KR101460637B1 - 전지 케이스 실링용 실런트 부재, 및 이를 이용하여 제조되는 전지 - Google Patents

전지 케이스 실링용 실런트 부재, 및 이를 이용하여 제조되는 전지 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 표면에 적어도 하나의 함몰 홀(hole)을 포함하는 실런트 부재, 상기 실런트 부재로 실링되는 전지를 제공한다.
본 발명에 따른 실런트 부재를 이용하여 전지를 실링하는 경우 실링부의 강도가 우수하며, 열을 가하여 용융된 실런트가 함몰 홀로 유입됨으로써 실런트 조각등이 전지 케이스 내부로 유입되는 현상을 방지할 수 있다.

Description

전지 케이스 실링용 실런트 부재, 및 이를 이용하여 제조되는 전지{SEALANT FOR, AND BATTERY USING THE SAME}
본 발명은 전지 케이스 실링용 부재, 및 이를 이용하여 실링 제조되는 전지에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 표면에 함몰 홀(hole)을 포함하는 신규한 실런트 부재 및 이에 의하여 실링되어 제조되는 전지에 관한 것이다.
일반적으로 리튬 이온 2차 전지 등의 전극 조립체는 금속 캔에 내장되어 제조되고 있다.　 금속 캔은 주로 알루미늄(Al)이 사용되며, 프레스 가공을 통하여 원통형이나 각형(직육면체 등)의 형상을 갖는다. 그러나 금속 캔은 외벽이 단단하여 셀 자체의 형상이 금속 캔의 형상에 의해 결정되는 제약이 있다.
이러한 제약을 극복하고자 도 1과 같은 파우치형 전지 케이스(200)가 개발되어 사용되고 있다.　 도 1에서 보는 바와 같이 일반적으로 파우치형 전지 케이스(200)는 외부 피복층, 베리어층, 및 내부 실런트 층을 포함한다.　 일반적으로, 파우치형 전지 케이스는 가스 베리어성(가스 차단성) 및 내전해액성 등을 고려하여 다층 구조로 제조되고 있다.　 상기 베리어층은 가스 출입을 차단하기 위한 것으로서, 이는 주로 알루미늄 박막(Al foil)이 사용된다.　 상기 내부 실런트층은 최내층에 위치하여 내용물, 즉 전극조립체(300)와 접촉된다.　 그리고 상기 외부 피복층은 내마모성 및 내열성 등을 고려하여 주로 나일론(Nylon) 수지가 사용된다.
파우치형 전지 케이스(200)는 위와 같은 다층 구조의 필름이 주머니 형태로 가공되어 제조되며 양극, 음극 및 분리막(세퍼레이터, separator) 등의 전극조립체(300)구성 요소가 전해액에 함침된 다음 내장된다.　이와 같이 전극조립체(300) 구성 요소가 내장된 다음, 전지 케이스(200)의 입구에서 내부 실런트층끼리 실링(열접착)되어 실링된다. 즉, 실런트층끼리 실링된 부위는 우수한 열실링 강도를 가져야 한다.　
그러나 종래 기술에 따른 파우치형 전지케이스(200)는 상기 외부 피복층, 베리어층, 및 내부 실런트 층으로 구성되는 시트만으로 실링성이 불충분하며, 이를 해결하기 위하여 추가의 실런트를 도포하는 경우가 많았다. 그러나 이와 같은 경우 상기 가열시 추가로 도포된 실런트가 녹아 전지 케이스 내부로 유입되어 전지 불량을 발생시키는 문제가 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위하여, 새로운 형태의 실런트 부재 및 이를 이용하여 실링되어 제조되는 전지를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 상기와 같은 과제를 해결하기 위하여, 표면에 함몰 홀을 포함하는 전지 케이스 실링용 실런트 부재를 제공한다.
본 발명의 전지 케이스 실링용 실런트 부재에 있어서, 상기 함몰 홀의 깊이(h) 및 실런트 부재의 두께(H)는 0.1H ≤ h ≤ 1H 를 만족하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 전지 케이스 실링용 실런트 부재에 있어서, 상기 복수개의 함몰 홀 사이의 간격(l) 및 실런트 부재의 길이(L)는 0.1L ≤ l ≤ 0.2L를 만족하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 전지 케이스 실링용 실런트 부재에 있어서, 상기 실런트 부재는 복수개의 함몰 홀을 포함하고, 상기 함몰 홀은 직선 형태, 지그재그 형태, 또는 곡선 형태로 배열되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 전지 케이스 실링용 실런트 부재에 있어서, 상기 함몰 홀은 실런트 부재의 상면 및 하면에 형성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 전지 케이스 실링용 실런트 부재에 있어서, 상기 전지 케이스는 전극조립체를 수용하는 홈, 및 상기 홈 주변에 형성되는 플랜지부를 포함하고, 상기 실런트 부재의 함몰 홀의 크기(s)와 상기 전지 케이스의 플랜지부의 너비(F)는 0.2F ≤ s ≤ 0.5F 를 만족하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 전지 케이스 실링용 실런트 부재에 있어서, 상기 실런트 부재의 너비(W)와 상기 전지 케이스의 플랜지부의 너비(F)는 1F ≤ W ≤ 3F를 만족하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 또한,
전극조립체; 및
상기 전극조립체가 수용되는 홈, 및 상기 홈 주변에 형성되는 플랜지를 포함하는 케이스; 를 포함하고, 상기 케이스가 본 발명에 의한 실런트 부재로 실링되는 것을 특징으로 하는 파우치형 전지를 제공한다.
본 발명에 의한 파우치형 전지에 있어서, 상기 실런트 부재가 전지 외부로 연장되고, 상기 실런트 부재의 전지 외부로 연장되는 부분이 상기 전지의 플랜지부가 함께 전지 플랜지부 방향으로 절곡되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의한 파우치형 전지에 있어서, 상기 전지 케이스의 플랜지부는 파우치의 길이 방향을 따라 복수개의 폴딩 라인을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의한 파우치형 전지에 있어서, 상기 케이스는 외부 피복층, 베리어층, 및 내부 실런트 층을 포함하는 라미네이트 시트로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의한 파우치형 전지에 있어서, 상기 전극조립체는 스택형 또는 스택/폴딩형 구조인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의한 파우치형 전지에 있어서, 상기 전지는 리튬 이차전지인 것을 특징으로 한다.
본 발명은 또한, 본 발명에 의한 파우치형 전지를 포함하고 있는 전지팩을 제공한다.
본 발명은 표면에 함몰 홀(hole)을 포함하는 실런트 부재를 제공하여, 전지의 실링을 견고하게 할 뿐만 아니라, 열을 가하여 녹은 실런트 부재가 함몰 홀로 유입됨으로써 실런트가 전지 케이스 내부로 유입되는 현상을 방지할 수 있다.
도 1은 종래의 대표적인 파우치형 전지의 일반적인 구조에 대한 사시도이다.
도 2는 종래의 실링 과정을 나타내는 모식이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예를 나타낸 확대도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예를 나타낸 평면도이다.
도 5는 본 발명의 실런트 부재를 이용하여 플랜지부를 접는 과정을 나타낸 모식도이다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 상세히 설명한다.
도 3 및 도 4에 본 발명의 일 실시예에 의한 실런트 부재 및 이를 이용한 이차 전지에 대해 나타내었다.
도 3 및 도 4에서 보는 바와 같이 본 발명에 의한 실런트 부재(500)는 표면에 함몰 홀(hole)(510)을 포함하는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 의한 상기 실런트 부재(500)는 전극조립체(300)가 전지 케이스(200)에 내장된 후, 전지 케이스의 플랜지부에 설치되고, 열에 의해 접착(열융착)되어 케이스를 밀봉시킨다.
본 발명에 따른 실런트 부재(500)를 이용하여 실링하는 단계를 도 3에 개략적으로 나타내었다. 도 3를 참조하면, 본 발명에 따른 실런트 부재(500)는 파우치형 전지 케이스(200)의 상부 케이스(210) 및 하부 케이스(220)가 접하는 상부 플랜지부(213) 및 하부 플랜지부(223)을 견고하게 실링하는 역할을 한다.
또한, 도 2의 종래 기술에서는 실런트를 녹여서 접착을 시키는 과정에서 실런트가 융해되면서 끝단에 종단돌기를 다수 형성하는 반면, 본 발명에 의한 실런트 부재의 경우 열에 의해 융해된 실런트(500`)가 함몰 홀(510)을 채우기 때문에 실런트가 전지 케이스 내부로 유입되는 현상을 방지하며, 유입되더라도 실런트 끝단의 구형의 종단 돌기가 작게 형성되므로 외부로부터의 힘에 의해 종단 돌기가 떨어져 나가거나 세부 균열이 발생할 수 있는 빈도가 매우 낮아진다.
상기 실런트 부재(500)는 실링성 및 절연성을 가지는 수지이면 특별히 제한되지 아니하고, 변성 폴리에틸렌, 변성 폴리프로필렌, 아크릴 수지, 변성 아크릴 수지, 에폭시계 수지, 및 페놀계 수지로 이루어지는 군에서 선택되는 하나 이상일 수 있다. 예를 들어 300℃ 이하, 270℃ 이하의 온도, 120 내지 270℃에서 용융되어 실링할 수 있는 수지를 사용할 수 있으며, 바람직하게는 실링성, 절연성, 인장 강도, 강성 및 표면 경도의 기계적 물성과, 내전해액성의 내화학성이 우수한 폴리프로필렌계, 무연신 폴리프로필렌(CPP)일 수 있다.
본 발명에 의한 실런트 부재(500)에 있어서, 상기 함몰 홀(510)의 형상은 제한되지 아니하고, 깊이 방향으로 폭이 좁아지는 구조, 끝이 뾰족한 구조 또는 관통되는 구조일 수 있다. 또한 상기 함몰 홀(hole)(510)의 평면은 원, 타원, 긴 타원, 다각형, 또는 무정형의 형상일 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 실런트 부재(500)가 포함하는 함몰 홀(510)의 깊이(h) 및 실런트 부재의 두께(H)는 0.1H ≤ h ≤ 1H 를 만족하는 것을 특징으로 한다. 상기 함몰 홀의 깊이(h)와 실런트 부재(H)의 두께가 상기 범위를 만족하는 경우, 함몰 홀(510) 공간이 확보되어 가열하여 녹은 실런트(500`)가 전지 케이스 내부로 유입되지 않으면서도 전지 케이스(210, 220)의 실링성을 충분히 확보할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 실런트 부재(500)는 복수개의 함몰 홀(510)을 포함할 수 있으며, 복수개의 함몰 홀의 간격(l) 및 실런트 부재의 길이(L)는 0.1L ≤ l ≤ 0.2L를 만족하는 것을 특징으로 한다. 상기 실런트 부재가 복수개의 함몰 홀을 포함하고, 함몰 홀의 간격(l) 및 실런트 부재의 길이(L)가 상기 범위보다 작은 경우, 함몰 홀(510)이 증가함에 따라 전지를 실링할 실런트의 양이 감소하여 전지 케이스(210, 220)를 충분히 실링하지 못하며, 상기 범위보다 큰 경우, 함몰 홀(510)의 밀도가 감소하여 과다하게 실런트를 사용하게 됨에 따라 히팅 지그(710, 720)로 가열하여 녹은 실런트가 전지 케이스 내부로 유입될 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 실런트 부재가 함몰 홀(510)을 복수개 포함하는 경우, 상기 복수개의 함몰 홀이 형성되는 패턴은 제한되지 아니하고, 직선형태, 지그재그 형태 또는 곡선 형태로 배열되면서 일정 패턴을 형성하는 것이 가능하다. 도 4를 참조하면, 타원 형상의 복수개의 함몰 홀(510)들이 직선 형태로 배치될 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 함몰 홀(510)은 필요에 따라 실런트 부재(500)의 상면 및 하면에 형성된 것을 특징으로 한다.
도 4에 본 발명에 의한 전지 케이스 실링용 실런트 부재(500)가 전지 케이스의 플랜지부(213, 223)에 설치되는 상태를 나타내었다. 도 4에서 보는 바와 같이 본 발명의 전지 케이스 실링용 실런트 부재(500)에 있어서, 상기 전지케이스(200)는 전극조립체를 수용하는 홈, 및 상기 홈 주변에 형성되는 플랜지(213, 223)를 포함하고, 상기 실런트 부재의 함몰 홀의 크기(s)와 상기 전지 케이스의 플랜지부의 너비(F)는 0.2F ≤ s ≤ 0.5F 를 만족하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 전지 케이스 실링용 실런트 부재(500)에 있어서, 상기 실런트 부재의 너비(W)와 상기 전지 케이스의 플랜지부의 너비(F)는 1F ≤ W ≤ 3F를 만족하는 것을 특징으로 한다. 즉, 상기 실런트 부재의 너비(W)는 전지 케이스의 플랜지부의 너비(F)와 같거나 더 크며, 상기 실런트 부재의 너비(W)가 전지 케이스의 플랜지부의 너비(F) 보다 큰 경우, 플랜지부 너비 보다 길게 연장된 실런트 부재의 잔여 부분이 플랜지부(213, 223) 방향으로 절곡될 수 있다.
본 발명은 또한, 양극, 음극, 분리막을 포함하는 전극조립체(300):및 상기 전극 조립체가 수용되는 홈, 및 상기 홈 주변에 형성되는 플랜지부를 포함하는 전지케이스(200); 를 포함하고, 상기 전지케이스가 본 발명에 의한 실런트 부재(500)로 실링되는 것을 특징으로 하는 파우치형 전지(100)를 제공한다.
본 발명의 파우치형 전지에 있어서, 상기 실런트 부재의 너비(W)가 상기 플랜지부의 너비(F)보다 크게 형성되는 경우, 상기 전지 케이스의 플랜지부 외부로 연장되는 실런트 부재의 잔여 부분이 플랜지부(213, 223)와 함께 절곡되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 파우치형 전지(200)에 있어서, 상기 케이스의 플랜지부(213, 223)는 파우치의 길이 방향을 따라 복수개의 폴딩 라인(520)을 포함하는 것을 특징으로 한다. 도 4 및 도 5에서 보는 바와 같이 본 발명의 전지용 파우치의 상부케이스(210) 및 하부케이스(220)는 실런트 부재(500)와 나란하게 복수개의 폴딩 라인(520)이 길이 방향으로 형성된다. 본 발명에 의한 파우치형 전지(200)에 있어서, 플랜지부를 접어서 모듈을 제조하는 경우, 상기 전지 케이스가 상기와 같은 폴딩 라인(520)을 포함함으로써 플랜지부의 너비(F)를 길게 하지 않으면서도, 상기 실런트 부재의 너비(W)를 플랜지부의 너비(F) 보다 크게 하고, 플랜지부의 너비 보다 길게 연장된 실런트 부재의 잔여 부분을 플랜지부 방향으로 절곡하여, 폴딩 라인 주변부에 응력을 가하지 않으면서 접는 것이 가능하며, 또한, 접는 힘에 의해 실런트 부재(500)의 횡방향의 끝단에 세부 균열이 발생하는 것을 줄일 수 있다. 즉, 케이스(220)를 실런트 부재(500)에 의하여 실링하고, 외부로 연장되는 실런트 부분을 폴딩 라인(520)을 이용하여 플랜지부와 함께 절곡함으로써 실링 효과를 이중으로 향상시킬 수 있다. 그 결과, 전지케이스 외부로부터 이물질이 침투되거나 내부로부터 전해액이 누수되는 현상을 방지하며, 플랜지부(213, 223)의 절연성을 충분히 확보할 수 있다.
본 발명의 파우치형 전지에 있어서, 상기 케이스(210, 220)는 외부 피복층, 베리어층, 및 내부 실런트 층을 포함하는 라미네이트 시트로 이루어지는 것을 특징으로 한다. 외부 피복층의 고분자 필름은 파우치의 기계적 강도를 유지하고, 외관을 형성하며, 외부와의 절연 기능을 하며, 폴리에틸렌 나프탈레이트(PEN), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 나일론일 수 있다. 금속박의 베리어층은 파우치 외부의 공기와 수분을 차단하는 역할을 하며, 알루미늄(Al), 구리(Cu), 니켈(Ni), 주석(Sn), 은(Ag), 인듐(In), 아연(Zn), 텅스텐(W) 및 철(Fe)로 이루어지는 군에서 선택된 하나 이상(단일 금속 또는 단일 금속의 혼합), 또는 이들로부터 선택된 2 이상의 합금(alloy)일 수 있다. 바람직하게는 알루미늄(Al) 또는 알루미늄 합금(Al alloy) 박막일 수 있다. 내부 실런트 층은 내장한 상태에서 밀봉성을 제공하는 역할을 하며, 무연신 폴리프로필렌(CPP)일 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 전극조립체(300)는 스택형 또는 스택/폴딩형 구조일 수 있으며, 상기 전지(100)는 리튬 이차전지인 파우치형 전지일 수 있으나, 이에 제한되지 아니한다.
본 발명은 또한, 본 발명에 의한 파우치형 전지를 포함하고 있는 전지팩을 제공한다.
상술한 본 발명의 기술적 구성은 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 기술자가 본 발명의 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로 이해되어야 한다. 아울러, 본 발명의 범위는 상기의 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어진다. 또한, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
전지 100
전지케이스 200,
상부케이스 210, 상부 플랜지부 213
하부케이스 220, 하부 플랜지부 223
전극조립체 300
전극리드 410, 420, 전극탭 430, 440
실런트 부재 500, 융해된 실런트 500`, 함몰 홀 510, 폴딩 라인 520

Claims (14)

  1. 전지 케이스를 실링하기 위한 실런트 부재에 있어서,
    상기 전지 케이스의 일 측변과 평행하도록 직선 형태로 배열되는 복수개의 함몰 홀을 포함하는 전지 케이스 실링용 실런트 부재.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 함몰 홀의 깊이(h) 및 상기 실런트 부재의 두께(H)는 0.1H ≤ h ≤ 1H 를 만족하는 실런트 부재.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수개의 함몰 홀 사이의 간격(l) 및 실런트 부재의 길이(L)는 0.1L ≤ l ≤ 0.2L를 만족하는 실런트 부재.
  4. 삭제
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 함몰 홀은 실런트 부재의 상면 및 하면에 형성되는 것인 실런트 부재.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 전지 케이스는 전극조립체를 수용하는 홈, 및 상기 홈 주변에 형성되는 플랜지부를 포함하고,
    상기 실런트 부재의 함몰 홀의 크기(s)와 상기 전지 케이스의 플랜지부의 너비(F)는 0.2F ≤ s ≤ 0.5F 를 만족하는 것인 실런트 부재.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 실런트 부재의 너비(W)와 상기 전지 케이스의 플랜지부의 너비(F)는 1F ≤ W ≤ 3F를 만족하는 실런트 부재.
  8. 전극조립체; 및
    상기 전극조립체가 수용되는 홈, 및 상기 홈 주변에 형성되는 플랜지부를 포함하는 케이스;를 포함하고,
    상기 케이스가 제 1 항, 제 2 항, 제 5 항 내지 제 7 항 중 어느 하나의 실런트 부재로 실링되는 것을 특징으로 하는 파우치형 전지.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 실런트 부재가 전지 외부로 연장되고, 상기 실런트 부재의 전지 외부로 연장되는 부분이 상기 전지의 플랜지부와 함께 절곡되는 것인 파우치형 전지.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 케이스의 플랜지부는 파우치의 길이 방향을 따라 복수개의 폴딩 라인을 포함하는 파우치형 전지.
  11. 제 8 항에 있어서,
    상기 케이스는 외부 피복층, 베리어층, 및 내부 실런트 층을 포함하는 라미네이트 시트로 이루어지는 파우치형 전지.
  12. 제 8 항에 있어서,
    상기 전극조립체는 스택형 또는 스택/폴딩형 구조인 파우치형 전지.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 전지는 리튬 이차전지인 파우치형 전지.
  14. 제 13 항에 따른 파우치형 전지를 포함하고 있는 전지팩.
KR1020130028329A 2013-03-15 2013-03-15 전지 케이스 실링용 실런트 부재, 및 이를 이용하여 제조되는 전지 KR101460637B1 (ko)

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