KR101471765B1 - 파우치형 이차 전지의 실링방법, 파우치형 이차 전지 및 그의 제조방법 - Google Patents

파우치형 이차 전지의 실링방법, 파우치형 이차 전지 및 그의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 파우치형 이차 전지 및 그의 제조방법에 관한 것이다. 본 발명은,상부 및 하부 파우치의 실링영역을 실온 초과 온도의 제1 실링툴을 통해 압착하는 1차 실링단계; 및 상기 상부 및 하부 파우치의 실링영역을 상기 제1 실링툴의 온도 보다 낮은 온도의 제2 실링툴을 통해 압착하는 2차 실링단계를 포함한다.

Description

파우치형 이차 전지의 실링방법, 파우치형 이차 전지 및 그의 제조방법{SEALING METHOD OF POUCH-TYPE SECONDARY BATTERY, POUCH-TYPE SECONDARY BATTERY, AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}
본 발명은, 파우치형 이차 전지의 실링성을 향상시킨 파우치형 이차전지의 실링방법, 그의 실링방법을 포함하여 제조되는 파우치형 이차 전지 및 제조방법에 관한 것이다.
모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서의 전지의 수요가 급격히 증가하고 있고, 그에 따라 다양한 요구에 부응할 수 있는 전지에 대한 많은 연구가 행해지고 있다.
대표적으로 전지의 형상 면에서는 얇은 두께로 휴대폰 등과 같은 제품들에 적용될 수 있는 각형 이차전지와 파우치형 이차전지에 대한 수요가 높고, 재료 면에서는 높은 에너지 밀도, 방전 전압, 출력 안정성의 리튬 이온 전지, 리튬 이온 폴리머 전지 등과 같은 리튬 이차전지에 대한 수요가 높다.
최근에는, 스택형 또는 스택/폴딩형 전극조립체를 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치형 전지케이스에 내장한 구조의 파우치형 전지가, 낮은 제조비, 작은 중량, 용이한 형태 변형 등을 이유로, 많은 관심을 모으고 있고 또한 그것의 사용량이 점차적으로 증가하고 있다.
도 1에는 종래의 대표적인 파우치형 이차전지의 일반적인 구조가 분해 사시도로서 모식적으로 도시되어 있다.
도 1을 참조하면, 파우치형 이차전지(10)는, 전극조립체(30), 전극조립체(30)로부터 연장되어 있는 전극 탭들(31, 32), 전극 탭들(31, 32)에 용접되어 있는 전극리드(40, 41), 및 전극조립체(30)를 수용하는 전지케이스(20)를 포함하는 것으로 구성되어 있다. 상기 전극조립체(30)는 분리막이 개재된 상태에서 양극과 음극이 순차적으로 적층되어 있는 발전소자로서, 스택형 또는 스택/폴딩형 구조로 이루어져 있다. 상기 전극 탭들(31, 32)은 전극조립체(30)의 각 극판으로부터 연장되어 있고, 상기 전극리드(40, 41)는 각 극판으로부터 연장된 복수개의 전극 탭들(31, 32)과, 예를 들어, 용접에 의해 각각 전기적으로 연결되어 있으며, 전지케이스(20)의 외부로 일부가 노출되어 있다. 또한, 전극리드(40,41)의 상하면 일부에는 전지케이스(20)와의 밀봉도를 높이고 동시에 전기적 절연상태를 확보하기 위하여 절연필름(50)이 부착되어 있다.
상기 전지케이스(20)는 전극조립체(30)가 안착될 수 있는 오목한 형상의 수납부(23)를 포함하는 케이스 본체(22)와 그러한 본체(22)에 일체로 연결되어 있는 덮개(21)로 이루어져 있고, 수납부(23)에 전극조립체(30)을 수납한 상태로 접촉부위인 양측부(24)와 상단부(25)를 열압착시킴으로써 전지를 완성한다. 전지케이스(20)는 수지층/금속박층/수지층의 알루미늄 라미네이트 시트로서, 서로 접하는 덮개(21)와 본체(22)의 양측부(24) 및 상단부(25) 부위에 열과 압력을 가하여 수지층을 상호 열압착시킴으로써 접착시킨다. 양측부(24)는 상하 전지케이스(20)의 동일한 수지층이 직접 접하므로 용융에 의해 균일한 밀봉이 가능하다. 반면에, 상단부(25)에는 전극리드(40, 41)가 돌출되어 있으므로 전극리드(40, 41)의 두께 및 전지케이스(20) 소재와의 이질성을 고려하여 밀봉성을 높일 수 있도록 전극리드(40, 41)와의 사이에 절연 필름(50)을 개재한 상태에서 열압착시킨다.
이러한 파우치형 전지에 사용되는 파우치는 통상 금속박층과 이를 덮는 수지층의 다층막으로 구성되는데, 열압착성을 가져 실링재로서의 역할을 하는 내부층인 폴리올레핀계 수지층(Polyolefin Layer)과, 기계적 강도를 유지하고 수분과 산소의 배리어층으로서 역할을 하는 금속박층(주로 알루미늄층)과, 보호층으로 작용하는 외부층(주로 나일론층)이 순차적으로 적층된 다층막 구조로 구성되어 있다. 폴리올레핀계 수지층으로 흔히 사용되는 것으로는 CPP(Casted Polypropylene)가 있다.
전지의 케이스로서, 파우치를 사용할 경우에는, 금속캔을 사용할 때보다, 전지의 무게를 현저히 줄일 수 있다는 장점이 있지만, 파우치의 열압착이 과도하게 되면, 파우치의 내부 수지층이 녹아 나와 전지의 절연파괴 현상이 일어나기 쉽고, 반대로, 과소하게 열압착 되면, 파우치의 밀봉성을 보장할 수 없게 되는 문제점이 있다.
따라서, 파우치의 열압착 적절한 온도, 압력, 및 시간을 고려하여 이루어져야 하지만, 대량 생산 시에 이를 맞추는 것은 다소 어려운 과제로 남아 있다.
한편, 실링된 파우치형 전지, 이의 실링방법, 및 실링장치 등에 대한 종래의 기술에 대해서는 하기 특허문헌 1 내지 특허문헌 3을 참조하여 이해할 수 있다(이로써, 특허문헌 1 내지 특허문헌 3의 내용 전부는 종래의 기술로서, 본 명세서의 내용으로서, 전부 인용된다).
종래의 파우치형 전지의 실링방법, 및 이에 대한 실링장치에 대해서는, 특허문헌 1을 참조하여 이해할 수 있다. 특허문헌 1에 개시된 바와 같이, 종래의 파우치 실링방법은 가열된 실링툴을 상부 및 하부에 배치하여 파우치에 열과 압력을 가하는 방법이고, 주로 1회에 걸쳐 행하여졌다. 그러나, 이러한 방법은, 상술한 바와 같이, 내부 수지층(주로, 폴리프로필렌)이 녹아서 흐를 수 있게 됨에 따라, 절연저항이 깨질 우려가 있기 때문에 개선이 요구된다.
한편, 2회 이상 실링 공정을 가진 종래의 파우치형 전지 실링방법에 대해서는, 특허문헌 2, 및 특허문헌 3을 참조하여 이해할 수 있다.
특허문헌 2는, 제1파우치 시트 및 제2파우치 시트 사이에 전극조립체를 위치시키는 단계; 상기 제1,2파우치 시트의 적어도 한 측부 상에서 상기 제1,2파우치 시트의 외곽 영역을 초기 실링하는 단계; 및 상기 제1,2파우치 시트중 적어도 한 측부 상에서 제1,2파우치 시트의 외곽 영역을 추가 실링하는 단계를 포함함을 특징으로 하는 2단계 실링방법에 대해 개시하고 있다. 특허문헌 2는, 2단계 실링과정을 포함하는 실링방법에 대해 개시하고 있지만, 같은 실링영역에 온도가 상호 다른 실링툴에 의한 2단계 실링과정에 대해 개시하고 있지는 않다.
또한, 특허문헌 3은, 상부시트와 하부시트가 실링되는 제1실링부를 포함하며, 상기 제1실링부의 일부 또는 전부에 제2실링부를 포함하는 것을 특징으로 하는 파우치형 이차 전지가, 2단계 실링되어, 제조되는 것을 개시하고 있다. 특허문헌 3은, 동일한 실링 영역 상의 2단계 실링과정을 포함하는 실링방법에 대해 개시하고 있지만, 특허문헌 2와 마찬가지로, 같은 실링영역에 온도가 상호 다른 실링툴에 의한 2단계 실링과정에 대해 개시하고 있지는 않다.
한편, 전술한 바와 같이, 특허문헌들을 포함한 종래의 파우치형 이차전지는 전극조립체가 수용된 파우치의 개방된 실링영역을 통해 전해액을 주입하고, 전해액에 포함된 가스를 파우치의 개방된 실링영역을 통해 외부로 배출시켜 제거한 후, 파우치의 개방된 실링영역을 다시 실링하는 과정을 수행한다.
그러나 종래의 파우치형 이차전지는 전해액에 포함된 가스가 파우치의 개방된 실링영역을 통해 외부로 배출되면서 가스에 의해 파우치의 개방된 실링영역이 약화되는 문제가 발생하며, 이 약화된 실링영역을 열융착하여 실링할 경우 실링성이 떨어지고, 외부의 충격에 의해 쉽게 변형이 발생하는 문제가 있다.
WO 2001/054985 A1 (2001.08.02.) KR 10-2011-0109824 A (2011.10.06.) KR 10-1032290 B1 (2011.04.25.)
본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 전해액에 포함된 가스가 배출되면서 강도가 약화된 파우치의 개방된 실링 영역을 온도가 상호 다른 실링툴을 통해 2단계로 실링하며, 이에 실링 영역이 외부 충격에 강하고, 높은 절연 저항 특성을 가지는 파우치형 이차 전지의 실링방법, 그의 실링방법을 포함하여 제조되는 파우치형 이차 전지 및 이의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은, 파우치형 이차 전지의 실링방법은
상부 및 하부 파우치의 실링영역을 실온 초과 온도의 제1 실링툴을 통해 압착하는 1차 실링단계; 및 상기 상부 및 하부 파우치의 실링영역을 상기 제1 실링툴의 온도 보다 낮은 온도의 제2 실링툴을 통해 압착하는 2차 실링단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 1차 실링단계가 종료되고, 상기 2차 실링단계가 시작되는 시간 간격은 30초 이하인 것을 특징으로 한다.
상기 제1 실링툴의 온도는 120~250℃이며, 바람직하게는 상기 제1 실링툴의 온도는 180℃인 것을 특징으로 한다.
상기 제2 실링툴의 온도는 180℃ 미만이며, 바람직하게는 상기 제2 실링툴의 온도는 실온 범위의 온도인 것을 특징으로 한다.
상기 1차 실링단계는 상기 상부 및 하부 파우치의 실링영역을 압착하면서 열융착시키는 것을 특징으로 한다.
상기 2차 실링단계는 상기 상부 및 하부 파우치의 실링영역을 압착하면서 열융착된 융착부를 응고시키는 것을 특징으로 한다.
상기 제1 실링툴은 상기 상부 및 하부 파우치의 실링영역을 1초 동안 압착하는 것을 특징으로 한다.
상기 제2 실링툴은 1차 실링된 상부 및 하부 파우치의 실링영역을 1초 동안 압착하는 것을 특징으로 한다.
한편, 본 발명의 파우치형 이차 전지의 제조방법은 전극 조립체를 상부 및 하부 파우치 사이에 수납하는 수납단계; 상기 상부 및 하부 파우치의 실링영역 중 일측 실링영역을 제외하고 나머지 실링영역을 실링하는 초기 실링단계; 실링되지 않은 일측 실링영역을 통해 상부 및 하부 파우치 내부에 전해액을 주입하는 전해액 주입단계; 전해액 속에 포함된 가스를 상부 및 하부 파우치의 일측 실링영역을 통해 외부로 배출시켜 제거하는 가스 제거단계(degassing); 및 상부 및 하부 파우치의 실링되지 않은 일측 실링영역을 실링하는 말기 실링단계를 포함하는 상부 및 하부 파우치의 실링영역을 실온 초과 온도의 제1 실링툴을 통해 압착하는 1차 실링단계; 및 상기 상부 및 하부 파우치의 실링영역을 상기 제1 실링툴의 온도 보다 낮은 온도의 제2 실링툴을 통해 압착하는 2차 실링단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 전극조립체는 하나 이상의 음극, 분리막, 양극을 차례로 적층하여 권취한 젤리 롤형 전극조립체; 음극, 분리막, 양극이 차례로 적층된 단위셀을 긴 필름형태의 분리막에 배치한 후 단일 방향으로 권취한 스택(stack) & 폴딩(folding)형 전극조립체; 음극, 분리막, 양극이 차례로 적층된 단위셀을 긴 필름형태의 분리막에 배치한 후 지그재그 방향으로 권취한 스택 & 폴딩형 전극조립체 중 어느 하나인 것을 특징으로 한다.
상기 상부 및 하부 파우치의 실링영역은 폴리프로필렌(polypropylene) 수지를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 파우치형 이차 전지의 실링 방법은 전해액에 포함된 가스가 배출되면서 강도가 약화된 파우치의 개방된 실링 영역을 실온 초과 온도로 압착하면서 열융착시키는 1차 실링과, 1차 실링 보다 낮은 온도로 압착하면서 응고시키는 2차 실링을 수행함으로써 파우치의 개방된 실링 영역의 실링성과 강도를 증대시키고, 이에 외부의 충격에 강한 절연 저항을 가지게 되는 효과가 있다.
그리고 이와 같은 파우치형 이차 전지의 실링 방법을 포함하여 파우치형 이차전지를 제조함으로써 불량 발생을 현저히 줄일 수 있고, 상품성을 높일 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래의 파우치형 이차 전지를 나타낸 도면.
도 2는 본 발명에 따른 파우치형 이차 전지의 실링방법을 도시한 순서도.
도 3은 본 발명에 따른 파우치형 이차 전지의 실링방법에서 1차 실링 단계를 나타낸 도면.
도 4는 본 발명에 따른 파우치형 이차 전지의 실링방법에서 2차 실링 단계를 나타낸 도면.
도 5는 본 발명에 따른 파우치형 이차 전지의 실링방법을 포함하여 제조된 파우치형 이차 전지를 도시한 도면.
도 6은 본 발명에 따른 이차 전지의 제조방법을 도시한 순서도.
도 7은 본 발명에 따른 이차 전지의 제조방법에서 수납단계를 나타낸 도면.
도 8은 본 발명에 따른 이차 전지의 제조방법에서 초기 실링단계를 나타낸 도면.
도 9는 본 발명에 따른 이차 전지의 제조방법에서 전해액 주입단계를 나타낸 도면.
도 10은 본 발명에 따른 이차 전지의 제조방법에서 가스 제거단계를 나타낸 도면.
도 11은 본 발명에 따른 이차 전지의 제조방법에서 말기 실링단계를 나타낸 도면.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
본 발명에 따른 파우치형 이차전지의 실링방법은 도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 상부 및 하부 파우치(110)(120)의 실링영역(111)(121)을 실온 초과 온도의 제1 실링툴(130)을 통해 압착하는 1차 실링단계(S10); 및 상기 상부 및 하부 파우치(110)(120)의 실링영역(111)(121)을 상기 제1 실링툴(130)의 온도 보다 낮은 온도의 제2 실링툴(140)을 통해 압착하는 2차 실링단계(S20)를 포함한다.
1차 실링단계(S10)는 도 3을 참조하면, 상부 및 하부 파우치(110)(120)의 실링영역(111)(121)를 열융착시키기 위한 것으로, 도 3에 도시된 바와 같이, 실온 초과 온도로 가열된 한 쌍의 제1 실링툴(130) 사이에 상부 및 하부 파우치(110)(120)의 실링영역(111)(121)를 삽입한다. 그런 다음, 한 쌍의 제1 실링툴(130)을 밀착시켜 실링영역(111)(121)을 압착한다. 그러면 한 쌍의 제1 실링툴(130)의 열에 의해 실링영역(111)(121)이 열융착되면서 실링된다.
이때, 제1 실링툴(130)은 상부 및 하부 파우치(110)(120)의 실링영역(111)(121)을 1초 동안 압착한다. 즉, 제1 실링툴(130)을 통해 상부 및 하부 파우치(110)(120)의 실링영역(111)(121)을 1초 미만으로 압착할 경우 과소 실링되어 실링성이 떨어질 수 있고, 1초 이상으로 압착할 경우 과대 실링되어 상부 및 하부 파우치(110)(120)의 실링영역(111)(121)이 인장되는 등의 변형이 발생할 수 있다.
그리고 1차 실링단계(S10)에서 제1 실링툴(130)의 온도는 120 ~ 250℃ 범위 이내이며, 바람직하게는 180℃ 내외 범위이다. 즉, 제1 실링툴(130)의 온도가 상기 범위를 벗어나는 경우, 과소 또는 과대 실링되면서 실링성이 떨어지거나 또는 실링영역(111)(121)에 변형이 발생할 수 있다.
한편, 상기 실온의 의미는, 당업계에 「room temperature」또는 상온이라 칭하여지는 온도 범위를 말한다. 즉, 실험실, 연구실 등의 온도를 뜻하며, 특히 온도를 지정하거나 조절을 하지 않고 실험을 진행한 경우라든가 시료와 물질을 실내에 방치한 경우에 사용되는 온도 조건의 표현으로서, 실내의 대기 온도를 말한다. 일반적으로 인간이 쾌적하게 지낼 수 있는 온도로서, 보통 15 ~ 20℃ 전후이다.
한편, 본 발명의 상부 및 하부 파우치(110)(120)의 실링영역(111)(121)은 폴리프로필렌(polypropylene) 수지를 포함한다. 즉, 폴리프로필렌(polypropylene) 수지는 180℃를 기준으로 이상일 경우 용융되고, 이하일 경우 응고되는 성질을 가진다.
더욱이 폴리프로필렌은 냉각속도 증가에 따라, 결화도 감소, 결정크기 감소, 탄성 증가 및 거칠기(toughness) 증가의 현상을 보이고, 냉각속도가 감소됨에 따라, 이와 반대적 현상을 나타냄을 확인할 수 있다. 나아가, 결정화도가 낮은 폴리프로필렌은 탄성이 높기 때문에, 외부 충격에 대한 실링 영역의 밀봉 특성을 더욱 강화시켜주는 효과가 있다.
이에, 본 발명의 및 하부 파우치(110)(120)의 실링영역(111)(121)에 폴리프로필렌(polypropylene) 수지를 포함함으로써 밀봉 특성을 강화시킬 수 있다.
1차 실링단계(S10)가 완료되면, 열융착된 상부 및 하부 파우치(110)(120)의 실링영역(111)(121)을 냉각하여 응고시키는 2차 실링단계(S20)를 수행한다.
여기서, 상기 1차 실링단계(S10) 종료되고, 2차 실링단계(S20)가 시작되는 시간 간격은 30초 이하인 것이 바람직하며, 10초 이하인 것이 더 바람직하다. 즉, 다소 고온의 제1 실링툴(130)에 의한 1차 실링 후, 실온의 제2 실링툴(140)에 의한 2차 실링이 진행됨으로 인해, 내부 수지층을 이루는 폴리프로필렌이, 1차 실링 시에 용융되었다가, 2차 실링 시에 급속 냉각되는 효과가 생기기 때문에, 1차 실링 종료 후부터 2차 실링 시작까지의 시간 간격은, 짧을수록 바람직하다.
2차 실링단계(S20)는 도 4를 참조하면, 열융착된 상부 및 하부 파우치(110)(120)의 실링영역(111)(121)을 냉각하여 응고시키기 위한 것으로, 열융착된 상부 및 하부 파우치(110)(120)의 실링영역(111)(121)을 한 쌍의 제2 실링툴(140) 사이에 삽입한 다음, 제2 실링툴(140)을 밀착시켜서 실링영역(111)(121)을 압착한다. 이때 제2 실링툴(140)은 제1 실링툴(130)의 온도 보다 낮은 온도로 압착하기 때문에 실링영역(111)(121)의 열융착부를 급속 냉각시켜서 응고시킨다.
여기서 2차 실링단계(S20)에서 제2 실링툴(140)의 온도는 180℃ 미만이며, 바람직하게는 실온 범위의 온도인 15 ~ 20℃이다. 즉, 실온의 온도를 가진 제2 실링툴(140)을 통해 실링영역(111)(121)의 열융착부를 압착하면, 제2 실링툴(140)이 실링영역(111)(121)의 열융착부를 급속 냉각하면서 면적은 작고, 두께는 크게 형성되도록 결정화한다.
따라서 본 발명에 따른 파우치형 이차 전지의 실링방법은 상부 및 하부 파우치(110)(120)의 실링영역(111)(121)을 1차 및 2차 실링단계(S10)(S20)를 통해 실링함으로써 밴딩(bending) 등의 외부 충격에 강하고, 실링성을 증대시킬 수 있다.
이하, 본 발명의 다른 실시예를 설명함에 있어 전술한 실시예와 동일한 구성과 기능을 가지는 구성에 대해서는 동일한 구성부호를 사용하며, 중복되는 설명은 생략한다.
본 발명의 파우치형 이차전지(100)는 도 5에 도시된 바와 같이, 서로 겹쳐지게 적층되는 상부 및 하부 파우치(110)(120), 상부 및 하부 파우치(110)(120) 사이에 수용되는 전극조립체(200)를 포함하며, 상부 및 하부 파우치(110)(120)의 4면인 실링영역은 모두 실링하여 밀봉한다.
여기서 상부 및 하부 파우치(110)(120)의 4면인 실링영역 중 3면의 실링영역(112)(122)은 전해액을 주입하기 위해 열융착하여 초기 실링하고, 나머지 하나의 실링영역(111)(121)은 전해액에 포함된 가스를 배출시킨 후 고온과 실온으로 나누어 2단 압착하여 말기 실링한다.
즉, 본 발명의 파우치형 이차전지는 말기 실링하는 하나의 실링영역의 실링 방법을 달리 적용하여 강도와 실링성을 증대시키며, 이에 외부의 충격에 강한 절연 저항특성을 가지게 된다.
이와 같은 구성을 가지는 본 발명의 파우치형 이차전지의 제조방법을 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 파우치형 이차전지의 제조방법은 도 6에 도시된 바와 같이, 전극 조립체(200)를 상부 및 하부 파우치(110)(120) 사이에 수납하는 수납단계(S100), 상부 및 하부 파우치(110)(120)의 실링영역 중 일측 실링영역(111)(121)을 제외하고 나머지 실링영역을 실링하는 초기 실링단계(S200), 실링되지 않은 일측 실링영역(111)(121)을 통해 상부 및 하부 파우치(110)(120) 내부에 전해액을 주입하는 전해액 주입단계(S300), 전해액 속에 포함된 가스를 상부 및 하부 파우치(110)(120)의 일측 실링영역(111)(121)을 통해 외부로 배출시켜 제거하는 가스 제거단계(degassing)(S400); 및 상부 및 하부 파우치(110)(120)의 일측 실링영역(111)(121)을 실링하는 말기 실링단계(S500)를 포함한다.
이하, 파우치형 이차전지의 제조방법을 첨부된 도 7 내지 도 11을 참조하여 보다 상세히 설명한다.
수납단계(S100)는 도 7에 도시된 바와 같이, 상부 및 하부 파우치(110)(120)를 겹쳐지게 적층한 상태에서 상부 및 하부 파우치(110)(120)의 사이에 (210)가 외부로 노출되게 전극 조립체(200)를 수납한다.
한편, 전극 조립체(200)는 하나 이상의 음극, 분리막, 양극을 차례로 적층하여 권취한 젤리 롤형 전극조립체, 음극, 분리막, 양극이 차례로 적층된 단위셀을 긴 필름형태의 분리막에 배치한 후 단일 방향으로 권취한 스택(stack) & 폴딩(folding)형 전극조립체, 음극, 분리막, 양극이 차례로 적층된 단위셀을 긴 필름형태의 분리막에 배치한 후 지그재그 방향으로 권취한 스택 & 폴딩형 전극조립체 중 어느 하나로 마련된다.
일 예로, 젤리 롤형 전극조립체를 상부 및 하부 파우치(110)(120) 사이에 수납할 경우 젤리 롤형 전극조립체를 포함하는 이차전지를 제조할 수 있다.
수납단계(S100)가 완료되면, 상부 및 하부 파우치(110)(120)의 실링영역을 압착하는 초기 실링단계(S200)를 수행한다.
초기 실링단계(S200)는 도 8에 도시된 바와 같이, 상부 및 하부 파우치(110)(120)의 실링영역 중 일측 실링영역(111)(121)을 제외하고 나머지 3면의 실링영역을 실링한다. 실링툴(미도시)을 통해 압착하여 열융착시킨다.
초기 실링단계(S200)가 완료되면, 상부 및 하부 파우치(110)(120) 내부에 전해액을 주입하는 전해액 주입단계(S300)를 수행한다.
전해액 주입단계(S300)는 도 9에 도시된 바와 같이, 실링되지 않은 일측 실링영역(111)(121)이 상부를 향하게 상부 및 하부 파우치(110)(120)를 세운다. 그러면 상부 및 하부 파우치(110)(120)가 상향 개방된 주머니 형태가 되며, 이와 같은 상태에서 일측 실링영역(111)(121)을 통해 상부 및 하부 파우치(110)(120)의 소정 높이까지 전해액을 주입한다.
전해액 주입단계(S300)가 완료되면, 전해액에 포함된 가스를 제거하기 위한 가스 제거단계(degassing)(S400)를 수행한다.
가스 제거단계(S400)는 도 10에 도시된 바와 같이, 전해액이 주입된 상부 및 하부 파우치(110)(120)를 진공챔버(300)에 넣은 다음, 진공 압력을 가해 전해액 속에 포함된 가스를 상부 및 하부 파우치(110)(120)의 일측 실링영역(111)(121)을 통해 외부로 배출시켜 제거한다.
또한, 전극 조립체(200)를 일정시간 충전을 시킨 다음, 전극 조립체(200)의 충전시 전기화학반응에 의해 전해액에 가스가 발생하며, 이 가스 또한 진공챔버(300) 속에서 진공 압력을 가해 상부 및 하부 파우치(110)(120)의 일측 실링영역(111)(121)을 통해 외부로 배출시켜 제거한다.
가스 제거단계(S400)가 완료되면, 일측 실링영역(111)(121)을 실링하여 상부 및 하부 파우치(110)(120)의 4면을 모두 밀폐되도록 하는 말기 실링단계(S500)를 수행한다.
말기 실링단계(S500)는 전술한 파우치형 이차전지의 실링방법을 이용하여 실링한다.
즉, 가스 제거단계(S400)에서 상부 및 하부 파우치(110)(120)의 실링영역(111)(121)을 통해 전해액에 포함된 가스가 외부로 배출되는데, 이때 가스에 의해 실링영역(111)(121)이 약화되는 변형이 발생하며, 이 상태에서 종래기술의 실링방법으로 실링하면, 밴딩 등 외부의 충격에 쉽게 변형이 발생하는 문제가 있다.
이에, 본 발명의 말기 실링단계(S500)는 도 3 및 도 4를 참조하면, 상부 및 하부 파우치(110)(120)의 실링영역(111)(121)을 실온 초과 온도의 제1 실링툴(130)을 통해 압착하는 1차 실링단계(S10), 및 상부 및 하부 파우치(110)(120)의 실링영역(111)(121)을 제1 실링툴(130)의 온도 보다 낮은 온도의 제2 실링툴(140)을 통해 압착하는 2차 실링단계(S20)를 통해 실링하며, 이에 상부 및 하부 파우치(110)(120)의 실링영역(111)(121)의 약해진 강도 및 실링성을 증대시킬 수 있고, 외부 충격에 강한 절연 저항 특성을 가진다.
한편, 말기 실링단계(S500)의 1차 실링단계(S10)과 2차 실링단계(S20)은 전술한 파우치형 이차전지의 실링방법에서 자세히 설명하였기에 여기서는 자세한 설명을 생략한다.
말기 실링단계(S500)가 완료되면, 도 11에 도시된 바와 같이, 완제품인 파우치형 이차전지(100)가 제작된다.
따라서 본 발명의 파우치형 이차전지 제조방법은 1차 실링단계(S10)과 2차 실링단계(S20)를 수행하는 말기 실링단계(S500)를 포함함으로써 상부 및 하부 파우치(110)(120)의 실링영역은 외부 충격에 강한 절연 저항 특성을 가지게 된다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것으로서, 본 발명의 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의하여 해석되어야 하며 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (14)

  1. 전극 조립체를 상부 및 하부 파우치 사이에 수납하는 수납단계;
    상기 상부 및 하부 파우치의 실링영역 중 일측 실링영역을 제외하고 나머지 실링영역을 실링하는 초기 실링단계;
    실링되지 않은 일측 실링영역을 통해 상부 및 하부 파우치 내부에 전해액을 주입하는 전해액 주입단계;
    전해액 속에 포함된 가스를 상부 및 하부 파우치의 일측 실링영역을 통해 외부로 배출시켜 제거하는 가스 제거단계(degassing); 및
    상기 상부 및 하부 파우치의 실링되지 않은 일측 실링영역을 실링하는 말기 실링단계를 포함하며,
    상기 말기 실링단계는 상부 및 하부 파우치의 실링영역을 실온 초과 온도의 제1 실링툴을 통해 압착하여 열융착시키는 1차 실링단계; 및 상기 열융착된 상부 및 하부 파우치의 실링영역을 상기 제1 실링툴의 온도 보다 낮은 온도의 제2 실링툴을 통해 압착하여 냉각시키는 2차 실링단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 파우치형 이차 전지의 제조방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 1차 실링단계가 종료되고, 상기 2차 실링단계가 시작되는 시간 간격은 30초 이하인 것을 특징으로 하는 파우치형 이차 전지의 제조방법.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 실링툴의 온도는 120~250℃인 것을 특징으로 하는 파우치형 이차 전지의 제조방법.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 제1 실링툴의 온도는 180℃인 것을 특징으로 하는 파우치형 이차 전지의 제조방법.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 제2 실링툴의 온도는 180℃ 미만인 것을 특징으로 하는 파우치형 이차 전지의 제조방법.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 제2 실링툴의 온도는 실온 범위의 온도인 것을 특징으로 하는 파우치형 이차 전지의 제조방법.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 1차 실링단계는 상기 상부 및 하부 파우치의 실링영역을 압착하면서 열융착시키는 것을 특징으로 하는 파우치형 이차 전지의 제조방법.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 2차 실링단계는 상기 상부 및 하부 파우치의 실링영역을 압착하면서 열융착된 융착부를 응고시키는 것을 특징으로 하는 파우치형 이차 전지의 제조방법.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 실링툴은 상기 상부 및 하부 파우치의 실링영역을 1초 동안 압착하는 것을 특징으로 하는 파우치형 이차 전지의 제조방법.
  10. 청구항 1에 있어서,
    상기 제2 실링툴은 1차 실링된 상부 및 하부 파우치의 실링영역을 1초 동안 압착하는 것을 특징으로 하는 파우치형 이차 전지의 제조방법.
  11. 삭제
  12. 청구항 1에 있어서,
    상기 전극조립체는 하나 이상의 음극, 분리막, 양극을 차례로 적층하여 권취한 젤리 롤형 전극조립체; 음극, 분리막, 양극이 차례로 적층된 단위셀을 긴 필름형태의 분리막에 배치한 후 단일 방향으로 권취한 스택(stack) & 폴딩(folding)형 전극조립체; 음극, 분리막, 양극이 차례로 적층된 단위셀을 긴 필름형태의 분리막에 배치한 후 지그재그 방향으로 권취한 스택 & 폴딩형 전극조립체 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 파우치형 이차 전지의 제조방법.
  13. 청구항 1에 있어서,
    상기 상부 및 하부 파우치의 실링영역은 폴리프로필렌(polypropylene) 수지를 포함하는 것을 특징으로 하는 파우치형 이차 전지의 제조방법.
  14. 청구항 1의 제조방법에 의해 제조되는 것을 특징으로 하는 파우치형 이차 전지.
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