WO2022097918A1 - 이차 전지 - Google Patents

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sealing
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sealing part
secondary battery
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김상득
오정식
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김성
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LG Energy Solution Ltd
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    • 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 secondary battery, and more particularly, to a secondary battery having improved safety in the form of a pouch.
  • Secondary batteries are attracting a lot of attention as an energy source for power devices, such as electric magnetrons, electric vehicles, and hybrid electric vehicles, as well as mobile devices such as cell phones, digital cameras, and notebook computers.
  • a small battery pack in which one battery cell is packed is used for small devices such as mobile phones and cameras, but a battery pack in which two or more battery cells are connected in parallel and/or in series is used in mid- to large-sized devices such as notebook computers and electric vehicles. Packed medium or large battery packs are used.
  • the secondary battery has a high demand for a prismatic secondary battery and a pouch-type secondary battery that can be applied to products such as mobile phones with a thin thickness in terms of shape.
  • a prismatic lithium secondary battery it is advantageous to protect the electrode assembly from external impact, and while the injection process is easy, it is difficult to reduce the volume because the shape is fixed.
  • a pouch-type lithium secondary battery there are no restrictions on shape and size, so it is suitable for manufacturing thin cells, easy assembly through thermal fusion, and easy to release gas or liquid when abnormal behavior occurs. It has a high advantage.
  • This swelling phenomenon may cause a high pressure inside the sealed battery case, further promote the decomposition of the electrolyte may further lead to the explosion of the battery cell.
  • the central portion of the battery case swells due to the gas, which causes a shape deformation of the battery cell, and thus has a problem in that it may cause an electrical short.
  • Embodiments are to provide a secondary battery capable of preventing explosion by safely discharging gas in an intended direction even when a large amount of gas is generated inside the pouch-type secondary battery.
  • a secondary battery includes an electrode assembly and a pouch case in which the electrode assembly is embedded, wherein the pouch case includes a first case portion having a first receiving portion in which a part of the electrode assembly is embedded, and the electrode and a second case part having a second accommodating part in which the remaining part of the assembly is accommodated, wherein the first case part and the second case part contact each other at an edge part surrounding the first and second accommodating parts, and at least the edge part It is sealed by a sealing part formed in a band shape in a portion, and the sealing part includes a first sealing part having a first width and a second sealing part having a second width smaller than the first width, and the second sealing part
  • the longitudinal center portion coincides with the center portion of the long side of the electrode assembly.
  • the sealing part may include a first inclined part connecting the first sealing part and the second sealing part and having a shape inclined toward the electrode assembly from the outside of the pouch case, and the first sealing part and the second sealing part It may further include a second inclined part connecting the parts and having a shape inclined toward the outside of the pouch case from the electrode assembly.
  • a length of the first inclined portion may be longer than a length of the second inclined portion.
  • the second width may be 1/4 or less of the first width.
  • the width of the edge portion may be constantly maintained at a location where the first sealing part is positioned and a location where the second sealing part is positioned.
  • the first case part and the second case part each include a base layer, a metal layer, and a sealing layer, and the sealing part is integrally formed by thermally fusion of the sealing layer of the first case part and the sealing layer of the second case part. It can be an area.
  • the sealing layer may include a thermoplastic resin.
  • the electrode assembly may include a pair of long sides facing each other, and the second sealing part may be positioned only in correspondence with any one of the pair of long sides.
  • the electrode assembly may include a pair of long sides facing each other, and the second sealing part may be positioned to correspond to both long sides of the pair of long sides.
  • the second sealing part may act as a vent part for gas generated when thermal runaway occurs inside the pouch case.
  • the battery module according to another embodiment of the present invention may include the secondary battery described above.
  • the pouch-type secondary battery even if a large amount of gas is generated inside, it is possible to prevent explosion by inducing the gas to be safely discharged in an intended direction, so it is possible to provide a secondary battery with improved safety.
  • FIG. 1 is an exploded perspective view illustrating a secondary battery according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a view showing a state in which the secondary battery of FIG. 1 is assembled.
  • FIG. 3 is an enlarged cross-sectional view of part A of FIG. 2 .
  • FIG. 4 is a diagram schematically illustrating the secondary battery of FIG. 2 when viewed from the front.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view taken along line B-B' of FIG. 2 .
  • FIG. 7 is a diagram schematically illustrating a secondary battery according to another embodiment of the present invention when viewed from the front.
  • a part of a layer, film, region, plate, etc. when a part of a layer, film, region, plate, etc. is said to be “on” or “on” another part, it includes not only cases where it is “directly on” another part, but also cases where there is another part in between. . Conversely, when we say that a part is “just above” another part, we mean that there is no other part in the middle.
  • the reference part means to be located above or below the reference part, and to necessarily mean to be located “on” or “on” in the direction opposite to gravity not.
  • planar it means when the target part is viewed from above, and "cross-sectional” means when viewed from the side when a cross-section of the target part is vertically cut.
  • FIG. 1 is an exploded perspective view showing a secondary battery according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a view showing an assembled state of the secondary battery of FIG. 1
  • FIG. 3 is an enlarged cross-sectional view of part A of FIG.
  • FIG. 4 is a schematic diagram illustrating the secondary battery of FIG. 2 as viewed from the front
  • FIG. 5 is a cross-sectional view taken along line B-B' of FIG. 2 .
  • the secondary battery 10 includes a pouch case 100 and an electrode assembly 200 .
  • the pouch case 100 includes a first case unit 110 and a second case unit 120 .
  • 1 shows that the first case part 110 and the second case part 120 are connected to each other and are integrally formed, but the first case part 110 and the second case part 120 may be separated from each other.
  • the shape of the pouch case 100 is not limited to that illustrated in FIG. 1 , and any shape is possible as long as it has a shape capable of accommodating and sealing the electrode assembly 200 .
  • the electrode assembly 200 may be configured in a form in which a positive electrode plate and a negative electrode plate are disposed with a separator interposed therebetween.
  • the electrode assembly 200 may have a structure in which one positive electrode plate and one negative electrode plate are wound with a separator interposed therebetween, or a structure in which a plurality of positive electrode plates and a plurality of negative electrode plates are stacked with a separator interposed therebetween.
  • These positive and negative plates may be formed in a structure in which an active material slurry is applied to an electrode current collector, respectively, and the slurry is typically formed by stirring an active material, a conductive material, a binder, a plasticizer, etc. in a state in which a solvent is added.
  • the electrode assembly 200 there may be an uncoated region to which the slurry is not applied to the electrode plate, and an electrode tab corresponding to each electrode plate may be formed in the uncoated region.
  • the positive electrode tab 310 may be attached to the positive electrode plate of the electrode assembly 200
  • the negative electrode tab 410 may be attached to the negative electrode plate of the electrode assembly 200 .
  • the positive electrode tab 310 and the negative electrode tab 410 are electrically connected to the positive electrode lead 320 and the negative electrode lead 420 to form electrode terminals 300 and 400 .
  • the positive lead 320 and the negative lead 420 may be drawn out of the pouch case 100 .
  • the first case part 110 and the second case part 120 of FIG. 1 include a first accommodating part 110s and a second accommodating part 120s each having a concave shape, and these first accommodating parts ( 110s) and the second accommodating part 120s may accommodate the electrode assembly 200 and the electrolyte.
  • the secondary battery 10 of FIG. 2 exemplarily illustrates a pouch-type secondary battery in which the first case unit 110 and the second case unit 120 shown in FIG. 1 are bonded to each other and sealed.
  • FIG. 3 is an enlarged view of part A of FIG. 2
  • FIG. 4 is a view of the secondary battery 10 of FIG. 2 as viewed from the front.
  • the first case part 110 and the second case part 120 constituting the pouch case 100 are provided with the electrode assembly 200 of FIG. 1 being accommodated therein. and a sealing part 140 formed on the edge part 130 of the pouch case 100 surrounding the first accommodating part 110s and the second accommodating part 120s.
  • the sealing part 140 is formed in a band shape on at least a portion of the edge part 130 along the edge of the pouch case 100 , whereby the first case part 110 and the second case part 120 are joined to each other. can
  • the first case part 110 and the second case part 120 are heat-sealed to form the sealing part 140 , so that the pouch case 100 may be sealed.
  • FIG. 5 is a view showing a cross-section taken along line B-B' of FIG. 2 .
  • the first case part 110 includes a first base layer 113 , a second metal layer 112 , and a first sealing layer 111 sequentially stacked from the outside
  • the second case part Reference numeral 120 includes a second base layer 123 , a second metal layer 122 , and a second sealing layer 121 sequentially stacked from the outside.
  • the first base layer 113 and the second base layer 123 may be made of an insulating material such as polyethylene terephthalate (PET) resin or nylon resin to ensure insulation and moldability between the secondary battery and the outside.
  • the first metal layer 112 and the second metal layer 122 may include one selected from the group consisting of copper, aluminum, nickel, iron, carbon, chromium, manganese, and alloys thereof.
  • the first sealing layer 111 and the second sealing layer 121 may include a thermoplastic resin such as polypropylene (PP).
  • the first case part 110 and the second case part 120 are bonded so that the first sealing layer 111 and the second sealing layer 121 are in contact with each other at the edge part 130 .
  • the first sealing layer 111 and the second sealing layer 121 are integrally coupled to each other and the sealing layer 140 is formed by pressing with a mold heated to correspond to the sealing part 140 and thermally fusion. formed so that the pouch case 100 can be sealed.
  • the sealing part 140 includes a first sealing part 141 having a first width W1 and a second sealing part 142 having a second width W2 smaller than the first width W1 . can do.
  • the central part of the length h2 is the length h1 of the long side of the electrode assembly 200 accommodated in the first accommodating part 110s and the second accommodating part 120s. It may be formed to coincide with the center of That is, in FIG. 3 , the center of the long side of the electrode assembly 200 and the center of the length of the second sealing part 142 are both located on the center line C .
  • the second sealing part 142 may act as a vent part for the gas generated when the temperature inside the pouch case 100 rises. That is, when exposed to high temperature conditions, the separator inside the electrode assembly 200 contracts, and the battery expands or the electrode is deformed due to vaporization of the electrolyte, thereby causing a short circuit between the positive electrode and the negative electrode. In particular, when the electrode and the current collector come into contact, a thermal runaway state in which heat generation is greater than heat dissipation is reached, and ignition occurs in the battery. However, in this case, even if a short circuit occurs between the positive and negative electrodes, if the electrolyte inside the battery is all drained, the movement of ions and electrons in the battery is restricted, so that ignition can be prevented. That is, safety can be improved by inducing the electrolyte to vaporize and escape at a faster time than conventional batteries.
  • the second sealing part 142 may be disposed to be more biased toward the electrode assembly 200 from the center of the first sealing part 141 in the width direction. That is, as shown in FIG. 3 , the sealing part 140 connects the first sealing part 141 and the second sealing part 142 , and toward the electrode assembly 200 from the outside of the pouch case 100 . It includes a first inclined part 143 having an inclined shape, and also connects the first sealing part 141 and the second sealing part 142 , and removes the outside of the pouch case 100 from the electrode assembly 200 . It includes a second inclined portion 144 having a shape inclined toward the. Also, in this case, the length of the first inclined portion 143 may be longer than the length of the second inclined portion 144 .
  • the width W2 of the second sealing part 142 is relatively close to the inner side, it can have a sufficient sealing effect.
  • the gas generated inside can be more easily guided toward the corresponding portion, that is, the second inclined portion 144 in the recessed form. Breakage of the sealing part 142 and discharge of gas may be induced more rapidly.
  • the second width W2 of the second sealing part 142 may have a value of 1/4 or less of the first width W1 of the first sealing part 141 , but is not particularly limited. When the width is too small, sealing performance may be deteriorated, and preferably, it may be 1/8 or more and 1/4 or less.
  • the second sealing portion 142 is not a configuration obtained through deformation such as cutting or cutting of the edge portion 130, but only deforms the pressurized shape of the portion during the sealing process by thermal fusion, That is, it is a structure obtained by deformation
  • the second sealing part 142 is formed as shown in FIGS. 2 to 4, and in the secondary battery according to the comparative example, such a second sealing part 142 is not formed, In all, a sealing part of a constant width was formed.
  • FIG. 7 is a diagram schematically illustrating a secondary battery according to another embodiment of the present invention when viewed from the front.
  • the second sealing part 142 is positioned to correspond to both long sides of the pair of long sides facing each other of the electrode assembly 200 . .
  • gas vents may occur at both sides at the same time, so that the electrolyte may be discharged more quickly. Accordingly, it is possible to prevent an explosion at a high temperature, thereby improving safety.
  • a plurality of pouch-type secondary batteries according to an embodiment of the present invention may be assembled to constitute a battery module, and one or more of these battery modules may be packaged in a pack case to form a battery pack.
  • the above-described battery module and battery pack including the same may be applied to various devices.
  • a device may be applied to transportation means such as an electric bicycle, an electric vehicle, and a hybrid vehicle, but the present invention is not limited thereto and is applicable to various devices that can use a battery module and a battery pack including the same, and this It belongs to the scope of the invention.

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Abstract

본 발명의 한 실시예에 따른 이차 전지는 전극 조립체, 상기 전극 조립체가 내장되어 있는 파우치 케이스를 포함하고, 상기 파우치 케이스는 전극 조립체의 일부가 내장되는 제1 수납부가 형성된 제1 케이스부 및 상기 전극 조립체의 나머지 부분이 수납되는 제2 수납부가 형성된 제2 케이스부를 포함하고, 상기 제1 케이스부와 상기 제2 케이스부는 상기 제1 및 제2 수납부를 둘러싸는 테두리부에서 서로 접하고, 상기 테두리부의 적어도 일부에 띠 형상으로 형성된 실링부에 의해 밀봉되며, 상기 실링부는, 제1 폭을 갖는 제1 실링부 및 상기 제1 폭보다 작은 제2 폭을 갖는 제2 실링부를 포함하고, 상기 제2 실링부의 길이방향 중심부는, 상기 전극 조립체의 장변의 중심부와 일치하는 포함한다.

Description

이차 전지
관련 출원(들)과의 상호 인용
본 출원은 2020년 11월 09일자 한국 특허 출원 제10-2020-0148820호에 기초한 우선권의 이익을 주장하며, 해당 한국 특허 출원의 문헌에 개시된 모든 내용은 본 명세서의 일부로서 포함된다.
본 발명은 이차 전지에 관한 것으로 보다 구체적으로 파우치 형태로서, 안전성을 향상시킨 이차 전지에 관한 것이다.
모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서 이차 전지의 수요가 급격히 증가하고 있다. 이에 따라, 다양한 요구에 부응할 수 있는 이차 전지에 대한 연구가 많이 행해지고 있다.
이차 전지는 휴대폰, 디지털 카메라, 노트북 등의 모바일 기기뿐만 아니라, 전기 자전기, 전기 자동차, 하이브리드 전기 자동차 등의 동력 장치에 대한 에너지원으로도 많은 관심을 모으고 있다.
휴대폰, 카메라 등의 소형 디바이스에는 하나의 전지셀이 팩킹되어 있는 소형 전지팩이 사용되나, 노트북, 전기 자동차 등의 중대형 디바이스에는 둘 또는 그 이상의 전지셀들을 병렬 및/또는 직렬로 연결한 전지팩이 팩킹되어 있는 중형 또는 대형 전지팩이 사용되고 있다.
이차 전지는 형상 면에서 얇은 두께로 휴대폰 등과 같은 제품들에 적용될 수 있는 각형 이차 전지와 파우치형 이차 전지에 대한 수요가 높다. 각형 리튬 이차 전지의 경우에는 전극 조립체를 외부 충격으로부터 보호하는데 유리하며 주액 공정이 쉬운 반면에 형태가 고정되어 있어 부피를 줄이는데 어려움이 있다. 반면에 파우치형 리튬 이차 전지의 경우에는 형태 및 크기에 제약이 없어 얇은 두께의 셀 제작에 적합하고, 열 융착을 통한 조립이 쉬우며, 이상 거동 발생 시 기체나 액체를 내보내는 효과가 용이하여 안전성이 높은 장점이 있다.
그러나, 이러한 파우치형 이차 전지는 과충전, 고온에의 노출, 내부 단락 등의 요인에 의해 전해질의 분해가 일어날 수 있으며, 이에 따라, 다량의 가스가 발생할 수 있는데, 이 경우 전지케이스 내에서 이러한 가스의 발생으로 인해, 상기 전지케이스가 부풀어오르는 스웰링 현상이 나타날 수 있다.
이러한 스웰링 현상은 상기 밀봉된 전지케이스 내부에서 고압을 유발할 수 있으며, 전해질의 분해를 더욱 촉진하여 나아가 전지셀의 폭발을 초래할 수 있다. 또한, 상기 가스로 인해 전지케이스의 중앙 부위가 부풀어 올라, 상기 전지셀의 형태 변형을 유발하고, 이에 따라, 전기적 단락을 초래할 수 있는 문제점을 가지고 있다.
따라서, 이러한 문제점을 해결하고자 상기 스웰링 현상이 발생했을 경우, 전지 케이스의 내부에 발생한 가스를 효율적으로 외부로 배출하여 안전성을 확보할 필요가 있다.
실시예들은 파우치형 이차 전지에 있어서, 내부에서 다량의 가스가 발생하더라도 의도한 방향으로 안전하게 가스를 배출하여 폭발을 방지할 수 있는 이차 전지를 제공하기 위한 것이다.
그러나, 본 발명의 실시예들이 해결하고자 하는 과제는 상술한 과제에 한정되지 않고 본 발명에 포함된 기술적 사상의 범위에서 다양하게 확장될 수 있다.
본 발명의 한 실시예에 따른 이차 전지는 전극 조립체, 상기 전극 조립체가 내장되어 있는 파우치 케이스를 포함하고, 상기 파우치 케이스는 전극 조립체의 일부가 내장되는 제1 수납부가 형성된 제1 케이스부 및 상기 전극 조립체의 나머지 부분이 수납되는 제2 수납부가 형성된 제2 케이스부를 포함하고, 상기 제1 케이스부와 상기 제2 케이스부는 상기 제1 및 제2 수납부를 둘러싸는 테두리부에서 서로 접하고, 상기 테두리부의 적어도 일부에 띠 형상으로 형성된 실링부에 의해 밀봉되며, 상기 실링부는, 제1 폭을 갖는 제1 실링부 및 상기 제1 폭보다 작은 제2 폭을 갖는 제2 실링부를 포함하고, 상기 제2 실링부의 길이방향 중심부는, 상기 전극 조립체의 장변의 중심부와 일치하는 포함한다.
상기 실링부는, 상기 제1 실링부와 상기 제2 실링부를 연결하고, 상기 파우치 케이스의 외측으로부터 상기 전극 조립체를 향해 경사진 형태를 갖는 제1 경사부, 및 상기 제1 실링부와 상기 제2 실링부를 연결하고, 상기 전극 조립체로부터 상기 파우치 케이스의 외측을 향해 경사진 형태를 갖는 제2 경사부를 더 포함할 수 있다.
상기 제1 경사부의 길이는, 상기 제2 경사부의 길이보다 더 길 수 있다.
상기 제2 폭은, 상기 제1 폭의 1/4 이하일 수 있다.
상기 테두리부의 폭은, 상기 제1 실링부가 위치하는 곳 및 상기 제2 실링부가 위치하는 곳에서 일정하게 유지될 수 있다.
상기 제1 케이스부 및 상기 제2 케이스부는 각각 기재층, 금속층, 및 실링층을 포함하고, 상기 실링부는 상기 제1 케이스부의 실링층과 상기 제2 케이스부의 실링층이 상호 열융착되어 일체로 형성된 영역일 수 있다.
상기 실링층은 열가소성 수지를 포함할 수 있다.
상기 전극 조립체는 서로 마주하는 한 쌍의 장변을 포함하고, 상기 한 쌍의 장변 중 어느 하나의 장변에 대응해서만 상기 제2 실링부가 위치할 수 있다.
상기 전극 조립체는 서로 마주하는 한 쌍의 장변을 포함하고, 상기 한 쌍의 장변 중 양측 장변 모두에 대응해서 상기 제2 실링부가 위치할 수 있다.
상기 상기 제2 실링부는, 상기 파우치 케이스 내부에서 열폭주가 발생할 경우, 발생되는 가스의 벤트부로 작용할 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따른 전지 모듈은 상기에서 설명한 이차 전지를 포함할 수 있다.
실시예들에 따르면, 파우치형 이차 전지에 있어서, 내부에서 다량의 가스가 발생하더라도 의도한 방향으로 안전하게 가스를 배출할 수 있도록 유도하여 폭발을 방지할 수 있는바, 안전성이 향상된 이차 전지를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 이차 전지를 나타내는 분해 사시도이다.
도 2는 도 1의 이차전지를 조립한 상태를 나타내는 도면이다.
도 3은 도 2의 A 부분을 확대하여 나타낸 단면도이다.
도 4는 도 2의 이차전지를 정면에서 바라본 모습을 모식화하여 나타내는 도면이다.
도 5는 도 2의 B-B’를 따른 단면도이다.
도 6은 본 발명의 실시예 및 비교예의 이차 전지에 대해 고온에서의 방치 실험을 행한 결과를 나타낸 그래프이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차전지를 정면에서 바라본 모습을 모식화하여 나타내는 도면이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 여러 실시예들에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예들에 한정되지 않는다.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.
또한, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다. 도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 그리고 도면에서, 설명의 편의를 위해, 일부 층 및 영역의 두께를 과장되게 나타내었다.
또한, 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 또는 “상에” 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다. 또한, 기준이 되는 부분 "위에" 또는 “상에”있다고 하는 것은 기준이 되는 부분의 위 또는 아래에 위치하는 것이고, 반드시 중력 반대 방향을 향하여 “위에” 또는 “상에” 위치하는 것을 의미하는 것은 아니다.
또한, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
또한, 명세서 전체에서, "평면상"이라 할 때, 이는 대상 부분을 위에서 보았을 때를 의미하며, "단면상"이라 할 때, 이는 대상 부분을 수직으로 자른 단면을 옆에서 보았을 때를 의미한다.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 이차 전지를 나타내는 분해 사시도이고, 도 2는 도 1의 이차전지를 조립한 상태를 나타내는 도면이고, 도 3은 도 2의 A 부분을 확대하여 나타낸 단면도이고, 도 4는 도 2의 이차전지를 정면에서 바라본 모습을 모식화하여 나타내는 도면이고, 도 5는 도 2의 B-B’를 따른 단면도이다.
우선 도 1 및 도 2를 참고하면, 본 발명의 한 실시예에 따른 이차 전지(10)는 파우치 케이스(100)와 전극 조립체(200)를 포함한다. 파우치 케이스(100)는 제1 케이스부(110)와 제2 케이스부(120)를 포함한다. 도 1에서는 제1 케이스부(110)와 제2 케이스부(120)가 서로 연결되어 일체로 형성되는 것으로 도시하였으나, 제1 케이스부(110)와 제2 케이스부(120)가 서로 분리되어 있을 수 있다. 파우치 케이스(100)의 형태는 도 1에 예시한 것에 한정되지 않고, 전극 조립체(200)를 수납하고 밀봉될 수 있는 형상인 것이면 어느 형태나 가능하다.
전극 조립체(200)는 양극판 및 음극판이 분리막을 사이에 두고 배치된 형태로 구성될 수 있다. 이때, 전극 조립체(200)는 하나의 양극판 및 하나의 음극판이 분리막을 사이에 두고 권취된 구조를 갖거나, 다수의 양극판 및 다수의 음극판이 분리막을 사이에 두고 적층된 구조를 가질 수 있다. 이러한 양극판과 음극판은 각각 전극 집전체에 활물질 슬러리가 도포된 구조로서 형성될 수 있는데, 슬러리는 통상적으로 활물질, 도전재, 바인더 및 가소제 등이 용매가 첨가된 상태에서 교반되어 형성될 수 있다.
전극 조립체(200)에는, 전극판에 슬러리가 도포되지 않은 무지부가 존재할 수 있으며, 이러한 무지부에는 각각의 전극판에 대응되는 전극 탭이 형성될 수 있다. 구체적으로, 도 1에 도시된 것처럼, 전극 조립체(200)의 양극판에는 양극 탭(310)이 부착되고, 전극 조립체(200)의 음극판에는 음극 탭(410)이 부착될 수 있다. 양극 탭(310) 및 음극 탭(410)은 양극 리드(320) 및 음극 리드(420)에 전기적으로 연결되어 전극 단자(300, 400)를 형성한다. 이때, 도 2에 도시한 바와 같이 양극 리드(320) 및 음극 리드(420)가 파우치 케이스(100) 외부로 인출될 수 있다.
도 1의 제1 케이스부(110)와 제2 케이스부(120)에는 각각 오목하게 들어간 형태의 제1 수납부(110s) 및 제2 수납부(120s)를 포함하고, 이러한 제1 수납부(110s) 및 제2 수납부(120s)에 전극 조립체(200) 및 전해액이 수납될 수 있다.
도 2의 이차 전지(10)는, 도 1에 도시한 제1 케이스부(110)와 제2 케이스부(120)가 상호 접착하여 밀봉된 파우치형 이차 전지를 예시적으로 나타내고 있다.
도 3은 도 2의 A 부분을 확대하여 나타낸 도면이고, 도 4는 도 2의 이차 전지(10)를 정면에서 바라본 도면이다. 도 3을 참고하면, 본 발명의 한 실시예에 따른 파우치 케이스(100)를 구성하는 제1 케이스부(110)와 제2 케이스부(120)는, 도 1의 전극 조립체(200)가 수납되는 제1 수납부(110s) 및 제2 수납부(120s)를 둘러싸는 파우치 케이스(100)의 테두리부(130)에 형성된 실링부(140)를 포함한다. 실링부(140)는 파우치 케이스(100)의 테두리를 따라 테두리부(130)의 적어도 일부에 띠 형상으로 형성되어, 이에 의해 제1 케이스부(110)와 제2 케이스부(120)가 접합할 수 있다. 제1 케이스부(110)와 제2 케이스부(120)가 열 융착되어 실링부(140)를 형성함으로써 파우치 케이스(100)가 밀봉될 수 있다.
도 5는 도 2의 B-B’에 따른 단면을 도시한 도면이다. 도 5에 나타난 바와 같이, 제1 케이스부(110)는 외측으로부터 순차 적층된 제1 기재층(113), 제2 금속층(112) 및 제1 실링층(111)을 포함하고, 제2 케이스부(120)는 외측으로부터 순차 적층된 제2 기재층(123), 제2 금속층(122), 및 제2 실링층(121)을 포함한다.
제1 기재층(113)과 제2 기재층(123)은 이차 전지와 외부와의 절연성 및 성형성을 확보하기 위해 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 수지 또는 나일론 수지 등의 절연 물질로 구성될 수 있다. 제1 금속층(112)과 제2 금속층(122)은 구리, 알루미늄, 니켈, 철, 탄소, 크롬, 망간 및 이들의 합금으로 이루어진 군에서 선택된 하나를 포함할 수 있다. 제1 실링층(111) 및 제2 실링층(121)은 폴리프로필렌(PP)과 같은 열가소성 수지를 포함할 수 있다.
제1 케이스부(110)와 제2 케이스부(120)는, 테두리부(130)에서 제1 실링층(111)과 제2 실링층(121)이 서로 접하도록 합착된다. 이 상태에서 실링부(140)에 대응하도록 가열된 금형 등에 의해 가압하여, 열융착하는 것에 의해 제1 실링층(111)과 제2 실링층(121)이 일체로 결합하여 실링층(140)이 형성되어 파우치 케이스(100)가 밀봉될 수 있다.
이 때, 실링부(140)는 제1 폭(W1)을 갖는 제1 실링부(141) 및 제1 폭(W1) 보다 작은 제2 폭(W2)을 갖는 제2 실링부(142)를 포함할 수 있다. 또한, 제2 실링부(142)는, 그 길이(h2)의 중심부가, 제1 수납부(110s) 및 제2 수납부(120s)에 수납된 전극 조립체(200)의 장변의 길이(h1)의 중심부와 일치하도록 형성될 수 있다. 즉, 도 3에서, 전극 조립체(200)의 장변의 중심과, 제2 실링부(142)의 길이의 중심은, 모두 중심 라인(C) 상에 위치한다.
이러한 제2 실링부(142)는, 파우치 케이스(100) 내부에서 온도가 상승할 경우 발생하는 가스에 대해 벤트부로 작용할 수 있다. 즉, 고온 조건에 노출시, 전극 조립체(200) 내부의 분리막이 수축하고, 전해액의 기화로 인해, 전지가 팽창하거나, 전극이 변형되어 양극과 음극 간 쇼트가 발생할 수 있게 된다. 특히, 전극과 집전체가 맞닿을 경우, 열발생이 열방출보다 많아지는 열폭주(Thermal runaway) 상태에 도달하여 전지에 발화가 일어난다. 그런데 이 경우 양극과 음극의 쇼트가 발생하더라도, 전지 내부의 전해액이 모두 빠져나가게 되면, 전지 내의 이온의 이동과 전자의 이동이 제한되므로 발화를 막을 수 있다. 즉 기존의 배터리보다 더 빠른 시점에 전해액이 기화되어 빠져나갈 수 있게 유도하는 것에 의해 안전성을 개선할 수 있는 것이다.
본 실시예에서는, 다른 실링부, 즉 제1 실링부(141)에 비해 작은 폭을 갖는 제2 실링부(142)가, 벤트부로 작용하여 기화된 전화액의 벤트가 빠르게 진행되도록 하는 것에 의해 발화 및 폭발을 방지하여 안전성을 개선하였다. 즉, 전지가 팽창할 경우, 변형 및 팽창이 가장 많이 일어나는 부분은, 전극 조립체(200)의 길이 방향의 중심부(C)인데, 이에 대응하여 제2 실링부(142)를 배치하였기 때문에, 보다 신속하게 제2 실링부(142)를 통한 벤트를 유도할 수 있다.
이 때, 제2 실링부(142)는, 제1 실링부(141)의 폭 방향 중심으로부터, 전극 조립체(200)측으로 보다 치우치도록 배치될 수 있다. 즉, 도 3에 도시한 바와 같이, 실링부(140)는 제1 실링부(141)와 제2 실링부(142)를 연결하고, 파우치 케이스(100)의 외측으로부터 전극 조립체(200)를 향해 경사진 형태를 갖는 제1 경사부(143)를 포함하고, 또한 제1 실링부(141)와 제2 실링부(142)를 연결하고, 전극 조립체(200)로부터 파우치 케이스(100)의 외측을 향해 경사진 형태를 갖는 제2 경사부(144)를 포함한다. 또한, 이 때 제1 경사부(143)의 길이는, 제2 경사부(144)의 길이보다 길게 형성될 수 있다.
이와 같은 구조에 의해, 제2 실링부(142)가 비교적 내측에 가깝게 배치됨으로써 그 폭(W2)이 작게 형성되더라도, 충분한 밀봉 효과를 가질 수 있다. 또한, 내측으로는 제2 경사부(144)를 포함하는 것에 의해, 내부에서 발생한 가스를 해당 부분, 즉 함몰된 형태의 제2 경사부(144)측으로 보다 용이하게 유도할 수 있는바, 제2 실링부(142)의 파손 및 가스의 배출을 보다 빠르게 유도할 수 있다.
이러한 제2 실링부(142)의 제2 폭(W2)은, 제1 실링부(141)의 제1폭(W1)의 1/4 이하의 값을 가질 수 있으나, 특별히 한정되는 것은 아니다. 그 폭이 지나치게 작을 경우, 밀봉 성능이 저하될 수 있는바, 바람직하게는 1/8 이상 1/4 이하일 수 있다.
또한, 상술한 바와 같이 제2 실링부(142)는, 테두리부(130)의 절단이나 절취 등의 변형을 통해 얻어지는 구성이 아니라, 열융착에 의한 밀봉 공정시, 해당 부분의 가압 형태만을 변형, 즉 금형의 폭을 작게하는 등의 변형으로 얻어지는 구성이다. 따라서, 테두리부(130)의 폭은, 제1 실링부(141)와 제2 실링부(142)에서 동일하고, 단지 열융착되는 폭, 즉 실링부(140)의 폭만을 변형하는 것에 의해 간단히 제2 실링부(142)의 구성을 얻을 수 있다.
이와 같은 본 발명의 실시예에 따른 이차 전지(10)와 비교예의 이차전지를 고온에 노출하는 실험을 행하였고, 그 결과를 도 6에 나타낸다.
도 6은 본 발명의 실시예 및 비교예의 이차 전지에 대해 고온에서의 방치 실험을 행한 결과를 나타낸 그래프이다.
실시예에 따른 이차 전지(10)에서는 도 2 내지 4에 도시한 바와 같이 제2 실링부(142)를 형성하였고, 비교예에 따른 이차 전지에서는 이러한 제2 실링부(142)를 형성하지 않고, 모두 일정한 폭의 실링부를 형성하였다.
이를 140℃의 온도에서 방치한 결과, 도 6에 나타난 바와 같이 비교예의 경우 약 30분이 경과된 시점에서 폭발이 발생하였음을 확인하였다. 반면, 실시예의 이차전지(10)에서는 80분이 경과된 시점에서 폭발이 발생하지 않았는바, 고온에 노출되더라도 전해액의 배출이 신속하게 이루어져서 안전성이 향상되었음을 확인하였다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차전지를 정면에서 바라본 모습을 모식화하여 나타내는 도면이다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 이차 전지(11)에서는, 제2 실링부(142)의 개수만이 상이하고 나머지 구성은 일 실시예에 따른 이차 전지(10)와 동일한바, 중복되는 구성에 대한 설명은 생략한다.
도 7에 도시된 바와 같이, 다른 실시예에 따른 이차 전지(11)에서는, 전극 조립체(200)의 서로 마주하는 한 쌍의 장변 중 양측 장변 모두에 대응하여 제 2실링부(142)가 위치한다. 이 경우, 이차 전지(11) 내부에서 급격하게 가스가 발생하더라도 양측에서 동시에 가스의 벤트가 일어날 수 있는바, 보다 신속하게 전해액을 배출할 수 있다. 따라서, 고온에서의 폭발을 방지할 수 있는바, 안전성을 향상시킬 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 파우치형 이차 전지는 여러 개가 모여 전지 모듈을 구성하고, 이러한 전지 모듈은 하나 또는 그 이상이 팩 케이스 내에 패키징되어 전지팩을 형성할 수 있다.
앞에서 설명한 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지 팩은 다양한 디바이스에 적용될 수 있다. 이러한 디바이스에는, 전기 자전거, 전기 자동차, 하이브리드 자동차 등의 운송 수단에 적용될 수 있으나, 본 발명은 이에 제한되지 않고 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지 팩을 사용할 수 있는 다양한 디바이스에 적용 가능하며, 이 또한 본 발명의 권리범위에 속한다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
[부호의 설명]
100: 파우치 케이스
200: 전극 조립체
130: 테두리부
140: 실링부
141: 제1 실링부
142: 제2 실링부

Claims (11)

  1. 전극 조립체;
    상기 전극 조립체가 내장되어 있는 파우치 케이스를 포함하고,
    상기 파우치 케이스는 전극 조립체의 일부가 내장되는 제1 수납부가 형성된 제1 케이스부 및 상기 전극 조립체의 나머지 부분이 수납되는 제2 수납부가 형성된 제2 케이스부를 포함하고,
    상기 제1 케이스부와 상기 제2 케이스부는 상기 제1 및 제2 수납부를 둘러싸는 테두리부에서 서로 접하고, 상기 테두리부의 적어도 일부에 띠 형상으로 형성된 실링부에 의해 밀봉되며,
    상기 실링부는, 제1 폭을 갖는 제1 실링부 및 상기 제1 폭보다 작은 제2 폭을 갖는 제2 실링부를 포함하고,
    상기 제2 실링부의 길이방향 중심부는, 상기 전극 조립체의 장변의 중심부와 일치하는 이차 전지.
  2. 제1 항에서,
    상기 실링부는, 상기 제1 실링부와 상기 제2 실링부를 연결하고, 상기 파우치 케이스의 외측으로부터 상기 전극 조립체를 향해 경사진 형태를 갖는 제1 경사부, 및 상기 제1 실링부와 상기 제2 실링부를 연결하고, 상기 전극 조립체로부터 상기 파우치 케이스의 외측을 향해 경사진 형태를 갖는 제2 경사부를 더 포함하는 이차 전지.
  3. 제1 항에서,
    상기 제1 경사부의 길이는, 상기 제2 경사부의 길이보다 더 긴 이차 전지.
  4. 제1 항에서,
    상기 제2 폭은, 상기 제1 폭의 1/4 이하인 이차 전지.
  5. 제1 항에서,
    상기 테두리부의 폭은, 상기 제1 실링부가 위치하는 곳 및 상기 제2 실링부가 위치하는 곳에서 일정하게 유지되는 이차 전지.
  6. 제1 항에서,
    상기 제1 케이스부 및 상기 제2 케이스부는 각각 기재층, 금속층, 및 실링층을 포함하고,
    상기 실링부는 상기 제1 케이스부의 실링층과 상기 제2 케이스부의 실링층이 상호 열융착되어 일체로 형성된 영역인 이차 전지.
  7. 제6 항에서,
    상기 실링층은 열가소성 수지를 포함하는 이차 전지.
  8. 제1 항에서,
    상기 전극 조립체는 서로 마주하는 한 쌍의 장변을 포함하고,
    상기 한 쌍의 장변 중 어느 하나의 장변에 대응해서만 상기 제2 실링부가 위치하는 이차 전지.
  9. 제1 항에서,
    상기 전극 조립체는 서로 마주하는 한 쌍의 장변을 포함하고,
    상기 한 쌍의 장변 중 양측 장변 모두에 대응해서 상기 제2 실링부가 위치하는 이차 전지.
  10. 제1 항에서,
    상기 상기 제2 실링부는, 상기 파우치 케이스 내부에서 열폭주가 발생할 경우, 발생되는 가스의 벤트부로 작용하는 이차 전지.
  11. 제1항에 따른 이차 전지를 포함하는 전지 모듈.
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