KR20210011813A - 이차 전지용 전지 케이스 및 파우치 형 이차 전지 - Google Patents

이차 전지용 전지 케이스 및 파우치 형 이차 전지 Download PDF

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KR20210011813A
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박민수
김영하
홍의진
강다희
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주식회사 엘지화학
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Abstract

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 이차 전지용 전지 케이스는 전극 및 분리막이 적층된 전극 조립체를 내부에 수용하는 파우치 형 전지 케이스에 있어서, 파우치 필름에 각각 함몰 형성되는 제1 컵부 및 제2 컵부; 상기 제1 컵부 및 상기 제2 컵부의 사이에, 상기 제1 컵부 및 상기 제2 컵부가 서로 마주보는 모서리의 길이 방향으로 형성되며, 상기 전극 조립체의 일측이 수납되는 수납부; 및 상기 수납부의 양 단으로부터, 두께 방향으로 단차를 가지며 길이 방향으로 연장되고, 상기 파우치 필름에 함몰 형성되는 경사부를 포함한다.

Description

이차 전지용 전지 케이스 및 파우치 형 이차 전지{The Case For Secondary Battery And The Pouch Type Secondary Battery}
본 발명은 이차 전지용 전지 케이스 및 파우치 형 이차 전지에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 사이즈의 오차를 감소시키고, 부피 대비 에너지 밀도를 증가시킬 수 있는 이차 전지용 전지 케이스 및 파우치 형 이차 전지에 관한 것이다.
일반적으로, 이차 전지의 종류로는 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 리튬 이온 전지 및 리튬 이온 폴리머 전지 등이 있다. 이러한 이차 전지는 디지털 카메라, P-DVD, MP3P, 휴대폰, PDA, Portable Game Device, Power Tool 및 E-bike 등의 소형 제품뿐만 아니라, 전기 자동차나 하이브리드 자동차와 같은 고출력이 요구되는 대형 제품과 잉여 발전 전력이나 신재생 에너지를 저장하는 전력 저장 장치와 백업용 전력 저장 장치에도 적용되어 사용되고 있다.
전극 조립체를 제조하기 위해, 양극(Cathode), 분리막(Separator) 및 음극(Anode)을 제조하고, 이들을 적층한다. 구체적으로, 양극 활물질 슬러리를 양극 집전체에 도포하고, 음극 활물질 슬러리를 음극 집전체에 도포하여 양극(Cathode)과 음극(Anode)을 제조한다. 그리고 상기 제조된 양극 및 음극의 사이에 분리막(Separator)이 개재되어 적층되면 단위 셀(Unit Cell)들이 형성되고, 단위 셀들이 서로 적층됨으로써, 전극 조립체가 형성된다. 그리고 이러한 전극 조립체가 특정 케이스에 수용되고 전해액을 주입하면 이차 전지가 제조된다.
이러한 이차 전지는 전극 조립체를 수용하는 전지 케이스의 재질에 따라, 파우치 형(Pouch Type) 및 캔 형(Can Type) 등으로 분류된다. 파우치 형(Pouch Type)은 형태가 일정하지 않은 유연한 폴리머 재질로 제조된 파우치에 전극 조립체를 수용한다. 그리고, 캔 형(Can Type)은 형태가 일정한 금속 또는 플라스틱 등의 재질로 제조된 케이스에 전극 조립체를 수용한다.
파우치 형 전지 케이스는, 유연성을 가지는 파우치 필름에 드로잉(Drawing) 성형을 하여, 컵부를 형성함으로써 제조된다. 이러한 드로잉 성형은 프레스에 파우치 필름을 삽입하고 펀치로 파우치 필름에 압력을 인가하여, 파우치 필름을 연신시킴으로써 수행된다. 그리고 컵부가 형성되면, 상기 컵부의 수용 공간에 전극 조립체를 수납하고 전지 케이스를 폴딩한 후 실링부를 실링하여 이차 전지를 제조한다.
파우치 필름에 컵부를 성형할 때에는, 하나의 파우치 필름에 대칭이 되는 두 개의 컵부를 서로 이웃하게 드로잉 성형할 수도 있다. 그리고, 하나의 컵부의 수용 공간에 전극 조립체를 수납한 후에, 두 개의 컵부가 서로 마주보도록 전지 케이스를 폴딩할 수 있다. 그러면, 두 개의 컵부가 하나의 전극 조립체를 수용하므로, 컵부가 하나일 때보다 두께가 더 두꺼운 전극 조립체도 수용할 수 있다. 또한, 전지 케이스가 폴딩됨으로써 이차 전지의 하나의 모서리가 형성되므로, 추후에 실링 공정을 수행할 때 4개가 아닌 나머지 3개의 모서리만을 실링할 수 있다. 따라서, 실링되는 모서리를 감소시켜 공정 속도를 향상시킬 수 있고, 트리밍 공정 수도 감소시킬 수도 있다.
도 1은 종래의 파우치 형 이차 전지(3)의 평면도이다.
종래에는 전지 케이스를 폴딩하고 열 및 압력을 인가하여 실링하면, 이차 전지(3)의 폴딩된 상기 하나의 모서리, 즉 폴딩부(336)의 일부가 외측으로 돌출되었다. 이를 박쥐 귀(Bat Ear, 2)라고 한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 이러한 박쥐 귀(2)가 돌출 형성되면, 불필요한 부피가 더 증가하므로, 이차 전지(3)의 설계된 사이즈에서 오차가 발생한다. 따라서, 이차 전지(3)들을 전지 모듈 등으로 조립할 때 조립이 용이하지 않고, 처음부터 사이즈를 작게 설계해야 하는 문제가 있다. 또한, 전체적으로 이차 전지(3)의 부피를 증가시키므로, 부피 대비 에너지 밀도가 감소하는 문제도 있다.
한국공개공보 제2019-0010434호
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 사이즈의 오차를 감소시키고, 부피 대비 에너지 밀도를 증가시킬 수 있는 이차 전지용 전지 케이스 및 파우치 형 이차 전지를 제공하는 것이다.
본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 이차 전지용 전지 케이스는 전극 및 분리막이 적층된 전극 조립체를 내부에 수용하는 파우치 형 전지 케이스에 있어서, 파우치 필름에 각각 함몰 형성되는 제1 컵부 및 제2 컵부; 상기 제1 컵부 및 상기 제2 컵부의 사이에, 상기 제1 컵부 및 상기 제2 컵부가 서로 마주보는 모서리의 길이 방향으로 형성되며, 상기 전극 조립체의 일측이 수납되는 수납부; 및 상기 수납부의 양 단으로부터, 두께 방향으로 단차를 가지며 길이 방향으로 연장되고, 상기 파우치 필름에 함몰 형성되는 경사부를 포함한다.
또한, 상기 단차의 두께는, 상기 수납부의 두께의 30 % 내지 70 %일 수 있다.
또한, 상기 단차의 두께는, 상기 경사부의 두께와 동일할 수 있다.
또한, 상기 경사부의 두께는, 상기 경사부의 길이와 동일할 수 있다.
또한, 상기 경사부의 길이는, 상기 수납부의 일단 모서리와 공유하는 상기 경사부의 모서리로부터, 상기 경사부의 외측단까지의 높이일 수 있다.
또한, 상기 경사부는, 다각형의 형상을 가지며, 상기 파우치 필름에 함몰 형성될 수 있다.
또한, 상기 경사부는, 삼각형 또는 사다리꼴의 형상을 가질 수 있다.
또한, 상기 경사부는, 상기 다각형의 꼭지점이 챔퍼링 또는 필렛팅될 수 있다.
또한, 상기 경사부는, 상기 수납부로부터 외측단으로 갈수록 점차 깊이가 얕아질 수 있다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 파우치 형 이차 전지는 전극 및 분리막을 교대로 적층하여 형성되는 전극 조립체; 상기 전극 조립체를 내부에 수용하는 전지 케이스를 포함하고, 상기 전지 케이스는, 파우치 필름에 각각 함몰 형성되는 제1 컵부 및 제2 컵부; 상기 제1 컵부 및 상기 제2 컵부의 사이에, 상기 제1 컵부 및 상기 제2 컵부가 서로 마주보는 모서리의 길이 방향으로 형성되며, 상기 전극 조립체의 일측이 수납되는 수납부; 및 상기 수납부의 양 단으로부터 단차를 가지며 연장되고, 상기 파우치 필름에 함몰 형성되는 경사부를 포함한다.
또한, 상기 단차의 두께는, 상기 수납부의 두께의 30 % 내지 70 %일 수 있다.
또한, 상기 단차의 두께는, 상기 경사부의 두께와 동일할 수 있다.
또한, 상기 경사부의 두께는, 상기 경사부의 길이와 동일할 수 있다.
본 발명의 기타 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
본 발명의 실시예들에 의하면 적어도 다음과 같은 효과가 있다.
박쥐 귀가 수납부의 하면보다 더욱 외측으로 돌출되는 것을 방지하고, 돌출부가 양 측방으로 돌출되는 것을 방지하여, 이차 전지의 설계된 사이즈에서 발생하는 오차를 감소시킬 수 있고, 이차 전지들을 전지 모듈 등으로 용이하게 조립할 수 있다.
또한, 전체적으로 불필요한 이차 전지의 부피를 감소시키므로, 부피 대비 에너지 밀도를 증가시킬 수 있다.
또한, 경사부가 형성되면서도, 전극 조립체가 이차 전지의 내부에서 고정되지 않는 것을 방지할 수 있다.
본 발명에 따른 효과는 이상에서 예시된 내용에 의해 제한되지 않으며, 더욱 다양한 효과들이 본 명세서 내에 포함되어 있다.
도 1은 종래의 파우치 형 이차 전지의 평면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 파우치 형 이차 전지의 조립도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 파우치 형 이차 전지의 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 파우치 형 전지 케이스를 도 2의 A-A'로 절단한 단면도이다.
도 5는 도 4의 파우치 형 전지 케이스에 전극 조립체가 수납되는 모습을 나타낸 단면도이다.
도 6은 도 4의 파우치 형 전지 케이스에 전극 조립체가 수납된 모습을 나타낸 단면도이다.
도 7은 도 4의 파우치 형 전지 케이스가 폴딩되는 모습을 나타낸 단면도이다.
도 8은 도 4의 파우치 형 전지 케이스가 폴딩된 모습을 나타낸 단면도이다.
도 9는 종래의 전지 케이스의 수납부 및 경사부의 측면 부분확대도이다.
도 10은 종래의 전지 케이스의 수납부 및 경사부의 저면 부분확대도이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 수납부 및 경사부의 확대사시도이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 케이스의 수납부 및 경사부의 측면 부분확대도이다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 케이스의 수납부 및 경사부의 평면 부분확대도이다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 케이스의 수납부 및 경사부의 저면 부분확대도이다.
도 15는 본 발명의 다른 실시예에 따른 수납부 및 경사부의 평면 부분확대도이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소 외에 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 파우치 형 이차 전지(1)의 조립도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 파우치 형 이차 전지(1)의 사시도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 파우치 형 이차 전지(1)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 파우치 형의 전지 케이스(13), 상기 전지 케이스(13)의 내부에 수용되는 전극 조립체(10)를 포함한다.
전극 조립체(Electrode Assembly, 10)는 양극 및 음극 등 두 개의 전극과, 전극들을 상호 절연시키기 위해 전극들 사이에 개재되거나 어느 하나의 전극의 좌측 또는 우측에 배치되는 분리막을 구비한 적층 구조체일 수 있다. 상기 적층 구조체는 소정 규격의 양극과 음극이 분리막을 사이에 두고 적층될 수도 있고, 젤리 롤(Jelly Roll) 형태로 권취될 수 있는 등 제한되지 않고 다양한 형태일 수 있다. 두 개의 전극은 각각 알루미늄과 구리를 포함하는 금속 포일 또는 금속 메쉬 형태의 전극 집전체에 활물질 슬러리가 도포된 구조이다. 슬러리는 통상적으로 입상의 활물질, 보조 도체, 바인더 및 가소제 등이 용매가 첨가된 상태에서 교반되어 형성될 수 있다. 용매는 후속 공정에서 제거된다.
전극 조립체(10)는 도 2에 도시된 바와 같이, 전극 탭(Electrode Tab, 11)을 포함한다. 전극 탭(11)은 전극 조립체(10)의 양극 및 음극과 각각 연결되고, 전극 조립체(10)의 외부로 돌출되어, 전극 조립체(10)의 내부와 외부 사이에 전자가 이동할 수 있는 경로가 된다. 전극 조립체(10)의 집전체는 전극 활물질이 도포된 부분과 전극 활물질이 도포되지 않은 말단 부분, 즉 무지부로 구성된다. 그리고 전극 탭(11)은 무지부를 재단하여 형성되거나 무지부에 별도의 도전부재를 초음파 용접 등으로 연결하여 형성될 수도 있다. 이러한 전극 탭(11)은 도 2에 도시된 바와 같이, 전극 조립체(10)의 각각 다른 방향으로 돌출될 수도 있으나, 이에 제한되지 않고 일측으로부터 동일한 방향으로 나란히 돌출될 수도 있다.
전극 조립체(10)의 전극 탭(11)에는 전극 리드(Electrode Lead, 12)가 스팟(Spot) 용접 등으로 연결된다. 그리고, 전극 리드(12)의 일부는 절연부(14)로 주위가 포위된다. 절연부(14)는 전지 케이스(13)의 제1 케이스(131)와 제2 케이스(132)가 열 융착되는 실링부(134)에 한정되어 위치하여, 전지 케이스(13)에 접착된다. 그리고, 전극 조립체(10)로부터 생성되는 전기가 전극 리드(12)를 통해 전지 케이스(13)로 흐르는 것을 방지하며, 전지 케이스(13)의 실링을 유지한다. 따라서, 이러한 절연부(14)는 전기가 잘 통하지 않는 비전도성을 가진 부도체로 제조된다. 일반적으로 절연부(14)로는, 전극 리드(12)에 부착하기 용이하고, 두께가 비교적 얇은 절연테이프를 많이 사용하나, 이에 제한되지 않고 전극 리드(12)를 절연할 수 있다면 다양한 부재를 사용할 수 있다.
전극 리드(12)는 양극 탭(111) 및 음극 탭(112)의 형성 위치에 따라 서로 반대 방향으로 연장될 수도 있고 서로 동일한 방향으로 연장될 수도 있다. 양극 리드(121) 및 음극 리드(122)는 서로 그 재질이 다를 수 있다. 즉, 양극 리드(121)는 양극 판과 동일한 알루미늄(Al) 재질이며, 음극 리드(122)는 음극 판과 동일한 구리(Cu) 재질 또는 니켈(Ni)이 코팅된 구리 재질일 수 있다. 그리고 전지 케이스(13)의 외부로 돌출된 전극 리드(12)의 일부분은 단자부가 되어, 외부 단자와 전기적으로 연결된다.
전지 케이스(13)는 유연성을 가지는 재질로 제조된 파우치이며, 유연성을 가지는 파우치 필름에 드로잉 성형을 하여, 컵부(133)를 형성함으로써 제조된다. 그리고 전지 케이스(13)는 전극 리드(12)의 일부, 즉 단자부가 노출되도록 전극 조립체(10)를 수용하고 실링된다. 이러한 전지 케이스(13)는 도 2에 도시된 바와 같이, 제1 케이스(131)와 제2 케이스(132)를 포함한다. 제1 케이스(131) 및 제2 케이스(132)에는 제1 컵부(1331) 및 제2 컵부(1332)가 각각 하나씩 형성되어 전극 조립체(10)를 수용할 수 있는 수용 공간이 마련된다. 그리고, 상기 전극 조립체(10)가 전지 케이스(13)의 외부로 이탈되지 않도록, 전지 케이스(13)가 폴딩되어 전극 조립체(10)가 컵부(133)의 수용 공간에 수납된다.
한편, 파우치 필름에 두 개의 컵부(133)를 서로 대칭으로 드로잉 성형할 때, 두 개의 컵부(133) 사이에 수납부(135)를 함께 드로잉 성형할 수 있다. 수납부(135)는 도 2에 도시된 바와 같이, 제1 컵부(1331) 및 제2 컵부(1332)의 사이에, 제1 컵부(1331) 및 제2 컵부(1332)가 서로 마주보는 모서리의 길이 방향으로 길게 형성되며, 전극 조립체(10)가 제일 먼저 수납되는 공간이다. 이러한, 수납부(135)는 상기 전극 조립체(10)가 컵부(133)에 용이하게 수납되기 위해, 전극 조립체(10)의 일측을 먼저 수납하여 위치를 고정시킨다. 이를 위해 도 2에 도시된 바와 같이, 수납부(135)의 폭(w) 및 길이(l)는 전극 조립체(10)의 두께(T) 및 길이(L)와 각각 대응되고, 제1 컵부(1331) 및 제2 컵부(1332)로부터 동일한 거리에 위치한다. 따라서, 수납부(135)의 길이 방향으로 형성되는 중심축이, 제1 컵부(1331) 및 제2 컵부(1332)의 대칭축이 된다.
전극 조립체(10)의 전극 탭(11)에 전극 리드(12)가 연결되고, 전극 리드(12)의 일부분에 절연부(14)가 형성되면, 전극 조립체(10)를 수납부(135)에 수납한다. 그리고, 제1 케이스(131) 및 제2 케이스(132)를 폴딩하면 제1 컵부(1331) 및 제2 컵부(1332)에 마련된 수용 공간에 전극 조립체(10)가 수납되고, 제1 컵부(1331) 및 제2 컵부(1332)가 전극 조립체(10)를 포위한다. 그리고, 내부에 전해액을 주입하고 제1 케이스(131) 및 제2 케이스(132)의 테두리에 형성된 실링부(134)를 실링한다. 전해액은 이차 전지(1)의 충, 방전 시 전극의 전기 화학적 반응에 의해 생성되는 리튬 이온을 이동시키기 위한 것으로, 리튬염과 고순도 유기 용매류의 혼합물인 비수질계 유기 전해액 또는 고분자 전해질을 이용한 폴리머를 포함할 수 있다. 이와 같은 방법을 통해, 도 3에 도시된 바와 같이, 파우치 형 이차 전지(1)가 제조될 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 파우치 형 전지 케이스(13)를 도 2의 A-A'로 절단한 단면도이다.
컵부(133)는 도 4에 도시된 바와 같이, 전극 조립체(10)의 폭(W)의 중앙부에 대응되는 부분(1333)부터 전극 조립체(10)의 상측 모서리에 대응되는 부분(1334)으로 갈수록 점점 깊이(d)가 깊어지는 형상을 가진다. 그리고 수납부(135)와 컵부(133) 사이의 구간은 깊이의 변화가 거의 없는 평평한 형상을 가진다.
상기 컵부(133)에서 가장 깊이(d)가 깊은 곳은 전극 조립체(10)의 상측 모서리에 대응되는 부분이며, 깊이(d)는 전극 조립체(10)의 두께(T)의 절반보다 깊은 것이 바람직하다. 추후에 제1 컵부(1331) 및 제2 컵부(1332)가 서로 마주보며 전지 케이스(13)의 실링부(134)가 실링되면, 전극 조립체(10)는 컵부(133)의 내부에 수납된다. 그런데 만약, 제1 컵부(1331) 및 제2 컵부(1332)의 깊이(d)가 각각 전극 조립체(10)의 두께(T)의 절반보다 깊지 않다면, 제1 컵부(1331) 및 제2 컵부(1332)가 전극 조립체(10)를 내부에 수납한 후에 실링부(134)끼리 서로 맞닿지 않아 실링이 되지 않거나, 실링부(134)끼리 서로 맞닿더라도 맞닿는 영역이 과도하게 좁아 실링이 부실하게 되는 문제가 발생하기 때문이다.
수납부(135)와 컵부(133) 사이의 구간의 길이(S)는 전극 조립체(10)의 폭(W) 및 두께(T)에 따라 상이하다. 즉, 전극 조립체(10)의 폭(W)이 짧을수록 수납부(135)와 컵부(133) 사이의 구간의 길이(S)도 짧아지는 것이 바람직하다. 반대로, 전극 조립체(10)의 폭(W)이 길수록 수납부(135)와 컵부(133) 사이의 구간의 길이(S)는 길어지는 것이 바람직하다. 또한, 전극 조립체(10)의 두께(T)가 두꺼울수록 컵부(133)의 깊이(d)도 깊어지므로, 수납부(135)와 컵부(133) 사이의 구간의 길이(S)는 짧아지는 것이 바람직하다. 반대로, 전극 조립체(10)의 두께(T)가 얇을수록 컵부(133)의 깊이(d)도 얕아지므로, 수납부(135)와 컵부(133) 사이의 구간의 길이(S)는 길어지는 것이 바람직하다.
도 5는 도 4의 파우치 형 전지 케이스(13)에 전극 조립체(10)가 수납되는 모습을 나타낸 단면도이고, 도 6은 도 4의 파우치 형 전지 케이스(13)에 전극 조립체(10)가 수납된 모습을 나타낸 단면도이다.
상기 수납부(135)에 전극 조립체(10)의 일측을 수납한다. 이 때 도 2 및 도 5에 도시된 바와 같이, 전극 조립체(10)를 상방으로부터 하방으로 직립하여 수납하는 것이 바람직하다. 그럼으로써, 추후에 전지 케이스(13)가 폴딩되면 전극 조립체(10)의 양측에 각각 형성된 제1 컵부(1331) 및 제2 컵부(1332)가 전극 조립체(10)를 포위하며 내부에 수납할 수 있다.
상기 기술한 바와 같이, 수납부(135)는 전극 조립체(10)의 두께(T) 및 길이(L)와 각각 대응되는 폭(w) 및 길이(l)를 가지므로, 도 6에 도시된 바와 같이, 전극 조립체(10)가 수납부(135)에 용이하게 수납되며, 위치가 고정될 수 있다.
도 7은 도 4의 파우치 형 전지 케이스(13)가 폴딩되는 모습을 나타낸 단면도이고, 도 8은 도 4의 파우치 형 전지 케이스(13)가 폴딩된 모습을 나타낸 단면도이다.
전극 조립체(10)가 수납부(135)에 수납된 후, 수납부(135)의 양 측의 제1 케이스(131) 및 제2 케이스(132)를 도 7에 도시된 바와 같이 상방으로 폴딩한다. 그러면 도 8에 도시된 바와 같이, 두 개의 컵부(133)가 서로 마주보며 전극 조립체(10)를 함께 포위하며 컵부(133)의 내부에 마련된 수용 공간에 수납될 수 있다.
제1 케이스(131) 및 제2 케이스(132)는 도 4에 도시된 바와 같이, 수납부(135)를 형성하는 양측 벽으로부터 대략 직각으로 각각 절곡되며 연결된다. 그리고 제1 케이스(131) 및 제2 케이스(132)를 폴딩하면, 도 8에 도시된 바와 같이, 절곡되었던 제1 케이스(131) 및 제2 케이스(132)가 수납부(135)의 양측 벽으로부터 각각 서로 펴지면서 전극 조립체(10)가 컵부(133)에 수납된다. 즉, 전지 케이스(13) 전체로 보면 폴딩되는 것이나, 수납부(135)의 양측 벽에서 보면 절곡된 부분이 펴지는 것이다.
이처럼 제1 케이스(131) 및 제2 케이스(132)를 폴딩한 후에, 실링 툴을 이용하여 실링부(134)를 실링하면, 이차 전지(1)의 제조가 완료된다.
도 9는 종래의 전지 케이스의 수납부(335) 및 경사부(337)의 측면 부분확대도이고, 도 10은 종래의 전지 케이스의 수납부(335) 및 경사부(337)의 저면 부분확대도이다.
종래에는 수납부만이 형성되어, 수납부의 외측단 하면에서 전지 케이스의 실링부로 대략 수직으로 연장되어, 경사가 급격하였다. 따라서, 전지 케이스를 폴딩하면, 여전히 박쥐 귀(2)가 수납부의 하면보다 더욱 외측으로 돌출 형성되는 문제가 있었다. 따라서 도 9에 도시된 바와 같이, 수납부(335)의 외측단 하면에서 전지 케이스(13)의 실링부(134)까지 이르는 경사가 완만하도록, 경사부(337)가 연장되어 형성되었다.
그러나 만약, 도 9에 도시된 바와 같이, 경사부(337)가 수납부(335) 측에서 수납부(335)와 동일한 두께로 형성된다면, 즉 경사부(337)가 수납부(335)의 하면으로부터 곧바로 연장되어 형성된다면, 전지 케이스(13)를 폴딩하였을 때, 도 10에 도시된 바와 같이 폴딩부(336)의 일부가 양 측방으로도 돌출되어 돌출부(21)를 형성할 수 있다. 여기서 폴딩부(336)는 전지 케이스(13)가 폴딩될 때 전지 케이스(13)에서 수납부(335)의 양 단에서 직접 폴딩되는 부분이다.
그러면, 이러한 양 측방으로 돌출된 돌출부에 의해, 여전히 전지 모듈 등의 조립이 용이하지 않고, 전체적으로 이차 전지(3)의 부피가 증가하여, 부피 대비 에너지 밀도가 감소하는 문제가 있다.
또한, 경사부(137)가 형성되어, 전극 조립체(10)의 일측이 수납부(135)에 수납된 후 전극 조립체(10)의 양 단이 전지 케이스(13)와 이격될 수 있다. 따라서, 전극 조립체(10)가 이차 전지(1)의 내부에서 고정되지 않고 작은 충격이나 운동에도 정위치에서 이탈하여, 전극 탭(11) 등의 접촉 불량 등의 문제가 발생할 수도 있다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 수납부(135) 및 경사부(137)의 확대사시도이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 박쥐 귀(2)가 수납부(135)의 하면보다 더욱 외측으로 돌출되는 것을 방지하고, 돌출부가 양 측방으로 돌출되는 것을 방지하여, 이차 전지(1)의 설계된 사이즈에서 발생하는 오차를 감소시킬 수 있고, 이차 전지(1)들을 전지 모듈 등으로 용이하게 조립할 수 있다. 또한, 전체적으로 불필요한 이차 전지(1)의 부피를 감소시키므로, 부피 대비 에너지 밀도를 증가시킬 수 있다. 또한, 경사부(137)가 형성되면서도, 전극 조립체(10)가 이차 전지(1)의 내부에서 고정되지 않는 것을 방지할 수 있다.
이를 위해, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지(1)용 전지 케이스(13)는, 전극 및 분리막이 적층된 전극 조립체(10)를 내부에 수용하는 파우치 형 전지 케이스(13)에 있어서, 파우치 필름에 각각 함몰 형성되는 제1 컵부(1331) 및 제2 컵부(1332); 상기 제1 컵부(1331) 및 상기 제2 컵부(1332)의 사이에, 상기 제1 컵부(1331) 및 상기 제2 컵부(1332)가 서로 마주보는 모서리의 길이 방향으로 형성되며, 상기 전극 조립체(10)의 일측이 수납되는 수납부(135); 및 상기 수납부(135)의 양 단으로부터, 두께 방향으로 단차(1351)를 가지며 길이 방향으로 연장되고, 상기 파우치 필름에 함몰 형성되는 경사부(137)를 포함한다.
수납부(135)는 상기 기술한 바와 같이, 제1 컵부(1331) 및 제2 컵부(1332)의 사이에, 제1 컵부(1331) 및 제2 컵부(1332)가 서로 마주보는 모서리의 길이 방향으로 길게 형성되며, 전극 조립체(10)의 일측이 수납된다. 이러한 수납부(135)는 두 개의 컵부(133)와 동일한 거리에 위치하고, 대략 직사각형의 형상으로, 일측으로 길게 파우치 필름에 함몰 형성된다. 따라서, 수납부(135)의 길이 방향으로 형성되는 중심축이, 두 개의 컵부(133)의 대칭축이 된다.
경사부(137)는 도 11에 도시된 바와 같이, 수납부(135)의 양 단으로부터 연장되며 파우치 필름에 함몰 형성된다. 이러한 경사부(137)는 파우치 필름을 상방에서 볼 때 다각형의 형상을 가질 수 있으며, 특히, 삼각형의 형상을 가질 수 있다. 그리고, 경사부(137)의 밑변에 해당하는 모서리(1371, 도 13에 도시됨)는, 수납부(135)의 양 단에 해당하는 모서리와 같은 모서리를 공유한다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 케이스(13)의 수납부(135) 및 경사부(137)의 측면 부분확대도이다.
경사부(137)는 도 12에 도시된 바와 같이, 수납부(135) 측에서 수납부(135)와 두께 방향으로 단차(1351)를 가지며 형성된다. 그리고 수납부(135)의 양 단으로부터 길이 방향으로 연장되어, 상기 파우치 필름에 함몰 형성된다. 여기서 두께 방향이란 전지 케이스(13)의 두께 방향과 동일한 방향을 말한다.
경사부(137)는 수납부(135)와 두께 방향으로 단차(1351)를 가지므로, 수납부(135)의 두께(t1+t2)와 경사부(137)의 두께(t1)가 상이하다. 예를 들어, 수납부(135)와 경사부(137) 사이에 형성된 단차(1351)의 두께(t2)가, 상기 수납부(135)의 두께(t1+t2)의 30 % 내지 70 %일 수 있다. 만약 단차(1351)의 두께(t2)가, 상기 수납부(135)의 두께(t1+t2)의 30% 보다 작다면, 여전히 폴딩부(336)의 일부가 양 측방으로도 돌출되어 돌출부(21)를 형성할 수 있다. 그런데 만약 단차(1351)의 두께(t2)가, 상기 수납부(135)의 두께(t1+t2)의 70% 보다 크다면, 수납부(135)와 경사부(137) 사이의 각도가 급격하게 변화하므로, 여전히 박쥐 귀(2)가 수납부의 하면보다 더욱 외측으로 돌출 형성될 수 있다.
특히 도 11에 도시된 바와 같이, 단차(1351)의 두께(t2)가, 경사부(137)의 두께(t1)와 서로 동일하도록, 형성될 수 있다. 그러면, 수납부(135)의 두께(t1+t2)가 단차(1351)의 두께(t2)의 두 배가 된다.
경사부(137)는 수납부(135) 측에서 수납부(135)와 두께 방향으로 단차(1351)를 가지며 형성되고, 수납부(135)로부터 외측단(1373)으로 갈수록 점차 깊이가 얕아진다. 따라서, 경사부(137)는 파우치 필름의 측면에서 볼 때, 대략 직각삼각형의 형상으로 형성될 수 있다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 케이스(13)의 수납부(135) 및 경사부(137)의 평면 부분확대도이다.
상기 기술한 바와 같이, 경사부(137)는 다각형의 형상을 가지며, 특히 삼각형의 형상을 가질 수 있다. 여기서 다각형 형상으로 형성된다는 것은, 다각형의 사전적 의미, 즉 꼭지점과 직선 모서리가 모두 복수 개인 평면 도형이라는 의미에 제한되지 않는다. 도 13에 도시된 바와 같이, 경사부(137)의 밑변에 해당하는 모서리(1371)의 양 단이 형성하는 두 꼭지점이 필렛팅(모깎기, Filleting)되는 경우 등 제한되지 않고 대략 다각형의 형상으로 인정될 수 있다면 다양한 형상을 포함할 수 있다.
경사부(137)는 도 13에 도시된 바와 같이, 파우치 필름을 상방에서 볼 때 이등변삼각형의 형상으로 함몰 형성될 수 있다. 즉, 경사부(137)의 밑변에 해당하는 모서리(1371)의 양 단으로부터, 상기 경사부(137)의 외측단(1373)까지 이르는 두 모서리는 서로 길이가 동일할 수 있다. 여기서 경사부(137)의 밑변에 해당하는 모서리(1371)는, 파우치 필름을 상방에서 볼 때 수납부(135)의 일단의 모서리와 같은 모서리를 공유한다. 그리고 이러한 모서리(1371)의 길이(D)는, 수납부(135)의 폭(w)과 길이가 거의 동일한 것이 바람직하다.
한편, 수납부(135) 및 경사부(137)는 도 10에 도시된 바와 같이, 모두 연결된다. 따라서, 수납부(135) 및 경사부(137)는 각각 별도로 포밍되지 않고, 파우치 필름에 한 번의 드로잉 공정으로, 함께 포밍될 수 있다. 그럼으로써, 파우치 필름에 수행하는 드로잉 공정의 수를 감소시켜 공정 속도를 증가시킬 수 있다.
한편, 경사부(137)의 두께(t1)는 경사부(137)의 길이(h)와 동일할 수 있다. 여기서 경사부(137)의 길이(h)는 도 13에 도시된 바와 같이, 파우치 필름을 상방에서 볼 때 수납부(135)의 일단 모서리와 공유하는 경사부(137)의 모서리(1371)로부터, 경사부(137)의 외측단(1373)까지의 높이이다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 케이스(13)의 수납부(335) 및 경사부(337)의 저면 부분확대도이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 경사부(137)가 수납부(135) 측에서 형성됨으로써, 박쥐 귀(2)가 수납부(135)의 하면보다 더욱 외측으로 돌출되는 것을 방지할 수 있다. 그리고, 경사부(137)가 수납부(135)와 두께 방향으로 단차(1351)를 가지며 형성됨으로써, 도 14에 도시된 바와 같이, 폴딩부(136)의 일부가 양 측방으로도 돌출되어 돌출부(21)를 형성하는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 이차 전지(1)의 설계된 사이즈에서 발생하는 오차를 감소시킬 수 있고, 이차 전지(1)들을 전지 모듈 등으로 용이하게 조립할 수 있다. 또한, 전체적으로 불필요한 이차 전지(1)의 부피를 감소시키므로, 부피 대비 에너지 밀도를 증가시킬 수 있다. 또한, 경사부(137)가 형성되면서도, 전극 조립체(10)가 이차 전지(1)의 내부에서 고정되지 않는 것을 방지할 수 있다.
도 15는 본 발명의 다른 실시예에 따른 수납부(135) 및 경사부(137a)의 평면 부분확대도이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 경사부(137)는 파우치 필름을 상방에서 볼 때 삼각형의 형상을 가진다. 그러면, 전지 케이스(13)를 폴딩할 때, 경사부(137)의 외측단(1373)을 중심으로 실링부(134)가 폴딩되어 폴딩부(136)를 형성한다. 그런데, 경사부(137)가 삼각형의 형상을 가지므로 경사부(137)의 외측단(1373)이 첨예하게 형성된다. 따라서, 전지 케이스(13)를 폴딩하여 이차 전지(1)를 제조하고 장기간 사용하면, 상기 첨예한 경사부(137)의 외측단(1373)에 크랙(Crack)이 발생할 수도 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 경사부(137a)는 파우치 필름을 상방에서 볼 때 사각형, 특히 사다리꼴 형상을 가진다.
도 15에 도시된 바와 같이, 경사부(137a)의 밑변에 해당하는 모서리(1371a)는, 수납부(135)의 양 단에 해당하는 모서리와 같은 모서리를 공유한다. 그리고 경사부(137a)의 윗변에 해당하는 모서리는, 외측단(1373a)에 해당한다. 경사부(137a)는, 윗변에 해당하는 모서리(1373a)가 밑변에 해당하는 모서리(1371a)보다 길이가 짧고 서로 평행한 등변 사다리꼴의 형상을 가지는 것이 바람직하다. 즉, 경사부(137a)의 밑변에 해당하는 모서리(1371)의 양 단으로부터, 윗변에 해당하는 모서리(1373a)의 양 단까지 이르는 두 모서리는 서로 길이가 동일할 수 있다.
그럼으로써, 경사부(137)의 외측단이 첨예하지 않으므로, 이차 전지(1)를 장기간 사용하더라도 경사부(137)의 외측단에 크랙(Crack)이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 다양한 실시 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
1: 이차 전지 2: 박쥐 귀
10: 전극 조립체 11: 전극 탭
12: 전극 리드 13: 전지 케이스
14: 절연부 111: 양극 탭
112: 음극 탭 121: 양극 리드
122: 음극 리드 131: 제1 케이스
132: 제2 케이스 133: 컵부
134: 실링부 135: 수납부
136: 폴딩부 137: 경사부
1331: 제1 컵부 1332: 제2 컵부
1351: 단차 1371: 모서리
1372: 높이 1373: 외측단

Claims (13)

  1. 전극 및 분리막이 적층된 전극 조립체를 내부에 수용하는 파우치 형 전지 케이스에 있어서,
    파우치 필름에 각각 함몰 형성되는 제1 컵부 및 제2 컵부;
    상기 제1 컵부 및 상기 제2 컵부의 사이에, 상기 제1 컵부 및 상기 제2 컵부가 서로 마주보는 모서리의 길이 방향으로 형성되며, 상기 전극 조립체의 일측이 수납되는 수납부; 및
    상기 수납부의 양 단으로부터, 두께 방향으로 단차를 가지며 길이 방향으로 연장되고, 상기 파우치 필름에 함몰 형성되는 경사부를 포함하는 이차 전지용 전지 케이스.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 단차의 두께는,
    상기 수납부의 두께의 30 % 내지 70 %인 이차 전지용 전지 케이스.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 단차의 두께는,
    상기 경사부의 두께와 동일한 이차 전지용 전지 케이스.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 경사부의 두께는,
    상기 경사부의 길이와 동일한 이차 전지용 전지 케이스.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 경사부의 길이는,
    상기 수납부의 일단 모서리와 공유하는 상기 경사부의 모서리로부터, 상기 경사부의 외측단까지의 높이인 이차 전지용 전지 케이스.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 경사부는,
    다각형의 형상을 가지며, 상기 파우치 필름에 함몰 형성되는 이차 전지용 전지 케이스.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 경사부는,
    삼각형 또는 사다리꼴의 형상을 가지는 이차 전지용 전지 케이스.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 경사부는,
    상기 다각형의 꼭지점이 챔퍼링 또는 필렛팅되는 이차 전지용 전지 케이스.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 경사부는,
    상기 수납부로부터 외측단으로 갈수록 점차 깊이가 얕아지는, 이차 전지용 전지 케이스.
  10. 전극 및 분리막을 교대로 적층하여 형성되는 전극 조립체;
    상기 전극 조립체를 내부에 수용하는 전지 케이스를 포함하고,
    상기 전지 케이스는,
    파우치 필름에 각각 함몰 형성되는 제1 컵부 및 제2 컵부;
    상기 제1 컵부 및 상기 제2 컵부의 사이에, 상기 제1 컵부 및 상기 제2 컵부가 서로 마주보는 모서리의 길이 방향으로 형성되며, 상기 전극 조립체의 일측이 수납되는 수납부; 및
    상기 수납부의 양 단으로부터 단차를 가지며 연장되고, 상기 파우치 필름에 함몰 형성되는 경사부를 포함하는 파우치 형 이차 전지.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 단차의 두께는,
    상기 수납부의 두께의 30 % 내지 70 %인 이차 전지용 전지 케이스.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 단차의 두께는,
    상기 경사부의 두께와 동일한 파우치 형 이차 전지.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 경사부의 두께는,
    상기 경사부의 길이와 동일한 파우치 형 이차 전지.
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