KR20160032906A - 주름 방지용 패턴이 형성되어 있는 전지 케이스 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 내후성 고분자로 이루어진 외부 피복층, 열융착성 고분자로 이루어진 내부 실란트층, 및 상기 외부 피복층과 내부 실란트층의 사이에 개재되는 베리어층을 포함하는 라미네이트 시트로 이루어진 전지 케이스로서,
전지셀이 장착되는 디바이스의 형상에 대응하여 절곡 또는 굴곡이 가능한 전극조립체를 내장하고, 상기 전극조립체의 외면과 대면하는 면들 중의 적어도 하나의 면에 패턴이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지 케이스를 제공한다.
전지셀이 장착되는 디바이스의 형상에 대응하여 절곡 또는 굴곡이 가능한 전극조립체를 내장하고, 상기 전극조립체의 외면과 대면하는 면들 중의 적어도 하나의 면에 패턴이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지 케이스를 제공한다.
Description
본 발명은 주름 방지용 패턴이 형성되어 있는 전지 케이스에 관한 것이다.
IT(Information Technology) 기술이 눈부시게 발달함에 따라 다양한 휴대형 정보통신 기기의 확산이 이뤄짐으로써, 21세기는 시간과 장소에 구애 받지 않고 고품질의 정보서비스가 가능한 ‘유비쿼터스 사회’로 발전되고 있다.
이러한 유비쿼터스 사회로의 발전 기반에는, 리튬 이차전지가 중요한 위치를 차지하고 있다. 구체적으로, 충방전이 가능한 리튬 이차전지는 와이어리스 모바일 기기의 에너지원으로 광범위하게 사용되고 있을 뿐만 아니라, 화석 연료를 사용하는 기존의 가솔린 차량, 디젤 차량 등의 대기오염 등을 해결하기 위한 방안으로 제시되고 있는 전기자동차, 하이브리드 전기자동차 등의 에너지원으로서도 사용되고 있다.
상기와 같이, 리튬 이차전지가 적용되는 디바이스들이 다양화됨에 따라, 리튬 이차전지는, 적용되는 디바이스에 알맞은 출력과 용량을 제공할 수 있도록 다양화되고 있다. 더불어, 소형, 경박화가 강력히 요구되고 있다.
상기한 리튬 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 1 및 도 2에는 종래의 대표적인 파우치형 이차전지의 일반적인 구조가 분해 사시도로서 모식적으로 도시되어 있다.
도 1을 참조하면, 파우치형 이차전지(10)는, 다수의 전극 탭들(21, 22)이 돌출되어 있는 스택형 전극조립체(20), 전극 탭들(21, 22)에 각각 연결되어 있는 두 개의 전극 리드(30, 31), 및 전극 리드(30, 31)의 일부가 외부로 노출되도록 스택형 전극조립체(20)를 수납 및 밀봉하는 구조의 전지 케이스(40)를 포함하는 것으로 구성되어 있다.
전지 케이스(40)는 스택형 전극조립체(20)가 안착될 수 있는 오목한 형상의 수납부(41)를 포함하는 하부 케이스(42)와 그러한 하부 케이스(42)의 덮개로서 스택형 전극조립체(20)를 밀봉하는 상부 케이스(43)로 이루어져 있다. 상부 케이스(43)와 하부 케이스(42)는 스택형 전극조립체(20)를 내장한 상태에서 열융착되어, 상단 실링부(44)와 측면 실링부(45, 46), 및 하단 실링부(47)를 형성한다.
도 1에서는 상부 케이스(43)와 하부 케이스(42)가 각각 별도의 부재로서 표시되어 있지만, 도 2에서와 같이 일측 단부가 일체되어 연속되어 있는 경첩식 구조도 가능하다.
또한, 도 1 및 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 상기와 같은 방법으로 제작할 수 있음은 물론이다.
또한, 도 1 및 도 2는, 스택형 전극조립체를 사용한 파우치형 전지셀을 도시하고 있으나, 권취형 또는 젤리-롤형 전극조립체를 사용하는 경우에도 상기와 같은 방법으로 제조될 수 있음은 물론이다.
도 1 및 도 2에서와 같이, 파우치형 전지셀은, 대략 직육면체의 형상으로 제조되는 것이 일반적이다.
그러나, 디바이스의 디자인은 직육면체 형상으로만 이루어지지 않을 수 있을 뿐만 아니라, 휘어질 수 있는 형상일 수도 있다. 예를 들어, 스마트 폰의 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, 전지의 형상의 변형에도 외장재의 의도하지 않은 주름의 발생을 방지하여 안전성을 확보할 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, 전극조립체의 외면과 대면하는 면들에 패턴이 형성되어 있는 전지 케이스를 적용하여 전지셀을 제조하는 경우, 전지 형상의 변형에도 전지 케이스에 의도하지 않은 주름 발생을 방지하여 안전성을 확보할 수 있음을 확인하고, 본 발명을 완성하기에 이르렀다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전지 케이스는,
내후성 고분자로 이루어진 외부 피복층, 열융착성 고분자로 이루어진 내부 실란트층, 및 상기 외부 피복층과 내부 실란트층의 사이에 개재되는 베리어층을 포함하는 라미네이트 시트로 이루어진 전지 케이스로서,
전지셀이 장착되는 디바이스의 형상에 대응하여 절곡 또는 굴곡이 가능한 전극조립체를 내장하고, 상기 전극조립체의 외면과 대면하는 면들 중의 적어도 하나의 면에 패턴이 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.
일반적으로, 전지셀에 절곡 또는 굴곡과 같은 변형을 수행 하는 경우, 전지 케이스는 전극조립체와 접촉하는 일부 면에 의도하지 않은 주름 또는 접힘 현상이 발생할 수 있고, 이러한 주름 또는 접힘은 전지셀의 변형이 반복될수록 쉽게 마모되고, 종국에는 전지 케이스가 파손되어, 전해액이 누액되거나, 전지 케이스 본연의 목적인 절연의 기능을 상실하는 문제점이 발생할 수 있다.
그러나, 본 발명에 따른 전지셀은, 전극조립체의 외면과 대면하는 전지 케이스의 면들에 패턴이 형성되어 있는 바, 전지셀의 변형 시, 패턴에 따라 절곡 또는 굴곡이 용이하게 행해지므로, 전지 케이스 상에 의도하지 않은 주름 또는 접힘이 발생하는 것을 방지하여, 안전성을 확보할 수 있다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 전지 케이스는 구체적으로, 전극조립체의 상면과 대면하는 상부 케이스와 전극조립체의 하면과 대면하는 하부 케이스로 이루어질 수 있으며, 이때, 상기 패턴은 전극조립체의 외면과 대면하는 상부 케이스와 하부 케이스의 면들 중 전지셀의 절곡 또는 굴곡에 대응하여, 전지 케이스 또한 용이하게 절곡 또는 굴곡될 수 있도록, 전극조립체가 절곡 또는 굴곡되는 면과 밀접한 위치에 형성됨이 바람직하다. 더욱이, 양방향으로의 절곡 또는 굴곡이 가능하기 위해서는, 상부 케이스 중 전극조립체의 상면과 대응하는 케이스 면과 하부 케이스 중 전극조립체의 하면과 대응하는 케이스 면에 각각 형성될 수 있다.
여기서, ‘패턴’이란, 전지 케이스의 평면상 형상이 특정 형상의 연속적인 형태를 나타내도록 굴곡을 가짐을 의미한다.
상기 패턴은, 전극조립체의 절곡 또는 굴곡에 따라 전지 케이스가 길이방향, 폭방향, 또는 사선방향으로 유연하게 변형이 가능하도록 구성된 형상이라면 한정되지 아니하고, 예를 들어, 평면 상으로 줄무늬 구조, 허니콤(honey comb) 구조, 격자 구조, 또는 마름모꼴 구조의 연속적인 형태를 가질 수 있다.
이러한 패턴은 전지 케이스의 포밍(forming) 공정시에 형성되거나 또는 포밍 공정 이후에 별도의 가압공정으로 형성될 수 있고, 상세하게는, 전지 케이스의 포밍 공정에서 사용되는 딥 드로잉 지그 및/또는 별도의 가압 지그를 사용하여 형성시킬 수 있다.
여기서 포밍 공정이란, 상부 케이스, 하부 케이스에 전극조립체의 수용공간을 형성하는 딥 드로잉 공정을 포함하고, 하부 케이스에만 수용공간을 형성하는 경우에는 상부 케이스를 하부 케이스의 크기에 대응하게 형성하는 공정 또한 포함할 수 있다.
구체적으로, 포밍 공정시에 패턴을 형성하기 위해서는, 전극조립체의 수용공간을 갖는 상부 및/또는 하부 케이스의 제조를 위해 딥 드로잉을 행할때, 딥 드로잉 하부 지그에 소망하는 패턴 형상의 요철을 포함하도록 구성함으로써 가능하고, 하부 케이스에만 수용공간을 형성하는 경우에는 상부 케이스를 하부 케이스의 크기에 대응하게 형성하는 공정에서 별도의 가압 지그에 소망하는 패턴 형상의 요철을 포함하도록 구성함으로써 가능하다. 반면, 딥 드로잉 공정 이후에 형성하기 위해서는 패턴 형성을 위한 요철을 포함하는 별도의 가압 지그를 사용하여 포밍 공정이 완료된 상부 케이스와 하부 케이스에 별도로 패턴을 찍어냄으로써 이루어질 수 있다.
즉, 상기 패턴은 이와 같이 요철 구조의 지그에 의해 제조되는 바, 전극조립체가 내장되어 있는 방향으로 전지 케이스가 만입된 형태의 복수의 선 형상의 그루브들(grooves)에 의해 패턴이 형성될 수 있다.
이러한 그루브들은 전지 케이스에 지그로의 가압시 가압되는 압력과 깊이에 따라 그들의 형성범위와 깊이가 달라지고, 상세하게는, 상기 그루브들은 전지 케이스의 외부 피복층, 베리어층, 및 내부 실란트층의 전체에 걸쳐 형성될 수 있고, 밀봉력 감소, 베리어층의 노출 또는 강도 약화 등의 위험을 방지하기 위해 외부 피복층에만 형성될 수도 있다.
물론, 상기 그루브들이 전지 케이스의 외부 피복층, 베리어층, 및 내부 실란트층의 전체에 걸쳐 형성되는 경우에는 베리어층의 노출 등이 없도록 그 그루브들의 형상에 맞게 모든 층들이 변형되고, 단지 그 그루브들의 깊이만이 내부 실란트층으로 갈수록 얕아질 뿐이다. 이에 대한 구체적인 형상은 이후 설명하는 도 4에서 도시하고 있다.
이렇게 형성된 그루브들의 깊이는 외부 피복층에 형성된 그루브들의 깊이로 정의될 수 있고, 당연히 상기 그루브들이 전지 케이스의 외부 피복층, 베리어층, 및 내부 실란트층의 전체에 걸쳐 형성되는 경우가 전지 케이스의 외부 피복층에만 형성되는 경우보다 그 깊이가 더욱 깊다. 구체적으로, 상기 그루브들이 전지 케이스의 외부 피복층, 베리어층, 및 내부 실란트층의 전체에 걸쳐 형성되는 경우의 그 깊이는 전지 케이스 전체 두께의 30% 내지 70%일 수 있고, 상기 그루브들이 전지 케이스의 외부 피복층에만 형성되는 경우의 그 깊이는 외부 피복층 두께의 30% 내지 70%일 수 있다.
이와 같은 그루브들의 형성범위와 깊이는 전지셀이 장착되는 디바이스의 사용 목적에 따라 적절히 선택될 수 있으며, 구체적으로, 그루브들의 형성 깊이가 깊을수록 밀봉력 감소, 베리어층의 노출이나, 강도 약화 등의 위험이 커지는 한편 주름 발생 없이 전지 케이스의 절곡 또는 굴곡은 더욱 용이하게 되므로 절곡 또는 굴곡의 변형의 정도가 큰 디바이스에 적절하고, 깊이가 얕은 구성은 전지 케이스의 절곡 또는 굴곡은 상대적으로 비용이하나 안전성이 우수하므로, 상대적으로 변형은 미미하나 안전성 확보가 중요한 디바이스에 적절하다.
다만, 그 깊이가 전지 케이스 전체 두께 또는 외부 피복층 두께의 30% 미만인 경우에는 본 발명에 따른 주름 발생 방지 효과를 얻기 어렵고, 70%를 초과하는 경우에는 밀봉력 감소, 베리어층의 노출이나, 강도 약화 등의 위험이 매우 커져 안전성의 문제가 있을 수 있으므로 바람직하지 않다.
그루브들의 간격은 같은 방향으로 형성된 그루브들 사이의 최단거리로서, 전지셀이 장착되는 디바이스에 따라 적절히 선택될 수 있으며, 전지셀의 변형량이 많은 경우, 간격을 좁게 하는 것이 유리하고, 전지셀의 변형량이 적은 경우, 밀봉력, 안전성을 위해 간격을 넓게 하는 것이 유리한 바, 하나의 구체적인 예에서, 상기 그루부들의 간격은 2 mm 내지 15 mm에서 적절히 선택될 수 있다.
이와 같은 구조의 패턴을 전극조립체의 외면과 대면하는 전지 케이스의 면들에 포함하는 경우, 전지 케이스의 외면에 적절한 여유공간을 제공하므로, 전극조립체의 절곡 또는 굴곡에 따라 전지 케이스 또한 유연하게 변형될 수 있고, 따라서 전지 케이스 상에 패턴을 이루는 그루브들 외에 의도하지 않은 주름 발생을 최소화할 수 있다.
한편, 평면상으로 상기 패턴이 형성되는 면적은, 하나의 구체적인 예에서, 패턴이 형성된 전지케이스 면 전체를 기준으로 50 내지 100%일 수 있고, 패턴 형성의 면적이 100%가 아닌 경우. 그 형성 위치는 한정되지 아니하나, 주름의 발생이 많은 굽어지는 부분에 형성되는 것이 바람직하므로 전극조립체의 중심을 관통하는 수직 축을 포함하여 형성될 수 있다.
상기 범위를 벗어나, 패턴 형성의 면적이 패턴이 형성된 전지케이스 면 전체를 기준으로 50% 미만인 경우에는 본 발명의 주름 발생 방지 효과를 효과적으로 얻을 수 없어 바람직하지 않다.
이러한 패턴을 포함하여 상기 효과를 나타내기 위한 상기 전지 케이스는 가변성이 뛰어나고, 연신율이 높은 케이스임이 바람직한 바, 상기에서설명한 바와 같이, 내후성 고분자로 이루어진 외부 피복층, 열융착성 고분자로 이루어진 내부 실란트층, 및 상기 외부 피복층과 내부 실란트층의 사이에 개재되는 베리어층을 포함하는 라미네이트 시트로 이루어진 파우치형 케이스일 수 있다.
상기 베리어층은 가스, 습기 등 이물질의 유입 내지 누출을 방지하는 기능 이외에 케이스의 강도를 향상시키는 기능을 발휘할 수 있도록, 하나의 구체적인 예에서, 알루미늄, 철, 구리, 주석, 니켈, 코발트, 은, 스테인레스, 및 티탄으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 또는 이들의 합금으로 이루어진 금속층일 수 있다.
상기 외부 피복층은 외부 환경으로부터 우수한 내성을 가져야 하므로, 소정 이상의 인장강도와 내후성을 가지는 내후성 고분자로 이루어지며, 상기 내후성 고분자는 폴리에틸렌프탈레이트(PET), 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN) 또는 나일론일 수 있다.
상기 내부 실란트층은 열융착성(열접착성)을 가지고, 전해액의 침입을 억제하기 위해 흡습성이 낮으며, 전해액에 의해 팽창하거나 침식되지 않는 열융착성 고분자로 이루어지며, 상기 열융착성 고분자는 폴리올레핀(polyolefin)일 수 있고, 더욱 상세하게는 무연신 폴리프로필렌(cPP)일 수 있다.
본 발명은 또한, 상기 전지 케이스; 전지셀이 장착되는 디바이스의 형상에 대응하여 절곡 또는 굴곡이 가능한 전극조립체; 및 전해질;을 포함하는 전지셀을 제공하며, 상기 전지셀은 특별히 한정되지 아니하고, 상세하게는, 리튬염을 포함하는 전해액이 전극조립체에 함침되어 있는, 이른바, 리튬 이차전지일 수 있다.
상기 전극조립체는 전해액에 함침된 상태로 전지 케이스에 내장되며, 그 종류가 특별히 한정되지 아니하나, 긴 시트형의 양극들과 음극들을 분리막이 개재된 상태에서 권취한 구조의 젤리-롤형 전극조립체, 또는 소정 크기의 단위로 절취한 다수의 양극과 음극들을 분리막을 개재한 상태로 순차적으로 적층한 스택형 전극조립체, 또는 소정 단위의 양극과 음극들을 분리막을 개재한 상태로 적층한 바이셀(Bi-cell) 또는 풀셀(Full cell)들을 분리필름으로 권취한 구조의 스택/폴딩형 전극조립체, 또는 바이셀 또는 풀셀들을 분리막이 개재된 상태로 적층한 라미네이트/스택형 전극조립체일 수 있다.
이때, 상기 바이셀은 제 1 전극, 분리막, 제 2 전극, 분리막 및 제 1 전극이 차례로 적층된 구조일 수 있고, 풀셀은 제 1 전극, 분리막 및 제 2 전극이 차례로 적층된 구조일 수 있다.
여기서 제 1 전극과 제 2 전극은 상호 반대 극성의 전극을 의미하며, 예를 들어, 상기 제 1 전극은 양극 또는 음극일 수 있고, 이 경우, 제 2 전극은 음극 또는 양극일 수 있다.
본 발명은 또한, 상기 전지셀을 단위전지로서 포함하는 전지팩을 제공하고, 상기 전지팩을 전원으로 포함하고 있는 디바이스를 제공한다.
상기 디바이스는, 예를 들어, 휴대폰, 휴대용 컴퓨터, 스마트폰, 태플릿 PC, 스마트 패드, 넷북, LEV(Light Electronic Vehicle), 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 플러그-인 하이브리드 전기자동차, 및 전력저장장치 등으로부터 선택되는 것일 수 있다.
이들 디바이스의 구조 및 그것의 제작 방법은 당업계에 공지되어 있으므로, 본 명세서에서는 그에 대한 자세한 설명은 생략한다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 전지 케이스는, 절곡 또는 굴곡되는 전극조립체에 대면하는 면들에 패턴이 형성되어 있는 바, 이를 적용하여 전지셀을 제조하는 경우, 전지셀의 변형에도 전지 케이스 상에 의도하지 않은 주름 또는 접힘이 발생하는 것을 방지할 수 있고, 따라서, 전지 케이스의 손상으로 인해 나타나는 금속층의 노출로 인한 절연 파괴 또는 전해액 누출 현상을 효과적으로 방지하여 전지의 안전성을 확보할 수 있는 효과가 있다.
도 1 및 도 2는 종래의 대표적인 파우치형 이차전지의 분해 사시도이다;
도 3는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지셀의 평면도 및 수직 단면도이다;
도 4는 도 3의 A부분을 확대한 모식도들이다;
도 5는 도 3의 전지 케이스의 제조에 사용되는 지그를 나타낸 모식도 및 확대 사시도이다;
도 6은 본 발명에 따른 또 다른 패턴 형상을 나타내기 위한 전지셀의 평면도이다;
도 7은 본 발명에 따른 또 다른 패턴 형상을 나타내기 위한 전지셀의 평면도이다;
도 8은 본 발명에 따른 또 다른 패턴 형상을 나타내기 위한 전지셀의 평면도이다.
도 3는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지셀의 평면도 및 수직 단면도이다;
도 4는 도 3의 A부분을 확대한 모식도들이다;
도 5는 도 3의 전지 케이스의 제조에 사용되는 지그를 나타낸 모식도 및 확대 사시도이다;
도 6은 본 발명에 따른 또 다른 패턴 형상을 나타내기 위한 전지셀의 평면도이다;
도 7은 본 발명에 따른 또 다른 패턴 형상을 나타내기 위한 전지셀의 평면도이다;
도 8은 본 발명에 따른 또 다른 패턴 형상을 나타내기 위한 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 3에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지셀(100)의 평면도 및 P를 기준으로 자른 수직 단면도가 모식적으로 도시되어 있고, 도 4에는 도 3에서 패턴이 형성되어 있는 부분(동그라미 점선으로 표시)을 확대한 모식도들(A, A’)이 도시되어 있다.
먼저 도 3을 참조하면, 전지셀(100)은 양극(112)과 음극(114)을 분리막(113)이 개재된 상태에서 적층한 구조의 전극조립체(110)가 전해액(도시하지 않음)에 함침된 상태로 전지 케이스(120)에 내장된 구조로 이루어져 있고, 전극 탭(140)과 전극 리드(142)가 전지셀(100)의 일측에 형성되어 있다.
전지 케이스(120)는 전극조립체(110)의 상단 최외곽 전극(115)과 대면하는 상부 케이스(121) 및 전극조립체(110)의 하단 최외곽 전극(116)과 대면하는 하부 케이스(122)로 이루어져 있으며, 상부 케이스(121) 중 전극조립체(110)의 상면과 대응하는 케이스 면과 하부 케이스(122) 중 전극조립체(110)의 하면과 대응하는 케이스 면에는 각각 전극 리드(142)의 형성 위치를 기준으로 폭 방향으로 줄무늬 구조의 연속적인 패턴(150)이 형성되어 있다.
패턴의 형상을 더욱 구체적으로 살펴보기 위해, 도 4를 참조하면, 두 가지 구조의 모식도들(A, A’)이 도시되어 있다.
먼저, 모식도 A를 참조하면, 전지 케이스(120)는 구체적으로, 내후성 고분자로 이루어진 외부 피복층(125), 열융착성 고분자로 이루어진 내부 실란트층(127), 및 상기 외부 피복층(125)과 내부 실란트층(127)의 사이에 개재되는 베리어층(126)을 포함하고 있고, 패턴(150)은 전지 케이스(120)가 전극조립체(110)가 내장되어 있는 방향으로 만입된 형태의 복수의 선 형상의 그루브들(151)이 소정의 간격(G)를 가지며, 전지 케이스(120)의 외부 피복층(125), 베리어층(126), 및 내부 실란트층(127)의 전체에 걸쳐 형성되어 있다.
반면, 모식도 A’를 참조하면, 전지 케이스(120’)는 구체적으로, 내후성 고분자로 이루어진 외부 피복층(125’), 열융착성 고분자로 이루어진 내부 실란트층(127’), 및 상기 외부 피복층(125’)과 내부 실란트층(127’)의 사이에 개재되는 베리어층(126’)을 포함하고 있고, 패턴(150)은, 전지 케이스(120’)의 밀봉력 감소, 베리어층(126’)의 노출 또는 강도 약화 등의 위험을 방지하기 위해 전지 케이스(120’)가 전극조립체(110’)가 내장되어 있는 방향으로 만입된 형태의 복수의 선 형상의 그루브들(151’)이 소정의 간격(G’)를 가지며 외부 피복층(125’)에만 형성되어 있다
상기 구성의 조절은 이러한 그루브들(151, 151’)의 형성 깊이에 의해 정해지는데, 모식도 A와 같이, 그루브들(151)이 외부 피복층(125), 베리어층(126), 및 내부 실란트층(127)의 전체에 걸쳐 형성되는 경우에는 그 깊이가 층마다 다른 바, 그루브들(151, 151’)의 깊이는 외부 피복층(125, 125’)에 형성된 그루브들(151, 151’)의 깊이(d, d’)로 정의한다.
다시 모식도 A를 참조하면, 그루부들(151)이 외부 피복층(125), 베리어층(126), 및 내부 실란트층(127)의 전체에 걸쳐 형성되는 경우는, 그루브들(151)의 깊이(d)가 전지 케이스(120) 전체 두께의 50% 내지 85% 정도이며, 그루브들(151)의 만입 깊이는 외부 피복층(125)에서 가장 깊고, 만입 정도가 서서히 줄어, 만입 영향이 가장 적은 내부 실란트층(127)에서 가장 ?다. 즉, 그루브들(151)의 깊이가 상대적으로 깊은 바, 내부 실란트층(127)까지 영향이 가게된다. 다만, 이 경우에도, 그루브들(151)의 형상에 맞게 모든 층들(125, 126, 127)이 변형되어 있는 바, 상기 깊이 범위를 초과하지 않는 이상, 비교적 각 층의 두께가 얇은 부분은 존재하나, 베리어층(126)이 직접적으로 외부로 노출되는 문제는 없다. 이와 같은 구성을 갖는 전지 케이스(120)는, 밀봉력 감소, 베리어층의 노출이나, 강도 약화 등의 위험이 미소하게 있으나, 주름 발생 없이 전지 케이스의 절곡 또는 굴곡이 더욱 용이하게 되므로 절곡 또는 굴곡의 변형의 정도가 큰 디바이스에 장착되는 전지셀에 사용됨이 바람직하다.
반면, 모식도 A’를 참조하면, 그루브들(151’)이 전지 케이스(120’)의 외부 피복층(125’)에만 형성되는 경우는 그루브들(151’)의 깊이(d’)는 외부 피복층(125’) 두께의 약 30% 정도인 10 마이크로미터 미만으로 그루부들(151’)의 깊이가 상대적으로 ?아 베리어층(126’) 및 내부 실란트층(127’)에는 영향이 없다. 이와 같은 구성을 갖는 전지 케이스(120’)는, 그루브들(151’)의 깊이(d’)가 상대적으로 ?아 전지 케이스(120’)의 절곡 또는 굴곡은 상대적으로 비용이하나 안전성이 우수하므로, 상대적으로 전지셀의 변형은 미미하나 안전성 확보가 중요한 디바이스에 장착되는 전지셀에 사용됨이 바람직하다.
도 5에는 이러한 전지 케이스의 제조방법을 나타내기 위해 전지 케이스의 제조에 사용되는 지그들을 나타낸 모식도 및 지그들의 요철구조를 나타낸 확대 사시도가 도시되어 있다.
구체적으로, 전지 케이스에 형성되는 패턴은 전지 케이스의 포밍(forming) 공정시에 형성되거나 또는 포밍 공정 이후에 별도의 가압공정으로 형성될 수 있고, 이 경우 전지 케이스의 포밍 공정에서 사용되는 딥 드로잉 지그 및/또는 별도의 가압 지그를 사용하는데, 이해의 편의를 위해, 도 5에는 하나의 예로서, 하부 케이스에만 전극조립체의 수용공간이 형성되어 있는 구조의 전지 케이스에 패턴을 형성하는 경우가 도시되어 있고, 이를 기준으로 설명한다.
도 5를 참조하면, 하부 케이스에 패턴을 형성하기 위한 지그(510)는 전극조립체의 수용공간을 갖는 하부 케이스(513)의 형태에 대응되는 상부 지그(511)와 하부 지그(512)로 이루어져 있으며, 하부 지그(511)에는 하부 케이스(513)의 하면에 소망하는 패턴을 형성하기 위한 요철(514)이 형성되어 있다. 이때, 상기 요철의 형상은 도 4를 함께 참조하면, 패턴의 그루브의 형상에 대응된다.
만일 패턴을 포밍 공정시에 형성하는 경우라면 이러한 지그(510)는 딥 드로잉 지그에 해당될 수 있고, 패턴을 포밍 공정 이후에 별도의 가압공정시 형성하는 경우라면, 지그(510)는 별도의 가압 지그에 해당될 수 있다.
상부 케이스에 패턴을 형성하기 위한 지그(520) 역시 상부 케이스(523)의 형태에 대응되는 상부 지그(521)와 하부 지그(522)로 이루어져 있으며, 상부 지그(521)에는 상부 케이스(523)의 상면에 소망하는 패턴을 형성하기 위한 요철(524)을 포함하도록 구성되어 있다.
지그(520) 또한 만일 패턴을 포밍 공정시에 형성하는 경우라면 상부 케이스를 하부 케이스의 크기에 대응하게 형성하는 공정에서 사용되는 별도의 가압 지그에 해당될 수 있고, 패턴을 포밍 공정 이후에 별도의 가압공정시 형성하는 경우라면, 패턴을 형성하기 위한 별도의 가압 지그에 해당될 수 있다.
한편, 도 6 내지 도 8에는 본 발명에 따른 또 다른 패턴 형상을 나타내기 위한 전지셀들(200, 300, 400)의 평면도들이 도시되어 있다.
도 3과 비교하여, 도 6 내지 도 8을 참조하면, 전지 케이스에 형성된 패턴들(250, 350, 450)은 격자 구조, 마름모꼴 구조, 또는 허니콤(honey comb) 구조의 연속적인 형태를 갖는다. 이와 같이, 패턴의 형상은 한정되지 아니하며, 전극조립체의 절곡 또는 굴곡의 방향에 따라 선택될 수 있다.
이러한 패턴이 형성되어 있는 전지 케이스를 사용하는 경우, 전지셀의 변형에도 전지 케이스 상에 의도하지 않은 주름 또는 접힘이 발생하는 것을 방지할 수 있고, 따라서, 전지 케이스의 손상으로 인해 나타나는 금속층의 노출로 인한 절연 파괴 또는 전해액 누출 현상을 효과적으로 방지할 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 (19)
- 내후성 고분자로 이루어진 외부 피복층, 열융착성 고분자로 이루어진 내부 실란트층, 및 상기 외부 피복층과 내부 실란트층의 사이에 개재되는 베리어층을 포함하는 라미네이트 시트로 이루어진 전지 케이스로서,
전지셀이 장착되는 디바이스의 형상에 대응하여 절곡 또는 굴곡이 가능한 전극조립체를 내장하고, 상기 전극조립체의 외면과 대면하는 면들 중의 적어도 하나의 면에 패턴이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지 케이스. - 제 1 항에 있어서, 상기 패턴은 평면 상으로 줄무늬 구조, 허니콤(honey comb) 구조, 격자 구조, 또는 마름모꼴 구조의 연속적인 형태를 갖는 것을 특징으로 하는 전지 케이스.
- 제 1 항에 있어서, 상기 패턴은 전지 케이스의 포밍(forming) 공정시에 형성되거나 또는 포밍 공정 이후에 별도의 가압공정으로 형성되는 것을 특징으로 하는 전지 케이스.
- 제 3 항에 있어서, 상기 패턴은 전지 케이스의 포밍 공정에서 사용되는 딥 드로잉 지그 및/또는 별도의 가압 지그를 사용하여 형성시키는 것을 특징으로 하는 전지 케이스.
- 제 1 항에 있어서, 상기 패턴은 전극조립체가 내장되어 있는 방향으로 전지 케이스가 만입된 형태의 복수의 선 형상의 그루브들(grooves)에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 전지 케이스.
- 제 5 항에 있어서, 상기 그루브들은 전지 케이스의 외부 피복층, 베리어층, 및 내부 실란트층의 전체에 걸쳐 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지 케이스.
- 제 6 항에 있어서, 상기 그루브들의 깊이는 전지 케이스 전체 두께의 30% 내지 70%인 것을 특징으로 하는 전지 케이스.
- 제 5 항에 있어서, 상기 그루브들은 전지 케이스의 외부 피복층에만 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지 케이스.
- 제 8 항에 있어서, 상기 그루브들의 깊이는 외부 피복층 두께의 30% 내지 70%인 것을 특징으로 하는 전지 케이스.
- 제 5 항에 있어서, 상기 그루브들의 간격은 2 mm 내지 15 mm 인 것을 특징으로 하는 전지 케이스.
- 제 1 항에 있어서, 평면상으로 상기 패턴이 형성되는 면적은, 패턴이 형성된 전지케이스 면 전체를 기준으로 50 내지 100%인 것을 특징으로 하는 전지 케이스.
- 제 1 항에 있어서, 상기 전지 케이스는 전극조립체의 상면과 대면하는 상부 케이스와 전극조립체의 하면과 대면하는 하부 케이스로 이루어져 있고, 상기 패턴은 상부 케이스 중 전극조립체의 상면과 대응하는 케이스 면과 하부 케이스 중 전극조립체의 하면과 대응하는 케이스 면에 각각 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지 케이스.
- 제 1 항에 있어서, 상기 베리어층은 알루미늄, 철, 구리, 주석, 니켈, 코발트, 은, 스테인레스, 및 티탄으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 또는 이들의 합금으로 이루어진 금속층인 것을 특징으로 하는 이차전지용 케이스.
- 제 1 항에 있어서, 상기 내후성 고분자는 폴리에틸렌프탈레이트(PET), 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN) 또는 나일론인 것을 특징으로 이차전지용 케이스.
- 제 1 항에 있어서, 상기 열융착성 고분자는 폴리올레핀인 것을 특징으로 하는 이차전지용 케이스.
- 제 1 항 내지 제 14 항 중 어느 하나에 따른 전지 케이스;
전지셀이 장착되는 디바이스의 형상에 대응하여 절곡 또는 굴곡이 가능한 전극조립체; 및
전해질;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 전지셀. - 제 16 항에 따른 전지셀을 단위전지로서 포함하는 전지팩.
- 제 17 항에 따른 전지팩을 전원으로 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 디바이스.
- 제 18 항에 있어서, 상기 디바이스는 휴대폰, 휴대용 컴퓨터, 스마트폰, 스마트 패드, 태블릿 PC, 넷북, LEV(Light Electronic Vehicle), 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 플러그-인 하이브리드 전기자동차, 및 전력저장장치로 이루어진 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 디바이스.
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