KR20150075581A - 절곡된 실링부 단부 상에 절연성 물질이 부가되어 있는 구조의 전지셀의 제조방법 - Google Patents
절곡된 실링부 단부 상에 절연성 물질이 부가되어 있는 구조의 전지셀의 제조방법 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 양극과 분리막 및 음극을 포함하는 전극조립체를 전지케이스에 장착하고 열융착에 의해 밀봉된 구조의 전지셀을 제조하는 방법으로서, (a) 전지케이스의 수납부에 전극조립체를 장착한 후 열융착에 의해 수납부 외주면에 실링부를 형성하는 과정; (b) 상기 실링부들 중에서, 전극단자가 위치하는 실링부에 각각 인접하고 있는 양 측변 실링부들의 단부에 전기적 절연성 물질을 부가하는 과정; (c) 상기 양 측변 실링부들을 상향 절곡시키는 과정; 및 (d) 상기 양 측변 실링부들의 단부에 부가되어 있는 전기적 절연성 물질을 경화시키는 과정;을 포함하는 것을 특징으로 하는 전지셀 제조방법에 관한 것이다.
Description
본 발명은 절곡된 실링부 단부 상에 절연성 물질이 부가되어 있는 구조의 전지셀의 제조방법에 관한 것이다.
최근 사용량이 증가하고 있는 이차전지는, 전지의 형상 면에서 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 있고, 전극리드(60, 70)의 상하면 일부에는 전지케이스(20)와의 밀봉도를 높이고 동시에 전기적 절연상태를 확보하기 위하여 절연필름(80)이 부착되어 있다.
이러한 파우치형 전지는 전극조립체를 라미네이트 시트에 수납하고 전해액을 주입하여 열융착 등으로 밀봉하는 단계에서, 열융착 부위(실링부)가 전해액 주입과정에서의 오염과 라미네이트 시트의 최내측 수지층에서의 과다한 용융 현상 및/또는 가압으로 인한 내측 수지층의 외부로의 돌출로 인하여, 열융착을 행한 이후에도 완전한 실링 상태를 유지하기 어려워 수분의 침투가 용이하고 전해액의 누액 가능성이 존재하는 문제점이 있다.
또한, 파우치형 전지는 전지케이스인 라미네이트 시트의 단부에서 금속층이 노출됨으로 인해 절연 파괴 현상이 초래될 수 있으므로, 라미네이트 시트의 단부에 별도의 테이프 접착 공정을 하지 않게 되면, 외부로 금속층이 노출되어 쇼트(short)가 발생될 수 있는 위험이 있다.
상기 문제점을 해결하기 위해, 종래의 기술들은 열융착부 외각에 PET 라벨(label) 및 테이프를 이용하여 절연을 시도하는 전지를 개시하고 있다. 그러나, PET 라벨 및 테이프를 이용하여 열융착부 외각을 절연할 경우, 라벨 및 테이프의 벗겨짐 현상이 나타나 여전히 외부로 금속층이 노출되어 쇼트(short)가 발생될 위험성을 내포하고 있고, 접착된 테이프에 기포 또는 주름 등의 불량이 발생하는 문제점이 있다.
따라서, 상기 문제를 해결하면서, 제조 공정 중 발생되는 불량률을 최소화할 수 있는 전지셀의 제조방법에 대한 필요성이 높은 실정이다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.
본 출원의 발명자들은 심도 있는 연구와 다양한 실험을 거듭한 끝에, 이후 설명하는 바와 같이, 전극단자가 위치하는 실링부에 각각 인접하고 있는 양 측변 실링부들의 단부에 전기적 절연성 물질을 부가시킨 상태에서 양 측변 실링부들을 상향 절곡하는 순서로 전지셀을 제조할 경우, 전지의 밀봉성 및 절연성을 향상시키면서도, 주입 바늘에 의해 전지셀 몸체가 손상되는 문제를 해결할 수 있음을 확인하고, 본 발명을 완성하기에 이르렀다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전지셀 제조방법은,
양극과 분리막 및 음극을 포함하는 전극조립체를 전지케이스에 장착하고 열융착에 의해 밀봉된 구조의 전지셀을 제조하는 방법으로서,
(a) 전지케이스의 수납부에 전극조립체를 장착한 후 열융착에 의해 수납부 외주면에 실링부를 형성하는 과정;
(b) 상기 실링부들 중에서, 전극단자가 위치하는 실링부에 각각 인접하고 있는 양 측변 실링부들의 단부에 전기적 절연성 물질을 부가하는 과정;
(c) 상기 양 측변 실링부들을 상향 절곡시키는 과정; 및
(d) 상기 양 측변 실링부들의 단부에 부가되어 있는 전기적 절연성 물질을 경화시키는 과정;
을 포함하는 것을 특징으로 한다.
이때, 낮은 점도를 가진 전기적 절연성 물질을 도포하면, 도포 후, 경화시키기까지 소정의 시간이 필요한 바, 이 과정에서 절연성 물질이 하단으로 흘러내려 전지의 밀봉성 향상 효과를 감소시킬 수 있는 문제점이 있으므로, 상기 전기적 절연성 물질은, 고점도를 가진 올리고머, 또는 저분자량의 중합체의 형태로 부가된 후 경화되는 것일 수 있다.
여기서, 고점도라 함은, 점도가 18,000 mPaㆍs 이상 내지 35,000 mPaㆍs 이하, 더욱 상세하게는 24,000 mPaㆍs 이상 내지 29,000 mPaㆍs 이하인 것을 의미한다.
상기 전기적 절연성 물질은 상기 범위의 점도를 가진 올리고머, 또는 저분자량의 중합체 형태로 해당 부위에 주입되므로, 도포가 용이하고 도포 후에도 유동이 거의 없어 최적의 밀봉성 및 절연성의 향상 효과를 얻을 수 있다.
경우에 따라서는, 상기 전기적 절연성 물질은 단량체로서 증점제가 첨가된 상태에서 주입된 상태에서 해당 부위에 부가될 수도 있다.
구체적으로, 상기 전기적 절연성 물질의 점도를 증가시킬 수 있는 증점제로는 예를 들어, 카복시메틸셀룰로오스(carboxymethyl cellulose), 하이드록시에틸셀룰로오스(Hydroxyethyl cellulose), 폴리비닐알콜(Polyvinyl Alcohol), 폴리비닐아세테이트(Polyvinylacrylate) 등이 될 수 있고, 이러한 증점제를 전기적 절연성 물질에 첨가하여 점도를 향상시킬 수 있다.
한편, 비교적 낮은 점도를 가진 절연성 물질을 전지케이스의 실링부들에 도포하는 경우 발생되는 상기 문제점을 해결하기 위한 또 하나의 방법으로, 본 발명의 또 하나의 실시예에 따른 전지셀 제조방법은,
양극과 분리막 및 음극을 포함하는 전극조립체를 전지케이스에 장착하고 열융착에 의해 밀봉된 구조의 전지셀을 제조하는 방법으로서,
(a) 전지케이스의 수납부에 전극조립체를 장착한 후 열융착에 의해 수납부 외주면에 실링부를 형성하는 과정;
(b) 상기 실링부들 중에서, 전극단자가 위치하는 실링부에 각각 인접하고 있는 양 측변 실링부들의 단부에 전기적 절연성 물질을 부가하는 과정;
(c) 상기 양 측변 실링부들의 단부에 부가되어 있는 전기적 절연성 물질을 경화시키는 과정; 및
(d) 상기 양 측변 실링부들을 상향 절곡시키는 과정;
을 포함하는 것을 특징으로 한다.
즉, 상기 제조방법은 상기 양 측변 실링부들의 단부에 전기적 절연성 물질을 부가한 후 바로 경화시키는 과정을 수행함으로써, 낮은 점성의 절연성 물질이 하단으로 흘러내려 유실되는 문제를 방지할 수 있다.
이 경우, 상기 전기적 절연성 물질은 저점도를 가진 올리고머, 또는 저분자량의 중합체의 형태로 부가될 수 있고, 상기 저점도는 18,000 mPaㆍs 미만을 의미한다.
이상에서 설명한 바와 같이 상기 본 발명에 따른 전지셀 제조방법들은, 전극단자가 위치하는 실링부에 각각 인접하고 있는 양 측변 실링부들의 단부에 전기적 절연성 물질을 부가시킨 후, 양 측변 실링부들을 상향 절곡시키는 순서로 전지셀을 제조하므로, 절연이 필요한 부분에 정확성 높은 전기적 절연성 물질의 도포 작업이 가능하여 전지셀을 완전하게 절연시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 제조방법들은, 양 측변 실링부들을 상향 절곡시킨 후에 절연성 물질을 주입할 경우, 주입 바늘(injection needle)을 전지셀의 수납부 근거리에 위치시킴에 따라 상기 주입 바늘에 의해 전지셀의 몸체를 관통하는 등에 손상이 발생되는 문제점을, 양 측변 실링부들을 상향 절곡시키기 전에 미리 전기적 절연성 물질의 도포 작업을 실시함으로써 해결할 수 있다.
더 나아가, 상기 제조방법들은 돌출된 양 측변 실링부들을 수직 절곡하여 수납부의 측벽에 밀착시킴으로써, 전지셀의 형상을 육면체에 가깝게 구현하고, 그에 따라 전지의 부피를 최소화하여, 외부 디바이스에 전지셀을 장착하는 것을 용이하게 한다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 제조방법들의 과정(b)에서, 전기적 절연성 물질은 측변 실링부의 단부와 측변 실링부의 상면 및 하면의 일부를 도포하도록 부가될 수 있고, 구체적으로, 상기 전기적 절연성 물질은 측변 실링부의 폭(W)을 기준으로 단부로부터 10% 내지 50%의 범위까지 도포될 수 있다.
상기 범위를 벗어나, 측변 실링부의 폭(W)을 기준으로 단부로부터 50%의 범위를 초과하여 도포될 경우, 전기적 절연성 물질의 과도한 사용으로 비효율적이고 전지의 부피와 무게가 가중될 수 있으며, 10%의 범위 미만으로 도포될 경우, 전지셀 수납부의 외측벽과 접착되기에 충분한 접착력을 발휘하기 힘들고 전지케이스의 금속층이 외부로 노출되는 것을 방지할 수 있는 적절한 범위로 도포할 수 없는 바, 바람직하지 않다.
한편, 도포 형상이 어떠한 경우든, 상기 전기적 절연성 물질은, 도포 두께가 실링부의 두께를 기준으로 110% 내지 300%의 범위로 부가될 수 있고, 상세하게, 도포의 두께는 0.05 mm 이상 내지 0.10 mm 이하일 수 있다.
상기 절연성 물질의 도포 두께가 실링부의 두께를 기준으로 110% 미만의 높이로 부가되면 절곡된 실링부의 단부를 모두 덮지 못하여 소망하는 절연 효과를 얻지 못할 수 있고, 작은 크랙에 의해서도 전지케이스의 금속층이 쉽게 노출될 수 있는 바 바람직하지 않으며, 도포 두께가 실링부의 두께를 기준으로 300% 초과되는 높이인 경우에는 전기적 절연성 물질의 흘러내림 현상이 나타날 수 있고 절연성 물질이 과도하게 포함되어 경제적으로, 또는 공정적으로 비효율적이다.
이러한 상기 전기적 절연성 물질은 광 또는 열 경화성 물질일 수 있고, 상기 광 경화성 물질은 상세하게는, 자외선(UV) 조사시 가교 결합에 의해 경화가 이루어지는 자외선(UV) 경화성 물질일 수 있다
상기 자외선(UV) 경화성 물질은, 불포화 폴리에스테르계 물질이나, 폴리에스테르 아크릴레이트, 에폭시 아크릴레이트, 우레탄 아크릴레이트 등의 폴리아크릴레이트계 물질 등을 들 수 있지만, 이들만으로 한정되는 것은 아니다.
또한, 상기 자외선 경화성 물질은 친수성 기(hydrophilic function group)를 가진 물질일 수 있고, 이 경우, 전지 내부로 유입되는 수분을 포집하여, 전지케이스의 성을 높임과 동시에 수분의 침투를 억제할 수 있다.
한편, 상기 제조방법들에서 양 측변 실링부를 절곡시에, 양 측변 실링부들의 단부는 전지케이스의 수납부의 외면으로부터 소정의 거리만큼 이격되도록 절곡될 수 있고, 또는, 양 측변 실링부들의 단부는 전지케이스의 수납부의 외면에 밀착되도록 절곡될 수 있다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 전극조립체는 다수의 전극 탭들을 연결하여 양극과 음극을 구성하는 구조라면 특별히 한정되는 것은 아니며, 상세하게는 폴딩형 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 전지케이스는 수지층과 금속층을 포함하는 라미네이트 시트일 수 있고, 상기 금속은 알루미늄일 수 있으며, 이러한 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치형 전지케이스는 전극조립체가 내장되어 있는 파우치형 이차전지에 바람직하게 적용될 수 있다.
한편, 상기 전극단자가 위치하는 실링부에는 전지케이스 수납부의 상단에 안착되는 방향으로 보호회로 기판이 탑재될 수 있고, 이 경우, 상기 보호회로 기판과 수납부의 상단 외면 사이의 공간에 전기적 절연성 물질이 추가로 부가될 수 있다. 여기서, 상기 보호회로 기판에 대한 구성은 당업계에 공지되어 있는 바, 본 명세서에서는 이에 대한 설명을 생략한다.
본 발명은 또한, 상기 제조방법들로 제조된 전지셀을 제공한다.
이러한 전지셀은 리튬 함유 전해액이 전극조립체에 함침되어 있는 리튬이온 이차전지, 리튬 함유 전해액이 겔의 형태로 전극조립체에 함침되어 있는, 이른바, 리튬이온 폴리머 전지 등의 리튬 이차전지일 수 있다.
일반적으로, 리튬 이차전지는 양극, 음극, 분리막, 및 리튬염 함유 비수 전해액으로 구성되어 있다.
상기 양극은, 예를 들어, 양극 집전체 상에 양극 활물질, 도전재 및 바인더의 혼합물을 도포한 후 건조하여 제조되며, 필요에 따라서는, 상기 혼합물에 충진제를 더 첨가하기도 한다.
상기 양극 활물질은 리튬 코발트 산화물(LiCoO2), 리튬 니켈 산화물(LiNiO2) 등의 층상 화합물이나 1 또는 그 이상의 전이금속으로 치환된 화합물; 화학식 Li1+xMn2-xO4 (여기서, x 는 0 ~ 0.33 임), LiMnO3, LiMn2O3, LiMnO2 등의 리튬 망간 산화물; 리튬 동 산화물(Li2CuO2); LiV3O8, LiFe3O4, V2O5, Cu2V2O7 등의 바나듐 산화물; 화학식 LiNi1-xMxO2 (여기서, M = Co, Mn, Al, Cu, Fe, Mg, B 또는 Ga 이고, x = 0.01 ~ 0.3 임)으로 표현되는 Ni 사이트형 리튬 니켈 산화물; 화학식 LiMn2-xMxO2 (여기서, M = Co, Ni, Fe, Cr, Zn 또는 Ta 이고, x = 0.01 ~ 0.1 임) 또는 Li2Mn3MO8 (여기서, M = Fe, Co, Ni, Cu 또는 Zn 임)으로 표현되는 리튬 망간 복합 산화물; 화학식의 Li 일부가 알칼리토금속 이온으로 치환된 LiMn2O4; 디설파이드 화합물; Fe2(MoO4)3 등을 들 수 있지만, 이들만으로 한정되는 것은 아니다.
상기 도전재는 통상적으로 양극 활물질을 포함한 혼합물 전체 중량을 기준으로 1 내지 30 중량%로 첨가된다. 이러한 도전재는 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 천연 흑연이나 인조 흑연 등의 흑연; 카본블랙, 아세틸렌 블랙, 케첸 블랙, 채널 블랙, 퍼네이스 블랙, 램프 블랙, 서머 블랙 등의 카본블랙; 탄소 섬유나 금속 섬유 등의 도전성 섬유; 불화 카본, 알루미늄, 니켈 분말 등의 금속 분말; 산화아연, 티탄산 칼륨 등의 도전성 위스키; 산화 티탄 등의 도전성 금속 산화물; 폴리페닐렌 유도체 등의 도전성 소재 등이 사용될 수 있다.
상기 바인더는 활물질과 도전재 등의 결합과 집전체에 대한 결합에 조력하는 성분으로서, 통상적으로 양극 활물질을 포함하는 혼합물 전체 중량을 기준으로 1 내지 30 중량%로 첨가된다. 이러한 바인더의 예로는, 폴리불화비닐리덴, 폴리비닐알코올, 카르복시메틸셀룰로우즈(CMC), 전분, 히드록시프로필셀룰로우즈, 재생 셀룰로우즈, 폴리비닐피롤리돈, 테트라플루오로에틸렌, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 에틸렌-프로필렌-디엔 테르 폴리머(EPDM), 술폰화 EPDM, 스티렌 브티렌 고무, 불소 고무, 다양한 공중합체 등을 들 수 있다.
상기 충진제는 양극의 팽창을 억제하는 성분으로서 선택적으로 사용되며, 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 섬유상 재료라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등의 올리핀계 중합체; 유리섬유, 탄소섬유 등의 섬유상 물질이 사용된다.
상기 음극은 음극 집전체 상에 음극 활물질을 도포, 건조하여 제작되며, 필요에 따라, 앞서 설명한 바와 같은 성분들이 선택적으로 더 포함될 수도 있다.
상기 음극 활물질로는, 예를 들어, 난흑연화 탄소, 흑연계 탄소 등의 탄소; LixFe2O3(0≤x≤1), LixWO2(0≤x≤1), SnxMe1-xMe’yOz (Me: Mn, Fe, Pb, Ge; Me’: Al, B, P, Si, 주기율표의 1족, 2족, 3족 원소, 할로겐; 0<x≤1; 1≤y≤3; 1≤z≤8) 등의 금속 복합 산화물; 리튬 금속; 리튬 합금; 규소계 합금; 주석계 합금; SnO, SnO2, PbO, PbO2, Pb2O3, Pb3O4, Sb2O3, Sb2O4, Sb2O5, GeO, GeO2, Bi2O3, Bi2O4, and Bi2O5 등의 금속 산화물; 폴리아세틸렌 등의 도전성 고분자; Li-Co-Ni 계 재료 등을 사용할 수 있다.
상기 분리막은 양극과 음극 사이에 개재되며, 높은 이온 투과도와 기계적 강도를 가지는 절연성의 얇은 박막이 사용된다. 분리막의 기공 직경은 일반적으로 0.01 마이크로 미터 이상 내지 10 마이크로미터 이하이고, 두께는 일반적으로 5 마이크로 미터 이상 내지 300 마이크로미터 이하이다. 이러한 분리막으로는, 예를 들어, 내화학성 및 소수성의 폴리프로필렌 등의 올레핀계 폴리머; 유리섬유 또는 폴리에틸렌 등으로 만들어진 시트나 부직포 등이 사용된다. 전해질로서 폴리머 등의 고체 전해질이 사용되는 경우에는 고체 전해질이 분리막을 겸할 수도 있다.
리튬염 함유 비수 전해액은, 극성 유기 전해액과 리튬염으로 이루어져 있다. 전해액으로는 비수계 액상 전해액, 유기 고체 전해질, 무기 고체 전해질 등이 사용된다.
상기 비수계 액상 전해액으로는, 예를 들어, N-메틸-2-피롤리디논, 프로필렌 카르보네이트, 에틸렌 카르보네이트, 부틸렌 카르보네이트, 디메틸 카르보네이트, 디에틸 카르보네이트, 감마-부틸로 락톤, 1,2-디메톡시 에탄, 테트라히드록시 프랑(franc), 2-메틸 테트라하이드로푸란, 디메틸술폭시드, 1,3-디옥소런, 포름아미드, 디메틸포름아미드, 디옥소런, 아세토니트릴, 니트로메탄, 포름산 메틸, 초산메틸, 인산 트리에스테르, 트리메톡시 메탄, 디옥소런 유도체, 설포란, 메틸 설포란, 1,3-디메틸-2-이미다졸리디논, 프로필렌 카르보네이트 유도체, 테트라하이드로푸란 유도체, 에테르, 피로피온산 메틸, 프로피온산 에틸 등의 비양자성 유기용매가 사용될 수 있다.
상기 유기 고체 전해질로는, 예를 들어, 폴리에틸렌 유도체, 폴리에틸렌 옥사이드 유도체, 폴리프로필렌 옥사이드 유도체, 인산 에스테르 폴리머, 폴리 에지테이션 리신(agitation lysine), 폴리에스테르 술파이드, 폴리비닐 알코올, 폴리 불화 비닐리덴, 이온성 해리기를 포함하는 중합체 등이 사용될 수 있다.
상기 무기 고체 전해질로는, 예를 들어, Li3N, LiI, Li5NI2, Li3N-LiI-LiOH, LiSiO4, LiSiO4-LiI-LiOH, Li2SiS3, Li4SiO4, Li4SiO4-LiI-LiOH, Li3PO4-Li2S-SiS2 등의 Li의 질화물, 할로겐화물, 황산염 등이 사용될 수 있다.
상기 리튬염은 상기 비수계 전해질에 용해되기 좋은 물질로서, 예를 들어, LiCl, LiBr, LiI, LiClO4, LiBF4, LiB10Cl10, LiPF6, LiCF3SO3, LiCF3CO2, LiAsF6, LiSbF6, LiAlCl4, CH3SO3Li, CF3SO3Li, (CF3SO2)2NLi, 클로로 보란 리튬, 저급 지방족 카르본산 리튬, 4 페닐 붕산 리튬, 이미드 등이 사용될 수 있다.
또한, 비수계 전해액에는 충방전 특성, 난연성 등의 개선을 목적으로, 예를 들어, 피리딘, 트리에틸포스파이트, 트리에탄올아민, 환상 에테르, 에틸렌 디아민, n-글라임(glyme), 헥사 인산 트리 아미드, 니트로벤젠 유도체, 유황, 퀴논 이민 염료, N-치환 옥사졸리디논, N,N-치환 이미다졸리딘, 에틸렌 글리콜 디알킬 에테르, 암모늄염, 피롤, 2-메톡시 에탄올, 삼염화 알루미늄 등이 첨가될 수도 있다. 경우에 따라서는, 불연성을 부여하기 위하여, 사염화탄소, 삼불화에틸렌 등의 할로겐 함유 용매를 더 포함시킬 수도 있고, 고온 보존 특성을 향상시키기 위하여 이산화탄산 가스를 더 포함시킬 수도 있다.
본 발명은 또한, 상기의 전지셀을 하나 이상 포함하는 전지팩을 제공하며, 상기 전지팩을 전원으로 사용하는 디바이스를 제공한다.
상기 디바이스의 구체적인 예로는 디바이스는 휴대폰, 휴대용 컴퓨터, 스마트폰, 태블릿 PC, 스마트 패드 또는 넷북 등을 들 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 전지셀 제조방법들은, 전극단자가 위치하는 실링부에 각각 인접하고 있는 양 측변 실링부들의 단부에 전기적 절연성 물질을 부가시키고, 양 측변 실링부들를 상향 절곡하는 순서로 전지셀을 제조함으로써, 전지의 반복적인 충방전 과정에서 전지셀이 팽창 및 수축을 반복하여 발생할 수 있는 실링부의 결함에, 수분이 침투하거나 전지케이스 내부의 전해액이 누출되는 문제점을 해결할 수 있을 뿐만 아니라, 주입 바늘(injection needle)에 의한 전지셀 수납부의 손상을 방지하는 동시에 절연이 필요한 실링부 단부 상에 정확하고, 용이하게 전기적 절연성 물질을 도포하는 것이 가능해짐에 따라 전지케이스의 금속층이 외부로 노출되므로써 유발되는 쇼트(short)를 보다 완전하게 방지할 수 있는 전지셀을 제공할 수 있다.
도 1은 종래의 파우치형 전지의 일반적인 구조에 대한 분해 사시도이다;
도 2는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 실링부가 절곡되지 않은 전지셀을 나타낸 평면도이다;
도 3 내지 도 6은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지셀 제조방법의 구체적인 과정을 나타낸 단면도이다;
도 7은 도 5와는 다른 구성으로 제조된 전지셀을 모식적으로 나타낸 정면도이다;
도 8은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 제조방법에 의해 제조된 전지셀의 평면도이다.
도 2는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 실링부가 절곡되지 않은 전지셀을 나타낸 평면도이다;
도 3 내지 도 6은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지셀 제조방법의 구체적인 과정을 나타낸 단면도이다;
도 7은 도 5와는 다른 구성으로 제조된 전지셀을 모식적으로 나타낸 정면도이다;
도 8은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 제조방법에 의해 제조된 전지셀의 평면도이다.
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 2에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 실링부가 절곡되지 않은 전지셀을 나타낸 평면도가 모식적으로 도시되어 있고, 도 3 내지 도 6에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지셀 제조방법의 구체적인 과정을 나타낸 단면도가 모식적으로 도시되어 있다.
먼저, 도 2 및 도 3을 함께 참조하면, 전지셀(100)은 제 1 시트형 케이스(110)의 수납부(112)에 양극/분리막/음극 구조의 전극조립체(도시하지 않음)를 장착한 후, 그에 대응하는 제 2 시트형 케이스(120)를 열융착시키는 과정을 통해 제조된다. 여기서, 제 1 시트형 케이스(110)와 제 2 시트형 케이스(120)는 1 단위의 부재로 사용되거나 독립적인 2 단위의 부재로 사용될 수 있다. 이러한 열융착 과정에서 수납부(112)의 외주면 방향으로 실링부(130)가 형성된다.
그런 다음, 도 2 및 도 4를 함께 참조하면, 전지셀(100)의 양 측변 실링부들(131, 132)의 단부(133, 134)에 주입 바늘(500)을 이용하여 전기적 절연성 물질(150)을 단부(133, 134)를 따라 전체적으로 도포한다.
이때, 전기적 절연성 물질(150)은 측변 실링부의 폭(W)을 기준으로 단부(133, 134)로부터 대략 30%의 범위까지 도포되고, 또한, 전기적 절연성 물질의 도포 두께는 실링부의 두께를 기준으로 대략 150%의 범위로 형성된다.
또한, 전기적 절연성 물질(150)은 자외선 경화성 물질이고 점도가 약 25,000 mPaㆍs 인 우레탄 아크릴레이트를 이용하였다.
그런 다음, 도 5 및 도 2를 함께 참조하면, 전지셀(100)과 대응하는 크기의 만입부(163)가 형성되어 있는 지그(160)에 전지셀(100)의 양 측변 실링부들(131, 132)이 상향 절곡되어 만입부(163) 상에 장착 고정되고, 양 측변 실링부들(131, 132)의 단부들(133, 134)은 수납부(112)의 외측벽(113)에 밀착된다.
이러한 지그(160)의 만입부(163)의 내측벽에는 경화성 물질에 의해 전지셀(100)과 지그(160)가 접착되는 것을 방지하도록 테프론 코팅(165)이 되어 있다.
그런 다음, 도 6과 같이, 전지셀(100)의 외측벽(113)과 지그(160) 만입부(165)의 내측벽(161) 사이에 자외선(700)을 주사하는 것에 의해 전기적 절연물질(150)을 경화시킴으로써, 양 측변 실링부들(131, 132)의 단부(133, 134)는 절연되는 동시에 전지셀 수납부(112)의 외측벽(113)과 접착된다.
한편, 도 7에는 도 5와는 다른 구성으로 제조된 전지셀을 모식적으로 도시되어 있다.
도 7을 참조하면, 양 측변 실링부(231)의 단부(233)가 전지셀 수납부(212)의 외측벽(213)과 접착되어 있지 않고 전지케이스의 수납부의 외면으로부터 소정의 거리(P)만큼 이격되도록 절곡되어 있다.
도 8에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 제조방법에 의해 제조된 전지셀의 평면도가 모식적으로 도시되어 있다.
도 8을 참조하면, 전지셀(300)은 양 측변 실링부들(331, 332)이 상향 절곡되어 있고, 전기적 절연 물질(350)이 양 측변 실링부들(331, 332)의 단부(333, 334)의 상하면(도시하지 않음)을 감싸도록 도포되어 전지셀(300)의 외관부들(352, 353)을 형성하고 있다.
즉, 본 발명의 전지셀은 양 측변 실링부들의 외측에 부가된 전기적 절연성 물질이 외관부들을 형성하고 있으므로 외부적 충격에 의해 라미네이트 금속층이 외부로 노출되는 것에 의해 유발되는 쇼트를 효과적으로 방지할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 전지셀 제조방법은 양 측변 실링부들이 상향 절곡되기 이전에 수평면을 기준으로 측변 실링부에 전기적 절연성 물질이 도포되므로 주입 바늘에 의한 전지셀 수납부의 손상을 미연에 방지하고, 도포 작업이 용이하며 전지의 생산수율 및 제조공정의 효율성을 향상시킨다.
한편, 도 4 내지 도 6에서 서술한 제조방법과 달리, 전기적 절연성 물질의 점도가 18,000 mPaㆍs 미만인 경우에 발생되는 문제를 해결하기 위해, 본 발명의 전지셀은 양 측변 실링부들의 단부에 전기적 절연성 물질을 부가하는 과정을 수행한 후, 바로 부가되어 있는 전기적 절연성 물질을 경화시키는 과정을 수행하고, 그 다음 양 측변 실링부들의 단부를 상향 절곡시키는 순서로 제조될 수도 있다.
본 발명이 속한 분양에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주내에서 다양한 응용 및 변형을 수행하는 것이 가능할 것이다.
Claims (27)
- 양극과 분리막 및 음극을 포함하는 전극조립체를 전지케이스에 장착하고 열융착에 의해 밀봉된 구조의 전지셀을 제조하는 방법으로서,
(a) 전지케이스의 수납부에 전극조립체를 장착한 후 열융착에 의해 수납부 외주면에 실링부를 형성하는 과정;
(b) 상기 실링부들 중에서, 전극단자가 위치하는 실링부에 각각 인접하고 있는 양 측변 실링부들의 단부에 전기적 절연성 물질을 부가하는 과정;
(c) 상기 양 측변 실링부들을 상향 절곡시키는 과정; 및
(d) 상기 양 측변 실링부들의 단부에 부가되어 있는 전기적 절연성 물질을 경화시키는 과정;
을 포함하는 것을 특징으로 하는 전지셀 제조방법. - 양극과 분리막 및 음극을 포함하는 전극조립체를 전지케이스에 장착하고 열융착에 의해 밀봉된 구조의 전지셀을 제조하는 방법으로서,
(a) 전지케이스의 수납부에 전극조립체를 장착한 후 열융착에 의해 수납부 외주면에 실링부를 형성하는 과정;
(b) 상기 실링부들 중에서, 전극단자가 위치하는 실링부에 각각 인접하고 있는 양 측변 실링부들의 단부에 전기적 절연성 물질을 부가하는 과정;
(c) 상기 양 측변 실링부들의 단부에 부가되어 있는 전기적 절연성 물질을 경화시키는 과정; 및
(d) 상기 양 측변 실링부들을 상향 절곡시키는 과정;
을 포함하는 것을 특징으로 하는 전지셀 제조방법. - 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 과정(b)에서, 전기적 절연성 물질은 측변 실링부의 단부와 측변 실링부의 상면 및 하면의 일부를 도포하도록 부가되는 것을 특징으로 하는 전지셀 제조방법.
- 제 3 항에 있어서, 상기 전기적 절연성 물질은 측변 실링부의 폭을 기준으로 단부로부터 10% 내지 50%의 범위까지 도포되는 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 하는 전지셀 제조방법.
- 제 3 항에 있어서, 상기 전기적 절연성 물질의 도포 두께는 실링부의 두께를 기준으로 110% 내지 300%의 범위인 것을 특징으로 하는 전지셀 제조방법.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 전기적 절연성 물질은 광 또는 열 경화성 물질인 것을 특징으로 하는 전지셀 제조방법.
- 제 6 항에 있어서, 상기 광 경화성 물질은 자외선(UV) 경화성 물질이며, 자외선(UV)을 조사하여 경화시키는 것을 특징으로 하는 전지셀 제조방법.
- 제 7 항에 있어서, 상기 자외선 경화성 물질은 불포화 폴리에스테르계 물질 또는 폴리아크릴레이트계 물질로 이루어진 군에서 하나 이상으로 선택되는 것을 특징으로 하는 전지셀 제조방법.
- 제 7 항에 있어서, 상기 자외선 경화성 물질은 친수성 기(hydrophilic function group)를 가진 물질인 것을 특징으로 하는 전지셀 제조방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 전기적 절연성 물질은 고점도를 가진 올리고머, 또는 저분자량의 중합체의 형태로 부가되는 것을 특징으로 하는 전지셀 제조방법.
- 제 10 항에 있어서, 상기 고점도는 18,000 mPaㆍs 내지 35,000 mPaㆍs 인 것을 특징으로 하는 전지셀 제조방법.
- 제 10 항에 있어서, 상기 고점도는 24,000 mPaㆍs 내지 29,000 mPaㆍs 인 것을 특징으로 하는 전지셀 제조방법.
- 제 10 항에 있어서, 상기 전기적 절연성 물질은 단량체로서 증점제가 첨가된 상태에서 주입되는 것을 특징으로 하는 전지셀 제조방법.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 양 측변 실링부들은 단부가 전지케이스의 수납부의 외면에 밀착되도록 절곡되는 것을 특징으로 하는 전지셀 제조방법.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 양 측변 실링부들은 단부가 전지케이스의 수납부의 외면으로부터 소정의 거리만큼 이격되도록 절곡되는 것을 특징으로 하는 전지셀 제조방법.
- 제 2 항에 있어서, 상기 전기적 절연성 물질은 저점도를 가진 올리고머, 또는 저분자량의 중합체의 형태로 부가되는 것을 특징으로 하는 전지셀 제조방법.
- 제 16 항에 있어서, 상기 저점도는 18,000 mPaㆍs 미만인 것을 특징으로 하는 전지셀 제조방법.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 전극조립체는 폴딩형 구조, 스택형 구조, 또는 스택/폴딩형 구조인 것을 특징으로 하는 전지셀 제조방법.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 전지케이스는 수지층과 금속층을 포함하는 라미네이트 시트로 이루어진 것을 특징으로 하는 전지셀 제조방법.
- 제 19 항에 있어서, 상기 라미네이트 시트는 알루미늄 라미네이트 시트인 것을 특징으로 하는 전지셀 제조방법.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 전극단자가 위치하는 실링부에는 전지케이스 수납부의 상단에 안착되는 방향으로 보호회로 기판이 탑재되어 있는 것을 특징으로 하는 전지셀 제조방법.
- 제 21 항에 있어서, 상기 보호회로 기판과 수납부의 상단 외면 사이의 공간에 전기적 절연성 물질이 추가로 부가되어 있는 것을 특징으로 하는 전지셀 제조방법.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 따른 방법으로 제조된 것을 특징으로 하는 전지셀.
- 제 23 항에 있어서, 상기 전지셀은 리튬 이차전지인 것을 특징으로 하는 전지셀.
- 제 23 항에 따른 전지셀을 하나 이상 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 전지팩.
- 제 25 항에 따른 전지팩을 전원으로 사용하는 것을 특징으로 하는 디바이스.
- 제 26 항에 있어서, 상기 디바이스는 휴대폰, 휴대용 컴퓨터, 스마트폰, 태블릿 PC, 스마트 패드 또는 넷북인 것을 특징으로 하는 디바이스.
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| KR1020130163678A KR101725879B1 (ko) | 2013-12-26 | 2013-12-26 | 절곡된 실링부 단부 상에 절연성 물질이 부가되어 있는 구조의 전지셀의 제조방법 |
Applications Claiming Priority (1)
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| KR1020130163678A KR101725879B1 (ko) | 2013-12-26 | 2013-12-26 | 절곡된 실링부 단부 상에 절연성 물질이 부가되어 있는 구조의 전지셀의 제조방법 |
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| KR20150075581A true KR20150075581A (ko) | 2015-07-06 |
| KR101725879B1 KR101725879B1 (ko) | 2017-04-11 |
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20190084558A (ko) * | 2018-01-08 | 2019-07-17 | 삼성에스디아이 주식회사 | 이차 전지 |
| KR20200038134A (ko) * | 2018-10-02 | 2020-04-10 | 주식회사 엘지화학 | 파우치형 전지셀 및 그 제조방법 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005285526A (ja) * | 2004-03-30 | 2005-10-13 | Sanyo Electric Co Ltd | ラミネート素電池 |
| KR20110044954A (ko) * | 2011-03-18 | 2011-05-03 | 주식회사 엘지화학 | 실링부가 ｕｖ 경화성 물질로 코팅되어 있는 파우치형 전지의 제조방법 |
| KR20110059096A (ko) * | 2009-11-27 | 2011-06-02 | 삼성에스디아이 주식회사 | 이차전지 및 그의 패킹 방법 |
| JP2012119290A (ja) * | 2010-11-12 | 2012-06-21 | Sony Corp | 電池パック、電池パックの製造方法および電池パック製造用の金型 |
-
2013
- 2013-12-26 KR KR1020130163678A patent/KR101725879B1/ko active IP Right Grant
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| KR101725879B1 (ko) | 2017-04-11 |
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