KR20140126482A - 경사 실링부를 포함하는 파우치형 이차전지 및 이의 제조 방법 - Google Patents

경사 실링부를 포함하는 파우치형 이차전지 및 이의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 경사 실링부를 포함하는 파우치형 이차전지 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.
본 발명에 의한 파우치형 이차전지는 실런트부의 말단에 경사 실링부를 포함함으로써 파우치형 전지케이스의 실링을 견고하게 할 뿐만 아니라, 종래 열을 가하는 경우 전극조립체의 수용부로 실런트가 떨어져 나가거나, 실런트부에 크랙이 생겨서 전해액이 누액이 되거나 전지 내부로 수분이 침투하는 현상을 방지할 수 있는 효과가 있다.

Description

경사 실링부를 포함하는 파우치형 이차전지 및 이의 제조 방법{POUCH TYPE RECHARGEABLE BATTERY COMPRISING INCLINED SEALING PART, AND MANUFACTURING METHOD OF THE SAME}
본 발명은 경사 실링부를 포함하는 파우치형 이차전지 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.
일반적으로 리튬 이온 2차 전지 등의 전극조립체는 금속 캔에 내장되고 있다.　 금속 캔은 주로 알루미늄(Al)이 사용되며, 프레스 가공을 통하여 원통형이나 각형(직육면체 등)의 형상을 갖는다. 그러나 금속 캔은 외벽이 단단하여 셀 자체의 형상이 금속 캔의 형상에 의해 결정되는 제약이 있다.
이러한 제약을 극복하고자 도 1과 같은 파우치 케이스(200)가 개발되어 사용되고 있다.　 일반적으로, 전지용 파우치는 도 1에서 보는 바와 같이 가스 베리어성(가스 차단성) 및 내전해액성 등을 고려하여 다층 구조로 제조되고 있으며, 일반적으로는 외부 피복층, 베리어층, 및 내부 실런트층을 포함한다.　상기 베리어층은 가스 출입을 차단하기 위한 것으로서, 이는 주로 알루미늄 박막(Al foil)이 사용된다.　 상기 내부 실런트층은 최내층에 위치하여 내용물, 즉 전극조립체(300)와 접촉된다.　 상기 외부 피복층은 내마모성 및 내열성 등을 고려하여 주로 나일론(Nylon) 수지가 사용된다. 파우치 케이스(200)는 이와 같은 다층 구조의 필름이 전극조립체(300) 를 탑재하기 위한 주머니 형태로 가공되어 제조되며 양극, 음극 및 분리막(세퍼레이터, separator) 등의 전극조립체(300) 구성 요소가 전해액에 함침된 다음 내장된다.　이와 같이 전극조립체(300) 구성 요소가 내장된 다음, 파우치 케이스는 상부 파우치와 하부 파우치의 내부 실런트층끼리 열접착되어 실런트부를 형성하면서 실링된다.
그러나, 도 2에서 보는 바와 같이 종래 이와 같은 열접착시 파우치의 내부 실런트층이 용융되면서 히팅 지그 외부로 밀려나게 되고, 밀려난 실런트가 냉각되면서 실런트부에 크랙이 생기거나, 일부 떨어져나가 전극조립체 내부에 유입됨으로써 전지 불량을 발생시키는 문제가 있었다.
대한민국 등록특허 10-1200469호 대한민국 공개특허 10-2012-0058960호
본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위하여, 새로운 형태의 실링부를 포함하는 파우치형 이차 전지 및 이의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기와 같은 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은
전극 리드가 부착되어 있는 셀 어셈블리; 및
상기 전극 리드의 일부가 외부로 노출되도록 상부 파우치와 하부 파우치 사이에 형성된 내부 공간에 상기 어셈블리가 탑재되며 상기 셀 어셈블리를 밀봉하는 파우치 케이스를 포함하고,
상기 파우치 케이스는
상기 상부 파우치와 하부 파우치가 열융착되어 형성되는 실런트부; 및
상기 실런트부의 전극조립체 수용부와 접하는 말단에 형성되는 경사 실링부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 파우치형 이차전지를 제공한다.
본 발명에 있어서, 상기 경사 실링부의 폭 dx과 상기 실런트부의 두께 dy는 11dX ≤ dy ≤ 56 dX 관계를 만족하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 경사 실링부의 폭 dx과 상기 실런트부의 폭 dl은 0.12 dl ≤ dx ≤ dl 관계를 만족하는 것을 특징으로 한다
본 발명에 있어서, 상기 상부 케이스 및 상기 하부 케이스는 외부 피복층, 베리어층, 및 내부 실런트 층을 포함하는 라미네이트 시트로 이루어지고, 상기 상부 케이스의 내부 실런트층과 상기 하부 케이스의 내부 실런트층이 열접착되어 상기 실런트부를 형성하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 또한,
전극리드의 일부가 노출되도록 전극조립체 수용부에 전극조립체를 탑재하는 단계; 및
상기 상부케이스 및 하부케이스를 열융착하여 실런트부를 형성함으로써 파우치 케이스를 실링하는 단계를 포함하고,
상기 파우치 케이스를 실링하는 단계에서는 상기 상부케이스와 접하는 히팅 지그와 상기 하부케이스와 접하는 히팅 지그가 수직 방향에서 어긋나도록 열과 압력을 가하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의한 파우치형 이차전지는 실런트부의 말단에 경사 실링부를 포함함으로써 파우치형 전지케이스의 실링을 견고하게 할 뿐만 아니라, 종래 열을 가하는 경우 전극조립체의 수용부로 실런트가 떨어져 나가거나, 실런트부에 크랙이 생겨서 전해액이 누액이 되거나 전지 내부로 수분이 침투하는 현상을 방지할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래 파우치형 전지의 일반적인 구조에 대한 사시도이다.
도 2는 종래 파우치형 전지를 접착하는 과정을 나타내는 모식도이다.
도 3는 본 발명의 일 실시예에 의한 파우치형 이차 전지를 나타내는 확대도이다.
도 4는 본 발명에 의하여 파우치형 이차전지를 제조하는 과정을 나타내는 모식도이다.
본 발명은 상기와 같은 과제를 해결하기 위하여
전극 리드가 부착되어 있는 셀 어셈블리; 및
상기 전극 리드의 일부가 외부로 노출되도록 상부 파우치와 하부 파우치 사이에 형성된 내부 공간에 상기 어셈블리가 탑재되며 상기 셀 어셈블리를 밀봉하는 파우치 케이스를 포함하고,
상기 파우치 케이스는
상기 상부 파우치와 하부 파우치가 열융착되어 형성되는 실런트부; 및
상기 실런트부의 전극조립체 수용부와 접하는 말단에 형성되는 경사 실링부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 파우치형 이차전지를 제공한다.
본 발명에 의한 파우치형 이차 전지에 있어서, 상기 상부 케이스 및 상기 하부 케이스는 외부 피복층, 베리어층, 및 내부 실런트 층을 포함하는 라미네이트 시트로 이루어지고, 상기 상부 케이스의 내부 실런트층과 상기 하부 케이스의 내부 실런트층이 열접착되어 상기 실런트부를 형성하는 것을 특징으로 한다.
도 3에 본 발명의 일 실시예에 의한 실런트(500)의 확대도를 도시하였다.
본 발명에 있어서, 상기 경사 실링부의 폭 dx과 상기 실런트부의 두께 dy는 11dy ≤ dx ≤ 56 dy 관계를 만족하는 것을 특징으로 한다. 상기 경사 실링부의 폭 dx 가 상기 범위보다 작은 경우, 상기 경사 실링부의 경사 정도가 불충분하여 종래 기술과 동일한 문제점이 발생하며, 상기 범위보다 큰 경우, 실런트(500)의 경사 실링부(510)가 필요 이상으로 차지하여 실링성이 저하될 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 경사 실링부의 폭 dx과 실런트부의 폭 dl은 0.12dl ≤ dx ≤ dl 관계를 만족하는 것을 특징으로 한다. 상기 경사 실링부의 폭 dx 가 상기 범위보다 작은 경우, 경사 효과가 미미하여, 히팅 지그(710, 720)로 가열하여 녹은 실런트(500)가 전극조립체 수용부(250)로 유입되기 쉬우며, 상기 범위보다 큰 경우, 실런트부의 폭 대비 경사 실리부의 폭의 비율이 높아 결국 실런트(500)의 양이 줄어들어 상부케이스 및 하부케이스(210, 220)을 충분히 실링하지 못한다.
본 발명에 있어서, 상기 외부 피복층은 고분자 필름으로 구성되어 있어, 파우치의 기계적 강도를 유지하고, 외관을 형성하며, 외부와의 절연 기능을 하고, 5 ~ 40 um 정도의 두께를 가지며, 폴리에틸렌 나프탈레이트(PEN), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 나일론일 수 있다. 본 발명에 있어서, 상기 베리어층은 금속박으로 구성되어 파우치 외부의 공기와 수분을 차단하는 역할을 하며, 20 ~ 150 um 정도의 두께를 가지며, 알루미늄 포일 일 수 있다. 내부 실런트 층은 내장한 상태에서 밀봉성을 제공하는 역할을 하며, 무연신 폴리프로필렌(CPP)으로, 30 ~ 150 um 정도일 수 있다.
본 발명은 또한,
전극리드의 일부가 노출되도록 전극조립체 수용부에 전극조립체를 탑재하는 단계; 및
상기 상부케이스 및 하부케이스를 열융착하여 실런트부를 형성함으로써 파우치 케이스를 실링하는 단계를 포함하고,
상기 파우치 케이스를 실링하는 단계에서는 상기 상부케이스와 접하는 히팅 지그와 상기 하부케이스와 접하는 히팅 지그가 수직 방향에서 어긋나도록 열과 압력을 가하는 것을 특징으로 하는 본 발명에 의한 파우치형 이차전지의 제조방법을 제공한다.
도 4에 본 발명에 의한 파우치형 이차전지의 제조방법의 모식도를 나타내었다. 도 4에서 보는 바와 같이 본 발명에 의한 파우치형 이차전지를 제조하기 위해서 상기 상부케이스와 접하는 히팅 지그와 상기 하부케이스와 접하는 히팅 지그가 수직 방향으로 일치하지 않고 어긋나도록 열과 압력을 가함으로써, 상기 상부케이스와 접하는 히팅 지그와 상기 하부케이스와 접하는 히팅 지그 사이 부분에 경사 실링부가 형성되도록 하는 것을 특징으로 한다.
상술한 본 발명의 기술적 구성은 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 기술자가 본 발명의 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로 이해되어야 한다. 아울러, 본 발명의 범위는 상기의 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어진다. 또한, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
전지 100 전지케이스 200,
상부케이스 210, 천정부 211, 상부측면부 212, 상부 플랜지부 213
하부케이스 220, 바닥부 221, 하부측면부 222, 하부 플랜지부 223
전극조립체 수용부 250 전극조립체 300
전극리드 410, 420, 전극탭 430, 440
실런트 500, 경사 실링부 510
상부히팅지그 710, 하부히팅지그 720

Claims (5)

  1. 전극 리드가 부착되어 있는 셀 어셈블리; 및
    상기 전극 리드의 일부가 외부로 노출되도록 상부 파우치와 하부 파우치 사이에 형성된 내부 공간에 상기 어셈블리가 탑재되며 상기 셀 어셈블리를 밀봉하는 파우치 케이스를 포함하고,
    상기 파우치 케이스는
    상기 상부 파우치와 하부 파우치가 열융착되어 형성되는 실런트부; 및
    상기 실런트부의 전극조립체 수용부와 접하는 말단에 형성되는 경사 실링부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 파우치형 이차전지.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 경사 실링부의 폭 dx과 상기 실런트부의 두께 dy는 11dy ≤ dx ≤ 56 dy 관계를 만족하는 것을 특징으로 하는 파우치형 이차전지.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 경사 실링부의 폭 dx과 상기 실런트부의 폭 dl은 0.12dl ≤ dx ≤ dl 관계를 만족하는 것을 특징으로 하는 파우치형 이차전지.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 상부 케이스 및 상기 하부 케이스는 외부 피복층, 베리어층, 및 내부 실런트 층을 포함하는 라미네이트 시트로 이루어지고,
    상기 상부 케이스의 내부 실런트층과 상기 하부 케이스의 내부 실런트층이 열접착되어 상기 실런트부를 형성하는 파우치형 이차전지.
  5. 전극리드의 일부가 노출되도록 전극조립체 수용부에 전극조립체를 탑재하는 단계; 및
    상기 상부케이스 및 하부케이스를 열융착하여 실런트부를 형성함으로써 파우치 케이스를 실링하는 단계; 를 포함하고,
    상기 파우치 케이스를 실링하는 단계에서는 상기 상부케이스와 접하는 히팅 지그와 상기 하부케이스와 접하는 히팅 지그가 수직 방향에서 어긋나도록 상기 상부케이스 및 하부케이스에 열과 압력을 가하는 것을 특징으로 하는 제 1 항에 의한 파우치형 이차전지의 제조방법.
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