KR20080010738A

KR20080010738A - 중첩식 이차전지

Info

Publication number: KR20080010738A
Application number: KR1020060071151A
Authority: KR
Inventors: 이향목; 최병진; 장준환; 정현철; 손정삼; 윤형구; 김동준
Original assignee: 주식회사 엘지화학
Priority date: 2006-07-28
Filing date: 2006-07-28
Publication date: 2008-01-31
Also published as: KR100910624B1

Abstract

본 발명은 전지케이스 상에 연속적으로 두 개의 전극조립체 수납부들(A, B)이 형성되어 있고, 그 중 하나의 수납부(A)의 일측에는 상기 수납부(A)의 크기에 대응하는 덮개부가 연장되어 있으며, 상기 수납부(A, B)에 각각 전극조립체를 장착하고, 상기 덮개부를 절곡(1차 절곡)하여 수납부(A)를 덮으며, 상기 수납부들(A, B) 사이를 절곡(2차 절곡)하여 서로 대면하도록 중첩시킨 뒤, 접촉부위를 밀봉하여 제조되는, 병렬 접속방식으로 연결된 구조의 중첩식 이차전지를 제공한다.

따라서, 본 발명에 따른 중첩식 이차전지는 간단한 조립공정으로 두 단위의 전극조립체를 포함할 수 있고, 동일 규격 대비 우수한 용량을 가질 수 있으며, 전지케이스를 이루는 시트부재의 사용량을 절감하여 제조단가를 낮출 수 있을 뿐만 아니라, 수분 및 공기에 대한 차단 능력이 탁월하여 우수한 수명특성을 가지는 효과가 있다.

Description

중첩식 이차전지 {Double-Typed Secondary Battery}

도 1은 본 발명의 첫 번째 실시예에 따른 중첩식 이차전지의 분해 평면도이다;

도 2는 두 번째 실시예에 따른 이차전지의 분해 평면도이다;

도 3은 세 번째 실시예에 따른 이차전지의 분해 평면도이다;

도 4는 도 3의 변형예에 따른 평면도이다;

도 5는 도 1 내지 4에 따른 이차전지의 전지케이스를 이룰 수 있도록 다수의 수납부가 형성되어 있는 복합 시트의 평면도이다;

도 6은 도 1 내지 4에 따른 이차전지에서 용이하게 적용될 수 있는 전지케이스(또는 복합 시트)의 단면 구조도이다;

도 7 및 8은 실험예 2에서 종래기술에 따른 라미네이트 시트와 본 발명의 하나의 실시예에 따른 복합 시트의 밀봉성을 비교하기 위한 그래프들이다.

본 발명은 중첩식 이차전지에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전지케이스 상에 연속적으로 두 개의 전극조립체 수납부들(A, B)이 형성되어 있고, 그 중 하나의 수납부(A)의 일측에는 상기 수납부(A)의 크기에 대응하는 덮개부가 연장되어 있으며, 상기 수납부(A, B)에 각각 전극조립체를 장착하고, 상기 덮개부를 절곡(1차 절곡)하여 수납부(A)를 덮으며, 상기 수납부들(A, B) 사이를 절곡(2차 절곡)하여 서로 대면하도록 중첩시킨 뒤, 접촉부위를 밀봉하여 제조되는, 병렬 접속방식으로 연결된 구조의 중첩식 이차전지를 제공한다.

모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서 전지의 수요가 급격히 증가하고 있고, 그에 따라 다양한 요구에 부응할 수 있는 전지에 대한 많은 연구가 행해지고 있다.

대표적으로 전지의 형상 면에서는 얇은 두께로 휴대폰 등과 같은 제품들에 적용될 수 있는 각형 이차전지와 파우치형 이차전지에 대한 수요가 높고, 재료 면에서는 높은 에너지 밀도, 방전 전압, 출력 안정성의 리튬이온 전지, 리튬이온 폴리머 전지 등과 같은 리튬 이차전지에 대한 수요가 높다.

일반적으로 파우치형 이차전지는 알루미늄 라미네이트 시트로 이루어진 파우치형 케이스에 전극조립체가 내장되어 있는 구조로 이루어져 있다. 즉, 파우치형 이차전지는 라미네이트 시트에 전극조립체의 장착을 위한 수납부를 형성하고, 상기 수납부에 전극조립체를 장착한 상태에서 상기 시트에서 분리되어 있는 별도의 시트 또는 연장되어 있는 시트를 열융착하는 것으로 제조된다.

이러한 파우치 케이스는 대략 113 ㎛ 두께의 알루미늄 라미네이트 시트를 다 이와 펀치를 사용하여 딥-드로잉 공정에 유사한 방식으로 부분 압축함으로써 수납부를 형성할 수 있다. 그러나, 상기와 같이 얇은 두께의 시트는 그것을 압축하는 과정에서 파열 등이 유발될 수 있으므로, 일반적으로 15 mm 이상의 깊이를 가진 수납부를 형성하기 어렵다. 이와 관련하여, 선행기술 중에서는 수납부를 라미네이트 시트의 양측(예를 들어, 일체화되어 있는 본체와 덮개)에 형성하여 라미네이트 시트의 공정상의 문제점을 해결하고 있다. 또한, 일부 선행기술들에서는 상기의 구조를 바탕으로 라미네이트 시트의 양측에 같은 크기의 수납부를 형성하고 별도의 라미네이트 시트 또는 일체형의 라미네이트 시트를 열융착하여 연속하는 두 개의 전지셀을 제조한 다음, 상기 두 전지셀를 포갬으로써 하나의 공정으로 전지의 용량을 두 배로 증가시켰다.

예를 들어, 일본 특허출원공개 제2004-055153호에서는 제 1 라미네이트 시트에 연속된 두 개의 수납부를 형성하고, 상기 수납부에 대향하는 방향으로 전극탭이 돌출될 수 있도록 전극조립체를 수납한 뒤, 제 2 라미네이트 시트를 열융착하여 연속하는 두 개의 전지셀을 제조한 다음, 상기 두 전지셀을 포개어 인접한 같은 극의 전지탭들을 용접함으로써 이차전지를 제조하는 기술을 제시하고 있다. 또한, 한국 특허출원공개 제2004-0054233호에서는 라미네이트 본체에 연속된 두 개의 수납부를 형성하고, 상기 수납부에 전극조립체를 내장한 뒤, 상기 본체로부터 연장되어 있는 덮개를 이용하여 각각의 수납부를 밀봉하는 것으로 연속하는 전지셀들을 제조한 다음, 같은 극의 전극탭들이 접하도록 상기 전지셀들을 포개고 전극탭들에 PCM을 연결함으로써 전지셀을 제조하는 기술을 제시하고 있다.

그러나, 상기 기술들에서는 포개지는 두 전지셀 사이에 두 겹의 라미네이트 시트가 개재되며, 이러한 구조에 의하여, 결과적으로 전지셀의 두께가 증가될 뿐만 아니라, 불필요한 라미네이트 시트의 사용으로 제조단가가 상승하는 문제점을 가지고 있다. 또한, 두 전지셀을 포개는 과정에서 절곡이 행해지는 부위 역시 두 겹의 라미네이트 시트로 이루어져 있기 때문에 조립과정에서 주름지기 쉽고, 그러한 상태로 열융착이 행해졌을 경우 전지케이스의 밀봉성이 떨어져 전지의 수명특성이 저하되는 단점도 가지고 있다.

한편, 상기 기술들에서 사용되고 있는 일반적인 라미네이트 시트는 최외각을 이루는 외부 피복층으로서 Ony(연신 나일론)층, 물질의 관통을 방지하는 배리어층으로서의 Al층, 접착층, 및 밀봉을 위한 내부 실란트층으로서의 Cpp(무연신 폴리프로필렌)층으로 구성되어 있다. 이러한 구조는 가열 가압에 의해 융착되는 실란트층이 시트의 일면에만 형성되어 있어 다양한 형태의 전지를 제조함에 있어서 한계가 있다. 그러나, 라미네이트 시트의 구조는 전지케이스의 밀봉성과 직접적인 관련이 있고, 전지케이스의 습기 또는 공기 등에 대한 밀봉성은 전지의 수명특성에 영향을 미치므로, 상기 시트의 구조적인 변형은 신중히 고려될 필요가 있다.

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

본 발명의 목적은 간단한 조립공정으로 두 단위의 전극조립체를 포함할 수 있고, 동일 규격 대비 대용량을 발휘할 수 있는 이차전지를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 전지케이스를 이루는 시트부재의 사용량을 절감하여 제조단가를 낮출 수 있는 이차전지를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 수분 및 공기에 대한 차단 능력이 탁월하여 우수한 수명특성을 가진 이차전지를 제공하는 것이다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 중첩식 이차전지는 전지케이스 상에 연속적으로 두 개의 전극조립체 수납부들(A, B)이 형성되어 있고, 그 중 하나의 수납부(A)의 일측에는 상기 수납부(A)의 크기에 대응하는 덮개부가 연장되어 있으며, 상기 수납부(A, B)에 각각 전극조립체를 장착하고, 상기 덮개부를 절곡(1차 절곡)하여 수납부(A)를 덮으며, 상기 수납부들(A, B) 사이를 절곡(2차 절곡)하여 서로 대면하도록 중첩시킨 뒤, 접촉부위를 밀봉하여 제조되는, 병렬 접속방식으로 연결된 구조로 이루어져 있다.

본 발명에 따른 이차전지는 간편한 제조공정으로 전지의 용량을 향상시키기 위하여, 상기 전지케이스 상에 2 개의 수납부와 1 개의 덮개부를 동시에 포함하고 있다. 이하에서는, 상기 수납부 및 덮개부의 형성 구조, 및 그에 따른 전극조립체의 수납 형태와 절곡 구조 등을 실시예로서 상세히 설명한다.

첫 번째 실시예에서, 상기 수납부들은 전지케이스 상에서 상하 위치로 형성되어 있고, 상기 덮개부는 그 중 하나의 수납부(상부 또는 하부 수납부)의 측면(우 측면 또는 좌측면)에 연장되어 있는 구조일 수 있다. 이러한 구조에서, 전극조립체들은 그것들의 전극단자들이 서로 반대쪽 방향을 향하도록 상기 수납부들에 각각 장착되는 것이 바람직하며, 이때의 2차 절곡면은 전극조립체들의 하단에 대응하는 수납부들 사이의 경계면일 수 있다. 상기 1차 절곡은 상기 수납부와 덮개부 사이에서 수평방향(수납부들의 배열방향을 기준으로 함)으로 이루어지며, 상기 2차 절곡은 수납부들 사이에서 수직방향으로 이루어진다.

두 번째 실시예에서, 상기 수납부들은 전지케이스 상에서 좌우 위치로 형성되어 있고, 상기 덮개부는 그 중 하나의 수납부(좌측 또는 우측 수납부)의 하단면에 연장되어 있는 구조일 수 있다. 이러한 구조에서, 전극조립체들은 그것의 전극단자들이 동일한 방향을 향하도록 상기 수납부들에 각각 장착되는 것이 바람직하며, 이때의 2차 절곡면은 전극조립체들의 측면에 대응하는 수납부들 사이의 경계면일 수 있다. 상기 1차 절곡은 상기 수납부와 덮개부 사이에서 수직방향으로 이루어지며, 상기 2차 절곡은 수납부들 사이에서 수평방향으로 이루어진다.

세 번째 실시예에서, 상기 수납부들은 전지케이스 상에서 좌우 위치로 형성되어 있고, 상기 덮개부는 그 중 하나의 수납부(좌측 또는 우측 수납부)의 측면(좌측면 또는 우측면)에 연장되어 있는 구조일 수 있다. 예를 들어, 상기 덮개부가 좌측 수납부의 측면에 연장되어 있을 경우, 상기 측면은 좌측 수납부의 좌측면으로서, 수납부의 우측면은 우측 수납부와의 경계면일 수 있다. 이러한 구조에서, 전극조립체들은 그것의 전극단자들이 동일 방향을 향하도록 상기 수납부들에 각각 장착되는 것이 바람직하며, 이때의 상기 2차 절곡면은 전극조립체들의 측면에 대응하 는 수납부들 사이의 경계면일 수 있다. 상기 1차 절곡은 상기 수납부와 덮개부 사이에서 수직방향으로 이루어지며, 상기 2차 절곡은 수납부들 사이에서 수평방향으로 이루어진다.

경우에 따라서, 상기 덮개부에 대향하는 수납부의 측면의 일측면에는 수납부들의 밀봉부위를 감쌀 수 있는 크기의 잉여부가 추가로 연장될 수도 있다. 상기 세 번째 실시예의 구체적인 예에서처럼, 덮개부가 좌측 수납부의 좌측면에 연장되어 있고, 좌측 수납부의 우측면 및 우측 수납부의 좌측면이 수납부들의 경계면일 경우, 상기 잉여부는 우측 수납부의 우측면에 연장되어 있을 수 있다. 이러한 구조는, 상기 첫 번째 실시예에서도 바람직하게 적용될 수 있으며, 이 경우, 상기 잉여부는 덮개부에 대향하는 타측면에 연장되어 있는 것이 바람직하다.

본 발명에서 상기 전극조립체들은 2차 절곡에 의해 서로 중첩된 상태에서 서로 인접한 각각의 전극단자들을 연결함으로써 결합된다. 이때, 상기 전극단자들은 다양한 방법으로 연결될 수 있으며, 바람직하게는 용접 또는 솔더링 등에 의하여 더욱 안정적으로 연결될 수 있다.

하나의 바람직한 예에서, 상기 전지케이스는 어떠한 방향으로 절곡이 행해져도 접촉부위에서 우수한 밀봉력을 확보하기 위하여, 예를 들어, 배리어층을 중심으로 그것의 상부와 하부에 접착층이 개재된 상태에서 열융착성 고분자 수지를 기반으로 한 실란트층이 각각 부착되어 있는 것을 특징으로 하는 복합 시트로 이루어질 수 있다.

상기 배리어층은 가스, 습기 등의 이물질이 유입되거나 누출되는 것을 방지 하는 역할을 하며, 그것 이외에도 전지케이스의 강도를 향상시키는 기능도 발휘한다. 이러한 배리어층은 바람직하게 알루미늄, 알루미늄 합금, 구리 등을 포함하는 것으로 이루어질 수 있다. 일반적으로, 상기 배리어층은 알루미늄 금속을 포함하는 것으로 구성되었지만, 최근에 알루미늄과 더불어 그에 버금가는 물성을 나타내는 구리를 포함하기도 한다.

상기 실란트층의 고분자 수지로는 열융착성(열접착성)을 가지고, 전해액의 침입을 억제하기 위해 흡습성이 낮으며, 전해액에 의해 팽윤되거나 침식되지 않는 폴리올레핀(polyolefin)계 수지가 바람직하게 사용될 수 있으며, 더욱 바람직하게는 무연신 폴리프로필렌 필름(CPP)으로 이루어질 수 있다.

상기 접착층은 상기 배리어층과 실란트층의 접착력을 향상시킬 뿐만 아니라 차단 특성 또한 향상시킬 수 있다. 상기 접착층의 소재로는, 예를 들어, 우레탄(urethane)계 물질, 아크릴(acryl)계 물질, 열가소성 일래스토머(elastomer)를 함유하는 조성물 등을 들 수 있지만, 이들만으로 한정되는 것은 아니다.

본 발명에 따른, 상기 복합 시트에서는, 상기 배리어층의 두께가 20 내지 150 ㎛이고, 상기 접착층의 두께가 2 내지 20 ㎛이며, 상기 상부 및 하부 실란트층의 두께가 10 내지 80 ㎛일 수 있다. 상기 두께들이 너무 얇은 경우에는 물질에 대한 차단 기능과 강도 향상을 기대하기 어렵고, 반대로 너무 두꺼우면 가공성이 떨어지고 시트의 두께 증가를 유발하므로 바람직하지 않다.

본 발명에 따른 전지케이스는 다양한 형태가 가능할 수 있으며, 바람직하게는 전극조립체를 파우치 형태로 내장하는 형태일 수 있다. 즉, 상기에서와 같이, 복합 시트에 딥-드로잉에 의해 연속하는 두 개의 수납부를 형성하고 덮개부를 절곡하여 파우치형 전지케이스를 형성할 수 있다.

상기 이차전지의 대표적인 예로는 리튬 이차전지를 들 수 있으며, 그 중에서도 상기 복합 시트로 이루어진 파우치형 케이스에 전극조립체가 내장되어 있고 여기에 리튬염 함유 전해액이 겔상으로 함침되어 있는 리튬이온 폴리머 이차전지가 바람직하다.

리튬이온 폴리머 전지의 더욱 자세한 구조와 그것의 제조방법 등은 당업계에 공지되어 있으므로, 그에 대한 자세한 설명은 본 명세서에서 생략한다.

또한, 상기 전지는 그것의 두께가 적어도 15 mm 이상인 것이 바람직하다. 본 발명에서, 상기 전지케이스로서의 복합시트는 매우 얇은 구조로 이루어지는 것이 바람직하므로, 일반적으로 15 mm 이상의 깊이를 가진 수납부를 형성하기 어렵고, 그로 인해 전지의 두께 역시 15 mm 이상으로 제조되기 어렵다. 그러나, 본 발명에서는 이러한 수납부를 연속적으로 형성한 뒤, 두 수납부를 포갬으로써 15 mm의 한계점을 극복하고 있다. 따라서, 본 발명에서는 각각의 수납부들을 최대한의 깊이로 형성함으로써, 전지의 전체 두께를 적어도 15 mm 이상, 바람직하게는 30 mm 이하까지의 두께로 제조할 수 있다. 여기서, 전지의 두께는 전기화학적 반응이 일어나는 전극조립체(발전소자)의 두께 또는 그것이 장착되는 수납부의 깊이를 의미한다.

본 발명은 또한 이러한 이차전지를 단위 셀로 하는 고출력 대용량의 중대형 전지모듈을 제공한다. 이러한 중대형 전지모듈은 2 개의 전지셀을 하나의 단위 셀 로서 취급하여 조립을 행할 수 있고 이들의 결합 구조가 치밀하므로, 전지모듈의 전체적인 조립 공정을 간소화할 수 있고 더욱 콤팩트한 구조로 제조될 수 있다.

이하에서는, 본 발명의 실시예들에 따른 도면을 참조하여 설명하지만, 이는 본 발명의 더욱 용이한 이해를 위한 것으로, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.

도 1 내지 3에는 본 발명의 실시예들에 따른 중첩식 이차전지들의 분해 평면도들이 모식적으로 도시되어 있다.

우선 도 1을 참조하면, 첫 번째 실시예에 따른 이차전지(100)는 전지케이스(200)상에서 상하 위치로 형성되어 있는 수납부들(상부 수납부, 하부 수납부: 210, 220)에 전극조립체들(300, 310)을 각각 장착하고, 상부 수납부(210)의 우측면에서 연장되어 있는 덮개부(230)를 화살표 A 방향으로 절곡하여 상부 수납부(210)를 덮은 뒤, 하부 수납부(220)를 화살표 B 방향으로 절곡하여 두 수납부들(210, 220)을 중첩시키고, 전지케이스(200)의 접촉부위(240)를 열융착한 다음, 전극단자들(301, 311; 302, 312)을 각각 접속시키는 것으로 완성된다.

전극조립체들(300, 310)은, 상부 수납부(210)에서는 그것의 전극단자들(301, 302)이 위쪽을 향하도록 장착되고, 하부 수납부(220)에서는 그것의 전극단자들(311, 312)이 아래쪽을 향하도록 장착된다.

또한, 전극조립체들(300, 310)은, 전지케이스(200)에서 그것의 상부 수납부(210)와 덮개부(230) 사이에서 화살표 A 방향으로 1차 절곡이 행해지고, 상부 수 납부(210)와 하부 수납부(220) 사이에서 화살표 B 방향으로 2차 절곡이 행해짐으로써, 덮개부(230)를 사이에 두고 상호 중첩된다. 중첩된 상태에서 같은 극의 전극들(301, 311; 302, 312)이 각각 용접에 의하여 접속됨으로써 병렬구조로 연결된다.

전지케이스(200)는 양면 모두에서 전해액에 노출되고 상호 접촉되어 열융착이 행해지므로, 양면 모두 내전해액성과 열융착성을 가진 신규한 구조의 복합 시트를 이용하여 제조되는 것이 바람직하며, 그러한 구조는 전지케이스(또는 복합 시트)의 단면 구조도가 모식적으로 도시되어 있는 도 6에서 용이하게 확인할 수 있다.

도 6을 참조하면, 복합 시트(600)는 배리어층(610)을 중심으로 그것의 상부와 하부에 접착층(620)이 개재된 상태에서 실란트층(630)이 양면에 각각 부착되어 있는 것으로 이루어져 있다. 여기서, 배리어층(610)은 물질의 관통을 방지하는 층으로 구리 또는 알루미늄으로 이루어져 있고, 실란트층(620)은 전해액과 직접 접하고 밀봉이 이루어지는 층으로 Cpp(무연신 폴리프로필렌)로 이루어져 있다. 이러한 전지케이스의 구조는, 이하 도 2 내지 도 4에 따른 전지케이스에서도 바람직하게 적용될 수 있다.

다시 도 1을 참조하면, 1차 절곡이 행해지는 상부 수납부(210) 및 덮개부(230)의 경계면 상단, 상부 수납부(210)의 좌측 상단, 덮개부(230)의 우측 상단, 및 하부 수납부(220)의 양측 하단은, 완성된 이차전지(100)에서 상단 밀봉부(241)와 양측 밀봉부(242, 243)를 용이하게 절곡하기 위하여, 각각 점선원으로 표시된 모따기 구조(250)로 형성되어 있다. 그러나, 이러한 모따기 구조(250)는 밀봉 부(241, 242, 243)를 별도로 절곡하지 않는 경우에는 필요치 않을 수 있다.

도 2를 참조하면, 두 번째 실시예에 따른 이차전지(101)은 전지케이스(400)상에서 좌우 위치로 형성되어 있는 수납부들(좌측 수납부, 우측 수납부: 410, 420)에 전극조립체들(300, 310)을 각각 장착하고, 좌측 수납부(410)의 하단에서 연장되어 있는 덮개부(430)를 화살표 C 방향으로 절곡하여 좌측 수납부(410)를 덮은 뒤, 우측 수납부(420)를 화살표 D 방향으로 절곡하여 두 수납부들(410, 420)을 중첩시키고, 전지케이스(400)의 접촉부위(440)를 열융착한 다음, 전극단자들(301, 311; 302, 312)을 각각 접속시키는 것으로 완성된다.

전극조립체들(300, 310)은 좌측 수납부(410) 및 우측 수납부(420)에서 모두 그것들 각각의 전극단자들(301, 302; 311, 312)이 위쪽을 향하도록 장착된다.

또한, 전극조립체들(300, 310)은, 전지케이스(400)에서 그것의 좌측 수납부(410)와 덮개부(430) 사이에서 화살표 C 방향으로 1차 절곡이 행해지고, 좌측 수납부(410)와 우측 수납부(420) 사이에서 화살표 D 방향으로 2차 절곡이 행해짐으로써, 덮개부(430)를 사이에 두고 상호 중첩되며, 중첩된 상태에서 같은 극의 전극들(301, 311; 302, 312)이 용접에 의하여 접속됨으로써, 병렬구조로 연결된다.

2차 절곡이 행해지는 좌측 수납부(410) 및 우측 수납부(420)의 경계면 상단, 좌측 수납부(410)의 좌측 상단, 우측 수납부(420)의 우측 상단, 및 덮개부(230)의 양측 하단은, 완성된 이차전지(101)에서 상단 밀봉부(441)와 양측 밀봉부(442, 443)를 용이하게 절곡하기 위하여, 각각 모따기 구조(450)로 형성되어 있다. 그러나, 앞서 설명한 바와 같이 밀봉부(441, 442, 443)를 별도로 절곡하지 않는 경우에 는 이러한 모따기 구조(450)가 필요치 않을 수 있다.

도 3를 참조하면, 세 번째 실시예에 따른 이차전지(102)은 전지케이스(500)상에서 좌우 위치로 형성되어 있는 수납부들(좌측 수납부, 우측 수납부: 510, 520)에 전극조립체들(300, 310)을 각각 장착하고, 좌측 수납부(510)의 좌측면에서 연장되어 있는 덮개부(530)를 화살표 E 방향으로 절곡하여 좌측 수납부(510)를 덮은 뒤, 우측 수납부(520)를 화살표 F 방향으로 절곡하여 두 수납부들(5410, 520)을 중첩시키고, 전지케이스(500)의 접촉부위(540)를 열융착한 다음, 전극단자들(301, 311; 302, 312)을 각각 접속시키는 것으로 완성된다.

경우에 따라서, 우측 수납부(520)의 우측면에도 수납부들(510, 520)의 밀봉부위(접촉부위: 540)를 감쌀 수 있도록 잉여부(560)가 추가로 연장될 수도 있다. 이러한 구조는 도 3의 변형예에 따른 이차전지의 분해 평면도가 도시되어 있는 도 4에서 용이하게 확인할 수 있다.

도 4를 참조하면, 이차전지(500a)는, 도 3에서와 같이, 화살표 E 및 F 방향으로의 절곡을 행한 다음, 연장부(530)를 화살표 G 방향으로 절곡하여, 상호 이격되어 있는 구조에서 밀봉되어 밀봉력이 상대적으로 취약할 수 있는 측면 접촉부위(도 3: 520, 542)를 한번 더 감싸고, 전지케이스(500a)의 접촉부위를 열융착한 다음, 전극단자들을 각각 접속시키는 것으로 완성된다.

다시 도 3을 참조하면, 도 2에서와 마찬가지로, 전극조립체들(300, 310)은 모두 좌측 수납부(510) 및 우측 수납부(520)에서 그것들 각각의 전극단자들(301, 302; 311, 312)이 위쪽을 향하도록 장착된다.

또한, 전극조립체들(300, 310)은, 전지케이스(500)에서 그것의 좌측 수납부(510)와 덮개부(530) 사이에서 화살표 E 방향으로 1차 절곡이 행해지고, 좌측 수납부(510)와 우측 수납부(520) 사이에서 화살표 F 방향으로 2차 절곡이 행해짐으로써, 덮개부(530)를 사이에 두고 상호 중첩되며, 중첩된 상태에서 같은 극의 전극들(301, 311; 302, 312)이 용접에 의하여 접속됨으로써, 병렬구조로 연결된다.

1차 절곡이 행해지는 덮개부(530) 및 좌측 수납부(510)의 경계면 상단과 2차 절곡이 행해지는 좌측 수납부(510) 및 우측 수납부(520)의 경계면 상단과 덮개부(530)의 좌측 상단, 및 우측 수납부(520)의 우측 상단은, 완성된 이차전지(102)에서 상단 밀봉부(541)와 양측 밀봉부(542, 543)를 용이하게 절곡하기 위하여, 각각 모따기 구조(550)로 형성되어 있다. 그러나, 앞서 설명한 바와 같이 밀봉부(541, 542, 543)를 별도로 절곡하지 않는 경우에는 이러한 모따기 구조(550)가 필요치 않을 수 있음은 물론이다.

상기 도면들에서, 편의상 접촉부위는 하나의 수납부(좌측 또는 상부)를 기준으로 표시되었으며, 별도의 설명이 없더라도 표시된 부위와 대응하는 부위를 포함한다.

도 5에는 상기의 실시예들에 따른 이차전지에서 전지케이스를 이룰 수 있도록 다수의 수납부가 형성되어 있는 복합 시트의 평면도가 모식적으로 도시되어 있다.

도 5를 참조하면, 도 1과 같은 구조의 전지케이스(200)를 하나의 복합 시트(600)에서 다수 개 형성함에 있어서, 폐기되는 부분이 존재하지 않는다. 즉, 제 1 전지케이스(200)는 제 2 전지케이스(201)에 대해 서로의 덮개부들(230, 231)이 상호 맞물리도록 배열되며, 이러한 관계는 기타 제 3 전지케이스(202), 제 4 전지케이스(203)에서도 동일하게 적용되므로, 공정의 효율성이 향상되고 폐기되는 부분을 없애는 장점이 있다.

이하, 실시예를 통해 본 발명을 더욱 상술하지만, 하기 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명의 범주가 이들만으로 한정되는 것은 아니다.

[실시예 1]

양극 활물질에 결착제인 PVDF와 도전제인 카본블랙을 85 : 5: 10 의 조성비로 혼합하여 양극 슬러리를 제조하고, 음극 활물질에 결착제인 PVDF와 도전제인 카본블랙을 93 : 6 : 1 의 조성비로 혼합하여 음극 슬러리를 제조한 뒤, 각각의 슬러리를 Al 포일 및 Cu 포일에 코팅한 다음, 120℃에서 2 시간 동안 건조하여, 양극과 음극을 각각 제조하였다. 상기의 양극과 음극을 분리막을 개재한 상태에서 적층하여 스택형 전극조립체를 조립하였다.

90 ㎛인 알루미늄 배리어층의 양면에 10 ㎛로 접착층을 도포한 후 50 ㎛의 Cpp(무연신 폴리프로필렌)를 부착하는 것으로 구성된 복합 시트를 이용하여, 도 1과 같은 구조의 전지케이스를 제조하였고, 도 1과 같은 조립과정을 거쳐 이차전지를 완성하였다.

[비교예 1]

Ony(연신 나일론)층, 알루미늄 배리어층, 접착층, 및 Cpp(무연신 폴리프로필렌)층으로 이루어져 있으며, 일측에 수납부가 형성되어 있고 타측에 덮개가 형성되어 있는 전지케이스를 사용하였다는 점을 제외하고는, 상기 실시예 1과 같은 방법으로 이차전지를 완성하였다.

[실험예 1]

상기 실시예 1 및 비교예 1의 방법으로 제조된 전지들을 대상으로, 고온 보존 하에서 무게변화를 측정하는 실험을 실시하였다. 본 실험은 각각 10 개의 전지들을 대상으로 60 및 95% R.H(Room Humidity) 조건에서 2 주일간 실시되었고, 1 일, 3 일, 1 주일, 및 2 주일 간격으로 무게를 측정하였으며, 그 결과는 그래프로서 하기 도 7 및 8에 나타내었다.

도 7 및 8을 참조하면, 본 발명에 따른 전지에서는 무게 변화가 거의 없었고, 비교예에 따른 전지에서는 시간의 경과에 따라 무게가 급격히 감소되는 것을 확인할 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 전지는 고온에서도 매우 우수한 밀봉성을 가지며, 그로 인하여 수명특성이 향상되었다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 중첩식 이차전지는 간단한 조립공정으로 두 단위의 전극조립체를 포함할 수 있고, 동일 규격 대비 우수한 용량을 가질 수 있으며, 전지케이스를 이루는 시트부재의 사용량을 절감하여 제조단가를 낮출 수 있을 뿐만 아니라, 수분 및 공기에 대한 차단 능력이 탁월하여 우수한 수명특성을 가지는 효과가 있다.

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

Claims

전지케이스 상에 연속적으로 두 개의 전극조립체 수납부들(A, B)이 형성되어 있고, 그 중 하나의 수납부(A)의 일측에는 상기 수납부(A)의 크기에 대응하는 덮개부가 연장되어 있으며, 상기 수납부(A, B)에 각각 전극조립체를 장착하고, 상기 덮개부를 절곡(1차 절곡)하여 수납부(A)를 덮으며, 상기 수납부들(A, B) 사이를 절곡(2차 절곡)하여 서로 대면하도록 중첩시킨 뒤, 접촉부위를 밀봉하여 제조되는, 병렬 접속방식으로 연결된 구조의 중첩식 이차전지.
제 1 항에 있어서, 상기 수납부들은 전지케이스 상에서 상하 위치로 형성되어 있고, 상기 덮개부는 그 중 하나의 수납부의 측면에 연장되어 있으며, 전극조립체들은 그것의 전극단자들이 서로 반대쪽 방향을 향하도록 상기 수납부들에 각각 장착되고, 상기 2차 절곡면은 수납부들 사이의 경계면인 것을 특징으로 하는 중첩식 이차전지.
제 1 항에 있어서, 상기 수납부들은 전지케이스 상에서 좌우 위치로 형성되어 있고, 상기 덮개부는 그 중 하나의 수납부의 하단면에 연장되어 있으며, 전극조립체들은 그것의 전극단자들이 동일 방향을 향하도록 상기 수납부들에 각각 장착되며, 상기 2차 절곡면은 수납부들 사이의 경계면인 것을 특징으로 하는 중첩식 이차전지.
제 1 항에 있어서, 상기 수납부들은 전지케이스 상에서 좌우 위치로 형성되어 있고, 상기 덮개부는 그 중 하나의 수납부의 측면에 연장되어 있으며, 전극조립체들은 그것의 전극단자들이 동일 방향을 향하도록 상기 수납부들에 각각 장착되며, 상기 2차 절곡면은 수납부들 사이의 경계면인 것을 특징으로 하는 중첩식 이차전지.
제 4 항에 있어서, 상기 덮개부에 대향하는 수납부의 측면에는 수납부들의 밀봉부위를 감쌀 수 있는 크기의 잉여부가 추가로 연장되어 있는 것을 특징으로 하는 중첩식 이차전지.
제 1 항에 있어서, 상기 전극조립체들에서 각각의 인접한 전극단자들은 상호 용접 또는 솔더링에 의하여 결합되는 것을 특징으로 하는 중첩식 이차전지.
제 1 항에 있어서, 상기 전지케이스는 복합 시트로 이루어진 것을 특징으로 하는 중첩식 이차전지.
제 7 항에 있어서, 상기 복합 시트는 금속 배리어층을 중심으로 그것의 상부와 하부에 접착층이 개재된 상태에서 열융착성 고분자 수지를 기반으로 한 실란트층이 각각 부착되어 있는 것을 특징으로 하는 중첩식 이차전지.
제 8 항에 있어서, 상기 배리어층은 알루미늄 또는 구리를 포함하는 것을 특징으로 하는 중첩식 이차전지.
제 8 항에 있어서, 상기 실란트층의 열융착성 고분자 수지는 무연신 폴리프로필렌을 포함하는 것을 특징으로 하는 중첩식 이차전지.
제 8 항에 있어서, 상기 배리어층의 두께는 20 내지 150 ㎛이고, 상기 접착층은 2 내지 20 ㎛이며, 상기 상부 및 하부 실란트층의 두께는 10 내지 80 ㎛인 것을 특징으로 하는 중첩식 이차전지.
제 1 항에 있어서, 상기 전지케이스는 제 7 항에 따른 복합 시트에 딥-드로잉 방식으로 수납부가 형성되어 있는 파우치형 케이스인 것을 특징으로 하는 중첩식 이차전지.
제 1 항에 있어서, 상기 전지는 제 7 항에 따른 복합 시트로 이루어진 파우치형 케이스에 전극조립체가 내장되어 있고 여기에 리튬 전해액이 함침되어 있는 충방전이 가능한 리튬 이차전지인 것을 특징으로 하는 중첩식 이차전지.
제 1 항에 있어서, 상기 전지는 적어도 15 mm 이상의 전체 두께를 가지는 것 을 특징으로 하는 중첩식 이차전지.
제 1 항 내지 14 항 중 어느 하나에 따른 이차전지를 단위전지로 하는 고출력 대용량의 전지모듈.