(57)【要約】  本発明は、安全性が向上したポーチ型二次電池に関し、過充電などによりポーチ内部の圧力が上昇する場合、ポーチの形態が変形されるように設計し、これに伴い電極リードと電極タブの連結部分が分離されるように構成されたポーチ型二次電池、及びこれを含む電池パックに関する。  本発明は、二次電池の製造時に別途の材料や装置などを要しなくとも、ポーチ型二次電池の内部ガスの発生時に根本的に電流の流れを遮断し、電池の寿命及び安全性を著しく高めることができ、低い製造コスト、少ない重量、電池の容易な形態変形などが可能なポーチ型二次電池を提供することができる。
2013535791.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポーチ型電池ケースであって、
電極組立体を収納する空間部と、上部電池ケースと、下部電池ケースと、並びに、前記上部電池ケース及び前記下部電池ケースを密封するためのシーリング部を備えてなり、
前記上部電池ケース及び前記下部電池ケースが、前記電極組立体の電極リードが突出される方向に位置する空間部角が一回以上折り曲げられた折畳式構造に形成されていることを特徴とする、ポーチ型電池ケース。
【請求項２】
前記折畳式構造が、湾入して折り曲げられた回数が一回であることを特徴とする、請求項１に記載のポーチ型電池ケース。
【請求項３】
上部電池ケースの空間部角と下部電池ケースの空間部角に形成されている折畳式構造が、電極組立体の電極リードが突出される方向と同一の方向にのみ形成されることを特徴とする、請求項１又は２に記載のポーチ型電池ケース。
【請求項４】
前記電極組立体の電極リードが単一方向に突出されることを特徴とする、請求項３に記載のポーチ型電池ケース。
【請求項５】
前記ポーチ型電池ケースの折畳式構造が、電極リードの位置する方からその逆の方向に湾入し折り曲げられたものであって、折られた部分が電極リードの位置する方向に向けるように形成されていることを特徴とする、請求項４に記載のポーチ型電池ケース。
【請求項６】
前記ポーチ型電池ケースの折畳式構造が、電極リードの位置する方と逆の方から電極リードの位置する方向に湾入し折り曲げられたものであって、折られた部分が電極リードの位置する方と逆の方向に向けるように形成されていることを特徴とする、請求項４に記載のポーチ型電池ケース。
【請求項７】
前記電極組立体の電極リードが突出される方向は両方向であって、両方向に突出された電極リードの上、下の空間部角が、ある一方向に湾入し折り曲げられた折畳式構造に形成されていることを特徴とする、請求項１〜６の何れか一項に記載のポーチ型電池ケース。
【請求項８】
前記ポーチ型電池ケースの折畳式構造が、電極リードが突出された両方向に位置しており、折り曲げられて折られた部分が相反した方向に向けるように形成されていることを特徴とする、請求項７に記載のポーチ型電池ケース。
【請求項９】
前記ポーチ型電池ケースの折畳式構造が、電極リードが突出された両方向に位置しており、折り曲げられて折られた部分が互いに対向する方向に向けるように形成されていることを特徴とする、請求項７に記載のポーチ型電池ケース。
【請求項１０】
前記折畳式構造により折り曲げられて折られた部分の長さが、電極組立体の電極無地部と対応される長さであることを特徴とする、請求項１〜９の何れか一項に記載のポーチ型電池ケース。
【請求項１１】
前記ポーチ用電池ケースが、金属層と樹脂層を含むラミネートシートからなっており、空間部に電極組立体を取り付けたあと熱融着により密封されることを特徴とする、請求項１〜１０の何れか一項に記載のポーチ型電池ケース。
【請求項１２】
前記ラミネートシートが、アルミニウムラミネートシートであることを特徴とする、請求項１１に記載のポーチ型電池ケース。
【請求項１３】
請求項１〜１２の何れか一項に記載のポーチ用電池ケース及び電極組立体を備えてなることを特徴とする、二次電池。
【請求項１４】
前記電極組立体が、電極タブの末端と電極リードの末端を連結する溶着部を含むことを特徴とする、請求項１３に記載の二次電池。
【請求項１５】
前記溶着部が、電極タブと電極リードの末端を折り曲げて折り曲げられた面どうし対向するよう構成されていることを特徴とする、請求項１４に記載の二次電池。
【請求項１６】
前記電極組立体が、電極タブの末端又は電極リードの末端に一つ以上の破断溝を含むことを特徴とする、請求項１３〜１５の何れか一項に記載の二次電池。
【請求項１７】
前記破断溝が、ポーチ用電池ケースの内部に位置する電極タブの末端又は電極リードの末端に形成されることを特徴とする、請求項１６に記載の二次電池。
【請求項１８】
前記二次電池が、リチウムポリマー二次電池であることを特徴とする、請求項１３〜１７の何れか一項に記載の二次電池。
【請求項１９】
請求項１３〜１８の何れか一項に記載の二次電池を単位電池に備えてなり、
前記二次電池の電極リードが突出される方向を基準に、両側の広い面の方向に前記二次電池を積層した構造の中大型電池モジュール。
【請求項２０】
請求項１９に記載の中大型電池モジュールを多数備えてなる、中大型電池パック。
【請求項２１】
前記中大型電池パックが、パワーツール（ｐｏｗｅｒ  ｔｏｏｌ）；電気車（Ｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｖｅｈｉｃｌｅ、ＥＶ）、ハイブリッド電気車（Ｈｙｂｒｉｄ  Ｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｖｅｈｉｃｌｅ、ＨＥＶ）及びプラグインハイブリッド電気車（Ｐｌｕｇ−ｉｎ  Ｈｙｂｒｉｄ  Ｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｖｅｈｉｃｌｅ、ＰＨＥＶ）を含む電気車；Ｅ−ｂｉｋｅ、Ｅ−ｓｃｏｏｔｅｒを含む電気二輪車；電気ゴルフカート（Ｅｌｅｃｔｒｉｃ  ｇｏｌｆ  ｃａｒｔ）；電気トラック；電気商用車の電源として用いられることを特徴とする、請求項２０に記載の中大型電池パック。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、2010年8月5日に韓国特許庁へ提出された韓国特許出願第10-2010-0075468号、及び2011年5月27日に韓国特許庁へ提出された韓国特許出願第10-2011-0050759号の優先権を請求し、本明細書で参照として統合される。
【０００２】
本発明は、安全性が向上したポーチ及びこれを含む二次電池、電池パックに関するものである。
【背景技術】
【０００３】
モバイル機器に対する技術開発と需要の増加に伴い、エネルギー源としての二次電池の需要が急増しており、そのうち高エネルギー密度と高い放電電圧を示すリチウム二次電池について多くの研究が行われており、常用化され広く用いられている。
【０００４】
二次電池は、正極（positive electrode）/分離膜/負極（negative electrode）構造の電極組立体が如何なる構造でなっているかに従い分類されることもあり、代表的には、長いシート状の正極等と負極等を分離膜が介在された状態で巻き取った構造のゼリーロール（巻取型）電極組立体、所定の大きさの単位で切り取った多数の正極と負極を、分離膜を介在した状態で順次積層したスタック型（積層型）電極組立体、所定単位の正極と負極等を、分離膜を介在した状態で積層したバイセル（Bi-cell）又はフルセル（Full cell）等を巻き取った構造のスタック/フォールディング型電極組立体などを挙げることができる。
【０００５】
図1には、従来の代表的なポーチ型二次電池の一般的な構造が分解斜視図として模式的に示されている。
【０００６】
図1に示す通り、図1に開示されている従来のポーチ型二次電池200は、電極組立体40及びポーチ型電池ケースを含む。
【０００７】
前記電極組立体40は、電極組立体40から延長されている電極タブ50、60、前記電極タブ50、60に溶接されている電極リード70、80が連結されたものであってもよく、前記電極タブ又は電極組立体は、同一の方向に突出されるか、互いに異なる方向に突出されるものであってもよい。図2には、互いに異なる方向に電極タブ及び電極リードが突出された場合に対する例である。
【０００８】
前記ポーチ型電池ケースは下部電池ケース20及び上部電池ケース30を含むものであって、前記ポーチ型電池ケースは上部電池ケース30と下部電池ケース20が分離されている構造（図2）、又は四面中何れか一面が連結された構造（図示省略）のものであってもよい。前記下部又は上部電池ケースの全て（図2）又は何れか一つには、電極組立体を収納する空間部が形成されてもよく、さらに、上部及び下部電池ケースを密封するためシーリングするシーリング部を含む。
【０００９】
前記空間部に電極組立体40を収納したあとは、上部電池ケース30及び下部電池ケース20のシーリング部を熱融着によりシーリングして密封することにより、ポーチ型二次電池を製造することができる。
【００１０】
電極組立体40は、分離膜が介在された状態で正極と負極が順次積層されている発電素子であって、ゼリーロール型、スタック型又はスタック/フォールディング型構造でなっている。電極タブ50、60は電極組立体40の各極板から延長されており、電極リード70、80は各極板から延長された複数個の電極タブ50、60と、例えば、溶接によりそれぞれ電気的に連結されており、電池ケース20、30の外部に一部が露出している。さらに、電極リード70、80の上下面一部には、電池ケース20、30との密封度を高めるとともに、電気的絶縁状態を確保するため絶縁フィルム90が付着されている。
【００１１】
上、下部電池ケース20、30は、アルミニウムラミネートシートを含んで全体的にポーチの形状をしているので、このような電池ケースで包装された二次電池は、所謂ポーチ型二次電池と称することもある。
【００１２】
図1に示すような積層型電極組立体40の場合、多数の正極タブ50と多数の負極タブ60は、例えば、溶接により一体に結合された溶着部の形態で電極リード70、80に連結される。
【００１３】
このような電極リード70、80は、電極タブ溶着部が連結されている対向端部が露出した状態で電池ケース20、30により密封される。
【００１４】
このような二次電池で主な研究課題中の一つは安全性を向上させることである。例えば、二次電池は内部短絡、許容された電流及び電圧を超過した過充電状態、高温への露出、落下又は外部衝撃による変形などの電池の非正常的な作動状態により誘発され得る電池内部の高温及び高圧により、電池の爆発がもたらされ得る。このような爆発の危険性はリチウム二次電池が有している最も致命的な欠点であると言え、したがって、リチウム二次電池の技術に必須に考慮すべき事項は安全性を確保することである。
【００１５】
特に、電気自動車、ハイブリッド自動車などの電源として中大型電池パックに用いられる二次電池は、長期間の寿命が求められて多数の電池セルが密集される特性上、安全性の確保が非常に重要である。
【００１６】
したがって、電池の使用に従いガスの発生又は予期できなかった状況の展開により発生し得る高圧ガスにより、電池セルの発火乃至爆発を予め防止し、電池の寿命及び安全性を確保することができる技術に対する必要性が高い実情である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
本発明は、前記のような従来の技術の問題点等を解決するために案出されたものであって、従来のポーチ型二次電池は、電池内部の高温高圧に伴う電池の膨張現象、及びこれによる電池の爆発などを防止するため、一定の周期ごとに高圧の内部ガスを排出するか、ガスが排出（venting）され得る通路を形成したポーチ型二次電池を提示する技術に過ぎなかった。
【００１８】
しかし、本発明は二次電池内部のガス発生時に二次電池が膨れ上がるか、シーリング部位が裂けてガスが外に排出され得る程度の電池内部の圧力又は力を利用し、ポーチ型二次電池を予定する形態に変形させ、これにより電流の流れが根本的に遮断され得るポーチ型電池ケースの提供を目的とする。即ち、本願発明に係るポーチ型電池ケースを含む二次電池は、電池内部にガス発生又は高温及び高圧により電池の危険がもたらされる場合、電極組立体の電極タブと電極リードの結合部位が分離できるようにポーチ型電池ケースを設計し、根本的に電流の流れが遮断され得る。
【００１９】
本発明はさらに、前記ポーチ型電池ケースを含む二次電池及びこれを多数含む中大型電池モジュールの提供を目的とする。
【００２０】
本発明はさらに、前記中大型電池モジュールを多数含む中大型電池パックの提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
前記のような課題を解決するため、本発明は、電極組立体を収納する空間部、上部電池ケース、下部電池ケース、及び前記上部ケースと下部電池ケースを密封するためシーリングするシーリング部を含むポーチ型電池ケースにおいて、前記上部電池ケースと下部電池ケースは、電極組立体の電極リードが突出される方向に位置する空間部角が一回以上折り曲げられた折畳式構造に形成されていることを特徴とするポーチ型電池ケースを提供する。
【００２２】
前記折畳式構造は、一回折り曲げられた折畳式構造であることを特徴とし、
前記電極組立体の電極リードが突出される方向は単一方向であって、突出された電極リードの上、下に位置する空間部角は、一回以上折り曲げられた折畳式構造に形成されていることを特徴とする。
【００２３】
さらに、前記ポーチ型電池ケースの折畳式構造は、電極リードの位置する方からその逆の方向に湾入し折り曲げられたものであって、折られた部分が電極リードの位置する方向に向けるように形成されていることを特徴とする。
【００２４】
さらに、前記ポーチ型電池ケースの折畳式構造は、電極リードの位置する方と逆の方から電極リードの位置する方向に湾入し折り曲げられたものであって、折られた部分が電極リードの位置する方と逆の方向に向けるように形成されていることを特徴とする。
【００２５】
又は、前記電極組立体の電極リードが突出される方向は両方向であって、両方向に突出された電極リードの上、下に位置する空間部角は、一回以上折り曲げられた折畳式構造に形成されていることを特徴とする。
【００２６】
さらに、前記ポーチ型電池ケースの折畳式構造は、電極リードが突出された両方向に位置しており、折り曲げられて折られた部分が互いに相反した方向に向けるように形成されていることを特徴とする。
【００２７】
さらに、前記ポーチ型電池ケースの折畳式構造は、電極リードが突出された両方向に位置しており、折り曲げられて折られた部分が互いに対向する方向に向けるように形成されていることを特徴とする。
【００２８】
このとき、前記折畳式構造により折り曲げられて折られた部分の長さは、電極組立体の電極無地部（non coated portion）と対応される長さであることを特徴とする。
【００２９】
さらに、前記ポーチ用電池ケースは、金属層と樹脂層を含むラミネートシートからなり、空間部に電極組立体を取り付けたあと熱融着により密封されることを特徴とする。
【００３０】
前記ラミネートシートは、アルミニウムラミネートシートであることを特徴とする。
【００３１】
本発明はさらに、前記ポーチ用電池ケース及び電極組立体を含むことを特徴とする二次電池を提供する。
【００３２】
前記電極組立体は、電極タブの末端と電極リードの末端を連結する溶着部を含むことを特徴とし、
前記溶着部は、電極タブと電極リードの末端を折り曲げて折り曲げられた面どうし対向するよう構成されていることを特徴とする。
【００３３】
さらに、前記電極組立体は、電極タブの末端又は電極リードの末端に一つ以上の破断溝を含むことを特徴とする。
【００３４】
前記破断溝は、ポーチ用電池ケースの内部に位置する電極タブの末端又は電極リードの末端に形成されることを特徴とする。
【００３５】
前記二次電池は、リチウムポリマー二次電池であることを特徴とする。
【００３６】
本発明はさらに、前記二次電池を単位電池に含み、前記二次電池の電極リードが突出される方向を基準に、両側の広い面の方向に前記二次電池を積層した構造の中大型電池モジュールをさらに提供する。
【００３７】
本発明はさらに、中大型電池モジュールを多数含む中大型電池パックを提供する。
【００３８】
前記中大型電池パックは、パワーツール（power tool）；電気車（Electric Vehicle、EV）、ハイブリッド電気車（Hybrid Electric Vehicle、HEV）及びプラグインハイブリッド電気車（Plug-in Hybrid Electric Vehicle、PHEV）を含む電気車；E-bike、E-scooterを含む電気二輪車；電気ゴルフカート（Electric golf cart）；電気トラック；電気商用車の電源として用いられることを特徴とする。
【発明の効果】
【００３９】
本発明は、二次電池の製造時に別途の設置工程や設置空間を要しなくとも、ポーチ型二次電池の内部ガスの発生時に根本的に電流の流れを遮断し、電池の寿命及び安全性を著しく高めることができ、低い製造コスト、少ない重量、電池の容易な形態変形などが可能なポーチ型二次電池を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】従来の代表的なポーチ型二次電池の一般的な構造に対する斜視図である。
【図２】本発明の一実施形態に係るポーチ型二次電池の分解斜視図である。
【図３】本発明の一実施形態に係るポーチ型二次電池が組み立てられた状態の斜視図である。
【図４】本発明の一実施形態に係るポーチ型二次電池が、内部ガスの膨張力により予定された形態に変形され、電極リードと電極タブが分離された状態の斜視図である。
【図５】図3に対する平面図及び側面図である。
【図６】図4に対する平面図及び側面図である。
【図７】図2で破断溝が形成されている実施形態に対する分解斜視図である。
【図８】本発明に係るさらに他の実施形態に係るポーチ型二次電池の平面図及び側面図である。
【図９】図8に係るポーチ型二次電池が、内部ガスの膨張力により予定された形態に変形され、電極リードと電極タブが分離された状態の平面図及び側面図である。
【図１０】本発明に係る他の実施形態に関するものであって、電極タブ及び電極リードが同一の方向に突出されるポーチ型二次電池の構造に対する平面図及び側面図である。
【図１１】図10に係るポーチ型二次電池が、内部ガスの膨張力により予定された形態に変形され、電極リードと電極タブが分離された状態の平面図及び側面図である。
【図１２】本発明に係るポーチ型二次電池において、電極タブと電極リードが溶着される溶着部の多様な構造に対する側面図及び平面図等である。
【図１３】図2に係るポーチ型二次電池を多数含んでいる電池モジュールに対する斜視図である。
【図１４】図10に係るポーチ型二次電池を多数含んでいる電池モジュールに対する斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００４１】
前記のような目的を達成するための本発明の二次電池は、
電極組立体を収納する空間部、上部電池ケース、下部電池ケース及び前記上、下部電池ケースを密封するためシーリングするシーリング部を含むポーチ型電池ケースにおいて、前記上部電池ケースと下部電池ケースは、電極組立体の電極リードが突出される方向に位置する空間部角が一回以上折り曲げられた折畳式構造に形成されていることを特徴とするポーチ型電池ケースを含む。
【００４２】
以下、本発明の添付された図面を参考にしながらさらに詳しく説明する。但し、下記図等は本発明の好ましい実施形態を例示するためのものであり、本発明の範疇がこれらの図に形状だけで限定されるものではない。
【００４３】
図2は、本発明の一実施形態に係るポーチ型二次電池の分解斜視図であり、図3及び図4は、前記図2に係るポーチ型二次電池の組み立てられた斜視図、及び電池内部ガスの膨張力によりポーチ型電池ケースが予定された方向に展開されて電極タブ及び電極リードが分離された場合の斜視図である。
【００４４】
本発明の一実施形態に係るポーチ型二次電池210は、図2に示す通り、電極組立体を含む空間部110、及び上部電池ケース30'と下部電池ケース20'を密封するためシーリングするシーリング部を含むポーチ型電池ケースを含み、前記ポーチ型電池ケースは、電極組立体40'の電極リード70'、80'が突出される方向に位置する上部電池ケースの空間部角130、又は下部電池ケースの空間部角130が、一回以上折り曲げられた折畳式構造に形成されていることを特徴とする。
【００４５】
前記折畳式構造は、空間部をなすポーチ型電池ケースがある一方向に湾入し折り曲げられることにより形成される構造であって、湾入し折り曲げられた回数は少なくとも一回以上であり得、但し、前記ポーチ型電池ケースを含む二次電池の厚さ及び収納空間などを考慮し、好ましくは一回湾入し折り曲げられた折畳式構造であり得る。
【００４６】
本発明に係るポーチ型二次電池は、前記のように、上部電池ケース30'と下部電池ケース20'上に電極リードが突出される方向に少なくとも一つ以上の折畳式構造を形成することにより、電池内部でガスが発生するか電池内部の圧力が上昇する場合、二次電池が予定された形態に容易に変形され得るようにする。
【００４７】
本発明は、二次電池が単独に用いられる場合より、本発明に係る二次電池を単位電池にし、これらの単位電池を多数積層して包装した中大型モジュール、又はこのような中大型モジュールを含む中大型電池パックに利用される場合に効果的である。
【００４８】
即ち、本発明に係る二次電池を単位電池にして積層及び組み立てた中大型電池モジュール又は電池パックは、図5に示された平面図で、z方向には多数の単位電池が重畳又は積層され組み立てられるので、単位電池の内部圧力が上昇するか内部ガスが発生するとしても、z方向に単位電池が膨れ上がるか形態が変形され難い。
【００４９】
本発明は、単位電池を積層配列した中大型モジュール又は中大型電池パック内で、前記のように、単位電池がz方向に形態が変形されることが難しいとの点を利用したものであって、単位電池の内部で高圧ガスが発生したとき、図5の平面図でx方向に高い膨張応力が印加され、予め予想した形態に単位電池が変形されるように設計したものである。
【００５０】
図5を参考にしてより具体的に説明すれば、本発明に係る二次電池は、下部電池ケース20'と上部電池ケース30'の空間部において、電極リードが位置する方向、即ちx方向の角中、少なくとも何れか一方の空間部の角に折畳式構造が形成されているものであってもよい。
【００５１】
このように折畳式構造が形成された二次電池を単位電池に含む中大型電池モジュール又は電池パックで単位電池内部の圧力が上昇する場合、図5に示す通り、y及びz方向には多数の単位電池が積層されているため圧力が印加されるので、当該方向には単位電池の形態変形が難しくなり、結局内部ガスによる膨張力はx方向に集中されるしかない。
【００５２】
これにより、図6に示す通り、x方向に加えられた膨張応力は、ポーチ型電池ケースの空間部の角上に形成された折畳式構造を展開する力になり、これに伴い電池ケースはx方向に突出されることになる。
【００５３】
このとき、上、下部ポーチ型電池ケースとともにシーリングされた電極リードは、前記のように、電池ケースがx方向に突出されるとき共に引っ張られることになり、これは結果的に電極リードを電池の外部に引っ張る力になる。
【００５４】
したがって、単位電池、即ち、二次電池がx方向の電池の外部に引続き膨張し、これに伴い折畳式構造が展開されながら頂点に至ると、電極リードは電極タブから分離され電流の流れが遮断されることになるのである。
【００５５】
このとき、前記ポーチ型二次電池の電極タブ又は電極リードは、同一の方向に突出されるか互いに異なる方向に突出されたものであり得るので、前記ポーチ型電池ケースの折畳式構造は、電極リードが互いに異なる方向に突出された場合は2以上の方向に形成され得るか、または電極リードが同一のある一方向に突出された場合は、前記折畳式構造又はある一方向にのみ形成され得る。
【００５６】
但し、前記折畳式構造が内部ガスの膨張力により展開されるためには、電極リードが突出された方向の下部電池ケース20'と上部電池ケース30'の空間部角120、130全てに折畳式構造が形成されていなければならない。
【００５７】
内部圧力により前記折畳式構造が膨張され展開されながら電極リードを電極タブから効果的に分離するためには、電極リードを引っ張る力の均衡が維持されてからこそ最大の応力が印加され得、上部電池ケース又は下部電池ケースの何れか一方にのみ折畳式構造が形成されている場合は、非常時に内部ガスの膨張力により電池ケースの折畳部が展開され難いためである。
【００５８】
さらに、電極リードを外部に引っ張る力が最大になるためには、上部電池ケースの空間部角130と下部電池ケースの空間部角120に形成される折畳式構造の形状や大きさ又はサイズは同じ数値に形成されるようにすることが好ましい。
【００５９】
図2に係る本発明の好ましい一実施形態に係るポーチ型電池ケースの上下部の空間部角に形成された折畳式構造120、130は、外側から内側方向に湾入し折り曲げられた構造であって、電池ケースが内側に湾入される程度は特に限定されない。
【００６０】
但し、湾入される程度が小さ過ぎれば、電極リードを効果的に分離して非常時に電流を確かに遮断し難く、逆に湾入された程度が大き過ぎた折畳式構造の場合は、電池内部のガス発生及び高圧により速やかに電池の形態変形がなされ難い。したがって、電極リードが位置するある一方向の下部電池ケース20'及び上部電池ケース30'の空間部角に形成された折畳式構造は、少なくとも前記折畳式構造が完全に展開され外部に突出されたとき、電極リードが電極タブから完璧に分離され得るほどに湾入されなければならない。
【００６１】
好ましくは、前記折畳式構造が内側に湾入された程度は、外側から電極組立体上に電極無地部が形成されている部分まで内側に湾入されるように形成することができる。
【００６２】
前記電極集電体上に電極無地部を形成する方法や形成されている形態などは当業界に公知のものなので、それに対する詳しい説明は本明細書で省略する。
【００６３】
電極無地部は、電極集電体上に電極活物質がコーティングされない部分であって、電極集電体と電極タブを連結するための空間である。したがって、電極無地部が形成されている空間は二次電池の実際性能とは無関係な領域であって、可能な限りこの空間を減少させる方向に二次電池の開発が推進中であるが、工程上必要な最小の空間が維持されなければならないので、この空間を別の方向に活用することができるのが好ましい。
【００６４】
ここに本発明は、前記電極無地部が形成される空間を、上下部電池ケースの空間部角に形成されている折畳式構造が湾入される空間に活用できるようにする。
【００６５】
電池ケースの折畳式構造が内部に湾入される空間が大きいほど、有事の際に電極タブの分離に有利なはずなので、できるだけポーチの折畳式構造が最大限に湾入されることが好ましい。しかし、二次電池のコンパクトな構成のためには、前記折畳式構造が湾入される程度には限界があり、ここに電極無地部が形成されている空間を活用する限度内で湾入されるようにするのが、電極組立体に否定的な影響を及ぼさずとも二次電池のコンパクトな設計のために好ましい。
【００６６】
図2に示す通り、本発明に係るポーチ型二次電池ケースは、電極リードの位置する方向に上部電池ケース30'及び下部電池ケース20'の空間部角120、130に折畳式構造が形成されていることを除いては、公知のポーチ型電池ケースと同一の構造を有する。
【００６７】
即ち、電池ケースは電極組立体を収容可能な空間部110が形成されており、空間部の外周面に沿って形成されているシーリング部で、上部電池ケース30'と下部電池ケース20'が熱融着により結合されることにより全体的にポーチ状をしている。
【００６８】
本発明に係る折畳式構造は、電極リードの位置する方向と垂直な方向に折曲面が形成されるようにすれば、特にその形態は限定しなくてもよい。
【００６９】
電極リードが両方向に突出される場合、本発明に係る一実施形態を示した図2のように、折曲面がそれぞれの電極リードと垂直な方向に形成され、折り曲げられて折られた部分が互いに相反した方向に向けるように、即ち、電極リードの位置する方向に向けるように湾入された構造に形成されてもよく、又は、図8乃至図9に示す通り、折り曲げられて折られた部分が互いに対向する方向に向けるように形成されてもよい。
【００７０】
さらに、電極リードが単一方向に突出される場合は、図10乃至図11に示す通り、折曲面が電極リードの位置する方向と垂直な方向であり、電極リードが位置する方からその逆の方向に湾入し折り曲げられることにより、折られた部分が電極リードの位置する方向に向けるように形成されてもよく、又は電極リードが位置する方と反対側から電極リードの位置する方向に湾入し折り曲げられ、折られた部分が電極リードの位置する方と逆の方向に向けるように形成されたものであってもよい。
【００７１】
前記折畳式構造の形成は、例えば、前記折畳式構造に対応する形状のヒーティングジグを用いて電池ケースの予定部位を加熱加圧することにより作られ得るが、それに限定されるものではない。
【００７２】
前記電池ケースは、樹脂層と金属層を含むラミネートシート、特に、アルミニウムラミネートシートのポーチ型ケースに適用され得る。
【００７３】
前記ラミネートシートは、高分子フィルムの外部被覆層、金属箔のバリヤー層、及びポリオレフィン系列の内部シーラント層で構成されており、前記外部被覆層は外部環境から優れた耐性を有しなければならないので、所定以上の引張強度と耐候性を有することが必要である。そのような側面で、外側樹脂層の高分子樹脂には延伸ナイロンフィルム又はポリエチレンテレフタラート（PET）が好ましく用いられ得る。
【００７４】
前記バリヤー層は、ガス、湿気など異物の流入乃至流出を防止する機能以外に、電池ケースの強度を向上させる機能を発揮することができるよう、好ましくはアルミニウムが用いられ得る。前記内部シーラント層は、熱融着性（熱接着性）を有して電解液の侵入を抑制するため、吸湿性が低く、電解液により膨張するか侵食されないポリオレフィン系樹脂が好ましく用いられ得、さらに好ましくは、無延伸ポリプロピレン（cPP）が用いられ得る。
【００７５】
電極リード70'、80'の上下面の一部には、上部及び下部電池ケース20'、30'との密封度を高めるとともに電気的絶縁状態を確保するため、絶縁フィルム90'が付着されている。
【００７６】
本発明のポーチ型電池ケースは、上部電池ケースの空間部角130に形成されている折畳式構造と、下部電池ケースの空間部角120に形成されている折畳式構造より外周面のシーリング部が外部へさらに突出されるように製造するのが好ましい。
【００７７】
このように外周面のシーリング部が折畳式構造より外部へさらに突出されるように構成することにより、電極組立体を収納したあと、上部電池ケース30'と下部電池ケース20'を熱融着によりシーリングする工程が一層容易に行われ得るためである。
【００７８】
本発明に係るポーチ型二次電池の形成方法は特に制限されるものではなく、好ましくは、予め折畳式構造に裁断されたポーチ型電池ケースに電極組立体を収納したあと、上部電池ケースと下部電池ケースを熱融着によりシーリングして形成することができる。
【００７９】
さらに、前記ポーチ型電池ケースは、電極リードの突出が予定される方向に開放された開放部を含む直六面体構造のポーチ型電池ケースであってもよく、前記開放部には、電極組立体を収納したあと電池ケースの密封工程とともに、折畳式構造の形成が容易であるように予め折曲部位に点線形態の破断部を形成したポーチ型電池ケースを利用することができる。
【００８０】
本発明のポーチ型二次電池はさらに、図7に示す通り、電池の内部に圧力が発生し、ポーチ型電池ケースの空間部角に形成されている折畳式構造が展開されながら電極リードに外部へ引っ張る力が作用される場合、電極リードと電極タブ等が連結された溶着部が一層容易に分離できるよう、前記電極リードと電極タブの溶着部位に少なくとも一つ以上の破断溝180が形成され得る。
【００８１】
前記破断溝180の位置や個数などは特に制限がないが、好ましくは電極リードと電極タブの溶着部に両方へ形成されるようにすることができ、前記破断溝はポーチの内部に位置する電極タブや電極リードの部分にさえ位置すればよく、溶着部との離隔距離などは特に制限されない。
【００８２】
さらに、前記破断溝180の大きさ、及び奥深く破断された長さにも特別な制限はないが、二次電池の寿命や機能に否定的な影響がないながらも、有事の際に前記電池ケースの折畳式構造が展開されるに伴い、電極タブと電極リードが一層容易に分離できる程度の大きさに形成されるだけで十分である。
【００８３】
図12には、破断溝200が形成された電極リードと電極タブの溶着部、及び前記電極リードと電極タブの溶着部の構造について多数示した。
【００８４】
前記溶着部は、図12の10a）に示す通り、電極タブと電極リードの末端部を重ねて当てて半田付け溶接又は超音波溶接などで溶着することもでき、又は10C）に示す通り、電極タブ又は電極リードの末端部を折り曲げて折曲面どうし対向するようにして溶着することもできる。
【００８５】
本発明に係るポーチ型二次電池の電極組立体は、正極と負極、及びその間に介在されている分離膜からなる構造であれば特に制限されない。例えば、フォールディング型、スタック型又はスタック/フォールディング型、スタック/z-フォールディング型の構造を挙げることができる。
【００８６】
本発明に係る二次電池は、好ましくはリチウム二次電池であってもよく、特に、リチウム含有電解液がゲルの形態で電極組立体に含浸されている、所謂リチウムイオンポリマー電池に好ましく適用され得る。
【００８７】
本発明はさらに、前記ポーチ型二次電池を単位電池として含んでいる中大型電池モジュールを提供する。
【００８８】
図13は、両方向に電極リードが突出された本発明に係るポーチ型二次電池を多数含む中大型電池モジュールに対する斜視図であり、図14は、ある一方向に電極リードが突出された、本発明に係るポーチ型二次電池を多数含む中大型電池モジュールに対する斜視図である。
【００８９】
前記中大型電池モジュールに含まれる多数のポーチ型二次電池は、全て同一の折畳式構造を有するポーチ型電池ケースからなるものであってもよく、又は他の形態の折畳式構造を有するポーチ型電池ケースを有するポーチ型二次電池が含まれるものであってもよい。
【００９０】
本発明はさらに、前記中大型電池モジュールを含む中大型電池パックを提供する。
【００９１】
本発明に係る二次電池は、特に、長時間の寿命と優れた耐久性が求められる高出力大容量の電池、又はこのような電池を単位電池として多数個含む中大型電池モジュール、又は中大型電池パックに好ましく用いられ得る。
【００９２】
前記中大型電池パックは、パワーツール（power tool）；電気車（Electric Vehicle、EV）、ハイブリッド電気車（Hybrid Electric Vehicle、HEV）及びプラグインハイブリッド電気車（Plug-in Hybrid Electric Vehicle、PHEV）を含む電気車；E-bike、E-scooterを含む電気二輪車；電気ゴルフカート（Electric golf cart）；電気トラック；電気商用車の電源として用いられ得る。
【００９３】
このような中大型電池モジュール又は中大型電池パックの構造及び製造方法は当業界に公知のものなので、それに対する詳しい説明を本明細書では省略する。
【００９４】
本発明の属した分野で通常の知識を有する者であれば、前記内容に基づき、本発明の範疇内で多様な応用及び変形を行うことが可能なはずである。
【符号の説明】
【００９５】
200、210  ポーチ型二次電池
20、20'  下部電池ケース
30、30'  上部電池ケース
40、40'  電極組立体
50、50'  正極タブ
60、60'  負極タブ
70、70'  正極リード
80、80'  負極リード
90、90'  絶縁テープ
110  電極組立体空間部
120  下部電池ケースの空間部角
130  上部電池ケースの空間部角
41  電極無地部
180  破断溝
300  中大型電池モジュール
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【国際調査報告】
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