KR20180062826A - 전해액 담지부가 포함된 파우치형 이차전지 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 전극조립체가 전해액과 함께 파우치형 전지케이스의 수납부에 밀봉되어 있는 이차전지로서,
상기 전지케이스는 외부 피복층, 금속층 및 내부 접착층을 포함하는 라미네이트 시트로 이루어져 있고;
이차전지의 제조 과정 또는 사용 중에 고갈되는 전해액을 보충하기 위한 전해액 담지부가, 전지케이스의 수납부에 위치하는 전해액과 접하지 않는 상태로, 라미네이트 시트에 포함되어 있는 것을 특징으로 하는 이차전지에 대한 것이다.

Description

전해액 담지부가 포함된 파우치형 이차전지 {Pouch-typed Secondary Battery Containing Electrolyte Holding Part}
본 발명은 전해액 담지부가 포함된 파우치형 이차전지에 대한 것이다.
모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서 이차전지의 수요가 급격히 증가하고 있고, 그러한 이차전지 중 높은 에너지 밀도와 작동 전위를 나타내고, 사이클 수명이 길며, 자기방전율이 낮은 리튬 이차전지가 상용화되어 널리 사용되고 있다.
또한, 다기능 소형화의 웨어러블 디바이스(wearable device) 및 휴대용 기기의 개발 추세에 따라 이차전지 자체의 소형화 및 박형화에 대한 필요성이 커지고 있으며, 장시간 사용이 가능하도록 하기 위하여 이차전지의 용량을 증가시키거나 높은 용량 유지율을 나타내는 이차전지를 개발하기 위한 노력이 다각도로 이루어지고 있다.
일반적으로, 파우치형 전지는 외부 수지층, 금속층 및 내부 접착층을 포함하는 것으로 구성된 라미네이트 시트의 파우치형 케이스 내부에 전극조립체와 전해액이 밀봉되어 있는 전지를 말한다. 라미네이트 시트는 전극조립체를 수납한 상태에서 전극조립체 수납부 외주변의 일부를 제외하고 열압착 실링하여 밀봉하며, 미실링부를 통해 전해액을 주입하고 활성화 과정 및 탈기 과정이 이루어진다.
그러나, 이차전지는 충방전에 의해 변성이 발생할 수 있고, 전해액이 고갈되어감에 따라 전지의 수명이 단축되는 문제가 있다. 또한, 탈기 과정에서 전해액이 함께 제거되기 때문에 초기에 주입되는 전해액의 양이 충분하더라도 제조 과정에서 전해액이 소모되거나 제거됨에 따라, 충분한 양의 전해액이 공급되지 못하여, 수명 특성이 저하되는 문제가 있다.
이와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 보충용 전해액을 포함하는 보조 주머니가 전지케이스 외주면에 부가된 구조의 이차전지에 대한 기술 등이 제안되고 있으나, 전지셀의 크기가 전체적으로 증가하여 소형 디바이스에 적용하기 어렵거나 상대적으로 용량이 저하되는 문제가 있고, 전해액이 이동할 수 있는 통로를 별도로 설계해야 하는 문제가 있다.
따라서, 전지셀의 전체적인 크기를 증가시키지 않으면서, 간단한 과정을 통하여 이차전지의 제조 과정 또는 이차전지의 사용 중에 고갈되는 전해액을 보충할 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, 열가변층을 포함하는 전해액 담지부가 전지케이스에 포함되는 구조의 이차전지를 사용하는 경우, 이차전지의 제조 과정 또는 사용 중에 이차전지에 열을 인가하여 고갈되는 전해액을 보충할 수 있으므로, 이차전지의 수명이 저하되는 문제를 해결할 수 있음을 확인하고 본 발명을 완성하기에 이르렀다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 이차전지는, 전극조립체가 전해액과 함께 파우치형 전지케이스의 수납부에 밀봉되어 있는 이차전지로서,
상기 전지케이스는 외부 피복층, 금속층 및 내부 접착층을 포함하는 라미네이트 시트로 이루어져 있고;
이차전지의 제조 과정 또는 사용 중에 고갈되는 전해액을 보충하기 위한 전해액 담지부가, 전지케이스의 수납부에 위치하는 전해액과 접하지 않는 상태로, 라미네이트 시트에 포함되도록 이루어져 있다.
이와 같이, 본 발명에 따른 이차전지는, 전지케이스를 구성하는 라미네이트 시트에 보충용 전해액을 포함하는 전해액 담지부를 포함하는 구조로 이루어져 있기 때문에, 이차전지의 제조 과정 또는 사용 중에 전해액의 추가 보충이 가능하다.
또한, 전해액 담지부에 포함되는 전해액은 전극조립체와 함께 케이스의 수납부에 위치하는 전해액과 접하지 않도록 위치하여 완전히 분리되어 있기 때문에, 탈기 과정에서 가스 배출과 함께 전해액이 빠져나가는 문제가 발생하더라도 이후에 전해액의 추가 보충이 가능한 바, 종래의 문제점을 해결할 수 있다.
또한, 라미네이트 시트에 전해액 담지부가 포함된 구조인 바, 별도의 전해액 수납용 부재 등이 불필요 하여, 전지셀의 부피가 증가하는 문제를 방지할 수 있다.
상기 전해액 담지부는, 이차전지의 제조 과정 또는 사용 중에 고갈되는 전해액을 보충하기 위한 구조인 바, 전해액 담지부에 인가된 열에 의해, 전해액을 전지케이스의 수납부로 공급하는 구조일 수 있다.
구체적으로, 상기 전해액 담지부는, 전지케이스의 수납부와 접하고 있고, 인가된 열에 의해 부분 용융 또는 상변환 되면서 액상 성분을 방출하는 열가변층; 및 상기 열가변층과 라미네이트 시트의 내부 접착층 사이에 담지되어 있는 보충 전해액을 포함하고 있는 구조일 수 있다.
따라서, 전지케이스를 가열하여, 전해액 담지부에 열이 인가되는 경우, 전해액 담지부의 열가변층이 부분적으로 용융되거나 또는 상변환되면서 흐르게 되는 바, 열가변층과 라미네이트 시트의 내부 접착층 사이에 담지 되어 있는 보충 전해액이 수납부로 이동하여, 고갈된 전해액을 보충하게 된다.
상기 열가변층은 인가된 열에 의해 유리 전이(glass transition)를 거치는 상변환을 통해 보충 전해액을 방출할 수 있는 바, 예를 들어, 상기 열가변층은 섭씨 60도 내지 90도의 온도 범위에서 유리전이온도(Tg)를 가진 비정질 열가소성 고분자 수지로 이루어질 수 있으며, 상세하게는 섭씨 70도 내지 90도의 온도 범위에서 유리전이온도를 가질 수 있다.
상기 유리전이온도가 60도 보다 낮은 경우에는, 이차전지의 정상적인 사용환경에서 열가변층이 용융될 수 있으므로, 전해액의 보충이 필요한 시점보다 빨리 보충 전해액이 추가될 수 있으며, 유리전이온도가 90도 보다 높은 경우에는, 실링부의 내부 접착층이 용융되어 밀봉력이 약해질 수 있으므로 바람직하지 않다.
상기 비정질 열가소성 고분자 수지는 전해액과 화학적인 반응이 일어나지 않는 것으로, 상기의 범위 내에서 유리전이온도를 갖는 고분자 수지라면 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어, 폴리비닐클로라이드(PVC), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리(cis-1,4-아이소프렌), 및 폴리(trans-1,4-아이소프렌)으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 이상일 수 있다.
상기 전해액 담지부는 추가 전해액을 전극조립체 수납부로 방출시켜 보충하기 위한 구조인 점을 고려할 때, 라미네이트 시트의 내부 접착층의 내측에 형성될 수 있으나, 전해액 담지부가 라미네이트 시트의 내부 접착층 내측에 형성되더라도 내부 접착층의 밀봉력이 약해지는 것을 방지하는 구조로 이루어지는 것이 바람직하다.
따라서, 상기 수납부의 외주변에는 열융착에 의한 실링부가 형성되어 있고, 상기 전해액 담지부는 수납부에 위치하는 전지케이스의 내면 부위에 형성되어 있을 수 있다. 즉, 전해액 담지부는 실링부를 제외한 나머지 부분으로서 전지케이스의 내면 부위에 형성됨으로써, 전지케이스의 밀봉력이 감소될 수 있는 문제를 해결할 수 있다.
예를 들어, 상기 전해액 담지부는, 수납부에 위치하는 전지케이스의 상부 내면 및/또는 하부 내면에 형성되어 있는 구조일 수 있다.
이와 같이, 전해액 담지부가 수납부 상부 및/또는 하부 내면에 형성되는 경우, 보충되는 전해액이 전극조립체의 전극 코팅층의 집전체와 평행한 표면부에 직접적으로 부가될 수 있으므로, 전극조립체에 대한 전해액의 보충이 빠르게 이루어질 수 있다.
본 발명 또한, 상기의 이차전지를 제조하는 방법으로서,
(a) 외부 피복층, 금속층 및 내부 접착층을 포함하는 라미네이트 시트의 일면에 전해액 담지부를 형성하는 과정;
(b) 상기 전해액 담지부가 수납부 상에 위치하도록 라미네이트 시트를 성형하고 수납부에 전극조립체를 장착하는 과정;
(c) 상기 수납부의 외주변을 열융착하여 실링부를 형성하고, 수납부에 전해액을 주입한 후 활성화 및 탈기하는 과정; 및
(d) 열을 인가하여 상기 전해액 담지부를 통해 수납부 내로 전해액을 추가 공급하는 과정;
을 포함하는 방법을 제공한다.
상기와 같은 방법에 의해 제조되는 이차전지는, 일면에 전해액 담지부가 형성된 라미네이트 시트를 제조하는 과정, 및 전해액 담지부가 형성된 라미네이트 시트를 이용하여 전극조립체 수납부를 성형하고 전극조립체를 상기 수납부에 장착하는 과정을 포함하는 바, 종래의 전지케이스의 제조 방법에 전해액 담지부를 형성하는 과정을 포함하는 점에서 차이가 있을 뿐, 이차전지에 별도의 부재를 추가하거나, 이를 위한 과정을 포함하지 않기 때문에, 간단한 방법을 통해 전해액의 보충이 가능한 이점이 있다.
또한, 상기 과정 (c) 이후에, 전지셀에 열을 인가하여 전해액 담지부에 있는 전해액을 수납부로 추가 공급하는 바, 과정 (c)에서 활성화 과정을 거치면서 전해액이 고갈되거나, 탈기 과정에서 전해액이 기체와 함께 배출됨으로써 전해액의 양이 충분하지 못하여 수명 특성이 저하되는 문제점을 해결할 수 있다.
한편, 이차전지의 수납부의 상면 및/또는 하면의 외측면에서 이차전지에 대해 열을 인가할 수 있는 바, 상면 외측면 및 하면 외측면 각각에서 순차적으로 열이 인가될 수 있으며, 상면 외측면 및 하면 외측면에서 동시에 열이 인가될 수 있다.
상기 과정(c)에서, 수납부의 외주변 중 일부를 제외하고 열융착하여 실링부를 형성하고, 미실링된 외주변을 통해 전해액을 주입하여 활성화를 진행하며, 상기 활성화 과정에서 발생한 가스를 제거한 후 외주변을 완전히 밀봉할 수 있다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 과정(d)의 열의 인가는, 이차전지의 제조 과정 또는 이차전지의 사용 중에 고갈되는 전해액을 보충하기 위한 점을 고려할 때, 활성화 공정 내지 탈기 공정을 수행하다가 고갈되거나 이차전지 외부로 배출된 전해액을 보충하기 위하여 이차전지의 제조 공정 중에 수행할 수 있으며, 또는, 이차전지의 사용 중에 전해액의 보충이 가능한 바, 이차전지를 공장에서 반출한 이후에 수행할 수 있다.
본 발명은 또한, 상기 이차전지를 단위전지로서 포함하는 전지팩, 상기 전지팩을 전원으로서 포함하는 디바이스를 제공한다.
상기 디바이스는, 예를 들어, 노트북 컴퓨터, 넷북, 태블릿 PC, 휴대폰, MP3, 웨어러블 전자기기, 파워 툴(power tool), 전기자동차(Electric Vehicle, EV), 하이브리드 전기자동차(Hybrid Electric Vehicle, HEV), 플러그-인 하이브리드 전기자동차(Plug-in Hybrid Electric Vehicle, PHEV), 전기 자전거(E-bike), 전기 스쿠터(E-scooter), 전기 골프 카트(electric golf cart), 또는 전력저장용 시스템일 수 있지만, 이들만으로 한정되지 않음은 물론이다.
이러한 디바이스의 구조 및 제작 방법은 당업계에 공지되어 있으므로, 본 명세서에서는 그에 대한 자세한 설명을 생략한다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 이차전지는, 파우치형 전지케이스용 라미네이트 시트에 열에 의해 용융 또는 상변환되는 성분을 포함하는 열가변층 및 보충 전해액을 포함하는 구조인 바, 이차전지의 제조 과정 또는 사용 중에 이차전지에 열을 인가함으로써 전해액을 보충할 수 있다.
따라서, 이차전지의 충방전 횟수가 증가할수록 전해액이 줄어들어 수명 특성이 저하되었던 문제점을 해결할 수 있다. 또한, 이차전지의 제조 과정에서 생기는 가스를 제거하는 공정이 필요한 바, 과량의 전해액을 초기에 주입하더라도, 탈기 과정에서 전해액이 함께 제거되기 때문에 필요한 만큼의 전해액이 주입되지 못했던 문제점도 해결될 수 있다.
도 1은 하나의 실시예에 따른 라미네이트 시트의 단면 모식도이다;
도 2는 하나의 실시예에 따른 파우치형 이차전지의 사시도이다;
도 3은 도 2의 선 A-A'에 따른 단면부의 확대도이다;
도 4는 하나의 실시예에 따른 파우치형 이차전지의 단면 모식도이다; 및
도 5는 다른 하나의 실시예에 따른 파우치형 이차전지의 단면 모식도이다.
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 1은 하나의 실시예에 따른 라미네이트 시트의 단면도 일부를 모식적으로 도시하고 있다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 이차전지의 전지케이스를 구성하는 라미네이트 시트(100)는 외부 수지층(110), 금속층(120) 및 내부 접착층(130)을 포함하고, 내부 접착층의 외면에는 전해액 담지부(160)가 형성되어 있다. 전해액 담지부(160)는 보충 전해액(140) 및 열가변층(150)으로 구성되어 있으며, 보충 전해액(140)은 열가변층(150)과 라미네이트 시트의 내부 접착층(130) 사이에 담지되어 있다.
따라서, 이차전지에 대해 열이 인가되는 경우, 열가변층(150)이 용융되는 바, 열가변층(150)의 내측에 담지된 보충 전해액(140)을 방출하여 전지케이스의 수납부로 전해액을 공급하게 된다.
도 2는 하나의 실시예에 따른 파우치형 이차전지의 사시도를 모식적으로 도시하고 있으며, 도 3은 도 2의 전지케이스에서 선 A-A'에 따른 단면부 확대도를 모식적으로 도시하고 있다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 전지케이스(200)는 일측 끝단이 연결된 상부 케이스(201) 및 하부 케이스(202)로 이루어지고, 하부 케이스(202)에는 전극조립체(도시하지 않음) 수납부(203)가 형성되어 있다. 전지케이스(200)는 밀봉한 상태에서 실링부(230)가 형성되는 부분을 제외한, 수납부(203)의 상부 내면 및 하부의 내면에 전해액 담지부(250, 250)가 각각 형성되어 있다.
라미네이트 시트(290)에서 외부 피복층(210), 금속층(220) 및 내부 접착층(230)은 전지케이스의 전체 부분에 형성되어 있으나, 보충 전해액(240) 및 열가변층(250)으로 이루어진 전해액 담지부(260)는 실링부(231)를 제외한 부분에만 형성되어 있으며, 보충 전해액(240)은 열가변층(250)에 의해 둘러싸여 있다.
도 4는 하나의 실시예에 따른 파우치형 이차전지의 단면을 모식적으로 도시하고 있다.
도 4를 참조하면, 파우치형 이차전지(400)는 도 3에 도시된 라미네이트 시트(290)를 이용하여 제조한 것으로 볼 수 있는 바, 라미네이트 시트의 전부분에는 외부 피복층(410), 금속층(420) 및 내부 접착층(430)이 형성되어 있고, 전극조립체의 수납부(403)를 구성하는 부분, 즉, 수납부에 위치하는 전지케이스의 내면 부위에 보충 전해액(440) 및 열가변층(450)으로 구성된 전해액 담지부(460)가 형성되어 있다. 따라서, 수납부의 외주변인 실링부(411)를 제외한 부분인, 직육면체와 유사한 전극조립체 수납부(403)의 외주변 전체에 전해액 담지부가 형성되어 있다.
도 5는 다른 하나의 실시예에 따른 파우치형 이차전지의 단면을 모식적으로 도시하고 있다.
도 5를 참조하면, 파우치형 이차전지는(500)의 라미네이트 시트의 전 부분에는 외부 피복층(510), 금속층(520) 및 내부 접착층(530)이 형성되어 있고, 전극조립체 수납부(503)의 상부(504) 내면 및 하부(505) 내면에만 보충 전해액(540) 및 열가변층(550)으로 구성된 전해액 담지부(560)가 형성되어 있으며, 측면들(506, 507)에는 전해액 담지부(560)가 형성되어 있지 않다.
따라서, 수납부의 외주변인 실링부(511)를 제외한 부분 및 수납부의 측면들(506, 507)을 제외한 부분에 전해액 담지부가 형성되어 있다.
이와 같이, 본 발명에 따른 이차전지는 전극조립체 수납부의 내면에 열가변층을 포함하는 전해액 담지부가 형성되어 있는 바, 이차전지의 제조 과정 또는 사용 중에 이차전지에 대해 열을 인가함으로써 열가변층을 용융시켜 보충 전해액의 방출이 가능한 바, 이차전지의 수명특성을 향상시킬 수 있다.
본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주 내에서 다양한 응용 및 변형을 수행하는 것이 가능할 것이다.

Claims (13)

  1. 전극조립체가 전해액과 함께 파우치형 전지케이스의 수납부에 밀봉되어 있는 이차전지로서,
    상기 전지케이스는 외부 피복층, 금속층 및 내부 접착층을 포함하는 라미네이트 시트로 이루어져 있고;
    이차전지의 제조 과정 또는 사용 중에 고갈되는 전해액을 보충하기 위한 전해액 담지부가, 전지케이스의 수납부에 위치하는 전해액과 접하지 않는 상태로, 라미네이트 시트에 포함되어 있는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 전해액 담지부는, 이차전지의 제조 과정 또는 사용 중에 인가된 열에 의해, 전해액을 전지케이스의 수납부로 공급하는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 전해액 담지부는,
    전지케이스의 수납부와 접하고 있고, 인가된 열에 의해 부분 용융 또는 상변환 되면서 액상 성분을 방출하는 열가변층; 및
    상기 열가변층과 라미네이트 시트의 내부 접착층 사이에 담지되어 있는 보충 전해액;
    을 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 열가변층은 인가된 열에 의해 유리 전이(glass transition)를 거치는 상변환으로 보충 전해액을 방출하는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  5. 제 3 항에 있어서, 상기 열가변층은 섭씨 60 내지 90도의 온도 범위에서 유리전이온도(Tg)를 가진 비정질 열가소성 고분자 수지로 이루어진 것을 특징으로 하는 이차전지.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 비정질 열가소성 고분자 수지는 폴리비닐클로라이드(PVC), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리(cis-1,4-아이소프렌), 및 폴리(trans-1,4-아이소프렌)으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는 이차전지.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 수납부의 외주변에는 열융착에 의한 실링부가 형성되어 있고;
    상기 전해액 담지부는 수납부에 위치하는 전지케이스의 내면 부위에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 전해액 담지부는, 수납부에 위치하는 전지케이스의 상부 내면 및/또는 하부 내면에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 하나에 따른 이차전지를 제조하는 방법으로서,
    (a) 외부 피복층, 금속층 및 내부 접착층을 포함하는 라미네이트 시트의 일면에 전해액 담지부를 형성하는 과정;
    (b) 상기 전해액 담지부가 수납부 상에 위치하도록 라미네이트 시트를 성형하고 수납부에 전극조립체를 장착하는 과정;
    (c) 상기 수납부의 외주변을 열융착하여 실링부를 형성하고, 수납부에 전해액을 주입한 후 활성화 및 탈기하는 과정; 및
    (d) 열을 인가하여 상기 전해액 담지부를 통해 수납부 내로 전해액을 추가 공급하는 과정;
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 과정(c)에서,
    수납부의 외주변 중 일부를 제외하고 열융착하여 실링부를 형성하고, 미실링된 외주변을 통해 전해액을 주입하여 활성화를 진행하며;
    상기 활성화 과정에서 발생한 가스를 제거한 후 외주변을 완전히 밀봉하는 것을 특징으로 하는 방법.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 과정(d)의 열의 인가는 이차전지의 제조 공정 중에 수행하는 것을 특징으로 하는 방법.
  12. 제 10 항에 있어서, 상기 과정(d)의 열의 인가는 이차전지를 공장에서 반출한 이후에 수행하는 것을 특징으로 하는 방법.
  13. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 하나에 따른 이차전지를 단위전지로 포함하는 것을 특징으로 하는 전지팩.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2021125591A1 (ko) * 2019-12-19 2021-06-24 주식회사 엘지에너지솔루션 이차전지 및 그의 제조방법
WO2021261932A1 (ko) * 2020-06-25 2021-12-30 주식회사 엘지에너지솔루션 전해액의 보충이 가능한 파우치형 전지셀

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102555751B1 (ko) * 2017-10-17 2023-07-14 주식회사 엘지에너지솔루션 가스 배출이 가능한 이차전지용 파우치형 케이스

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20050120465A (ko) * 2004-06-19 2005-12-22 삼성에스디아이 주식회사 전해액 보충 부재를 구비하는 이차 전지
KR20080019313A (ko) * 2006-08-28 2008-03-04 주식회사 엘지화학 밀봉성이 우수한 파우치형 이차전지의 제조방법
KR20110106527A (ko) * 2010-03-23 2011-09-29 주식회사 엘지화학 리튬 이차전지용 케이스 및 이를 포함하는 리튬 이차전지
KR20130134929A (ko) * 2012-05-31 2013-12-10 주식회사 엘지화학 전해액이 내장된 캡슐을 포함하는 전기화학소자
KR20140017908A (ko) * 2012-08-02 2014-02-12 에스케이이노베이션 주식회사 파우치형 이차전지의 실링방법
KR20140046174A (ko) * 2012-10-10 2014-04-18 에스케이이노베이션 주식회사 파우치형 이차전지 제조방법 및 파우치형 이차전지
KR20160091345A (ko) * 2013-11-15 2016-08-02 가부시키가이샤 한도오따이 에네루기 켄큐쇼 축전체, 및 그것을 포함하는 전자 장치

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101245284B1 (ko) 2010-12-20 2013-03-19 주식회사 엘지화학 전해액 재충전이 가능한 이차 전지
KR101651515B1 (ko) 2011-10-10 2016-08-29 주식회사 엘지화학 전해액 자동 보충이 가능한 이차전지
KR101459885B1 (ko) * 2012-03-20 2014-11-07 주식회사 엘지화학 전해액을 포함하는 에어캡을 구비한 파우치형 전지

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20050120465A (ko) * 2004-06-19 2005-12-22 삼성에스디아이 주식회사 전해액 보충 부재를 구비하는 이차 전지
KR20080019313A (ko) * 2006-08-28 2008-03-04 주식회사 엘지화학 밀봉성이 우수한 파우치형 이차전지의 제조방법
KR20110106527A (ko) * 2010-03-23 2011-09-29 주식회사 엘지화학 리튬 이차전지용 케이스 및 이를 포함하는 리튬 이차전지
KR20130134929A (ko) * 2012-05-31 2013-12-10 주식회사 엘지화학 전해액이 내장된 캡슐을 포함하는 전기화학소자
KR20140017908A (ko) * 2012-08-02 2014-02-12 에스케이이노베이션 주식회사 파우치형 이차전지의 실링방법
KR20140046174A (ko) * 2012-10-10 2014-04-18 에스케이이노베이션 주식회사 파우치형 이차전지 제조방법 및 파우치형 이차전지
KR20160091345A (ko) * 2013-11-15 2016-08-02 가부시키가이샤 한도오따이 에네루기 켄큐쇼 축전체, 및 그것을 포함하는 전자 장치

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2021125591A1 (ko) * 2019-12-19 2021-06-24 주식회사 엘지에너지솔루션 이차전지 및 그의 제조방법
CN114556666A (zh) * 2019-12-19 2022-05-27 株式会社Lg新能源 二次电池及其制造方法
CN114556666B (zh) * 2019-12-19 2024-02-09 株式会社Lg新能源 二次电池及其制造方法
WO2021261932A1 (ko) * 2020-06-25 2021-12-30 주식회사 엘지에너지솔루션 전해액의 보충이 가능한 파우치형 전지셀

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