KR101520153B1 - Pouch cell for secondary battery and method for manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지용 파우치 셀은, 파우치 셀을 패키지화 하기 전에 전극 조립체를 수용하는 절연틀을 구비하고, 상기 절연틀에 전해액을 미리 주입함으로써 전극 조립체의 전해액에 대한 웨팅 특성을 향상시킬 수 있다. 즉, 대면적 파우치 셀에서 전극에 전해액이 충분히 침투되어 웨팅 특성이 향상되고, 이로 인해 전지의 성능 및 수명을 향상시킬 수 있다. 또한, 상기 절연틀은 형상, 두께, 부피 등이 변형되지 않음으로써 파우치 셀의 퇴화시 두께가 증가하는 것을 막을 수 있다.The pouch cell for a secondary battery according to an embodiment of the present invention includes an insulating frame that accommodates an electrode assembly before packaging the pouch cell, and improves the wetting property with respect to the electrolyte of the electrode assembly by previously injecting the electrolyte into the insulating frame. . That is, the electrolytic solution sufficiently penetrates into the electrode in the large-size pouch cell, thereby improving the wetting property, thereby improving the performance and lifetime of the battery. In addition, since the shape, thickness, volume, etc. of the insulating frame are not deformed, it is possible to prevent the thickness of the insulating frame from increasing during degeneration of the pouch cell.
Description
이차 전지용 파우치 셀 및 이의 제조방법이 개시된다. 웨팅 특성(wetting)이 향상되고 셀의 퇴화시 두께의 변형을 줄일 수 있는 이차 전지용 파우치 셀 및 이의 제조방법이 개시된다.
A pouch cell for a secondary battery and a method for manufacturing the same are disclosed. Disclosed is a pouch cell for a secondary battery and a method for manufacturing the same, which can improve wetting property and reduce deformation of a thickness of a cell when degenerated.
근래에는 다양한 모바일 및 멀티 컨텐츠 이용을 위해 이동이 가능한 에너지원이 요구되고 있다. 이러한 요구에 따라 리튬 이차전지가 사용되어 왔다. 이차전지는 외부 및 내부의 구조적 특징에 따라 대략 원통형 전지, 각형 전지 및 파우치형 전지로 분류되며, 그 중에서도 높은 집적도로 적층될 수 있고, 길이 대비 작은 폭을 가진 각형 전지와 파우치형 전지가 특히 주목받고 있다.Recently, a mobile energy source is required for various mobile and multi-contents use. Lithium secondary batteries have been used in accordance with these demands. The secondary battery is roughly classified into a cylindrical battery, a prismatic battery and a pouch-shaped battery according to the structural characteristics of the outside and the inside. Among them, the secondary battery can be stacked with a high degree of integration, and prismatic batteries and pouch- .
이차전지를 구성하는 양극/분리막/음극 구조의 전극조립체는 그것의 구조에 따라 크게 젤리-롤형(권취형)과 스택형(적층형)으로 구분된다. 젤리-롤형 전극조립체는, 집전체로 사용되는 금속 호일에 전극 활물질 등을 코팅하고 건조 및 프레싱한 후, 원하는 폭과 길이의 밴드 형태로 재단하고 분리막을 사용하여 음극과 양극을 격막한 후 나선형으로 감아 제조된다. 젤리-롤형 전극조립체는 원통형 전지에는 적합하지만, 각형 또는 파우치형 전지에 적용함에 있어서는 전극 활물질의 박리 문제, 낮은 공간 활용성 등의 단점을 가지고 있다. 반면에, 스택형 전극조립체는 다수의 양극 및 음극 단위 셀들을 순차적으로 적층한 구조로서, 각형의 형태를 얻기가 용이한 장점이 있지만, 제조과정이 번잡하고 충격이 가해졌을 때 전극이 밀려서 단락이 유발되는 단점이 있다.The electrode assembly of the anode / separator / cathode structure constituting the secondary battery is largely classified into a jelly-roll type (winding type) and a stack type (laminate type) depending on its structure. The jelly-roll type electrode assembly is manufactured by coating an electrode active material or the like on a metal foil used as a current collector, drying and pressing, cutting the electrode into a band shape having a desired width and length, separating the cathode and the anode using a separator, And wound. Although the jelly-roll type electrode assembly is suitable for a cylindrical battery, when it is applied to a square or pouch type battery, it has disadvantages such as separation of electrode active material and low space utilization. On the other hand, the stacked electrode assembly has a structure in which a plurality of positive electrode and negative electrode unit cells are sequentially stacked and has a merit that it is easy to obtain a rectangular shape. However, when the manufacturing process is troublesome and impact is applied, .
이러한 문제점을 해결하기 위하여 상기 젤리-롤형과 스택형의 혼합 형태인 진일보한 구조의 전극조립체로서, 일정한 단위 크기의 양극/분리막/음극 구조의 풀 셀(full cell) 또는 양극(음극)/분리막/음극(양극)/분리막/양극(음극) 구조의 바이 셀(bicell)을 긴 길이의 연속적인 분리필름을 사용하여 폴딩한 구조의 스택-폴딩형 전극조립체가 개발되었다.In order to solve such a problem, an electrode assembly of advanced structure which is a mixed type of the jelly-roll type and the stack type has a structure in which a full cell or a positive electrode (cathode) / separator / A stack-folding type electrode assembly having a structure in which a bicell having a cathode (anode) / separator / anode (cathode) structure is folded by using a continuous long separating film has been developed.
일반적으로 스택-폴딩형 전극조립체의 유닛셀은, 예를 들어, 양극/분리막/음극/분리막/양극의 적층체 상면과 하면에 각각 보호필름을 위치시킨 상태에서 회전 롤러를 통과시키면서 가열 및 가압함으로써, 전극과 분리막의 결합을 유도하여 제조된다.Generally, the unit cells of the stack-folding type electrode assembly are heated and pressed while passing the rotating rollers while the protective film is placed on the upper and lower surfaces of the stacked body of the anode / separator / cathode / separator / , And inducing the coupling of the electrode and the separation membrane.
또한, 시간이 지날수록 소비자들은 더 큰 용량의 에너지를 갖는 이차 전지를 필요로 하고 있다. 그러나, 현 시점에서는 전지의 에너지 밀도에 한계를 지니는 바, 기존의 전지보다 에너지 밀도를 높이기 위해서는, 전극의 로딩(loading) 양을 증가시키는 한편 다른 기타 부품의 부피 및 무게를 감소시켜야 한다.Also, over time, consumers are demanding secondary batteries with larger amounts of energy. However, at present, the energy density of the battery is limited. In order to increase the energy density of the battery, it is necessary to increase the loading amount of the electrode while reducing the volume and weight of other other parts.
따라서, 에너지 밀도가 높은 전지를 만들기 위해서는 전극을 두껍게 하여야 하는데, 더욱 상세하게는 전극의 집전체에 도포되는 합제층의 두께를 증가시켜야 한다. 또한, 전극의 두께 증가에 따른 전지의 부피 증가를 막기 위하여 스택(stack) 수를 줄이면서도 최종 전지의 에너지 밀도를 더욱 높이는 기술이 요구된다. Therefore, in order to make a battery having a high energy density, the electrode must be made thicker, more specifically, the thickness of the mixture layer applied to the current collector of the electrode must be increased. In order to prevent an increase in the volume of the battery due to an increase in the thickness of the electrode, a technique for further increasing the energy density of the final battery while reducing the number of stacks is required.
그런데, 상기 전극의 두께를 증가시키면 여러 문제들이 발생한다. 그 중 가장 큰 문제가 되는 것은 전극의 전해액 젖음(웨팅, wetting)이 충분히 이루어지지 않는다는 점이다. 일반적으로 전해액은 전극 합제 성분들에 대한 친화성이 높지 않을 뿐만 아니라, 합제층의 부피를 크게 하는 경우에는 그에 따라 전해액의 이동 경로가 길어지므로, 전해액의 침투가 용이하지 않아 충분한 웨팅 특성을 달성하기 어렵다. 전극에 전해액이 충분히 침투하지 못하면, 이온의 이동이 느려지게 되어 전극 반응이 원활히 이루어질 수 없고 결과적으로 전지의 효율이 저하된다.However, when the thickness of the electrode is increased, various problems occur. One of the biggest problems is that the electrolyte is not wetted (wetted) sufficiently. In general, the electrolyte does not have high affinity for the electrode material mixture components, and when the volume of the mixture layer is increased, the flow path of the electrolyte solution becomes longer, so that the penetration of the electrolyte solution is not easy. it's difficult. If the electrolyte does not sufficiently penetrate into the electrode, the movement of the ions is slowed down and the electrode reaction can not be smoothly performed, resulting in a deterioration of the efficiency of the battery.
한편, 전극은 충방전시 이온의 삽입/탈리에 의해 전극의 부피가 변화되고, 이에 따라 전지의 성능이 퇴화되는 문제가 있다. 이러한 문제를 해결하기 위한 다양한 연구가 진행되어 왔으나, 보다 효과적인 방안이 요구되고 있다. 일반적으로, 이차전지의 전극은 집전체와 그 표면에 코팅되는 전극 합제로 이루어지는데, 원하는 전지의 성능을 얻기 위하여 전극의 형태에 변화를 주거나 활물질의 성분 등을 조절하는 방법이 활발히 연구되고 있다. 종래에 전극의 형태에 변화를 주는 방법으로서 집전체에 패턴을 형성하는 방법이 알려져 있다. 이 방법은 롤러를 사용하여 집전체에 패턴 형성용 잉크 등을 도포하고 에칭하는 방법으로 개구공을 형성하는 방법이다. 그러나, 상기 방법은 집전체에 미세 홈을 형성하는 것일 뿐 전해액의 침투를 위한 유로가 형성되는 것이 아니므로, 전극에 대한 전해액의 웨팅성 향상에는 큰 효과를 기대할 수 없다. 또한, 집전체에 일정 패턴의 관통공을 형성하는 방법이 공개되어 있는데, 이 경우는 집전체 상에 개구공을 형성하는 것과 달리 집전체 양면을 관통하는 큰 홀(hole)이 형성되므로, 활물질의 이온 전도성은 좋으나 집전체의 상당부분을 손실하므로 고밀도 에너지 전지에 적용하기 어렵다.On the other hand, the electrode has a problem that the volume of the electrode is changed by inserting / desorbing ions during charging / discharging, thereby deteriorating the performance of the battery. Various studies have been carried out to solve these problems, but more effective measures have been demanded. Generally, an electrode of a secondary battery is composed of a current collector and an electrode mixture coated on the surface thereof. In order to obtain a desired battery performance, a method of changing the shape of the electrode or adjusting the composition of the active material has been actively studied. As a method of changing the shape of an electrode in the past, a method of forming a pattern on a current collector is known. This method is a method of forming an opening hole by applying a pattern forming ink or the like to a current collector using a roller and etching. However, since the above method forms fine grooves in the current collector and does not form a flow path for penetration of the electrolyte solution, a great effect can not be expected to improve the wettability of the electrolyte solution to the electrode. Also, a method of forming a through-hole having a predetermined pattern in the current collector is disclosed. In this case, unlike the case of forming the opening hole on the current collector, a large hole penetrating both surfaces of the current collector is formed. Ion conductivity is good, but a large portion of the current collector is lost, so that it is difficult to apply it to a high-density energy cell.
상기에서 설명한 바와 같이, 대면적 파우치 셀은 웨팅 특성이 쉽지 않아서 셀 성능을 저하시킬 수 있다. 또한, 음극재로 그래파이트(graphite)를 사용한 파우치 셀의 경우, 퇴화되면서 두께가 증가하는 경향을 보여, 셀 자체의 저항이 증가되고 성능이 저하되며, 배터리 팩 어셈블리 상에도 좋지 않은 영향을 미친다.As described above, the large-area pouch cell is not easily wetted and can degrade cell performance. In addition, in the case of a pouch cell using graphite as an anode material, the thickness tends to increase with degeneration, thereby increasing the resistance of the cell itself, deteriorating performance, and adversely affecting the battery pack assembly.
결국, 대형 전지팩에 사용되는 단위전지는 대용량의 필요성으로 인해 크기가 커지는 경향이 있는데, 이러한 크기 증가로 인해 상기와 같이 전해액의 함침으로 인한 셀의 웨팅 특성이 문제가 되고 있다. 파우치 셀의 웨팅 특성이 떨어지면, 전지의 제조공정이 길어지고, 제조된 전지의 성능이 저하되는 등의 문제점들이 발생한다. 이와 관련하여, 진공 조건하에서 전해액을 함침시켜 파우치 셀의 웨팅 특성을 향상시키는 기술이 개발되었으나, 진공 조건의 설정은 고비용을 유발하는 공정이므로, 전지의 제조비용이 크게 증가하여 실제 제조공정에의 적용에는 한계가 있다. 또한, 전해질이 제대로 함침되지 않은 경우 다른 전극 상태가 양호함에도 불구하고 전극의 퇴화를 가속시켜 전지의 수명을 단축시킬 수 있다. 따라서, 전해액의 웨팅 특성이 뛰어나고, 동시에 제조 공정의 효율성을 향상시킬 수 있는 기술에 대한 필요성이 높아지고 있다.
As a result, the size of a unit cell used in a large battery pack tends to increase due to the necessity of a large capacity. Due to this increase in size, the wetting characteristic of the cell due to the impregnation of the electrolyte becomes a problem. When the wetting property of the pouch cell is deteriorated, the manufacturing process of the battery becomes long, and the performance of the manufactured battery deteriorates. In this regard, a technique has been developed to improve the wetting property of a pouch cell by impregnating an electrolyte under a vacuum condition. However, since the setting of the vacuum condition is a process causing high cost, the manufacturing cost of the battery is greatly increased, There is a limit. Also, if the electrolyte is not impregnated properly, the degradation of the electrode can be accelerated to shorten the life of the battery even though the other electrode state is good. Therefore, there is an increasing need for a technique that is excellent in the wetting property of the electrolytic solution and at the same time can improve the efficiency of the manufacturing process.
웨팅 특성(wetting)이 향상되고 셀의 퇴화시 두께의 변형을 줄일 수 있는 이차 전지용 파우치 셀 및 이의 제조방법이 제공된다.
There is provided a pouch cell for a secondary battery and a method of manufacturing the same, which can improve the wetting property and reduce the deformation of the thickness upon degeneration of the cell.
본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지용 파우치 셀은, 양극, 분리막, 및 음극을 포함하는 전극 조립체, 상기 전극 조립체를 수용하는 절연틀, 및 상기 절연틀 내에 포함되는 전해액을 포함한다.A pouch cell for a secondary battery according to an embodiment of the present invention includes an electrode assembly including an anode, a separator, and a cathode, an insulating frame that houses the electrode assembly, and an electrolyte contained in the insulating frame.
본 발명의 일 측에 따른 이차 전지용 파우치 셀에서, 상기 절연틀은 상기 전해액과 화학적으로 반응하지 않는 재질의 물질로 이루어질 수 있다.In the pouch cell for a secondary battery according to one aspect of the present invention, the insulating frame may be made of a material which does not chemically react with the electrolyte solution.
본 발명의 일 측에 따른 이차 전지용 파우치 셀에서, 상기 전극 조립체는 스택형 구조, 스택·폴딩형 구조, 젤리-롤 구조일 수 있다.In the pouch cell for a secondary battery according to one aspect of the present invention, the electrode assembly may be a stacked structure, a stacked folding structure, or a jelly-roll structure.
본 발명의 일 측에 따른 이차 전지용 파우치 셀에서, 상기 이차 전지는 리튬 이온 폴리머 이차 전지일 수 있다.In the pouch cell for a secondary battery according to one aspect of the present invention, the secondary battery may be a lithium ion polymer secondary battery.
본 발명의 일 측에 따른 이차 전지용 파우치 셀에서, 상기 전극 조립체에서, 상기 양극 및 상기 음극과 각각 연결되는 양극 단자 및 음극 단자를 제외한 부분이 상기 절연틀에 수용될 수 있다.In the pouch cell for a secondary battery according to one aspect of the present invention, in the electrode assembly, a portion excluding the positive electrode terminal and the negative electrode terminal, which are respectively connected to the positive electrode and the negative electrode, may be accommodated in the insulating frame.
본 발명의 다른 실시예에 따른 이차 전지용 파우치 셀의 제조방법은, 양극, 분리막, 및 음극을 포함하는 전극 조립체를 준비하는 단계, 상기 전극 조립체를 절연틀에 수용시키는 단계, 및 상기 절연틀 내에 전해액을 주입하는 단계를 포함한다.A method of manufacturing a pouch cell for a secondary battery according to another embodiment of the present invention includes the steps of preparing an electrode assembly including a cathode, a separator, and a cathode; receiving the electrode assembly in an insulating shell; .
본 발명의 일 측에 따른 이차 전지용 파우치 셀의 제조방법에서, 상기 절연틀은 상기 전해액과 화학적으로 반응하지 않는 재질의 물질로 이루어질 수 있다.In the method for manufacturing a pouch cell for a secondary battery according to one aspect of the present invention, the insulating frame may be made of a material which does not chemically react with the electrolyte solution.
본 발명의 일 측에 따른 이차 전지용 파우치 셀의 제조방법에서, 상기 전극 조립체에서, 상기 양극 및 상기 음극과 각각 연결되는 양극 단자 및 음극 단자를 제외한 부분이 상기 절연틀에 수용될 수 있다.In the method of manufacturing a pouch cell for a secondary battery according to one aspect of the present invention, in the electrode assembly, a portion excluding the positive electrode terminal and the negative electrode terminal, which are respectively connected to the positive electrode and the negative electrode, may be accommodated in the insulating frame.
본 발명의 일 측에 따른 이차 전지용 파우치 셀의 제조방법에서, 상기 파우치 셀을 실링하기 전에 상기 절연틀의 외부에 전해액을 더 주입하는 단계를 포함할 수 있다.
In one embodiment of the present invention, the method may further include injecting an electrolyte solution to the outside of the insulating frame before sealing the pouch cell.
본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지용 파우치 셀은, 파우치 셀을 패키지화 하기 전에 전극 조립체를 수용하는 절연틀을 구비하고, 상기 절연틀에 전해액을 미리 주입함으로써 전극 조립체의 전해액에 대한 웨팅 특성을 향상시킬 수 있다. 즉, 대면적 파우치 셀에서 전극에 전해액이 충분히 침투되어 웨팅 특성이 향상되고, 이로 인해 전지의 성능 및 수명을 향상시킬 수 있다.The pouch cell for a secondary battery according to an embodiment of the present invention includes an insulating frame that accommodates an electrode assembly before packaging the pouch cell, and improves the wetting property with respect to the electrolyte of the electrode assembly by previously injecting the electrolyte into the insulating frame. . That is, the electrolytic solution sufficiently penetrates into the electrode in the large-size pouch cell, thereby improving the wetting property, thereby improving the performance and lifetime of the battery.
또한, 상기 절연틀은 형상, 두께, 부피 등이 변형되지 않음으로써 파우치 셀의 퇴화시 두께가 증가하는 것을 막을 수 있다.
In addition, since the shape, thickness, volume, etc. of the insulating frame are not deformed, it is possible to prevent the thickness of the insulating frame from increasing during degeneration of the pouch cell.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지용 파우치 셀을 나타내는 측면도이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차 전지용 파우치 셀을 제조하는 방법을 나타내는 흐름도이다.1 is a side view showing a pouch cell for a secondary battery according to an embodiment of the present invention.
2 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a pouch cell for a secondary battery according to another embodiment of the present invention.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 구성 및 작용을 구체적으로 설명한다. 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성요소는 동일한 참조부여를 부여하고, 이에 대한 중복설명은 생략하기로 한다. 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
Hereinafter, the configuration and operation according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS In the following description with reference to the accompanying drawings, the same reference numerals denote the same elements regardless of the reference numerals, and redundant description thereof will be omitted. The terms first, second, etc. may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지용 파우치 셀을 나타내는 측면도이다. 1 is a side view showing a pouch cell for a secondary battery according to an embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 측에 따른 이차 전지용 파우치 셀은, 양극, 분리막, 및 음극을 포함하는 전극 조립체(100), 양극에 연결되는 양극 단자(110), 음극에 연결되는 음극 단자(120), 전극 조립체(100)를 수용하는 절연틀(200), 절연틀(200) 내에 포함되는 전해액(300)을 포함한다.
Referring to FIG. 1, a pouch cell for a secondary battery according to one aspect of the present invention includes an
전극 조립체(100)는 양극, 음극 및 분리막을 포함한다. 본 발명의 일 측에 따른 이차 전지에서, 전극 조립체(100)는 스택형(적층형) 구조, 스택·폴딩형 구조, 젤리-롤(권취형) 구조 등 다양한 구조일 수 있다.The
양극은 양극 집전체와 상기 양극 집전체 상에 형성된 양극 활물질층을 포함할 수 있다. 양극 집전체의 단부에는 양극 활물질층이 형성되지 않은 부분에 양극 무지부가 형성된다. 양극 무지부에는 양극 집전체에 모인 전자들이 외부회로로 흘러갈 수 있도록 외부 회로와 전기적으로 연결되는 양극 단자(110)이 형성될 수 있다. 양극 집전체는 전기 전도도가 우수한 알루미늄 등으로 형성되고, 양극 단자(110) 역시 알루미늄 등으로 형성될 수 있다. 양극 단자(110)는 초음파 용접을 사용하여 양극 무지부에 용접될 수 있다. The anode may include a cathode current collector and a cathode active material layer formed on the cathode current collector. At the end of the positive electrode current collector, a positive electrode uncoated portion is formed at a portion where the positive electrode active material layer is not formed. In the anode uncoated portion, a
양극 활물질층은 리튬 이온이 흡장 또는 탈리할 수 있도록 칼코게나이드(chalcogenide) 화합물이 사용될 수 있으며, 일 예로 LiCoO2, LiMn2O4, LiNiO2, LiNi1-xCoxO2(0<x<1), LiMnO2 등의 복합 금속 산화물들을 사용하여 형성될 수 있다. 즉, 양극 활물질층은 코발트산리튬(LiCoO2)과 같은 리튬 금속 산화물에 도전재와 바인더를 혼합하여 형성될 수 있다.The cathode active material layer may be a chalcogenide compound such that lithium ions can be occluded or desorbed. For example, LiCoO 2 , LiMn 2 O 4 , LiNiO 2 , LiNi 1-x Co x O 2 (0 <x ≪ 1), LiMnO 2, or the like. That is, the cathode active material layer can be formed by mixing a conductive material and a binder in a lithium metal oxide such as lithium cobalt oxide (LiCoO 2).
음극은 화학 반응에 의해 발생한 전자를 모으는 음극 집전체, 상기 음극 집전체의 상부에 형성된 음극 활물질층을 포함할 수 있다. 음극 집전체의 단부에는 음극 활물질층이 형성되지 않은 음극 무지부가 형성될 수 있다. 음극 무지부에는 음극 집전체에 모인 전자들이 외부 회로로 흘러갈 수 있도록 외부 회로와 전지적으로 연결되는 음극 단자(120)이 부착되어 있다. 음극 집전체는 전기전도도가 우수한 구리(Cu) 또는 니켈(Ni)로 형성되며, 음극 단자(120)은 니켈로 형성될 수 있다.The negative electrode may include an anode current collector for collecting electrons generated by the chemical reaction, and a negative electrode active material layer formed on the anode current collector. A negative electrode uncoated portion having no negative active material layer may be formed at an end of the negative electrode current collector. In the cathode non-coated portion, a
음극 활물질층도 리튬 이온이 흡장, 탈리할 수 있도록 탄소(C) 계열의 물질, 규소(Si), 주석(Sn), 주석 산화물(Tin Oxide), 주석 합금 복합체(Tin Alloy Composite), 전이 금속 산화물, 리튬 금속 나이트라이드 또는 리튬 금속 산화물 등의 물질로 형성될 수 있다. 즉, 음극 활물질층은 탄소 재료 등에 도전재, 및 바인더를 혼합하여 형성될 수 있다.The negative electrode active material layer may be formed of a carbonaceous material, silicon (Si), tin (Sn), tin oxide, tin alloy composite, tin alloy composite, transition metal oxide , Lithium metal nitride, or lithium metal oxide. That is, the negative electrode active material layer may be formed by mixing a conductive material and a binder with a carbon material or the like.
분리막은 양극과 음극 사이에 개재되어 양극과 음극 사이에 발생할 수 있는 쇼트를 차단시킬 수 있으며, 분리막으로 인해 리튬 이온의 이동만이 가능하다. 분리막은 폴리에틸렌(Polyethylene, PE), 또는 폴리프로필렌(Polypropylene, PP) 등의 열가소성 수지로 형성될 수 있으며, 그 표면은 다공막 구조일 수 있다. 이러한 다공막 구조는, 전지 내부의 온도 상승으로 상기 열가소성 수지의 융점 근처가 되면 분리막이 용융하여 동공이 막힘으로써 절연 필름이 된다. 이러한 현상을 분리막의 봉공 또는 셧다운(shut down) 현상이라고 한다. 이렇게 분리막이 절연 필름으로 바뀜으로써 양극과 음극 간의 리튬 이온의 이동이 차단되고, 더 이상의 전류가 흐르지 못하게 됨으로써 전지 내부의 온도 상승이 중단된다.
The separator is interposed between the anode and the cathode to prevent a short-circuit between the anode and the cathode. Only the lithium ion can move due to the separator. The separation membrane may be formed of a thermoplastic resin such as polyethylene (PE) or polypropylene (PP), and the surface of the separation membrane may be a porous membrane structure. In such a porous film structure, when the temperature rises near the melting point of the thermoplastic resin due to a rise in the internal temperature of the battery, the separation membrane is melted and the pores are closed to form an insulating film. This phenomenon is called septum sealing or shut down phenomenon. When the separator is replaced with an insulating film, the movement of lithium ions between the anode and the cathode is blocked, and no further current flows, thereby stopping the temperature rise inside the battery.
본 발명의 일 측에서, 전극 조립체(100)는 절연틀(200)에 수용될 수 있다. 절연틀(200)은 절연 물질로 형성될 수 있으며, 전극 조립체(100)를 수용할 수 있다면 그 형상, 크기 등이 제한되지 않는다. 절연틀(200)은 양극 단자(110) 및 음극 단자(120)를 제외한 부분을 수용할 수 있다. 절연틀(200) 내에 전극 조립체(100) 뿐만 아니라 전해액(300)이 포함된다.In one aspect of the present invention, the
절연틀(200) 내에서 전극 조립체(100)가 차지하고 있는 부분을 제외한 공간에 전해액(300)이 주입될 수 있다. 즉, 절연틀(200) 내에 전극의 전해액에 대한 웨팅 특성을 향상시키기 위해 전해액을 미리 주입할 수 있다. 결국, 본 발명의 일 측에 따라 전해액(300)이 침투될 수 있는 부분을 수용하는 절연틀(200)을 구비하여, 전해액(300)이 전극에 충분히 침투될 수 있도록 한다.The
이로 인해, 본 발명의 일 측에 따른 이차 전지용 파우치 셀은, 파우치 셀을 패키지화 하기 전에 전극 조립체(100)를 수용하는 절연틀(200)이 구비되고 이러한 절연틀(200)에 전해액(300)을 미리 주입함으로써, 대면적 파우치 셀에서 전극에 전해액(300)이 충분히 침투되어 웨팅 특성이 향상되고, 이로 인해 전지의 성능 및 수명을 향상시킬 수 있다.Accordingly, the pouch cell for a secondary battery according to one aspect of the present invention includes an insulating
또한, 절연틀(200)은 전해액(300)과 화학적으로 반응하지 않은 재질의 물질로 형성될 수 있으며, 절연틀(200)은 형상, 두께, 부피 등이 변형되지 않음으로써 파우치 셀의 퇴화시 두께가 증가하는 것을 막을 수 있다. 발명의 일 측에 따른 이차 전지용 파우치 셀은 리튬 이온 폴리머 이차 전지에 사용될 수 있다.
The insulating
이하에서는 본 발명의 일 측에 따른 이차 전지용 파우치 셀의 제조방법에 대해 설명한다.Hereinafter, a method of manufacturing a pouch cell for a secondary battery according to one aspect of the present invention will be described.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차 전지용 파우치 셀을 제조하는 방법을 나타내는 흐름도이다.2 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a pouch cell for a secondary battery according to another embodiment of the present invention.
먼저, 스택형(적층형) 구조, 스택·폴딩형 구조, 젤리-롤(권취형) 구조 등 다양한 구조의 전극 조립체를 준비한다.First, an electrode assembly having various structures such as a stacked (stacked) structure, a stacked folding structure, and a jelly-roll (wound) structure is prepared.
이후, 전극 조립체에서 양극 단자 및 음극 단자를 제외한 부분을 절연틀에 수용시키고, 절연틀에 전해액을 주입한다. 즉, 본 발명의 일 측에 따라 파우치 셀을 패키지화 하기 전에 전극 조립체를 수용하는 절연틀이 구비되고 이러한 절연틀에 전해액을 미리 주입함으로써, 대면적 파우치 셀에서 전극에 전해액이 충분히 침투되어 웨팅 특성이 향상되고, 이로 인해 전지의 성능 및 수명을 향상시킬 수 있다. 상기에서 설명한 바와 같이, 절연틀은 절연 물질로 제조될 수 있으며, 전해액과 반응하지 않는 물질로 제조될 수 있으며, 형상, 두께, 부피 등이 변형되지 않을 수 있다.Thereafter, portions of the electrode assembly excluding the positive electrode terminal and the negative electrode terminal are received in the insulating frame, and the electrolyte is injected into the insulating frame. That is, according to one aspect of the present invention, there is provided an insulating frame for housing the electrode assembly before packaging the pouch cell, and the electrolytic solution is sufficiently penetrated into the electrodes in the large-size pouch cell by pre- So that the performance and lifetime of the battery can be improved. As described above, the insulating frame may be made of an insulating material, and may be made of a material that does not react with an electrolytic solution, and may not be deformed in shape, thickness, volume, and the like.
이후, 파우치 셀을 실링(sealing)하기 전에 절연틀의 외부에 전해액을 더 주입할 수 있다. 이때, 절연틀의 외부에 주입되는 전해액은 절연틀에 형성된 홀 또는 통로를 통해 절연틀 내부로 주입될 수 있으며, 이로 인해 절연틀 내에서 소모된 전해액을 보충할 수 있다.
Thereafter, an electrolyte may be further injected to the outside of the insulating frame before sealing the pouch cell. At this time, the electrolyte solution injected to the outside of the insulating frame can be injected into the insulating frame through a hole or a passage formed in the insulating frame, so that the consumed electrolyte can be replenished in the insulating frame.
이후, 파우치 셀을 실링함으로써 본 발명의 일 측에 따른 이차 전지용 파우치 셀을 제조할 수 있다.Thereafter, the pouch cell for a secondary battery according to one aspect of the present invention can be manufactured by sealing the pouch cell.
상술한 파우치 셀은 이차전지의 구조에 적용될 수 있음은 물론, 다양한 전기화학 소자에 적용될 수 있다. 이를 테면, 본 발명에 따른 파우치 셀은 양극과 음극의 전기화학적 반응에 의해 전기를 생산하는 전기화학셀에 적용될 수 있는 바, 전기화학 셀의 대표적인 예로는, 슈퍼 캐패시터(super capacitor), 울트라 캐패시터(ultra capacitor), 이차전지, 연료전지, 각종 센서, 전기분해장치, 전기화학적 반응기 등을 들 수 있고, 그 중에서 이차전지가 특히 바람직하다. 나아가, 본 발명에 따라 제조되는 다수의 이차전지를 포함하는 전지 모듈을 포함하는 전지 팩의 경우, 파워 툴(power tool); 전기차(Electric Vehicle, EV), 하이브리드 전기차(Hybrid Electric Vehicle, HEV) 및 플러그인 하이브리드 전기차(Plug-in Hybrid Electric Vehicle, PHEV)로 이루어진 군에서 선택된 전기차; 이-바이크(E-bike); 이-스쿠터(E-scooter); 전기 골프 카트(Electric golf cart); 전기 트럭; 및 전기 상용차로 이루어진 중대형 디바이스 군에서 선택된 하나 이상의 전원으로 사용될 수 있다.The above-described pouch cell can be applied to various electrochemical devices as well as to the structure of a secondary battery. For example, the pouch cell according to the present invention can be applied to an electrochemical cell that generates electricity by an electrochemical reaction between a positive electrode and a negative electrode. Typical examples of the electrochemical cell include a super capacitor, an ultracapacitor a secondary battery, a fuel cell, various sensors, an electrolytic device, and an electrochemical reactor, among which a secondary battery is particularly preferable. Furthermore, in the case of a battery pack including a battery module including a plurality of secondary batteries manufactured according to the present invention, a power tool; An electric vehicle selected from the group consisting of Electric Vehicle (EV), Hybrid Electric Vehicle (HEV), and Plug-in Hybrid Electric Vehicle (PHEV); E-bike; An e-scooter; Electric golf cart; Electric truck; And an electric commercial vehicle.
중대형 전지모듈은 다수의 단위전지들을 직렬 방식 또는 직렬/병렬 방식으로 연결하여 고출력 대용량을 제공하도록 구성되어 있으며, 그에 대해서는 당업계에 공지되어 있으므로 본 명세서에는 관련 설명을 생략한다.The middle- or large-sized battery module is configured to provide a large-capacity large-capacity battery by connecting a plurality of unit cells in a serial manner or a serial / parallel manner, which is well known in the art and thus will not be described herein.
따라서, 본 발명의 일 측에 따른 이차 전지용 파우치 셀은 절연틀 및 절연틀에 미리 주입된 전해액으로 인해 전극의 전해액에 대한 웨팅 특성을 향상시킬 수 있으며, 이로 인해 전지의 성능 및 수명이 저하되는 것을 방지할 수 있으며, 웨팅 특성 저하로 인해 배터리 팩 어셈블리 상에 악영향을 주는 것을 미리 방지할 수 있다.
Therefore, the pouch cell for a secondary battery according to one aspect of the present invention can improve the wetting property with respect to the electrolyte of the electrode due to the electrolyte injected into the insulating frame and the insulating frame in advance, thereby deteriorating the performance and life of the battery And it is possible to prevent the battery pack assembly from being adversely affected due to deterioration of the wetting property.
전술한 바와 같은 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시예에 관해 설명하였다. 그러나 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서는 여러 가지 변형이 가능하다. 본 발명의 기술적 사상은 본 발명의 기술한 실시예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
In the foregoing detailed description of the present invention, specific examples have been described. However, various modifications are possible within the scope of the present invention. The technical idea of the present invention should not be limited to the embodiments of the present invention but should be determined by the equivalents of the claims and the claims.
100 : 전극 조립체 110 : 양극 단자
120 : 음극 단자 200 : 절연틀
300 : 전해액100: electrode assembly 110: positive electrode terminal
120: negative terminal 200: insulated frame
300: electrolyte
Claims (10)
파우치 내부에 마련되며, 파우치를 실링하기 이전에 상기 전극 조립체를 수용하는 절연틀; 및
상기 절연틀 내에 포함되는 전해액;
을 포함하는 이차 전지용 파우치 셀.
An electrode assembly including an anode, a separator, and a cathode;
An insulative frame provided within the pouch to receive the electrode assembly prior to sealing the pouch; And
An electrolyte contained in the insulating frame;
Wherein the pouch cell is a pouch.
상기 절연틀은 상기 전해액과 화학적으로 반응하지 않는 재질의 물질로 이루어진 이차 전지용 파우치 셀.
Claim 1:
Wherein the insulating frame is made of a material which does not chemically react with the electrolytic solution.
상기 전극 조립체는 스택형 구조, 스택·폴딩형 구조, 젤리-롤 구조인 이차 전지용 파우치 셀.
The method according to claim 1,
The electrode assembly has a stacked structure, a stacked folding structure, and a jelly-roll structure.
상기 이차 전지는 리튬 이온 폴리머 이차 전지인 이차 전지용 파우치 셀.
The method according to claim 1,
Wherein the secondary battery is a lithium ion polymer secondary battery.
상기 전극 조립체에서, 상기 양극 및 상기 음극과 각각 연결되는 양극 단자 및 음극 단자를 제외한 부분이 상기 절연틀에 수용되는 이차 전지용 파우치 셀.
The method according to claim 1,
Wherein a portion of the electrode assembly other than the positive electrode terminal and the negative electrode terminal, which are respectively connected to the positive electrode and the negative electrode, is accommodated in the insulating frame.
상기 전극 조립체를 절연틀에 수용시키는 단계;
상기 절연틀 내에 전해액을 주입하는 단계;
파우치를 실링하는 단계를 포함하며,
상기 절연틀에 전해액을 주입하는 단계는 실링하는 단계 이전에 수행되는 것을 특징으로 하는 이차 전지용 파우치 셀의 제조방법.
Preparing an electrode assembly comprising an anode, a separator, and a cathode; And
Receiving the electrode assembly in an insulating frame;
Injecting an electrolyte into the insulating frame;
And sealing the pouch,
Wherein the step of injecting the electrolyte into the insulating frame is performed before the step of sealing.
상기 절연틀은 상기 전해액과 화학적으로 반응하지 않는 재질의 물질로 이루어진 이차 전지용 파우치 셀의 제조방법.
The method of claim 6,
Wherein the insulating frame is made of a material which does not chemically react with the electrolytic solution.
상기 전극 조립체에서, 상기 양극 및 상기 음극과 각각 연결되는 양극 단자 및 음극 단자를 제외한 부분이 상기 절연틀에 수용되는 이차 전지용 파우치 셀의 제조방법.
The method of claim 7,
Wherein a portion of the electrode assembly other than the positive electrode terminal and the negative electrode terminal which are respectively connected to the positive electrode and the negative electrode is received in the insulating frame.
상기 파우치 셀을 실링하기 전에 상기 절연틀의 외부에 전해액을 더 주입하는 단계를 포함하는 이차 전지용 파우치 셀의 제조방법.
The method of claim 8,
And further injecting an electrolyte into the outside of the insulation frame before sealing the pouch cell.
An electrochemical device comprising at least one pouch cell for a secondary battery according to any one of claims 1 to 5.
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