KR20210110556A - 수납부들 간의 연결부위에 완충 만입부가 형성된 구조의 전지케이스 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 양극, 음극, 및 양극과 음극 사이에 분리막이 개재되어 있는 구조의 전극조립체가 전지케이스에 내장되어 있는 파우치형 전지셀로써, 상기 전지케이스는 단일 부재로 형성되어 있으며, 전극조립체를 수납하기 위한 제 1 수납부 및 제 2 수납부가 상호 이격된 상태로 형성되어 있고, 상기 수납부들 사이에 위치하고 있는 브릿지(bridge) 부위를 접는 선으로 하여 접으면, 상기 제 1 수납부 및 제 2 수납부가 마주보면서 상기 전극조립체를 밀봉하도록 형성되어 있으며, 상기 브릿지 부위의 단부 측에는 상기 전지케이스의 내부에 진공을 인가할 때, 전지케이스의 급격한 꺽임을 막기위해, 수납부의 깊이 방향과 동일한 방향으로 만입되어 있는 한 쌍의 만입부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지셀에 관한 것이다.
Description
본 발명은 2017년 5월 10일자 한국 특허 출원 제10-2017-0058262호에 기초한 우선권의 이익을 주장하며, 해당 한국 특허 출원의 문헌에 개시된 모든 내용은 본 명세서의 일부로 포함된다.
본 발명은 수납부들 간의 연결부위에 완충 만입부가 형성된 구조의 전지케이스에 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.
상기 파우치형 이차전지는 금형을 통해 포밍을 하여 전극조립체 삽입, 실링, 주액 및 웨팅 공정을 통해 제작된다.
파우치는 전극조립체를 수용할 수 있는 공간이 1개인 1 캐비티(Cavity) 타입 또는 전극조립체를 수용할 수 있는 공간이 2개인 2 캐비티 타입으로 성형할 수 있다.
구체적으로, 드로잉 성형을 통해, 전지케이스에 전극조립체를 수용할 수 있는 공간을 1개를 형성하는지, 2개를 형성하는지에 따라, 1 캐비티 타입 또는 2 캐비티 타입으로 분류된다.
도 1의 a는 1 캐비티(Cavity) 타입을 개략적으로 도시하고 있으며, 도 1의 b는 2 캐비티 타입을 개략적으로 도시하고 있다.
도 1의 a를 참조하면, 전지케이스(10)는 2개의 부재로 이루어져 있으며, 2개의 부재 중 상측 방향에 위치되어 있는 부재에만 드로잉 공정을 통해 전극조립체가 수납될 수 있는 공간(A)이 형성되어 있다.
도 1의 b를 참조하면, 전지케이스(10)는 2개의 부재로 이루어져 있으며, 상측 방향에 위치되어 있는 부재 및 하측 방향에 위치되어 있는 부재 모두에 드로잉 공정을 통해 전극조립체가 수납될 수 있는 공간(B, C)이 형성되어 있다.
도 2는, 종래의 파우치형 전지셀의 전극조립체가 수납되어 있는 부위 및 실링 부위의 단차가 형성되어 있는 상태가 개략적으로 도시되어 있는 모식도이며, 도 3은, 종래의 파우치형 전지셀의 전극조립체가 수납되어 있는 부위 및 실링 부위 사이에 급격한 꺽임 부위가 형성되어 있는 상태가 개략적으로 도시되어 있는 모식도이다.
도 2 및 3을 참조하면, 2 캐비티 타입으로 제작시, 전지케이스(10)를 폴딩 후, 전지케이스(10) 내부에 진공을 인가하는 과정을 거치며, 진공을 인가하는 과정에서 실링 부위(30)와 전극조립체가 수용되어 있는 부위(20)의 경계면(40)의 단차(d)가 급격하게 커지거나 형상 불량의 문제가 발생한다.
이와 같이, 단차(d)가 크게 형성되어 있는 부위 또는 형상 불량이 발생된 부위에는 적재 및 이송 중 지속적인 외력이 가해질 경우, 파우치 크랙이 발생될 위험이 매우 높다.
이에 따라, 2 캐비티 타입으로 파우치형 이차전지를 제작할 때, 실링 부위 및 전극조립체가 수용되어 있는 부위의 단차 형상이 급격한 꺽임을 방지할 수 있는 기술에 대한 필요성이 높은 실정이다.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.
본 출원의 발명자들은 심도 있는 연구와 다양한 실험을 거듭한 끝에, 이후 설명하는 바와 같이, 한 쌍의 완충 만입부를 특정한 위치에 형성하는 경우, 실링 부위 및 전극조립체가 수용되어 있는 부위의 단차 형상이 급격한 꺽임을 방지할 수 있음을 확인하고, 본 발명을 완성하기에 이르렀다.
따라서, 본 발명은, 양극, 음극, 및 양극과 음극 사이에 분리막이 개재되어 있는 구조의 전극조립체가 전지케이스에 내장되어 있는 파우치형 전지셀로써, 상기 전지케이스는 단일 부재로 형성되어 있으며, 전극조립체를 수납하기 위한 제 1 수납부 및 제 2 수납부가 상호 이격된 상태로 형성되어 있고, 상기 수납부들 사이에 위치하고 있는 브릿지(bridge) 부위를 접는 선으로 하여 접으면, 상기 제 1 수납부 및 제 2 수납부가 마주보면서 상기 전극조립체를 밀봉하도록 형성되어 있으며, 상기 브릿지 부위의 단부 측에는 상기 전지케이스의 내부에 진공을 인가할 때, 전지케이스의 급격한 꺽임을 막기위해, 수납부의 깊이 방향과 동일한 방향으로 만입되어 있는 한 쌍의 완충 만입부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지케이스를 제공한다.
이 때, 상기 한 쌍의 완충 만입부는, 상기 브릿지 부위의 외측 방향으로 갈수록 상호 거리가 가까워지도록 형성되어 있는 V자 형상으로 형성될 수 있다.
또한, 상기 수납부들의 사이에 위치하고 있는 브릿지(bridge) 부위에는, 수납부의 깊이 방향과 동일한 방향으로 만입되어 있으며, 상기 브릿지 부위의 접는 선을 따라 형성되어 있는 중앙 만입부를 더 포함할 수 있다.
한편, 상기 한 쌍의 완충 만입부의 길이는, 상기 전지케이스의 실링 부위의 폭 대비 20% 내지 80%로 형성될 수 있다.
이 때, 상기 제 1 수납부 및 제 2 수납부는 장방형 구조로 형성될 수 있으며, 상기 제 1 수납부의 깊이는 제 2 수납부의 깊이의 50% 내지 80%의 크기로 형성될 수 있다.
또한, 상기 제 1 수납부의 수평 단면상 장변과 제 2 수납부의 수평 단면상 장변이 서로 마주보도록 제 1 수납부 및 제 2 수납부가 형성될 수 있다.
이에 더하여, 상기 제 1 수납부의 수평 단면상 단변과 제 2 수납부의 수평 단면상 단변이 서로 마주보도록 제 1 수납부 및 제 2 수납부가 형성될 수 있다.
한편, 상기 중앙 만입부는 장방형 또는 타원형의 구조로 형성될 수 있으며, 상기 중앙 만입부의 깊이는 제 1 수납부의 깊이의 20% 내지 50%의 크기로 형성될 수 있다.
이 때, 상기 중앙 만입부의 장변은 제 1 수납부의 장변 및 제 2 수납부의 장변에 서로 평행하고, 중앙 만입부의 장변의 길이는 제 1 수납부의 장변의 길이의 70% 내지 90%의 크기로 형성될 수 있다.
한편, 전술한 전지케이스를 포함하는 것을 특징으로 하는 전지셀을 제공하며, 상기 전지셀을 포함하는 것을 특징으로 하는 전지팩을 제공한다.
또한, 전술한 전지팩을 포함하는 것을 특징으로 하는 디바이스를 제공하며, 이 때, 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.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 전지케이스는, 브릿지 부위의 단부 측에는 수납부의 깊이 방향과 동일한 방향으로 만입되어 있는 한 쌍의 완충 만입부가 형성됨으로써, 전지케이스의 내부에 진공을 인가할 때, 전지케이스의 급격한 꺽임을 방지하여 궁극적으로, 파우치형 전지케이스의 크랙이 발생되는 현상을 현저하게 감소시킬 수 있는 효과를 발휘한다.
도 1의 a는, 1 캐비티 타입의 파우치형 전지케이스가 개략적으로 도시되어 있는 모식도이다;
도 1의 b는, 2 캐비티 타입의 파우치형 전지케이스가 개략적으로 도시되어 있는 모식도이다;
도 2는, 종래의 파우치형 전지셀의 전극조립체가 수납되어 있는 부위 및 실링 부위의 단차가 형성되어 있는 상태가 개략적으로 도시되어 있는 모식도이다;
도 3은, 종래의 파우치형 전지셀의 전극조립체가 수납되어 있는 부위 및 실링 부위 사이에 급격한 꺽임 부위가 형성되어 있는 상태가 개략적으로 도시되어 있는 모식도이다;
도 4는, 본 발명의 하나의 실시예에 따른 한 쌍의 완충 만입부가 형성되어 있는 전지케이스가 개략적으로 도시되어 있는 모식도이다;
도 5는, 본 발명의 하나의 다른 실시예에 따른 한 쌍의 완충 만입부가 형성되어 있는 전지케이스가 개략적으로 도시되어 있는 모식도이다;
도 1의 b는, 2 캐비티 타입의 파우치형 전지케이스가 개략적으로 도시되어 있는 모식도이다;
도 2는, 종래의 파우치형 전지셀의 전극조립체가 수납되어 있는 부위 및 실링 부위의 단차가 형성되어 있는 상태가 개략적으로 도시되어 있는 모식도이다;
도 3은, 종래의 파우치형 전지셀의 전극조립체가 수납되어 있는 부위 및 실링 부위 사이에 급격한 꺽임 부위가 형성되어 있는 상태가 개략적으로 도시되어 있는 모식도이다;
도 4는, 본 발명의 하나의 실시예에 따른 한 쌍의 완충 만입부가 형성되어 있는 전지케이스가 개략적으로 도시되어 있는 모식도이다;
도 5는, 본 발명의 하나의 다른 실시예에 따른 한 쌍의 완충 만입부가 형성되어 있는 전지케이스가 개략적으로 도시되어 있는 모식도이다;
이하에서는, 본 발명의 실시예에 따른 도면들을 참조하여 본 발명을 더욱 상술하지만, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.
도 4는, 본 발명의 하나의 실시예에 따른 한 쌍의 완충 만입부가 형성되어 있는 전지케이스가 개략적으로 도시되어 있는 모식도이다.
도 4를 참조하면, 전지케이스(100)는 단일 부재로 형성되어 있으며, 전극조립체(미도시)를 수납하기 위한 제 1 수납부(111) 및 제 2 수납부(112)가 상호 이격된 상태로 형성되어 있고, 수납부들(111,112) 사이에 위치하고 있는 브릿지(bridge) 부위(120)를 접는 선으로 하여 접으면, 제 1 수납부(111) 및 제 2 수납부(112)가 마주보면서 전극조립체를 밀봉하도록 형성되어 있다.
이 때, 브릿지 부위(120)의 단부 측에는 전지케이스(100)내에 전극조립체를 수납하여 밀봉한 뒤, 전지케이스(100)의 내부에 진공을 인가할 때, 전지케이스(100)의 전극조립체가 수납되어 있는 부위 및 실링 부위 사이의 급격한 꺽임을 막기위해, 수납부의 깊이 방향과 동일한 방향으로 만입되어 있는 한 쌍의 완충 만입부(132,134)가 형성되어 있다.
이 때, 한 쌍의 완충 만입부(132,134)는, 브릿지 부위(120)의 외측 방향으로 갈수록 상호 거리가 가까워지도록 형성되어 있는 V자 형상으로 형성되어 있다.
이와 같이, 2 캐비티 타입의 파우치형 전지케이스를 성형할 때, 브릿지 부위(120)의 단부 측에 한 쌍의 완충 만입부(132,134)를 드로잉 공법을 통해 2차 포밍함으로써, 전지케이스(100) 내부에 진공을 인가시, 진공에 의한 빨림을 조절할 수 있으며, 이에 따라, 전극조립체가 수납되어 있는 부위 및 실링 부위 사이의 경사 수준을 완만하게 형성할 수 있다.
또한, 수납부들(111,112)의 사이에 위치하고 있는 브릿지(bridge) 부위(120)에는, 수납부의 깊이 방향과 동일한 방향으로 만입되어 있으며, 브릿지 부위(120)의 접는 선을 따라 형성되어 있는 중앙 만입부(113)를 더 포함하고 있다.
이와 같이, 전지케이스(100)의 브릿지 부위(120)에는 중앙 만입부(113)가 형성되어 있으므로, 전지케이스(100)가 폴딩되는 과정에서 폴딩 부위가 내측으로 말려 들어가거나 또는 움푹 패이는 덴트(dent) 현상을 완화할 수 있게 되는 바, 전지셀의 외관이 균일한 상태를 유지할 수 있다.
도 5는, 본 발명의 하나의 다른 실시예에 따른 한 쌍의 완충 만입부가 형성되어 있는 전지케이스가 개략적으로 도시되어 있는 모식도이다.
도 4에는, 제 1 수납부(111)의 수평 단면상 장변(111a)과 제 2 수납부(112)의 수평 단면상 장변(112a)이 서로 마주보도록 제 1 수납부(111) 및 제 2 수납부(112)가 형성되어 있는데 반해, 도 5를 참조하면, 제 1 수납부(211)의 수평 단면상 단변(211b)과 제 2 수납부(212)의 수평 단면상 단변(212b)이 서로 마주보도록 제 1 수납부(211) 및 제 2 수납부(212)가 형성되어 있다.
도 4에 도시된 전지케이스(100)의 형태 및 도 5에 도시된 전지케이스(200)의 형태는 설계자의 선택 및 전극조립체의 형상에 따라, 선택적으로 형성될 수 있다.
본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로본 발명의 범주내에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다.
Claims (15)
- 양극, 음극, 및 양극과 음극 사이에 분리막이 개재되어 있는 구조의 전극조립체가 전지케이스에 내장되어 있는 파우치형 전지셀로써,
상기 전지케이스는 단일 부재로 형성되어 있으며, 전극조립체를 수납하기 위한 제 1 수납부 및 제 2 수납부가 상호 이격된 상태로 형성되어 있고, 상기 수납부들 사이에 위치하고 있는 브릿지(bridge) 부위를 접는 선으로 하여 접으면, 상기 제 1 수납부 및 제 2 수납부가 마주보면서 상기 전극조립체를 밀봉하도록 형성되어 있으며,
상기 브릿지 부위의 단부 측에는 상기 전지케이스의 내부에 진공을 인가할 때, 전지케이스의 급격한 꺽임을 막기위해, 수납부의 깊이 방향과 동일한 방향으로 만입되어 있는 한 쌍의 완충 만입부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지케이스. - 제 1 항에 있어서, 상기 한 쌍의 완충 만입부는, 상기 브릿지 부위의 외측 방향으로 갈수록 상호 거리가 가까워지도록 형성되어 있는 V자 형상으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지케이스.
- 제 2 항에 있어서, 상기 수납부들의 사이에 위치하고 있는 브릿지(bridge) 부위에는, 수납부의 깊이 방향과 동일한 방향으로 만입되어 있으며, 상기 브릿지 부위의 접는 선을 따라 형성되어 있는 중앙 만입부를 더 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 전지케이스.
- 제 2 항에 있어서, 상기 한 쌍의 완충 만입부의 길이는, 상기 전지케이스의 실링 부위의 폭 대비 20% 내지 80%로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지케이스.
- 제 2 항에 있어서, 상기 제 1 수납부 및 제 2 수납부는 장방형 구조로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지케이스.
- 제 2 항에 있어서, 상기 제 1 수납부의 깊이는 제 2 수납부의 깊이의 50% 내지 80%의 크기로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지케이스.
- 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 전지케이스.
- 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 전지케이스.
- 제 3 항에 있어서, 상기 중앙 만입부는 장방형 또는 타원형의 구조로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지케이스.
- 제 9 항에 있어서, 상기 중앙 만입부의 깊이는 제 1 수납부의 깊이의 20% 내지 50%의 크기로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지케이스.
- 제 9 항에 있어서, 상기 중앙 만입부의 장변은 제 1 수납부의 장변 및 제 2 수납부의 장변에 서로 평행하고, 중앙 만입부의 장변의 길이는 제 1 수납부의 장변의 길이의 70% 내지 90%의 크기로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지케이스.
- 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 하나에 따른 전지케이스를 포함하는 것을 특징으로 하는 파우치형 전지셀.
- 제 12 항에 따른 파우치형 전지셀을 포함하는 것을 특징으로 하는 전지팩.
- 제 13 항에 따른 전지팩을 포함하는 것을 특징으로 하는 디바이스.
- 제 14 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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