KR20150096325A - 실링부에 홈을 포함하고 있는 파우치형 이차전지 - Google Patents

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Abstract

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 전지셀은 양극/분리막/음극 구조의 전극조립체가 전해액과 함께 파우치형 전지케이스의 전극조립체 수납부 내에 밀봉되어 있는 전지셀로서, 상기 전지케이스는 전극조립체 및 전해액을 내장한 상태에서 외주면에 열융착한 실링부가 형성되어 있으며, 전지셀을 구부렸을 때 상기 전지케이스 실링부의 주름 발생을 방지할 수 있도록, 전극 단자들이 위치한 상단 및/또는 하단 실링부에 인접한 양 측면 실링부들에는 측면 실링부의 단부로부터 전지셀의 상하 중심축 방향으로 만입 홈이 1개 이상 형성되어 있고, 상기 만입 홈이 위치한 측면 실링부 영역은 측면 실링부의 나머지 영역보다 상대적으로 높은 실링 온도로 실링되는 것을 특징으로 하는 전지셀을 제공한다.

Description

실링부에 홈을 포함하고 있는 파우치형 이차전지 {Pouch-type Secondary Battery Having Sealing Part with concave parts}
본 발명은 실링부에 홈을 포함하고 있는 파우치형 이차전지에 관한 것이다.
모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서의 이차전지의 수요가 급격히 증가하고 있고, 특히, 이차전지 중 높은 에너지 밀도와 방전 전압을 갖는 리튬 이차전지에 대해 많은 연구 및 상용화가 이루어지고 있다.
대표적으로 전지의 형상 면에서는 얇은 두께로 휴대폰 등과 같은 제품들에 적용될 수 있는 각형 이차전지와 파우치형 이차전지에 대한 수요가 높고, 재료 면에서는 높은 에너지 밀도, 방전 전압, 출력 안정성의 리튬 이온 전지, 리튬 이온 폴리머 전지 등과 같은 리튬 이차전지에 대한 수요가 높다.
이러한 이차전지는, 그것의 형상에 따라 원통형 전지셀, 각형 전지셀, 파우치형 전지셀 등으로 구분할 수 있다. 그 중에서도 높은 집적도로 적층될 수 있고 중량당 에너지 밀도가 높으며 저렴하고 변형이 용이한 파우치형 전지셀이 많은 관심을 모으고 있다.
도 1에는 종래의 대표적인 파우치형 이차전지의 일반적인 구조가 분해 사시도로서 모식적으로 도시되어 있다.
도 1을 참조하면, 파우치형 이차전지(100)는, 다수의 전극 탭들(31, 32)이 돌출되어 있는 스택형 전극조립체(30), 전극 탭들(31, 32)에 각각 연결되어 있는 두 개의 전극 리드들(40, 41), 및 전극 리드들(40, 41)의 일부가 외부로 노출되도록 하면서 스택형 전극조립체(30)를 수납 및 밀봉하는 구조의 전지케이스(20)를 포함하는 것으로 구성되어 있다.
전지케이스(20)는 스택형 전극조립체가 안착될 수 있는 오목한 형상의 수납부(23)를 포함하는 하부 케이스(21)와 그러한 하부 케이스(21)의 덮개로서 스택형 전극조립체(30)를 밀봉하는 상부 케이스(22)로 이루어져 있다. 상부 케이스(22)와 하부 케이스(21)는 스택형 전극 조립체(30)를 내장한 상태에서 열융착되어, 실링부(24)를 형성한다.
도 1은, 전극 탭과 전극 리드가 연결된 구조의 전극 단자가 일단에 함께 형성되어 있는 구조의 파우치형 전지셀을 도시하고 있으나, 전극 단자가 일단과 타단에 각각 형성되어 있는 구조의 파우치형 전지셀 등도 본 발명의 하나의 실시예로서 발명의 범위에 포함될 수 있음은 물론이다.
또한, 도 1은, 스택형 전극조립체를 사용한 파우치형 전지셀을 도시하고 있으나, 권취형 또는 젤리-롤형 전극조립체를 사용하는 경우에도 상기와 같은 구조로 형성될 수 있음은 물론이다.
도 1에서와 같이, 파우치형 전지셀은, 대략 직육면체의 형상으로 제조되는 것이 일반적이다. 그러나, 소비자의 취향에 따라 전자 디바이스가 점점 소형화, 박형화 되어 가고 있는 추세이므로, 불필요한 공간 낭비를 최소화하기 위해서는 전지의 형상 역시 디바이스의 형상에 따라 다양하게 구현함과 동시에 디바이스의 내부 공간을 효율적으로 활용할 필요가 있다.
특히, 최근에는 디바이스의 디자인 자체가 수요자의 제품 선택에 있어서 매우 중요한 요소로 작용하고 있으므로 종래 생산성 등을 고려한 평면형 디자인에서 탈피하여 다양한 형태의 디자인이 설계되고 있다. 예를 들어, 휴대폰, 노트북 등과 같은 디바이스는 인체공학적인 설계를 위해 소정의 곡면을 갖는 디자인으로 설계될 수 있다. 예를 들어, 스마트폰의 경우에는, 파지감의 향상을 위하여, 측면을 곡선 처리할 수 있고, 플렉서블 디스플레이 같은 경우에는 휘거나 굽힐 수 있으며, 다양한 형태로 제작이 가능하다.
이렇게 곡선 처리된 부분을 가지도록 디자인된 디바이스 또는 휘어질 수 있는 디바이스의 경우, 직육면체 형상의 전지셀 또는 전지팩을 디바이스 내부의 공간에 내장하는 것에 한계가 있다는 문제가 있는 바, 최근에는 다양한 디자인의 디바이스 내에 쉽게 장착할 수 있는 전지의 유연한 특성이 요구되고 있다.
따라서, 상기 문제를 해결하고, 전지셀을 구부리는 경우에 나타나는 문제점 또한 해결할 수 있는 기술에 대한 필요성이 높은 실정이다.
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, 전지케이스의 실링부에 만입 홈을 형성하고, 상기 만입 홈이 형성되는 실링부 영역의 실링 온도를 나머지 영역보다 상대적으로 높게 하는 경우, 전지셀을 구부렸을 때 전지케이스 실링부에 발생하는 주름을 방지할 수 있고, 실링부의 폭이 좁아짐에 따른 전해액 누액 문제 등을 효과적으로 방지하여 안전성을 확보할 수 있음을 확인하고, 본 발명을 완성하기에 이르렀다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전지셀은,
양극/분리막/음극 구조의 전극조립체가 전해액과 함께 파우치형 전지케이스의 전극조립체 수납부 내에 밀봉되어 있는 전지셀로서, 상기 전지케이스는 전극조립체 및 전해액을 내장한 상태에서 외주면에 열융착한 실링부가 형성되어 있으며, 전지셀을 구부렸을 때 상기 전지케이스 실링부의 주름 발생을 방지할 수 있도록, 전극 단자들이 위치한 상단 및/또는 하단 실링부에 인접한 양 측면 실링부들에는 측면 실링부의 단부로부터 전지셀의 상하 중심축 방향으로 만입 홈이 1개 이상 형성되어 있고, 상기 만입 홈이 위치한 측면 실링부 영역은 측면 실링부의 나머지 영역보다 상대적으로 높은 실링 온도로 실링된다.
즉, 본 발명에 따른 전지셀은, 파우치형 전지케이스의 측면 실링부에 만입 홈을 형성함으로써, 다양한 디바이스에 대응하여 전지의 형상을 변형하는 경우에도 전지케이스의 실링부 상에 의도하지 않은 주름 발생을 최소화할 수 있으므로, 주름으로 인한 불필요한 부피 증가 및 주름 발생 부분의 반복 사용으로 인한 전지케이스 금속층의 노출을 효과적으로 방지하여 전지의 안전성을 확보할 수 있다.
또한, 실링부에 형성된 만입 홈으로 인해 실링부의 폭이 좁아짐으로써 발생되는 안전성 문제를 해결하기 위해, 만입 홈이 형성되는 측면 실링부 영역은 나머지 실링부 영역보다 실링 온도를 상대적으로 높게 하여 전해액 누액 등의 염려를 차단할 수 있게 하였는 바, 전지의 형상 변형에 적합한 전지셀을 제공함과 동시에 안전성의 문제도 해결할 수 있게 되었다.
본 발명에 따른 전지셀은 다양한 디바이스에 대응하여 전지의 형상이 변형될 수 있고, 이때, 전지셀이 구부러지는 영역은 특별히 제한되지는 않지만, 구체적으로, 전지케이스의 실링부에 형성된 만입 홈 영역을 중심으로 굽어질 수 있다.
따라서, 상기 만입 홈은, 전지셀의 형상 변형이 가장 빈번하게 발생할 수 있는 부위에 형성됨이 바람직하고, 상세하게는, 전극조립체 수납부의 중심을 통과하는 수평축 상의 측면 실링부에 형성될 수 있다.
이와 같이, 전지셀이 구부러지는 부위에 만입 홈을 형성하는 경우, 전지의 형상 변형시 전지케이스 실링부에 형성되는 주름의 발생을 최소화할 수 있고, 그 결과, 전지케이스의 불필요한 부피 증가를 방지하고 전지의 안전성을 확보할 수 있다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 전지셀의 양 측면 실링부들 각각에는 복수의 만입 홈들이 형성될 수 있는 바, 상기 양 측면 실링부 각각의 만입 홈의 개수는 2개 이상일 수 있으며, 전지셀을 구부렸을 때 주름이 발생하는 것을 방지하기 위한 목적을 고려할 때, 상기 양 측면 실링부 각각에 형성된 만입 홈의 개수는 서로 동일할 수 있다.
한편, 전지셀의 굽어지는 현상이 반드시 전지셀 수납부 중심을 통과하는 수평축 상에서만 발생하는 것이 아닌 바, 상기 수평축으로부터 이격된 부위에 만입 홈이 형성될 수도 있다. 따라서, 전지셀이 어느 위치에서 굽어지는지에 상관없이 전지셀의 주름 발생을 효과적으로 방지할 수 있다.
또한, 전지셀의 형상 변형이 전극조립체 수납부의 중심을 통과하는 수평축과 평행하게 발생할 수도 있으나, 상기 수평축과 비스듬한 축을 기준으로 발생할 수도 있는 바, 좌측 실링부 및 우측 실링부 각각에 형성된 만입 홈의 위치는 전지셀 수납부 중심을 통과하는 수평축으로부터의 이격 거리가 서로 동일하한 위치에 형성될 수 있을 뿐만 아니라 다른 위치에 형성될 수도 있다.
상기 만입 홈의 형상은 전지의 형상 변형시 발생하는 주름을 최소화하기 위한 구조라면 특별히 제한되지 아니하고, 상세하게는, 평면상으로 다각형 또는 원호 구조를 가질 수 있다.
구체적으로, 상기 만입 홈은, 측면 실링부의 단부로부터 전지셀의 상하 중심축 방향으로 형성되는 바, 전극조립체의 수납부 방향으로 모서리가 형성되는 삼각형 또는 5각형 등의 구조를 가질 수 있을 뿐만 아니라, 전극조립체의 수납부 방향으로 원호가 형성되는 구조일 수 있다. 또한, 상기 원호는 가로방향 또는 세로방향 가운데 어느 한 방향으로 길이가 긴 원호 구조로 형성될 수도 있다.
이때, 상기 만입 홈의 폭(a)은 실링부의 단축 폭(W)에 대해 0.2배 내지 0.8배의 크기 범위에서 실링부의 외주면을 따라 형성될 수 있고, 만입 홈의 너비(b)는 실링부의 단축 폭(W)에 대해 0.1배 내지 2배의 크기 범위에서 실링부의 외주면을 따라 형성될 수 있다.
상기 만입 홈의 폭(a) 및 너비(b)는 주름 방지의 효과 및 안전성을 고려하여 적절한 범위에서 선택된다면 특별히 제한되지는 않지만, 실링부 단축 폭(W)에 대해 만입 홈의 폭(a)이 0.2배 미만이거나, 만입 홈의 너비(b)가 0.1배 미만이라면 전지 형상 변형시 주름의 최소화라는 효과를 달성하기 어렵고, 실링부 단축 폭(W)에 대해 만입 홈의 폭(a)이 0.8배를 초과하거나, 만입 홈의 너비(b)가 2배를 초과한다면, 만입 홈이 형성되는 부분의 실링부의 폭이 좁아짐에 따른 안전성을 담보하기 어려우므로 바람직하지 않다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 양 측면 실링부들 중의 적어도 하나에는, 2개 이상의 만입 홈들이 연속적으로 인접하여 형성될 수 있다. 이와 같은 경우, 전지의 형상 변형이 동시에 여러 부분에서 발생하더라도 전지셀의 주름 발생을 최소화할 수 있는 효과를 발휘할 수 있다.
한편, 실링부에 만입 홈이 형성되는 구조이므로, 상기에서 설명한 바와 같이, 만입 홈이 위치한 측면 실링부가 전지케이스의 상부와 하부가 접합되어 있는 실링부의 폭이 상대적으로 만입 홈이 형성되지 않은 부분에 비하여 좁아짐으로써 발생되는 실링부의 결합 강도의 문제를 해결하고자, 만입 홈이 형성된 실링부의 실링 온도를 나머지 영역의 실링 온도에 비해 높게 구성할 수 있다.
구체적으로, 열융착 온도와 관련하여, 상기 실란트층은 녹는점이 139℃ 내지 143℃인 폴리프로필렌(polypropylene)으로 구성될 수 있으며, 상기 금속층은 알루미늄으로 이루어질 수 있는 바, 상기 열융착 온도는 알루미늄 금속층의 파손을 방지하면서 상기 실란트층이 짧은 시간 내에 녹을 수 있는 범위에서 적절히 선택될 수 있다.
상기의 내용을 고려할 때, 상기 만입 홈이 위치한 측면 실링부 영역의 열융착 온도는 나머지 영역의 열융착 온도보다 5℃ 내지 30℃ 더 높을 수 있으며, 더욱 상세하게는 10℃ 내지 20℃ 더 높을 수 있다. 이때, 상기 나머지 영역의 열융착 온도는 160℃ 내지 200℃이며, 더욱 구체적으로는, 170℃ 내지 195℃일 수 있다.
즉, 실링부의 열융착 온도를 실링부의 영역에 따라 고온 또는 저온으로 나누어 구성하고, 만입 홈이 위치한 측면 실링부 영역에서의 열융착 온도를 고온으로 함으로써, 실링부의 결합 강도를 달리할 수 있다.
한편, 하나의 구체적인 예에서, 상대적으로 좁아질 수 있는 만입부가 형성된 부분의 실링부 열융착 부위가 줄어들지 않도록 하여, 더욱 안전성이 향상된 전지케이스를 제공하기 위하여, 상기 전극조립체의 외면, 즉, 측면 실링부의 만입 홈과 대면하는 부위에는 상기 만입 홈과 동일한 형상의 만입부가 형성되어 있을 수 있다.
이때, 전지케이스의 수납부 역시 전극조립체의 형상에 대응하여 만입 홈이 형성되어 있을 수 있음이 바람직하고, 이는, 실링부에 형성된 만입 홈으로 인하여, 열융착 부위가 좁아지는 점을 보완하기 위한 것이다.
본 발명에 따른 전지셀에 있어서, 상기 전극조립체가 내장된 파우치형 전지케이스는 수지층, 금속층 및 실란트층을 포함하는 라미네이트 시트로 이루어질 수 있으며, 상기 전극 단자들로서 양극 단자와 음극 단자는 상단 실링부 상에 위치할 수도 있고, 또는, 양극 단자는 상단 실링부 상에 위치하고, 음극 단자는 하단 실링부 상에 위치할 수도 있다.
구체적으로, 상기 전극 단자들은 전극조립체를 구성하는 양극 집전체 및 음극 집전체의 적층 방법에 따라, 양극 단자 및 음극 단자의 방향이 동일할 수도 있고, 서로 반대 방향을 향할 수도 있다. 이는, 사용되는 디바이스의 형상, 구조 및 전지 용량 등을 고려하여 적절하게 선택될 수 있다. 상기 전극단자는 전극조립체에 연결된 전극 탭이 전극 리드와 연결된 구조로 형성되며, 전극단자의 일단은 보호회로모듈(PCM)에 연결될 수 있다.
본 발명에 따른 전지셀은 리튬 이차전지일 수 있는 바, 상기 리튬 이차전지는 전해액의 형태에 따라, 액체 전해액이 젤과 같은 형태로 포함되어 있는 리튬 이온 폴리머 전지, 액체 전해액을 그대로 포함하고 있는 리튬 이온 전지, 및 고체 전해질의 리튬 폴리머 전지로 분류된다. 특히, 리튬 이온 폴리머 전지(또는 젤 폴리머 전지)는 액체 전해액에 비하여 누액 가능성이 낮아 안전성이 높고, 전지 형상의 초박화 및 경량화가 가능하다는 등의 많은 장점을 가지고 있어서 그것의 사용량이 증가하고 있다. 리튬 이온 폴리머 전지 또는 리튬 이온 전지 또는 리튬 폴리머 전지의 공지의 구조 및 구성요소는 본 명세서에 합체된다.
본 발명은 또한, 상기의 파우치형 전지케이스의 실링부에 만입 홈이 형성된 전지셀의 제조 방법을 제공한다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 전지셀의 제조 방법은,
(a) 전지케이스의 전극조립체 수납부에 전극조립체를 장착한 상태에서 전지케이스의 외주면 중 일측 단부를 제외한 나머지 부위들을 열융착시켜 실링하는 과정, (b) 미실링 상태의 상기 단부를 통해 전해액을 주입한 후 단부를 열융착하는 과정, 및 (c) 측면 실링부의 단부로부터 전지셀의 상하 중심축 방향으로 만입 홈을 양 측면 실링부들에 형성하는 과정을 포함할 수 있다.
하나의 또 다른 구체적인 예에서, 상기 전지셀의 제조 방법은,
(a) 전지케이스의 전극조립체 수납부에 전극조립체를 장착한 상태에서, 측면 실링부의 단부로부터 전지셀의 상하 중심축 방향으로 만입 홈을 양 측면 실링부들에 형성하는 과정, (b) 전지케이스의 외주면 중 일측 단부를 제외한 나머지 부위들을 열융착시켜 실링하는 과정, 및 (c) 미실링 상태의 상기 단부를 통해 전해액을 주입한 후 단부를 열융착하는 과정을 포함할 수 있다.
더욱 상세하게는, 상기 미실링 상태의 상기 단부를 통해 전해액을 주입한 후 단부를 열융착하는 과정은, 전해액의 주입 후, 충전과 방전을 수행하여 전지셀을 활성화시켜 발생 가스를 제거한 뒤 열융착하는 과정으로 이루어질 수 있다.
구체적인 예로서, 상기 전지셀 활성화 과정에서 발생하는 가스 제거 과정을 진공상태에서 수행하고, 열융착 후 챔버 내압을 상압으로 유지시키는 과정을 통해 열융착 수지층의 균일화를 향상시킬 수 있다.
또한, 상기 열융착으로 가열 가압하여 밀봉된 전지케이스를 별도로 커팅하는 과정을 포함할 수 있다.
본 발명은 또한, 상기 전지셀을 단위 전지로 포함하는 전지모듈을 제공하고, 상기 전지모듈을 포함하는 전지팩을 제공한다.
본 발명은 또한, 상기 전지팩을 전원으로 포함하고 있는 디바이스를 제공한다.
구체적으로, 상기 전지팩은 고온 안전성 및 긴 사이클 특성과 높은 레이트 특성 등이 요구되는 디바이스의 전원으로 사용될 수 있으며, 이러한 디바이스의 상세한 예로는 스마트 폰, 휴대폰, 노트북, 테블릿 PC, 시계 또는 안경에서 선택되는 모바일 디바이스, 또는 전지 기반 모터에 의해 동력을 받아 움직이는 파워 툴(power tool); 전기자동차(Electric Vehicle, EV), 하이브리드 전기자동차(Hybrid Electric Vehicle, HEV), 플러그-인 하이브리드 전기자동차(Plug-in Hybrid Electric Vehicle, PHEV) 등을 포함하는 전기차; 전기 자전거(E-bike), 전기 스쿠터(E-scooter)를 포함하는 전기 이륜차; 전기 골프 카트(electric golf cart); 전력저장용 시스템 등으로부터 선택되는 것일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
이들 디바이스의 구조 및 그것의 제작 방법은 당업계에 공지되어 있으므로, 본 명세서에서는 그에 대한 자세한 설명은 생략한다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 전지셀은 전극 단자들이 위치한 상단 및/또는 하단 실링부에 인접한 양 측면 실링부들에 만입 홈이 형성됨으로써, 전지의 형상을 변형하는 경우에도 전지케이스 실링부의 주름 발생을 방지할 수 있으므로, 상기 주름으로 인한 불필요한 전지셀의 부피 증가 및 주름 발생 부분의 반복 사용으로 인한 전지케이스 금속층의 노출을 방지할 수 있다.
또한, 본 발명은 만입 홈이 위치한 측면 실링부 영역이 측면 실링부의 나머지 영역보다 상대적으로 높은 실링 온도로 실링되도록 함으로써, 실링부의 열융착면이 좁더라도, 더욱 융착이 잘 이루어지도록 하기 때문에 전해액 누액 등으로부터의 안전성을 확보할 수 있다.
도 1은 종래의 대표적인 파우치형 이차전지의 분해 사시도이다;
도 2는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지셀의 투시 평면도이다;
도 3은 도 2에 따른 평면상 만입 홈의 형상을 나타낸 부분 확대도이다;
도 4는 본 발명의 다른 하나의 실시예에 따른 전지셀의 투시 평면도이다;
도 5는 본 발명의 또 다른 하나의 실시예에 따른 전지셀의 투시 평면도이다;
도 6은 도 5의 전지셀에 형성된 만입 홈의 개수를 달리한 전지셀의 투시 평면도이다; 및
도 7은 도 6의 변형예에 대한 전지셀의 투시 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 전지케이스(200)의 투시 평면도가 도시되어 있다.
도 2는 전극 탭과 전극 리드가 연결된 구조의 전극 단자가 일단에 함께 형성되어 있는 구조의 파우치형 전지셀을 도시하고 있으나, 전극 단자가 일단과 타단에 각각 형성되어 있는 구조의 파우치형 전지셀 등도 포함되는 것은 물론이다.
도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 전지셀(200)은, 전극조립체(230)가 전해액(도시하지 않음)에 함침된 상태로 파우치형 전지케이스(250)에 내장되어 있는 구조로 이루어져 있는 바, 다수의 전극 탭들(203, 204)에 각각 연결되어 있는 두 개의 전극 리드(201, 202)의 일부가 외부로 노출되도록 전극조립체(230)를 수납 및 밀봉하는 구조의 전지케이스(250)를 포함하고, 상기 전지케이스(250)는 전극조립체(230)가 안착될 수 있는 오목한 형상의 수납부(225)를 포함하는 하부 케이스와 그러한 하부 케이스의 덮개로서 전극조립체(230)를 밀봉하는 상부 케이스로 이루어져 있다.
상기 전지케이스(250)에는 전극조립체(230) 및 전해액을 내장한 상태에서 외주면을 열융착한 실링부들(221, 222, 223, 224)이 형성되어 있으며, 전극 단자들이 위치한 상단 실링부(221), 및 하단 실링부(224)에 인접한 양 측면 실링부들(222, 223)에는 측면 실링부들(222, 223)의 단부로부터 전지셀(200)의 중심 방향(M)으로 만입 홈들(210)이 형성되어 있다.
바람직하게는, 상기 만입 홈들(210) 영역을 중심으로 전지셀이 굽어지는 바, 상기 만입 홈들(210)은 전극조립체 수납부(225)의 수평축(S)과 수직 축(L)이 만나는 전극조립체의 중심(M)을 통과하는 수평축 상의 측면 실링부들(222, 223)상에 형성된다.
상기 만입 홈(210)의 폭(a)은 실링부 단축 폭(W)에 대해 0.2배 내지 0.8배의 크기 범위 내에서 실링부의 외주면을 따라 형성되고, 만입 홈(210)의 너비(b)는 실링부의 단축 폭(W)에 대해 0.1배 내지 2배의 크기 범위에서 실링부의 외주면을 따라 형성된다.
한편, 도 3에는 만입 홈의 형상을 더욱 구체적으로 살펴보기 위해, 도 2에 따른 만입 홈의 평면상 형상을 나타낸 부분 확대도를 도시하고 있다.
도 3을 참조하면, 만입 홈은 실링부의 단부로부터 전지셀의 중심 방향으로 만입되어 형성되는 바, 상기 만입 홈은 평면상으로 삼각형, 5각형 등의 다각형 또는 원호 형상이며, 상기 만입 홈의 폭(a) 및 너비(b)의 범위 내에서 적절한 크기로 형성될 수 있다
도 4는 본 발명의 다른 하나의 실시예에 따른 전지셀(300)의 투시 평면도를 도시하고 있다.
도 4를 참조하면, 전극조립체(330)를 내장한 전지케이스의 좌측 실링부(322) 및 우측 실링부(323)에는 만입 홈(310)이 각각 형성되어 있으며, 전지케이스의 수납부(324)에 내장된 전극조립체(330)의 외면에는 측면 실링부(322, 323)에 형성된 만입 홈(310)과 대면하는 부위에 상기 만입 홈(310)과 동일한 형상의 만입부(340)가 형성되어 있다.
또한, 전지케이스의 수납부(324) 역시 전극조립체(330)에 형성된 만입 부(340)형상에 대응하여 만입 홈(350)이 형성되어 있을 수 있고, 이는, 실링부에 형성된 만입 홈으로 인하여, 열융착 부위가 좁아지는 점을 보완하기 위한 것이다.
도 5는 본 발명의 또 다른 하나의 실시예에 따른 전지셀의 투시 평면도를 도시하고 있다.
도 5를 참조하면, 전지셀(400)의 좌측 실링부(422) 및 우측 실링부(423)에는 복수의 만입 홈들(411, 412, 413, 414, 415, 416) 형성되어 있다. 상기 만입 홈들 가운데 전극조립체 수납부(425)의 수평축(S)과 수직 축(L)이 만나는 전극조립체의 중심(M)을 통과하는 수평축 상에 형성된 만입 홈(412, 415)은 상기 도 2의 전지셀과 동일한 위치에 형성되는 것이나, 상기 만입 홈들(411, 413)은 좌측 실링부(422) 상에서 만입 홈(412)과 이격 거리(d1)를 두고 형성될 수 있으며, 상기 만입 홈들(414, 416)은 우측 실링부(423) 상에서 만입 홈(415)과 이격 거리(d2)를 두고 형성될 수 있다.
이 때, 상기 이격 거리들(d1, d2)는 서로 동일할 수도 있고 서로 상이할 수도 있는 바, 전극조립체 수납부의 수평축과 평행하게 전지셀의 형상 변형이 일어나는 경우뿐 아니라, 전극조립체 수납부의 수평축과 비스듬하게 전지셀의 형상 변형이 일어나는 경우에도 주름 방지의 효과를 기대할 수 있다.
도 6은 도 5의 전지셀에 형성된 만입 홈의 개수가 증가된 전지셀의 투시 평면도를 모식적으로 도시하고 있고, 도 7은 상기 도 6의 전지셀에 형성된 만입 홈의 형상을 달리하는 변형예를 모식적으로 도시하고 있다.
상기 도 6을 참조하면, 전지셀(500)의 좌측 실링부(522) 및 우측 실링부(523) 상에는 상기 측면 실링부들의 단부로부터 전지셀(500)의 상하 중심축(L)방향으로 만입 홈(510)이 연속적인 형상으로 형성되어 있다.
상기 만입 홈(510)의 크기는 도 2에 도시된 만입 홈의 폭(a) 및 너비(b)의 범위 내에서 선택적으로 형성될 수 있으며, 측면 실링부들(522, 523)이 상부 실링부(521)와 만나는 상부 말단에서부터 측면 실링부들(522, 523)이 하부 실링부(524)와 만나는 하부 말단까지 연속적으로 형성될 수 있을 뿐만 아니라, 측면 실링부의 일부에서 연속적인 형상으로 형성될 수도 있고, 연속적인 형상들 간에 이격 거리를 두고 부분적인 만입 홈 형성부를 형성할 수도 있다.
도 7은 도 6의 전지셀에 형성된 만입 홈의 형상이 변형된 전지셀을 모식적으로 도시하고 있다.
도 7을 참조하면, 전지셀(600)의 좌측 실링부(622) 및 우측 실링부(623) 상에는 상기 측면 실링부들의 단부로부터 전지셀(600)의 상하 중심축(L)방향으로 만입 홈(610)이 연속적인 형상으로 형성되어 있다.
상기 만입 홈(610)의 크기는 도 2에 도시된 만입 홈의 폭(a) 및 너비(b)의 범위 내에서 선택적으로 형성될 수 있으며, 상기 만입 홈의 형상은 물결 모양의 연속적인 형상 또는 도 6에 도시된 평면상 삼각형의 형상뿐만 아니라, 평면상으로 다각형 또는 타원형 등 다양한 형상으로 형성될 수 있음은 물론이다.
또한, 상기 만입 홈(610)은 측면 실링부들(622, 623)이 상부 실링부(621)와 만나는 상부 말단에서부터 측면 실링부들(622, 623)이 하부 실링부(624)와 만나는 하부 말단까지 연속적으로 형성될 수 있을 뿐만 아니라, 측면 실링부의 일부에서 연속적인 형상으로 형성될 수도 있고, 연속적인 형상들 간에 이격 거리를 두고 부분적인 만입 홈 형성부를 형성할 수도 있다.
상기의 설명과 같이, 본 발명에 따른 전지셀은, 전지케이스의 실링부의 일부에 만입 홈을 형성함으로써, 전지의 형상에 변형이 생기는 경우라도, 상기 실링부에 생기는 주름의 발생을 최소화하여, 불필요한 전지셀의 부피 증가를 방지할 수 있을 뿐만 아니라, 만입 부가 형성되는 부분의 실링 온도를 상대적으로 더 높게 함으로써, 전해액 누출 현상을 효과적으로 방지하여 전지의 안전성을 확보할 수 있다.
본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다.

Claims (21)

  1. 양극/분리막/음극 구조의 전극조립체가 전해액과 함께 파우치형 전지케이스의 전극조립체 수납부 내에 밀봉되어 있는 전지셀로서,
    상기 전지케이스는 전극조립체 및 전해액을 내장한 상태에서 외주면에 열융착한 실링부가 형성되어 있으며;
    전지셀을 구부렸을 때 상기 전지케이스 실링부의 주름 발생을 방지할 수 있도록, 전극 단자들이 위치한 상단 및/또는 하단 실링부에 인접한 양 측면 실링부들에는 측면 실링부의 단부로부터 전지셀의 상하 중심축 방향으로 만입 홈이 1개 이상 형성되어 있고, 상기 만입 홈이 위치한 측면 실링부 영역은 측면 실링부의 나머지 영역보다 상대적으로 높은 실링 온도로 실링되는 것을 특징으로 하는 전지셀.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 전지케이스는 수지층, 금속층 및 실란트층을 포함하는 라미네이트 시트로 이루어진 것을 특징으로 하는 전지셀.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 전극 단자들로서 양극 단자와 음극 단자는 상단 실링부 상에 위치하는 것을 특징으로 하는 전지셀.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 전극 단자들 중에서 양극 단자는 상단 실링부 상에 위치하고, 음극 단자는 하단 실링부 상에 위치하는 것을 특징으로 하는 전지셀.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 전지셀은 실링부에 형성된 만입 홈 영역을 중심으로 굽어지는 것을 특징으로 하는 전지셀.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 양 측면 실링부 각각의 만입 홈의 개수가 2개 이상인 것을 특징으로 하는 전지셀.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 양 측면 실링부 각각에 형성된 만입 홈의 개수는 서로 동일한 것을 특징으로 하는 전지셀.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 만입 홈은 전극조립체 수납부의 중심을 통과하는 수평축 상의 측면 실링부에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지셀.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 만입 홈은 측면 실링부에서, 전극조립체 수납부의 중심을 통과하는 수평축으로부터 이격된 부위에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지셀.
  10. 제 9 항에 있어서, 양 측면 실링부 각각에 형성된 만입 홈의 수평축으로부터의 이격 거리가 서로 동일하거나 또는 다른 것을 특징으로 하는 전지셀.
  11. 제 1 항에 있어서, 상기 만입 홈은 평면상으로 다각형 또는 원호 구조를 가진 것을 특징으로 하는 전지셀.
  12. 제 1 항에 있어서, 상기 만입 홈의 폭(a)은 실링부의 단축 폭(W)에 대해 0.2배 내지 0.8배의 크기 범위에서 실링부의 외주면을 따라 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지셀.
  13. 제 1 항에 있어서, 상기 만입 홈의 너비(b)는 실링부의 단축 폭(W)에 대해 0.1배 내지 2배의 크기 범위에서 실링부의 외주면을 따라 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지셀.
  14. 제 1 항에 있어서, 상기 양 측면 실링부들 중의 적어도 하나에는, 2개 이상의 만입홈들이 연속적으로 인접하여 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지셀.
  15. 제 1 항에 있어서, 상기 만입 홈이 위치한 측면 실링부 영역의 열융착 온도는 나머지 영역의 열융착 온도보다 5℃ 내지 30℃ 더 높은 것을 특징으로 하는 전지셀.
  16. 제 15 항에 있어서, 상기 만입 홈이 위치한 측면 실링부 영역의 열융착 온도는 나머지 영역의 열융착 온도보다 10℃ 내지 20℃ 더 높은 것을 특징으로 하는 전지셀.
  17. 제 15 항에 있어서, 상기 나머지 영역의 열융착 온도는 160℃ 내지 200℃인 것을 특징으로 하는 전지셀.
  18. 제 17 항에 있어서, 상기 나머지 영역의 열융착 온도는 170℃ 내지 195℃인 것을 특징으로 하는 전지셀.
  19. 제 1 항에 있어서, 상기 전극조립체의 외면에는 측면 실링부의 만입 홈과 대면하는 부위에 상기 만입 홈과 동일한 형상의 만입부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지셀.
  20. 제 1 항에 따른 전지셀을 제조하는 방법으로서,
    (a) 전지케이스의 전극조립체 수납부에 전극조립체를 장착한 상태에서 전지케이스의 외주면 중 일측 단부를 제외한 나머지 부위들을 열융착시켜 실링하는 과정;
    (b) 미실링 상태의 상기 단부를 통해 전해액을 주입한 후 단부를 열융착하는 과정; 및
    (c) 측면 실링부의 단부로부터 전지셀의 상하 중심축 방향으로 만입 홈을 양 측면 실링부들에 형성하는 과정;
    을 포함하는 것으로 구성된 전지셀 제조 방법.
  21. 제 1 항에 따른 전지셀을 제조하는 방법으로서,
    (a) 전지케이스의 전극조립체 수납부에 전극조립체를 장착한 상태에서, 측면 실링부의 단부로부터 전지셀의 상하 중심축 방향으로 만입 홈을 양 측면 실링부들에 형성하는 과정;
    (b) 전지케이스의 외주면 중 일측 단부를 제외한 나머지 부위들을 열융착시켜 실링하는 과정; 및
    (c) 미실링 상태의 상기 단부를 통해 전해액을 주입한 후 단부를 열융착하는 과정;
    을 포함하는 것으로 구성된 전지셀 제조 방법.
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