KR20130095123A - 파우치형 이차 전지 및 그 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 파우치형 이차 전지에 관한 것으로서, 양극 및 음극과, 상기 양극 및 상기 음극 사이에 개재된 분리막을 가지는 전극 조립체와; 상기 전극 조립체가 수용되는 수용부와, 상기 수용부의 일측에 상기 수용부와 연통되는 전해액 보충 공간부를 가지며, 상기 전극 조립체의 외관을 형성하는 케이스를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이에 의하여, 케이스에 마련된 전해액 보충 공간부를 통해 전해액을 용이하게 보충할 수 있으므로, 전지의 수명이 연장될 수 있다.

Description

파우치형 이차 전지 및 그 제조 방법{RECHARGEABLE BATTERY OF POUCH TYPE AND MANUFACTURE METHOD OF THE SAME}
본 발명은 파우치형 이차 전지 및 그 제조 방법에 관한 것으로서, 전해액을 보충할 수 있는 파우치형 이차 전지 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
이차 전지(Rechargeable battery)는 충전이 불가능한 일차 전지와는 달리 충전 및 방전이 가능한 전지이다. 저용량의 이차 전지는 휴대폰이나 노트북 컴퓨터 및 캠코더와 같은 휴대가 가능한 소형 전자기기에 사용되고, 대용량의 이차 전지는 하이브리드 자동차 등의 모터 구동용 전원 및 전력 저장용 전지 등으로 널리 사용되고 있다.
통상, 이차 전지는 양극/분리막/음극으로 이루어지는 전극 조립체 및 이를 내장하는 케이스로 구성되며, 그 형상에 따라 원형, 각형, 파우치형 등으로 구분된다.
이러한 이차 전지는 전지의 사용, 즉 계속되는 충전·방전이 진행됨에 따라, 전해액의 변성이 발생하여 활용 가능한 전해액이 고갈되므로 이차 전지의 수명이 감소하는 문제점이 있다.
특히, 파우치형 이차 전지는 전극 조립체가 파우치 형상의 케이스에 내장되어 밀폐되는 구조로 이루어져 있기 때문에, 고갈된 전해액을 보충하기 어려워 전지의 수명이 단축된다.
따라서, 본 발명의 목적은 전해액을 보충할 수 있어 수명이 연장될 수 있는 파우치형 이차 전지 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다.
상기 목적은 본 발명의 파우치형 이차 전지에 따라, 양극 및 음극과, 상기 양극 및 상기 음극 사이에 개재된 분리막을 가지는 전극 조립체와; 상기 전극 조립체가 수용되는 수용부와, 상기 수용부의 일측에 상기 수용부와 연통되는 전해액 보충 공간부를 가지며, 상기 전극 조립체의 외관을 형성하는 케이스에 의해 달성된다. 이에, 케이스에 마련된 전해액 보충 공간부를 통해 전해액을 용이하게 보충할 수 있으므로, 전지의 수명이 연장될 수 있다.
여기서, 상기 케이스의 가장자리는 씰링되며, 전해액 보충시 전해액은 상기 전해액 보충 공간부의 일측변을 절취하여 개구된 부분을 통해 보충되고, 상기 개구된 부분은 융착으로 다시 씰링되는 것이 바람직하다. 이에, 케이스의 가장자리가 별도의 결합 부재를 이용하지 않고 융착 등으로 씰링됨으로써, 별도의 결합 부재를 적용하는 경우에 비해 부품수 및 제조 공정수를 삭제할 수 있다.
이 때, 상기 전해액 보충 공간부는 상기 수용부의 길이 방향을 따라 상기 케이스의 일측에 전체적으로 형성되나, 상기 수용부의 길이 방향을 따라 상기 케이스의 일측에 부분적으로 형성될 수도 있다.
여기서, 상기 전해액 보충 공간부의 내측면에는 상기 수용부를 향하는 방향으로 전해액 안내홈이 복수개 형성된 것이 바람직하다. 이에, 전해액 보충 공간부의 일측으로부터 보충되는 전해액이 수용부로 용이하게 이동할 수 있다.
한편, 상기 목적은 본 발명의 파우치형 이차 전지의 제조 방법에 따라, (a) 양극 및 음극과, 상기 양극 및 상기 음극 사이에 개재된 분리막을 가지는 전극 조립체를 마련하는 단계; (b) 상기 전극 조립체가 수용되는 수용부와, 상기 수용부의 일측에 상기 수용부와 연통되는 전해액 보충 공간부와, 상기 수용부의 타측에 가스를 제거하기 위한 디개싱(degasing)부가 형성된 케이스를 마련하는 단계; (c) 상기 수용부에 상기 전극 조립체를 넣은 후 상기 수용부에 전해액을 주입하는 단계; (d) 상기 케이스의 가장자리를 씰링하는 단계; (e) 전지를 활성화시켜 발생된 가스를 상기 디개싱부의 일부를 절단하여 제거하는 단계; (f) 상기 디개싱부의 남겨진 부분을 씰링하는 단계에 의해 달성된다. 이에, 케이스에 마련된 전해액 보충 공간부를 통해 전해액을 용이하게 보충할 수 있으므로, 전지의 수명이 연장될 수 있다.
여기서, 상기 케이스의 가장자리는 씰링되며, 전해액 보충시 전해액은 상기 전해액 보충 공간부의 일측변을 절취하여 개구된 부분을 통해 보충되고, 상기 개구된 부분은 융착으로 다시 씰링되는 것이 바람직하다. 이에, 케이스의 가장자리가 별도의 결합 부재를 이용하지 않고 융착 등으로 씰링됨으로써, 별도의 결합 부재를 적용하는 경우에 비해 부품수 및 제조 공정수를 삭제할 수 있다.
이 때, 상기 전해액 보충 공간부는 상기 수용부의 길이 방향을 따라 상기 케이스의 일측에 전체적으로 형성되나, 상기 수용부의 길이 방향을 따라 상기 케이스의 일측에 부분적으로 형성될 수도 있다.
여기서, 상기 (b) 단계에서, 상기 전해액 보충 공간부의 내측면에 상기 수용부를 향하는 방향으로 전해액 안내홈을 복수개 형성하는 것이 바람직하다. 이에, 전해액 보충 공간부의 일측으로부터 보충되는 전해액이 수용부로 용이하게 이동할 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 케이스에 마련된 전해액 보충 공간부를 통해 전해액을 용이하게 보충할 수 있으므로, 전지의 수명이 연장될 수 있는 파우치형 이차 전지 및 그 제조 방법이 제공된다.
또한, 본 발명에 따르면, 전해액 보충 공간부의 가장자리가 별도의 결합 부재를 이용하지 않고 융착으로 씰링됨으로써, 별도의 결합 부재를 적용하는 경우에 비해 부품수 및 제조 공정수를 삭제할 수 있는 파우치형 이차 전지 및 그 제조 방법이 제공된다.
또한, 본 발명에 따르면, 전해액 보충 공간부의 내측면에 수용부를 향하는 방향으로 전해액 안내홈이 형성됨으로써, 전해액 보충 공간부의 일측변으로부터 보충되는 전해액이 수용부로 용이하게 이동할 수 있는 파우치형 이차 전지 및 그 제조 방법이 제공된다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 파우치형 이차 전지를 도시한 결합 사시도.
도 2는 도 1의 분리 사시도.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 파우치형 이차 전지를 제조하는 방법에서, 전극 조립체가 케이스의 수용부에 수용되기 전 상태를 나타낸 도면.
도 4는 도 3의 전극 조립체를 수용부에 수용한 후, 케이스를 접철선(X)를 중심으로 접은 상태를 나타낸 도면.
도 5는 도 4의 케이스의 가장자리를 씰링한 상태를 나타낸 도면.
도 6은 도 5의 디개싱부의 일부를 절단하여 가스를 제거한 후, 디개싱부의 남겨진 부분을 씰링한 상태를 나타낸 도면.
도 7은 본 발명의 제1 실시예에 따른 파우치형 이차 전지에 전해액을 보충하는 과정 중, 전해액 보충 공간부의 일측변을 절취선(Z)을 따라 절취한 상태를 도시한 도면.
도 8은 도 7에서 전해액 보충 공간부의 개구된 부분을 다시 씰링한 상태를 도시한 도면.
도 9는 본 발명의 제2 실시예에 따른 파우치형 이차 전지를 도시한 분리 사시도.
도 10은 본 발명의 제3 실시예에 따른 파우치형 이차 전지를 도시한 분리 사시도.
이하에서는 첨부도면을 참조하여 본 발명에 대해 상세히 설명한다.
설명에 앞서, 여러 실시예에 있어서, 동일한 구성을 가지는 구성요소에 대해서는 동일한 부호를 사용하여 대표적으로 제1 실시예에서 설명하고, 그 외의 실시예에서는 제1 실시예와 다른 구성에 대해서만 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 파우치형 이차 전지를 도시한 결합 사시도이고, 도 2는 도 1의 분리 사시도이다.
본 발명이 제1 실시예에 따른 파우치형 이차 전지(1)는, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 크게 충전과 방전을 행하는 전극 조립체(10)와, 전극 조립체(10)를 수용하는 케이스(20)로 구성된다.
전극 조립체(10)는 양극 및 음극과, 양극 및 음극 사이에 개재된 분리막을 포함한다. 구체적으로, 전극 조립체(10)는 양극/분리막/음극이 순차적으로 적층되어 있는 발전 소자로서, 스택형 또는 스택/폴딩형 구조로 이루어진다.
여기서, 전극 조립체(10)에는 각 극판으로부터 전극 탭(11, 12)이 연장되어 있으며, 이 전극 탭(11, 12)에는 전극 리드(13, 14)가 각각 전기적으로 연결되어 케이스(20)의 외부로 일부가 노출되어 있다.
케이스(20)는 파우치형 이차 전지(1)의 전체적인 외관을 형성하며, 하나 이상의 폴리머막으로 이루어져 파우치형으로 형성되고, 그 내부에 전극 조립체(10)를 내장하는 공간을 제공한다. 이 때, 케이스(20)는 수지층/금속박층/수지층의 알루미늄 라미네이트 필름 타입으로 이루어져, 전극 조립체(10)의 형상에 따라 유연하게 형태가 변형될 수 있다.
구체적으로, 케이스(20)는 전극 조립체(10)가 수용되기 위한 수용부(31)가 형성된 케이스 몸체(30)와, 접철선(X)을 기준으로 접철되어 케이스 몸체(30)의 상부를 덮는 커버(40)로 구성된다. 이 때, 케이스(20)의 가장자리는 케이스(20)의 내부(즉, 수용부(31))에 주입된 전해액(미도시)이 외부로 노출되지 않도록 씰링된다. 보다 구체적으로는, 케이스 몸체(30)와 커버(40)의 경계 부분은 접철선(X)에 의해 막아짐으로써 씰링이 되고, 접철선(X)을 제외한 케이스 몸체(30)와 커버(40)가 서로 접하는 가장자리는 열과 압력에 의해 씰링된다.
수용부(31)는 전극 조립체(10)가 충분히 수용될 정도로 소정 깊이 함몰된 형상을 가지는 것이 바람직하다.
한편, 본 발명의 케이스(20)는 전지의 사용, 즉 계속되는 충전·방전이 진행됨에 따라 전해액이 고갈되는 경우, 전해액을 보충할 수 있는 구조로 이루어진다. 이를 위해, 케이스(20)는 수용부(31)의 일측에 수용부(31)로 전해액을 보충하기 위한 전해액 보충 공간부(32)를 더 가지고 있다.
즉, 전해액을 보충하기 위해 케이스의 일측에 전해액 보충 호스 등을 설치할 수도 있겠으나, 본 발명에서는 케이스(20)에 전해액을 보충하기 위한 별도의 공간을 둠으로써 그 공간을 통해 전해액이 보충되도록 하고 있다. 이에 따라, 본 발명은 전해액 보충 호스 등의 별개의 부재를 설치하는 것에 비해, 부품수 및 제조 공정수가 적으므로, 제조 원가 및 생산성이 향상될 수 있는 이점이 있다.
전해액 보충 공간부(32)는 수용부(31)의 일측에 수용부(31)와 연통되게 형성된 공간이다. 이 때, 전해액 보충 공간부(32)는 수용부(31)의 길이 방향을 따라 케이스(20)의 일측에 전체적으로 형성된다.
여기서, 전해액 보충 공간부(32)는 전지 사용시에는 접철선(X')을 중심으로 내측으로 접철된 상태로 되어 있고(도 6 참조), 전해액 보충시에는 접철선(X')을 중심으로 외측으로 펼쳐서 일측변(32b)을 절취선(Z)을 따라 절취하여 개구된 부분을 통해 전해액이 보충되도록 한다(도 7 참조). 그 후, 전해액 보충이 완료된 후에는 개구된 부분을 열융착으로 다시 씰링함으로써 케이스(20)의 내부에 주입된 전해액이 외부로 누출되지 않도록 한다.
이 때, 전지 사용시 전해액 보충 공간부(32)가 내측으로 접철된 상태로 하는 이유는, 이차 전지(1)가 자동차 등에 장착될 때 장착 공간을 많이 차지하지 않도록 하기 위함이다. 도 6에서는 전해액 보충 공간부(32)가 90도 정도 접철된 상태를 도시하였으나, 실제로는 내측으로 180도 접철되도록 한다.
이와 같이, 본 발명의 주요 특징 중 하나는 케이스(20)에 전해액 보충 공간부(32)를 더 마련하여 전해액 보충이 가능하기 때문에, 이차 전지(1)의 수명이 연장될 수 있는 것이다.
이러한 구성에 의하여, 본 발명의 제1 실시예에 따른 파우치형 이차 전지(1)를 제조하는 방법에 대하여, 도 3 내지 도 6을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
먼저, 도 3에 도시된 바와 같이, 전극 조립체(10) 및 케이스(20)를 마련한다. 여기서, 전극 조립체(10)는 양극/분리막/음극이 순차적으로 적층된 구조인 스택형 또는 스택/폴딩형 구조로 이루어진다. 그리고, 케이스(20)는 수지층/금속박층/수지층의 알루미늄 라미네이트 필름 타입으로 이루어져 전극 조립체(10)를 감싸서 이차 전지(1)의 외형을 형성한다.
이 때, 케이스(20)에는 전극 조립체(10)가 수용되기 위한 수용부(31), 수용부(31)의 일측에 수용부(31)로 전해액을 보충하기 위한 전해액 보충 공간부(32), 수용부(31)의 타측에 가스를 제거하기 위한 디개싱(degasing)부(35)가 형성된다.
그 후, 도 4에 도시된 바와 같이, 전극 조립체(10)를 수용부(31)에 넣은 다음 수용부(31)에 전해액을 주입한다. 그리고, 케이스(20)의 커버(40)를 접철선(X)을 중심으로 접철하여 케이스 몸체(30)의 상측에 위치시킨다.
다음, 도 5에 도시된 바와 같이, 접철선(X)을 제외한 케이스(20)의 가장자리(케이스 몸체(30)와 커버(40)가 접하는 부분)를 열융착으로 씰링함으로써, 케이스(20)의 내부에 주입된 전해액이 외부로 누출되지 않도록 한다. 이와 같이, 전해액이 보충되기 위한 전해액 보충 공간부(32)의 가장자리가 별도의 결합 부재를 이용하지 않고 열융착 등으로 씰링됨으로써, 별도의 결합 부재를 적용하는 경우에 비해 부품수 및 제조 공정수를 삭제할 수 있는 이점이 있다.
이와 같이 케이스(20)의 내부에 수납된 전극 조립체(10)에, 전지의 충전·방전을 행하는 활성화 과정을 수행한다. 전지의 활성화 과정은, 전극(특히, 음극)의 표면에 전해액에 의한 보호 피막을 형성하여 완성 전지에서의 전해액 분해 반응을 억제하는 등의 목적에서 수행되며, 이러한 과정에서 다량의 가스가 발생하게 된다. 이 과정에서 발생한 가스는 케이스(20)의 내부에 포집되는데, 도 6에 도시된 바와 같이, 활성화 과정 후 절단선(Y)을 따라 디개싱부(35)의 일부(35a)를 절단함으로써 가스를 외부로 배출시킨다.
그 후, 디개싱부(35)의 나머지 부분(35b)은 도 6과 같이 열융착시켜 씰링하고, 전해액 보충 공간부(32)는 접철선(X')을 중심으로 R 방향으로 접음으로써, 이차 전지(1)가 완성된다. 이와 같이, 전해액 보충 공간부(32)를 R 방향으로 접철시키는 이유는, 이차 전지(1)가 자동차 등에 장착될 때 장착 공간을 많이 차지하지 않도록 하기 위한 것이다. 도 6에서는 전해액 보충 공간부(32)가 90도 정도 접철된 상태를 도시하였으나, 실제로는 내측으로 180도 접철되도록 한다.
상기와 같은 방법을 통해 제조된 이차 전지(1)에, 전지 사용중 고갈되는 전해액을 보충하는 과정에 대해, 도 7 및 도 8을 참조하여 간략히 설명하면 다음과 같다.
전해액은 케이스(20)에 마련된 전해액 보충 공간부(32)를 통해 주입되는데, 이를 위해 먼저 도 7에 도시된 바와 같이 전해액 보충 공간부(32)를 R 방향의 반대 방향으로 펼친다.
그 후, 열융착으로 씰링된 전해액 보충 공간부(32)의 일측변(32b)을 절취선(Z)을 따라 절취하여 전해액 보충 공간부(32)를 개봉한 후, 개구된 부분을 통해 전해액을 보충한다.
마지막으로, 도 8에 도시된 바와 같이, 전해액 보충 공간부(32)의 개구된 부분을 다시 열융착으로 씰링함으로써, 전해액 보충 과정을 완료한다.
이러한 과정을 통해 전해액을 보충하기 위해, 전해액 보충 공간부(32)의 일측변(32b)을 절취해야 하므로, 전해액을 다수회 보충할 수 있도록 전해액 보충 공간부(32)의 넓이가 충분히 마련되는 것이 보다 바람직하다.
한편, 도 9는 본 발명의 제2 실시예에 따른 파우치형 이차 전지를 도시한 분리 사시도이다.
제2 실시예의 파우치형 이차 전지(201)에서는 전해액 보충 공간부(232)의 내측면에 복수개의 전해액 안내홈(232a)이 함몰 형성된 점이 제1 실시예와 차이가 있다.
전해액 안내홈(232a)은 전해액 보충 공간부(232)의 내측면에 수용부(31)를 향하는 방향으로 형성됨으로써, 전해액 보충 공간부(232)의 일측으로부터 보충되는 전해액이 수용부(31)로 용이하게 이동할 수 있도록 한다.
본 실시예에서의 전해액 안내홈(232a)은 전해액 보충 공간부(232)의 일측변(32b)으로부터 수용부(31)까지 직선 모양으로 길이 방향을 따라 복수개 배열되고 있으나, 형상이나 개수는 이에 한정되지 않고 전해액이 수용부(31)로 용이하게 이동될 수 있는 범위라면 다양하게 변형될 수 있음은 물론이다.
한편, 도 10은 본 발명의 제3 실시예에 따른 파우치형 이차 전지를 도시한 분리 사시도이다.
제1 및 제2 실시예의 파우치형 이차 전지(1)(201)에서는 전해액 보충 공간부(32)(232)가 수용부(31)의 길이 방향을 따라 케이스(20)의 일측에 전체적으로 형성된 반면, 제3 실시예의 파우치형 이차 전지(301)에서는 전해액 보충 공간부(332)가 수용부(31)의 길이 방향을 따라 케이스(20)의 일측에 부분적으로 형성된 점에서 차이가 있다.
제3 실시예에서의 전해액 보충 공간(332)은 케이스(20)의 일측에 두 개로 마련되어 있으나, 한 개로 마련될 수도 있으며, 개수는 제1 및 제2 실시예와 달리 케이스(20)의 일측에 전체적으로 형성되지 않는 범위 내에서 다양하게 변형될 수 있음은 물론이다.
또한, 도면에는 나타내지 않았으나, 제2 실시예와 같이 전해액 보충 공간부(332)의 내측면에 복수개의 전해액 안내홈을 함몰 형성할 수도 있음은 물론이다.
이와 같이, 본 발명에 따르면, 케이스(20)에 마련된 전해액 보충 공간부(32)(232)(332)를 통해 전해액을 용이하게 보충할 수 있으므로, 전지(1)(201)(301)의 수명이 연장될 수 있는 이점이 있다.
1, 201, 301 : 파우치형 이차 전지 10 : 전극 조립체
20 : 케이스 31 : 수용부
32, 232, 332 : 전해액 보충 공간부 35 : 디개싱부
232a : 전해액 안내홈

Claims (10)

  1. 양극 및 음극과, 상기 양극 및 상기 음극 사이에 개재된 분리막을 가지는 전극 조립체와;
    상기 전극 조립체가 수용되는 수용부와, 상기 수용부의 일측에 상기 수용부와 연통되는 전해액 보충 공간부를 가지며, 상기 전극 조립체의 외관을 형성하는 케이스를 포함하는 것을 특징으로 하는 파우치형 이차 전지.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 케이스의 가장자리는 씰링되며,
    전해액 보충시 전해액은 상기 전해액 보충 공간부의 일측변을 절취하여 개구된 부분을 통해 보충되고,
    상기 개구된 부분은 융착으로 다시 씰링되는 것을 특징으로 하는 파우치형 이차 전지.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 전해액 보충 공간부는 상기 수용부의 길이 방향을 따라 상기 케이스의 일측에 전체적으로 형성된 것을 특징으로 하는 파우치형 이차 전지.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 전해액 보충 공간부는 상기 수용부의 길이 방향을 따라 상기 케이스의 일측에 부분적으로 형성된 것을 특징으로 하는 파우치형 이차 전지.
  5. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 하나에 있어서,
    상기 전해액 보충 공간부의 내측면에는 상기 수용부를 향하는 방향으로 전해액 안내홈이 복수개 형성된 것을 특징으로 하는 파우치형 이차 전지.
  6. (a) 양극 및 음극과, 상기 양극 및 상기 음극 사이에 개재된 분리막을 가지는 전극 조립체를 마련하는 단계;
    (b) 상기 전극 조립체가 수용되는 수용부와, 상기 수용부의 일측에 상기 수용부와 연통되는 전해액 보충 공간부와, 상기 수용부의 타측에 가스를 제거하기 위한 디개싱(degasing)부가 형성된 케이스를 마련하는 단계;
    (c) 상기 수용부에 상기 전극 조립체를 넣은 후 상기 수용부에 전해액을 주입하는 단계;
    (d) 상기 케이스의 가장자리를 씰링하는 단계;
    (e) 전지를 활성화시켜 발생된 가스를 상기 디개싱부의 일부를 절단하여 제거하는 단계;
    (f) 상기 디개싱부의 남겨진 부분을 씰링하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 파우치형 이차 전지의 제조 방법.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 케이스의 가장자리는 씰링되며,
    전해액 보충시 전해액은 상기 전해액 보충 공간부의 일측변을 절취하여 개구된 부분을 통해 보충되고,
    상기 개구된 부분은 융착으로 다시 씰링되는 것을 특징으로 하는 파우치형 이차 전지의 제조 방법.
  8. 청구항 6에 있어서,
    상기 전해액 보충 공간부는 상기 수용부의 길이 방향을 따라 상기 케이스의 일측에 전체적으로 형성된 것을 특징으로 하는 파우치형 이차 전지의 제조 방법.
  9. 청구항 6에 있어서,
    상기 전해액 보충 공간부는 상기 수용부의 길이 방향을 따라 상기 케이스의 일측에 부분적으로 형성된 것을 특징으로 하는 파우치형 이차 전지의 제조 방법.
  10. 청구항 6 내지 청구항 9 중 어느 하나에 있어서,
    상기 (b) 단계에서, 상기 전해액 보충 공간부의 내측면에 상기 수용부를 향하는 방향으로 전해액 안내홈을 복수개 형성하는 것을 특징으로 하는 파우치형 이차 전지의 제조 방법.
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