KR20100128679A - 플라스틱백을 구비하는 이차전지 및 그의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 이차전지 및 이의 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 공정상 전해액 누출에 의한 불완전한 실링을 막을 수 있는 이차전지 및 이의 제조방법에 관한 것이다. 본 발명은, 양극, 분리막, 및 음극이 적층되어 형성되는 전극조립체가 전지케이스에 밀봉되어 제조되는 이차전지의 제조방법에 있어서, (a) 상기 전극조립체를 전해액 주입구가 구비된 플라스틱백에 넣는 단계; (b) 상기 전해액 주입구를 통해 상기 플라스틱백에 전해액을 주입하는 단계; (c) 상기 플라스틱백을 전지케이스 수납부에 장착한 상태에서 디개싱면을 제외한 나머지 부위를 1차 밀봉하는 단계; (d) 전지를 활성화시키고 발생된 가스를 제거하는 디개싱 단계; 및 (e) 디개싱면을 밀봉하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 따른 이차전지 제조방법은 공정이 간편하고, 실링부위의 밀봉성을 더욱 향상시킬 수 있어 그에 따른 이차전지의 안전성을 높이는 효과가 있다.
이차전지, 전극조립체, 플라스틱백, 전해액, 디개싱, degassing, 전지 활성화, 포메이션, formation
Description
본 발명은 이차전지 및 이의 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 공정상 전해액 누출에 의한 불완전한 실링을 막을 수 있는 이차전지 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
이차전지는 양극/분리막/음극 구조의 전극조립체가 어떠한 구조로 이루어져 있는지에 따라 분류되기도 하는 바, 대표적으로는, 긴 시트형의 양극들과 음극들을 분리막이 개재된 상태에서 권취한 구조의 젤리-롤(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 바이셀(Bi-cell) 또는 풀셀(Full cell)들을 권취한 구조의 스택/폴딩형 전극조립체 등을 들 수 있다.
최근에는, 스택형 또는 스택/폴딩형 전극조립체를 알루미늄 라미네이트 시트 의 전지케이스에 내장한 구조의 전지가, 낮은 제조비, 작은 중량, 용이한 형태 변형 등을 이유로, 많은 관심을 모으고 있고 또한 그것의 사용량이 점차적으로 증가하고 있다.
도 1에는 종래의 대표적인 이차전지의 일반적인 구조가 분해 사시도로서 모식적으로 도시되어 있다.
도 1을 참조하면, 이차전지(10)는, 전극조립체(30), 전극조립체(30)로부터 연장되어 있는 전극 탭들(31, 32), 전극 탭들(31, 32)에 용접되어 있는 전극리드(40, 41), 및 전극조립체(30)를 수용하는 전지케이스(20)를 포함하는 것으로 구성되어 있다.
전극조립체(30)는 분리막이 개재된 상태에서 양극과 음극이 순차적으로 적층되어 있는 발전소자로서, 스택형 또는 스택/폴딩형 구조로 이루어져 있다. 전극 탭들(31, 32)은 전극조립체(30)의 각 극판으로부터 연장되어 있고, 전극리드(40, 41)는 각 극판으로부터 연장된 복수 개의 전극 탭들(31, 32)과, 예를 들어, 용접에 의해 각각 전기적으로 연결되어 있으며, 전지케이스(20)의 외부로 일부가 노출되어 있다. 또한, 전극리드(40,41)의 상하면 일부에는 전지케이스(20)와의 밀봉도를 높이고, 이와 동시에 전기적 절연상태를 확보하기 위하여 절연필름(50)이 부착되어 있다.
전지케이스(20)는 전극조립체(30)가 안착될 수 있는 오목한 형상의 수납부(23)를 포함하는 케이스 본체(22)와 그러한 본체(22)에 일체로 연결되어 있는 덮 개(21)로 이루어져 있고, 수납부(23)에 전극조립체(30)을 수납한 상태로 접촉부위인 양측부(24)와 상단부(25)를 접착시킴으로써 전지를 완성한다. 전지케이스(20)는 수지층/금속박층/수지층의 알루미늄 라미네이트 구조로 이루어져 있어서, 서로 접하는 덮개(21)와 본체(22)의 양측부(24) 및 상단부(25) 부위에 열과 압력을 가하여 수지층을 상호 융착시킴으로써 접착시킨다. 양측부(24)는 상하 전지케이스(20)의 동일한 수지층이 직접 접하므로 용융에 의해 균일한 밀봉이 가능하다. 반면에, 상단부(25)에는 전극리드(40, 41)가 돌출되어 있으므로 전극리드(40, 41)의 두께 및 전지케이스(20) 소재와의 이질성을 고려하여 밀봉성을 높일 수 있도록 전극리드(40, 41)와의 사이에 절연 필름(50)을 개재한 상태에서 열융착시킨다.
상기한 종래의 전지의 제조방법 중 전극조립체를 라미네이트 시트에 수납하여 열융착하는 과정에서 통상적으로 전해액이 주입된다. 즉, 전극조립체를 라미네이트 시트에 수납하고, 전해액이 주입된 후에 이를 열융착하여 최종적으로 전지를 제작하게 되는 것이다.
그런데, 전해액 주입 후에 열융착하는 과정에서 문제점이 발생할 소지가 많다. 전해액은 액체이므로 흐름성이 있어 전해액이 열융착 부위(즉, 실링면)와 접촉할 수 있다. 이 경우 전해액으로 인해 실링이 불완전하게 일어나게 되고 전지의 안전성에 좋지 않은 영향을 미칠 수 있게 된다. 특히, 전지의 반복적인 충방전 과정에서 전지 본체의 팽창 및 수축이 반복되는데, 이렇게 불완전하게 실링된 부위는 이러한 과정에서 매우 쉽게 분리되어 버리게 된다.
또한, 전해액이 실링면과 접촉되면 내부 전극조립체가 외부에 대하여 완전하게 절연되지 않게 되는 문제점도 발생하며, 이 역시 전지의 안전성에 좋지 않은 영향을 미칠 수 있게 된다.
따라서, 공정이 간편하면서도 전지의 밀봉성을 향상시킬 수 있는 전지의 제조방법이 매우 요구되어지고 있는 실정이다. 이에 본 발명은, 플라스틱백에 전해액을 1차적으로 주입하는 방법을 사용하여 상기한 종래기술의 문제점을 해결하고자 한다.
본 발명은 상기한 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서,
양극, 분리막, 및 음극이 적층되어 형성되는 전극조립체가 전지케이스에 밀봉되어 제조되는 이차전지의 제조방법에 있어서,
(a) 전극조립체를 전해액 주입구가 구비된 플라스틱백에 넣는 단계;
(b) 상기 전해액 주입구를 통해 상기 플라스틱백에 전해액을 주입하는 단계;
(c) 상기 플라스틱백을 전지케이스 수납부에 장착한 상태에서 디개싱면을 제외한 나머지 부위를 1차 밀봉하는 단계;
(d) 전지를 활성화시키고 발생된 가스를 제거하는 디개싱 단계; 및
(e) 디개싱면을 밀봉하는 단계
를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지의 제조방법을 제공한다.
또한 본 발명에 있어서, 상기 플라스틱백의 전해액 주입구가 디개싱면과 다른 방향에 위치되도록 상기 플라스틱백을 전지케이스 수납부에 장착하는 것을 특징으로 하는 이차전지의 제조방법을 제공한다.
또한 본 발명에 있어서, 상기 플라스틱백의 전해액 주입구가 디개싱면과 정반대 방향에 위치되도록 상기 플라스틱백을 전지케이스 수납부에 장착하는 것을 특징으로 하는 이차전지의 제조방법을 제공한다.
또한 본 발명에 있어서, 상기 플라스틱백은 폴리에틸렌테리프탈레이트(PET) 재질인 것임을 특징으로 하는 이차전지의 제조방법을 제공한다.
또한 본 발명의 방법에 의해 제조된 것을 특징으로 하는 이차전지를 제공한다.
또한,
양극, 분리막, 및 음극이 적층되어 형성되는 전극조립체;
상기 전극조립체를 감싸는 플라스틱백;
상기 플라스틱백에 주입되는 전해액; 및
상기 전극조립체, 상기 플라스틱백, 및 상기 전해액을 수납하는 전지케이스를 포함하는 이차전지를 제공한다.
본 발명에 따른 이차전지 제조방법은 공정이 간편하고, 실링부위의 밀봉성을 더욱 향상시킬 수 있어 그에 따른 이차전지의 안전성을 높이는 효과가 있다.
이하, 본 발명에 관하여 상세히 설명한다.
본 발명은,
양극, 분리막, 및 음극이 적층되어 형성되는 전극조립체가 전지케이스에 밀봉되어 제조되는 이차전지의 제조방법에 있어서,
(a) 전극조립체를 전해액 주입구가 구비된 플라스틱백에 넣는 단계;
(b) 상기 전해액 주입구를 통해 상기 플라스틱백에 전해액을 주입하는 단계;
(c) 상기 플라스틱백을 전지케이스 수납부에 장착한 상태에서 디개싱면을 제외한 나머지 부위를 1차 밀봉하는 단계;
(d) 전지를 활성화시키고 발생된 가스를 제거하는 디개싱 단계; 및
(e) 디개싱면을 밀봉하는 단계
를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명에 있어서, 상기 플라스틱백(plasticbag)의 재질은 전해액에 안정하고, 전기적 절연성이 있는 재질의 것이면 특별히 제한없이 사용할 수 있다. 이러한 플라스틱 재질의 예로 폴리에틸렌테리프탈레이트(PET)를 들 수 있다.
상기 플라스틱백은 전해액 주입구가 구비된 것이다. 상기 플라스틱백의 전해액 주입구가 디개싱면과 다른 방향에 위치되도록 상기 플라스틱백을 전지케이스 수납부에 장착하는 것이 디개싱단계에서의 전해액 누출을 완화시키므로 바람직하다. 특히, 상기 플라스틱백의 전해액 주입구가 디개싱면과 정반대 방향에 위치되도록 상기 플라스틱백을 전지케이스 수납부에 장착하는 것이 더 바람직하다.
상기 디개싱면은 디개싱(degassing)이 행하여질 목적으로 형성되는 미실링부위를 말한다. 전지가 제작되고 최초 충·방전과정을 가지는데 이것을 전지의 활성화 과정이라 한다. 활성화 과정에서 통상적으로 가스(gas)가 발생하는데, 이를 제 거하는 과정을 디개싱(degassing)이라 한다.
또한 본 발명은,
양극, 분리막, 및 음극이 적층되어 형성되는 전극조립체;
상기 전극조립체를 감싸는 플라스틱백;
상기 플라스틱백에 주입되는 전해액; 및
상기 전극조립체, 상기 플라스틱백, 및 상기 전해액을 수납하는 전지케이스를 포함하는 이차전지에 관한 것이다.
상기 본 발명의 이차전지는 본 발명의 제조방법에 따라서 제조될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
이하에서는, 본 발명의 제조방법을 도면을 참조하여 설명하지만, 이는 본 발명의 더욱 용이한 이해를 위한 것으로, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.
도 2a 내지 도 2e에는 전지의 제조과정에 대한 일련의 모식도들이 도시되어 있다.
우선, 도 2a를 참조하면, 양극, 분리막, 및 음극이 적층되어 형성되는 전극조립체를 절연성 PET 플라스틱백에 넣고, 전해액 주입구를 통해 상기 플라스틱백 안에 전해액을 넣어 플라스틱백에 쌓여진 전극조립체(200)를 만든다.
도 2b를 참조하면, 알루미늄 라미네이트 시트로 이루어진 시트형 전지케이 스(100)는 가상 수평중심선(X)을 대해 그것의 일측 하단에 전극조립체 수납부(110)가 드로잉 공정으로 형성되어 있다. 수납부(110)는 플라스틱백에 쌓여진 전극조립체(200)의 형상에 대략 일치하는 크기를 가지고 있다.
수납부(110)에 상기 플라스틱백에 쌓여진 전극조립체(200)를 장착한 상태에서, 가상 수평 중심선(X)의 절곡 부위(112)를 제외한 나머지 외주면 부위들(114, 116, 118)은 궁극적으로 열융착에 의해 실링(sealing)이 행해진다.
수납부(110)에 상기 플라스틱백에 쌓여진 전극조립체(200)를 장착한 후, 가상 수평 중심선(X)을 따라 전지케이스(100)를 절곡하여 수납부(110)를 덮으면, 도 2c에서와 같은 구조가 얻어지고, 외주면 부위들(114, 116, 118) 중 일측 디개싱면(118)을 제외하고 열융착시켜 실링을 행한다.
디개싱면(118)은 미실링 상태로 남아 있고, 이를 통해 디개싱(degassing)공정이 행하여진다. 디개싱면(118)은 기타 외주면 부위들(114, 116) 보다 큰 폭의 잉여부(120)를 포함하고 있고, 이러한 잉여부(120)는 도 2d에서 설명하는 바와 같은 전지의 활성화 과정에서 유용하게 사용된다.
도 2d를 참조하면, 잉여부(120)의 단부(122)를 열융착에 의해 밀봉하고, 전지의 충방전을 행하는 활성화 과정을 수행한다. 전지의 활성화 과정은, 전극(특히, 음극)의 표면에 전해액에 의한 보호 피막을 형성하여 완성 전지에서의 전해액 분해 반응을 억제하는 등의 목적에서 수행하며, 이러한 과정에서 다량의 가스가 발생한다.
발생한 가스는 디개싱면(118)을 통해서 잉여부(120)에 포집되고, 활성화 과 정 후 가상 수직 중심선(Y)을 따라 잉여부(120)를 절취하여 가스를 배출한다.
그런 다음, 도 2e에서와 같이, 디개싱면(118)을 열융착시켜 실링함으로써, 이차전지가 완성된다.
도 3에는 본 발명 일실시예의 플라스틱백을 구비한 리튬이차 전지의 구조가 개략적으로 도시되어 있다.
이하, 본 발명의 제조방법에 따라 아래와 같이 전지를 제조하였다.
실시예
1
양극, 분리막, 및 음극이 적층되어 형성되는 전극조립체를 절연성 PET 플라스틱백에 넣고, 전해액 주입구를 통해 상기 플라스틱백 안에 전해액을 넣어 플라스틱백에 쌓여진 전극조립체를 만들었다.
전지케이스에 드로잉 공정으로 미리 형성된 수납부에 플라스틱백의 전해액 주입구가 디개싱면에 위치되도록 플라스틱백에 쌓여진 전극조립체를 장착하였다.
알루미늄 파우치의 절곡 부위 및 디개싱면를 제외한 나머지 외주면 부위들을 열융착에 의해 실링(sealing)하였다.
이후, 전지를 충·방전하여 활성하고, 디개싱(degassing) 공정을 행한 후, 디개싱면을 열융착 실링시켜 최종적으로 전지를 제작하였다.
실시예
2
상기 실시예 1에서 전지케이스에 플라스틱백의 전해액 주입구가 디개싱면과 반대방향에 위치되도록 플라스틱백에 쌓여진 전극조립체를 장착한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 전지를 제작하였다.
비교예
양극, 분리막, 및 음극이 적층되어 형성되는 전극조립체를 전지케이스에 드로잉 공정으로 미리 형성된 수납부에 장착하였다.
알루미늄 파우치의 절곡 부위 및 디개싱면를 제외한 나머지 외주면 부위들을 열융착에 의해 실링(sealing)하였다. 이 때 전해액은 미실링된 디개싱면을 통해 주입되었다.
이후, 전지를 충·방전하여 활성하고, 디개싱(degassing) 공정을 행한 후, 디개싱면을 열융착 실링시켜 최종적으로 전지를 제작하였다.
상기 비교예 및 실시예에 따라 각각 10개씩의 전지를 제작하여 실링손상여부를 하기와 같은 방법으로 테스트 하였다.
*
실링부
손상여부
테스트
디개싱(degassing) 공정까지 완료된 전지에 저항 측정기(HIOKi)를 사용하여, 저항 측정기의 (+) 단자를 음극 리드(lead)에 접촉하고, (-) 단자를 파우치(pouch)의 알루미늄(Al) 노출부위에 접촉하여 저항값을 측정하여, 실링 손상 여부를 파악하였다. 100 ㏁ 미만은 손상, 100 ㏁ 이상은 손상되지 않은 제품으로 판단하였다.
테스트 결과는 하기 표 1과 같았다.
| 실링손상여부 | |
| 실시예1 | 1/10 |
| 실싱예2 | 0/10 |
| 비교예 | 4/10 |
상기 표 1과 같이 본 발명에 따른 제조방법에 의하면 실링 손상이 현저하게 줄어듬을 알 수 있다. 다만, 디개싱면과 전해액 주입구의 면이 같은 경우에는 그 방향이 다른 경우에 비해서는 디개싱공정 중 전해액이 비교적 쉽게 노출되므로 다소 좋지 않았다.
이상 본 발명의 실시예 및 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.
도 1은 종래의 대표적인 이차전지의 일반적인 구조에 대한 사시도이다.
도 2a 내지 도 2e는 본 발명의 이차전지 제조방법에 대한 일련의 모식도이다.
도 3은 본 발명 일실시예의 이차전지의 구조도이다.
* 주요 도면 부호의 설명 *
100 : 전지케이스 110 : 수납부
118 : 디개싱면 120 : 잉여부
200 : 플라스틱백에 쌓여진 전극조립체
Claims (7)
- 양극, 분리막, 및 음극이 적층되어 형성되는 전극조립체가 전지케이스에 밀봉되어 제조되는 이차전지의 제조방법에 있어서,(a) 전극조립체를 전해액 주입구가 구비된 플라스틱백에 넣는 단계;(b) 상기 전해액 주입구를 통해 상기 플라스틱백에 전해액을 주입하는 단계;(c) 상기 플라스틱백을 전지케이스 수납부에 장착한 상태에서 디개싱면을 제외한 나머지 부위를 1차 밀봉하는 단계;(d) 전지를 활성화시키고 발생된 가스를 제거하는 디개싱 단계; 및(e) 디개싱면을 밀봉하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지의 제조방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 플라스틱백의 전해액 주입구가 디개싱면과 다른 방향에 위치되도록 상기 플라스틱백을 전지케이스 수납부에 장착하는 것을 특징으로 하는 이차전지의 제조방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 플라스틱백의 전해액 주입구가 디개싱면과 정반대 방향에 위치되도록 상기 플라스틱백을 전지케이스 수납부에 장착하는 것을 특징으 로 하는 이차전지의 제조방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 플라스틱백은 폴리에틸렌테리프탈레이트(PET) 재질인 것임을 특징으로 하는 이차전지의 제조방법.
- 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 청구항의 방법에 의해 제조된 것을 특징으로 하는 이차전지.
- 양극, 분리막, 및 음극이 적층되어 형성되는 전극조립체;상기 전극조립체를 감싸고, 전해액 주입구가 구비된 플라스틱백;상기 플라스틱백에 전해액 주입구를 통해 주입되는 전해액; 및상기 전해액이 주입된 플라스틱백에 쌓여진 전극조립체를 수납하는 전지케이스를 포함하는 이차전지.
- 제 6 항에 있어서, 상기 플라스틱백은 폴리에틸렌테리프탈레이트(PET) 재질인 것임을 특징으로 하는 이차전지.
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