KR101650044B1 - 전지케이스의 수납부 형상에 따라 절곡된 실링부 단부 상에 전기적 절연성 물질이 부가되어 있는 구조의 전지셀 - Google Patents

Abstract

본 발명은 양극, 음극 및 상기 양극과 음극 사이에 개재된 분리막을 포함하는 전극조립체가 전지케이스의 수납부에 장착되어 있고, 수납부의 외주면에는 열융착에 의한 실링부들이 형성되어 있는 전지셀로서, 상기 실링부들 중에서, 전극단자가 위치하는 실링부에 각각 인접한 양 측변 실링부들은 전지케이스의 수납부 형상을 따라 상향 절곡되어 수납부의 외면에 밀착되어 있고; 상기 양 측변 실링부들의 단부에는 전기적 절연성 물질이 양 측변 실링부들의 단부를 따라 부가되어 있으며; 상기 양 측변 실링부들의 하단 엣지부는 수납부의 외면을 따라 굴곡진 형태로 전기적 절연성 물질이 부가되어 있는 것을 특징으로 하는 전지셀에 관한 것이다.

Description

전지케이스의 수납부 형상에 따라 절곡된 실링부 단부 상에 전기적 절연성 물질이 부가되어 있는 구조의 전지셀 {Battery Cell Having Structure for Coating with Electrical Insulating Material On End of Sealing Part Bended According to Shape of Receiving Portion in Case}

본 발명은 전지케이스의 수납부 형상에 따라 절곡된 실링부 단부 상에 전기적 절연성 물질이 부가되어 있는 구조의 전지셀에 관한 것이다.

최근 사용량이 증가하고 있는 이차전지는, 전지의 형상 면에서 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 분리필름으로 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.

도 1에는 종래의 대표적인 파우치형 이차전지의 일반적인 구조가 분해 사시도로서 모식적으로 도시되어 있다.

도 1을 참조하면, 파우치형 이차전지(10)는, 전극조립체(30), 전극조립체(30)로부터 연장되어 있는 전극 탭들(40, 50), 전극 탭들(40, 50)에 용접되어 있는 전극리드(60, 70), 및 전극조립체(30)를 수용하는 전지케이스(20)를 포함하는 것으로 구성되어 있고, 전극리드(60, 70)의 상하면 일부에는 전지케이스(20)와의 밀봉도를 높이고 동시에 전기적 절연상태를 확보하기 위하여 절연필름(80)이 부착되어 있다.

이러한 파우치형 전지는 전극조립체를 라미네이트 시트에 수납하고 전해액을 주입하여 열융착 등으로 밀봉하는 단계에서, 열융착 부위(실링부)가 전해액 주입과정에서의 오염과 라미네이트 시트의 최내측 수지층에서의 과다한 용융 현상 및/또는 가압으로 인한 내측 수지층의 외부로의 돌출로 인하여, 열융착을 행한 이후에도 완전한 실링 상태를 유지하기 어려워 수분의 침투가 용이하고 전해액의 누액 가능성이 존재하는 문제점이 있다.

또한, 파우치형 전지는 전지케이스인 라미네이트 시트의 단부에서 금속층이 노출됨으로 인해 절연 파괴 현상이 초래될 수 있다.

이와 관련하여, 종래의 기술들은 열융착부 외각에 PET 라벨(label) 및 테이프를 이용하여 절연을 시도하는 전지를 개시하고 있다. 그러나, PET 라벨 및 테이프를 이용하여 열융착부 외각을 절연할 경우, 라벨 및 테이프의 벗겨짐 현상이 나타나거나 기포 또는 주름 등의 불량이 발생하는 문제점이 있다.

이에, 최근에는 열융착부 외곽에 밀폐보조제를 도포함으로써 밀봉성을 향상시킨 파우치형 전지를 개시하고 있다. 그러나, 얇은 수직 단면상의 열융착부 외곽에 소정의 점도와 유동성을 가진 밀폐보조제를 도포하는 작업이 용이하지 않으며, 도포 후, 경화시키는 과정에서 밀폐보조제가 하단으로 흘러내려 전지의 밀봉성 향상 효과를 감소시킬 수 있는 문제점이 있다. 결과적으로, 상기 기술은 실제 양산 공정에 적용하기에 적합하지 않다.

따라서, 상기 문제점을 해결하면서, 파우치형 전지에서 열융착부의 밀봉성을 향상시키고 절연 파괴 현상을 방지할 수 있는 기술에 대한 필요성이 높은 실정이다.

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

본 출원의 발명자들은 심도 있는 연구와 다양한 실험을 거듭한 끝에, 이후 설명하는 바와 같이, 열융착에 의한 실링부 중 양 측변 실링부들을 전지케이스의 수납부 형상에 따라 상향 절곡하여 수납부의 외면에 밀착시킨 상태에서 전기적 절연성 물질을 양 측변 실링부들의 단부를 따라 부가시키되, 하단 엣지부는 수납부의 외면을 따라 굴곡진 형태로 부가하는 경우, 전지의 밀봉력을 향상시키고, 전지케이스의 금속층이 노출됨으로써 유발되는 절연 파괴 현상의 문제점을 해결하면서도, 전기적 절연성 물질을 실링부 단부 상에 전체적으로 용이하게 도포할 수 있음을 확인하고, 본 발명을 완성하기에 이르렀다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전지셀은,

양극, 음극 및 상기 양극과 음극 사이에 개재된 분리막을 포함하는 전극조립체가 전지케이스의 수납부에 장착되어 있고, 수납부의 외주면에는 열융착에 의한 실링부들이 형성되어 있는 전지셀로서,

상기 실링부들 중에서, 전극단자가 위치하는 실링부에 각각 인접한 양 측변 실링부들은 전지케이스의 수납부 형상을 따라 상향 절곡되어 수납부의 외면에 밀착되어 있고;

상기 양 측변 실링부들의 단부에는 전기적 절연성 물질이 양 측변 실링부들의 단부를 따라 부가되어 있으며;

상기 양 측변 실링부들의 하단 엣지부는 수납부의 외면을 따라 굴곡진 형태로 전기적 절연성 물질이 부가되어 있는 것을 특징으로 한다.

본 출원의 발명자들이 확인한 바에 따르면, 양 측변 실링부들을 상향 절곡한 후, 실링부들의 단부에 전기적 절연성 물질을 부가하는 경우, 상기 절연성 물질이 어느 정도 안정적으로 도포될 수 있으나, 이 경우, 양 측변 실링부들이 거의 일직선으로 절곡되기 때문에 전기적 절연성 물질 역시 일직선으로 도포될 수 밖에 없는데 이때 중간 부분의 실링부는 크게 문제되지 않으나, 하단 엣지부는 전지케이스 수납부의 굴곡진 형태로 인해 빈공간이 많아 일직선으로 유지되기 어려우므로 전기적 절연성 물질의 도포에 어려움이 있다.

반면, 본 발명과 같이, 양 측변 실링부들을 전지케이스의 수납부 형상을 따라 상향 절곡하여 수납부의 외면에 밀착시킨 상태에서 전기적 절연성 물질을 부가하고, 하단 엣지부는 수납부의 외면을 따라 절곡된 실링부 단부 상에 굴곡진 형태로 부가하는 경우, 하단 엣지부에서도 절연성 물질이 안정적으로 도포될 수 있으므로 전지셀을 용이하게 제조할 수 있다.

상기 하단 엣지부에 대응하는 굴곡진 형태의 수납부 외면은 하나의 구체적인 예에서, 라운드(round)형태일 수 있고, 이때, 상기 하단 엣지부는 라운드 형태의 수납부 외면에 대응하여 절곡, 밀착될 수 있다. 또한, 상기 실링부를 더욱 안정적으로 전지케이스에 밀착시키기 위해서는 절곡 후, 실링부를 라운드 형태의 수납부 외면에 대해 가압(pressing)함이 바람직하다.

한편, 상기 전기적 절연성 물질은, 상향 절곡된 측변 실링부들의 단부를 도포하는 구조로 부가될 수 있으며, 하단 엣지부에서는, 라운드 형태의 수납부 외면에 밀착된 하단 엣지부가 완전히 전지케이스의 수납부와 밀착, 결합되도록 전기적 절연성 물질이 부가될 수 있다.

양 측변 실링부의 하단 엣지부가 수납부의 외면을 따라 굴곡진 형태로 절곡되고, 그 단부 상에 전기적 절연성 물질이 부가되는 경우라면, 그 도포 방법에는 특별한 한정이 없으나, 도포 영역의 빈공간을 줄이는 한편, 실링부가 떨어져 나와 움직임으로써 절연성 물질에 크랙이 발생하거나, 탈리되는 현상을 효과적으로 방지하기 위해서는 전지케이스의 수납부와 밀착, 결합되도록 부가됨이 바람직하다.

상기 전기적 절연성 물질은, 하나의 구체적인 예에서, 전지케이스의 두께 이하의 높이로 부가될 수 있다. 전지케이스의 두께를 초과하여 부가되는 경우, 절연성 물질이 필요 이상으로 공간을 차지하게 되므로 컴팩트한 전지를 제조할 수 없고, 그에 따라 공간적 손실이 발생하는 문제가 있다. 다만, 전지케이스의 두께 이하의 높이로 부가되는 경우에도, 양 측변 실링부의 단부를 모두 덮도록 부가되되, 단부로부터 소정의 두께를 갖도록 부가됨이 바람직하다. 이는, 상기 절연성 물질이 너무 얇게 부가되는 경우, 작은 크랙에 의해서도 전지케이스의 금속층이 노출될 수 있기 때문이다.

하나의 구체적인 예에서, 상기 전기적 절연성 물질은 빛 또는 열에 의한 화학 반응에 의해 가교 결합이 이루어지면서 높은 분자간 결합력을 발휘하는 광 또는 열 경화성 물질일 수 있고, 상기 광 경화성 물질은 구체적으로, 자외선에 의해 가교 결합이 이루어지는 자외선(UV) 경화성 물질일 수 있다.

상기 자외선 경화성 물질은, 예를 들어, 불포화 폴리에스테르계 물질이나, 폴리에스테르 아크릴레이트, 에폭시 아크릴레이트, 우레탄 아크릴레이트 등의 폴리아크릴레이트계 물질 등을 들 수 있지만, 이들만으로 한정되는 것은 아니다.

상기 자외선 경화성 물질은, 친수성 기(hydrophilic function group)를 가진 물질일 수 있고, 이 경우, 전지 내부로 유입되는 수분을 포집하여, 밀봉성을 높임과 동시에 수분의 침투를 억제할 수 있다.

자외선 경화성 물질은, 소정의 점도를 가진 올리고머, 또는 소분자량의 중합체의 형태로 주입된 후 UV로 경화되는 것일 수도 있다. 이때, 상기 점도는, 상세하게는 18,000 mPa·s 내지 35,000 mPa·s일 수 있고, 더욱 상세하게는, 24,000 mPa·s 내지 29,000 mPa·s일 수 있다.

일반적인 자외선 경화성 물질은 단량체(monomer)와 중간체(oligomer)로 이루어져 있는 점도가 낮은 액체 상태의 물질이나, 상기 물질은 상기 범위의 점도를 가진 올리고머, 또는 소분자량의 중합체 형태로 해당 부위에 주입되므로, 도포가 용이하고 도포 후에도 유동이 거의 없어 최적의 밀봉성 향상 효과를 얻을 수 있다.

경우에 따라서는, 상기 자외선 경화성 물질이 단량체로서 소정의 증점제가 첨가된 상태에서 해당 부위에 부가될 수 있다.

앞서 언급한 바와 같이, 단량체(monomer)로 이루어진 자외선 경화성 물질은 점도가 낮은 액체 상태의 물질이다. 따라서, 이러한 물질의 점도를 증가시켜 줄 수 있는 카복시메틸셀룰로오스(carboxymethyl cellulose), 하이드록시에틸셀룰로오스(Hydroxyethyl cellulose), 폴리비닐알콜(Polyvinyl Alcohol), 폴리비닐아세테이트(Polyvinylacrylate) 등과 같은 증점제를 첨가하여 해당 부위에 도포함으로써, 도포가 용이해지고, 밀봉성이 향상된 효과를 얻을 수 있다.

한편, 상기 실링부들 중 전극단자가 위치하는 실링부에는 전지케이스 수납부 외면에 안착되는 방향으로 보호회로 기판이 탑재될 수 있고, 이 경우, 상기 보호회로 기판과 수납부의 외면 사이의 공간에는 전기적 절연성 물질이 추가로 부가될 수 있다. 여기서, 상기 보호회로 기판에 대한 구성은 당업계에 공지되어 있는 바, 본 명세서에서는 이에 대한 설명을 생략한다.

하나의 구체적인 예에서, 상기 전극조립체는 다수의 전극 탭들을 연결하여 양극과 음극을 구성하는 구조라면 특별히 한정되는 것은 아니며, 상세하게는 폴딩형 구조, 스택형 구조와 스택/폴딩형 구조를 들 수 있다. 스택/폴딩형 구조의 전극조립체에 대한 자세한 내용은 본 출원인의 한국 특허출원공개 제2001-0082058호, 제2001-0082059호 및 제2001-0082060호에 개시되어 있으며, 상기 출원은 본 발명의 내용에 참조로서 합체된다.

본 발명에 따른 전지셀은, 특히 금속층과 수지층을 포함하는 라미네이트 시트, 예를 들어, 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치형 전지케이스에 전극조립체가 내장되어 있는 파우치형 이차전지에 바람직하게 적용될 수 있다.

본 발명에 따른 전지셀은 리튬 함유 전해액이 전극조립체에 함침되어 있는 리튬이온 이차전지, 리튬 함유 전해액이 겔의 형태로 전극조립체에 함침되어 있는, 이른바, 리튬이온 폴리머 전지 등의 리튬 이차전지에 바람직하게 적용될 수 있다.

일반적으로, 리튬 이차전지는 양극, 음극, 분리막, 및 리튬염 함유 비수 전해액으로 구성되어 있다.

상기 양극은, 예를 들어, 양극 집전체 상에 양극 활물질, 도전재 및 바인더의 혼합물을 도포한 후 건조하여 제조되며, 필요에 따라서는, 상기 혼합물에 충진제를 더 첨가하기도 한다.

상기 양극 활물질은 리튬 코발트 산화물(LiCoO₂), 리튬 니켈 산화물(LiNiO₂) 등의 층상 화합물이나 1 또는 그 이상의 전이금속으로 치환된 화합물; 화학식 Li_1+xMn_2-xO₄ (여기서, x 는 0 ~ 0.33 임), LiMnO₃, LiMn₂O₃, LiMnO₂ 등의 리튬 망간 산화물; 리튬 동 산화물(Li₂CuO₂); LiV₃O₈, LiFe₃O₄, V₂O₅, Cu₂V₂O₇ 등의 바나듐 산화물; 화학식 LiNi_1-xM_xO₂ (여기서, M = Co, Mn, Al, Cu, Fe, Mg, B 또는 Ga 이고, x = 0.01 ~ 0.3 임)으로 표현되는 Ni 사이트형 리튬 니켈 산화물; 화학식 LiMn_2-xM_xO₂ (여기서, M = Co, Ni, Fe, Cr, Zn 또는 Ta 이고, x = 0.01 ~ 0.1 임) 또는 Li₂Mn₃MO₈ (여기서, M = Fe, Co, Ni, Cu 또는 Zn 임)으로 표현되는 리튬 망간 복합 산화물; 화학식의 Li 일부가 알칼리토금속 이온으로 치환된 LiMn₂O₄; 디설파이드 화합물; Fe₂(MoO₄)₃ 등을 들 수 있지만, 이들만으로 한정되는 것은 아니다.

상기 도전재는 통상적으로 양극 활물질을 포함한 혼합물 전체 중량을 기준으로 1 내지 30 중량%로 첨가된다. 이러한 도전재는 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 천연 흑연이나 인조 흑연 등의 흑연; 카본블랙, 아세틸렌 블랙, 케첸 블랙, 채널 블랙, 퍼네이스 블랙, 램프 블랙, 서머 블랙 등의 카본블랙; 탄소 섬유나 금속 섬유 등의 도전성 섬유; 불화 카본, 알루미늄, 니켈 분말 등의 금속 분말; 산화아연, 티탄산 칼륨 등의 도전성 위스키; 산화 티탄 등의 도전성 금속 산화물; 폴리페닐렌 유도체 등의 도전성 소재 등이 사용될 수 있다.

상기 바인더는 활물질과 도전재 등의 결합과 집전체에 대한 결합에 조력하는 성분으로서, 통상적으로 양극 활물질을 포함하는 혼합물 전체 중량을 기준으로 1 내지 30 중량%로 첨가된다. 이러한 바인더의 예로는, 폴리불화비닐리덴, 폴리비닐알코올, 카르복시메틸셀룰로우즈(CMC), 전분, 히드록시프로필셀룰로우즈, 재생 셀룰로우즈, 폴리비닐피롤리돈, 테트라플루오로에틸렌, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 에틸렌-프로필렌-디엔 테르 폴리머(EPDM), 술폰화 EPDM, 스티렌 브티렌 고무, 불소 고무, 다양한 공중합체 등을 들 수 있다.

상기 충진제는 양극의 팽창을 억제하는 성분으로서 선택적으로 사용되며, 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 섬유상 재료라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등의 올리핀계 중합체; 유리섬유, 탄소섬유 등의 섬유상 물질이 사용된다.

상기 음극은 음극 집전체 상에 음극 활물질을 도포, 건조하여 제작되며, 필요에 따라, 앞서 설명한 바와 같은 성분들이 선택적으로 더 포함될 수도 있다.

상기 음극 활물질로는, 예를 들어, 난흑연화 탄소, 흑연계 탄소 등의 탄소; Li_xFe₂O₃(0≤x≤1), Li_xWO₂(0≤x≤1), Sn_xMe_1-xMe’_yO_z (Me: Mn, Fe, Pb, Ge; Me’: Al, B, P, Si, 주기율표의 1족, 2족, 3족 원소, 할로겐; 0<x≤1; 1≤y≤3; 1≤z≤8) 등의 금속 복합 산화물; 리튬 금속; 리튬 합금; 규소계 합금; 주석계 합금; SnO, SnO₂, PbO, PbO₂, Pb₂O₃, Pb₃O₄, Sb₂O₃, Sb₂O₄, Sb₂O₅, GeO, GeO₂, Bi₂O₃, Bi₂O₄, and Bi₂O₅ 등의 금속 산화물; 폴리아세틸렌 등의 도전성 고분자; Li-Co-Ni 계 재료 등을 사용할 수 있다.

상기 분리막은 양극과 음극 사이에 개재되며, 높은 이온 투과도와 기계적 강도를 가지는 절연성의 얇은 박막이 사용된다. 분리막의 기공 직경은 일반적으로 0.01 ~ 10 ㎛이고, 두께는 일반적으로 5 ~ 300 ㎛이다. 이러한 분리막으로는, 예를 들어, 내화학성 및 소수성의 폴리프로필렌 등의 올레핀계 폴리머; 유리섬유 또는 폴리에틸렌 등으로 만들어진 시트나 부직포 등이 사용된다. 전해질로서 폴리머 등의 고체 전해질이 사용되는 경우에는 고체 전해질이 분리막을 겸할 수도 있다.

리튬염 함유 비수 전해액은, 극성 유기 전해액과 리튬염으로 이루어져 있다. 전해액으로는 비수계 액상 전해액, 유기 고체 전해질, 무기 고체 전해질 등이 사용된다.

상기 비수계 액상 전해액으로는, 예를 들어, N-메틸-2-피롤리디논, 프로필렌 카르보네이트, 에틸렌 카르보네이트, 부틸렌 카르보네이트, 디메틸 카르보네이트, 디에틸 카르보네이트, 감마-부틸로 락톤, 1,2-디메톡시 에탄, 테트라히드록시 프랑(franc), 2-메틸 테트라하이드로푸란, 디메틸술폭시드, 1,3-디옥소런, 포름아미드, 디메틸포름아미드, 디옥소런, 아세토니트릴, 니트로메탄, 포름산 메틸, 초산메틸, 인산 트리에스테르, 트리메톡시 메탄, 디옥소런 유도체, 설포란, 메틸 설포란, 1,3-디메틸-2-이미다졸리디논, 프로필렌 카르보네이트 유도체, 테트라하이드로푸란 유도체, 에테르, 피로피온산 메틸, 프로피온산 에틸 등의 비양자성 유기용매가 사용될 수 있다.

상기 유기 고체 전해질로는, 예를 들어, 폴리에틸렌 유도체, 폴리에틸렌 옥사이드 유도체, 폴리프로필렌 옥사이드 유도체, 인산 에스테르 폴리머, 폴리 에지테이션 리신(agitation lysine), 폴리에스테르 술파이드, 폴리비닐 알코올, 폴리 불화 비닐리덴, 이온성 해리기를 포함하는 중합체 등이 사용될 수 있다.

상기 무기 고체 전해질로는, 예를 들어, Li₃N, LiI, Li₅NI₂, Li₃N-LiI-LiOH, LiSiO₄, LiSiO₄-LiI-LiOH, Li₂SiS₃, Li₄SiO₄, Li₄SiO₄-LiI-LiOH, Li₃PO₄-Li₂S-SiS₂ 등의 Li의 질화물, 할로겐화물, 황산염 등이 사용될 수 있다.

상기 리튬염은 상기 비수계 전해질에 용해되기 좋은 물질로서, 예를 들어, LiCl, LiBr, LiI, LiClO₄, LiBF₄, LiB₁₀Cl₁₀, LiPF₆, LiCF₃SO₃, LiCF₃CO₂, LiAsF₆, LiSbF₆, LiAlCl₄, CH₃SO₃Li, CF₃SO₃Li, (CF₃SO₂)₂NLi, 클로로 보란 리튬, 저급 지방족 카르본산 리튬, 4 페닐 붕산 리튬, 이미드 등이 사용될 수 있다.

또한, 비수계 전해액에는 충방전 특성, 난연성 등의 개선을 목적으로, 예를 들어, 피리딘, 트리에틸포스파이트, 트리에탄올아민, 환상 에테르, 에틸렌 디아민, n-글라임(glyme), 헥사 인산 트리 아미드, 니트로벤젠 유도체, 유황, 퀴논 이민 염료, N-치환 옥사졸리디논, N,N-치환 이미다졸리딘, 에틸렌 글리콜 디알킬 에테르, 암모늄염, 피롤, 2-메톡시 에탄올, 삼염화 알루미늄 등이 첨가될 수도 있다. 경우에 따라서는, 불연성을 부여하기 위하여, 사염화탄소, 삼불화에틸렌 등의 할로겐 함유 용매를 더 포함시킬 수도 있고, 고온 보존 특성을 향상시키기 위하여 이산화탄산 가스를 더 포함시킬 수도 있다.

본 발명은 또한, 상기의 전지셀을 하나 이상 포함하는 전지팩을 제공하며, 상기 전지팩을 전원으로 사용하는 디바이스를 제공한다.

상기 디바이스의 구체적인 예로는 휴대폰, 휴대용 컴퓨터, 스마트폰, 태블릿 PC, 스마트 패드 또는 넷북 등을 들 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 전지셀은, 열융착에 의한 실링부 중 양 측변 실링부들을 전지케이스의 수납부 형상에 따라 상향 절곡하여 수납부의 외면에 밀착시킨 상태에서 전기적 절연성 물질을 양 측변 실링부들의 단부를 따라 부가시키되, 하단 엣지부는 수납부의 외면을 따라 굴곡진 형태로 부가함으로써, 전지의 반복적인 충방전 과정에서 전지셀이 팽창 및 수축을 반복하여 발생할 수 있는 실링부의 결함에, 수분이 침투하거나 전지케이스 내부의 전해액이 누출되는 문제점과, 전지케이스의 금속층이 노출됨으로써 유발되는 절연 파괴 현상의 문제점을 해결할 수 있을 뿐만 아니라 전기적 절연성 물질을 실링부 단부 상에 전체적으로 용이하면서도 안정적으로 도포할 수 있다.

도 1은 종래의 파우치형 전지의 일반적인 구조에 대한 분해 사시도이다;
도 2는 전지케이스의 양 측변 실링부가 수납부 형상을 따라 절곡, 밀착되어 있는 전지셀의 단면도이다;
도 3은 양 측변 실링부들의 하단 엣지부가 일직선으로 절곡된 상태에서 전기적 절연성 물질이 부가되어 있는 구조를 나타내는 모식도이다;
도 4는 도 3의 A 부분의 확대도이다;
도 5는 본 발명의 하나의 실시예에 전지셀에서, 양 측변 실링부들의 하단 엣지부가 수납부 외면에 대응하여 절곡된 상태에서 전기적 절연성 물질이 부가되어 있는 구조를 나타내는 모식도이다;
도 6은 도 5의 B 부분의 확대도이다.

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 2는 전지셀에서 케이스의 실링부가 수납부 측벽에 밀착되어 있는 구조의 단면도가 모식적으로 도시되어 있다.

도 2를 참조하면, 전지셀(100)은 제 1 시트형 케이스(110)의 수납부(112)에 양극/분리막/음극 구조의 전극조립체(도시하지 않음)를 장착한 후, 그에 대응하는 제 2 시트형 케이스(120)를 열융착시켜 소정의 과정을 통해 제작되고, 열융착 과정에서 수납부(112)의 외주면 방향으로 실링부(130, 140)가 형성된다. 제 1 시트형 케이스(110)와 제 2 시트형 케이스(120)는 1 단위의 부재일 수도 있고, 독립적인 2 단위의 부재일 수도 있다.

그런 다음, 양측 실링부들(130, 140)을 수납부(112)와의 인접부에서 각각 절곡하여 수납부 측벽(112a)에 밀착시킨다.

이와 같이 제조된 전지셀은 양 측변 실링부들이 거의 일직선으로 절곡되기 때문에 이후, 전기적 절연성 물질 역시 일직선으로 도포될 수 밖에 없다. 그러나, 상기에서 설명한 바와 같이, 이 경우, 중간 부분의 실링부는 크게 문제되지 않으나, 하단 엣지부는 전지케이스 수납부의 굴곡진 형태로 인해 빈공간이 많아 일직선으로 유지되기 어려우므로 전기적 절연성 물질의 도포에 어려움이 있다.

반면, 본 발명과 같이, 양 측변 실링부들을 전지케이스의 수납부 형상을 따라 상향 절곡하여 수납부의 외면에 밀착시킨 상태에서 전기적 절연성 물질을 부가하되, 하단 엣지부는 수납부의 외면을 따라 절곡된 실링부 단부 상에 굴곡진 형태로 부가하는 경우, 하단 엣지부에서도 절연성 물질이 안정적으로 도포될 수 있으므로 전지셀을 용이하게 제조할 수 있다.

하기에서는 상기와 같은 본 발명에 따른 전지셀 구조의 효과를 설명하기 위해 도 3 내지 도 6을 참조하여 상기 차이에 대해 더욱 자세히 설명한다.

도 3에는 본원발명에 따른 효과를 비교하기 위해, 양 측변 실링부들이 일직선으로 전지케이스의 수납부에 밀착된 상태에서 전기적 절연성 물질이 부가되어 있는 구조가 모식적으로 도시되어 있고, 도 4에는 도 3의 A 부분의 확대도가 도시되어 있다.

도 5에는, 상기 도 3 및 도 4에 도시된 구조의 전지셀에서 발생하는 문제를 해결할 수 있는, 본 발명에 하나의 실시예에 따른 전지셀의 구조가 모식적으로 도시되어 있고, 도 6에는 도 5의 B 부분의 확대도가 도시되어 있다.

먼저, 도 3 및 도 4를 참조하면, 전지셀(200)의 측변 실링부(220)는 전지케이스의 수납부(210) 측벽에 일직선으로 밀착되는 바, 전기적 절연성 물질(230) 역시 일직선의 형태로 부가되어 있다. 이 경우, 실링부들의 하단 엣지부(221)와 전지케이스의 수납부(210) 사이에는 빈공간(240)이 존재하게 되고, 이에 따라 전기적 절연성 물질(230)의 일직선 형태의 도포가 어렵게 된다.

반면, 도 5 및 도 6을 참조하면, 본 발명에 따른 전지셀(300)의 측변 실링부(320)는 전지케이스의 수납부(310) 측벽에 밀착됨과 동시에 측변 실링부(320)의 하단 엣지부(321)가 수납부(310) 외면에 대응하여 절곡된 상태에서 하단 엣지부가 대응하는 수납부의 외면에 밀착되도록 굴곡진 형태로 전기적 절연성 물질(330)이 부가되어 있다.

따라서, 유동성이 있는 절연성 물질(330)을 흘러내리지 않게 측변 실링부(320) 단부 상에 전체적으로 용이하면서도 안정적으로 도포할 수 있고, 하단 엣지부(321)에서는 도포 영역의 빈공간을 줄이는 한편, 측변 실링부(320)가 떨어져 나와 움직임으로써 절연성 물질(330)에 크랙이 발생하거나, 탈리되는 현상을 효과적으로 방지할 수 있다.

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

Claims (23)

1. 양극, 음극 및 상기 양극과 음극 사이에 개재된 분리막을 포함하는 전극조립체가 전지케이스의 수납부에 장착되어 있고, 수납부의 외주면에는 열융착에 의한 실링부들이 형성되어 있는 전지셀로서,
   상기 실링부들 중에서, 전극단자가 위치하는 실링부에 각각 인접한 양 측변 실링부들은 전지케이스의 수납부 형상을 따라 상향 절곡되어 수납부의 외면에 밀착되어 있고;
   상기 양 측변 실링부들의 단부에는 전기적 절연성 물질이 양 측변 실링부들의 단부를 따라 부가되어 있으며;
   상기 양 측변 실링부들의 하단 엣지부에 대응하는 수납부의 외면은 라운드(round) 형태이고,
   상기 측변 실링부의 하단 엣지부는 상기 라운드 형태의 수납부 외면에 대응하여 절곡(folding), 밀착되어 있으며,
   상기 전기적 절연성 물질은 하단 엣지부가, 대응하는 수납부의 외면에 밀착되도록 굴곡진 형태로 부가되어 있는 것을 특징으로 하는 전지셀.
2. 삭제
3. 삭제
4. 제 1 항에 있어서, 상기 라운드 형태의 수납부 외면에 대응하여 측변 실링부의 하단 엣지부가 가압(pressing)되어 있는 것을 특징으로 하는 전지셀.
5. 삭제
6. 제 1 항에 있어서, 상기 전기적 절연성 물질은, 상향 절곡된 측변 실링부들의 단부를 도포하는 구조로 부가되어 있는 것을 특징으로 하는 전지셀.
7. 제 1 항에 있어서, 상기 전기적 절연성 물질은 전지케이스의 두께 이하의 높이로 부가되는 것을 특징으로 하는 전지셀.
8. 제 1 항에 있어서, 상기 전기적 절연성 물질은 광 또는 열 경화성 물질인 것을 특징으로 하는 전지셀.
9. 제 8 항에 있어서, 상기 광 경화성 물질은 자외선(UV) 경화성 물질인 것을 특징으로 하는 전지셀.
10. 제 9 항에 있어서, 상기 자외선 경화성 물질은 친수성 기(hydrophilic function group)를 가진 물질인 것을 특징으로 하는 전지셀.
11. 제 9 항에 있어서, 상기 자외선 경화성 물질은 불포화 폴리에스테르계 물질 또는 폴리아크릴레이트계 물질인 것을 특징으로 하는 전지셀.
12. 제 9 항에 있어서, 상기 자외선 경화성 물질은 소정의 점도를 가진 올리고머, 또는 소분자량의 중합체의 형태로 주입된 후 UV로 경화되는 것을 특징으로 하는 전지셀.
13. 제 12 항에 있어서, 상기 점도는 18,000 mPa·s 내지 35,000 mPa·s 인 것을 특징으로 하는 전지셀.
14. 제 13 항에 있어서, 상기 점도는 24,000 mPa·s 내지 29,000 mPa·s 인 것을 특징으로 하는 전지셀.
15. 제 1 항에 있어서, 상기 전극조립체는 폴딩형 구조, 스택형 구조, 또는 스택/폴딩형 구조인 것을 특징으로 하는 전지셀.
16. 제 1 항에 있어서, 상기 전지케이스는 수지층과 금속층을 포함하는 라미네이트 시트로 이루어진 것을 특징으로 하는 전지셀.
17. 제 16 항에 있어서, 상기 라미네이트 시트는 알루미늄 라미네이트 시트인 것을 특징으로 하는 전지셀.
18. 제 1 항에 있어서, 상기 실링부들 중 전극단자가 위치하는 실링부에는 전지케이스 수납부 외면에 안착되는 방향으로 보호회로 기판이 탑재되어 있는 것을 특징으로 하는 전지셀.
19. 제 18 항에 있어서, 상기 보호회로 기판과 수납부의 외면 사이의 공간에 전기적 절연성 물질이 추가로 부가되어 있는 것을 특징으로 하는 전지셀.
20. 제 1 항에 있어서, 상기 전지셀은 리튬 이차전지인 것을 특징으로 하는 전지셀.
21. 제 1 항, 제 4 항, 제 6 항 내지 제 20 항 중 어느 하나에 따른 전지셀을 하나 이상 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 전지팩.
22. 제 21 항에 따른 전지팩을 전원으로 사용하는 것을 특징으로 하는 디바이스.
23. 제 22 항에 있어서, 상기 디바이스는 휴대폰, 휴대용 컴퓨터, 스마트폰, 태블릿 PC, 스마트 패드 또는 넷북인 것을 특징으로 하는 디바이스.

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