KR102403473B1 - 이차 전지 및 이의 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

이차 전지 및 이의 제조 방법이 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 파우치 필름 및 상기 파우치 필름의 외곽에 형성되는 실링부를 포함하는 외장재; 및 세퍼레이터를 사이에 두고 적층된 형태로 상기 외장재에 의해 패키징되는 다수의 전극체를 포함하는 전극 조립체를 포함하고, 상기 파우치 필름의 내에는 상기 전극 조립체를 수납하기 위한 한 쌍의 포밍부가 형성되고, 상기 한 쌍의 포밍부 사이에는 기결정된 간격이 형성되는, 이차 전지가 제공된다.

Description

이차 전지 및 이의 제조 방법{SECONDARY BATTERY AND METHOD FOR MANUFACTURING SAME}
본 발명의 실시예는 이차 전지 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.
최근, 충방전이 가능하고 가벼우면서도 에너지 밀도 및 출력 밀도가 높은 리튬 이차 전지가 와이어리스 모바일 기기의 에너지원으로 광범위하게 사용되고 있다. 또한, 가솔린 차량, 디젤 차량 등 화석연료를 사용하는 기존 내연 기관 자동차의 대기오염 및 온실가스 문제를 해결하기 위한 대체방안으로 하이브리드 전기자동차(HEV), 플러그인 하이브리드 전기자동차(PHEV), 배터리 전기자동차(BEV), 전기자동차(EV) 등이 제시되고 있는데, 리튬 이차 전지는 이러한 내연기관 대체 자동차의 동력원으로서도 주목받고 있다.
리튬 이차 전지는 전해액의 종류에 따라 액체 전해질을 사용하는 리튬 이온 전지와 고분자 전해질을 사용하는 리튬 폴리머 전지로 분류되며, 전극조립체가 수용되는 외장재의 형상에 따라 원통형, 각형 또는 파우치형으로 분류된다.
이 중, 파우치형은 금속층(포일)과 상기 금속층의 상면과 하면에 코팅되는 합성수지층의 다층막으로 구성되는 파우치 필름을 사용하여 외관을 구성하기 때문에, 금속 캔을 사용하는 원통형 또는 각형보다 전지의 무게를 현저히 줄일 수 있어 전지의 경량화가 가능하며, 다양한 형태로의 변화가 가능하다는 장점이 있다.
도 1은 종래의 파우치형 이차 전지(10)의 전개도이고, 도 2는 도 1의 파우치형 이차 전지(10)의 단면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 파우치형 이차 전지(10)는 전극 탭(2)이 부착된 전극 조립체(1)를 외장재(3)로 패키징하는 방식으로 형성된다. 외장재(3)는 실링부(4) 및 한 쌍의 파우치 필름(5)을 포함한다. 한 쌍의 파우치 필름(5) 각각에는 전극 조립체(1)를 수납하기 위한 포밍부(6)가 형성되어, 외장재(3)의 중간을 접게 되면, 전극 조립체(1)의 상하측이 한 쌍의 포밍부(6) 내에 수납된다.
포밍부(6)는 파우치 필름(5)의 내부를 프레스 등으로 눌러서 일정한 깊이가 형성되도록 하는 방식으로 형성된다. 그런데, 포밍부(6)가 형성될 수 있는 깊이에는 대략 7mm의 한계가 있기 때문에, 포밍부(6) 내에 수납되는 전극 조립체(1)의 두께에도, 한계(약 14mm)가 있게 된다. 따라서, 이차 전지(10)의 용량에 한계가 발생하게 된다.
한국공개특허공보 제10-2013-0089614호(2013.08.12.)
본 발명의 실시예들은 이차 전지 셀의 두께를 증가시킬 수 있는 이차 전지 및 이의 제조 방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 실시예들은 이차 전지 셀의 두께 구현의 제한을 해소하여 고용량이 가능한 이차 전지 및 이의 제조 방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 실시예들은 실링 측면을 줄여서 동일 부피 내 실질적 에너지 밀도를 증가시키는 이차 전지 및 이의 제조 방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 파우치 필름 및 상기 파우치 필름의 외곽에 형성되는 실링부를 포함하는 외장재; 및 세퍼레이터를 사이에 두고 적층된 형태로 상기 외장재에 의해 패키징되는 다수의 전극체를 포함하는 전극 조립체를 포함하고, 상기 파우치 필름의 내에는 상기 전극 조립체를 수납하기 위한 한 쌍의 포밍부가 형성되고, 상기 한 쌍의 포밍부 사이에는 기결정된 간격이 형성되는, 이차 전지가 제공된다.
상기 한 쌍의 포밍부는 상기 전극 조립체를 사이에 두고 서로 마주보도록 형성될 수 있다.
상기 한 쌍의 포밍부 각각은 기결정된 깊이를 가지고, 상기 전극 조립체의 두께는 상기 기결정된 간격 및 상기 기결정된 깊이와 다음과 같은 관계를 가질 수 있다.
t≤≤T+2f (t는 상기 전극 조립체의 두께, T는 상기 한 쌍의 포밍부 간의 상기 기결정된 간격, f는 상기 한 쌍의 포밍부 각각의 상기 기결정된 깊이)
상기 기결정된 간격은 0 mm 초과 20 mm 이하 일 수 있다.
상기 한 쌍의 포밍부와 상기 파우치 필름의 최외곽 사이의 가로 방향 간격은 상기 기결정된 간격의 1/2 이상일 수 있다.
상기 전극 조립체의 양 측에는 각각 웰딩부를 통해 연결되는 전극 탭이 형성되고, 상기 한 쌍의 포밍부와 상기 파우치 필름의 최외곽 사이의 세로 방향 간격은 상기 기결정된 간격의 1/2 및 상기 웰딩부의 너비의 합 이상일 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 파우치 필름 및 상기 파우치 필름의 외곽에 형성되는 실링부를 포함하는 외장재의 상기 파우치 필름 내에 한 쌍의 포밍부가 형성되고, 상기 한 쌍의 포밍부 내에, 세퍼레이터를 사이에 두고 적층된 형태로 상기 외장재에 의해 패키징되는 다수의 전극체를 포함하는 전극 조립체가 수납되며, 상기 전극 조립체를 사이에 두고 양 측에 위치하는 상기 실링부 간이 실링되는, 이차 전지의 제조 방법이 제공된다.
상기 한 쌍의 포밍부 내에, 세퍼레이터를 사이에 두고 적층된 형태로 상기 외장재에 의해 패키징되는 다수의 전극체를 포함하는 전극 조립체가 수납되며, 상기 전극 조립체를 사이에 두고 양 측에 위치하는 상기 실링부 간이 실링될 수 있다.
상기 한 쌍의 포밍부 사이에는 기결정된 간격이 형성될 수 있다.
상기 한 쌍의 포밍부 각각은 기결정된 깊이를 가지고, 상기 전극 조립체의 두께는 상기 기결정된 간격 및 상기 기결정된 깊이와 다음과 같은 관계를 가질 수 있다.
t≤≤T+2f (t는 상기 전극 조립체의 두께, T는 상기 한 쌍의 포밍부 간의 상기 기결정된 간격, f는 상기 한 쌍의 포밍부 각각의 상기 기결정된 깊이).
상기 기결정된 간격은 0 mm 초과 20 mm 이하일 수 있다.
상기 한 쌍의 포밍부와 상기 파우치 필름의 최외곽 사이의 가로 방향 간격은 상기 기결정된 간격의 1/2 이상일 수 있다.
상기 전극 조립체의 양 측에는 각각 웰딩부를 통해 연결되는 전극 탭이 형성되고, 상기 한 쌍의 포밍부와 상기 파우치 필름의 최외곽 사이의 세로 방향 간격은 상기 기결정된 간격의 1/2 및 상기 웰딩부의 너비의 합 이상일 수 있다.
본 발명의 실시예들에 의하면, 하나의 파우치 필름 내에 한 쌍의 포밍부를 형성하고 한 쌍의 포밍부 사이에 기결정된 간격을 형성함으로써, 이차 전지 셀의 두께를 증가시킬 수 있다.
본 발명의 실시예들에 의하면, 이차 전지 셀의 두께 구현의 제한을 해소함으로써, 고용량의 이차 전지의 제조가 가능하다.
또한, 본 발명의 실시예들에 의하면, 실링 측면을 줄여서 동일 부피 내 실질적 에너지 밀도를 증가시킬 수 있다.
도 1은 종래의 파우치형 이차 전지의 전개도
도 2는 도 1의 파우치형 이차 전지의 단면도
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지의 전개도
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지의 단면도
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지의 사시도
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시예를 설명하기로 한다. 그러나 이는 예시적 실시예에 불과하며 본 발명은 이에 제한되지 않는다.
본 발명을 설명함에 있어서, 본 발명과 관련된 공지기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 그리고, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
본 발명의 기술적 사상은 청구범위에 의해 결정되며, 이하 실시예는 진보적인 본 발명의 기술적 사상을 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 효율적으로 설명하기 위한 일 수단일 뿐이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지(100)의 전개도이다.
도 3을 참조하면, 이차 전지(100)는 세퍼레이터를 사이에 두고 적층된 형태로 다수의 전극체를 포함하는 전극 조립체(110)를 포함하고, 전극 조립체(110)를 패키징하기 위하여, 파우치 필름(150) 및 파우치 필름(150)의 외주에 형성되는 실링부(140)를 포함하는 외장재(130)가 사용될 수 있다.
이차 전지(100)는 파우치형 이차 전지일 수 있다.
전극 조립체(110)는 양극판과 음극판 사이에 세퍼레이터를 개재하여 각각이 교대로 겹친 상태로 타원형 등의 형상으로 권취된 젤리롤일 수 있다. 전극 조립체(110)의 양단에는 전극 탭(120)이 형성될 수 있으며, 전극 탭(120)과 전극 조립체(110)의 사이에는 이들을 연결하기 위하여 웰딩부(125)가 형성될 수 있다.
파우치 필름(150)은 알루미늄을 포함할 수 있다. 파우치 필름(150)에 알루미늄을 사용하는 것은 소형화, 경량화, 박형화를 하는 동시에, 혹독한 열적 환경과 기계적 충격 등을 견디기 위함일 수 있다.
파우치 필름(150) 내에는 전극 조립체(110)를 수납하기 위한 한 쌍의 포밍(forming)부(160)가 형성될 수 있다. 포밍부(160)는 파우치 필름(150) 내에 움푹 들어간 형상으로, 파우치 필름(150)의 내부를 프레스(press)하는 등의 방식으로 눌러서 형성될 수 있다.
다만, 포밍부(160)의 깊이를 너무 깊이 누르게 되면 파우치 필름(150)이 손상될 수 있기 때문에, 포밍부(160)의 깊이는 한계가 있다. 따라서, 종래와 같은 이차 전지의 경우에는 포밍부(160)의 깊이의 한계에 의해서 그 내부에 수납되는 전극 조립체(110)의 두께도 결정된다.
본 발명의 실시예들에 의하면, 파우치 필름(150) 내에 한 쌍의 포밍부(160)를 형성하고, 한 쌍의 포밍부(160) 사이에 기결정된 간격(T)이 형성될 수 있다. 그리고, 전극 조립체(110)의 일측을 하나의 포밍부(160) 내에 1차 고정시켜서 위치를 잡은 후에, 래핑(wrapping)을 하여 나머지 포밍부(160)가 전극 조립체(110)의 타측을 덮는 방식으로 형성될 수 있다. 따라서, 한 쌍의 포밍부(160) 사이에 형성된 기결정된 간격(T)만큼의 여유 공간이 더 생기게 되어서, 전극 조립체(110)의 두께를 기결정된 간격(T)만큼 증가시킬 수 있다.
여기에서, 한 쌍의 포밍부(160)는 전극 조립체(110)를 사이에 두고 서로 마주보도록 형성될 수 있다.
그리고, 기결정된 간격은 0mm 초과 20mm 이하로 할 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 한 쌍의 포밍부(160)와 파우치 필름(150)의 최외곽 사이의 가로 방향 간격은 기결정된 간격(T)의 1/2 이상일 수 있다. 파우치 필름(150)을 래핑하게 되면, 한 쌍의 포밍부(160)와 파우치 필름(150)의 최외곽 양측이 서로 만나게 되므로, 각각이 기결정된 간격(T)의 1/2 이상인 것이 바람직하다.
또한, 포밍부(160)와 파우치 필름(150)의 최외곽 사이의 세로 방향 간격은 기결정된 간격(T)의 1/2 및 웰딩부(125)의 너비(W)의 합(W+T/2) 이상일 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지(100)의 단면도이다.
도 4를 참조하면, 이차 전지(100)는 전극 조립체(110)를 파우치 필름(150)을 포함하는 외장재(130)에 의해 패키징하여 형성할 수 있다. 외장재(130)의 외곽 측에 형성되는 실링부(140)에 의해 이차 전지(100)는 실링될 수 있다.
이차 전지(100) 내의 전극 조립체(110)의 두께(t)는 파우치 필름(150) 내에 형성되는 한 쌍의 포밍부(160) 사이의 기결정된 간격(T) 및 포밍부(160) 각각의 기결정된 깊이(f)와 다음과 같은 관계를 가질 수 있다. 또한, 도 4에 나타나는 바와 같이, 전극 조립체(110)의 두께(t)는 한 쌍의 포밍부(160) 각각의 깊이(f)의 합(2f)보다 클 수 있다.
Figure 112016108560999-pat00001
상기 관계식은 도 4에 나타난 바와 같다. 따라서, 종래에 비하여 전극 조립체(110)의 두께(t)를 더 두껍게 할 수 있고, 종래에는 구현할 수 없었던 14mm 이상의 두께를 가지는 이차 전지(100)를 제조하는 것이 가능하다.
그리고, 도 4에 도시된 바와 같이, 이차 전지(100)의 측면 중 전극이 형성되는 측면을 제외한 2개의 측면 중 하나의 측면에서만 실링부(140)에 의한 실링이 될 수 있다. 도 3에서 전극 조립체(110)를 사이에 두고 양측에 실링부(140)가 위치하게 되는데, 양측의 실링부(140) 간이 실링됨으로써 전극 조립체(110)가 패키징될 수 있다. 즉, 외장재(130)는 반으로 접힌 일측을 제외한 나머지 측이 실링됨으로써 전극 조립체(110)를 패키징할 수 있으며, 그에 따라 접힌 일측의 전극 조립체(110)와 외장재(130)는 다른 측에 비해 밀착된 상태일 수 있다. 이는, 접힌 일측의 공간이 나머지 실링된 측의 공간에 비해 작게 형성될 수 있음을 의미한다. 이에 따라서, 실링되는 면이 감소하면서 동일 부피 내에 실질적인 에너지 밀도가 증가될 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지(100)의 사시도이다.
도 5를 참조하면, 이차 전지(100)는 포밍부(160)의 성형 깊이 한계에 따라 전극 조립체(110)의 두께가 제한되지 않고, 포밍부(160) 사이의 간격에 따라서 전극 조립체(110)의 두께를 더 두껍게 하는 것이 가능하므로, 이차 전지(100)의 용량을 증가시키는 것이 가능하다. 또한, 이차 전지(100)의 실링되는 측면을 줄임으로써 실질적인 에너지 밀도가 증가될 수 있다.
이하에서는, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지(100)의 제조 방법을 설명한다.
우선, 파우치 필름(150) 및 파우치 필름(150)의 외곽에 형성되는 실링부(140)를 포함하는 외장재(130)를 준비하고, 파우치 필름(150) 내에 한 쌍의 포밍부(160)를 형성할 수 있다. 한 쌍의 포밍부(160) 사이에는 기결정된 간격이 형성될 수 있으며, 기결정된 간격은 0mm 초과 20mm 이하로 할 수 있다. 그리고, 한 쌍의 포밍부(160)와 파우치 필름(150)의 최외곽 사이의 간격은 기결정된 간격의 1/2이상일 수 있다.
그 다음, 한 쌍의 포밍부(160) 내에, 전극 조립체(110)를 수납할 수 있다. 이 경우, 전극 조립체(110)의 일측을 하나의 포밍부(160) 내에 1차 고정시켜서 위치를 잡은 후에, 래핑(wrapping)을 하여 나머지 포밍부(160)가 전극 조립체(110)의 타측을 덮는 방식으로 형성될 수 있다. 따라서, 한 쌍의 포밍부(160) 사이에 형성된 기결정된 간격 만큼의 여유 공간이 더 생기게 되어서, 전극 조립체(110)의 두께를 기결정된 간격 만큼 증가시킬 수 있다.
그리고, 전극 조립체(110)를 사이에 두고 양 측에 위치하는 실링부(140) 간을 실링할 수 있다.
이상에서 대표적인 실시예를 통하여 본 발명에 대하여 상세하게 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 상술한 실시예에 대하여 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 변형이 가능함을 이해할 것이다. 그러므로 본 발명의 권리범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
100 : 이차 전지
110 : 전극 조립체
120 : 전극 탭
125 : 웰딩부
130 : 외장재
140 : 실링부
150 : 파우치 필름
160 : 포밍부

Claims (15)

  1. 파우치 필름 및 상기 파우치 필름의 외곽에 형성되는 실링부를 포함하는 외장재; 및
    세퍼레이터를 사이에 두고 적층된 형태로 상기 외장재에 의해 패키징되는 다수의 전극체를 포함하는 전극 조립체를 포함하고,
    상기 파우치 필름에는 상기 전극 조립체를 수납하기 위한 제1 포밍부와 제2 포밍부가 형성되고,
    상기 전극 조립체의 두께가 상기 제1 포밍부와 상기 제2 포밍부 각각의 깊이의 합보다 크도록 상기 제1 포밍부와 상기 제2 포밍부 사이에 기결정된 간격이 형성되어 상기 외장재에 의해 상기 전극 조립체가 패키징되며,
    상기 외장재는 상기 제1 포밍부와 상기 제2 포밍부가 서로 마주보도록 접혀 상기 전극 조립체가 수납되는 내부 공간을 형성하고, 상기 파우치 필름이 접힌 일측을 제외한 상기 외곽에 상기 실링부가 형성되는, 이차 전지.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 포밍부 또는 상기 제2 포밍부와 상기 실링부 사이의 가로 방향 간격은 상기 기결정된 간격의 1/2 이상인, 이차 전지.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 전극 조립체의 양 측에는 각각 웰딩부를 통해 연결되는 전극 탭이 형성되고,
    상기 제1 포밍부 또는 상기 제2 포밍부와 상기 실링부 사이의 세로 방향 간격은 상기 기결정된 간격의 1/2 및 상기 웰딩부의 너비의 합 이상인, 이차 전지.
  6. 삭제
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 파우치 필름이 접힌 일측에서 상기 전극 조립체와 상기 외장재는 서로 밀착되는, 이차 전지.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 전극 조립체의 양 측에는 각각 웰딩부를 통해 연결되는 전극 탭이 형성되고,
    상기 전극 탭은 상기 파우치 필름이 실링되지 않은 면과 대향하지 않는 면에 구비되는, 이차 전지.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 웰딩부는 상기 제1 포밍부와 상기 제2 포밍부 각각의 외측에 형성되는, 이차 전지.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 전극 조립체와 웰딩부를 통해 연결되는 전극탭이 상기 외장재의 상기 실링부가 형성되는 서로 대향하는 양측에서 돌출 형성되고,
    상기 웰딩부는 상기 제1 포밍부와 상기 제2 포밍부의 외측에 형성되는, 이차전지.
  11. 파우치 필름 및 상기 파우치 필름의 외곽에 형성되는 실링부를 포함하는 외장재의 상기 파우치 필름에 제1 포밍부 및 제2 포밍부가 형성되고,
    상기 제1 포밍부와 상기 제2 포밍부 내에, 세퍼레이터를 사이에 두고 적층된 형태로 상기 외장재에 의해 패키징되는 다수의 전극체를 포함하는 전극 조립체가 수납되며,
    상기 전극 조립체를 사이에 두고 양 측에 위치하는 상기 실링부 간이 실링됨으로써, 상기 전극 조립체의 두께는 상기 제1 포밍부와 상기 제2 포밍부 각각의 깊이의 합보다 크도록 상기 제1 포밍부와 상기 제2 포밍부 사이에 기결정된 간격이 형성되어 상기 외장재에 의해 상기 전극 조립체가 패키징되며,
    상기 외장재는 상기 제1 포밍부와 상기 제2 포밍부가 서로 마주보도록 접혀 상기 전극 조립체가 수납되는 내부 공간을 형성하고, 상기 파우치 필름이 접힌 일측을 제외한 상기 외곽에 상기 실링부가 형성되는, 이차 전지의 제조 방법.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 제1 포밍부 또는 상기 제2 포밍부와 상기 실링부 사이의 가로방향 간격은 상기 기결정된 간격의 1/2 이상인, 이차 전지의 제조 방법.
  13. 청구항 11에 있어서,
    상기 전극 조립체의 양 측에는 각각 웰딩부를 통해 연결되는 전극 탭이 형성되고,
    상기 제1 포밍부 또는 상기 제2 포밍부와 상기 실링부 사이의 세로 방향 간격은 상기 기결정된 간격의 1/2 및 상기 웰딩부의 너비의 합 이상인, 이차 전지의 제조 방법.
  14. 청구항 11에 있어서,
    상기 파우치 필름이 접힌 일측에서 상기 전극 조립체와 상기 외장재는 서로 밀착되는, 이차 전지의 제조 방법.
  15. 제11항에 있어서,
    상기 전극 조립체와 웰딩부를 통해 연결되는 전극탭이 상기 외장재의 상기 실링부가 형성되는 서로 대향하는 양측에서 돌출 형성되고,
    상기 웰딩부는 상기 제1 포밍부와 상기 제2 포밍부의 외측에 형성되는, 이차 전지의 제조 방법.
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