JP5690308B2 - パウチ型二次電池及びその製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、パウチ型二次電池及びその製造方法に関し、より詳細には、パウチ型二次電池の外装材の末端で金属層が外部に露出されて腐食されることを防止することができるパウチ型二次電池及びその製造方法を提供するためのものである。
通常、一次電池とは異なって充電及び放電が可能である二次電池は、デジタルカメラ、携帯電話、ノートパソコン、ハイブリッド自動車などの先端分野の開発により、研究が活発に進んでいる。二次電池としては、ニッケル-カドミウム電池、ニッケル−メタルハイドライド電池、ニッケル−水素電池、リチウム二次電池が挙げられる。このうち、リチウム二次電池は、作動電圧が３．６Ｖ以上であって、携帯用電子機器の電源として用いられたり、または多数個が直列連結されて高出力のハイブリッド自動車に用いられる。上記のリチウム二次電池は、ニッケル-カドミウム電池やニッケル-メタルハイドライド電池に比べ、作動電圧が３倍高く、単位重量当たりのエネルギー密度の特性も優れているため、その使用が急速に増加している傾向にある。
リチウム二次電池は様々な形態に製造することができるが、その代表的な形態として、リチウムイオン電池に主に用いられる円筒型(cylinder type)及び角型(prismatic type)が挙げられる。最近脚光を浴びているリチウムポリマー電池は、柔軟性を有するパウチ型(pouched type)に製造され、その形状が比較的自由である。
このようなパウチ型リチウムポリマー電池(以下、「パウチ型二次電池」という)は、負極、分離膜及び正極を含む電池組立体をパウチ型外装材内に入れて、電解液を注入した後、縁をシールする。
通常、パウチ型二次電池の外装材は、アルミニウムなどの金属からなって、金属の腐食を防止するための材料でコーティングされており、切断工程を経るうちに金属層が外部に露出されて腐食される恐れがある。パウチ状の外装材内に電解液を注入した後シールするシール部で金属層の腐食によって発生する局所的な欠陥(defect)またはマイクロクラック(micro crack)は、外部との電気的通路になって電池の絶縁破壊をもたらすことは勿論、電池の内部に水分が浸透する通路になって、シール強度を著しく低下させる原因となる。
本発明は、上記のような問題点を解決するために導き出されたものであって、パウチ型二次電池の外装材の末端で金属層が外部に露出されて腐食されることを防止することができるパウチ型二次電池及びその製造方法を提供するためのものである。
本発明のパウチ型二次電池１００は、複数個の電極を含む電池組立体２０と、内部空間部に前記電池組立体２０が収容され、コーティングされた金属層を含む外装材１０と、前記外装材１０が一体化されるように、前記外装材１０の互いに接合される周面（circumferential surface）の一定領域がシーラント３０によりシールされたシール部１１と、前記外装材１０の前記シール部１１をなす前記外装材の周面から延長形成された複数の未接合部１２と、を含む。
また、前記パウチ型二次電池１００は、前記複数の未接合部１２の端部が互いに接合されるように前記複数の未接合部１２の中央部が折り畳まれて、前記複数の未接合部１２が互いに接合されてなす地点の外側にシーラント３０が挿入されてシールされ、前記シーラント３０は熱可塑性樹脂である。
本発明のパウチ型二次電池の製造方法は、前記外装材１０が一体化されるように、前記外装材の互いに接合される周面の一定領域をシーラント３０によりシールすることにより、シール部１１及び未接合部１２を形成する１次シール段階と、前記複数の未接合部１２を前記複数の未接合部１２の間の空間に向けて折り畳んで、前記複数の未接合部１２の端部を互いに接合させる折り畳み段階と、前記複数の未接合部１２が折り畳まれて接合される地点にシーラント３０を挿入してシールする２次シール段階と、を含む。
また、前記折り畳み段階は、前記複数の未接合部１２の中心部を前記未接合部１２の間の空間に向けて垂直に折り曲げる１次折り畳み段階を含む。
また、前記１次折り畳み段階は、一端部の両側の断面が広くなるように対称に傾斜して形成された第１折り曲げ治具２１０を前記複数の未接合部１２の間の空間に挿入して、前記複数の未接合部１２の内側面を支持する。
また、前記１次折り畳み段階は、棒状の圧力治具２２０で前記複数の未接合部１２の外側面を支持し、前記第１折り曲げ治具２１０と圧力治具２２０を互いに平行に交差させて、前記複数の未接合部１２の中心部を垂直に折り畳む。
また、前記折り畳み段階は、前記１次折り畳み段階で垂直に折り畳まれた前記複数の未接合部１２の端部を互いに接合されるように折り畳む２次折り畳み段階を含む。
また、前記２次折り畳み段階は、前記第１折り曲げ治具２１０と圧力治具２２０を平行に交差させた後、前記第１折り曲げ治具２１０の一端部に対応する形状に形成された第２折り曲げ治具２３０で前記第１折り曲げ治具２１０側に前記複数の未接合部１２の外側面を加圧して、前記複数の未接合部１２の端部を接合されるように折り畳む。
本発明のパウチ型二次電池及びその製造方法によると、パウチ型二次電池の外装材の末端で金属層が外部に露出されて腐食されることを防止することにより、シール部に金属層の局所的な欠陥またはマイクロクラックが発生して、パウチ型二次電池の絶縁が破壊されたり水分が浸透することを防止することができ、シール強度を高めることができる。
以下、本発明の技術的思想を添付図面を参照してより具体的に説明する。
しかし、添付図面は本発明の技術的思想をより具体的に説明するために図示した一例に過ぎず、本発明の技術的思想が添付図面の形態に限定されるものではない。
図１は本発明の１次シール段階を図示した断面図であり、図２は本発明の折り畳み段階を図示した断面図であり、図３は本発明の２次シール段階を図示した断面図であり、図４は本発明の折り畳み段階で、未接合部１２の中心側が垂直に折り曲げられる工程を図示した断面図であり、図５は本発明の折り畳み段階で、中心側が垂直に折り曲げられた未接合部１２が折り畳まれる工程を図示した断面図である。
本発明は、パウチ型二次電池１００及びその製造方法に関し、より詳細には、パウチ型二次電池１００の外装材の末端で金属層が外部に露出されて腐食されることを防止することができるパウチ型二次電池１００及びその製造方法を提供するためのものである。
図１、図２及び図３を参照すると、本発明のパウチ型二次電池１００は、パウチ状の外装材１０と、前記外装材１０の内部に注入された電解液が漏れないようにシールされるシール部１１と、前記シール部１１の外側に前記外装材１０を延長することにより形成された未接合部１２と、を含み、前記未接合部１２が内側に折り畳まれた状態で前記未接合部の間がシールされる。
図１を参照すると、前記パウチ型二次電池１００において、外装材１０の内部に負極、分離膜及び正極を含む電池組立体２０が備えられ、電解液が注入される。
図面には図示されていないが、前記外装材１０はアルミニウムなどの金属で形成された金属層を含むことができ、前記金属層は腐食を防止するためにコーティングされることができる。上記のような外装材１０を切断する工程で、前記金属層が外部に露出される。
上記のような本発明のパウチ型二次電池１００は、前記外装材１０に含まれた金属層が外部に露出された前記未接合部１２の末端が内側に向かうように折り畳まれた状態でさらにシールすることにより、前記外装材１０の末端で金属層が腐食されることを防止することができる。従って、前記シール部１１に金属層が腐食されて発生する局所的な欠陥またはマイクロクラックによって、パウチ型二次電池１００の絶縁破壊や水分浸透を防止することができ、シール強度を高めることができる。
本発明のパウチ型二次電池１００の製造方法は、１次シール段階と、折り畳み段階と、２次シール段階と、を含む。
図１を参照すると、前記パウチ型二次電池１００は、負極、分離膜及び正極を含む電池組立体２０をパウチ状の外装材１０内に入れて、電解液を注入する。
図１を参照すると、本発明のパウチ型二次電池１００の製造方法において、前記１次シール段階は、電解液が注入された前記外装材１０を長く延長形成して、熱と圧力によりシールされるシール部１１の外側に前記外装材１０の接合されていない未接合部１２が形成されるようにシールする段階である。
図２を参照すると、前記折り畳み段階は、前記未接合部１２を内側に折り畳む段階である。
図面には図示されていないが、前記外装材１０はアルミニウムなどの金属で形成された金属層を含むことができ、前記金属層は腐食を防止できるようにコーティングされることができる。上記のような外装材１０を切断する工程で、前記金属層が外部に露出される。このように、切断によって金属層が外部に露出された前記外装材１０の末端が内側に向かうように、前記未接合部１２を内側に折り畳む。
この際、前記金属層は、ポリ塩化ビニル、ポリスチレン、ポリエチレン、ポリプロピレン、アクリル、ナイロンなどの熱可塑性樹脂でコーティングされることができる。前記熱可塑性樹脂は、熱を加えて成形した後でも、さらに熱を加えると柔らかくなって変形できる樹脂である。上記のような外装材１０に熱と圧力を加えて、前記熱可塑性樹脂が前記外装材１０と外装材１０との間を接合させることができるようにシールすることができる。
図３を参照すると、前記２次シール段階は、折り畳まれた前記未接合部１２と未接合部１２との間の空間にシーラント(sealant)３０を挿入した後、熱を加えて前記未接合部１２と未接合部１２との間をシールする段階である。
上記のような本発明のパウチ型二次電池１００の製造方法は、前記外装材１０に含まれた金属層が外部に露出された前記未接合部１２の末端が内側に向かうように折り畳んだ後、２次シールすることにより、前記外装材１０の末端で金属層が腐食されることを防止することができる。従って、前記シール部１１に金属層が腐食されて発生する局所的な欠陥またはマイクロクラックによって、パウチ型二次電池１００の絶縁破壊や水分浸透を防止することができ、シール強度を高めることができる。
前記２次シール段階に用いられる前記シーラント３０は、熱可塑性樹脂であることができる。
前記２次シール段階では、前記未接合部１２と未接合部１２との間に挿入した前記シーラント３０を、熱を加えて溶かして前記未接合部１２と未接合部１２との間を密閉させるために用いるため、熱を加えて成形した後でも、さらに熱を加えると柔らかくなって変形できる熱可塑性樹脂を用いることが好ましい。
前記熱可塑性樹脂は、ポリプロピレンであることができ、より具体的には、シール過程でポリプロピレンがシール位置を外れないように、シール位置に容易に配置することができるポリプロピレンテープであることができる。
図４を参照すると、前記折り畳み段階は、前記未接合部１２の中心側端部が垂直になるように折り曲げる工程を含むことができる。前記パウチ型二次電池１００の外装材１０は金属層を含んで形成されるため、一回の工程で折り畳むことは容易ではない。そのため、前記未接合部１２の中心側端部が内側方向に対して垂直になるように折り曲げる工程を含むことが好ましい。
この際、前記折り畳み段階は、一端部の両側面が対称に傾斜して形成されて面積が広くなる第１折り曲げ治具２１０と、圧力治具２２０及び前記第１折り曲げ治具２１０の一端部に対応するように形成される第２折り曲げ治具２３０と、によって前記未接合部１２が折り畳まれることができる。
図４及び図５を参照すると、前記第１折り曲げ治具２１０が前記未接合部の内側面を支持し、前記圧力治具２２０が前記未接合部１２の外側面を加圧しながら前記第１折り曲げ治具２１０と平行に交差されて、前記未接合部１２の中心部が垂直になるように折り曲げられる。その後、前記第２折り曲げ治具２３０が前記未接合部１２の外側面を加圧することにより、前記未接合部１２を容易に折り畳むことができる。
上記のようなパウチ型二次電池１００及びその製造方法は、前記パウチ型二次電池１００の外装材１０の末端で金属層が外部に露出されて腐食されることを防止することにより、前記シール部１１に金属層の局所的な欠陥またはマイクロクラックが発生して、前記パウチ型二次電池１００の絶縁が破壊されたり水分が浸透することを防止することができ、シール強度を高めることができる。
以下、上記のような本発明によるパウチ型二次電池及びその製造方法の実施例を、図面を参照して説明する。
図１を参照すると、前記パウチ型二次電池１００の外装材１０内に前記電池組立体２０を入れて電解液を注入した後、前記シール部１１の外側に前記未接合部１２が形成されるように熱と圧力を加えて１次シールする。
次に、前記第１折り曲げ治具２１０の広い面積の一端面を前記未接合部１２の内側面に接触させる。図４を参照すると、前記未接合部において、前記第１折り曲げ治具２１０の一端面と接触されない部分の外側面を、前記圧力治具２２０で加圧して、前記未接合部１２の中心部が内側方向に垂直になるように折り曲げる。この際、前記第１折り曲げ治具２１０と圧力治具２２０は平行に交差されるようにする。
図５を参照すると、前記未接合部１２の中心部が垂直に折り曲げられると、前記第１折り曲げ治具２１０の一端部と対応するように形成される前記第２折り曲げ治具２３０で、前記未接合部１２が折り畳まれるように前記未接合部１２の外側面を加圧する。
上記のような工程を経て、前記１次シール段階を経た前記パウチ型二次電池１００の未接合部１２の末端が、図２に図示されたように、内側に向かうように折り畳まれる。
次に、図３に図示されたように、前記シーラント３０を、折り畳まれた前記未接合部１２と未接合部１２との間に挿入した後、熱を加えて前記未接合部１２と未接合部１２との間をシールする。
本発明は上記の実施例に限定されず、適用範囲が多様であることは勿論であり、請求範囲にて請求する本発明の旨を外れることなく多様な変形実施が可能であるということは勿論である。
１００ パウチ型二次電池
１０ 外装材
１１ シール部
１２ 未接合部
２０ 電池組立体
３０ シーラント
２１０ 第１折り曲げ治具
２２０ 圧力治具
２３０ 第２折り曲げ治具
１０ 外装材
１１ シール部
１２ 未接合部
２０ 電池組立体
３０ シーラント
２１０ 第１折り曲げ治具
２２０ 圧力治具
２３０ 第２折り曲げ治具
Claims (8)
- 複数個の電極を含む電池組立体と、
内部空間部に前記電池組立体が収容され、コーティングされた金属層を含む外装材と、
前記外装材が一体化されるように、前記外装材の互いに接合される周面の一定領域がシーラントによりシールされたシール部と、
前記シール部をなす前記外装材の周面から延長形成された複数の未接合部と、を含み、
前記複数の未接合部の端部が互いに接合されるように前記複数の未接合部の中央部が折り畳まれ、
前記複数の未接合部が互いに接合されてなす地点の外側にシーラントが挿入されて前記複数の未接合部がシールされているパウチ型二次電池。 - 前記シーラントが熱可塑性樹脂である請求項１に記載のパウチ型二次電池。
- 請求項１又は２に記載のパウチ型二次電池の製造方法であって、
前記外装材が一体化されるように前記外装材の互いに接合される周面の一定領域をシーラントによりシールすることにより、シール部及び複数の未接合部を形成する１次シール段階と、
前記複数の未接合部を前記未接合部の間の空間に向けて折り畳んで、前記複数の未接合部の端部を互いに接合させる折り畳み段階と、
前記複数の未接合部が折り畳まれて接合される地点にシーラントを挿入してシールする２次シール段階と、を含むパウチ型二次電池の製造方法。 - 前記折り畳み段階は、前記複数の未接合部の中心部を前記未接合部の間の空間に向けて垂直に折り曲げる１次折り畳み段階を含む請求項３に記載のパウチ型二次電池の製造方法。
- 前記１次折り畳み段階において、一端部の両側の断面が広くなるように対称に傾斜して形成された第１折り曲げ治具を前記複数の未接合部の間の空間に挿入して、前記複数の未接合部の内側面を支持する請求項４に記載のパウチ型二次電池の製造方法。
- 前記１次折り畳み段階において、棒状の圧力治具で前記複数の未接合部の外側面を支持し、前記第１折り曲げ治具と前記圧力治具を互いに平行に交差させて、前記複数の未接合部の中心部を垂直に折り畳む請求項５に記載のパウチ型二次電池の製造方法。
- 前記折り畳み段階は、前記１次折り畳み段階で垂直に折り畳まれた前記複数の未接合部の端部を互いに接合されるように折り畳む２次折り畳み段階を含む請求項６に記載のパウチ型二次電池の製造方法。
- 前記２次折り畳み段階において、前記第１折り曲げ治具と前記圧力治具を平行に交差させた後、前記第１折り曲げ治具の一端部に対応する形状に形成された第２折り曲げ治具で前記第１折り曲げ治具側に前記複数の未接合部の外側面を加圧して、前記複数の未接合部の端部を接合されるように折り畳む請求項７に記載のパウチ型二次電池の製造方法。
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