WO2022075750A1 - 파우치 형 전지 케이스 및 그의 성형 장치, 파우치 형 이차 전지 - Google Patents

파우치 형 전지 케이스 및 그의 성형 장치, 파우치 형 이차 전지 Download PDF

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Abstract

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 파우치 형 전지 케이스는 전극 및 분리막이 적층되어 형성되는 전극 조립체를 내부에 수용하는 컵부; 및 상기 컵부의 벽과 상기 벽으로부터 연장되는 사이드를 서로 연결하는 복수의 다이 엣지를 포함하되, 적어도 하나의 상기 다이 엣지는, 제1 곡률 반경으로 라운딩되어 형성되는 제1 영역; 및 상기 제1 곡률 반경보다 작은 제2 곡률 반경으로 라운딩되어 형성되는 제2 영역을 포함한다.

Description

파우치 형 전지 케이스 및 그의 성형 장치, 파우치 형 이차 전지
관련출원과의 상호인용
본 출원은 2020년 10월 06일자 한국특허출원 제10-2020-0129025 및 2021년 06월 08일자 한국특허출원 제10-2021-0074479에 기초한 우선권의 이익을 주장하며, 해당 한국특허출원의 문헌에 개시된 모든 내용은 본 명세서의 일부로서 포함된다.
기술분야
본 발명은 파우치 형 전지 케이스 및 그의 성형 장치, 파우치 형 이차 전지에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 다이 엣지와 전극 탭의 간섭이 발생하는 것을 방지할 수 있는 파우치 형 전지 케이스 및 그의 성형 장치, 파우치 형 이차 전지에 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.
이러한 이차 전지를 제조하기 위해, 먼저 전극 활물질 슬러리를 양극 집전체 및 음극 집전체에 도포하여 양극과 음극을 제조하고, 이를 분리막(Separator)의 양 측에 적층함으로써 소정 형상의 전극 조립체(Electrode Assembly)를 형성한다. 그리고 전지 케이스에 전극 조립체를 수납하고 전해질 주입 후 실링한다.
이차 전지는 전극 조립체를 수용하는 케이스의 재질에 따라, 파우치 형(Pouch Type) 및 캔 형(Can Type) 등으로 분류된다. 파우치 형(Pouch Type)은 유연한 폴리머 재질로 제조된 파우치에 전극 조립체를 수용한다. 그리고, 캔 형(Can Type)은 금속 또는 플라스틱 등의 재질로 제조된 케이스에 전극 조립체를 수용한다.
파우치 형 이차 전지의 케이스인 파우치는, 유연성을 가지는 파우치 필름에 프레스 가공을 수행하여, 컵부를 형성함으로써 제조된다. 그리고, 컵부가 형성되면, 상기 컵부의 수용 공간에 전극 조립체를 수납하고 사이드를 실링하여 이차 전지를 제조한다.
이러한 프레스 가공 중에서 드로잉(Drawing) 성형은 프레스 장비와 같은 성형 장치에 파우치 필름을 삽입하고 펀치로 파우치 필름에 압력을 인가하여, 파우치 필름을 연신시킴으로써 수행된다. 파우치 필름은 복수의 층으로 형성되며, 그 중에 내부에 위치한 수분 배리어층은 금속으로 제조된다. 그런데 만약 수분 배리어층의 성형성을 항샹시켜 컵부의 벽이 수직에 가까워지며 컵부의 엣지의 곡률 반경을 개선하는 경우, 엣지 중에 다이 엣지가 전극 탭을 압박하여 다이 엣지와 전극 탭들 사이에 간섭이 발생하는 문제가 있었다.
선행기술문헌으로 한국공개공보 제2017-0124882호가 존재한다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 다이 엣지와 전극 탭의 간섭이 발생하는 것을 방지할 수 있는 파우치 형 전지 케이스 및 그의 성형 장치, 파우치 형 이차 전지를 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 파우치 형 전지 케이스는 전극 및 분리막이 적층되어 형성되는 전극 조립체를 내부에 수용하는 컵부; 및 상기 컵부의 벽과 상기 벽으로부터 연장되는 사이드를 서로 연결하는 복수의 다이 엣지를 포함하되, 적어도 하나의 상기 다이 엣지는, 제1 곡률 반경으로 라운딩되어 형성되는 제1 영역; 및 상기 제1 곡률 반경보다 작은 제2 곡률 반경으로 라운딩되어 형성되는 제2 영역을 포함한다.
또한, 상기 제1 곡률 반경은, 1.7 mm 내지 2.7 mm일 수 있다.
또한, 상기 제2 곡률 반경은, 1.2 mm 이하일 수 있다.
또한, 상기 제2 곡률 반경은, 0.7 mm 이하일 수 있다.
또한, 파우치 필름을 성형하여 제조되고, 상기 파우치 필름은, 제1 폴리머로 제조되고, 최내층에 형성되는 실란트층; 제2 폴리머로 제조되고, 최외층에 형성되는 표면 보호층; 및 상기 표면 보호층 및 상기 실란트층의 사이에 적층되는 수분 배리어층을 포함하되, 상기 수분 배리어층은, 두께가 50 내지 80 μm이고 결정립도가 10 ~ 13μm인 알루미늄 합금 박막으로 형성되고, 상기 실란트층은, 두께가 60 내지 100 μm일 수 있다.
또한, 상기 특정 깊이는, 상기 컵부가 한 개 형성된다면 7 mm, 상기 컵부가 두 개 형성된다면 6.5 mm 일 수 있다.
또한, 상기 제1 영역은, 서로 대향하는 두 개의 상기 다이 엣지에 각각 하나씩 형성될 수 있다.
또한, 상기 제1 영역은, 하나의 상기 다이 엣지에 복수로 형성될 수 있다.
또한, 상기 제2 영역은, 복수의 상기 제1 영역의 사이에 형성될 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 컵부를 포함하는 전지 케이스를 포함하고, 상기 전지 케이스는, 상기 컵부의 벽과 상기 벽으로부터 연장되는 사이드를 서로 연결하는 복수의 다이 엣지를 포함하되, 적어도 하나의 상기 다이 엣지는, 제1 곡률 반경으로 라운딩되어 형성되는 제1 영역; 및 상기 제1 곡률 반경보다 작은 제2 곡률 반경으로 라운딩되어 형성되는 제2 영역을 포함한다.
또한, 상기 전극 조립체의 면적은 15000mm2 내지 100000 mm2 일 수 있다.
또한, 상기 제1 영역은, 상기 전극 조립체의 일측으로부터 돌출된 전극 탭이 안착될 수 있다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 전지 케이스 성형 장치는 상면에 파우치 필름이 안착되고, 상기 상면으로부터 내측으로 함몰 형성된 적어도 하나의 성형 공간를 포함하는 다이; 및 상기 성형 공간의 상방에 배치되고, 하강하여 상기 파우치 필름을 상기 성형 공간에 삽입하며 성형하는 펀치를 포함하되, 상기 다이는, 상기 성형 공간과 상기 상면을 서로 연결하는 복수의 가압 엣지를 포함하고, 적어도 하나의 상기 가압 엣지는, 제3 곡률 반경으로 라운딩되어 형성되는 제3 영역; 및 상기 제3 곡률 반경보다 작은 제4 곡률 반경으로 라운딩되어 형성되는 제4 영역을 포함한다.
또한, 상기 제3 곡률 반경은, 1.5 mm 내지 2.5 mm일 수 있다.
또한, 상기 제4 곡률 반경은, 1 mm 이하일 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 컵부를 포함하는 전지 케이스를 포함하고, 상기 전지 케이스는, 상기 컵부의 벽과 상기 벽으로부터 연장되는 사이드를 서로 연결하는 복수의 다이 엣지를 포함하되, 적어도 하나의 상기 다이 엣지는, 상기 전극 조립체의 일측으로부터 돌출된 전극 탭과 대응되며, 내측으로 오목하게 함몰된 제1영역을 포함할 수 있다.
또한, 상기 적어도 하나의 상기 다이 엣지는, 상기 제1영역과 연결되고 상기 제1영역보다 내측으로 덜 오목하게 형성된 제2영역을 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 제1영역은, 제1곡률 반경으로 라운딩되어 형성되고, 상기 제2영역은, 상기 제1 곡률 반경보다 작은 제2 곡률 반경으로 라운딩되어 형성될 수 있다.
본 발명의 기타 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
본 발명의 실시예들에 의하면 적어도 다음과 같은 효과가 있다.
다이 엣지에서 전극 탭이 안착되는 제1 영역은 상대적으로 큰 제1 곡률 반경으로 라운딩되어 형성되고, 전극 탭이 안착되지 않는 제2 영역은 상대적으로 작은 제2 곡률 반경으로 라운딩되어 형성됨으로써, 컵부의 벽이 수직에 가까워지고 컵부의 다이 엣지의 곡률 반경이 감소하더라도, 다이 엣지와 전극 탭 사이에 간섭이 발생하는 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 이차 전지의 조립도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 파우치 필름의 단면도이다.
도 3은 합금번호 AA8079인 알루미늄 합금과 합금번호 AA8021인 알루미늄 합금의 철 및 실리콘 함량을 나타낸 그래프이다.
도 4는 합금번호 AA8079인 알루미늄 합금과 합금번호 AA8021인 알루미늄 합금의 철 함량에 따른 인장강도, 연신율 및 결정립도의 변화를 나타내는 그래프이다.
도 5는 합금번호 AA8079인 알루미늄 합금과 합금번호 AA8021인 알루미늄 합금의 결정립을 확대한 SEM 이미지이다.
도 6은 본 발명의 비교예에 따른 다이 엣지와 전극 탭을 확대한 개략도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 케이스의 부분 평면도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 케이스의 컵부에 전극 조립체를 삽입한 모습을 나타낸 부분 평면도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 다이 엣지의 제1 영역과 전극 탭을 확대한 개략도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 컵부의 다이 엣지의 제2 영역과 전극 탭을 확대한 개략도이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 성형 장치의 개략도이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 다이의 부분 확대도이다.
도 13은 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차 전지의 부분 사시도이다.
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 이차 전지(1)의 조립도이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 파우치 필름(135)의 인장강도 및 연신율이 개선됨으로써 인성(Toughness)이 증가하여, 파우치 필름(135)을 성형하여 파우치 형 전지 케이스(13)를 제조할 때, 성형성이 향상될 수 있다.
이를 위해, 본 발명의 일 실시예에 따른 파우치 필름(135)은 제1 폴리머로 제조되고, 최내층에 형성되는 실란트층(1351, 도 2에 도시됨); 제2 폴리머로 제조되고, 최외층에 형성되는 표면 보호층(1353, 도 2에 도시됨); 및 상기 표면 보호층(1353) 및 상기 실란트층(1351)의 사이에 적층되는 수분(또는 가스) 배리어층(1352, 도 2에 도시됨)을 포함하되, 상기 수분 배리어층(1352)은, 두께가 50 내지 80 μm 이고 결정립도가 10 ~ 13μm인 알루미늄 합금 박막으로 형성되고, 상기 실란트층(1351)은, 두께가 60 내지 100 μm일 수 있다. 특히, 상기 수분 배리어층(1352)은, 두께가 55 내지 65 μm 이고, 상기 실란트층(1351)은, 두께가 75 내지 85 μm 인 것이 바람직하다.
전극 조립체(10)는 전극 및 분리막을 교대로 적층하여 형성한다. 먼저 전극 활물질과 바인더 및 가소제를 혼합한 슬러리를 양극 집전체 및 음극 집전체에 도포하여 양극과 음극 등의 전극들을 제조한다. 그리고 분리막(Separator)들을 전극들 사이에 적층하여 전극 조립체(10)를 형성하고, 전극 조립체(10)를 전지 케이스(13)에 삽입하고 전해질 주입 후 실링한다.
전극 조립체(Electrode Assembly, 10)는 전장과 전폭을 곱한 면적이 15000mm2 내지 100000 mm2 일 수 있다. 특히, 전극 조립체(10)의 전폭은 60mm 이상일 수 있다. 또한, 전극 조립체(10)는, 적층 방향에 대해 6mm 내지 20mm의 두께를 가질 수 있다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체(10)는 일반적인 소형 전지와 비교하여 큰 전지 용량을 제공할 수 있다.
구체적으로, 전극 조립체(10)는 양극 및 음극 두 종류의 전극과, 상기 전극들을 상호 절연시키기 위해 전극들 사이에 개재되는 분리막을 포함한다. 이러한 전극 조립체(10)는 스택형, 젤리롤형, 스택 앤 폴딩형 등이 있다. 두 종류의 전극, 즉 양극과 음극은 각각 알루미늄과 구리를 포함하는 금속 포일 또는 금속 메쉬 형태의 전극 집전체에 활물질 슬러리가 도포된 구조이다. 활물질 슬러리는 통상적으로 입상의 활물질, 도전재 등을 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)로부터 외부로 돌출되어, 전극 조립체(10)의 내부와 외부 사이에 전자가 이동할 수 있는 경로가 된다. 전극 조립체(10)의 전극 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 각각 다른 방향으로 돌출될 수도 있으나, 이에 제한되지 않고 일측으로부터 동일한 방향으로 나란히 돌출되는 등 다양한 방향을 향해 돌출 형성될 수도 있다.
전극 조립체(10)의 전극 탭(11)에는 이차 전지(1)의 외부로 전기를 공급하는 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 제1 케이스(131)와 제2 케이스(132)가 열 융착되는 사이드(134)에 한정되어 위치하여, 전극 리드(12)를 전지 케이스(13)에 접착시킨다. 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 일단이 상기 전극 탭(11)과 연결되고 타단이 상기 전지 케이스(13)의 외부로 각각 돌출된다. 즉, 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 전극 조립체(10)를 내부에 수납하는, 유연성의 재질을 갖는 파우치 필름(135)을 성형하여 제조된 파우치이다. 이하, 전지 케이스(13)는 파우치인 것으로 설명한다. 펀치 (22, 도 11 에 도시됨) 등을 이용하여 유연성을 가지는 파우치 필름(135)을 드로잉(Drawing) 성형하면, 일부가 연신되어 주머니 형태의 수용 공간(1331)을 포함하는 컵부(133)가 형성됨으로써, 전지 케이스(13)가 제조된다.
전지 케이스(13)는 전극 리드(12)의 일부가 노출되도록 전극 조립체(10)를 수용하고 실링된다. 이러한 전지 케이스(13)는 도 1에 도시된 바와 같이, 제1 케이스(131)와 제2 케이스(132)를 포함한다. 제1 케이스(131)에는 컵부(133)가 형성되어 전극 조립체(10)를 수용할 수 있는 수용 공간(1331)이 마련되고, 제2 케이스(132)는 상기 전극 조립체(10)가 전지 케이스(13)의 외부로 이탈되지 않도록 상기 수용 공간(1331)을 상방에서 커버한다. 제1 케이스(131)와 제2 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.
파우치 필름(135)에 컵부(133)를 성형할 때, 하나의 파우치 필름(135)에 하나의 컵부(133)만이 형성될 수도 있으나, 이에 제한되지 않고 하나의 파우치 필름(135)에 두 개의 컵부(133)를 서로 이웃하게 드로잉 성형할 수도 있다. 그러면 도 1에 도시된 바와 같이, 제1 케이스(131)와 제2 케이스(132)에는 각각 컵부(133)가 형성된다. 이 때, 제1 케이스(131)와 제2 케이스(132)에 형성된 각각의 컵부(133)는, 서로 깊이(D)가 동일할 수 있으나, 이에 제한되지 않고 서로 깊이(D)가 상이할 수도 있다.
본 발명의 일 실시예의 경우, 컵부(133)의 깊이(D)는 3mm 이상, 특히 6.5mm 이상일 수 있다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 컵부(133)는 일반적인 소형 전지와 비교하여 큰 전극 용량을 갖는 전극 조립체(10)를 수납할 수 있다.
제1 케이스(131)의 컵부(133)에 마련된 수용 공간(1331)에 전극 조립체(10)를 수납한 후에, 두 개의 컵부(133)가 서로 마주보도록 전지 케이스(13)에서 두 컵부(133)의 사이에 형성된 브릿지(136)를 중심으로 전지 케이스(13)를 폴딩할 수 있다. 그러면 제2 케이스(132)의 컵부(133)가 전극 조립체(10)를 상방에서도 수용한다. 따라서, 두 개의 컵부(133)가 하나의 전극 조립체(10)를 수용하므로, 컵부(133)가 하나일 때보다 두께가 더 두꺼운 전극 조립체(10)도 수용할 수 있다. 또한, 전지 케이스(13)가 폴딩됨으로써 제1 케이스(131)와 제2 케이스(132)가 서로 일체로 연결되므로, 추후에 실링 공정을 수행할 때 실링할 사이드(134)의 개수가 감소할 수 있다. 따라서, 공정 속도를 향상시킬 수 있고, 실링 공정 수도 감소시킬 수도 있다.
한편 전지 케이스(13)는 전극 조립체(10)를 수용하는 수용 공간(1331)이 마련된 컵부(133), 컵부(133)의 측부에 형성되어 디가싱 홀을 통해 상기 컵부(133)의 내부에 생성되는 가스를 배출하는 디가싱부(137)를 포함할 수 있다. 전지 케이스(13)의 컵부(133)에 전극 조립체(10)를 수납하고 전해액을 주입한 후, 활성화 공정을 수행하면, 전지 케이스(13)의 내부에서 가스가 발생하고 이러한 가스를 외부로 배출하기 위해 디가싱 공정을 수행한다.
전극 조립체(10)의 전극 탭(11)에 전극 리드(12)가 연결되고, 전극 리드(12)의 일부분에 절연부(14)가 형성되면, 제1 케이스(131)의 컵부(133)에 마련된 수용 공간(1331)에 전극 조립체(10)가 수용되고, 제2 케이스(132)가 상기 공간을 상부에서 커버한다. 그리고, 내부에 전해질을 주입하고 제1 케이스(131)와 제2 케이스(132)의 컵부(133)의 외측으로 연장 형성된 사이드(134)를 실링한다. 전해질은 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. 나아가, 전해질은 황화물계, 산화물계 또는 폴리머계의 고체 전해질을 포함할 수도 있고, 이러한 고체 전해질은 외력에 의해 쉽게 변형되는 유연성을 가질 수도 있다. 이와 같은 방법을 통해, 파우치 형 이차 전지(1)가 제조될 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 파우치 필름(135)의 단면도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 파우치 형 이차 전지(1)의 전지 케이스(13)인 파우치는 파우치 필름(135)을 드로잉(Drawing) 성형하여 제조된다. 즉, 파우치 필름(135)을 펀치(22) 등으로 연신시켜 컵부(133)를 형성함으로써 제조된다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 이러한 파우치 필름(135)은 도 2에 도시된 바와 같이, 실란트층(Sealant Layer, 1351), 수분 배리어층(Moisture Barrier Layer, 1352), 표면 보호층(Surface Protection Layer, 1353)을 포함하며, 필요에 따라 연신 보조층(Drawing Assistance Layer, 1354)을 더 포함할 수 있다.
실란트층(1351)은 제1 폴리머로 제조되고, 최내층에 형성되어 전극 조립체(10)와 직접 접촉할 수 있다. 여기서 최내층이란, 상기 수분 배리어층(1352)을 기준으로 전극 조립체(10)가 위치하는 방향으로 향할 때 가장 마지막에 위치한 층을 말한다. 전지 케이스(13)는 상기와 같은 적층 구조의 파우치 필름(135)을, 펀치(22) 등을 이용하여 드로잉(Drawing) 성형하면, 일부가 연신되어 주머니 형태의 수용 공간(1331)을 포함하는 컵부(133)를 형성하면서 제조된다. 그리고, 이러한 수용 공간(1331)에 전극 조립체(10)가 내부에 수용되면 전해질을 주입한다. 그 후에 제1 케이스(131)와 제2 케이스(132)를 서로 마주보도록 접촉시키고, 사이드(134)에 열 압착을 하면 실란트층(1351)끼리 접착됨으로써 파우치가 실링된다. 이 때, 실란트층(1351)은 전극 조립체(10)와 직접적으로 접촉하므로 절연성을 가져야 하며, 전해질과도 접촉하므로 내식성을 가져야 한다. 또한, 내부를 완전히 밀폐하여 내부 및 외부간의 물질 이동을 차단해야 하므로, 높은 실링성을 가져야 한다. 즉, 실란트층(1351)끼리 접착된 사이드(134)는 우수한 열 접착 강도를 가져야 한다. 일반적으로 이러한 실란트층(1351)을 제조하는 제1 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 물질로 이루어질 수 있다. 특히, 주로 폴리프로필렌(PP) 또는 폴리에틸렌(PE) 등의 폴리올레핀계 수지가 사용된다. 폴리프로필렌(PP)은 인장강도, 강성, 표면경도, 내마모성, 내열성 등의 기계적 물성과 내식성 등의 화학적 물성이 뛰어나, 실란트층(1351)을 제조하는데 주로 사용된다. 나아가, 무연신 폴리프로필렌(Cated Polypropylene) 또는 산처리된 폴리프로필렌(Acid Modified Polypropylene) 또는 폴리프로필렌-부틸렌-에틸렌 삼원 공중합체로 구성될 수도 있다. 여기서 산처리된 폴리프로필렌은 MAH PP(말레익 안하이드라이드 폴리프로필렌)일 수 있다. 또한, 실란트층(1351)은, 어느 하나의 물질로 이루어진 단일막 구조를 갖거나, 2개 이상의 물질이 각각 층을 이루어 형성된 복합막 구조를 가질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 실란트층(1351)의 두께는 60 내지 100 μm일 수 있으며, 특히 75 내지 85 μm 일 수 있다. 만약 실란트층의 두께가 60 μm보다 얇다면, 실링시 내부가 파괴되는 등 실링 내구성이 저하되는 문제가 있을 수 있다. 반대로 만약 실란트층의 두께가 100 μm 보다 두껍다면, 파우치 전체의 두께가 과도하게 두꺼워지므로, 오히려 성형성이 떨어지거나 이차 전지의 부피 대비 에너지 밀도가 저하될 수 있다. 실란트층(1351)의 두께가 작을 경우, 파우치 필름(135)의 절연파괴전압이 낮아져 절연성이 저하될 수 있으며, 절연성이 떨어지는 파우치 필름(135)을 이용하여 전지를 제조할 경우, 불량율이 높아질 수 있다.
수분 배리어층(1352)은 표면 보호층(1353) 및 실란트층(1351)의 사이에 적층되어 파우치의 기계적 강도를 확보하고, 이차 전지(1) 외부의 가스 또는 수분 등의 출입을 차단하며, 전해질의 누수를 방지한다. 수분 배리어층(1352)은 알루미늄 합금 박막으로 제조될 수 있다. 알루미늄 합금 박막은 소정 수준 이상의 기계적 강도를 확보할 수 있으면서도 무게가 가볍고 전극 조립체(10)와 전해질에 의한 전기 화학적 성질에 대한 보완 및 방열성 등을 확보할 수 있다.
보다 구체적으로는, 본 발명의 일 실시예에 따른 알루미늄 합금 박막은 결정립도가 10 ~ 13μm, 바람직하게는 10.5 ~ 12.5μm, 더 바람직하게는 11 ~ 12μm일 수 있다. 알루미늄 합금 박막의 결정립도가 상기 범위를 만족할 때, 컵 성형 시에 핀 홀(Pinhole)이나 균열 발생 없이 성형 깊이를 증가시킬 수 있다.
이러한 알루미늄 합금 박막에는 알루미늄 이외의 금속 원소, 예를 들어, 철(Fe), 구리(Cu), 크롬(Cr), 망간(Mn), 니켈(Ni), 마그네슘(Mg) 및 아연(Zn)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상이 포함될 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면 수분 배리어층(1352)의 두께는 50 μm 내지 80 μm일 수 있고, 특히 55 μm 내지 65 μm 일 수 있다.
종래에는 수분 배리어층의 두께가 50 μm보다 얇아 성형성이 저하되었다. 이에, 파우치 필름(135)을 드로잉 성형하면, 컵부의 깊이를 깊게 형성할 때 컵부의 벽이 수직에 가깝게 형성되는데 한계가 있었고, 컵부의 엣지의 곡률 반경을 감소하는 데에도 한계가 있었다. 또한, 천공 강도가 약하여 전지 케이스가 외부로부터 충격을 받으면, 내부의 전극 조립체가 쉽게 파손되는 문제도 있었다.
반대로 만약 수분 배리어층의 두께를 대략 80 μm보다 두껍다면, 제조 비용이 증가할 뿐만 아니라 이차 전지 전체의 두께가 과도하게 두꺼워져 이차 전지의 부피 대비 에너지 밀도가 저하되는 문제가 있다. 만약 이차 전지 전체의 두께를 감소시키기 위해 실란트층의 두께를 60 μm보다 얇게 감소시킨다면, 실링 내구성이 저하되는 문제가 있다.
그러나, 단순히 알루미늄 합금 박막의 두께만 증가시킬 경우, 성형 깊이는 증가시킬 수 있으나, 성형 후에 알루미늄 합금 박막에 핀홀이나 크랙이 발생하여 밀봉 내구성에 문제가 발생한다.
이에 본 발명자들은 연구를 거듭한 결과, 수분 배리어층의 재질로 특정 결정립도를 갖는 알루미늄 합금 박막을 적용하고, 수분 배리어층과 실런트층 두께를 특정 범위로 제어할 경우, 컵부를 깊게 성형할 수 있고, 밀봉 내구성도 우수하게 유지할 수 있음을 알아내고 본 발명을 완성하였다.
구체적으로는, 본 발명에 따른 수분 배리어층(1352)는 결정립도가 10μm 내지 13μm, 바람직하게는 10.5 ~ 12.5μm, 더 바람직하게는 11 ~ 12μm인 알루미늄 합금 박막을 포함한다. 알루미늄 합금 박막의 결정립도가 상기 범위를 만족할 때, 컵 성형 시에 핀 홀(Pinhole)이나 균열 발생 없이 성형 깊이를 증가시킬 수 있다. 알루미늄 합금 박막의 결정립도가 13μm를 초과할 경우, 알루미늄 합금 박막의 강도가 떨어지고, 연신 시에 내부 응력 분산이 어려워 크랙이나 핀홀 발생이 증가하였으며, 결정립도가 10μm 미만인 경우에는 알루미늄 합금 박막의 유연성이 떨어져 성형성 향상에 한계가 있다.
한편, 상기 결정립도는, 알루미늄 합금 박막의 조성 및 알루미늄 합금 박막의 가공 방법에 따라 달라지며, 알루미늄 합금 박막의 두께 방향 단면을 주사전자현미경(Scanning Electron Microscope, SEM)으로 관측하여 측정할 수 있다. 구체적으로는, 본 발명에서는, 주사전자현미경을 이용하여 알루미늄 합금 박막의 두께 방향 단면 SEM 이미지를 획득하고, 상기 SEM 이미지에서 관찰되는 결정립 중 기설정된 개수의 결정립의 최대 지름을 측정한 후 이들의 평균값을 결정립도로 평가하였다.
표면 보호층(1353)은 제2 폴리머로 제조되고, 최외층에 형성되어 외부와의 마찰 및 충돌로부터 이차 전지(1)를 보호하면서, 전극 조립체(10)를 외부로부터 전기적으로 절연시킨다. 여기서 최외층이란, 상기 수분 배리어층(1352)을 기준으로 전극 조립체(10)가 위치하는 방향의 반대 방향으로 향할 때 가장 마지막에 위치한 층을 말한다. 이러한 표면 보호층(1353)을 제조하는 제2 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 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 등의 폴리머가 사용되는 것이 바람직하다. 그리고 표면 보호층(1353)은 어느 하나의 물질로 이루어진 단일막 구조를 가지거나, 2개 이상의 물질이 각각 층을 이루어 형성된 복합막 구조를 가질 수도 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 이러한 표면 보호층(1353)의 두께는 5 μm 내지 25 μm일 수 있으며, 특히 7 μm 내지 12 μm 일 수 있다. 만약 표면 보호층의 두께가 5 μm 보다 얇다면, 외부 절연성이 저하되는 문제가 있을 수 있다. 반대로 만약 표면 보호층의 두께가 25 μm 보다 두껍다면, 파우치 전체의 두께가 두꺼워지므로, 오히려 이차 전지의 부피 대비 에너지 밀도가 저하될 수 있다.
한편, PET는 저렴하고 내구성이 뛰어나며 전기 절연성이 우수하나, 상기 수분 배리어층(1352)으로 자주 사용되는 알루미늄과 접착성도 약하고, 응력을 인가하여 연신될 때의 거동도 서로 상이할 수 있다. 따라서, 표면 보호층(1353)과 수분 배리어층(1352)을 직접 접착하면, 드로잉 성형 도중에 표면 보호층(1353)과 수분 배리어층(1352)과 박리될 수도 있다. 그럼으로써, 수분 배리어층(1352)이 균일하게 연신되지 않아, 성형성이 저하되는 문제가 발생할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 전지 케이스(13)는 제3 폴리머로 제조되고, 표면 보호층(1353) 및 수분 배리어층(1352) 사이에 적층되는 연신 보조층(1354)을 더 포함할 수 있다. 연신 보조층(1354)은 표면 보호층(1353) 및 수분 배리어층(1352) 사이에 적층되어, 표면 보호층(1353)과 수분 배리어층(1352)이 연신될 때 박리되는 것을 방지할 수 있다. 이러한 연신 보조층(1354)을 제조하는 제3 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, 나일론(Nylon) 수지는 표면 보호층(1353)의 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)와는 접착이 용이하고, 수분 배리어층(1352)의 알루미늄 합금과는 연신될 때의 거동이 유사하므로, 제3 폴리머로는 주로 나일론(Nylon) 수지가 사용될 수 있다. 그리고 연신 보조층(1354)은 어느 하나의 물질로 이루어진 단일막 구조를 가지거나, 2개 이상의 물질이 각각 층을 이루어 형성된 복합막 구조를 가질 수도 있다.
종래에는 수분 배리어층이 대략 40 μm의 두께를 가졌고, 이에 따라 연신 보조층은 대략 15 μm의 상당히 얇은 두께를 가졌다. 즉, 연신 보조층과 수분 배리어층의 두께 비율이 1:2.67로, 수분 배리어층의 두께 비율이 상당히 높았다. 그런데 상기 기술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 수분 배리어층(1352)이 대략 50 내지 80 μm, 특히 55 μm 내지 65 μm의 두께를 가지므로, 수분 배리어층(1352)의 성형성이 향상된다. 이 때, 연신 보조층(1354) 또한 성형성을 향상시키기 위해, 연신 보조층(1354)은, 20 μm 내지 50 μm의 두께를 가질 수 있으며, 특히 25 μm 내지 38 μm의 두께를 가지는 것이 바람직하다. 만약 20 μm 보다 얇다면, 연신 보조층이 수분 배리어층의 향상된 성형성을 따르지 못하여, 연신되는 도중에 파손될 수 있다. 반대로, 만약 50 μm 보다 두껍다면, 파우치 전체의 두께가 두꺼워지므로, 이차 전지의 부피가 증가하고 에너지 밀도가 저하될 수 있다. 특히, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 연신 보조층(1354)과 수분 배리어층(1352)의 두께 비율이 1:2.5보다 작을 수 있다. 즉 종래보다 연신 보조층(1354)의 두께 비율이 더욱 증가할 수 있다. 다만, 연신 보조층(1354)의 두께가 과도하게 두꺼워지면, 파우치 전체의 두께가 두꺼워지므로, 과도한 두께가 되지 않기 위해 상기 두께 비율은 1:1.5보다 클 수 있다. 즉, 상기 두께 비율은 1:1.5 내지 1:2.5일 수 있다.
도 3은 합금번호 AA8079인 알루미늄 합금과 합금번호 AA8021인 알루미늄 합금의 철 및 실리콘 함량을 나타낸 그래프이다.
앞서 설명한 바와 같이, 수분 배리어층(1352)을 이루는 알루미늄 합금 박막은, 결정립도가 10 ~ 13μm, 바람직하게는 10.5 ~ 12.5μm, 더 바람직하게는 11 ~ 12μm일 수 있다.
*또한, 상기 알루미늄 합금 박막의 철(Fe) 함유량은 1.2wt% 내지 1.7wt%, 바람직하게는 1.3wt% 내지 1.7wt%, 더 바람직하게는 1.3wt% 내지 1.45wt%일 수 있다. 알루미늄 합금 박막 내의 철(Fe) 함유량이 1.2wt% 미만인 경우에는, 알루미늄 합금 박막의 강도가 저하되어 성형 시에 크랙 및 핀홀이 발생할 수 있으며, 1.7wt%를 초과할 경우에는 알루미늄 합금 박막의 유연성이 떨어져 성형성 향상에 한계가 있다.
또한, 상기 알루미늄 합금 박막의 실리콘(Si) 함유량은 0.2wt% 이하, 바람직하게는 0.05 내지 0.2wt%, 더 바람직하게는 0.1 내지 0.2wt%일 수 있다. 실리콘 함유량이 0.2wt%를 초과하는 경우에는 성형성이 저하될 수 있다.
구체적으로는. 본 발명에 따른 알루미늄 합금 박막은 합금번호 AA8021인 알루미늄 합금일 수 있다.
반면, 종래용 전지용 파우치에는 주로 합금번호 AA8079인 알루미늄 합금 박막이 사용되었다.
알루미늄 합금에 철이 많이 함유되는 경우에는 기계적 강도가 향상되고, 철이 적게 함유되는 경우에는 유연성이 향상된다.
합금번호 AA8079는 도 3에 도시된 바와 같이, 철을 0.6 wt% 내지 1.2 wt% 포함하였고, 실리콘은 0.3 wt% 이하 포함한다. 합금번호 AA8079의 알루미늄 합금의 경우, 철이 상대적으로 적게 포함되고, 이를 이용하여 수분 배리어층(1352)을 제조할 경우 유연성이 향상될 수는 있으나 강도가 저하되어 성형성에 한계가 존재할 수 있다.
반면에 합금번호 AA8021은 도 3에 도시된 바와 같이, 철을 1.2 wt% 내지 1.7 wt%, 특히 1.3 wt% 내지 1.7 wt% 포함할 수 있고, 실리콘은 0.2 wt% 이하 포함할 수 있다. 이러한 합금번호 AA8021의 알루미늄 합금으로 수분 배리어층(1352)을 제조하는 경우, 철이 상대적으로 많이 포함되므로, 인장강도(Tensile Strength), 연신율(Elongation Rate) 및 천공 강도(puncture Strength)가 개선될 수 있다.
한편, 어떤 재료에 인장력을 인가하였을 때, 인장강도와 연신율 사이의 관계를 그래프로 나타낼 수 있다. 이 때, 그래프의 세로축을 인장강도, 가로축을 연신율이라 하면, 그래프의 아래 면적이 해당 재료의 인성(Toughness)이다. 인성이란, 재료의 파괴에 대한 질긴 정도를 나타내며, 인성이 높을수록 재료가 파괴되지 않을 때까지 더욱 많이 연신될 수 있다.
따라서, 합금번호 AA8021의 알루미늄 합금으로 수분 배리어층(1352)을 제조하는 경우, 인장강도와 연신율이 개선되므로, 인성(Toughness)이 증가하고 성형성이 향상될 수 있다.
도 4는 합금번호 AA8079인 알루미늄 합금과 합금번호 AA8021인 알루미늄 합금의 철 함량에 따른 인장강도(Rm), 연신율 및 결정립도의 변화를 나타내는 그래프이고, 도 5는 합금번호 AA8079인 알루미늄 합금과 합금번호 AA8021인 알루미늄 합금의 결정립을 확대한 SEM 이미지이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 알루미늄 합금의 철 함량에 따라, 인장강도, 연신율 및 결정립도가 변화한다. 구체적으로, 인장강도와 연신율은 철 함량에 비례하므로, 철 함량이 증가할수록 인장강도와 연신율도 증가한다. 반면에, 결정립도는 철 함량에 반비레하므로, 철 함량이 증가할수록 결정립도는 감소한다.
합금번호 AA8079는 결정립도가 13 μm 내지 21 μm로 상대적으로 크다. 따라서, 연신될 때 내부 응력이 덜 분산되어, 핀 홀(Pinhole)이 많아지므로 전지 케이스(13)의 성형성이 저하되는 문제가 있다.
합금번호 AA8021은 결정립도가 10 μm 내지 13 μm로 상대적으로 작다. 따라서, 연신될 때 내부 응력이 더 많이 분산될 수 있으므로, 핀 홀(Pinhole)이 감소하여 전지 케이스(13)의 성형성이 향상될 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 파우치 필름(135)은 총 두께가 160μm 내지 200μm, 바람직하게는 180μm 내지 200μm일 수 있다. 파우치 필름(135)의 두께가 상기 범위를 만족할 때, 파우치 두께 증가로 인한 전지 수용 공간의 감소, 밀봉 내구성 저하 등을 최소화하면서 성형 깊이를 증가시킬수 있다.
본 발명에 따른 파우치 필름(135)은, 특정 두께 및 결정립도를 갖는 알루미늄 합금 박막을 포함하여 인장 강도 및 연신율이 우수하다. 구체적으로는, 본 발명에 따른 파우치 필름(135)은 15 mm Υ 80 mm의 크기로 재단한 후, 50mm/min의 인장 속도로 잡아당기면서 측정한 인장강도가 200N/15mm 내지 300N/15mm, 바람직하게는 210N/15mm 내지 270N/15mm, 더 바람직하게는 220N/15mm 내지 250N/15mm이고, 연신율이 120% 내지 150%, 바람직하게는 120% 내지 140%, 더 바람직하게는 120% 내지 130%일 수 있다. 이와 같이 본 발명에 따른 파우치 필름 적층체는 인장 강도 및 연신율이 높고, 그로 인해 인성(Toughness)가 증가하여, 컵 성형 시에 성형 깊이가 큰 경우에도 크랙 발생이 적다.
또한, 본 발명에 따른 파우치 필름 적층체는, 특정 두께 및 결정립도를 갖는 알루미늄 합금 박막을 포함하여 천공 강도가 우수하다. 구체적으로는, 본 발명에 따른 파우치 필름 적층체는, 천공 강도가 30N 이상일 수 있다.도 6은 본 발명의 비교예에 따른 다이 엣지(138)와 전극 탭(11)을 확대한 개략도이다.
컵부(133)는 다양한 종류의 엣지를 포함하며, 구체적으로 펀치(22)의 가압 엣지(221)에 대응되며 형성되는 펀치 엣지(139) 및 다이(21)의 가압 엣지(213)에 대응되며 형성되는 다이 엣지(138) 등을 포함한다. 펀치 엣지(139)는 컵부(133)의 주변을 포위하는 복수의 벽(1333)과 바닥부(1332)를 각각 연결하고, 다이 엣지(138)는 복수의 벽(1333)과 사이드(134)를 각각 연결한다. 그런데 만약 다이의 가압 엣지에 라운딩 처리가 되지 않는다면 다이의 가압 엣지가 첨예하게 되므로, 파우치 필름(135)을 성형할 때 컵부의 다이 엣지에 응력이 집중되어 쉽게 크랙이 발생하는 문제가 있다.
이를 해결하기 위해, 다이(21)의 가압 엣지(213)에 라운딩 처리를 함으로써 도 6에 도시된 바와 같이, 컵부(333)의 다이 엣지(338)가 라운딩되며 형성되고, 다이 엣지(338)에 집중하는 응력을 어느 정도 분산시킬 수 있다.
그러나 컵부의 깊이를 특정 깊이 이상으로 성형하면, 컵부의 다이 엣지의 곡률 반경을 작게(예를 들어, 2 mm 이하) 형성할 때 여전히 파우치 필름(135)에 크랙이 발생할 수 있었다. 예를 들어, 상기 특정 깊이란, 컵부(133)를 한 개 성형하는 기준으로 대략 7 mm, 컵부(133)를 두 개 성형하는 경우를 기준으로 대략 6.5 mm일 수 있다.
본 명세서에서 다이 엣지(138, 338)가 라운딩되며 형성된다는 것은, 곡률을 가지도록 곡면을 형성하는 것을 의미하며, 이러한 곡면은 전체적으로 일정한 곡률을 가질 수도 있으나, 이에 제한되지 않고 전체적으로 일정하지 않은 곡률을 가질 수도 있다.
따라서 본 발명의 일 실시예에 따르면, 실란트층(1351)의 두께는 60 내지 100 μm, 특히 75 내지 85 μm 일 수 있고, 수분 배리어층(1352)의 두께는 50 μm 내지 80 μm, 특히 55 μm 내지 65 μm 일 수 있으며, 수분 배리어층(1352)은 결정립도가 10 ~ 13μm인 알루미늄 합금 박막으로 형성될 수 있다.
그럼으로써 수분 배리어층(1352)의 성형성이 향상되므로, 도 6에 도시된 바와 같이 파우치 필름(135)을 드로잉 성형할 때 컵부(333)의 깊이를 특정 깊이 이상으로 깊게 형성하면서도, 컵부(333)의 벽(3333)이 수직에 가까워지며 컵부(333)의 엣지들(338, 339)의 곡률 반경(R3)도 감소할 수 있다.
또는 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 파우치 필름(135)을 드로잉 성형할 때 컵부(333)의 깊이를 상기 특정 깊이 이하로 형성함으로써, 컵부(333)의 벽(3333)이 수직에 가까워지며 컵부(333)의 엣지들(338, 339)의 곡률 반경(R3)도 감소할 수 있다.
구체적으로, 컵부(333)의 벽(3333)이 바닥부(3332)로부터 경사각이 90° 내지 95°, 바람직하게는 90°내지 93° 사이인 경사를 가지도록 수직에 가깝게 형성될 수 있다. 또한, 컵부(133)의 엣지들(338, 339)은 적어도 하나가 컵부(333)의 깊이의 1/20 내지 1/6인 곡률 반경으로 라운딩되며 형성될 수 있다. 구체적으로, 컵부(133)의 엣지들(338, 339) 중 적어도 하나는 1 mm 이하, 특히 0.7 mm 이하의 곡률 반경(R3)으로 라운딩되어 형성되더라도, 크랙이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
위와 같이 전지 케이스(13)를 제조함으로써, 수용 공간(1331)의 부피가 증가하므로, 내부에 수납되는 전극 조립체(10)의 부피도 증가할 수 있고, 이차 전지(1)의 부피 대비 에너지 효율도 증가할 수 있다. 그리고 제조 비용이 크게 증가하지 않으면서, 실란트층(1351)의 두께를 감소시키지 않고도 파우치 전체의 두께도 크게 증가하지 않고, 실링 내구성도 저하되지 않을 수 있다. 또한, 파우치 형 전지 케이스(13) 및 파우치 형 이차 전지(1)가 전체적으로 샤프한 형상을 가질 수 있으므로, 이차 전지(1)의 외관도 우수하고 상품성도 향상될 수 있다.
다만 컵부(333)의 벽(3333)이 수직에 가까워지고 컵부(333)의 엣지들(338, 339)의 곡률 반경이 감소하면서, 도 6에 도시된 바와 같이 다이 엣지(338)와 전극 탭(11) 사이에 간섭이 발생할 수 있다. 구체적으로, 전극 탭(11)은 전극 조립체(10) 내에 적층된 전극으로부터 돌출되므로, 전극 조립체(10) 내의 전극의 개수만큼 복수로 형성될 수 있다. 그리고 이러한 복수의 전극 탭(11)들이 서로 적층되어 연결된 후 사이드(134)에 안착된다. 이 때, 전극 탭(11)들이 다이 엣지(338)부터 사이드(134)까지 안착되는데, 다이 엣지(338)의 곡률 반경(R3)이 감소할수록 다이 엣지(338)가 컵부(333)의 내측으로 더 많이 만입되고, 다이 엣지(338)에서의 유연성이 저하될 수 있다. 그러면 다이 엣지(338)와 전극 탭(11)들 사이의 거리도 더욱 감소하고, 다이 엣지(338)가 전극 탭(11)을 압박하여, 다이 엣지(338)와 전극 탭(11) 사이에 간섭이 발생할 수 있다. 특히, 전극 탭(11)의 개수가 많을수록 전극 탭(11)들이 적층되는 두께가 두꺼워져 컵부(333)의 벽(3333)과 전극 탭(11) 사이의 공간이 더욱 좁아진다. 따라서, 다이 엣지(338)가 전극 탭(11)을 더욱 압박함으로써, 전력의 공급이 원활하지 않을 수 있고, 심지어 전극 탭(11)이 단선되는 문제가 발생할 수도 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 케이스(13)의 부분 평면도이고, 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 케이스(13)의 컵부(133)에 전극 조립체(10)를 삽입한 모습을 나타낸 부분 평면도이다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 파우치 필름(135)의 성형성이 향상되어 컵부(133)의 벽(1333)이 수직에 가까워지고 컵부(133)의 다이 엣지(138)의 곡률 반경(R1, R2)이 감소하더라도, 다이 엣지(138)와 전극 탭(11) 사이에 간섭이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
이를 위해 본 발명의 실시예에 따른 파우치 형 전지 케이스(13)는 전극 및 분리막이 적층되어 형성되는 전극 조립체(10)를 내부에 수용하는 컵부(133); 및 상기 컵부(133)의 벽(1333)과 상기 벽(1333)으로부터 연장되는 사이드(134)를 서로 연결하는 복수의 다이 엣지(138)를 포함하되, 적어도 하나의 상기 다이 엣지(138)는, 제1 곡률 반경(R1, 도 9에 도시됨)으로 라운딩되어 형성되는 제1 영역(1381); 및 상기 제1 곡률 반경(R1)보다 작은 제2 곡률 반경(R2, 도 10에 도시됨)으로 라운딩되어 형성되는 제2 영역(1382)을 포함한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 파우치 형 이차 전지(1)는 전극 및 분리막이 적층되어 형성되는 전극 조립체(10); 및 상기 전극 조립체(10)를 내부에 수용하는 컵부(133)를 포함하는 전지 케이스(13)를 포함하고, 상기 전지 케이스(13)는, 상기 컵부(133)의 벽(1333)과 상기 벽(1333)으로부터 연장되는 사이드(134)를 서로 연결하는 복수의 다이 엣지(138)를 포함하되, 적어도 하나의 상기 다이 엣지(138)는, 제1 곡률 반경(R1)으로 라운딩되어 형성되는 제1 영역(1381); 및 상기 제1 곡률 반경(R1)보다 작은 제2 곡률 반경(R2)으로 라운딩되어 형성되는 제2 영역(1382)을 포함한다.
상기 기술한 바와 같이, 전지 케이스(13)는 컵부(133)의 주변을 포위하는 복수의 벽(1333)과, 벽(1333)으로부터 연장되는 사이드(134)를 포함한다. 그리고, 다이 엣지(138)는 복수의 벽(1333)과 사이드(134)를 각각 연결한다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 적어도 하나의 다이 엣지(138)는 서로 다른 두 개의 곡률 반경(R1, R2)으로 라운딩되어 형성된다. 즉 도 7에 도시된 바와 같이, 적어도 하나의 다이 엣지(138)는 제1 곡률 반경(R1)으로 라운딩되어 형성되는 제1 영역(1381) 및 제1 곡률 반경(R1)보다 작은 제2 곡률 반경(R2)으로 라운딩되어 형성되는 제2 영역(1382)을 포함한다.
여기서 제1 곡률 반경(R1)은 1.7 mm 내지 2.7 mm 일 수 있고, 제2 곡률 반경(R2)은 1.2 mm 이하, 바람직하게는 0.7 mm 이하일 수 있다. 즉 제1 곡률 반경(R1)은 제2 곡률 반경(R2)의 1.5 배 내지 4 배일 수 있다.
도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이, 제1 영역(1381)은 전극 조립체(10)의 일측으로부터 돌출된 전극 탭(11)이 안착되는 영역이다. 반면에 제2 영역(1382)은 전극 탭(11)이 안착되지 않는 영역이다. 따라서, 제1 영역(1381)은 상대적으로 큰 제1 곡률 반경(R1)으로 라운딩되어 형성되고, 제2 영역(1382)은 상대적으로 작은 제2 곡률 반경(R2)으로 라운딩되어 형성된다.
제1 영역(1381)의 길이는 전극 탭(11)이 안정적으로 안착될 수 있도록, 전극 탭(11)의 폭과 서로 대응될 수 있다. 여기서 대응된다는 것은, 제1 영역(1381)의 길이가 전극 탭(11)의 폭과 동일하거나, 미세하게 더 크다는 것을 의미한다. 만약 제1 영역(1381)의 길이가 전극 탭(11)의 폭보다 작다면, 전극 탭(11)이 다이 엣지(138)에 안정적으로 안착되지 않을 수 있다.
한편, 다이 엣지(138)는 컵부(133)의 벽(1333) 둘레을 따라 형성되므로, 벽(1333)의 개수만큼 복수로 형성된다. 예를 들어 도 7에 도시된 바와 같이, 컵부(133)가 사각형의 형상을 가진다면, 다이 엣지(138)는 4 개가 형성될 수 있다. 다만 이에 제한되지 않고, 컵부(133)의 벽(1333)의 개수에 따라 다이 엣지(138)의 개수도 다양하게 형성될 수 있다.
그리고 복수의 전극 탭(11)이 전극 조립체(10)의 각각 다른 방향으로 돌출된다면, 전극 탭(11)이 안착되는 제1 영역(1381)도 서로 다른 다이 엣지(138)에 각각 형성될 수 있다. 예를 들어 도 7에 도시된 바와 같이, 제1 영역(1381)은 서로 대향하는 두 개의 다이 엣지(138)에 각각 하나씩 형성될 수 있다. 이 때, 제1 영역(1381)은 다이 엣지(138)의 대략 중심부에 위치할 수 있고, 제1 영역(1381)의 양 측에 각각 제2 영역(1382)이 형성될 수 있다. 다만 이에 제한되지 않고, 복수의 전극 탭(11)이 전극 조립체(10)의 일측으로부터 동일한 방향으로 나란히 돌출된다면, 제1 영역(1381)은 하나의 다이 엣지(138)에 복수로 형성될 수도 있다. 이 때, 복수의 제1 영역(1381)의 사이에는 제2 영역(1382)이 형성될 수 있다.
한편, 제1 영역(1381)과 제2 영역(1382)은 서로 다른 곡률 반경(R1, R2)으로 라운딩되므로, 제1 영역(1381)과 제2 영역(1382)의 사이에는 단차가 형성될 수 있다.
다만 이에 제한되지 않고, 단차가 형성되지 않도록 제1 영역(1381)과 제2 영역(1382)의 사이를 연결하는 연결 영역이 형성될 수도 있다. 이러한 연결 영역도 라운딩되어 형성되며, 제1 영역(1381)으로부터 제2 영역(1382)까지 연장되면서, 곡률 반경이 제1 곡률 반경(R1)에서 제2 곡률 반경(R2)으로 일정하게 연속적으로 변화할 수 있다. 그럼으로써, 단차가 형성되지 않고 제1 영역(1381)과 제2 영역(1382)이 연속적으로 연결될 수 있다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 다이 엣지(138)의 제1 영역(1381)과 전극 탭(11)을 확대한 개략도이고, 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 컵부(133)의 다이 엣지(138)의 제2 영역(1382)과 전극 탭(11)을 확대한 개략도이다.
상기 기술한 바와 같이, 전극 탭(11)이 안착되는 제1 영역(1381)은 상대적으로 큰 제1 곡률 반경(R1)으로 라운딩되어 형성된다.
이러한 제1 곡률 반경(R1)은 1.7 mm 내지 2.7 mm 일 수 있다. 따라서 도 9에 도시된 바와 같이, 다이 엣지(138)가 전극 탭(11)을 압박하지 않으므로, 전극 탭(11)이 안착되는 제1 영역(1381)에서 다이 엣지(138)와 전극 탭(11)의 간섭이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
반면에, 전극 탭(11)이 안착되지 않는 제2 영역(1382)은 상대적으로 작은 제2 곡률 반경(R2)으로 라운딩되어 형성된다. 이러한 제2 곡률 반경(R2)은 1.2 mm 이하, 바람직하게는 0.7 mm 이하일 수 있다.
따라서 도 10에 도시된 바와 같이, 이차 전지(1)의 부피 대비 에너지 효율도 증가할 수 있고, 파우치 형 전지 케이스(13) 및 파우치 형 이차 전지(1)를 전체적으로 샤프한 형상으로 제조할 수 있으므로, 이차 전지(1)의 외관도 우수하고 상품성도 향상될 수 있다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 성형 장치(2)의 개략도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 파우치 필름(135)을 성형하는 성형 장치(2)는, 상면에 파우치 필름(135)이 안착되고, 상기 상면으로부터 내측으로 함몰 형성된 적어도 하나의 성형 공간(211)을 포함하는 다이(21)와, 상기 성형 공간(211)의 상방에 배치되고, 하강하여 상기 파우치 필름(135)을 상기 성형 공간(211)에 삽입하며 성형하는 펀치(22)를 포함하되, 상기 다이(21)는, 상기 성형 공간(211)과 상기 상면을 서로 연결하는 복수의 가압 엣지(213)를 포함하고, 적어도 하나의 상기 가압 엣지(213)는, 제3 곡률 반경으로 라운딩되어 형성되는 제3 영역(2131, 도 12에 도시됨); 및 상기 제3 곡률 반경보다 작은 제4 곡률 반경으로 라운딩되어 형성되는 제4 영역(2132, 도 12에 도시됨)을 포함한다.
이러한 성형 장치(2)를 이용하여 파우치 필름(135)을 성형할 때, 상기 기술한 바와 같이 하나의 컵부(133)만이 형성될 수도 있으나, 이에 제한되지 않고 두 개의 컵부(133)를 서로 이웃하게 드로잉 성형할 수도 있다. 이를 위해 도 6에 도시된 바와 같이, 다이(21)에는 성형 공간(211)이 서로 이웃하도록 두 개가 형성되고, 두 성형 공간(211) 사이에는 격벽(212)이 형성될 수 있다. 펀치(22)가 두 성형 공간(211)에 모두 삽입하면서 파우치 필름(135)을 드로잉 성형하면, 두 성형 공간(211)에 대응하여 제1 케이스(131)와 제2 케이스(132)에는 각각 하나씩, 총 두 개의 컵부(133)가 형성되고, 이러한 두 개의 컵부(133) 사이에는 격벽(212)에 대응하여 브릿지(136)도 함께 형성될 수 있다.
브릿지(136)는 추후에 전지 케이스(13)를 폴딩할 때, 기준이 되는 부분일 수 있다. 이차 전지(1)의 제조가 완료되면, 브릿지(136)는 이차 전지(1)의 일측에서 폴딩부(미도시)를 형성할 수 있다. 이러한 폴딩부는 제1 케이스(131)와 제2 케이스(132)를 서로 일체로 연결하므로, 추후에 실링 공정을 수행할 때 실링할 사이드(134)의 개수가 감소할 수 있다. 따라서, 공정 속도를 향상시키고, 실링 공정 수도 감소시킬 수도 있다. 이 때, 폴딩부의 폭이 작을수록 컵부(133)의 벽(1333)과 전극 조립체(10) 사이의 공간도 감소하므로, 이차 전지(1)의 전체 부피가 감소하여 부피 대비 에너지 밀도가 증가할 수 있다.
이러한 폴딩부의 폭은 브릿지(136)의 두께에 비례하고, 브릿지(136)는 격벽(212)에 대응하여 형성되므로, 브릿지(136)의 두께는 격벽(212)의 두께에 비례한다. 따라서, 파우치 필름(135)을 성형할 때에는 브릿지(136)의 두께를 최소화하는 것이 바람직하고, 이를 위해 격벽(212)의 두께도 최소화하는 것이 바람직하다.
그런데 격벽(212)이 두께가 얇은 상태에서 높이가 과도하게 높게 형성된다면, 드로잉 성형하는 과정에서 격벽(212)이 파손될 수 있다. 특히, 종래에는 다이(21)에 바닥이 존재하였으나, 이러한 경우에 펀치(22)가 파우치 필름(135)을 성형할 때 파우치 필름(135)과 성형 공간(211) 사이의 공간에 존재하는 기체가 배출되지 못하는 문제가 있었다.
따라서, 최근에는 이러한 다이(21)에 바닥을 제거함으로써 파우치 필름(135)과 성형 공간(211) 사이의 공간에 존재하는 기체가 용이하게 배출될 수는 있으나, 격벽(212)의 높이가 과도하게 높게 형성되는 문제가 있었다.
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따르면 도 10에 도시된 바와 같이, 격벽(212)의 상부는 최소화된 두께를 유지하고 격벽(212)의 하부에 격벽(212)의 두께보다 더 두꺼운 보강부(2121)가 형성될 수 있다. 보강부(2121)는 전지 케이스(13)에 형성될 컵부(133)의 깊이(D)보다는 하방에 형성되면서, 격벽(212)이 파손되지 않을 정도의 위치에 형성될 수 있다. 보강부(2121)의 정확한 위치는 격벽(212)의 두께, 격벽(212)의 재료, 펀치(22)의 압력, 형성될 컵부(133)의 깊이(D)에 따라 실험적으로 결정될 수 있다.
다만 이에 제한되지 않고, 격벽(212)은 하부로 갈수록 두께가 점점 두껍게 형성될 수도 있다. 즉, 격벽(212)의 단면의 적어도 일부가 대략 삼각형의 형상을 가지고, 격벽(212)에 형성된 성형 공간(211)의 내벽(214)이 경사를 가질 수 있다. 격벽(212)에 형성된 성형 공간(211)의 내벽(214)의 정확한 경사는 격벽(212)의 상부의 두께, 격벽(212)의 재료, 펀치(22)의 압력, 형성될 컵부(133)의 깊이에 따라 실험적으로 결정될 수 있다. 그럼으로써 격벽(212)의 강도가 증가하여 드로잉 성형하는 과정에서 격벽(212)이 파손되는 것을 방지할 수 있다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 다이(21)의 부분 확대도이다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 파우치 형 전지 케이스(13)의 적어도 하나의 다이 엣지(138)는 제1 곡률 반경(R1)으로 라운딩되어 형성되는 제1 영역(1381) 및 제1 곡률 반경(R1)보다 작은 제2 곡률 반경(R2)으로 라운딩되어 형성되는 제2 영역(1382)을 포함한다.
그리고, 이러한 전지 케이스(13)를 제조하기 위해, 본 발명의 실시예들에 따른 다이(21)는 상면과 성형 공간(211)을 서로 연결하는 복수의 가압 엣지(213)를 포함하고, 적어도 하나의 가압 엣지(213)는 제3 곡률 반경으로 라운딩 처리되는 제3 영역(2131) 및 제3 곡률 반경보다 작은 제4 곡률 반경으로 라운딩 처리되는 제4 영역(2132)을 포함한다.
다이(21)의 상면에, 특히 성형 공간(211)을 커버하며 파우치 필름(135)이 안착되고, 성형 공간(211)의 상방에 배치된 펀치(22)가 하강하여 파우치 필름(135)을 성형 공간(211)에 삽입하며 성형한다. 그럼으로써 컵부(133)가 형성되며 파우치 형 전지 케이스(13)가 제조된다. 이 때, 다이(21)의 복수의 가압 엣지(213)에 대응되어 파우치 형 전지 케이스(13)의 다이 엣지(138)가 형성된다.
가압 엣지(213)의 제3 영역(2131)은 전지 케이스(13)의 제1 영역(1381)에 대응된다. 여기서, 제3 영역(2131)의 제3 곡률 반경은, 제1 영역(1381)의 제1 곡률 반경(R1)에서 파우치 필름(135) 자체의 두께를 뺀 수치일 수 있다. 예를 들어, 파우치 필름(135)의 두께가 0.2mm이면, 제1 영역(1381)의 제1 곡률 반경(R1)은 1.7 mm 내지 2.7 mm 일 수 있으므로, 제3 영역(2131)의 제3 곡률 반경은 1.5 mm 내지 2.5 mm일 수 있다.
또한, 가압 엣지(213)의 제4 영역(2132)은 전지 케이스(13)의 제2 영역(1382)에 대응된다. 여기서, 제2 영역(2132)의 제4 곡률 반경은, 제2 영역(1382)의 제2 곡률 반경(R2)에서 파우치 필름(135) 자체의 두께를 뺀 수치일 수 있다. 예를 들어, 제2 영역(1382)의 제2 곡률 반경(R2)은 1.2 mm 이하, 바람직하게는 0.7 mm 이하일 수 있으므로, 제4 영역(2132)의 제4 곡률 반경은 1 mm 이하, 바람직하게는 0.5 mm 이하일 수 있다.
다이(21)의 가압 엣지(213)는 전지 케이스(13)의 다이 엣지(138)와 대응되고, 다이(21)의 성형 공간(211)은 전지 케이스(13)의 컵부(133)와 대응된다. 따라서, 가압 엣지(213)도 성형 공간(211)의 둘레를 따라 형성되므로, 성형 공간(211)이 사각형의 형상을 가진다면, 가압 엣지(213)는 4 개가 형성될 수 있다.
그리고 제3 영역(2131)도 서로 다른 가압 엣지(213)에 각각 형성될 수 있다. 예를 들어, 제3 영역(2131)은 서로 대향하는 두 개의 가압 엣지(213)에 각각 하나씩 형성될 수 있다. 이 때, 제3 영역(2131)은 가압 엣지(213)의 대략 중심부에 위치할 수 있고, 제3 영역(2131)의 양 측에 각각 제4 영역(2132)이 형성될 수 있다. 다만 이에 제한되지 않고, 제3 영역(2131)은 하나의 다이 엣지(138)에 복수로 형성될 수도 있고, 제3 영역(2131)의 사이에는 제4 영역(2132)이 형성될 수 있다.
한편, 제3 영역(2131)과 제4 영역(2132)은 서로 다른 곡률 반경으로 라운딩되므로, 제3 영역(2131)과 제4 영역(2132)의 사이에는 단차가 형성될 수 있다. 다만 이에 제한되지 않고, 단차가 형성되지 않도록 제3 영역(2131)과 제4 영역(2132)의 사이를 연결하는 연결 영역이 형성될 수도 있다. 이러한 연결 영역도 라운딩되어 형성되며, 제3 영역(2131)으로부터 제4 영역(2132)까지 연장되면서, 곡률 반경이 제3 곡률 반경에서 제4 곡률 반경으로 일정하게 연속적으로 변화할 수 있다. 그럼으로써, 단차가 형성되지 않고 제3 영역(2131)과 제4 영역(2132)이 연속적으로 연결될 수 있다.
도 13은 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차 전지(1)의 부분 사시도이다.
본 실시예에 따른 전지 케이스(13)에 포함된 적어도 하나의 다이 엣지(138)는, 전극 탭(11)(도 1 참조)과 대응되며, 내측으로 오목하게 함몰된 제1영역(1381)을 포함할 수 있다. 상기 적어도 하나의 다이 엣지(138)는, 제1영역(1381)과 연결되고 상기 제1영역(1381)보다 내측으로 덜 오목하게 형성된 제2영역(1382)를 더 포함할 수 있다.
좀 더 상세히, 이차 전지(1)를 외측에서 바라보았을 때, 제1영역(1381)은 제2영역(1382)보다 내측, 즉 사이드(134)를 향해 더 깊게 만입될 수 있다. 따라서, 전극 탭(11)의 폭 방향, 즉 다이 엣지(138)의 길이 방향에 대해 전극 탭(11)과 간섭하는 단턱이나 모서리가 형성되지 않을 수 있다.
즉, 전극 조립체(10)가 전지 케이스(13)에 수용될 때, 전극 탭(11)이 제1영역(1381)에 정확하게 대응되지 않고 제2영역(1382) 측으로 일부 벗어나더라도, 전극 탭(11)과 제2영역(1382)이 간섭하지 않을 수 있다. 예를 들어, 제1영역(1381)의 길이가 전극 탭(11)의 폭보다 짧더라도, 전극 탭(11)과 제2영역(1382)이 간섭하지 않을 수 있다.
그리고, 제1영역(1381)은 오목하게 만입 형성되므로, 전극 탭(11)은 제1영역(1381)에 의해 과도하게 압박되지 않을 수 있다.
이로써, 전극 조립체(10)의 전극 탭(11)의 폭이 달라지더라도, 성형 장치를 변경할 필요가 없는 이점이 있다.
또한, 본 실시예의 경우에도, 제1영역(1381)과 제2영역(1382)은 각각 서로 다른 곡률 반경으로 라운드지게 형성될 수 있다. 즉, 제1영역(1381)의 제1곡률 반경(R1)은 제2영역(1382)의 제2곡률 반경(R2)보다 크게 형성될 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.
[부호의 설명]
1: 이차 전지 2: 성형 장치
10: 전극 조립체 11: 전극 탭
12: 전극 리드 13: 전지 케이스
14: 절연부 21: 다이
22: 펀치 111: 양극 탭
112: 음극 탭 121: 양극 리드
122: 음극 리드 131: 제1 케이스
132: 제2 케이스 133: 컵부
134: 사이드 135: 파우치 필름
136: 브릿지 137: 디가싱부
138: 다이 엣지 139: 펀치 엣지
211: 성형 공간 212: 격벽
213: 다이의 가압 엣지 221: 펀치의 가압 엣지
1331: 수용 공간 1332: 바닥부
1333: 벽 1351: 실란트층
1352: 수분 배리어층 1353: 표면 보호층
1354: 연신 보조층 1381: 제1 영역
1382: 제2 영역 2121: 보강부
2131: 제3 영역 2132: 제4 영역

Claims (18)

  1. 전극 및 분리막이 적층되어 형성되는 전극 조립체를 내부에 수용하는 컵부; 및
    상기 컵부의 벽과 상기 벽으로부터 연장되는 사이드를 서로 연결하는 복수의 다이 엣지를 포함하되,
    적어도 하나의 상기 다이 엣지는,
    제1 곡률 반경으로 라운딩되어 형성되는 제1 영역; 및
    상기 제1 곡률 반경보다 작은 제2 곡률 반경으로 라운딩되어 형성되는 제2 영역을 포함하는 파우치 형 전지 케이스.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 곡률 반경은,
    1.7 mm 내지 2.7 mm인 파우치 형 전지 케이스.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제2 곡률 반경은,
    1.2 mm 이하인 파우치 형 전지 케이스.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제2 곡률 반경은,
    0.7 mm 이하인 파우치 형 전지 케이스.
  5. 제4항에 있어서,
    파우치 필름을 성형하여 제조되고,
    상기 파우치 필름은,
    제1 폴리머로 제조되고, 최내층에 형성되는 실란트층;
    제2 폴리머로 제조되고, 최외층에 형성되는 표면 보호층; 및
    상기 표면 보호층 및 상기 실란트층의 사이에 적층되는 수분 배리어층을 포함하되,
    상기 수분 배리어층은,
    두께가 50 내지 80 μm이고 결정립도가 10 ~ 13μm인 알루미늄 합금 박막으로 형성되고,
    상기 실란트층은,
    두께가 60 내지 100 μm인 파우치 형 전지 케이스.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 특정 깊이는,
    상기 컵부가 한 개 형성된다면 7 mm, 상기 컵부가 두 개 형성된다면 6.5 mm 인 파우치 형 전지 케이스.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제1 영역은,
    서로 대향하는 두 개의 상기 다이 엣지에 각각 하나씩 형성되는 파우치 형 전지 케이스.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제1 영역은,
    하나의 상기 다이 엣지에 복수로 형성되는 파우치 형 전지 케이스.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제2 영역은,
    복수의 상기 제1 영역의 사이에 형성되는 파우치 형 전지 케이스.
  10. 전극 및 분리막이 적층되어 형성되는 전극 조립체; 및
    상기 전극 조립체를 내부에 수용하는 컵부를 포함하는 전지 케이스를 포함하고,
    상기 전지 케이스는,
    상기 컵부의 벽과 상기 벽으로부터 연장되는 사이드를 서로 연결하는 복수의 다이 엣지를 포함하되,
    적어도 하나의 상기 다이 엣지는,
    제1 곡률 반경으로 라운딩되어 형성되는 제1 영역; 및
    상기 제1 곡률 반경보다 작은 제2 곡률 반경으로 라운딩되어 형성되는 제2 영역을 포함하는 파우치 형 이차 전지.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 전극 조립체의 면적은 15000mm2 내지 100000 mm2 인 파우치 형 이차 전지.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 제1 영역은,
    상기 전극 조립체의 일측으로부터 돌출된 전극 탭이 안착되는 파우치 형 이차 전지.
  13. 상면에 파우치 필름이 안착되고, 상기 상면으로부터 내측으로 함몰 형성된 적어도 하나의 성형 공간를 포함하는 다이; 및
    상기 성형 공간의 상방에 배치되고, 하강하여 상기 파우치 필름을 상기 성형 공간에 삽입하며 성형하는 펀치를 포함하되,
    상기 다이는,
    상기 성형 공간과 상기 상면을 서로 연결하는 복수의 가압 엣지를 포함하고,
    적어도 하나의 상기 가압 엣지는,
    제3 곡률 반경으로 라운딩되어 형성되는 제3 영역; 및
    상기 제3 곡률 반경보다 작은 제4 곡률 반경으로 라운딩되어 형성되는 제4 영역을 포함하는 전지 케이스 성형 장치.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 제3 곡률 반경은,
    1.5 mm 내지 2.5 mm인 전지 케이스 성형 장치.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 제4 곡률 반경은,
    1 mm 이하인 전지 케이스 성형 장치.
  16. 전극 및 분리막이 적층되어 형성되는 전극 조립체; 및
    상기 전극 조립체를 내부에 수용하는 컵부를 포함하는 전지 케이스를 포함하고,
    상기 전지 케이스는,
    상기 컵부의 벽과 상기 벽으로부터 연장되는 사이드를 서로 연결하는 복수의 다이 엣지를 포함하되,
    적어도 하나의 상기 다이 엣지는,
    상기 전극 조립체의 일측으로부터 돌출된 전극 탭과 대응되며, 내측으로 오목하게 함몰된 제1영역을 포함하는 파우치 형 이차 전지.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 상기 다이 엣지는,
    상기 제1영역과 연결되고 상기 제1영역보다 내측으로 덜 오목하게 형성된 제2영역을 더 포함하는 파우치 형 이차 전지.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 제1영역은, 제1곡률 반경으로 라운딩되어 형성되고,
    상기 제2영역은, 상기 제1 곡률 반경보다 작은 제2 곡률 반경으로 라운딩되어 형성된 파우치 형 이차 전지.
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