KR20160046160A - 파우치형 이차 전지 및 이의 제조방법 - Google Patents

파우치형 이차 전지 및 이의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 파우치형 이차 전지에 관한 것으로서, 셀과 전극을 포함하는 전극 조립체; 전극 조립체를 수용하는 수용 공간을 구비하며, 전극 조립체의 상하부 판면을 각각 감싸는 상부 및 하부 시트를 포함하는 파우치; 및 수용 공간에 전극 조립체가 수용되고 빈 공간인 테라스를 상부 및 하부 시트를 두께 방향으로 압착하여 형성되어 전극 조립체를 고정하는 테라스 씰링;을 포함한다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 전극 조립체를 수납하는 파우치의 테라스를 차단하는 상, 하부 시트에 선택적으로 시트 관통공을 형성하여 제조시 발생하는 가스를 배출하면서도 상기 시트 관통공을 테라스 씰링을 통해 밀봉하여 전극 조립체를 안정적으로 고정할 뿐만 아니라 내부 단락을 방지할 수 있고 궁극적으로는 우수한 안전성을 확보할 수 있는 이차 전지를 제공할 수 있는 효과가 있다.

Description

파우치형 이차 전지 및 이의 제조방법{POUCH-TYPE SECONDARY BATTERY AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}
본 발명은 파우치형 이차 전지 및 이의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 전극 조립체를 안정적으로 고정하고 내부 단락을 방지할 수 있는 파우치형 이차 전지 및 이를 제조하는 방법에 관한 것이다.
모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서의 전지의 수요가 급격히 증가하고 있고, 그에 따라 다양한 요구에 부응할 수 있는 전지에 대한 많은 연구가 행해지고 있다.
대표적으로 전지의 형상 면에서는 얇은 두께로 휴대폰 등과 같은 제품들에 적용될 수 있는 각형 이차 전지와 파우치형 이차 전지에 대한 수요가 높고, 재료 면에서는 높은 에너지 밀도, 방전 전압, 출력 안정성의 리튬이온 전지, 리튬이온 폴리머 전지 등과 같은 리튬 이차 전지에 대한 수요가 높다.
그리고 도시된 도 1은 도 1 은 일반적인 파우치형 이차 전지를 나타낸 분해 사시도로서, 파우치형 이차 전지(100)는 전극 조립체(20)와, 전극 조립체(20)로부터 연장되어 있는 전극 탭(21)과, 전극 탭(21)에 용접되어 있는 전극 리드(23, 24) 및 전극 조립체(20)를 수용하는 파우치(30)를 포함하여 구성된다.
여기서 전극 조립체(20)는 분리막이 개재된 상태에서 양극과 음극이 순차적으로 적층되어 있는 발전소자로서, 스택형 또는 스택/폴딩형 구조로 이루어지고, 전극 탭(21)은 전극 조립체(20)의 각 극판으로부터 연장 형성된다.
또한 전극 리드(23, 24)는 각 극판으로부터 연장된 복수 개의 전극 탭(21)과 용접에 의해 각각 전기적으로 연결되어 있으며, 파우치(30)의 외부로 일부가 노출된다. 이 때 전극 리드(23, 24)의 상?하면 일부에는 파우치(30)와의 밀봉도를 높이고 동시에 전기적 절연상태를 확보하기 위하여 절연 필름(미도시)이 부착된다.
그리고 파우치(30)는 알루미늄 라미네이트 시트로 이루어져 있고, 전극 조립체(20)를 수용할 수 있는 공간을 제공한다.
파우치형 이차 전지는 전극 조립체(20)와 전극 리드(23, 24)가 파우치(30)의 실링 부위에 고정됨으로써 고정력이 약하고, 전극 조립체(20)가 파우치(30)의 내부에서 유동하는 문제점이 있었다.
한편 도 2는 파우치에 전극 조립체가 안착될 때 전극 탭과 전극 리드가 배치되는 것을 나타내는 개념도로서, 전극 조립체(20)의 양극 집전체(21a)로부터 돌출되어 있는 다수의 양극 탭(21)은 용접에 의해 양극 리드(23)와 일체로 연결된다.
그러한 양극 리드(410)는 양극 탭 용착부가 연결되어 있는 대향 단부(23a)가 노출된 상태로 파우치(30)에 의해 밀봉되고, 다수의 양극 탭(21)이 일체로 결합되어 용착부를 형성함으로 인해, 파우치(30)의 내부 상단은 전극 조립체(20)의 상단면으로부터 일정한 거리만큼 이격되어 있고, 용착부의 양극 탭들(21)은 연장 방향과 교차하는 방향으로 절곡되어 있다. 도 2에 도시된 바와 같이 전극 탭과 전극 리드의 결합부위가 알파벳 V자 형태와 유사하게 결합되어 V-포밍(V-forming) 부위로 칭하기도 한다. 이러한 전극 탭과 전극 리드의 결합부위의 의해 도 1에 도시된 바와 같이 파우치(30) 내부 공간에서 전극 조립체(20) 및 전극 리드(23, 24)가 차지하지 않는 빈 공간인 테라스(terrace, 40)가 형성된다.
종래의 파우치형 이차 전지는 낙하하거나 진동에 의해 충격을 받으면, 빈 공간인 테라스(40)로 인하여 전극 조립체(20)가 전지케이스와의 계면을 따라 쉽게 이동된다.
특히 파우치(30) 내부에 주입되는 리튬염 함유 전해액은 전극 조립체(20)와 파우치(30)의 계면에서 일종의 윤활유로 작용하여 전극 조립체(20)의 이동을 더욱 촉진할 뿐만 아니라 전극 조립체(20)의 이동은 V-포밍 부위에서 서로 다른 전극들의 접촉에 의한 내부단락의 원인이 되며, 궁극적으로 전지의 안전성을 저하시키므로, 파우치형 전지를 제조함에 있어서 안전성을 확보할 수 있는 방안이 필요한 실정이다.
대한민국 등록특허공보 제10-0884945호 일본 공개특허공보 제2005-038613호
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 전극 조립체를 수납하는 파우치에 형성된 테라스를 밀봉하는 테라스 씰링을 구비한 파우치형 이차 전지를 제공할 수 있다.
또한 테라스 씰링에 관통공을 형성하여 전지 제조시 발생하는 가스를 배출하면서도 관통공을 테라스 씰링을 통해 밀봉할 수 있는 파우치형 이차 전지를 제공할 수 있다.
본 발명에 따른 파우치형 이차 전지는 셀과 전극을 포함하는 전극 조립체; 전극 조립체를 수용하는 수용 공간을 구비하며, 전극 조립체의 상하부 판면을 각각 감싸는 상부 및 하부 시트를 포함하는 파우치; 및 수용 공간 중 전극 조립체가 차지하는 공간 외의 빈 공간인 테라스를 감싸는 상부 및 하부 시트를 두께 방향으로 압착하여 상부 및 하부 시트가 접하여 형성되는 테라스 씰링;을 포함한다.
본 발명에 따른 파우치형 이차 전지에 있어서, 테라스 씰링은 시트의 두께 방향과 교차하는 평면 상의 단면이 원형, 다각형, 무정형 중 어느 하나로 형성되는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 파우치형 이차 전지에 있어서, 테라스 씰링의 단면은, 전극 조립체와 접하는 부분에 빈 공간이 발생하지 않도록 전극 조립체를 따라 형성된 선을 갖는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 파우치형 이차 전지에 있어서, 전극 조립체의 판면이 다각형인 경우, 테라스 씰링은 다각형 형상의 전극 조립체 각 모서리부 중 적어도 하나 이상에 형성되는 것이 바람직하다..
본 발명에 따른 파우치형 이차 전지에 있어서, 전극 조립체의 전극과 전기적으로 연결되며 파우치의 외부로 일단부가 노출되는 전극 리드를 더 구비한다. 그리고 파우치는 상부 및 하부 시트의 외곽 영역을 따라 접합하여 전극 조립체를 밀봉하는 외곽 밀봉 영역을 구비한다. 또한 테라스 씰링은 외곽 밀봉 영역, 전극 조립체 및 전극 리드에 의해 둘러싸여 형성되는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 파우치형 이차 전지에 있어서, 테라스 씰링은 시트의 두께 방향과 교차하는 방향의 단면이 외곽 밀봉 영역, 전극 조립체 및 전극 리드에 모두 접하는 형상으로 형성되는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 파우치형 이차 전지에 있어서, 상부 및 하부 시트 중 적어도 하나 이상을 두께 방향으로 관통하여 형성되는 적어도 하나 이상의 시트 관통공을 포함하며, 시트 관통공은 테라스 씰링과 중첩되는 위치에 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 파우치형 이차 전지의 제조방법은, 셀과 전극을 포함하는 전극 조립체와, 전극 조립체를 수용하는 수용 공간을 구비하며 전극 조립체의 상하부 판면을 각각 감싸는 상부 및 하부 시트를 포함하는 파우치를 마련하는 단계; 전극 조립체를 파우치의 수용 공간에 수납하는 단계; 수용 공간 중 전극 조립체가 차지하는 공간 외의 빈 공간인 테라스를 감싸는 상부 및 하부 시트를 두께 방향으로 압착하여 접합시켜 테라스 씰링을 형성하는 단계;를 포함한다.
본 발명에 따른 파우치형 이차 전지의 제조방법에 있어서, 테라스 씰링을 형성하는 단계는, 시트의 두께 방향과 교차하는 평면에서의 테라스 씰링의 단면이 원형, 다각형, 무정형 중 어느 하나로 형성되는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 파우치형 이차 전지의 제조방법에 있어서, 테라스 씰링의 단면은 전극 조립체와 접하는 부분에 빈 공간이 발생하지 않도록 전극 조립체를 따라 형성된 선을 갖는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 파우치형 이차 전지의 제조방법에 있어서, 전극 조립체의 판면이 직사각형인 경우, 테라스 씰링을 형성하는 단계는, 직사각형 형상의 전극 조립체 모서리부 중 적어도 하나 이상에 테라스 씰링을 형성하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 파우치형 이차 전지의 제조방법에 있어서, 테라스 씰링을 형성하기 전 또는 후에, 상부 및 하부 시트를 두께 방향으로 관통하는 시트 관통공을 형성하는 단계를 더 포함하며, 시트 관통공은 테라스 씰링과 중첩되는 위치에 형성되는 것이 바람직하다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 전극 조립체를 수납하는 파우치의 테라스를 차단하는 상하부 시트에 선택적으로 시트 관통공을 형성하여 제조시 발생하는 가스를 배출하면서도 상기 시트 관통공을 테라스 씰링을 통해 밀봉하여 전극 조립체를 안정적으로 고정할 뿐만 아니라 내부 단락을 방지할 수 있고 궁극적으로는 우수한 안전성을 확보할 수 있는 이차 전지를 제공할 수 있는 효과가 있다. 또한 제조 공정에서 관통공을 통해 파우치 내부의 가스를 배출할 수 있다.
도 1 은 일반적인 파우치형 이차 전지를 나타낸 분해 사시도이다.
도 2는 파우치에 전극 조립체가 안착될 때 전극 탭과 전극 리드가 배치되는 것을 나타내는 개념도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 파우치형 이차 전지를 나타낸 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 파우치형 이차 전지를 개략적으로 나타내는 평면도이다.
도 5는 도 3의 절단선 Ⅴ-Ⅴ을 따라 도시한 단면도이다.
도 6a 내지 도 6d는 본 발명의 일 실시예에 따른 파우치형 이차 전지를 테라스 씰링을 변형예들을 나타내는 평면도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 파우치형 이차 전지 복수개를 연속적으로 정렬한 것을 나타내는 개념도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 파우치형 이차 전지를 제조하는 방법을 나타내는 순서도이다.
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시 예에 대하여 첨부한 도면을 참고로 하여 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다.
또한, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 “포함”한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서 전체에서, “~상에”라 함은 대상 부분의 위 또는 아래에 위치함을 의미하는 것이며, 반드시 중력 방향을 기준으로 상 측에 위치하는 것을 의미하는 것은 아니다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 파우치형 이차 전지를 나타낸 사시도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 파우치형 이차 전지를 개략적으로 나타내는 평면도이며, 도 5는 도 3의 절단선 Ⅴ-Ⅴ을 따라 도시한 단면도이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 파우치형 이차 전지(10)는 전극 조립체(20); 파우치(30); 및 테라스 씰링(50)을 포함하여 구성된다.
전극 조립체(20)는 단위 셀의 조립체로 이루어지진다. 단위 셀은 양극 활물질이 코팅된 양극판을 포함하는 양극, 음극 활물질이 코팅된 음극판을 포함하는 음극, 그리고 양극과 음극을 전기적으로 분리하는 분리막을 포함하여 이루어진다.
양극은 양극판 상에 양극 활물질, 도전제 및 결착제의 혼합물을 도포한 후 건조하여 제조되며, 필요에 따라서는 상기 혼합물에 충진제를 더 첨가하기도 한다.
양극판은 알루미늄(Al) 재질이 주로 이용되는데, 스테인리스 스틸, 니켈(Ni), 티탄(Ti), 소성 탄소(C) 또는 알루미늄(Al)이나 스테인리스 스틸의 표면에 카본, 니켈, 티탄, 은(Ag) 등으로 표면 처리한 것이 사용될 수 있으며, 이차 전지에 화학적 변화를 야기시키지 않고 높은 도전성을 가지는 재질이라면 이에 제한되지 않고 사용될 수 있다.
음극은 음극판 상에 음극 활물질을 도포, 건조하여 제작되며, 필요에 따라 앞서 설명한 바와 같은 성분들이 더 포함될 수도 있다
음극판은 주로 구리(Cu) 재질이 이용되는데, 스테인리스 스틸, 알루미늄(Al), 니켈(Ni), 티탄(Ti), 소성 탄소(C), 구리나 스테인리스 스틸의 표면에 카본, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면 처리한 것이나 알루미늄-카드뮴 합금 등이 사용될 수 있다. 음극판은 상기 양극판과 같이 표면에 미세한 요철 구조를 형성하여 활물질의 결합력이 강화되도록 구성할 수 있으며, 필름, 시트, 호일, 다공질체, 발포체, 부직포체 등 다양한 형태로 구현될 수 있다.
분리막은 양극과 음극 사이에서 상기 전극들을 절연시키는 분리막으로는 통상 알려진 폴리올레핀계 분리막이나, 올레핀계 기재에 유무기 복합층이 형성된 복합 분리막 등을 모두 사용할 수 있으며, 특별히 한정되지 않는다.
또한 인접하는 단위 셀 사이에는 전기적 절연을 위한 분리막이 개재된다. 이때 단위 셀은 최 외곽 전극의 극성이 동일한 바이 셀 구조 또는 최 외곽 전극의 극성이 서로 반대인 풀 셀 구조로 형성될 수 있다.
그리고 전극 조립체(20)는 단위 셀의 적층 방식에 따라 여러 가지 구조를 형성될 수 있는데 즉, 전극 조립체(20)는 단순 스택 구조, 스택/폴딩형 구조, 젤리-롤구조 등으로 형성될 수 있다.
단순 스택 구조는 복수의 단위 셀을 순차적으로 적층시킨 구조를 나타내고, 스택/폴딩형 구조는 복수의 단위 셀을 띠 형태의 분리막 위에 일정한 간격으로 배치시킨 후 어느 한쪽 방향으로 말아서 폴딩된 분리막 사이사이에 단위 셀이 삽입된 구조를 나타내며, 젤리-롤 구조는 띠 형상으로 단위 셀을 만들고 단위 셀을 일정한 방향으로 말아 놓은 구조를 나타낸 것이다.
전극 조립체(20)에는 각각의 극판으로부터 연장된 서로 다른 극성을 갖는 전극 탭(21, 22)이 장착된다. 전극 탭(21, 22)은 극판과 동일한 재질로 형성되면서 동일한 극성을 갖는 전극 리드(23, 24)와 용접을 통해 결합된다. 즉 전극 탭(21, 22)은 양극에 해당하는 양극 탭(21)은 양극 리드(23)와 결합되고 음극에 해당하는 음극 탭(22)은 음극 리드(24)와 결합되는 것이다.
전극리드(23, 24)는 이와 같이 전극 조립체(20)의 전극과 전기적으로 연결되며 파우치(20)의 외부로 일단부가 노출될 수 있다.
본 실시예에서는 전극 조립체(20)의 판면이 직사각형으로 형성되며, 이하에서는 이와 같은 형상으로 구성된 전극 조립체(20)로 설명하나, 본 발명의 실시형태가 이에 한정되는 것은 아니다.
전극 조립체(20)를 수납하는 파우치(30)는 전극 조립체(20)를 수용하는 수용 공간을 구비하며, 상기 전극 조립체(20)의 상하부 판면을 각각 감싸는 상부 및 하부 시트(31, 32)를 포함한다.
상부 및 하부 시트(31, 32)는 각각에 전극 조립체(20)를 수용할 수 있는 공간을 구비하며(도 1 참조), 상부 및 하부 시트(31, 32)의 전극 조립체(20)가 수용되는 공간은 프레스(press) 가공 등을 통하여 함몰 형성할 수 있다.
상부 및 하부 시트(31, 32)는 절연 역할을 하는 절연막과, 절연막 상에 배치되며 가열 압착할 때 녹아 밀봉이 될 수 있도록 하는 열접착막과, 절연막과 열접착막 사이에 수분 침투를 막기 위하여 금속으로 이루어진 금속막이 적층된 형태로 구성될 수 있다.
절연막은 외부로부터 전지를 보호하는 역할을 하므로 기계적 강도가 우수한 나일론, 폴리에틸렌테레프탈레이트(polyethyleneterephthalate) 등으로 이루어지고, 금속막은 통상 알루미늄으로 형성될 수 있다. 열접착막은 열접착 특성을 가져 접착제로서 역할을 하며, 폴리올레핀계수지층, C-PP(Casted Polypropylene) 등으로 이루어질 수 있다.
하부 시트(32)의 수용 공간에 전극 조립체(20)를 안착하면, 수용 공간 중 전극 조립체(20)가 차지하는 공간 외의 빈 공간인 테라스(40 : 41, 42, 43, 44)가 발생한다. 전극 조립체(20) 상부에 상부 시트(31)의 수용 공간을 위치하도록 하여 하부시트(32)에 상부 시트(31)을 접합함으로써 전극 조립체(20)를 밀봉하는데, 상부 및 하부 시트(31, 32)는 가열압착 방식에 의해 접합하여 파우치(30)의 수용 공간을 밀봉하게 된다. 상부 및 하부 시트(31, 32)의 외곽 영역을 따라 형성된 외곽 밀봉 영역(33)을 접합하여 수용 공간을 밀봉할 수 있다.
파우치(30)의 수용 공간을 밀봉할 때, 테라스(40)와 대응하는 부분의 상부 및 하부 시트(31, 32)를 두께 방향(z축 방향)으로 압착하면, 상부 및 하부 시트(31, 32)가 접하게 되는데, 여기서 상부 및 하부 시트(31, 32)가 접하는 영역이 테라스 씰링(50)이다. 또한 테라스 씰링(50)은 외곽 밀봉 영역(33), 전극 조립체(20) 및 전극 리드(23, 24)에 의해 둘러싸여 형성된 영역일 수 있다.
전극 조립체(20)의 판면이 다각형인 경우, 테라스 씰링(50)은 다각형 형상의 전극 조립체 각 모서리부 중 적어도 하나 이상에 형성될 수 있다. 도 4에 도시된 바와 같이 전극 조립체(20)의 판면이 직사각형이라면, 네 모서리에 각각 테라스(41, 42, 43, 44)가 형성될 수 있다. 도 4에서는 네 모서리 모두에 형성된 테라스 씰링(50)이 형성된 것을 예시로 하였으나, 네 모서리 중 어느 하나에만 테라스 씰링(50)이 형성될 수 있다. 그리고 이 때의 테라스 씰링(50)은 대략 직육면체 형상으로 형성되나, 파우치(30)와 전극 조립체(20)의 구조에 따라 그 형상이 달라질 수 있음을 밝힌다.
테라스 씰링(50) 형성 공정을 통해 제조 공정에서 발생하는 가스를 외부로 배출하고, 테라스(40)에 내부에 장착되는 전극 조립체(20)를 보다 견고하게 고정 및 지지할 수 있다.
도 6a 내지 도 6d는 본 발명의 일 실시예에 따른 파우치형 이차 전지를 테라스 씰링을 변형예들을 나타내는 평면도이다.
테라스 씰링(50)의 형상은 시트의 두께 방향과 교차하는 평면(x-y 평면)의 단면이 원형, 다각형, 무정형 중 어느 하나로 형성되며, 도 6a 내지 도 6d에 도시된 바와 같이 다양한 형상 중에서 선택될 수 있다.
테라스 씰링(50)의 단면은 도 6a에 도시된 바와 같이 원형으로 형성될 수 있으며, 도 6b에 도시된 바와 같이 한 테라스에 두 개의 테라스 씰링(50)이 형성되어도 무방하다.
그리고 시트의 두께 방향과 교차하는 평면(x-y 평면) 상의 테라스 씰링(50) 단면이 외곽 밀봉 영역(33), 전극 조립체(20) 및 전극 리드(23, 24)에 모두 접하는 형상인 것이 바람직하다. 예시로, 테라스 씰링(50)이 도 6d에 도시된 바와 같이 별 형태로 형성되면, 별의 각 꼭지점이 외곽 밀봉 영역(33), 전극 조립체(20) 및 전극 리드(23, 24)에 모두 접하도록 형성된다.
또한 테라스 씰링(50)의 단면은 전극 조립체(20)와 접하는 부분에 빈 공간이 발생하지 않도록 전극 조립체를 따라 형성된 선(50a)을 갖는 것이 바람직하다(도 4 참조).
시트 관통공(38)은 상부 및 하부 시트(31, 32) 중 적어도 하나 이상을 두께 방향으로 관통하여 형성되는 홀로서, 각 테라스 씰링(50)과 중첩되는 위치에 형성된다. 즉, 시트 관통공(38)의 둘레는 테라스 씰링(50)을 둘러싸여 있으며, 이로 인해 파우치(30) 내외부로 전지 구성 물질이 출입하지 않도록 함으로써, 파우치(30)의 밀봉성이 유지될 수 있다.
시트 관통공(38)은 도 6a에 도시된 바와 같이 하나의 테라스 씰링(50)에 한 개가 형성될 수 있으며, 도 6b에 도시된 바와 같이 한 테라스에 두 개의 테라스 씰링(50)이 형성된 경우에는 각 테라스 씰링(50)마다 형성될 수 있다. 또한 도 6c에 도시된 바와 같이 한 테라스 씰링(50)에 복수 개의 시트 관통공(38)이 형성될 수 있다. 그리고 시트 관통공(38)의 단면 형상은 원형 뿐 아니라, 도 6d에 도시된 바와 같이 테라스 씰링(50)의 단면 형상에 대응한 형상으로 형성되거나, 다른 다양한 형태로 형성될 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 파우치형 이차 전지 복수개를 연속적으로 정렬한 것을 나타내는 개념도이다.
도 7에 도시된 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 파우치형 이차 전지를 나란하게 적층한다면, 이들을 정렬하여 시트 관통공(38)의 위치를 적층 방향으로 일치시킨 후 지지 바(60)에 의해 안정적으로 고정 및 보관할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 파우치형 이차 전지(10)에 유동이나 외력이 전달되면, 파우치(30)의 수용공간(33)에 형성되는 전극 조립체(20)는 테라스(40)에 형성된 테라스 씰링(50)을 통해 고정 및 지지됨으로써 전극 조립체(20)의 손상을 방지할 뿐만 아니라 내부 단락을 방지할 수 있고 궁극적으로는 우수한 안전성을 확보할 수 있다.
이와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 파우치형 이차 전지는 전극 조립체가 수용되는 파우치에 형성되는 테라스에 장착되는 테라스 씰링부를 통해 전극 조립체를 고정하면서도 전달되는 열을 외부로 방출하는 장점을 얻을 수 있다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 파우치형 이차 전지의 제조방법에 대해 설명한다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 파우치형 이차 전지를 제조하는 방법을 나타내는 순서도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 파우치형 이차 전지의 제조방법은 전극 조립체와 파우치를 마련하는 단계(S 100); 전극 조립체를 수납하는 단계(S 200); 테라스 씰링 형성 단계(S 400); 및 시트 관통공 형성 단계(S 400)를 포함한다.
먼저, 단위 셀은 양극 활물질이 코팅된 양극판과 음극 활물질이 코팅된 음극판 및 양극판과 음극판을 전기적으로 분리하는 분리막을 포함하는 전극 조립체(20)를 장착한다.
그리고 전극 조립체(20)를 구성하는 각각의 극판으로부터 연장된 서로 다른 극성을 갖는 전극 탭(21)을 장착한 후 전극 탭(21, 22)에 동일한 재질로 형성되면서 동일한 극성을 갖는 전극 리드(23, 24)를 용접 결합한다.
다음으로 전극 조립체(20)를 상부 및 하부 시트(31, 32)의 수용공간(33)에 수납한 후 가열 압착 방식을 이용하여 상부 및 하부 시트(31, 32)를 밀봉하여 전극 조립체(20)가 수납되는 파우치(30)를 삽입 장착한 1차 씰링을 한다.
이 때 파우치(30)는 전극 조립체(20)의 크기보다 크게 형성되고 내부에는 활성화 충 방전에 따른 가스가 발생하게 된다.
그리고 파우치(30)의 일 측을 커팅한 후, 활성화 충?방전에 따른 파우치(30)의 내부에 수용된 가스를 제거한 다음, 개방된 파우치(30)의 일 측을 재씰링을 통해 마감한다.
다음으로 파우치(30)의 재씰링 과정에서 추가로 발생할 수 있는 가스를 제거하고자 파우치(30)에 시트 관통공(38)을 형성한다. 시트 관통공(38)을 형성하는 공정은 후술하는 테라스 씰링(50)을 형성하고 난 후에도 가능하다.
즉 전극 조립체(20)가 채워지지 않은 파우치(30)의 테라스(40)를 차단하고 있는 상부 및 하부 시트(31, 32) 또는 상부 시트(31) 또는 하부 시트(32)에 시트 관통공(38)을 형성하여 파우치(30)의 내부에 수용되는 가스를 제거하게 된다.
그리고 나서, 테라스(40)를 감싸는 상기 상부 및 하부 시트(31, 32)를 두께 방향으로 압착하여 접합시켜 테라스 씰링(50)을 형성한다.
테라스 씰링(50)의 형상 등 기술적 특징은 앞서 설명한 바와 동일하므로, 상세한 설명은 생략한다.
이상에서 첨부된 도면을 참조하여 본원발명인 파우치형 이차 전지를 설명함에 있어 특정형상 및 방향을 위주로 설명하였으나, 본 발명은 당업자에 의하여 다양한 변형 및 변경이 가능하고, 이러한 변형 및 변경은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
10 : 파우치형 이차 전지 20 : 전극 조립체
21 : 양극 탭 22 : 음극 탭
23 : 양극 리드 24 : 음극 리드
30 : 파우치 31 : 상부 시트
32 : 하부 시트 33 : 밀봉 영역
40 : 테라스 50 : 테라스 씰링

Claims (12)

  1. 셀과 전극을 포함하는 전극 조립체;
    상기 전극 조립체를 수용하는 수용 공간을 구비하며, 상기 전극 조립체의 상하부 판면을 각각 감싸는 상부 및 하부 시트를 포함하는 파우치; 및
    상기 수용 공간 중 상기 전극 조립체가 차지하는 공간 외의 빈 공간인 테라스를 감싸는 상기 상부 및 하부 시트를 두께 방향으로 압착하여 상기 상부 및 하부 시트가 접하여 형성되는 테라스 씰링;
    을 포함하는 파우치형 이차 전지.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 테라스 씰링은
    상기 시트의 두께 방향과 교차하는 평면 상의 단면이 원형, 다각형, 무정형 중 어느 하나로 형성되는 파우치형 이차 전지.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 테라스 씰링의 단면은
    상기 전극 조립체와 접하는 부분에 빈 공간이 발생하지 않도록 전극 조립체를 따라 형성된 선을 갖는 파우치형 이차 전지.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 전극 조립체의 판면이 다각형인 경우,
    상기 테라스 씰링은 다각형 형상의 전극 조립체 각 모서리부 중 적어도 하나 이상에 형성되는 파우치형 이차 전지.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 전극 조립체의 전극과 전기적으로 연결되며 상기 파우치의 외부로 일단부가 노출되는 전극 리드를 더 구비하며,
    상기 파우치는, 상기 상부 및 하부 시트의 외곽 영역을 따라 접합하여 상기 전극 조립체를 밀봉하는 외곽 밀봉 영역을 구비하고,
    상기 테라스 씰링은
    상기 외곽 밀봉 영역, 상기 전극 조립체 및 상기 전극 리드에 의해 둘러싸여 형성되는 파우치형 이차전지.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 테라스 씰링은
    상기 시트의 두께 방향과 교차하는 방향의 단면이 상기 외곽 밀봉 영역, 상기 전극 조립체 및 상기 전극 리드에 모두 접하는 형상으로 형성되는 파우치형 이차전지.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 상부 및 하부 시트 중 적어도 하나 이상을 두께 방향으로 관통하여 형성되는 적어도 하나 이상의 시트 관통공을 포함하며,
    상기 시트 관통공은 상기 테라스 씰링과 중첩되는 위치에 형성되는 파우치형 이차 전지.
  8. 셀과 전극을 포함하는 전극 조립체와, 상기 전극 조립체를 수용하는 수용 공간을 구비하며 상기 전극 조립체의 상하부 판면을 각각 감싸는 상부 및 하부 시트를 포함하는 파우치를 마련하는 단계;
    상기 전극 조립체를 상기 파우치의 수용 공간에 수납하는 단계;
    상기 수용 공간 중 상기 전극 조립체가 차지하는 공간 외의 빈 공간인 테라스를 감싸는 상기 상부 및 하부 시트를 두께 방향으로 압착하여 접합시켜 테라스 씰링을 형성하는 단계;를 포함하는 파우치형 이차 전지의 제조방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 테라스 씰링을 형성하는 단계는
    상기 시트의 두께 방향과 교차하는 평면에서의 상기 테라스 씰링의 단면이 원형, 다각형, 무정형 중 어느 하나로 형성되는 파우치형 이차 전지의 제조방법.
  10. 제9항에 있어서
    상기 테라스 씰링의 단면은 상기 전극 조립체와 접하는 부분에 빈 공간이 발생하지 않도록 전극 조립체를 따라 형성된 선을 갖는 파우치형 이차 전지의 제조방법.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 전극 조립체의 판면이 직사각형인 경우,
    상기 테라스 씰링을 형성하는 단계는, 직사각형 형상의 전극 조립체 모서리부 중 적어도 하나 이상에 상기 테라스 씰링을 형성하는 파우치형 이차 전지의 제조방법.
  12. 제8항에 있어서,
    상기 테라스 씰링을 형성하기 전 또는 후에,
    상기 상부 및 하부 시트를 두께 방향으로 관통하는 시트 관통공을 형성하는 단계를 더 포함하며,
    상기 시트 관통공은 상기 테라스 씰링과 중첩되는 위치에 형성되는 파우치형 이차 전지의 제조방법.
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