KR20160051060A - 파우치형 이차전지 및 이에 적용되는 전극 리드 어셈블리 - Google Patents

파우치형 이차전지 및 이에 적용되는 전극 리드 어셈블리 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 파우치형 이차전지는, 전극 조립체; 상기 전극 조립체와 연결되는 한 쌍의 전극 리드; 상기 전극 조립체를 수용하며 상기 한 쌍의 전극 리드가 외부로 인출된 상태로 밀봉되는 파우치 케이스; 및 상기 전극 리드와 파우치 케이스의 내측 면 사이에 개재되는 실란트; 를 포함하는 것으로서, 상기 실란트는, 상기 파우치 케이스의 폭 방향 일측 단부로부터 타측 단부까지 연속적으로 형성된다.

Description

파우치형 이차전지 및 이에 적용되는 전극 리드 어셈블리{A pouch type secondary battery and a electrode lead assembly applied for the same}
본 발명은 파우치형 이차전지 및 이에 적용되는 전극 리드 어셈블리에 관한 것으로서, 좀 더 구체적으로는 전극 리드와 파우치 케이스 사이에 개재되는 실란트 구조의 변경을 통해 밀봉성 및 제조 공정 상의 효율성이 개선된 파우치형 이차전지 및 이에 적용되는 전극리드 조립체에 관한 것이다.
도 1을 참조하면, 파우치형 이차전지는 파우치 케이스(1) 내에 전극 조립체를 수용하고, 전극 조립체의 전극 탭 부분에 연결된 전극 리드(2)가 파우치 케이스(1) 외측으로 인출된 구조를 갖는다.
한편, 상기 파우치형 이차전지에 적용되는 파우치 케이스(1)는 통상 상부 케이스(1a)와 하부 케이스(1b)의 테두리 영역(A)이 맞닿은 상태로 열 융착에 의해 밀봉되는데, 이러한 열 융착에 의한 밀봉 시에 파우치 케이스(1)의 내측 면과 전극 리드(2) 사이의 접착력이 떨어져 밀봉성이 저하될 수 있다.
이러한 문제를 해결하기 위해 전극 리드(2)가 인출되는 영역에 수지 성분의 실란트(3)를 적용할 수 있다. 즉, 파우치 케이스(1)의 내측 면과 전극 리드(2) 사이에 실란트(3)가 개재된 상태로 파우치 케이스(1) 테두리 영역(A)의 열 융착이 수행됨으로써 전극 리드(2)가 인출되는 영역에서의 밀봉성 저하의 문제를 해결할 수 있다.
다만, 종래의 파우치형 이차전지에 있어서, 한 쌍의 전극 리드(2) 각각에 부착된 한 쌍의 실란트(3)는 상호 분리된 형태를 갖는데, 이 경우 도 2에 도시된 바와 같이, 실란트(3)가 개재된 영역과 개재되지 않은 영역의 경계 부분(점선으로 표시된 부분)에서 밀봉성이 저하될 우려가 있어 문제이다.
본 발명은 상술한 문제점을 고려하여 창안된 것으로서, 파우치형 이차전지에 적용되는 실란트의 적용 구조를 변경함으로써 이차전지의 밀봉성 향상을 도모하고 또한 이러한 실란트 구조가 적용된 전극 리드 어셈블리를 이용함으로써 파우치형 이차전지의 제조 공정 상의 효율을 향상시키는 것을 일 목적으로 한다.
다만, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 상술한 과제에 제한되지 않으며, 위에서 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래에 기재된 발명의 설명으로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 파우치형 이차전지는, 전극 조립체; 상기 전극 조립체와 연결되는 한 쌍의 전극 리드; 상기 전극 조립체를 수용하며 상기 한 쌍의 전극 리드가 외부로 인출된 상태로 밀봉되는 파우치 케이스; 및 상기 전극 리드와 파우치 케이스의 내측 면 사이에 개재되는 실란트; 를 포함하는 것으로서, 상기 실란트는, 상기 파우치 케이스의 폭 방향 일측 단부로부터 타측 단부까지 연속적으로 형성된다.
상기 실란트는, 상기 전극 리드와 대응되는 영역의 두께가 나머지 영역의 두께보다 더 두껍게 형성될 수 있다.
상기 실란트는, 상기 전극 리드와 대응되는 영역 및 상기 한 쌍의 전극 리드 사이에 위치한 영역의 두께가 상기 한 쌍의 전극 리드의 외측에 위치한 영역의 두께보다 더 두껍게 형성될 수 있다.
상기 실란트는, 상기 파우치 케이스의 폭 방향 일측 단부로부터 타측 단부에 이르기까지 일정한 두께로 형성될 수 있다.
상기 실란트는, 상기 전극 리드의 상부에 부착되는 제1 실란트; 및 상기 전극 리드의 하부에 부착되는 제2 실란트를 포함할 수 있다.
또한, 상술한 기술적 과제는 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 리드 어셈블리에 의해서도 달성 가능한데, 이러한 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 리드 어셈블리는, 전극 조립체에 연결되는 것으로서, 서로 이격되어 나란히 연장된 한 쌍의 전극 리드; 및 상기 전극 조립체를 수용하는 파우치 케이스의 내측 면과 상기 전극 리드 사이에 개재되는 것으로서, 상기 파우치 케이스의 폭 방향 일측 단부로부터 타측 단부에 이르는 길이를 가지며 연속적으로 형성되는 실란트;를 포함한다.
한편, 상술한 본 발명의 일 실시예에 따른 파우치형 이차전지를 제조하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 파우치형 이차전지의 제조 방법은, (a) 제6항 내지 제10항 중 어느 한 항에 따른 전극 리드 어셈블리를 제작하는 단계; (b) 전극 리드 어셈블리에 구비된 전극 리드가 전극 조립체에 구비된 전극 탭에 접촉하도록 전극 리드 어셈블리를 안착시키는 단계; (c) 전극 리드를 전극 탭에 용접시키는 단계; 및 (d) 파우치 케이스를 실링하는 단계;를 포함하며,
상기 (a)단계는, (a1) 한 쌍의 전극 리드가 상호 이격된 상태로 나란하도록 배치하는 단계; 및 (a2) 한 쌍의 전극 리드의 양 면에 각각 제1 실란트 및 제2 실란트를 부착하는 단계;를 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 파우치형 이차전지에 적용되는 실란트 구조의 변경을 통해 이차전지의 밀봉성을 향상시킬 수 있고, 또한 이처럼 변경된 구조를 갖는 실란트가 적용된 전극 리드 어셈블리를 이용함으로써 이차전지의 제조 공정 상의 효율을 향상시킬 수 있다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술되는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은 종래의 파우치형 이차전지를 나타내는 평면도이다.
도 2는 도 1에 도시된 파우치형 이차전지를 나타내는 정면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 파우치형 이차전지를 나타내는 평면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 파우치형 이차전지에 적용되는 전극 리드 어셈블리를 나타내는 사시도이다.
도 5 내지 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 리드 어셈블리를 나타내는 정면도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 파우치형 이차전지의 제조 방법을 나타내는 순서도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일부 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
먼저, 도 3을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 파우치형 이차전지(10)의 전체적인 구성을 설명하기로 한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 파우치형 이차전지를 나타내는 평면도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 파우치형 이차전지는 전극 조립체(미도시), 한 쌍의 전극 리드(12), 실란트(13) 및 파우치 케이스(14)를 포함한다.
상기 전극 조립체(미도시)는 양극 판 및 음극 판 사이에 세퍼레이터가 개재된 형태로 구현된다. 상기 양극 판은 통상 알루미늄(Al) 재질의 집전 판에 양극 활물질이 도포되어 형성되며, 음극 판은 구리(Cu) 재질의 집전 판에 음극 활물질이 도포되어 형성된다.
이러한 양극 판과 음극 판은 각각 전극 활물질이 도포되지 않은 양극 무지부 및 음극 무지부를 갖는데, 이러한 무지부는 전극 리드(12)와 연결되는 양극 탭 및 음극 탭으로 이용된다.
상기 전극 리드(12)는 얇은 판상의 금속으로서 전극 조립체에 구비된 전극 탭에 부착되어 전극 조립체의 외측 방향으로 연장된다. 본 발명에 있어서, 상기 한 쌍의 전극 리드(12)는 각각 그 일측이 양극 탭 및 음극 탭에 부착되어 상호 이격된 상태로 나란한 방향을 따라 연장된다.
한편, 상기 전극 리드(12)는 서로 그 재질이 다를 수 있다. 즉, 상기 전극 리드(12) 중 양극 탭에 연결되는 양극 리드는 양극 판과 동일한 알루미늄 재질로 이루어지고, 음극 탭에 연결되는 음극 리드는 음극 판과 동일한 구리 재질 또는 니켈(Ni)이 코팅된 구리 재질로 이루어질 수 있다.
상기 실란트(13)는 전극 리드(12)와 파우치 케이스(14)의 내측 면 사이에 개재되는 것으로서, 절연성 및 열 융착성을 갖는 필름으로 이루어질 수 있다.
상기 실란트(13)는 예를 들어 폴리이미드(PI: polyimide), 폴리프로필렌(PP: polyprophylene), 폴리에틸렌(PE: polyethylene) 및 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET: polyethylene terephthalate) 등으로부터 선택된 어느 하나 이상의 물질 층(단일 막 또는 다중 막)으로 이루어질 수 있다. 상기 실란트(13)는 전극 리드(12)와 파우치 케이스(14)의 금속 층 사이에서 단락이 발생하는 것을 방지할 뿐만 아니라 파우치 케이스(14)의 밀봉력을 향상시키는 역할을 한다.
상기 실란트(13)의 구체적인 구조, 그리고 전극 리드(12) 및 파우치 케이스(14)와의 결합 관계 등에 대한 구체적인 설명은 도 4 내지 도 7을 참조하여 상세히 후술하기로 한다.
상기 파우치 케이스(14)는 내측 면에 열 접착 층이 형성된 알루미늄 파우치 필름으로 이루어질 수 있다. 상기 파우치 케이스(14)는 전극 리드(12)가 외부로 인출되도록 전극 조립체를 수용한 채로 테두리 영역(S)이 열 융착됨으로써 밀봉된다. 즉, 상기 파우치 케이스(14)는 상/하 케이스로 구성될 수 있는데, 상/하 케이스의 테두리 부분의 내측 면이 서로 맞닿은 상태에서 열이 가해짐으로써 상/하 케이스가 상호 융착되어 밀봉되는 것이다.
한편, 밀봉된 파우치 케이스(14) 내에는 이차전지의 종류에 따라 액체, 고체 또는 겔형 등의 전해질(미도시)이 충진된다.
다음은, 도 3과 함께 도 4 내지 도 7을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 리드 어셈블리를 설명하기로 한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 파우치형 이차전지에 적용되는 전극 리드 어셈블리를 나타내는 사시도이고, 도 5 내지 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 리드 어셈블리를 나타내는 정면도이다.
먼저, 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 리드 어셈블리는 앞서 설명한 파우치형 이차전지에 적용되는 한 쌍의 전극 리드(12) 및 실란트(13)로 구성된다.
상기 전극 리드 어셈블리에 있어서, 실란트(13)는 서로 나란하게 배치된 한 쌍의 전극 리드(12)의 상부에 부착되는 제1 실란트(13a) 및 하부에 부착되는 제2 실란트(13b)를 포함하는 형태로 구현될 수 있다. 이 경우, 한 쌍의 전극 리드(12) 사이에 위치한 영역 및 한 쌍의 전극 리드(12)의 외측에 위치한 영역에서 한 쌍의 실란트(13a,13b)는 상호 접착되어 일체로 된 하나의 실란트(13)를 이룬다.
물론, 상기 실란트(13)가 두 개의 부분이 합쳐져 형성되는 것이 아니라, 일체로 형성된 하나의 조각으로 이루어질 수도 있으며, 이 경우 실란트(13)는 전극 리드(12)가 삽입될 수 있도록 전극 리드(12)에 대응되는 한 쌍의 홀을 구비하게 된다.
도 3 및 도 4를 함께 참조하면, 상기 실란트(13)는 파우치 케이스(14)의 폭 방향(도 3을 기준으로 볼 때, 좌/우 방향을 의미하는 것으로서 이하 동일함)을 따라 연속적으로 형성된다. 즉, 상기 실란트(13)는 파우치 케이스(14)의 폭 방향 일측 단부로부터 타측 단부에 이르는 길이를 가지고 연속적으로 형성되며, 이로써 전극 리드(12)가 인출되는 영역에 있어서 파우치 케이스(14)의 밀봉력이 취약해지는 것을 방지할 수 있다.
도 5를 참조하면, 상기 실란트(13)는 전극 리드(12)와 대응되는 영역에서의 두께가 나머지 영역에서의 두께, 즉 한 쌍의 전극 리드(12) 사이에 위치한 영역 및 한 쌍의 전극 리드(12) 각각의 외측에 위치한 영역에서의 두께보다 더 두껍게 형성될 수 있다.
또한, 도 6을 참조하면, 도 5의 경우와는 달리, 상기 실란트(13)는 전극 리드(12)와 대응되는 영역(이하, 제1 영역이라 칭함)에서의 두께 및 한 쌍의 전극 리드(12) 사이에 위치한 영역(이하, 제2 영역이라 칭함)에서의 두께가 한 쌍의 전극 리드(12) 각각의 외측에 위치한 영역(이하, 제3 영역이라 칭함)에서의 두께보다 더 두껍게 형성될 수 있다.
이처럼, 상기 실란트(13)가 제1 영역 및 제2 영역에서 두께 차이를 나타내지 않는 경우, 파우치 케이스(14)가 제1 영역 및 제2 영역 사이를 지날 때 굴곡진 형상을 갖지 않게 되므로 밀봉성이 좀 더 향상될 수 있다.
한편, 도 7을 참조하면, 도 5 및 도 6의 경우와는 달리, 상기 실란트(13)는 파우치 케이스(14)의 폭 방향 일측 단부로부터 타측 단부에 이르기까지, 즉 제1 영역, 제2 영역 및 제3 영역 전체에 걸쳐서 일정한 두께로 형성될 수도 있다.
이처럼, 상기 실란트(13)가 모든 영역에 걸쳐서 일정한 두께를 갖는 경우, 실란트(13)에 부착되는 파우치 케이스(14)의 굴곡이 발생되지 않으므로 밀봉성을 극대화할 수 있게 된다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 파우치형 이차전지는, 실란트(13)가 파우치 케이스(14)의 폭 방향을 따라 실링 영역 전체에 걸쳐서 상/하 파우치 케이스(14a,14b) 사이에 개재된 구조를 가짐으로써 밀봉성을 크게 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 파우치형 이차전지의 구조에 따르면, 전극 리드(12)에 실란트(13)를 부착하는 과정이 간소화 되고, 이로써 제작된 전극 리드 어셈블리를 이용함으로써 전극 리드(12)를 전극 탭에 용접하는 공정 역시 편리해 질 수 있어 공정성이 크게 향상될 수 있다.
다음은, 도 8을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 파우치형 이차전지의 제조 방법을 설명하기로 한다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 파우치형 이차전지의 제조 방법을 나타내는 순서도이다.
도 8을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 파우치형 이차전지의 제조 방법은 (a) 전극 리드 어셈블리를 제작하는 단계, (b) 전극 리드 어셈블리를 안착시키는 단계, (c) 전극 리드를 용접하는 단계 및 (d) 파우치 케이스를 실링 하는 단계를 포함한다.
상기 (a)단계는, 앞서 설명한 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 리드 어셈블리를 제작하는 단계로서, 한 쌍의 전극 리드(12)를 한꺼번에 감싸고, 또한 파우치 케이스(14)의 폭 방향 길이와 동등한 길이를 갖는 실란트(13)를 적용하여 전극 리드 어셈블리를 제작하는 단계에 해당한다.
좀 더 구체적으로, 상기 (a)단계는, (a1) 한 쌍의 전극 리드(12)가 상호 이격된 상태로 나란하도록 배치하는 단계 및 (a2) 한 쌍의 전극 리드(12)의 양 면에 각각 제1 실란트(13a) 및 제2 실란트(13b)를 부착하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 (b)단계는, 제작된 상기 전극 리드 어셈블리에 구비된 전극 리드(12)가 전극 조립체에 구비된 전극 탭에 접촉하도록 전극 리드 어셈블리를 안착시키는 단계이다.
상기 (c)단계는, 전극 리드(12)가 전극 조립체와 전기적으로 연결될 수 있도록 전극 조립체에 구비된 전극 탭에 용접을 시행하는 단계이다.
상기 (d)단계는, 용접에 의해 전극 조립체와 연결된 전극 리드(12)가 외부로 인출된 상태로 파우치 케이스(14)의 테두리 영역(S)을 열 융착함으로써 파우치 케이스(14)를 밀봉하는 단계이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 파우치형 이차전지의 제조 방법에 따르면, 전극 리드(12)에 실란트(13)를 부착하는 공정이 간소화 되고, 또한 이로써 제작된 전극 리드 어셈블리를 이용함으로써 전극 리드(12)를 전극 탭에 용접하는 공정 역시 편리해질 수 있어 파우치형 이차전지의 제조 공정상의 효율을 향상시킬 수 있다.
이상에서 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
12: 전극 리드 13: 실란트
13a: 제1 실란트 13b: 제2 실란트
14: 파우치 케이스 S: 테두리 영역

Claims (12)

  1. 전극 조립체; 상기 전극 조립체와 연결되는 한 쌍의 전극 리드; 상기 전극 조립체를 수용하며 상기 한 쌍의 전극 리드가 외부로 인출된 상태로 밀봉되는 파우치 케이스; 및 상기 전극 리드와 파우치 케이스의 내측 면 사이에 개재되는 실란트; 를 포함하는 파우치형 이차전지에 있어서,
    상기 실란트는, 상기 파우치 케이스의 폭 방향 일측 단부로부터 타측 단부까지 연속적으로 형성되는 것을 특징으로 하는 파우치형 이차전지.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 실란트는,
    상기 전극 리드와 대응되는 영역의 두께가 나머지 영역의 두께보다 더 두껍게 형성된 것을 특징으로 하는 파우치형 이차전지.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 실란트는,
    상기 전극 리드와 대응되는 영역 및 상기 한 쌍의 전극 리드 사이에 위치한 영역의 두께가 상기 한 쌍의 전극 리드의 외측에 위치한 영역의 두께보다 더 두껍게 형성된 것을 특징으로 하는 파우치형 이차전지.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 실란트는,
    상기 파우치 케이스의 폭 방향 일측 단부로부터 타측 단부에 이르기까지 일정한 두께로 형성된 것을 특징으로 하는 파우치형 이차전지.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 실란트는,
    상기 전극 리드의 상부에 부착되는 제1 실란트; 및
    상기 전극 리드의 하부에 부착되는 제2 실란트를 포함하는 것을 특징으로 하는 파우치형 이차전지.
  6. 전극 조립체에 연결되는 것으로서, 서로 이격되어 나란히 연장된 한 쌍의 전극 리드; 및
    상기 전극 조립체를 수용하는 파우치 케이스의 내측 면과 상기 전극 리드 사이에 개재되는 것으로서, 상기 파우치 케이스의 폭 방향 일측 단부로부터 타측 단부에 이르는 길이를 가지며 연속적으로 형성되는 실란트;
    를 포함하는 전극 리드 어셈블리.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 실란트는,
    상기 전극 리드와 대응되는 영역의 두께가 나머지 영역의 두께보다 더 두껍게 형성된 것을 특징으로 하는 전극 리드 어셈블리.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 실란트는,
    상기 전극 리드와 대응되는 영역 및 상기 한 쌍의 전극 리드 사이에 위치한 영역의 두께가 상기 한 쌍의 전극 리드의 외측에 위치한 영역의 두께보다 더 두껍게 형성된 것을 특징으로 하는 전극 리드 어셈블리.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 실란트는,
    상기 파우치 케이스의 폭 방향 일측 단부로부터 타측 단부에 이르기까지 일정한 두께로 형성된 것을 특징으로 하는 전극 리드 어셈블리.
  10. 제6항에 있어서,
    상기 실란트는,
    상기 전극 리드의 상부에 부착되는 제1 실란트; 및
    상기 전극 리드의 하부에 부착되는 제2 실란트를 포함하는 것을 특징으로 하는 전극 리드 어셈블리.
  11. (a) 제6항 내지 제10항 중 어느 한 항에 따른 전극 리드 어셈블리를 제작하는 단계;
    (b) 전극 리드 어셈블리에 구비된 전극 리드가 전극 조립체에 구비된 전극 탭에 접촉하도록 전극 리드 어셈블리를 안착시키는 단계;
    (c) 전극 리드를 전극 탭에 용접시키는 단계; 및
    (d) 파우치 케이스를 실링하는 단계;
    를 포함하는 파우치형 이차전지의 제조 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 (a)단계는,
    (a1) 한 쌍의 전극 리드가 상호 이격된 상태로 나란하도록 배치하는 단계; 및
    (a2) 한 쌍의 전극 리드의 양 면에 각각 제1 실란트 및 제2 실란트를 부착하는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 파우치형 이차전지의 제조 방법.
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