WO2021040357A1 - 이차 전지용 전지 케이스 및 가스 배출부 제조 방법 - Google Patents

이차 전지용 전지 케이스 및 가스 배출부 제조 방법 Download PDF

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WO2021040357A1
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gas discharge
layer
gas
battery case
discharge unit
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황수지
김상훈
최용수
유형균
김나윤
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주식회사 엘지화학
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Definitions

  • the present invention relates to a method of manufacturing a battery case and a gas discharge unit for a secondary battery, and more particularly, manufacturing a battery case and a gas discharge unit for a secondary battery capable of controlling the pressure by discharging the internal gas to the outside when the internal pressure of the pouch increases. It's about the method.
  • types of secondary batteries include nickel cadmium batteries, nickel hydride batteries, lithium ion batteries, and lithium ion polymer batteries.
  • These secondary batteries are not only small products such as digital cameras, P-DVDs, MP3Ps, mobile phones, PDAs, portable game devices, power tools, and E-bikes, but also large products requiring high output such as electric vehicles and hybrid vehicles, and surplus power generation. It is also applied and used in power storage devices for storing electric power or renewable energy and power storage devices for backup.
  • Secondary batteries are classified into pouch type and can type, depending on the material of the case accommodating the electrode assembly.
  • the pouch type accommodates the electrode assembly in a pouch made of a soft polymer material.
  • the can type accommodates the electrode assembly in a case made of a material such as metal or plastic.
  • gas may be generated due to an internal short circuit, overcharging, or overdischarging due to an external shock.
  • gas when stored or stored at a high temperature, gas may be generated by rapidly accelerating the electrochemical reaction of the electrolyte and the electrode active material.
  • the generated gas increases the internal pressure of the secondary battery, causing problems such as weakening of bonding force between parts, damage to the case of the secondary battery, premature operation of the protection circuit, deformation of the electrode, internal short circuit, and explosion.
  • a protection member such as a CID filter and a safety vent is provided. Therefore, when the pressure inside the case increases, the electrical connection is physically cut off.
  • a protective member is not sufficiently provided.
  • the problem to be solved by the present invention is to provide a battery case for a secondary battery and a method of manufacturing a gas discharge unit capable of controlling the pressure by discharging the gas inside the pouch when the internal pressure of the pouch increases.
  • a battery case for a secondary battery for solving the above problem includes: a cup portion provided with an accommodation space for accommodating an electrode assembly formed by stacking electrodes and a separator in the battery case for a secondary battery; A sealing part extending outwardly of the cup part; And a gas discharge part which is attached from the inside to a hole formed by being perforated in at least one of the cup part or the sealing part, and through which gas is passed, wherein the gas discharge part comprises: a gas discharge layer through which gas passes; And an external functional layer formed on the outer surface of the gas discharge layer and having hydrophobic properties.
  • the outer functional layer may be formed by distributing a plurality of fine protrusions on an outer surface.
  • the fine protrusions may have a diameter of 50 nm to 10 ⁇ m.
  • the fine protrusions may have a diameter of 100 nm to 1 ⁇ m.
  • the outer functional layer may contain an oil or wax component.
  • the oil may include at least one of a fluorinated carbon oil, a silicone oil, a carbon-based oil, and a fatty acid amide.
  • the gas discharge layer may include at least one of polypropylene (PP), polyethylene (PE), polytetrafluoroethylene (PTFE), and polyvinylidene fluoride (PVDF).
  • PP polypropylene
  • PE polyethylene
  • PTFE polytetrafluoroethylene
  • PVDF polyvinylidene fluoride
  • the gas discharge layer may further include an inner functional layer having a hydrophobic property.
  • the sealing portion may include an inner region adjacent to the cup portion; And an outer region that is positioned outside the inner region to form an edge and seals the cup part by sealing, and the hole may be formed in the inner region of the sealing part.
  • the gas discharge unit may be formed in plural.
  • a method of manufacturing a gas discharge unit according to an embodiment of the present invention for solving the above problem includes: providing a gas discharge layer through which gas is transmitted; Preparing a mixture by stirring the fine particles and the polymer solution; Spraying the mixture on at least one surface of the gas discharge layer; And drying the mixture.
  • the gas discharge layer may include at least one of polypropylene (PP), polyethylene (PE), polytetrafluoroethylene (PTFE), and polyvinylidene fluoride (PVDF).
  • PP polypropylene
  • PE polyethylene
  • PTFE polytetrafluoroethylene
  • PVDF polyvinylidene fluoride
  • the polymer solution may contain at least one of polypropylene (PP), polyethylene (PE), polytetrafluoroethylene (PTFE), and polyvinylidene fluoride (PVDF).
  • PP polypropylene
  • PE polyethylene
  • PTFE polytetrafluoroethylene
  • PVDF polyvinylidene fluoride
  • the fine particles may include at least one of silica particles, carbon nanotubes (CNT), and alumina particles.
  • the silica particles may be contained in an amount of 0.1 to 2 wt% or less.
  • the mixture in the step of spraying the mixture, may be sprayed at a pressure of 0.2 to 0.5 MPa using a nozzle at a distance of 8 to 15 cm from the gas discharge layer.
  • step of spraying the mixture and the step of drying the mixture may be performed by repeating 2 to 4 times.
  • a pouch-type secondary battery for solving the above problems includes: an electrode assembly formed by stacking electrodes and a separator; And a battery case accommodating the electrode assembly therein, wherein the battery case includes: a cup portion provided with an accommodation space for accommodating the electrode assembly; A sealing part extending outwardly of the cup part; And a gas discharge part which is attached from the inside to a hole formed by being perforated in at least one of the cup part or the sealing part, and through which gas is passed, wherein the gas discharge part comprises: a gas discharge layer through which gas passes; And an external functional layer formed on the outer surface of the gas discharge layer and having hydrophobic properties.
  • a method for manufacturing a pouch-type secondary battery according to an embodiment of the present invention for solving the above problem includes the steps of forming a cup part by drawing-molding a pouch film; Perforating a hole in at least one of the cup portion or the sealing portion extending in the outer direction of the cup portion; Attaching a gas discharge unit through which gas is transmitted from the inside to the hole; Accommodating an electrode assembly formed by stacking an electrode and a separator in an accommodation space provided in the cup portion; And thermally compressing the sealing portion.
  • the gas discharge unit may include a gas discharge layer through which gas is transmitted; And an outer functional layer formed on the outer surface of the gas discharge layer and having a hydrophobic property, wherein the pouch film includes a sealant layer made of a polymer and positioned on the innermost layer, and in the step of attaching the gas discharge part
  • the outer functional layer may be sealed by applying heat and pressure to the sealant layer.
  • a hole is perforated in the battery case, and a gas discharge unit through which gas permeates is attached to the hole.
  • the internal gas can be discharged to the outside to control the pressure.
  • an external functional layer or an internal functional layer is formed in the gas discharge portion, so that external moisture penetration and internal electrolyte leakage can be prevented.
  • the gas discharge portion is attached to the hole from the inside, it is possible to prevent the metal of the gas barrier layer exposed to the inner peripheral surface of the hole from being corroded by the electrolyte.
  • FIG. 1 is an assembly diagram of a pouch-type secondary battery according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a perspective view of a pouch-type secondary battery according to an embodiment of the present invention.
  • FIG 3 is a cross-sectional view of a gas discharge unit according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a gas discharge unit according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view of a pouch film according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is an assembly diagram of a pouch-type secondary battery 1 according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a perspective view of a pouch-type secondary battery 1 according to an embodiment of the present invention.
  • the pouch-type secondary battery 1 includes an electrode assembly 10 formed by stacking electrodes such as a positive electrode and a negative electrode and a separator, and the electrode assembly 10, as shown in FIG. 1. It includes a pouch-type battery case 13 accommodated therein.
  • the pouch-type secondary battery 1 In order to manufacture the pouch-type secondary battery 1, first, a slurry obtained by mixing an electrode active material, a binder, and a plasticizer is applied to a positive electrode current collector and a negative electrode current collector to manufacture electrodes such as a positive electrode and a negative electrode.
  • the electrode assembly 10 of a predetermined shape is formed by stacking this on both sides of a separator, and then the electrode assembly 10 is inserted into the battery case 13, and the electrolyte is injected and then sealed.
  • the electrode assembly (Electrode Assembly, 10) is a laminated structure having two types of electrodes, an anode and a cathode, and a separator interposed between the electrodes to insulate the electrodes from each other, or disposed on the left or right side of any one electrode.
  • the stacked structure may be in various forms without limitation, such as a positive electrode and a negative electrode of a predetermined standard may be stacked with a separator interposed therebetween, or may be wound in a jelly roll form.
  • the two types of electrodes that is, the positive electrode and the negative electrode, have a structure in which an active material slurry is coated on an electrode current collector in the form of a metal foil or metal mesh containing aluminum and copper, respectively.
  • the slurry may be formed by stirring a particulate active material, an auxiliary conductor, a binder, a plasticizer, and the like in a state in which a solvent is added. The solvent is removed in a subsequent process.
  • the electrode assembly 10 includes an electrode tab 11 as shown in FIG. 1.
  • the electrode tabs 11 are respectively connected to the anode and the cathode of the electrode assembly 10, protrude to the outside of the electrode assembly 10, and become a path through which electrons can move between the inside and the outside of the electrode assembly 10. .
  • the current collector of the electrode assembly 10 includes a portion coated with an electrode active material and a terminal portion to which the electrode active material is not applied, that is, a non-coated portion.
  • the electrode tab 11 may be formed by cutting the uncoated portion or by connecting a separate conductive member to the uncoated portion by ultrasonic welding or the like. As shown in FIG. 1, the electrode tabs 11 may protrude from one side of the electrode assembly 10 in the same direction, but are not limited thereto and may protrude in different directions.
  • An electrode lead 12 is connected to the electrode tab 11 of the electrode assembly 10 by spot welding or the like.
  • a part of the electrode lead 12 is surrounded by an insulating portion 14.
  • the insulating part 14 is located limited to the sealing part 134 in which the upper case 131 and the lower case 132 of the battery case 13 are thermally fused, and is adhered to the battery case 13.
  • electricity generated from the electrode assembly 10 is prevented from flowing to the battery case 13 through the electrode lead 12 and the sealing of the battery case 13 is maintained. Therefore, the insulating portion 14 is made of a non-conductive non-conductor that does not conduct electricity well.
  • an insulating tape that is easy to attach to the electrode lead 12 and has a relatively thin thickness is often used, but is not limited thereto, and various members can be used as long as the electrode lead 12 can be insulated. have.
  • the electrode lead 12 has one end connected to the positive electrode tab 111, and one end connected to the positive electrode lead 121 and the negative electrode tab 112 extending in a direction in which the positive electrode tab 111 protrudes, and the negative electrode tab 112 ) Includes a negative electrode lead 122 extending in the protruding direction. Meanwhile, the other ends of the positive lead 121 and the negative lead 122 protrude to the outside of the battery case 13 as shown in FIG. 1. Accordingly, electricity generated inside the electrode assembly 10 can be supplied to the outside.
  • the positive electrode lead 121 and the negative electrode lead 122 may also extend in various directions, respectively.
  • the anode lead 121 and the cathode lead 122 may have different materials from each other. That is, the positive lead 121 may be made of the same aluminum (Al) material as the positive current collector, and the negative lead 122 may be made of the same copper (Cu) material as the negative current collector or a copper material coated with nickel (Ni). In addition, a portion of the electrode lead 12 protruding to the outside of the battery case 13 becomes a terminal portion and is electrically connected to the external terminal.
  • the battery case 13 is a pouch made of a flexible material.
  • the battery case 13 accommodates and seals the electrode assembly 10 so that a part of the electrode lead 12, that is, the terminal portion is exposed.
  • the battery case 13 includes an upper case 131 and a lower case 132 as shown in FIG. 1.
  • a cup portion 133 is formed to provide an accommodation space 1331 capable of accommodating the electrode assembly 10, and in the upper case 131, the electrode assembly 10 is a battery case 13
  • the accommodation space 1331 is covered from the top so as not to be separated from the outside.
  • a cup portion 133 in which an accommodation space 1331 is provided is also formed in the upper case 131, so that the electrode assembly 10 may be accommodated from the top.
  • the present invention is not limited thereto, and the cup portion 133 may be formed only in the lower case 132 and may be variously formed.
  • the upper case 131 and the lower case 132 may be manufactured by connecting one side to each other as shown in FIG. 1, but is not limited thereto and may be manufactured in various ways, such as being separated from each other and manufactured separately.
  • the battery case 13 includes a gas discharge unit 136 through which gas is transmitted.
  • the gas discharge part 136 is attached from the inside to a hole 137 formed by perforating at least one of the cup part 133 or the sealing part 134.
  • the hole 137 is formed in at least one of the upper case 131 and the lower case 132. That is, only one hole 137 may be formed, but a plurality of holes 137 may be formed.
  • the sealing portion 134 formed extending in the outer direction of the cup portion 133 is located outside the inner region 1341 adjacent to the cup portion 133 and the inner region 1341 And sealing the cup portion 133 by sealing the outer region 1342.
  • the hole 137 is preferably formed in the inner region 1341 rather than the outer region 1342 in the sealing portion 134. Further, when sealing the sealing part 134 later, it is preferable to seal only the outer region 1342 without sealing the inner region 1341 in which the hole 137 is located.
  • the two sealing portions 134 of the upper and lower cases 131 and 132 are normally in contact with each other and the hole 137 is closed, thereby preventing external moisture penetration and internal electrolyte leakage.
  • the volume of the secondary battery 1 expands and the inner regions 1341 of the two sealing portions 134 that are in contact with each other are separated from each other.
  • the hole 137 is opened, and gas may be discharged to the outside through the gas discharge unit 136.
  • the present invention is not limited thereto, and the hole 137 may be formed at various positions if gas can be easily discharged, such as formed on one surface of the cup portion 133.
  • the gas can easily pass through the gas discharge unit 136, it is preferable that it is not easy to pass a liquid such as water or an electrolyte. A detailed description of the gas discharge unit 136 will be described later.
  • the cup portion 133 of the lower case 132 When the electrode lead 12 is connected to the electrode tab 11 of the electrode assembly 10 and the insulating portion 14 is formed on a part of the electrode lead 12, the cup portion 133 of the lower case 132 The electrode assembly 10 is accommodated in the accommodation space 1331, and the upper case 131 covers the space from the top. Then, an electrolyte is injected into the inside, and the sealing portions 134 formed on the edges of the upper case 131 and the lower case 132 are sealed.
  • the electrolyte is for moving lithium ions generated by the electrochemical reaction of the electrode during charging and discharging of the secondary battery 1, and is a non-aqueous organic electrolyte or a polymer using a polymer electrolyte, which is a mixture of a lithium salt and a high-purity organic solvent. It may include. Through this method, as shown in FIG. 2, a pouch-type secondary battery 1 may be manufactured.
  • FIG 3 is a cross-sectional view of a gas discharge unit 136 according to an embodiment of the present invention.
  • the gas discharge part 136 is attached from the inside to a hole 137 formed by perforating at least one of the cup part 133 or the sealing part 134, and gas is permeated therethrough. As shown in FIG. 3, the gas discharge part 136 is formed on the outer surfaces of the gas discharge layer 1362 and the gas discharge layer 1362 through which gas is permeated, and an external functional layer 1361 having a hydrophobic property. Includes. In addition, an inner functional layer 1363 formed on the inner surface of the gas discharge layer 1362 and having hydrophobic properties may be further included.
  • the gas discharge layer 1362 is preferably formed of a semipermeable membrane, which is easily permeable to gas, but is not easily permeable to liquids such as water and electrolyte.
  • the gas discharge layer 1362 may include at least one of polypropylene (PP), polyethylene (PE), polytetrafluoroethylene (PTFE), and polyvinylidene fluoride (PVDF).
  • PP polypropylene
  • PE polyethylene
  • PTFE polytetrafluoroethylene
  • PVDF polyvinylidene fluoride
  • a biaxial stretching method may be used. That is, after extruding in the form of a film by using the raw material containing the above material, stretching is performed in the extrusion direction (MD, Mechanical Diraction) and the vertical direction (Transverse Direction) respectively, thereby manufacturing the gas discharge layer 1362. have.
  • the present invention is not limited thereto, and a phase separation method may be used. That is, the raw material including the material may be applied to a plate in the form of a film, the solvent is evaporated by varying the temperature, and then immersed in a water tank filled with the separate solution to prepare the gas discharge layer 1362.
  • the present invention there is no separate cover for opening and closing the hole 137 formed in the battery case 13. If there is a cover, it is not easy to close the hole 137 again after the cover opens the hole 137. In addition, in order to solve this problem, a separate hinge must be installed so that the cover opens and closes the hole 137, and the structure becomes complicated and durability may decrease. However, if the cover does not exist, a small amount of moisture may penetrate from the outside through the gas discharge layer 1362 even if it is difficult for liquid to permeate through the gas discharge layer 1362.
  • an outer functional layer 1136 having a hydrophobic property is formed on the outer surface of the gas discharge layer 1362.
  • the outer surface of the gas discharge layer 1362 refers to a surface formed outside the secondary battery 1, that is, in a direction opposite to the electrode assembly 10 when the secondary battery 1 is manufactured.
  • the outer functional layer 1136 may have a plurality of fine protrusions distributed on the outer surface. Then, a plurality of fine protrusions may prevent condensation of moisture on the outer surface of the outer functional layer 1361 and thus have hydrophobicity.
  • the outer surface of the outer functional layer 1361 refers to a surface opposite to the surface bonded to the gas emission layer 1362.
  • the diameter of the fine protrusions may be 50 nm to 10 ⁇ m, preferably 100 nm to 1 ⁇ m in diameter.
  • the outer functional layer 1361 includes fine particles, and the fine particles may include at least one of silica particles, carbon nanotubes (CNT), and alumina particles, and in particular, carbon nanotubes ( CNT) is most preferred.
  • the outer functional layer 1361 should have hydrophobic properties, but the silica particles have hydrophilic properties. Therefore, if the fine particles contain silica particles, it is preferable to contain only a very small amount of about 0.1 to 2 wt% or less.
  • the outer functional layer 1361 may have an oil or wax component.
  • Oil or wax may have a hydrophobic property because it has a property of lipophilicity that is not mixed with moisture.
  • the oil may include at least one of fluorinated carbon oil, silicone oil, carbon-based oil, and fatty acid amide
  • the wax may include at least one of paraffin wax and carbon-based wax.
  • an inner functional layer 1363 having hydrophobic properties may be formed on the inner side of the gas discharge layer 1362.
  • the inner surface of the gas discharge layer 1362 refers to a surface formed in a direction toward the inside of the secondary battery 1, that is, toward the electrode assembly 10 when the secondary battery 1 is manufactured.
  • a plurality of fine protrusions may be distributed on an outer surface of the inner functional layer 1363 as well.
  • fine particles are also included in the inner functional layer 1363, and the fine particles may include at least one of silica particles, carbon nanotubes (CNT), and alumina particles.
  • the outer surface of the inner functional layer 1363 refers to a surface opposite to the surface bonded to the gas emission layer 1362.
  • the inner functional layer 1363 may have an oil or wax component.
  • the oil may include at least one of a fluorinated carbon oil, a silicone oil, a carbon-based oil, and a fatty acid amide.
  • FIG. 4 is a flowchart illustrating a method of manufacturing the gas discharge unit 136 according to an embodiment of the present invention.
  • a method of manufacturing the gas discharge unit 136 includes: providing a gas discharge layer 1362 through which gas is permeated; Preparing a mixture by stirring the fine particles and the polymer solution; Spraying the mixture onto at least one surface of the gas discharge layer (1362); And drying the mixture.
  • a gas discharge layer 1362 through which gas is transmitted is provided (S401).
  • the gas discharge layer 1362 is preferably formed of a semipermeable membrane, which is easily permeable to gas, but liquids such as water and electrolyte are not easily permeable.
  • the gas discharge layer 1362 may include at least one of polypropylene (PP), polyethylene (PE), polytetrafluoroethylene (PTFE), and polyvinylidene fluoride (PVDF).
  • the fine particles may include at least one of silica particles, carbon nanotubes (CNT), and alumina particles.
  • the outer functional layer 1361 should have hydrophobic properties, but the silica particles have hydrophilic properties. Therefore, if it contains silica particles, it is preferable to include only a very small amount of about 0.1 to 2 wt% or less.
  • the diameter of the fine particles may be 50 nm to 10 ⁇ m, preferably 100 nm to 1 ⁇ m in diameter. This is because if the diameter of the fine particles is excessively small, the hydrophobic properties may be deteriorated, and if the diameter is excessively large, the fusion force between the gas discharge unit 136 and the pouch film 135 may decrease in the future. .
  • the polymer solution may contain at least one of polypropylene (PP), polyethylene (PE), polytetrafluoroethylene (PTFE), and polyvinylidene fluoride (PVDF). That is, since the polymer solution includes the same material as or similar to the gas emission layer 1362, the outer functional layer 1361 or the inner functional layer 1363 can be easily stacked on the gas emission layer 1362.
  • PP polypropylene
  • PE polyethylene
  • PTFE polytetrafluoroethylene
  • PVDF polyvinylidene fluoride
  • the mixture is sprayed onto at least one surface of the gas discharge layer 1362 (S403). If sprayed on the outer surface of the gas discharge layer 1362, the outer functional layer 1136 is formed, and if sprayed on the inner surface of the gas discharge layer 1362, the inner functional layer 1363 is formed.
  • a spray coating method can be used. For example, at a distance of approximately 8 to 15 cm, in particular 10 cm apart from the gas discharge layer 1362, the mixture can be sprayed with a nozzle at a pressure of approximately 0.2 to 0.5 MPa, in particular 0.4 MPa. . However, it is not limited thereto, and various coating methods may be used.
  • heat is applied to dry the mixture (S404).
  • the temperature of the applied heat is excessively low, drying of the mixture takes an excessive amount of time, and if the temperature is excessively high, the shape of the gas discharge layer 1362 may be deformed. Therefore, it is preferable to apply heat at a temperature of 50 to 140°C, in particular 50 to 100°C.
  • the outer functional layer 1361 or the inner functional layer 1363 may be formed.
  • the steps S403 to S404 may be performed by repeating 2 to 4 times.
  • FIG 5 is a cross-sectional view of a pouch film 135 according to an embodiment of the present invention.
  • a hole 137 is perforated in the battery case 13, and a gas discharge unit 136 that passes gas is attached to the hole 137, so that the inside of the secondary battery 1 When the pressure increases, the internal gas can be discharged to the outside to control the pressure.
  • an outer functional layer 1361 or an inner functional layer 1363 is formed on the gas discharge unit 136 to prevent moisture from penetrating from the outside and leakage of the electrolyte solution from the inside.
  • the gas discharge part 136 is attached to the hole 137 from the inside, so that the metal of the gas barrier layer 1351 exposed to the inner circumferential surface 1371 of the hole 137 is prevented from being corroded by the electrolyte. have.
  • the battery case 13 for a secondary battery 1 includes a cup portion 133 provided with an accommodation space 1331 for accommodating an electrode assembly 10 formed by stacking electrodes and a separator. ); A sealing portion 134 extending outwardly of the cup portion 133; And a gas discharge part 136 attached from the inside to a hole 137 formed by perforating at least one of the cup part 133 or the sealing part 134 and through which gas is passed, the gas discharge part (
  • the 136 includes a gas discharge layer 1362 through which gas is permeated; And an external functional layer 1361 formed on the outer surface of the gas discharge layer 1362 and having hydrophobic properties.
  • an inner functional layer 1363 formed on the inner surface of the gas discharge layer 1362 and having hydrophobic properties may be further included.
  • the pouch film 135 is drawn and stretched to form a cup portion 133.
  • the pouch film 135 includes a gas barrier layer 1351, a surface protection layer 1352, and a sealant layer 1353.
  • the gas barrier layer 1351 secures the mechanical strength of the battery case 13, blocks entry of gas or moisture from the secondary battery 1, and prevents leakage of an electrolyte.
  • the gas barrier layer 1351 includes a metal, and it is preferable that an aluminum thin film (Al Foil) is mainly used.
  • Al Foil aluminum can secure a mechanical strength of a predetermined level or higher, it is light in weight, and complements the electrochemical properties of the electrode assembly 10 and the electrolyte, and heat dissipation properties can be secured.
  • the present invention is not limited thereto, and various materials may be included in the gas barrier layer 1351.
  • it may be one or more materials selected from the group consisting of iron (Fe), carbon (C), chromium (Cr), manganese (Mn), nickel (Ni), and aluminum (Al).
  • Fe iron
  • C carbon
  • Cr chromium
  • Mn manganese
  • Ni nickel
  • Al aluminum
  • the gas barrier layer 1351 is made of a material containing iron, mechanical strength is improved, and when a material containing aluminum is made of a material, flexibility is improved, so it may be used in consideration of each characteristic.
  • the surface protection layer 1352 is made of a polymer and is positioned on the outermost layer to protect the secondary battery 1 from friction and collision with the outside, and electrically insulate the electrode assembly 10 from the outside.
  • the outermost layer refers to a layer located farthest from the gas barrier layer 1351 in a direction opposite to the direction in which the electrode assembly 10 is located.
  • Polymers for producing the surface protective layer 1352 are polyethylene, polypropylene, polycarbonate, polyethylene terephthalate, polyvinyl chloride, acrylic polymer, polyacrylonitrile, polyimide, polyamide, cellulose, aramid, nylon, poly It may be one or more materials selected from the group consisting of esters, polyparaphenylenebenzobisoxazole, polyarylate, Teflon, and glass fibers. In particular, it is preferable to use a polymer such as nylon resin or polyethylene terephthalate (PET) mainly having abrasion resistance and heat resistance.
  • the surface protection layer 1352 may have a single layer structure made of any one material, or may have a composite layer structure formed by each layer of two or more materials.
  • the sealant layer 1352 is made of a polymer, and is positioned on the innermost layer to directly contact the electrode assembly 10.
  • the innermost layer refers to a layer located farthest from the gas barrier layer 1351 in the direction in which the electrode assembly 10 is positioned. Accordingly, the gas barrier layer 1351 is stacked between the surface protection layer 1352 and the sealant layer 1352, as shown in FIG. 5. Since the sealant layer 1352 directly contacts the electrode assembly 10, it must have insulation, and since it contacts an electrolyte, it must have corrosion resistance. In addition, since the interior must be completely sealed to block material movement between the interior and exterior, it must have high sealing properties. That is, the sealing portions 134 to which the sealant layers 1352 are bonded to each other should have excellent thermal bonding strength.
  • the polymers that make the sealant layer 1352 are polyethylene, polypropylene, polycarbonate, polyethylene terephthalate, polyvinyl chloride, acrylic polymer, polyacrylonitrile, polyimide, polyamide, cellulose, aramid, nylon, It may be one or more materials selected from the group consisting of polyester, polyparaphenylenebenzobisoxazole, polyarylate, Teflon, and fiberglass.
  • a polyolefin-based resin such as polypropylene (PP) or polyethylene (PE) is mainly used.
  • Polypropylene (PP) is excellent in mechanical properties such as tensile strength, stiffness, surface hardness, abrasion resistance, heat resistance, and chemical properties such as corrosion resistance, and is mainly used to manufacture the sealant layer 1351. Further, it may be composed of a non-stretched polypropylene (Cated Polypropylene) or a polypropylene-butylene-ethylene terpolymer. In addition, the sealant layer 1352 may have a single film structure made of any one material, or a composite film structure formed by forming two or more materials as a layer, respectively.
  • an adhesive layer 1354 for bonding them to each other may be further formed.
  • the pouch film 135 having the laminated structure as described above is drawn and molded using a punch or the like, a portion of the pouch film 135 is stretched to form a cup portion 133 including a pocket-shaped accommodation space 1331. Then, a hole 137 is perforated in at least one of the cup portion 133 or the sealing portion 134.
  • a gas discharge part 136 through which the manufactured gas is transmitted is attached to the hole 137 from the inside. Only one hole 137 may be formed, but a plurality of holes 137 may be formed, and thus, only one hole 137 may be formed, but may be formed in a plurality.
  • the gas discharge unit 136 is attached to the hole 137 from the inside, thereby preventing the metal of the gas barrier layer 1351 exposed to the inner circumferential surface 1371 of the hole 137 from being corroded by the electrolyte. can do.
  • the outer functional layer 1361 of the gas discharge part 136 is adhered to one surface of the sealant layer 1352, and in particular, it is prevented from being easily detached by the electrolyte.
  • the sealant layer 1351 and the outer functional layer 1361 include the same or similar material in order to easily seal the outer functional layer 1361 to the sealant layer 1351.
  • the secondary battery 1 When the electrode assembly 10 is accommodated in the receiving space 1331 provided in the cup portion 133, an electrolyte is injected. Thereafter, when the upper case 131 and the lower case 132 are brought into contact with each other and thermally compressed to the sealing portion 134, the sealant layers 1351 are adhered to each other, thereby sealing the battery case 13.
  • the secondary battery 1 according to an embodiment of the present invention can be manufactured.

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Abstract

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 이차 전지용 전지 케이스는 이차 전지용 전지 케이스에 있어서, 전극 및 분리막이 적층되어 형성되는 전극 조립체를 수용하는 수용 공간이 마련된 컵부; 상기 컵부의 외측 방향으로 연장 형성되는 실링부; 및 상기 컵부 또는 상기 실링부 중 적어도 하나에 타공되어 형성된 홀에, 내측으로부터 부착되며, 가스가 투과되는 가스 배출부를 포함하되, 상기 가스 배출부는, 가스가 투과되는 가스 배출층; 및 상기 가스 배출층의 외측면에 형성되며, 소수성 성질 가지는 외부 기능성 층을 포함한다.

Description

이차 전지용 전지 케이스 및 가스 배출부 제조 방법
관련출원과의 상호인용
본 출원은 2019년 08월 27일자 한국특허출원 제10-2019-0105417호에 기초한 우선권의 이익을 주장하며, 해당 한국특허출원의 문헌에 개시된 모든 내용은 본 명세서의 일부로서 포함된다.
기술분야
본 발명은 이차 전지용 전지 케이스 및 가스 배출부 제조 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 파우치의 내부 압력이 증가하면 내부의 가스를 외부로 배출하여 압력을 조절할 수 있는 이차 전지용 전지 케이스 및 가스 배출부 제조 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 이차 전지의 종류로는 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 리튬 이온 전지 및 리튬 이온 폴리머 전지 등이 있다. 이러한 이차 전지는 디지털 카메라, P-DVD, MP3P, 휴대폰, PDA, Portable Game Device, Power Tool 및 E-bike 등의 소형 제품뿐만 아니라, 전기 자동차나 하이브리드 자동차와 같은 고출력이 요구되는 대형 제품과 잉여 발전 전력이나 신재생 에너지를 저장하는 전력 저장 장치와 백업용 전력 저장 장치에도 적용되어 사용되고 있다.
이차 전지는 전극 조립체를 수용하는 케이스의 재질에 따라, 파우치 형(Pouch Type) 및 캔 형(Can Type) 등으로 분류된다. 파우치 형(Pouch Type)은 연성의 폴리머 재질로 제조된 파우치에 전극 조립체를 수용한다. 그리고, 캔 형(Can Type)은 금속 또는 플라스틱 등의 재질로 제조된 케이스에 전극 조립체를 수용한다.
한편, 이차 전지는 외부 충격에 의한 내부 단락, 과충전, 과방전 등에 의해 가스가 발생할 수 있다. 또는 고온에서 보관하거나 저장하는 경우, 높은 온도가 전해질 및 전극 활물질의 전기화학적 반응을 빠르게 촉진하여 가스가 발생할 수 있다.
이 때, 상기 발생한 가스는 이차 전지의 내부 압력을 상승시켜 부품간의 결합력 약화, 이차 전지의 케이스 파손, 보호회로의 조기 작동, 전극의 변형, 내부 단락, 폭발 등의 문제를 발생시킨다. 이를 방지하기 위해, 캔 형(Can Type)의 이차 전지의 경우에는, CID 필터 및 안전 벤트와 같은 보호 부재가 마련되었다. 따라서, 케이스의 내부의 압력이 증가하면 전기적 연결을 물리적으로 차단하였다. 그러나, 종래의 파우치 형(Pouch Type)의 이차 전지의 경우에는, 이러한 보호 부재가 충분히 마련되지 않았다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 파우치의 내부 압력이 증가하면 내부의 가스를 외부로 배출하여 압력을 조절할 수 있는 이차 전지용 전지 케이스 및 가스 배출부 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 이차 전지용 전지 케이스는 이차 전지용 전지 케이스에 있어서, 전극 및 분리막이 적층되어 형성되는 전극 조립체를 수용하는 수용 공간이 마련된 컵부; 상기 컵부의 외측 방향으로 연장 형성되는 실링부; 및 상기 컵부 또는 상기 실링부 중 적어도 하나에 타공되어 형성된 홀에, 내측으로부터 부착되며, 가스가 투과되는 가스 배출부를 포함하되, 상기 가스 배출부는, 가스가 투과되는 가스 배출층; 및 상기 가스 배출층의 외측면에 형성되며, 소수성 성질 가지는 외부 기능성 층을 포함한다.
또한, 상기 외부 기능성 층은, 외측면에 복수의 미세 돌기들이 분포하여 형성될 수 있다.
또한, 상기 미세 돌기는, 직경이 50 nm 내지 10 μm일 수 있다.
또한, 상기 미세 돌기는, 직경이 100 nm 내지 1 μm일 수 있다.
또한, 상기 외부 기능성 층은, 오일 또는 왁스 성분을 포함할 수 있다.
또한, 상기 오일은, 플루오르화 탄소 오일, 실리콘 오일, 탄소계 오일, 지방산 아마이드 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
또한, 상기 가스 배출층은, 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌(PE), 폴리테트라 플루오로에틸렌(PTFE), 폴리플루오린화비닐리덴(PVDF) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
또한, 상기 가스 배출층의 내측면에 형성되며, 소수성 성질 가지는 내부 기능성 층을 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 실링부는, 상기 컵부에 인접한 내측 영역; 및 상기 내측 영역보다 외측에 위치하여 테두리가 되고, 실링됨으로써 상기 컵부를 밀폐하는 외측 영역을 포함하고, 상기 홀은, 상기 실링부에서, 상기 내측 영역에 형성될 수 있다.
또한, 상기 가스 배출부는, 복수로 형성될 수 있다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 가스 배출부 제조 방법은 가스가 투과되는 가스 배출층을 마련하는 단계; 미세 입자와 고분자 용액을 교반하여 혼합물을 제조하는 단계; 상기 가스 배출층의 적어도 일면에, 상기 혼합물을 분사하는 단계; 및 상기 혼합물을 건조하는 단계를 포함한다.
또한, 상기 가스 배출층은, 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌(PE), 폴리테트라 플루오로에틸렌(PTFE), 폴리플루오린화비닐리덴(PVDF) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
또한, 상기 고분자 용액은, 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌(PE), 폴리테트라 플루오로에틸렌(PTFE), 폴리플루오린화비닐리덴(PVDF) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
또한, 상기 미세 입자는, 실리카 입자, 탄소나노튜브(CNT), 알루미나 입자 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
또한, 상기 실리카 입자는, 0.1 내지 2 wt% 이하 포함될 수 있다.
또한, 상기 혼합물을 분사하는 단계는, 상기 가스 배출층으로부터 8 내지 15 cm 이격된 거리에서, 노즐을 이용하여 0.2 내지 0.5 MPa의 압력으로 상기 혼합물을 분사할 수 있다.
또한, 상기 혼합물을 분사하는 단계 및 상기 혼합물을 건조하는 단계는, 2회 내지 4회 반복하여 수행될 수 있다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 파우치 형 이차 전지는 전극 및 분리막이 적층되어 형성되는 전극 조립체; 및 상기 전극 조립체를 내부에 수용하는 전지 케이스를 포함하고, 상기 전지 케이스는 상기 전극 조립체를 수용하는 수용 공간이 마련된 컵부; 상기 컵부의 외측 방향으로 연장 형성되는 실링부; 및 상기 컵부 또는 상기 실링부 중 적어도 하나에 타공되어 형성된 홀에, 내측으로부터 부착되며, 가스가 투과되는 가스 배출부를 포함하되, 상기 가스 배출부는, 가스가 투과되는 가스 배출층; 및 상기 가스 배출층의 외측면에 형성되며, 소수성 성질 가지는 외부 기능성 층을 포함한다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 파우치 형 이차 전지 제조 방법은 파우치 필름을 드로잉 성형하여 컵부를 형성하는 단계; 상기 컵부 또는 상기 컵부의 외측 방향으로 연장 형성되는 실링부 중 적어도 하나에, 홀을 타공하는 단계; 상기 홀에, 가스가 투과되는 가스 배출부를 내측으로부터 부착하는 단계; 상기 컵부에 마련된 수용 공간에, 전극 및 분리막이 적층되어 형성되는 전극 조립체가 수용되는 단계; 및 상기 실링부에 열 압착을 하는 단계를 포함한다.
또한, 상기 가스 배출부는, 가스가 투과되는 가스 배출층; 및 상기 가스 배출층의 외측면에 형성되며, 소수성 성질 가지는 외부 기능성 층을 포함하고, 상기 파우치 필름은, 폴리머로 제조되고 최내층에 위치하는 실란트층을 포함하며, 상기 가스 배출부를 부착하는 단계에 있어서, 상기 외부 기능성 층이 상기 실란트층에 열 및 압력이 인가되어 실링될 수 있다.
본 발명의 기타 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
본 발명의 실시예들에 의하면 적어도 다음과 같은 효과가 있다.
전지 케이스에 홀이 타공되고, 이러한 홀에 가스를 투과하는 가스 배출부가 부착되어, 이차 전지의 내부 압력이 증가하면 내부의 가스를 외부로 배출하여 압력을 조절할 수 있다.
또한, 가스 배출부에 외부 기능성 층 또는 내부 기능성 층이 형성되어, 외부의 수분 침투 및 내부의 전해액 누출을 방지할 수 있다.
또한, 가스 배출부가 홀에 내측으로부터 부착되어, 홀의 내주면으로 노출된 가스 배리어층의 금속이, 전해액에 의해 부식되는 것을 방지할 수 있다.
본 발명에 따른 효과는 이상에서 예시된 내용에 의해 제한되지 않으며, 더욱 다양한 효과들이 본 명세서 내에 포함되어 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 파우치 형 이차 전지의 조립도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 파우치 형 이차 전지의 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 배출부의 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 배출부를 제조하는 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 파우치 필름의 단면도이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소 외에 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 파우치 형 이차 전지(1)의 조립도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 파우치 형 이차 전지(1)의 사시도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 파우치 형 이차 전지(1)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 양극, 음극 등의 전극 및 분리막이 적층되어 형성되는 전극 조립체(10) 및 상기 전극 조립체(10)를 내부에 수용하는 파우치 형의 전지 케이스(13)를 포함한다.
파우치 형 이차 전지(1)를 제조하기 위해, 먼저 전극 활물질과 바인더 및 가소제를 혼합한 슬러리를 양극 집전체 및 음극 집전체에 도포하여 양극과 음극 등의 전극을 제조한다. 이를 분리막(Separator)의 양 측에 적층함으로써 소정 형상의 전극 조립체(10)를 형성한 다음에, 전극 조립체(10)를 전지 케이스(13)에 삽입하고 전해액 주입 후 실링한다.
구체적으로, 전극 조립체(Electrode Assembly, 10)는 양극 및 음극 두 종류의 전극과, 전극들을 상호 절연시키기 위해 전극들 사이에 개재되거나 어느 하나의 전극의 좌측 또는 우측에 배치되는 분리막을 구비한 적층 구조체일 수 있다. 상기 적층 구조체는 소정 규격의 양극과 음극이 분리막을 사이에 두고 적층될 수도 있고, 젤리 롤(Jelly Roll) 형태로 권취될 수 있는 등 제한되지 않고 다양한 형태일 수 있다. 두 종류의 전극, 즉 양극과 음극은 각각 알루미늄과 구리를 포함하는 금속 포일 또는 금속 메쉬 형태의 전극 집전체에 활물질 슬러리가 도포된 구조이다. 슬러리는 통상적으로 입상의 활물질, 보조 도체, 바인더 및 가소제 등이 용매가 첨가된 상태에서 교반되어 형성될 수 있다. 용매는 후속 공정에서 제거된다.
전극 조립체(10)는 도 1에 도시된 바와 같이, 전극 탭(Electrode Tab, 11)을 포함한다. 전극 탭(11)은 전극 조립체(10)의 양극 및 음극과 각각 연결되고, 전극 조립체(10)의 외부로 돌출되어, 전극 조립체(10)의 내부와 외부 사이에 전자가 이동할 수 있는 경로가 된다. 전극 조립체(10)의 집전체는 전극 활물질이 도포된 부분과 전극 활물질이 도포되지 않은 말단 부분, 즉 무지부로 구성된다. 그리고 전극 탭(11)은 무지부를 재단하여 형성되거나 무지부에 별도의 도전부재를 초음파 용접 등으로 연결하여 형성될 수도 있다. 이러한 전극 탭(11)은 도 1에 도시된 바와 같이, 전극 조립체(10)의 일측으로부터 동일한 방향으로 나란히 돌출될 수도 있으나, 이에 제한되지 않고 각각 다른 방향으로 돌출될 수도 있다.
전극 조립체(10)의 전극 탭(11)에는 전극 리드(Electrode Lead, 12)가 스팟(Spot) 용접 등으로 연결된다. 그리고, 전극 리드(12)의 일부는 절연부(14)로 주위가 포위된다. 절연부(14)는 전지 케이스(13)의 상부 케이스(131)와 하부 케이스(132)가 열 융착되는 실링부(134)에 한정되어 위치하여, 전지 케이스(13)에 접착된다. 그리고, 전극 조립체(10)로부터 생성되는 전기가 전극 리드(12)를 통해 전지 케이스(13)로 흐르는 것을 방지하며, 전지 케이스(13)의 실링을 유지한다. 따라서, 이러한 절연부(14)는 전기가 잘 통하지 않는 비전도성을 가진 부도체로 제조된다. 일반적으로 절연부(14)로는, 전극 리드(12)에 부착하기 용이하고, 두께가 비교적 얇은 절연테이프를 많이 사용하나, 이에 제한되지 않고 전극 리드(12)를 절연할 수 있다면 다양한 부재를 사용할 수 있다.
전극 리드(12)는 양극 탭(111)에 일단이 연결되고, 양극 탭(111)이 돌출된 방향으로 연장되는 양극 리드(121) 및 음극 탭(112)에 일단이 연결되고, 음극 탭(112)이 돌출된 방향으로 연장되는 음극 리드(122)를 포함한다. 한편, 양극 리드(121) 및 음극 리드(122)는 도 1에 도시된 바와 같이, 모두 타단이 전지 케이스(13)의 외부로 돌출된다. 그럼으로써, 전극 조립체(10)의 내부에서 생성된 전기를 외부로 공급할 수 있다. 또한, 양극 탭(111) 및 음극 탭(112)이 각각 다양한 방향을 향해 돌출 형성되므로, 양극 리드(121) 및 음극 리드(122)도 각각 다양한 방향을 향해 연장될 수 있다.
양극 리드(121) 및 음극 리드(122)는 서로 그 재질이 다를 수 있다. 즉, 양극 리드(121)는 양극 집전체와 동일한 알루미늄(Al) 재질이며, 음극 리드(122)는 음극 집전체와 동일한 구리(Cu) 재질 또는 니켈(Ni)이 코팅된 구리 재질일 수 있다. 그리고 전지 케이스(13)의 외부로 돌출된 전극 리드(12)의 일부분은 단자부가 되어, 외부 단자와 전기적으로 연결된다.
전지 케이스(13)는 유연성의 재질로 제조된 파우치이다. 그리고 전지 케이스(13)는 전극 리드(12)의 일부, 즉 단자부가 노출되도록 전극 조립체(10)를 수용하고 실링된다. 이러한 전지 케이스(13)는 도 1에 도시된 바와 같이, 상부 케이스(131)와 하부 케이스(132)를 포함한다. 하부 케이스(132)에는 컵부(133)가 형성되어 전극 조립체(10)를 수용할 수 있는 수용 공간(1331)이 마련되고, 상부 케이스(131)는 상기 전극 조립체(10)가 전지 케이스(13)의 외부로 이탈되지 않도록 상기 수용 공간(1331)을 상부에서 커버한다. 이 때, 도 1에 도시된 바와 같이 상부 케이스(131)에도 수용 공간(1331)이 마련된 컵부(133)가 형성되어, 전극 조립체(10)를 상부에서 수용할 수도 있다. 다만 이에 제한되지 않고, 컵부(133)가 하부 케이스(132)에만 형성될 수 있는 등 다양하게 형성될 수 있다. 또한, 상부 케이스(131)와 하부 케이스(132)는 도 1에 도시된 바와 같이 일측이 서로 연결되어 제조될 수 있으나, 이에 제한되지 않고 서로 분리되어 별도로 제조되는 등 다양하게 제조될 수 있다.
전지 케이스(13)는 가스가 투과되는 가스 배출부(136)를 포함한다. 가스 배출부(136)는 컵부(133) 또는 실링부(134) 중 적어도 하나에 타공되어 형성된 홀(137)에, 내측으로부터 부착된다.
홀(137)은 상부 케이스(131) 또는 하부 케이스(132) 중 적어도 하나에 형성된다. 즉, 홀(137)은 하나만 형성될 수도 있으나, 복수로 형성될 수도 있다. 그리고 도 1에 도시된 바와 같이, 컵부(133)의 외측 방향으로 연장 형성된 실링부(134)는, 컵부(133)에 인접한 내측 영역(1341) 및 상기 내측 영역(1341)보다 외측에 위치하여 테두리가 되고, 실링됨으로써 상기 컵부(133)를 밀폐하는 외측 영역(1342)을 포함한다. 이 때, 홀(137)은 실링부(134)에서, 외측 영역(1342)보다는 내측 영역(1341)에 형성되는 것이 바람직하다. 그리고, 추후에 실링부(134)를 실링할 때, 홀(137)이 위치한 내측 영역(1341)은 실링하지 않고, 외측 영역(1342)만을 실링하는 것이 바람직하다. 그럼으로써, 평소에는 상부 및 하부 케이스(131, 132)의 두 실링부(134)가 서로 접하면서 홀(137)을 폐쇄하여, 외부의 수분 침투 및 내부의 전해액 누출을 방지할 수 있다. 그리고 이차 전지(1)의 내부에서 가스가 많이 발생할 때는, 이차 전지(1)의 부피가 팽창하면서 서로 접하던 두 실링부(134)의 내측 영역(1341)이 이격된다. 그러면 홀(137)이 개방되어, 가스가 가스 배출부(136)를 통해 외부로 배출될 수 있다. 다만 이에 제한되지 않고, 홀(137)은 컵부(133)의 일면에 형성되는 등 가스를 용이하게 배출할 수 있다면 다양한 위치에 형성될 수 있다.
가스 배출부(136)를 통해, 가스는 용이하게 투과할 수 있으나, 물, 전해액 등의 액체는 투과하는 것이 용이하지 않은 것이 바람직하다. 가스 배출부(136)에 대한 자세한 설명은 후술한다.
전극 조립체(10)의 전극 탭(11)에 전극 리드(12)가 연결되고, 전극 리드(12)의 일부분에 절연부(14)가 형성되면, 하부 케이스(132)의 컵부(133)에 마련된 수용 공간(1331)에 전극 조립체(10)가 수용되고, 상부 케이스(131)가 상기 공간을 상부에서 커버한다. 그리고, 내부에 전해액을 주입하고 상부 케이스(131)와 하부 케이스(132)의 테두리에 형성된 실링부(134)를 실링한다. 전해액은 이차 전지(1)의 충, 방전 시 전극의 전기 화학적 반응에 의해 생성되는 리튬 이온을 이동시키기 위한 것으로, 리튬염과 고순도 유기 용매류의 혼합물인 비수질계 유기 전해액 또는 고분자 전해질을 이용한 폴리머를 포함할 수 있다. 이와 같은 방법을 통해, 도 2에 도시된 바와 같이, 파우치 형 이차 전지(1)가 제조될 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 배출부(136)의 단면도이다.
가스 배출부(136)는 컵부(133) 또는 실링부(134) 중 적어도 하나에 타공되어 형성된 홀(137)에, 내측으로부터 부착되며, 가스가 투과된다. 이러한 가스 배출부(136)는 도 3에 도시된 바와 같이, 가스가 투과되는 가스 배출층(1362) 및 가스 배출층(1362)의 외측면에 형성되며, 소수성 성질을 가지는 외부 기능성 층(1361)을 포함한다. 또한, 가스 배출층(1362)의 내측면에 형성되며, 소수성 성질을 가지는 내부 기능성 층(1363)을 더 포함할 수 있다.
가스 배출층(1362)은 가스는 용이하게 투과할 수 있으나, 물, 전해액 등의 액체는 투과하는 것이 용이하지 않은 반투과성 멤브레인(Semipermeable Membrane)으로 형성되는 것이 바람직하다. 이러한 가스 배출층(1362)은 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌(PE), 폴리테트라 플루오로에틸렌(PTFE), 폴리플루오린화비닐리덴(PVDF) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 그리고, 이러한 가스 배출층(1362)을 제조하기 위해, 2축 연신 방법을 이용할 수 있다. 즉, 상기 재질이 포함된 원소재를 이용하여 필름 형태로 압출한 후, 압출 방향(MD, Mechanical Diraction) 및 수직 방향(Transverse Direction)으로 각각 연신을 수행하여 가스 배출층(1362)을 제조할 수 있다. 다만, 이에 제한되지 않고 상분리 방법을 이용할 수도 있다. 즉, 상기 재질이 포함된 원소재를 필름 형태로 플레이트에 도포하고, 온도를 달리하여 용매를 증발시킨 후, 상기 별도의 용액이 채워진 수조에 침지시켜 가스 배출층(1362)을 제조할 수도 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 전지 케이스(13)에 형성된 홀(137)을 개폐하는 별도의 커버가 존재하지 않는다. 만약 커버가 존재한다면, 커버가 홀(137)을 개방한 후에 다시 홀(137)을 폐쇄하는 것이 용이하지 않다. 그리고, 이를 해결하기 위해 커버가 홀(137)을 개폐하도록 별도의 힌지를 설치해야 하는 등 구조가 복잡해지고 내구성이 저하될 수 있다. 그런데 커버가 존재하지 않으면, 아무리 가스 배출층(1362)을 통해 액체가 투과하는 것이 용이하지 않더라도, 가스 배출층(1362)을 통해 소량의 수분이 외부로부터 침투할 수 있다.
따라서 도 3에 도시된 바와 같이, 가스 배출층(1362)의 외측면에 소수성 성질을 가지는 외부 기능성 층(1361)이 형성된다. 여기서 가스 배출층(1362)의 외측면이란, 이차 전지(1)가 제조되었을 때, 이차 전지(1)의 외측, 즉 전극 조립체(10)의 반대를 향하는 방향으로 형성된 면을 말한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 이러한 외부 기능성 층(1361)은, 외측면에 복수의 미세 돌기들이 분포할 수 있다. 그러면, 복수의 미세 돌기들이 외부 기능성 층(1361)의 외측면에서 수분들의 응축을 방해하여, 소수성을 가질 수 있다. 여기서 외부 기능성 층(1361)의 외측면은 가스 배출층(1362)과 접착된 면의 반대 면을 말한다. 미세 돌기의 직경은 50 nm 내지 10 μm, 바람직하게는 직경이 100 nm 내지 1 μm일 수 있다. 만약 미세 돌기의 직경이 과도하게 작다면, 소수성 성질이 저하될 수 있고, 직경이 과도하게 크다면 추후에 가스 배출부(136)와 파우치 필름(135) 사이의 융착력이 저하될 수 있기 때문이다.
이러한 미세 돌기들이 분포하기 위해, 외부 기능성 층(1361)에는 미세 입자들이 포함되며, 미세 입자는 실리카 입자, 탄소나노튜브(CNT), 알루미나 입자 중 적어도 하나를 포함할 수 있고, 특히 탄소나노튜브(CNT)를 포함하는 것이 가장 바람직하다. 그런데, 외부 기능성 층(1361)은 소수성 성질을 가져야 하나, 실리카 입자는 친수성 성질을 가진다. 따라서, 만약 미세 입자가 실리카 입자를 포함한다면, 대략 0.1 내지 2 wt% 이하의 매우 적은 양만을 포함하는 것이 바람직하다.
한편, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 외부 기능성 층(1361)은 오일 또는 왁스 성분을 가질 수도 있다. 오일 또는 왁스는 수분과 혼합되지 않는 친유성의 성질을 가지므로, 소수성을 가질 수 있다. 여기서 오일은 플루오르화 탄소 오일, 실리콘 오일, 탄소계 오일, 지방산 아마이드 중 적어도 하나를 포함할 수 있고, 왁스는 파라핀 왁스, 탄소계 왁스 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
만약 홀(137)에 커버가 존재하지 않으면, 소량의 수분만이 침투하는 것이 아니라, 가스 배출층(1362)을 통해 소량의 전해액이 내부로부터 누출될 수도 있다. 따라서, 도 3에 도시된 바와 같이, 가스 배출층(1362)의 내측면에 소수성 성질을 가지는 내부 기능성 층(1363)이 형성될 수 있다. 여기서 가스 배출층(1362)의 내측면이란, 이차 전지(1)가 제조되었을 때, 이차 전지(1)의 내측, 즉 전극 조립체(10)를 향하는 방향으로 형성된 면을 말한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 내부 기능성 층(1363)도 외측면에 복수의 미세 돌기들이 분포할 수 있다. 이를 위해 내부 기능성 층(1363)에도 미세 입자들이 포함되며, 미세 입자는 실리카 입자, 탄소나노튜브(CNT), 알루미나 입자 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 여기서 내부 기능성 층(1363)의 외측면은 가스 배출층(1362)과 접착된 면의 반대 면을 말한다.
한편, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 내부 기능성 층(1363)은 오일 또는 왁스 성분을 가질 수도 있다. 여기서 오일은 플루오르화 탄소 오일, 실리콘 오일, 탄소계 오일, 지방산 아마이드 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
이와 같이, 외부 기능성 층(1361) 및 내부 기능성 층(1363)이 형성됨으로써, 외부의 수분 침투 및 내부의 전해액 누출을 더욱 효과적으로 방지할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 배출부(136)를 제조하는 방법을 나타낸 흐름도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 가스 배출부(136)를 제조하는 방법은, 가스가 투과되는 가스 배출층(1362)을 마련하는 단계; 미세 입자와 고분자 용액을 교반하여 혼합물을 제조하는 단계; 상기 가스 배출층(1362)의 적어도 일면에, 상기 혼합물을 분사하는 단계; 및 상기 혼합물을 건조하는 단계를 포함한다.
구체적으로, 먼저 가스가 투과되는 가스 배출층(1362)을 마련한다(S401). 이러한 가스 배출층(1362)은 상기 기술한 바와 같이, 가스는 용이하게 투과할 수 있으나, 물, 전해액 등의 액체는 투과하는 것이 용이하지 않은 반투과성 멤브레인(Semipermeable Membrane)으로 형성되는 것이 바람직하다. 이러한 가스 배출층(1362)은 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌(PE), 폴리테트라 플루오로에틸렌(PTFE), 폴리플루오린화비닐리덴(PVDF) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
그리고, 미세 입자와 고분자 용액을 교반하여 혼합물을 제조한다(S402). 여기서 미세 입자는 실리카 입자, 탄소나노튜브(CNT), 알루미나 입자 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 그런데, 외부 기능성 층(1361)은 소수성 성질을 가져야 하나, 실리카 입자는 친수성 성질을 가진다. 따라서, 만약 실리카 입자를 포함한다면, 대략 0.1 내지 2 wt% 이하의 매우 적은 양만을 포함하는 것이 바람직하다. 그리고, 미세 입자의 직경은 50 nm 내지 10 μm, 바람직하게는 직경이 100 nm 내지 1 μm일 수 있다. 만약 미세 입자의 직경이 과도하게 작다면, 소수성 성질이 저하될 수 있고, 직경이 과도하게 크다면 추후에 가스 배출부(136)와 파우치 필름(135) 사이의 융착력이 저하될 수 있기 때문이다.
고분자 용액은 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌(PE), 폴리테트라 플루오로에틸렌(PTFE), 폴리플루오린화비닐리덴(PVDF) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 즉, 고분자 용액은 가스 배출층(1362)과 동일하거나 유사한 재질을 포함하므로, 외부 기능성 층(1361) 또는 내부 기능성 층(1363)이 가스 배출층(1362)에 용이하게 적층될 수 있다.
그리고, 가스 배출층(1362)의 적어도 일면에, 상기 혼합물을 분사한다(S403). 만약, 가스 배출층(1362)의 외측면에 분사한다면, 외부 기능성 층(1361)이 형성되고, 가스 배출층(1362)의 내측면에 분사한다면, 내부 기능성 층(1363)이 형성된다.
혼합물을 분사할 때에는, 스프레이 코팅 방법을 사용할 수 있다. 예를 들어, 가스 배출층(1362)으로부터 대략 8 내지 15 cm, 특히 10 cm 이격된 거리에서, 노즐을 이용하여 대략 0.2 내지 0.5 MPa의 압력, 특히 0.4 MPa의 압력으로 상기 혼합물을 분사할 수 있다. 다만 이에 제한되지 않고 다양한 코팅 방법을 사용할 수 있다.
그 다음에는 열을 인가하여 혼합물을 건조한다(S404). 이 때, 인가하는 열의 온도가 과도하게 낮다면, 혼합물의 건조에 시간이 과도하게 많이 소요되고, 온도가 과도하게 높다면, 가스 배출층(1362)의 형상이 변형될 수도 있다. 따라서, 50 내지 140 ℃, 특히 50 내지 100 ℃의 온도로 열을 인가하는 것이 바람직하다.
그럼으로써, 외부 기능성 층(1361) 또는 내부 기능성 층(1363)이 형성될 수 있다. 그리고 상기 S403 내지 S404 단계는 2 내지 4회 반복하여 수행될 수도 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 파우치 필름(135)의 단면도이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 전지 케이스(13)에 홀(137)이 타공되고, 이러한 홀(137)에 가스를 투과하는 가스 배출부(136)가 부착되어, 이차 전지(1)의 내부 압력이 증가하면 내부의 가스를 외부로 배출하여 압력을 조절할 수 있다. 또한, 가스 배출부(136)에 외부 기능성 층(1361) 또는 내부 기능성 층(1363)이 형성되어, 외부의 수분 침투 및 내부의 전해액 누출을 방지할 수 있다. 또한, 가스 배출부(136)가 홀(137)에 내측으로부터 부착되어, 홀(137)의 내주면(1371)으로 노출된 가스 배리어층(1351)의 금속이, 전해액에 의해 부식되는 것을 방지할 수 있다.
이를 위해, 본 발명의 일 실시예에 따르면 이차 전지(1)용 전지 케이스(13)는, 전극 및 분리막이 적층되어 형성되는 전극 조립체(10)를 수용하는 수용 공간(1331)이 마련된 컵부(133); 상기 컵부(133)의 외측 방향으로 연장 형성되는 실링부(134); 및 상기 컵부(133) 또는 상기 실링부(134) 중 적어도 하나에 타공되어 형성된 홀(137)에, 내측으로부터 부착되며, 가스가 투과되는 가스 배출부(136)를 포함하되, 상기 가스 배출부(136)는, 가스가 투과되는 가스 배출층(1362); 및 상기 가스 배출층(1362)의 외면에 형성되며, 소수성 성질 가지는 외부 기능성 층(1361)을 포함한다. 또한, 상기 가스 배출층(1362)의 내측면에 형성되며, 소수성 성질 가지는 내부 기능성 층(1363)을 더 포함할 수 있다.
전지 케이스(13)를 제조하기 위해, 먼저 파우치 필름(135)을 드로잉(Drawing) 성형하여 연신시켜, 컵부(133)를 형성한다. 이러한 파우치 필름(135)은 도 5에 도시된 바와 같이, 가스 배리어층(Gas Barrier Layer, 1351), 표면 보호층(Surface Protection Layer, 1352) 및 실란트층(Sealant Layer, 1353)을 포함한다.
가스 배리어층(1351)은 전지 케이스(13)의 기계적 강도를 확보하고, 이차 전지(1) 외부의 가스 또는 수분 등의 출입을 차단하며, 전해액의 누수를 방지한다. 일반적으로 가스 배리어층(1351)은 금속을 포함하며 주로 알루미늄 박막(Al Foil)이 사용되는 것이 바람직하다. 알루미늄은 소정 수준 이상의 기계적 강도를 확보할 수 있으면서도 무게가 가볍고 전극 조립체(10)와 전해액에 의한 전기 화학적 성질에 대한 보완 및 방열성 등을 확보할 수 있다. 다만, 이에 제한되지 않고 다양한 재질이 가스 배리어층(1351)에 포함될 수 있다. 예를 들어, 철(Fe), 탄소(C), 크롬(Cr), 망간(Mn), 니켈(Ni) 및 알루미늄(Al)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 물질일 수 있다. 이 때 상기 가스 배리어층(1351)을 철이 함유된 재질로 제조할 경우에는 기계적 강도가 향상되고, 알루미늄이 함유된 재질로 할 경우에는 유연성이 향상되므로, 각각의 특성을 고려하여 사용될 수 있을 것이다.
표면 보호층(1352)은 폴리머로 제조되고, 최외층에 위치하여 외부와의 마찰 및 충돌로부터 이차 전지(1)를 보호하면서, 전극 조립체(10)를 외부로부터 전기적으로 절연시킨다. 여기서 최외층이란, 상기 가스 배리어층(1351)을 기준으로 전극 조립체(10)가 위치하는 방향의 반대 방향으로, 가장 멀리 위치한 층을 말한다. 이러한 표면 보호층(1352)을 제조하는 폴리머는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리카보네이트, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리염화비닐, 아크릴계 고분자, 폴리아크릴로나이트릴, 폴리이미드, 폴리아마이드, 셀룰로오스, 아라미드, 나일론, 폴리에스테르, 폴리파라페닐렌벤조비스옥사졸, 폴리아릴레이트, 테프론 및 유리섬유로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 물질일 수 있다. 특히, 주로 내마모성 및 내열성을 가지는 나일론(Nylon) 수지 또는 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 등의 폴리머가 사용되는 것이 바람직하다. 그리고 표면 보호층(1352)은 어느 하나의 물질로 이루어진 단일막 구조를 가지거나, 2개 이상의 물질이 각각 층을 이루어 형성된 복합막 구조를 가질 수도 있다.
실란트층(1353)은 폴리머로 제조되고, 최내층에 위치하여 전극 조립체(10)와 직접적으로 접촉한다. 여기서 최내층이란, 상기 가스 배리어층(1351)을 기준으로 전극 조립체(10)가 위치하는 방향으로, 가장 멀리 위치한 층을 말한다. 따라서, 가스 배리어층(1351)은 도 5에 도시된 바와 같이, 표면 보호층(1352) 및 실란트층(1353)의 사이에 적층된다. 실란트층(1353)은 전극 조립체(10)와 직접적으로 접촉하므로 절연성을 가져야 하며, 전해액과도 접촉하므로 내식성을 가져야 한다. 또한, 내부를 완전히 밀폐하여 내부 및 외부간의 물질 이동을 차단해야 하므로, 높은 실링성을 가져야 한다. 즉, 실란트층(1353)끼리 접착된 실링부(134)는 우수한 열 접착 강도를 가져야 한다. 일반적으로 이러한 실란트층(1353)을 제조하는 폴리머는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리카보네이트, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리염화비닐, 아크릴계 고분자, 폴리아크릴로나이트릴, 폴리이미드, 폴리아마이드, 셀룰로오스, 아라미드, 나일론, 폴리에스테르, 폴리파라페닐렌벤조비스옥사졸, 폴리아릴레이트, 테프론 및 유리섬유로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 물질일 수 있다. 특히, 주로 폴리프로필렌(PP) 또는 폴리에틸렌(PE) 등의 폴리올레핀계 수지가 사용되는 것이 바람직하다. 폴리프로필렌(PP)은 인장강도, 강성, 표면경도, 내마모성, 내열성 등의 기계적 물성과 내식성 등의 화학적 물성이 뛰어나, 실란트층(1353)을 제조하는데 주로 사용된다. 나아가, 무연신 폴리프로필렌(Cated Polypropylene) 또는 폴리프로필렌-부틸렌-에틸렌 삼원 공중합체로 구성될 수도 있다. 또한, 실란트층(1353)은, 어느 하나의 물질로 이루어진 단일막 구조를 갖거나, 2개 이상의 물질이 각각 층을 이루어 형성된 복합막 구조를 가질 수 있다.
한편, 가스 배리어층(1351), 표면 보호층(1352) 및 실란트층(1353)의 사이에는, 이들을 서로 접착시키는 접착층(1354)이 더 형성될 수 있다.
상기와 같은 적층 구조의 파우치 필름(135)을, 펀치 등을 이용하여 드로잉(Drawing) 성형하면, 일부가 연신되어 주머니 형태의 수용 공간(1331)을 포함하는 컵부(133)가 형성된다. 그리고, 컵부(133) 또는 실링부(134) 중 적어도 하나에 홀(137)을 타공한다.
홀(137)이 타공되면, 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 제조된 가스가 투과되는 가스 배출부(136)가 상기 홀(137)에 내측으로부터 부착된다. 홀(137)은 하나만 형성될 수도 있으나, 복수로 형성될 수도 있으므로, 가스 배출부(136)도 그에 대응하여, 하나만 형성될 수도 있으나, 복수로 형성될 수도 있다.
이 때 만약, 가스 배출부(136)가 외측으로부터 부착된다면, 홀(137)의 내주면(1371)으로 노출된 가스 배리어층(1351)의 금속이, 전해액에 의해 부식될 수 있다. 따라서, 가스 배출부(136)는 상기 홀(137)에, 내측으로부터 부착됨으로써, 홀(137)의 내주면(1371)으로 노출된 가스 배리어층(1351)의 금속이, 전해액에 의해 부식되는 것을 방지할 수 있다.
가스 배출부(136)가 홀(137)에 부착되면, 가스 배출부(136)의 외부 기능성 층(1361)이 실란트층(1353)의 일면과 접착되며, 특히 전해액에 의해 쉽게 탈착되는 것을 방지하기 위해, 열 및 압력이 인가되어 실링되는 것이 바람직하다. 따라서, 외부 기능성 층(1361)이 실란트층(1353)에 용이하게 실링되기 위해, 실란트층(1353)과 외부 기능성 층(1361)이 동일하거나 유사한 재질을 포함하는 것이 바람직하다.
컵부(133)에 마련된 수용 공간(1331)에 전극 조립체(10)가 내부에 수용되면 전해액을 주입한다. 그 후에 상부 케이스(131)와 하부 케이스(132)를 서로 접촉시키고, 실링부(134)에 열 압착을 하면 실란트층(1353)끼리 접착됨으로써 전지 케이스(13)가 실링된다. 그럼으로써, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지(1)가 제조될 수 있다.
본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 다양한 실시 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (20)

  1. 이차 전지용 전지 케이스에 있어서,
    전극 및 분리막이 적층되어 형성되는 전극 조립체를 수용하는 수용 공간이 마련된 컵부;
    상기 컵부의 외측 방향으로 연장 형성되는 실링부; 및
    상기 컵부 또는 상기 실링부 중 적어도 하나에 타공되어 형성된 홀에, 내측으로부터 부착되며, 가스가 투과되는 가스 배출부를 포함하되,
    상기 가스 배출부는,
    가스가 투과되는 가스 배출층; 및
    상기 가스 배출층의 외측면에 형성되며, 소수성 성질 가지는 외부 기능성 층을 포함하는 이차 전지용 전지 케이스.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 외부 기능성 층은,
    외측면에 복수의 미세 돌기들이 분포하여 형성되는 이차 전지용 전지 케이스.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 미세 돌기는,
    직경이 50 nm 내지 10 μm인 이차 전지용 전지 케이스.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 미세 돌기는,
    직경이 100 nm 내지 1 μm인 이차 전지용 전지 케이스.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 외부 기능성 층은,
    오일 또는 왁스 성분을 포함하는 이차 전지용 전지 케이스.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 오일은,
    플루오르화 탄소 오일, 실리콘 오일, 탄소계 오일, 지방산 아마이드 중 적어도 하나를 포함하는 이차 전지용 전지 케이스.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 가스 배출층은,
    폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌(PE), 폴리테트라 플루오로에틸렌(PTFE), 폴리플루오린화비닐리덴(PVDF) 중 적어도 하나를 포함하는 이차 전지용 전지 케이스.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 가스 배출층의 내측면에 형성되며, 소수성 성질 가지는 내부 기능성 층을 더 포함하는 이차 전지용 전지 케이스.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 실링부는,
    상기 컵부에 인접한 내측 영역; 및
    상기 내측 영역보다 외측에 위치하여 테두리가 되고, 실링됨으로써 상기 컵부를 밀폐하는 외측 영역을 포함하고,
    상기 홀은,
    상기 실링부에서, 상기 내측 영역에 형성되는 이차 전지용 전지 케이스.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 가스 배출부는,
    복수로 형성되는 이차 전지용 전지 케이스.
  11. 가스가 투과되는 가스 배출층을 마련하는 단계;
    미세 입자와 고분자 용액을 교반하여 혼합물을 제조하는 단계;
    상기 가스 배출층의 적어도 일면에, 상기 혼합물을 분사하는 단계; 및
    상기 혼합물을 건조하는 단계를 포함하는 가스 배출부 제조 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 가스 배출층은,
    폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌(PE), 폴리테트라 플루오로에틸렌(PTFE), 폴리플루오린화비닐리덴(PVDF) 중 적어도 하나를 포함하는 가스 배출부 제조 방법.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 고분자 용액은,
    폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌(PE), 폴리테트라 플루오로에틸렌(PTFE), 폴리플루오린화비닐리덴(PVDF) 중 적어도 하나를 포함하는 가스 배출부 제조 방법.
  14. 제11항에 있어서,
    상기 미세 입자는,
    실리카 입자, 탄소나노튜브(CNT), 알루미나 입자 중 적어도 하나를 포함하는 가스 배출부 제조 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 실리카 입자는,
    0.1 내지 2 wt% 이하 포함되는 가스 배출부 제조 방법.
  16. 제11항에 있어서,
    상기 혼합물을 분사하는 단계는,
    상기 가스 배출층으로부터 8 내지 15 cm 이격된 거리에서, 노즐을 이용하여 0.2 내지 0.5 MPa의 압력으로 상기 혼합물을 분사하는 가스 배출부 제조 방법.
  17. 제11항에 있어서,
    상기 혼합물을 분사하는 단계 및 상기 혼합물을 건조하는 단계는,
    2회 내지 4회 반복하여 수행되는 가스 배출부 제조 방법.
  18. 전극 및 분리막이 적층되어 형성되는 전극 조립체; 및
    상기 전극 조립체를 내부에 수용하는 전지 케이스를 포함하고,
    상기 전지 케이스는
    상기 전극 조립체를 수용하는 수용 공간이 마련된 컵부;
    상기 컵부의 외측 방향으로 연장 형성되는 실링부; 및
    상기 컵부 또는 상기 실링부 중 적어도 하나에 타공되어 형성된 홀에, 내측으로부터 부착되며, 가스가 투과되는 가스 배출부를 포함하되,
    상기 가스 배출부는,
    가스가 투과되는 가스 배출층; 및
    상기 가스 배출층의 외측면에 형성되며, 소수성 성질 가지는 외부 기능성 층을 포함하는 파우치 형 이차 전지.
  19. 파우치 필름을 드로잉 성형하여 컵부를 형성하는 단계;
    상기 컵부 또는 상기 컵부의 외측 방향으로 연장 형성되는 실링부 중 적어도 하나에, 홀을 타공하는 단계;
    상기 홀에, 가스가 투과되는 가스 배출부를 내측으로부터 부착하는 단계;
    상기 컵부에 마련된 수용 공간에, 전극 및 분리막이 적층되어 형성되는 전극 조립체가 수용되는 단계; 및
    상기 실링부에 열 압착을 하는 단계를 포함하는 파우치 형 이차 전지 제조 방법.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 가스 배출부는,
    가스가 투과되는 가스 배출층; 및
    상기 가스 배출층의 외측면에 형성되며, 소수성 성질 가지는 외부 기능성 층을 포함하고,
    상기 파우치 필름은,
    폴리머로 제조되고 최내층에 위치하는 실란트층을 포함하며,
    상기 가스 배출부를 부착하는 단계에 있어서,
    상기 외부 기능성 층이 상기 실란트층에 열 및 압력이 인가되어 실링되는 파우치 형 이차 전지 제조 방법.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2023108569A1 (zh) * 2021-12-16 2023-06-22 宁德时代新能源科技股份有限公司 排气装置、电池单体、电池及用电装置
WO2023108571A1 (zh) * 2021-12-16 2023-06-22 宁德时代新能源科技股份有限公司 电池单体、电池、用电装置、制造方法及制造设备

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP4333182A1 (en) * 2022-05-02 2024-03-06 LG Energy Solution, Ltd. Gas discharging member and secondary battery comprising same
WO2024106944A1 (ko) * 2022-11-15 2024-05-23 주식회사 엘지에너지솔루션 가스투과성 필름, 이를 포함하는 파우치 외장재 및 이차전지

Citations (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0934375B1 (en) 1996-10-24 2000-06-28 Fiber Visions A/S Polyolefin fibres and method for the production thereof
JP2007214451A (ja) 2006-02-10 2007-08-23 Power System:Kk 電子部品のガス抜き部の構造
JP2008198664A (ja) 2007-02-08 2008-08-28 Optnics Precision Co Ltd ガス透過性安全弁および電気化学素子
JP2011233747A (ja) 2010-04-28 2011-11-17 Jm Energy Corp 蓄電デバイス
KR20120076914A (ko) * 2010-12-30 2012-07-10 주식회사 효성 탄소 나노튜브 입자의 혼합에 의한 친수성 분리막의 제조방법
KR20150034498A (ko) * 2013-09-26 2015-04-03 주식회사 엘지화학 벤팅 커버를 구비하는 배터리 셀 및 이를 포함하는 이차전지
KR20150135878A (ko) * 2014-05-26 2015-12-04 킴스테크날리지 주식회사 가스투과막이 설치된 전기화학셀
KR20170011358A (ko) * 2015-07-22 2017-02-02 주식회사 엘지화학 리튬 금속박과 그 제조방법 및 필름 제거방법
EP3156120A1 (en) 2014-06-16 2017-04-19 Nitto Denko Corporation Hydrogen release film
KR20170057297A (ko) * 2014-09-02 2017-05-24 염성웅 기재에 코팅층을 형성하는 방법； 기재에 코팅층의 도포에 의해 형성된 복합 구조물
JP2017206777A (ja) 2016-05-16 2017-11-24 株式会社Ｓｎｔ 繊維製品、および、被膜付き物品
EP3312904A1 (en) 2015-10-28 2018-04-25 LG Chem, Ltd. Battery cell having venting structure using taping

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5714367U (ko) * 1980-06-26 1982-01-25
JP4604441B2 (ja) * 2002-07-18 2011-01-05 日本電気株式会社 フィルム外装電池及びその製造方法
JP2011108433A (ja) * 2009-11-16 2011-06-02 Sumitomo Heavy Ind Ltd 蓄電装置
WO2018110067A1 (ja) 2016-12-16 2018-06-21 株式会社村田製作所 二次電池、電池パック、電動車両、電力貯蔵システム、電動工具および電子機器
KR102217448B1 (ko) * 2017-07-13 2021-02-22 주식회사 엘지화학 이차 전지 및 이차 전지의 제조 방법
KR102425151B1 (ko) 2017-10-16 2022-07-26 주식회사 엘지에너지솔루션 가스 배출구를 포함하는 이차전지용 파우치형 케이스
KR20210025407A (ko) * 2019-08-27 2021-03-09 주식회사 엘지화학 이차 전지용 전지 케이스 및 파우치 형 이차 전지 제조 방법
KR20210025406A (ko) * 2019-08-27 2021-03-09 주식회사 엘지화학 이차 전지용 전지 케이스 및 파우치 형 이차 전지 제조 방법
KR20210075476A (ko) * 2019-12-13 2021-06-23 주식회사 엘지에너지솔루션 벤팅부가 부착된 파우치형 전지셀 및 이의 제조방법

Patent Citations (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0934375B1 (en) 1996-10-24 2000-06-28 Fiber Visions A/S Polyolefin fibres and method for the production thereof
JP2007214451A (ja) 2006-02-10 2007-08-23 Power System:Kk 電子部品のガス抜き部の構造
JP2008198664A (ja) 2007-02-08 2008-08-28 Optnics Precision Co Ltd ガス透過性安全弁および電気化学素子
JP2011233747A (ja) 2010-04-28 2011-11-17 Jm Energy Corp 蓄電デバイス
KR20120076914A (ko) * 2010-12-30 2012-07-10 주식회사 효성 탄소 나노튜브 입자의 혼합에 의한 친수성 분리막의 제조방법
KR20150034498A (ko) * 2013-09-26 2015-04-03 주식회사 엘지화학 벤팅 커버를 구비하는 배터리 셀 및 이를 포함하는 이차전지
KR20150135878A (ko) * 2014-05-26 2015-12-04 킴스테크날리지 주식회사 가스투과막이 설치된 전기화학셀
EP3156120A1 (en) 2014-06-16 2017-04-19 Nitto Denko Corporation Hydrogen release film
KR20170057297A (ko) * 2014-09-02 2017-05-24 염성웅 기재에 코팅층을 형성하는 방법； 기재에 코팅층의 도포에 의해 형성된 복합 구조물
KR20170011358A (ko) * 2015-07-22 2017-02-02 주식회사 엘지화학 리튬 금속박과 그 제조방법 및 필름 제거방법
EP3312904A1 (en) 2015-10-28 2018-04-25 LG Chem, Ltd. Battery cell having venting structure using taping
JP2017206777A (ja) 2016-05-16 2017-11-24 株式会社Ｓｎｔ 繊維製品、および、被膜付き物品

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See also references of EP4002569A4

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2023108569A1 (zh) * 2021-12-16 2023-06-22 宁德时代新能源科技股份有限公司 排气装置、电池单体、电池及用电装置
WO2023108571A1 (zh) * 2021-12-16 2023-06-22 宁德时代新能源科技股份有限公司 电池单体、电池、用电装置、制造方法及制造设备

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JP2024015341A (ja) 2024-02-01
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