WO2024049169A1 - 파우치형 전지 케이스 및 그 제조 방법, 그리고 이차전지 제조 방법 - Google Patents

파우치형 전지 케이스 및 그 제조 방법, 그리고 이차전지 제조 방법 Download PDF

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WO2024049169A1
WO2024049169A1 PCT/KR2023/012803 KR2023012803W WO2024049169A1 WO 2024049169 A1 WO2024049169 A1 WO 2024049169A1 KR 2023012803 W KR2023012803 W KR 2023012803W WO 2024049169 A1 WO2024049169 A1 WO 2024049169A1
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WO
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depth
gas pocket
pouch
battery case
pocket portion
Prior art date
Application number
PCT/KR2023/012803
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French (fr)
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조성우
강태원
홍정우
이충희
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주식회사 엘지에너지솔루션
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Publication date
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C51/00—Shaping by thermoforming, i.e. shaping sheets or sheet like preforms after heating, e.g. shaping sheets in matched moulds or by deep-drawing; Apparatus therefor
    • B29C51/10—Forming by pressure difference, e.g. vacuum
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/10—Primary casings; Jackets or wrappings
    • H01M50/102—Primary casings; Jackets or wrappings characterised by their shape or physical structure
    • H01M50/105—Pouches or flexible bags
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C2791/00—Shaping characteristics in general
    • B29C2791/004—Shaping under special conditions
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Definitions

  • the present invention relates to a pouch-type battery case, a method of manufacturing the same, and a method of manufacturing a secondary battery using the pouch-type battery case.
  • secondary batteries refer to batteries that can be charged and discharged, unlike primary batteries that cannot be recharged, and are widely used in electronic devices such as mobile phones, laptops, camcorders, and electric vehicles.
  • lithium secondary batteries have a larger capacity than nickel-cadmium batteries or nickel-hydrogen batteries and have a high energy density per unit weight, so their utilization is rapidly increasing.
  • Secondary batteries can be classified by the type of battery case, and representative examples include can-type secondary batteries including a cylindrical or square-shaped battery case, and pouch-type secondary batteries including a pouch-type battery case.
  • the pouch-type battery case may be provided with a cup portion that accommodates the electrode assembly and a gas pocket portion that collects gas.
  • the gas pocket portion may be drawn and formed using a forming device, similar to the cup portion in which the electrode assembly is accommodated.
  • the method of manufacturing a pouch-type secondary battery includes a process of sealing a portion of the pouch-type battery case with the electrode assembly accommodated in the cup portion, and injecting an electrolyte through an unsealed opening of the pouch-type battery case. It may include a process, a process of sealing the opening, and a process of activating the electrode assembly by charging and discharging. Additionally, the gas generated in the activation process may be collected in the gas pocket portion.
  • the process of sealing the opening is generally performed in a negative pressure chamber (eg, a vacuum chamber).
  • a negative pressure chamber eg, a vacuum chamber
  • the gas pocket portion may not maintain its shape and may be distorted or deformed.
  • the volume of the gas pocket portion decreases and there is a problem in that gas cannot be sufficiently collected, so improvement is required.
  • One problem that the present invention aims to solve is to provide a pouch-type battery case and a method of manufacturing the same that prevent the gas pocket portion from being crushed by the wrinkles formed in the gas pocket portion and can collect a sufficiently large amount of gas.
  • Another problem to be solved by the present invention is to provide a method of manufacturing a secondary battery including the pouch-type battery case.
  • a pouch-type battery case includes a cup portion having an indented shape; And it may include a gas pocket portion located on one side of the cup portion and having a recessed shape.
  • a wrinkle portion that is folded or unfolded so that the depth of the gas pocket portion is variable depending on the internal pressure of the gas pocket portion may be formed on the circumference of the gas pocket portion.
  • the wrinkle portion includes a convex portion protruding toward the outside of the gas pocket portion; And it may include recessed parts alternately positioned with the convex parts in the depth direction of the gas pocket part. The remaining thickness of the convex portion may be thinner than the remaining thickness of the concave portion.
  • the depth of the gas pocket portion varies between a contracted depth and an expanded depth that is deeper than the contracted depth, and the expanded depth may be 0.7 to 1.3 times the depth of the cup portion.
  • the depth of the gas pocket portion varies between a contracted depth and an expanded depth that is deeper than the contracted depth, and the expanded depth may be 12 times or more than the contracted depth.
  • a method of manufacturing a pouch-type battery case includes forming a cup portion and a gas pocket portion on a pouch sheet; And it may include forming a wrinkle portion around the gas pocket portion that is folded or unfolded so that the depth of the gas pocket portion varies depending on the internal pressure of the gas pocket portion.
  • the wrinkle portion includes a convex portion protruding toward the outside of the gas pocket portion; And it may include recessed parts alternately positioned with the convex parts in the depth direction of the gas pocket part.
  • the remaining thickness of the convex portion may be thinner than the remaining thickness of the concave portion.
  • the gas pocket portion in which the wrinkles are formed has an initial depth, and the depth of the gas pocket portion may vary between a shrinkage depth that is smaller than the initial depth and an expansion depth that is greater than the initial depth.
  • the shrinkage depth may be 0.1 times or less than the initial depth.
  • the expansion depth may be 1.2 to 1.3 times the initial depth.
  • the apparatus for forming the wrinkles includes: a plurality of support parts in contact with an outer circumference of the gas pocket part and disposed at predetermined intervals in the depth direction of the gas pocket part; And it may include a negative pressure part that applies negative pressure to the outer circumference of the gas pocket part through the gap between the plurality of support parts.
  • a secondary battery manufacturing method includes preparing a pouch-type battery case; Accommodating an electrode assembly and an electrolyte in a cup portion of the pouch-type battery case; Sealing the pouch-type battery case in a negative pressure chamber; And it may include collecting gas generated by charging and discharging of the electrode assembly in the gas pocket portion of the pouch-type battery case.
  • Preparing the pouch-type battery case includes forming the cup portion and the gas pocket portion on a pouch sheet; And it may include forming a wrinkle portion around the gas pocket portion that is folded or unfolded so that the depth of the gas pocket portion varies depending on the internal pressure of the gas pocket portion.
  • the wrinkle portion includes a convex portion protruding toward the outside of the gas pocket portion; And it may include recessed parts alternately positioned with the convex parts in the depth direction of the gas pocket part.
  • the remaining thickness of the convex portion may be thinner than the remaining thickness of the concave portion.
  • the gas pocket portion may be molded to an initial depth, and in the step of sealing the pouch-type battery case, the depth of the gas pocket portion may be varied to a shrinkage depth smaller than the initial depth.
  • the depth of the gas pocket portion may be changed to an expanded depth greater than the initial depth.
  • the pleated portion may shrink and the depth of the gas pocket portion may be reduced. Thereby, it is possible to prevent the gas pocket portion from being crushed.
  • the internal pressure of the gas pocket portion increases, causing the wrinkles to expand and the depth of the gas pocket portion to increase.
  • the gas pocket portion can stably collect a sufficiently large amount of gas.
  • Figure 1 is an assembly diagram showing a pouch-type battery case and an electrode assembly accommodated therein according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 2 is a perspective view of a pouch-type battery case according to an embodiment of the present invention viewed from another direction.
  • Figure 3 is a side view of a pouch-type battery case according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a diagram showing the gas pocket portion shown in FIG. 3 in a contracted state.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating the gas pocket portion shown in FIG. 3 in an expanded state.
  • Figure 6 is a schematic diagram of a device for forming wrinkles according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 7 is a flowchart of a secondary battery manufacturing method according to another embodiment of the present invention.
  • 8A to 8D are sequential schematic diagrams of a method for manufacturing a secondary battery according to another embodiment of the present invention.
  • Figure 1 is an assembly diagram showing a pouch-type battery case and an electrode assembly accommodated therein according to an embodiment of the present invention.
  • the pouch-type battery case 100 (hereinafter referred to as 'battery case') according to an embodiment of the present invention may be manufactured by molding the pouch sheet 137.
  • the pouch sheet 137 may be a sheet-shaped member in which a plurality of layers are laminated.
  • the pouch sheet 137 includes a first resin layer (e.g., polypropylene material) forming one side, a second resin layer (e.g., polyethylene terephthalate material) forming the other side, and the first resin layer. and a metal layer (for example, made of aluminum) located between the second resin layer.
  • the pouch sheet 137 may have flexibility and formability.
  • the battery case 100 may include a cup portion 110 having an indented shape and a gas pocket portion 120 located on one side of the cup portion 110 and having an indented shape.
  • the battery case 100 may further include a terrace 130 located around the cup portion 110 and the gas pocket portion 120.
  • the battery case 100 may include a first case 101 and a second case 102.
  • a case where the first case 101 and the second case 102 are integrally connected will be described as an example.
  • the first case 101 and the second case 102 may be divided by a folding portion 140. When the folding unit 140 is folded, the first case 101 and the second case 102 can face each other. However, it is not limited to this, and of course, it is also possible for the first case 101 and the second case 102 to be manufactured separately.
  • At least one of the first case 101 and the second case 102 may include a cup portion 110. Additionally, at least one of the first case 101 and the second case 102 may include a gas pocket portion 120.
  • the first case 101 includes a cup portion 110 and a gas pocket portion 120
  • the second case 102 includes a cup portion 110 and a gas pocket portion 120.
  • the case where is not included will be explained as an example. Those skilled in the art will be able to easily understand an embodiment in which each of the first case 101 and the second case 102 includes a cup portion 110 and a gas pocket portion 120.
  • the cup portion 110 may be recessed from the terrace 130 by a predetermined depth to form a space in which the electrode assembly 200 is accommodated. After storing the electrode assembly 200 in the cup part 110, the folding part 140 can be folded. Then, the second case 102 can cover the electrode assembly 200 accommodated in the cup portion 110. Accordingly, the electrode assembly 200 can be accommodated within the cup portion 110.
  • the gas pocket portion 120 may be indented in the same direction as the cup portion 110.
  • the gas pocket portion 120 may form a space in which gas is collected.
  • the gas pocket portion 120 may be located on one side of the cup portion 110. In more detail, the gas pocket portion 120 may be located on the opposite side of the folding portion 140 with respect to the cup portion.
  • a pleated portion 121 that is folded or unfolded so that the depth of the gas pocket portion 120 is variable depending on the internal pressure of the gas pocket portion 120 may be formed on the peripheral portion of the gas pocket portion 120.
  • the wrinkle portion 121 may have a bellows shape.
  • the wrinkles 121 may be formed by repeating the convex portions 122 (see FIG. 3) and the concave portions 123 in the depth direction of the gas pocket portion 120.
  • the electrode assembly 200 may be formed with a separator interposed between a plurality of electrodes.
  • the electrode assembly 200 may be a simple stack type in which a plurality of electrodes and separators are alternately stacked, or it may be a lamination & stack type in which unit cells in which electrodes and separators are laminated are stacked.
  • the electrode assembly 200 is a jelly-roll type in which an electrode sheet and a separator sheet are rolled together, and a stack & folding type in which a separator sheet with unit cells stacked is folded. ) type, or a z-folding type in which a separator sheet with a plurality of electrodes stacked is folded in a zigzag manner.
  • the electrode assembly 200 may be provided with an electrode tab 210.
  • the electrode tab 210 may protrude outward from the electrode of the electrode assembly 200.
  • the plurality of positive electrode tabs 211 connected to the plurality of positive electrodes and the plurality of negative electrode tabs 212 connected to the plurality of negative electrodes are oriented in different directions (for example, opposite directions) with respect to the electrode assembly 200. It may protrude.
  • the positive electrode tab 211 and the negative electrode tab 212 to protrude in parallel directions.
  • Electrode leads 220 may be connected to the plurality of electrode tabs 210 .
  • the positive lead 221 may be connected to a plurality of positive electrode tabs 211
  • the negative lead 222 may be connected to a plurality of negative electrode tabs 212.
  • One end of the electrode lead 220 may be connected to the plurality of electrode tabs 210 and the other end may protrude to the outside of the battery case 100 .
  • each electrode lead 220 may be surrounded by an insulating portion 230 .
  • the insulating portion 230 may include an insulating tape.
  • the insulating portion 230 may be positioned to correspond to the terrace 130 of the battery case 100.
  • the insulating portion 230 may be heat-sealed to the terrace 130. Accordingly, the insulating portion 230 can insulate the electrode lead 220 and the battery case 100 and maintain the seal of the battery case 100.
  • Figure 2 is a perspective view of the pouch-type battery case according to an embodiment of the present invention as seen from another direction
  • Figure 3 is a side view of the pouch-type battery case according to an embodiment of the present invention
  • Figure 4 is a view of the pouch-type battery case shown in Figure 3.
  • This is a diagram showing the gas pocket portion in a contracted state
  • FIG. 5 is a diagram showing the gas pocket portion shown in FIG. 3 in an expanded state.
  • FIGS. 2 to 5 the first case 101 shown in FIG. 1 is shown in FIGS. 2 to 5 .
  • the depth of the gas pocket portion 120 may be varied by the wrinkles 121 formed in the gas pocket portion 120.
  • the wrinkles 121 may have a bellows shape.
  • the wrinkles 121 include convex portions 122 that protrude toward the outside of the gas pocket portion 120 and recessed portions located alternately with the convex portions 122 in the depth direction of the gas pocket portion 120. It may include (123).
  • the iron portion 122 may be formed to be convex toward the outside of the gas pocket portion 120.
  • the recessed portion 123 may be concavely formed toward the inside of the gas pocket portion 120.
  • the remaining thickness t1 of the convex part 122 may be thinner than the remaining thickness t2 of the concave part 123.
  • the remaining thickness (t1) of the outermost part of the convex part 122 may be thinner than the remaining thickness (t2) of the innermost part of the concave part 123. This may be a characteristic that appears when negative pressure is applied to the outside of the circumference of the gas pocket portion 120 to form the wrinkle portion 121. This will be described in detail later with reference to FIG. 6.
  • the gas pocket portion 120 may be formed to an initial depth d1.
  • the initial depth d1 may be smaller than the depth d of the cup portion 110.
  • the initial depth d1 may refer to the depth after the wrinkles 121 are formed in the gas pocket portion 120.
  • the depth of the gas pocket portion 120 may be varied by the wrinkle portion 121.
  • the wrinkles 121 shrink, the depth of the gas pocket 120 may decrease.
  • Shrinkage of the corrugated portion 121 may mean that the pitch (p) between the plurality of convex portions 122 becomes smaller.
  • the wrinkles 121 expand, the depth of the gas pocket 120 may increase.
  • the expansion of the corrugated portion 121 may mean that the pitch (p) between the plurality of convex portions 122 increases.
  • the depth of the gas pocket portion 120 may vary between the contracted depth d2 and the expanded depth d3.
  • the range in which the depth of the gas pocket portion 120 is variable may be within a range in which the wrinkle portion 121 is not excessively deformed and the function of the wrinkle portion 121 is maintained.
  • the gas pocket portion 120 may have a shrinkage depth d2.
  • the wrinkles 121 may contract so that the gas pocket 120 has a contraction depth d2.
  • the shrinkage depth (d2) may be smaller than the initial depth (d1). In more detail, the shrinkage depth (d2) may be 0.1 times or less than the initial depth (d1). If the shrinkage depth (d2) is greater than 0.1 times the initial depth (d1), the wrinkles 121 may not be sufficiently deformed and the gas pocket portion 120 may be crushed when sealing the battery case 100 in the negative pressure chamber. There are concerns.
  • the gas pocket 120 may have an expanded depth d3.
  • the gas pocket portion 120 expands to an expansion depth d3 due to the internal pressure of the gas generated by the activation process.
  • the wrinkles 121 may be expanded to have .
  • the expansion depth d3 may be greater than the contraction depth d1.
  • the expansion depth (d3) may be greater than the initial depth (d1).
  • the expansion depth d3 may be 1.2 to 1.3 times the initial depth d1. That is, the expansion depth (d3) may be 12 times or more than the contraction depth (d2). If the expansion depth d3 is less than 1.2 times the initial depth d1, there is a risk that the wrinkles 121 may not be sufficiently deformed and gas may not be sufficiently collected in the gas pocket portion 120.
  • the expansion depth d3 is greater than 1.3 times the initial depth d1
  • cracks may occur due to excessive elongation of the circumference of the gas pocket portion 120 when forming the wrinkle portion 121, or the internal pressure of the collected gas may decrease. There is a risk that the gas pocket portion 120 may be broken.
  • the expansion depth d3 of the gas pocket portion 120 may be 0.7 to 1.3 times the depth d of the cup portion 110. If the expansion depth d3 is less than 0.7 times the depth d of the cup portion 110, there is a risk that gas may not be sufficiently collected in the gas pocket portion 120. Conversely, if the expansion depth d3 is greater than 1.3 times the depth d of the cup portion 110, the volume of the gas pocket portion 120 becomes unnecessarily large, and when forming the gas pocket portion 120, the pouch sheet 137 Cracks may occur due to excessive stretching.
  • the wrinkles 121 can prevent the gas pocket 120 from being distorted by negative pressure and increase the amount of gas that the gas pocket 120 can collect, thereby improving the stability of the activation process.
  • Figure 6 is a schematic diagram of a device for forming wrinkles according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 shows the gas pocket portion 120 before the wrinkle portion 121 (see FIG. 3) is formed.
  • the device 10 for forming the wrinkles 121 on the circumference of the gas pocket 120 (hereinafter referred to as the wrinkle forming device) applies negative pressure from the outside of the circumference of the gas pocket 120 to form the wrinkles 121. ) can be molded.
  • the wrinkle forming device 10 includes a plurality of support parts 11 that contact the outer circumference of the gas pocket part 120 and are disposed at predetermined intervals in the depth direction of the gas pocket part 120, and a plurality of support parts 11. It may include a negative pressure part 12 that applies negative pressure to the outer circumference of the gas pocket part 120 through the gap g between the support parts 11.
  • Each support part 11 may surround the outer circumference of the gas pocket part 120.
  • the plurality of support parts 11 may be in contact with the outer circumference of the gas pocket part 120 at predetermined intervals in the depth direction of the gas pocket part 120.
  • each support portion 11 may support the outer circumference of the gas pocket portion 120.
  • the inner end of the support portion 122 may be formed to be rounded.
  • the negative pressure unit 12 may apply negative pressure to the outer circumference of the gas pocket unit 120 through the gap (g) between the plurality of support units 11.
  • the plurality of intervals g may communicate with a negative pressure chamber, and the negative pressure unit 12 may apply negative pressure to the negative pressure chamber.
  • the negative pressure unit 12 may include a negative pressure pump.
  • the portion of the peripheral portion of the gas pocket portion 120 facing the gap g may be stretched outward by negative pressure.
  • the portion of the circumferential portion of the gas pocket portion 120 facing the gap g may be stretched and formed into a convex portion 122 (see FIG. 3), and the portion in contact with the support portion 11 may form a recessed portion 123. You can.
  • the remaining thickness t1 of the convex portion 122 is the remaining thickness of the convex portion 123. It may be thinner than the thickness (t2).
  • the wrinkle part 122 can be easily and quickly formed.
  • FIG. 7 is a flowchart of a method for manufacturing a secondary battery according to another embodiment of the present invention
  • FIGS. 8A to 8D are sequential schematic diagrams of a method for manufacturing a secondary battery according to another embodiment of the present invention.
  • a secondary battery manufacturing method may be a method of manufacturing a secondary battery including the battery case 100 described above.
  • the secondary battery manufacturing method includes preparing the battery case 100 (S10) (hereinafter, 'case preparation step'), and receiving the electrode assembly 200 and the electrolyte in the cup portion 110 (S20) ( Hereinafter, a 'receiving step'), a step (S30) of sealing the battery case 100 in a negative pressure chamber (hereinafter, a 'sealing step'), and the gas generated by charging and discharging of the electrode assembly 200 is stored in a gas pocket. It may include a collecting step (S40) in the unit 120 (hereinafter, 'gas collecting step').
  • the case preparation step (S10) may be named 'pouch-type battery case manufacturing method', and may itself constitute another embodiment of the present invention.
  • the case preparation step (S10) includes a step (S11) of molding the cup portion 110 and the gas pocket portion 120 on the pouch sheet 137 (hereinafter, 'first molding step'), and the gas pocket portion.
  • a step (S12) of forming a pleated portion 121 on the periphery of the portion 120 that is folded or unfolded so that the depth of the gas pocket portion 120 is variable depending on the internal pressure of the gas pocket portion 120 (hereinafter referred to as 'second'). 2 forming step') may be included.
  • the cup portion 110 and the gas pocket portion 120 may be molded into the pouch sheet 137 to have an indented shape.
  • the cup portion 110 and the gas pocket portion 120 may be drawn and formed.
  • the gas pocket portion 120 and the cup portion 110 may be formed simultaneously or may be formed sequentially according to a preset order.
  • the wrinkle forming device 10 may form the wrinkled part 121 by applying negative pressure to the outer circumference of the gas pocket part 120. Since this has been explained previously, detailed information will be omitted.
  • the gas pocket portion 120 in which the wrinkle portion 121 is formed may have an initial depth d1. That is, in the case preparation step (S10), the gas pocket portion 120 may be formed to the initial depth d1.
  • the folding portion 140 may be folded so that the first case 101 and the second case 102 face each other while the electrode assembly 200 is accommodated in the cup portion 110.
  • the first sealing portion 161 may be formed along both edges of the battery case 100. Additionally, edges opposite the folding portion 140 of each of the first case 101 and the second case 102 may be unsealed to form an opening 150.
  • the electrolyte solution may be injected through the opening 150.
  • the electrolyte solution may flow into the cup portion 110 and impregnate the electrode assembly 200.
  • the opening 150 may be sealed to form a second sealing part 162 connected to the previously formed first sealing part 161.
  • the battery case 100 can be completely sealed.
  • the sealing step (S30) may be performed with the battery case 100 placed in a negative pressure chamber (not shown) (eg, a vacuum chamber). As a result, the battery case 100 can be sealed with any gas or air remaining in the battery case 100 removed.
  • a negative pressure chamber not shown
  • the battery case 100 can be sealed with any gas or air remaining in the battery case 100 removed.
  • the depth of the gas pocket portion 120 may be changed to a shrinkage depth d2 (see FIG. 4) that is smaller than the initial depth d1. That is, as negative pressure is applied within the gas pocket portion 120 by the negative pressure chamber, the wrinkle portion 121 shrinks and the depth of the gas pocket portion 120 may decrease. As a result, the gas pocket portion 120 can be prevented from being distorted.
  • the shrinkage depth (d2) may be 0.1 times or less than the initial depth (d1).
  • the electrode assembly 200 can be activated by charging and discharging the electrode assembly 200 through the electrode lead 210 protruding outside the battery case 100.
  • the gas generated by activation of the electrode assembly 200 may be collected in the gas pocket portion 120.
  • the depth of the gas pocket portion 120 may be changed to an expanded depth (d3) that is greater than the initial depth (d1). That is, as the internal pressure of the gas pocket portion 120 increases due to the collected gas, the wrinkle portion 121 expands and the depth of the gas pocket portion 120 may increase. Accordingly, the gas pocket portion 120 can stably collect a sufficiently large amount of gas.
  • the expansion depth d3 may be 1.2 to 1.3 times the initial depth d1.
  • the secondary battery manufacturing method includes a step (S50) of discharging gas from the gas pocket portion 120 (hereinafter, 'degas step'), additional sealing of the battery case 100, and gas pocket portion 120. It may further include a step of cutting (hereinafter referred to as a 'cutting step').
  • At least one hole (H) may be formed by perforating the gas pocket portion 120 or the portion covering the gas pocket portion 120, Gas in the battery case 100 can be discharged through the hole (H).
  • the degas step (S50) may be performed with the battery case 100 placed in a negative pressure chamber (not shown) (eg, a vacuum chamber). Accordingly, the gas in the battery case 100, especially the gas pocket portion 120, can be quickly discharged through the hole (H).
  • a negative pressure chamber not shown
  • the gas in the battery case 100, especially the gas pocket portion 120 can be quickly discharged through the hole (H).
  • the third sealing portion 163 may be formed by sealing between the cup portion 110 and the gas pocket portion 120. Both ends of the third sealing part 163 may be connected to the first sealing part 161.
  • the battery case 100 may be cut along the virtual cutting line CL located on the third sealing part 163 or outside the third sealing part 163. As a result, a portion of the battery case 100 including the gas pocket portion 120 can be removed.
  • Wrinkle forming device 11 support part
  • Cup portion 120 Gas pocket portion

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Abstract

본 발명의 실시예에 따른 파우치형 전지 케이스는, 만입 형상을 갖는 컵부; 및 상기 컵부의 일측에 위치하며 만입 형상을 갖는 가스 포켓부를 포함할 수 있다. 상기 가스 포켓부의 둘레부에는, 상기 가스 포켓부의 내압에 따라 상기 가스 포켓부의 깊이가 가변되도록 접히거나 펼쳐지는 주름부가 형성될 수 있다. 상기 주름부는, 상기 가스 포켓부의 외측을 향해 돌출되는 철부; 및 상기 가스 포켓부의 깊이 방향에 대해 상기 철부와 교번적으로 위치한 요부를 포함할 수 있다. 상기 철부의 잔존 두께는, 상기 요부의 잔존 두께보다 얇을 수 있다.

Description

파우치형 전지 케이스 및 그 제조 방법, 그리고 이차전지 제조 방법
관련출원과의 상호인용
본 출원은 2022년 08월 29일자 한국특허출원 제10-2022-0108708호에 기초한 우선권의 이익을 주장하며, 해당 한국특허출원의 문헌에 개시된 모든 내용은 본 명세서의 일부로서 포함된다.
기술분야
본 발명은, 파우치형 전지 케이스 및 그 제조 방법, 그리고 상기 파우치형 전지 케이스를 사용하는 이차전지 제조 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 이차전지는 충전이 불가능한 일차 전지와 달리, 충방전이 가능한 전지를 의미하며, 휴대폰, 노트북, 캠코더 등의 전자기기 또는 전기 자동차 등에 널리 사용되고 있다. 특히, 리튬 이차전지는 니켈-카드뮴 전지 또는 니켈-수소 전지보다 큰 용량을 가지며, 단위 중량당 에너지 밀도가 높기 때문에 그 활용 정도가 급속도로 증가되는 추세에 있다.
이차 전지는 전지 케이스의 타입에 의해 분류될 수 있으며, 대표적으로 원통형이나 각형 전지 케이스를 포함하는 캔형 이차 전지와, 파우치형 전지 케이스를 포함하는 파우치형 이차 전지를 예로 들 수 있다.
파우치형 전지 케이스에는 전극 조립체가 수용되는 컵부와, 가스가 포집되는 가스 포켓부가 구비될 수 있다. 상기 가스 포켓부는, 전극 조립체가 수용되는 컵부와 마찬가지로, 포밍 장치등에 의해 드로잉 성형될 수 있다
좀 더 상세히, 파우치형 이차전지의 제조 방법은, 상기 컵부에 전극 조립체를 수용시킨 상태에서 파우치형 전지 케이스의 일부를 실링하는 공정과, 파우치형 전지 케이스의 미실링된 개구를 통해 전해액을 주입하는 공정과, 상기 개구를 실링하는 공정과, 충방전에 의해 전극 조립체를 활성화시키는 공정을 포함할 수 있다. 그리고, 상기 활성화 공정에서 발생한 가스는 가스 포켓부에 포집될 수 있다.
한편, 파우치형 전지 케이스 내에 불필요한 가스나 에어가 잔존하는 것을 방지하기 위해, 상기 개구를 실링하는 공정은 음압 챔버(예를 들어, 진공 챔버) 내에서 수행됨이 일반적이다.
그러나, 이러한 음압에 의해, 전극 조립체가 수용되어 있는 컵부와 달리, 가스 포켓부는 그 형상이 유지되지 못하고 찌그러지거나 변형되는 발생할 우려가 있다. 가스 포켓부가 찌그러지거나 변형될 경우, 가스 포켓부의 체적이 감소하므로 가스를 충분히 포집하지 못하는 문제점이 있으므로, 개선이 요구된다.
본 발명이 해결하고자 하는 일 과제는, 가스 포켓부에 형성된 주름부에 의해 가스 포켓부가 찌그러지는 것을 방지하고 충분히 많은 양의 가스를 포집할 수 있는 파우치형 전지 케이스 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는, 상기 파우치형 전지 케이스를 포함하는 이차 전지의 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 파우치형 전지 케이스는, 만입 형상을 갖는 컵부; 및 상기 컵부의 일측에 위치하며 만입 형상을 갖는 가스 포켓부를 포함할 수 있다. 상기 가스 포켓부의 둘레부에는, 상기 가스 포켓부의 내압에 따라 상기 가스 포켓부의 깊이가 가변되도록 접히거나 펼쳐지는 주름부가 형성될 수 있다. 상기 주름부는, 상기 가스 포켓부의 외측을 향해 돌출되는 철부; 및 상기 가스 포켓부의 깊이 방향에 대해 상기 철부와 교번적으로 위치한 요부를 포함할 수 있다. 상기 철부의 잔존 두께는, 상기 요부의 잔존 두께보다 얇을 수 있다.
상기 가스 포켓부의 깊이는, 수축 깊이 및 상기 수축 깊이보다 깊은 확장 깊이 사이에서 가변되며, 상기 확장 깊이는, 상기 컵부의 깊이의 0.7배 내지 1.3배일수 있다.
상기 가스 포켓부의 깊이는, 수축 깊이 및 상기 수축 깊이보다 깊은 확장 깊이 사이에서 가변되며, 상기 확장 깊이는 상기 수축 깊이의 12배 이상일 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 파우치형 전지 케이스 제조 방법은, 파우치 시트에 컵부 및 가스 포켓부를 성형하는 단계; 및 상기 가스 포켓부의 둘레부에 상기 가스 포켓부의 내압에 따라 상기 가스 포켓부의 깊이가 가변되도록 접히거나 펼쳐지는 주름부를 성형하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 주름부는, 상기 가스 포켓부의 외측을 향해 돌출되는 철부; 및 상기 가스 포켓부의 깊이 방향에 대해 상기 철부와 교번적으로 위치한 요부를 포함할 수 있다. 상기 철부의 잔존 두께는, 상기 요부의 잔존 두께보다 얇을 수 있다.
상기 주름부가 성형된 상기 가스 포켓부는 초기 깊이를 가지고, 상기 가스 포켓부의 깊이는, 상기 초기 깊이보다 작은 수축 깊이와, 상기 초기 깊이보다 큰 확장 깊이 사이에서 가변될 수 있다.
상기 수축 깊이는 상기 초기 깊이의 0.1배 이하일 수 있다.
상기 확장 깊이는 상기 초기 깊이의 1.2배 내지 1.3배일 수 있다.
상기 주름부를 성형하는 장치는, 상기 가스 포켓부의 외둘레에 접하며 상기 가스 포켓부의 깊이 방향으로 소정의 간격마다 배치되는 복수개의 지지부; 및 상기 복수개의 지지부의 사이 간격을 통해 상기 가스 포켓부의 외둘레에 음압을 가하는 음압부를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 이차 전지 제조 방법은, 파우치형 전지 케이스를 준비하는 단계; 상기 파우치형 전지 케이스의 컵부에 전극 조립체 및 전해액을 수용하는 단계; 음압 챔버 내에서 상기 파우치형 전지 케이스를 실링하는 단계; 및 상기 전극 조립체의 충방전에 의해 발생한 가스를 상기 파우치형 전지 케이스의 가스 포켓부에 포집하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 파우치형 전지 케이스를 준비하는 단계는, 파우치 시트에 상기 컵부 및 상기 가스 포켓부를 성형하는 단계; 및 상기 가스 포켓부의 둘레부에 상기 가스 포켓부의 내압에 따라 상기 가스 포켓부의 깊이가 가변되도록 접히거나 펼쳐지는 주름부를 성형하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 주름부는, 상기 가스 포켓부의 외측을 향해 돌출되는 철부; 및 상기 가스 포켓부의 깊이 방향에 대해 상기 철부와 교번적으로 위치한 요부를 포함할 수 있다. 상기 철부의 잔존 두께는, 상기 요부의 잔존 두께보다 얇을 수 있다.
상기 파우치형 전지 케이스를 준비하는 단계에서 상기 가스 포켓부는 초기 깊이로 성형되고, 상기 파우치형 전지 케이스를 실링하는 단계에서 상기 가스 포켓부의 깊이는 상기 초기 깊이보다 작은 수축 깊이로 가변될 수 있다.
상기 가스를 상기 가스 포켓부에 포집하는 단계에서 상기 가스 포켓부의 깊이는 상기 초기 깊이보다 큰 확장 깊이로 가변될 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 파우치형 전지 케이스의 실링 시 가스 포켓부 내에 음압이 작용하더라도, 주름부가 수축하며 가스 포켓부의 깊이가 줄어들 수 있다. 이로써, 가스 포켓부가 찌그러지는 것을 방지할 수 있다.
또한, 가스 포켓부 내에 가스가 포집되면 가스 포켓부의 내압이 증가하여 주름부가 확장되고 가스 포켓부의 깊이가 늘어날 수 있다. 이로써, 가스 포켓부가 충분히 많은 양의 가스를 안정적으로 포집할 수 있다.
이 외에도, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 구성들로부터 당업자가 용이하게 예측 가능한 효과들을 포함할 수 있다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술되는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 파우치형 전지 케이스 및 그에 수용되는 전극 조립체를 도시한 조립도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 파우치형 전지 케이스를 다른 방향에서 바라본 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 파우치형 전지 케이스의 측면도이다.
도 4는 도 3에 도시된 가스 포켓부가 수축된 상태가 도시된 도면이다.
도 5는 도 3에 도시된 가스 포켓부가 확장된 상태가 도시된 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 주름부를 형성하는 장치의 모식도이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차전지 제조 방법의 순서도이다.
도 8a 내지 도 8d는 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차 전지의 제조 방법의 순차적인 모식도이다.
이하에서는 첨부의 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 이하의 실시예에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분 또는 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 관련 공지 기술에 대한 상세한 설명은 생략하였으며, 본 명세서에서 각 도면의 구성요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서는, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일 또는 유사한 참조 부호를 붙이도록 한다
또한, 본 명세서 및 특허청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정하여 해석되어서는 안되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 파우치형 전지 케이스 및 그에 수용되는 전극 조립체를 도시한 조립도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 파우치형 전지 케이스(100)(이하, '전지 케이스')는, 파우치 시트(137)가 성형되어 제조될 수 있다. 상기 파우치 시트(137)는 복수개의 층이 라미네이션된 시트형 부재일 수 있다. 예를 들어, 파우치 시트(137)는 일면을 이루는 제1수지층(예를 들어, Polypropylene 재질)과, 타면을 이루는 제2수지층(예를 들어, polyethylene terephthalate 재질)과, 상기 제1수지층과 제2수지층의 사이에 위치한 금속층(예를 들어, 알루미늄 재질)을 포함할 수 있다. 파우치 시트(137)는 유연성과 성형성을 가질 수 있다.
전지 케이스(100)는, 만입 형상을 갖는 컵부(110) 및 상기 컵부(110)의 일측에 위치하며 만입 형상을 갖는 가스 포켓부(120)를 포함할 수 있다. 전지 케이스(100)는, 컵부(110) 및 가스 포켓부(120)의 둘레에 위치한 테라스(130)를 더 포함할 수 있다.
좀 더 상세히, 전지 케이스(100)는 제1케이스(101)와 제2케이스(102)를 포함할 수 있다. 이하, 도 1에 도시된 바와 같이, 제1케이스(101)와 제2케이스(102)가 일체로 연결된 경우를 예로 들어 설명한다. 제1케이스(101)와 제2케이스(102)는 폴딩부(140)으로 구획될 수 있다. 폴딩부(140)가 폴딩되면 제1케이스(101)와 제2케이스(102)는 서로 마주볼 수 있다. 다만 이에 한정되는 것은 아니며, 제1케이스(101)와 제2 케이스(102)가 서로 분리되어 별도로 제조되는 것도 가능함은 물론이다.
제1케이스(101)와 제2케이스(102) 중 적어도 하나는 컵부(110)를 포함할 수 있다. 또한, 제1케이스(101)와 제2케이스(102) 중 적어도 하나는 가스 포켓부(120)를 포함할 수 있다. 이하, 도 1에 도시된 바와 같이, 제1케이스(101)는 컵부(110) 및 가스 포켓부(120)를 포함하고, 제2케이스(102)는 컵부(110) 및 가스 포켓부(120)를 미포함하는 경우를 예로 들어 설명한다. 당업자는 제1케이스(101) 및 제2케이스(102) 각각이 컵부(110) 및 가스 포켓부(120)를 포함하는 실시예에 대해서도 용이하게 이해할 수 있을 것이다.
컵부(110)는 테라스(130)로부터 소정의 깊이만큼 만입되어, 전극 조립체(200)가 수납되는 공간을 형성할 수 있다. 컵부(110)에 전극 조립체(200)를 수납한 후에, 폴딩부(140)를 폴딩할 수 있다. 그러면 제2케이스(102)는 컵부(110)에 수용된 전극 조립체(200)를 커버할 수 있다. 이로써, 전극 조립체(200)는 컵부(110) 내에 수용될 수 있다.
가스 포켓부(120)는 컵부(110)와 동일한 방향으로 만입될 수 있다. 가스 포켓부(120)는 가스가 포집되는 공간을 형성할 수 있다.
가스 포켓부(120)는 컵부(110)의 일측에 위치할 수 있다. 좀 더 상세히, 가스 포켓부(120)는 컵부에 대해 폴딩부(140)의 반대편에 위치할 수 있다.
가스 포켓부(120)의 둘레부에는, 가스 포켓부(120)의 내압에 따라 가스 포켓부(120)의 깊이가 가변되도록 접히거나 펼쳐지는 주름부(121)가 형성될 수 있다. 주름부(121)는 벨로우즈 형상을 가질 수 있다. 좀 더 상세히, 주름부(121)는 가스 포켓부(120)의 깊이 방향에 대해 철부(122)(도 3 참조)와 요부(123)가 반복되게 형성될 수 있다.
한편, 전극 조립체(200)는 복수개의 전극의 사이에 분리막이 개재되어 형성될 수 있다. 예를 들어, 전극 조립체(200)는 복수개의 전극과 분리막이 번갈아 적층된 단순 스택(stack) 타입이거나, 전극과 분리막이 라미네이션된 단위 셀이 적층되는 라미네이션 앤 스택(Lamination & Stack) 타입일 수 있다. 다만 이에 한정되는 것은 아니며, 전극 조립체(200)는, 전극 시트와 분리막 시트가 함께 권취되는 젤리-롤(Jelly-roll) 타입, 단위셀이 적층된 분리막 시트가 폴딩되는 스택 앤 폴딩(Stack & Folding) 타입, 복수개의 전극이 적층된 분리막 시트가 지그재그로 폴딩되는 z-폴딩(z-Folding) 타입 중 어느 하나일 수도 있다.
전극 조립체(200)에는 전극 탭(210)이 구비될 수 있다. 전극 탭(210)은 전극 조립체(200)의 전극으로부터 외부로 돌출될 수 있다. 좀 더 상세히, 복수개의 양극에 연결된 복수개의 양극 탭(211)과, 복수개의 음극에 연결된 복수개의 음극 탭(212)은 전극 조립체(200)에 대해 서로 다른 방향(예를 들어, 반대 방향)으로 돌출될 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니며, 양극 탭(211)과 음극 탭(212)이 서로 나란한 방향으로 돌출되는 것도 가능함은 물론이다.
복수개의 전극 탭(210)에는 전극 리드(220)가 연결될 수 있다. 좀 더 상세히, 양극 리드(221)는 복수개의 양극 탭(211)과 연결될 수 있고, 음극 리드(222)는 복수개의 음극 탭(212)과 연결될 수 있다.
전극 리드(220)는 일단이 복수개의 전극 탭(210)과 연결되고 타단이 전지 케이스(100)의 외부로 돌출될 수 있다.
각 전극 리드(220)의 일부는 절연부(230)로 주위가 포위될 수 있다. 예를 들어, 절연부(230)는 절연 테이프를 포함할 수 있다. 전극 조립체(200)가 컵부(110)에 수용되면 절연부(230)는 전지 케이스(100)의 테라스(130)와 대응되게 위치할 수 있다. 전지 케이스(100)의 실링 시에 절연부(230)는 테라스(130)와 열 융착될 수 있다. 따라서, 절연부(230)는 전극 리드(220)와 전지 케이스(100)를 절연시키며 전지 케이스(100)의 실링을 유지시킬 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 파우치형 전지 케이스를 다른 방향에서 바라본 사시도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 파우치형 전지 케이스의 측면도이고, 도 4는 도 3에 도시된 가스 포켓부가 수축된 상태가 도시된 도면이고, 도 5는 도 3에 도시된 가스 포켓부가 확장된 상태가 도시된 도면이다.
설명의 편의를 위해, 도 2 내지 도 5에는 도 1에 도시된 제1케이스(101)가 도시되어 있다.
가스 포켓부(120)에 형성된 주름부(121)에 의해, 가스 포켓부(120)의 깊이는 가변될 수 있다.
앞서 설명한 바와 같이, 주름부(121)는 벨로우즈 형상을 가질 수 있다. 좀 더 상세히, 주름부(121)는, 가스 포켓부(120)의 외측을 향해 돌출되는 철부(122)와, 가스 포켓부(120)의 깊이 방향에 대해 철부(122)와 교번적으로 위치한 요부(123)를 포함할 수 있다.
철부(122)는 가스 포켓부(120)의 외측을 향해 볼록하게 형성될 수 있다. 요부(123)는 가스 포켓부(120)의 내측을 향해 오목하게 형성될 수 있다.
철부(122)의 잔존 두께(t1)는, 요부(123)의 잔존 두께(t2)보다 얇을 수 있다. 좀 더 상세히, 철부(122)의 최외측부의 잔존 두께(t1)는 요부(123)의 최내측부의 잔존 두께(t2)보다 얇을 수 있다. 이는 가스 포켓부(120)의 둘레부 외측에서 음압을 가하여 주름부(121)를 형성함에 따라 나타나는 특징일 수 있다. 이에 대해서는 이후 도 6을 참조하여 상세히 설명한다.
가스 포켓부(120)는 초기 깊이(d1)로 성형될 수 있다. 상기 초기 깊이(d1)는 컵부(110)의 깊이(d)보다 작을 수 있다. 초기 깊이(d1)는 가스 포켓부(120)에 주름부(121)가 형성된 후의 깊이를 의미할 수 있다.
가스 포켓부(120)의 깊이는 주름부(121)에 의해 가변될 수 있다. 좀 더 상세히, 주름부(121)가 수축하면 가스 포켓부(120)의 깊이는 줄어들 수 있다. 주름부(121)의 수축은, 복수개의 철부(122) 간 피치(pitch)(p)가 작아지는 것을 의미할 수 있다. 반대로 주름부(121)가 확장하면 가스 포켓부(120)의 깊이는 증가할 수 있다. 주름부(121)의 확장은, 복수개의 철부(122) 간 피치(pitch)(p)가 커지는 것을 의미할 수 있다.
가스 포켓부(120)의 깊이는, 수축 깊이(d2) 및 확장 깊이(d3) 사이에서 가변될 수 있다. 가스 포켓부(120)의 깊이가 가변되는 범위는, 주름부(121)가 과도하게 변형되지 않고 주름부(121)의 기능이 유지되는 범위 내일 수 있다.
도 4에 도시된 바와 같이 주름부(121)가 최대한 수축하면 가스 포켓부(120)는 수축 깊이(d2)를 가질 수 있다. 예를 들어, 음압 챔버 내에서 전지 케이스(100)의 실링 시 가스 포켓부(120)가 수축 깊이(d2)를 가지도록 주름부(121)가 수축할 수 있다.
수축 깊이(d2)는 초기 깊이(d1)보다 작을 수 있다. 좀 더 상세히, 수축 깊이(d2)는 초기 깊이(d1)의 0.1배 이하일 수 있다. 만일 수축 깊이(d2)가 초기 깊이(d1)의 0.1배보다 크면, 음압 챔버 내에서 전지 케이스(100)의 실링 시에 주름부(121)가 충분히 변형되지 못하고 가스 포켓부(120)가 찌그러질 우려가 있다.
도 5에 도시된 바와 같이 주름부(121)가 최대한 확장되면 가스 포켓부(120)는 확장 깊이(d3)를 가질 수 있다. 예를 들어, 전지 케이스(100)가 실링된 상태에서 전극 조립체(200)를 충방전하는 활성화 공정 시, 상기 활성화 공정에 의해 발생한 가스의 내압에 의해 가스 포켓부(120)가 확장 깊이(d3)를 가지도록 주름부(121)가 확장될 수 있다.
확장 깊이(d3)는 수축 깊이(d1)보다 클 수 있다. 확장 깊이(d3)는 초기 깊이(d1)보다 클 수 있다. 좀 더 상세히, 확장 깊이(d3)는 초기 깊이(d1)의 1.2배 내지 1.3배일 수 있다. 즉, 확장 깊이(d3)는 수축 깊이(d2)의 12배 이상일 수 있다. 확장 깊이(d3)가 초기 깊이(d1)의 1.2배보다 작으면, 주름부(121)가 충분히 변형되지 못하고 가스 포켓부(120) 내에 가스가 충분히 포집되지 못할 우려가 있다. 반대로 확장 깊이(d3)가 초기 깊이(d1)의 1.3배보다 크면, 주름부(121)의 성형 시 가스 포켓부(120)의 둘레부가 과도하게 연신됨에 따라 크랙이 발생하거나, 포집된 가스의 내압에 의해 가스 포켓부(120)가 파단될 우려가 있다.
또한, 가스 포켓부(120)의 확장 깊이(d3)는, 컵부(110)의 깊이(d)의 0.7배 내지 1.3배일 수 있다. 만일 확장 깊이(d3)가 컵부(110)의 깊이(d)의 0.7배보다 작으면, 가스 포켓부(120)에 가스가 충분히 포집되지 못할 우려가 있다. 반대로 확장 깊이(d3)가 컵부(110)의 깊이(d)의 1.3배보다 크면, 가스 포켓부(120)의 체적이 불필요하게 커지고, 가스 포켓부(120)의 성형 시 파우치 시트(137)가 과도하게 연신됨에 따라 크랙이 발생할 수 있다.
따라서, 주름부(121)는, 가스 포켓부(120)가 음압에 의해 찌그러지는 것을 방지하고, 가스 포켓부(120)가 포집 가능한 가스의 양을 증가시켜 활성화 공정의 안정성을 개선시킬 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 주름부를 형성하는 장치의 모식도이다.
도 6에는 주름부(121)(도 3 참조)가 형성되기 이전의 가스 포켓부(120)가 도시되어 있다. 가스 포켓부(120)의 둘레부에 주름부(121)를 성형하는 장치(10)(이하, 주름부 성형장치)는, 가스 포켓부(120)의 둘레부 외측에서 음압을 가하여 주름부(121)를 성형할 수 있다.
좀 더 상세히, 주름부 성형장치(10)는, 가스 포켓부(120)의 외둘레에 접하며 가스 포켓부(120)의 깊이 방향으로 소정의 간격마다 배치되는 복수개의 지지부(11)와, 복수개의 지지부(11)의 사이 간격(g)을 통해 가스 포켓부(120)의 외둘레에 음압을 가하는 음압부(12)를 포함할 수 있다.
각 지지부(11)는 가스 포켓부(120)의 외둘레를 둘러쌀 수 있다. 복수개의 지지부(11)는, 가스 포켓부(120)의 깊이 방향으로 소정의 간격을 두고 가스 포켓부(120)의 외둘레에 접할 수 있다. 음압부(12)가 가스 포켓부(120)의 외둘레에 음압을 가할 때 각 지지부(11)는 가스 포켓부(120)의 외둘레를 지지할 수 있다.
가스 포켓부(120)에 크랙이 발생하는 것을 방지하기 위해, 지지부(122)의 내측 단부는 라운드지게 형성될 수 있다.
음압부(12)는 복수개의 지지부(11)의 사이 간격(g)을 통해 가스 포켓부(120)의 외둘레에 음압을 가할 수 있다. 예를 들어, 도 6에 도시된 바와 같이, 복수개의 간격(g)은 음압 챔버로 연통될 수 있고, 음압부(12)는 상기 음압 챔버에 음압을 작용할 수 있다. 일례로, 음압부(12)는 음압 펌프를 포함할 수 있다.
따라서, 가스 포켓부(120)의 둘레부에서 상기 간격(g)을 향하는 부분은 음압에 의해 외측으로 연신될 수 있다. 가스 포켓부(120)의 둘레부에서 상기 간격(g)을 향하는 부분은 연신되며 철부(122)(도 3 참조)로 성형될 수 있고, 지지부(11)에 접하는 부분은 요부(123)를 이룰 수 있다.
이처럼 가스 포켓부(120)의 둘레부 일부가 외측으로 연신되며 철부(122)로 성형되므로, 도 3에 도시된 바와 같이, 철부(122)의 잔존 두께(t1)는, 요부(123)의 잔존 두께(t2)보다 얇을 수 있다.
이러한 주름부 성형장치(10)에 의해, 주름부(122)를 용이하고 신속하게 성형할 수 있다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차전지 제조 방법의 순서도이고, 도 8a 내지 도 8d는 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차 전지의 제조 방법의 순차적인 모식도이다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 이차전지 제조 방법은, 앞서 설명한 전지 케이스(100)를 포함하는 이차 전지를 제조하는 방법일 수 있다.
상기 이차전지 제조 방법은, 전지 케이스(100)를 준비하는 단계(S10)(이하, '케이스 준비 단계')와, 컵부(110)에 전극 조립체(200) 및 전해액을 수용하는 단계(S20)(이하, '수용 단계')와, 음압 챔버 내에서 전지 케이스(100)를 실링하는 단계(S30)(이하, '실링 단계')와, 전극 조립체(200)의 충방전에 의해 발생한 가스를 가스 포켓부(120)에 포집하는 단계(S40)(이하, '가스 포집 단계')를 포함할 수 있다.
케이스 준비 단계(S10)는, '파우치형 전지 케이스 제조 방법'으로 명명될 수 있으며, 그 자체로 본 발명의 또다른 실시예를 구성할 수 있다.
좀 더 상세히, 케이스 준비 단계(S10)는, 파우치 시트(137)에 컵부(110) 및 가스 포켓부(120)를 성형하는 단계(S11)(이하, '제1성형 단계')와, 가스 포켓부(120)의 둘레부에 가스 포켓부(120)의 내압에 따라 가스 포켓부(120)의 깊이가 가변되도록 접히거나 펼쳐지는 주름부(121)를 성형하는 단계(S12)(이하, '제2성형 단계')를 포함할 수 있다.
제1성형 단계(S11) 시, 파우치 시트(137)에 컵부(110) 및 가스 포켓부(120)가 만입 형상을 갖도록 성형될 수 있다. 예를 들어, 컵부(110) 및 가스 포켓부(120)는 드로잉 성형될 수 있다. 가스 포켓부(120)와 컵부(110)는 동시에 형성되거나 기설정된 순서에 따라 순차적으로 형성될 수 있다.
제2성형 단계(S12) 시, 주름부 성형장치(10)(도 6 참조)는 가스 포켓부(120)의 외둘레에 음압을 가하여 주름부(121)를 성형할 수 있다. 이에 대해서는 앞서 설명하였으므로 자세한 내용은 생략한다.
주름부(121)가 성형된 가스 포켓부(120)는 초기 깊이(d1)를 가질 수 있다. 즉, 케이스 준비 단계(S10)에서 가스 포켓부(120)는 초기 깊이(d1)로 성형될 수 있다.
수용 단계(S20) 시, 컵부(110)에 전극 조립체(200)를 수용한 상태에서 제1케이스(101)와 제2케이스(102)가 마주보도록 폴딩부(140)를 폴딩할 수 있다.
이후, 도 8a에 도시된 바와 같이, 제1케이스(101)의 테라스(130)와 제2케이스(102)가 서로 맞닿는 부분 중 일부를 서로 열융착 시켜 제1실링부(161)를 형성할 수 있다. 폴딩부(140)가 하방을 향하는 상태에서 제1실링부(161)는 전지 케이스(100)의 양측 가장자리를 따라 형성될 수 있다. 또한, 제1케이스(101) 및 제2케이스(102) 각각의 폴딩부(140) 반대편 가장자리는 미실링되어 개구(150)를 이룰 수 있다.
이후, 상기 개구(150)를 통해 전해액이 주입될 수 있다. 상기 전해액은 컵부(110)의 내부로 유입될 수 있고 전극 조립체(200)를 함침시킬 수 있다.
실링 단계(S30) 시, 도 8b에 도시된 바와 같이, 개구(150)를 실링하여 기 형성되었던 제1실링부(161)와 이어지는 제2실링부(162)를 형성할 수 있다. 이로써 전지 케이스(100)가 전체적으로 실링될 수 있다.
실링 단계(S30)는 전지 케이스(100)가 음압 챔버(미도시)(예를 들어, 진공 챔버) 내에 배치된 상태로 실시될 수 있다. 이로써, 전지 케이스(100) 내에 잔존하는 가스나 에어를 제거된 상태로 전지 케이스(100)가 실링될 수 있다.
실링 단계(S30)에서 가스 포켓부(120)의 깊이는 초기 깊이(d1)보다 작은 수축 깊이(d2)(도 4 참조)로 가변될 수 있다. 즉, 음압 챔버에 의해 가스 포켓부(120) 내에 음압이 작용함에 따라 주름부(121)가 수축하며 가스 포켓부(120)의 깊이가 줄어들 수 있다. 이로써, 가스 포켓부(120)가 찌그러지는 것을 방지할 수 있다.
앞서 설명한 바와 같이, 수축 깊이(d2)는 초기 깊이(d1)의 0.1배 이하일 수 있다.
전지 케이스(100)가 실링된 이후, 전지 케이스(100) 외부로 돌출된 전극 리드(210)를 통해 전극 조립체(200)의 충방전을 실시하여, 전극 조립체(200)를 활성화시킬 수 있다.
가스 포집 단계(S40) 시, 도 8b에 도시된 바와 같이, 전극 조립체(200)의 활성화에 의해 발생한 가스를 가스 포켓부(120)에 포집할 수 있다.
가스 포집 단계(S40)에서 가스 포켓부(120)의 깊이는 초기 깊이(d1)보다 큰 확장 깊이(d3)로 가변될 수 있다. 즉, 포집된 가스에 의해 가스 포켓부(120)의 내압이 증가함에 따라 주름부(121)가 확장되며 가스 포켓부(120)의 깊이가 증가할 수 있다. 이로써, 가스 포켓부(120)는 충분히 많은 양의 가스를 안정적으로 포집할 수 있다.
앞서 설명한 바와 같이, 확장 깊이(d3)는 초기 깊이(d1)의 1.2배 내지 1.3배일 수 있다.
한편, 상기 이차전지 제조 방법은, 가스 포켓부(120)에서 가스를 배출하는 단계(S50)(이하, '디가스 단계')와, 전지 케이스(100)를 추가 실링하고 가스 포켓부(120)를 절단하는 단계(이하, '절단 단계')를 더 포함할 수 있다.
디가스 단계(S50) 시, 도 8c에 도시된 바와 같이, 가스 포켓부(120) 또는 가스 포켓부(120)를 커버하는 부분을 타공하여 적어도 하나의 홀(H)을 형성할 수 있고, 상기 홀(H)을 통해 전지 케이스(100) 내의 가스를 배출시킬 수 있다.
디가스 단계(S50)는 전지 케이스(100)가 음압 챔버(미도시)(예를 들어, 진공 챔버) 내에 배치된 상태로 실시될 수 있다. 이로써, 전지 케이스(100), 특히 가스 포켓부(120) 내의 가스가 홀(H)을 통해 신속하게 배출될 수 있다.
절단 단계(S60) 시, 도 8d에 도시된 바와 같이, 컵부(110)와 가스 포켓부(120) 사이를 실링하여 제3실링부(163)를 형성할 수 있다. 제3실링부(163)의 양 단부는 제1실링부(161)와 이어질 수 있다.
이후, 제3실링부(163) 상에 위치하거나 제3실링부(163)보다 외측에 위치한 가상의 절단 라인(CL)을 따라 전지 케이스(100)를 절단할 수 있다. 이로써, 가스 포켓부(120)를 포함하는 전지 케이스(100)의 일부가 제거될 수 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다.
따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
[부호의 설명]
10; 주름부 성형장치 11: 지지부
12: 음압부 100: 파우치형 전지 케이스
101: 제1케이스 102: 제2케이스
110: 컵부 120: 가스 포켓부
121: 주름부 122: 철부
123: 요부 130: 테라스
140: 폴딩부 200: 전극 조립체

Claims (11)

  1. 만입 형상을 갖는 컵부; 및
    상기 컵부의 일측에 위치하며 만입 형상을 갖는 가스 포켓부를 포함하고,
    상기 가스 포켓부의 둘레부에는,
    상기 가스 포켓부의 내압에 따라 상기 가스 포켓부의 깊이가 가변되도록 접히거나 펼쳐지는 주름부가 형성되고,
    상기 주름부는,
    상기 가스 포켓부의 외측을 향해 돌출되는 철부; 및
    상기 가스 포켓부의 깊이 방향에 대해 상기 철부와 교번적으로 위치한 요부를 포함하며,
    상기 철부의 잔존 두께는, 상기 요부의 잔존 두께보다 얇은 파우치형 전지 케이스.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 가스 포켓부의 깊이는, 수축 깊이 및 상기 수축 깊이보다 깊은 확장 깊이 사이에서 가변되며,
    상기 확장 깊이는, 상기 컵부의 깊이의 0.7배 내지 1.3배인 파우치형 전지 케이스.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 가스 포켓부의 깊이는, 수축 깊이 및 상기 수축 깊이보다 깊은 확장 깊이 사이에서 가변되며,
    상기 확장 깊이는 상기 수축 깊이의 12배 이상인 파우치형 전지 케이스.
  4. 파우치 시트에 컵부 및 가스 포켓부를 성형하는 단계; 및
    상기 가스 포켓부의 둘레부에 상기 가스 포켓부의 내압에 따라 상기 가스 포켓부의 깊이가 가변되도록 접히거나 펼쳐지는 주름부를 성형하는 단계를 포함하고,
    상기 주름부는,
    상기 가스 포켓부의 외측을 향해 돌출되는 철부; 및
    상기 가스 포켓부의 깊이 방향에 대해 상기 철부와 교번적으로 위치한 요부를 포함하며,
    상기 철부의 잔존 두께는, 상기 요부의 잔존 두께보다 얇은 파우치형 전지 케이스 제조 방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 주름부가 성형된 상기 가스 포켓부는 초기 깊이를 가지고,
    상기 가스 포켓부의 깊이는, 상기 초기 깊이보다 작은 수축 깊이와, 상기 초기 깊이보다 큰 확장 깊이 사이에서 가변되는 파우치형 전지 케이스 제조 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 수축 깊이는 상기 초기 깊이의 0.1배 이하인 파우치형 전지 케이스 제조 방법.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 확장 깊이는 상기 초기 깊이의 1.2배 내지 1.3배인 파우치형 전지 케이스 제조 방법.
  8. 제 4 항에 있어서,
    상기 주름부를 성형하는 장치는,
    상기 가스 포켓부의 외둘레에 접하며 상기 가스 포켓부의 깊이 방향으로 소정의 간격마다 배치되는 복수개의 지지부; 및
    상기 복수개의 지지부의 사이 간격을 통해 상기 가스 포켓부의 외둘레에 음압을 가하는 음압부를 포함하는 파우치형 전지 케이스 제조 방법.
  9. 파우치형 전지 케이스를 준비하는 단계;
    상기 파우치형 전지 케이스의 컵부에 전극 조립체 및 전해액을 수용하는 단계;
    음압 챔버 내에서 상기 파우치형 전지 케이스를 실링하는 단계; 및
    상기 전극 조립체의 충방전에 의해 발생한 가스를 상기 파우치형 전지 케이스의 가스 포켓부에 포집하는 단계를 포함하고,
    상기 파우치형 전지 케이스를 준비하는 단계는,
    파우치 시트에 상기 컵부 및 상기 가스 포켓부를 성형하는 단계; 및
    상기 가스 포켓부의 둘레부에 상기 가스 포켓부의 내압에 따라 상기 가스 포켓부의 깊이가 가변되도록 접히거나 펼쳐지는 주름부를 성형하는 단계를 포함하고,
    상기 주름부는,
    상기 가스 포켓부의 외측을 향해 돌출되는 철부; 및
    상기 가스 포켓부의 깊이 방향에 대해 상기 철부와 교번적으로 위치한 요부를 포함하며,
    상기 철부의 잔존 두께는, 상기 요부의 잔존 두께보다 얇은 이차전지 제조 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 파우치형 전지 케이스를 준비하는 단계에서 상기 가스 포켓부는 초기 깊이로 성형되고,
    상기 파우치형 전지 케이스를 실링하는 단계에서 상기 가스 포켓부의 깊이는 상기 초기 깊이보다 작은 수축 깊이로 가변되는 이차전지 제조 방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 가스를 상기 가스 포켓부에 포집하는 단계에서 상기 가스 포켓부의 깊이는 상기 초기 깊이보다 큰 확장 깊이로 가변되는 이차전지 제조 방법.
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