WO2023096347A1 - 파우치형 이차전지 및 이의 제조방법 - Google Patents

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WO2023096347A1
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pouch
electrode assembly
cover member
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secondary battery
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권명빈
김신철
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Definitions

  • the present invention relates to a pouch type secondary battery and a manufacturing method thereof.
  • secondary batteries are classified into cylindrical batteries and prismatic batteries in which the electrode assembly is embedded in a cylindrical or prismatic metal can, and pouch-type batteries in which the electrode assembly is embedded in a pouch-type battery case made of an aluminum laminate sheet. do.
  • the electrode assembly built into the battery case is a power generating device capable of charging and discharging, consisting of a positive electrode, a negative electrode, and a separator structure interposed between the positive electrode and the negative electrode. It is classified into a rolled jelly-roll type and a stack type in which a plurality of positive and negative electrodes of a predetermined size are sequentially stacked with a separator interposed between them.
  • the electrode assembly 100 is stored inside the battery case 200, and the positive and negative electrode tabs are welded to two lead members 110, respectively, so that the battery case (200) exposed to the outside.
  • the battery case 200 for accommodating the electrode assembly 100 has, as shown in FIG. 2 , a lower case 220 and an upper case 210 covering the lower case 220 . It may have an integral structure, and a contact surface between the lower case 220 and the upper case 210 may be bent and folded. Further, the lower case 220 and the upper case 210 each have a laminate structure composed of an inner coating layer, a metal layer, and an outer coating layer.
  • the battery case 200 is provided with an electrode assembly accommodating portion 230 recessed inside to accommodate the electrode assembly 100, and the electrode assembly is accommodated in the accommodating portion, and the lower case 220 and the upper case are provided. After folding by bending the surface (dotted line) in contact with 210, forming a sealing portion (S) heat-sealed along the outer periphery of the electrode assembly accommodating portion using a sealing member (not shown), thereby manufacturing a pouch-type secondary battery. can be manufactured
  • the sealing part is formed by pressing the area to be sealed at a high temperature using a sealing member, and when the high temperature/pressure is applied by the sealing member, the battery case of the laminate structure is heated and the resin of the inner coating layer is melted, resulting in a two-layer battery.
  • the case is thermally fused to form a sealing portion.
  • the sealing portion of the battery case is pressed at a high temperature with a sealing member to form a sealing portion, the binder component in the separator protruding from the end of the electrode assembly and the inner coating layer of the battery case are melted together by heat, and the battery case The inner coating layer of may be heat-sealed to the electrode assembly.
  • the internal electrode assembly flows and the fluidity force is transmitted to the inner coating layer of the battery case bonded to the electrode assembly, as shown in FIG. 11, the inner coating layer. damage such as cracks may occur, which may cause insulation failure of the battery case.
  • the present invention is to solve the above problems, when the sealing part of the pouch type battery is formed, by melting the binder component of the separator, the separator is thermally fused together with the inner coating layer of the battery case, and as a result, the flow of the electrode assembly , To provide a pouch-type secondary battery capable of preventing damage to the inner coating layer of the battery case and a manufacturing method thereof.
  • a pouch-type secondary battery is a pouch-type secondary battery having a sealing portion in which a two-layer pouch-type battery case is heat-sealed in a state in which an electrode assembly is housed therein, and four At least one of the thickness surfaces may include a cover member positioned between the thickness surface of the electrode assembly and the pouch type battery case.
  • the cover member may be located between a thickness surface of the electrode assembly and a pouch-type battery case along the sealing part.
  • the pouch-type battery case has a pouch-type battery case having a pair of storage parts recessed inside in which an electrode assembly is accommodated, and a bending line so that the pair of storage parts are in a symmetrical position.
  • the sealing part may be formed along the outer periphery of the housing unit except for the periphery of the bending line.
  • the sealing part may be formed along the outer periphery of the accommodating part.
  • the cover member may be a heat-resistant polymer material having a melting point (Tm) higher than a thermocompression bonding temperature at the time of forming the sealing part.
  • Tm melting point
  • the cover member may be in close contact with the thickness surface of the electrode assembly.
  • the cover member may have a size that completely covers the thickness surface of the electrode assembly.
  • the cover member in an I-shape, may be positioned between the thickness surface and the pouch-type battery case.
  • the length of the cover member in the longitudinal direction is greater than the length of the thickness of the electrode assembly, and both ends of the cover member in the thickness direction are bent to cover the thickness surface of the electrode assembly in a U-shape. As, it may be located between the thickness surface and the pouch type battery case.
  • the electrode assembly may be one selected from a stack-type electrode assembly, a stack-folding type electrode assembly, a lamination-stack type electrode assembly, and a jelly-roll type electrode assembly.
  • a method for manufacturing a pouch-type secondary battery includes preparing an electrode assembly; a cover member preparation step of cutting the cover member; An accommodating step of accommodating the electrode assembly and the cover member in a pouch-type battery case; and a sealing step of thermally compressing and sealing a portion to be sealed of the pouch-type battery case, and in the receiving step, the cover member is formed between a thickness surface of the electrode assembly corresponding to the portion to be sealed and a portion of the pouch-type battery case. stored so as to be placed between them.
  • the step of preparing the electrode assembly the assembling step of assembling such that a separator is interposed between the positive electrode and the negative electrode; A welding step of welding the positive tab and the positive lead and the negative tab and the negative lead, respectively; and wrapping the welded portion with a protective film.
  • the step of preparing the cover member may include a process of cutting the cover member to a size that covers a thickness plane constituting the thickness of the electrode assembly in an I-shape.
  • the step of preparing the cover member may include a process of cutting the cover member to a size that covers a thickness plane constituting the thickness of the electrode assembly in a U-shape.
  • the accommodating step may include accommodating the cover member in a state of closely contacting a thickness surface forming the thickness of the electrode assembly corresponding to the area to be sealed.
  • a cover member is inserted into the separation space between the electrode assembly and the pouch-type battery case, and the cover member cuts off the separator and the inner coating layer of the battery case, thereby forming a sealing part. Even when the binder component of the separator is melted, adhesion of the separator to the inner coating layer of the battery case is prevented. Accordingly, when the electrode assembly flows, which is a problem of the conventional pouch-type secondary battery, insulation failure due to damage to the inner coating layer is prevented.
  • the cover member fills the separation space between the electrode assembly and the pouch, it has an effect of attenuating impact caused by the flow of the electrode assembly.
  • FIG. 1 is a perspective view of a pouch type secondary battery according to the prior art.
  • Figure 2 is a flow chart for explaining a pouch-type secondary battery manufacturing process according to the prior art.
  • FIG. 3 is a schematic diagram of a pouch-type secondary battery according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a schematic diagram and a BB' cross-sectional view of an electrode assembly accommodated inside the pouch-type secondary battery of FIG. 3 .
  • FIG. 5 is a cross-sectional view taken along line A-A in FIG. 3;
  • FIG. 6 is an exploded view of the pouch type secondary battery of FIG. 3 .
  • FIG. 7 is an upper view showing a state in which the cover member is in close contact with the electrode assembly.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view taken along the line C-C' of FIG. 7 and shows a cover member according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view taken along the line C-C′ of FIG. 7 and shows a cover member according to a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a flowchart of a method for manufacturing a pouch-type secondary battery according to an embodiment of the present invention.
  • 11 is a conceptual diagram for explaining problems of the prior art, where (a) shows before the flow of the secondary battery and (b) shows after the flow of the secondary battery.
  • the terms “include” or “have” are intended to designate that there is a feature, number, step, operation, component, part, or combination thereof described in the specification, but one or more other features It should be understood that it does not preclude the possibility of the presence or addition of numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof.
  • a part such as a layer, film, region, plate, etc. is said to be “on” another part, this includes not only the case where it is “directly on” the other part, but also the case where another part is present in the middle.
  • a part such as a layer, film, region, plate, etc.
  • being disposed “on” may include the case of being disposed not only on the top but also on the bottom.
  • FIG. 3 is a schematic diagram of a pouch-type secondary battery according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 4 is a schematic diagram and a BB′ cross-sectional view of an electrode assembly accommodated inside the pouch-type secondary battery of FIG. 3, and FIG. 3, and
  • FIG. 6 is an exploded view of the pouch-type secondary battery of FIG.
  • a pouch-type secondary battery (B) may include a pouch-type battery case 200 and an electrode assembly 100 accommodated inside the pouch-type battery case. .
  • the pouch-type battery case 200 is for hermetically accommodating the electrode assembly 100, and includes a pair of recessed housings 230 in which the electrode assembly 100 is accommodated; 231 and 232), and the pair of housing parts 230; 231 and 232 may be bent along a bending line L-L' so that they are in a symmetrical position.
  • the pouch-type secondary battery (B) is a two-layered pouch-type battery case in a state in which the electrode assembly 100 is accommodated in a storage unit provided in the pouch-type battery case 200 200 is provided with a heat-sealed sealing portion (S), and on at least one or more of the four thickness surfaces (T) constituting the thickness of the electrode assembly 100, the thickness surface (T) of the electrode assembly and the pouch type A cover member 300 positioned between the battery case 200 is included.
  • the pouch-type secondary battery (B) has a sealing portion (S) of the outer periphery of the housing portions 231 and 232, the bending line (L-L') may be formed along the outer periphery except for the periphery.
  • the sealing portion S may not be formed at the corresponding portion as shown in FIG.
  • the electrode assembly 100 of the present invention may have a structure in which at least one basic unit 10 of the anode 11 / separator 12 / cathode 13 / separator 12 structure is stacked.
  • the side surface of the electrode assembly made along becomes the thickness plane (T).
  • the thickness plane T may have a separator 12 cut relatively longer than the positive electrode 11 and the negative electrode 13 protruding from the ends of the positive electrode 11 and the negative electrode 13. . Therefore, in order to form the sealing part (S), when the sealing portion of the battery case 200 is pressed at a high temperature, the binder component of the separator 12 and the inner coating layer constituting the battery case 200 are melted together. , In the thickness plane (T), the separator 10 may be melt-bonded together with the inner coating layer of the sealing portion (S) of the battery case 200.
  • the sealing portion (S) when forming the sealing portion (S) by interposing the cover member 300 between the thickness surface (T) of the electrode assembly 100 and the pouch-type battery case 200, ) is prevented from being melted and adhered to the inner coating layer of the battery case 200, and thus, even if the electrode assembly flows, the inner coating layer of the battery case 200 is not damaged and the risk of insulation failure can be prevented.
  • the cover member 300 serves to disconnect between the separator 12 and the inner coating layer of the pouch-type battery case 200, and as shown in FIG. 4, the separator 12 is the electrode assembly 100 Since the thickness plane (T) constituting the thickness protrudes to the outside of the electrode, the cover member 300 is within the space between the thickness plane (T) of the electrode assembly 100 and the pouch-type battery case 200. Located.
  • the cover member 300 should prevent the binder of the separator 12 from being melted and adhered to the inner coating layer around the sealing part in the sealing process for forming the sealing portion S, so the cover member 300 is preferably located between the thickness surface (T) of the electrode assembly 100 and the pouch-type battery case 200 along the sealing portion (S).
  • the sealing portion S may be formed along the outer periphery of the accommodating portion in which the electrode assembly 100 is accommodated, except for the bending line L-L'.
  • the cover member 300 is interposed to prevent the binder of the separator and the inner coating layer of the battery case from being thermally fused together in the sealing process of heat-sealing the two-layer battery case, so the cover member is the sealing portion (S) It is preferable to be interposed along the entire area of the.
  • the cover member 300 is inserted into a spaced space between the thickness surface T of the electrode assembly 100 and the pouch-type battery case 200, and the electrode assembly 100 Direct contact between the separator 12 at the end and the pouch-type battery case 200 may be prevented. Accordingly, when forming the sealing portion S, it is possible to suppress the temperature increase of the separation membrane 12 due to the temperature increase of the sealing portion S to some extent, and even if the binder component included in the separation membrane 12 is melted, the cover member Since (300) disconnects the separator 12 and the inner coating layer of the battery case 200, adhesion of the separator 12 to the inner coating layer of the battery case 200 is prevented.
  • the cover member 300 since the cover member 300 is inserted into the separation space between the electrode assembly 100 and the pouch-type battery case 200, it fills the separation space and serves to reduce the impact caused by the flow of the electrode assembly. can do.
  • the cover member is preferably a heat-resistant material that does not melt during a sealing process for forming a sealing portion. That is, the cover member is preferably a heat-resistant polymer material whose melting point (Tm) is higher than the thermal compression temperature at the time of forming the sealing portion. In addition, the cover member is preferably a polymeric material having insulating properties, and may be in the form of a film.
  • the separator-cover member-inner coating layer of the electrode assembly can be melt-bonded, so that when the electrode assembly flows, the flow shock is transmitted to the inner coating layer, This is because the inner coating layer may be damaged.
  • the melting point of the cover member is preferably a polymer material having a melting point of 180 ° C to 300 ° C, but is not limited thereto.
  • the heat-resistant polymer material having a melting point within the above temperature range include polyimide, polytetrafluoroethylene, polyethylene teriphthalate, polycarbonate, polyphenylsulfide, Teflon, acrylonitrile butadiene styrene, polyacrylate, and the like.
  • the cover member may include one or two or more selected from the group consisting of the polymer resin.
  • cover member 300 is interposed at a position where it can contact the electrode lead 110 as shown in FIG. it is desirable That is, a conductive material such as metal does not melt at a high temperature, preventing the internal coating layer of the battery case from being thermally fused to the electrode assembly, but may cause an internal short circuit when in contact with the electrode lead 110, It is not suitable as a material for the cover member 300 of the present invention.
  • the cover member 300 may be in close contact with the thickness surface T of the electrode assembly 100 as shown in FIG. 7 . That is, the cover member 300 is located close to the thickness plane T so that no free space is formed between the cover member 300 and the electrode assembly 100 . When there is a free space between the cover member and the thickness surface, it is not preferable because the separator may protrude through the free space and invade the space between the cover member and the pouch case.
  • the size of the cover member is preferably such that the cover member completely covers the thickness surface of the electrode assembly so as to block contact of the separator with the inner coating layer of the pouch type battery case. Accordingly, the length of the cover member in the longitudinal direction may be 100% to 150%, 100% to 130%, or 100% to 120% of the thickness of the electrode assembly.
  • the vertical direction of the cover member is the thickness direction of the electrode assembly.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view along the line C-C′ of FIG. 7, illustrating a shape of a cover member according to an embodiment of the present invention.
  • the cover member according to an embodiment of the present invention has a length in the vertical direction corresponding to the thickness of the electrode assembly, and the thickness surface of the electrode assembly is formed in an I-shape to form a thickness surface. It may be located between the pouch type battery case.
  • the electrode assembly 100 accommodated in the battery case 200 is a jelly-roll type electrode assembly having a structure in which a separator is interposed between a long sheet-shaped positive electrode and a negative electrode and then wound up, or a rectangular positive electrode assembly. and a stacked electrode assembly composed of unit cells in which a negative electrode is stacked with a separator interposed therebetween, a stack-folding electrode assembly in which the unit cells are wound by a long separator film, and the unit cells form a separator. It may be one selected from the group consisting of lamination-stack type electrode assemblies that are stacked in a state interposed therebetween and attached to each other.
  • the electrode assembly 100 may include an electrode lead 110 composed of an anode lead and a cathode lead.
  • the positive lead is welded to the positive tab
  • the negative lead is welded to the negative tab, and each of the positive lead and the negative lead may be exposed to the outside of the battery case 200 .
  • the drawing directions of the positive lead and the negative lead may be the same or opposite to each other.
  • anode lead and the cathode lead are made of a metallic material, a pair of insulating films (not shown) facing each other may be positioned in the sealing portion 230 where the anode lead and the cathode lead are located so as to ensure insulation and sealing properties.
  • Each of the anode lead and the cathode lead may be disposed to pass between a pair of insulating films (not shown).
  • the pouch-type battery case 200 may have a laminate structure composed of an inner coating layer, a metal layer, and an outer coating layer. Since the inner coating layer is in direct contact with the electrode assembly, it must have insulation and electrolytic resistance, and must have sealing property, that is, a sealing portion where the inner layers are thermally bonded to each other to seal with the outside, must have excellent thermal bonding strength.
  • Materials for the inner coating layer may be selected from polyolefin resins such as polypropylene, polyethylene, polyethylene acrylic acid, and polybutylene, polyurethane resins, and polyimide resins, which have excellent chemical resistance and good sealing properties, but are not limited thereto, Polypropylene (PP), which has excellent chemical resistance and mechanical properties such as tensile strength, stiffness, surface hardness, and impact resistance, is most preferred.
  • polyolefin resins such as polypropylene, polyethylene, polyethylene acrylic acid, and polybutylene, polyurethane resins, and polyimide resins, which have excellent chemical resistance and good sealing properties, but are not limited thereto, Polypropylene (PP), which has excellent chemical resistance and mechanical properties such as tensile strength, stiffness, surface hardness, and impact resistance, is most preferred.
  • PP Polypropylene
  • an outer coating layer is provided on the other side of the metal layer, and the outer coating layer can use a heat-resistant polymer having excellent tensile strength, moisture permeability, and air permeability to secure heat resistance and chemical resistance while protecting the electrode assembly,
  • a heat-resistant polymer having excellent tensile strength, moisture permeability, and air permeability to secure heat resistance and chemical resistance while protecting the electrode assembly
  • nylon or polyethylene terephthalate may be used, but is not limited thereto.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view taken along the line C-C′ of FIG. 7, showing a shape of a cover member according to a second embodiment of the present invention.
  • the length of the cover member in the longitudinal direction is greater than the thickness length of the electrode assembly, and the cover member has both ends in the thickness direction.
  • E, E' may be bent to form a U shape surrounding the thickness surface of the electrode assembly, and may be positioned between the thickness surface of the electrode assembly and the pouch-type battery case.
  • the second embodiment differs from the first embodiment only in the shape of the cover member, further detailed description is omitted.
  • a method for manufacturing a pouch-type secondary battery according to the present invention includes the steps of (S10) preparing an electrode assembly; (S20) a cover member preparation step of cutting the cover member; (S30) an accommodating step of accommodating the electrode assembly and the cover member in a pouch-type battery case; and (S40) a sealing step of sealing the area to be sealed of the pouch type battery case by thermal compression bonding.
  • the preparing of the electrode assembly may be a step of preparing the electrode assembly 100 in which the electrode lead 110 is coupled to an electrode tab (not shown).
  • This electrode assembly has a structure in which a plurality of electrodes 11 and 13 and a plurality of separators 12 are alternately stacked, and electrode tabs (not shown) are provided on the plurality of electrodes 11 and 13, respectively.
  • An electrode lead 110 is coupled to an electrode tab (not shown).
  • the plurality of electrodes may be positive and negative electrodes
  • the electrode tab may be a positive electrode tab provided on the positive electrode and a negative electrode tab provided on the negative electrode.
  • the electrode lead 110 may be a positive lead coupled to a positive tab and a negative lead coupled to a negative tab.
  • the electrode lead is for connecting an external device and the electrode assembly, and in the later storage step (S30), the tip of the electrode lead is drawn out of the pouch-type battery case.
  • the (S10) step of preparing the electrode assembly may include: (S11) an assembling step of assembling such that a separator is interposed between the anode and the cathode; (S12) a welding step of welding the positive tab and the positive lead and the negative tab and the negative lead, respectively; And (S13) may include the step of wrapping the welded portion with a protective film.
  • the step of preparing the cover member (S20) is a step of preparing the cover member by cutting it into an appropriate size.
  • the cover member is preferably a heat-resistant polymer material having a melting point (Tm) higher than the thermal compression temperature at the time of forming the sealing portion, has insulating performance, and may be in the form of a film.
  • a length of the cover member in a longitudinal direction may be 100 to 150% of a thickness of the electrode assembly.
  • the step of preparing the cover member may include cutting the cover member to a size that covers a thickness plane constituting the thickness of the electrode assembly in an I-shape.
  • the cover member in the preparing of the cover member, may be cut to a size that covers a thickness plane of the electrode assembly in a U-shape.
  • the accommodating step (S40) is a step of accommodating the electrode assembly and the cover member in a pouch-type battery case.
  • the cover member 300 is placed on the thickness surface of the electrode assembly 100 so that the cover member 300 is positioned between the thickness surface corresponding to the sealing part and the pouch type battery case.
  • the cover member and the electrode assembly may be accommodated inside the pouch-type battery case.
  • the sealing step (S40) is a step of forming a sealing portion by thermally compressing a portion to be sealed of the edge portion of the electrode assembly accommodating portion.
  • the area to be sealed of the upper case and the area to be sealed of the lower case are brought into close contact, and the area to be sealed is located above the area to be sealed in the upper case and below the area to be sealed in the lower case.
  • heat pressure is applied with a predetermined force so that the upper case and the lower case can come into close contact. Accordingly, the sealing portion is formed while the inner coating layer of the area to be sealed is melted under thermal pressure.

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Abstract

본 발명의 파우치형 이차전지는, 전극조립체를 수납한 상태에서, 두 겹의 파우치형 전지케이스가 열융착된 실링부를 구비한 파우치형 이차전지로서, 전극조립체의 두께를 이루는 두께면들의 적어도 한 개 이상에서, 두께면과 파우치형 전지케이스의 사이에 위치하는 커버 부재를 포함한다. 이에 따라 상기 커버 부재가 분리막과 파우치의 내부 피복층을 단절시키므로, 실링부 형성 시 분리막이 내부 피복층에 접착되는 것을 방지하여, 전극조립체의 유동에 따른 내부 피복층의 손상을 방지할 수 있다.

Description

파우치형 이차전지 및 이의 제조방법
본 출원은 2021.11.23.자 한국 특허 출원 제10-2021-0162724호 및 2022.11.22.자 한국 특허 출원 제10-2022-0157528에 기초한 우선권의 이익을 주장한다.
본 발명은 파우치형 이차전지 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
이차전지는 전지케이스의 형상에 따라, 전극조립체가 원통형 또는 각형의 금속 캔에 내장되어 있는 원통형 전지 및 각형 전지와, 전극조립체가 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치형 전지케이스에 내장되어 있는 파우치형 전지로 분류된다.
전지케이스에 내장되는 전극조립체는 양극, 음극, 및 상기 양극과 상기 음극 사이에 개재된 분리막 구조로 이루어진 충방전이 가능한 발전소자로서, 활물질이 도포된 긴 시트형의 양극과 음극 사이에 분리막을 개재하여 권취한 젤리-롤형 및 소정 크기의 다수의 양극과 음극 사이에 분리막을 개재한 상태에서 순차적으로 적층한 스택형으로 분류된다.
이러한 파우치형 이차전지는, 도 1에 도시한 바와 같이, 전지케이스(200) 내부에 전극조립체(100)가 수납되어 있고, 양극과 음극 탭들이 두 개의 리드 부재(110)에 각각 용접되어 전지케이스(200) 외부로 노출된다.
도 2는 파우치형 전지케이스에 전극조립체를 수납하고 실링하여 파우치형 이차전지를 제조하는 일련의 과정을 도시하고 있다. 도 2를 참조하면, 전극조립체(100)를 수납하기 위한 전지케이스(200)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 하부 케이스(220)와, 하부 케이스(220)를 덮는 상부 케이스(210)가 일체형으로 이루어진 구조를 가질 수 있으며, 하부 케이스(220)와 상부 케이스(210)가 맞닿은 면은 절곡되어 폴딩되는 구조일 수 있다. 그리고 이들 하부 케이스(220)와 상부 케이스(210)는 각각, 내부 피복층, 금속층 및 외부 피복층으로 이루어진 라미네이트 구조이다.
이러한 전지케이스(200)에는 전극조립체(100)를 수납하기 위해 내부가 만입된 전극조립체 수납부(230)가 구비되어 있어, 상기 수납부에 전극조립체를 수납하고, 하부케이스(220)와 상부케이스(210)가 맞닿은 면(점선)을 절곡해 폴딩한 후, 실링 부재(미도시)를 이용해 전극조립체 수납부의 외주변을 따라 열융착한 실링부(S)를 형성함으로써, 파우치형 이차전지를 제조할 수 있다.
실링부의 형성은, 실링 부재를 이용해, 실링 예정 부위를 고온으로 가압하여 이루어지고, 실링 부재에 의한 고온/가압 시, 라미네이트 구조의 전지케이스가 가열되어 내부 피복층의 수지가 용융되면서, 두 겹의 전지케이스가 열융착되어 실링부가 형성되는 것이다.
그런데, 실링부 형성을 위해 실링 부재로 전지케이스의 실링 예정 부위를 고온으로 가압하게 되면, 전극조립체의 단부로부터 돌출된 분리막 내의 바인더 성분과 전지케이스의 내부 피복층이, 열에 의해 함께 용융되면서, 전지케이스의 내부 피복층이 전극조립체에 열융착될 수 있다. 이러한 경우 이차전지가 외부의 물리적 충격 등과 같은 여러가지 이유로 유동하게 되면, 내부의 전극조립체가 유동하면서 전극조립체와 접착된 전지케이스의 내부 피복층에 유동력이 전달되면서, 도 11에 도시한 바와 같이 내부 피복층에 크랙 등의 손상을 발생시킬 수 있으며, 이는 전지케이스의 절연 불량을 야기할 수 있다.
따라서, 이러한 절연 불량을 방지할 수 있는 기술 개발이 필요한 실정이다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 파우치형 전지의 실링부 형성 시, 분리막의 바인더 성분의 용융에 의해, 분리막이 전지케이스의 내부 피복층과 함께 열융착되는 결과, 전극조립체의 유동 시, 전지케이스의 내부 피복층의 손상을 방지할 수 있는 파우치형 이차전지 및 이의 제조방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 실시예에 따른 파우치형 이차전지는, 전극조립체를 수납한 상태에서, 두 겹의 파우치형 전지케이스가 열융착된 실링부를 구비한 파우치형 이차전지로서, 전극조립체의 두께를 이루는 네 개의 두께면들 중의 적어도 한 개 이상에서, 전극조립체의 두께면과 파우치형 전지케이스의 사이에 위치하는 커버 부재를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 상기 커버 부재는, 상기 실링부를 따라, 상기 전극조립체의 두께면과, 파우치형 전지케이스의 사이에 위치할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 파우치형 전지케이스는, 전극조립체가 수납되는 내부 만입된 한 쌍의 수납부를 구비한 파우치형 전지케이스를, 상기 한 쌍의 수납부가 대칭 위치에 있도록 하는 절곡선을 따라 절곡된 형태일 수 있으며, 이러한 경우에 상기 실링부는, 상기 수납부의 외주변 중 상기 절곡선 주변을 제외한 나머지 외주변을 따라 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 실링부는, 상기 수납부의 외주변을 따라 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 커버 부재는, 융점(Tm)이, 실링부 형성 시의 열압착 온도 보다 높은 내열성 고분자 소재일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 커버 부재는, 상기 전극조립체의 두께면에 밀착되어 있을 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 커버 부재는, 커버 부재가 전극조립체의 두께면을 완전히 덮을 수 있는 크기를 가질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 대응되는 길이를 가지고 있으며, 상기 커버 부재는, I자 형태로, 두께면과 파우치형 전지케이스의 사이에 위치할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 커버 부재의 세로 방향 길이가, 상기 전극조립체의 두께 길이보다 크고, 상기 커버 부재는, 두께 방향의 양측 단부가 절곡되어, 전극조립체의 두께면을 감싸는 U자 형태로, 두께면과 파우치형 전지케이스의 사이에 위치할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 전극조립체는 스택형 전극조립체, 스택-폴딩형 전극 조립체, 라미네이션-스택형 전극조립체 및 젤리-롤형 전극조립체 중에서 선택된 하나일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 파우치형 이차전지의 제조방법은, 전극조립체를 준비하는 단계; 커버 부재를 재단하는 커버 부재 준비 단계; 상기 전극조립체와 상기 커버 부재를 파우치형 전지케이스의 내부에 수납하는 수납 단계; 및 파우치형 전지케이스의 실링 예정 부위를 열압착하여 실링하는 실링 단계를 포함하고, 상기 수납 단계에서, 상기 커버 부재는, 상기 실링 예정 부위에 대응하는 전극조립체의 두께면과, 파우치형 전지케이스의 사이에 위치하도록 수납된다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 전극조립체를 준비하는 단계는, 양극과 음극의 사이에 분리막이 개재되도록, 조립하는 조립 단계; 양극 탭과 양극 리드 및 음극 탭과 음극 리드를 각각 용접하는 용접 단계; 및 용접부를 보호필름으로 감싸는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 커버 부재 준비 단계는, 상기 커버 부재가, 전극조립체의 두께를 이루는 두께면을, I자 형태로 커버하는 크기로 재단하는 과정을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 커버 부재 준비 단계는, 상기 커버 부재가, 전극조립체의 두께를 이루는 두께면을, U자 형태로 커버하는 크기로 재단하는 과정을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 수납 단계는, 상기 커버 부재를, 실링 예정 부위에 대응하는 전극조립체의 두께를 이루는 두께면에 밀착시킨 상태로 수납하는 과정을 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 파우치형 이차전지 및 그 제조방법은, 전극조립체와 파우치형 전지케이스의 이격 공간 내에, 커버 부재를 삽입하여, 상기 커버 부재가 분리막과 전지케이스의 내부 피복층을 단절시키므로, 실링부 형성 시 분리막의 바인더 성분이 용융되더라도, 분리막이 전지케이스의 내부 피복층에 접착되는 것을 방지한다. 이에 따라 종래 파우치형 이차전지의 문제점인 전극조립체의 유동 시, 내부 피복층 손상에 의한 절연 불량을 방지한다.
또한, 상기 커버 부재는, 전극조립체와 파우치의 이격 공간을 충진하게 되므로, 전극조립체의 유동에 의한 충격을 감쇄시키는 효과도 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 파우치형 이차전지의 사시도이다.
도 2는 종래 기술에 따른 파우치형 이차전지 제조과정을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 파우치형 이차전지의 모식도이다.
도 4는 도 3의 파우치형 이차전지 내부에 수납되는 전극조립체의 모식도와 B-B'의 단면도이다.
도 5는 도 3에서 A-A의 단면도이다.
도 6은 도 3의 파우치형 이차전지의 분해도이다.
도 7은 커버 부재가 전극조립체에 밀착된 모습을 나타낸 상부도이다.
도 8은 도 7의 C-C'의 단면도로, 본 발명의 제 1 실시 형태에 따른 커버 부재를 도시하고 있다.
도 9는 도 7의 C-C'의 단면도로, 본 발명의 제 2 실시 형태에 따른 커버 부재를 도시하고 있다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 파우치형 이차전지 제조방법의 순서도이다.
도 11은 종래 기술의 문제점을 설명하기 위한 개념도로, (a)는 이차전지의 유동 이전을, (b)는 이차전지의 유동 이후를 나타낸다.
[부호의 설명]
100: 전극조립체
110: 전극 리드
200: 파우치형 전지케이스
210: 상부케이스
220: 하부케이스
230: 수납부
S: 실링부
T: 두께면
300: 커버 부재
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 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, 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "상에" 있다고 할 경우, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "하에" 있다고 할 경우, 이는 다른 부분 "바로 아래에" 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 또한, 본 출원에서 "상에" 배치된다고 하는 것은 상부뿐 아니라 하부에 배치되는 경우도 포함하는 것일 수 있다.
제 1 실시 형태에 따른 파우치형 이차전지
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 파우치형 이차전지의 모식도이고, 도 4는 도 3의 파우치형 이차전지 내부에 수납되는 전극조립체의 모식도와 B-B'의 단면도이고, 도 5는 도 3에서 A-A'의 단면도이며, 도 6은 도 3의 파우치형 이차전지의 분해도이다.
이들 도면들을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 파우치형 이차전지(B)는, 파우치형 전지케이스(200)와 상기 파우치형 전지케이스의 내부에 수납되는 전극조립체(100)를 포함할 수 있다.
도 2 및 도 6을 참조하면, 파우치형 전지케이스(200)는, 전극조립체(100)를 밀폐되게 수용하기 위한 것으로, 전극조립체(100)가 수납되는 내부 만입된 한 쌍의 수납부(230; 231,232)를 구비하고 있고, 상기 한 쌍의 수납부(230; 231,232)가 대칭 위치에 있도록 하는 절곡선(L-L')을 따라 절곡된 형태일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 파우치형 이차전지(B)는, 상기 파우치형 전지케이스(200)에 구비된 수납부 내에, 전극조립체(100)를 수납한 상태에서, 두 겹의 파우치형 전지케이스(200)가 열융착된 실링부(S)를 구비하고, 전극조립체(100)의 두께를 이루는 네 개의 두께면(T)들의 적어도 한 개 이상에서, 전극조립체의 두께면(T)과 파우치형 전지케이스(200)의 사이에 위치하는 커버 부재(300)를 포함한다.
본 발명의 일 실시형태에 따른 파우치형 이차전지(B)는, 도 2 및 도 6에 도시한 바와 같이, 실링부(S)가 상기 수납부(231, 232)의 외주변 중, 상기 절곡선(L-L') 주변을 제외한 나머지 외주변을 따라 형성될 수 있다. 수납부(231, 232) 외주변 중, 절곡선(L-L') 주변은 하부 케이스(210)와 이를 덮는 상부 케이스(220)가 맞닿아 연결되어 있으므로, 하부 케이스(210)와 상부 케이스(220)와의 융착이 불필요하기 때문에, 해당 부위에는 도 3에 도시한 바와 같이 실링부(S)가 형성되지 않을 수 있다.
그러나, 이에 한정되는 것은 아니고, 하나의 수납부를 구비하는 파우치형 전지케이스를 두 매 준비하고, 하나의 전지케이스는 하부 케이스로, 다른 하나의 전지케이스는 하부 케이스를 덮은 후, 수납부의 외주변을 따라 실링부를 형성할 수도 있다.
본 발명의 전극조립체(100)는 양극(11)/분리막(12)/음극(13)/분리막(12) 구조의 기본 단위체(10)가 적어도 1개 이상 적층된 구조일 수 있는데, 적층 방향을 따라 이루어지는 전극조립체의 측면부가 두께면(T)이 된다. 도 4를 참조하면, 두께면(T)은, 양극(11) 및 음극(13)보다 상대적으로 길게 재단된 분리막(12)이 양극(11) 및 음극(13)의 단부로부터 돌출되어 있을 수 있다. 따라서, 실링부(S)의 형성을 위해, 전지케이스(200)의 실링 예정 부위를 고온으로 가압할 때, 분리막(12)의 바인더 성분과 전지케이스(200)를 구성하는 내부 피복층이 함께 용융되면서, 두께면(T)에서 분리막(10)이 전지케이스(200) 실링부(S) 내부 피복층과 함께 용융 접착될 수 있다.
이에 본 발명에서는, 상기 전극조립체(100)의 두께면(T)과 파우치형 전지케이스(200)의 사이에, 커버 부재(300)를 개재함으로써, 실링부(S)의 형성 시, 분리막(12)이 전지케이스(200)의 내부 피복층에 용융 접착되는 것을 방지하고, 이에 따라 전극조립체의 유동이 있더라도, 전지케이스(200)의 내부 피복층이 손상되지 않아 절연 불량의 위험을 방지할 수 있다.
상기 커버 부재(300)는, 분리막(12)과 파우치형 전지케이스(200)의 내부 피복층 사이를 단절하는 역할을 하고, 도 4에 도시한 바와 같이, 분리막(12)은 전극조립체(100)의 두께를 이루는 두께면(T)에서, 전극의 외부로 돌출되어 있으므로, 상기 커버 부재(300)는, 전극조립체(100)의 두께면(T)과, 파우치형 전지케이스(200)의 이격 공간 내에 위치한다.
또한, 커버 부재(300)는, 실링부(S) 형성을 위한 실링 공정에서, 분리막(12)의 바인더가 용융되어, 실링부 주변의 내부 피복층에 접착되는 것을 방지해야 하므로, 커버 부재(300)는 실링부(S)를 따라 전극조립체(100)의 두께면(T)과, 파우치형 전지케이스(200)의 사이에 위치하는 것이 바람직하다.
여기서, 커버 부재(300)가 실링부(S)를 따라 전극조립체(100)의 두께면(T)과 파우치형 전지케이스(200)의 사이에 위치한다는 것의 의미를 도 3 및 도 6을 참조하여 설명한다.
이들 도면을 참조하면, 실링부(S)는, 전극조립체(100)가 수납되는 수납부의 외측 주변부 중, 절곡선(L-L')을 제외한 나머지 외주변부를 따라 형성되어 있을 수 있다. 커버 부재(300)는, 두 겹의 전지케이스를 열융착하는 실링 공정에서, 분리막의 바인더와 전지케이스의 내부 피복층이 함께 열융착되는 것을 방지하기 위해 개재되는 것이므로, 커버 부재는 실링부(S)의 전체 부위를 따라 개재되는 것이 바람직하다.
상기 커버 부재(300)는, 도 5 및 도 6에 도시한 바와 같이, 전극조립체(100)의 두께면(T)과 파우치형 전지케이스(200)와의 이격 공간 내에 삽입되어, 전극조립체(100) 단부의 분리막(12)과 파우치형 전지케이스(200)가 직접 접촉하는 것을 차단할 수 있다. 이에 따라 실링부(S) 형성 시, 실링부(S)의 온도 상승에 따른 분리막(12)의 온도 상승을 어느 정도 억제할 수 있으며, 분리막(12)에 포함된 바인더 성분이 용융되더라도, 커버 부재(300)가 분리막(12)과 전지케이스(200)의 내부 피복층을 단절시키므로, 분리막(12)이 전지케이스(200)의 내부 피복층에 접착되는 현상을 방지한다.
또한, 커버 부재(300)는, 전극조립체(100)와 파우치형 전지케이스(200)의 이격 공간 내에 삽입되므로, 상기 이격 공간을 충진함에 따라 전극조립체의 유동에 의한 충격을 감소시킬 수 있는 역할도 할 수 있다.
상기 커버 부재는, 실링부 형성을 위한 실링 공정 시, 용융되지 않는 내열성 소재인 것이 바람직하다. 즉, 상기 커버 부재는, 그 융점(Tm)이, 실링부 형성 시의 열압착 온도 보다 높은 내열성 고분자 소재인 것이 바람직하다. 또한 상기 커버 부재는, 절연성을 가지는 고분자 소재인 것이 바람직하며, 필름 형태일 수 있다.
만약 커버 부재가 파우치형 전지케이스의 내부 피복층과 같이 실링 과정에서 용융된다면, 전극조립체의 분리막-커버부재-내부 피복층이 용융 접착될 수 있어, 전극조립체 유동 시, 유동 충격이 내부 피복층에 전달되면서, 내부 피복층이 손상될 수 있기 때문이다.
한편, 실링 공정 시, 실링부 형성을 위한 열압착 온도는, 통상 100℃ 내지 200℃이므로, 상기 커버 부재의 융점은, 180℃ 내지 300℃인 고분자 소재인 것이 바람직하나, 이에 한정되는 것은 아니다. 융점이 상기 온도 범위를 가지는 내열성 고분자 소재로는, 폴리이미드, 폴리테트라플루오르에틸렌, 폴리에틸렌테리프탈레이트, 폴리카보네이트, 폴리페닐설파이드, 테프론, 아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌, 폴리아크릴레이트 등이 있으며, 본 발명의 커버 부재는 상기 고분자 수지로 이루어진 군에서 선택된 하나 또는 둘 이상을 포함할 수 있다.
또한, 상기 커버 부재(300)는, 도 6에 도시된 바와 같이 전극 리드(110)와 접촉 가능한 위치에 개재되는 바, 전극 리드(110)와의 전기적 연결에 의한 통전이 이루어지면 안되므로, 절연성 소재인 것이 바람직하다. 즉, 금속과 같은 도전성 소재는 고온의 온도에서 용융되지 않아, 전지케이스의 내부 피복층이 전극조립체에 열융착되는 것을 방지할 수 있지만, 전극 리드(110)와 접촉하는 경우 내부 단락을 유발할 수 있으므로, 본 발명의 커버 부재(300) 소재로써 적절하지 않다.
또한, 상기 커버 부재(300)는, 도 7에 도시된 바와 같이 전극조립체(100)의 두께면(T)에 밀착되어 있을 수 있다. 즉, 커버 부재(300)와 전극조립체 사이(100)에는 여유 공간이 형성되지 않도록 커버 부재(300)가 두께면(T)에 근접하여 위치한다. 커버 부재와 두께면 사이에 여유 공간이 있을 경우, 분리막이 여유 공간을 통해, 돌출되어 커버 부재와 파우치 케이스와의 이격 공간으로 침범할 수 있으므로 바람직하지 않다.
이러한 커버 부재의 크기는, 분리막이 파우치형 전지케이스의 내부 피복층과 접촉하는 것을 차단할 수 있도록, 커버 부재가 전극조립체의 두께면을 완전히 덮을 수 있는 크기인 것이 바람직하다. 따라서 상기 커버 부재의 세로 방향 길이는, 전극조립체의 두께 길이의 100% 내지 150%, 100% 내지 130%, 100% 내지 120%일 수 있다. 여기서 커버 부재의 세로 방향이란, 전극조립체의 두께 방향이다.
도 8은 도 7의 C-C'의 단면도로, 본 발명의 일 실시예에 따른 커버 부재의 형태를 도시하고 있다. 도 8을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 커버 부재는, 세로 방향 길이가, 상기 전극조립체의 두께 길이와 대응되는 길이를 가지고 있으며, 전극조립체의 두께면을 I자 형태로 두께면과 파우치형 전지케이스의 사이에 위치할 수 있다.
본 발명의 구체적 예에서, 전지케이스(200)에 수납되는 전극조립체(100)는, 긴 시트형의 양극 및 음극 사이에 분리막이 개재된 후 권취되는 구조로 이루어지는 젤리-롤형 전극조립체, 또는 장방형의 양극 및 음극이 분리막을 사이에 개재한 상태로 적층되는 구조의 단위셀들로 구성되는 스택형 전극조립체, 상기 단위셀들이 긴 분리 필름에 의해 권취되는 스택-폴딩형 전극조립체, 상기 단위셀들이 분리막을 사이에 개재한 상태로 적층되어 서로 간에 부착되는 라미네이션-스택형 전극조립체 등으로 이루어진 군에서 선택된 하나일 수 있다.
도 1을 참조하면 이러한 전극조립체(100)는, 양극 리드와 음극 리드로 구성되는 전극 리드(110)를 포함할 수 있다. 양극 리드는, 양극 탭에 용접되며, 음극 리드는, 음극 탭에 용접되며, 이러한 양극 리드와 음극 리드 각각은 전지케이스(200)의 외부로 노출되어 있을 수 있다. 양극 리드와 음극 리드의 인출 방향은 동일할 수도 있고, 상호 대향할 수도 있다.
양극 리드와 음극 리드는, 금속성 소재이므로, 절연성과 실링성을 담보할 수 있도록 양극 리드와 음극 리드가 위치하는 실링부(230)에는 서로 마주보는 한 쌍의 절연 필름(미도시)이 위치할 수 있으며, 양극 리드 및 음극 리드 각각은, 한 쌍의 절연 필름 (미도시) 사이를 통과하도록 배치될 수 있다.
상기 파우치형 전지케이스(200)는, 내부 피복층, 금속층 및 외부 피복층으로 이루어진 라미네이트 구조일 수 있다. 상기 내부 피복층은 전극조립체와 직접적으로 접촉하므로 절연성과 내전해성을 가져야 하고, 또 외부와의 밀폐를 위하여 실링성 즉, 내부층끼리 열 접착된 실링 부위는 우수한 열접착 강도를 가져야 한다.
이러한 내부 피복층의 재료로는 내화학성이 우수하면서도 실링성이 좋은 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 폴리에틸렌아크릴산, 폴리부틸렌 등의 폴리올레핀계 수지, 폴리우레탄수지 및 폴리이미드수지로부터 선택될 수 있으나 이에 한정하지 않으며, 인장강도, 강성, 표면경도, 내충격 강도 등의 기계적 물성과 내화학성이 뛰어난 폴리프로필렌(PP)이 가장 바람직하다.
내부 피복층과 접하는 금속층은 외부로부터 수분이나 각종 가스가 전지 내부로 침투하는 것을 방지하는 배리어층에 해당되고, 이러한 금속층의 바람직한 재료로는 가벼우면서도 성형성이 우수한 알루미늄 막막을 사용할 수 있다.
그리고 금속층의 타측면에는 외부 피복층이 구비되며, 이러한 외부 피복층은 전극조립체를 보호하면서 내열성과 내화학성을 확보할 수 있도록 인장강도, 투습방지성 및 공기투과 방지성이 우수한 내열성 폴리머를 사용할 수 있고, 일예로 나일론 또는 폴리에틸렌테레프탈레이트를 사용할 수 있으나, 이에 제한하지 않는다.
제 2 실시 형태에 따른 파우치형 이차전지
도 9는 도 7의 C-C'의 단면도로, 본 발명의 제 2 실시 형태에 따른 커버 부재의 형태를 도시하고 있다. 도 8을 참조하면, 본 발명의 제 2 실시 형태에 따른 커버 부재(300)는, 상기 커버 부재의 세로 방향 길이가, 상기 전극조립체의 두께 길이보다 크고, 상기 커버 부재는, 두께 방향의 양측 단부(E, E')가 절곡되어, 전극조립체의 두께면을 감싸는 U자 형태로, 전극조립체의 두께면과 파우치형 전지케이스의 사이에 위치할 수 있다.
제 2 실시 형태와 같이, 커버 부재의 양측 단부(E,E')가 절곡된 형태인 경우, 상기 제 1 실시 형태와 비교해, 커버 부재에 의한 두께면의 커버 면적이 넓어짐에 따라, 전극조립체의 분리막이 파우치형 전지케이스의 내부 피복층에 접촉하기 더욱 어려워지게 된다. 따라서 실링부의 형성 시, 분리막이 내부 피복층과 함께 용융 접착될 가능성을 더욱 감소시킬 수 있다.
제 2 실시 형태는, 제 1 실시 형태와 비교해, 커버 부재의 형태에 있어서 차이가 있을 뿐이므로, 더 이상의 자세한 설명은 생략한다.
파우치형 이차전지의 제조방법
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 파우치형 이차전지 제조방법의 순서도이다. 도 10을 참조하면 본 발명에 따른 파우치형 이차전지의 제조방법은, (S10)전극조립체를 준비하는 단계; (S20)커버 부재를 재단하는 커버 부재 준비 단계; (S30)상기 전극조립체와 상기 커버 부재를 파우치형 전지케이스의 내부에 수납하는 수납 단계; 및 (S40)파우치형 전지케이스의 실링 예정 부위를 열압착하여 실링(Sealing)하는 실링 단계를 포함할 수 있다.
상기 (S10)전극조립체를 준비하는 단계는, 도 4에 도시한 바와 같이, 전극 리드(110)가 전극 탭(미도시)에 결합된 전극조립체(100)를 준비하는 단계일 수 있다. 이러한 전극조립체는 복수의 전극(11,13)과 복수의 분리막(12)이 교대로 적층되는 구조를 가지며, 상기 복수의 전극(11,13)에는 전극 탭(미도시)이 각각 구비되고, 상기 전극 탭(미도시)에는 전극 리드(110)가 결합된다. 여기서 상기 복수의 전극의 양극 및 음극일 수 있고, 상기 전극 탭은 상기 양극에 구비되는 양극 탭과 음극에 구비되는 음극 탭일 수 있다. 그리고 상기 전극 리드(110)는, 양극 탭에 결합되는 양극 리드와 음극 탭에 결합되는 음극 리드일 수 있다.
상기 전극 리드는 외부 장치와 상기 전극조립체를 연결하기 위한 것으로, 추후 (S30)의 수납 단계에서, 전극 리드의 선단은 파우치형 전지케이스의 밖으로 인출된다.
하나의 구체적 예에서, 상기 (S10)전극조립체를 준비하는 단계는, (S11)양극과 음극의 사이에 분리막이 개재되도록, 조립하는 조립 단계; (S12)양극 탭과 양극 리드 및 음극 탭과 음극 리드를 각각 용접하는 용접 단계; 및 (S13) 용접부를 보호필름으로 감싸는 단계를 포함할 수 있다.
상기 (S20) 커버 부재 준비 단계는, 커버 부재를 적절한 크기로 재단하여 준비하는 단계이다. 상기 커버 부재는, 융점(Tm)이, 실링부 형성 시의 열압착 온도 보다 높은 내열성 고분자 소재인 것이 바람직하며, 절연 성능을 가지고, 필름 형태일 수 있다.
상기 커버 부재의 세로 방향 길이는, 상기 전극조립체의 두께 길이의 100 내지 150%일 수 있다. 하나의 구체적 예에서, 상기 커버 부재 준비 단계는, 상기 커버 부재가, 전극조립체의 두께를 이루는 두께면을, I자 형태로 커버하는 크기로 재단하는 것일 수 있다. 또 다른 구체적 예에서, 상기 커버 부재 준비 단계는, 상기 커버 부재가, 전극조립체의 두께를 이루는 두께면을, U자 형태로 커버하는 크기로 재단하는 것일 수 있다.
상기 (S40) 수납 단계는, 상기 전극조립체와 상기 커버 부재를 파우치형 전지케이스의 내부에 수납하는 단계이다. 이때, 도 7에 도시한 바와 같이, 커버 부재(300)가 실링부에 대응하는 두께면과, 파우치형 전지케이스의 사이에 위치하도록, 커버 부재(300)를 전극조립체(100)의 두께면에 밀착시킨 상태에서, 커버 부재와 전극조립체를 함께 파우치형 전지케이스의 내부에 수납할 수 있다.
상기 (S40) 실링 단계는, 전극조립체 수납부의 테두리부의 실링 예정 부위를 열압착하여 실링부를 형성하는 단계이다. 전극조립체를 파우치형 전지케이스에 수납한 상태에서, 상부 케이스의 실링 예정 부위와, 하부 케이스의 실링 예정부위를 밀착시키고, 상부케이스의 실링 예정 부위 상부와, 하부케이스의 실링 예정 부위 하부에 위치한 한 쌍의 실링 바를 사용하여, 상부 케이스와 하부 케이스가 긴밀하게 밀착할 수 있도록, 소정의 힘으로 열가압한다. 이에 따라 열가압된 실링 예정 부위의 내부 피복층이 용융되면서, 실링부가 형성된다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 도면을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자 또는 해당 기술 분야에 통상의 지식을 갖는 자라면, 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 기술 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허청구범위에 의해 정하여져야만 할 것이다.

Claims (16)

  1. 전극조립체를 수납한 상태에서, 두 겹의 파우치형 전지케이스가 열융착된 실링부를 구비한 파우치형 이차전지로서,
    전극조립체의 두께를 이루는 네 개의 두께면들 중의 적어도 한 개 이상에서, 전극조립체의 두께면과 파우치형 전지케이스의 사이에 위치하는 커버 부재를 포함하는 파우치형 이차전지.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 커버 부재는,
    상기 실링부를 따라, 상기 전극조립체의 두께면과, 파우치형 전지케이스의 사이에 위치하는 파우치형 이차전지.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 파우치형 전지케이스는,
    전극조립체가 수납되는 내부 만입된 한 쌍의 수납부를 구비한 파우치형 전지케이스를, 상기 한 쌍의 수납부가 대칭 위치에 있도록 하는 절곡선을 따라 절곡된 형태이고,
    상기 실링부는, 상기 수납부의 외주변 중 상기 절곡선 주변을 제외한 나머지 외주변을 따라 형성된 파우치형 이차전지.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 실링부는,
    상기 수납부의 외주변을 따라 형성된 파우치형 이차전지.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 커버 부재는,
    융점(Tm)이, 실링부 형성 시의 열압착 온도 보다 높은 내열성 고분자 소재인 파우치형 이차전지.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 커버 부재는,
    상기 전극조립체의 두께면에 밀착되어 있는 파우치형 이차전지.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 커버 부재는,
    커버 부재가 전극조립체의 두께면을 완전히 덮을 수 있는 크기를 가지는 파우치형 이차전지.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 커버 부재의 세로 방향 길이는, 상기 전극조립체의 두께 길이와 대응되는 길이를 가지고 있으며,
    상기 커버 부재는, I자 형태로, 두께면과 파우치형 전지케이스의 사이에 위치하는 파우치형 이차전지.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 커버 부재의 세로 방향 길이가, 상기 전극조립체의 두께 길이보다 크고,
    상기 커버 부재는, 두께 방향의 양측 단부가 절곡되어, 전극조립체의 두께면을 감싸는 U자 형태로, 두께면과 파우치형 전지케이스의 사이에 위치하는 파우치형 이차전지.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 전극조립체는 스택형 전극조립체, 스택-폴딩형 전극 조립체, 라미네이션-스택형 전극조립체 및 젤리-롤형 전극조립체 중에서 선택된 하나인 파우치형 이차전지.
  11. 전극조립체를 준비하는 단계;
    커버 부재를 재단하는 커버 부재 준비 단계;
    상기 전극조립체와 상기 커버 부재를 파우치형 전지케이스의 내부에 수납하는 수납 단계; 및
    파우치형 전지케이스의 실링 예정 부위를 열압착하여 실링하는 실링 단계를 포함하고,
    상기 수납 단계에서, 상기 커버 부재는, 상기 실링 예정 부위에 대응하는 전극조립체의 두께면과, 파우치형 전지케이스의 사이에 위치하도록 수납되는 것을 특징으로 하는 파우치형 이차전지의 제조방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 전극조립체를 준비하는 단계는,
    양극과 음극의 사이에 분리막이 개재되도록, 조립하는 조립 단계;
    양극 탭과 양극 리드 및 음극 탭과 음극 리드를 각각 용접하는 용접 단계; 및
    용접부를 보호필름으로 감싸는 단계를 포함하는 파우치형 이차전지의 제조방법.
  13. 제 11 항에 있어서,
    상기 커버 부재는,
    융점(Tm)이, 상기 실링 단계에서의 열압착 온도 보다 높은 내열성 고분자 소재인 파우치형 이차전지의 제조방법.
  14. 제 11 항에 있어서,
    상기 커버 부재 준비 단계는,
    상기 커버 부재가, 전극조립체의 두께를 이루는 두께면을, I자 형태로 커버하는 크기로 재단하는 과정을 포함하는 파우치형 이차전지의 제조방법.
  15. 제 11 항에 있어서,
    상기 커버 부재 준비 단계는,
    상기 커버 부재가, 전극조립체의 두께를 이루는 두께면을, U자 형태로 커버하는 크기로 재단하는 과정을 포함하는 파우치형 이차전지의 제조방법.
  16. 제 11 항에 있어서,
    상기 수납 단계는,
    상기 커버 부재를, 실링 예정 부위에 대응하는 전극조립체의 두께를 이루는 두께면에 밀착시킨 상태로 수납하는 파우치형 이차전지의 제조방법.
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