KR101296949B1 - 파우치형 이차 전지 및 그 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 한 실시예는 후막화가 가능하고, 외형 설계가 유연한 파우치형 이차 전지 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
이를 위해 본 발명의 한 실시예는 제 1 파우치 시트와 제 2 파우치 시트 사이에, 제 1 전극 탭이 부착된 제 1 전극판, 제 2 전극 탭이 부착된 제 2 전극판 및 제 1 전극판 및 제 2 전극판 사이에 위치하는 세퍼레이터를 구비하는 전극 조립체를 위치시키는 전극 조립체 안착 단계; 제 1 파우치 시트와 제 2 파우치 시트의 외측부를, 내측에 전극 조립체가 수용되며, 제 1 전극 탭 및 제 2 전극 탭이 외측으로 노출되고, 내측에서 외측으로 통하는 전해액 주입구가 형성되도록 실링하는 1차 실링 단계; 전해액 주입구를 통하여 제 1 파우치 시트와 제 2 파우치 시트의 내측으로 전해액을 주입하는 전해액 주입 단계; 및 전해액 주입구를 실링하여 제 1 파우치 시트와 제 2 파우치 시트를 내부에 전극 조립체가 수용된 채로 밀봉하는 2차 실링 단계를 포함하는 파우치형 이차 전지의 제조 방법을 개시한다.

Description

파우치형 이차 전지 및 그 제조 방법{POUCH TYPE SECONDARY BATTERY AND THE FABRICATION METHOD THEREOF}
본 발명의 한 실시예는 파우치형 이차 전지 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
통상적으로 충방전이 가능한 이차 전지는 셀룰라폰, 노트북 컴퓨터, 캠코더, 전기 오토바이 및 전기 자동차 등의 개발로 활발한 연구가 진행중이다.
이차 전지는 여러 가지 형상으로 제조되고 있는데, 대표적인 형상으로, 파우치형, 원통형, 각형 등의 형상이 있다. 이 중, 파우치형 이차 전지는 금속 포일과 이 포일을 덮는 적어도 하나의 폴리머 막으로 구성된 다층막 파우치로 전극 조립체를 내부에 수용하게 된다. 다층막 파우치를 사용할 경우에는 금속 캔을 사용할 때보다 전지의 무게를 현저히 줄일 수 있다. 구체적으로, 전극 조립체는 펀치(punch)와 다이(die)를 이용한 포밍 공정에 의하여 형성된 파우치의 수용 공간에 위치된다. 그런데, 파우치에 형성되는 수용 공간은 깊이가 깊어질수록 파우치의 외형 설계가 어려워져, 두께가 두꺼운 전극 조립체를 수용하는데 문제가 있었다. 그리고, 포밍 공정을 포함한 파우치형 이차 전지의 제조 방법은 파우치형 이차 전지의 외형을 설계하는데도 유연성이 떨어지는 문제가 있었다.
본 발명의 한 실시예는 후막화가 가능하고, 외형 설계가 유연한 파우치형 이차 전지 및 그 제조 방법을 제공한다.
본 발명의 한 실시예는 제1파우치 시트 및 제2파우치 시트 사이에 전극 조립체를 위치시키는 단계; 상기 제1,2파우치 시트의 적어도 한 측부 상에서 상기 제1,2파우치 시트의 외곽 영역을 초기 실링하는 단계; 및 상기 제1,2파우치 시트중 적어도 한 측부 상에서 제1,2파우치 시트의 외곽 영역을 추가 실링하는 단계를 포함한다.
상기 추가 실링은 초기 실링된 상기 측부중 적어도 하나의 외곽 영역을 다시 실링하되, 초기 실링되지 않은 상기 측부중 상기 전극 조립체에 더 가까운 적어도 하나의 추가적인 외곽 영역을 실링하여 이루어진다.
상기 외곽 영역의 초기 실링은 상기 제1,2파우치 시트의 제1,2,3측부 상에서 상기 제1,2파우치 시트의 외곽 영역을 제1실링하고, 상기 제1,2파우치 시트의 제4측부 상에서 상기 제1,2파우치 시트의 외곽 영역을 제2실링하여 이루어진다. 상기 제4측부 상에서 제1,2파우치 시트의 외곽 영역을 제2실링하기 전에, 상기 제1,2파우치 시트의 상기 제4측부를 통하여 전해액을 주입하는 단계를 더 포함한다. 상기 전극 조립체는 상기 제1측부로부터 연장하는 제1전극탭을 갖는 제1전극판; 상기 제1측부로부터 연장하는 제2전극탭을 갖는 제2전극판; 및 상기 제1전극판 및 상기 제2전극판 사이에 개재된 세퍼레이터를 포함하여 이루어진다. 상기 제4측부는 상기 제1측부로부터 연장하는 제1,2전극탭과 반대쪽이다.
상기 외곽 영역의 초기 실링은 상기 제1,2파우치 시트 사이에 전극 조립체와 함께 공간을 감싼다. 상기 외곽 영역의 추가 실링은 상기 공간을 제거한다. 상기 이차 전지는 상기 외곽 영역의 추가 실링후 원형 또는 각진 단면을 갖는다.
상기 초기 실링은 상기 제1,2파우치 시트의 적어도 세측부 상에서 상기 제1,2파우치 시트의 상기 외곽 영역을 압축하고 열 융착하여 이루어진다.
상기 초기 실링 및 상기 추가 실링은 상기 제1,2파우치 시트의 상기 외곽 영역 상에 다수의 대응 실링 마크가 형성되도록 다수의 돌기를 갖는 상부 및 하부 금형 지그를 이용하여 제1,2파우치 시트의 상기 외곽 영역을 압축하여 이루어진다.
상기 추가 실링은 제1,2파우치 시트의 상기 외곽 영역의 적어도 한 부분에 형태를 형성하기 위해 금형을 이용한다.
상기 제1,2파우치 시트의 제4측부의 외곽 영역을 초기 실링 및 추가 실링함을 더 포함한다.
상기 이차 전지는 두께가 10mm 내지 1000mm이다.
본 발명의 한 실시예는 제1파우치 시트 및 제2파우치 시트의 사이에 위치된 전극 조립체; 상기 제1,2파우치 시트의 외곽 영역은 상기 제1,2파우치 시트의 적어도 한 측부 상에서 함께 실링되고; 및 상기 외곽 영역은 실링 마크 사이에 제1피치 차이를 갖는 다수의 제1실링 마크와, 실링 마크 사이에 제2피치 차이를 갖는 다수의 제2실링 마크를 갖는다.
상기 다수의 제2실링 마크는 상기 전극 조립체에 상대적으로 더 가깝고, 상기 제2피치 차이가 상기 제1피치 차이보다 크다.
상기 실링 마크는 요홈, 돌기, 라인 또는 십자 형태이다.
상기 다수의 제1실링 마크는 상기 제1,2파우치 시트의 네측면에 형성되고, 상기 다수의 제2실링 마크는 상기 제1,2파우치 시트의 네측면중 적어도 한 측면에 형성되며, 상기 전극 조립체로부터 전극 탭이 연장되는 상기 제1,2파우치 시트의 네측면중 한측면은 상기 다수의 제1실링 마크만을 갖는다.
본 발명의 한 실시예는 제1파우치 시트 및 제2파우치 시트 사이에 전극 조립체를 위치시키는 단계; 상기 제1,2파우치 시트의 제1, 제2 및 제3측부 중에서 적어도 한 측부 상에 제1,2파우치 시트의 외곽 영역을 제1실링하는 단계; 상기 제1,2파우치 시트의 제4측부 상에서 제1,2파우치 시트의 실링되지 않은 외곽 영역을 통하여 전해액을 주입하는 단계; 상기 2파우치 시트의 상기 제4측부 상에서 제1,2파우치 시트의 외곽 영역을 제2실링하는 단계; 및 상기 제1,2파우치 시트의 적어도 한 측부 상에서 제1,2파우치 시트의 외곽 영역을 추가 실링하는 단계를 포함한다. 제1실링은 상기 제1,2파우치 시트의 제1, 제2 및 3측부 상에서 제1,2파우치 시트의 외곽 영역을 실링하여 이루어진다.
상기와 같이 하여, 본 발명의 한 실시예에 따른 파우치형 이차 전지의 제조 방법은 전극 조립체의 두께에 상관없이 파우치형 이차 전지를 제조할 수 있다. 그리고, 본 발명의 한 실시예에 따른 파우치형 이차 전지의 제조 방법은 추가 실링을 통하여, 파우치형 이차 전지의 외형 완성이 가능하다. 그래서, 본 발명의 한 실시예에 따른 파우치형 이차 전지 및 그의 제조 방법은 전극 조립체가 두꺼운 경우에도 그 제조가 수월하여, 파우치형 이차 전지의 후막화가 가능하다. 또한, 본 발명의 한 실시예에 따른 파우치형 이차 전지 및 그의 제조 방법은 파우치형 이차 전지의 외형 설계를 유연하게 할 수 있다.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 파우치형 이차 전지의 제조 방법을 설명하기 위한 플로우챠트이다.
도 2a 내지 도 2f는 본 발명의 한 실시예에 따른 파우치형 이차 전지의 제조 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 한 실시예에 따른 파우치형 이차 전지의 제조 방법중 1차 실링 단계를 도시한 것이고, 도 3c는 도 3b의 3c에 대한 부분 확대도이다.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 한 실시예에 따른 파우치형 이차 전지의 제조 방법중 추가 실링 단계를 도시한 것이고, 도 4c는 도 4b의 4c에 대한 부분 확대도이다.
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 한 실시예에 따른 파우치형 이차 전지의 제조 방법중 커팅 단계 및 절곡 단계를 도시한 것이다.
도 6은 본 발명의 한 실시예에 따른 파우치형 이차 전지의 횡단면도이다.
도 7a 내지 도 7c는 본 발명의 한 실시예에 따른 파우치형 이차 전지의 제조 방법중 제 1,2 파우치 시트의 제 4 측부에 대한 1차 실링 단계, 추가 실링 단계 및 절곡 단계를 도시한 것이다.
본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있을 정도로 본 발명의 바람직한 실시예를 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 파우치형 이차 전지의 제조 방법을 설명하기 위한 플로우챠트이다. 도 2a 내지 도 2f는 본 발명의 한 실시예에 따른 파우치형 이차 전지의 제조 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 한 실시예에 따른 파우치형 이차 전지의 제조 방법은 전극 조립체 안착 단계(S10), 1차 실링 단계(S20), 전해액 주입 단계(S30) 및 2차 실링 단계(S40)를 포함한다. 또한, 본 발명의 한 실시예에 따른 파우치형 이차 전지의 제조 방법은 추가 실링 단계(S50), 커팅 단계(S60) 및 절곡 단계(S70)를 더 포함할 수 있다. 이하에서는 도 1의 각 단계들을 도 2a 내지 도 2g를 참조하여 상세히 설명하도록 한다.
도 1 및 도 2a를 참조하면, 상기 전극 조립체 안착 단계(S10)에서는 전극 조립체(110)를 제 1 파우치 시트(120)와 제 2 파우치 시트(130) 사이에 위치시킨다.
상기 전극 조립체(110)는 제 1 전극판(111), 제 2 전극판(112), 세퍼레이터(113), 제 1 전극 탭(114) 및 제 2 전극 탭(115)을 포함하여 형성된다.
상기 제 1 전극판(111)은 양극 활물질 및 음극 활물질 중 어느 하나 예를 들면, 양극 활물질이 코팅되어 있을 수 있다.
상기 제 2 전극판(112)은 음극 활물질 및 양극 활물질 중 다른 하나 예를 들면, 음극 활물질이 코팅되어 있을 수 있다.
상기 세퍼레이터(113)는 상기 제 1 전극판(111) 및 상기 제 2 전극판(112)의 사이에 위치하여, 상기 제 1 전극판(111) 및 상기 제 2 전극판(112)의 단락(Short)을 방지한다.
상기 제 1 전극 탭(114)은 제 1 전극판(111)에서 연장되어 일정 길이 돌출되어 형성될 수 있다. 그리고, 제 1 전극 탭(114)은 알루미늄(Al) 재질로 이루어질 수 있다. 다만, 여기서 그 재질을 한정하는 것은 아니다.
상기 제 2 전극 탭(115)은 제 2 전극판(112)에서 연장되어 일정 길이 돌출되어 형성될 수 있다. 그리고, 그리고, 제 2 전극 탭(115)은 니켈(Ni)로 이루어질 수 있다. 다만, 여기서 그 재질을 한정하는 것은 아니다.
상기 전극 조립체(110)는 그 수직 높이(H)가 대략 10 mm 내지 1000 mm로 두께가 두꺼운 경우에도 본 발명의 한 실시예에 따른 파우치형 이차 전지의 제조 방법에 적용 가능하다. 특히, 본 발명의 한 실시예에 따른 파우치형 이차 전지의 제조 방법은 포밍 공정 없이 후술하는 추가 실링 단계(S50)에 의하여 파우치형 이차 전지의 외형을 완성할 수 있다. 따라서, 전극 조립체(110)가 두꺼운 경우에도 파우치형 이차 전지의 제조가 용이하다.
상기 제 1 파우치 시트(120)는 기본층(120a), 기본층(120a)의 일면에 형성되는 열융착층(120b), 기본층(120a)의 타면에 형성되는 절연층(120c)을 포함하여 형성된다. 기본층(120a)은 알루미늄과 같은 금속 재질로 형성될 수 있다. 열융착층(120b)은 폴리머 수지인 폴리프로필렌 및 폴리에틸렌 중 어느 하나로 이루어질 수 있다. 절연층(120c)은 나일론 및 폴리에틸렌테레프탈레이트 중 어느 하나로 이루어질 수 있다. 다만, 여기서 제 1 파우치 시트(120)의 구조 및 재질을 한정하는 것은 아니다.
상기 제 2 파우치 시트(130)는 기본층(130a), 기본층(130a)의 일면에 형성되는 열융착층(130b), 기본층(130a)의 타면에 형성되는 절연층(130c)을 포함하여 형성된다. 기본층(130a)은 알루미늄과 같은 금속 재질로 형성될 수 있다. 열융착층(130b)은 폴리머 수지인 폴리프로필렌 및 폴리에틸렌 중 어느 하나로 이루어질 수 있다. 절연층(130c)은 나일론 및 폴리에틸렌테레프탈레이트 중 어느 하나로 이루어질 수 있다. 다만, 여기서 제 2 파우치 시트(130)의 구조 및 재질을 한정하는 것은 아니다.
도 1 및 도 2b를 참조하면, 상기 1차 실링 단계(S20)에서는 서로 마주보는 제 1 파우치 시트(120)와 제 2 파우치 시트(130)의 사이에 상기 전극 조립체(110)가 수용되도록 제 1 파우치 시트(120)와 제 2 파우치 시트(130)의 외측부를 실링한다. 이 때, 실링은 제1금형 지그 및 제2금형 지그에 의한 열융착 공정을 통해 이루어질 수 있다. 그리고, 전극 조립체(110)의 제 1 전극 탭(114) 및 제 2 전극 탭(115)이 외측으로 노출되도록 제 1 파우치 시트(120)와 제 2 파우치 시트(130)를 실링할 수 있다. 또한, 제 1 파우치 시트(120)와 제 2 파우치 시트(130)를 실링할 때, 일측을 실링하지 않음으로써 전해액 주입구를 형성할 수 있다.
예를 들면, 내부에 수용된 전극 조립체(110)의 일측변의 제 1 파우치 시트(120)의 제 1 측부(121)와 제 2 파우치 시트(130)의 제 1 측부(131)가 실링될 수 있다. 그리고, 내부에 수용된 전극 조립체의 타측변의 제 1 파우치 시트(120)의 제 2 측부(122)와 제 2 파우치 시트(130)의 제 2 측부(132)가 실링될 수 있다. 또한, 제 1 전극 탭(114)과 제 2 전극 탭(115)이 외측으로 노출된 제 1 파우치 시트(120)와 제 2 파우치 시트(130)의 제 3 측부(123, 133)가 실링될 수 있다. 또한, 제 1 파우치 시트(120) 및 제 2 파우치 시트(130)의 제 4 측부(124,134)는 실링되지 않아, 전해액 주입구의 역할을 할 수 있다.
한편, 상기 1차 실링 단계(S20)에 의하여, 제 1 파우치 시트(120)와 제 2 파우치 시트(120)가 실링된 부분을 제 1 실링부(130a,130b,130c)로 정의한다. 그리고, 전극 조립체(100)의 양측의 실링된 부분의 폭은 각각 W1, W2로 정의한다.
도 1 및 도 2c를 참조하면, 상기 전해액 주입 단계(S30)에서는 제 1차 실링 단계(S20)에서 실링되지 않은 전해액 주입구를 통하여 전해액(10)을 주입한다. 바람직하게는, 제 1 파우치 시트(120) 및 제 2 파우치 시트(130)의 제 4 측부(124,134)는 1차 실링 단계(S20)에서 실링되지 않아 개방공간, 즉 전해액 주입구로써 전해액을 주입하는 통로의 역할을 할 수 있다.
도 1 및 도 2d를 참조하면, 상기 2차 실링 단계(S40)에서는 전해액 주입구를 실링한다. 이를 통해, 전극 조립체(110)는 제 1 파우치 시트(120)와 제 2 파우치 시트(130)의 내부에 수용된 채로 밀봉되게 된다. 여기서, 상기와 같이 실링된 전해액 주입구는 제 2 실링부(130d)로 정의한다.
한편, 상기 제 1,2 파우치 시트(120,130)의 제 1 측부(121,131)가 전해액 주입구로 이용될 수도 있다. 물론, 이때 제 1,2 파우치 시트(120,130)의 제 2 측부(122,132), 제 3 측부(123, 133) 및 제 4 측부(124,134)가 1차로 실링되고, 전해액 주액후 상기 제 1 측부(121,131)가 2차로 실링된다.
더불어, 상기 제 1,2 파우치 시트(120,130)의 제 2 측부(122,132)가 전해액 주입구로 이용될 수도 있다. 물론, 이때 제 1,2 파우치 시트(120,130)의 제 1 측부(121,131), 제 3 측부(123, 133) 및 제 4 측부(124,134)가 1차로 실링되고, 전해액 주액후 상기 제 2 측부(122,132)가 2차로 실링된다.
경우에 따라서, 상기 제 1,2 파우치 시트(120,130)의 제 3 측부(123, 133)가 전해액 주입구로 이용될 수도 있다. 물론, 이때 제 1,2 파우치 시트(120,130)의 제 1 측부(121,131), 제 2 측부(122,132) 및 제 4 측부(124,134)가 1차로 실링되고, 전해액 주액후 상기 제 3 측부(123, 133)가 2차로 실링된다.
도 1 및 도 2e를 참조하면, 상기 추가 실링 단계(S50)에서는 파우치형 이차 전지의 최종 형상을 완성하기 위하여, 2차 실링 단계(S40) 이후에 제 1 파우치 시트(120)와 제 2 파우치 시트(130)의 외측부 일부분을 추가적으로 실링한다. 즉, 추가 실링 단계(S50)에서는 파우치형 이차 전지의 최종 형상이 제1금형 지그 및 제2금형 지그에 의해 완성된다. 바람직하게, 추가 실링부(131a, 132a)는 제 1 파우치 시트(120)의 제 1 측변부(121)와 제 2 파우치 시트(130)의 제 1 측변부(131)에 형성될 수 있다. 또한, 추가 실링부(131a, 132a)는 제 1 파우치 시트(120)의 제 2 측변부(122)와 제 2 파우치 시트(130)의 제 2 측변부(132)에 형성될 수 있다. 또한, 추가 실링에 의하여, 제 1 측변부(121, 131)와 제 2 측변부(122, 132)에 실링된 부분의 폭(W3, W4)은 1차 실링 단계(S20)에서 제 1 측변부(121, 131)와 제 2 측변부(122, 132)에 실링되었던 폭(W1, W2)보다 크게 형성될 수 있다. 추가 실링에 의한 폭(W3, W4)을 상대적으로 크게 하면서 금형 성형을 함께 하여, 파우치형 이차 전지의 외형을 완성한다. 여기서, 상기 추가 실링은 상기 1차 실링된 영역을 포함하여 더 넓게 형성되나, 본 발명의 용이한 이해를 위해 새롭게 추가 실링된 영역만을 추가 실링부(131a, 132a)로 정의한다. 다르게 표현하면, 폭 W3에서 폭 W1을 감산한 영역 및 폭 W4에서 폭 W2를 감산한 영역을 추가 실링부(131a, 132a)로 정의한다.
더불어, 상기 추가 실링은 상기 제 1,2 파우치 시트(120,130)의 제 4 측부(124,134)에도 수행될 수 있음은 당연하다. 즉, 도면에서는 비록 상기 추가 실링이 상기 제 1,2 파우치 시트(120,130)의 제 1 측부(121,131) 및 제 2 측부(122,132)를 포함하여 그 안쪽 방향으로 수행된 것만으로 도시되어 있으나, 상기 제 4 측부(124,134)를 포함하여 그 안쪽 방향으로 수행될 수도 있음은 당연하다.
도 1 및 도 2f를 참조하면, 상기 커팅 단계(S60)에서는 파우치형 이차 전지의 용도에 맞게 제 1 파우치 시트(120)와 제 2 파우치 시트(130)의 가장자리부를 커팅하여 제거한다. 이를 통해, 파우치형 이차 전지의 부피를 줄일 수 있다. 또한, 절곡 단계(S70)에서는 파우치형 이차 전지의 용도에 맞게 제 1 파우치 시트(120)와 제 2 파우치 시트(130)의 가장자리부를 대략 전극 조립체(110)를 향하도록 절곡한다.
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 한 실시예에 따른 파우치형 이차 전지의 제조 방법중 1차 실링 단계를 도시한 것이고, 도 3c는 도 3b의 3c에 대한 부분 확대도이다.
도 3a에 도시된 바와 같이, 상기 1차 실링 단계(S20)에서는 대략 평평한 압착부(211)를 갖는 제1금형 지그(210) 및 대략 평평한 압착부(221)를 갖는 제2금형 지그(220)가 이용된다. 즉, 고온의 제1금형 지그(210) 및 제2금형 지그(220)의 평평한 압착부(211,221)에 의해 제 1 파우치 시트(120)와 제 2 파우치 시트(130)의 외측부가 실링된다. 예를 들면, 내부에 수용된 전극 조립체(110)의 일측변의 제 1 파우치 시트(120)의 제 1 측부(121)와 제 2 파우치 시트(130)의 제 1 측부(131)가 고온의 제1금형 지그(210) 및 제2금형 지그(220)의 평평한 압착부(211,221)에 의해 열융착된다. 그리고, 내부에 수용된 전극 조립체(110)의 타측변의 제 1 파우치 시트(120)의 제 2 측부(122)와 제 2 파우치 시트(130)의 제 2 측부(132)가 다른 고온의 제1금형 지그(210) 및 제2금형 지그(220)의 평평한 압착부(211,221)에 의해 열융착된다.
이와 같이 하여, 제 1 파우치 시트(120)와 제 2 파우치 시트(120)의 가장자리에 각각 폭 W1, W2인 제 1 실링부(130a)가 형성된다.
여기서, 상기 제1금형 지그(210) 및 제2금형 지그(220)의 평평한 압착부(211,221)에는 제 1 파우치 시트(120)와 제 2 파우치 시트(130)의 실링 효율이 향상되도록 다수의 돌기(212,222)가 더 형성될 수 있다. 물론, 이러한 다수의 돌기(212,222)는 평면상 라인 형태, 십자 형태 및 그 등가 형태중 어느 하나일 수 있으나, 본 발명이 이러한 돌기(212,222)의 평면 형태를 한정하는 것은 아니다.
이러한 제1금형 지그(210) 및 제2금형 지그(220)의 평평한 압착부(211,221)에 형성된 다수의 돌기(212,222)로 인하여, 도 3b 및 도 3c에 도시된 바와 같이, 폭 W1 또는 W2를 갖는 제 1 실링부(130a)의 표면에는 일정 피치의 실링 자국(125,135)이 형성될 수 있다. 대체로 상기 실링 자국(125,135)은 제 1 파우치 시트(120)의 절연층(120c) 및 제 2 파우치 시트(130)의 절연층(130c)에 형성된다. 여기서, 상기 실링 자국(125,135)은 상기 돌기(212,222)와 대응되는 요홈 형태일 수 있다. 즉, 상기 제1금형 지그(210) 및 제2금형 지그(220)의 평평한 압착부(211,221)에 형성된 다수의 돌기(212,222)가 상기 제 1 실링부(130a)에 요홈 형태로 전사될 수 있다. 더욱이, 상기 실링 자국(125,135)은 평면상 라인 형태, 십자 형태 및 그 등가 형태중 어느 하나일 수 있으나, 본 발명이 이러한 실링 자국의 형태를 한정하는 것은 아니다.
한편, 이러한 1차 실링 단계(S20)에서는 제 1 실링부(130a)와 전극 조립체(110) 사이에 공간(S)이 형성될 수 있다. 이러한 공간(S)은 전해액 주입 단계(S30)에서 전해액이 잘 흐르도록 하는 통로 역할을 하며, 일정 시간동안 전해액을 수용함으로써, 전극 조립체에 전해액이 신속하게 스며들게 한다. 즉, 상기 공간(S)은 전극 조립체(110)의 전해액에 대한 함침성을 향상시킨다.
더불어, 상기 1차 실링 단계(S20)에서는 아직 파우치형 이차 전지의 외형이 완전히 결정되지 않는다. 다르게 표현하면, 이후의 추가 실링 단계(S50)에서 금형 성형을 통하여 파우치형 이차 전지의 외형이 완전히 결정된다.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 한 실시예에 따른 파우치형 이차 전지의 제조 방법중 추가 실링 단계를 도시한 것이고, 도 4c는 도 4b의 4c에 대한 부분 확대도이다.
도 4a에 도시된 바와 같이, 추가 실링 단계(S50)에서는 제1금형 지그(310) 및 제2금형 지그(320)가 이용된다. 즉, 2차 실링 단계(S40) 이후에 제 1 파우치 시트(120)와 제 2 파우치 시트(130)의 외측부 일부분이 제1금형 지그(310) 및 제2금형 지그(320)에 의해 추가적으로 실링된다. 더욱이, 이러한 추가 실링 단계(S50)에 의해 파우치형 이차 전지의 최종 형상이 결정된다. 더불어, 이러한 추가 실링 단계(S50)에 의해 전극 조립체(110)와 제1실링부(130a,130b)의 사이에 있던 공간(S, 도 3a 및 도 3b 참조)이 제거됨으로써, 파우치형 이차 전지의 외형이 더욱 콤팩트해 진다. 즉, 도 4a에 도시된 바와 같이, 전극 조립체(110)의 모든 외측 표면이 제 1 파우치 시트(120) 및 제 2 파우치 시트(130)로 완벽하게 덮인다. 즉, 권취형 전극 조립체(110)의 곡면 영역이 빈틈없이 제 1 파우치 시트(120) 및 제 2 파우치 시트(130)로 완벽하게 덮인다. 따라서, 권취형 전극 조립체(110)의 곡면 부분에 대응하여 제 1 파우치 시트(120) 및 제 2 파우치 시트(130)에도 곡면 영역이 형성된다.
비록 도 4a에서는 단면상 대략 타원형의 권취형 전극 조립체(110)가 도시되어 있으나, 단면상 대략 사각형의 스택형 전극 조립체의 경우에도 마찬가지이다. 즉, 단면상 대략 사각형의 스택형 전극 조립체가 이용된 경우에도, 그 전극 조립체의 각진 영역이 빈틈없이 제 1 파우치 시트 및 제 2 파우치 시트로 완벽하게 덮인다.
상술한 바와 같이, 추가 실링되는 부분은 추가 실링부(131a, 132a)로 정의하였다. 상기 추가 실링부(131a)는 제 1 파우치 시트(120)의 제 1 측변부(121)와 제 2 파우치 시트(130)의 제 1 측변부(131)에 형성된다. 또한, 상기 추가 실링부(132a)는 제 1 파우치 시트(120)의 제 2 측변부(122)와 제 2 파우치 시트(130)의 제 2 측변부(132)에 형성된다. 여기서, 추가 실링에 의하여, 제 1 측변부(121, 131)와 제 2 측변부(122, 132)에 실링된 부분의 폭(W3, W4)은 1차 실링 단계(S20)에서 제 1 측변부(121, 131)와 제 2 측변부(122, 132)에 실링되었던 폭(W1, W2)보다 크게 형성된다. 여기서, 상기 추가 실링은 상기 1차 실링부(130a)를 포함하여 그것보다 더 넓게 형성되나, 본 발명의 용이한 이해를 위해 추가 실링에 의해 형성된 폭(W3,W4)에서 1차 실링에 의해 형성된 폭(W1,W2)을 감산한 나머지 영역을 추가 실링부(131a)로 정의한다.
한편, 상기 제1금형 지그(310) 및 제2금형 지그(320)는 제 1 파우치 시트(120)와 제 2 파우치 시트(130)의 외형을 결정하는 금형부(311,321)와, 추가 실링부를 형성하는 대략 평평한 압착부(312,322)를 포함한다. 상기 금형부(311,321)는 파우치형 이차 전지의 외형을 형성하도록 곡면(311a,321a)을 포함할 수 있다. 즉, 상기 금형부(311,321)의 곡면(311a,321a)이 추가 실링부(131a, 132a)의 내측 영역인 제 1 파우치 시트(120) 및 제 2 파우치 시트(130)를 압착함으로써, 파우치형 이차 전지의 외형이 완성되도록 한다. 더불어, 상기 대략 평평한 압착부(312,322)는 실링 효율이 향상되도록 다수의 돌기(313,323)를 포함한다.
따라서, 도 4b 및 도 4c에 도시된 바와 같이, 폭 W3 또는 W4를 갖는 추가실링부(131a, 132a)의 표면에도 일정 피치의 실링 자국(126,136)이 형성된다. 즉, 상기 제1금형 지그(310) 및 제2금형 지그(320)의 압착부(312,322)에 형성된 다수의 돌기(313,323)에 의해 상기 추가 실링부(131a)에도 실링부 자국(126,136)이 전사된다.
이때 상기와 같은 추가 실링에 의해, 상기 제 1 실링부(130a)에 형성된 실링 자국(125,135)의 피치와, 추가 실링부(131a)에 의해 형성된 실링 자국(126,136)의 피치에 차이가 발생한다. 즉, 제 1 실링부(130a)의 실링부 자국(125,135)의 피치가 상기 추가 실링부(131a)에 형성된 실링부 자국(126,136)의 피치보다 작다. 다르게 표현하면, 제 1 실링부(130a)의 실링부 자국(125,135)의 갯수가 상기 추가 실링부(131a)에 형성된 실링부의 자국(126,136)의 갯수보다 많다. 이는 상기 제 1 실링부(130a)에 두번에 걸쳐 실링이 수행되고, 상기 추가 실링부(131a)에는 한번에 걸쳐 실링이 수행되었기 때문이다.
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 한 실시예에 따른 파우치형 이차 전지의 제조 방법중 커팅 단계 및 절곡 단계를 도시한 것이다.
도 5a에 도시된 바와 같이, 커팅 단계(S60)에서는 제 1 파우치 시트(120)와 제 2 파우치 시트(130)의 불필요한 가장자리부를 커팅하여 제거한다.
또한, 도 5b에 도시된 바와 같이, 절곡 단계(S70)에서는 제 1 파우치 시트(120)와 제 2 파우치 시트(130)의 가장자리부를 전극 조립체(110)를 향하도록 절곡한다. 즉, 제 1 파우치 시트(120)와 제 2 파우치 시트(130)에 형성된 제 1 실링부(130a,130b) 및 추가 실링부(131a, 132a)를 상부 방향 또는 하부 방향으로 대략 90°절곡한다. 경우에 따라, 좌측의 실링부와 우측의 실링부는 서로 반대 방향으로 절곡될 수도 있다. 이러한 커팅 단계(S60) 및 절곡 단계(S70)에 의해 파우치형 이차 전지의 부피를 최소화할 수 있다.
도 6은 본 발명의 한 실시예에 따른 파우치형 이차 전지의 횡단면도이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 제 1 파우치 시트(120)의 제 4 측부(124)와 제 2 파우치 시트(130)의 제 4 측부(134)에 형성된 제 2 실링부(130d) 역시 상부 또는 하부 방향으로 절곡될 수 있다. 여기서, 상기 제 2 실링부(130d)에는 추가 실링 공정이 적용되지 않았으므로, 전극 조립체(110)와 제 2 실링부(130d) 사이에는 전해액이 수용되는 공간(S)이 구비될 수 있다.
한편, 이러한 제 1 파우치 시트(120)의 제 4 측부(124)와 제 2 파우치 시트(130)의 제 4 측부(134)에 형성된 제 2 실링부(130d)의 절곡 방향은 상술한 제 1 실링부(130a,130b) 및 추가 실링부(131a, 132a)의 절곡 방향과 같거나, 또는 반대 방향일 수 있으며, 본 발명에서 상기 실링부들의 절곡 방향을 한정하는 것은 아니다. 이러한 실링부들의 절곡 방향은 본 발명에 따른 파우치형 이차 전지를 수납하는 외부 케이스의 형상에 따라 다양하게 변경될 수 있다.
도 7a 내지 도 7c는 본 발명의 한 실시예에 따른 파우치형 이차 전지의 제조 방법중 제 1,2 파우치 시트의 제 4 측부에 대한 1차 실링 단계, 추가 실링 단계 및 절곡 단계를 도시한 것이다.
도 7a에 도시된 바와 같이, 2차 실링에 의해 제 1,2 파우치 시트(120,130)의 제 4 측부(124,134)에 제 2 실링부(130d)가 형성된다. 더불어, 이때 금형을 이용한 성형이 이루어지지 않았으므로, 전극 조립체(110)와 2차 실링부(130d) 사이에는 공간(S)이 존재한다. 여기서, 제 2 실링부(130d)는 상술한 바와 같이 금형 지그에 형성된 돌기에 의해 다수의 실링 자국이 형성될 수 있다.
도 7b에 도시된 바와 같이, 추가 실링에 의해 제 1,2 파우치 시트(120,130)의 제 4 측부(124,134)에 추가 실링부(133a)가 형성된다. 이러한 추가 실링에 의해 전극 조립체(110)와 2차 실링부(130d)의 사이에 존재하던 공간(S)이 제거된다. 즉, 전극 조립체(110)의 일측 단부에 빈틈없이 제 1,2 파우치 시트(120,130)가 완벽하게 밀착된다.
더불어, 추가 실링부(133a)는 상술한 바와 같이 금형 지그에 형성된 돌기에 의해 다수의 실링 자국이 형성될 수 있다. 물론, 이때 제 2 실링부에도 추가적으로 실링 자국이 형성되므로, 결국 제 2 실링부에 상대적으로 많은 실링 자국이 남게 된다. 더불어, 이러한 추가 실링 공정후 불필요한 영역의 실링부가 커팅되어 제거될 수 있다.
도 7c에 도시된 바와 같이, 제 2 실링부(130d) 및 추가 실링부(133a)는 상부 또는 하부 방향으로 절곡될 수 있다. 마찬가지로, 제 2 실링부(130d) 및 추가 실링부(133a)의 절곡 방향은 상술한 제 1 실링부(130a,130b) 및 추가 실링부(131a, 132a)의 절곡 방향과 같거나, 또는 반대 방향일 수 있으며, 본 발명에서 상기 실링부들의 절곡 방향을 한정하는 것은 아니다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형의 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 특허청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.
110; 전극 조립체 111; 제 1 전극판
112; 제 2 전극판 113; 세퍼레이터
114; 제 1 전극탭 115; 제 2 전극탭
120; 제 1 파우치 시트 130; 제 2 파우치 시트
131; 제 1 측부 132; 제 2 측부
133; 제 3 측부 134; 제 4 측부

Claims (20)

  1. 이차 전지의 제조 방법에 있어서,
    제1파우치 시트 및 제2파우치 시트 사이에 전극 조립체를 위치시키는 단계;
    상기 제1,2파우치 시트의 적어도 한 측부 상에서 상기 제1,2파우치 시트의 외곽 영역을 초기 실링하는 단계; 및
    상기 제1,2파우치 시트중 적어도 한 측부 상에서 제1,2파우치 시트의 외곽 영역을 추가 실링하는 단계를 포함하고,
    상기 이차 전지는 두께가 10mm 내지 1000mm인 것을 특징으로 하는 이차 전지의 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 추가 실링은
    초기 실링된 상기 측부중 적어도 하나의 외곽 영역을 다시 실링하되,
    초기 실링되지 않은 상기 측부중 상기 전극 조립체에 더 가까운 적어도 하나의 추가적인 외곽 영역을 실링하여 이루어짐을 특징으로 하는 이차 전지의 제조 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 외곽 영역의 초기 실링은
    상기 제1,2파우치 시트의 제1,2,3측부 상에서 상기 제1,2파우치 시트의 외곽 영역을 제1실링하고,
    상기 제1,2파우치 시트의 제4측부 상에서 상기 제1,2파우치 시트의 외곽 영역을 제2실링하여 이루어짐을 특징으로 하는 이차 전지의 제조 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제4측부 상에서 제1,2파우치 시트의 외곽 영역을 제2실링하기 전에,
    상기 제1,2파우치 시트의 상기 제4측부를 통하여 전해액을 주입하는 단계를 더 포함함을 특징으로 하는 이차 전지의 제조 방법.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 전극 조립체는
    상기 제1측부로부터 연장하는 제1전극탭을 갖는 제1전극판;
    상기 제1측부로부터 연장하는 제2전극탭을 갖는 제2전극판; 및
    상기 제1전극판 및 상기 제2전극판 사이에 개재된 세퍼레이터를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 이차 전지의 제조 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제4측부는 상기 제1측부로부터 연장하는 제1,2전극탭과 반대쪽인 것을 특징으로 하는 이차 전지의 제조 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 외곽 영역의 초기 실링은
    상기 제1,2파우치 시트 사이에 전극 조립체와 함께 공간을 감쌈을 특징으로 하는 이차 전지의 제조 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 외곽 영역의 추가 실링은 상기 공간을 제거함을 특징으로 하는 이차 전지의 제조 방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 이차 전지는
    상기 외곽 영역의 추가 실링후 원형 또는 각진 단면을 가짐을 특징으로 하는 이차 전지의 제조 방법.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 초기 실링은
    상기 제1,2파우치 시트의 적어도 세측부 상에서 상기 제1,2파우치 시트의 상기 외곽 영역을 압축하고 열 융착하여 이루어짐을 특징으로 하는 이차 전지의 제조 방법.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 초기 실링 및 상기 추가 실링은
    상기 제1,2파우치 시트의 상기 외곽 영역 상에 다수의 대응 실링 마크가 형성되도록 다수의 돌기를 갖는 상부 및 하부 금형 지그를 이용하여 제1,2파우치 시트의 상기 외곽 영역을 압축하여 이루어짐을 특징으로 하는 이차 전지의 제조 방법.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 추가 실링은 제1,2파우치 시트의 상기 외곽 영역의 적어도 한 부분에 형태를 형성하기 위해 금형 지그를 이용함을 특징으로 하는 이차 전지의 제조 방법.
  13. 제3항에 있어서,
    상기 제1,2파우치 시트의 제4측부의 외곽 영역을 초기 실링 및 추가 실링함을 더 포함함을 특징으로 하는 이차 전지의 제조 방법.
  14. 삭제
  15. 제1파우치 시트 및 제2파우치 시트의 사이에 위치된 전극 조립체;
    상기 제1,2파우치 시트의 외곽 영역은 상기 제1,2파우치 시트의 적어도 한 측부 상에서 함께 실링되고; 및
    상기 외곽 영역은 실링 마크 사이에 제1피치 차이를 갖는 다수의 제1실링 마크와, 실링 마크 사이에 제2피치 차이를 갖는 다수의 제2실링 마크를 가짐을 특징으로 하는 이차 전지.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 다수의 제2실링 마크는 상기 전극 조립체에 상대적으로 더 가깝고, 상기 제2피치 차이가 상기 제1피치 차이보다 큰 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  17. 제15항에 있어서,
    상기 실링 마크는 요홈, 돌기, 라인 또는 십자 형태인 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  18. 제15항에 있어서,
    상기 다수의 제1실링 마크는 상기 제1,2파우치 시트의 네측면에 형성되고, 상기 다수의 제2실링 마크는 상기 제1,2파우치 시트의 네측면중 적어도 한 측면에 형성되며,
    상기 전극 조립체로부터 전극 탭이 연장되는 상기 제1,2파우치 시트의 네측면중 한측면은 상기 다수의 제1실링 마크만을 가짐을 특징으로 하는 이차 전지.
  19. 이차 전지의 제조 방법에 있어서,
    제1파우치 시트 및 제2파우치 시트 사이에 전극 조립체를 위치시키는 단계;
    상기 제1,2파우치 시트의 제1, 제2 및 제3측부 중에서 적어도 한 측부 상에 제1,2파우치 시트의 외곽 영역을 제1실링하는 단계;
    상기 제1,2파우치 시트의 제4측부 상에서 제1,2파우치 시트의 실링되지 않은 외곽 영역을 통하여 전해액을 주입하는 단계;
    상기 2파우치 시트의 상기 제4측부 상에서 제1,2파우치 시트의 외곽 영역을 제2실링하는 단계; 및
    상기 제1,2파우치 시트의 적어도 한 측부 상에서 제1,2파우치 시트의 외곽 영역을 추가 실링하는 단계를 포함하고,
    상기 이차 전지는 두께가 10mm 내지 1000mm인 것을 특징으로 하는 이차 전지의 제조 방법.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 제1실링은
    상기 제1,2파우치 시트의 제1, 제2 및 3측부 상에서 제1,2파우치 시트의 외곽 영역을 실링하여 이루어짐을 특징으로 하는 이차 전지의 제조 방법.
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