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KR101547403B1 - 일체형 양극 리드 및 음극 리드를 포함하는 이차전지 및 그 제조방법 - Google Patents

일체형 양극 리드 및 음극 리드를 포함하는 이차전지 및 그 제조방법 Download PDF

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KR101547403B1
KR101547403B1 KR1020130147809A KR20130147809A KR101547403B1 KR 101547403 B1 KR101547403 B1 KR 101547403B1 KR 1020130147809 A KR1020130147809 A KR 1020130147809A KR 20130147809 A KR20130147809 A KR 20130147809A KR 101547403 B1 KR101547403 B1 KR 101547403B1
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South Korea
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lead
negative electrode
positive electrode
pouch
secondary battery
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류상백
김동명
김기웅
이향목
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주식회사 엘지화학
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Abstract

본 발명은 일체형 양극 리드 및 음극 리드를 포함하는 이차전지 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로, 평행하게 배열된 양극 리드와 음극 리드를 한 장의 리드 필름에 동시에 개재하는 것을 특징으로 하는 이차전지 및 이를 제조하는 방법을 제공한다.
본 발명은 한 장의 리드 필름에 이차전지의 양극 리드와 음극 리드를 모두 개재함으로써, 리드 필름 간의 실링을 방지할 수 있고, 리드 필름 부품을 하나로 관리할 수 있으며, 전극 리드의 흔들림을 방지할 수 있도록 한다.

Description

일체형 양극 리드 및 음극 리드를 포함하는 이차전지 및 그 제조방법{Secondary battery comprising unified positive lead and negative lead and the method for preparing thereof}
본 발명은 양극 리드와 음극 리드가 한 장의 리드 필름에 의해 동시에 개재된 일체형 양극 리드 및 음극 리드를 포함하는 이차전지 및 그 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로, 비디오 카메라, 휴대용 전화, 휴대용 컴퓨터, 디지털 카메라 등의 휴대용 무선기기의 경량화와 전기자동차의 발전 및 고기능화에 따라서 그 구동용 전원으로 사용되는 이차전지에 대해서 소형 경량이면서도, 에너지 밀도가 높고, 충, 방전 특성이 우수한 이차전지의 개발이 요망되어 왔다.
이러한 이차전지로는 예를 들어, 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지, 리튬 이차전지 등이 있으며, 이 중에서 특히 리튬 이차전지는 수명이 길고 에너지 밀도가 높다는 장점을 가지고 있다. 또한 리튬 이차전지는 전해질 종류에 따라서 액체 전해질을 사용하는 리튬 금속 전지 및 리튬 이온 전지와, 고분자고체 전해질을 사용하는 리튬 폴리머 전지로 구분할 수 있다.
도 1은 일반적인 리튬 이차전지의 사시도를 도시한 것으로, 리튬 이차전지는 양극과 음극(도면에는 도시하지 않았다.)이 구비된 전극조립체와, 이 전극조립체의 둘레면을 감싸 밀봉하며 내부에는 전해액이 충전되어 있는 파우치 외장재(120) 및, 전극조립체의 양극과 음극에 각각 용접되며, 평행하게 배열되어 있는 양극 리드(130)와 음극 리드(140)(이하, '양/음극 리드'라 한다.)로 구성된다.
이때 양극 리드(130)의 경우 알루미늄 박에 리튬 이온의 충, 방전이 가능한 리튬 복합산화물을 도포하여 구성하며, 음극 리드(140)의 경우 니켈 박에 리튬 이온의 흡, 탈착이 가능한 탄소재를 도포하여 형성한다. 이러한 양/음극 리드(130, 140)는 절연성을 높이고, 파우치 실링 시 밀봉력을 보다 향상시키기 위하여, 두 전극 리드(130, 140) 각각에는 리드 필름(150, 160)을 부착한다.
상기 리드 필름(150, 160)은 양/음극 리드(130, 140)의 소정의 길이가 외부로 노출되도록, 각각의 리드(130, 140)의 양면에 부착되어, 상부 파우치와 하부 파우치(120)의 외주면 사이에 개재되는데, 이때 상기 파우치(120)는 리드 필름(150, 160)이 개재된 부분을 포함하여 외주면을 따라 열융착되어 실링부(180)가 형성되고, 이로써, 이차전지는 파우치(120) 외주면의 틈새가 기밀 처리되어, 파우치(120) 내부에 충전되어 있는 전해액의 누설이 차단될 수 있다.
한편, 상기 리드 필름(150, 160)을 양/음극 리드(130, 140) 각각의 양면에 부착하는 방법은 통상 2개의 리드 필름을 양/음극 리드의 상, 하면에 위치시킨 상태에서 열을 가해 리드 필름을 양/음극 리드의 상, 하면에 열융착시켜 부착하게 되는 데, 이때 양/음극 리드 각각을 실링할 경우, 2개의 리드 간의 간격이 좁아질 때 실링이 어려워지는 문제점과 리드의 흔들림으로 인해 이차전지가 불안정해지는 문제가 발생할 수 있다.
상기 문제점 외에도, 일반적인 리튬 이차전지는 작동하는 중에 내부 단락, 과충전 및 고온 노출 등의 비정상적인 작동상태에 이르게 되면, 내부 전해액이 분해되면서 고압의 가스가 발생하게 되고, 발생된 고압의 가스는 전지케이스의 변형을 유발하고, 전지의 수명을 단축시킬 수 있으며, 심각하게는 전지의 발화 내지 폭발을 초래할 수 있어, 안전상 문제가 발생할 수 있다.
본 발명은 양극 리드 및 음극 리드를 각각의 리드 필름을 이용하여 실링할 때, 2개의 리드 간 간격이 좁아지는 경우 실링이 어려워지는 문제점을 방지하고, 양극 리드와 음극 리드가 흔들림 없이 단단히 고정되어, 이들을 하나의 부품으로 관리할 수 있는 이차전지 및 그 제조방법을 제공하고자 한다.
또한, 본 발명은 전지셀 내부의 고압 가스를 소망하는 부위로 효과적으로 방출하여, 향상된 안전성과 작동의 신뢰성을 확보하고, 유해한 가스의 무분별한 배출로 인한 문제점을 해결할 수 있는 이차전지 및 그 제조방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 일구현 예에 따르면, 양극탭이 부착되어 있는 1 이상의 양극;
음극탭이 부착되어 있는 1 이상의 음극;
상기 양극 및 음극이 분리막이 개재된 상태로 적층되어 형성된 전극조립체;
상기 전극조립체를 수용하며 상부와 하부로 이루어진 파우치;
상기 양극탭끼리 적층된 부분에 전기적으로 접속된 양극탭 접합부;
상기 음극탭끼리 적층된 부분에 전기적으로 접속된 음극탭 접합부;
상기 양극탭 접합부에 연결된 양극 리드;
상기 음극탭 접합부에 연결된 음극 리드;
상기 양극 리드 및 음극 리드가 일부 면적이 외부로 노출된 형태로 개재되어 있는 리드 필름; 및
상기 리드 필름이 개재된 상태로 상부 파우치와 하부 파우치를 열융착하여 파우치 외주면에 형성되는 실링부를 포함하는 이차전지이며,
상기 양극 리드와 음극 리드는 평행하게 배열되며, 한 장의 리드 필름에 동시에 개재되는 이차전지를 제공한다.
상기 양극 리드와 음극 리드간 간격은 4 내지 14㎜일 수 있다.
상기 리드 필름은 양극 리드와 음극 리드 사이에 외측으로부터 내측 방향으로 만입된 구조의 절취부를 1개 이상 포함할 수 있다.
상기 절취부는 역삼각형, 반원형, 사각형 및 사다리꼴로 이루어진 그룹에서 선택된 적어도 하나일 수 있다.
상기 절취부가 형성된 부위의 실링부는 이를 제외한 다른 부위의 실링부의 폭보다 작은 폭을 가질 수 있다.
상기 리드 필름은 폴리프로필렌 또는 폴리에틸렌일 수 있다.
상기 리드 필름의 두께는 0.05 내지 0.15㎜일 수 있다.
상기 이차전지는 리튬 이온 이차전지 또는 리튬 이온 폴리머 이차전지일 수 있다.
본 발명의 다른 구현 예에 따르면, 양극탭이 부착되어 있는 1 이상의 양극 및 음극탭이 부착되어 있는 1 이상의 음극이 분리막이 개재된 상태로 적층되어 형성되며,
상기 양극탭끼리 적층된 부분에 전기적으로 접속된 양극탭 접합부에 연결된 양극 리드와 상기 음극탭끼리 적층된 부분에 전기적으로 접속된 음극탭 접합부에 연결된 음극 리드를 포함하며,
상기 양극 리드와 음극 리드가 평행하게 배열된 전극조립체를 준비하는 단계;
상기 양극 리드와 음극 리드를 한 장의 리드 필름을 사용하여 일부 면적이 외부로 노출된 형태로, 동시에 개재하는 단계;
상기 전극조립체를 상부 파우치와 하부 파우치 사이에 형성된 내부 공간에 수용하는 단계; 및
상기 리드 필름이 상부 파우치와 하부 파우치의 외주면 사이에 개재된 상태로 파우치 외주면을 열융착하여 실링부를 형성하는 단계를 포함하는 이차전지의 제조방법을 제공한다.
상기 리드 필름은 양극 리드와 음극 리드 사이에 외측으로부터 내측 방향으로 만입된 구조의 절취부를 1개 이상 포함할 수 있다.
상기 절취부는 역삼각형, 반원형, 사각형 및 사다리꼴로 이루어진 그룹에서 선택된 적어도 하나일 수 있다.
상기 상부 파우치와 하부 파우치의 외주면 사이에 개재되는 리드 필름은 1개 이상의 절취부를 포함할 수 있다.
상기 실링부를 형성하는 단계에서 파우치 외주면 중 절취부와 겹쳐지는 부분은 제외하고 열융착이 수행될 수 있다.
상기 절취부는 실링부를 형성하는 단계에 후속적으로 실링부로 둘러싸인 리드 필름을 외측으로부터 절취하여 형성될 수 있다.
상기 절취부가 형성된 부위의 실링부는 이를 제외한 다른 부위의 실링부의 폭보다 작은 폭을 가질 수 있다.
본 발명은 한 장의 리드 필름을 사용하여 이차전지의 양극 리드와 음극 리드를 그 사이에 모두 개재함으로써, 리드간 간격을 좁혀도 실링에 어려움이 없고, 전극 리드의 흔들림을 방지하여 하나의 부품으로써 이차전지를 관리할 수 있도록 한다.
또한, 본 발명은 리드 필름의 양극 리드 및 음극 리드 사이에 절취부를 형성하여, 전지셀 내부의 고압 가스를 양 리드 사이의 특정 부위로 방출할 수 있도록 하여, 작동의 신뢰성을 확보하고, 고압 가스의 배출을 통해 전지에 대한 발화 내지 폭발의 위험성을 미연에 방지하여 안전성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 일반적인 리튬 이차전지의 사시도를 도시한 것이다.
도 2는 본 발명의 이차전지의 일 예시의 사시도를 도시한 것이다.
도 3은 본 발명의 이차전지의 다른 예시의 투시 단면도를 도시한 것이다.
도 4는 본 발명의 이차전지의 또 다른 예시의 투시 단면도를 도시한 것이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 형태를 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시 형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시 형태로 한정되는 것은 아니다.
본 발명은 양극 리드와 음극 리드 각각을 별도의 리드 필름을 사용하여 실링할 때, 2개의 리드 간 간격이 좁아지는 경우 실링이 어려워지는 문제점을 방지할 수 있도록, 한 장의 리드 필름을 사용하여 양극 리드와 음극 리드를 동시에 개재함으로써, 이들을 흔들림 없이 단단히 고정하고, 하나의 부품으로 관리할 수 있도록 하는 이차전지와 그 제조방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 구현 예에 따르면, 일체형 양극 리드 및 음극 리드를 포함하는 이차전지에 관한 것으로, 구체적으로는 양극탭이 부착되어 있는 1 이상의 양극, 음극탭이 부착되어 있는 1 이상의 음극, 상기 양극 및 음극이 분리막이 개재된 상태로 적층되어 형성된 전극조립체, 상기 전극조립체를 수용하며 상부와 하부로 이루어진 파우치, 상기 양극탭끼리 적층된 부분에 전기적으로 접속된 양극탭 접합부, 상기 음극탭끼리 적층된 부분에 전기적으로 접속된 음극탭 접합부, 상기 양극탭 접합부에 연결된 양극 리드, 상기 음극탭 접합부에 연결된 음극 리드, 상기 양극 리드 및 음극 리드가 일부 면적이 외부로 노출된 형태로 개재되어 있는 리드 필름 및 상기 리드 필름이 개재된 상태로 상부 파우치와 하부 파우치를 열융착하여 파우치 외주면에 형성되는 실링부를 포함하는 이차전지이며, 상기 양극 리드와 음극 리드는 평행하게 배열되며, 한 장의 리드 필름에 동시에 개재되는 것을 특징으로 한다.
우선, 본 발명의 이차전지에 포함되는 전극조립체는 1 이상의 양극과 1 이상의 음극이 분리막이 개재된 상태로 적층되어, 양극/분리막/음극의 구조를 이루며, 적층된 양극 및 음극 각각에는 양극탭 및 음극탭이 부착되어 있고, 또한 양극탭끼리 적층된 부분에는 양극탭 접합부가, 음극탭끼리 적층된 부분에는 음극탭 접합부가 전기적으로 접속되어 있으며, 상기 양극탭 접합부 및 음극탭 접합부 각각에는 양극 리드 및 음극 리드가 연결되어 있다.
단, 본 발명에서 동일한 극성의 전극판의 축방향 탭위치를 모두 동일하게 적층하여 전극조립체를 형성함으로써, 양극 리드와 음극 리드(이하, 양극 리드와 음극 리드는 '양/음극 리드'라 기재한다.)는 평행하게 배열될 수 있고, 이로써, 적층된 양극탭 및 응극탭 각각에 양극 리드와 음극 리드를 용이하게 용접할 수 있다.
또한, 본 발명에서 상기 양극 리드와 음극 리드 간 간격은 특별히 한정하지는 않으나, 간격이 4mm 미만인 경우, 리드를 통한 전류의 크기가 커짐에 따라 열 발생이 높아지게 되어 안전성 측면에서 좋지 않을 수 있으며, 특히 고에너지를 충, 방전하기 위하여 전극조립체의 면적이 225cm2 이상으로 제작된 고 에너지 특성이 요구되는 대면적 전지의 경우 더욱 그러할 수 있고, 간격이 14mm를 초과하는 경우, 오히려 관리가 더 불편하게 되는 문제점이 발생할 우려가 있으므로, 본 발명에서 양극 리드와 음극 리드 사이의 간격은 4 내지 14mm가 바람직하다.
도 2는 본 발명의 일 예시인 이차전지의 사시도를 도시한 것으로, 양극 리드(130)와 음극 리드(140)는 평행하게 배열되며, 두 리드의 일부분은 한 장의 리드 필름(170)에 의해 동시에 개재되어 있고, 나머지 부분은 파우치 일단에 소정의 길이만큼 외부로 노출되어 있으며, 상기 리드 필름(170)은 상부 파우치와 하부 파우치의 외주면 사이에 개재된 채, 파우치 외주면과 함께 열융착되어 실링부(180)가 형성된다.
본 발명에서는 상기와 같이 두 전극 리드 모두가 한 장의 리드 필름(170)에 의해 동시에 개재됨으로써, 양/음극 리드를 하나의 부품으로 관리될 수 있고, 리드가 불안정하게 흔들리는 현상을 방지할 수 있으며, 두 리드 간의 간격이 좁아도 용이하게 실링을 수행할 수 있다.
또한, 본 발명에서 사용되는 리드 필름의 종류는 특별히 한정하지 않으나, 재질은 절연성을 위하여 폴리프로필렌 또는 폴리에틸렌이 바람직하고, 그 두께는 0.05mm 미만인 경우, 절연성이 떨어져서 전지 사용시, 전류가 누전되어 위험할 수 있고, 두께가 0.15mm 초과하는 경우, 리드 필름 실링이 제대로 이루어 지지 않아, 틈새가 발생하여, 전해액이 누설되는 문제가 발생할 수 있으므로, 두께는 0.05 내지 0.15㎜인 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 이차전지에 포함되는 리드 필름은 양극 리드와 음극 리드 사이에 외측으로부터 내측 방향으로 만입된 구조의 절취부를 1개 이상 포함할 수 있고, 실링부는 파우치 외주면을 따라 연속하여 이어지나, 파우치 외주면 중 절취부와 겹쳐지는 부분에는 실링부가 형성되지 않을 수 있다.
구체적으로, 상기 파우치 외주면 중 리드 필름에 존재하는 절취부와 겹쳐지는 부분은 실링되지 않고, 벌려진 상태로 상부 파우치와 하부 파우치가 각기 존재할 수도 있고, 또는 상기 절취부와 겹쳐지는 부분의 파우치 외장재 또한 절취부와 동일한 형태로 함께 제거되어 실링부가 형성되지 않을 수 있다.
따라서, 본 발명에서는 상기한 바와 같이, 리드 필름에 형성된 절취부와 겹쳐지는 파우치 외주면에는 실링부가 형성되지 않으므로, 상기 절취부가 형성된 부위의 실링부는 이를 제외한 다른 부위의 실링부의 폭보다 작은 폭을 가질 수 있다.
한편, 이차전지는 비정상적인 작동 상태에 이르게 되면, 내부 전해액이 분해되면서 고압의 가스가 발생하게 되는데, 본 발명에서는 상기와 같이 리드 필름에 절취부를 포함하되, 절취부가 형성된 부위의 실링부는 이를 제외한 다른 부위의 실링부의 폭보다 작은 폭을 갖도록 하여, 실링되어 있는 폭이 상대적으로 작은 절취부가 형성된 부위로 팽창 응력을 집중시켜, 그 부분에 우선적인 개봉을 유도함으로써, 가스를 절취부를 통하여 외부로 배출시켜, 제조되는 전지의 작동 시 안전성과 신뢰성을 향상시킬 수 있도록 한다.
다만, 본 발명에서 절취부가 형성된 부위의 실링부의 폭은 다른 부위의 실링부의 폭보다 작을 수 있지만, 그 폭 너비의 차이가 너무 작으면, 가스의 배출 경로 유도 효과가 미미하여, 전지셀 내부의 고압 가스 발생 시 절취부가 형성된 부분으로 우선적 개방되는 효과를 발휘할 수 없고, 폭 너비의 차이가 너무 크면, 전지 밀봉성을 담보할 수 없으므로, 상기 절취부가 형성된 실링부의 폭은 다른 부위의 실링부의 폭을 기준으로 40 내지 80% 크기를 갖는 것이 바람직하다.
또한, 상기 절취부의 개수는 특별히 한정하지 않으며, 양/음극 리드 사이의 간격, 예측되는 가스의 압력 및 형성 공정의 작업성과 효율성을 고려하여 적절히 조절할 수 있으나, 상기 모두의 일반적인 요건을 고려할 때, 1개 또는 2개가 형성되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 절취부의 형상은 다양할 수 있으며, 예를 들어, 역삼각형, 반원형, 사각형 및 사다리꼴로 이루어진 그룹에서 선택된 적어도 하나일 수 있고, 바람직하게는 절취부를 형성하기 용이하도록 역삼각형의 형상일 수 있고, 혹은 효율적인 가스 배출 유도 효과를 위하여 직사각형의 형상일 수 있다.
도 3은 본 발명에서 절취부가 형성된 리드 필름을 포함하는 이차전지의 다른 예시의 투시 단면도를 도시한 것으로, 양극 리드(130)와 음극 리드(140)는 평행하게 배열되어 있고, 두 전극 리드(130, 140)의 일부분은 한 장의 리드 필름(170)에 의해 동시에 개재되어 있다. 이때, 상기 리드 필름(170)은 상부 파우치와 하부 파우치 각각의 외주면 사이에 개재되고, 상기 리드 필름(170)이 파우치(120) 사이에 개재되는 부분(170-a)을 포함하여, 파우치(120)의 외주면을 따라 열융착에 의해 실링부(180)가 형성된다.
단, 상기 리드 필름(170)에는 양극 리드(130)와 음극 리드(140) 사이에 직사각형의 절취부(300)가 형성되어 있으며, 상기 절취부(300)가 형성된 부분과 겹쳐지는 파우치 외장재(120) 부분에는 열융착이 수행되지 않아, 상부 파우치와 하부 파우치가 분리된 상태로 존재한다.
따라서, 상기 리드 필름 중 절취부(300)가 형성된 부분에는 실링부(180)가 형성되지 않으므로, 절취부가 형성된 부위의 실링부의 폭(Wb)이 다른 부위의 실링부의 폭(Wa) 보다 상대적으로 작으므로, 이차전지 내부에서 가스가 발생할 때에는 절취부(300)가 형성된 부위로 팽창 응력이 집중되어, 그 부분에 우선적으로 개봉을 유도할 수 있다.
도 4는 본 발명에서 절취부가 형성된 리드 필름을 포함하는 이차전지의 일 예시의 투시 단면도를 도시한 것으로, 양극 리드(130)와 음극 리드(140)는 평행하게 배열되어 있고, 두 전극 리드(130, 140)의 일부분은 한 장의 리드 필름(170)에 의해 동시에 개재되어 있다. 이때, 상기 리드 필름(170)은 상부 파우치와 하부 파우치 각각의 외주면 사이에 개재되고, 상기 리드 필름(170)이 파우치(120) 사이에 개재되는 부분(170-a)을 포함하여, 파우치(120)의 외주면을 따라 열융착에 의해 실링부(180)가 형성된다.
다만, 상기 리드 필름(170)에는 양극 리드(130)와 음극 리드(140) 사이에 역삼각형의 절취부(300)가 형성되어 있고, 절취부(300)가 형성된 부분에는 파우치 외장재(120)가 절취부와 동일한 역삼각형의 형태로 제거되어, 그 부분엔 실링부(180)뿐만 아니라, 파우치 외장재(120) 자체가 존재하지 않는다.
따라서, 절취부가 형성된 부분의 실링부의 폭(Wb)은 다른 부분의 실링부의 폭(Wa)보다 상대적으로 작으므로, 이차전지 내부에서 가스가 발생할 때에는 절취부(300)가 형성된 부분으로 팽창 응력이 집중되어, 그 부분에 우선적인 개봉을 유도할 수 있다.
본 발명에서 제공하는 이차전지는 종류를 특별히 한정하지 않으나, 전해질 종류에 따라 액체 전해질을 사용하는 리튬 이온 이차전지 또는 고분자 고체 전해질을 사용하는 경우 리튬 이온 폴리머 전지일 수 있다.
본 발명의 다른 구현 예에 따르면, 일체형 양극 리드 및 음극 리드를 포함하는 이차전지의 제조방법에 관한 것으로, 구체적으로는 양극탭이 부착되어 있는 1 이상의 양극 및 음극탭이 부착되어 있는 1 이상의 음극이 분리막이 개재된 상태로 적층되어 형성되며, 상기 양극탭끼리 적층된 부분에 전기적으로 접속된 양극탭 접합부에 연결된 양극 리드와 상기 음극탭끼리 적층된 부분에 전기적으로 접속된 음극탭 접합부에 연결된 음극 리드를 포함하며, 상기 양극 리드와 음극 리드가 평행하게 배열된 전극조립체를 준비하는 단계, 상기 양극 리드와 음극 리드를 한 장의 리드 필름을 사용하여 일부 면적이 외부로 노출된 형태로, 동시에 개재하는 단계, 상기 전극조립체를 상부 파우치와 하부 파우치 사이에 형성된 내부 공간에 수용하는 단계 및 상기 리드 필름이 상부 파우치와 하부 파우치의 외주면 사이에 개재된 상태로 파우치 외주면을 열융착하여 실링부를 형성하는 단계를 포함한다.
우선, 본 발명에서 사용하는 전극조립체는 1 이상의 양극과 1 이상의 음극이 분리막이 개재된 상태로 적층되어, 양극/분리막/음극의 구조로 이루어지며, 적층된 양극 및 음극 각각에는 양극탭 및 음극탭이 부착되어 있고, 양극탭끼리 적층된 부분에는 양극탭 접합부가, 음극탭끼리 적층된 부분에는 음극탭 접합부가 전기적으로 접속되어 있으며, 또한 상기 양극탭 접합부 및 음극탭 접합부 각각에는 용접 등의 방법을 이용하여 양극 리드 및 음극 리드가 연결되어 파우치 외부로 노출되어 있다.
단, 본 발명에서는 특히 동일한 극성의 전극판의 축방향 탭위치를 모두 동일하게 적층하고, 양/음극 리드를 탭들에 각각 연결하여, 두 전극 리드가 평행하게 배열될 수 있으며, 적층된 탭에 양극 리드와 음극 리드를 용접하기가 용이하게 될 수 있다.
또한, 상기 전극조립체에서 평행하게 배열된 양극 리드와 음극 리드 간의 간격은 특별히 한정하지는 않으나, 간격이 4mm 미만인 경우, 리드를 통한 전류의 크기가 커짐에 따라 열 발생이 높아지게 되어 안전성 측면에서 좋지 않을 수 있으며, 특히 고에너지를 충, 방전하기 위하여 전극조립체의 면적이 225cm2 이상으로 제작된 고에너지 특성이 요구되는 대면적 전지의 경우 더욱 그러할 수 있고, 간격이 14mm를 초과하는 경우, 오히려 관리가 더 불편하게 되는 문제점이 발생할 우려가 있으므로, 본 발명에서 양극 리드와 음극 리드 사이의 간격은 4 내지 14mm가 바람직하다.
본 발명에서는 상기와 같은 전극조립체가 준비되면, 전극조립체의 전극단자들에 전기적으로 연결된 양극 리드와 음극 리드에 파우치의 밀봉력을 높이고, 절연성을 향상시키기 위하여 리드 필름을 부착할 수 있는데, 본 발명에서는 상기 양극 리드와 음극 리드 모두를 한 장의 리드 필름을 이용하여 일부 면적이 외부로 노출된 상태로 동시에 개재함으로써, 리드 간 간격을 좁혀도 실링에 어려움이 없고, 전극 리드의 흔들림을 방지하여 하나의 부품으로써 이차전지를 관리할 수 있도록 한다.
상기한 바와 같이, 양/음극 리드의 일부분에 리드 필름이 부착되면, 전극조립체를 알루미늄 라미네이트 시트로 이루어지며, 전극조립체를 수용할 수 있는 내부 공간이 형성된 파우치의 상부 파우치와 하부 파우치 사이에 수용할 수 있다.
단, 본 발명에서는 양/음극 리드에 리드 필름을 부착한 뒤, 전극조립체를 파우치 내부에 수용하는 것으로 한정하는 것은 아니고, 공정의 필요에 따라서는 상기 전극조립체를 먼저 파우치 내부 공간에 수용한 뒤, 파우치 외주면과 양/음극 리드가 맞닿는 부분에 두 전극 리드를 한 장의 리드 필름으로 동시에 개재할 수 있다.
또한, 본 발명에서는 상기 전극조립체를 파우치의 내부 공간에 수용할 때, 리드 필름이 상부 파우치와 하부 파우치의 외주면 사이에 개재되도록 하여, 파우치 외주면을 따라 열융착할 수 있고, 이러한 열융착 공정에 의해 리드 필름이 파우치 사이에 개재된 부분을 포함하여 파우치의 외주면을 따라 연속하여 이어지는 실링부가 형성될 수 있다.
단, 상기한 바와 같이, 파우치를 열융착하는 공정은 160 내지 220℃의 온도에서 수행하는 것이 바람직하고, 열융착 온도가 160℃ 미만인 경우, 리드 필름의 실링이 제대로 일어나지 않아 양극 리드 및 음극 리드의 양측에 틈새가 필연적으로 발생하게 되고, 이러한 틈새로 전해액이 누설되는 등의 문제점이 유발될 수 있다. 또한 열융착 온도가 220℃를 초과하는 경우, 리드 필름의 과용융으로 인해 절연 유지 및 필름의 형상 유지가 어려울 수 있다.
한편, 본 발명에서는 사용하는 리드 필름의 종류는 특별히 한정하지는 않으나, 재질은 절연성을 위하여 폴리프로필렌 또는 폴리에틸렌이 바람직하고, 그 두께는 0.05mm 미만인 경우, 절연성이 떨어져서 전지 사용시, 전류가 누전되어 위험할 수 있고, 두께가 0.15mm 초과하는 경우, 리드 필름 실링이 제대로 이루어 지지 않아, 틈새가 발생하여, 전해액이 누설되는 문제가 발생할 수 있으므로, 두께는 0.05 내지 0.15㎜인 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에서 상기 리드 필름에는 양극 리드와 음극 리드 사이에 외측으로부터 내측 방향으로 만입된 구조의 절취부를 1개 이상 포함할 수 있고, 단, 파우치 외주면 중 상기 절취부와 겹쳐지는 부분에는 실링부가 형성되지 않을 수 있다.
구체적으로는, 본 발명에서 전극조립체의 양/음극 리드를 동시에 개재하고 있는 리드 필름에는 두 전극 리드 사이에 외측으로부터 내측 방향으로 만입된 구조의 절취부를 1개 이상 포함할 수 있고, 이러한 절취부는 리드 필름이 상부 파우치와 하부 파우치의 외주면 사이에 개재되도록 함으로써, 파우치 외주면과 겹쳐지는 부분이 형성된다.
단, 본 발명은 실링부를 형성하는 단계에서, 파우치 외주면 중 절취부와 겹쳐지는 부분은 제외하고 열융착을 수행함으로써, 실링부가 파우치 외주면을 연속하여 이어지되, 상기 절취부와 겹쳐지는 부분에는 실링부가 형성되지 않도록 하여, 절취부가 형성된 부위의 실링부가 이를 제외한 다른 부위의 실링부의 폭보다 작은 폭을 갖게 형성할 수 있다.
한편, 본 발명은 리드 필름에 형성되는 절취부를 상기 기재한 공정과는 다른 방식을 통하여 형성될 수 있다. 우선 양극 리드와 음극 리드를 동시에 감싸되, 절취부가 형성되어 있지 않은 리드 필름을 상부 파우치와 하부 파우치의 외주면 사이에 개재하고, 파우치 외주면을 따라 열융착하여 실링부를 형성한 뒤, 양극 리드와 음극 리드 사이의 실링부로 둘러싸인 리드 필름을 외측으로부터 절취함으로써 형성할 수 있다.
즉, 양극 리드와 음극 리드 사이에 존재하는 리드 필름과 그를 감싸는 열융착된 파우치 외장재를 모두 제거하는 공정에 의해 형성될 수 있는데, 단, 이때 형성되는 실링부는 파우치의 외주면을 따라 연속으로 이어지되, 상기 절취부가 형성된 부위의 실링부는 이를 제외한 다른 부위의 실링부의 폭보다 작은 폭을 가질 수 있다.
한편, 이차전지는 비정상적인 작동상태에 이르게 되면, 내부 전해액이 분해되면서 고압의 가스가 발생하게 되는데, 본 발명에서는 상기와 같이 리드 필름에 절취부를 포함하되, 절취부가 형성된 부위의 실링부는 이를 제외한 다른 부위의 실링부의 폭보다 작은 폭을 갖도록 하여, 실링되어 있는 폭이 상대적으로 작은 절취부가 형성된 부위로 팽창 응력을 집중시켜, 그 부분에 우선적인 개봉을 유도하여, 가스를 절취부를 통하여 외부로 배출될 수 있도록 함으로써, 제조되는 전지의 작동 시 안전성과 신뢰성을 향상시킬 수 있도록 한다.
또한, 본 발명에서 절취부가 형성된 부위의 실링부 폭은 다른 부위의 실링부의 폭보다 작을 수 있지만, 그 폭 너비의 차이가 너무 작으면, 가스의 배출 경로 유도 효과가 미미하여, 전지셀 내부의 고압 가스 발생 시 절취부가 형성된 부분으로 우선적 개방되는 효과를 발휘할 수 없고, 폭 너비의 차이가 너무 크면, 전지 밀봉성을 담보할 수 없으므로, 상기 절취부가 형성된 실링부의 폭은 다른 부위의 실링부의 폭을 기준으로 40 내지 80% 크기를 갖는 것이 바람직하다.
또한, 상기 절취부의 개수는 특별히 한정하지 않으며, 양/음극 리드 사이의 간격, 예측되는 가스의 압력, 형성 공정의 작업성과 효율성을 고려하여 적절히 조절할 수 있으나, 1개 또는 2개가 형성되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 절취부의 형상은 다양할 수 있으며, 예를 들어, 역삼각형, 반원형, 사각형 및 사다리꼴로 이루어진 그룹에서 선택된 적어도 하나일 수 있고, 바람직하게는 절취부를 형성하기 용이하도록 역삼각형의 형상일 수 있고, 혹은 효율적인 가스 배출 유도 효과를 위하여 직사각형의 형상일 수 있다.
본 발명에서 제공하는 이차전지는 종류를 특별히 한정하지 않으나, 전해질 종류에 따라 액체 전해질을 사용하는 리튬 이온 이차전지 또는 고분자 고체 전해질을 사용하는 경우 리튬 이온 폴리머 전지일 수 있다.
120: 파우치
130: 양극 리드
140: 음극 리드
150: 양극 리드에 부착된 리드 필름
160: 음극 리드에 부착된 리드 필름
170: 본 발명의 리드 필름
170-a: 파우치 사이에 리드 필름이 개재된 부분 또는 실링부 중 리드 필름이 개재된 부분과 겹치는 부분
180: 실링부
300: 절취부
Wa: 절취부가 형성되지 않은 부위의 실링부의 폭
Wb: 절취부가 형성된 부위의 실링부의 폭

Claims (15)

  1. 양극탭이 부착되어 있는 1 이상의 양극;
    음극탭이 부착되어 있는 1 이상의 음극;
    상기 양극 및 음극이 분리막이 개재된 상태로 적층되어 형성된 전극조립체;
    상기 전극조립체를 수용하며 상부와 하부로 이루어진 파우치;
    상기 양극탭끼리 적층된 부분에 전기적으로 접속된 양극탭 접합부;
    상기 음극탭끼리 적층된 부분에 전기적으로 접속된 음극탭 접합부;
    상기 양극탭 접합부에 연결된 양극 리드;
    상기 음극탭 접합부에 연결된 음극 리드;
    상기 양극 리드 및 음극 리드가 일부 면적이 외부로 노출된 형태로 개재되어 있는 리드 필름; 및
    상기 리드 필름이 개재된 상태로 상부 파우치와 하부 파우치를 열융착하여 파우치 외주면에 형성되는 실링부를 포함하는 이차전지이며,
    상기 양극 리드와 음극 리드는 평행하게 배열되며, 하나의 리드 필름에 동시에 개재되고,
    상기 리드 필름은 상기 양극 리드와 음극 리드 사이에 외측으로부터 내측 방향으로 만입된 구조의 절취부를 1개 이상 포함하는 이차전지.
  2. 제1항에 있어서, 상기 양극 리드와 음극 리드간 간격은 4 내지 14㎜인 이차전지.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서, 상기 절취부는 역삼각형, 반원형, 사각형 및 사다리꼴로 이루어진 그룹에서 선택된 적어도 하나인 이차전지.
  5. 제1항에 있어서, 상기 절취부가 형성된 부위의 실링부는 이를 제외한 다른 부위의 실링부의 폭보다 작은 폭을 갖는 이차전지.
  6. 제1항에 있어서, 상기 리드 필름은 폴리프로필렌 또는 폴리에틸렌인 이차전지.
  7. 제1항에 있어서, 상기 리드 필름의 두께는 0.05 내지 0.15㎜인 이차전지.
  8. 제1항, 제2항 및 제4항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 이차전지는 리튬 이온 이차전지 또는 리튬 이온 폴리머 이차전지인 이차전지.
  9. 양극탭이 부착되어 있는 1 이상의 양극 및 음극탭이 부착되어 있는 1 이상의 음극이 분리막이 개재된 상태로 적층되어 형성되며,
    상기 양극탭끼리 적층된 부분에 전기적으로 접속된 양극탭 접합부에 연결된 양극 리드와 상기 음극탭끼리 적층된 부분에 전기적으로 접속된 음극탭 접합부에 연결된 음극 리드를 포함하며,
    상기 양극 리드와 음극 리드가 평행하게 배열된 전극조립체를 준비하는 단계;
    상기 양극 리드와 음극 리드를 하나의 리드 필름을 사용하여 일부 면적이 외부로 노출된 형태로, 동시에 개재하는 단계;
    상기 전극조립체를 상부 파우치와 하부 파우치 사이에 형성된 내부 공간에 수용하는 단계; 및
    상기 리드 필름이 상부 파우치와 하부 파우치의 외주면 사이에 개재된 상태로 파우치 외주면을 열융착하여 실링부를 형성하는 단계를 포함하며,
    상기 리드 필름에는 상기 양극 리드와 음극 리드 사이에 외측으로부터 내측 방향으로 만입된 구조의 절취부가 형성되는 이차전지의 제조방법.
  10. 삭제
  11. 제9항에 있어서, 상기 절취부는 역삼각형, 반원형, 사각형 및 사다리꼴로 이루어진 그룹에서 선택된 적어도 하나인 이차전지의 제조방법.
  12. 제9항에 있어서, 상기 상부 파우치와 하부 파우치의 외주면 사이에 개재되는 리드 필름은 1개 이상의 절취부를 포함하는 이차전지의 제조방법.
  13. 제12항에 있어서, 상기 실링부를 형성하는 단계에서 파우치 외주면 중 절취부와 겹쳐지는 부분은 제외하고 열융착이 수행되는 이차전지의 제조방법.
  14. 제9항에 있어서, 상기 절취부는 실링부를 형성하는 단계에 후속적으로 실링부로 둘러싸인 리드 필름을 외측으로부터 절취하여 형성되는 이차전지의 제조방법.
  15. 제13항 또는 제14항에 있어서, 상기 절취부가 형성된 부위의 실링부는 이를 제외한 다른 부위의 실링부의 폭보다 작은 폭을 갖는 이차전지의 제조방법.
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