KR20220015553A - Reversible pouch type battery case and manufacturing method thereof - Google Patents

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KR20220015553A
KR20220015553A KR1020200095683A KR20200095683A KR20220015553A KR 20220015553 A KR20220015553 A KR 20220015553A KR 1020200095683 A KR1020200095683 A KR 1020200095683A KR 20200095683 A KR20200095683 A KR 20200095683A KR 20220015553 A KR20220015553 A KR 20220015553A
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윤성민
김건하
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정규성
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주식회사 엘지에너지솔루션
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Abstract

The present invention relates to a recoverable pouch-type battery case and a manufacturing method thereof, and specifically, to a pouch-type battery case including a shape memory material between case sheets for forming a battery case to prevent expansion of a pouch-type secondary battery, and a manufacturing method thereof.

Description

원상복구 가능한 파우치형 전지케이스 및 이의 제조방법{Reversible pouch type battery case and manufacturing method thereof}Reversible pouch type battery case and manufacturing method thereof

본원발명은 원상복구 가능한 파우치형 전지케이스 및 이의 제조방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는 형상기억 소재를 포함하는 파우치형 전지케이스 및 이의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a recoverable pouch-type battery case and a method for manufacturing the same. More particularly, it relates to a pouch-type battery case including a shape memory material and a manufacturing method thereof.

이차전지는 전지케이스의 형상에 따라 전극조립체가 원통형 또는 각형의 금속 캔에 내장되어 있는 원통형 전지 및 각형 전지, 전극조립체가 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치형 전지케이스에 내장되어 있는 파우치형 전지로 분류될 수 있다.According to the shape of the battery case, the secondary battery can be classified into a cylindrical battery and a prismatic battery in which the electrode assembly is embedded in a cylindrical or prismatic metal can, and a pouch-type battery in which the electrode assembly is embedded in a pouch-type battery case of an aluminum laminate sheet. have.

파우치형 전지는 양극, 분리막, 음극이 하나 이상 적층되어 있는 전극조립체를 파우치형 전지케이스 내의 수납부에 수납한 후 이를 밀봉하여 형성된다. 양극, 분리막, 음극이 적층되어 있는 전극조립체는 전해액의 분해 또는 부반응에 의한 팽창에 의해 두께가 두꺼워진다. 팽창은 전지의 용량이 커질수록 증가한다.The pouch-type battery is formed by accommodating an electrode assembly in which one or more positive electrodes, separators, and negative electrodes are stacked in a storage unit in a pouch-type battery case, and then sealing them. The electrode assembly in which the positive electrode, the separator, and the negative electrode are stacked increases in thickness by decomposition of the electrolyte or expansion due to side reactions. The expansion increases as the capacity of the battery increases.

전극조립체가 두꺼워지는 경우 각 전극 사이의 거리가 증가하여 전지의 수명 및 성능이 감소한다. 이를 사용하는 전지 모듈 또는 전지 팩 내에서는 단위 셀들 사이의 거리가 멀어져 단위 셀들의 연결부위가 단선되는 등의 문제가 발생할 수 있다.When the electrode assembly is thickened, the distance between each electrode increases, thereby reducing the lifespan and performance of the battery. In a battery module or battery pack using the same, a problem such as disconnection of connection portions of the unit cells may occur because the distance between the unit cells is increased.

특허문헌 1에서는 파우치 내부에 구비되며 전극체의 일측 또는 양측에 구비되어 전극체를 지지하는 제1부재 및 이와 나란히 구비되며, 온도가 상승함에 따라 파우치 쪽으로 볼록하게 변형되는 제2부재를 두고 있으나, 파우치 셀 내에 별도의 부재를 두어 파우치 셀의 두께가 증가되고, 파우치 쪽으로 변형되는 제2부재에 의해 파우치 케이스가 손상될 수 있고, 전극체의 특정부위만을 가압하여, 팽창에 따른 일정한 가압을 하지 못하는 문제가 있다.In Patent Document 1, there is a first member provided inside the pouch and provided on one or both sides of the electrode body to support the electrode body and a second member provided in parallel therewith, and which is convexly deformed toward the pouch as the temperature rises. By placing a separate member in the pouch cell, the thickness of the pouch cell is increased, the pouch case may be damaged by the second member deformed toward the pouch, and only a specific portion of the electrode body is pressed, so constant pressure cannot be applied due to expansion. there is a problem.

특허문헌 2에서는 복수개의 배터리 셀들 사이에 충진부를 구비하여 특정 온도에서 배터리 셀들을 지지하도록 충진부의 부피가 증가하는 방식으로 배터리 셀들의 팽창을 방지하고 있다. 하지만 배터리 셀의 외부에서 배터리 셀들을 가압하여 배터리 모듈에 용량과 무관하게 용량을 차지하는 부분이 존재하고, 전지 셀의 외부에서 가압하는 경우, 가압의 효과가 감소하는 문제점이 발생한다.In Patent Document 2, the expansion of the battery cells is prevented by providing a filling part between the plurality of battery cells to increase the volume of the filling part to support the battery cells at a specific temperature. However, there is a portion in the battery module that occupies a capacity regardless of capacity by pressurizing the battery cells from the outside of the battery cell, and when pressurizing from the outside of the battery cell, the effect of the pressurization is reduced.

대한민국 공개특허공보 제2014-0147991호Republic of Korea Patent Publication No. 2014-0147991 대한민국 공개특허공보 제2019-0084775호Republic of Korea Patent Publication No. 2019-0084775

본원발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 전극조립체의 팽창시 일정한 가압력을 상기 전극조립체에 제공하여 원상태를 유지하도록 하는 파우치형 이차전지를 제공하는 것을 목적으로 한다.An object of the present invention is to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a pouch-type secondary battery that maintains the original state by providing a constant pressing force to the electrode assembly when the electrode assembly is expanded.

또한 전극조립체의 불균일한 팽창을 방지하여 일정한 방향으로의 가스 배출을 수행할 수 있는 파우치형 이차전지를 제공하는 것을 목적으로 한다.Another object of the present invention is to provide a pouch-type secondary battery capable of discharging gas in a predetermined direction by preventing non-uniform expansion of the electrode assembly.

이를 통해 파우치형 이차전지의 안전성을 향상시키고 예측하지 못한 수명단축을 감소시키는 것을 목적으로 한다.The purpose of this is to improve the safety of the pouch-type secondary battery and reduce the unexpected shortening of the lifespan.

또한 간단하고 효율적인 방법으로 팽창을 방지할 수 있는 방법을 제공하여, 파우치형 이차전지의 생산단가 및 생산시간을 감소시키는 것을 목적으로 한다.Another object of the present invention is to provide a method capable of preventing expansion in a simple and efficient manner, thereby reducing the production cost and production time of the pouch-type secondary battery.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위해서 본원발명에 따른 파우치형 전지케이스는 형상기억소재를 포함한다.In order to solve the above problems, the pouch-type battery case according to the present invention includes a shape memory material.

상기 파우치형 전지케이스는 적어도 둘 이상의 층을 가진 다층구조로 이루어져 있고, 상기 형상기억 소재는 상기 층들 사이에 배치될 수 있다. 구체적으로 상기 파우치형 전지케이스는 외부 수지층, 금속 차단층, 내부 밀봉층을 포함하며, 상기 외부 수지층과 상기 금속 차단층 사이에 형상기억 소재가 배치될 수 있다.The pouch-type battery case may have a multi-layer structure having at least two or more layers, and the shape memory material may be disposed between the layers. Specifically, the pouch-type battery case includes an external resin layer, a metal blocking layer, and an internal sealing layer, and a shape memory material may be disposed between the external resin layer and the metal blocking layer.

한편 상기 외부 수지층과 상기 금속 차단층 사이에 형상기억 소재를 포함하는 복원층을 포함할 수 있으며, 상기 복원층은 적층되어 있는 전극조립체를 적층 방향으로 가압할 수 있다.Meanwhile, a restoration layer including a shape memory material may be included between the external resin layer and the metal blocking layer, and the restoration layer may press the stacked electrode assembly in the stacking direction.

상기 형상기억 소재는 온도 변화에 따라 길이나 형상이 변화하며, 구체적으로 상기 형상기억 소재는 100℃이상에서 원래의 상태로 돌아갈 수 있다.The shape-memory material changes in length or shape according to a change in temperature, and specifically, the shape-memory material may return to its original state at 100°C or higher.

본원발명은 또한 상기 파우치형 전지케이스 제조방법에 있어서, S1) 형상기억 소재를 포함하는 케이스 시트를 제조하는 단계; 및 S2) 상기 케이스 시트를 케이스 성형장치로 형태를 변형시켜 전극조립체 수납부를 구비한 전지케이스를 형성하는 단계;를 포함하는 파우치형 전지케이스 제조방법을 제공한다.The present invention also comprises the steps of: S1) manufacturing a case sheet comprising a shape memory material in the pouch-type battery case manufacturing method; and S2) transforming the case sheet into a case forming apparatus to form a battery case having an electrode assembly accommodating part; provides a pouch-type battery case manufacturing method comprising.

상기 S1) 단계에서 상기 형상기억 소재는 상기 케이스 시트의 한 층을 이룰 수 있거나, 상기 S1) 단계에서 상기 형상기억 소재는 외부 수지층과 금속 차단층 사이에 개재되어 열융착될 수 있다.In step S1), the shape memory material may form one layer of the case sheet, or in step S1), the shape memory material may be interposed between an external resin layer and a metal blocking layer and heat-sealed.

또한 본원발명은 상기 기재된 것 중 어느 하나에 해당하는 파우치형 전지케이스를 포함하는 파우치형 이차전지일 수 있다. 또한 상기 파우치형 이차전지를 포함하는 배터리 모듈 또는 배터리 팩일 수 있다.In addition, the present invention may be a pouch-type secondary battery including a pouch-type battery case corresponding to any one of the above. It may also be a battery module or battery pack including the pouch-type secondary battery.

또한 본원발명은 상기와 같은 구성들 중 상충되지 않는 구성을 하나 또는 둘 이상 택하여 조합한 것일 수 있다.In addition, the present invention may be a combination of one or two or more non-conflicting components among the above components.

본원발명에 따른 파우치형 전지케이스는 전극조립체가 초기 형태를 유지할 수 있도록 전극조립체 팽창시, 일정한 가압력을 가할 수 있도록 한다. 또한 전극조립체의 불균일한 팽창을 방지하며, 전극조립체를 균일한 형태를 유지할 수 있게 가압함으로써 전극조립체의 손상을 방지한다.The pouch-type battery case according to the present invention allows a constant pressing force to be applied when the electrode assembly is expanded so that the electrode assembly can maintain its initial shape. In addition, non-uniform expansion of the electrode assembly is prevented, and damage to the electrode assembly is prevented by pressing the electrode assembly to maintain a uniform shape.

게다가 전극조립체를 일정하게 가압하여 파우치형 이차전지 내부에서 발생된 가스를 원하는 장소로 배출시키기에 용이하다. 이를 통해 파우치형 이차전지의 수명 및 안전성을 향상시킬 수 있다.In addition, it is easy to discharge the gas generated inside the pouch-type secondary battery to a desired place by constantly pressing the electrode assembly. Through this, the lifespan and safety of the pouch-type secondary battery can be improved.

또한 형상기억소재를 포함하는 파우치형 전지케이스를 사용함으로써 효율적이면서 간단한 방법으로 팽창을 방지할 수 있는 파우치형 이차전지를 생산할 수 있다.In addition, by using a pouch-type battery case containing a shape memory material, it is possible to produce a pouch-type secondary battery that can prevent expansion in an efficient and simple way.

도 1은 종래기술에 따른 파우치형 전지케이스로 사용되는 라미네이트 시트의 측부 단면 모식도이다.
도 2는 본원발명에 따른 파우치형 전지케이스로 사용되는 라미네이트 시트의 측부 단면 모식도이다.
도 3은 종래기술에 따른 파우치형 이차전지의 측부 단면도이다.
도 4는 본원발명에 따른 파우치형 이차전지의 측부 단면도이다.
도 5는 본원발명의 제2실시예에 따른 파우치형 전지케이스의 복원층을 나타낸 상면도이다.1 is a schematic cross-sectional side view of a laminate sheet used as a pouch-type battery case according to the prior art.
2 is a schematic cross-sectional side view of a laminate sheet used as a pouch-type battery case according to the present invention.
3 is a side cross-sectional view of a pouch-type secondary battery according to the prior art.
4 is a side cross-sectional view of a pouch-type secondary battery according to the present invention.
5 is a top view showing the restoration layer of the pouch-type battery case according to the second embodiment of the present invention.

본원발명에서 "포함한다", "가지다" 또는 "구비하다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.In the present invention, terms such as "comprises", "have" or "include" are intended to designate that the features, numbers, steps, components, parts, or combinations thereof described in the specification exist, and are intended to indicate that one or more other features exist. It should be understood that this does not preclude the possibility of addition or presence of features or numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof.

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 경우 뿐만 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.In addition, the same reference numerals are used throughout the drawings for parts having similar functions and functions. Throughout the specification, when a part is said to be connected to another part, it includes not only a case in which it is directly connected, but also a case in which it is indirectly connected with another element interposed therebetween. In addition, the inclusion of any component does not exclude other components unless otherwise stated, but means that other components may be further included.

본원발명은 형상기억 소재를 포함하는 파우치형 전지케이스로, 형상기억 소재를 사용해 일정한 조건에서 파우치형 이차전지가 일정한 형상을 유지할 수 있도록 한다. 일례로 본원발명에 따른 파우치형 전지케이스를 사용하는 파우치형 이차전지는 전지의 사용으로 인한 전해액의 기화 및 전극의 팽창시 상기 파우치형 전지케이스의 형상기억 소재의 원상 회복력으로 인해 상기 파우치형 전지케이스가 팽창하려는 전극조립체를 가압한다.The present invention is a pouch-type battery case including a shape-memory material, and allows the pouch-type secondary battery to maintain a constant shape under certain conditions by using the shape-memory material. For example, the pouch-type secondary battery using the pouch-type battery case according to the present invention is the pouch-type battery case due to the original state recovery of the shape memory material of the pouch-type battery case when the electrolyte is vaporized and the electrode is expanded due to the use of the battery. Presses the electrode assembly to be expanded.

본원발명에 따른 파우치형 전지케이스는 적어도 둘 이상의 층을 가진 다층구조로 이루어져 있고, 상기 형상기억 소재는 상기 층들 사이에 존재할 수 있다.The pouch-type battery case according to the present invention has a multi-layer structure having at least two or more layers, and the shape memory material may exist between the layers.

이하, 본원발명에 따른 파우치형 전지케이스에 관하여 첨부한 도면을 참조하여 종래기술에 따른 파우치형 전지케이스와 비교하여 설명하기로 한다.Hereinafter, the pouch-type battery case according to the present invention will be described in comparison with the pouch-type battery case according to the prior art with reference to the accompanying drawings.

도 1은 종래기술에 따른 파우치형 전지케이스로 사용되는 라미네이트 시트의 측부 단면 모식도이고, 도 2는 본원발명에 따른 파우치형 전지케이스로 사용되는 라미네이트 시트의 측부 단면 모식도이다.1 is a schematic cross-sectional side view of a laminate sheet used as a pouch-type battery case according to the prior art, and FIG. 2 is a schematic cross-sectional side view of a laminate sheet used as a pouch-type battery case according to the present invention.

종래기술에 따른 파우치형 전지케이스(10)는 최외곽을 이루는 외부수지층(11), 물질의 관통을 방지하는 금속 차단층(12) 및 밀봉을 위한 내부 밀봉층(13)을 포함한다.The pouch-type battery case 10 according to the prior art includes an outer resin layer 11 forming the outermost portion, a metal blocking layer 12 for preventing material penetration, and an inner sealing layer 13 for sealing.

상기 외부 수지층(11)은 외부로부터 전지를 보호하는 역할을 하므로 두께 대비 우수한 인장강도와 내후성 등이 요구되며, 주로 연신 나일론 필름, PET 등의 폴리머로 구성되지만 이에 한정되지는 않는다. 상기 외부 수지층(11)은 가교된 폴리올레핀계 수지 등을 사용할 수 있다. 상기 가교된 폴리올레핀계 수지는 폴리올레핀의 일부가 가교되어 있는 것이므로, 적절한 인장 강도와 내후성을 가질 수 있으며, 열에 의해서 쉽게 융해되지 않을 수 있다. 또한 내전해액성을 가지고 있어 전해액과 접촉하여도 색상 등이 변하지 않는다. 이 때, 가교된 폴리올레핀계 수지는 10% 내지 70%의 가교도를 가지는 것일 수 있고, 구체적으로 30% 내지 50%의 가교도를 가지는 것일 수 있다. 상기 폴리올레핀계 수지는 폴리프로필렌(Polypropylene, PP) 및 폴리에틸렌(Polyethylene, PE)으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상일 수 있고, 상기 가교된 폴리올레핀계 수지는 구체적으로 가교된 폴리에틸렌, 가교된 폴리프로필렌, 또는 이들의 혼합물을 포함할 수 있으며, 더욱 구체적으로는 가교된 폴리프로필렌일 수 있다.Since the outer resin layer 11 serves to protect the battery from the outside, excellent tensile strength and weather resistance compared to its thickness are required, and it is mainly composed of a polymer such as a stretched nylon film and PET, but is not limited thereto. The outer resin layer 11 may be formed of a cross-linked polyolefin-based resin. Since the crosslinked polyolefin-based resin is partially crosslinked with polyolefin, it may have appropriate tensile strength and weather resistance, and may not be easily melted by heat. In addition, since it has electrolyte resistance, the color does not change even when in contact with the electrolyte. In this case, the crosslinked polyolefin-based resin may have a crosslinking degree of 10% to 70%, and specifically, may have a crosslinking degree of 30% to 50%. The polyolefin-based resin may be at least one selected from the group consisting of polypropylene (PP) and polyethylene (PE), and the cross-linked polyolefin-based resin is specifically cross-linked polyethylene, cross-linked polypropylene, or these It may include a mixture of , and more specifically, may be cross-linked polypropylene.

상기 금속 차단층(12)은 공기, 습기 등이 전지의 내부로 유입되는 것을 방지하는 역할 및 전지케이스의 강도를 향상시키는 역할을 한다. 상기 금속 차단층(12)에 사용되는 소재는 성형성 및 연성이 우수한 소재라면 그 종류가 특별히 제한되지 않는다. 예를 들어, 알루미늄, 알루미늄 합금 소재, 또는 스테인리스 스틸로 이루어질 수 있다.The metal blocking layer 12 serves to prevent air, moisture, etc. from flowing into the battery and to improve the strength of the battery case. The type of material used for the metal blocking layer 12 is not particularly limited as long as it has excellent formability and ductility. For example, it may be made of aluminum, an aluminum alloy material, or stainless steel.

상기 내부 밀봉층(13)은 전극조립체를 내장한 상태에서 인가된 열과 압력에 의해 상호 열융착되어 밀봉성을 제공하는 역할을 하며, 주로 무연신 폴리프로필렌 필름(CPP)으로 이루어져 있다. 상기 외부 수지층(11)과 상기 금속 차단층(12) 사이에는 접착층이 추가될 수 있고, 상기 접착층의 양면에 있는 층들 간의 낮은 접착력을 보완하는 역할을 한다. 상기 접착층은 특별히 제한되지 않지만 예컨대 우레탄(urethane)계 물질, 아크릴(acryl)계 물질, 열가소성 엘라스토머(elastomer), 및 이들의 조합을 함유하는 조성물을 포함할 수 있다.The inner sealing layer 13 is heat-sealed to each other by heat and pressure applied in a state in which the electrode assembly is embedded, thereby providing sealing properties, and is mainly made of a non-stretched polypropylene film (CPP). An adhesive layer may be added between the outer resin layer 11 and the metal barrier layer 12 , and serves to compensate for the low adhesive strength between layers on both sides of the adhesive layer. The adhesive layer is not particularly limited, but may include, for example, a composition containing a urethane-based material, an acryl-based material, a thermoplastic elastomer, and a combination thereof.

본원발명에 따른 파우치형 전지케이스(100)는 종래기술에 따른 파우치형 전지케이스(10)와 같은 외부 수지층(110), 금속 차단층(120), 내부 밀봉층(130)을 포함하고, 상기 외부 수지층(110), 금속 차단층(120), 내부 밀봉층(130) 중 어느 한 층에 형상기억 소재를 포함할 수 있다. 본원발명의 일 실시예에 따른 파우치형 전지케이스(100)는 도 2와 같이 본원발명에 따른 형상기억 소재를 포함하는 복원층(140)이 존재할 수 있다.The pouch-type battery case 100 according to the present invention includes an outer resin layer 110 , a metal blocking layer 120 , and an inner sealing layer 130 like the pouch-type battery case 10 according to the prior art, and the A shape memory material may be included in any one of the outer resin layer 110 , the metal blocking layer 120 , and the inner sealing layer 130 . The pouch-type battery case 100 according to an embodiment of the present invention may include a restoration layer 140 including a shape memory material according to the present invention as shown in FIG. 2 .

상기 복원층(140)은 상기 외부 수지층(110)과 상기 금속 차단층(120) 사이에 위치하여 상기 파우치형 이차전지를 가압할 수 있다. 이는 도 3의 종래기술에 따른 파우치형 이차전지의 측부 단면도와 도 4의 본원발명에 따른 파우치형 이차전지의 측부 단면도의 비교를 통해 설명하고자 한다.The restoration layer 140 may be positioned between the external resin layer 110 and the metal blocking layer 120 to pressurize the pouch-type secondary battery. This will be explained by comparing the side cross-sectional side of the pouch-type secondary battery according to the prior art of FIG. 3 and the side cross-sectional side of the pouch-type secondary battery according to the present invention of FIG. 4 .

도 3에서 볼 수 있듯, 종래기술에 따른 파우치형 전지케이스(10)는 외부 수지층(11), 금속 차단층(12), 내부 밀봉층(13)으로 이루어져 있고, 상기 파우치형 전지케이스(10)에 형성된 수납부에 양극(21), 분리막(22), 음극(23)을 포함하는 전극조립체(20)를 수납하고 있다.As can be seen in FIG. 3 , the pouch-type battery case 10 according to the prior art consists of an outer resin layer 11 , a metal blocking layer 12 , and an inner sealing layer 13 , and the pouch-type battery case 10 ), the electrode assembly 20 including the positive electrode 21 , the separator 22 , and the negative electrode 23 is accommodated in the receiving part.

상기 파우치형 전지케이스(10)에 수납된 전극조립체(20)는 전해액의 열화, 내부 가스 발생 및 전극조립체(20)의 사용 등 다양한 원인에 의해 전극조립체(20)가 팽창된다. 상기 전극조립체(20)가 팽창되는 것은 적층되어 있는 양극(21) 및 음극(23)이 서로를 밀어내어 외부로 팽창하려는 팽창력(f)이 발생한 것이다.The electrode assembly 20 accommodated in the pouch-type battery case 10 expands due to various causes such as deterioration of the electrolyte, generation of internal gas, and use of the electrode assembly 20 . The expansion of the electrode assembly 20 is caused by the expansion force f that the stacked positive electrode 21 and negative electrode 23 push each other to expand to the outside.

종래기술에 따른 파우치형 이차전지는 상기 전극조립체(20)의 팽창력(f)에 의해 상기 파우치형 전지케이스(10)가 팽창하는 부재를 별도로 두지 않아 상기 파우치형 전지케이스(10)도 같이 팽창하게 된다.The pouch-type secondary battery according to the prior art does not separate a member for expanding the pouch-type battery case 10 by the expansion force f of the electrode assembly 20 so that the pouch-type battery case 10 expands as well. do.

상기와 같이 전극조립체(20)가 팽창하는 경우, 전지의 성능이 감소하게 되고, 상기 파우치형 전지케이스(10)가 지나치게 팽창하는 경우, 파우치형 이차전지가 손상될 수 있다.When the electrode assembly 20 expands as described above, the performance of the battery decreases, and when the pouch-type battery case 10 expands too much, the pouch-type secondary battery may be damaged.

이를 방지하기 위해 본원발명에 따른 파우치형 이차전지는 상기 파우치형 전지케이스(10) 내에 형상기억 소재를 포함하고 있다.To prevent this, the pouch-type secondary battery according to the present invention includes a shape memory material in the pouch-type battery case 10 .

본원발명에 따른 파우치형 이차전지는 도 2에서 사용한 파우치형 전지케이스(100)에 양극(210), 분리막(22) 및 음극(230)을 포함하는 전극조립체(200)를 수납한 후, 이를 밀봉하여 형성된다.The pouch-type secondary battery according to the present invention accommodates the electrode assembly 200 including the positive electrode 210, the separator 22 and the negative electrode 230 in the pouch-type battery case 100 used in FIG. 2, and then seals it. is formed by

종래기술에 따른 파우치형 이차전지와 같이 상기 전극조립체(200)가 팽창하더라도, 본원발명에 따른 파우치형 전지케이스(100)가 상기 전극조립체(200)를 가압한다.Even when the electrode assembly 200 expands like the pouch-type secondary battery according to the prior art, the pouch-type battery case 100 according to the present invention presses the electrode assembly 200 .

즉, 외부 수지층(110)과 금속층(120) 사이에 위치한 복원층(140)이 초기 파우치형 이차전지의 상태를 유지하도록 한다. 이 때, 도 4에서 볼 수 있듯이 팽창하고 있는 상기 전극조립체(200)의 팽창력(f)에 대응되거나, 이보다 더 큰 힘으로 상기 파우치형 전지케이스(100)가 상기 전극조립체(200)의 적층 방향으로 작용하는 가압력(F)으로 상기 전극조립체(200)를 누르게 된다. 이러한 가압력(F)에 의해 상기 전극조립체의 양극(210), 분리막(220) 및 음극(230)은 팽창력(f)이 상쇄되고, 팽창이 억제된다.That is, the restoration layer 140 positioned between the outer resin layer 110 and the metal layer 120 maintains the initial state of the pouch-type secondary battery. At this time, as shown in FIG. 4 , the pouch-type battery case 100 is moved in the stacking direction corresponding to or greater than the expansion force f of the electrode assembly 200 that is expanding. The electrode assembly 200 is pressed with a pressing force F acting as The positive electrode 210 , the separator 220 , and the negative electrode 230 of the electrode assembly offset the expansion force f by the pressing force F, and the expansion is suppressed.

전극조립체가 팽창할 때 많은 경우 발열을 수반한다. 형상 기억 소재 자체의 강성은 물론 온도 상승에 따른 복원력이 부가되어 단순한 탄성 소재나 금속 소재에 대비하여 본원발명에 따른 파우치형 전지케이스는 더 우수한 복원력을 제공한다. 특히 본원발명은 발열에 따른 팽창에 더 우수한 효과를 나타낼 수 있다. 온도가 상승함에 따라 형상 기억 소재의 복원력이 더 강하게 작용하기 때문에 종래의 단순한 탄성 소재나 금속 소재에서 기대할 수 없는 복원력을 제공할 수 있다.When the electrode assembly expands, it is accompanied by heat in many cases. As well as the rigidity of the shape memory material itself, the restoring force according to the temperature rise is added, so that the pouch-type battery case according to the present invention provides better restoring force compared to a simple elastic material or a metal material. In particular, the present invention can exhibit a more excellent effect on expansion due to heat generation. As the temperature rises, the restoring force of the shape memory material becomes stronger, so it is possible to provide a restoring force that cannot be expected from conventional simple elastic or metallic materials.

상기 복원층(140)은 도 2와 같이 상기 금속 차단층(120)의 상부에 위치해 있을 수도 있지만, 상기 금속 차단층(120)을 대신하여 존재할 수도 있다.The restoration layer 140 may be located on the metal blocking layer 120 as shown in FIG. 2 , but may be present instead of the metal blocking layer 120 .

본원발명의 제1실시예에 따른 파우치형 전지케이스(100)는 상기 복원층(140)이 층 형태로 되어 상기 금속 차단층(120) 상에 하나의 판이 존재하는 형태일 수 있다.In the pouch-type battery case 100 according to the first embodiment of the present invention, the restoration layer 140 is in the form of a layer, so that one plate is present on the metal blocking layer 120 .

본원발명의 제2실시예에 따른 파우치형 전지케이스(100)는 상기 복원층(140)이 얇은 형상기억 소재가 그물처럼 얽혀 있는 형태일 수 있다. 도 5는 본원발명의 제2실시예에 따른 파우치형 전지케이스(100)의 복원층(140)을 나타낸 상면도이다.In the pouch-type battery case 100 according to the second embodiment of the present invention, the shape memory material in which the restoration layer 140 is thin is entangled like a net. 5 is a top view showing the restoration layer 140 of the pouch-type battery case 100 according to the second embodiment of the present invention.

도 5에서 볼 수 있듯이 본원발명에 따른 파우치형 전지케이스(100)는 상기 외부 수지층(110)과 금속 차단층(120) 사이에 위치하고, 격자 구조의 복원층(140)을 가지고 있을 수 있다. 이는 상대적으로 형상기억 소재의 사용량을 줄이면서 효율적으로 전극조립체(200)의 팽창을 방지할 수 있도록 한다. 이 때, 상기 복원층(140)은 장방형 구조, 즉 거미줄과 유사한 형태로 형성되어 인장력을 향상시킬 수 있다.As can be seen in FIG. 5 , the pouch-type battery case 100 according to the present invention is positioned between the outer resin layer 110 and the metal blocking layer 120 , and may have a restoration layer 140 having a lattice structure. This makes it possible to effectively prevent expansion of the electrode assembly 200 while relatively reducing the amount of shape memory material used. At this time, the restoration layer 140 may be formed in a rectangular structure, that is, in a form similar to a spider's web, to improve tensile force.

상기 형상기억 소재는 온도 변화에 따라 길이나 형상이 변화하는 것이면 어떤 소재를 사용해도 무관하다. 상기 형상기억 소재는 50℃ 이상에서 수축하도록 형성된 소재일 수도 있다. 더 바람직하게는 상기 형상기억 소재는 100℃ 이상에서 수축하도록 형성된 소재일 수 있다.As the shape memory material, any material may be used as long as the length or shape changes according to temperature change. The shape memory material may be a material formed to shrink at 50°C or higher. More preferably, the shape memory material may be a material formed to shrink at 100°C or higher.

상기 형상기억 소재는 일례로, 니켈-티탄 합금(니티놀), 동-아연 합금, 금-카드뮴 합금, 인듐-탈륨 합금 등과 같은 형상기억 합금 또는 물리적 가교 또는 화학적 가교된 형상기억 고분자를 들 수 있다. 물리적 가교된 형상기억 고분자는 두 개의 분리된 도메인을 가지고, 그 중 하나는 물리적 가교가 되고, 다른 상은 분자 스위치로 작용하게 된다. 또한 화학적 가교된 형상기억 고분자는 중합반응시 다중기능 가교제를 첨가하여 합성되거나, 선형 또는 가지형 고분자 가교를 통해 획득된 고분자를 사용할 수 있다.The shape memory material is, for example, a shape memory alloy such as nickel-titanium alloy (nitinol), copper-zinc alloy, gold-cadmium alloy, indium-thallium alloy, or a shape memory polymer physically crosslinked or chemically crosslinked. A physically crosslinked shape memory polymer has two separate domains, one of which is physically crosslinked and the other phase acts as a molecular switch. In addition, the chemically crosslinked shape memory polymer may be synthesized by adding a multifunctional crosslinking agent during polymerization, or a polymer obtained through linear or branched polymer crosslinking may be used.

상기 기재된 본원발명에 따른 파우치형 전지케이스는 S1) 형상기억 소재를 포함하는 케이스 시트를 제조하는 단계 및 S2) 상기 케이스 시트를 케이스 성형장치로 형태를 변형시켜 전극조립체 수납부를 구비한 전지케이스를 형성하는 단계를 통해 형성된다.The pouch-type battery case according to the present invention described above includes the steps of S1) manufacturing a case sheet including a shape memory material, and S2) transforming the case sheet into a case forming apparatus to form a battery case having an electrode assembly accommodating part formed through the steps of

상기 S1) 단계에서 상기 형상기억 소재는 상기 케이스 시트의 한 층을 이루고 있을 수 있다. 상기 형상기억 소재는 상기 케이스 시트 내에 부가될 수 있다. 일례로, 상기 케이스 시트는 상기 도 2의 라미네이트 시트와 같이 외부 수지층, 금속 차단층, 내부 밀봉층으로 이루어진 시트 사이에 형상기억 소재로 이루어진 복원층을 부가하여 열융착하여 형성될 수 있다. 이 때, 상기 복원층은 상기 외부 수지층과 상기 금속 차단층 사이에 개재되어 열융착될 수 있다.In step S1), the shape memory material may form one layer of the case sheet. The shape memory material may be added to the case sheet. For example, the case sheet may be formed by heat-sealing by adding a restoration layer made of a shape memory material between the sheets including the outer resin layer, the metal blocking layer, and the inner sealing layer, like the laminate sheet of FIG. 2 . In this case, the restoration layer may be interposed between the external resin layer and the metal blocking layer to be thermally fused.

상기 복원층의 면적은 상기 케이스 시트 면적의 50% 내지 100%를 이루고 있을 수 있다. 상기 복원층이 50% 미만의 면적을 차지하는 경우, 상기 전극조립체의 팽창을 방지하지 못할 수 있고, 상기 복원층은 전지케이스의 일부를 이루고 있으므로, 100%를 초과할 수 없다.An area of the restoration layer may constitute 50% to 100% of an area of the case sheet. When the restoration layer occupies an area of less than 50%, it may not be possible to prevent expansion of the electrode assembly, and since the restoration layer forms a part of the battery case, it cannot exceed 100%.

상기 복원층은 팽창하는 전극조립체를 원활하게 가압하기 위해, 하나의 층으로 이루어져 있거나, 얇은 형상기억 소재를 가로와 세로로 중첩하여 형성된 그물구조로 이루어져 있을 수 있다.In order to smoothly press the expanding electrode assembly, the restoration layer may consist of a single layer or may have a net structure formed by overlapping a thin shape memory material horizontally and vertically.

상기 복원층은 5㎛ 내지 50㎛의 두께를 가지고 있을 수 있다. 상기 복원층이 지나치게 얇을 경우, 팽창하는 전극조립체를 가압하는 힘이 약해 원하는 효과를 얻지 못할 수 있고, 상기 복원층이 지나치게 두꺼운 경우, 상기 파우치형 이차전지의 용량 증가와 무관한 부분이 증가하여 별도의 가압을 위한 부품을 두는 경우와의 차이가 없게 된다.The restoration layer may have a thickness of 5 μm to 50 μm. When the restoration layer is too thin, the desired effect may not be obtained because the force for pressing the expanding electrode assembly is weak. There is no difference from the case of putting parts for pressurization of

또한 본원발명에 따른 파우치형 전지케이스는 파우치형 이차전지 내부에서 발생하는 가스를 배출하거나 수납할 수 있는 별도의 가스 수납공간을 두고, 가스 수납공간에 상기 가스를 유도하도록 할 수 있다. 즉, 상기 파우치형 전지케이스는 각 부분의 성질을 달리하여 원상회복 또는 수축하는 범위를 달리할 수 있다. 일례로, 상기 파우치형 전지케이스는 가스가 많이 발생하는 상기 전극조립체의 중앙부의 수축온도가 가장 낮고, 상기 파우치형 전지케이스의 최외곽부의 수축온도가 가장 높아, 상기 파우치형 전지케이스가 중앙부터 외곽으로 수축하도록 하여 가스를 외곽으로 이동하도록 할 수 있다.In addition, the pouch-type battery case according to the present invention may have a separate gas storage space capable of discharging or accommodating the gas generated inside the pouch-type secondary battery, and inducing the gas to the gas storage space. That is, the pouch-type battery case may have different ranges of recovery or shrinkage by different properties of each part. For example, in the pouch-type battery case, the contraction temperature of the central portion of the electrode assembly generating a lot of gas is the lowest, and the contraction temperature of the outermost portion of the pouch-type battery case is the highest, so that the pouch-type battery case moves from the center to the outside. It can be contracted to move the gas to the outside.

이상으로 본원발명 내용의 특정한 부분을 상세히 기술하였는 바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게, 이러한 구체적 기술은 단지 바람직한 실시 양태일 뿐이며, 이에 의해 본원발명의 범위가 제한되는 것은 아니며, 본원발명의 범주 및 기술사상 범위 내에서 다양한 변경 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속하는 것도 당연하다.As described above in detail a specific part of the content of the present invention, for those of ordinary skill in the art, these specific descriptions are only preferred embodiments, and the scope of the present invention is not limited thereby, It is obvious to those skilled in the art that various changes and modifications can be made within the scope and spirit of the present invention, and it is natural that such variations and modifications fall within the scope of the appended claims.

10, 100 : 파우치형 전지케이스
11, 110 : 외부수지층
12, 120 : 금속 차단층
13, 130 : 내부 밀봉층
140 : 복원층
20, 200: 전극조립체
21, 210 : 양극
22, 220 : 분리막
23, 230 : 음극
f : 팽창력
F : 가압력10, 100: pouch-type battery case
11, 110: outer resin layer
12, 120: metal blocking layer
13, 130: inner sealing layer
140: restoration layer
20, 200: electrode assembly
21, 210: positive electrode
22, 220: separator
23, 230: cathode
f : expansion force
F: pressing force

Claims (10)

형상기억 소재를 포함하는 파우치형 전지케이스.A pouch-type battery case containing a shape memory material. 제1항에 있어서,
상기 파우치형 전지케이스는 적어도 둘 이상의 층을 가진 다층구조로 이루어져 있고,
상기 형상기억 소재는 상기 층들 사이에 배치되는 파우치형 전지케이스.According to claim 1,
The pouch-type battery case has a multi-layer structure having at least two or more layers,
The shape memory material is a pouch-type battery case disposed between the layers. 제2항에 있어서,
상기 파우치형 전지케이스는 외부 수지층, 금속 차단층, 내부 밀봉층을 포함하며,
상기 외부 수지층과 상기 금속 차단층 사이에 형상기억 소재가 배치되는 파우치형 전지케이스.3. The method of claim 2,
The pouch-type battery case includes an outer resin layer, a metal blocking layer, and an inner sealing layer,
A pouch-type battery case in which a shape memory material is disposed between the outer resin layer and the metal blocking layer. 제3항에 있어서,
상기 외부 수지층과 상기 금속 차단층 사이에 형상기억 소재를 포함하는 복원층을 포함하는 파우치형 전지케이스.4. The method of claim 3,
A pouch-type battery case comprising a restoration layer comprising a shape memory material between the outer resin layer and the metal blocking layer. 제4항에 있어서,
상기 복원층은 적층되어 있는 전극조립체를 적층 방향으로 가압하는 파우치형 전지케이스.5. The method of claim 4,
The restoration layer is a pouch-type battery case that presses the stacked electrode assembly in the stacking direction. 제1항에 있어서,
상기 형상기억 소재는 온도 변화에 따라 길이나 형상이 변화하는 파우치형 전지케이스.According to claim 1,
The shape memory material is a pouch-type battery case that changes in length or shape according to temperature changes. 제1항에 있어서,
상기 형상기억 소재는 100℃이상에서 원래의 상태로 돌아가는 파우치형 전지케이스.According to claim 1,
The shape memory material is a pouch-type battery case that returns to its original state at 100°C or higher. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 따른 파우치형 전지케이스 제조방법에 있어서,
S1) 형상기억 소재를 포함하는 케이스 시트를 제조하는 단계; 및
S2) 상기 케이스 시트를 케이스 성형장치로 형태를 변형시켜 전극조립체 수납부를 구비한 전지케이스를 형성하는 단계;
를 포함하는 파우치형 전지케이스 제조방법.In the pouch-type battery case manufacturing method according to any one of claims 1 to 7,
S1) manufacturing a case sheet including a shape memory material; and
S2) forming a battery case having an electrode assembly accommodating part by transforming the case sheet into a case forming apparatus;
A pouch-type battery case manufacturing method comprising a. 제8항에 있어서,
상기 S1) 단계에서 상기 형상기억 소재는 상기 케이스 시트의 한 층을 이루는 파우치형 전지케이스 제조방법.9. The method of claim 8,
In the step S1), the shape memory material is a pouch-type battery case manufacturing method that forms one layer of the case sheet. 제8항에 있어서,
상기 S1) 단계에서 상기 형상기억 소재는 외부 수지층과 금속 차단층 사이에 개재되어 열융착되는 파우치형 전지케이스 제조방법.9. The method of claim 8,
In the step S1), the shape memory material is interposed between the external resin layer and the metal blocking layer and heat-sealed in a pouch-type battery case manufacturing method.
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