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JP2013522844A - ポーチ型ケース及びこれを含む電池パック - Google Patents

ポーチ型ケース及びこれを含む電池パック Download PDF

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Abstract

本発明は、両方又は四方の角部にトリミング部が形成されたポーチ型ケース及びこれを含む電池パックに関し、ポーチ型ケースの各角部に電極組立体収納部が位置する内方に湾入されるようにトリミング（ｔｒｉｍｍｉｎｇ）部を形成することで、単位面積を縮めて電池パックの組み立ての時に電池に印加される一定圧力を相対的に大きくできるようにして電池パックの組み立ての時に組立が容易で単位面積当たり電池容量を増加させることができ、電池パックにおける単位電池セルの固定がより安定的にできる角部がトリミングされたポーチ型ケース及びこれを含む電池パックに関する。本発明によるポーチ型ケースは、単位面積を縮めてパックの組み立ての時に印加される圧力に対して相対的に多い数の電池を含むことができるようにして電池の容量が増加されることはもちろん、パック組立体の時に円型の支持台などの挿入が容易になるようにして単位電池セルが電池パック内でより安定的に固定できるようにすることから安全性面に優れて、電池パックの組立が容易にできるようにする効果を提供する。
【選択図】図６

Description

本発明は、ポーチ型ケース及びこれを含む電池パックに関する。
通常的に、充放電可能の二次電池は、セルラーフォン、ノート型コンピュータ、カムコーダーなどの携帯用電子機器の開発に従って活発な研究が進められており、この中でリチウム二次電池は作動電圧が約３．６Ｖであって、携帯用電子機器の原電として多く使用されているニッケル‐カドミウム電池やニッケル‐メタルハイドライド電池に比べてその性能が３倍以上優れて、単位重量当りエネルギー密度の特性も優れてその利用及び研究が急速に伸張されている。
リチウム二次電池は電解液の種類によって液体電解質電池と、高分子電解質電池に分ける。一般的に、液体電解質を使用する電池をリチウムイオン電池といい、高分子電解質を使用する電池をリチウムポリマー電池という。リチウム二次電池は多様な形態に製造可能であり、代表的な形状としてはリチウムイオン電池に主に使用される円筒型及び角型が挙げられる。最近、脚光を浴びているリチウムポリマー電池は柔軟性を持つポーチ型に製造されて、その形状が比較的自由である。また、安全性も優れて、軽量であることから携帯用電子機器のスリム化及び軽量化に有利である。
近来には、リチウム二次電池が多様な電子機器を越えて電子自動車などの電源としても使用されることに従ってリチウム二次電池の容量の増加及び安全性などが重要な問題として挙げられており、このための研究が活発に進められている。
これにリチウム二次電池の容量を増加させるためにポーチ型に製造された単位電池セルを数個積層して電気的に連結して電池パックを組立てることによって要求される容量のリチウム二次電池を提供している。この電池パックのサイズはその用度上、無限に大きくなれなくてなるべく軽くてコンパックである同時に大容量であることが要求される。
また、一定の単位面積を有する電池パックには多数の単位電池セルが電気的に連結されているので、この単位電池セルのうち何れか一つに発熱または短絡現象が起こる場合、電池パックが爆発する恐れがあるところ、このような危険を下げて安全性を向上させた電池パックに対する要求が増大されている。
従来、電池パックに含まれる単位電池セルの形状を見ると図１と同様である。
図１を参照すると、単位電池セル１０は、電極組立体３０と、前記電極組立体３０が収容される空間部を提供するケース２０を含めており、前記電極組立体３０は公知のように、正極板と、負極板、その間に介在されるセパレータからなっている。前記電極組立体３０は正極板、セパレータ、負極板順に配置された状態からゼリーロール型（ｊｅｌｌｙ−ｒｏｌｌ ｔｙｐｅ）にワインディングされるか、多数枚が積層型（ｓｔａｃｋ ｔｙｐｅ）にラミネーティングされている。
また、前記電極組立体３０は各極板と電気的に連結された正極リード６０と、負極リード７０が密封されたケース２０の外部へ露出されている。前記ケース３０は電子機器の軽薄短小化を実現するために厚膜の金属板に成型した円筒型や角型とは異なって薄膜の金属フィルムと、その両面に絶縁性フィルムが付着されて曲げ自在可能のポーチ型（ｐｏｕｃｈｅｄ−ｔｙｐｅ）である。
図２には図１の二次電池で正極タブが密集された形状に結合されて正極リードに連結されている電池ケース内部上端の部分拡大図が示されていて、図３には図１の二次電池を組み立てた状態の正面透視図が示されている。この図面を参照すると、電極組立体３０の正極集電体４１から延長されて突出されている多数の正極タブ４０は例えば、溶接により一体に結合された溶着部の形状に正極リード６０に連結され、溶着部の正極タブ４０は略Ｖ字状に折り曲げていて電極タブと電極リードの結合部位をＶ−フォーミング（Ｖ−ｆｏｒｍｉｎｇ）部位に称することもある。前記正極リード６０は正極タブの溶着部が連結されている対向端部６１が露出された状態に電池ケース２０によって密封される。
よって、多数の正極タブ４０が一体に結合されて溶着部を形成することによって、電池ケース２０の内部上端は電極組立体３０の上端（又は下端）面から一定距離ほど離隔されてこれに応じて電極組立体の上端（又は下端）面と絶縁フィルム間との距離（Ｌ１、Ｌ２）が非常に大きく、電極タブと電極リードの溶着部周辺には電池の容量などとは関係ないデッドスペース（ｄｅａｄ ｓｐａｃｅ）であり、またガスなどが発生する場合にここに留まりやすい。
前記従来の発明によるポーチ型二次電池は構造的に電池内部のデッドスペース（ｄｅａｄ ｓｐａｃｅ）が多いせいで効率が悪く、ガス発生を抑えるために外部印加圧力を上げても上述のようなガスが留まりやすい空間が存在することからこれを抑えることは困難であった。
これに本発明は上述のような従来技術を改善するために案出されたものであって、内部デッドスペースを縮められる構造のポーチ型ケースを利用して従来の問題を解決し、さらに支持台が要するパック構造設計のとき、空間活用を極大化できるリチウム二次電池用のポーチ型ケースを提供しようとする。
また、本発明は、上記のような構造のポーチ型二次電池を含めることによって単位セルがより安定的に積層され得る電池パックを提供しようとする。
上述のような課題を解決するための本発明は、正極板と負極板、その間に介在されるセパレータからなる電極組立体が収容される空間部及び上部ケースと下部ケースが密封されて形成されるシーリング部を含むポーチ型ケースにおいて、
外部に突出される電極リードの左右少なくとも何れか一方のシーリング部及び空間部が電極組立体方に湾入される湾入部を含むことを特徴とするポーチ型ケースを提供する。
また、前記湾入部は、電極リード及び電極組立体の上端からそれぞれシーリング部の幅分に離隔されることを特徴とする。
前記湾入部は、電極リードから６ｍｍないし電極リードの幅以下に離隔されて電極組立体上端から３ｍｍないし電極リードの長さ以下に離隔されることを特徴とする。
また、前記湾入部は、円型、楕円型、斜線型、四角型、三角型、放物線型、Ｖ型のうち何れか一つの形状であることを特長とする。
また、前記湾入部は、各角に形成された湾入部の形状が全て同じであるか又はそれぞれ異なる形状であることを特徴とする。
また、前記電極組立体は、正極リードと負極リードがお互い異なる方向に突出されることを特徴とし、
前記正極リードと負極リードは、電極組立体の短面又は長面のうち何れか一面から突出されることを特徴とする。
また、前記ポーチ型ケースは、正極リードと負極リードの左右両方のシーリング部及び空間部が電極組立体方に湾入される湾入部を含むことを特徴とする。
また、前記電極組立体は、正極リードと負極リードが同じ方向に突出されることを特徴とする。
また、前記正極リードと負極リードが突出される同じ方向は、電極組立体の短面又は長面のうち何れか一面であることを特徴とする。
また、前記正極リードと負極リードが突出された方向の両角部分のシーリング部及び空間部が電極組立体方に湾入される湾入部を含むことを特徴とする。
また、前記ポーチ型ケースは、正極リードと負極リードとの間のシーリング部及び空間部が電極組立体方に湾入される湾入部を含むことを特徴とする。
また、前記湾入部は、電極リード及び電極組立体上端からシーリング部の幅分に離隔されることを特徴とする。
また、前記湾入部は、電極組立体上端から少なくとも３ｍｍ離隔された位置に頂点が形成される放物線形状の湾入部であることを特徴とする。
また、前記湾入部は、電極組立体上端から少なくとも３ｍｍ離隔された位置に頂点が形成される逆三角型形状の湾入部であることを特徴とする。
また、前記ポーチ型ケースは前記正極リードと負極リードが突出された方向の両角及び正極リードと負極リードとの間のシーリング部及び空間部が電極組立体方に湾入される湾入部を含むことを特徴とする。
また、前記ポーチ型ケースは、湾入されるシーリング部を含めてシーリング部の全幅が一定に維持されることを特徴とする。
前記ポーチ型ケースは、上部ケースと下部ケースの少なくとも何れか一面が連結されることを特徴とする。
また、前記ポーチ型ケースは空間部を含む上部ケースと下部ケースが分離されることを特徴とする。
一方、本発明は前記ポーチ型ケース及び電極組立体を含むリチウム二次電池を提供する。
前記電極組立体はポーチ型ケースに形成された湾入部と対応される位置に前記湾入部の形状と同じ形状に湾入部が形成されることを特徴とする。
また、前記電極組立体は連続に長く裁断された分離フィルムの上にバイセル（Ｂｉ−ｃｅｌｌ）とフルセル（Ｆｕｌｌ−ｃｅｌｌ）が交差して置いた状態に畳めて製造するスタッ＆フォールディング電極組立体、バイセルのみを前記分離フィルムの上に置いた状態から畳めて製造するスタック＆フォールディング型電極組立体、フルセルのみを前記分離フィルムの上に置いた状態から畳めて製造するスタック＆フォールディング型電極組立体、前記バイセル又はフルセルを分離フィルムでジグザグ方向に畳めて製造するＺ型スタック＆フォールディング電極組立体、前記バイセル又はフルセルを同じ方向に連続に畳めて製造するスタック＆フォールディング電極組立体、長く裁断された分離フィルムの上に正極及び負極を交差して置いた状態から畳めて製造する電極組立体、正極板、セパレータ、負極板の順に配置された状態で一方向にワインディングして製造するゼリーロール型電極組立体、及びスタック型電極組立体のうち何れか一つであることを特徴とする。
また、前記リチウム二次電池は、ポーチ型ケースの上部ケース及び下部ケースに予め湾入部を形成した後、前記シーリング部を熱溶着することで密封することを特徴とする。
本発明は、また、前記リチウム二次電池を含むことを特徴とする電池パックを更に提供する。
前記電池パックは、前記リチウム二次電池のポーチ型ケースに形成された湾入部の位置に支持台を含むことを特徴とする。
また、前記支持台の断面形状は支持台が位置する前記ポーチ型ケースに形成された湾入部形状と同じであることを特徴とする。
また、前記電池パックは中大型装置の電源として使用されることを特徴とする。
前記中大型装置は、パワーツール（ｐｏｗｅｒ ｔｏｏｌ）；電気自動車（Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｖｅｈｉｃｌｅ，ＥＶ）、ハイブリッド電気自動車（Ｈｙｂｒｉｄ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｖｅｈｉｃｌｅ，ＨＥＶ）及びプラグインハイブリッド電気自動車（Ｐｌｕｇ−ｉｎ Ｈｙｂｒｉｄ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｖｅｈｉｃｌｅ，ＰＨＥＶ）を含む電気自動車、Ｅ−ｂｉｋｅ，Ｅ−ｓｃｏｏｔｅｒを含む電気二輪車；電動ゴルフカー（Ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｇｏｌｆ ｃａｒｔ）；電気トラック；電気商用車又は電力格納用システムであることを特徴とする。
本発明によるポーチ型ケースは、内部デッドスペース（Ｄｅａｄ Ｓｐａｃｅ）を縮めて空間活用度を高めて、さらに支持台が要するパック構造の設計する際に電池パックをより固く固定できるポーチ型ケースを提供することで安全性を高める同時に空間活用を極大化できるようにする。また、電池内部のデッドスペース（Ｄｅａｄ Ｓｐａｃｅ）が減少されて応急状況のときガスが存在し得る空間が減って内部圧力が相対的に高くて、ガスがより速くベンティング（ｖｅｎｔｉｎｇ）され得るし同量のガスが発生する状況で追加的なガスの発生が一部抑えられる効果を提供する。
従来ポーチ型二次電池の一般的な構造に対する分解斜視図である。 図１の二次電池で正極タブが密集された形に結合されて正極リードに連結されている電池ケース内部上端の部分拡大図である。 図１の二次電池を組み立てた状態の正面透視図である。 電極リードが両方に突出される従来ポーチ型二次電池の正面透視図である。 本発明の実施例にであって、電極リードが一方向に突出される二次電池の正面透視図である。 本発明の実施例にであって、電極リードが一方向に突出される二次電池の正面透視図である。 本発明の実施例にであって、電極リードが一方向に突出される二次電池の正面透視図である。 本発明の実施例にであって、電極リードが一方向に突出される二次電池の正面透視図である。 本発明の実施例にであって、電極リードが一方向に突出される二次電池の正面透視図である。 図６に対する分解斜視図であって、上部ケースと下部ケースの一面が連結されて３面がシーリングされるポーチに対する図である。 図６に対する分解斜視図であって、上部ケースと下部ケースが分離 されて４面がシーリングされるポーチに対する図である。 本発明の実施例であって、電極リードが両方に突出される二次電池の正面透視図である。 本発明の実施例であって、電極リードが両方に突出される二次電池の正面透視図である。 本発明によるポーチ型ケース及び支持台を含む電池パックに対する斜視図である。 本発明によるポーチ型ケース及び支持台を含む電池パックに対する斜視図である。 本発明によるポーチ型ケース及び支持台を含む電池パックに対する斜視図である。
上述のような目的を達成するために本発明に一実施例によるポーチ型ケースは、
正極板と負極板、その間に介在されるセパレータからなる電極組立体が収容される空間部及び上部ケースと下部ケースが密封されて形成されるシーリング部を含むポーチ型ケースにおいて、
電池内部のデッドスペース（ｄｅａｄ ｓｐａｃｅ）を最小化するために、外部に突出される電極リードの左右両方のうち何れか一方のシーリング部及び空間部が前記電極組立体方に湾入されることを特徴とする。
上述したように、電極組立体内のデッドスペース（ｄｅａｄ ｓｐａｃｅ）は電極タブと電極リードの溶着部を形成するために電極リードが形成される部分に主に形成される。
よって、本発明によるポーチ型ケースは前記デッドスペース（ｄｅａｄ ｓｐａｃｅ）を最小化するために電極リードの周辺に前記電極タブと電極リードの溶着部形成のために最小領域を除く部分にはポーチ型ケースが電極組立体が位置する方向に湾入されるように形成する。
本発明によって内部のデッドスペース（ｄｅａｄ ｓｐａｃｅ）を最小限にしたポーチ型ケースは同じサイズを有する従来のポーチ型ケースに比べて電池内部の相対的な圧力が高いことからガスの発生を更に抑えることができ、前記ポーチ型ケースを含む二次電池を単位電池として電池パックを組み立てるとき、印加される圧力に対して相対的により多い数の電池を含めることができて湾入部に支持台などを挿入することができるので安全性向上の効果を提供することができる。
本発明によるポーチ型ケースは電極リードが他方に突出されるものであってもよい。この際、前記電極リードの突出方向は単位電池セルの短面はもちろん長面でも突出されてもよい。
このような電極組立体を含む場合、前記ポーチ型ケースは各の電極リードの左右何れか一方に湾入部が形成されてもよく、好ましくは左右両方全てに湾入部が形成され得る。各電極リードの左右両方に湾入部が全て形成される場合、電池内部のデッドスペース（ｄｅａｄ ｓｐａｃｅ）をより最小にすることができ、ガスの発生を効率的に抑えることができるためである。
よって、電極リードが正極リードと負極リードそれぞれ一つである場合にはポーチ型電池ケースの４箇所の角部分が電極組立体方に湾入された湾入部が形成されたポーチ型ケースであってもよい。
また、本発明によるポーチ型ケースも、電極リードが同じ方向に突出されるものであってもよい。この際、前記電極リードが突出される同じ方向は単位電池セルの短面はもちろん長面であってもよい。
この場合、前記湾入部は、電極リードが突出される方向のシーリング面の両角に形成されるものであってもよい。
即ち、一つの正極リードと一つの負極リードが同じ方向に突出される電極組立体の場合、前記ポーチ型ケースは前記電極リードが突出される面の両角部分に湾入部が形成されたことであり得る。
一方、前記湾入部の形態やサイズなどは、特別に制限されなく電池の容量やサイズなどによって異なり得る。ただし、前記湾入部はポーチ内に挿入された電極組立体から一定距離を置いて絶縁破壊不良を減少できるようにしなければならなくて、これは電池のサイズに応じて異なり得るし、本発明の一実施例においては電極組立体上端部から最小限３ｍｍ程度離隔されるようにできる。
また、前記湾入部は外部へ突出された電極リードとはシーリング部のシーリング幅分に離隔されるように設計することが好ましい。よって、電池のサイズによってシーリング幅が異なり得るので前記湾入部と電極リードの離隔距離も電池のサイズに応じて異なって設計され得る。本発明の一実施例ではポーチのシーリング幅（６ｍｍ）によって湾入部が電極リードと最小限に６ｍｍ程度離隔されるように湾入部を形成することが好ましい。
また、前記離隔距離の上限は特に限定することはないが、本発明の一実施例で前記湾入部は電極リードから６ｍｍないし電極リードの幅分に離隔されて電極組立体の上端から３ｍｍないし電極リードの縦長さ分に離隔されるように形成することができる。
湾入部が前記最小の離隔サイズより更に湾入される場合、電極組立体及び電極タブを外部衝撃から保護することが困難となることもあり、電解液が存在し得る空間が非常に足りなくて電池の機能に影響を及ぼすこともありえるためである。
本発明によるポーチの湾入部が上記のように電極組立体及び電極リードと適当な離隔距離を置いて設計されると湾入部の湾入形状やサイズなどは特に制限されることではなくて電池の容量やサイズなどによって異なりえるし、円型、楕円型、四角型、直線型などの多様な形態に形成され得る。
一方、電極リードが全て同じ方向に突出される前記ポーチ型電池ケースの場合には電池内部のデッドスペース（ｄｅａｄ ｓｐａｃｅ）をより最小化できるように電極リード間のシーリング部と空間部に電極組立体方に湾入される湾入部を形成することができる。
前記電極リード間の湾入部は湾入形状やサイズなどが電池の容量やサイズなどに応じて異なり得るので特に制限されなく、電極組立体及び電極タブを外部衝撃から保護して電解液が存在できる空間を確保するために前記湾入部はポーチ内に挿入された電極組立体から一定距離を置いて絶縁破壊不良を減少できるようにしなければならなく、これは電池のサイズに応じて異なりえるが、本発明の一実施例では電極組立体上端部から最小限３ｍｍ程度に離隔されるように設計することが好ましい。また前記湾入部は外部に突出された電極リードとはシーリング部のシーリング幅分に離隔されるように設計することが好ましくて、これは電池のサイズに応じてシーリング幅が異なりえるので前記湾入部と電極リードの離隔距離又は電池のサイズに応じて異なって設計され得る。本発明の一実施例ではポーチのシーリング幅（６ｍｍ）によって湾入部が電極リードと最小限６ｍｍ程度に離隔されえるように湾入部を形成することが好ましい。湾入部が前記最小の離隔サイズより更に湾入される場合、電極組立体及び電極タブを外部衝撃から保護することが困難となり、電解液が存在できる空間が非常に足りなくて電池の機能に影響を及ぼすこともあるためである。よって、好ましい一実施例で前記電極リード間の湾入部は電極組立体上端から少なくとも３ｍｍ離隔された位置に頂点を形成する放物線状に湾入されることであってもよく、又は半円、楕円型、逆三角形状に湾入されることであってもよい。
前記ポーチ型ケースは、上部ケースと下部ケースが分離されることであってもよく、少なくとも何れか一面が連結されたことであってもよい。
また前記電極組立体を収納する空間部は、上部ケースと下部ケースのうち何れか一方に形成されたことであってもよく、上部ケースと下部ケース両方に空間部が形成されたことであってもよい。
図１０は、ポーチ型ケース２２０の上部ケースと下部ケースのうち少なくとも何れか一面が連結されて残り３面をシーリングするポーチ型ケースに対する分解斜視図で、図１１はポーチ型ケースの上部ケース２２０ｂと下部ケース２２０ａが分離されて前記上部ケースと下部ケース両方に空間部が形成されたこと（ダブルカップ）であってポーチ型ケースの４面全てをシーリングする形態に対する分解斜視図である。
本発明による前記ポーチ型電池ケースの製造方法は特に限定されることではなく従来の製造方法を利用することができる。ただし、電池の容量及びサイズ、用度などを考慮して電池内部のデッドスペース（ｄｅａｄ ｓｐａｃｅ）を最小化するように上記のような湾入部をポーチ型ケースに予め形成して共に形成された電極組立体収納のための空間部に電極組立体を収納した後、シーリング部を熱溶着によりシーリングすることによって単位電池セルを製造することができる。
本発明に含まれる前記電極組立体は正極板と負極板、前記正極及び負極間に介在されるセパレータを含む。
前記正極板はストリップ形状の金属薄膜からなる正極集電体と前記正極集電体の少なくとも一面にコーティングされる正極活物質層を具備する。前記正極集電体は導電性のよい金属薄膜であるアルミニウム薄膜が好ましくて前記正極活物質層は本発明において特に限定することではなく公知のリチウム系酸化物及びバインダ、可塑剤、導電材などが混合された組成物であってもよい。前記正極板には正極無地部に正極リードが付着されている。
前記負極板はストリップ形状の金属薄膜からなる負極集電体と前記負極集電体の少なくとも一面にコーティングされる負極活物質層を具備する。
前記負極集電体は導電性のよい銅薄膜が好ましくて前記負極活物質層としては炭素材のような負極活物質及びバインダ、可塑剤、導電材などが混合された組成物であってもよい。前記負極板もまた前記正極板と同様に負極無地部に負極リードが付着されている。
前記正極及び負極リードは正極及び負極無地部の表面に電気的に連結されており、このために前記正極及び負極無地部に対してレーザ溶接や超音波溶接などの溶接や導電性接着剤によって通電可能に付着されている。
本発明に含まれる電極組立体は特にその形状を限定することではなく多様な形状の電極組立体が全て含まれ得ることはもちろん、例えば、バイセル（Ｂｉ−ｃｅｌｌ）とフルセル（Ｆｕｌｌ−ｃｅｌｌ）とのお互い異なるタイプのスタック型単位セルを交差して長く裁断された分離フィルムにワインディング（ｗｉｎｄｉｎｇ）して含むスタック＆フォールディング型電極組立体、上記のような方式のスタック＆フォールディング型電極組立体であってバイセルとフルセルの区別なし同じタイプのスタック型単位セルを含むスタック＆フォールディング型電極組立体、前記スタック型単位セルを分離フィルムでワインディング（Ｗｉｎｄｉｎｇ）する場合、ジグザグ方向に畳めるＺ型スタック＆フォールディング電極組立体、前記スタック型単位セルを同じ方向に連続にワインディング（Ｗｉｎｄｉｎｇ）するスタック＆フォールディング電極組立体、又は前記スタック型セルを単位セルとして分離フィルムで畳むことではなく正極、負極を交差に分離フィルムの上に置いた状態から連続にワインディングする電極組立体又はこれをジグザグ方向にワインディングするＺ型電極組立体、及び一般的なスタック型電極組立体、正極板、セパレータ、負極板順に配置された状態で一方向にワインディングされたゼリーロール型の電極組立体などが全て含まれ得る。
本発明の一実施例によってスタック型電極組立体を含む場合、前記スタック型電極組立体はポーチ型電池ケースの湾入部形状と相応するように負極、正極の極板及びセパレータ又はポーチ型電池ケースが湾入された形状と同じく湾入部を有するように形成されたものであってもよい。
本発明によるポーチ型ケースは前記上部ケースと下部ケースが相互対向する面が熱接着性を有する素材のフィルムであって、そのほかの材質の複数フィルムが順次に積層結合された形態であってもよく、ここで前記上部ケースと下部ケースのフィルム層は熱接着性を持ちシーリング材の役割を果たすポリオレフィン系樹脂層、機械的強度を維持する機材及び水分と酸素のバリアー層としての役割を果たすアルミニウム層、機材及び保護層として作用するナイロン層からなる構成であってもよい。
結合された上部及び下部ケースの外観は体積を最小化するために前記電池部の外観と相応できるように略矩形を維持している。
前記上部及び下部ケースは少なくとも一面が一体に接しているものであってもよく、他の面は相互開放されてもよい。
前記下部ケース又は上部ケースのうち何れか一方には、前記電極組立体が収容される空間部が形成され得るし、前記空間部の縁部に沿ってシーリング部が形成される。また、電極組立体を収容する空間部は前記下部ケースと上部ケース両方に形成されることもある。
前記シーリング部は、前記電極組立体が空間部内に収容された後に熱溶着によってシーリングされる部分を示す。
上記のような構造を有する電極組立体は正極板、セパレータ、負極板順に配置された状態で一方向にワインディングされた構造、いわゆるゼリーロール型に巻き取り可能である。
このように製造されたゼリーロール型の電極組立体は柔軟性を有する高分子素材、例えば、ポリエチレン（ＰＥ）材質のセパレータ上に半導体型の高分子電解質が形成されているため別の電解液を注入しなくてもリチウム二次電池としての作動が可能であるので、電池のデッドスペース（ｄｅａｄ ｓｐａｃｅ）をより最小化できる。
ゼリーロール型にワインディングされた電極組立体は空間部が設けられた下部ケースまたは上部ケースに装着される。この際、前記電極組立体の各極板と電気的に連結された正極及び負極リードの端部は密封されるケースの外部へ引き出されている。
前記電極組立体が安着された後には前記空間部の縁部に沿って形成されたシーリング部に所定の熱と圧力を加えて密封させることになる。
この際、前記シーリング部は、前記空間部の縁部に沿ってケースからいったいに延長される部分であって、所定幅を維持している。
このような所定の幅はポーチ型電池ケースに湾入部が形成されても湾入部に沿って形成されたシーリング部も又は同じ幅に維持し得るように形成することが好ましく、電極リードの周辺シーリング部はより厚い幅を有するように形成して電極リード周辺の密封をより固く仕上げることもできる。
一方、本発明は前記湾入部が形成されたポーチ型電池ケースを含む電池パックを提供する。
前記電池パックは本発明によるポーチ型電池ケースを含む単位電池をモジュール電池ケースに多数配置してパッケージングしたものであって、電池パックの組み立ての際に、印加される一定の圧力に対して相対的に高い圧力が加えられるところ、単位電池がよりコンパックになることから一定の面積のモジュールケースの中にさらに多い数の単位電池が収納できるので、大容量の電池パックを提供することができる。
前記単位電池は、モジュールケース内に順番に積層されてもよく、又は並べて並列連結される方法で含められてもよい。
このようなモジュールケース内に積層又は並んで配列された単位電池は、電池の使用に従って内部に配列された単位電池が揺れることやお互い当たってしまって絶縁できなくならないように接着などの方法で固く固定させるべきである。
本発明による電池パックは、前記積層又は並列連結された単位電池に形成された湾入部上に支持台を挿入することで多数の単位電池がモジュールケース内においてより安定的に固定され得るようにして電池の安全性を極大化することができる。
この場合、前記支持台の形状やサイズなどは、単位電池に形成された湾入部の形状及びサイズと対応されるようにして支持台がより安定的に単位電池の湾入部上に安着され得るようにする。このような支持台の挿入によって単位電池はモジュールケース内で固く固定され得るので電池パックの安全性が大きく上昇されるという効果がある。
本発明による前記電池パックは、小型装置の電源として使用され得ることのみならず、好ましくは多数の電池セルを含む中大型装置に使用され得る。
前記中大型装置の好ましい例としては、パワーツール（ｐｏｗｅｒ ｔｏｏｌ）；電気自動車（Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｖｅｈｉｃｌｅ，ＥＶ）、ハイブリッド電気自動車（Ｈｙｂｒｉｄ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｖｅｈｉｃｌｅ，ＨＥＶ）及びプラグインハイブリッド電気自動車（Ｐｌｕｇ−ｉｎ Ｈｙｂｒｉｄ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｖｅｈｉｃｌｅ，ＰＨＥＶ）を含む電気自動車、Ｅ−ｂｉｋｅ，Ｅ−ｓｃｏｏｔｅｒを含む電気二輪車；電動ゴルフカー（Ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｇｏｌｆ ｃａｒｔ）；電気トラック；電気商用車又は電力格納用システムなどが挙げられ得るが、これだけに限定されることではない。
以下では、本発明の実施例による図面を参照して説明するが、これは本発明をより容易に理解できるようにするためのことであって本発明の範囲がそれに限定されることではない。
図５ないし図１１は、本発明の一実施例によるポーチ型電池ケースの透視正面図及び斜視図であって、電極リードが同じ方向に突出されるポーチ型電池ケースである。
本発明によるポーチ型電池ケース２２０は、電極リード２５、２７周りに形成されるデッドスペース（ｄｅａｄ ｓｐａｃｅ）を最小化するために、電極リードの左右少なくとも何れか一方に電極組立体２１が位置する方向にシーリング部２３０と空間部２３１が湾入されるように湾入部２００を形成したものであってもよい。
前記湾入部のサイズ及び形状などは特に制限されることではなく、本発明の一実施例と同様に直線型（図５）、曲線型（図６）又は四角型（図７）形状に多様に形成され得るが、ただし、電極リード及び電極組立体を外部の衝撃などから効果的に保護するためには、電極組立体上端から最小限３ｍｍ程度に離隔されて電極リードから最小限シーリング部の幅分に離隔される位置までだけ湾入されるようにすることが好ましい。
本発明は、さらに、図８及び図９のように並びに突出された電極リード２５、２７の間にも湾入部が形成されてもよく、上記のような最小限の離隔距離を維持するとその湾入形状は特に制限されることではない。本発明の一実施例によると曲線型、Ｖ型の湾入部であってもよいがこれに限定されることではない。
電極リードが両方に突出される場合にも図１２及び図１３と同様にポーチ型電池ケースの４方向角全てに湾入部が形成され得るようにすることが好ましいが、これもまた前記実施例に制限されないことはもちろんである。
一方、図１４ないし図１６は本発明によるポーチ型ケース２２０を含む単位電池セル２１０からなる電池パックに関し、前記電池パックはポーチ型電池ケースに形成された湾入部の形状と対応される断面形状を有する支持台４００をモジュールケース３００に配列したことであってもよい。
前記支持台４００の位置及び含まれる個数などはポーチ型電池ケースに形成される湾入部の位置に応じて異なり得ることであって、前記実施例に限定されることではない。
１０、２１０：単位電池セル
２０、１２０、２２０：ポーチ型ケース
３０、２１、１３０：電極組立体
２５、２７：電極リード
４０：正極タブ
４１：正極集電体
５０：負極タブ
６０、１６０：正極リード
７０、１７０：負極リード
８０、１８０：絶縁性フィルム
２００：湾入部
２３０：シーリング部
２３１：空間部
３００：モジュールケース
４００：支持台

Claims (28)

  1. 正極板と負極板、その間に介在されるセパレータからなる電極組立体が収容される空間部及び上部ケースと下部ケースが密封されて形成されるシーリング部を含むポーチ型ケースにおいて、
    外部へ突出される電極リードの左右少なくともいずれか一方のシーリング部及び空間部が電極組立体方に湾入される湾入部を含むことを特徴とするポーチ型ケース。
  2. 前記湾入部は、電極リード及び電極組立体の上端からそれぞれシーリング部の幅分に離隔されることを特徴とする請求項１に記載のポーチ型ケース。
  3. 前記湾入部は、電極リードから６ｍｍ以上の電極リードの幅以下に離隔されて電極組立体上端から３ｍｍ以上電極リードの長さ以下に離隔されることを特徴とする請求項１に記載のポーチ型ケース。
  4. 前記湾入部は、円型、楕円型、斜線型、四角型、三角型、放物線型、Ｖ型のうち何れか一つの形状であることを特徴とする請求項１に記載のポーチ型ケース。
  5. 前記湾入部は、各角に形成された湾入部の形状が全て同じであるか又はそれぞれ異なる形状であることを特徴とする請求項１に記載のポーチ型ケース。
  6. 前記電極組立体は、正極リードと負極リードがお互い異なる方向に突出されることを特徴とする請求項１に記載のポーチ型ケース。
  7. 前記正極リードと負極リードは、電極組立体の短面又は長面のうち何れか一面から突出されることを特徴とする請求項６に記載のポーチ型ケース。
  8. 前記ポーチ型ケースは、正極リードと負極リードの左右両方シーリング部及び空間部が電極組立体方に湾入される湾入部を含むことを特徴とする請求項６に記載のポーチ型ケース。
  9. 前記電極組立体は、正極リードと負極リードが同じ方向に突出されることを特徴とする請求項１に記載のポーチ型ケース。
  10. 前記正極リードと負極リードが突出される同じ方向は、電極組立体の短面又は長面のうち何れか一面であることを特徴とする請求項９に記載のポーチ型ケース。
  11. 前記正極リードと負極リードが突出された方向の両角部分のシーリング部及び空間部が電極組立体方に湾入される湾入部を含むことを特徴とする請求項９に記載のポーチ型ケース。
  12. 前記ポーチ型ケースは、正極リードと負極リード間のシーリング部及び空間部が電極組立体方に湾入される湾入部を含むことを特徴とする請求項９に記載のポーチ型ケース。
  13. 前記湾入部は、電極リード及び電極組立体上端からシーリング部の幅分に離隔されることを特徴とする請求項１２に記載のポーチ型ケース。
  14. 前記湾入部は、電極組立体上端から少なくとも３ｍｍ離隔された位置に頂点が形成される放物線形状の湾入部であることを特徴とする請求項１３に記載のポーチ型ケース。
  15. 前記湾入部は、電極組立体上端から少なくとも３ｍｍ離隔された位置に頂点が形成される逆三角型形状の湾入部であることを特徴とする請求項１３に記載のポーチ型ケース。
  16. 前記ポーチ型ケースは、前記正極リードと負極リードが突出された方向の両角及び正極リードと負極リード間のシーリング部及び空間部が電極組立体方に湾入される湾入部を含むことを特徴とする請求項９に記載のポーチ型ケース。
  17. 前記ポーチ型ケースは、湾入されるシーリング部を含めて全シーリング部の幅が一定に維持されることを特徴とする請求項１に記載のポーチ型ケース。
  18. 前記ポーチ型ケースは、上部ケースと下部ケースの少なくとも何れか一面が連結されることを特徴とする請求項１に記載のポーチ型ケース。
  19. 前記ポーチ型ケースは、それぞれ空間部を含む上部ケースと下部ケースが分離されることを特徴とする請求項１に記載のポーチ型ケース。
  20. 請求項１から請求項１９のうち何れか一項に記載のポーチ型ケース及び電極組立体を含むリチウム二次電池。
  21. 前記電極組立体は、ポーチ型ケースに形成された湾入部と対応される位置に前記湾入部の形状と同じ形状で湾入部が形成されることを特徴とする請求項２０に記載のリチウム二次電池。
  22. 前記電極組立体は、連続的に長く裁断された分離フィルムの上にバイセル（Ｂｉ−ｃｅｌｌ）とフルセル（Ｆｕｌｌ−ｃｅｌｌ）が交差して置いた状態に畳めて製造するスタッ＆フォールディング電極組立体、バイセルのみを前記分離フィルムの上に置いた状態から畳めて製造するスタック＆フォールディング型電極組立体、フルセルのみを前記分離フィルムの上に置いた状態から畳めて製造するスタック＆フォールディング型電極組立体、前記バイセル又はフルセルを分離フィルムでジグザグ方向に畳めて製造するＺ型スタック＆フォールディング電極組立体、前記バイセル又はフルセルを同じ方向に連続に畳めて製造するスタック＆フォールディング電極組立体、長く裁断された分離フィルムの上に正極及び負極を交差して置いた状態から畳めて製造する電極組立体、正極板、セパレータ、負極板の順に配置された状態で一方向にワインディングして製造するゼリーロール型電極組立体、及びスタック型電極組立体のうち何れか一つであることを特徴とする請求項２０に記載のリチウム二次電池。
  23. 前記リチウム二次電池は、ポーチ型ケースの上部ケース及び下部ケースに予め湾入部を形成した後、前記シーリング部を熱溶着により密封することを特徴とする請求項２０に記載のリチウム二次電池。
  24. 請求項２０に記載のリチウム二次電池を含むことを特徴とする電池パック。
  25. 前記電池パックは、前記リチウム二次電池のポーチ型ケースに形成された湾入部位置に支持台を含むことを特徴とする請求項２４に記載の電池パック。
  26. 前記支持台の断面形状は、支持台が位置する前記ポーチ型ケースに形成された湾入部形状と同じであることを特徴とする請求項２５に記載の電池パック。
  27. 前記電池パックは、中大型装置の電源として使用されることを特徴とする請求項２４に記載の電池パック。
  28. 前記中大型装置は、パワーツール（ｐｏｗｅｒ ｔｏｏｌ）；電気自動車（Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｖｅｈｉｃｌｅ，ＥＶ）、ハイブリッド電気自動車（Ｈｙｂｒｉｄ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｖｅｈｉｃｌｅ，ＨＥＶ）及びプラグインハイブリッド電気自動車（Ｐｌｕｇ−ｉｎ Ｈｙｂｒｉｄ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｖｅｈｉｃｌｅ，ＰＨＥＶ）を含む電気自動車、Ｅ−ｂｉｋｅ，Ｅ−ｓｃｏｏｔｅｒを含む電気二輪車；電動ゴルフカー（Ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｇｏｌｆ ｃａｒｔ）；電気トラック；電気商用車又は電力格納用システムであることを特徴とする請求項２７に記載の電池パック。
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