JP2021508141A - 電解液補充用溝が形成されたパウチ型二次電池 - Google Patents

Abstract

本発明は、陽極及び陰極の間に分離膜が介在された構造の電極組立体と、前記電極組立体を収容する第１溝部、及び補充用電解液を収容する第２溝部を含む電池ケースと、を含み、前記第２溝部は前記第１溝部の少なくとも一側に位置し、前記第２溝部に収容された電解液の移動を防止するためのシーリングラインが前記第１溝部と第２溝部との間に形成されるパウチ型二次電池に関するものである。

Description

本出願は２０１８年１１月２日付の韓国特許出願第２０１８−０１３３８２５号に基づく優先権の利益を主張し、該当韓国特許出願の文献に開示された全ての内容はこの明細書の一部として含まれる。

本発明は電解液補充用溝が形成されたパウチ型二次電池に関するものであり、具体的には、二次電池の使用過程で枯渇される電解液を補充するために、補充用電解液を収容するための別途の溝が形成された電池ケースを含み、前記補充用電解液は弱く結合されたシーリングラインの開放によって電極組立体収納部に移動することができる構造を有するパウチ型二次電池に関するものである。

再充電の不可能な一次電池とは違い、充放電可能な電池を二次電池と言う。これは携帯電話、ノートブック型コンピュータ、タブレット型ＰＣなどの携帯用電子機器だけでなく、自動化システム、電気自動車、航空産業分野にも広く使われている。

前記二次電池の種類として、従来には、ニッケル−カドミウム電池、ニッケル−水素電池などのニッケル系二次電池が使われていたが、高い作動電圧を有し、前記ニッケル系二次電池の約３倍の容量を有し、単位重量当たりエネルギー密度が高いリチウム二次電池の使用が急速に増加している。

前記リチウム二次電池は、陽極活物質と陰極活物質がそれぞれ塗布された陽極板と陰極板が分離膜を挟んで配置された構造を有する電極組立体、前記電極組立体を収納する外装ケース、及び前記電極組立体に含浸されている電解液を含む。

前記リチウム二次電池は、外装ケースの形状によって、電極組立体が金属缶に内蔵される缶型二次電池、及び電極組立体が金属ラミネートシートのパウチケースに内蔵されるパウチ型二次電池に分類され、前記パウチ型二次電池は製造コストが安くてエネルギー密度が高く、直列又は並列接続によって大容量の電池パックを容易に構成することができるという利点があるので、最近、電気自動車やハイブリッド自動車の電力源として脚光を浴びている。

一般に、前記リチウム二次電池は、充電の際に、副反応によって電解液が分解され、ガスが発生する。また、繰り返された充放電によって電解液が変性することもある。このような電解液の分解、変性などによって、電気化学的反応に寄与することができる電解液の量が時間が経つにつれて減少するので、リチウム二次電池の充放電効率と容量維持率（ｃａｐａｃｉｔｙ ｒｅｔｅｎｔｉｏｎ ｒａｔｉｏ）が低下するから交替が必要である。

このような問題点を解決するために、特許文献１は、電極組立体及び電解液を収容する主室（ｍａｉｎ ｃｈａｍｂｅｒ）、及び前記主室の前記電解液が消耗される場合に補充するための補充用電解液を収容するための副室（ｓｕｂ ｃｈａｍｂｅｒ）を備えるケースと、前記主室と前記副室を連通させるための連結部とを含み、前記副室に収容される前記補充用電解液が前記連結部を通して前記主室に移動することができる、リチウム二次電池を開示している。

しかし、特許文献１は、前記主室の電解液が消耗されるとき、前記消耗される電解液の量に比例して前記副室の電解液を前記主室に移動させるために、前記連結部が開閉される構造を有する。

特許文献２は、２個以上の単位セルが積層されており、電解液が充填された電極組立体を含むパウチ型メインポケットと、前記メインポケットの外面のいずれか一面に付着され、補充用電解液を含んでいるパウチ型補助ポケットと、前記メインポケットと前記補助ポケットとの間に位置し、前記補充用電解液が前記メインポケットに移動する通路を提供する電解液移動部と、前記メインポケット、補助ポケット及び電解液移動部からなる単位セットを収容し、前記メインポケットの膨張の際、前記補助ポケットの外面が接触する内壁を有するパックケースとを含む二次電池を開示する。

しかし、特許文献２は、メインポケットの外面上に補助ポケットが付着される構造であるので、二次電池の厚さが厚くなる問題がある。また、脹れ上がったメインポケットが補助ポケットをパックケース側に密着させて圧力を加え、圧力を受けた補助ポケットは補充用電解液を電解液移動部を通してメインポケットに排出する方法を用いるので、単方向バルブ構造又は弁膜状のバルブ構造などを使っている。

特許文献３は、陽極及び陰極を含み、電解液を収容するメインセルと、前記メインセルと連結された補助セルと、前記メインセル及び補助セルを内蔵するケースと、前記メインセルと大気を連通させるベントと、前記メインセルと補助セルの圧力を同一にするガス移動部と、特定の圧力値以上で前記補助セルの補充液がメインセルに移動するようにする補充液移動部とを含む、補充液の自動供給が可能な二次電池を開示する。

前記特許文献３は、メインセルの内部圧力がベントの最小開放圧力の約７０％〜９９％まで到逹すれば、補充液移動通路を通して補充液がメインセルに移動し、メインセルの内部圧力がベントの最小開放圧力を超えれば、ベントが開放されてガスが外部に排出される構造を有する。

すなわち、特許文献３の二次電池はベントを備える構造を有する。

このように、リチウム二次電池の使用中に枯渇される電解液を補充することができるパウチ型二次電池であり、電池セルの厚さが増加せずに、追加的な部材を備えることなく、電解液補充注入時点を調節することができるパウチ型二次電池に対する必要性が高い実情である。

韓国公開特許第２０１６−００３２４８２号公報 韓国公開特許第２０１３−００３８６５５号公報 韓国公開特許第２０１０−００５１４０３号公報

本発明は前記のような問題点を解決するためのものであり、電池セルの厚さを維持し、追加的な部材を付け加えずに、枯渇される電解液を補充するための電解液補充収容部を備えるパウチ型二次電池を提供することを目的とする。

このような目的を達成するための本発明の第１実施例は、陽極及び陰極の間に分離膜が介在された構造の電極組立体と、前記電極組立体を収容する第１溝部、及び補充用電解液を収容する第２溝部を含む電池ケースとを含み、前記第２溝部は前記第１溝部の少なくとも一側に位置し、前記第２溝部に収容された電解液の移動を防止するためのシーリングライン（Ｓｅａｌｉｎｇ Ｌｉｎｅ）が前記第１溝部と第２溝部との間に形成される構造を有するパウチ型二次電池であり得る。

第２実施例は、前記第２溝部の深さは前記第１溝部の深さと同一であるか又はそれより浅いパウチ型二次電池であり得る。

第３実施例は、前記補充用電解液は前記シーリングラインの開放によって前記第１溝部に移動するパウチ型二次電池であり得る。

第４実施例は、前記シーリングラインが開放されるとき、前記電池ケースの外周辺シーリング部は密封が維持されるパウチ型二次電池であり得る。

第５実施例は、前記電池ケースの外周辺には、電極タブが位置する電池ケースの第１方向の外周辺に平行な第１方向シーリング部、及び前記第１方向シーリング部と直交する第２方向シーリング部が形成され、前記第２方向シーリング部と第１溝部との間に前記第２溝部が位置するパウチ型二次電池であり得る。

第６実施例は、前記電池ケースの外周辺には、電極タブが位置する電池ケースの第１方向の外周辺に平行な第１方向シーリング部、及び前記第１方向シーリング部と直交する第２方向シーリング部が形成され、前記第１方向シーリング部と第１溝部との間に前記第２溝部が位置するパウチ型二次電池であり得る。

前記パウチ型二次電池の製造方法であって、第１パンチ及び第２パンチを用いて電池ケース用シートに第１溝部及び第２溝部を成形する段階と、電解液注入方向に位置する一側の第２方向シーリング部を除いた両側の第１方向シーリング部及び他側の第２方向シーリング部を密封する第１シーリング段階と、第１溝部に電解液を注入する段階と、第２溝部に電解液を注入する段階と、第１溝部及び第２溝部の間にシーリングラインを形成する第２シーリング段階と、電解液注入方向に位置する一側の第２方向シーリング部を仮シーリングする第３シーリング段階とを含むことができる。

具体的に、前記パウチ型二次電池の製造方法であって、第７実施例は、（ａ−１）第１溝部及び第２溝部を成形する段階と、（ａ−２）第１シーリング段階と、（ａ−３）第１溝部に電解液を注入する段階と、（ａ−４）第３シーリング段階と、（ａ−５）第２シーリング段階と、（ａ−６）第２溝部に電解液を注入する段階とを含み、前記第２シーリング段階の後、前記第３シーリング段階で仮シーリングされた第２方向シーリング部をカットした後、第２溝部に電解液を注入し、前記電解液注入方向に位置する第２方向シーリング部を形成するための第４シーリング段階を行うことができる。

前記パウチ型二次電池の製造方法であって、第８実施例は、（ｂ−１）第１溝部及び第２溝部を成形する段階と、（ｂ−２）第１シーリング段階と、（ｂ−３）第２シーリング段階と、（ｂ−４）第１溝部及び第２溝部に電解液を注入する段階と、（ｂ−５）第３シーリング段階とを含み、前記第３シーリング段階は、前記（ｂ−４）段階の後、仮シーリングのための第３シーリングを行い、活性化及び脱気過程を行った後、第１溝部及び第２溝部の少なくとも一つに隣接して第４シーリングを行い、前記仮シーリングした部分をカットして除去することができる。

第９実施例は、前記第１シーリング段階及び第２シーリング段階は同時に行うことができる。

第１０実施例は、前記第２方向シーリング部と第１溝部との間に前記第２溝部が位置することができる。

また、第１１実施例は、前記第２溝部の第２方向への長さは前記第１溝部の第２方向への長さより短く形成されることができる。

第１２実施例は、前記第１方向シーリング部と第１溝部との間に前記第２溝部が位置することができる。

また、第１３実施例は、前記第２方向シーリング部の折曲過程をさらに含むことができる。

第１４実施例は、請求項１〜６のいずれか一項に記載のパウチ型二次電池を含む電池パックであって、前記パウチ型二次電池は、第２溝部の補充用電解液が第１溝部に流れるように第１溝部の上部に第２溝部が配置された状態で積層される構造を有することができる。

一実施例による１個の第２溝部が形成されたパウチ型二次電池の平面図である。 図１の正面図である。 図１及び図２のような構造のパウチ型二次電池の製造方法を示す図である。 ２個の第２溝部が形成されたパウチ型二次電池の平面図である。 第１溝部の第２方向への長さが第２溝部の第２方向への長さより長く形成されたパウチ型二次電池の平面図である。 図５のパウチ型二次電池の製造方法を示す図である。 第１方向シーリング部と第１溝部との間に第２溝部が位置する構造のパウチ型二次電池の平面図である。 図７のパウチ型二次電池の製造方法を示す図である。

以下、添付図面に基づいて本発明が属する技術分野で通常の知識を有する者が本発明を容易に実施することができる実施例を詳細に説明する。ただし、本発明の好適な実施例に対する動作原理を詳細に説明するにあたり、関連の公知の機能又は構成についての具体的な説明が本発明の要旨を不必要にあいまいにする可能性があると判断される場合には、その詳細な説明を省略する。

また、図面全般にあわって類似の機能及び作用を果たす部分に対しては同じ図面符号を使う。明細書全般で、ある部分が他の部分と連結されていると言うとき、これは直接的に連結されている場合だけではなく、その中間に他の素子を挟んで間接的に連結されている場合も含む。また、ある構成要素を含むというのは、特に反対の記載がない限り、他の構成要素を除くものではなく、他の構成要素をさらに含むことができることを意味する。

本発明によるパウチ型二次電池は、陽極及び陰極の間に分離膜が介在された構造の電極組立体、及び前記電極組立体を収容する第１溝部及び補充用電解液を収容する第２溝部を含む電池ケースを含み、前記第２溝部は前記第１溝部の少なくとも一側に位置し、前記第２溝部に収容された電解液の移動を防止するためのシーリングラインが前記第１溝部と第２溝部との間に形成されることができる。

前記電極組立体を収容する第１溝部の上部、下部、左側及び右側の外周辺のいずれか１ヶ所以上に第２溝部が形成されることができ、前記第１溝部の一側外周辺上に２個以上の第２溝部が形成されることができる。

前記シーリングラインは電池ケースのシーリング方法と同様な方法によって形成できるが、電池ケース外周辺のシーリング部の密封力よりは相対的に弱い密封を有するように構成される。

前記パウチ型二次電池は、反復的な充放電が進むにつれてガスが発生して電池ケースが膨張することになる。このような電池ケースの膨張によって前記弱い密封力を有するシーリングラインが開放されることができ、前記シーリングラインの開放によって第２溝部に収容された補充用電解液は第１溝部に移動することができる。

このように、本発明は、第１溝部で枯渇された電解液の補充が可能であるから、電解液の減少によって電極組立体の抵抗が増加することを防止することができ、二次電池の容量維持率及び充放電効率が低下する問題を解決することができる。

前記シーリングラインが開放される時点は、二次電池の容量及び電解液と活物質などの素材特性によって設定されることができる。例えば、前記上部ケース及び下部ケースの接触面を減らすために、狭い形態のシーリングツール（Ｓｅａｌｉｎｇ ｔｏｏｌ）を使うか、又はシーリングツールのシーリング面が曲面形態のものを使うことができる。また、他の方法として、前記シーリングツールの温度を電池ケースの外周辺シーリング部のシーリング温度より低くするか、又はシーリングツールの押圧力を低める方法を使うことができる。

一方、前記電池ケースの内部のガス増加によって電池ケースが膨張することによって前記シーリングラインが開放されれば、第２溝部に収容された補充用電解液は第１溝部に移動し、電池内部のガスは第２溝部に移動することができるので、電池ケースの内圧増加を緩和させることができる。

このように、前記シーリングラインが開放されるとき、前記電池ケースの内圧はシーリングラインの開放前より減少するので、電池ケースの外周辺のシーリング部はベンティングされずに密封が維持されることができる。

前記電池ケースは、外部樹脂層、空気、水分遮断性金属層、及び熱融着性内部樹脂層の積層構造を有するラミネートシートであり得る。

前記外部樹脂層は外部環境に対して耐性を有しなければならないので、優れた引張強度と耐候性が必要である。このような側面で、外部被覆層を構成する高分子樹脂は、引張強度及び耐候性に優れたポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリブチレンテレフタレート（ｐｏｌｙｂｕｔｈｙｌｅｎｅｔｅｒｅｐｈｔｈａｌａｔｅ；ＰＢＴ）などのポリエステル系樹脂、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）などのポリオレフィン系樹脂、ポリスチレンなどのポリスチレン系樹脂、ポリ塩化ビニル系樹脂、ポリ塩化ビニリデン系樹脂などが使われることができる。このような素材は単独で又は２種以上混合して使うことができ、ＯＮｙ（延伸ナイロンフィルム）が多く使われている。

前記金属層は、ガス、湿気などの異物の流入又は電解液の漏出を防止する機能の他に、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に、アルミニウム（Ａｌ）、アルミニウム合金、銅、銅合金又はステンレススチールが使われることができ、アルミニウム合金としては、例えば、合金番号８０７９、１Ｎ３０、８０２１、３００３、３００４、３００５、３１０４、３１０５などを挙げることができる。

前記金属層は単独で又は２種以上の素材を組み合わせて使うことができ、２種以上の素材を組み合わせて使用する場合、複数の層状構造を形成するか、部分的に相異なる素材からなる形態を適用することができる。
ステンレススチールはアルミニウムに比べて高い強度を有する素材であり、前記金属層としてステンレススチールを使う場合には、電池ケースの成形性が向上することができる。

したがって、アルミニウム層を含む電池ケースに比べ、電極組立体収納部の成形の際にクラックが発生することを防止することができ、電極組立体収納部の深さも相対的に深く成形可能である。

また、電池ケースの金属層としてステンレススチールを使う場合、アルミニウムに比べて相対的に小さな厚さの金属層を形成することができ、電池ケースの厚さが減少することができるので、体積に比べて容量が増加した二次電池を製造することができる。

銅は熱伝導率の高い金属であるから、電池ケースの金属層に銅素材を含む場合には、放熱性が向上する効果を得ることができる。

前記内部樹脂層は熱融着性（熱接着性）を有し、電解液の浸入を抑制するために電解液に対する吸湿性が低く、電解液によって膨張するか浸食されない高分子樹脂が使われることができ、より好ましくは無延伸ポリプロピレン（ＣＰＰ）からなることができる。

好適な一例で、本発明による電池ケースは、前記外部被覆層の厚さが５μｍ〜４０μｍ、前記金属層の厚さが２０μｍ〜１５０μｍ、前記内部樹脂層の厚さが１０μｍ〜５０μｍの構造を有することができる。前記電池ケースの各層の厚さが非常に薄い場合には物質に対する遮断機能と強度向上を期待しにくく、反対に非常に厚ければ加工性が落ち、シートの厚さ増加をもたらすので好ましくない。

前記第２溝部の深さ及び幅は必要な補充用電解液の量によって決定されることができる。例えば、前記第２溝部の深さは前記第１溝部の深さと同一であるか又はそれより小さな大きさを有することができる。詳細には、第２溝部の深さは前記第１溝部の深さの５０％〜１００％となるように形成されることができ、より詳細には、第１溝部の深さと第２溝部の深さが同一に形成されることができる。

前記第２溝部の深さが第１溝部の深さの５０％より小さな場合には、補充用電解液の量を一定に確保するために、相対的に第２溝部の幅が広くなることができ、全体的な電池セルの平面の大きさが増加することができるので好ましくなく、１００％より大きい場合には、電池セルの厚さが増加するので好ましくない。

一具体例で、前記電池ケースの外周辺には、電極タブが位置する電池ケースの第１方向の外周辺に平行な第１方向シーリング部、及び前記第１方向シーリング部と直交する第２方向シーリング部が形成され、前記第２方向シーリング部と第１溝部との間に前記第２溝部が位置することができる。

具体的に、前記電極組立体は陽極タブ及び陰極タブが一方向に突出した構造の単方向電極組立体、又は陽極タブ及び陰極タブが互いに反対方向に突出した構造の両方向電極組立体であり得る。

これに関連して、図１は一実施例による１個の第２溝部が形成されたパウチ型二次電池の平面図、図２は図１の正面図を示す。

図１及び図２を参照すると、パウチ型二次電池は、電極組立体１１０を収容する第１溝部１２１及び補充用電解液を収容する第２溝部１２２を含む。

電極組立体１１０は両方向電極組立体であり、電極板１１１から対向する両側方向に突出するように電極タブ１１２が形成され、電池ケースのシーリング部に位置する電極タブ１１２の表面には密封テープ１１３が付着されて密封力を向上させることができる。

電極タブ１１２の外側末端には電極リード１１４が結合され、電極リード１１４は電池ケースの外側に延びて電極端子として機能する。

突出した電極タブ１１２が位置する電池ケースの第１方向（ｘ）の外周辺には第１方向シーリング部１３１が形成され、第１方向シーリング部１３１と直交する第２方向（ｙ）には第２方向シーリング部が形成される。

第２方向シーリング部は、右側第２方向シーリング部１３２ａ及び左側第２方向シーリング部１３２ｂを含む。

第１溝部１２１及び第２溝部１２２の間にはシーリングライン１３３が形成されている。シーリングライン１３３を形成する上部ケース１４１及び下部ケース１４２の結合力は第１方向シーリング部１３１、右側第２方向シーリング部１３２ａ及び左側第２方向シーリング部１３２ｂを形成する上部ケース１４１及び下部ケース１４２の結合力より弱い結合力で密封される。

シーリングライン１３３と右側第２方向シーリング部１３２ａとの間に第２溝部１２２が形成される。

電池ケース内部のガス増加による内圧増加の際にシーリングライン１３３が開放されれば、第２溝部１２２に収容された補充用電解液が第１溝部１２１に移動することができる。

第１溝部１２１の第２方向（ｙ）への長さｈ１と第２溝部１２２の第２方向（ｙ）への長さｈ２は同一に形成されることができ、第２溝部の深さａ２は第１溝部の深さａ１の５０％〜１００％であるか、又は互いに同一の大きさを有することができる。

図２の第１溝部及び第２溝部は垂直断面が台形として図示されているが、それぞれ独立的に、長方形の形態又は下側角部が丸い形態などになることができることは言うまでもない。

前記第２溝部に収容される補充用電解液の量が前記第１溝部に注入される電解液総量の１０％〜２０％で含まれる場合、所望程度の寿命増加の効果を得ることができる。よって、前記第２溝部の幅ｂ２は電池セルの第１方向への長さの増加量、第２溝部の深さａ２及び補充される電解液の量を考慮して適切な範囲で決定されることができる。例えば、図２のように第１溝部及び第２溝部の垂直断面が台形になる場合、上部ケース及び下部ケースが接着される密封面を基準に、前記第２溝部の幅ｂ２は第１溝部の幅ｂ１の５％〜１５％の範囲で形成されることができ、詳細には第１溝部の幅が１５０ｍｍであるとき、第１溝部の幅は１０ｍｍ〜２０ｍｍであり得る。

本発明によるパウチ型二次電池の製造方法は、第１パンチ及び第２パンチを用いて電池ケース用シートに第１溝部及び第２溝部を成形する段階、電解液注入方向に位置する一側の第２方向シーリング部を除いた両側の第１方向シーリング部及び他側の第２方向シーリング部を密封する第１シーリング段階（以下、「第１シーリング段階」という）、第１溝部に電解液を注入する段階、第２溝部に電解液を注入する段階、第１溝部及び第２溝部の間にシーリングラインを形成する第２シーリング段階（以下、「第２シーリング段階」という）、及び電解液注入方向に位置する一側の第２方向シーリング部を仮シーリングする第３シーリング段階（以下、「第３シーリング段階」という）を含むことができる。

具体的に、図１及び図２のような構造のパウチ型二次電池を製造するための一実施例であって、（ａ−１）第１溝部及び第２溝部を成形する段階、（ａ−２）第１シーリング段階、（ａ−３）第１溝部に電解液を注入する段階、（ａ−４）第３シーリング段階、（ａ−５）第２シーリング段階、及び（ａ−６）第２溝部に電解液を注入する段階を含み、前記第２シーリング段階の後、前記第３シーリング段階で仮シーリングされた第２方向シーリング部をカットした後、第２溝部に電解液を注入し、前記電解液注入方向に位置する第２方向シーリング部を形成するための第４シーリング段階を行うことができる。

すなわち、本発明は、電池ケースに電極組立体を収容するための第１溝部を成形するとき、補充用電解液を収容するための第２溝も一緒に成形する。具体的に、前記第１溝部及び第２溝部のそれぞれは第１溝部及び第２溝部と同一サイズの溝が形成されたダイ（Ｄｉｅ）に電池ケース用シートを位置させた後、パンチ（Ｐｕｎｃｈ）で前記電池ケース用シートを押圧して成形する。

一実施例として、図１及び図２のような構造のパウチ型二次電池製造方法を図３に示した。理解の便宜のために、図３のパウチ型二次電池において上部ケースを省略した。

図３を参照すると、第１パンチ１９１及び第２パンチ１９２を用いて電池ケース用シートを押圧して第１溝部１２１及び第２溝部１２２をそれぞれ成形する（段階（ａ））。

第１溝部１２１に電極組立体１１０を収納した後、第１溝部１２１の上部及び下部の両側にある第１方向シーリング部１３１と一側の第２方向シーリング部としての左側第２方向シーリング部１３２ｂを密封する第１シーリングを行う（段階（ｂ））。

その後、第１溝部１２１に電解液Ｅを注入した後、右側第２方向シーリング部１３２ａを仮シーリングする第３シーリングを行う（段階（ｃ））。具体的に、電解液の注入は前記段階（ｂ）で密封されなかった第２方向のシーリング部予定部を通して行われ、電解液注入の後に活性化過程を行うために、右側第２方向シーリング部１３２ａを仮シーリングする。

活性化過程で発生したガスを排出する脱気過程を行った後、第１溝部１２１及び第２溝部１２２の間にシーリングライン１３３を形成する第２シーリングを行う（段階（ｄ））。

シーリングライン１３３の密封力は第１方向シーリング部１３１及び左側第２方向シーリング部１３２ｂの密封力より弱く形成され、シーリングラインの形成のためのシーリングツールは電池ケースに対する接触面が狭いか、より低い温度のシーリングツールを使うか、又はシーリングツールの押圧力をより弱く設定して調節することができる。

もしくは、前記シーリングラインの密封力を弱く設定する方法として、シーリングラインの幅を第１方向シーリング部及び第２方向シーリング部の幅より狭く形成することができる。ただ、電池ケースの密封力を全外周辺で同一に設定するために、電池ケースの第１方向シーリング部及び第２方向シーリング部の幅は一定に設定することができる。

第２溝部１２２に電解液Ｅを注入するために、右側第２方向シーリング部１３２ａをカットする（段階（ｄ））。

第２溝部１２２に補充用電解液Ｅを注入した後、右側第２方向シーリング部１３２ａ’を形成する第４シーリングを行ってパウチ型二次電池を完全に密封する（段階（ｅ））。

他の一具体例で、前記第２方向シーリング部は右側第２方向シーリング部及び左側第２方向シーリング部を含むことができ、前記右側第２方向シーリング部と第１溝部との間には右側第２溝部が形成され、前記左側第２方向シーリング部と第１溝部との間には左側第２溝部が形成されることができる。もしくは、図１のパウチ型二次電池とは違い、左側第２溝部のみ形成されることができることは言うまでもない。

前記のように、２個の第２溝部が形成される場合には、電極組立体の両方向から電解液が補充できるので、一方向のみから電解液が補充される場合に比べ、電解液含浸率が電極組立体の全体にわたって均一になることができる利点がある。

これに関連して、図４は２個の第２溝部が形成されたパウチ型二次電池の平面図である。

図４を参照すると、パウチ型二次電池は、両方向電極組立体２１０が第１溝部２２１に収納され、突出した電極タブが位置する電池ケースの第１方向（ｘ）の外周辺のそれぞれに第１方向シーリング部２３１が形成されている。第１方向シーリング部２３１と直交する第２方向シーリング部として右側第２方向シーリング部２３２ａ及び左側第２方向シーリング部２３２ｂが形成される。

また、図４のパウチ型二次電池は２個の第２溝部を備えている。第１溝部２２１の図面上右側には右側第２溝部２２２ａが形成され、第１溝部２２１の図面上左側には左側第２溝部２２２ｂが形成されている。第１溝部２２１と右側第２溝部２２２ａとの間にはシーリングライン２３３ａが形成され、第１溝部２２１と左側第２溝部２２２ｂとの間にはシーリングライン２３３ｂが形成されている。

左側第２溝部２２２ｂの第２方向（ｙ）への長さは右側第２溝部２２２ａの第２方向（ｙ）への長さ同一であるか又は相異なることができ、第１溝部２２１の第２方向（ｙ）への長さｈ３は左側第２溝部２２２ｂ又は右側第２溝部２２２ａの第２方向への長さｈ４と同一に又はそれより長く形成されることができる。

シーリングライン２３３ａ及びシーリングライン２３３ｂは同時に開放されることができるが、電池の寿命をより延ばすために、いずれか一つのシーリングラインが先に開放された後、一定時間の経過後に他の一つのシーリングラインが開放されることができる。このように、シーリングラインの開放時間が異なるように設定するためにそれぞれのシーリングラインの密封力に差があるように設定することができる。

図４のように両方向電極組立体を使い、２個の第２溝部が形成されたパウチ型二次電池の製造方法は、第１溝部２２１に電極組立体２１０を収容した後、電極リードが位置する上部及び下部のそれぞれに位置する第１方向シーリング部２３１と左側第２方向シーリング部２３２ｂを密封し、右側第２方向シーリング部２３２ａの方向から電解液を注入する。

この際、電解液の注入量は前記左側第２溝部２２２ｂに収容可能な量を少し超える程度である。これは、電解液が第１溝部２２１を通過しながら第１溝部２２１に残留するか電極組立体２１０に吸収される量を考慮することが好ましいからである。

その後、シーリングライン２３３ｂを形成し、第１溝部２２１に電解液を注入する。以後の過程は、前述したように、図３の段階（ｃ）〜（ｅ）と同様な過程で進むことができるので、重複説明は省略する。

一方、図４とは違い、単方向電極組立体を使う場合には、電極タブが突出した第１方向シーリング部の反対側の第１方向シーリング部を通して電解液を注入することができる。この際、突出した電極タブが位置する第１方向シーリング部、左側第２方向シーリング部及び右側第２方向シーリング部を密封し、電極タブが突出しない第１方向シーリング部予定部が上方に向かうように位置させた状態で、第１溝部、右側第２溝及び左側第２溝部に電解液を同時に注入することができる。その後、シーリングされなかった第１方向シーリング部を密封し、活性化過程及び脱気過程を遂行する。

一具体例では、図１のパウチ型二次電池において第１溝部及び第２溝部の第２方向（ｙ）への長さが同一に形成されるものとは違い、第１溝部の第２方向への長さが第２溝部の第２方向への長さより長く形成されることができる。

これに関連して、図５は第１溝部の第２方向への長さが第２溝部の第２方向への長さより長く形成されたパウチ型二次電池の平面図を示す。

図５を参照すると、パウチ型二次電池は、電極組立体３１０を収容する第１溝部３２１、及び補充用電解液を収容する第２溝部３２２を含む。

第１溝部３２１の右側に位置する第２溝部３２２の第２方向（ｙ）への長さｈ６は第１溝部３２１の第２方向（ｙ）への長さｈ５より短く形成される。

前記のように、第２方向シーリング部と第１溝部との間に前記第２溝部が位置するパウチ型二次電池を製造するための方法は、（ｂ−１）第１溝部及び第２溝部を成形する段階、（ｂ−２）第１シーリング段階、（ｂ−３）第２シーリング段階、（ｂ−４）第１溝部及び第２溝部に電解液を注入する段階、及び（ｂ−５）第３シーリング段階を含む。前記第３シーリング段階は、前記（ｂ−４）段階の後、仮シーリングのための第３シーリングを行い、活性化及び脱気過程を行った後、第２溝部に隣接して第４シーリングを行い、前記仮シーリングしたシーリング部をカットして除去する順に行うことができる。

また、前記第２シーリングは前記第１溝部と第２溝部との間にのみ行い、前記第２溝部より延びた第１溝部の隣接部には行わない。前記第１シーリング段階及び第２シーリング段階は同時に行うことができる。

前記のように、第２溝部の第２方向への長さが第１溝部の第２方向への長さより短く形成される場合には、第１溝部及び第２溝部に電解液を同時に注入することができるので、製造方法を簡素化することができる。

図５のパウチ型二次電池の製造方法を図６に具体的に示した。理解の便宜のために、図６のパウチ型二次電池において上部ケースを省略した。

図６を参照すると、第１溝部３２１の第２方向（ｙ）への長さｈ５は第２溝部３２２の第２方向（ｙ）への長さｈ６より長く形成されるので、第１溝部を成形するための第１パンチ３９１の第２方向（ｙ）への長さは第２溝部を成形するための第２パンチ３９２の第２方向（ｙ）への長さより長い。

このように、互いに異なる大きさを有する第１パンチ３９１及び第２パンチ３９２を用いて電池ケース用シートに第１溝部３２１及び第２溝部３２２を成形する（段階（ａ））。

図５のパウチ型二次電池の第２溝部の第２方向への長さは図１のパウチ型二次電池の第２溝部の第２方向への長さｈ２より短く形成されるので、補充用電解液の量を同一にするために、第２溝部の幅をより大きくするか、深さをより深くすることができる。

第１溝部３２１に電極組立体３１０を収納した後、第１溝部３２１の上部及び下部の両側にある第１方向シーリング部３３１と一側の第２方向シーリング部としての左側第２方向シーリング部３３２ｂを密封する第１シーリングを行い、これと共に第１溝部３２１と第２溝部３２２との間にシーリングライン３３３を形成する第２シーリングも一緒に行う（段階（ｂ））。

前記第１シーリングの密封力は第２シーリングの密封力より強く形成されるので、第１シーリング用シーリングツールは、第２シーリング用シーリングツールより、接触面が広いか、シーリング温度が高いか、又は押圧力及び押圧時間が大きく設定されることができる。

すなわち、第１シーリングと第２シーリングは同時に実施することができるが、使われるシーリングツールの種類、シーリング温度、押圧力、及び押圧時間には差があり得る。

電解液の注入は密封されていない第２方向シーリング予定部を通して行われることができる。第２溝部３２２の第２方向への長さｈ６が第１溝部３２１の第２方向への長さｈ５より短いから、第１溝部３２１及び第２溝部３２２に電解液Ｅを同時に注入することができる（段階（ｃ））。

前記段階（ｂ）でシーリングされなかった右側第２方向シーリング部３３２ａを仮シーリングする第３シーリングを行って電池ケースを密封し、活性化過程を行った後、活性化過程で生成されたガスを排出するために脱気過程を行う（段階（ｄ））。

その後、第２溝部に隣接して右側第２方向シーリング部３３２ａ’の形成のための第４シーリングを行い、以前に仮シーリングした右側第２方向シーリング部３３２ａを除去する（段階（ｅ））。

前記パウチ型二次電池は、第２溝部の第２方向への長さが第１溝部の第２方向への長さより短く形成されるので、補充用電解液が第２溝部から流出することを防止するために、前記第４シーリングは第２溝部の上部空間Ａを含む上部ケース及び下部ケースの接触面の全部に対して行うことが好ましい。

他の一具体例で、前記第１方向シーリング部と第１溝部との間に第２溝部が位置する構造を有することができる。

一般的に、前記電極組立体は、陽極タブ及び陰極タブが同じ方向に突出した構造の単方向電極組立体、又は陽極タブ及び陰極タブが互いに反対方向に突出した構造の両方向電極組立体であり得るが、前記第１方向シーリング部と第１溝部との間に第２溝部が位置する構造において、電極タブが第２溝部が位置設定に制限事項となり得る点を考慮すると、第２溝部が形成される方向には電極タブが位置せず、その反対方向にだけ電極タブが位置する単方向電極組立体が好ましい。

前記単方向電極組立体において、電極タブが突出した方向の反対方向の第１方向シーリング部及び前記第１溝部の間に前記第２溝部が形成されることができ、追加的に電極タブが突出した方向の第１方向シーリング部及び前記第１溝部の間に第２溝部が形成されることができる。前記追加的に形成される第２溝部は、電池ケースの外側に延びる陽極リード及び陰極リードと重畳しないように、これらの間の空間に形成されることができる。

図７は第１方向シーリング部と第１溝部との間に第２溝部が位置する構造のパウチ型二次電池の平面図を示す。

図７を参照すると、パウチ型二次電池は、電極組立体４１０を収容する第１溝部４２１、及び補充用電解液を収容する第２溝部４２２を含む。

電極組立体４１０は単方向電極組立体であり、電極板４１１から一側方向に突出する電極タブ４１２が形成され、電池ケースのシーリング部に位置する電極タブ４１２の表面には密封テープ４１３が付着されて密封力を向上させることができる。

電極タブ４１２の外側末端には電極リード４１４が結合され、電極リード４１４は電池ケースの外側に延びて電極端子として機能する。

突出した電極タブ４１２が位置する電池ケースの第１方向（ｘ）の外周辺及びその反対方向の外周辺にはそれぞれ第１方向シーリング部４３１が形成され、第１方向シーリング部４３１と直交する第２方向（ｙ）には左側及び右側のそれぞれに第２方向シーリング部４３２が形成され、第１溝部４２１の下にある第１方向シーリング部４３１と第１溝部４２１との間に第２溝部４２２が形成される。

第１溝部４２１及び第２溝部４２２の間にはシーリングライン４３３が形成され、シーリングライン４３３は電池ケースの外周辺シーリング部の密封力より弱い密封状態を維持している。

したがって、電池ケースの内圧増加による膨張の際、シーリングライン４３３が開放され、第２溝部に保存された補充用電解液が第１溝部に移動することができる。

図７のパウチ型二次電池のように第１溝部の下部に第２溝部が位置する場合には、電池ケースの第２方向シーリング部を組み立てる過程で折り曲げられることができるので、電池セルの幅を減らす効果が得られるが、第１溝部の長さが短くなる結果として電極組立体の長さの短くなる問題が発生し得る。これを解決するために、図１及び図２の電極組立体の幅より相対的に大きな幅を有する電極組立体を適用することができる。

電池ケースの外周辺の密封力を全ての部分で同じに設定するために、電池ケースの外周辺シーリング部としての第１方向シーリング部及び第２方向シーリング部の幅は一定に設定することができ、シーリングラインの密封力は電池ケース外周辺の密封力より弱くするために、前記シーリングラインの幅は第１方向シーリング部及び第２方向シーリング部の幅より小さく形成されることができる。

前記のように、第１方向シーリング部と第１溝部との間に前記第２溝部が位置するパウチ型二次電池の製造方法は、（ｂ−１）第１溝部及び第２溝部を成形する段階、（ｂ−２）第１シーリング段階、（ｂ−３）第２シーリング段階、（ｂ−４）第１溝部及び第２溝部に電解液を注入する段階、及び（ｂ−５）第３シーリング段階を含む。前記第３シーリング段階は、前記（ｂ−４）段階の後、仮シーリングのための第３シーリングを第２方向の外周辺に行い、活性化及び脱気過程を行った後、第１溝部及び第２溝部に隣接して第２方向の外周辺に第４シーリングを行い、前記仮シーリングした部分をカットして除去することができる。

すなわち、本発明は、電池ケースに電極組立体を収容するための第１溝部の成形の際、補充用電解液を収容するための第２溝部も一緒に成形する。具体的に、前記第１溝部及び第２溝部のそれぞれは第１溝部及び第２溝部と同一大きさの溝が形成されたダイ（Ｄｉｅ）に電池ケース用シートを位置させた後、パンチ（Ｐｕｎｃｈ）で前記電池ケース用シートを押圧して形成する。

前記第１シーリング段階及び第２シーリング段階を同時に行うことができる。

また、前記段階（ｂ−５）に前記第２方向シーリング部の折曲過程をさらに含むことができる。

一実施例で、前記パウチ型二次電池の製造方法を図８に示した。理解の便宜のために、図８のパウチ型二次電池において上部ケースを省略した。

図８を参照すると、第１パンチ４９１及び第２パンチ４９２を用いて電池ケース用シートを押圧して第１溝部４２１及び第２溝部４２２をそれぞれ成形する（段階（ａ））。

第１溝部４２１に電極組立体４１０を収納した後、第１溝部４２１の上部及び下部の両側にある第１方向シーリング部４３１を密封し、一側の第２方向シーリング部としての左側第２方向シーリング部４３２ｂを密封する第１シーリングを行う（段階（ｂ））。

その後、第１溝部４２１と第２溝部４２２の間にシーリングライン４３３を形成する第２シーリングを行う（段階（ｃ））。

前記第１シーリング段階及び第２シーリング段階は順次行うこともでき、又は同時に行うこともできる。

ただ、第１シーリング段階は第２シーリング段階より強い結合を形成するので、第１シーリング段階で使用するシーリングツールの接触面がより広いか、より高い温度のシーリングツールを使うか、又はシーリングツールの押圧力及び押圧時間をより大きく設定することができる。

その後、第１溝部４２１及び第２溝部４２２に電解液Ｅを注入し（段階（ｄ））、右側第２方向シーリング部４３２ａを仮シーリングする第３シーリング（段階（ｅ））を行い、活性化工程を行う。具体的に、電解液の注入は前記段階（ｂ）で密封されなかった第２方向のシーリング部予定部を通して行い、電解液注入の後、活性化過程を行うために、右側第２方向シーリング部４３２ａを仮シーリングし（段階（ｅ））、活性化過程を行う。

前記活性化過程で発生したガスを除去するために脱気過程を行い、第１溝部４２１及び第２溝部４２２に隣接して第２方向シーリング部４３２ａ’を形成する第４シーリングを行った後、仮シーリングした右側第２方向シーリング部４３２ａをカットして除去する（段階（ｆ））。

密封されたパウチ型電池セルの不必要な幅を除去してコンパクトな電池セルを製造するために、前記右側第２方向シーリング部及び左側第２方向シーリング部を折り曲げて（段階（ｇ））使うことができる。前記のように、第２方向シーリング部を折り曲げても第１溝部及び第２溝部は同一平面上に位置するから、第２溝部に収容された補充用電解液がシーリングラインの開放時に第１溝部に移動するのに邪魔とならない。

本発明が属する分野で通常の知識を有する者であれば前記内容に基づいて本発明の範疇内で多様な応用及び変形をなすことが可能であろう。

以上で説明したように、本発明によるパウチ型二次電池は、電極組立体を収容する第１溝部の外周辺に補充用電解液を収容する第２溝部が位置し、前記第２溝部の深さは前記第１溝部の深さと同一であるか又はそれより小さくなるので、前記第２溝部が付け加わっても全体的な二次電池の厚さが増加することを防止することができる。

したがって、前記パウチ型二次電池を用いて電池モジュール及び電池パックを構成するとき、電池セルの個数が減少しないから、容量が低下することを防止することができ、設計変更が不必要な利点がある。

また、電解液の追加注入が可能であるから、電池の寿命を延ばすことができ、電解液の枯渇によって抵抗が増加することを防止することができる。

また、第１溝部と第２溝部との間に形成されるシーリングラインが開放される時点を設定することができるので、所望の時点に電解液を補充することが可能である。

１１０、２１０、３１０、４１０ 電極組立体
１１１、４１１ 電極板
１１２、４１２ 電極タブ
１１３、４１３ 密封テープ
１１４、４１４ 電極リード
１２１、２２１、３２１、４２１ 第１溝部
１２２、３２２、４２２ 第２溝部
１３１、２３１、３３１、４３１ 第１方向シーリング部
１３２ａ、１３２ａ’、２３２ａ、３３２ａ、３３２ａ’、４３２ａ、４３２ａ’ 右側第２方向シーリング部
１３２ｂ、２３２ｂ、３３２ｂ、４３２ｂ 左側第２方向シーリング部
１３３、２３３ａ、２３３ｂ、３３３、４３３ シーリングライン
１４１ 上部ケース
１４２ 下部ケース
２２２ａ 右側第２溝部
２２２ｂ 左側第２溝部
１９１、３９１、４９１ 第１パンチ
１９２、３９２、４９２ 第２パンチ
４３２ 第２方向シーリング部
ａ１ 第１溝部の深さ
ａ２ 第２溝部の深さ
ｂ１ 第１溝部の幅
ｂ２ 第２溝部の幅
ｈ１、ｈ３、ｈ５ 第１溝部の第２方向への長さ
ｈ２、ｈ４、ｈ６ 第２溝部の第２方向への長さ
Ａ 第２溝部の上部空間
ｘ 第１方向
ｙ 第２方向

Claims (15)

1. 陽極及び陰極の間に分離膜が介在された構造の電極組立体と、
   前記電極組立体を収容する第１溝部、及び補充用電解液を収容する第２溝部を含む電池ケースと、
   を含み、
   前記第２溝部は前記第１溝部の少なくとも一側に位置し、
   前記第２溝部に収容された電解液の移動を防止するためのシーリングライン（Ｓｅａｌｉｎｇ Ｌｉｎｅ）が前記第１溝部と第２溝部との間に形成される、パウチ型二次電池。
2. 前記第２溝部の深さは前記第１溝部の深さと同一であるか又はそれより浅い、請求項１に記載のパウチ型二次電池。
3. 前記補充用電解液は前記シーリングラインの開放によって前記第１溝部に移動する、請求項１または２に記載のパウチ型二次電池。
4. 前記シーリングラインが開放されるとき、前記電池ケースの外周辺シーリング部は密封が維持される、請求項１〜３の何れか一項に記載のパウチ型二次電池。
5. 前記電池ケースの外周辺には、電極タブが位置する電池ケースの第１方向の外周辺に平行な第１方向シーリング部、及び前記第１方向シーリング部と直交する第２方向シーリング部が形成され、
   前記第２方向シーリング部と前記第１溝部との間に前記第２溝部が位置する、請求項１〜４の何れか一項に記載のパウチ型二次電池。
6. 前記電池ケースの外周辺には、電極タブが位置する電池ケースの第１方向の外周辺に平行な第１方向シーリング部、及び前記第１方向シーリング部と直交する第２方向シーリング部が形成され、
   前記第１方向シーリング部と前記第１溝部との間に前記第２溝部が位置する、請求項１〜５の何れか一項に記載のパウチ型二次電池。
7. 請求項１に記載のパウチ型二次電池の製造方法であって、
   第１パンチ及び第２パンチを用いて電池ケース用シートに第１溝部及び第２溝部を成形する段階と、
   電解液注入方向に位置する一側の第２方向シーリング部を除いた両側の第１方向シーリング部及び他側の第２方向シーリング部を密封する第１シーリング段階と、
   前記第１溝部に電解液を注入する段階と、
   前記第２溝部に電解液を注入する段階と、
   前記第１溝部及び前記第２溝部の間にシーリングラインを形成する第２シーリング段階と、
   電解液注入方向に位置する一側の前記第２方向シーリング部を仮シーリングする第３シーリング段階と、
   を含む、パウチ型二次電池の製造方法。
8. 前記パウチ型二次電池の製造方法は、
   （ａ−１）前記第１溝部及び前記第２溝部を成形する段階と、
   （ａ−２）前記第１シーリング段階と、
   （ａ−３）前記第１溝部に電解液を注入する段階と、
   （ａ−４）前記第３シーリング段階と、
   （ａ−５）前記第２シーリング段階と、
   （ａ−６）前記第２溝部に電解液を注入する段階と、
   を含み、
   前記第２シーリング段階の後、前記第３シーリング段階で仮シーリングされた前記第２方向シーリング部をカットした後、前記第２溝部に電解液を注入し、
   前記電解液注入方向に位置する前記第２方向シーリング部を形成するための第４シーリング段階を行う、請求項７に記載のパウチ型二次電池の製造方法。
9. 前記パウチ型二次電池の製造方法は、
   （ｂ−１）前記第１溝部及び前記第２溝部を成形する段階と、
   （ｂ−２）前記第１シーリング段階と、
   （ｂ−３）前記第２シーリング段階と、
   （ｂ−４）前記第１溝部及び前記第２溝部に電解液を注入する段階と、
   （ｂ−５）前記第３シーリング段階と、
   を含み、
   前記第３シーリング段階は、
   前記（ｂ−４）段階の後、仮シーリングのための第３シーリングを行い、活性化及び脱気過程を行った後、前記第１溝部及び前記第２溝部の少なくとも一つに隣接して第４シーリングを行い、前記仮シーリングした部分をカットして除去する、請求項７に記載のパウチ型二次電池の製造方法。
10. 前記第１シーリング段階及び前記第２シーリング段階は同時に行う、請求項９に記載のパウチ型二次電池の製造方法。
11. 前記第２方向シーリング部と前記第１溝部との間に前記第２溝部が位置する、請求項９または１０に記載のパウチ型二次電池の製造方法。
12. 前記第２溝部の第２方向への長さは前記第１溝部の第２方向への長さより短く形成される、請求項１１に記載のパウチ型二次電池の製造方法。
13. 前記第１方向シーリング部と前記第１溝部との間に前記第２溝部が位置する、請求項９または１０に記載のパウチ型二次電池の製造方法。
14. 前記第２方向シーリング部の折曲過程をさらに含む、請求項１３に記載のパウチ型二次電池の製造方法。
15. 請求項１〜６のいずれか一項に記載のパウチ型二次電池を含む電池パックであって、
    前記パウチ型二次電池は、前記第２溝部の補充用電解液が前記第１溝部に流れるように前記第１溝部の上部に前記第２溝部が配置された状態で積層される、電池パック。

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