KR20210158651A - 이차전지 및 그의 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 이차전지는 전극조립체; 및 상기 전극조립체를 수용하는 파우치를 포함하며, 상기 파우치는, 상기 전극조립체의 일측을 수용하는 제1 수용홈이 형성된 하나의 제1 파우치필름과, 전극조립체의 타측을 수용하는 제2 수용홈이 형성된 다른 하나의 제1 파우치필름을 구비한 전극조립체 수용부; 및 하나의 제1 파우치필름 일단에 연결되는 하나의 제2 파우치필름과, 다른 하나의 제1 파우치필름 일단에 연결되고 상기 하나의 제2 파우치필름과 겹치게 배치되는 다른 하나의 제2 파우치필름을 구비한 가스 포켓부를 포함하고, 상기 제1 파우치필름은 제1 열융착층, 제1a 접착층, 제1 금속층, 제1b 접착층 및 제1 절연층이 순차적으로 적층되는 구조를 가지고, 상기 제2 파우치필름은 제2 열융착층, 제2 금속층 및 제2 절연층이 순차적으로 적층되는 구조를 가진다.

Description

이차전지 및 그의 제조방법{SECONDARY BATTERY AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}
본 발명은 이차전지 및 그의 제조방법에 관한 것으로서, 특히 파우치의 구조를 개선하여 제조비용 손실을 절감할 수 있는 이차전지 및 그의 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 이차전지(secondary battery)는 충전이 불가능한 일차 전지와는 달리 충전 및 방전이 가능한 전지를 말하며, 이러한 이차 전지는 폰, 노트북 컴퓨터, 캠코더 및 전기자동차 등에 널리 사용되고 있다.
상기한 이차전지는 전극조립체가 금속 캔에 내장되는 캔형 이차전지와, 전극조립체가 파우치에 내장되는 파우치형 이차전지로 분류된다.
그리고 상기 파우치형 이차전지는 전극과 분리막이 교대로 적층되는 전극조립체, 상기 전극조립체를 수용하는 파우치를 포함하고, 상기 파우치는 전극조립체를 수용하는 수용부와, 상기 수용부에 발생한 가스를 포집하는 가스 포켓부를 포함한다.
여기서 상기 가스 포켓부는 가스 포집이 완료되면 완제품 파우치에서는 불필요하기 때문에 상기 수용부로부터 절단되면서 버려지게 된다.
그러나 종래의 파우치는 상기 수용부와 상기 가스 포켓부가 일체로 구비되어 있기 때문에 상기 가스 포켓부에도 상기 수용부와 동일한 소재의 파우치필름을 사용해야 하는 문제점이 있었으며, 이에 따라 파우치의 제조비용 손실이 증대되는 문제점이 있었다.
특허등록공보 제10-0857018호
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 발명된 것으로, 본 발명은 전극조립체 수용부와 가스 포켓부를 포함한 파우치의 구조를 개선함으로써 상기 전극조립체 수용부와 가스 포켓부에 서로 다른 파우치필름을 적용할 수 있고, 특히 상기 전극조립체 수용부 보다 가스 포켓부에 낮은 성질의 파우치필름을 적용하여 파우치의 제조비용 손실을 절감할 수 있는 이차전지 및 그의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 이차전지는 전극조립체; 및 상기 전극조립체를 수용하는 파우치를 포함하며, 상기 파우치는, 상기 전극조립체의 일측을 수용하는 제1 수용홈이 형성된 하나의 제1 파우치필름과, 전극조립체의 타측을 수용하는 제2 수용홈이 형성된 다른 하나의 제1 파우치필름을 구비한 전극조립체 수용부; 및 하나의 제1 파우치필름 일단에 연결되는 하나의 제2 파우치필름과, 다른 하나의 제1 파우치필름 일단에 연결되고 상기 하나의 제2 파우치필름과 겹치게 배치되는 다른 하나의 제2 파우치필름을 구비한 가스 포켓부를 포함하고, 상기 제1 파우치필름은 제1 열융착층, 제1a 접착층, 제1 금속층, 제1b 접착층 및 제1 절연층이 순차적으로 적층되는 구조를 가지고, 상기 제2 파우치필름은 제2 열융착층, 제2 금속층 및 제2 절연층이 순차적으로 적층되는 구조를 가질 수 있다.
상기 제2 금속층은 상기 제1 금속층 보다 약한 강도와 작은 두께를 가질 수 있다.
상기 제2 파우치필름은 상기 제2 금속층의 일면과 타면에 각각 제2 열융착 용액과 제2 절연용액이 도포되면서 제2 열융착층과 제2 절연층을 형성할 수 있다.
상기 파우치의 내부에서 보았을 때 상기 제1 파우치필름의 제1 열융착층과 상기 제2 파우치필름의 제2 열융착층은 동일한 수평선상에 위치할 수 있다.
상기 제1 파우치필름의 제1 열융착층과 상기 제2 파우치필름의 제2 열융착층 사이에는 상기 제1 열융착층과 상기 제2 열융착층 사이를 마감하기 위한 접착층이 포함될 수 있다.
한편, 본 발명의 이차전지 제조방법은 파우치를 제조하는 파우치 제조단계; 및 상기 파우치 내부에 전극조립체를 수용하는 이차전지 제조단계를 포함하며, 상기 파우치 제조단계는, 전극조립체 수용부를 형성하기 위한 제1 파우치필름과, 상기 제1 파우치 필름의 길이방향 양쪽 단부에 각각 배치되고 가스 포켓부를 형성하기 위한 제2 파우치필름을 준비하는 필름 준비공정; 및 상기 제1 파우치필름의 양쪽 단부에 상기 제2 파우치필름을 접합하여 파우치를 제조하는 파우치 제조공정을 포함하며, 상기 제1 파우치필름은 제1 열융착층, 제1a 접착층, 제1 금속층, 제1b 접착층 및 제1 절연층이 순차적으로 적층되는 구조를 가지고, 상기 제2 파우치필름은 제2 열융착층, 제2 금속층 및 제2 절연층이 순차적으로 적층되는 구조를 가질 수 있다.
상기 제2 금속층은 상기 제1 금속층 보다 약한 강도와 작은 두께를 가질 수 있다.
상기 제2 파우치필름은 상기 제2 금속층의 일면과 타면에 각각 제2 열융착 용액과 제2 절연 용액을 도포하여 제2 열융착층과 제2 절연층을 형성할 수 있다.
상기 파우치 제조공정은, 상기 제1 파우치필름의 양쪽 단부에 상기 제2 파우치필름을 일부 겹치게 배치하되, 상기 제2 파우치필름은 상기 제1 파우치필름의 최외각에 적층된 제1 절연층에 겹치게 배치하는 배치작업, 및 상기 제1 파우치필름과 상기 제2 파우치필름의 겹친 부분을 한 쌍의 압연롤러로 압연하거나 또는 레이저를 조사하여 접합하는 접합작업을 포함할 수 있다.
상기 파우치 제조공정은, 상기 제1 파우치필름과 상기 제2 파우치필름의 접합면에 연결된 상기 제2 파우치필름의 일부를 눌려지게 가압하여 상기 제1 파우치필름의 최내각에 적층된 제1 열융착층과 상기 제2 파우치필름의 제2 열융착층의 높이를 일치시키는 가압작업을 더 포함할 수 있다.
상기 파우치 제조공정은, 상기 제1 파우치필름의 제1 열융착층과 상기 제2 파우치필름의 제2 열융착층 사이에 접착제를 도포하여 마감하는 마감작업을 더 포함할 수 있다.
상기 파우치 제조공정은, 상기 마감작업 후, 상기 제1 파우치필름의 길이방향으로 양쪽에 전극조립체를 수용하기 위한 제1 및 제2 수용홈을 각각 포밍하는 파우치 포밍작업; 및 상기 제1 파우치필름을 접어서 상기 제1 및 제2 수용홈을 겹치게 배치하고, 상기 제1 파우치필름의 양쪽 단부에 접합된 상기 제2 파우치필름을 겹치게 배치하는 파우치 접힘작업을 더 포함할 수 있다.
상기 이차전지 제조단계는, 상기 제1 및 제2 수용홈 사이에 전극조립체를 수용한 다음, 상기 제1 및 제2 파우치필름의 테두리면을 실링하여 밀봉하되, 상기 제1 파우치필름이 실링되면서 전극조립체 수용부가 형성되고, 상기 제2 파우치필름이 실링되면서 가스 포켓부가 형성되는 미완성 이차전지 제조공정; 상기 미완성 이차전지를 충방전하여 활성화하되, 상기 미완성 이차전지의 충방전시 발생한 가스는 상기 전극조립체 수용부를 통해 상기 가스 포켓부로 포집되고, 상기 가스 포켓부의 배출홀을 통해 외부로 방출되는 이차전지 활성화공정; 상기 전극조립체 수용부와 상기 가스 포켓부 사이를 밀봉되게 실링하는 재실링면 형성공정; 및 상기 전극조립체 수용부와 상기 가스 포켓부 사이의 재실링면과 상기 접합면 사이를 절단하여 가스 포켓부가 제거된 완제품 이차전지를 제조하는 완제품 이차전지 제조공정을 포함할 수 있다.
본 발명의 이차전지는 전극조립체와 파우치를 포함하며, 상기 파우치는 제1 파우치필름으로 구비된 전극조립체 수용부와, 제2 파우치필름으로 구비된 가스 포켓부를 포함하되, 상기 제1 및 제2 파우치필름은 서로 다른 적층구조를 가지는 것에 특징을 가진다. 이와 같은 특징으로 인해 전극조립체 수용부와 가스 포켓부에 서로 다른 소재를 적용할 수 있고, 이에 따라 새로운 구조의 파우치를 제조할 수 있다.
특히, 본 발명의 이차전지에서 상기 제1 파우치필름는 제1 열융착층, 제1a 접착층, 제1 금속층, 제1b 접착층 및 제1 절연층이 순차적으로 적층되는 구조를 가지고, 상기 제2 파우치필름은 제2 열융착층, 제2 금속층 및 제2 절연층이 순차적으로 적층되는 구조를 가지는 것에 특징을 가진다. 이와 같은 특징으로 인해 가스 포켓부의 제조비용을 크게 절감할 수 있고, 그에 따라 파우치의 제조비용 손실을 절감할 수 있다.
또한, 본 발명의 이차전지에서 제2 파우치필름의 제2 열융착층과 상기 제1 파우치필름의 제1 열융착층은 동일한 수평선상에 위치하는 것에 특징을 가진다. 이와 같은 특징으로 인해 제2 파우치필름의 제2 열융착층과 상기 제1 파우치필름의 제1 열융착층 사이에 단차 및 틈새가 발생하는 것을 방지할 수 있고, 이에 따라 전극조립체 수용부에서 발생한 가스를 가스 포켓부로 원활하게 포집시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 이차전지를 도시한 사시도.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 이차전지를 도시한 단면도.
도 3은 도 1에 표시된 A-A선 단면도.
도 4는 도 1에 표시된 B-B선 단면도.
도 5는 도 2에 표시된 C부분 확대도.
도 6은 본 발명의 제1 실시예에 따른 이차전지 제조방법을 나타낸 순서도.
도 7은 본 발명의 제1 실시예에 따른 이차전지용 파우치 제조방법의 필름 준비단계를 도시한 공정도.
도 8은 본 발명의 제1 실시예에 따른 이차전지용 파우치 제조방법의 파우치 제조단계 중 가압작업을 도시한 공정도.
도 9는 본 발명의 제1 실시예에 따른 이차전지용 파우치 제조방법의 파우치 제조단계 중 마감작업을 도시한 공정도.
도 10은 본 발명의 제1 실시예에 따른 이차전지용 파우치 제조방법의 파우치 제조단계 중 포밍작업을 도시한 공정도.
도 11은 본 발명의 제1 실시예에 따른 이차전지용 파우치 제조방법의 파우치 제조단계 중 접힘작업을 도시한 공정도.
도 12는 본 발명의 제1 실시예에 따른 이차전지용 파우치 제조방법의 파우치 제조단계 중 커팅작업을 도시한 공정도.
도 13은 본 발명의 제2 실시예에 따른 이차전지용 파우치를 도시한 측면도.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
[본 발명의 제1 실시예에 따른 이차전지]
본 발명의 제1 실시예에 따른 이차전지는 도 1 내지 도 5에 도시되어 있는 것과 같이, 전극조립체(100), 상기 전극조립체(100)를 수용하는 파우치(200)를 포함한다.
[전극조립체]
전극조립체(100)는 전극과 분리막이 교대로 적층되는 구조를 가지며, 상기 전극은 양극과 음극을 포함한다.
[파우치]
파우치(200)는 전극조립체(100)를 수용하는 전극조립체 수용부(210), 및 상기 전극조립체 수용부(210) 내부에 발생한 가스를 포집한 다음 외부로 배출하는 가스 포켓부(220)를 포함한다.
여기서 상기 전극조립체 수용부(210)는 파우치(200)의 일측(도 1에서 보았을 때 좌측)에 구비되고, 가스 포켓부(220)는 파우치(200)의 우측(도 1에서 보았을 때 우측)에 구비된다.
전극조립체 수용부
전극조립체 수용부(210)는 전극조립체를 수용하기 위한 것으로, 전극조립체(100)의 일측(도 2에서 보았을 때 전극조립체의 상측)을 수용하는 제1 수용홈(211a)이 형성된 하나의 제1 파우치필름(211)과, 전극조립체(100)의 타측(도 2에서 보았을 때 전극조립체의 하측)을 수용하는 제2 수용홈(212a)이 형성된 다른 하나의 제1 파우치필름(212)을 포함하며, 상기 하나의 제1 파우치필름(211)과 상기 다른 하나의 제1 파우치필름(212)은 테두리면이 실링되면서 제1 및 제2 수용홈(211a)(212a) 사이가 밀봉된다.
한편, 상기 하나의 제1 파우치필름(211)과 상기 다른 하나의 제1 파우치필름(212)은 동일한 구조와 소재로 구비된다.
한편, 상기 제1 파우치필름(211)(212)은 도 3을 참조하면, 전극조립체가 수용된 내부에서 외부를 향해 제1 열융착층(210a), 제1a 접착층(210b), 제1 금속층(210c), 제1b 접착층(210d) 및 제1 절연층(210e)이 순차적으로 적층되는 5층 구조를 가진다. 여기서 상기 제1 금속층(210c)은 알루미늄(Al) 소재로 마련된다.
이와 같은 구조를 가진 전극조립체 수용부는 제1 열융착층(210a)를 통해 하나의 파우치필름(211)과 다른 하나의 파우치필름(212)의 접합력을 높이고, 알루미늄(Al)인 제1 금속층(210c)을 통해 파우치필름(211)(212)의 강도를 높이며, 상기 제1 절연층(210e)을 통해 외부로부터의 절연성을 높이고, 제1a 접착층(210b)와 제1b 접착층(210d)을 통해 제1 열융착층(210a), 제1 금속층(210c), 제1 절연층(210e)의 접착력을 높일 수 있다.
가스 포켓부
가스 포켓부(220)는 전극조립체에 의해 전극조립체 수용부에 발생하는 가스를 포집하고 포집한 가스를 외부로 배출시키기 위한 것이다. 특히 가스 포켓부(220)는 전극조립체 수용부에 발생한 가스를 포집한 후 제거되기 때문에 상기 전극조립체 수용부(210) 보다 저렴한 소재로 이루어진다. 또한 가스 포켓부(220)는 상기 전극조립체 수용부(210) 보다 적은 적층 구조를 가진다.
즉, 가스 포켓부(220)는 하나의 제1 파우치필름(221) 일단에 연결되는 하나의 제2 파우치필름(221)과, 다른 하나의 제1 파우치필름(212) 일단에 연결되고 상기 하나의 제2 파우치필름(221)과 겹치게 배치되는 다른 하나의 제2 파우치필름(222)을 포함한다. 그리고 상기 하나의 제2 파우치필름(221)과 다른 하나의 제2 파우치필름(222)은 테두리면이 실링되며, 이에 따라 하나의 제2 파우치필름(221)과 다른 하나의 제2 파우치필름(222) 사이에 가스 포집 공간이 형성된다.
여기서 가스 포켓부(220)는 가스 포집이 완료되면 불필요하기 때문에 상기 전극조립체 수용부(210) 보다 적은 적층 구조로 가지며, 이에 따라 파우치 제조 비용손실을 절감할 수 있고 가스 포켓부(220) 제조공정을 크게 단순화할 수 있다.
즉, 가스 포켓부(220)의 제2 파우치필름(221)(222)은 제2 열융착층(220a), 제2 금속층(220b) 및 제2 절연층(220c)이 순차적으로 적층되는 3층 구조를 가진다.
이와 같은 구조를 가진 가스 포켓부(220)는 제2 열융착층(220a)를 통해 하나의 제2 파우치필름(221)과 다른 하나의 제2 파우치필름(222)의 접합력을 높이고, 제2 금속층(210b)을 통해 제2 파우치필름(221)(222)의 강도를 높이며, 제2 절연층(220c)을 통해 외부로부터의 절연성을 높일 수 있다.
특히 가스 포켓부(220)는 높은 압력을 버틸 필요가 없기 때문에 접착층이 없는 3층 구조를 적용할 수 있으며, 이에 따라 파우치 제조비용 손실을 절감할 수 있고, 제조공정을 단순화할 수 있다.
즉, 전극조립체 수용부(210)는 높은 압력을 버티기 위해 제1 열융착층(210a), 제1a 접착층(210b), 제1 금속층(210c), 제1b 접착층(210d) 및 제1 절연층(210e)이 순차적으로 적층되는 5층 구조를 적용해야 하지만, 가스 포켓부(220)는 가스만 포집하면 되기 때문에 제2 열융착층(220a), 제2 금속층(220b) 및 제2 절연층(220c)이 순차적으로 적층된 3층 구조 적용이 가능하다.
한편, 제2 금속층(220b)와 상기 제1 금속층(210c)은 서로 다른 소재의 금속으로 마련된다. 특히 제2 금속층(220b)는 제1 금속층(210c) 보다 약한 강도와 작은 두께를 가진 알루미늄 소재로 마련된다. 이에 따라 전극조립체 수용부와 비교하여 가스 포켓부(220)의 비용을 크게 절감할 수 있다.
한편, 제2 열융착층(220a)와 제1 열융착층(210a)는 서로 다른 소재의 합성수지로 마련된다. 특히 제2 열융착층(220a)는 제1 열융착층(210a) 보다 작은 두께를 가진 합성수지로 마련된다. 이에 따라 전극조립체 수용부와 비교하여 가스 포켓부(220)의 비용을 크게 절감할 수 있다.
한편, 제2 절연층(220c)과 제1 절연층(210e)은 서로 다른 절연소재로 마련된다. 특히 제2 절연층(220c)은 제1 절연층(210e) 보다 작은 두께를 가진 절연소재로 마련된다. 이에 따라 전극조립체 수용부와 비교하여 가스 포켓부(220)의 비용을 크게 절감할 수 있다.
한편, 상기 제2 파우치필름(221)(222)은 상기 제2 금속층(220b)의 일면(도 2에서 보았을 때 저면)과 타면(도 2에서 보았을 때 상면)에 각각 제2 열융착 용액과 제2 절연용액이 도포되면서 제2 열융착층(220a)과 제2 절연층(220c)을 형성하며, 이에 따라 접착층 없이도 제2 열융착층(220a)과 제2 금속층(220b)의 접착력, 제2 절연층(220c)과 제2 금속층(220b)의 접착력을 크게 높일 수 있다.
따라서 본 발명의 제1 실시예에 따른 이차전지는 전극조립체 수용부(210)와 가스 포켓부(220)를 포함한 파우치(200)를 포함하되, 상기 가스 포켓부(220)는 제2 열융착층(220a), 제2 금속층(220b) 및 제2 절연층(220c)이 순차적으로 적층되는 구조를 가짐으로써 파우치 제조시 불필요한 비용 낭비를 최소화할 수 있고, 특히 새로운 구조의 파우치 제조할 수 있다.
한편, 본 발명의 제1 실시예에 따른 이차전지에서 전극조립체 수용부(210)와 가스 포켓부(220)의 겹친 부분은 한 쌍의 압연롤러를 통해 압연하여 접합하거나 또는 레이저를 조사하여 접합할 수 있으며, 이에 따라 전극조립체 수용부(210)와 가스 포켓부(220)의 겹친 부분을 밀폐되게 접합할 수 있다.
한편, 본 발명의 제1 실시예에 따른 이차전지에서 전극조립체를 향하는 상기 제1 파우치필름의 제1 열융착층(210a)과 상기 제2 파우치필름의 제2 열융착층(210a)은 틈새 또는 단차가 형성되지 않도록 연결될 수 있다.
즉, 상기 제1 파우치필름(211)(212)의 일단에 연결된 상기 제2 파우치필름(221)(222)을 'ㄴ'자 형태로 절곡함으로써 상기 제1 파우치필름(211)(212)과 상기 제2 파우치필름(221)(222)의 겹친 부분이 밀착되며, 이에 따라 상기 제1 파우치필름과 상기 제2 파우치필름 사이에 틈새가 발생하는 것을 방지할 수 있다.
또한, 상기 제1 파우치필름의 제1 열융착층(210a)과 상기 제2 파우치필름의 제2 열융착층(210a)은 파우치의 내부에서 보았을 때 동일한 수평선상에 위치하며, 이에 따라 단차가 발생하는 것을 방지할 수 있다.
한편, 밀착된 상기 제1 파우치필름의 제1 열융착층(210a)과 상기 제2 파우치필름의 제2 열융착층(220a) 사이에는 상기 제1 열융착층(210a)과 상기 제2 열융층(220a) 사이를 마감하기 위한 접착층(230)이 포함되며, 상기 접착층(230)을 통해 상기 제1 열융착층(210a)과 상기 제2 열융층(220a) 사이에 틈새가 발생하는 것을 방지할 수 있다.
따라서 본 발명의 제1 실시예에 따른 이차전지는 전극조립체 수용부(210)와 가스 포켓부(220) 사이에 틈새 또는 단차가 형성되는 것을 방지함으로써 전극조립체 수용부(210)에 발생한 가스를 가스 포켓부(220)에 원활하게 포집시킬 수 있다. 즉, 전극조립체 수용부(210)와 가스 포켓부(220) 사이의 틈새 및 단차로 인해 와류가 발생하는 것을 방지할 수 있어 가스의 원활한 포집이 가능하다.
이하, 본 발명의 제1 실시예에 따른 이차전지 제조방법을 설명한다.
[본 발명의 제1 실시예에 따른 이차전지 제조방법]
본 발명의 제1 실시예에 따른 이차전지 제조방법은 도 6에 도시되어 있는 것과 같이, 파우치(200)를 제조하는 파우치 제조단계(S1) 및 상기 파우치(200) 내부에 전극조립체(100)를 수용하는 이차전지 제조단계(S2)를 포함한다.
파우치 제조단계
파우치 제조단계(S1)는 전극조립체 수용부(210)를 형성하기 위한 제1 파우치필름과, 상기 제1 파우치 필름의 길이방향 양쪽 단부에 각각 배치되고 가스 포켓부(220)를 형성하기 위한 제2 파우치필름을 준비하는 필름 준비공정(S10), 및 상기 제1 파우치필름의 양쪽 단부에 상기 제2 파우치필름을 접합하여 파우치(200)를 제조하는 파우치 제조공정(S20)을 포함한다.
필름 준비공정(S10)는 도 7을 참조하면, 전극조립체 수용부를 형성하기 위한 제1 파우치필름을 준비하고, 상기 제1 파우치 필름의 길이방향 양쪽 단부(도 7에서 보았을 때 제1 파우치필름의 좌측 단부와 우측 단부)에 각각 배치되고 가스 포켓부를 형성하기 위한 2개의 제2 파우치필름을 준비한다.
여기서 제1 파우치필름은 가운데에 구획된 중심선(A)을 기준으로 좌측과 우측에 하나의 제1 파우치필름(211)과 다른 하나의 제1 파우치필름(212)으로 분리되고, 하나의 제1 파우치필름(211)의 단부에 하나의 제2 파우치필름(221)이 배치되고, 다른 하나의 제1 파우치필름(212)의 단부에 다른 하나의 제2 파우치필름(222)이 배치된다.
특히 상기 제1 파우치필름(211)(212)는 전극조립체를 향하게 되는 내측에서 외측방향으로 제1 열융착층(210a), 제1a 접착층(210b), 제1 금속층(210c), 제1b 접착층(210d) 및 제1 절연층(210e)이 순차적으로 적층되는 5층 구조를 가진다.
또한, 2개의 제2 파우치필름(221)(222)는 상기 제1 파우치필름(211)(212) 보다 적은 적층 구조를 가진다. 즉, 제2 파우치필름(221)(222)은 가스 포집이 완료되면 제거되기 때문에 비용 절감을 위해 상기 제1 파우치필름(211)(212)의 적층 구조에서 꼭 필요한 부품만으로 이루어진다. 일례로 제2 파우치필름(221)(222)는 전극조립체를 향하게 되는 내측에서 외측방향으로 제2 열융착층(220a), 제2 금속층(220b) 및 제2 절연층(220c)이 순차적으로 적층되는 3층 구조를 가진다.
한편, 상기 제2 금속층(220b)은 상기 제1 금속층(210c) 보다 약한 강도와 작은 두께를 가지며, 이에 따라 가스 포켓부(220) 구입비용을 절감할 수 이고, 그 결과 비용낭비를 최소화할 수 있다.
한편, 상기 제2 파우치필름(221)(222)은 상기 제2 금속층(220b)의 일면과 타면에 각각 제2 열융착 용액과 제2 절연 용액을 도포하여 제2 열융착층(220a)과 제2 절연층(220c)을 형성한다. 이에 따라 제2 열융착층(220a), 제2 금속층(220b), 제2 절연층(220c)이 일체화된 제2 파우치필름(221)(222)을 제조할 수 있다. 특히 접착층 없이도 제2 열융착층(220a), 제2 금속층(220b), 제2 절연층(220c)의 접착력을 높일 수 있다.
파우치 제조공정(S20)는 제1 파우치필름(211)(212)의 양쪽 단부에 제2 파우치필름(221)(222)을 각각 접합하여 파우치(200)를 제조한다. 즉, 파우치(200)는 제2 파우치필름(221), 제1 파우치필름 및 제2 파우치필름(222)이 연결되는 구조를 가진다.
여기서 파우치 제조공정(S20)은 제1 파우치필름 및 제2 파우치필름을 배치하는 배치작업(S21), 제1 파우치필름 및 제2 파우치필름을 접합하는 접합작업(S22), 제1 파우치필름 및 제2 파우치필름의 접합 부분 중 제2 파우치필름을 가압하여 높이를 맞추는 가압작업(S23), 제1 파우치필름 및 제2 파우치필름 사이의 틈새를 마감하는 마감작업(S24), 제1 파우치필름에 전극조립체를 수용하기 위한 수용홈을 포밍하는 포밍작업(S25), 및 제1 파우치필름을 접어서 파우치를 제조하는 접힘작업(S26)를 포함한다.
상기 배치작업(S21)은 도 7을 참조하면, 상기 제1 파우치필름(211)(212)의 단부에 상기 제2 파우치필름(221)(222)을 일부 겹치게 배치한다. 이때 상기 제2 파우치필름(221)(222)의 최내각에 적층된 제2 열융착층(220a)은 상기 제1 파우치필름(211)(212)의 최외각에 적층된 제1 절연층(210e)에 겹치게 배치한다.
상기 접합작업(S22)은 도 7을 참조하면, 한 쌍의 압연롤러(10)를 통해 제1 파우치필름(211)(212)과 제2 파우치필름(221)(222)의 겹친 부분을 압연하여 접합한다. 이때 한 쌍의 압연롤러(10)는 하나의 제1 파우치필름(211)과 하나의 제2 파우치필름(221)의 겹친 부분, 다른 하나의 제1 파우치필름(212)과 다른 하나의 제2 파우치필름(222)의 겹친 부분을 압연함과 동시에 가열하며, 이에 따라 제1 파우치필름 및 제2 파우치필름의 접합력을 높일 수 있다.
한편, 상기 접합작업(S22)은 본 발명에는 도시되지 않았지만 레이저장치를 통해 제1 파우치필름 및 제2 파우치필름의 겹친 부분에 레이저를 조사하여 접합할 수도 있다.
상기 가압작업(S23)은 도 8을 참조하면, 상기 접합작업 후, 상기 제1 파우치필름(211)과 상기 제2 파우치필름(221)의 접합면(213)에 연결된 상기 제2 파우치필름(221)의 일부를 가압장치(20)를 통해 가압한다. 다음으로 상기 제1 파우치필름(212)과 상기 제2 파우치필름(222)의 접합면(223)에 연결된 상기 제2 파우치필름(222)의 일부를 가압장치(20)를 통해 가압한다. 그러면 상기 제1 파우치필름의 제1 열융착층(210a)과 제2 파우치필름의 제2 열융착층(220a)은 동일한 수평선상에 위치하게 되며, 이에 따라 상기 제1 파우치필름의 제1 열융착층(210a)과 제2 파우치필름의 제2 열융착층(220a)의 높이를 동일하게 맞출 수 있다.
한편, 가압장치(20)는 가압지그(21)와 가압블록(22)을 포함한다.
즉, 상기 가압작업(S23)은 접합된 상기 제1 파우치필름(211)(212)과 상기 제2 파우치필름(221)(222)을 가압지그(21)에 배치한 다음, 상기 제1 파우치필름(211)(212)과 상기 제2 파우치필름(221)(222)의 접합면(213)(223)에 연결된 상기 제2 파우치필름(221)(222)의 일부를 가압블록(22)으로 가압한다. 그러면 접합면(213)(223)에 연결된 상기 제2 파우치필름(221)(222)의 일부가 가압지그(21)에 면밀착되면서 'ㄴ'자 형태로 절곡되고, 이에 따라 상기 제1 파우치필름의 제1 열융착층(210a)과 제2 파우치필름의 제2 열융착층(220a)을 동일한 수평선상에 위치시킬 수 있다. 그 결과 상기 제1 파우치필름의 제1 열융착층(210a)과 제2 파우치필름의 제2 열융착층(220a) 사이의 단차를 제거할 수 있다.
상기 마감작업(S24)은 도 9를 참조하면, 상기 제1 파우치필름(211)(212)의 제1 열융착층(210a)과 상기 제2 파우치필름(221)(222)의 제2 열융착층(220a) 사이에 접착제를 도포한다. 그러면 접착제가 응고되면서 제1 파우치필름의 제1 열융착층(210a)과 상기 제2 파우치필름의 제2 열융착층(220a) 사이에 접착층(230)이 형성되고, 상기 접착층(230)에 의해 상기 제1 파우치필름과 상기 제2 파우치필름 사이의 틈새를 마감할 수 있다.
상기 포밍작업(S25)은 도 10을 참조하면, 상기 마감작업 후, 상기 제1 파우치필름을 다이(31)에 배치한 다음, 프레스(32)를 통해 상기 제1 파우치필름(211)(2112)의 길이방향으로 양쪽에 전극조립체를 수용하기 위한 제1 및 제2 수용홈(211a)(212a)을 각각 포밍한다.
상기 접힘작업(S25)은 도 11을 참조하면, 상기 제1 파우치필름을 반으로 접어서 상기 제1 및 제2 수용홈(211a)(212a)을 겹치게 배치하고, 상기 제1 파우치필름(211)(212)의 양쪽 단부에 접합된 2개의 제2 파우치필름(221)(222)을 겹치게 배치한다.
이와 같은 공정이 완료되면 파우치(200)가 제조된다.
여기서 상기 파우치(200)는 제1 수용홈(211a)이 형성된 제1 파우치필름(211)과 제2 수용홈(212a)이 형성된 제1 파우치필름(211)이 겹치게 배치되면서 형성되는 전극조립체 수용부(210)와, 2개의 제2 파우치필름(221)(222)이 겹치게 배치되면서 형성되는 가스 포켓부(220)를 포함한다.
이차전지 제조단계(S2)
이차전지 제조단계(S2)는 도 12에 도시되어 있는 것과 같이, 전극조립체를 파우치에 수용하여 이차전지를 제조하기 위한 것으로, 미완성 이차전지 제조공정(S30), 이차전지 활성화공정(S40), 재실링면 형성공정(S50); 및 완제품 이차전지 제조공정(S60)을 포함한다.
상기 미완성 이차전지 제조공정(S30)은 파우치(200)의 제1 및 제2 수용홈(211a)(212b) 사이에 전극조립체(100)를 수용한 다음, 하나의 제1 파우치필름(211)과 다른 하나의 파우치필름(212)을 실링한다. 다음으로 하나의 제2 파우치필름(221)과 다른 하나의 제2 파우치필름(222)을 실링한다.
그러면, 하나의 제1 파우치필름(211)과 다른 하나의 파우치필름(212)이 실링되면서 전극조립체 수용부(210)가 형성되고, 하나의 제2 파우치필름(221)과 다른 하나의 제2 파우치필름(222)이 실링되면서 가스 포켓부(220)가 형성된다.
상기 이차전지 활성화공정(S40)는 미완성 이차전지에 전원을 인가함에 따라 충방전하여 활성화한다. 이때 상기 미완성 이차전지의 충방전시 발생한 가스는 전극조립체 수용부(210)를 통해 상기 가스 포켓부(220)로 포집되고, 상기 가스 포켓부(220)의 배출홀을 통해 외부로 방출된다.
상기 재실링면 형성공정(S50)는 전극조립체 수용부(210)와 가스 포켓부(220) 사이를 재실링하여 전극조립체 수용부(210)와 가스 포켓부(220) 사이를 밀봉한다.
상기 완제품 이차전지 제조공정(S60)은 상기 전극조립체 수용부(210)와 상기 가스 포켓부(220) 사이의 재실링면(240)과 상기 접합면 사이를 절단하여 가스 포켓부(220)가 제거된 완제품 이차전지를 제조한다.
이하, 본 발명의 다른 실시예를 설명함에 있어 전술한 실시예와 동일한 기능을 가지는 구성에 대해서는 동일한 구성부호를 사용하며, 중복되는 설명은 생략한다.
[본 발명의 제2 실시예에 따른 이차전지]
본 발명의 제2 실시예에 따른 이차전지는 도 13에 도시되어 있는 것과 같이, 제1 파우치필름의 일단에 겹친 제2 파우치필름의 적층 구조를 개선하며, 이에 따라 가스 포켓부의 비용 손질을 크게 절감할 수 있다. 즉 제1 파우치필름의 일단에 겹친 제2 파우치필름에 포함된 제2 금속층을 면적을 줄임에 따라 가스 포켓부의 비용손질을 크게 절감할 수 있다.
일례로, 제1 파우치필름(211)(212)의 일단에 겹친 제2 파우치필름(221)(222)은 제2 열융착층(220a), 제2 금속층(220b) 및 제2 절연층(220c)을 포함한다.
여기서 상기 제2 파우치필름에서 제2 금속층(220b)의 일단은 제2 열융착층(220a) 및 2 절연층(220c)의 일단보다 짧은 길이를 가진다. 즉, 제1 금속층(210c)과 겹치는 제2 금속층(220b)의 면적을 제거할 수 있다.
다시 말해 제1 파우치필름과 제2 파우치필름이 겹치는 부분은 제1 금속층(210c)과 제2 금속층(220b)이 상하방향으로 겹치게 배치되며, 이에 따라 제1 금속층(210c)과 겹치는 제2 금속층(220b) 부분을 제거함으로써 강도는 유지하면서 비용은 절감할 수 있다.
한편, 제2 금속층(220b)의 외측으로 돌출된 제2 열융착층(220a)의 일단과 제2 절연층(220c)의 일단은 접합되며, 이에 따라 외부로부터 제2 금속층(220b)을 보호할 수 있고, 제2 열융착층(220a) 및 2 절연층(220c) 사이로 이물질 유입을 차단할 수 있다.
본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 다양한 실시 형태가 가능하다.
100: 전극조립체
200: 파우치
210: 전극조립체 수용부
211, 212: 제1 파우치필름
220: 가스 포켓부
221, 222: 제2 파우치필름

Claims (13)

  1. 전극조립체; 및
    상기 전극조립체를 수용하는 파우치를 포함하며,
    상기 파우치는,
    상기 전극조립체의 일측을 수용하는 제1 수용홈이 형성된 하나의 제1 파우치필름과, 전극조립체의 타측을 수용하는 제2 수용홈이 형성된 다른 하나의 제1 파우치필름을 구비한 전극조립체 수용부; 및
    하나의 제1 파우치필름 일단에 연결되는 하나의 제2 파우치필름과, 다른 하나의 제1 파우치필름 일단에 연결되고 상기 하나의 제2 파우치필름과 겹치게 배치되는 다른 하나의 제2 파우치필름을 구비한 가스 포켓부를 포함하고,
    상기 제1 파우치필름은 제1 열융착층, 제1a 접착층, 제1 금속층, 제1b 접착층 및 제1 절연층이 순차적으로 적층되는 구조를 가지고,
    상기 제2 파우치필름은 제2 열융착층, 제2 금속층 및 제2 절연층이 순차적으로 적층되는 구조를 가지는 이차전지.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제2 금속층은 상기 제1 금속층 보다 약한 강도와 작은 두께를 가지는 이차전지.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 제2 파우치필름은 상기 제2 금속층의 일면과 타면에 각각 제2 열융착 용액과 제2 절연용액이 도포되면서 제2 열융착층과 제2 절연층을 형성하는 이차전지.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 파우치의 내부에서 보았을 때 상기 제1 파우치필름의 제1 열융착층과 상기 제2 파우치필름의 제2 열융착층은 동일한 수평선상에 위치하는 이차전지.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 제1 파우치필름의 제1 열융착층과 상기 제2 파우치필름의 제2 열융착층 사이에는 상기 제1 열융착층과 상기 제2 열융착층 사이를 마감하기 위한 접착층이 포함되는 이차전지.
  6. 이차전지 제조방법으로서,
    파우치를 제조하는 파우치 제조단계; 및
    상기 파우치 내부에 전극조립체를 수용하는 이차전지 제조단계를 포함하며,
    상기 파우치 제조단계는,
    전극조립체 수용부를 형성하기 위한 제1 파우치필름과, 상기 제1 파우치 필름의 길이방향 양쪽 단부에 각각 배치되고 가스 포켓부를 형성하기 위한 제2 파우치필름을 준비하는 필름 준비공정; 및
    상기 제1 파우치필름의 양쪽 단부에 상기 제2 파우치필름을 접합하여 파우치를 제조하는 파우치 제조공정을 포함하며,
    상기 제1 파우치필름은 제1 열융착층, 제1a 접착층, 제1 금속층, 제1b 접착층 및 제1 절연층이 순차적으로 적층되는 구조를 가지고,
    상기 제2 파우치필름은 제2 열융착층, 제2 금속층 및 제2 절연층이 순차적으로 적층되는 구조를 가지는 이차전지 제조방법.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 제2 금속층은 상기 제1 금속층 보다 약한 강도와 작은 두께를 가지는 이차전지 제조방법.
  8. 청구항 6에 있어서,
    상기 제2 파우치필름은 상기 제2 금속층의 일면과 타면에 각각 제2 열융착 용액과 제2 절연 용액을 도포하여 제2 열융착층과 제2 절연층을 형성하는 이차전지 제조방법.
  9. 청구항 6에 있어서,
    상기 파우치 제조공정은,
    상기 제1 파우치필름의 양쪽 단부에 상기 제2 파우치필름을 일부 겹치게 배치하되, 상기 제2 파우치필름은 상기 제1 파우치필름의 최외각에 적층된 제1 절연층에 겹치게 배치하는 배치작업, 및
    상기 제1 파우치필름과 상기 제2 파우치필름의 겹친 부분을 한 쌍의 압연롤러로 압연하거나 또는 레이저를 조사하여 접합하는 접합작업을 포함하는 이차전지 제조방법.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 파우치 제조공정은, 상기 제1 파우치필름과 상기 제2 파우치필름의 접합면에 연결된 상기 제2 파우치필름의 일부를 눌려지게 가압하여 상기 제1 파우치필름의 최내각에 적층된 제1 열융착층과 상기 제2 파우치필름의 제2 열융착층의 높이를 일치시키는 가압작업을 더 포함하는 이차전지 제조방법.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 파우치 제조공정은, 상기 제1 파우치필름의 제1 열융착층과 상기 제2 파우치필름의 제2 열융착층 사이에 접착제를 도포하여 마감하는 마감작업을 더 포함하는 이차전지 제조방법.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 파우치 제조공정은, 상기 마감작업 후, 상기 제1 파우치필름의 길이방향으로 양쪽에 전극조립체를 수용하기 위한 제1 및 제2 수용홈을 각각 포밍하는 파우치 포밍작업; 및
    상기 제1 파우치필름을 접어서 상기 제1 및 제2 수용홈을 겹치게 배치하고, 상기 제1 파우치필름의 양쪽 단부에 접합된 상기 제2 파우치필름을 겹치게 배치하는 파우치 접힘작업을 더 포함하는 이차전지 제조방법.
  13. 청구항 6에 있어서,
    상기 이차전지 제조단계는,
    상기 제1 및 제2 수용홈 사이에 전극조립체를 수용한 다음, 상기 제1 및 제2 파우치필름의 테두리면을 실링하여 밀봉하되, 상기 제1 파우치필름이 실링되면서 전극조립체 수용부가 형성되고, 상기 제2 파우치필름이 실링되면서 가스 포켓부가 형성되는 미완성 이차전지 제조공정;
    상기 미완성 이차전지를 충방전하여 활성화하되, 상기 미완성 이차전지의 충방전시 발생한 가스는 상기 전극조립체 수용부를 통해 상기 가스 포켓부로 포집되고, 상기 가스 포켓부의 배출홀을 통해 외부로 방출되는 이차전지 활성화공정;
    상기 전극조립체 수용부와 상기 가스 포켓부 사이를 밀봉되게 실링하는 재실링면 형성공정; 및
    상기 전극조립체 수용부와 상기 가스 포켓부 사이의 재실링면과 상기 접합면 사이를 절단하여 가스 포켓부가 제거된 완제품 이차전지를 제조하는 완제품 이차전지 제조공정을 포함하는 이차전지 제조방법.
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