JP2023502614A - 二次電池およびシールブロック - Google Patents

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Abstract

上記課題を解決するための本発明の実施形態に系る二次電池は、電極およびセパレータが積層されて形成される電極組立体と、前記電極組立体を内部に収納するパウチ型電池ケースと、を含み、前記電池ケースは、前記電極組立体を内部に収納する収容空間が設けられたカップ部と、前記カップ部の縁から外側に延びて形成され、上下部が互いに当接してシールされるシール部と、前記シール部に挿入され、前記カップ部の内部のガスを外部に排出するベンティング装置と、を含み、前記シール部は、前記ベンティング装置が挿入されたベントシール部と、前記ベントシール部と前記カップ部との間に位置し、周辺より相対的に弱くシールされる弱シール部と、を含む。

Description

本発明は、２０１９年１１月１３日付の韓国特許出願第１０－２０１９－０１４５２８６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、本明細書の一部として組み込まれる。
本発明は、二次電池およびシールブロックに関し、より詳細には、ベンティング装置がシール部に挿入され、カップ部の内部の圧力が増加すると、内部のガスを外部に排出することで圧力を調節することができる二次電池、および前記二次電池をシールするシールブロックに関する。
一般に、二次電池の種類としては、ニッケルカドミウム電池、ニッケル水素電池、リチウムイオン電池、およびリチウムイオンポリマー電池などが挙げられる。かかる二次電池は、デジタルカメラ、Ｐ－ＤＶＤ、ＭＰ３Ｐ、携帯電話、ＰＤＡ、携帯ゲーム装置（Ｐｏｒｔａｂｌｅ Ｇａｍｅ Ｄｅｖｉｃｅ）、パワーツール（Ｐｏｗｅｒ Ｔｏｏｌ）、およびＥ－バイク（Ｅ－ｂｉｋｅ）などの小型製品だけでなく、電気自動車やハイブリッド自動車のような高出力が求められる大型製品と、余剰の発電電力や再生可能エネルギーを貯蔵する電力貯蔵装置と、バックアップ用電力貯蔵装置にも適用されて用いられている。
二次電池は、電極組立体を収容するケースの材料によって、パウチ型（Ｐｏｕｃｈ Ｔｙｐｅ）および缶型（Ｃａｎ Ｔｙｐｅ）などに分類される。パウチ型（Ｐｏｕｃｈ Ｔｙｐｅ）は、軟性のポリマー材料から製造されたパウチに電極組立体を収容する。そして、缶型（Ｃａｎ Ｔｙｐｅ）は、金属またはプラスチックなどの材料から製造されたケースに電極組立体を収容する。
一方、二次電池は、外部衝撃による内部短絡、過充電、過放電などによる発熱と、それによる電解質分解、熱暴走現象などの様々な問題により、安全性が脅かされている。特に、電解質分解により気体が発生し、二次電池の内部の圧力が増加すると、二次電池が爆発するという問題が発生する。
具体的に、二次電池を繰り返して充放電すると、電解質と電極活物質による電気化学的反応により気体が発生する。この際、発生した気体は二次電池の内部圧力を上昇させ、部品間の結合力の弱化、二次電池のケースの破損、保護回路の早期作動、電極の変形、内部短絡、爆発などの問題を引き起こす。よって、缶型（Ｃａｎ Ｔｙｐｅ）の二次電池では、ＣＩＤフィルタおよび安全ベントといった保護部材が設けられ、ケースの内部の圧力が増加すると、電気的連結を物理的に遮断していた。しかし、従来のパウチ型（Ｐｏｕｃｈ Ｔｙｐｅ）の二次電池では、かかる保護部材が十分に設けられていなかった。
本発明が解決しようとする課題は、ベンティング装置がシール部に挿入され、カップ部の内部の圧力が増加すると、内部のガスを外部に排出することで圧力を調節することができる二次電池、および前記二次電池をシールするシールブロックを提供することにある。
本発明の課題は、以上で言及した課題に制限されず、言及されていない他の課題は、下記の記載から当業者に明確に理解されるものである。
上記の課題を解決するための本発明の実施形態に係る二次電池は、電極およびセパレータが積層されて形成される電極組立体と、前記電極組立体を内部に収納するパウチ型電池ケースと、を含み、前記電池ケースは、前記電極組立体を内部に収納する収容空間が設けられたカップ部と、前記カップ部の縁から外側に延びて形成され、上下部が互いに当接してシールされるシール部と、前記シール部に挿入され、前記カップ部の内部のガスを外部に排出するベンティング装置と、を含み、前記シール部は、前記ベンティング装置が挿入されたベントシール部と、前記ベントシール部と前記カップ部との間に位置し、周辺より相対的に弱くシールされる弱シール部と、を含む。
また、前記弱シール部は、前記ベントシール部の幅と対応する幅を有することができる。
上記の課題を解決するための本発明の実施形態に係るシールブロックは、パウチ型二次電池のシール部をシールするシールブロックであって、本体と、前記本体において前記シール部と直接接触するシール面から内側に凹陥して形成されたグルーブと、を含み、前記グルーブは、前記二次電池のカップ部の内部のガスを外部に排出するベンティング装置が挿入され、前記ベンティング装置を前記シール部とともにシールするベントグルーブと、前記シール面が前記シール部と接触する時に、前記ベントグルーブと前記カップ部との間に位置する弱シールグルーブと、を含む。
また、前記グルーブは、前記二次電池の外部に電気を供給する電極リードが挿入され、前記電極リードを前記シール部とともにシールするリードグルーブをさらに含むことができる。
また、前記弱シールグルーブは、前記リードグルーブよりも高さが低いことができる。
また、前記リードグルーブは、前記シール面の長さ方向に形成された第１角から、前記シール面の幅方向に向かって形成されることができる。
また、前記リードグルーブは、前記第１角と向かい合う第２角まで延びて形成されることができる。
また、前記弱シールグルーブは、前記ベントグルーブの幅と対応する幅を有することができる。
また、前記弱シールグルーブは、前記シール面の長さ方向に形成された第１角から前記ベントグルーブまで形成されることができる。
また、前記本体は、幅が前記シール部の幅と等しいかまたはより大きく、長さが前記シール部の長さと等しいかまたはより大きいことができる。
また、前記本体は、前記弱シールグルーブの上方に配置され、高さ方向に直線運動し、前記弱シールグルーブの高さを調節するシリンダをさらに含むことができる。
本発明のその他の具体的な事項は、詳細な説明および図面に含まれている。
本発明の実施形態によると、少なくとも次のような効果がある。
ベンティング装置がシール部に挿入され、二次電池のカップ部の内部の圧力が増加すると、内部のガスを外部に排出することで圧力を調節することができる。
また、ベンティング装置が挿入されたベントシール部とカップ部との間に、周辺より相対的に弱くシールされる弱シール部が形成され、カップ部の内部の圧力が増加すると、ベンティング装置に向かってシール部の着脱を誘導することで、二次電池の爆発を防止することができる。
また、二次電池をシールするシールブロックが、ベンティング装置をシールするベントグルーブと弱シールグルーブを含み、ベントシール部と弱シール部を容易に形成することができる。
本発明による効果は、以上で例示された内容によって制限されず、さらに多様な効果が本明細書内に含まれている。
本発明の一実施形態に係る二次電池の組立図である。 本発明の一実施形態に係る二次電池の斜視図である。 本発明の一実施形態に係る電池ケースを形成するパウチフィルムの断面図である。 本発明の一実施形態に係る二次電池の拡大平面図である。 本発明の一実施形態に係るシールブロックが二次電池のシール部をシールする様子を示した斜視図である。 本発明の一実施形態に係るシールブロックの正面図である。 本発明の一実施形態に係るシールブロックの底面図である。 本発明の他の実施形態に係るシールブロックの正面図である。
本発明の利点および特徴、そしてそれらを果たす方法は、添付図面とともに詳細に後述される実施形態を参照すると明確になるであろう。しかし、本発明は以下で開示される実施形態に限定されず、相異なる多様な形態で実現されることができる。本実施形態は、本発明の開示が完全になるようにするとともに、本発明が属する技術分野において通常の知識を有する者に発明の範疇を完全に伝達するために提供されるものであり、本発明は、請求範囲の範疇によってのみ定義される。明細書の全体において、同一の参照符号は同一の構成要素を示す。
別に定義されない限り、本明細書で用いられる全ての用語（技術および科学的用語を含む）は、本発明が属する技術分野において通常の知識を有する者に共通的に理解され得る意味で用いられることができる。また、一般に用いられる辞書に定義されている用語は、明白に特に定義されていない限り、理想的にまたは過度に解釈されない。
本明細書で用いられている用語は、実施形態を説明するためのものであって、本発明を制限するためのものではない。本明細書において、単数型は、文章で特に言及しない限り、複数型も含む。明細書で用いられる「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ）」および/または「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」は、言及された構成要素の他に、一つ以上の他の構成要素の存在または追加を排除しない。
以下、添付図面を参照して、本発明の好ましい実施形態について詳細に説明する。
図１は本発明の一実施形態に係る二次電池１の組立図であり、図２は本発明の一実施形態に係る二次電池１の斜視図である。
パウチ型二次電池１を製造する過程は、先ず、電極活物質とバインダーおよび可塑剤を混合したスラリーを正極集電体および負極集電体に塗布して正極と負極などの電極を製造し、これらをセパレータ（Ｓｅｐａｒａｔｏｒ）の両側に積層することで、所定形状の電極組立体１０を形成した後、電極組立体１０を電池ケース１３に挿入し、電解液を注入してからシールする。
電極組立体（Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ Ａｓｓｅｍｂｌｙ）１０は、電極およびセパレータが積層されて形成される。具体的に、電極組立体１０は、正極および負極などの２種類の電極と、前記電極を互いに絶縁させるために電極らの間に介在されるセパレータと、を含む。かかる電極組立体１０は、スタック型、ジェリーロール型、スタックアンドフォールディング型などがある。２種類の電極、すなわち、正極と負極はそれぞれ、アルミニウムと銅を含む金属箔または金属メッシュ状の電極集電体に活物質スラリーが塗布されている構造である。スラリーは、通常、粒状の活物質、補助導体、バインダー、および可塑剤などが溶媒添加状態で撹拌されて形成されることができる。溶媒は、後続工程で除去される。
電極組立体１０は、図１に示されたように、電極タブ（Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ Ｔａｂ）１１を含む。電極タブ１１は、電極組立体１０の正極および負極からそれぞれ突出し、電極組立体１０の内部と外部との間で電子が移動できる経路になる。電極組立体１０の集電体は、電極活物質が塗布された部分と、電極活物質が塗布されていない末端部分、すなわち、無地部から構成される。そして、電極タブ１１は、無地部を裁断して形成されてもよく、無地部に別の導電部材を超音波溶接などにより連結して形成されてもよい。かかる電極タブ１１は、図１に示されたように、電極組立体１０の一側から同一方向に並んで突出してもよいが、これに制限されず、それぞれ異なる方向に突出してもよい。
電極組立体１０の電極タブ１１には、二次電池１の外部に電気を供給する電極リード（Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ Ｌｅａｄ）１２がスポット（Ｓｐｏｔ）溶接などにより連結される。そして、電極リード１２の一部は絶縁部１４により周囲が包囲される。絶縁部１４は、電池ケース１３の上部ケース１３１と下部ケース１３２が熱融着されるシール部１３４に限定して位置し、電池ケース１３に接着される。そして、電極組立体１０から生成される電気が電極リード１２を介して電池ケース１３に流れることを防止し、電池ケース１３のシールを維持する。よって、かかる絶縁部１４は、電気をよく通さない非伝導性を有する不導体から製造される。一般に、絶縁部１４としては、電極リード１２に付着しやすく、厚さが比較的薄い絶縁テープが多く用いられるが、これに制限されず、電極リード１２を絶縁することができるものであれば、種々の部材が使用可能である。
電極リード１２は、正極タブ１１１に一端が連結され、正極タブ１１１が突出した方向に延びる正極リード１２１と、負極タブ１１２に一端が連結され、負極タブ１１２が突出した方向に延びる負極リード１２２と、を含む。一方、正極リード１２１および負極リード１２２は、図１に示されたように、何れも他端が電池ケース１３の外部に突出する。これにより、電極組立体１０の内部で生成された電気を外部に供給することができる。また、正極タブ１１１および負極タブ１１２がそれぞれ多様な方向に向かって突出形成されるため、正極リード１２１および負極リード１２２もそれぞれ多様な方向に向かって延びることができる。
正極リード１２１および負極リード１２２は、その材料が互いに異なることができる。すなわち、正極リード１２１は、正極集電体と同一のアルミニウム（Ａｌ）からなり、負極リード１２２は、負極集電体と同一の銅（Ｃｕ）、またはニッケル（Ｎｉ）がコーティングされた銅からなることができる。そして、電池ケース１３の外部に突出した電極リード１２の一部分は端子部となり、外部端子と電気的に連結される。
電池ケース１３は、電極組立体１０を内部に収納する、軟性の材料から製造されたパウチである。以下、電池ケース１３がパウチであると説明する。電池ケース１３は、電極リード１２の一部、すなわち、端子部が露出するように電極組立体１０を収容してシールされる。かかる電池ケース１３は、図１に示されたように、上部ケース１３１と下部ケース１３２を含む。下部ケース１３２にはカップ部１３３が形成され、電極組立体１０を収容できる収容空間１３３１が設けられており、上部ケース１３１は、前記電極組立体１０が電池ケース１３の外部に離脱しないように、前記収容空間１３３１を上部から覆う。この際、図１に示されたように、上部ケース１３１にも収容空間１３３１が設けられたカップ部１３３が形成され、電極組立体１０を上部で収容することもできる。上部ケース１３１と下部ケース１３２は、図１に示されたように、一側が互いに連結されて製造されることができるが、これに制限されず、互いに分離されて別に製造されるなど、多様に製造されることができる。
本発明の一実施形態によると、図１に示されたように、ベンティング装置１５が前記シール部１３４の両面の間に挿入されてともに熱融着される。ベンティング装置１５は、電池ケース１３の内部および外部を互いに連通する通路を含み、電池ケース１３のカップ部１３３の内部圧力が増加すると、内部のガスを外部に排出して圧力を調節する。また、前記通路は、片方向のみに移動可能な通路であることができる。よって、内部のガスは通路を介して外部に排出されることができるが、外部の水分やその他の異物は、通路を介して内部に侵透することができない。
シール部１３４がシールされる際に、上部ケース１３１の縁に形成された上部シール部１３４１と、下部ケース１３２の縁に形成された下部シール部１３４２とが互いに当接してシールされる。この際、ベンティング装置１５は、互いに当接する上部シール部１３４１と下部シール部１３４２との間に挿入される。そして、上部シール部１３４１と下部シール部１３４２が熱融着されると、ベンティング装置１５もともに熱融着されることで、シール部１３４内に固定される。
電極組立体１０の電極タブ１１に電極リード１２が連結され、電極リード１２の一部分に絶縁部１４が形成されると、下部ケース１３２のカップ部１３３に設けられた収容空間１３３１に電極組立体１０が収容され、上部ケース１３１が前記空間を上部から覆う。そして、内部に電解液を注入し、上部ケース１３１と下部ケース１３２の縁から外側に延びて形成されたシール部１３４をシールする。電解液は、二次電池１の充・放電時に電極の電気化学的反応により生成されるリチウムイオンを移動させるためのものであって、リチウム塩と高純度の有機溶媒類の混合物である非水系有機電解液または高分子電解質を用いたポリマーを含むことができる。このような方法により、図２に示されたようにパウチ型二次電池１が製造されることができる。
図３は本発明の一実施形態に係る電池ケース１３を形成するパウチフィルム１３５の断面図である。
電池ケース１３は、パウチフィルム１３５をドローイング（Ｄｒａｗｉｎｇ）成形して製造される。すなわち、パウチフィルム１３５を延伸させてカップ部１３３を形成することで製造される。かかるパウチフィルム１３５は、図３に示されたように、ガスバリア層（Ｇａｓ Ｂａｒｒｉｅｒ Ｌａｙｅｒ）１３５１と、表面保護層（Ｓｕｒｆａｃｅ Ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ Ｌａｙｅｒ）１３５２と、シーラント層（Ｓｅａｌａｎｔ Ｌａｙｅｒ）１３５３と、を含む。
ガスバリア層１３５１は、電池ケース１３の機械的強度を確保し、二次電池１への外部のガスまたは水分などの出入を遮断し、電解液の漏れを防止する。一般に、ガスバリア層１３５１は金属を含み、主にアルミニウム薄膜（Ａｌ Ｆｏｉｌ）が用いられる。アルミニウムは、所定レベル以上の機械的強度を確保することができるとともに、軽量であり、電極組立体１０と電解液による電気化学的性質に対する補完および放熱性などを確保することができる。但し、これに制限されず、種々の材料がガスバリア層１３５１に含まれることができる。例えば、鉄（Ｆｅ）、炭素（Ｃ）、クロム（Ｃｒ）、マンガン（Ｍｎ）、ニッケル（Ｎｉ）、およびアルミニウム（Ａｌ）からなる群から選択される１種または２種以上の混合物であることができる。この際、前記ガスバリア層１３５１を、鉄が含有された材料で製造する場合、機械的強度が向上し、アルミニウムが含有された材料で製造する場合には、柔軟性が向上するため、それぞれの特性を考慮して使用することができる。
表面保護層１３５２はポリマーから製造され、最外層に位置し、外部との摩擦および衝突から二次電池１を保護するとともに、電極組立体１０を外部から電気的に絶縁させる。ここで、最外層とは、前記ガスバリア層１３５１を基準として電極組立体１０が位置する方向の反対方向に、外部に向かう方向を言う。かかる表面保護層１３５２は、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレート、ポリ塩化ビニル、アクリル系高分子、ポリアクリロニトリル、ポリイミド、ポリアミド、セルロース、アラミド、ナイロン、ポリエステル、ポリパラフェニレンベンゾビスオキサゾール、ポリアリレート、テフロン、およびガラス繊維からなる群から選択される１つ以上の物質からなることができる。特に、耐磨耗性および耐熱性を有するナイロン（Ｎｙｌｏｎ）樹脂またはポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）などのポリマーが主に用いられる。そして、表面保護層１３５２は、何れか１つの物質からなる単一膜構造を有してもよく、２つ以上の物質がそれぞれ層を成して形成された複合膜構造を有してもよい。
シーラント層１３５３はポリマーから製造され、最内層に位置して電極組立体１０と直接接触する。パウチ型電池ケース１３は、上記のような積層構造のパウチフィルム１３５を、パンチなどを利用してドローイング（Ｄｒａｗｉｎｇ）成形すると、一部が延伸し、袋状の収容空間１３３３を含むカップ部１３３が形成されながら製造される。そして、かかる収容空間１３３３の内部に電極組立体１０が収容されると、電解液を注入する。その後、上部ケース１３１と下部ケース１３２を互いに接触させ、シール部１３４に熱圧着を施すと、シーラント層１３５３同士が接着されることで電池ケース１３がシールされる。この際、シーラント層１３５３は、電極組立体１０と直接接触するため絶縁性を有する必要があり、電解液とも接触するため耐食性を有する必要がある。また、内部を完全に密閉して内部と外部における物質の移動を遮断しなければならないため、高いシール性を有する必要がある。すなわち、シーラント層１３５３同士が接着されたシール部１３４は、優れた熱接着強度を有する必要がある。一般的に、かかるシーラント層１３５３は、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレート、ポリ塩化ビニル、アクリル系高分子、ポリアクリロニトリル、ポリイミド、ポリアミド、セルロース、アラミド、ナイロン、ポリエステル、ポリパラフェニレンベンゾビスオキサゾール、ポリアリレート、テフロン、およびガラス繊維からなる群から選択される１つ以上の物質からなることができる。特に、ポリプロピレン（ＰＰ）またはポリエチレン（ＰＥ）などのポリオレフィン系樹脂が主に用いられる。ポリプロピレン（ＰＰ）は、引張強度、剛性、表面硬度、耐磨耗性、耐熱性などの機械的物性と、耐食性などの化学的物性に優れ、シーラント層１３５３の製造に主に用いられる。さらに、無延伸ポリプロピレン（Ｃａｔｅｄ Ｐｏｌｙｐｒｏｐｙｌｅｎｅ）またはポリプロピレン－ブチレン－エチレン三元共重合体から構成されてもよい。また、シーラント層１３５３は、何れか１つの物質からなる単一膜構造を有してもよく、２つ以上の物質がそれぞれ層を成して形成された複合膜構造を有してもよい。
図４は本発明の一実施形態に系る二次電池１の拡大平面図である。
本発明の一実施形態によると、ベンティング装置１５がシール部１３４に挿入され、二次電池１のカップ部１３３の内部の圧力が増加すると、内部のガスを外部に排出して圧力を調節することができる。また、ベンティング装置１５が挿入されたベントシール部１３４４とカップ部１３３との間に、周辺より相対的に弱くシールされる弱シール部１３４３が形成され、カップ部１３３の内部の圧力が増加すると、ベンティング装置１５に向かってシール部１３４の着脱を誘導することで、二次電池１の爆発を防止することができる。また、二次電池１をシールするシールブロック２が、ベンティング装置１５をシールするベントグルーブ２２４と弱シールグルーブ２２３を含み、ベントシール部１３４４と弱シール部１３４３を容易に形成することができる。
そのために、本発明の一実施形態に系る二次電池１は、電極およびセパレータが積層されて形成される電極組立体１０と、前記電極組立体１０を内部に収納するパウチ型電池ケース１３と、を含み、前記電池ケース１３は、前記電極組立体１０を内部に収納する収容空間１３３１が設けられたカップ部１３３と、前記カップ部１３３の縁から外側に延びて形成され、上下部が互いに当接してシールされるシール部１３４と、前記シール部１３４に挿入され、前記カップ部１３３の内部のガスを外部に排出するベンティング装置１５と、を含み、前記シール部１３４は、前記ベンティング装置１５が挿入されたベントシール部１３４４と、前記ベントシール部１３４４と前記カップ部１３３との間に位置し、周辺より相対的に弱くシールされる弱シール部１３４３と、を含む。
シール部１３４は、上部ケース１３１の縁に形成された上部シール部１３４１と、下部ケース１３２の縁に形成された下部シール部１３４２と、を含む。そして、上部シール部１３４１と下部シール部１３４２が互いに当接して熱融着されると、シール部１３４がシールされ、電池ケース１３の内部が密閉される。
ベンティング装置１５は、互いに当接する上部シール部１３４１と下部シール部１３４２との間に挿入される。そして、上部シール部１３４１と下部シール部１３４２が熱融着されながら、ベンティング装置１５もともに熱融着されることにより、シール部１３４内に固定される。
ベンティング装置１５がシール部１３４内に固定される際に、ガスが流入される流入口（不図示）が電池ケース１３のカップ部１３３に向かっており、ガスが排出される排出口（不図示）が外部に向かっていることが好ましい。これにより、カップ部１３３の内部でガスが生成されると、ガスがベンティング装置１５に容易に流入され、ベンティング装置１５を介して外部に容易に排出されることができる。
上部シール部１３４１と下部シール部１３４２との間には、ベンティング装置１５だけでなく、二次電池１の外部に電気を供給する電極リード１２も挿入されることができる。したがって、本発明の一実施形態によると、シール部１３４は、電極リード１２が挿入されるリードシール部（不図示）と、ベンティング装置１５が挿入されるベントシール部１３４４と、を含む。ところが、電極リード１２およびベンティング装置１５は、それ自体が物理的に一定体積を有する。よって、シール部１３４において、挿入されているものがない他の領域は、相対的に薄く且つ平らに形成されるのに対し、電極リード１２およびベンティング装置１５が挿入された領域は、相対的に一定体積だけ上下に突出し、厚く形成される。
ベンティング装置１５の長さは、図４に示されたように、シール部１３４の幅より相対的に短いことが好ましい。ベンティング装置１５の長さがシール部１３４の幅より長いと、ベンティング装置１５がシールされたベントシール部１３４４のシール力が低下する恐れがあるためである。
図２および図４には、ベントシール部１３４４が、リードシール部（不図示）が形成された方向に位置したシール部１３４に形成されると示されているが、多様な方向のシール部１３４に形成されることができる。但し、上部ケース１３１と下部ケース１３２が一側が連結された状態で折り畳まれて折り畳み面がシール部１３４の一部に形成される場合、折り畳み面が形成されたシール部１３４にはベンティング装置１５が挿入されても、折り畳み面により、二次電池１の内部のガスを外部に排出することが容易ではない。よって、かかる折り畳み面が形成されたシール部１３４には、ベンティング装置１５が挿入されないことが好ましい。上部ケース１３１と下部ケース１３２が一側が連結されず互いに分離されて別に形成される場合には、折り畳み面が存在しないため、ベンティング装置１５は制限されずに多様な方向のシール部１３４に形成されることができる。
一方、一般的なシール部１３４は強くシールされるため、外部の衝撃により破損されにくい。そのため、内部の電解液が漏れたり、外部の水分などのその他の異物が侵透したりすることを最小化することができる。しかし、内部短絡、過充電などによって二次電池１の内部でガスが発生した場合、シール部１３４が過度に強くシールされていると、二次電池１の内部圧力が急激に増加し、爆発の危険性がある。
したがって、本発明の一実施形態に系るシール部１３４は、ベントシール部１３４４とカップ部１３３との間に位置し、周辺より相対的に弱くシールされる弱シール部１３４３をさらに含む。弱シール部１３４３は、シール部１３４の他の周辺領域より相対的に弱くシールされる。これにより、二次電池１のカップ部１３３の内部でガスが発生し、内部圧力がある程度増加すると、前記圧力が、カップ部１３３と近く位置した弱シール部１３４３に伝達される。
前記伝達された圧力は、弱シール部１３４３を、シール部１３４の他の領域よりも先に上部シール部１３４１と下部シール部１３４２とに着脱（分離）させる。弱シール部１３４３はベントシール部１３４４とカップ部１３３との間に位置するため、弱シール部１３４３が着脱されると、ベントシール部１３４４に挿入されたベンティング装置１５の流入口が開放され、ガスが前記流入口に流入することができる。
ベンティング装置１５の流入口に流入したガスは、内部圧力をベンティング装置１５の排出口に伝達する。そして、ベントシール部１３４４の外側領域を着脱させる。ベントシール部１３４４の外側領域は、シール部１３４の他の領域より幅が狭いため、前記内部圧力がさらに増加すると、シール部１３４の他の領域よりも先に上部シール部１３４１と下部シール部１３４２が着脱される。これにより、ガスが二次電池１の外部に排出され、二次電池１の内部圧力が減少することができる。このように、弱シール部１３４３は、シール部１３４の他の領域よりも先に着脱され、ベンティング装置１５に向かってシール部１３４の着脱を誘導することで、二次電池１の爆発を防止することができる。
弱シール部１３４３が全くシールされていなくても、ベンティング装置１５に向かってシール部１３４の着脱を誘導するという上記の効果を発揮することもある。しかし、ガスが発生していない一般的な場合、セルの内部の不要な空間を除去し、エネルギー密度を増加させるために、カップ部１３３の内部圧力を、大気圧よりも低い負圧状態に維持する。そして、カップ部１３３とシール部１３４との境界角がカップ部１３３の形状に沿って一定に形成された際に、前記負圧状態の圧力が前記角に均一に作用する。ところで、弱シール部１３４３が全くシールされていないと、前記境界角が、弱シール部１３４３の周辺も含むため不一定に形成される。よって、前記負圧状態の圧力が弱シール部１３４３の周辺領域に集中され、前記領域が歪むという問題が発生し得る。よって、前記境界角を均一に維持するために、弱シール部１３４３は、ある程度シールされることが好ましい。
弱シール部１３４３は、カップ部１３３の内部のガスをベンティング装置１５に容易に誘導するために、ベントシール部１３４４の幅と対応する幅を有することが好ましい。ここで、対応するということは、類似または同一であることを意味し、類似の範囲は、ベントシール部１３４４の幅の１０％以内であって、非常に少ない差であることが好ましい。
図５は本発明の一実施形態に系るシールブロック２が二次電池１のシール部１３４をシールする様子を示した斜視図である。
上述のように、シール部１３４をシールするためには、互いに当接する上部シール部１３４１と下部シール部１３４２とを熱融着すべきである。そのために、前記シール部１３４に直接接触して熱および圧力を印加するシールブロック２が必要である。
本発明の一実施形態に系るシールブロック２は、パウチ型二次電池１のシール部１３４をシールするシールブロック２であって、本体２１と、前記本体２１において前記シール部１３４と直接接触するシール面２１１から内側に凹陥して形成されたグルーブ２２と、を含み、前記グルーブ２２は、前記二次電池１のカップ部１３３の内部のガスを外部に排出するベンティング装置１５が挿入され、前記ベンティング装置１５を前記シール部１３４とともにシールするベントグルーブ２２４と、前記シール面２１１が前記シール部１３４と接触する時に、前記ベントグルーブ２２４と前記カップ部１３３との間に位置する弱シールグルーブ２２３と、を含む。
シールブロック２は、シール面２１１がシール部１３４に直接接触して熱および圧力を印加する。そのために、シールブロック２のシール面２１１には熱を発生するヒーティングコイルが形成されることができ、シールブロック２を上下に移動させることができる駆動部も連結されることができる。かかるシールブロック２は１つで形成され、シール部１３４をダイの上面に載置させた後、シールブロック２でシール部１３４の上面に熱および圧力を印加してもよい。ただし、これに制限されず、シールブロック２が２つで形成され、シール部１３４の上面と下面にそれぞれ熱および圧力を印加してもよい。
シール部１３４は、カップ部１３３の縁から外側に延びて形成される。よって、シール部１３４は二次電池１の角に沿って形成されることができる。この際、シールブロック２は、二次電池１の少なくとも１つの角に沿って形成されたシール部１３４を、一度にシールすることが好ましい。これにより、時間と工程段階を節約することができ、シール部１３４の外観が美麗であるとともに、シール部１３４のシール力が均一になることができる。そのために、シールブロック２の本体２１は、図５に示されたように、幅が前記シール部１３４の幅と等しいかまたはより大きく、長さが前記シール部１３４の長さと等しいかまたはより大きいことが好ましい。
図６は本発明の一実施形態に系るシールブロック２の正面図である。
シールブロック２は、本体２１のシール面２１１から内側に凹陥して形成されたグルーブ２２を含む。シールブロック２がシール部１３４の上面に接触して熱および圧力を印加する場合、シール面２１１は、図６に示されたように、シールブロック２の下面であることができる。
グルーブ２２は、シール面２１１がシール部１３４と接触する時に、ベンティング装置１５が挿入されてベンティング装置１５をシール部１３４とともにシールするベントグルーブ２２４（図７に図示）を含む。ベントグルーブ２２４についての詳細な説明は後述する。
グルーブ２２は、シール面２１１がシール部１３４と接触する時に、前記ベントグルーブ２２４と前記カップ部１３３との間に位置する弱シールグルーブ２２３も含む。
シールブロック２のシール面２１１がシール部１３４と接触すると、弱シールグルーブ２２３と対応するシール部１３４の一部領域には、シール部１３４の周辺の他の領域に比べて相対的に弱い熱および圧力が印加される。具体的に、前記シール部１３４の一部領域は、シール工程の初期には、弱シールグルーブ２２３により、シール面２１１と直接接触せずある程度離隔して空間を形成する。したがって、シール部１３４の周辺の他の領域には、熱および圧力が直接印加される。これに対し、前記シール部１３４の一部領域には圧力が直接印加されず、熱が対流または輻射方式で伝達される。そして、シール工程がある程度進むと、シール部１３４の周辺の他の領域はシーラント層１３５３がある程度溶融されるため、シール部１３４の厚さが全体的に減少する。これに対し、前記シール部１３４の一部領域は相対的に少なく溶融されるため、厚さが大きく減少せず、弱シールグルーブ２２３に挿入される。よって、シール工程が終わると、前記シール部１３４の一部領域は、熱および圧力が非常に弱く印加されて弱くシールされることで、弱シール部１３４３になる。
弱シールグルーブ２２３の高さｈ３が高すぎると、熱および圧力が殆ど印加されないため、弱シール部１３４３が全くシールされない。逆に、弱シールグルーブ２２３の高さｈ３が低すぎると、熱および圧力が大きく印加されるため、弱シール部１３４３のシール力が増加することになる。したがって、弱シールグルーブ２２３の高さｈ３は、シール工程の前後に変わるシール部１３４の厚さの変化量と対応することが好ましい。ここで、対応するということは、類似または同一であることを意味する。
グルーブ２２は、シール面２１１がシール部１３４と接触する時に、電極リード１２が挿入されて電極リード１２をシール部１３４とともにシールするリードグルーブ２２をさらに含むことができる。上述のように、電極リード１２は、それ自体が物理的に一定体積を有する。ところで、シールブロック２にリードグルーブ２２が形成されていないと、電極リード１２により、シールブロック２がシール部１３４と全体的に均一に接触することができない。そのため、シール部１３４に熱および圧力が均一に印加されないという問題が発生し得る。
本発明の一実施形態によると、シール面２１１がシール部１３４と接触する時に、電極リード１２および電極リード１２を取り囲むシール部１３４がリードグルーブ２２に挿入される。これにより、シールブロック２がシール部１３４と全体的に均一に接触し、シール部１３４に熱および圧力が均一に印加されることができる。また、電極リード１２および電極リード１２を取り囲むシール部１３４がリードグルーブ２２に挿入されるため、電極リード１２の周辺に沿って均一にシールされ、強固なリードシール部（不図示）が形成されることができる。
リードグルーブ２２の高さｈ１、ｈ２は、電極リード１２および電極リード１２を取り囲むシール部１３４がリードグルーブ２２に容易に挿入され、且つリードグルーブ２２の上面に接触できる高さであることが好ましい。例えば、シールブロック２が２つで形成され、シール部１３４の上面と下面をそれぞれ加圧して熱を印加する場合、１つのリードグルーブ２２の高さｈ１、ｈ２は、電極リード１２の厚さの半分であることが好ましい。
リードグルーブ２２の形状および幅は、電極リード１２の形状および幅に対応することが好ましい。ここで、形状が対応するということは、同一または類似であることを意味する。よって、電極リード１２の上面が平らに形成されると、リードグルーブ２２の上面も平らに形成されることができる。そして、幅が対応するということは、電極リード１２をシール部１３４が取り囲む幅と同一または類似であることを意味する。これにより、電極リード１２および電極リード１２を取り囲むシール部１３４がリードグルーブ２２に容易に挿入されることができる。
一方、上述のように、弱シールグルーブ２２３の高さｈ３は、シール部１３４の厚さの変化量と対応することが好ましい。ところが、シール部１３４の厚さの変化量は、電極リード１２の厚さに比べて小さい。よって、弱シールグルーブ２２３の高さｈ３は、図５に示されたように、リードグルーブ２２の高さｈ１、ｈ２よりも低いことが好ましい。
シール部１３４は、正極リード１２１が挿入される正極リードシール部（不図示）と、負極リード１２２が挿入される負極リードシール部（不図示）と、を含むことができる。そして、上述のように、正極リード１２１および負極リード１２２はそれぞれ多様な方向に向かって延びることができる。図５に示されたように、正極リード１２１および負極リード１２２が互いに同一方向に向かって延びる場合、１つのシールブロック２が、正極リード１２１および負極リード１２２がともに挿入されているシール部１３４を一度にシールすることが好ましい。したがって、図６および図７に示されたように、１つのシールブロック２に、正極リード１２１をシール部１３４とともにシールする正極リードグルーブ２２１と、負極リード１２２をシール部１３４とともにシールする負極リードグルーブ２２２の両方が形成されることができる。または、正極リード１２１および負極リード１２２が互いに異なる方向に向かって延びる場合には、１つのシールブロック２には正極リードグルーブ２２１が形成され、他のシールブロック２には負極リードグルーブ２２２が形成されることができる。さらに、正極リード１２１および負極リード１２２が互いに垂直な方向に向かって延びる場合には、１つのシールブロック２が折り曲げられ、２つの方向に位置したシール部１３４を一度にシールすることもできる。この場合には、１つのシールブロック２に正極リードグルーブ２２１および負極リードグルーブ２２２の両方が形成されることができる。
リードグルーブ２２の高さｈ１、ｈ２は、電極リード１２の厚さによって異なることができる。正極リード１２１および負極リード１２２の厚さが同一であると、正極リードグルーブ２２１の高さｈ１と負極リードグルーブ２２２の高さｈ２も同一であることができる。これに対し、正極リード１２１および負極リード１２２の厚さが異なると、正極リードグルーブ２２１の高さｈ１と負極リードグルーブ２２２の高さｈ２も異なることができる。特に、発熱量を減少させるために、負極リード１２２の厚さが正極リード１２１よりも厚く形成されることができる。この場合、負極リードグルーブ２２２の高さｈ２が正極リードグルーブ２２１の高さｈ１よりも高いことができる。
図７は本発明の一実施形態に系るシールブロック２の底面図である。
リードグルーブ２２は、シール面２１１の長さ方向に形成されたシールブロック２の第１角２３１から、前記シール面２１１の幅方向に向かって長く形成されることができ、特に、第１角２３１と向かい合う第２角２３２まで延びて形成されることが好ましい。すなわち、リードグルーブ２２は、シールブロック２の第１角２３１から第２角２３２まで、幅方向に貫通して形成されることができる。電極リード１２は、外部に電気を供給するために、シール部１３４よりも長く外側に突出形成される。この際、リードグルーブ２２がシールブロック２の幅方向に貫通して形成されることで、電極リード１２が突出していても、リードシール部（不図示）の形成に妨害にならないことができる。
一方、リードグルーブ２２は、シール面２１１がシール部１３４と接触する時に、ベンティング装置１５が挿入されてベンティング装置１５をシール部１３４とともにシールするベントグルーブ２２４をさらに含むことができる。電極リード１２と同様に、ベンティング装置１５も、それ自体が物理的に一定の体積を有する。ところで、シールブロック２にベントグルーブ２２４が形成されていないと、ベンティング装置１５により、シールブロック２がシール部１３４と全体的に均一に接触することができない。そのため、シール部１３４に熱および圧力が均一に印加されないという問題が発生し得る。
本発明の一実施形態によると、シール面２１１がシール部１３４と接触する時に、ベンティング装置１５およびベンティング装置１５を取り囲むシール部１３４がベントグルーブ２２４に挿入される。これにより、シールブロック２がシール部１３４と全体的に均一に接触し、シール部１３４に熱および圧力が均一に印加されることができる。また、ベンティング装置１５およびベンティング装置１５を取り囲むシール部１３４がベントグルーブ２２４に挿入されるため、ベンティング装置１５の周辺に沿って均一にシールされ、強固なベントシール部１３４４が形成されることができる。
ベントグルーブ２２４の高さは、ベンティング装置１５およびベンティング装置１５を取り囲むシール部１３４がベントグルーブ２２４に容易に挿入され、且つベントグルーブ２２４の上面に接触できる高さであることが好ましい。例えば、シールブロック２が２つで形成され、シール部１３４の上面と下面をそれぞれ加圧して熱を印加する場合、１つのベントグルーブ２２４の高さは、ベンティング装置１５の厚さの半分であることが好ましい。
ベントグルーブ２２４の形状および大きさは、ベンティング装置１５の形状および大きさに対応することが好ましい。ここで、形状が対応するということは、同一または類似であることを意味する。よって、ベンティング装置１５の上面がアーチ状で形成されると、ベントグルーブ２２４の上面もアーチ状で形成されることができる。そして、大きさが対応するということは、ベンティング装置１５をシール部１３４が取り囲む大きさと同一または類似であることを意味する。これにより、ベンティング装置１５およびベンティング装置１５を取り囲むシール部１３４がベントグルーブ２２４に容易に挿入されることができる。
ベンティング装置１５が、電極リード１２が形成された方向に位置したシール部１３４に挿入されると、１つのシールブロック２が、電極リード１２およびベンティング装置１５がともに挿入されているシール部１３４を同時にシールすることが好ましい。したがって、図６および図７に示されたように、１つのシールブロック２にベントグルーブ２２４およびリードグルーブ２２の両方が形成されることができる。
一方、上述のように、弱シール部１３４３は、カップ部１３３の内部のガスをベンティング装置１５に容易に誘導するために、ベントシール部１３４４の幅と対応する幅を有することが好ましい。ところが、弱シール部１３４３の大きさは弱シールグルーブ２２３の大きさによって決まり、ベントシール部１３４４の大きさはベントグルーブ２２４の大きさによって決まる。したがって、弱シールグルーブ２２３の幅は、図７に示されたように、ベントグルーブ２２４の幅と対応することが好ましい。ここで、幅が対応するということは、幅が同一または類似であることを意味する。
また、上述のように、弱シール部１３４３はベントシール部１３４４とカップ部１３３との間に位置する。よって、弱シール部１３４３を形成する弱シールグルーブ２２３は、図７に示されたように、シール面２１１の長さ方向に形成されたシールブロック２の第１角２３１から、ベントシール部１３４４を形成するベントグルーブ２２４まで形成されることができる。
図８は本発明の他の実施形態に系るシールブロック２ａの正面図である。
本発明の一実施形態によると、シールブロック２の弱シールグルーブ２２３の高さｈ３が固定される。しかし、本発明の他の実施形態によると、シールブロック２ａの本体２１ａは、弱シールグルーブ２２３ａの上方に配置されて高さ方向に直線運動し、弱シールグルーブ２２３ａの高さｈ３を調節するシリンダ２１２をさらに含む。
シールブロック２ａのシール面２１１がシール部１３４と接触すると、弱シールグルーブ２２３ａと対応するシール部１３４の一部領域は、シール工程の初期には、弱シールグルーブ２２３ａにより、シール面２１１と直接接触せずある程度離隔して空間を形成する。そして、シリンダ２１２が下方に直線運動すると、弱シールグルーブ２２３ａの高さｈ３が低くなりつつ、シリンダ２１２と前記シール部１３４の一部領域の距離が近くなる。この際、前記シール部１３４の一部領域に印加される熱が増加する。シリンダ２１２がさらに下方に直線運動し、シリンダ２１２と前記シール部１３４の一部領域が接触すると、熱が伝導方式で直接伝達されるため、印加される熱がさらに増加し、シリンダ２１２の圧力も伝達されることができる。シール工程が完了すると、前記シール部１３４の一部領域が弱シール部１３４３になる。
シリンダ２１２が、前記シール部１３４の一部領域との距離が遠い状態で前記直線運動を停止すると、シール工程が終わった後に弱シール部１３４３のシール力が非常に小さくなる。これに対し、シリンダ２１２が、前記シール部１３４の一部領域との距離が近いか、接触した状態で前記直線運動を停止すると、シール工程が終わった後に弱シール部１３４３のシール力が非常に大きくなる。このように、シリンダ２１２の直線運動の程度を調節することで、弱シール部１３４３のシール力を容易に調節することができる。
本発明が属する技術分野において通常の知識を有する者は、本発明がその技術的思想や必須特徴を変更することなく他の具体的な形態で実施され得ることを理解することができる。したがって、以上で記述した実施形態は、すべての面において例示的であって、限定的ではないと理解すべきである。本発明の範囲は、前記詳細な説明よりは、添付の特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲の意味および範囲、そしてその均等概念から導出される多様な実施形態が本発明の範囲に含まれると解釈すべきである。
１ 二次電池
２ シールブロック
２ａ シールブロック
１０ 電極組立体
１２ 電極リード
１３ 電池ケース
１５ ベンティング装置
２１，２１ａ 本体
２２ リードグルーブ
１３３ カップ部
１３４ シール部
２１１ シール面
２１２ シリンダ
２２３，２２３ａ 弱シールグルーブ
２２４ ベントグルーブ
２３１ 第１角
２３２ 第２角
１３３１ 収容空間
１３３３ 収容空間
１３４３ 弱シール部
１３４４ ベントシール部

Claims (11)

  1. 電極およびセパレータが積層されて形成される電極組立体と、
    前記電極組立体を内部に収納するパウチ型電池ケースと、を含み、
    前記電池ケースは、
    前記電極組立体を内部に収納する収容空間が設けられたカップ部と、
    前記カップ部の縁から外側に延びて形成され、上下部が互いに当接してシールされるシール部と、
    前記シール部に挿入され、前記カップ部の内部のガスを外部に排出するベンティング装置と、を含み、
    前記シール部は、
    前記ベンティング装置が挿入されたベントシール部と、
    前記ベントシール部と前記カップ部との間に位置し、周辺より相対的に弱くシールされる弱シール部と、を含む、二次電池。
  2. 前記弱シール部は、前記ベントシール部の幅と対応する幅を有する、請求項１に記載の二次電池。
  3. パウチ型二次電池のシール部をシールするシールブロックであって、
    本体と、
    前記本体において前記シール部と直接接触するシール面から内側に凹陥して形成されたグルーブと、を含み、
    前記グルーブは、
    前記二次電池のカップ部の内部のガスを外部に排出するベンティング装置が挿入され、前記ベンティング装置を前記シール部とともにシールするベントグルーブと、
    前記シール面が前記シール部と接触する時に、前記ベントグルーブと前記カップ部との間に位置する弱シールグルーブと、を含む、シールブロック。
  4. 前記グルーブは、
    前記二次電池の外部に電気を供給する電極リードが挿入され、前記電極リードを前記シール部とともにシールするリードグルーブをさらに含む、請求項３に記載のシールブロック。
  5. 前記弱シールグルーブは、前記リードグルーブよりも高さが低い、請求項４に記載のシールブロック。
  6. 前記リードグルーブは、前記シール面の長さ方向に形成された第１角から、前記シール面の幅方向に向かって形成される、請求項４または５に記載のシールブロック。
  7. 前記リードグルーブは、前記第１角と向かい合う第２角まで延びて形成される、請求項６に記載のシールブロック。
  8. 前記弱シールグルーブは、前記ベントグルーブの幅と対応する幅を有する、請求項３～７の何れか一項に記載のシールブロック。
  9. 前記弱シールグルーブは、前記シール面の長さ方向に形成された第１角から前記ベントグルーブまで形成される、請求項３～８の何れか一項に記載のシールブロック。
  10. 前記本体は、幅が前記シール部の幅と等しいかまたはより大きく、長さが前記シール部の長さと等しいかまたはより大きい、請求項３～９の何れか一項に記載のシールブロック。
  11. 前記本体は、
    前記弱シールグルーブの上方に配置されて高さ方向に直線運動し、前記弱シールグルーブの高さを調節するシリンダをさらに含む、請求項３～１０の何れか一項に記載のシールブロック。
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