KR20080082724A - 실링부가 ｕｖ 경화성 물질로 코팅되어 있는 파우치형전지의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 수납부가 형성되어 있는 시트형 케이스에 양극/분리막/음극 구조의 전극조립체를 장착하고 열융착에 의해 밀봉된 구조의 이차전지를 제조하는 방법으로서, (a) 상기 열융착에 의해 수납부 외주면 전체에 열융착 부위(실링부)를 형성하는 단계; (b) 상기 실링부를 각각 수직으로 절곡하여 수납부의 측벽에 밀착시키는 단계; (c) 상기 수직 절곡 실링부의 단부에 자외선 경화성 물질을 도포한 후 자외선을 조사하여 경화시키는 단계를 포함하는 과정으로 구성된 이차전지의 제조방법을 제공한다.
본 발명에 따르면, 실링부의 단부에 자외선 경화성 물질을 도포하여 경화시키는 과정이 간편하고 용이해짐으로써, 높은 생산 수율 및 공정 효율로 밀봉성이 향상된 전지를 제조할 수 있다.
Description
도 1은 종래의 파우치형 이차전지의 일반적인 구조에 대한 분해 사시도이다;
도 2는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 이차전지에서 케이스의 실링부가 수납부 측벽에 밀착되어 있는 구조의 단면도이다;
도 3은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 이차전지에서 케이스 실링부의 단부가 변형되어 있는 구조의 단면도이다;
도 4는 도 3의 A 부위에 대한 확대도이다;
도 5는 도 3의 A 부위의 변형예에 대한 확대도이다.
본 발명은 실링부가 UV 경화성 물질로 코팅되어 있는 파우치형 전지의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 수납부가 형성되어 있는 시트형 케이스에 양극/분리막/음극 구조의 전극조립체를 장착하고 열융착에 의해 밀봉된 구조의 이차전지를 제조하는 방법으로서, 상기 열융착에 의해 수납부 외주면 전체에 열융착 부위(실링부)를 형성하는 단계, 상기 실링부를 각각 수직으로 절곡하여 수납부의 측벽에 밀착시키는 단계, 및 상기 수직 절곡 실링부의 단부에 자외선 경화성 물질을 도포한 후 자외선을 조사하여 경화시키는 단계를 포함하는 과정으로 구성된 제조방법에 관한 것이다.
모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서의 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 안정성 등의 장점을 가진 리튬이온 전지, 리튬이온 폴리머 전지 등과 같은 리튬 이차전지에 대한 수요가 높다.
또한, 이차전지는 양극/분리막/음극 구조의 전극조립체가 어떠한 구조로 이루어져 있는지에 따라 분류되기도 하는 바, 대표적으로는, 긴 시트형의 양극들과 음극들을 분리막이 개재된 상태에서 권취한 구조의 젤리-롤(권취형) 전극조립체, 소정 크기의 단위로 절취한 다수의 양극과 음극들을 분리막을 개재한 상태로 순차적으로 적층한 스택형(적층형) 전극조립체, 소정 단위의 양극과 음극들을 분리막을 개재한 상태로 적층한 바이셀(Bi-cell) 또는 풀셀(Full cell)들을 권취한 구조의 스택/폴딩형 전극조립체 등을 들 수 있다.
최근에는, 스택형 또는 스택/폴딩형 전극조립체를 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치형 전지케이스에 내장한 구조의 파우치형 전지가, 낮은 제조비, 작은 중량, 용이한 형태 변형 등을 이유로, 많은 관심을 모으고 있고 또한 그것의 사용량이 점차적으로 증가하고 있다.
도 1에는 종래의 대표적인 파우치형 이차전지의 일반적인 구조가 분해 사시도로서 모식적으로 도시되어 있다.
도 1을 참조하면, 파우치형 이차전지(10)는, 전극조립체(30), 전극조립체(30)로부터 연장되어 있는 전극 탭들(31, 32), 전극 탭들(31, 32)에 용접되어 있는 전극리드(40, 41), 및 전극조립체(30)를 수용하는 전지케이스(20)를 포함하는 것으로 구성되어 있다.
전극조립체(30)는 분리막이 개재된 상태에서 양극과 음극이 순차적으로 적층되어 있는 발전소자로서, 스택형 또는 스택/폴딩형 구조로 이루어져 있다. 전극 탭들(31, 32)은 전극조립체(30)의 각 극판으로부터 연장되어 있고, 전극리드(40, 41)는 각 극판으로부터 연장된 복수 개의 전극 탭들(31, 32)과, 예를 들어, 용접에 의해 각각 전기적으로 연결되어 있으며, 전지케이스(20)의 외부로 일부가 노출되어 있다. 또한, 전극리드(40, 41)의 상하면 일부에는 전지케이스(20)와의 밀봉도를 높이고 동시에 전기적 절연상태를 확보하기 위하여 절연필름(50)이 부착되어 있다.
전지케이스(20)는 전극조립체(30)가 안착될 수 있는 오목한 형상의 수납부(23)를 포함하는 케이스 본체(22)와 그러한 본체(22)에 일체로 연결되어 있는 덮개(21)로 이루어져 있고, 수납부(23)에 전극조립체(30)을 수납한 상태로 접촉부위 인 양측부(24)와 상단부(25)를 접착시킴으로써 전지를 완성한다. 전지케이스(20)는 수지층/금속박층/수지층의 알루미늄 라미네이트 구조로 이루어져 있어서, 서로 접하는 덮개(21)와 본체(22)의 양측부(24) 및 상단부(25) 부위에 열과 압력을 가하여 수지층을 상호 융착시킴으로써 접착시킨다. 양측부(24)는 상하 전지케이스(20)의 동일한 수지층이 직접 접하므로 용융에 의해 균일한 밀봉이 가능하다. 반면에, 상단부(25)에는 전극리드(40, 41)가 돌출되어 있으므로 전극리드(40, 41)의 두께 및 전지케이스(20) 소재와의 이질성을 고려하여 밀봉성을 높일 수 있도록 전극리드(40, 41)와의 사이에 절연 필름(50)을 개재한 상태에서 열융착시킨다.
이러한 파우치형 전지는 전극조립체를 라미네이트 시트에 수납하고 전해액을 주입하여 열융착 등으로 밀봉하는 단계에서, 열융착 부위(실링부)가 전해액 주입과정에서의 오염과 라미네이트 시트의 최내측 수지층에서의 과다한 용융 현상 및/또는 가압으로 인한 내측 수지층의 외부로의 돌출로 인하여, 열융착을 행한 이후에도 완전한 실링 상태를 유지하기 어려워 수분의 침투가 용이하고 전해액의 누액 가능성이 존재하는 문제점이 있다.
또한, 파우치형 전지는 반복적인 충방전 과정에서 전지 본체가 팽창 및 수축을 반복하므로 실링부의 분리가 쉬워지는 바, 장기간의 사용시 상기와 같은 실링부에서의 문제점은 더욱 심각해지게 된다.
이와 관련하여, 한국 특허출원공개 제2001-0078364호는 열융착부 외곽에 밀폐보조제로서 UV 경화제를 도포하여 경화시킴으로써, 밀봉성을 향상시킨 파우치형 전지를 개시하고 있다. 그러나, 얇은 수직 단면상의 열융착부 외곽에 소정의 점도 와 유동성을 가진 UV 경화제를 도포하는 작업이 용이하지 않으며, 도포 후, 자외선을 조사하여 경화시키는 과정에서 UV 경화제가 하단으로 흘러내려 전지의 밀봉성 향상 효과를 감소시킬 수 있는 문제점이 있다. 결과적으로, 상기 기술은 실제 양산 공정에 적용하기에 적합하지 않다.
또한, 한국 특허출원공개 제2001-0004352호는 양극 캡의 가스킷 실링부, 안전변부, 양극 캡과 케이스의 용접 부위 및 전해액 주입구의 밀봉 부위에 자외선 경화성 수지를 도포하여 경화시키는 밀폐 전지의 제조방법을 개시하고 있다. 그러나, 상기 기술은 원통형이나 각형전지에 적용되는 기술로서, 구조적 특성상, 앞서 설명한 바와 같은 경화 물질의 도포의 번거로움, 밀봉부위에서 자외선 경화성 물질의 흘러내림 등의 문제가 발생할 수 있는 파우치형 전지에는 적용하기 어렵다.
따라서, 파우치형 전지에서 열융착부의 밀봉성을 향상시키기 위해 UV 경화제를 사용하는 경우의 문제점을 근본적으로 해결할 수 있는 기술에 대한 필요성이 높은 실정이다.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.
본 출원의 발명자들은 심도 있는 연구와 다양한 실험을 거듭한 끝에, 시트형 케이스에 전극조립체를 장착하고 열융착에 의해 밀봉된 구조의 이차전지에서, 실링부를 각각 수직으로 절곡하여 수납부의 측벽에 밀착시킨 상태에서 수직 절곡 실링 부의 단부에 자외선 경화성 물질을 도포한 후 자외선을 조사하여 경화시키는 방법으로 전지를 제조할 경우, 실링부의 단부에 자외선 경화성 물질을 도포하여 경화시키는 과정이 간편하고 용이해지므로, 실제 양산 공정에서 전지의 생산 수율 및 공정 효율이 크게 향상됨과 동시에, 밀봉성이 향상된 전지의 제조가 가능함을 발견하고, 본 발명을 완성하기에 이르렀다.
따라서, 본 발명에 따른 이차전지의 제조방법은, 수납부가 형성되어 있는 시트형 케이스에 양극/분리막/음극 구조의 전극조립체를 장착하고 열융착에 의해 밀봉된 구조의 이차전지를 제조하는 방법으로서,
(a) 상기 열융착에 의해 수납부 외주면 전체에 열융착 부위(실링부)를 형성하는 단계;
(b) 상기 실링부를 각각 수직으로 절곡하여 수납부의 측벽에 밀착시키는 단계; 및
(c) 상기 수직 절곡 실링부의 단부에 자외선 경화성 물질을 도포한 후 자외선(UV)을 조사하여 경화시키는 단계;
를 포함하는 과정으로 구성되어 있다.
상기 제조방법에 따르면, UV 경화성 물질의 도포 및 UV의 조사가 용이하도록 실링부를 수직 절곡하여 수납부의 측벽에 밀착시킴으로써 실링부의 단부를 수평면 형태로 만든 상태에서, 유동성이 있는 자외선 경화성 물질을 실링부의 단부에 도포 하고 UV를 조사하여 경화시키므로, 밀봉성이 우수한 전지를 우수한 생산수율과 용이한 제조공정으로 제조할 수 있다.
본 발명은 또한, 수납부가 형성되어 있는 시트형 케이스에 양극/분리막/음극 구조의 전극조립체를 장착하고 열융착에 의해 밀봉된 구조의 이차전지를 제조하는 방법으로서,
(a) 상기 열융착에 의해 수납부 외주면 전체에 열융착 부위(실링부)를 형성하는 단계;
(b) 상기 수납부가 형성되어 있는 시트형 케이스(A)의 열융착 부위(실링부)에서 그와 대면하여 접촉되는 시트형 케이스(B)의 열융착 부위(실링부)보다 넓게 형성된 잉여부를 시트형 케이스(B) 방향으로 절곡하여 변형시키는 단계;
(c) 상기 잉여부의 단부에 자외선 경화성 물질을 도포한 후 자외선(UV)을 조사하여 경화시키는 단계;
를 포함하는 과정으로 제조되는 이차전지의 제조방법을 제공한다.
상기 제조방법에 따르면, 전지케이스를 구성하는 시트형 케이스(A)의 열융착 부위(실링부)에서 외곽의 잉여부를 시트형 케이스(B)의 방향으로 절곡하여 변형시킴으로써, 수직면의 실링부 단부를 적어도 시트형 케이스(B)의 표면과 나란한 수평면 상태로 변화시켜, 유동성이 있는 자외선 경화성 물질의 도포 및 UV 조사를 용이하게 수행할 수 있게 된다. 따라서, 앞서 언급한 전지의 제조방법과 마찬가지로, 전지의 생산수율 및 제조공정의 효율을 크게 향상시킬 수 있음과 동시에, 밀봉성이 우수한 전지를 제조할 수 있다.
상기 잉여부의 크기는 시트형 케이스(B)의 두께와 동일하거나 그 보다 크다. 상기 두께가 동일한 경우에는, 잉여부의 단부가 시트형 케이스(B)의 단부에 부착되는 형태가 만들어지며(도 4 참조), 상기 두께보다 큰 경우에는, 시트형 케이스(B)의 단부를 감싼 상태에서 내측 방향으로 절곡된 형태가 만들어진다(도 5 참조).
앞서 설명한 두 종류의 제조방법들은 각각, 경화성 물질이 부가되는 실링부 단부를 수평면 구조 또는 그와 유사한 구조로 변경함으로써, 유동성이 있는 자외선 경화성 물질의 도포와 UV 조사를 용이하게 한다는 점에서 공통점이 있다.
상기 시트형 케이스는 열융착에 의한 밀봉을 행할 수 있는 소재로서, 바람직하게는, 금속층과 수지층을 포함하는 라미네이트 시트로 이루어질 수 있다. 이러한 라미네이트 시트의 바람직한 예로는, 알루미늄 라미네이트 시트를 들 수 있다.
상기 UV 경화성 물질은 UV 조사 시 화학 반응에 의해 가교 결합이 이루어지면서 높은 분자간 결합력을 발휘하는 물질로서, 예를 들어, 불포화 폴리에스테르계 물질이나, 폴리에스테르 아크릴레이트, 에폭시 아크릴레이트, 우레탄 아크릴레이트 등의 폴리아크릴레이트계 물질 등을 들 수 있지만, 이들만으로 한정되는 것은 아니다.
하나의 바람직한 예에서, 상기 UV 경화성 물질은 친수성 기(hydrophilic function group)를 가진 물질일 수 있는 바, 친수성 기를 가진 UV 경화성 물질을 사용함으로써, 전지 내부로 유입되는 수분을 포집하여, 밀봉성을 높임과 동시에 수분의 침투를 억제할 수 있다.
UV 경화성 물질은 소정의 점도를 가진 올리고머, 또는 소분자량의 중합체의 형태로 해당 부위에 도포된 후 UV로 경화되는 것일 수 있다.
일반적인 자외선(UV) 경화제는 단량체(monomer)와 중간체(oligomer)로 이루어져 있는 점도가 낮은 액체 상태의 물질이다. 그러나, 상기 물질은 소정의 점도를 가진 올리고머, 또는 소분자량의 중합체 형태로 해당 부위에 도포되므로, 도포가 용이하고 도포 후에도 유동이 거의 없어 최적의 밀봉성 향상 효과를 얻을 수 있다.
경우에 따라서는, UV 경화성 물질이 단량체로서 소정의 증점제가 첨가된 상태에서 해당 부위에 도포된 후 UV로 경화되는 것일 수 있다.
앞서 언급한 바와 같이, 단량체(monomer)로 이루어진 자외선(UV) 경화제는 점도가 낮은 액체 상태의 물질이다. 따라서, 이러한 물질의 점도를 증가시켜 줄 수 있는 카복시메틸셀룰로오스(carboxy methyl cellulose), 하이드록시에틸셀룰로오스(Hydroxy ethyl cellulose), 폴리비닐알콜(Polyvinyl Alcohol), 폴리비닐아세테이트(Polyvinylacrylate) 등과 같은 증점제를 첨가하여 해당 부위에 도포함으로써, 도포가 용이해지고, 밀봉성이 향상된 효과를 얻을 수 있다.
한편, 상기 시트형 케이스를 내부에서 외부로 관통하는 전극리드 주변의 실링부는 전극리드에 의한 단차로 인하여, 열융착 실링 후에도 밀봉성이 상대적으로 약해질 수 있다. 따라서, 상기 UV 경화성 물질은 전극조립체에 연결되어 전지케이스 외부로 돌출되어 있는 전극리드 주변의 실링부에 코팅되어 있는 것이 바람직할 수 있다. 경우에 따라서는, 전극리드 주변의 실링부에 이러한 자외선 경화성 물질을 도포함으로써, 종래 전극리드 주변 실링부의 밀봉성을 높이기 위해 열융착성 절 연필름을 전극 탭 또는 전극 리드에 부착하여 열융착하는 과정을 생략할 수도 있다.
상기 전극조립체는 양극과 음극 및 그 사이에 개재되어 있는 분리막으로 이루어진 구조라면 특별히 제한되지 않으며, 예를 들어, 폴딩형, 스택형 또는 스택/폴딩형 구조를 들 수 있다. 스택/폴딩형 구조의 전극조립체에 대한 자세한 내용은 본 출원인의 한국 특허출원공개 제2001-0082058호, 제2001-0082059호 및 제2001-0082060호에 개시되어 있으며, 상기 출원은 본 발명의 내용에 참조로서 합체된다.
하나의 바람직한 예에서, 상기 실링부를 각각 수직으로 절곡하여 수납부의 측벽에 밀착시키는 단계를 포함하는 제조방법 중, 전극조립체는 다수의 양극과 음극 및 분리막이 순차적으로 적층되어 있는 구조로서, 전체적으로 판상형의 육면체 구조일 수 있다. 이 경우, 전극조립체를 밀봉하는 전지케이스는, 상기 전극조립체에 대응하는 육면체 구조의 수납부와, 상기 수납부의 외주면을 따라 형성되어 있고 그로 인하여 평면상 사각형의 구조로 이루어진 실링부를 포함할 수 있다. 사각형의 구조로 이루어진 상기 실링부는, 수납부의 측면으로 밀착되기 위한 절곡이 용이하게 수행될 수 있도록, 실링부들이 교차되는 모서리 부분에서 소정의 크기로 모따기가 행해질 수 있다.
또한, 상기 실링부를 각각 수직으로 절곡하여 수납부의 측벽에 밀착시키는 단계를 포함하는 제조방법 중, 하나의 바람직한 예에서, 전극 단자가 위치하는 수직 절곡 실링부에는 수납부의 측벽에 안착되는 방향으로 보호회로부가 탑재될 수 있다. 더욱 구체적으로, 상기 보호회로부는 전극 단자에 전기적으로 접속된 상태 에서, 상기 수납부의 측벽에 밀착되어 있는 실링부 상에 탑재될 수 있다. 이때, 상기 보호회로부는 수납부의 측벽과 평행한 구조를 이루도록 탑재됨으로써, 더욱 안정적으로 장착될 수 있다. 이러한 구조에 의하여, 본 발명의 이차전지는, 상기 보호회로부의 장착에 따른 부피증가를 최소화할 수 있는 장점도 가진다.
본 발명에 따른 전지는 리튬 함유 전해액이 전극조립체에 함침되어 있는 리튬이온 이차전지, 리튬 함유 전해액이 겔의 형태로 전극조립체에 함침되어 있는, 이른바, 리튬이온 폴리머 전지 등의 리튬 이차전지에 바람직하게 적용될 수 있다.
일반적으로, 리튬 이차전지는 양극, 음극, 분리막, 및 리튬염 함유 비수 전해액으로 구성되어 있다.
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.
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 - xO2 (여 기서, 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.
상기 도전재는 통상적으로 양극 활물질을 포함한 혼합물 전체 중량을 기준으로 1 내지 50 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.
상기 바인더는 활물질과 도전재 등의 결합과 집전체에 대한 결합에 조력하는 성분으로서, 통상적으로 양극 활물질을 포함하는 혼합물 전체 중량을 기준으로 1 내지 50 중량%로 첨가된다. 이러한 바인더의 예로는, 폴리불화비닐리덴, 폴리비닐알코올, 카르복시메틸셀룰로우즈(CMC), 전분, 히드록시프로필셀룰로우즈, 재생 셀룰로우즈, 폴리비닐피롤리돈, 테트라플루오로에틸렌, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 에틸렌-프로필렌-디엔테르폴리머(EPDM), 술폰화 EPDM, 스티렌 브티렌 고무, 불소 고무, 다양한 공중합체 등을 들 수 있다.
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.
상기 음극은 음극 집전체 상에 음극 활물질을 도포, 건조하여 제작되며, 필요에 따라, 앞서 설명한 바와 같은 성분들이 더 포함될 수도 있다.
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.
상기 분리막은 양극과 음극 사이에 개재되며, 높은 이온 투과도와 기계적 강도를 가지는 절연성의 얇은 박막이 사용된다. 분리막의 기공 직경은 일반적으로 0.01 ~ 10 ㎛이고, 두께는 일반적으로 5 ~ 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.
리튬염 함유 비수계 전해액은, 극성 유기 전해액과 리튬염으로 이루어져 있다. 전해액으로는 비수계 액상 전해액, 유기 고체 전해질, 무기 고체 전해질 등이 사용된다.
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.
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.
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.
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.
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, 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.
본 발명은 또한, 상기 제조방법에 의해 제조된 이차전지로서, 수납부가 형성되어 있는 시트형 케이스에 양극/분리막/음극 구조의 전극조립체를 장착하고 열융착에 의해 밀봉된 구조의 이차전지로서, 상기 열융착에 의해 수납부 외주면 전체에 열융착 부위(실링부)가 형성되어 있으며, 상기 수납부가 형성되어 있는 시트형 케이스(A)의 열융착 부위(실링부)에서 그와 대면하여 접촉되는 시트형 케이스(B)의 열융착 부위(실링부)보다 넓게 형성된 잉여부는 시트형 케이스(B) 방향으로 절곡하여 변형되어 있고, 상기 잉여부의 단부에 자외선 경화성 물질이 도포되어 있는 이 차전지를 제공한다.
상기 이차전지는 종래에 알려져 있지 않은 신규한 구조로 이루어져 있으며, 앞서 설명한 바와 같은 다양한 잇점을 제공한다.
이하에서는, 본 발명의 실시예에 따른 도면을 참조하여 설명하지만, 이는 본 발명의 더욱 용이한 이해를 위한 것으로, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.
도 2에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 이차전지 셀에서 케이스의 실링부가 수납부 측벽에 밀착되어 있는 구조의 단면도가 모식적으로 도시되어 있다.
도 2를 참조하면, 전지셀(100)은 제 1 시트형 케이스(110)의 수납부(112)에 양극/분리막/음극 구조의 전극조립체(도시하지 않음)를 장착한 후, 그에 대응하는 제 2 시트형 케이스(120)를 열융착시켜 소정의 과정을 통해 제작된다. 열융착 과정에서 수납부(112)의 외주면 방향으로 실링부(130, 140)가 형성된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 양측 실링부들(130, 140)을 수납부(112)와의 인접부에서 각각 절곡되어 수납부 측벽(112a)에 밀착시킨 후, 수직 절곡된 실링부의 단부(150)에 자외선 경화성 물질(도시하지 않음)을 도포한 후 자외선을 조사하여 경화시킨다. 따라서, 좁은 단부(150)에 대해 수평면 상으로 도포를 수행하므로 작업이 용이하고, 유동성이 있는 자외선 경화성 물질이 흘러내리지 않고 안정적으로 도포되어 경화될 수 있으므로, 전지의 생산수율 및 제조공정의 효율성이 향상된다.
도 3에는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 이차전지 셀에서 케이스 실링부의 단부가 변형되어 있는 구조의 단면도가 모식적으로 도시되어 있고, 도 4에는 도 3의 A 부위에 대한 확대도가 도시되어 있다.
이들 도면을 참조하면, 전지셀(200)은, 수납부가 형성되어 있는 시트형 케이스(A)(210)의 열융착 부위(실링부)가 그와 대면하여 접촉되는 시트형 케이스(B)(220)의 열융착 부위(실링부)보다 넓게 형성된 잉여부(212)를 포함하고 있다는 점에 특징이 있다.
따라서, 시트형 케이스(B)(220)의 방향으로 잉여부(212)를 절곡하여 변형하면, 수직 단면상인 실링부의 단부(201)가 시트형 케이스(A)(210)의 표면과 나란한 수평면 구조로 형성되므로, 유동성이 있는 UV 경화성 물질(300)이 흘러내리지 않고 안정적으로 도포되어 경화될 수 있다.
도 5에서와 같이, 잉여부(212)가 시트형 케이스(B)(220)의 두께보다 큰 경우에는, 시트형 케이스(B)(220)의 단부(222)를 완전히 감싸면서 내측으로 절곡할 수도 있으며, 이 경우에도, 수평면 구조의 실링부 단부에 UV 경화성 물질(300)을 도포하고 UV를 조사하여 경화를 이룰 수 있다.
본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주내에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 이차전지의 제조방법은 실링부 를 각각 수직으로 절곡하여 수납부의 측벽에 밀착시키는 것과 같이 실링부를 변형시켜 자외선 경화성 물질의 도포함으로써, 높은 생산 수율 및 공정 효율로 밀봉성이 향상된 전지를 제조할 수 있다.
Claims (15)
- 수납부가 형성되어 있는 시트형 케이스에 양극/분리막/음극 구조의 전극조립체를 장착하고 열융착에 의해 밀봉된 구조의 이차전지를 제조하는 방법으로서,(a) 상기 열융착에 의해 수납부 외주면 전체에 열융착 부위(실링부)를 형성하는 단계;(b) 상기 실링부를 각각 수직으로 절곡하여 수납부의 측벽에 밀착시키는 단계; 및(c) 상기 수직 절곡 실링부의 단부에 자외선 경화성 물질을 도포한 후 자외선(UV)을 조사하여 경화시키는 단계;를 포함하는 과정으로 제조되는 것을 특징으로 하는 이차전지의 제조방법.
- 수납부가 형성되어 있는 시트형 케이스에 양극/분리막/음극 구조의 전극조립체를 장착하고 열융착에 의해 밀봉된 구조의 이차전지를 제조하는 방법으로서,(a) 상기 열융착에 의해 수납부 외주면 전체에 열융착 부위(실링부)를 형성하는 단계;(b) 상기 수납부가 형성되어 있는 시트형 케이스(A)의 열융착 부위(실링부)에서 그와 대면하여 접촉되는 시트형 케이스(B)의 열융착 부위(실링부)보다 넓게 형성된 잉여부를 시트형 케이스(B) 방향으로 절곡하여 변형시키는 단계; 및(c) 상기 잉여부의 단부에 자외선 경화성 물질을 도포한 후 자외선(UV)을 조 사하여 경화시키는 단계;를 포함하는 과정으로 제조되는 것을 특징으로 하는 이차전지의 제조방법.
- 제 2 항에 있어서, 상기 잉여부의 크기는 시트형 케이스(B)의 두께와 동일하거나 그 보다 큰 것을 특징으로 하는 제조방법.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 시트형 케이스는 수지층과 금속층을 포함하는 라미네이트 시트로 이루어진 것을 특징으로 하는 제조방법.
- 제 4 항에 있어서, 상기 시트형 케이스는 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치형 케이스인 것을 특징으로 하는 제조방법.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 UV 경화성 물질은 친수성 기(hydrophilic function group)를 가진 물질인 것을 특징으로 하는 제조방법.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 UV 경화성 물질은 불포화 폴리에스테르계 물질 또는 폴리아크릴레이트계 물질인 것을 특징으로 하는 제조방법.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 UV 경화성 물질은 소정의 점도를 가진 올리고머, 또는 소분자량의 중합체의 형태로 해당 부위에 도포된 후 UV로 경화되는 것을 특징으로 하는 제조방법.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 UV 경화성 물질은 단량체로서 소정의 증점제가 첨가된 상태에서 해당 부위에 도포된 후 UV로 경화되는 것을 특징으로 하는 제조방법.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 UV 경화성 물질은 전극조립체에 연결되어 전지케이스 외부로 돌출되어 있는 전극리드 주변의 실링부에 코팅되어 있는 것을 특징으로 하는 제조방법.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 전극조립체는 권취형 구조, 스택형 구조 또는 스택/권취형 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 제조방법.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 전극조립체는 판상형 육면체 구조로 이루어져 있고, 상기 실링부의 모서리는 절곡이 용이할 수 있도록 소정 크기의 모따기가 행해진 것을 특징으로 하는 제조방법.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 전극 단자가 위치하는 수직 절곡 실링부에는 수납부의 측벽에 안착되는 방향으로 보호회로부가 탑재되어 있는 것을 특징으로 하는 제조방법.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 전지는 리튬이온 이차전지 또는 리튬이온 폴리머 전지인 것을 특징으로 하는 제조방법.
- 수납부가 형성되어 있는 시트형 케이스에 양극/분리막/음극 구조의 전극조립체를 장착하고 열융착에 의해 밀봉된 구조의 이차전지로서, 상기 열융착에 의해 수납부 외주면 전체에 열융착 부위(실링부)가 형성되어 있으며, 상기 수납부가 형성되어 있는 시트형 케이스(A)의 열융착 부위(실링부)에서 그와 대면하여 접촉되는 시트형 케이스(B)의 열융착 부위(실링부)보다 넓게 형성된 잉여부는 시트형 케이스(B) 방향으로 절곡하여 변형되어 있고, 상기 잉여부의 단부에 자외선 경화성 물질이 도포되어 있는 것을 특징으로 하는 이차전지.
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