KR102123078B1 - 이차전지의 제조방법 - Google Patents

이차전지의 제조방법 Download PDF

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고보경
정재한
박찬기
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주식회사 엘지화학
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Abstract

본 발명에 따른 이차전지의 제조방법은, 전극 조립체를 수용하는 수용부 및 상기 수용부와 연결되어 상기 수용부의 내부에서 발생한 가스를 포집하는 가스포켓부를 포함하는 전지 케이스를 마련하는 케이스 준비과정 및 상기 수용부에서 상기 가스포켓부로 연장되는 방향에 위치되는 상기 수용부의 양측 모서리 인접부를 각각 실링하여 복수개의 모서리 실링부를 형성시키는 모서리 실링과정 및 상기 전지 케이스의 외주면에서 일측부 제외하고 실링하는 외주면 실링과정을 포함하는 제1 실링과정을 포함한다.

Description

이차전지의 제조방법{MANUFACTURIN METHOD OF RECHARGEABLE BATTERY}
본 발명은 이차전지의 제조방법에 관한 것이다.
이차 전지는 일차 전지와는 달리 재충전이 가능하고, 또 소형 및 대용량화 가능성으로 인해 근래에 많이 연구 개발되고 있다. 모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서의 이차 전지의 수요가 급격하게 증가하고 있다.
이차 전지는 전지 케이스의 형상에 따라, 코인형 전지, 원통형 전지, 각형 전지, 및 파우치형 전지로 분류된다. 이차 전지에서 전지 케이스 내부에 장착되는 이차전지의 제조방법은 전극 및 분리막의 적층 구조로 이루어진 충방전이 가능한 발전소자이다.
이차전지의 제조방법은 활물질이 도포된 시트형의 양극과 음극 사이에 분리막을 개재(介在)하여 권취한 젤리 롤(Jelly-roll)형, 다수의 양극과 음극을 분리막이 개재된 상태에서 순차적으로 적층한 스택형, 및 스택형의 단위 셀들을 긴 길이의 분리 필름으로 권취한 스택/폴딩형으로 대략 분류할 수 있다.
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.
하지만, 이차전지의 제조시 이차전지의 전지 케이스에 변형 및 크랙(Crack)이 많이 발생되는 문제가 있어 왔다.
한국 공개특허 제10- 2014-0015647 호
본 발명의 하나의 관점은 이차전지의 전지 케이스에 변형 및 크랙이 발생되는 것을 최소화 할 수 있는 이차전지의 제조방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지의 제조방법은, 전극 조립체를 수용하는 수용부 및 상기 수용부와 연결되어 상기 수용부의 내부에서 발생한 가스를 포집하는 가스포켓부를 포함하는 전지 케이스를 마련하는 케이스 준비과정 및 상기 수용부에서 상기 가스포켓부로 연장되는 방향에 위치되는 상기 수용부의 양측 모서리 인접부를 각각 실링하여 복수개의 모서리 실링부를 형성시키는 모서리 실링과정 및 상기 전지 케이스의 외주면에서 일측부 제외하고 실링하는 외주면 실링과정을 포함하는 제1 실링과정을 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 이차전지의 제조방법은 이차전지의 전지 케이스에 변형 및 크랙이 발생되는 것을 최소화 하도록 전지 케이스를 제조하여 제품의 불량 발생을 방지할 수 있다.
특히, 본 발명에 따른 이차전지의 제조방법은 전지 케이스에서 수용부의 모서리 인접부위를 강화하여 제조 과정 중에 전지 케이스의 수용부 모서리에 변형 및 크랙이 발생되는 것을 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지의 제조방법에서 케이스 준비과정을 나타낸 예시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지의 제조방법에서 제1 실링과정을 나타낸 예시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지의 제조방법에서 제2 실링과정을 나타낸 예시도이다.
도 4a는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지의 제조방법에서 디개스 과정의 일례를 나타낸 예시도이다.
도 4b는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지의 제조방법에서 디개스 과정의 다른 예를 나타낸 예시도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지의 제조방법에서 밀봉과정을 나타낸 예시도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지의 제조방법에서 사이드 폴딩 과정을 나타낸 예시도이다.
본 발명의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되어지는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예들로부터 더욱 명백해질 것이다. 본 명세서에서 각 도면의 구성요소들에 참조번호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 번호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다. 또한, 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고, 본 발명을 설명함에 있어서, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 관련된 공지 기술에 대한 상세한 설명은 생략하도록 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지의 제조방법에서 케이스 준비과정을 나타낸 예시도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지의 제조방법에서 제1 실링과정을 나타낸 예시도이다.
도 1 및 도 2를 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지의 제조방법은, 전지 케이스(Case)(110)를 마련하는 케이스 준비과정 및 전지 케이스(110)를 실링하는 제1 실링(Sealing) 과정을 포함한다. 또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지의 제조방법은, 전해액을 주입하는 주입과정과, 제2 실링과정과, 가스를 배출하는 디개스(Degas) 과정과, 전지 케이스(110)를 밀봉하는 밀봉과정 및 사이드 폴딩(Side folding) 과정을 더 포함할 수 있다.
이하에서, 도 1 내지 도 6을 참조하여, 본 발명의 일 실시예인 이차전지의 제조방법에 대해 보다 상세히 설명하기로 한다.
도 1 및 도 2를 참고하면, 케이스 준비과정은 수용부(111) 및 수용부(111)와 연결되는 가스포켓부(Gas pocket part)(112)를 포함하는 전지 케이스(110)를 마련한다.
또한, 케이스 준비과정은 전지 케이스(110)를 형성시키는 형성과정 및 수용부(111)에 전극 조립체(10)를 수용하는 수용과정을 포함할 수 있다.
형성과정은 파우치 시트(Pouch sheet)(110a)를 양면이 맞닿도록 접어 수용부(111) 및 가스포켓부(112)를 포함하는 전지 케이스(110)를 형성시킬 수 있다.
여기서, 형성과정은 파우치 시트(110a)를 가상의 선(X)을 중심으로 절곡부(113)를 형성시켜 절곡부(113)를 따라 접음으로써 전지 케이스(110)를 형성시킬 수 있다.
또한, 형성과정은 파우치 시트는 양면으로 형성되어, 일면에 타면방향으로 개구된 수용부(111)를 형성시키고, 타면이 수용부(111)를 덮도록 구비될 수 있다. 그리고, 파우치 시트(110a)는 예를 들어 알루미늄 재질로 이루어질 수 있다.
아울러, 형성과정을 통해 형성되는 전지 케이스(110)의 수용부(111)는 전극 조립체(10)를 수용가능하도록 수용공간을 형성할 수 있다.
그리고, 형성과정을 통해 형성되는 전지 케이스(110)의 가스포켓부(112)는 전극 조립체(10)를 수용하는 수용부(111) 내부에서 발생한 가스를 포집할 수 있다.
수용과정은 전극과 분리막이 교대로 적층되어 형성되는 전극 조립체(10)를 전지 케이스(110)에 수용한다. 여기서, 전극 조립체(10)에 전극 리드(11)가 구비되어 전극 조립체(10)를 전지 케이스(110)의 외부와 전기적으로 연결할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지의 제조방법에서 제2 실링과정을 나타낸 예시도이다.
도 2 및 도 3을 참고하면, 제1 실링 과정은 모서리 실링부(120)를 형성시키는 모서리 실링과정 및 전지 케이스(110)의 외주면을 실링하는 외주면 실링과정을 포함할 수 있다.
모서리 실링과정은 전지 케이스(110)의 수용부(111)에서 가스포켓부(112)로 연장되는 방향에 위치되는 수용부(111)의 양측 모서리(111a,111b) 인접부를 각각 실링하여 복수개의 모서리 실링부(120)를 형성시킬 수 있다.
또한, 모서리 실링과정은 전지 케이스(110)의 외주면의 절곡부(113)가 형성된 측과 절곡부(113)가 형성된 측에 대응되는 측에서 상호 마주보는 방향으로 수용부(111)의 가장자리를 따라 인접부를 열융착할 수 있다. 이때, 예를 들어 모서리 실링과정은 도 2에 도시된 전지 케이스(110)의 외주면 상,하측에서 상,호 마주보는 방향으로 소정거리 열융착하며 모서리 실링부(120)를 형성시킬 수 있다.
그리고, 모서리 실링과정은 전지 케이스(110)의 가스포켓부(112)에서 수용부(111)의 양측 모서리(111a,111b)와 인접한 부분을 실링할 수 있다. 여기서, 모서리 실링과정은 전지 케이스(110)의 수용부(111)와 인접된 가스포켓부(112)의 양측 단부를 실링할 수 있다.
아울러, 모서리 실링과정을 통해 형성되는 모서리 실링부(120)는 예를 들어 사각형 형태로 형성시킬 수 있다. 이때, 모서리 실링부(120)의 모서리 부분은 라운드(round) 형태로 형성시킬 수 있다.
모서리 실링과정을 통해 형성된 모서리 실링부(120)는 전지 케이스(110)의 수용부(111) 모서리(111a,111b) 인접부위를 강화시킬 수 있다. 이에 따라, 전지 케이스(110)의 제조과정 가운데 굽힘 또는 뒤틀림 등의 힘이 전지 케이스(110)의 모서리 부분으로 전달되는 것에 의한 악영향을 차단할 수 있다. 따라서, 모서리 실링부(120)를 통해 이차전지의 제조과정 중에 전지 케이스(110)의 모서리(111a,111b) 부분에 변형 또는 크랙이 발생되는 것을 방지할 수 있다.
특히, 작은 외압에도 모서리(111a,111b) 부분에 변형 및 크랙의 발생이 빈번한 파우치 형태의 전지 케이스(110)의 경우 모서리 실링과정을 통해 전지 케이스(110)의 모서리(111a,111b)의 인접부가 강화되어 전지 케이스(110)의 변형 및 크랙을 효과적으로 방지할 수 있다.
외주면 실링과정은 전지 케이스(110)의 외주면에서 일측부 제외하고 실링할 수 있다. 그리고, 외주면 실링과정은 전지 케이스(110)의 외주면 4면에서 절곡되어 폐쇄된 어느 하나의 면을 제외한 남어지 2면을 실링할 수 있다. 즉, 예를 들어 외주면 실링과정은 도 2에 도시된 전지 케이스(110)에서 외주면의 우측부를 제외하고 좌측부와 하측부를 열융착하여 외주면 실링부(131,132)를 형성시킬 수 있다. 이때, 전지 케이스(110)의 외주면 상측부는 폐쇄되고, 형성과정을 통해 절곡 형성된 절곡부(113)가 위치될 수 있다.
한편, 제1 실링 과정은 모서리 실링과정 후에 외주면 실링과정을 진행하거나, 모서리 실링과정 및 외주면 실링과정을 동시에 진행할 수 있다.
주입과정은 제1 실링과정 후에 전지 케이스(110)에서 미실링된 일측부를 통해 수용부(111)로 전해액을 주입할 수 있다.
제2 실링과정은 주입과정 후에 전지 케이스(110)의 미실링부인 일측부를 열융착하여 실링할 수 있다. 이때, 예를 들어 제2 실링과정은 도 3에서 전지 케이스(110)의 외주면 우측부를 열융착하여 외주면 실링부(133)를 형성시킬 수 있다.
도 4a는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지의 제조방법에서 디개스 과정의 일례를 나타낸 예시도이고, 도 4b는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지의 제조방법에서 디개스 과정의 다른 예를 나타낸 예시도이다.
도 4a 및 도 4b를 참고하면, 디개스 과정은 전극 조립체(10)를 충방전 하여 발생한 전지 케이스(110)의 내부 가스를 외부로 배출할 수 있다. 이때, 디개스 과정은 전지 케이스(110)의 수용부(111)에서 발생되어 가스포켓부(112)에 포집된 내부 가스를 전지 케이스(110)의 외부로 배출할 수 있다.
여기서, 디개스 과정은 일례로 도 4a를 참고하면 가스포켓부(112)의 실링 부분 일측을 절개한 후 내부 가스를 전지 케이스(110)의 외부로 배출할 수 있다.
또한, 디개스 과정은 다른 예로 도 4b를 참고하면 가스포켓부(112)에 배출구(114)를 형성시켜 내부 가스를 전지 케이스(110)의 외부로 배출할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지의 제조방법에서 밀봉과정을 나타낸 예시도이다.
도 5를 참고하면, 밀봉과정은 디개스 과정을 거친 후 전지 케이스(110)를 밀봉한다.
또한, 밀봉과정은 전지 케이스(110)의 수용부(111)에서 가스포켓부(112)로 연장되는 측을 실링하여 전지 케이스(110)의 수용부(111)가 외부와 밀봉되도록 할 수 있다. 이때, 밀봉과정은 전지 케이스(110)에서 수용부(111)의 가장자리를 따라 열융착하며 밀봉라인(134)을 형성시킬 수 있다. 이에 따라, 전극 조립체(10) 및 전해액이 수용된 전지 케이스(110)의 수용부(111)를 밀봉할 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지의 제조방법에서 사이드 폴딩 과정을 나타낸 예시도이다.
도 6을 참고하면, 사이드 폴딩 과정은 밀봉과정 후에 전지 케이스(110)에서 수용부(111)의 양측 인접부위를 수용부(111)와 가까워지는 방향으로 벤딩(Bending) 또는 폴딩하여 사이드 폴딩부(115,116)를 형성할 수 있다.
여기서, 사이드 폴딩 과정에서 벤딩 또는 폴딩되는 수용부(111)의 양측 중 어느 하나의 측은 밀봉라인(134)이 형성된 측으로 이루어질 수 있다. 이때, 사이드 폴딩 과정은 예를 들어 도 6에 도시된 이차전지(100)에서 전지 케이스(110)의 좌,우 양측 단부를 수용부(111) 방향으로 벤딩 또는 폴딩 시킬 수 있다.
상기와 같은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지의 제조방법은, 도 3을 참고하면, 모서리 실링과정을 통해 모서리 실링부(120)를 형성시켜 전지 케이스(110)의 제조과정이나 유통과정 중에 전지 케이스(110)의 수용부(111) 모서리(111a,111b) 부분에 변형 및 크랙이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
이상 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세히 설명하였으나, 이는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명에 따른 이차전지의 제조방법은 이에 한정되지 않는다. 본 발명의 기술적 사상 내에서 당해 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 실시가 가능하다고 할 것이다.
또한, 발명의 구체적인 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의하여 명확해질 것이다.
10 : 전극 조립체
11 : 전극 리드
100: 이차전지
110: 전지 케이스
110a: 파우치 시트
111: 수용부
111a,111b: 모서리
112: 가스포켓부
113: 절곡부
114: 배출구
115,116: 사이드 폴딩부
120: 모서리 실링부
131,132,133: 외주면 실링부
134: 밀봉라인

Claims (14)

  1. 전극 조립체를 수용하는 수용부 및 상기 수용부와 연결되어 상기 수용부의 내부에서 발생한 가스를 포집하는 가스포켓부를 포함하는 전지 케이스를 마련하는 케이스 준비과정;
    상기 수용부에서 상기 가스포켓부로 연장되는 방향에 위치되는 상기 수용부의 양측 모서리 인접부를 각각 실링하여 복수개의 모서리 실링부를 형성시키는 모서리 실링과정;
    상기 전지 케이스의 외주면에서 일측부 제외하고 실링하는 외주면 실링과정을 포함하는 제1 실링과정;
    상기 제1 실링과정 후에 상기 전지 케이스의 상기 일측부를 통해 상기 수용부로 전해액을 주입하는 주입과정;
    상기 주입과정 후에 상기 전지 케이스의 상기 일측부를 실링하는 제2 실링과정; 및
    상기 제2 실링과정 후에 상기 전극 조립체를 충방전 하여 발생한 상기 전지 케이스의 내부 가스를 외부로 배출하는 디개스(Degas) 과정;을 포함하고,
    상기 모서리 실링과정은 상호 마주보는 방향으로 상기 수용부의 가장자리를 따라 상기 인접부를 열융착하되, 상기 수용부와 인접된 상기 가스포켓부의 양측 단부를 실링하며,
    상기 디개스 과정은 상기 가스포켓부의 일부를 절개한 후 가스를 배출하거나 또는 상기 가스포켓부에 배출구를 형성시켜 가스를 배출하는 이차전지의 제조방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 케이스 준비과정은
    파우치 시트에 가상의 선을 중심으로 절곡부를 형성시켜 상기 절곡부를 따라 상기 파우치 시트를 접음으로써 상기 전지 케이스를 형성시키는 형성과정을 포함하는 이차전지의 제조방법.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 모서리 실링과정은
    상기 전지 케이스의 외주면의 상기 절곡부가 형성된 측과 상기 절곡부가 형성된 측에 대응되는 측에서 상호 마주보는 방향으로 상기 수용부의 가장자리를 따라 상기 인접부를 열융착하는 이차전지의 제조방법.
  4. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 모서리 실링과정은
    상기 가스포켓부에서 상기 수용부의 양측 모서리와 인접한 부분을 실링하는 이차전지의 제조방법.
  5. 삭제
  6. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 제1 실링과정은
    상기 모서리 실링과정 후 상기 외주면 실링과정을 진행하는 이차전지의 제조방법.
  7. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 제1 실링과정은
    상기 모서리 실링과정 및 상기 외주면 실링과정을 동시에 진행하는 이차전지의 제조방법.
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 청구항 1에 있어서,
    상기 디개스 과정 후에 상기 전지 케이스를 밀봉하는 밀봉과정을 더 포함하는 이차전지의 제조방법.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 밀봉과정은
    상기 수용부에서 상기 가스포켓부로 연장되는 측을 실링하고,
    상기 수용부의 가장자리를 따라 밀봉라인을 형성시키며 실링하는 이차전지의 제조방법.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 밀봉과정 후 상기 전지 케이스에서 상기 수용부의 양측 인접부위를 상기 수용부와 가까워지는 방향으로 벤딩(bending) 또는 폴딩하는 사이드 폴딩(side folding) 과정을 더 포함하는 이차전지의 제조방법.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 사이드 폴딩 과정에서
    상기 수용부의 양측 중 어느 하나의 측은 상기 밀봉라인이 형성된 측으로 이루어지는 이차전지의 제조방법.
  14. 청구항 1에 있어서,
    상기 케이스 준비과정은
    상기 수용부에 전극과 분리막이 교대로 적층되어 형성되는 상기 전극 조립체를 수용하는 수용과정을 포함하는 이차전지의 제조방법.
KR1020160063599A 2016-05-24 2016-05-24 이차전지의 제조방법 KR102123078B1 (ko)

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