KR20110061293A - 가스 포집용 잉여부를 포함하고 있는 파우치형 전지케이스 - Google Patents

가스 포집용 잉여부를 포함하고 있는 파우치형 전지케이스 Download PDF

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Abstract

본 발명은 양극/분리막/음극 구조의 전극조립체를 전해액과 함께 내부에 밀봉하기 위한 파우치형 전지케이스로서, 상하 대칭 구조로 전개한(펼친) 전지케이스에서, 상부 케이스 및/또는 하부 케이스에는 전극조립체의 장착을 위한 수납부가 형성되어 있고, 전극조립체가 상기 수납부에 장착된 상태에서 중앙의 수평축을 중심으로 상하로 포개지도록 접은 후 외주면을 실링할 수 있도록 전지케이스의 외주면에는 실링부("외주면 실링부")가 형성되어 있으며, 상기 외주면 실링부들 중에서 수평축 상에 위치하는 외주면 실링부의 하나에는, 전지의 제조과정에서 가스를 포집하기 위한 가스 포집용 잉여부가 외측방향으로 돌출된 형태로 형성되어 있고, 상기 가스 포집용 잉여부는 그것이 형성되어 있는 외주면 실링부의 길이보다 작은 길이를 가지는 파우치형 전지케이스를 제공한다.

Description

가스 포집용 잉여부를 포함하고 있는 파우치형 전지케이스 {Pouch-Type Battery Case Having Gas-Gathering Residue Portion}
본 발명은 가스 포집용 잉여부를 포함하고 있는 파우치형 전지케이스에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전극조립체를 전해액과 함께 내부에 밀봉하기 위한 파우치형 전지케이스로서, 상하 대칭 구조로 전개한 전지케이스에서, 상부 케이스 및/또는 하부 케이스에는 전극조립체의 장착을 위한 수납부가 형성되어 있고, 전극조립체가 상기 수납부에 장착된 상태에서 중앙의 수평축을 중심으로 상하로 포개지도록 접은 후 외주면을 실링할 수 있도록 전지케이스의 외주면에는 실링부("외주면 실링부")가 형성되어 있으며, 상기 외주면 실링부들 중에서 수평축 상에 위치하는 외주면 실링부의 하나에는, 전지의 제조과정에서 가스를 포집하기 위한 가스 포집용 잉여부가 외측방향으로 돌출된 형태로 형성되어 있고, 상기 가스 포집용 잉여부는 그것이 형성되어 있는 외주면 실링부의 길이보다 작은 길이를 가지는 파우치형 전지케이스에 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 분리필름으로 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(40, 50), 전극 탭들(40, 50)에 용접되어 있는 전극리드(60, 70), 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(40, 50)은 전극조립체(30)의 각 극판으로부터 연장되어 있고, 전극리드(60, 70)는 각 극판으로부터 연장된 복수 개의 전극 탭들(40, 50)과, 예를 들어, 용접에 의해 각각 전기적으로 연결되어 있으며, 전지케이스(20)의 외부로 일부가 노출되어 있다. 또한, 전극리드(60, 70)의 상하면 일부에는 전지케이스(20)와의 밀봉도를 높이고 동시에 전기적 절연상태를 확보하기 위하여 절연필름(80)이 부착되어 있다.
전지케이스(20)는 알루미늄 라미네이트 시트로 이루어져 있고, 전극조립체(30)를 수용할 수 있는 공간을 제공하며, 전체적으로 파우치 형상을 가지고 있다. 도 1에서와 같은 적층형 전극조립체(30)의 경우, 다수의 양극 탭들(40)과 다수의 음극 탭들(50)이 전극리드(60, 70)에 함께 결합될 수 있도록, 전지케이스(20) 내부 상단은 전극조립체(30)로부터 이격되어 있다.
일반적으로, 리튬 이차전지는 전지의 제조과정에서 활성화 과정을 거치는 바, 상기 활성화 과정은 전해액이 함침되어 있는 전극조립체에 소정의 전압까지 전류를 인가하는 과정으로 진행된다. 이러한 활성화를 위한 초기 충방전 과정에서 전극의 표면에 보호 피막을 형성하게 되고 일부 전해액이 분해되어 다량의 가스가 발생한다. 따라서, 상기 발생 가스를 제거한 상태에서 전지 조립을 완성하여 완제품을 생산하게 된다.
도 1에서와 같은 파우치형 전지 역시 초기 충방전의 활성화 과정에서 가스를 제거한 후 밀봉하는 과정을 거치는데, 일반적으로는 파우치 케이스의 일측에 상당한 크기의 잉여부를 형성하여 가스를 포집한 후 이를 제거하여 밀봉하는 과정을 거친다.
그러나, 종래기술에서의 가스 포집용 잉여부는 파우치형 전지케이스의 손실이 크고, 전지케이스의 제조 공정을 포함하여 전반적인 공정 효율성 역시 매우 낮다는 문제점을 가지고 있다.
이러한 문제점을 종래의 파우치형 이차전지 제조방법에 대한 모식도들이 순차적으로 도시되어 있는 도 2 내지 도 5를 참조하여 설명한다..
먼저 도 2를 참조하면, 소정의 모재(100)로부터 전극조립체 수납부(110)의 4배 크기에 해당하는 파우치형 전지케이스(120)를 커팅한다.
다음으로 도 3을 도 2와 함께 참조하면, 파우치형 전지케이스(120)의 수납부(110)에 전극조립체(140)를 장착한 후, 전극조립체(140)를 장착한 상태에서 파우치형 전지케이스(110)를 중앙의 수평축(W)을 중심으로 상하로 포개지도록 접는다.
그와 같이 접힌 파우치형 전지케이스(122)에서 가스 포집용 잉여부(130)를 제외한 외주면 전체를 실링(124)하고, 실링하지 않은 가스 포집용 잉여부(130)를 통해 화살표 방향으로 전해액을 주입한다.
다음으로 도 4를 도 3과 함께 참조하면, 가스 포집용 잉여부(130)의 외주면 을 실링(126)하여 가스 포켓부(132)로 변환한 후, 가스 포켓부(132)를 3개 천공(134)하여 활성화 과정에서 발생한 가스를 제거한다.
마지막으로 도 5를 도 4와 함께 참조하면, 가스 포켓부(132)를 절취하여 가스를 완전히 제거하고, 절취 부위를 추가로 실링(128)하여 파우치형 이차전지를 완성하게 된다.
그러나, 도 2 내지 도 5와 같은 종래의 파우치형 이차전지 제조방법은 제조과정 중 마지막 단계에서 가스 포켓부(132)의 절취시 파우치형 전지케이스(120)의 50%가 손실되므로, 그만큼 제조원가가 상승하는 문제점이 있다.
또한, 활성화 과정에서 발생한 가스를 제거하기 위해 가스 포켓부(132)를 핀으로 3개 천공하는 과정에서 전해액에 의한 오염(136)이 다량 발생하는 문제점이 있다.
따라서, 이러한 문제점들을 근본적으로 해결할 수 있는 기술에 대한 필요성이 높은 실정이다.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.
구체적으로, 본 발명의 목적은, 외주면 실링부들 중에서 수평축 상에 위치하는 외주면 실링부의 하나에는, 전지의 제조과정에서 가스를 포집하기 위한 가스 포 집용 잉여부가 외측방향으로 돌출된 형태로 형성되어 있고, 가스 포집용 잉여부는 그것이 형성되어 있는 외주면 실링부의 길이보다 작은 길이를 가지도록 파우치형 전지케이스를 제조함으로써, 파우치형 전지케이스를 제조하기 위한 원단의 사용을 극대화함과 동시에 핀으로 천공하는 부위를 최소화함으로써 가스 취출 중 전해액에 의한 오염 불량율을 감소시키는 파우치형 전지케이스를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 수율 향상 및 높은 양품률을 확보하면서 제조공정이 용이한 이차전지를 제공하는 것이다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 파우치형 전지케이스는, 양극/분리막/음극 구조의 전극조립체를 전해액과 함께 내부에 밀봉하기 위한 파우치형 전지케이스로서,
상하 대칭 구조로 전개한(펼친) 전지케이스에서, 상부 케이스 및/또는 하부 케이스에는 전극조립체의 장착을 위한 수납부가 형성되어 있고,
전극조립체가 상기 수납부에 장착된 상태에서 중앙의 수평축을 중심으로 상하로 포개지도록 접은 후 외주면을 실링할 수 있도록 전지케이스의 외주면에는 실링부("외주면 실링부")가 형성되어 있으며,
상기 외주면 실링부들 중에서 수평축 상에 위치하는 외주면 실링부의 하나에는, 전지의 제조과정에서 가스를 포집하기 위한 가스 포집용 잉여부가 외측방향으로 돌출된 형태로 형성되어 있고,
상기 가스 포집용 잉여부는 그것이 형성되어 있는 외주면 실링부의 길이보다 작은 길이를 가지는 구조로 구성되어 있다.
따라서, 본 발명에 따른 파우치형 전지케이스는, 앞서 설명한 바와 같은 특정한 조건으로 가스 포집용 잉여부가 외주면 실링부 상에 형성되어 있어서, 파우치형 전지케이스의 수율을 종래 구조의 파우치형 전지케이스보다 크게 향상시킬 수 있다.
또한, 진공을 유지하기 위해 에이징(aging) 단계 이후 가스 포집용 잉여부에 핀으로 천공하는 구멍들의 수를 최소화함으로써 가스 취출 중 전해액에 의한 오염 발생율을 크게 감소시킬 수 있다.
더욱이, 발생 가스의 포집을 위한 가스 포집용 잉여부가 실질적으로 전극조립체 수납부 상에 위치하지 않으므로, 수납부를 필요 이상으로 크게 제작할 필요가 없어서, 수납부에 대한 전극조립체의 장착 과정이 용이하다.
상기 전극조립체는 다수의 전극 탭들을 연결하여 양극과 음극을 구성하는 구조라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 바람직하게는 권취형 구조, 스택형 구조와 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.
본 발명에 따른 파우치형 전지케이스는 특히 금속층과 수지층을 포함하는 라미네이트 시트, 하나의 구체적인 예에서 알루미늄 라미네이트 시트로 이루어질 수 있다.
하나의 바람직한 예에서, 상기 가스 포집용 잉여부는, 수평축을 중심으로 전지케이스를 상하로 접었을 때, 대칭을 이루는 크기로 형성되어 있어서, 비대칭을 이루는 크기로 이루어진 구조와 비교하여 전지케이스의 손실을 감소시킬 수 있다.
바람직하게는, 상기 가스 포집용 잉여부는, 수평축을 중심으로 전지케이스를 상하로 접었을 때, 상기 수평축으로부터의 높이가 외주면 실링부의 높이의 10 내지 90%의 크기로 이루어질 수 있다.
즉, 가스 포집용 잉여부에서 수평축으로부터의 높이가 외주면 실링부의 높이의 10% 보다 작으면 발생하는 가스의 양을 소망하는 만큼 포집하기 어렵고, 반대로, 90% 보다 크면 전지케이스 원단의 손실량이 증가하므로 바람직하지 않다.
상기 구조에서, 가스 포집용 잉여부의 높이는 외주면 실링부의 높이의 10 내지 50%의 크기로 이루어지는 것이 발생하는 가스의 양을 충분히 포집하면서 전지케이스 원단의 손실을 감소시킬 수 있으므로 더욱 바람직하다.
상기 가스 포집용 잉여부는, 수평축을 중심으로 전지케이스를 상하로 접었을 때, 돌출된 폭이 수납부 폭의 30 내지 100%의 크기로 이루어질 수 있다.
상기 조건에서, 가스 포집용 잉여부의 돌출된 폭이 수납부 폭의 30% 보다 작으면 발생하는 가스의 양을 소망하는 만큼 포집하기 어렵고, 반대로, 100% 보다 크면 파우치형 전지케이스용 원단의 손실량이 증가하므로 바람직하지 않다.
본 발명은 또한 전지케이스의 원단 사용량을 최소화할 수 있는 파우치형 전지케이스의 재단 방법을 제공한다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 파우치형 전지케이스의 재단 방법은, 전지케이스용 모재로부터 본 발명에 따른 파우치형 전지케이스를 재단하는 방법으로서, 파우치형 케이스들을 모재의 가로방향으로 재단하고, 상기 가로방향의 재단 과정은 1번 파우치형 케이스, 2번 파우치형 케이스, 3번 파우치형 케이스 … n번 파우치형 케이스의 순서로 재단되며, 상기 1번 파우치형 케이스와 3번 파우치형 케이스는 가스 포집용 잉여부가 상향 위치로 배열되고, 2번 파우치형 케이스는 가스 포집용 잉여부가 하향 위치로 배열되며, 상기 2번 파우치형 케이스의 가스 포집용 잉여부가 상기 1번 파우치형 케이스와 3번 파우치형 케이스 사이에 위치하는 교번 배열 방식으로 재단되는 방법으로 구성되어 있다.
따라서, 이러한 재단 방법은 전극조립체를 전해액과 함께 내부에 적재하기 위한 파우치형 전지케이스의 원단 손실량을 최소화할 수 있다.
상기 재단방법에서 재단은 각각의 파우치형 케이스를 순차적으로 커팅하는 방식으로 진행될 수 있다.
구체적으로는, 모재에서 1번 파우치형 케이스, 2번 파우치형 케이스, 3번 파우치형 케이스 순서 … n번 파우치형 케이스의 순서로 순차적으로 커팅할 수 있다.
또 다른 예로서, 생산효율을 더욱 향상시키기 위해 각각의 파우치형 케이스들을 동시에 커팅할 수도 있으며, 이러한 예로서, 상기 재단은 상기 교번 배열 방식으로 커터들이 장착된 나이프를 사용하여 1회 재단에서 둘 이상의 파우치형 케이스들을 동시에 커팅하는 방식으로 진행될 수 있다.
본 발명은 또한 상기 파우치형 전지케이스를 포함하고 있는 이차전지를 제공 한다.
상기 이차전지는 권취형, 스택형 또는 스택/폴딩형 구조의 전극조립체가 파우치형 전지케이스에 내장되어 있는 구조로 이루어질 수 있다.
일반적으로 파우치형 이차전지는, 예를 들어, 알루미늄 라미네이트 시트로 이루어진 파우치형 전지케이스의 수납부에 전극조립체가 내장되어 있는 구조로 이루어져 있다. 즉, 파우치형 이차전지는 라미네이트 시트에 전극조립체의 장착을 위한 수납부를 형성하고, 상기 수납부에 전극조립체를 장착한 상태에서 상기 시트와 분리되어 있는 별도의 시트 또는 그로부터 연장되어 있는 시트를 열융착하여 밀봉하는 것으로 제조된다.
본 발명에 따른 이차전지는 바람직하게는 리튬 이차전지일 수 있으며, 특히, 리튬 함유 전해액이 겔의 형태로 전극조립체에 함침되어 있는, 이른바, 리튬이온 폴리머 전지에 바람직하게 적용될 수 있다.
본 발명은 또한 상기 파우치형 전지케이스를 사용하는 이차전지 제조방법을 제공한다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 이차전지 제조방법은 파우치형 전지케이스를 사용하여 이차전지를 제조하는 방법으로서,
(a) 파우치형 전지케이스의 수납부에 전극조립체를 장착하는 단계;
(b) 상기 전극조립체를 장착한 상태에서 파우치형 전지케이스를 중앙의 수평축을 중심으로 상하로 포개지도록 접는 단계;
(c) 상기 접은 파우치형 전지케이스의 외주면을 실링하여 가스 포집용 잉여 부를 가스 포켓부로 변환하는 단계; 및
(d) 상기 가스 포켓부를 천공하여 활성화 과정에서 발생한 가스를 제거하는 단계;
를 포함하는 과정으로 이루어질 수 있다.
상기 실링은 파우치형 전지케이스의 상부 케이스와 하부 케이스를 높은 밀봉도로 용이하게 결합할 수 있는 방법이면 특별한 제한은 없으며, 바람직하게는 열융착에 의해 달성될 수 있다.
하나의 바람직한 예에서, 상기 단계(c)는,
(c-1) 상기 접은 파우치형 전지케이스에서 가스 포집용 잉여부를 제외하고 외주면 전체를 실링하는 단계;
(c-2) 실링하지 않은 가스 포집용 잉여부를 통해 전해액을 주입하는 단계; 및
(c-3) 상기 가스 포집용 잉여부의 외주면을 실링하여 가스 포켓부로 변환하는 단계;
로 이루어질 수 있다.
상기 단계(d)의 활성화 과정은 음극 활물질 표면에 SEI 막을 형성하여, 전지의 계속적인 충방전 과정 중 음극 활물질의 표면에서 전해액이 분해되면서 가스가 발생하는 것을 억제할 수 있게 한다.
상기 단계(d)에서 가스 포켓부를 절취하여 가스를 제거하고, 상기 절취 부위를 추가로 실링하는 과정을 포함할 수 있음은 물론이다.
본 발명은 또한, 상기 이차전지를 단위전지로서 포함하고 있는 중대형 전지모듈을 제공한다.
중대형 전지모듈은 다수의 전지셀들을 포함하는 것으로 구성되어 있고, 그에 따라 전지셀 제조에 사용되는 부재들의 비용이 전지모듈 전체의 제작 비용에 큰 영향을 미치므로, 본 발명에 따른 이차전지는 이러한 중대형 전지모듈에 특히 바람직하게 적용될 수 있다.
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 6 내지 도 8에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 파우치형 이차전지 제조방법에 대한 모식도들이 순차적으로 도시되어 있다.
이들 도면을 참조하면, 파우치형 이차전지 제조방법은, 먼저 모재(100)로부터 전극조립체 수납부(110)의 약 2.5배 크기에 해당하는 파우치형 전지케이스(121)를 커팅하는 것을 제외하고는 도 2 내지 도 5의 제조방법과 동일하므로 제조방법에 대한 자세한 설명은 생략하기로 한다.
다음으로, 도 6 및 도 7을 참조하면, 파우치형 전지케이스(121)는, 상하 대칭 구조로 전개한 전지케이스(도 6 참조)에서, 하부 케이스(123)에는 전극조립체(140)의 장착을 위한 수납부(110)가 형성되어 있고, 전극조립체(140)가 수납 부(110)에 장착된 상태에서 중앙의 수평축(W)을 중심으로 상하로 포개지도록 접은 후 외주면을 실링할 수 있도록 전지케이스(121)의 외주면에는 외주면 실링부(127)가 형성되어 있다.
또한, 외주면 실링부들(127) 중에서 수평축 상에 위치하는 외주면 실링부의 하나에는, 전지의 제조과정에서 가스를 포집하기 위한 가스 포집용 잉여부(131)가 외측방향으로 돌출된 형태로 형성되어 있다. 이러한 가스 포집용 잉여부(131)는 그것이 형성되어 있는 외주면 실링부(127)의 길이보다 작은 길이를 가지고 있다.
가스 포집용 잉여부(131)는, 수평축(W)을 중심으로 전지케이스(121)를 상하로 접었을 때, 대칭을 이루는 크기로 형성되어 있고, 수평축(W)으로부터의 높이(h)가 외주면 실링부(127) 높이(H)의 약 30% 크기로 형성되어 있다.
또한, 가스 포집용 잉여부(131)는, 수평축(W)을 중심으로 전지케이스(121)를 상하로 접었을 때, 돌출된 폭(a)이 수납부 폭(A)의 약 80% 크기로 이루어져 있다.
다음으로, 도 8 및 도 9를 참조하면, 가스 포집용 잉여부(131)의 외주면을 실링(127a)하여 가스 포켓부(133)로 변환한 후, 가스 포켓부(133)를 1개 천공(135)하여 활성화 과정에서 발생한 가스를 제거한다.
그럼 다음, 가스 포켓부(133)를 절취하여 가스를 완전히 제거하고, 절취 부위를 추가로 실링(129)하여 파우치형 이차전지를 완성하게 된다.
따라서, 본 발명에 따른 파우치형 이차전지 제조방법은 도 2 내지 도 5에 도시된 종래의 파우치형 이차전지 제조방법과 비교하여 파우치형 전지케이스(121)의 손실량이 50%에서 약 20%로 감소하고, 활성화 과정에서 발생한 가스를 제거하기 위 해 가스 포켓부(133)를 핀으로 천공하는 과정에서 전해액에 의한 오염(137)이 100%에서 약 30%로 감소하는 장점이 있다.
특히, 도 8에서, 활성화 과정에서 발생한 가스는 전지케이스 외주면의 실링부(127) 보다 밀봉력이 약한 접힌 하단부(128)에 집중되므로 가스 포켓부(133)의 천공 수를 1개로 하더라도 소망하는 가스 제거를 용이하게 달성할 수 있다.
도 10 및 도 11에는 종래의 파우치형 전지케이스 재단방법과 본 발명의 하나의 실시예에 따른 파우치형 전지케이스 재단방법에 대한 모식도들이 도시되어 있다.
이들 도면을 참조하면, 종래기술에 따른 도 10의 전지케이스용 모재(200)에서는 1번 파우치형 케이스(210), 2번 파우치형 케이스(220), 3번 파우치형 케이스(230) 등이 직사각형의 형상을 가지고 모재(200)의 가로 방향으로 연속적으로 배열되어 있다.
반면에, 본 발명에 따른 도 11의 전지케이스용 모재(300)에서, 1번 파우치형 케이스(310)와 3번 파우치형 케이스(330)는 가스 포집용 잉여부들(312, 332)이 상향 위치로 배열되고, 2번 파우치형 케이스(320)는 가스 포집용 잉여부(322)가 하향 위치로 배열되며, 2번 파우치형 케이스(320)의 가스 포집용 잉여부(322)가 1번 파우치형 케이스(310)와 3번 파우치형 케이스(330) 사이에 위치하는 교번 배열 방식으로 배열되어 있다.
이러한 구조에서, 파우치형 케이스들(310, 320, 330, 380)을 모재(300)의 가로방향으로 재단하고, 가로방향의 재단 과정은 1번 파우치형 케이스(310), 2번 파 우치형 케이스(320), 3번 파우치형 케이스(330) … n번 파우치형 케이스(380)의 순서로 재단된다.
경우에 따라서는, 교번 배열 방식으로 커터들이 장착된 나이프를 사용하여 1회 재단에서 둘 이상의 파우치형 케이스들을 동시에 커팅하는 방식으로 재단을 수행함으로써, 생산 효율성 및 공정 효율성을 크게 향상시킬 수도 있다.
결과적으로, 본 발명에 따른 도 11의 재단방법은 종래기술에 따른 도 10의 재단방법에 비해 모재로부터 버려지는 스크랩의 양을 크게 줄일 수 있으므로 제조 단가를 낮출 수 있을 뿐만 아니라, 제조공정의 효율성도 크게 높일 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 파우치형 전지케이스는 전지케이스를 제조하기 위한 원단의 사용을 극대화함과 동시에 핀으로 천공하는 부위를 최소화함으로써 가스 취출 중 전해액에 의한 오염 불량율을 크게 감소시킬 수 있고 공정 효율성도 크게 향상시킬 수 있다.
본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주내에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다.
도 1은 종래의 파우치형 이차전지의 일반적인 구조에 대한 분해 사시도이다;
도 2 내지 도 5는 종래의 파우치형 이차전지 제조방법에 대한 모식도들이다;
도 6 내지 도 9는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 파우치형 이차전지 제조방법에 대한 모식도들이다;
도 10은 종래의 파우치형 전지케이스 재단방법에 대한 모식도이다;
도 11은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 파우치형 전지케이스 재단방법에 대한 모식도이다.

Claims (18)

  1. 양극/분리막/음극 구조의 전극조립체를 전해액과 함께 내부에 밀봉하기 위한 파우치형 전지케이스로서,
    상하 대칭 구조로 전개한(펼친) 전지케이스에서, 상부 케이스 및/또는 하부 케이스에는 전극조립체의 장착을 위한 수납부가 형성되어 있고,
    전극조립체가 상기 수납부에 장착된 상태에서 중앙의 수평축을 중심으로 상하로 포개지도록 접은 후 외주면을 실링할 수 있도록 전지케이스의 외주면에는 실링부("외주면 실링부")가 형성되어 있으며,
    상기 외주면 실링부들 중에서 수평축 상에 위치하는 외주면 실링부의 하나에는, 전지의 제조과정에서 가스를 포집하기 위한 가스 포집용 잉여부가 외측방향으로 돌출된 형태로 형성되어 있고,
    상기 가스 포집용 잉여부는 그것이 형성되어 있는 외주면 실링부의 길이보다 작은 길이를 가지는 것을 특징으로 하는 파우치형 전지케이스.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 전지케이스는 수지층과 금속층을 포함하는 라미네이트 시트로 이루어진 것을 특징으로 하는 파우치형 전지케이스.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 라미네이트 시트는 알루미늄 라미네이트 시트인 것을 특징으로 하는 파우치형 전지케이스.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 가스 포집용 잉여부는, 수평축을 중심으로 전지케이스를 상하로 접었을 때, 대칭을 이루는 크기로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 파우치형 전지케이스.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 가스 포집용 잉여부는, 수평축을 중심으로 전지케이스를 상하로 접었을 때, 상기 수평축으로부터의 높이가 외주면 실링부의 높이의 10 내지 90%의 크기인 것을 특징으로 하는 파우치형 전지케이스.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 가스 포집용 잉여부의 높이는 외주면 실링부의 높이의 10 내지 50%의 크기인 것을 특징으로 하는 파우치형 전지케이스.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 가스 포집용 잉여부는, 수평축을 중심으로 전지케이스를 상하로 접었을 때, 돌출된 폭이 수납부 폭의 30 내지 100%의 크기인 것을 특징으로 하는 파우치형 전지케이스.
  8. 전지케이스용 모재로부터 제 1 항에 따른 파우치형 전지케이스를 재단하는 방법으로서,
    파우치형 케이스들을 모재의 가로방향으로 재단하고,
    상기 가로방향의 재단 과정은 1번 파우치형 케이스, 2번 파우치형 케이스, 3 번 파우치형 케이스… n번 파우치형 케이스의 순서로 재단되며,
    상기 1번 파우치형 케이스와 3번 파우치형 케이스는 가스 포집용 잉여부가 상향 위치로 배열되고, 2번 파우치형 케이스는 가스 포집용 잉여부가 하향 위치로 배열되며, 상기 2번 파우치형 케이스의 가스 포집용 잉여부가 상기 1번 파우치형 케이스와 3번 파우치형 케이스 사이에 위치하는 교번 배열 방식으로 재단되는 것을 특징으로 하는 파우치형 전지케이스의 재단 방법.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 재단은 각각의 파우치형 케이스를 순차적으로 커팅하는 방식으로 진행되는 것을 특징으로 하는 파우치형 전지케이스의 재단 방법.
  10. 제 8 항에 있어서, 상기 재단은 상기 교번 배열 방식으로 커터들이 장착된 나이프를 사용하여 1회 재단에서 둘 이상의 파우치형 케이스들을 커팅하는 방식으로 진행되는 것을 특징으로 하는 파우치형 전지케이스의 재단 방법.
  11. 제 1 항에 따른 파우치형 전지케이스를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 파우치형 전지케이스에는 권취형, 스택형 또는 스택/폴딩형 구조의 전극조립체가 내장되어 있는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  13. 제 11 항에 있어서, 상기 이차전지는 리튬이온 폴리머 이차전지인 것을 특징으로 하는 이차전지.
  14. 제 1 항에 따른 파우치형 전지케이스를 사용하여 이차전지를 제조하는 방법으로서,
    (a) 파우치형 전지케이스의 수납부에 전극조립체를 장착하는 단계;
    (b) 상기 전극조립체를 장착한 상태에서 파우치형 전지케이스를 중앙의 수평축을 중심으로 상하로 포개지도록 접는 단계;
    (c) 상기 접은 파우치형 전지케이스의 외주면을 실링하여 가스 포집용 잉여부를 가스 포켓부로 변환하는 단계; 및
    (d) 상기 가스 포켓부를 천공하여 활성화 과정에서 발생한 가스를 제거하는 단계;
    를 포함하는 과정으로 형성되는 것을 특징으로 하는 이차전지 제조방법.
  15. 제 14 항에 있어서, 상기 실링은 열융착에 의해 달성되는 것을 특징으로 하는 이차전지 제조방법.
  16. 제 14 항에 있어서, 상기 단계 (c)는,
    (c-1) 상기 접은 파우치형 전지케이스에서 가스 포집용 잉여부를 제외하고 외주면 전체를 실링하는 단계;
    (c-2) 실링하지 않은 가스 포집용 잉여부를 통해 전해액을 주입하는 단계; 및
    (c-3) 상기 가스 포집용 잉여부의 외주면을 실링하여 가스 포켓부로 변환하는 단계;
    로 이루어진 것을 특징으로 하는 이차전지 제조방법.
  17. 제 14 항에 있어서, 상기 단계(d)에서 가스 포켓부를 절취하여 가스를 제거하고, 상기 절취 부위를 추가로 실링하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지 제조방법.
  18. 제 11 항에 따른 이차전지를 단위전지로서 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 중대형 전지모듈.
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