KR20030053547A

KR20030053547A - 이차전지용 케이스 및 이를 이용한 이차전지 패키지제조방법

Info

Publication number: KR20030053547A
Application number: KR1020010083300A
Authority: KR
Inventors: 오완석
Original assignee: 삼성에스디아이 주식회사
Priority date: 2001-12-22
Filing date: 2001-12-22
Publication date: 2003-07-02
Also published as: KR100416099B1

Abstract

본 발명에 따른 이차전지용 케이스는, 내부에 전극 조립체를 수용하기 위한 제 1 공간이 마련된 제 1 공간형성부, 및 상기 전극 조립체의 충방전시에 발생하는 가스를 포집하기 위한 것으로 소정의 가스 이동로를 두고 상기 제 1 공간형성부에 연접한 제 2 공간이 마련된 제 2 공간형성부를 구비하며,

상기 제 2 공간에 가스흡착성 물질로 된 가스흡착제를 구비하는 것을 특징으로 한다.

Description

이차전지용 케이스 및 이를 이용한 이차전지 패키지 제조방법{Case for secondary battery and method for manufacturing secondary battery package using this}

본 발명은 이차전지용 케이스 및 이를 이용한 이차전지 패키지의 제조방법에관한 것으로, 보다 상세하게는 이차전지의 초기 충방전시에 발생되는 가스를 보다 많이 포집할 수 있는 수단을 구비한 파우치형 이차전지용 케이스 및 이를 이용한 이차전지 패키지의 제조방법에 관한 것이다.

이차전지는 충전과 방전이 가능한 전지를 말하는 것으로 최근에는 전기, 전자, 통신 및 컴퓨터 산업이 급속하게 발전함에 따라 그 일종인 고성능, 고안전성의 리튬이차전지에 대한 수요가 증대되고 있으며, 또한 그 연구 개발이 활발히 진행되고 있다.

상기 리튬이차전지는 경량화에 대한 요구에 부응하기 위해 금속제 밀폐용기를 사용하는 것에서 파우치형의 케이스를 사용하는 것으로 발전되어 왔다. 그런데 상기 파우치형 케이스를 구비한 리튬이차전지는 과충전 등으로 인해 가스가 발생하면 상기 케이스가 크게 팽창하여 파열될 수 있기 때문에, 전지 패키지 자체의 고장 또는 전자기기의 고장을 초래하는 문제점이 있었다.

따라서 전지 패키지를 초기 충방전하는 소위 '에이징(aging)' 후 발생된 가스를 모아서 제거하는 방법을 사용하게 되었는데, 도 1은 이를 위한 종래의 파우치형 이차전지용 케이스를 구비하는 이차전지 패키지의 일 예를 도시한 부분 절개 사시도이다.

종래의 이차전지 패키지는 전극 조립체(11)와 전해액(미도시)이 발전요소로서 구비된다. 상기 발전요소들은 음극 및 양극 리드들(31,32)이 외부로 돌출되도록 이차전지용 케이스(10)의 제 1 공간형성부(11) 내부의 제 1 공간에 삽입된다. 상기 제 1 공간은 전극 조립체(11)를 포함할 수 있을 정도로 후퇴된 하면(13)과 상기 하면의 측변에서 상향 연장된 측면(14) 및 상면(12)에 의해 한정된다. 상기 측면 가장자리에 형성된 플랜지와 상기 상면의 가장자리에는 서로 열융착되어 접합되는 열융착부(15)가 구비된다.

상기 제 1 공간형성부(11)의 일측에는 이차전지의 에이징시에 발생되는 가스를 포집하기 위한 제 2 공간이 형성된 제 2 공간형성부(21)가 구비된다. 상기 제 1 공간형성부(11)와 제 2 공간형성부(21)는 일체로 형성된다. 상기 제 2 공간은 후퇴된 하면(23)과 상기 하면의 측변에서 상향 연장된 측면(24) 및 상면(22)에 의해 한정된다. 제 1 공간형성부와 마찬가지로 상기 측면(24)의 가장자리에 형성된 플랜지와 상기 상면(22)의 가장자리에는 서로 열융착되어 접합되는 열융착부(25)가 구비된다. 상기 제 1 공간형성부와 제 2 공간형성부 사이의 열융착부(15,25)는 서로 공유될 수 있으며 상기 제 1 공간과 제 2 공간을 서로 연통하도록 하는 가스 이동로(19)가 형성된다. 상기 가스 이동로(19)는 의도적으로 열융착을 배제함으로써 마련된다.

에이징 후 가스가 상기 제 2 공간에 포집되면 가스 이동로(19)를 열융착하여 제 1 공간과 제 2 공간을 격리하고 절단선(C)을 따라 절단한 후 제 2 공간형성부(21)를 제거하면 이차전지 패키지가 완성된다.

상기와 같이 이차전지 패키지를 제조하는데 있어서, 상기 제 2 공간은 이미 공기가 채워져 있고 통상적으로 금속제인 제 2 공간형성부(21)가 팽창하는데에도 한계가 있어 에이징시 발생된 가스를 포집하는데 만족할 만한 효과를 거두기 어렵다는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로, 에이징시 발생되는 가스를 충분히 포집할 수 있는 이차전지용 케이스 및 이를 이용한 이차전지 패키지의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한 이를 통해 제조된 이차전지 패키지의 작동중 고장이나 폭발을 방지하는 것을 목적으로 한다.

도 1은 종래의 이차전지용 케이스를 구비하는 이차전지 패키지의 일 예를 도시한 부분 절개 사시도.

도 2는 본 발명에 따른 이차전지용 케이스를 구비하는 이차전지 패키지를 도시한 부분 절개 사시도.

도 3은 본 발명에 따른 이차전지 패키지 제조방법을 도시한 흐름도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 간단한 설명>

10,100 ...이차전지용 케이스11,110 ...제 1 공간형성부

19,190 ...가스 이동로21,210 ...제 2 공간형성부

290 ...가스 흡착제30,300 ...전극 조립체

31,32,310,320 ...전극 리드C,C' ...절단선

상기와 같은 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명에 따른 이차전지용 케이스는, 내부에 전극 조립체를 수용하기 위한 제 1 공간이 마련된 제 1 공간형성부, 및 상기 전극 조립체의 충방전시에 발생하는 가스를 포집하기 위한 것으로 소정의 가스 이동로를 두고 상기 제 1 공간형성부에 연접한 제 2 공간이 마련된 제 2 공간형성부를 구비하며,

본 발명에 따른 이차전지용 케이스에 있어서, 상기 가스흡착제는 가스흡착성 물질과 수지재료를 혼합한 후 경화하여 된 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 이차전지용 케이스의 바람직한 일 실시예에 있어서, 상기 가스흡착성 물질은 다공질성 금속산화물인 것을 특징으로 하는데, 상기 다공질성 금속산화물은 제오라이트, 실리카겔, 알루미나, 몰레큘러시브, 또는 이들중 2 이상의 혼합물로 된 군(群) 가운데 하나일 수 있다.

본 발명에 따른 이차전지용 케이스의 바람직한 다른 일 실시예에 있어서, 상기 가스흡착성 물질은 다공질성 탄소재료인 것을 특징으로 하는데, 상기 다공질성 탄소재료는 카본몰레큘러시브, 활성탄, 또는 이들의 혼합물로 된 군(群) 가운데 하나일 수 있다.

본 발명에 따른 이차전지용 케이스의 바람직한 또다른 일 실시예에 있어서, 상기 가스흡착성 물질은 니켈(Ni), 백금(Pt), 팔라듐(Pd), 칼슘(Ca), 스트론튬(Sr), 바륨(Ba), 탈륨(Ti), 지르코늄(Zr), 하프늄(Hf), 바나듐(V), 니오븀(Nb), 탄탈륨(Ta), 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo), 텅스텐(W), 또는 이들중 2 이상의 혼합물로 된 군(群) 가운데 하나일 수 있다.

본 발명에 따른 이차전지 패키지 제조방법은, 내부에 전극 조립체를 수용하기 위한 제 1 공간이 마련된 제 1 공간형성부, 및 상기 제 1 공간형성부에 연접하여 위치한 제 2 공간이 마련된 제 2 공간형성부를 구비하며, 상기 제 2 공간에 가스흡착성 물질로 된 가스흡착제를 구비하는 것을 특징으로 하는 파우치형의 이차전지용 케이스를 준비하는 단계;

상기 제 1 공간에 전극조립체를 위치시키는 단계;

상기 제 1 공간형성부 및 제 2 공간형성부 사이의 소정 가스 이동로를 제외하고 상기 이차전지용 케이스를 열융착하여 밀봉하는 단계;

상기 전극조립체를 초기 충방전하고 상기 제 2 공간에 가스를 포집하는 단계;

상기 이차전지용 케이스의 소정 가스 이동로를 열융착하여 밀봉하는 단계;및

상기 제 1 공간형성부 및 제 2 공간형성부 사이의 열융착된 부위를 절단하고 제 2 공간형성부를 제거하는 단계;를 구비하는 것을 특징으로 한다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세히 설명하도록 한다.

도 2는 본 발명에 따른 이차전지용 케이스를 구비하는 이차전지 패키지를 도시한 부분 절개 사시도이다.

도면을 참조하면, 이차전지용 케이스(100)는 전극 조립체(300) 및 전해질(미도시)이 삽입되는 제 1 공간이 마련된 제 1 공간형성부(110), 및 에이징시 발생되는 가스가 포집되는 제 2 공간이 마련돈 제 2 공간형성부(210)를 구비한다. 상기 전극 조립체(300)는 세퍼레이터, 애노드, 및 캐소드 등의 전극 활물질을 소정 순서로 적층되어 구성되며, 일측으로 음극 및 양극 리드(310,320)가 연장되어 케이스(100)의 외부로 돌출된다.

상기 제 1 공간은 사각 플레이트 형상의 하면(130)과, 그 측변에서 연장된 측면(140)과, 상면(120)으로 한정된다. 상기 측면(140)의 상단 가장자리는 굴절되어 플랜지를 형성하고, 상기 상면(120)의 가장자리와 열융착되어 열융착부(150)를 이룬다. 상기 상면, 측면, 및 하면은 일체로 형성되며 상기 전극 조립체(300)를 하면에 위치한 후 상면을 접어올려 열융착하여 밀봉하는 것이 바람직하다.

상기 제 2 공간도 상기한 제 1 공간과 마찬가지로 하면(230), 측면(240), 및 상면(220)에 의해 한정되며 열융착부(250)의 열융착에 의해 밀봉된다. 제 1 공간형성부(110)와 제 2 공간형성부(210) 사이의 열융착부(150,250)는 실질적으로 공유될 수 있고 소정 범위만큼 의도적으로 열융착을 배제하여 가스 이동로(190)를 형성한다. 도면부호 C'은 제 1 공간형성부와 제 2 공간형성부 사이를 절단할 때 기준이 되는 절단선이다.

상기 제 2 공간에는 에이징시에 발생하는 가스를 가능한 한 많이 포집하기 위하여 가스 흡착제가 구비된다. 상기 가스 흡착제는 다공질성 물질로 구성되며, 단일 물질로 구성되든, 혼합물로 구성되든 무관하다. 분말 형태로 제 2 공간 내부에서 고정되지 않고 위치되거나, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리불화비닐렌, 폴리이미드, 폴리아미드, 에폭시수지, 아크릴수지, 등의 수지 재료와 상기 다공질성 물질을 혼합한 후 경화하여 일정한 형상으로 가공해서 상기 제 2 공간내에 위치시킬 수도 있다.

흡기 물질로 사용되는 다공질성 물질은 제오라이트, 실리카겔, 알루미나, 몰레큘러시브 등의 금속산화물이거나, 카본몰레큘러시브, 활성탄 등의 탄소재료일 수 있으며, 상기 물질들을 2 이상 혼합한 혼합물일 수도 있다. 또는 니켈(Ni), 백금(Pt), 팔라듐(Pd), 칼슘(Ca), 스트론튬(Sr), 바륨(Ba), 탈륨(Ti), 지르코늄(Zr), 하프늄(Hf), 바나듐(V), 니오븀(Nb), 탄탈륨(Ta), 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo), 텅스텐(W), 등에서 선택된 하나 이상의 물질일 수 있다.

도 3은 본 발명에 따른 이차전지 패키지 제조방법을 도시한 흐름도이다.

도면을 참조하면, 이차전지 패키지 제조방법은 제 1 단계로서 제 1 및 제 2 공간형성부를 구비하고 상기 제 2 공간형성부의 제 2 공간에 가스 흡착제가 구비된 파우치형의 이차전지용 케이스를 준비하는 단계(S110)를 포함한다. 상기 이차전지용 케이스는 도 2에서 상세히 언급되었으므로 설명은 생략한다.

제 2 단계로서, 상기 이차전지용 케이스의 제 1 공간에 발전요소인 전극 조립체와 전해질을 위치시키는 단계(S120)를 포함한다.

제 3 단계는 일체로 형성된 제 1 공간형성부와 제 2 공간형성부의 상면을 접어올리고 가장자리를 열융착하여 밀봉하되, 제 1 공간과 제 2 공간 사이에는 소정 범위만큼 열융착을 배제하여 가스 이동로를 형성하는 단계(S130)이다.

제 4 단계는 이차전지 케이스 내의 상기 발전요소를 초기 충방전시키고, 발생되는 가스를 제 2 공간에 포집하는 단계(S140)이다.

제 5 단계에서는 상기 가스 이동로를 열융착하여 밀봉한다.(S150)

제 6 단계로서 제 1 공간형성부와 제 2 공간형성부 사이를 절단하고 제 2 공간형성부를 제거하여 제 1 공간형성부만을 남긴다. 통상적인 후공정으로서 상기 제 1 공간형성부에 전류 안정화 등을 위한 회로를 개재하고, 이를 하드 케이스에 삽입하여 이차전지 패키지를 완성할 수 있다.

상술한 본 발명에 의해 제공되는 이차전지용 케이스 및 이를 이용한 이차전지 페키지의 제조방법은 에이징시 발생되는 가스를 보다 많이 포집한 후 제거할 수 있도록 한다.

또한 이에 의하여 전극 조립체가 삽입되는 공간의 가스 배출을 용이하게 함으로써, 상기 가스로 인한 이차전지 케이스의 외관불량이나, 열융착부의 파손에 의한 전해액의 유출을 예방할 수 있다.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에불과하며, 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 보호범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.

Claims

내부에 전극 조립체를 수용하기 위한 제 1 공간이 마련된 제 1 공간형성부, 및 상기 전극 조립체의 충방전시에 발생하는 가스를 포집하기 위한 것으로 소정의 가스 이동로를 두고 상기 제 1 공간형성부에 연접한 제 2 공간이 마련된 제 2 공간형성부를 구비하며,

상기 제 2 공간에 가스흡착성 물질로 된 가스흡착제를 구비하는 것을 특징으로 하는 파우치형의 이차전지용 케이스.
제 1 항에 있어서,

상기 가스흡착제는 가스흡착성 물질과 수지재료를 혼합한 후 경화하여 된 것을 특징으로 하는 이차전지용 케이스.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

상기 가스흡착성 물질은 다공질성 금속산화물인 것을 특징으로 하는 이차전지용 케이스.
제 3 항에 있어서,

상기 다공질성 금속산화물은 제오라이트, 실리카겔, 알루미나, 몰레큘러시브, 또는 이들중 2 이상의 혼합물로 된 군(群) 가운데 하나인 것을 특징으로 하는 이차전지용 케이스.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

상기 가스흡착성 물질은 다공질성 탄소재료인 것을 특징으로 하는 이차전지용 케이스.
제 5 항에 있어서,

상기 다공질성 탄소재료는 카본몰레큘러시브, 활성탄, 또는 이들의 혼합물로 된 군(群) 가운데 하나인 것을 특징으로 하는 이차전지용 케이스.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

상기 가스흡착성 물질은 니켈(Ni), 백금(Pt), 팔라듐(Pd), 칼슘(Ca), 스트론튬(Sr), 바륨(Ba), 탈륨(Ti), 지르코늄(Zr), 하프늄(Hf), 바나듐(V), 니오븀(Nb), 탄탈륨(Ta), 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo), 텅스텐(W), 또는 이들중 2 이상의 혼합물로 된 군(群) 가운데 하나인 것을 특징으로 하는 이차전지용 케이스.
내부에 전극 조립체를 수용하기 위한 제 1 공간이 마련된 제 1 공간형성부,및 상기 제 1 공간형성부에 연접하여 위치한 제 2 공간이 마련된 제 2 공간형성부를 구비하며, 상기 제 2 공간에 가스흡착성 물질로 된 가스흡착제를 구비하는 것을 특징으로 하는 파우치형의 이차전지용 케이스를 준비하는 단계;

상기 제 1 공간에 전극조립체를 위치시키는 단계;

상기 제 1 공간형성부 및 제 2 공간형성부 사이의 소정 가스 이동로를 제외하고 상기 이차전지용 케이스를 열융착하여 밀봉하는 단계;

상기 전극조립체를 초기 충방전하고 상기 제 2 공간에 가스를 포집하는 단계;

상기 이차전지용 케이스의 소정 가스 이동로를 열융착하여 밀봉하는 단계;및

상기 제 1 공간형성부 및 제 2 공간형성부 사이의 열융착된 부위를 절단하고 제 2 공간형성부를 제거하는 단계;를 구비하는 것을 특징으로 하는 이차전지 패키지 제조방법.