KR101818806B1 - Pouch type secondary battery and method for preparing the same - Google Patents
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Abstract
본 발명은 전극조립체, 상기 전극조립체를 수용하는 수용부를 포함하는 하부 외장재와, 상기 하부 외장재를 덮는 상부 외장재가 일체형으로 이루어져 있고, 상기 하부 외장재와 상부 외장재가 맞닿은 면은 절곡되어 폴딩되어 있는 파우치 외장재, 및 상기 파우치 외장재의 폴딩 면에 대하여 수직 방향으로 가스 배출을 위한 가스 유로를 구비한 파우치형 이차전지에 있어서, 상기 파우치 외장재의 폴딩 면에 대하여 수직 방향으로 간섭 실링부 (interfere)를 추가로 구비한 파우치형 이차전지 및 이의 제조 방법을 제공한다.The present invention relates to an electrode assembly, a lower casing member including a receiving portion for receiving the electrode assembly, and an upper casing member covering the lower casing member, wherein the lower casing member and the upper casing member are folded and folded, And a gas flow path for discharging the gas in a direction perpendicular to the folding surface of the pouch exterior material, wherein the pouch exterior material is further provided with an interfering sealing portion perpendicularly to the folding surface of the pouch exterior material A pouch type secondary battery and a method of manufacturing the same are provided.
Description
본 발명은 탈기 (degassing) 공정 시에 전해액의 과다 유출을 방지하면서 내부에서 발생된 가스만을 효율적으로 제거할 수 있는 파우치형 이차전지와 이의 제조 방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a pouch-type secondary battery capable of efficiently removing only the gas generated therein while preventing excessive leakage of an electrolyte solution during a degassing process, and a method of manufacturing the same.
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.As technology development and demand for mobile devices are increasing, the demand for batteries as energy sources is rapidly increasing, and accordingly, a lot of researches on batteries capable of meeting various demands have been conducted.
대표적으로 전지의 형상 면에서는 휴대폰 등과 같은 제품들에 적용될 수 있는 얇은 두께의 각형 이차전지와 파우치형 이차전지에 대한 수요가 증가하고 있고, 재료 면에서는 높은 에너지 밀도, 방전 전압, 출력 안정성을 가지는 리튬이온 전지, 리튬이온 폴리머 전지 등과 같은 리튬 이차전지에 대한 수요가 증가하고 있다.Typically, there is an increasing demand for a thin rectangular rechargeable battery and a pouch type secondary battery that can be applied to products such as mobile phones in terms of the shape of the battery. In terms of materials, lithium having a high energy density, discharge voltage, There is an increasing demand for lithium secondary batteries such as ion batteries and lithium ion polymer batteries.
상기 리튬 이차전지는 양극/분리막/음극을 포함하는 전극조립체의 구조에 따라 크게 젤리-롤형 (권취형)과 스택형(적층형)으로 구분된다.The lithium secondary battery is divided into a jelly-roll type (winding type) and a stack type (laminate type) depending on the structure of the electrode assembly including the anode / separator / cathode.
상기 젤리-롤형 전극조립체는 집전체로 사용되는 금속 호일에 전극 활물질 등을 코팅하고 건조 및 프레싱한 후, 소망하는 폭과 길이의 밴드 형태로 재단하고 분리막을 사용하여 음극과 양극을 격막한 후 나선형으로 감아 제조된다. 젤리-롤형 전극조립체는 전극 활물질의 박리 문제, 낮은 공간 활용성 등의 단점이 있어 각형 또는 파우치형 전지보다 원통형 전지에 보다 적합하다. 반면에, 상기 스택형 전극조립체는 다수의 양극 및 음극 단위 셀들을 순차적으로 적층한 구조로서, 각형의 형태를 얻기가 용이하여 각형 또는 파우치형 전지에 적용 가능하지만, 제조과정이 번잡하고 충격이 가해졌을 때 전극이 밀려서 단락이 유발되는 단점이 있다.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 the electrode active material, cutting the electrode into a band shape having a desired width and length, separating the cathode and the anode using a separator, . The jelly-roll type electrode assembly is more suitable for a cylindrical battery than a prismatic or pouch type battery because 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 can be easily applied to a prismatic or pouch type battery because a prismatic shape can be easily obtained. However, There is a disadvantage that shorting occurs due to pushing of the electrode.
상기 젤리-롤형 전극조립체 또는 스택형 전극조립체의 문제점을 해결하기 위하여, 일정한 단위 크기의 양극/분리막/음극 구조의 풀셀(full cell) 또는 양극(음극)/분리막/음극(양극)/분리막/양극(음극) 구조의 바이셀(bicell)을 긴 길이의 연속적인 분리필름을 사용하여 폴딩한 혼합 형태의 전극조립체, 예컨대 스택-폴딩형 전극조립체가 개발되었다. In order to solve the problems of the jelly-roll type electrode assembly or the stacked electrode assembly, a full cell or a positive electrode (cathode) / separator / cathode (anode) / separator / anode A mixed-type electrode assembly, for example, a stack-folding type electrode assembly, in which a bicell of a negative electrode structure is folded by using a long length of continuous separation film has been developed.
도 1은 알루미늄 라미네이트 시트로 이루어진 파우치형 외장재에 상기 스택-폴딩형 전극조립체를 내장하여 제조한 일반적인 파우치형 이차전지의 구성을 개략적으로 나타내는 평면도이다.1 is a plan view schematically showing the construction of a general pouch-type secondary battery manufactured by incorporating the stack-folding type electrode assembly into a pouch-type outer casing made of an aluminum laminate sheet.
즉, 상기 파우치형 이차전지는 양극/분리막/음극이 순차적으로 적층되어 있는 스택/폴딩형 구조의 전극조립체(13), 상기 전극조립체(13)로부터 연장된 양극 탭 및 음극 탭들(미도시), 상기 양극 탭 및 음극 탭에 각각 용접되어 있는 양극 리드 및 음극 리드(15), 및 상기 전극조립체(13)를 수용하는 전지 외장재인 파우치 외장재(11)로 구성되어 있다. That is, the pouch type secondary battery includes a stack / folding
상기 도 1과 같은 구조의 파우치형 이차전지는 전극조립체를 파우치에 밀봉하는 패키지 (pakage) 공정, 충,방전에 의해 전지를 활성화시키는 포메이션 (formation) 공정, 상기 활성화 과정 중에 발생된 가스를 제거하는 탈기 (degassing) 공정 및 선적 (shipping charge) 과정을 거쳐 제조된다.The pouch type secondary battery having the structure as shown in FIG. 1 includes a pouch process for sealing the electrode assembly to the pouch, a formation process for activating the battery by charging and discharging, a process for removing the gas generated during the activation process A degassing process and a shipping charge process.
한편, 상기 파우치형 전지의 제조 과정에 있어서, 상기 탈기 공정은 도 1에 도시한 바와 같이 패키지 공정 시 실링한 단부의 일부를 절취하여 가스 유로(19)를 삽입한 다음, 진공(압력)(21)을 인가하여 실시할 수 있다. As shown in FIG. 1, in the manufacturing process of the pouch-type battery, a part of an end portion sealed at the packaging process is cut off to insert the
하지만, 이 과정에서 가스 제거에 많은 시간이 소요될 뿐만 아니라, 실링부와 가스 유로 사이의 계면으로 외부 물질이 유입되거나, 일부 전해액이 과다 유출되어 이차전지의 안전성 및 수명이 크게 저하되는 문제점이 있다.
However, in this process, not only a long time is required to remove the gas, but also foreign substances are introduced into the interface between the sealing part and the gas flow path, or a part of the electrolyte flows out excessively,
상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명에서는 파우치형 이차전지 제조를 위한 탈기 공정 시에 전해액의 과다 유출을 방지하면서 내부에서 발생된 가스만을 효율적으로 제거하여 안전성을 향상시킨 파우치형 이차 전지와, 이의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
In order to solve the above problems, the present invention provides a pouch-type secondary battery which improves safety by effectively removing only the gas generated from the inside while preventing excessive leakage of the electrolyte during the degassing process for manufacturing the pouch- And a method for producing the same.
상기의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에서는 In order to achieve the above object, in one embodiment of the present invention
전극조립체, 및Electrode assembly, and
상기 전극조립체를 수용하는 수용부를 포함하는 하부 외장재와, 상기 하부 외장재를 덮는 상부 외장재가 일체형으로 이루어져 있고, 상기 하부 외장재와 상기 상부 외장재가 맞닿은 면은 절곡되어 있는 파우치 외장재; 및
상기 파우치 외장재의 폴딩면에 대하여 수직 방향으로 가스 배출을 위한 가스 유로를 구비한 파우치형 이차전지에 있어서A lower casing member including an accommodating portion for accommodating the electrode assembly, and an upper casing member covering the lower casing member, wherein the lower casing member and the upper casing member are folded in a bent manner; And
And a gas flow path for discharging the gas in a direction perpendicular to the folding surface of the pouch exterior material,
상기 파우치 외장재의 폴딩 면에 대하여 수직 방향으로 간섭 실링부 (interfere)를 추가로 구비한 파우치형 이차전지를 제공한다.The pouch type secondary battery further includes an interfere in a direction perpendicular to the folding surface of the pouch exterior material.
이때, 상기 간섭 실링부는 기역자형 또는 일자형으로 형성될 수 있다.In this case, the interference sealing portion may be formed as a translator or a straight line.
또한, 상기 간섭 실링부는 상기 파우치 외장재의 가스 유로 위치의 실링부 영역 상에 또는 상기 전극 조립체 수용부와 가스 유로 사이의 실링부 영역 상에 형성될 수 있다.In addition, the interference sealing portion may be formed on the sealing portion of the gasket channel of the pouch exterior material, or on the sealing portion between the electrode assembly accommodating portion and the gas channel.
또한, 상기 간섭 실링부는 상기 양극 리드와 음극 리드가 돌출된 방향에 대하여 수평 방향으로 형성될 수 있다.
In addition, the interference sealing portion may be formed in a horizontal direction with respect to a direction in which the positive electrode lead and the negative electrode lead protrude.
또한, 본 발명의 또 다른 일 실시예에서는 In another embodiment of the present invention,
전극조립체를 파우치 외장재에 수용하고 실링하는 단계;Receiving and sealing the electrode assembly in the pouch exterior;
상기 실링된 파우치 외장재 내부에 전해액을 주입하는 단계;Injecting an electrolyte into the sealed pouch exterior material;
충방전을 실시하여 활성화하는 단계;Performing a charge and discharge to activate;
상기 파우치 외장재의 폴딩 면에 대하여 수직 방향으로 가스 배출을 위한 가스 유로를 형성하는 단계; Forming a gas flow path for gas discharge in a direction perpendicular to a folding surface of the pouch exterior material;
상기 가스 유로를 통해 활성화 단계 중에 발생된 가스를 제거하는 탈기 공정을 실시하는 단계;를 포함하는 파우치형 이차전지의 제조 방법에 있어서,And performing a degassing process for removing gas generated during the activation step through the gas flow channel, the method comprising:
상기 전해액 주입 단계 후 및 상기 탈기 공정을 실시하기 전에 상기 파우치 외장재의 폴딩면에 대하여 수직 방향으로 간섭 실링부를 형성하는 단계를 추가로 포함하는 본 발명의 파우치형 이차전지의 제조 방법을 제공한다. And forming an interference sealing portion in a direction perpendicular to the folding surface of the pouch exterior material after the electrolyte injection step and before the degassing step.
이때, 상기 간섭 실링부는 상기 전극조립체가 수용된 수용부와 가스 유로 사이의 실링부 영역 상에, 또는 상기 가스 유로 위치의 실링부 영역 상에 형성할 수 있다.At this time, the interference sealing portion may be formed on the sealing region between the accommodation portion where the electrode assembly is accommodated and the gas flow passage, or on the sealing region of the gas flow passage.
본 발명에 따르면, 파우치형 이차전지 제조 공정에서 탈기 공정을 실시하기 위한 가스 유로가 개재된 부분에 간섭 실링부를 구비함으로써, 탈기 공정 시에 전해액의 과다 유출을 방지하고, 내부에서 발생된 가스만을 효율적으로 제거할 수 있다. 따라서, 용량 및 안정성 면에서 우수한 파우치형 이차전지를 제조할 수 있다.
According to the present invention, by providing the interference sealing portion at the portion where the gas flow path for performing the degassing process is provided in the process of manufacturing the pouch type secondary battery, it is possible to prevent the excessive leakage of the electrolyte during the degassing process, . Accordingly, it is possible to manufacture a pouch-type secondary battery excellent in capacity and stability.
도 1은 탈기 공정을 위한 가스 유로가 개재된 일반적인 파우치형 이차전지의 일반적인 구성을 개략적으로 나타내는 평면도이다.
도 2a 내지 도 2d는 본 발명의 일 실시예에 따른 간섭 실링부가 구비된 파우치형 이차전지의 구성을 개략적으로 나타내는 평면도이다.
도 3은 본 발명의 실시예 및 비교예에서 제조된 파우치형 이차전지의 전해액 유출량을 도시한 그래프이다.1 is a plan view schematically showing a general configuration of a general pouch type secondary battery in which a gas flow path for a degassing process is interposed.
FIGS. 2A to 2D are plan views schematically showing the configuration of a pouch-type secondary battery having an interference sealing part according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a graph showing an electrolyte flow rate of the pouch type secondary battery manufactured in Examples and Comparative Examples of the present invention.
이하, 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다. Hereinafter, the present invention will be described in more detail.
본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 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.
The terms and words used in the present specification and claims should not be construed as limited to ordinary or dictionary terms and the inventor may appropriately define the concept of the term in order to best describe its invention It should be construed as meaning and concept consistent with the technical idea of the present invention.
구체적으로, 본 발명의 일 실시예에서는 Specifically, in one embodiment of the present invention
전극조립체, Electrode assembly,
상기 전극조립체를 수용하는 수용부를 포함하는 하부 외장재와 상기 하부 외장재를 덮는 상부 외장재가 일체형으로 이루어져 있고, 상기 하부 외장재와 상기 상부 외장재가 맞닿은 면은 절곡되어 폴딩되어 있는 파우치 외장재, 및
상기 파우치 외장재의 폴딩면에 대하여 수직 방향으로 가스 배출을 위한 가스 유로를 구비한 파우치형 이차전지에 있어서,Wherein the upper and lower outer casings are integrally formed with a lower casing material including a housing part for accommodating the electrode assembly and the lower casing material, and a folded and folded surface of the lower casing material and the upper casing facing each other,
And a gas flow path for gas discharge in a direction perpendicular to a folding surface of the pouch exterior material,
상기 파우치 외장재의 폴딩 면에 대하여 수직 방향으로 간섭 실링부 (interfere) (또는 노치(notch)라 칭함)를 추가로 구비한 파우치형 이차전지를 제공한다.
(Or notch) in a direction perpendicular to the folding surface of the pouch exterior material. The present invention also provides a pouch type secondary battery,
또한, 본 발명의 또 다른 일 실시예에서는 In another embodiment of the present invention,
전극조립체를 파우치 외장재에 수용하고 실링하는 단계;Receiving and sealing the electrode assembly in the pouch exterior;
상기 실링된 파우치 외장재 내부에 전해액을 주입하는 단계;Injecting an electrolyte into the sealed pouch exterior material;
충방전을 실시하여 활성화하는 단계;Performing a charge and discharge to activate;
상기 파우치 외장재의 폴딩 면에 대하여 수직 방향으로 가스 배출을 위한 가스 유로를 형성하는 단계; Forming a gas flow path for gas discharge in a direction perpendicular to a folding surface of the pouch exterior material;
상기 가스 유로를 통해 활성화 단계 중에 발생된 가스를 제거하는 탈기 공정을 실시하는 단계;를 포함하는 파우치형 이차전지의 제조 방법에 있어서, And performing a degassing process for removing gas generated during the activation step through the gas flow channel, the method comprising:
상기 전해액 주입 단계 후 및 상기 탈기 공정을 실시하기 전에 상기 파우치형 이차전지의 폴딩 면에 대하여 수직 방향으로 간섭 실링부를 형성하는 단계를 추가로 포함하는 파우치형 이차전지의 제조 방법을 제공한다.
And forming an interference sealing portion in a direction perpendicular to the folding surface of the pouch type secondary battery after the electrolyte injection step and before the degassing step.
구체적으로, 상기 본 발명의 간섭 실링부가 구비된 파우치형 이차전지 및 이의 제조 방법을 하기 도 2a 내지 도 2d를 참고하여 상세히 설명한다. 이때, 도 2a 내지 도 2d는 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 간섭 실링부를 구비한 파우치형 이차전지의 구성을 개략적으로 나타내는 평면도이다. In detail, the pouch type secondary battery having the interference sealing portion of the present invention and a method of manufacturing the same will be described in detail with reference to FIGS. 2A to 2D. 2A to 2D are plan views schematically showing the structure of a pouch type secondary battery having an interference sealing part manufactured according to an embodiment of the present invention.
먼저, 본 발명에 따른 파우치형 이차전지는 파우치 외장재(130)와, 상기 파우치 외장재에 수용된 전극조립체(131) 및 상기 전극조립체와 접합 연결되어 있는 전극 리드(133)로 이루어져 있다.First, the pouch type secondary battery according to the present invention includes a pouch
상기 파우치 외장재는 상기 전극조립체를 수용하기 위한 수용부를 포함하는 하부 외장재와, 상기 하부 외장재를 덮는 상부 외장재가 일체형으로 이루어져 있고, 상기 하부 외장재와 상기 상부 외장재가 맞닿은 면은 절곡되어 폴딩되는 구조로 이루어져 있다.Wherein the pouch exterior member comprises a lower exterior material including a receptacle for accommodating the electrode assembly and an upper exterior material covering the lower exterior material, and a surface where the upper exterior material contacts the upper exterior material is folded and folded have.
또한, 본 발명의 파우치형 이차전지는 상기 파우치 외장재의 내부 공간에 전극조립체를 수용한 다음, 상기 상부 외장재를 덮고, 상, 하부의 외장재 실링부를 열융착하여 전극조립체를 밀봉하여 제조될 수 있다. Also, the pouch type secondary battery of the present invention can be manufactured by housing the electrode assembly in the inner space of the pouch case, covering the upper case, and sealing the upper and lower case sealing parts by sealing the electrode assembly.
이때 상기 전극조립체는 젤리롤형 전극조립체; 스택형 전극조립체; 또는 스택 & 폴딩형 전극조립체 중 어느 하나 일 수 있다. 구체적으로, 상기 전극조립체는 하나 이상의 양극판 및 하나 이상의 음극판이 서로 대향하면서 적층된 상태로 배치되고, 상기 양극판과 음극판은 서로 직접 접촉하지 않도록 소정 거리로 이격되어 있으며, 그 사이에 분리막이 개재되어 권취된 구조의 스택 & 폴딩형 전극조립체인 것이 바람직하다. The electrode assembly includes a jelly roll type electrode assembly; A stacked electrode assembly; Or stack & folding electrode assembly. The positive electrode plate and the negative electrode plate are spaced apart from each other by a predetermined distance so that the positive electrode plate and the negative electrode plate are not in direct contact with each other. The separator is interposed between the positive electrode plate and the negative electrode plate, Stacked < / RTI > folded electrode assembly.
또한, 본 발명의 파우치형 이차전지는 파우치 외장재 내에 전극조립체를 밀봉한 다음, 상기 파우치 외장재 내부로 전해액을 주입하고, 전해액이 전극에 골고루 분포될 수 있는 시간을 제공하기 위하여, 상온, 상압 조건에서 72 시간 이하로 에이징 (aging) 하는 단계를 실시할 수 있다.The pouch type secondary battery of the present invention is characterized in that the electrode assembly is sealed in the pouch outer cover material and then an electrolyte is injected into the outer casing of the pouch and the electrolyte is uniformly distributed to the electrode. Aging may be carried out for 72 hours or less.
그리고 상기 에이징 후, 전지 용량의 10% 초과 50% 미만으로 파우치형 이차전지에 대한 초기 충전(pre-charging)을 실시할 수 있다. 이때 상기 초기 충전은 전극조립체의 전극단자를 이용하여 전극조립체를 1차적으로 충전함으로써 전지 내부의 가스를 발생시킴과 동시에 활물질을 활성화시키기 위한 단계로서, 0.1 내지 1C의 전류, 3.6 내지 4.4V의 전압 조건에서 진행되는 것이 바람직하다.After the aging, the pre-charging of the pouch-type secondary battery can be performed at more than 10% and less than 50% of the battery capacity. The initial charging is a step for generating gas inside the battery by firstly charging the electrode assembly using the electrode terminal of the electrode assembly and activating the active material. The initial charging is performed by supplying a current of 0.1 to 1 C, a voltage of 3.6 to 4.4 V It is preferable to proceed under the conditions.
또한, 본 발명의 파우치형 이차전지는 초기 충전 후, 방전 상태의 리튬이차전지를 충전시켜 활성화시키는 포메이션(formation) 공정을 실시할 수 있다. In addition, the pouch-type secondary battery of the present invention may be subjected to a formation process in which, after the initial charging, lithium in a discharged state is charged and activated.
상기 포메이션 공정은 다양한 공정 형태로 실시할 수 있는데, 예를 들면 일반적으로 0.2C의 전류로 만충전한 다음, 에이징(Aging)을 하면서 개로전압(OCV:open circuit voltage) 불량을 검출하고, 다시 만방전하여 방전용량을 측정한 다음, 출하를 위해 용량의 50%로 충전하는 방식으로 실시할 수 있다.The forming process can be carried out in various process forms. For example, after a current of 0.2 C is fully charged, an open circuit voltage (OCV) defect is detected while aging, The discharge capacity can be measured and then charged to 50% of the capacity for shipment.
또한, 본 발명의 파우치형 이차전지는 상기 포메이션 공정 완료 후에 이차전지를 1 내지 3일 동안 보관하는 에이징 공정을 추가로 실시할 수 있다. In addition, the pouch type secondary battery of the present invention may further include an aging step of storing the secondary battery for one to three days after completion of the forming process.
상기 포메이션 공정 후 본 발명의 파우치형 이차전지는 내부에서 발생하는 가스를 배출하기 위한 탈기 공정을 실시할 수 있다.After the forming process, the pouch type secondary battery of the present invention may be subjected to a degassing process for discharging gas generated therein.
상기 탈기 공정은 상기 포메이션 공정시 파우치형 이차전지 내부에서 발생한 가스를 제거하기 위한 것으로서, 파우치 외장재의 실링부 일부를 절단하고, 가스 유로(135)를 형성한 다음, 압력 (137), 즉 98 Kpa 이하의 진공 (vacuum degree) 분위기 하에서 6초 이내로 실시할 수 있다. The degassing process is performed to remove gas generated in the pouch-type secondary battery during the forming process. A part of the sealing portion of the pouch case is cut, a
특히, 본 발명의 파우치형 이차전지는 상기 전극조립체 수용부와 가스 유로 사이의 파우치 외장재의 실링부 영역에 또는 가스 유로 배치 위치에 간섭 실링부 (또는 노치)(140a, 140b, 140c, 140d)를 추가로 형성할 수 있다.Particularly, in the pouch type secondary battery of the present invention, interference sealing portions (or notches) 140a, 140b, 140c, and 140d are formed in the sealing portion region of the pouch outer casing between the electrode assembly receiving portion and the gas passage, Can be additionally formed.
바람직하게, 상기 간섭 실링부는 도 2a 및 도 2b에 도시한 바와 같이 일자형(140a 및 140b)으로 형성될 수도 있고, 도 2c 및 도 2d에 도시한 바와 같이 기역자형(140c 및 140d)으로 형성될 수도 있다.Preferably, the interference sealing portion may be formed as
또한, 상기 간섭 실링부는 도 2a 및 도 2c에 도시한 바와 같이 전극조립체와 가스 유로 배치 위치 사이의 파우치 외장재의 실링부 영역 상에 형성될 수도 있고, 또는 도 2b 및 2d에 도시한 바와 같이 가스 유로가 배치되는 위치상에 형성될 수도 있다. 2 (a) and 2 (c), the interference sealing portion may be formed on the sealing portion region of the pouch outer casing between the electrode assembly and the gas passage arrangement position, May be formed on the position at which they are disposed.
상기 간섭 실링부는 상기 전극조립체로부터 돌출된 양극 리드와 음극 리드의 돌출 방향에 대하여 수평 방향으로 형성될 수 있다.The interference sealing portion may be formed in a horizontal direction with respect to a protruding direction of the positive electrode lead and the negative electrode lead projecting from the electrode assembly.
이와 같이, 본 발명의 파우치형 이차전지는 상기 가스 유로를 통해 파우치 외장재의 내부로부터 가스가 원활하고 신속하게 배출되는 반면에, 가스와 함께 전해액이 과다 유출되는 것을 방지하는 효과를 구현할 수 있다. 더욱 바람직하게, 상기 본 발명이 간섭 실링부는 전해액 유출을 방지 효과를 보다 높이기 위하여, 도 2c에 도시한 바와 같이 가스 유로 배치 위치 상에 형성할 수 있다.As described above, in the pouch type secondary battery of the present invention, the gas can be smoothly and quickly discharged from the inside of the pouch outer casing through the gas passage, while preventing the electrolyte from being excessively discharged together with the gas. More preferably, the interference sealing portion of the present invention can be formed on the gas flow path position as shown in FIG. 2C in order to further enhance the effect of preventing electrolyte leakage.
한편, 상기 실시예에서는, 간섭 실링부가 상부 파우치와 하부 파우치에 모두 형성된 경우를 위주로 설명되었으나, 본 발명이 반드시 이러한 실시예로 한정되는 것은 아니다. 더욱이 이러한 실시예의 경우, 가스 유로의 폭이나 너비가 넓게 형성되는 경우에도, 전해액의 과다 유출을 방지할 수 있다.
In the above embodiment, the case where the interference sealing part is formed in both the upper pouch and the lower pouch has been described. However, the present invention is not necessarily limited to these embodiments. Furthermore, in this embodiment, it is possible to prevent the electrolyte from being overflowed even when the width or width of the gas flow path is wide.
한편, 본 발명에서는 상기 파우치형 이차전지를 포함하는 배터리 팩을 제공할 수 있다. 이러한 배터리 팩은, 이차 전지를 하나 또는 그 이상 포함할 수 있으며, 이러한 이차 전지 이외에도, BMS(Battery Management System)와 같은 이차 전지의 충방전을 제어하기 위한 여러 보호 장치들을 포함할 수 있다. 특히, 본 발명에 따른 배터리 팩은, 전기 자동차 또는 하이브리드 자동차와 같이 배터리로 구동되는 자동차에 적용될 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 자동차는, 상술한 파우치형 이차 전지를 포함할 수 있다. 이 경우, 파우치 외장재의 간섭 실링부를 통해 배출된 가스가, 자동차용 배터리 팩에 구비된 공랭식 냉각 시스템을 통해 원활하게 자동차 외부로 배출되도록 할 수 있다.
Meanwhile, the present invention can provide a battery pack including the pouch type secondary battery. The battery pack may include one or more secondary batteries. In addition to the secondary batteries, the battery pack may include various protection devices for controlling charge and discharge of the secondary battery such as a BMS (Battery Management System). Particularly, the battery pack according to the present invention can be applied to a battery-powered automobile such as an electric car or a hybrid car. That is, the automobile according to the present invention may include the above-described pouch type secondary battery. In this case, the gas discharged through the interference sealing portion of the pouch exterior member can be smoothly discharged to the outside of the automobile through the air-cooled cooling system provided in the automotive battery pack.
이하, 본 발명을 구체적으로 설명하기 위해 실시예를 들어 상세하게 설명한다. 그러나 본 발명에 따른 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예에 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 발명의 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다.
Hereinafter, the present invention will be described in detail by way of examples with reference to the following examples. However, the embodiments according to the present invention can be modified into various other forms, and the scope of the present invention should not be construed as being limited to the embodiments described below. The embodiments of the present invention are provided to enable those skilled in the art to more fully understand the present invention.
실시예Example
실시예 1.Example 1.
(양극 제조) (Anode manufacture)
양극활물질로 NMC(Li(Ni0 .6Mn0 .2Co0 .2)O2) 90중량%, 도전재로 카본 블랙 5 중량%, 바인더로 PVDF(polyvinylidenefluoride) 5 중량%를 용제인 NMP(N-methyl-2-pyrrolidone)에 첨가하여 양극 혼합물 슬러리를 제조하였다. 상기 양극 혼합물 슬러리를 양극판인 두께 20㎛의 Al foil에 도포, 건조하여 양극을 제조한 후, 롤 프레스를 실시하였다.
As a cathode active material NMC (Li (Ni 0 .6 Mn 0 .2 Co 0 .2) O 2) a solvent for PVDF (polyvinylidenefluoride) 5 wt% to 90 wt%, 5 wt% of carbon black as a conductive agent, a binder, NMP ( N-methyl-2-pyrrolidone) to prepare a positive electrode mixture slurry. The slurry of the positive electrode mixture was applied to an aluminum foil having a thickness of 20 mu m as a positive electrode plate and dried to prepare a positive electrode, followed by roll pressing.
(음극의 제조)(Preparation of negative electrode)
음극활물질로 탄소 분말 95 중량%, 도전재로 카본 블랙 2 중량%, 증점제로 카르복실메틸 셀룰로스(CMC) 1 중량%, 바인더로 스티렌 부타디엔 고무 (SBR) 2 중량%를 용제인 증류수에 첨가하여 음극 혼합물 슬러리를 제조하였다. 상기 음극 혼합물 슬러리를 음극판인 두께 10㎛의 Cu foil에 도포, 건조하여 음극을 제조한 후, 롤(70) 프레스를 실시하였다.
The negative active material was prepared by adding 95 wt% of carbon powder, 2 wt% of carbon black as a conductive material, 1 wt% of carboxymethyl cellulose (CMC) as a thickener and 2 wt% of styrene butadiene rubber (SBR) A mixture slurry was prepared. The negative electrode mixture slurry was applied to a Cu foil having a thickness of 10 mu m as an anode plate and dried to produce a negative electrode, followed by roll pressing.
(전지셀의 제조)(Manufacture of Battery Cell)
위와 같은 방법으로 제조된 양극 및 음극 사이에 PP/PE/PP 분리막을 개재하여 스택 앤 폴딩(stack and folding) 방식으로 조립함으로써 20Ah 1C 용량의 전극조립체를 제조하였다. 열융착층 위에 알루미늄 포일 금속박층을 형성한 다음, 상기 알루미늄 포일 금속박층 위에 절연층을 적층하여 파우치 외장재를 제조하였다. 상기 제조된 파우치 외장재를 절곡하여 상부 외장재 및 하부 외장재를 형성한 후, 하부 외장재에 프레스(press) 가공을 통해 전극조립체 수납부를 형성하였다. 제조된 전극조립체를 상기 수납부에 수용한 다음, 전해액(에틸렌카보네이트(EC)/프로필렌카보네이트(PC)/디에틸카보네이트(DEC) = 30/20/50 중량%, 리튬헥사플로로포스페이트 (LiPF6) 1 몰)을 주입하였다.
A 20Ah 1C capacity electrode assembly was fabricated by stacking and folding the PP / PE / PP separator between the anode and cathode fabricated in the above manner. An aluminum foil metal foil layer was formed on the heat fusion layer, and then an insulating layer was laminated on the aluminum foil metal foil layer to prepare a pouch exterior material. The manufactured pouch exterior member was bent to form an upper exterior member and a lower exterior member, and then an electrode assembly receiving portion was formed by press working on the lower exterior member. Accommodating the electrode assembly is manufactured in the compartment to the next, an electrolyte (ethylene carbonate (EC) / propylene carbonate (PC) / diethyl carbonate (DEC) = 30/20/50% by weight of lithium hexafluoro phosphate flow (LiPF 6 ) 1 mole) was injected.
(활성화 과정 수행)(Activation process)
상기 제조된 전지셀을 상온에서 0.1C의 전류로 3.8V의 전압이 될 때까지 CC(Constant Current)충전하여 활성화시켰다.
The battery cell thus prepared was charged at a constant current (CC) until the voltage of 3.8 V reached a current of 0.1 C at room temperature.
(탈기 공정) (Degassing process)
상기 활성화 과정을 거친 전지셀의 파우치 외장재의 실링부에 폴딩 면의 수직하는 방향으로 구멍을 뚫어 일자형의 가스 유로를 형성한 다음, -98 kPa의 압력으로 6초간 전지셀 내부의 가스를 제거하였다. 이때, 상기 가스와 함께 유출되는 전해액 량을 측정하여 하기 표 1에 나타내었다 (도 2a 및 도 3 참조).
A hole was formed in the sealing part of the pouch exterior member of the battery cell after the activation process in a direction perpendicular to the folding surface to form a straight gas flow path and then the gas inside the battery cell was removed for 6 seconds at a pressure of -98 kPa. At this time, the amount of electrolyte discharged along with the gas was measured and shown in Table 1 (see FIGS. 2A and 3).
실시예 2.Example 2.
상기 파우치 외장재의 실링부에 기역자형 간섭 실링부를 도입하는 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 마찬가지의 방법으로 전지 셀을 제조하였다.A battery cell was manufactured in the same manner as in Example 1, except that a separator-type interference sealing portion was introduced into the sealing portion of the pouch exterior member.
그 다음으로, 탈기 공정을 실시하여, 가스와 함께 유출되는 전해액 량을 측정하여 하기 표 1에 나타내었다 (도 2c 및 도 3 참조).
Next, the degassing process was carried out to measure the amount of the electrolytic solution flowing out together with the gas, and the results are shown in Table 1 (see FIG. 2C and FIG. 3).
(실시예 3)(Example 3)
상기 파우치 외장재의 가스 유로 배치 위치 상에 기역자형 간섭 실링부를 형성하는 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 마찬가지의 방법으로 전지 셀을 제조하였다.A battery cell was fabricated in the same manner as in Example 1, except that the separator-type interference sealing portion was formed on the gas flow path arrangement position of the pouch exterior material.
그 다음으로, 탈기 공정을 실시하여, 가스와 함께 유출되는 전해액 량을 측정하여 하기 표 1에 나타내었다 (도 2d 및 도 3 참조).
Next, the degassing process was performed to measure the amount of the electrolytic solution flowing out together with the gas, and the results are shown in Table 1 (see Fig. 2D and Fig. 3).
(비교예)(Comparative Example)
간섭 실링부를 도입하지 않은 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 마찬가지의 방법으로 전지 셀을 제조하였다. 그 다음으로, 탈기 공정을 실시하여, 가스와 함께 유출되는 전해액 량을 측정하여 하기 표 1에 나타내었다 (도 1 및 도 3 참조).
A battery cell was manufactured in the same manner as in Example 1 except that the interference sealing portion was not introduced. Next, the degassing process was performed to measure the amount of the electrolytic solution flowing along with the gas, and the results are shown in Table 1 (see Figs. 1 and 3).
조건Degassing
Condition
시간Degassing
time
배치 위치Gas flow
Location
상기 표를 살펴보면, 종래 파우치형 이차전지 구조로 제조된 비교예의 파우치형 이차전지의 경우, 탈기 공정 시에 전해액 유출량이 1g 이상으로 과다 유출되는 반면, 실시예 1 내지 3의 본 발명의 간섭 실링부를 구비한 파우치형 이차전지의 경우, 탈기공정 시에 전해액 유출량이 1g 이하로, 전해액 과다 유출을 방지할 수 있음을 알 수 있었다. 특히, 실링부에 일자형이나 직각형의 간섭 실링부를 형성하는 경우에 비하여, 가스 유로 배치 위치 상에 기역자형 간섭 실링부를 형성하는 경우, 전해액 유출을 보다 효율적으로 방지할 수 있음을 알 수 있다.In the case of the pouch type secondary battery of the comparative example manufactured by the conventional pouch type secondary battery structure, the amount of the electrolyte leakage exceeded 1 g or more during the degassing process, whereas the interference sealing portion of the present invention of Examples 1 to 3 In the case of the pouch type secondary battery, it was found that the electrolytic solution outflow amount was 1 g or less during the degassing process, and the electrolytic solution overflow was prevented. In particular, it can be seen that, in the case where the separator-type interference sealing portion is formed on the gas flow path position, the leakage of the electrolyte can be prevented more effectively than in the case of forming the straight-type or substantially square-shaped interference sealing portion in the sealing portion.
11, 130: 파우치 외장재
13, 131: 전극조립체
15, 133: 양극 및 음극 리드
19, 135: 가스 유로
21, 137: 진공(압력)
140a, 140b, 140c, 140d: 간섭 실링부11, 130: Pouch exterior material
13, 131: electrode assembly
15, 133: anode and cathode leads
19, 135: gas channel
21, 137: vacuum (pressure)
140a, 140b, 140c, 140d:
Claims (9)
상기 전극조립체를 수용하는 수용부를 포함하는 하부 외장재와, 상기 하부 외장재를 덮는 상부 외장재가 일체형으로 이루어져 있고, 상기 하부 외장재와 상부 외장재가 맞닿은 면은 절곡되어 폴딩되어 있는 파우치 외장재, 및
상기 파우치 외장재의 폴딩 면에 대하여 수직 방향으로 가스 배출을 위한 가스 유로를 구비한 파우치형 이차전지에 있어서,
상기 가스 유로 위치의 실링부 영역 상에 또는 상기 전극조립체 수용부와 가스 유로 사이의 실링부 영역 상에 상기 파우치 외장재의 폴딩 면에 대하여 수직 방향으로 기역자형 또는 일자형의 간섭 실링부 (interfere)를 추가로 구비한 것을 특징으로 하는 파우치형 이차전지.
Electrode assembly,
A lower casing member including an accommodating portion for accommodating the electrode assembly, and an upper casing member covering the lower casing member, wherein the lower casing member and the upper casing member are in contact with each other,
And a gas flow path for gas discharge in a direction perpendicular to a folding surface of the pouch exterior material,
A separator or a linear interfering seal is added in a vertical direction with respect to the folding surface of the pouch exterior material on the sealing area of the gas flow path position or on the sealing area between the electrode assembly receiving part and the gas flow path Wherein the pouch type secondary battery comprises:
상기 전극조립체는 젤리롤형 전극조립체, 스택형 전극조립체, 또는 스택 & 폴딩형 전극조립체인 것을 특징으로 하는 파우치형 이차 전지.
The method according to claim 1,
Wherein the electrode assembly is a jelly roll electrode assembly, a stacked electrode assembly, or a stack & folding electrode assembly.
상기 파우치형 이차전지는 리튬 폴리머 이차전지인 것을 특징으로 하는 파우치형 이차 전지.
The method according to claim 1,
Wherein the pouch type secondary battery is a lithium polymer secondary battery.
상기 실링된 파우치 외장재 내부에 전해액을 주입하는 단계;
충방전을 실시하여 활성화하는 단계;
상기 파우치 외장재의 폴딩 면에 대하여 수직 방향으로 가스 배출을 위한 가스 유로를 형성하는 단계;
상기 가스 유로 위치의 실링부 영역 상에 또는 상기 전극조립체가 수용된 수용부와 가스 유로 사이의 실링부 영역 상에 간섭 실링부를 형성하는 단계; 및
상기 가스 유로를 통해 활성화 단계 중에 발생된 가스를 제거하는 탈기 공정을 실시하는 단계;를 포함하며,
상기 간섭 실링부는 상기 파우치 외장재의 폴딩 면에 대하여 수직 방향으로 기역자형 또는 일자형으로 형성된 것을 특징으로 하는 청구항 1의 파우치형 이차전지의 제조 방법.Receiving and sealing the electrode assembly in the pouch exterior;
Injecting an electrolyte into the sealed pouch exterior material;
Performing a charge and discharge to activate;
Forming a gas flow path for gas discharge in a direction perpendicular to a folding surface of the pouch exterior material;
Forming an interference sealing portion on a sealing region of the gas flow channel position or on a sealing region between the gas flow channel and the accommodation portion in which the electrode assembly is accommodated; And
And performing a degassing process for removing gas generated during the activation step through the gas flow channel,
The method of claim 1, wherein the interference sealing portion is formed in a translucent shape or a straight shape in a direction perpendicular to a folding surface of the pouch exterior material.
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