KR100795781B1 - 각형 파우치를 갖는 이차 전지 및 그 제조 방법 - Google Patents

Abstract

각형 파우치를 갖는 이차 전지 및 그 제조 방법이 개시된다. 본 발명 이차 전지는 애노드, 세퍼레이터, 캐소드를 소정 순서로 교대로 적층하여 형성한 전극조립체, 상기 전극조립체를 감싸는 파우치, 및 상기 파우치 내부 공간에 채워지는 고분자 전해질을 구비하여 된 이차 전지에 있어서, 상기 파우치에는 상기 전극조립체의 단부 형상에 대응되게 각형으로 접기 위한 일자형의 노치부가 형성된 것을 특징으로 한다.

상기한 각형의 파우치를 갖는 이차 전지를 제조하는 방법은, 애노드, 세퍼레이터, 캐소드를 소정의 순서로 적층하여 전극조립체를 구성하는 단계, 상기 전극조립체를 내포할 수 있을 정도의 내부 공간이 형성된 하면과, 상기 하면의 일 가장자리를 따라 일체로 형성된 상면을 갖는 파우치를 준비하는 단계, 상기 파우치의 하면에 상기 전극조립체를 위치시키는 단계, 상기 파우치의 상면과 하면의 일체로 형성된 경계부를 상기 전극조립체의 단부 형상에 대응되게 접기 위한 일자형의 노치부를 형성하는 단계, 상기 노치부를 따라 상기 파우치의 상면을 접어올리는 단계, 및 상기 파우치의 상면 및 하면의 가장자리를 서로 접합하고 밀봉하는 단계를 구비하여 된 것을 특징으로 한다.

Description

각형 파우치를 갖는 이차 전지 및 그 제조 방법{Secondary battery with a pouch of angular shape and process for manufacturing the same}

도 1은 종래의 이차 전지를 나타낸 사시도.

도 2 내지 도 4는 종래의 이차 전지를 개략적으로 나타낸 단면도로서, 도 2는 전극조립체를 파우치의 하면에 위치시킨 모습, 도 3은 파우치의 상면을 접어올린 모습, 도 4는 파우치 내부를 진공 처리한 후의 모습을 도시한 도면.

도 5 및 도 6은 본 발명 이차 전지를 개략적으로 나타낸 단면도로서, 도 5는 전극조립체를 파우치의 하면에 위치시키고 접어올릴 부분을 가압하는 모습, 도 6은 파우치의 상면을 접어올린 모습을 도시한 도면.

도 7은 본 발명 이차 전지의 제조 방법을 나타낸 다이아그램.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10,100 ...이차 전지 11,101 ...전극조립체

12,102 ...파우치 하면 13,103 ...파우치 상면

15,110 ...파우치 120 ...프레스

본 발명은 이차 전지에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 파우치의 형상이 전극조립체의 단면 형상과 같이 각형으로 됨으로써, 파우치 면적당 용량이 향상될 수 있는 이차 전지에 관한 것이다.

이차 전지는 충전과 방전이 가능한 전지를 말하는 것으로 최근에는 전기, 전자, 통신 및 컴퓨터 산업이 급속하게 발전함에 따라 고성능, 고안전성의 리튬 이차 전지에 대한 수요가 점차 증대되고 있으며, 특히 전자기기의 소형화, 박형화 및 경량화가 급속도로 확산되면서 이의 소형화, 박형화의 요구가 날로 증대되고 있다. 이러한 요구에 부응하여 최근 가장 많은 관심을 갖고 있는 것이 리튬 이온 폴리머 전지이다.

리튬 이온 폴리머 전지는 크기나 모양을 원하는 대로 조절할 수 있으며, 단위 중량당 에너지 밀도가 높고, 적층에 의해 고전압화, 대용량화가 가능하다는 많은 장점을 지니고 있는 첨단 전지이다.

도 1은 종래의 이차 전지를 나타낸 사시도이며, 도 2는 이를 개략적으로 나타낸 단면도로서 전극조립체(11)를 파우치(15)의 하면(12)에 위치시킨 모습을 나타낸다.

이를 참조하면 애노드, 세퍼레이터, 캐소드가 소정 순서로 적층되어 형성된 전극조립체(11)가 파우치(15)의 하면(12)에 형성된 소정의 공간에 놓여진다. 상기 전극조립체(11)는 상기 애노드와 캐소드의 일 가장자리로부터 인출되는 다수개의 음극 탭(19)군, 양극 탭(20)군과, 상기 음극 및 양극 탭(19,20)군과 각각 결합되는 음극 단자(17)와, 양극 단자(18)를 포함한다(도 2에서는 생략되어 있다. 이하 같 다). 상기 파우치(15)는 상기 전극조립체(11)를 내포할 정도의 공간을 형성하기 위해 상기 전극조립체(11)의 두께 및 면적에 대응되게 오목하게 패인 하면(12)을 구비한다. 상기 하면의 가장자리에는 파우치(15)의 상면(13)과의 접합을 위한 플랜지(16)가 구비된다. 상기 하면(12)의 일 가장자리에는 상기 하면(12)으로부터 일체로 연장되어 형성된 파우치(15)의 상면(13)이 형성된다. 상기 하면(12)과 상면(13)의 경계면의 소정 위치(14)에는 일자형으로 선을 그어(이하 '접음선'이라 한다) 상기 전극조립체(11)을 덮기 위해 상기 상면(13)을 접어올리는 부분을 표시한다.

도 3은 파우치(15)의 상면(13)을 접어올려 전극조립체(11)를 덮은 모습을 나타낸 도면으로, 이를 참조하면 상기 접음선(14)이 단지 접어올리는 부분을 표시하기 위해 선을 그려 넣었을 뿐 기타 아무런 처리를 하지 않아 접어올린 부분(20)이 U자형의 곡선을 형성하고 있다. 상기 U자형으로 접어올린 부분(20)의 내부에는 여유 공간이 형성되어 상기 전극조립체(11)의 위치 정렬이 흐뜨러질 수 있다.

도 4는 가스 제거 공정 후 완성된 파우치형의 이차 전지를 도시한 도면이다.

이를 참조하면 도 3에서 상술한 바와 같이 파우치(15)의 상면(14)이 접어올려진 상태에서 가장자리(16)를 접합하여 밀봉하고, 파우치(15)의 내부 가스를 제거하면 상기 U자형의 접어올린 부분(20)이 내부 공간의 가스가 제거되면서 찌그러진다. 명확히 도시되어 있진 않으나 이렇게 찌그러져 들어간 부분(21)은 상기 전극조립체(11)의 단부를 부분적으로 가압함으로 인해 전극조립체(11)의 쇼트(short)를 야기할 수 있다. 또한 상기 찌그러져 나온 부분(22)은 전지의 전기용량과 무관한 부분으로 이로 인해 파우치 면적당 전기용량을 증가시키는 데 어려움을 야기한다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 전극조립체와 파우치의 접어올린 부분 사이의 여유 공간을 최소화하고 파우치의 접어올린 부분의 찌그러짐을 방지하여, 전극조립체의 쇼트 가능성이 차단되고, 파우치의 단위면적당 전기용량이 증가된 이차 전지를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 상기한 쇼트 가능성이 차단되고, 파우치의 단위면적당 전기용량이 증가된 이차 전지를 제조하는 방법을 제공하는 것이다.

상기와 같은 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명 각형 파우치를 갖는 이차 전지는 애노드, 세퍼레이터, 캐소드를 소정 순서로 교대로 적층하여 형성한 전극조립체, 상기 전극조립체를 감싸는 파우치, 및 상기 파우치 내부 공간에 채워지는 고분자 전해질을 구비하여 된 이차 전지에 있어서, 상기 파우치가 상기 전극조립체의 단부 형상에 대응되게 각형으로 접기 위한 일자형의 노치부가 형성된 것을 특징으로 한다.

상기한 각형 파우치를 갖는 이차 전지를 제조하는 방법은, 애노드, 세퍼레이터, 캐소드를 소정의 순서로 적층하여 전극조립체를 구성하는 단계, 상기 전극조립체를 내포할 수 있을 정도의 내부 공간이 형성된 하면과, 상기 하면의 일 가장자리를 따라 일체로 형성된 상면을 갖는 파우치를 준비하는 단계, 상기 파우치의 하면 에 상기 전극조립체를 위치시키는 단계, 상기 파우치의 상면과 하면의 일체로 형성된 경계부를 상기 전극조립체의 단부 형상에 대응되게 각형으로 접기 위한 일자형의 노치부를 형성하는 단계, 상기 노치부를 따라 상기 파우치의 상면을 접어올리는 단계, 및 상기 파우치의 상면 및 하면의 가장자리를 서로 접합하고 밀봉하는 단계를 구비하여 된 것을 특징으로 한다.

이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명을 상세하게 설명하도록 한다.

도 5 및 도 6은 본 발명 이차 전지를 개략적으로 나타낸 단면도이다.

도 5는 전극조립체를 파우치의 하면에 위치시키고 접어올릴 부분을 가압하는 모습을 나타낸 것으로, 이를 참조하면 애노드, 세퍼레이터, 캐소드가 소정 순서로 적층되어 형성된 전극조립체(101)가 파우치(110)의 하면(102)에 형성된 소정의 공간에 위치한다. 상기 파우치(110)는 상기 전극조립체(101)를 내포할 정도의 공간을 형성하기 위해 상기 전극조립체(11)의 두께 및 면적에 대응되게 오목하게 패인 하면(102)을 구비한다. 상기 하면(102)의 가장자리에는 파우치(110)의 상면(103)과의 접합을 위한 플랜지(106)가 구비된다.

상기 하면(102)의 일 가장자리에는 상기 하면(102)으로부터 일체로 연장되어 형성된 파우치(110)의 상면(103)이 형성된다. 상기 하면(102)과 상면(103)의 경계면에는 전극조립체(101)의 우측단 상면의 모서리(105)에 대응되는 위치에 일자형의 접음선(104)이 형성된다. 상기 접음선(104)은 도시한 바와 같이 일자형의 프레스(120)(그러나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다)에 의해 슬롯(slot)이 형성되도록 적절한 압력으로 가압된다. 이로 인해 상기 접음선(104)을 따라 일자형의 오목한 노치(notch)부가 형성되므로 상면(103)을 접을 때 하중이 집중되어 U자형이 아닌 각형으로 접혀질 수 있다.

도 6은 파우치의 상면을 접어올린 모습을 도시한 것으로, 이를 참조하면 파우치(110)의 상면(103)은 접음선(104)을 중심으로 각을 이루며 전극조립체(101)의 위로 접혀지고, 따라서 상기 전극조립체(101)의 각진 단부와 파우치(110)의 접혀지는 부분이 여유 공간이 없이 밀착될 수 있다. 이로 인해 상기 전극조립체(101)의 위치 정렬이 흐뜨러질 가능성이 감소된다. 또한 상기 파우치(110)의 가장자리(106)를 접합하여 밀봉한 후 선택적으로 내부 가스를 제거한다 하더라도 파우치(110)의 접혀지는 부분의 형상이 변화됨이 없이 도 6의 형태를 유지할 수 있다.

도 7은 본 발명인 각형 파우치를 갖는 이차 전지를 제조하는 방법을 나타낸 다이아그램이다.

이를 참조하면 제 1 단계는 애노드, 세퍼레이터, 캐소드를 소정 순서로 적층하여 전극조립체를 구성하는 단계(S1)이다. 상기 전극조립체는 도 5에 도시된 바와 같이 단면이 직사각형(101)인 직육면체이며, 외부 연결 전극은 도시되지 않았다.

제 2 단계는 파우치를 준비하는 단계(S2)이다. 상기 파우치는 도 5에서 설명한 바와 같이 오목한 하면(102)과 그 일단에 연장된 상면(103) 및 접합되는 가장자리(106)를 구비한다.

제 3 단계는 파우치의 하면에 전극조립체를 위치시키는 단계(S3)이다. 도 5에서 도시된 바와 같이 전극조립체(101)는 파우치 하면(102)이 오목하게 패여 형성된 내부 공간에 안착된다.

제 4 단계는 파우치에 일자형의 노치(notch)부를 형성하는 단계(S4)이다. 도 5에서 도시된 바와 같이 상기 노치부는 상기 하면(102)과 상면(103)의 경계면의 전극조립체(101)의 우측단 상면의 모서리(105)에 대응되는 소정 위치(104)를 일자형의 프레스(120)로 가압하여 형성한다.

제 5 단계는 파우치의 상면을 접어올리는 단계(S5)이다. 이로 인해 도 6에서 도시된 바와 같이 상기 노치부가 형성된 접음선(104)이 전극조립체(101)의 우측단 상면의 모서리(105)의 형상과 대응되게 각을 이루며 접혀서 전극조립체(101)와 밀착하고, 파우치 하면의 가장자리(106)와 상면의 가장자리가 서로 접한다.

제 6 단계는 파우치의 가장자리를 밀봉하는 단계(S6)이다. 도 6의 서로 접하는 상면과 하면의 가장자리(106)를 서로 접합하여 밀봉하면, 파우치(110)의 일체로 형성된 단부가 각형인 이차 전지(100)가 완성된다. 선택적으로 상기 제 6 단계에는 고분자 전해질을 파우치(110)의 내부에 주입하고 열중합하는 과정과, 상기 열중합 과정에서 생성된 가스 및 기타 가스를 제거하는 과정이 부가될 수 있다. 상기한 과정에 불구하고 이차 전지는 도 6에 도시된 것과 달라지지 않으며 도 4와 같이 찌그러진 부분(21,22)이 발생되지 않는다. 이는 전극조립체(101)의 단부와 파우치(110)의 접히는 부분이 밀착되어 도 3과 같은 여유 공간이 나타나지 않기 때문이다.

이상에서 설명한 각형 파우치를 갖는 이차 전지 및 이의 제조 방법은 다음과 같은 효과를 같는다.

첫째, 전극조립체와 파우치의 접어올린 부분 사이를 밀착시켜 파우치의 접어 올린 부분의 찌그러짐을 방지하여, 전극조립체의 쇼트 가능성이 차단될 수 있다.

둘째, 파우치를 전극조립체와 밀착시켜 그 평면부의 면적을 전극조립체의 면적과 거의 일치되도록 함으로써 파우치의 단위면적당 전지의 용량이 증가될 수 있다.

세째, 파우치를 각형화 함으로써, 구조적 안정성을 유지할 수 있고, 외관 불량을 줄일 수 있으며, 다양한 형상으로 설계할 수 있다.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 청구 범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.

Claims (2)

1. 애노드, 세퍼레이터, 캐소드를 소정 순서로 교대로 적층하여 형성한 전극조립체, 상기 전극조립체를 감싸는 파우치, 및 상기 파우치 내부 공간에 채워지는 고분자 전해질을 구비하여 된 이차 전지에 있어서,

   상기 파우치에는 상기 전극조립체의 단부 형상에 대응되게 각형으로 접기 위한 일자형의 노치(notch)부가 형성된 것을 특징으로 하는 각형 파우치를 갖는 이차 전지.
2. 애노드, 세퍼레이터, 캐소드를 소정의 순서로 적층하여 전극조립체를 구성하 는 단계;

   상기 전극조립체를 내포할 수 있을 정도의 내부 공간이 형성된 하면과, 상기 하면의 일 가장자리를 따라 일체로 형성된 상면을 갖는 파우치를 준비하는 단계;

   상기 파우치의 하면에 상기 전극조립체를 위치시키는 단계;

   상기 파우치의 상면과 하면의 일체로 형성된 경계부를 상기 전극조립체의 단부 형상에 대응되게 각형으로 접기 위한 일자형의 노치(notch)부를 형성하는 단계;

   상기 노치부를 따라 상기 파우치의 상면을 접어올리는 단계; 및

   상기 파우치의 상면 및 하면의 가장자리를 서로 접합하고 밀봉하는 단계;를 구비하여 된 것을 특징으로 하는 각형 파우치를 갖는 이차 전지의 제조 방법.

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