KR20140061148A - 파우치형 이차전지 및 그 제조방법 - Google Patents

파우치형 이차전지 및 그 제조방법 Download PDF

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KR20140061148A
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Abstract

본 발명은 양극, 세퍼레이터 및 음극이 교대로 적층된 전극조립체; 및 상기 전극조립체를 수용하기 위한 내부공간이 형성되고 가장자리에는 플랜지가 마련된 제1 케이스와, 상기 제1 케이스와 결합되어 상기 내부공간을 덮는 제2 케이스와, 상기 제1 케이스의 플랜지와 그에 대응하는 상기 제2 케이스의 가장자리가 서로 접합되어 형성된 실링부를 구비한 파우치 케이스;를 포함하고, 상기 실링부는 상기 파우치 케이스의 측면에 밀착되도록 밴딩되고 접착부재에 의해 상기 파우치 케이스의 측면에 접착된 것을 특징으로 하는 파우치형 이차전지를 개시한다.

Description

파우치형 이차전지 및 그 제조방법{POUCH TYPE SECONDARY BATTERY AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}
본 발명은 파우치형 이차전지 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 파우치형 전지케이스의 밀봉 구조가 개선된 파우치형 이차전지 및 그 제조방법에 관한 것이다.
이차전지는 전극조립체가 원통형 또는 각형의 금속 캔에 내장되어 있는 캔 타입과, 전극조립체가 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치 케이스에 내장되어 있는 파우치 타입으로 분류될 수 있다.
캔 타입의 이차전지는 금속 캔으로 인해 전지 형태가 제한적이므로 이를 전원으로 사용하는 제품의 디자인을 다양화하기가 곤란하고 부피를 줄이는 데도 어려움이 있다. 반면에, 파우치 타입의 이차전지는 연질의 시트 소재로 이루어진 파우치 케이스가 사용되는 특성상 제품 형태의 다양화가 가능하고 소형화가 용이한 장점이 있다.
리튬이온 폴리머 전지에 사용되는 파우치 케이스는 열접착성을 갖는 내부층인 폴리올레핀계 수지층(Polyolepin Layer)과, 기계적 강도를 유지하고 수분 및 산소의 배리어층으로서 역할을 하는 알루미늄 박막층과, 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PolyEthylene Terephthalate, PET) 또는 나일론(Nylon) 등의 절연물질로 이루어진 외부층이 적층된 다층막 구조로 구성된다.
이차전지용 파우치 케이스와 관련된 기술은 대한민국 공개특허 제2012-0064171호, 공개특허 제2006-0027264호에 게재되어 있다.
공개특허 제2012-0064171호는 상부케이스에 구비된 상부체결부와 하부케이스에 구비된 하부체결부 사이에 접착부재가 도포된 것을 특징으로 하는 전지케이스 및 파우치형 이차전지를 개시하고 있다. 상기 파우치형 이차전지는 셀의 이상 거동시에 상부케이스와 하부케이스를 접착하고 있는 접착부재의 접착력이 약화되어 체결력이 약화되므로 CID(전류차단장치)의 작동을 빠르게 유도하여 안전사고를 방지할 수 있다.
공개특허 제2006-0027264호는 적어도 실링부의 한쪽면에 홈이 형성되고 이 홈의 적어도 일부에 용융된 열접착층이 채워진 것을 특징으로 하는 이차전지용 파우치 및 파우치형 이차전지를 개시하고 있다.
도 1에 도시된 바와 같이 종래기술에 따른 파우치형 이차전지의 케이스는 전극조립체(1)를 수용하기 위한 내부공간이 형성된 하부 케이스(10)와 이를 덮는 상부 케이스(20)로 구성된다. 하부 케이스(10)와 상부 케이스(20)는 전극조립체(1) 및 전해질(미도시)을 수용한 상태에서 가장자리 부분이 실링된다.
파우치 케이스에 형성되는 실링부(15)는 하부 케이스(10)의 수용부(11) 가장자리에 형성된 플랜지(12)와 그에 대응하는 상부 케이스(20)의 가장자리가 서로 접합됨으로써 형성된다.
파우치 케이스의 실링부(15)는 전지 용량이나 전극조립체(1)의 수용기능과는 직접적으로 관련이 없으므로 도 2에 도시된 바와 같이 하부 케이스(10)의 수용부(11) 측면 쪽으로 밴딩하여 전지 크기를 줄이는 효과를 얻는 것이 바람직하다.
그런데, 종래의 파우치 케이스는 연질의 시트 소재로 이루어지는 특성상 밴딩된 실링부(15)가 수용부(11)의 측면에 밀착되지 못하고 도 2에 도시된 바와 같이 틈이 벌어져서 전지의 크기를 증대시키는 취약점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 고려하여 창안된 것으로서, 실링부가 케이스 본체의 측면에 밀착되어 전지 크기를 줄일 수 있는 구조를 가진 파우치형 이차전지 및 그 제조방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명은 양극, 세퍼레이터 및 음극이 교대로 적층된 전극조립체; 및 상기 전극조립체를 수용하기 위한 내부공간이 형성되고 가장자리에는 플랜지가 마련된 제1 케이스와, 상기 제1 케이스와 결합되어 상기 내부공간을 덮는 제2 케이스와, 상기 제1 케이스의 플랜지와 그에 대응하는 상기 제2 케이스의 가장자리가 서로 접합되어 형성된 실링부를 구비한 파우치 케이스;를 포함하고, 상기 실링부는 상기 파우치 케이스의 측면에 밀착되도록 밴딩되고 접착부재에 의해 상기 파우치 케이스의 측면에 접착된 것을 특징으로 하는 파우치형 이차전지를 제공한다.
상기 제2 케이스는 상기 제1 케이스의 일부로부터 일체로 연장되어 형성될 수 있다.
상기 접착부재는 상기 파우치 케이스의 측면 및 상기 플랜지 중 적어도 어느 하나의 표면에 도포된 접착제인 것이 바람직하다.
상기 플랜지는 상기 제1 케이스의 측면에 접착되는 것이 바람직하다.
본 발명의 다른 측면에 따르면 (a) 전극조립체를 수용하기 위한 내부공간이 형성되고 가장자리에 플랜지가 마련된 제1 케이스와, 상기 내부공간을 덮기 위한 제2 케이스를 구비한 파우치 케이스를 준비하는 단계; (b) 상기 내부공간에 전극조립체를 수용한 상태에서 상기 제1 케이스와 상기 제2 케이스를 결합하는 단계; (c) 상기 제1 케이스의 플랜지와 그에 대응하는 상기 제2 케이스의 가장자리가 서로 접합되도록 실링하는 단계; (d) 상기 파우치 케이스의 측면 및 상기 플랜지 중 적어도 어느 하나에 접착제를 도포하는 단계; 및 (e) 상기 제1 케이스의 플랜지와 그에 대응하는 상기 제2 케이스의 가장자리를 밴딩하여 상기 파우치 케이스의 측면에 접착시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 파우치형 이차전지의 제조방법을 제공한다.
상기 단계 (d)에서는, 상기 파우치 케이스의 측면 및 상기 플랜지 중 적어도 어느 하나의 길이방향을 따라 연속적으로 상기 접착제를 도포할 수 있다.
제5항에 있어서, 상기 단계 (e)에서는, 상기 제1 케이스의 플랜지와 그에 대응하는 상기 제2 케이스의 가장자리를 밴딩하여 상기 제1 케이스의 측면에 접착시키는 것이 바람직하다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, (1) 전극조립체를 수용하기 위한 내부공간이 형성되고 가장자리에 플랜지가 마련된 제1 케이스와, 상기 내부공간을 덮기 위한 제2 케이스를 구비한 파우치 케이스를 준비하는 단계; (2) 상기 내부공간에 전극조립체를 수용한 상태에서 상기 제1 케이스와 상기 제2 케이스를 결합하는 단계; (3) 상기 파우치 케이스의 측면 및 상기 플랜지 중 적어도 어느 하나에 접착제를 도포하는 단계; 및 (4) 상기 제1 케이스의 플랜지와 그에 대응하는 상기 제2 케이스의 가장자리 부분을 밴딩하여 상기 파우치 케이스의 측면에 접착시킴과 동시에 상기 제1 케이스의 플랜지와 그에 대응하는 상기 제2 케이스의 가장자리가 서로 접합되도록 실링하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 파우치형 이차전지의 제조방법이 제공된다.
상기 단계 (3)에서는, 상기 파우치 케이스의 측면 및 상기 플랜지 중 적어도 어느 하나의 길이방향을 따라 연속적으로 상기 접착제를 도포하는 것이 바람직하다.
상기 단계 (4)에서는, 상기 제1 케이스의 플랜지와 그에 대응하는 상기 제2 케이스의 가장자리를 밴딩하여 상기 제1 케이스의 측면에 접착시키는 것이 바람직하다.
본 발명에 따르면 전지 용량이나 전극조립체의 수용기능과는 직접적으로 관련이 없는 파우치 케이스의 실링부를 케이스 측면에 접착시킴으로써 전지의 크기를 줄일 수 있다.
따라서, 본 발명을 적용할 경우 기존과 동일한 전지 크기 대비 용량을 증대시킬 수 있고, 본 발명을 전원으로 사용하는 제품의 디자인을 다각화할 수 있는 장점이 있다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술되는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니된다.
도 1은 종래기술에 따른 파우치형 이차전지의 구성을 도시한 측면도,
도 2는 도 1에서 실링부를 밴딩한 상태를 도시한 측면도,
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 파우치형 이차전지의 구성을 도시한 측면도,
도 4는 도 3에서 실링부의 밴딩 전 상태를 도시한 측면도,
도 5는 도 3의 평면도,
도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 파우치형 이차전지의 제조방법이 수행되는 과정을 도시한 흐름도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 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. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 이차전지용 파우치형 케이스의 구성을 도시한 측면도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 파우치형 이차전지는 전극조립체(1)와, 전극조립체(1)를 수용하기 위한 내부공간을 구비하고 실링부(115)가 측면에 접착된 구조를 가진 파우치 케이스를 포함한다.
전극조립체(1)는 양극과 음극이 교대로 적층되되 양극과 음극 사이에 절연을 위한 세퍼레이터가 개재된 구조를 가진다.
파우치 케이스는 제1 케이스(100)와, 제1 케이스(100)로부터 일체로 연장되어 제1 케이스(100)를 덮는 제2 케이스(110)를 포함한다. 파우치 케이스의 소재로는 열접착성을 갖는 폴리올레핀계 수지층과, 기계적 강도를 유지하고 배리어층의 역할을 하는 알루미늄 박막층과, 폴리에틸렌 테레프탈레이트나 나일론 등의 절연물질로 이루어진 외부층이 적층된 다층막 구조의 연질 시트가 채용되는 것이 바람직하다.
제1 케이스(100)는 전극조립체(1)를 수용하기 위한 내부공간을 구비한 수용부(101)와, 수용부(101)의 가장자리에 형성된 플랜지(102)를 포함한다.
제2 케이스(110)는 제1 케이스(100)에 결합되어 내부공간을 덮는 것으로서, 가장자리가 제1 케이스(100)의 플랜지(102)에 대응하는 형상과 크기를 갖도록 형성된다. 비록 도면에는 미도시되었으나, 본 발명의 변형예에 따르면 제2 케이스(110)는 전극조립체(1)를 부분적으로 수용하기 위한 내부공간을 구비할 수 있다. 이 경우 전극조립체(1)의 일부는 제1 케이스(100)에 수용되고, 전극조립체(1)의 나머지 부분은 제2 케이스(110)에 수용될 수 있다.
실링부(115)는 제1 케이스(100)의 플랜지(102)와 그에 대응하는 제2 케이스(110)의 가장자리가 서로 접합되어 형성된다. 제1 케이스(100)의 플랜지(102)와 그에 대응하는 제2 케이스(110)의 가장자리 간의 접합은 통상의 이차전지용 파우치 케이스와 마찬가지로 접착제와 롤러 등을 이용한 융착 공정 등에 의해 이루어질 수 있다.
실링부(115)는 도 4에 도시된 상태로부터 직각으로 밴딩되어 파우치 케이스의 측면, 구체적으로 제1 케이스(100)의 측면에 밀착된다.
실링부(115)에 포함된 제1 케이스(100)의 플랜지(102)와 파우치 케이스의 측면 사이에는 접착부재(120)가 개재되어 파우치 케이스의 측면에 대한 실링부(115)의 밀착 상태를 유지한다. 도 5에 도시된 바와 같이 접착부재(120)는 파우치 케이스의 양측면에 길이방향을 따라 연속적으로 개재됨으로써 파우치 케이스의 측면에 실링부(115)를 고정한다.
접착부재(120)로는 바람직하게 접착제가 채용되어 파우치 케이스의 측면, 구체적으로 제1 케이스(100)의 수용부(101) 측면에 도포된다. 대안으로, 접착부재(120)는 제1 케이스(100)의 플랜지(102)의 표면에 도포되는 것도 가능하다.
도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 파우치형 이차전지의 제조방법이 수행되는 과정을 도시한 흐름도이다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 파우치형 이차전지의 제조방법은 전지케이스 준비 공정(단계 S100)과, 접착층 형성 공정(단계 S110)과, 전지케이스의 가장자리부에 대한 밴딩 및 접착 공정(단계 S120)을 포함한다.
전지케이스 준비 공정(단계 S100)에서는 전극조립체(1)를 수용하기 위한 내부공간이 형성되고 가장자리에 플랜지(102)가 마련된 제1 케이스(100)와, 제1 케이스(100)로부터 일체로 연장된 제2 케이스(110)로 이루어진 파우치 케이스를 준비한다. 제1 케이스(100)와 제2 케이스(110)는 폴리올레핀계 수지층, 알루미늄 박막층, 외부 절연층 등이 적층된 다층막 구조의 연질 시트에 의해 형성된다.
제1 케이스(100)와 제2 케이스(110)는 내부공간에 전극조립체(1)를 수용한 상태에서 결합되어 전지케이스를 이룬다.
접착층 형성 공정(단계 S110)에서는 파우치 케이스의 측면 및 제1 케이스(100)의 플랜지(102) 중 적어도 어느 하나에 접착제를 도포한다. 구체적으로, 상기 접착제는 제1 케이스(100)의 양측면이나 그에 대응하는 플랜지(102)의 길이방향을 따라 연속적으로 도포하는 것이 바람직하다.
밴딩 및 접착 공정(단계 S120)에서는 제1 케이스(100)의 플랜지(102)와 그에 대응하는 제2 케이스(110)의 가장자리 부분을 직각으로 밴딩하여 파우치 케이스의 측면에 접착시킨다. 여기서, 제1 케이스(100)의 플랜지(102)와 그에 대응하는 상기 제2 케이스(110)의 가장자리 부분은 미리 융착에 의해 접합됨으로써 실링된다.
대안으로, 제1 케이스(100)의 플랜지(102)와 그에 대응하는 상기 제2 케이스(110)의 가장자리 부분은 밴딩 및 접착 공정과 동시에 융착 공정을 수행함으로써 실링되는 것도 가능하다.
밴딩 및 접착 공정(단계 S120)이 완료되었을 때 파우치 케이스의 측면과 플랜지(102) 사이에는 접착부재(120)가 개재되어 파우치 케이스의 측면에 대한 실링부(115)의 밀착 상태를 유지한다.
상술한 바와 같이 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 파우치형 이차전지는 파우치 케이스의 실링부(115)가 케이스 측면에 접착되어 밀착된 구조를 가지므로 전지의 크기를 줄일 수 있는 현저한 효과를 제공한다.
이상에서 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
1: 전극조립체 100: 제1 케이스
101: 수용부 102: 플랜지
110: 제2 케이스 115: 실링부
120: 접착부재

Claims (10)

  1. 양극, 세퍼레이터 및 음극이 교대로 적층된 전극조립체; 및
    상기 전극조립체를 수용하기 위한 내부공간이 형성되고 가장자리에는 플랜지가 마련된 제1 케이스와, 상기 제1 케이스와 결합되어 상기 내부공간을 덮는 제2 케이스와, 상기 제1 케이스의 플랜지와 그에 대응하는 상기 제2 케이스의 가장자리가 서로 접합되어 형성된 실링부를 구비한 파우치 케이스;를 포함하고,
    상기 실링부는 상기 파우치 케이스의 측면에 밀착되도록 밴딩되고 접착부재에 의해 상기 파우치 케이스의 측면에 접착된 것을 특징으로 하는 파우치형 이차전지.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제2 케이스는 상기 제1 케이스의 일부로부터 일체로 연장되어 형성된 것을 특징으로 하는 파우치형 이차전지.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 접착부재는 상기 파우치 케이스의 측면 및 상기 플랜지 중 적어도 어느 하나의 표면에 도포된 접착제인 것을 특징으로 하는 파우치형 이차전지.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 플랜지가 상기 제1 케이스의 측면에 접착된 것을 특징으로 하는 파우치형 이차전지.
  5. 파우치형 이차전지의 제조방법에 있어서,
    (a) 전극조립체를 수용하기 위한 내부공간이 형성되고 가장자리에 플랜지가 마련된 제1 케이스와, 상기 내부공간을 덮기 위한 제2 케이스를 구비한 파우치 케이스를 준비하는 단계;
    (b) 상기 내부공간에 전극조립체를 수용한 상태에서 상기 제1 케이스와 상기 제2 케이스를 결합하는 단계;
    (c) 상기 제1 케이스의 플랜지와 그에 대응하는 상기 제2 케이스의 가장자리가 서로 접합되도록 실링하는 단계;
    (d) 상기 파우치 케이스의 측면 및 상기 플랜지 중 적어도 어느 하나에 접착제를 도포하는 단계; 및
    (e) 상기 제1 케이스의 플랜지와 그에 대응하는 상기 제2 케이스의 가장자리를 밴딩하여 상기 파우치 케이스의 측면에 접착시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 파우치형 이차전지의 제조방법.
  6. 제5항에 있어서, 상기 단계 (d)에서,
    상기 파우치 케이스의 측면 및 상기 플랜지 중 적어도 어느 하나의 길이방향을 따라 연속적으로 상기 접착제를 도포하는 것을 특징으로 하는 파우치형 이차전지의 제조방법.
  7. 제5항에 있어서, 상기 단계 (e)에서,
    상기 제1 케이스의 플랜지와 그에 대응하는 상기 제2 케이스의 가장자리를 밴딩하여 상기 제1 케이스의 측면에 접착시키는 것을 특징으로 하는 파우치형 이차전지의 제조방법.
  8. 파우치형 이차전지의 제조방법에 있어서,
    (1) 전극조립체를 수용하기 위한 내부공간이 형성되고 가장자리에 플랜지가 마련된 제1 케이스와, 상기 내부공간을 덮기 위한 제2 케이스를 구비한 파우치 케이스를 준비하는 단계;
    (2) 상기 내부공간에 전극조립체를 수용한 상태에서 상기 제1 케이스와 상기 제2 케이스를 결합하는 단계;
    (3) 상기 파우치 케이스의 측면 및 상기 플랜지 중 적어도 어느 하나에 접착제를 도포하는 단계; 및
    (4) 상기 제1 케이스의 플랜지와 그에 대응하는 상기 제2 케이스의 가장자리 부분을 밴딩하여 상기 파우치 케이스의 측면에 접착시킴과 동시에 상기 제1 케이스의 플랜지와 그에 대응하는 상기 제2 케이스의 가장자리가 서로 접합되도록 실링하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 파우치형 이차전지의 제조방법.
  9. 제8항에 있어서, 상기 단계 (3)에서,
    상기 파우치 케이스의 측면 및 상기 플랜지 중 적어도 어느 하나의 길이방향을 따라 연속적으로 상기 접착제를 도포하는 것을 특징으로 하는 파우치형 이차전지의 제조방법.
  10. 제8항에 있어서, 상기 단계 (4)에서,
    상기 제1 케이스의 플랜지와 그에 대응하는 상기 제2 케이스의 가장자리를 밴딩하여 상기 제1 케이스의 측면에 접착시키는 것을 특징으로 하는 파우치형 이차전지의 제조방법.
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