KR20210097483A - 이차 전지 및 그의 제조 방법 - Google Patents

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이상우
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배상호
이용준
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주식회사 엘지에너지솔루션
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Abstract

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 이차 전지는 전극 및 분리막이 교대로 적층되어 형성되는 전극 조립체; 상기 전극 조립체를 내부에 수용하고, 폴리머로 제조되는 전지 케이스; 및 상기 전지 케이스의 외면을 커버하는 금속층을 포함한다.

Description

이차 전지 및 그의 제조 방법{The Secondary Battery And The Method For Manufacturing Thereof}
본 발명은 이차 전지 및 그의 제조 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 전지 케이스가 과실링 되더라도 단락되는 것을 방지하고, 크랙 등의 파손이 발생하는 것을 방지하며, 수분 또는 가스의 누출 및 침투를 방지할 수 있는 이차 전지 및 그의 제조 방법에 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.
일반적으로 이러한 파우치 필름은 주로 나일론(Nylon) 수지 또는 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 등의 폴리머로 제조되는 표면 보호층(Surface Protection Layer), 주로 알루미늄 박막(Al Foil) 등의 금속으로 제조되는 가스 배리어층(Gas Barrier Layer) 및 주로 폴리프로필렌(PP) 또는 폴리에틸렌(PE) 등의 폴리머로 제조되는 실란트층(Sealant Layer)을 적층하여 형성한다. 그런데 이러한 다층 구조의 파우치 필름으로 제조된 전지 케이스는, 실링부에 열 및 압력을 과하게 인가하여 과실링되면, 실란트층이 파손되어 금속으로 제조된 가스 배리어층이 외부로 노출될 수 있다. 그러면 전극 리드와 가스 배리어층이 직접 접촉하여 단락(쇼트, Short)이 발생할 수 있다.
구체적으로, 상부 케이스와 하부 케이스가 실링되는 과정에서, 전극 리드와 접촉하는 부분은 상대적으로 압력이 높으므로, 전지 케이스의 실란트층이 파손될 가능성이 높다. 이러한 실란트층은 전극 조립체와 직접적으로 접촉하므로 절연성을 가지나, 실란트층이 파손된다면, 전극 리드를 통해서 전지 케이스로 전기가 흐를 수 있다. 특히, 전지 케이스의 가스 배리어층은 알루미늄과 같은 금속으로 제조되므로, 실란트층이 조금이라도 파손되어 가스 배리어층이 노출된다면, 전극 리드와 접촉하여 전기가 용이하게 흘러 단락이 발생할 수 있다.
또한, 상기 드로잉 성형을 수행하는 도중에 가스 배리어층에 크랙 등의 파손이 발생할 수도 있고, 이러한 크랙이 발생된 부분을 통해 수분 또는 가스가 외부로 누출되거나 외부로부터 침투할 수도 있다. 그리고, 파우치 필름을 다층 구조로 제조하기 위해, 각각의 층을 매우 얇게 제조해야 하며, 이 때 제조 비용도 과도하게 소요되는 문제도 있다.
한국공개공보 제2011-0039012호
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 전지 케이스가 과실링 되더라도 단락되는 것을 방지하고, 크랙 등의 파손이 발생하는 것을 방지하며, 수분 또는 가스의 누출 및 침투를 방지할 수 있는 이차 전지 및 그의 제조 방법을 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 전지는 전극 및 분리막이 교대로 적층되어 형성되는 전극 조립체; 상기 전극 조립체를 내부에 수용하고, 폴리머로 제조되는 전지 케이스; 및 상기 전지 케이스의 외면을 커버하는 금속층을 포함한다.
또한, 상기 전지 케이스는, 단층(單層) 구조로 형성될 수 있다.
또한, 상기 폴리머는, 폴리프로필렌을 포함할 수 있다.
또한, 상기 금속층은, 알루미늄을 포함할 수 있다.
또한, 상기 금속층은, 상기 전지 케이스의 외면 전체를 커버할 수 있다.
또한, 상기 전지 케이스는, 장방형 파우치, 와이어 파우치, L 형상 파우치 및 스텝드 파우치 중 적어도 하나로 형성될 수 있다.
또한, 상기 폴리머는, 투명하게 형성될 수 있다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 이차 전지 제조 방법은 전극 및 분리막이 교대로 적층되어 형성된 전극 조립체를, 폴리머로 제조된 전지 케이스에 수납하는 단계; 상기 전지 케이스의 실링부를 실링하는 단계; 상기 전지 케이스의 외면에 금속 용액을 코팅하는 단계; 및 상기 금속 용액을 건조하여 금속층을 형성하는 단계를 포함한다.
또한, 상기 전지 케이스는, 단층 구조로 형성될 수 있다.
또한, 상기 폴리머는, 폴리프로필렌을 포함할 수 있다.
또한, 상기 금속 용액은, 알루미늄을 포함할 수 있다.
또한, 상기 코팅하는 단계에 있어서, 상기 금속 용액은, 상기 전지 케이스의 외면 전체를 코팅할 수 있다.
또한, 상기 코팅하는 단계에 있어서, 상기 금속 용액은, 상기 전지 케이스의 외면에 스프레이 코팅, 롤 코팅, 딥 코팅, 슬라이드 코팅, 스핀 코팅, 커튼 코팅, 슬롯 코팅 및 그라비어 코팅 방법 중 적어도 하나의 방법으로 코팅될 수 있다.
또한, 상기 금속층을 형성하는 단계에 있어서, 상기 금속 용액을 20 시간 내지 28 시간 건조할 수 있다.
본 발명의 기타 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
본 발명의 실시예들에 의하면 적어도 다음과 같은 효과가 있다.
전지 케이스가 폴리머로 제조되며 단층 구조로 형성되므로, 전지 케이스가 과실링 되더라도 단락되는 것을 방지하고, 크랙 등의 파손이 발생하는 것을 방지하며, 수분 또는 가스의 누출 및 침투를 방지할 수 있다.
또한, 일반적인 장방형 배터리뿐만 아니라 와이어 배터리, L 형상 배터리, 스텝드 배터리 등 프리폼(Free Form) 배터리도 용이하게 제조할 수 있다.
또한, 금속층이 추후에 형성되므로, 활성화 공정 후 디가싱 공정을 수행하거나 전해액을 재주입하고 전지 케이스를 용이하게 재실링할 수 있다.
또한, 전지 케이스가 투명하게 형성되고 일부 영역에 금속층을 형성하지 않음으로써, 장기 보관시 내부의 전해액을 전지 케이스의 파손 없이 육안으로 확인할 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 이차 전지 제조 방법의 흐름도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체 및 전지 케이스의 조립도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 케이스의 실링부가 실링된 모습을 나타낸 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예예 따른 전지 케이스의 외면에 금속층이 커버된 모습을 나타낸 사시도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예예 따른 이차 전지를 도 4의 A-A'로 절단한 단면도이다.
도 6은 다층 구조로 형성된 종래의 이차 전지에서 가스 배리어층을 촬영한 SEM 사진이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지에서 금속층을 촬영한 SEM 사진이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 금속 용액의 건조 시간을 다르게 중복 코팅하여 형성된 금속층을 촬영한 500배율의 SEM 사진이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 금속 용액의 건조 시간을 다르게 중복 코팅하여 형성된 금속층을 촬영한 1000배율의 SEM 사진이다.
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 이차 전지(1) 제조 방법의 흐름도이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면 전지 케이스(13)가 폴리머로 제조되고 별도로 형성된 금속층(15)이 전지 케이스(13)의 외면을 커버하여, 전지 케이스(13)가 과실링 되더라도 단락되는 것을 방지하고, 크랙 등의 파손이 발생하는 것을 방지하며, 수분 또는 가스의 누출 및 침투를 방지할 수 있다.
이를 위해 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지(1)는 전극 및 분리막을 교대로 적층하여 형성되는 전극 조립체(10); 상기 전극 조립체(10)를 내부에 수용하고, 폴리머로 제조되는 전지 케이스(13); 및 상기 전지 케이스(13)의 외면을 커버하는 금속층(15)을 포함한다. 그리고 상기 전지 케이스(13)는, 단층 구조로 형성될 수 있다.
또한, 이러한 이차 전지(1)를 제조하는 방법은 전극 및 분리막을 교대로 적층하여 형성된 전극 조립체(10)를, 폴리머로 제조된 전지 케이스(13)에 수납하는 단계; 상기 전지 케이스(13)의 실링부(134)를 실링하는 단계; 상기 전지 케이스(13)의 외면에 금속 용액을 코팅하는 단계; 및 상기 금속 용액을 건조하여 금속층(15)을 형성하는 단계를 포함한다.
이하, 도 1에 도시된 흐름도의 각 단계에 대한 내용을 도 2 내지 도 5와 함께 설명한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체(10) 및 전지 케이스(13)의 조립도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 케이스(13)의 실링부(134)가 실링된 모습을 나타낸 사시도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 파우치 형 이차 전지(1)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 양극, 음극 등의 전극 및 분리막이 교대로 적층되어 형성되는 전극 조립체(10) 및 상기 전극 조립체(10)를 내부에 수용하는 파우치 형의 전지 케이스(13)를 포함한다.
파우치 형 이차 전지(1)를 제조하기 위해, 먼저 전극 활물질과 바인더 및 가소제를 혼합한 슬러리를 양극 집전체 및 음극 집전체에 도포하여 양극과 음극 등의 전극을 제조한다. 이를 분리막(Separator)의 양 측에 적층함으로써 소정 형상의 전극 조립체(10)를 형성한 다음에, 전극 조립체(10)를 전지 케이스(13)에 삽입하고 전해액 주입 후 실링한다.
구체적으로, 전극 조립체(Electrode Assembly, 10)는 양극 및 음극 두 종류의 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 종류의 전극, 즉 양극과 음극은 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 전극 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 일측으로부터 동일한 방향으로 나란히 돌출될 수도 있으나, 이에 제한되지 않고 각각 다른 방향으로 돌출될 수도 있다.
전극 조립체(10)의 전극 탭(11)에는 이차 전지(1)의 외부로 전기를 공급하는 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, 전극 리드(12)를 전지 케이스(13)에 접착시킨다. 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)에 일단이 연결되고, 양극 탭(111)이 돌출된 방향으로 연장되는 양극 리드(121) 및 음극 탭(112)에 일단이 연결되고, 음극 탭(112)이 돌출된 방향으로 연장되는 음극 리드(122)를 포함한다. 한편, 양극 리드(121) 및 음극 리드(122)는 도 2에 도시된 바와 같이, 모두 타단이 전지 케이스(13)의 외부로 돌출된다. 그럼으로써, 전극 조립체(10)의 내부에서 생성된 전기를 외부로 공급할 수 있다. 또한, 양극 탭(111) 및 음극 탭(112)이 각각 다양한 방향을 향해 돌출 형성되므로, 양극 리드(121) 및 음극 리드(122)도 각각 다양한 방향을 향해 연장될 수 있다.
양극 리드(121) 및 음극 리드(122)는 서로 그 재질이 다를 수 있다. 즉, 양극 리드(121)는 양극 집전체와 동일한 알루미늄(Al) 재질이며, 음극 리드(122)는 음극 집전체와 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 전극 조립체(10)를 내부에 수납하는, 유연성의 재질로 제조된 파우치이다. 이하, 전지 케이스(13)는 파우치인 것으로 설명한다. 펀치 등을 이용하여 유연성을 가지는 파우치 필름(135)을 드로잉(Drawing) 성형하면, 일부가 연신되어 주머니 형태의 수용 공간(1331)을 포함하는 컵부(133)가 형성됨으로써, 전지 케이스(13)가 제조된다. 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, 상부 케이스(131)와 하부 케이스(132)를 포함한다. 하부 케이스(132)에는 컵부(133)가 형성되어 전극 조립체(10)를 수용할 수 있는 수용 공간(1331)이 마련되고, 상부 케이스(131)는 상기 전극 조립체(10)가 전지 케이스(13)의 외부로 이탈되지 않도록 상기 수용 공간(1331)을 상부에서 커버한다. 그리고 실링부(134)가 실링됨으로써 상기 수용 공간(1331)을 밀폐한다. 이 때, 상부 케이스(131)에도 수용 공간(1331)이 마련된 컵부(133)가 형성되어, 전극 조립체(10)를 상부에서 수용할 수도 있다. 상부 케이스(131)와 하부 케이스(132)는 도 2에 도시된 바와 같이 일측이 서로 연결되어 제조될 수 있으나, 이에 제한되지 않고 서로 분리되어 별도로 제조되는 등 다양하게 제조될 수 있다.
일반적인 종래의 파우치 필름은 주로 폴리머로 제조되는 표면 보호층, 주로 알루미늄 박막(Al Foil) 등의 금속으로 제조되는 가스 배리어층 및 주로 폴리머로 제조되는 실란트층(Sealant Layer)을 순차적으로 적층하여 형성한다. 그러나 본 발명의 일 실시예에 따른 파우치 필름(135)은 단지 폴리머로 제조되는 것이 바람직하다. 이러한 파우치 필름(135)으로 형성된 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 케이스(13)도 폴리머로 제조되어, 내부에 금속을 포함하지 않는다. 따라서, 전지 케이스(13)가 과실링 되더라도 단락되는 것을 방지하고, 파우치 필름(135)을 성형하는 도중에 크랙 등의 파손이 발생하는 것을 방지할 수 있다. 또한, 성형성이 우수하므로, 전지 케이스(13)는 장방형 파우치, 와이어 파우치, L 형상 파우치 및 스텝드 파우치 중 적어도 하나로 형성될 수 있다. 즉, 다양한 파우치를 형성할 수 있어, 일반적인 장방형 배터리뿐만 아니라 와이어 배터리, L 형상 배터리, 스텝드 배터리 등 프리폼(Free Form) 이차 전지(1)도 용이하게 제조할 수 있다.
여기서 전지 케이스(13)를 제조하는 상기 폴리머는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리카보네이트, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리염화비닐, 아크릴계 고분자, 폴리아크릴로나이트릴, 폴리이미드, 폴리아마이드, 셀룰로오스, 아라미드, 나일론, 폴리에스테르, 폴리파라페닐렌벤조비스옥사졸, 폴리아릴레이트, 테프론, 및 유리섬유로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 물질로 이루어질 수 있다. 특히, 폴리프로필렌(PP) 또는 폴리에틸렌(PE) 등의 폴리올레핀계 수지인 것이 바람직하다. 나아가, 무연신 폴리프로필렌(Casted Polypropylene) 또는 폴리프로필렌-부틸렌-에틸렌 삼원 공중합체로 구성될 수도 있다. 또한, 전지 케이스(13)는 어느 하나의 물질로 이루어진 단일막 구조를 갖거나, 2개 이상의 물질이 각각 층을 이루어 형성된 복합막 구조를 가질 수도 있다. 즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 케이스(13)는 하나의 폴리머만으로 제조되어 단층(單層) 구조로 형성되는 것이 바람직하나, 복수의 폴리머들로 제조되어 다층(多層) 구조로 형성될 수도 있다.
나아가, 상기 폴리머는 투명하게 형성될 수 있다. 따라서, 추후에 형성되는 금속층(15)이 전지 케이스(13)의 외면의 일부 영역에 형성되지 않음으로써, 장기 보관시 내부의 전해액을 전지 케이스(13)의 파손 없이 육안으로 확인할 수 있다.
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(1331)에 전극 조립체(10)를 수납하고(S101), 상부 케이스(131)가 상기 공간을 상부에서 커버한다. 그리고, 내부에 전해액을 주입하고, 도 3에 도시된 바와 같이 상부 케이스(131)와 하부 케이스(132)의 테두리로부터 외측으로 연장 형성된 실링부(134)를 실링한다(S102). 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.
도 4는 본 발명의 일 실시예예 따른 전지 케이스(13)의 외면에 금속층(15)이 커버된 모습을 나타낸 사시도이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예예 따른 이차 전지(1)를 도 4의 A-A'로 절단한 단면도이다.
종래의 이차 전지는 실링부를 실링함으로써 제조가 완료된다. 그러나 본 발명의 일 실시예에 따르면, 실링부(134)를 실링한 후에, 상기 전지 케이스(13)의 외면에 금속 용액을 코팅한다(S103). 이 때, 금속 용액은 전지 케이스(13)의 외면 전체를 코팅할 수 있다. 다만, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 금속 용액이 전지 케이스(13)의 외면 전체를 코팅하지 않아, 금속층(15)이 외면의 일부 영역에 형성되지 않을 수도 있으며, 상기 폴리머는 투명하게 형성될 수 있다. 그럼으로써 상기 기술한 바와 같이, 장기 보관시 내부의 전해액을 전지 케이스(13)의 파손 없이 육안으로 확인할 수 있다.
금속 용액은 미세한 금속 입자를 포함하는 용액으로, 어느 정도 점성을 가져 전지 케이스(13)의 외면에 코팅되면 점착된 상태를 유지할 수 있다. 금속 용액에 포함되는 금속 입자는 철(Fe), 탄소(C), 크롬(Cr), 망간(Mn), 니켈(Ni) 및 알루미늄(Al)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상의 혼합물일 수 있으며, 특히 알루미늄을 포함하는 것이 바람직하다.
금속 용액은 스프레이 코팅, 롤 코팅, 딥 코팅, 슬라이드 코팅, 스핀 코팅, 커튼 코팅, 슬롯 코팅 및 그라비어 코팅 중 적어도 하나의 방법으로 코팅될 수 있다. 즉, 제한되지 않고 다양한 코팅 방법을 사용할 수 있다. 특히, 전지 케이스(13) 외면 전체에 빠르고 용이하게 금속층(15)이 형성되기 위해서는, 딥 코팅법을 사용하는 것이 바람직하다.
금속 용액을 코팅한 후에, 상기 금속 용액을 건조한다. 그럼으로써 도 4에 도시된 바와 같이 전지 케이스(13)의 외면을 커버하는 금속층(15)이 형성된다(S104). 상기 기술한 바와 같이, 금속 용액을 전지 케이스(13)의 외면 전체에 코팅하므로, 도 5에 도시된 바와 같이 금속층(15)은 전지 케이스(13)의 외면 전체를 커버하며 형성될 수 있다. 금속 용액을 건조할 때, 20 시간 내지 28 시간 건조하는 것이 바람직하다. 이와 같은 방법을 통해, 파우치 형 이차 전지(1)가 제조될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 전지 케이스(13)의 실링부(134)를 실링한 후에 금속층(15)이 형성된다. 따라서, 금속층(15)이 형성되기 전에 활성화 공정 후 디가싱 공정을 수행할 때, 전지 케이스(13)가 폴리머로만 제조되므로 용이하게 디가싱 홀을 타공하거나, 실링된 실링부(134)를 다시 탈착할 수도 있다. 또는 활성화 공정 후 전해액이 부족하더라도, 용이하게 전해액을 재주입할 수도 있다. 나아가, 실링부(134)를 다시 탈착하거나 전해액을 재주입한 후에도 실링부(134)를 용이하게 재실링할 수도 있으며, 추후에 금속층(15)이 형성되면 재실링된 실링부(134)의 실링력을 향상시킬 수도 있다.
도 6은 다층 구조로 형성된 종래의 이차 전지에서 가스 배리어층을 촬영한 SEM 사진이고, 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지(1)에서 금속층(15)을 촬영한 SEM 사진이다.
상기 기술한 바와 같이, 종래에는 전지 케이스가 주로 폴리머로 제조되는 표면 보호층, 주로 알루미늄 박막(Al Foil) 등의 금속으로 제조되는 가스 배리어층 및 주로 폴리머로 제조되는 실란트층(Sealant Layer)을 순차적으로 적층하여 형성하였다. 이 때 가스 배리어층은 도 6에 나타난 바와 같이, 알루미늄 입자간의 공극이 상대적으로 크다. 그러나 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 케이스(13)는 단지 폴리머로 제조되고, 추후에 전지 케이스(13)의 외면에 금속 용액을 코팅한다. 이 때 금속층(15)은 도 7에 나타난 바와 같이, 알루미늄 입자간의 공극이 상대적으로 작다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 전지 케이스(13)에서의 수분 또는 가스의 누출 및 침투를 방지할 수 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 금속 용액의 건조 시간을 다르게 중복 코팅하여 형성된 금속층(15)을 촬영한 500배율의 SEM 사진이고, 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 금속 용액의 건조 시간을 다르게 중복 코팅하여 형성된 금속층(15)을 촬영한 1000배율의 SEM 사진이다.
상기 기술한 바와 같이, 금속 용액을 건조할 때, 20 시간 내지 28 시간 건조하는 것이 바람직하다. 만약 금속 용액의 건조 시간이 과도하게 짧다면, 예를 들어 2 시간만 건조한다면 도 8 및 도 9에 나타난 바와 같이, 알루미늄 입자간의 공극이 상대적으로 크다. 그러나 금속 용액의 건조 시간이 충분히 길다면, 예를 들어 24 시간 동안 건조한다면 도 8 및 도 9에 도시된 바와 같이, 알루미늄 입자간의 공극이 상대적으로 작다. 따라서, 전지 케이스(13)에서의 수분 또는 가스의 누출 및 침투를 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 10: 전극 조립체
11: 전극 탭 12: 전극 리드
13: 전지 케이스 14: 절연부
15: 금속층 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
1331: 수용 공간

Claims (14)

  1. 전극 및 분리막이 교대로 적층되어 형성되는 전극 조립체;
    상기 전극 조립체를 내부에 수용하고, 폴리머로 제조되는 전지 케이스; 및
    상기 전지 케이스의 외면을 커버하는 금속층을 포함하는 이차 전지.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 전지 케이스는,
    단층(單層) 구조로 형성되는 이차 전지.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 폴리머는,
    폴리프로필렌을 포함하는 이차 전지.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 금속층은,
    알루미늄을 포함하는 이차 전지.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 금속층은,
    상기 전지 케이스의 외면 전체를 커버하는 이차 전지.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 전지 케이스는,
    장방형 파우치, 와이어 파우치, L 형상 파우치 및 스텝드 파우치 중 적어도 하나로 형성되는 이차 전지.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 폴리머는,
    투명하게 형성되는 이차 전지.
  8. 전극 및 분리막이 교대로 적층되어 형성된 전극 조립체를, 폴리머로 제조된 전지 케이스에 수납하는 단계;
    상기 전지 케이스의 실링부를 실링하는 단계;
    상기 전지 케이스의 외면에 금속 용액을 코팅하는 단계; 및
    상기 금속 용액을 건조하여 금속층을 형성하는 단계를 포함하는 이차 전지 제조 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 전지 케이스는,
    단층 구조로 형성되는 이차 전지 제조 방법.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 폴리머는,
    폴리프로필렌을 포함하는 이차 전지 제조 방법.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 금속 용액은,
    알루미늄을 포함하는 이차 전지 제조 방법.
  12. 제8항에 있어서,
    상기 코팅하는 단계에 있어서,
    상기 금속 용액은,
    상기 전지 케이스의 외면 전체를 코팅하는 이차 전지 제조 방법.
  13. 제8항에 있어서,
    상기 코팅하는 단계에 있어서,
    상기 금속 용액은,
    상기 전지 케이스의 외면에 스프레이 코팅, 롤 코팅, 딥 코팅, 슬라이드 코팅, 스핀 코팅, 커튼 코팅, 슬롯 코팅 및 그라비어 코팅 방법 중 적어도 하나의 방법으로 코팅되는 이차 전지 제조 방법.
  14. 제8항에 있어서,
    상기 금속층을 형성하는 단계에 있어서,
    상기 금속 용액을 20 시간 내지 28 시간 건조하는 이차 전지 제조 방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002329483A (ja) * 2001-05-02 2002-11-15 Daiwa Kasei Ind Co Ltd 電池ケース及びその製造方法
JP5238134B2 (ja) * 2006-02-23 2013-07-17 テクノポリマー株式会社 電池セル筐体およびその製造方法
KR101510076B1 (ko) * 2012-09-24 2015-04-10 주식회사 엘지화학 스프레이 페인트로 도포된 전지셀
US9929445B2 (en) * 2013-12-13 2018-03-27 GM Global Technology Operations LLC Incorporating reference electrodes into battery pouch cells
KR102069211B1 (ko) * 2016-03-30 2020-01-22 주식회사 엘지화학 리튬이차전지 및 이의 제조방법

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20110039012A (ko) 2009-10-09 2011-04-15 주식회사 엘지화학 파우치형 이차전지의 제조방법 및 파우치형 이차전지

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