KR20220099905A - 파우치형 이차전지, 전지 팩 및 파우치형 이차전지 제조방법 - Google Patents

Abstract

파우치형 이차전지, 전지 팩 및 파우치형 이차전지 제조방법이 개시된다.본 발명의 일 측면에 따르면, 전극 조립체를 수용하는 외장재에는 상기 전극 조립체의 둘레를 따라 밀봉부가 형성되고, 상기 밀봉부는 전극 리드를 덮도록 형성되는 제1 밀봉부를 포함하고, 상기 제1 밀봉부의 일 끝부는 파우치에 형성된 컵의 둘레의 상부 코너부로부터 소정의 거리 이내 영역에 형성되는 파우치형 이차전지가 개시된다.

Description

파우치형 이차전지, 전지 팩 및 파우치형 이차전지 제조방법{Pouch type secondary battery, battery pack and method of manufacturing the pouch type secondary battery}

본 발명은 파우치형 이차전지, 전지 팩 및 파우치형 이차전지 제조방법에 관한 것이다.

반복적인 충전 및 방전이 가능한 이차전지는 그 구조 및 제조 방법에 따라, 원통형 이차전지, 각형 이차전지, 파우치형 이차전지 등으로 나뉠 수 있다. 이 중 파우치형 이차전지는 파우치형 시트 내에 전극 조립체를 수용한 후 시트를 밀봉함으로써 제조되는데, 다른 종류의 이차전지에 비해 구조가 간단하고 단위 부피 당 용량이 커서 자동차 배터리, 또는, 에너지 저장 장치 등에 널리 사용되고 있다.

보다 상세하게, 파우치형 이차전지는, 파우치형 시트에 만입된 형상의 컵(cup)을 형성한 후 컵 내에 전극 조립체가 수용되고, 파우치형 시트를 폴딩하여 파우치형 시트의 일 영역이 전극 조립체 및 전극 조립체를 덮도록 한 후, 전극 조립체의 둘레를 밀봉하는 밀봉부를 형성함으로써 제조되는 것이 일반적이다.

한편, 파우치형 이차전지가 외부의 구성과 전기적으로 연결될 수 있도록, 파우치형 이차전지에는 돌출된 형상의 전극 리드가 구비된다. 이때, 밀봉부는 전극 리드를 덮도록 형성된다. 그런데, 종래 기술에 따르면, 전극 리드 주변에서 크랙이 발생하는 문제가 있었다.

도 1은 종래 기술에 따른 파우치형 이차전지의 구조를 도시한 평면도이다.

도 1을 참고하면, 종래 기술에 따른 이차전지(1)에서 전극 조립체(20)는 파우치(30) 내에 수용되고, 전극 조립체(20)의 둘레에는 밀봉부(30a)가 형성된다.

한편, 전극 조립체(20)의 둘레 중 밀봉부(30a)가 형성되지 않는 영역은 파우치(30)를 구성하는 시트가 폴딩되는 폴딩부(F)를 형성하게 되는데, 종래 기술에 따르면 폴딩부(F)에는 밀봉부가 형성되지 않으므로, 폴딩부(F)에는 파우치를 구성하는 시트가 서로 접착되지 않고 맞닿아 있게 된다.

그러나, 폴딩부(F)에는 파우치를 구성하는 시트가 서로 접착되어 있지 않으므로 밀봉부(30a)가 절곡되는 경우, 폴딩부(F) 중 밀봉부(30a)와 인접한 영역에서 응력이 집중되는 현상이 발생하여 폴딩부(F)를 형성하는 파우치에 크랙 등의 손상이 발생하는 문제가 있었다.

특히, 이러한 문제는 폴딩부(F) 중에서도 전극 리드(20a, 20b)를 덮도록 형성된 밀봉부 부근(도 1의 A 참조)에서 빈번하게 발생하였다. 예를 들어 전지 모듈이나 전지 팩을 구성하는 경우에 있어서 복수 개의 파우치형 이차전지를 적층하고 각각의 파우치형 이차전지에서 외측으로 연장하는 전극 리드들끼리 모아서 용접을 하여 전극 리드 뭉치를 만들 수 있다. 그리고 이렇게 전극 리드 뭉치를 형성하고 복수의 이차전지 그룹을 조립하여 전지 모듈이나 전지 팩을 만들 수 있다. 그런데 이렇게 조립하는 과정에서 전극 리드가 이차전지 두께 방향을 기준으로 상측이나 하측으로 꺾이는 경우가 있을 수 있는데, 이 경우 상기 폴딩부(F) 중에서도 전극 리드(20a, 20b)를 덮도록 형성된 밀봉부 부근(도 1의 A)에서 일부에 힘이 집중되어 날카롭게 접히는 형상이 발생하며, 일정 각도 이상으로 구부러지면 응력이 집중하여 파우치 크랙(내부 알루미늄 크랙 발생 포함)이 발생하는 문제가 있었다.

따라서, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 폴딩부(F) 중에서도 전극 리드를 덮는 밀봉부와 인접한 영역에서 파우치가 손상되거나 크랙이 발생하는 문제를 해결하는 것이다.

본 발명에 따른 파우치형 이차전지는 전극과 분리막이 교대로 배치된 구조를 갖는 전극 조립체; 전극 조립체를 수용할 수 있도록 만입된 형상을 갖는 컵(P)이 형성된 파우치형 외장재; 및 전극 조립체와 전기적으로 연결되고 외장재의 둘레를 통해 외부로 돌출되는 전극 리드; 를 포함하고, 외장재에는 전극 조립체의 둘레를 따라 밀봉부가 형성되고, 전극 리드는, 외장재의 상부 둘레를 통해 외부로 돌출되는 제1 전극 리드; 를 포함하고, 밀봉부는, 제1 전극 리드를 덮도록 형성되는 제1 밀봉부; 를 포함하고, 제1 밀봉부의 일 끝부는 컵(P)의 둘레의 상부 코너부로부터 소정의 거리 이내 영역에 형성된다.

제1 밀봉부의 좌측 끝부 및 우측 끝부는 각각 컵(P)의 둘레의 좌측 상부 코너부로부터 소정의 거리 이내 영역 및 우측 상부 코너부로부터 소정의 거리 이내 영역에 형성될 수 있다.

전극 리드는, 외장재의 하부 둘레를 통해 외부로 돌출되는 제2 전극 리드; 를 포함하고, 밀봉부는, 제2 전극 리드를 덮도록 형성되는 제2 밀봉부; 를 포함하고, 제2 밀봉부의 일 끝부는 컵(P)의 둘레의 하부 코너부로부터 소정의 거리 이내 영역에 형성될 수 있다.

제2 밀봉부의 좌측 끝부 및 우측 끝부는 컵(P)의 둘레의 좌측 하부 코너부로부터 소정의 거리 이내 영역 및 우측 하부 코너부로부터 소정의 거리 이내 영역에 형성될 수 있다.

이때, 소정의 거리는 5mm 일 수 있다.

제1 밀봉부 중 컵(P)의 둘레의 상부 코너부로부터 소정의 거리 이내 영역에 구비되는 영역의 내측 둘레는 직선으로 이루어질 수 있다.

제1 밀봉부 중 컵(P)의 둘레의 상부 코너부로부터 소정의 거리 이내 영역에 구비되는 영역의 내측 둘레는 곡선으로 이루어질 수 있다.

제1 밀봉부 중 컵(P)의 둘레의 상부 코너부로부터 소정의 거리 이내 영역에 구비되는 영역의 내측 둘레는 직선 및 곡선을 포함할 수 있다.

곡선은 전극 조립체에서 바라보았을 때 오목하게 형성될 수 있다.

곡선은 전극 조립체에서 바라보았을 때 볼록하게 형성될 수 있다.

파우치형 외장재는 제1 영역 및 제2 영역을 포함하고, 파우치형 외장재에는 제1 영역과 제2 영역의 경계에 형성되고, 제1 영역이 제2 영역에 대해 폴딩됨으로써 제1 영역과 제2 영역이 서로 마주보도록 하는 폴딩부가 형성되고 제1 밀봉부의 좌측 끝부와 우측 끝부 중 폴딩부에 인접하게 구비되는 일 끝부는 컵(P)의 둘레의 상부 코너부로부터 소정의 거리 이내 영역에 형성되고, 제2 밀봉부의 좌측 끝부와 우측 끝부 중 폴딩부에 인접하게 구비되는 일 끝부는 컵(P)의 둘레의 하부 코너부로부터 소정의 거리 이내 영역에 형성될 수 있다.

이때, 소정의 거리는 5mm 일 수 있다.

밀봉부는, 제1 밀봉부와 제2 밀봉부를 연결하도록 형성되는 제3 밀봉부; 를 더 포함할 수 있다.

제3 밀봉부의 상부 끝부는 제1 밀봉부에 연결되고, 제3 밀봉부의 하부 끝부는 제2 밀봉부에 연결될 수 있다.

제3 밀봉부는 전극 조립체의 두께(t) 방향으로 절곡될 수 있다.

상부 코너부 및 하부 코너부 중 적어도 하나 이상은 라운드 형태로 형성될 수 있다.

제1 밀봉부는, 컵의 둘레의 상부 코너부로부터 소정의 거리 이내 영역보다 상측에 위치하는 영역이 실링 툴에 의하여 제1 전극 리드를 덮도록 실링되어 형성되는 통상 리드 실링 영역(S1), 및 컵의 둘레의 상부 코너부로부터 소정의 거리 이내 영역이 실링 툴에 의하여 실링되어 형성되는 추가 실링 영역(S2)을 포함할 수 있다.

통상 리드 실링 영역(S1)과 추가 실링 영역(S2)의 구간 별로 실링 두께가 서로 다를 수 있다.

본 발명에 따른 파우치형 이차전지 제조방법은 전극과 분리막이 교대로 배치된 구조를 갖는 전극 조립체 및 만입된 형상을 갖는 컵(P)이 형성된 파우치형 외장재를 준비하는 단계; 전극 조립체를 컵에 수용하는 단계; 외장재를 폴딩하여 외장재의 일 영역과 외장재의 타 영역이 서로 마주보도록 하는 단계; 외장재의 상부 둘레를 통해 외부로 돌출되는 제1 전극 리드 및 외장재의 하부 둘레를 통해 외부로 돌출되는 제2 전극 리드를 배치하는 단계; 제1 전극 리드를 덮도록 외장재에 제1 밀봉부를 형성하는 단계; 및 제2 전극 리드를 덮도록 외장재에 제2 밀봉부를 형성하는 단계; 를 포함하고, 제1 밀봉부를 형성하는 단계에서, 제1 밀봉부의 일 끝부는 컵(P)의 둘레의 상부 코너부로부터 소정의 거리 이내 영역에 형성되도록 실링된다.

제2 밀봉부를 형성하는 단계에서, 제2 밀봉부의 일 끝부는 컵(P)의 둘레의 하부 코너부로부터 소정의 거리 이내 영역에 형성되도록 실링될 수 있다.

제1 밀봉부를 형성하는 단계는 통상의 리드 실링 과정과 추가 실링 과정의 2 단계의 실링 과정을 포함할 수 있다.

통상의 리드 실링 과정은 컵의 둘레의 상부 코너부로부터 소정의 거리 이내 영역보다 상측에 위치하는 영역을 실링 툴을 통하여 제1 영역 파우치 및 제2 영역 파우치가 제1 전극 리드를 덮도록 실링하여 통상 리드 실링 영역(S1)을 형성하는 과정이고, 추가 실링 과정은 컵의 둘레의 상부 코너부로부터 소정의 거리 이내 영역을 실링 툴을 통하여 제1 영역 파우치와 제2 영역 파우치가 서로 접합하도록 실링하여 추가 실링 영역(S2)을 형성하는 과정일 수 있다.

제1 밀봉부를 형성하는 단계는 통상 리드 실링 영역(S1)과 추가 실링 영역(S2)의 구간 별로 실링 두께를 다르게 실링하는 것일 수 있다.

전극 조립체의 둘레를 따라 형성되되 제1 밀봉부와 제2 밀봉부를 연결하는 제3 밀봉부를 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.

본 발명에 따르면, 폴딩부(F) 중에서도 전극 리드를 덮는 밀봉부와 인접한 영역에서 파우치가 손상되거나 크랙이 발생하는 문제를 해결하는 것이다.

도 1은 종래 기술에 따른 파우치형 이차전지의 구조를 도시한 평면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 파우치형 이차전지에 제1 밀봉부 및 제2 밀봉부가 형성된 모습을 도시한 평면도이다.
도 3은 도 2의 C-C 선을 따라 절단하였을 때 파우치형 이차전지의 모습을 도시한 수직 단면도이다.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 파우치형 이차전지의 제1 밀봉부의 모습을 도시한 확대도이다.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 파우치형 이차전지의 제1 밀봉부의 모습을 도시한 확대도이다.
도 6은 본 발명의 제3 실시예에 따른 파우치형 이차전지의 제1 밀봉부의 모습을 도시한 확대도이다.
도 7은 본 발명에 따른 파우치형 이차전지에서 제1 밀봉부 내지 제3 밀봉부가 형성된 모습을 도시한 평면도이다.
도 8은 통상의 리드 실링 과정과 추가 실링 과정을 통해 제1 밀봉부를 형성하는 모습이 도시되는 평면도이다.

이하, 도면을 참고하여 본 발명에 따른 파우치형 이차전지, 전지 팩 및 파우치형 이차전지 제조방법을 설명한다.

파우치형 이차전지 및 전지 팩

도 2는 본 발명에 따른 파우치형 이차전지에 제1 밀봉부 및 제2 밀봉부가 형성된 모습을 도시한 평면도이다. 도 3은 도 2의 C-C 선을 따라 절단하였을 때 파우치형 이차전지의 모습을 도시한 수직 단면도이다. 도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 파우치형 이차전지의 제1 밀봉부의 모습을 도시한 확대도이다. 도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 파우치형 이차전지의 제1 밀봉부의 모습을 도시한 확대도이다. 도 6은 본 발명의 제3 실시예에 따른 파우치형 이차전지의 제1 밀봉부의 모습을 도시한 확대도이다. 도 7은 본 발명에 따른 파우치형 이차전지에서 제1 밀봉부 내지 제3 밀봉부가 형성된 모습을 도시한 평면도이다.

도 2, 도 3 및 도 7에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 파우치형 이차전지(10, 이하, '이차전지')는 전극과 분리막이 교대로 배치된 구조를 갖는 전극 조립체(100) 및 전극 조립체(100)를 수용할 수 있도록 만입된 형상을 갖는 컵(cup, P)이 형성된 파우치형 외장재(200, 이하, '외장재')를 포함할 수 있다.

도 3에 도시된 바와 같이 외장재(200)는 제1 영역(210)과 제2 영역(220)을 포함할 수 있다. 이때, 외장재(200)에는, 제1 영역(210)과 제2 영역(220)의 경계에 형성되고, 제1 영역(210)이 제2 영역(220)에 대해 폴딩됨으로써 제1 영역(210)과 제2 영역(220)이 서로 마주보도록 하는 폴딩부(F)가 형성될 수 있다. 이는, 폴딩부(F)에서 제2 영역(220)이 제1 영역(210)에 대해 폴딩된다고 볼 수도 있다. 한편, 도 3에는 외장재(200) 중 하부에 구비된 제2 영역(220)에 컵(P)이 형성된 모습이 도시되어 있으나, 이와 달리 상부에 구비된 제1 영역(210)에 컵(P)이 형성될 수도 있고, 제1 영역(210)과 제2 영역(220) 모두에 컵(P)이 형성될 수도 있다. 도 2에는 외장재(200)에 형성된 컵(P)의 둘레인 경계부(L)가 점선으로 도시되어 있다.

계속해서, 도 2 및 도 7을 참고하면, 본 발명에 따른 이차전지(10)는, 전극 조립체(100)와 전기적으로 연결되고 외장재(200)의 둘레를 통해 외부로 돌출되는 전극 리드(310, 320)를 더 포함할 수 있다.

이때, 전극 리드(310, 320)는, 외장재(200)의 상부 둘레를 통해 외부로 돌출되는 제1 전극 리드(310)와 외장재(200)의 하부 둘레를 통해 외부로 돌출되고 제1 전극 리드와 다른 극성을 갖는 제2 전극 리드(320)를 포함할 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 이차전지(10)에서 제1 전극 리드(310)와 제2 전극 리드(320)는 서로 반대 방향으로 돌출될 수 있다(제1 전극 리드와 제2 전극 리드가 반대 방향으로 돌출되는 것은 본 발명의 하나의 실시예일 뿐 이에 한정 되는 것은 아니며 제1 전극 리드와 제2 전극 리드가 동일한 방향으로 돌출되는 경우에도 본 발명의 기술 사상이 적용될 수 있다).

한편, 도 2 및 도 7에 따르면, 외장재(200)에는 전극 조립체(100)의 둘레를 따라 밀봉부(400)가 형성될 수 있다. 밀봉부(400)는 외장재(200)의 제1 영역(210)과 제2 영역(220)이 서로 접착됨으로써 형성될 수 있다. 이때, 밀봉부(400)는 전극 조립체(100)의 둘레를 감싸는 외장재(200) 중, 폴딩부(F)가 형성된 영역을 제외한 영역에 형성될 수 있다.

밀봉부(400)는 제1 전극 리드(310)를 덮도록 형성되는 제1 밀봉부(410), 제2 전극 리드(320)를 덮도록 형성되는 제2 밀봉부(420), 및 제1 밀봉부(410)와 제2 밀봉부(420)를 연결하도록 형성되는 제3 밀봉부(430)를 포함할 수 있다. 도 7을 참고하면, 제3 밀봉부(430)의 상부 끝부는 제1 밀봉부(410)에 연결될 수 있고, 제3 밀봉부(430)의 하부 끝부는 제2 밀봉부(420)에 연결될 수 있다. 또한, 제3 밀봉부(430)는 전극 조립체(100) 또는 컵(P)을 사이에 두고 폴딩부(F)와 마주보도록 형성될 수 있다. 또한, 후술할 바와 같이, 제3 밀봉부(430)는 제1 밀봉부(410) 및 제2 밀봉부(420)보다 시간적으로 나중에 형성될 수 있다(다만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 경우에 따라 하나의 실링 툴을 사용하는 경우 제3 밀봉부(430)는 제1 밀봉부(410) 및 제2 밀봉부(420)와 동시에 형성될 수도 있다).

한편, 도 2 및 도 7을 참조하면, 본 발명에 따른 파우치형 이차전지(10)의 제1 밀봉부(410)의 일 끝부, 또는 제2 밀봉부(420)의 일 끝부는 폴딩부(F)를 향하도록 형성될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 제1 밀봉부(410)의 일 끝부(410-1)는 외장재(200)의 컵(P)의 둘레의 상부 코너부(510)로부터 소정의 거리(R) 이내 영역에 형성될 수 있고, 제2 밀봉부(420)의 일 끝부(420-1)는 외장재(200)의 컵(P)의 둘레의 하부 코너부(520)로부터 소정의 거리(R) 이내 영역에 형성될 수 있다. 도 2에서는, 컵(P)의 둘레의 상부 코너부(510)를 중심으로 하고 반지름이 R인 가상의 원상에 제1 밀봉부(410)의 일 끝부(410-1)가 형성되는 것이 도시되고 있다. 제1 밀봉부(410)의 일 끝부(410-1)가 외장재(200)의 컵(P)의 둘레의 상부 코너부(510)로부터 소정의 거리(R) 이내 영역에 형성된다는 것은 상기 가상의 원 범위 내로 제1 밀봉부(410)의 일 끝부(410-1)가 형성된다는 것을 의미할 수 있다.

본 발명의 일 예에 따르면, 도 2 및 도 7에 도시된 바와 같이 제1 밀봉부(410)의 좌측 끝부와 우측 끝부 모두 컵(P)의 둘레의 상부 코너부(510)로부터 소정의 거리(R) 이내 영역에 형성될 수 있고, 제2 밀봉부(420)의 좌측 끝부와 우측 끝부 역시 모두 컵(P)의 둘레의 하부 코너부(520)로부터 소정의 거리(R) 이내 영역에 형성될 수 있다.

구체적으로, 제1 밀봉부의 좌측 끝부 및 우측 끝부는 각각 컵(P)의 둘레의 좌측 상부 코너부로부터 소정의 거리(R) 이내 영역 및 우측 상부 코너부로부터 소정의 거리(R) 이내 영역에 형성될 수 있다. 또한, 제2 밀봉부의 좌측 끝부 및 우측 끝부는 컵(P)의 둘레의 좌측 하부 코너부로부터 소정의 거리(R) 이내 영역 및 우측 하부 코너부로부터 소정의 거리(R) 이내 영역에 형성될 수 있다. 이때, 소정의 거리(R)는 5mm 일 수 있다. 소정의 거리(R)가 너무 크면 파우치가 크랙이 일어나는 영역까지 실링부가 미치지 못할 수 있고, 소정의 거리(R)가 너무 작으면 과도하고 불필요한 위치까지 실링을 수행해야 할 수 있다. 따라서 소정의 거리(R)는 5mm 일 수 있다.

그러나, 이와 달리 본 발명의 다른 예에 따르면, 제1 밀봉부(410)의 좌측 끝부와 우측 끝부 중 폴딩부(F)에 인접하게 구비되는 일 끝부(즉, 도 2 및 도 7을 기준으로 좌측 끝부)만이 컵(P)의 둘레의 상부 코너부(510)로부터 소정의 거리(R) 이내 영역에 형성될 수 있고, 제2 밀봉부(420)의 좌측 끝부와 우측 끝부 중 폴딩부(F)에 인접하게 구비되는 일 끝부(즉, 도 2 및 도 7을 기준으로 좌측 끝부)만이 컵(P)의 둘레의 하부 코너부(520)로부터 소정의 거리(R) 이내 영역에 형성될 수 있다. 이 경우도, 소정의 거리(R)는 5mm 일 수 있다. 소정의 거리(R)가 너무 크면 파우치가 크랙이 일어나는 영역까지 실링부가 미치지 못할 수 있고, 소정의 거리(R)가 너무 작으면 과도하고 불필요한 위치까지 실링을 수행해야 할 수 있다.

본 발명에 따르면, 제1 전극 리드(310)와 제2 전극 리드(320)를 덮는 제1 밀봉부(410)의 일 끝부가 종래에 비해 컵(P)의 둘레의 상부 코너부(510)로부터 소정의 거리(R) 이내 영역으로 들어가도록 폴딩부(F) 방향으로 연장되게 형성되거나 또는 제2 밀봉부(420)의 일 끝부가 종래에 비해 컵(P)의 둘레의 하부 코너부(520)로부터 소정의 거리(R) 이내 영역으로 들어가도록 폴딩부(F) 방향으로 연장되게 형성되므로, 응력 집중에 의해 폴딩부 또는 폴딩부 부근에 크랙이 발생하는 현상을 방지할 수 있다.

특히, 본 발명에 따르면, 제1 밀봉부와 제2 밀봉부의 끝부 중 폴딩부에 인접하게 구비되는 끝부가 폴딩부 방향으로 연장하며 하측 또는 상측으로 연장되게 형성되므로, 종래 기술에 따라 파우치형 이차전지를 제조할 경우 크랙이 빈번하게 발생하던 영역(도 1의 도면부호 A 참조)에서 크랙이 발생하는 현상을 방지할 수 있다.

예를 들어, 복수의 이차전지 그룹을 조립하여 전지 모듈이나 전지 팩을 만드는 과정에서 전극 리드가 이차전지 두께 방향을 기준으로 상측이나 하측으로 꺾이는 경우가 있을 수 있는데, 이 경우 상기 폴딩부(F) 중에서도 전극 리드(20a, 20b)를 덮도록 형성된 밀봉부 부근(도 1의 A)이 본 발명에서는 씰링되어 있으므로, 날카롭게 접히는 형상이 발생하지 않게 되어 응력 집중으로 파우치 크랙이 발생하는 것을 방지할 수 있다. 즉, 실링이 되어 있지 않은 경우 리드가 이차전지 두께 방향 기준 상부 또는 하부로 꺾일 때 A부분 파우치가 날카롭게 접히는 현상이 발생할 수 있으나, 실링이 되어 있으면 리드가 꺾이더라도 A부분의 파우치 실링부는 휘어질뿐(즉, 벤딩될뿐) 날카롭게 접히지 않게 된다. 그에 따라 파우치 크랙 발생이 방지될 수 있다.

실시예 1

한편, 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1 실시예에 따르면, 제1 밀봉부(410) 중 컵(P)의 둘레의 상부 코너부(510)로부터 소정의 거리(R) 이내 영역에 구비되는 영역의 내측 둘레는 곡선으로 이루어질 수 있다. 또한, 본 발명의 제1 실시예에 따르면, 제2 밀봉부(420) 중 컵(P)의 둘레의 하부 코너부(520)로부터 소정의 거리(R) 이내 영역에 구비되는 영역의 내측 둘레 역시 곡선으로 이루어질 수 있다.

실시예 2

반면, 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제2 실시예에 따르면, 제1 밀봉부(410) 중 컵(P)의 둘레의 상부 코너부(510)로부터 소정의 거리(R) 이내 영역에 구비되는 영역의 내측 둘레는 직선으로 이루어질 수 있다. 또한, 본 발명의 제2 실시예에 따르면, 제2 밀봉부(420) 중 컵(P)의 둘레의 하부 코너부(520)로부터 소정의 거리(R) 이내 영역에 구비되는 영역의 내측 둘레 역시 직선으로 이루어질 수 있다.

실시예 3

또는, 도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제3 실시예에 따르면, 제1 밀봉부(410) 중 컵(P)의 둘레의 상부 코너부(510)로부터 소정의 거리(R) 이내 영역에 구비되는 영역의 내측 둘레는 직선 및 곡선을 포함할 수 있다. 또한, 본 발명의 제3 실시예에 따르면, 제2 밀봉부(420) 중 컵(P)의 둘레의 하부 코너부(520)로부터 소정의 거리(R) 이내 영역에 구비되는 영역의 내측 둘레 역시 직선 및 곡선을 포함할 수 있다.

이때, 본 발명의 제1 실시예 및 제3 실시예에 따르면, 제1 밀봉부(410) 및 제2 밀봉부(420)의 내측 둘레에 형성되는 상기 곡선은 전극 조립체(100)에서 바라보았을 때 오목하게 형성될 수 있다(도 4 참조). 그러나, 상기 곡선은 전극 조립체(100)에서 바라보았을 때 볼록하게 형성될 수도 있다(도 6 참조). 또한 오목한 형상과 볼록한 형상을 모두 포함하게 형성될 수도 있다.

실시예 4

본 발명의 제4 실시예에 따르면, 상부 코너부(510) 및 하부 코너부(520) 중 적어도 하나 이상은 라운드 형태로 형성될 수 있다. 도 8을 참조하면, 도 8은 상부 코너부(510)가 라운드 형태로 형성되어 있는 경우를 도시하고 있다.

이 경우(즉, 상부 코너부가 라운드 형태로 형성된 경우), 제1 밀봉부(410)의 일 끝부(410-1)가 컵(P)의 둘레의 상부 코너부(510)로부터 소정의 거리(R) 이내 영역에 형성된다는 것은 제1 밀봉부(410)의 일 끝부(410-1)가 라운드 형태 상부 코너부(510)에서 소정의 거리(R)만큼 떨어진 가상의 호(Q) 범위 내의 영역에 형성된다는 것을 의미할 수 있다. 이때, 소정의 거리(R)은 5mm일 수 있다.

이러한 방식의 해석은 하부 코너부(520)가 라운드 형태로 형성된 경우에도 동일한 방식으로 적용될 수 있다. 이때도, 하부 코너부(520)로부터 떨어진 거리인 소정의 거리는 5mm일 수 있다.

한편, 본 발명에 따른 이차전지(10)에서 제3 밀봉부(430)는 전극 조립체(100)의 두께(t, 도 3 참조) 방향으로 절곡될 수 있다. 이 경우, 제3 밀봉부(430)가 차지하는 부피를 줄일 수 있어, 이차전지의 단위 부피 당 용량이 향상될 수 있다.

한편, 본 발명에 따른 전지 팩은 복수의 이차전지(10)를 포함할 수 있다. 이차전지(10)에 대한 내용은 전술한 내용을 갈음한다.

파우치형 이차전지 제조방법

도 2 내지 도 7을 참고하면, 본 발명에 따른 파우치형 이차전지 제조방법은, 전극과 분리막이 교대로 배치된 구조를 갖는 전극 조립체(100) 및 만입된 형상을 갖는 컵(P)이 형성된 파우치형 외장재(200)를 준비하는 단계, 상기 전극 조립체(100)를 상기 컵(P)에 수용하는 단계, 상기 외장재(200)를 폴딩하여 상기 외장재(200)의 일 영역(210)과 타 영역(220)이 서로 마주보도록 하는 단계, 외장재(200)의 상부 둘레를 통해 외부로 돌출되는 제1 전극 리드(310) 및 외장재(200)의 하부 둘레를 통해 외부로 돌출되는 제2 전극 리드(320)를 배치하는 단계, 제1 전극 리드(310)를 덮도록 외장재(200)에 제1 밀봉부(410)를 형성하고 제2 전극 리드(320)를 덮도록 외장재(200)에 제2 밀봉부(420)를 형성하는 단계를 포함할 수 있다.

이때, 제1 밀봉부(410)와 제2 밀봉부(420)를 형성하는 단계에서, 제1 밀봉부(410)의 일 끝부는 컵(P)의 둘레의 상부 코너부(510)로부터 소정의 거리(R) 이내 영역에 형성되도록 실링될 수 있고, 제2 밀봉부(420)의 일 끝부는 컵(P)의 둘레의 하부 코너부(520)로부터 소정의 거리(R) 이내 영역에 형성되도록 실링될 수 있다. 여기서 소정의 거리(R)은 5mm일 수 있다.

그리고 이때, 제1 밀봉부(410)의 상기 일 끝부는 제1 밀봉부(410)의 좌측 끝부와 우측 끝부 중 폴딩부(F)에 인접하게 구비되는 끝부일 수 있고, 제2 밀봉부(420)의 상기 일 끝부는 제2 밀봉부(420)의 좌측 끝부와 우측 끝부 중 폴딩부(F)에 인접하게 구비되는 끝부일 수 있다.

제1 밀봉부(410)를 형성하는 과정은 좀 더 구체적으로 2단계의 과정에 의한 실링일 수 있다. 이러한 2단계의 실링은 통상의 리드 실링 과정과 추가 실링 과정을 의미할 수 있다.

도 8은 통상의 리드 실링 과정과 추가 실링 과정을 통해 제1 밀봉부(410)를 형성하는 모습이 도시되는 평면도이다.

도 8을 참조하면, 통상의 리드 실링 과정은 컵(P)의 둘레의 상부 코너부로부터 소정의 거리 이내 영역보다 상측에 위치하는 영역을 실링 툴을 통하여 제1 영역(210) 파우치 및 제2 영역(220) 파우치가 제1 전극 리드(310)를 덮도록 실링하는 과정을 의미할 수 있다. 이를 통해 통상 리드 실링 영역(S1)이 형성될 수 있다.

그리고 추가 실링 과정은 컵(P)의 둘레의 상부 코너부로부터 소정의 거리 이내 영역을 실링 툴을 통하여 제1 영역(210) 파우치와 제2 영역(220) 파우치가 서로 접합하도록 실링하는 과정을 의미할 수 있다. 이를 통해 추가 실링 영역(S2)이 형성될 수 있다. 추가 실링 과정을 통해 상부 코너부(510)에서 소정의 거리(R)만큼 떨어진 가상의 호(Q)의 안쪽 영역에 있는 부분이 실링될 수 있다. 가상의 호(Q)보다 안쪽 영역이라는 것은 가상의 호(Q)를 기준으로 더 상부 코너부(510)에 가까운 파우치 영역을 의미할 수 있다.

이러한 실링 과정을 통해, 제1 밀봉부(410)는 통상 리드 실링 영역(S1) 및 추가 실링 영역(S2)을 포함할 수 있다.

여기서, 통상 리드 실링 영역(S1)은 컵의 둘레의 상부 코너부로부터 소정의 거리 이내 영역보다 상측에 위치하는 영역이 실링 툴에 의하여 제1 전극 리드를 덮도록 실링되어 형성되는 영역일 수 있다.

추가 실링 영역(S2)은 컵의 둘레의 상부 코너부로부터 소정의 거리 이내 영역이 실링 툴에 의하여 제1 영역(210) 파우치와 제2 영역(220) 파우치가 서로 접합하도록 실링되어 형성되는 영역일 수 있다.

한편, 본 발명에 따른 파우치형 이차전지 제조방법은, 실링 과정에서 통상 리드 실링 영역(S1)과 추가 실링 영역(S2)의 구간 별로 실링 두께를 다르게 할 수 있다. 이 경우 본 발명에 따른 파우치형 이차전지는 통상 리드 실링 영역(S1)과 추가 실링 영역(S2)의 구간 별로 실링 두께가 서로 다른 형태의 이차전지가 될 수 있다.

예를 들어 도 8을 참조하면, a-b 구간과 b-c 구간에서 실링 두께를 서로 다르게 할 수 있다. a-b 구간은 일반적인 파우치-파우치 실링 두께(기준 실링 두께)로 하고, b-c 구간은 이보다 더 두껍거나 더 얇은 실링 두께로 할 수 있다. 또한 하나의 구간 내에서도 실링 두께를 일정하게 또는 변하게 할 수 있다. 즉, 하나의 a-b 구간 내에서 실링 두께를 일정하게 할 수도 있지만, 이에 한정되지 않고 a-b 구간 내에 실링 두께를 일정하게 증가하게 또는 일정하게 감소하게 구현할 수도 있다. 더 나아가 하나의 구간 내에서 실링 두께를 불규칙하게 변하게 정할 수도 있다. 그리고 이상 설명한 내용은 하나의 b-c 구간 내에서도 적용될 수 있다.

이렇게 다양한 형태로 실링 형태를 적용할 경우, 파우치의 크기, 모양, 종류, 재질, 두께 등이 달라지는 경우에 맞추어 파우치 크랙이 방지되기 위한 최적의 실링부를 구성할 수 있으므로, 본원발명의 고유 효과인 파우치 크랙 방지를 각 파우치 종류에 알맞게 극대화시킨 우수한 이차전지를 제조할 수 있다.

또한, 도 7을 참조하면, 본 발명에 따른 파우치형 이차전지 제조방법은, 전극 조립체(100)의 둘레를 따라 형성되되 제1 밀봉부(410)와 제2 밀봉부(420)를 연결하는 제3 밀봉부(430)를 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다. 제3 밀봉부(430)는 제1 밀봉부(410)와 제2 밀봉부(420)가 형성된 이후에 형성될 수 있다(다만, 전술한 바와 같이 하나의 실링 툴을 사용하는 경우는 제3 밀봉부(430)가 제1 밀봉부(410) 및 제2 밀봉부(420)와 동시에 형성될 수도 있다). 여기서 제3 밀봉부(430)의 일 끝부는 제1 밀봉부(410)에 연결될 수 있고, 제3 밀봉부(430)의 타 끝부는 제2 밀봉부(420)에 연결될 수 있다.

이상에서 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 실시가 가능함은 물론이다.

10 : 이차전지
100 : 전극 조립체
200 : 외장재
210 : 제1 영역
220 : 제2 영역
300 ; 전극 리드
310 : 제1 전극 리드
320 : 제2 전극 리드
400 : 밀봉부
410 : 제1 밀봉부
410-1: 제1 밀봉부의 일 끝부
420 : 제2 밀봉부
420-1: 제2 밀봉부(420)의 일 끝부
430 : 제3 밀봉부
510: 컵의 둘레의 상부 코너부
520: 컵의 둘레의 하부 코너부
P : 컵
L : 컵의 경계부
F : 폴딩부
S1: 통상 리드 실링 영역
S2: 추가 실링 영역
Q: 상부 코너부에서 소정의 거리만큼 떨어진 가상의 호

Claims (25)

1. 전극과 분리막이 교대로 배치된 구조를 갖는 전극 조립체;
   상기 전극 조립체를 수용할 수 있도록 만입된 형상을 갖는 컵(P)이 형성된 파우치형 외장재; 및
   상기 전극 조립체와 전기적으로 연결되고 상기 외장재의 둘레를 통해 외부로 돌출되는 전극 리드; 를 포함하고,
   상기 외장재에는 상기 전극 조립체의 둘레를 따라 밀봉부가 형성되고,
   상기 전극 리드는,
   상기 외장재의 상부 둘레를 통해 외부로 돌출되는 제1 전극 리드; 를 포함하고,
   상기 밀봉부는,
   상기 제1 전극 리드를 덮도록 형성되는 제1 밀봉부; 를 포함하고,
   상기 제1 밀봉부의 일 끝부는 상기 컵(P)의 둘레의 상부 코너부로부터 소정의 거리 이내 영역에 형성되는 파우치형 이차전지.
2. 청구항 1에서,
   상기 제1 밀봉부의 좌측 끝부 및 우측 끝부는 각각 상기 컵(P)의 둘레의 좌측 상부 코너부로부터 소정의 거리 이내 영역 및 우측 상부 코너부로부터 소정의 거리 이내 영역에 형성되는 파우치형 이차전지.
3. 청구항 1에서,
   상기 전극 리드는,
   상기 외장재의 하부 둘레를 통해 외부로 돌출되는 제2 전극 리드; 를 포함하고,
   상기 밀봉부는,
   상기 제2 전극 리드를 덮도록 형성되는 제2 밀봉부; 를 포함하고,
   상기 제2 밀봉부의 일 끝부는 상기 컵(P)의 둘레의 하부 코너부로부터 소정의 거리 이내 영역에 형성되는 파우치형 이차전지.
4. 청구항 3에서,
   상기 제2 밀봉부의 좌측 끝부 및 우측 끝부는 상기 컵(P)의 둘레의 좌측 하부 코너부로부터 소정의 거리 이내 영역 및 우측 하부 코너부로부터 소정의 거리 이내 영역에 형성되는 파우치형 이차전지.
5. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에서,
   상기 소정의 거리는 5mm 인 것을 특징으로 하는 파우치형 이차전지.
   
6. 청구항 1에서,
   상기 제1 밀봉부 중 상기 컵(P)의 둘레의 상부 코너부로부터 소정의 거리 이내 영역에 구비되는 영역의 내측 둘레는 직선으로 이루어지는 파우치형 이차전지.
7. 청구항 1에서,
   상기 제1 밀봉부 중 상기 컵(P)의 둘레의 상부 코너부로부터 소정의 거리 이내 영역에 구비되는 영역의 내측 둘레는 곡선으로 이루어지는 파우치형 이차전지.
8. 청구항 1에서,
   상기 제1 밀봉부 중 상기 컵(P)의 둘레의 상부 코너부로부터 소정의 거리 이내 영역에 구비되는 영역의 내측 둘레는 직선 및 곡선을 포함하는 파우치형 이차전지.
9. 청구항 7 또는 청구항 8에서,
   상기 곡선은 상기 전극 조립체에서 바라보았을 때 오목하게 형성되는 파우치형 이차전지.
10. 청구항 7 또는 청구항 8에서,
    상기 곡선은 상기 전극 조립체에서 바라보았을 때 볼록하게 형성되는 파우치형 이차전지.
11. 청구항 3에서,
    상기 파우치형 외장재는 제1 영역 및 제2 영역을 포함하고,
    상기 파우치형 외장재에는 상기 제1 영역과 상기 제2 영역의 경계에 형성되고, 상기 제1 영역이 상기 제2 영역에 대해 폴딩됨으로써 상기 제1 영역과 상기 제2 영역이 서로 마주보도록 하는 폴딩부가 형성되고,
    상기 제1 밀봉부의 좌측 끝부와 우측 끝부 중 상기 폴딩부에 인접하게 구비되는 일 끝부는 상기 컵(P)의 둘레의 상부 코너부로부터 소정의 거리 이내 영역에 형성되고,
    상기 제2 밀봉부의 좌측 끝부와 우측 끝부 중 상기 폴딩부에 인접하게 구비되는 일 끝부는 상기 컵(P)의 둘레의 하부 코너부로부터 소정의 거리 이내 영역에 형성되는 파우치형 이차전지.
12. 청구항 11에서,
    상기 소정의 거리는 5mm 인 것을 특징으로 하는 파우치형 이차전지.
13. 청구항 3에서,
    상기 밀봉부는,
    상기 제1 밀봉부와 상기 제2 밀봉부를 연결하도록 형성되는 제3 밀봉부; 를 더 포함하는 파우치형 이차전지.
14. 청구항 13에서,
    상기 제3 밀봉부의 상부 끝부는 제1 밀봉부에 연결되고, 제3 밀봉부의 하부 끝부는 제2 밀봉부에 연결되는 파우치형 이차전지.
15. 청구항 13에서,
    상기 제3 밀봉부는 상기 전극 조립체의 두께(t) 방향으로 절곡되는 파우치형 이차전지.
16. 청구항 1 내지 청구항 15 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 상부 코너부 및 상기 하부 코너부 중 적어도 하나 이상은 라운드 형태로 형성되는 것을 특징으로 하는 파우치형 이차전지.
17. 청구항 1에서,
    상기 제1 밀봉부는,
    상기 컵의 둘레의 상부 코너부로부터 소정의 거리 이내 영역보다 상측에 위치하는 영역이 실링 툴에 의하여 제1 전극 리드를 덮도록 실링되어 형성되는 통상 리드 실링 영역(S1), 및
    상기 컵의 둘레의 상부 코너부로부터 소정의 거리 이내 영역이 실링 툴에 의하여 실링되어 형성되는 추가 실링 영역(S2)을 포함하는 것을 특징으로 하는 파우치형 이차전지.
18. 청구항 17에서,
    상기 통상 리드 실링 영역(S1)과 상기 추가 실링 영역(S2)의 구간 별로 실링 두께가 서로 다른 것을 특징으로 하는 파우치형 이차전지.
19. 청구항 1에 따른 이차전지를 포함하는 전지 팩.
20. 전극과 분리막이 교대로 배치된 구조를 갖는 전극 조립체 및 만입된 형상을 갖는 컵(P)이 형성된 파우치형 외장재를 준비하는 단계;
    상기 전극 조립체를 상기 컵에 수용하는 단계;
    상기 외장재를 폴딩하여 상기 외장재의 일 영역과 상기 외장재의 타 영역이 서로 마주보도록 하는 단계;
    상기 외장재의 상부 둘레를 통해 외부로 돌출되는 제1 전극 리드 및 상기 외장재의 하부 둘레를 통해 외부로 돌출되는 제2 전극 리드를 배치하는 단계;
    상기 제1 전극 리드를 덮도록 상기 외장재에 제1 밀봉부를 형성하는 단계 ; 및
    상기 제2 전극 리드를 덮도록 상기 외장재에 제2 밀봉부를 형성하는 단계; 를 포함하고,
    상기 제1 밀봉부를 형성하는 단계에서,
    상기 제1 밀봉부의 일 끝부는 상기 컵(P)의 둘레의 상부 코너부로부터 소정의 거리 이내 영역에 형성되도록 실링되는 파우치형 이차전지 제조방법.
21. 청구항 20에서,
    상기 제2 밀봉부를 형성하는 단계에서,
    상기 제2 밀봉부의 일 끝부는 상기 컵(P)의 둘레의 하부 코너부로부터 소정의 거리 이내 영역에 형성되도록 실링되는 파우치형 이차전지 제조방법.
22. 청구항 20에서,
    상기 제1 밀봉부를 형성하는 단계는
    통상의 리드 실링 과정과 추가 실링 과정의 2 단계의 실링 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 파우치형 이차전지 제조방법.
23. 청구항 22에서,
    상기 통상의 리드 실링 과정은 상기 컵의 둘레의 상부 코너부로부터 소정의 거리 이내 영역보다 상측에 위치하는 영역을 실링 툴을 통하여 제1 영역 파우치 및 제2 영역 파우치가 제1 전극 리드를 덮도록 실링하여 통상 리드 실링 영역(S1)을 형성하는 과정이고,
    상기 추가 실링 과정은 컵의 둘레의 상부 코너부로부터 소정의 거리 이내 영역을 실링 툴을 통하여 제1 영역 파우치와 제2 영역 파우치가 서로 접합하도록 실링하여 추가 실링 영역(S2)을 형성하는 과정인 것을 특징으로 하는 파우치형 이차전지 제조방법.
24. 청구항 23에서,
    상기 제1 밀봉부를 형성하는 단계는
    상기 통상 리드 실링 영역(S1)과 추가 실링 영역(S2)의 구간 별로 실링 두께를 다르게 실링하는 것을 특징으로 하는 파우치형 이차전지 제조방법.
25. 청구항 20에서,
    상기 전극 조립체의 둘레를 따라 형성되되 상기 제1 밀봉부와 상기 제2 밀봉부를 연결하는 제3 밀봉부를 형성하는 단계; 를 더 포함하는 파우치형 이차전지 제조방법.

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