KR20160115191A - 파우치형 전지케이스의 엣지의 코팅 방법 및 그로부터 제조된 전지셀 - Google Patents

파우치형 전지케이스의 엣지의 코팅 방법 및 그로부터 제조된 전지셀 Download PDF

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Abstract

본 발명은 파우치형 전지케이스의 엣지의 코팅 방법 및 그로부터 제조된 전지셀에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 양극, 음극 및 분리막을 포함하는 전극조립체가 라미네이트 시트로 이루어져 있는 전지케이스의 수납부에 장착되어 있고, 상기 전지케이스의 상단에는 전극단자들이 위치한 상태에서 전지케이스의 외주면을 열융착에 의해 밀봉하고, 밀봉 잉여부들의 엣지(edge)를 코팅하는 방법으로서, (a) 상기 수납부의 일측 단부에 전극단자들이 형성되도록 전극들의 탭들이 전극리드에 결합된 전극조립체를 전지케이스에 장착하는 과정; (b) 상기 전극조립체를 밀폐하기 위해 전지케이스를 조립하는 과정; (c) 상기 조립된 전지케이스의 외주면을 열융착 실링하여 밀봉 잉여부들을 형성하는 과정; (d) 상기 밀봉 잉여부들의 엣지 부위를 용융된 열가소성 수지로 코팅하는 과정; 및 (e) 상기 전지케이스의 밀봉 잉여부들을 수납부 측으로 절곡하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 전지셀 제조방법을 제공한다.

Description

파우치형 전지케이스의 엣지의 코팅 방법 및 그로부터 제조된 전지셀 {Method for Coating Edge of Pouch-Type Battery Case and Battery Cell Manufactured from the Same}
본 발명은 파우치형 전지케이스의 엣지의 코팅 방법 및 그로부터 제조된 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 있다. 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 파우치형 전지의 단면 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.
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 부착된다.
일반적으로, 파우치형 전지는 알루미늄 라미네이트 시트를 사용하며 반복적인 팽창 및 수축 과정을 수반한다. 이러한 파우치형 전지는 모서리 에지 부위에서 전지케이스의 알루미늄 층이 외부로 노출되고 쇼트가 유발된다.
이를 방지하기 위해 커팅된 측면 에지 부위에 절연 테이프를 사용하는 경우를 상정할 수 있지만, 이 경우에 전지셀의 전체 두께를 증가시켜 전지셀의 용량이 감소하는 문제점이 발생하게 된다.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.
구체적으로, 본 발명의 목적은 전지케이스의 단부 에지를 열가소성 수지로 코팅하여 쇼트를 방지하는 코팅 방법을 적용함으로써, 전지 용량이 증가되는 전지셀을 제공하는 것이다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 파우치형 전지케이스의 엣지의 코팅 방법은,
양극, 음극 및 분리막을 포함하는 전극조립체가 라미네이트 시트로 이루어져 있는 전지케이스의 수납부에 장착되어 있고, 상기 전지케이스의 상단에는 전극단자들이 위치한 상태에서 전지케이스의 외주면을 열융착에 의해 밀봉하고, 밀봉 잉여부들의 엣지(edge)를 코팅하는 방법으로서,
(a) 상기 수납부의 일측 단부에 전극단자들이 형성되도록 전극들의 탭들이 전극단자에 결합된 전극조립체를 전지케이스에 장착하는 과정;
(b) 상기 전극조립체를 밀폐하기 위해 전지케이스를 조립하는 과정;
(c) 상기 조립된 전지케이스의 외주면을 열융착 실링하여 밀봉 잉여부들을 형성하는 과정;
(d) 상기 밀봉 잉여부들의 엣지 부위를 용융된 열가소성 수지로 코팅하는 과정; 및
(e) 상기 전지케이스의 밀봉 잉여부들을 수납부 측으로 절곡하는 과정;
을 포함하고 있다.
따라서, 본 발명에 따른 파우치형 전지케이스의 엣지의 코팅 방법은, 전지케이스를 구성하고 있는 알루미늄층이 측면 절단부에서 외부로 노출되어 유발되는 쇼트를 방지하도록 열가소성 수지로 코팅하여 별도의 절연 테이프를 부착할 필요가 없으므로, 전지셀의 전체 두께를 감소시켜 전지셀의 용량을 증가시킬 수 있다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 라미네이트 시트는, 내층을 이루는 제 1 고분자 수지층, 내층과 외층 사이에 위치하는 공기 및 수분 차단성 금속층, 및 외층을 이루는 제 2 고분자 수지층의 적층 구조일 수 있다.
이와 같은 구조에서, 상기 금속층은 알루미늄 또는 알루미늄 합금을 포함하고 있으며, 상기 제 1 고분자 수지층은 폴리프로필렌 수지를 포함하고 있고, 제 2 고분자 수지층은 나일론 수지를 포함하고 있는 구조일 수 있다.
하나의 구체적인 예에서, 전지케이스는 상부 케이스와 하부 케이스로 이루어져 있고, 상기 상부 케이스와 하부 케이스는 하단이 상호 연결된 1 단위의 부재로 이루어진 구조일 수 있다.
또 다른 구체적인 예에서, 상기 전지케이스는 상부 케이스와 하부 케이스로 이루어져 있고, 상기 상부 케이스와 하부 케이스는 서로 대응하는 크기의 두 단위의 부재들로 이루어진 구조일 수 있다.
본 발명에 따르면, 상기 과정(e)에서, 전지케이스의 밀봉 잉여부들 중에서 전극단자들이 위치하는 상단 및/또는 하단 밀봉 잉여부에 인접한 양측 밀봉 잉여부들의 엣지 부위를 용융된 열가소성 수지로 코팅할 수 있다.
상기 코팅은 용융된 열가소성 수지가 담지되어 있는 용기에 밀봉 잉여부의 엣지 부위를 도입하는 딥핑(Dipping) 방식으로 이루어질 수 있다.
예를 들어, 상기 열가소성 수지는 폴리우레탄, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 및 나일론 수지로 이루어진 군에서 선택되는 것일 수 있다.
본 발명에 따른 상기 전극조립체는 권취형 구조, 스택형 구조, 또는 스택/폴딩형 구조로 이루어진 것일 수 있다.
경우에 따라서, 상기 과정(a) 이전에, (i) 전극조립체를 장착하기 위한 수납부를 전지케이스에 형성하는 과정을 추가로 포함하는 것일 수 있다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 전지케이스의 밀봉 잉여부들의 길이는 전지케이스 수납부의 높이보다 작은 구조일 수 있다.
또, 상기 과정(e)에서, 밀봉 잉여부의 단부로부터 밀봉 잉여부 길이의 20% 이하의 부위를 용융된 열가소성 수지가 담지되어 있는 용기에 딥핑할 수 있다.
경우에 따라서, 상기 과정(d)와 과정(e) 사이에, (f) 코팅된 열가소성 수지를 냉각하는 과정과, 상기 과정(e) 이후에, (g) 전지케이스의 밀봉 잉여부들을 수납부의 측부에 가압 밀착시키는 과정을 더 포함할 수 있다.
본 발명은, 전지셀을 포함하는 것을 전지팩 및 이러한 전지팩을 전원으로 포함하고 있는 디바이스를 제공한다.
예를 들어, 상기 디바이스는 휴대폰, 휴대용 컴퓨터, 스마트 패드, 넷북, 웨어러블 전자기기, LEV(Light Electronic Vehicle), 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 플러그-인 하이브리드 전기자동차, 및 전력저장장치로부터 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 파우치형 전지케이스의 엣지의 코팅 방법은, 전지케이스의 에지 부위를 열가소성 수지로 코팅하여 쇼트를 방지하는 효과를 제공한다.
또, 전지케이스의 에지 부위에 절연 테이프를 사용하는 대신에 코팅을 함으로써, 전지셀의 용량이 증가되는 효과를 제공한다.
도 1은 종래의 스택형 전극조립체를 포함하고 있는 파우치형 이차전지의 모식도이다;
도 2는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 내측 수지층들이 열융착에 의해 서로 결합되는 구조의 모식도이다;
도 3은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 파우치형 전지케이스의 엣지를 딥핑 방식에 의해 코팅하는 코팅 방법의 모식도이다;
도 4는 도 3에 따른 전지케이스의 밀봉 잉여부의 엣지가 코팅된 부분을 나타내는 모식도이다;
도 5는 도 4에 따른 전지셀의 밀봉 잉여부들의 코팅된 엣지 부분을 전지케이스 측부로 절곡하는 과정을 나타내는 모식도이다;
도 6은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 파우치형 전지케이스의 엣지의 코팅 방법의 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 내측 수지층들이 열융착에 의해 서로 결합되는 구조의 모식도가 도시되어 있다.
도 2를 참조하면, 전지케이스(120)는 하부 케이스(121) 및 상부 케이스(122)가 결합되는 구조의 라미네이트 시트로 이루어져 있다.
하부 케이스(121)는 나일론 수지를 포함하는 외측 수지층(121A), 알루미늄을 포함하는 금속층(121B), 및 폴리프로필렌 수지를 포함하는 내측 수지층(121C)으로 구성되어 있고, 하부 케이스(121)에 대응하는 상부 케이스(122)와 열융착되는 구조이다.
전지케이스(120)의 라미네이트 시트는 내측 수지층들(121C, 122C)이 서로 대면하여 열융착에 의해 서로 결합된다. 열융착된 전지케이스(120)는 하층으로부터 외측 수지층(120A), 금속층(120B), 내측 수지층(120C), 금속층(120B), 및 외측 수지층(120A)의 순서로 적층된 형태로 형성되어 있다.
도 3에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 파우치형 전지케이스의 엣지를 딥핑 방식에 의해 코팅하는 코팅 방법의 모식도가 도시되어 있다.
도 3을 참조하면, 알루미늄이 외부로 노출되어 있는 밀봉 잉여부(125)의 엣지(126)는 용융된 열가소성 수지가 담지되어 있는 용기(190)에 도입된다. 즉, 밀봉 잉여부(125)의 단부 엣지(126)로부터 밀봉 잉여부 길이(L1)의 20%의 길이(L2)가 수지가 용융되어 있는 용기(190)에 도입되어 코팅된다.
도 4에는 도 3에 따른 전지케이스의 밀봉 잉여부의 엣지에 수지가 코팅된 부분을 나타내는 모식도가 도시되어 있고, 도 5에는 도 4에 따른 전지셀의 밀봉 잉여부들을 전지케이스 측부로 절곡하는 과정을 나타내는 모식도가 도시되어 있다.
도 4 및 도 5를 함께 참조하면, 전지케이스(120)에는 평면을 기준으로 밀봉 잉여부들(123, 125)의 단부 엣지들(124, 126)로부터 내측으로 밀봉 잉여부 길이(L1) 대비 20%의 길이(L2)로 코팅된 코팅부들(127, 128)이 양 측면 부위에 형성되어 있고, 측면 밀봉 잉여부들(123, 125)의 코팅부들(127, 128)이 전지케이스 수납부(130)의 측부들(130a, 130b)을 향해 각각 절곡된 상태로 밀착되어 있다.
도 6에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 파우치형 전지케이스의 엣지의 코팅 방법의 흐름도가 모식적으로 도시되어 있다.
도 6을 참조하면, 전지케이스의 열융착된 밀봉 잉여부들의 엣지를 코팅하는 방법은, 먼저, 전극조립체를 장착하기 위한 전극조립체 수납부를 라미네이트 시트에 형성한다. 이 과정에서 밀봉 잉여부들의 길이는 전지케이스 수납부의 높이보다 작은 길이로 형성한다. 최초에, 전지케이스의 수납부의 상단에 전극들이 동일 방향으로 형성되도록 전극들의 탭들이 양극단자 및 음극단자에 각각 결합된 전극조립체를 전지케이스에 장착하고(S110), 전극조립체가 전지케이스의 수납부에 수납한 후에 전지케이스를 밀폐하도록 상부 케이스와 하부 케이스를 정위치에서 조립한다(S120). 이 후에, 조립된 전지케이스의 외주면을 열융착 실링하여 전극조립체 수납부 외주에 밀착된 밀봉 잉여부들을 형성시키고(S130), 상기 밀봉 잉여부들의 외부로 노출된 알루미늄을 절연하기 위해 용융된 열가소성 수지가 담지되어 있는 용기에 상기 밀봉 잉여부들을 침지한다. 여기서, 밀봉 잉여부의 단부로부터 밀봉 잉여부 길이의 20% 크기를 딥핑 방식으로 코팅한다(S140). 최종적으로, 상기 밀봉 잉여부를 코팅한 후에 생산성 향상을 위해 액체 상태인 수지를 냉각하여 전지케이스의 밀봉 잉여부들을 수납부의 측부로 절곡하고(S150), 전지케이스의 밀봉 잉여부들을 수납부의 측부를 향해 가압 밀착시켜 균일한 규격이 되도록 절곡하여 완성한다.
본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면, 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주 내에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다.

Claims (18)

  1. 양극, 음극 및 분리막을 포함하는 전극조립체가 라미네이트 시트로 이루어져 있는 전지케이스의 수납부에 장착되어 있고, 상기 전지케이스의 상단에는 전극단자들이 위치한 상태에서 전지케이스의 외주면을 열융착에 의해 밀봉하고, 밀봉 잉여부들의 엣지(edge)를 코팅하는 방법으로서,
    (a) 상기 수납부의 일측 단부에 전극단자들이 형성되도록 전극들의 탭들이 전극단자에 결합된 전극조립체를 전지케이스에 장착하는 과정;
    (b) 상기 전극조립체를 밀폐하기 위해 전지케이스를 조립하는 과정;
    (c) 상기 조립된 전지케이스의 외주면을 열융착 실링하여 밀봉 잉여부들을 형성하는 과정;
    (d) 상기 밀봉 잉여부들의 엣지 부위를 용융된 열가소성 수지로 코팅하는 과정; 및
    (e) 상기 전지케이스의 밀봉 잉여부들을 수납부 측으로 절곡하는 과정;
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 전지셀 제조방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 라미네이트 시트는, 내층을 이루는 제 1 고분자 수지층, 내층과 외층 사이에 위치하는 공기 및 수분 차단성 금속층, 및 외층을 이루는 제 2 고분자 수지층의 적층 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 전지셀 제조방법.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 금속층은 알루미늄 또는 알루미늄 합금을 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 전지셀 제조방법.
  4. 제 2 항에 있어서, 상기 제 1 고분자 수지층은 폴리프로필렌 수지를 포함하고 있고, 제 2 고분자 수지층은 나일론 수지를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 전지셀 제조방법.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 전지케이스는 상부 케이스와 하부 케이스로 이루어져 있고, 상기 상부 케이스와 하부 케이스는 하단이 상호 연결된 1 단위의 부재로 이루어진 것을 특징으로 하는 전지셀 제조방법.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 전지케이스는 상부 케이스와 하부 케이스로 이루어져 있고, 상기 상부 케이스와 하부 케이스는 서로 대응하는 크기의 두 단위의 부재들로 이루어져 있는 것을 특징으로 하는 전지셀 제조방법.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 과정(e)에서, 전지케이스의 밀봉 잉여부들 중에서 전극단자들이 위치하는 상단 및/또는 하단 밀봉 잉여부에 인접한 양측 밀봉 잉여부들의 엣지 부위를 용융된 열가소성 수지로 코팅하는 것을 특징으로 하는 전지셀 제조방법.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 코팅은 용융된 열가소성 수지가 담지되어 있는 용기에 밀봉 잉여부의 엣지 부위를 도입하는 딥핑(Dipping) 방식으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 전지셀 제조방법.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 열가소성 수지는 폴리우레탄, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 및 나일론 수지로 이루어진 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 전지셀 제조방법.
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 전극조립체는 권취형 구조, 스택형 구조, 또는 스택/폴딩형 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 전지셀 제조방법.
  11. 제 1 항에 있어서, 상기 과정(a) 이전에, (i) 전극조립체를 장착하기 위한 수납부를 전지케이스에 형성하는 과정을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 전지셀 제조방법.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 전지케이스의 밀봉 잉여부들의 길이는 전지케이스 수납부의 높이보다 작은 것을 특징으로 하는 전지셀 제조방법.
  13. 제 1 항에 있어서, 상기 과정(e)에서, 밀봉 잉여부의 단부로부터 밀봉 잉여부 길이의 20% 이하의 부위를 용융된 열가소성 수지가 담지되어 있는 용기에 딥핑하는 것을 특징으로 하는 전지셀 제조방법.
  14. 제 1 항에 있어서, 상기 과정(d)와 과정(e) 사이에, (f) 코팅된 열가소성 수지를 냉각하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전지셀 제조방법.
  15. 제 1 항에 있어서, 상기 과정(e) 이후에, (g) 전지케이스의 밀봉 잉여부들을 수납부의 측부에 가압 밀착시키는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전지셀 제조방법.
  16. 제 1 항에 따른 방법으로 제조된 전지셀을 포함하는 것을 특징으로 하는 전지팩.
  17. 제 16 항에 따른 전지팩을 전원으로 포함하고 있는 디바이스.
  18. 제 17 항에 있어서, 상기 디바이스는 컴퓨터, 휴대폰, 웨어러블 전자기기, 파워 툴(power tool), 전기자동차(Electric Vehicle: EV), 하이브리드 전기자동차, 플러그-인 하이브리드 전기자동차, 전기 이륜차, 전기 골프 카트, 또는 전력저장용 시스템인 것을 특징으로 하는 디바이스.
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