KR20230073734A - 파우치형 이차전지 제조용 부재, 이를 이용한 파우치형 이차전지 및 이의 제조방법 - Google Patents

파우치형 이차전지 제조용 부재, 이를 이용한 파우치형 이차전지 및 이의 제조방법 Download PDF

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장재경
박학순
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Abstract

본 발명은 파우치형 이차전지 제조용 부재, 이를 이용한 파우치형 이차전지 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 구체적으로 젤리-롤을 구비할 수 있는 내부공간의 파우치 케이스를 밀봉하고 상기 밀봉된 파우치 케이스의 일부에 홀을 형성하여 이차전지용 부재 내에 발생한 가스를 제거하고 상기 젤리-롤을 감싸도록 밀봉함으로써, 상기 이차전지의 크기 및 형상을 다양하게 구현하며 에너지 밀도 및 체적 밀도를 향상시킬 수 있는 파우치형 이차전지 제조용 부재, 이를 이용한 파우치형 이차전지 및 이의 제조방법에 관한 것이다.

Description

파우치형 이차전지 제조용 부재, 이를 이용한 파우치형 이차전지 및 이의 제조방법{PARTS FOR POUCH-TYPE SECONDARY BATTERY, POUCH-TYPE SECONDARY BATTERY BY USING THE SAME AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}
본 발명은 파우치형 이차전지 제조용 부재, 이를 이용한 파우치형 이차전지 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 구체적으로 젤리-롤을 구비할 수 있는 내부공간의 파우치 케이스를 밀봉하고 상기 밀봉된 파우치 케이스의 일부에 홀을 형성하여 이차전지용 부재 내에 발생한 가스를 제거하고 상기 젤리-롤을 감싸도록 밀봉함으로써, 상기 이차전지의 크기 및 형상을 다양하게 구현하며 에너지 밀도 및 체적 밀도를 향상시킬 수 있는 파우치형 이차전지 제조용 부재, 이를 이용한 파우치형 이차전지 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서 이차전지의 수요가 급격히 증가하고 있 고, 그러한 이차전지 중 높은 에너지 밀도와 방전 전압의 리튬 이차전지에 대한 많은 연구가 행해졌으며 또한 상용화되어 널리 사용되고 있다.
이차전지가 휴대폰, 노트북 등의 전원으로 사용되는 경우에는 일정한 출력을 안정적으로 제공하는 이차전지가 요구되는 반면에, 전동드릴과 같은 파워툴의 동력원으로 사용되는 경우, 순간적으로 높은 출력을 제공하면서 진 동, 낙하 등과 같은 외부의 물리적 충격에 대해서도 안정적일 수 있는 이차전지가 요구된다.
이차전지는 전지케이스의 형상에 따라, 전극조립체가 원통형 또는 각형의 금속 캔에 내장되어 있는 원통형 전지 및 각형 전지와, 전극조립체가 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치형 케이스에 내장되어 있는 파우치형 전지로 분류된다. 그 중, 원통형 전지는 상대적으로 용량이 크고, 외부의 물리적 충격에 대해서 구조적으로 안정하다 는 장점을 가지고 있으며, 파우치형 전지는 용량 대비 중량이 작으며, 형태 변형이 용이하고 제조 비용이 저렴 하다는 장점이 있다.
또한, 전지케이스에 내장되는 상기 전극조립체는 양극/분리막/음극의 적층 구조로 이루어진 충방전이 가능한 발 전소자로서, 활물질이 도포된 긴 시트형의 양극과 음극 사이에 분리막을 개재하여 권취한 젤리-롤형과, 소정 크 기의 다수의 양극과 음극을 분리막이 개재된 상태에서 순차적으로 적층한 스택형으로 분류된다. 그 중 젤리-롤 형 전극조립체는 제조가 용이하고 중량당 에너지 밀도가 높은 장점을 가지고 있다.
다만, 젤리-롤을 이용한 원통형 이차전지의 경우 금속캔에 내장되므로 형태나 크기를 변경하는 것이 어려운 문제가 있으며 제조과정의 활성화탄계에서 내부에 가스가 발생하지만 이를 제거할 수 없어 외관이 변형되거나 배터리의 성능저하로 중량에너지 밀도 및 체적에너지 밀도가 낮아지는 문제점이 있었다.
따라서, 제조과정에서 발생하는 내부가스를 제거할 수 있으며, 이차전지의 형태 및 크기를 용이하게 변경할 수 있는 기술에 대한 연구가 필요한 실정이다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 규격화된 이차전지의 형상이나 크기를 변형이 용이하지 않으며 제조과정에서 과도한 비용이 소모되고 배터리 성능이 저하되는 문제를 해결하기 위한 파우치형 이차전지 제조용 부재, 이를 이용한 파우치형 이차전지 및 이의 제조방법을 제공하는 것이다.
다만, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 상기 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 하기의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 실시상태는 제1 탭(13)을 포함하는 시트형의 양극(11)과 제2 탭(17)을 포함하는 시트형의 음극(15) 사이에 분리막(19)을 개재하고, 원형 또는 타원형의 수평 단면 형상을 갖도록 권취된 젤리-롤(10); 상기 젤리-롤이 구비되도록 내부공간(21)을 포함하며, 상기 젤리-롤의 상측면에 구비되는 제1 파우치 케이스(20); 상기 젤리-롤이 구비되도록 내부공간(31)을 포함하며, 상기 젤리-롤의 하측면에 구비되는 제2 파우치 케이스(30); 및 상기 내부공간(21, 31)에 주입된 전해액(40);을 포함하며, 상기 내부공간(21, 31)이 밀폐되도록 상기 제1 파우치 케이스(20)는 제2 파우치 케이스(30)와 서로 부착되어 실링된 것이고, 상기 제1 탭(13) 및 상기 제2 탭(17) 각각은 실런트(S)가 부착된 것인 파우치형 이차전지 제조용 부재(100)를 제공한다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 제1 파우치 케이스(20) 및 제2 파우치 케이스(30) 각각은 상기 젤리-롤(10) 보다 넓은 면적을 갖는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 제1 파우치 케이스(20) 및 제2 파우치 케이스(30) 각각은 알루미늄층을 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 제1 파우치 케이스(20)의 내부공간(21) 및 제2 파우치 케이스(30)의 내부공간(31) 각각의 폭방향 단면은 반원형, 타원형 또는 다각형인 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 제1 탭(13)을 중심으로 권취된 경우, 상기 제2 탭(17)을 상기 젤리-롤(10)의 중심부에 위치되도록 형성된 것이고, 상기 제2 탭(17)을 중심으로 권취된 경우, 상기 제1 탭(13)을 상기 젤리-롤(10)의 중심부에 위치되도록 형성된 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시상태는 상기 파우치형 이차전지 제조용 부재(100)를 이용한 이차전지(1000)의 제조방법에 있어서, 상기 젤리-롤(10)에 대응하는 형상의 폭방향 단면을 갖도록 내부공간(21, 31)을 형성하는 제1 파우치 케이스(20) 및 제2 파우치 케이스(30)를 제조하는 단계(S10); 상기 내부공간(21, 31)에 상기 젤리-롤(10)을 구비하는 단계(S20); 상기 제1 탭(13) 및 상기 제2 탭(17) 각각이 노출되도록, 상기 젤리-롤(10)이 구비된 상기 제1 파우치 케이스(20) 및 상기 제2 파우치 케이스(30)의 외곽부 중 일부를 부착하는 단계(S30); 상기 외곽부의 부착되지 않은 부분을 통하여 전해액(40)을 주입하는 단계(S40); 상기 외곽부의 부착되지 않은 부분을 부착 및 실링하여 파우치형 이차전지 제조용 부재(100)를 제조하는 단계(S50); 상기 제1 파우치 케이스(20) 또는 상기 제2 파우치 케이스(30)에 홀(H)을 구비하여 상기 파우치형 이차전지 제조용 부재(100)의 내부 가스(G)를 제거하는 단계(S60); 및 상기 젤리-롤(10)의 외면을 감싸 밀봉하도록 상기 제1 파우치 케이스(20) 및 상기 제2 파우치 케이스(30)를 제거 및 실링하는 단계(S70);를 포함하며, 상기 제1 파우치 케이스(20) 및 제2 파우치 케이스(30) 각각은 상기 젤리-롤(10) 보다 넓은 면적을 갖는 것인 파우치형 이차전지(1000)의 제조방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 젤리-롤(10)을 구비하는 단계(S20) 이후, 상기 제1 탭(13)을 중심으로 권취된 경우, 상기 제2 탭(17)을 상기 젤리-롤(10)의 중심부에 위치되도록 형성하거나 상기 제2 탭(17)을 중심으로 권취된 경우, 상기 제1 탭(13)을 상기 젤리-롤(10)의 중심부에 위치되도록 형성하는 단계(S25);를 더 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 파우치형 이차전지 제조용 부재(100)를 제조하는 단계(S50) 이후, 상기 제1 탭(13) 및 상기 제2 탭(17)을 통하여 전압을 인가하여 활성화시키는 단계(S55);를 더 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 제1 파우치 케이스(20)의 내부공간(21) 및 제2 파우치 케이스(30)의 내부공간(31) 각각의 폭방향 단면은 반원형, 타원형 또는 다각형인 것이며, 상기 제1 파우치 케이스(20) 및 제2 파우치 케이스(30) 각각은 알루미늄층을 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시상태는 상기 파우치형 이차전지(1000)의 제조방법에 의하여 제조된 파우치형 이차전지(1000)를 제공한다.
본 발명의 일 실시상태에 따른 파우치형 이차전지 제조용 부재는 원통형 배터리 제조과정에서 내부에 발생한 가스를 제거할 수 있는 구조로 형성되어 배터리 성능저하 및 외관저하를 방지하며, 에너지 밀도를 향상시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따른 파우치형 이차전지의 제조방법은 중량에너지 밀도 및 체적에너지 밀도를 향상시키며, 파우치형 이차전지의 형태 및 크기를 자유롭게 조절하고, 배터리 생산을 위한 자재의 구속을 받지 않을 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따른 파우치형 이차전지는 다양한 형태 및 크기를 가질 수 있으며, 외관이 향상되고 중량에너지 밀도 및 체적에너지 밀도를 향상시킬 수 있다.
본 발명의 효과는 상술한 효과로 한정되는 것은 아니며, 언급되지 아니한 효과들은 본원 명세서 및 첨부된 도면으로부터 당업자에게 명확히 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시상태에 따른 파우치형 이차전지 제조용 부재를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시상태에 따른 젤리-롤 및 탭을 확대하여 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 3는 본 발명의 일 실시상태에 따른 파우치형 이차전지의 제조방법의 순서도 이다.
도 4는 본 발명의 일 실시상태에 따른 파우치형 이차전지의 제조방법을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시상태에 따른 파우치형 이차전지를 개략적으로 나타낸 도면이다.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있음을 의미한다.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부재가 다른 부재 "상에" 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다.
본원 명세서 전체에서, "A 및/또는 B"는 "A 및 B, 또는 A 또는 B"를 의미한다.
본원 명세서 전체에서, "탭"은 “전극탭"을 의미하는 것일 수 있다.
이하, 본 발명에 대하여 더욱 상세하게 설명한다.
본 발명의 일 실시상태는 제1 탭(13)을 포함하는 시트형의 양극(11)과 제2 탭(17)을 포함하는 시트형의 음극(15) 사이에 분리막(19)을 개재하고, 원형 또는 타원형의 수평 단면 형상을 갖도록 권취된 젤리-롤(10); 상기 젤리-롤이 구비되도록 내부공간(21)을 포함하며, 상기 젤리-롤의 상측면에 구비되는 제1 파우치 케이스(20); 상기 젤리-롤이 구비되도록 내부공간(31)을 포함하며, 상기 젤리-롤의 하측면에 구비되는 제2 파우치 케이스(30); 및 상기 내부공간(21, 31)에 주입된 전해액(40);을 포함하며, 상기 내부공간(21, 31)이 밀폐되도록 상기 제1 파우치 케이스(20)는 제2 파우치 케이스(30)와 서로 부착되어 실링된 것이고, 상기 제1 탭(13) 및 상기 제2 탭(17) 각각은 실런트(S)가 부착된 것인 파우치형 이차전지 제조용 부재(100)를 제공한다.
본 발명의 일 실시상태에 따른 파우치형 이차전지 제조용 부재는 원통형 배터리 제조과정에서 내부에 발생한 가스를 제거할 수 있는 구조로 형성되어 배터리 성능저하 및 외관저하를 방지하며, 에너지 밀도를 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시상태에 따른 파우치형 이차전지 제조용 부재를 개략적으로 나타낸 도면이다. 도 1을 참고하여 본 발명의 일 실시상태인 파우치형 이차전지 제조용 부재를 구체적으로 설명한다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 제1 탭(13)을 포함하는 시트형의 양극(11)과 제2 탭(17)을 포함하는 시트형의 음극(15) 사이에 분리막(19)을 개재하고, 원형 또는 타원형의 수평 단면 형상을 갖도록 권취된 젤리-롤(10)을 포함한다. 구체적으로 상기 젤리-롤은 상기 양극, 분리막 및 음극이 순차적으로 적층되고 일방향으로 권취된 구조를 갖는 것일 수 있다. 나아가, 상기 시트형의 양극은 외곽부의 일부분에 연결된 제1 탭이 형성된 것일 수 있다. 상기 시트형의 음극은 외곽부의 일부분에 연결된 제2 탭이 형성된 것일 수 있다. 또한, 상기 양극, 분리막 및 음극이 순차적으로 적층된 상태에서 상기 제1 탭 또는 상기 제2 탭을 중심으로 권취될 수 있다. 상기 권취된 상태인 젤리-롤은 권취방향으로 절단된 단면 형상인 수평 단면 형상은 원형 또는 타원형인 것일 수 있다, 상술한 것과 같이 제1 탭(13)을 포함하는 시트형의 양극(11)과 제2 탭(17)을 포함하는 시트형의 음극(15) 사이에 분리막(19)을 개재하고, 원형 또는 타원형의 수평 단면 형상을 갖도록 권취된 젤리-롤(10)을 포함함으로써, 상기 파우치형 이차전지의 중량에너지 밀도 및 체적에너지 밀도를 향상시킬 수 있으며, 상기 권취된 젤리-롤의 단면 형상을 조절하여 상기 상기 파우치형 이차전지의 원하는 형상을 구현할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 젤리-롤이 구비되도록 내부공간(21)을 포함하며, 상기 젤리-롤의 상측면에 구비되는 제1 파우치 케이스(20)를 포함한다. 구체적으로 상기 제1 파우치 케이스는 시트형상으로 구비되고 상기 시트형상 내부에 상기 젤리-롤이 수용될 수 있는 공간인 내부공간이 형성된 것일 수 있다. 상기 내부공간은 상기 젤리-롤 전체를 수용하거나 일부분만을 수용하는 것일 수 있으며, 상기 수용되는 형상에 따라 상기 제1 파우치 케이스의 내부공간의 단면형상이 조절될 수 있다. 상기 제1 파우치 케이스는 후술할 제2 파우치 케이스와 같이 부착되어 밀봉됨으로써 상기 젤리-롤이 내부에 수용될 수 있다. 상술한 것과 같이 상기 젤리-롤이 구비되도록 내부공간(21)을 포함하며, 상기 젤리-롤의 상측면에 구비되는 제1 파우치 케이스(20)를 포함함으로써, 구현하고자 하는 파우치형 이차전지의 형상을 조절할 수 있으며, 상기 원형의 형상을 갖는 이차전지를 제조하는 과정에서 후술하는 활성화단계에서 발생하는 내부가스를 제거하여 상기 이차전지의 우수한 외관을 구현하고 에너지 밀도를 향상시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 젤리-롤이 구비되도록 내부공간(31)을 포함하며, 상기 젤리-롤의 하측면에 구비되는 제2 파우치 케이스(30)를 포함한다. 구체적으로 상기 제2 파우치 케이스는 시트형상으로 구비되고 상기 시트형상 내부에 상기 젤리-롤이 수용될 수 있는 공간인 내부공간이 형성된 것일 수 있다. 상기 내부공간은 상기 젤리-롤 전체를 수용하거나 일부분만을 수용하는 것일 수 있으며, 상기 수용되는 형상에 따라 상기 제2 파우치 케이스의 내부공간의 단면형상이 조절될 수 있다. 상기 제2 파우치 케이스는 상술한 제1 파우치 케이스와 같이 부착되어 밀봉됨으로써 상기 젤리-롤이 내부에 수용될 수 있다. 상술한 것과 같이 상기 젤리-롤이 구비되도록 내부공간(21)을 포함하며, 상기 젤리-롤의 하측면에 구비되는 제1 파우치 케이스(20)를 포함함으로써, 구현하고자 하는 파우치형 이차전지의 형상을 조절할 수 있으며, 상기 원형의 형상을 갖는 이차전지를 제조하는 과정에서 후술하는 활성화단계에서 발생하는 내부가스를 제거하여 상기 이차전지의 우수한 외관을 구현하고 에너지 밀도를 향상시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 내부공간(21, 31)에 주입된 전해액(40)을 포함한다. 구체적으로 상기 제1 파우치 케이스는 상술한 제2 파우치 케이스와 같이 부착 및 밀봉되어 구비된 내부공간에 상기 젤리-롤이 구비되고 나머지 공간에 상기 전해액이 주입되어 상기 음극과 양극 사이에 이온이 이동할 수 있도록 할 수 다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 내부공간(21, 31)이 밀폐되도록 상기 제1 파우치 케이스(20)는 제2 파우치 케이스(30)와 서로 부착되어 실링된 것이다. 구체적으로 상기 제1 파우치 케이스와 상기 제2 파우치 케이스는 각각 시트형상으로 형성되고 상기 시트형상의 제1 파우치 케이스의 외곽부 및 제2 파우치 케이스의 외곽부가 대응하도록 배치되어 상기 외곽부가 부착됨으로써, 상기 내부공간을 형성하고 상기 제1 파우치 케이스와 상기 제2 파우치 케이스 사이에 내부공간이 배치되지 않은 영역이 형성되도록 제조될 수 있다. 상술한 것과 같이 상기 내부공간(21, 31)이 밀폐되도록 상기 제1 파우치 케이스(20)는 제2 파우치 케이스(30)와 서로 부착되어 실링됨으로써, 내부에 상기 젤리-롤이 구비될 수 있는 내부공간이 형성되며, 상기 내부공간에 주입된 상기 전해액이 외부로 누출되는 것을 방지하고 상기 제1 파우치 케이스와 상기 제2 파우치 케이스 사이에 내부공간이 배치되지 않은 영역이 형성되어 후술하는 것과 같이 디개싱(degassing)을 수행할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 제1 탭(13) 및 상기 제2 탭(17) 각각은 실런트(S)가 부착된 것이다. 구체적으로 상기 제1 탭(13)의 실런트 및 상기 제2 탭 (17)의 실런트 각각은 상기 제1 파우치 케이스와 상기 제2 파우치 케이스가 밀봉되는 외곽부에 배치되어 상기 제1 파우치 케이스와 상기 제2 파우치 케이스가 견고하게 밀봉되도록 할 수 있으며, 상기 실런트의 형상으로 상기 파우치형 이차전지의 말단을 형성할 수 있다. 상술한 것과 같이 상기 제1 탭(13) 및 상기 제2 탭(17) 각각은 실런트(S)가 부착됨으로써, 상기 상기 제1 파우치 케이스와 상기 제2 파우치 케이스의 실링을 견고하게 구현할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 제1 파우치 케이스(20) 및 제2 파우치 케이스(30) 각각은 상기 젤리-롤(10) 보다 넓은 면적을 갖는 것일 수 있다. 구체적으로 상기 제1 파우치 케이스와 상기 제2 파우치 케이스는 각각 시트형상으로 형성되고 상기 시트형상의 제1 파우치 케이스의 외곽부 및 제2 파우치 케이스의 외곽부가 대응하도록 배치되어 상기 외곽부가 부착되고, 상기 제1 파우치 케이스(20) 및 제2 파우치 케이스(30) 각각이 내부공간이 형성된 영역과 상기 내부공간이 형성되지 않은 영역으로 분리되어 상기 내부공간이 형성된 영역은 상기 젤리-롤이 구비되어 빈 공간에 전해액이 주입되며, 상기 내부공간이 형성되지 않은 영역은 상기 제1 파우치 케이스와 상기 제2 파우치 케이스만이 배치될 수 있다. 상술한 것과 같이 상기 제1 파우치 케이스(20) 및 제2 파우치 케이스(30) 각각은 상기 젤리-롤(10) 보다 넓은 면적을 갖는 것으로 구현함으로써, 상기 내부공간이 형성되지 않은 영역에 홀을 형성하여 활성화단계에서 발생하는 내부 가스를 제거할 수 있으며 이후 상기 내부공간이 형성되지 않은 영역을 제거함으로써, 상기 젤리-롤의 형상에 가까운 파우치형 이차전지를 제조할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 제1 파우치 케이스(20) 및 제2 파우치 케이스(30) 각각은 알루미늄층을 포함하는 것일 수 있다. 상술한 것과 같이 상기 제1 파우치 케이스(20) 및 제2 파우치 케이스(30)의 재질을 알루미늄층을 포함하는 것으로 구현함으로써, 상기 파우치형 이차전지의 형상을 자유롭게 제조할 수 있으며, 상기 파우치형 이차전지의 내충격성 및 내부식성을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 제1 파우치 케이스(20) 및 제2 파우치 케이스(30) 각각은 제1 수지층, 알루미늄층, 제2 수지층이 순차적으로 적층된 구조를 갖는 것일 수 있다. 또한, 상기 제1 수지층 및 상기 제2 수지층 각각은 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 나일론 등의 재질인 것일 수 있다. 나아가, 상기 알루미늄층은 알루미늄 또는 알루미늄 합금 재질인 것일 수 있다. 상술한 것과 같이 상기 제1 파우치 케이스(20) 및 제2 파우치 케이스(30) 각각을 제1 수지층, 알루미늄층, 제2 수지층이 순차적으로 적층된 구조인 것으로 사용함으로써, 상기 제1 파우치 케이스(20) 및 제2 파우치 케이스(30)의 내부식성을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 제1 파우치 케이스(20)의 내부공간(21) 및 제2 파우치 케이스(30)의 내부공간(31) 각각의 폭방향 단면은 반원형, 타원형 또는 다각형인 것일 수 있다. 구체적으로 구현하고자 하는 이차전지의 형상 즉 상기 젤리-롤이 구비되는 위치에서 상기 젤리-롤의 권취되는 방향으로 절단한 단면인 폭방향 단면의 형상을 반원형, 타원형, 삼각형, 사각형, 오각형, 육각형 또는 그 이상의 각을 갖는 다각형으로 구현할 수 있다. 상술한 것과 같이 상기 제1 파우치 케이스(20)의 내부공간(21) 및 제2 파우치 케이스(30)의 내부공간(31) 각각의 폭방향 단면을 반원형, 타원형 또는 다각형인 것으로 구현함으로써, 파우치 이차전지의 중량에너지 밀도 및 체적에너지 밀도를 향상시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 제1 탭(13)을 중심으로 권취된 경우, 상기 제2 탭(17)을 상기 젤리-롤(10)의 중심부에 위치되도록 형성된 것일 수 있다. 도 2는 본 발명의 일 실시상태에 따른 젤리-롤 및 탭을 확대하여 개략적으로 나타낸 도면이다 구체적으로 상기 도 2와 같이 상기 제1 탭(13)을 중심으로 권취된 경우 상기 제1 탭은 상기 젤리-롤의 중심에 구비되며 상기 제2 탭은 상기 젤리-롤의 중심부에 배치되지 않게 되므로 이를 변형시켜 상기 젤리-롤의 중심부에 배치되도록 변형시킨 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 제2 탭(17)을 중심으로 권취된 경우, 상기 제1 탭(13)을 상기 젤리-롤(10)의 중심부에 위치되도록 형성된 것일 수 있다.. 구체적으로 상기 도 2와 같이 상기 제2 탭(17)을 중심으로 권취된 경우 상기 제2 탭은 상기 젤리-롤의 중심에 구비되며 상기 제1 탭은 상기 젤리-롤의 중심부에 배치않게 되므로 이를 변형시켜 상기 젤리-롤의 중심부에 배치되도록 변형시킨 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시상태는 상기 파우치형 이차전지 제조용 부재(100)를 이용한 이차전지(1000)의 제조방법에 있어서, 상기 젤리-롤(10)에 대응하는 형상의 폭방향 단면을 갖도록 내부공간(21, 31)을 형성하는 제1 파우치 케이스(20) 및 제2 파우치 케이스(30)를 제조하는 단계(S10); 상기 내부공간(21, 31)에 상기 젤리-롤(10)을 구비하는 단계(S20); 상기 제1 탭(13) 및 상기 제2 탭(17) 각각이 노출되도록, 상기 젤리-롤(10)이 구비된 상기 제1 파우치 케이스(20) 및 상기 제2 파우치 케이스(30)의 외곽부 중 일부를 부착하는 단계(S30); 상기 외곽부의 부착되지 않은 부분을 통하여 전해액(40)을 주입하는 단계(S40); 상기 외곽부의 부착되지 않은 부분을 부착 및 실링하여 파우치형 이차전지 제조용 부재(100)를 제조하는 단계(S50); 상기 제1 파우치 케이스(20) 또는 상기 제2 파우치 케이스(30)에 홀(H)을 구비하여 상기 파우치형 이차전지 제조용 부재(100)의 내부 가스(G)를 제거하는 단계(S60); 및 상기 젤리-롤(10)의 외면을 감싸 밀봉하도록 상기 제1 파우치 케이스(20) 및 상기 제2 파우치 케이스(30)를 제거 및 실링하는 단계(S70);를 포함하며, 상기 제1 파우치 케이스(20) 및 제2 파우치 케이스(30) 각각은 상기 젤리-롤(10) 보다 넓은 면적을 갖는 것인 파우치형 이차전지(1000)의 제조방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시상태에 따른 파우치형 이차전지의 제조방법은 중량에너지 밀도 및 체적에너지 밀도를 향상시키며, 파우치형 이차전지의 형태 및 크기를 자유롭게 조절하고, 배터리 생산을 위한 자재의 구속을 받지 않을 수 있다.
도 3는 본 발명의 일 실시상태에 따른 파우치형 이차전지의 제조방법의 순서도 이다. 도 4는 본 발명의 일 실시상태에 따른 파우치형 이차전지의 제조방법을 개략적으로 나타낸 도면이다. 도 3 및 도 4를 참고하여 본 발명의 일 실시상태인 파우치형 이차전지의 제조방법을 구체적으로 설명한다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 젤리-롤(10)에 대응하는 형상의 폭방향 단면을 갖도록 내부공간(21, 31)을 형성하는 제1 파우치 케이스(20) 및 제2 파우치 케이스(30)를 제조하는 단계(S10)를 포함한다. 구체적으로 상기 젤리-롤이 원형, 타원형 또는 다각형을 갖는 경우 제1 파우치 케이스의 내부공간 및 제2 파우치 케이스의 내부공간이 결합되어 상기 내부공간의 단면 형상이 원형, 타원형 또는 다각형인 것일 수 있다. 상술한 것과 같이 상기 젤리-롤(10)에 대응하는 형상의 폭방향 단면을 갖도록 내부공간(21, 31)을 형성하는 제1 파우치 케이스(20) 및 제2 파우치 케이스(30)를 제조하는 단계(S10)를 포함함으로써, 상기 젤리-롤의 형상에 따라 상기 파우치형 이차전지를 제조할 수 있으며, 다양한 형상의 내부공간을 형성할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 내부공간(21, 31)에 상기 젤리-롤(10)을 구비하는 단계(S20)를 포함한다. 상술한 것과 같이 상기 내부공간(21, 31)에 상기 젤리-롤(10)을 구비하는 단계(S20)를 포함함으로써, 상기 내부공간의 형상에 따라 파우치형 이차전지의 형상을 제조할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 제1 탭(13) 및 상기 제2 탭(17) 각각이 노출되도록, 상기 젤리-롤(10)이 구비된 상기 제1 파우치 케이스(20) 및 상기 제2 파우치 케이스(30)의 외곽부 중 일부를 부착하는 단계(S30)를 포함한다. 구체적으로 상기 파우치형 이차전지가 밀봉되더라도 상기 제1 탭(13) 및 상기 제2 탭(17) 각각이 노출되어 외부로부터 전압을 인가할 수 있으며, 내부에 저장된 전기에너지를 외부로 출력할 수 있다. 나아가, 상기 제1 파우치 케이스(20)의 외곽부 및 상기 제2 파우치 케이스(30)의 외곽부의 일부를 부착하여 나머지 부분이 부착되지 않은 상태의 입구를 형성할 수 있어 상기 입구부분으로 전해액을 주입할 수 있으며 나머지 부착된 부분으로 인하여 상기 전해핵이 누출되는 것을 방지할 수 있다. 상술한 것과 같이 상기 제1 탭(13) 및 상기 제2 탭(17) 각각이 노출되도록, 상기 젤리-롤(10)이 구비된 상기 제1 파우치 케이스(20) 및 상기 제2 파우치 케이스(30)의 외곽부 중 일부를 부착하는 단계(S30)를 포함함으로써 용이하게 전해액을 상기 내부공간에 주입할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 외곽부의 부착되지 않은 부분을 통하여 전해액(40)을 주입하는 단계(S40)를 포함한다. 구체적으로 상기 제1 파우치 케이스(20)의 외곽부 및 상기 제2 파우치 케이스(30)의 외곽부의 일부를 부착하여 나머지 부분이 부착되지 않은 상태의 입구를 형성할 수 있고 상기 입구 부분으로 전해액을 주입하여 상기 이차전지에서 발생하는 이온이 이동하도록 구현할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 외곽부의 부착되지 않은 부분을 부착 및 실링하여 파우치형 이차전지 제조용 부재(100)를 제조하는 단계(S50)를 포함한다. 구체적으로 상기 전해액이 상기 내부공간에 주입된 후 상기 상기 외곽부의 부착되지 않은 부분인 입구를 부착하여 실링 또는 밀봉함으로써 내부공간에 주입된 전해액이 외부로 누출되지 않도록 하고 상기 파우치형 이차전지 제조용 부재(100)를 제조할 수 있다. 상술한 것과 같이 상기 외곽부의 부착되지 않은 부분을 부착 및 실링하여 파우치형 이차전지 제조용 부재(100)를 제조하는 단계(S50)를 포함함으로써, 주입된 전해액이 파우치형 이차전지 제조용 부재(100)의 외부로 누출되는 것을 방지할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 제1 파우치 케이스(20) 또는 상기 제2 파우치 케이스(30)에 홀(H)을 구비하여 상기 파우치형 이차전지 제조용 부재(100)의 내부 가스(G)를 제거하는 단계(S60)를 포함한다. 구체적으로 상기 제1 파우치 케이스(20)의 외각부와 상기 제2 파우치 케이스(30)의 외각부가 부착되어 상기 파우치형 이차전지 제조용 부재(100)의 내부공간이 배치된 영역과 내부공간이 배치되지 않은 영역으로 형성될 수 있으며, 상기 내부공단이 배치되지 않은 영역에서 상기 제1 파우치 케이스(20), 상기 제2 파우치 케이스(30) 또는 상기 제1 파우치 케이스(20) 및 상기 제2 파우치 케이스(30)에 홀을 형성하여 상기 파우치형 이차전지 제조용 부재(100) 내부에서 발생하는 내부 가스를 제거할 수 있다. 상술한 것과 같이 상기 제1 파우치 케이스(20) 또는 상기 제2 파우치 케이스(30)에 홀(H)을 구비하여 상기 파우치형 이차전지 제조용 부재(100)의 내부 가스(G)를 제거하는 단계(S60)를 포함함으로써, 상기 파우치형 이차전지 제조용 부재(100)의 외관이 변형되는 것을 방지하여 우수한 외관을 형성하며, 상기 파우치형 이차전지의 성능이 저하되는 것을 방지할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 젤리-롤(10)의 외면을 감싸 밀봉하도록 상기 제1 파우치 케이스(20) 및 상기 제2 파우치 케이스(30)를 제거 및 실링하는 단계(S70)를 포함한다. 구체적으로 상기 제1 파우치 케이스(20)의 외각부와 상기 제2 파우치 케이스(30)의 외각부가 부착되어 상기 파우치형 이차전지 제조용 부재(100)의 내부공간이 배치된 영역과 내부공간이 배치되지 않은 영역으로 형성될 수 있으며, 상기 내부공단이 배치되지 않은 영역을 절단과 동시에 실링 또는 밀봉하여 상기 젤리-롤(10)의 외면을 상기 제1 파우치 케이스(20) 및 상기 제2 파우치 케이스(30)가 감싸도록 형성할 수 있다. 상술한 것과 같이 상기 젤리-롤(10)의 외면을 감싸 밀봉하도록 상기 제1 파우치 케이스(20) 및 상기 제2 파우치 케이스(30)를 제거 및 실링하는 단계(S70)를 포함함으로써, 상기 젤리-롤의 형상으로 파우치형 이차전지를 제조할 수 있으며, 구현하고자 하는 파우치형 이차전지를 제조할 수 있고, 중량에너지 밀도 및 체적에너지 밀도를 향상시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 제1 파우치 케이스(20) 및 제2 파우치 케이스(30) 각각은 상기 젤리-롤(10) 보다 넓은 면적을 갖는 것이다. 구체적으로 상기 제1 파우치 케이스와 상기 제2 파우치 케이스는 각각 시트형상으로 형성되고 상기 시트형상의 제1 파우치 케이스의 외곽부 및 제2 파우치 케이스의 외곽부가 대응하도록 배치되어 상기 외곽부가 부착되고, 상기 제1 파우치 케이스(20) 및 제2 파우치 케이스(30) 각각이 내부공간이 형성된 영역과 상기 내부공간이 형성되지 않은 영역으로 분리되어 상기 내부공간이 형성된 영역은 상기 젤리-롤이 구비되어 빈 공간에 전해액이 주입되며, 상기 내부공간이 형성되지 않은 영역은 상기 제1 파우치 케이스와 상기 제2 파우치 케이스만이 배치될 수 있다. 상술한 것과 같이 상기 제1 파우치 케이스(20) 및 제2 파우치 케이스(30) 각각은 상기 젤리-롤(10) 보다 넓은 면적을 갖는 것으로 구현함으로써, 상기 내부공간이 형성되지 않은 영역에 홀을 형성하여 활성화단계에서 발생하는 내부 가스를 제거할 수 있으며 이후 상기 내부공간이 형성되지 않은 영역을 제거함으로써, 상기 젤리-롤의 형상에 가까운 파우치형 이차전지를 제조할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 젤리-롤(10)을 구비하는 단계(S20) 이후, 상기 제1 탭(13)을 중심으로 권취된 경우, 상기 제2 탭(17)을 상기 젤리-롤(10)의 중심부에 위치되도록 형성하거나 상기 제2 탭(17)을 중심으로 권취된 경우, 상기 제1 탭(13)을 상기 젤리-롤(10)의 중심부에 위치되도록 형성하는 단계(S25);를 더 포함하는 것일 수 있다. 구체적으로 상기 도 2와 같이 상기 제1 탭(13)을 중심으로 권취된 경우 상기 제1 탭은 상기 젤리-롤의 중심에 구비되며 상기 제2 탭은 상기 젤리-롤의 중심부에 배치않게 되므로 이를 변형시켜 상기 젤리-롤의 중심부에 배치되도록 변형시킨 것이거나 상기 제2 탭(17)을 중심으로 권취된 경우 상기 제2 탭은 상기 젤리-롤의 중심에 구비되며 상기 제1 탭은 상기 젤리-롤의 중심부에 배치되지 않게 되므로 이를 변형시켜 상기 젤리-롤의 중심부에 배치되도록 변형시킨 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 파우치형 이차전지 제조용 부재(100)를 제조하는 단계(S50) 이후, 상기 제1 탭(13) 및 상기 제2 탭(17)을 통하여 전압을 인가하여 활성화시키는 단계(S55);를 더 포함하는 것일 수 있다. 상술한 것과 같이 상기 파우치형 이차전지 제조용 부재(100)를 제조하는 단계(S50) 이후, 상기 제1 탭(13) 및 상기 제2 탭(17)을 통하여 전압을 인가하여 활성화시키는 단계(S55);를 더 포함함으로써, 상기 파우치형 이차전지를 활성화시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 제1 파우치 케이스(20)의 내부공간(21) 및 제2 파우치 케이스(30)의 내부공간(31) 각각의 폭방향 단면은 반원형, 타원형 또는 다각형인 것일 수 있다. 구체적으로 구현하고자 하는 이차전지의 형상 즉 상기 젤리-롤이 구비되는 위치에서 상기 젤리-롤의 권취되는 방향으로 절단한 단면인 폭방향 단면의 형상을 반원형, 타원형, 삼각형, 사각형, 오각형, 육각형 또는 그 이상의 각을 갖는 다각형으로 구현할 수 있다. 상술한 것과 같이 상기 제1 파우치 케이스(20)의 내부공간(21) 및 제2 파우치 케이스(30)의 내부공간(31) 각각의 폭방향 단면을 반원형, 타원형 또는 다각형인 것으로 구현함으로써, 파우치 이차전지의 중량에너지 밀도 및 체적에너지 밀도를 향상시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 제1 파우치 케이스(20) 및 제2 파우치 케이스(30)의 각각은 알루미늄층을 포함하는 것일 수 있다. 상술한 것과 같이 상기 제1 파우치 케이스(20) 및 제2 파우치 케이스(30) 각각을 알루미늄층을 포함하는 것으로 구현함으로써, 상기 파우치형 이차전지의 형상을 자유롭게 제조할 수 있으며, 상기 파우치형 이차전지의 내충격성 및 내부식성을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시상태는 상기 파우치형 이차전지(1000)의 제조방법에 의하여 제조된 파우치형 이차전지(1000)를 제공한다.
본 발명의 일 실시상태에 따른 파우치형 이차전지는 다양한 형태 및 크기를 가질 수 있으며, 외관이 향상되고 중량에너지 밀도 및 체적에너지 밀도를 향상시킬 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시상태에 따른 파우치형 이차전지를 개략적으로 나타낸 도면이다. 구체적으로 상기 파우치형 이차전지 제조용 부재에서 상기 내부공간이 배치된 영역과 내부공간이 배치되지 않은 영역으로 구분되어 형성되며 상기 내부공간이 배치된 영역만이 남아 밀봉되도록 상기 내부공간이 배치되지 않은 영역을 제거 및 밀봉하여 상기 제1 파우치 케이스의 내부공간과 상기 제2 파우치 공간이 결합된 형상으로 상기 파우치형 이차전지를 제조할 수 있다.
이상에서 본 발명은 비록 한정된 실시예에 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 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
11: 양극
13: 제1 탭
15: 음극
17: 제2 탭
20: 제1 파우치 케이스
21: 내부공간
30: 제2 파우치 케이스
31: 내부공간
40: 전해액
100: 파우치형 이차전지 제조용 부재
S: 실런트
H: 홀
G: 내부 가스
S10: 파우치 케이스 제조 단계
S20: 젤리-롤 구비 단계
S25: 탭 중심부 위치 단계
S30: 부착 단계
S40: 전해액 주입 단계
S50: 파우치형 이차전지 제조용 부재 제조 단계
S55: 활성화 단계
S60: 내부 가스 제거 단계
S70: 제거 및 실링 단계

Claims (10)

  1. 제1 탭을 포함하는 시트형의 양극과 제2 탭을 포함하는 시트형의 음극 사이에 분리막을 개재하고, 원형 또는 타원형의 수평 단면 형상을 갖도록 권취된 젤리-롤;
    상기 젤리-롤이 구비되도록 내부공간을 포함하며, 상기 젤리-롤의 상측면에 구비되는 제1 파우치 케이스;
    상기 젤리-롤이 구비되도록 내부공간을 포함하며, 상기 젤리-롤의 하측면에 구비되는 제2 파우치 케이스; 및
    상기 내부공간에 주입된 전해액;을 포함하며,
    상기 내부공간이 밀폐되도록 상기 제1 파우치 케이스는 2 파우치 케이스와 서로 부착되어 실링된 것이고,
    상기 제1 탭 및 상기 제2 탭 각각은 실런트가 부착된 것인 파우치형 이차전지 제조용 부재.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 파우치 케이스 및 제2 파우치 케이스 각각은 상기 젤리-롤 보다 넓은 면적을 갖는 것인 파우치형 이차전지 제조용 부재.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 파우치 케이스 및 제2 파우치 케이스 각각은 알루미늄층을 포함한 것인 파우치형 이차전지 제조용 부재.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 파우치 케이스의 내부공간 및 제2 파우치 케이스의 내부공간 각각의 폭방향 단면은 반원형, 타원형 또는 다각형인 것인 파우치형 이차전지 제조용 부재.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 탭을 중심으로 권취된 경우, 상기 제2 탭을 상기 젤리롤의 중심부에 위치되도록 형성된 것이고,
    상기 제2 탭을 중심으로 권취된 경우, 상기 제1 탭을 상기 젤리롤의 중심부에 위치되도록 형성된 것인 파우치형 이차전지 제조용 부재.
  6. 청구항 1의 파우치형 이차전지 제조용 부재를 이용한 이차전지의 제조방법에 있어서,
    상기 젤리-롤에 대응하는 형상의 폭방향 단면을 갖도록 내부공간을 형성하는 제1 파우치 케이스 및 제2 파우치 케이스를 제조하는 단계;
    상기 내부공간에 상기 젤리-롤을 구비하는 단계;
    상기 제1 탭 및 상기 제2 탭 각각이 노출되도록, 상기 젤리-롤이 구비된 상기 제1 파우치 케이스 및 상기 제2 파우치 케이스의 외곽부 중 일부를 부착하는 단계;
    상기 외곽부의 부착되지 않은 부분을 통하여 전해액을 주입하는 단계;
    상기 외곽부의 부착되지 않은 부분을 부착 및 실링하여 파우치형 이차전지 제조용 부재를 제조하는 단계;
    상기 제1 파우치 케이스 또는 상기 제2 파우치 케이스에 홀을 구비하여 상기 파우치형 이차전지 제조용 부재의 내부 가스를 제거하는 단계; 및
    상기 젤리-롤의 외면을 감싸 밀봉하도록 상기 제1 파우치 케이스 및 상기 제2 파우치 케이스를 제거 및 실링하는 단계;를 포함하며,
    상기 제1 파우치 케이스 및 제2 파우치 케이스 각각은 상기 젤리-롤 보다 넓은 면적을 갖는 것인 파우치형 이차전지의 제조방법.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 젤리-롤을 구비하는 단계 이후,
    상기 제1 탭을 중심으로 권취된 경우, 상기 제2 탭을 상기 젤리-롤의 중심부에 위치되도록 형성하거나
    상기 제2 탭을 중심으로 권취된 경우, 상기 제1 탭을 상기 젤리-롤의 중심부에 위치되도록 형성하는 단계;를 더 포함하는 것인 파우치형 이차전지의 제조방법.
  8. 청구항 6에 있어서,
    상기 파우치형 이차전지 제조용 부재를 제조하는 단계 이후,
    상기 제1 탭 및 상기 제2 탭을 통하여 전압을 인가하여 활성화시키는 단계;를 더 포함하는 것인 파우치형 이차전지의 제조방법.
  9. 청구항 6에 있어서,
    상기 제1 파우치 케이스의 내부공간 및 제2 파우치 케이스의 내부공간 각각의 폭방향 단면은 반원형, 타원형 또는 다각형인 것이며,
    상기 제1 파우치 케이스 및 제2 파우치 케이스 각각은 알루미늄층을 포함하는 것인 파우치형 이차전지의 제조방법.
  10. 청구항 6의 파우치형 이차전지의 제조방법에 의하여 제조된 파우치형 이차전지.
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