KR20150069720A - 비정형 형상의 폴리머 전지 패키징 방법과 거기 사용되는 파우치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 비정형 형상의 폴리머 전지를 패키징함에 있어서 실링에 의해 늘어나는 전지의 부피를 최소한으로 하면서 동시에 실링 공정수를 최소화할 수 있는 비정형 형상의 폴리머 전지 패키징 방법과 거기 사용되는 파우치에 관한 것이다.
본 발명은, 비정형 타입의 배터리를 패키징하는 방법으로서, 파우치 위에 전극조립체를 올려놓되 전극조립체로부터 연장되는 전극단자의 단부가 파우치에 대해 외부로 노출되도록 올려놓는 제1단계; 전극조립체의 둘레면 중 전극단자가 형성되지 않은 면들 중에서 어느 한 면을 폴딩라인으로 하여 파우치를 접어 파우치를 2겹으로 포개는 제2단계; 및 전해액 주입을 위한 면을 제외하고, 전극단자를 포함하는 나머지 면을 실링하는 제3단계;를 포함하는 전극조립체 패키징 방법을 제공한다.

Description

비정형 형상의 폴리머 전지 패키징 방법과 거기 사용되는 파우치{A Packaging Method for Irregular Form Polymer Battery and a Pouch Being Used for that}

본 발명은 폴리머 전지 패키징 방법과 거기 사용되는 파우치 관한 것으로, 보다 상세하게는 비정형 형상의 폴리머 전지를 패키징함에 있어서 실링에 의해 늘어나는 전지의 부피를 최소한으로 하면서 동시에 실링 공정수를 최소화할 수 있는 비정형 형상의 폴리머 전지 패키징 방법과 거기 사용되는 파우치에 관한 것이다.

도 1은 전형적인 직사각형의 테두리 형상을 가진 배터리의 형상으로서, 전극조립체가 파우치에 패키징된 상태를 나타낸 평면도, 도 2는 도 1의 전형적인 배터리를 패키징하는 파우치를 나타낸 평면도, 도 3은 도 2의 파우치에 전극조립체가 놓여진 상태를 나타낸 평면도, 도 4는 도 3의 전극조립체의 하면(전극단자의 반대면)을 중심으로 파우치가 폴딩라인을 따라 폴딩되고, 일측면과 상면(전극단자가 있는 면)이 실링된 상태를 나타낸 평면도, 도 5는 도 4의 파우치의 미실링면을 통해 전해액이 주입되는 상태를 나타낸 평면도, 도 6은 도 5의 전해액 주입을 마친 후 전해액 주입구가 실링된 상태를 나타낸 평면도, 도 7은 도 6의 상태에서 초기 충방전에 의해 전해액으로부터 가스가 발생하도록 한 후 커팅홀을 형성하여 디개싱(degassing)하는 상태를 나타낸 평면도, 도 8은 도 7의 디개싱을 마친 후 아직 실링되지 아니하였던 전극조립체의 나머지 측면을 파우치로 실링한 상태를 나타낸 평면도, 그리고 도 9는 도 8의 실링 후 필요 없는 파우치 부분을 트리밍한 상태를 나타낸 평면도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 종래에 전형적으로 생산되던 폴리머 전지는 테두리가 전형적인 직사각의 형상을 하고 있다. 이러한 폴리머 전지는, 전극조립체(10)와, 전극조립체(10)의 적어도 어느 한 면에서 연장 형성되는 전극단자(20)와, 전극조립체(10)를 감싸고 전극단자(20)의 단부가 외부로 노출되도록 이들을 감싸는 파우치(30)를 포함한다.

파우치로 전극조립체를 감싸는 방법은 여러 가지가 있지만, 도 2에 도시된 바와 같이 파우치(30)의 상반부에 전극조립체 수용홈(38)을 형성한 상태에서, 도 3에 도시된 바와 같이 상부의 전극단자(20)가 파우치 외부로 노출되는 방향으로 전극조립체(10)를 상기 수용홈(38)에 삽입하고, 전극조립체(10)의 하단면을 기준으로 한 파우치의 폴딩라인(32)을 따라 파우치를 접어 도 4와 같이 파우치가 상하 이중으로 겹치게 한다.

이러한 상태에서 도 4에 도시된 바와 같이 추후 전해액이 주입될 통로부(도면 상 우측)를 제외하고, 전극조립체에 있어서 전극단자가 있는 면과, 파우치와 전극조립체의 단부가 서로 인접한 면을 실링하여 실링면(34)을 만든다. 그러면 도 4를 기준으로 할 때 파우치는 우측만 열린 형상이고 상,하,좌면이 모두 실링면으로 밀봉되거나 폴딩에 의해 밀봉된 상태가 된다.

다음으로, 도 5에 도시된 바와 같이 파우치의 열린 부분을 통해 전해액을 주입하고, 도 6에 도시된 바와 같이 파우치의 단부를 실링하여 실링면(34)을 만든다. 그러면 도 6을 기준으로 할 때 파우치의 상부는 파우치의 하부에 수용된 전극조립체의 수용부와 연통하는 공간이 된다.

이 상태에서 전극조립체에 대한 충방전을 반복하여 전해액에서 가스가 발생하게 되면 이를 배출하기 위해 도 7에 도시된 바와 같이 커팅홀(36)을 형성하고, 진공을 가하여 가스와 전해액 일부를 배출한다.

배출이 끝나면 도 8에 도시된 바와 같이 전극조립체의 둘레 중 전해액 주입을 위해 아직 실링하지 않은 면을 실링하여 실링면(34)을 만들고, 디개싱(degassing) 공정 후 필요없어진 파우치 부분(도 8의 중간 실링면의 상부)을 트리밍하여 도 9와 같은 배터리를 완성하게 되는 것이다.

이처럼 종래에는 전지의 하부(전극단자가 형성된 면의 반대면)를 기준으로 파우치를 폴딩하였고, 나머지 3면을 실링하는 구조였다.

하지만, 이러한 방식의 파우치 실링 방법은 최근 비정형(irregular) 타입의 배터리 형상의 많아지면서 적합하지 않게 되었다.

가령 도 10에 도시된 바와 같은 배터리를 종래와 같이 전지의 하부(전극단자가 형성된 면의 반대면)를 기준으로 파우치를 폴딩하고 나머지 면을 실링하게 된다면, 전극조립체의 거의 모든 둘레에 실링면(34)이 형성되어 부피 당 배터리 효율이 떨어질 수밖에 없고, 실링이 이루어져야 하는 면이 증가하여 패키징 공정이 더 복잡해지게 된다.

공개특허공보 제2008-10738호

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 비정형 형상의 폴리머 전지에 적합한 패키징 방법과 그에 사용되는 파우치를 제공함을 목적으로 한다.

상기와 같은 과제를 해결하기 위해 본 발명은, 비정형 타입의 배터리를 패키징하는 방법으로서, 파우치 위에 전극조립체를 올려놓되 전극조립체로부터 연장되는 전극단자의 단부가 파우치에 대해 외부로 노출되도록 올려놓는 제1단계; 전극조립체의 둘레면 중 전극단자가 형성되지 않은 면들 중에서 어느 한 면을 폴딩라인으로 하여 파우치를 접어 파우치를 2겹으로 포개는 제2단계; 및 전해액 주입을 위한 면을 제외하고, 전극단자를 포함하는 나머지 면을 실링하는 제3단계;를 포함하는 전극조립체 패키징 방법을 제공한다.

여기서 폴딩라인으로 선택되는 어느 한 면은 전극조립체의 둘레면 중 전극단자가 형성되지 않은 면들 중에서 직선형상의 길이가 가장 긴 면이다.

여기서 전해액 주입을 위한 면은 전극조립체의 둘레면 중 전극단자가 형성되지 않은 면들 중에서 직선형상의 길이가 가장 짧은 면이거나 직선형상의 길이가 없는 면이다.

또한 본 발명은 전해액 주입을 위한 면을 통해 전해액을 주입하고 해당 면의 파우치 단부를 실링하는 제4단계를 더 포함한다.

또한 본 발명은 디개싱 공정 후 전극조립체에서 아직 실링하지 아니한 면을 실링하고 필요없는 파우치 부분을 트리밍하는 제5단계를 더 포함한다.

여기서 파우치는 알루미늄 포일(foil)층, 절연층 및 접착층을 포함한다.

또한 상기 배터리는 이차 전지이다.

아울러 상기와 같은 과제를 해결하기 위해 본 발명은, 비정형 타입의 배터리를 패키징하는 파우치로서, 상기 파우치는 전극조립체 수용홈을 포함하고, 상기 전극조립체 수용홈에 수용되는 전극조립체의 둘레면 중 전극단자가 형성되지 않은 면들 중에서 어느 한 면이 폴딩라인이 되며, 폴딩라인으로 선택되는 어느 한 면은 전극조립체의 둘레면 중 전극단자가 형성되지 않은 면들 중에서 직선형상의 길이가 가장 긴 면인 파우치를 제공한다.

여기서 파우치의 단부 중 전해액 주입을 위한 면은 폴딩라인으로 폴딩된 후 전극조립체의 둘레면 중 전극단자가 형성되지 않은 면들 중에서 직선형상의 길이가 가장 짧은 면이거나 직선형상의 길이가 없는 면이다.

본 발명에 의하면, 비정형 형상의 폴리머 전지를 패키징함에 있어서 실링에 의해 늘어나는 전지의 부피를 최소한으로 하면서 동시에 실링 공정수를 최소화하여 생산비용을 절감할 수 있다.

상술한 효과와 더불어 본 발명의 구체적인 효과는 이하 발명을 실시하기 위한 구체적인 사항을 설명하면서 함께 기술한다.

도 1은 전형적인 직사각형의 테두리 형상을 가진 배터리의 형상으로서, 전극조립체가 파우치에 패키징된 상태를 나타낸 평면도,
도 2는 도 1의 전형적인 배터리를 패키징하는 파우치를 나타낸 평면도,
도 3은 도 2의 파우치에 전극조립체가 놓여진 상태를 나타낸 평면도,
도 4는 도 3의 전극조립체의 하면(전극단자의 반대면)을 중심으로 파우치가 폴딩라인을 따라 폴딩되고, 일측면과 상면(전극단자가 있는 면)이 실링된 상태를 나타낸 평면도,
도 5는 도 4의 파우치의 미실링면을 통해 전해액이 주입되는 상태를 나타낸 평면도,
도 6은 도 5의 전해액 주입을 마친 후 전해액 주입구가 실링된 상태를 나타낸 평면도,
도 7은 도 6의 상태에서 초기 충방전에 의해 전해액으로부터 가스가 발생하도록 한 후 커팅홀을 형성하여 디개싱(degassing)하는 상태를 나타낸 평면도,
도 8은 도 7의 디개싱을 마친 후 아직 실링되지 아니하였던 전극조립체의 나머지 측면을 파우치로 실링한 상태를 나타낸 평면도,
도 9는 도 8의 실링 후 필요 없는 파우치 부분을 트리밍한 상태를 나타낸 평면도,
도 10은 비정형(irregular) 타입의 스텝드(stepped) 배터리와 비정형 타입의 배터리의 형상으로서, 전극조립체가 파우치에 패키징된 상태를 나타낸 평면도,
도 11는 도 10의 비정형 타입의 배터리를 패키징하는 파우치를 나타낸 평면도,
도 12은 도 11의 파우치에 비정형 타입 전극조립체가 놓여진 상태를 나타낸 평면도,
도 13는 도 12의 전극조립체의 측면(전극단자가 형성된 면과 이웃하는 면) 중 직선형상의 길이가 긴 면을 중심으로 파우치가 폴딩라인을 따라 폴딩되고, 상면(전극단자가 있는 면)과 일측면이 실링된 상태를 나타낸 평면도,
도 14는 도 13의 파우치의 미실링면을 통해 전해액이 주입되는 상태를 나타낸 평면도,
도 15은 도 14의 전해액 주입을 마친 후 전해액 주입구가 실링된 상태를 나타낸 평면도,
도 16은 도 15의 상태에서 초기 충방전에 의해 전해액으로부터 가스가 발생하도록 한 후 커팅홀을 형성하여 디개싱(degassing)하는 상태를 나타낸 평면도,
도 17은 도 16의 디개싱을 마친 후 아직 실링되지 아니하였던 전극조립체의 나머지 곡면을 파우치로 실링한 상태를 나타낸 평면도, 그리고
도 18은 도 17의 곡면 실링 후 필요 없는 파우치 부분을 트리밍한 상태를 나타낸 평면도이다.

이하 본 발명에 따른 실시예를 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 10은 비정형(irregular) 타입의 스텝드 배터리와 비정형 타입의 배터리의 형상으로서, 전극조립체가 파우치에 패키징된 상태를 나타낸 평면도, 도 11는 도 10의 비정형 타입의 배터리를 패키징하는 파우치를 나타낸 평면도, 도 12은 도 11의 파우치에 비정형 타입 전극조립체가 놓여진 상태를 나타낸 평면도, 도 13는 도 12의 전극조립체의 측면(전극단자가 형성된 면과 이웃하는 면) 중 직선형상의 길이가 긴 면을 중심으로 파우치가 폴딩라인을 따라 폴딩되고, 상면(전극단자가 있는 면)과 일측면이 실링된 상태를 나타낸 평면도, 도 14는 도 13의 파우치의 미실링면을 통해 전해액이 주입되는 상태를 나타낸 평면도, 도 15은 도 14의 전해액 주입을 마친 후 전해액 주입구가 실링된 상태를 나타낸 평면도, 도 16은 도 15의 상태에서 초기 충방전에 의해 전해액으로부터 가스가 발생하도록 한 후 커팅홀을 형성하여 디개싱(degassing)하는 상태를 나타낸 평면도, 도 17은 도 16의 디개싱을 마친 후 아직 실링되지 아니하였던 전극조립체의 나머지 곡면을 파우치로 실링한 상태를 나타낸 평면도, 그리고 도 18은 도 17의 곡면 실링 후 필요 없는 파우치 부분을 트리밍한 상태를 나타낸 평면도이다.

본 발명의 일 실시예에서 사용되는 이차전지의 전극조립체(10)는 도 10에 도시된 바와 같이 상면에 전극단자(20)가 형성되어 있고, 좌측면이 가장 긴 직선구간을 가지는 면이 되며, 하부면과 우측면에도 직선구간은 있지만 하부면이 직선구간이 가장 짧은 면이 된다.

파우치를 2장 사용하여 이들을 포개는 구조에 비해, 파우치를 한 장 사용하되 이를 반 접어 포개는 구조가 전지의 부피를 줄이는 데에는 훨씬 유리하다. 그 이유는, 파우치에서 접히는 부분은 실링이 필요 없어, 실링면에 의해 부피를 차지하지 않기 때문이다.

이러한 관점에서 전극조립체(10)의 형상에 주목하여 보면, 전극조립체를 패키징하는데 있어서 이러한 파우치의 폴딩 라인이 전극조립체의 둘레 면에 있어서 가장 많은 비중을 차지하는 부분과 일치하는 것이 전지의 부피를 줄이는데 있어서 가장 효율적이다.

아울러 전극조립체의 둘레 면에 있어서 전극단자가 형성된 면은 파우치가 폴딩되기에 부적합하기 때문에, 결국 전극조립체의 둘레 면 중 전극단자가 형성되지 않은 면들 중에서 직선형상의 길이가 가장 긴 면이 폴딩라인이 될 때, 실링면에 차지하는 면적이 최소가 되어 배터리의 면적을 줄일 수 있게 된다.

그리하여 본 발명은 비정형 타입의 배터리를 패키징하는 방법의 일실시예로서, 도 11에 도시된 바와 같이 파우치(30)의 우반부에 전극조립체 수용홈(38)을 형성한 상태에서, 도 12에 도시된 바와 같이 파우치의 전극조립체 수용홈에 전극조립체(10)를 올려놓되 전극조립체로부터 연장되는 전극단자(20)의 단부가 파우치에 대해 외부로 노출되도록 올려놓는다.

다음으로 전극조립체의 둘레면 중 전극단자가 형성되지 않은 면들 중에서 어느 한 면을 폴딩라인으로 하여 파우치를 접어 파우치를 2겹으로 포개는데, 본 발명에서는 도 13에 도시된 바와 같이 직선형상의 길이가 가장 긴 면인 좌측면을 폴딩라인으로 하여 파우치를 접어 2겹으로 포갠다.

한편, 전해액 주입을 위한 면을 제외하고, 전극단자를 포함하는 면과 함께 나머지 면의 파우치 단부를 전극조립체와 접하도록 하며 직선으로 실링하는 것이 바람직한데(이는 파우치의 형상 자체가 직선인 데다가, 미리 파우치를 곡선으로 실링하면 추후 전해액 주입과 디개싱 공정 과정에서 곡선의 실링부가 전해액이 골고루 주입되고 가스를 배출하는데 방해가 되며, 곡선 실링 후 직선 단면을 가지는 파우치 단부의 남는 부분에 대한 트리밍 공정을 한번 더 거쳐야 하기 때문이다), 이러한 직선으로 실링될 파우치의 나머지 면이 전극조립체와 접하면서 전극조립체의 직선 형상 구간과 일치하는 구간이 클수록, 후술할 트리밍 공정(도 17→도 18)에서 잘려나가게 되는 실링부의 길이를 최소화할 수 있게 된다. 즉 도 13의 우측면의 실링부위 중 전극조립체와 접하지 않은 부분은 추후 트리밍 공정에서 잘려나가게 되는데, 전해액 주입 전 직선형상의 길이가 가장 짧은 면이거나 직선형상의 길이가 없는 면(가령 도 13의 전극조립체의 하면)을 먼저 실링한다면, 이에 따라 잘려나가는 실링면의 길이가 커지게 되어 선행한 실링공정에 의해 형성된 실링면이 전극조립체의 둘레를 감싸지 못하는 결과, 선행한 실링 공정 자체를 별 의미 없이 만들기 때문이다.

따라서 전해액 주입을 위해 실링되지 않는 면(도 13의 파우치 하단부)은 전극조립체의 둘레면 중 전극단자가 형성되지 않은 면들 중에서 직선형상의 길이가 가장 짧은 면이거나 직선형상의 길이가 없는 면으로 선택되는 것이 바람직하다. 바꾸어 말하면 전극단자를 포함하는 면과 함께 파우치 단부를 직선으로 실링하는 나머지 면은, 폴딩 라인과 전극단자를 포함하는 면을 제외한 전극조립체의 나머지 면들(도 13의 우측면과 하면) 중에서 직선구간이 긴 면(도 13의 우측면)으로 선택되는 것이 바람직하다.

이에 따라, 도 13에 도시된 바와 같이 전극단자를 포함하는 면과 파우치의 우측면을 따라 실링면(34)을 형성하고, 실링이 되지 않은 한 면을 통해 도 14에 도시된 바와 같이 전해액을 주입하고, 해당 면의 파우치 단부를 도 15에 도시된 바와 같이 실링한다.

다음으로 도 16에 도시된 바와 같은 디개싱 공정 후, 도 17에 도시된 바와 같이 전극조립체에서 아직 실링하지 아니한 면을 실링하고, 도 18과 같이 필요없는 파우치 부분을 트리밍하면 패키징이 마무리된다.

이러한 패키징 방법은 비정형 배터리가 스텝드 배터리(도 10의 좌측 참조)인 경우에도 적용 가능하다.

또한 위와 같은 패키징 공정을 수행하기 위해서는 아래와 같은 파우치를 구비하는 것이 바람직하다.

먼저 파우치는 알루미늄 포일(foil)층, 절연층 및 접착층을 포함하도록 한다.

다음으로 파우치(30)는 전극조립체 수용홈(38)을 포함하고, 상기 전극조립체 수용홈에 수용되는 전극조립체의 둘레면 중 전극단자가 형성되지 않은 면들 중에서 어느 한 면이 폴딩라인이 되며, 폴딩라인으로 선택되는 어느 한 면은 전극조립체의 둘레면 중 전극단자가 형성되지 않은 면들 중에서 직선형상의 길이가 가장 긴 면이 되도록 구성한다.

아울러 파우치의 단부 중 전해액 주입을 위한 면은 폴딩라인으로 폴딩된 후 전극조립체의 둘레면 중 전극단자가 형성되지 않은 면들 중에서 직선형상의 길이가 가장 짧은 면이거나 직선형상의 길이가 없는 면이 되도록 구성한다.

본 발명의 각 구성은 그 기능이 훼손되지 아니하는 범위 내에서 적절히 변경 가능함은 물론이며, 상술한 실시예에 한정되지 않고 특허청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상의 범위 안에서 자유롭게 변경될 수 있다.

10: 전극조립체
20: 전극단자
30: 파우치(pouch)
32: 폴딩라인(folding line)
34: 실링(sealing)면
36: 커팅홀
38: 전극조립체 수용홈

Claims (11)

1. 비정형 타입의 배터리를 패키징하는 방법으로서,
   파우치 위에 전극조립체를 올려놓되 전극조립체로부터 연장되는 전극단자의 단부가 파우치에 대해 외부로 노출되도록 올려놓는 제1단계;
   전극조립체의 둘레면 중 전극단자가 형성되지 않은 면들 중에서 어느 한 면을 폴딩라인으로 하여 파우치를 접어 파우치를 2겹으로 포개는 제2단계; 및
   전해액 주입을 위한 면을 제외하고, 전극단자를 포함하는 나머지 면을 실링하는 제3단계;
   를 포함하며,
   폴딩라인으로 선택되는 어느 한 면은 전극조립체의 둘레면 중 전극단자가 형성되지 않은 면들 중에서 직선형상의 길이가 가장 긴 면인 것을 특징으로 하는 전극조립체 패키징 방법.
2. 청구항 1에 있어서,
   전해액 주입을 위한 면은 전극조립체의 둘레면 중 전극단자가 형성되지 않은 면들 중에서 직선형상의 길이가 가장 짧은 면이거나 직선형상의 길이가 없는 면인 것을 특징으로 하는 전극조립체 패키징 방법.
3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
   전해액 주입을 위한 면을 통해 전해액을 주입하고 해당 면의 파우치 단부를 실링하는 제4단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전극조립체 패키징 방법.
4. 청구항 3에 있어서,
   디개싱 공정 후 전극조립체에서 아직 실링하지 아니한 면을 실링하고 필요없는 파우치 부분을 트리밍하는 제5단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전극조립체 패키징 방법.
5. 청구항 1 또는 2에 있어서,
   상기 파우치는 알루미늄 포일(foil)층, 절연층 및 접착층을 포함하는 것을 특징으로 하는 전극 조립체 패키징 방법.
6. 청구항 1 또는 2에 있어서,
   상기 배터리는 이차 전지인 것을 특징으로 하는 전극 조립체 패키징 방법.
7. 비정형 타입의 배터리를 패키징하는 파우치로서,
   상기 파우치는 전극조립체 수용홈을 포함하고,
   상기 전극조립체 수용홈에 수용되는 전극조립체의 둘레면 중 전극단자가 형성되지 않은 면들 중에서 어느 한 면이 폴딩라인이 되며,
   폴딩라인으로 선택되는 어느 한 면은 전극조립체의 둘레면 중 전극단자가 형성되지 않은 면들 중에서 직선형상의 길이가 가장 긴 면인 것을 특징으로 하는 파우치.
8. 청구항 7에 있어서,
   파우치의 단부 중 전해액 주입을 위한 면은 폴딩라인으로 폴딩된 후 전극조립체의 둘레면 중 전극단자가 형성되지 않은 면들 중에서 직선형상의 길이가 가장 짧은 면이거나 직선형상의 길이가 없는 면인 것을 특징으로 하는 파우치.
9. 청구항 7 또는 청구항 8에 있어서,
   상기 파우치는 알루미늄 포일(foil)층, 절연층 및 접착층을 포함하는 것을 특징으로 하는 파우치.
10. 청구항 1에 있어서,
    상기 비정형 타입의 배터리는 스텝드 배터리인 것을 특징으로 하는 전극 조립체 패키징 방법.
11. 청구항 7에 있어서,
    상기 비정형 타입의 배터리는 스텝드 배터리인 것을 특징으로 하는 파우치.

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