KR20210097482A - 이차 전지용 전지 케이스 - Google Patents

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KR20210097482A
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임성윤
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김기범
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주식회사 엘지에너지솔루션
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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 이차 전지용 전지 케이스에 있어서, 상기 전극 조립체를 내부에 수용하는 수용 공간이 마련되는 컵부; 및 상기 컵부의 일측에 형성되어, 상기 컵부의 내부에 생성되는 가스를 배출하는 디가싱부를 포함하되, 상기 컵부는, 바닥면이 사다리꼴 형상을 가질 수 있다.

Description

이차 전지용 전지 케이스{The Case For Secondary Battery}
본 발명은 이차 전지용 전지 케이스에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 디가싱 공정 중에 내부의 전극 조립체가 이동하여, 이차 전지의 외형이 변형되거나, 실링부에 실링된 전극 리드가 함께 이동함으로써 실링부가 파손되는 문제를 방지할 수 있는 이차 전지용 전지 케이스에 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.
한편, 파우치 형 전지 케이스는 전극 조립체를 수용하는 수용 공간이 마련된 컵부, 컵부의 측부에 형성되어 디가싱(Degassing) 공정을 수행하기 위한 디가싱 홀(H)이 형성되는 디가싱부를 포함한다. 전지 케이스에 전극 조립체를 수납하고 전해액을 주입한 후, 활성화 공정을 수행하면, 전지 케이스의 내부에서 가스가 발생하고 이러한 가스를 외부로 배출하기 위해 디가싱 공정을 수행한다.
그런데, 디가싱 공정을 수행하기 위해서는 디가싱 홀(H)을 통해 외부에서 가스를 흡입하며, 이 때 전지 케이스의 내부 압력이 낮아진다. 그런데 이러한 압력의 변화가 크면, 전극 조립체가 상기 디가싱 홀(H)을 향해 이동할 수 있다. 그러면 이차 전지를 제조하였을 때, 이차 전지의 외형이 변형되는 문제가 발생할 수 있다. 또한, 전지 케이스의 실링부에 전극 리드가 실링된 상태에서 전극 조립체가 이동할 때 상기 전극 리드도 함께 이동함으로써, 실링부가 파손되는 문제도 발생할 수 있다.
한국공개공보 제2019-0042800호
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 디가싱 공정 중에 내부의 전극 조립체가 이동하여, 이차 전지의 외형이 변형되거나, 실링부에 실링된 전극 리드가 함께 이동함으로써 실링부가 파손되는 문제를 방지할 수 있는 이차 전지용 전지 케이스를 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 이차 전지용 전지 케이스에 있어서, 상기 전극 조립체를 내부에 수용하는 수용 공간이 마련되는 컵부; 및 상기 컵부의 일측에 형성되어, 상기 컵부의 내부에 생성되는 가스를 배출하는 디가싱부를 포함하되, 상기 컵부는, 바닥면이 사다리꼴 형상을 가질 수 있다.
또한, 상기 컵부는, 상기 디가싱부를 향하는 제1 외벽 및 상기 디가싱부의 반대측을 향하는 제2 외벽이 서로 평행한 형상을 가질 수 있다.
또한, 상기 컵부는, 상기 제1 외벽의 길이가, 상기 제2 외벽의 길이보다 짧게 형성될 수 있다.
또한, 상기 컵부는, 바닥면이 등변사다리꼴 형상을 가질 수 있다.
또한, 상기 바닥면은, 밑변과 빗변이 이루는 제1 각도가 60°이상 90°미만일 수 있다.
또한, 상기 바닥면은, 상기 제1 각도가 70°이상 85°이하일 수 있다.
또한, 상기 컵부는, 상기 바닥면이 상기 제1 외벽을 향해 경사를 가질 수 있다.
또한, 상기 제1 외벽은, 상기 제2 외벽보다 높이가 낮을 수 있다.
또한, 상기 바닥면과 상기 제2 외벽이 이루는 제2 각도는, 60°이상 90°미만일 수 있다.
또한, 상기 제2 각도는, 70°이상 85°이하일 수 있다.
본 발명의 기타 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
본 발명의 실시예들에 의하면 적어도 다음과 같은 효과가 있다.
컵부의 바닥면이 사다리꼴 형상으로 형성되며, 디가싱부를 향하는 제1 외벽의 길이가, 디가싱부의 반대측을 향하는 제2 외벽의 길이보다 짧게 형성됨으로써, 디가싱 공정 중에 내부의 전극 조립체가 이동하는 것을 방지하여 이차 전지의 외형이 변형되거나, 실링부가 파손되는 문제를 방지할 수 있다.
본 발명에 따른 효과는 이상에서 예시된 내용에 의해 제한되지 않으며, 더욱 다양한 효과들이 본 명세서 내에 포함되어 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 파우치 형 이차 전지의 조립도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 파우치 형 이차 전지의 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 케이스의 평면도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 전지 케이스의 정면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 케이스에 전극 조립체를 수납하고 모서리의 일부를 실링한 모습을 나타낸 개략도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 케이스에 전해액이 개구부를 통해 주입되는 모습을 나타낸 개략도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 케이스의 디가싱부를 1차 실링한 모습을 나타낸 개략도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 케이스의 디가싱부에 디가싱 홀을 타공한 모습을 나타낸 개략도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 케이스의 디가싱부를 2차 실링한 모습을 나타낸 개략도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 파우치 형 이차 전지의 제조가 완료된 모습을 나타낸 개략도이다.
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 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 파우치 형 이차 전지(1)의 조립도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 파우치 형 이차 전지(1)의 사시도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 파우치 형 이차 전지(1)는, 도 1에 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 1에 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 1에 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 상부 케이스(131)와 하부 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 필름(135)에 드로잉 성형을 하여, 컵부(133)를 형성함으로써 제조된다. 이하, 전지 케이스(13)는 파우치인 것으로 설명한다. 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 1에 도시된 바와 같이, 상부 케이스(131)와 하부 케이스(132)를 포함한다. 상부 케이스(131) 및 하부 케이스(132)에는 컵부(133)가 각각 하나씩 형성되어 전극 조립체(10)를 수용할 수 있는 수용 공간(1333)이 마련된다. 그리고, 상기 전극 조립체(10)가 전지 케이스(13)의 외부로 이탈되지 않도록, 상부 케이스(131)가 상기 수용 공간(1333)을 상부에서 커버한다.
전지 케이스(13)는 컵부(133)의 측부에 형성되어 디가싱 홀(H)을 통해 상기 컵부(133)의 내부에 생성되는 가스를 배출하는 디가싱부(137)를 포함한다. 전지 케이스(13)에 전극 조립체(10)를 수납하고 전해액을 주입한 후, 활성화 공정을 수행하면, 전지 케이스(13)의 내부에서 가스가 발생하고 이러한 가스를 외부로 배출하기 위해 디가싱 공정을 수행한다. 디가싱부(137)에 대한 자세한 설명은 후술한다.
전극 조립체(10)의 전극 탭(11)에 전극 리드(12)가 연결되고, 전극 리드(12)의 일부분에 절연부(14)가 형성되면, 하부 케이스(132)의 컵부(133)에 마련된 수용 공간(1333)에 전극 조립체(10)가 수용되고, 상부 케이스(131)가 상기 공간을 상부에서 커버한다. 그리고, 내부에 전해액을 주입하고 상부 케이스(131)와 하부 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 2에 도시된 바와 같이, 파우치 형 이차 전지(1)가 제조될 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 케이스(13)의 평면도이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 컵부(133)의 바닥면(1336)이 사다리꼴 형상으로 형성되며, 디가싱부(137)를 향하는 제1 외벽(1334)의 길이가, 디가싱부(137)의 반대측을 향하는 제2 외벽(1335)의 길이보다 짧게 형성됨으로써, 디가싱 공정 중에 내부의 전극 조립체(10)가 이동하는 것을 방지하여 이차 전지(1)의 외형이 변형되거나, 실링부(134)가 파손되는 문제를 방지할 수 있다.
이러한 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지용 전지 케이스(13)는, 전극 및 분리막이 적층된 전극 조립체(10)를 내부에 수용하는 이차 전지용 전지 케이스(13)에 있어서, 상기 전극 조립체(10)를 내부에 수용하는 수용 공간(1333)이 마련되는 컵부(133); 및 상기 컵부(133)의 일측에 형성되어, 상기 컵부(133)의 내부에 생성되는 가스를 배출하는 디가싱부(137)를 포함하되, 상기 컵부(133)는, 바닥면(1336)이 사다리꼴 형상을 가진다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전지 케이스(13)는 하나의 파우치 필름(135)에 대칭이 되는 제1 컵부(1331) 및 제2 컵부(1332)를 서로 이웃하게 드로잉 성형하여 형성된다. 여기서 제1 컵부(1331)가 상부 케이스(131)에 형성되고 제2 컵부(1332)가 하부 케이스(132)에 형성될 수도 있으나, 제1 컵부(1331)가 하부 케이스(132)에 형성되고 제2 컵부(1332)가 상부 케이스(131)에 형성될 수도 있다.
상기 형성된 컵부(133)는 제1 외벽(1334), 제2 외벽(1335) 및 바닥면(1336)을 포함한다. 제1 외벽(1334)은 컵부(133)에서 디가싱부(137)를 향하는 외벽을 지칭할 수 있다. 그리고 제2 외벽(1335)은 제1 외벽(1334)과 마주보며, 디가싱부(137)의 반대측을 향하는 외벽을 지칭할 수 있다. 만약 하부 케이스(132) 및 상부 케이스(131)에 모두 컵부(133)가 형성된다면, 두 컵부(133)의 사이에 브릿지(136)가 형성될 수 있다. 이 때 제2 외벽(1335)은, 컵부(133)에서 상기 브릿지(136)를 향해 형성되는 외벽을 지칭할 수 있다.
바닥면(1336)은 이러한 제1 외벽(1334)과 제2 외벽(1335)의 하단을 연결한다. 따라서, 제1 외벽(1334) 및 제2 외벽(1335)은 수용 공간(1333)의 측방을 포위하고 바닥면(1336)은 수용 공간(1333)의 하방을 포위하여, 전극 조립체(10)가 외부로 이탈하지 않도록 지지한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 각각의 컵부(133)는 바닥면(1336)이 사다리꼴 형상을 가진다. 특히 제1 외벽(1334) 및 제2 외벽(1335)은, 서로 평행한 형상을 가질 수 있고, 제1 외벽(1334)의 길이가 제2 외벽(1335)의 길이보다 짧게 형성될 수 있다. 즉, 컵부(133)의 바닥면(1336)에서, 제1 외벽(1334)이 형성된 변은 윗변이고, 제2 외벽(1335)이 형성된 변은 밑변이 된다. 그럼으로써, 바닥면(1336)의 양측 빗변에 해당하는 변에 형성된 제3 외벽(1337)이 전극 조립체(10)를 고정시켜, 디가싱 공정 중에 전극 조립체(10)가 디가싱부(137)를 향해 이동하는 것을 방지할 수 있다.
이러한 컵부(133)의 바닥면(1336)은 사다리꼴 중에서 등변사다리꼴 형상을 가질 수도 있다. 이 때, 컵부(133)의 바닥면(1336)은 밑변과 빗변이 이루는 제1 각도가 60°이상 90°미만일 수 있으며, 바람직하게는 70°이상 85°이하일 수 있다. 만약 제1 각도가 60°보다 작다면 수용 공간(1333)에 전극 조립체(10)가 수납될 수가 없거나, 수납되기 위해 전극 조립체(10)의 크기를 과도하게 감소시켜야 하기 때문이다.
제1 컵부(1331) 및 제2 컵부(1332)는 도 3에 도시된 바와 같이, 서로 대칭으로 형성되며, 제1 컵부(1331) 및 제2 컵부(1332)의 사이에는 폭과 높이가 일정한 브릿지(136)가 형성된다. 그리고, 제1 컵부(1331) 및 제2 컵부(1332)의 대칭축이 브릿지(136)의 길이 방향으로 형성되는 중심축과 동일할 수 있다. 브릿지(136)는 파우치 필름(135)에 두 개의 컵부(133)를 서로 이웃하게 드로잉 성형할 때, 제1 컵부(1331) 및 제2 컵부(1332) 사이에 성형이 되지 않은 부분이다. 일반적으로 파우치 필름(135)을 성형할 때에는, 다이에 파우치 필름(135)을 안착시키고 스트리퍼가 파우치 필름(135)을 고정시킨 후, 펀치로 연신함으로써 드로잉 성형이 수행된다. 이 때, 제1 컵부(1331) 및 제2 컵부(1332)를 성형할 때 다이의 성형 공간을 둘로 분리하는 격벽이 존재하며, 이러한 격벽에 의해 제1 컵부(1331) 및 제2 컵부(1332) 사이의 브릿지(136)가 형성된다.
컵부(133)의 수용 공간(1333)에 전극 조립체(10)가 수용되고 상부 케이스(131)가 하부 케이스(132)를 상부에서 커버하기 위해, 전지 케이스(13)가 폴딩된다. 이 때, 제1 컵부(1331) 및 제2 컵부(1332) 사이에 형성된 브릿지(136)가, 길이 방향으로 형성되는 중심축을 중심으로 폴딩됨으로써 전지 케이스(13)가 폴딩된다. 이러한 브릿지(136)가 폴딩되면, 제1 컵부(1331) 및 제2 컵부(1332)가 서로 마주보도록 폴딩되어 폴딩부(15)가 형성되며, 추후에 실링까지 완료되어 이차 전지(1)가 제조되면, 폴딩부(15)의 외측 모서리(138)가 이차 전지(1)의 하나의 모서리(138)가 된다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 전지 케이스(13)의 정면도이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 컵부(133)의 바닥면(1336)은 평평할 수 있다. 그러나, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 도 4에 도시된 바와 같이, 컵부(133)의 바닥면(1336)이 경사를 가질 수 있다.
구체적으로, 컵부(133)의 바닥면(1336)이 제1 외벽(1334)을 향해 경사를 가져, 제1 외벽(1334)이 제2 외벽(1335)보다 높이가 낮을 수 있다. 그럼으로써, 제1 컵부(1331) 및 제2 컵부(1332)의 바닥면(1336)들이 각각 전극 조립체(10)를 고정시켜, 디가싱 공정 중에 전극 조립체(10)가 디가싱부(137)를 향해 이동하는 것을 더욱 더 방지할 수 있다.
이 때, 컵부(133)의 바닥면(1336)과 제2 외벽(1335)이 이루는 제2 각도는 60°이상 90°미만일 수 있으며, 바람직하게는 70°이상 85°이하일 수 있다. 만약 제2 각도가 60°보다 작다면 수용 공간(1333)에 전극 조립체(10)가 수납될 수가 없거나, 수납되기 위해 전극 조립체(10)의 크기를 과도하게 감소시켜야 하기 때문이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 케이스(13)에 전극 조립체(10)를 수납하고 모서리(138)의 일부를 실링한 모습을 나타낸 개략도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전지 케이스(13)는 전극 조립체(10)를 수용하는 수용 공간(1333)이 마련된 컵부(133)와, 컵부(133)의 측부에 형성되어 디가싱 홀(H)을 통해 상기 컵부(133)의 내부에 생성되는 가스를 배출하는 디가싱부(137)를 포함한다.
이차 전지(1)를 제조하기 위해, 우선 컵부(133)에 마련된 수용 공간(1333)에 전극 조립체(10)를 수납한다. 이 때, 상부 케이스(131) 및 하부 케이스(132)에 수용 공간(1333)이 각각 형성된 경우, 두 개의 수용 공간(1333)을 서로 마주보도록 배치시킨 후, 두 개의 수용 공간(1333) 사이에 전극 조립체(10)를 수납할 수 있다.
전극 조립체(10)를 컵부(133)에 수납한 후에는 도 5에 도시된 바와 같이, 전지 케이스(13)의 복수의 모서리(138) 중에서, 상기 디가싱부(137)에 포함되는 제1 모서리(1381)를 개방하고 나머지 모서리(138)는 실링할 수 있다. 이 때, 제1 모서리(1381)의 전부를 개방할 수도 있으나, 제1 모서리(1381)의 일부만을 개방할 수도 있다. 이와 같이, 전지 케이스(13)의 제1 모서리(1381)가 개방됨으로써 개구부(139)가 형성된다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 케이스(13)에 전해액이 개구부(139)를 통해 주입되는 모습을 나타낸 개략도이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 개구부(139)가 상방을 향하도록, 상기 전지 케이스(13)를 배치한다. 그리고 상기 형성된 개구부(139)를 통해, 전지 케이스(13)의 내부에 전해액을 주입한다.
전해액은 중력에 의해 상방에서 하방으로 유동하므로, 전해액을 전지 케이스(13)의 상방에서 하방으로 주입하는 것이 바람직하다. 그리고, 전해액이 누출되지 않기 위해, 개구부(139)가 상방을 향하도록 전지 케이스(13)를 배치하고, 전해액을 주입하는 것이 바람직하다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 케이스(13)의 디가싱부(137)를 1차 실링한 모습을 나타낸 개략도이다.
전지 케이스(13)의 내부에 전해액을 주입한 후, 도 7에 도시된 바와 같이, 디가싱부(137)를 실링하여 제1 실링부(S1)를 형성한다. 추후에 디가싱부(137)를 2차 실링하여 제2 실링부(S2, 도 9에 도시됨)를 형성하므로, 제1 실링부(S1)는 디가싱부(137)에서 제1 모서리(1381)에 근접한 위치에 형성되는 것이 바람직하다. 그리고, 활성화(Formation) 공정을 수행할 수 있다. 활성화 공정(화성 공정)이란, 이차 전지(1)가 전력을 공급할 수 있도록 최종적으로 충전을 완료하는 공정이다. 활성화 공정은 제1 실링부(S1)를 형성하여, 전지 케이스(13)를 완전히 밀폐한 후에 수행하므로, 충전률이 높고 빠르게 가스를 배출하여 정해진 공정 시간 내에 이차 전지(1)의 제조를 완료할 수 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 케이스(13)의 디가싱부(137)에 디가싱 홀(H)을 타공한 모습을 나타낸 개략도이다.
활성화 공정을 완료하면 전지 케이스(13)의 내부에서 가스가 발생한다. 따라서, 도 8에 도시된 바와 같이, 전지 케이스(13)의 디가싱부(137)에 디가싱 홀(H)을 타공한다. 이러한 디가싱 홀(H)을 통해, 가스가 전지 케이스(13)의 내부로부터 외부로 배출된다. 이 때, 가스가 용이하게 배출되면서 디가싱 홀(H)을 통해 상기 주입된 전해액이 누출될 수도 있다. 이를 방지하기 위해, 디가싱 홀(H)은 전지 케이스(13)의 상부에 위치한 디가싱부(137)에 타공되며, 특히 도 8에 도시된 바와 같이 디가싱부(137)에서도 제1 실링부(S1)에 근접한 위치에 타공되는 것이 바람직하다. 디가싱 홀(H)이 타공되면 상기 가스를 전지 케이스(13)의 외부로 배출하는 디가싱(Degassing) 공정을 수행한다.
상기 기술한 바와 같이, 디가싱 공정을 수행하기 위해서는 디가싱 홀(H)을 통해 외부에서 가스를 흡입하며, 이 때 전지 케이스(13)의 내부 압력이 낮아진다. 그런데 이러한 압력의 변화가 크면, 전극 조립체(10)가 상기 디가싱 홀(H)을 향해 이동할 수 있다. 그러면 이차 전지(1)를 제조하였을 때, 이차 전지(1)의 외형이 변형되는 문제가 발생할 수 있다. 또한, 전지 케이스(13)의 실링부(134)에 전극 리드(12)가 실링된 상태에서 전극 조립체(10)가 이동할 때 상기 전극 리드(12)도 함께 이동함으로써, 실링부(134)가 파손되는 문제도 발생할 수 있다.
그러나 본 발명의 일 실시예에 따르면, 컵부(133)의 바닥면(1336)이 사다리꼴 형상을 가지고 특히. 제1 외벽(1334) 및 제2 외벽(1335)은 서로 평행한 형상을 가지며, 제1 외벽(1334)의 길이가 제2 외벽(1335)의 길이보다 짧게 형성될 수 있다. 그럼으로써, 바닥면(1336)의 양측 빗변에 해당하는 변에 형성된 제3 외벽(1337)이 전극 조립체(10)를 고정시켜, 디가싱 공정 중에 전극 조립체(10)가 디가싱부(137)를 향해 이동하는 것을 방지할 수 있다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 케이스(13)의 디가싱부(137)를 2차 실링한 모습을 나타낸 개략도이고, 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 파우치 형 이차 전지(1)의 제조가 완료된 모습을 나타낸 개략도이다.
디가싱부(137)를 1차 실링한 후에 디가싱 홀(H)이 타공되므로, 파우치의 내부는 다시 개방되어 내부의 전해액이 외부로 누출될 수 있다. 따라서, 도 9에 도시된 바와 같이, 디가싱부(137)를 2차 실링하여 제2 실링부(S2)를 형성한다. 이 때, 제2 실링부(S2)는 컵부(133)와 디가싱 홀(H)의 사이에 형성되며, 특히 컵부(133)에 근접한 위치에 형성되는 것이 바람직하다. 그리고, 상기 제2 실링부(S2)의 외측에 커팅라인(C)을 설정하여 디가싱부(137)를 절단한다. 그럼으로써, 도 10에 도시된 바와 같이, 디가싱부(137)의 길이가 짧아지고, 이차 전지(1)의 부피가 감소할 수 있다. 상기와 같은 과정을 통해, 본 발명의 일 실시예에 따른 파우치 형 이차 전지(1)의 제조가 완료된다.
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 10: 전극 조립체
11: 전극 탭 12: 전극 리드
13: 전지 케이스 14: 절연부
15: 폴딩부 111: 양극 탭
112: 음극 탭 121: 양극 리드
122: 음극 리드 131: 상부 케이스
132: 하부 케이스 133: 컵부
134: 실링부 135: 파우치 필름
136: 브릿지 137: 디가싱부
138: 모서리 139: 개구부
1331: 제1 컵부 1332: 제2 컵부
1333: 수용 공간 1334: 제1 외벽
1335: 제2 외벽 1336: 바닥면
1337: 제3 외벽 1381: 제1 모서리

Claims (10)

  1. 전극 및 분리막이 적층된 전극 조립체를 내부에 수용하는 이차 전지용 전지 케이스에 있어서,
    상기 전극 조립체를 내부에 수용하는 수용 공간이 마련되는 컵부; 및
    상기 컵부의 일측에 형성되어, 상기 컵부의 내부에 생성되는 가스를 배출하는 디가싱부를 포함하되,
    상기 컵부는,
    바닥면이 사다리꼴 형상을 가지는 이차 전지용 전지 케이스.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 컵부는,
    상기 디가싱부를 향하는 제1 외벽 및 상기 디가싱부의 반대측을 향하는 제2 외벽이 서로 평행한 형상을 가지는 이차 전지용 전지 케이스.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 컵부는,
    상기 제1 외벽의 길이가, 상기 제2 외벽의 길이보다 짧게 형성되는 이차 전지용 전지 케이스.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 컵부는,
    바닥면이 등변사다리꼴 형상을 가지는 이차 전지용 전지 케이스.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 바닥면은,
    밑변과 빗변이 이루는 제1 각도가 60°이상 90°미만인 이차 전지용 전지 케이스.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 바닥면은,
    상기 제1 각도가 70°이상 85°이하인 이차 전지용 전지 케이스.
  7. 제2항에 있어서,
    상기 컵부는,
    상기 바닥면이 상기 제1 외벽을 향해 경사를 가지는 이차 전지용 전지 케이스.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제1 외벽은,
    상기 제2 외벽보다 높이가 낮은 이차 전지용 전지 케이스.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 바닥면과 상기 제2 외벽이 이루는 제2 각도는,
    60°이상 90°미만인 이차 전지용 전지 케이스.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제2 각도는,
    70°이상 85°이하인 이차 전지용 전지 케이스.
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