KR20230080589A - 파우치형 전지의 밀봉장치 - Google Patents

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Abstract

개시되는 발명은 상부 파우치와 하부 파우치 사이에 전극 조립체가 수납된 상태에서, 상기 전극 조립체가 수납된 수납영역의 외측을 실링하는 밀봉장치에 관한 것으로서, 하나의 예에서, 상부 파우치 및 하부 파우치가 적층된 구조를 일면에서 가압 및 가열하도록 외곽에 배치되는 제1 실링부와, 상기 제1 실링부를 따라 상기 수납영역 쪽의 내측으로 병렬 배치되는 제1 단열부를 포함하는 제1 실링블록; 및 상부 파우치 및 하부 파우치가 적층된 구조를 타면에서 가압 및 가열하도록 외곽에 배치되는 제2 실링부와, 상기 제2 실링부를 따라 상기 수납영역 쪽의 내측으로 병렬 배치되는 제2 단열부를 포함하는 제2 실링블록;을 포함하고, 상기 제1 및 제2 단열부는 상부 및 하부 파우치가 적층된 구조를 서로 가압하고, 또한 상기 제1 및 제2 단열부의 적어도 일부 영역은 상기 상부 및 하부 파우치의 내부 절연층을 이루는 열가소성 수지의 용융점 미만의 저온영역을 형성한다.

Description

파우치형 전지의 밀봉장치{SEALING TOOL FOR POUCH TYPE BATTERY}
본 발명은 파우치형 전지의 밀봉장치에 관한 것으로서, 열융착 밀봉시 파우치의 내부 절연층을 이루는 열가소성 수지가 용융 후 굳으면서 형성되는 잉여 돌출물에 의해 피우치형 전지의 내압성이 저하되는 문제를 해결할 수 있는 밀봉장치에 관한 것이다.
모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가하고, 또한 화석연료를 대체할 에너지원으로서의 이차전지 수요가 급격히 증가하고 있으며, 이에 따라 다양한 요구에 부응할 수 있는 이차전지에 대한 많은 연구가 행해지고 있다.
이차전지를 전지케이스의 형상면에서 보면, 대표적으로 전극조립체가 각각 원통형과 각형의 금속 캔에 내장되어 있는 원통형 전지 및 각형 전지와, 전극조립체가 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치형 케이스에 내장되어 있는 파우치형 전지로 분류된다. 그리고, 재료 면에서는 높은 에너지 밀도, 방전 전압, 출력 안정성 측면에서 우수한 리튬이온 전지, 리튬이온 폴리머 전지 등과 같은 리튬 이차전지에 대한 수요가 높다.
이중에서 파우치형 전지는 형상 면에서는 얇은 두께로 이루어져 있고, 적층 배열이 용이하며, 형상을 일부 변형할 수 있다는 이점으로 인해 그 수요가 높다. 파우치형 전지는 전극조립체의 수납이 가능한 파우치 형태의 라미네이트 시트에 전극조립체와 전해액이 내장된 구조로 이루어져 있으며, 라미네이트 시트의 수지층은 열에 의한 융착이 가능한 특징이 있다.
파우치형 전지는 전극조립체가 외부로 노출되지 않고 전해액의 누출이 없도록 전지케이스 둘레를 따라 상하로 중첩된 파우치에 열과 압력을 가하여 밀봉처리하는 열융착이 수행된다. 그런데, 도 1과 같이, 라미네이트 시트의 열융착 밀봉시에 파우치의 내부 절연층을 이루는 열가소성 수지가 용융되어 밀려나와 굳으면서 잉여 돌출물이 형성되는 일이 많다. 잉여 돌출물은 피우치형 전지의 내부에 생기는데, 잉여 돌출물은 중첩된 라미네이트 시트와의 경계에 틈을 만든다.
파우치형 전지 내부에서는 전극조립체와 전해액에 의한 전기화학 반응 중에 가스가 발생하는데, 잉여 돌출물로 만들어진 좁은 틈에 가스의 압력이 집중되는 구조로 인해 밀봉된 파우치형 전지의 내압성능이 저하된다. 이에 따라, 열융착 밀봉된 파우치의 접합부분이 압력에 견디지 못해 연신되어 파단됨으로써 밀봉부가 열리는 문제가 발생하기 쉽다.
대한민국 등록특허 제10-1947149호(2019.02.01 등록)
본 발명은 파우치형 전지의 열융착 밀봉시, 파우치의 내부 절연층을 이루는 열가소성 수지가 용융 후 굳으면서 형성되는 잉여 돌출물에 의해 피우치형 전지의 내압성이 저하되는 문제를 해결할 수 있는 밀봉장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명은 상부 파우치와 하부 파우치 사이에 전극 조립체가 수납된 상태에서, 상기 전극 조립체가 수납된 수납영역의 외측을 실링하는 밀봉장치에 관한 것이다. 하나의 예에서, 본 발명은, 상부 파우치 및 하부 파우치가 적층된 구조를 일면에서 가압 및 가열하도록 외곽에 배치되는 제1 실링부와, 상기 제1 실링부를 따라 상기 수납영역 쪽의 내측으로 병렬 배치되는 제1 단열부를 포함하는 제1 실링블록; 및 상부 파우치 및 하부 파우치가 적층된 구조를 타면에서 가압 및 가열하도록 외곽에 배치되는 제2 실링부와, 상기 제2 실링부를 따라 상기 수납영역 쪽의 내측으로 병렬 배치되는 제2 단열부를 포함하는 제2 실링블록;을 포함하고, 상기 제1 및 제2 단열부는 상부 및 하부 파우치가 적층된 구조를 서로 가압하고, 또한 상기 제1 및 제2 단열부의 적어도 일부 영역은 상기 상부 및 하부 파우치의 내부 절연층을 이루는 열가소성 수지의 용융점 미만의 저온영역을 형성한다.
여기서, 상기 열가소성 수지는, 상기 제1 및 제2 실링부의 가압 및 가열에 의해 용융되어 상기 제1 및 제2 단열부로 유입되었다가 상기 저온영역에서 고화된다.
실시형태에 따라서는, 상기 제1 단열부와 제2 단열부 중의 적어도 어느 하나에는 오목한 리저버가 형성될 수 있다.
그리고, 상기 리저버의 적어도 일부 영역은 상기 상부 및 하부 파우치의 내부 절연층을 이루는 열가소성 수지의 용융점 미만의 저온영역을 형성한다.
구체적인 실시예에서, 상기 제1 단열부와 제2 단열부에는 각각 오목한 제1 리저버와 제2 리저버가 형성되며, 나아가 상기 제1 리저버와 제2 리저버는 상기 제1 단열부와 제2 단열부 사이의 경계면을 따라 거울대칭을 이룰 수 있다.
그리고, 상기 전극 조립체의 수납영역을 향하는 상기 리저버의 단부 모서리는 수렴하는 닫힌 형태를 이룰 수 있다.
또 다른 예에서, 상기 제1 단열부와 제2 단열부의 적어도 어느 하나는 냉각유체가 흐르는 냉각유로를 구비할 수 있다.
이에 따라, 상기 냉각유로 주변의 냉각영역에 상기 저온영역이 형성될 수 있다.
한편, 상기와 같은 구성을 구비한 밀봉장치에 의하면, 전극조립체; 및 상부 파우치와 하부 파우치 사이에 상기 전극조립체를 수납하는 수납영역을 구비하고, 테두리가 열융착으로 밀봉된 파우치형 전지케이스;를 포함하고, 상기 상부 파우치와 하부 파우치는 각각 알루미늄 박막층, 상기 알루미늄 박막층에 대해 상기 전극조립체와 대면하는 내측에 형성된 제1 수지층, 및 상기 알루미늄 박막층에 대해 외측에 형성된 제2 수지층을 포함하는 3층 구조이며, 상기 상부 파우치와 하부 파우치의 내측 열융착 테두리 바깥에는 상기 제1 수지층이 용융 후 고화된 잉여 돌출물이 형성되지 않은 것을 특징으로 하는 파우치형 전지를 제공할 수 있다.
또한, 실시형태에 따라서는, 상기 상부 파우치와 하부 파우치의 내측 열융착 테두리 내부에는 상기 제1 수지층이 용융 후 고화된 잉여 수지체가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 파우치형 전지를 제공할 수도 있다.
여기서, 상기 잉여 수지체는, 상기 전극 조립체의 수납영역을 향하는 단부 모서리가 수렴하는 형태를 이룰 수 있다.
상기와 같은 구성을 구비한 본 발명의 밀봉장치는, 실링부와 수납영역 사이에 단열부를 구비함에 따라, 파우치를 구성하는 라미네이트 시트의 열융착 밀봉시에 파우치의 내부 절연층을 이루는 열가소성 수지가 용융되어 열융착 테두리 바깥으로 밀려나와 잉여 돌출물이 형성되는 문제를 방지할 수 있다. 이에 따라, 파우치형 전지의 내압성능이 온전히 유지된다.
그리고, 본 발명의 밀봉장치는 단열부 안에 냉각유체가 흐르는 냉각유로를 구비함으로써, 자연적으로 단열부에 저온영역이 형성되지 않는 경우에도 강제냉각을 통해 단열부 내에 저온영역을 형성시킬 수 있다. 이에 따라, 본 발명의 밀봉장치는 단열부 안에서 용융된 내부 절연층을 더욱 확실하게 응고시킬 수 있고, 밀봉공정에 다소의 설계변경이 생기더라도 유연한 대응이 가능하다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 아래의 상세한 설명으로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 종래의 파우치형 전지 내부에 잉여 돌출물이 형성된 상태를 도시한 도면.
도 2는 본 발명에 따른 파우치형 전지의 밀봉장치를 도시한 도면.
도 3은 도 2의 "A" 부분을 확대도시한 도면.
도 4는 본 발명에 따른 밀봉장치의 제2 실시형태를 도시한 도면.
도 5는 도 4의 밀봉장치에 의해 형성된 상부 및 하부 파우치의 접합구조를 도시한 도면.
도 6은 본 발명에 따른 밀봉장치의 제3 실시형태를 도시한 도면.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 이하에서 상세하게 설명하고자 한다.
그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
또한, 본 발명에서, 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "상에" 있다고 기재된 경우, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "하에" 있다고 기재된 경우, 이는 다른 부분 "바로 아래에" 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 또한, 본 출원에서 "상에" 배치된다고 하는 것은 상부뿐만 아니라 하부에 배치되는 경우도 포함하는 것일 수 있다.
본 발명은 상부 파우치와 하부 파우치 사이에 전극 조립체가 수납된 상태에서, 전극 조립체가 수납된 수납영역의 외측을 실링하는 밀봉장치에 관한 것이다.
하나의 예에서, 본 발명의 밀봉장치는, 제1 실링블록과 제2 실링블록을 포함하고, 제1 실링블록과 제2 실링블록은 상부 파우치와 하부 파우치가 중첩된 수납영역의 바깥쪽을 가압 및 가열하여 열융착 테두리를 형성함으로써 파우치형 전지를 밀봉한다.
제1 실링블록은, 상부 파우치 및 하부 파우치가 적층된 구조를 일면에서 가압 및 가열하도록 외곽에 배치되는 제1 실링부와, 상기 제1 실링부를 따라 상기 수납영역 쪽의 내측으로 병렬 배치되는 제1 단열부를 포함한다.
그리고, 제2 실링블록은, 상부 파우치 및 하부 파우치가 적층된 구조를 타면에서 가압 및 가열하도록 외곽에 배치되는 제2 실링부와, 상기 제2 실링부를 따라 상기 수납영역 쪽의 내측으로 병렬 배치되는 제2 단열부를 포함한다.
여기서, 상기 제1 및 제2 단열부는 상부 및 하부 파우치가 적층된 구조를 서로 가압하고, 또한 상기 제1 및 제2 단열부의 적어도 일부 영역은 상기 상부 및 하부 파우치의 내부 절연층을 이루는 열가소성 수지의 용융점 미만의 저온영역을 형성한다.
상기 제1 및 제2 단열부에 저온영역이 형성됨에 따라, 상부 및 하부 파우치의 열가소성 수지는 상기 제1 및 제2 실링부의 가압 및 가열에 의해 용융되어 상기 제1 및 제2 단열부로 유입되었다가 상기 저온영역에서 고화된다.
이와 같이, 본 발명의 밀봉장치는 실링부와 수납영역 사이에 단열부를 구비함에 따라, 파우치를 구성하는 라미네이트 시트의 열융착 밀봉시에 파우치의 내부 절연층을 이루는 열가소성 수지가 용융되어 열융착 테두리 바깥으로 밀려나와 잉여 돌출물이 형성되는 문제를 방지할 수 있고, 따라서 파우치형 전지의 내압성능이 온전히 유지된다.
이하에서는, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 밀봉장치의 구체적인 실시형태에 대해 상세히 설명한다.
[제1 실시형태]
도 2는 본 발명의 밀봉장치(10)를 도시한 도면이다. 도시된 바와 같이, 본 발명은 상부 파우치(311)와 하부 파우치(312) 사이에 전극 조립체(330)가 수납된 상태에서, 전극 조립체(330)가 수납된 수납영역(332)의 외측을 실링하는 밀봉장치(10)에 관한 것이다.
도 2에서, 파우치형 전지케이스(310)는 한 쌍의 오목한 수납영역(332)이 대칭으로 형성되어 있고, 그 가운데의 대칭선을 따라 반으로 접은 후에 그 테두리를 밀봉하는 하나의 실시형태가 예시적으로 도시되어 있다. 어떠한 형태의 파우치형 전지케이스(310)이든, 상부 파우치(311)와 하부 파우치(312)의 중첩된 테두리는 밀봉 처리되어야 하며, 이렇게 밀봉되야 할 파우치형 전지케이스(310)에는 본 발명이 적용될 수 있다.
참고로, 도 1 과 도 2는 활성화 공정을 거치기 전의 가스 포켓부를 구비한 전지케이스(310)를 예시적으로 도시한 것으로서, 본 발명의 밀봉장치(10)는 활성화 공정을 거쳐 가스를 배출한 후의 재실링 공정에도 적용될 수 있는 것은 물론이다.
본 발명의 밀봉장치(10)는, 제1 실링블록(100)과 제2 실링블록(200)을 포함하고, 제1 실링블록(100)과 제2 실링블록(200)은 상부 파우치(311)와 하부 파우치(312)가 중첩된 수납영역(332)의 바깥쪽을 가압 및 가열하여 열융착 테두리(SE)를 형성함으로써 파우치형 전지(300)를 밀봉한다. 도 2에는 열융착 테두리(SE)가 형성되어야 할 영역이 진하게 표시되어 있다.
제1 실링블록(100)은, 상부 파우치(311) 및 하부 파우치(312)가 적층된 구조를 일면에서 가압 및 가열하도록 외곽에 배치되는 제1 실링부(110)와, 제1 실링부(110)를 따라 수납영역(332) 쪽의 내측으로 병렬 배치되는 제1 단열부(120)를 포함한다.
제1 실링부(110)는 상부 파우치(311)와 하부 파우치(312)의 테두리를 열융착하는 부분으로서, 상부 및 하부 파우치(311, 312)의 내부 절연층(320)을 이루는 열가소성 수지의 용융점을 초과하는 온도로 발열하고, 적절한 압력을 가하여 상부 및 하부 파우치(311, 312)의 용융된 내부 절연층(320)을 접합하는 역할을 한다.
그리고, 제1 단열부(120)는, 인접한 제1 실링부(110)에서 발생한 열이 전극 조립체(330)의 수납영역(332) 쪽, 즉 전지케이스(310)의 안쪽으로 전달되는 것을 차폐하는 역할을 한다. 따라서, 제1 단열부(120) 내부의 온도구배는, 제1 실링부(110)에서 수납영역(332) 쪽을 향해 점차로 감소하게 된다.
하나의 실시형태로서, 제1 실링부(110)와 제1 단열부(120)가 하나의 몸체로 결합한 구조를 이룸으로써, 제1 실링블록(100)이 상부 파우치(311)를 향해 승강할 때 함께 움직이도록 하는 것이 바람직할 수 있다.
제2 실링블록(200)은 제1 실링블록(100)에 대응하는 구성을 구비한다. 즉, 제2 실링블록(200)은, 상부 파우치(311) 및 하부 파우치(312)가 적층된 구조 사이에 두고 제1 실링블록(100)과 대면하는 타면에서 가압 및 가열하도록 외곽에 배치되는 제2 실링부(210)와, 제2 실링부(210)를 따라 수납영역(332) 쪽의 내측으로 병렬 배치되는 제2 단열부(220)를 포함한다. 제2 실링부(210)와 제2 단열부(220)의 구성은, 전술한 제1 실링부(110)와 제1 단열부(120)의 구성에 대응하므로, 중복되는 설명은 생략한다.
여기서, 제1 및 제2 단열부(120, 220)는 상부 및 하부 파우치(311, 312)가 적층된 구조를 서로 가압하는데, 제1 및 제2 실링부(110, 210)와는 다르게, 발열하지는 않는다. 그리고, 제1 및 제2 단열부(120, 220) 내부의 온도구배는 제1 및 제2 실링부(110, 210)에서 수납영역(332) 쪽을 향해 점차로 감소하는데, 특히 제1 및 제2 단열부(120, 220)의 적어도 일부 영역은 상부 및 하부 파우치(311, 312)의 내부 절연층(320)을 이루는 열가소성 수지의 용융점 미만의 저온영역(CR)을 형성한다. 제1 및 제2 단열부(120, 220) 내부의 온도구배에 따라, 저온영역(CR)은 수납영역(332) 쪽에 위치한다.
도 3은 도 2의 "A" 부분을 확대도시한 도면이다. 도 3에 도시된 예에서, 상부 파우치(311)와 하부 파우치(312)는 각각 알루미늄 박막층(321), 알루미늄 박막층(321)에 대해 전극조립체와 대면하는 내측에 형성된 제1 수지층(320), 및 알루미늄 박막층(321)에 대해 외측에 형성된 제2 수지층(322)을 포함하는 3층 구조일 수 있다(도 1 참조).
여기서, 제1 수지층(320)은 내부 절연층(320)을 이루는 열가소성 수지로서 폴리프로필렌(PP) 수지로 이루어질 수 있고, 제2 수지층(322)은 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 수지를 포함(나일론 등 추가 가능)할 수 있다.
제1 수지층(320)은 상부 및 하부 파우치(311, 312)의 견고한 융착을 위해 제2 수지층(322)에 비해 용융점이 더 낮다. 예를 들어, 폴리프로필렌(PP) 수지는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 수지에 비해 그 용융점이 약 100
Figure pat00001
정도 낮다.
본 발명의 밀봉장치(10)는 제1 및 제2 단열부(120, 220)에 저온영역(CR)이 형성됨에 따라, 상부 및 하부 파우치(311, 312)의 열가소성 수지는 제1 및 제2 실링부(110, 210)의 가압 및 가열에 의해 용융되어 제1 및 제2 단열부(120, 220)로 유입되었다가 저온영역(CR)에서 고화된다.
따라서, 본 발명의 밀봉장치(10)에 의하면, 제1 및 제2 단열부(120, 220) 바깥으로 열가소성 수지가 고화된 잉여 돌출물(340)이 형성되지 않는다. 다시 말해, 제1 및 제2 단열부(120, 220)에 형성된 저온영역(CR)이 열가소성 수지의 고화 작용을 제1 및 제2 실링블록(100, 200) 내부에서 미리 일으킴으로써, 용융된 열가소성 수지가 열융착 테두리(SE) 바깥으로 밀려나가는 것을 방지하게 된다.
이와 같이, 본 발명의 밀봉장치(10)는 실링부와 수납영역(332) 사이에 단열부를 구비함에 따라, 파우치를 구성하는 라미네이트 시트의 열융착 밀봉시에 파우치의 내부 절연층(320)을 이루는 열가소성 수지가 용융되어 열융착 테두리(SE) 바깥으로 밀려나와 잉여 돌출물(340)이 형성되는 문제를 방지할 수 있고, 따라서 파우치형 전지(300)의 내압성능이 온전히 유지된다.
[제2 실시형태]
도 4는 본 발명에 따른 밀봉장치(10)의 제2 실시형태를 도시한 도면이다. 도 4를 참조하면, 제1 실링블록(100)의 제1 단열부(120)와 제2 실링블록(200)의 제2 단열부(220) 중의 적어도 어느 하나에는 오목한 리저버(130, 230)가 형성되어 있다. 도 4의 (a)는 제1 실링블록(100)의 제1 단열부(120)에만 제1 리저버(130)가 형성된 예를, 그리고 도 4의 (b)는 제1 단열부(120) 및 제2 단열부(220)에 각각 제1 및 제2 리저버(130, 230)가 형성된 예를 보여준다. 제2 실링블록(200)의 제2 단열부(220)에만 제2 리저버(230)가 형성되는 구성은 도 4의 (a)에 대응하기에 도면에서는 생략되었다.
제1 단열부(120) 및/또는 제2 단열부(220)에 형성된 오목한 리저버(130, 230)는 상부 및 하부 파우치(311, 312)의 내부 절연층(320)을 이루는 열가소성 수지, 구체적인 실시형태에서는 알루미늄 박막층(321) 내측의 폴리프로필렌(PP) 제1 수지층(320)이 열융착 과정 중에 용융되어 바깥으로 빠져나가는 것을 방지하기 위한 공간으로서 마련된 것이다.
다시 말해, 상부 및 하부 파우치(311, 312)의 내부 절연층(320)이 제1 및 제2 실링부(110, 210)에 의해 가열되어 용융물을 형성하고, 용융물이 유동하여 전지케이스(310)의 내측 열융착 테두리(SE) 바깥으로 빠져나가기 전에 일정 용량의 용융물이 저류할 수 있는 공간을 오목한 리저부가 제공하도록 한 것이 제2 실시형태이다. 제2 실시형태는 대형 파우치형 전지의 경우처럼 열융착 테두리(SE)의 면적이 넓거나 파우치가 두꺼워 제1 수지층(320)의 부피가 큰 경우에 적합한 실시형태라 할 수 있다.
도 5는 도 4의 밀봉장치(10)에 의해 형성된 상부 및 하부 파우치(311, 312)의 접합구조를 도시한 도면이다. 제2 실시형태에서는 리저버(130, 230)의 적어도 일부 영역이 상부 및 하부 파우치(311, 312)의 내부 절연층(320)을 이루는 열가소성 수지의 용융점 미만의 저온영역(CR)을 형성한다. 제1 및 제2 단열부(120, 220)는 가압하지만 발열하지는 않고 그 내부의 온도구배는 제1 및 제2 실링부(110, 210)에서 수납영역(332) 쪽을 향해 점차로 감소하는 온도 프로파일을 형성하므로, 저온영역(CR)은 내측의 수납영역(332)에 인접한 리저버(130, 230)의 단부 영역에 형성된다.
상부 및 하부 파우치(311, 312)의 내부 절연층(320)이 녹은 용융물은 리저버(130, 230) 단부의 저온영역(CR)에서 고화되고, 이렇게 다시 응고된 내부 절연층(320)은 용융물이 리저버(130, 230)를 빠져나가는 것을 막는 일종의 마개 역할을 한다. 따라서, 상부 및 하부 파우치(311, 312)의 내부 절연층(320)이 제1 및 제2 실링부(110, 210)가 형성한 열융착 테두리(SE) 바깥에서 다시 고화된 덩어리를 잉여 수지체(350)라 한다면, 제2 실시형태에서는 전지케이스(310)의 내부 열융착 테두리(SE) 안에 잉여 수지체(350)가 매립된 형태를 가지게 된다.
여기서, 본래의 열융착 테두리(SE)는 제1 및 제2 실링부(110, 210)의 가열 및 가압에 의해 형성되는 것이지만, 본 발명에서는 용융된 제1 수지층(320)이 제1 및 제2 단열부(120, 220) 안에서 다시 응고하면서 상부 및 하부 파우치(311, 312)가 융착하는 현상이 일어나므로, 잉여 수지체(350)가 매립된 부분도 넓은 의미에서의 열융착 테두리(SE)라 지칭하고 있음을 이해할 필요가 있다.
그리고, 도 5의 실시예는 제1 단열부(120)와 제2 단열부(220)에 각각 오목한 제1 리저버(130)와 제2 리저버(230)가 형성되고, 제1 리저버(130)와 제2 리저버(230)가 제1 단열부(120)와 제2 단열부(220) 사이의 경계면을 따라 거울대칭을 이루고 있다. 열융착 테두리(SE)가 균일한 접합강도를 갖도록 하기 위해서는, 제1 리저버(130)와 제2 리저버(230)가 대칭형태를 이루는 것이 바람직하다.
그리고, 전극 조립체(330)의 수납영역(332)을 향하는 리저버(130, 230)의 단부 모서리는 수렴하는 닫힌 형태를 이루고 있으며, 이에 따라 제1 수지층(320)이 용융 후 고화된 잉여 수지체(350) 역시 전극 조립체(330) 쪽의 단부 모서리가 수렴하는 예각 형태를 이루고 있다. 잉여 수지체(350)가 볼록렌즈에 유사한 형태를 이룸에 따라, 내부 열융착 테두리(SE)에 작용하는 가스 내압에 의해 접합부분이 압력에 견디지 못해 연신되어 파단되는 문제가 현저히 개선된다.
[제3 실시형태]
도 6은 본 발명의 제3 실시형태를 도시한 것으로서, 제1 단열부(120)와 제2 단열부(220)의 적어도 어느 하나에는 냉각유체가 흐르는 냉각유로(140, 240)가 구비되어 있다.
제3 실시형태는 제1 단열부(120)와 제2 단열부(220)에 자연적으로 상부 및 하부 파우치(311, 312)의 내부 절연층(320)을 이루는 열가소성 수지의 용융점 미만의 저온영역(CR)이 형성되지 않는 경우에 적합한 것이다. 제1 및 제2 단열부(120, 220)의 크기가 작거나 제1 및 제2 실링부(110, 210)의 가열온도가 높거나 하는 등의 이유로 제1 단열부(120)와 제2 단열부(220) 내부의 온도구배로는 저온영역(CR)이 형성되지 못할 수도 있다. 이런 경우에는, 강제냉각을 통해 의도적으로 제1 단열부(120)와 제2 단열부(220) 내에 저온영역(CR)을 형성시키는 것이 필요하다.
도 6의 (a)는 제1 실시형태에 대해, 그리고 도 6의 (b)는 제2 실시형태에 대해 냉각유로(140, 240)를 형성한 예를 도시하고 있다. 냉각유로(140, 240)를 흐르는 냉각수 또는 냉각유 등의 냉각유체가 근처의 열을 흡수함에 따라, 냉각유로(140, 240) 주변의 냉각영역에 저온영역(CR)이 형성된다.
제3 실시형태는 용융된 제1 수지층(320)이 제1 및 제2 단열부(120, 220) 안에서 응고하는 것을 더욱 확실히 보장할 수 있고, 따라서 밀봉공정에 다소의 설계변경이 생기더라도 밀봉장치(10)의 대폭적인 변경 없이 유연하게 대응할 수 있다는 데에도 이점을 가진다.
이상, 도면과 실시예 등을 통해 본 발명을 보다 상세히 설명하였다. 그러나, 본 명세서에 기재된 도면 또는 실시예 등에 기재된 구성은 본 발명의 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
10: 밀봉장치 100: 제1 실링블록
110: 제1 실링부 120: 제1 단열부
130: 제1 리저버 200: 제2 실링블록
210: 제2 실링부 220: 제2 단열부
230: 제2 리저버 140, 240: 냉각유로
300: 파우치형 전지 310: 전지케이스
311: 상부 파우치 312: 하부 파우치
320: 제1 수지층(내부 절연층) 321: 알루미늄 박막층
322: 제2 수지층 330: 전극 조립체
332: 수납영역 340: 잉여 돌출물
350: 잉여 수지체 CR: 저온영역
SE: 열융착 테두리

Claims (12)

  1. 상부 파우치와 하부 파우치 사이에 전극 조립체가 수납된 상태에서, 상기 전극 조립체가 수납된 수납영역의 외측을 실링하는 밀봉장치에 있어서,
    상부 파우치 및 하부 파우치가 적층된 구조를 일면에서 가압 및 가열하도록 외곽에 배치되는 제1 실링부와, 상기 제1 실링부를 따라 상기 수납영역 쪽의 내측으로 병렬 배치되는 제1 단열부를 포함하는 제1 실링블록; 및
    상부 파우치 및 하부 파우치가 적층된 구조를 타면에서 가압 및 가열하도록 외곽에 배치되는 제2 실링부와, 상기 제2 실링부를 따라 상기 수납영역 쪽의 내측으로 병렬 배치되는 제2 단열부를 포함하는 제2 실링블록;
    을 포함하고,
    상기 제1 및 제2 단열부는 상부 및 하부 파우치가 적층된 구조를 서로 가압하고, 또한 상기 제1 및 제2 단열부의 적어도 일부 영역은 상기 상부 및 하부 파우치의 내부 절연층을 이루는 열가소성 수지의 용융점 미만의 저온영역을 형성하는 것을 특징으로 하는 파우치형 전지의 밀봉장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 열가소성 수지는, 상기 제1 및 제2 실링부의 가압 및 가열에 의해 용융되어 상기 제1 및 제2 단열부로 유입되었다가 상기 저온영역에서 고화되는 것을 특징으로 하는 파우치형 전지의 밀봉장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1 단열부와 제2 단열부 중의 적어도 어느 하나에는 오목한 리저버가 형성되는 것을 특징으로 하는 파우치형 전지의 밀봉장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 리저버의 적어도 일부 영역은 상기 상부 및 하부 파우치의 내부 절연층을 이루는 열가소성 수지의 용융점 미만의 저온영역을 형성하는 것을 특징으로 하는 파우치형 전지의 밀봉장치.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 제1 단열부와 제2 단열부에는 각각 오목한 제1 리저버와 제2 리저버가 형성되는 것을 특징으로 하는 파우치형 전지의 밀봉장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제1 리저버와 제2 리저버는, 상기 제1 단열부와 제2 단열부 사이의 경계면을 따라 거울대칭을 이루는 것을 특징으로 하는 파우치형 전지의 밀봉장치.
  7. 제3항에 있어서,
    상기 전극 조립체의 수납영역을 향하는 상기 리저버의 단부 모서리는 수렴하는 닫힌 형태를 이루는 것을 특징으로 하는 파우치형 전지의 밀봉장치.
  8. 제1항 또는 제4항에 있어서,
    상기 제1 단열부와 제2 단열부의 적어도 어느 하나는 냉각유체가 흐르는 냉각유로를 구비하는 것을 특징으로 하는 파우치형 전지의 밀봉장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 냉각유로 주변의 냉각영역에 상기 저온영역이 형성되는 것을 특징으로 하는 파우치형 전지의 밀봉장치.
  10. 전극조립체; 및
    상부 파우치와 하부 파우치 사이에 상기 전극조립체를 수납하는 수납영역을 구비하고, 테두리가 열융착으로 밀봉된 파우치형 전지케이스;
    를 포함하고,
    상기 상부 파우치와 하부 파우치는 각각 알루미늄 박막층, 상기 알루미늄 박막층에 대해 상기 전극조립체와 대면하는 내측에 형성된 제1 수지층, 및 상기 알루미늄 박막층에 대해 외측에 형성된 제2 수지층을 포함하는 3층 구조이고,
    상기 상부 파우치와 하부 파우치의 내측 열융착 테두리 바깥에는 상기 제1 수지층이 용융 후 고화된 잉여 돌출물이 형성되지 않은 것을 특징으로 하는 파우치형 전지.
  11. 전극조립체; 및
    상부 파우치와 하부 파우치 사이에 상기 전극조립체를 수납하는 수납영역을 구비하고, 테두리가 열융착으로 밀봉된 파우치형 전지케이스;
    를 포함하고,
    상기 상부 파우치와 하부 파우치는 각각 알루미늄 박막층, 상기 알루미늄 박막층에 대해 상기 전극조립체와 대면하는 내측에 형성된 제1 수지층, 및 상기 알루미늄 박막층에 대해 외측에 형성된 제2 수지층을 포함하는 3층 구조이고,
    상기 상부 파우치와 하부 파우치의 내측 열융착 테두리 내부에는 상기 제1 수지층이 용융 후 고화된 잉여 수지체가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 파우치형 전지.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 잉여 수지체는, 상기 전극 조립체의 수납영역을 향하는 단부 모서리가 수렴하는 형태를 이루는 것을 특징으로 하는 파우치형 전지.
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