KR20190042800A - 균열 방지 구조를 포함하는 파우치형 전지케이스 및 이의 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 금속층과 수지층을 포함하는 라미네이트 시트로 이루어진 파우치형 전지케이스로서,
상기 전지케이스는 서로 분리된 상태에서 실링되는 상부케이스 및 하부케이스로 구성되고,
상기 상부케이스 및 하부케이스 가운데 적어도 하나에는 전극조립체를 수용하기 위한 오목부가 형성되어 있으며,
상기 상부케이스 및 하부케이스는 상기 오목부 외주변의 모든 코너부에 실링부가 형성되어 있고, 전극 단자가 위치하는 측면과 접하는 제 1 측면의 중심부에는 가스 배출용 미실링부가 위치하는 파우치형 전지케이스 및 이의 제조방법과, 상기 파우치형 전지케이스를 제조하기 위한 실링 블록에 관한 것이다.

Description

균열 방지 구조를 포함하는 파우치형 전지케이스 및 이의 제조방법 {Pouch-Type Battery Case Having Structure to Prevent Crack and Method for Preparing the Same}
본 발명은 균열 방지 구조를 포함하는 파우치형 전지케이스에 대한 것으로써, 구체적으로 서로 분리된 구조의 상부케이스 및 하부케이스 가운데 적어도 하나에 전극조립체를 수용하기 위한 오목부가 형성되어 있고, 상기 오목부 외주변의 모든 코너부에 실링부가 형성되어 있으며, 전극 단자가 위치하는 측면과 접하는 제 1 측면의 중심부에는 가스 배출용 미실링부가 위치하는 파우치형 전지케이스에 관한 것이다.
리튬 이차전지는 케이스의 형상에 따라, 원통형, 각형, 및 파우치형 전지로 분류된다. 원통형 전지와 각형 전지는 금속 캔에 전극조립체를 장착한 전지이며, 파우치형 전지는 통상적으로 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치형 케이스에 전극조립체를 장착한 전지이다. 그 중에서도 높은 집적도로 적층될 수 있고 중량당 에너지 밀도가 높으며 저렴하고 변형이 용이한 파우치형 전지가 최근 많은 관심을 모으고 있다.
상기 파우치형 전지는 서로 분리되는 2단의 부재로 이루어진 전지케이스들로 구성될 수 있고, 또는 1단의 부재로 이루어진 라미네이트 시트가 절곡되는 구조로 이루어질 수 있다.
최근 고용량 고효율의 이차전지에 대한 수요가 증가함에 따라, 두꺼운 두께로 제조되는 전극조립체를 수납하기 위하여 서로 분리되는 상부케이스 및 하부케이스 각각에 전극조립체 수납부가 형성된 구조의 전지케이스가 사용되고 있다.
이와 같이 서로 분리되는 구조의 상부케이스 및 하부케이스로 구성되는 전지케이스의 밀봉시, 가스 배출을 위한 미실링부를 형성하고, 상기 미실링부를 통해 가스 배출 및 전해액 주입이 이루어진다.
그러나, 이차전지의 제조과정에서 충방전 및 탈기 과정이 반복적으로 이루어지는 바, 진공 감압 상태를 설정하여 탈기하는 과정에서 전지케이스의 전극조립체 수납을 위한 오목부의 코너부에는 응력이 특히 집중하게 된다. 이에 따라 상기 오목부의 코너부 주변의 전지케이스가 찌그러지면서 주름(crack)이 발생된다.
전지케이스의 코너부에 주름이 발생하면, 반복적인 진공 감압이 이루어짐에 따라 상기 주름이 씨드(sead)가 되어 해당부분이 찢어지면서 개구가 형성되는 등 불량 전지케이스가 생산된다.
따라서, 전지케이스의 실링시 전체적으로 소문자 r 형태를 갖는 실링 블록을 사용하여 전지케이스의 오목부 코너부 주변에 주름이 발생하는 것을 방지하고 있으나, 상기와 같은 문제를 완전히 해결하지 못하고 있다.
이와 관련하여, 특허문헌 1은 전지셀의 제조과정에서 전극조립체 수납부의 외주변 중 일부를 미실링하여 가스 포켓을 형성하는 과정을 개시하고, 특허문헌 2는 전극조립체 장착을 위한 수납부 외주변 실링부의 일측에 가스 포집용 잉여부가 형성된 파우치형 전지케이스를 개시하고 있으나, 전극조립체 수납부의 코너부에 생기는 주름을 방지하기 위한 기술을 개시하지 못하고 있다.
따라서, 파우치형 전지의 제조 과정에서 전극조립체 수납을 위한 오목부의 코너부에서 발생하는 주름을 방지할 수 있는 기술에 대한 필요성이 높은 실정이다.
한국 등록특허공보 제 1726783 호 한국 등록특허공보 제 1159099 호
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하기 위하여, 파우치형 전지케이스로서 전극조립체를 수용하기 위한 오목부 외주변의 모든 코너부가 실링되어 있고, 상기 오목부의 외주변 가운데 일측 외주변에 형성되는 가스 배출을 위한 미실링부를 상기 일측 외주변의 중심부에 형성하는 경우, 상기 오목부 외주변의 코너부에 주름이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
또한, 전극조립체 수납을 위한 오목부 주변의 코너부는 밀봉되고, 측면 실링부 일부가 미실링되도록 개방된 형태의 실링 블록을 사용함으로써, 전지케이스의 코너부에 주름이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 파우치형 전지케이스는,
금속층과 수지층을 포함하는 라미네이트 시트로 이루어진 파우치형 전지케이스로서,
상기 전지케이스는 서로 분리된 상태에서 실링되는 상부케이스 및 하부케이스로 구성되고,
상기 상부케이스 및 하부케이스 가운데 적어도 하나에는 전극조립체를 수용하기 위한 오목부가 형성되어 있으며,
상기 상부케이스 및 하부케이스는 상기 오목부 외주변의 모든 코너부에 실링부가 형성되어 있고, 전극 단자가 위치하는 측면과 접하는 제 1 측면의 중심부에는 가스 배출용 미실링부가 위치하는 구조일 수 있다.
고출력 고용량의 이차전지에 대한 수요가 증가함에 따라 전극조립체의 두께가 증가하게 되고, 두꺼워진 전극조립체를 수용하기 위하여 전극조립체를 수용하기 위한 오목부의 깊이도 깊어지고 있다. 그러나, 수지층 및 금속층을 포함하는 라미네이트 시트로 이루어진 전지케이스의 성질을 고려할 때, 깊은 오목부를 형성하는 것은 전지케이스의 두께가 증가될 수 있으므로 용이하지 않다. 이에, 상부케이스 및 하부케이스 각각에 전극조립체를 수용하기 위한 오목부를 형성하고 상기 오목부에 두꺼운 전극조립체를 수용함으로써, 고용량의 이차전지용 전지케이스로 사용할 수 있다.
상기 전극조립체는 긴 시트형의 양극들과 음극들을 분리막이 개재된 상태에서 권취한 구조의 젤리-롤형(권취형) 전극조립체, 소정 크기의 단위로 절취한 다수의 양극과 음극들을 분리막을 개재한 상태로 순차적으로 적층한 스택형(적층형) 전극조립체, 소정 단위의 양극과 음극들을 분리막을 개재한 상태로 적층한 바이셀(Bi-cell), 풀셀(Full cell)들을 분리막 시트로 권취한 구조의 스택/폴딩형 전극조립체 또는 바이셀, 풀셀들이 분리막이 개재된 상태로 적층되어 접합된 구조의 라미네이션/스택형 전극조립체일 수 있다.
상기 스택형 전극조립체, 스택/폴딩형 전극조립체 및 라미네이션/스택형 전극조립체는 양극 탭 및 음극 탭이 서로 반대 방향으로 돌출된 구조로 이루어질 수 있고, 또는 서로 동일한 측면으로 돌출되는 구조로 이루어질 수 있는 바, 대용량의 이차전지를 제조하는 경우 외부 디바이스와의 연결을 용이하게 하기 위하여 양극 탭 및 음극 탭이 서로 반대 방향으로 돌출된 구조의 전극조립체를 사용할 수 있다.
상기 파우치형 전지케이스의 제조 과정에서, 전극조립체를 전지케이스에 수납하고 가스 배출 및 전해액 주입을 위한 일측 외주변을 제외한 나머지 외주변을 실링한 후 전지의 활성화를 위한 충방전과 탈기 과정을 수회 실시하는 바, 가스 배출을 위한 진공 감압 과정에서 전지케이스가 찌그러지면서 주름이 발생한다.
특히, 전극조립체가 수납되는 오목부의 코너부는, 오목부의 성형을 위해 연신된 부분이기 때문에 다른 부분에 비해 상대적으로 두께가 얇아진 상태인 바, 진공 감압 과정에서 주름이 발생할 가능성이 높은 부분이다.
이에, 본 발명과 같이, 전지의 탈기 과정 이전에 상기 오목부 외주변의 모든 코너부를 미리 완전히 실링하고, 가스 배출을 위한 미실링부를 코너부가 아닌 측면 외주변의 중심부에 형성하는 경우, 코너부에서 주름이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
즉, 상기 오목부의 외주변은, 상기 가스 배출용 미실링부를 제외한 모든 부분이 실링된 구조로 이루어질 수 있는 바, 가스 배출을 위한 탈기 과정 이전에 가스 배출부를 제외한 모든 오목부의 외주변을 실링하기 때문에 전지케이스의 형상 변형을 최소화하게 된다. 따라서, 전지케이스의 불량률을 현저히 감소시킬 수 있다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 제 1 측면은 중심부에 미실링 영역이 형성되고 양측 끝단부에는 실링부가 형성되고, 상기 제 1 측면에서 상기 실링부의 길이는 제 1 측면의 전체 길이를 기준으로 35 % 이상으로 이루어질 수 있다.
상기 실링부는 제 1 측면의 양측 끝단에 동일한 길이로 형성되는 것이 바람직하며, 상기 제 1 측면의 전체 길이를 기준으로 35 %보다 짧게 형성되는 경우에는 코너부에 주름이 발생하는 것을 방지하기 어려우므로 바람직하지 않다. 다만, 가스 배출을 위한 통로를 충분히 확보하기 위하여 상기 미실링부는 제 1 측면의 전체 길이를 기준으로 50 % 이상으로 형성되는 것이 바람직하다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 제 1 측면과 인접하는 제 2 측면 또는 제 4 측면에 양극 단자(또는 음극 단자) 및 음극 단자(또는 양극 단자)가 각각 위치하고, 상기 제 1 측면과 제 2 측면이 만나는 코너부의 실링부 및 상기 제 1 측면과 제 4 측면이 만나는 코너부의 실링부는 상기 오목부와 접하도록 위치하는 구조일 수 있다.
상기 제 1 측면과 제 2 측면이 만나는 코너부의 실링부 및 상기 제 1 측면과 제 4 측면이 만나는 코너부의 실링부가 상기 오목부와 이격되도록 위치하는 경우, 상기 오목부의 외주변에 미실링부가 형성되기 때문에 오목부의 형상이 쉽게 변형될 수 있는 바, 주름이 발생할 가능성이 높아지므로 바람직하지 않다.
본 발명은 상기 파우치형 전지케이스를 제조하기 위한 실링 블록을 제공하는 바, 상기 실링 블록은,
상기 파우치형 전지케이스의 패키징 과정에서 가스 배출부의 반대 방향인 외주변 실링부 전체를 밀봉하기 위한 제 1 블록; 및
상기 제 1 블록의 양측 끝단에서 상기 제 1 블록과 수직 방향으로 결합되며, 전극 탭이 돌출되는 전극조립체 외주변과 평행하도록 직선 형태로 이루어진 직선부, 및 상기 직선부와 수직인 방향으로 돌출되어 연장된 균열 방지부로 구성되는 제 2 블록 및 제 3 블록으로 구성되며,
상기 균열 방지부의 연장 길이는 전지케이스의 길이 방향의 전체 길이를 기준으로 18% 이상으로 이루어질 수 있다.
즉, 상기 실링 블록은 파우치형 전지케이스의 외주변 가운데, 가스 배출을 위한 일측 외주변의 중심부는 실링하지 않고, 나머지 외주변을 실링하는 구조로 이루어진다.
상기 제 1 블록은 상기 제 2 블록 및 제 3 블록과 분리된 구조로 이루어질 수 있는 바, 파우치형 전지케이스의 장축 방향과 대응되는 위치에 사용되는 제 1 블록은, 실링하고자 하는 파우치형 전지케이스의 장축 방향 길이에 따라 교체 사용이 가능한 구조일 수 있다.
상기 직선부 및 균열 방지부로 구성되는 제 2 블록 및 제 3 블록은 평면상 소문자 알파벳 r과 같은 형상으로 이루어지며, 일반적으로 전극조립체에서 서로 다른 방향으로 전극 탭이 돌출된 구조인 경우, 전극 탭이 돌출된 방향과 수직인 중심 축을 기준으로 전극조립체의 양측이 서로 대칭인 구조로 이루어지는 점을 고려할 때, 상기 제 2 블록 및 제 3 블록은 서로 대칭인 형태로 이루어지고, 동일한 크기로 이루어질 수 있다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 제 1 블록은 상기 제 2 블록 및 제 3 블록과 일체형으로 이루어질 수 있는 바, 서로 연결된 구조의 실링 블록을 사용하기 때문에 실링을 위하여 실링 블록들의 위치 설정에 필요한 시간을 단축시킬 수 있다.
상기 균열 방지부의 전극조립체 수납용 오목부와 대면하는 면은 상기 오목부의 코너부와 대응되는 곡률 반경을 갖는 라운딩 구조로 이루어질 수 있다.
상기 실링 블록이 상기 전극조립체 수납용 오목부와 인접하도록 위치하는 경우 상기 오목부 외주변에 실링부가 형성되기 때문에 전지케이스에 주름이 발생하는 것을 방지할 수 있는 바, 상기 오목부와 대면하는 상기 균열 방지부의 일측면은 오목부의 외주변과 인접하게 위치하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 균열 방지부는 상기 오목부의 코너부의 형상과 대응되도록 라운딩 구조로 이루어질 수 있으며, 구체적으로, 상기 균열 방지부의 곡률 반경이 상기 오목부의 코너부의 곡률 반경과 대응되는 경우 서로 일치하는 크기 및 형상으로 이루어지기 때문에 상기 오목부의 인접 외주변에 실링부가 형성되는 바, 전지케이스에 주름이 발생하는 것을 최소화할 수 있다.
상기 균열 방지부는, 상기 전지케이스의 길이 방향 외주변의 양측 끝단에서 중심 방향으로 실링부가 형성되도록, 제 2 블록과 제 3 블록이 서로 마주보는 방향으로 연장되는 바, 상기 균열 방지부의 연장 길이가 전지케이스의 길이 방향의 전체 길이를 기준으로 18 % 보다 짧은 경우에는, 밀봉부의 길이가 짧아지기 때문에 전지케이스에 주름이 형성될 수 있으므로 바람직하지 않다. 또한, 가스 배출 통로를 충분히 확보하기 위하여 상기 미실링부는 전지케이스의 길이 방향의 전체 길이를 기준으로 50 % 이상으로 형성되는 것이 바람직하다.
본 발명은 또한, 상기 파우치형 전지케이스의 실링 방법을 제공한다.
구체적으로, 상기 파우치형 전지케이스의 실링 방법은,
(a) 양극 탭 및 음극 탭이 서로 다른 방향으로 돌출된 구조의 전극조립체를 수납한 상부케이스 및 하부케이스의 실링 예정부가 대면하도록 위치시키는 단계;
(b) 상기 양극 탭 및 음극 탭이 돌출된 방향의 외주변 전체, 가스 배출 방향의 반대 방향의 외주변 전체 및 상기 가스 배출 방향의 외주변 양측 끝단부에 실링 블록을 위치시키는 단계; 및
(c) 상기 실링 블록을 가압 및/또는 가열하여 실링하는 단계;
를 포함하고, 상기 가스 배출 방향의 외주변 일측 끝단부에 위치하는 실링 블록의 길이는 상기 가스 배출 방향의 외주변 전체 길이를 기준으로 18 % 이상일 수 있다.
즉, 양극 탭 및 음극 탭이 돌출된 방향과 가스 배출 방향의 반대 방향의 외주변을 모두 실링할 수 있고, 가스 배출 방향의 외주변은 중심부가 미실링될 수 있는 구조의 실링 블록을, 전극조립체 수납용 오목부의 외주변에 위치시킨 후 상기 실링 블록을 가압 및/또는 가열하여 실링할 수 있다.
상기 가스 배출 방향의 외주변 일측 끝단부의 길이가 상기 가스 배출 방향의 외주변 전체 길이를 기준으로 18 % 보다 짧은 경우에는, 밀봉부의 길이가 짧아지기 때문에 전지케이스에 주름이 형성될 수 있으므로 바람직하지 않다. 또한, 가스 배출 통로를 충분히 확보하기 위하여 상기 미실링부는 전지케이스의 길이 방향의 전체 길이를 기준으로 50 % 이상으로 형성되는 것이 바람직하다.
상기 단계 (b)에서 상기 실링 블록은 전극조립체 수납용 오목부의 외주변과 인접하도록 위치시킬 수 있는 바, 이와 같이 실링 블록을 상기 오목부의 외주변과 인접하도록 위치시키는 경우에는, 상기 오목부의 외주변에 실링부가 형성되기 때문에 전지케이스에 주름이 발생할 위험을 더욱 감소시킬 수 있다.
상기 단계 (c)와 같이 전지케이스를 실링한 이후에, (d) 가스를 배출하는 단계를 더 포함할 수 있으며, 구체적으로, 전해액 주입 단계, 최초 충방전 단계 후에 가스를 배출하는 단계를 수행할 수 있고, 전지의 충방전 단계와 가스를 배출하는 단계를 수회 반복하여 수행할 수 있다.
본 발명은 또한, 상기 파우치형 전지케이스를 포함하는 이차전지를 제공하며, 상기 이차전지를 포함하는 전지팩을 제공한다.
상기 전지팩은 고온 안전성 및 긴 사이클 특성과 높은 레이트 특성 등이 요구되는 디바이스의 전원으로 사용될 수 있으며, 이러한 디바이스의 상세한 예로는, 모바일 전자기기(mobile device), 웨어러블 전자기기(wearable device), 전지적 모터에 의해 동력을 받아 움직이는 파워 툴(power tool); 전기자동차(Electric Vehicle, EV), 하이브리드 전기자동차(Hybrid Electric Vehicle, HEV), 플러그-인 하이브리드 전기자동차(Plug-in Hybrid Electric Vehicle, PHEV) 등을 포함하는 전기차; 전기 자전거(E-bike), 전기 스쿠터(E-scooter)를 포함하는 전기 이륜차; 전기 골프 카트(electric golf cart); 전력 저장 장치(Energy Storage System) 등을 들 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
이들 디바이스의 구조 및 그것의 제작 방법은 당업계에 공지되어 있으므로, 본 명세서에서는 그에 대한 자세한 설명은 생략한다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 파우치형 전지케이스 및 이의 제조방법은 전극조립체 수납을 위한 오목부의 외주변의 모든 코너부가 실링되고, 가스 배출을 위한 미실링부를 상기 오목부의 일측 외주변의 중심부에 형성하는 바, 전지케이스 내부의 가스를 배출하기 위하여 진공 감압 상태를 반복함에 따라 상기 오목부의 코너부에 응력이 집중되어 주름이 발생하는 문제를 방지할 수 있다.
또한, 상기와 같은 실링부와 대응되는 형태를 갖는 실링 블록을 제공하는 바, 한 차례의 실링 과정을 통하여 용이한 방법으로 전지케이스의 불량률을 감소시킬 수 있다.
도 1은 하나의 실시예에 따른 파우치형 전지케이스의 평면도이다.
도 2는 하나의 실시예에 따른 실링 블록의 평면도이다.
도 3은 다른 하나의 실시예에 따른 실링 블록의 평면도이다.
도 4는 하나의 실시예에 따른 실링 블록이 적용된 파우치형 전지케이스의 평면도이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 쉽게 실시할 수 있는 실시예를 상세히 설명한다. 다만, 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 동작 원리를 상세하게 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.
또한, 도면 전체에 걸쳐 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 사용한다. 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 연결되어 있다고 할 때, 이는 직접적으로 연결되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고, 간접적으로 연결되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 어떤 구성요소를 포함한다는 것은 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라, 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
본 발명을 도면에 따라 상세한 실시예와 같이 설명한다.
도 1은 하나의 실시예에 따른 파우치형 전지케이스의 평면도를 모식적으로 도시하고 있다.
도 1을 참조하면, 파우치형 전지케이스(100)는 중심부에 형성된 전극조립체 수납을 위한 오목부(110)에 전극조립체(111)가 수납되어 있고, 전극조립체(111)의 상부에는 양극 단자(101)가 돌출되어 있으며, 하부에는 음극 단자(103)가 돌출되어 있다. 양극 단자(101)의 상하면에는 리드 필름(102)이 부착되어 있고, 음극 단자(103)의 상하면에는 리드 필름(104)이 부착된 상태에서 전지케이스에 열융착 실링되어 있다.
전지케이스는 오목부(110)의 외주변인 네 개의 코너부(121, 122, 123, 124)가 모두 실링되어 있고, 상부 실링부(142), 하부 실링부(144) 및 좌측 실링부(143) 전체가 실링되어 있다. 우측 실링부(141)는 코너부(122, 124)와 양측 끝단부는 실링되어 있으나, 중심부에는 미실링부(131)가 형성되어 있는 바, 미실링부(131)를 통해 전지 내부에서 발생한 가스의 배출이 이루어진다.
도 2는 하나의 실시예에 따른 실링 블록의 평면도를 모식적으로 도시하고 있다.
도 2를 참조하면, 실링 블록(310)은 제 1 블록(a), 제 2 블록(b) 및 제 3 블록(c)으로 이루어지며, 실링 블록(310)은 제 1 블록(a), 제 2 블록(b) 및 제 3 블록(c)은 서로 분리되는 구조로 이루어진다.
제 1 블록(a)은 전지케이스에서 가스 배출 방향과 반대 방향의 외주변을 실링하기 위한 것으로 평면상 직선형으로 이루어지고, 전체적으로 직육면체와 유사한 형태로 이루어진다. 제 1 블록(a)은 밀봉하고자 하는 전지케이스의 길이와 대응되는 길이를 갖는 것으로 선택적으로 적용이 가능하다.
제 2 블록(b)과 제 3 블록(c)은 서로 동일한 크기로 이루어지고, 거울상 대칭인 형태이며, 제 1 블록(a)의 양측 끝단에서 직선형의 제 1 블록(a)과 수직인 방향으로 접하는 직선부(311) 및 직선부(311)의 중심부에서 서로 대향하는 방향인 수직인 방향으로 돌출되어 연장된 균열 방지부(312)로 이루어진다.
제 2 블록(b) 및 제 3 블록(c)은 직선부(311)와 균열 방지부(312)가 연결되는 부분의 일측 코너부가 라운딩 구조로 이루어지는 바, 전극조립체 수납을 위한 오목부가 형성되는 방향과 대면하는 방향의 코너부에 라운딩 구조가 형성되어 있다.
또한, 제 2 블록(b) 및 제 3 블록(c)의 직선부(311)와 균열 방지부(312)가 연결되는 부분의 타측 코너부는 서로 직각 구조로 이루어진다.
도 3은 다른 하나의 실시예에 따른 실링 블록의 평면도를 모식적으로 도시하고 있다.
도 3을 참조하면, 실링 블록(320)은 전체적으로 U자형으로 이루어지고, 하측 중심부에 위치하는 제 1 블록(321, 제 1 블록(321)의 양측 끝단에서 수직인 일측 방향으로 연장되는 제 2 블록(322) 및 제 3 블록(323)으로 구성된다.
제 1 블록(321), 제 2 블록(322) 및 제 3 블록(323)은 서로 연결된 구조로 이루어진다.
제 2 블록(322)은 도 2의 제 2 블록(b)과 동일한 형상으로 이루어지고, 제 3 블록(323)은 도 2의 제 3 블록(c)과 동일한 형상으로 이루어지는 바, 제 2 블록(322)은 직선부(322a) 및 직선부(322a)와 수직인 방향으로 연장되는 균열 방지부(322b)로 이루어지고, 제 3 블록(323)은 직선부(323a) 및 직선부(323a)와 수직인 방향으로 연장되는 균열 방지부(322b)로 이루어진다.
구체적인 제 2 블록(322) 및 제 3 블록(323)의 구조는 각각 도 2의 제 2 블록(b) 및 제 3 블록(c)의 구조와 동일 한 바, 제 2 블록(322) 및 제 3 블록(323)의 설명을 생략한다.
도 4는 하나의 실시예에 따른 실링 블록이 적용된 파우치형 전지케이스의 평면도를 모식적으로 도시하고 있다.
도 4를 참조하면, 전지케이스(200)는 전극조립체 수납용 오목부(210)가 형성되어 있고, 오목부(210)에는 전극조립체(211)가 수납되어 있다. 전극조립체(211)에서 상향 돌출된 양극 단자(201) 및 하향 돌출된 음극 단자(203) 각각은 리드 필름(202, 204)이 개재된 상태로 전지케이스의 외주변에 개재되어 밀봉되어 있다.
오목부(210)의 외주변에는 실링 블록이 위치하고 있는 바, 실링 블록은 가스 배출부(235)와 반대 방향의 외주변에 위치하는 제 1 블록(241), 전극 단자가 돌출된 방향의 외주변에 각각 위치하는 제 2 블록(242) 및 제 3 블록(243)으로 구성되고, 제 2 블록(242)은 직선부(242a) 및 균열 방지부(242b)로 구성되며, 제 3 블록(243)은 직선부(243a) 및 균열 방지부(243b)로 구성된다.
제 2 블록(242)의 균열 방지부(242b) 및 제 3 블록(243)의 균열 방지부(243b)의 오목부(210)와 대면하는 방향의 코너부(231, 232)는 라운딩 형상으로 이루어지고 전극조립체 수납용 오목부와 인접하게 위치한다.
제 2 블록(242)의 균열 방지부(242b)의 길이(H2)와 제 3 블록(243)의 균열 방지부(243b)의 길이(H2)는 서로 동일하고, 각각의 균열 방지부의 길이(H2)는 전지케이스의 길이 방향의 전체 길이(H1)를 기준으로 18 % 이상으로 형성된다.
이하에서는, 본 발명의 실시예를 참조하여 설명하지만, 이는 본 발명의 더욱 용이한 이해를 위한 것으로, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.
<실시예 1>
전극조립체 수납용 오목부가 형성된 상부케이스 및 하부케이스를 준비하고, 상부케이스 및 하부케이스의 외주변이 일치하도록 위치시킨다.
상기 상부케이스 및 하부케이스의 길이 방향 길이는 320 mm이다.
가스 배출용 미실링부가 형성되는 일측 외주변을 제외하고, 모든 오목부의 외주변 코너부를 포함하여 세 방향의 외주변들을 밀봉한다.
가스 배출용 미실링부가 형성되는 방향의 외주변에서, 상기 미실링부는 중심부에 형성되며, 동일한 방향의 양측 끝단부에서 중심 방향으로 60 mm의 길이의 실링부가 형성되도록 밀봉한다.
이와 같이 제조된 전지케이스를 진공 챔버에 위치시킨 후 탈기 과정을 진행하기 위하여, 진공 감압 과정 및 상압으로 가압하는 과정을 수행하였다.
탈기 과정 이전과 이후 상태의 코너부를 비교한 결과를 도 5에 도시하였다.
<비교예 1>
가스 배출용 미실링부가 형성되는 방향의 외주변에서, 양측 끝단부에서 중심 방향으로 10 mm의 실링부가 형성되도록 밀봉한 점을 제외하고, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 제조된 전지케이스를 사용하여 탈기 과정을 진행하고, 탈기 과정 이전과 이후 상태의 코너부를 비교한 결과를 도 5에 도시하였다.
<비교예 2>
가스 배출용 미실링부가 형성되는 방향의 외주변에서, 양측 끝단부에서 중심 방향으로 20 mm의 실링부가 형성되도록 밀봉한 점을 제외하고, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 제조된 전지케이스를 사용하여 탈기 과정을 진행하고, 탈기 과정 이전과 이후 상태의 코너부를 비교한 결과를 도 5에 도시하였다.
<비교예 3>
가스 배출용 미실링부가 형성되는 방향의 외주변에서, 양측 끝단부에서 중심 방향으로 30 mm의 실링부가 형성되도록 밀봉한 점을 제외하고, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 제조된 전지케이스를 사용하여 탈기 과정을 진행하고, 탈기 과정 이전과 이후 상태의 코너부를 비교한 결과를 도 5에 도시하였다.
<비교예 4>
가스 배출용 미실링부가 형성되는 방향의 외주변에서, 양측 끝단부에서 중심 방향으로 40 mm의 실링부가 형성되도록 밀봉한 점을 제외하고, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 제조된 전지케이스를 사용하여 탈기 과정을 진행하고, 탈기 과정 이전과 이후 상태의 코너부를 비교한 결과를 도 5에 도시하였다.
<비교예 5>
가스 배출용 미실링부가 형성되는 방향의 외주변에서, 양측 끝단부에서 중심 방향으로 50 mm의 실링부가 형성되도록 밀봉한 점을 제외하고, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 제조된 전지케이스를 사용하여 탈기 과정을 진행하고, 탈기 과정 이전과 이후 상태의 코너부를 비교한 결과를 도 5에 도시하였다.
도 5를 참조하면, 비교예 1 내지 5에서 제조된 전지케이스는 탈기 과정 이후에 오목부의 깊이 방향 측벽이 오목부 내측으로 구부러진 것을 확인할 수 있다. 반면에, 실시예 1에서 제조된 전지케이스는 탈기 과정을 거친 후에도 오목부의 깊이 방향 측벽이 오목부 내측으로 구부러지지 않고 평평한 상태를 유지하고 있다.
이와 같이, 본 발명에 따른 파우치형 전지케이스와 같이, 전지케이스의 길이 방향 길이가 320 mm일 때, 전극조리립체 수납용 오목부의 코너부에서 실링부의 길이를 적어도 60 mm 이상 형성하는 경우, 전지케이스 코너부의 형상 변형을 방지함으로써 전지케이스에 주름이 생기는 불량률을 감소시킬 수 있다.
본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주내에서 다양한 응용 및 변형을 수행하는 것이 가능할 것이다.
100, 200 : 파우치형 전지케이스
101, 103, 201, 203 : 전극 단자
102, 104, 202, 204 : 리드 필름
110, 210 : 전극조립체 수납용 오목부
111, 211 : 전극조립체
121, 122, 123, 124 : 전극조립체 수납용 오목부의 외주변 코너부
131, : 미실링부
141 : 우측 실링부(제 1 측면)
142 : 상부 실링부(제 2 측면)
143 : 좌측 실링부(제 3 측면)
144 : 하부 실링부(제 4 측면)
231 : 제 2 블록의 코너부
232 : 제 3 블록의 코너부
235 : 가스 배출부
241, (a), 321 : 제 1 블록
242, (b), 322 : 제 2 블록
243, (c), 323 : 제 3 블록
242a, 243a, 311, 322a, 323a : 직선부
242b, 243b, 312, 322b, 323b : 균열 방지부
310, 320 : 실링 블록
H1 : 전지케이스의 길이 방향의 전체 길이
H2 : 균열 방지부의 길이

Claims (12)

  1. 금속층과 수지층을 포함하는 라미네이트 시트로 이루어진 파우치형 전지케이스로서,
    상기 전지케이스는 서로 분리된 상태에서 실링되는 상부케이스 및 하부케이스로 구성되고,
    상기 상부케이스 및 하부케이스 가운데 적어도 하나에는 전극조립체를 수용하기 위한 오목부가 형성되어 있으며,
    상기 상부케이스 및 하부케이스는 상기 오목부 외주변의 모든 코너부에 실링부가 형성되어 있고, 전극 단자가 위치하는 측면과 접하는 제 1 측면의 중심부에는 가스 배출용 미실링부가 위치하는 파우치형 전지케이스.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 오목부의 외주변은, 상기 가스 배출용 미실링부를 제외한 모든 부분이 실링된 구조인 파우치형 전지케이스.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 측면에서 상기 실링부의 길이는 제 1 측면의 전체 길이를 기준으로 35 % 이상인 파우치형 전지케이스.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 측면과 인접하는 제 2 측면 또는 제 4 측면에 양극 단자 및 음극 단자가 각각 위치하고,
    상기 제 1 측면과 제 2 측면이 만나는 코너부의 실링부 및 상기 제 1 측면과 제 4 측면이 만나는 코너부의 실링부는 상기 오목부와 접하도록 위치하는 파우치형 전지케이스.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 따른 파우치형 전지케이스를 제조하기 위한 실링 블록으로서,
    상기 파우치형 전지케이스의 패키징 과정에서 가스 배출부의 반대 방향인 외주변 실링부 전체를 밀봉하기 위한 제 1 블록; 및
    상기 제 1 블록의 양측 끝단에서 상기 제 1 블록과 수직 방향으로 결합되며, 전극 탭이 돌출되는 전극조립체 외주변과 평행하도록 직선 형태로 이루어진 직선부, 및 상기 직선부와 수직인 방향으로 돌출되어 연장된 균열 방지부로 구성되는 제 2 블록 및 제 3 블록으로 구성되며,
    상기 균열 방지부의 연장 길이는 전지케이스의 길이 방향의 전체 길이를 기준으로 18 % 이상인 실링 블록.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 제 2 블록 및 제 3 블록은 서로 대칭인 형태로 이루어지고, 동일한 크기로 이루어진 실링 블록.
  7. 제 5 항에 있어서, 상기 제 1 블록은 상기 제 2 블록 및 제 3 블록과 일체형으로 이루어진 실링 블록.
  8. 제 5 항에 있어서, 상기 균열 방지부의 전극조립체 수납용 오목부와 대면하는 면은 상기 오목부의 코너부와 대응되는 곡률 반경을 갖는 라운딩 구조로 이루어진 실링 블록.
  9. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 따른 파우치형 전지케이스의 실링 방법으로서,
    (a) 양극 탭 및 음극 탭이 서로 다른 방향으로 돌출된 구조의 전극조립체를 수납한 상부케이스 및 하부케이스의 실링 예정부가 대면하도록 위치시키는 단계;
    (b) 상기 양극 탭 및 음극 탭이 돌출된 방향의 외주변 전체, 가스 배출 방향의 반대 방향의 외주변 전체 및 상기 가스 배출 방향의 외주변 양측 끝단부에 실링 블록을 위치시키는 단계; 및
    (c) 상기 실링 블록을 가압 및/또는 가열하여 실링하는 단계;
    를 포함하고,
    상기 가스 배출 방향의 외주변 일측 끝단부에 위치하는 실링 블록의 길이는 상기 가스 배출 방향의 외주변 전체 길이를 기준으로 18 % 이상인 파우치형 전지케이스 실링 방법.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 단계 (b)에서 상기 실링 블록은 전극조립체 수납용 오목부의 외주변과 인접하도록 위치하는 파우치형 전지케이스 실링 방법.
  11. 제 9 항에 있어서, 상기 단계 (c) 이후에, (d) 가스를 배출하는 단계를 더 포함하는 파우치형 전지케이스 실링 방법.
  12. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 따른 파우치형 전지케이스를 포함하는 이차전지.
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