WO2021096035A1 - 이차 전지 및 실링 블록 - Google Patents

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WO2021096035A1
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lead
vent
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류지훈
이은주
김석구
이지은
최순주
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주식회사 엘지에너지솔루션
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Definitions

  • the present invention relates to a secondary battery and a sealing block, and more particularly, a venting device is inserted into the sealing portion, and when the pressure inside the cup portion increases, a secondary battery capable of controlling the pressure by discharging the internal gas to the outside, and the secondary battery It relates to a sealing block for sealing the battery.
  • types of secondary batteries include nickel cadmium batteries, nickel hydride batteries, lithium ion batteries, and lithium ion polymer batteries.
  • These secondary batteries are not only small products such as digital cameras, P-DVDs, MP3Ps, mobile phones, PDAs, portable game devices, power tools, and E-bikes, but also large products requiring high output such as electric vehicles and hybrid vehicles, and surplus power generation. It is also applied and used in power storage devices for storing electric power or renewable energy and power storage devices for backup.
  • Secondary batteries are classified into pouch type and can type, depending on the material of the case accommodating the electrode assembly.
  • the pouch type accommodates the electrode assembly in a pouch made of a soft polymer material.
  • the can type accommodates the electrode assembly in a case made of a material such as metal or plastic.
  • the secondary battery is threatened with safety due to various problems such as heat generation due to an internal short circuit due to an external shock, overcharging, and overdischarging, and electrolyte decomposition and thermal runaway.
  • heat generation due to an internal short circuit due to an external shock, overcharging, and overdischarging
  • electrolyte decomposition and thermal runaway due to various problems such as heat generation due to an internal short circuit due to an external shock, overcharging, and overdischarging, and electrolyte decomposition and thermal runaway.
  • the secondary battery explodes.
  • the problem to be solved by the present invention is to provide a secondary battery capable of controlling the pressure by discharging internal gas to the outside when the pressure inside the cup is increased by inserting a venting device into the sealing unit, and a sealing block sealing the secondary battery.
  • a secondary battery according to an embodiment of the present invention for solving the above problem includes an electrode assembly formed by stacking an electrode and a separator; And a pouch-type battery case accommodating the electrode assembly therein, wherein the battery case comprises: a cup portion provided with an accommodating space for accommodating the electrode assembly therein; A sealing portion extending outwardly from the edge of the cup portion, and sealing the upper and lower portions in contact with each other; And a venting device inserted into the sealing part and discharging gas inside the cup part to the outside, wherein the sealing part comprises: a vent sealing part into which the venting device is inserted; And a weak sealing part which is located between the vent sealing part and the cup part, and which is relatively weakly sealed than a periphery.
  • the weak sealing part may be formed to have a width corresponding to the width of the vent sealing part.
  • a sealing block for sealing a sealing part of a pouch-type secondary battery comprising: a main body; And a groove formed inwardly from the sealing surface in direct contact with the sealing part in the main body, wherein the groove includes a venting device for discharging the gas inside the cup part of the secondary battery to the outside, thereby preventing the venting device.
  • the groove may further include a lead groove in which an electrode lead for supplying electricity to the outside of the secondary battery is inserted to seal the electrode lead together with the sealing portion.
  • the weak sealing groove may have a height lower than that of the lead groove.
  • the lead groove may be formed from a first edge formed in the longitudinal direction of the sealing surface toward the width direction of the sealing surface.
  • the lead groove may extend to a second edge facing the first edge.
  • the weak sealing groove may be formed to have a width corresponding to the width of the vent groove.
  • the weak sealing groove may be formed from the first edge formed in the longitudinal direction of the sealing surface to the vent groove.
  • the main body may have a width equal to or greater than the width of the sealing portion, and may have a length equal to or greater than the length of the sealing portion.
  • the main body may further include a cylinder disposed above the weak sealing groove to move linearly in the height direction, and to adjust the height of the weak sealing groove.
  • the internal gas may be discharged to the outside to control the pressure.
  • a weak sealing part is formed between the vent sealing part into which the venting device is inserted and the cup part, which is relatively weakly sealed than the periphery.
  • the sealing block for sealing the secondary battery may easily form a vent sealing portion and a weak sealing portion, including a vent groove and a weak sealing groove for sealing the venting device.
  • FIG. 1 is an assembly diagram of a secondary battery according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a perspective view of a secondary battery according to an embodiment of the present invention.
  • FIG 3 is a cross-sectional view of a pouch film forming a battery case according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is an enlarged plan view of a secondary battery according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a perspective view illustrating a state in which a sealing block according to an embodiment of the present invention seals a sealing part of a secondary battery.
  • FIG. 6 is a front view of a sealing block according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a bottom view of a sealing block according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a front view of a sealing block according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is an assembly view of a secondary battery 1 according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a perspective view of a secondary battery 1 according to an embodiment of the present invention.
  • the pouch-type secondary battery 1 In the process of manufacturing the pouch-type secondary battery 1, first, a slurry obtained by mixing an electrode active material, a binder, and a plasticizer is applied to a positive electrode current collector and a negative electrode current collector to prepare electrodes such as a positive electrode and a negative electrode. After forming the electrode assembly 10 having a predetermined shape by stacking on both sides of the electrode assembly 10, the electrode assembly 10 is inserted into the battery case 13, and the electrolyte is injected and then sealed.
  • the electrode assembly 10 is formed by stacking electrodes and a separator. Specifically, the electrode assembly 10 includes two types of electrodes, such as an anode and a cathode, and a separator interposed between the electrodes to insulate the electrodes from each other.
  • the electrode assembly 10 includes a stack type, a jelly roll type, a stack and folding type, and the like.
  • Two types of electrodes, that is, a positive electrode and a negative electrode have a structure in which an active material slurry is coated on an electrode current collector in the form of a metal foil or metal mesh containing aluminum and copper, respectively.
  • the slurry may be formed by stirring a particulate active material, an auxiliary conductor, a binder, a plasticizer, and the like in a state in which a solvent is added. The solvent is removed in a subsequent process.
  • the electrode assembly 10 includes an electrode tab 11 as shown in FIG. 1.
  • the electrode tabs 11 protrude from the positive electrode and the negative electrode of the electrode assembly 10, respectively, and become a path through which electrons can move between the inside and the outside of the electrode assembly 10.
  • the current collector of the electrode assembly 10 includes a portion coated with an electrode active material and a terminal portion to which the electrode active material is not applied, that is, a non-coated portion.
  • the electrode tab 11 may be formed by cutting the uncoated portion or by connecting a separate conductive member to the uncoated portion by ultrasonic welding or the like. As shown in FIG. 1, the electrode tabs 11 may protrude from one side of the electrode assembly 10 in the same direction, but are not limited thereto and may protrude in different directions.
  • An electrode lead 12 that supplies electricity to the outside of the secondary battery 1 is connected to the electrode tab 11 of the electrode assembly 10 by spot welding or the like.
  • a part of the electrode lead 12 is surrounded by an insulating portion 14.
  • the insulating part 14 is located limited to the sealing part 134 in which the upper case 131 and the lower case 132 of the battery case 13 are thermally fused, and is adhered to the battery case 13.
  • electricity generated from the electrode assembly 10 is prevented from flowing to the battery case 13 through the electrode lead 12 and the sealing of the battery case 13 is maintained. Therefore, the insulating portion 14 is made of a non-conductive non-conductor that does not conduct electricity well.
  • an insulating tape that is easy to attach to the electrode lead 12 and has a relatively thin thickness is often used, but is not limited thereto, and various members can be used as long as the electrode lead 12 can be insulated. have.
  • the electrode lead 12 has one end connected to the positive electrode tab 111, and one end connected to the positive electrode lead 121 and the negative electrode tab 112 extending in a direction in which the positive electrode tab 111 protrudes, and the negative electrode tab 112 ) Includes a negative electrode lead 122 extending in the protruding direction. Meanwhile, the other ends of the positive lead 121 and the negative lead 122 protrude to the outside of the battery case 13 as shown in FIG. 1. Accordingly, electricity generated inside the electrode assembly 10 can be supplied to the outside.
  • the positive electrode lead 121 and the negative electrode lead 122 may also extend in various directions, respectively.
  • the anode lead 121 and the cathode lead 122 may have different materials from each other. That is, the positive lead 121 may be made of the same aluminum (Al) material as the positive current collector, and the negative lead 122 may be made of the same copper (Cu) material as the negative current collector or a copper material coated with nickel (Ni). In addition, a portion of the electrode lead 12 protruding to the outside of the battery case 13 becomes a terminal portion and is electrically connected to the external terminal.
  • the battery case 13 is a pouch made of a flexible material that accommodates the electrode assembly 10 therein.
  • the battery case 13 will be described as being a pouch.
  • the battery case 13 accommodates and seals the electrode assembly 10 so that a part of the electrode lead 12, that is, the terminal portion is exposed.
  • the battery case 13 includes an upper case 131 and a lower case 132 as shown in FIG. 1.
  • a cup portion 133 is formed to provide an accommodation space 1331 capable of accommodating the electrode assembly 10, and in the upper case 131, the electrode assembly 10 is a battery case 13
  • the accommodation space 1331 is covered from the top so as not to be separated from the outside. In this case, as shown in FIG.
  • a cup portion 133 in which an accommodation space 1331 is provided is also formed in the upper case 131, so that the electrode assembly 10 may be accommodated from the top.
  • the upper case 131 and the lower case 132 may be manufactured by connecting one side to each other, but are not limited thereto and may be manufactured in various ways, such as being separated from each other and manufactured separately.
  • the venting device 15 is inserted between both surfaces of the sealing part 134 and thermally fused together.
  • the venting device 15 includes a passage for communicating the inside and the outside of the battery case 13 to each other, and when the pressure inside the cup portion 133 of the battery case 13 increases, the internal gas is discharged to the outside to adjust the pressure. do.
  • the passage may be a passage that can only move in one direction. Accordingly, internal gas can be discharged to the outside through the passage, but external moisture and other foreign substances cannot penetrate into the inside through the passage.
  • the sealing part 134 When the sealing part 134 is sealed, the upper sealing part 1341 formed on the rim of the upper case 131 and the lower sealing part 1342 formed on the rim of the lower case 132 contact each other and are sealed. At this time, the venting device 15 is inserted between the upper sealing part 1341 and the lower sealing part 1342 which are in contact with each other. In addition, when the upper sealing part 1341 and the lower sealing part 1342 are thermally fused, the venting device 15 is also thermally fused together to be fixed in the sealing part 134.
  • the cup portion 133 of the lower case 132 When the electrode lead 12 is connected to the electrode tab 11 of the electrode assembly 10 and the insulating portion 14 is formed on a part of the electrode lead 12, the cup portion 133 of the lower case 132 The electrode assembly 10 is accommodated in the accommodation space 1331, and the upper case 131 covers the space from the top. Then, an electrolyte is injected into the inside, and the sealing portion 134 extending outwardly from the edges of the upper case 131 and the lower case 132 is sealed.
  • the electrolyte is for moving lithium ions generated by the electrochemical reaction of the electrode during charging and discharging of the secondary battery 1, and is a non-aqueous organic electrolyte or a polymer using a polymer electrolyte that is a mixture of a lithium salt and high purity organic solvent It may include.
  • the pouch-type secondary battery 1 may be manufactured.
  • FIG 3 is a cross-sectional view of a pouch film 135 forming a battery case 13 according to an embodiment of the present invention.
  • the battery case 13 is manufactured by drawing the pouch film 135. That is, it is manufactured by stretching the pouch film 135 to form the cup portion 133. As shown in FIG. 3, the pouch film 135 includes a gas barrier layer 1351, a surface protection layer 1352, and a sealant layer 1353.
  • the gas barrier layer 1351 secures the mechanical strength of the battery case 13, blocks entry of gas or moisture from the secondary battery 1, and prevents leakage of an electrolyte.
  • the gas barrier layer 1351 includes a metal, and an aluminum thin film (Al Foil) is mainly used.
  • Al Foil aluminum thin film
  • aluminum can secure a mechanical strength of a predetermined level or higher, it is light in weight, and complements the electrochemical properties of the electrode assembly 10 and the electrolyte, and heat dissipation properties can be secured.
  • the present invention is not limited thereto, and various materials may be included in the gas barrier layer 1351.
  • it may be one or a mixture of two or more selected from the group consisting of iron (Fe), carbon (C), chromium (Cr), manganese (Mn), nickel (Ni), and aluminum (Al).
  • Fe iron
  • C carbon
  • Cr chromium
  • Mn manganese
  • Ni nickel
  • Al aluminum
  • the gas barrier layer 1351 is made of a material containing iron, mechanical strength is improved, and when a material containing aluminum is made of a material, flexibility is improved, so it may be used in consideration of each characteristic.
  • the surface protection layer 1352 is made of a polymer and is positioned on the outermost layer to protect the secondary battery 1 from friction and collision with the outside, and electrically insulate the electrode assembly 10 from the outside.
  • the outermost layer refers to a direction opposite to the direction in which the electrode assembly 10 is positioned with respect to the gas barrier layer 1351 and to the outside.
  • the surface protection layer 1352 is polyethylene, polypropylene, polycarbonate, polyethylene terephthalate, polyvinyl chloride, acrylic polymer, polyacrylonitrile, polyimide, polyamide, cellulose, aramid, nylon, polyester, polypara.
  • the surface protection layer 1352 may have a single layer structure made of any one material, or may have a composite layer structure formed by each layer of two or more materials.
  • the sealant layer 1352 is made of a polymer, and is positioned on the innermost layer to directly contact the electrode assembly 10.
  • a portion of the pouch-type battery case 13 is stretched to include a pocket-shaped receiving space 1333 ( 133).
  • an electrolyte is injected.
  • the sealant layers 1351 are adhered to each other, thereby sealing the battery case 13.
  • the sealant layer 1352 since the sealant layer 1352 directly contacts the electrode assembly 10, it must have insulating properties, and since it also contacts the electrolyte, it must have corrosion resistance. In addition, since the interior must be completely sealed to block material movement between the interior and exterior, it must have high sealing properties. That is, the sealing portions 134 to which the sealant layers 1352 are bonded to each other should have excellent thermal bonding strength.
  • the sealant layer 1352 includes polyethylene, polypropylene, polycarbonate, polyethylene terephthalate, polyvinyl chloride, acrylic polymer, polyacrylonitrile, polyimide, polyamide, cellulose, aramid, nylon, polyester, poly It may be made of one or more materials selected from the group consisting of paraphenylene benzobisoxazole, polyarylate, Teflon, and glass fibers.
  • polyolefin resins such as polypropylene (PP) or polyethylene (PE) are mainly used.
  • Polypropylene (PP) is excellent in mechanical properties such as tensile strength, stiffness, surface hardness, abrasion resistance, heat resistance, and chemical properties such as corrosion resistance, and is mainly used to manufacture the sealant layer 1351. Further, it may be composed of a non-stretched polypropylene (Cated Polypropylene) or a polypropylene-butylene-ethylene terpolymer. In addition, the sealant layer 1352 may have a single film structure made of any one material, or a composite film structure formed by forming two or more materials as a layer, respectively.
  • FIG. 4 is an enlarged plan view of a secondary battery 1 according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • the venting device 15 is inserted into the sealing part 134, and when the pressure inside the cup part 133 of the secondary battery 1 increases, the internal gas is discharged to the outside to reduce the pressure. Can be adjusted.
  • a weak sealing portion 1343 is formed between the vent sealing portion 1344 into which the venting device 15 is inserted and the cup portion 133, which is relatively weakly sealed than the periphery, so that the pressure inside the cup portion 133 is If it increases, the rechargeable battery 1 may be prevented from exploding by inducing the detachment of the sealing part 134 toward the venting device 15.
  • the sealing block 2 for sealing the secondary battery 1 includes a vent groove 224 and a weak sealing groove 223 for sealing the venting device 15, and the vent sealing part 1344 and the weak sealing The portion 1343 can be easily formed.
  • the secondary battery 1 includes an electrode assembly 10 formed by stacking electrodes and a separator; And a pouch-type battery case 13 accommodating the electrode assembly 10 therein, wherein the battery case 13 includes a cup portion provided with an accommodating space 1331 for accommodating the electrode assembly 10 therein. (133); A sealing portion 134 extending outwardly from an edge of the cup portion 133 and sealing the upper and lower portions in contact with each other; And a venting device 15 inserted into the sealing part 134 and discharging the gas inside the cup part 133 to the outside, wherein the sealing part 134 has the venting device 15 inserted thereinto. Vent sealing portion 1344; And a weak sealing part 1343 positioned between the vent sealing part 1344 and the cup part 133 and sealed to be relatively weaker than the periphery.
  • the sealing part 134 includes an upper sealing part 1341 formed at an edge of the upper case 131 and a lower sealing part 1342 formed at an edge of the lower case 132. In addition, when the upper sealing part 1341 and the lower sealing part 1342 are in contact with each other and are thermally fused, the sealing part 134 is sealed to seal the inside of the battery case 13.
  • the venting device 15 is inserted between the upper sealing part 1341 and the lower sealing part 1342 which are in contact with each other. In addition, while the upper sealing portion 1341 and the lower sealing portion 1342 are thermally fused, the venting device 15 is also thermally fused together, thereby being fixed in the sealing portion 134.
  • the inlet (not shown) through which gas is introduced is directed toward the cup part 133 of the battery case 13, and the outlet through which gas is discharged (not shown) is external. It is preferable to face. Accordingly, when gas is generated inside the cup part 133, the gas can be easily introduced into the venting device 15 and easily discharged to the outside through the venting device 15.
  • the sealing part 134 includes a lead sealing part (not shown) into which the electrode lead 12 is inserted, and a vent sealing part 1344 into which the venting device 15 is inserted.
  • the electrode lead 12 and the venting device 15 itself physically have a certain volume.
  • the other region, which is not inserted from the sealing part 134, is formed relatively thin and flat, while the region into which the electrode lead 12 and the venting device 15 are inserted protrudes upward and downward by a relatively constant volume. It is formed thick.
  • the length of the venting device 15 is relatively shorter than the width of the sealing portion 134 as shown in FIG. 4. This is because if the length of the venting device 15 is longer than the width of the sealing part 134, the sealing force of the vent sealing part 1344 to which the venting device 15 is sealed may decrease.
  • the vent sealing part 1344 is shown to be formed on the sealing part 134 located in the direction in which the lead sealing part (not shown) is formed, but may be formed on the sealing part 134 in various directions. I can. However, if the upper case 131 and the lower case 132 are folded in a state in which one side is connected and the folding surface is formed on a part of the sealing part 134, the sealing part 134 on which the folding surface is formed has a venting device 15 Even if is inserted, it is not easy to discharge the gas inside the secondary battery 1 to the outside by the folding surface. Therefore, it is preferable that the venting device 15 is not inserted into the sealing portion 134 on which the folding surface is formed. If one side of the upper case 131 and the lower case 132 is not connected and is formed separately from each other, since there is no folding surface, the venting device 15 is not limited and is formed on the sealing part 134 in various directions. Can be.
  • the general sealing part 134 is strongly sealed, it is not easily damaged by external impact. Accordingly, it is possible to minimize leakage of the internal electrolyte or penetration of external moisture and other foreign substances. However, if gas is generated inside the secondary battery 1 due to an internal short circuit, overcharging, etc., if the sealing part 134 is sealed excessively, the internal pressure of the secondary battery 1 increases rapidly, thereby causing an explosion hazard. have.
  • the sealing part 134 further includes a weak sealing part 1343 which is located between the vent sealing part 1344 and the cup part 133 and is relatively weakly sealed than the periphery. .
  • the weak sealing part 1343 is relatively weakly sealed than other surrounding areas of the sealing part 134. Accordingly, when gas is generated inside the cup portion 133 of the secondary battery 1 and the internal pressure increases to some extent, the pressure is transferred to the weak sealing portion 1343 located close to the cup portion 133.
  • the transmitted pressure detaches (separates) the weak sealing part 1343 into the upper sealing part 1341 and the lower sealing part 1342 before other areas of the sealing part 134. Since the weak sealing part 1343 is located between the vent sealing part 1344 and the cup part 133, when the weak sealing part 1343 is detached, the inlet of the venting device 15 inserted into the vent sealing part 1344 is It is opened, and gas can flow into the inlet.
  • the gas flowing through the inlet of the venting device 15 transmits the internal pressure to the outlet of the venting device 15. Then, the outer region of the vent sealing part 1344 is detached. Since the outer area of the vent sealing part 1344 is narrower than the other areas of the sealing part 134, when the internal pressure increases further, the upper sealing part 1341 and the lower sealing part are performed before the other areas of the sealing part 134. The part 1342 is detached. Thereby, the gas is discharged to the outside of the secondary battery 1, and the internal pressure of the secondary battery 1 can be reduced. In this way, the weak sealing part 1343 is detached before other areas of the sealing part 134 to induce detachment of the sealing part 134 toward the venting device 15, thereby preventing the explosion of the secondary battery 1 I can.
  • the weak sealing part 1343 is not sealed at all, the above effect of inducing the detachment of the sealing part 134 toward the venting device 15 may be exhibited.
  • the internal pressure of the cup portion 133 is maintained at a negative pressure lower than atmospheric pressure in order to increase the energy density by removing unnecessary space inside the cell.
  • the boundary edge between the cup portion 133 and the sealing portion 134 is formed uniformly along the shape of the cup portion 133, the pressure in the negative pressure state uniformly acts on the edge.
  • the weak sealing part 1343 is not sealed at all, since the boundary edge includes the periphery of the weak sealing part 1343, it is not uniformly formed.
  • the pressure in the negative pressure state is concentrated in the peripheral region of the weak sealing portion 1343, and a problem in that the region is distorted may occur. Therefore, in order to maintain the uniformity of the edge of the boundary, it is preferable that the weak sealing portion 1343 is sealed to some extent.
  • the weak sealing part 1343 is preferably formed to have a width corresponding to the width of the vent sealing part 1344 in order to easily guide the gas inside the cup part 133 to the venting device 15.
  • Corresponding here means that they are similar or identical, and it is preferable that the range of the similarity is very small within 10% of the width of the vent sealing part 1344.
  • FIG 5 is a perspective view showing a state in which the sealing block 2 according to an embodiment of the present invention seals the sealing part 134 of the secondary battery 1.
  • the sealing block 2 for sealing the sealing part 134 of the pouch-type secondary battery 1
  • the sealing block 2 includes: a main body 21; And a groove 22 recessed inward from the sealing surface 211 in direct contact with the sealing portion 134 in the main body 21, wherein the groove 22 comprises a cup portion of the secondary battery 1 (133) a vent groove 224 through which a venting device 15 for discharging the internal gas to the outside is inserted to seal the venting device 15 together with the sealing part 134; And a weak sealing groove 223 positioned between the vent groove 224 and the cup portion 133 when the sealing surface 211 contacts the sealing portion 134.
  • the sealing surface 211 directly contacts the sealing part 134 to apply heat and pressure.
  • a heating coil that generates heat may be formed on the sealing surface 211 of the sealing block 2, and a driving unit capable of moving the sealing block 2 up and down may also be connected.
  • the sealing block 2 is formed as one, and after mounting the sealing part 134 on the upper surface of the die, heat and pressure may be applied to the upper surface of the sealing part 134 with the sealing block 2.
  • the present invention is not limited thereto, and since the sealing blocks 2 are formed in two, heat and pressure may be applied to the upper and lower surfaces of the sealing unit 134, respectively.
  • the sealing part 134 is formed extending outward from the edge of the cup part 133. Accordingly, the sealing portion 134 may be formed along the edge of the secondary battery 1. Then, it is preferable that the sealing block 2 seals the sealing portion 134 formed along at least one edge of the secondary battery 1 at a time. Accordingly, time and process steps can be saved, the appearance of the sealing portion 134 can be beautiful, and the sealing force of the sealing portion 134 can be uniform. To this end, the body 21 of the sealing block 2 has a width equal to or greater than the width of the sealing part 134, as shown in FIG. 5, and has a length equal to the length of the sealing part 134. Or greater is preferred.
  • FIG. 6 is a front view of the sealing block 2 according to an embodiment of the present invention.
  • the sealing block 2 includes a groove 22 recessed inward from the sealing surface 211 of the body 21. If the sealing block 2 contacts the upper surface of the sealing part 134 to apply heat and pressure, the sealing surface 211 may be the lower surface of the sealing block 2 as shown in FIG. 6.
  • the groove 22 is a vent groove 224 that seals the venting device 15 together with the sealing part 134 by inserting the venting device 15 when the sealing surface 211 comes into contact with the sealing part 134. 7). A detailed description of the vent groove 224 will be described later.
  • the groove 22 also includes a weak sealing groove 223 positioned between the vent groove 224 and the cup portion 133 when the sealing surface 211 contacts the sealing portion 134.
  • a partial area of the sealing portion 134 corresponding to the weak sealing groove 223 is greater than other areas around the sealing portion 134. It receives relatively weak heat and pressure. Specifically, a partial region of the sealing portion 134 is somewhat spaced apart from the sealing surface 211 without direct contact with the sealing surface 211 by the weak sealing groove 223 at the beginning of the sealing process. To form a space. Therefore, other areas around the sealing part 134 are directly applied with heat and pressure. On the other hand, some regions of the sealing part 134 are not directly applied with pressure, but receive heat through convection or radiation.
  • the sealant layer 1352 melts to some extent in other areas around the sealing portion 134, so that the thickness of the sealing portion 134 decreases as a whole.
  • the thickness does not decrease significantly, and thus is inserted into the weak sealing groove 223. Accordingly, when the sealing process is completed, a partial region of the sealing unit 134 receives very weak heat and pressure and is weakly sealed, thereby becoming the weak sealing unit 1343.
  • the height h3 of the weak sealing groove 223 corresponds to the amount of change in the thickness of the sealing portion 134 that is changed before and after the sealing process. Corresponding here means similar or identical.
  • the electrode lead 12 is inserted to form a lead groove 22 that seals the electrode lead 12 together with the sealing portion 134. It may contain more. As described above, the electrode lead 12 itself physically has a certain volume. However, if the lead groove 22 is not formed in the sealing block 2, the sealing block 2 cannot contact the sealing part 134 uniformly by the electrode lead 12 as a whole. Accordingly, there may be a problem in that heat and pressure cannot be uniformly applied to the sealing part 134.
  • the sealing block 2 may uniformly contact the sealing portion 134 as a whole, and heat and pressure may be uniformly applied to the sealing portion 134.
  • the electrode lead 12 and the sealing portion 134 surrounding the electrode lead 12 is inserted into the lead groove 22, the electrode lead 12 is uniformly sealed along the periphery of the electrode lead 12, so that a solid lead sealing portion ( Not shown) can be formed.
  • the height of the lead groove 22 (h1, h2) is the electrode lead 12 and the sealing portion 134 surrounding the electrode lead 12 is easily inserted into the lead groove 22, It is preferable that it is a height that can contact the upper surface. For example, if two sealing blocks 2 are formed to pressurize the upper and lower surfaces of the sealing unit 134 and apply heat, the heights h1 and h2 of one lead groove 22 are equal to the electrode It is preferably half the thickness of the lead 12.
  • the shape and width of the lead groove 22 correspond to the shape and width of the electrode lead 12.
  • Corresponding shape means the same or similar. Therefore, if the top surface of the electrode lead 12 is formed flat, the top surface of the lead groove 22 can also be formed flat. And, the corresponding width means that the sealing portion 134 is the same as or similar to the width of the enclosing the electrode lead 12. Accordingly, the electrode lead 12 and the sealing portion 134 surrounding the electrode lead 12 can be easily inserted into the lead groove 22.
  • the height h3 of the weak sealing groove 223 corresponds to the amount of change in the thickness of the sealing portion 134.
  • the amount of change in the thickness of the sealing portion 134 is smaller than that of the electrode lead 12. Therefore, it is preferable that the height h3 of the weak sealing groove 223 is lower than the heights h1 and h2 of the lead groove 22 as shown in FIG. 5.
  • the sealing unit 134 may include an anode lead sealing unit (not shown) into which the anode lead 121 is inserted and a cathode lead sealing unit (not shown) into which the cathode lead 122 is inserted.
  • the positive lead 121 and the negative lead 122 may extend in various directions, respectively. As shown in FIG. 5, if the positive lead 121 and the negative lead 122 extend in the same direction, one sealing block 2 is combined with the positive lead 121 and the negative lead 122. It is preferable to seal the inserted sealing portion 134 at once. Therefore, as shown in FIGS.
  • the positive lead groove 221 and the negative lead 122 sealing the positive lead 121 together with the sealing part 134 in one sealing block 2 are sealed in the sealing part ( All of the cathode lead grooves 222 sealing together with the 134 may be formed.
  • All of the cathode lead grooves 222 sealing together with the 134 may be formed.
  • anode lead groove 221 is formed in one sealing block 2 and a cathode lead groove is formed in the other sealing block 2.
  • 222 may be formed.
  • the positive lead 121 and the negative lead 122 extend in a direction perpendicular to each other, one sealing block 2 is bent to seal the sealing portions 134 located in both directions at once. You may. In this case, both the anode lead groove 221 and the cathode lead groove 222 may be formed in one sealing block 2.
  • the heights h1 and h2 of the lead groove 22 may be different depending on the thickness of the electrode lead 12. If the anode lead 121 and the cathode lead 122 have the same thickness, the height h1 of the anode lead groove 221 and the height h2 of the cathode lead groove 222 may be the same. However, if the anode lead 121 and the cathode lead 122 have different thicknesses, the height h1 of the anode lead groove 221 and the height h2 of the cathode lead groove 222 may be different. In particular, the cathode lead 122 may be formed to be thicker than the anode lead 121 in order to reduce the amount of heat generated. In this case, the height h2 of the cathode lead groove 222 may be higher than the height h1 of the anode lead groove 221.
  • FIG. 7 is a bottom view of the sealing block 2 according to an embodiment of the present invention.
  • the lead groove 22 may be formed long from the first edge 231 of the sealing block 2 formed in the length direction of the sealing surface 211 toward the width direction of the sealing surface 211, and in particular, the first It is preferable to extend to the second edge 232 facing the edge 231. That is, the lead groove 22 may be formed to penetrate from the first edge 231 to the second edge 232 of the sealing block 2 in the width direction.
  • the electrode lead 12 is formed to protrude outward longer than the sealing portion 134 in order to supply electricity to the outside. At this time, since the lead groove 22 is formed to penetrate in the width direction of the sealing block 2, even if the electrode lead 12 protrudes, it may not interfere with the formation of the lead sealing portion (not shown).
  • the groove 22 is a vent groove 224 that seals the venting device 15 together with the sealing part 134 by inserting the venting device 15 when the sealing surface 211 contacts the sealing part 134 It may further include.
  • the venting device 15 itself has a physically constant volume.
  • the vent groove 224 is not formed in the sealing block 2, the sealing block 2 cannot contact the sealing part 134 uniformly by the venting device 15 as a whole. Accordingly, there may be a problem in that heat and pressure cannot be uniformly applied to the sealing part 134.
  • the venting device 15 and the sealing part 134 surrounding the venting device 15 are provided with a vent groove 224 Is inserted into As a result, the sealing block 2 may uniformly contact the sealing portion 134 as a whole, and heat and pressure may be uniformly applied to the sealing portion 134.
  • the venting device 15 and the sealing part 134 surrounding the venting device 15 are inserted into the vent groove 224, the venting device 15 is uniformly sealed along the periphery of the venting device 15, and thus a solid vent sealing part ( 1344).
  • the height of the vent groove 224 is such that the venting device 15 and the sealing portion 134 surrounding the venting device 15 are easily inserted into the vent groove 224 and can contact the upper surface of the vent groove 224. It is preferably a height. For example, if two sealing blocks 2 are formed to pressurize the upper and lower surfaces of the sealing part 134 and apply heat, the height of one vent groove 224 is the thickness of the venting device 15 It is preferable that it is half of.
  • the shape and size of the vent groove 224 correspond to the shape and size of the venting device 15.
  • Corresponding shape here means the same or similar. Accordingly, if the upper surface of the venting device 15 is formed in an arc shape, the upper surface of the vent groove 224 may also be formed in an arc shape.
  • the corresponding size means that the sealing unit 134 is the same or similar to the size enclosed in the venting device 15. Accordingly, the venting device 15 and the sealing portion 134 surrounding the venting device 15 can be easily inserted into the vent groove 224.
  • both the vent groove 224 and the lead groove 22 may be formed in one sealing block 2.
  • the weak sealing part 1343 is formed to have a width corresponding to the width of the vent sealing part 1344 in order to easily guide the gas inside the cup part 133 to the venting device 15. desirable.
  • the size of the weak sealing part 1343 is determined according to the size of the weak sealing groove 223, and the size of the vent sealing part 1344 is determined according to the size of the vent groove 224. Accordingly, it is preferable that the width of the weak sealing groove 223 corresponds to the width of the vent groove 224 as shown in FIG. 7.
  • the corresponding width means that the width is the same or similar.
  • the weak sealing part 1343 is located between the vent sealing part 1344 and the cup part 133. Accordingly, the weak sealing groove 223 forming the weak sealing portion 1343 is, as shown in FIG. 7, from the first edge 231 of the sealing block 2 formed in the longitudinal direction of the sealing surface 211 , A vent groove 224 forming the vent sealing part 1344 may be formed.
  • FIG. 8 is a front view of a sealing block 2a according to another embodiment of the present invention.
  • the height h3 of the weak sealing groove 223 of the sealing block 2 is fixed.
  • the body 21a of the sealing block 2a is disposed above the weak sealing groove 223a to move linearly in the height direction, and the height h3 of the weak sealing groove 223a It further includes a cylinder 212 to adjust.
  • the applied heat is further increased because the heat is directly transferred by the conduction method. Pressure can also be transmitted.
  • a partial region of the sealing part 134 becomes a weak sealing part 1343.
  • the sealing force of the weak sealing part 1343 becomes very small after the sealing process is completed.
  • the sealing force of the weak sealing unit 1343 is very high after the sealing process is completed. It becomes big. In this way, by adjusting the degree of linear motion of the cylinder 212, the sealing force of the weak sealing portion 1343 can be easily adjusted.

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Abstract

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 이차 전지는 전극 및 분리막이 적층되어 형성되는 전극 조립체; 및 상기 전극 조립체를 내부에 수납하는 파우치 형 전지 케이스를 포함하되, 상기 전지 케이스는, 상기 전극 조립체를 내부에 수납하는 수용 공간이 마련된 컵부; 상기 컵부의 테두리로부터 외측으로 연장 형성되고, 상하부가 서로 맞닿으며 실링되는 실링부; 및 상기 실링부에 삽입되며, 상기 컵부 내부의 가스를 외부로 배출하는 벤팅 장치를 포함하고, 상기 실링부는, 상기 벤팅 장치가 삽입된 벤트 실링부; 및 상기 벤트 실링부와 상기 컵부의 사이에 위치하며, 주변보다 상대적으로 약하게 실링되는 약실링부를 포함한다.

Description

이차 전지 및 실링 블록
관련출원과의 상호인용
본 출원은 2019년 11월 13일자 한국특허출원 제10-2019-0145286호에 기초한 우선권의 이익을 주장하며, 해당 한국특허출원의 문헌에 개시된 모든 내용은 본 명세서의 일부로서 포함된다.
기술분야
본 발명은 이차 전지 및 실링 블록에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 벤팅 장치가 실링부에 삽입되어, 컵부 내부의 압력이 증가하면 내부의 가스를 외부로 배출하여 압력을 조절할 수 있는 이차 전지 및 상기 이차 전지를 실링하는 실링 블록에 관한 것이다.
일반적으로, 이차 전지의 종류로는 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 리튬 이온 전지 및 리튬 이온 폴리머 전지 등이 있다. 이러한 이차 전지는 디지털 카메라, P-DVD, MP3P, 휴대폰, PDA, Portable Game Device, Power Tool 및 E-bike 등의 소형 제품뿐만 아니라, 전기 자동차나 하이브리드 자동차와 같은 고출력이 요구되는 대형 제품과 잉여 발전 전력이나 신재생 에너지를 저장하는 전력 저장 장치와 백업용 전력 저장 장치에도 적용되어 사용되고 있다.
이차 전지는 전극 조립체를 수용하는 케이스의 재질에 따라, 파우치 형(Pouch Type) 및 캔 형(Can Type) 등으로 분류된다. 파우치 형(Pouch Type)은 연성의 폴리머 재질로 제조된 파우치에 전극 조립체를 수용한다. 그리고, 캔 형(Can Type)은 금속 또는 플라스틱 등의 재질로 제조된 케이스에 전극 조립체를 수용한다.
한편, 이차 전지는 외부 충격에 의한 내부 단락, 과충전, 과방전 등에 의한 발열과 이로 인한 전해질 분해, 열폭주 현상 등 여러 가지 문제로 안전성에 위협을 받는다. 특히, 전해질 분해에 따라 기체가 발생하여 이차 전지 내부의 압력이 증가하면, 이차 전지가 폭발하는 문제가 발생한다.
구체적으로, 이차 전지를 반복적으로 충방전하면, 전해질과 전극 활물질에 의한 전기화학적 반응으로 기체가 발생한다. 이 때, 발생한 기체는 이차 전지의 내부 압력을 상승시켜 부품간의 결합력 약화, 이차 전지의 케이스 파손, 보호회로의 조기 작동, 전극의 변형, 내부 단락, 폭발 등의 문제를 발생시킨다. 따라서, 캔 형(Can Type)의 이차 전지의 경우에는, CID 필터 및 안전 벤트와 같은 보호 부재가 마련되어, 케이스의 내부의 압력이 증가하면 전기적 연결을 물리적으로 차단하였다. 그러나, 종래의 파우치 형(Pouch Type)의 이차 전지의 경우에는, 이러한 보호 부재가 충분히 마련되지 않았다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 벤팅 장치가 실링부에 삽입되어, 컵부 내부의 압력이 증가하면 내부의 가스를 외부로 배출하여 압력을 조절할 수 있는 이차 전지 및 상기 이차 전지를 실링하는 실링 블록을 제공하는 것이다.
본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 이차 전지는 전극 및 분리막이 적층되어 형성되는 전극 조립체; 및 상기 전극 조립체를 내부에 수납하는 파우치 형 전지 케이스를 포함하되, 상기 전지 케이스는, 상기 전극 조립체를 내부에 수납하는 수용 공간이 마련된 컵부; 상기 컵부의 테두리로부터 외측으로 연장 형성되고, 상하부가 서로 맞닿으며 실링되는 실링부; 및 상기 실링부에 삽입되며, 상기 컵부 내부의 가스를 외부로 배출하는 벤팅 장치를 포함하고, 상기 실링부는, 상기 벤팅 장치가 삽입된 벤트 실링부; 및 상기 벤트 실링부와 상기 컵부의 사이에 위치하며, 주변보다 상대적으로 약하게 실링되는 약실링부를 포함한다.
또한, 상기 약실링부는, 상기 벤트 실링부의 폭과 대응되는 폭으로 형성될 수 있다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 실링 블록은 파우치 형 이차 전지의 실링부를 실링하는 실링 블록에 있어서, 본체; 및 상기 본체에서 상기 실링부와 직접 접촉하는 실링면으로부터 내측으로 함몰 형성된 그루브를 포함되, 상기 그루브는, 상기 이차 전지의 컵부 내부의 가스를 외부로 배출하는 벤팅 장치가 삽입되어, 상기 벤팅 장치를 상기 실링부와 함께 실링하는 벤트 그루브; 및 상기 실링면이 상기 실링부와 접촉할 때, 상기 벤트 그루브와 상기 컵부의 사이에 위치하는 약실링 그루브를 포함한다.
또한, 상기 그루브는, 상기 이차 전지의 외부로 전기를 공급하는 전극 리드가 삽입되어, 상기 전극 리드를 상기 실링부와 함께 실링하는 리드 그루브를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 약실링 그루브는, 상기 리드 그루브보다 높이가 더 낮을 수 있다.
또한, 상기 리드 그루브는, 상기 실링면의 길이 방향으로 형성된 제1 모서리로부터, 상기 실링면의 폭 방향을 향해 형성될 수 있다.
또한, 상기 리드 그루브는, 상기 제1 모서리와 마주보는 제2 모서리까지 연장 형성될 수 있다.
또한, 상기 약실링 그루브는, 상기 벤트 그루브의 폭과 대응되는 폭으로 형성될 수 있다.
또한, 상기 약실링 그루브는, 상기 실링면의 길이 방향으로 형성된 제1 모서리로부터 상기 벤트 그루브까지 형성될 수 있다.
또한, 상기 본체는, 폭이 상기 실링부의 폭과 같거나 더 크고, 길이가 상기 실링부의 길이와 같거나 더 클 수 있다.
또한, 상기 본체는, 상기 약실링 그루브의 상방에 배치되어 높이 방향으로 직선 운동하며, 상기 약실링 그루브의 높이를 조절하는 실린더를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 기타 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
본 발명의 실시예들에 의하면 적어도 다음과 같은 효과가 있다.
벤팅 장치가 실링부에 삽입되어, 이차 전지의 컵부 내부의 압력이 증가하면 내부의 가스를 외부로 배출하여 압력을 조절할 수 있다.
또한, 벤팅 장치가 삽입된 벤트 실링부와 컵부의 사이에, 주변보다 상대적으로 약하게 실링되는 약실링부가 형성되어, 컵부 내부의 압력이 증가하면 벤팅 장치를 향해 실링부의 탈착을 유도함으로써 이차 전지의 폭발을 방지할 수 있다.
또한, 이차 전지를 실링하는 실링 블록이, 벤팅 장치를 실링하는 벤트 그루브와 약실링 그루브를 포함하여, 벤트 실링부와 약실링부를 용이하게 형성할 수 있다.
본 발명에 따른 효과는 이상에서 예시된 내용에 의해 제한되지 않으며, 더욱 다양한 효과들이 본 명세서 내에 포함되어 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지의 조립도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지의 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 케이스를 형성하는 파우치 필름의 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지의 확대 평면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 실링 블록이 이차 전지의 실링부를 실링하는 모습을 나타낸 사시도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 실링 블록의 정면도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 실링 블록의 저면도이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 실링 블록의 정면도이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소 외에 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지(1)의 조립도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지(1)의 사시도이다.
파우치 형 이차 전지(1)를 제조하는 과정은, 먼저 전극 활물질과 바인더 및 가소제를 혼합한 슬러리를 양극 집전체 및 음극 집전체에 도포하여 양극과 음극 등의 전극을 제조하고, 이를 분리막(Separator)의 양 측에 적층함으로써 소정 형상의 전극 조립체(10)를 형성한 다음에, 전극 조립체(10)를 전지 케이스(13)에 삽입하고 전해액 주입 후 실링한다.
전극 조립체(Electrode Assembly, 10)는 전극 및 분리막이 적층되어 형성된다. 구체적으로, 전극 조립체(10)는 양극 및 음극 등 두 종류의 전극과, 상기 전극들을 상호 절연시키기 위해 전극들 사이에 개재되는 분리막을 포함한다. 이러한 전극 조립체(10)는 스택형, 젤리롤형, 스택 앤 폴딩형 등이 있다. 두 종류의 전극, 즉 양극과 음극은 각각 알루미늄과 구리를 포함하는 금속 포일 또는 금속 메쉬 형태의 전극 집전체에 활물질 슬러리가 도포된 구조이다. 슬러리는 통상적으로 입상의 활물질, 보조 도체, 바인더 및 가소제 등이 용매가 첨가된 상태에서 교반되어 형성될 수 있다. 용매는 후속 공정에서 제거된다.
전극 조립체(10)는 도 1에 도시된 바와 같이, 전극 탭(Electrode Tab, 11)을 포함한다. 전극 탭(11)은 전극 조립체(10)의 양극 및 음극으로부터 각각 돌출되어, 전극 조립체(10)의 내부와 외부 사이에 전자가 이동할 수 있는 경로가 된다. 전극 조립체(10)의 집전체는 전극 활물질이 도포된 부분과 전극 활물질이 도포되지 않은 말단 부분, 즉 무지부로 구성된다. 그리고 전극 탭(11)은 무지부를 재단하여 형성되거나 무지부에 별도의 도전부재를 초음파 용접 등으로 연결하여 형성될 수도 있다. 이러한 전극 탭(11)은 도 1에 도시된 바와 같이, 전극 조립체(10)의 일측으로부터 동일한 방향으로 나란히 돌출될 수도 있으나, 이에 제한되지 않고 각각 다른 방향으로 돌출될 수도 있다.
전극 조립체(10)의 전극 탭(11)에는 이차 전지(1)의 외부로 전기를 공급하는 전극 리드(Electrode Lead, 12)가 스팟(Spot) 용접 등으로 연결된다. 그리고, 전극 리드(12)의 일부는 절연부(14)로 주위가 포위된다. 절연부(14)는 전지 케이스(13)의 상부 케이스(131)와 하부 케이스(132)가 열 융착되는 실링부(134)에 한정되어 위치하여, 전지 케이스(13)에 접착된다. 그리고, 전극 조립체(10)로부터 생성되는 전기가 전극 리드(12)를 통해 전지 케이스(13)로 흐르는 것을 방지하며, 전지 케이스(13)의 실링을 유지한다. 따라서, 이러한 절연부(14)는 전기가 잘 통하지 않는 비전도성을 가진 부도체로 제조된다. 일반적으로 절연부(14)로는, 전극 리드(12)에 부착하기 용이하고, 두께가 비교적 얇은 절연테이프를 많이 사용하나, 이에 제한되지 않고 전극 리드(12)를 절연할 수 있다면 다양한 부재를 사용할 수 있다.
전극 리드(12)는 양극 탭(111)에 일단이 연결되고, 양극 탭(111)이 돌출된 방향으로 연장되는 양극 리드(121) 및 음극 탭(112)에 일단이 연결되고, 음극 탭(112)이 돌출된 방향으로 연장되는 음극 리드(122)를 포함한다. 한편, 양극 리드(121) 및 음극 리드(122)는 도 1에 도시된 바와 같이, 모두 타단이 전지 케이스(13)의 외부로 돌출된다. 그럼으로써, 전극 조립체(10)의 내부에서 생성된 전기를 외부로 공급할 수 있다. 또한, 양극 탭(111) 및 음극 탭(112)이 각각 다양한 방향을 향해 돌출 형성되므로, 양극 리드(121) 및 음극 리드(122)도 각각 다양한 방향을 향해 연장될 수 있다.
양극 리드(121) 및 음극 리드(122)는 서로 그 재질이 다를 수 있다. 즉, 양극 리드(121)는 양극 집전체와 동일한 알루미늄(Al) 재질이며, 음극 리드(122)는 음극 집전체와 동일한 구리(Cu) 재질 또는 니켈(Ni)이 코팅된 구리 재질일 수 있다. 그리고 전지 케이스(13)의 외부로 돌출된 전극 리드(12)의 일부분은 단자부가 되어, 외부 단자와 전기적으로 연결된다.
전지 케이스(13)는 전극 조립체(10)를 내부에 수납하는, 연성의 재질로 제조된 파우치이다. 이하, 전지 케이스(13)는 파우치인 것으로 설명한다. 전지 케이스(13)는 전극 리드(12)의 일부, 즉 단자부가 노출되도록 전극 조립체(10)를 수용하고 실링된다. 이러한 전지 케이스(13)는 도 1에 도시된 바와 같이, 상부 케이스(131)와 하부 케이스(132)를 포함한다. 하부 케이스(132)에는 컵부(133)가 형성되어 전극 조립체(10)를 수용할 수 있는 수용 공간(1331)이 마련되고, 상부 케이스(131)는 상기 전극 조립체(10)가 전지 케이스(13)의 외부로 이탈되지 않도록 상기 수용 공간(1331)을 상부에서 커버한다. 이 때, 도 1에 도시된 바와 같이 상부 케이스(131)에도 수용 공간(1331)이 마련된 컵부(133)가 형성되어, 전극 조립체(10)를 상부에서 수용할 수도 있다. 상부 케이스(131)와 하부 케이스(132)는 도 1에 도시된 바와 같이 일측이 서로 연결되어 제조될 수 있으나, 이에 제한되지 않고 서로 분리되어 별도로 제조되는 등 다양하게 제조될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 도 1에 도시된 바와 같이 벤팅 장치(15)가 상기 실링부(134)의 양 면의 사이에 삽입되어 함께 열 융착된다. 벤팅 장치(15)는 전지 케이스(13)의 내부 및 외부를 서로 연통하는 통로를 포함하여, 전지 케이스(13)의 컵부(133) 내부 압력이 증가하면 내부의 가스를 외부로 배출하여 압력을 조절한다. 또한, 상기 통로는 일방향으로만 이동할 수 있는 통로일 수 있다. 따라서, 내부의 가스는 통로를 통해 외부로 배출할 수 있으나, 외부의 수분 기타 이물질은 통로를 통해 내부로 침투할 수 없다.
실링부(134)가 실링될 때, 상부 케이스(131)의 테두리에 형성된 상부 실링부(1341)와 하부 케이스(132)의 테두리에 형성된 하부 실링부(1342)가 서로 맞닿으며 실링된다. 이 때 벤팅 장치(15)는 서로 맞닿는 상부 실링부(1341)와 하부 실링부(1342)의 사이에 삽입된다. 그리고, 상부 실링부(1341)와 하부 실링부(1342)가 열 융착되면, 벤팅 장치(15)도 함께 열 융착됨으로써, 실링부(134) 내에 고정된다.
전극 조립체(10)의 전극 탭(11)에 전극 리드(12)가 연결되고, 전극 리드(12)의 일부분에 절연부(14)가 형성되면, 하부 케이스(132)의 컵부(133)에 마련된 수용 공간(1331)에 전극 조립체(10)가 수용되고, 상부 케이스(131)가 상기 공간을 상부에서 커버한다. 그리고, 내부에 전해액을 주입하고 상부 케이스(131)와 하부 케이스(132)의 테두리로부터 외측으로 연장 형성된 실링부(134)를 실링한다. 전해액은 이차 전지(1)의 충, 방전 시 전극의 전기 화학적 반응에 의해 생성되는 리튬 이온을 이동시키기 위한 것으로, 리튬염과 고순도 유기 용매류의 혼합물인 비수질계 유기 전해액 또는 고분자 전해질을 이용한 폴리머를 포함할 수 있다. 이와 같은 방법을 통해, 도 2에 도시된 바와 같이 파우치 형 이차 전지(1)가 제조될 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 케이스(13)를 형성하는 파우치 필름(135)의 단면도이다.
전지 케이스(13)는 파우치 필름(135)을 드로잉(Drawing) 성형하여 제조된다. 즉, 파우치 필름(135)을 연신시켜 컵부(133)를 형성함으로써 제조된다. 이러한 파우치 필름(135)은 도 3에 도시된 바와 같이, 가스 배리어층(Gas Barrier Layer, 1351), 표면 보호층(Surface Protection Layer, 1352) 및 실란트층(Sealant Layer, 1353)을 포함한다.
가스 배리어층(1351)은 전지 케이스(13)의 기계적 강도를 확보하고, 이차 전지(1) 외부의 가스 또는 수분 등의 출입을 차단하며, 전해액의 누수를 방지한다. 일반적으로 가스 배리어층(1351)은 금속을 포함하며 주로 알루미늄 박막(Al Foil)이 사용된다. 알루미늄은 소정 수준 이상의 기계적 강도를 확보할 수 있으면서도 무게가 가볍고 전극 조립체(10)와 전해액에 의한 전기 화학적 성질에 대한 보완 및 방열성 등을 확보할 수 있다. 다만, 이에 제한되지 않고 다양한 재질이 가스 배리어층(1351)에 포함될 수 있다. 예를 들어, 철(Fe), 탄소(C), 크롬(Cr), 망간(Mn), 니켈(Ni) 및 알루미늄(Al)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상의 혼합물일 수 있다. 이 때 상기 가스 배리어층(1351)을 철이 함유된 재질로 제조할 경우에는 기계적 강도가 향상되고, 알루미늄이 함유된 재질로 할 경우에는 유연성이 향상되므로, 각각의 특성을 고려하여 사용될 수 있을 것이다.
표면 보호층(1352)은 폴리머로 제조되고, 최외층에 위치하여 외부와의 마찰 및 충돌로부터 이차 전지(1)를 보호하면서, 전극 조립체(10)를 외부로부터 전기적으로 절연시킨다. 여기서 최외층이란, 상기 가스 배리어층(1351)을 기준으로 전극 조립체(10)가 위치하는 방향의 반대 방향으로, 외부를 향하는 방향을 말한다. 이러한 표면 보호층(1352)은 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리카보네이트, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리염화비닐, 아크릴계 고분자, 폴리아크릴로나이트릴, 폴리이미드, 폴리아마이드, 셀룰로오스, 아라미드, 나일론, 폴리에스테르, 폴리파라페닐렌벤조비스옥사졸, 폴리아릴레이트, 테프론, 및 유리섬유로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 물질로 이루어질 수 있다. 특히, 주로 내마모성 및 내열성을 가지는 나일론(Nylon) 수지 또는 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 등의 폴리머가 사용된다. 그리고 표면 보호층(1352)은 어느 하나의 물질로 이루어진 단일막 구조를 가지거나, 2개 이상의 물질이 각각 층을 이루어 형성된 복합막 구조를 가질 수도 있다.
실란트층(1353)은 폴리머로 제조되고, 최내층에 위치하여 전극 조립체(10)와 직접적으로 접촉한다. 파우치 형 전지 케이스(13)는 상기와 같은 적층 구조의 파우치 필름(135)을, 펀치 등을 이용하여 드로잉(Drawing) 성형하면, 일부가 연신되어 주머니 형태의 수용 공간(1333)을 포함하는 컵부(133)를 형성하면서 제조된다. 그리고, 이러한 수용 공간(1333)에 전극 조립체(10)가 내부에 수용되면 전해액을 주입한다. 그 후에 상부 케이스(131)와 하부 케이스(132)를 서로 접촉시키고, 실링부(134)에 열 압착을 하면 실란트층(1353)끼리 접착됨으로써 전지 케이스(13)가 실링된다. 이 때, 실란트층(1353)은 전극 조립체(10)와 직접적으로 접촉하므로 절연성을 가져야 하며, 전해액과도 접촉하므로 내식성을 가져야 한다. 또한, 내부를 완전히 밀폐하여 내부 및 외부간의 물질 이동을 차단해야 하므로, 높은 실링성을 가져야 한다. 즉, 실란트층(1353)끼리 접착된 실링부(134)는 우수한 열 접착 강도를 가져야 한다. 일반적으로 이러한 실란트층(1353)에는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리카보네이트, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리염화비닐, 아크릴계 고분자, 폴리아크릴로나이트릴, 폴리이미드, 폴리아마이드, 셀룰로오스, 아라미드, 나일론, 폴리에스테르, 폴리파라페닐렌벤조비스옥사졸, 폴리아릴레이트, 테프론, 및 유리섬유로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 물질로 이루어질 수 있다. 특히, 주로 폴리프로필렌(PP) 또는 폴리에틸렌(PE) 등의 폴리올레핀계 수지가 사용된다. 폴리프로필렌(PP)은 인장강도, 강성, 표면경도, 내마모성, 내열성 등의 기계적 물성과 내식성 등의 화학적 물성이 뛰어나, 실란트층(1353)을 제조하는데 주로 사용된다. 나아가, 무연신 폴리프로필렌(Cated Polypropylene) 또는 폴리프로필렌-부틸렌-에틸렌 삼원 공중합체로 구성될 수도 있다. 또한, 실란트층(1353)은, 어느 하나의 물질로 이루어진 단일막 구조를 갖거나, 2개 이상의 물질이 각각 층을 이루어 형성된 복합막 구조를 가질 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지(1)의 확대 평면도이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 벤팅 장치(15)가 실링부(134)에 삽입되어, 이차 전지(1)의 컵부(133) 내부의 압력이 증가하면 내부의 가스를 외부로 배출하여 압력을 조절할 수 있다. 또한, 벤팅 장치(15)가 삽입된 벤트 실링부(1344)와 컵부(133)의 사이에, 주변보다 상대적으로 약하게 실링되는 약실링부(1343)가 형성되어, 컵부(133) 내부의 압력이 증가하면 벤팅 장치(15)를 향해 실링부(134)의 탈착을 유도함으로써 이차 전지(1)의 폭발을 방지할 수 있다. 또한, 이차 전지(1)를 실링하는 실링 블록(2)이, 벤팅 장치(15)를 실링하는 벤트 그루브(224)와 약실링 그루브(223)를 포함하여, 벤트 실링부(1344)와 약실링부(1343)를 용이하게 형성할 수 있다.
이를 위해 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지(1)는 전극 및 분리막이 적층되어 형성되는 전극 조립체(10); 및 상기 전극 조립체(10)를 내부에 수납하는 파우치 형 전지 케이스(13)를 포함하되, 상기 전지 케이스(13)는, 상기 전극 조립체(10)를 내부에 수납하는 수용 공간(1331)이 마련된 컵부(133); 상기 컵부(133)의 테두리로부터 외측으로 연장 형성되고, 상하부가 서로 맞닿으며 실링되는 실링부(134); 및 상기 실링부(134)에 삽입되며, 상기 컵부(133) 내부의 가스를 외부로 배출하는 벤팅 장치(15)를 포함하고, 상기 실링부(134)는, 상기 벤팅 장치(15)가 삽입된 벤트 실링부(1344); 및 상기 벤트 실링부(1344)와 상기 컵부(133)의 사이에 위치하며, 주변보다 상대적으로 약하게 실링되는 약실링부(1343)를 포함한다.
실링부(134)는 상부 케이스(131)의 테두리에 형성된 상부 실링부(1341)와 하부 케이스(132)의 테두리에 형성된 하부 실링부(1342)를 포함한다. 그리고, 상부 실링부(1341)와 하부 실링부(1342)가 서로 맞닿으며 열 융착되면, 실링부(134)가 실링되어 전지 케이스(13)의 내부가 밀폐된다.
벤팅 장치(15)는 서로 맞닿는 상부 실링부(1341)와 하부 실링부(1342)의 사이에 삽입된다. 그리고, 상부 실링부(1341)와 하부 실링부(1342)가 열 융착되면서, 벤팅 장치(15)도 함께 열 융착됨으로써, 실링부(134) 내에 고정된다.
벤팅 장치(15)는 실링부(134) 내에 고정될 때, 가스가 유입되는 유입구(미도시)가 전지 케이스(13)의 컵부(133)를 향하고, 가스가 배출되는 배출구(미도시)가 외부를 향하는 것이 바람직하다. 그럼으로써, 컵부(133) 내부에서 가스가 생성되면, 가스가 벤팅 장치(15)로 용이하게 유입되고, 벤팅 장치(15)를 통해 외부로 용이하게 배출될 수 있다.
상부 실링부(1341)와 하부 실링부(1342) 사이에는, 벤팅 장치(15)뿐만 아니라 이차 전지(1)의 외부로 전기를 공급하는 전극 리드(12)도 삽입될 수 있다. 따라서 본 발명의 일 실시예에 따르면, 실링부(134)는 전극 리드(12)가 삽입되는 리드 실링부(미도시) 및 벤팅 장치(15)가 삽입되는 벤트 실링부(1344)를 포함한다. 그런데, 전극 리드(12) 및 벤팅 장치(15) 자체가 물리적으로 일정 부피를 가진다. 따라서, 실링부(134)에서 삽입되는 것이 없는 다른 영역은, 상대적으로 얇고 평평하게 형성되는 반면, 전극 리드(12) 및 벤팅 장치(15)가 삽입된 영역은 상대적으로 일정 부피만큼 상하로 돌출되어 두껍게 형성된다.
벤팅 장치(15)의 길이는 도 4에 도시된 바와 같이, 실링부(134)의 폭보다 상대적으로 짧은 것이 바람직하다. 만약 벤팅 장치(15)의 길이가 실링부(134)의 폭보다 길다면, 벤팅 장치(15)가 실링된 벤트 실링부(1344)의 실링력이 저하될 수 있기 때문이다.
도 2 및 도 4에는 벤트 실링부(1344)가, 리드 실링부(미도시)가 형성된 방향으로 위치한 실링부(134)에 형성되는 것으로 도시되어 있으나, 다양한 방향의 실링부(134)에 형성될 수 있다. 다만, 상부 케이스(131)와 하부 케이스(132)가 일측이 연결된 상태로 폴딩되어 폴딩면이 실링부(134)의 일부에 형성된다면, 폴딩면이 형성된 실링부(134)에는 벤팅 장치(15)가 삽입되더라도, 폴딩면에 의해 이차 전지(1) 내부의 가스를 외부로 배출하는 것이 용이하지 않다. 따라서, 이러한 폴딩면이 형성된 실링부(134)에는 벤팅 장치(15)가 삽입되지 않는 것이 바람직하다. 만약 상부 케이스(131)와 하부 케이스(132)가 일측이 연결되지 않고 서로 분리되어 별도로 형성된다면, 폴딩면이 존재하지 않으므로 벤팅 장치(15)는 제한되지 않고 다양한 방향의 실링부(134)에 형성될 수 있다.
한편, 일반적인 실링부(134)는 강하게 실링되므로, 외부의 충격에 쉽게 파손되지 않는다. 그럼으로써, 내부의 전해액이 누출되거나 외부의 수분 기타 이물질이 침투하는 것을 최소화할 수 있다. 그러나 내부 단락, 과충전 등으로 인해 이차 전지(1)의 내부에서 가스가 발생하는 경우, 실링부(134)가 과도하게 강하게 실링되어 있으면 이차 전지(1)의 내부 압력이 급격히 증가하여 폭발의 위험성이 있다.
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 실링부(134)는 벤트 실링부(1344)와 컵부(133)의 사이에 위치하며, 주변보다 상대적으로 약하게 실링되는 약실링부(1343)를 더 포함한다. 약실링부(1343)는 실링부(134)의 다른 주변 영역보다 상대적으로 약하게 실링된다. 이에, 이차 전지(1)의 컵부(133) 내부에서 가스가 발생하여 내부 압력이 어느 정도 증가하면, 상기 압력이 컵부(133)와 근접하게 위치한 약실링부(1343)로 전달된다.
상기 전달된 압력은 약실링부(1343)를 실링부(134)의 다른 영역보다 먼저 상부 실링부(1341)와 하부 실링부(1342)로 탈착(분리)시킨다. 약실링부(1343)는 벤트 실링부(1344)와 컵부(133)의 사이에 위치하므로, 약실링부(1343)가 탈착되면 벤트 실링부(1344)에 삽입된 벤팅 장치(15)의 유입구가 개방되고, 가스가 상기 유입구로 유입할 수 있다.
벤팅 장치(15)의 유입구로 유입한 가스는, 내부 압력을 벤팅 장치(15)의 배출구로 전달한다. 그리고 벤트 실링부(1344)의 외측 영역을 탈착시킨다. 벤트 실링부(1344)의 외측 영역은 실링부(134)의 다른 영역보다 폭이 좁으므로, 상기 내부 압력이 더 증가하면 실링부(134)의 다른 영역보다 먼저 상부 실링부(1341)와 하부 실링부(1342)가 탈착된다. 그럼으로써, 가스가 이차 전지(1)의 외부로 배출되고, 이차 전지(1)의 내부 압력을 감소시킬 수 있다. 이와 같이, 약실링부(1343)는 실링부(134)의 다른 영역보다 먼저 탈착되어 벤팅 장치(15)를 향해 실링부(134)의 탈착을 유도함으로써, 이차 전지(1)의 폭발을 방지할 수 있다.
만약 약실링부(1343)가 전혀 실링되지 않더라도, 벤팅 장치(15)를 향해 실링부(134)의 탈착을 유도한다는 상기 효과를 발휘할 수도 있다. 그러나 가스가 발생하지 않은 일반적인 경우, 셀 내부의 불필요한 공간을 제거하여 에너지 밀도를 증가시키기 위해서, 컵부(133)의 내부 압력을 대기압보다 낮은 음압 상태로 유지한다. 그리고 컵부(133)와 실링부(134)의 경계 모서리가 컵부(133)의 형상을 따라 일정하게 형성되어야, 상기 음압 상태의 압력이 상기 모서리에 균일하게 작용한다. 그런데 만약 약실링부(1343)가 전혀 실링되지 않는다면, 상기 경계 모서리가 약실링부(1343)의 주변도 포함하므로 일정하지 않게 형성된다. 따라서, 상기 음압 상태의 압력이 약실링부(1343)의 주변 영역에 집중되어, 상기 영역이 뒤틀리는 문제가 발생할 수 있다. 따라서, 상기 경계 모서리의 균일을 유지하기 위해, 약실링부(1343)는 어느 정도 실링되는 것이 바람직하다.
약실링부(1343)는 컵부(133) 내부의 가스를 벤팅 장치(15)로 용이하게 유도하기 위해, 벤트 실링부(1344)의 폭과 대응되는 폭으로 형성되는 것이 바람직하다. 여기서 대응된다는 것은, 유사하거나 동일하다는 것을 의미하며, 유사의 범위는 벤트 실링부(1344)의 폭의 10% 이내로 매우 적은 차이가 나는 것이 바람직하다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 실링 블록(2)이 이차 전지(1)의 실링부(134)를 실링하는 모습을 나타낸 사시도이다.
상기 기술한 바와 같이, 실링부(134)를 실링하기 위해서는 서로 맞닿는 상부 실링부(1341)와 하부 실링부(1342)를 열 융착하여야 한다. 이를 위해, 상기 실링부(134)에 직접 접촉하여 열 및 압력을 인가하는 실링 블록(2)이 필요하다.
본 발명의 일 실시예에 따른 실링 블록(2)은, 파우치 형 이차 전지(1)의 실링부(134)를 실링하는 실링 블록(2)에 있어서, 본체(21); 및 상기 본체(21)에서 상기 실링부(134)와 직접 접촉하는 실링면(211)으로부터 내측으로 함몰 형성된 그루브(22)를 포함하되, 상기 그루브(22)는, 상기 이차 전지(1)의 컵부(133) 내부의 가스를 외부로 배출하는 벤팅 장치(15)가 삽입되어, 상기 벤팅 장치(15)를 상기 실링부(134)와 함께 실링하는 벤트 그루브(224); 및 상기 실링면(211)이 상기 실링부(134)와 접촉할 때, 상기 벤트 그루브(224)와 상기 컵부(133)의 사이에 위치하는 약실링 그루브(223)를 포함한다.
실링 블록(2)은 실링면(211)이 직접 실링부(134)에 접촉하여 열 및 압력을 인가한다. 이를 위해 실링 블록(2)의 실링면(211)에는 열을 발생하는 히팅 코일이 형성될 수 있고, 실링 블록(2)을 상하로 이동시킬 수 있는 구동부도 연결될 수 있다. 이러한 실링 블록(2)은 하나로 형성되어, 실링부(134)를 다이의 상면에 안착시킨 후 실링 블록(2)으로 실링부(134)의 상면에 열 및 압력을 인가할 수도 있다. 다만 이에 제한되지 않고, 실링 블록(2)이 두 개로 형성되어, 실링부(134)의 상면과 하면에 각각 열 및 압력을 인가할 수도 있다.
실링부(134)는 컵부(133)의 테두리로부터 외측으로 연장 형성된다. 따라서, 실링부(134)는 이차 전지(1)의 모서리를 따라 형성될 수 있다. 그러면 실링 블록(2)은, 이차 전지(1)의 적어도 하나의 모서리를 따라 형성된 실링부(134)를, 한 번에 실링하는 것이 바람직하다. 그럼으로써 시간과 공정 단계를 절약할 수 있고, 실링부(134)의 외관이 미려할 수 있으며, 실링부(134)의 실링력이 균일할 수 있다. 이를 위해, 실링 블록(2)의 본체(21)는 도 5에 도시된 바와 같이, 폭이 상기 실링부(134)의 폭과 같거나 더 크고, 길이가 상기 실링부(134)의 길이와 같거나 더 큰 것이 바람직하다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 실링 블록(2)의 정면도이다.
실링 블록(2)은 본체(21)의 실링면(211)으로부터 내측으로 함몰 형성된 그루브(22)를 포함한다. 만약 실링 블록(2)이 실링부(134)의 상면에 접촉하여 열 및 압력을 인가한다면, 실링면(211)은 도 6에 도시된 바와 같이, 실링 블록(2)의 하면일 수 있다.
그루브(22)는 실링면(211)이 실링부(134)와 접촉할 때, 벤팅 장치(15)가 삽입되어 벤팅 장치(15)를 실링부(134)와 함께 실링하는 벤트 그루브(224, 도 7에 도시됨)를 포함한다. 벤트 그루브(224)에 대한 자세한 설명은 후술한다.
그루브(22)는 실링면(211)이 실링부(134)와 접촉할 때, 상기 벤트 그루브(224)와 상기 컵부(133)의 사이에 위치하는 약실링 그루브(223)도 포함한다.
실링 블록(2)의 실링면(211)이 실링부(134)와 접촉하면, 약실링 그루브(223)와 대응되는 실링부(134)의 일부 영역은, 실링부(134)의 주변 다른 영역보다 상대적으로 열 및 압력을 약하게 인가받는다. 구체적으로 상기 실링부(134)의 일부 영역은, 실링 공정의 초기에는 상기 실링부(134)의 일부 영역은 약실링 그루브(223)에 의해 실링면(211)과 직접 접촉하지 않고 어느 정도 이격되어 공간을 형성한다. 따라서 실링부(134)의 주변 다른 영역은 열 및 압력을 직접 인가받는다. 반면에, 상기 실링부(134)의 일부 영역은 압력을 직접 인가받지 않고, 열을 대류 또는 복사 방식으로 전달받는다. 그리고 실링 공정이 어느 정도 진행되면, 실링부(134)의 주변 다른 영역은 실란트층(1353)이 어느 정도 용융되므로 실링부(134)의 두께가 전체적으로 감소한다. 반면에, 상기 실링부(134)의 일부 영역은 상대적으로 덜 용융되므로 두께가 크게 감소하지 않아, 약실링 그루브(223)에 삽입된다. 따라서, 실링 공정이 완료되면, 상기 실링부(134)의 일부 영역은 열 및 압력을 매우 약하게 인가받아 약하게 실링됨으로써, 약실링부(1343)가 된다.
만약 약실링 그루브(223)의 높이(h3)가 과도하게 높다면, 열 및 압력이 거의 인가되지 않으므로 약실링부(1343)가 전혀 실링되지 않는다. 반대로 약실링 그루브(223)의 높이(h3)가 과도하게 낮다면, 열 및 압력이 크게 인가되므로 약실링부(1343)의 실링력이 증가하게 된다. 따라서, 약실링 그루브(223)의 높이(h3)는, 실링 공정의 전후로 변화되는 실링부(134)의 두께의 변화량과 대응되는 것이 바람직하다. 여기서 대응된다는 것은 유사하거나 동일하다는 것을 의미한다.
그루브(22)는 실링면(211)이 실링부(134)와 접촉할 때, 전극 리드(12)가 삽입되어 전극 리드(12)를 실링부(134)와 함께 실링하는 리드 그루브(22)를 더 포함할 수 있다. 상기 기술한 바와 같이, 전극 리드(12)는 자체가 물리적으로 일정 부피를 가진다. 그런데 만약 실링 블록(2)에 리드 그루브(22)가 형성되지 않는다면, 전극 리드(12)에 의해 실링 블록(2)이 실링부(134)에 전체적으로 균일하게 접촉할 수 없다. 이에, 실링부(134)에 균일하게 열 및 압력을 인가하지 못하는 문제가 발생할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 실링면(211)이 실링부(134)와 접촉할 때, 전극 리드(12) 및 전극 리드(12)를 포위하는 실링부(134)가 리드 그루브(22)에 삽입된다. 그럼으로써, 실링 블록(2)이 실링부(134)에 전체적으로 균일하게 접촉하고, 실링부(134)에 열 및 압력이 균일하게 인가될 수 있다. 또한, 전극 리드(12) 및 전극 리드(12)를 포위하는 실링부(134)가 리드 그루브(22)에 삽입되므로, 전극 리드(12)의 주변을 따라 균일하게 실링되어, 견고한 리드 실링부(미도시)를 형성할 수 있다.
리드 그루브(22)의 높이(h1, h2)는 전극 리드(12) 및 전극 리드(12)를 포위하는 실링부(134)가 리드 그루브(22)에 용이하게 삽입되면서, 리드 그루브(22)의 상면에 접촉할 수 있는 높이인 것이 바람직하다. 예를 들어 만약, 실링 블록(2)이 두 개로 형성되어 실링부(134)의 상면과 하면을 각각 가압하며 열을 인가한다면, 하나의 리드 그루브(22)의 높이(h1, h2)는, 전극 리드(12)의 두께의 절반인 것이 바람직하다.
리드 그루브(22)의 형상 및 폭은 전극 리드(12)의 형상 및 폭에 대응되는 것이 바람직하다. 여기서 형상이 대응된다는 것은 동일하거나 유사한 것을 의미한다. 따라서, 전극 리드(12)의 상면이 평평하게 형성된다면, 리드 그루브(22)의 상면도 평평하게 형성될 수 있다. 그리고, 폭이 대응된다는 것은 전극 리드(12)에 실링부(134)가 포위한 폭과 동일하거나 유사한 것을 의미한다. 그럼으로써, 전극 리드(12) 및 전극 리드(12)를 포위하는 실링부(134)가 리드 그루브(22)에 용이하게 삽입될 수 있다.
한편 상기 기술한 바와 같이, 약실링 그루브(223)의 높이(h3)는 실링부(134)의 두께의 변화량과 대응되는 것이 바람직하다. 그런데, 실링부(134)의 두께의 변화량은, 전극 리드(12)의 두께에 비해 작다. 따라서, 약실링 그루브(223)의 높이(h3)는, 도 5에 도시된 바와 같이 리드 그루브(22)의 높이(h1, h2)보다 더 낮은 것이 바람직하다.
실링부(134)는 양극 리드(121)가 삽입되는 양극 리드 실링부(미도시) 및 음극 리드(122)가 삽입되는 음극 리드 실링부(미도시)를 포함할 수 있다. 그리고 상기 기술한 바와 같이 양극 리드(121) 및 음극 리드(122)는 각각 다양한 방향을 향해 연장될 수 있다. 만약 도 5에 도시된 바와 같이, 양극 리드(121) 및 음극 리드(122)가 서로 동일한 방향을 향해 연장된다면, 하나의 실링 블록(2)이 양극 리드(121) 및 음극 리드(122)가 함께 삽입된 실링부(134)를, 한 번에 실링하는 것이 바람직하다. 따라서 도 6 및 7에 도시된 바와 같이, 하나의 실링 블록(2)에 양극 리드(121)를 실링부(134)와 함께 실링하는 양극 리드 그루브(221) 및 음극 리드(122)를 실링부(134)와 함께 실링하는 음극 리드 그루브(222)가 모두 형성될 수 있다. 또는, 만약 양극 리드(121) 및 음극 리드(122)가 서로 다른 방향을 향해 연장된다면, 하나의 실링 블록(2)에는 양극 리드 그루브(221)가 형성되고 다른 실링 블록(2)에는 음극 리드 그루브(222)가 형성될 수 있다. 뿐만 아니라, 만약 양극 리드(121) 및 음극 리드(122)가 서로 수직한 방향을 향해 연장된다면, 하나의 실링 블록(2)이 절곡되어, 두 방향에 위치한 실링부(134)를 한 번에 실링할 수도 있다. 이러한 경우에는, 하나의 실링 블록(2)에 양극 리드 그루브(221) 및 음극 리드 그루브(222)가 모두 형성될 수 있다.
리드 그루브(22)의 높이(h1, h2)는 전극 리드(12)의 두께에 따라 상이할 수 있다. 만약, 양극 리드(121) 및 음극 리드(122)의 두께가 동일하다면, 양극 리드 그루브(221)의 높이(h1)와 음극 리드 그루브(222)의 높이(h2)도 동일할 수 있다. 그러나, 양극 리드(121) 및 음극 리드(122)의 두께가 상이하다면, 양극 리드 그루브(221)의 높이(h1)와 음극 리드 그루브(222)의 높이(h2)도 상이할 수 있다. 특히, 음극 리드(122)가 발열량을 감소시키기 위해 양극 리드(121)보다 두께가 두껍게 형성될 수 있다. 이 때에는, 음극 리드 그루브(222)의 높이(h2)가 양극 리드 그루브(221)의 높이(h1)보다 높을 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 실링 블록(2)의 저면도이다.
리드 그루브(22)는 실링면(211)의 길이 방향으로 형성된 실링 블록(2)의 제1 모서리(231)로부터, 상기 실링면(211)의 폭 방향을 향해 길게 형성될 수 있고, 특히 제1 모서리(231)와 마주보는 제2 모서리(232)까지 연장 형성되는 것이 바람직하다. 즉, 리드 그루브(22)는 실링 블록(2)의 제1 모서리(231)로부터 제2 모서리(232)까지 폭 방향으로 관통하여 형성될 수 있다. 전극 리드(12)는 외부로 전기를 공급하기 위해, 실링부(134)보다 더 길게 외측으로 돌출 형성된다. 이 때 리드 그루브(22)가 실링 블록(2)의 폭 방향으로 관통하여 형성됨으로써, 전극 리드(12)의 돌출되더라도 리드 실링부(미도시)의 형성에 방해가 되지 않을 수 있다.
한편 그루브(22)는 실링면(211)이 실링부(134)와 접촉할 때, 벤팅 장치(15)가 삽입되어 벤팅 장치(15)를 실링부(134)와 함께 실링하는 벤트 그루브(224)를 더 포함할 수 있다. 전극 리드(12)와 마찬가지로, 벤팅 장치(15)도 자체가 물리적으로 일정 부피를 가진다. 그런데 만약 실링 블록(2)에 벤트 그루브(224)가 형성되지 않는다면, 벤팅 장치(15)에 의해 실링 블록(2)이 실링부(134)에 전체적으로 균일하게 접촉할 수 없다. 이에, 실링부(134)에 균일하게 열 및 압력을 인가하지 못하는 문제가 발생할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 실링면(211)이 실링부(134)와 접촉할 때, 벤팅 장치(15) 및 벤팅 장치(15)를 포위하는 실링부(134)가 벤트 그루브(224)에 삽입된다. 그럼으로써, 실링 블록(2)이 실링부(134)에 전체적으로 균일하게 접촉하고, 실링부(134)에 균일하게 열 및 압력이 인가될 수 있다. 또한, 벤팅 장치(15) 및 벤팅 장치(15)를 포위하는 실링부(134)가 벤트 그루브(224)에 삽입되므로, 벤팅 장치(15)의 주변을 따라 균일하게 실링되어, 견고한 벤트 실링부(1344)를 형성할 수 있다.
벤트 그루브(224)의 높이는 벤팅 장치(15) 및 벤팅 장치(15)를 포위하는 실링부(134)가 벤트 그루브(224)에 용이하게 삽입되면서, 벤트 그루브(224)의 상면에 접촉할 수 있는 높이인 것이 바람직하다. 예를 들어 만약, 실링 블록(2)이 두 개로 형성되어 실링부(134)의 상면과 하면을 각각 가압하며 열을 인가한다면, 하나의 벤트 그루브(224)의 높이는, 벤팅 장치(15)의 두께의 절반인 것이 바람직하다.
벤트 그루브(224)의 형상 및 크기는 벤팅 장치(15)의 형상 및 크기에 대응되는 것이 바람직하다. 여기서 형상이 대응된다는 것은 동일하거나 유사한 것을 의미한다. 따라서, 벤팅 장치(15)의 상면이 아치 형상으로 형성된다면, 벤트 그루브(224)의 상면도 아치 형상으로 형성될 수 있다. 그리고, 크기가 대응된다는 것은 벤팅 장치(15)에 실링부(134)가 포위한 크기와 동일하거나 유사한 것을 의미한다. 그럼으로써, 벤팅 장치(15) 및 벤팅 장치(15)를 포위하는 실링부(134)가 벤트 그루브(224)에 용이하게 삽입될 수 있다.
만약 벤팅 장치(15)가, 전극 리드(12)가 형성된 방향으로 위치한 실링부(134)에 삽입된다면, 하나의 실링 블록(2)이 전극 리드(12) 및 벤팅 장치(15)가 함께 삽입된 실링부(134)를, 한 번에 실링하는 것이 바람직하다. 따라서 도 6 및 7에 도시된 바와 같이, 하나의 실링 블록(2)에 벤트 그루브(224) 및 리드 그루브(22)가 모두 형성될 수 있다.
한편 상기 기술한 바와 같이, 약실링부(1343)는 컵부(133) 내부의 가스를 벤팅 장치(15)로 용이하게 유도하기 위해, 벤트 실링부(1344)의 폭과 대응되는 폭으로 형성되는 것이 바람직하다. 그런데, 약실링부(1343)의 크기는 약실링 그루브(223)의 크기에 따라 결정되고, 벤트 실링부(1344)의 크기는 벤트 그루브(224)의 크기에 따라 결정된다. 따라서, 약실링 그루브(223)의 폭은, 도 7에 도시된 바와 같이 벤트 그루브(224)의 폭과 대응되는 것이 바람직하다. 여기서 폭이 대응된다는 것은 폭이 동일하거나 유사한 것을 의미한다.
또한 상기 기술한 바와 같이, 약실링부(1343)는 벤트 실링부(1344)와 컵부(133)의 사이에 위치한다. 따라서, 약실링부(1343)를 형성하는 약실링 그루브(223)는, 도 7에 도시된 바와 같이, 실링면(211)의 길이 방향으로 형성된 실링 블록(2)의 제1 모서리(231)로부터, 벤트 실링부(1344)를 형성하는 벤트 그루브(224)까지 형성될 수 있다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 실링 블록(2a)의 정면도이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 실링 블록(2)의 약실링 그루브(223)의 높이(h3)가 고정된다. 그러나 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 실링 블록(2a)의 본체(21a)는 약실링 그루브(223a)의 상방에 배치되어 높이 방향으로 직선 운동하며, 약실링 그루브(223a)의 높이(h3)를 조절하는 실린더(212)를 더 포함한다.
실링 블록(2a)의 실링면(211)이 실링부(134)와 접촉하면, 약실링 그루브(223a)와 대응되는 실링부(134)의 일부 영역은, 실링 공정의 초기에는 약실링 그루브(223a)에 의해 실링면(211)과 직접 접촉하지 않고 어느 정도 이격되어 공간을 형성한다. 그리고 실린더(212)가 하방으로 직선운동을 하면, 약실링 그루브(223a)의 높이(h3)가 낮아지면서, 실린더(212)와 상기 실링부(134)의 일부 영역의 거리가 가까워진다. 이 때, 상기 실링부(134)의 일부 영역에 인가되는 열이 증가한다. 실린더(212)가 더욱 하방으로 직선 운동하여 실린더(212)와 상기 실링부(134)의 일부 영역이 접촉한다면, 열이 전도 방식으로 직접 전달되므로 인가되는 열이 더욱 증가하고, 실린더(212)의 압력도 전달될 수 있다. 실링 공정이 완료되면, 상기 실링부(134)의 일부 영역은 약실링부(1343)가 된다.
만약, 실린더(212)가 상기 실링부(134)의 일부 영역과의 거리가 먼 상태에서 상기 직선 운동을 정지한다면, 실링 공정이 완료된 후 약실링부(1343)의 실링력이 매우 작게 된다. 반면에, 실린더(212)가 상기 실링부(134)의 일부 영역과의 거리가 가깝거나 접촉한 상태에서 상기 직선 운동을 정지한다면, 실링 공정이 완료된 후 약실링부(1343)의 실링력이 매우 크게 된다. 이와 같이, 실린더(212)의 직선 운동 정도를 조절함으로써, 약실링부(1343)의 실링력을 용이하게 조절할 수 있다.
본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 다양한 실시 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (11)

  1. 전극 및 분리막이 적층되어 형성되는 전극 조립체; 및
    상기 전극 조립체를 내부에 수납하는 파우치 형 전지 케이스를 포함하되,
    상기 전지 케이스는,
    상기 전극 조립체를 내부에 수납하는 수용 공간이 마련된 컵부;
    상기 컵부의 테두리로부터 외측으로 연장 형성되고, 상하부가 서로 맞닿으며 실링되는 실링부; 및
    상기 실링부에 삽입되며, 상기 컵부 내부의 가스를 외부로 배출하는 벤팅 장치를 포함하고,
    상기 실링부는,
    상기 벤팅 장치가 삽입된 벤트 실링부; 및
    상기 벤트 실링부와 상기 컵부의 사이에 위치하며, 주변보다 상대적으로 약하게 실링되는 약실링부를 포함하는 이차 전지.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 약실링부는,
    상기 벤트 실링부의 폭과 대응되는 폭으로 형성되는 이차 전지.
  3. 파우치 형 이차 전지의 실링부를 실링하는 실링 블록에 있어서,
    본체; 및
    상기 본체에서 상기 실링부와 직접 접촉하는 실링면으로부터 내측으로 함몰 형성된 그루브를 포함하되,
    상기 그루브는,
    상기 이차 전지의 컵부 내부의 가스를 외부로 배출하는 벤팅 장치가 삽입되어, 상기 벤팅 장치를 상기 실링부와 함께 실링하는 벤트 그루브; 및
    상기 실링면이 상기 실링부와 접촉할 때, 상기 벤트 그루브와 상기 컵부의 사이에 위치하는 약실링 그루브를 포함하는 실링 블록.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 그루브는,
    상기 이차 전지의 외부로 전기를 공급하는 전극 리드가 삽입되어, 상기 전극 리드를 상기 실링부와 함께 실링하는 리드 그루브를 더 포함하는 실링 블록.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 약실링 그루브는,
    상기 리드 그루브보다 높이가 더 낮은 실링 블록.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 리드 그루브는,
    상기 실링면의 길이 방향으로 형성된 제1 모서리로부터, 상기 실링면의 폭 방향을 향해 형성되는 실링 블록.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 리드 그루브는,
    상기 제1 모서리와 마주보는 제2 모서리까지 연장 형성되는 실링 블록.
  8. 제3항에 있어서,
    상기 약실링 그루브는,
    상기 벤트 그루브의 폭과 대응되는 폭으로 형성되는 실링 블록.
  9. 제3항에 있어서,
    상기 약실링 그루브는,
    상기 실링면의 길이 방향으로 형성된 제1 모서리로부터 상기 벤트 그루브까지 형성되는 실링 블록.
  10. 제3항에 있어서,
    상기 본체는,
    폭이 상기 실링부의 폭과 같거나 더 크고,
    길이가 상기 실링부의 길이와 같거나 더 큰 실링 블록.
  11. 제3항에 있어서,
    상기 본체는,
    상기 약실링 그루브의 상방에 배치되어 높이 방향으로 직선 운동하며, 상기 약실링 그루브의 높이를 조절하는 실린더를 더 포함하는 실링 블록.
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