KR20150101551A - 실링 라인이 형성되어 있는 외주면 실링부를 포함하는 전지셀, 및 이를 생산하기 위한 전지셀 실링장치 - Google Patents

실링 라인이 형성되어 있는 외주면 실링부를 포함하는 전지셀, 및 이를 생산하기 위한 전지셀 실링장치 Download PDF

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Abstract

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 전지셀은 수지층과 금속층을 포함하는 라미네이트 시트의 전지케이스에 전극조립체가 장착되어 있고, 상기 전지케이스에는 전극조립체가 장착되는 수납부의 외주면에 전지케이스의 밀봉을 위한 열융착 실링부(외주면 실링부)가 형성되어 있는 전지셀로서, 전극 단자들은 상단 실링부, 또는 하단 실링부, 또는 상단 및 하단 실링부에 위치해 있고, 상기 상단 또는 하단 실링부에 인접한 양 측면 실링부들 중의 적어도 하나에는, 상호 평행하도록 이격되어 있는 둘 이상의 실링 라인들이 형성되어 있으며, 상기 실링 라인들은 전지케이스의 길이 방향으로 상단 실링부의 외주 단부로부터 하단 실링부의 외주 단부까지 연속적으로 형성되고, 상기 실링 라인들이 형성되어 있는 외주면 실링부는 실링 라인들 사이에서 30도 내지 180도의 범위로 절곡되어 있는 것을 특징으로 하는 전지셀을 제공한다.

Description

실링 라인이 형성되어 있는 외주면 실링부를 포함하는 전지셀, 및 이를 생산하기 위한 전지셀 실링장치 {Battery Cell Having Outer Circumferential Sealing Portion with Sealing Line, and Device for Manufacture thereof}
본 발명은 실링 라인이 형성되어 있는 외주면 실링부를 포함하는 전지셀, 및 이를 생산하기 위한 전지셀 실링장치에 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.
이러한 파우치형 전지는 그것에 내장되는 전극조립체로서 분리막에 양극과 음극이 열융착된 상태에서 리튬 전해질이 함침된 전극 조립체가 많이 사용되는 관계로 리튬이온 폴리머 전지로 칭하기도 한다.
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(41, 42), 및 전극 리드들(41, 42)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 2는 종래의 파우치형 이차전지(110)에 있어서, 전극조립체(101)를 수납 후 실링한 상태의 사시도를 도시하고 있는바, 전극 탭들(106, 107)이 돌출된 실링부들(104, 105)를 포함하여 측면 실링부들(103, 102) 전체가 열융착 실링되어 있다.
파우치형 이차전지의 경우, 밀봉성, 절연 저항 등을 확보하기 위하여 실링이 매우 중요하고, 특히 중대형 전지의 경우 내부 용량이 크게 요구되기 때문에 실링부 또한 넓어지게 되며 이를 위해서는 추가적인 공정이 필요하다. 따라서, 불필요한 공간을 줄이기 위해서 실링 후 남는 면적을 절곡하는 방식을 적용하고 있으나, 실링된 파우치의 기계적 가공이 쉽지 않다는 문제점이 있다.
따라서, 상기 문제를 해결하고, 파우치형 이차전지의 실링부의 절곡을 접는 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 길이방향으로 상단 실링부의 외주 단부로부터 하단 실링부의 외주 단부까지 연속적으로 실링 라인이 형성되고, 상기 실링 라인들 사이에 융착이 되지 않는 미융착부 또는 저융착부를 구성하여, 상기 미융착부 또는 저융착부에서 실링부의 절곡이 이루어 질 수 있도록 함으로써, 전지케이스의 가장자리 실링부를 원활하게 절곡할 수 있도록 구조가 개선된 전지셀을 완성하기에 이르렀다.
본 발명의 또 다른 목적은 상기와 같은 전지셀의 제조가 가능할 수 있도록 실링 라인들을 형성하는 선형 돌기들이 형성되어 있는 실링 툴을 포함하는 전지셀 실링 장치를 제공하는 것이다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전지셀은,
수지층과 금속층을 포함하는 라미네이트 시트의 전지케이스에 전극조립체가 장착되어 있고, 상기 전지케이스에는 전극조립체가 장착되는 수납부의 외주면에 전지케이스의 밀봉을 위한 열융착 실링부(외주면 실링부)가 형성되어 있는 전지셀로서, 전극 단자들은 상단 실링부, 또는 하단 실링부, 또는 상단 및 하단 실링부에 위치해 있고, 상기 상단 또는 하단 실링부에 인접한 양 측면 실링부들 중의 적어도 하나에는, 상호 평행하도록 이격되어 있는 둘 이상의 실링 라인들이 형성되어 있으며, 상기 실링 라인들은 전지케이스의 길이 방향으로 상단 실링부의 외주 단부로부터 하단 실링부의 외주 단부까지 연속적으로 형성되고, 상기 실링 라인들이 형성되어 있는 외주면 실링부는 실링 라인들 사이에서 30도 내지 180도의 범위로 절곡된다.
즉, 본 발명에 따른 전지셀은, 파우치형 전지케이스의 측면 실링부에 둘 이상의 실링 라인들을 간격을 두고 평행하게 구비하고, 상기 실링 라인들 사이에서 즉 미융착부 또는 저융착부에서 절곡이 이루어지도록 함으로써, 전지케이스의 가장자리 실링부를 원활하게 절곡할 수 있으며, 이로 인해 절곡부의 위치를 정확하게 설정 및 가공이 가능한 바, 결과적으로 공정 오차를 크게 줄일 수 있다. 또한, 실링 라인이 있는 부분은 접힘 없이 전지케이스의 수납부 외면에 위치하게 되므로 전지의 부피 감소 효과를 달성할 수 있다.
따라서, 종래에 라미네이트 시트로 이루어진 파우치형 이차전지를 밀봉하는 경우에, 실링부의 모든 면적을 균일하게 열융착하는 함으로써 실란트 층의 폴리머가 필요이상으로 용융됨에 따라, 실링 후 굳어진 폴리머로 인해 실링부의 절곡이 어려웠던 문제점을 해결할 수 있게 되었다.
본 발명에 따른 전지셀은 전극조립체가 장착되는 수납부의 외주면에 전지케이스의 밀봉을 위한 열융착 실링부가 형성되어 있는 전지셀로서, 수납부의 외주면과 평행하도록 실링 라인이 형성되어 있으므로, 장방형의 판상형 구조로 이루어져 있다.
이 때, 상기 전지케이스는 수분 침투 방지, 전해액 등의 누액 방지, 밀봉시의 기밀성 제공 등을 목적으로 수지층과 금속층을 포함하는 시트형 구조로 이루어져 있다. 하나의 구체적인 예에서, 전지케이스는 금속층과 수지층을 포함하는 라미네이트 시트로 구성될 수 있으며, 전극조립체가 수납되는 수납부가 형성되어 있는 제 1 케이스, 및 상기 수납부를 덮는 구조로서 외주면이 제 1 케이스의 외주면과 열융착되어 밀봉되는 제 2 케이스로 구성될 수 있다. 또한, 상기 제 1 케이스 및 제 2 케이스는 각각 독립적인 부재들이거나, 또는 일측 단부가 결합되어 있는 1 단위의 부재일 수 있다. 이러한 라미네이트 시트의 대표적인 예로는 양 외면에 수지층이 형성되어 있는 알루미늄 라미네이트 시트를 들 수 있다.
본 발명에 따른 전지셀은, 전지케이스의 외주면 측면 실링부에 실링 라인들이 형성되어 있다. 상기 실링 라인들 사이에서 실링부의 절곡이 용이하게 이루어지기 위해서는 실링 라인들 사이에 일정한 폭이 형성되어야 하고, 이 때, 실링 라인의 형상은 특별히 한정되지는 않지만, 바람직하게는 수납부의 외주면과 평행한 직선 형상으로 이루어 질 수 있다.
또한, 상기 실링 라인들의 폭은 서로 동일하게 형성될 수 있는바, 이와 같이 실링 라인들의 폭이 서로 동일한 경우에는, 절곡부의 위치를 정확하게 설정 및 가공이 가능하여 공정 오차를 크게 줄일 수 있으며, 셀 제작 이후의 품질 검사 과정에서 실링 라인의 개수 검사를 통해 실링부의 면적 균일성도 쉽게 평가할 수 있으므로 공정의 정확도와 신속도를 향상시킬 수 있다.
한편, 실링부는 절곡 후 수납부 측면과 대면하는 부위에 위치하게 되므로, 실링 라인들의 폭은 수납부의 높이보다 좁은 것이 바람직하며, 하나의 구체적인 예에서, 실링 라인들의 폭은 상대적으로 내측 실링 라인의 폭이 외측 실링 라인의 폭보다 넓게 형성될 수 있으며, 반대로, 상대적으로 외측 실링 라인의 폭이 내측 실링 라인의 폭보다 넓게 형성될 수도 있다.
더욱 구체적으로, 상기 실링 라인 각각의 폭은, 절곡의 횟수, 절곡 방향 및 라미네이트 시트의 두께 등을 고려하여 다양하게 구성될 수 있는바, 실링 라인이 형성되어 있는 외주면 실링부의 폭을 기준으로 10% 내지 45%의 크기 내에서 적절하게 선택될 수 있다. 그러나, 실링 라인의 폭이 실링부의 폭을 기준으로 10% 미만이라면 실링 강도가 떨어져서 안전성이 문제될 수 있으며, 45%보다 넓다면 실링부의 용이한 절곡으로 전지의 부피 감소 효과를 달성하기 어려우므로 바람직하지 않다.
본 발명에 따른 전지셀에서, 상기 실링 라인들의 이격 거리는, 실링 라인의 폭에 비하여 좁은 것이 바람직한바, 구체적으로 실링 라인들의 평균 폭 크기에 대해 10% 내지 100% 크기일 수 있으며, 실링 라인들의 평균 폭 크기에 대해 10% 미만이라면 라미네이트 시트의 두께로 인해 용이하게 절곡이 일어나기 어렵고, 100% 보다 크다면 절곡부의 위치를 정확하게 설정 및 가공하는 데 어려움이 있으므로 바람직하지 않다.
또한, 상기 실링 라인 부분은 열융착이 일어난 부분이며, 실링 라인들 사이 부분에서는 실링부의 절곡이 이루어지는바, 상기 실링 라인들 사이 부분은 열융착이 일어나지 않는 미융착부를 형성할 수 있다. 이와 같이, 실링 라인과 미융착부가 반복하여 교대로 형성되는바, 실링 라인은 열융착에 의한 압력에 의하여 미융착부에 비하여 수직 단부의 두께가 더 얇게 형성된다.
또 하나의 구체적인 예에서, 본 발명의 전지셀을 제조하기 위한 열융착 과정에서, 높은 온도와 압력에 의해 전지케이스의 내부 실란트층이 용융되어 실링이 일어나는바, 상기 용융된 내부 실란트층이 실링 라인들 사이로 흘러내려 약한 강도의 융착이 일어날 수 있다. 따라서, 상기 실링 라인들 사이는 실링 라인과 비교하여 열융착도가 낮은 저융착부가 형성될 수 있다.
더욱 구체적으로, 상기 저융착부의 열융착도는 실링 라인의 열융착도에 대해 5% 내지 90% 크기의 범위 내에서 적절하게 선택될 수 있다.
이 때, 저융착부의 열융착도가 실링 라인의 열융착도에 대해 90%보다 큰 경우에는, 실링 라인들 사이의 저융착부에서 외주면 실링부가 용이하게 절곡되도록 하기 위한 본 발명의 목적을 달성하기 어려우므로 바람직하지 않다.
또 하나의 구체적인 예에서, 실링 라인은 저융착부의 형성으로 인해 밀봉성이 저하되는 것을 방지하기 위해 더 높은 융착 강도가 요구되는바, 상기 실링 라인의 열융착 온도는 저융착부의 열융착 온도보다 높게 형성될 수 있다.
본 발명의 전지셀에 있어서, 실링 라인들의 개수는 전지셀의 사용목적 및 사용대상에 따라 2 이상으로 형성될 수 있으며, 전해액 누액 등으로부터의 안전성을 고려하여 밀봉성을 저하시키지 않기 위하여, 적어도 수납부 외주면 부위 및 실링부 외주면 최외곽에 형성되는 것이 바람직하다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 실링 라인들은 수납부에 인접한 순서로 제 1 실링 라인, 제 2 실링 라인 및 제 3 실링 라인을 포함하고 있고, 상기 제 1 실링 라인과 제 2 실링 라인 사이의 제 1 절곡부, 및 상기 제 2 실링 라인과 제 3 실링 라인 사이의 제 2 절곡부를 포함할 수 있다.
이 때, 상기 제 2 절곡부는 제 3 실링 라인이 제 2 실링 라인과 대면하도록 절곡되어 있을 수 있으므로, 제 2 절곡부에서 제 3 실링 라인이 수납부 방향으로 180도 절곡되어 이웃하는 제 2 실링 라인과 대면하게 된다.
또한, 전지셀의 부피를 줄이기 위해서 실링부를 2회 이상 절곡할 수도 있는바, 상기 제 2 절곡부가 절곡된 상태에서, 제 1 절곡부는 제 2 실링 라인에 대한 제 3 실링 라인의 대향면이 수납부의 측면에 대면하도록 절곡되어 있을 수 있다.
따라서, 더욱 컴팩트한 구조의 전지셀을 얻을 수 있을 뿐만 아니라, 절곡부의 위치를 정확하게 설정 및 가공이 가능하여 공정 오차를 크게 줄일 수 있다.
본 발명은 또한, 전지셀의 외주면을 실링하는 장치로서,
전지케이스의 외주면 실링 예정부의 상면을 하향 가압하면서 고온을 인가하는 상부 실링 툴(sealing tool); 및
전지케이스의 외주면 실링 예정부의 하면을 지지하는 하부 실링 툴(sealing tool);을 포함하고 있고,
상기 상부 실링 툴 및 하부 실링 툴 중의 적어도 하나에는 외주면 실링부에 실링 라인들을 형성하는 둘 이상의 선형 돌기들이 형성되어 있는 구조로 구성되어 있다.
상기와 같은 구조의 실링 장치는, 상부 실링 툴 뿐만 아니라 하부 실링 툴에서도 열을 인가하는 역할을 할 수 있으며, 전지케이스의 열융착시에, 실링 툴에 형성된 선형 돌기들의 형상대로 전지셀의 외주면 실링부에 실링 라인이 형성되도록 하여, 실링 라인들 사이에서 실링부의 절곡이 용이한 전지셀을 제공할 수 있다.
이 때, 상기 선형 돌기들은 수직 단면 상으로 외주면 실링 예정부에 접하는 단부가 평면 또는 곡면일 수 있는데, 실링부의 밀봉성을 고려한다면 평면 단부가 적절할 수 있고, 내부 실란트층의 용융 및 흘러내림으로 인한 저융착부 형성 방지를 고려한다면 곡면 단부가 적절할 수 있다.
본 발명은 또한, 전지셀의 외주면을 실링하는 장치로서,
전지케이스의 외주면 실링 예정부의 상면을 하향 가압하면서 고온을 인가하는 상부 실링 툴(sealing tool); 및
전지케이스의 외주면 실링 예정부의 하면을 지지하는 하부 실링 툴(sealing tool);을 포함하고 있고,
상기 상부 실링 툴 및 하부 실링 툴 중의 적어도 하나에는 외주면 실링부에 실링 라인들을 형성하는 둘 이상의 선형 열선들이 내장되어 있는 구조로 구성되어 있다.
상기와 같은 구조의 실링 장치는, 상부 실링 툴 뿐만 아니라 하부 실링 툴에서도 열을 인가하는 역할을 할 수 있으며, 상기 실링 툴에 선형 돌기들이 형성되어 있는 실링 장치와 동일한 목적을 갖고, 동일한 효과를 발휘할 수 있으나, 선형 돌기들이 형성되는 위치에 선형 열선들을 내장함으로써, 실링 라인에만 고온으로 열융착이 가능하고, 열융착 온도의 설정 및 조절이 보다 용이하다. 또한, 별도의 선형 돌기의 형성이 없더라도, 실링 툴에 열선을 추가함으로써 보다 용이하게 본 발명의 효과를 달성할 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 스마트폰, 휴대폰, 노트북, 테블릿 컴퓨터, 노트북 컴퓨터 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 실링부 또는 하단 실링부에 인접한 양 측면 실링부들 중의 적어도 하나에는, 상호 평행하도록 이격되어 있는 둘 이상의 실링 라인들을 형성함으로써, 실링 라인들 사이에서 융착이 되지 않은 미융착부에서 실링부의 절곡이 이루어지고 다른 부분은 접힘 없이 전지케이스의 수납부 외면에 위치하게 되므로 용이하게 절곡할 수 있을 뿐 아니라 전지의 부피 감소 효과를 발휘할 수 있다.
또한, 본 발명은 실링 라인에서 실링부의 절곡이 용이하게 이루어질 수 있으므로, 절곡부의 위치를 정확하게 설정 및 가공이 가능하여 공정 오차를 크게 줄일 수 있으며, 셀 제작 이후의 품질 검사 과정에서 실링 라인의 개수 검사를 통해 실링부의 면적 균일성도 쉽게 평가할 수 있으므로 공정의 정확도와 신속도를 향상시킬 수 있다.
도 1은 종래의 대표적인 파우치형 이차전지의 분해 사시도이다;
도 2는 종래의 파우치형 이차전지의 실링 상태를 나타낸 사시도이다;
도 3은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 실링 라인이 형성되어 있는 전지셀의 투시 평면도이다;
도 4는 도 3에서 A 부위에 대한 확대도이다;
도 5는 도 4에서 선 B-B의 수직 단면도이다;
도 6은 종래의 파우치형 이차전지와 그것의 실링부 확대도 및 본 발명의 실시예에 따른 전지셀의 실링부 확대사진이다;
도 7은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 파우치형 전지셀의 부분 정면도이다;
도 8은 종래의 파우치형 이차전지 및 본 발명의 실시예에 따른 전지셀의 절곡 후 비교사진이다;
도 9는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 실링 장치의 정면도이다;
도 10은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 실링 장치의 정면도이다.
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 실링 라인이 형성되어 있는 전지셀이 도시되어 있다.
도 2는 전극 탭과 전극 리드가 연결된 구조의 전극 단자가 일단과 타단에 각각 형성되어 있는 구조의 파우치형 전지셀을 도시하고 있으나, 전극 단자가 일단에 함께 형성되어 있는 구조의 파우치형 전지셀 등도 포함되는 것은 물론이다.
도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 전지셀(200)은 전극조립체가 장착되는 수납부(201)의 외주면에 전지케이스의 밀봉을 위한 열융착 실링부가 형성되어 있고, 전극 단자들(210, 220)은 상단 실링부(204) 및 하단 실링부(205)에 위치하며, 상기 상단 실링부(204) 및 하단 실링부(205)에 인접한 양 측면 실링부들(202, 203)에는 상호 평행하도록 이격되어 있는 둘 이상의 실링 라인들(230)이 형성되어 있다. 이 때, 상기 실링 라인들(230)은 전지케이스의 길이 방향으로 상단 실링부(204)의 외주 단부로부터 하단 실링부(205)의 외주 단부까지 연속적으로 형성되어 있다. 실링 라인들 사이에서 절곡이 용이하게 일어날 수 있는 전지셀을 제공하기 위한 본 발명의 목적을 고려할 때, 실링 라인들은 수납부 길이와 상응하는 길이로 한정되지 않고 상단 및 하단 실링부의 외주 단부까지 연장되는 것이 바람직하다.
도 4는 도 3의 A부분의 확대도를 도시하고 있다.
도 4를 참조하면, 전지케이스 수납부(201)의 외주면 측면 실링부에는 다수개의 실링 라인들이 직선 형상으로 형성되어 있다. 이 때, 실링 라인들은 열융착이 일어난 부분(232)과 열융착이 일어나지 않은 미융착부(231)가 교대로 반복하여 위치하며, 상기 미융착부는 융착이 전혀 일어나지 않은 부분일 수 있으나, 실링 라인과 비교하여 열융착도가 낮은 저융착부일 수도 있다.
또한, 모든 실링 라인들의 폭(L)이 동일할 수도 있고, 다를 수도 있다. 예를 들어, 수납부(201)쪽에 형성된 내측 실링 라인의 폭이 외측 실링 라인의 폭보다 넓을 수도 있으며, 반대로, 외측 실링 라인의 폭이 내측 실링 라인의 폭보다 넓을 수도 있다. 만약, 모든 실링 라인들의 폭이 동일한 경우에는, 셀 제작 이후의 품질 검사 과정에서 실링 라인의 개수 검사를 통해 실링부의 면적 균일성을 쉽게 평가할 수 있다는 장점이 있으나, 라미네이트 시트의 두께 및 실링부 폭을 고려한 절곡 횟수를 감안하여 실링 라인들의 폭에 차별을 둘 수 있다.
이 때, 실링 라인 각각의 폭은 실링 라인이 형성되어 있는 외주면 실링부의 폭(W)을 중심으로 10% 내지 45%의 크기에서 적절하게 선택될 수 있다.
한편, 상기 실링 라인들 사이에서는 실링부의 절곡이 일어나므로, 이 부분은 비교적 가늘게 형성되는 것이 적절한바, 바람직하게는, 미융착부 또는 저융착부의 폭인 실링 라인들의 이격 거리(L과 L사이의 거리)는 실링 라인의 폭에 비하여 좁게 형성될 수 있으며, 구체적으로는 실링 라인들의 평균 폭 크기에 대해 10% 내지 100% 크기로 형성될 수 있다.
한편, 도 5에는 도 4의 선 B-B를 따라 절단한 경우의 수직단면도를 도시하고 있는바, 열융착이 일어난 실링 라인 부분(232)은 실링부 외주면의 수직 단면상 두께가 상대적으로 얇아지고, 실링 라인 사이의 미융착부 또는 저융착부(231)는 상대적으로 두께가 두꺼워 짐을 확인할 수 있다.
한편, 도 6은 종래의 파우치형 이차전지(a)와 그것의 실링부 확대사진(b) 및 본 발명의 실시예에 따른 전지셀의 실링부 확대사진(c)을 도시하고 있는바, 종래의 실링부 확대사진(b)에서는 실링부의 표면이 매끄럽게 표현되어 있지만, 실링 라인을 형성한 본 발명(c)은 직선형의 실링 라인과 미융착부 또는 저융착부가 교대로 반복하여 표현되어 있다.
도 7은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 파우치형 전지셀의 절곡과정을 도시하고 있다.
도 7을 참조하면, 측면 실링부에 생기는 실링 라인들은 수납부(310)에 인접한 순서로 제 1 실링 라인(311), 제 2 실링 라인(312) 및 제 3 실링 라인(313)을 포함하고 있고, 상기 제 1 실링 라인(311)과 제 2 실링 라인(312) 사이의 제 1 절곡부(321), 및 상기 제 2 실링 라인(312)과 제 3 실링 라인(313) 사이의 제 2 절곡부(322)를 포함하고 있다.
이 때, 제 2 절곡부(322)에서의 절곡으로 인해 제 3 실링 라인(313)이 제 2 실링 라인(312)과 대면하게 되고, 제 2 절곡부(322)가 절곡된 상태에서 제 1 절곡부(321)는 제 2 실링 라인(312)에 대한 제 3 실링 라인(313)의 대향면이 수납부(330)에 대면하도록 절곡된다. 이와 같은 방법으로, 불필요한 실링부가 1 회 혹은 2회 이상 절곡되도록 함으로써, 전지셀의 부피증가 문제를 해결할 수 있다.
또한, 도 8은 종래의 파우치형 전지셀(a)과 본 발명의 실시예에 따른 전지셀(b)의 비교사진을 도시하고 있는바, 본 발명과 같이 실링부의 일부에만 열융착이 일어나도록 실링 라인을 형성하는 경우, 전지셀의 절곡 단계에서 실링부가 균일하고 컴팩트하게 접어지는 효과를 얻을 수 있다.
도 9 및 도 10은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 실링 장치를 도시하고 있다.
먼저, 도 9를 참조하면, 전지셀의 외주면을 실링하는 장치(600)는 상부 실링 툴(611) 및 하부 실링 툴(612)을 포함하고 있으며, 상기 상부 실링 툴(611)은 전지케이스의 외주면 실링 예정부(620)의 상면을 하향 가압하면서 고온을 인가하는 역할을 하며, 하부 실링 툴(612)은 외주면 실링 예정부의 하면을 지지하고, 또한 열을 인가하는 역할을 할 수도 있다. 상기 상부 실링 툴(611) 및 하부 실링 툴(612) 중의 적어도 하나에는 둘 이상의 선형 돌기들(631)이 형성되어 있다. 상기 선형 돌기들(631)은 전지케이스의 외주면 실링 예정부(620)를 향하여 돌출되어 있으며 수직 단면 상으로 외주면 실링 예정부에 접하는 단부가 평면 또는 곡면으로 형성될 수 있다. 상기 실링 장치(600)를 이용하여 실링을 하는 경우, 라미네이트 시트를 구성하는 수지층(621), 금속층(622) 및 실란트층(623) 가운데, 실란트층(623)의 용융으로 인해 돌기들이 전지케이스의 실링부와 만나는 부분의 내부에서 실링이 이루어지게 된다.
한편, 도 10에 도시된 실링장치(700)는 상부 실링 툴(711) 및 하부 실링 툴(712)을 포함하고 있으며, 상기 상부 실링 툴(711)은 전지케이스의 외주면 실링 예정부(720)의 상면을 하향 가압하면서 고온을 인가하는 역할을 하며, 하부 실링 툴(712)은 외주면 실링 예정부의 하면을 지지하고, 또한 열을 인가하는 역할을 할 수도 있다. 상기 상부 실링 툴(711) 및 하부 실링 툴(712) 중의 적어도 하나에는 둘 이상의 선형 열선(731)이 내장되어 있다. 상기 열선은 실링 툴의 내부에 내장되어 있을 수 있으나, 실링 라인에 특히 고온을 가하여 더욱 안전성이 향상된 실링 라인을 형성하기 위해서는 실링 툴의 표면에 위치할 수도 있다.
본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다.

Claims (22)

  1. 수지층과 금속층을 포함하는 라미네이트 시트의 전지케이스에 전극조립체가 장착되어 있고, 상기 전지케이스에는 전극조립체가 장착되는 수납부의 외주면에 전지케이스의 밀봉을 위한 열융착 실링부(외주면 실링부)가 형성되어 있는 전지셀로서,
    전극 단자들은 상단 실링부, 또는 하단 실링부, 또는 상단 및 하단 실링부에 위치해 있고,
    상기 상단 또는 하단 실링부에 인접한 양 측면 실링부들 중의 적어도 하나에는, 상호 평행하도록 이격되어 있는 둘 이상의 실링 라인들이 형성되어 있으며,
    상기 실링 라인들은 전지케이스의 길이 방향으로 상단 실링부의 외주 단부로부터 하단 실링부의 외주 단부까지 연속적으로 형성되고,
    상기 실링 라인들이 형성되어 있는 외주면 실링부는 실링 라인들 사이에서 30도 내지 180도의 범위로 절곡되어 있는 것을 특징으로 하는 전지셀.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 전지셀은 장방형의 판상형 구조로 이루어져 있는 것을 특징으로 하는 전지셀.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 전지케이스는, 전극조립체가 수납되는 수납부가 형성되어 있는 제 1 케이스, 및 상기 수납부를 덮는 구조로서 외주면이 제 1 케이스의 외주면과 열융착되어 밀봉되는 제 2 케이스로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지셀.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 제 1 케이스 및 제 2 케이스는 각각 독립적인 부재들이거나, 또는 일측 단부가 결합되어 있는 1 단위의 부재인 것을 특징으로 하는 전지셀.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 실링 라인들은 평면상으로 인접한 수납부의 외주면과 평행한 직선 형상으로 이루어져 있는 것을 특징으로 하는 전지셀.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 실링 라인들의 폭은 서로 동일한 것을 특징으로 하는 전지셀.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 실링 라인들의 폭은 상대적으로 내측 실링 라인의 폭이 외측 실링 라인의 폭보다 넓은 것을 특징으로 하는 전지셀.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 실링 라인들의 폭은 상대적으로 외측 실링 라인의 폭이 내측 실링 라인의 폭보다 넓은 것을 특징으로 하는 전지셀.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 실링 라인 각각의 폭은, 실링 라인이 형성되어 있는 외주면 실링부의 폭을 기준으로 10% 내지 45%의 크기인 것을 특징으로 하는 전지셀.
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 실링 라인들의 이격 거리는 실링 라인들의 평균 폭 크기에 대해 10% 내지 100% 크기인 것을 특징으로 하는 전지셀.
  11. 제 1 항에 있어서, 상기 실링 라인들 사이는 열융착이 되지 않은 미융착부인 것을 특징으로 하는 전지셀.
  12. 제 1 항에 있어서, 상기 실링 라인들 사이는 실링 라인과 비교하여 열융착도가 낮은 저융착부인 것을 특징으로 하는 전지셀.
  13. 제 12 항에 있어서, 상기 저융착부의 열융착도는 실링 라인에 대해 5% 내지 90% 크기인 것을 특징으로 하는 전지셀.
  14. 제 12 항에 있어서, 상기 실링 라인의 열융착 온도는 저융착부의 열융착 온도보다 높은 것을 특징으로 하는 전지셀.
  15. 제 1 항에 있어서, 상기 실링 라인들은 수납부에 인접한 순서로 제 1 실링 라인, 제 2 실링 라인 및 제 3 실링 라인을 포함하고 있고, 상기 제 1 실링 라인과 제 2 실링 라인 사이의 제 1 절곡부, 및 상기 제 2 실링 라인과 제 3 실링 라인 사이의 제 2 절곡부를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 전지셀.
  16. 제 15 항에 있어서, 상기 제 2 절곡부는 제 3 실링 라인이 제 2 실링 라인과 대면하도록 절곡되어 있는 것을 특징으로 하는 전지셀.
  17. 제 16 항에 있어서, 상기 제 2 절곡부가 절곡된 상태에서, 제 1 절곡부는 제 2 실링 라인에 대한 제 3 실링 라인의 대향면이 수납부에 대면하도록 절곡되어 있는 것을 특징으로 하는 전지셀.
  18. 제 1 항 내지 제 17 항 중 어느 하나에 따른 전지셀을 포함하고 있는 디바이스.
  19. 제 18 항에 있어서, 상기 디바이스는 휴대폰, 태블릿 컴퓨터, 노트북 컴퓨터, 파워 툴, 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 플러그-인 하이브리드 전기자동차, 또는 전력저장 장치인 것을 특징으로 하는 디바이스.
  20. 제 1 항에 따른 전지셀의 외주면을 실링하는 장치로서,
    전지케이스의 외주면 실링 예정부의 상면을 하향 가압하면서 고온을 인가하는 상부 실링 툴(sealing tool); 및
    전지케이스의 외주면 실링 예정부의 하면을 지지하는 하부 실링 툴(sealing tool);
    을 포함하고 있고,
    상기 상부 실링 툴 및 하부 실링 툴 중의 적어도 하나에는 외주면 실링부에 실링 라인들을 형성하는 둘 이상의 선형 돌기들이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지셀 실링 장치.
  21. 제 20 항에 있어서, 상기 선형 돌기들은 수직 단면 상으로 외주면 실링 예정부에 접하는 단부가 평면 또는 곡면인 것을 특징으로 하는 전지셀 실링 장치.
  22. 제 1 항에 따른 전지셀의 외주면을 실링하는 장치로서,
    전지케이스의 외주면 실링 예정부의 상면을 하향 가압하면서 고온을 인가하는 상부 실링 툴(sealing tool); 및
    전지케이스의 외주면 실링 예정부의 하면을 지지하는 하부 실링 툴(sealing tool);
    을 포함하고 있고,
    상기 상부 실링 툴 및 하부 실링 툴 중의 적어도 하나에는 외주면 실링부에 실링 라인들을 형성하는 둘 이상의 선형 열선들이 내장되어 있는 것을 특징으로 하는 전지셀 실링 장치.
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