KR20130010572A - 싱글 포밍 2차 전지 파우치 셀 및 그 제조 방법 - Google Patents

싱글 포밍 2차 전지 파우치 셀 및 그 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 리튬이온 2차 전지용 파우치형 배터리 셀 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 싱글 포밍 방법으로 제작되는 파우치 셀의 강도를 보강하도록 가접 공정이 포함되는 싱글 포밍 2차 전지 파우치 셀 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
본 발명의 파우치 셀 및 제조 방법은 싱글 포밍으로 제작되는 파우치 셀의 크랙을 방지하기 때문에 싱글 포밍 파우치 셀의 장점은 살리고, 크랙 발생으로 인한 파우치 셀의 성능 저하를 방지함은 물론 전지 팩의 불량률을 줄일 수 있는 효과가 있다.

Description

싱글 포밍 2차 전지 파우치 셀 및 그 제조 방법{Pouch Cell by Single Formed Pouch and Manufacturing Method of the same}
본 발명은 리튬이온 2차 전지용 파우치형 배터리 셀 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 싱글 포밍 방법으로 제작되는 파우치 셀의 강도를 보강하도록 가접 공정이 포함되는 싱글 포밍 2차 전지 파우치 셀 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
통상적으로 2차 전지는 재충전이 가능하고 대용량화가 가능한 것으로 대표적인 것으로 니켈카드뮴, 니켈수소 및 리튬이온전지 등이 있다. 이중에서 상기 리튬이온전지는 장 수명, 고용량 등 우수한 특성으로 인하여 차세대 동력원으로 주목받고 있다. 이 중에서, 리튬 2차 전지는 작동 전압이 3.6V 이상으로 휴대용 전자 기기의 전원으로 사용되거나, 또는 수개를 직렬 연결하여 고출력의 하이브리드 자동차에 사용되는데, 니켈-카드뮴 전지나, 니켈-메탈 하이드라이드 전지에 비하여 작동 전압이 3배가 높고, 단위 중량당 에너지 밀도의 특성도 우수하여 급속도로 사용이 증가되고 있는 추세이다.
상기 리튬 2차 전지는 다양한 형태로 제조가능한데, 대표적인 형상으로는 리튬 이온 전지에 주로 사용되는 원통형(cylinder type) 및 각형(prismatic type)을 들 수 있다. 최근 들어 각광받는 리튬 폴리머 전지는 유연성을 지닌 파우치형(pouched type)으로 제조되어서, 그 형상이 비교적 자유롭다. 또한 리튬 폴리머 전지는 안전성도 우수하고, 무게가 가벼워서 휴대용 전자 기기의 슬림화 및 경량화에 유리하다.
도 1은 종래의 2차 전지 파우치 셀의 구조를 나타낸 도면으로서, 파우치 셀(10)은 전지부(11)와, 상기 전지부(11)가 수용되는 공간을 제공하는 케이스(12)를 포함하고 있다.
상기 전지부(11)는 양극판, 세퍼레이터, 음극판 순으로 배치되어서 일방향으로 와인딩되거나, 다수 장의 양극판, 세퍼레이터, 음극판이 적층된 형상이다. 상기 전지부(11)의 각 극판은 양극 및 음극탭(13, 14)과 전기적으로 연결되어 있다.
상기 양극 및 음극 탭(13, 14)의 일단부는 케이스(12)의 밀폐면(12a)을 통하여 외부로 돌출되어 있다. 돌출된 양극 및 음극 탭(13, 14)의 일단부는 도시되지 않은 보호 회로기판의 단자와 접속된다.
상기 케이스(10)는 후막의 금속소재로 성형한 원통형이나 각형으로 된 캔 구조와는 달리, 중간층이 금속 호일이고, 금속 호일의 양면에 부착되는 내외피층이 절연성 필름으로 이루어진 파우치형 케이스이다. 파우치형 케이스는 성형성이 우수하여 자유자재로 구부림이 가능하다. 상기 케이스(10)에는 상술한 바와 같이 전지부(11)가 수용가능한 공간이 형성되어 있으며, 상기 공간의 가장자리를 따라서 열융착되는 면에 제공하는 밀폐면(12a)이 형성되어 있다.
상기 파우치 셀을 제조하는 방법으로는 포장재의 한 쪽 면에 포밍 금형(Forming mold)을 이용하여 전지부가 삽입되어 안착될 형상을 만들고, 포밍되지 않은 포장재의 다른 한 쪽을 반으로 접은 후 그 사이에 전지부를 삽입하여 케이스 네 변 중 절곡부를 제외한 나머지 세 변 둘레에 형성되는 밀폐면을 밀폐하는 싱글 포밍(Single Forming) 방법과, 포장재의 양쪽 면에 포밍 금형(Forming mold)을 이용하여 전지부가 삽입되어 안착될 형상을 만들고, 포밍된 두 안착부 사이 중앙을 접어 그 사이에 전지부를 삽입하고 케이스의 네 변 둘레에 형성되는 밀폐면을 밀폐하는 더블 포밍(Double Forming) 방법으로 나눌 수 있다.
여기서 싱글 포밍 방법은 더블 포밍 방법에 비해 작업 공정이 간단하고 작업 시간도 빠른 장점이 있으며, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 케이스(12)를 반으로 접은 후 전지부(11)를 삽입하였을 때 전지부(11)의 하단이 케이스(12)의 하단부 접힌 부위에 밀착되어 고정된다.
이때 상기 케이스(12)는 전지부(11)가 안착되는 포밍부와 밀폐면과의 높이 차이로 인해 전지부(11)의 하단 양측부 케이스(12) 상에는 단차가 발생하고, 포밍부와 밀폐면이 만나는 말단 부위는 접힘 또는 절곡으로 인한 크랙(C) 발생에 취약한 부위가 된다. 케이스(12) 상에 크랙(C)이 발생할 경우 파우치 셀(10)의 기밀성이 해제되어 외기가 파우치 셀(10) 내부로 침투하게 되면, 파우치 셀(10)이 부풀거나 열화로 인해 성능이 떨어지게 된다.
상기 크랙의 가능성은 파우치 셀 제조 과정에서 뿐만 아니라 이후 포장 작업이나 파우치 셀을 팩으로 구성하는 과정 중에도 상존하게 되며, 파우치 셀의 손상은 미세하게 발생하는 경우도 있어 검출이 용이하지 않기 때문에 크랙이 검출되지 않고 전지 팩으로 구성될 경우 이후 야기되는 문제 때문에 전지 팩의 성능에 치명적인 영향을 주게 된다.
따라서 싱글 포밍 방법으로 파우치 셀을 제조함에 있어서, 크랙 발생을 줄일 수 있는 파우치 셀 제조에 관한 기술이 요구되고 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서 본 발명의 목적은, 싱글 포밍 방법으로 제작되는 파우치 셀에 있어서 전지부가 삽입되는 케이스의 전지부 하단 양측 인접부에 가접 공정을 추가하여 케이스의 내구성을 향상시켜 케이스 상의 전지부 하단 양측 크랙을 방지하게 되는 싱글 포밍 2차 전지 파우치 셀 및 그 제조 방법을 제공함에 있다.
본 발명의 파우치 셀은, 하단에 절곡부가 형성되도록 반으로 접히는 케이스와, 상기 케이스 사이에 삽입되되 하단이 상기 케이스의 하단에 맞닿는 전지부로 구성되며, 상기 케이스의 하단을 제외한 둘레부가 밀폐되어 상기 전지부가 외부에 노출되지 않도록 내삽 구성되는 싱글 포밍 2차 전지 파우치 셀에 있어서, 상기 케이스 상에는, 상기 전지부의 하단 양측 인접부에 가접부(Pre-sealing)가 형성되는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 가접부는, 상기 케이스의 외측을 열융착하여 형성되는 것을 특징으로 하며, 상기 전지부의 하단 양측에서 케이스의 양측단으로 갈수록 상방으로 기울어지게 형성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 파우치 셀 제조 방법은, A) 하단에 절곡부가 형성되도록 케이스를 반으로 접는 단계; B) 전지부가 삽입되었을 때, 상기 전지부의 하단 양측이 위치하는 인접부를 열융착 하여 가접부를 형성시키는 단계; C) 전지부의 하단이 상기 케이스의 하단에 맞닿도록 전지부가 상기 케이스에 내삽 되는 단계; 및 D) 케이스의 하단을 제외한 둘레부를 밀폐하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 가접부는, 상기 전지부의 하단 양측에서 케이스의 양측단으로 갈수록 상방으로 기울어지게 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 구성에 의한 본 발명의 파우치 셀 및 제조 방법은 싱글 포밍으로 제작되는 파우치 셀의 크랙을 방지하기 때문에 싱글 포밍 파우치 셀의 장점은 살리고, 크랙 발생으로 인한 파우치 셀의 성능 저하를 방지함은 물론 전지 팩의 불량률을 줄일 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래의 싱글 포밍 파우치 셀 사시도
도 2는 종래의 싱글 포밍 파우치 셀의 케이스 전개도
도 3은 종래의 싱글 포밍 파우치 셀 정면도
도 4는 본 발명의 싱글 포밍 파우치 셀 사시도
도 5는 본 발명의 싱글 포밍 파우치 셀 제조 공정도(가접부 형성)
도 6은 본 발명의 싱글 포밍 파우치 셀 제조 공정도(전지부 삽입)
본 발명의 파우치 셀은 싱글 포밍(Single forming) 방법으로 제작되는 파우치 셀에 적용되는 것으로 한정되며, 이하 본 발명의 일실시예에 대하여 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 4 내지 도 6을 참조하면, 본 발명에 적용되는 파우치 셀(100)은 배경 기술에서 언급된 바와 같이 전지부(110), 케이스(120), 양극탭(130) 및 음극탭(140)을 포함하여 구성된다.
상기 전지부(110)는 양극판, 세퍼레이터, 음극판 순으로 배치되어서 일방향으로 와인딩되거나, 다수 장의 양극판, 세퍼레이터, 음극판이 적층된 형상이다. 상기 전지부(110)의 각 극판은 양극 및 음극탭(130, 140)과 전기적으로 연결되어 있다. 상기 케이스(120)는 후막의 금속소재로 성형한 원통형이나 각형으로 된 캔 구조와는 달리, 중간층이 금속 호일이고, 금속 호일의 양면에 부착되는 내외피층이 절연성 필름으로 이루어진 파우치형 케이스이다.
상기 케이스(120)는 하단부에 절곡부가 형성되도록 반으로 접혀 이루어질 수 있다. 상기 케이스(120) 사이에는 상기 전지부(110)가 삽입되며, 상기 전지부(110)의 하단이 상기 케이스(120)의 절곡부에 맞닿도록 삽입될 수 있다. 이때 상기 케이스(120)는 상기 전지부(110)의 양측에서 외측으로 일정거리 연장 형성되며, 상기 전지부(110)의 상단에서 상방으로 일정거리 연장 형성되는 밀폐면(121)을 포함하여 구성된다. 따라서 상기 케이스(120)는 절곡부가 형성되는 하단을 제외한 둘레부인 상기 밀폐면(121)을 밀폐하여 상기 전지부(110)가 외부에 노출되지 않도록 구성된다.
이때 상기 케이스(120) 상에는 가접부(150)가 형성될 수 있다. 상기 가접부(150)는 상기 케이스(120)의 한 쪽 면을 금형을 이용하여 포밍하고 포밍되지 않은 다른 쪽의 케이스를 접은 후 열융착기(heat sealer)를 이용하여 약하게 열융착하여 형성되며, 상기 전지부(110)의 하단 양측 인접부에 형성될 수 있다. 따라서 상기 가접부(150)는 상기 케이스(120)의 외측면을 열융착하여 형성된다.
특히 상기 가접부(150)는 상기 전지부(110)의 하단 양측에서 케이스의 양측단으로 갈수록 상방으로 기울어지게 형성될 수 있다.
상기와 같은 본 발명의 가접부(150)를 통해, 상기 케이스(120)는 포밍부와 밀폐면이 만나는 끝단부위에서 접힘 또는 절곡으로 인해 쉽게 발생할 수 있는 크랙을 방지하게 된다.
이하에서는 상기와 같이 구성된 본 발명의 파우치 셀의 제조 방법에 대하여 도면을 참조하여 설명한다.
우선 상기 케이스(120)의 한 쪽 면을 포밍 금형을 사용하여 전지부(110)가 안착될 형상을 성형한다.
다음으로 성형되지 않은 다른 한 쪽을 하단에 절곡부가 형성되도록 반으로 접는 단계를 수행한다. 이때 반드시 하단에 절곡부가 형성되도록 케이스를 접어야 되는 것은 아니며 상기 파우치 셀의 네 변 중 어느 하나에 절곡부가 형성되도록 절곡시킬 수 있음은 자명하다.
다음으로, 케이스(120) 사이에 전지부(110)를 삽입하기 전에 열융착기를 사용하여 약하게 열융착하여 가접부(150)를 형성하는 단계를 시행한다.
다음으로 전지부(110)의 하단이 상기 케이스(120)의 하단 절곡부와 맞닿도록 케이스(120) 사이에 전지부를 삽입하는 단계를 수행하며, 상기 케이스(120)의 하단 절곡부를 제외한, 측면과 상면을 열융착기를 통해 열융착하여 밀폐면(121)을 형성하는 단계를 수행한다.
이때 상기 케이스(120)를 밀폐하기 전에 양극탭(130)과 음극탭(140)을 전지부(110)에 연결하는 단계가 포함되며 이는 통상의 파우치 셀 제조 공정이 적용되므로 상세 설명은 생략하기로 한다.
본 발명의 상기한 실시 예에 한정하여 기술적 사상을 해석해서는 안된다. 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당업자의 수준에서 다양한 변형 실시가 가능하다. 따라서 이러한 개량 및 변경은 당업자에게 자명한 것인 한 본 발명의 보호범위에 속하게 된다.
100 : 파우치 셀
110 : 전지부 120 : 케이스
130 : 양극탭 140 : 음극탭
150 : 가접부

Claims (5)

  1. 하단에 절곡부가 형성되도록 반으로 접히는 케이스와, 상기 케이스 사이에 삽입되되 하단이 상기 케이스의 하단에 맞닿는 전지부로 구성되며, 상기 케이스의 하단을 제외한 둘레부가 밀폐되어 상기 전지부가 외부에 노출되지 않도록 내삽 구성되는 싱글 포밍 2차 전지 파우치 셀에 있어서,
    상기 케이스 상에는,
    상기 전지부의 하단 양측 인접부에 가접부(Pre-sealing)가 형성되는 것을 특징으로 하는, 싱글 포밍 2차 전지 파우치 셀.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 가접부는,
    상기 케이스의 외측을 열융착하여 형성되는 것을 특징으로 하는, 싱글 포밍 2차 전지 파우치 셀.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 가접부는,
    상기 전지부의 하단 양측에서 케이스의 양측단으로 갈수록 상방으로 기울어지게 형성되는 것을 특징으로 하는, 싱글 포밍 2차 전지 파우치 셀.
  4. 싱글 포밍 2차 전지 파우치 셀의 제조 방법에 있어서,
    A) 하단에 절곡부가 형성되도록 케이스를 반으로 접는 단계;
    B) 전지부가 삽입되었을 때, 상기 전지부의 하단 양측이 위치하는 인접부를 열융착 하여 가접부를 형성시키는 단계;
    C) 전지부의 하단이 상기 케이스의 하단에 맞닿도록 전지부가 상기 케이스에 내삽 되는 단계; 및
    D) 케이스의 하단을 제외한 둘레부를 밀폐하는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는, 싱글 포밍 2차 전지 파우치 셀 제조 방법.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 가접부는,
    상기 전지부의 하단 양측에서 케이스의 양측단으로 갈수록 상방으로 기울어지게 형성되는 것을 특징으로 하는, 싱글 포밍 2차 전지 파우치 셀 제조 방법.
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