KR20180113378A - 수납부들 간의 연결부위에 만입부가 형성된 구조의 전지셀 - Google Patents

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Abstract

본원발명은 양극, 음극, 및 양극과 음극 사이에 분리막이 개재되어 있는 구조의 전극조립체가 내장되어 있고, 상기 전지케이스에는 전극조립체를 수납하기 위한 제 1 수납부 및 제 2 수납부가 상호 이격된 상태로 형성되어 있으며, 상기 수납부들의 사이에 위치하고 있는 브릿지(bridge) 부위에는 수납부의 깊이 방향과 동일한 방향으로 만입된 만입부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지셀에 관한 것이다.

Description

수납부들 간의 연결부위에 만입부가 형성된 구조의 전지셀 {Battery Cell Having Recess Portion formed at Connection Portion Between Two Receiving parts}
본 발명은 수납부들 간의 연결부위에 만입부가 형성되어 있는 구조의 전지셀에 관한 것이다.
모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서의 이차전지의 수요가 급격히 증가하고 있고, 특히, 이차전지 중 높은 에너지 밀도와 방전 전압을 갖는 리튬 이차전지에 대해 많은 연구 및 상용화가 이루어지고 있다.
대표적으로 전지의 형상 면에서는 얇은 두께로 휴대폰 등과 같은 제품들에 적용될 수 있는 각형 이차전지와 파우치형 이차전지에 대한 수요가 높고, 재료 면에서는 높은 에너지 밀도, 방전 전압, 출력 안정성의 리튬 이온 전지, 리튬 이온 폴리머 전지 등과 같은 리튬 이차전지에 대한 수요가 높다.
이러한 이차전지는, 그것의 형상에 따라 원통형 전지셀, 각형 전지셀, 파우치형 전지셀 등으로 구분할 수 있다. 그 중에서도 높은 집적도로 적층될 수 있고, 중량당 에너지 밀도가 높으며 저렴하고 변형이 용이한 파우치형 전지셀이 많은 관심을 모으고 있다.
파우치형 이차전지는 라미네이트 시트를 전지케이스로 이용하며, 라미네이트 시트에 형성된 수납부에 전극조립체와 전해액이 함께 내장된 구조로 이루어져 있다.
도 1에는 종래의 전지셀이 제조되는 과정이 모식적으로 도시되어 있다.
도 1(a)에는 일 단위의 부재로 이루어진 전지케이스 상에 두 개의 수납부들이 형성되어 있는 구조의 수직 단면도가 모식적으로 도시되어 있다.
도 1을 참조하면, 전지케이스(10) 상에는 y 축 방향으로 만입된 구조의 제 1 수납부(11) 및 제 2 수납부(12)가 형성되어 있으며, 전지케이스(10)는 상기 수납부들(11, 12)을 연결하고 있는 브릿지 부위(20)를 포함하고 있다.
브릿지 부위(20)를 기준으로 할 때, 제 1 수납부(11)는 우측에, 제 2 수납부(12)는 좌측에 위치하고 있다.
도 1(b)에는 도 1(a)의 수납부들이 상호 간에 맞닿도록 브릿지 부위를 절곡하는 과정이 모식적으로 도시되어 있으며, 도 1(c)에는 브릿지 부위를 절곡하여 수납부들이 서로 접촉된 상태에서 전극조립체가 그 내부에 수납되어 있는 모식도가 도시되어 있다.
도 1(b)를 참조하면, 전극조립체(15)는 제 1 수납부(11) 상에 장착되어 있고, 제 2 수납부(12)와 제 1 수납부(11)가 상호 간에 맞닿을 수 있도록 브릿지 부위(20)를 절곡한다.
도 1(b) 및 도 1(c)를 참조하면, 전극조립체(15)는 제 1 수납부(11) 및 제 2 수납부(12)에 감싸여진 상태로 전지케이스(10) 내부에 수납되어 있고, 브릿지 부위(20)가 절곡되어 제 1 수납부(11) 및 제 2 수납부(12)의 외측변들이 서로 일치된 상태에서 브릿지 부위(20)의 특정 부위(A)가 움푹 패이는 덴트(dent) 현상이 발생한다.
따라서, 일 단위의 부재로 이루어진 전지케이스의 절곡 부위에 발생하는 덴트 현상 억제할 수 있도록 해당 부위의 강성이 확보된 전지셀에 대한 필요성이 높은 실정이다.
본 발명의 목적은, 일 단위의 부재로 이루어진 전지케이스 상에서, 2개의 수납부들의 사이를 연결하는 브릿지 부위에 만입부를 형성하여 해당 부위의 강성을 확보함으로써, 덴트 현상이 발생하지 않은 균일한 형상의 전지셀을 제공하는 것이다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전지셀은,
양극, 음극, 및 양극과 음극 사이에 분리막이 개재되어 있는 구조의 전극조립체가 내장되어 있고,
상기 전지케이스에는 전극조립체를 수납하기 위한 제 1 수납부 및 제 2 수납부가 상호 이격된 상태로 형성되어 있으며,
상기 수납부들의 사이에 위치하고 있는 브릿지(bridge) 부위에는 수납부의 깊이 방향에 평행한 만입부가 형성되어 있는 구조로 이루어진다.
여기서, 브릿지 부위란, 전지케이스 상에 형성되어 있는 제 1 수납부 및 제 2 수납부를 연결하는 부위로 이해할 수 있다.
따라서, 브릿지 부위에 국부적으로 만입부를 형성함으로써, 전지케이스가 절곡되는 과정에서 절곡 부위가 내측으로 말려 들어가거나 또는 움푹 패이는 덴트(dent) 현상을 완화할 수 있게 되는 바, 전지셀의 외관이 균일한 상태를 유지할 수 있다. 또한, 강성을 확보할 수 있는 바, 하부 찍힘에 의한 불량 현상을 방지할 수 있다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 제 1 수납부 및 제 2 수납부는 장방형 구조로 형성되어 있으며, 제 1 수납부의 깊이는 제 2 수납부의 깊이의 50% 내지 80%의 크기로 형성되어 있는 구조일 수 있다.
이 때, 제 1 수납부의 깊이가 제 2 수납부 보다 깊게 형성되는 것은, 전지케이스 상에 형성된 수납부들 중에서, 제 1 수납부에 전극조립체가 장착된 후, 절곡된 부위에 형성된 제 2 수납부에 의해 전극조립체의 상부가 덮여지는 구조를 고려한 것이다.
이러한 장방형 구조의 수납부들은 전지케이스 상에서 다양한 위치에 형성될수 있으며, 예를 들면, 상기 제 1 수납부의 수평 단면상 장변과 제 2 수납부의 수평 단면상 장변이 서로 마주보도록 제 1 수납부 및 제 2 수납부가 형성되어 있거나, 또는 제 1 수납부의 수평 단면상 단변과 제 2 수납부의 수평 단면상 단변이 서로 마주보도록 제 1 수납부 및 제 2 수납부가 형성되어 있는 구조일 수 있다.
상기 전지케이스는 1 단위의 부재로 형성되어 있으며, 제 1 수납부 및 제 2 수납부가 중첩되도록 브릿지의 인접 부위가 절곡된 구조일 수 있다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 만입부는 장방형 또는 타원형의 구조로 형성되어 있을 수 있다.
구체적으로, 만입부의 깊이가 제 1 수납부의 깊이의 20% 미만으로 형성되는 경우에는 충분한 강성을 확보하기 어려우며, 이와는 달리 50%를 초과할 경우, 라미네이트 시트로 이루어진 전지케이스의 특성 상, 크랙 또는 찢어짐 현상이 발생할 수 있고, 만입부의 형상이 유지되기 어려우므로, 만입부의 깊이는 제 1 수납부의 깊이의 20% 내지 50%의 크기로 형성되는 것이 바람직하다.
또한, 만입부의 장변은 제 1 수납부의 장변 및 제 2 수납부의 장변에 서로 평행하고, 만입부의 장변의 길이는 제 1 수납부의 장변의 길이의 70% 내지 90%의 크기로 형성되어 있는 구조일 수 있다.
한편, 본 발명은 이러한 전지셀을 제조하는 방법으로서,
(a) 전지케이스에 제 1 수납부 및 제 2 수납부를 형성하는 과정;
(b) 상기 수납부들의 사이에 위치하고 있는 브릿지 부위에 만입부를 형성하는 과정;
(c) 상기 브릿지 부위를 절곡하여 제 1 수납부 및 제 2 수납부가 중첩된 상태에서, 중첩 부위 중 일측 부위 만을 제외한 나머지 부위를 열융착하여 실링부를 형성하는 과정;
(d) 상기 수납부들에 전해액을 주입하는 과정;
(e) 상기 전지케이스의 전해액 주입부에 열융착 실링부를 형성하여 밀봉하고, 충방전을 실시하여 활성화 시키는 과정;
(f) 상기 과정(e)에서 발생한 가스를 가스 포켓에 포집하고, 가스 포켓으로부터 가스 및 잉여 전해액을 배출하는 과정;
을 포함할 수 있다.
또한, 본 발명은 상기 전지셀을 포함하는 전지팩을 제공할 수 있으며, 이러한 전지팩은 소망하는 출력 및 용량에 따라 단위 전지로서, 상기 전지셀들을 조합하여 제조될 수 있다.
따라서, 본 발명은 상기 전지팩을 포함하는 디바이스를 제공하고, 상기 디바이스는 노트북 컴퓨터, 넷북, 태블릿 PC, 휴대폰, MP3, 웨어러블 전자기기, 파워툴(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 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, 브릿지 부위에 국부적으로 만입부를 형성함으로써, 전지케이스가 절곡되는 과정에서 브릿지 부위가 전지케이스의 내측으로 움푹 패이는 덴트(dent) 현상을 방지함으로써, 균일한 외관을 갖는 전지셀을 확보할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래의 전지셀의 제조 과정에 대한 모식도이다;
도 2는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지셀을 제조하기 위해 사용되는 전지케이스의 정면도이다;
도 3은 도 2의 전지케이스의 측면도이다;
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전지셀을 제조하기 위해 사용되는 전지케이스의 정면도이다; 및
도 5는 본 발명에 따른 만입부가 브릿지 부위에 형성되어 균일한 외관을 갖는 전지케이스의 일부위의 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 2에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지셀을 제조하기 위해 사용되는 전지케이스의 정면도가 도시되어 있고, 도 3에는 도 2의 전지케이스의 측면도가 도시되어 있다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 일 단위의 부재로 이루어진 전지케이스(100) 상에는 제 1 수납부(111) 및 제 2 수납부(112)가 형성되어 있고, 상기 수납부들(111, 112)은 서로 이격되어 형성되어 있다.
상기 수납부들(111, 112)의 사이에는 이들을 연결하는 브릿지 부위(120)가 위치하고 있으며, 상기 브릿지 부위(120)에는 수납부들의 깊이 방향으로 만입된 구조의 만입부(113)가 형성되어 있다.
제 1 수납부(111) 및 제 2 수납부(112)는, 각각 장방형의 구조로 형성되어 있으며, 제 1 수납부(111)의 수평 단면상 장변(111a)과 제 2 수납부(112)의 수평 단면상 장변(112a)이 서로 마주보도록 전지케이스(100) 상에 형성되어 있다. 제 1 수납부(111)의 깊이는 제 2 수납부(112)보다 깊게 형성되어 있다.
도 4에는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전지셀을 제조하기 위해 사용되는 전지케이스의 정면도가 도시되어 있다.
도 4를 참조하면, 전지케이스(200) 상에는 제 1 수납부(211) 및 제 2 수납부(212)가 형성되어 있고, 상기 수납부들은 서로 이격되어 형성되어 있으며, 상기 수납부들(211, 212)의 사이에는 만입부(213)가 형성되어 있다.
제 1 수납부(211) 및 제 2 수납부(212)는, 각각 장방형의 구조로 형성되어 있으며, 제 1 수납부(211)의 수평 단면상 단변(211b)과 제 2 수납부(212)의 수평 단면상 단변(212b)이 서로 마주보도록 전지케이스(200) 상에 형성되어 있다.
도 2 내지 도 4를 함께 참조하면, 만입부(113, 213)는 제 1 수납부(111, 211) 및 제 2 수납부(112, 212)를 연결하는 브릿지 부위(120, 220)에 형성되어 있으며, 만입부(113, 213)는 수납부들의 형상에 대응되는 장방형 구조로 형성되어 있으나, 형상이 장방형 구조로 제한되는 것은 아니다.
전지케이스(100, 200)는 일 단위의 부재로 형성되어 있으므로, 수납부에 전극조립체를 수납한 상태에서, 제 1 수납부(111, 211) 및 제 2 수납부(112, 212)가 중첩되도록 브릿지 부위(120, 220)를 절곡하여 전극조립체를 전지케이스(100, 200)의 외부로부터 밀폐시킨다.
도 5에는 본 발명에 따른 만입부가 브릿지 부위에 형성되어 균일한 외관을 갖는 전지케이스의 일 부위가 모식적으로 도시되어 있다.
도 2 및 도 5를 함께 참조하면, 전지케이스(100)의 브릿지 부위(120)에는 만입부(113)가 형성되어 있으므로, 브릿지 부위(120)가 전지케이스(100)의 내측으로 밀려 들어감으로써 움푹 패이는 덴트 현상이 발생하는 것을 방지한다.
본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주내에서 다양한 응용 및 변형을 수행하는 것이 가능할 것이다.

Claims (13)

  1. 양극, 음극, 및 양극과 음극 사이에 분리막이 개재되어 있는 구조의 전극조립체가 내장되어 있고,
    상기 전지케이스에는 전극조립체를 수납하기 위한 제 1 수납부 및 제 2 수납부가 상호 이격된 상태로 형성되어 있으며,
    상기 수납부들의 사이에 위치하고 있는 브릿지(bridge) 부위에는 수납부의 깊이 방향과 동일한 방향으로 만입된 만입부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지셀.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 수납부 및 제 2 수납부는 장방형 구조로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지셀.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 제 1 수납부의 깊이는 제 2 수납부의 깊이의 50% 내지 80%의 크기로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지셀.
  4. 제 2 항에 있어서, 상기 제 1 수납부의 수평 단면상 장변과 제 2 수납부의 수평 단면상 장변이 서로 마주보도록 제 1 수납부 및 제 2 수납부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지셀.
  5. 제 2 항에 있어서, 상기 제 1 수납부의 수평 단면상 단변과 제 2 수납부의 수평 단면상 단변이 서로 마주보도록 제 1 수납부 및 제 2 수납부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지셀.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 전지케이스는 1 단위의 부재로 형성되어 있으며, 제 1 수납부 및 제 2 수납부가 중첩되도록 브릿지 부위가 절곡된 구조인 것을 특징으로 하는 전지셀.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 만입부는 장방형 또는 타원형의 구조로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지셀.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 만입부의 깊이는 제 1 수납부의 깊이의 20% 내지 50%의 크기로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지셀.
  9. 제 7 항에 있어서, 상기 만입부의 장변은 제 1 수납부의 장변 및 제 2 수납부의 장변에 서로 평행하고, 만입부의 장변의 길이는 제 1 수납부의 장변의 길이의 70% 내지 90%의 크기로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지셀.
  10. 제 1 항에 따른 전지셀을 제조하는 방법으로서,
    (a) 전지케이스에 제 1 수납부 및 제 2 수납부를 형성하는 과정;
    (b) 상기 수납부들의 사이에 위치하고 있는 브릿지 부위에 만입부를 형성하는 과정;
    (c) 상기 브릿지 부위를 절곡하여 제 1 수납부 및 제 2 수납부가 중첩된 상태에서, 중첩 부위 중 일측 부위 만을 제외한 나머지 부위를 열융착하여 실링부를 형성하는 과정;
    (d) 상기 수납부들에 전해액을 주입하는 과정;
    (e) 상기 전지케이스의 전해액 주입부에 열융착 실링부를 형성하여 밀봉하고, 충방전을 실시하여 활성화 시키는 과정;
    (f) 상기 과정(e)에서 발생한 가스를 가스 포켓에 포집하고, 가스 포켓으로부터 가스 및 잉여 전해액을 배출하는 과정;
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 전지셀 제조 방법.
  11. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 하나에 따른 전지셀을 포함하는 것을 특징으로 하는 전지팩.
  12. 제 11 항에 따른 전지팩을 포함하는 것을 특징으로 하는 디바이스.
  13. 제 12 항에 있어서, 상기 디바이스는 노트북 컴퓨터, 넷북, 태블릿 PC, 휴대폰, MP3, 웨어러블 전자기기, 파워툴(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 시스템인 것을 특징으로 하는 디바이스.
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