JP7475767B2 - パウチ型二次電池及びその二次電池の製造方法 - Google Patents

パウチ型二次電池及びその二次電池の製造方法 Download PDF

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Description

［関連出願の相互参照］
本出願は、２０２０年２月２７日付韓国特許出願第１０－２０２０－００２４６１３号に基づいた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た全ての内容は本明細書の一部として含まれる。
本発明は、パウチ型二次電池及びその二次電池の製造方法に関する。
繰り返し充電及び放電が可能な二次電池は、その製造方法及び構造に従って、角形二次電池、円筒状二次電池、パウチ型二次電池などに区分され得る。このうち、パウチ型二次電池は、構造が簡単で単位体積当たりの電気容量が大きいという利点のため、広く用いられている。
パウチ型二次電池は、シート状のパウチ型外装材の一領域を加圧してコップ（ｃｕｐ）を形成した後、コップに電極組立体を収容し、外装材をフォールディングした後、外装材の周囲領域を密封することにより製造されるのが一般的である。
一方、外装材をフォールディングした後には、フォールディングされた地点に外側に突出された形状のフォールディング領域が形成されるところ、従来の技術によると、パウチ型二次電池を用いて電池モジュールを製造する過程で、外側に突出されたフォールディング領域が電池モジュール内の他の部品と干渉現象を起こして二次電池の外装材が損傷される問題があった。
したがって、本発明が解決しようとする課題は、パウチ型二次電池の製造過程で形成されるフォールディング領域が外側に突出される程度を最小化することにより、パウチ型二次電池が電池モジュール内の他の部品と干渉現象を起こすことを防止することである。
前記目的を達成するための本発明の一側面によると、第１幅Ｗ１を有する電極組立体；及び前記電極組立体を収容する湾入部が形成されるパウチ型外装材；を含み、前記湾入部は、前記第１幅Ｗ１と同一又は前記第１幅Ｗ１より大きい第２幅Ｗ２を有する空間が形成されるメイン湾入部；及び前記メイン湾入部と連通されて前記第１幅Ｗ１より小さい第３幅Ｗ３を有する空間が形成されるサブ湾入部；を含むパウチ型二次電池が提供される。
前記電極組立体は、前記電極組立体の本体を形成する本体部；及び前記本体部から突出された電極タブ；をさらに含み、前記電極タブの幅は、前記第３幅Ｗ３と同一又は前記第３幅Ｗ３より小さい第４幅Ｗ４を有し、前記電極タブのうち少なくとも一部は前記サブ湾入部内に位置してよい。
前記電極タブが突出される方向に前記外装材を水平切断したときの断面のうち、前記メイン湾入部と前記サブ湾入部が会う領域Ｒにおいて前記メイン湾入部と前記サブ湾入部がなす角のうち小さい角θは直角又は鈍角に形成されてよい。
前記電極タブが突出される方向に前記外装材を切断したときの断面のうち、前記メイン湾入部と前記サブ湾入部が会う領域Ｒは曲線に形成されてよい。
前記メイン湾入部の上下方向高さと前記サブ湾入部の上下方向高さは同一であってよい。
前記電極組立体の前記本体部の長さＬ１は、前記メイン湾入部の長さＬ２と同一であるか前記メイン湾入部の長さＬ２より小さくてよい。
前記目的を達成するための本発明の他の側面によると、第１領域及び第２領域を含むパウチ型外装材を準備する第１段階；前記第１領域の一部を加圧して前記第１領域に湾入部を形成する第２段階；前記湾入部に第１幅Ｗ１を有する電極組立体を収容する第３段階；前記第１領域に対して前記第２領域をフォールディングして前記第１領域と前記第２領域が互いに向かい合うようにする第４段階；前記第２領域が前記第１領域に対してフォールディングされた領域の反対側の端部方向に前記第２領域を引っ張る第５段階；及び前記第１領域の周囲領域のうち少なくとも一部と前記第２領域の周囲領域のうち少なくとも一部を互いに接合する第６段階；を含み、前記第２段階において、前記第１領域に形成される前記湾入部は、前記第１幅Ｗ１と同一又は前記第１幅Ｗ１より大きい第２幅Ｗ２を有する空間が形成されるメイン湾入部、及び前記メイン湾入部と連通されて前記第１幅Ｗ１より小さい第３幅Ｗ３を有する空間が形成されるサブ湾入部を含むパウチ型二次電池の製造方法が提供される。
前記第５段階は、前記第２領域のうち、前記第１領域に対してフォールディングされた領域の反対側の端部領域を引っ張ることができる。
前記パウチ型外装材の外側方向に電極リードが突出され、前記第５段階は、前記電極リードが突出される方向と垂直な方向に前記第２領域を引っ張ることができる。
前記電極組立体は、前記電極組立体から突出されて前記電極リードと連結される電極タブを含み、前記電極タブの幅は、前記第３幅Ｗ３と同一又は前記第３幅Ｗ３より小さい第４幅Ｗ４を有し、前記第３段階において、前記電極タブのうち少なくとも一部は前記サブ湾入部内に位置してよい。
前記第２段階において、前記メイン湾入部の上下方向高さと前記サブ湾入部の上下方向高さが同一に形成されてよい。
本発明によると、パウチ型二次電池の製造過程で形成されるフォールディング領域が外側に突出される程度を最小化することにより、パウチ型二次電池が電池モジュール内の他の部品と干渉現象を起こすことを防止することができる。
本発明に係るパウチ型二次電池の構造を示した垂直断面図である。 本発明に係るパウチ型二次電池の外装材の構造を示した垂直断面図である。 本発明に係るパウチ型二次電池の構造を示した水平断面図である。 本発明に係るパウチ型二次電池の製造方法において、外装材に湾入部が形成された姿を示した垂直断面図である。 本発明に係るパウチ型二次電池の製造方法において、外装材の湾入部に電極組立体が収容された姿を示した垂直断面図である。 本発明に係るパウチ型二次電池の製造方法において、外装材の第２領域がフォールディングされる姿及び第２領域を一方向に引っ張る姿を示した垂直断面図である。
以下、図を参考にしつつ、本発明に係るパウチ型二次電池及びパウチ型二次電池の製造方法を説明する。
（パウチ型二次電池）
図１は、本発明に係るパウチ型二次電池の構造を示した垂直断面図であり、図２は、本発明に係るパウチ型二次電池の外装材の構造を示した垂直断面図である。そして、図３は、本発明に係るパウチ型二次電池の構造を示した水平断面図である。
図１及び図３に示されたように、本発明に係るパウチ型二次電池１０（以下、「二次電池」）は、電極組立体１００を含んでよい。電極組立体１００は、電極組立体の厚さ方向に電極と分離膜が交互に配置された構造を有してよい。
電極組立体１００は、電極組立体の本体を形成する本体部１００ａ、及び本体部１００ａから突出される電極タブ１００ｂを含んでよい。図３に示されたように、電極タブ１００ｂは、電極組立体１００の両方向に突出されてよく、電極組立体１００の一方向（例えば、図３を参考にすると、電極組立体１００の左側方向）に突出された電極タブは正極タブであってよく、電極組立体１００の他の方向（例えば、図３を参考にすると、電極組立体１００の右側方向）に突出された電極タブは負極タブであってよい。
一方、電極組立体１００は、所定の幅と長さを有してよい。本明細書で、電極組立体１００の長さは、電極タブ１００ｂが突出される方向と平行な方向に沿って形成される電極組立体１００の大きさに、電極組立体１００の幅は、電極組立体の長さと垂直な方向に沿って形成される電極組立体１００の大きさに定義する。
前記定義によると、電極組立体１００は、電極タブ１００ｂが突出される方向と垂直な方向に第１幅Ｗ１を有してよい。
一方、図１から図３に示されたように、本発明に係る二次電池１０は、電極組立体１００を収容するパウチ型外装材２００（以下、「外装材」）をさらに含んでよい。このとき、外装材２００には、電極組立体１００を収容する湾入部２１０が形成されてよい。外装材２００の湾入部２１０は、外装材の他の領域に比べて一方向に湾入された形状を有してよい。図２には、湾入部２１０が外装材２００の他の領域に比べて下方に湾入された姿が示されている。
一方、本明細書においては、電極組立体の場合と類似に、外装材２００及び湾入部２１０の長さは、それぞれ電極タブ１００ｂが突出される方向と平行な方向に沿って形成される外装材２００及び湾入部２１０の大きさに、外装材２００及び湾入部２１０の幅は、それぞれ外装材２００及び湾入部２１０の長さと垂直な方向に沿って形成される外装材２００及び湾入部２１０の大きさに定義する。
また、図１及び図２に示されたように、外装材２００は、第１領域２００ａ及び第２領域２００ｂを含んでよい。このとき、第１領域２００ａと第２領域２００ｂは互いに当接していてよく、第２領域２００ｂは、第１領域２００ａと第２領域２００ｂの境界であるフォールディング領域２００ｃを軸として第１領域２００ａに対してフォールディングされてよい。
一方、図１及び図２に示されたように、湾入部２１０は、外装材２００の第１領域２００ａにのみ形成されてよい。しかし、これとは異なり、湾入部２１０は、外装材の第１領域２００ａ及び第２領域２００ｂに形成されてもよい。
一方、図３に示されたように、メイン湾入部２１２とサブ湾入部２１４を含む湾入部２１０の周辺には、外装材２００の第１領域２００ａの周囲領域と第２領域２００ｂの周囲領域が互いに接合されることにより形成される密封部２２０が形成されてよい。
また、図３に示されたように、本発明に係る二次電池１０は、外装材２００の外側方向に突出される電極リード３００をさらに含んでよい。電極リード３００は、電極タブ１００ｂと連結されることにより、電極組立体１００と電気的に連結されてよい。電極タブと類似に電極リード３００もまた外装材２００の両方向に突出されてよく、外装材２００の一方向（例えば、図３を参考にすると、外装材２００の左側方向）に突出された電極リードは正極リードであってよく、外装材２００の他の方向（例えば、図３を参考にすると、外装材２００の右側方向）に突出された電極リードは負極リードであってよい。また、電極リード３００は、密封部２２０を介して外装材２００の内部から外側に突出されてよい。
図３に示されたように、湾入部２１０は、電極組立体１００の幅である第１幅Ｗ１と同一又は第１幅Ｗ１より大きい第２幅Ｗ２を有する空間が形成されるメイン湾入部２１２、及びメイン湾入部２１２と連通されて第１幅Ｗ１より小さい第３幅Ｗ３を有する空間が形成されるサブ湾入部２１４を含んでよい。このとき、電極組立体１００の本体部１００ａは、メイン湾入部２１２内に位置してよい。
また、本発明によると、電極タブ１００ｂの幅である第４幅Ｗ４は、サブ湾入部２１４の幅である第３幅Ｗ３と同一又は第３幅Ｗ３より小さい幅を有してよい。そして、電極タブ１００ｂのうち少なくとも一部は、サブ湾入部２１４内に位置してよい。
前述したように、本発明によると、外装材２００に形成された湾入部２１０が互いに異なる幅を有するメイン湾入部２１２とサブ湾入部２１４を含み、メイン湾入部２１２とサブ湾入部２１４には、それぞれ電極組立体１００の本体部１００ａと電極タブ１００ｂが位置してよい。このとき、サブ湾入部２１４の幅Ｗ３は電極組立体１００の幅Ｗ１より小さいので、電極組立体１００の本体部１００ａがサブ湾入部２１４により形成される空間に入り込むことを防止することができる。よって、二次電池の製造過程又は二次電池の使用過程で外力により電極組立体１００が動いても、電極組立体１００の本体部１００ａがメイン湾入部２１２を離脱することを防止することができる。
引き続き図３を参考にすると、電極タブ１００ｂが突出される方向に外装材２００を水平切断したときの断面において、メイン湾入部２１２とサブ湾入部２１４が互いに会う領域Ｒが形成されてよい。このとき、メイン湾入部２１２とサブ湾入部２１４が互いに会う領域Ｒは、曲線に形成されてよい。
二次電池の製造過程又は二次電池の使用過程で電極組立体１００が動く場合、電極組立体１００の本体部１００ａは、メイン湾入部２１２とサブ湾入部２１４が互いに会う領域Ｒと接触するようになり、この場合、前記領域Ｒが鋭利に形成される場合、電極組立体１００の本体部１００ａが損傷されることがある。
一方、本発明のように、前記領域Ｒが曲線に形成される場合には、電極組立体１００の本体部１００ａが前記領域Ｒと接触しても損傷されずに元の状態を維持することができる。
また、引き続き図３を参考にすると、電極タブ１００ｂが突出される方向に外装材２００を水平切断したときの断面のうち、メイン湾入部２１２とサブ湾入部２１４が会う領域Ｒにおいて、メイン湾入部２１２とサブ湾入部２１４がなす角のうち小さい角θは直角又は鈍角に形成されてよい。
例えば、メイン湾入部２１２とサブ湾入部２１４がなす角のうち小さい角が鋭角に形成される場合には、メイン湾入部２１２とサブ湾入部２１４が会う領域Ｒが電極組立体１００の本体部１００ａに向かって突出される。この場合、前記領域Ｒと本体部１００ａが接触したとき、本体部１００ａが損傷されることがある。
一方、本発明のように、メイン湾入部２１２とサブ湾入部２１４がなす角のうち小さい角θが直角又は鈍角に形成される場合には、本体部１００ａが前記領域Ｒにより損傷されずに元の状態を維持することができる。
一方、本発明によると、メイン湾入部２１２の上下方向高さとサブ湾入部２１４の上下方向高さは同一であってよい。この場合、電極タブ１００ｂが位置するサブ湾入部２１４の上下方向高さがメイン湾入部２１２の上下方向高さより低い場合と比べ、電解液が外装材２００の内部空間により多く収容され得るため、電極組立体１００の性能が円滑に発揮され得る。
一方、図３を参考にすると、電極組立体１００が湾入部２１０に円滑に収容され得るよう、電極組立体１００の本体部１００ａの長さＬ１は、メイン湾入部２１２の長さＬ２と同一であるかメイン湾入部２１２の長さＬ２より小さくてよい。
（パウチ型二次電池の製造方法）
図４は、本発明に係るパウチ型二次電池の製造方法において、外装材に湾入部が形成された姿を示した垂直断面図であり、図５は、本発明に係るパウチ型二次電池の製造方法において、外装材の湾入部に電極組立体が収容された姿を示した垂直断面図である。図６は、本発明に係るパウチ型二次電池の製造方法において、外装材の第２領域がフォールディングされる姿及び第２領域を一方向に引っ張る姿を示した垂直断面図である。
図４に示されたように、本発明に係る二次電池の製造方法は、第１領域２００ａ及び第２領域２００ｂを含むパウチ型外装材２００を準備する第１段階、及び第１領域２００ａの一部を加圧して第１領域２００ａに湾入部２１０を形成する第２段階を含んでよい。
また、図５に示されたように、本発明に係る二次電池の製造方法は、湾入部２１０に第１幅Ｗ１（図３参照）を有する電極組立体１００を収容する第３段階をさらに含んでよく、図６に示されたように、第１領域２００ａに対して第２領域２００ｂをフォールディングして第１領域２００ａと第２領域２００ｂが互いに向かい合うようにする第４段階をさらに含んでよい。よって、第４段階により、第１領域２００ａと第２領域２００ｂの境界には、第２領域２００ｂが第１領域２００ａに対してフォールディングされ得るように回転される軸を含むフォールディング領域２００ｃが形成されてよい。
また、図６に示されたように、本発明に係る二次電池の製造方法は、第２領域２００ｂが第１領域２００ａに対してフォールディングされた領域（すなわち、フォールディング領域２００ｃ）の反対側の端部方向に第２領域２００ｂを引っ張る第５段階をさらに含んでよい。このとき、前記第５段階は、前記第４段階と同時に行われてもよく、前記第４段階が完了した後に行われてもよい。
本発明によると、外装材２００のフォールディング過程中、又は、フォールディング過程の後にフォールディング領域２００ｃの反対側の端部方向に第２領域を引っ張るようになるので、フォールディング領域２００ｃが外側に突出される程度を顕著に減少させることができる。したがって、従来の技術に比べ、パウチ型二次電池が電池モジュールなどを構成する他の部品と干渉現象を起こすことを防止することができる。
より好ましくは、第５段階では、第２領域２００ｂのうち、第１領域２００ａに対してフォールディングされた領域（すなわち、フォールディング領域２００ｃ）の反対側の端部領域を引っ張ることができる。
また、本発明に係る二次電池の製造方法は、第１領域２００ａの周囲領域のうち少なくとも一部と第２領域２００ｂの周囲領域のうち少なくとも一部を互いに接合して密封部２２０を形成する第６段階をさらに含んでよい。
このとき、前記第２段階で外装材２００の第１領域２００ａに形成される湾入部２１０は、電極組立体１００の第１幅Ｗ１と同一又は第１幅Ｗ１より大きい第２幅Ｗ２を有する空間が形成されるメイン湾入部２１２、及びメイン湾入部２１２と連通されて第１幅Ｗ１より小さい第３幅Ｗ３を有する空間が形成されるサブ湾入部２１４を含んでよい。
一方、図３を参考にすると、本発明に係る二次電池の製造方法により製造された二次電池１０は、外装材２００の外側方向に突出される電極リード３００を含んでよい。このとき、本発明によると、前記第５段階では、電極リード３００が突出された方向と垂直な方向に第２領域２００ｂを引っ張ることができる。
また、本発明に係る二次電池の製造方法により製造された二次電池１０に備えられた電極組立体１００は、電極組立体から突出されて電極リード３００と連結される電極タブ１００ｂを含んでよい。このとき、電極タブ１００ｂの幅は、サブ湾入部２１４の幅である第３幅Ｗ３と同一又は第３幅Ｗ３より小さい第４幅Ｗ４を有することができるところ、本発明によると、前記第３段階で、電極タブ１００ｂのうち少なくとも一部はサブ湾入部２１４内に位置してよい。
一方、本発明によると、電解液が外装材２００の内部空間に充分に収容されることにより、電極組立体１００の性能が円滑に発揮され得るよう、第２段階で、メイン湾入部２１２の上下方向高さとサブ湾入部２１４の上下方向高さは同一に形成されてよい。
以上、本発明は、たとえ限定された実施形態と図により説明されたが、本発明はこれにより限定されず、本発明の属する技術分野で通常の知識を有する者により、本発明の技術思想と特許請求の範囲の均等範囲内で多様な実施が可能であることは勿論である。
１０ 二次電池
１００ 電極組立体
１００ａ 本体部
１００ｂ 電極タブ
２００ 外装材
２００ａ 第１領域
２００ｂ 第２領域
２００ｃ フォールディング領域
２１０ 湾入部
２１２ メイン湾入部
２１４ サブ湾入部
２２０ 密封部
３００ 電極リード
Ｗ１ 電極組立体の幅
Ｗ２ メイン湾入部の幅
Ｗ３ サブ湾入部の幅
Ｗ４ 電極タブの幅
Ｒ メイン湾入部とサブ湾入部が会う領域
θ メイン湾入部とサブ湾入部がなす角のうち小さい角

Claims (11)

  1. 第１幅Ｗ１を有する電極組立体；及び
    前記電極組立体を収容する湾入部が形成される第１領域と、平坦な第２領域と、前記第１領域と前記第２領域との間に形成されたフォールディング領域と、を含むパウチ型外装材；を含み、
    前記湾入部は、
    前記第１幅Ｗ１と同一又は前記第１幅Ｗ１より大きい第２幅Ｗ２を有する空間が形成されるメイン湾入部；及び
    前記メイン湾入部と連通されて前記第１幅Ｗ１より小さい第３幅Ｗ３を有する空間が形成されるサブ湾入部；を含み、
    前記第１領域と前記第２領域とが、前記フォールディング領域に沿って折り曲げられており、前記第１領域の周囲領域の少なくとも一部と前記第２領域の周囲領域の少なくとも一部とが、前記フォールディング領域の反対側に位置する前記第１領域の端部に向かって前記第２領域が引っ張られた状態で互いに接合されている、パウチ型二次電池。
  2. 前記電極組立体は、
    前記電極組立体の本体を形成する本体部；及び
    前記本体部から突出された電極タブ；をさらに含み、
    前記電極タブの幅は、前記第３幅Ｗ３と同一又は前記第３幅Ｗ３より小さい第４幅Ｗ４を有し、
    前記電極タブのうち少なくとも一部は、前記サブ湾入部内に位置する、請求項１に記載のパウチ型二次電池。
  3. 前記電極タブが突出される方向に前記外装材を水平切断したときの断面のうち、前記メイン湾入部と前記サブ湾入部が会う領域Ｒにおいて、前記メイン湾入部と前記サブ湾入部がなす角のうち小さい角θは直角又は鈍角に形成される、請求項２に記載のパウチ型二次電池。
  4. 前記電極タブが突出される方向に前記外装材を切断したときの断面のうち、前記メイン湾入部と前記サブ湾入部が会う領域Ｒは曲線に形成される、請求項２に記載のパウチ型二次電池。
  5. 前記メイン湾入部の上下方向高さと前記サブ湾入部の上下方向高さは同一である、請求項１～４の何れか一項に記載のパウチ型二次電池。
  6. 前記電極組立体の前記本体部の長さＬ１は、前記メイン湾入部の長さＬ２と同一であるか前記メイン湾入部の長さＬ２より小さい、請求項２に記載のパウチ型二次電池。
  7. 第１領域及び第２領域を含むパウチ型外装材を準備する第１段階；
    前記第１領域の一部を加圧して前記第１領域に湾入部を形成する第２段階；
    前記湾入部に第１幅Ｗ１を有する電極組立体を収容する第３段階；
    前記第１領域に対して前記第２領域をフォールディングして前記第１領域と前記第２領域が互いに向かい合うようにする第４段階；
    前記第２領域が前記第１領域に対してフォールディングされた領域の反対側の端部方向に前記第２領域を引っ張る第５段階；及び
    前記フォールディング領域の反対側に位置する前記第１領域の端部に向かって前記第２領域が引っ張られた状態で、前記第１領域の周囲領域のうち少なくとも一部と前記第２領域の周囲領域のうち少なくとも一部を互いに接合する第６段階；を含み、
    前記第２段階において、前記第１領域に形成される前記湾入部は、
    前記第１幅Ｗ１と同一又は前記第１幅Ｗ１より大きい第２幅Ｗ２を有する空間が形成されるメイン湾入部、及び前記メイン湾入部と連通されて前記第１幅Ｗ１より小さい第３幅Ｗ３を有する空間が形成されるサブ湾入部を含む、パウチ型二次電池の製造方法。
  8. 前記第５段階は、
    前記第２領域のうち、前記第１領域に対してフォールディングされた領域の反対側の端部領域を引っ張る、請求項７に記載のパウチ型二次電池の製造方法。
  9. 前記パウチ型外装材の外側方向に電極リードが突出され、
    前記第５段階は、
    前記電極リードが突出される方向と垂直な方向に前記第２領域を引っ張る、請求項７に記載のパウチ型二次電池の製造方法。
  10. 前記電極組立体は、前記電極組立体から突出されて前記電極リードと連結される電極タブを含み、
    前記電極タブの幅は、前記第３幅Ｗ３と同一又は前記第３幅Ｗ３より小さい第４幅Ｗ４を有し、
    前記第３段階において、
    前記電極タブのうち少なくとも一部は前記サブ湾入部内に位置する、請求項９に記載のパウチ型二次電池の製造方法。
  11. 前記第２段階において、
    前記メイン湾入部の上下方向高さと前記サブ湾入部の上下方向高さが同一に形成される、請求項１０に記載のパウチ型二次電池の製造方法。
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