KR101924432B1

KR101924432B1 - High power battery

Info

Publication number: KR101924432B1
Application number: KR1020170034921A
Authority: KR
Inventors: 최장욱; 김주성
Original assignee: 주식회사 리베스트; 주식회사 케이에이치바텍
Priority date: 2017-03-20
Filing date: 2017-03-20
Publication date: 2018-12-03
Also published as: KR20180106513A

Abstract

본 발명에 따른 전지 어셈블리는 압인 공정에 의한 반복되는 패턴을 갖는 제 1 부재층 및 그 내면에 내재되어 있는 탄성 고분자 층인 제 2 부재층이 포함된 외장재를 포함하며, 제 2 부재층이 불연속적으로 전극 조립체와 접촉하고 있어서, 이는 전지 조립 공정 중 진공 실링 단계에서 전지 내부 압력이 강하 될 때, 전극 조립체에 탄력적이고 불연속적인 압력을 추가적으로 발생시켜, 양 전극 간의 거리를 줄여 내부 저항 감소를 유발해 출력 특성을 향상 시킬 뿐만 아니라, 이러한 불연속적인 접촉을 통해 전지 내부에 적절한 공간을 제공하여, 제 2 부재층이 전극 조립체를 누르는 상황에서도 전지의 가장자리에 위치한 실링부의 훼손을 효과적으로 막을 수 있는 전지 어셈블리를 제공한다.The battery assembly according to the present invention includes a casing member including a first member layer having a repetitive pattern by a stamping process and a second member layer being an elastic polymer layer contained in the inner surface thereof, When the inner pressure of the battery is lowered in the vacuum sealing step during the battery assembly process, elastic and discontinuous pressures are additionally generated in the electrode assembly, thereby reducing the distance between the electrodes, Not only improves the characteristics but also provides an adequate space inside the cell through this discontinuous contact to provide a battery assembly that can effectively prevent damage to the sealing portion located at the edge of the cell even in the event that the second member layer presses the electrode assembly do.

Description

{High power battery}

본 발명은 전지용 외장재 및 외장재 제조 방법으로, 보다 자세하게는 외장재 내면에 내재된 탄성 고분자 층이 전극 조립체와 불연속적으로 접촉하며, 전지 조립 공정 중 진공 실링 단계에서, 전지 내부 압력이 강하 될 때, 외장재 내면의 탄성 고분자 층이 전극 조립체에 탄력적이고 불연속적인 압력을 추가적으로 발생시켜, 이로 말미암아 전지의 출력 특성이 월등하게 향상되고, 또한 탄성 고분자 층과 전극 조립체의 불연속적인 접촉은 전지 내부에 적절한 공간을 제공하여, 탄성 고분자 층이 전극 조립체를 누르는 상황에서도 전지의 가장자리에 위치한 실링부의 훼손을 효과적으로 막을 수 있는 전지 어셈블리에 관한 것이다.The present invention relates to a method for manufacturing an outer casing and an outer casing of a battery, and more particularly, to a method of manufacturing an outer casing and an outer casing by discontinuously contacting the elastic polymer layer contained in the inner casing with the electrode assembly, The elastic polymer layer on the inner surface additionally generates elasticity and discontinuous pressure on the electrode assembly, thereby remarkably improving the output characteristics of the battery, and the discontinuous contact between the elastic polymer layer and the electrode assembly provides an adequate space inside the battery And more particularly, to a battery assembly capable of effectively preventing damage to a sealing portion located at an edge of a battery even when the elastic polymer layer presses the electrode assembly.

다양한 일차전지 혹은 이차전지는 음극 및 양극, 즉 양 전극의 산화/환원 전위차를 기반으로 화학적인 에너지를 저장하고 있다가, 외부 도선 연결 시 전기 에너지로 변환하여, 원하는 전자기기를 구동 가능하게 하는 전원 장치이다. 이와 같이, 전지를 방전 구동하는 경우, 주어진 시간에 전달할 수 있는 전기 에너지는 출력에 해당하고, 전지 성능 평가에 있어서 중요한 지표이다. 예를 들면, 전기 자동차의 가속 성능은 탑재한 이차전지의 출력 성능에 의해 결정된다. 전지의 출력 특성은 전지 내부의 구성 요소의 다양한 물성에 의해서 결정되며, 특히, 내부 저항은 출력 특성에 큰 영향을 미친다. 따라서, 전극 내부 소재의 선정, 전극의 조립체 적층 디자인 등은 출력 특성에 중요한 역할을 하는 요소이다.Various types of primary cells or secondary cells store chemical energy based on a difference in oxidation / reduction potential between a cathode and an anode, that is, an oxidation / reduction potential difference between both electrodes, and convert them into electrical energy when connecting external leads, Device. As described above, when discharging the battery, the electric energy that can be delivered at a given time corresponds to the output, and is an important index in battery performance evaluation. For example, the acceleration performance of the electric vehicle is determined by the output performance of the mounted secondary battery. The output characteristics of the battery are determined by various physical properties of the internal components of the battery. In particular, the internal resistance greatly affects the output characteristics. Therefore, the selection of the material inside the electrode and the stacking design of the electrode assembly are important factors in the output characteristics.

일반적으로, 주어진 전지 시스템(리튬 이온 전지, 납축전지, 니켈 메탈 하이드라이드 전지 등)에서, 양 전극의 전극 소재가 정해지면, 전극 활물질 자체에서 발생하는 내부 저항은 변화 폭이 작아, 크게 향상시키기가 어렵다. 이는 양 전극의 활물질 결정 구조와 그에 따른 분자 오비탈에 의해서, 활물질 자체 내부 저항이 결정되기 때문이다. 따라서, 주어진 양 전극의 활물질 소재를 사용할 때에는, 전극 조립체의 구조나 적층 방식을 변형하여, 내부 저항을 최소화 하는 것이, 실제 전지 제조 과정에서 보다 쉽게 채용될 수 있는 출력 향상의 방식이다. 더욱이 수 백회 충전 및 방전이 가능한 이차전지의 경우 양 전극 활물질의 부피 팽창 및 수축이 반복되는데, 이 과정이 진행되는 동안, 양 전극이 틀어지거나 빈 공간이 생기는 등 전지의 내부저항을 높이는 여러 문제점들이 발생한다. 이때, 전지에 압력을 가하여, 단위 셀의 양 전극 사이의 거리를 줄이는 접근은 전극 조립체 내부의 내부 저항을 현저하게 줄일 수 있으며, 전극 소재에 관계없이, 범용적으로 다양한 전지 시스템에 적용 될 수 있다.Generally, when an electrode material of both electrodes is determined in a given battery system (such as a lithium ion battery, a lead-acid battery, or a nickel metal hydride battery), the variation in internal resistance generated in the electrode active material itself is small, it's difficult. This is because the internal resistance of the active material itself is determined by the crystal structure of the active material of the both electrodes and the molecular orbitals thereof. Therefore, when the active material of a given electrode is used, the structure of the electrode assembly and the lamination method are modified to minimize the internal resistance. Further, in the case of a secondary battery capable of charging and discharging several hundreds of times, the volume expansion and contraction of both electrode active materials are repeated. During this process, various problems such as twisting of the electrodes and voids, Occurs. At this time, the approach of reducing the distance between both electrodes of the unit cell by applying pressure to the battery can remarkably reduce the internal resistance in the electrode assembly, and can be applied to a variety of general-purpose battery systems regardless of the electrode material .

전극 조립체에 압력을 가하기 위해서는 전지 어셈블리 조립 후에, 외부에서 압력을 가하는 방식이 보편적으로 고려되어 왔으나, 이는 가압기 등의 추가적인 전지 내부 혹은 외부의 구성 요소를 요구하기에, 실제 전지에 적용하는데 한계가 있다. 현재 상용 전지에서 전지의 출력 특성 향상을 위해 가장 쉽게 채용 되는 접근방식은 전극 내부의 활물질 함량을 줄이고, 탄소 도전체 함량을 증가시키는 것이나, 이는 활물질의 상대적인 함량 감소를 수반하여, 전지의 에너지 밀도가 현저히 감소되는 문제를 야기하게 된다.In order to apply pressure to the electrode assembly, a method of externally applying a pressure after assembling the battery assembly has been generally considered. However, this requires an additional internal or external component such as a pressurizer, . Currently, the most easily adopted approach for enhancing the output characteristics of a battery in a commercial battery is to reduce the active material content in the electrode and to increase the carbon conductor content, which is accompanied by a decrease in the relative content of the active material, Resulting in a problem that is significantly reduced.

본 발명은 알루미늄 혹은 알루미늄 합금 혹은 스테인리스 스틸이 포함된 외장재 층 및 외장재 층 내면에 내재되어 전극 조립체와 불연속으로 접촉하는 탄성 고분자 층이 포함된 전지 외장재 및 이를 포함한 전지의 제조 방법을 제공하며, 본 외장재는 전지 조립 공정 중 진공 실링 단계에서, 전지 내부 압력이 강하 될 때, 외장재 내면의 탄성 고분자 층을 통해 전극 조립체에 탄력적이고 불연속적인 압력을 추가적으로 발생시켜, 전지의 출력 특성을 월등하게 향상 시키는 특징을 유도할 뿐만 아니라, 탄성 고분자 층과 전극 조립체의 불연속적인 접촉은 전지 내부에 적절한 공간을 제공하여, 탄성 고분자 층이 전극 조립체를 누르는 상황에서도 전지의 가장자리에 위치한 실링부의 훼손을 효과적으로 막을 수 있다.The present invention provides a battery outer casing containing an outer casing layer containing aluminum or an aluminum alloy or stainless steel and an elastic polymer layer interposed in an inner surface of the outer casing layer in discontinuous contact with the electrode assembly and a method of manufacturing a battery including the outer casing. Is characterized in that, when the internal pressure of the battery is lowered in the vacuum sealing step during the battery assembling process, elasticity and discontinuous pressure are additionally generated in the electrode assembly through the elastic polymer layer on the inner surface of the casing to thereby greatly improve the output characteristics of the battery The discontinuous contact between the elastic polymer layer and the electrode assembly provides an adequate space inside the cell so that damage to the sealing portion located at the edge of the cell can be effectively prevented even when the elastic polymer layer presses the electrode assembly.

상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 전지 외장재로서, 제 1 부재층(100); 상기 제 1 부재층(100)과 전극 조립체(140) 사이에 구비되며, 상기 전극 조립체(140)와 불연속적으로 접촉하는 탄성 고분자를 포함하는 제 2 부재층(120)을 포함하는 전지 외장재를 제공한다. In order to solve the above-described problems, the present invention provides a battery casing, comprising: a first member layer (100); And a second member layer 120 disposed between the first member layer 100 and the electrode assembly 140 and including an elastic polymer discontinuously contacting the electrode assembly 140 do.

본 발명의 일 실시예에서, 상기 탄성 고분자는 가황 불포화 고무(Unsaturated rubbers that can be cured by sulfur vulcanization), 불가황 포화 고무(Saturated rubbers cannot be cured by sulfur vulcanization), 열가소성 탄성고분자(Thermoplastic elastomers)로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나 이상을 포함한다. In one embodiment of the present invention, the elastic polymer is selected from the group consisting of unsaturated rubbers that can be cured by sulfur vulcanization, saturated rubbers not cured by sulfur vulcanization, thermoplastic elastomers And at least one selected from the group consisting of

본 발명의 일 실시에에서, 상기 외장재는 반복적으로 압인 가공된 복수의 압인부(210)/비 압인부(220)와 실링부(130)를 포함하며, 비 압인부에 해당하는 범위가 전지 어셈블리 내의 전극 조립체(140)와 접촉한다. In one embodiment of the present invention, the casing comprises a plurality of repressurized depressions 210 / non-depressions 220 and a sealing portion 130, and a range corresponding to the non- (Not shown).

본 발명의 일 실시예에서, 상기 압인 가공된 복수의 압인부(210) 및 비 압인부(220)의 반복되는 패턴에 있어서, 압인부의 폭을 a, 비 압인부의 폭을 b, 압인부의 높이를 h로 정의하고,비 압인부의 높이를 기준면으로 할 때, 압인부의 내각을 θ, 압인부의 외각을 θ′, 압인부의 외곽 길이를 α_i(단, i는 양의 정수), 압인부와 비 압인부가 만나는 모서리를 d, d에 대한 법선의 내부 중심축을 c, d와 c 사이의 거리를 r 로 정의하고, a의 폭은 0 mm 초과 20 mm 이하, b의 폭은 0 mm 이상 5a 이하, h의 높이는 0 mm 초과 2a 이하, θ의 각도는 0˚ 초과 90˚ 이하, θ′의 각도는 90˚ 이상 180˚ 미만, 압인부의 외곽 길이의 합

(단, i는 양의 정수)은 a 초과 5a 이하, r의 길이는 0 mm 이상 2h 미만이다. In the embodiment of the present invention, in the repeated patterns of the crimped portion 210 and the non-crimped portion 220, the width of the depressed portion is denoted by a, the width of the non-depressed portion is denoted by b, h, the outer angle of the depressed portion is denoted by?, the outer perimeter of the depressed portion is denoted by? _i (i is a positive integer), and the non-depressed portion is defined as the non-depressed portion. And the distance between a and b is 0 mm or more and 5a or less, and h is a distance between 0 and 5a. Is greater than 0 mm and less than 2a, the angle of θ is greater than 0 ° and less than 90 °, the angle of θ 'is greater than 90 ° and less than 180 °,

(Where i is a positive integer) is greater than a and less than 5a, and the length of r is greater than 0 mm and less than 2h.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 압인 가공된 압인부(210) 및 비 압인부(220)의 반복되는 형태에 있어서, 상기 압인부의 폭을 a, 비 압인부의 폭을 b, 압인부의 높이를 h, 압인부의 외곽 길이의 합을

(단, i는 양의 정수)로 정의하고, 비 압인부의 높이를 기준면의 높이로 한 상태에서, 기준면보다 상단에 위치한 압인부가 각이 지면서 발생하는 모서리의 개수를 N, 상기 모서리의 내각을 θ″, 상기 모서리를 d′, 상기 d′에 대한 법선의 내부 중심축을 c′, 상기 d′와 c′ 사이의 거리를 r′ 로 정의하고, a의 폭은 0 mm 초과 20 mm 이하, b의 폭은 0 mm 이상 5a 이하, h의 높이는 0 mm 초과 2a 이하, 압인부의 외곽 길이의 합

(단, i는 양의 정수)은 a 초과 5a 이하, N은 1개 이상, θ″은 90˚ 이상 180˚ 이하, r′의 길이는 0 mm 이상 2h 미만이다. In the embodiment of the present invention, in the repeated form of the crimped crimped portion 210 and the non-crimped portion 220, the width of the crimped portion is denoted by a, the width of the non-clamped portion is denoted by b, h, the sum of the outer lengths of the indentations

(Where i is a positive integer), and the number of corners generated by the indentation angle located at the upper end of the reference surface is N, the inner angle of the corner is defined as θ , The edge is defined as d ', the inner central axis of the normal to d' is defined as c ', the distance between d' and c 'is defined as r', the width of a is greater than 0 mm and less than 20 mm, The width is 0 mm or more and 5a or less, the height of h is more than 0 mm and not more than 2a,

(Where i is a positive integer) is more than a and not more than 5a, N is not less than 1, and the angle of? 'Is not less than 90 and not more than 180, and the length of r' is not less than 0 mm and less than 2h.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 제 2 부재층(120)은 전지 어셈블리 내부 압력이 강하 시, 전극 조립체(140)에 압력을 가하여 상기 전지 어셈블리의 전극간 거리를 감소시킨다. In an embodiment of the present invention, the second member layer 120 applies pressure to the electrode assembly 140 when the internal pressure of the battery assembly drops, thereby reducing the distance between the electrodes of the battery assembly.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제 1 부재층의 전해질에 대한 접촉각(CA-1) 과 제 2 부재층의 전해질에 대한 접촉각(CA-2)의 분율 CA-1/CA-2은 0 초과 1 미만이다. The ratio CA-1 / CA-2 of the contact angle (CA-1) of the first member layer to the electrolyte and the contact angle (CA-2) of the second member layer with respect to the electrolyte is 0 &Lt; / RTI >

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제 1 부재층(110)을 제 2 부재층(120)과 비교할 때, 제 1 부재층이 상대적으로 높은 영률(Young's modulus), 낮은 투습도(Water vaper transmission rate), 낮은 연신율(Elongation), 연신율에 대한 낮은 탄성 회복율(Elastic recovery)을 갖는다. In one embodiment of the present invention, when the first member layer 110 is compared to the second member layer 120, the first member layer has a relatively high Young's modulus, a low water vapor transmission rate ), Low elongation, and low elastic recovery with respect to elongation.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제 1 부재층(110)을 제 2 부재층(120)과 비교할 때, 영률의 비율은 1,500,000:1 내지 1:1 이고, 투습도의 비율은 1:1 내지 1:100 이고, 연신율의 비율은 1:1 내지 1:2,000이고, 탄성 회복율의 비율은 1:1 내지 1:1,000 이다. In one embodiment of the present invention, when the first member layer 110 is compared with the second member layer 120, the ratio of the Young's modulus is 1,500,000: 1 to 1: 1, the ratio of the moisture permeability is 1: 1: 100, the elongation ratio is 1: 1 to 1: 2,000, and the elastic recovery ratio is 1: 1 to 1: 1,000.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제 1 부재층(110)의 영률(Young's modulus)은 10,000 kgf cm^-2 내지 3,000,000 kgf cm^-2, 연신율(Elongation)은 0.5% 내지 80%, 연신율에 대한 탄성 회복율(Elastic recovery)은 0 내지 50% 이고, 전해액(Electrolyte)에 대한 접촉각(Contact angle)은 5˚ 내지 60˚, 투습도(Water vaper transmission rate)는 두께 0.5 mm에 대해서 0 g m^-2 day^-1내지 7 g m^-2 day^-1이고,In one embodiment of the present invention, the Young's modulus of the first member layer 110 is 10,000 kgf cm ^-2 to 3,000,000 kgf cm ^-2 , the elongation is 0.5% to 80% The elastic recovery is 0 to 50%, the contact angle to the electrolyte is 5 to 60 ° and the water vaper transmission rate is 0 gm ^-2 day ^{- 1} to 7 gm &^lt; ^-2 > day ^-1 ,

상기 제 2 부재층(120)의 영률은 2 kgf cm^-2 내지 50,000 kgf cm^-2, 연신율(Elongation)은 50% 내지 2,000%, 연신율에 대한 탄성 회복율(Elastic recovery)은 50 내지 100% 이고, 전해액(Electrolyte)에 대한 접촉각(Contact angle)은 40˚ 내지 150˚, 투습도(Water vaper transmission rate)는 두께 0.5 mm에 대해서 1 g m^-2 day^-1내지 17 g m^-2 day^-1이다.The second member layer 120 has a Young's modulus of 2 kgf cm ^-2 to 50,000 kgf cm ^-2 , an elongation of 50% to 2,000%, and an elastic recovery of 50 to 100% The contact angle for the electrolyte is 40 ° to 150 ° and the water vaper transmission rate is 1 gm ^-2 day ^-1 to 17 gm ^-2 day ^-1 for a thickness of 0.5 mm.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 전지 어셈블리 내부 압력 강하는 상기 전지 어셈블리의 전지 조립 공정 중 진공 실링 단계에서 발생하며, 상기 전지 어셈블리 내부 압력이 강하로 인해, 진공 실링 단계 전의 전극 조립체(140) 두께(t′)가 0.8 t′이상 1 t′ 미만으로 감소한다.In an embodiment of the present invention, the pressure drop in the battery assembly occurs in a vacuum sealing step during a battery assembling process of the battery assembly, and due to a drop in the pressure inside the battery assembly, the electrode assembly 140, The thickness t 'decreases from 0.8 t' to less than 1 t '.

본 발명에서 제공하는 전지용 외장재는, 외장재의 내면에 내재된 탄성 고분자 층이 전극 조립체와 불연속적으로 접촉하며, 전지 조립 공정 중 진공 실링 단계에서 내부 압력이 강하 될 때, 외장재 내면의 탄성 고분자 층을 통해 전극 조립체에 탄력적이고 불연속적인 압력을 추가적으로 발생시켜, 전지 출력 특성을 월등하게 향상 시킬 뿐만 아니라, 탄성 고분자 층과 전극 조립체의 불연속적인 접촉은 전지 내부에 적절한 공간을 제공하여, 탄성 고분자 층이 전극 조립체를 누르는 상황에서도 전지의 가장자리에 위치한 실링부의 훼손을 효과적으로 막을 수 있다.In the battery casing according to the present invention, the elastic polymer layer contained in the inner surface of the casing is discontinuously contacted with the electrode assembly, and when the inner pressure is lowered during the vacuum sealing process during the battery assembly process, the elastic polymer layer on the inner surface of the casing The elasticity polymer layer and the electrode assembly are brought into discontinuous contact with each other to provide an appropriate space inside the battery, so that the elastic polymer layer is formed on the electrode It is possible to effectively prevent the sealing portion located at the edge of the battery from being damaged even when the assembly is pressed.

도 1은 알루미늄 혹은 알루미늄 합금 혹은 스테인리스 스틸이 포함된 전지 외장재로서, 압인부와 비 압인부가 포함된 제 1 부재층(110), 그 내면에 내재된 불연속적으로 전극 조립체와 접촉하는 탄성 고분자 층으로 구성된 제 2 부재층(120), 두 부재층이 전지 조립 공정 중 진공 실링 단계에서 열 실링 된 실링부(130)가 포함된 외장재 부분, 그리고 전극 조립체(140)로서, 음극 또는 양극을 포함하는 양 전극(141), 분리막(142), 전해액(143) 이 모두가 조합된 전지 어셈블리에 대한 실시 형태를 보여주는 단면도이다.
도 2는 도 1 설명에서 언급한 제 1 부재층(110)의 압인부(210)와 비 압인부(220)의 유무 및 제 2 부재층(120)과 전극 조립체(140) 간의 연속적인 접촉과 불연속적인 접촉에 대해서 각각의 대표적인 형태의 조합에 대한 실시예의 단면도이다.
도 3은 도 1 설명에서 언급한 제1 부재층(110)의 압인의 패턴의 외부 모습을 보여주는 정면도 및 측면도이다. 압인부(210)와 비 압인부(220) 서로 번갈아 반복되고 있고, 실링부(130) 두께 (t)의 위치가 전지 어셈블리 전체 두께(T)에 대해 1/4 내지 3/4의 범위에 위치해 있다.
도 4는 본 발명에 따라 전지 외장재의 압인부(210)/비 압인부(220) 패턴에 대한 정의이다.
도 5는 본 발명에 따라 전지 외장재의 압인부(210)/비 압인부(220) 패턴의 형태에 대한 실시예이다.
도 6은 전지 조립 공정 중 진공 실링 단계에서, 전지 내부 압력 저하로 인해 전극 조립체가 눌리는 모습을 나타낸 것으로, 동일한 압력을 가했을 때, 상기 제 1 부재층(110)의 압인부(210)와 비 압인부(220)의 유무 및 제 2 부재층(120)과 전극 조립체(140) 간의 연속적인 접촉과 불연속적인 접촉에 대해 각각의 대표적인 형태의 조합에 따라서 전극 조립체(140)에 압력이 가해지는 정도가 차이나기 때문에 양 전극(141)의 간격이 달라지는 것을 보여 주는 단면도이다.
도 7은 본 발명에서 제공하는 탄력적이고 불연속적인 압력을 추가적으로 발생시키는 외장재를 리튬 이차전지 어셈블리에 적용할 경우, 종래의 탄성 고분자 층이 미포함된 외장재 적용할 때에 비해서, 출력 특성이 향상되는 것을 보여 주는 실시예이다.
도 8은 탄성 고분자 층이 연속적으로 전극 조립체와 접촉하고 있는 경우, 진공 실링시 발생하는 z 축 방향의 압력이 가하여 질 때, 탄성 고분자 층의 xy 평면 방향으로 넘침 현상이 발생하여, 이로 말미암아 실링부 터짐 현상(131)을 보여 주는 비교예(도 8의 (A) 내지 (C))와, 본 발명에서의 불연속적으로 탄성 고분자 층이 전극 조립체와 접촉하고 있는 경우, 실링부가 안정적으로 유지됨을 보여 주는 실시예(도 8의 (D) 내지 (F))이다.
도 9는 상기 제 1 부재층(110) 및 제 2 부재층(120)의 표면에 전해액을 떨어뜨린 다음 표기된 시간이 지난 후, 각각의 부재층에 대한 전해액의 접촉각을 측정한 것이다.
도 10은 제 1 부재층 및 제 2 부재층의 연신율에 대한 단위 응력을 측정한 일 실시예에 해당하는 그래프 이다.FIG. 1 is a view showing a first embodiment of the present invention. FIG. 1 is a view showing a first embodiment of the present invention. FIG. 1 is an exploded perspective view of a battery module according to the present invention. The outer member portion including the sealing portion 130 in which the two member layers are heat sealed in the vacuum sealing step during the battery assembling process and the electrode assembly 140 as the electrode assembly 140, Sectional view showing an embodiment of a battery assembly in which the electrode 141, the separation membrane 142, and the electrolyte 143 are all combined.
2 illustrates the relationship between the presence or absence of the indent portion 210 and the non-indent portion 220 of the first member layer 110 and the continuous contact between the second member layer 120 and the electrode assembly 140 &Lt; / RTI > is a cross-sectional view of an embodiment for each representative type combination for discontinuous contact.
FIG. 3 is a front view and a side view showing an outer appearance of the pattern of indentation of the first member layer 110 mentioned in FIG. The position of the thickness t of the sealing portion 130 is in a range of 1/4 to 3/4 of the total thickness T of the battery assembly have.
4 is a definition of the pattern of the depressions 210 / non-depressions 220 of the battery casing according to the present invention.
5 is an embodiment of a pattern of the depressions 210 / non-depressions 220 pattern of the battery sheath according to the present invention.
6 shows a state in which the electrode assembly is pressed down due to a decrease in internal pressure of the battery in the vacuum sealing step during the battery assembling process. When the same pressure is applied to the electrode assembly, The degree to which the pressure is applied to the electrode assembly 140 in accordance with the combination of the presence or absence of the unit 220 and the typical and discrete contact between the second member layer 120 and the electrode assembly 140 Sectional view showing that the gap between the two electrodes 141 is different due to the difference.
FIG. 7 is a graph showing the results of a comparison between a conventional outer elastic member and a non-elastic outer member when the outer casing is additionally provided with elastic and discontinuous pressures according to the present invention. Fig.
8 shows a state in which when the elastic polymer layer continuously contacts with the electrode assembly, when the pressure in the z-axis direction generated during the vacuum sealing is applied, the overflow phenomenon occurs in the xy plane direction of the elastic polymer layer, 8 (A) to 8 (C) showing the burst phenomenon 131 and the case where the elastic polymer layer discontinuously contacts the electrode assembly in the present invention, the sealing portion is stably maintained ((D) to (F) in Fig. 8).
9 is a graph showing the contact angle of the electrolyte with respect to each of the member layers after the electrolyte has been dropped on the surfaces of the first member layer 110 and the second member layer 120.
10 is a graph corresponding to an embodiment in which a unit stress is measured with respect to an elongation of a first member layer and a second member layer.

이하 본 발명을 보다 자세하게 설명하고자 한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail.

이하의 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 상세한 설명이며, 본 발명의 권리 범위를 제한하는 것이 아님은 당연할 것이다. 따라서, 본 발명과 동일한 기능을 수행하는 균등한 발명 역시 본 발명의 권리 범위에 속할 것이다.The following examples are intended to illustrate the present invention and should not be construed as limiting the scope of the present invention. Accordingly, equivalent inventions performing the same functions as the present invention are also within the scope of the present invention.

또한, 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.In addition, in adding reference numerals to the constituent elements of the respective drawings, it should be noted that the same constituent elements are denoted by the same reference numerals even though they are shown in different drawings. In the following description of the present invention, a detailed description of known functions and configurations incorporated herein will be omitted when it may make the subject matter of the present invention rather unclear.

또한, 본 발명의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (A), (B) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.In describing the components of the present invention, terms such as first, second, A, B, (A), and (B) may be used. These terms are intended to distinguish the constituent elements from other constituent elements, and the terms do not limit the nature, order or order of the constituent elements. When a component is described as being "connected", "coupled", or "connected" to another component, the component may be directly connected or connected to the other component, Quot; may be " connected, " " coupled, " or " connected. &Quot;

종래 전지의 제한적인 출력 특성을 월등하게 향상시키고자, 본 발명은 알루미늄 혹은 알루미늄 합금 혹은 스테인리스 스틸이 포함된 외장재 층 내면에 전극 조립체와 불연속적으로 접하고 있는 탄성 고분자 층이 내재되어 있는 전지 외장재를 제공한다. 전지 조립 공정 중 진공 실링 단계에서, 전지 내부 압력 저하로, 외장재 내면의 탄성 고분자 층이 전극 조립체에 탄력적이고 불연속적인 압력을 추가적으로 발생시켜, 출력 특성이 두드러지게 증가한다. 탄성 고분자 층과 전극 조립체의 불연속적인 접촉은 전지 내부에 적절한 공간을 제공하여, 탄성 고분자 층이 전극 조립체를 누르는 상황에서도 전지의 가장자리에 위치한 실링부의 훼손을 효과적으로 막을 수 있다.In order to significantly improve the limited output characteristics of the conventional battery, the present invention provides a battery exterior material having an elastic polymer layer discontinuously in contact with the electrode assembly on the inner surface of a casing material layer containing aluminum, aluminum alloy, or stainless steel do. In the vacuum sealing step during the battery assembling process, the elastic polymer layer on the inner surface of the exterior material additionally generates elasticity and discontinuous pressure in the electrode assembly due to a decrease in the internal pressure of the battery, and the output characteristic is markedly increased. The discontinuous contact between the elastic polymer layer and the electrode assembly provides an adequate space inside the battery so that damage to the sealing portion located at the edge of the battery can be effectively prevented even when the elastic polymer layer presses the electrode assembly.

전극 조립체와의 불연속적인 접촉을 위해서, 알루미늄 혹은 알루미늄 합금 혹은 스테인리스 스틸이 포함된 외장재 층은 압인 공정을 통해, 압인부와 비 압인부로 구성되며, 비 압인부에 해당하는 범위와 그 내측의 탄성 고분자 층만 전극 조립체와 접촉한다.For the discontinuous contact with the electrode assembly, the sheath layer containing aluminum or aluminum alloy or stainless steel is formed by a stamping process with a stamped portion and a non-stamped portion, and the range corresponding to the non-stamped portion and the elastic polymer Only the layer contacts the electrode assembly.

상기 탄성 고분자는 가황 불포화 고무(Unsaturated rubbers that can be cured by sulfur vulcanization), 불가황 포화 고무 (Saturated rubbers cannot be cured by sulfur vulcanization), 열가소성 탄성고분자(Thermoplastic elastomers)를 포함한다. The elastic polymer includes unsaturated rubbers that can be cured by sulfur vulcanization, saturated rubbers can not be cured by sulfur vulcanization, and thermoplastic elastomers.

본 발명은 전지의 출력 향상을 구현하기 위해서, 탄력적이고 불연속적으로 전극 조립체와 접촉하는 탄성 고분자로 구성된 제 2 부재층(120)이 알루미늄 혹은 알루미늄 합급 혹은 스테인리스 스틸이 포함된 제 1 부재층(110)의 내면에 내재되어 있는 외장재를 포함하는 전지 어셈블리를 제공한다. 불연속적인 접촉면을 제공하기 위해, 실링부(130)을 제외한 제 1 부재층은 압인 가공하여, 압인부(210)와 비 압인부 (220)으로 구성되며, 비 압인부에 해당하는 범위가 전극 조립체와 접촉한다.In order to improve the output of a battery, a second member layer 120 composed of an elastic polymer elastically and discontinuously in contact with the electrode assembly is formed of a first member layer 110 (including aluminum, aluminum alloy or stainless steel) And an outer casing embedded in the inner surface of the battery casing. In order to provide a discontinuous contact surface, the first member layer excluding the sealing portion 130 is stamped to be composed of the stamped portion 210 and the non-stamped portion 220, and the range corresponding to the non- / RTI >

도 1에서 제시된 본 발명에 따른 외장재에 대해서, 제 1 부재층(110)의 경우, 알루미늄 혹은 알루미늄 합급 혹은 스테인리스 스틸이 포함된다. 제2 부재층(120)은 탄성고분자 층으로, 1) 가황 불포화 고무(Unsaturated rubbers that can be cured by sulfur vulcanization), 2) 불가황 포화 고무 (Saturated rubbers cannot be cured by sulfur vulcanization), 그리고 3) 열가소성 탄성고분자(Thermoplastic elastomers)이 포함된다. 1) 가황 불포화 고무의 경우에는 Natural polyisoprene (cis-1,4-polyisoprene (Natural rubber), trans-1,4-polyisoprene (Gutta-percha)), Polyisoprene rubber (IR), Polybutadiene rubber (BR), Polychloropene rubber(CR), Neoprene, Bayprene etc., Poly(isobutylene-co-isoprene) rubber (IIR), Chloro IIR (CIIR), Bromo IIR (BIIR), Poly(styrene-co-butadiene) rubber (SBR), Poly(acrylonitrile-co-butadiene) rubber (NBR), Hydrogenated NBR (HNBR), Therban, Zetpol 등이 있고, 2) 불가황 포화 고무의 경우에는 Epichlorohydrin rubber (ECO), Polyacrylic rubber (ACM, ABR), Silicone rubber (SI, Q, VMQ), Fluorosilicone rubber (FVMQ), Polyether block amides (PEBA), Chlorosulfonated polyethylene (CSM), Hypalon, Ethylene-vinyl acetate (EVA) 등이 있고, 3 )열가소성 탄성고분자의 경우에는, Thermoplastic styrenic block copolymers (TPE-s)이 있는데, 예를 들어, Polystyrene-block-polybutadiene-block-polystyrene (SBS), Polystyrene-block-polyisoprene-block-polystyrene (SIS), Polystyrene-block-poly(ethylene-ran-propylene)-block-polystyrene (SEPS), Polystyrene-block-poly(ethylene-ran-butylene)-block-polystyrene (SEBS) 등이 있다. 다른 열가소성 탄성고분자, 올레핀 고분자 혼합체가 있는데, Thermoplastic polyolefin blends (TPE-o)이라 한다. 이 고분자는 SBS, SIS, SEPS, SEBS 등과 같은 상기 서술한 TPE-s와 PS, PP, PE등 polyolefin을 섞은 elastomeric alloys이다. 또 다른 열가소성 탄성고분자로서는 Thermoplastic polyurethanes (TPU), Thermoplastic copolyester, Thermoplastic polyamides 등이 있다. 마지막으로 Thermoplastic vulcanizate elastomer (TPV)의 경우에는, 예를 들어, ethylene propylene monomer (EPM) rubber, ethylene propylene diene monomer (EPDM) rubber, fluroelastomer (FKM, and FEPM), Perfluoroelastomers (FFKM)이 있다. 제 1 부재층을 기재로 하여, 제 2 부재층의 용융상태의 전구체를 그 위에 얹고, 열을 통해서 가교하여, 제 1 부재층의 내면에 제 2 부재층을 내재 할 수 있고, 각각의 층을 분리하여 제조 후, 열 압착을 통해서, 제 1 부재층의 내면에 제 2 부재층을 내재 할 수 있다. 이와 같이 본 발명에 따른 외장재를 사용하여, 두 부재층이 전지 조립 공정 중 진공 실링 단계에서 열 실링 된 실링부(130)가 포함된 외장재 부분, 그리고 전극 조립체(140)로서, 음극 또는 양극을 포함하는 양 전극(141), 분리막(142), 전해액(143) 이 모두가 조합된 전지 어셈블리에 대한 실시 형태를 보여주는 단면도이다.In the case of the exterior member according to the present invention shown in FIG. 1, the first member layer 110 includes aluminum, aluminum alloy or stainless steel. The second member layer 120 is an elastic polymer layer, which is composed of 1) Unsaturated rubbers that can be cured by sulfur vulcanization, 2) Saturated rubbers can not be cured by sulfur vulcanization, and 3) Thermoplastic elastomers are included. 1) For vulcanized unsaturated rubber, natural polyisoprene (cis-1,4-polyisoprene (Natural rubber), trans-1,4-polyisoprene (Gutta-percha)), polyisoprene rubber (IR), polybutadiene rubber poly (isobutylene-co-isoprene) rubber (IIR), Chloro IIR (CIIR), Bromo IIR (BIIR) (ECM), polyacrylic rubber (ACM, ABR), silicone rubber (NBR), acrylonitrile-co-butadiene rubber (NBR), hydrogenated NBR (HNBR), Therban and Zetpol. (3) thermoplastic elastomeric polymers, such as thermoplastic elastomeric polymer (SI, Q, VMQ), fluorosilicone rubber (FVMQ), polyether block amides (PEBA), chlorosulfonated polyethylene (CSM), Hypalon, polybutadiene-block-polystyrene (SBS), polystyrene-block-polyisoprene-block-polystyrene (SIS), and P-styrenic block copolymers (TPE-s) (SEPS), polystyrene-block-poly (ethylene-ran-butylene) -block-polystyrene (SEBS) and the like. Other thermoplastic elastomeric polymers and olefin polymer blends are known as thermoplastic polyolefin blends (TPE-o). This polymer is an elastomeric alloys of TPE-s and polyolefin such as PS, PP and PE as described above such as SBS, SIS, SEPS, SEBS and the like. Other thermoplastic elastomeric polymers include thermoplastic polyurethanes (TPU), thermoplastic copolyester, and thermoplastic polyamides. Finally, in the case of thermoplastic vulcanizate elastomer (TPV), there are, for example, ethylene propylene monomer (EPM) rubber, ethylene propylene diene monomer (EPDM) rubber, fluroelastomer (FKM, and FEPM) and perfluoroelastomers (FFKM). The molten precursor of the second member layer may be laid on the first member layer as a base and the second member layer may be embedded on the inner surface of the first member layer by crosslinking through heat, The second member layer can be built in the inner surface of the first member layer through thermocompression after the separation. As described above, by using the casing according to the present invention, it is possible to use a casing member in which the two member layers include the sealing portion 130 that is heat-sealed during the vacuum sealing process, and the electrode assembly 140, The separator 142, and the electrolyte 143, all of which are combined with each other. As shown in FIG.

도 2는 제1 부재층(110)의 압인부(210)와 비 압인부(220)의 유무 및 제2 부재층(120)과 그 내면의 포함될 전극 조립체(140) 간의 연속적인 접촉과 불연속적인 접촉에 대해서 각각의 대표적인 형태의 조합에 대한 단면도의 실시예이다. 도 2 (A)는 제 1 부재층에 압인부와 비압인부가 존재하지 않고, 제 2 부재층이 전극 조립체와 연속적으로 접촉하는 경우를, 도 2 (B)는 제 1 부재층에 압인부와 비압인부가 존재하고, 제 2부재 층이 전극 조립체와 연속적으로 접촉하는 경우를, 도 2 (C)는 제 1 부재층에 압인부와 비압인부가 존재하지 않고, 제 2 부재층이 전극 조립체와 불연속적으로 접촉하는 경우를, 도 2 (D)는 제 1 부재층에 압인부와 비압인부가 존재하고, 제 2 부재층이 제 1 부재층의 압인 패턴을 따라 형성되어, 전극 조립체와 불연속적으로 접촉하는 경우를 보여준다.2 shows the continuous contact between the abutting portion 210 of the first member layer 110 and the non-pressing portion 220 and between the second member layer 120 and the inner surface of the electrode assembly 140 to be included therein, And is an example of a cross-sectional view of a combination of each representative type with respect to contact. 2 (A) shows a case in which the second member layer is in continuous contact with the electrode assembly, in which the first member layer does not have a crimp portion and a non-crimp portion, FIG. 2 (B) FIG. 2C shows a case where the non-depressed portion exists and the second member layer is in continuous contact with the electrode assembly. In FIG. 2C, the depressed portion and the non- FIG. 2 (D) shows a case in which the first member layer has a crimped portion and a non-crimped portion, and the second member layer is formed along the depressed pattern of the first member layer, As shown in Fig.

도 3에서 제시된 것처럼, 압인부(210)/비 압인부(220)는 일정 방향으로 반복이 되며, 그 반복 방향은 일축 방향으로 형성되거나, 소정의 각도로 이축 방향 또는 삼축 방향, 사축 방향, …, N 축 방향으로 형성된다. <측면도>를 보면, 압인부(210)/비 압인부(220)는 실링부(130)을 중심으로, z축의 상/하 방향 및 같은 두께로 외장재에 반복적인 압인 가공된 모습을 볼 수 있다. 따라서 실링부(130)의 두께 t의 위치는 자연스럽게 평면형 전지의 두께 T에 대해 1/4 내지 3/4의 범위에 위치하게 된다. 이와 같은 실링부의 위치는 진공 실링 단계에서 외장재의 제2 부재층이 전극 조립체(140)를 누를 때에 실링부(130)를 보다 효율적으로 보호할 수 있다. 실링부(130)의 두께 t의 위치가 1/4 이하 혹은 3/4 이상에 위치하게 될 경우, 제 2 부재층(120)에 z축 방향으로 압력이 가해 질 때, xy 평면 방향으로 제 2 부재층이 넘치게 되고, 이로 말미암아 추가적인 압력이 가해져서 실링부가 파손될 수 있다.As shown in FIG. 3, the indentation portion 210 / non-indented portion 220 is repeated in a predetermined direction, and the repetitive direction thereof is formed in a uniaxial direction, or in a biaxial or triaxial direction, a biaxial direction, , And N-axis directions. Referring to the <side view>, the stamping portion 210 / non-stamping portion 220 can be repeatedly stamped on the casing by the same thickness in the up / down direction of the z-axis with the sealing portion 130 as the center . Therefore, the position of the thickness t of the sealing portion 130 is naturally in the range of 1/4 to 3/4 of the thickness T of the planar battery. Such a position of the sealing portion can more effectively protect the sealing portion 130 when the second member layer of the covering member presses the electrode assembly 140 in the vacuum sealing step. When the position of the thickness t of the sealing portion 130 is located at 1/4 or less or 3/4 or more, when pressure is applied to the second member layer 120 in the z-axis direction, The member layer overflows, thereby causing additional pressure to be applied and the sealing portion to break.

도 4는 본 발명에 따라 전지 외장재의 압인부(210)/비 압인부(220) 패턴에 대한 정의이다. <단면도>인 도 4 (A)를 보면, 전지 외장재에서 압인부(210)의 폭을 a, 비 압인부(220)의 폭을 b, 압인부의 높이를 h, 그리고 기준면을 기준으로 압인부의 내각을 θ라고 한다. 이때, 0 mm≤a<20 mm, 0 mm≤b≤5a, 0 mm<h≤2a, 0˚<θ≤90˚ 이다. <단면도>인 도 4(B)를 보면, 기준면을 기준으로 압인부의 외각을 θ′, 압인부의 외곽 길이를 α_i라고 한다. 이때, 90˚≤θ′<180˚, a<

≤5a (단, i는 양의 정수)이다. <단면도>인 도 4(C)를 보면, 압인부와 비 압인부가 만나는 모서리 d, d에 대한 법선의 내부 중심축 c, d와 c 사이의 거리 r 이 있다. 이때, r은 0 mm≤r<2h 이다. <단면도>인 도 4(D)를 보면, 임의의 거리 r에 대해서 모서리 라운딩 전인 빨간색 가는 실선이 있고, 모서리 라운딩 후인 검정색 굵은 실선이 있다. 이것은 압인부와 비 압인부가 만나는 모서리에 라운딩을 보여주는 하나의 실시 예로서, 모서리 라운딩은 일부 또는 전부분에 해당될 수 있고, 이 모양과 거리 r에 한정 하는 것은 아니다.4 is a definition of the pattern of the depressions 210 / non-depressions 220 of the battery casing according to the present invention. 4A, the width of the depressed portion 210 is denoted by a, the width of the non-depressed portion 220 is denoted by b, the height of the depressed portion is denoted by h, and the internal angle of the depressed portion . At this time, 0 mm? A <20 mm, 0 mm? B? 5a, 0 mm <h? 4 (B), which is a cross-sectional view, the outer angle of the depressed portion is referred to as θ 'and the outer length of the depressed portion is referred to as α _i . At this time, 90??? '<180 ?, a <

? 5a (where i is a positive integer). 4 (C), there is a distance r between the inner central axis c, d and c of the normal to the edges d and d where the abutting and non-abutting portions meet. At this time, r is 0 mm? R <2h. 4 (D), there is a red thin solid line before the corner rounding for a certain distance r, and a thick black solid line after the corner rounding. This is an example showing rounding at the corner where the abutting portion and the non-abutting portion meet, and the edge rounding may correspond to part or all of the part, and is not limited to this shape and the distance r.

도 5는 본 발명에 따라 전지 외장재의 압인부(210)/비 압인부(220) 패턴에 대한 형태의 실시예를 보여준다. <단면도>인 도 5 (A)에서는 다각형 형태의 압인부(210)의 폭을 a, 비 압인부(220)의 폭을 b, 압인부의 높이 h, 그리고 기준면 상단의 다각형 형태 압인부의 내각을 θ″라고 한다. 이때, θ″의 수가 1개인 경우 모양은 삼각형과 닮았고, 2개인 경우 사각형과 닮았다. 이와 같이 θ″의 수를 늘여 ∞(무한대)가 되면, 그 모양은 원과 같다. 또한 그 크기는, 0 mm≤a<20 mm, 0 mm≤b≤5a, 0 mm<h≤2a, 90˚≤θ″≤180˚ 이다. <단면도>인 도 5 (B)를 보면, 기준면 상단의 압인부의 외곽 길이는 α_i이다. 이때, 90˚≤θ′<180˚, a<

≤5a (단, i는 양의 정수)이다. 또한, 압인부가 각이 지면서 발생하는 모서리d′, d′에 대한 법선의 내부 중심축 c′, d′와 c′ 사이의 거리 r′ 가 있다. 이때, r은 0 mm≤r′<2h 이다. <단면도>인 도 5 (C)를 보면, 임의의 거리 r′에 대해서 모서리 라운딩 전인 빨간색 가는 실선이 있고, 모서리 라운딩 후인 검정색 굵은 실선이 있다. 이것은 기준면 위의 압인부내에 생기는 모서리 d′에 라운딩을 보여주는 하나의 실시 예로서, 모서리 라운딩은 일부 또는 전부분에 해당될 수 있고, 이 모양과 거리 r에 한정 짓는 것은 아니다.FIG. 5 shows an embodiment of a pattern for a stamping portion 210 / non-stamping portion 220 pattern of a battery sheath according to the present invention. 5A, the width of the polygonal depression 210 is denoted by a, the width of the non-depressed portion 220 by b, the height of the depression portion h, and the interior angle of the polygonal depression portion at the upper end of the reference surface, " At this time, when the number of the "&thetas;" is one, the shape resembles a triangle. In this way, when the number of θ "is increased to infinity (infinity), the shape is the same as the circle. The size is 0 mm? A <20 mm, 0 mm? B? 5a, 0 mm <h? 2a, 90? 5 (B), which is a cross-sectional view, the outer length of the inverted portion at the upper end of the reference plane is? _I. At this time, 90??? '<180 ?, a <

? 5a (where i is a positive integer). Also, there is a distance r 'between the inner central axis c', d 'and c' of the normal to the edges d 'and d' generated by the indentation angles. At this time, r is 0 mm? R '< 2h. 5 (C), there is a red thin solid line before the edge rounding for an arbitrary distance r ', and a thick black solid line after the rounding edge. This is an example showing the rounding at the corner d 'that occurs in the depressions on the reference surface. The edge rounding may correspond to some or all of the parts and is not limited to this shape and distance r.

도 6은 도 2에서 언급한 네 가지 경우에 대해, 각각의 경우 실제 전지 어셈블리로 제작을 했을 때, 전극 조립체(140)에 압력이 가해지는 정도가 차이나는 것을 보여 주는 단면도이다. 같은 진공 실링 공정을 적용했음에도 불구하고, 제 2 부재층(120)이 전극 조립체와 불연속적으로 접촉하고 있는 도 6 (C)와 도 6 (D)의 경우가, 전극 조립체와 연속적으로 접촉하고 있는 도 6 (A)와 6 도 (B)의 경우보다, 전극 조립체(140)에 더 큰 압력이 가해져, 전극 조립체 안의 전극 간의 간격이 더 작음을 보여 준다. 이러한 차이는, 불연속적으로 접촉하고 있을 경우, 제 2 부재층(120)과 전극 조립체 (140) 사이에 빈 공간이 형성이 되고, 이 빈 공간에 있던 공기가 진공 실링 단계에서 빠져 나가면서, 제 2 부재층(120)이 전극 조립체(140)에 압력을 효과적으로 가하게 되기 때문이다. 이와 반대로, 제 2 부재층(120)과 전극 조립체(140) 사이에 빈 공간이 없는 경우에는, 진공 실링시에 빠져 나갈 수 있는 공기 양이 제한되어, 전극 조립체(140)에 가해지는 압력이 미비하다. 결국, 불연속적인 접촉이 압력을 효과적으로 전달하는데 중요한 역할을 함을 의미한다. FIG. 6 is a cross-sectional view showing the difference in the degree of pressure applied to the electrode assembly 140 when the four cell assemblies shown in FIG. 2 are fabricated from actual cell assemblies. 6 (C) and 6 (D) in which the second member layer 120 is in discontinuous contact with the electrode assembly in spite of the same vacuum sealing process are in continuous contact with the electrode assembly A larger pressure is applied to the electrode assembly 140 than in the case of Figs. 6 (A) and 6 (B), and the gap between the electrodes in the electrode assembly is smaller. The difference is that when the second member layer 120 and the electrode assembly 140 are in discontinuous contact with each other, an empty space is formed between the second member layer 120 and the electrode assembly 140, and the air in the empty space escapes from the vacuum sealing step, Because the two-member layer 120 effectively applies pressure to the electrode assembly 140. On the contrary, when there is no space between the second member layer 120 and the electrode assembly 140, the amount of air that can escape during vacuum sealing is limited, and the pressure applied to the electrode assembly 140 is insufficient Do. Ultimately, it means that discontinuous contact plays an important role in effectively communicating pressure.

도 7은 본 발명에서 제시한 탄력적이고 불연속적인 압력을 추가적으로 발생시키는 외장재를 채용한 리튬 이차 전지와 종래의 탄성 고분자 층이 미포함된 평편한 알루미늄 외장재를 채용한 경우의 출력 특성의 차이를 보여주는 비교 실시예이다. 본 발명에서 제시한 외장재를 채용한 경우, 전류 밀도를 20 mA(0.2C 전류 조건, 1C는 충 방전 과정이 각각 1시간이 소요되는 전류 조건을 의미하며, 해당 실시예에서 100 mA임)서 순차적으로, 100 mA(1C 조건)와 300 mA(3C 조건)로 증가 시켰을 때, 본 발명에서의 외장재를 채용한 리튬이차전지는 초기 용량의 95.5%와 54.4%의 용량을 유지하였지만, 탄성층이 미포함된 평편한 알루미늄 외장재를 채용한 종래의 전지는 82.7%와 31.7%의 용량만을 유지하였다. 두 경우 모두 정확한 비교를 위해서, 동일한 리튬이온전지 전극 조립체를 사용하였다.FIG. 7 is a graph showing the difference in output characteristics between a lithium secondary battery employing a sheathing material that additionally generates elasticity and discontinuous pressure according to the present invention and a conventional aluminum sheath without a conventional elastic polymer layer. Yes. In the case of employing the exterior member proposed in the present invention, the current density is 20 mA (the current condition is 0.2C current condition, 1C means the current condition in which the charging and discharging process takes 1 hour each, 100 mA in the embodiment) , The capacity of the lithium secondary battery employing the casing of the present invention was maintained at 95.5% and 54.4% of the initial capacity, but the elastic layer was not included. Conventional batteries employing a flat aluminum casing maintained only 82.7% and 31.7% capacity. In both cases, the same lithium ion battery electrode assembly was used for accurate comparison.

도 8은 똑같은 제 1 부재층(110)과 제 2 부재층(120)을 채용한 경우로, 본 발명에서 제시한 제 2 부재층(120)이 전극 조립체(140)와 불연속적으로 접촉하는 경우와, 제 2 부재층(120)이 편평하여 연속적으로 전극 조립체(140)와 접촉하는 경우의 실링 안정성을 비교 실시한 예이다. 전지 어셈블리를 굽힙 반경 2.5 cm로 500회로 굽힘 반복 시험 했을 때, 본 발명이 제시한 제 2 부재층과 전극 조립체 사이의 불연속적인 접촉면을 갖는 전지 어셈블리의 경우, 실링부가 안정하게 유지 되었지만, 비교예로 제 2 부재층과 전극 조립체 사이의 연속적인 편평한 접촉면을 갖는 전지 어셈블리의 경우, 실링부(130) 중간에 실링부 터짐 현상이 발생하는 문제점을 보였다. 전극 조립체에 탄력적인 압력을 추가로 주기 위한 제 2 부재층(120)의 형태가 편평한 경우, z 축 방향으로 압력이 가해 질 때, 제 2 부재층(120)이 전극 조립체에 눌리면서, 그 반작용으로 xy 평면 방향으로 제 2 부재층이 넘치게 되고, 이로 말미암아 실링부가 견디기 어려운 힘이 발생된다. 이러한 실링부 터짐 현상은 전지 어셈블리의 내부가 대기 중 산소 및 수분에 노출 되어, 전지 성능 열화, 더 나아가 작동 불능을 가져오게 된다.8 shows a case in which the same first member layer 110 and second member layer 120 are employed and in the case where the second member layer 120 proposed in the present invention is in discontinuous contact with the electrode assembly 140 And the sealing stability when the second member layer 120 is in contact with the electrode assembly 140 continuously in a flat state. In the case of the battery assembly having the discontinuous contact surface between the second member layer and the electrode assembly proposed by the present invention when the battery assembly was repeatedly subjected to bending test 500 times at a bending radius of 2.5 cm, In the case of a battery assembly having a continuous flat contact surface between the second member layer and the electrode assembly, a sealing part breakage occurs in the middle of the sealing part 130. When the shape of the second member layer 120 for giving additional elastic pressure to the electrode assembly is flat, when the pressure is applied in the z-axis direction, the second member layer 120 is pressed against the electrode assembly, the second member layer is overflowed in the xy plane direction, thereby generating a force that is hard to withstand the sealing portion. Such a sealing part phenomenon causes the inside of the battery assembly to be exposed to atmospheric oxygen and moisture, resulting in battery performance deterioration, and further, inability to operate.

도 9는 상기 제 1 부재층(110) 및 제 2 부재층(120)의 표면에 전해액을 떨어뜨린 다음 표기된 시간이 지난 후, 각각의 부재층에 대한 전해액의 접촉각을 측정한 것이다. 제 1 부재층은 전해액에 대해서 친밀하여 접촉각이 작은 반면, 제 2 부재층은 전해액에 대해 소원하여 접촉각이 크다. 또한, 제 2 부재층은 전해액 침투 현상이 매우 적어서 오랜 시간 후에도 초기의 접촉각이 유지 된다. 이러한 특성은 혹여 전지 어셈블리의 외부에서 내부의 방향으로 압력이 가해져, 그 압력이 전극 조립체(140)에 전달되어 전해액(143)이 전극 조립체 밖으로 나오더라도, 전해액과 제 2 부재층 사이의 낮은 친밀도로 인해, 전해액을 다시 전극 조립체로 지속적으로 밀어내어, 전해액의 누액을 효과적으로 방지할 수 있는 효력이 있음을 의미한다. 본 실시예에서는 1.2 M LiPF₆, EC/DEC=1/1=v/v 전해액을 사용하였다.9 is a graph showing the contact angle of the electrolyte with respect to each of the member layers after the electrolyte has been dropped on the surfaces of the first member layer 110 and the second member layer 120. The first member layer is intimate with respect to the electrolytic solution and has a small contact angle, while the second member layer has a large contact angle with respect to the electrolytic solution. Further, the second member layer has a very small electrolyte penetration phenomenon, so that the initial contact angle is maintained even after a long time. This characteristic is applied to the electrode assembly 140 by applying pressure in the direction from the outside to the inside of the battery assembly so that the pressure is transmitted to the electrode assembly 140 so that the electrolytic solution 143 comes out of the electrode assembly. This means that the electrolytic solution can be continuously pushed back to the electrode assembly, thereby effectively preventing leakage of the electrolytic solution. In this embodiment, 1.2 M LiPF ₆ , EC / DEC = 1/1 = v / v electrolyte was used.

본 발명의 일 실시예에서, 상기 제 1 부재층의 전해질에 대한 접촉각(CA-1) 과 제 2 부재층의 전해질에 대한 접촉각(CA-2)의 분율 CA-1/CA-2은 0 초과 1 미만으로, 상기 1을 초과하는 경우 제 2 부재층에 의한 전해액 누액 방지 개선 효과를 기대하기 어렵다. In one embodiment of the present invention, the ratio CA-1 / CA-2 of the contact angle (CA-1) of the first member layer to the electrolyte and the contact angle (CA-2) 1, and when it exceeds 1, it is difficult to expect an improvement effect of the electrolyte leakage prevention effect by the second member layer.

도 10은 제 1 부재층(110) 및 제 2 부재층(120)의 연신율에 대한 단위 응력을 측정한 일 실시예에 해당하는 그래프 이다. 도 10의 상단 그래프는 중앙 그래프의 분홍색 영역을 확대한 것이고, 하단 그래프는 중앙 그래프의 초록색 영역을 확대한 그래프이다. 제 2 부재층에 비해서 제 1 부재층은 상대적으로 낮은 연신율과 높은 단위 응력을 나타낸다. 이와 반대로, 제 1 부재층에 비해서 제 2 부재층은 상대적으로 높은 연신율과 낮은 단위 응력을 나타낸다. 제 1 부재층과 제 2 부재층을 합한, 합재(Combination material)는 상기 각 소재의 연신율과 단위 응력의 사이값을 갖게 되며, 이로 말미암아 합재는 각 부재층의 단점이 보완되고, 장점이 부각된 재료가 된다.10 is a graph corresponding to one embodiment in which a unit stress is measured with respect to an elongation of the first member layer 110 and the second member layer 120. As shown in FIG. The upper graph in Fig. 10 is an enlarged view of the pink region of the central graph, and the lower graph is an enlarged graph of the green region of the central graph. Compared to the second member layer, the first member layer exhibits a relatively low elongation and a high unit stress. On the contrary, the second member layer exhibits a relatively high elongation and a low unit stress as compared with the first member layer. The combination material of the first member layer and the second member layer has a value between the elongation and the unit stress of each of the above materials, and thus the material is supplemented by the disadvantages of the respective member layers, Material.

따라서, 본 발명의 일 실시예에서, 상기 제 1 부재층(110)을 제 2 부재층(120)과 비교할 때, 제 1 부재층이 상대적으로 높은 영률(Young's modulus), 낮은 투습도(Water vaper transmission rate), 낮은 연신율(Elongation), 연신율에 대한 낮은 탄성 회복율(Elastic recovery)을 갖는 것이 바람직한다. 특히 제 1 부재층에 대하여 제 2 부재층이 갖는 높은 연신율과 이에 대한 탄성 회복율은, 전해액에 대한 높은 접촉각에 따른 전해액 누액 방지 개선 효과와 함께 외장재의 기계적 특성을 개선시킨다. Accordingly, in one embodiment of the present invention, when the first member layer 110 is compared to the second member layer 120, the first member layer has a relatively high Young's modulus, a low water vapor transmission rate, a low elongation, and a low elastic recovery with respect to elongation. In particular, the high elongation and the elastic recovery rate of the second member layer with respect to the first member layer improve the mechanical characteristics of the casing material, together with the effect of preventing leakage of the electrolyte depending on a high contact angle with respect to the electrolyte.

이를 보다 상세히 설명하면, 상기 제 1 부재층(110)을 제 2 부재층(120)과 비교할 때, 영률의 비율은 1,500,000:1 내지 1:1 이 바람직하고, 투습도의 비율은 1:1 내지 1:100 이고, 연신율의 비율은 1:1 내지 1:2,000이고, 탄성 회복율의 비율은 1:1 내지 1:1,000 인 것이 바람직하다. More specifically, when the first member layer 110 is compared with the second member layer 120, the Young's modulus ratio is preferably 1,500,000: 1 to 1: 1, and the ratio of the moisture permeability is 1: 1 to 1: : 100, the elongation ratio is 1: 1 to 1: 2,000, and the elastic recovery ratio is preferably 1: 1 to 1: 1,000.

즉, 본 발명은 제 1 부재층이 갖는 우수한 투습저항성과, 제 2 부재층이 갖는 높은 전해액 접촉각을 하나의 외장재에 적영하면서, 동시에 제 2 부재층이 갖는 우수한 탄성특성, 플렉서블 특성을 상술한 수치비율로 사용하여 외장재의 특성을 크게 향상시켰다. That is to say, the present invention is characterized in that the excellent moisture resistance resistance of the first member layer and the high electrolyte contact angle of the second member layer are displayed on one casing, and at the same time the excellent elastic and flexible characteristics of the second member layer , The characteristics of the exterior material were greatly improved.

Claims

As a battery sheath,
A first member layer 110;
And an electrode assembly 140 disposed between the first member layer 110 and the electrode assembly 140. The electrode assembly 140 includes an elastic polymer and protrudes from the electrode assembly 140 at a plurality of positions to discontinuously contact the electrode assembly 140. [ Two-member layer 120,
And the second member layer forms a space between the protruding portions to open toward the electrode assembly.

The method according to claim 1,
The elastic polymer may be at least one selected from the group consisting of unsaturated rubbers that can be cured by sulfur vulcanization, saturated rubbers can not be cured by sulfur vulcanization, and thermoplastic elastomers. The battery outer casing according to claim 1,

The method according to claim 1,
Further comprising a plurality of stamped portions 210 and non-stamped portions 220 repeatedly stamped and a sealing portion 130,
And a region of the second member layer corresponding to the non-indented portion is in contact with the electrode assembly (140).

The method of claim 3,
In the repeated pattern of the plurality of stamped portions 210 and the non-stamped portions 220,
The width of the depressed portion is defined as a, the width of the non-depressed portion is defined as b, and the height of the depressed portion is defined as h,
The inner angle of the depressed portion is denoted by θ, the outer angle of the depressed portion is denoted by θ ', the outer length of the depressed portion is denoted by α _i (i is a positive integer), and the edge where the depressed portion and non- , the inner center axis of the normal to d is defined as c, the distance between d and c is defined as r,
a is not less than 0 mm but not more than 20 mm, b is not less than 0 mm and not more than 5a, h is not less than 0 mm and not more than 2a, θ is more than 0 ° and not more than 90 °, θ 'is not less than 90 ° and less than 180 °,

(Where i is a positive integer) is greater than a and less than 5a, and r is greater than 0 mm and less than 2h.

The method of claim 3,
In the repeated form of the crimped crimped portion 210 and the non-crimped portion 220,
The width of the non-depressed portion is represented by b, the height of the depressed portion is represented by h, the sum of the outer lengths of the depressed portions is represented by

(Where i is a positive integer)
The number of corners generated by the indentation angle located at the upper end of the reference plane is N, the inner angle of the edge is θ ", the edge is d ', the d' The inner center axis of the normal line is defined as c ', the distance between d' and c 'is defined as r'
a is more than 0 mm but not more than 20 mm, b is not less than 0 mm and not more than 5a, h is more than 0 mm and not more than 2a,

(Where i is a positive integer) is more than a and not more than 5a, N is not less than 1,? "Is not less than 90 and not more than 180, and r is not less than 0 mm and less than 2h.

The method according to claim 1,
Wherein the second member layer (120) applies pressure to the electrode assembly (140) when the pressure inside the battery assembly drops, thereby reducing the distance between the electrodes of the battery assembly.

The method according to claim 1,
1 / CA-2 of the contact angle (CA-1) of the first member layer with respect to the electrolyte and the contact angle (CA-2) of the second member layer with respect to the electrolyte is less than 1 and less than 1, .

The method according to claim 1,
When the first member layer 110 is compared with the second member layer 120, the first member layer has a relatively high Young's modulus, a low water vapor transmission rate, a low elongation, Wherein the battery has a low elastic recovery rate.

9. The method of claim 8,
When the first member layer 110 is compared with the second member layer 120, the ratio of the Young's modulus is 1,500,000: 1 to 1: 1, the ratio of the moisture permeability is 1: 1 to 1: 100, 1: 1 to 1: 2,000, and the ratio of the elastic recovery ratio is 1: 1 to 1: 1,000.

The method according to claim 1,
The Young's modulus of the first member layer 110 is 10,000 kgf cm ^-2 to 3,000,000 kgf cm ^-2 , the elongation is 0.5% to 80%, and the elastic recovery of the first member layer 110 is 0 to 50%, and the contact angle of the electrolyte (electrolyte) (Contact angle) is 5˚ to 60˚, WVTR (Water vapor transmission rate) is about the thickness of 0.5 mm 0 gm ^-2 day ^-1 to about 7 gm ^-2 day ^-1 ego,
The second member layer 120 has a Young's modulus of 2 kgf cm ^-2 to 50,000 kgf cm ^-2 , an elongation of 50% to 2,000%, and an elastic recovery of 50 to 100% The contact angle to the electrolyte is 40 to 150 ° and the water vapor transmission rate is 1 gm ^-2 day ^-1 to 17 gm ^-2 day ^-1 for a thickness of 0.5 mm Battery exterior material.

The method according to claim 6,
The pressure drop inside the battery assembly occurs in the vacuum sealing step during the battery assembling process of the battery assembly. Due to the pressure drop inside the battery assembly, the thickness of the electrode assembly is smaller than the thickness t of the electrode assembly 140 before the vacuum sealing step To 0.8 t or more and less than 1 t '.