JP4536023B2 - パウチ状のリチウム二次電池及びその製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、パウチ状のリチウム二次電池及びその製造方法に関し、更に詳細には、別途のパックケースを利用せず、パウチ外装材の一部を用いてパック工程を行うことにより、パック工程が単純化されたパウチ状のリチウム二次電池及びその製造方法に関する。
リチウム二次電池は、主として、陽極活物質にリチウム系酸化物、陰極活物質には炭素材を使っている。一般的には、電解液の種類によって、液体電解質電池と、高分子電解質電池とに分類され、液体電解質を使用する電池をリチウムイオン電池と言い、高分子電解質を使用する電池をリチウムポリマー電池と言う。また、リチウム二次電池は、様々な形状に製造されているが、代表的な形状としては、円筒状と、角状と、パウチ状が挙げられる。
通常、リチウム二次電池のうちパウチ状のリチウム二次電池のパウチ部材は、金属ホイル層と、これを覆う合成樹脂層の多層膜とから構成され、パウチ部材を使用する場合には、金属カンを使用する円筒状または角状のリチウム二次電池よりも電池の重量を顕著に減らすことができ、リチウム二次電池の軽量化はパウチ状のリチウム二次電池を主流に発展してきていた。
通常、パウチ状のリチウム二次電池は、電極組立体を収容する空間を備えるパウチの後面に電極組立体を収容した後、パウチの前面を用いて後面を覆った後、封止してパウチベアセル（Ｂａｒｅ ｃｅｌｌ）を形成し、パウチベアセルに保護回路モジュールのような付属品を取り付けてパウチコアパック（Ｃｏｒｅ Ｐａｃｋ）を形成し、その後、パウチコアパックを電池パックケースに内蔵して形成される。
しかし、このようなパウチ状のリチウム二次電池は、別途の電池パックケースを用いて形成されるので、その形成工程が長くなる。これによって、パウチ状のリチウム二次電池の単位時間当たりの生産量を増加させにくい。
また、別途の電池パックケースを使用することで、パウチ状のリチウム二次電池の製造コストが高くなるという問題がある。
本発明は、前記の従来技術の問題点を解決するためになされたものであり、別途のパックケースを利用せず、パウチ部材を利用してパック工程を行うことにより、パック工程が単純化されたパウチ状のリチウム二次電池及びこの製造方法を提供することを目的とする。
前記の目的を達成するための本発明のパウチ状のリチウム二次電池は、第１の電極タップが取り付けられた第１の電極板、第２の電極タップが取り付けられた第２の電極板、及び前記第１の電極板と第２の電極板との間に位置するセパレーターを備える電極組立体と、前記電極組立体を収容する電極組立体収容部及び前記電極組立体収容部の少なくとも一側面から延びる翼部を備え、前記翼部が前記電極組立体収容部の側面の周方向にわたる全体を巻く形状からなるパウチ外装材を具備してなる。
この際に、翼部は、電極組立体収容部のシーリングされた周辺部のうち、電極タップが引き出されない一側部からのみ延びて前記電極組立体収容部の側面の周方向にわたる全体を巻くか、両側部から延びる２つの部分からなり、２つの部分のそれぞれの電極組立体収容部の側面を一部ずつ分割して巻くようになることができる。
電極組立体収容部は、前面及び後面を成す２つの部材の開放されている周辺部を回りながらシーリングしてなることができる。このとき、前面及び後面は、一つの面状のパウチ部材を折り曲げて区分される２つの領域で一体型となるか、別途の２つの部材からなることができる。
前面及び後面は、異なる面積で形成でき、前面及び後面が別途の部材からなる場合、前面及び後面は、異なる層構造や材質からなることができる。
本発明のパウチ状のリチウム二次電池の製造方法は、折り目を介して前面と後面とに区分され、前面の一部分には、電極組立体の収容空間を備えるパウチを用意する段階と、電極組立体の収容空間に第１の電極タップが取り付けられた第１の電極板、第２の電極タップが取り付けられた第２の電極板、及び前記第１の電極板と第２の電極板との間に位置するセパレーターを備える電極組立体を収容する段階と、前記パウチを封止してパウチベアセルを形成する段階と、前記パウチの一部を用いて前記電極組立体が収容された空間の側面の周方向にわたる全体として巻いてパウチ外装材を成すチュービング段階と、を含んでなることができる。
前記のように本発明によれば、別途のパックケースを利用せず、パウチ外装材を利用してパック工程を行うことにより、パック工程が単純化されたパウチ状のリチウム二次電池及びこの製造方法を提供することができる。
以下、添付された図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。図面の同一の参照符号は同一の構成要素を示す。
図１ａは、本発明の一実施形態によるパウチ状のリチウム二次電池を説明するための斜視図であり、図１ｂは、図１ａのＡ−Ａ線に沿う断面図であり、図１ｃは、図１ａのＢ−Ｂ線に沿う断面図である。
図１ａ乃至図１ｃを参照すれば、本発明の一実施形態によるパウチ状のリチウム二次電池１００は、電極組立体２００と、前記電極組立体２００を収容するパウチ外装材３００と、前記電極組立体２００の充放電を制御するための保護回路モジュール４００と、ホットメルティング（Ｈｏｔ Ｍｅｌｔｉｎｇ）を介して形成される上下部のモールディング部５１０、５２０とを備える構造からなる。
前記電極組立体２００は、陽極活物質及び陰極活物質のいずれか一つ、例えば、陽極活物質がコーティングされた第１の電極板２１０と、陽極活物質及び陰極活物質の他の一つ、例えば、陰極活物質がコーティングされた第２の電極板２２０と、前記第１の電極板２１０と第２の電極板２２０との間に位置して前記第１の電極板２１０と第２の電極板２２０との短絡を防止し、リチウムイオンの移動だけを可能とするセパレーター２３０とからなる。また、前記第１の電極板２１０には、一般的にアルミニウム（Ａｌ）材質からなり、一定の長さだけ突出して陽極タップとして作用する第１の電極タップ２１５が接合されている。前記第２の電極板２２０には、一般的にニッケル（Ｎｉ）材質からなり、一定の長さだけ突出して陰極タップとして作用する第２の電極タップ２２５が接合されているが、本発明において上記の材質を限定するものではない。また、前記第１の電極タップ２１５及び第２の電極タップ２２５と、前記パウチ外装材３００との間のショートを防止するための絶縁テープ２４０を更に備えることもできる。また、前記第１の電極タップ２１５及び第２の電極タップ２２５は、前記パウチ外装材３００のある一側面を介して外部に引き出され、このような第１の電極タップ２１５及び第２の電極タップ２２５は、前記保護回路モジュール４００と電気的に接続される。しかも、前記電極組立体２００の上下部には、前記電極組立体２００が前記パウチ外装材３００と接触することを防止するために、上部絶縁プレート２５１および下部絶縁プレート２５５が更に取り付けられることも可能である。
また、前記陽極活物質には、カルコゲナイド（Ｃｈａｌｃｏｇｅｎｉｄｅ）化合物が使われており、その例として、ＬｉＣｏＯ２、ＬｉＭｎ２Ｏ４、ＬｉＮｉＯ２、ＬｉＮｉ１−ｘＣｏｘＯ２（０＜ｘ＜１）、ＬｉＭｎＯ２などの複合金属酸化物が使われている。陰極活物質には、炭素（Ｃ）系列物質、Ｓｉ、Ｓｎ、酸化錫、錫合金複合体（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われている。また、一般的に、前記陽極電極板は、アルミニウム（Ａｌ）材質、陰極電極板は、銅（Ｃｕ）材質を使用し、前記セパレーターは、一般的に、ポリエチレン（ＰＥ）またはポリプロピレン（ＰＰ）を使用するが、本発明において上記の材質を限定するものではない。
一方、本発明では、前記パウチ状のリチウム二次電池１００の第１の電極タップ２１５及び第２の電極タップ２２５が引き出される方向を“上部”方向と仮定する。
前記パウチ外装材３００は、前記電極組立体２００を収容するための電極組立体収容部３００Ａと、前記電極組立体収容部３００Ａの一側面から延びる翼部３００Ｂとを備える。この際に、前記パウチ外装材３００の翼部３００Ｂは、前記電極組立体収容部３００Ａの側面を一周取り囲む形状からなる。すなわち、前記パウチ外装材３００の翼部３００Ｂが、前記電極組立体収容部３００Ａを全体として一周巻いているチューブ（Ｔｕｂｅ）のような形状からなる。
このような前記パウチ外装材３００は、その材質がアルミニウム（Ａｌ）のような金属材からなる芯部と、前記芯部の上部面上に形成された熱融着層と、前記芯部の下部面上に形成された絶縁膜とからなる。前記熱融着層は、ポリマー樹脂である変性ポリプロピレン、例えば、ＣＰＰ（Ｃａｓｔｅｄ Ｐｏｌｙｐｒｏｐｙｌｅｎｅ）を使って接着層として作用し、前記絶縁膜は、ナイロン（Ｎｙｌｏｎ）やポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）のような樹脂材が形成されていることが可能であるが、ここで、前記パウチ外装材３００の構造及び材質を限定することではない。
前記保護回路モジュール４００は、前記パウチ外装材３００の上部で前記電極組立体２００の第１の電極タップ２１５及び第２の電極タップ２２５と電気的に接続されて、前記電極組立体２００の充放電及び誤作動を制御するためのものであり、例えば、前記電極組立体２００から過電流が流れた際に、前記過電流を遮断する役目を果たす。また、前記保護回路モジュール４００は、上面に前記パウチ状のリチウム二次電池１００の充放電のための入出力端子４１０を備える。また、前記保護回路モジュール４００は、図面上には図示していないが、一般的に様々な保護回路を備える構造からなる。
前記上下部のモールディング部５１０、５２０は、前記熱溶融材（Ｈｏｔ Ｍｅｌｔ）を用いるホットメルティング方法を通じてモールディングされた部分である。前記上下部のモールディング部５１０、５２０は、前記パウチ外装材３００がチューブ状を維持するようにする役目を果たす。
また、前記上下部のモールディング部５１０、５２０に使われる熱溶融材は、熱溶融型接着剤として、水や溶剤を全く使用せず、常温で１００％固体の不揮発性、不燃性、熱可塑性の樹脂（Ｔｈｅｍｏｐｌａｓｔｉｃ−ｒｅｓｉｎ）が用いられ、高温の液状で被接着材に塗布され、押し付けられ後、数秒内に冷却固化されながら接着力を発揮することが望ましい。
前記上下部のモールディング部５１０、５２０に使われる熱溶融材は、ＥＶＡ（Ｅｔｈｙｌｅｎｅ−Ｖｉｎｙｌ Ａｃｅｔａｔｅ ｃｏｐｏｌｙｍｅｒ）系列物質、ポリアミド（Ｐｏｌｙａｍｉｄｅ）系列と、ポリエステル（Ｐｏｌｙｅｓｔｅｒ）系列物質、ゴム（Ｒｕｂｂｅｒ）系列物質及びポリウレタン（Ｐｏｌｙｕｒｅｔｈａｎｅ）系列物質からなる群から選ばれるいずれか一つであることが望ましい。
また、前記上部モールディング部５１０は、前記パウチ外装材３００上部の保護回路モジュール４００が安着する部分を、熱溶融材を用いるホットメルティング方法を通じてモールディングされた部分であり、前記保護回路モジュール４００の入出力端子４１０が露出するように形成されている。言い換えるならば、前記上部モールディング部５１０は、前記パウチ外装材３００の上部で前記保護回路モジュールの上部を覆い、前記入出力端子４１０が露出するようにするものである。
また、前記下部モールディング部５２０は、本発明の実施形態によるパウチ状のリチウム二次電池１００が前記パウチ外装材３００を用いてパック工程が行われるので、前記パウチ状のリチウム二次電池１００の下部が相対的に他の部分よりも突きなどの外部環境に脆弱なところがあり得るため、ホットメルティングを用いてモールディングされた部分である。
以上、実施形態では、翼部が、一つの電極組立体収容部のシーリングされた周辺部のうち、電極タップが引き出されない一側部からのみ延びて、シーリングされる２つの面、すなわち、前面と後面とが一体に形成される場合を示している。しかし、同様な説明は、他の実施形態、例えば、翼部が、シーリングされた周辺部の２以上の側部から、例えば、両側部から延びる２つの部分からなる場合や、前面及び後面が別途の２つの部材からなる場合や、前面及び後面が異なる面積、層構造、または材質からなる場合にも適用可能である。
例えば、図２の実施形態において、端部を部分拡大した図面から分かるように、パウチ外装材８００の後面８１０は、アルミニウム膜の芯材８１０ａの少なくとも内側面に熱接着性樹脂膜８１０ｂであるＣＰＰ膜が形成され、外側面には絶縁膜８１０ｃであるナイロンやＰＥＴ膜が設けられて形成される。パウチ外装材８００の前面８２０は、アルミニウム膜よりも高い破断強度のステンレスなどの金属膜８２０ａの内側面に熱接着性樹脂膜８２０ｂとしてＣＰＰ膜が設けられて形成されることができる。
図３ａ、図３ｂは、パウチ外装材７００の前面７２０及び後面７１０が面状のパウチ部材を折り曲げて一体に形成された実施形態の特定の工程段階を示す斜視図及び、完成された段階の横断面を示す断面図である。パウチ外装材７００において、後面の左右方向の中央部に電極組立体２００の収容空間としてほぼ直方体を成す溝７１３が形成される。後面７１０と前面７２０は、後面７１０の溝７１３が前面７２０の覆われるように、溝７１３の左右側の周辺部がシーリングされる。この状態で、溝７１３から左右端部へ向かって長く延長された翼部７００Ｂは、電極組立体収容部７００Ａに、同じ方向に回りながら巻かれる。結果として、電極組立体収容部７００Ａの２つの広い側面と２つの狭い側面、すなわち、４側面の全てが２つの翼部７００Ｂによって巻かれた状態を成すことになる。より詳細には、シーリングされた周辺部のうち、電極タップが引き出される上側部以外の両側部が延びて形成された２つの翼部７００Ｂは、一つがパウチの前方側面を、他の一つがパウチ外装材の後面となる後方側面及び２つの狭い左右側面を巻くことになる。
図４ａ、図４ｂは、本発明の他の一実施形態によるパウチ状のリチウム二次電池の製造過程中の斜視図及び完成された段階の横断面を示す断面図である。
図４ａ、図４ｂを参照すれば、前面及び後面は、図２に示された実施形態のように異なる層構造を有し、前面だけ側部が左右方向により広く延びる形態である。パウチ外装材６００において、後面６１０に電極組立体の収容空間としてほぼ直方体を成す溝６１３が形成される。溝の左右側の極めて狭い領域の周辺部がシーリングされ、シーリングされていない前面の残部が翼部となり、電極組立体の収容空間を回りながら巻くことになる。電極組立体の収容空間の４側面の全てが結果として前面６２０の強い金属膜６２０ａによって覆われることが可能である。破損の危険を低減するために、必要に応じて、翼部は更に延長して形成され、電極組立体の収容空間を１．５回あるいは２回巻き取ることもできる。
以上の本発明の実施形態において、図１ｃ、図３ｂ、図４ｂを見ると、翼部の端部は、共に電極組立体が収容される直方体の空間の側面の角に位置することになる。すなわち、直方体の空間を巻く面のうち、電極タップが引き出される方向の面を上面とすると、翼部の端部は、直方体の空間の４側面（前後面及び左右面）のうち、２つの面が接して成す角のうちの１つに位置している。これは、翼部の端部が側面の中間に位置する場合、完成された電池の外観において側面に段差が生じ得るので、空間の活用上不利であるからである。
一方、図５は、本発明の一実施形態によるパウチ状のリチウム二次電池の製造方法を説明するための工程フローチャートである。
図５を参照すれば、本発明の一実施形態によるパウチ状のリチウム二次電池の製造工程は、電極組立体の収容空間を備えるパウチを用意する段階（Ｓ１）と、前記パウチに電極組立体を収納する段階（Ｓ２）と、パウチを第１熱融着する段階（Ｓ３）と、電解液を注入して電極組立体に含浸させる段階（Ｓ４）と、パウチを第２熱融着する段階（Ｓ５）と、初期の充放電を実施してガスを捕集する段階（Ｓ６）と、パウチを第３熱融着する段階（Ｓ７）と、保護回路モジュールを取り付ける段階（Ｓ８）と、パウチを用いてチュービングする段階（Ｓ９）と、上下部をホットメルティングする段階（Ｓ１０）とを備える。
図６ａ乃至図６ｅは、本発明の一実施形態によるパウチ状のリチウム二次電池の製造方法を説明するための図である。以下では、図５を共に参照しながら、本発明の実施形態によるパウチ状のリチウム二次電池の製造方法を説明する。
まず、電極組立体の収容空間を備えるパウチを用意する段階（Ｓ１）では、図６ａに示すように、パウチ外装材３００を用意する。パウチは、パウチ部材を折り曲げた部分である折り目３３０を介して後面３１０と前面３２０とに区分され、後面３１０は、電極組立体の収容空間である溝３１３を備える構造からなる。
この際に、前記電極組立体の収容空間である溝３１３は、前記パウチ外装材３００の下面３１０の左側または右側のいずれか一方に偏って位置することが望ましい。また、前記パウチ外装材３００は、前記電極組立体２００を収容した後、もう一周巻けるほど十分長いことが望ましい。
このようなパウチ外装材３００は、その材質がアルミニウム（Ａｌ）のような金属材からなる芯材３００ａと、芯材の上部面上に形成された熱接着性樹脂膜３００ｂと、芯材３００ａの下部面上に形成された絶縁膜３００ｃとからなる。前記熱接着性樹脂膜３００ｂは、ポリマー樹脂である変性ポリプロピレン、例えば、ＣＰＰ（Ｃａｓｔｅｄ Ｐｏｌｙｐｒｏｐｙｌｅｎｅ）を使って接着層として作用し、前記絶縁膜３００ｃは、ナイロンやポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）のような樹脂材で形成されていることができるが、ここで、前記パウチ外装材３００の構造及び材質を限定するものではない。
パウチ外装材３００に電極組立体を収納する段階（Ｓ２）では、図６ａのように、電極組立体２００を用意し、電極組立体２００をパウチ外装材３００の下面３１０の電極組立体の収容空間３１３に収納する。このとき、電極組立体２００の第１の電極タップ２１５及び第２の電極タップ２２５は、所定の長さだけ外部に突出する。このとき、第１の電極タップ２１５及び第２の電極タップ２２５が突出された方向をパウチ状のリチウム二次電池の“上部方向”と仮定する。
一方、電極組立体２００及びパウチ外装材３００を用意する手順は、必ずしもこれに限定されるものではなく、前記電極組立体２００を先に用意した後、パウチ外装材３００を用意することもできる。
また、図面上には図示していないが、電極組立体２００の上下部には、電極組立体２００がパウチ外装材３００と接触することを防止するために、上下部の絶縁プレートが更に取り付けられることも可能である。
パウチ外装材を第１熱融着する段階（Ｓ３）では、図６ｂのように、パウチ外装材を折り目３３０に沿って折り、前記後面３１０と前面３２０とが当接する部分を熱融着する。
この際に、第１熱融着は、パウチ外装材の周辺部、溝３１３の縁の大部分を熱融着することであり、電極組立体の収容空間の側面には、ガス捕集空間３１４が形成される。また、ガス捕集空間３１４の縁には、一部分が開放されて、ガス捕集空間と外部とが繋がれる第１の通孔３４０が位置することになり、電極組立体の収容空間及びガスを捕集するための空間３１４の間には、一部分が開放されている第２の通孔３５０が位置することになる。すなわち、第２の通孔３５０は、前記電極組立体の収容空間と前記ガス捕集空間３１４との連結通路となる。
また、電極組立体の収容空間は、電極組立体２００を収容した後、下面３１０と上面３２０とを接合する第１熱融着を通じて電極組立体収容部３１３Ａとして作用する。
電解液を注入して電極組立体に含浸させる段階（Ｓ４）では、ガス捕集空間３１４を上部として、第１の通孔３４０を介して電解液を注入し、真空雰囲気に露出させて前記電解液を前記電極組立体２００に含浸させる。
パウチ外装材を第２の熱融着する段階（Ｓ５）では、図６ｃのように、前記電解液を注入して、電極組立体２００に含浸させた後、パウチ外装材３００の第１の通孔３４０を熱融着して封止する段階である。
初期の充放電を実施してガスを捕集する段階（Ｓ６）では、図６ｃのように、第１の通孔３４０を熱融着した後、ガス捕集空間３１４を上部として初期の充放電を実施する。この際に、初期の充放電工程中に電極組立体２００でガスが発生することになり、このガスは、第２の通孔３５０を介してガス捕集空間３１４で捕集される。
パウチ外装材を第３熱融着する段階（Ｓ７）では、図６ｄのように、前記初期の充放電工程を通じてガスをガス捕集空間３１４に捕集した後、第２の通孔３５０を熱融着して接合し、ガス捕集空間３１４も、ガスを排出した後に熱融着して接合することにより、パウチベアセルを形成する。
保護回路モジュールを取り付ける段階（Ｓ８）では、第３熱融着を行った後、パウチベアセルの上部方向に突出した第１の電極タップ２１５及び第２の電極タップ２２５に保護回路モジュール４００を電気的に接続する。
この際に、保護回路モジュール４００は、様々な保護回路を備えて電極組立体２００の充放電及び誤作動を制御し、電極組立体２００の充放電のための入出力端子４１０を備える。
パウチ外装材を用いてチュービングする段階（Ｓ９）では、保護回路モジュール４００を取り付けた後、融着されたパウチ外装材部分を用いて前記電極組立体２００を収容する空間をチューブ状に一周巻く。
この際に、前記保護回路モジュールを取り付ける段階（Ｓ８）及びパウチ外装材を用いてパウチを形成するチュービング段階（Ｓ９）の手順は、必ずしもこれに限定されるものではなく、パウチを形成するチュービング段階（Ｓ９）を先に行った後、保護回路を取り付ける段階（Ｓ８）を行うこともできる。
上下部をホットメルティングする段階（Ｓ１０）では、パウチ外装材を用いて前記電極組立体を収容する空間を一周巻いた後、前記パウチベアセルの保護回路モジュール４００が取り付けられた上部と、その反対側のパウチベアセルの下部とを熱溶融材を用いてホットメルティングし、上下部のモールディング部５１０、５２０を形成してパウチ状のリチウム二次電池１００を製造する。
この際に、前記保護回路モジュール４００の入出力端子４１０は、外部に露出されるようにホットメルティングすることが望ましい。
また、パウチの上下部をホットメルティングすることで、パウチの一部分を用いてパウチ外装材を形成した形態が維持される。
図７は、本発明の他の実施形態によるパウチ状のリチウム二次電池の製造方法を説明するための工程フローチャートである。
図７を参照すれば、本発明の他の実施形態によるパウチ状のリチウム二次電池の製造工程は、第１の空間及び第２の空間を備えるパウチ外装材を用意する段階（Ｓ１１）と、前記第１の空間に電極組立体を収納する段階（Ｓ１２）と、第１の移動路及び第２の移動路を除いてパウチ外装材を熱融着する段階（Ｓ１３）と、電解液を注入して電極組立体に含浸させる段階（Ｓ１４）と、前記第１の移動路を熱融着する段階（Ｓ１５）と、初期の充放電を実施して前記第２の空間にガスを捕集する段階（Ｓ１６）と、前記第２の移動路を熱融着して第２の空間を取り除く段階（Ｓ１７）と、保護回路モジュールを取り付ける段階（Ｓ１８）と、パウチ外装材を用いてチュービングする段階（Ｓ１９）と、上下部をホットメルティングする段階（Ｓ２０）とを行うことにより、本発明の一実施形態によるパウチ状のリチウム二次電池を製造する。
図８ａ乃至図８ｅは、本発明の一実施形態によるパウチ状のリチウム二次電池の製造方法を説明するための図である。以下では、前記図７と共に本発明の実施形態によるパウチ状のリチウム二次電池の製造方法を説明する。
まず、第１の空間及び第２の空間を備えるパウチ外装材を用意する段階（Ｓ１１）では、図８ａに示すように、折り目３３０を介して後面３１０と前面３２０とに区分されるように、パウチ外装材３００が折られる。前記後面３１０は、第１の空間３１５及び第２の空間３１７を備えている。
この際に、前記パウチ外装材３００は、前記第１の空間３１５を基準として左右の翼部に区分され、前記第２の空間３１７は、前記左右の翼部のうちのいずれかの翼部に位置することが望ましい。
このような前記パウチ外装材３００は、その材質がアルミニウム（Ａｌ）のような金属材からなる芯材３００ａと、前記芯材の上部面上に形成された熱接着性樹脂膜３００ｂと、前記芯材３００ａの下部面上に形成された絶縁膜３００ｃとからなる。前記熱接着性樹脂膜３００ｂは、ポリマー樹脂である変性ポリプロピレン、例えば、ＣＰＰ（Ｃａｓｔｅｄ Ｐｏｌｙｐｒｏｐｙｌｅｎｅ）を使って接着層として作用し、前記絶縁膜３００ｃは、ナイロンやポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）のような樹脂材で形成されていることができるが、ここで、前記パウチ外装材３００の構造及び材質を限定するものではない。
前記第１の空間に電極組立体を収納する段階（Ｓ１２）では、図８ａに示すように、前記パウチ外装材３００の後面３１０の第１の空間３１５に電極組立体２００を収納する。この際に、前記電極組立体２００の第１の電極タップ２１５及び第２の電極タップ２２５は、所定の長さだけ外部に突出する。
一方、前記電極組立体２００及びパウチ外装材３００を用意する手順は、必ずしもこれに限定されるものではなく、前記電極組立体２００を先に用意した後、パウチ外装材３００を用意することもできる。
第１の移動路及び第２の移動路を除いてパウチ外装材を熱融着する段階（Ｓ１３）では、図８ｂに示すように、前記パウチ外装材３００を前記折り目３３０に沿って摺綴し、前記後面３１０と前面３２０とが当接した部分を熱融着して第１の移動路３６０及び第２の移動路３７０を形成する。
より詳しく説明すれば、まず、前記電極組立体２００を前記第１の空間３１５に収納した後、前記パウチ外装材３００を前記折り目３３０に沿って摺綴する。すなわち、前記折り目３３０に沿って前記パウチ外装材３００を摺綴して前記後面３１０と前面３２０とが当接するようにする。その後、前記パウチ外装材３００の後面３１０と前面３２０とが当接した部分を熱融着して接合し、前記第２の空間３１７と外部とを繋ぐ第１の移動路３６０と、前記第１の空間３１５と第２の空間３１７との間の第２の移動路３７０とを形成する。すなわち、前記パウチ外装材３００を熱融着して、前記第２の空間３１７と外部とを繋ぐ第１の移動路３６０と、前記第１の空間３１５と第２の空間３１７とを繋ぐ第２の移動路３７０とを形成することである。この際に、前記第１の空間３１５は、電極組立体収容部３１５Ａとして作用する。
電解液を注入して電極組立体に含浸させる段階（Ｓ１４）では、第２の空間３１７を上部として、前記第１の移動路３６０を介して電解液を注入し、真空雰囲気に露出させて前記電解液を前記電極組立体２００に含浸させる。
前記第１の移動路を熱融着する段階（Ｓ１５）では、前記電解液を注入して前記電極組立体２００に含浸させた後、前記第１の移動路３６０を熱融着して接合する。
初期の充放電を実施して前記第２の空間にガスを捕集する段階（Ｓ１６）では、前記第２の空間３１７を上部として初期の充放電を実施する。この際に、前記初期の充放電工程中に前記電極組立体２００でガスが発生することになり、このガスは、前記第２の移動路３７０を介して前記第２の空間３４０で捕集される。
前記第２の移動路を熱融着して第２の空間を取り除く段階（Ｓ１７）では、図８ｄのように、前記初期の充放電工程を通じてガスを前記第２の空間３１７に捕集した後、前記第１の空間３１５と第２の空間３１７との間の第２の移動路３７０を熱融着して接合する。その後、前記第１の空間３１５と第２の空間３１７との間を切断して、前記初期の充放電工程中に発生したガスが捕集された前記第２の空間３１７を取り除く。
前記保護回路モジュールを取り付ける段階（Ｓ１８）では、前記第２の空間３１７を切断して取り除いた後、前記電極組立体２００の第１の電極タップ２１５及び第２の電極タップ２２５に保護回路モジュール４００を電気的に接続する。この際に、前記保護回路モジュール４００は、様々な保護回路を備えて前記電極組立体２００の充放電及び誤作動を制御し、前記電極組立体２００の充放電のための入出力端子４１０を備える。
前記パウチ外装材を用いてチュービングする段階（Ｓ１９）では、前記保護回路モジュール４００を取り付けた後、前記パウチ外装材３００を用いて前記電極組立体２００を収容する空間をチューブ状に一周巻く。
この際に、前記保護回路モジュールを取り付ける段階（Ｓ１８）及びパウチ外装材を用いてチュービングする段階（Ｓ１９）の手順は、必ずしもこれに限定されるものではなく、前記パウチ外装材を用いてチュービングする段階（Ｓ１９）を先に行った後、前記保護回路を取り付ける段階（Ｓ１８）を行うこともできる。
前記上下部をホットメルティングする段階（Ｓ２０）では、前記パウチ外装材３００を用いて前記電極組立体を収容する空間を一周巻いた後、前記パウチベアセルの保護回路モジュール４００が取り付けられた上部と、その反対側のパウチベアセルの下部とを熱溶融材を用いてホットメルティングし、上下部のモールディング部５１０、５２０を形成してパウチ状のリチウム二次電池１００を製造する。
この際に、前記保護回路モジュール４００の入出力端子４１０は、外部に露出するようにホットメルティングすることが望ましい。
前記のような本発明の実施形態によるパウチ状のリチウム二次電池は、別途のパックケースを利用せず、パウチ外装材３００の一部が前記電極組立体収容部３１５Ａを一周巻くようにしてチューブ状にパック工程を行うことにより、パック工程を単純化することができる。
また、別途のパックケースを利用しないことにより、パウチ状のリチウム二次電池１００の製造コストの低下を図ることができる。
上述のように、本発明の望ましい実施形態を参照して説明したが、該当する技術分野の熟練された当業者は、本願の特許請求範囲に記載の本発明の思想及び領域から逸脱しない範囲内において本発明を様々に修正及び変更できることが理解できるであろう。
１００ パウチ状のリチウム二次電池、
２００ 電極組立体、
２１０ 第１の電極板、
２１５ 第１の電極タップ、
２２０ 第２の電極板、
２２５ 第２の電極タップ、
２３０ セパレーター、
２４０ 絶縁テープ、
２５１、２５５ 絶縁プレート、
３００ パウチ外装材、
３００ａ、３１０ａ 芯材、
３００ｂ、３１０ｂ 熱接着性樹脂膜、
３００ｃ、３１０ｃ 絶縁膜、
３１０ 後面、
３１３ 溝、
３１３Ａ、３１５Ａ 電極組立体収容部、
３１４ ガス捕集空間、
３１５ 第１の空間、
３１７ 第２の空間、
３２０ 前面、
３３０ 摺綴部、
３４０ 第１の通孔、
３５０ 第２の通孔、
３６０ 第１の移動路、
３７０ 第２の移動路、
４００ 保護回路モジュール、
４１０ 入出力端子、
５１０、５２０ モールディング部。
２００ 電極組立体、
２１０ 第１の電極板、
２１５ 第１の電極タップ、
２２０ 第２の電極板、
２２５ 第２の電極タップ、
２３０ セパレーター、
２４０ 絶縁テープ、
２５１、２５５ 絶縁プレート、
３００ パウチ外装材、
３００ａ、３１０ａ 芯材、
３００ｂ、３１０ｂ 熱接着性樹脂膜、
３００ｃ、３１０ｃ 絶縁膜、
３１０ 後面、
３１３ 溝、
３１３Ａ、３１５Ａ 電極組立体収容部、
３１４ ガス捕集空間、
３１５ 第１の空間、
３１７ 第２の空間、
３２０ 前面、
３３０ 摺綴部、
３４０ 第１の通孔、
３５０ 第２の通孔、
３６０ 第１の移動路、
３７０ 第２の移動路、
４００ 保護回路モジュール、
４１０ 入出力端子、
５１０、５２０ モールディング部。
Claims (28)
- 第１の電極タップが取り付けられた第１の電極板、第２の電極タップが取り付けられた第２の電極板、及び前記第１の電極板と第２の電極板との間に位置するセパレーターを備える電極組立体と、
前記電極組立体を収容する電極組立体収容部、及び前記電極組立体収容部の少なくとも一側部から延びる翼部を備え、前記翼部が前記電極組立体収容部の側面の周方向にわたる全体を巻く形状からなるパウチ外装材と、を備えることを特徴とするパウチ状のリチウム二次電池。 - 前記パウチ外装材の上側で前記第１の電極タップ及び第２の電極タップと電気的に接続されるとともに、
充放電のための入出力端子を上面に備え、前記電極組立体の充放電及び誤作動を制御する保護回路モジュールを更に含むことを特徴とする請求項１に記載のパウチ状のリチウム二次電池。 - 前記保護回路モジュールの上部を覆い、前記保護回路モジュールの上面に形成された入出力端子を露出させる、前記パウチ外装材の上部の上部モールディング部を更に含むことを特徴とする請求項２に記載のパウチ状のリチウム二次電池。
- 前記パウチ外装材の下部を保護するための下部モールディング部を更に含むことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のパウチ状のリチウム二次電池。
- 前記モールディング部は、熱溶融材を用いて形成されることを特徴とする請求項３又は４に記載のパウチ状のリチウム二次電池。
- 前記熱溶融材は、熱溶融型接着剤であることを特徴とする請求項５に記載のパウチ状のリチウム二次電池。
- 前記熱溶融材は、ＥＶＡ（Ｅｔｈｙｌｅｎｅ−Ｖｉｎｙｌ Ａｃｅｔａｔｅ ｃｏｐｏｌｙｍｅｒ）系列物質、ポリアミド（Ｐｏｌｙａｍｉｄｅ）系列、ポリエステル（Ｐｏｌｙｅｓｔｅｒ）系列物質、ゴム（Ｒｕｂｂｅｒ）系列物質及びポリウレタン（Ｐｏｌｙｕｒｅｔｈａｎｅ）系列物質からなる群から選ばれるいずれか一つであることを特徴とする請求項６に記載のパウチ状のリチウム二次電池。
- 前記電極組立体の上下部に、上部絶縁プレートおよび下部絶縁プレートを更に備えることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載のパウチ状のリチウム二次電池。
- 前記パウチ外装材は、
芯部と、
前記芯部の上部面上に形成された熱融着層と、
前記芯部の下部面上に形成された絶縁膜と、からなることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載のパウチ状のリチウム二次電池。 - 前記芯部は、アルミニウムからなり、
前記熱融着層は、変性ポリプロピレンからなり、
前記絶縁膜は、ナイロンまたはポリエチレンテレフタレートのいずれか一つからなることを特徴とする請求項９に記載のパウチ状のリチウム二次電池。 - 前記パウチ外装材において、前記翼部は、前記電極組立体収容部のシーリングされた周辺部のうち、前記電極タップが引き出されない一側部から延びて、前記電極組立体収容部の側面の周方向にわたる全体を巻く形状からなることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載のパウチ状のリチウム二次電池。
- 前記翼部は、前記電極組立体収容部のシーリングされた周辺部のうち、前記電極タップが引き出されない両側部から延びる２つの部分からなり、
前記２つの部分の翼部のそれぞれは、前記電極組立体収容部の側面を一部ずつ分割して巻き、前記翼部の全体が、前記電極組立体収容部の側面の周方向にわたる全体を巻くことを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載のパウチ状のリチウム二次電池。 - 前記電極組立体収容部は、前面及び後面を成す２つの部材の開放されている周辺部を回りながらシーリングしてなり、
シーリングされた周辺部のうち、前記電極タップが引き出される上側部を除いた少なくとも一側部が延びて前記翼部を成すことを特徴とする請求項１〜１２のいずれか１項に記載のパウチ状のリチウム二次電池。 - 前記前面及び後面は、異なる層構造を有することを特徴とする請求項１３に記載のパウチ状のリチウム二次電池。
- 前記後面は、アルミニウム膜の芯材の少なくとも内側面に熱接着性樹脂膜を、外側面にナイロンまたはＰＥＴ膜を設けて形成され、
前記前面は、前記アルミニウム膜よりも高い破断強度の金属膜の少なくとも内側面に熱接着性樹脂膜を設けて形成されることを特徴とする請求項１４に記載のパウチ状のリチウム二次電池。 - 前記前面及び後面の一つには、前記電極組立体が収容される直方体の空間を成す溝が形成され、他の一つは、前記溝の開口部を覆うカバーを成し、
前記直方体の空間を覆う面のうち、前記電極タップが引き出される方向の面を上面と仮定すると、前記翼部の端部は、前記直方体の空間の４側面のうち、２つの面が接して成す角のうちの１つに位置することを特徴とする請求項１３〜１５のいずれか１項に記載のパウチ状のリチウム二次電池。 - 前記前面と前記後面とは、一つの面状のパウチ部材の中間を折り曲げて区分される２つの部分に対応して一体で形成され、
前記シーリングされた周辺部のうち、前記電極タップが引き出される上側部以外の両側部が延びて形成された２つの前記翼部は、それぞれが前記前面からなる部分と前記後面からなる部分とを巻くことを特徴とする請求項１３〜１６のいずれか１項に記載のパウチ状のリチウム二次電池。 - 前記前面と前記後面とは、異なる面積で形成され、前記シーリングされた周辺部のうち、一側部から前記前面あるいは前記後面の一つのみが延びて前記翼部の少なくとも一部を成すことを特徴とする請求項１３〜１６のいずれか１項に記載のパウチ状のリチウム二次電池。
- 面状のパウチ部材が折り曲げられた部分である折り目を介して前面と後面とに区分され、前記後面の一部分には、電極組立体の収容空間が形成されるパウチを用意する段階と、
前記電極組立体の収容空間に第１の電極タップが取り付けられた第１の電極板、第２の電極タップが取り付けられた第２の電極板、及び前記第１の電極板と第２の電極板との間に位置するセパレーターを備える電極組立体を収容する段階と、
前記パウチの開放された周辺部をシーリングしてパウチベアセルを形成する段階と、
前記パウチベアセルのシーリングされた周辺部のうちの一部を用いて前記電極組立体の収容空間の側面の周方向にわたる全体を巻いて、パウチがパウチ外装材の形態を成すようにするチュービング段階と、を含むことを特徴とするパウチ状のリチウム二次電池の製造方法。 - 前記電極組立体の収容空間は、前記パウチの後面の左側または右側に偏って位置することを特徴とする請求項１９に記載のパウチ状のリチウム二次電池の製造方法。
- 前記パウチ外装材の上部において上面に入出力端子を備える保護回路モジュールを、前記第１の電極タップ及び第２の電極タップと電気的に接続する段階を更に含むことを特徴とする請求項１９または２０に記載のパウチ状のリチウム二次電池の製造方法。
- 熱溶融材を用いて前記保護回路モジュールの上部を覆い、前記上面に形成された入出力端子を露出させる前記パウチ外装材の上部の上部モールディング部を形成する段階を更に含むことを特徴とする請求項２１に記載のパウチ状のリチウム二次電池の製造方法。
- 熱溶融材を用いて形成される下部モールディング部を形成する段階を更に含むことを特徴とする請求項１９〜２２のいずれか１項に記載のパウチ状のリチウム二次電池の製造方法。
- 前記パウチを熱融着してパウチベアセルを形成する段階は、
前記パウチ部材を前記折り目を基準として折って前記パウチの前面と後面とを対向させ、
前記電極組立体の収容空間とは第２の通孔で繋がれるガス捕集空間と、前記ガス捕集空間と外部とを繋ぐ第１の通孔とを形成するように、前記パウチに部分的な熱融着を実施する第１熱融着段階と、
前記第１の通孔を介して電解液を注入して前記電極組立体を含浸させる段階と、
前記第１の通孔を熱融着する第２熱融着段階と、
初期の充放電を実施して前記ガス捕集空間にガスを捕集する段階と、
前記第２の通孔及びガス捕集空間のガスを取り除いて熱融着する第３熱融着段階と、を含むことを特徴とする請求項１９〜２３のいずれか１項に記載のパウチ状のリチウム二次電池の製造方法。 - 前記第１の通孔は、前記ガス捕集空間の縁のうち前記電極組立体の収容空間の反対側に位置して外部と繋がり、
前記第２の通孔は、前記電極組立体の収容空間とガス捕集空間との間に位置することを特徴とする請求項２４に記載のパウチ状のリチウム二次電池の製造方法。 - 一部分に電極組立体の収容空間が形成された後面、及び前記電極組立体の収容空間を覆うことのできる前面を備える２つの面状のパウチ部材を用意する段階と、
前記電極組立体の収容空間に第１の電極タップが取り付けられた第１の電極板、第２の電極タップが取り付けられた第２の電極板、及び前記第１の電極板と第２の電極板との間に位置するセパレーターを備える電極組立体を収容する段階と、
前記前面を前記電極組立体の収容空間を覆うように前記後面と対向して配置させ、前記電極組立体の収容空間の外側で前記前面と前記後面とが接する周辺部をシーリングしてパウチベアセルを形成する段階と、
前記パウチベアセルのシーリングされた周辺部のうちの一部を用いて前記電極組立体の収容空間の側面の周方向にわたる全体を巻き、パウチがパウチ外装材の形態を成すようにするチュービング段階と、を含むことを特徴とするパウチ状のリチウム二次電池の製造方法。 - 前記前面と前記後面とは、異なるパウチ部材からなり、
前記前面は、芯材を成す金属膜が前記後面の芯材を成す金属膜よりも大きい破断強度を持つことを特徴とする請求項２６に記載のパウチ状のリチウム二次電池の製造方法。 - 一部分に電極組立体の収容空間が形成された後面、及び前記電極組立体の収容空間を覆うことができ、前記後面とは異なる面積を持つ前面を備える２つの面状のパウチ部材を用意する段階と、
前記電極組立体の収容空間に第１の電極タップが取り付けられた第１の電極板、第２の電極タップが取り付けられた第２の電極板、及び前記第１の電極板と第２の電極板との間に位置するセパレーターを備える電極組立体を収容する段階と、
前記前面を前記電極組立体の収容空間を覆うように前記後面と対向して配置させ、前記電極組立体の収容空間の外側で前記前面と前記後面とが接する周辺部をシーリングしてパウチベアセルを形成する段階と、
前記パウチベアセルのシーリングされた周辺部の外側に位置する、前記前面及び前記後面のうち、シーリングがなされていない一部分が前記電極組立体の収容空間の側面の周方向にわたる全体を巻く部分の少なくとも一部を成すようにするチュービング段階と、を含むことを特徴とするパウチ状のリチウム二次電池の製造方法。
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