KR101499471B1 - 이차전지의 제조방법 및 이를 이용하여 생산되는 이차전지 - Google Patents

Abstract

본 발명은 수지층 및 금속층을 포함하는 라미네이트 시트의 전지케이스에 양극/분리막/음극 구조의 전극조립체 및 전해액이 내장되어 있는 이차전지의 제조방법으로서, (a) 전극조립체를 장착하기 위한 수납부를 전지케이스에 형성함에 있어서, 전극조립체의 전극단자들이 위치하는 면에 각각 인접한 양측 면의 잉여부들(A, B)의 크기가 전극단자들이 위치하는 면의 잉여부(C)의 크기보다 상대적으로 크게 수납부를 형성하는 과정; (b) 전지케이스의 수납부에 전극조립체를 장착한 상태에서 전지케이스의 외주면 중 일측 잉여부(A)의 단부(A1)를 제외한 나머지 잉여부들의 단부를 열융착시켜 실링하는 과정; (c) 미실링 상태의 상기 잉여부(A)의 단부(A1)를 통해 전해액을 주입한 후 잉여부(A)의 단부(A1)를 열융착에 의해 실링하는 과정; (d) 충전과 방전을 수행하여 전지셀을 활성화시키는 과정; (e) 전지케이스의 내부와 통하는 하나 이상의 관통구를 잉여부(A)와 잉여부(B)의 미실링 부위에 각각 천공하여 가스를 배출하는 과정; 및 (f) 상기 잉여부(A)와 잉여부(B)의 내측 단부를 열융착하여 밀봉한 후, 나머지 외측 부위를 절취하는 과정;을 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지 제조방법 및 이를 이용하여 생산되는 이차전지를 제공한다.

Description

이차전지의 제조방법 및 이를 이용하여 생산되는 이차전지 {Method for Manufacturing a secondary Battery and the secondary Battery Manufactured Thereby}

본 발명은 이차전지의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 수지층 및 금속층을 포함하는 라미네이트 시트의 전지케이스에 양극/분리막/음극 구조의 전극조립체 및 전해액이 내장되어 있는 이차전지의 제조방법으로서, (a) 전극조립체를 장착하기 위한 수납부를 전지케이스에 형성함에 있어서, 전극조립체의 전극단자들이 위치하는 면에 각각 인접한 양측 면의 잉여부들(A, B)의 크기가 전극단자들이 위치하는 면의 잉여부(C)의 크기보다 상대적으로 크게 수납부를 형성하는 과정; (b) 전지케이스의 수납부에 전극조립체를 장착한 상태에서 전지케이스의 외주면 중 일측 잉여부(A)의 단부(A1)를 제외한 나머지 잉여부들의 단부를 열융착시켜 실링하는 과정; (c) 미실링 상태의 상기 잉여부(A)의 단부(A1)를 통해 전해액을 주입한 후 잉여부(A)의 단부(A1)를 열융착에 의해 실링하는 과정; (d) 충전과 방전을 수행하여 전지셀을 활성화시키는 과정; (e) 전지케이스의 내부와 통하는 하나 이상의 관통구를 잉여부(A)와 잉여부(B)의 미실링 부위에 각각 천공하여 가스를 배출하는 과정; 및 (f) 상기 잉여부(A)와 잉여부(B)의 내측 단부를 열융착하여 밀봉한 후, 나머지 외측 부위를 절취하는 과정;을 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지 제조방법에 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(bicell) 또는 풀셀(full cell)들을 권취한 구조의 스택/폴딩형 전극조립체 등을 들 수 있다.

최근에는, 전지의 고용량화로 인해 케이스의 대면적화 및 얇은 소재로의 가공이 많은 관심을 모으고 있고, 이에 따라, 스택형 또는 스택/폴딩형 전극조립체를 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치형 전지케이스에 내장한 구조의 파우치형 전지가, 낮은 제조비, 작은 중량, 용이한 형태 변형 등을 이유로, 사용량이 점차적으로 증가하고 있다.

이러한 파우치형 전지를 포함한 대부분의 이차전지들은 전지셀의 제조 과정에서 충방전에 의해 전지를 활성화시키는 과정을 거치는 바, 최종 전지셀의 제조를 위해서는 상기 활성화 과정에서 발생하는 가스를 제거하여야 하며, 이를 탈기(degas) 공정이라고 한다.

이러한 탈기 공정은 종래 전지케이스의 일부를 실링한 단부를 절취하는 방법 등으로 이루어졌지만, 탈기 공정에서 가스 제거에 많은 시간이 소요되어 제조 비용의 상승을 유발하고, 가스와 잉여 전해액이 완전히 제거되지 못하여 열융착에 의한 실링 과정에서 불량이 다수 발생하는 문제점이 있다.

이와 관련하여, 도 1 및 2에는 종래 탈기 공정을 통해 가스를 제거한 전지셀이 도시되어 있다.

도 1 및 2를 참조하면, 활성화 과정에서 발생하는 가스가 외부로 충분히 방출되지 못하여, 전지케이스 또는 전극의 표면에 각각 굴곡이 발생한 것을 볼 수 있다.

이와 같이, 초기 충방전 과정에서 발생한 가스 등이 충분히 제거되지 못할 경우에 전지의 형태 변형을 초래하므로, 전지의 안전성에 심각한 영향을 끼치고, 미활용 부위가 발생하여 전지의 용량 측면에서 불량이 발생하는 문제점이 있다.

또한, 이차전지 케이스용 시트 제조 과정에서 탈기 공정 전에, 전극조립체가 전지케이스의 수납부의 편중된 위치에 안착된 상태로 다음 위치로 이송되므로, 이송되는 과정에서 무게 중심이 편향된 구조적 비대칭성으로 인하여 불량률이 크게 증가하는 문제점이 있다.

따라서, 이러한 문제점들을 근본적으로 해결할 수 있는 기술에 대한 필요성이 높은 실정이다.

본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.

구체적으로, 본 발명의 목적은, 전지의 초기 충방전 과정에서 발생한 가스의 배출이 원활하게 진행되도록 전지케이스 및 제조 공정을 개선하여, 탈기 공정의 수율을 향상시킬 뿐만 아니라, 전극에 대한 전해액의 함침량을 향상시킬 수 있는 이차전지 제조방법을 제공하는 것이다.

또한, 본 발명의 또 다른 목적은 탈기 공정 전에 전극조립체를 전지케이스 수납부의 구조적 안전성을 갖는 부위에 수납하여 제조 공정이 진행되도록 함으로써, 제조 과정 중에 전지셀의 구조적 비대칭성으로 인한 불량 발생을 방지시킬 수 있는 이차전지를 제공하는 것이다.

따라서, 본 발명에 따른 이차전지의 제조방법 및 이을 이용하여 제조된 이차전지는, 수지층 및 금속층을 포함하는 라미네이트 시트의 전지케이스에 양극/분리막/음극 구조의 전극조립체 및 전해액이 내장되어 있는 이차전지의 제조방법으로서,

(a) 전극조립체를 장착하기 위한 수납부를 전지케이스에 형성함에 있어서, 전극조립체의 전극단자들이 위치하는 면에 각각 인접한 양측 면의 잉여부들(A, B)의 크기가 전극단자들이 위치하는 면의 잉여부(C)의 크기보다 상대적으로 크게 수납부를 형성하는 과정;

(b) 전지케이스의 수납부에 전극조립체를 장착한 상태에서 전지케이스의 외주면 중 일측 잉여부(A)의 단부(A1)를 제외한 나머지 잉여부들의 단부를 열융착시켜 실링하는 과정;

(c) 미실링 상태의 상기 잉여부(A)의 단부(A1)를 통해 전해액을 주입한 후 잉여부(A)의 단부(A1)를 열융착에 의해 실링하는 과정;

(d) 충전과 방전을 수행하여 전지셀을 활성화시키는 과정;

(e) 전지케이스의 내부와 통하는 하나 이상의 관통구를 잉여부(A)와 잉여부(B)의 미실링 부위에 각각 천공하여 가스를 배출하는 과정; 및

(f) 상기 잉여부(A)와 잉여부(B)의 내측 단부를 열융착하여 밀봉한 후, 나머지 외측 부위를 절취하는 과정;

을 포함하는 것으로 구성되어 있다.

따라서, 전극조립체 수납부와 연통하는 관통구들을 전지케이스의 양측 잉여부에 각각 형성시킴으로써, 종래의 가스 배출 방법과 비교하여, 활성화 과정에서 발생한 가스를 매우 신속하게 제거할 수 있다.

또한, 전극조립체의 양측 면에 대칭적으로 잉여부들을 형성하여 전지케이스 수납부의 구조적 안전성을 제공함으로써, 제조 과정 중 이송 과정에서 전지셀의 구조적 비대칭성으로 인한 불량 발생을 방지할 수 있다.

참고로, 리튬 이차전지는, 예를 들어, 양극 활물질로 LiCoO₂ 등의 리튬 전이금속 산화물과 음극 활물질로 탄소 재료를 사용하며, 음극과 양극 사이에 폴리올레핀계 다공성 분리막을 개재하고, LiPF₆ 등의 리튬염을 포함하는 비수성 전해액을 넣어서 제조하게 된다. 충전시에는 양극 활물질의 리튬 이온이 방출되어 음극의 탄소층으로 삽입되고, 방전시에는 반대로 음극 탄소층의 리튬 이온이 방출되어 양극 활물질로 삽입되며, 이때 비수성 전해액은 음극과 양극 사이에서 리튬 이온을 이동시키는 매질 역할을 한다. 이러한 리튬 이차전지는 기본적으로 전지의 작동 전압 범위에서 안정해야 하고, 충분히 빠른 속도로 이온을 전달할 수 있는 성능을 가져야 한다.

그러나, 계속적인 충방전 과정에서 음극 활물질의 표면에서 전해액이 분해되면서 가스가 발생하며, 초기 충방전 과정에서 음극 활물질 표면에 SEI 막이 형성되어 추가적인 가스 발생을 억제한다. 따라서, 상기 단계(d)의 전지셀 활성화 과정은 이러한 SEI 막의 형성을 위해 필요하며, 최종적인 전지셀의 제조 이전에 반드시 요구된다.

본 발명에 따른 라미네이트 시트는 바람직하게는 외부 수지층, 공기 및 수분 차단성 금속층, 및 열융착성 내부 수지층의 적층 구조로 이루어질 수 있다.

상기 외부 수지층은 외부 환경에 대해 우수한 내성을 가져야 하므로, 소정 이상의 인장강도와 내후성이 필요하다. 이러한 측면에서 외부 피복층의 고분자 수지는 인장강도 및 내후성이 우수한 폴리에틸렌 나프탈레이트(PEN), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 또는 연신 나일론을 포함할 수 있다.

또한, 상기 외부 피복층은 폴리에틸렌 나프탈레이트(PEN)로 이루어져 있거나 및/또는 상기 외부 피복층의 외면에 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)층이 구비되어 있는 구조로 이루어질 수 있다.

상기 폴리에틸렌 나프탈레이트(PEN)는 폴리에틸렌 테레프탈레이트 (PET)와 비교하여 얇은 두께에서도 우수한 인장강도와 내후성을 가지므로 외부 피복층으로 사용하기에 바람직하다.

상기 내부 수지층의 고분자 수지로는 열융착성(열접착성)을 가지고, 전해액의 침입을 억제하기 위해 전해액에 대한 흡습성이 낮으며, 전해액에 의해 팽창하거나 침식되지 않는 고분자 수지가 사용될 수 있으며, 더욱 바람직하게는 무연신 폴리프로필렌 필름(CPP)으로 이루어질 수 있다.

상기 라미네이트 시트는, 상기 외부 피복층의 두께가 5 내지 40 ㎛이고, 상기 베리어층의 두께가 20 내지 150 ㎛이며, 상기 내부 실란트층의 두께가 10 내지 50 ㎛인 구조로 이루어질 수 있다. 상기 라미네이트 시트의 각 층들의 두께가 너무 얇은 경우에는 물질에 대한 차단 기능과 강도 향상을 기대하기 어렵고, 반대로 너무 두꺼우면 가공성이 떨어지고 시트의 두께 증가를 유발하므로 바람직하지 않다.

본 발명에 따른 전극조립체는 권취형 구조, 스택형 구조, 또는 스택/폴딩형 구조로 이루어질 수 있다.

상기 전극조립체는 이차전지를 구성하는 양극/분리막/음극으로 구성되고, 일반적으로 그것의 구조에 따라 크게 젤리-롤형(권취형)과 스택형(적층형)으로 구분된다. 젤리-롤형 전극조립체는, 집전체로 사용되는 금속 호일에 전극 활물질 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 전극 활물질의 박리 문제, 낮은 공간 활용성 등의 단점을 가지고 있다. 반면에, 스택형 전극조립체는 다수의 양극 및 음극 단위체들을 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 전극조립체로서, 일정한 단위 크기의 양극/분리막/음극 구조의 풀셀(full cell) 또는 양극(음극)/분리막/음극(양극)/분리막/양극(음극) 구조의 바이셀(bicell)을 긴 길이의 연속적인 분리막 필름을 이용하여 폴딩한 구조의 전극조립체가 개발되었고, 상기 구조의 전극조립체를 스택/폴딩형 전극조립체라고 한다.

상기 풀셀은 양극/분리막/음극의 단위 구조로 이루어져 있는 셀로서, 셀의 양측에 각각 양극과 음극이 위치하는 셀이다. 이러한 풀셀은 가장 기본적인 구조의 양극/분리막/음극 셀과 양극/분리막/음극/분리막/양극/분리막/음극 등을 들 수 있다.

또한, 상기 바이셀은 양극/분리막/음극/분리막/양극의 단위 구조 및 음극/분리막/양극/분리막/음극의 단위구조와 같이 셀의 양측에 동일한 전극이 위치하는 셀이다. 본 명세서에서는 양극/분리막/음극/분리막/양극 구조의 셀을 "C형 바이셀"로서 칭하고, 음극/분리막/양극/분리막/음극 구조의 셀을 "A형 바이셀"로서 칭한다. 즉, 양측에 양극이 위치하는 셀을 C형 바이셀이라 하고, 양측에 음극이 위치하는 셀을 A형 바이셀이라 한다.

이러한 바이셀들은 셀 양측의 전극이 동일한 구조라면 그것을 이루는 양극 및 음극과 분리막의 수가 특별히 제한되는 것은 아니다.

본 발명에 있어서, 상기 전지케이스는 다양한 형태일 수 있으며, 바람직하게는 평면상으로 사각형 구조로 이루어질 수 있다.

상기 전지케이스는, 수납부가 형성되어 있는 본체와 상기 수납부를 밀폐하는 커버가 일 단위의 시트 부재로 이루어진 구조일 수도 있고, 또는, 서로 대응하는 크기의 두 단위의 부재들로 이루어져 있고, 수납부가 일측 부재에 형성되어 있거나 또는 상호 대응하는 위치에서 양측 부재에 각각 형성되어 있는 구조일 수도 있다.

하나의 바람직한 예에서, 잉여부들(A, B)의 폭은 잉여부(C)의 폭을 기준으로 120 내지 500% 크기일 수 있다. 상기 잉여부들(A, B)의 폭이 500% 이상이면 재료 손실이 커서 결과적으로 이차전지의 제조 비용이 상승할 수 있고, 반대로 120% 이하일 경우에는 초기 충방전에 의해 발생되는 가스가 충분히 배출되기 어려울 수 있으므로 바람직하지 않다.

경우에 따라서는, 상기 전극조립체의 양극 및/또는 음극에 전지의 초기 충방전 과정에서 발생하는 가스가 통과할 수 있도록 둘 이상의 관통구들이 형성되어 있는 구조일 수 있으며, 이 경우, 상기 관통구들은 바람직하게는 전극 활물질층과 집전체를 연통하는 구조로 이루어질 수 있다.

구체적으로, 관통구들은 양극에 천공되어 있는 하나 이상의 관통구(양극 관통구)와 음극에 천공되어 있는 하나 이상의 관통구(음극 관통구)로 이루어질 수 있으며, 바람직하게는 상기 양극 관통구와 음극 관통구가 상호 연통되는 위치 배열을 갖는 구조일 수 있다.

상기 구조에서, 분리막에는 상기 양극 관통구와 음극 관통구에 연통하는 위치에 관통구가 추가로 천공되어 있는 구조일 수 있다.

이러한 구조에 의해, 초기 충방전에 의해 발생된 가스(gas)가 상기 관통구들을 통해 상기 전지셀 외부로 매우 신속하게 배출될 수 있다.

본 발명은 또한, 이차전지용 전지케이스의 제조를 위한 시트를 제공한다.

구체적으로, 상기 시트는 수지층 및 금속층을 포함하는 라미네이트 시트로 이루어져 있고, 전극조립체를 장착하기 위한 수납부들이 상기 라미네이트 시트 상에 일렬로 배열되어 있으며, 상기 수납부는 전극조립체의 전극단자들이 위치하게 될 면에 각각 인접한 양측 면의 잉여부들(A, B)의 크기가 전극단자들이 위치하는 면의 잉여부(C)의 크기보다 상대적으로 큰 위치에 형성되어 있는 구조일 수 있다.

이러한 구조의 시트는 그 자체로 당업계에 전혀 공지되어 있지 않은 시트이며, 이차전지의 제조 과정에서 앞서 설명한 바와 같은 다양한 효과들을 발휘한다.

본 발명은 또한, 상기 방법으로 제조된 전지셀을 제공하며, 상기 전지셀은 바람직하게는 리튬 이차전지일 수 있다.

전지셀의 구조 및 그것을 구성하는 성분들은 당업계에 공지되어 있으므로, 본 명세서에서는 그에 대한 자세한 설명을 생략한다.

또한, 본 발명은 상기 이차전지를 단위전지로서 둘 이상 포함하는 전지팩 및 상기 전지팩을 전원으로 사용하는 디바이스를 제공하며, 이러한 디바이스의 바람직한 예로는 전지적 모터에 의해 동력을 받아 움직이는 전기자동차(Electric Vehicle, EV), 하이브리드 전기자동차(Hybrid Electric Vehicle, HEV), 플러그-인 하이브리드 전기자동차(Plug-in Hybrid Electric Vehicle, PHEV) 등과, 잉여 전력을 저장하는 전력저장장치 등을 들 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

이러한 디바이스의 구조 및 제조 방법 역시 당업계에 공지되어 있으므로, 본 명세서에서는 그에 대한 자세한 설명을 생략한다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 이차전지의 제조방법은 전극조립체 수납부와 연통하는 관통구들을 전지케이스의 양측 잉여부에 각각 형성하여 탈기 공정을 수행하므로, 활성화 과정에서 발생한 가스를 용이하게 제거하여 제조 공정성을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 제조된 전지의 안전성을 크게 향상시킬 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 이차전지의 제조방법은 전극조립체를 전지케이스 수납부의 구조적 안전성을 갖는 부위에 수납하여 제조함으로써, 제조 과정 중 이송 과정에서 전지셀의 구조적 비대칭성으로 인한 불량 발생을 방지할 수 있다.

도 1은 종래의 탈기 공정을 수행한 전지셀 외부의 사진이다;
도 2는 종래의 탈기 공정을 수행한 전극조립체 내부의 사진이다;
도 3은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 파우치형 이차전지의 분해 사시도이다;
도 4 내지 도 9는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지셀 제조 방법에 대한 일련의 모식도들이다;
도 10은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 양극 시트, 분리막, 음극 시트의 평면 모식도이다.

이하, 본 발명의 실시예에 따른 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 상술하지만, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.

도 3에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 파우치형 이차전지의 분해 사시도가 모식적으로 도시되어 있다.

도 3을 참조하면, 파우치형 이차전지(100)는, 전극조립체(110), 전극조립체(110)로부터 연장되어 있는 전극 탭들(40, 50), 전극 탭들(40, 50)에 용접되어 있는 전극리드(112, 114), 및 전극조립체(110)를 수용하는 전지케이스(130)를 포함하는 것으로 구성되어 있다.

전극조립체(110)는 분리막이 개재된 상태에서 양극과 음극이 순차적으로 적층되어 있는 발전소자로서, 스택형 또는 스택/폴딩형 구조로 이루어져 있다. 전극 탭들(40, 50)은 전극조립체(110)의 각 극판으로부터 연장되어 있고, 전극리드(112, 114)는 각 극판으로부터 연장된 복수 개의 전극 탭들(40, 50)과, 예를 들어, 용접에 의해 각각 전기적으로 연결되어 있으며, 전지케이스(130)의 외부로 일부가 노출되어 있다. 또한, 전극리드(112, 114)의 상하면 일부에는 전지케이스(130)와의 밀봉도를 높이고 동시에 전기적 절연상태를 확보하기 위하여 절연필름(80)이 부착되어 있다.

전지케이스(130)는 전극조립체(110)를 수용할 수 있는 공간을 제공하며, 전체적으로 파우치 형상을 가지고 있다. 도 1에서와 같은 적층형 전극조립체(110)의 경우, 다수의 양극 탭들(40)과 다수의 음극 탭들(50)이 전극리드(112, 114)에 함께 결합될 수 있도록, 전지케이스(130) 내부 상단은 전극조립체(110)로부터 이격되어 있다.

도 4 내지 도 9에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지셀 제조 방법에 따른 과정의 일련의 모식도들이 도시되어 있다. 이들 도면을 도 3과 함께 참조하여 제조 방법을 설명하면 하기와 같다.

우선, 전극조립체(110)를 장착하기 위한 수납부(120)를, 전극조립체(110)의 전극단자들이 위치하게 될 면에 각각 인접한 양측 면의 잉여부들(A, B)의 폭 크기(w_a, w_b)가 전극단자들이 위치하는 면의 잉여부(C)의 폭 크기(w_c)보다 상대적으로 큰 위치에 형성한다. 잉여부(A)와 잉여부(B)의 폭 크기(w_a, w_b)는 서로 동일할 수도 있고 서로 다를 수도 있지만, 적어도 잉여부(C)의 폭 크기(w_c)보다는 상대적으로 크다.

그런 다음, 전지케이스(130)의 수납부(120)에 전극조립체(110)를 장착한 상태에서 전지케이스(130)의 외주면 중 일측 단부를 제외한 나머지 부위들을 열융착시켜 실링한다.

구체적으로, 전극단자들(112, 114)이 연결되어 있는 전극조립체(110)는 일측에 수납부(120)가 형성된 라미네이트 시트로 이루어진 전지케이스(130) 내에 장착된다. 또한, 4변 중 전극단자들(112, 114)을 포함하는 상변을 포함하여 3개의 변에는 열압축에 의해 실링부(140)가 형성되고, 나머지 변은 미실링 부위(150)의 상태로 남아 있다. 이러한 미실링 부위(150)를 통해 전해액을 주입한 후, 도 6과 같이 미실링 부위(150)인 일측 모서리의 끝단(162)을 열융착하고 충전과 방전을 수행하여 전지셀을 활성화시킨다.

다음으로, 전해액과 가스를 분리시킨 후, 도 7과 같이 전지케이스(130)의 내부와 통하는 관통구(163)를 단부 내측의 미실링 부위들(150, 160)에 각각 천공한 후, 미실링 부위(150, 160)에서 전지케이스(130)의 상면과 하면을 서로 대향방향으로 잡아당겨 벌리면서 진공을 인가하여, 활성화 과정에서 발생한 가스와 잉여 전해액을 제거한다.

마지막으로, 도 8 및 도 9와 같이 전극조립체(110)와 인접한 미실링 부위의 내측들(164, 165)을 각각 열융착하여 실링한 후, 나머지 외측 부위를 절취하여 전지셀을 완성한다.

도 10에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 양극 시트, 분리막, 음극 시트의 평면 모식도가 도시되어 있다.

도 10을 참조하면, 전극조립체(100)는 양극 집전체(26)의 양면에 코팅되어 있는 양극 활물질층들(22, 24)을 포함하는 양극(20), 음극 집전체(46)의 양면에 코팅되어 있는 음극 활물질층들(42, 44)을 포함하는 음극(40), 및 양극(20)과 음극(40) 사이에 개재되어 있는 분리막(30)으로 구성되어 있다.

또한, 양극(20) 및 음극(40)에는 양극 및 음극 단위체를 기준으로 각각 다수개의 관통구들(12, 14)이 천공되어 있어서, 전지의 초기 충방전 과정에서 발생하는 가스를 통과시킨다.

관통구들은 전극 활물질층과 집전체를 연통하는 구조로서, 양극(20)에 천공되어 있는 양극 관통구들(12)과 음극(40)에 천공되어 있는 음극 관통구들(14)로 이루어져 있다.

또한, 양극 관통구들(12)과 음극 관통구들(14)은 상호 연통되는 위치 배열을 가지고 있고, 이러한 양극 관통구(12)와 음극 관통구(14)와 연통되는 위치에 분리막 관통구(16)가 추가로 천공된 분리막(32)이 개재된다.

본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주내에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다.

Claims (17)

1. 수지층 및 금속층을 포함하는 라미네이트 시트의 전지케이스에 양극/분리막/음극 구조의 전극조립체 및 전해액이 내장되어 있는 전지셀의 제조방법으로서,
   (a) 전극조립체를 장착하기 위한 수납부를 전지케이스에 형성함에 있어서, 전극조립체의 전극단자들이 위치하는 면에 각각 인접한 양측 면의 잉여부들(A, B)의 크기가 전극단자들이 위치하는 면의 잉여부(C)의 크기보다 상대적으로 크게 수납부를 형성하는 과정;
   (b) 전지케이스의 수납부에 전극조립체를 장착한 상태에서 전지케이스의 외주면 중 일측 잉여부(A)의 단부(A1)를 제외한 나머지 잉여부들의 단부를 열융착시켜 실링하는 과정;
   (c) 미실링 상태의 상기 잉여부(A)의 단부(A1)를 통해 전해액을 주입한 후 잉여부(A)의 단부(A1)를 열융착에 의해 실링하는 과정;
   (d) 충전과 방전을 수행하여 전지셀을 활성화시키는 과정;
   (e) 전지케이스의 내부와 통하는 하나 이상의 관통구를 잉여부(A)와 잉여부(B)의 미실링 부위에 각각 천공하여 가스를 배출하는 과정; 및
   (f) 상기 잉여부(A)와 잉여부(B)의 내측 단부를 열융착하여 밀봉한 후, 나머지 외측 부위를 절취하는 과정;
   을 포함하는 것을 특징으로 하는 전지셀 제조방법.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 라미네이트 시트는 외부 수지층, 공기 및 수분 차단성 금속층, 및 열융착성 내부 수지층의 적층 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 전지셀 제조방법.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 전극조립체는 권취형 구조, 스택형 구조, 또는 스택/폴딩형 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 전지셀 제조방법.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 전지케이스는 평면상으로 사각형 구조로 이루어져 있는 것을 특징으로 하는 전지셀 제조방법.
5. 제 1 항에 있어서, 상기 전지케이스는 수납부가 형성되어 있는 본체가 상기 수납부를 밀폐하는 커버가 일 단위의 시트 부재로 이루어진 것을 특징으로 하는 전지셀 제조방법.
6. 제 1 항에 있어서, 상기 전지케이스는 서로 대응하는 크기의 두 단위의 부재들로 이루어져 있고, 수납부는 일측 부재에 형성되어 있거나 또는 상호 대응하는 위치에서 양측 부재가 각각 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지셀 제조방법.
7. 제 1 항에 있어서, 상기 잉여부들(A, B)의 폭은 잉여부(C)의 폭을 기준으로 120 내지 500% 크기인 것을 특징으로 하는 전지셀 제조방법.
8. 제 1 항에 있어서, 상기 전극조립체의 양극 및/또는 음극에는 전지의 초기 충방전 과정에서 발생하는 가스가 통과할 수 있도록 둘 이상의 관통구들이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지셀 제조방법.
9. 제 8 항에 있어서, 상기 관통구들은 전극 활물질층과 집전체를 연통하는 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 전지셀 제조방법.
10. 제 8 항에 있어서, 상기 관통구들은 양극에 천공되어 있는 하나 이상의 관통구(양극 관통구)와 음극에 천공되어 있는 하나 이상의 관통구(음극 관통구)로 이루어진 것을 특징으로 하는 전지셀 제조방법.
11. 제 10 항에 있어서, 상기 양극 관통구와 음극 관통구는 상호 연통되는 위치 배열을 갖는 것을 특징으로 하는 전지셀 제조방법.
12. 제 11 항에 있어서, 분리막에는 상기 양극 관통구와 음극 관통구에 연통하는 위치에 관통구가 천공되어 있는 것을 특징으로 하는 전지셀 제조방법.
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