(57)【要約】【課題】本発明は、安全性が改善されたパウチ型二次電池に関する。【解決手段】本発明は、電極組立体、前記電極組立体から延びる電極タブと、前記電極組立体を収容するパウチ型電池ケースと、前記パウチ型電池ケースと電極タブをシールするシール部と、前記シール部と電極組立体との間に電極タブが位置する部位を除いた位置に第２シール部とを含むパウチ型二次電池を提供する。本発明に係るリチウムイオン電池は、電極タブが占める部分を除いた電極タブの内側部分をさらにシールすることから、電極タブ部分にチャンネルを形成することになり、電池の内部に圧力が加えられて内側でガスが発生しても一方向により容易にガスが排出され、ガスの排出方向を予め予測できるので、安全性に優れた二次電池を提供することができる。【選択図】図３
2011507208.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電極組立体と、
前記電極組立体から延びる電極タブと、
前記電極組立体を収容するパウチ型電池ケースと、
前記パウチ型電池ケースと前記電極タブをシールする第１シール部と、
前記第１シール部と前記電極組立体との間の、前記電極タブが位置する部位を除いた位置に第２シール部と
を含むパウチ型二次電池。
【請求項２】
前記第２シール部は、前記第１シール部の上に電極タブが位置する部位を除いた部位に前記第２シール部が位置するようにシールツールを変形させることにより形成されることを特徴とする請求項１に記載のパウチ型二次電池。
【請求項３】
前記電極タブは前記電極組立体の両方向に位置することを特徴とする請求項１に記載のパウチ型二次電池。
【請求項４】
前記電極タブは前記電極組立体の一方向に位置することを特徴とする請求項１に記載のパウチ型二次電池。
【請求項５】
前記第２シール部の厚さは２５０±２０μｍであることを特徴とする請求項１に記載のパウチ型二次電池。
【請求項６】
前記電池はリチウム二次電池であることを特徴とする請求項１に記載のパウチ型二次電池。
【請求項７】
前記電池は中大型セルに用いられることを特徴とする請求項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、安全性が改善されたパウチ型二次電池に関し、特に電極タブとパウチが接しない部位をシールすることにより、電池セルとタブのシール部との間にチャンネルを作って電池の内部で発生したガスが電極タブ方向のみに排出されるようにした安全性が向上したパウチ型二次電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
モバイル機器に関する技術開発と需要が増加するにつれエネルギー源としての二次電池の需要も急激に増加しており、それにより、種々の要求に応ずることができる電池に関する多くの研究が行われている。
【０００３】
代表的には、電池形状の面においては薄い厚さで携帯電話などのような製品に適用できる角形電池とパウチ型電池に対する需要が高く、材料の面においてはエネルギー密度、放電電圧、安全性に優れたリチウムコバルトポリマー電池のようなリチウム二次電池に対する需要が高い。
【０００４】
このような二次電池において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。一般に、リチウム二次電池は、内部短絡、許容の電流や電圧を超えた充電状態、高温への露出、落下などによる衝撃などのような電池の非正常的な作動状態により誘発される電池内部の高温および高圧により電池の爆発を招く恐れがある。一例として、パウチ型二次電池は、落下或いは外力の作用などのような衝撃のとき内部短絡が発生する可能性がある。
【０００５】
近年、充放電の可能な二次電池は、無線モバイル機器のエネルギー源として広範囲に用いられている。又、二次電池は、化石燃料を使用す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、ハイブリッド電気自動車などの動力源としても注目されている。
【０００６】
自動車などのような中大型デバイスは、高出力及び大容量の必要性により、複数の電池セルを電気的に接続した中大型電池システムが使用されている。このような中大型電池システムに単位電池として多く使用されるパウチ型リチウムイオンポリマー二次電池は、小型デバイスに使用される同一系列の電池に比べ相対的にサイズが大きい。
【０００７】
通常、パウチ型ポリマー二次電池は、電極組立体と、前記電極組立体から延びる電極タブと、前記電極タブに溶接されている電極リードおよび前記電極組立体を収容し、高分子樹脂とアルミニウムのラミネートシートからなるパウチ型外装材とを含んで構成されている。
【０００８】
図１に示すように、リチウムイオン(ポリマー)電池１００は電流が流れるように電極タブ１０、１０'が外部に突出している。結局、電池を組み立てるために前記電極タブ１０、１０'を含んでパウチをシールしなければならない。したがって、この際、パウチと電極タブが接する４面２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄをシールする。ところが、この場合、実質的に電極タブの内側部分３０、３０'まではシールされないため、電極タブ１０、１０'とシール部が接しない部分(サークル部分)は接着力が低下する。すなわち、パウチの外装材と電極タブをシールする場合、接着力が低下する部分にガスが排出される可能性が大きい。
【０００９】
このような現象は、電極タブが上下の両方向に接続された図１のみでなく、電極タブが左右の一方向に並んで接続された図２においても同様である。
【００１０】
既存のリチウムイオン(ポリマー)電池は、電極タブをシールするとき、図１と図２に示すように電極タブとパウチが接する部分２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄ、１２０ａ、１２０ｂ、１２０ｃ、１２０ｄのみをシールした。
【００１１】
この場合、ガス排出が予想できない部分(サークル部分)で起きるため、ＨＥＶ用パック設計のとき困難な部分になる。ガスが一方向でなく、パックの内部で数方向にベント(ｖｅｎｔ)されるとガスを外部へ容易に排出できない。そして、電池内部にガスが発生したとき、さらに速く内部ガスを排出することから安全性を確保することができるが、既存の電池は、ガスがベントされる時間が長くなって安全性が大きく低下する可能性が高い。
【００１２】
したがって、電池の内圧が一定のレベル以上になると、これを解消して電池内部のガスを遮断することにより破裂や爆発を予め防止できる安全装置を含む二次電池への必要性が高い。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明は、上述のように、パウチ型二次電池が過充電や高温に露出される場合に発生する安全性を阻害する種々の要素を解決するために案出されたものである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明では、パウチ型二次電池において、電極タブとパウチが接する部分のみでなく、電極タブが位置する内側パウチ部で電極タブが位置した部位を除いた位置に第２シール部をさらに含むことにより、セルの内部と電極タブのシール部にチャンネルを作ってガス排出がタブのシール部分のみになされるようにして、電池がベントされても一側方向のみになされるのでガスがパック内部から外部に容易に抜け出すことができ、電池のベントを迅速に起こすことから安全性を向上させることができる。
【００１５】
従って、本発明の目的は、外部の圧力や熱が加えられても電池の爆発が一方向に起き、又は、発生したガスの一方向にベントされるようにした安全性が向上したパウチ型二次電池を提供することにある。
【発明の効果】
【００１６】
本発明に係るパウチ型二次電池は、電池内部でガスが発生した場合、電極タブのシール部分にチャンネルを作って電池内部でガスが発生しても一方向に排出されるように設計することにより、より安全な電池パックおよび安全装置を容易に設計できる。また、電池内部に圧力が加えられる場合、より容易にガスが排出されるため、安全性が向上したパウチ型電池を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】両方向に形成された電極タブを含む通常のパウチ型二次電池を示す図である。
【図２】一方向に形成された電極タブを含む通常のパウチ型二次電池を示す図である。
【図３】本発明の一実施例に係る少なくとも一つの第２シール部を含むパウチ型二次電池を示す図である。
【図４】本発明の一実施例に係る少なくとも一つの第２シール部を含むパウチ型二次電池を示す図である。
【図５】（ａ）および（ｂ）は本発明の一実施例に係るシール部に第２シール部を形成する過程を示す図である。
【図６】本発明の一実施例に係るシール部に第２シール部を形成する過程を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
上述のような目的を達成するための本発明のパウチ型二次電池は、電極組立体と、前記電極組立体から延びる電極タブと、前記電極組立体を収容するパウチ型電池ケースと、前記パウチ型電池ケースと電極タブをシールするシール部と、前記シール部と電極組立体との間に電極タブが位置する部位を除いた位置に第２シール部とを含むことを特徴とする。
【００１９】
以下、本発明を添付図面を参考してより詳しく説明する。
【００２０】
本発明に係るパウチ型二次電池は、電極タブが両方向に位置した場合、図３に示すように、負極板、分離膜、および正極板(図示せず)からなる電極組立体２５０から延びる負極および正極の電極タブ２１０、２１０'と、前記電極組立体を収容するパウチ型電池ケース(図示せず)と、前記電池ケースと電極タブ２１０、２１０'をシールするシール部２２０ａ、２２０ｂ、２２０ｃ、２２０ｄと、前記シール部２２０ａ、２２０ｂ、２２０ｃ、２２０ｄと電極組立体２５０との間に電極タブが位置する部位を除いた位置に第２シール部２４０ａ、２４０ｂ、２４０ｃ、２４０ｄとを含むことを特徴とする。
【００２１】
本発明に係るパウチ型二次電池の製造工程を説明すると、先ず、電極組立体２５０を準備する。前記電極組立体２５０は、正極活物質が塗布された正極電極板、負極活物質が塗布された負極電極板および、前記正極電極板と負極電極板との間に位置して前記正極電極板と負極電極板のショート(ｓｈｏｒｔ)を防止し、リチウムイオンの移動だけを可能にするセパレータからなる。
【００２２】
この際、前記正極活物質としてはカルコゲニド(ｃｈａｌｃｏｇｅｎｉｄｅ)化合物が使用されており、その例としてＬｉＣｏＯ２、ＬｉＭｎ２Ｏ４、ＬｉＮｉＯ２、ＬｉＮｉ１-ｘＣｏｘＯ２(０<ｘ<１)、ＬｉＭｎＯ２等の複合金属酸化物が挙げられる。  負極活物質としては、炭素(Ｃ)系物質、Ｓｉ、Ｓｎ、酸化スズ(Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ)、スズ合金複合体(ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ ｔｉｎ ａｌｌｏｙｓ)、転移金属酸化物、リチウム金属ナイトライドまたは、リチウム金属酸化物などが使用されている。また、一般に、前記正極電極板はアルミニウム(Ａｌ)材質を、負極電極板は銅(Ｃｕ)材質を、前記セパレータはポリエチレン(ＰＥ)或いはポリプロピレン(ＰＰ)を使用するが、本発明ではこれらの材質を限定するのではない。
【００２３】
なお、前記正極電極板は、一般に、アルミニウム(Ａｌ)材質からなり、上部には一定の長さで突出された正極タブが接合されている。前記負極電極板は、一般に、ニッケル(Ｎｉ)材質からなり、下部には一定の長さで突出された負極タブが接合されているが、本発明ではこれらの材質を限定するのではない。
【００２４】
前記電極組立体３５を準備し、前記電極組立体３５０を収容するためのパウチ外装材を準備する。前記パウチ外装材は、その材質がアルミニウム(Ａｌ)のような金属材からなる金属層と、前記金属層の上部面上に形成された熱融着層と、前記金属層の下部面上に形成された絶縁膜とからなる。
【００２５】
前記熱融着層は、変性ポリプロピレン、例えばＣＰＰ(Ｃａｓｔｅｄ-Ｐｏｌｙｐｒｏｐｙｌｅｎｅ)を使用して接着層として作用し、前記絶縁膜は、ナイロンやポリエチレンテレフタレート(ＰＥＴ)のような樹脂材から形成されるが、本発明で前記パウチ外装材の構造および材質を限定するのではない。
【００２６】
前記パウチ外装材は、前記電極組立体３５０を収容するための所定の内部空間が備えられた収容部を有し、前記収容部に電極組立体を設けて接合するためのパウチ外装材の上部と下部で形成されている。
【００２７】
前記パウチ外装材の下部と上部は、前記電極組立体と電極タブなどを収容し、シール部２２０ａ、２２０ｂ、２２０ｃ、２２０ｄにより接着される。前記パウチ外装材を準備した後、前記パウチ外装材の下部の電極組立体を収容するための収容部に前記電極組立体を収容させる。この際、前記電極組立体は、前記パウチ外装材の下部の収容部に安着し、このように安着した状態で電極組立体の電極タブ２１０、２１０'の一部は前記パウチ外装材の外部に突出する。
【００２８】
本発明では前記シール部の内側部分である実質的に電極タブが延びる部分において電極タブを除いた位置に第２シール部をさらに含む。
【００２９】
上記のように第２シール部を含む場合、第２シール部を含まない前記電極組立体の方向に延びる内部の電極タブ部分(サークル部分)は比較的接着力が低下すると予想される。したがって、電池内部と電極タブ部分は一つの連結されたチャンネルが形成される効果を得るので、内部でガスが発生して圧力が加えられる場合、電極タブが位置する方向(矢印方向)のみにガスがベントされる。すなわち、パウチケースと電極タブのシール部の内側において電極タブが位置する部位を除いた位置には全て第２シール部を有する。したがって、本発明の電池は、電極タブが位置しない所での爆発する可能性を最大限に減らし、且つ電極タブのシール部(矢印方向)のみにガス排出がなされるように設計したものである。
【００３０】
なお、本発明に係る電極タブが左右の一方向に位置したパウチ型二次電池は、図４に示すように、負極板、分離膜、および正極板(図示せず)からなる電極組立体３５０から延びる負極および正極の電極タブ３１０、３１０'と、前記電極組立体３５０を収容するパウチ型電池ケース(図示せず)と、前記電池ケースと電極タブ３１０、３１０'をシールするシール部３２０ａ、３２０ｂ、３２０ｃ、３２０ｄと、前記シール部３２０ａ、３２０ｂ、３２０ｃ、３２０ｄと電極組立体３５０との間に電極タブが位置する部位を除いた位置に第２シール部３４０ａ、３４０ｂ、３４０ｃ、３４０ｄとを含むことを特徴とする。
【００３１】
一方、上記のような第２シール部の形成は、図５（ａ）、図５（ｂ）、図６に示すように、シールツール(ｓｅａｌｉｎｇ ｔｏｏｌ)を既存のシール部２２０ａ、２２０ｂ、３２０ａ、３２０ｂのみを含む１字状のツールに第２シール部２４０ａ、２４０ｂ、２４０ｃ、２４０ｄ、３４０ａ、３４０ｂ、３４０ｃ、３４０ｄの形状を含むように前記シールツールの形状を変更することにより行われる。
【００３２】
なお、前記第２シール部の厚さは、漏液およびガスの圧力に耐えることができる程度の強度を有するために２５０±２０μｍの厚さで形成させることが望ましい。
【００３３】
本発明の二次電池において電池ケースに内蔵される電極組立体は積層型構造、巻回型構造など様々な構造が可能である。一般に、二次電池は、電極組立体の構造、電解質の構成などにより、例えば、リチウムイオン電池、リチウムイオンポリマー電池、リチウムポリマー電池などに分けられ、その中で、製造コストが低く、電解液の漏液可能性が少なく、電池組み立て工程が簡易なリチウムイオンポリマー電池が本発明において望ましい。
【００３４】
このようなリチウムイオンポリマー電池は、一般に、アルミニウムラミネートシートのパウチ型電池ケースに電解質が含浸されている正極/分離膜/負極の電極組立体を安着させた状態でケースの接合部位に高温高圧を加え融着させて製造される。
【００３５】
前記電極リードの一側端部は電極組立体の電極タブが設けられた状態でケース内部に位置し、他側端部はケースの外部に露出されている。電極リード中の正極リードは一般にアルミニウムで作られた金属薄片からなり、負極リードは一般に銅で作られた金属薄片からなっている。通常、電極タブはスポット溶接などにより電極リードに接合され、前記電極リードの厚さは約２００〜５００μｍである。
【００３６】
前記樹脂シートは、電池ケースと電極リードとの結合部位に介され、一般にＰＰ、ＰＥなどの高分子樹脂からなっており、１００〜３００μｍの厚さを有する。
【実施例】
【００３７】
以下、本発明を実施例に基づいてより詳しく説明するが、本発明はこれらの実施例により限定されるものではない。
【００３８】
(実施例１：両方向の電極タブを含む構造で第２シール部を有する二次電池の製造例)
負極板/分離膜/正極板で構成された電極組立体の前記負極板に連結された厚さ０.３ｍｍの銅プレートの負極タブを形成させた。その後、アルミホイル(正極用リード)と銅ホイル(負極用ホイル)を前記それぞれの電極タブに溶接して付着させた。図５に示すように、シールツールを変更して第２シール部(２５０±２０μｍ)を形成させた二次電池を製造した。前記アルミニウムラミネートシートのパウチ型ケースに前記電極組立体を装着した後、１Ｍ ＬＩＰＦ６を含有したカーボネート系リチウム電解液を注入し、シートを熱融着してリチウムイオンポリマー電池を製造した。
【００３９】
（実施例２：一方向の電極タブを含む構造で第２シール部を有する二次電池の製造例）
図６に示すように、シールツールを変更して第２シール部(２５０±２０μｍ)を形成させたことを除いては、前記実施例１と同様の方法で二次電池を製造した。 
【００４０】
(比較例１)
第２シール部を含まないことを除いては、前記実施例１と同様の方法でリチウムイオンポリマー電池を製造した。
【００４１】
[実験例]
前記実施例と比較例により製造された二次電池の安全性を測定した結果を次の表１に示す。
【表１】
2011507208.tif 000003
【００４２】
前記表１の結果から、本発明のように第２シール部を含む場合はタブ部分にベントが発生するのに対して、第２シール部を含まない比較例の場合は方向が一定でなく、シールが弱い部分にベントされることが分かる。
【符号の説明】
【００４３】
１００、２００、３００、４００  パウチ型二次電池
１０、１０'、１１０、１１０'、２１０、２１０'、３１０、３１０'  電極タブ
２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄ、１２０ａ、１２０ｂ、１２０ｃ、１２０ｄ、２２０ａ、２２０ｂ、２２０ｃ、２２０ｄ、３２０ａ、３２０ｂ、３２０ｃ、３２０ｄ  パウチ型電池ケースと電極タブのシール部
３０、３０'、１３０  電極タブの内側部分
５０、１５０、２５０、３５０  電極組立体
２４０ａ、２４０ｂ、２４０ｃ、２４０ｄ、３４０ａ、３４０ｂ、３４０ｃ、３４０ｄ  第２シール部
【図１】
2011507208.tif 000004
【図２】
2011507208.tif 000005
【図３】
2011507208.tif 000006
【図４】
2011507208.tif 000007
【図５】
2011507208.tif 000008
【図６】
2011507208.tif 000009
【手続補正書】
【提出日】平成22年6月29日(2010.6.29)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電極組立体と、
前記電極組立体から延びる電極タブと、
前記電極組立体を収容するパウチ型電池ケースと、
前記パウチ型電池ケースと前記電極タブをシールする第１シール部と、
前記第１シール部と前記電極組立体との間の、前記電極タブが位置する部位を除いた位置に第２シール部と
を含むパウチ型二次電池。
【請求項２】
前記第２シール部は、前記第１シール部の上に電極タブが位置する部位を除いた部位に前記第２シール部が位置するようにシールツールを変形させることにより形成されることを特徴とする請求項１に記載のパウチ型二次電池。
【請求項３】
前記電極タブは前記電極組立体の両方向に位置することを特徴とする請求項１または２に記載のパウチ型二次電池。
【請求項４】
前記電極タブは前記電極組立体の一方向に位置することを特徴とする請求項１または２に記載のパウチ型二次電池。
【請求項５】
前記第２シール部の厚さは２５０±２０μｍであることを特徴とする請求項１から４の何れか１項に記載のパウチ型二次電池。
【請求項６】
前記電池はリチウム二次電池であることを特徴とする請求項１から５の何れか１項に記載のパウチ型二次電池。
【請求項７】
前記電池は中大型セルに用いられることを特徴とする請求項１から６の何れか１項に記載のパウチ型二次電池。
【国際調査報告】
2011507208.tif 000010
2011507208.tif 000011