KR101111075B1 - ４면 실링 방식의 이차전지의 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 양극/분리막/음극 구조의 전극조립체를 내장한 상태에서 두 개의 독립된 시트부재들(a, b)을 상호 열융착시켜 이차전지를 제조하는 방법으로서, 시트부재에 대응하는 형상이 각인되어 있는 캐리어 상에 시트부재(a)를 탑재하고, 시트부재(a)의 수납부에 전극조립체를 장착하며, 시트부재(b)를 시트부재(a) 상에 위치시킨 후, 수납부 외주면의 접촉 부위를 상호 열융착시키는 과정을 포함하며, 시트부재들(a, b)과 캐리어에는 서로 대응하는 암수 체결구조가 형성되어 있어서, 시트부재들(a, b) 상호간의 접촉 부위를 정위치시킨 상태에서 열융착을 수행하는 것으로 구성된 이차전지의 제조방법을 제공한다.
본 발명에 따르면, 시트부재의 비대칭성 형태의 외관에 따른 절연파괴 불량을 크게 감소시킬 수 있는 바, 전지의 생산수율 및 공정의 효율이 크게 향상될 수 있으며, 고효율/고성능 전지 및 수명이 향상된 전지의 제조가 가능하다.

Description

４면 실링 방식의 이차전지의 제조방법 {Process for Preparation of Secondary Battery at Four-dimension Sealing Way}
도 1은 종래 파우치형 전지의 3면 실링 방식에 사용되는 전지케이스의 사시도이다;
도 2는 도 1의 전지케이스의 측면도이다;
도 3은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 캐리어에 시트부재가 탑재된 상태의 평면도이다;
도 4는 도 3에서 캐리어에 시트부재가 탑재된 상태의 측면도이다;
도 5는 본 발명의 또 다른 하나의 실시예에 따른 경첩식 연결부가 형성된 캐리어를 사용하여 시트부재들을 고정시킨 상태의 평면도이다;
도 6은 도 5에서 캐리어에 시트부재가 탑재된 상태의 측면도이다.
본 발명은 4면 실링 방식의 이차전지의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세 하게는, 양극/분리막/음극 구조의 전극조립체를 내장한 상태에서 두 개의 독립된 시트부재들(a, b)을 상호 열융착시켜 이차전지를 제조하는 방법으로서, 시트부재에 대응하는 형상이 각인되어 있는 캐리어 상에 시트부재(a)를 탑재하고, 시트부재(a)의 수납부에 전극조립체를 장착하며, 시트부재(b)를 시트부재(a) 상에 위치시킨 후, 수납부 외주면의 접촉 부위를 상호 열융착시키는 과정을 포함하며, 시트부재들(a, b)과 캐리어에는 서로 대응하는 암수 체결구조가 형성되어 있어서, 시트부재들(a, b) 상호간의 접촉 부위를 정위치시킨 상태에서 열융착을 수행하는 것으로 구성된 방법에 관한 것이다.
모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서의 전지의 수요가 급격히 증가하고 있고, 그에 따라 다양한 요구에 부응할 수 있는 전지에 대한 많은 연구가 행해지고 있다.
대표적으로 전지의 형상 면에서는 얇은 두께로 휴대폰 등과 같은 제품들에 적용될 수 있는 각형 이차전지와 파우치형 이차전지에 대한 수요가 높고, 재료 면에서는 높은 에너지 밀도, 방전 전압, 출력 안정성 등의 장점을 가진 리튬이온 전지, 리튬이온 폴리머 전지 등과 같은 리튬 이차전지에 대한 수요가 높다.
또한, 이차전지는 양극/분리막/음극 구조의 전극조립체가 어떠한 구조로 이루어져 있는지에 따라 분류되기도 하는 바, 대표적으로는, 긴 시트형의 양극들과 음극들을 분리막이 개재된 상태에서 권취한 구조의 젤리-롤(권취형) 전극조립체, 소정 크기의 단위로 절취한 다수의 양극과 음극들을 분리막을 개재한 상태로 순차적으로 적층한 스택형(적층형) 전극조립체, 소정 단위의 양극과 음극들을 분리막을 개재한 상태로 적층한 바이셀(Bi-cell) 또는 풀셀(Full cell)들을 권취한 구조의 스택/폴딩형 전극조립체 등을 들 수 있다.
최근에는, 스택형 또는 스택/폴딩형 전극조립체를 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치형 전지케이스에 내장한 구조의 파우치형 전지가, 낮은 제조비, 작은 중량, 용이한 형태 변형 등을 이유로, 많은 관심을 모으고 있고 또한 그것의 사용량이 점차적으로 증가하고 있다.
일반적으로 파우치형 이차전지는, 예를 들어, 알루미늄 라미네이트 시트로 이루어진 파우치형 전지케이스의 수납부에 전극조립체가 내장되어 있는 구조로 이루어져 있다. 즉, 파우치형 이차전지는 라미네이트 시트에 전극조립체의 장착을 위한 수납부를 형성하고, 상기 수납부에 전극조립체를 장착한 상태에서 상기 시트와 분리되어 있는 별도의 시트 또는 그로부터 연장되어 있는 시트를 열융착하여 밀봉하는 것으로 제조된다.
이러한 파우치형 이차전지는 제조방법에 따라 3면 실링 방식의 이차전지와 4면 실링 방식의 이차전지로 구별될 수 있다.
상기 3면 실링 방식의 이차전지는 실링 부위가 3면인 것으로서, 한 장의 케이스 시트를 절곡하여 사용하며, 그러한 절곡 부위를 제외한 나머지 3면에만 실링하여 전지를 제조하는 방법이다.
도 1 및 도 2에는 3면 실링 방식에 사용되는 전지케이스의 사시도 및 측면도가 모식적으로 도시되어 있다.
이들 도면을 참조하면, 전지케이스(10)는 전극조립체(도시하지 않음)를 장착 하기 위한 수납부(21)가 형성되어 있는 본체(20) 및 본체(20)와 일체화 되어 있으며, 수납부(21)를 밀봉할 수 있는 형태의 덮개(30)로 이루어져 있다. 따라서, 파우치형 이차전지는 전지케이스(10)의 수납부(21)에 전극조립체를 장착한 후, 본체(20)와 덮개(30)의 연결 부위에서 절곡을 행하고, 수납부(21)를 밀봉하기 위하여 절곡 부위(A; 도 4참조)를 제외한 본체(20)의 실링부(22) 3면과 덮개(30)를 열융착함으로써 제조된다.
그러나, 이러한 3면 실링 방식에 의할 경우, 열융착을 행하지 않는 라미네이트 시트의 해당 부위에서 절곡이 행해짐으로써, 라미네이트 시트가 연성에 의해 늘어나게 되는 바, 절곡 부위(A)의 기계적 강성이 상대적으로 약해지게 되므로, 절곡하는 과정 또는 외부적 충격에 의해 밀봉성이 부분적으로 해제되어 공기 또는 수분이 침투하거나 전해액이 누출됨으로써, 전지의 안전성을 크게 해할 염려가 있다.
한편, 4면 실링 방식은 상부면과 하부면을 각각 구성하게 될 독립적인 2 개의 시트를 사용하는 방식으로서, 두 시트의 외주면들이 모두 불연속적이어서, 4면 전부에 열융착에 의해 실링을 수행함으로써, 전지를 제조하는 방식이다.
따라서, 이러한 4면 실링 방식의 이차전지의 경우, 라미네이트 시트가 절곡된 부위의 절취 등으로 인한 전해액의 누출 등의 문제가 발생하지 않는다. 그러나, 4면 실링 방식의 이차전지의 제조시, 전극조립체가 장착된 하부 시트부재에 상부 시트부재를 위치시키는 공정 또는 열융착 공정시 상부와 하부 시트부재들이 정위치로부터 이탈하여 비틀어짐 등의 현상이 발생할 수 있다. 이 경우, 비대칭 형태를 가진 전지가 제조되므로, 외관 및 절연저항의 파괴로 인한 불량이 발생하게 되는 문제점이 있다.
따라서, 이러한 문제점을 근본적으로 해결할 수 있는 기술에 대한 필요성이 높은 실정이다.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.
본 출원의 발명자들은 심도 있는 연구와 다양한 실험을 거듭한 끝에, 시트부재에 대응하는 형상이 각인되어 있는 캐리어 상에 시트부재를 탑재하고, 시트부재들과 캐리어에 서로 대응하는 암수 체결구조를 형성하는 경우, 시트부재들 상호간의 접촉 부위를 정위치시킨 상태에서 열융착을 실시할 수 있으므로, 전지의 생산 수율 및 공정 효율이 크게 향상될 수 있고, 고효율/고성능 전지 및 장기수명이 향상된 전지의 제조가 가능함을 발견하고, 본 발명을 완성하기에 이르렀다.
따라서, 본 발명은 양극/분리막/음극 구조의 전극조립체를 내장한 상태에서 두 개의 독립된 시트부재들(a, b)을 상호 열융착시켜 이차전지를 제조하는 방법으로서, 시트부재에 대응하는 형상이 각인되어 있는 캐리어 상에 시트부재(a)를 탑재하고, 시트부재(a)의 수납부에 전극조립체를 장착하며, 시트부재(b)를 시트부재(a) 상에 위치시킨 후, 수납부 외주면의 접촉 부위를 상호 열융착시키는 과정을 포함하 며, 시트부재들(a, b)과 캐리어에는 서로 대응하는 암수 체결구조가 형성되어 있어서, 시트부재들(a, b) 상호간의 접촉 부위를 정위치시킨 상태에서 열융착을 수행하는 것으로 구성되어 있다.
본 발명은 두 개의 독립된 시트부재들을 상호 열융착시켜 이차전지를 제조하는 이른바 4면 실링 방식에 관한 기술로서, 3면 실링 방식에 의해 전지를 제조하는 경우 발생할 수 있는 수분의 침투 또는 전해액의 누출 현상을 방지할 수 있고, 전지의 제조 과정에서 시트부재들이 정위치로부터 이탈됨으로써 발생할 수 있는 전지 외관 및 절연저항 파괴로 인한 불량을 근본적으로 방지할 수 있다. 따라서, 전지의 생산수율 및 공정의 효율이 크게 향상될 수 있으며, 고효율/고성능이고 수명이 우수한 전지를 제조할 수 있다.
상기 시트부재들(a, b)과 캐리어에는, 상기 정의된 바와 같이, 서로 대응하는 암수 체결구조가 형성되어 있다. 이러한 암수 체결구조는 특별히 제한되지 않으며, 예를 들어, 돌출부와 홈, 고정용 핀과 홀 등을 들 수 있다.
하나의 바람직한 예에서, 상기 캐리어에는 고정용 핀이 형성되어 있고, 상기 고정용 핀에 대응하는 상기 시트부재들(a, b) 각각에는 고정용 홀이 천공되어 있을 수 있다.
따라서, 시트부재에 형성된 고정용 홀을 캐리어에 형성되어 있는 고정용 핀에 삽입하여 장착함으로써, 캐리어와 시트부재가 정위치에서 고정되므로, 전극조립체를 삽입하는 공정이나 열융착에 의한 실링 공정시 시트부재들간의 비틀어짐 등이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
또한, 이러한 핀-홀 형태의 체결구조를 형성하는 경우, 캐리어에 시트부재를 장착하는 공정시 캐리어와 시트부재를 일치시키기 위한 별도의 공정을 추가로 거칠 필요가 없으므로, 생산 효율을 크게 향상시킬 수 있다.
상기 캐리어에 형성된 고정용 핀은 공정 반복에 의해 누락되지 않도록 소정의 기계적 강도를 유지할 수 있는 두께를 가지고 캐리어와 일체형으로 형성되어 있을 수 있다. 또한, 상기 고정용 핀의 높이는 두 개의 시트부재들(a, b)에 각각 형성된 홀이 삽입될 수 있도록 적어도 시트부재의 두께의 2배 이상의 높이를 가지는 것일 수 있다. 예를 들어, 시트부재가 알루미늄 라미네이트 시트인 경우, 그것의 두께는 일반적으로 대략 115 ㎛ 정도이므로, 고정용 핀의 높이는 적어도 230 ㎛ 이상의 길이를 가져야 한다. 따라서, 상기 고정용 핀의 높이는 시트부재의 두께, 고정용 핀에 시트부재들을 장착하는 공정의 용이성 등을 고려할 때, 5 내지 10 mm인 것이 바람직하다.
상기 시트부재에 형성된 고정용 홀의 외경은 고정용 핀의 외경과 대략 동일하게 형성될 수도 있으나, 시트부재가 캐리어 상에 안정적으로 고정될 수 있는 범위에서 상기 고정용 핀에 용이하게 삽입될 수 있도록, 고정용 핀의 외경보다 약간 큰 내경을 가질 수도 있다.
하나의 바람직한 예에서, 상기 캐리어는 시트부재(a)가 탑재되는 제 1 부재와 시트부재(b)가 탑재되는 제 2 부재로 구성되어 있고, 상기 제 1 부재와 제 2 부재는 경첩식으로 연결되어 있는 구조일 수 있다. 이 때, 상기 제 1 부재 및 제 2 부재는 상호 대칭하는 형상으로 이루어질 수 있다. 또한, 바람직하게는 상기 캐리 어의 제 1 부재와 제 2 부재 각각에는 4 개의 모서리들 중 적어도 2 개의 모서리 인근에 고정용 핀이 형성되어 있고, 상기 고정용 핀에 대응하여 상기 시트부재들(a, b) 각각에는 고정용 홀이 천공되어 있을 수 있다.
따라서, 예를 들어, 상기 제 1 부재 및 제 2 부재의 캐리어에 각각 형성된 고정용 핀에 시트부재들(a, b)에 형성된 고정용 홀을 맞추어 삽입한 다음, 전극조립체를 장착하고, 제 1 캐리어 부재 및 제 2 캐리어 부재를 경첩 부위에서 폴딩(folding)하여 상부와 하부 시트부재들을 위치시킬 수 있다.
이 경우, 상기 제 1 부재 및 제 2 부재의 캐리어 상에 각각 형성된 상기 고정용 핀은 서로 대응하는 위치에 형성되어 있을 수 있다. 이에 따라, 제 1 부재 및 제 2 부재의 캐리어가 폴딩된 상태에서 대응하는 두 개의 고정용 핀이 대면하게 되므로, 상부에 위치하는 캐리어 부재에 장착된 시트부재가 고정용 핀을 따라 하부 캐리어 부재 상에 장착된 시트부재 상에 위치하게 되므로 상부 시트부재와 하부 시트부재가 정위치에 장착될 수 있다. 이 때, 상기 상부에 위치하는 캐리어 부재에 형성된 고정용 핀은 시트부재 하나의 두께와 대략 대응하는 높이를 가지는 것이어도 무방하다.
하나의 바람직한 예에서, 상기 캐리어 상에 시트부재들(a, b)을 탑재한 후, 상기 시트부재들(a, b)의 외주면을 가실링하고, 가실링 부위 중 일 면을 제외한 나머지 면을 절단하여 시트부재들 상호간을 고정한 다음 전극조립체를 장착하는 것일 수 있다.
구체적으로, 고정용 홀이 형성된 시트부재들을 고정용 핀이 형성된 캐리어에 먼저 탑재하여 가실링을 한 후, 가실링 된 외주면 중 3면을 절단하고, 가실링되어 있는 1면이 시트부재들을 고정하여, 전극조립체를 장착한다. 그런 다음, 시트부재들의 열융착이 수행되지 않은 부분, 즉 가실링한 후 절단된 3면을 열융착 실링하여 이차전지를 제조할 수 있다. 따라서, 이러한 가실링 공정을 추가로 수행하는 경우, 시트부재들 간의 비틀어짐 현상을 더욱 방지할 수 있다.
상기 "가실링"은 열융착에 의한 실링 공정을 수행하기 전에 예비적으로 수행하는 실링 과정으로서, 반드시 시트부재의 외주면 전부에 행할 필요는 없으며, 시트부재들 상호간을 결합할 수 있을 정도로만 행하면 족하다. 상기 가실링은 접착제 또는 접착 테이프 등을 이용하거나 열융착 방법 등의 다양한 방법으로 수행할 수 있다.
상기 시트부재들의 외주면 중 3면은 가실링 후 절단되므로, 상기 시트부재의 면적은 가실링을 수행하지 않는 경우보다 다소 넓은 면적을 갖는 것을 사용할 수 있고, 적어도 절단되는 외주면의 넓이만큼 확장된 면적을 가지는 것일 수 있다. 또한, 가실링 부위를 절단한 후에도 시트부재들이 정위치에 장착될 수 있도록, 상기 고정용 홀은 상기 가실링 부위의 내측 모서리부에 위치하도록 형성할 수 있다.
한편, 상기 시트부재에는 만입된 형상의 수납부가 형성되어 있고, 상기 캐리어 상에는 수납부의 형상에 대응하는 만입부가 각인되어 있으므로, 캐리어 상에 시트부재를 장착하는 과정에서 이들의 대면 부위에 공기 등이 포집될 수 있는 바, 그로 인해 시트부재와 캐리어의 밀착력이 저하될 수 있다. 또한, 캐리어와 시트부재 사이에 공기가 포집됨으로써 이격 공간이 형성될 수 있고, 그로 인해 시트부재가 변형 내지 이동함으로써 비틀어짐 현상이 발생할 수 있다.
따라서, 이러한 문제점을 방지하기 위하여, 하나의 바람직한 예에서, 상기 시트부재(a)의 수납부에 전극조립체를 장착하기 전 및/또는 후에 진공 흡입 공정을 수행하여 상기 시트부재들(a, b)과 캐리어를 밀착시키는 과정을 더 포함할 수 있다. 그 결과, 상기 진공 흡입 공정에 의해 캐리어와 시트부재 사이에 포집된 공기 등이 효과적으로 제거됨으로써 시트부재와 캐리어의 밀착력을 더욱 향상시킬 수 있다.
상기 진공 흡입 공정은 시트부재를 캐리어에 장착하고 난 후, 전극조립체를 장착하기 전이나, 또는 전극조립체의 장착 전과 후에 수행될 수 있다. 즉, 전극조립체를 장착하기 전에만 수행할 수도 있으나, 캐리어와 시트부재의 밀착을 계속 유지하면서 공정을 수행할 수 있도록, 전극조립체를 장착하고 난 후 열융착에 의해 전지를 밀봉하기 전까지 계속적으로 수행할 수도 있다.
시트부재와 캐리어 상면 사이에 포집되어 있는 공기를 제거하기 위해서는, 캐리어의 하면에 흡입 장치가 위치하는 것이 효과적이므로, 바람직하게는 상기 캐리어 상에는 캐리어를 관통하는 적어도 하나 이상의 흡입구가 천공되어 있어서, 이를 통해 흡입 공정이 수행될 수 있다.
상기 흡입구는 복수 개가 형성되어 있을 수 있으며, 이러한 복수 개의 흡입구는 캐리어와 시트부재의 밀착력을 최대화하기 위해 소정의 간격으로 균일하게 형성되어 있는 구조일 수 있다. 또한, 상기 흡입구가 시트부재 외주면의 열융착 부위에 대응하여 형성되어 있는 경우, 상기 흡입구를 통해 시트부재들 상호간의 열융 착 공정을 수행할 수 있고, 이 경우 흡입구의 크기는 열융착을 위한 열 공급 장치와 대략 동일한 크기로 형성되어 있을 수 있다.
상기 시트부재들(a, b)에는, 전지의 최초 활성화 과정에서 발생한 가스가 포집될 수 있도록, 상기 열융착 부위와 전극조립체 수납부 사이에, 열융착이 행해지지 않는 미실링 잉여부가 형성되어 있는 형상일 수 있다. 즉, 상기 미실링 잉여부를 포함하는 시트부재의 폭은 실링부만을 포함하는 다른 변의 폭보다 크게 형성된다.
상기 최초 활성화(formation) 과정은 충방전을 행하여 전지를 활성화하는 공정으로서, 이 과정에서 충전시 양극으로 사용되는 리튬 금속 산화물로부터 나온 리튬 이온이 음극으로 사용되는 카본 전극으로 이동하여 삽입되고, 이 때 반응성이 강한 리튬과 카본 음극이 반응하여 형성된 Li2CO3, LiO, LiOH 등의 화합물이 음극 표면에 고체 전해질 계면(solid electrolyte interface: SEI) 피막이 형성된다. 그러나, 이러한 SEI 막을 형성하는 과정에서 다량의 가스가 발생하게 되는 바 이를 제거할 필요가 있다.
따라서, 미실링 부위의 외주면 단부 부위(단부 실링부)만을 실링함으로써, 미실링 잉여부에 의해 전지케이스 내부에 소정 크기의 가스 포켓부가 형성되므로 SEI 막을 형성하는 과정에서 발생한 가스가 상기 가스 포켓부에 포집된다. 따라서, 상기 단부 실링부를 절취하여 활성화 과정에서 발생한 가스를 제거하고, 여부의 전해액을 제거하거나 또는 부족한 전해액을 보충할 수 있다.
상기 시트부재는 바람직하게는 수지층과 금속층을 포함하는 것으로 구성된 라미네이트 시트일 수 있다. 이러한 라미네이트 시트를 사용하는 전지의 대표적인 예로는, 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치형 전지를 들 수 있다.
상기 전극조립체 수납부는 수십 내지 수백 ㎛ 두께의 라미네이트 시트를 다이와 펀치를 사용하여 딥-드로잉 공정에 유사한 방식으로 부분 압축함으로써 형성할 수 있다.
이러한 전극조립체 수납부는 시트부재들 중 어느 하나에만 형성되어 있을 수도 있고, 시트부재들 모두에 형성될 수도 있다. 다만, 상기와 같이 얇은 두께의 시트에 깊이가 깊은 수납부를 형성하고자 하는 경우 압축하는 과정에서 파열 등이 유발될 수 있으므로, 소정의 기계적 강도를 발휘할 수 있도록, 바람직하게는 시트부재의 양측에 형성되어 있는 것일 수 있다.
본 발명은 또한, 전극조립체 수납부가 형성되어 있는 시트부재에 대응하는 형상이 각인되어 있고, 전체적으로 육면체 구조로 이루어져 있으며, 상면의 4 개의 모서리들 중 적어도 2 개의 모서리 인근에는 고정용 핀이 형성되어 있는 것으로 구성된 이차전지 제조용 캐리어를 제공한다.
이러한 캐리어를 사용하여 이차전지를 제조하는 경우, 앞서 전지의 제조방법과 관련하여 설명한 바와 같이, 상기 고정용 핀에 의해 시트부재를 정위치에 장착할 수 있으므로, 전지 제조 공정시 발생할 수 있는 시트부재의 미세한 비틀어짐 등을 근본적으로 방지할 수 있다.
하나의 바람직한 예에서, 상기 캐리어는 시트부재(a)에 대응하는 형상이 각 인되어 있는 제 1 부재와 시트부재(b)에 대응하는 형상이 각인되어 있는 제 2 부재를 포함하고 있고, 상기 제 1 부재 및 제 2 부재는 경첩식 구조로 상호 연결되어 있는 구조일 수 있다.
따라서, 상기 경첩식 구조로 인해, 상부 시트부재도 정위치에서 장착할 수 있고 소정의 가압을 통해 시트부재들 간의 밀착력을 향상시킬 수 있다.
경우에 따라서는, 상기 캐리어에 적어도 하나 이상의 흡입구가 천공되어 있을 수 있는 바, 이 경우, 앞서 설명한 바와 같이, 상기 흡입구를 통해 진공 흡입 공정을 수행함으로써, 캐리어와 시트부재를 강하게 밀착시킬 수 있다.
본 발명은 또한, 상기 제조방법으로 제조된 파우치형 이차전지를 제공하는 바, 바람직하게는 리튬 이차전지이다.
상기 리튬 이차전지는 일반적으로 리튬 함유 전이금속 산화물을 포함하고 있는 양극 활물질, 카본계 물질을 포함하고 있는 음극 활물질, 다공성 분리막 및 리튬염, 전해액 화합물 및 상기 화합물을 함유하고 있는 전해액을 포함하는 것으로 구성되어 있다. 상기 리튬이온 폴리머 전지의 구성 요소는 당업계에 널리 공지되어 있으므로, 본 명세서에서 그에 대한 상세한 설명은 생략한다.
본 발명은 또한, 상기 파우치형 이차전지를 단위전지로서 포함하는 고출력 대용량의 중대형 전지모듈을 제공하는 바, 이러한 중대형 전지모듈은 전기자동차(EV), 하이브리드 전기자동차(HEV) 등의 동력원으로서 주로 사용되므로 가능하면 작은 크기와 중량으로 제조되어야 한다.
따라서, 높은 집적도로 충적될 수 있고 용량 대비 중량이 작은 상기 파우치 형 이차전지가 고출력 대용량의 중대형 전지모듈의 단위전지로서 사용되는 것이 바람직하다.
중대형 전지모듈의 일반적인 구조와 그것의 제조방법은 당업계에 공지되어 있으므로, 그에 대한 자세한 설명은 본 명세서에서 생략한다.
이하에서는, 본 발명의 실시예에 따른 도면을 참조하여 설명하지만, 이는 본 발명의 더욱 용이한 이해를 위한 것으로, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.
도 3 및 도 4에는 각각 본 발명의 하나의 실시예에 따라 캐리어 상에 시트부재가 탑재된 상태의 평면도 및 측면도가 모식적으로 도시되어 있다.
이들 도면을 참조하면, 캐리어(200)에는 전극조립체 수납부(130)의 형상에 대응하는 형상이 각인되어 있고, 4개의 모서리들 인근에는 고정용 핀(210)이 돌출되어 있다. 시트부재 a 및 b(110, 120)에는 각각 전극조립체 수납부(130) 및 미실링 잉여부(140)가 형성되어 있고, 캐리어(200)의 고정용 핀(210)에 대응하는 위치에 고정용 홀(111)이 천공되어 있다.
시트부재 a(110)에 형성된 고정용 홀(111)을 캐리어(200)의 고정용 핀(210)에 삽입하여 시트부재 a(110)를 장착하고, 전극조립체(도시하지 않음)를 전극조립체 수납부(130)에 장착한 다음, 시트부재 b(120)를 고정용 핀(210)에 삽입하여 고정시킬 수 있다. 따라서, 고정용 핀(210)과 고정용 홀(111)에 의해 시트부재들(110, 120)이 캐리어(200)에 고정되므로 정위치에서 열융착 공정을 수행함으로 써, 시트부재들(110, 120)의 비대칭성 형태의 외관에 따른 절연파괴 불량을 크게 감소시킬 수 있다.
도 5 및 도 6에는 각각 본 발명의 또 다른 하나의 실시예에 따라 경첩식 연결부가 형성된 캐리어 상에 시트부재가 탑재된 상태의 평면도 및 측면도가 모식적으로 도시되어 있다.
이들 도면을 참조하면, 캐리어는 제 1 부재(201)와 제 2 부재(202)로 구성되어 있고, 이들은 경첩식 연결부(220)에 의해 상호 연결되어 있다. 또한, 제 1 부재(201)와 제 2 부재(202)에는 각각 전극조립체 수납부(130)의 형상에 대응하는 형상이 각인되어 있고, 4 개의 모서리들 인근에는 고정용 핀(210)이 돌출되어 있다. 시트부재 a 및 b(110, 120)에는 각각 전극조립체 수납부(130) 및 미실링 잉여부(140)가 형성되어 있고, 캐리어(200)의 고정용 핀(210)에 대응하는 위치에 고정용 홀(111)이 천공되어 있다.
고정용 핀(210)에 고정용 홀(111, 121)을 맞추어 삽입함으로써, 제 1 부재(201)에 시트부재 a(110)을 장착하고, 제 2 부재(202)에 시트부재 b(120)을 장착한 다음, 시트부재 a(110)의 전극조립체 수납부(130)에 전극조립체를 장착하고, 시트부재 b(120)가 시트부재 a(110)의 상부에 위치하도록 경첩 부위에서 폴딩할 수 있다.
따라서, 캐리어(200) 및 시트부재들(110, 120)에는 고정용 핀(210)과 고정용 홀(111, 121)이 각각 형성되어 있으므로 정위치에 안정적으로 고정되므로, 열융착 공정 수행시 시트부재들(110, 120)의 비대칭성 형태의 외관에 따른 절연파괴 불량 을 크게 감소시킬 수 있다.
본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주내에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 이차전지의 제조방법은 시트부재들과 캐리어에 서로 대응하는 암수 체결구조를 형성하여 시트부재들 상호간의 접촉 부위를 정위치시킨 상태에서 열융착을 수행함으로써, 시트부재의 비대칭성 형태의 외관에 따른 절연파괴 불량을 크게 감소시킬 수 있는 바, 전지의 생산수율 및 공정의 효율이 크게 향상될 수 있으며, 고효율/고성능 전지 및 수명이 향상된 전지를 제조할 수 있는 효과가 있다.

Claims (19)

  1. 양극/분리막/음극 구조의 전극조립체를 내장한 상태에서 두 개의 독립된 시트부재들(a, b)을 상호 열융착시켜 이차전지를 제조하는 방법으로서, 시트부재에 대응하는 형상이 각인되어 있는 캐리어 상에 시트부재(a)를 탑재하고, 시트부재(a)의 수납부에 전극조립체를 장착하며, 시트부재(b)를 시트부재(a) 상에 위치시킨 후, 수납부 외주면의 접촉 부위를 상호 열융착시키는 과정을 포함하며, 시트부재들(a, b)과 캐리어의 4 개의 모서리들 중 적어도 2 개의 모서리 인근에는 고정용 핀이 형성되어 있고, 상기 고정용 핀에 대응하여 상기 시트부재들(a, b) 각각에는 고정용 홀이 천공되어 있어서, 시트부재들(a, b) 상호간의 접촉 부위를 정위치시킨 상태에서 열융착을 수행하는 것을 특징으로 하는 제조방법.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 고정용 핀과 홀은 4 개의 모서리들 인근에 각각 형성 및 천공되어 있는 것을 특징으로 하는 제조방법.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 캐리어는 시트부재(a)가 탑재되는 제 1 부재와 시트부재(b)가 탑재되는 제 2 부재로 구성되어 있고, 상기 제 1 부재와 제 2 부재는 경 첩식으로 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 제조방법.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 캐리어의 제 1 부재와 제 2 부재 각각에는 4 개의 모서리들 중 적어도 2 개의 모서리 인근에 고정용 핀이 형성되어 있고, 상기 고정용 핀에 대응하여 상기 시트부재들(a, b) 각각에는 고정용 홀이 천공되어 있는 것을 특징으로 하는 제조방법.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 고정용 핀은 5 내지 10 mm의 높이로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 제조방법.
  7. 제 1 항에 있어서, 캐리어 상에 시트부재들(a, b)을 탑재한 후, 상기 시트부재들(a, b)의 외주면을 가실링하고, 가실링 부위 중 일 면을 제외한 나머지 면을 절단하여 시트부재들 상호간을 고정한 다음, 전극조립체를 장착하는 것을 특징으로 하는 제조방법.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 시트부재(a)의 수납부에 (i) 전극조립체를 장착하기 전, 또는 (ii) 전극조립체를 장착한 후, 또는 (iii) 전극조립체를 장착하기 전 및 전극조립체를 장착한 후에 진공 흡입 공정을 수행하여 상기 시트부재들(a, b)과 캐리어를 밀착시키는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 제조방법.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 캐리어에는 적어도 하나 이상의 흡입구가 천공되어 있어서, 상기 흡입구를 통해 진공 흡입 공정을 수행하는 것을 특징으로 하는 제조방법.
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 시트부재들(a, b)에는 전지의 최초 활성화 과정에서 발생한 가스가 포집될 수 있도록, 상기 열융착 부위와 전극조립체 수납부 사이에, 열융착이 행해지지 않는 잉여부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 제조방법.
  11. 제 1 항에 있어서, 상기 시트부재는 수지층과 금속층을 포함하는 라미네이트 시트인 것을 특징으로 하는 제조방법.
  12. 제 1 항에 있어서, 상기 전극조립체 수납부는 시트부재(a), 또는 시트부재(b), 또는 시트부재(a) 및 시트부재(b)에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 제조방법.
  13. 전극조립체 수납부가 형성되어 있는 시트부재에 대응하는 형상이 각인되어 있고, 전체적으로 육면체 구조로 이루어져 있으며, 상면의 4 개의 모서리들 중 적어도 2 개의 모서리 인근에는 고정용 핀이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 이차전지 제조용 캐리어.
  14. 제 12 항에 있어서, 상기 캐리어는 시트부재(a)에 대응하는 형상이 각인되어 있는 제 1 부재와 시트부재(b)에 대응하는 형상이 각인되어 있는 제 2 부재를 포함 하고 있고, 상기 제 1 부재 및 제 2 부재는 경첩식 구조로 상호 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 이차전지 제조용 캐리어.
  15. 제 13 항 또는 제 14 항에 있어서, 적어도 하나 이상의 흡입구가 천공되어 있는 것을 특징으로 하는 이차전지 제조용 캐리어.
  16. 삭제
  17. 삭제
  18. 삭제
  19. 양극/분리막/음극 구조의 전극조립체를 내장한 상태에서 두 개의 독립된 시트부재들(a, b)을 상호 열융착시켜 이차전지를 제조하는 방법으로서, 시트부재에 대응하는 형상이 각인되어 있는 캐리어 상에 시트부재(a)를 탑재하고, 시트부재(a)의 수납부에 전극조립체를 장착하며, 시트부재(b)를 시트부재(a) 상에 위치시킨 후, 수납부 외주면의 접촉 부위를 상호 열융착시키는 과정을 포함하며, 시트부재들(a, b)과 캐리어에는 서로 대응하는 암수 체결구조가 형성되어 있어서, 시트부재들(a, b) 상호간의 접촉 부위를 정위치시킨 상태에서 열융착을 수행하며, 상기 캐리어는 시트부재(a)가 탑재되는 제 1 부재와 시트부재(b)가 탑재되는 제 2 부재로 구성되어 있고, 상기 제 1 부재와 제 2 부재는 경첩식으로 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 제조방법.
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