KR102464974B1 - 라미네이트 시트와 금속 플레이트로 이루어진 전지케이스를 포함하는 전지셀 및 이의 제조방법 - Google Patents
라미네이트 시트와 금속 플레이트로 이루어진 전지케이스를 포함하는 전지셀 및 이의 제조방법 Download PDFInfo
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Abstract
양극, 음극 및 분리막을 포함하는 전극조립체가 전해액과 함께 전지케이스에 내장되어 있는 전지셀로서, 상기 전지케이스는,
수지층과 금속층을 포함하는 라미네이트 시트로 이루어져 있고, 상단 및 하단이 각각 개방되어 있으며, 전극조립체가 내장되는 중공 구조를 가진 본체;
상기 본체의 개방 상단에 결합되어 있고, 전극조립체의 제 1 전극이 접속되는 제 1 전극단자와 제 2 전극이 접속되는 제 2 전극단자가 위치하며, 금속 소재로 이루어진 상단 플레이트; 및
상기 본체의 개방 하단에 결합되어 있고, 금속 소재로 이루어진 하단 플레이트;
를 포함하는 전지셀 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
수지층과 금속층을 포함하는 라미네이트 시트로 이루어져 있고, 상단 및 하단이 각각 개방되어 있으며, 전극조립체가 내장되는 중공 구조를 가진 본체;
상기 본체의 개방 상단에 결합되어 있고, 전극조립체의 제 1 전극이 접속되는 제 1 전극단자와 제 2 전극이 접속되는 제 2 전극단자가 위치하며, 금속 소재로 이루어진 상단 플레이트; 및
상기 본체의 개방 하단에 결합되어 있고, 금속 소재로 이루어진 하단 플레이트;
를 포함하는 전지셀 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
Description
본 출원은 2017년 02월 15일자 한국 특허 출원 제 10-2017-0020496 호에 기초한 우선권의 이익을 주장하며, 해당 한국 특허 출원의 문헌에 개시된 모든 내용은 본 명세서의 일부로서 포함된다.
본 발명은 라미네이트 시트와 금속 플레이트로 이루어진 전지케이스를 포함하는 전지셀 및 이의 제조방법에 관한 것으로서, 구체적으로, 전극조립체가 내장되는 본체는 수지층과 금속층을 포함하는 라미네이트 시트로 이루어져 있고, 상기 본체의 개방 상단 및 개방 하단 각각에 결합되는 상단 플레이트 및 하단 플레이트는 금속 소재로 이루어진 구조의 전지셀 및 이의 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.
이차전지는 양극/분리막/음극 구조의 전극조립체가 어떠한 구조로 이루어져 있는지에 따라, 긴 시트형의 양극들과 음극들을 분리막이 개재된 상태에서 권취한 구조의 젤리-롤형(권취형) 전극조립체, 소정 크기의 단위로 절취한 다수의 양극과 음극들을 분리막을 개재한 상태로 순차적으로 적층한 스택형(적층형) 전극조립체, 소정 단위의 양극과 음극들을 분리막을 개재한 상태로 적층한 단위셀들을 권취한 구조의 스택/폴딩형 전극조립체 등을 들 수 있다.
또한, 이차전지는 전지케이스의 형상에 따라, 전극조립체가 원통형 또는 각형의 금속 캔에 내장되어 있는 원통형 전지 및 각형 전지와, 전극조립체가 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치형 케이스에 내장되어 있는 파우치형 전지로 분류된다.
특히, 최근에는 모바일 전자기기들의 소형 경량화 추세에 따라 상대적으로 폭이 좁은 각형 전지가 개발되었고, 이러한 각형 전지는 종래의 원통형 전지와는 또 다른 적용 분야를 창출하고 있다.
일반적으로 각형 전지는 하단이 밀봉되어 있는 각형 중공 케이스에 일부 전지요소를 삽입한 후 상단 캡 어셈블리를 용접하고 전해질을 주입한 뒤 주입구를 밀봉하여 제조되고 있다.
그러나, 각형 전지는 일반적으로 금속 합금의 판재로 구성된 금속캔을 전지케이스로 사용하기 때문에, 라미네이트 시트의 파우치형 케이스에 비해 중량이 많이 나가는 문제점이 있고, 얇은 두께의 금속 판재로 구성된 전지케이스를 제작하는 것에 한계가 있어 결과적으로 전지의 에너지 밀도를 향상시키는데 제약이 있다.
따라서, 각형 전지의 에너지 밀도 향상을 위해 보다 경량화 및 소형화된 전지케이스를 구현하기 위한 기술이 절실히 요구되고 있는 실정이다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하는 것을 목적으로 한다.
구체적으로, 본 발명의 목적은 각형 전지셀에서 전지케이스를 라미네이트 시트로 이루어진 중공형의 본체, 본체의 상단에 결합되어 있는 금속 소재의 상단 플레이트, 및 본체의 하단에 결합되어 있는 금속 소재의 하단 플레이트로 구성되어 있어, 각형 전지셀에서 전지케이스가 차지하는 부피 및 무게를 감소시킴으로써 에너지 밀도가 보다 향상된 각형 전지셀을 제공하는 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 전지셀은,
양극, 음극 및 분리막을 포함하는 전극조립체가 전해액과 함께 전지케이스에 내장되어 있는 전지셀로서, 상기 전지케이스는, 수지층과 금속층을 포함하는 라미네이트 시트로 이루어져 있고, 상단 및 하단이 각각 개방되어 있으며, 전극조립체가 내장되는 중공 구조를 가진 본체, 상기 본체의 개방 상단에 결합되어 있고, 전극조립체의 제1전극이 접속되는 제1전극단자와 제2전극이 접속되는 제2전극단자가 위치하며, 금속 소재로 이루어진 상단 플레이트, 및 상기 본체의 개방 하단에 결합되어 있고, 금속 소재로 이루어진 하단 플레이트를 포함하는 구조로 이루어질 수 있다.
상기 전극조립체는 젤리-롤형 구조 또는 스택/폴딩형 구조 또는 라미네이션/스택형 구조로 이루어질 수 있다.
상기 라미네이트 시트는, 상기 본체의 내면을 형성하는 제1수지층, 상기 본체의 외면을 형성하는 제2수지층, 및 상기 제1수지층과 제2수지층 사이에 개재되어 있는 금속층을 포함하는 구조로 이루어질 수 있다.
상기 제1수지층 및 제2수지층은 동일한 소재로 이루어질 수 있다.
상기 본체는 라미네이트 시트를 각형으로 접어서 양측 단부들을 상호 접합한 구조로 이루어지고, 상기 상단 플레이트 및 하단 플레이트는 평면상 직사각형 형태로 이루어질 수 있다.
또는, 상기 본체는 튜브형의 라미네이트 시트가 각형 형상으로 절곡된 구조로 이루어지고, 상기 상단 플레이트 및 하단 플레이트는 평면상 직사각형 형태로 이루어질 수 있다.
또는, 상기 본체는 튜브형의 라미네이트 시트로 이루어진 원통형 구조이고, 상기 상단 플레이트 및 하단 플레이트는 평면상 원형 또는 타원형 형태로 이루어질 수 있다.
상기 상단 플레이트의 소재와 하단 플레이트의 소재는 서로 독립적으로 알루미늄, 알루미늄 합금, 구리, 구리 합금, 니켈, 니켈 합금 및 스테인리스 스틸로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상일 수 있다.
상기 상단 플레이트의 제 1 전극단자는 전극조립체의 음극에 접속되어 있고, 상단 플레이트의 중앙에 상향 돌출된 구조로 형성될 수 있다.
상기 상단 플레이트의 제 2 전극단자는 전극조립체의 양극에 접속되어 있고, 제 1 전극단자를 제외한 상단 플레이트의 나머지 부위에 형성될 수 있다.
상기 상단 플레이트 및 하단 플레이트는 각각 플레이트의 외주변이 본체의 라미네이트 시트에서 금속층의 단부에 용접된 상태로 결합될 수 있다.
상기 라미네이트 시트는, 상기 본체의 내면을 형성하는 제1수지층, 및 상기 본체의 외면을 형성하는 금속층을 포함하는 구조로 이루어질 수 있다.
상기 금속층의 외면에 절연 시트를 더 포함할 수 있다.
상기 본체의 두께는 50 ㎛ 내지 150 ㎛의 범위일 수 있다.
상기 본체와 상기 상단 플레이트 및/또는 하단 플레이트의 연결부위에는 수지 소재의 보조 밀봉부재가 부가된 구조일 수 있다.
본 발명은 전지셀의 제조방법으로서,
(a) 수지층과 금속층을 포함하는 라미네이트 시트로 이루어진 본체를 준비하는 단계;
(b) 상기 본체와 하단 플레이트를 결합하는 단계;
(c) 상기 본체의 중공 내부에 전극조립체를 수납하는 단계; 및
(d) 상기 전극조립체가 수납된 본체와 상단 플레이트를 결합하는 단계;
를 포함하고, 상기 라미네이트 시트는, 상기 본체의 내면을 형성하는 제1수지층, 상기 본체의 외면을 형성하는 제2수지층, 및 상기 제1수지층과 제2수지층 사이에 개재되어 있는 금속층을 포함하는 구조로 이루어지고, 상기 단계 (b)에서 상기 하단 플레이트는 상기 본체인 라미네이트 시트 금속층의 하단부에 결합하고, 단계 (d)에서 상기 상단 플레이트는 상기 본체인 라미네이트 시트 금속층의 상단부에 결합되는 전지셀 제조방법을 제공한다.
또는, 상기 라미네이트 시트는 상기 본체의 내면을 형성하는 제1수지층, 및 상기 본체의 외면을 형성하는 금속층을 포함하는 구조로 이루어지고, 상기 단계 (d) 이후에, 상기 본체의 금속층 외면에 절연 시트를 부가하는 단계 (e)를 더 포함하는 과정으로 이루어질 수 있다
상기에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 각형 전지셀은 각형 전지케이스의 본체를 라미네이트 시트로 구성하고 각형 전지케이스의 상단과 하단을 금속 소재로 구성함으로써 전지케이스의 두께를 얇게 구현하여 각형 전지의 에너지 밀도를 향상시킬 수 있다.
또한, 전지케이스의 부피를 줄여 에너지 밀도를 향상시키는 동시에 전지의 사용 중 전지에 가해질 수 있는 외부의 물리적인 힘이나 충격에 대해 전지의 안전성을 확보할 수 있도록 전지케이스의 상하단면을 내구성이 강한 금속 소재로 구성함으로써 안전한 전지셀을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지케이스의 분해 사시도이다.
도 2는 상기 도 1의 상부 플레이트와 전극조립체가 결합된 상태를 나타나는 사시도이다.
도 3은 상기 도 1의 라미네이트 시트의 부분 확대도이다.
도 4는 전지셀 제조 과정을 설명하는 사시도이다.
도 5는 다른 하나의 실시예에 따른 전지셀의 사시도이다.
도 2는 상기 도 1의 상부 플레이트와 전극조립체가 결합된 상태를 나타나는 사시도이다.
도 3은 상기 도 1의 라미네이트 시트의 부분 확대도이다.
도 4는 전지셀 제조 과정을 설명하는 사시도이다.
도 5는 다른 하나의 실시예에 따른 전지셀의 사시도이다.
따라서, 본 발명에 따른 각형 전지셀은,
양극, 음극 및 분리막을 포함하는 전극조립체가 전해액과 함께 전지케이스에 내장되어 있는 전지셀로서, 상기 전지케이스는,
수지층과 금속층을 포함하는 라미네이트 시트로 이루어져 있고, 상단 및 하단이 각각 개방되어 있으며, 전극조립체가 내장되는 중공 구조를 가진 본체;
상기 본체의 개방 상단에 결합되어 있고, 전극조립체의 제1전극이 접속되는 제1전극단자와 제2전극이 접속되는 제2전극단자가 위치하며, 금속 소재로 이루어진 상단 플레이트; 및
상기 본체의 개방 하단에 결합되어 있고, 금속 소재로 이루어진 하단 플레이트를 포함할 수 있다.
이와 같이, 전극조립체 및 전해액이 내장되는 전지케이스 본체 부분은 수지층과 금속층을 포함하는 라미네이트 시트로 이루어지는 바, 전지케이스의 두께 감소 및 중량 감소의 효과를 얻을 수 있다.
다만, 상기 라미네이트 시트가 전지케이스의 전체 외면을 구성하는 경우에는, 전지셀의 낙하 등 충격이 인가되는 경우 안전성이 취약해지는 바, 낙하 충격을 가장 크게 받는 전지셀의 상단 및 하단에는 금속 소재로 이루어진 부재를 적용함으로써, 상기와 같은 문제점을 해결할 수 있다.
상기 전극조립체는 그 구조가 특별히 한정되지 않는 바, 예를 들어, 스택형 구조, 젤리-롤형 구조 또는 스택/폴딩형 구조 또는 라미네이션/스택형 구조로 이루어질 수 있다.
상기 전지케이스를 구성하는 상기 라미네이트 시트는, 상기 본체의 내면을 형성하는 제1수지층, 본체의 외면을 형성하는 제2수지층, 및 상기 제1수지층과 제2수지층 사이에 개재되어 있는 금속층을 포함하는 구조로 이루어질 수 있다.
상기 제1수지층은 전극조립체와 전해액이 내장되어 있는 면에 대면하므로, 전지의 작동 중에도 전지케이스와의 절연 상태가 유지될 수 있는 절연성 수지로 구성되어야 하고, 전해액과 반응하거나, 전극조립체와 접촉하더라도 찢어지거나 벗겨지지 않을 정도의 내구성이 요구된다.
상기 제2수지층은 외부로부터 전지를 보호하는 역할을 하므로 우수한 인장강도 및 내구성을 가져 외부의 물리적인 힘에 의해서 쉽게 벗겨지거나 찢어져 내부에 위치하는 금속층이 노출되지 않아야 한다.
상기 제1수지층과 제2수지층은 서로 동일한 소재로 이루어질 수 있으며, 또는 서로 상이한 소재로 이루어질 수 있는 바, 구체적으로, 폴리에스테르(PE), 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 테프론계 수지, 비닐론계 수지, 및 나일론계 수지로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상으로 구성될 수 있다.
일반적으로, 파우치형 전지케이스를 구성하는 라미네이트 시트는 열융착에 의해 밀봉이 이루어지기 때문에 서로 다른 소재로 이루어지는 내부 실란트층 및 외부 수지층을 포함한다. 즉, 상기 내부 실란트층은 고온 가압시 용융되어 융착되는 소재로 이루어진다.
그러나, 본 발명은 전지케이스의 밀봉을 위한 열융착 과정이 이루어지지 않는 바, 상기 라미네이트 시트에는 종래의 파우치형 전지케이스에 포함된 내부 실란트층과 대응되는 층이 적용되지 않을 수 있다.
따라서, 내전해액성, 절연성 및 내구성을 갖는 소재라면 특별히 제한되지 않으며, 상기 제1수지층 및 제2수지층이 서로 동일한 소재로 이루어질 수 있다.
상기 금속층은 공기, 습기 등이 전지의 내부로 유입되는 것을 방지하는 역할을 하며, 전지의 사용 내지 이동 중 전지의 내외부에서 발생할 수 있는 물리적인 힘에 대해 전지케이스가 견고하게 유지될 수 있도록 하는 역할을 한다. 금속층의 소재는 알루미늄, 알루미늄 합금, 구리, 구리 합금, 니켈, 니켈 합금 및 스테인리스 스틸 등의 금속성 소재로 이루어 질 수 있다.
한편, 상기 라미네이트 시트를 구성하는 제1수지층, 금속층 및 제2수지층은 두께가 두꺼울수록 내구성이 증가하고 전지의 안전성을 확보하는데 유리할 수 있으나, 전지에서 전지케이스가 차지하는 부피 및 중량이 증가함에 따라 전지의 에너지 밀도를 크게 감소시킬 우려가 있는 바, 종래 사용되는 금속 판재보다 얇은 두께로 구성되는 것이 바람직하다. 상세하게는, 라미네이트 시트로 구성된 본체의 두께가 50 내지 150 ㎛의 범위인 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 본체는 라미네이트 시트를 각형으로 접어서 양측 단부들을 상호 접합한 구조로 이루어질 수 있고, 상기 상단 플레이트 및 하단 플레이트는 평면상 직사각형 형태로 이루어질 수 있다.
구체적으로, 일단위의 라미네이트 시트를 각형으로 접은 뒤 중공형의 구조로 양측 단부를 서로 연결시켜 제조할 수 있다.
또는, 상기 본체는 튜브형의 라미네이트 시트가 각형 형상으로 절곡된 구조로 이루어지고, 상기 상단 플레이트 및 하단 플레이트는 평면상 직사각형 형태로 이루어질 수 있다.
또는, 상기 본체는 튜브형의 라미네이트 시트로 이루어진 원통형 구조이고, 상기 상단 플레이트 및 하단 플레이트는 평면상 원형 또는 타원형 형태로 이루어질 수 있다. 이와 같은 경우, 외관상 종래의 원통형 전극조립체와 유사한 형태로 이루어질 수 있다.
본 발명에 따른 전지케이스는 중공형의 본체의 상단에 금속 소재로 이루어진 상단 플레이트를 결합시키고, 본체의 하단에도 금속 소재의 하단 플레이트를 결합시켜 제조될 수 있다. 상단 플레이트에는 일반적인 각형 전지와 같이 전극단자가 형성될 수 있다. 양극 단자 및 음극 단자가 상단 플레이트에 형성될 수 있다.
더욱 상세하게는 상단 플레이트에 하나 내지 둘의 전극 단자가 형성 될 수 있으며, 상단 플레이트의 중앙에 상향 돌출된 구조로 형성된 제1전극단자가 형성될 수 있다. 또한, 제1전극 단자를 제외한 상단 플레이트의 나머지 부위에 제2전극단자가 형성될 수 있다. 구체적으로는 제1전극단자는 음극에 접속되고, 제2전극단자는 양극에 접속될 수 있다. 돌출된 형상의 제1전극단자와는 달리 상기 제1전극단자를 제외한 상단 플레이트의 나머지 부위는 금속 소재로 이루어진 상단 플레이트 부분이 제2전극단자로서 구성될 수 있다.
한편, 상단 플레이트와 하단 플레이트는 모두 금속 소재로 구성되나, 반드시 상호 동일한 금속 소재로 이루어질 필요는 없고, 각각 독립적으로 상이한 금속 소재로 구성될 수 있다. 구체적으로는 알루미늄, 알루미늄 합금, 구리, 구리 합금, 니켈, 니켈 합금 및 스테인리스 스틸로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상으로 이루어질 수 있다. 상단 플레이트와 하단 플레이트를 각각 금속 소재로 구성함으로써 전지의 낙하 시 안전성을 확보할 수 있고, 전극 단자가 손상되는 것을 방지할 수 있다.
상기 상단 플레이트 및 하단 플레이트는 각각 플레이트의 외주변이 본체의 라미네이트 시트에서 금속층의 단부에 용접된 상태로 결합될 수 있고, 상단 플레이트의 형상은 중공형의 본체 단부의 상단부 형상과 일치하는 형상일 수 있다. 하단 플레이트도 마찬가지로 본체의 하단부 형상과 일치하는 형상으로 제조되어 최종 제조된 전지케이스의 형상이 금속캔으로 이루어진 일반적인 각형 케이스의 형상과 동일한 형상으로 제작될 수 있다.
한편, 본체에 상단 플레이트와 하단 플레이트를 연결하기 위해 금속 소재의 플레이트 외주변이 본체의 라미네이트 시트의 금속층 단부에 용접된 상태로 결합될 수 있다. 이를 위해, 본체의 상단부와 하단부의 금속층은 제 1 수지층 및/또는 제 2 수지층에 의해 완전히 커버되지 않고 소정의 두께만큼 노출된 형태로 형성되어 상단 플레이트 및 하단 플레이트와 용접이 가능하도록 제작될 수 있다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 라미네이트 시트는, 상기 본체의 내면을 형성하는 제1수지층, 및 상기 본체의 외면을 형성하는 금속층을 포함하는 구조로 이루어질 수 있다. 따라서, 외관상 금속층이 전지케이스 본체의 최외층으로 노출되게 된다. 이와 같은 경우, 전지셀의 절연성이 문제될 수 있는 바, 상기 금속층의 외면에 절연 시트를 더 포함하는 구조로 이루어질 수 있다.
한편, 본체와 상단 플레이트 또는 하단 플레이트와의 연결부위에서의 완전한 밀폐구조를 형성하기 위해 연결부위에 추가적으로 수지 소재의 보조밀봉부재를 추가로 포함할 수 있다.
본 발명은 또한, 상기 전지셀의 제조방법을 제공하는 바, 구체적으로,
(a) 수지층과 금속층을 포함하는 라미네이트 시트로 이루어진 본체를 준비하는 단계;
(b) 상기 본체와 하단 플레이트를 결합하는 단계;
(c) 상기 본체의 중공 내부에 전극조립체를 수납하는 단계; 및
(d) 상기 전극조립체가 수납된 본체와 상단 플레이트를 결합하는 단계;
를 포함하고,
상기 라미네이트 시트는, 상기 본체의 내면을 형성하는 제1수지층, 상기 본체의 외면을 형성하는 제2수지층, 및 상기 제1수지층과 제2수지층 사이에 개재되어 있는 금속층을 포함하는 구조로 이루어지며,
상기 단계 (b)에서 상기 하단 플레이트는 상기 본체인 라미네이트 시트 금속층의 하단부에 결합하고, 상기 단계 (d)에서 상기 상단 플레이트는 상기 본체인 라미네이트 시트 금속층의 상단부에 결합할 수 있다.
즉, 본원발명은, 서로 분리되어 독립적으로 이루어진 본체와 하단 플레이트, 및 본체와 상단 플레이트의 결합이 필요한 바, 이들을 결합하는 과정이 반드시 필요하고, 구체적으로, 상기 결합과정은 용접에 의한 방법으로 이루어질 수 있다.
상기 라미네이트 시트로 본체를 준비하는 단계는, 상기 라미네이트 시트를 각형으로 접어서 양측 단부들을 상호 접합하는 방법으로 이루어질 수 있고, 또는, 튜브형의 본체를 각형 형상으로 절곡하는 방법으로 이루어질 수 있으며, 또는, 상기 본체는 튜브형의 라미네이트 시트로 이루어진 원통형 구조일 수 있다.
또한, 상기 라미네이트 시트에서 상기 상단 플레이트 및 하단 플레이트와 결합되는 부분은 용접의 편의성을 위하여 금속층이 노출된 구조로 이루어지는 것이 바람직하다.
구체적으로, 상기와 같이 제1수지층, 금속층 및 제2수지층으로 구성되는 라미네이트로 전지케이스 본체를 제조하는 경우에는, 상기 제2수지층의 면적이 상기 금속층의 면적보다 좁게 형성되어 상기 금속층의 상단 및 하단이 일부 노출되고, 상기 노출되는 금속층에 상기 상단 플레이트 및 하단 플레이트가 결합하게 된다.
상기 라미네이트 시트는 외부에 제2수지층이 형성되어 있기 때문에 별도의 절연 부재를 부가하지 않아도 절연성을 확보할 수 있다.
다른 하나의 구체적인 예에서, 상기 라미네이트 시트는 상기 본체의 내면을 형성하는 제1수지층, 및 상기 본체의 외면을 형성하는 금속층을 포함하는 구조로 이루어지고, 상기 단계 (d) 이후에, 상기 본체의 금속층 외면에 절연 시트를 부가하는 단계 (e)를 더 포함할 수 있다.
즉, 상기 라미네이트 시트는 금속층이 외표면에 노출되는 구조인 바, 절연성을 확보하기 위하여 상기 금속층의 외면에는 절연 시트를 부가하는 과정이 필요할 수 있다.
다만, 상기와 같은 경우에는, 상단 플레이트 및 하단 플레이트를 상기 금속층에 결합하기 위하여, 금속층 일부만 노출된 라미네이트 시트를 제조할 필요가 없고, 용접 가능한 부분이 넓어지기 때문에, 용접 과정이 용이하고, 용접열에 의해 금속층 외면의 수지층이 용융될 위험이 없다.
이하에서는, 하기 실시예에 따른 도면을 참조하여 설명하지만, 이는 본 발명의 더욱 용이한 이해를 위한 것으로, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지케이스의 분해 사시도이다.
도 1을 참조하면, 전지케이스(100)는 라미네이트 시트로 이루어진 본체(110), 하단 플레이트(120), 및 상단 플레이트(130)로 구성되고, 상단 플레이트(130)의 중심부에는 음극 단자(131)가 돌출된 구조로 이루어지고, 음극 단자(131)를 제외한 상단 플레이트(130)는 양극 단자 역할을 한다. 음극 단자(131)와 상단 플레이트(130)의 절연을 위하여 절연 부재(132)가 개재되어 있다.
본체(110)는 튜브 형태의 라미네이트 시트를 각형이 되도록 절곡하여 형성될 수 있고, 또는, 긴 시트형의 라미네이트 시트의 양측 끝단을 연결하여 튜브 형태를 만든 후 각형이 되도록 절곡하여 형성될 수 있다.
다만, 도 1에 도시된 음극 단자(131) 및 절연 부재의 (132)의 크기 및 구조는 특별히 한정되지 않으며, 상단 플레이트(130)와 본체(110) 내에 수납되는 전극조립체(도시하지 않음)의 상부 사이에는 별도의 부재들이 추가될 수 있다.
상단 플레이트(130)의 하부에는 하향 연장부(133)가 형성되어 있고, 하단 플레이트(120)의 상부에는 상향 연장부(123)가 형성되어 있는 바, 하향 연장부(133) 및 상향 연장부(123)가 본체(110)의 내측에 위치하고, 본체의 끝단이 하향 연장부(133) 및 상향 연장부(123)의 외면에 위치한 상태로 결합될 수 있다.
다만, 상단 플레이트(130)와 하단 플레이트(120)의 구조 내지 본체와의 결합부의 형태 및 결합 방법 등은 특별히 한정되지 않는다.
도 2는 상기 도 1의 상부 플레이트와 전극조립체가 결합된 상태를 나타나는 사시도이다.
도 2를 참조하면, 전극조립체(140)는 젤리-롤형 구조로 이루어지나, 그 구조는 젤리-롤형으로 한정되지 않으며, 스택형, 스택/폴딩형 또는 라미네이션/스택형 전극조립체가 이용될 수 있음은 물론이다.
전극조립체(140)의 음극 탭(141)은 상단 플레이트(130)의 음극 단자(131)의 하면에 결합되고, 양극 탭(142)은 음극 단자(131)를 제외한 상단 플레이트의 나머지 평면에 결합된다.
도 3은 상기 도 1의 라미네이트 시트의 부분 확대도이다.
도 3을 참조하면, 라미네이트 시트(210)는 금속층(211)을 중심으로 일측면에는 제1수지층(212)이 위치하고, 타측면에는 제2수지층(213)이 위치하고 있는 3층 구조로 이루어지며, 제1수지층(212)이 전지케이스의 내측면을 구성하고, 제2수지층(213)이 전지케이스의 외측면을 구성한다. 라미네이트 시트(220)는 금속층(221)의 일측면에 제1수지층(222)이 위치하는 2층 구조로 이루어지고, 제1수지층(222)이 전지케이스의 내측면을 구성하고, 금속층(221)이 전지케이스의 외측면을 구성하게 된다.
라미네이트 시트(210)는 상단 플레이트 및 하단 플레이트와의 용접 결합을 위하여, 금속층(211)의 끝단이 노출되도록 형성되는 것이 바람직한 바, 라미네이트 시트(210)의 양 끝단 내측면과 상단 및 하단 플레이트의 외측면이 결합되는 경우에는 라미네이트 시트(210)의 내측면인 제1수지층의 양측 끝단에 금속층이 노출될 수 있고, 라미네이트 시트(210)의 양 끝단 외측면과 상단 및 하단 플레이트의 내측면이 결합되는 경우에는 라미네이트 시트(210)의 외측면인 제2수지층의 양측 끝단에 금속층이 노출될 수 있다.
도 4는 전지셀 제조 과정을 설명하는 사시도이다.
도 4를 참조하면, 라미네이트 시트를 절곡하여 각형의 본체(310)를 만들고, 본체(310)의 하부에 하단 플레이트(320)를 결합하여 전극조립체(340) 및 전해액을 수납할 수 있는 수납부를 형성한다.
이후 상기 수납부에 전극조립체(340)를 수납하고, 전극조립체(340)의 전극 탭들을 상단 플레이트(330)의 전극 단자들에 결합한 후, 상단 플레이트(330)를 본체(310)의 상부에 결합하여 전지셀을 밀봉한다.
라미네이트 본체(310)가 도 3의 라미네이트 시트(220)와 같이 금속층이 노출되는 구조인 경우에는, 전지셀의 절연성을 확보하기 위하여 본체(310)의 외면에 절연 시트를 부가하는 과정을 추가로 진행할 수 있다.
도 5는 다른 하나의 실시예에 따른 전지셀의 사시도이다.
도 5를 참조하면, 전지셀은 외관이 원통형 전지셀의 구조로 이루어지나, 도 1의 전지케이스의 구조와 대응되는 구조로 이루어진다.
구체적으로, 라미네이트 시트로 이루어진 본체(410)의 상부에는 상단 플레이트(430)가 결합하고, 본체(410)의 하부에는 하단 플레이트(420)가 결합되는 바, 본체(410)는 도 3의 라미네이트 시트(210, 220)와 같이 3층 구조 또는 2층 구조로 이루어질 수 있고, 상단 플레이트(430)의 돌출된 전극 단자는 일반적인 원통형 전극조립체와 달리 음극 단자의 역할을 할 수 있다.
상단 플레이트의 구체적인 구성에 관하여, 전극 단자 및 절연 부재를 제외한 나머지 구성 요소들은 도시하지 않았으나, 일반적인 각형 전지셀의 상단 플레이트와 동일 내지는 유사한 형상을 가질 수 있고, 이에 관해서는 해당 분야에 널리 알려진 각형 전지셀의 상단 플레이트의 구조를 참조할 수 있으므로 이에 관한 자세한 설명은 생략한다.
이상 본 발명은 첨부한 도면을 참조하여 설명하였지만, 본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주 내에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다.
100 : 전지케이스
110, 310, 410 : 본체
120, 320, 420 : 하단 플레이트
123 : 상향 연장부
130, 330, 430 : 상단 플레이트
131 : 음극 단자
132 : 절연 부재
133 : 하향 연장부
140, 340 : 전극조립체
141 : 음극 탭
142 : 양극 탭
210, 220 : 라미네이트 시트
211, 221 : 금속층
212, 222 : 제1수지층
213 : 제2수지층
110, 310, 410 : 본체
120, 320, 420 : 하단 플레이트
123 : 상향 연장부
130, 330, 430 : 상단 플레이트
131 : 음극 단자
132 : 절연 부재
133 : 하향 연장부
140, 340 : 전극조립체
141 : 음극 탭
142 : 양극 탭
210, 220 : 라미네이트 시트
211, 221 : 금속층
212, 222 : 제1수지층
213 : 제2수지층
Claims (17)
- 양극, 음극 및 분리막을 포함하는 전극조립체가 전해액과 함께 전지케이스에 내장되어 있는 전지셀로서, 상기 전지케이스는,
수지층과 금속층을 포함하는 라미네이트 시트로 이루어져 있고, 상단 및 하단이 각각 개방되어 있으며, 전극조립체가 내장되는 중공 구조를 가진 본체;
상기 본체의 개방 상단에 결합되어 있고, 전극조립체의 제 1 전극이 접속되는 제 1 전극단자와 제 2 전극이 접속되는 제 2 전극단자가 위치하며, 금속 소재로 이루어진 상단 플레이트; 및
상기 본체의 개방 하단에 결합되어 있고, 금속 소재로 이루어진 하단 플레이트;
를 포함하며,
상기 라미네이트 시트는,
i) 상기 본체의 내면을 형성하는 제1수지층, 상기 본체의 외면을 형성하는 제2수지층, 및 상기 제1수지층과 제2수지층 사이에 개재되어 있는 금속층을 포함하는 구조로 이루어지거나,
ii) 상기 본체의 내면을 형성하는 제1수지층, 및 상기 본체의 외면을 형성하는 금속층을 포함하는 구조로 이루어지고,
상기 본체의 두께는 50 ㎛ 내지 150 ㎛의 범위인 전지셀. - 제1항에 있어서, 상기 전극조립체는 젤리-롤형 구조 또는 스택/폴딩형 구조 또는 라미네이션/스택형 구조로 이루어진 전지셀.
- 삭제
- 제1항에 있어서, 상기 라미네이트 시트가 i)일 경우,
상기 제1수지층 및 제2수지층은 동일한 소재로 이루어진 전지셀. - 제1항에 있어서, 상기 본체는 라미네이트 시트를 각형으로 접어서 양측 단부들을 상호 접합한 구조로 이루어지고,
상기 상단 플레이트 및 하단 플레이트는 평면상 직사각형 형태로 이루어진 전지셀. - 제1항에 있어서, 상기 본체는 튜브형의 라미네이트 시트가 각형 형상으로 절곡된 구조로 이루어지고,
상기 상단 플레이트 및 하단 플레이트는 평면상 직사각형 형태로 이루어진 전지셀. - 제1항에 있어서, 상기 본체는 튜브형의 라미네이트 시트로 이루어진 원통형 구조이고,
상기 상단 플레이트 및 하단 플레이트는 평면상 원형 또는 타원형 형태로 이루어진 전지셀. - 제1항에 있어서, 상기 상단 플레이트의 소재와 하단 플레이트의 소재는 서로 독립적으로 알루미늄, 알루미늄 합금, 구리, 구리 합금, 니켈, 니켈 합금 및 스테인리스 스틸로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상인 전지셀.
- 제1항에 있어서, 상기 상단 플레이트의 제 1 전극단자는 전극조립체의 음극에 접속되어 있고, 상단 플레이트의 중앙에 상향 돌출된 구조로 형성되어 있는 전지셀.
- 제1항에 있어서, 상기 상단 플레이트의 제 2 전극단자는 전극조립체의 양극에 접속되어 있고, 제 1 전극단자를 제외한 상단 플레이트의 나머지 부위에 형성되어 있는 전지셀.
- 제1항에 있어서, 상기 상단 플레이트 및 하단 플레이트는 각각 플레이트의 외주변이 본체의 라미네이트 시트에서 금속층의 단부에 용접된 상태로 결합되어 있는 전지셀.
- 삭제
- 제1항에 있어서, 상기 라미네이트 시트가 ii)일 경우,
상기 금속층의 외면에는 절연 시트를 더 포함하는 전지셀. - 삭제
- 제1항에 있어서, 상기 라미네이트 시트가 ii)일 경우,
상기 본체와 상기 상단 플레이트 및 하단 플레이트의 연결부위 중 하나 이상에는 수지 소재의 보조 밀봉부재가 부가되어 있는 전지셀. - 제1항, 제2항, 제4항 내지 제11항, 제13항, 제15항 중 어느 하나에 따른 전지셀의 제조방법으로서,
(a) 수지층과 금속층을 포함하는 라미네이트 시트로 이루어진 본체를 준비하는 단계;
(b) 상기 본체와 하단 플레이트를 결합하는 단계;
(c) 상기 본체의 중공 내부에 전극조립체를 수납하는 단계; 및
(d) 상기 전극조립체가 수납된 본체와 상단 플레이트를 결합하는 단계;
를 포함하고,
상기 라미네이트 시트는, 상기 본체의 내면을 형성하는 제1수지층, 상기 본체의 외면을 형성하는 제2수지층, 및 상기 제1수지층과 제2수지층 사이에 개재되어 있는 금속층을 포함하는 구조로 이루어지며,
상기 단계 (b) 및 단계 (d)에서, 상기 상단 플레이트 및 하단 플레이트는 상기 라미네이트 시트 금속층의 양측 끝단에 결합되고,
상기 본체의 두께는 50 ㎛ 내지 150 ㎛의 범위인 전지셀 제조방법. - 제16항에 있어서, 상기 라미네이트 시트는 상기 본체의 내면을 형성하는 제1수지층, 및 상기 본체의 외면을 형성하는 금속층을 포함하는 구조로 이루어지고,
상기 단계 (d) 이후에, 상기 본체의 금속층 외면에 절연 시트를 부가하는 단계 (e)를 더 포함하는 전지셀 제조방법.
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