KR101420060B1 - 파우치 외장재 실링용 실링툴 및 파우치형 이차전지의 제조방법 - Google Patents

파우치 외장재 실링용 실링툴 및 파우치형 이차전지의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 파우치 실링툴에 구비된 열압착부에서 파우치 외장재를 향하는 면을 오목면으로 형성함으로써, 디개싱 공정 이후에 상압 또는 그 이상의 외압에 노출된 실링된 디개싱면의 형상이 개선되고, 이것에 의하여 파우치형 이차전지의 절연성을 향상시킬 수 있는 파우치형 이차전지의 실링툴 및 파우치형 이차전지의 제조방법에 관한 것이다.

Description

파우치 외장재 실링용 실링툴 및 파우치형 이차전지의 제조방법{SEALING TOOL FOR POUCH CASE AND MANUFACTURING METHODE OF POUCH-TYPE SECONDARY BATTERY}
본 발명은 파우치 외장재 실링용 실링툴 및 종래기술과는 다른 형상을 갖는 실링툴을 사용하여 파우치형 이차전지를 제조하는 방법에 관한 것이다.
본 출원은 2012년 7월 24일에 출원된 한국특허출원 제10-2012-0080424호에 기초한 우선권을 주장하며, 해당 출원의 명세서 및 도면에 개시된 모든 내용은 본 출원에 원용된다.
최근, 충방전이 가능한 이차전지, 특히 리튬이차전지는 와이어리스 모바일 기기의 에너지원으로 광범위하게 사용되고 있다. 또한, 리튬이차전지는 화석연료를 사용하는 기존의 가솔린 차량, 디젤 차량 등의 대기오염 등을 해결하기 위한 방안으로 제시되고 있는 전기자동차(EV), 하이브리드 전기자동차(HEV) 등의 동력원으로서도 주목받고 있다.
소형 모바일 기기들의 경우 디바이스 1 대당 하나 또는 서너 개의 전지셀이 사용됨에 반하여, 자동차 등과 같은 중대형 디바이스들은 고출력 대용량의 필요성으로 인해, 다수의 전지 셀을 전기적으로 연결한 중대형 전지팩이 사용된다.
중대형 전지팩은 가능하면 작은 크기와 중량으로 제조되는 것이 바람직하므로, 높은 집적도로 적층될 수 있고 용량 대비 중량이 작은 각형 전지, 파우치형 이차전지 등이 중대형 전지팩의 전지셀로서 주로 사용되고 있다. 특히, 금속층과 수지층의 라미네이트 시트를 외장재로 사용하는 파우치형 이차전지가 최근 많은 관심을 모으고 있다.
도 1은 파우치 외장재에 형성된 수납부 및 이에 수납되는 전극조립체의 평면도이고, 도 2는 가장자리가 실링된 파우치 외장재의 평면도이다.
도 1을 참조하면 두 개의 전극리드가 전극조립체(1)로부터 돌출되어 있고, 이 전극조립체(1)가 파우치 외장재(2)에 형성된 수납부(3)에 수납되며, 도 1의 점선을 따라 파우치 외장재(2)를 접은 상태에서 파우치 외장재(2)의 가장자리를 실링하여 실링면(5, 6, 7)을 형성한다.
여기서, 파우치 외장재(2)는 외부수지층/금속층/내부수지층의 라미네이트 구조로 이루어져 있어서, 상하로 겹쳐지는 파우치 외장재(2)의 가장자리를 실링툴(sealing tool)로써 열과 압력을 가하여 수지층을 상호 융착, 접착시킨다.
한편, 파우치형 리튬 이차전지는 충전 초기에 전해액 내의 리튬 이온과 비수성 유기 용매가 반응하여 고체 전해질(solid electrolyte interface; SEI) 필름을 생성시키는데, 이를 포메이션(formation) 과정이라 하고, 이때 H2, CO2, CH4, CH2, C2H6, C3H8, C3H6 등의 가스도 함께 발생된다. 상기 가스는 전지의 내압을 약 1.5 ~ 2.5 ㎏f/㎠ 이상으로 상승시키는데, 이러한 내압의 증가로 인해 이차전지가 특정 방향으로 부풀어오르는 등 이차전지 특정 면의 중심부가 변형되는 현상이 유발되며, 전극조립체(1)에 구비된 전극판과 분리막의 접촉면의 밀착력에 국부적인 차이가 발생하여 이차전지의 성능과 안정성이 저하되는 문제점이 생기게 된다. 따라서, 파우치형 리튬이차전지 제조과정에서는, 이러한 발생 가스를 제거하는 디개싱(degassing) 공정이 필수적으로 행하여진다.
구체적으로, 파우치형 이차전지는 i) 알루미늄 라미네이트 시트로 이루어진 파우치 외장재(2)에 딥 드로잉 공정으로 전극조립체(1) 수납부(3)를 형성하는 단계(도 1 참조), ii) 상기 수납부(3)에 전극조립체(1)를 장착한 후, 파우치 외장재(2)를 절곡하여 수납부(3)를 덮는 단계(도 2 참조), iii) 파우치 외장재(2) 중 일측 디개싱면(4)을 제외한 외주면 부위들을 실링툴을 사용하여 열압착 실링하는 단계(도 2 참조), iv) 포메이션을 통해 전지를 활성화시키는 단계, v) 발생된 다량의 가스를 디개싱면(4)을 통해서 잉여부(8)에 포집한 후 상기 잉여부(8)를 도 2의 Ⅲ-Ⅲ 선에 따라 절취하여 가스를 배출하는 디개싱 단계, vi) 디개싱면(4)을 직사각형 형상의 열압착부(9)를 갖는 실링툴을 이용하여 최종적으로 열압착 실링하는 단계(도 3 참조)를 거쳐 제조된다.
여기서, 상기 디개싱 단계(및 최종 실링 단계), 즉 가스를 포집하고, 잉여부(8)를 절취하며 디개싱면(4)을 최종 실링하는 단계는 통상 진공상태에서 수행된다.
그러나, 이처럼 진공상태에서에서 디개싱을 거친 후, 직사각형 형상의 열압착부(9)를 갖는 실링툴로 파우치 외장재(2)의 디개싱면(4)을 최종 실링한 파우치형 이차전지가 다시 상압상태에 노출될 경우, 도 4와 같이 실링된 디개싱면(4A)의 중간 부분이 오목하게 밀려 들어가는 현상이 발생한다. 이로 인해 실링된 디개싱면(4A)은 직선 형태가 아닌 곡선 형태를 이루게 되어 실링된 디개싱면(4A)의 중간부와 단부의 실링 폭이 달라지게 되며, 결과적으로 파우치 외장재(2)가 손상되고 절연이 파괴되는 문제가 발생한다.
이에, 파우치형 이차전지에 있어서, 진공에서의 디개싱 공정 후 상압 및 그 이상의 압력에 노출시 실링면이 오목하게 밀려 들어가 중간부와 단부의 실링 폭이 달라지는 현상을 방지함으로써, 파우치 외장재(2)의 손상을 억제하고 절연성을 확보할 수 있는 새로운 기술에 대한 개발이 요구되는 시점이다.
한국공개특허 제10-2004-0003153호
본 발명은 상기와 같은 요구 및 종래 문제를 해결하고자 한 것으로, 파우치형 이차전지의 제조에 사용되는 실링툴의 형태를 변형시킴으로써 열압착부로 실링된 디개싱면의 형상을 개선하고 이로 인해 파우치 외장재의 절연성을 현저히 향상시킬 수 있는 새로운 실링툴을 제공하는 것을 기술적 과제로 한다.
또한, 이와 같은 새로운 형상의 실링툴을 이용하여 파우치 외장재의 손상 가능성이 낮고 절연성이 향상된 파우치형 이차전지의 제조방법을 제공하는 것을 기술적 과제로 한다.
상기한 기술적 과제를 달성하고자, 본 발명은 파우치형 이차전지의 파우치 외장재를 열압착 실링하는 실링툴을 제공하되, 상기 실링툴은 상기 파우치 외장재의 가장자리를 가압하여 실링하는 열압착부를 갖고, 상기 열압착부의 상기 파우치 외장재를 향하는 면은 오목면으로 형성될 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 측면으로, 파우치 외장재의 가장자리를 가압하여 실링하기 위한 열압착부를 갖는 실링툴을 이용하여 상기 파우치 외장재에 수납되는 전극조립체를 밀봉하는 파우치형 이차전지의 제조방법을 제공하되, 상기 파우치형 이차전지의 제조방법은: (a) 전극조립체를 파우치 외장재의 수납부에 장착한 상태에서 디개싱면(degassing surface) 이외의 파우치 외장재의 가장자리 부위를 실링하는 단계; (b) 전지를 포메이션시켜 상기 파우치형 이차전지를 활성화시키고 상기 포메이션에 의하여 발생된 가스를 제거하는 디개싱 단계; 및 (c) 상기 파우치 외장재를 향하는 면이 오목면으로 형성된 상기 열압착부를 사용하여 진공상태에서 상기 디개싱면을 실링하는 단계;를 포함할 수 있다.
본 발명은 파우치 실링툴의 형태를 변경함으로써, 진공에서의 디개싱 공정 후 상압 및 그 이상의 압력에 노출시 실링된 디개싱면이 오목하게 밀려 들어가게 되어 중간부와 단부의 실링 폭이 달라지는 현상을 방지하고 실링된 디개싱면을 평평하게 유지시켜, 파우치 외장재의 손상을 억제하고 이차전지의 절연성 및 외관을 크게 개선할 수 있다.
도 1은 파우치 외장재에 형성된 수납부 및 이에 수납되는 전극조립체의 평면도이다.
도 2는 가장자리가 실링된 파우치 외장재의 평면도이다.
도 3은 종래의 열압착부로 디개싱면을 실링하는 상태를 도시한다.
도 4는 실링된 디개싱면이 상압에 노출되어 내측으로 오목하게 밀려 들어간 상태의 파우치형 이차전지의 평면도이다.
도 5는 파우치 외장재의 디개싱면의 외측 가장자리가 볼록한 형상으로 절취된 파우치형 이차전지의 평면도이다.
도 6은 본 발명에 따른 열압착부로 디개싱면이 실링중인 파우치형 이차전지의 평면도이다.
도 7은 본 발명에 따른 열압착부로 디개싱면이 실링 완료된 상태의 파우치형 이차전지의 평면도이다.
도 8은 실링된 디개싱면이 상압 또는 그 이상의 외압에 노출된 상태의 파우치형 이차전지의 평면도이다.
이하, 본 발명에 대해서 상세히 설명한다.
본 발명의 실링툴은 파우치형 이차전지의 파우치 외장재(2)를 열압착 실링하는 실링툴에 있어서, 상기 실링툴은 파우치 외장재(2)의 가장자리를 가압하여 실링하는 열압착부(10)를 갖고, 이 열압착부의 파우치 외장재를 향하는 면은 오목면(12)으로 형성된다. 여기서, 열압착부의 파우치 외장재를 향하는 면이란 도 6의 오목면(12)에 대응되는 면을 가리킨다.
도 2 내지 도 4를 참조하면, 종래기술에 따른 파우치형 이차전지의 제조에 있어서, 디개싱 공정, 즉 잉여부(8)에 가스를 포집하고, 잉여부(8)를 Ⅲ-Ⅲ 선에 따라 절취하고, 디개싱면(4)을 최종적으로 실링하는 공정은 진공상태에서 진행되는 것이 일반적이다. 여기서, 상기 디개싱면(4)의 최종 실링은 직사각형 형상의 열압착부(9)를 지닌 실링툴을 이용하여 수행되었는바, 이후 파우치형 이차전지가 진공상태로부터 다시 상압상태에 노출되면 실링된 디개싱면(4A)의 중간 부분이 안으로 밀려드는 현상(이른바, 파우치 밀림 현상)이 발생한다. 이로 인해 실링된 디개싱면(4A)은 직선 형태가 아닌 곡선 형태를 이루게 되어 이차전지의 중간부와 단부의 실링 폭이 달라지게 되며, 결과적으로 파우치 외장재(2)가 손상되고 절연이 파괴되는 문제가 유발된다.
이에, 본 발명에서는 종래기술에 따른 실링툴의 열압착부(9)의 형태(직사각형)를 변형함으로써, 상기와 같은 종래의 문제를 해결하였다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 실링툴의 열압착부(10)는 단부보다 중간부가 얇다. 구체적으로, 본 발명은 실링툴의 열압착부의 파우치 외장재를 향하는 면을 오목면(12)으로 형성함으로써, 진공에서의 디개싱 공정 후 상압에 노출시 실링된 디개싱면(4B)이 안으로 밀려 들어가서 중간부와 단부의 실링 폭이 달라지는 현상을 방지하고 실링 형상을 일자형으로 유지시켜, 실링된 디개싱면(4B)의 손상을 억제하고 이차전지의 절연성 및 외관을 크게 개선한 것이다.
본 발명에 있어서, 상기 오목면(12)은 타원 형상일 수 있다. 상세하게는, 도 6에서 보듯이 상기 오목면(12)은 타원 형상이되, 이 오목면(12)이 형성되어 있는 변을 제외한 나머지 3변은 직사각형 형상을 이루고 있는 것일 수 있다. 또한 상기 오목면(12)은 그 중심을 기준으로 대칭으로 형성될 수 있다.
실링된 디개싱면(4B)이 상압에 노출시에 파우치 밀림 현상을 감안하여 최종적으로 균일한 형상의 실링된 디개싱면(4B)을 얻고자 하는 관점에서 보았을 때, 상기 오목면(12)의 중앙부는 열압착부(10)의 폭(W1)의 30 ~ 70%만큼 파우치의 외장재의 가장자리로부터 함입되는 것이 적절하다. 도 6에서 상기 오목면(12)의 중앙부가 함입된 정도는 W2로 표시되어 있다.
본 발명의 실링툴에 구비된 열압착부(10)의 용도가, 파우치형 이차전지의 제조의 특정 단계에만 한정되는 것은 아니다. 다만, 본 발명은 앞서 언급한 바와 같이 진공상태에서의 디개싱면(4)의 실링 후 상압 노출시 파우치 밀림 현상에 따른 절연 파괴 해결을 주된 목적으로 하는바, 본 발명의 실링툴에 구비된 열압착부(10)는 진공상태에서의 디개싱 공정 완료 후 최종 실링, 즉 디개싱면(4)의 실링에 사용됨이 특히 바람직할 것이다.
이하에서는, 본 발명의 실링툴에 의하여 제조된 파우치형 이차전지에 대하여 설명하도록 한다.
본 발명의 파우치형 이차전지는 셀의 장변, 단변의 어느 방향으로도 양극리드 또는 음극리드를 구현할 수 있으며, 양극리드와 음극리드를 한쪽 방향으로 구현하는 것(단방향 돌출)뿐만 아니라 각각 다른 방향으로도 구현(쌍방향 돌출)할 수 있다.
한편, 파우치 외장재(2)에 형성된 수납부에 수납되는 전극조립체(1)는 일반적으로 양극재와 집전체로 구성된 양극, 음극재와 집전체로 구성된 음극, 및 상기 양극과 음극 간의 전기적 접촉을 차단하고 리튬 이온을 이동케하는 분리막을 기본구조로 한 단위셀이 1개 이상 포함(예컨대, 단위셀 다수 개가 중첩된 구조)된 것이다.
본 발명에 있어 전극조립체(1)의 형태는 특별히 제한되지 않으며, 예를 들어 젤리-롤형, 스택형 또는 스택-폴딩형(스택-Z-폴딩형 포함)일 수 있다.
젤리-롤형 전극조립체는 집전체로 사용되는 금속 호일에 전극활물질 등을 코팅하고 건조 및 프레싱한 후, 소망하는 폭과 길이의 밴드 형태로 재단하고 분리막을 사용하여 음극과 양극을 격막한 후 나선형으로 감아 제조된다. 젤리-롤형 전극조립체는 원통형 전지에는 적합하지만, 각형 또는 파우치형 전지에 적용함에 있어서는 전극활물질의 박리 문제, 낮은 공간 활용성 등의 단점을 가지고 있다.
반면에, 스택형 전극조립체는 다수의 양극 및 음극 단위셀들을 순차적으로 적층한 구조로서, 각형의 형태를 얻기가 용이한 장점이 있지만, 제조과정이 번잡하고 충격이 가해졌을 때 전극이 밀려서 단락이 유발되는 단점이 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여 상기 젤리-롤형과 스택형의 혼합 형태인 진일보한 구조의 전극조립체(1)로서, 일정한 단위 크기의 풀셀(full cell) 및/또는 바이셀(bicell)을 긴 길이의 연속적인 분리필름을 사용하여 폴딩한 구조의 스택-폴딩형 전극조립체가 본 출원인에 의해 개발되었다.
일 구체예에서, 상기 전극조립체(1)는 단위셀로서 스택형 방식으로 바이셀 및/또는 풀셀을 만들고 이들을 긴 분리필름(분리막 시트) 상에 다수 개 위치시킨 후 순차적으로 폴딩하여 중첩시킨 구조의 스택-폴딩형 전극조립체일 수 있다.
바람직한 일 구체예에서, 본 발명의 파우치형 이차전지는 리튬이차전지일 수 있다. 상기 리튬이차전지는 다른 종류의 이차전지와 대비하여 고에너지 밀도를 제공하는바, 고용량 및 고출력이 요구되는 기기에 특히 적합하게 이용될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 파우치형 리튬이차전지는 중대형 디바이스의 전원인 전지모듈 또는 전지팩의 단위전지로 사용될 수 있다.
즉, 본 발명의 파우치형 리튬이차전지를 포함하는 전지모듈 또는 전지팩은, 핸드폰, 노트북 등의 소형 디바이스는 물론, 파워 툴(power tool); 전기차(Electric Vehicle, EV), 하이브리드 전기차(Hybrid Electric Vehicle, HEV) 및 플러그인 하이브리드 전기차(Plug-in Hybrid Electric Vehicle, PHEV)를 포함하는 전기차; 이-바이크(E-bike), 이-스쿠터(E-scooter)를 포함하는 전기 이륜차; 전기 골프 카트(Electric golf cart); 전기 트럭; 전기 상용차 또는 전력 저장용 시스템 등의 중대형 디바이스 중 어느 하나의 전원으로 이용될 수 있다.
한편, 파우치 외장재(2)는 통상 외부수지층/금속층/내부수지층의 라미네이트 구조로 이루어져 있다.
상기 외부수지층은 젤리-롤형 전극조립체 등 전극조립체(1)의 보호 역할을 하고 내열성 및 내화학성을 확보하는 것으로, 통상 인장강도, 투습방지성 및 공기투과방지성이 우수한 내열성 폴리머를 사용한다. 또한 상기 외부수지층은 1층 또는 2층 이상의 다층으로 형성될 수 있다. 상기 외부수지층의 재질로는 상기 특성들을 지니면서도 원가 측면에서 유리한 나일론(예컨대, 연신 나일론; ONy) 또는 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)를 사용할 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 외부수지층의 두께는 일반적으로 20 ~ 100㎛의 범위가 적절하다.
상기 금속층은 외부로부터 전지 내부에 수분(수증기)이나 가스가 침투하는 것을 방지하는 배리어층의 역할을 한다. 상기 금속층의 재질로는 가볍고 성형성(예컨대, 프레스(press) 성형성)이 우수한 알루미늄(박)을 사용할 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 금속층의 두께는 수증기 배리어성의 확보 및 가공성을 고려할 때 20 ~ 200㎛의 범위가 적절하다.
상기 내부수지층(열융착층 이라고도 함)은 열 접착성을 가져 실링 역할을 하는 것으로서, 전극조립체(1)를 내장한 상태에서 인가된 열과 압력에 의해 상호 열융착되어 파우치를 밀봉한다. 상기 내부수지층의 재질로는 내화학성이 우수하면서도 실링성이 좋은 폴리에틸렌, 폴리에틸렌아크릴산, 폴리프로필렌, 폴리부틸렌 등의 폴리올레핀계 수지, 폴리우레탄수지 및 폴리이미드수지 중에서 선택되는 1종 이상을 사용할 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 상세하게는, 내부수지층의 재질로서 내전해액성과 열융착성을 겸비한 무연신 폴리프로필렌(CPP)을 사용할 수 있다. 상기 내부수지층은 전해질의 침투를 효과적으로 방지하기 위해 1층 또는 2층 이상의 다층으로 형성될 수 있으며, 그 두께는 전해질 차단 기능, 필름의 강도, 가공성 등을 고려할 때 20 ~ 100㎛의 범위로 하는 것이 적절하다.
한편, 본 발명에서의 파우치 외장재(2)는 필요에 따라 상기 내부수지층과 외부수지층 사이에 접착수지층을 더 포함할 수 있다. 상기 접착수지층은 내부수지층과 외부수지층의 원활한 부착을 위한 것으로서, 그 재질로는 통상적인 폴리올레핀계 접착수지를 사용하거나 원활한 가공을 위해 우레탄 또는 폴리우레탄수지를 사용할 수 있으며, 이들을 혼합 사용할 수도 있다.
이하에서는, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 파우치형 이차전지의 제조방법에 대하여 설명하도록 한다.
상기 이차전지의 제조방법은, 파우치 외장재(2)의 가장자리를 가압하여 실링하기 위한 열압착부(10)를 갖는 실링툴을 이용하여, 상기 파우치 외장재(2)에 수납되는 전극조립체(1)를 밀봉하는 파우치형 이차전지의 제조방법으로서, (a) 전극조립체(1)를 파우치 외장재(2)의 수납부에 장착한 상태에서 디개싱면(degassing surface) 이외의 파우치 외장재(2)의 가장자리 부위를 실링하는 단계; (b) 이차전지를 포메이션시켜 상기 파우치형 이차전지를 활성화시키고 상기 포메이션에 의하여 발생된 가스를 제거하는 디개싱 단계; 및 (c) 상기 파우치 외장재(2)를 향하는 면이 오목면(12)으로 형성된 상기 열압착부(10)를 사용하여 진공상태에서 상기 디개싱면을 실링하는 단계;를 포함한다.
상기 (a)단계는 도 1 및 도 2로 나타낼 수 있으며, 도 2를 참조하면 디개싱면 방향에 위치한 파우치 외장재(2)의 가장자리 부위는 파우치 외장재(2)의 다른 가장자리 부위보다 넓은 면적을 가지며, (a)단계에서 디개싱면 방향에 위치한 파우치 외장재(2)의 가장자리 부위는 디개싱면(4)보다 외측 부분(7)이 실링된다. 즉, 디개싱면(4)을 제외한 파우치 외장재(2)의 가장자리(5, 6, 7)가 열압착된다.
상기 (b)단계는 진공상태에서 수행되는데, 이차전지를 포메이션하는 것에 의하여 발생한 가스가 디개싱면(4)을 통하여 잉여부(8)에 포집되고(도 2 참조), 디개싱면(4)의 외측 가장자리 부위를 절취하면 (b)단계가 완료된다. 구체적으로, 디개싱면(4)의 외측 가장자리 부위는 외측으로 볼록한 형상으로 절취한다(도 5 참조).
상기 (c)단계는 진공상태에서 수행되는데, 도 6과 같이 본 발명 특유의 열압착부(10)를 이용하여 디개싱면(4)을 실링한다. (c)단계에서 열압착부(10)에 의하여 실링된 디개싱면(4B)은 외측을 향하여 볼록한 형상으로 실링되며, 실링된 디개싱면(4B)의 중앙부의 폭(D1)은 단부의 폭(D2) 보다 넓으며, 구체적으로는 실링된 디개싱면(4B)의 전영역 중 가장 넓다(도 7 참조)
계속하여 도 7을 참조하면, (c)단계에서 실링된 디개싱면(4B)의 중앙부는 단부보다 전극조립체(1)로부터 더 많이 이격되어 있는데, 이 (c)단계 이후에 실링된 디개싱면(4B)을 상압 또는 그 이상의 외압에 노출시키는 (d)단계를 더 수행하면, 파우치형 이차전지가 도 8과 같이 변화하게 된다.
도 8을 참조하여, 상기 (d)단계에 대하여 보다 상세하게 설명하도록 한다.
소정의 곡률을 갖는 실링된 디개싱면(4B)은 상압 또는 그 이상의 외압에 노출되면서 중앙부가 전극조립체(1)가 위치한 쪽을 향하여 밀려 들어가는 현상이 발생하게 되고, 이 실링된 디개싱면(4B)은 곡률 반경이 커지게 되어 직선에 가까워진다. 즉, 도 8에 도시된 것과 같이 실링된 디개싱면(4B)은 직사각형으로 변화하게 된다.
이와 같이, 도 5에 도시된 것과 같이 (b)단계에서 디개싱면(4)의 외측 가장자리 부위를 직선이 아닌 외측으로 볼록한 형상으로 절취하고, 도 6 및 도 7에 도시된 것과 같이 (c)단계에서 디개싱면(4)을 씰링하여 곡선형상의 실링된 디개싱면(4B)을 만드는 것에 의하여, 실링된 디개싱면(4B)이 상압 또는 그 이상의 외압에 노출되었을 때, 디개싱면(4B)을 직사각형과 동일 또는 유사한 형상으로 유지할 수 있고, 결국, 파우치 외장재(2)의 손상이 방지되고 절연성이 향상된 파우치형 이차전지를 제조하는 것이 가능하다.
본 발명의 파우치형 이차전지의 제조방법에 있어서, 디개싱면(4)의 최종 실링시 변형된 형상의 열압착부(10)를 갖는 실링툴을 사용하는 점 외에 다른 일반적인 사항들은 당분야에서 통상적으로 사용되는 방법을 적용하여 수행할 수 있다.
예를 들어, 수납부는 파우치 외장재(2)에 딥 드로잉 등의 방법을 통하여 형성할 수 있고, 상기 (a) 단계에서 초기 실링(포메이션 전 예비 실링)은 상기 도 1의 점선에 따라 파우치 외장재(2)를 접은 후 종래기술에 따른 직사각형 형상의 열압착부(9)를 갖는 실링툴로 파우치 외장재(2)의 가장자리를 열압착하여 수행할 수 있으며, 상기 (b) 단계에서 이차전지의 포메이션은 제조된 파우치형 이차전지를 소정의 조건에서 초기 충ㆍ방전하여 수행할 수 있고, 상기 (b) 단계에서 디개싱은 상기 포메이션 과정에서 발생된 가스를 파우치 외장재(2)의 잉여부(8)에 포집한 후 상기 잉여부(8)를 절취 및 가스 배출함으로써 수행될 수 있다.
일 구체예에서, 본 발명의 파우치형 이차전지는 진공상태에서 디개싱면(4)이 실링된 후, 상압 또는 그 이상의 외압에 재차 노출시 실링된 디개싱면(4B)의 중심부와 단부의 실링 폭 차이가 단부의 실링 폭 기준으로 예를 들어, 30% 이하, 더욱 상세하게는 10% 이하, 가장 상세하게는 0%(즉, 직사각형의 최종 실링 형상 유지)로서 균일한 실링 형상이 구현된 것일 수 있다.
또한, 본 발명의 파우치형 이차전지는 상기 실링된 디개싱면(4B)의 실링 형상이 그 반대면의 실링 형상(5)과 동일 내지 유사한 것일 수 있다. 즉, 본 발명에 있어서 실링된 디개싱면(4B)의 실링 형상은 디개싱 전에 이미 실링되어 있는 다른 면들{예컨대, 그 반대면(5)}과 동일하거나 매우 유사한 실링 형상(예컨대, 직사각형)을 갖는 점에서, 실링된 디개싱면(4A)이 오목하고 그 반대면의 실링 형상(5)이 직사각형인 종래의 파우치형 이차전지와 구별된다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것으로서, 본 발명의 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의하여 해석되어야 하며 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
1 : 전극조립체 2 : 파우치 외장재
3 : 수납부 4 : 디개싱면
4A : (종래기술의) 실링된 디개싱면 4B : (본 발명의) 실링된 디개싱면
8 : 잉여부 9 : (종래기술의 실링툴의) 열압착부
10 : (본 발명의 실링툴의) 열압착부 12 : 오목면

Claims (15)

  1. 파우치형 이차전지의 파우치 외장재를 열압착 실링하는 실링툴에 있어서,
    상기 실링툴은 상기 파우치 외장재의 가장자리를 가압하여 실링하는 열압착부를 갖고,
    상기 열압착부의 상기 파우치 외장재를 향하는 면은 오목면으로 형성된 것을 특징으로 하는 실링툴.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 오목면은 타원 형상인 것을 특징으로 하는 실링툴.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 오목면의 중앙부는, 상기 열압착부의 폭의 30 ~ 70%만큼 상기 파우치의 외장재의 가장자리로부터 함입되어 있는 것을 특징으로 하는 실링툴.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 오목면은 상기 오목면의 중심을 기준으로 대칭인 것을 특징으로 하는 실링툴.
  5. 파우치 외장재의 가장자리를 가압하여 실링하기 위한 열압착부를 갖는 실링툴을 이용하여 상기 파우치 외장재에 수납되는 전극조립체를 밀봉하는 파우치형 이차전지의 제조방법에 있어서,
    (a) 전극조립체를 파우치 외장재의 수납부에 장착한 상태에서 디개싱면(degassing surface) 이외의 파우치 외장재의 가장자리 부위를 실링하는 단계;
    (b) 이차전지를 포메이션시켜 상기 파우치형 이차전지를 활성화시키고 상기 포메이션에 의하여 발생된 가스를 제거하는 디개싱 단계; 및
    (c) 상기 파우치 외장재를 향하는 면이 오목면으로 형성된 상기 열압착부를 사용하여 진공상태에서 상기 디개싱면을 실링하는 단계;를 포함하는 파우치형 이차전지의 제조방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 (b)단계는 진공상태에서 수행되는 것을 특징으로 하는 파우치형 이차전지의 제조방법.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 (c)단계는 진공상태에서 수행되는 것을 특징으로 하는 파우치형 이차전지의 제조방법.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 (c)단계에 의하여 실링된 디개싱면은 외측을 향하여 볼록한 형상으로 실링되어 있는 것을 특징으로 하는 파우치형 이차전지의 제조방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 실링된 디개싱면의 중앙부는 단부보다 상기 전극조립체로부터 더 많이 이격되어 있는 것을 특징으로 하는 파우치형 이차전지의 제조방법.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 (c)단계 이후에 상기 실링된 디개싱면을 상압 또는 그 이상의 외압에 노출시키는 (d)단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 파우치형 이차전지의 제조방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 실링된 디개싱면은 상기 (d)단계에 의하여 곡률 반경이 커지는 것을 특징으로 하는 파우치형 이차전지의 제조방법.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 실링된 디개싱면은 상기 (d)단계에 의하여 직사각형으로 변화하는 것을 특징으로 하는 파우치형 이차전지의 제조방법.
  13. 제5항에 있어서,
    상기 디개싱면 방향에 위치한 상기 파우치 외장재의 가장자리 부위는 상기 파우치 외장재의 다른 가장자리 부위보다 넓은 면적을 가지며,
    (a)단계에서 상기 디개싱면 방향에 위치한 상기 파우치 외장재의 가장자리 부위는 상기 디개싱면보다 외측 부분이 실링되는 것을 특징으로 하는 파우치형 이차전지의 제조방법.
  14. 제5항에 있어서,
    상기 (b)단계에서는 상기 디개싱면의 외측 가장자리 부위를 외측으로 볼록한 형상으로 절취하는 것을 특징으로 하는 파우치형 이차전지의 제조방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 (c)단계에서 상기 열압착부에 의하여 실링된 디개싱면은 그 중앙부의 폭이 가장 넓은 것을 특징으로 하는 파우치형 이차전지의 제조방법.
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