KR20220015235A - 이차 전지용 파우치, 이차 전지 및 이의 제조 방법 - Google Patents

이차 전지용 파우치, 이차 전지 및 이의 제조 방법 Download PDF

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KR20220015235A
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문신영
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Abstract

예시적인 실시예들에 따른 이차 전지용 파우치는 일 평면 및 일 평면의 둘레를 따라 형성된 측벽으로 정의된 수용부, 측벽으로부터 일 평면에 평행하게 확장된 실링부, 수용부 및 실링부의 모서리에 위치한 반실링부를 포함한다. 반실링부는 파우치 필름의 내측 면이 서로 맞닿도록 접합되어 형성되고 실링부에 의해 정의된 실링 영역 외측으로 돌출된 날개부를 포함한다. 파우치의 취급 안정성 및 기계적 안정성이 항샹될 수 있다.

Description

이차 전지용 파우치, 이차 전지 및 이의 제조 방법{POUCH FOR SECONDARY BATTERY, SECONDARY BATTERY AND METHOD OF MANUFACTURING THE SAME}
본 발명은 이차 전지용 파우치, 이차 전지 및 이의 제조 방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는 전지 셀을 수용하는 하는 이차 전지용 파우치, 이차 전지 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.
이차 전지는 충전 및 방전이 반복 가능한 전지로서, 정보 통신 및 디스플레이 산업의 발전에 따라, 캠코더, 휴대폰, 노트북PC 등과 같은 휴대용 전자통신 기기들의 동력원으로 널리 적용되고 있다. 또한, 최근에는 하이브리드 자동차와 같은 친환경 자동차의 동력원으로서도 이차 전지를 포함한 전지 팩이 개발 및 적용되고 있다.
이차 전지로서 예를 들면, 리튬 이차 전지, 니켈-카드늄 전지, 니켈-수소 전지 등을 들 수 있으며, 이들 중 리튬 이차 전지가 작동 전압 및 단위 중량당 에너지 밀도가 높으며, 충전 속도 및 경량화에 유리하다는 점에서 활발히 개발 및 적용되고 있다.
예를 들면, 리튬 이차 전지는 양극, 음극 및 분리막(세퍼레이터)을 포함하는 전극 조립체, 및 상기 전극 조립체를 함침시키는 전해질을 포함할 수 있다. 상기 리튬 이차 전지는 상기 전극 조립체 및 전해질을 수용하는 예를 들면, 파우치 형태의 외장재를 더 포함할 수 있다.
리튬 이차전지의 응용 범위가 확대되면서 보다 큰 전기적 용량을 갖는 이차 전지의 필요성이 증대되고 있다. 이차 전지의 용량을 개선하기 위하여 파우치 내에 고용량의 전지 셀을 수용하는 방법이 고려될 수 있다.
하지만, 전지 셀의 용량이 증가할 때 전지 셀의 부피(두께)도 함께 증가할 수 있다. 두꺼운 전지 셀을 파우치에 수용하기 위해서는 수용부의 깊이를 증가시킬 필요가 있다. 통상의 파우치 필름에 프레싱 공정을 통해 약 15mm 깊이 이상으로 수용부를 형성할 경우 파우치 필름에 크랙, 파단 등의 손상이 발생한다. 이 경우, 전해액 누출의 위험이 증가하며, 전지의 절연저항 및 기계적 안정성이 저하된다.
예를 들면, 한국공개특허 제10-2018-0023817호에는 파우치 필름에 프레싱 공정을 통해 전지 셀 수용부를 형성하고, 수용부에 전지 셀을 수용한 파우치형 이차전지가 개시되어 있으나, 전지 셀 수용부의 깊이를 충분히 확보할 수 없다.
한국공개특허 제10-2018-0023817호
본 발명의 일 과제는 우수한 기계적 신뢰성 및 취급 안정성을 갖는 이차 전지용 파우치를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 과제는 우수한 기계적 신뢰성 및 전기 용량을 갖는 이차 전지를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 과제는 우수한 기계적 신뢰성 및 취급 안정성을 갖는 이차 전지용 파우치를 제공하는 것이다.
예시적인 실시예들에 따른 이차 전지용 파우치는 일 평면 및 상기 일 평면의 둘레를 따라 형성된 측벽으로 정의된 수용부; 상기 측벽으로부터 상기 일 평면에 평행하게 확장된 실링부; 및 상기 수용부 및 상기 실링부의 모서리에 위치한 반실링부를 포함하며, 상기 반실링부는 파우치 필름의 내측 면이 서로 맞닿도록 접합되어 형성되고 상기 실링부에 의해 정의된 실링 영역 외측으로 돌출된 날개부를 포함한다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 일 평면 및 상기 측벽이 만나는 모서리 및 상기 측벽 및 상기 실링부가 만나는 모서리는 상기 파우치 필름이 절곡되어 형성될 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 반실링부는 상기 측벽으로부터 연장되며 상기 실링부에 대하여 수직으로 형성된 연장부를 더 포함할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 반실링부는 일 면이 상기 실링부의 외측 면과 접합되지 않은 상태로 맞닿는 접힘부를 더 포함할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 접힘부는 제1 방향으로 연장된 제1 실링부와 맞닿도록 접히거나 상기 제1 방향과 교차하는 방향으로 연장되며 제1 실링부와 이웃한 제2 실링부와 맞닿도록 접힐 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 접힘부의 접힘 방향에 따라 상기 날개부의 돌출 방향 및 상기 연장부의 연장 방향이 변화할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 실링부와 접합되어 상기 수용부의 내부 공간을 형성하는 덮개부를 더 포함할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 내부 공간은 복수 개로 형성되며, 일부 내부 공간은 전지 셀 수용 공간으로 제공되고, 나머지 내부 공간은 가스 배출 공간으로 제공될 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 이차 전지용 파우치가 상기 덮개부로 제공되며, 상기 이차 전지용 파우치의 상기 실링부들이 서로 접합될 수 있다.
예시적인 실시예들에 따른 이차 전지는 상술한 이차 전지용 파우치; 및 상기 이차 전지용 파우치의 상기 수용부 내부에 수용된 전지 셀을 포함한다.
예시적인 실시예들에 따른 이차 전지용 파우치의 제조 방법은 파우치 필름의 수용부 영역을 정의하는 중앙 내측 접음선 및 상기 수용부 영역의 꼭짓점으로부터 대각으로 연장된 대각 내측 접음선을 따라 상기 파우치 필름의 내측 면을 서로 마주보도록 접어 수용부를 형성하는 단계; 상기 수용부 영역에 대하여 소정 거리 외측으로 이격되어 형성된 중앙 외측 접음선 및 상기 중앙 외측 접음선의 말단으로부터 상기 대각 내측 접음선에 평행하게 연장된 대각 외측 접음선을 따라 상기 파우치 필름의 외측 면이 서로 마주보도록 접어 실링부를 형성하는 단계; 및 상기 중앙 외측 접음선과 상기 대각 외측 접음선의 접점과 상기 꼭짓점을 연결하는 연장 외측 접음선 및 상기 대각 외측 접음선과 상기 연장 외측 접음선의 접점으로부터 상기 대각 내측 접음선과 상기 중앙 외측 접음선의 접점까지 연장된 연장 내측 접음선을 따라 상기 파우치 필름을 접고 접합하여 반실링부를 형성하는 단계를 포함한다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 반실링부는 상기 실링부에 의해 정의된 실링 영역 외부로 돌출된 날개부를 포함할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 반실링부의 형성 시 상기 수용부의 측벽으로부터 연장되며 상기 실링부에 대하여 수직인 연장부가 형성될 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 반실링부의 형성 시 일 면이 상기 실링부의 외측 면과 접합되지 않은 상태로 맞닿는 접힘부가 형성될 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 수용부를 형성하는 단계는 냉간 압연에 의해 수행되는, 이차 전지용 파우치의 제조 방법.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 실링부를 형성하는 단계는 열간 압연에 의해 수행될 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 1개 파우치 필름으로부터 상기 수용부를 포함하는 이차 전지용 파우치 및 상기 수용부를 덮어 내부 공간을 형성하는 덮개부가 제공될 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 1개 파우치 필름으로부터 복수 개의 상기 이차 전지용 파우치가 형성되고 일부 이차 전지용 파우치가 상기 덮개부로 제공될 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 내부 공간은 복수 개로 형성되며, 일부 내부 공간은 전지 셀 수용 공간으로 제공되고, 나머지 공간은 가스 배출 공간으로 제공될 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 전지 셀 수용 공간과 상기 가스 배출 공간 사이의 연결 실링부는 전지 셀의 디개싱 공정 후 실링 및 제거될 수 있다.
예시적인 실시예들에 따르면, 이차 전지용 파우치는 파우치 필름의 내측 면이 서로 맞닿도록 접합되어 형성된 반실링부를 포함하고, 반실링부는 실링 영역 외부로 돌출된 날개부를 포함한다. 반실링부 및 날개부는 손잡이(handle)로 제공될 수 있다. 따라서, 이차 전지의 조립 및 제조 공정 중 반실링부 및 날개부를 통해 파우치 및 이차 전지를 안전하게 옮기거나 취급할 수 있다.
또한, 반실링부는 파우치 수용부의 측벽으로부터 연장되고 실링부에 수직으로 형성된 연장부를 포함할 수 있으며, 연장부는 추가 손잡이로 제공될 수 있다.
그리고, 파우치의 수용부 및 실링부는 파우치 필름을 절곡하여 형성될 수 있으며, 절곡 두께를 조절함에 따라 수용부의 깊이를 용이하게 증가시킬 수 있다. 따라서, 보다 두꺼운 전극 조립체를 파우치 내부에 수용할 수 있다.
또한, 프레스 방식이 아닌 절곡 방식을 통해 수용부를 형성함으로써 수용부 모서리의 손상을 효과적으로 방지하여 전해액 누출 및 절연저항 감소를 방지할 수 있다.
반실링부, 날개부 및 연장부의 형성 방향은 파우치 필름의 절곡 방식에 따라 변경될 수 있다. 따라서, 손잡이의 방향을 용이하게 조절할 수 있다.
수용부 절곡 시에는 냉간 압연, 실링부 절곡 시에는 열간 압연 방식을 사용하여, 파우치 필름을 손상시키지 않고 효과적으로 절곡시킬 수 있다.
도 1 예시적인 실시예들에 따른 이차 전지를 나타내는 개략적인 사시도이다.
도 2는 예시적인 실시예들에 따른 파우치 필름을 나타내는 개략적인 단면도이다.
도 3은 예시적인 실시예들에 따른 파우치 필름의 절곡선을 나타내는 개략적인 평면도이다.
도 4 및 도 5는 각각 예시적인 실시예들에 따라 절곡된 파우치 필름을 나타내는 개략적인 평면도 및 저면도이다.
도 6은 예시적인 실시예들에 따른 파우치 필름의 절곡선을 나타내는 개략적인 평면도이다.
도 7 및 도 8은 각각 예시적인 실시예들에 따라 절곡된 파우치 필름을 나타내는 개략적인 평면도 및 저면도이다.
도 9는 예시적인 실시예들에 따른 파우치 필름의 절곡선을 나타내는 개략적인 평면도이다.
도 10은 예시적인 실시예들에 따른 이차 전지의 반실링부를 확대한 개략적인 사시도이다.
본 발명의 실시예들은 수용부의 모서리에 파우치 필름이 내측으로 접혀 형성되며 실링부 외측으로 돌출된 날개부가 형성된 반실링부를 포함하는 이차 전지용 파우치를 제공한다. 파우치의 취급 안정성 및 기계적 안정성이 항샹될 수 있다.
이하, 본 발명의 실시예들에 대해 상세히 설명하기로 한다. 그러나 이는 예시적인 것에 불과하며 본 발명이 예시적으로 설명된 구체적인 실시 형태로 제한되는 것은 아니다.
본 명세서에서 사용되는 용어, "제1" 및 "제2"의 의미는 "제1" 및 "제2"에 의해 수식되는 대상의 개수, 또는 순서를 한정하는 것이 아니라, 서로 다른 수식되는 대상을 구별하는 것에 지나지 않는다. 본 명세서에서 사용되는 용어, "상면", "하면", "상부", "하부", "상측", "하측" 등의 의미는 수식 대상의 상대적인 위치 관계를 설명하는 것이며, 수식 대상의 절대적인 위치를 한정하는 것은 아니다.
도 1 예시적인 실시예들에 따른 이차 전지를 나타내는 개략적인 사시도이다.
도 1을 참조하면, 이차 전지(10)는 이차 전지용 파우치(100; 이하 "파우치"로 약칭될 수 있음) 및 파우치(100)의 내부 공간에 수용된 전지 셀(미도시)를 포함할 수 있다. 상기 전지 셀로부터 전극 탭(400)이 연장될 수 있으며, 전극 탭(400)은 파우치(100)의 외부로 돌출될 수 있다.
상기 전지 셀은 양극 집전체 및 양극 활물질층을 포함하는 양극, 음극 집전체 및 음극 활물질층을 포함하는 음극 및 상기 양극과 상기 음극 사이에 개재된 분리막을 포함하는 전극 조립체가 교대로 복수 개 적층되어 형성될 수 있으며, 적층 개수가 증가할수록 용량이 증가함과 동시에 두께도 증가할 수 있다.
수용부(110)는 일 평면(도 1에 있어서는 상면) 및 상기 일 평면의 둘레를 따라 형성된 네 개의 측벽으로 정의될 수 있다. 상기 측벽의 높이에 따라 수용부(110)의 깊이가 정의될 수 있다. 수용부(110)에는 상기 전지 셀이 수용될 수 있다.
수용부(110)에 상기 전지 셀을 수용한 후 수용부(110)의 개방된 일측을 덮개부를 통해 덮음으로써, 수용부(110)의 내부 공간을 폐쇄 및 밀봉할 수 있다.
상기 측벽의 상기 일 평면과 접하는 모서리의 반대 측 단부는 실링부(120)와 연결될 수 있다. 실링부(120)는 상기 일 평면(수용부(110)의 바닥면)과 평행할 수 있다. 실링부(120)는 수용부(110)에 의해 정의되는 내부 영역의 외측으로 확장될 수 있다. 수용부(110)의 깊이는 실링부(120)와 수용부(110)의 바닥면과의 단차로 표현될 수 있다.
본 명세서에서 사용되는 용어 "평행", "수직" 등은 수학적 및 기하학적으로 정확히 서로 만나지 않거나 90o 각도를 이루는 경우 뿐만 아니라, 실질적으로 평행 및 수직으로 인식되는 위치, 방향 관계를 포괄할 수 있다.
예를 들면, 상기 덮개부가 실링부(120)를 포괄하는 면적으로 형성될 경우, 실링부(120)와 상기 덮개부의 실링부(120)에 대응하는 영역을 파우치(100)의 수직 방향으로 프레싱하거나 함께 열처리함으로써 파우치(100)를 실링할 수 있다.
상기 전지 셀로부터 연장된 전극 전극 탭(400)이 실링부(120)와 상기 덮개부 사이로 돌출된 상태에서 상기 실링이 수행될 수 있다.
예를 들면, 수용부(110) 및 실링부(120)는 파우치 필름을 특정 형태로 절곡하여 형성될 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 일 평면과 상기 측벽이 만나는 모서리 및 상기 측벽과 실링부(120)가 만나는 모서리는 상기 파우치 필름이 절곡되어 형성될 수 있다. 파우치 필름의 절곡 시, 수용부(110) 및 실링부(120)의 모서리에 반실링부(130)가 형성될 수 있다.
도 2는 예시적인 실시예들에 따른 파우치 필름을 나타내는 개략적인 단면도이다.
도 2를 참조하면, 파우치 필름(200)은 실란트 층(210, 220), 금속층(230), 연신 필름(240) 및 보호 필름(250)이 순서대로 적층된 구조를 가질 수 있다.
상기 실란트 층은 파우치 필름(200)의 내측 면(202)에 형성될 수 있다. 상기 실란트 층은 예를 들면, 열중합성 화합물을 포함할 수 있다. 상기 실란트 층이 접촉된 상태에서 열처리될 경우, 상기 열중합성 화합물의 중합 또는 가교 반응에 의해 접촉부가 강하게 접함 및 밀봉될 수 있다. 예를 들면, 실링부(120)의 내측 면에 형성된 상기 실란트 층에 의해 파우치(100)의 실링이 수행될 수 있다.
예를 들면, 상기 실란트 층은 적층 구조를 가질 수 있다. 예를 들면, 폴리올레핀(폴리프로필렌) 층(210) 및 변성 폴리올레핀(폴리프로필렌) 층(220)이 적층될 수 있다.
금속층(230)은 파우치 필름(200)의 기계적 강도 및 밀폐성을 향상시킬 수 있다. 예를 들면, 금속층(230)은 우수한 성형성을 갖는 알루미늄 등을 포함할 수 있다.
연신 필름(240)은 파우치 필름(200)의 성형성을 향상시킬 수 있으며, 금속층(230)의 보호층 및 절연층으로 제공될 수 있다. 연신 필름(240)은 예를 들면, 이축 연신 나일론 등을 포함할 수 있다.
보호 필름(250)은 파우치 필름(200)의 외측 면(204)에 형성될 수 있다. 예를 들면, 보호 필름(250)은 폴리에틸렌테레프탈레이트 등을 포함할 수 있다.
이 경우, 파우치 필름(200)의 내측 면(202)은 접합성을 가지고, 외측 면(204)은 접합성을 가지지 않을 수 있다.
반실링부(130)는 파우치 필름(200)의 내측 면(202)이 서로 맞닿도록 접합되어 형성될 수 있다. 반실링부(130)의 수용부(110) 반대 측 말단은 실링부(120)에 의해 정의된 실링 영역의 외부로 돌출된 날개부(132)로 제공될 수 있다. 날개부(132)는 예를 들면, 삼각형 형상을 가질 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 반실링부(130)는 상기 측벽으로부터 수용부(110) 외측으로 연장된 연장부(134)를 포함할 수 있다. 연장부(134)는 실링부(120)의 평면에 대하여 대략적으로 수직으로 형성될 수 있다
예를 들면, 연장부(134)는 삼각형 형상을 가질 수 있다. 상기 삼각형 형상의 일 변은 상기 측벽과 연결되고, 다른 일 변은 실링부(120)의 평면과 맞닿을 수 있다.
예시적인 실시예들에 따르면, 반실링부(130), 날개부(132) 및 연장부(134)는 수용부(110) 및 실링부(120)로부터 돌출된 형상으로서, 파우치(100)의 취급 시 손잡이로 제공될 수 있다. 따라서, 실링부(120), 수용부(110) 또는 전극 탭(400)을 직접 잡고 파우치(100)를 취급하는 경우에 비하여 파우치(100)의 손상을 효과적으로 억제할 수 있다.
일부 실시예들에 있어서, 반실링부(130)의 일부분은 일 면이 실링부(120)의 외측 면과 접합되지 않은 상태로 맞닿는 접힘부(136)를 형성할 수 있다.
예를 들면, 파우치 필름(200)의 외측 면(204)은 접합력이 없어 외측 면(204)끼리 서로 맞닿은 상태에서 실링 공정이 수행되더라도 서로 접합되지 않을 수 있다. 따라서, 실링부(120)의 일 부분(제1 실링부)과 맞닿은 상태에서 실링 처리 되었지만 실링부(120)와 접합되지 않은 접힘부(136)의 일 면은 실링부(120)로부터 쉽게 분리될 수 있다.
일부 실시예들에 있어서, 접힘부(136)는 실링 처리된 상태에서 상기 일 면의 반대 면(타 면)이 실링부(120)의 다른 부분(제2 실링부)과 접하도록 다시 절곡될 수 있다. 이 경우, 반실링부(130), 날개부(132) 및 연장부(134)의 돌출 및 형성 방향이 변경될 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 파우치(100)가 상기 덮개부로 제공될 수도 있다. 이 경우, 파우치(100) 2개가 상하로 접합되어 수용부(110)에 의해 정의되는 내부 공간을 형성할 수 있다. 이 경우, 2개 파우치(100)들의 실링부(120)들은 서로 대응되도록 정렬된 상태에서 실링될 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 내부 공간은 복수 개로 형성될 수 있다. 예를 들면, 복수 개의 상기 내부 공간 중 일부(전지 셀 수용 공간)에는 상기 전지 셀이 수용될 수 있다. 나머지 내부 공간은 상기 일부 내구 공간과 연통될 수 있다. 상기 나머지 내부 공간(가스 배출 공간)에는 상기 전지 셀이 수용된 내부 공간에 전해액을 주입하고 화성시킬 때 발생하는 가스가 수용될 수 있다. 디개싱(degassing) 공정 후 상기 전지 셀 수용 공간과 상기 가스 수용 공간의 연통을 중단시키고 상기 가스 수용 공간을 분리함으로써, 효과적으로 디개싱 공정을 수행할 수 있다.
도 3은 예시적인 실시예들에 따른 파우치 필름의 절곡선을 나타내는 개략적인 평면도이다. 도 3에 도시된 면은 파우치 필름(200)의 외측 면(204)일 수 있다.
도 3을 참조하면, 파우치 필름(300)에는 중앙 내측 접음선(310), 대각 내측 접음선(316), 중앙 외측 접음선(320) 및 대각 외측 접음선(316)을 포함할 수 있다.
중앙 내측 접음선(310)은 제1 방향으로 연장된 제1 내측 접음선(312) 및 제2 방향으로 연장된 제2 내측 접음선(314)을 포함할 수 있다.
본 명세서에서 제1 방향은 예를 들면, 파우치 필름(300)의 길이 방향을 의미할 수 있으며, 제2 방향은 예를 들면, 상기 제1 방향에 수직인 방향으로서 파우치 필름(300)의 폭 방향을 의미할 수 있다.
중앙 내측 접음선(310)은 파우치 피름(300)의 수용부 영역(370)을 정의할 수 있다. 수용부 영역(370)은 예를 들면, 파우치(100) 수용부(110)의 바닥면(또는 천장면)으로 제공될 수 있다.
대각 내측 접음선(316)은 수용부 영역(370)의 꼭짓점으로부터 대각 방향으로 형성될 수 있다. 예를 들면, 대각 내측 접음선(316)은 제1 내측 접음선(312) 및 제2 내측 접음선(314)의 접점으로부터 수용부 영역(370)의 반대 측으로 약 45o 기울어진 방향으로 형성될 수 있다. 대각 내측 접음선(316)은 파우치 필름(300)의 폭 방향 끝까지 연장될 수 있다.
중앙 외측 접음선(320)은 수용부 영역(370)의 외측으로 중앙 내측 접음선(310)으로부터 소정 거리 이격되어 형성될 수 있다. 예를 들면, 중앙 외측 접음선(320)과 중앙 내측 접음선(310)은 평행할 수 있다. 중앙 외측 접음선(320)과 중앙 내측 접음선(310) 사이의 이격된 거리가 측벽의 높이 및 수용부(110)의 깊이로 제공될 수 있다.
예시적인 실시예들에 따르면, 상기 이격된 거리를 조절함으로써, 수용부(110)의 깊이를 예를 들면, 15mm 이상으로 용이하게 증가시킬 수 있다.
예를 들면, 수용부(110)의 깊이는 금속층(230)의 두께에 의해 결정될 수 있다. 통상적으로 사용되는 약 135㎛ 두께의 파우치 필름(200)의 경우 약 40㎛ 두께의 금속층(230)을 포함할 수 있다. 이 경우, 기계적 강도와 화학적 내식성이 저하되지 않는 범위에서 프레스 성형(forming) 공정을 통해 약 7.5mm 깊이의 수용부(110)를 형성할 수 있다. 프레스 성형 공정의 경우 모서리의 곡률 반경 R에 따라 크랙 발생 정도가 결정될 수 있다. 예를 들면, 상기 파우치 필름에 대하여 R = 1(mm)을 기준으로 양면 프레스 성형할 경우 수용부의 최대 깊이는 약 15mm일 수 있다.
상기 프레스 성형에 있어서, 파우치 필름(200)에 포함된 금속층(230)의 두께가 증가할수록 수용부(110) 형성 깊이가 증가할 수 있다. 예를 들면, 금속층(230)의 두께가 약 80㎛일 경우, 수용부(110)의 깊이는 약 10mm일 수 있으며, 파우치 필름(200)을 양면으로 프레스 성형할 경우 수용부(110)의 총 깊이는 약 20mm일 수 있다.
그러나, 본 발명의 예시적인 실시예들에 따르면, 파우치 필름(200) 및 금속층(230)의 두께와는 상관 없이 수용부(110)의 깊이를 용이하게 증가시킬 수 있다.
중앙 외측 접음선(320)은 상기 제1 방향으로 연장되며 제1 내측 접음선(312)과 평행한 제1 외측 접음선(322) 및 상기 제2 방향으로 연장되며 제2 내측 접음선(314)과 평행한 제2 외측 접음선(324)을 포함할 수 있다.
제1 외측 접음선(322)은 상기 제1 방향으로 2개의 대각 내측 접음선(316)과 접할 수 있다. 제2 외측 접음선(324)은 제2 내측 접음선(314)과 길이가 동일할 수 있다.
대각 외측 접음선(326)은 제2 내측 접음선(324)의 양 말단으로부터 대각 내측 접음선(316)과 평행한 방향으로 연장될 수 있다. 대각 외측 접음선(326)은 파우치 필름(300)의 폭 방향 끝까지 연장될 수 있다.
제2 내측 접음선(314)의 양 말단과 제2 외측 접음선(324)의 양 말단을 각각 연결하는 선은 연장 외측 접음선(328)으로 정의될 수 있다. 연장 외측 접음선(328)은 제1 내측 접음선(312)의 연장선 상에 형성될 수 있다.
제2 외측 접음선(324), 대각 외측 접음선(326) 및 연장 외측 접음선(328)의 접점은 교차점(332)으로 정의될 수 있다. 교차점(332)으로부터 제2 외측 접음선(324)의 연장 방향으로 대각 내측 접음선(316)까지 연장된 선은 연장 내측 접음선(318)으로 정의될 수 있다.
중앙 내측 접음선(310)과 중앙 외측 접음선(320) 사이의 영역은 측벽 영역(340)으로 정의되고, 중앙 외측 접음선(320)의 바깥 영역은 제1 실링부 영역(350) 및 제2 실링부 영역(360)으로 정의될 수 있다.
파우치 필름(300)은 중앙 내측 접음선(310), 대각 내측 접음선(316) 및 연장 내측 접음선(318)을 따라 내측 면이 서로 마주보는 방향으로 접힐 수 있다.
파우치 필름(300)은 중앙 외측 접음선(320), 대각 외측 접음선(326) 및 연장 외측 접음선(328)을 따라 외측 면이 서로 마주보는 방향으로 접힐 수 있다.
파우치 필름(300)은 중앙 내측 접음선(310) 및 대각 내측 접음선(316)을 따라 내측 면이 서로 마주보는 방향으로 접힐 수 있다. 이 경우, 수용부 영역(370)이 수용부(110)의 바닥면(또는 천장면)으로 제공되고, 측벽 영역(340)이 수용부(110)의 측벽으로 제공될 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 파우치 필름(300)을 내측 접음선들을 따라 내측으로 절곡하는 공정은 냉간 압연에 의해 수행될 수 있다. 상기 냉간 압연은 상기 내측 접음선들을 국부적으로 예를 들면, 40 내지 80℃ 온도로 저온 열처리하는 공정을 포함할 수 있다. 상기 냉간 압연에 의해 파우치 필름(300)의 성형 용이성을 향상시킴으로써, 손상 없이 절곡을 수행할 수 있다. 또한, 상기 내측 접음선이 절곡되어 외부로 돌출되는 모서리 부분의 기계적 강도를 우수하게 유지시킬 수 있다.
파우치 필름(300)은 중앙 외측 접음선(320) 및 대각 외측 접음선(326)을 따라 내측 면이 서로 마주보는 방향으로 접힐 수 있다. 이 경우, 제1 실링부 영역(350) 및 제2 실링부 영역(360)이 수용부 영역(370)에 평행하게 배치되어 실링부(120)로 제공될 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 파우치 필름(300)을 외측 접음선들을 따라 외측으로 절곡하는 공정은 열간 압연에 의해 수행될 수 있다. 상기 열간 압연은 상기 외측 접음선들을 국부적으로 예를 들면, 150 내지 200℃ 온도로 1 내지 10초간 고온 열처리하는 공정을 포함할 수 있다. 상기 열간 압연에 의해 파우치 필름(300)의 성형 용이성을 향상시킴으로써, 상기 외측 접음선이 절곡되어 형성되는 모서리를 손상 없이 작은 곡률로 형성할 수 있다.
예시적인 실시예들에 따르면, 상기 냉간 압연 및 상기 열간 압연을 통해 파우치 필름(200)의 실란트 층(210, 220)에 함유된 열중합성 화합물의 뭉침 현상을 방지하여 파우치 필름(200, 300)을 목적하는 형상으로 용이하게 절곡 및 성형할 수 있다.
연장 외측 접음선(328)을 따라 파우치 필름(300)을 외측으로 접고, 연장 내측 접음선(318)을 따라 파우치 필름(300)을 내측으로 접음으로써, 반실링부(130)를 형성할 수 있다.
예를 들면, 반실링부(130)의 형성 시 절곡에 의해 파우치 필름(300)의 내측 면이 접촉된 부분을 약 120 내지 180℃의 온도로 짧은 시간(예를 들면, 약 5초 이하) 열처리하면서 선택적으로 압착하여 상기 내측 면들을 서로 접합시킬 수 있다. 상기 열처리 조건에서 실란트 층(210, 220)의 실란트가 완전히 융해(melting)되지 않은 상태로서 일정 수준 이상의 융착 특성을 가질 수 있다. 이를 통해, 반실링(semi-sealing)을 수행할 수 있다.
보다 바람직하게는, 상기 열처리는 약 3 내지 5초 동안 수행될 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 제1 실링부 영역(350)의 제1 말단 영역(352)과 대각 내측 접음선(316)에 대하여 대칭인 날개부 대칭 영역(미도시)은 대각 내측 접음선(316)이 절곡될 경우, 제1 말단 영역(352)과 파우치 필름(300)의 내측 면이 맞닿도록 접촉하여 날개부(132)를 형성할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 대각 내측 접음선(316), 연장 내측 접음선(318) 및 연장 외측 접음선(328)의 사이에 형성된 삼각형 형상의 영역은 연장부 영역(332)으로 정의될 수 있다. 연장부 영역(332)과 대각 내측 접음선(316)을 기준으로 대칭인 연장부 대칭 영역(미도시)은 대각 내측 접음선(316)이 절곡될 경우, 연장부 영역(332)과 파우치 필름(300)의 내측 면이 맞닿도록 접촉하여 연장부(134)를 형성할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 제2 실링부 영역(360)의 제2 말단 영역(362)과 대각 외측 접음선(326)에 대하여 대칭인 접힘부 대칭 영역(미도시)은 대각 외측 접음선(326)이 절곡될 경우, 제2 말단 영역(362)과 파우치 필름(300)의 외측 면이 맞닿도록 접촉하여 접힘부(136)를 형성할 수 있다.
도 4 및 도 5는 각각 예시적인 실시예들에 따라 절곡된 파우치 필름을 나타내는 개략적인 평면도 및 저면도이다.
도 4를 참조하면, 절곡된 파우치 필름(300)의 수용부 영역(370)은 지면 위 방향으로 볼록 튀어나온 형상을 가지며, 제1 말단 영역(352)이 삼각형 형상으로서 날개부(132)로 제공될 수 있다. 교차 영역(334)에서는 제1 실링부 영역(350)이 제2 실링부 영역(360)의 상면 상에 배치될 수 있다.
일부 실시예들에 있어서, 수용부 영역(370)과 동일한 방법으로 추가 수용부 영역(380)이 형성될 수 있다. 이 경우, 수용부 영역(370)은 전지 셀 수용 공간으로, 추가 수용부 영역(380)은 가스 배출 공간으로 제공될 수 있다. 수용부 영역(370)과 추가 수용부 영역(380) 사이의 중간 실링부 영역(354)에는 이차 전지의 제조 및 화성 공정까지 수용부 영역(370)과 추가 수용부 영역(380)을 연통하는 연통부가 형성될 수 있다.
예를 들면, 상기 화성 공정 후 디개싱 공정을 통해 수용부 영역(370)에서 발생된 가스가 상기 연통부를 통해 추가 수용부 영역(380)으로 이동하면, 상기 연통부를 폐쇄하고 중간 실링부 영역(354)을 완전 실링할 수 있다. 그 후, 완전 실링된 중간 실링부 영역(354)을 제거하여 이차 전지(10)를 제조할 수 있다.
도 5를 참조하면, 절곡된 파우치 필름(300)의 수용부 영역(370)은 지면 아래 방향으로 오목하게 들어간 형상을 가지며, 교차 영역(334)에서는 제2 실링부 영역(360)이 제1 실링부 영역(350)의 저면 상에 배치될 수 있다.
일부 실시예들에 있어서, 날개부(132)는 실링 공정 완료 후 상기 실링 영역의 내부로 접혀서 접합되거나, 절단에 의해 제거될 수 있다.
도 6은 예시적인 실시예들에 따른 파우치 필름의 절곡선을 나타내는 개략적인 평면도이다. 도 7 및 도 8은 각각 예시적인 실시예들에 따라 절곡된 파우치 필름을 나타내는 개략적인 평면도 및 저면도이다. 도 10은 예시적인 실시예들에 따른 이차 전지의 반실링부를 확대한 개략적인 사시도이다. 도 3 내지 도 5를 참조로 설명한 구성 및 구조와 실질적으로 동일한 내용에 대한 설명은 생략될 수 있다.
도 3 내지 도 5에서는 제2 중앙 내측 접음선(314)과 제2 중앙 외측 접음선(324)의 길이가 동일하고, 제2 중앙 외측 접음선(324)의 말단으로부터 대각 외측 접음선(326)이 연장되었으나, 도 6 내지 도 8을 참조하면, 제1 중앙 내측 접음선(312)과 제1 중앙 외측 접음선(323)의 길이가 동일하고, 제1 중앙 외측 접음선(323)의 말단으로부터 대각 외측 접음선(327)이 연장될 수 있다.
이 경우, 중앙 외측 접음선(321), 교차점(311), 연장 내측 접음선(319), 연장 외측 접음선(329), 연장부 영역(333), 측벽 영역(341), 제1 실링부 영역(351), 제2 실링부 영역(361), 중간 실링부 영역(355) 등의 형상 및 위치가 도 6 내지 도 8에 도시된 바와 같이 변경될 수 있다. 따라서, 도 10에 도시된 바와 같이, 날개부(132) 및 연장부(134)가 제1 방향을 따라 형성되지 않고, 제2 방향으로 형성될 수 있다.
일부 실시예들에 있어서, 1개 파우치 필름(300)으로부터 파우치(100) 구조가 형성되고, 파우치(100) 구조가 형성되지 않은 부분이 수용부(110)를 덮는 덮개부로 제공될 수 있다.
도 9는 예시적인 실시예들에 따른 파우치 필름의 절곡선을 나타내는 개략적인 평면도이다. 도 3 내지 도 5를 참조로 설명한 구성 및 구조와 실질적으로 동일한 내용에 대한 설명은 생략될 수 있다.
도 3 내지 도 8에는 수용부 영역(370)과 상이한 크기의 추가 수용부 영역(380)이 형성되는 절곡 형태가 도시되었으나, 도 9를 참조하면, 중심 접음선(390)을 기준으로 대칭으로 2개의 수용부 영역(370)이 형성될 수 있다.
도 9에 도시된 파우치 필름(302)을 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이 절곡하고 중심 접음선(390)을 따라 수용부 영역(370)의 내부 공간들이 마주보도록 접어 실링부(120)들이 서로 접하게 할 수 있다. 예를 들면, 1개 수용부 영역(370)이 형성된 파우치 구조가 상기 덮개부로 제공될 수 있다. 이 경우, 1개의 파우치 필름(302)으로부터 증가된 수용부(110) 두께를 갖는 파우치(100)를 형성할 수 있다.
10: 이차 전지 100: 이차 전지용 파우치
110: 수용부 120: 실링부
130: 반실링부 400: 전극 탭
200, 300: 파우치 필름 210, 220: 실란트 층
230: 금속층 240: 연신 필름
250: 보호 필름
310: 중앙 내측 접음선 316: 대각 내측 접음선
320: 중앙 외측 접음선 326: 대각 외측 접음선
340: 측벽 영역 350: 제1 실링부 영역
360: 제2 실링부 영역 370: 수용부 영역

Claims (20)

  1. 일 평면 및 상기 일 평면의 둘레를 따라 형성된 측벽으로 정의된 수용부;
    상기 측벽으로부터 상기 일 평면에 평행하게 확장된 실링부; 및
    상기 수용부 및 상기 실링부의 모서리에 위치한 반실링부를 포함하며,
    상기 반실링부는 파우치 필름의 내측 면이 서로 맞닿도록 접합되어 형성되고 상기 실링부에 의해 정의된 실링 영역 외측으로 돌출된 날개부를 포함하는, 이차 전지용 파우치.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 일 평면 및 상기 측벽이 만나는 모서리 및 상기 측벽 및 상기 실링부가 만나는 모서리는 상기 파우치 필름이 절곡되어 형성된, 이차 전지용 파우치.
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 반실링부는 상기 측벽으로부터 연장되며 상기 실링부에 대하여 수직으로 형성된 연장부를 더 포함하는, 이차 전지용 파우치.
  4. 청구항 3에 있어서, 상기 반실링부는 일 면이 상기 실링부의 외측 면과 접합되지 않은 상태로 맞닿는 접힘부를 더 포함하는, 이차 전지용 파우치.
  5. 청구항 4에 있어서, 상기 접힘부는 제1 방향으로 연장된 제1 실링부와 맞닿도록 접히거나 상기 제1 방향과 교차하는 방향으로 연장되며 제1 실링부와 이웃한 제2 실링부와 맞닿도록 접히는, 이차 전지용 파우치.
  6. 청구항 5에 있어서, 상기 접힘부의 접힘 방향에 따라 상기 날개부의 돌출 방향 및 상기 연장부의 연장 방향이 변화하는, 이차 전지용 파우치.
  7. 청구항 1에 있어서, 상기 실링부와 접합되어 상기 수용부의 내부 공간을 형성하는 덮개부를 더 포함하는, 이차 전지용 파우치.
  8. 청구항 7에 있어서, 상기 내부 공간은 복수 개로 형성되며, 일부 내부 공간은 전지 셀 수용 공간으로 제공되고, 나머지 내부 공간은 가스 배출 공간으로 제공되는, 이차 전지용 파우치.
  9. 청구항 7에 있어서, 상기 이차 전지용 파우치가 상기 덮개부로 제공되며, 상기 이차 전지용 파우치의 상기 실링부들이 서로 접합된, 이차 전지용 파우치.
  10. 청구항 1의 이차 전지용 파우치; 및
    상기 이차 전지용 파우치의 상기 수용부 내부에 수용된 전지 셀을 포함하는, 이차 전지.
  11. 파우치 필름의 수용부 영역을 정의하는 중앙 내측 접음선 및 상기 수용부 영역의 꼭짓점으로부터 대각으로 연장된 대각 내측 접음선을 따라 상기 파우치 필름의 내측 면을 서로 마주보도록 접어 수용부를 형성하는 단계;
    상기 수용부 영역에 대하여 소정 거리 외측으로 이격되어 형성된 중앙 외측 접음선 및 상기 중앙 외측 접음선의 말단으로부터 상기 대각 내측 접음선에 평행하게 연장된 대각 외측 접음선을 따라 상기 파우치 필름의 외측 면이 서로 마주보도록 접어 실링부를 형성하는 단계; 및
    상기 중앙 외측 접음선과 상기 대각 외측 접음선의 접점과 상기 꼭짓점을 연결하는 연장 외측 접음선 및 상기 대각 외측 접음선과 상기 연장 외측 접음선의 접점으로부터 상기 대각 내측 접음선과 상기 중앙 외측 접음선의 접점까지 연장된 연장 내측 접음선을 따라 상기 파우치 필름을 접고 접합하여 반실링부를 형성하는 단계를 포함하는, 이차 전지용 파우치의 제조 방법.
  12. 청구항 11에 있어서, 상기 반실링부는 상기 실링부에 의해 정의된 실링 영역 외부로 돌출된 날개부를 포함하는, 이차 전지용 파우치의 제조 방법.
  13. 청구항 11에 있어서, 상기 반실링부의 형성 시 상기 수용부의 측벽으로부터 연장되며 상기 실링부에 대하여 수직인 연장부가 형성되는, 이차 전지용 파우치의 제조 방법.
  14. 청구항 11에 있어서, 상기 반실링부의 형성 시 일 면이 상기 실링부의 외측 면과 접합되지 않은 상태로 맞닿는 접힘부가 형성되는, 이차 전지용 파우치의 제조 방법.
  15. 청구항 11에 있어서, 상기 수용부를 형성하는 단계는 냉간 압연에 의해 수행되는, 이차 전지용 파우치의 제조 방법.
  16. 청구항 11에 있어서, 상기 실링부를 형성하는 단계는 열간 압연에 의해 수행되는, 이차 전지용 파우치의 제조 방법.
  17. 청구항 11에 있어서, 1개 파우치 필름으로부터 상기 수용부를 포함하는 이차 전지용 파우치 및 상기 수용부를 덮어 내부 공간을 형성하는 덮개부가 제공되는, 이차 전지용 파우치의 제조 방법.
  18. 청구항 17에 있어서, 상기 1개 파우치 필름으로부터 복수 개의 상기 이차 전지용 파우치가 형성되고 일부 이차 전지용 파우치가 상기 덮개부로 제공되는, 이차 전지용 파우치의 제조 방법.
  19. 청구항 17에 있어서, 상기 내부 공간은 복수 개로 형성되며, 일부 내부 공간은 전지 셀 수용 공간으로 제공되고, 나머지 공간은 가스 배출 공간으로 제공되는, 이차 전지용 파우치의 제조 방법.
  20. 청구항 19에 있어서, 상기 전지 셀 수용 공간과 상기 가스 배출 공간 사이의 연결 실링부는 전지 셀의 디개싱 공정 후 실링 및 제거되는, 이차 전지용 파우치의 제조 방법.
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