WO2012020939A2 - 안전성이 향상된 이차전지 - Google Patents

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Definitions

  • the present invention relates to a secondary battery having improved safety, and more particularly, a secondary battery in which an electrode assembly is embedded in a pouch-type battery case accommodating part, and a battery case is disposed on an upper end of a battery case accommodating part corresponding to a tab of the electrode assembly.
  • the present invention relates to a secondary battery in which upwardly projecting convex portions are formed.
  • lithium secondary batteries such as lithium ion batteries and lithium ion polymer batteries is high.
  • secondary batteries are classified according to the structure of the electrode assembly having a cathode / separation membrane / cathode structure.
  • a jelly having a structure in which long sheet-shaped anodes and cathodes are wound with a separator interposed therebetween -Roll (electrode) electrode assembly, a stack (stacked type) electrode assembly in which a plurality of positive and negative electrodes cut in units of a predetermined size are sequentially stacked with a separator, and the positive and negative electrodes of a predetermined unit are interposed through a separator
  • a stack / foldable electrode assembly having a structure in which bi-cells or full cells stacked in a state are wound with a separation film or the like.
  • a pouch-type battery having a structure in which a stack type or a stack / fold type electrode assembly is incorporated into a pouch type battery case of an aluminum laminate sheet has attracted much attention due to its low manufacturing cost, small weight, and easy shape deformation. Its usage is also gradually increasing.
  • FIG. 1 is a schematic exploded perspective view of a general structure of a conventional representative pouch type secondary battery.
  • the pouch-type battery cell 10 includes an electrode assembly 30, electrode tabs 40 and 50 extending from the electrode assembly 30, and electrodes welded to the electrode tabs 40 and 50. And a battery case 20 accommodating the leads 60 and 70 and the electrode assembly 30.
  • the electrode assembly 30 is a power generator in which a positive electrode and a negative electrode are sequentially stacked in a state where a separator is interposed therebetween, and has a stack type or a stack / fold type structure.
  • the electrode tabs 40, 50 extend from each pole plate of the electrode assembly 30, and the electrode leads 60, 70 are welded, for example, with a plurality of electrode tabs 40, 50 extending from each pole plate. Each is electrically connected to each other, and part of the battery case 20 is exposed to the outside.
  • an insulating film 80 is attached to a portion of the upper and lower surfaces of the electrode leads 60 and 70 in order to increase the sealing degree with the battery case 20 and to secure an electrical insulating state.
  • the battery case 20 is made of an aluminum laminate sheet, provides a space for accommodating the electrode assembly 30, and has a pouch shape as a whole.
  • the plurality of positive electrode tabs 40 and the plurality of negative electrode tabs 50 may be coupled together to the electrode leads 60 and 70.
  • the upper end is spaced apart from the electrode assembly 30.
  • FIG. 2 is a partially enlarged view of an inner top of a battery case in which the positive electrode tabs are densely coupled in the secondary battery of FIG. 1 and connected to the positive electrode lead.
  • the plurality of positive electrode tabs 40 protruding from the positive electrode 41 of the electrode assembly 30 may include, for example, the positive electrode lead 60 in the form of a weld portion integrally joined by welding. )
  • the positive lead 60 is sealed by the battery case 20 while the opposite end 61 to which the positive electrode tab welding part is connected is exposed. Since the plurality of positive electrode tabs 40 are integrally coupled to form a welded portion, the inner upper end of the battery case 20 is spaced apart from the upper surface of the electrode assembly 30 by a predetermined distance, and the positive electrode tabs 40 of the welded portion are formed. Is bent in a substantially V shape. Therefore, the coupling portion of the electrode tabs and the electrode lead is also referred to as a V-forming portion.
  • the present invention aims to solve the problems of the prior art as described above and the technical problem that has been requested from the past.
  • the inventors of the present invention in the secondary battery in which the electrode assembly is built, when the convex part of which the battery case protrudes upwards is formed on the top of the battery case accommodating part corresponding to the tab of the electrode assembly, Alternatively, even when the electrode assembly is moved by the application of an external force, it has been confirmed that the short circuit can be prevented and the safety can be further improved, and the present invention has been completed.
  • the secondary battery according to the present invention is a secondary battery in which the electrode assembly is embedded in the accommodating part of the pouch type battery case, and the convex part of the battery case protruding upward from the upper end of the battery case accommodating part corresponding to the tab of the electrode assembly ( Convex) is formed.
  • An internal short circuit caused by dropping or application of an external impact may act as a main cause of explosion or ignition of the battery, which is caused by contact between the positive electrode and the negative electrode as the electrode assembly moves during a drop or impact application. This is because of the high resistance heat caused by the conduction current.
  • the oxide structure of the positive electrode active material is collapsed to cause a thermal runaway phenomenon, which may cause the battery to ignite or explode.
  • the convex part in which the battery case protrudes upward is formed at the upper end of the battery case accommodating part corresponding to the tab of the electrode assembly, the convex part may be partially impacted even when the battery is dropped or an external shock is applied. While absorbing, by providing a free space even during the movement of the electrode assembly to suppress the contact between the positive electrode and the negative electrode to prevent the internal short circuit, it is possible to ultimately improve the safety of the battery.
  • the secondary battery having a convex portion in which the battery case protrudes upward on the upper side of the battery case accommodating portion corresponding to the tab of the electrode assembly has a reduced standby process for screening defects of the V-forming portion, thereby reducing productivity. It can greatly improve.
  • the convex portion structure supports the coupling portion (V-forming portion) of the electrode tab and the electrode lead to the injection pressure of the hot melt resin during the injection molding process for forming the pack case for the secondary battery, thereby forming the V-forming portion. It is possible to effectively prevent a short circuit in contact with the counter electrode.
  • the electrode assembly is not particularly limited as long as it is a structure that connects a plurality of electrode tabs to form an anode and a cathode, and preferably includes a stack type structure and a stack / fold type structure. Details of the electrode assembly of the stack / foldable structure are disclosed in Korean Patent Application Publication Nos. 2001-0082058, 2001-0082059, and 2001-0082060, which are described in the context of the present invention. Incorporated by reference.
  • the convex portion has a structure in which the battery case protrudes upward on the top of the battery case accommodating portion corresponding to the tab of the electrode assembly, and may be formed on each of the positive electrode and the negative electrode, and is formed integrally over both the positive electrode and the negative electrode. It may be.
  • the size of the convex portion is not particularly limited as long as it is a structure capable of exerting the effects described above.
  • the height of the convex portion may be 1 to 30%, preferably 2 to 25%, more preferably 5 to 20%, based on the thickness of the electrode assembly, the width of the convex portion of the electrode assembly
  • the size may be 80 to 300%, preferably 100 to 250%, more preferably 110 to 200%, based on the width of the tab.
  • the convex portion may be formed by a post-treatment process after mounting the electrode assembly to the receiving portion and sealing the battery case, or may be formed during a process of manufacturing a battery by mounting the electrode assembly on a battery case in which the convex portion is preformed. have.
  • the post-treatment step may be performed manually or automatically by operation of the machine.
  • the structure of the shock absorbing member is mounted in the inner space of the convex portion, the shock absorbing member may be preferably made of a porous material.
  • the battery case may be preferably made of a laminate sheet including a metal layer and a resin layer, and specifically, an accommodating part in which an electrode assembly may be mounted in a pouch type case of an aluminum laminate sheet. It may be a pouch type case formed.
  • the battery case of the laminate sheet is sealed by heat fusion, for example, after mounting the electrode assembly on the housing.
  • the secondary battery according to the present invention may preferably be a lithium secondary battery, and in particular, may be preferably applied to a so-called lithium ion polymer battery in which a lithium-containing electrolyte is impregnated into the electrode assembly in the form of a gel.
  • the convex portion performs a function of supporting the coupling portion (V-forming portion) of the electrode tab and the electrode lead against the injection pressure of the hot melt resin in the injection molding for forming the pack case for the secondary battery can do.
  • the convex portion may be formed by a step of forming a step by extending to the portion where the insulating film and the battery case are bonded through the electrode assembly, the electrode tab and the electrode lead.
  • the convex portion of the structure when forming a conventional pouch-type battery case, it is possible to prevent the problem that the insulation is broken because the electrode assembly portion, the electrode tab and the electrode lead is connected, so that the thickness of the relatively thick portion is not considered. .
  • the portion where the insulating film and the battery case are bonded may be a portion until the electrode lead is exposed to the outside.
  • FIG. 1 is an exploded perspective view of a general structure of a conventional pouch type secondary battery
  • FIG. 2 is a partially enlarged view of a top inside a battery case in which the positive electrode tabs are densely coupled in the secondary battery of FIG. 1 and connected to the positive electrode lead;
  • FIG. 3 is a schematic diagram showing that the injection pressure of the hot melt resin acts on the joint portion of the electrode tab and the electrode lead;
  • FIG. 4 is a partial perspective view showing an upper portion of a secondary battery
  • FIG. 5 is a partial perspective view illustrating a structure in which a convex portion is formed on an upper end of a housing portion of a battery case according to an exemplary embodiment of the present invention
  • FIG. 6 is a schematic front view of the secondary battery of FIG. 5;
  • FIG. 7 is a schematic diagram showing that the injection pressure of the hot melt resin acts on the coupling portion of the electrode tab and the electrode lead in the secondary battery of FIG. 5;
  • FIG. 10 is a photograph showing deformation of a tap portion with respect to injection pressure in the secondary battery of FIG. 5;
  • FIG. 11 is a partial schematic view of a secondary battery showing the pouch forming according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a schematic diagram showing that the injection pressure of the hot melt resin acts on the coupling portion of the electrode tab and the electrode lead
  • FIG. 4 is a partial perspective view schematically illustrating the upper portion of the secondary battery.
  • the hot melt resin injection method is a system in which a pack case in which a battery cell is built is integrally formed on the outer surface of the battery cell by hot melt resin.
  • FIG. 5 is a partial perspective view schematically illustrating a structure in which a convex portion is formed on an upper end of a storage unit of a battery case according to an exemplary embodiment of the present invention
  • FIG. 6 is a front schematic view of the secondary battery of FIG. 5. .
  • the electrode assembly 30a is embedded in the accommodating portion of the pouch type battery case 20a.
  • a convex portion 90 in which the battery case 20a protrudes upward, is formed on an upper end of the battery case 20a accommodating portion corresponding to the electrode tab of the electrode assembly 30a, thereby forming a pack case for the battery cell.
  • the V-forming part which is a joint part of the electrode tab and the electrode lead, is supported with respect to the injection pressure of the hot melt resin.
  • FIG. 7 is a schematic diagram illustrating that the injection pressure of the hot melt resin acts on the coupling portion of the electrode tab and the electrode lead in the secondary battery of FIG. 5.
  • the shock absorbing member 92 made of a porous material is further mounted in the inner space of the convex portion 90.
  • the convex portion 90 buffers the positive electrode tab and the negative electrode at the coupling portion A ′ of the electrode tab and the electrode lead. Meet and prevent shorts.
  • FIG. 8 and 9 are photographs showing the deformation of the tap portion with respect to the injection pressure in the secondary battery of Figure 4
  • Figure 10 is a photo showing the deformation of the tap portion with respect to the injection pressure in the secondary battery of FIG. It is.
  • the injection pressure of the hot melt resin is dispersed in the convex portion 90, compared with the battery cell 10 of FIG. It can be seen that the injection pressure is less caught in the V-forming portion, which is a coupling portion between the electrode tab and the electrode lead.
  • FIG. 11 is a partial schematic view of a secondary battery illustrating pouch forming according to another embodiment of the present invention.
  • a pouch-type secondary battery includes an electrode assembly 230 formed by insulating a positive electrode and a negative electrode with a separator, electrode tabs 240 extending from the electrode assembly 230, and electrode leads welded to the electrode tabs ( 260 and a pouch type battery case 220 accommodating the electrode assembly 230.
  • the electrode assembly 230 is a power generator in which a positive electrode and a negative electrode are sequentially stacked in a state where a separator is interposed therebetween, and has a stack type or a stack / fold type structure.
  • the electrode tabs 240 extend from each electrode plate of the electrode assembly, and the electrode lead 260 is electrically connected to each other by welding with a plurality of electrode tabs (anode and cathode tabs) extending from each electrode plate. A part 261 is exposed outside of.
  • the insulating film 280 is attached to the upper and lower surfaces of the electrode lead 260, respectively.
  • the pouch forming may include a region La in which the electrode assembly 230 is positioned, a welding region Lb to which the electrode tabs 240 extending from the electrode assembly and the electrode lead 260 are connected, and an insulating film and a pouch-type battery. It extends to the site
  • the convex part in which the battery case protrudes upward is formed at the upper end of the battery case accommodating part corresponding to the tab of the electrode assembly, injection molding for forming a pack case for the secondary battery is performed.
  • the coupling portion (V-forming portion) of the electrode tab and the electrode lead is supported to the injection pressure of the hot melt resin, thereby preventing the V-forming portion from contacting with the opposite electrode and short-circuit, As a result, even when the electrode assembly is moved, short circuit can be prevented to further improve safety of the secondary battery.

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Abstract

본 발명은 전극조립체가 파우치형 전지케이스의 수납부에 내장되어 있는 이차전지로서, 이차전지에 대한 팩 케이스의 형성을 위한 사출 성형에서 핫멜트 수지의 사출압에 대해 전극탭과 전극리드의 결합부(V-포밍부)가 지지될 수 있도록, 전극조립체의 탭과 대응하는 전지케이스 수납부 상단에 전지케이스가 상향 돌출된 볼록부(convex)가 형성되어 있는 이차전지를 제공한다.

Description

안전성이 향상된 이차전지
본 발명은 안전성이 향상된 이차전지에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전극조립체가 파우치형 전지케이스의 수납부에 내장되어 있는 이차전지로서, 전극조립체의 탭과 대응하는 전지케이스 수납부 상단에 전지케이스가 상향 돌출된 볼록부(convex)가 형성되어 있는 이차전지에 관한 것이다.
모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서의 전지의 수요가 급격히 증가하고 있고, 그에 따라 다양한 요구에 부응할 수 있는 전지에 대한 많은 연구가 행해지고 있다.
대표적으로 전지의 형상 면에서는 얇은 두께로 휴대폰 등과 같은 제품들에 적용될 수 있는 각형 이차전지와 파우치형 이차전지에 대한 수요가 높고, 재료 면에서는 높은 에너지 밀도, 방전 전압, 출력 안정성 등의 장점을 가진 리튬이온 전지, 리튬이온 폴리머 전지 등과 같은 리튬 이차전지에 대한 수요가 높다.
또한, 이차전지는 양극/분리막/음극 구조의 전극조립체가 어떠한 구조로 이루어져 있는지에 따라 분류되기도 하는 바, 대표적으로는, 긴 시트형의 양극들과 음극들을 분리막이 개재된 상태에서 권취한 구조의 젤리-롤(권취형) 전극조립체, 소정 크기의 단위로 절취한 다수의 양극과 음극들을 분리막을 개재한 상태로 순차적으로 적층한 스택형(적층형) 전극조립체, 소정 단위의 양극과 음극들을 분리막을 개재한 상태로 적층한 바이셀(Bi-cell) 또는 풀셀(Full cell)들을 분리필름 등으로 권취한 구조의 스택/폴딩형 전극조립체 등을 들 수 있다.
최근에는, 스택형 또는 스택/폴딩형 전극조립체를 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치형 전지케이스에 내장한 구조의 파우치형 전지가, 낮은 제조비, 작은 중량, 용이한 형태 변형 등을 이유로, 많은 관심을 모으고 있고 또한 그것의 사용량이 점차적으로 증가하고 있다.
도 1에는 종래의 대표적인 파우치형 이차전지의 일반적인 구조가 분해 사시도로서 모식적으로 도시되어 있다.
도 1을 참조하면, 파우치형 전지셀(10)는, 전극조립체(30), 전극조립체(30)로부터 연장되어 있는 전극 탭들(40, 50), 전극 탭들(40, 50)에 용접되어 있는 전극리드(60, 70), 및 전극조립체(30)를 수용하는 전지케이스(20)를 포함하는 것으로 구성되어 있다.
전극조립체(30)는 분리막이 개재된 상태에서 양극과 음극이 순차적으로 적층되어 있는 발전소자로서, 스택형 또는 스택/폴딩형 구조로 이루어져 있다. 전극 탭들(40, 50)은 전극조립체(30)의 각 극판으로부터 연장되어 있고, 전극리드(60, 70)는 각 극판으로부터 연장된 복수 개의 전극 탭들(40, 50)과, 예를 들어, 용접에 의해 각각 전기적으로 연결되어 있으며, 전지케이스(20)의 외부로 일부가 노출되어 있다. 또한, 전극리드(60, 70)의 상하면 일부에는 전지케이스(20)와의 밀봉도를 높이고 동시에 전기적 절연상태를 확보하기 위해 절연필름(80)이 부착되어 있다.
전지케이스(20)는 알루미늄 라미네이트 시트로 이루어져 있고, 전극조립체(30)를 수용할 수 있는 공간을 제공하며, 전체적으로 파우치 형상을 가지고 있다. 도 1에서와 같은 적층형 전극조립체(30)의 경우, 다수의 양극 탭들(40)과 다수의 음극 탭들(50)이 전극리드(60, 70)에 함께 결합될 수 있도록, 전지케이스(20) 내부 상단은 전극조립체(30)로부터 이격되어 있다.
도 2에는 도 1의 이차전지에서 양극 탭들이 밀집된 형태로 결합되어 양극리드에 연결되어 있는 전지케이스 내부 상단의 부분 확대도가 도시되어 있다.
도 2를 참조하면, 전극조립체(30)의 양극(41)으로부터 연장되어 돌출되어 있는 다수의 양극 탭들(40)은, 예를 들어, 용접에 의해 일체로 결합된 용착부의 형태로 양극리드(60)에 연결된다. 이러한 양극리드(60)는 양극 탭 용착부가 연결되어 있는 대향 단부(61)가 노출된 상태로 전지케이스(20)에 의해 밀봉된다. 다수의 양극 탭들(40)이 일체로 결합되어 용착부를 형성함으로 인해, 전지케이스(20)의 내부 상단은 전극조립체(30)의 상단면으로부터 일정한 거리만큼 이격되어 있고, 용착부의 양극 탭들(40)은 대략 V자 형상으로 절곡되어 있다. 따라서, 전극 탭들과 전극리드의 결합부위를 V-포밍(V-forming)부로 칭하기도 한다.
그러나, 이러한 V-포밍부는 전지가 그것의 상단, 즉 양극리드(60) 쪽으로 낙하되거나 전지의 상단에 물리적인 외력이 가해지는 경우에, 전극조립체(30)가 전지케이스(20)의 내면 상단으로 이동되거나 또는 상단이 짓눌려져서, 전극조립체(30)의 음극이 양극 탭(42) 또는 양극리드(61)와 접촉되어 내부 단락을 유발할 수 있으므로, 전지의 안전성이 크게 저하된다.
한편, 핫멜트 수지 사출방식으로 이차전지의 팩 케이스를 형성하는 경우, 전지케이스의 상단이 가압되어 양극 탭과 양극리드의 결합부인 V-포밍부가 눌리면서 음극과 만나 단락되는 문제점도 존재한다.
따라서, 이러한 문제점들을 근본적으로 해결할 수 있는 기술에 대한 필요성이 높은 실정이다.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점들과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.
본 발명자들은 심도 있는 연구와 다양한 실험을 거듭한 끝에, 전극조립체가 내장되어 있는 이차전지에서, 전극조립체의 탭과 대응하는 전지케이스 수납부 상단에 전지케이스가 상향 돌출된 볼록부를 형성하는 경우, 낙하 또는 외력의 인가에 의해 전극조립체가 이동하는 경우에도 단락을 방지하여, 안전성을 더욱 향상시킬 수 있음을 확인하고, 본 발명을 완성하기에 이르렀다.
따라서, 본 발명에 따른 이차전지는, 전극조립체가 파우치형 전지케이스의 수납부에 내장되어 있는 이차전지로서, 전극조립체의 탭과 대응하는 전지케이스 수납부 상단에 전지케이스가 상향 돌출된 볼록부(convex)가 형성되어 있는 구조로 이루어져 있다.
전지의 낙하, 외부 충격의 인가 등에 의한 내부단락은 전지의 폭발 또는 발화의 주된 원인으로 작용할 수 있는 바, 이는 낙하 또는 충격 인가시 전극조립체가 이동하면서 양극과 음극이 접촉되고, 그러한 접촉 저항부에서의 통전 전류에 의한 높은 저항열 때문이다. 상기 저항열로 인하여 전지 내부온도가 임계치 이상으로 상승하게 되면, 양극 활물질의 산화물 구조가 붕괴되어 열폭주 현상이 발생하게 되며, 이로 인해 전지의 발화 또는 폭발이 발생할 수 있다.
반면에, 본 발명에 따른 이차전지는 전극조립체의 탭과 대응하는 전지케이스 수납부 상단에 전지케이스가 상향 돌출된 볼록부가 형성되어 있으므로, 전지가 낙하되거나 외부에 충격이 가해지더라도 볼록부가 충격을 일부 흡수하는 한편, 전극조립체의 이동시에도 여유 공간을 제공하여 양극과 음극의 접촉을 억제함으로써 내부단락을 방지하여, 궁극적으로 전지의 안전성을 향상시킬 수 있다.
또한, 상기와 같이 전극조립체의 탭과 대응하는 전지케이스 수납부 상단에 전지케이스가 상향 돌출된 볼록부가 형성되어 있는 구조의 이차전지는 V-포밍부의 불량을 선별하기 위한 대기 공정이 감소되므로 생산성을 크게 향상시킬 수 있다.
더욱이, 상기 볼록부 구조는 이차전지에 대한 팩 케이스의 형성을 위한 사출 성형 과정에서 핫멜트 수지의 사출압에 대해 전극탭과 전극리드의 결합부(V-포밍부)가 지지됨으로써, V-포밍부가 반대 전극과 접촉하여 단락되는 것을 효과적으로 방지할 수 있다.
상기 전극조립체는 다수의 전극 탭들을 연결하여 양극과 음극을 구성하는 구조라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 바람직하게는 스택형 구조와 스택/폴딩형 구조를 들 수 있다. 스택/폴딩형 구조의 전극조립체에 대한 자세한 내용은 본 출원인의 한국 특허출원공개 제2001-0082058호, 제2001-0082059호 및 제2001-0082060호에 개시되어 있으며, 상기 출원은 본 발명의 내용에 참조로서 합체된다.
상기 볼록부는 앞서 정의한 바와 같이 전극조립체의 탭과 대응하는 전지케이스 수납부 상단에 전지케이스가 상향 돌출된 구조로 형성되며, 양극과 음극에 각각 형성될 수도 있고, 양극과 음극 양자에 걸쳐 형성된 일체형 구조일 수도 있다.
볼록부의 크기는 앞서 설명한 바와 같은 효과를 발휘할 수 있는 구조라면 그것의 크기가 특별히 한정되는 것은 아니다. 하나의 바람직한 예에서, 볼록부의 높이는 전극조립체의 두께를 기준으로 1 내지 30%, 바람직하게는 2 내지 25%, 더욱 바람직하게는 5 내지 20%의 크기일 수 있고, 볼록부의 폭은 전극조립체의 탭의 폭을 기준으로 80 내지 300%, 바람직하게는 100 내지 250%, 더욱 바람직하게는 110 내지 200%의 크기일 수 있다.
이러한 볼록부는 수납부에 대한 전극조립체의 장착 및 전지케이스의 밀봉 후 후처리 공정으로 형성할 수도 있고, 또는 볼록부가 기형성되어 있는 전지케이스에 전극조립체를 장착하여 전지를 제조하는 과정에서 형성할 수도 있다. 전자의 볼록부 형성 방법에서, 상기 후처리 공정은 수작업으로 행할 수도 있고 기계의 작동에 의해 자동으로 행할 수도 있다.
경우에 따라서, 볼록부의 내부 공간에 충격 흡수부재가 장착되어 있는 구조일 수 있으며, 충격 흡수부재는 바람직하게는 다공성 소재로 이루어질 수 있다.
본 발명에 따른 이차전지에서 상기 전지케이스는, 바람직하게는, 금속층과 수지층을 포함하는 라미네이트 시트로 이루어질 수 있으며, 구체적으로는 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치형 케이스에 전극조립체가 장착될 수 있는 수납부를 형성한 파우치형 케이스일 수 있다. 이러한 라미네이트 시트의 전지케이스는 수납부 상에 전극조립체를 장착한 후, 예를 들어, 열융착에 의해 밀봉된다.
본 발명에 따른 이차전지는 바람직하게는 리튬 이차전지일 수 있으며, 특히, 리튬 함유 전해액이 겔의 형태로 전극조립체에 함침되어 있는, 이른바, 리튬이온 폴리머 전지에 바람직하게 적용될 수 있다.
한편, 상기 볼록부는 이차전지에 대한 팩 케이스의 형성을 위한 사출 성형에서 핫멜트 수지(hot melt resin)의 사출압에 대해 전극탭과 전극리드의 결합부(V-포밍부)를 지지하는 기능을 수행할 수 있다.
경우에 따라서는, 상기 볼록부는 전극조립체, 전극탭과 전극리드의 결합부를 거쳐 절연필름과 전지케이스가 접착되는 부위까지 연장되어 계단식으로 포밍되는 과정에 의해 형성될 수 있다.
따라서, 상기 구조의 볼록부는, 종래의 파우치형 전지케이스의 포밍시, 전극조립체 부위와 전극탭과 전극리드가 연결되어 상대적으로 두꺼운 부위의 두께를 고려하지 않아 절연이 파괴되는 문제점을 방지할 수 있다.
상기 구조에서, 상기 절연필름과 전지케이스가 접착되는 부위는 전극리드가 외부로 노출되기 전까지의 부위일 수 있다.
따라서, 절연필름을 거쳐 전극리드가 노출되기 전까지, 즉, 절연필름과 전지케이스가 접착되는 부위까지를 계단식으로 파우치 포밍함으로써, 고용량 및 고출력을 확보하기 위해 전극리드가 두껍더라도 파우치 실링시 발생하는 주름 문제를 해결할 수 있다.
도 1은 종래의 파우치형 이차전지의 일반적인 구조에 대한 분해 사시도이다;
도 2는 도 1의 이차전지에서 양극 탭들이 밀집된 형태로 결합되어 양극리드에 연결되어 있는 전지케이스 내부 상단의 부분 확대도이다;
도 3은 핫멜트 수지의 사출압이 전극 탭과 전극 리드의 결합부에 작용하는 것을 나타내는 모식도이다;
도 4는 이차전지의 상부를 나타내는 부분 사시도이다;
도 5는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지케이스의 수납부 상단에 볼록부가 형성된 구조를 나타내는 부분 사시도이다;
도 6은 도 5의 이차전지의 정면 모식도이다;
도 7은 도 5의 이차전지에서 핫멜트 수지의 사출압이 전극 탭과 전극 리드의 결합부에 작용하는 것을 나타내는 모식도이다;
도 8 및 도 9는 도 4의 이차전지에서 사출 압력에 대한 탭 부위의 변형을 나타내는 사진들이다;
도 10은 도 5의 이차전지에서 사출 압력에 대한 탭 부위의 변형을 나타내는 사진들이다;
도 11은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 파우치 포밍을 나타내는 이차전지의 부분 모식도이다.
이하에서는, 본 발명의 실시예에 따른 도면을 참조하여 설명하지만, 이는 본 발명의 더욱 용이한 이해를 위한 것으로, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.
도 3에는 핫멜트 수지의 사출압이 전극 탭과 전극 리드의 결합부에 작용하는 것을 나타내는 모식도가 도시되어 있고, 도 4에는 이차전지의 상부를 나타내는 부분 사시도가 모식적으로 도시되어 있다.
이들 도면을 참조하면, 핫멜트 수지 사출방식으로 전지팩을 형성할 때, 전지셀(10)에 대해 화살표와 같이 전지케이스(20)의 상단이 핫멜트 수지에 의해 가압되어 양극 탭들(42)의 V-포밍부(A)가 눌리면서 음극(51)과 만나 쇼트 및 발열이 발생하게 된다. 핫멜트 수지 사출방식은 전지셀이 내장되는 팩 케이스를 핫멜트 수지에 의해 전지셀의 외면에 일체로 형성하는 방식이다.
도 5에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지케이스의 수납부 상단에 볼록부가 형성된 구조를 나타내는 부분 사시도가 모식적으로 도시되어 있고, 도 6에는 도 5의 이차전지의 정면 모식도가 도시되어 있다.
이들 도면을 참조하면, 이차전지(10a)는 전극조립체(30a)가 파우치형 전지케이스(20a)의 수납부에 내장되어 있다.
또한, 전극조립체(30a)의 전극 탭과 대응하는 전지케이스(20a) 수납부 상단에 전지케이스(20a)가 상향 돌출된 볼록부(90)가 형성되어 있어서, 전지셀에 대한 팩 케이스의 형성을 위한 사출 성형에서 핫멜트 수지의 사출압에 대해 전극탭과 전극리드의 결합부인 V-포밍부가 지지된다.
도 7에는 도 5의 이차전지에서 핫멜트 수지의 사출압이 전극 탭과 전극 리드의 결합부에 작용하는 것을 나타내는 모식도가 도시되어 있다.
도 7을 참조하면, 볼록부(90)의 내부 공간에는 다공성 소재로 이루어진 충격 흡수부재(92)가 추가로 장착되어 있다.
따라서, 핫멜트 수지의 사출압이 전지케이스(20)의 상단에 화살표 방향으로 인가되더라도 볼록부(90)가 완충작용을 함으로써, 전극 탭과 전극 리드의 결합부(A')에서 양극 탭과 음극이 만나 쇼트되는 것을 방지한다.
도 8 및 도 9에는 도 4의 이차전지에서 사출 압력에 대한 탭 부위의 변형을 나타내는 사진들이 도시되어 있고, 도 10에는 도 5의 이차전지에서 사출 압력에 대한 탭 부위의 변형을 나타내는 사진들이 도시되어 있다.
우선 도 8 및 도 9의 전지셀(10)를 참조하면, 핫멜트 수지의 사출압이 전극 탭과 전극 리드의 결합 부위인 V-포밍부(A)에 집중됨을 확인할 수 있다.
그러나, 전지케이스 수납부 상단에 볼록부가 형성되어 있는 도 10의 전지셀(10a)의 경우, 핫멜트 수지의 사출압이 볼록부(90)에 분산됨으로써, 도 9의 전지셀(10)와 비교하여 전극 탭과 전극 리드의 결합 부위인 V-포밍부에 사출압이 적게 걸림을 알 수 있다.
도 11에는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 파우치 포밍을 나타내는 이차전지의 부분 모식도가 도시되어 있다.
도 11을 참조하면, 파우치형 이차전지는 양극과 음극이 분리막으로 절연되어 형성된 전극조립체(230), 전극조립체(230)로부터 연장되어 있는 전극 탭들(240), 전극 탭들에 용접되어 있는 전극 리드(260), 및 전극조립체(230)를 수납하는 파우치형 전지케이스(220)를 포함하고 있다.
전극조립체(230)는 분리막이 개재된 상태에서 양극과 음극이 순차적으로 적층되어 있는 발전소자로서, 스택형 또는 스택/폴딩형 구조로 이루어져 있다.
전극 탭들(240)은 전극조립체의 각 극판으로부터 연장되어 있고, 전극리드(260)는 각 극판으로부터 연장된 복수 개의 전극 탭들(양극 및 음극 탭들)과 용접에 의해 각각 전기적으로 연결되어 있으며, 전지케이스의 외부로 일부(261)가 노출되어 있다.
또한, 파우치형 전지케이스(220)의 상단 실링부가 열융착기에 의해 열융착될 때 열융착기와 전극리드(260) 간에 쇼트가 발생하는 것을 방지하고 전극리드(260)와 전지케이스(220)의 밀봉성을 확보하기 위하여, 전극리드(260)의 상면과 하면에 절연필름(280)이 각각 부착되어 있다.
더욱이, 파우치 포밍은 전극조립체(230)가 위치하는 부위(La), 전극조립체로부터 연장된 전극 탭들(240)과 전극 리드(260)가 연결되는 용접 부위(Lb), 및 절연 필름과 파우치형 전지케이스가 접착되는 부위(Lc)까지 연장되고, 이들 두께의 차이를 감안하여 계단식으로 단계적으로 형성되어 있다.
이상 본 발명의 실시예에 따른 도면을 참조하여 설명하였지만, 본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주 내에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 이차전지는 전극조립체의 탭과 대응하는 전지케이스 수납부 상단에 전지케이스가 상향 돌출된 볼록부가 형성되어 있으므로, 이차전지에 대한 팩 케이스의 형성을 위한 사출 성형 과정에서 핫멜트 수지의 사출압에 대해 전극탭과 전극리드의 결합부(V-포밍부)가 지지됨으로써, V-포밍부가 반대 전극과 접촉하여 단락되는 것을 방지할 뿐만 아니라, 낙하 또는 외력의 인가에 의해 전극조립체가 이동하는 경우에도 단락을 방지하여 이차전지의 안전성을 더욱 향상시킬 수 있다.

Claims (16)

  1. 전극조립체가 파우치형 전지케이스의 수납부에 내장되어 있는 이차전지로서, 전극조립체의 탭과 대응하는 전지케이스 수납부 상단에 전지케이스가 상향 돌출된 볼록부(convex)가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 전극조립체는 스택형 또는 스택/폴딩형 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 이차전지.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 볼록부는 양극 탭과 음극 탭에 각각 대응하는 위치에서 전지케이스 수납부 상단에 각각 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 볼록부는 양극 탭과 음극 탭에 대응하는 위치에서 전지케이스 수납부 상단에 양극과 음극에 걸쳐 일체형 구조로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 볼록부의 높이는 전극조립체의 두께를 기준으로 1 내지 30%의 크기인 것을 특징으로 하는 이차전지.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 볼록부의 폭은 전극조립체의 탭의 폭을 기준으로 80 내지 300%의 크기인 것을 특징으로 하는 이차전지.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 볼록부의 내부 공간에 충격 흡수부재가 장착되어 있는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 충격 흡수부재는 다공성 소재로 이루어진 것을 특징으로 하는 이차전지.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 볼록부는 수납부에 대한 전극조립체의 장착 및 전지케이스의 밀봉 후 후처리 공정으로 형성하는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 볼록부가 기형성되어 있는 전지케이스에 전극조립체를 장착하여 전지를 제조하는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  11. 제 1 항에 있어서, 상기 전지케이스는 금속층과 수지층을 포함하는 라미네이트 시트로 이루어져 있고, 수납부에 대한 전극조립체의 장착 후 열융착에 의해 밀봉되는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 시트는 알루미늄 라미네이트 시트인 것을 특징으로 하는 이차전지.
  13. 제 1 항에 있어서, 상기 전지는 리튬이온 폴리머 전지인 것을 특징으로 하는 이차전지.
  14. 제 1 항에 있어서, 상기 볼록부는 이차전지에 대한 팩 케이스의 형성을 위한 사출 성형에서 핫멜트 수지(hot melt resin)의 사출압에 대해 전극탭과 전극리드의 결합부(V-포밍부)를 지지하는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  15. 제 1 항에 있어서, 상기 볼록부는 전극조립체, 및 전극탭과 전극리드의 결합부를 거쳐 절연필름과 전지케이스가 접착되는 부위까지 연장되어 계단식으로 포밍되는 과정에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  16. 제 15 항에 있어서, 상기 절연필름과 전지케이스가 접착되는 부위는 전극리드가 외부로 노출되기 전까지의 부위인 것을 특징으로 하는 이차전지.
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