KR101807271B1 - Pouch-Typed Battery Cell Comprising a Thin Plate and Method for Preparing the Same - Google Patents
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Abstract
본 발명은 양극과 음극 사이에 분리막이 개재되어 있는 구조의 전극조립체가 전해액에 함침된 상태로 파우치형 케이스에 내장되어 있고; 상기 파우치형 케이스는 전극조립체가 장착되기 위한 수납부를 포함하고 있고 외면이 금속층으로 이루어져 있으며; 상기 수납부의 외주면에는 파우치형 케이스의 금속층들 상호간의 용접으로 형성된 밀봉부가 위치하는 전지셀에 관한 것으로, 부피 대비 높은 에너지를 가지는 전지를 제공하고, 외부 부재에 대한 기계적 강도가 향상된 것을 특징으로 한다.The present invention is characterized in that an electrode assembly having a separator interposed between an anode and a cathode is embedded in a pouch-shaped case in a state of being impregnated with an electrolyte; The pouch-type case includes a receiving portion for mounting the electrode assembly, and the outer surface of the case is formed of a metal layer; And a sealing portion formed by welding between the metal layers of the pouch-shaped case is disposed on the outer circumferential surface of the housing portion, characterized in that the battery has a high energy to volume ratio and the mechanical strength of the outer member is improved .
Description
본 발명은 전지셀에 관한 것으로, 상세하게는 파우치형 케이스의 외면이 금속층으로 이루어져 있고, 파우치형 케이스들의 금속층들 상호간 용접으로 밀봉부가 형성되어 있는 전지셀 및 이를 제조하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a battery cell, and more particularly, to a battery cell in which an outer surface of a pouch-shaped case is formed of a metal layer and metal layers of the pouch-shaped cases are welded to each other by welding.
IT(Information Technology) 기술이 눈부시게 발달함에 따라 다양한 휴대형 정보통신 기기의 확산이 이뤄짐으로써, 21세기는 시간과 장소에 구애 받지 않고 고품질의 정보서비스가 가능한 ‘유비쿼터스 사회’로 발전되고 있다.As information technology (IT) technology has developed remarkably, various portable information and communication devices have been spreading, so that the 21st century is being developed into a "ubiquitous society" capable of providing high quality information services regardless of time and place.
이러한 유비쿼터스 사회로의 발전 기반에는, 리튬 이차전지가 중요한 위치를 차지하고 있다. 구체적으로, 충방전이 가능한 리튬 이차전지는 와이어리스 모바일 기기의 에너지원으로 광범위하게 사용되고 있을 뿐만 아니라, 화석 연료를 사용하는 기존의 가솔린 차량, 디젤 차량 등의 대기오염 등을 해결하기 위한 방안으로 제시되고 있는 전기자동차, 하이브리드 전기자동차 등의 에너지원으로서도 사용되고 있다.As a development base for such a ubiquitous society, a lithium secondary battery occupies an important position. Specifically, the rechargeable lithium secondary battery is widely used as an energy source for wireless mobile devices, and is proposed as a solution for air pollution of existing gasoline vehicles and diesel vehicles using fossil fuels And also as an energy source for electric vehicles, hybrid electric vehicles, and the like.
일반적으로 리튬 이차전지는 양극, 음극 및 상기 양극과 음극 사이에 개재되는 분리막으로 구성된 전극조립체를 적층하거나 권취한 상태로 금속 캔 또는 라미네이트 시트의 전지케이스에 내장한 다음 전해액을 주입하거나 함침시키는 것으로 구성되어 있다.Generally, a lithium secondary battery is formed by stacking or winding up an electrode assembly composed of an anode, a cathode, and a separator interposed between the anode and the cathode, and inserting the electrolyte into a battery case of a metal can or a laminate sheet, .
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 전지셀이, 낮은 제조비, 작은 중량, 용이한 형태 변형 등을 이유로, 사용량이 점차적으로 증가하고 있다.Recently, due to the high capacity of the battery, much attention has been paid to the large-sized case and the processing of a thin material. Accordingly, a structure in which a stacked or stacked / folded electrode assembly is embedded in a pouch-shaped battery case of an aluminum laminate sheet The pouch-shaped battery cell of the present invention has been gradually increased in usage due to low manufacturing cost, small weight, and easy shape deformation.
도 1에는 스택형 전극조립체를 포함하고 있는 종래의 일반적인 파우치형 전지셀의 분해사시도가 모식적으로 도시되어 있다.FIG. 1 schematically shows an exploded perspective view of a conventional pouch-type battery cell which includes a stacked electrode assembly.
도 1을 참조하면, 파우치형 전지셀(10)은, 파우치형 전지케이스 본체(20)의 내부에 전극조립체(30)가 내장되어 있고, 그것의 전극 탭들(31, 32)이 두 개의 전극리드들(40, 41)에 각각 용접되어 전지케이스 본체(20)의 외부로 노출되도록 실링되어 있는 구조로 이루어져 있다.1, the pouch-
도 1은, 스택형 전극조립체(30)를 사용한 파우치형 전지셀을 도시하고 있으나, 권취형 또는 젤리-롤형 전극조립체를 사용하는 경우에도 상기와 같은 방법으로 제조될 수 있음은 물론이다.1 illustrates a pouch type battery cell using the stacked
파우치형 케이스(20)는 전극조립체(30)가 안착될 수 있는 오목한 형상의 수납부(23)를 포함하는 케이스 본체(21)와 그러한 케이스 본체(21)에 일측이 연결되어 있는 커버(22)로 이루어져 있다.The
파우치형 케이스(20)는 외부 피복층(20b), 박막형 금속층(20a), 수지층(20c)을 포함하는 라미네이트 시트로 이루어져 있고, 이는 연포장재로서, 침상 부재 기타 외부 충격에 취약하여, 내부 단락에 의한 발화, 폭발을 일으킬 위험이 있는 바, 안전성이 문제될 수 있다.The pouch-
또한, 전지케이스를 실링하기 위해서는 수지층(20c)을 열융착하여 밀폐된 구조를 형성하기 때문에 이를 위한 넓은 면적의 밀봉부(24)를 필요로 한다. 상기 밀봉부(24)를 형성하기 위해 파우치형 케이스(20)는 소정의 절곡부를 포함하고, 셀의 크기가 커질수록 밀폐력을 담보하기 위해 전지 특성에 불필요한 밀봉부(25)의 면적이 증가하게 되는 바, 셀의 부피 대비 에너지 효율이 낮아지는 문제점이 있다.In addition, in order to seal the battery case, the
따라서, 파우치형 전지케이스 기계적 강도를 높여 안전성을 확보하고, 불필요한 공간을 줄여 에너지 효율을 도모할 수 있는 기술에 대한 필요성이 높은 실정이다.Therefore, there is a high need for a technique for securing safety by increasing the mechanical strength of the pouch-type battery case and reducing unnecessary space to achieve energy efficiency.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to solve the above-mentioned problems of the prior art and the technical problems required from the past.
구체적으로, 본 발명의 목적은, 파우치형 전지 케이스에 용접이 가능한 금속층을 포함하여, 기계적 강도가 향상된 전지셀을 제공하는 것이다.Specifically, an object of the present invention is to provide a battery cell including a metal layer which can be welded to a pouch-shaped battery case, and which has improved mechanical strength.
본 발명의 또 다른 목적은 파우치형 케이스 외면이 금속층으로 이루어져 있어, 파우치형 케이스의 금속층들 상호간의 용접으로 밀봉부를 형성하여, 밀봉부의 면적을 최대한 줄인 전지셀의 제조방법을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a method of manufacturing a battery cell in which the outer surface of the pouch-shaped case is formed of a metal layer, and the sealing portion is formed by welding the metal layers of the pouch-shaped case to each other to minimize the area of the sealing portion.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전지셀은, 양극과 음극 사이에 분리막이 개재되어 있는 구조의 전극조립체가 전해액에 함침된 상태로 파우치형 케이스에 내장되어 있고;According to an aspect of the present invention, there is provided a battery cell comprising: an electrode assembly having a separator interposed between an anode and a cathode;
상기 파우치형 케이스는 전극조립체가 장착되기 위한 수납부를 포함하고 있고 외면이 금속층으로 이루어져 있으며;The pouch-type case includes a receiving portion for mounting the electrode assembly, and the outer surface of the case is formed of a metal layer;
상기 수납부의 외주면에는 파우치형 케이스의 금속층들 상호간의 용접으로 형성된 밀봉부가 위치하는 것을 특징으로 한다.And a sealing portion formed by welding between the metal layers of the pouch-shaped case is positioned on the outer peripheral surface of the storage portion.
즉, 본 발명에 따른 전지셀은, 파우치형 전지셀로서, 외면에 용접이 가능한 금속층을 포함함으로써, 기계적 강도를 향상시키고, 금속층들 상호간의 용접으로 밀봉부를 형성하는 바, 밀봉부의 면적을 최소화하여, 안정성과 에너지 효율이 향상된 전지셀을 제공한다.That is, the battery cell according to the present invention includes the metal layer that can be welded to the outer surface of the pouch-shaped battery cell, thereby improving the mechanical strength and forming the sealing portion by welding between the metal layers. , A battery cell having improved stability and energy efficiency.
일반적으로 전지셀에 포함되는 전극조립체는 양극, 음극, 및 양극과 음극 사이에 개재되는 분리막이 적층된 구조를 가지고 있으며, 그 구조에 따라 젤리-롤형, 스택형, 스택/폴딩형 구조로 나눌 수 있다.Generally, an electrode assembly included in a battery cell has a structure in which an anode, a cathode, and a separator interposed between an anode and a cathode are stacked, and can be divided into a jelly-roll type, a stack type, and a stack / have.
젤리-롤형(권취형) 전극조립체는 긴 시트형의 양극들과 음극들을 분리막이 개재된 상태에서 권취한 구조이고, 스택형(적층형) 전극조립체는 소정 크기의 단위로 절취한 다수의 양극과 음극들을 분리막을 개재한 상태로 순차적으로 적층한 구조이다. 최근에는, 상기 젤리-롤형과 스택형의 혼합 형태인 진일보한 구조의 전극조립체로서, 소정 단위의 양극과 음극들을 분리막을 개재한 상태로 적층한 단위셀들을 분리필름 상에 위치시킨 상태에서 순차적으로 권취한 구조의 스택/폴딩형 전극조립체가 개발되어, 고용량, 저비용의 전지셀의 제조가 가능하다.The jelly-roll type (wound type) electrode assembly is a structure in which a long sheet type anode and negative electrodes are wound with a separator interposed therebetween. A stacked (laminate) electrode assembly includes a plurality of positive electrodes and negative electrodes And a structure in which layers are sequentially stacked with a separator interposed therebetween. In recent years, electrode assemblies having a progressive structure of the jelly-roll type and the stack type have been proposed, in which unit cells stacked in a state in which a predetermined unit of positive and negative electrodes are stacked with a separator interposed therebetween are sequentially A stacked / folded electrode assembly having a wound structure has been developed, making it possible to manufacture a high capacity, low cost battery cell.
하나의 구체적인 예에서, 상기 전극조립체는 하기 구조들 중의 하나로 이루어질 수 있다:In one specific example, the electrode assembly may comprise one of the following structures:
(i) 양극 시트와 음극 시트가 분리막이 개재된 상태로 권취되어 있는 젤리-롤형 구조;(i) a jelly-roll structure in which a positive electrode sheet and a negative electrode sheet are wound with a separator interposed therebetween;
(ii) 둘 이상의 양극판들과 둘 이상의 음극판들이 분리막이 개재된 상태로 적층되어 있는 적층형 구조; 및(ii) a laminated structure in which two or more positive electrode plates and two or more negative electrode plates are stacked with a separator interposed therebetween; And
(iii) 하나 이상의 양극판과 하나 이상의 음극판이 분리막이 개재된 상태로 적층 접합되어 있는 둘 이상의 단위셀들이 분리 필름에 의해 권취되어 있는 스택/폴딩형 구조.(iii) a stack / folding structure in which at least two positive electrode plates and at least one negative electrode plate are laminated and joined together with a separator interposed therebetween, the two or more unit cells being wound by a separator film.
앞서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 파우치형 전지셀은 다양한 구조의 전극조립체에 적용될 수 있다.As described above, the pouch-shaped battery cell according to the present invention can be applied to an electrode assembly having various structures.
본 발명에 따른 파우치형 전지셀은 파우치형 케이스에 용접 가능한 금속층을 포함하여, 케이스에 형성되어 있는 금속층들 간 상호 용접을 통해 실링(밀봉)을 수행하고, 케이스의 내구성을 확보하여 안전성을 향상시킨다.The pouch-shaped battery cell according to the present invention includes a metal layer weldable to the pouch-shaped case, sealing (sealing) the metal layers formed in the case by mutual welding, securing the durability of the case and improving safety .
구체적으로, 상기 금속층은 박판의 형태로 이루어져 있고, 두께가 0.01 mm 내지 1.5 mm의 범위일수 있고, 상세하게는 0.02 mm 내지 1.0 mm의 범위일 수 있다.Specifically, the metal layer is in the form of a thin plate and may have a thickness ranging from 0.01 mm to 1.5 mm, and more specifically, a range from 0.02 mm to 1.0 mm.
박판(sheet)은 일반적으로 열간 압연 또는 냉간 압연한 두께 3 mm 이하의 강판을 의미하며, 박강판이라고도 한다. 일반적인 파우치형 케이스의 금속층은 박판(sheet)이 아닌 박막(thin film)의 형태로 이루어져 있으며, 용접이 불가능하다. 또한, 박판 형태의 금속층은 외부에서 날카로운 부재에 의해 손상되기 쉬워, 안전성이 문제될 수 있다. 따라서 본 발명에 따른 파우치형 케이스는 소정의 두께를 가지는 박판 형태의 금속층을 포함하여 안전성을 향상시키고, 용접이 가능하도록 하는 것과 동시에, 형태 변형이 자유롭고 제작이 간편한 파우치형 케이스의 장점을 가질 수 있다.A sheet is generally a steel sheet of 3 mm or less in thickness, which is hot rolled or cold rolled, and is also referred to as a thin steel sheet. The metal layer of a typical pouch-shaped case is in the form of a thin film rather than a sheet, and is not weldable. Further, the metal layer in the form of a thin plate is liable to be damaged by a sharp member from the outside, and safety may be a problem. Accordingly, the pouch-type case according to the present invention has the advantage of a pouch-shaped case that includes a thin metal layer having a predetermined thickness, improves safety, enables welding, and is flexible in shape and easy to manufacture .
상기 범위를 벗어나 금속층의 두께가 1.5 mm를 초과하는 경우, 파우치형 케이스의 유연성을 확보하기 어려워, 파우치형 케이스의 강점인 제조 용이성 등을 확보할 수 없어 바람직하지 않고, 금속층의 두께가 0.01 mm 미만인 경우, 용접을 할 수 없고, 소망하는 기계적 강도를 달성하기 어려운 바, 바람직하지 않다.If the thickness of the metal layer exceeds 1.5 mm, it is difficult to secure the flexibility of the pouch-shaped case, and it is not preferable because the ease of manufacture, which is the strength of the pouch-shaped case, can not be ensured and the thickness of the metal layer is less than 0.01 mm , Welding can not be performed, and it is difficult to achieve the desired mechanical strength, which is not preferable.
한편, 상기 파우치형 케이스는 외면이 용접 가능한 금속층으로 이루어져 있어, 용접을 통해 밀봉부를 형성할 수 있는 것이면 상관 없으며, 알루미늄, 구리, 철 또는 이들의 합금 등으로 이루어질 수 있다. 또한 파우치형 케이스는 금속층 단독으로 구성되어 있을 수도 있고, 일면에 고분자 수지층을 포함하는 구조로 이루어져 있을 수도 있다. 상기 고분자 수지층은 스프레이 또는 딥핑 등을 이용하여 코팅층의 형태로 형성되어 있을 수도 있고, 건식 라미네이션 또는 압출 라미네이션 등을 이용하여 라미네이트 구조로 형성되어 있을 수도 있다.Meanwhile, the pouch-type case may be made of aluminum, copper, iron, an alloy thereof, or the like, provided that the pouch-shaped case is made of a metal layer whose outer surface is weldable and can form a sealing portion through welding. The pouch-type case may be composed of a single metal layer or may include a polymer resin layer on one side. The polymer resin layer may be formed in the form of a coating layer by spraying, dipping or the like, or may be formed in a laminate structure using dry lamination or extrusion lamination.
하나의 구체적인 예에서, 상기와 같이 금속층 이외의 층이 포함되어 있는 경우, 상기 파우치형 케이스에서 금속층의 내면에는 1종 이상의 수지층이 부가되어 있을 수 있다.In one specific example, when a layer other than the metal layer is included as described above, one or more resin layers may be added to the inner surface of the metal layer in the pouch-shaped case.
구체적으로, 상기 수지층은 케이스의 내구성, 내습성 기타 기계적 강도를 보강시킬 수 있고, 비용 및 제작방법을 고려하여 부가할 수 있다. 또한 상기 수지층은 열융착성(열접착성)을 가지고, 전해액의 침입을 억제하기 위해 전해액에 대한 흡습성이 낮으며, 전해액에 의해 팽창하거나 침식되지 않는 고분자 수지가 사용될 수 있으며, 상세하게는 무연신 폴리프로필렌 필름(CPP)으로 이루어질 수 있다.Specifically, the resin layer can reinforce the durability, moisture resistance and other mechanical strength of the case, and can be added in consideration of cost and manufacturing method. In addition, the resin layer may be a polymer resin having heat-sealability (thermal adhesiveness), low hygroscopicity to an electrolyte to suppress the penetration of an electrolyte, and not being swollen or eroded by an electrolytic solution. And a new polypropylene film (CPP).
이러한 수지층은 금속층의 실링부 형성을 하기 위한 용접에 방해가 되지 않도록 금속층에서 파우치형 케이스의 내면에 해당하는 부분에 부가되어 있는 것이 바람직하다.It is preferable that such a resin layer is added to a portion corresponding to the inner surface of the pouch-shaped case in the metal layer so as not to interfere with the welding for forming the sealing portion of the metal layer.
이와 같이 금속층의 내면에 부가된 수지층은 파우치형 케이스의 내구성을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 밀봉부의 밀봉을 더욱 견고하게 하여, 안전성을 더욱 향상시킬 수 있다. 구체적으로, 파우치형 케이스의 밀봉부에서, 상기 수지층은 금속층의 용접시 전도된 열에 의해 상호 융착될 수 있다.The resin layer added to the inner surface of the metal layer as described above not only improves the durability of the pouch-shaped case but also makes the sealing of the sealed portion more robust, thereby further improving the safety. Specifically, in the sealing portion of the pouch-shaped case, the resin layer can be mutually fused by the heat transferred during the welding of the metal layer.
즉, 본 발명에 따른 전지셀의 파우치형 케이스는 외면에 형성되어 있는 금속층을 상호 용접하여 밀봉부를 형성하는 것과 동시에, 상기 용접시 열에 의해 금속층 내면에 부가되어 있는 수지층의 상호 융착을 통해, 이중 밀봉을 하는 바, 밀봉성을 더욱 높일 수 있다.That is, the pouch-shaped case of the battery cell according to the present invention is formed by welding the metal layers formed on the outer surface to each other to form a sealing portion, and by mutually fusion bonding the resin layers added to the inner surface of the metal layer by the heat during welding, As a result of the sealing, the sealing property can be further enhanced.
상기 수지층의 두께는 5 ㎛ 내지 100 ㎛인 구조로 이루어질 수 있고, 상세하게는 10 ㎛ 내지 50 ㎛인 구조로 이루어질 수 있다. 상기 수지층의 두께가 너무 얇은 경우에는 물질에 대한 차단 기능과 내습성, 밀봉성 향상 등의 효과를 기대하기 어렵고, 반대로 너무 두꺼우면 가공성이 떨어지고 시트의 두께 증가를 유발하므로 바람직하지 않다.The thickness of the resin layer may be 5 mu m to 100 mu m, and more specifically 10 mu m to 50 mu m. If the thickness of the resin layer is too thin, it is difficult to expect the effect of blocking the material, moisture resistance, sealing property, and the like. On the contrary, if it is too thick, the workability is deteriorated and the thickness of the sheet is increased.
파우치형 케이스의 형상은, 특별히 제한되는 것은 아니나, 전극조립체의 상부 형상에 대응하는 상부 수납부가 형성되어 있는 상부 케이스와, 전극조립체의 하부 형상에 대응하는 하부 수납부가 형성되어 있는 하부 케이스를 포함하고 있고, 상기 상부 케이스의 외주 금속층과 하부 케이스의 외주 금속층이 상호 용접되어 밀봉부를 형성하고 있을 수도 있고;The shape of the pouch-type case includes, but is not limited to, an upper case formed with an upper accommodating portion corresponding to an upper shape of the electrode assembly and a lower case formed with a lower accommodating portion corresponding to the lower shape of the electrode assembly The outer circumferential metal layer of the upper case and the outer circumferential metal layer of the lower case may be welded to each other to form a sealing portion;
전극조립체의 형상에 대응하는 수납부가 형성되어 있는 케이스와, 상기 케이스의 일측 단부로부터 절곡된 상태로 연장되어 수납부를 감싸는 커버를 포함하고 있고, 상기 케이스의 외주 금속층과 커버의 외주 금속층이 상호 용접되어 밀봉부를 형성하고 있을 수도 있다.A case in which a housing portion corresponding to the shape of the electrode assembly is formed and a cover which extends in a bent state from one end of the case and encloses the housing portion, and the outer circumferential metal layer of the case and the outer circumferential metal layer of the cover are welded to each other A sealing portion may be formed.
따라서, 본 발명에 따른 전지셀은, 전극조립체의 크기, 외형 등에 제한되지 않고, 다양한 형상의 파우치형 케이스를 포함하여, 용도 및 비용을 고려하여 가장 적절한 형태로 제조될 수 있다. Therefore, the battery cell according to the present invention is not limited to the size and outer shape of the electrode assembly, and can be manufactured in the most appropriate form including the pouch case of various shapes, taking into consideration the use and cost.
파우치형 케이스가 상부 수납부가 형성되어 있는 상부 케이스와 하부 수납부가 형성되어 있는 하부 케이스로 이루어져 있는 경우, 밀봉부는 파우치형 케이스의 높이를 기준으로 중앙 부위에 형성되고, 수납부가 한쪽에만 형성되어 있어, 이로부터 절곡된 상태로 연장되어 수납부를 감싸는 커버로 이루어져 있는 경우, 밀봉부는 파우치형 케이스의 높이를 기준으로 상측 모서리 부분에 형성된다.When the pouch-type case is composed of the upper case formed with the upper storage portion and the lower case formed with the lower storage portion, the sealing portion is formed at the central portion with respect to the height of the pouch-shaped case, And the cover is extended from the cover in a bent state to enclose the housing portion, the sealing portion is formed at the upper corner portion with reference to the height of the pouch-shaped case.
상기 상부 케이스와 하부 케이스, 또는 케이스와 커버는 서로 연결되어 있을 수도 있고, 분리되어 있을 수도 있으나, 공정의 편의성과, 밀봉부의 면적을 줄이도록, 서로 연결되어 있는 것이 바람직하다.The upper case and the lower case, or the case and the cover may be connected to each other or may be separated from each other, but they are preferably connected to each other in order to simplify the process and reduce the area of the sealing portion.
상기 밀봉부를 형성하기 위한 용접은, 특별히 제한되는 것은 아니고, 아크 용접, 가스 용접, 마찰 용접, 테르밋 용접, 레이저 용접 등이 사용될 수 있으나, 상세하게는 정밀한 용접이 가능하고, 강도 조절이 용이한 레이저 용접인 것이 바람직하다.The welding for forming the sealing portion is not particularly limited and may be arc welding, gas welding, friction welding, thermite welding, laser welding or the like, but in detail, it is possible to use a laser capable of precise welding, Welding is preferable.
하나의 구체적인 예에서, 파우치형 케이스의 밀봉성을 높일 수 있도록, 상기 밀봉부의 외면에는 전기절연성 수지가 추가로 도포되어 있을 수 있다.In one specific example, an electrically insulating resin may be further applied to the outer surface of the sealing portion so as to enhance the sealing property of the pouch-shaped case.
따라서, 본 발명에 따른 전지셀은, 밀봉부가 파우치형 케이스의 형상에 따라 다양한 위치에 형성될 수 있고, 용접과 일부 열융착에 의해 형성된 밀봉부의 외면에 전기절연성 수지를 도포하는 바, 종래 열융착을 통해서만 형성된 밀봉부와 비교하여, 좁은 면적으로 형성되어도 더욱 견고한 밀봉성을 가진다. Therefore, in the battery cell according to the present invention, the sealing portion can be formed at various positions according to the shape of the pouch-shaped case, and the electric insulating resin is applied to the outer surface of the sealing portion formed by welding and a part of heat fusion, As compared with the sealing portion formed only through the through-hole.
즉, 종래 일반적인 파우치형 케이스에서는 열융착을 통해서만 밀봉부를 형성하였는바, 밀봉성을 담보하기 위해서 파우치형 케이스에 소정의 절곡 부위를 포함하여 넓은 면적에 밀봉부를 형성하였다. 반면에, 본 발명에 따른 전지셀은 전극단자 부위를 제외하고 파우치형 케이스에 절곡 부위를 포함하고 있지 않을 수 있다.That is, in the conventional pouch-type case, the sealing portion is formed only by heat fusion. In order to ensure the sealing property, the sealing portion is formed on the pouch-type case including the predetermined bending portion. On the other hand, the battery cell according to the present invention may not include the bending portion in the pouch-type case except for the electrode terminal portion.
따라서, 밀봉의 효율이 높고, 제조비용 및 시간을 절감하며, 밀봉을 하기 위한 불필요한 부분을 줄이는 바, 동일 부피 대비 높은 에너지 효율을 가진다. Thus, the efficiency of sealing is high, manufacturing cost and time are saved, and unnecessary parts for sealing are reduced, so that the energy efficiency is equal to that of the same volume.
상기와 같이 본 발명에 따른 전지셀은 파우치형 케이스에 절곡 부위를 포함하지 않는 바, 그 형상에 제한되는 것은 아니나, 원기둥, 각기둥 기타 다면체의 구조의 외형을 가질 수 있고, 상세하게는 육면체 구조의 외형을 가질 수 있다. 따라서, 규칙적인 배열을 통해 다수의 전지셀을 효율적으로 적층할 수 있다.
As described above, the battery cell according to the present invention does not include the bending portion in the pouch-type case, and the shape of the battery cell may have a cylindrical shape, a prismatic shape, or other polyhedron shape, You can have an appearance. Therefore, it is possible to efficiently stack a plurality of battery cells through regular arrangement.
본 발명은 또한, 상기 전지셀을 제조하는 방법을 제공한다.The present invention also provides a method of manufacturing the battery cell.
상기 전지셀의 제조방법은,The method of manufacturing a battery cell includes:
(i) 전극조립체를 준비하는 과정;(i) preparing an electrode assembly;
(ii) 전극조립체에 대응하는 형상의 수납부가 형성되어 있고, 외면에 금속층을 포함하는 전지케이스를 준비하는 과정;(ii) preparing a battery case having a housing portion having a shape corresponding to the electrode assembly, the battery case including a metal layer on an outer surface thereof;
(iii) 상기 수납부에 전극조립체를 장착한 후, 수납부의 외주면 중 일면을 제외하고 나머지 부위에 금속층들을 상호 용접하는 과정; 및(iii) after the electrode assembly is mounted on the receiving part, welding the metal layers to each other except one side of the outer circumferential surface of the receiving part; And
(iv) 용접되지 않은 상기 나머지 부위를 통해 전해액을 주입한 후 용접하여 밀봉하는 과정;(iv) injecting an electrolyte through the remaining portion not welded, welding and sealing the same;
을 포함할 수 있다.. ≪ / RTI >
한편, 상기 제조과정에서, 밀봉성을 높이고, 외부의 충격으로부터 전지셀을 보호할 수 있도록, 상기 과정(iv) 이후에, 용접에 의해 형성된 밀봉부의 외면과 그 주변 부위에 전기절연성 수지를 부가하는 과정을 추가로 포함할 수 있다.On the other hand, in the above manufacturing process, after the step (iv), an electric insulating resin is added to the outer surface of the sealing portion formed by welding and the peripheral portion thereof so as to improve the sealing property and protect the battery cell from external impact May further include a process.
또한, 상기 전지셀의 제조 방법은,Further, in the method of manufacturing the battery cell,
(i) 전극조립체를 준비하는 과정;(i) preparing an electrode assembly;
(ii) 전극조립체에 대응하는 형상의 수납부가 형성되어 있고, 외면에 금속층을 포함하는 전지케이스를 준비하는 과정;(ii) preparing a battery case having a housing portion having a shape corresponding to the electrode assembly, the battery case including a metal layer on an outer surface thereof;
(iii) 상기 수납부에 전극조립체를 장착하고 전해액을 주입하는 과정; 및(iii) mounting the electrode assembly on the receiving part and injecting an electrolyte; And
(iv) 수납부의 외주면에서 금속층들을 상호 용접하여 밀봉하는 과정;(iv) welding and sealing the metal layers on the outer circumferential surface of the accommodating portion;
을 포함할 수 있다.. ≪ / RTI >
즉, 전해액 주입과정은 금속층들의 상호 용접을 통한 밀봉 과정 이전에 수행될 수 있고, 밀봉의 중간과정에서 수행될 수도 있으며, 밀봉 과정 이후에 수행될 수도 있다.That is, the electrolyte injection process may be performed before the sealing process through mutual welding of the metal layers, may be performed in the middle process of sealing, or may be performed after the sealing process.
한편, 상기 제조과정에서, 밀봉성을 높이고, 외부의 충격으로부터 전지셀을 보호할 수 있도록, 상기 과정(iv) 이후에도, 용접에 의해 형성된 밀봉부의 외면과 그 주변 부위에 전기절연성 수지를 부가하는 과정을 추가로 포함할 수 있다.Meanwhile, in the manufacturing process, the process of adding the electrically insulating resin to the outer surface of the sealing portion formed by welding and the peripheral portion thereof after the step (iv) so as to enhance the sealing property and protect the battery cell from external impact May be further included.
상기 전지셀은, 파우치형 전지케이스의 수납부에 전극조립체가 내장되어 있는 구조로 이루어져 있다. 즉, 외면에 금속층을 포함하는 시트에 전극조립체의 장착을 위한 수납부를 형성하고, 상기 수납부에 전극조립체를 장착한 상태에서 상부 수납부가 형성되어 있는 시트 또는 커버를 구성하는 시트의 외주면을 용접하여 밀봉하는 것으로 제조된다.The battery cell has a structure in which an electrode assembly is housed in a storage portion of a pouch-shaped battery case. That is, a housing portion for mounting the electrode assembly is formed on a sheet including a metal layer on its outer surface, and an outer peripheral surface of a sheet or cover on which the upper housing portion is formed is welded with the electrode assembly mounted on the housing portion Lt; / RTI >
상기 과정(i)은 전극조립체를 준비하는 과정으로, 상기 전극조립체는 양극, 음극, 및 분리막을 포함한다.In the step (i) of preparing the electrode assembly, the electrode assembly includes a cathode, a cathode, and a separator.
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.The positive electrode is prepared, for example, by coating a mixture of a positive electrode active material, a conductive material and a binder on a positive electrode current collector, and then drying the mixture. Optionally, a filler may be further added to the mixture.
상기 양극 활물질은 리튬 코발트 산화물(LiCoO2), 리튬 니켈 산화물(LiNiO2) 등의 층상 화합물이나 1 또는 그 이상의 전이금속으로 치환된 화합물; 화학식 Li1+xMn2-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 LiNi1-xMxO2 (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 LiMn2-xMxO2 (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.The cathode active material may be a layered compound such as lithium cobalt oxide (LiCoO 2 ), lithium nickel oxide (LiNiO 2 ), or a compound substituted with one or more transition metals; Lithium manganese oxides such as Li 1 + x Mn 2 -x O 4 (where x is 0 to 0.33), LiMnO 3 , LiMn 2 O 3 , LiMnO 2 and the like; Lithium copper oxide (Li 2 CuO 2 ); Vanadium oxides such as LiV 3 O 8 , LiFe 3 O 4 , V 2 O 5 and Cu 2 V 2 O 7 ; A Ni-site type lithium nickel oxide expressed by the formula LiNi 1-x M x O 2 (where M = Co, Mn, Al, Cu, Fe, Mg, B or Ga and x = 0.01 to 0.3); Formula LiMn 2-x M x O 2 ( where, M = Co, Ni, Fe , Cr, and Zn, or Ta, x = 0.01 ~ 0.1 Im) or Li 2 Mn 3 MO 8 (where, M = Fe, Co, Ni, Cu, or Zn); LiMn 2 O 4 in which a part of Li in the formula is substituted with an alkaline earth metal ion; Disulfide compounds; Fe 2 (MoO 4 ) 3 , and the like. However, the present invention is not limited to these.
상기 도전재는 통상적으로 양극 활물질을 포함한 혼합물 전체 중량을 기준으로 1 중량% 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.The conductive material is usually added in an amount of 1 wt% to 30 wt% based on the total weight of the mixture including the cathode active material. Such a conductive material is not particularly limited as long as it has electrical conductivity without causing chemical changes in the battery, for example, graphite such as natural graphite or artificial graphite; Carbon black such as carbon black, acetylene black, ketjen black, channel black, furnace black, lamp black, and summer black; Conductive fibers such as carbon fiber and metal fiber; Metal powders such as carbon fluoride, aluminum, and nickel powder; Conductive whiskey such as zinc oxide and potassium titanate; Conductive metal oxides such as titanium oxide; Conductive materials such as polyphenylene derivatives and the like can be used.
상기 바인더는 활물질과 도전재 등의 결합과 집전체에 대한 결합에 조력하는 성분으로서, 통상적으로 양극 활물질을 포함하는 혼합물 전체 중량을 기준으로 1 중량% 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.The binder is a component that assists in bonding of the active material and the conductive material and bonding to the current collector, and is usually added in an amount of 1 to 30 wt% based on the total weight of the mixture containing the cathode active material. Examples of such binders include polyvinylidene fluoride, polyvinyl alcohol, carboxymethylcellulose (CMC), starch, hydroxypropylcellulose, regenerated cellulose, polyvinylpyrrolidone, tetrafluoroethylene, polyethylene , Polypropylene, ethylene-propylene-diene terpolymer (EPDM), sulfonated EPDM, styrene butylene rubber, fluorine rubber, various copolymers and the like.
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.The filler is optionally used as a component for suppressing the expansion of the anode, and is not particularly limited as long as it is a fibrous material without causing a chemical change in the battery. Examples of the filler include olefin polymers such as polyethylene and polypropylene; Fibrous materials such as glass fibers and carbon fibers are used.
상기 음극은 음극 집전체 상에 음극 활물질을 도포, 건조하여 제작되며, 필요에 따라, 앞서 설명한 바와 같은 성분들이 선택적으로 더 포함될 수도 있다.The negative electrode is manufactured by applying and drying a negative electrode active material on a negative electrode collector, and if necessary, the above-described components may be selectively included.
상기 음극 활물질로는, 예를 들어, 난흑연화 탄소, 흑연계 탄소 등의 탄소; LixFe2O3(0≤x≤1), LixWO2(0≤x≤1), SnxMe1-xMe’yOz (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.Examples of the negative electrode active material include carbon such as non-graphitized carbon and graphite carbon; Li x Fe 2 O 3 (0≤x≤1 ), Li x WO 2 (0≤x≤1), Sn x Me 1-x Me 'y O z (Me: Mn, Fe, Pb, Ge; Me' : Metal complex oxides such as Al, B, P, Si, Group 1, Group 2, Group 3 elements of the periodic table, Halogen, 0 < x < Lithium metal; Lithium alloy; Silicon-based alloys; Tin alloy; SnO, SnO 2, PbO, PbO 2, Pb 2 O 3, Pb 3 O 4, Sb 2 O 3, Sb 2 O 4, Sb 2 O 5, GeO, GeO 2, Bi 2 O 3, Bi 2 O 4, and Bi 2 O 5 ; Conductive polymers such as polyacetylene; Li-Co-Ni-based materials and the like can be used.
상기 분리막은 양극과 음극 사이에 개재되며, 높은 이온 투과도와 기계적 강도를 가지는 절연성의 얇은 박막이 사용된다. 분리막의 기공 직경은 일반적으로 0.01 ㎛ 내지 10 ㎛이고, 두께는 일반적으로 5 ㎛ 내지 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.The separation membrane is interposed between the anode and the cathode, and an insulating thin film having high ion permeability and mechanical strength is used. The pore diameter of the separator is generally 0.01 to 10 mu m, and the thickness is generally 5 to 300 mu m. Such separation membranes include, for example, olefinic polymers such as polypropylene, which are chemically resistant and hydrophobic; A sheet or nonwoven fabric made of glass fiber, polyethylene or the like is used. When a solid electrolyte such as a polymer is used as an electrolyte, the solid electrolyte may also serve as a separation membrane.
상기 과정(ii)은 용접이 가능하도록 소정 두께의 금속층을 포함하는 시트를 재료로 전지케이스를 준비하는 과정으로, 전극조립체의 상부 수납부를 포함하는 상부 케이스 및 하부 수납부를 포함하는 하부 케이스로 이루어져 있거나, 전극조립체의 전체 수납부를 포함하는 케이스 및 상기 전체 수납부를 감싸는 커버를 포함하는 구조일 수 있다. 또한, 상기 상부 및 하부 케이스, 케이스 및 커버는 상호 분리된 별도의 시트를 사용할 수도 있고 상부 및 하부 시트의 일측이 연결되어 있는 하나의 시트를 사용하는 것이 가능하다.The step (ii) is a process of preparing a battery case with a sheet material including a metal layer having a predetermined thickness so as to be weldable, and comprises a lower case including an upper case and an upper case including the upper case of the electrode assembly A case including an entire receiving portion of the electrode assembly, and a cover surrounding the entire receiving portion. In addition, the upper and lower cases, the case and the cover may use separate sheets separated from each other, or one sheet to which one side of the upper and lower sheets is connected.
상기 전지케이스는 전극조립체 대응하는 형상의 수납부가 형성될 수 있도록 외면에 소정 두께의 금속층이 형성되어 있는 시트를 다이와 펀치를 사용하여 드로잉 공정으로 부분 압축함으로써 수납부를 형성할 수 있다.The battery case may be formed by partially compressing a sheet having a metal layer of a predetermined thickness formed on its outer surface by a drawing process using a die and a punch so that a housing portion having a shape corresponding to the electrode assembly can be formed.
구체적으로, 수납부 대응하는 형상이 각인되어 있는 성형 몰드를 준비하는 단계; 상기 성형 몰드의 상면에 소정 두께의 금속층이 형성되어 있는 시트를 배치하는 단계; 및 성형 지그로 상기 소정 두께의 금속층이 형성되어 있는 시트를 가압하여, 수납부가 형성되어 있는 시트를 제조하는 단계;를 통하여 수납부들을 형성할 수 있다.Specifically, a step of preparing a forming mold in which the shape corresponding to the storage portion is stamped is prepared; Disposing a sheet having a metal layer of a predetermined thickness formed on an upper surface of the molding die; And pressing the sheet on which the metal layer with the predetermined thickness is formed by a molding jig to manufacture a sheet on which the housing section is formed.
상기 과정들(iii, iv)은 상기 수납부들에 전극조립체들을 각각 장착하고 전해액을 주입 및 밀봉하는 과정으로, 상기 전해액은 LiPF6 등의 리튬염을 포함하는 비수성 전해액을 넣어서 제조하게 된다. 따라서 상기 전해액은 극성 유기 전해액과 리튬염으로 이루어져 있으며, 전해액으로는 비수계 액상 전해액, 유기 고체 전해질, 무기 고체 전해질 등이 사용된다. The above process (iii, iv) is a step of mounting each of the electrode assembly in the receiving units, and injecting and sealing the electrolyte solution, the electrolyte solution is prepared by inserting a non-aqueous electrolyte solution containing a lithium salt such as LiPF 6. Therefore, the electrolyte solution is composed of a polar organic electrolyte and a lithium salt. As the electrolyte solution, a non-aqueous liquid electrolyte, an organic solid electrolyte, and an inorganic solid electrolyte are used.
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.Examples of the nonaqueous liquid electrolytic solution include N-methyl-2-pyrrolidinone, propylene carbonate, ethylene carbonate, butylene carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, gamma -Butyrolactone, 1,2-dimethoxyethane, tetrahydroxyfuran, 2-methyltetrahydrofuran, dimethylsulfoxide, 1,3-dioxolane, formamide, dimethylformamide, dioxolane , Acetonitrile, nitromethane, methyl formate, methyl acetate, triester phosphate, trimethoxymethane, dioxolane derivatives, sulfolane, methylsulfolane, 1,3-dimethyl-2-imidazolidinone, propylene carbonate Nonionic organic solvents such as tetrahydrofuran derivatives, ethers, methyl pyrophosphate, ethyl propionate and the like can be used.
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.Examples of the organic solid electrolyte include a polymer electrolyte such as a polyethylene derivative, a polyethylene oxide derivative, a polypropylene oxide derivative, a phosphate ester polymer, an agitation lysine, a polyester sulfide, a polyvinyl alcohol, a polyvinylidene fluoride, Polymers containing ionic dissociation groups, and the like can be used.
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.Examples of the inorganic solid electrolyte include Li 3 N, LiI, Li 5 NI 2 , Li 3 N-LiI-LiOH, LiSiO 4 , LiSiO 4 -LiI-LiOH, Li 2 SiS 3 , Li 4 SiO 4 , Nitrides, halides and sulfates of Li such as Li 4 SiO 4 -LiI-LiOH and Li 3 PO 4 -Li 2 S-SiS 2 can be used.
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.The lithium salt is a material that is readily soluble in the non-aqueous electrolyte, for example, LiCl, LiBr, LiI, LiClO 4, LiBF 4,
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.For the purpose of improving the charge-discharge characteristics and the flame retardancy, the non-aqueous liquid electrolyte may contain, for example, pyridine, triethylphosphite, triethanolamine, cyclic ether, ethylenediamine, glyme, N, N-substituted imidazolidine, ethylene glycol dialkyl ether, ammonium salt, pyrrole, 2-methoxyethanol, aluminum trichloride, etc. are added It is possible. In some cases, a halogen-containing solvent such as carbon tetrachloride or ethylene trifluoride may be further added to impart nonflammability, or a carbon dioxide gas may be further added to improve high-temperature storage characteristics.
앞서 설명한 바와 같이, 상기와 같은 전해액을 주입하는 과정은 밀봉과정 중에 수행할 수도 있고, 밀봉과정 이전에 수행할 수도 있다.As described above, the process of injecting the electrolyte may be performed during the sealing process or may be performed before the sealing process.
밀봉과정 이전에 전해액을 주입하는 경우, 전해액을 주입한 후, 수납부의 외주면을 따라 금속층들을 상호 용접하여 밀봉할 수 있고, 밀봉과정 중에 전해액을 주입하는 경우, 수납부의 외주면 중 일면을 제외하고 금속층들을 상호 용접한 후, 전해액을 주입하고, 용접되지 않은 부분을 2차 용접하여 밀봉한다.When the electrolyte solution is injected before the sealing process, the metal layers may be welded to each other along the outer peripheral surface of the storage portion after the electrolyte is injected. In the case of injecting the electrolyte solution during the sealing process, After the metal layers are welded to each other, an electrolyte is injected, and the non-welded portion is secondarily welded and sealed.
상기와 같이 밀봉과정 이전에 전해액을 주입하는 방법은 2차 용접을 필요로하지 않은바, 공정이 단순한 이점이 있고, 밀봉과정 중에 전해액을 주입하는 방법은 전해액이 유출될 수 있는 부분이 적어 전해액 손실이 적고 탈기공정에 유리한 이점이 있어 바람직하다.Since the method of injecting the electrolyte before the sealing process does not require the secondary welding, there is a merit that the process is simple. In the method of injecting the electrolyte during the sealing process, the electrolyte solution may leak, Which is advantageous for the degassing process.
한편, 상기 밀봉과정에서, 시트의 내면에 고분자 수지층이 형성되어 있는 경우, 용접에 사용되는 열에 의해, 고분자 수지층이 열융착되어 보다 견고한 밀봉성을 제공할 수 있다.
On the other hand, in the case where the polymer resin layer is formed on the inner surface of the sheet in the above sealing process, the polymer resin layer is thermally fused by the heat used for welding, so that the sealing property can be more firmly maintained.
본 발명은 또한 상기 전지셀을 포함하는 전지팩과, 이러한 전지팩을 전원으로 포함하는 디바이스를 제공한다. The present invention also provides a battery pack including the battery cell and a device including the battery pack as a power source.
상기 디바이스의 대표적인 예로는 휴대폰, 노트북, 테블릿 PC, 웨어러블 전자기기, 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 플러그-인 하이브리드 전기자동차 또는 전력 저장용 시스템 등을 들 수 있지만, 이들만으로 한정되는 것은 아니다.Typical examples of the device include, but are not limited to, a mobile phone, a notebook, a tablet PC, a wearable electronic device, an electric vehicle, a hybrid electric vehicle, a plug-in hybrid electric vehicle or a power storage system.
상기와 같은 디바이스의 구조 및 그것의 제작 방법은 당업계에 공지되어 있으므로, 본 명세서에서는 그에 대한 자세한 설명을 생략한다.Since the structure of the device and the method of manufacturing the device are well known in the art, a detailed description thereof will be omitted herein.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 전지셀은, 외면이 금속층으로 이루어져 있어, 금속층들 상호간의 용접으로 밀봉부를 형성할 수 있는 파우치형 케이스를 포함하여, 불필요한 밀봉부를 줄이고, 파우치형 케이스의 장점을 보유하면서도 기계적 강도를 개선시켜 안전성 및 에너지 효율을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.INDUSTRIAL APPLICABILITY As described above, the battery cell according to the present invention includes a pouch-type case having an outer surface formed of a metal layer and capable of forming a sealing portion by welding between metal layers, thereby reducing an unnecessary sealing portion, It is possible to improve the safety and the energy efficiency by improving the mechanical strength.
도 1은 스택형 전극조립체를 포함하고 있는 종래 대표적인 파우치형 전지셀의 구조를 모식적으로 나타낸 분해사시도이다;
도 2는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지셀로서, 스택형 전극조립체를 포함하고 있는 전지셀을 모식적으로 나타낸 분해사시도이다;
도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전지셀로서, 스택형 전극조립체를 포함하고 있는 전지셀을 모식적으로 나타낸 분해사시도이다;
도 4a는 도 2에 나타낸 전지셀을 모식적으로 나타낸 사시도이다;
도 4b는 도 3에 나타낸 전지셀을 모식적으로 나타낸 사시도이다;
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전지셀로서, 스택/폴딩형 전극조립체를 포함하고 있는 전지셀을 모식적으로 나타낸 분해사시도이다;
도 6a는 도 5에 나타낸 전지셀을 모식적으로 나타낸 사시도이다; 및
도 6b는 스택/폴딩형 전극조립체를 포함하고 있는 전지셀로서, 도 5에 나타낸 전지셀과 또 다른 실시예를 모식적으로 나타낸 사시도이다.1 is an exploded perspective view schematically showing the structure of a conventional typical pouch-shaped battery cell including a stacked electrode assembly;
2 is an exploded perspective view schematically illustrating a battery cell including a stacked electrode assembly according to an embodiment of the present invention;
3 is an exploded perspective view schematically showing a battery cell including a stacked electrode assembly according to yet another embodiment of the present invention;
FIG. 4A is a perspective view schematically showing the battery cell shown in FIG. 2; FIG.
FIG. 4B is a perspective view schematically showing the battery cell shown in FIG. 3; FIG.
5 is an exploded perspective view schematically showing a battery cell including a stack / folding type electrode assembly according to yet another embodiment of the present invention;
FIG. 6A is a perspective view schematically showing the battery cell shown in FIG. 5; FIG. And
FIG. 6B is a perspective view schematically showing a battery cell including the stack / folding type electrode assembly and another embodiment of the battery cell shown in FIG. 5; FIG.
이하에서는, 본 발명의 실시예에 따른 도면을 참조하여 설명하지만, 이는 본 발명의 더욱 용이한 이해를 위한 것으로, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings, but the present invention is not limited by the scope of the present invention.
도 2에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지셀로서, 스택형 전극조립체를 포함하고 있는 전지셀의 분해사시도가 모식적으로 도시되어 있다.2 is a schematic exploded perspective view of a battery cell including a stacked electrode assembly according to an embodiment of the present invention.
도 2를 참조하면, 전지셀(100)은, 파우치형 케이스(200)의 내부에 전극조립체(300)가 내장되는 구조로 이루어진다. 파우치형 케이스(200)는 케이스 본체(210)와 일체로 연결되어 있는 커버(220)로 구성되며, 케이스 본체(210)는 전극조립체를 수납할수 있는 수납부(230)가 형성되어 있다.Referring to FIG. 2, the
전극조립체(300)는 스택형 전극조립체로서, 이로부터 연장된 전극 탭들(310, 320)을 포함하고 있고, 전극 탭들(310, 320)은 두 개의 전극 리드들(400, 410)에 각각 용접되어 절연 테이프가 부착된다.The
전지셀(100)은 전극 리드들(400, 410)가 파우치형 케이스(200)의 외부로 노출되도록 전극조립체(300)을 수납부(230)에 장착하고, 커버(220)와 케이스 본체(210)의 외주면을 용접하여 실링부(240)을 형성하여 제조된다.The
구체적으로, 파우치형 케이스(200)는 외면에 소정 두께의 금속층(200A), 수지층(200C)을 포함하는 라미네이트 시트로 이루어져 있다. 소정 두께의 금속층(200A)은 0.01 mm 내지 1.5 mm 범위의 두께를 가지는 박판의 형태로, 용접이 가능하다. 따라서, 커버(220)에 포함되어 있는 금속층과, 본체(210)에 포함되어 있는 금속층을 상호 용접하여 밀봉부(240)를 형성한다.Specifically, the pouch-
이때, 금속층(200A)의 상호 용접시 전도된 열에 의해, 수지층(200C)의 전부 또는 일부가 상호 융착되어, 밀봉부(240)는 용접에 의한 밀봉구조, 열융착에 의한 밀봉구조를 포함할 수 있다.At this time, all or a part of the
도 1에 도시되어 있는 종래 일반적인 파우치형 전지셀(10)과 도 2에 도시되어 있는 전지셀(100)을 비교하면, 도 1의 전지셀(10)을 구성하는 전지케이스 본체(20)는 밀봉부(24) 형성을 위한 절곡 부위(빗금친 부분)를 포함하나, 도 2의 전지셀(100)을 구성하는 파우치형 케이스(200)는 절곡 부위를 포함하지 않는다. 따라서, 도 1에 도시되어 있는 밀봉부(24)는 도 2에 도시되어 있는 밀봉부(240)와 비교하여 현저히 넓은 면적을 차지하며, 이는 전지의 충방전에 불필요한 부분으로, 부피 대비 에너지 효율을 감소시킨다.Comparing the conventional pouch-
또한 도 1의 전지케이스 본체(20)에 포함되어 있는 박막형 금속층(20a)와 비교하여, 도 2의 파우치형 케이스(200)에 포함되어 있는 금속층(200A)은 박판형 금속층으로, 두께가 두꺼운 바, 외부 침상 부재 기타 외부 충격에 강하고, 상호 용접이 가능하여 열융착과 함께 이중 밀봉 구조를 형성할 수 있다.
The
도 3에는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전지셀로서, 스택형 전극조립체를 포함하고 있는 전지셀 나타낸 분해사시도가 모식적으로 도시되어 있다. 도 4a에는 도 2에 나타낸 전지셀을 나타낸 사시도가 모식적으로 도시되어 있고, 도 4b에는 도 3에 나타낸 전지셀을 나타낸 사시도가 모식적으로 도시되어 있다.
3 is a schematic exploded perspective view of a battery cell including a stacked electrode assembly according to still another embodiment of the present invention. Fig. 4A is a perspective view schematically showing the battery cell shown in Fig. 2, and Fig. 4B is a perspective view schematically showing the battery cell shown in Fig.
도 3을 참조하면, 전지셀(101)은 파우치형 케이스(201)의 내부에 스택형 전극조립체(301)가 내장되는 구조로 이루어진다. 파우치형 케이스(201)는, 전극조립체(301)의 상부 형상에 대응하는 상부 수납부가 형성되어 있는 상부 케이스(221)와, 전극조립체의 하부 형상에 대응하는 하부 수납부가 형성되어 있는 하부 케이스(211)로 이루어져 있다.Referring to FIG. 3, the
즉, 도 2의 전지셀(100)과는 달리 도 3의 전지셀(101)은 파우치형 케이스의 커버 대신 상부 수납부가 형성되어 있는 상부 케이스를 포함하여, 밀봉부의 위치가 파우치형 케이스의 측면에 형성되는 구조로 이루어져 있다.In other words, unlike the
구체적으로 도 4a 및 4b를 참조하면, 도 4a에 도시되어 있는 전지셀(100)은 파우치형 케이스가 커버와 케이스 본체로 이루어져 있어, 전극 리드들(400, 410)이 노출된 상태로 밀봉부(240)가 파우치형 케이스의 상측 모서리부분에 형성되어 있다.4A and 4B, the
이와 달리, 도 4b에 도시되어 있는 전지셀(101)은 파우치형 케이스가 상부 케이스와 하부 케이스로 이루어져 있어, 전극 리드들이 노출된 상태로 밀봉부(241)가 파우치형 케이스 측면의 중앙 부위에 형성되어 있다.4B, the pouch-type case is formed of an upper case and a lower case, so that the sealing
한편, 전지셀들(100, 101)은 모두 외면에 형성되어 있는 금속층을 용접하여 밀봉부들(240, 241)를 형성하는 바, 밀봉성을 담보하기 위한 절곡 부위를 포함하지 않는다. 따라서, 전지셀들(100, 101)은 대략적으로 육면체 구조를 가진다.
On the other hand, all of the
도 5에는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전지셀로서, 스택/폴딩형 전극조립체를 포함하고 있는 전지셀을 나타낸 분해사시도가 모식적으로 도시되어 있다. 도 6a에는 도 5에 나타낸 전지셀의 사시도가 모식적으로 도시되어 있고, 도 6b에는 스택/폴딩형 전극조립체를 포함하고 있는 전지셀의 또 다른 사시도가 모식적으로 도시되어 있다. 즉, 본 발명에 따른 전지셀은 전극조립체의 구조에 제한되지 않고 각 디바이스의 특성에 맞는 전극조립체를 사용할 수 있다.5 is an exploded perspective view illustrating a battery cell including a stack / folding type electrode assembly, according to another embodiment of the present invention. FIG. 6A is a perspective view schematically showing the battery cell shown in FIG. 5, and FIG. 6B is a schematic perspective view showing another perspective view of the battery cell including the stack / folding type electrode assembly. That is, the battery cell according to the present invention is not limited to the structure of the electrode assembly, and an electrode assembly suited to the characteristics of each device can be used.
도 5를 참조하면, 전지셀(103)은, 파우치형 케이스(203)의 내부에 전극조립체(303)가 내장되는 구조로 이루어진다. 파우치형 케이스(203)는, 스택/폴딩형 전극조립체(303)의 상부 형상에 대응하는 상부 수납부가 형성되어 있는 상부 케이스(223)와, 전극조립체의 하부 형상에 대응하는 하부 수납부가 형성되어 있는 하부 케이스(213)로 이루어져 있다.Referring to FIG. 5, the
전극조립체(303)는 스택/폴딩형 전극조립체로서, 이로부터 연장된 전극 탭들이 두 개의 전극 리드들(403, 413)에 각각 용접되어 절연 테이프가 부착된다.The
도 2 또는 도 3에 도시에 도시되어 있는 전지셀들과 유사하게, 도 5의 전지셀(103)은 전극 리드들(403, 413)가 파우치형 케이스(203)의 외부로 노출되도록 전극조립체(303)을 하부 수납부(233)에 장착하고, 상부 케이스(223)와 하부 케이스(213)의 외주면을 용접하여 제조된다. 이때, 파우치형 케이스(203)에 포함되어 있는 수지층이 상호 융착하여 이중 밀봉 구조를 형성할 수 있음은 물론이다.The
도 5와 함께 도 6a를 참조하면, 전지셀(103)의 밀봉부는 전극 리드들(410, 413)이 외부로 노출된 상태로 파우치형 케이스의 측면의 중앙 부위에 형성되어 있다.Referring to FIG. 6A together with FIG. 5, a sealing portion of the
이와 달리, 도 6b에 도시되어 있는 전지셀(102)은 파우치형 케이스가 커버와 케이스 본체로 이루어져 있어, 전극 리드들이 노출된 상태로 밀봉부가 파우치형 케이스 상측 모서리 부분에 형성되어 있다.In contrast, the
도 6a 및 도 6b에 도시되어 있는 전지셀들(103, 102)은, 스택형 전극조립체를 포함하고 있는 도 4a 및 도 4b에 도시되어 있는 전지셀들(100, 101)과는 달리, 스택/폴딩형 전극조립체를 포함하는 바, 그 형상에 대응하여 보다 각진 직육면체의 형상을 갖는다.The
즉, 본 발명에 따른 전지셀은 외면에 형성되어 있는 소정 두께의 금속층을 포함하여, 제조가 용이하면서도 기계적 강도가 향상된 파우치형 전지셀을 제공한다. 또한, 소정 두께의 금속층을 용접하여 밀봉부를 형성하는 바, 이중 밀봉 구조를 형성할 수 있고, 밀봉성을 담보하기 위한 절곡 부위를 포함하지 않는 바, 전지셀은 대략적으로 육면체 구조를 가지고, 따라서 용량의 손실 없이 다수의 전지셀을 적층하기 용이하여, 고용량, 고에너지의 전지를 제조하는 경우에도 보다 컴팩트한 구조를 확보하는 이점이 있다.
That is, the battery cell according to the present invention provides a pouch-shaped battery cell including a metal layer having a predetermined thickness formed on an outer surface thereof, which is easy to manufacture and has improved mechanical strength. In addition, a metal layer of a predetermined thickness is welded to form a sealing portion, which can form a double-sealing structure and does not include a bent portion for securing the sealing property. The battery cell has a substantially hexahedral structure, It is easy to stack a plurality of battery cells without loss of the battery, and even when a battery of a high capacity and a high energy is manufactured, a more compact structure can be secured.
본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주내에서 다양한 응용 및 변형을 수행하는 것이 가능할 것이다.It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims.
Claims (19)
상기 파우치형 케이스는 상기 전극조립체가 장착되기 위한 레이어 형태의 재질이 일체로 형성된 수납부를 포함하고 있고 외면이 금속층으로 이루어져 있으며;
상기 수납부의 외주면에는 용접 또는 융착을 위한 별도의 절곡된 실링부가 없는 상태에서 상기 파우치형 케이스의 외면 금속층들 상호간의 용접으로 형성된 밀봉부가 위치하는 것을 특징으로 하는 전지셀.An electrode assembly having a structure in which a separator is interposed between an anode and a cathode is embedded in a pouch-shaped case in a state of being impregnated with an electrolyte;
Wherein the pouch-shaped case includes a housing portion in which a layer-shaped material for mounting the electrode assembly is integrally formed, and the outer surface is formed of a metal layer;
Wherein a sealing portion formed by welding between outer metal layers of the pouch-shaped case is positioned on the outer circumferential surface of the storage portion in a state in which there is no separate folded sealing portion for welding or welding.
(i) 양극 시트와 음극 시트가 분리막이 개재된 상태로 권취되어 있는 젤리-롤형 구조;
(ii) 둘 이상의 양극판들과 둘 이상의 음극판들이 분리막이 개재된 상태로 적층되어 있는 적층형 구조; 및
(iii) 하나 이상의 양극판과 하나 이상의 음극판이 분리막이 개재된 상태로 적층 접합되어 있는 둘 이상의 단위셀들이 분리 필름에 의해 권취되어 있는 스택/폴딩형 구조.The battery cell according to claim 1, wherein the electrode assembly comprises one of the following structures:
(i) a jelly-roll structure in which a positive electrode sheet and a negative electrode sheet are wound with a separator interposed therebetween;
(ii) a laminated structure in which two or more positive electrode plates and two or more negative electrode plates are stacked with a separator interposed therebetween; And
(iii) a stack / folding structure in which at least two positive electrode plates and at least one negative electrode plate are laminated and joined together with a separator interposed therebetween, the two or more unit cells being wound by a separator film.
상기 상부 케이스의 외주 금속층과 하부 케이스의 외주 금속층이 상호 용접되어 밀봉부를 형성하고 있는 것을 특징으로 하는 전지셀.The pouch case according to claim 1, wherein the pouch-type case includes an upper case formed with an upper housing part corresponding to an upper shape of the electrode assembly, and a lower case formed with a lower housing part corresponding to a lower shape of the electrode assembly ,
Wherein the outer circumferential metal layer of the upper case and the outer circumferential metal layer of the lower case are welded to each other to form a sealing portion.
상기 케이스의 외주 금속층과 커버의 외주 금속층이 상호 용접되어 밀봉부를 형성하고 있는 것을 특징으로 하는 전지셀.The electronic apparatus according to claim 1, wherein the pouch-type case includes a case having a housing portion corresponding to the shape of the electrode assembly, and a cover extending from one end of the case in a bent state to cover the housing portion,
Wherein the outer peripheral metal layer of the case and the outer peripheral metal layer of the cover are welded to each other to form a sealing portion.
(i) 전극조립체를 준비하는 과정;
(ii) 상기 전극조립체에 대응하는 형상의 수납부가 형성되어 있고, 외면에 금속층을 포함하는 전지케이스를 준비하는 과정;
(iii) 상기 수납부에 상기 전극조립체를 장착한 후, 상기 수납부의 외주면 중 일면을 제외하고 나머지 부위에 상기 금속층들을 상호 용접하는 과정; 및
(iv) 용접되지 않은 상기 나머지 부위를 통해 전해액을 주입한 후 용접하여 밀봉하는 과정;
을 포함하는 것을 특징으로 하는 제조 방법.13. A method for manufacturing a battery cell according to any one of claims 1 to 12,
(i) preparing an electrode assembly;
(ii) preparing a battery case having a housing portion having a shape corresponding to the electrode assembly and including a metal layer on an outer surface thereof;
(iii) after the electrode assembly is mounted on the receiving part, welding the metal layers to each other except one surface of the outer circumferential surface of the receiving part; And
(iv) injecting an electrolyte through the remaining portion not welded, welding and sealing the same;
≪ / RTI >
(i) 전극조립체를 준비하는 과정;
(ii) 상기 전극조립체에 대응하는 형상의 수납부가 형성되어 있고, 외면에 금속층을 포함하는 전지케이스를 준비하는 과정;
(iii) 상기 수납부에 상기 전극조립체를 장착하고 전해액을 주입하는 과정; 및
(iv) 상기 수납부의 외주면에서 상기 금속층들을 상호 용접하여 밀봉하는 과정;
을 포함하는 것을 특징으로 하는 제조 방법.13. A method for manufacturing a battery cell according to any one of claims 1 to 12,
(i) preparing an electrode assembly;
(ii) preparing a battery case having a housing portion having a shape corresponding to the electrode assembly and including a metal layer on an outer surface thereof;
(iii) mounting the electrode assembly to the receiving part and injecting an electrolyte; And
(iv) welding and sealing the metal layers on the outer circumferential surface of the accommodating portion;
≪ / RTI >
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