KR20230173382A - 이종의 라미네이트 시트로 이루어진 파우치형 전지케이스 및 이를 이용한 파우치형 전지셀 제조방법 - Google Patents

이종의 라미네이트 시트로 이루어진 파우치형 전지케이스 및 이를 이용한 파우치형 전지셀 제조방법 Download PDF

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우민기
안창범
최병만
정재봉
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주식회사 엘지에너지솔루션
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Abstract

본 발명은 이종의 라미네이트 시트로 이루어진 파우치형 전지케이스 및 이를 이용한 파우치형 전지셀 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 셀 조립체를 수용할 수 있도록 포켓부가 형성되며 3면 또는 4면이 실링되는 파우치 케이스; 및 상기 케이스의 양측 가장자리에서 연장되어 디개싱 과정시 가스를 포집하는 한 쌍의 보조 시트를 포함하되, 상기 한 쌍의 보조 시트 중 어느 하나 이상은 상기 파우치 케이스와 소재가 상이한 것을 특징으로 하는 파우치형 전지케이스 및 이를 이용한 파우치형 전지셀 제조방법에 관한 것이다.

Description

이종의 라미네이트 시트로 이루어진 파우치형 전지케이스 및 이를 이용한 파우치형 전지셀 제조방법{Pouch-type battery case consisting of heterogeneous laminated sheets and manufacturing method of pouch-type battery cell using the same}
본 발명은 이종의 라미네이트 시트로 이루어진 파우치형 전지케이스 및 이를 이용한 파우치형 전지셀 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 셀 조립체를 수납하는 케이스는 내부 접착층, 금속층, 및 외부 피복층 순으로 적층된 라미네이트 시트인 반면, 디가싱 공정시 가스를 포집하는 보조시트는 금속층이 없는 라미네이트 시트로 구성되어 있는 이종의 라미네이트 시트로 이루어진 파우치형 전지케이스 및 이를 이용한 파우치형 전지셀 제조방법에 관한 것이다.
최근 화석연료의 사용에 따른 대기오염, 에너지 고갈로 인한 대체에너지 개발로 인해 생산된 전기 에너지를 저장할 수 있는 이차전지에 관한 수요가 증가하고 있다. 충방전이 가능한 이차전지는 모바일 기기, 전기 자동차, 하이브리드 전기자동차 등에 사용되는 등 일상생활에 밀접하게 사용되고 있다.
현대사회에서 필수불가결하게 사용되고 있는 각종 전자기기의 에너지원으로 사용되고 있는 이차전지는 모바일 기기의 사용량 증가 및 복잡화, 전기 자동차 등의 개발로 인해 요구되는 용량이 증가되고 있다. 사용자의 수요를 충족시키기 위해 소형 기기에는 다수의 전지 셀을 배치하고 있으나, 자동차 등에는 다수개의 전지 셀을 전기적으로 연결하는 전지 모듈 또는 이러한 전지 모듈을 다수 구비한 전지 팩이 사용된다.
일반적으로, 이차전지는 전극과 분리막이 교대로 적층되는 셀 조립체가 금속 캔에 내장되는 캔형 전지 셀과 파우치에 내장되는 파우치형 전지 셀로 구분된다. 이중, 파우치형 전지 셀이 과충전 되거나, 고온에 노출 또는 내부 단락 등이 발생되었을 때, 전해질의 분해로 인한 다량의 가스가 발생하면서 파우치형 케이스가 부풀어 오르는 스웰링(Swelling) 현상이 발생한다.
이러한, 스웰링 현상은 가스로 인해 파우치형 케이스의 중앙 부위가 부풀어 오르면서 전지 셀의 변형을 유발하고 그로 인해 단락이 발생하거나, 심한 경우 밀봉된 케이스 내부에 고압을 유발시켜 전해질 분해를 더욱 촉진하여 폭발을 초래하는 문제점이 발생될 수 있다.
이를 방지하기 위해, 파우치형 전지 셀의 제조 과정에서 디가싱(degassing)하는 공정이 필수적으로 행해진다. 디가싱 공정을 위해서는, 셀 조립체를 수용하는 수용부 뿐만 아니라 셀 조립체 포켓부에서 발생한 가스를 포집하는 별도의 가스 포집부를 추가로 구성하지만, 가스 포집부는 완제품 전지 셀에서는 불필요하기 때문에 가스 포집이 완료되면 수용부로부터 제거된다.
한편, 일반적인 이차전지용 파우치 필름(일명 '라미네이트 시트'라고도 도 함)은 기계적 유연성과 강도, 산소와 수증기에 대한 차단 특성, 전해액에 대한 내화학성, 및 전기 절연성을 확보하기 위해 내부 수지층, 금속층 및 외부 수지층이 순차적으로 적층되며, 필요에 따라서는 나일론층을 추가로 구비한다.
특히 금속층은 값비싼 알루미늄을 사용하기 때문에 셀 조립체를 수용하는 케이스와 디가싱을 위한 가스 포집부를 동일한 소재로 사용하게 되면 제조비용이 크게 증가한다는 문제점이 있다.
이와 관련하여 도 1에는 셀 조립체 수용부를 구성하는 파우치 필름(10)은 제1 파우치 필름(11)과 제2 파우치 필름(12)로 이루어지며, 이들은 제1 열융착층, 제1a 접착층, 제1 금속층, 제1b 접착층 및 제1 절연층 순으로 적층되어 있다. 하지만 가스 포켓부(20)의 파우치 필름(21, 22)은 제2 열융착층, 제2 금속층 및 제2 절연층이 순차적으로 적층되는 3층 구조이어서, 금속층으로 인해 여전히 비용이 많이 든다는 문제점이 있다.
한국공개특허공보 제2021-0158650호
상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명에서는 가스 포집부를 구성하는 라미네이트 시트에서 금속층을 배제함으로써 파우치형 전지 셀의 제조비용을 줄일 수 있는 이종의 라미네이트 시트로 이루어진 파우치형 전지케이스 및 이를 이용한 파우치형 전지셀 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한 본 발명에서는 가스 포집부가 금속층을 구비하지 않더라도 전해액 주액 시 최대한 외형을 유지할 수 있어 전해액의 주입이 용이한 이종의 라미네이트 시트로 이루어진 파우치형 전지케이스 및 이를 이용한 파우치형 전지셀 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 파우치형 전지케이스는, 셀 조립체(300)를 수용할 수 있도록 포켓부가 형성되며 3면 또는 4면이 실링되는 파우치 케이스(100); 및 상기 케이스(100)의 양측 가장자리에서 연장되어 디개싱 과정시 가스를 포집하는 한 쌍의 보조 시트(200)를 포함하되, 상기 한 쌍의 보조 시트(200) 중 어느 하나 이상은 상기 파우치 케이스(100)와 소재가 상이한 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 따른 파우치형 전지케이스에서, 상기 파우치 케이스(100)는 제1 케이스(110) 및 상기 제1 케이스(100)의 일측 가장자리와 연결된 제2 케이스(120)를 포함하되, 상기 제1 케이스(110)는 제1 내부 접착층(110(a)), 제1 금속층(110(b)), 및 제1 외부 피복층(110(d)) 순으로 적층된 라미네이트 구조이며, 상기 제2 케이스(120)는 제2 내부 접착층(120(a)), 제2 금속층(120(b)), 및 제2 외부 피복층(120(d)) 순으로 적층된 라미네이트 구조이고, 상기 한 쌍의 보조 시트(200)는 상기 제1 케이스(110)의 일측 가장자리와 연결되는 제1 보조시트(210), 및 상기 제2 케이스(120) 일측 가장자리와 연결되는 제2 보조 시트(220)를 포함하되, 상기 제1 보조시트(210)는 제3 내부 접착층(210(a)) 및 상기 제3 내부 접착층(210(a))과 접하고 있는 제3 외부 피복층(210(b)) 순으로 적층된 라미네이트 구조인 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 따른 파우치형 전지케이스에서, 상기 제1 케이스(110)의 제1 내부 접착층(110(a))과 상기 제1 보조시트(210)의 제3 내부 접착층(210(a))이 서로 융착되어 상기 제1 케이스(110)과 제1 보조시트(210)가 연결되며, 상기 제1 내부 접착층(110(a))과 제3 내부 접착층(210(a))은 동일한 소재인 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 따른 파우치형 전지케이스에서, 상기 제1 케이스(110)와 제1 보조시트(210)는 두께가 동일한 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 따른 파우치형 전지케이스에서, 상기 제1 보조시트(210)의 제3 외부 피복층(210(b))에는 상기 제1 케이스(110)를 향하는 방향으로 하나 이상의 제1 보강부(213)가 구비되어 있는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 따른 파우치형 전지케이스에서, 상기 제1 보조시트(210)의 제3 내부 접착층(210(a)), 제3 외부 피복층(210(b)) 및 제1 보강부(213)의 총 두께는 상기 제1 케이스(110)의 두께와 동일한 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 따른 파우치형 전지케이스에서, 상기 파우치 케이스(100)는 제1 케이스(110) 및 상기 제1 케이스(100)의 일측 가장자리와 연결된 제2 케이스(120)를 포함하되, 상기 제1 케이스(110)는 제1 내부 접착층(110(a)), 제1 금속층(110(b)), 및 제1 외부 피복층(110(d)) 순으로 적층된 라미네이트 구조이며, 상기 제2 케이스(120)는 제2 내부 접착층(120(a)), 제2 금속층(120(b)), 및 제2 외부 피복층(120(d)) 순으로 적층된 라미네이트 구조이고, 상기 한 쌍의 보조 시트(200)는 상기 제1 케이스(110)의 일측 가장자리와 연결되는 제1 보조시트(210), 및 상기 제2 케이스(120) 일측 가장자리와 연결되는 제2 보조 시트(220)를 포함하되, 상기 제2 보조시트(220)는 제4 내부 접착층(220(a)) 및 상기 제4 내부 접착층(220(a))과 접하고 있는 제4 외부 피복층(220(b)) 순으로 적층된 라미네이트 구조인 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 따른 파우치형 전지케이스에서, 상기 제2 케이스(120)의 제2 내부 접착층(120(a))과 상기 제2 보조시트(220)의 제4 내부 접착층(220(a))이 서로 융착되어 상기 제2 케이스(120)와 제2 보조시트(220)가 연결되며, 상기 제2 내부 접착층(120(a))과 제4 내부 접착층(220(a))은 동일한 소재인 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 따른 파우치형 전지케이스에서, 상기 제2 케이스(120)와 제2 보조시트(220)는 두께가 동일한 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 따른 파우치형 전지케이스에서, 상기 제2 보조시트(220)의 제4 외부 피복층(220(b))에는 상기 제2 케이스(120)를 향하는 방향으로 하나 이상의 제2 보강부(223)가 구비되어 있는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 따른 파우치형 전지케이스에서, 상기 제2 보조시트(220)의 제4 내부 접착층(220(a)), 제4 외부 피복층(220(b)) 및 제2 보강부(223)의 총 두께는 상기 제2 케이스(120)의 두께와 동일한 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 따른 파우치형 전지셀 제조방법은 셀 조립체(300)를 수용할 수 있도록 포켓부가 형성된 파우치 케이스(100)를 준비하는 제1 단계; 상기 파우치 케이스(100)의 양측 가장자리에 한 쌍의 보조 시트(200)를 연결하는 제2 단계; 상기 파우치 케이스(100)의 포켓부에 셀 조립체(300)를 수납한 후, 일측 가장자리를 제외하고 나머지 가장자리를 실링하는 제3 단계; 상기 파우치 케이스(100) 안으로 전해액을 주액하는 제4 단계; 상기 파우치 케이스(100)의 모든 가장자리를 실링하여 밀봉하는 제5 단계; 충방전을 반복하면서 디가싱 과정을 수행하는 제6 단계; 및 상기 한 쌍의 보조 시트(200)를 제거한 후 밀봉하는 제7 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 따른 파우치형 전지셀 제조방법에서, 상기 파우치 케이스(100)는 내부 접착층, 금속층, 및 외부 피복층 순으로 적층된 라미네이트 구조이며, 상기 한 쌍의 보조 시트(200) 중 어느 하나 이상은 내부 접착층 및 상기 내부접착층과 접하고 있는 외부 피복층 순으로 적층된 라미네이트 구조이고, 상기 파우치 케이스(100)의 내부 접착층과 상기 보조 시트(200)의 내부 접착층이 융착되어, 상기 파우치 케이스(100)와 보조 시트(200)가 연결되는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에서는 전술한 파우치형 전지셀 제조방법으로 제조된 파우치형 전지셀을 제공하는 것을 특징으로 한다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 이종의 라미네이트 시트로 이루어진 파우치형 전지케이스 및 이를 이용한 파우치형 전지셀 제조방법에 의하면, 디가싱 공정시 가스를 포집하기 위한 보조시트는 금속층을 구비하고 있지 않기 때문에 제조 단가를 줄일 수 있다는 이점이 있다.
또한 본 발명에 따른 이종의 라미네이트 시트로 이루어진 파우치형 전지케이스 및 이를 이용한 파우치형 전지셀 제조방법에 의하면, 보조시트에 금속층이 없기 때문에 전해액의 주액이나 거동을 육안으로 쉽게 확인할 수 있어 예상하지 못하는 사고를 방지할 수 있다는 장점이 있다.
게다가 본 발명에 따른 이종의 라미네이트 시트로 이루어진 파우치형 전지케이스 및 이를 이용한 파우치형 전지셀 제조방법에 의하면, 지지대 역할을 할 수 있도록 보조시트에 보강부를 추가로 구비되어 있어, 내부 접착층과 외부 피복층의 사용량을 최소화하면서도 금속층의 부재로 인해 발생할 수 있는 처짐 현상 방지에 기여할 수 있다.
도 1은 종래기술에 따른 이차전지용 파우치의 셀 조립체 수용부와 가스 포켓부의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 제1 실시예에 따른 파우치형 전지셀의 분해사시도이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 제1 실시예에 따른 파우치형 전지케이스에서, 파우치 케이스와 보조시트의 라미네이트 구조를 보여주는 일 예이다.
도 4는 본 발명의 바람직한 제1 실시예에 따른 파우치형 전지케이스에서, 파우치 케이스와 보조시트의 라미네이트 구조를 보여주는 또다른 예이다.
도 5는 본 발명의 바람직한 제1 실시예에 따른 파우치형 전지케이스를 펼친 상태의 단면도이다.
도 6은 본 발명의 바람직한 제1 실시예에 따른 파우치형 전지케이스에 셀 조립체를 수납한 상태의 평면도이다.
도 7은 본 발명의 바람직한 제2 실시예에 따른 파우치형 전지셀의 분해사시도이다.
도 8은 본 발명의 바람직한 제2 실시예에 따른 파우치형 전지케이스에서, 파우치 케이스와 보조시트의 라미네이트 구조를 보여주는 일 예이다.
도 9은 본 발명의 바람직한 제1 실시예에 따른 파우치형 전지케이스를 사용하여 파우치형 전지셀을 제조하는 과정을 설명하기 위한 순서도이다.
도 10은 본 발명의 바람직한 제2 실시예에 따른 파우치형 전지케이스를 사용하여 파우치형 전지 셀의 제조 과정을 설명하기 위한 순서도이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 쉽게 실시할 수 있는 실시예를 상세히 설명한다. 다만, 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 동작 원리를 상세하게 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.
또한, 도면 전체에 걸쳐 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 사용한다. 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 연결되어 있다고 할 때, 이는 직접적으로 연결되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고, 간접적으로 연결되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 어떤 구성요소를 포함한다는 것은 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라, 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
이하, 본 발명에 따른 이종의 라미네이트 시트로 이루어진 파우치형 전지케이스 및 이를 이용한 파우치형 전지셀의 제조방법을 첨부한 도면들을 참고하면서 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 바람직한 제1 실시예에 따른 파우치형 전지 셀의 분해사시도이고, 도 3은 본 발명의 바람직한 제1 실시예에 따른 파우치형 전지케이스에서, 파우치 케이스와 보조시트의 라미네이트 구조를 보여주는 일 예이다.
도 2 및 3에 도시한 바와 같이, 본 발명의 제1실시예에 따른 파우치형 전지케이스는, 파우치 케이스(100)와 보조시트(200)를 포함하여 구성된다.
먼저, 파우치 케이스(100)는 제1 케이스(110)와 제2 케이스(120)로 이루어지는데, 셀 조립체(300)를 수용할 수 있도록 제1 케이스(110)에는 제1 포켓부(111)가 구비되는 한편, 제2 케이스(120)에는 제2 포켓부(121)가 구비된다. 물론 이들 도 2 및 3에서는 2개의 포켓부가 구비되는 것으로 도시하고 있지만, 제1 케이스(110)와 제2 케이스(120) 중 어느 하나의 케이스에만 포켓부가 구비될 수 있음은 자명하다.
또 제1 케이스(110)와 제2 케이스(120)는 하나의 라미네이트 시트에 포켓부를 형성한 후 폴딩되거나, 제1 케이스(110)와 제2 케이스(120)를 각각 별도 준비되어도 무방하다.
따라서 활성화공정이 완료된 후에는 제1 케이스(110)와 제2 케이스(120)는 3면 또는 4면이 실링되어 밀봉되는 것이다.
보조시트(200)는 디가싱 과정시에 가스를 포집하기 위한 것인데, 파우치 케이스(100)의 양측 가장자리에 위치한다. 구체적으로, 보조시트(200)는 제1 보조시트(210)와 제2 보조시트(220)로 이루어지며, 제1 보조시트(210)는 제1 케이스(110) 일측 가장자리, 그리고 제2 보조시트(220)는 제2 케이스(120) 일측 가장자리에 구비된다.
여기서, 파우치 케이스(100)와 보조시트(200)는 소재가 상이하다. 도 2의 a-a 단면 및 b-b 단면을 각각 보여주는 도 3(A)와 도 3(B)와 같이, 제1 케이스(110)는 위에서부터 제1 내부 접착층(110(a)), 제1 금속층(110(b)), 제1 나일론층(110(c)) 및 제1 외부 피복층(110(d)) 순으로 적층된 라미네이트 시트이다. 그리고 제2 케이스(120)는 위에서부터 제2 내부 접착층(120(a)), 제2 금속층(120(b)), 제2 나일론층(120(c)) 및 제2 외부 피복층(120(d)) 순으로 적층되어 있어, 파우치 케이스(100)를 구성하는 제1 케이스(110)와 제2 케이스(120)는 동일한 라미네이트 시트이다.
반면, 도 2의 c-c 단면 및 d-d 단면을 각각 보여주는 도 3(C)와 도 3(D)와 같이, 제1 보조시트(210)는 위에서부터 제3 내부 접착층(210(a)) 및 제3 내부 접착층(210(a))과 접하고 있는 제3 외부 피복층(210(b)) 순으로 적층된 라미네이트 시트이다. 그리고 제2 보조시트(220)는 위에서부터 제4 내부 접착층(220(a)) 및 제4 내부 접착층(220(a))과 접하고 있는 제4 외부 피복층(220(b))순으로 적층되어 있어, 보조시트(200)를 구성하는 제1 보조시트(210)와 제2 보조시트(220)는 동일한 라미네이트 시트이다.
하지만 제1 케이스(110) 및 제2 케이스(120)와는 달리, 디가싱 후 버려지는 제1 보조시트(210)와 제2 보조시트(220)에는 나일론층과 금속층이 구비되어 있지 않으며, 따라서 파우치형 전지의 제조비용을 절감할 수 있다.
게다가 금속층이 구비되어 있지 않기 때문에 가스를 포집하는 보조시트(200) 내부를 육안으로 관찰하는 것도 용이하다.
여기서, 내부 접착층은 셀 조립체와 직접적으로 접촉하므로 절연성과 내전해액성을 가져야 하고, 또 외부와의 밀폐를 위한 실링성 즉, 내부 접착층끼리 열 접착된 실링 부위는 우수한 열접착 강도를 가져야 한다. 이러한 내부층의 재료로는 내화학성이 우수하면서도 실링성이 좋은 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 폴리에틸렌아크릴산, 폴리부틸렌 등의 폴리올레핀계 수지, 폴리우레탄수지 및 폴리이미드수지로부터 선택될 수 있으나 이에 한정하지 않으며, 인장강도, 강성, 표면경도, 내충격 강도 등의 기계적 물성과 내화학성이 뛰어난 폴리프로필렌이 가장 바람직하다.
금속층은 외부로부터 수분이나 각종 가스가 전지 내부로 침투하는 것을 방지하는 배리어층에 해당되고, 이러한 금속층의 바람직한 재료로는 가벼우면서도 성형성이 우수한 알루미늄 막막을 사용할 수 있다.
그리고 외부 피복층은 전극조립체를 보호하면서 내열성과 내화학성을 확보할 수 있도록 인장강도, 투습 방지성 및 공기 투과 방지성이 우수한 내열성 폴리머를 사용할 수 있고, 일 예로 폴리에틸렌테레프탈레이트를 사용할 수 있으나 이에 제한하지 않는다.
한편, 제1 보조시트 두께(L3)와 제2 보조시트 두께(L4)는 제1 케이스 두께(L1) 및 제2 케이스 두께(L2)와 유사하거나 동일한 것이 좋다. 이는 보조시트에 금속층이 없어 야기될 수 있는 처짐 현상과 이로 인해 전해액의 주입이 다소 곤란해지는 것을 방지할 수 있도록 보조시트의 내부 접착층과 외부 피복층은 파우치 케이스의 내부 접착층과 외부 피복층 보다 상대적으로 두꺼운 것이 바람직하기 때문이다.
도 4는 본 발명의 바람직한 제1 실시예에 따른 파우치형 전지케이스에서, 파우치 케이스와 보조시트의 라미네이트 구조를 보여주는 또다른 예시이다. 도 4에 도시한 바와 같이, 제1 보조시트(210)가 제1 케이스(110) 또는 제2 케이스(120)와 동일한 두께일 수 있다. 물론 도면에는 도시하지 않았지만, 제1 보조시트(210) 대신에 제2 보조시트(220)가 제1 케이스(110) 또는 제2 케이스(120)의 두께가 동일할 수 있음은 자명하다.
전술한 바와 같이, 제1 보조시트(210)와 제2 보조시트(220) 중에서 어느 하나는 제1 케이스(110) 또는 제2 케이스(120)와 두께가 동일한 반면, 나머지 하나는 상대적으로 얇게 함으로써 재료 구입비를 절감할 수 있다.
한편, 셀 조립체(300)는 긴 시트형의 양극 및 음극 사이에 분리막이 개재된 후 권취되는 구조로 이루어지는 젤리-롤형 셀 조립체, 또는 장방형의 양극 및 음극이 분리막을 사이에 개재한 상태로 적층되는 구조의 단위셀들로 구성되는 스택형 셀 조립체, 단위셀들이 긴 분리 필름에 의해 권취되는 스택-폴딩형 셀 조립체, 또는 단위셀들이 분리막을 사이에 개재한 상태로 적층되어 서로 간에 부착되는 라미네이션-스택형 셀 조립체 등으로 이루어질 수 있으나 이에 제한하지 않는다.
양극 리드와 음극 리드로 이루어지는 리드들은 셀 조립체의 양극 탭과 음극 탭이 각각 전기적으로 연결된 후 케이스 외부로 노출되는 구조로 이루어지고, 상기와 같은 셀 조립체는 일반적으로 알려져 있는 구성들에 해당되므로 보다 상세한 설명은 생략하기로 한다.
도 5는 본 발명의 바람직한 제1 실시예에 따른 파우치형 전지케이스를 펼친 상태의 단면도이다. 도 5를 참조하면서, 도 3에 도시한 케이스와 보조시트가 서로 연결된 구조에 관해 설명하기로 한다.
앞서 설명한 바와 같이, 제1 케이스(110)의 일측 가장자리와 제1 보조시트(210)의 일측 가장자리가 서로 연결되며, 또 제2 케이스(120)의 일측 가장자리와 제2 보조시트(220)의 일측 가장자리가 서로 연결되어 있다.
보다 상세하게 설명하면, 동일한 소재로 이루어진 제2 케이스(120)의 제2 내부 접착층(120(a))과 제2 보조시트(220)의 제4 내부 접착층(220(a)) 일부가 열융착에 의해 견고하게 일체화된다. 따라서 도 5와 같이 펼칠 시, 제2 케이스(120)의 가장자리에는 대략 90°정도로 구부러진 제2 절곡부(122), 그리고 제2 보조시트(220)는 제4 절곡부(222)와 제2 평탄부(221)가 형성된다.
마찬가지로, 제1 케이스(110)의 가장자리에는 제1 절곡부(112), 그리고 제1 보조시트(210)는 제3 절곡부(212)와 제1 평탄부(211)가 형성된다.
도 6은 본 발명의 바람직한 제1 실시예에 따른 파우치형 전지케이스에 전극조립체를 수납한 상태의 평면도이다.
제1 케이스와 제2 케이스(120)의 포켓부에 셀 조립체(300)가 수납되어 있으며, 제1 케이스에는 제1 보조시트 그리고 제2 케이스(120)에는 제2 보조 시트(220)가 연결되어 있다.
그리고 일측 가장자리를 제외한 서로 마주 보는 양측면 가장자리(도면에서 빗금친 부분)가 실링되어 있다.
따라서 전해액은 실링되지 않은 부분으로 주액한 뒤, 실링하지 않은 나머지 일측 가장자리를 실링하여 활성화 과정을 수행하며, 이때 발생한 가스는 제2 보조 시트(220)에 충만하게 된다.
그리고 앞서 설명한 바와 같이, 보조 시트는 금속층이 구비되어 있지 않기 때문에 전해액의 주입 과정과 가스 발생 여부를 육안으로 쉽게 관찰할 수 있다.
도 7은 본 발명의 바람직한 제2 실시예에 따른 파우치형 전지셀의 분해 사시도이고, 도 8은 본 발명의 바람직한 제2 실시예에 따른 파우치형 전지케이스에서, 파우치 케이스와 보조시트의 라미네이트 구조를 보여주는 일 예이다.
보조시트에 보강부가 추가로 구비되어 있는 것을 제외하고 나머지는 도 2를 참조하면서 설명한 제1 실시예와 동일하므로, 이하에서는 상이한 구성에 관해서만 설명하기로 한다.
본 발명의 바람직한 제2 실시예에서는 제1 보조시트(210)의 제3 외부 피복층(210(b))에 제1 케이스(110)를 향하는 방향, 즉 도면에서 Y축 방향으로 제1 보강부(213)가 하나 이상 구비되는 것이 바람직하고, 제2 보조시트(220)의 제4 외부 피복층(220(b))에도 제2 케이스(120)를 향하는 방향으로 하나 이상의 제2 보강부(223)가 구비되는 것이 보다 바람직하다.
이때, 제1 보강부(213)가 형성된 부분, 즉 제3 내부 접착층(210(a)), 제3 외부 피복층(210(b)) 및 제1 보강부(213)로 이루어진 제1 보조시트 두께(L3)는 제1 케이스 두께(L1) 또는 제2 케이스 두께(L2)와 실질적으로 동일하다.
또 제2 보강부(223)가 형성된 부분, 즉 제4 내부 접착층(220(a)), 제4 외부 피복층(220(b)) 및 제2 보강부(223)로 이루어진 제2 보조시트 두께(L4)도 제1 케이스 두께(L1) 또는 제2 케이스 두께(L2)와 실질적으로 동일하다.
여기서, 보강부의 재질은 특별히 제한하지 않으며 외부 피복층과 동일한 소재일 수 있고, 또 내부 접착층과 외부 피복층을 적층하는 과정에서 함께 보강부를 형성시킬 수 있지만 이에 제한하지 않는다.
이와 같이, 제1 보조시트(210) 및 제2 보조시트(220) 중 어느 하나 이상의 보조시트에 보강부가 구비되면, 보조시트의 지지대 역할을 할 수 있기 때문에 내부 접착층과 외부 피복층의 사용량을 최소화하면서도 금속층의 부재로 인해 발생할 수 있는 처짐 현상 방지에 기여할 수 있다.
비록 도면에서는 제1 보강부(213)와 제2 보강부(223)가 3개씩 구비되는 것으로 도시하고 있으나, 이는 일 예시에 불과할 뿐 얼마든지 변경이 가능하다.
도 9은 본 발명의 바람직한 제1 실시예에 따른 파우치형 전지케이스를 사용하여 파우치형 전지셀을 제조하는 과정을 설명하기 위한 순서도이다. 도 9를 참조하면, 본 발명에 따른 파우치형 전지셀의 제조방법은, 전극조립체(300)를 수용할 수 있도록 포켓부가 형성된 파우치 케이스(100)를 준비하는 제1 단계, 파우치 케이스(100)의 양측 가장자리에 한 쌍의 보조 시트(200)를 연결하는 제2 단계, 파우치 케이스(100)의 포켓부에 전극조립체(300)를 수납한 후, 일측 가장자리를 제외하고 나머지 가장자리를 실링하는 제3 단계, 파우치 케이스(100) 안으로 전해액을 주액하는 제4 단계, 파우치 케이스(100)의 모든 가장자리를 실링하여 밀봉하는 제5 단계, 충방전을 반복하면서 디가싱 과정을 수행하는 제6 단계, 및 한 쌍의 보조 시트(200)를 제거한 후 밀봉하는 제7 단계를 포함하여 구성된다.
앞서 설명한 바와 같이, 파우치 케이스(100)는 내부 접착층, 금속층, 나일론층 및 외부 피복층 순으로 적층된 라미네이트 구조인 반면, 한 쌍의 보조 시트(200) 중 어느 하나 이상은 내부 접착층과 외부 피복층 순으로 적층된 라미네이트 구조이다.
또 파우치 케이스(100)의 양측 가장자리에 한 쌍의 보조 시트(200)를 연결하는 제2 단계에서는 파우치 케이스(100)의 내부 접착층과 보조 시트(200)의 내부 접착층을 가열 및 가압하여 융착시킴으로서 파우치 케이스(100)와 보조 시트(200)가 연결된다.
도 10은 본 발명의 바람직한 제2 실시예에 따른 파우치형 전지케이스를 사용하여 파우치형 전지셀을 제조하는 과정을 설명하기 위한 순서도이다.
도 9를 참조하면서 설명한 제조방법에서, 제2 단계 즉, 파우치 케이스(100)의 양측 가장자리에 보강부가 추가로 구비된 한 쌍의 보조 시트(200)를 연결하는 것을 제외하고 나머지는 동일하므로, 중복된 설명은 생략하기로 한다.
또한 본 발명에서는 도 9 또는 도 10을 참조하면서 설명한 제조방법에 의해 제조된 파우치형 전지셀을 제공할 수 있다.
지금까지 본 발명에 대해 구체적인 실시예들을 참고하여 설명하였다. 그러나, 본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주내에서 다양한 응용 및 변형을 수행하는 것이 가능할 것이다.
100: 파우치 케이스
110: 제1 케이스
110(a): 제1 내부 접착층 110(b): 제1 금속층
110(c): 제1 나일론층 110(d): 제1 외부 피복층
111: 제1 포켓부 112: 제1 절곡부
120: 제2 케이스
120(a): 제2 내부 접착층 120(b): 제2 금속층
120(c): 제2 나일론층 120(d): 제2 외부 피복층
121: 제2 포켓부 122: 제2 절곡부
200: 보조시트
210: 제1 보조시트
210(a): 제3 내부 접착층 210(b): 제3 외부 피복층
211: 제1 평탄부 212: 제3 절곡부
213: 제1 보강부
220: 제2 보조시트
220(a): 제4 내부 접착층 210(b): 제4 외부 피복층
221: 제2 평탄부 222: 제4 절곡부
223: 제2 보강부
300: 셀 조립체
L1: 제1 케이스 두께
L2: 제2 케이스 두께
L3: 제1 보조시트 두께
L4: 제1 보조시트 두께

Claims (14)

  1. 셀 조립체를 수용할 수 있도록 포켓부가 형성되며 3면 또는 4면이 실링되는 파우치 케이스; 및
    상기 케이스의 양측 가장자리에서 연장되어 디개싱 과정시 가스를 포집하는 한 쌍의 보조 시트를 포함하되,
    상기 한 쌍의 보조 시트 중 어느 하나 이상은 상기 파우치 케이스와 소재가 상이한 것을 특징으로 하는 파우치형 전지케이스.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 파우치 케이스는 제1 케이스 및 상기 제1 케이스의 일측 가장자리와 연결된 제2 케이스를 포함하되,
    상기 제1 케이스는 제1 내부 접착층, 제1 금속층, 및 제1 외부 피복층 순으로 적층된 라미네이트 구조이며,
    상기 제2 케이스는 제2 내부 접착층, 제2 금속층, 및 제2 외부 피복층 순으로 적층된 라미네이트 구조이고,
    상기 한 쌍의 보조 시트는 상기 제1 케이스의 일측 가장자리와 연결되는 제1 보조시트, 및 상기 제2 케이스 일측 가장자리와 연결되는 제2 보조 시트를 포함하되,
    상기 제1 보조시트는 제3 내부 접착층 및 상기 제3 내부 접착층과 접하고 있는 제3 외부 피복층 순으로 적층된 라미네이트 구조인 것을 특징으로 하는 파우치형 전지케이스.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1 케이스의 제1 내부 접착층과 상기 제1 보조시트의 제3 내부 접착층이 서로 융착되어 상기 제1 케이스과 제1 보조시트가 연결되며, 상기 제1 내부 접착층과 제3 내부 접착층은 동일한 소재인 것을 특징으로 하는 파우치형 전지케이스.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제1 케이스와 제1 보조시트는 두께가 동일한 것을 특징으로 하는 파우치형 전지케이스.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 제1 보조시트의 제3 외부 피복층에는 상기 제1 케이스를 향하는 방향으로 하나 이상의 제1 보강부가 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 파우치형 전지케이스.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제1 보조시트의 제3 내부 접착층, 제3 외부 피복층 및 제1 보강부의 총 두께는 상기 제1 케이스의 두께와 동일한 것을 특징으로 하는 파우치형 전지케이스.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 파우치 케이스는 제1 케이스 및 상기 제1 케이스의 일측 가장자리와 연결된 제2 케이스를 포함하되,
    상기 제1 케이스는 제1 내부 접착층, 제1 금속층, 및 제1 외부 피복층 순으로 적층된 라미네이트 구조이며,
    상기 제2 케이스는 제2 내부 접착층, 제2 금속층, 및 제2 외부 피복층 순으로 적층된 라미네이트 구조이고,
    상기 한 쌍의 보조 시트는 상기 제1 케이스의 일측 가장자리와 연결되는 제1 보조시트, 및 상기 제2 케이스 일측 가장자리와 연결되는 제2 보조 시트를 포함하되,
    상기 제2 보조시트는 제4 내부 접착층 및 상기 제4 내부 접착층과 접하고 있는 제4 외부 피복층 순으로 적층된 라미네이트 구조인 것을 특징으로 하는 파우치형 전지케이스.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제2 케이스의 제2 내부 접착층과 상기 제2 보조시트의 제4 내부 접착층이 서로 융착되어 상기 제2 케이스와 제2 보조시트가 연결되며, 상기 제2 내부 접착층과 제4 내부 접착층은 동일한 소재인 것을 특징으로 하는 파우치형 전지케이스.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제2 케이스와 제2 보조시트는 두께가 동일한 것을 특징으로 하는 파우치형 전지케이스.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 제2 보조시트의 제4 외부 피복층에는 상기 제2 케이스를 향하는 방향으로 하나 이상의 제2 보강부가 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 파우치형 전지케이스.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 제2 보조시트의 제4 내부 접착층, 제4 외부 피복층 및 제2 보강부의 총 두께는 상기 제2 케이스의 두께와 동일한 것을 특징으로 하는 파우치형 전지케이스.
  12. 셀 조립체를 수용할 수 있도록 포켓부가 형성된 파우치 케이스를 준비하는 제1 단계;
    상기 파우치 케이스의 양측 가장자리에 한 쌍의 보조 시트를 연결하는 제2 단계;
    상기 파우치 케이스의 포켓부에 셀 조립체를 수납한 후, 일측 가장자리를 제외하고 나머지 가장자리를 실링하는 제3 단계;
    상기 파우치 케이스안으로 전해액을 주액하는 제4 단계;
    상기 파우치 케이스의 모든 가장자리를 실링하여 밀봉하는 제5 단계;
    충방전을 반복하면서 디가싱 과정을 수행하는 제6 단계; 및
    상기 한 쌍의 보조 시트를 제거한 후 밀봉하는 제7 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 파우치형 전지셀 제조방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 파우치 케이스는 내부 접착층, 금속층, 및 외부 피복층 순으로 적층된 라미네이트 구조이며,
    상기 한 쌍의 보조 시트 중 어느 하나 이상은 내부 접착층 및 상기 내부 접착층과 접하고 있는 외부 피복층 순으로 적층된 라미네이트 구조이고,
    상기 파우치 케이스의 내부 접착층과 상기 보조 시트의 내부 접착층이 융착되어, 상기 파우치 케이스와 보조 시트가 연결되는 것을 특징으로 하는 파우치형 전지셀 제조방법.
  14. 제13항에 기재된 파우치형 전지셀 제조방법으로 제조된 파우치형 전지셀.
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