KR20170111750A - 파우치형 이차전지 및 파우치형 이차전지의 제조방법 - Google Patents

파우치형 이차전지 및 파우치형 이차전지의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 수지층과 금속층을 포함하는 라미네이트 시트로 이루어진 파우치형 전지케이스에 전극 조립체가 내장되어 있는 파우치형 이차전지로서, 상기 라미네이트 시트는 금속층 및 상기 금속층의 양면에 형성되어 있는 제 1 수지층 및 제 2 수지층을 포함하고, 상기 제 1 수지층의 면에는 패턴 형상이 존재하며, 상기 패턴 형상은 상기 제 1 수지층을 이루는 수지가 제거되어 형성된 것으로, 상기 패턴 형상을 통해 상기 금속층이 외부로 노출되며, 상기 파우치형 전지케이스의 가장자리를 따라 형성되는 실링부에서 상기 라미네이트 시트는 제 1 수지층이 서로 마주하도록 겹쳐져 있고, 상기 라미네이트 시트의 금속층들은 용접에 의해 서로 결합되어 있는, 파우치형 이차전지극에 관한 것으로, 본 발명에 따른 파우치형 이차전지 및 상기 파우치형 이차전지의 제조방법은 라미네이트 시트를 이용하여 제조된 파우치형 이차전지에 있어서 실링부의 결합이 개선되어 우수한 밀봉성 및 안정성을 나타낼 수 있으므로, 파우치형 이차전지의 제조에 유용하게 사용될 수 있다.

Description

파우치형 이차전지 및 파우치형 이차전지의 제조방법{POUCH-TYPE SECONDARY BATTERY AND PREPARING METHOD FOR POUCH-TYPE SECONDARY BATTERY}
본 발명은 파우치형 이차전지 및 파우치형 이차전지의 제조방법에 관한 것으로, 보다 자세하게는 라미네이트 시트를 이용하여 파우치형 이차전지의 전지 케이스를 형성할 때, 실링부의 결합이 레이저 용접을 이용하여 이루어지는, 파우치형 이차전지의 제조방법 및 상기 제조방법에 따라 제조된 파우치형 이차전지에 관한 것이다.
모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서의 이차전지에 대한 수요가 급격히 증가하고 있고, 그러한 이차전지 중에서도 높은 에너지 밀도와 작동 전위를 나타내고, 사이클 수명이 길며, 자기방전율이 낮은 리튬 이차전지가 상용화되어 널리 사용되고 있다.
또한, 최근에는 환경문제에 대한 관심이 커짐에 따라 대기오염의 주요 원인의 하나인 가솔린 차량, 디젤 차량 등 화석연료를 사용하는 차량을 대체할 수 있는 전기자동차(EV), 하이브리드 전기자동차(HEV) 등에 대한 연구가 많이 진행되고 있다. 이러한 전기자동차(EV), 하이브리드 전기자동차(HEV) 등의 동력원으로는 주로 니켈 수소 금속(Ni-MH) 이차전지가 사용되고 있지만, 높은 에너지 밀도, 높은 방전 전압 및 출력 안정성의 리튬 이차전지를 사용하는 연구가 활발히 진행되고 있으며, 일부 상용화 되어 있다.
리튬 이차전지는 그 외형에 따라 크게 원통형 전지, 각형 전지, 파우치형 전지 등으로 분류될 수 있으며, 전해액의 형태에 따라 리튬이온 전지, 리튬이온 폴리머 전지, 리튬 폴리머 전지 등으로 분류될 수도 있다.
모바일 기기의 소형화에 대한 최근의 경향으로 인해, 두께가 얇은 각형 전지, 파우치형 전지에 대한 수요가 증가하고 있으며, 특히, 형태의 변형이 용이하고 제조비용이 저렴하며 중량이 작은 파우치형 전지에 대한 관심이 높은 실정이다. 파우치형 전지는 수지층과 금속층을 포함하는 라미네이트 시트를 파우치형으로 만든 전지케이스에 양극/분리막/음극 구조의 전극 조립체가 내장되어 있는 전지이다.
통상적으로 파우치형 전지에 사용되는 라미네이트 시트는 금속층 및 상기 금속층의 양면에 수지층이 형성되어 있다. 상기 금속층의 양면에 형성되어 있는 수지층은 하나는 파우치형 전지의 외각을 이루게 되고, 하나는 내측에 위치하게 된다. 상기 파우치형 전지의 외각을 이루는 수지층은 외부로부터 전지를 보호하는 기능을 가지며, 상기 내측에 위치하는 수지층은 서로 접합되어 파우치형 전지를 밀봉하는 기능을 가진다. 한편, 상기 금속층은 공기, 습기 등이 전지의 내부로 유입되는 것을 방지하는 한편, 물질의 관통을 방지하는 기능을 가진다.
상기 내측에 위치하는 수지층의 접합은 상기 라미네이트 시트로 이루어진 파우치의 내부에 전극 조립체를 내장시킨 후, 상기 내측에 위치하는 수지층을 서로 접하도록 한 뒤, 열과 압력을 가하여 서로 열융착되도록 하여 이루어진다.
이와 같이 라미네이트 시트를 이용하여 제조되는 파우치형 전지는 상기 라미네이트 시트가 결합되는 단부에서 상기 내측에 위치하는 수지층이 외부로 노출되고, 고분자 수지로 되어 있는 상기 내측에 위치하는 수지층을 통하여 수분의 침투가 가능하고, 전해액의 누액 가능성이 있으므로, 전지를 장기간 사용시 전지의 수명 및 안정성을 저해하는 요인으로 작용하게 된다.
따라서, 이러한 수분의 침투 및 전해액의 누액을 방지하기 위한 시도로서, 예컨대 일본 특허출원공개 제2004-087239호에서는 라미네이트 필름 사이가 접합되는 측단부를 열 가압 압축 성형하여 금속막(차단성 금속층)들을 상호 접촉시킴으로써, 내측에 위치하는 수지막(내측 수지층)이 상기 금속막에 의해 피복되어 있는 라미네이트 시트를 개시하고 있다.
그러나, 상기 문헌에 개시되어 있는 기술은 열 가압 압축 성형으로 금속막을 단순히 접촉시키는 것에 불과하므로, 금속막의 결합이 견고하지 않아 충분한 내수분성을 발휘하기 어렵고, 장기간 사용시 금속막의 결합이 약해져 재차 분리되는 문제점이 있다.
이에, 라미네이트 필름을 이용하여 제조된 파우치형 전지의 밀봉성 및 안정성을 향상시킬 수 있는 기술의 개발이 요구되고 있다.
일본 특허출원공개 제2004-087239호
본 발명의 해결하고자 하는 과제는 라미네이트 시트를 이용하여 제조된 파우치형 이차전지로서, 실링부의 결합이 개선되어 우수한 밀봉성 및 안정성을 나타내는 파우치형 이차전지를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 해결하고자 하는 과제는 라미네이트 시트를 이용하여 파우치형 이차전지의 전지 케이스를 형성할 때, 실링부의 결합을 개선하여 파우치형 전지의 밀봉성 및 안정성을 향상시킬 수 있는 파우치형 이차전지의 제조방법을 제공하는 것이다.
상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은
수지층과 금속층을 포함하는 라미네이트 시트의 전지케이스에 전극 조립체가 내장되어 있는 파우치형 이차전지로서,
상기 라미네이트 시트는 금속층 및 상기 금속층의 양면에 형성되어 있는 제 1 수지층 및 제 2 수지층을 포함하고,
상기 제 1 수지층의 면에는 패턴 형상이 존재하며, 상기 패턴 형상은 상기 제 1 수지층을 이루는 수지가 제거되어 형성된 것으로 상기 패턴 형상을 통해 상기 금속층이 외부로 노출되며,
상기 라미네이트 시트는 상기 라미네이트 시트가 서로 접하는 실링부에서 상기 제 1 수지층이 서로 마주하도록 겹쳐져 있고, 이때 상기 라미네이트 시트의 금속층들은 용접에 의해 서로 결합되어 있는, 파우치형 이차전지를 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 다른 과제를 해결하기 위하여,
수지층과 금속층을 포함하는 라미네이트 시트의 전지케이스에 전극 조립체가 내장되어 있는 파우치형 이차전지의 제조방법으로서,
(i) 금속층 및 상기 금속층의 양면에 형성되어 있는 제 1 수지층 및 제 2 수지층을 포함하는 라미네이트 시트의 상기 제 1 수지층의 면에 레이저를 이용하여 패턴 형상을 형성하는 단계;
(ii) 상기 라미네이트 시트의 면 내부에 상기 전극 조립체를 위치시킨 후, 상기 라미네이트 시트로 상기 전극 조립체를 감싸는 단계;
(iii) 상기 라미네이트 시트의 테두리 부분에서 상기 제 1 수지층이 서로 마주하도록 겹침으로써 실링부를 형성하는 단계; 및
(iv) 상기 실링부에서, 상기 제 1 수지층의 패턴 형상을 통해 외부로 노출된 상기 금속층 간을 레이저를 이용하여 용접하는 단계
를 포함하는 파우치형 이차전지의 제조방법을 제공한다.
본 발명에 따른 파우치형 이차전지 및 상기 파우치형 이차전지의 제조방법은 라미네이트 시트를 이용하여 제조된 파우치형 이차전지에 있어서 실링부의 결합이 개선되어 우수한 밀봉성 및 안정성을 나타낼 수 있으므로, 파우치형 이차전지의 제조에 유용하게 사용될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일례에 따른 파우치형 이차전지를 모식적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 파우치형 전지케이스를 이루는 라미네이트 시트의 단면 및 종래의 파우치형 전지케이스의 실링부의 접합 형태를 모식적으로 나타낸 도면이다.
도 3 및 4는 본 발명의 일례에 따른 파우치형 이차전지의 파우치형 전지케이스의 실링부의 형상 모식적으로 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 일례에 따른 파우치형 이차전지의 파우치형 전지케이스의 실링부에서 그 접합 형태를 모식적으로 나타낸 도면이다.
이하, 본 발명에 대한 이해를 돕기 위해 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다.
본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
본 발명의 파우치형 이차전지는 수지층과 금속층을 포함하는 라미네이트 시트의 전지 케이스에 전극 조립체가 내장되어 있는 파우치형 이차전지이다.
상기 라미네이트 시트의 전지 케이스는 파우치(pouch) 형상으로 이루어져 있고, 상기 파우치의 내부에 상기 전극 조립체가 내장되어 있다.
상기 파우치 형상은 통상적인 파우치형 이차전지의 전지케이스와 같으며, 상기 라미네이트 시트의 면 내부에 상기 전극 조립체를 위치시킨 후, 상기 라미네이트 시트로 상기 전극 조립체를 감싸서 형성될 수 있다. 예컨대, 라미네이트 시트를 2장 준비하여 상기 라미네이트 시트를 한장씩 각각 상기 전극 조립체의 상면 및 하면에 위치시킨 후, 상면 및 하면에 위치하는 상기 라미네이트 시트의 외주면을 서로 접하게 한 후, 이를 서로 결합하여 형성될 수 있고, 다르게는 1장의 라미네이트 시트의 중간을 절곡하여 1장의 라미네이트 시트가 서로 포개지게 한 후, 절곡된 라미네이트 시트의 내부에 상기 전극 조립체를 위치시킨 후, 상기 라미네이트 시트의 외주면을 서로 접하게 한 후, 이를 서로 결합하여 형성될 수 있다.
상기 라미네이트 시트는 금속층 및 상기 금속층의 양면에 형성되어 있는 제 1 수지층 및 제 2 수지층을 포함하고, 상기 제 1 수지층의 면에는 패턴 형상이 존재하며, 상기 패턴 형상은 상기 제 1 수지층을 이루는 수지가 제거되어 형성된 것으로 상기 패턴 형상을 통해 상기 금속층이 외부로 노출되어 있다.
상기 라미네이트 시트는 상기 라미네이트 시트가 서로 접하는 실링부에서 상기 제 1 수지층이 서로 마주하도록 겹쳐져 있고, 이때 상기 라미네이트 시트의 금속층들은 용접에 의해 서로 결합되어 있다.
상기 금속층은 가스, 습기 등 이물질의 유입 내지 누출을 방지하는 기능 이외에 전지케이스의 강도를 향상시키는 기능을 발휘할 수 있으며, 예컨대 알루미늄의 층일 수 있다.
상기 제 1 수지층은 열융착성을 가질 수 있고, 전해액의 침입을 억제하기 위해 흡습성이 낮으며, 전해액에 의해 팽창하거나 침식되지 않는 특성을 가지는 것일 수 있다. 상기 제 1 수지층은, 예컨대 폴리올레핀(polyolefin)계 수지를 포함할 수 있고, 구체적으로 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 또는 이들의 혼합물을 포함할 수 있으며, 더욱 구체적으로는 무연신 폴리프로필렌(CPP)을 포함할 수 있다. 상기 제 1 수지층은, 상기 라미네이트 시트가 서로 접착될 경우, 상기 제 1 수지층 상호간에 서로 접하여 열융착 등을 결합될 수 있다.
상기 제 2 수지층은 전지케이스의 외각을 형성하며, 전지 케이스가 외부 환경에 대해 우수한 내성을 가질 수 있도록 한다. 따라서, 상기 제 2 수지층은 적절한 인장 강도와 내후성을 가지는 것일 수 있고, 예컨대 폴리에스테르 수지, 나일론 수지, 또는 이들의 혼합물을 포함할 수 있다.
상기 제 1 수지층과 상기 금속층 사이에는 추가로 접착층을 포함할 수 있고, 상기 접착층은 상기 제 1 수지층이 폴리올레핀계 수지를 포함할 경우, 상기 폴리올레핀계 수지의 낮은 금속과의 접착력을 향상시키는 역할을 할 수 있다. 상기 접착층은, 특별히 제한되지 않지만 예컨대 우레탄(urethane)계 물질, 아크릴(acryl)계 물질, 열가소성 엘라스토머(elastomer), 및 이들의 조합을 함유하는 조성물을 포함할 수 있다.
상기 제 1 수지층의 면에는 패턴 형상이 존재하며, 상기 제 1 수지층의 패턴 형상은 상기 제 1 수지층을 이루는 수지가 제거되어 형성된 라인(line)을 1개 이상, 구체적으로 복수 개, 더욱 구체적으로 2개 내지 1,000개 포함할 수 있다.
상기 패턴 형상을 통해 상기 금속층이 외부로 노출되므로, 상기 제 1 수지층과 상기 금속층 사이에 상기 추가 접착층이 포함될 경우, 상기 패턴 형상의 형성시 상기 추가 접착층 역시 제거될 수 있다.
상기 제 1 수지층을 이루는 수지를 제거하여 상기 라인을 형성하는 과정은 레이저를 이용하여 이루어질 수 있으며, 상기 레이저는 비교적 장파장의 레이저인 파장 8 내지 11 ㎛의 레이저일 수 있다. 상기 레이저의 예로는 CO2 레이저를 들 수 있다.
상기 제 1 수지층에 포함된 라인은 각각이 0.1 ㎛ 내지 4 mm의 폭을 가질 수 있고, 구체적으로 10 ㎛ 내지 1.0 mm의 폭을 가질 수 있다. 상기 제 1 수지층에 포함된 라인 각각의 폭이 0.1 ㎛ 이상일 경우, 상기 라인을 통해 노출되어 있는 금속층이 서로 적절히 접하여 용접에 의해 결합될 수 있고, 상기 라인 각각의 폭이 4 mm 이하일 경우, 상기 라인이 상기 실링부 내에 적절한 수로 포함되어 상기 실링부에서 금속층이 용접에 의해 결합된 부분과 상기 제 1 수지층이 서로 열융착된 부분이 반복됨으로써 상기 실링부에 견고함을 더하여 우수한 밀봉성 및 안정성을 나타내도록 할 수 있다. 이때, 상기 파우치형 전지케이스의 가장자리 끝 부분에는 상기 라인이 형성되지 않아 상기 제 1 수지층이 남아 있을 수 있다.
상기 라인은 직선, 곡선, 지그재그, 또는 꺾은선 등일 수 있으며, 상기 실링부 내에서 제 1 수지층이 남아있는 영역과 상기 제 1 수지층이 제거된 라인이 적절히 섞이도록 조절될 수 있다.
상기 실링부의 면에서 상기 라인이 차지하는 총 면적은 상기 실링부의 면의 총 면적 중 20% 내지 95%, 구체적으로 40 내지 90%일 수 있다. 상기 실링부의 면에서 상기 라인이 차지하는 총 면적이 20% 미만일 경우, 금속층 간의 결합 강도가 부족하여 결합면이 파단될 수 있어 전지의 안정성이 저하되고, 95%를 초과할 경우, 제 1 수지층이 지나치게 제거되어 상기 금속층이 결합된 단부가 외부로 노출될 가능성이 커져 상기 금속층이 전지 외부와 전기적으로 접속되거나 부식되는 등의 문제가 발생할 가능성이 커지고, 상기 제 1 수지층이 상기 금속층의 라인 사이 사이에서 차단벽으로 함께 작용하는 역할이 적절한 정도로 이루어지지 못하게 된다.
상기 용접에 의해 서로 결합되어 있는 라미네이트 시트의 금속층들은 레이저 용접에 의해 결합된 것일 수 있다. 이때, 상기 레이저 용접은 파장 500 nm 내지 1,500 nm의 레이저를 이용하여 이루어질 수 있으며, 상기 레이저의 예로는 파이버(fiber) 레이저를 들 수 있다.
상기 실링부는 상기 파우치형 전지케이스의 가장자리를 따라 형성되어 있고, 상기 실링부의 폭은 100 ㎛ 내지 5 mm, 구체적으로 1 mm 내지 3 mm일 수 있다. 본 발명의 파우치형 이차전지는 상기 금속층의 용접에 상기 레이저 용접을 이용하므로, 종래의 파우치형 이차전지에 비해 상기 라미네이트 시트가 서로 접하는 실링부의 폭을 좁게 할 수 있으므로, 파우치의 내부 공간을 크게 할 수 있는 장점이 있다.
본 발명은 또한, 상기 파우치형 이차전지의 제조방법을 제공한다.
본 발명의 파우치형 이차전지의 제조방법은 금속층 및 상기 금속층의 양면에 형성되어 있는 제 1 수지층 및 제 2 수지층을 포함하는 라미네이트 시트로 이루어진 파우치형 전지케이스에 전극 조립체가 내장되어 있는 파우치형 이차전지의 제조방법으로서, (i) 상기 파우치형 전지케이스의 가장자리를 따라 형성되는 실링부에서, 상기 라미네이트 시트의 제 1 수지층에 레이저를 이용하여 패턴 형상을 형성하는 단계; 및 (ii) 상기 라미네이트 시트의 제 1 수지층의 패턴 형상을 통해 외부로 노출된 상기 금속층 간을 레이저를 이용하여 용접하는 단계를 포함한다.
본 발명의 파우치형 이차전지의 제조방법은 우선 (i) 상기 파우치형 전지케이스의 가장자리를 따라 형성되는 실링부에서, 상기 라미네이트 시트의 제 1 수지층에 레이저를 이용하여 패턴 형상을 형성하는 단계를 거친다.
상기 제 1 수지층에 레이저를 이용하여 패턴 형상을 형성하는 과정은 상기 제 1 수지층의 일부를 레이저를 이용하여 제거함으로써, 상기 제 1 수지층이 덮고 있던 금속층을 상기 패턴 형상을 통해 밖으로 노출시키기 위한 과정이다.
이때, 상기 금속층과 상기 금속층의 일면에 형성되어 있는 제 1 수지층 사이에는 임의적으로 접착층이 포함되어 있을 수 있고, 상기 접착층이 포함되어 있을 경우에는 상기 레이저를 이용하여 제 1 수지층의 일부를 제거하는 과정 중에 상기 접착층 역시 함께 제거하게 된다.
상기 제 1 수지층의 일부를 레이저를 이용하여 제거하면서 상기 제 1 수지층의 면 상에 라인을 그려 일정 패턴을 형성할 수 있으며, 따라서 상기 제 1 수지층의 패턴 형상은 상기 제 1 수지층을 이루는 수지가 제거되어 형성된 라인(line)을 1개 이상, 구체적으로 복수 개, 더욱 구체적으로 2개 내지 1,000개 포함할 수 있다.
상기 제 1 수지층에 패턴 형상을 형성하기 위한 상기 레이저는 비교적 장파장의 레이저인 파장 8 내지 11 ㎛의 레이저일 수 있다. 상기 레이저의 예로는 CO2 레이저를 들 수 있다.
상기 제 1 수지층에 포함된 라인은 각각이 0.1 ㎛ 내지 4 mm의 폭을 가질 수 있고, 구체적으로 10 ㎛ 내지 1 mm의 폭을 가질 수 있다. 상기 제 1 수지층에 포함된 라인 각각의 폭이 0.1 ㎛ 이상일 경우, 상기 라인을 통해 노출되어 있는 금속층이 서로 적절히 접하여 용접에 의해 결합될 수 있고, 상기 라인 각각의 폭이 4 mm 이하일 경우, 상기 라인이 상기 실링부 내에 적절한 수로 포함되어 상기 실링부에서 금속층이 용접에 의해 결합된 부분과 상기 제 1 수지층이 서로 열융착된 부분이 반복됨으로써 상기 실링부에 견고함을 더하여 우수한 밀봉성 및 안정성을 나타내도록 할 수 있다. 이때, 상기 파우치형 전지케이스의 가장자리 끝 부분에는 상기 라인이 형성되지 않아 상기 제 1 수지층이 남아 있을 수 있다.
상기 라인은 직선, 곡선, 지그재그, 또는 꺾은선 등일 수 있으며, 상기 실링부 내에서 제 1 수지층이 남아있는 영역과 상기 제 1 수지층이 제거된 라인이 적절히 섞이도록 조절될 수 있다.
상기 실링부의 면에서 상기 라인이 차지하는 총 면적은 상기 실링부의 면의 총 면적 중 20% 내지 95%, 구체적으로 40 내지 90%일 수 있다. 상기 실링부의 면에서 상기 라인이 차지하는 총 면적이 20% 미만일 경우, 금속층 간의 결합 강도가 부족하여 결합면이 파단될 수 있어 전지의 안정성이 저하되고, 95%를 초과할 경우, 제 1 수지층이 지나치게 제거되어 상기 금속층이 결합된 단부가 외부로 노출될 가능성이 커져 상기 금속층이 전지 외부와 전기적으로 접속되거나 부식되는 등의 문제가 발생할 가능성이 커지고, 상기 제 1 수지층이 상기 금속층의 라인 사이 사이에서 차단벽으로 함께 작용하는 역할이 적절한 정도로 이루어지지 못하게 된다.
다음으로는, (ii) 상기 라미네이트 시트의 제 1 수지층의 패턴 형상을 통해 외부로 노출된 상기 금속층 간을 레이저를 이용하여 용접하는 단계를 거친다.
상기 단계 (ii)에서 금속층 간을 용접하는 단계는 상기 파우치형 이차전지를 밀봉하기 위한 과정이며, 상기 금속층 간을 용접함으로써 공기를 포함한 가스, 습기 등을 차단할 수 있다.
상기 용접을 통하여 상기 파우치형 전지케이스의 가장자리를 따라 형성되는 실링부가 밀봉되며, 2층으로 겹쳐진 상기 파우치형 전지케이스를 구성하는 상기 라미네이트 시트가 서로 결합되게 된다.
이때, 상기 실링부에서 상기 파우치형 전지케이스를 이루는 라미네이트 시트는 2장이 서로 겹쳐지게 되며, 각각의 제 1 수지층이 서로 마주하도록 겹쳐지므로, 상기 제 1 수지층의 패턴 형상을 통해 외부로 노출된 금속층은 서로 마주하게 되며, 상기 용접에 의해 결합된다.
상기 금속층 간의 용접은 상기 레이저 용접은 파장 500 nm 내지 1,500 nm의 레이저를 이용하여 이루어질 수 있으며, 상기 레이저의 예로는 파이버(fiber) 레이저를 들 수 있다.
상기 실링부는 상기 파우치형 전지케이스의 가장자리를 따라 형성되어 있고, 상기 실링부의 폭은 100 ㎛ 내지 5 mm, 구체적으로 1 mm 내지 3 mm일 수 있다. 본 발명의 파우치형 이차전지의 제조방법은 상기 실링부에서의 상기 금속층의 용접에 상기 레이저 용접을 이용하므로, 종래의 파우치형 이차전지에 비해 상기 라미네이트 시트가 서로 접하는 실링부의 폭을 좁게 할 수 있으므로, 파우치의 내부 공간을 크게 할 수 있는 장점이 있다.
본 발명의 일례에 따른 파우치형 이차전지의 제조방법은 상기 금속층의 용접이 완료된 후, 상기 실링부에서 상기 제 1 수지층의 패턴 형상 이외의 부분을 서로 열융착하는 단계를 추가로 포함할 수 있다.
상기 제 1 수지층의 패턴 형상 이외의 부분은 상기 실링부에서 상기 제 1 수지층이 제거되어 형성된 라인 이외의 부분일 수 있으며, 상기 파우치형 전지케이스의 최외곽의 가장자리는 상기 라인이 형성되지 않은 상기 제 1 수지층의 패턴 형상 이외의 부분일 수 있다.
상기 제 1 수지층은 열융착성을 가질 수 있고, 전해액의 침입을 억제하기 위해 흡습성이 낮으며, 전해액에 의해 팽창하거나 침식되지 않는 특성을 가지는 것일 수 있다. 상기 제 1 수지층은, 예컨대 폴리올레핀(polyolefin)계 수지를 포함할 수 있고, 구체적으로 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 또는 이들의 혼합물을 포함할 수 있으며, 더욱 구체적으로는 무연신 폴리프로필렌(CPP)을 포함할 수 있다. 상기 제 1 수지층은, 상기 라미네이트 시트가 서로 접착될 경우, 상기 제 1 수지층 상호간에 서로 접하여 열융착 등을 결합될 수 있다.
상기 제 2 수지층은 전지케이스의 외각을 형성하며, 전지 케이스가 외부 환경에 대해 우수한 내성을 가질 수 있도록 한다. 따라서, 상기 제 2 수지층은 적절한 인장 강도와 내후성을 가지는 것일 수 있고, 예컨대 폴리에스테르 수지, 나일론 수지, 또는 이들의 혼합물을 포함할 수 있다.
상기 금속층은 가스, 습기 등 이물질의 유입 내지 누출을 방지하는 기능 이외에 전지케이스의 강도를 향상시키는 기능을 발휘할 수 있으며, 예컨대 알루미늄의 층일 수 있다.
상기 파우치형 이차전지가 포함하는 전극 조립체는 리튬 이차전지용 전극 조립체일 수 있으며, 따라서 본 발명의 파우치형 이차전지는 파우치형 리튬 이차전지일 수 있다.
상기 리튬 이차전지는 양극, 음극, 상기 양극과 음극 사이에 개재된 세퍼레이터를 포함하는 것일 수 있고, 상기 리튬 이차전지는 스택(stack)형 또는 스택 앤 폴딩(stack and folding)형 리튬 이차전지일 수 있다.
상기 스택형 리튬 이차전지는 음극, 세퍼레이터, 양극을 수직으로 적층하는 방식으로 제조되는 전극조립체를 포함하는 리튬 이차전지일 수 있고, 상기 스택 앤 폴딩형 리튬 이차전지는 일정한 단위 크기의 양극/세퍼레이터/음극 구조의 풀 셀(full cell) 또는 양극(음극)/세퍼레이터/음극(양극)/세퍼레이터/양극(음극) 구조의 바이 셀(bicell)을 긴 길이의 연속적인 분리필름을 사용하여 말거나 접어서 제조되는 전극 조립체를 포함하는 리튬 이차전지일 수 있다.
상기 양극은 당 분야에 알려져 있는 통상적인 방법으로 제조할 수 있다. 예를 들면, 양극 활물질에 용매, 필요에 따라 바인더, 도전재, 분산제를 혼합 및 교반하여 슬러리를 제조한 후 이를 금속 재료의 집전체에 도포(코팅)하고 압축한 뒤 건조하여 양극을 제조할 수 있다.
상기 금속 재료의 집전체는 전도성이 높은 금속으로서, 상기 양극 활물질의 슬러리가 용이하게 접착할 수 있는 금속으로 전지의 전압 범위에서 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 높은 도전성을 가지는 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예컨대 스테인레스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소, 또는 알루미늄이나 스테리인레스 스틸의 표면에 카본, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면 처리한 것 등이 사용될 수 있다. 또한, 집전체 표면에 미세한 요철을 형성하여 양극 활물질의 접착력을 높일 수도 있다. 집전체는 필름, 시트, 호일, 네트, 다공질체, 발포체, 부직포체 등 다양한 형태로 사용 가능하며, 3 ㎛ 내지 500 ㎛의 두께를 갖는 것일 수 있다.
상기 양극 활물질은, 예컨대 리튬 코발트 산화물[LixCoO2(0.5<x<1.3)], 리튬 니켈 산화물[LixNiO2(0.5<x<1.3)] 등의 층상 화합물 또는 추가적인 전이금속으로 치환된 화합물; 화학식 Li1 + xMn2 - xO4(여기서, x는 0 내지 0.33임), LiMnO3, LiMn2O3, 또는 [LixMnO2(0.5<x<1.3)] 등의 리튬 망간 산화물; 리튬 구리 산화물(Li2CuO2); LiV3O8, LiFe3O4, V2O5, 또는 Cu2V2O7 등의 바나듐 산화물; 화학식 LiNi1 - xMxO2(여기서, M=Co, Mn, Al, Cu, Fe, Mg, B 또는 Ga 이고, x=0.01 내지 0.3임)로 표현되는 Ni 사이트형 리튬 니켈 산화물; 화학식 LiMn2 - xMxO2(여기서, M= Co, Ni, Fe, Cr, Zn 또는 Ta 이고, x=0.01 내지 0.1임) 또는 Li2Mn3MO8(여기서, M=Fe, Co, Ni, Cu 또는 Zn임)으로 표현되는 리튬 망간 복합 산화물; 화학식의 Li 일부가 알칼리 토금속 이온으로 치환된 LiMn2O4; 디설파이드 화합물; Fe2(MoO4)3 등일 수 있다.
상기 양극을 형성하기 위한 용매로는 NMP(N-메틸 피롤리돈), DMF(디메틸 포름아미드), 아세톤, 디메틸 아세트아미드 등의 유기 용매 또는 물 등이 있으며, 이들 용매는 단독으로 또는 2종 이상을 혼합하여 사용할 수 있다. 용매의 사용량은 슬러리의 도포 두께, 제조 수율을 고려하여 상기 양극 활물질, 바인더, 도전재를 용해 및 분산시킬 수 있는 정도이면 충분하다.
상기 바인더로는 폴리비닐리덴플루오라이드-헥사플루오로프로필렌 코폴리머(PVDF-co-HFP), 폴리비닐리덴플루오라이드(polyvinylidenefluoride), 폴리아크릴로니트릴(polyacrylonitrile), 폴리메틸메타크릴레이트(polymethylmethacrylate), 폴리비닐알코올, 카르복시메틸셀룰로오스(CMC), 전분, 히드록시프로필셀룰로오스, 재생 셀룰로오스, 폴리비닐피롤리돈, 테트라플루오로에틸렌, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리아크릴산, 에틸렌-프로필렌-디엔 모노머(EPDM), 술폰화 EPDM, 스티렌 부타디엔 고무(SBR), 불소 고무, 폴리 아크릴산(poly acrylic acid) 및 이들의 수소를 Li, Na 또는 Ca 등으로 치환된 고분자, 또는 다양한 공중합체 등의 다양한 종류의 바인더 고분자가 사용될 수 있다.
상기 도전재는 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예컨대 천연 흑연이나 인조 흑연 등의 흑연; 아세틸렌 블랙, 케첸 블랙, 채널 블랙, 파네스 블랙, 램프 블랙, 서멀 블랙 등의 카본블랙; 탄소 섬유나 금속 섬유 등의 도전성 섬유; 탄소 나노 튜브 등의 도전성 튜브; 플루오로카본, 알루미늄, 니켈 분말 등의 금속 분말; 산화아연, 티탄산 칼륨 등의 도전성 위스커; 산화 티탄 등의 도전성 금속 산화물; 폴리페닐렌 유도체 등의 도전성 소재 등이 사용될 수 있다. 상기 도전재는 양극 슬러리 전체 중량에 대해 1 중량% 내지 20 중량%의 양으로 사용될 수 있다.
상기 분산제는 수계 분산제 또는 N-메틸-2-피롤리돈 등의 유기 분산제를 사용할 수 있다.
상기 음극은 당 분야에 알려져 있는 통상적인 방법으로 제조될 수 있으며, 예컨대 상기 음극 활물질 및 바인더 및 도전재 등의 첨가제들을 혼합 및 교반하여 음극 활물질 슬러리를 제조한 후, 이를 음극 집전체에 도포하고 건조한 후 압축하여 제조할 수 있다.
상기 바인더는 음극 활물질 입자들을 결착시켜 성형체를 유지하기 위하여 사용될 수 있으며, 음극 활물질용 슬러리 제조 시 사용되는 통상적인 바인더라면 특별히 제한되지 않으나, 예컨대 비수계 바인더인 폴리비닐알코올, 카르복시메틸셀룰로즈, 히드록시프로필렌셀룰로즈, 디아세틸렌셀룰로즈, 폴리비닐클로라이드, 폴리비닐피롤리돈, 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE), 폴리비닐리덴플루오라이드(PVdF), 폴리에틸렌 또는 폴리프로필렌 등을 사용할 수 있고, 또한 수계 바인더인 아크릴로나이트릴-부타디엔고무, 스티렌-부타디엔 고무 및 아크릴 고무로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물을 사용할 수 있다. 수계 바인더는 비수계 바인더에 비해 경제적, 친환경적이고, 작업자의 건강에도 무해하며, 비수계 바인더에 비하여 결착 효과가 우수하므로, 동일 체적당 활물질의 비율을 높일 수 있어 고용량화가 가능하며, 수계 바인더로는 바람직하게는 스티렌-부타디엔 고무가 사용될 수 있다.
상기 바인더는 음극 활물질용 슬러리 전체 중량 중에 10 중량% 이하로 포함될 수 있으며, 구체적으로 0.1 중량% 내지 10 중량%로 포함될 수 있다. 상기 바인더의 함량이 0.1 중량% 미만이면 바인더 사용에 따른 효과가 미미하여 바람직하지 않고, 10 중량%를 초과하면 바인더 함량 증가에 따른 활물질의 상대적인 함량 감소로 인해 체적당 용량이 저하될 우려가 있어 바람직하지 않다.
상기 도전재는 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 상기 도전재의 예로서는 천연 흑연이나 인조 흑연 등의 흑연; 아세틸렌 블랙, 케첸 블랙, 채널 블랙, 퍼네이스 블랙, 램프 블랙, 서머 블랙 등의 카본블랙; 탄소 섬유나 금속 섬유 등의 도전성 섬유; 불화 카본, 알루미늄, 니켈 분말 등의 금속 분말; 산화아연, 티탄산 칼륨 등의 도전성 위스커; 산화 티탄 등의 도전성 금속 산화물; 또는 폴리페닐렌 유도체 등의 도전성 소재 등을 들 수 있다. 상기 도전재는 음극 활물질용 슬러리 전체 중량에 대해 1 중량% 내지 9 중량%의 양으로 사용될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 상기 음극에 사용되는 음극 집전체는 3 ㎛ 내지 500 ㎛의 두께를 갖는 것일 수 있다. 상기 음극 집전체는, 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예컨대 구리, 금, 스테인리스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소, 구리나 스테인리스 스틸의 표면에 카본, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면처리한 것, 알루미늄-카드뮴 합금 등이 사용될 수 있다. 또한, 표면에 미세한 요철을 형성하여 음극 활물질의 결합력을 강화시킬 수도 있으며, 필름, 시트, 호일, 네트, 다공질체, 발포체, 부직포체 등 다양한 형태로 사용될 수 있다.
또한, 세퍼레이터로는 종래에 세퍼레이터로 사용된 통상적인 다공성 고분자 필름, 예컨대 에틸렌 단독중합체, 프로필렌 단독중합체, 에틸렌-부텐 공중합체, 에틸렌-헥센 공중합체 및 에틸렌-메타크릴레이트 공중합체 등과 같은 폴리올레핀계 고분자로 제조한 다공성 고분자 필름을 단독으로 또는 이들을 적층하여 사용할 수 있으며, 또는 통상적인 다공성 부직포, 예컨대 고융점의 유리 섬유, 폴리에틸렌테레프탈레이트 섬유 등으로 된 부직포를 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 리튬 이차전지에는 리튬 이차전지용 전해질에 통상적으로 사용되는 리튬염이 제한 없이 사용될 수 있으며, 예컨대 상기 리튬염의 음이온으로는 F-, Cl-, Br-, I-, NO3 -, N(CN)2 -, BF4 -, ClO4 -, PF6 -, (CF3)2PF4 -, (CF3)3PF3 -, (CF3)4PF2 -, (CF3)5PF-, (CF3)6P-, CF3SO3 -, CF3CF2SO3 -, (CF3SO2)2N-, (FSO2)2N-, CF3CF2(CF3)2CO-, (CF3SO2)2CH-, (SF5)3C-, (CF3SO2)3C-, CF3(CF2)7SO3 -, CF3CO2 -, CH3CO2 -, SCN- 및 (CF3CF2SO2)2N-로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나일 수 있다.
본 발명에서 사용되는 전해질로는 리튬 이차전지 제조시 사용 가능한 유기계 액체 전해질, 무기계 액체 전해질, 고체 고분자 전해질, 겔형 고분자 전해질, 고체 무기 전해질, 용융형 무기 전해질 등을 들 수 있으며, 이들로 한정되는 것은 아니다.
이하, 본 발명의 파우치형 이차전지 및 그 제조방법을 도면을 참조하여 더욱 상세히 설명하지만, 해당 도면은 본 발명을 예시하기 위한 것일 뿐 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 도면에서, 각 구성 요소들의 크기는 설명을 위하여 과장될 수 있으며, 실제로 적용되는 크기와 다를 수 있다.
도 1에는 본 발명의 일례에 따른 파우치형 이차전지가 모식적으로 도시되어 있다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일례에 따른 파우치형 이차전지는 파우치형 전지케이스(10)에 전극조립체(20)가 내장되며 파우치형 전지케이스의 내부 공간(11)에 전극조립체(20)가 위치하면 파우치형 전지케이스(10)의 라미네이트 시트가 전극조립체(20)를 감싸도록 한 뒤, 파우치형 전지케이스(10)의 가장자리를 따라 형성되는 실링부(12)에서 상기 라미네이트 시트가 서로 접합되어 밀봉된다.
도 2에는 파우치형 전지케이스를 이루는 라미네이트 시트의 단면 및 종래의 파우치형 전지케이스의 실링부의 접합 형태가 모식적으로 나타나 있다.
도 2를 참조하면, 라미네이트 시트는 금속층(13)의 일면에 제 1 수지층(14)이 형성되어 있고, 타면에 제 2 수지층(15)이 형성되어 있다. 종래의 파우치형 이차전지에서 파우치형 전지케이스를 이루는 라미네이트 시트는 파우치형 전지케이스의 실링부에서 열융착되는데, 이때 2장의 라미네이트 시트가 제 1 수지층(14)이 서로 마주하도록 겹쳐져 제 1 수지층(14)이 서로 열융착됨으로써 밀봉되며, 금속층(13)간에는 결합이 이루어지지 않는다.
본 발명에 따른 파우치형 이차전지의 파우치형 전지케이스는 실링부의 제 1 수지층의 면에 존재하는 패턴 형상을 통해 금속층간의 결합이 이루어지며, 이러한 본 발명의 일례에 따른 파우치형 이차전지의 파우치형 전지케이스의 실링부의 형상을 도 3 및 4에, 및 그 접합 형태를 도 5에 각각 모식적으로 나타내었다.
도 3은, 도 1의 A로 표시되는 실링부(12)의 일부분을 보다 자세히 나타낸 것으로, 도 3을 참조하면, 파우치형 전지케이스(10)의 실링부(12)에는 제 1 수지층이 레이저에 의해 제거되어 형성된 라인(111)이 패턴 형상을 이루고 있다. 제 1 수지층이 제거되어 형성된 라인(111)을 통하여 금속층이 외부로 노출된다.
도 4에는 본 발명의 파우치형 이차전지의 파우치형 전지케이스를 이루는 라미네이트 시트의 단면이 모식적으로 나타나 있다.
도 4를 참조하면, 파우치형 전지케이스를 이루는 라미네이트 시트의 금속층(100)의 면에 제 1 수지층(110)이 형성되어 있고, 타면에 제 2 수지층(120)이 형성되어 있는데, 레이저를 이용하여 제 1 수지층(110)이 제거되어 형성된 라인(111)이 있고, 상기 라인(111)에는 제 1 수지층(110)이 존재하지 않으므로, 금속층(100)이 외부로 노출된다.
도 5를 참조하면, 실링부에서 2장의 라미네이트 시트가 결합될 때, 제 1 수지층(110)이 서로 마주하도록 겹쳐지고, 이때 라인(도 3 및 도 4의 111)을 통해 드러난 금속층(100)간이 서로 용접되어 결합되어 금속층의 결합부(101)를 형성하며, 라인이 형성되어 있지 않은 제 1 수지층(110)은 열융착에 의해 결합되어 제 1 수지층의 결합부(112)를 형성할 수 있다.
10: 파우치형 전지케이스
11: 파우치형 전지케이스의 내부 공간
12: 실링부
13, 100: 금속층
14, 110: 제1 수지층
15, 120: 제 2 수지층
20: 전극 조립체
101: 금속층의 결합부
112: 제 1 수지층의 결합부

Claims (16)

  1. 수지층과 금속층을 포함하는 라미네이트 시트로 이루어진 파우치형 전지케이스에 전극 조립체가 내장되어 있는 파우치형 이차전지로서,
    상기 라미네이트 시트는 금속층 및 상기 금속층의 양면에 형성되어 있는 제 1 수지층 및 제 2 수지층을 포함하고,
    상기 제 1 수지층의 면에는 패턴 형상이 존재하며, 상기 패턴 형상은 상기 제 1 수지층을 이루는 수지가 제거되어 형성된 것으로, 상기 패턴 형상을 통해 상기 금속층이 외부로 노출되며,
    상기 파우치형 전지케이스의 가장자리를 따라 형성되는 실링부에서 상기 라미네이트 시트는 제 1 수지층이 서로 마주하도록 겹쳐져 있고,
    상기 라미네이트 시트의 금속층들은 용접에 의해 서로 결합되어 있는, 파우치형 이차전지.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 수지층의 패턴 형상은 상기 제 1 수지층을 이루는 수지가 제거되어 형성된 라인(line)을 1개 이상 포함하는, 파우치형 이차전지.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 수지층에 포함된 라인은 각각 0.1 ㎛ 내지 4 mm의 폭을 가지는 것인, 파우치형 이차전지.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 용접에 의해 서로 결합되어 있는 라미네이트 시트의 금속층들은 레이저 용접에 의해 결합된 것인, 파우치형 이차전지.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 실링부는 상기 라미네이트 시트의 테두리 부분에 위치하고,
    상기 실링부의 폭은 100 ㎛ 내지 5 mm인, 파우치형 이차전지.
  6. 금속층 및 상기 금속층의 양면에 형성되어 있는 제 1 수지층 및 제 2 수지층을 포함하는 라미네이트 시트로 이루어진 파우치형 전지케이스에 전극 조립체가 내장되어 있는 파우치형 이차전지의 제조방법으로서,
    (i) 상기 파우치형 전지케이스의 가장자리를 따라 형성되는 실링부에서, 상기 라미네이트 시트의 제 1 수지층에 레이저를 이용하여 패턴 형상을 형성하는 단계; 및
    (ii) 상기 라미네이트 시트의 제 1 수지층의 패턴 형상을 통해 외부로 노출된 상기 금속층 간을 레이저를 이용하여 용접하는 단계
    를 포함하는 파우치형 이차전지의 제조방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 단계 (ii) 이후, 상기 실링부에서 상기 제 1 수지층의 패턴 형상 이외의 부분을 서로 열융착하는 단계를 추가로 포함하는 파우치형 이차전지의 제조방법.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 단계 (i)의 레이저는 파장 8 내지 11 ㎛의 레이저인, 파우치형 이차전지의 제조방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 단계 (i)의 레이저는 CO2 레이저인, 파우치형 이차전지의 제조방법.
  10. 제 6 항에 있어서,
    상기 제 1 수지층의 패턴 형상은 상기 제 1 수지층이 상기 레이저를 이용하여 제거됨으로써 형성된 라인(line)을 1개 이상 포함하는, 파우치형 이차전지의 제조방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 제 1 수지층에 포함된 라인은 각각 0.1 ㎛ 내지 4 mm의 폭을 가지는 것인, 파우치형 이차전지의 제조방법.
  12. 제 6 항에 있어서,
    상기 단계 (ii)의 레이저는 파장 500 nm 내지 1,500 nm의 레이저인, 파우치형 이차전지의 제조방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 단계 (ii)의 레이저는 파이버(fiber) 레이저인, 파우치형 이차전지의 제조방법.
  14. 제 6 항에 있어서,
    상기 제 1 수지층은 폴리올레핀 수지를 포함하는, 파우치형 이차전지의 제조방법.
  15. 제 6 항에 있어서,
    상기 제 2 수지층은 폴리에스테르 수지, 나일론 수지, 또는 이들의 혼합물을 포함하는, 파우치형 이차전지의 제조방법.
  16. 제 6 항에 있어서,
    상기 금속층은 알루미늄층인, 파우치형 이차전지의 제조방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000223090A (ja) * 1999-02-02 2000-08-11 Matsushita Electric Ind Co Ltd 電 池
JP2004087239A (ja) 2002-08-26 2004-03-18 Nissan Motor Co Ltd 電池およびその製造方法、ならびに組電池、組電池モジュール
KR20080005627A (ko) * 2006-07-10 2008-01-15 주식회사 엘지화학 실링부의 안전성이 향상된 이차전지
KR20120069319A (ko) * 2010-12-20 2012-06-28 주식회사 엘지화학 수분 차단성이 향상된 이차전지
KR20150051178A (ko) * 2013-11-01 2015-05-11 주식회사 엘지화학 수분 침투를 방지할 수 있는 파우치형 이차전지

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000223090A (ja) * 1999-02-02 2000-08-11 Matsushita Electric Ind Co Ltd 電 池
JP2004087239A (ja) 2002-08-26 2004-03-18 Nissan Motor Co Ltd 電池およびその製造方法、ならびに組電池、組電池モジュール
KR20080005627A (ko) * 2006-07-10 2008-01-15 주식회사 엘지화학 실링부의 안전성이 향상된 이차전지
KR20120069319A (ko) * 2010-12-20 2012-06-28 주식회사 엘지화학 수분 차단성이 향상된 이차전지
KR20150051178A (ko) * 2013-11-01 2015-05-11 주식회사 엘지화학 수분 침투를 방지할 수 있는 파우치형 이차전지

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