KR102129775B1 - 절곡 만입부를 포함하는 전지케이스 - Google Patents

절곡 만입부를 포함하는 전지케이스 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 전극조립체를 내장하고 전해액과 함께 밀봉하여 전지셀을 제조하는 파우치형 전지케이스로서, 상기 전극조립체의 적어도 일부가 내장되는 제 1 수납부가 형성되어 있는 하부 케이스; 및 상기 하부 케이스의 일변에 평행한 상태로 연결되어 있고 전극조립체의 나머지 부위가 내장되는 제 2 수납부가 형성되어 있는 상부 케이스;를 포함하고 있고, 상기 하부 케이스와 상부 케이스의 연결 부위에는, 상기 하부 케이스와 상부 케이스를 절곡할 때 제 1 수납부와 제 2 수납부가 정위치에 배열될 수 있도록, 절곡 방향을 정위치 방향으로 가이드(guide)하는 절곡 만입부가 연결 부위를 따라 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지케이스에 관한 것이다.

Description

절곡 만입부를 포함하는 전지케이스 {Battery Case Including Folding Groove Portion}
본 발명은 절곡 만입부를 포함하는 전지케이스에 관한 것이다.
IT(Information Technology) 기술이 눈부시게 발달함에 따라 다양한 휴대형 정보통신 기기의 확산이 이뤄짐으로써, 21세기는 시간과 장소에 구애 받지 않고 고품질의 정보서비스가 가능한 '유비쿼터스 사회'로 발전되고 있다.
이러한 유비쿼터스 사회로의 발전 기반에는, 리튬 이차전지가 중요한 위치를 차지하고 있다. 구체적으로, 충방전이 가능한 리튬 이차전지는 와이어리스 모바일 기기의 에너지원으로 광범위하게 사용되고 있을 뿐만 아니라, 화석 연료를 사용하는 기존의 가솔린 차량, 디젤 차량 등의 대기오염 등을 해결하기 위한 방안으로 제시되고 있는 전기자동차, 하이브리드 전기자동차 등의 에너지원으로서도 사용되고 있다.
상기와 같이, 리튬 이차전지가 적용되는 디바이스들이 다양화됨에 따라, 리튬 이차전지는, 적용되는 디바이스에 알맞은 출력과 용량을 제공할 수 있도록 다양화되고 있다. 더불어, 소형 경박화가 강력히 요구되고 있다.
상기한 리튬 이차전지는, 그것의 형상에 따라 원통형 전지셀, 각형 전지셀, 파우치형 전지셀 등으로 구분할 수 있다. 그 중에서도 높은 집적도로 적층될 수 있고 중량당 에너지 밀도가 높으며 저렴하고 변형이 용이한 파우치형 전지셀이 많은 관심을 모으고 있다.
도 1에는 종래의 대표적인 파우치형 전지셀의 구성 중 하나인 전지케이스가 도시되어 있다.
도 1을 참조하면, 파우치형 전지셀은 전지케이스(10)에 전극조립체(도시하지 않음)를 전해액과 함께 내장하고 전지케이스(10)를 밀봉하여 이루어진다.
구체적으로, 전지케이스(10)는 전극조립체를 내장할 수 있도록, 하부케이스(11) 및 상부 케이스(12) 각각에 전극조립체가 수납되는 수납부들(13)을 형성하고 있다.
전극조립체가 하부 케이스(11)의 수납부(13)에 장착된 상태에서, 상부 케이스(12)를 중심선(A)을 따라 하부 케이스(11) 방향으로 절곡하여 하부 케이스(11) 및 상부 케이스(12)를 접하고, 하부 케이스(11) 및 상부 케이스(12)의 외주면을 밀봉한다.
그러나 이와 같은 구조에서는, 상부 케이스(12)를 중심선(A)을 따라 절곡하는 과정에서, 상부 케이스를 접는 위치가 일정하지 않아 상부 케이스 및 하부 케이스의 포개지는 위치가 틀어지는 불량이 발생하는 문제가 있다.
따라서, 상기의 문제점을 해결할 수 있는 전지케이스가 매우 필요한 실정이다.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.
구체적으로, 본 발명의 목적은, 파우치형 전지셀의 제조 과정 중 전지케이스의 수납부에 전극조립체를 내장하고 전지케이스의 상부 및 하부를 절곡하여 밀봉하는 과정에서, 전지케이스의 상부 및 하부가 정위치로 절곡될 수 있도록 특정 구조를 포함하는 전지케이스를 제공하는 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위한, 본 발명에 따른 전지케이스는,
전극조립체를 내장하고 전해액과 함께 밀봉하여 전지셀을 제조하는 파우치형 전지케이스로서,
상기 전극조립체의 적어도 일부가 내장되는 제 1 수납부가 형성되어 있는 하부 케이스; 및
상기 하부 케이스의 일변에 평행한 상태로 연결되어 있고 전극조립체의 나머지 부위가 내장되는 제 2 수납부가 형성되어 있는 상부 케이스;
를 포함하고 있을 수 있고,
상기 하부 케이스와 상부 케이스의 연결 부위에는, 상기 하부 케이스와 상부 케이스를 절곡할 때 제 1 수납부와 제 2 수납부가 정위치에 배열될 수 있도록, 절곡 방향을 정위치 방향으로 가이드(guide)하는 절곡 만입부가 연결 부위를 따라 형성되어 있을 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 전지케이스는, 하부 케이스와 상부 케이스의 연결 부위에 절곡 만입부를 형성함으로써, 전지셀의 제조 과정 중 전지케이스의 수납부에 전극조립체를 내장하고 하부 케이스 및 상부 케이스를 절곡하는 과정에서 상부 케이스 및 하부 케이스가 정위치로 절곡되게 할 수 있다.
본 발명의 하나의 실시예에서, 상기 전지케이스는, 수지 외층, 차단성의 금속층, 및 열용융성의 수지 실란트층을 포함하는 라미네이트 시트로 이루어져 있을 수 있다.
상기 수지 외층은 외부 환경으로부터 우수한 내성을 가져야 하므로, 소정 이상의 인장강도와 내후성을 가지는 것이 필요하다. 그러한 측면에서 외측 수지층의 고분자 수지로는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)와 연신 나일론 필름이 바람직하게 사용될 수 있다.
상기 차단성 금속층은 가스, 습기 등 이물질의 유입 내지 누출을 방지하는 기능 이외에 전지케이스의 강도를 향상시키는 기능을 발휘할 수 있도록, 바람직하게는 알루미늄이 사용될 수 있다.
상기 수지 실란트층은 열융착성(열접착성)을 가지고, 전해액의 침입을 억제하기 위해 흡습성이 낮으며, 전해액에 의해 팽창하거나 침식되지 않는 폴리올레핀(polyolefin)계 수지가 바람직하게 사용될 수 있으며, 더욱 바람직하게는 무연신 폴리프로필렌(CPP)이 사용될 수 있다.
구체적으로, 본 발명에 따른 전지케이스는 상기 하부 케이스와 상부 케이스가 절곡된 상태에서, 전지케이스의 내면에 수지 실란트층이 위치하고 전지케이스의 외면에 수지 외층이 위치해 있을 수 있다.
본 발명의 또 하나의 실시예에서, 상기 절곡 만입부는 수직 단면 상에서 하부 방향으로 폭이 좁아지는 테이퍼(taper) 구조로 이루어져 있을 수 있다.
구체적인 실시예에서, 상기 절곡 만입부는, 전지케이스의 표면으로부터 하부 방향으로 경사져 만입되는 제 1 경사부와, 상기 제 1 경사부로부터 연장되어 하부 방향으로 경사져 만입되는 제 2 경사부로 이루어져 있을 수 있다.
구체적으로, 상기 제 1 경사부의 지면에 대한 경사각은 제 2 경사부의 지면에 대한 경사각 보다 상대적으로 작게 형성되어 있을 수 있다.
더욱 구체적으로, 상기 제 1 경사부의 경사각은 제 2 경사부의 경사각의 40% 내지 70%의 크기 범위로 형성되어 있을 수 있다. 상기 제 1 경사부의 경사각이 제 2 경사부의 경사각의 40% 미만으로 형성되어 있는 경우에는 상기 하부 케이스 및 상기 상부 케이스의 절곡이 용이하지 않을 수 있다. 반면에, 상기 제 1 경사부의 경사각이 제 2 경사부의 경사각의 70%를 초과하여 형성되어 있는 경우에는 상기 하부 케이스 및 상부 케이스를 절곡하는 과정에서 상기 절곡 만입부가 파단되는 문제점이 발생할 수 있다.
또한, 상기 제 1 경사부 및 제 2 경사부는 수지 실란트층에 형성되어 있을 수 있다. 상기 제 1 경사부 및 제 2 경사부가 수지 실란트층에만 형성되어 있음으로써, 상기 하부 케이스 및 상부 케이스가 절곡된 상태에서 상기 절곡 만입부에 생성될 수 있는 사공간(dead space)을 방지하고 빈틈없이 완전히 밀폐될 수 있다.
이와 같이 하부 케이스 및 상부 케이스의 절곡 상태에서 절곡 만입부에 사공간이 생성되는 것을 방지할 수 있도록, 상기 제 2 경사부의 하단은 금속층에 접해있는 구조로 이루어져 있을 수 있다.
상기한 바와 같이, 상기 하부 케이스에 대해 상부 케이스가 절곡되어 하부 케이스와 상부 케이스의 외주면이 상호 접한 상태에서, 상기 절곡 만입부는 외부로부터 밀폐되어 있을 수 있다. 이는 절곡 만입부를 수직 단면 상에서 하부 방향으로 폭이 좁아지는 테이퍼 구조로 형성함으로써 달성할 수 있는 효과이다.
상기 전극조립체는 스택형 또는 스택/폴딩형 전극조립체일 수 있다.
상기 스택형 및 스택/폴딩형의 전극 구조에 대해 상술하면 다음과 같다.
스택형 구조의 단위셀은, 각각의 금속 집전체에 전극 합제를 코팅한 뒤 건조 및 프레싱한 후 소정의 크기로 절취한 양극판과 음극판 사이에 상기 양극판과 음극판에 대응하는 소정의 크기로 절취한 분리막을 개재시킨 후 적층함으로써 제조할 수 있다.
스택/폴딩형 구조의 단위셀은, 양극과 음극이 대면하는 구조로, 둘 이상의 극판들이 적층되어 있는 유닛셀들을 둘 이상 포함하고, 중첩되지 않은 형태로 하나 이상의 분리필름으로 유닛셀들을 권취하거나, 또는 유닛셀의 크기로 분리필름을 절곡하여 유닛셀들 사이에 개재함으로써 제조될 수 있다.
본 발명은 또한, 상기 전지케이스에 전극조립체를 전해액과 함께 내장하고, 전극조립체의 외주면을 밀봉하여 이루어진 전지셀을 제공한다.
상기 전지셀을 리튬 이차 전지일 수 있고, 구체적으로 리튬 이온 전지 또는 리튬 이온 폴리머 전지일 수 있다.
본 발명은 또한, 상기 전지셀을 포함하는 전지팩을 제공한다.
본 발명은 또한, 상기 전지팩을 전원으로 포함하고 있는 디바이스를 제공한다.
구체적으로, 상기 디바이스는 휴대폰, 휴대용 컴퓨터, 스마트 패드, 넷북, 웨어러블 전자기기, LEV(Light Electronic Vehicle), 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 플러그-인 하이브리드 전기자동차, 및 전력저장장치로부터 선택되는 것일 수 있다.
이들 디바이스의 구조 및 그것의 제작 방법은 당업계에 공지되어 있으므로, 본 명세서에서는 그에 대한 자세한 설명은 생략한다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 전지케이스는, 하부 케이스와 상부 케이스의 연결 부위에 절곡 만입부를 형성함으로써, 전지셀의 제조 과정 중 전지케이스의 수납부에 전극조립체를 내장하고 하부 케이스 및 상부 케이스를 절곡하는 과정에서 상부 케이스 및 하부 케이스가 정위치로 절곡되게 할 수 있다.
도 1은 종래의 대표적인 파우치형 전지를 구성하는 전지케이스의 수평면도이다;
도 2는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지케이스의 수평면도이다;
도 3은 본 발명의 또 하나의 실시예에 따른 전지케이스의 절곡 만입부의 수직 단면도이다.
이하에서는, 본 발명의 실시예에 따른 도면을 참조하여 설명하지만, 이는 본 발명의 더욱 용이한 이해를 위한 것으로, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.
도 2에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지케이스의 수평면도가 모시적으로 도시되어 있다.
도 2를 참조하면, 전지케이스(100)는 하부 케이스(110) 및 상부 케이스(120)로 이루어져 있다.
하부 케이스(110)에는 전극조립체(도시하지 않음)의 일부가 내장되는 제 1 수납부(111)가 형성되어 있고, 상부 케이스(120)에는 전극조립체의 나머지 부위가 내장되는 제 2 수납부(121)가 형성되어 있다.
하부 케이스(110) 및 상부 케이스(120)는 평행한 상태에서 일변이 일체로 연결되어 있다.
하부 케이스(110) 및 상부 케이스(120)의 연결부위에는 절곡 만입부(130)가 형성되어 있다.
절곡 만입부(130)는 하부 케이스(110) 및 상부 케이스(120)를 절곡할 때 제 1 수납부(111)와 제 2 수납부(121)가 정위치에 배열될 수 있도록, 절곡 방향을 가이드하는 구조로 이루어져 있다.
도 3에는 본 발명의 또 하나의 실시예에 따른 전지케이스의 절곡 만입부의 수직 단면도가 모식적으로 도시되어 있다.
도 3을 참조하면, 전지케이스(200)는 수지 외층(201), 차단성의 금속층(202) 및 열용융성의 수지 실란트층(203)을 포함하는 라미네이트 시트로 이루어져 있다.
하부 케이스(210) 및 상부 케이스(220)가 절곡된 상태에서 전지케이스(200)의 내면은 수지 실란트층(203)이 위치하고 전지케이스(200)의 외면은 수지 외층(201)이 위치한다.
절곡 만입부(230)는 하부 방향으로 폭(W)이 좁아지는 테이퍼(taper) 구조로 이루어져 있다.
절곡 만입부(230)는 전지케이스(200)의 표면, 즉 수지 실란트층(203)의표면으로부터 하부 방향으로 경사져 만입되는 제 1 경사부(231)와 제 1 경사부(231)로부터 연장되어 하부 방향으로 경사져 만입되는 제 2 경사부(232)로 이루어져 있다.
제 1 경사부(231)의 지면에 대한 경사각(A1)은 제 2 경사부(232)의 지면에 대한 경사각(A2)보다 상대적으로 작게 형성되어 있다.
제 1 경사부(231)의 경사각(A1)은 제 2 경사부(232)의 경사각(A2)의 50%의 크기로 형성되어 있다.
제 1 경사부(231) 및 제 2 경사부(232)는 수지 실란트층(203)에 형성되어 있고, 제 2 경사부(232)의 하단은 금속층(202)에 접하여 형성되어 있다.
이와 같은 구조에서, 하부 케이스(210)에 대해 상부 케이스(220)가 절곡되어 하부 케이스(210) 및 상부 케이스(220)의 외주면이 상호 접한 상태에서, 절곡 만입부(230)는 외부로부터 완전히 밀폐된다.
절곡 만입부 구조를 제외한 나머지 구조는 도 2에서 설명한 실시예와 동일하므로, 이에 대한 설명은 생략하기로 한다.
본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다.

Claims (16)

  1. 전극조립체를 내장하고 전해액과 함께 밀봉하여 전지셀을 제조하는 파우치형 전지케이스로서,
    상기 전극조립체의 적어도 일부가 내장되는 제 1 수납부가 형성되어 있는 하부 케이스; 및
    상기 하부 케이스의 일변에 평행한 상태로 연결되어 있고 전극조립체의 나머지 부위가 내장되는 제 1 수납부와 연결되지 않은 제 2 수납부가 형성되어 있는 상부 케이스;
    를 포함하고 있고,
    상기 하부 케이스와 상부 케이스의 연결 부위에는, 상기 하부 케이스와 상부 케이스를 절곡할 때 제 1 수납부와 제 2 수납부가 정위치에 배열될 수 있도록, 각 수납부 사이의 하부 케이스와 상부 케이스 사이에 절곡 방향을 정위치 방향으로 가이드(guide)하는 절곡 만입부가 연결 부위를 따라 형성되어 있고,
    상기 전지케이스는, 수지 외층, 차단성의 금속층, 및 열용융성의 수지 실란트층을 포함하는 라미네이트 시트로 이루어져 있으며,
    상기 하부 케이스에 대해 상부 케이스가 절곡되어 하부 케이스와 상부 케이스의 외주면이 상호 접한 상태에서, 상기 절곡 만입부는 외부로부터 밀폐되어 있고,
    상기 절곡 만입부는 수직 단면 상에서 하부 방향으로 폭이 좁아지는 테이퍼(taper) 구조로 전지케이스의 표면으로부터 하부 방향으로 경사져 만입되는 제 1 경사부와, 상기 제 1 경사부로부터 연장되어 하부 방향으로 경사져 만입되는 제 2 경사부로 이루어져 있으며, 상기 제 1 경사부 및 제 2 경사부는 수지 실란트층에 형성되어 있으며,
    상기 제 2 경사부의 하단은 금속층에 접해있는 것을 특징으로 하는 전지케이스.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 하부 케이스와 상부 케이스가 절곡된 상태에서, 전지케이스의 내면에 수지 실란트층이 위치하고 전지케이스의 외면에 수지 외층이 위치하는 것을 특징으로 하는 전지케이스.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 경사부의 지면에 대한 경사각은 제 2 경사부의 지면에 대한 경사각 보다 상대적으로 작은 것을 특징으로 하는 전지케이스.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 제 1 경사부의 경사각은 제 2 경사부의 경사각의 40% 내지 70%의 크기 범위로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지케이스.
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 제 1 항에 있어서, 상기 전극조립체는 스택형 또는 스택/폴딩형 전극조립체인 것을 특징으로 하는 전지케이스.
  12. 제 1 항, 제 3 항, 제 6 항, 제 7 항 및 제 11 항 중 어느 하나에 따른 전지케이스에 전극조립체를 전해액과 함께 내장하고, 전극조립체의 외주면을 밀봉하여 이루어진 것을 특징으로 하는 전지셀.
  13. 제 12 항에 있어서, 상기 전지셀은 리튬 이차 전지인 것을 특징으로 하는 전지셀.
  14. 제 13 항에 따른 전지셀을 포함하는 것을 특징으로 하는 전지팩.
  15. 제 14 항에 따른 전지팩을 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 디바이스.
  16. 제 15 항에 있어서, 상기 디바이스는 휴대폰, 휴대용 컴퓨터, 스마트 패드, 넷북, 웨어러블 전자기기, LEV(Light Electronic Vehicle), 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 플러그-인 하이브리드 전기자동차, 및 전력저장장치로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 디바이스.
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