JP2020506516A - ２段階シーリング過程を含むパウチ型電池のサイド部のシーリング方法 - Google Patents

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Abstract

本発明は、電極集電体、及びパウチ型ケースを含むパウチ型電池のサイド部をシーリングする方法であって、前記電極集電体が内蔵された状態で下部ケースと前記下部ケースと連結された上部ケースを折り曲げて前記下部ケースに対面するように位置させる段階と、前記下部ケースと前記上部ケースが対面した状態で、電極端子が突出した方向の外周部に隣接したサイド部のうち折曲部に隣接した下端部をシーリングする１次シーリング段階と、前記サイド部全体をシーリングする２次シーリング段階とを含む、パウチ型電池のサイド部をシーリングする方法に関するものである。

Description

本出願は２０１７年８月２９日付の韓国特許出願第２０１７−０１０９７１９号に基づく優先権の利益を主張し、当該韓国特許出願に開示された全ての内容はこの明細書の一部として含まれる。
本発明は２段階シーリング過程を含むパウチ型電池のサイド部のシーリング方法に係り、より詳しくは互いに連結された構造の上部ケース及び下部ケースを折り曲げた後にシーリングするために、折曲部に隣接したサイド部の下端部をシーリングする１次シーリング段階及びサイド部全体をシーリングする２次シーリング段階を含むパウチ型電池のサイド部のシーリング方法に関する。
リチウム二次電池は、ケースの形状によって、円筒型電池、角型電池、及びパウチ型電池に分類される。円筒型電池と角型電池は金属缶に電極組立体を装着した構造の電池であり、パウチ型電池は通常にアルミニウムラミネートシートのパウチ型ケースに電極組立体を装着した構造の電池である。その中でも、高集積度で積層可能であり、重量当たりエネルギー密度が高く、安価で変形の容易なパウチ型電池が最近に多くの関心を集めている。
前記パウチ型電池は互いに分離される２段の部材からなる電池ケースから構成されることができ、あるいは１段の部材からなるラミネートシートが折り曲げられる構造になることができる。
一般に、パウチ型電池セルの密封のために熱融着シーリング過程を経ることになる。互いに分離される２段の部材で構成される電池ケースからなる場合には、電極組立体収納部の外周部で均一に熱融着されるので、シーリング部が押し出される押出し現象などの問題が発生しない。
しかし、パウチ型電池セルが折曲部を含む１段の部材で構成される電池ケースからなる場合には、折曲部に隣接したシーリング部を密封するとき、シーラント層が折曲部の方向に押し出されながら折曲部に集まるから、折曲部の外側にシーラント層が押し出される現象が発生する。このように、シーラント層が折曲部の外側方向に伸びる部分がコウモリの耳に似ていたと言ってバットイヤ（Ｂａｔ ｅａｒ）と言う。
前記バットイヤが発生する場合、電池セルの全長の測定時、バットイヤ部分を含めて測定するから電池セルの実際の長さより長い長さと測定されるので、電池セルの測定された寸法において浪費される部分が発生する。すなわち、伸びた部分の分だけ実際の電池セルの長さから減縮しなければならないので、電池セルの容量が減る結果が発生する。
故に、パウチ型電池セルの密封過程でシーリング部が伸びることを防止して容量減少の問題を防止するための多様な方案が試みられている。
例えば、韓国特許公開第２０１６−００８８６４７号公報は、パウチ型電池ケースを中央の水平軸を中心に折り曲げて電池ケースを形成する過程と、折り曲げられた端部をシーリングして余剰シーリング部を形成する過程とを開示している。
しかし、前記公報は折り曲げられた端部全体をさらにシーリングする過程によってしわが形成されることを防止する技術を開示しているが、折曲部をシーリングしないながらも電池セルの全長が増える技術を開示していない。このように折り曲げられた端部全体をさらにシーリングすれば、結局その分だけ電池セルの容積が減少するので、既存の問題に比べて何の利点もない。
他の先行技術として、日本国特許公開第２００１−２０２９３１号公報は、パウチ型電池セルにおいて電極組立体収納部の外周の４側面が熱融着されて密封され、コーナー部が斜線方向に折り曲げられた構造を開示し、韓国特許公開第２０１５−０１０１５５１号公報はシーリング部を容易に折り曲げるためにシーリングラインが形成されたパウチ型二次電池を開示し、韓国特許公開第２０１７−００２０９９６号公報は電極タブ−リード結合部が形成される外側境界に隣接するようにシーリング部が形成される構造を開示しているが、前記発明らはセルの全長が増加することを防止するための技術を開示していない。
したがって、電池ケースの一側外周部に折曲部が形成される１単位部材からなる電池ケースを使うパウチ型二次電池の場合、折曲部周辺のシーリング部が伸びることによって電池セルの全長が長く測定されることを防止するための技術に対する必要性が高い実情である。
韓国特許公開第２０１６−００８８６４７号公報 日本国特許公開第２００１−２０２９３１号公報 韓国特許公開第２０１７−００２０９９６号公報
本発明は前記のような従来技術の問題点と過去から要請されて来た技術的課題を解決するためのもので、パウチ型電池のシーリング過程を１次シーリング段階及び２次シーリング段階から構成し、前記１次シーリング段階では折曲部周辺のサイド部をシーリングし、２次シーリング段階ではサイド部全体をシーリングすることにより、折曲部周辺のサイド部が押し出される現象を防止することができ、電極組立体収納部の外周部にクラックが発生することを防止することができる。
このように、折曲部周辺のサイド部の押出し現象を防止してバットイヤを除去することにより、電池セルの全長を正しく測定し、よって従来の電池セルの容量が減る問題を防止することができる。
このような目的を達成するための本発明は、電極集電体、及びパウチ型ケースを含むパウチ型電池のサイド部をシーリングする方法であって、前記電極集電体が内蔵された状態で下部ケースと連結された上部ケースを折り曲げて前記下部ケースに対面するように位置させる段階と、前記下部ケースと前記上部ケースが対面した状態で、電極端子が突出した方向の外周部に隣接したサイド部のうち折曲部に隣接した下端部をシーリングする１次シーリング段階と、前記サイド部全体をシーリングする２次シーリング段階とを含む、パウチ型電池のサイド部をシーリングする方法によってなることができる。
具体的に、本発明のパウチ型電池は、互いに連結された上部ケース及び下部ケースを折り曲げてシーリングする構造の電池ケースを使い、陽極端子及び陰極端子は互いに同一の方向に突出する構造であり、前記陽極端子及び陰極端子の突出方向は電池ケースの折曲部が形成される方向の反対方向である構造であってもよい。
このように、上部ケース及び下部ケースが一つの電池ケースから形成され、折り曲げられた後に密封される場合には、サイド部のシーリング時に電池ケースのシーリング部が加圧されることにより、折曲部に隣接したシーリング部で折曲部の外側に伸びるようにシーリング部が押し出される。
これは、パウチ型二次電池のシーリングのためにシーリング部全体に対して一回の加熱加圧過程によってシーリングされるため、上部ケース及び下部ケースが対面する面でシーリングが行われるとき、折曲部の反対方向のサイド部の端部が一致した状態の場合、折曲部に隣接したサイド部の端部が外側に押し出されるからである。
このように、１次シーリング段階で前記サイドシーリング部の中央折曲部に隣接する下端部をシーリングし、２次シーリング段階で前記サイドシーリング部全体をシーリングするので、１次シーリング段階でサイド部のうち折曲部がある下端部で先に加熱加圧が行われ、上部ケースのシーラント層と下部ケースのシーラント層が互いに融着して、折曲部の外側にサイド部が押し出される現象が著しく減少する。
また、前記１次シーリング段階後にサイドシーリング部全体に対するシーリングである２次シーリングを行うことにより、電極端子が突出した方向のシーリング部を含む電極組立体収納部の外周部のシーリングをなすことができる。
例えば、前記１次シーリング段階が行われる下端部は前記サイド部の全長を基準に下部３０％以下であってもよく、好ましくは前記下端部は前記サイド部の全長を基準に下部１０％以下であってもよい。
前記下端部がサイド部の全長を基準に下部３０％を超える場合にはシーラント層が下端部の方向に移動して押し出される現象が発生することを防止しにくく、下部１０％未満の場合には下端部が安定的に密封されない問題が発生することがあるため好ましくない。
一具体例で、前記パウチ型電池の電解液の注液口の位置及び電解液注液段階を考慮して、前記パウチ型ケースのサイド部のシーリング手順を決定することができ、前記パウチ型ケースの両側サイド部を同時にシーリングすることができ、あるいは前記一側サイド部の１次シーリング及び２次シーリングを行った後、他側サイド部の１次シーリング及び２次シーリングを行うことができる。
前記１次シーリング段階でシーリングされたサイド部の下端部の形状を具体的に調べると、前記１次シーリング段階でシーリングされた下端部の一側面は電極集電体を内蔵した収納部の境界面に対応し、他側面はパウチ型ケースの外側面に対応し、前記下端部は前記折曲部の方向の下部より上部が狭く形成された構造であってもよい。
前記電極組立体収納部の境界面に対応する一側面は電極組立体収納部と対面するサイド部の下端部の方向に形成され、他側面はパウチ型ケースの外側面に対応するように形成されることができ、あるいは外側に押し出された部分が一部存在することができる。したがって、下端部の下部は上部より折曲部の方向に平行な方向に長く形成されることができる。
前記シーリングは、パウチ型電池ケースの内側シーラント層が高温で融解する熱可塑性素材からなる点を考慮すると、加圧熱融着によってなされることができる。
前記１次シーリング段階では、電極組立体収納部の形状と対応する形状のシーリングブロックを使ってシーリングが行われる。具体的に、電極組立体収納部の角部と対面する部分には、電極組立体収納部の曲面角部と対応する曲率半径を有する曲面が形成されたシーリングブロックを使うことができる。よって、前記サイド部から折曲部方向に行くほど電極組立体収納部の方向に折曲部に平行な方向へのシーリング部の長さが長くなる。また、前記２次シーリング段階では平面視で略直方体形のシーリングブロックを用いてサイド部全体に対する熱融着が行われる。
また、前記サイド部の下端部の外側端とサイド部の外側端はおおよそ一致した状態でサイド部の熱融着が行われる。前記１次シーリング段階でシーリングされた下端部の下部の長さは前記２次シーリング段階でシーリングされたシーリング部の下部の長さより長くてもよい。
前記電池ケースは上部ケース及び下部ケースが連結された状態で折り曲げられる構造である点で、前記電極端子は陽極端子及び陰極端子が同じ方向に形成される構造であってもよく、好ましくは前記電極端子は陽極端子及び陰極端子が折曲部の反対方向に位置する構造であってもよい。
一具体例で、前記パウチ型電池に前記サイド部の下端部のような形状が形成されるためには、前記１次シーリング段階は、平面視形状が前記下端部の形状と対応する形状を有するシーリングブロックによって行われることができる。
また、前記パウチ型電池のサイド部全体には平面視で長軸の長さが短軸の長さより相対的に長い長方形構造のシーリング部が形成されることができ、前記２次シーリング段階は平面視形状が前記サイド部のシーリング部の形状と対応する形状を有するシーリングブロックによって行われることができる。
このように、本発明によるパウチ型電池のサイド部をシーリングする方法は、１次シーリング段階及び２次シーリング段階のそれぞれで使われるシーリングブロックの形状に違いがある。
１次シーリング段階でサイド部のうち折曲部に隣接した下端部をシーリングしているが、必要によってはサイド部のうち折曲部から一番遠い上端部も同時に実施することができる。前記上端部のシーリングは正確に折曲部に隣接した下端部をシーリングする方法と対称の形態に進むことができる。
また、本発明は、前記パウチ型電池のサイド部をシーリングする方法を用いて製造されたパウチ型電池及び前記パウチ型電池を含む電池パックを提供する。
前記パウチ型電池は折曲部のバットイヤ（ｂａｔ ｅａｒ）が０．０１ｍｍ〜０．２ｍｍの範囲で形成され、シーリング部から押し出された部分が相対的に小さいから、電池セルの大きさが大きく測定されることによって浪費される要素を最小化することができる。
具体的に、前記電池パックは、高温安全性及び長いサイクル特性と高いレート特性などが要求されるデバイスの電源として使われることができる。このようなデバイスの具体的な例としては、モバイル電子機器（ｍｏｂｉｌｅ ｄｅｖｉｃｅ）、ウェアラブル電子機器（ｗｅａｒａｂｌｅ ｄｅｖｉｃｅ）、電池的モーターによって動力を受けて動作するパワーツール（ｐｏｗｅｒ ｔｏｏｌ）；電気自動車（Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｖｅｈｉｃｌｅ、ＥＶ）、ハイブリッド電気自動車（Ｈｙｂｒｉｄ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｖｅｈｉｃｌｅ、ＨＥＶ）、プラグインハイブリッド電気自動車（Ｐｌｕｇ−ｉｎ Ｈｙｂｒｉｄ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｖｅｈｉｃｌｅ、ＰＨＥＶ）などを含む電気車；電気自転車（Ｅ−ｂｉｋｅ）、電気スクーター（Ｅ−ｓｃｏｏｔｅｒ）を含む電気二輪車；電気ゴルフカート（ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｇｏｌｆ ｃａｒｔ）；電力貯蔵装置（Ｅｎｅｒｇｙ Ｓｔｏｒａｇｅ Ｓｙｓｔｅｍ）などを挙げることができるが、これに限定されるものではない。
これらのデバイスの構造及びその製作方法は当該分野に公知となっているので、本明細書ではそれについての詳細な説明は省略する。
従来の方法によって生成されたバットイヤの概略図である。 一実施例による１次シーリングを実施したパウチ型電池の平面図である。 図２の１次シーリング後に２次シーリングをさらに実施したパウチ型電池の平面図である。 図２の１次シーリング段階で使われるシーリングブロックの斜視図である。 図３の２次シーリング段階で使われるシーリングブロックの斜視図である。 比較例で使用されたシーリングブロックの斜視図である。 実施例及び比較例の実験結果を示したグラフである。
以下では、本発明の実施例を図面に基づいて説明するが、これは本発明のより容易な理解のためのもので、本発明の範疇がそれによって限定されるものではない。
図１は従来の方法である図６のシーリングブロックを使う場合に発生し得るバットイヤを示す。
図２は一実施例による１次シーリングを実施したパウチ型電池の平面図を模式的に示し、図３は前記１次シーリングと２次シーリングをさらに実施したパウチ型電池の平面図を模式的に示している。
図２及び図３を参照すれば、パウチ型電池１００は、陽極端子１０１及び陰極端子１０２が上方に突出し、中心部には電極組立体収納部１０５が形成されており、電極組立体収納部１０５には電極組立体１０４が収納されている。陽極端子１０１及び陰極端子１０２は、電池ケースのシーリング部と重畳する部分に、電極端子と電池ケースの密封力を向上させるとともに電気絶縁性を保障するために、絶縁フィルム１０３が介在された状態でシーリングされている。
パウチ型電池１００は、電極組立体収納部が形成された下部ケース、及び下部ケースと連結された構造であり、折り曲げられた状態で下部ケースの上面に位置する上部ケースからなり、電池ケースの下側面には上部ケース及び下部ケースが互いに折り曲げられる折曲部１２１が形成される。
電極端子が突出した方向の外周部に隣接するように左側サイド部１１１ａ及び右側サイド部１１１ｂが形成され、左側サイド部１１１ａの下端部１１２ａ及び右側サイド部１１１ｂの下端部１１２ｂは１次シーリング段階によって熱融着されている。
左側下端部１１２ａと右側下端部１１２ｂのそれぞれの内側は電極組立体収納部のコーナー部と対面するとともに収納部のコーナー部の形状と対応する曲面構造になっており、左側下端部１１２ａと右側下端部１１２ｂのそれぞれの外側は電池の外周部と一致する。下端部１１２ａ、１１２ｂの下部は折曲部１２１と合い、下端部１１２ａ、１１２ｂの下部の長さｗ１は上部の長さｗ２より長く形成される。
パウチ型電池１１０は図２のパウチ型電池１００において左側サイド部１１１ａ及び右側サイド部１１１ｂに２次シーリングが実施された状態である。収納部１０５の両側面シーリング部の幅ａと対応する幅ａを有する平面視長方形の側面シーリング部１１３ａ、１１３ｂが形成される。
図４は１次シーリング段階で使われるシーリングブロックの斜視図を模式的に示している。
図４を参照すれば、シーリングブロック１１２の電極組立体収納部と対面する側面１３１は電極組立体収納部コーナーの曲面と対応するように凹んでいる曲面構造になり、平面視で折曲部方向の長さｗ１は反対方向の長さｗ２から連続的に増加するように形成される。したがって、折曲部周辺の電池ケースシーリング部が折曲部方向に押し出されることを防止することができる。
図５は２次シーリング段階で使われるシーリングブロックの斜視図を模式的に示している。
図５を参照すれば、シーリングブロック１１３は平面視長方形である直方体形になる。
シーリングブロック１１３の短軸方向の長さａはパウチ型電池１２０の側面シーリング部の幅ａと対応する大きさを有し、長軸の方向長さはパウチ型電池の長軸方向の長さと対応する大きさを有する。
一方、パウチ型電池の側面シーリング部の密封力が一定になるために、シーリングブロック１１２の上部の長さｗ２とシーリングブロック１１３の短軸方向の長さａは同一であることが好ましい。
以下では、本発明の実施例を参照して説明するが、これは本発明のより容易な理解のためのもので、本発明の範疇がそれによって限定されるものではない。
＜実施例＞
電極組立体収納部が形成された下部ケースに電極端子が一側に突出した構造の電極組立体を、電極端子が折曲部と反対方向に位置するように収納し、下部ケースと連結された上部ケースを折り曲げて下部ケースと対面するように位置させる。
電池ケースの折曲部と電極端子が突出した方向の外周部に隣接したサイド部が合うサイド部の下端部を図４のシーリングブロック１１２を用いて１次シーリングを行う。
その後、サイド部全体に対して図５のシーリングブロック１１３を用いて２次シーリングを行う。
シーリングが完了した状態の電池に対し、折曲部方向に押し出されたサイド部の長さを測定した結果は図７のグラフで示した。
＜比較例＞
図６のシーリングブロック２１０を使い、広い部分が折曲部方向に向かうように位置させた状態でサイド部のシーリングを１段階過程で行ったことを除き、実施例と同様な方法でパウチ型電池のサイド部をシーリングした。
シーリングが完了した状態の電池に対し、折曲部方向に押し出されたサイド部の長さを測定した結果は図７のグラフで示した。
図７を参照すれば、実施例のシーリング方法による場合、折曲部の外側に押し出されたサイド部（バットイヤ）の長さは０．１２ｍｍであり、比較例のシーリング方法による場合、折曲部の外側に押し出されたサイド部の長さは０．３４ｍｍである。したがって、実施例のように２段階シーリング段階でサイド部をシーリングする場合、サイド部の押し出された程度が０．２２ｍｍだけ短くなるので、比較例に比べて約６５％減少する効果を発揮する。
このように、本発明のパウチ型電池のサイド部をシーリングする方法を用いる場合には、電池ケースの折曲部において外側に押し出されるサイド部の長さを著しく減らすことができるから、バットイヤ部分まで測定する電池セルの長さが減少するので、減少した部分の分だけ電池セルの大きさを増加させることができ、全体的な電池セルの容量を増加させることができる
本発明が属する分野で通常の知識を有する者であれば前記内容に基づいて本発明の範疇内で多様な応用及び変形をなすことが可能であろう。
以上で説明したように、本発明によるパウチ型電池のサイド部をシーリングする方法は、折曲部周辺のサイド部の下端部をシーリングする１次シーリング段階、及びサイド部全体をシーリングする２次シーリング段階を含み、前記サイド部の下端部で先に密封されるので、前記下端部の上側から密封されて全体的な電池ケースが折曲部の部分に押し出される現象を防止することができる。
したがって、パウチ型電池の電池ケースが折曲部方向に押し出されることによって測定された電池セルの大きさと実際の電池セルの大きさに差がある問題を解決することができる。
さらに、電池セルの寸法安全性が向上するので、相対的に大きな大きさが測定されて容量が減少する問題を解決することができる。
１００、１１０ パウチ型電池
１０１ 陽極端子
１０２ 陰極端子
１０３ 絶縁フィルム
１０４ 電極組立体
１０５ 電極組立体収納部
１１１ａ、１１１ｂ サイド部
１１２ １次シーリング用ブロック
１１３ ２次シーリング用ブロック
１１２ａ、１１２ｂ サイド部の下端部
１１３ａ、１１３ｂ ２次シーリング部
１２１ 折曲部
１３１ １次シーリング用ブロックの電極組立体収納部と対面する側面
２１０ 比較例で使用されたシーリングブロック
ｗ１ 下端部の下部の長さ
ｗ２ 下端部の上部の長さ
ａ ２次シーリング用部材の平面視短軸方向の長さ

Claims (9)

  1. 電極集電体、及びパウチ型ケースを含むパウチ型電池のサイド部をシーリングする方法であって、
    前記電極集電体が内蔵された状態で下部ケースと連結された上部ケースを折り曲げて前記下部ケースに対面するように位置させる段階と、
    前記下部ケースと前記上部ケースが対面した状態で、電極端子が突出した方向の外周部に隣接したサイド部のうち折曲部に隣接した下端部をシーリングする１次シーリング段階と、
    前記サイド部の全体をシーリングする２次シーリング段階とを含む、パウチ型電池のサイド部をシーリングする方法。
  2. 前記パウチ型ケースの両側の前記サイド部を同時にシーリングする、パウチ型電池のサイド部をシーリングする、請求項１に記載のパウチ型電池のサイド部をシーリングする方法。
  3. 前記１次シーリング段階でシーリングされた前記下端部の一側面は前記電極集電体を内蔵した収納部の境界面に対応し、前記下端部の他側面はパウチ型ケースの外側面に対応し、
    前記下端部は前記折曲部の方向の下部より上部が狭く形成された、請求項１または２に記載のパウチ型電池のサイド部をシーリングする方法。
  4. 前記シーリングは加圧熱融着によるものである、請求項１〜３のいずれか一項に記載のパウチ型電池のサイド部をシーリングする方法。
  5. 前記１次シーリング段階でシーリングされた前記下端部の下部の長さは前記２次シーリング段階でシーリングされたシーリング部の下部の長さより長い、請求項３に記載のパウチ型電池のサイド部をシーリングする方法。
  6. 前記電極端子は、陽極端子及び陰極端子が前記折曲部の反対方向に位置する、請求項１〜５のいずれか一項に記載のパウチ型電池のサイド部をシーリングする方法。
  7. 前記１次シーリング段階は、平面視形状が前記下端部の形状と対応する形状を有するシーリングブロックによって行う、請求項１〜６のいずれか一項に記載のパウチ型電池のサイド部をシーリングする方法。
  8. 前記２次シーリング段階は平面視形状が前記サイド部のシーリング部の形状と対応する形状を有するシーリングブロックによって行う、請求項１〜７のいずれか一項に記載のパウチ型電池のサイド部をシーリングする方法。
  9. 前記パウチ型電池は前記折曲部のバットイヤ（Ｂａｔ ｅａｒ）が０．０１ｍｍ〜０．２ｍｍである、請求項８に記載のパウチ型電池。
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