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WO2012177083A2 - 파우치 및 파우치형 이차전지 - Google Patents

파우치 및 파우치형 이차전지 Download PDF

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WO2012177083A2
WO2012177083A2 PCT/KR2012/004959 KR2012004959W WO2012177083A2 WO 2012177083 A2 WO2012177083 A2 WO 2012177083A2 KR 2012004959 W KR2012004959 W KR 2012004959W WO 2012177083 A2 WO2012177083 A2 WO 2012177083A2
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WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
pouch
receiving portion
secondary battery
bent
type secondary
Prior art date
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Ceased
Application number
PCT/KR2012/004959
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English (en)
French (fr)
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WO2012177083A3 (ko
Inventor
김보현
채종현
박민수
이한호
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
LG Chem Ltd
Original Assignee
LG Chem Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
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Priority to EP12802258.9A priority patent/EP2602843A4/en
Priority to JP2013538672A priority patent/JP2013546136A/ja
Priority to US13/618,243 priority patent/US20130011721A1/en
Publication of WO2012177083A2 publication Critical patent/WO2012177083A2/ko
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    • H01M10/058—Construction or manufacture
    • H01M10/0587—Construction or manufacture of accumulators having only wound construction elements, i.e. wound positive electrodes, wound negative electrodes and wound separators
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    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Definitions

  • the present invention relates to a pouch and a pouch-type secondary battery comprising the same for preventing the penetration of water in the pouch-type secondary battery performance is reduced.
  • a battery is capable of supplying electrical energy including a cathode or a positive electrode and an anode or a negative electrode separated from each other by a separator and an electrolyte that enables ion transfer between the two electrodes.
  • These batteries are classified into primary batteries (general cells) that are discarded after use and secondary batteries that can be reused through charging.
  • secondary batteries examples include nickel-cadmium batteries, nickel-metal hydride batteries, nickel-hydrogen batteries, and lithium secondary batteries.
  • lithium secondary batteries are used as power sources for portable electronic devices with an operating voltage of 3.6 V or more, or used in high-power hybrid vehicles by connecting several in series, compared to nickel-cadmium batteries or nickel-metal hydride batteries. The operating voltage is three times higher and the energy density per unit weight is also excellent and is being used rapidly.
  • Lithium secondary batteries may be classified into lithium ion batteries using liquid electrolytes and lithium ion polymer batteries using polymer electrolytes according to electrolyte types.
  • the lithium ion polymer battery may be divided into a fully solid lithium ion polymer battery containing no electrolyte solution and a lithium ion polymer battery using a gel polymer electrolyte containing an electrolyte solution, depending on the type of polymer electrolyte.
  • a cylindrical or rectangular metal can is used as a container by welding sealing. Since the can-type secondary battery using the metal can as a container has a fixed shape, there is a disadvantage in restricting the design of an electrical product using the same as a power source, and it is difficult to reduce the volume. Therefore, a pouch type secondary battery using two electrodes, a separator and an electrolyte in a pouch made of a film and being sealed is developed and used.
  • a pouch of a conventionally used lithium ion polymer battery has a polyolefin-based resin layer (Polyolefin layer), which is an inner layer acting as a sealing material, having a thermal adhesive property in sequence, a substrate that maintains mechanical strength, and moisture and oxygen It consists of a multilayer film structure in which an aluminum layer (AL / Aluminum Layer), a base material, and an outer layer (usually a nylon layer) serving as a protective layer, are laminated. Commonly used as the polyolefin-based resin layer is CPP (Casted Polypropylene).
  • the pouch is largely divided into a lower case 10 in which the accommodating part 11 is formed and an upper case 20 covering the accommodating part.
  • the electrode assembly included in the accommodating part is formed by laminating a cathode, an anode, and a separator. Terminals are drawn out from each electrode, and tapes are attached to the terminals overlapping the sealing portions.
  • Pouch type secondary battery has the advantage that can be flexible in form and to implement a secondary battery of the same capacity with a smaller volume and mass.
  • the pouch type uses a soft pouch as a container, so that the mechanical strength may be weak and the reliability of the sealing may be low. Therefore, it is mainly used in gel or all solid lithium ion polymer batteries, rather than lithium ion secondary batteries using electrolytes, which may cause leakage problems.
  • Reducing the width of the sealing portion of the pouch can accommodate a larger capacity electrode assembly therein, and reduce the sealing portion itself not directly related to the capacitance. Therefore, a higher capacity secondary battery can be formed with the same pouch.
  • the reduction of the sealing width reduces the absolute sealing area and reduces the sealing reliability of the pouch, which is a problem.
  • sealing of the exterior material is a very important issue, but the problem of moisture penetration into the sealing portion made of polymer due to the characteristics of the pouch. If foreign matter such as moisture penetrates from the outside, corrosion of the electrode assembly, the terminal, and the exterior material is accelerated, or damage to the electrode active material is caused.
  • the present invention is to solve this problem, to be able to prevent the penetration of moisture through the bent portion of the pouch when sealing the electrode assembly accommodated inside the receiving portion formed by bending the cover unit formed integrally with the receiving portion. .
  • the present invention allows to control the discharge direction of the harmful substances present in the pouch when the battery abnormality occurs.
  • the present invention is a pouch in which an accommodating part having an internal space formed therein, a cover part for closing the opened part of the accommodating part is integrally formed, and a bent extension part is formed around the boundary between the accommodating part and the cover part. to provide.
  • the receiving portion is characterized in that it comprises a bottom surface and an upwardly bent surface each bent upwards on all sides of the bottom surface.
  • the length of the bend extension is at least 10% of the distance from the bending line of the accommodating part and the cover part to the opened portion of the accommodating part.
  • the bending extension portion is characterized in that the sealing treatment when the receiving portion and the cover portion combined.
  • the sealing treatment is characterized in that at least 50% of the bent extension region is sealed.
  • the pouch has a rectangular cross section, and the receiving portion and the cover portion are characterized in that connected to the side of the long axis.
  • a bend line is formed at the boundary surface of the accommodation portion and the lid portion.
  • the pouch is characterized in that the irregularities that can accommodate the electrode assembly on both the cover portion and the receiving portion is formed.
  • the present invention is an electrode assembly having a cathode coated with a cathode active material, a cathode coated with an anode active material, and a separator interposed between the anode and the cathode; And a pouch in which an inner space is formed to accommodate the electrode assembly, and a cover part integrally formed to close the opened portion of the accommodation part.
  • a pouch having a bent extension part is formed around the boundary of the receiving part and the cover part. It provides a type secondary battery.
  • the inside of the pouch is bent by sealing the contact surface with the accommodating part after bending the lid part when assembling the pouch.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing a pouch type secondary battery according to the prior art.
  • Figure 2 is a schematic diagram showing a state before assembly of the pouch according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 3 is a cross-sectional view showing a pouch type secondary battery according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 4 is a cross-sectional view showing a pouch type secondary battery according to an embodiment of the present invention.
  • the pouch of the present invention includes an accommodating part 210 having an internal space corresponding to the thickness and area of the electrode assembly 100, and an upper opening portion of the accommodating part 210.
  • Cover portion 220 for closing the is formed integrally.
  • the accommodating part 210 includes a bottom surface 211 and an upward bent surface 212 which is bent upwards on all sides of the bottom surface 211, and the bottom surface 211 and the upward bent surface 212 are Each consists of a plate shape which has predetermined area and thickness.
  • the accommodating part 210 configured as described above is formed of an enclosure in which an upper side of a substantially “ ⁇ ” shape in cross section is opened, and the electrode assembly 100 is accommodated in an inner space thereof.
  • the flange 213 is extended to any part of the receiving portion 210 and the cover 220 is covered, the flange 213 is fixed by a method such as heat sealing to seal the inside of the pouch.
  • the cover part 220 is formed in a plate shape which is integrally formed at one end of the receiving part 210, and the bent extension part having a predetermined length around the bent line 230 of the cover part 220 and the receiving part 210 ( 240 is further provided.
  • the bend extension 240 protrudes a predetermined length in the opposite direction of the flange 213 as shown in FIG.
  • the cover portion 220 when the cover portion 220 is bent to close the receiving portion 210, the external moisture may penetrate through the bending line of the receiving portion and the cover portion, but the bending line (as in the present invention) If the bent extension portion 240 of a predetermined length is formed around the 230 it can be prevented.
  • the length of the bend extension is at least 10%, in detail at least 30%, more specifically 30 to 70% of the distance from the bending line of the receiving portion and the lid portion to the opened portion of the receiving portion Can be.
  • the bent extension portion 240 protruding a predetermined length so as to further prevent the penetration of moisture. Specifically, by sealing 50% or more, specifically 75% or more, and 100% or more of the bend extension region, more effectively prevents the penetration of moisture and more easily control the direction of discharge of harmful substances inside the pouch. Can be.
  • at least one of the portions abutting the bent lines of the accommodating portion and the lid portion and the portions abutting the open portions of the accommodating portion of the bent extension portion is essentially sealing to prevent moisture infiltration and control the discharge direction through sealing. It would be preferred in terms of.
  • the pouch may have irregularities for accommodating the electrode assembly on both sides of the accommodation portion and the lid portion.
  • the bending extension part 240 and the flange 213 may be included as shown in FIG. 4.
  • the pouch includes a receiving portion 210 recessed to correspond to the thickness and area of the electrode assembly 100 in order to secure a space enough to accommodate the electrode assembly 100.
  • a flange 213 for joining with the cover part 220 of the pouch is provided.
  • the cover part 220 formed integrally extending from the accommodating part 210 at one edge of the accommodating part 210 is a flange 213. It is bent in the direction to close the receiving portion 210.
  • a conventional curved line is formed at a position corresponding to a boundary surface of the accommodating part and the cover part, that is, the upper right side of the electrode assembly in the drawing.
  • the bend line is pressurized to an appropriate pressure to form a slot by a straight press (but not limited to this).
  • a straight press but not limited to this.
  • the bending extension portion 240 at the boundary of the receiving portion 210 and the cover portion 220, that is, near the bend line, and sealing the same, the penetration of moisture from the outside is remarkable even when a pinhole is generated. It can be reduced.
  • the pouch applied to the present invention forms a square, a square, a square, etc. in the cross-section, due to the abnormal operation of the battery, the pouch is broken by internal heat generation and expansion, etc., harmful substances may leak out of the pouch.
  • the expansion force is equally generated in all directions in the square pouch in the cross section, but in the case of the rectangular pouch in the cross section, the expansion force is applied to the long axis side rather than the short axis side. Therefore, the breakage of the pouch is also caused through the sides of the long axis, the harmful substances of the battery will also be discharged through the sides of the long axis.
  • the pouch applied to the present invention has a rectangular cross section
  • the connecting portion of the receiving portion and the cover portion is one of the sides of the long axis
  • the hazardous substances flow out through the sides of the remaining long axes.
  • the outflow direction can be controlled arbitrarily.
  • the present invention also provides a pouch type secondary battery.
  • the pouch type secondary battery of the present invention includes an electrode assembly 100 having a positive electrode, a negative electrode, and a separator, and a pouch 200 surrounding the electrode assembly 100.
  • the positive electrode is a part of the positive electrode active material coated on the positive electrode current collector, the positive electrode current collector is usually formed to a thickness of 3 to 500 ⁇ m.
  • a positive electrode current collector is not particularly limited as long as it has high conductivity without causing chemical change in the battery.
  • the positive electrode current collector may be formed on the surface of stainless steel, aluminum, nickel, titanium, calcined carbon, or aluminum or stainless steel. The surface-treated with carbon, nickel, titanium, silver, etc. can be used.
  • the positive electrode current collector may increase the adhesion of the positive electrode active material by forming minute unevenness on its surface, and may be in various forms such as film, sheet, foil, net, porous body, foam, and nonwoven fabric.
  • a positive electrode non-coating portion to which the positive electrode active material is not applied is formed.
  • the positive electrode non-coating portion is formed with a positive electrode terminal electrically connected to the external circuit so that the electrons collected in the positive electrode current collector can flow to the external circuit.
  • the positive electrode terminal is usually welded by ultrasonic welding to the positive electrode non-coating portion, and after the positive electrode terminal is welded to the positive electrode non-coating portion, a tape is attached to prevent separation of the positive electrode terminal.
  • the negative electrode is produced by applying and drying a negative electrode active material on the negative electrode current collector
  • the negative electrode current collector is usually made of a thickness of 3 to 500 ⁇ m.
  • a negative electrode current collector is not particularly limited as long as it has conductivity without causing chemical change in the battery.
  • a surface of copper, stainless steel, aluminum, nickel, titanium, calcined carbon, copper, or stainless steel may be used. Surface-treated with carbon, nickel, titanium, silver and the like, aluminum-cadmium alloy and the like can be used.
  • the negative electrode current collector may also form fine irregularities on its surface to increase the adhesion of the negative electrode active material.
  • the pouch is made of a laminate sheet of a metal layer and a resin layer so as to stably accommodate the electrode assembly described above, and the configuration thereof is already mentioned above, and thus a detailed description thereof will be omitted.
  • the positive lead and the negative lead which is electrically connected to the electrode assembly to the outside of the pouch protrudes a predetermined amount.
  • the two electrode leads are electrically connected to the electrode terminals extending from each electrode plate of the electrode assembly by welding or the like, and part of the electrode leads are exposed to the outside of the pouch.
  • the positive lead and the negative lead may be located in opposite directions in the pouch or may be located side by side in the same direction.

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Abstract

본 발명은 내부 공간이 형성된 수용부, 상기 수용부의 개구된 부분을 폐쇄하는 덮개부가 일체로 형성된 파우치 및 파우치형 이차전지에 관한 것으로, 상기 수용부와 덮개부의 경계면 주위에는 절곡연장부가 형성되는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 의하면, 수용부와 덮개부가 일체로 형성된 파우치에서, 파우치의 조립시 덮개부를 절곡한 후 수용부와의 접촉면을 실링 처리함으로써 내부를 밀폐하게 되는데, 이때 수용부와 덮개부의 경계면 주위에 절곡연장부를 더 구비하고 이를 실링함으로써 파우치가 밀봉된 이후 상기 경계면을 통해 외부의 수분이 침투하는 것을 최소화할 수 있다.

Description

파우치 및 파우치형 이차전지
본 출원은 2011년 6월 22일 한국특허청에 제출된 특허출원 제10-2011-0060545호의 우선권을 청구하며, 본 명세서에서 참조로서 통합된다.
본 발명은 파우치형 이차전지에서 수분이 침투하여 전지의 성능이 저하되는 것을 방지하기 위한 파우치 및 이를 포함하는 파우치형 이차전지에 관한 것이다.
일반적으로 전지는 분리막(separator)에 의해 서로 분리되는 양극(cathode or positive electrode)과 음극(anode or negative electrode) 및 상기 두 전극 사이에 이온 전달을 가능하게 하는 전해질을 포함하여 전기 에너지를 공급할 수 있는 것이다.
이러한 전지는 한번 사용 후 폐기되는 일차전지(일반 전지)와, 충전을 통해 재사용이 가능한 이차전지로 구분된다.
근래에는 휴대폰, 노트북, PDA 등과 같은 휴대용 전자기기들의 보급으로 재충전이 가능하고 소형 및 대용량화가 가능한 이차전지의 수요량이 급증하고 있으며, 이에 따라 이차전지의 성능이 점차 개선되어 대량 생산되고 있다.
이차전지로는 니켈-카드뮴 전지, 니켈-메탈 하이드라이드 전지, 니켈-수소 전지, 리튬이차전지 등을 들 수 있다. 이 중에서, 리튬이차전지는 작동 전압이 3.6V 이상으로 휴대용 전자 기기의 전원으로 사용되거나, 또는 수 개를 직렬 연결하여 고출력의 하이브리드 자동차에 사용되는데, 니켈-카드뮴 전지나 니켈-메탈 하이드라이드 전지에 비하여 작동 전압이 3배가 높고, 단위 중량당 에너지 밀도의 특성도 우수하여 급속도로 사용되고 있는 추세이다.
리튬이차전지는 전해질 종류에 따라 액체 전해질을 사용하는 리튬이온전지와 고분자 전해질을 사용하는 리튬이온폴리머전지로 구분할 수 있다. 그리고, 리튬이온폴리머전지는 고분자 전해질의 종류에 따라 전해액이 전혀 함유되어 있지 않은 완전 고체형 리튬이온폴리머전지와 전해액을 함유하고 있는 겔형 고분자전해질을 사용하는 리튬이온폴리머전지로 나눌 수 있다.
액체 전해질을 사용하는 리튬이온전지의 경우 대개 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 리튬이온폴리머전지의 파우치는 도 1에서와 같이, 순차적으로 열접착성을 가져 실링재 역할을 하는 내부층인 폴리올레핀계 수지층(Polyolefin Layer), 기계적 강도를 유지하는 기재 및 수분과 산소의 배리어층으로서 역할을 하는 금속층인 알루미늄층(AL/Aluminum Layer), 기재 및 보호층으로 작용하는 외부층(통상 나일론층)이 적층된 다층막 구조로 구성되어 있다. 폴리올레핀계 수지층으로 흔히 사용되는 것으로는 CPP(Casted Polypropylene)가 있다.
파우치는 수용부(11)가 형성된 하부케이스(10)와 이를 덮는 상부케이스(20)로 크게 구분되고, 상기 수용부에 내장되는 전극조립체는 양극 및 음극과 분리막이 적층 권취되어 이루어진다. 각 전극에서는 단자가 인출되고, 단자에는 실링부와 겹치는 부분에 테이프가 부착된다.
파우치형 이차전지는 형태에 융통성을 가질 수 있고 보다 작은 부피 및 질량으로 같은 용량의 이차전지를 구현할 수 있는 장점이 있다. 그러나 캔형과 달리 파우치형은 연질의 파우치를 용기로 사용하므로 기계적 강도가 약하고 밀봉의 신뢰성이 낮아질 수 있다. 따라서 누액의 문제가 발생할 수 있는 전해액 사용 리튬이온이차전지보다는 주로 겔형이나 완전 고체형 리튬이온폴리머전지에 많이 사용된다.
그런데, 파우치형 이차전지에서도 높은 용량의 전지를 형성하기 위해 상대적으로 작은 크기의 파우치에 보다 많은 용량을 가지도록 전극과 전해질을 포함시켜야 한다. 또한, 전지 용량이나 수용기능과 직접 관계가 없는 파우치의 주변 실링부를 점차 줄이도록 하는 요구가 발생한다.
파우치의 실링부 폭을 줄이면 내부에 보다 큰 용량의 전극조립체를 수용할 수 있고, 용량과 직접 관계없는 실링부 자체는 줄일 수 있다. 그러므로, 동일한 파우치로 보다 높은 용량의 이차전지를 형성할 수 있다. 그러나, 실링부 폭의 감소로 절대적 실링 면적이 줄어들면서 파우치의 밀봉 신뢰성은 줄어들어 문제가 된다.
파우치 형태의 리튬 이차전지에서, 외장재의 실링은 매우 중요한 이슈이지만, 파우치의 특성상 고분자로 이루어진 실링부로 수분이 침투하는 문제가 발생된다. 외부로부터 수분 등의 이물질이 침투하게 되면 전극조립체, 단자, 외장재의 부식을 촉진시키거나, 또는 전극활물질에도 손상을 주는 등 성능의 저하를 초래한다.
또한, 전지의 사용시간이 길어질수록 외부에서의 수분침투는 전지의 성능을 장기적으로 저하시키는 요인이 되고 있어, 이에 대한 대책이 시급한 실정이다.
본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 수용부와 일체로 형성된 덮개부를 절곡하여 수용부의 내부에 수납된 전극조립체를 밀봉할 경우 파우치의 절곡된 부분을 통해 수분이 침투되는 것을 방지할 수 있도록 한다.
또한, 본 발명은 전지의 이상 발생시 파우치 내부에 존재하는 유해 물질의 배출 방향을 제어할 수 있도록 한다.
상술한 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 내부 공간이 형성된 수용부, 상기 수용부의 개구된 부분을 폐쇄하는 덮개부가 일체로 형성되며, 상기 수용부와 덮개부의 경계면 주위에는 절곡연장부가 형성되는 파우치를 제공한다.
상기 수용부는 바닥면과, 상기 바닥면의 사방에 각각 상방으로 절곡된 상향절곡면을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 절곡연장부의 길이는 상기 수용부와 덮개부의 절곡선으로부터 상기 수용부의 개구된 부분까지 거리의 10% 이상인 것을 특징으로 한다.
상기 절곡연장부는 수용부와 덮개부의 결합시 실링 처리되는 것을 특징으로 한다.
상기 실링 처리는 상기 절곡연장부 영역의 50% 이상이 실링 처리되는 것을 특징으로 한다.
상기 파우치는 단면상 장방형으로 이루어지며, 상기 수용부와 덮개부는 장축의 변으로 연결되는 것을 특징으로 한다.
상기 수용부와 덮개부의 경계면에는 절곡선이 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기 파우치는 덮개부와 수용부 양쪽에 전극조립체를 수용할 수 있는 요철이 형성된 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 양극활물질이 코팅된 양극과, 음극활물질이 코팅된 음극 및, 상기 양극과 음극 사이에 개재되는 분리막이 구비된 전극조립체; 및 상기 전극조립체가 수납되도록 내부 공간이 형성된 수용부, 상기 수용부의 개구된 부분을 폐쇄하는 덮개부가 일체로 형성되는 파우치;를 포함하며, 상기 수용부와 덮개부의 경계면 주위에는 절곡연장부가 형성되는 파우치형 이차전지를 제공한다.
본 발명에 의하면, 수용부와 덮개부가 일체로 형성된 파우치에서, 파우치의 조립시 덮개부를 절곡한 후 수용부와의 접촉면을 실링 처리함으로써 내부를 밀폐하게 되는데, 이때 수용부와 덮개부의 경계면에 절곡연장부를 더 구비하고 이를 실링함으로써 파우치가 밀봉된 이후 상기 경계면을 통해 외부의 수분이 침투하는 것을 방지할 수 있다.
도 1은 종래 기술에 의한 파우치형 이차전지를 보인 단면도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 파우치의 조립전 상태를 보인 개략도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 파우치형 이차전지를 보인 단면도.
도 4는 본 발명의 일 실시예 의한 파우치형 이차전지를 보인 단면도.
이하에서는, 본 발명에 의한 파우치 및 파우치형 이차전지에 대해 상세히 설명한다.
도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 파우치는 전극조립체(100)의 두께 및 면적에 대응되는 내부 공간이 형성된 수용부(210)와, 이 수용부(210)의 상측 개구된 부분을 폐쇄하는 덮개부(220)가 일체로 형성된다.
수용부(210)는 바닥면(211)과, 이 바닥면(211)의 사방에 각각 상방으로 절곡된 상향절곡면(212)을 포함하며, 바닥면(211)과 상향절곡면(212)은 각각 소정의 면적과 두께를 갖는 판상으로 이루어진다. 이와 같이 구성된 수용부(210)는 단면상 대략 "┗┛" 형상의 상측이 개방된 함체로 이루어져, 그 내부 공간에 전극조립체(100)가 수납된다.
그리고 수용부(210)와 덮개부(220)가 복개되는 어느 일부에는 플랜지(213)가 연장 형성되며, 이 플랜지(213)는 열융착 등의 방법으로 고정되어 파우치 내부를 밀봉하게 된다.
덮개부(220)는 수용부(210)의 일단에 일체로 연장 형성되는 판상으로 이루어지며, 덮개부(220)와 수용부(210)의 절곡선(230) 주위에는 소정 길이의 절곡연장부(240)가 더 구비된다. 파우치의 조립시 절곡연장부(240)는 도 3과 같이 플랜지(213)의 반대 방향으로 소정 길이 돌출된다.
따라서, 수용부(210)를 폐쇄하기 위해 덮개부(220)를 절곡시킬 경우, 기존에는 수용부와 덮개부의 절곡선을 통해 외부의 수분이 침투될 수 있으나, 본 발명에서와 같이 그 절곡선(230) 주위에 소정 길이의 절곡연장부(240)를 형성하게 되면 이를 방지할 수 있게 된다.
일 구체예에서, 상기 절곡연장부의 길이는 상기 수용부와 덮개부의 절곡선으로부터 상기 수용부의 개구된 부분까지 거리의 10% 이상, 상세하게는 30% 이상, 더욱 상세하게는 30~70%인 것일 수 있다.
이에 더해서, 수분의 침투를 더욱 방지할 수 있도록 소정 길이 돌출된 절곡연장부(240)를 실링 처리하는 것이 바람직하다. 구체적으로, 상기 절곡연장부 영역의 50% 이상, 상세하게는 75% 이상, 더욱 상세하게는 100%를 실링 처리함으로써, 수분 침투를 더욱 효과적으로 방지하고 파우치 내부 유해 물질의 배출 방향을 더욱 용이하게 조절할 수 있다. 여기서, 절곡연장부 영역 중 수용부와 덮개부의 절곡선에 맞닿는 부분, 및 수용부의 개구된 부분에 맞닿는 부분 중 적어도 하나의 부분은 필수적으로 실링 처리하는 것이 밀봉을 통한 수분 침투 방지 및 배출 방향 조절이라는 측면에서 바람직할 것이다.
나아가, 본 발명에 따른 일 실시예에서 상기 파우치는 도 4에 도시된 바와 같이, 수용부와 덮개부 양측 모두에 전극조립체를 수납할 수 있는 요철이 형성된 것일 수 있다. 이 경우에도, 도 4와 같이 상기 절곡연장부(240) 및 플랜지(213)를 포함하는 것은 물론이다.
이와 같이 구성된 파우치 내에 전극조립체를 수용하고 조립하는 과정을 설명하면 다음과 같다.
우선, 파우치는 전극조립체(100)가 수납될 정도의 공간을 확보하기 위해 전극조립체(100)의 두께 및 면적에 대응되게 오목하게 패인 수용부(210)를 구비한다. 수용부(210)의 가장자리에는 파우치의 덮개부(220)와 접합을 위한 플랜지(213)가 구비된다.
그 후, 전극조립체(100)가 파우치의 수용부(210) 내에 위치되면, 수용부(210)의 일 가장자리에 수용부(210)로부터 일체로 연장되어 형성된 덮개부(220)가 플랜지(213) 방향으로 절곡되면서 수용부(210)를 폐쇄한다.
이때, 기존에는 수용부와 덮개부의 경계면 즉, 도면상 전극조립체의 우측 상단의 변에 대응되는 위치에 일자형의 절곡선이 형성된다. 절곡선은 일자형의 프레스(그러나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다)에 의해 슬롯(slot)이 형성되도록 적절한 압력으로 가압된다. 이때 상기 프레스 작업시 절곡선에 핀홀이 형성될 우려가 있으며, 이를 통해 외부의 수분이 침투될 우려가 높아진다.
그러나, 본 발명에서는 수용부(210)와 덮개부(220)의 경계면 즉, 절곡선 부근에 절곡연장부(240)를 형성하고 이를 실링 처리함으로써, 핀홀이 생기는 경우에도 외부로부터의 수분 침투를 현저하게 줄일 수 있는 것이다.
한편, 본 발명에 적용되는 파우치는 횡단면상 정방형, 장방형 등의 각형을 이루게 되는데, 전지가 이상 작동으로 인해 내부 발열 및 팽창 등에 의해 파우치가 파단되어 유해물질이 파우치 외부로 유출될 수 있다.
이때, 단면이 정방형의 파우치는 모든 방향으로 팽창력이 동일하게 발생하지만, 단면이 장방형의 파우치일 경우에는 통상 단축의 변보다는 장축의 변으로 그 팽창력이 높게 가해진다. 따라서, 파우치의 파단도 장축의 변을 통해 초래하게 되며, 전지의 유해물질 역시 장축의 변을 통해 배출될 것이다.
예컨대, 본 발명에 적용되는 파우치가 단면상 장방형일 경우, 수용부와 덮개부의 연결부분이 장축의 변 중 어느 하나가 되면 나머지 장축의 변을 통해 유해물질이 유출되므로, 이러한 점을 감안하면 유해물질의 유출방향을 임의로 제어할 수도 있는 것이다.
또한, 본 발명은 파우치형 이차전지를 제공한다.
도 3 또는 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 파우치형 이차전지는 양극, 음극 및 분리막을 구비한 전극조립체(100)와, 이 전극조립체(100)를 감싸는 파우치(200)를 포함한다.
양극은 양극집전체 상에 양극활물질이 일부 도포된 것으로, 양극집전체는 통상 3 내지 500 ㎛의 두께로 형성된다. 이러한 양극집전체는, 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 높은 도전성을 가지는 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어 스테인리스스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소, 또는 알루미늄이나 스테인리스 스틸의 표면에 카본, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면 처리한 것 등이 사용될 수 있다. 양극집전체는 그것의 표면에 미세한 요철을 형성하여 양극활물질의 접착력을 높일 수도 있으며, 필름, 시트, 호일, 네트, 다공질체, 발포체, 부직포체 등 다양한 형태가 가능하다.
양극집전체의 단부에는 양극활물질이 도포되지 않은 양극무지부가 형성된다. 양극무지부에는 양극집전체에 모인 전자들이 외부회로로 흘러갈 수 있도록 외부회로와 전기적으로 연결되는 양극단자가 형성된다. 양극단자는 양극무지부에 통상적으로 초음파용접으로 용접되고, 양극단자가 양극무지부에 용접된 후에는 양극단자의 이탈을 막기 위해 테이프가 부착된다.
또한, 음극은 음극집전체 상에 음극활물질을 도포, 건조하여 제작되며, 음극집전체는 통상 3 내지 500 ㎛의 두께로 만들어진다. 이러한 음극집전체는, 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어 구리, 스테인리스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소, 구리나 스테인리스 스틸의 표면에 카본, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면 처리한 것, 알루미늄-카드뮴 합금 등이 사용될 수 있다. 음극집전체 역시 그 표면에 미세한 요철을 형성하여 음극활물질의 접착력을 높일 수도 있다.
파우치는 상술한 전극조립체를 안정적으로 수용할 수 있도록 금속층과 수지층의 라미네이트 시트로 이루어지며, 그 구성은 이미 위에서 언급했으므로 자세한 설명은 생략한다.
한편, 파우치의 외부로는 전극조립체와 전기적으로 연결되는 양극리드 및 음극리드가 소정량 돌출된다.
즉, 두 개의 전극리드는 전극조립체의 각 극판으로부터 연장된 전극단자들과 용접 등의 방법으로 전기적으로 연결되어 있고, 그 일부가 파우치의 외부로 노출된 것이다.
양극리드와 음극리드는 파우치에서 서로 반대 방향으로 위치할 수도 있고, 동일한 방향에 나란히 위치할 수도 있다.
[부호의 설명]
100 : 전극조립체
200 : 파우치
210 : 수용부
211, 211' : 바닥면
212, 212' : 상향절곡면
213 : 플랜지
220 : 덮개부
230 : 절곡선
240 : 절곡연장부

Claims (12)

  1. 내부 공간이 형성된 수용부, 상기 수용부의 개구된 부분을 폐쇄하는 덮개부가 일체로 형성된 파우치에 있어서,
    상기 수용부와 덮개부의 경계면 주위에는 절곡연장부가 형성되는 것을 특징으로 하는 파우치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 수용부는 바닥면과, 상기 바닥면의 사방에 각각 상방으로 절곡된 상향절곡면을 포함하는 것을 특징으로 하는 파우치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 절곡연장부의 길이는 상기 수용부와 덮개부의 절곡선으로부터 상기 수용부의 개구된 부분까지 거리의 10% 이상인 것을 특징으로 하는 파우치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 절곡연장부는 수용부와 덮개부의 결합시 실링 처리되는 것을 특징으로 하는 파우치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 절곡연장부 영역의 50% 이상이 실링 처리되는 것을 특징으로 하는 파우치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 파우치는 단면상 장방형으로 이루어지며, 상기 수용부와 덮개부는 장축의 변으로 연결되는 것을 특징으로 하는 파우치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 수용부와 덮개부의 경계면에는 절곡선이 형성되는 것을 특징으로 하는 파우치.
  8. 양극활물질이 코팅된 양극과, 음극활물질이 코팅된 음극 및, 상기 양극과 음극 사이에 개재되는 분리막이 구비된 전극조립체; 및
    상기 전극조립체가 수납되도록 내부 공간이 형성된 수용부, 상기 수용부의 개구된 부분을 폐쇄하는 덮개부가 일체로 형성되는 파우치;를 포함하며,
    상기 수용부와 덮개부의 경계면 주위에는 절곡연장부가 형성되는 것을 특징으로 하는 파우치형 이차전지.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 수용부는 바닥면과, 상기 바닥면의 사방에 각각 상방으로 절곡된 상향절곡면을 포함하는 것을 특징으로 하는 파우치형 이차전지.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 절곡연장부는 수용부와 덮개부의 결합시 실링 처리되는 것을 특징으로 하는 파우치형 이차전지.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 파우치는 단면상 장방형으로 이루어지며, 상기 수용부와 덮개부는 장축의 변으로 연결되는 것을 특징으로 하는 파우치형 이차전지.
  12. 제8항에 있어서,
    상기 수용부와 덮개부의 경계면에는 절곡선이 형성되는 것을 특징으로 하는 파우치형 이차전지.
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