JP2024513704A - パウチ型電池ケース及びその製造装置、パウチ型二次電池 - Google Patents
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Abstract
本発明の実施形態に係るパウチ型電池ケースは、電極とセパレータとが交互に積層された電極組立体を収容することができる。前記パウチ型電池ケースは、湾入した形状を有する一対の湾入部と、前記電池ケースを展開した状態で、前記一対の湾入部の周りに位置し、下側に行くほど互いに近づく方向に傾斜して形成された一対のテラスと、前記一対の湾入部の間に位置し、前記一対の湾入部を連結し、前記一対の湾入部の底面から上側に行くほど互いに近づく方向に傾斜して形成された一対の連結面を有するブリッジと、を含むことができる。前記電池ケースを展開した状態で、前記一対のテラスが成す角度は鈍角であってもよい。
Description
本出願は、2021年04月14日付けの韓国特許出願第10-2021-0048279号に基づく優先権の利益を主張し、当該韓国特許出願の文献に開示されている全ての内容は、本明細書の一部として組み込まれる。
本発明は、パウチ型電池ケース及びその製造装置、パウチ型二次電池に関する。
反復的な充電及び放電が可能な二次電池は、その製造方法または構造に応じて円筒型、角型、パウチ型などに区別することができる。このうち、パウチ型二次電池は、シート状のパウチ外装材内に電極とセパレータとが交互に配置された構造を有する電極組立体が収容された構造を有することが一般的である。
従来の技術によれば、パウチ型二次電池を製造するためには、パウチシートの一部の領域を電極組立体の面積に対応する面積だけ加圧して、湾入した形状の湾入部を形成するフォーミング(forming)工程を経てパウチ型電池ケースを製造する。その後、前記湾入部に電極組立体を搭載し、電池ケースの一部の領域を互いに付着してシーリング部を形成する。
パウチ型電池ケースの一部の領域が互いに付着して形成されるシーリング部は、フォーミング工程で加圧されていない領域が互いに付着することにより形成される。したがって、フォーミングが行われていないシーリング部とフォーミングが行われている収納部間の段差により、シーリングのうち一部の領域は収納部の幅から外れることになる。図1には、従来技術によって製造されたパウチ型二次電池1の長さ方向の両側に形成されたシーリング部3のうち一部の領域が、電極組立体が収容された湾入部2の幅よりも突出した様子が示されている。
このように突出した領域はバットイヤー(bat-ear)と命名されることが一般的である。前記バットイヤーは、エネルギー容量に寄与しないデッドスペース(dead space)が増加する原因として作用し、結果として、電池セル及び二次電池モジュールのエネルギー密度が低下するという問題点をもたらした。
また、従来技術によれば、湾入部2の内周りと電極組立体との間に空き空間(void space)が発生するため、デギャッシング(Degassing)工程の後に電池ケース2に皺が発生するという問題点があった。
したがって、本発明が解決しようとする一つの課題は、電極組立体が占有しない空き空間を減らしたパウチ型電池ケース、及びこれを含むパウチ型二次電池を提供することである。
本発明が解決しようとする他の課題は、前記パウチ型電池ケースを製造可能な製造装置を提供することである。
本発明の実施形態に係るパウチ型電池ケースは、電極とセパレータとが交互に積層された電極組立体を収容することができる。前記パウチ型電池ケースは、湾曲した形状を有する一対の湾入部と、前記電池ケースを展開した状態で、前記一対の湾入部の周りに位置し、下側に行くほど互いに近づく方向に傾斜して形成された一対のテラスと、前記一対の湾入部の間に位置し、前記一対の湾入部を連結し、前記一対の湾入部の底面から上側に行くほど互いに近づく方向に傾斜して形成された一対の連結面を有するブリッジと、を含むことができる。前記電池ケースを展開した状態で、前記一対のテラスが成す角度は鈍角であってもよい。
前記電池ケースを展開した状態で、前記一対の湾入部の底面は、上側に行くほど互いに離れる方向に傾斜して形成されてもよい。
前記電池ケースを展開した状態で、前記一対のテラスが成す角度は130度~170度であってもよい。
前記パウチ型電池ケースは、前記湾入部の内周りと前記湾入部の底面とを連結するインナーエッジと、前記湾入部の外周りと前記テラスとを連結するアウターエッジと、をさらに含むことができる。前記インナーエッジの曲率半径は、前記アウターエッジの曲率半径以上であってもよい。
前記電池ケースを展開した状態で、前記インナーエッジと前記アウターエッジとの間の水平方向に対するクリアランスは0.5mm以下であってもよい。
前記電池ケースを展開した状態で、前記インナーエッジと前記アウターエッジとの間の水平方向に対するクリアランスは0.35mm以下であってもよい。
前記電池ケースを展開した状態で、前記インナーエッジと前記アウターエッジとの間の水平方向に対するクリアランスは、前記アウターエッジの曲率半径以下であってもよい。
前記パウチ型電池ケースは、前記電池ケースを展開した状態で、前記一対のテラスを連結し、下方に凸状に丸みを帯びたベンディング部をさらに含むことができる。
前記ブリッジは、前記一対の連結面を連結し、上方に凸状に丸みを帯びた第1連結エッジをさらに含むことができる。前記ベンディング部の最下端の高さは、前記第1連結エッジの最上端の高さ以上であってもよい。
前記電池ケースを展開した状態で、前記ブリッジは、前記一対の連結面を前記一対の湾入部の底面と連結し、下方に凸状に丸みを帯びた一対の第2連結エッジをさらに含むことができる。
前記電池ケースを展開した状態で、前記湾入部の内周りと前記インナーエッジとの境界を通り、前記テラスと直交する仮想線に対して、前記テラスと並んだ方向に、前記仮想線から前記連結面までは第1距離であり、前記テラスと並んだ方向に、前記仮想線から前記テラスと前記ベンディング部の境界までは、前記第1距離よりも短い第2距離であることができる。
前記パウチを展開した状態で、前記ベンディング部の中央から、前記テラスと前記ベンディング部の境界までの長さは、前記第1距離と前記第2距離との差より短くてもよい。
本発明の実施形態に係るパウチ型二次電池は、電極とセパレータとが交互に積層された構造を有する電極組立体と、前記電極組立体を収容する収納部を有するパウチ型電池ケースと、を含むことができる。前記ケースは、前記収納部の周り面のうち一部を形成するフォールディング部と、前記収納部の周り面のうち他の一部で拡張された周り部を含むことができる。前記周り部の角部は、前記フォールディング部と隣接した第1角部と、前記第1角部において前記フォールディング部の反対方向に延長され、前記第1角部よりも薄い厚さを有する第2角部と、前記第1角部と前記フォールディング部と連結し、前記収納部の幅方向に対して前記第1角部よりも突出した境界部と、を含むことができる。
前記収納部の幅方向に対して、前記第1角部及び第2角部は、前記フォールディング部よりも非突出となっていてもよい。
前記収納部の幅方向に対して、前記第2角部は、前記第1角部よりも突出していてもよい。
前記境界部は、前記収納部の幅方向に対して、前記フォールディング部よりも非突出となっていてもよい。
前記パウチ型二次電池は、前記収納部の内側の上面または内側の底面を前記収納部の内周りと連結するインナーエッジと、前記収納部の外周りと前記周り部とを連結するアウターエッジとをさらに含むことができる。前記インナーエッジの曲率半径は、前記アウターエッジの曲率半径以上であってもよい。
前記インナーエッジと前記アウターエッジとの間の水平方向に対するクリアランスは、前記インナーエッジの曲率半径以下であってもよい。
本発明の実施形態に係るパウチ型電池ケース製造装置は、ダイに載置されたパウチシートをパンチで成形することができる。前記ダイは、上側に行くほど互いに離れる方向に傾斜した一対の載置面と、前記一対の載置面から下方に陥没または貫通した一対の成形部と、前記一対の成形部の間に位置したセンター部と、を含むことができる。前記パンチは、前記一対の成形部に挿入され、互いに近づくほど高さが低くなる底面を有する一対のパンチング部を含むことができる。前記一対の載置面が成す角度は鈍角であってもよい。
前記一対の載置面が成す角度は、130度~170度であってもよい。
前記ダイは、前記成形部の内周りと前記載置面とを連結するダイエッジをさらに含むことができる。前記パンチは、前記パンチング部の外周りと前記パンチング部の底面とを連結するパンチングエッジをさらに含むことができる。前記パンチングエッジの曲率半径は、前記ダイエッジの曲率半径以上であってもよい。
前記ダイエッジと前記パンチングエッジとの間の水平方向に対するクリアランスは0.5mm以下であってもよい。
前記ダイエッジと前記パンチングエッジとの間の水平方向に対するクリアランスは、前記ダイエッジの曲率半径以下であってもよい。
前記センター部は、下側に行くほど互いに離れる方向に傾斜して形成された一対の傾斜面を含むことができる。
前記センター部は、前記一対の傾斜面を連結し、上方に丸みを帯びたセンターエッジをさらに含むことができる。
前記パンチング部は、前記底面の下端部に形成され、下方に凸状に丸みを帯びた一対のサイドエッジをさらに含むことができる。
本発明の好ましい実施形態によれば、パウチ型二次電池のバットイヤーを除去しながらも、電極組立体が占有しない空き空間を最小化することができる。これにより、二次電池のエネルギー密度を増大させることができる。
以下では、添付の図面を参照して、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が容易に実施できるように本発明の好ましい実施形態を詳細に説明する。しかし、本発明は、様々な異なる形態で実現されてもよく、以下の実施形態によって制限または限定されるものではない。
本発明を明確に説明するために、説明と関係のない部分または本発明の要旨を不必要に不明瞭にする可能性のある関連公知技術に対する詳細な説明は省略し、本明細書において各図面の構成要素に参照符号を付するにあたり、明細書全体を通じて同一または類似の構成要素に対しては同一または類似の参照符号を付するようにする。
また、本明細書及び特許請求の範囲で使用される用語または単語は、通常的または辞書的な意味に限定して解釈されてはならず、発明者は、その自分の発明を最良の方法で説明するために用語の概念を適切に定義することができるという原則に則り、本発明の技術的思想に合致する意味及び概念として解釈されるべきである。
図2は、本発明の一実施形態に係るパウチ型電池ケースに電極組立体が収容される様子を示す斜視図であり、図3は、本発明の一実施形態に係るパウチ型電池ケースを展開した状態を示す平面図であり、図4は、本発明の一実施形態に係るパウチ型電池ケースを展開した状態を示す垂直断面図である。
本発明に係るパウチ型二次電池(以下、「二次電池」)は、パウチ型電池ケース10(以下、「ケース」)及び電極組立体20を含むことができる。
電極組立体20は、電極とセパレータとが交互に積層されて形成されてもよい。
電極組立体20には電極タブ21が備えられてもよい。電極タブ21は、電極組立体20の正極及び負極とそれぞれ連結され、電極組立体20から外部に突出して、電極組立体20の内部と外部との間に電子が移動できる経路となる。
正極に連結された複数個の電極タブ21と負極に連結された複数個の電極タブ21は、電極組立体20に対して互いに異なる方向に突出することができる。ただし、これに限定されるものではなく、正極に連結された複数個の電極タブ21と負極に連結された複数個の電極タブ21とが電極組立体20に対して同じ方向に並んで突出することも可能である。
複数個の電極タブ21には、二次電池の外部に電気を供給する電極リード22がスポット(Spot)溶接等で連結されてもよい。電極リード22は、一端が複数個の電極タブ21と連結され、他端が前記ケース10の外部に突出することができる。
電極リード22の一部は、絶縁部23により周囲が取り囲まれてもよい。例えば、絶縁部23は絶縁テープを含むことができる。前記絶縁部23は、後述するケース10の一対のテラス200の間に位置することができ、このような状態で一対のテラス200が互いに熱融着することができる。この場合、状態で一対のテラス200の一部は絶縁部23と熱融着することができる。したがって、絶縁部23は、電極組立体20から生成される電気が電極リード22を介して電池ケース10に流れることを防止し、電池ケース10のシーリングを保持させることができる。
一方、ケース10は電極組立体20を収容することができる。
本明細書において、「ケース10を展開した状態」とは、ケース10に存在していた所定の接着やシーリングを解除することによりケース10を広げ、且つケース10に人為的な力を加えずにそのまま放置したときのケース10の状態を意味することができる。または、ケース10に存在していた所定の接着やシーリングを解除した後に、ケース10に外力を加えて徐々に広げ、且つこのような広げる動作により後述するテラス200に変形が発生する直前の状態を意味することができる。
すなわち、「ケース10を展開した状態」とは、フォーミング(forming)工程によってケース10が製造され、フォールディング(folding)される前の状態を意味することができる。
以下、ケース10を展開した状態を基準に、ケース10の構成について詳細に説明する。
ケース10は、湾入した形状を有する一対の湾入部100と、一対の湾入部100の周りに位置した一対のテラス200と、一対の湾入部100の間に位置したブリッジ150とを含むことができる。
各湾入部100は、略カップ状(cup)であってもよい。より詳細に、各湾入部100は、後述するテラス200から所定の深さW(図5参照)だけ湾入して湾入空間S1を形成することができる。
一対の湾入部100によって形成された湾入空間S1のうち、後述するテラス200のサイド210と隣接した一部は、ケース10が密閉されたときに電極組立体20が占有しない空き空間(void space)を成すことができる。
好ましくは、一対の湾入部100の湾入した深さは互いに同一であってもよい。この場合、一対の湾入部100は対称形状を有することができる。
ただし、これに限定されるものではなく、一対の湾入部100の湾入した深さが互いに異なるように形成されることも可能である。この場合、一対の湾入部100は非対称形状を有することができる。
一対の湾入部100の底面101は、下側に行くほど互いに近づく方向に傾斜して形成されてもよい。一対の湾入部100の底面101は、後述するブリッジ150によって互いに連結されてもよい。
湾入部100の底面101と内周り102a(図8a参照)とはインナーエッジ114で連結されてもよく、湾入部100の外周りと後述するテラス200とはアウターエッジ115で連結されてもよい。インナーエッジ114及びアウターエッジ115は、所定の曲率半径を有するように丸みを帯びた曲面であってもよい。
一対のテラス200は、一対の湾入部100の周りに位置することができる。一対のテラス200は、下側に行くほど互いに近づく方向に傾斜して形成されてもよい。より詳細に、各テラス200は、各湾入部100の底面101と並んで形成されてもよい。
一対のテラス200が成す角度θは鈍角であってもよい。より詳細に、一対のテラス200が成す角度θは130度~170度であってもよい。これにより、前記ケース10が密閉された後に電極組立体20が占有しない空き空間を最小化しながらも、ケース10が密閉された後にバットイヤー(bat-ear)が発生しないという利点がある。
万一、前記角度θが130度より小さいと、前記空き空間が増加する可能性があり、前記角度θが170度より大きいと、バットイヤー(bat-ear)が発生したり、ベンディング部300の周辺に過度な皺が発生したりするおそれがある。
また、テラス200と湾入部100の周り面102が成す角度αは鈍角であってもよい。
各テラス200は、略「コ」字形状を有することができる。より詳細に、各テラス200は、湾入部100に対してブリッジ150の反対側に位置し、ブリッジ150と並んで延長されたサイド210と、前記サイド210の両端部からテラス200の傾斜方向に延長された一対の延長部220とを含むことができる。
一対のテラス200は、ベンディング部300によって互いに連結されてもよい。より詳細に、ベンディング部300は延長部220の下端を互いに連結することができる。
ベンディング部300は、下方に凸状に丸みを帯びて形成されてもよい。したがって、ベンディング部300は、テラス200の下端が折れずに連続して繋がるように連結することができる。
したがって、一対のテラス200は、ベンディング部300と共に略「V」字形状を成すことができる。
ブリッジ150は一対の湾入部100の間に位置し、一対の湾入部100を互いに連結することができる。ブリッジ150は、一対の湾入部100の湾入空間S1を互いに連通させることができる。
より詳細に、ブリッジ150は、一対の湾入部100の底面101から上側に行くほど互いに近づく方向に傾斜して形成された一対の連結面151と、前記一対の連結面を互いに連結する第1連結エッジ152と、連結面151と湾入部100の底面101とを連結する一対の第2連結エッジ153とを含むことができる。
各連結面151の下端は、第2連結エッジ153によって湾入部100の底面101と連結されてもよい。一対の連結面151の上端は、第1連結エッジ152によって互いに連結されてもよい。
また、各連結面151は、湾入部100の湾入空間S1を一側でカバーすることができる。より詳細に、湾入空間S1は、湾入部100の底面101及び周り面102と、ブリッジ150の連結面151とによって定義されることができる。
第1連結エッジ152は、上方に凸状に丸みを帯びて形成されてもよい。したがって、第1連結エッジ152は、一対の連結面151の上端が折れずに連続して繋がるように連結することができる。
各第2連結エッジ153は、下方に凸状に丸みを帯びて形成されてもよい。したがって、各第2連結エッジ153は、湾入部100の底面101と連結面151の下端が折れずに連続して繋がるように連結することができる。
よって、一対の湾入部100の底面101は、ブリッジ150と共に略「W」字形状を成すことができる。
図5は、図4に示すブリッジ及びその周辺を拡大して示す図であり、図6は、図4に示すパウチ型電池ケースの詳細な構成を説明するための図である。
ベンディング部300、第1連結エッジ152、第2連結エッジ153、インナーエッジ114及びアウターエッジ115は、所定の曲率半径(R1~R5)を有する曲面で形成されることができ、各曲率半径(R1~R5)は一定に保持されることが好ましい。
ただし、これに限定されるものではなく、各曲率半径(R1~R5)が位置に応じて可変することもできる。この場合、前記曲率半径(R1~R5)は、ベンディング部300、第1連結エッジ152、第2連結エッジ153、インナーエッジ114及びアウターエッジ115のそれぞれの平均曲率半径を意味することができる。
一方、インナーエッジ114とアウターエッジ115とは、水平方向に対して所定のクリアランスCLを形成することができる。より詳細に、前記クリアランスCLは、湾入部100の内周り102a(図8a参照)とインナーエッジ114の境界P2と、湾入部100の外周り102bとアウターエッジ115の境界P3との間の水平方向の間隔を意味することができる。
前記クリアランスCLは、アウターエッジ115の曲率半径R5以下であってもよい。
前記クリアランスCLは0.5mm以下、好ましくは0.35mm以下であってもよい。また、前記クリアランスCLは、ケース10の母材であるパウチシートPの厚さ以上であってもよい。すなわち、前記クリアランスCLはテラス200の厚さ以上であってもよい。一例として、前記クリアランスCLは0.15mm以上であってもよい。
これにより、前記ケース10が密閉された後に電極組立体20が占有しない空き空間を最小化しながらも、ケース10を形成するためのフォーミング(forming)工程時にクラックが発生するおそれを減らすことができる。
万一、前記クリアランスCLが0.5mmより大きいと、前記空き空間が過度に増加する可能性がある。逆に、前記クリアランスCLがテラス200の厚さより小さいと、ケース10を形成するためのフォーミング(forming)工程時にクラックが発生するおそれがある。
また、インナーエッジ114の曲率半径R4は、アウターエッジ115の曲率半径R5以上であってもよい。
インナーエッジ114及びアウターエッジ115の曲率半径R4、R5が大きくなるほど、ケース10が密閉された後に電極組立体20が占有しない空き空間が減少することができる。ただし、曲率半径R4、R5が過度に大きいと、ケース10をシャープな形状に製造するのに限界があり、これにより二次電池3の外観も美麗でなく、商品性も低下するため、インナーエッジ114及びアウターエッジ115の曲率半径R4、R5を適切に設計することが好ましい。
一方、湾入部100の内周り102aとインナーエッジ114の境界P3を通り、テラス200と直交する仮想線VLを定義することができる。この場合、テラス200と並んだ方向に対して、前記仮想線VLからブリッジ150の連結面151までは第1距離L1であり、前記仮想線VLからテラス200とベンディング部300の境界P1までは第2距離L2であることができる。
前記第2距離L2は、前記第1距離L1より短くてもよい。より詳細に、ベンディング部300の中央、すなわち、最下端からテラス200とベンディング部300の境界P1までの長さL3は、第1距離L1と第2距離L2との差より短くてもよい。すなわち、第1距離L1と第2距離L2との差は、ベンディング部300の長さの半分より長くてもよい。
これにより、ベンディング部300の最下端をフォールディングした後、ケース10を密閉させた場合に、ケース10にバットイヤーが発生しないことができる。
また、ベンディング部300の最下端の高さは、ブリッジ150の第1連結エッジ152の最上端の高さ以上であってもよい。
すなわち、ベンディング部300と第1連結エッジ152とは、垂直方向に対して所定の段差Dを形成するか、又は前記段差Dが0となるようにベンディング部300の最下端と第1連結エッジ152の最上端とが同一水平面上に位置することができる。前記段差Dはフォーミングデプス(Forming depth)と命名することができる。
図7は、本発明の一実施形態に係るパウチ型電池ケース製造装置の断面図である。
本発明に係るパウチ型電池ケース製造装置(以下、「製造装置」)は、パウチシートPが載置されるダイ410と、前記ダイ410の上側で前記パウチシートPをパンチングするパンチ420とを含むことができる。製造装置は、前記ダイ410の上側でパウチシートPを固定するストリッパ430をさらに含むことができる。
パウチシートPはケース10の母材であってもよい。パウチシートPは、広げられた状態または一部フォールディングされた状態でダイ410に載置されてもよい。
ストリッパ430はパンチ420の周りに位置することができる。すなわち、ストリッパ430には、パンチ420の少なくとも一部が収容され、上下に貫通した開口432が形成されることができる。
ストリッパ430は、パンチ420とは独立して昇降可能に構成されてもよい。
また、ダイ410またはパンチ420のうち少なくとも一つは、相互間の距離が可変するように昇降可能に構成されてもよい。
一例として、ダイ410は、パウチシートPが載置された状態で上昇して、前記パウチシートPをダイ410とストリッパ430との間に固定させることができる。このような状態で、ダイ410がストリッパ430と共にさらに上昇することにより、パウチシートPがパンチ420によってパンチングされて、前述したケース10が形成(Forming)されることができる。
他の例として、ストリッパ430は、パンチ420よりも先に下降してパウチシートPをダイ410に載置した状態で固定させることができる。このような状態で、パンチ420が下降してパウチシートPをパンチングすることにより、前述したケース10が形成(Forming)されることができる。
以下、製造装置の各構成について、より詳細に説明する。
ダイ410は、上側に行くほど互いに離れる方向に傾斜した一対の載置面411と、一対の載置面411から下方に陥没または貫通した一対の成形部412と、前記一対の成形部412の間に位置するセンター部413と、を含むことができる。
一対の載置面411は、ダイ410の上面のうち少なくとも一部を構成することができる。各載置面411は、各成形部412の周りに位置することができる。一対の載置面411は、下側に行くほど互いに近づく方向に傾斜して形成されてもよい。
一対の載置面411が成す角度は鈍角であってもよく、ケース10の一対のテラス200が成す角度θと対応してもよい。すなわち、一対の載置面411が成す角度は、130度~170度であってもよく、一対のテラス200が成す角度θと同一又は類似していてもよい。
一対の載置面411の下端は、下方に凸状に丸みを帯びた曲面で互いに連結されてもよく、前記曲面は、ケース10のベンディング部300に対応する形状及び曲率半径を有してもよい。より詳細に、前記曲面の曲率半径は、ベンディング部300の曲率半径R1と同一であるか、又はベンディング部300の曲率半径R1にパウチシートPの厚さを加えたものと同一であることができる。
ストリッパ430の底面のうち少なくとも一部を構成する加圧面431は、ダイ410の載置面411と並んで形成されてもよい。したがって、パウチシートPの端部は、ストリッパ430の加圧面431とダイ410の載置面411との間で圧着されることができ、ケース10のテラス200として形成されることができる。
一方、ダイ410の各成形部412は、載置面411から下方に湾入したカップ(cup)状であってもよく、下方に貫通した開口状であってもよい。そして、パンチ420の後述するパンチング部421は、前記成形部412に挿入されてケース10の湾入部100をパンチングすることができる。
成形部412が開口状であると、パンチ420のパンチング動作時に前記開口で空気が排出できるため、ケース10の成形性が向上するという利点がある。
成形部412の内周りの上端と載置面411とはダイエッジ418で連結されてもよい。
ダイエッジ418は、ケース10のアウターエッジ115と対応する形状及び曲率半径を有することができる。より詳細に、ダイエッジ418の曲率半径は、アウターエッジ115の曲率半径R5と同一または類似していてもよい。したがって、ダイエッジ418によってアウターエッジ115が形成されることができる。
センター部413は、一対の成形部412の間に位置することができる。センター部413は、ケース10のブリッジ150に対応する形状を有することができる。
より詳細に、センター部413は、上側に行くほど互いに近づく方向に傾斜して形成された一対の傾斜面414と、前記一対の傾斜面414を互いに連結するセンターエッジ415とを含むことができる。
各傾斜面414は、成形部412の内部空間を一側でカバーすることができる。より詳細に、成形部412の内部空間は、成形部412の内周りとセンター部413の傾斜面414とによって定義されることができる。
一対の傾斜面414の上端は、センターエッジ415によって互いに連結されてもよい。センターエッジ415は、上方に凸状に丸みを帯びて形成されてもよい。したがって、センターエッジ415は、一対の傾斜面414の上端が折れずに連続して繋がるように連結することができる。
センターエッジ415は、ケース10の第1連結エッジ152と対応する形状及び曲率半径を有することができる。より詳細に、センターエッジ415の曲率半径は、第1連結エッジ152の曲率半径R2と同一または類似していてもよい。
センターエッジ415の最上端の高さは、一対の載置面411を連結する曲面の最下端の高さ以下であってもよい。
一方、パンチ420は、ダイ410の一対の成形部412に挿入される一対のパンチング部421を含むことができる。
一対のパンチング部421は互いに分離して離隔することができる。この場合、一対のパンチング部421の対向面423は互いに対向することができる。
ただし、これに限定されるものではなく、ダイ410のセンター部413と干渉しない範囲で一対のパンチング部421が互いに連結される構成も可能である。
各パンチング部421は、ケース10の湾入部100に対応する形状を有することができる。すなわち、一対のパンチング部421の底面422は、互いに近づくほど高さが低くなる方向に傾斜して形成されてもよい。
一対のパンチング部421の底面422は、ダイ410の載置面411と並んだ方向に傾斜して形成されてもよい。すなわち、一対のパンチング部421の底面422が成す角度は、ケース10の一対の載置面200が成す角度θと対応することができる。
すなわち、一対のパンチング部421の底面422が成す角度は鈍角、より詳細には130度~170度であってもよい。
パウチシートPの一部は、ダイ410の成形部412に挿入されるパンチ420のパンチング部421によって加圧されることができ、ケース10の湾入部100として形成されることができる。
パンチング部421の底面422と外周りの下端とは、パンチングエッジ427で連結されてもよい。パンチング部421の外周りは、ストリッパ430の内周りを相対することができる。
パンチングエッジ427は、ケース10のインナーエッジ114と対応する形状及び曲率半径を有することができる。より詳細に、パンチングエッジ427の曲率半径は、インナーエッジ114の曲率半径R4と同一または類似していてもよい。したがって、パンチングエッジ427によってインナーエッジ114が形成されることができる。
ケース10のインナーエッジ114の曲率半径R4はアウターエッジ115の曲率半径R5以上であるため、パンチングエッジ427の曲率半径は前記ダイエッジ418の曲率半径以上であることができる。
また、ケース10のインナーエッジ114とアウターエッジ115間の水平方向のクリアランスCLと同様に、パンチングエッジ427とダイエッジ418間の水平方向のクリアランスは0.5mm以下、好ましくは0.35mm以下であってもよい。
また、インナーエッジ114とアウターエッジ115間の水平方向のクリアランスCLは、アウターエッジ115の曲率半径R5以下であるため、パンチングエッジ427とダイエッジ418間の水平方向のクリアランスは、ダイエッジ418の曲率半径以下であることができる。
また、パンチング部421の底面422と対向面423の下端はサイドエッジ424で連結されてもよい。すなわち、サイドエッジ424は、各底面422の下端部に形成されてもよい。
サイドエッジ424は、下方に凸状に丸みを帯びた形状を有することができる。サイドエッジ424は、ケース10の第2連結エッジ153と対応する形状及び曲率半径を有することができる。より詳細に、サイドエッジ424の曲率半径は、第2連結エッジ153の曲率半径R3と同一または類似していてもよい。
したがって、パウチシートPの一部は、ダイ410のセンター部413とパンチ420のサイドエッジ424とによってケース10のブリッジ150として形成することができる。
図8a及び図8bは本発明の一実施形態に係る第1実験例であり、図9a及び図9bは本発明の一実施形態に係る第2実験例であり、図10a及び図10bは第1比較例であり、図11a及び図11bは第2比較例であり、図12a及び図12bは第3比較例である。
より詳細に、図8a及び図9aは、ケース10の一対のテラス200間の角度θが140度であり、インナーエッジ114とアウターエッジ115間の水平方向に対するクリアランスCLがそれぞれ0.35mm、0.5mmに形成された第1、2実験例である。第1、2実験例において、ケース10の一対のテラス200間の角度θは140度、インナーエッジ114の曲率半径R4は2.0mm、アウターエッジ115の曲率半径R5は1.5mmと、同一である。
図10aは、インナーエッジ114とアウターエッジ115間の水平方向に対するクリアランスCLが1mmに形成された第1比較例である。すなわち、第1比較例は、前記第1、2実験例と比較して前記クリアランスCLのみを増加させた。
前記第1、2実験例の場合、図8b及び図9bに示すように、一テラス200が水平になるように回転させると、前記一テラス200側のインナーエッジ114とアウターエッジ115間の水平方向に対するクリアランスCLは、それぞれ1.09mm、1.25mmと測定される。すなわち、第1、2実験例に係るケース10がフォールディング及び封止されて二次電池を成すと、インナーエッジ114とアウターエッジ115間の水平方向に対するクリアランスCLはそれぞれ1.09mm、1.25mmと測定されることを意味する。
これに対し、前記第1比較例の場合、図10bに示すように、一テラス200が水平になるように回転させると、前記一テラス200側のインナーエッジ114とアウターエッジ115間の水平方向に対するクリアランスCLは1.78mmと測定される。すなわち、第1比較例に係るケース10がフォールディング及び封止されて二次電池を成すと、インナーエッジ114とアウターエッジ115間の水平方向に対するクリアランスCLは1.78mmと測定されることを意味する。
すなわち、インナーエッジ114とアウターエッジ115間のクリアランスCLが小さいほど、電極組立体20が占有しない空き空間が減少することが確認できる。
一方、図11aは、ケース10の一対のテラス200間の角度θが120度であり、インナーエッジ114とアウターエッジ115間の水平方向に対するクリアランスCLが0.5mmに形成された第2比較例である。すなわち、第2比較例は、前記第2実験例と比較して前記角度θのみを減少させた。
前記第2比較例の場合、図11bに示すように、一テラス200が水平になるように回転させると、前記一テラス200側のインナーエッジ114とアウターエッジ115間の水平方向に対するクリアランスCLは1.9mmと測定される。すなわち、第2比較例によるケース10がフォールディング及び封止されて二次電池を成すと、インナーエッジ114とアウターエッジ115間の水平方向に対するクリアランスCLは1.9mmで測定されることを意味する。
すなわち、一対のテラス200間の角度θが大きいほど、電極組立体20が占有しない空き空間が減少することが確認できる。
ただし、前述したように前記角度θが過度に大きいと、バットイヤー(bat-ear)が発生したり、ベンディング部300の周辺に過度な皺が発生したりするおそれがあるため、前記角度θは130度~170度であることが好ましい。
一方、図12aは、図11aに示す第2比較例において、インナーエッジ114の曲率半径R4及びアウターエッジ115の曲率半径R5を1.0mmに減らした第3比較例である。
第3比較例の場合、図12bに示すように、一テラス200が水平になるように回転させると、前記一テラス200側のインナーエッジ114とアウターエッジ115間の水平方向に対するクリアランスCLは2.53mmと測定される。すなわち、第3比較例に係るケース10がフォールディング及び封止されて二次電池を成すと、インナーエッジ114とアウターエッジ115間の水平方向に対するクリアランスCLは2.53mmと測定されることを意味する。
すなわち、インナーエッジ114及びアウターエッジ115の曲率半径R4、R5が大きいほど、電極組立体20が占有しない空き空間が減少することが確認できる。ただし、前述したように、曲率半径R4、R5が過度に大きいと、ケース10をシャープな形状に製造するのに限界があり、これにより、二次電池3の外観も美麗でなく、商品性も低下するため、インナーエッジ114及びアウターエッジ115の曲率半径R4、R5を適切に設計することが好ましい。
図13は本発明の一実施形態に係るパウチ型二次電池の平面図であり、図14は図13に示す周り部の角部及びその周辺を拡大して示す平面図であり、図15は図13に示す周り部の角部及びその周辺を拡大した斜視図である。
ケース10の一対の湾入部100の間に電極組立体20(図2参照)を配置した状態で、ベンディング部300をフォールディング(folding)し、一対のテラス200を互いにシーリングさせることにより、本発明の実施形態に係る二次電池を形成することができる。
前記二次電池は、電極組立体20(図2参照)を収容する収納部と、前記収納部の周り面のうち一部を形成するフォールディング部と、前記収納部の周り面のうち他の一部で拡張された周り部とを含むことができる。
より詳細に、前記収納部は、一対の湾入部100が連通して形成され、以下では便宜上、湾入部10と同一の図面符号である「100」と表す。また、前記フォールディング部は、ブリッジ150がフォールディングされて形成され、以下では便宜上、ブリッジ150と同一符号である「150」と表す。また、前記周り部は、一対のテラス200が互いに付着して形成され、以下では便宜上、テラスと同一符号である「200」と表す。
したがって、本発明の実施形態に係る二次電池について、前述したインナーエッジ114(図6参照)は、収納部100の内側の上面または内側の底面を収納部100の内周りと連結することができる。また、アウターエッジ115(図6参照)は、収納部100の外周りと周り部200とを連結することができる。
前述したように、インナーエッジ114の曲率半径R4は、アウターエッジ115の曲率半径R5以上であってもよく、インナーエッジ114とアウターエッジ115との間の水平方向に対するクリアランスCLは、インナーエッジ114の曲率半径R4より小さくてもよい。
これは、二次電池自体を分解して確認することもできるが、これに制限されず、CT(Computerized Tomography)、MRI(Magnetic Resonance Imaging)、X-Rayなどによる方法で確認することもできる。このような方法により、二次電池を分解せずとも前述したケース10の特徴を確認することができる。
一方、周り部200は、一対のテラス200のサイド210が互いに付着して形成された長辺部と、一対のテラス200の延長部220が互いに付着して形成された短辺部とを含むことができる。以下において、前記長辺部はサイド210と同一の図面符号である「210」と表し、前記短辺部は延長部220と同一の図面符号である「220」と表す。
長辺部210は収納部100の長さ方向に延長されてもよく、短辺部220は収納部100の幅方向に延長されてもよい。
周り部200は熱融着によりシーリングされてもよい。すなわち、周り部200には、周り部に沿って延長されたシーリング部が形成されてもよい。
より詳細に、各短辺部220は、シーリング部221及び非シーリング部222を含むことができる。
シーリング部221は、短辺部220の長さ方向に長く形成されてもよい。シーリング部221の一部は、一対の延長部220が互いに融着して形成されてもよく、他の一部は、電極リード22を取り囲んだ絶縁部23(図2参照)に延長部220が融着して形成されてもよい。
非シーリング部222は、短辺部220の長さ方向に長く形成され、シーリング部221よりも内側に位置することができる。これは、シーリング部221が収納部100に過度に隣接する場合、熱融着工程により電極組立体20の電極タブ21(図2参照)が損傷するおそれがあるからである。
すなわち、非シーリング部222は、シーリング部221と収納部100との間に位置することができる。非シーリング部222には、電極組立体20の電極タブ21(図2参照)が位置することができる。
したがって、短辺部220のフォールディング部150側の角部は、シーリング部221の角部221aと、非シーリング部222の角部222aとを含むことができる。前記フォールディング部150側の角部は、ケース10のベンディング部300がフォールディングされて形成された角部を意味することができる。
以下、説明の便宜上、非シーリング部222の角部を第1角部222aと命名し、シーリング部221の角部を第2角部221aと命名する。
第1角部222aはフォールディング部150と隣接することができる。第1角部222aは、直線ではなく、やや曲がっているか、又は皺が寄った形状であってもよいが、これに限定されるものではない。
第2角部221aは、第1角部222aにおいてフォールディング部150の反対方向に延長されることができる。すなわち、第1角部222aは、第2角部221aとフォールディング部150との間に位置することができる。
第2角部221aは直線形状であり、第1角部222aよりも薄い厚さを有することができる。また、第2角部221aは、収納部100の幅方向に対して、第1角部222aよりも突出していてもよい。これは、第1角部222aが非シーリング部222の角部であるのに対して、第2角部221aはシーリング部221の角部であるからである。
第1角部222a及び第2角部221aは、収納部100の幅方向に対してフォールディング部150よりも非突出となっていてもよい。すなわち、第1角部222a及び第2角部221aは、フォールディング部150に接してフォールディング部150の長さ方向に直線延長した仮想線VL2に対して突出していなくてもよい。また、第2角部221aは、第1角部222aよりも前記仮想線VL2にさらに隣接してもよい。
すなわち、従来の二次電池は、第2角部221aに対応する部分がフォールディング部150より突出してバットイヤー(bat-ear)を形成するが、本発明に係る二次電池は、前述したケース10の構成によりバットイヤーが存在しない。
また、短辺部220のフォールディング部150側の角部は、第1角部222aとフォールディング部150とを連結する境界部223をさらに含むことができる。
境界部223は、第1角部222aとフォールディング部150との間に位置し、収納部100の幅方向に対して第1角部222aよりも突出することができる。
境界部223は、収納部100の幅方向に対してフォールディング部150よりも非突出となっていることが好ましい。より詳細に、境界部223の突出度合いは、前述したベンディング部300と第1連結エッジ152間の段差D(図6参照)によって異なることがあるため、適切な段差Dを設計することが好ましい。
図16は、本発明の他の実施形態に係るパウチ型電池ケースを展開した状態を示す図である。
以下、前述した内容と重複する内容は援用し、相違点を中心に説明する。
各湾入部100の周り面は、前記ブリッジ150の反対側に位置し、湾入部100の長さ方向に延長された延長面と、前記延長面の両端から湾入部100の幅方向に延長されて連結面151に連結される一対の側面103を含むことができる。
前記側面103とブリッジ150の連結面151が連結される領域154は、所定の曲率半径を有する曲面で形成されることができる。これにより、ケース10の密閉時に連結部150の周辺に発生する皺を緩和することができる。
以上の説明は、本発明の技術思想を例示的に説明したものに過ぎず、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であれば、本発明の本質的な特性から逸脱しない範囲で様々な修正及び変形が可能である。
したがって、本発明に開示される実施形態は、本発明の技術思想を限定するためのものではなく、説明するためのものであり、このような実施形態によって本発明の技術思想の範囲が限定されるものではない。
本発明の保護範囲は以下の特許請求の範囲によって解釈されるべきであり、それと同等の範囲内にある全ての技術思想は、本発明の権利範囲に含まれるものと解釈されるべきである。
10:ケース
20:電極組立体
100:(ケースの)湾入部、(二次電池の)収納部
114:インナーエッジ
115:アウターエッジ
150:(ケースの)ブリッジ、(二次電池の)フォールディング部
151:連結面
152:第1連結エッジ
153:第2連結エッジ
200:(ケースの)テラス、(二次電池の)周り部
210:(ケースの)サイド、(二次電池の)長辺部
220:(ケースの)延長部、(二次電池の)短辺部
221:シーリング部
221a:第2角部
222:非シーリング部
222a:第1角部
223:境界部
300:ベンディング部
410:ダイ
411:載置面
412:成形部
413:センター部
420:パンチ
422:パンチング部
423:連結部
414、424:傾斜面
415、425:センターエッジ
416、426:サイドエッジ
417:ロアーエッジ
418:ダイエッジ
427:パンチングエッジ
20:電極組立体
100:(ケースの)湾入部、(二次電池の)収納部
114:インナーエッジ
115:アウターエッジ
150:(ケースの)ブリッジ、(二次電池の)フォールディング部
151:連結面
152:第1連結エッジ
153:第2連結エッジ
200:(ケースの)テラス、(二次電池の)周り部
210:(ケースの)サイド、(二次電池の)長辺部
220:(ケースの)延長部、(二次電池の)短辺部
221:シーリング部
221a:第2角部
222:非シーリング部
222a:第1角部
223:境界部
300:ベンディング部
410:ダイ
411:載置面
412:成形部
413:センター部
420:パンチ
422:パンチング部
423:連結部
414、424:傾斜面
415、425:センターエッジ
416、426:サイドエッジ
417:ロアーエッジ
418:ダイエッジ
427:パンチングエッジ
Claims (26)
- 電極とセパレータとが交互に積層された電極組立体を収容するパウチ型電池ケースであって、
湾入した形状を有する一対の湾入部と、
前記パウチ型電池ケースを展開した状態で、前記一対の湾入部の周りに位置し、下側に行くほど互いに近づく方向に傾斜して形成された一対のテラスと、
前記一対の湾入部の間に位置し、前記一対の湾入部を連結し、前記一対の湾入部の底面から上側に行くほど互いに近づく方向に傾斜して形成された一対の連結面を有するブリッジと、を含み、
前記パウチ型電池ケースを展開した状態で、前記一対のテラスが成す角度は鈍角である、パウチ型電池ケース。 - 前記パウチ型電池ケースを展開した状態で、前記一対の湾入部の底面は、上側に行くほど互いに離れる方向に傾斜して形成された、請求項1に記載のパウチ型電池ケース。
- 前記パウチ型電池ケースを展開した状態で、前記一対のテラスが成す角度は130度~170度である、請求項1に記載のパウチ型電池ケース。
- 前記湾入部の内周りと前記湾入部の底面とを連結するインナーエッジと、
前記湾入部の外周りと前記テラスとを連結するアウターエッジと、をさらに含み、
前記インナーエッジの曲率半径は、前記アウターエッジの曲率半径以上である、請求項1に記載のパウチ型電池ケース。 - 前記パウチ型電池ケースを展開した状態で、前記インナーエッジと前記アウターエッジとの間の水平方向に対するクリアランスは0.5mm以下である、請求項4に記載のパウチ型電池ケース。
- 前記パウチ型電池ケースを展開した状態で、前記インナーエッジと前記アウターエッジとの間の水平方向に対するクリアランスは0.35mm以下である、請求項4に記載のパウチ型電池ケース。
- 前記パウチ型電池ケースを展開した状態で、前記インナーエッジと前記アウターエッジとの間の水平方向に対するクリアランスは、前記アウターエッジの曲率半径以下である、請求項4に記載のパウチ型電池ケース。
- 前記パウチ型電池ケースを展開した状態で、
前記一対のテラスを連結し、下方に凸状に丸みを帯びたベンディング部をさらに含み、
前記ブリッジは、前記一対の連結面を連結し、上方に凸状に丸みを帯びた第1連結エッジをさらに含み、
前記ベンディング部の最下端の高さは、前記第1連結エッジの最上端の高さ以上である、請求項4に記載のパウチ型電池ケース。 - 前記パウチ型電池ケースを展開した状態で、前記ブリッジは、
前記一対の連結面を前記一対の湾入部の底面と連結し、下方に凸状に丸みを帯びた一対の第2連結エッジをさらに含む、請求項8に記載のパウチ型電池ケース。 - 前記パウチ型電池ケースを展開した状態で、
前記湾入部の内周りと前記インナーエッジの境界を通り、前記テラスと直交する仮想線に対して、
前記テラスと並んだ方向に、前記仮想線から前記連結面までは第1距離であり、
前記テラスと並んだ方向に、前記仮想線から前記テラスと前記ベンディング部の境界までは、前記第1距離よりも短い第2距離である、請求項8に記載のパウチ型電池ケース。 - 前記パウチ型電池ケースを展開した状態で、
前記ベンディング部の中央から、前記テラスと前記ベンディング部の境界までの長さは、前記第1距離と前記第2距離との差よりも短い、請求項10に記載のパウチ型電池ケース。 - 電極とセパレータとが交互に積層された電極組立体と、
請求項1乃至11のいずれか一項に記載のパウチ型電池ケースと、を含むパウチ型二次電池。 - 電極とセパレータとが交互に積層された構造を有する電極組立体と、
前記電極組立体を収容する収納部を有するパウチ型電池ケースと、を含み、
前記パウチ型電池ケースは、
前記収納部の周り面のうち一部を形成するフォールディング部と、
前記収納部の周り面のうち他の一部で拡張された周り部と、を含み、
前記周り部の角部は、
前記フォールディング部と隣接した第1角部と、
第1角部において前記フォールディング部の反対方向に延長され、前記第1角部よりも薄い厚さを有する第2角部と、
前記第1角部と前記フォールディング部とを連結し、前記収納部の幅方向に対して前記第1角部より突出した境界部と、を含む、パウチ型二次電池。 - 前記収納部の幅方向に対して、前記第1角部及び第2角部は前記フォールディング部より非突出となっている、請求項13に記載のパウチ型二次電池。
- 前記収納部の幅方向に対して、前記第2角部は前記第1角部より突出した、請求項13又は14に記載のパウチ型二次電池。
- 前記境界部は、前記収納部の幅方向に対して前記フォールディング部より非突出となっている、請求項13に記載のパウチ型二次電池。
- 前記収納部の内側の上面または内側の底面を前記収納部の内周りと連結するインナーエッジと、
前記収納部の外周りと前記周り部とを連結するアウターエッジと、をさらに含み、
前記インナーエッジの曲率半径は、前記アウターエッジの曲率半径以上である、請求項13に記載のパウチ型二次電池。 - 前記インナーエッジと前記アウターエッジとの間の水平方向に対するクリアランスは、前記アウターエッジの曲率半径以下である、請求項17に記載のパウチ型二次電池。
- ダイに載置されたパウチシートをパンチで成形するパウチ型電池ケース製造装置であって、
前記ダイは、
上側に行くほど互いに離れる方向に傾斜した一対の載置面と、
前記一対の載置面から下方に陥没または貫通した一対の成形部と、
前記一対の成形部の間に位置するセンター部と、を含み、
前記パンチは、
前記一対の成形部に挿入され、互いに近づくほど高さが低くなる方向に傾斜した底面を有する一対のパンチング部を含み、
前記一対の載置面が成す角度は鈍角である、パウチ型電池ケース製造装置。 - 前記一対の載置面が成す角度は130度~170度である、請求項19に記載のパウチ型電池ケース製造装置。
- 前記ダイは、前記成形部の内周りと前記載置面とを連結するダイエッジをさらに含み、
前記パンチは、前記パンチング部の外周りと前記パンチング部の底面とを連結するパンチングエッジをさらに含み、
前記パンチングエッジの曲率半径は、前記ダイエッジの曲率半径以上である、請求項19又は20に記載のパウチ型電池ケース製造装置。 - 前記ダイエッジと前記パンチングエッジとの間の水平方向に対するクリアランスは、0.5mm以下である、請求項21に記載のパウチ型電池ケース製造装置。
- 前記ダイエッジと前記パンチングエッジとの間の水平方向に対するクリアランスは、前記ダイエッジの曲率半径以下である、請求項21に記載のパウチ型電池ケース製造装置。
- 前記センター部は、
下側に行くほど互いに離れる方向に傾斜して形成された一対の傾斜面を含む、請求項19に記載のパウチ型電池ケース製造装置。 - 前記センター部は、
前記一対の傾斜面を連結し、上方に丸みを帯びたセンターエッジをさらに含む、請求項24に記載のパウチ型電池ケース製造装置。 - 前記パンチング部は、
前記底面の下端部に形成され、下方に凸状に丸みを帯びた一対のサイドエッジをさらに含む、請求項19に記載のパウチ型電池ケース製造装置。
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