차전지를 2 이상 포함하는 전지팩을 제공한다.

나아가, 본 발명은 상기 이차전지를 하나 이상 포함하는 디바이스를 제공하며, 상기 디바이스는 휴대폰, 휴대용 컴퓨터, 스마트폰, 스마트 패드, 넷북, LEV(Light Electronic Vehicle), 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 플러그-인 하이브리드 전기자동차, 또는 전력저장장치일 수 있다.

본 발명에 따르면, 파우치형 외장재의 실링부를 실란트로 코팅함으로써, 실링부를 최소화하여 이차전지의 에너지 밀도를 향상시킬 수 있다.

또한 상기 실링부를 실란트로 코팅하여, 외장재의 절연성을 향상시킬 수 있다.

또한, 상기 이차전지를 수용하는 배터리 모듈 및 팩의 부피를 최소화할 수 있다.

도 1은 파우치형 외장재의 실링부의 폭이 넓은 종래의 이차전지를 나타내는 개략적인 도면이다.
도 2는 본 발명에 의해 파우치형 외장재의 실링부의 폭을 최소화하고, 실란트로 코팅한 이차전지를 나타내는 개략적인 도면이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 형태들을 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시 형태로 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명의 실시형태는 당해 기술분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 도면에서 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.

도 1은 파우치형 외장재의 실링부의 폭이 넓은 종래의 이차전지를 개략적으로 나타낸 것이고, 도 2는 본 발명에 의해 파우치형 외장재의 실링부의 폭을 최소화하고, 실란트로 코팅한 이차전지를 개략적으로 나타낸것이다.

종래의 이차전지는, 도1과 같이 실링부의 폭이 과도하게 넓어, 상대적으로 파우치형 외장재에 수용되는 전극조립체의 부피가 작아, 에너지 밀도가 작아지는 문제점이 있었다.

이에 본 발명자는 에너지 밀도를 향상시킨 이차전지를 제조하기 위해 연구를 거듭한 결과, 파우치형 외장재 주변부를 실링 시, 실링부의 실링 폭을 작게 하고, 상기 실링부에 실란트로 코팅할 경우, 에너지 밀도가 향상됨을 발견하여 본 발명을 완성하였다.

이로써, 이차전지의 에너지밀도를 향상시키고, 실링의 균일성과 외장재의 절연성을 향상시킬 수 있다.

본 발명은 양극/분리막/음극의 적층 구조를 포함하는 전극조립체; 상기 전극조립체가 수용된 파우치형 외장재; 및 상기 파우치형 외장재 외부에 형성된 전극단자를 포함하는 이차전지에 있어서, 상기 파우치형 외장재의 주변부를 접합한 실링부를 포함하고, 도 2에 나타난 바와 같이 적어도 하나의 상기 실링부를 실란트로 코팅한 것을 특징으로 한다.

상기 전극조립체의 양극, 음극 및 분리막의 재질은 특별히 한정되지 않는 것으로서, 본 기술분야에서 통상적으로 사용되는 것이라면 본 발명에서도 특별한 제한없이 사용될 수 있다.

예를 들면, 이에 한정하는 것은 아니지만, 상기 음극은 구리, 니켈, 구리 합금 또는 이들의 조합에 의해 제조된 음극 전류 집전체의 일면 또는 양면에 리튬금속, 리튬합금, 카본, 석유 코크, 활성화 카본, 그래파이트 등과 같은 음극 활물질을 코팅하여 형성된 것을 사용할 수 있다. 또한, 양극은 알루미늄, 니켈 또는 이들의 조합에 의해 제조된 양극 전류 집전체의 일면 또는 양면에 리튬망간산화물, 리튬코발트산화물, 리튬니켈산화물 등과 같은 양극 활물질을 코팅하여 형성된 것일 수 있다.

한편, 상기 분리막은, 예를 들어, 미세 다공 구조를 가지는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 또는 이들의 조합에 의해 제조되는 다층 막이나, 폴리비닐리덴 플루오라이드, 폴리에틸렌 옥사이드, 폴리아크릴로니트릴 또는 폴리비닐리덴 플루오라이드 헥사플루오로프로필렌 공중합체와 같은 고체 고분자 전해질용 또는 겔형 고분자 전해질용 고분자 막을 사용할 수 있다.

본 발명의 이차전지는 상기 전극 조립체를 파우치형 외장재 내부에 내장하고, 전해액을 주입함으로써 얻어질 수 있다. 상기 전극 조립체를 파우치형 외장재 내에 내장하여 이차전지를 제조하는 구체적인 방법은 특별히 한정하지 않으며, 본 기술분야에서 통상적으로 사용되는 방법을 본 발명에서도 적합하게 적용할 수 있다.

또한, 본 발명의 상기 파우치형 외장재는 라미네이트 시트로 이루어질 수 있으며, 이때 상기 라미네이트 시트는 최외각을 이루는 외측 수지층, 물질의 관통을 방지하는 차단성 금속층, 밀봉을 위한 내측 수지층으로 이루어질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

또한, 상기 파우치형 외장재는 전극 조립체의 이차전지들의 전극단자들을 전기적으로 연결하기 위한 전극 리드가 외부로 노출된 구조로 형성되는 것이 바람직하며, 도시하지는 않았으나, 상기 전극 리드의 상하면에는 전극 리드를 보호하기 위한 절연 필름이 부착될 수 있다.

한편, 본 발명의 상기 실링부의 폭은 상기 파우치형 외장재의 너비가 좁은 폭을 기준으로 5 내지 50%인 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 5 내지 50%인 것이 바람직하다. 5% 미만의 비율로 할 경우, 파우치형 외장재의 밀봉이 제대로 일어나지 않아, 정상적인 조건에서는 진공상태가 되어야 함에도, 미실링 영역으로 공기가 들어갈 수 있다. 또한, 비율이 50%를 초과할 경우, 가스의 배기가 제대로 되지 않을 수 있다.

또한 상기 실링부의 폭은 5 내지 9mm인 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 6 내지 8mm인 것이 바람직하다. 상기 실링부 폭이 5mm 미만인 경우, 파우치형 외장재의 밀봉이 제대로 일어나지 않아, 정상적인 조건에서는 진공상태가 되어야 함에도, 미실링 영역으로 공기가 들어갈 수 있다. 또한, 9mm 초과인 경우, 가스의 배기가 제대로 되지 않을 수 있다.

또한 상기 실란트는 일반적으로 사용되는 것이라면 특별히 한정하지 않으나, 부틸 실란트, 아크릴 실란트, 우레탄 실란트, 폴리 설파이드 및 실리콘 실란트 등이 사용될 수 있다.

한편, 상기 이차전지는 이에 한정하는 것은 아니나, 예를 들어, 바람직하게는 리튬이온 전지 또는 리튬이온 폴리머 전지일 수 있다.

상기와 같은 본 발명의 방법에 의해 얻어진 이차전지는 단독으로 사용될 수도 있고, 2 이상의 이차전지를 포함하는 전지팩의 형태로 사용될 수도 있다. 이러한 본 발명의 이차전지 및/또는 이차전지팩은 다양한 디바이스, 예를 들면, 휴대폰, 휴대용 컴퓨터, 스마트폰, 스마트 패드, 넷북, LEV(Light Electronic Vehicle), 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 플러그-인 하이브리드 전기자동차, 또는 전력저장장치 등에 유용하게 사용될 수 있다.

Claims (8)

1. 양극/분리막/음극의 적층 구조를 포함하는 전극조립체; 상기 전극조립체가 수용된 파우치형 외장재; 및 상기 파우치형 외장재 외부에 형성된 전극단자를 포함하는 이차전지에 있어서,
   상기 파우치형 외장재의 주변부를 접합한 실링부를 포함하고,
   적어도 하나의 상기 실링부를 실란트로 코팅한 이차전지.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 실링부의 폭은 상기 파우치형 외장재의 너비가 좁은 폭의 5 내지 50%인 이차전지.
3. 제 1항에 있어서, 상기 실링부의 폭은 5 내지 9mm인 이차전지.
4. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 이차전지는 리튬 이차전지인 이차전지.
5. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항의 이차전지를 하나 이상 포함하는 배터리 모듈.
6. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항의 이차전지를 2 이상 포함하는 전지팩.
7. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항의 이차전지를 하나 이상 포함하는 디바이스.
8. 제 7항에 있어서, 상기 디바이스는 휴대폰, 휴대용 컴퓨터, 스마트폰, 스마트 패드, 넷북, LEV(Light Electronic Vehicle), 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 플러그-인 하이브리드 전기자동차, 또는 전력저장장치인 디바이스.

Images