JP2023550109A - 電解液の再注液方法および電解液の再注液が可能な二次電池 - Google Patents
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Abstract
本発明は、電解液の再注液方法および電解液の再注液が可能な二次電池に関し、本発明に係る電解液の再注液方法は、電極組立体および電解液がパウチに収容された二次電池の電解液の再注液方法であって、前記パウチが、機能性孔が形成されたアルミニウムシート、および前記アルミニウムシートに積層されたポリマー層を含み、前記機能性孔を開放させ、前記機能性孔を通して追加電解液を前記パウチの内部に注液する再注液過程と、前記再注液過程を経た後に前記機能性孔を密封させる密封過程と、を含む。
Description
本出願は、2020年12月23日付けの韓国特許出願第10-2020-0182659号に基づく優先権の利益を主張し、当該韓国特許出願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、電解液の再注液方法および電解液の再注液が可能な二次電池に関する。
本発明は、電解液の再注液方法および電解液の再注液が可能な二次電池に関する。
二次電池は、一次電池とは異なって再充電が可能であり、また、小型化および大容量化の可能性により、近年盛んに研究開発されている。モバイル機器に対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が急激に増加している。
二次電池は、電池ケースの形状に応じて、コイン型電池、円筒型電池、角型電池、およびパウチ型電池に分類される。二次電池において、電池ケースの内部に取り付けられる電極組立体は、電極およびセパレータの積層構造からなる充放電可能な発電素子である。
電極組立体は、活物質が塗布されたシート状の正極と負極との間にセパレータを介在して巻き取ったゼリーロール(Jelly-roll)型、複数の正極と負極をセパレータが介在された状態で順次積層したスタック型、およびスタック型の単位セルを長さの長い分離フィルムで巻き取ったスタック&フォールディング型に概ね分類することができる。
近年、スタック型またはスタック&フォールディング型電極組立体を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内蔵した構造のパウチ型電池が、低い製造費用、小さな重量、容易な形態の変形などの理由により多くの関心を集めており、またその使用量が次第に増加している。
一方、二次電池は、充放電が進行するにつれて電解液が消耗し、そのため、性能の劣化が起こるという問題がある。
一方、二次電池は、充放電が進行するにつれて電解液が消耗し、そのため、性能の劣化が起こるという問題がある。
本発明の一態様は、電解液の再注液が容易な電解液の再注液方法および電解液の再注液が可能な二次電池を提供するためのものである。
本発明の実施形態に係る電解液の再注液方法は、電極組立体および電解液がパウチに収容された二次電池の電解液の再注液方法であって、前記パウチが、機能性孔が形成されたアルミニウムシート、および前記アルミニウムシートに積層されたポリマー層を含み、前記機能性孔を開放させ、前記機能性孔を通して追加電解液を前記パウチの内部に注液する再注液過程と、前記再注液過程を経た後に前記機能性孔を封止させる密封過程と、を含むことができる。
さらに、本発明の実施形態に係る電解液の再注液が可能な二次電池は、電極およびセパレータが交互に積層されて結合した電極組立体と、前記電極組立体を収容するパウチと、を含み、前記パウチは、アルミニウムシート、および前記アルミニウムシートとラミネートされたポリマー層を含み、前記アルミニウムシートに機能性孔が形成され、前記アルミニウムシートにおける前記機能性孔の内周面にコーティング部が備えられた、電解液の再注液が可能である。
本発明によると、二次電池において、機能性孔が形成されたアルミニウムシートにポリマー層が積層されたパウチを用いて、機能性孔を通して電解液を容易に再注液することができる。さらに、二次電池は、パウチの内部に位置したガスが機能性孔を通してポリマー層を透過して外部に容易に排出することができる。
本発明の目的、特定の長所、および新規な特徴は、添付図面と関連付けられる以下の詳細な説明および好ましい実施形態からさらに明らかになるであろう。本明細書において、各図面の構成要素に参照番号を付する際に、同一の構成要素に限っては、他の図面上に表示される際にも、可能な限り同一の番号を有するようにしていることに留意しなければならない。また、本発明は、種々の異なる形態で実現されてもよく、ここで説明する実施形態に限定されない。そして、本発明を説明する際に、本発明の要旨を不要に濁す恐れのある関連の公知技術に関する詳細な説明は省略することにする。
電解液の再注液方法
図1は、本発明の実施形態に係る電解液の再注液方法に適用される二次電池におけるパウチに電極組立体が収容される前の状態を示した平面図であり、図2は、図1におけるA-A’線に沿って切開した断面図である。また、図3は、本発明の実施形態に係る電解液の再注液方法に適用される二次電池を示した平面図であり、図4は、図3におけるB-B’線に沿って切開した断面図であり、図5は、図4におけるC領域を拡大して示した断面図である。
図1は、本発明の実施形態に係る電解液の再注液方法に適用される二次電池におけるパウチに電極組立体が収容される前の状態を示した平面図であり、図2は、図1におけるA-A’線に沿って切開した断面図である。また、図3は、本発明の実施形態に係る電解液の再注液方法に適用される二次電池を示した平面図であり、図4は、図3におけるB-B’線に沿って切開した断面図であり、図5は、図4におけるC領域を拡大して示した断面図である。
図6は、本発明の実施形態に係る電解液の再注液方法における再注液過程の概念を示した断面図であり、図7は、本発明の実施形態に係る電解液の再注液方法における密封過程の概念を示した断面図である。ここで、図6および図7は、図4におけるC領域を拡大して再注液過程および密封過程の概念を例示的に示した図である。
図1~図7を参照すると、本発明の実施形態に係る二次電池の電解液の再注液方法は、電極組立体120および電解液がパウチ110に収容された二次電池100の電解液の再注液方法であって、パウチ110が、機能性孔113aが形成されたアルミニウムシート113、およびアルミニウムシート113に積層されたポリマー層111、116を含み、機能性孔113aを通して追加電解液をパウチ110の内部に注液する再注液過程と、再注液過程を経た後に機能性孔113aを封止させる密封過程と、を含む。
より詳細には、図1~図5を参照すると、本発明の実施形態に係る二次電池100の電解液の再注液方法は、電極およびセパレータが交互に積層されて結集した電極組立体120および電解液がパウチ110に収容された二次電池100の電解液の再注液方法である。
ここで、パウチ110は、機能性孔113aが形成されたアルミニウムシート113(Aluminium Sheet)、およびアルミニウムシート113に積層されたポリマー層111、116を含む。この際、アルミニウムシート113における機能性孔113aの内周面にコーティング部113bが形成されることができる。ここで、コーティング部113bは、絶縁性および耐薬品性材質を含むことができる。これにより、その後に進行する電解液の再注液過程で電解液の再注液のために機能性孔113aと対応するポリマー層111、116部分に孔を形成させ、密封過程を介して密封した後、機能性孔113a部分に電解液が接してアルミニウムシート113を酸化させるか、または機能性孔113a部分を通して電極組立体120とアルミニウムシート113との間が通電するのを防止することができる。ここで、コーティング部113bは、例えば、シリコンを含むことができるが、本発明のコーティング部113bの材質が必ずしもこれに限定されるものではない。
図4および図6を参照すると、再注液過程は、機能性孔113aを通して追加電解液をパウチ110の内部に注液する。この際、再注液過程は、機能性孔113aを覆っているポリマー層111、116部分を道具Pを介して孔を形成させ、機能性孔113aを開放させることができる。
再注液過程は、一例として、機能性孔113aを覆っているポリマー層111、116部分を穿孔(piercing)し、機能性孔113aを通して追加電解液を注液することができる。
一方、再注液過程は、他の例として、機能性孔113aを覆っているポリマー層111、116部分に注射針を貫通させ、機能性孔113aを通して追加電解液を注液することができる。
ポリマー層111、116は、第1ポリマー層116および第2ポリマー層111を含むことができる。したがって、パウチ110は、電極組立体120が収容される内側から外側に、第1ポリマー層116、アルミニウムシート113、および第2ポリマー層111が積層されることができる。ここで、アルミニウムシート113の両面に第1ポリマー層116および第2ポリマー層111を形成させ、アルミニウムシート113に形成された機能性孔113aを覆うことができる。この際、第1ポリマー層116および第2ポリマー層111は、ポリマー(polymer)材質を含むことができる。これにより、CO、CO2などのガスが透過可能なポリマー(polymer)材質を含む第1ポリマー層116および第2ポリマー層111が機能性孔113aを覆うことで、内部ガスの排出が可能となり、機能性孔113aを通して電解液が漏れるのを防止することができる。
ここで、再注液過程は、機能性孔113aを覆っている第1ポリマー層116および第2ポリマー層111部分を開放させ、電解液を機能性孔113aを通してパウチ110の内部に注液することができる。一方、パウチ110は、アルミニウムシート113と第2ポリマー層111との間にナイロン層112がさらに積層されることができる。この際、再注液過程は、機能性孔113aを覆っている第1ポリマー層116、ナイロン層112、および第2ポリマー層111部分を開放させ、電解液を機能性孔113aを通してパウチ110の内部に注液することができる。
一方、一例として、第1ポリマー層116は、PP(polypropylene、ポリプロピレン)材質からなり、第2ポリマー層111は、PET(polyethylene terephthalate、ポリエチレンテレフタレート)材質からなることができる。
他の例として、第1ポリマー層116において、電極組立体120と向き合う内層は、PP(polypropylene、ポリプロピレン)材質からなり、アルミニウムシート113と向き合う外層は、PPa(Polyphthalamide、ポリフタルアミド)材質からなり、第2ポリマー層111は、PET(polyethylene terephthalate、ポリエチレンテレフタレート)材質からなることができる。
図4および図7を参照すると、密封過程は、再注液過程を経た後に機能性孔113aを封止させることができる。
密封過程は、第2ポリマー層111における開放された機能性孔113aに対応する部分をシールし、機能性孔113aを封止させることができる。この際、密封過程は、第2ポリマー層111における開放された機能性孔113aに対応する孔部分にシール材Rを充填し、機能性孔113aを封止させることができる。
密封過程は、第2ポリマー層111における開放された機能性孔113aに対応する部分をシールし、機能性孔113aを封止させることができる。この際、密封過程は、第2ポリマー層111における開放された機能性孔113aに対応する孔部分にシール材Rを充填し、機能性孔113aを封止させることができる。
密封過程は、一例として、第2ポリマー層111の開放部分を樹脂(Resin)材質を用いてシールすることができる。
一方、密封過程は、他の例として、第2ポリマー層111の開放部分を第2ポリマー層111と同一材質を用いてシールすることができる。
一方、密封過程は、他の例として、第2ポリマー層111の開放部分を第2ポリマー層111と同一材質を用いてシールすることができる。
これにより、CO、CO2などのガスが透過可能なポリマー(polymer)材質を含む第2ポリマー層111と同一材質を用いて第2ポリマー層111の開放部分をシールすることで、電解液の再注液後、密封過程を介して電解液の注液部分を封止しても、内部ガスの排出が可能であり、機能性孔113aを通して電解液が漏れるのを防止することができる。
電解液の再注液が可能な二次電池
以下、本発明の実施形態に係る電解液の再注液が可能な二次電池について説明する。
以下、本発明の実施形態に係る電解液の再注液が可能な二次電池について説明する。
図1~図4を参照すると、本発明の実施形態に係る電解液の再注液が可能な二次電池100は、電極およびセパレータが交互に積層されて結合した電極組立体120と、電極組立体120を収容するパウチ110と、を含み、パウチ110は、アルミニウムシート113、およびアルミニウムシート113とラミネートされたポリマー層111、116を含み、アルミニウムシート113に機能性孔113aが形成される。
本発明の実施形態に係る電解液の再注液が可能な二次電池100は、前述した実施形態に係る電解液の再注液方法が適用される二次電池100に関する。したがって、本実施形態は、前述した実施形態と重複する内容は省略するかまたは簡略に記述し、相違点を中心に記述することにする。
より詳細には、本発明の実施形態に係る電解液の再注液が可能な二次電池100において、電極組立体120は、充放電が可能な発電素子であり、電極およびセパレータが交互に積層されて結合している。
ここで、電極は、正極および負極を含み、正極、セパレータ、および負極が交互に位置することができる。
また、電極組立体120は、電極の端部と連結された電極リード130をさらに含むことができる。ここで、電極リード130を介して、電極組立体120は、外部装置と電気的に連結されることができる。
また、電極組立体120は、電極の端部と連結された電極リード130をさらに含むことができる。ここで、電極リード130を介して、電極組立体120は、外部装置と電気的に連結されることができる。
パウチ110は、電極組立体120を収容することができる。ここで、パウチ110は、電極組立体120が収容される収容部が内部に形成されることができる。
また、パウチ110は、アルミニウムシート113、およびアルミニウムシート113とラミネートされたポリマー層111、116を含むことができる。
アルミニウムシート113は、アルミニウム材質のシート(Sheet)状からなる層を形成することができる。
アルミニウムシート113は、アルミニウム材質のシート(Sheet)状からなる層を形成することができる。
そして、アルミニウムシート113には、機能性孔113aが形成されることができる。この際、機能性孔113aは、アルミニウムシート113に1~9mmの大きさに形成されることができる。
機能性孔は、アルミニウムシート113およびポリマー層111、116の積層方向に対してアルミニウムシート113を貫通するように形成されることができる。
また、機能性孔113aは、パウチ110において、電極組立体120とパウチ110の外周面との間に形成されることができる。
さらに、機能性孔113aは、電極リード130が位置した側のアルミニウムシート113部分に形成されることができる。
さらに、機能性孔113aは、電極リード130が位置した側のアルミニウムシート113部分に形成されることができる。
ポリマー層111、116は、第1ポリマー層116および第2ポリマー層111を含むことができる。ここで、アルミニウムシート113の両面に第1ポリマー層116および第2ポリマー層111を形成させ、アルミニウムシート113に形成された機能性孔113aを覆うことができる。この際、第1ポリマー層116および第2ポリマー層111は、ポリマー(polymer)材質を含むことができる。これにより、CO、CO2などのガスが透過可能なポリマー(polymer)材質を含む第1ポリマー層116および第2ポリマー層111が機能性孔113aを覆うことで、内部ガスの排出が可能となり、機能性孔113aを通して電解液が漏れるのを防止することができる。
一方、図4および図5を参照すると、アルミニウムシート113における機能性孔113aの内周面にコーティング部113bが備えられることができる。
コーティング部113bは、アルミニウムシート113における機能性孔113aの内周面全体を覆うようにコーティングされることができる。ここで、コーティング部113bは、絶縁性および耐薬品性材質を含むことができる。これにより、電解液の再注液のために機能性孔113aと対応するポリマー層111、116部分に孔が形成され、密封後、機能性孔113a部分に電解液が接してアルミニウムシート113を酸化させるか、または機能性孔113a部分を通して電極組立体とアルミニウムシート113との間が通電するのを防止することができる。すなわち、機能性孔113aと対応する第1ポリマー層116および第2ポリマー層111部分に孔が形成され、電解液の再注液後、第2ポリマー層111の孔部分が封止された後、第1ポリマー層116の孔部分を通してアルミニウムシート113の機能性孔113a部分に電解液が進入する際に、機能性孔113aの内周面に沿ってコーティング部113bが形成されることで、電解液とアルミニウムシート113が直接接触するのを防止することができる。さらに、機能性孔113aの内周面に沿ってコーティング部113bが形成されることで、電極組立体120が第1ポリマー層116の孔部分を通してアルミニウムシート113と直接接触するのを防止することができる。
コーティング部113bは、アルミニウムシート113における機能性孔113aの内周面全体を覆うようにコーティングされることができる。ここで、コーティング部113bは、絶縁性および耐薬品性材質を含むことができる。これにより、電解液の再注液のために機能性孔113aと対応するポリマー層111、116部分に孔が形成され、密封後、機能性孔113a部分に電解液が接してアルミニウムシート113を酸化させるか、または機能性孔113a部分を通して電極組立体とアルミニウムシート113との間が通電するのを防止することができる。すなわち、機能性孔113aと対応する第1ポリマー層116および第2ポリマー層111部分に孔が形成され、電解液の再注液後、第2ポリマー層111の孔部分が封止された後、第1ポリマー層116の孔部分を通してアルミニウムシート113の機能性孔113a部分に電解液が進入する際に、機能性孔113aの内周面に沿ってコーティング部113bが形成されることで、電解液とアルミニウムシート113が直接接触するのを防止することができる。さらに、機能性孔113aの内周面に沿ってコーティング部113bが形成されることで、電極組立体120が第1ポリマー層116の孔部分を通してアルミニウムシート113と直接接触するのを防止することができる。
この際、コーティング部113bは、例えば、シリコンを含むことができるが、本発明のコーティング部113bの材質が必ずしもこれに限定されるものではない。
また、パウチ110は、電極組立体120が収容される内側から外側に、第1ポリマー層116、アルミニウムシート113、および第2ポリマー層111が積層されることができる。ここで、パウチ110は、厚さがそれぞれ10~90μmの第1ポリマー層116、アルミニウムシート113、および第2ポリマー層111が積層されて接合されることができる。また、パウチ110は、アルミニウムシート113と第2ポリマー層111との間にナイロン層112がさらに積層されることができる。ここで、ナイロン層112は、ナイロン(nylon)材質からなり、ガスが通過することができる。この際、電解液の再注液のためにアルミニウムシート113の機能性孔113aと対応する第1ポリマー層116および第2ポリマー層111部分に孔を形成する際に、ナイロン層112にもそれに対応する孔を形成することができる。
一方、第2ポリマー層111は、PET(polyethylene terephthalate、ポリエチレンテレフタレート)材質からなることができる。
また、一例として、第1ポリマー層116は、PP(polypropylene、ポリプロピレン)材質からなることができる。
さらに、他の例として、第1ポリマー層116において、電極組立体120と向き合う内層115は、PP(polypropylene、ポリプロピレン)材質からなり、アルミニウムシート113と向き合う外層114は、PPa(Polyphthalamide、ポリフタルアミド)材質からなることができる。
さらに、他の例として、第1ポリマー層116において、電極組立体120と向き合う内層115は、PP(polypropylene、ポリプロピレン)材質からなり、アルミニウムシート113と向き合う外層114は、PPa(Polyphthalamide、ポリフタルアミド)材質からなることができる。
一方、図3を参照すると、パウチ110の外周面にシール部Sが形成され、パウチ110の内部を密封することができる。この際、シール部Sは、パウチ110の3辺または4辺の外周面が熱融着して形成されることができる。
以上、本発明を具体的な実施形態により詳しく説明したが、これは本発明を具体的に説明するためのものであって、本発明はこれに限定されない。本発明の技術的思想内で当該分野の通常の知識を有する者により多様な実施が可能であるといえる。
また、発明の具体的な保護範囲は、添付された特許請求の範囲により明らかになるであろう。
また、発明の具体的な保護範囲は、添付された特許請求の範囲により明らかになるであろう。
100:二次電池
110:パウチ
111:第2ポリマー層
112:ナイロン層
113:アルミニウムシート
113a:機能性孔
113b:コーティング部
116:第1ポリマー層
120:電極組立体
130:電極リード
110:パウチ
111:第2ポリマー層
112:ナイロン層
113:アルミニウムシート
113a:機能性孔
113b:コーティング部
116:第1ポリマー層
120:電極組立体
130:電極リード
Claims (20)
- 電極組立体および電解液がパウチに収容された二次電池の電解液の再注液方法であって、
前記パウチが、機能性孔が形成されたアルミニウムシート、および前記アルミニウムシートに積層されたポリマー層を含み、
前記機能性孔を開放させ、前記機能性孔を通して追加電解液を前記パウチの内部に注液する再注液過程と、
前記再注液過程を経た後に前記機能性孔を封止させる密封過程と、
を含む、電解液の再注液方法。 - 前記再注液過程は、
前記機能性孔を覆っている前記ポリマー層の部分を穿孔し、前記機能性孔を通して追加電解液を注液する、請求項1に記載の電解液の再注液方法。 - 前記再注液過程は、
前記機能性孔を覆っている前記ポリマー層の部分に注射針を貫通させ、前記機能性孔を通して追加電解液を注液する、請求項1に記載の電解液の再注液方法。 - 前記ポリマー層は、第1ポリマー層および第2ポリマー層を含み、
前記パウチは、前記電極組立体が収容される内側から外側に、前記第1ポリマー層、前記アルミニウムシート、および前記第2ポリマー層が積層され、
前記再注液過程は、前記機能性孔を覆っている前記第1ポリマー層および第2ポリマー層の部分を開放させ、前記電解液を前記機能性孔を通して前記パウチの内部に注液する、請求項1から3のいずれか一項に記載の電解液の再注液方法。 - 前記密封過程は、
前記第2ポリマー層における開放された前記機能性孔に対応する部分をシールし、前記機能性孔を封止させる、請求項4に記載の電解液の再注液方法。 - 前記密封過程は、
前記第2ポリマー層の開放部分を樹脂材質を用いてシールする、請求項4または5に記載の電解液の再注液方法。 - 前記密封過程は、
前記第2ポリマー層の開放部分を前記第2ポリマー層と同一材質を用いてシールする、請求項4または5に記載の電解液の再注液方法。 - 前記第1ポリマー層は、PP(polypropylene、ポリプロピレン)材質からなり、前記第2ポリマー層は、PET(polyethylene terephthalate、ポリエチレンテレフタレート)材質からなる、請求項4から7のいずれか一項に記載の電解液の再注液方法。
- 前記第1ポリマー層において、電極組立体と向き合う内層は、PP(polypropylene、ポリプロピレン)材質からなり、アルミニウムシートと向き合う外層は、PPa(Polyphthalamide、ポリフタルアミド)材質からなり、
前記第2ポリマー層は、PET(polyethylene terephthalate、ポリエチレンテレフタレート)材質からなる、請求項4から7のいずれか一項に記載の電解液の再注液方法。 - 前記アルミニウムシートにおける前記機能性孔の内周面にコーティング部が形成される、請求項1から9のいずれか一項に記載の電解液の再注液方法。
- 前記コーティング部は、絶縁性および耐薬品性材質を含む、請求項10に記載の電解液の再注液方法。
- 電極およびセパレータが交互に積層されて結合した電極組立体と、
前記電極組立体を収容するパウチと、
を含み、
前記パウチは、アルミニウムシート、および前記アルミニウムシートとラミネートされたポリマー層を含み、
前記アルミニウムシートに機能性孔が形成され、
前記アルミニウムシートにおける前記機能性孔の内周面にコーティング部が備えられる、電解液の再注液が可能な二次電池。 - 前記コーティング部は、前記アルミニウムシートにおける前記機能性孔の内周面全体を覆うようにコーティングされている、請求項12に記載の電解液の再注液が可能な二次電池。
- 前記コーティング部は、絶縁性および耐薬品性材質を含む、請求項12または13に記載の電解液の再注液が可能な二次電池。
- 前記コーティング部は、シリコンを含む、請求項12から14のいずれか一項に記載の電解液の再注液が可能な二次電池。
- 前記機能性孔は、
前記アルミニウムシートおよび前記ポリマー層の積層方向に対して前記アルミニウムシートを貫通している、請求項12から15のいずれか一項に記載の電解液の再注液が可能な二次電池。 - 前記ポリマー層は、第1ポリマー層および第2ポリマー層を含み、
前記パウチは、前記電極組立体が収容される内側から外側に、前記第1ポリマー層、前記アルミニウムシート、および前記第2ポリマー層が積層される、請求項12から16のいずれか一項に記載の電解液の再注液が可能な二次電池。 - 前記第1ポリマー層は、PP(polypropylene、ポリプロピレン)材質からなり、前記第2ポリマー層は、PET(polyethylene terephthalate、ポリエチレンテレフタレート)材質からなる、請求項17に記載の電解液の再注液が可能な二次電池。
- 前記第1ポリマー層において、電極組立体と向き合う内層は、PP(polypropylene、ポリプロピレン)材質からなり、アルミニウムシートと向き合う外層は、PPa(Polyphthalamide、ポリフタルアミド)材質からなり、
前記第2ポリマー層は、PET(polyethylene terephthalate、ポリエチレンテレフタレート)材質からなる、請求項17に記載の電解液の再注液が可能な二次電池。 - 前記機能性孔は、
前記パウチにおいて、前記電極組立体と前記パウチの外周面との間に形成される、請求項12から19のいずれか一項に記載の電解液の再注液が可能な二次電池。
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