KR20160041247A - 계단 구조의 전극조립체에 대응하는 형상으로 형성되어 있는 전지케이스를 포함하는 전지셀 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 계단 구조의 전극조립체에 대응하는 형상으로 형성되어 있는 전지케이스를 포함하는 전지셀에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 양극과 음극 사이에 분리막이 개재되어 있는 구조의 전극조립체가 전지케이스에 내장되어 있는 전지셀로서, 복수의 전극들 또는 유닛셀들이 평면을 기준으로 높이 방향으로 적층되어 있고 그 중 적어도 둘 이상의 전극들 또는 유닛셀들은 평면 크기가 서로 달라서 계단 구조를 형성하고 있는 전극조립체; 및 상호 결합되어 상기 전극조립체를 감싸는 제 1 케이스 및 제 2 케이스로 이루어져 있고, 상기 제 1 케이스에는 평면을 기준으로 높이 방향에서 전극조립체의 상부 형상에 대응하는 제 1 수납부가 형성되어 있고, 상기 제 2 케이스에는 전극조립체의 하부 형상에 대응하는 제 2 수납부가 형성되어 있는 구조인 전지케이스를 포함하는 것을 특징으로 하는 전지셀을 제공한다.
Description
본 발명은 계단 구조의 전극조립체에 대응하는 형상으로 형성되어 있는 전지케이스를 포함하는 전지셀에 관한 것이다.
최근, 충방전이 가능한 이차전지는 와이어리스 모바일 기기의 에너지원으로 광범위하게 사용되고 있다. 또한, 이차전지는, 화석 연료를 사용하는 기존의 가솔린 차량, 디젤 차량 등의 대기오염 등을 해결하기 위한 방안으로 제시되고 있는 전기자동차, 하이브리드 전기자동차 등의 에너지원으로서도 주목받고 있다. 따라서, 이차전지를 사용하는 애플리케이션의 종류는 이차전지의 장점으로 인해 매우 다양화되고 있으며, 향후에는 지금보다는 많은 분야와 제품들에 이차전지가 적용될 것으로 예상된다.
이러한 이차전지는 전극과 전해액의 구성에 따라 리튬이온 전지, 리튬이온 폴리머 전지, 리튬 폴리머 전지 등으로 분류되기도 하며, 그 중 전해액의 누액 가능성이 적으며, 제조가 용이한 리튬이온 폴리머 전지의 사용량이 늘어나고 있다. 일반적으로, 이차전지는 전지케이스의 형상에 따라, 전극조립체가 원통형 또는 각형의 금속 캔에 내장되어 있는 원통형 전지 및 각형 전지와, 전극조립체가 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치형 케이스에 내장되어 있는 파우치형 전지로 분류되며, 전지케이스에 내장되는 전극조립체는 양극, 음극, 및 상기 양극과 상기 음극 사이에 개재된 분리막 구조로 이루어져 충방전이 가능한 발전소자로서, 활물질이 도포된 긴 시트형의 양극과 음극 사이에 분리막을 개재하여 권취한 젤리-롤형과, 소정 크기의 다수의 양극과 음극을 분리막에 개재된 상태에서 순차적으로 적층한 스택형으로 분류된다.
이 중, 전지의 고용량화로 인해 케이스의 대면적화 및 얇은 소재로의 가공이 많은 관심을 모으고 있고, 이에 따라, 스택형 또는 스택/폴딩형 전극조립체를 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치형 전지케이스에 내장한 구조의 파우치형 전지가, 낮은 제조비, 작은 중량, 용이한 형태 변형 등을 이유로, 사용량이 점차적으로 증가하고 있다.
도 1에는 종래의 스택형 전극조립체를 포함하고 있는 파우치형 이차전지의 구조가 모식적으로 도시되어 있다.
도 1을 참조하면, 파우치형 이차전지(10)는, 파우치형 전지케이스(20) 내부에, 양극, 음극 및 이들 사이에 배치되는 분리막으로 이루어진 전극조립체(30)가 그것의 양극 및 음극 탭들(31, 32)과 전기적으로 연결되는 두 개의 전극리드(40, 41)가 외부로 노출되도록 밀봉되어 있는 구조로 이루어져 있다.
전지케이스(20)는 전극조립체(30)가 안착될 수 있는 오목한 형상의 수납부(23)를 포함하는 케이스 본체(21)와 그러한 본체(21)에 일체로서 연결되어 있는 커버(22)로 이루어져 있다. 전지케이스(20)는 라미네이트 시트로 이루어져 있으며, 최외각을 이루는 외측 수지층(20a), 물질의 관통을 방지하는 차단성 금속층(20b), 및 밀봉을 위한 내측 수지층(20c)으로 구성되어 있다.
스택형 전극조립체(30)는 다수의 양극 탭들(31)과 다수의 음극 탭들(32)이 각각 융착되어 전극리드(40, 41)에 함께 결합되어 있다. 또한, 케이스 본체(21)의 상단부(24)와 커버(22)의 상단부가 열융착기(도시하지 않음)에 의해 열융착될 때 그러한 열융착기와 전극리드(40, 41) 간에 쇼트가 발생하는 것을 방지하고 전극리드(40, 41)와 전지케이스(20)와의 밀봉성을 확보하기 위하여, 전극리드(40, 41)의 상하면에 절연필름(50)이 부착되어 있는 구조로 이루어져 있다.
더욱이, 최근에는 이러한 파우치형 이차전지를 이용한 슬림한 타입 또는 다양한 디자인 트랜드로 인하여 사공간을 최소화하는 새로운 형태의 전지셀이 요구되고 있는 실정이다.
그러나, 전지셀이 적용되는 디바이스의 디자인을 고려하여 신규한 구조로 만들기 위해서는 전지셀의 용량을 줄이거나 더 큰 크기로 디바이스의 디자인을 변경해야 하고, 이에 따라, 전극조립체의 형상을 고려하여 전지케이스를 제작하여야 하는 문제점이 제기된다. 즉, 전지셀이 적용되는 디바이스의 디자인을 고려하여 신규한 구조로 만들기 위해서는, 전지셀의 용량을 줄이거나 더 큰 크기로 디바이스의 디자인을 변경해야 한다.
더욱이, 이러한 디자인 변경 과정에서 전기적 연결 방식이 복잡해짐으로 인해 소망하는 조건을 만족하는 전지셀의 제작이 어려워지는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 목적은 전지셀 및 전지케이스를 디바이스의 다양한 공간에 장착될 수 있는 특정 구조로 설계하여, 디바이스의 내부 공간의 활용도를 극대화시킴으로써, 일반적으로 장방형의 구조를 가지는 디바이스의 외형 구조에서 벗어나 다양한 외형을 가지는 디바이스에서도 효율적으로 장착이 가능한 전지셀을 제공하는 것이다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 계단 구조의 전극조립체에 대응하는 형상으로 형성되어 있는 전지케이스를 포함하는 전지셀은,
양극과 음극 사이에 분리막이 개재되어 있는 구조의 전극조립체가 전지케이스에 내장되어 있는 전지셀로서,
복수의 전극들 또는 유닛셀들이 평면을 기준으로 높이 방향으로 적층되어 있고 그 중 적어도 둘 이상의 전극들 또는 유닛셀들은 평면 크기가 서로 달라서 계단 구조를 형성하고 있는 전극조립체; 및
상호 결합되어 상기 전극조립체를 감싸는 제 1 케이스 및 제 2 케이스로 이루어져 있고, 상기 제 1 케이스에는 평면을 기준으로 높이 방향에서 전극조립체의 상부 형상에 대응하는 제 1 수납부가 형성되어 있고, 상기 제 2 케이스에는 전극조립체의 하부 형상에 대응하는 제 2 수납부가 형성되어 있는 구조인 전지케이스를 포함하는 구조로 구성되어 있다.
즉, 본 발명에 따른 전지셀은 전지케이스에 계단 구조의 단차를 형성시킴으로써, 전지셀의 장착 공간 확보를 용이하게 하고, 디바이스 내부 공간 활용도를 극대화 시킬 수 있을 뿐만 아니라, 디바이스에 고용량의 전지셀 사용이 가능하며, 디바이스를 더욱 소형화시킬 수 있다. 또한, 전극조립체와 전지케이스와 구조적 특징으로 인해 디자인의 변경에 불구하고 소망하는 전지셀을 용이하게 제조할 수 있으며, 이로 인한 전지셀의 성능 및 품질을 향상시켜 안전성을 확보할 수 있다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 제 1 케이스 및 제 2 케이스는 수지층과 금속층을 포함하는 라미네이트 시트로 이루어진 파우치형 케이스일 수 있고, 상기 제 1 케이스 및 제 2 케이스는 공통변을 통해 상호 연결된 1 단위의 부재로 이루어진 구조일 수 있다.
상기 구조에서, 상기 제 1 케이스 및 제 2 케이스의 공통변은 전극단자가 위치하는 변에 인접한 측변일 수 있다.
경우에 따라서, 상기 제 1 케이스 및 제 2 케이스의 공통변은 전극단자가 위치하는 변에 대향하는 하변일 수 있다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 제 1 케이스 및 제 2 케이스의 공통변을 기준으로 제 1 수납부와 제 2 케이스는 대칭 형상으로 형성되어 있는 구조일 수 있다.
경우에 따라서는, 상기 제 1 케이스 및 제 2 케이스의 공통변을 기준으로 제 1 수납부와 제 2 케이스는 비대칭 형상으로 형성되어 있는 구조일 수 있다.
본 발명에 따르면, 상기 제 1 케이스의 제 1 수납부와 제 2 케이스의 제 2 수납부는 전극들 또는 유닛셀들의 적층 방향을 기준으로 형성되어 있는 단차들의 개수가 다를 수 있다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 제 1 케이스 및 제 2 케이스의 공통변에 인접한 제 1 수납부의 내측면과 제 2 수납부의 내측면 중의 적어도 하나에는 단차가 형성되어 있는 구조일 수 있다.
또한, 상기 제 1 케이스 및 제 2 케이스의 공통변에 인접한 제 1 수납부의 내측면과 제 2 수납부의 내측면에는 각각 단차가 형성되어 있는 구조일 수 있다.
이러한 공통변에 인접한 내측면의 단차는 타측 변에 형성되어 있는 단차보다 작게 형성되어 있는 구조일 수 있다. 따라서, 공통변에 형성되는 단차에 의한 연신의 영향을 받지 않으므로 전지셀의 불량 발생 또는 전지 성능 및 사용 기간에 문제가 발생하지 않는 우수한 전지셀을 제조할 수 있다.
또 다른 구체적인 예에서, 상기 제 1 케이스 및 제 2 케이스는 상호 독립적인 부재들로 이루어질 수 있다.
상기 구조에서, 상기 평면 크기가 서로 다른 둘 이상의 전극들 또는 유닛셀들은 전극단자의 형성 방향을 기준으로 전극 또는 유닛셀의 폭 및/또는 길이가 다른 구조일 수 있고, 상기 평면 크기가 서로 다른 둘 이상의 전극들 또는 유닛셀들은 적층 방향을 기준으로 두께가 서로 다른 구조일 수 있다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 유닛셀은, 1개 이상의 양극과 1개 이상의 음극이 분리막이 개재된 상태로 적층된 구조에서 양면에 위치한 전극의 종류가 동일한 유닛셀, 또는 양면에 위치한 전극의 종류가 다른 유닛셀일 수 있다.
상기 평면 크기가 서로 다른 둘 이상의 전극들 또는 유닛셀들은 전극단자의 형성 방향을 기준으로 일 측부에 대해 수직 정렬되어 있는 구조일 수 있고, 경우에 따라서, 상기 일 측부에는 단차가 존재하지 않는 구조로 이루어질 수 있다.
상기 전지셀은 양극과 음극 사이에 분리막이 개재된 구조의 전극조립체에 리튬염 함유 비수계 전해액이 함침되어 있는 구조로 이루어진 리튬 이차전지일 수 있다.
한편, 본 발명은, 상기 전지셀의 제조방법으로서,
복수의 전극들 또는 유닛셀들이 평면을 기준으로 높이 방향으로 적층되어 있고 그 중 적어도 둘 이상의 전극들 또는 유닛셀들은 평면 크기가 서로 달라서 계단 구조를 형성하고 있는 전극조립체를 제조하는 과정;
상호 결합되어 전극조립체를 감싸도록 제 1 케이스 및 제 2 케이스로 이루어져 있고, 상기 제 1 케이스에는 평면을 기준으로 높이 방향에서 전극조립체의 상부 형상에 대응하는 제 1 수납부가 형성되어 있고, 상기 제 2 케이스에는 전극조립체의 하부 형상에 대응하는 제 2 수납부가 형성되어 있으며, 전극조립체를 제 1 수납부 및 제 2 수납부에 장착하기 위한 전지케이스를 제조하는 과정;
상기 전지케이스의 수납부에 전극조립체를 장착한 상태에서, 제 1 케이스가 전극조립체를 감싸며 제 2 케이스와 마주하도록 공통변을 절곡하는 과정; 및
상기 전지케이스에 전해액을 주입한 후 전지케이스의 외주면을 열융착시켜 실링하는 과정;
을 포함하는 전지셀 제조방법을 제공한다.
상기 전지케이스를 제조하는 과정은,
(a) 성형 몰드를 준비하는 단계;
(b) 상기 성형 몰드의 상면에 파우치 필름을 배치시키는 단계;
(c) 상기 성형 몰드와 서로 대응되는 형상을 갖는 성형 지그를 준비하는 단계; 및
(d) 상기 성형 지그로 상기 파우치 필름을 압착함으로써 상기 전극조립체 수납부를 동시에 형성시키는 단계;
를 포함하고 있다.
본 발명은 또한, 전지셀을 단위전지로 하는 전지팩과, 상기 전지팩을 전원으로서 포함하고 있는 디바이스를 제공한다.
상기 디바이스의 바람직한 예로는 스마트폰, 휴대폰, 노트북, 테블릿 PC, 웨어러블 전자기기, 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 플러그-인 하이브리드 전기자동차 또는 전력 저장용 시스템에서 선택되는 것일 수 있다.
이러한 디바이스의 구조 및 제작 방법은 당업계에 공지되어 있으므로, 본 명세서에서는 그에 대한 자세한 설명을 생략한다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 전지셀은 전지셀을 적층하는 경우에 계단형 단차를 형성시킴으로써, 전지셀의 장착 공간 확보할 수 있고 디바이스 내부 공간 활용도를 극대화 시킬 수 있다. 또, 이러한 디바이스에 고용량의 전지셀 사용이 가능하고 디바이스를 더욱 소형화시킬 수 있는 효과를 제공한다.
또한, 전극조립체와 전지케이스와 구조적 특징으로 인해 디자인의 변경에 불구하고 소망하는 전지셀을 용이하게 제조할 수 있으며, 이로 인한 전지셀의 성능 및 품질을 향상시켜 안전성을 확보할 수 있는 효과를 제공한다.
도 1은 종래의 스택형 전극조립체를 포함하고 있는 파우치형 이차전지의 모식도이다;
도 2는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 계단 구조의 전극조립체가 수납되어 있는 전지케이스를 포함하는 전지셀의 사시도이다;
도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 계단 구조의 수납부가 형성되어 있는 전지케이스의 모식도이다;
도 4는 도 3의 전지케이스를 절곡한 전지케이스의 모식도이다;
도 5는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 계단 구조의 수납부가 형성되어 있는 전지케이스의 모식도이다;
도 6은 도 5의 전지케이스를 절곡한 전지케이스의 모식도이다;
도 7은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 계단 구조의 전극조립체에 대응하는 형상으로 수납부가 형성되어 있는 전지케이스의 모식도이다;
도 8은 도 7의 전지케이스를 절곡한 전지케이스의 모식도이다’
도 9는 본 발명의 제 4 실시예에 따른 계단 구조의 수납부가 형성되어 있는 전지케이스의 모식도이다;
도 10은 본 발명의 제 5 실시예에 따른 계단 구조의 수납부가 형성되어 있는 전지케이스의 모식도이다;
도 11은 본 발명의 하나에 실시예에 따른 계단 구조의 전지케이스를 포함하는 전지셀의 제조 방법의 개략적인 흐름도이다;
도 12는 본 발명의 하나에 실시예에 따른 전지케이스를 제조하는 과정의 개략적인 흐름도이다.
도 2는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 계단 구조의 전극조립체가 수납되어 있는 전지케이스를 포함하는 전지셀의 사시도이다;
도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 계단 구조의 수납부가 형성되어 있는 전지케이스의 모식도이다;
도 4는 도 3의 전지케이스를 절곡한 전지케이스의 모식도이다;
도 5는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 계단 구조의 수납부가 형성되어 있는 전지케이스의 모식도이다;
도 6은 도 5의 전지케이스를 절곡한 전지케이스의 모식도이다;
도 7은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 계단 구조의 전극조립체에 대응하는 형상으로 수납부가 형성되어 있는 전지케이스의 모식도이다;
도 8은 도 7의 전지케이스를 절곡한 전지케이스의 모식도이다’
도 9는 본 발명의 제 4 실시예에 따른 계단 구조의 수납부가 형성되어 있는 전지케이스의 모식도이다;
도 10은 본 발명의 제 5 실시예에 따른 계단 구조의 수납부가 형성되어 있는 전지케이스의 모식도이다;
도 11은 본 발명의 하나에 실시예에 따른 계단 구조의 전지케이스를 포함하는 전지셀의 제조 방법의 개략적인 흐름도이다;
도 12는 본 발명의 하나에 실시예에 따른 전지케이스를 제조하는 과정의 개략적인 흐름도이다.
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 계단 구조의 전지케이스를 포함하는 전지셀이 도시되어 있으며, 도 3에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 계단 구조의 수납부가 형성되어 있는 전지케이스의 모식도가 도시되어 있으며, 도 4에는 도 3의 조립 완성된 전지케이스의 모식도가 각각 도시되어 있다.
도 2 내지 도 4를 참조하면, 전지셀(100)은 양극과 음극 사이에 분리막이 개재되어 있는 구조의 전극조립체(도시하지 않음)가 전지케이스(120)에 내장되어 있는 구조로 이루어져 있다. 전지셀(100)은 유닛셀들(도시하지 않음)이 평면을 기준으로 높이 방향으로 차례로 적층되어 있고 평면 크기가 서로 다른 계단 구조(127)로 형성되어 있다.
유닛셀들이 양극단자(141) 및 음극단자(142)의 형성 방향으로 수직 정렬되어 있고, 양극단자(141) 및 음극단자(142)의 형성 방향을 기준으로 일 측부에 대해 수직 정렬되어 있으며, 상기 정렬된 방향의 대향 방향으로 단차들(144, 145, 146, 154, 155, 156)이 존재한다.
전지케이스(120)는 제 1 케이스(121) 및 제 2 케이스(122)를 포함하여 구성되어 있고, 제 1 케이스(121) 및 제 2 케이스(122)는 공통변(125)을 통해 상호 연결된 1 단위의 부재로 이루어져 있다.
제 1 케이스(121) 및 제 2 케이스(122)에는 공통변(125)을 기준으로 제 1 수납부(140)와 제 2 수납부(150)가 대칭 형상으로 각각 형성되어 있다.
제 1 케이스(121) 및 제 2 케이스(122)는 상호 결합되어 전극조립체를 감싸며, 제 1 케이스(121)에는 평면을 기준으로 높이 방향에서 전극조립체의 상부 형상에 대응하는 제 1 수납부(140)가 형성되어 있고, 제 2 케이스(122)에는 전극조립체의 하부 형상에 대응하는 제 2 수납부(150)가 각각 형성되어 있다.
제 1 수납부(140)는 유닛셀들의 크기에 대응하는 제 1 수납 영역(147), 제 2 수납 영역(148) 및 제 3 수납 영역(149)으로 구성되어 있다. 마찬가지로, 제 2 수납부(150)는 제 1 수납부(140)의 형상에 대칭인 형상으로, 제 1 수납 영역(151), 제 2 수납 영역(152) 및 제 3 수납 영역(153)으로 구성되어 있다.
또, 제 1 케이스(121) 및 제 2 케이스(122)의 공통변(125)에 인접한 제 1 수납부(140)의 내측면과 제 2 수납부(150)의 내측면에는 단차들(144, 145, 146, 154, 155, 156)이 형성되어 있다.
도 5에는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 계단 구조의 수납부가 형성되어 있는 전지케이스의 모식도가 도시되어 있으며, 도 6에는 도 5의 조립이 완성된 형태의 전지케이스의 모식도가 도시되어 있다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 평면 크기가 서로 다른 둘 이상의 전극들 또는 유닛셀들이 양극단자(241) 및 음극단자(242)가 형성된 방향으로 수직 정렬되어 전지케이스(220)에 수납되어 있다.
전지케이스(220)는 제 1 케이스(221) 및 제 2 케이스(222)로 구성되어 있고, 제 1 케이스(221) 및 제 2 케이스(222)의 공통변(225)을 기준으로 제 1 케이스(221)와 제 2 케이스(222)는 상호 비대칭 형상으로 형성되어 있다. 전지케이스(220)는 제 1 케이스(221)가 공통변(225)를 중심으로 제 2 케이스(222) 상부로 절곡(도 5: 화살표 참조)되어 일치되는 구조이다.
제 1 수납 영역(247) 및 제 2 수납 영역(248)으로 구성되어 있는 제 1 케이스(221)의 수납부(240)는 2개 층의 단차들(244, 245)이 형성되어 있고, 제 1 수납 영역(251), 제 2 수납 영역(252) 및 제 3 수납 영역(253)으로 구성되어 있는 제 2 케이스(222)의 수납부(250)는 3개 층의 단차들(254, 255, 256)이 형성되어 있다.
공통변(125)에 인접한 단차(146, 156)의 두께(T1)는 대향측에 형성된 단차의 두께(T2) 보다 작게 형성되다. 즉, 상대적으로 작은 두께를 가진 단차들(146, 156)이 공통변(125)에 인접하여 형성되므로, 제 1 케이스(221)가 공통변(225)를 중심으로 제 2 케이스(222) 상부로 절곡되는 과정에서 연신에 의한 영향을 최소화시킬 수 있다.
도 7에는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 계단 구조의 수납부가 형성되어 있는 전지케이스의 모식도가 도시되어 있고, 도 8에는 도 7의 조립 완성된 전지케이스의 모식도가 각각 도시되어 있다.
도 7 및 도 8을 참조하면, 유닛셀들의 양극단자(341) 및 음극단자(342)는 공통변(325)을 기준으로 공통변(325)에 대해 수직인 방향으로 각각 돌출되어 형성되어 있다.
전지케이스(320)는 중앙에 위치하는 공통변(325)을 기준으로 상호 연결된 1 단위의 부재로 이루어져 있으며, 제 1 케이스(321)가 제 2 케이스(322) 상부로 절곡(도 7: 화살표 참조)되어 일치되는 구조이다.
도 9에는 본 발명의 제 4 실시예에 따른 계단 구조의 수납부가 형성되어 있는 전지케이스의 모식도가 도시되어 있다.
도 9를 참조하면, 전지케이스(420)는 제 1 케이스(421) 및 제 2 케이스(422)로 구성되어 있으며, 제 1 케이스(421)와 제 2 케이스(422)는 공통변(425)을 기준으로 비대칭 형상으로 형성되어 있다. 제 1 케이스(421)가 공통변(425)를 기준으로 제 2 케이스(422) 상부로 절곡되는 구조이다.
제 1 수납부(440)는 제 1 수납 영역(442) 및 제 2 수납 영역(443)으로 구성되어 있고, 제 2 수납 영역(450)은 제 1 수납 영역(451) 및 제 2 수납 영역(452) 및 제 3 수납 영역(453)으로 구성되어 있다.
제 2 수납 영역(443)의 폭(W4), 길이(D4) 및 두께(T4)는 제 2 수납부(450)에 형성되어 있는 수납 영역들(451, 452, 453)의 폭들(W5, W6, W7), 길이들(D5, D6, D7) 및 두께들(T5, T6, T7)과 서로 다른 비대칭 형상이다. 즉, 제 1 수납부(440)의 제 1 수납 영역(442) 및 제 2 수납 영역(443)와 제 2 수납 영역(450)의 제 1 수납 영역(451), 제 2 수납 영역(452) 및 제 3 수납 영역(453)은 모두 서로 다른 폭, 길이 및 두께를 가지는 구조로 형성되어 있다.
도 10에는 본 발명의 제 5 실시예에 따른 계단 구조의 수납부가 형성되어 있는 전지케이스의 모식도가 도시되어 있다.
도 10을 참조하면, 전지케이스(520)는 제 1 케이스(521) 및 제 2 케이스(522)로 구성되어 있다. 제 1 케이스(521) 및 제 2 케이스(522)는 서로 분리되어 있는 독립 부재로 형성되어 있다는 점을 제외하고 전술한 실시예들과 동일하다.
도 11에는 본 발명에 따른 계단 구조의 전지케이스를 포함하는 전지셀의 제조 방법에 대한 흐름도가 개략적으로 도시되어 있고, 도 12에는 본 발명에 따른 전지케이스를 제조하는 과정의 흐름도가 개략적으로 도시되어 있다.
이하에서는, 도 11 및 도 12를 참조하여 본 발명에 따른 전지케이스를 제조하는 방법을 상세히 설명하기로 한다.
복수의 전극들 또는 유닛셀들이 평면을 기준으로 높이 방향으로 적층되어 있고, 그 중 적어도 둘 이상의 전극들 또는 유닛셀들은 평면 크기가 서로 다른 계단 구조를 형성하고 있는 전극조립체들을 제조한다(S110). 이에 대응하여, 계단 구조의 전극조립체들이 수납되도록 제 1 케이스와 제 2 케이스로 이루어진 전지케이스를 제조한다(S120). 이후에, 하부에 위치하는 제 2 케이스의 수납부에 전극조립체를 장착한 상태에서, 제 1 케이스가 전극조립체를 감싸며 제 2 케이스와 대면 하도록 공통변을 중심으로 절곡한다(S130). 최종적으로, 전지케이스에 전해액을 주입한 후 전지케이스의 외주면을 열융착시켜 실링하고(S140), 안전소자를 포함하는 PCM을 부착한 후에 PCM과 전지셀을 감싸는 형태의 라벨을 부착하여 전지셀을 제조한다.
이러한 전지케이스를 제조하는 과정을 설명하면, 먼저, 전극조립체 형상에 대응하는 전지케이스를 성형하기 위한 성형 몰드를 준비하고(S210), 상기 성형 몰드의 상면에 파우치 필름을 배치시킨다(S220). 이후에, 상기 성형 몰드와 서로 대응되는 형상을 갖는 성형 지그를 준비(S230)하고, 상기 지그로 파우치 필름을 압착하여 전극조립체 수납부를 동시에 형성시킨다(S240). 마지막으로, 전지케이스를 장치로부터 분리하여 전지케이스의 외관 및 치수를 검사하여 정상 유무를 판별한다.
본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면, 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주 내에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다.
Claims (22)
- 양극과 음극 사이에 분리막이 개재되어 있는 구조의 전극조립체가 전지케이스에 내장되어 있는 전지셀로서,
복수의 전극들 또는 유닛셀들이 평면을 기준으로 높이 방향으로 적층되어 있고 그 중 적어도 둘 이상의 전극들 또는 유닛셀들은 평면 크기가 서로 달라서 계단 구조를 형성하고 있는 전극조립체; 및
상호 결합되어 상기 전극조립체를 감싸는 제 1 케이스 및 제 2 케이스로 이루어져 있고, 상기 제 1 케이스에는 평면을 기준으로 높이 방향에서 전극조립체의 상부 형상에 대응하는 제 1 수납부가 형성되어 있고, 상기 제 2 케이스에는 전극조립체의 하부 형상에 대응하는 제 2 수납부가 형성되어 있는 구조인 전지케이스;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 전지셀. - 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 케이스 및 제 2 케이스는 수지층과 금속층을 포함하는 라미네이트 시트로 이루어진 파우치형 케이스인 것을 특징으로 하는 전지셀.
- 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 케이스 및 제 2 케이스는 공통변을 통해 상호 연결된 1 단위의 부재로 이루어진 것을 특징으로 하는 전지셀.
- 제 3 항에 있어서, 상기 제 1 케이스 및 제 2 케이스의 공통변은 전극단자가 위치하는 변에 인접한 측변인 것을 특징으로 하는 전지셀.
- 제 3 항에 있어서, 상기 제 1 케이스 및 제 2 케이스의 공통변은 전극단자가 위치하는 변에 대향하는 하변인 것을 특징으로 하는 전지셀.
- 제 3 항에 있어서, 상기 제 1 케이스 및 제 2 케이스의 공통변을 기준으로 제 1 수납부와 제 2 케이스는 대칭 형상으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지셀.
- 제 3 항에 있어서, 상기 제 1 케이스 및 제 2 케이스의 공통변을 기준으로 제 1 수납부와 제 2 케이스는 비대칭 형상으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지셀.
- 제 7 항에 있어서, 상기 제 1 케이스의 제 1 수납부와 제 2 케이스의 제 2 수납부는 전극들 또는 유닛셀들의 적층 방향을 기준으로 형성되어 있는 단차들의 개수가 다른 것을 특징으로 하는 전지셀.
- 제 3 항에 있어서, 상기 제 1 케이스 및 제 2 케이스의 공통변에 인접한 제 1 수납부의 내측면과 제 2 수납부의 내측면 중의 적어도 하나에는 단차가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지셀.
- 제 9 항에 있어서, 상기 제 1 케이스 및 제 2 케이스의 공통변에 인접한 제 1 수납부의 내측면과 제 2 수납부의 내측면에는 각각 단차가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지셀.
- 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 케이스 및 제 2 케이스는 상호 독립적인 부재들로 이루어진 것을 특징으로 하는 전지셀.
- 제 1 항에 있어서, 상기 평면 크기가 서로 다른 둘 이상의 전극들 또는 유닛셀들은 전극단자의 형성 방향을 기준으로 전극 또는 유닛셀의 폭 및/또는 길이가 다른 것을 특징으로 하는 전지셀.
- 제 1 항에 있어서, 상기 평면 크기가 서로 다른 둘 이상의 전극들 또는 유닛셀들은 적층 방향을 기준으로 두께가 서로 다른 것을 특징으로 하는 전지셀.
- 제 1 항에 있어서, 상기 유닛셀은, 1개 이상의 양극과 1개 이상의 음극이 분리막이 개재된 상태로 적층된 구조에서 양면에 위치한 전극의 종류가 동일한 유닛셀, 또는 양면에 위치한 전극의 종류가 다른 유닛셀인 것을 특징으로 하는 전지셀.
- 제 1 항에 있어서, 상기 평면 크기가 서로 다른 둘 이상의 전극들 또는 유닛셀들은 전극단자의 형성 방향을 기준으로 일 측부에 대해 수직 정렬되어 있는 것을 특징으로 하는 전지셀.
- 제 15 항에 있어서, 상기 일 측부에는 단차가 존재하지 않는 것을 특징으로 하는 전지셀.
- 제 1 항에 있어서, 상기 전지셀은 리튬 이차전지인 것을 특징으로 하는 전지셀.
- 제 1 항에 따른 전지셀의 제조방법으로서,
복수의 전극들 또는 유닛셀들이 평면을 기준으로 높이 방향으로 적층되어 있고 그 중 적어도 둘 이상의 전극들 또는 유닛셀들은 평면 크기가 서로 달라서 계단 구조를 형성하고 있는 전극조립체를 제조하는 과정;
상호 결합되어 전극조립체를 감싸도록 제 1 케이스 및 제 2 케이스로 이루어져 있고, 상기 제 1 케이스에는 평면을 기준으로 높이 방향에서 전극조립체의 상부 형상에 대응하는 제 1 수납부가 형성되어 있고, 상기 제 2 케이스에는 전극조립체의 하부 형상에 대응하는 제 2 수납부가 형성되어 있으며, 전극조립체를 제 1 수납부 및 제 2 수납부에 장착하기 위한 전지케이스를 제조하는 과정;
상기 전지케이스의 수납부에 전극조립체를 장착한 상태에서, 제 1 케이스가 전극조립체를 감싸며 제 2 케이스와 마주하도록 공통변을 절곡하는 과정; 및
상기 전지케이스에 전해액을 주입한 후 전지케이스의 외주면을 열융착시켜 실링하는 과정;
을 포함하는 것을 특징으로 하는 전지셀 제조방법. - 제 18 항에 있어서, 상기 전지케이스를 제조하는 과정은,
(a) 성형 몰드를 준비하는 단계;
(b) 상기 성형 몰드의 상면에 파우치 필름을 배치시키는 단계;
(c) 상기 성형 몰드와 서로 대응되는 형상을 갖는 성형 지그를 준비하는 단계; 및
(d) 상기 성형 지그로 상기 파우치 필름을 압착함으로써 상기 전극조립체 수납부를 동시에 형성시키는 단계;
를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 전지셀 제조방법. - 제 1 항 내지 제 19 항 중 어느 하나에 따른 전지셀을 단위전지로 하는 것을 특징으로 하는 전지팩.
- 제 20 항에 따른 전지팩을 전원으로서 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 디바이스.
- 제 21 항에 있어서, 상기 디바이스는 스마트폰, 휴대폰, 노트북, 테블릿 PC, 웨어러블 전자기기, 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 플러그-인 하이브리드 전기자동차 또는 전력 저장용 시스템에서 선택되는 것을 특징으로 하는 디바이스.
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| KR20180047696A (ko) * | 2016-11-01 | 2018-05-10 | 주식회사 엘지화학 | 블로우 성형법을 사용하는 전지셀 제조방법 |
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| KR101725901B1 (ko) | 2017-04-11 |
| WO2016056776A1 (ko) | 2016-04-14 |
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