WO2021256658A1 - 파우치형 이차전지 실링장치 및 파우치형 이차전지의 제조방법 - Google Patents

파우치형 이차전지 실링장치 및 파우치형 이차전지의 제조방법 Download PDF

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WO2021256658A1
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infrared
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백주환
이승배
오정수
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Definitions

  • the present invention relates to a pouch-type secondary battery sealing device and a method for manufacturing a pouch-type secondary battery, and more particularly, to improve the sealing quality by sealing the sealing part of the pouch-type secondary battery case including an aluminum layer without wrinkles. It relates to a pouch-type secondary battery sealing device and a method for manufacturing a pouch-type secondary battery.
  • lithium secondary batteries with high energy density and discharge voltage have been commercialized and used in various forms.
  • Lithium secondary batteries are classified into cylindrical secondary batteries, prismatic secondary batteries, and pouch-type secondary batteries according to their external appearance.
  • the pouch-type secondary battery can obtain a high-capacity, high-density secondary battery by controlling the thickness of the aluminum laminate sheet, and can have various shapes, so research is being conducted in various fields.
  • a pouch-type secondary battery is generally formed by forming an aluminum laminate sheet to form an accommodating part, accommodating an electrode assembly in the accommodating part, and then sealing the periphery of the accommodating part.
  • the conventional pouch-type secondary battery sealing apparatus performed pressurization and heating as a single member.
  • FIG. 1 is a schematic diagram of a pouch-type secondary battery sealing device according to the prior art.
  • the pouch-type secondary battery sealing device is a sealing part of a pouch-type secondary battery case made of a laminate sheet including an external resin layer 11 , a metal layer 12 , and an internal sealant layer 13 . After disposing the inner sealant layer 13 to face (10), it is sealed by placing it between the pressing parts 20 that can simultaneously heat and pressurize.
  • the pouch-type secondary battery sealing device takes a lot of time for heat to be transferred from the outer resin layer 11 to the inner sealant layer 13 , and may cause damage to the outer resin layer 11 .
  • Patent Document 1 refers to a method of sealing a pouch-type secondary battery using a laser.
  • FIG. 2 is a schematic diagram relating to a pouch-type secondary battery sealing device according to Patent Document 1.
  • the pouch-type secondary battery sealing device according to Patent Document 1 is a pouch-type secondary battery case including an external resin layer 11 , a metal layer 12 , and an internal sealant layer 13 like the pouch-type secondary battery sealing device according to the prior art. After disposing the sealing part 10 of the inner sealant layer 13 to face each other, it is positioned between the pressing parts 20 .
  • the pressing part 20 is made of an infrared transmitting material, and an infrared ray irradiation part 30 is present on the upper part, characterized in that do.
  • the infrared irradiation unit 30 quickly heats only the metal layer 12 of the sealing unit 10 to overcome the disadvantages of the pouch-type secondary battery sealing device according to the prior art.
  • the sealing force is improved while reducing damage to the outer resin layer 11 caused by conventional heat.
  • the pouch-type secondary battery sealing device according to Patent Document 1 has a disadvantage in that the metal layer 12 disposed between the outer resin layer 11 and the inner sealant layer 13 can be heated only when the laser output is high. In addition, since the heating is not uniform, the sealing is not even, and the laminate sheet is wrinkled.
  • FIG. 3 is a photograph of the laminate sheet sealed by the pouch-type secondary battery sealing device according to the prior art
  • FIG. 4 is a photograph of the laminate sheet sealed by the pouch-type secondary battery sealing device according to Patent Document 1.
  • the line pitch values are 0.25, 0.5, 0.75 and 1 based on the laser power of 150 W, the speed of 100 m/s, and the width of 35 mm. was set and sealed.
  • damage or wrinkles occur on the surface of the laminate sheet, that is, the nylon layer, regardless of the line pitch, so that uniform sealing proceeds it can be seen that it does not
  • the laminate sheet sealed by the pouch-type secondary battery sealing device according to Patent Document 1 was sealed by varying the laser power, speed, and wobble.
  • the output, speed, and wobble are 25%, 10mm/s, and 250 Hz, respectively, the adhesion is uniform, but a problem occurs in that the nylon layer is damaged, and the output, speed, and wobble
  • (Wable) is 25%, 15 mm/s, and 250 Hz
  • the wobble (Wable) is 150 Hz, 100 Hz, and 200 Hz
  • the laminate sheet is not adhered or partially adhered.
  • Patent Document 1 Republic of Korea Patent Publication No. 2012-0056316 (2012.06.04)
  • An object of the present invention is to provide a pouch-type secondary battery sealing device and a pouch-type secondary battery manufacturing method that reduce exposure time to infrared rays while still being there.
  • the pouch-type secondary battery sealing device for solving the above problems is located above and/or below the sealing part of the pouch-type secondary battery case including an aluminum layer, and is made of a material that can transmit an infrared light source. It may include a pressing part made of, a first infrared irradiator for irradiating infrared rays to the pressing part, and a second infrared ray irradiating part for irradiating infrared rays so as to overlap the irradiation range of the first infrared ray irradiating part.
  • At least one of the first infrared irradiator and the second infrared irradiator may irradiate an LD (808 nm to 980 nm) wavelength.
  • the pressing part may be made of a quartz lens.
  • At least one of the first infrared irradiator and the second laser irradiator may include a light source for irradiating a laser and an adjustment lens positioned under the light source.
  • the adjustment lens may be a cylinder lens.
  • control lens may have a convex face to the light source unit.
  • the power density of at least one of the first infrared ray irradiator and the second infrared ray irradiator may be 80 W/cm 2 or more.
  • the first infrared irradiator and the second infrared ray irradiator may heat aluminum or an aluminum alloy of the pouch-type secondary battery case.
  • the first infrared ray irradiator and the second infrared ray irradiator may be present respectively above and below the sealing part of the pouch-type secondary battery case.
  • the present invention is a pouch-type secondary battery manufacturing method, S1) is composed of a laminate sheet including an external resin layer, a metal layer and an internal sealant layer, and an electrode in a pouch-type secondary battery case including an electrode assembly receiving part and a sealing part surrounding it.
  • the metal layer may be aluminum or an aluminum alloy.
  • first infrared ray irradiator and the second infrared ray irradiator may induce heat generation of the metal layer and melt the inner sealant layer by the conducted heat.
  • the metal layer may be heated to 180 °C to 300 °C.
  • one or two or more components that do not conflict among the above components may be selected and combined.
  • FIG. 1 is a schematic diagram of a pouch-type secondary battery sealing device according to the prior art.
  • FIG. 2 is a schematic diagram relating to a pouch-type secondary battery sealing device according to Patent Document 1.
  • FIG. 3 is a photograph of a laminate sheet sealed by a pouch-type secondary battery sealing device according to the prior art.
  • FIG. 4 is a photograph of a laminate sheet sealed by the pouch-type secondary battery sealing device according to Patent Document 1. Referring to FIG.
  • FIG. 5 is a schematic diagram of a first embodiment of a pouch-type secondary battery sealing device according to the present invention.
  • FIG. 6 is a schematic diagram of a second embodiment of the pouch-type secondary battery sealing device according to the present invention.
  • FIG. 7 is a schematic diagram of a third embodiment of the pouch-type secondary battery sealing device according to the present invention.
  • FIG. 8 is a photograph of the laminate sheet sealed by the pouch-type secondary battery sealing device according to the present invention.
  • FIG. 5 is a schematic diagram of a first embodiment of a pouch-type secondary battery sealing device according to the present invention.
  • the pouch-type secondary battery sealing device according to the present invention is located on the upper and/or lower portion of the sealing part 100 of the pouch-type secondary battery case including an aluminum layer, and the pressing part 200 made of a material that can transmit an infrared light source. ), a first infrared irradiator 300 irradiating infrared ray to the pressing unit 200 and a second infrared irradiating unit 400 irradiating infrared ray so as to overlap the irradiation range of the first infrared ray irradiator.
  • the sealing part 100 may be formed of a laminate sheet including an outer resin layer 110 , a metal layer 120 including an aluminum layer, and an inner sealant layer 130 .
  • the outer resin layer 110 serves to protect the battery from the outside, excellent tensile strength and weather resistance compared to its thickness are required, and it is mainly composed of a polymer such as a stretched nylon film and PET, but is not limited thereto.
  • the metal layer 120 serves to prevent air, moisture, etc. from entering the inside of the battery.
  • the material used for the metal layer 120 is not particularly limited as long as it has excellent formability and ductility and can be heated by infrared rays.
  • it may be made of aluminum or an aluminum alloy material.
  • the inner sealant layer 130 serves to provide sealing properties by being thermally fused to each other by applied heat and pressure while the electrode assembly is embedded, and is mainly made of a non-stretched polypropylene film (CPP).
  • An adhesive layer may be added between the outer resin layer 110 and the metal layer 120 and/or the metal layer 120 and the inner sealant layer 130, so that the low adhesive strength between the layers on both sides of the adhesive layer plays a complementary role.
  • the pressing unit 200 is not limited as long as the infrared light source is transmitted through the material so that the infrared light source can directly heat the metal layer 120 .
  • the pressing part may include germanium, silicon, zinc sulfide, magnesium fluoride, sapphire, glass, etc., but it is preferable to use economical and strong glass, and in particular, the pressing part may be made of a quartz lens. .
  • the first infrared irradiation unit 300 and the second infrared irradiation unit 400 according to the present invention serve to heat the metal layer 120 by irradiating infrared rays to the pressing unit 200 .
  • the metal layer 120 is preferably aluminum or an aluminum alloy as a material that can be easily heated by the infrared rays.
  • the first irradiation range 310 of the first infrared irradiation unit 300 and the second irradiation range 410 of the second infrared irradiation unit 400 are formed to overlap on the sealing part of the pouch-type secondary battery case. .
  • the first irradiation range 310 and the second irradiation range 410 may be formed to overlap only on the sealing part as shown in FIG. 5 , but as shown in FIG.
  • the first irradiation range 310 and The second irradiation range 410 exists only in the sealing part, and in the portion excluding the sealing part, the first irradiation range 310 and the second irradiation range formed by the first infrared irradiation unit 300 and the second infrared irradiation unit 400, respectively. It is preferable that the irradiation ranges 410 exist without overlapping ranges.
  • An infrared wavelength of at least one of the first infrared irradiator 300 and the second infrared irradiator 400 may be 700 nm to 1100 nm, and preferably, an LD wavelength (808 nm to 980 nm).
  • the infrared wavelength is too long, it may not be sufficient or it may take a lot of time to induce heat generation of the barrier metal layer or melting of the sealant layer. This is undesirable as it can occur.
  • the power density of at least one of the first infrared ray irradiator 300 and the second infrared ray irradiator 400 may be 80 W/cm 2 or more.
  • the power density is less than 80 W/cm 2 , heating of the metal layer 120 may not be sufficient, so that the inner sealant layer 130 may not melt.
  • the power density may be 2.4 kW/cm 2 or more.
  • wrinkles may be formed in the pouch-type secondary battery case, and thus a problem may occur in which the pouch is not uniformly sealed.
  • At least one of the first infrared irradiator 300 and the second infrared ray irradiator 400 may be separated from the sealing part 100 of the pouch-type secondary battery case by 20 mm to 40 cm.
  • the inner sealant layer 130 may be melted at 180°C to 300°C. If it is out of the above range, it may be insufficiently or excessively melted, so that the sealing part 100 may not be properly sealed.
  • the first infrared irradiator 300 and the second infrared ray irradiator 400 may be present on the left and right sides of the pressing unit 200, respectively, as shown in FIG. may be
  • the positions of the first infrared irradiation unit 300 and the second infrared irradiation unit 400 are the first irradiation range 310 of the first infrared irradiation unit 300 and the second irradiation range 410 of the second infrared irradiation unit 400 .
  • the distance between the pressing unit 200 and the first infrared irradiator 300 and the second infrared ray irradiator 400, the output density of the first infrared ray irradiator 300 and the second infrared ray irradiator 400, etc. have.
  • the first infrared irradiator 300 and the second infrared ray irradiator 400 may exist only on one side of the sealing part 100 of the pouch-type secondary battery case, or may exist on both sides as shown in FIG. 5 .
  • the pressing part 200 is the sealing part 100 . It may exist on both sides, but may exist only on one side.
  • a support for supporting the sealing part 100 may be present on the other surface on which the pressing part 200 does not exist.
  • FIG. 6 is a schematic view of a second embodiment of the pouch-type secondary battery sealing device according to the present invention.
  • the second embodiment of the pouch-type secondary battery sealing device according to the present invention may have the same configuration as the above-mentioned first embodiment unless otherwise stated.
  • the pouch-type secondary battery sealing device includes: light source units 320 and 420 for irradiating a laser to at least one of the first infrared irradiation unit 300 and the second infrared irradiation unit 400; and an adjustment lens (330, 430) positioned under the light source unit (320, 420).
  • the first light source unit 320 is present in the first infrared irradiation unit 300 , the first adjustment lens 330 is provided under it, and the second light source unit is provided in the second infrared irradiation unit 400 ( 400 ). 420) is present, and it is preferable that the second adjustment lens 430 is present at the lower portion thereof.
  • the first adjustment lens 330 and/or the second adjustment lens 430 may serve to expand the irradiation range of infrared rays irradiated from the first light source unit 320 and/or the second light source unit 420 . have. To this end, the first adjustment lens 330 and the second adjustment lens 430 may have a convex face to the first light source unit 320 or the second light source unit 420 . In this case, the first adjustment lens 330 or the second adjustment lens 430 may be a semi-cylindrical cylinder lens.
  • the first adjustment lens 330 and/or the second adjustment lens 430 may be mounted in the first infrared irradiation unit 300 and/or the second infrared irradiation unit 400 , and the first infrared irradiation unit 300 . ) and the second infrared irradiator 400 may be present outside the irradiation range and irradiation direction of infrared rays.
  • the pressing unit 200 may be in the form of a flat plate, but in order to prevent energy loss due to dispersion of the infrared light source, etc., there may be a structure capable of preventing the dispersion of the light source inside the pressing unit.
  • the face portion of the first infrared ray irradiator and/or the second infrared ray irradiator may have a concave shape.
  • the facing portion of the pouch-type secondary battery case may have a flat shape or a flat shape on the outside and a convex shape on the inside.
  • FIG. 7 is a schematic diagram of a third embodiment of the pouch-type secondary battery sealing device according to the present invention.
  • the pouch-type secondary battery sealing device includes a plurality of first infrared ray irradiation units 300 and the second infrared ray irradiation units 400 .
  • the first irradiation range 310 of the first infrared irradiation unit 300 is arranged to overlap at least half of the second irradiation range 410 of the second infrared irradiation unit 400, and the second irradiation range ( A portion of the 410) that does not overlap the first irradiation range 310 is disposed to overlap the third irradiation range 510 of the third infrared irradiation unit 500 .
  • a plurality of infrared irradiation units may exist in the same pattern as above, and their irradiation ranges may be arranged to overlap as shown in FIG. 7 . Through this, it is possible to proceed quickly even if the output of infrared rays is not high, it is possible to seal a wide range, and it is possible to improve the sealing force.
  • the present invention is a pouch-type secondary battery manufacturing method, S1) composed of a laminate sheet including an external resin layer 110, a metal layer 120, and an internal sealant layer 130, the electrode assembly receiving part and the sealing part surrounding it accommodating the electrode assembly in a pouch-type secondary battery case including (100); S2) disposing the pouch-type secondary battery sealing device according to any one of claims 1 to 9 on the upper and lower portions of the sealing part 100 of the pouch-type secondary battery case; and S3) sealing the sealing part 100 by pressing the sealing part 100 with the pressing part 200 of the sealing device while heating the sealing part 100 with the first infrared ray irradiator 300 and the second infrared ray irradiator 400 . ; and the first infrared irradiator 300 and the second infrared ray irradiator 400 may have overlapping irradiation ranges.
  • first infrared irradiator 300 and the second infrared ray irradiator 400 are irrelevant as long as the irradiation ranges overlap each other.
  • first infrared ray irradiator 300 and the second infrared ray irradiator 400 may be arranged side by side or may be arranged in front and back of each other.
  • the first infrared irradiator 300 and the second infrared ray irradiator 400 induce heat generation of the metal layer 120 and melt the inner sealant layer 130 by the conducted heat.
  • the metal layer 120 may be made of aluminum or an aluminum alloy.
  • the metal layer 120 may be heated to 180° C. to 300° C. by infrared rays.
  • FIG. 8 is a photograph of the laminate sheet sealed by the pouch-type secondary battery sealing device according to the present invention.
  • the infrared irradiator used in FIG. 8 used PPM412, and heat-resistant glass (double borosilicate) was used as the pressurizing part.
  • the laminate sheet was cut into a width of 60 mm and a length of 30 mm, and the two laminate sheets were placed at a point about 150 mm away from the infrared irradiation part, and then sealed.
  • sealing was performed while simultaneously irradiating the laser at a time to correspond to the irradiation area based on a laser output of 2.1 kW and a width of 60 mm while changing the output value in units of 0.1 kW.
  • the pouch-type secondary battery sealing device and the pouch-type secondary battery manufacturing method according to the present invention uniformly seal the sealing part of the pouch-type secondary battery case to improve sealing force and reduce sealing defects.
  • the metal layer of the laminate sheet can be quickly heated and sealed, thereby improving productivity compared to the prior art.
  • infrared rays it is possible to reduce damage to the laminate sheet by heating only the necessary parts quickly and accurately, and it is possible to use infrared rays of various output ranges, which also saves energy used.

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Abstract

본원발명은 적외선 레이저를 중첩적으로 밀봉부에 조사함으로써 파우치형 이차전지 케이스의 밀봉부를 형성할 때, 밀봉력이 향상되고 주름이 없으면서 밀봉시간을 단축시킬 수 있는 파우치형 이차전지 실링장치 및 파우치형 이차전지 제조방법에 관한 것이다. (대표도)도 5

Description

파우치형 이차전지 실링장치 및 파우치형 이차전지의 제조방법
본 출원은 2020년 06월 18일자 한국 특허 출원 제2020-0074202호에 기초한 우선권의 이익을 주장하며, 해당 한국 특허 출원의 문헌에 개시된 모든 내용은 본 명세서의 일부로서 포함된다.
본원발명은 파우치형 이차전지 실링장치 및 파우치형 이차전지의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 알루미늄 층을 포함하는 파우치형 이차전지 케이스의 밀봉부를 주름 없이 밀봉시켜 밀봉의 질을 향상시킬 수 있는 파우치형 이차전지 실링장치 및 파우치형 이차전지의 제조방법에 관한 것이다.
최근 전지를 사용하는 기기가 다양해짐에 따라 고용량, 고밀도의 전지에 대한 수요가 증가하고 있다. 그 중 높은 에너지 밀도와 방전 전압을 가진 리튬 이차전지는 다양한 형태로 상용화되어 사용되고 있다.
리튬 이차전지는 외형에 따라 원통형 이차전지, 각형 이차전지, 파우치형 이차전지로 구분된다. 그 중 파우치형 이차전지는 알루미늄 라미네이트 시트의 두께를 조절하여 고용량, 고밀도의 이차전지를 얻을 수 있고, 다양한 형상을 가질 수 있어 다방면의 연구가 진행되고 있다.
파우치형 이차전지는 일반적으로 알루미늄 라미네이트 시트를 성형하여 수납부를 형성하고, 수납부에 전극조립체를 수납한 후, 수납부의 주변을 밀봉하여 형성된다. 수납부 주변을 밀봉하여 밀봉부를 형성하기 위해 종래의 파우치형 이차전지 실링장치는 가압과 가열을 하나의 부재로 수행하였다.
도 1은 종래 기술에 따른 파우치형 이차전지 실링장치의 모식도이다.
도 1에서 볼 수 있듯 종래 기술에 따른 파우치형 이차전지 실링장치는 외부 수지층(11), 금속층(12), 내부 실란트층(13)을 포함하는 라미네이트 시트로 이루어진 파우치형 이차전지 케이스의 밀봉부(10)를 내부 실란트층(13)이 마주보도록 배치시킨 후, 이를 가열과 가압을 동시에 수행할 수 있는 가압부(20) 사이에 두어 밀봉한다.
하지만 종래 기술에 따른 파우치형 이차전지 실링장치는 열이 외부 수지층(11)에서 내부 실란트층(13)까지 전달되기 위해 많은 시간이 소요되고, 외부 수지층(11)의 손상을 가져올 수 있다.
이러한 문제를 해결하기 위해 특허문헌 1에서는 레이저를 사용하여 파우치형 이차전지를 실링하는 방법에 대해 언급하고 있다.
도 2는 특허문헌 1에 따른 파우치형 이차전지 실링장치에 관한 모식도이다.
특허문헌 1에 따른 파우치형 이차전지 실링장치는 종래 기술에 따른 파우치형 이차전지 실링장치와 같이 외부 수지층(11), 금속층(12), 내부 실란트층(13)을 포함하는 파우치형 이차전지 케이스의 밀봉부(10)를 내부 실란트층(13)이 마주보도록 배치시킨 후, 이를 가압부(20) 사이에 위치시킨다.
종래 기술에 따른 파우치형 이차전지 실링장치와 달리 특허문헌 1에 따른 파우치형 이차전지 실링장치는 가압부(20)가 적외선 투과 소재로 이루어져 있고, 상부에 적외선 조사부(30)가 존재하는 것을 특징으로 한다. 또한 적외선 조사부(30)는 밀봉부(10)의 금속층(12)만을 빠르게 가열하여 종래 기술에 따른 파우치형 이차전지 실링장치의 단점을 극복하였다. 또한, 가열된 금속층(12)에 의해 내부 실란트층(13)을 녹임으로써 종래 열에 의한 외부 수지층(11)의 손상을 줄이면서 밀봉력을 향상시키고 있다.
하지만, 특허문헌 1에 따른 파우치형 이차전지 실링장치는 레이저의 출력이 높아야 외부 수지층(11)과 내부 실란트층(13) 사이에 배치되어 있는 금속층(12)을 가열할 수 있다는 단점이 있다. 또한 가열이 고르게 되지 않아 밀봉이 고르게 되지 않고, 라미네이트 시트에 주름이 생기는 문제가 발생한다.
도 3은 종래 기술에 따른 파우치형 이차전지 실링장치에 의해 실링된 라미네이트 시트의 사진이고, 도 4는 특허문헌 1에 따른 파우치형 이차전지 실링장치에 의해 실링된 라미네이트 시트의 사진이다.
도 3에서는 종래 기술에 따른 파우치형 이차전지 실링장치를 사용하여 라미네이트 시트를 레이저 출력을 150 W, 속도는 100 m/s, 폭은 35 mm를 기준으로 라인 피치값을 0.25, 0.5, 0.75 및 1로 설정하여 밀봉하였다. 도 3에서 볼 수 있듯, 종래 기술에 따른 파우치형 이차전지 실링장치에 의해 실링된 라미네이트 시트는 라인 피치에 관계없이 라미네이트 시트 표면, 즉 나일론 층에 손상이 발생하거나 주름이 발생하여 균일한 실링이 진행되지 않는 것을 알 수 있다.
또한 도 4에서 볼 수 있듯, 특허문헌 1에 따른 파우치형 이차전지 실링장치에 의해 실링된 라미네이트 시트를 레이저 출력, 속도, 와블(Wable)을 달리하여 밀봉하였다. 도 4에서 볼 수 있듯, 출력, 속도, 와블(Wable)이 각 25%, 10mm/s, 250 Hz로 실링하는 경우 접착은 균일하나, 나일론층이 손상되는 문제점이 발생하고, 출력, 속도, 와블(Wable)이 각 25%, 15 mm/s, 250 Hz인 경우, 미접착 부분이 발생하고, 나일론층이 손상되어 와블(Wable)이 지나치게 강할 경우 라미네이트 시트가 손생되는 것을 알 수 있다. 이에 반해 와블(Wable)이 150 Hz, 100 Hz 및 200 Hz인 경우, 라미네이트 시트가 접착되지 않거나, 일부 접착되지 않는 것을 알 수 있다.
이에, 파우치형 이차전지 케이스의 밀봉부를 균일하고 안전하며 신속하게 형성할 수 있는 파우치형 이차전지 실링장치 및 파우치형 이차전지 제조방법이 필요하다.
(선행기술문헌)
(특허문헌 1) 대한민국 공개특허공보 제2012-0056316호(2012.06.04)
상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본원발명에서는 적어도 두 개의 적외선 조사부를 사용하여 파우치형 이차전지를 밀봉함으로써, 균일한 밀봉력을 갖는 밀봉부를 형성할 수 있고, 적외선의 적은 출력으로도 밀봉할 수 있으면서 적외선에의 노출 시간을 감소시키는 파우치형 이차전지 실링장치 및 파우치형 이차전지 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한 이를 통해 밀봉 시간이 감소되고 불량률이 줄어들어 생산성을 향상시키는 것을 목적으로 한다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본원발명에 따른 파우치형 이차전지 실링장치는 알루미늄 층을 포함하는 파우치형 이차전지 케이스의 밀봉부 상부 및/또는 하부에 위치하며, 적외선 광원을 투과할 수 있는 소재로 이루어진 가압부, 상기 가압부에 적외선을 조사하는 제1 적외선 조사부 및 상기 제1 적외선 조사부의 조사범위와 중첩되도록 적외선을 조사하는 제2 적외선 조사부를 포함할 수 있다.
또한 상기 제1 적외선 조사부 및 제2 적외선 조사부 중 적어도 하나는 LD(808 nm 내지980 nm)파장을 조사할 수 있다.
또한 상기 가압부는 쿼츠렌즈로 이루어져 있을 수 있다.
또한 상기 제1 적외선 조사부 및 제2 레이저 조사부 중 적어도 하나는, 레이저를 조사하는 광원부 및 상기 광원부의 하부에 위치하는 조절렌즈를 포함할 수 있다.
이 때, 상기 조절렌즈는 실린더 렌즈일 수 있다.
또한 상기 조절렌즈는 상기 광원부 대면이 볼록한 형태일 수 있다.
또한 상기 제1 적외선 조사부 및 제2 적외선 조사부 중 적어도 하나의 출력 밀도는 80W/㎠이상일 수 있다.
상기 제1 적외선 조사부 및 제2 적외선 조사부는 상기 파우치형 이차전지 케이스의 알루미늄 또는 알루미늄 합금을 가열할 수 있다.
상기 제1 적외선 조사부 및 제2 적외선 조사부는 상기 파우치형 이차전지 케이스의 밀봉부 상부 및 하부에 각각 존재할 수 있다.
본원발명은 파우치형 이차전지 제조방법으로서, S1) 외부 수지층, 금속층 및 내부 실란트층을 포함하는 라미네이트 시트로 구성되어 있고, 전극조립체 수납부 및 이를 둘러싼 밀봉부를 포함하는 파우치형 이차전지 케이스에 전극조립체를 수납하는 단계, S2) 상기 파우치형 이차전지 케이스의 밀봉부의 상부 및 하부에 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 파우치형 이차전지 실링장치를 배치하는 단계 및 S3) 제1 적외선 조사부 및 제2 적외선 조사부로 상기 밀봉부를 가열하면서 상기 실링장치의 가압부로 상기 밀봉부를 가압하여 밀봉하는 단계를 포함하고, 상기 제1 적외선 조사부와 상기 제2 적외선 조사부는 조사범위가 중첩되는 것일 수 있다.
또한 상기 금속층은 알루미늄 또는 알루미늄 합금일 수 있다.
또한 상기 제1 적외선 조사부와 상기 제2 적외선 조사부는 금속층의 발열을 유도하고 전도된 열에 의해 내부 실란트층을 용융할 수 있다.
이 때, 상기 금속층은 180℃ 내지 300℃로 가열될 수 있다.
본원발명은 상기와 같은 구성들 중 상충되지 않는 구성을 하나 또는 둘 이상 택하여 조합할 수 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 파우치형 이차전지 실링장치의 모식도이다.
도 2는 특허문헌 1에 따른 파우치형 이차전지 실링장치에 관한 모식도이다.
도 3은 종래 기술에 따른 파우치형 이차전지 실링장치에 의해 실링된 라미네이트 시트의 사진이다.
도 4는 특허문헌 1에 따른 파우치형 이차전지 실링장치에 의해 실링된 라미네이트 시트의 사진이다.
도 5는 본원발명에 따른 파우치형 이차전지 실링장치의 제1 실시예에 관한 모식도이다.
도 6은 본원발명에 따른 파우치형 이차전지 실링장치의 제2 실시예에 관한 모식도이다.
도 7은 본원발명에 따른 파우치형 이차전지 실링장치의 제3 실시예에 관한 모식도이다.
도 8은 본원발명에 따른 파우치형 이차전지 실링장치에 의해 실링된 라미네이트 시트의 사진이다.
본 출원에서 "포함한다", "가지다" 또는 "구비하다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
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 경우 뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고, 간접적으로 연결되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 어떤 구성요소를 포함한다는 것은 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라, 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
이하 본원발명에 따른 파우치 필름 성형장치 및 성형방법에 관하여 첨부한 도면을 참조하여 자세히 설명한다.
도 5는 본원발명에 따른 파우치형 이차전지 실링장치의 제1 실시예에 관한 모식도이다. 본원발명에 따른 파우치형 이차전지 실링장치는 알루미늄 층을 포함하는 파우치형 이차전지 케이스의 밀봉부(100) 상부 및/또는 하부에 위치하며, 적외선 광원을 투과할 수 있는 소재로 이루어진 가압부(200), 상기 가압부(200)에 적외선을 조사하는 제1 적외선 조사부(300) 및 상기 제1 적외선 조사부의 조사범위와 중첩되도록 적외선을 조사하는 제2 적외선 조사부(400)를 포함한다.
상기 밀봉부(100)는 외부 수지층(110), 알루미늄층을 포함하는 금속층(120), 내부 실란트층(130)을 포함하는 라미네이트 시트로 이루어져 있을 수 있다.
상기 외부 수지층(110)은 외부로부터 전지를 보호하는 역할을 하므로 두께 대비 우수한 인장강도와 내후성 등이 요구되며, 주로 연신 나일론 필름, PET 등의 폴리머로 구성되지만 이에 한정되지는 않는다.
상기 금속층(120)은 공기, 습기 등이 전지의 내부로 유입되는 것을 방지하는 역할을 한다. 상기 금속층(120)에 사용되는 소재는 성형성 및 연성이 우수한 소재이고 적외선에 의해 가열될 수 있는 소재라면 그 종류가 특별히 제한되지 않는다. 예를 들어, 알루미늄 또는 알루미늄 합금 소재로 이루어질 수 있다.
상기 내부 실란트층(130)은 전극조립체를 내장한 상태에서 인가된 열과 압력에 의해 상호 열융착되어 밀봉성을 제공하는 역할을 하며, 주로 무연신 폴리프로필렌 필름(CPP)으로 이루어져 있다. 상기 외부 수지층(110)과 상기 금속층(120) 및/또는 상기 금속층(120)과 상기 내부 실란트층(130) 사이에는 접착층이 추가될 수 있는 바, 상기 접착층의 양면에 있는 층들 간의 낮은 접착력을 보완하는 역할을 한다.
상기 가압부(200)는 적외선 광원이 금속층(120)을 직접 가열할 수 있도록 적외선 광원이 투과되는 소재이면 제한이 없다. 일 예로, 상기 가압부는 게르마늄, 실리콘, 황화아연, 플루오린화 마그네슘, 사파이어, 유리 등을 들 수 있으나, 경제적이고 강도가 있는 유리를 사용하는 것이 바람직하고, 특히 상기 가압부는 쿼츠렌즈로 이루어져 있을 수 있다.
본원발명에 따른 제1 적외선 조사부(300)와 제2 적외선 조사부(400)는 상기 가압부(200)에 적외선을 조사하여 상기 금속층(120)을 가열하는 역할을 한다. 이 때, 상기 금속층(120)은 상기 적외선에 의해 쉽게 가열될 수 있는 소재로 알루미늄 또는 알루미늄 합금인 것이 바람직하다.
상기 제1 적외선 조사부(300)의 제1 조사범위(310)와 상기 제2 적외선 조사부(400)의 제2 조사범위(410)는 상기 파우치형 이차전지 케이스의 밀봉부 상에 중첩되도록 형성되어 있다. 이 때, 상기 제1 조사범위(310)와 제2 조사범위(410)는 도 5와 같이 상기 밀봉부 상에서만 중첩되도록 형성되어 있을 수도 있지만, 도 5와 같이 상기 제1 조사범위(310)와 제2 조사범위(410)가 밀봉부에만 존재하고, 밀봉부를 제외한 부분에서는 상기 제1 적외선 조사부(300) 및 제2 적외선 조사부(400)에 의해 각 형성되는 제1 조사범위(310)와 제2 조사범위(410)가 서로 중첩되는 범위가 없이 존재하는 것이 바람직하다.
상기 제1 적외선 조사부(300) 및 상기 제2 적외선 조사부(400) 중 적어도 하나의 적외선 파장은 700 ㎚ 내지 1100 ㎚일 수 있고, 바람직하게는 LD 파장(808 ㎚ 내지 980 ㎚)일 수 있다.
상기 적외선 파장이 너무 긴 경우에는 차단성 금속층의 발열 내지 실란트층의 용융을 유도하는데 충분하지 못하거나 많은 시간이 소요될 수 있으며, 반대로 파장이 너무 짧은 경우에는 고에너지에 의해 전지케이스의 파열 또는 화재 등이 발생할 수 있으므로 바람직하지 않다.
또한 상기 제1 적외선 조사부(300) 및 제2 적외선 조사부(400) 중 적어도 하나의 출력 밀도는 80 W/㎠ 이상일 수 있다. 출력밀도가 80 W/㎠ 미만일 경우, 상기 금속층(120)의 가열이 충분하지 않아 상기 내부 실란트층(130)이 용융되지 않을 수 있다. 더욱 바람직하게는, 상기 출력 밀도가 2.4 kW/㎠이상일 수 있다. 상기 출력 밀도가 2.4 kW/㎠ 이하일 경우, 파우치형 이차전지 케이스에 주름이 생겨 균일하게 밀봉되지 않는 문제가 발생할 수 있다.
상기 제1 적외선 조사부(300) 및 제2 적외선 조사부(400) 중 적어도 하나는 상기 파우치형 이차전지 케이스의 밀봉부(100)로부터 20 ㎜ 내지 40 ㎝ 떨어져 있을 수 있다.
상기 내부 실란트층(130)은 180℃ 내지 300℃에서 용융될 수 있다. 상기의 범위를 벗어날 경우 불충분하거나 과도하게 용융되어 밀봉부(100)를 제대로 밀봉하지 못할 수 있다.
상기 제1 적외선 조사부(300) 및 제2 적외선 조사부(400)는 도 5와 같이 각 상기 가압부(200)의 좌측 및 우측에 존재할 수 있으나, 상기 가압부(200)의 상부 또는 하부에 나란히 존재할 수도 있다. 상기 제1 적외선 조사부(300)와 제2 적외선 조사부(400)의 위치는 제1 적외선 조사부(300)의 제1 조사범위(310) 및 제2 적외선 조사부(400)의 제2 조사범위(410), 상기 가압부(200)와 상기 제1 적외선 조사부(300) 및 제2 적외선 조사부(400) 간의 거리, 상기 제1 적외선 조사부(300) 및 제2 적외선 조사부(400)의 출력 밀도 등에 의해 달라질 수 있다.
상기 제1 적외선 조사부(300) 및 상기 제2 적외선 조사부(400)는 상기 파우치형 이차전지 케이스의 밀봉부(100) 일면에만 존재할 수도 있고 도 5와 같이 양면에 모두 존재할 수 있다. 이 때, 상기 제1 적외선 조사부(300) 및 상기 제2 적외선 조사부(400)가 도 5와 같이 밀봉부(100)의 양면에 존재할 때, 상기 가압부(200)는 상기 밀봉부(100)의 양면에 존재할 수도 있으나, 일면에만 존재할 수도 있다. 상기 가압부(200)가 일면에 존재하는 경우, 상기 가압부(200)가 존재하지 않는 타면에 상기 밀봉부(100)를 지지할 수 있는 지지대가 존재할 수 있다.
도 6는 본원발명에 따른 파우치형 이차전지 실링장치의 제2 실시예에 관한 모식도이다. 본원발명에 따른 파우치형 이차전지 실링장치의 제2 실시예는 별도의 언급이 없는 한 상기 언급한 제1 실시예와 동일한 구성을 가질 수 있다.
제2 실시예에 따른 파우치형 이차전지 실링장치는 상기 제1 적외선 조사부(300) 및 제2 적외선 조사부(400) 중 적어도 하나에 레이저를 조사하는 광원부(320, 420); 및 상기 광원부(320, 420)의 하부에 위치하는 조절렌즈(330, 430)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
도 6과 같이 상기 제1 적외선 조사부(300)에 제1 광원부(320)가 존재하고, 그 하부에 제1 조절렌즈(330)가 존재하며, 상기 제2 적외선 조사부(400)에 제2 광원부(420)가 존재하고, 그 하부에 제2 조절렌즈(430)가 존재하는 것이 바람직하다.
상기 제1 조절렌즈(330) 및/또는 제2 조절렌즈(430)는 상기 제1 광원부(320) 및/또는 제2 광원부(420)에서 조사된 적외선의 조사범위를 확장시켜주는 역할을 할 수 있다. 이를 위해 상기 제1 조절렌즈(330) 및 제2 조절렌즈(430)는 상기 제1 광원부(320) 또는 제2 광원부(420) 대면이 볼록한 형태일 수 있다. 이 때, 상기 제1 조절렌즈(330) 또는 제2 조절렌즈(430)는 반원통 형태의 실린더 렌즈일 수 있다.
상기 제1 조절렌즈(330) 및/또는 제2 조절렌즈(430)는 상기 제1 적외선 조사부(300) 및/또는 제2 적외선 조사부(400) 내에 장착될 수도 있고, 상기 제1 적외선 조사부(300) 및 제2 적외선 조사부(400)의 외부에 존재하여 적외선의 조사범위 및 조사 방향을 조절할 수 있다.
또한, 가압부(200)는 평평한 판 형태일 수도 있으나, 적외선 광원의 분산 등으로 인한 에너지 손실을 방지하기 위해 가압부의 내부에 광원의 분산을 방지할 수 있는 구조가 있을 수 있다. 그 일 예로, 상기 제1 적외선 조사부 및/또는 제2 적외선 조사부의 대면부가 오목한 형태로 이루어져 있을 수 있다. 이 때, 상기 파우치형 이차전지 케이스의 대면부는 평평한 형상이거나 외면은 평평한 형상이고 내면에 볼록한 형태를 가지고 있을 수 있다
도 7은 본원발명에 따른 파우치형 이차전지 실링장치의 제3 실시예에 관한 모식도이다.
본원발명에 따른 파우치형 이차전지 실링장치는 다수의 제1 적외선 조사부(300) 및 상기 제2 적외선 조사부(400)를 두고 있다.
상기 제1 적외선 조사부(300)의 제1 조사범위(310)는 상기 제2 적외선 조사부(400)의 제2 조사범위(410)와 적어도 절반 이상이 겹치도록 배치되어 있고, 상기 제2 조사범위(410) 중 상기 제1 조사범위(310)와 겹치지 않는 부위는 제3 적외선 조사부(500)의 제3 조사범위(510)와 겹치도록 배치되어 있다. 상기와 동일한 패턴으로 다수의 적외선 조사부가 존재하고, 이들의 조사범위가 도 7와 같이 중첩되도록 배치되어 있을 수 있다. 이를 통해 적외선의 출력이 높지 않아도 빠른 진행이 가능하고, 넓은 범위의 밀봉이 가능하고, 밀봉력을 향상시킬 수 있다.
본원발명은 파우치형 이차전지 제조방법으로서, S1) 외부 수지층(110), 금속층(120) 및 내부 실란트층(130)을 포함하는 라미네이트 시트로 구성되어 있고, 전극조립체 수납부 및 이를 둘러싼 밀봉부(100)를 포함하는 파우치형 이차전지 케이스에 전극조립체를 수납하는 단계; S2) 상기 파우치형 이차전지 케이스의 밀봉부(100)의 상부 및 하부에 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 파우치형 이차전지 실링장치를 배치하는 단계; 및 S3) 제1 적외선 조사부(300) 및 제2 적외선 조사부(400)로 상기 밀봉부(100)를 가열하면서 상기 실링장치의 가압부(200)로 상기 밀봉부(100)를 가압하여 밀봉하는 단계;를 포함하고, 상기 제1 적외선 조사부(300)와 상기 제2 적외선 조사부(400)는 조사범위가 중첩되는 것일 수 있다.
상기 제1 적외선 조사부(300)와 제2 적외선 조사부(400)는 서로 조사범위가 중첩되기만 하면 그 배치는 무관하다. 일례로, 상기 제1 적외선 조사부(300)와 제2 적외선 조사부(400)는 서로 나란히 배치되어 있을 수도 있고 서로 앞뒤로 배치되어 있을 수 있다.
상기 제1 적외선 조사부(300)와 제2 적외선 조사부(400)는 금속층(120)의 발열을 유도하고 전도된 열에 의해 내부 실란트층(130)을 용융시키도록 한다. 이 때, 상기 금속층(120)은 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 이루어져 있을 수 있다. 적외선으로 상기 금속층(120)은 180℃ 내지 300℃로 가열되어 있을 수 있다.
도 8은 본원발명에 따른 파우치형 이차전지 실링장치에 의해 실링된 라미네이트 시트의 사진이다.
도 8에서 사용한 적외선 조사부는 PPM412를 사용하고, 가압부로는 내열유리(Double borosilicate)를 사용하였다. 이 때, 라미네이트 시트는 가로 60 mm, 세로 30 mm로 잘라 두 장의 라미네이트 시트를 상기 적외선 조사부로부터 약 150 mm 정도 떨어진 지점에 배치한 후 실링하였다. 이 때, 레이저 출력 2.1 kW, 폭 60 mm 기준으로 조사 면적에 대응되도록 한 번에 동시 조사하면서 출력 값을 0.1 kW 단위로 변경하며 실링을 수행하였다.
도 8에 나타난 바와 같이, 출력이 2.3 kW 이하일 경우, 압착이 잘 되지 않아 도면에 원으로 표시한 바와 같이 압착되지 않은 부분이 들떠 백화 현상이 발생한 것을 알 수 있다. 이에 반해 출력이 2.4 kW인 경우, 모든 부분이 균일하게 접착되어 들뜬 부분이 없으면서 주름이 생기지 않는 것을 알 수 있다.
이상으로 본원발명 내용의 특정한 부분을 상세히 기술하였는 바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게, 이러한 구체적 기술은 단지 바람직한 실시 양태일 뿐이며, 이에 의해 본원발명의 범위가 제한되는 것은 아니며, 본원발명의 범주 및 기술사상 범위 내에서 다양한 변경 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속하는 것도 당연하다.
(부호의 설명)
10, 100 : 밀봉부
11, 110 : 외부 수지층
12, 120 : 금속층
13, 130 : 내부 실란트층
20, 200 : 가압부
30 : 적외선 조사부
300 : 제1 적외선 조사부
310 : 제1 조사범위
320 : 제1 광원부
330 : 제1 조절렌즈
400 : 제2 적외선 조사부
410 : 제2 조사범위
420 : 제2 광원부
430 : 제2 조절렌즈
500 : 제3 적외선 조사부
510 : 제3 조사범위
본원발명에 따른 파우치형 이차전지 실링장치 및 파우치형 이차전지 제조방법은 파우치형 이차전지 케이스의 밀봉부를 균일하게 밀봉하여 밀봉력을 향상시키고, 밀봉 하자를 감소시킨다.
또한 적어도 두 개의 적외선 조사부의 조사범위를 중첩시켜 라미네이트 시트의 금속층을 빠르게 가열하여 밀봉할 수 있어 종래 기술보다 생산성이 향상된다.
또한 적외선을 사용함으로써 필요한 부위만을 신속하고 정확하게 가열해 라미네이트 시트의 손상을 줄일 수 있고, 다양한 출력범위의 적외선을 사용할 수 있어 사용하는 에너지 또한 절약할 수 있다.

Claims (13)

  1. 알루미늄 층을 포함하는 파우치형 이차전지 케이스의 밀봉부 상부 및/또는 하부에 위치하며, 적외선 광원을 투과할 수 있는 소재로 이루어진 가압부;
    상기 가압부에 적외선을 조사하는 제1 적외선 조사부; 및
    상기 제1 적외선 조사부의 조사범위와 중첩되도록 적외선을 조사하는 제2 적외선 조사부;를 포함하는 파우치형 이차전지 실링장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 적외선 조사부 및 제2 적외선 조사부 중 적어도 하나는 LD(808 nm 내지980 nm)파장을 조사하는 파우치형 이차전지 실링장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 가압부는 쿼츠렌즈로 이루어진 파우치형 이차전지 실링장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 적외선 조사부 및 제2 레이저 조사부 중 적어도 하나는,
    레이저를 조사하는 광원부; 및
    상기 광원부의 하부에 위치하는 조절렌즈;를 포함하는 것을 특징으로 하는 파우치형 이차전지 실링장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 조절렌즈는 실린더 렌즈인 것을 특징으로 하는 파우치형 이차전지 실링장치.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 조절렌즈는 상기 광원부 대면이 볼록한 형태인 것을 특징으로 하는 파우치형 이차전지 실링장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제1 적외선 조사부 및 제2 적외선 조사부 중 적어도 하나의 출력 밀도는 80 W/㎠이상인 것을 특징으로 하는 파우치형 이차전지 실링장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제1 적외선 조사부 및 제2 적외선 조사부는 상기 파우치형 이차전지 케이스의 알루미늄 또는 알루미늄 합금을 가열하는 것을 특징으로 하는 파우치형 이차전지 실링장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제1 적외선 조사부 및 제2 적외선 조사부는 상기 파우치형 이차전지 케이스의 밀봉부 상부 및 하부에 각각 존재하는 것을 특징으로 하는 파우치형 이차전지 실링장치.
  10. S1) 외부 수지층, 금속층 및 내부 실란트층을 포함하는 라미네이트 시트로 구성되어 있고, 전극조립체 수납부 및 이를 둘러싼 밀봉부를 포함하는 파우치형 이차전지 케이스에 전극조립체를 수납하는 단계;
    S2) 상기 파우치형 이차전지 케이스의 밀봉부의 상부 및 하부에 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 파우치형 이차전지 실링장치를 배치하는 단계; 및
    S3) 제1 적외선 조사부 및 제2 적외선 조사부로 상기 밀봉부를 가열하면서 상기 실링장치의 가압부로 상기 밀봉부를 가압하여 밀봉하는 단계;를 포함하고,
    상기 제1 적외선 조사부와 상기 제2 적외선 조사부는 조사범위가 중첩되는 것을 특징으로 하는 파우치형 이차전지 제조방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 금속층은 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 이루어진 것을 특징으로 하는 파우치형 이차전지 제조방법.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 제1 적외선 조사부와 상기 제2 적외선 조사부는 금속층의 발열을 유도하고 전도된 열에 의해 내부 실란트층을 용융하는 것을 특징으로 하는 파우치형 이차전지 제조방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 금속층은 180℃ 내지 300℃로 가열되는 것을 특징으로 하는 파우치형 이차전지 제조방법.
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