WO2020116780A1 - 두께의 편차가 있는 전지케이스용 라미네이트 시트 및 이를 이용하여 제조된 파우치형 전지케이스 - Google Patents

두께의 편차가 있는 전지케이스용 라미네이트 시트 및 이를 이용하여 제조된 파우치형 전지케이스 Download PDF

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정도화
김기웅
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Definitions

  • the present invention relates to a laminate sheet for a battery case having a thickness variation and a pouch-type battery manufactured using the same, and is a technique for solving a problem occurring when forming a groove in which an electrode assembly is accommodated in a pouch-type high-capacity battery.
  • lithium secondary batteries having advantages such as high energy density, high voltage, high power, and excellent life characteristics are widely used.
  • the secondary battery is classified into a pouch type, a cylindrical shape, and a square shape according to the type of the exterior material.
  • the pouch type secondary battery has a structure in which an electrode assembly is embedded in a pouch case of a laminate sheet containing a metal layer, which is easy to manufacture and has a manufacturing cost. It has a low advantage. In addition, it is easy to configure a large-capacity battery pack by connecting a plurality of pouch-type unit cells in series and/or in parallel.
  • a method of deeply forming the depth of the groove for accommodating the electrode assembly may be used.
  • a predetermined When molding at a depth greater than or equal to there is a problem in that cracks are generated by stretching of the metal layer.
  • whitening may occur due to deformation of the polymer constituting the polymer layer of the battery case.
  • a method of increasing the thickness of the battery case as a whole or increasing the R value when forming a groove may be used, but if the thickness of the battery case is increased, the thickness of the battery cell increases, so it is stored in the battery pack.
  • the R value increases, there is a problem that the processability deteriorates due to poor insertability when receiving the electrode assembly.
  • Patent Document 1 is a pouch forming apparatus that increases the corner flexibility of the electrode assembly receiving portion by indirectly heating the corner of the electrode assembly receiving portion through a high-frequency induction heating body when the electrode assembly receiving portion is formed by pressing the surface of the pouch film. It is about.
  • Patent Document 1 uses a method of heating to increase the flexibility of the corner portion during molding of the electrode assembly receiving portion, but does not suggest a method for deeply forming the depth of the electrode assembly receiving portion.
  • Patent Document 2 relates to a pouch film forming apparatus for a secondary battery including a structure in which a step is formed at a vertex of a punch, and it is possible to prevent pinholes or cracks from occurring when forming a pouch film, but deeply shape the depth of the groove of the pouch film It has not provided a way to do it.
  • Patent document 3 discloses that as a method for manufacturing a battery case including a process of performing a deep drawing process with a film member for molding attached to a laminate sheet, the moldability of the storage portion of the laminate sheet can be increased.
  • Patent Document 1 Korean Patent Publication No. 2015-0089556 (2015.08.05)
  • the present invention is to solve the above problems, while preventing the laminate sheet from being damaged when forming a groove for receiving the electrode assembly, while increasing the thickness of the battery case does not affect the thickness of the battery cell
  • An object of the present invention is to provide a pouch-shaped battery case manufactured using the laminate sheet and the same structure.
  • the laminate sheet for a battery case according to the present invention for achieving this object includes a preliminary bottom portion and a preliminary sidewall portion constituting a side surface of the preliminary groove portion as a preliminary groove portion for accommodating the electrode assembly, and is extended from the preliminary sidewall portion.
  • a preliminary sealing portion is located around the periphery, and the thickness of the preliminary sidewall portion may be formed to be thicker than the thickness of the preliminary bottom portion.
  • the laminate sheet includes an outer coating layer, a metal layer, and an inner sealant layer, and any one or more layers of the outer coating layer and the metal layer of the preliminary sidewall portion may be formed to be thicker than the outer coating layer and the metal layer of the preliminary bottom portion corresponding to each other.
  • the thickness of the metal layer of the preliminary side wall portion may be thicker than the thickness of the metal layer of the preliminary bottom portion.
  • the thickness of the preliminary side wall portion may have a thickness variation in a range thicker than the thickness of the preliminary bottom portion.
  • the laminate sheet is formed with a preliminary groove part and a preliminary cover part on which both sides of the electrode assembly are housed, with respect to the preliminary bending line, and the preliminary cover part may be formed in a flat shape and have the same thickness as the thickness of the preliminary bottom part.
  • the laminate sheet is formed with a preliminary groove portion in which the electrode assembly is housed so as to be symmetrical to both sides with respect to the preliminary bending line, and the thickness of the preliminary sidewall portion may be thicker than the thickness of the preliminary bottom portion.
  • the thickness of the preliminary side wall portion and the thickness of the preliminary sealing portion may be formed thicker than the thickness of the preliminary bottom portion.
  • the material of the preliminary sidewall portion may be made of a material different from that of the preliminary bottom portion and the preliminary sealing portion.
  • the outer covering layer of the preliminary side wall portion may be made of a material having a relatively higher elongation than the outer covering layer of the preliminary bottom portion and the pre-sealing portion.
  • the present invention also provides a pouch-shaped battery case manufactured by molding the laminate sheet for the battery case.
  • the pouch-type battery case may have a thickness of a side wall portion constituting a side surface of a groove in which the electrode assembly is accommodated, or the same thickness as a thickness of the bottom portion of the groove.
  • the present invention also provides a pouch-shaped battery cell including the pouch-type battery case, and also provides a battery pack in which the pouch-type battery cells are stacked therein, wherein the battery pack is formed of any one of the battery cells.
  • the bottom portion may have a structure arranged to face the cover portion or the bottom portion of another neighboring battery cell.
  • FIG. 1 is a plan view of a laminate sheet according to a first embodiment.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line A-A in FIG. 1.
  • FIG 3 is a plan view of a laminate sheet according to a second embodiment.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view taken along line A'-A' in FIG. 3.
  • FIG. 5 is a partial cross-sectional view showing the thickness of the laminate sheet according to the third embodiment.
  • FIG. 6 is a reference diagram reflecting the manufacturing process of the laminate sheet according to the third embodiment.
  • FIG. 7 is a partial cross-sectional view showing the thickness of the laminate sheet according to the fourth embodiment.
  • FIG. 8 is a partial cross-sectional view showing the thickness of the laminate sheet according to the fifth embodiment.
  • FIG. 9 (a) is a cross-sectional view of a lower case of a pouch-type battery manufactured using a laminate sheet according to the present invention
  • FIG. 9 (b) is a cross-sectional view of a lower case of a pouch-type battery manufactured using a conventional laminate sheet. to be.
  • the laminate sheet for a battery case according to the present invention includes an outer coating layer, a metal layer and an inner sealant layer.
  • the outer coating layer should not be affected by changes in the external environment, and whitening should not occur as it is stretched during the forming process of the battery case, and thus excellent tensile strength and weather resistance are required.
  • the polymer resin constituting the outer coating layer is polyester-based resins such as polyethylene naphthalate (PEN), polyethylene terephthalate (PET), polybutylene terephthalate (PBT), polyethylene (PE), poly Polyolefin resins such as propylene (PP), polystyrene resins such as polystyrene, polyvinyl chloride resins, polyvinylidene chloride resins, and the like can be used.
  • the metal layer may be aluminum (Al), an aluminum alloy, or stainless steel so as to exhibit a function of improving the strength of the battery case in addition to the function of preventing the ingress of foreign substances such as gas and moisture or leakage of the electrolyte.
  • the metal layer may be used alone or in combination of two or more types of materials, and when used in combination of two or more types of materials, a plurality of layered structures may be formed, or partially different materials may be applied.
  • stainless steel is a material having a higher strength than aluminum, when stainless steel is used as the metal layer, moldability of the battery case may be improved. Therefore, compared to a battery case including an aluminum layer, pinholes or cracks can be prevented when forming a groove for storing an electrode assembly, and the depth of the electrode assembly housing can be formed relatively deeply.
  • a metal layer having a relatively thin thickness compared to aluminum can be formed.
  • a secondary battery having an increased volume-to-volume capacity can be manufactured. have.
  • the inner resin layer has a heat-sealable property (thermal adhesion), and a material having low hygroscopicity to the electrolyte may be used to suppress intrusion of the electrolyte, for example, non-stretched polypropylene (CPP) may be used.
  • CPP non-stretched polypropylene
  • the laminate sheet includes a preliminary bottom portion and a preliminary sidewall portion constituting a side surface of the groove portion as a preliminary groove portion for accommodating the electrode assembly, and a preliminary sealing portion is positioned on an outer periphery extending from the preliminary sidewall portion.
  • the laminate sheet is formed with a preliminary groove part and a preliminary cover part in which electrode assemblies are housed on both sides around a preliminary bending line, and the preliminary cover part is formed in a flat shape and has the same thickness as the thickness of the preliminary bottom part. It can be made of.
  • FIG. 1 shows a top view of a laminate sheet according to the first embodiment
  • FIG. 2 shows a cross-sectional view along A-A in FIG. 1.
  • the laminate sheet 100 is generally used in a rolled form in a roll shape, and shows a portion of the laminate sheet pulled out to form a groove for receiving an electrode assembly.
  • the laminate sheet formed by the battery case is bent along the preliminary bending line 105 and then sealed to complete the battery cell, wherein the battery case includes a lower case formed with a groove for receiving the electrode assembly and a cover coupled from the top of the groove It may be composed of an upper case including a portion.
  • the preliminary groove portion 110 includes a preliminary bottom portion 101 and a preliminary sidewall portion 102, and a preliminary sealing portion 103 is positioned on an outer periphery extending from the preliminary sidewall portion 102.
  • the laminate sheet 100 includes an outer coating layer 100a, a metal layer 100b, and an internal sealant layer 100c, and the preliminary bottom portion 101 and the preliminary cover portion 104 correspond to the external coating layer 100a corresponding to each other,
  • the thickness of the metal layer 100b and the inner sealant layer 100c are all the same, and the preliminary sidewall portion 102 and the preliminary sealing portion 103 correspond to the outer covering layer 100a, the metal layer 100b, and the inner sealant layer ( 100c) has the same thickness.
  • the thickness of the preliminary side wall portion 102 and the preliminary sealing portion 103 is formed to be thicker than the preliminary bottom portion 101 and the preliminary cover portion 104, specifically, the preliminary sidewall portion 102 and the preliminary sealing portion 103 ), the thickness of the metal layer 100b is thicker than that of the metal layer 100b of the preliminary bottom portion 101 and the preliminary cover portion 104.
  • the thickness of the metal layer 100b of the preliminary side wall portion 102 and the preliminary sealing portion 103 is 120% to 300 based on the thickness of the metal layer 100b of the preliminary bottom portion 101 and the preliminary cover portion 104. % Can be formed.
  • the thickness of the side wall portion and the sealing portion of the electrode assembly storage portion after forming the battery case may be thinner than the bottom portion and the cover portion, and if it is greater than 300%, the weight and volume increase. Due to the problem that the energy density is lowered, it is not preferable.
  • the thickness of the outer coating layer 100a and the inner sealant layer 100c of the preliminary side wall portion 102 and the preliminary sealing portion 103 are the outer coating layer 100a of the preliminary bottom portion 101 and the preliminary cover portion 104, and It is formed in the same manner as the inner sealant layer 100c.
  • the preliminary sidewall portion may be formed to have a thicker outer coating layer and a metal layer than the preliminary bottom portion, so that the preliminary sidewall portion 102 and the preliminary sealing portion 103 are external.
  • the thickness of each of the coating layer 100a and the metal layer 100b may be formed to be thicker than the thickness of each of the outer coating layer 100a and the metal layer 100b of the preliminary bottom portion 101.
  • the sum of the thicknesses of the outer covering layer 100a and the metal layer 100b of the preliminary sidewall portion 102 and the preliminary sealing portion 103 is the outer covering layer 100a and the metal layer 100b of the preliminary bottom portion 101. It may be formed to a thickness of 120% to 300% based on the sum of the thickness.
  • the laminate sheet is formed with a preliminary groove portion in which the electrode assemblies are accommodated so as to be symmetrical on both sides around the preliminary bending line, and the thickness of the preliminary side wall portion is thicker than the thickness of the preliminary bottom portion. Can be.
  • FIG. 3 is a plan view of the laminate sheet according to the second embodiment, and shows a part of the laminate sheet drawn for forming a groove for receiving the electrode assembly as shown in FIG. 1, and FIG. 4 is A'in FIG. 3 It is a sectional view according to -A'.
  • FIGS. 3 and 4 there is a preliminary bending line 205 across the center along the winding direction of the laminate sheet 200, and an electrode assembly is housed on both sides based on the preliminary bending line 205.
  • the groove 210 is located.
  • the laminate sheet formed of the battery case is bent along the preliminary bending line 205 and sealed to complete the battery cell, and the battery case is coupled to the lower case where the groove portion for storing the electrode assembly is formed and the upper portion of the groove portion, and the electrode It may be composed of an upper case formed with a groove for receiving the assembly.
  • the preliminary groove portion 210 includes a preliminary bottom portion 201 and a preliminary sidewall portion 202, and a preliminary sealing portion 203 is positioned around the outer side extending from the preliminary sidewall portion 202.
  • the laminate sheet 200 includes an outer coating layer 200a, a metal layer 200b, and an internal sealant layer 200c, and the preliminary sidewall portion 202 and the preliminary sealing portion 203 correspond to the external coating layer 200a corresponding to each other,
  • the metal layer 200b and the internal sealant layer 200c have the same thickness, and the preliminary sidewall portion 202 and the preliminary sealing portion 203 have outer covering layers 200a, metal layers 200b, and internal sealant layers 200c corresponding to each other. ) All have the same thickness.
  • the thickness of the preliminary sidewall portion 202 and the preliminary sealing portion 203 is formed to be thicker than the preliminary bottom portion 201, and specifically, the thickness of the metal layer 200b of the preliminary sidewall portion 202 and the preliminary sealing portion 203 Is thicker than the metal layer 200b of the preliminary bottom portion 201.
  • the thickness of the metal layer 200b of the preliminary side wall portion 202 and the preliminary sealing portion 203 is formed to a thickness of 120% to 300% based on the thickness of the metal layer 200b of the preliminary bottom portion 201. Can be.
  • the thickness of the side wall and sealing portion of the electrode assembly storage portion after forming the battery case may be thinner than the bottom portion. It is not preferable because there is a problem of low density.
  • the thickness of the outer coating layer 200a and the inner sealant layer 200c of the preliminary sidewall portion 202 and the preliminary sealing portion 203 is equal to the outer coating layer 200a and the inner sealant layer 200c of the preliminary bottom portion 201. It is formed identically.
  • the preliminary sidewall portion may be formed to have a thicker outer coating layer and a metal layer than the preliminary bottom portion, so that the preliminary sidewall portion 202 and the preliminary sealing portion 203 are external.
  • the thickness of each of the coating layer 200a and the metal layer 200b may be formed to be thicker than the thickness of each of the outer coating layer 200a and the metal layer 200b of the preliminary bottom portion 201.
  • the sum of the thicknesses of the outer sidewall portion 202 and the outer covering layer 200a and the metal layer 200b of the preliminary sealing portion 203 is the outer covering layer 200a and the metal layer 200b of the preliminary bottom portion 201. It may be formed to a thickness of 120% to 300% based on the sum of the thickness.
  • the thickness of the preliminary bottom portion, the preliminary sealing portion and the preliminary cover portion may be the same, and the thickness of the preliminary sidewall portion may be relatively thick.
  • the thickness of the preliminary bottom portion and the preliminary sealing portion are the same, and only the thickness of the preliminary sidewall portion can be relatively thick.
  • FIG. 5 shows a partial cross-sectional view showing the thickness of the laminate sheet according to the third embodiment.
  • the laminate sheet includes an outer coating layer 111, a metal layer 112 and an inner sealant layer 113, and the total thickness of the preliminary bottom portion 117 and the preliminary sealing portion 119 same.
  • the preliminary bottom portion 117 and the preliminary sealing portion 119 have the same thickness of the outer covering layer 111, the metal layer 112, and the inner sealant layer 113 corresponding to each other.
  • the thickness of the preliminary sidewall portion 118 is formed to be thicker than the thickness of the preliminary bottom portion 117 and the preliminary sealing portion 119.
  • the thickness b1 of the metal layer 112 is a preliminary bottom portion.
  • the thickness (b1') of the metal layer 112 is formed at 117 and the preliminary seal 119.
  • the thickness (a1) of the outer coating layer 111 and the thickness (c1) of the inner sealant layer 113 in the preliminary sidewall portion 118 are respectively the outer coating layer (in the preliminary bottom portion 117 and the preliminary sealing portion 119).
  • the thickness a1' of 111) and the thickness c1' of the inner sealant layer 113 are the same.
  • a laminate sheet having a structure as shown in FIG. 5 it can be laminated after being laminated in the order of an inner sealant layer, a metal layer and an outer coating layer on a plane.
  • FIG. 6 shows a reference diagram reflecting the manufacturing process of the laminate sheet according to the third embodiment.
  • the outer coating layer 111' excluding the inner sealant layer 113' and The metal layer 112 ′ has the same shape as in FIG. 5, but the internal sealant layer 113 ′ of the preliminary sidewall portion 118 ′ may be formed relatively thin by the metal layer 112 ′ of a thick shape.
  • the thickness of the preliminary sidewall portion may be a structure having a thickness variation in a range thicker than the thickness of the preliminary bottom portion.
  • FIG. 7 shows a partial cross-sectional view showing the thickness of the laminate sheet according to the fourth embodiment.
  • the laminate sheet includes an outer coating layer 121, a metal layer 122, and an internal sealant layer 123, the overall thickness of the preliminary bottom portion 127 and the overall thickness of the preliminary sealing portion 129. Is the same. Specifically, the preliminary bottom portion 127 and the preliminary sealing portion 129 have the same thickness of the outer covering layer 121, the metal layer 122, and the inner sealant layer 123 corresponding to each other.
  • the thickness of the preliminary sidewall portion 128 is formed to be thicker than the thickness of the preliminary bottom portion 127 and the preliminary sealing portion 129, and the thickness b2 of the metal layer 122 in the preliminary sidewall portion 128 is a preliminary bottom portion. In the range greater than the thickness (b2') of the metal layer 122 in the (127) and the preliminary seal 129, it may be a structure having a thickness variation.
  • the metal layer 122 of the preliminary sidewall portion 128 may be formed in a structure that gradually increases in thickness toward the preliminary bottom portion 127.
  • the thickness (a2) of the outer coating layer 121 and the thickness (c2) of the inner sealant layer 123 in the preliminary sidewall portion 128 are the outer coating layer 121 in the preliminary bottom portion 127 and the preliminary sealing portion 129. ) Is the same as the thickness a2' and the thickness c2' of the inner sealant layer 123.
  • the metal layer of the preliminary sidewall portion has a structure in which the thickness decreases as it goes toward the preliminary bottom portion, or the central portion of the preliminary sidewall portion is thickest, and gradually increases as it goes toward the preliminary sealing portion and preliminary bottom portion It can be made of a decreasing structure.
  • FIG. 8 is a partial cross-sectional view showing the thickness of the laminate sheet according to the fifth embodiment.
  • the laminate sheet includes an outer coating layer 311, a metal layer 312, and an internal sealant layer 313, and the total thickness of the preliminary bottom portion 317 and the preliminary sealing portion 319 same.
  • the preliminary bottom portion 317 and the preliminary sealing portion 319 have the same thickness of the outer coating layer 311, the metal layer 312, and the inner sealant layer 313.
  • the thickness of the preliminary sidewall portion 318 is formed to be thicker than the thickness of the preliminary bottom portion 317 and the preliminary sealing portion 319, and thus the thickness (a3) and the metal layer of the outer covering layer 311 in the preliminary sidewall portion 318 ( Each of the thickness (b3) of 312) is formed larger than the thickness (a3') of the outer covering layer 311 and the thickness (b3') of the metal layer 312 in the preliminary bottom portion 317 and the pre-sealing portion 319,
  • the thickness c3 of the inner sealant layer 313 in the preliminary sidewall portion 318 is equal to the thickness c3' of the inner sealant layer 313 in the preliminary bottom portion 317 and the preliminary seal 319. It may be the same or larger.
  • the outer coating layer constituting the preliminary side wall portion may be made of a material different from the outer coating layer of the preliminary bottom portion and the preliminary sealing portion, and specifically, the outer coating layer of the preliminary sidewall portion is more elongated than the outer coating layer of the preliminary bottom portion and the preliminary sealing portion. It can be made of a relatively high material. In this case, there is an advantage that the whitening phenomenon that may occur while the outer coating layer is stretched during the pressing process of deeply forming the depth of the groove portion can be more reliably blocked.
  • the outer coating layer constituting the preliminary sidewall portion for example, a fluorine resin-based material containing a fluoropolymer may be used, and the outer coating layer of the preliminary bottom portion and the pre-sealing portion is generally used.
  • a fluorine resin-based material containing a fluoropolymer may be used, and the outer coating layer of the preliminary bottom portion and the pre-sealing portion is generally used.
  • the polyester-based or polyethylene-based material can be used.
  • the present invention provides a pouch-shaped battery case manufactured by molding the laminate sheet for a battery case as described above. Specifically, since a laminate sheet having a relatively thick sidewall portion is pressed and manufactured into a battery case, compared with a battery case manufactured using a conventionally used laminate sheet, it is spared by forming a groove for storing an electrode assembly. Although the side wall portion is stretched to reduce the thickness, the side wall portion constituting the side surface of the groove may be the same or thicker than the thickness of the bottom portion of the groove.
  • FIG. 9(a) is a sectional view of a lower case of a pouch type battery manufactured using a laminate sheet according to the present invention
  • FIG. 9(b) is a pouch type battery manufactured using a conventional laminate sheet. It is a sectional view of the lower case.
  • the pouch-type battery case 400 is a battery case made of a laminate sheet according to the present invention, and a groove for receiving an electrode assembly is formed, and the groove is a bottom portion 401 ) And a side wall portion 402, and a seal portion 403 extending outwardly from the side wall portion 402 is located.
  • the pouch-shaped battery case 400 may have the same thickness B1 of the bottom portion 401, thickness B2 of the side wall portion 402, and thickness B3 of the sealing portion 403, or The thickness B2 of the side wall portion 402 may be thicker than the thickness B1 of the bottom portion 401 and the thickness B3 of the sealing portion 403.
  • the thickness (B1') of the bottom portion 411 is a seal ( It can be seen that the thickness B2' of the 413) is the same, but the thickness B2' of the side wall portion 412 is a relatively thin structure. This is because the side wall portion 412 is stretched and thin during the formation of the groove.
  • the pouch-type battery case according to the present invention even if a groove for storing the electrode assembly is formed, since the thickness of the side wall portion of the groove maintains the thickness of the bottom portion or more, it is possible to prevent the problem of cracking due to the thin thickness of the laminate sheet. It is possible to mold the depth of the groove more deeply than the conventional pouch type secondary battery.
  • the pouch-type battery case according to the present invention includes a bottom portion, a side wall portion, and a sealing portion, but a portion of a bottom portion connected to the lower side wall portion 422 and a portion of a sealing portion connected to the upper side wall portion 421 are partially It may be made of the same thickness as the side wall portion, or may be formed in a form thicker than the central portion of the bottom portion and thicker than the outer end of the sealing portion.
  • the present invention is also a battery pack in which pouch-type battery cells including the pouch-type battery case are stacked therein, and arranged so that the bottom portion of any one battery cell is in close contact with the cover portion or the bottom portion of another neighboring battery cell. Provided battery pack.
  • pouch-type battery cells are stacked so that the grooves of neighboring battery cells face each other and are stored in a battery pack.
  • any one The bottom portion of the battery cell is arranged to face the cover portion of another neighboring battery cell, and in the case of a pouch-type battery cell manufactured using the laminate sheet of FIGS. 3 and 4, the bottom portion of any one battery cell is adjacent It may be arranged to face the bottom of the other battery cell in close contact.
  • a1, a2, a1', a2', a3, a3' thickness of the outer coating layer
  • the laminate sheet for a battery case according to the present invention can prevent the occurrence of pinholes or cracks when forming a groove for storing an electrode assembly.
  • the depth of the groove for storing the electrode assembly can be deeply molded, it is possible to store the thick electrode assembly, whereby a high-capacity battery cell can be manufactured.

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Abstract

본 발명은 성형성이 향상된 전지케이스용 라미네이트 시트로서 전극조립체를 수납하기 위한 예비 홈부로서 예비 바닥부 및 상기 홈부의 측면을 구성하는 예비 측벽부를 포함하고, 상기 예비 측벽부에서 연장된 외주변에는 예비 밀봉부가 위치하며, 상기 예비 측벽부의 두께는 상기 예비 바닥부의 두께보다 두껍게 형성되어 있는 구조로 이루어진 라미네이트 시트, 이를 성형하여 제조된 파우치형 전지케이스 및 상기 파우치형 전지케이스를 포함하는 전지팩에 대한 것이다.

Description

두께의 편차가 있는 전지케이스용 라미네이트 시트 및 이를 이용하여 제조된 파우치형 전지케이스
본 출원은 2018년 12월 7일자 한국 특허 출원 제 2018-0156837 호에 기초한 우선권의 이익을 주장하며, 해당 한국 특허 출원의 문헌에 개시된 모든 내용은 본 명세서의 일부로서 포함된다.
본 발명은 두께 편차가 있는 전지케이스용 라미네이트 시트 및 이를 이용하여 제조된 파우치형 전지에 대한 것으로서, 파우치형 고용량 전지에서 전극조립체가 수납되는 홈부 형성시 발생하는 문제점을 해결하기 위한 기술이다.
휴대폰, 태블릿 PC, 청소기 등과 같이 휴대 가능한 전자 제품들의 반복적인 충방전이 가능한 에너지원으로서 이차전지의 수요가 급격히 증가하고 있으며, 전기자동차, 전력저장장치와 같이 고용량 및 고효율을 필요로 하는 장치에 적용하기 위한 이차전지의 개발 및 연구가 진행되고 있다.
상기 이차전지 가운데 높은 에너지 밀도, 고전압, 고출력, 및 우수한 수명특성 등의 장점을 갖는 리튬 이차전지가 널리 사용되고 있다.
이차전지는 외장재의 종류에 따라 파우치형, 원통형 및 각형 등으로 분류되는데, 파우치형 이차전지는 전극조립체가 금속층을 포함하는 라미네이트 시트의 파우치 케이스에 내장되어 있는 구조로서, 제조가 용이하고 제조 원가가 낮은 장점이 있다. 또한, 복수의 파우치형 단위셀들을 직렬 및/또는 병렬로 연결하여 대용량의 전지팩을 구성하는 것이 용이하다.
한편, 고용량의 파우치형 이차전지를 제조하기 위하여 전극조립체의 크기가 증가함에 따라, 전극조립체를 수납하기 위한 홈부의 깊이를 깊게 성형하는 방법을 사용할 수 있는데, 전지케이스의 내구성 및 두께를 고려할 때 소정의 깊이 이상 성형하는 경우, 금속층의 연신에 의해 크랙(crack)이 발생하는 문제가 있다. 또한, 전지케이스의 고분자층을 구성하는 고분자의 변형에 의해 하얗게 변색되는 백화현상이 일어날 수 있다.
이와 같은 문제를 해결하기 위하여, 전지케이스의 두께를 전체적으로 두껍게 하거나, 홈부 형성시 R값을 크게 하는 방법을 사용할 수 있으나, 전지케이스의 두께를 증가시키면 전지셀의 두께가 증가하기 때문에 전지팩에 수납시 문제가 될 수 있고, R값이 증가하면 전극조립체를 수납할 때 삽입성이 떨어져 공정성이 저하되는 문제가 있다.
이와 관련하여, 특허문헌 1은 파우치 필름의 표면을 압박하여 전극조립체 수용부를 성형할 때 고주파 유도 가열체를 통해 전극조립체 수용부의 코너를 간접 가열함으로써 전극조립체 수용부의 코너 유연성을 증대시키는 파우치 성형장치에 대한 것이다.
즉, 특허문헌 1은 전극조립체 수용부 성형시 코너부의 유연성을 증가시키기 위하여 가열하는 방법을 사용하고 있으나, 전극조립체 수용부의 깊이를 깊게 성형할 수 있는 방법을 제시하지는 못하고 있다.
특허문헌 2는 펀치의 꼭지점에 단차가 형성된 구조를 포함하는 이차전지용 파우치 필름 포밍 장치에 대한 것으로서, 파우치 필름 성형시 핀홀 또는 크랙이 발생하는 것을 방지할 수 있으나, 파우치 필름의 요홈의 깊이를 깊게 성형할 수 있는 방법을 제시하지는 못하고 있다.
특허문헌 3은 라미네이트 시트에 성형용 필름부재를 부착한 상태로 딥 드로잉 공정을 수행하는 과정을 포함하는 전지케이스의 제조방법으로서, 라미네이트 시트의 수납부 성형성을 증가시킬 수 있음을 개시하고 있다.
이와 같이, 고용량의 파우치형 전지셀을 제조하기 위하여, 전극조립체 수납용 홈을 깊게 형성할 때 구멍이 생기거나 크랙이 발생하는 것을 방지할 수 있고, 전지케이스의 두께 증가가 전지셀의 두께 증가에 영향을 미치지 않는 구조의 파우치형 이차전지의 개발에 대한 필요성이 높은 실정이다.
(선행기술문헌)
- 특허문헌 1: 한국 공개특허공보 제2015-0089556호 (2015.08.05)
- 특허문헌 2: 한국 공개특허공보 제2014-0131714호 (2014.11.14)
- 특허문헌 3: 한국 공개특허공보 제2018-0038765호 (2018.04.17)
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 전극조립체를 수납하기 위한 홈을 성형할 때 라미네이트 시트가 손상되는 것을 방지할 수 있으면서, 전지케이스의 두께 증가가 전지셀의 두께 증가에 영향을 미치지 않는 구조의 라미네이트 시트 및 이를 이용하여 제조된 파우치형 전지케이스를 제공하는 것을 목적으로 한다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전지케이스용 라미네이트 시트는 전극조립체를 수납하기 위한 예비 홈부로서 예비 바닥부 및 상기 예비 홈부의 측면을 구성하는 예비 측벽부를 포함하고, 상기 예비 측벽부에서 연장된 외주변에는 예비 밀봉부가 위치하며, 상기 예비 측벽부의 두께는 상기 예비 바닥부의 두께보다 두껍게 형성되어 있는 구조일 수 있다.
상기 라미네이트 시트는 외부 피복층, 금속층 및 내부 실란트층을 포함하고, 상기 예비 측벽부의 외부 피복층 및 금속층 중 어느 하나 이상의 층은 서로 대응되는 예비 바닥부의 외부 피복층 및 금속층 보다 두껍게 형성 형성될 수 있다.
상기 예비 측벽부의 금속층의 두께는 상기 예비 바닥부의 금속층의 두께보다 두껍게 형성될 수 있다.
상기 예비 측벽부의 두께는 상기 예비 바닥부의 두께보다 두꺼운 범위에서 두께 편차가 있을 수 있다.
상기 라미네이트 시트는 예비 절곡선을 중심으로 양측 각각에 전극조립체가 수납되는 예비 홈부 및 예비 덮개부가 형성되며, 상기 예비 덮개부는 평면 형태로 이루어지고 상기 예비 바닥부의 두께와 동일한 두께로 이루어질 수 있다.
상기 라미네이트 시트는 예비 절곡선을 중심으로 양측에 각각 대칭이 되도록 전극조립체가 수납되는 예비 홈부가 형성되며, 상기 예비 측벽부의 두께는 예비 바닥부의 두께보다 두껍게 형성될 수 있다.
상기 예비 측벽부의 두께와 예비 밀봉부의 두께는 상기 예비 바닥부의 두께보다 두껍게 형성될 수 있다.
상기 외부 피복층은, 상기 예비 측벽부의 소재가 예비 바닥부 및 예비 밀봉부의 소재와 상이한 소재로 이루어질 수 있다.
상기 예비 측벽부의 외부 피복층은 예비 바닥부 및 예비 밀봉부의 외부 피복층보다 상대적으로 연신율이 높은 소재로 이루어질 수 있다.
본 발명은 또한, 상기 전지케이스용 라미네이트 시트를 성형하여 제조된 파우치형 전지케이스를 제공한다.
상기 파우치형 전지케이스는 전극조립체가 수납되는 홈의 측면을 구성하는 측벽부의 두께가 상기 홈의 바닥부의 두께와 동일하거나 두꺼울 수 있다.
본 발명은 또한, 상기 파우치형 전지케이스를 포함하는 파우치형 전지셀을 제공하고, 또한, 상기 파우치형 전지셀들이 내부에 적층된 전지팩을 제공하는 바, 상기 전지팩은 어느 하나의 전지셀의 바닥부가 이웃하는 다른 전지셀의 덮개부 또는 바닥부와 밀착 대면하도록 배치된 구조로 이루어질 수 있다.
도 1은 제1실시예에 따른 라미네이트 시트의 평면도이다.
도 2는 도 1의 A-A에 따른 단면도이다.
도 3은 제2실시예에 따른 라미네이트 시트의 평면도이다.
도 4는 도 3의 A'-A'에 따른 단면도이다.
도 5는 제3실시예에 따른 라미네이트 시트의 두께를 나타내는 일부 단면도이다.
도 6은 제3실시예에 따른 라미네이트 시트의 제조 공정을 반영한 참고도이다..
도 7은 제4실시예에 따른 라미네이트 시트의 두께를 나타내는 일부 단면도이다.
도 8은 제5실시예에 따른 라미네이트 시트의 두께를 나타내는 일부 단면도이다.
도 9의 (a)는 본 발명에 따른 라미네이트 시트를 이용하여 제조된 파우치형 전지의 하부케이스 단면도이고, 도 9의 (b)는 종래의 라미네이트 시트를 이용하여 제조된 파우치형 전지의 하부케이스 단면도이다.
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.
본 발명에 따른 전지케이스용 라미네이트 시트는 외부 피복층, 금속층 및 내부 실란트층을 포함한다.
상기 외부 피복층은 외부 환경 변화에 대한 영향을 받지 않아야 하며, 전지케이스의 성형 과정에서 연신됨에 따라 백화현상이 일어나지 않아야 하는 바, 우수한 인장강도 및 내후성이 필요하다. 예를 들어, 상기 외부 피복층을 구성하는 고분자 수지는 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리부틸렌테레프탈레이트 (polybuthyleneterephthalate; PBT) 등의 폴리에스테르계 수지, 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP) 등의 폴리올레핀계 수지, 폴리스티렌 등의 폴리스티렌계 수지, 폴리염화비닐계 수지, 폴리염화비닐리덴계 수지 등이 사용될 수 있다.
상기 금속층은 가스, 습기 등 이물질의 유입 내지 전해액의 누출을 방지하는 기능 이외에 전지케이스의 강도를 향상시키는 기능을 발휘할 수 있도록, 알루미늄(Al), 알루미늄 합금, 또는 스테인리스 스틸이 사용될 수 있다.
상기 금속층은 단독 또는 2종 이상의 소재를 조합하여 사용할 수 있으며, 2종 이상의 소재를 조합하여 사용하는 경우로서, 복수의 층상 구조를 형성하거나, 부분적으로 상이한 소재가 적용되는 형태로 적용될 수 있다.
스테인리스 스틸은 알루미늄에 비하여 높은 강도를 갖는 소재인 바, 상기 금속층으로 스테인리스 스틸을 사용하는 경우에는 전지케이스의 성형성이 향상될 수 있다. 따라서, 알루미늄층을 포함하는 전지케이스에 비하여 전극조립체 수납용 홈 성형시 핀홀 또는 크랙 발생을 방지할 수 있으며, 전극조립체 수납부의 깊이도 상대적으로 깊게 형성할 수 있다.
또한, 전지케이스의 금속층으로 스테인리스 스틸을 사용하는 경우 알루미늄에 비하여 상대적으로 얇은 두께의 금속층을 형성할 수 있는 바, 전지케이스의 두께가 감소할 수 있으므로, 부피 대비 용량이 증가한 이차전지를 제조할 수 있다.
상기 내부 수지층은 열융착성(열접착성)을 가지고, 전해액의 침입을 억제하기 위해 전해액에 대한 흡습성이 낮은 소재를 사용할 수 있으며, 예를 들어, 무연신 폴리프로필렌(CPP)을 사용할 수 있다
상기 라미네이트 시트는 전극조립체를 수납하기 위한 예비 홈부로서 예비 바닥부 및 상기 홈부의 측면을 구성하는 예비 측벽부를 포함하고, 상기 예비 측벽부에서 연장된 외주변에는 예비 밀봉부가 위치한다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 라미네이트 시트는 예비 절곡선을 중심으로 양측 각각에 전극조립체가 수납되는 예비 홈부 및 예비 덮개부가 형성되며, 상기 예비 덮개부는 평면 형태로 이루어지고 상기 예비 바닥부의 두께와 동일한 두께로 이루어질 수 있다.
이와 관련하여, 도 1은 제1실시예에 따른 라미네이트 시트의 평면도를 도시하고, 도 2는 도 1의 A-A에 따른 단면도를 도시하고 있다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 라미네이트 시트(100)는 일반적으로 롤 형태로 권취된 형태로 사용되는 바, 전극조립체 수납용 홈 형성을 위해 인출된 라미네이트 시트의 일부를 도시하고 있다.
라미네이트 시트(100)의 권취 방향을 따라 중심부를 가로지르며 예비 절곡선(105)이 있고, 예비 절곡선(105)을 기준으로 예비 덮개부(104)와 예비 홈부(110)가 위치한다. 전지케이스로 성형한 라미네이트 시트는 예비 절곡선(105)을 따라 절곡한 후 실링하여 전지셀을 완성하며, 상기 전지케이스는 전극조립체를 수납하는 홈부가 형성된 하부케이스 및 상기 홈부의 상부에서 결합하는 덮개부를 포함하는 상부케이스로 구성될 수 있다.
예비 홈부(110)는 예비 바닥부(101) 및 예비 측벽부(102)를 포함하고, 예비 측벽부(102)에서 연장된 외주변에는 예비 밀봉부(103)가 위치한다.
라미네이트 시트(100)는 외부 피복층(100a), 금속층(100b) 및 내부 실란트층(100c)을 포함하고, 예비 바닥부(101)와 예비 덮개부(104)는 서로 대응되는 외부 피복층(100a), 금속층(100b) 및 내부 실란트층(100c)의 두께가 모두 동일하며, 예비 측벽부(102)와 예비 밀봉부(103)는 서로 대응되는 외부 피복층(100a), 금속층(100b) 및 내부 실란트층(100c)의 두께가 동일하다.
하지만 예비 측벽부(102)와 예비 밀봉부(103)의 두께는 예비 바닥부(101)와 예비 덮개부 (104) 보다 두껍게 형성되며, 구체적으로, 예비 측벽부(102)와 예비 밀봉부(103)의 금속층(100b) 두께는 예비 바닥부(101)와 예비 덮개부 (104)의 금속층(100b) 보다 두껍다.
예를 들어, 예비 측벽부(102)와 예비 밀봉부(103)의 금속층(100b) 두께는 예비 바닥부(101)와 예비 덮개부 (104)의 금속층(100b) 두께를 기준으로 120% 내지 300%의 두께로 형성될 수 있다.
만약, 상기 수치범위가 120% 보다 작은 경우에는 전지케이스 성형 후 전극조립체 수납부의 측벽부 및 밀봉부의 두께가 바닥부 및 덮개부에 비해 얇아질 수 있고, 300% 보다 큰 경우에는 무게 및 부피 증가로 인하여 에너지 밀도가 낮아지는 문제가 있으므로 바람직하지 않다.
그리고 예비 측벽부(102)와 예비 밀봉부(103)의 외부 피복층(100a) 및 내부 실란트층(100c)의 두께는 예비 바닥부(101)와 예비 덮개부(104)의 외부 피복층(100a) 및 내부 실란트층(100c)과 동일하게 형성된다.
또는, 도 2에 도시된 바와 달리, 예비 측벽부는 예비 바닥부보다, 외부 피복층 및 금속층 중 적어도 어느 하나가 더 두껍게 형성될 수 있는 바, 예비 측벽부(102)와 예비 밀봉부(103)의 외부 피복층(100a) 및 금속층(100b) 각각의 두께는 예비 바닥부(101)의 외부 피복층(100a) 및 금속층(100b) 각각의 두께보다 두껍게 형성될 수 있다. 예를 들어, 예비 측벽부(102)와 예비 밀봉부(103)의 외부 피복층(100a) 및 금속층(100b)의 두께의 합은 예비 바닥부(101)의 외부 피복층(100a) 및 금속층(100b)의 두께의 합을 기준으로 120% 내지 300%의 두께로 형성될 수 있다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 라미네이트 시트는 예비 절곡선을 중심으로 양측에 각각 대칭이 되도록 전극조립체가 수납되는 예비 홈부가 형성되며, 상기 예비 측벽부의 두께는 예비 바닥부의 두께보다 두껍게 형성되어 있는 구조일 수 있다.
이와 관련하여, 도 3은 제2실시예에 따른 라미네이트 시트의 평면도로서, 도 1과 같이 전극조립체 수납용 홈 형성을 위해 인출된 라미네이트 시트의 일부를 도시하고 있으며, 도 4는 도 3의 A'-A'에 따른 단면도이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 라미네이트 시트(200)의 권취 방향을 따라 중심부를 가로지르며 예비 절곡선(205)이 있고, 예비 절곡선(205)을 기준으로 양측 각각에 전극조립체가 수납되는 예비 홈부(210)가 위치한다. 전지케이스로 성형한 라미네이트 시트는 예비 절곡선(205)을 따라 절곡한 후 실링하여 전지셀을 완성하며, 상기 전지케이스는 전극조립체를 수납하는 홈부가 형성된 하부케이스 및 상기 홈부의 상부에서 결합하며 전극조립체를 수납하는 홈부가 형성된 상부케이스로 구성될 수 있다.
예비 홈부(210)는 예비 바닥부(201) 및 예비 측벽부(202)를 포함하고, 예비 측벽부(202)에서 연장된 외주변에는 예비 밀봉부(203)가 위치한다.
라미네이트 시트(200)는 외부 피복층(200a), 금속층(200b) 및 내부 실란트층(200c)을 포함하고, 예비 측벽부(202)와 예비 밀봉부(203)는 서로 대응되는 외부 피복층(200a), 금속층(200b) 및 내부 실란트층(200c)의 두께가 동일하며, 예비 측벽부(202)와 예비 밀봉부(203)는 서로 대응되는 외부 피복층(200a), 금속층(200b) 및 내부 실란트층(200c)의 두께가 모두 동일하다.
하지만 예비 측벽부(202)와 예비 밀봉부(203)의 두께는 예비 바닥부(201) 보다 두껍게 형성되며, 구체적으로, 예비 측벽부(202)와 예비 밀봉부(203)의 금속층(200b) 두께는 예비 바닥부(201)의 금속층(200b) 보다 두껍다.
예를 들어, 예비 측벽부(202)와 예비 밀봉부(203)의 금속층(200b)의 두께는 예비 바닥부(201)의 금속층(200b)의 두께를 기준으로 120% 내지 300%의 두께로 형성될 수 있다.
만약, 상기 수치범위가 120% 보다 작은 경우에는 전지케이스 성형 후 전극조립체 수납부의 측벽부 및 밀봉부의 두께가 바닥부에 비해 얇아질 수 있고, 300% 보다 큰 경우에는 무게 및 부피 증가로 인하여 에너지 밀도가 낮아지는 문제가 있으므로 바람직하지 않다.
그리고 예비 측벽부(202)와 예비 밀봉부(203)의 외부 피복층(200a) 및 내부 실란트층(200c)의 두께는 예비 바닥부(201)의 외부 피복층(200a) 및 내부 실란트층(200c)과 동일하게 형성된다.
또는, 도 4에 도시된 바와 달리, 예비 측벽부는 예비 바닥부보다, 외부 피복층 및 금속층 중 적어도 어느 하나가 더 두껍게 형성될 수 있는 바, 예비 측벽부(202)와 예비 밀봉부(203)의 외부 피복층(200a) 및 금속층(200b) 각각의 두께는 예비 바닥부(201)의 외부 피복층(200a) 및 금속층(200b) 각각의 두께보다 두껍게 형성될 수 있다.
예를 들어, 예비 측벽부(202)와 예비 밀봉부(203)의 외부 피복층(200a) 및 금속층(200b)의 두께의 합은 예비 바닥부(201)의 외부 피복층(200a) 및 금속층(200b)의 두께의 합을 기준으로 120% 내지 300%의 두께로 형성될 수 있다.
한편, 도 1 및 도 2의 라미네이트 시트(100)의 변형예로서, 예비 바닥부, 예비 밀봉부 및 예비 덮개부의 두께가 동일하고, 예비 측벽부의 두께만 상대적으로 두껍게 형성되는 구조로 이루어질 수 있고, 도 3 및 도 4의 라미네이트 시트(200)의 변형예로서, 예비 바닥부, 예비 밀봉부의 두께가 동일하고, 예비 측벽부의 두께만 상대적으로 두껍게 형성될 수 있다.
이와 관련하여, 도 5는 제3실시예에 따른 라미네이트 시트의 두께를 나타내는 일부 단면도를 도시하고 있다.
도 5를 참조하면, 라미네이트 시트는 외부 피복층(111), 금속층(112) 및 내부 실란트층(113)을 포함하고, 예비 바닥부(117)의 전체 두께와 예비 밀봉부(119)의 전체 두께가 동일하다. 구체적으로, 예비 바닥부(117)와 예비 밀봉부(119)는 서로 대응되는 외부 피복층(111), 금속층(112) 및 내부 실란트층(113)의 두께가 동일하다.
예비 측벽부(118)의 두께는 예비 바닥부(117) 및 예비 밀봉부(119)의 두께보다 두껍게 형성되는 바, 예비 측벽부(118)에서 금속층(112)의 두께(b1)는 예비 바닥부(117) 및 예비 밀봉부(119)에서 금속층(112)의 두께(b1')보다 크게 형성된다. 그러나, 예비 측벽부(118)에서 외부 피복층(111)의 두께(a1) 및 내부 실란트층(113)의 두께(c1) 각각은 예비 바닥부(117) 및 예비 밀봉부(119)에서 외부 피복층(111)의 두께(a1') 및 내부 실란트층(113)의 두께(c1')와 동일하다.
한편, 도 5와 같은 구조의 라미네이트 시트를 제조하기 위하여 평면 상에 내부 실란트층, 금속층 및 외부 피복층 순서로 적층한 후 라미네이트 할 수 있다.
이와 관련하여, 도 6은 상기 제3실시예에 따른 라미네이트 시트의 제조 공정을 반영한 참고도를 도시하고 있는 바, 이와 같은 경우에는, 내부 실란트층(113')을 제외한 외부 피복층(111') 및 금속층(112')은 도 5와 동일한 형태이나, 예비 측벽부(118')의 내부 실란트층(113')은 두꺼운 형태의 금속층(112')에 의해 상대적으로 얇게 형성될 수 있다.
이와 같이, 상대적으로 예비 측벽부의 금속층이 두꺼운 라미네이트 시트를 사용하는 경우, 전극조립체 수납용 홈을 깊게 성형하더라도 라미네이트 시트가 손상되는 것을 방지할 수 있다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 예비 측벽부의 두께는 상기 예비 바닥부의 두께보다 두꺼운 범위에서 두께 편차가 있는 구조일 수 있다.
이와 관련하여, 도 7은 제4실시예에 따른 라미네이트 시트의 두께를 나타내는 일부 단면도를 도시하고 있다.
도 7을 참조하면, 라미네이트 시트는 외부 피복층(121), 금속층(122) 및 내부 실란트층(123)을 포함하고, 예비 바닥부(127)의 전체의 두께와 예비 밀봉부(129)의 전체 두께가 동일하다. 구체적으로, 예비 바닥부(127)와 예비 밀봉부(129)는 서로 대응되는 외부 피복층(121), 금속층(122) 및 내부 실란트층(123)의 두께가 모두 동일하다.
예비 측벽부(128)의 두께는 예비 바닥부(127) 및 예비 밀봉부(129)의 두께보다 두껍게 형성되는 바, 예비 측벽부(128)에서 금속층(122)의 두께(b2)는 예비 바닥부(127) 및 예비 밀봉부(129)에서 금속층(122)의 두께(b2')보다 큰 범위에서, 두께 편차가 있는 구조일 수 있다.
즉, 예비 측벽부(128)의 금속층(122)은 예비 바닥부(127) 방향으로 갈수록 점점 두께가 증가하는 구조로 이루어질 수 있다.
그러나, 예비 측벽부(128)에서 외부 피복층(121)의 두께(a2) 및 내부 실란트층(123)의 두께(c2)는 예비 바닥부(127) 및 예비 밀봉부(129)에서 외부 피복층(121)의 두께(a2') 및 내부 실란트층(123)의 두께(c2')와 동일하다.
이와 같이, 예비 바닥부 방향으로 갈수록 금속층의 두께가 증가하는 구조로 이루어진 라미네이트 시트를 사용하는 경우, 전극조립체 수납용 홈을 깊게 성형하더라도 라미네이트 시트가 손상되는 것을 방지할 수 있다. 결과적으로, 수율이 개선되고 에너지 밀도가 증가하는 효과를 얻을 수 있다.
또는, 도 7의 구조와 달리, 예비 측벽부의 금속층은 예비 바닥부 방향으로 갈수록 두께가 감소하는 구조로 이루어지거나, 또는 예비 측벽부의 중심부가 가장 두껍고, 예비 밀봉부 및 예비 바닥부 방향으로 갈수록 점차 두께가 감소하는 구조로 이루어질 수 있다.
도 8은 제5실시예에 따른 라미네이트 시트의 두께를 나타내는 일부 단면도를 도시하고 있다.
도 8을 참조하면, 라미네이트 시트는 외부 피복층(311), 금속층(312) 및 내부 실란트층(313)을 포함하고, 예비 바닥부(317)의 전체 두께와 예비 밀봉부(319)의 전체 두께가 동일하다. 구체적으로, 예비 바닥부(317)와 예비 밀봉부(319)는 외부 피복층(311), 금속층(312) 및 내부 실란트층(313)의 두께가 모두 동일하다.
예비 측벽부(318)의 두께는 예비 바닥부(317) 및 예비 밀봉부(319)의 두께보다 두껍게 형성되는 바, 예비 측벽부(318)에서 외부 피복층(311)의 두께(a3) 및 금속층(312)의 두께(b3) 각각은 예비 바닥부(317) 및 예비 밀봉부(319)에서 외부 피복층(311)의 두께(a3') 및 금속층(312)의 두께(b3') 보다 모두 크게 형성되고, 선택적으로, 예비 측벽부(318)에서 내부 실란트층(313)의 두께(c3)는 예비 바닥부(317) 및 예비 밀봉부(319)에서 내부 실란트층(313)의 두께(c3')와 동일하거나, 또는 더 크게 형성될 수 있다.
이와 같이, 상대적으로 예비 측벽부의 외부 피복층 및 금속층이 두꺼운 라미네이트 시트를 사용하는 경우, 외부 피복층의 두께 증가로 인하여 전극조립체 수납용 홈 형성시 백화현상이 발생하는 것을 방지할 수 있고, 금속층의 두께 증가로 인하여 깊은 전극조립체 수납용 홈을 성형할 수 있다.
여기서, 상기 예비 측벽부를 구성하는 외부 피복층은 예비 바닥부와 예비 밀봉부의 외부 피복층과는 서로 상이한 소재로 이루어질 수 있고, 구체적으로, 예비 측벽부의 외부 피복층은 예비 바닥부와 예비 밀봉부의 외부 피복층 보다 연신율이 상대적으로 높은 소재로 이루어질 수 있다. 이 경우, 홈부의 깊이를 깊게 성형하는 프레싱 과정 시 외부 피복층이 연신되면서 발생할 수 있는 백화현상을 더욱 확실하게 차단할 수 있다는 이점이 있다.
이와 관련하여, 상기 예비 측벽부를 구성하는 외부 피복층으로는, 예를 들어, 불화수지공중합체를 포함하는 불소수지계열의 소재를 사용할 수 있고, 상기 예비 바닥부와 예비 밀봉부의 외부 피복층은 일반적으로 사용되는 폴리 에스테르계 또는 폴리에틸렌계의 소재를 사용할 수 있다.
본 발명은 상기와 같은 전지케이스용 라미네이트 시트를 성형하여 제조된 파우치형 전지케이스를 제공한다. 구체적으로, 예비 측벽부의 두께가 상대적으로 두꺼운 라미네이트 시트를 프레싱하여 전지케이스로 제조하기 때문에, 종래에 사용된 라미네이트 시트를 사용하여 제조된 전지케이스와 비교할 때, 전극조립체 수납용 홈의 성형에 의해 예비 측벽부가 연신되어 두께가 감소하더라도, 상기 홈의 측면을 구성하는 측벽부의 두께는 상기 홈의 바닥부의 두께와 동일하거나 두꺼울 수 있다.
이와 관련하여, 도 9의 (a)는 본 발명에 따른 라미네이트 시트를 이용하여 제조된 파우치형 전지의 하부케이스 단면도이고, 도 9의 (b)는 종래의 라미네이트 시트를 이용하여 제조된 파우치형 전지의 하부케이스 단면도이다.
도 9의 (a)를 참조하면, 파우치형 전지케이스(400)는 본 발명에 따른 라미네이트 시트로 제조된 전지케이스로서, 전극조립체를 수납하기 위한 홈이 형성되어 있으며, 상기 홈은 바닥부(401) 및 측벽부(402)를 포함하고, 측벽부(402)에서 외측으로 연장된 밀봉부(403)가 위치한다.
파우치형 전지케이스(400)는 바닥부(401)의 두께(B1), 측벽부(402)의 두께(B2) 및 밀봉부(403)의 두께(B3)가 모두 동일하게 이루어질 수 있고, 또는, 측벽부(402)의 두께(B2)가 바닥부(401)의 두께(B1) 및 밀봉부(403)의 두께(B3)보다 더 두꺼울 수 있다.
반면에, 도 9의 (b)를 참조하면, 종래와 같은 균일한 두께로 이루어진 라미네이트 시트로 제조된 파우치형 전지케이스(410)로서, 바닥부(411)의 두께(B1')는 밀봉부(413)의 두께(B3')와 동일하나 측벽부(412)의 두께(B2')는 상대적으로 얇게 형성된 구조임을 알 수 있다. 이는 홈의 형성 과정에서 측벽부(412)가 연신되어 얇아지기 때문이다.
즉, 본 발명에 따른 파우치형 전지케이스는 전극조립체의 수납을 위한 홈이 형성되더라도 홈의 측벽부 두께가 바닥부의 두께 이상을 유지하기 때문에 라미네이트 시트의 얇은 두께에 의해 크랙이 발생하는 문제를 방지할 수 있으며, 종래의 파우치형 이차전지에 비하여 홈의 깊이를 더 깊게 성형할 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 파우치형 전지케이스는 바닥부, 측벽부 및 밀봉부를 포함하나, 측벽부 하부(422)와 연결되는 바닥부 일부 및 측벽부 상부(421)와 연결되는 밀봉부의 일부는 부분적으로 측벽부의 두께와 동일한 두께로 이루어지거나, 또는 바닥부의 중심부 두께보다 두껍고 밀봉부의 외측 끝단보다 두꺼운 형태로 이루어질 수 있다.
본 발명은 또한, 상기 파우치형 전지케이스를 포함하는 파우치형 전지셀들이 내부에 적층된 전지팩으로서, 어느 하나의 전지셀의 바닥부가 이웃하는 다른 전지셀의 덮개부 또는 바닥부와 밀착 대면하도록 배치된 전지팩을 제공한다.
일반적으로, 파우치형 전지셀은 이웃하는 전지셀의 홈부가 서로 대면하도록 적층되어 전지팩에 수납되는 바, 도 1 및 도 2의 라미네이트 시트를 이용하여 제조된 파우치형 전지셀의 경우, 어느 하나의 전지셀의 바닥부는 이웃하는 다른 전지셀의 덮개부와 밀착 대면하도록 배치되며, 도 3 및 도 4의 라미네이트 시트를 이용하여 제조된 파우치형 전지셀의 경우, 어느 하나의 전지셀의 바닥부는 이웃하는 다른 전지셀의 바닥부와 밀착 대면하도록 배치될 수 있다.
본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주내에서 다양한 응용 및 변형을 수행하는 것이 가능할 것이다.
(부호의 설명)
100, 200: 라미네이트 시트
110, 210: 예비 홈부
101, 117, 127, 201, 317: 예비 바닥부
102, 118, 118', 128, 202, 318: 예비 측벽부
103, 119, 129, 203, 319: 예비 밀봉부
104: 예비 덮개부
105, 205: 예비 절곡선
100a, 200a, 111, 111', 121, 311: 외부 피복층
100b, 200b, 112, 112', 122, 312: 금속층
100c, 200c, 113, 113', 123, 313: 내부 실란트층
400, 410: 파우치형 전지케이스
401, 411: 바닥부
402, 412: 측벽부
403, 413: 밀봉부
421: 측벽부 상부
422: 측벽부 하부
a1, a2, a1', a2', a3, a3': 외부 피복층의 두께
b1, b2, b1', b2', b3, b3': 금속층의 두께
c1, c2, c1', c2', c3, c3': 내부 실란트층의 두께
B1, B1': 바닥부 두께
B2, B2': 측벽부 두께
B3, B3': 밀봉부 두께
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 전지케이스용 라미네이트 시트는 전극조립체 수납용 홈을 성형할 때 핀홀이나 크랙이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
또한, 전극조립체 수납용 홈의 깊이를 깊게 성형할 수 있으므로, 두꺼운 전극조립체의 수납이 가능한 바, 고용량의 전지셀을 제조할 수 있다.
또한, 전극조립체 수납용 홈의 측면 예정부만 두꺼운 형태의 전지케이스용 라미네이트 시트를 사용하기 때문에, 전체적으로 두꺼운 형태의 라미네이트 시트를 사용하여 제조하는 경우 전지셀의 두께가 증가하는 문제를 방지할 수 있다.

Claims (13)

  1. 전지케이스용 라미네이트 시트에 있어서,
    상기 라미네이트 시트는 전극조립체를 수납하기 위한 예비 홈부로서 예비 바닥부 및 상기 예비 홈부의 측면을 구성하는 예비 측벽부를 포함하고,
    상기 예비 측벽부에서 연장된 외주변에는 예비 밀봉부가 위치하며,
    상기 예비 측벽부의 두께는 상기 예비 바닥부의 두께보다 두껍게 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지케이스용 라미네이트 시트.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 라미네이트 시트는 외부 피복층, 금속층 및 내부 실란트층을 포함하고,
    상기 예비 측벽부의 외부 피복층 및 금속층 중 어느 하나 이상의 층은 서로 대응되는 예비 바닥부의 외부 피복층 및 금속층 보다 두껍게 형성되는 것을 특징으로 하는 전지케이스용 라미네이트 시트.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 예비 측벽부의 금속층의 두께는 상기 예비 바닥부의 금속층의 두께보다 두껍게 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지케이스용 라미네이트 시트.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 예비 측벽부의 두께는 상기 예비 바닥부의 두께보다 두꺼운 범위에서 두께 편차가 있는 것을 특징으로 하는 전지케이스용 라미네이트 시트.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 라미네이트 시트는 예비 절곡선을 중심으로 양측 각각에 전극조립체가 수납되는 예비 홈부 및 예비 덮개부가 형성되며,
    상기 예비 덮개부는 평면 형태로 이루어지고 상기 예비 바닥부의 두께와 동일한 두께로 이루어지는 것을 특징으로 하는 전지케이스용 라미네이트 시트.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 라미네이트 시트는 예비 절곡선을 중심으로 양측에 각각 대칭이 되도록 전극조립체가 수납되는 예비 홈부가 형성되며,
    상기 예비 측벽부의 두께는 예비 바닥부의 두께보다 두껍게 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지케이스용 라미네이트 시트.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 예비 측벽부의 두께와 예비 밀봉부의 두께는 상기 예비 바닥부의 두께보다 두껍게 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지케이스용 라미네이트 시트.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 외부 피복층은, 상기 예비 측벽부의 소재가 예비 바닥부 및 예비 밀봉부의 소재와 상이한 것을 특징으로 하는 전지케이스용 라미네이트 시트.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 예비 측벽부의 외부 피복층은 예비 바닥부 및 예비 밀봉부의 외부 피복층보다 연신율이 높은 소재로 이루어진 것을 특징으로 하는 전지케이스용 라미네이트 시트.
  10. 제 7 항에 따른 전지케이스용 라미네이트 시트를 성형하여 제조된 파우치형 전지케이스.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 파우치형 전지케이스는 전극조립체가 수납되는 홈의 측면을 구성하는 측벽부의 두께가 상기 홈의 바닥부의 두께와 동일하거나 두꺼운 것을 특징으로 하는 파우치형 전지케이스.
  12. 제 10 항에 따른 파우치형 전지케이스를 포함하는 파우치형 전지셀.
  13. 제 12 항에 따른 파우치형 전지셀들이 내부에 적층된 전지팩으로서,
    어느 하나의 전지셀의 바닥부가 이웃하는 다른 전지셀의 덮개부 또는 바닥부와 밀착 대면하도록 배치된 것을 특징으로 하는 전지팩.
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