JP6509437B2 - 電池セルおよびその製造方法 - Google Patents

Description

本出願は、２０１５年９月１日付けの韓国特許出願第２０１５‐１２３７２８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、電池セルおよびその製造方法に関し、特に、ガス放出管を内蔵した電池セルおよびその製造方法に関する。

一般的に、二次電池（ｓｅｃｏｎｄａｒｙ ｂａｔｔｅｒｙ）は、充電が不可能な一次電池とは異なり、充電および放電が可能な電池を意味し、かかる二次電池は、携帯電話、ノートパソコンおよびカムコーダなどの先端電子機器の分野において広く使用されている。

従来技術による二次電池は、複数個の電池セルを含み、前記電池セルは、電極組立体と、電解液と、前記電極組立体と電解液が収容されるパウチとを含む。

ここで、前記電池セルは、パウチの内部に電極組立体と電解液を収容した後、前記パウチの縁部をシールして製造し、製造した電池セルは、電池の性能を高めるために充放電工程を経る。

しかし、従来技術による電池セルは、充放電工程時にパウチの内部にガスが発生し、これによってパウチが膨張し爆発する問題があった。

前記のような問題を解決するために導き出されたものであって、本発明は、電池セルの一側にガス放出管を内蔵し、このガス排出管を介して電池セルの内部に発生したガスを外部に迅速に排出させる電池セルおよびその製造方法を提供することを目的とする。

前記のような目的を達成するための本発明に係る電池セルは、電極タブが設けられた電極組立体と、前記電極組立体を収容し、縁部の少なくとも一部がシールされてシール面を形成するケースと、前記電極タブに結合し、前記ケースの外に引き出される電極リードと、前記ケースのシール面に位置した前記電極リードの上面と下面に設けられ、前記シール面とともに結合するリードフィルムと、前記ケースの内部に位置し、一端が前記リードフィルムに埋め込まれるメインガス放出管とを含み、前記メインガス放出管の一端が外部に露出するように前記リードフィルムの一部を切開し、外部に露出した前記メインガス放出管を介して前記ケース内のガスを外部に放出することができる。

外部に露出した前記メインガス放出管の一端は、切開されたリードフィルムを再熱融着することでともにシールされて仕上げることができる。

前記メインガス放出管は、耐熱性および絶縁性素材からなることができる。

前記メインガス放出管の一端を前記電極リードの側部に位置した前記リードフィルムに挿入することができる。

前記ケースの内部に位置し、一端が前記ケースのシール面に埋め込まれるサブガス放出管をさらに含むことができる。

前記サブガス放出管の一端が外部に露出するように前記シール面の一部を切開し、前記サブガス放出管を介して前記ケース内のガスを外部に放出することができる。

外部に露出した前記サブガス放出管の一端を、前記切開されたシール面を再熱融着することでともにシールされて仕上げることができる。

一方、本発明に係る電池セルを製造する製造方法は、電極リードが結合した電極組立体を準備する準備ステップ（Ｓ１０）と、前記電極リードの端部がケースの外に引き出されるように前記電極組立体を前記ケースに収容する収容ステップ（Ｓ２０）と、前記ケースのシール面に位置した前記電極リードの上面と下面にリードフィルムを配置する配置ステップ（Ｓ３０）と、メインガス放出管を前記ケースの内部に配置し、一端は前記リードフィルムに埋め込ませる埋め込みステップ（Ｓ４０）と、前記ケースの全シール面を熱融着して電池セルを完成するシールステップ（Ｓ５０）とを行うことができる。

前記シールステップ（Ｓ５０）の後、前記完成された電池セルを充放電する充放電ステップ（Ｓ６０）と、充放電が完了した電池セル内に発生したガスを外部に放出させるガス放出ステップ（Ｓ７０）とをさらに行い、前記ガス放出ステップ（Ｓ７０）は、前記メインガス放出管の一端が外部に露出するように前記リードフィルムの一部を切開した後、露出したメインガス放出管の一端を介して前記ケース内のガスを外部に放出させることができる。

前記ガス放出ステップ（Ｓ７０）の後、前記メインガス放出管の一端が位置したリードフィルムを熱融着して前記メインガス放出管の一端をシールする再シールステップ（Ｓ８０）をさらに行うことができる。

前記埋め込みステップ（Ｓ４０）は、前記ケースの内部にサブガス放出管をさらに配置し、前記サブガス放出管の一端は前記ケースのシール面に外部に露出しないように埋め込ませることができる。

前記シールステップ（Ｓ５０）は、前記ケースの全シール面を熱融着することで前記シール面に前記サブガス放出管の一端をともにシールすることができる。

前記ガス放出ステップ（Ｓ７０）は、前記サブガス放出管の一端が外部に露出するように前記シール面を切開して前記サブガス放出管を介して前記ケース内のガスをさらに放出させることができる。

前記再シールステップ（Ｓ８０）は、切開された前記シール面を熱融着して前記サブガス放出管の一端をともにシールすることができる。

本発明は、下記のような効果を有する。

第一に、ガス放出管を内蔵した電池セルを設けることで、充放電時に前記ガス放出管を外部に露出させて電池セルの内部に発生したガスを安定して放出することができる。

第二に、外部に露出したガス放出管は、電池セルの再シール時にともにシールされ、これによりガス放出管を安定して仕上げることができる。

第三に、ガス放出管を電池セルに内蔵し、一端をリードフィルムに埋め込ませ、これにより前記リードフィルムの切開によってガス放出管を外部に露出させることができ、使用の便宜性を高めることができる。

第四に、電池セルの内部にサブガス放出管をさらに含むことで、電池セルの内部のガスをより迅速且つ完全に排出させることができる。

本発明に係る電池セルを図示した平面図である。 図１に示されているＡ‐Ａ線の断面図である。 図１に示されているＢ‐Ｂ線の断面図である。 図１に示されているＣ‐Ｃ線の断面図である。 本発明に係る電池セルの製造方法を示したフローチャートである。 本発明に係る電池セルの製造過程を示した図であり、電極組立体の準備ステップを示した図である。 本発明に係る電池セルの製造過程を示した図であり、電極組立体をケースに収容する収容ステップを示した図である。 本発明に係る電池セルの製造過程を示した図であり、リードフィルムを電極リードに配置する配置ステップを示した図である。 本発明に係る電池セルの製造過程を示した図であり、ガス放出管を埋め込む埋め込みステップを示した図である。 本発明に係る電池セルの製造過程を示した図であり、ガス放出管でガスを放出するガス放出ステップを示した図である。 本発明に係る電池セルの製造過程を示した図であり、ガス放出管とサブガス放出管を再シールする再シールステップを示した図である。 本発明に係る電池セルの製造過程を示した図であり、ガス放出管とサブガス放出管を再シールする再シールステップを示した図である。

以下、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、本発明の実施例について詳細に説明する。しかし、本発明は、各種の相違する形態に実現されてもよく、ここで説明する実施例に限定されない。また、図面において、本発明を明確に説明するために、説明と関係のない部分は省略しており、明細書全体にわたり類似した部分については類似の図面符号を付けた。

本発明に係る電池セルは、図１に図示されているように、電極タブ１１１が設けられた電極組立体１１０と、電極組立体１１０を収容し、縁部の少なくとも一部がシールされてシール面１２１を形成するケース１２０と、電極タブ１１１に結合し、ケース１２０の外に引き出される電極リード１３０と、ケース１２０のシール面１２１に位置した電極リード１３０の上面と下面に設けられ、シール面１２２とともに結合するリードフィルム１４０と、ケース１２０の内部に位置し、一端がリードフィルム１４０に埋め込まれるメインガス放出管１５０とを含む。

電極組立体１１０は、互いに異なる極性を有する第１の電極および第２の電極と、前記第１の電極と第２の電極との間に介在されるセパレータとを含む。また、第１の電極および第２の電極には、電極タブ１１１がそれぞれ設けられる。

ケース１２０は、電極組立体１１０が収容される収容部１２１と、収容部１２１の縁部に沿って設けられ、熱融着されて収容部１２１をシールするシール面１２２とを含む。

電極リード１３０は、電極組立体１１０の電極タブ１１１に結合し、先端がケース１２０の外に露出するように配置される。

リードフィルム１４０は、電極リード１３０とケース１２０とのシール性を高めるためのものであり、ケース１２０のシール面１２２に位置した電極リード１３０の上面と下面にそれぞれ配置される。

ここで、リードフィルム１４０の前後面は、リードフィルム１４０とシール面１２２のシール性を高めるために、シール面１２２の外部（図１において左側および右側）に露出して延び、リードフィルム１４０の側部は、リードフィルム１４０とシール面１２２との間に間隙が形成されないように、リードフィルム１４０の側方向（シール面の長さ方向）に延びる。

メインガス放出管１５０は、シールが完了した電池セルの内部に発生するガスを排出するためのものであり、平坦な円筒形状を有しており、ケース１２０に内蔵される際、一端がリードフィルム１４０に埋め込まれる。この際、メインガス放出管１５０の一端はシール面１２２の外部に露出したリードフィルム１４０まで埋め込まれ、これによりリードフィルム１４０の切断だけでもメインガス放出管１５０の一端を外部に露出させることができる。

また、メインガス放出管１５０は、電極リード１３０の側部に位置したリードフィルム１４０に埋め込まれ、これは、リードフィルム１４０の切断が容易で、リードフィルム１４０を切断してもリードフィルム１４０と電極リード１３０とのシール力を維持することができる。

かかるメインガス放出管１５０は、ケース１２０に内蔵された状態で設けられる一方、ケース１２０の内部にガスが発生する時にリードフィルム１４０を切断してメインガス放出管を露出させると、ケース１２０の内部のガスがメインガス放出管１５０を介して外部に排出されてケース１２０の内部のガスを除去することができる。

一方、ケース１２０の内部のガス除去が完了すると、外部に露出したメインガス放出管１５０の一端は、切開されたリードフィルム１４０を再熱融着することでシールされて仕上げられる。

一方、メインガス放出管１５０は、耐熱性および絶縁性素材からなり、これにより電解液およびケース１２０の内部に発生するガスによる損傷を防止することができる。

一方、本発明に係る電池セルは、ケース１２０のシール面１２２に埋め込まれるサブガス放出管１６０をさらに含む。

すなわち、メインガス放出管１５０は、リードフィルム１４０が位置したケース１２０内のガスを迅速に排出することができるが、リードフィルム１４０の反対側に位置したケース１２０内のガスは、排出されず残っていることがある。そのため、ケース（１２０）のシール面１２２にサブガス放出管１６０を内蔵し、このサブガス放出管１６０を介してケース１２０に残っているガスを完全に排出させることができる。

かかるサブガス放出管１６０は、ケース１２０の内部に位置し、一端がケース１２０のシール面１２２に埋め込まれ、これによりサブガス放出管１６０が外部に露出するようにシール面１２２の一部を切開し、サブガス放出管１６０を介してケース１２０内のガスを外部に放出する。

一方、外部に露出したサブガス放出管１６０の一端は、切開されたシール面１２２を再熱融着することでともにシールされて仕上げられ、これにより別の装置を追加しなくてもサブガス放出管をシールすることができる。

かかる構成を有する本発明に係る電池セルの製造方法について説明すると、以下のとおりである。

本発明に係る電池セルの製造方法は、図５に図示されているように、電極リード１３０が結合された電極組立体１１０を準備する準備ステップ（Ｓ１０）と、電極リード１３０の端部がケース１２０の外に引き出されるように電極組立体１１０をケース１２０に収容する収容ステップ（Ｓ２０）と、ケース１２０のシール面１２２に位置した電極リード１３０の上面と下面にリードフィルム１４０を配置する配置ステップ（Ｓ３０）と、メインガス放出管１５０をケース１２０の内部に配置し、一端はリードフィルム１４０に埋め込ませる埋め込みステップ（Ｓ４０）と、ケース１２０の全シール面１２２を熱融着して電池セルを完成するシールステップ（Ｓ５０）と、完成された電池セルを充放電する充放電ステップ（Ｓ６０）と、充放電が完了した電池セル内に発生したガスをメインガス放出管１５０を介して外部に放出させるガス放出ステップ（Ｓ７０）と、メインガス放出管１５０の一端が位置したリードフィルム１４０を熱融着してメインガス放出管１５０の一端をシールする再シールステップ（Ｓ８０）とを含む。

準備ステップ（Ｓ１０）は、図６に図示されているように、電極組立体を準備するためのものであり、互いに異なる極性を有する第１の電極および第２の電極と、第１の電極と第２の電極との間にセパレータを介在した状態で巻き取り電極組立体１１０を製造する。また、製造された電極組立体１１０の電極に設けられた電極タブ１１１には電極リード１３０を結合し、かかる過程を経て電極組立体１１０の準備が完了する。

収容ステップ（Ｓ２０）は、図７に図示されているように、準備した電極組立体をケースに収容するためのものであり、電極リード１３０の一端がケース１２０の外部に露出するように電極組立体１１０をケース１２０に収容する。

配置ステップ（Ｓ３０）は、図８に図示されているように、リードフィルムを配置するためのものであり、ケース１２０のシール面１２２に位置した電極リード１３０の上面と下面にリードフィルム１４０を配置する。この際、リードフィルム１４０は、シール面１２２の幅よりも大きい幅を有するものを使用してシール力を高める。

埋め込みステップ（Ｓ４０）は、図９に図示されているように、メインガス放出管とサブガス放出管を内蔵させるためのものであり、メインガス放出管１５０は、ケース１２０の収容部１２１に内蔵した状態で一端をリードフィルム１４０に埋め込ませる。この際、メインガス放出管１５０の一端がシール面１２２の外部に露出したリードフィルム１４０まで埋め込まれるように挿入し、特に、ガス放出管１５０は、電極リード１３０の側部に位置したリードフィルム１４０に埋め込ませてメインガス放出管１５０の外部露出およびシールの効率性を高める。

また、サブガス放出管１６０は、ケース１２０の収容部１２１に内蔵した状態で一端をシール面１２２に埋め込ませる。

シールステップ（Ｓ５０）は、ケース１２０をシールするものであり、ケース１２０のシール面１２２全体を熱融着してシールし、これによりシール面１２２とともにリードフィルム１４０とメインガス放出管１５０の一端が結合する。また、シール面１２２とともにサブガス放出管１６０の一端が結合する。

ここで、シールステップ（Ｓ５０）が完了すると、未充電の電池セルが完成され、以降、電池セルを充放電して電池セルを活性化する。

すなわち、充放電ステップ（Ｓ６０）は、電池セルを充放電するためのものであり、電池セルの電極リード１３０を介して充放電を行う。ここで、充放電時にケース１２０の内部にガスが発生し、このケース１２０の内部のガスを外部に放出するガス放出ステップ（Ｓ７０）を行う。

ガス放出ステップ（Ｓ７０）は、図１０に図示されているように、メインガス放出管１５０が位置したリードフィルム１４０を切断してメインガス放出管１５０を外部に露出し、これと同時にケース１２０の内部のガスがメインガス放出管１５０を介して外部に放出される。

この際、ケース１２０の内部にガスが残留することがあり、そのためさらにサブガス放出管１６０が位置したシール面１２２を切断してサブガス放出管１６０を外部に露出する。これによりケース１２０に残留したガスをサブガス放出管１６０を介して外部に排出させることができる。

ガス放出が完了すると、メインガス放出管１５０とサブガス放出管１６０をシールする再シールステップ（Ｓ８０）を行う。

再シールステップ（Ｓ８０）は、図１１に図示されているように、メインガス放出管１５０が位置したリードフィルム１４０を熱融着して再シールし、この際、リードフィルム１４０とともにメインガス放出管１５０もシールされて仕上げられる。

また、図１２に図示されたように、サブガス放出管１６０が位置したシール面１２２を熱融着して再シールし、この際、シール面１２２とともにサブガス放出管１６０がシールされて仕上げられる。

したがって、本発明に係る電池セルは、充放電時にケースの内部に発生するガスをメインガス放出管およびサブガス放出管を介して外部に放出させることができ、特に、管を介してガスを放出するために、より安定したガス放出が可能である。

本発明の範囲は、前記詳細な説明でなく、後述する特許請求の範囲によって定められ、特許請求の範囲の意味および範囲、またその均等概念から導き出される様々な実施形態が可能である。

Claims (12)

1. 電極タブが設けられた電極組立体と、
   前記電極組立体を収容し、縁部の少なくとも一部がシールされてシール面を形成するケースと、
   前記電極タブに結合し、前記ケースの外に引き出される電極リードと、
   前記ケースのシール面に位置した前記電極リードの上面と下面に設けられ、前記シール面とともに結合するリードフィルムと、
   前記ケースの内部に位置し、一端が前記リードフィルムに埋め込まれるメインガス放出管と、
   前記ケースの内部に位置し、一端が前記ケースのシール面に埋め込まれるサブガス放出管を含み、
   前記メインガス放出管の一端が外部に露出するように前記リードフィルムの一部を切開し、外部に露出した前記メインガス放出管を介して前記ケース内のガスを外部に放出することを特徴とする、電池セル。
2. 外部に露出した前記メインガス放出管の一端は、切開されたリードフィルムを再熱融着することでともにシールされて仕上げられることを特徴とする、請求項１に記載の電池セル。
3. 前記メインガス放出管は、耐熱性および絶縁性素材からなることを特徴とする、請求項１に記載の電池セル。
4. 前記メインガス放出管の一端が前記電極リードの側部に位置した前記リードフィルムに挿入されることを特徴とする、請求項１に記載の電池セル。
5. 前記サブガス放出管の一端が外部に露出するように前記シール面の一部を切開し、前記サブガス放出管を介して前記ケース内のガスを外部に放出することを特徴とする、請求項１に記載の電池セル。
6. 外部に露出した前記サブガス放出管の一端は、前記切開されたシール面を再熱融着することでともにシールされて仕上げられることを特徴とする、請求項５に記載の電池セル。
7. 電極リードが結合した電極組立体を準備する準備ステップ（Ｓ１０）と、
   前記電極リードの端部がケースの外に引き出されるように前記電極組立体を前記ケースに収容する収容ステップ（Ｓ２０）と、
   前記ケースのシール面に位置した前記電極リードの上面と下面にリードフィルムを配置する配置ステップ（Ｓ３０）と、
   メインガス放出管を前記ケースの内部に配置し、一端は前記リードフィルムに埋め込ませる埋め込みステップ（Ｓ４０）と、
   前記ケースの全シール面を熱融着して電池セルを完成するシールステップ（Ｓ５０）と、
   前記シールステップ（Ｓ５０）の後、前記完成された電池セルを充放電する充放電ステップ（Ｓ６０）と、
   充放電が完了した電池セル内に発生したガスを外部に放出させるガス放出ステップ（Ｓ７０）とをさらに行い、
   前記ガス放出ステップ（Ｓ７０）は、前記メインガス放出管の一端が外部に露出するように前記リードフィルムの一部を切開した後、露出したメインガス放出管の一端を介して前記ケース内のガスを外部に放出させることを特徴とする、電池セルの製造方法。
8. 前記ガス放出ステップ（Ｓ７０）の後、前記メインガス放出管の一端が位置したリードフィルムを熱融着して前記メインガス放出管の一端をシールする再シールステップ（Ｓ８０）をさらに含むことを特徴とする、請求項７に記載の電池セルの製造方法。
9. 前記埋め込みステップ（Ｓ４０）は、前記ケースの内部にサブガス放出管をさらに配置し、前記サブガス放出管の一端は前記ケースのシール面の外部に露出しないように埋め込ませることを特徴とする、請求項８に記載の電池セルの製造方法。
10. 前記シールステップ（Ｓ５０）は、前記ケースの全シール面を熱融着することで前記シール面に前記サブガス放出管の一端をともにシールすることを特徴とする、請求項９に記載の電池セルの製造方法。
11. 前記ガス放出ステップ（Ｓ７０）は、前記サブガス放出管の一端が外部に露出するように前記シール面を切開して前記サブガス放出管を介して前記ケース内のガスをさらに放出させることを特徴とする、請求項１０に記載の電池セルの製造方法。
12. 前記再シールステップ（Ｓ８０）は、切開された前記シール面を熱融着して前記サブガス放出管の一端をともにシールすることを特徴とする、請求項１１に記載の電池セルの製造方法。