KR20220040020A - 전지셀 및 그 제조 방법 - Google Patents

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최항준
문정오
지호준
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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 전지셀은, 양극, 음극 및 분리막을 포함하는 전극 조립체; 및 상기 전극 조립체가 수용되는 함몰부가 형성된 파우치 케이스를 포함하고, 상기 파우치 케이스는 상기 함몰부가 형성하는 모서리들 중 적어도 하나의 모서리 라인을 기준으로 벤딩되어 형성된다.

Description

전지셀 및 그 제조 방법{BATTERY CELL AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}
본 발명은 전지셀 및 그 제조 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 파우치형 전지셀 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
이차 전지는 모바일 기기 및 전기 자동차 등의 다양한 제품군에서 에너지원으로 많은 관심을 받고 있다. 이러한 이차 전지는 화석 연료를 사용하는 기존 제품의 사용을 대체할 수 있는 유력한 에너지 자원으로서, 에너지 사용에 따른 부산물이 발생하지 않아 친환경 에너지원으로서 각광받고 있다.
최근 이차 전지의 에너지 저장원으로서의 활용을 비롯하여 대용량 이차 전지 구조에 대한 필요성이 높아지면서, 다수의 이차 전지가 직렬/병렬로 연결된 전지 모듈을 집합시킨 멀티 모듈 구조의 전지팩에 대한 수요가 증가하고 있다.
한편, 복수개의 전지셀을 직렬/병렬로 연결하여 전지팩을 구성하는 경우, 적어도 하나의 전지셀로 이루어지는 전지 모듈을 구성하고, 이러한 적어도 하나의 전지 모듈을 이용하여 기타 구성 요소를 추가하여 전지팩을 구성하는 방법이 일반적이다.
전지 모듈에 적층되도록 삽입되는 전지셀은, 양극, 음극 및 분리막을 포함하는 전극 조립체 및 전극 조립체가 수용되는 함몰부가 형성된 파우치 케이스를 포함한다.
파우치형 전지셀의 경우, 알루미늄 또는 금속 박판으로 형성된 파우치 케이스에 금형을 이용하여 전극 조립체가 삽입될 수 있도록 드로잉 포밍(Drawing Forming) 형상을 적용하여 파우치 케이스에 함몰부를 형성하였다. 상기 함몰부 형성 과정에서, 드로잉 포밍이 적용된 파우치 케이스를 180도 벤딩한 후, 외곽 평면 부분을 밀봉하여 전지셀을 수밀 및 기밀되도록 형성할 수 있다.
이때, 파우치 케이스에 포밍이 적용되면, 주변 엣지부에 잔존 응력이 발생할 수 있는데, 파우치를 벤딩하는 과정에서 상기 잔존 응력에 의해 설계와 상이한 형태의 변형이 발생될 수 있다. 이를 소위 배트이어(Bat-ear)부라고 부를 수 있다. 또한 배트이어부를 통해 일측으로 돌출된 정도를 엣지롱(Edge-long)으로 부를 수 있다.
도 1은 종래 전지셀의 파우치 케이스를 제조하는 모습을 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하여 종래 파우치 케이스의 제조 과정에 대해 더욱 자세히 설명하면, 파우치 케이스(20)의 제조시, 포밍을 통해 함몰부(21)를 형성한 후, 파우치 케이스(20)의 벤딩 라인(21a)을 기준으로 180도 벤딩하여 함몰부(21)를 덮음으로써 파우치 케이스 구조를 완성할 수 있다. 함몰부(21) 상에는 전극 조립체(10)가 삽입된다.
이때, 파우치 케이스(20)의 벤딩 라인(21a)은 함몰부(21)의 모서리 라인과 이격(G)된 부분에 형성될 수 있다. 따라서 벤딩 라인(21a)을 중심으로 파우치 케이스(20)를 벤딩할 경우, 도 1에 도시된 바와 같이 모서리 라인과 인접한 벤딩 라인(21a)의 접힘 부분이 매끄럽게 형성되지 않고 외측으로 돌출되는 부분(P)이 형성될 수 있다. 이를 배트이어(Bat-ear) 부로 부를 수 있다.
결과적으로 상기 부분(P)은 벤딩시 엣지부 근처로 잔존 응력이 작용하여 도 1에 도시된 바와 같이 원래 설계되었던 파우치 형상과 상이한 형태의 변형이 발생될 수 있다. 상기 부분(P)의 형태적 변형은 잔존 응력의 방향 및 크기에 따라 다양하고 불필요한 형태적 변형을 가져올 수 있다.
본 발명의 해결하고자 하는 과제는, 잔존 응력에 의한 파우치 케이스의 형태적 변형이 일어나지 않도록 하는 전지셀 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 과제를 실현하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 전지셀은, 양극, 음극 및 분리막을 포함하는 전극 조립체; 및 상기 전극 조립체가 수용되는 함몰부가 형성된 파우치 케이스를 포함하고, 상기 파우치 케이스는 상기 함몰부가 형성하는 모서리들 중 적어도 하나의 모서리 라인을 기준으로 벤딩되어 있다.
상기 함몰부는 육면체 형상으로 함몰되고, 상기 파우치 케이스는 상기 함몰부의 육면체 형상의 열두 모서리들 중 하나의 모서리 라인을 기준으로 벤딩될 수 있다.
상기 벤딩된 파우치 케이스는 케이스면끼리 접촉하여 상기 함몰부 내부에 형성된 전극 조립체를 밀봉할 수 있다.
상기 파우치 케이스는 알루미늄을 포함할 수 있다.
상기 과제를 실현하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 전지셀은, 단차부 및 함몰 형성된 포밍부를 포함하고 상기 포밍부의 모서리들 중 적어도 하나의 모서리 라인이 상기 단차부의 단차 라인을 형성하는 금형에, 상기 단차 라인과 대응되는 벤딩 라인을 기준으로 제1 벤딩된 파우치 케이스가 안착하는 단계; 상기 파우치 케이스가 상기 포밍부의 형상을 가지도록 포밍(Forming)되어 함몰부가 형성되는 단계; 및 상기 파우치 케이스가 상기 벤딩 라인을 기준으로 제2 벤딩되어 상기 파우치 케이스의 케이스면끼리 접촉되는 단계를 포함한다.
상기 파우치 케이스가 포밍되어 함몰부가 형성되는 단계 후, 상기 전극 조립체가 상기 함몰부 내에 삽입되는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 파우치 케이스의 케이스면끼리 접촉되는 단계 후, 접촉된 상기 케이스면들을 밀봉시키는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 파우치 케이스가 포밍되어 함몰부가 형성되는 단계에서, 상기 함몰부는 상기 벤딩 라인이 상기 함몰부의 모서리 중 하나가 되도록 포밍될 수 있다.
상기 제1 벤딩 및 상기 제2 벤딩은 각각 90도로 벤딩될 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따른 전지 모듈은 상기 전지셀을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전지셀 및 그 제조 방법은, 배트이어부를 제거할 수 있는 금형 및 파우치 형상을 통해 파우치 케이스 제조시 불필요한 케이스의 변형을 방지하는 효과를 제공한다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 종래 전지셀의 파우치 케이스를 제조하는 모습을 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따라 파우치 케이스를 금형에 안착시키는 모습을 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 파우치 케이스에 함몰부를 형성하는 모습을 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라 파우치 케이스가 벤딩되는 모습을 나타낸 도면이다.
도 5는 파우치 케이스의 엣지부가 변형 없이 기 설계된 형태로 제조된 모습을 나타낸 도면이다.
이하에서 설명되는 실시 예는 발명의 이해를 돕기 위하여 예시적으로 나타낸 것이며, 본 발명은 여기서 설명되는 실시 예와 다르게 다양하게 변형되어 실시될 수 있음이 이해되어야 할 것이다. 다만, 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기능 혹은 구성요소에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명 및 구체적인 도시를 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 발명의 이해를 돕기 위하여 실제 축척대로 도시된 것이 아니라 일부 구성요소의 치수가 과장되게 도시될 수 있다.
본 출원에서 사용되는 제1, 제2 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성요소들은 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
또한, 본 출원에서 사용되는 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 권리범위를 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서 "포함하다", "이루어진다" 또는 "구성되다" 등의 용어는 명세서상 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들의 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들의 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하, 도 2 내지 도 5를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 전지셀에 대해 설명한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따라 파우치 케이스를 금형에 안착시키는 모습을 나타낸 도면이다. 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 파우치 케이스에 함몰부를 형성하는 모습을 나타낸 도면이다. 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라 파우치 케이스가 벤딩되는 모습을 나타낸 도면이다. 도 5는 파우치 케이스의 엣지부가 변형 없이 기 설계된 형태로 제조된 모습을 나타낸 도면이다.
도 2 내지 도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전지셀은, 양극, 음극 및 분리막을 포함하는 전극 조립체 및 전극 조립체가 수용되는 함몰부(210)가 형성된 파우치 케이스(200)를 포함하고, 파우치 케이스(200)는 함몰부(210)가 형성하는 모서리들 중 적어도 하나의 모서리 라인을 기준으로 벤딩되어 형성된다.
전극 조립체는 양극, 분리막, 음극의 순서로 적층되어 있으며, 스택형, 젤리롤 형 또는 스택폴딩형 구조로 형성될 수 있으나, 본 실시예에 따르면 직육면체 형상의 스택형으로 형성될 수 있다. 파우치 케이스(200)의 내부에는 전해액이 삽입될 수 있으며, 전극 조립체는 파우치 케이스(200)의 내부에 상기 전해액과 함께 밀봉될 수 있다. 본 실시예에 따르면, 파우치 케이스는 알루미늄으로 형성될 수 있다.
함몰부(210)는 파우치 케이스(200) 상에 형성될 수 있다. 함몰부(210)는 포밍 공정을 통해 형성될 수 있다. 함몰부(210)는 육면체 형상으로 함몰 형성될 수 있으며, 함몰부(210) 내부에는 상기 전극 조립체가 삽입될 수 있다.
파우치 케이스(200)는 벤딩을 통해 함몰부(210)를 덮도록 형성될 수 있다. 벤딩된 파우치 케이스(200)는 케이스면끼리 접촉하여 함몰부(210) 내부에 형성된 전극 조립체를 밀봉할 수 있다.
본 실시예에 따르면, 파우치 케이스(200)는 함몰부(210)의 육면체 형상의 열두 모서리들 중 하나의 모서리 라인을 기준으로 벤딩되어 형성될 수 있다. 종래에는 함몰부의 모서리 라인과 떨어진 부분의 벤딩 라인을 기준으로 파우치 케이스를 벤딩하였으나, 그럴 경우 벤딩이 완료된 파우치 케이스의 접힘 부분에 배트이어부가 형성되는 등 접힘부의 잔존 응력에 의해 접힘부 형상의 변형이 발생하여 기 설계된 파우치 셀의 형상대로 파우치 셀을 제조하기 어려웠다.
이에 본 실시예에 따르면 함몰부의 모서리 라인 중 접힘부와 인접한 모서리 라인을 벤딩 라인으로 하여 파우치 케이스(200)를 벤딩 함으로써, 접힘부의 잔존 응력을 최소화하고 기 설계된 파우치 셀의 형상대로 파우치 셀이 제조될 수 있게 하여 전지셀의 품질을 향상시키고 생산성을 확보할 수 있다.
이하, 도 2 내지 도 5를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 전지셀의 제조 방법에 대해 설명한다.
도 2 내지 도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전지셀의 제조 방법은, 도 2에 도시된 단차부 및 함몰 형성된 포밍부(F)를 포함하고 포밍부(F)의 모서리들 중 적어도 하나의 모서리 라인이 단차부의 단차 라인(L)을 형성하는 금형(M)에, 단차 라인(L)과 대응되는 벤딩 라인(210a)을 기준으로 제1 벤딩된 파우치 케이스(200)가 안착하는 단계를 포함한다.
이어서, 도 3에 도시된 파우치 케이스(200)가 도 2의 포밍부(F)의 형상을 가지도록 포밍 부재(A)의 가압에 의해 포밍(Forming)되어 함몰부(210)가 형성되는 단계 및 도 4에 도시된 파우치 케이스(200)가 벤딩 라인(210a)을 기준으로 제2 벤딩되어 파우치 케이스(200)의 케이스면끼리 접촉되는 단계를 포함한다.
이때, 상기 제1 벤딩 및 상기 제2 벤딩은 각각 90도로 벤딩될 수 있다. 이는 단차부의 각도가 90도로 형성되어 파우치 케이스(200)가 금형(M)을 향해 90도의 제1 벤딩을 이룬채 단차부에 대응되도록 수직으로 안착될 수 있으며, 그 후 추가적인 90도 제2 벤딩을 통해 도합 180도의 벤딩 각도를 이루며 파우치 케이스(200)의 케이스면이 서로 완전히 접힐 수 있다.
상기 단계들을 통해 파우치형 전지셀을 제조하게 될 경우, 도 5에 도시된 바와 같이 파우치 케이스(200)의 벤딩 라인(210a) 부분에는, 도 1에 도시된 바와 같은 배트이어부(P)가 형성되지 않음을 확인할 수 있다.
본 실시예에 따르면, 파우치 케이스(200)가 포밀되어 함몰부(210)가 형성되는 단계 후, 전극 조립체(100)가 함몰부(210) 내에 삽입되는 단계를 더 포함할 수 있다. 또한 파우치 케이스(200)의 케이스면끼리 접촉되는 단계 후에는, 접촉된 케이스면들을 밀봉시키는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한 파우치 케이스(200)가 포밍되어 함몰부(210)가 형성되는 단계에서, 함몰부(210)는 벤딩 라인(L)이 함몰부(210)의 모서리 중 하나가 되도록 포밍될 수 있다. 벤딩 라인(L)과 함몰부의 모서리 라인이 일체로 형성됨으로써, 파우치 케이스(200)의 벤딩 공정시 접힘부 상의 형태적 변형이 발생하지 않을 수 있다.
상기 전지셀은 복수개가 모여 전지 모듈을 구성할 수 있다. 또한 상기 전지 모듈이 복수개가 집합된 전지팩 구조가 형성될 수 있다.
상기 전지팩은, 상기 전지 모듈을 하나 이상 모아서 전지의 온도나 전압 등을 관리해 주는 전지 관리시스템(Battery Management System; BMS)과 냉각 장치 등을 추가하여 패킹한 구조일 수 있다.
상기 전지팩은 다양한 디바이스에 적용될 수 있다. 이러한 디바이스에는, 전기 자전거, 전기 자동차, 하이브리드 자동차 등의 운송 수단에 적용될 수 있으나, 본 발명은 이에 제한되지 않고 전지 모듈을 사용할 수 있는 다양한 디바이스에 적용 가능하며, 이 또한 본 발명의 권리범위에 속한다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형 실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어서는 안될 것이다.
100: 전극 조립체
200: 파우치 케이스
200a: 케이스면
210: 함몰부
210a: 벤딩 라인
M: 금형
F: 포밍부
L: 단차 라인

Claims (10)

  1. 양극, 음극 및 분리막을 포함하는 전극 조립체; 및
    상기 전극 조립체가 수용되는 함몰부가 형성된 파우치 케이스를 포함하고,
    상기 파우치 케이스는 상기 함몰부가 형성하는 모서리들 중 적어도 하나의 모서리 라인을 기준으로 벤딩되어 있는 전지셀.
  2. 제1항에서,
    상기 함몰부는 육면체 형상으로 함몰되고, 상기 파우치 케이스는 상기 함몰부의 육면체 형상의 열두 모서리들 중 하나의 모서리 라인을 기준으로 벤딩되어 있는 전지셀.
  3. 제1항에서,
    상기 벤딩된 파우치 케이스는 케이스면끼리 접촉하여 상기 함몰부 내부에 형성된 전극 조립체를 밀봉하는 전지셀.
  4. 제1항에서,
    상기 파우치 케이스는 알루미늄을 포함하는 전지셀.
  5. 단차부 및 함몰 형성된 포밍부를 포함하고 상기 포밍부의 모서리들 중 적어도 하나의 모서리 라인이 상기 단차부의 단차 라인을 형성하는 금형에, 상기 단차 라인과 대응되는 벤딩 라인을 기준으로 제1 벤딩된 파우치 케이스가 안착하는 단계;
    상기 파우치 케이스가 상기 포밍부의 형상을 가지도록 포밍(Forming)되어 함몰부가 형성되는 단계; 및
    상기 파우치 케이스가 상기 벤딩 라인을 기준으로 제2 벤딩되어 상기 파우치 케이스의 케이스면끼리 접촉되는 단계를 포함하는 전지셀의 제조 방법.
  6. 제5항에서,
    상기 파우치 케이스가 포밍되어 함몰부가 형성되는 단계 후, 상기 전극 조립체가 상기 함몰부 내에 삽입되는 단계를 더 포함하는 전지셀의 제조 방법.
  7. 제5항에서,
    상기 파우치 케이스의 케이스면끼리 접촉되는 단계 후, 접촉된 상기 케이스면들을 밀봉시키는 단계를 더 포함하는 전지셀의 제조 방법.
  8. 제5항에서,
    상기 파우치 케이스가 포밍되어 함몰부가 형성되는 단계에서, 상기 함몰부는 상기 벤딩 라인이 상기 함몰부의 모서리 중 하나가 되도록 포밍되는 전지셀의 제조 방법.
  9. 제5항에서,
    상기 제1 벤딩 및 상기 제2 벤딩은 각각 90도로 벤딩되는 전지셀의 제조 방법.
  10. 제1항에 따른 전지셀을 포함하는 전지 모듈.
KR1020200122722A 2020-09-23 2020-09-23 전지셀 및 그 제조 방법 KR20220040020A (ko)

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