(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１電極及び第２電極、前記第１電極及び第２電極から延長形成された第１電極タップ及び第２電極タップを含む電極組立体と、
内部空間部に前記電極組立体が収容され、前記第１電極タップ及び第２電極タップが外側に露出されるように封止されるパウチ型電池ケースと、
前記パウチ型電池ケースが封止されるように、互いに接合される接合面にシール部材を塗布してシールされた封止部と、
前記封止部の接合面の一定領域に挿入される排気部材を含み、前記封止部の接着力より弱い接着力を有するように形成される排気部と、を含み、
前記排気部材は、少なくとも一つの排気層と、前記排気層の上側及び下側に備えられ、前記排気層の接着を助ける接着層と、を含み、前記排気層及び接着層が積層されたフィルム形状に形成されており、
前記排気層と前記接着層との間の接着力は、前記接着層と前記シール部材との間の接着力及び前記シール部材と前記パウチ型電池ケースの間の接着力より弱い接着力を有し、前記パウチ型電池ケースが膨らむ場合、前記排気層と少なくとも一つの前記接着層との間の封止が解除されることを特徴とするパウチ型二次電池。
【請求項２】
前記排気層は不織布で形成され、前記接着層はポリプロピレンで形成される請求項１に記載のパウチ型二次電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パウチ型二次電池に関し、より詳細には、電極組立体、パウチ型電池ケース、封止部及び排気部を含んで形成され、前記排気部は、前記封止部の接合面の一定領域に挿入される排気部材を含み、前記封止部の接着力より弱い接着力を有するように形成されて、過充電または内部短絡などの過熱条件で電池内で高圧が発生してパウチ型二次電池が膨らむ場合、前記封止部より相対的に接着力が弱い排気部の封止が解除されて前記パウチ型二次電池の内部物質が排出されることにより、安全性を確保することができるパウチ型二次電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
最近、充放電が可能な二次電池は、ワイヤレスモバイル機器のエネルギー源として幅広く用いられている。
【０００３】
また、二次電池は、化石燃料を用いる既存のガソリン車両、ディーゼル車両などによる大気汚染などの問題を解決するための方案として提示されている電気自動車（ＥＶ）、ハイブリッド電気自動車（ＨＥＶ）などの動力源としても注目されている。
【０００４】
小型のモバイル機器ではデバイス一つ当たり一個または２〜３個の電池セルが用いられるが、自動車などの中大型デバイスでは高出力、大容量が必要であるため、単位電池として多数の電池セルを電気的に連結した中大型電池パックが用いられる。
【０００５】
中大型電池パックはできるだけ小さいサイズ及び重量に製造されることが好ましいため、高い集積度で積層されることができ、容量に比べ重量が小さい角型電池、パウチ型電池などが中大型電池パックの電池セルとして主に用いられている。その中でも、重量が小さく、電解液の漏液可能性が低く、製造コストが安価であるパウチ型電池が特に多くの関心を集めている。
【０００６】
中大型電池パックの単位電池（電池セル）としてはニッケル−水素二次電池が多く用いられてきたが、最近は小型電池パックと同様に、容量に比べ高出力を提供するリチウム二次電池が多く研究されており、一部は商用化段階にある。
【０００７】
しかし、リチウム二次電池は根本的に安全性が低いという問題点を有している。特に、パウチ型電池は、上述のような多様な長所のため、中大型電池パックの単位電池として有力な候補であるが、電池ケースの機械的剛性が低く、封止部が分離された際に電解液などの発火性物質が漏れて火事の危険性が高いという問題点を有している。
【０００８】
さらに、パウチ型二次電池は、電解液が全部一体化されたセルの内部に注入されているため、各セルが過充電されると電圧が上昇し、過熱によってセル内部の電解液が分解されて可燃性ガスがセル内部で発生して、前記パウチ内部の圧力が高くなることによりパウチ自体が膨らむ膨潤（swelling）現象が発生する。また、正極と負極との間の分離膜が溶融し、正極と負極が短絡されて発火されるため、電池の安全性を確保することができないという問題点を有している。
【０００９】
実際に、このようなリチウム二次電池の安全性の問題のため、完成された電池を市中に流通させる前に、過充電及び強制放電などの安全性試験のみならず、高温保存（high temperature  storage）試験、熱衝撃（thermal shock）試験、熱暴露（thermal exposure）試験などの多様な熱的安全性試験を行っている。このような熱的安全性試験は、電池を多様な温度条件で数十分〜数十時間放置するものであるが、この際、電池の爆発、発火があってはならず、極限の場合に電池の封止が解除されて爆発及び発火を防止しなければならない。
【００１０】
上述したように、パウチ型二次電池において、過電流により過量のガスが発生して電池内部の圧力が高くなるという問題点を解消するための技術が従来に開示されている。
【００１１】
韓国特許登録第０５６０１５８号（「リチウム二次電池」、以下、先行技術１という）には、電池の包装材の外側表面に部分的に接着剤層が形成されるようにすることで、電池の内部圧力が閾値以上に上昇して包装材が膨脹すると、包装材が瞬間的に破裂して電池が爆発することを防止する防爆安全機構として機能する構造が開示されている。
【００１２】
先行技術１は、セルの急な爆発を防止するという点では、上述の問題点をある程度解消することができるが、結局排気がなされる時点は、セルが膨脹する中に接着剤層が形成されていない部分の包装材が裂ける時点であるため、セル爆発の強度を減らすことはできるが、爆発自体が起こるという点は変わらないため、問題を完全に解決できるとはいえない。
【００１３】
従って、リチウム二次電池の膨潤現象が発生する時に起こる爆発または発火を防止するための多様な技術の開発が必要な実情である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】韓国特許登録第０５６０１５８号（登録公告日２００６.０３.１６）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
本発明は、上記のような問題点を解決するために導き出されたものであり、本発明の目的は、封止部の接合面の一定領域に挿入される排気部材を含み、前記封止部の接着力より弱い接着力を有するように形成される排気部を含んでいるため、過充電または内部短絡などの過熱条件で電池内で高圧が発生してパウチ型二次電池が膨らむ場合、前記封止部より相対的に接着力が弱い排気部の封止が解除されて前記パウチ型二次電池の内部物質が排出されることにより、安全性を確保することができるパウチ型二次電池を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明によるパウチ型二次電池１０００は、第１電極及び第２電極、前記第１電極及び第２電極から延長形成された第１電極タップ１１０及び第２電極タップ１２０を含む電極組立体１００と、内部空間部に前記電極組立体１００が収容され、前記第１電極タップ１１０及び第２電極タップ１２０が外側に露出されるように封止されるパウチ型電池ケース２００と、前記パウチ型電池ケース２００が封止されるように、互いに接合される接合面にシール部材３１０を塗布してシールされた封止部３００と、前記封止部の接合面の一定領域に挿入される排気部材４２０を含み、前記封止部３００の接着力より弱い接着力を有するように形成される排気部４００と、を含む。そして、前記排気部材４２０は、少なくとも一つの排気層４２２と、前記排気層４２２の上側及び下側に備えられ、前記排気層４２２の接着を助ける接着層４２１と、を含み、前記排気層４２２及び接着層４２１が積層されたフィルム形状に形成されており、前記排気層４２２と前記接着層４２１との間の接着力は、前記接着層４２１と前記シール部材３１０との間の接着力及び前記シール部材３１０と前記パウチ型電池ケース２００の間の接着力より弱い接着力を有し、前記パウチ型電池ケース２００が膨らむ場合、前記排気層４２２と少なくとも一つの前記接着層４２１との間の封止が解除される。
【００１８】
また、前記排気層４２２は不織布または同様の接着力を有する材質で形成され、前記接着層４２１はポリプロピレンで形成される。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によるパウチ型二次電池は、過充電または内部短絡などの過熱条件で電池内で高圧が発生して前記パウチ型二次電池が膨らむ場合、封止部より相対的に接着力が弱い排気部の封止が解除されて前記パウチ型二次電池の内部物質が排出されるようにすることで、前記パウチ型二次電池の排出位置及び排出圧力を設定することができ、内部のガスを外部に排出して安全性を確保することができるという効果がある。
【００２０】
また、本発明によるパウチ型二次電池は、前記封止部の接合面の一定領域に挿入される排気部材を含み、前記封止部の接着力より弱い接着力を有するように形成される排気部を形成するだけで、前記パウチ型二次電池の内部物質が排出されるようにすることで、製作が容易であり、製作コストの増加が殆どないという効果がある。
【００２１】
また、本発明によるパウチ型二次電池は、パウチ型電池ケースの封止が解除されて内部の電解液とガスを排出することにより、膨潤（swelling）現象の発生時に起こるガス発生、過熱などによる火事、爆発などの危険性を予め防止することができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明によるパウチ型二次電池の分解斜視図である。
【図２】本発明によるパウチ型二次電池において、排気部が形成された側面を示した側面図である。
【図３】本発明によるパウチ型二次電池において、他の実施例による排気部が形成された側面を示した側面図である。
【図４】膨潤現象が発生した時、本発明によるパウチ型二次電池の作動状態を示す図面である。
【図５】多様な位置に排気部が形成された本発明によるパウチ型二次電池を示した透視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、上述のような構成を有する本発明の実施例によるパウチ型二次電池１０００を、添付図面を参考して詳細に説明する。
【００２４】
図１は本発明の実施例によるパウチ型二次電池１０００を示した分解斜視図であり、図２は本発明の実施例によるパウチ型二次電池１０００において、排気部４００が形成された側面を示した側面図である。
【００２５】
本発明の実施例によるパウチ型二次電池１０００は大きく、電極組立体１００と、パウチ型電池ケース２００と、封止部３００と、排気部４００と、を含んで形成される。
【００２６】
電極組立体１００は第１電極及び第２電極を含み、第１電極タップ１１０及び第２電極タップ１２０がそれぞれ第１電極及び第２電極から延長形成される。
【００２７】
図１から図４に図示された電極組立体１００は、第１電極と第２電極との間に分離膜を挟んで巻取されて形成されたゼリーロール形態であるが、その他にも、第１電極と第２電極との間に分離膜を挟んで互いに積層されて形成された積層型電極組立体１００であることもでき、特定形態に限定されない。
【００２８】
電極組立体１００は、第１電極が負極である場合、第２電極は正極であることができ、この際、第１電極タップ１１０は負極タップであり、第２電極タップ１２０は正極タップであることができる。
【００２９】
一方、パウチ型電池ケース２００はその内部に空間部２１０が備えられ、空間部２１０に電極組立体１００が収容されており、第１電極タップ１１０及び第２電極タップ１２０が外側に露出されるように封止される。
【００３０】
より詳細には、パウチ型電池ケース２００は、内部に空間部２１０を備えるように凹状に形成された本体部２２０と、本体部２２０を覆って空間部２１０を封止するパウチ型カバー２３０と、で構成されることができる。
【００３１】
パウチ型カバー２３０は一側端部が本体部２２０から延長形成されており、本体部２２０には、パウチ型カバー２３０との接合のためのフランジ２４０が空間部２１０の周りに外側に突出されて形成される。
【００３２】
また、パウチ型電池ケース２００には、フランジ２４０にシール部材３１０を塗布してフランジ２４０とパウチ型カバー２３０とがシールされることにより、封止部３００が形成される。
【００３３】
上述したように、パウチ型カバー２３０の一側端部が本体部２２０に連結されることにより、空間部２１０を封止する封止部３００がパウチ型電池ケース２００の三つの側面に形成される。
【００３４】
封止部３００は熱圧着により封止されることができ、パウチ型電池ケース２００を封止する方式及び形態は上記の方式及び形態に限定されず、多様な変更実施が可能である。
【００３５】
本発明の一つの実施例として、シール部材３１０はポリプロピレンであることができ、その他にも、樹脂ポリ塩化ビニル、ポリスチレン、ポリエチレン、無延伸ポリプロピレン、アクリル、ナイロンなどの多様な変更実施が可能である。
【００３６】
また、図１に図示するように、本発明の実施例によるパウチ型二次電池１０００は、パウチ型電池ケース２００の内部に電極組立体１００が収容されており、パウチ型電池ケース２００の端に形成された封止部３００に第１電極タップ１１０及び第２電極タップ１２０が掛けられて外部に露出されるように組み立てられる。
【００３７】
特に、本発明の実施例によるパウチ型二次電池１０００は、封止部３００の接着力より弱い接着力を有するように形成される排気部４００を含み、前記排気部４００は、封止部３００の接合面の一定領域に挿入される排気部材４１０又は４２０を含むことを特徴とする。
【００３８】
但し、排気部４００は、封止部３００の接着力より弱い接着力を有するように形成されるが、パウチ型電池ケース２００の基本的な接着力は維持し、過充電または内部短絡などの過熱条件で電池内で高圧が発生してパウチ型二次電池が膨らむ場合、封止が解除されることができる程度の接着力を有する。
【００３９】
また、排気部材は単一層のフィルム形状に形成される第１排気部材であることができ、第１排気部材は変性ポリプロピレンで形成される。
【００４０】
図２はパウチ型二次電池１０００において、排気部４００が形成された側面を示した側面図であり、第１排気部材４１０を含む排気部４００が形成されたパウチ型二次電池１０００を示した側面図である。
【００４１】
本発明の一つの実施例として、第１排気部材４１０は変性ポリプロピレンで形成され、前記変性ポリプロピレンはシール部材３１０のポリプロピレンより弱い接着力を有する。
【００４２】
従って、過充電または内部短絡などの過熱条件で電池内で高圧が発生する場合、パウチ型二次電池１０００は、封止部３００より接着力が弱い排気部４００が解除されてパウチ型二次電池１０００の内部の電解液またはガスが外部に排出されることにより、爆発及び発火を防止することができる。
【００４３】
また、排気部４００の形成面積によって排気部４００の接着力が変わるため、排気部４００の形成面積を調節することによりパウチ型電池ケース２００の封止が解除される圧力を設定することができる。
【００４４】
また、第１排気部材４１０を形成する材質は、変性ポリプロピレンだけでなく、排気部４００が封止部３００の接着力より弱い接着力を有するようにするものであれば、本発明の目的を外れることなく多様な変更実施が可能である。
【００４５】
また、排気部材の他の実施例として、排気部材４２０は、少なくとも一つの排気層４２２と、排気層の上側及び下側に備えられて排気層の接着を助ける接着層４２１と、を含んで積層されたフィルム形状に形成される第２排気部材４２０であることができる。
【００４６】
図３はパウチ型二次電池１０００において、他の実施例による排気部４００が形成された側面を示した側面図であり、第２排気部材４２０を含む排気部４００が形成されたパウチ型二次電池１０００を示した側面図である。
【００４７】
第２排気部材４２０は、シール部材３１０より弱い接着力を有する複数の接着層４２１と、複数の接着層４２１の間に挿入され、接着層４２１より弱い接着力を有する排気層４２２と、を含むことを特徴とする。
【００４８】
本発明の一つの実施例として、排気層４２２は不織布で形成され、接着層４２１はポリプロピレンで形成される。図３に図示するように、第２排気部材４２０は二つの接着層４２１と、二つの接着層４２１の間に挿入される排気層４２２が積層された形態に形成される。
【００４９】
この際、排気層４２２の材質である不織布は、熱を加えても接着力を有しないためパウチ型電池ケース２００と接着されることができない。そのため、第２排気部材４２０は、パウチ型電池ケース２００と接着可能な材質であるポリプロピレンで形成された二つの接着層４２１の間に排気層４２２が挿入されて積層される形態に形成される。
【００５０】
また、第２排気部材４２０の接着層４２１はポリプロピレンだけでなく、本発明の目的を外れることなく変更実施が可能であり、排気層４２２も織物類など、本発明の目的を外れることなく変更実施が可能である。
【００５１】
【表１】
0005976347.tif 000002
【００５２】
表１は、シール部材が挿入されてシールされた場合、変性ポリプロピレンが挿入されてシールされた場合、及び不織布が挿入されてシールされた場合の三つの場合のパウチ型電池ケース２００の引張力をテストしたものであり、シール部材、変性ポリプロピレン及び不織布が挿入されてシールされたパウチ型電池ケース２００を１０ｍｍに切断した後、引張力測定機を用いて２０ｍｍ／ｍｉｎの速度で引張させて得た結果を示したものである。
【００５３】
表１に記載したように、シール部材が挿入された場合のパウチ型電池ケース２００の接着力がもっとも強く、変性ポリプロピレン、不織布の順にパウチ型電池ケース２００の接着力が強いことが分かる。
【００５４】
従って、排気部材が第２排気部材４２０のように複数の層で形成される場合、パウチ型電池ケース２００の接着力を調節できる範囲が広くなるという長所がある。
【００５５】
図４は膨潤現象が発生した時、本発明の実施例によるパウチ型二次電池１０００の作動状態を示したものであり、パウチ型二次電池１０００は、過充電または内部短絡などの過熱条件でパウチ型二次電池１０００の内部圧力が上昇して膨潤現象が発生する場合、排気部４００の封止が解除されてパウチ型二次電池１０００の内部物質が排出されることができる。
【００５６】
また、排気部４００は、図１から図４に図示するように、パウチ型電池ケース２００の第１電極タップ１１０及び第２電極タップ１２０が形成された側と隣合う両側の端に形成された封止部３００の接合面の一定領域に単数で形成されることもできるが、パウチ型二次電池１０００の多様な形態に応じて、位置及び数は多様に備えられることができる。
【００５７】
図５は排気部４００の位置及び数が異なる本発明によるパウチ型二次電池１０００を示した透視図である。図５（ａ）は排気部４００が第１電極タップ１１０と第２電極タップ１２０との間に備えられる場合を示した透視図であり、図５（ｂ）は排気部４００がパウチ型電池ケース２００の第１電極タップ１１０及び第２電極タップ１２０が形成された側と隣合う両側の端に一つが形成され、第１電極タップ１１０と第２電極タップ１２０との間に一つが形成されて、排気部４００が複数で形成されたパウチ型二次電池１０００を示したものである。
【００５８】
排気部４００の位置及び数は、図５に図示したものの他にも、本発明の目的を外れることなく多様な位置と数に形成されることができる。
【００５９】
本発明は上述の実施例に限定されず、適用範囲が多様であることは勿論であり、請求範囲で請求する本発明の旨を外れることなく、本発明が属する分野において通常の知識を有する者であれば、誰でも多様な変形実施が可能であるということは勿論である。
【符号の説明】
【００６０】
１０００  パウチ型二次電池
１００  電極組立体
１１０  第１電極タップ
１２０  第２電極タップ
２００  パウチ型電池ケース
２１０  空間部
２２０  本体部
２３０  パウチ型カバー
２４０  フランジ
３００  封止部
３１０  シール部材
４００  排気部
４１０  第１排気部材
４２０  第２排気部材
４２１  接着層
４２２  排気層
【図１】
0005976347.tif 000003
【図２】
0005976347.tif 000004
【図３】
0005976347.tif 000005
【図４】
0005976347.tif 000006
【図５】
0005976347.tif 000007