KR20230036934A - 파우치형 이차전지의 실링방법, 파우치형 이차전지의 제조방법, 파우치형 이차전지의 실링장치 및 이를 이용하여 제조되는 파우치형 이차전지. - Google Patents

파우치형 이차전지의 실링방법, 파우치형 이차전지의 제조방법, 파우치형 이차전지의 실링장치 및 이를 이용하여 제조되는 파우치형 이차전지. Download PDF

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Abstract

본 발명은, 파우치형 이차전지의 실링방법에 관한 것으로서, 실링장치를 통해 상부 및 하부 파우치의 실링영역을 상하방향으로 가압하는 1차 실링단계; 및 상기 실링장치로 상기 상부 및 하부 파우치의 실링영역을 가압한 상태에서 상기 파우치의 내부로부터 외부를 향해 이동시키는 2차 실링단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 파우치형 이차전지의 실링방법을 제공할 수 있다.

Description

파우치형 이차전지의 실링방법, 파우치형 이차전지의 제조방법, 파우치형 이차전지의 실링장치 및 이를 이용하여 제조되는 파우치형 이차전지. {Pouch-type secondary battery sealing method, pouch-type secondary battery manufacturing method, pouch-type secondary battery sealing device, and pouch-type secondary battery manufactured using the same.}
본 발명은, 파우치형 이차전지의 실링방법, 파우치형 이차전지의 제조방법, 파우치형 이차전지의 실링장치 및 이를 이용하여 제조되는 파우치형 이차전지에 관한 것으로서, 보다 상세하게는. 파우치 내부공간의 실링층에서 형성되는 poly-ball의 발생을 최소화하거나, 발생되는 poly-ball의 길이를 최소화함으로써 이차전지의 품질을 향상시킬 수 있는 파우치형 이차전지의 실링방법, 파우치형 이차전지의 제조방법, 파우치형 이차전지의 실링장치 및 이를 이용하여 제조되는 파우치형 이차전지에 관한 것이다.
최근 모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서의 전지의 수요가 급격히 증가하고 있고, 그에 따라 다양한 요구에 부응할 수 있는 전지에 대한 많은 연구가 행해지고 있다.
대표적으로 전지의 형상 면에서는 얇은 두께로 휴대폰 등과 같은 제품들에 적용될 수 있는 각형 이차전지와 파우치형 이차전지에 대한 수요가 높고, 재료 면에서는 높은 에너지 밀도, 방전 전압, 출력 안정성의 리튬 이온 전지, 리튬 이온 폴리머 전지 등과 같은 리튬 이차전지에 대한 수요가 높다.
최근에는, 스택형 또는 스택/폴딩형 전극 조립체를 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치형 전지케이스에 내장한 구조의 파우치형 전지가 낮은 제조원가, 작은 중량, 용이한 형태 변형 등을 이유로 많은 관심을 모으고 있으며, 이는 스택형 또는 스택/폴딩형 전극 조립체의 사용량이 점차적으로 증가하고 있음으로 증명되고 있다.
도 1에는 일반적인 파우치형 이차전지(10)가 도시되어 있으며, 도 2a에는 도 1의 파우치형 이차전지(10)와 함께 상기 파우치형 이차전지(10)를 실링하는 종래의 실링장치(20)가 도시되어 있다.
도 1을 참조하면, 파우치형 이차전지(10)는 상부 및 하부 파우치(11a, 11b)를 포함하는 파우치(11)와 파우치(11)의 전기적 연결을 위해 구비되는 전극 탭(12)을 포함한다. 파우치(11)는 개방된 상태에서 내부에 전해액이 주입되고, 전극 탭(12)은 파우치(11)의 외측으로 돌출되도록 파우치(11) 내부의 전극조립체(미도시)로부터 연장 형성된다. 그리고 파우치형 이차전지(10)에는 파우치(11)의 가장자리를 따라 파우치(11)가 밀폐되도록 실링되는 실링영역(10')이 형성된다.
이때, 실링영역(10')에 대응되는 상부 및 하부 파우치(11a, 11b)의 접합 표면에는 실링층(미도시)이 형성될 수 있다. 또한, 실링영역(10')에 대응되는 파우치(11)와 전극 탭(12)의 접합 표면에는 필름층(12')이 형성될 수 있다.
여기서 실링층(미도시) 및 필름층(12')은 일반적으로 폴리프로필렌(polypropylene) 등의 합성 수지 재질을 가질 수 있으며, 실링장치(20)에 의하여 가열 용융되어 파우치(11)의 실링영역(10')을 실링시킴으로써 파우치(11)를 밀봉시킬 수 있다.
보다 상세하게 상기 실링장치(20)는, 파우치(11)의 실링영역(10')의 상부 및 하부에서 상하 이동 가능하도록 설치될 수 있으며, 상하 이동에 의해 파우치(11)의 실링영역(10')를 가압할 수 있다. 이때 실링장치(20)는, 도 2a에 도시된 바와 같이, 가열부(21) 및 가열부(21)가 내장된 가압부(22)를 통해 파우치(11)의 실링영역(10')를 수직방향 고온 가압함으로써 파우치(11)를 실링시킬 수 있다.
다만 상기한 종래의 실링장치(20)는 파우치형 이차전지(10)의 실링영역(10')를 수직방향으로만 가압하므로 파우치(11)의 과실링이 발생하는 경우, 도 2b에 도시된 바와 같이, 실링장치(20)에 의하여 가압된 가압부분(B)의 주변부(A)에 실링층이 덩어리진 poly 덩어리부가 형성될 수 있다. 그리고 poly 덩어리부의 일방향에는 파우치(11) 내부공간을 향해 돌출된 poly-ball이 형성될 수 있다.
상기한 poly-ball은, 도 2b에 도시된 바와 같이, 파우치(11) 내부공간에 위치한 실링층과 소정의 각을 이루는 가장자리(a)를 형성할 수 있다. 여기서 가장자리(a)는 상기 poly-ball과 상기 실링층의 연결영역에서 파우치(11) 외부공간을 향하여 가장 오목하게 형성된 영역일 수 있다. 이때 poly-ball의 가장자리(a)가 날카롭게 형성되는 경우, 셀 내부에서 생성되는 가스 압력에 의한 균열 발생에 매우 취약하므로 절연 문제 등 완성된 파우치형 이차전지의 품질 이슈를 유발할 수 있는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 파우치 내부공간의 실링층에서 형성되는 poly-ball의 발생을 최소화하거나, 발생되는 poly-ball의 길이를 최소화하는 파우치형 이차전지 실링방법, 파우치형 이차전지 제조방법, 파우치형 이차전지 실링장치 및 이를 이용하여 제조되는 파우치형 이차전지를 제공하는 것이다.
상기 목적에 따라, 본 발명은 파우치형 이차전지의 실링방법에 관한 것으로서, 실링장치를 통해 상부 및 하부 파우치의 실링영역을 상하방향으로 가압하는 1차 실링단계; 및 상기 실링장치로 상기 상부 및 하부 파우치의 실링영역을 가압한 상태에서 상기 파우치의 내부로부터 외부를 향해 이동시키는 2차 실링단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 파우치형 이차전지의 실링방법을 제공할 수 있다.
상기 1차 실링단계는, 상기 상부 및 하부 파우치의 실링영역을 실온 초과 온도로 압착하여 상기 실링영역의 실링층을 열융착시킬 수 있다.
상기 2차 실링단계는, 상기 상부 및 하부 파우치의 실링영역을 실온 초과 온도로 압착하면서 상기 실링영역의 실링층을 상기 파우치의 내부로부터 외부를 향해 밀어주며 상기 실링층을 열융착시킬 수 있다.
상기 상부 및 하부 파우치의 실링영역의 실링층은 폴리프로필렌(polypropylene) 수지를 포함할 수 있다.
또한 본 발명은, 전극 조립체를 상부 및 하부 파우치 사이에 수납하는 수납단계; 상기 상부 및 하부 파우치의 실링영역 중 일부 실링영역을 실링하는 초기 실링단계; 상술한 파우치형 이차전지의 실링방법을 통해 상기 상부 및 하부 파우치의 상기 실링영역 중 실링되지 않은 나머지 실링영역을 실링하는 말기 실링단계를 포함하는 파우치형 이차전지의 제조방법을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명은 이차전지의 파우치의 실링하기 위한 파우치형 이차전지의 실링장치에 있어서, 상기 실링장치는, 상기 이차전지의 상부 및 하부 파우치의 실링영역을 가열하여 녹이기 위한 가열부 및; 상기 가열부를 내부에 수용하고, 상기 가열부에 의해 가열되는 상기 상부 및 하부 파우치의 실링영역을 압착하여 실링하는 가압부를 포함하며; 상기 가압부의 상기 파우치의 길이방향에 대응되는 폭의 길이는, 상기 파우치의 길이방향의 길이 대비 0.1% 내지 4% 미만으로 형성되는 파우치형 이차전지의 실링장치를 제공할 수 있다.
상기 가압부는, 상기 상부 및 하부 파우치의 실링영역을 실온 초과 온도로 압착하면서 상기 실링영역의 실링층을 상기 파우치의 내부로부터 외부를 향해 밀어주며 상기 실링층을 열융착시킬 수 있다.
또한, 본 발명은, 전극조립체 및; 상부 및 하부 파우치 사이에 형성된 내부공간에 상기 전극조립체가 탑재되는 파우치를 포함하고, 상기 상부 및 하부 파우치의 실링영역의 실링층을 열융착하여 상기 전극조립체를 밀봉하는 파우치형 이차전지로서, 상기 열융착된 실링층은 가압에 의하여 상기 내부공간 방향으로 밀림으로써 상기 내부공간을 향하여 돌출부가 형성되며; 상기 돌출부는, 상기 실링층에 대하여 둔각을 이루는 돌출 각으로 형성되는 것을 특징으로 하는 파우치형 이차전지를 제공할 수 있다.
상기 돌출부의 가장자리는, 상기 실링층과 곡면지게 연결될 수 있다.
상기 돌출부는 45㎛ 이하의 돌출 길이로 형성될 수 있다.
상기 상부 및 하부 파우치의 실링영역의 실링층은 폴리프로필렌(polypropylene) 수지를 포함할 수 있다.
본 발명은, 파우치형 이차전지의 실링방법에 있어서, 실링장치가 상부 및 하부 파우치의 실링영역을 가압하는 1차 실링단계 이후, 실링장치가 상기 실링영역을 가압한 상태에서 상기 파우치의 내부로부터 외부를 향해 이동시키는 2차 실링단계를 포함함으로써 가열로 인해 용융된 실링층이 파우치의 외부방향으로 밀리도록 유도하여 파우치 내부공간의 poly-ball의 발생을 최소화하는 동시에, 발생된 poly-ball은 그 길이를 최소화할 수 있는 이점이 있다.
또한, 본 발명은, 파우치형 이차전지의 실링방법에 있어서, 파우치의 길이방향에 대응되는 폭의 길이가, 파우치의 길이방향의 길이 대비 0.1% 내지 4% 미만으로 형성되는 가압부를 포함하는 실링장치를 이용하여 실링을 수행함으로써 파우치 내부공간의 poly ball의 발생을 최소화하는 동시에 발생된 poly ball은 그 길이를 최소화시킬 수 있는 이점이 있다.
도 1은 파우치형 이차전지의 모습을 보여주는 사시도이다.
도 2a는, 도 1의 파우치형 이차전지를 종래의 실링장치를 이용하여 실링하는 모습을 보여주는 사시도이다.
도 2b은, 도 2a의 종래의 실링장치로 실링된 파우치형 이차전지의 poly-ball의 모습을 보여주는 단면 이미지이다.
도 3는, 도 1의 파우치형 이차전지를 본 발명에 따른 실링장치를 이용하여 실링하는 모습을 보여주는 사시도이다.
도 4는, 본 발명에 따른 파우치형 이차전지의 실링방법의 흐름을 보여주는 흐름도이다.
도 5는, 본 발명에 따른 파우치형 이차전지의 제조방법의 흐름을 보여주는 흐름도이다.
도 6a는, 도 2a의 종래의 실링장치로 실링된 파우치형 이차전지의 poly-ball의 돌출각 및 poly-ball의 길이를 보여주는 측단면도이다.
도 6b는, 도 3의 본 발명에 따른 실링장치로 실링된 파우치형 이차전지의 돌출부의 돌출각 및 돌출부의 길이를 보여주는 측단면도이다.
도 6c는, 도 2a의 종래의 실링장치로 실링된 파우치형 이차전지의 poly-ball의 실험예들을 보여주는 이미지이다.
이하에서는 첨부의 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 이하의 실시예에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분 또는 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 관련 공지 기술에 대한 상세한 설명은 생략하였으며, 본 명세서에서 각 도면의 구성요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서는, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일 또는 유사한 참조 부호를 붙이도록 한다
또한, 본 명세서 및 특허청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정하여 해석되어서는 안되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
본 발명은, 파우치형 이차전지의 실링방법에 관한 것으로서, 실링장치(100)를 통해 상부 및 하부 파우치(11a, 11b)의 실링영역(10')을 상하방향으로 가압하는 1차 실링단계(S10); 및 상기 실링장치(100)로 상기 상부 및 하부 파우치(11a, 11b)의 실링영역(10')을 가압한 상태에서 상기 파우치(11)의 내부로부터 외부를 향해 이동시키는 2차 실링단계(S20)를 포함하는 것을 특징으로 하는 파우치형 이차전지의 실링방법을 제공한다.
여기서, 상기 상부 및 하부 파우치(11a, 11b)의 실링영역(10')의 실링층은 폴리프로필렌(polypropylene) 수지를 포함할 수 있으며, 상기 실링층에는 poly-ball이 형성될 수 있다.
먼저, 본 발명의 1차 실링단계(S10) 및 2차 실링단계(S20)에 대하여 설명하기 이전에, 본 발명에서 사용되는 실링장치(100)에 대하여 먼저 설명한다.
본 발명에 따른 실링장치(100)는, 이차전지의 파우치(11)를 실링하기 위한 파우치형 이차전지(10)의 실링장치(100)로서, 상기 이차전지의 상부 및 하부 파우치(11a, 11b)의 실링영역(10')을 가열하여 녹이기 위한 가열부(110) 및; 상기 가열부(110)를 내부에 수용하고, 상기 가열부(110)에 의해 가열되는 상기 상부 및 하부 파우치(11a, 11b)의 실링영역(10')을 압착하여 실링하는 가압부(120)를 포함할 수 있다.
여기서 가열부(110)는, 상기 파우치형 이차전지(10)의 상부 및 하부 파우치(11a, 11b)의 실링영역(10')을 가열하여 용융시키기 위한 구성으로서, 다양한 구성이 가능하다.
예를 들어, 상기 가열부(110)는, 도 3에 도시된 바와 같이, 가압부(120)의 내부공간에 고온의 유체를 투입할 수 있도록 가압부(120)의 상부에 형성된 복수개의 홀(hole)로써 형성될 수 있다.
즉, 본 발명의 실링장치(100)는 고온의 유체를 호스를 통해 가열부(110)에 유입시킴으로써 가압부(120)의 온도를 상승시켜 실링온도를 조절할 수 있다.
다만, 가열부(110)의 구성은 상술한 바에 한정되는 것은 아니며, 가압부(120)를 가열할 수 있는 구성이라면 어떠한 구성이나 가능하다.
한편 가압부(120)는, 상기 가열부(110)를 내부에 수용하고, 상기 가열부(110)에 의해 가열되는 상기 상부 및 하부 파우치(11a, 11b)의 실링영역(10')을 압착하여 실링하는 구성으로서, 다양한 구성이 가능하다.
특히, 상기 가압부(120)는, 상기 상부 및 하부 파우치(11a, 11b)의 실링영역(10')을 압착하여 실링하는 것뿐만 아니라, 상기 상부 및 하부 파우치(11a, 11b)의 실링영역(10')을 실온 초과 온도로 압착하면서 상기 실링영역(10')의 실링층을 상기 파우치의 내부로부터 외부를 향해 밀어주며 상기 실링층을 열융착 시킬 수도 있다.
그리고, 상기 가압부(120)는, 다양한 형상을 가질 수 있으며, 도 3에 도시된 바와 같이, 가압부(120)의 하면에는 전극 탭(12), 필름층(12') 및 파우치(11)의 단차 형상에 대응하는 단차가 형성될 수 있음은 물론이다.
그리고, 가압부(120)는 다양한 크기, 높이 및 폭을 가질 수 있다.
여기서 본 발명에 따른 가압부(120)는, 가압에 의해 실링층이 파우치(11)의 내부공간으로 밀림으로써 형성될 수 있는 poly-ball의 발생 및 발생되는 poly-ball의 크기를 최소화하기 위하여, 가압부(120)의 폭을 보다 작게 형성할 수 있다.
구체적으로, 본 발명에 따른 실링장치(100)의 가압부(120)는 종래의 실링장치(20)의 가압부(21)의 파우치(11)의 길이방향에 대응되는 폭(L2')보다 작은 폭(L2)을 가져 실링영역(10')과의 가압면을 최소화하도록 형성됨이 바람직하다.
보다 구체적으로, 종래의 실링장치(20)의 가압부(21)의 파우치(11)의 길이방향에 대응되는 폭(L2')은, 일반적으로 상기 파우치(11)의 길이방향의 길이(L1) 대비 4%로 형성되므로 (L1 : 250mm, L2' : 10mm), 이를 고려하면, 본 발명에 따른 실링장치(100)의 가압부(120)의 파우치(11)의 길이방향에 대응되는 폭(L2)의 길이는, 상기 파우치(11)의 길이방향의 길이(L1) 대비 4% 미만으로 형성됨이 바람직하다.
예를 들어, 가압부(120)의 파우치(11)의 길이방향에 대응되는 폭(L2)의 길이를 1mm(상기 파우치(11)의 길이방향의 길이(L1) 대비 0.4%)로 형성하는 경우, 본 발명의 실링장치(100)가 파우치(11)의 실링영역(10')을 가압하는 가압면적은 종래 실링장치(20)의 가압부(22) 대비 1/10로 형성된다. 이로써 본 발명의 실링장치(100)는 종래 실링장치(20)에 비하여 가압면적이 현저하게 줄어들게 되므로, 가압에 의해 발생되는 poly-ball의 개수 및 발생하는 poly-ball의 길이를 줄일 수 있다.
다만, 상기 가압부(120)는 실링영역(10')의 일정 면적의 가압을 수행해야하므로, 상기 가압부(120)의 파우치(11)의 길이방향에 대응되는 폭(L2)의 길이는, 상기 파우치(11)의 길이방향의 길이(L1) 대비 0.1% 이상으로 형성됨이 바람직하다.
이에 본 발명에 따른 실링장치(100)의 가압부(120)의 파우치(11)의 길이방향에 대응되는 폭(L2)의 길이는, 상기 파우치(11)의 길이방향의 길이(L1) 대비 0.1% 내지 4% 미만으로 형성될 수 있다.
한편, 도 3에는 상부 파우치(11a)의 상측에 위치된 2개의 실링장치(100)만 도시되었으나, 실링장치(100)의 개수 및 배치는 이에 한정되는 것은 아니다.
예를 들어, 본 발명에 따른 실링장치(100)는, 파우치(11)의 상하 방향에 서로 대응되게 위치되도록 한 쌍으로 구비될 수 있으며, 한 쌍의 실링장치(100)의 사이에 파우치(11)를 삽입한 후, 한 쌍의 실링장치(100)를 밀착시켜 상부 및 하부 파우치(11a, 11b)의 실링영역(10')을 압착시킬 수 있음은 물론이다.
또한, 상기 실링장치(100)는, 파우치형 이차전지(10)의 전극탭(12)의 형성 방향에 대응하여 구비될 수 있다.
일례로서, 상기 실링장치(100)는, 전극 탭(12)이 파우치형 이차전지(10)의 양 끝단에 각각 위치한 양방향 셀인 경우, 전극 탭(12)의 형성 방향에 대응하여 서로 반대방향으로 이동하도록 2 이상의 실링장치(100)가 구비될 수 있다.
다른 예로서, 상기 실링장치(100)는, 전극 탭(12)이 파우치형 이차전지(10)의 일 방향에 위치된 단 방향 셀인 경우, 상기 전극 탭(12)의 형성 방향에 대응하여 일 방향으로 이동하는 실링장치(100)가 구비될 수 있다.
한편, 이하에서 1차 실링단계(S10) 및 2차 실링단계(S20)에 대하여 본격적으로 설명한다.
1차 실링단계(S10)는, 실링장치(100)를 통해 상부 및 하부 파우치(11a, 11b)를 실링영역(10')을 상하방향으로 가압하여 상부 및 하부 파우치(11a, 11b)를 실링시키는 단계로서 다양한 방법으로 수행될 수 있다.
예를 들어, 1차 실링단계(S10)는, 상부 및 하부 파우치(11a, 11b)의 실링영역(10')을 실온 초과 온도로 압착하여 상기 실링영역(10')의 실링층을 열융착시킴으로써 상부 및 하부 파우치(11a, 11b)를 실링시킬 수 있다.
즉 1차 실링단계(S10)에서 상부 및 하부 파우치(11a, 11b)의 실링영역(10')에 도포된 실링층은 상기 실링장치(100)의 열에 의하여 가열 용융되어 열융착되며, 상부 및 하부 파우치(11a, 11b)의 실링층이 밀착됨으로써 상부 및 하부 파우치(11a, 11b)가 실링될 수 있다.
여기서 상부 및 하부 파우치(11a, 11b)의 실링영역(10')의 실링층은 폴리프로필렌(polypropylene) 수지를 포함할 수 있다.
한편, 상기 실온의 의미는, 당업계에 'room temperature' 또는 상온이라 칭하여지는 온도 범위를 말한다. 즉, 실험실, 연구실 등의 온도를 뜻하며, 특히 온도를 지정하거나 조절을 하지 않고 실험을 진행한 경우라든가 시료와 물질을 실내에 방치한 경우에 사용되는 온도 조건의 표현으로서, 실내의 대기 온도를 말한다. 일반적으로 인간이 쾌적하게 지낼 수 있는 온도로서, 보통 15℃ 내지 20℃ 전후이다.
이로써 상기 실온 초과 온도는 20℃ 이상의 온도일 수 있으며, 보다 구체적으로 실링영역(10')의 실링층이 폴리프로필렌(polypropylene) 수지인 경우, 160℃ 내지 190℃로 설정될 수 있다.
그리고 1차 실링단계에서 실링장치(100)가 실링영역(10')을 가압하는 실링압력은 다양한 압력으로 설정될 수 있으며, 예를 들어 0.1MPa 내지 0.4MPa일 수 있다.
다만 상기 실링압력은 이에 한정되는 것은 아니며, 파우치 및 실링층의 재질, 실링층의 높이 등에 따라 다양하게 설정될 수 있음은 물론이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 1차 실링단계(S10)가 완료되면, 실링장치(100)로 상기 상부 및 하부 파우치(11a, 11b)의 실링영역(10')을 가압한 상태에서 상기 실링장치(100)를 상기 파우치(11)의 내부로부터 외부를 향해 이동시키는 2차 실링단계(S20)를 수행한다.
2차 실링단계(S20)는, 실링장치(100)로 상기 상부 및 하부 파우치(11a, 11b)의 실링영역(10')을 가압한 상태에서 상기 파우치(11)의 내부로부터 외부를 향해 상기 실링장치(100)를 이동시키는 단계로서, 다양한 방법으로 수행될 수 있다.
구체적으로 2차 실링단계(S20)는, 상기 상부 및 하부 파우치(11a, 11b)의 실링영역(10')을 실온 초과 온도로 압착하면서 상기 실링영역(10')의 실링층을 상기 파우치의 내부로부터 외부를 향해 밀어주며 상기 실링층을 열융착시킴으로써 수행될 수 있다.
여기서, 실링장치(100)가 파우치(11)의 내부로부터 외부를 향해 이동하는 방향은 파우치(11)의 내부에서 전극 탭(12)이 형성된 방향으로 이동하는 것일 수 있다.
예를 들어, 2차 실링단계(S20)는, 도 3에 도시된 바와 같이, 파우치(11)의 길이방향의 길이(L1)방향의 실링영역(10')의 일 영역에서, 상기 실링영역(10')을 압착한 후, 전극 탭(12)의 방향을 향하여 가압이동함으로써 수행될 수 있다.
즉, 2차 실링단계(S20)에서는 용융된 실링층이 파우치(11)의 내부로부터 외부를 향하여 밀리면서 열융착될 수 있으며, 이로써 파우치(11)의 내부공간에 형성된 poly-ball의 성장을 억제하여 poly-ball의 길이를 최소화할 수 있다.
이때, 실링장치(100)는, 도 3에 도시된 바와 같이, 파우치형 이차전지(10)의 상부에 위치되는 실링장치(100) 뿐만 아니라, 상부 및 하부에 위치되는 한 쌍의 실링장치(100)를 포함하는 의미일 수 있음은 물론이다.
한편, 상기 실온의 의미는, 상술한 바와 같이 당업계에 'room temperature' 또는 상온이라 칭하여지는 온도범위로서, 보통 15℃ 내지 20℃ 전후이다.
이로써 상기 실온 초과 온도는 20℃ 이상의 온도일 수 있으며, 보다 구체적으로 실링영역(10)의 실링층이 폴리프로필렌(polypropylene) 수지인 경우, 160℃ 내지 190℃로 설정될 수 있다.
그리고 2차 실링단계(S20)에서 실링장치(100)가 실링영역(10')을 가압하는 실링압력은 다양한 압력으로 설정될 수 있으며, 예를 들어 0.1MPa 내지 0.4MPa일 수 있다. 다만 상기 실링압력은 이에 한정되는 것은 아니며, 파우치 및 실링층의 재질, 실링층의 높이 등에 따라 다양하게 설정될 수 있음은 물론이다.
한편, 상술한 파우치형 이차전지의 실링방법은, 파우치형 이차전지의 제조방법에서 다양하게 적용될 수 있다.
구체적으로, 파우치형 이차전지의 제조방법은. 도 5에 도시된 바와 같이, 전극 조립체(미도시)를 상부 및 하부 파우치(11a, 11b) 사이에 수납하는 수납단계(S100); 상기 상부 및 하부 파우치(11a, 11b)의 실링영역(10') 중 일부 실링영역을 실링하는 초기 실링단계(S200); 상술한 파우치형 이차전지의 실링방법을 통해 상기 상부 및 하부 파우치(11a, 11b)의 상기 실링영역(10') 중 실링되지 않은 나머지 실링영역을 실링하는 말기 실링단계(S300)를 포함할 수 있다.
수납단계(S100)는, 전극 조립체(미도시)를 상부 및 하부 파우치(11a, 11b) 사이에 수납하는 단계로서, 다양한 방법으로 수행될 수 있다.
여기서 전극 조립체(미도시)는, 하나 이상의 음극, 분리막, 양극을 차례로 적층하여 권취한 젤리 롤형 전극 조립체, 음극, 분리막, 양극이 차례로 적층된 단위셀을 긴 필름형태의 분리막에 배치한 후 단일 방향으로 권취한 스택(stack) & 폴딩(folding)형 전극 조립체, 음극, 분리막, 양극이 차례로 적층된 단위셀을 긴 필름형태의 분리막에 배치한 후 지그재그 방향으로 권취한 스택 & 폴딩형 전극 조립체 중 어느 하나로 마련될 수 있다.
구체적으로 수납단계(S100)는, 전극 조립체(미도시)를 실링되기 이전의 상부 및 하부 파우치(11a, 11b)의 내부공간(미도시)에 수납함으로써 수행될 수 있다.
수납단계(S100)가 완료되면, 상기 상부 및 하부 파우치(11a, 11b)의 실링영역(10') 중 일부 실링영역을 실링하는 초기 실링단계(S200)가 수행될 수 있다.
초기 실링단계(S200)는, 상기 상부 및 하부 파우치(11a, 11b)의 실링영역 중 일부 실링영역을 실링하는 단계로서, 다양한 방법으로 수행될 수 있다.
일례로서, 초기 실링단계(S200)는, 상기 상부 및 하부 파우치(11a, 11b)의 실링영역(10a) 중 파우치(11)의 길이방향(L1)에서 파우치(11) 양 단의 소정길이를 제외한 일부영역의 실링을 수행할 수 있다.
다른 예로서, 초기 실링단계(S200)는, 상기 상부 및 하부 파우치(11a, 11b)의 4면의 실링영역(10a) 중 일측 실링영역을 제외하고 나머지 3면의 실링영역의 실링을 수행할 수 있다.
그리고 초기 실링단계(S200)는, 도 2a에 도시된 종래의 실링장치(20)를 이용하여 상부 및 하부 파우치(11a, 11b)의 실링영역(10')을 가압만으로 실링할 수 있으며, 도 3에 도시된 본 발명에 따른 실링장치(100) 및 본 발명의 파우치형 이차전지의 실링방법을 이용하여 상부 및 하부 파우치(11a, 11b)의 실링영역(10')을 가압 및 가압이동을 통하여 실링할 수 있음은 물론이다.
초기 실링단계(S200) 이후에는 상기 상부 및 하부 파우치(11a, 11b)의 상기 실링영역(10') 중 실링되지 않은 나머지 실링영역을 실링하는 말기 실링단계(S300)가 수행된다.
여기서 말기 실링단계(S300)는, 상기 상부 및 하부 파우치(11a, 11b)의 상기 실링영역 중 실링되지 않은 나머지 실링영역을 실링하는 단계로서, 본 발명에 따른 파우치형 이차전지의 실링방법을 통해 다양한 방법으로 수행될 수 있다.
즉, 말기 실링단계(S300)는, 전술한 파우치형 이차전지의 실링방법을 이용하여 상기 실링영역(10') 중 실링되지 않은 나머지 실링영역을 실링할 수 있으며, 이로써 상부 및 하부 파우치(11a, 11b)의 테두리에 위치된 실링영역(10')이 모두 실링되어 파우치형 이차전지(10)가 밀봉될 수 있다.
한편, 상기 초기 실링단계(S200) 및 말기 실링단계(S300) 사이에는 다양한 단계가 추가로 수행될 수 있다.
예를 들어, 상기 초기 실링단계(S200) 및 말기 실링단계(S300) 사이에는, 파우치(11) 내부에 전해액을 주입하는 전해액 주입단계 및 상기 전해액에 포함된 가스를 제거하기 위한 가스 제거단계(degassing)가 추가로 수행될 수 있음은 물론이다.
한편, 본 발명은, 상술한 실링장치를 이용하여, 파우치형 이차전지 실링방법 및 파우치형 이차전지 제조방법으로 제조되는 파우치형 이차전지(10)를 제공할 수 있다.
여기서 상기 파우치형 이차전지(10)는, 전극조립체(미도시) 및; 상부 및 하부 파우치(11a, 11b) 사이에 형성된 내부공간에 상기 전극조립체(미도시)가 탑재되는 파우치(11)를 포함하고, 상기 상부 및 하부 파우치(11a, 11b)의 실링영역(10')의 실링층을 열융착하여 상기 전극조립체(미도시)를 밀봉하는 파우치형 이차전지로서, 상기 열융착된 실링층이 가압에 의하여 상기 내부공간 방향으로 밀림으로써 상기 내부공간을 향하여 돌출부가 형성된 파우치형 이차전지일 수 있다.
이때 실링층의 재질은 폴리프로필렌 등 폴리계 수지를 포함할 수 있으며, 이에 돌출부는 종래 파우치형 이차전지에 poly-ball에 대응되는 구성일 수 있다.
여기서, 상기 돌출부는 상기 열융착된 실링층이 가압부분(B)에 가해지는 가압에 의하여 가압부분(B)의 주변부(A)로 밀림으로써 상기 파우치(11)의 내부공간을 향하여 돌출되도록 형성될 수 있다.
이때 상기 돌출부는, 종래의 파우치형 이차전지에 발생하는 poly-ball보다 큰 돌출 각(θ)을 가지도록 형성될 수 있다.
여기서 돌출 각(θ)은, 도 6a 내지 도 6b에 도시된 바와 같이, 상기 파우치형 이차전지(10)의 측면 방향의 단면을 기준으로 파우치(11)의 내부공간에서 상부 파우치(11a) 또는 하부 파우치(11b)의 실링층과 poly-ball(돌출부)의 가장자리(a)를 연결하는 제1 연결선(C1)과, 상부 파우치(11a) 또는 하부 파우치(11b)의 실링층에 가장 인접하게 형성되는 poly-ball(돌출부)의 일 측면과 상기 poly-ball(돌출부)의 가장자리(a)를 연결하는 제2 연결선(C2)이 파우치 내부공간에서 이루는 각으로 정의될 수 있다.
이때 종래의 실링장치(20) 및 종래의 실링방법으로 실링된 파우치형 이차전지의 경우, 도 6a에 도시된 바와 같이, 파우치 내부공간을 향하여 poly-ball이 상대적으로 크고 길게 돌출 형성되므로, 상기 poly-ball의 돌출 각(θ)은, 90도 미만의 예각으로 형성될 수 있다.
그러나, 본 발명의 실링장치(100) 및 본 발명에 따른 이차전지의 실링방법으로 실링된 파우치형 이차전지의 경우, 도 6b에 도시된 바와 같이, 파우치 내부공간을 향하여 돌출부(poly-ball)가 상대적으로 작고 짧게 돌출 형성됨으로써 상기 돌출부의 돌출 각(θ)은 둔각을 이루도록 형성될 수 있다. (90°<θ<180°)
여기서 상기 돌출부의 가장자리(a)는, 상기 돌출 각(θ)이 둔각을 가지는 경우, 상부 파우치(11a) 및 하부 파우치(11b)의 실링층과 곡면지게 연결될 수 있다. 즉, 돌출부의 가장자리(a)가 날카롭게 형성되지 않고, 상기 돌출부의 돌출방향에 반대방향으로 오목한 곡면을 이루도록 상기 실링층과 연결됨으로써 파우치 균열 발생의 위험을 방지할 수 있다.
한편 상기 돌출부는, 종래의 파우치형 이차전지에 발생하는 poly-ball 보다 작은 돌출 길이를 가질 수 있다.
여기서 돌출 길이(H)는, 도 6a 내지 도 6b에 도시된 바와 같이, 파우치형 이차전지(10)의 측면 방향의 단면을 기준으로, 파우치(11) 내부공간에서 상부 파우치(11a) 및 하부 파우치(11b)의 실링층과 poly-ball(돌출부)의 가장자리(a)를 연결하는 제1 연결선(C1)이 poly 덩어리부에서 서로 만나는 지점으로부터 파우치(11)의 내부공간을 향하여 poly ball(돌출부)이 가장 돌출된 부분까지의 길이로 정의될 수 있다. 그리고 상기 돌출 길이(H)는 상술한 돌출 각(θ)과 반비례관계를 가질 수 있다.
이때 종래의 실링장치(20) 및 종래의 실링방법으로 실링된 파우치형 이차전지의 경우, 최대 평균 길이가 450㎛인 poly-ball이 형성됨을 확인할 수 있었다. (도 6c 참고)
이를 고려하면, 종래의 실링장치(20) 및 종래의 실링방법과 동일한 압력 및 온도조건에서 종래의 실링장치(20) 대비, 가압면적이 1/10인 실링장치(100, L2 : 1mm)를 사용하며, 본 발명에 따른 파우치형 이차전지의 실링방법으로 파우치(11)의 실링을 수행하는 경우, 상기 돌출부의 길이(H)는, 최소한 poly-ball의 최대 평균 길이의 1/10인 45㎛ 이하로 형성할 수 있을 것으로 예상된다.
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 청구범위의 균등범위 내에서 다양한 실시가 가능하다.
10 : 파우치형 이차전지
10' : 실링영역
11 : 파우치
11a : 상부 파우치
11b : 하부 파우치
12 : 전극 탭
12' : 필름층
20 : 실링장치
21 : 가열부
22 : 가압부
100 : 실링장치
110 : 가열부
120 : 가압부
S10 : 1차 실링단계
S20 : 2차 실링단계
S100 : 수납단계
S200 : 초기 실링단계
S300 : 말기 실링단계
a : poly-ball 가장자리(돌출부의 가장자리)
H : 돌출 길이
θ : 돌출 각
L1 : 파우치형 이차전지의 길이방향의 길이
L2 : 본 발명의 실링장치의 가압부의 파우치의 길이방향에 대응되는 폭
L2': 종래 기술에 따른 실링장치의 가압부의 파우치의 길이방향에 대응되는 폭

Claims (11)

  1. 파우치형 이차전지의 실링방법에 관한 것으로서,
    실링장치를 통해 상부 및 하부 파우치의 실링영역을 상하방향으로 가압하는 1차 실링단계; 및
    상기 실링장치로 상기 상부 및 하부 파우치의 실링영역을 가압한 상태에서 상기 파우치의 내부로부터 외부를 향해 이동시키는 2차 실링단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 파우치형 이차전지의 실링방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 1차 실링단계는,
    상기 상부 및 하부 파우치의 실링영역을 실온 초과 온도로 압착하여 상기 실링영역의 실링층을 열융착시키는 것을 특징으로 하는 파우치형 이차전지의 실링방법.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 2차 실링단계는,
    상기 상부 및 하부 파우치의 실링영역을 실온 초과 온도로 압착하면서 상기 실링영역의 실링층을 상기 파우치의 내부로부터 외부를 향해 밀어주며 상기 실링층을 열융착시키는 것을 특징으로 하는 파우치형 이차전지의 실링방법.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 상부 및 하부 파우치의 실링영역의 실링층은 폴리프로필렌(polypropylene) 수지를 포함하는 것을 특징으로 하는 파우치형 이차전지의 실링방법.
  5. 전극 조립체를 상부 및 하부 파우치 사이에 수납하는 수납단계;
    상기 상부 및 하부 파우치의 실링영역 중 일부 실링영역을 실링하는 초기 실링단계;
    청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 하나에 따른 파우치형 이차전지의 실링방법을 통해 상기 상부 및 하부 파우치의 상기 실링영역 중 실링되지 않은 나머지 실링영역을 실링하는 말기 실링단계를 포함하는 파우치형 이차전지의 제조방법.
  6. 이차전지의 파우치의 실링하기 위한 파우치형 이차전지의 실링장치에 있어서,
    상기 실링장치는,
    상기 이차전지의 상부 및 하부 파우치의 실링영역을 가열하여 녹이기 위한 가열부 및;
    상기 가열부를 내부에 수용하고, 상기 가열부에 의해 가열되는 상기 상부 및 하부 파우치의 실링영역을 압착하여 실링하는 가압부를 포함하며;
    상기 가압부의 상기 파우치의 길이방향에 대응되는 폭의 길이는, 상기 파우치의 길이방향의 길이 대비 0.1% 내지 4% 미만으로 형성되는 것을 특징으로 하는 파우치형 이차전지의 실링장치.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 가압부는, 상기 상부 및 하부 파우치의 실링영역을 실온 초과 온도로 압착하면서 상기 실링영역의 실링층을 상기 파우치의 내부로부터 외부를 향해 밀어주며 상기 실링층을 열융착시키는 것을 특징으로 하는 파우치형 이차전지의 실링장치.
  8. 전극조립체 및; 상부 및 하부 파우치 사이에 형성된 내부공간에 상기 전극조립체가 탑재되는 파우치를 포함하고, 상기 상부 및 하부 파우치의 실링영역의 실링층을 열융착하여 상기 전극조립체를 밀봉하는 파우치형 이차전지로서,
    상기 열융착된 실링층은 가압에 의하여 상기 내부공간 방향으로 밀림으로써 상기 내부공간을 향하여 돌출부가 형성되며;
    상기 돌출부는, 상기 실링층에 대하여 둔각을 이루는 돌출 각으로 형성되는 것을 특징으로 하는 파우치형 이차전지.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 돌출부의 가장자리는, 상기 실링층과 곡면지게 연결되는 것을 특징으로 하는 파우치형 이차전지.
  10. 청구항 8에 있어서,
    상기 돌출부는 45㎛ 이하의 돌출 길이로 형성되는 것을 특징으로 하는 파우치형 이차전지.
  11. 청구항 8에 있어서,
    상기 상부 및 하부 파우치의 실링영역의 실링층은 폴리프로필렌(polypropylene) 수지를 포함하는 것을 특징으로 하는 파우치형 이차전지.
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