KR20210144260A - 폴딩가능한 파우치형 전지셀 및 이의 제조방법 - Google Patents

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KR20210144260A
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박찬기
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Abstract

본 발명은 파우치형 전지케이스에 전극조립체를 수용하는 전지셀로서, 상기 전극조립체는 전폭 방향이 전장 방향보다 짧은 구조로 이루어진 양극 및 음극들을 포함하고, 상기 양극 및 음극은, 전폭 방향 외주변 또는 전장 방향 외주변과 평행하도록 전극합제가 도포되지 않은 무지부, 및 상기 무지부를 제외한 부분으로서 전극합제가 도포된 유지부가 형성되며, 상기 파우치형 전지케이스는 상기 무지부가 위치하는 부분에는 내측으로 오목한 단차 구조가 형성되어 있는 파우치형 전지셀에 대한 것이다.

Description

폴딩가능한 파우치형 전지셀 및 이의 제조방법 {Foldable Pouch-type Battery Cell and Method for Manufacturing thereof}
본원 발명은 폴딩가능한 파우치형 전지셀 및 이의 제조방법에 대한 것으로서, 구체적으로, 전지셀의 폴딩 예정부에 전극 합제가 도포되지 않은 무지부가 형성되고, 상기 무지부가 위치하는 파우치형 전지케이스 부분에는 오목한 단차 구조가 형성됨으로써 전극조립체의 유동을 방지할 수 있는 폴딩가능한 파우치형 전지셀 및 이의 제조방법에 대한 것이다.
충방전이 가능한 리튬 이차전지는 와이어리스 모바일 기기(wireless mobile device) 또는 신체에 착용하는 웨어러블 기기(wearable device)의 에너지원으로 광범위하게 사용되고 있을 뿐만 아니라, 대기 오염을 유발하는 기존의 가솔린 차량 및 디젤 차량에 대한 대안으로 제시되는 전기자동차, 하이브리드 전기자동차 등의 에너지원으로도 사용되고 있다.
또한, 다기능 소형화 제품들이 증가하고, 전자기기에서 디자인적 요소를 중요하게 고려하는 추세에 따라 곡면을 포함하는 형태, 또는 기하학적 형태 등 기존의 평면이나 각형의 단순한 구조를 벗어난 새로운 형태의 제품들이 늘어나고 있다.
이와 같이 다양한 형태로 이루어진 제품들에, 리튬 이차전지를 적용하기 위하여, 장방형의 리튬 이차전지의 형태에서 벗어나 단차형, 다각형 등 다양한 형태로 이루어진 리튬 이차전지 디자인의 개발이 이루어지고 있다.
예를 들어, 스마트폰의 경우 파지감을 높이기 위하여 측면을 곡면 처리하기도 하고, 휘거나 접을 수 있는 플렉서블 디스플레이 제품도 등장하고 있다.
이와 같이 휘어지거나 접히는 디바이스에 장방형 형태의 전지셀을 사용하는 경우, 사공간이 많이 발생할 수 있는 문제가 있다. 따라서, 비정형적인 디자인으로 이루어진 디바이스에 장착하더라도 사공간을 줄이면서 용량은 확보할 수 있는 전지셀의 개발이 필요하다.
이와 관련하여, 특허문헌 1은 양극 활물질층과 음극 활물질층을 일정한 간격을 두고 코팅하고, 상기 양극 활물질층 및 음극 활물질층이 코팅되지 않은 무지부에서 절곡되는 벤딩 영역을 포함하는 이차전지를 개시한다.
그러나, 상기 특허문헌 1의 이차전지는 길이가 긴 형태의 디바이스에 적용하기에 적절한 형태이나, 복수의 벤딩 영역을 형성함으로써 무지부가 넓어지기 때문에 에너지 밀도가 낮아지는 문제가 있다.
특허문헌 2는 전극 합제를 구획하는 하나 이상의 무지부가 형성된 집전체를 포함하고, 상기 무지부가 위치하는 전지케이스 부위에서 절곡되어 형상이 변형되는 전지셀에 대한 것이다.
상기 특허문헌 2는 전극조립체와 전지케이스가 분리된 상태이기 때문에, 전지셀의 절곡시 전지케이스의 절곡 부분과 전극조립체의 절곡 부분이 어긋날 수 있는 문제가 있다.
특허문헌 3은 전지셀을 구부렸을 때 실링부에 발생하는 주름을 방지하기 위하여, 실링부에 만입홈이 형성된 전지셀을 개시하고 있으나, 전극조립체가 구부러지면서 전극합제층이 떨어져 나갈 염려가 있는 구조이다.
이와 같이, 접어지거나 휘어지며 변형되는 등 다양한 형태의 디바이스에 적용할 수 있는 전지셀로서, 전지셀의 용량저하를 방지할 수 있으면서, 안정성도 확보할 수 있는 기술에 대한 필요성이 높은 실정이다.
한국 공개특허공보 제2012-0022385호 (2012.03.12) 한국 공개특허공보 제2017-0033513호 (2017.03.27) 한국 공개특허공보 제2015-0096325호 (2015.08.24)
본원 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위한 것으로서, 전극에 전극합제가 도포되지 않은 무지부를 형성하고, 파우치형 전지케이스에서 상기 무지부와 대응되는 부분에 오목한 단차 구조를 형성함으로써, 전극조립체의 원위치 이탈을 방지하여 안전성을 향상시킬 수 있는 폴딩가능한 파우치형 전지셀 및 이의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본원 발명에 따른 파우치형 전지셀은, 파우치형 전지케이스에 전극조립체를 수용하는 파우치형 전지셀로서, 상기 전극조립체는 전폭 방향이 전장 방향보다 짧은 구조로 이루어진 양극 및 음극들을 포함하고, 상기 양극 및 음극은, 전폭 방향 외주변 또는 전장 방향 외주변과 평행하도록 전극합제가 도포되지 않은 무지부, 및 상기 무지부를 제외한 부분으로서 전극합제가 도포된 유지부가 형성되며, 상기 파우치형 전지케이스는 상기 무지부가 위치하는 부분에는 내측으로 오목한 단차 구조가 형성될 수 있다.
본 발명에 따른 파우치형 전지셀은, 상기 전극조립체의 전폭 방향 외주변 중 일측 외주변 상에 양극탭 및 음극탭이 돌출되는 형태로 이루어질 수 있다.
본 발명에 따른 파우치형 전지셀에서, 상기 양극 및 음극은 상기 무지부를 기준으로 대칭 또는 비대칭으로 제 1 유지부 및 제 2 유지부가 형성되고, 상기 무지부에서 상기 양극 및 음극이 폴딩될 수 있다.
또한, 상기 제 1 유지부 및 제 2 유지부 중 어느 하나에서 양극탭 및 음극탭이 돌출되는 형태로 이루어질 수 있다.
본 발명에 따른 파우치형 전지셀은, 상기 무지부와 유지부의 경계부로서, 상기 무지부 일부와 유지부 일부의 외면 상에 절연부재가 부가될 수 있다.
또한, 상기 절연부재는 절연 테이프 형태, 또는 절연액 형태일 수 있다.
본 발명에 따른 파우치형 전지셀에서, 상기 무지부에는 주름진 형태의 폴딩 라인이 형성될 수 있다.
본 발명에 따른 파우치형 전지셀에서, 상기 파우치형 전지케이스는 제 1 전지케이스와 제 2 전지케이스를 포함하고, 상기 제 1 전지케이스 및 제 2 전지케이스 중 적어도 어느 하나에는 상기 무지부가 위치하는 부분으로서 전지케이스의 내측으로 오목한 단차부가 형성될 수 있다.
또한, 상기 파우치형 전지케이스의 오목한 단차부는 상기 전극조립체의 최상단 전극 및 최하단 전극과 부착된 구조로 이루어질 수 있다.
본 발명에 따른 파우치형 전지셀에서, 상기 파우치형 전지케이스는 전극조립체의 폴딩에 의해 폴딩되며, 상기 파우치형 전지케이스가 폴딩되는 부분의 실링부에는 노치가 형성될 수 있다.
본 발명은 또한, 상기 파우치형 전지셀의 제조방법을 제공하는 바, 구체적으로, (a) 전극 시트에 전극합제가 코팅된 유지부와, 전극합제가 코팅되지 않은 무지부가 형성되도록 코팅하는 단계; (b) 상기 유지부와 무지부의 경계부로서, 상기 무지부 일부와 유지부 일부의 외면 상에 절연부재를 부가하는 단계; (c) 상기 전극 시트를 압연하는 단계; 및 (d) 상기 단계 (c)의 전극 시트를 슬리팅하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 파우치형 전지셀의 제조방법에서, 상기 단계 (b)는 절연 테이프를 부착하거나, 또는 절연액을 도포하는 방법으로 진행될 수 있다.
본 발명에 따른 파우치형 전지셀의 제조방법에서, 상기 단계 (d)의 전극 시트를 컷팅하여 제조된 양극 및 음극에 분리막을 개재하여 전극조립체를 제조하고, 상기 전극조립체를 단차가 형성된 파우치형 전지케이스에 수용하고 밀봉하는 과정을 포함할 수 있다.
또한, 상기 전극조립체를 단차가 형성된 파우치형 전지케이스에 수용하고, 상기 전극조립체의 최상단 전극 및 최하단 전극과 상기 파우치형 전지케이스의 단차부를 부착하는 과정을 더 포함할 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본원 발명에 따른 파우치형 전지셀은 양극 및 음극에 전극합제가 도포되지 않은 무지부를 형성하고, 상기 무지부에서 전극조립체가 폴딩되는 구조인 바, 폴딩에 의해 전극합제층이 전극집전체에서 분리되는 문제를 방지할 수 있다.
또한, 파우치형 전지케이스에서 전극조립체의 무지부가 위치하는 부분과 대응되는 부분에 오목한 형태의 단차부를 형성하기 때문에, 파우치형 전지케이스에서 상대적으로 돌출된 돌출부에 전극조립체의 유지부를 안착 및 고정하는 효과를 얻을 수 있다.
또한, 상기 파우치형 전지케이스의 단차부와 상기 전극조립체의 무지부를 부착하는 경우에는, 전극조립체의 위치 고정을 더욱 확실히 할 수 있으므로, 상기 전극조립체의 이탈을 방지하여 전극탭 및 전극리드가 손상되는 것을 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 전극들이 적층된 상태를 나타내는 평면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 전극의 측면도이다.
도 3은 폴딩 라인이 형성된 전극의 측면도이다.
도 4는 본 발명에 따른 파우치형 전지셀들의 측면도이다.
도 5는 본 발명에 따른 파우치형 전지셀의 수직 단면의 부분 확대도이다.
도 6은 실링부에 노치가 형성된 파우치형 전지셀의 사시도이다.
도 7은 본 발명에 따른 파우치형 전지셀의 x축을 기준으로 상향 절곡되는 과정을 나타내는 사시도이다.
도 8은 본 발명에 따른 파우치형 전지셀의 x축을 기준으로 하향 절곡되는 과정을 나타내는 사시도이다.
도 9는 본 발명에 따른 파우치형 전지셀의 y축을 기준으로 상향 절곡되는 과정을 나타내는 사시도이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본원 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본원 발명을 쉽게 실시할 수 있는 실시예를 상세히 설명한다. 다만, 본원 발명의 바람직한 실시예에 대한 동작 원리를 상세하게 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본원 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.
또한, 구성요소를 한정하거나 부가하여 구체화하는 설명은, 특별한 제한이 없는 한 모든 발명에 적용될 수 있으며, 특정한 발명으로 한정하지 않는다.
또한, 본원의 발명의 설명 및 청구범위 전반에 걸쳐서 단수로 표시된 것은 별도로 언급되지 않는 한 복수인 경우도 포함한다.
또한, 본원의 발명의 설명 및 청구범위 전반에 걸쳐서 "또는"은 별도로 언급되지 않는 한 "및"을 포함하는 것이다. 그러므로 "A 또는 B를 포함하는"은 A를 포함하거나, B를 포함하거나, A 및 B를 포함하는 상기 3가지 경우를 모두 의미한다.
또한, 모든 수치 범위는 명확하게 제외한다는 기재가 없는 한, 양 끝의 값과 그 사이의 모든 중간값을 포함한다.
본원 발명을 도면에 따라 상세한 실시예와 같이 설명한다.
본 발명에 따른 파우치형 전지셀은, 외부 수지층, 배리어층 및 내부 접착층을 포함하는 라미네이트 시트로 이루어진 파우치형 전지케이스에 전극조립체를 수용하고 밀봉하는 형태로서, 상기 전극조립체는 양극 및 음극 사이에 분리막이 개재되어 적층되는 형태의 스택형 전극조립체, 및 2개의 분리막을 경계로 양극과 음극이 배치되는 바이셀들이 2개 이상 적층된 상태에서 라미네이션되는 라미네이션/스택형 전극조립체일 수 있다.
상기 양극 및 음극은 전폭 방향이 전장 방향보다 짧은 구조로 이루어진 평면상 직사각형 형태로 이루어질 수 있으며, 상기 전폭 방향 외주변 또는 상기 전장 방향 외주변과 평행하도록 전극합제가 도포되지 않은 무지부, 및 상기 무지부를 제외한 부분으로서 전극합제가 도포된 유지부가 형성된 구조이다.
본 발명에 따른 파우치형 전지셀은 폴딩가능한 형태를 특징으로 하는 바, 상기 무지부가 폴딩됨으로써 파우치형 전지셀이 폴딩될 수 있다.
이와 관련하여, 전극 집전체에 코팅된 전극 합제는 파우치형 전지셀의 폴딩시, 전극집전체의 폴딩부로부터 탈리될 수 있는 바, 이를 방지하기 위하여, 본 발명은 무지부를 형성하고, 상기 무지부에서 파우치형 전지셀을 폴딩함으로써 상기와 같은 문제를 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 전극들이 적층된 상태를 나타내는 평면도이고, 도 2는 본 발명에 따른 전극의 측면도이다.
도 1를 참조하면, (a)전극들과 (b)전극들이 도시되어 있고 도 2를 참조하면, 도 1의 (a)양극의 측면도를 도시하고 있다. 도 1에서 양극과 음극 사이에 개재되는 분리막은 설명의 편의를 위해 생략하였다.
상기 (a)전극들 및 (b)전극들은 x축 방향인 전폭 방향이 y축 방향인 전장 방향보다 짧은 구조로 이루어진 양극(110, 210) 및 음극(120, 220)이 적층된 형태로서, 전폭 방향 외주변 중 일측 외주변 상에 양극탭(112, 212) 및 음극탭(122, 222)이 돌출되는 형태이다.
(a)전극들은 전극들의 전폭 방향 외주변과 평행하도록 전극 합제가 가 도포되지 않은 무지부가 형성된 구조로서, 양극(110)은 전폭 방향 외주변과 평행하도록 형성된 무지부(115)를 기준으로 대칭이 되도록 유지부들(111)이 형성되어 있고, 음극(120)은 전폭 방향 외주변과 평행하도록 형성된 무지부(125)를 기준으로 대칭이 되도록 유지부들(121)이 형성되어 있다.
양극(110)은 무지부(115)와 유지부(111)의 경계부로서, 무지부(115) 일부와 유지부(111) 일부의 외면 상에 절연부재(113)가 부가되고, 음극(120)은 무지부(125)와 유지부(121)의 경계부로서, 무지부(125) 일부와 유지부(121) 일부의 외면 상에 절연부재(123)가 부가되어 있다.
(b) 전극들은 전극들의 전장 방향 외주변과 평행하도록 전극 합제가 도포되지 않은 무지부가 형성된 구조로서, 양극(210)은 전장 방향 외주변과 평행하게 형성된 무지부(215)를 기준으로 대칭이 되도록 유지부들(211)이 형성되어 있고, 음극(220)은 전장 방향 외주변과 평행하게 형성된 무지부(225)를 기준으로 대칭이 되도록 유지부들(221)이 형성되어 있다.
양극(210)은 무지부(215)와 유지부(211)의 경계부로서, 무지부(215) 일부와 유지부(211) 일부의 외면 상에 절연부재(213)가 부가되고, 음극(220)은 무지부(225)와 유지부(221)의 경계부로서, 무지부(225) 일부와 유지부(221) 일부의 외면 상에 절연부재(223)가 부가된다.
한편, 본 발명은 무지부를 기준으로 폴딩되는 파우치형 전지셀에 대한 것인 바, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 달리, 무지부를 기준으로 비대칭이 되도록 유지부가 형성될 수 있음은 물론이다.
본 발명은 폴딩가능한 형태의 파우치형 전지셀에 대한 것이나, 이는, 파우치형 전지셀이 사용 중에 항상 폴딩된 형태를 유지하는 것이 아니고, 사용자의 필요에 따라 파우치형 전지셀을 접거나 폈는 것이 가능한 형태로 이해하는 것이 바람직하다.
따라서, 본 발명의 파우치형 전지셀은 전극탭이 폴딩되지 않은 상태에서 일측 방향으로 돌출되는 것이 바람직한 바, 전극탭들이 전폭 방향 외주변 중 일측 외주변 상에서 돌출된 형태로 이루어진다.
또한, (a)전극들에서 무지부들(115, 125)을 기준으로 위쪽에 있는 유지부들(111, 121)을 제 1 유지부라고 하고, 아래쪽에 있는 유지부들(111, 121)을 제 2 유지부라고 할 때, 양극탭(112)과 음극탭(122)은 제 1 유지부에서 돌출된다. (b)전극들에서 무지부들(215, 225)을 기준으로 왼쪽에 있는 유지부들(211, 221)을 제 1 유지부라고 하고, 오른쪽에 있는 유지부들(211, 221)을 제 2 유지부라고 할 때, 양극탭(212)과 음극탭(222)은 제 1 유지부에서 돌출된다. 이와 같이, 양극탭과 음극탭이 어느 일측 유지부에 형성되기 때문에, 접힌 상태이거나 펼쳐진 상태이거나 상관없이 양극단자 및 음극단자의 위치가 일정하게 고정될 수 있다.
절연 부재(113, 213)는 접착층 기재에 절연층이 부착된 것과 같이 절연 테이프 형태로 이루어져서 유지부와 무지부의 경계부에 절연 테이프를 부착하는 형태로 부가하거나, 또는 절연물질을 용매에 용해한 절연액을 유지부와 무지부의 경계부에 도포하는 형태로 부가할 수 있다.
상기 절연 테이프에서 절연층의 소재는 무연신 폴리프로필렌(CPP) 또는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)를 사용할 수 있다.
상기 절연액은, 예를 들어, 스티렌부티렌고무(SBR)과 알루미나(Al2O3) 및 카르복시메틸셀룰로오스(CMC)를 중량비로 80 : 20 : 0.008로 혼합하여 혼합물을 준비하고, 상기 혼합물에 증류수 40 중량%를 넣어 제조할 수 있다.
본 발명에 따른 파우치형 전지셀의 제조방법은, (a) 전극 시트에 전극합제가 코팅된 유지부와, 전극합제가 코팅되지 않은 무지부가 형성되도록 코팅하는 단계, (b) 상기 유지부와 무지부의 경계부로서, 상기 무지부 일부와 유지부 일부의 외면 상에 절연부재를 부가하는 단계, (c) 상기 전극 시트를 압연하는 단계, 및 (d) 상기 단계 (c)의 전극 시트를 슬리팅하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 절연 부재는 유지부를 평면상 최소 0.1 ㎜ 이상 도포할 수 있고, 바람직하게는 유지부와 0.4 ㎜ 이내로 중첩되도록 도포할 수 있다. 다만, 상기 절연 부재의 부가로 인해 전체적인 전극의 두께가 증가하는 것을 방지하기 위하여, 무지부 상에 도포된 절연 부재를 기준으로, 상기 절연 부재의 두께는 유지부 두께 보다 크지 않은 정도로 형성하는 것이 바람직하다.
본 발명과 같이, 무지부와 유지부의 경계부에 절연 부재가 부가되기 때문에, 양극과 음극 사이에 개제되는 분리막의 수축이 발생하더라도, 양극과 음극이 접촉하여 쇼트가 일어나는 것을 방지할 수 있다.
이와 관련하여, 일반적으로 음극 유지부의 면적을 양극 유지부의 면적보다 넓게 설계하기 때문에, 적층 방향에서 음극 유지부가 양극 무지부와 접촉되도록 배치된다. 따라서, 전극조립체의 과열에 의해 분리막이 수축되는 경우에는, 음극 유지부와 양극 무지부의 접촉이 발생하여 단락이 일어날 수 있다.
이에, 본 발명은, 유지부와 무지부의 경계에 절연 부재를 부가하기 때문에, 분리막이 수축되더라도 음극 유지부와 양극 무지부가 접촉하는 것을 방지할 수 있다.
본 발명에 따른 전극에서 제1유지부와 제2유지부 사이의 간격인 무지부의 높이는, 이에 대해 수직인 무지부의 폭 방향을 따라 일정하게 형성되는 것이 바람직하며, 전극조립체를 180도 폴딩하더라도 유지부가 전극집전체에서 탈리되는 것을 방지하기 위하여, 전극집전체의 두께와 상기 전극집전체의 일면 또는 양면에 코팅되는 유지부의 두께를 고려하여 무지부의 높이를 결정할 수 있다.
도 3은 폴딩 라인이 형성된 전극의 측면도이다.
도 3을 참조하면, 도 3의 전극은 도 2의 전극과 유사하나, 무지부(315)에 주름진 형태의 폴딩 라인(318)이 형성된 점에 차이가 있다.
이와 같이 폴딩 라인(318)이 형성된 경우에는 전극의 폴딩시 절곡부에 집중되는 스트레스를 분산시켜서 절곡부가 손상되는 것을 방지할 수 있다.
도 3의 전극에서 전극탭, 유지부, 무지부 및 절연 부재에 대한 설명은 도 2의 전극과 동일하게 적용될 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 파우치형 전지셀의 제조방법은, 상기 단계 (d)에서 슬리팅된 전극 시트를 컷팅하여 제조된 양극 및 음극에 분리막을 개재하여 전극조립체를 제조하고, 상기 전극조립체를 단차가 형성된 파우치형 전지케이스에 수용하고 밀봉하는 과정을 포함할 수 있다.
도 4는 본 발명에 따른 파우치형 전지셀들의 측면도이다.
도 4를 참조하면, (a)파우치형 전지셀과 (b)파우치형 전지셀 각각은 제 1 전지케이스(431, 531)와 제 2 전지케이스(432, 532)를 포함한다. (a)파우치형 전지셀의 제 1 전지케이스(431)는 전극조립체를 수용하기 위한 수용부(433)가 형성되어 있고, 수용부(433)에는 내측으로 오목한 단차부(436)가 형성되어 있다. 단차부(436)는 전극조립체의 무지부가 위치하는 부분과 대응되는 부분에 형성된다. 제 2 전지케이스(432)는 수용부가 형성되지 않은 평면 형태이다.
(b)파우치형 전지셀은 제 1 전지케이스(531) 및 제 2 전지케이스(532) 각각에 전극조립체를 수용하기 위한 수용부(533)가 형성되어 있고, 수용부(533)에는 내측으로 오목한 단차부(536)가 형성되어 있다. 단차부(536)는 전극조립체의 무지부가 위치하는 부분과 대응되는 부분에 형성된다.
이와 같이, (a)파우치형 전지셀과 (b)파우치형 전지셀은 전극조립체의 무지부가 위치하는 부분에 대응되도록 단차부(436, 536)가 형성되기 때문에, 상대적으로 돌출된 돌출부(437, 537)에 전극조립체의 유지부가 수용됨으로써 전지케이스 내에서 전극조립체의 위치 고정이 이루어질 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 파우치형 전지셀의 제조방법은, 상기 전극조립체를 단차가 형성된 파우치형 전지케이스에 수용하고, 상기 전극조립체의 최상단 전극 및 최하단 전극과 상기 파우치형 전지케이스의 단차부를 부착하는 과정을 더 포함할 수 있다.
이와 관련하여, 도 5는 본 발명에 따른 파우치형 전지셀의 수직 단면의 부분 확대도를 도시하고 있다.
도 5를 참조하면, 전극조립체는 도 1의 (a)전극조립체로서, 설명의 편의를 위해 분리막은 생략하였다. 전지케이스는 도 4의 (b)파우치형 전지셀에 도시된 전지케이스이다.
전극조립체는 양극(110) 및 음극(120) 사이에 분리막이 개재되도록 배치하며 적층된 스택형 전극조립체이다. 양극(110) 및 음극(120)은 유지부와 무지부가 형성되어 있고, 제 1 전지케이스(531)의 단차부는 전극조립체의 최상단에 위치하는 음극(120)의 무지부에 부착되고, 제 2 전지케이스(532)는 전극조립체의 최하단에 위치하는 양극(110)의 무지부에 부착되어 있다.
이와 같이, 전극조립체가 파우치형 전지케이스와 결합되어 있으므로, 전지케이스 내부에서 전극조립체가 외부 충격에 의해 이동하는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 전극조립체의 이동에 의해 전극탭 및 전극리드가 손상되는 것을 방지할 수 있다.
상기와 같은 파우치형 전지셀의 제조방법에 따라 제조된 파우치형 전지셀을 도 6 내지 도 9에 도시하고 있다.
도 6은 실링부에 노치가 형성된 파우치형 전지셀의 사시도이다.
본 발명에 따른 파우치형 전지셀은, 폴딩시 전지케이스의 폴딩부에서 발생하는 장력에 의해 전지케이스가 손상되는 것을 방지하기 위하여, 전지케이스에 노치가 형성될 수 있다.
도 6을 참조하면, 제 1 전지케이스(631) 및 제 2 전지케이스(632) 각각에 단차부(636)와 수용부(633)가 형성된 형태로서, 도 6과 같이 단차부(636)를 기준으로 파우치형 전지케이스를 상향 폴딩하는 경우 돌출된 2개의 수용부(633)에 의해 파우치형 전지케이스의 실링부가 늘어날 수 있다. 따라서, 도 6의 파우치형 전지케이스와 같이 폴딩되는 부분의 실링부에 노치(660)를 형성함으로써 파우치형 전지케이스가 손상되거나, 실링부의 밀봉이 해제되는 것을 방지할 수 있다.
도 7은 본 발명에 따른 파우치형 전지셀의 x축을 기준으로 상향 절곡되는 과정을 나타내는 사시도이고, 도 8은 본 발명에 따른 파우치형 전지셀의 x축을 기준으로 하향 절곡되는 과정을 나타내는 사시도이다.
도 7 및 도 8을 참조하면, 파우치형 전지셀은 x축과 평행한 단차부(736)가 파우치형 전지케이스에 형성된 구조로서, 도 4의 (a)파우치형 전지셀과 같이, 상부에 있는 제 1 전지케이스에만 단차부가 형성된 구조이다.
따라서, 도 7과 같이 상향 절곡되는 경우에는, 돌출부(737)의 높이를 고려하여 전극조립체의 무지부의 높이와 돌출부와 돌출부 사이의 간격을 설정해야 한다.
그러나, 도 8과 같이 하향 절곡되는 경우에는, 하부에 있는 제 2 전지케이스에 돌출부가 형성되지 않기 때문에, 전극조립체의 무지부의 높이 및 돌출부와 돌출부 사이의 간격이 도 7의 전극조립체의 무지부의 높이 및 돌출부와 돌출부 사이의 간격보다 작게 설정할 수 있다.
도 8에 도시된 바와 달리, 파우치형 전지셀은 도 4의 (b)파우치형 전지셀과 같이 단차부 및 돌출부가 제 1 전지케이스 및 제 2 전지케이스 각각에 형성되는 구조를 적용할 수 있다.
도 9는 본 발명에 따른 파우치형 전지셀의 y축을 기준으로 상향 절곡되는 과정을 나타내는 사시도이다.
도 9를 참조하면, 디바이스의 형태에 따라 폭이 좁고 길이가 긴 형태의 파우치형 전지셀이 적용될 수 있는 바, 도 9와 같이, 파우치형 전지셀의 전장 방향과 평행한 y축을 기준으로 절곡되는 형태로 제조할 수 있다.
도 9의 파우치형 전지셀은 y축과 평행한 단차부(836)가 파우치형 전지케이스에 형성된 구조로서, 도 4의 (a)파우치형 전지셀과 같이, 상부에 있는 제 1 전지케이스에만 단차부가 형성된 구조이다.
따라서, 돌출부(837)의 높이를 고려하여 전극조립체의 무지부의 높이 및 돌출부와 돌출부 사이의 간격을 설정해야 한다.
도 9는 상향 절곡되는 형태만을 도시하고 있으나, 도 8에 도시된 바와 같이 하향 절곡될 수 있음은 물론이다.
또한, 도 9에 도시된 바와 달리, 파우치형 전지셀은 도 4의 (b)파우치형 전지셀과 같이 제 1 전지케이스 및 제 2 전지케이스 각각에 단차부와 돌출부가 형성된 구조일 수 있다.
이와 같이, 본 발명에 따른 파우치형 전지셀은 전극조립체에 무지부가 형성되고, 상기 무지부와 대응되는 위치로서 파우치형 전지케이스에 단차부가 형성되어 있는 바, 사용자가 사용 과정에서 파우치형 전지셀을 접거나 펼 수 있는 형태이다.
또한, 전극조립체와 파우치형 전지케이스의 내측면이 부분적으로 결합되어 있기 때문에, 전극조립체가 파우치형 전지케이스 내부에서 움직이는 것을 방지하여 파우치형 전지셀의 안전성을 향상시킬 수 있다.
본원 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본원 발명의 범주내에서 다양한 응용 및 변형을 수행하는 것이 가능할 것이다.
110, 310: 양극
111, 121, 211, 221, 311: 유지부
112, 212, 312: 양극탭
113, 123. 213, 223, 313: 절연부재
115, 125, 215, 225, 315: 무지부
120, 220: 음극
122, 222: 음극탭
431, 531, 631: 제 1 전지케이스
432, 532, 632: 제 2 전지케이스
433, 533, 633: 수용부
436, 536, 636, 736, 836: 단차부
437.537, 737, 837: 돌출부
660: 노치

Claims (14)

  1. 파우치형 전지케이스에 전극조립체를 수용하는 파우치형 전지셀로서,
    상기 전극조립체는 전폭 방향이 전장 방향보다 짧은 구조로 이루어진 양극 및 음극들을 포함하고,
    상기 양극 및 음극은, 전폭 방향 외주변 또는 전장 방향 외주변과 평행하도록 전극합제가 도포되지 않은 무지부, 및 상기 무지부를 제외한 부분으로서 전극합제가 도포된 유지부가 형성되며,
    상기 파우치형 전지케이스는 상기 무지부가 위치하는 부분에는 내측으로 오목한 단차 구조가 형성되어 있는 파우치형 전지셀.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 전극조립체의 전폭 방향 외주변 중 일측 외주변 상에 양극탭 및 음극탭이 돌출되는 형태로 이루어진 파우치형 전지셀.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 양극 및 음극은 상기 무지부를 기준으로 대칭 또는 비대칭으로 제 1 유지부 및 제 2 유지부가 형성되고,
    상기 무지부에서 상기 양극 및 음극이 폴딩되는 파우치형 전지셀.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 제 1 유지부 및 제 2 유지부 중 어느 하나에서 양극탭 및 음극탭이 돌출되는 형태로 이루어진 파우치형 전지셀.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 무지부와 유지부의 경계부로서, 상기 무지부 일부와 유지부 일부의 외면 상에 절연부재가 부가된 파우치형 전지셀.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 절연부재는 절연 테이프 형태, 또는 절연액 형태인 파우치형 전지셀.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 무지부에는 주름진 형태의 폴딩 라인이 형성되어 있는 파우치형 전지셀.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 파우치형 전지케이스는 제 1 전지케이스와 제 2 전지케이스를 포함하고,
    상기 제 1 전지케이스 및 제 2 전지케이스 중 적어도 어느 하나에는 상기 무지부가 위치하는 부분으로서 전지케이스의 내측으로 오목한 단차부가 형성된 파우치형 전지셀.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 파우치형 전지케이스의 오목한 단차부는 상기 전극조립체의 최상단 전극 및 최하단 전극과 부착된 구조로 이루어진 파우치형 전지셀.
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 파우치형 전지케이스는 전극조립체의 폴딩에 의해 폴딩되며,
    상기 파우치형 전지케이스가 폴딩되는 부분의 실링부에는 노치가 형성되어 있는 파우치형 전지셀.
  11. 제 1 항 내제 제 10 항 중 어느 한 항에 따른 파우치형 전지셀의 제조방법으로서,
    (a) 전극 시트에 전극합제가 코팅된 유지부와, 전극합제가 코팅되지 않은 무지부를 형성되도록 코팅하는 단계;
    (b) 상기 유지부와 무지부의 경계부로서, 상기 무지부 일부와 유지부 일부의 외면 상에 절연부재를 부가하는 단계;
    (c) 상기 전극 시트를 압연하는 단계; 및
    (d) 상기 단계 (c)의 전극 시트를 슬리팅하는 단계;
    를 포함하는 파우치형 전지셀의 제조방법.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 단계 (b)는 절연 테이프를 부착하거나, 또는 절연액을 도포하는 방법으로 진행되는 파우치형 전지셀의 제조방법.
  13. 제 11 항에 있어서, 상기 단계 (d)의 전극 시트를 컷팅하여 제조된 양극 및 음극에 분리막을 개재하여 전극조립체를 제조하고,
    상기 전극조립체를 단차가 형성된 파우치형 전지케이스에 수용하고 밀봉하는 과정을 포함하는 파우치형 전지셀의 제조방법.
  14. 제 13 항에 있어서, 상기 전극조립체를 단차가 형성된 파우치형 전지케이스에 수용하고,
    상기 전극조립체의 최상단 전극 및 최하단 전극과 상기 파우치형 전지케이스의 단차부를 부착하는 과정을 더 포함하는 파우치형 전지셀의 제조방법.
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