WO2021112582A1 - 파우치형 이차전지, 전지 팩 및 파우치형 이차전지 제조방법 - Google Patents

파우치형 이차전지, 전지 팩 및 파우치형 이차전지 제조방법 Download PDF

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WO2021112582A1
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sealing
pouch
sealing part
cup
periphery
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임성윤
김한길
박혜웅
유정완
김우섭
심재홍
나승호
이성원
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주식회사 엘지에너지솔루션
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    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Definitions

  • the present invention relates to a pouch-type secondary battery, a battery pack, and a method for manufacturing a pouch-type secondary battery.
  • a secondary battery capable of repeatedly charging and discharging may be classified into a cylindrical secondary battery, a prismatic secondary battery, a pouch-type secondary battery, and the like, depending on the structure and manufacturing method thereof.
  • the pouch-type secondary battery is manufactured by accommodating the electrode assembly in the pouch-type sheet and then sealing the sheet.
  • the structure is simple and the capacity per unit volume is large, so that it can be used in automobile batteries, energy storage devices, etc. It is widely used.
  • the electrode assembly is accommodated in the cup, and by folding the pouch-type sheet, a region of the pouch-type sheet is formed with an electrode assembly and After covering the electrode assembly, it is generally manufactured by forming a sealing portion for sealing the periphery of the electrode assembly.
  • a protruding electrode lead is provided in the pouch-type secondary battery so that the pouch-type secondary battery can be electrically connected to an external configuration.
  • the sealing part is formed to cover the electrode lead.
  • FIG. 1 is a plan view showing the structure of a pouch-type secondary battery according to the prior art.
  • the electrode assembly 20 is accommodated in a pouch 30 , and a sealing part 30a is formed around the electrode assembly 20 .
  • a region of the periphery of the electrode assembly 20 in which the sealing portion 30a is not formed forms a folding portion F in which the sheet constituting the pouch 30 is folded.
  • the folding portion F since the sealing part is not formed, the sheets constituting the pouch are in contact with each other without being adhered to each other in the folding part (F).
  • the problem to be solved by the present invention is to solve the problem that the pouch is damaged or cracks occur in the area adjacent to the sealing part covering the electrode lead among the folding parts (F).
  • an electrode assembly having a structure in which electrodes and a separator are alternately disposed, a pouch type having a cup (P) having a recessed shape to accommodate the electrode assembly a casing, and an electrode lead electrically connected to the electrode assembly and protruding to the outside through the periphery of the casing, wherein a sealing portion is formed on the casing along the perimeter of the electrode assembly, and the electrode lead includes: a first electrode lead protruding outward through an upper periphery, wherein the sealing part includes a first sealing part formed to cover the first electrode lead, and one end of the first sealing part is the cup There is provided a pouch-type secondary battery formed below the upper end of the circumference of (P).
  • Left and right ends of the first sealing portion may be formed below the upper end of the circumference of the cup (P).
  • the electrode lead may include a second electrode lead protruding to the outside through a lower periphery of the casing; including, wherein the sealing portion includes: a second sealing portion formed to cover the second electrode lead; Including, one end of the second sealing portion may be formed above the lower end of the circumference of the cup (P).
  • Left and right ends of the second sealing portion may be formed above the lower end of the circumference of the cup (P).
  • a length d of a region formed by sealing at a lower portion than the upper end TE of the periphery of the cup among the first sealing portions may be greater than 0 mm and less than or equal to 10 mm.
  • An inner circumference of an area provided below the upper end of the cup P among the first sealing parts may be formed in a straight line.
  • An inner circumference of an area provided below the upper end of the cup P among the first sealing parts may be formed in a curved shape.
  • the inner circumference of the region provided below the upper end of the cup P among the first sealing portion may include a straight line and a curved line.
  • the curve may be concave when viewed from the electrode assembly.
  • the curve may be convex when viewed from the electrode assembly.
  • the pouch-type exterior material includes a first area and a second area, and the pouch-type exterior material is formed at a boundary between the first area and the second area, and the second area is folded with respect to the first area.
  • a folding portion is formed so that the first region and the second region face each other, and one end of the left end and right end of the first sealing portion provided adjacent to the folding portion is the upper end of the circumference of the cup (P).
  • One end formed at a lower portion and provided adjacent to the folding portion among the left and right ends of the second sealing portion may be formed above the lower end of the periphery of the cup (P).
  • the sealing part may include: a third sealing part formed to connect the first sealing part and the second sealing part; may further include.
  • One end of the first sealing part may be formed below an upper end of the periphery of the electrode assembly.
  • One end of the second sealing part may be formed above the lower end of the periphery of the electrode assembly.
  • the third sealing part may be bent in a thickness (t) direction of the electrode assembly.
  • a battery pack including the secondary battery.
  • preparing an electrode assembly having a structure in which electrodes and a separator are alternately disposed and a cup (P) having a recessed shape are formed in a pouch-type casing the electrode accommodating the assembly in the cup, folding the exterior material so that one area of the exterior material and the other area of the exterior material face each other, a first electrode lead protruding to the outside through an upper periphery of the exterior material and the exterior material disposing a second electrode lead protruding to the outside through a lower periphery of a, forming a first sealing part on the casing to cover the first electrode lead, and a second electrode lead on the casing to cover the second electrode lead 2
  • Manufacturing a pouch-type secondary battery comprising the step of forming a sealing portion, wherein in the step of forming the first sealing portion, one end of the first sealing portion is sealed to be formed below the upper end of the circumference of the cup (P) A method is provided.
  • one end of the second sealing part may be sealed to be formed above the lower end of the circumference of the cup P.
  • the forming of the first sealing part may include a two-step sealing process of a normal lead sealing process and an additional sealing process.
  • a region located above the upper end of the periphery of the cup is sealed so that the first region pouch and the second region pouch cover the first electrode lead through a sealing tool to cover the first electrode lead.
  • the additional sealing process is performed by sealing an area located below the upper end of the periphery of the cup so that the first area pouch and the second area pouch are bonded to each other through a sealing tool to form an additional sealing area (S2) may be the process of forming
  • a sealing thickness may be different for each section of the normal lead sealing area S1 and the additional sealing area S2 .
  • forming a third sealing part formed along the periphery of the electrode assembly and connecting the first sealing part and the second sealing part; may further include.
  • the present invention it is to solve the problem that the pouch is damaged or cracks occur in the area adjacent to the sealing part covering the electrode lead among the folding part (F).
  • FIG. 1 is a plan view showing the structure of a pouch-type secondary battery according to the prior art.
  • FIG. 2 is a plan view illustrating a state in which a first sealing part and a second sealing part are formed in the pouch-type secondary battery according to the present invention.
  • FIG. 3 is a vertical cross-sectional view illustrating a pouch-type secondary battery when cut along the line C-C of FIG. 2 .
  • FIG 4 is an enlarged view showing a state of the first sealing part of the pouch-type secondary battery according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG 5 is an enlarged view showing a state of the first sealing part of the pouch-type secondary battery according to the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is an enlarged view illustrating a first sealing part of a pouch-type secondary battery according to a third embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a plan view illustrating a state in which first to third sealing parts are formed in the pouch-type secondary battery according to the present invention.
  • FIG. 8 is a plan view illustrating a state in which a first sealing part is formed through a normal lead sealing process and an additional sealing process.
  • FIG. 2 is a plan view showing a state in which a first sealing part and a second sealing part are formed in the pouch-type secondary battery according to the present invention
  • FIG. 3 shows the appearance of the pouch-type secondary battery when cut along the line CC of FIG. It is a vertical section.
  • 4 is an enlarged view illustrating a first sealing part of the pouch-type secondary battery according to the first embodiment of the present invention
  • FIG. 5 is an enlarged view showing the first sealing part of the pouch-type secondary battery according to the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is an enlarged view showing the state of the first sealing part of the pouch-type secondary battery according to the third embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a plan view showing a state in which the first to third sealing parts are formed in the pouch-type secondary battery according to the present invention.
  • the pouch-type secondary battery 10 (hereinafter, 'secondary battery') according to the present invention has an electrode assembly 100 and an electrode having a structure in which electrodes and separators are alternately disposed. It may include a pouch-type exterior material 200 (hereinafter, 'exterior material') in which a cup (cup, P) having a recessed shape to accommodate the assembly 100 is formed.
  • a pouch-type exterior material 200 hereinafter, 'exterior material'
  • the exterior material 200 may include a first area 210 and a second area 220 .
  • the first region 210 is formed at the boundary between the first region 210 and the second region 220 , and the second region 220 is folded with respect to the first region 210 .
  • a folding portion F may be formed so that the second region 220 and the second region 220 face each other. This may be viewed as folding the first area 210 with respect to the second area 220 in the folding unit F.
  • the cup P is formed in the second region 220 provided at the lower portion of the exterior material 200 , but unlike the case in FIG.
  • the cup P is formed in the first area 210 provided at the upper portion. may be formed, or the cup P may be formed in both the first region 210 and the second region 220 .
  • the boundary portion R which is the circumference of the cup P formed on the exterior material 200 , is shown by a dotted line.
  • the secondary battery 10 has an electrode lead 310 electrically connected to the electrode assembly 100 and protruding outward through the periphery of the casing 200 , 320) may be further included.
  • the electrode leads 310 and 320 protrude outward through the lower periphery of the first electrode lead 310 and the lower periphery of the casing 200 and protrude outward through the upper periphery of the casing 200 and the first electrode lead and A second electrode lead 320 having a different polarity may be included. That is, in the secondary battery 10 according to the present invention, the first electrode lead 310 and the second electrode lead 320 may protrude in opposite directions (the first electrode lead and the second electrode lead are in opposite directions).
  • the protrusion is only one embodiment of the present invention, and the present invention is not limited thereto, and even when the first electrode lead and the second electrode lead protrude in the same direction, the technical idea of the present invention may be applied).
  • the sealing part 400 may be formed on the exterior material 200 along the circumference of the electrode assembly 100 .
  • the sealing part 400 may be formed by bonding the first area 210 and the second area 220 of the exterior material 200 to each other.
  • the sealing part 400 may be formed in a region of the exterior material 200 surrounding the periphery of the electrode assembly 100 , excluding the region where the folding part F is formed.
  • the encapsulation unit 400 includes a first encapsulation unit 410 formed to cover the first electrode lead 310 , a second encapsulation unit 420 formed to cover the second electrode lead 320 , and a first encapsulation unit.
  • a third sealing part 430 formed to connect the part 410 and the second sealing part 420 may be included. Referring to FIG. 7 , the upper end of the third sealing part 430 may be connected to the first sealing part 410 , and the lower end of the third sealing part 430 may be connected to the second sealing part 420 . have. Also, the third sealing part 430 may be formed to face the folding part F with the electrode assembly 100 or the cup P interposed therebetween.
  • the third sealing part 430 may be formed later than the first sealing part 410 and the second sealing part 420 (however, the present invention is not limited thereto. Accordingly, when a single sealing tool is used, the third sealing part 430 may be formed simultaneously with the first sealing part 410 and the second sealing part 420).
  • one end of the first sealing part 410 or one end of the second sealing part 420 of the pouch-type secondary battery 10 according to the present invention may be formed to face the folding part F. 2 and 7
  • one end of the first sealing part 410 according to the present invention may be formed lower than the upper end of the periphery of the cup P of the exterior material 200
  • the second sealing part One end of the 420 may be formed above the lower end of the periphery of the cup P of the exterior material 200 .
  • both the left end and the right end of the first sealing part 410 may be formed below the upper end of the circumference of the cup P, and , both the left end and the right end of the second sealing portion 420 may be formed above the lower end of the periphery of the cup (P).
  • one end ie, the left side with reference to FIGS. 2 and 7 . Only the end) may be formed below the upper end of the periphery of the cup P, and one end (ie, FIG. Only the left end of the cup (P) may be formed above the lower end of the circumference of the cup (P).
  • the process of forming the first sealing part 410 may be more specifically, sealing by two steps.
  • the two-step sealing may refer to a normal lead sealing process and an additional sealing process.
  • FIG 8 is a plan view illustrating the formation of the first sealing part 410 through a conventional lead sealing process and an additional sealing process.
  • a typical lead sealing area S1 may be formed through a conventional lead sealing process, and an additional sealing area S2 may be formed through an additional sealing process.
  • an additional sealing area S2 may be formed through an additional sealing process. Referring to FIG. 8 , the shape of the first sealing part 410 may be described in more detail.
  • one end 410 - 1 of the first sealing part may be formed below the upper end TE of the periphery P-1 of the cup of the casing, and in FIG. 8 , the cup
  • the perimeter (P-1) and the upper end (TE) of the are shown in detail.
  • the circumference P-1 of the cup may refer to a circumference portion of the cup having an internal accommodating space into which the electrode assembly is inserted. In particular, it may mean the perimeter of the top of the cup rather than the perimeter of the bottom of the cup.
  • the upper part may mean an upper part based on the thickness direction of the secondary battery 10 .
  • the circumference P-1 of the cup may have a predetermined thickness.
  • the upper end (TE) of the circumference (P-1) of the cup is the outer side of the outer line and the inner line forming the thickness of the circumference (P-1) of the cup. can mean good.
  • the circumference P-1 of the cup is indicated by a solid line, and the upper end TE is indicated by a dotted line. In this way, one end 410 - 1 of the first sealing portion is formed below the upper end TE of the periphery P - 1 of the cup of the casing, and as an effect thereof, the occurrence of pouch cracks can be prevented.
  • the length d of may be 0 mm to 10 mm.
  • the meaning of 0 mm to 10 mm may mean greater than 0 mm and less than or equal to 10 mm. If d is 0 mm, the effect of the present invention of preventing cracks in the pouch near the sealing part may not be effectively expressed, and if it exceeds 10 mm, the additionally sealed part enters too deeply into the electrode assembly side, so that the space in which the electrode assembly is accommodated is narrow or Because it can make it tight.
  • a sealing thickness may be formed differently for each section of the normal lead sealing area S1 and the additional sealing area S2 .
  • the sealing thickness may be different from each other in sections a-b and b-c of FIG. 8 .
  • Section a-b is a typical pouch-pouch sealing thickness (standard sealing thickness), and section b-c can be thicker or thinner than this.
  • the sealing form When the sealing form is implemented in such a variety of forms, it is possible to configure an optimal sealing part to prevent pouch cracks according to the case where the size, shape, type, material, thickness, etc. of the pouch are changed. Through this, it is possible to manufacture an excellent secondary battery that maximizes the pouch crack prevention, which is the unique effect of the present invention, to suit each type of pouch.
  • one end of the first sealing part 410 covering the first electrode lead 310 and the second electrode lead 320 is lowered than the upper end of the circumference of the cup P as compared to the prior art. It is formed to extend in the direction of the folding part (F) or one end of the second sealing part 420 is formed to extend in the direction of the folding part (F) so that it goes down than the lower end of the circumference of the cup (P) compared to the prior art. Therefore, it is possible to prevent the occurrence of cracks in the folding part or in the vicinity of the folding part due to stress concentration.
  • the ends of the first sealing part and the second sealing part extend in the direction of the folding part and are formed to extend downwardly or upwardly. Therefore, according to the prior art, a pouch-type secondary battery In the case of manufacturing , it is possible to prevent the occurrence of cracks in a region where cracks frequently occur (refer to reference numeral A in FIG. 1 ).
  • the folding part (F) since the vicinity of the sealing portion (A in Fig. 1) formed to cover the electrode leads 20a and 20b is sealed in the present invention, a sharp folding shape does not occur, and it is possible to prevent the occurrence of pouch cracks due to stress concentration. .
  • the pouch of part A may be folded sharply, but if it is sealed, even if the lead is bent, the pouch sealing part of part A is only bent. (i.e. it will only bend) and will not fold sharply.
  • a region provided below the upper end of the circumference of the cup P among the first sealing portion 410 (ie, D1 in FIG. 4 ).
  • the inner perimeter of the region present within) may be made of a curve.
  • the inner circumference of the region provided above the lower end of the circumference of the cup P among the second sealing units 420 may also be curved.
  • a region provided below the upper end of the periphery of the cup P among the first sealing portion 410 (ie, D2 in FIG. 5 ).
  • the inner periphery of the region existing within) may be made of a straight line.
  • the inner circumference of the region provided above the lower end of the circumference of the cup P among the second sealing portion 420 may also be formed in a straight line.
  • a region provided below the upper end of the periphery of the cup P among the first sealing portion 410 may include straight lines and curves.
  • the inner circumference of the region provided above the lower end of the circumference of the cup P among the second sealing units 420 may also include straight lines and curves.
  • the curves formed around the inner periphery of the first sealing part 410 and the second sealing part 420 when viewed from the electrode assembly 100 may be formed concave (see FIG. 4). However, the curve may be convex when viewed from the electrode assembly 100 (see FIG. 6 ).
  • one end of the first sealing part 410 may be formed below the upper end of the periphery of the electrode assembly 100 .
  • one end of the second sealing part 420 may be formed above the lower end of the periphery of the electrode assembly 100 .
  • one end provided adjacent to the folding part F is higher than the upper end of the periphery of the electrode assembly 100 . It may be formed at the bottom, and one end provided adjacent to the folding part F among the left and right ends of the second sealing part 420 may be formed above the lower end of the periphery of the electrode assembly 100 . have.
  • the circumference of the electrode assembly is also located inside the circumference of the cup P. Therefore, when one end of the first sealing part 410 and one end of the second sealing part 420 are formed as in the modified example of the present invention, one end of the first sealing part and one end of the second sealing part are more Since it is formed to be long, it is possible to more effectively prevent cracks from occurring in the packaging material in the vicinity of the electrode lead.
  • the third sealing part 430 may be bent in a thickness (t, see FIG. 3 ) direction of the electrode assembly 100 .
  • the volume occupied by the third sealing part 430 can be reduced, so that the capacity per unit volume of the secondary battery can be improved.
  • the battery pack according to the present invention may include a plurality of secondary batteries 10 .
  • the content of the secondary battery 10 replaces the above-mentioned content.
  • the electrode assembly 100 having a structure in which electrodes and separators are alternately disposed and a cup P having a recessed shape are formed in the pouch.
  • Preparing the type casing 200 accommodating the electrode assembly 100 in the cup P, folding the casing 200, one area 210 and another area of the casing 200 ( 220) to face each other, the first electrode lead 310 protruding to the outside through the upper periphery of the casing 200 and the second electrode lead 320 protruding to the outside through the lower perimeter of the casing 200 disposing, forming a first sealing part 410 on the exterior material 200 to cover the first electrode lead 310 and a second sealing part on the exterior material 200 to cover the second electrode lead 320 ( 420) may be included.
  • one end of the first sealing part 410 is to be sealed to be formed below the upper end of the circumference of the cup (P).
  • One end of the second sealing part 420 may be sealed to be formed above the lower end of the periphery of the cup (P).
  • the one end of the first sealing part 410 may be an end provided adjacent to the folding part F among the left and right ends of the first sealing part 410
  • the second sealing part 420 may be an end provided adjacent to the folding part F among the left and right ends of the second sealing part 420 .
  • the process of forming the first sealing part 410 may be more specifically, sealing by a two-step process. These two-step sealing may refer to a normal lead sealing process and an additional sealing process.
  • FIG 8 is a plan view illustrating the formation of the first sealing part 410 through a conventional lead sealing process and an additional sealing process.
  • a region located above the upper end TE of the circumference P-1 of the cup is sealed in the first region 210 pouch and the second region 220 through a sealing tool.
  • a sealing tool may refer to a process of sealing the pouch to cover the first electrode lead 310 .
  • the lead sealing region S1 may be formed.
  • an additional sealing region S2 may be formed.
  • the length d of the region formed by sealing the lower portion of the upper end TE of the circumference P-1 of the cup through an additional sealing process among the first sealing portions 410 may be 0 mm to 10 mm.
  • the meaning of 0 mm to 10 mm may mean greater than 0 mm and less than or equal to 10 mm. If d is 0 mm, the effect of the present invention of preventing cracks in the pouch near the sealing part may not be effectively expressed, and if it is more than 10 mm, the additionally sealed part enters too deeply into the electrode assembly 100 side, and the electrode assembly 100 This is because it can make the space that is accommodated narrow or tight.
  • the sealing thickness may be different for each section of the normal lead sealing region S1 and the additional sealing region S2.
  • the sealing thickness may be different from each other in the a-b section and the b-c section.
  • Section a-b is a typical pouch-pouch sealing thickness (standard sealing thickness), and section b-c can be thicker or thinner than this.
  • the sealing thickness may be set to vary irregularly even within one section. And the above-described contents can be applied even within one b-c section.
  • the optimum sealing part for preventing pouch cracks can be configured according to the case where the size, shape, type, material, thickness, etc. of the pouch are changed, so the pouch which is a unique effect of the present invention It is possible to manufacture excellent secondary batteries that maximize crack prevention for each type of pouch.
  • the third sealing part 430 is formed along the periphery of the electrode assembly 100 and connects the first sealing part 410 and the second sealing part 420 . It may further include the step of forming.
  • the third sealing part 430 may be formed after the first sealing part 410 and the second sealing part 420 are formed (however, when using one sealing tool as described above, the third sealing part 430 )
  • the portion 430 may be formed simultaneously with the first sealing portion 410 and the second sealing portion 420).
  • one end of the third sealing part 430 may be connected to the first sealing part 410
  • the other end of the third sealing part 430 may be connected to the second sealing part 420 .

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Abstract

파우치형 이차전지, 전지 팩 및 파우치형 이차전지 제조방법이 개시된다.본 발명의 일 측면에 따르면, 전극 조립체를 수용하는 외장재에는 상기 전극 조립체의 둘레를 따라 밀봉부가 형성되고, 상기 밀봉부는 전극 리드를 덮도록 형성되는 제1 밀봉부를 포함하고, 상기 제1 밀봉부의 일 끝부는 파우치에 형성된 컵의 둘레의 상부 끝부보다 하부에 형성되는 파우치형 이차전지가 개시된다.

Description

파우치형 이차전지, 전지 팩 및 파우치형 이차전지 제조방법
관련출원과의 상호인용
본 출원은 2019년 12월 03일자 한국특허출원 10-2019-0159032호, 및 2020년 12월 03일자 한국특허출원 10-2020-0167153호에 기초한 우선권의 이익을 주장하며, 해당 한국특허출원의 문헌에 개시된 모든 내용은 본 명세서의 일부로서 포함된다.
기술분야
본 발명은 파우치형 이차전지, 전지 팩 및 파우치형 이차전지 제조방법에 관한 것이다.
반복적인 충전 및 방전이 가능한 이차전지는 그 구조 및 제조 방법에 따라, 원통형 이차전지, 각형 이차전지, 파우치형 이차전지 등으로 나뉠 수 있다. 이 중 파우치형 이차전지는 파우치형 시트 내에 전극 조립체를 수용한 후 시트를 밀봉함으로써 제조되는데, 다른 종류의 이차전지에 비해 구조가 간단하고 단위 부피 당 용량이 커서 자동차 배터리, 또는, 에너지 저장 장치 등에 널리 사용되고 있다.
보다 상세하게, 파우치형 이차전지는, 파우치형 시트에 만입된 형상의 컵(cup)을 형성한 후 컵 내에 전극 조립체가 수용되고, 파우치형 시트를 폴딩하여 파우치형 시트의 일 영역이 전극 조립체 및 전극 조립체를 덮도록 한 후, 전극 조립체의 둘레를 밀봉하는 밀봉부를 형성함으로써 제조되는 것이 일반적이다.
한편, 파우치형 이차전지가 외부의 구성과 전기적으로 연결될 수 있도록, 파우치형 이차전지에는 돌출된 형상의 전극 리드가 구비된다. 이때, 밀봉부는 전극 리드를 덮도록 형성된다. 그런데, 종래 기술에 따르면, 전극 리드 주변에서 크랙이 발생하는 문제가 있었다.
도 1은 종래 기술에 따른 파우치형 이차전지의 구조를 도시한 평면도이다.
도 1을 참고하면, 종래 기술에 따른 이차전지(1)에서 전극 조립체(20)는 파우치(30) 내에 수용되고, 전극 조립체(20)의 둘레에는 밀봉부(30a)가 형성된다.
한편, 전극 조립체(20)의 둘레 중 밀봉부(30a)가 형성되지 않는 영역은 파우치(30)를 구성하는 시트가 폴딩되는 폴딩부(F)를 형성하게 되는데, 종래 기술에 따르면 폴딩부(F)에는 밀봉부가 형성되지 않으므로, 폴딩부(F)에는 파우치를 구성하는 시트가 서로 접착되지 않고 맞닿아 있게 된다.
그러나, 폴딩부(F)에는 파우치를 구성하는 시트가 서로 접착되어 있지 않으므로 밀봉부(30a)가 절곡되는 경우, 폴딩부(F) 중 밀봉부(30a)와 인접한 영역에서 응력이 집중되는 현상이 발생하여 폴딩부(F)를 형성하는 파우치에 크랙 등의 손상이 발생하는 문제가 있었다.
특히, 이러한 문제는 폴딩부(F) 중에서도 전극 리드(20a, 20b)를 덮도록 형성된 밀봉부 부근(도 1의 A 참조)에서 빈번하게 발생하였다. 예를 들어 전지 모듈이나 전지 팩을 구성하는 경우에 있어서 복수 개의 파우치형 이차전지를 적층하고 각각의 파우치형 이차전지에서 외측으로 연장하는 전극 리드들끼리 모아서 용접을 하여 전극 리드 뭉치를 만들 수 있다. 그리고 이렇게 전극 리드 뭉치를 형성하고 복수의 이차전지 그룹을 조립하여 전지 모듈이나 전지 팩을 만들 수 있다. 그런데 이렇게 조립하는 과정에서 전극 리드가 이차전지 두께 방향을 기준으로 상측이나 하측으로 꺾이는 경우가 있을 수 있는데, 이 경우 상기 폴딩부(F) 중에서도 전극 리드(20a, 20b)를 덮도록 형성된 밀봉부 부근(도 1의 A)에서 일부에 힘이 집중되어 날카롭게 접히는 형상이 발생하며, 일정 각도 이상으로 구부러지면 응력이 집중하여 파우치 크랙(내부 알루미늄 크랙 발생 포함)이 발생하는 문제가 있었다.
따라서, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 폴딩부(F) 중에서도 전극 리드를 덮는 밀봉부와 인접한 영역에서 파우치가 손상되거나 크랙이 발생하는 문제를 해결하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제1 측면에 따르면, 전극과 분리막이 교대로 배치된 구조를 갖는 전극 조립체, 상기 전극 조립체를 수용할 수 있도록 만입된 형상을 갖는 컵(P)이 형성된 파우치형 외장재, 및 상기 전극 조립체와 전기적으로 연결되고 상기 외장재의 둘레를 통해 외부로 돌출되는 전극 리드를 포함하고, 상기 외장재에는 상기 전극 조립체의 둘레를 따라 밀봉부가 형성되고, 상기 전극 리드는, 상기 외장재의 상부 둘레를 통해 외부로 돌출되는 제1 전극 리드, 를 포함하고, 상기 밀봉부는, 상기 제1 전극 리드를 덮도록 형성되는 제1 밀봉부, 를 포함하고, 상기 제1 밀봉부의 일 끝부는 상기 컵(P)의 둘레의 상부 끝부보다 하부에 형성되는 파우치형 이차전지가 제공된다.
상기 제1 밀봉부의 좌측 끝부 및 우측 끝부는 상기 컵(P)의 둘레의 상부 끝부보다 하부에 형성될 수 있다.
상기 전극 리드는, 상기 외장재의 하부 둘레를 통해 외부로 돌출되는 제2 전극 리드; 를 포함하고, 상기 밀봉부는, 상기 제2 전극 리드를 덮도록 형성되는 제2 밀봉부; 를 포함하고, 상기 제2 밀봉부의 일 끝부는 상기 컵(P)의 둘레의 하부 끝부보다 상부에 형성될 수 있다.
상기 제2 밀봉부의 좌측 끝부 및 우측 끝부는 상기 컵(P)의 둘레의 하부 끝부보다 상부에 형성될 수 있다.
상기 제1 밀봉부 중 상기 컵의 둘레의 상부 끝부(TE)보다 하부에 실링되어 형성되는 영역의 길이(d)는 0mm 초과에서 10mm 이하 일 수 있다.
상기 제1 밀봉부 중 상기 컵(P)의 상부 끝부보다 하부에 구비되는 영역의 내측 둘레는 직선으로 이루어질 수 있다.
상기 제1 밀봉부 중 상기 컵(P)의 상부 끝부보다 하부에 구비되는 영역의 내측 둘레는 곡선으로 이루어질 수 있다.
상기 제1 밀봉부 중 상기 컵(P)의 상부 끝부보다 하부에 구비되는 영역의 내측 둘레는 직선 및 곡선을 포함할 수 있다.
상기 곡선은 상기 전극 조립체에서 바라보았을 때 오목하게 형성될 수 있다.
상기 곡선은 상기 전극 조립체에서 바라보았을 때 볼록하게 형성될 수 있다.
상기 파우치형 외장재는 제1 영역 및 제2 영역을 포함하고, 상기 파우치형 외장재에는 상기 제1 영역과 상기 제2 영역의 경계에 형성되고, 상기 제2 영역이 상기 제1 영역에 대해 폴딩됨으로써 상기 제1 영역과 상기 제2 영역이 서로 마주보도록 하는 폴딩부가 형성되고, 상기 제1 밀봉부의 좌측 끝부와 우측 끝부 중 상기 폴딩부에 인접하게 구비되는 일 끝부는 상기 컵(P)의 둘레의 상부 끝부보다 하부에 형성되고, 상기 제2 밀봉부의 좌측 끝부와 우측 끝부 중 상기 폴딩부에 인접하게 구비되는 일 끝부는 상기 컵(P)의 둘레의 하부 끝부보다 상부에 형성될 수 있다.
상기 밀봉부는, 상기 제1 밀봉부와 상기 제2 밀봉부를 연결하도록 형성되는 제3 밀봉부; 를 더 포함할 수 있다.
상기 제1 밀봉부의 일 끝부는 상기 전극 조립체의 둘레의 상부 끝부보다 하부에 형성될 수 있다.
상기 제2 밀봉부의 일 끝부는 상기 전극 조립체의 둘레의 하부 끝부보다 상부에 형성될 수 있다.
상기 제3 밀봉부는 상기 전극 조립체의 두께(t) 방향으로 절곡될 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제2 측면에 따르면, 상기 이차전지를 포함하는 전지 팩이 제공된다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제3 측면에 따르면, 전극과 분리막이 교대로 배치된 구조를 갖는 전극 조립체 및 만입된 형상을 갖는 컵(P)이 형성된 파우치형 외장재를 준비하는 단계, 상기 전극 조립체를 상기 컵에 수용하는 단계, 상기 외장재를 폴딩하여 상기 외장재의 일 영역과 상기 외장재의 타 영역이 서로 마주보도록 하는 단계, 상기 외장재의 상부 둘레를 통해 외부로 돌출되는 제1 전극 리드 및 상기 외장재의 하부 둘레를 통해 외부로 돌출되는 제2 전극 리드를 배치하는 단계, 상기 제1 전극 리드를 덮도록 상기 외장재에 제1 밀봉부를 형성하는 단계, 및 상기 제2 전극 리드를 덮도록 상기 외장재에 제2 밀봉부를 형성하는 단계를 포함하고, 상기 제1 밀봉부를 형성하는 단계에서, 상기 제1 밀봉부의 일 끝부는 상기 컵(P)의 둘레의 상부 끝부보다 하부에 형성되도록 실링되는 파우치형 이차전지 제조방법이 제공된다.
상기 제2 밀봉부를 형성하는 단계에서, 상기 제2 밀봉부의 일 끝부는 상기 컵(P)의 둘레의 하부 끝부보다 상부에 형성되도록 실링될 수 있다.
상기 제1 밀봉부를 형성하는 단계는 통상의 리드 실링 과정과 추가 실링 과정의 2 단계의 실링 과정을 포함할 수 있다.
상기 통상의 리드 실링 과정은 상기 컵의 둘레의 상부 끝부보다 상측에 위치하는 영역을 실링 툴을 통하여 제1 영역 파우치 및 제2 영역 파우치가 제1 전극 리드를 덮도록 실링하여 통상 리드 실링 영역(S1)을 형성하는 과정이고, 상기 추가 실링 과정은 컵의 둘레의 상부 끝부보다 하측에 위치하는 영역을 실링 툴을 통하여 제1 영역 파우치와 제2 영역 파우치가 서로 접합하도록 실링하여 추가 실링 영역(S2)을 형성하는 과정일 수 있다.
상기 제1 밀봉부를 형성하는 단계는 상기 통상 리드 실링 영역(S1)과 추가 실링 영역(S2)의 구간 별로 실링 두께를 다르게 실링할 수 있다.
상기 전극 조립체의 둘레를 따라 형성되되 상기 제1 밀봉부와 상기 제2 밀봉부를 연결하는 제3 밀봉부를 형성하는 단계; 를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 폴딩부(F) 중에서도 전극 리드를 덮는 밀봉부와 인접한 영역에서 파우치가 손상되거나 크랙이 발생하는 문제를 해결하는 것이다.
도 1은 종래 기술에 따른 파우치형 이차전지의 구조를 도시한 평면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 파우치형 이차전지에 제1 밀봉부 및 제2 밀봉부가 형성된 모습을 도시한 평면도이다.
도 3은 도 2의 C-C 선을 따라 절단하였을 때 파우치형 이차전지의 모습을 도시한 수직 단면도이다.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 파우치형 이차전지의 제1 밀봉부의 모습을 도시한 확대도이다.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 파우치형 이차전지의 제1 밀봉부의 모습을 도시한 확대도이다.
도 6은 본 발명의 제3 실시예에 따른 파우치형 이차전지의 제1 밀봉부의 모습을 도시한 확대도이다.
도 7은 본 발명에 따른 파우치형 이차전지에서 제1 밀봉부 내지 제3 밀봉부가 형성된 모습을 도시한 평면도이다.
도 8은 통상의 리드 실링 과정과 추가 실링 과정을 통해 제1 밀봉부를 형성하는 모습이 도시되는 평면도이다.
이하, 도면을 참고하여 본 발명에 따른 파우치형 이차전지, 전지 팩 및 파우치형 이차전지 제조방법을 설명한다.
파우치형 이차전지 및 전지 팩
도 2는 본 발명에 따른 파우치형 이차전지에 제1 밀봉부 및 제2 밀봉부가 형성된 모습을 도시한 평면도이고, 도 3은 도 2의 C-C 선을 따라 절단하였을 때 파우치형 이차전지의 모습을 도시한 수직 단면도이다. 도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 파우치형 이차전지의 제1 밀봉부의 모습을 도시한 확대도이고, 도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 파우치형 이차전지의 제1 밀봉부의 모습을 도시한 확대도이고, 도 6은 본 발명의 제3 실시예에 따른 파우치형 이차전지의 제1 밀봉부의 모습을 도시한 확대도이다. 그리고, 도 7은 본 발명에 따른 파우치형 이차전지에서 제1 밀봉부 내지 제3 밀봉부가 형성된 모습을 도시한 평면도이다.
도 2, 도 3 및 도 7에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 파우치형 이차전지(10, 이하, '이차전지')는 전극과 분리막이 교대로 배치된 구조를 갖는 전극 조립체(100) 및 전극 조립체(100)를 수용할 수 있도록 만입된 형상을 갖는 컵(cup, P)이 형성된 파우치형 외장재(200, 이하, '외장재')를 포함할 수 있다.
도 3에 도시된 바와 같이 외장재(200)는 제1 영역(210)과 제2 영역(220)을 포함할 수 있다. 이때, 외장재(200)에는, 제1 영역(210)과 제2 영역(220)의 경계에 형성되고, 제2 영역(220)이 제1 영역(210)에 대해 폴딩됨으로써 제1 영역(210)과 제2 영역(220)이 서로 마주보도록 하는 폴딩부(F)가 형성될 수 있다. 이는, 폴딩부(F)에서 제1 영역(210)이 제2 영역(220)에 대해 폴딩된다고 볼 수도 있다. 한편, 도 3에는 외장재(200) 중 하부에 구비된 제2 영역(220)에 컵(P)이 형성된 모습이 도시되어 있으나, 이와 달리 상부에 구비된 제1 영역(210)에 컵(P)이 형성될 수도 있고, 제1 영역(210)과 제2 영역(220) 모두에 컵(P)이 형성될 수도 있다. 도 2에는 외장재(200)에 형성된 컵(P)의 둘레인 경계부(R)가 점선으로 도시되어 있다.
계속해서, 도 2 및 도 7을 참고하면, 본 발명에 따른 이차전지(10)는, 전극 조립체(100)와 전기적으로 연결되고 외장재(200)의 둘레를 통해 외부로 돌출되는 전극 리드(310, 320)를 더 포함할 수 있다.
이때, 전극 리드(310, 320)는, 외장재(200)의 상부 둘레를 통해 외부로 돌출되는 제1 전극 리드(310)와 외장재(200)의 하부 둘레를 통해 외부로 돌출되고 제1 전극 리드와 다른 극성을 갖는 제2 전극 리드(320)를 포함할 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 이차전지(10)에서 제1 전극 리드(310)와 제2 전극 리드(320)는 서로 반대 방향으로 돌출될 수 있다(제1 전극 리드와 제2 전극 리드가 반대 방향으로 돌출되는 것은 본 발명의 하나의 실시예일 뿐 이에 한정 되는 것은 아니며 제1 전극 리드와 제2 전극 리드가 동일한 방향으로 돌출되는 경우에도 본 발명의 기술 사상이 적용될 수 있다).
한편, 도 2 및 도 7에 따르면, 외장재(200)에는 전극 조립체(100)의 둘레를 따라 밀봉부(400)가 형성될 수 있다. 밀봉부(400)는 외장재(200)의 제1 영역(210)과 제2 영역(220)이 서로 접착됨으로써 형성될 수 있다. 이때, 밀봉부(400)는 전극 조립체(100)의 둘레를 감싸는 외장재(200) 중, 폴딩부(F)가 형성된 영역을 제외한 영역에 형성될 수 있다.
밀봉부(400)는 제1 전극 리드(310)를 덮도록 형성되는 제1 밀봉부(410), 제2 전극 리드(320)를 덮도록 형성되는 제2 밀봉부(420), 및 제1 밀봉부(410)와 제2 밀봉부(420)를 연결하도록 형성되는 제3 밀봉부(430)를 포함할 수 있다. 도 7을 참고하면, 제3 밀봉부(430)의 상부 끝부는 제1 밀봉부(410)에 연결될 수 있고, 제3 밀봉부(430)의 하부 끝부는 제2 밀봉부(420)에 연결될 수 있다. 또한, 제3 밀봉부(430)는 전극 조립체(100) 또는 컵(P)을 사이에 두고 폴딩부(F)와 마주보도록 형성될 수 있다. 또한, 후술할 바와 같이, 제3 밀봉부(430)는 제1 밀봉부(410) 및 제2 밀봉부(420)보다 시간적으로 나중에 형성될 수 있다(다만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 경우에 따라 하나의 실링 툴을 사용하는 경우 제3 밀봉부(430)는 제1 밀봉부(410) 및 제2 밀봉부(420)와 동시에 형성될 수도 있다).
한편, 본 발명에 따른 파우치형 이차전지(10)의 제1 밀봉부(410)의 일 끝부, 또는 제2 밀봉부(420)의 일 끝부는 폴딩부(F)를 향하도록 형성될 수 있다. 도 2 및 도 7을 참고하면, 본 발명에 따른 제1 밀봉부(410)의 일 끝부는 외장재(200)의 컵(P)의 둘레의 상부 끝부보다 하부에 형성될 수 있고, 제2 밀봉부(420)의 일 끝부는 외장재(200)의 컵(P)의 둘레의 하부 끝부보다 상부에 형성될 수 있다.
이때, 본 발명의 일 예에 따르면, 도 2 및 도 7에 도시된 바와 같이 제1 밀봉부(410)의 좌측 끝부와 우측 끝부 모두 컵(P)의 둘레의 상부 끝부보다 하부에 형성될 수 있고, 제2 밀봉부(420)의 좌측 끝부와 우측 끝부 역시 모두 컵(P)의 둘레의 하부 끝부보다 상부에 형성될 수 있다.
그러나, 이와 달리 본 발명의 다른 예에 따르면, 제1 밀봉부(410)의 좌측 끝부와 우측 끝부 중 폴딩부(F)에 인접하게 구비되는 일 끝부(즉, 도 2 및 도 7을 기준으로 좌측 끝부)만이 컵(P)의 둘레의 상부 끝부보다 하부에 형성될 수 있고, 제2 밀봉부(420)의 좌측 끝부와 우측 끝부 중 폴딩부(F)에 인접하게 구비되는 일 끝부(즉, 도 2 및 도 7을 기준으로 좌측 끝부)만이 컵(P)의 둘레의 하부 끝부보다 상부에 형성될 수 있다.
후술하는 파우치형 이차전지 제조방법에서 설명되는 내용과 같이, 제1 밀봉부(410)를 형성하는 과정은 좀 더 구체적으로 2단계에 의한 실링일 수 있다. 2단계의 실링은 통상의 리드 실링 과정과 추가 실링 과정을 의미할 수 있다.
도 8은 통상의 리드 실링 과정과 추가 실링 과정을 통해 제1 밀봉부(410)를 형성하는 모습이 도시되는 평면도이다.
통상의 리드 실링 과정을 통해서는 통상 리드 실링 영역(S1)이 형성될 수 있고, 추가 실링 과정을 통해서는 추가 실링 영역(S2)이 형성될 수 있다. 도 8을 참조하면, 제1 밀봉부(410)의 형태에 대해 좀 더 구체적으로 설명할 수 있다.
본 발명에 따른 파우치형 이차전지에서, 제1 밀봉부의 일 끝부(410-1)는 외장재의 컵의 둘레(P-1)의 상부 끝부(TE)보다 하부에 형성될 수 있는데, 도 8에서 컵의 둘레(P-1)와 상부 끝부(TE)가 구체적으로 도시 되고 있다. 컵의 둘레(P-1)는 전극조립체가 삽입되는 내부 수용공간을 가지는 컵의 둘레 부분을 의미할 수 있다. 특히, 컵의 바닥부의 둘레가 아닌 컵의 상부 둘레를 의미할 수 있다. 여기서 상부는 이차전지(10)의 두께 방향을 기준으로 상부를 의미할 수 있다.
그리고, 도 8에서 도시 되듯이 컵의 둘레(P-1)는 소정의 두께를 가지고 있을 수 있다. 본 발명에 따른 파우치형 이차전지(10)에서, 컵의 둘레(P-1)의 상부 끝부(TE)는 컵의 둘레(P-1)가 가지는 두께를 형성하는 바깥쪽 선과 안쪽 선 중에 바깥 쪽 선을 의미할 수 있다. 도 8에서 컵의 둘레(P-1)는 실선으로 표시되고, 상부 끝부(TE)는 점선으로 도시 되고 있다. 이러한 방식으로 제1 밀봉부의 일 끝부(410-1)는 외장재의 컵의 둘레(P-1)의 상부 끝부(TE)보다 하부에 형성되며, 그 효과로서 파우치 크랙의 발생을 방지할 수 있다.
도 8을 참조하면, 본 발명에 따른 파우치형 이차전지에서 제1 밀봉부(410) 중 추가 실링 과정을 통해서 컵의 둘레(P-1)의 상부 끝부(TE)보다 하부에 실링되어 형성되는 영역의 길이(d)는 0mm ~ 10mm 일 수 있다. 0mm ~ 10mm의 의미는 0mm 초과이며 10mm 이하임을 의미할 수 있다. 만약 d가 0mm라면 밀봉부 부근 파우치의 크랙 방지라는 본원발명의 효과가 효과적으로 발현되지 않을 수 있고, 10mm 초과라면 추가로 실링되는 부위가 전극조립체 측으로 너무 깊이 들어가게 되어 전극조립체가 수용되는 공간을 좁거나 타이트하게 만들 수 있기 때문이다.
그리고, 통상 리드 실링 영역(S1)과 추가 실링 영역(S2)의 구간 별로 실링 두께가 다르게 형성될 수 있다. 예를 들어, 도 8의 a-b 구간과 b-c 구간에서 실링 두께를 서로 다르게 할 수 있다. a-b 구간은 일반적인 파우치-파우치 실링 두께(기준 실링 두께)로 하고, b-c 구간은 이보다 더 두껍거나 더 얇은 실링 두께로 할 수 있다. 또한 하나의 구간 내에서도 실링 두께를 일정하게 또는 변하게 할 수 있다. 즉, 하나의 a-b 구간 내에서 실링 두께를 일정하게 할 수도 있지만, 이에 한정되지 않고 a-b 구간 내에 실링 두께를 일정하게 증가하게 또는 일정하게 감소하게 구현할 수도 있다. 더 나아가 하나의 구간 내에서도 실링 두께를 불규칙하게 변하게 할 수도 있다. 그리고 이상 설명한 내용은 하나의 b-c 구간 내에서도 적용될 수 있다.
이렇게 다양한 형태로 실링 형태를 구현할 경우, 파우치의 크기, 모양, 종류, 재질, 두께 등이 달라지는 경우에 맞추어 파우치 크랙이 방지되기 위한 최적의 실링부를 구성할 수 있다. 이를 통해 본원발명의 고유 효과인 파우치 크랙 방지를 각 파우치 종류에 알맞게 극대화시킨 우수한 이차전지를 제조할 수 있다.
본 발명에 따르면, 제1 전극 리드(310)와 제2 전극 리드(320)를 덮는 제1 밀봉부(410)의 일 끝부가 종래에 비해 컵(P)의 둘레의 상부 끝부보다 하부로 내려가도록 폴딩부(F) 방향으로 연장되게 형성되거나 또는 제2 밀봉부(420)의 일 끝부가 종래에 비해 컵(P)의 둘레의 하부 끝부보다 상부로 내려가도록 폴딩부(F) 방향으로 연장되게 형성되므로, 응력 집중에 의해 폴딩부 또는 폴딩부 부근에 크랙이 발생하는 현상을 방지할 수 있다.
특히, 본 발명에 따르면, 제1 밀봉부와 제2 밀봉부의 끝부 중 폴딩부에 인접하게 구비되는 끝부가 폴딩부 방향으로 연장하며 하측 또는 상측으로 연장되게 형성되므로, 종래 기술에 따라 파우치형 이차전지를 제조할 경우 크랙이 빈번하게 발생하던 영역(도 1의 도면부호 A 참조)에서 크랙이 발생하는 현상을 방지할 수 있다.
예를 들어, 복수의 이차전지 그룹을 조립하여 전지 모듈이나 전지 팩을 만드는 과정에서 전극 리드가 이차전지 두께 방향을 기준으로 상측이나 하측으로 꺾이는 경우가 있을 수 있는데, 이 경우 상기 폴딩부(F) 중에서도 전극 리드(20a, 20b)를 덮도록 형성된 밀봉부 부근(도 1의 A)이 본 발명에서는 씰링되어 있으므로, 날카롭게 접히는 형상이 발생하지 않게 되어 응력 집중으로 파우치 크랙이 발생하는 것을 방지할 수 있다. 즉, 실링이 되어 있지 않은 경우 리드가 이차전지 두께 방향 기준 상부 또는 하부로 꺾일 때 A부분 파우치가 날카롭게 접히는 현상이 발생할 수 있으나, 실링이 되어 있으면 리드가 꺾이더라도 A부분의 파우치 실링부는 휘어질뿐(즉, 벤딩될뿐) 날카롭게 접히지 않게 된다.
한편, 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1 실시예에 따르면, 제1 밀봉부(410) 중 컵(P)의 둘레의 상부 끝부보다 하부에 구비되는 영역(즉, 도 4의 D1 내에 존재하는 영역)의 내측 둘레는 곡선으로 이루어질 수 있다. 또한, 본 발명의 제1 실시예에 따르면, 제2 밀봉부(420) 중 컵(P)의 둘레의 하부 끝부보다 상부에 구비되는 영역의 내측 둘레 역시 곡선으로 이루어질 수 있다.
반면, 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제2 실시예에 따르면, 제1 밀봉부(410) 중 컵(P)의 둘레의 상부 끝부보다 하부에 구비되는 영역(즉, 도 5의 D2 내에 존재하는 영역)의 내측 둘레는 직선으로 이루어질 수 있다. 또한, 본 발명의 제2 실시예에 따르면, 제2 밀봉부(420) 중 컵(P)의 둘레의 하부 끝부보다 상부에 구비되는 영역의 내측 둘레 역시 직선으로 이루어질 수 있다.
또는, 도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제3 실시예에 따르면, 제1 밀봉부(410) 중 컵(P)의 둘레의 상부 끝부보다 하부에 구비되는 영역(즉, 도 6의 D3 내에 존재하는 영역)의 내측 둘레는 직선 및 곡선을 포함할 수 있다. 또한, 본 발명의 제3 실시예에 따르면, 제2 밀봉부(420) 중 컵(P)의 둘레의 하부 끝부보다 상부에 구비되는 영역의 내측 둘레 역시 직선 및 곡선을 포함할 수 있다.
이때, 본 발명의 제2 실시예 및 제3 실시예에 따르면, 제1 밀봉부(410) 및 제2 밀봉부(420)의 내측 둘레에 형성되는 상기 곡선은 전극 조립체(100)에서 바라보았을 때 오목하게 형성될 수 있다(도 4 참조). 그러나, 상기 곡선은 전극 조립체(100)에서 바라보았을 때 볼록하게 형성될 수도 있다(도 6 참조).
한편, 본 발명의 변형예에 따르면, 제1 밀봉부(410)의 일 끝부는 전극 조립체(100)의 둘레의 상부 끝부보다 하부에 형성될 수 있다. 또한, 본 발명의 변형예에 따르면, 제2 밀봉부(420)의 일 끝부는 전극 조립체(100)의 둘레의 하부 끝부보다 상부에 형성될 수 있다.
보다 바람직하게, 본 발명의 변형예에 따르면, 제1 밀봉부(410)의 좌측 끝부와 우측 끝부 중 폴딩부(F)에 인접하게 구비되는 일 끝부는 전극 조립체(100)의 둘레의 상부 끝부보다 하부에 형성될 수 있고, 제2 밀봉부(420)의 좌측 끝부와 우측 끝부 중 폴딩부(F)에 인접하게 구비되는 일 끝부는 전극 조립체(100)의 둘레의 하부 끝부보다 상부에 형성될 수 있다.
전극 조립체(100)는 컵(P) 내에 수용되는 구성이므로 전극 조립체의 둘레 역시 컵(P)의 둘레보다 내측에 위치하게 된다. 따라서, 제1 밀봉부(410)의 일 끝부와 제2 밀봉부(420)의 일 끝부가 본 발명의 변형예와 같이 형성되는 경우, 제1 밀봉부의 일 끝부 및 제2 밀봉부의 일 끝부가 보다 길게 형성되므로, 전극 리드 부근에서 외장재에 크랙이 발생하는 것을 보다 효과적으로 방지할 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 이차전지(10)에서 제3 밀봉부(430)는 전극 조립체(100)의 두께(t, 도 3 참조) 방향으로 절곡될 수 있다. 이 경우, 제3 밀봉부(430)가 차지하는 부피를 줄일 수 있어, 이차전지의 단위 부피 당 용량이 향상될 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 전지 팩은 복수의 이차전지(10)를 포함할 수 있다. 이차전지(10)에 대한 내용은 전술한 내용을 갈음한다.
파우치형 이차전지 제조방법
도 2 내지 도 7을 참고하면, 본 발명에 따른 파우치형 이차전지 제조방법은, 전극과 분리막이 교대로 배치된 구조를 갖는 전극 조립체(100) 및 만입된 형상을 갖는 컵(P)이 형성된 파우치형 외장재(200)를 준비하는 단계, 상기 전극 조립체(100)를 상기 컵(P)에 수용하는 단계, 상기 외장재(200)를 폴딩하여 상기 외장재(200)의 일 영역(210)과 타 영역(220)이 서로 마주보도록 하는 단계, 외장재(200)의 상부 둘레를 통해 외부로 돌출되는 제1 전극 리드(310) 및 외장재(200)의 하부 둘레를 통해 외부로 돌출되는 제2 전극 리드(320)를 배치하는 단계, 제1 전극 리드(310)를 덮도록 외장재(200)에 제1 밀봉부(410)를 형성하고 제2 전극 리드(320)를 덮도록 외장재(200)에 제2 밀봉부(420)를 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
이때, 제1 밀봉부(410)와 제2 밀봉부(420)를 형성하는 단계에서, 제1 밀봉부(410)의 일 끝부는 컵(P)의 둘레의 상부 끝부보다 하부에 형성되도록 실링될 수 있고, 제2 밀봉부(420)의 일 끝부는 컵(P)의 둘레의 하부 끝부보다 상부에 형성되도록 실링될 수 있다. 이때, 제1 밀봉부(410)의 상기 일 끝부는 제1 밀봉부(410)의 좌측 끝부와 우측 끝부 중 폴딩부(F)에 인접하게 구비되는 끝부일 수 있고, 제2 밀봉부(420)의 상기 일 끝부는 제2 밀봉부(420)의 좌측 끝부와 우측 끝부 중 폴딩부(F)에 인접하게 구비되는 끝부일 수 있음은 전술한 바 있다.
제1 밀봉부(410)를 형성하는 과정은 좀 더 구체적으로 2단계의 과정에 의한 실링일 수 있다. 이러한 2단계의 실링은 통상의 리드 실링 과정과 추가 실링 과정을 의미할 수 있다.
도 8은 통상의 리드 실링 과정과 추가 실링 과정을 통해 제1 밀봉부(410)를 형성하는 모습이 도시되는 평면도이다.
도 8을 참조하면, 통상의 리드 실링 과정은 컵의 둘레(P-1)의 상부 끝부(TE)보다 상측에 위치하는 영역을 실링 툴을 통하여 제1 영역(210) 파우치 및 제2 영역(220) 파우치가 제1 전극 리드(310)를 덮도록 실링하는 과정을 의미할 수 있다. 이를 통해 통상 리드 실링 영역(S1)이 형성될 수 있다.
그리고 추가 실링 과정은 컵의 둘레(P-1)의 상부 끝부(TE)보다 하측에 위치하는 영역을 실링 툴을 통하여 제1 영역(210) 파우치와 제2 영역(220) 파우치가 서로 접합하도록 실링하는 과정을 의미할 수 있다. 이를 통해 추가 실링 영역(S2)이 형성될 수 있다.
이때, 제1 밀봉부(410) 중 추가 실링 과정을 통해서 컵의 둘레(P-1)의 상부 끝부(TE)보다 하부에 실링되어 형성되는 영역의 길이(d)는 0mm ~ 10mm 일 수 있다. 0mm ~ 10mm의 의미는 0mm 초과이며 10mm 이하임을 의미할 수 있다. 만약 d가 0mm라면 밀봉부 부근 파우치의 크랙 방지라는 본원발명의 효과가 효과적으로 발현되지 않을 수 있고, 10mm 초과라면 추가로 실링되는 부위가 전극조립(100)체 측으로 너무 깊이 들어가게 되어 전극조립체(100)가 수용되는 공간을 좁거나 타이트하게 만들 수 있기 때문이다.
한편, 본 발명에 따른 파우치형 이차전지 제조방법에 있어서, 통상 리드 실링 영역(S1)과 추가 실링 영역(S2)의 구간 별로 실링 두께를 다르게 할 수 있다. 예를 들어 도 8을 참조하면, a-b 구간과 b-c 구간에서 실링 두께를 서로 다르게 할 수 있다. a-b 구간은 일반적인 파우치-파우치 실링 두께(기준 실링 두께)로 하고, b-c 구간은 이보다 더 두껍거나 더 얇은 실링 두께로 할 수 있다. 또한 하나의 구간 내에서도 실링 두께를 일정하게 또는 변하게 할 수 있다. 즉, 하나의 a-b 구간 내에서 실링 두께를 일정하게 할 수도 있지만, 이에 한정되지 않고 a-b 구간 내에 실링 두께를 일정하게 증가하게 또는 일정하게 감소하게 구현할 수도 있다. 더 나아가 하나의 구간 내에서도 실링 두께를 불규칙하게 변하게 정할 수도 있다. 그리고 이상 설명한 내용은 하나의 b-c 구간 내에서도 적용될 수 있다.
이렇게 다양한 형태로 실링 형태를 적용할 경우, 파우치의 크기, 모양, 종류, 재질, 두께 등이 달라지는 경우에 맞추어 파우치 크랙이 방지되기 위한 최적의 실링부를 구성할 수 있으므로, 본원발명의 고유 효과인 파우치 크랙 방지를 각 파우치 종류에 알맞게 극대화시킨 우수한 이차전지를 제조할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 파우치형 이차전지 제조방법은, 전극 조립체(100)의 둘레를 따라 형성되되 제1 밀봉부(410)와 제2 밀봉부(420)를 연결하는 제3 밀봉부(430)를 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다. 제3 밀봉부(430)는 제1 밀봉부(410)와 제2 밀봉부(420)가 형성된 이후에 형성될 수 있다(다만, 전술한 바와 같이 하나의 실링 툴을 사용하는 경우는 제3 밀봉부(430)가 제1 밀봉부(410) 및 제2 밀봉부(420)와 동시에 형성될 수도 있다). 여기서 제3 밀봉부(430)의 일 끝부는 제1 밀봉부(410)에 연결될 수 있고, 제3 밀봉부(430)의 타 끝부는 제2 밀봉부(420)에 연결될 수 있다.
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 실시가 가능함은 물론이다.
[부호의 설명]
10 : 이차전지
100 : 전극 조립체
200 : 외장재
210 : 제1 영역
220 : 제2 영역
300 ; 전극 리드
310 : 제1 전극 리드
320 : 제2 전극 리드
400 : 밀봉부
410 : 제1 밀봉부
410-1: 제1 밀봉부의 일 끝부
420 : 제2 밀봉부
430 : 제3 밀봉부
P : 컵
R : 컵의 경계부
F : 폴딩부
S1: 통상 리드 실링 영역
S2: 추가 실링 영역
P-1: 컵의 둘레
TE: 상부 끝부

Claims (22)

  1. 전극과 분리막이 교대로 배치된 구조를 갖는 전극 조립체;
    상기 전극 조립체를 수용할 수 있도록 만입된 형상을 갖는 컵(P)이 형성된 파우치형 외장재; 및
    상기 전극 조립체와 전기적으로 연결되고 상기 외장재의 둘레를 통해 외부로 돌출되는 전극 리드; 를 포함하고,
    상기 외장재에는 상기 전극 조립체의 둘레를 따라 밀봉부가 형성되고,
    상기 전극 리드는,
    상기 외장재의 상부 둘레를 통해 외부로 돌출되는 제1 전극 리드; 를 포함하고,
    상기 밀봉부는,
    상기 제1 전극 리드를 덮도록 형성되는 제1 밀봉부; 를 포함하고,
    상기 제1 밀봉부의 일 끝부는 상기 컵(P)의 둘레의 상부 끝부보다 하부에 형성되는 파우치형 이차전지.
  2. 청구항 1에서,
    상기 제1 밀봉부의 좌측 끝부 및 우측 끝부는 상기 컵(P)의 둘레의 상부 끝부보다 하부에 형성되는 파우치형 이차전지.
  3. 청구항 1에서,
    상기 전극 리드는,
    상기 외장재의 하부 둘레를 통해 외부로 돌출되는 제2 전극 리드; 를 포함하고,
    상기 밀봉부는,
    상기 제2 전극 리드를 덮도록 형성되는 제2 밀봉부; 를 포함하고,
    상기 제2 밀봉부의 일 끝부는 상기 컵(P)의 둘레의 하부 끝부보다 상부에 형성되는 파우치형 이차전지.
  4. 청구항 3에서,
    상기 제2 밀봉부의 좌측 끝부 및 우측 끝부는 상기 컵(P)의 둘레의 하부 끝부보다 상부에 형성되는 파우치형 이차전지.
  5. 청구항 1에서,
    상기 제1 밀봉부 중 상기 컵의 둘레의 상부 끝부(TE)보다 하부에 실링되어 형성되는 영역의 길이(d)는 0mm 초과에서 10mm 이하 일 수 있다.
  6. 청구항 1에서,
    상기 제1 밀봉부 중 상기 컵(P)의 둘레의 상부 끝부보다 하부에 구비되는 영역의 내측 둘레는 직선으로 이루어지는 파우치형 이차전지.
  7. 청구항 1에서,
    상기 제1 밀봉부 중 상기 컵(P)의 둘레의 상부 끝부보다 하부에 구비되는 영역의 내측 둘레는 곡선으로 이루어지는 파우치형 이차전지.
  8. 청구항 1에서,
    상기 제1 밀봉부 중 상기 컵(P)의 둘레의 상부 끝부보다 하부에 구비되는 영역의 내측 둘레는 직선 및 곡선을 포함하는 파우치형 이차전지.
  9. 청구항 7 또는 청구항 8에서,
    상기 곡선은 상기 전극 조립체에서 바라보았을 때 오목하게 형성되는 파우치형 이차전지.
  10. 청구항 7 또는 청구항 8에서,
    상기 곡선은 상기 전극 조립체에서 바라보았을 때 볼록하게 형성되는 파우치형 이차전지.
  11. 청구항 3에서,
    상기 파우치형 외장재는 제1 영역 및 제2 영역을 포함하고,
    상기 파우치형 외장재에는 상기 제1 영역과 상기 제2 영역의 경계에 형성되고, 상기 제1 영역이 상기 제2 영역에 대해 폴딩됨으로써 상기 제1 영역과 상기 제2 영역이 서로 마주보도록 하는 폴딩부가 형성되고,
    상기 제1 밀봉부의 좌측 끝부와 우측 끝부 중 상기 폴딩부에 인접하게 구비되는 일 끝부는 상기 컵(P)의 둘레의 상부 끝부보다 하부에 형성되고,
    상기 제2 밀봉부의 좌측 끝부와 우측 끝부 중 상기 폴딩부에 인접하게 구비되는 일 끝부는 상기 컵(P)의 둘레의 하부 끝부보다 상부에 형성되는 파우치형 이차전지.
  12. 청구항 3에서,
    상기 밀봉부는,
    상기 제1 밀봉부와 상기 제2 밀봉부를 연결하도록 형성되는 제3 밀봉부; 를 더 포함하는 파우치형 이차전지.
  13. 청구항 1에서,
    상기 제1 밀봉부의 일 끝부는 상기 전극 조립체의 둘레의 상부 끝부보다 하부에 형성되는 파우치형 이차전지.
  14. 청구항 3에서,
    상기 제2 밀봉부의 일 끝부는 상기 전극 조립체의 둘레의 하부 끝부보다 상부에 형성되는 파우치형 이차전지.
  15. 청구항 12에서,
    상기 제3 밀봉부는 상기 전극 조립체의 두께(t) 방향으로 절곡되는 파우치형 이차전지.
  16. 청구항 1에 따른 이차전지를 포함하는 전지 팩.
  17. 전극과 분리막이 교대로 배치된 구조를 갖는 전극 조립체 및 만입된 형상을 갖는 컵(P)이 형성된 파우치형 외장재를 준비하는 단계;
    상기 전극 조립체를 상기 컵에 수용하는 단계;
    상기 외장재를 폴딩하여 상기 외장재의 일 영역과 상기 외장재의 타 영역이 서로 마주보도록 하는 단계;
    상기 외장재의 상부 둘레를 통해 외부로 돌출되는 제1 전극 리드 및 상기 외장재의 하부 둘레를 통해 외부로 돌출되는 제2 전극 리드를 배치하는 단계;
    상기 제1 전극 리드를 덮도록 상기 외장재에 제1 밀봉부를 형성하는 단계 ; 및
    상기 제2 전극 리드를 덮도록 상기 외장재에 제2 밀봉부를 형성하는 단계; 를 포함하고,
    상기 제1 밀봉부를 형성하는 단계에서,
    상기 제1 밀봉부의 일 끝부는 상기 컵(P)의 둘레의 상부 끝부보다 하부에 형성되도록 실링되는 파우치형 이차전지 제조방법.
  18. 청구항 17에서,
    상기 제2 밀봉부를 형성하는 단계에서,
    상기 제2 밀봉부의 일 끝부는 상기 컵(P)의 둘레의 하부 끝부보다 상부에 형성되도록 실링되는 파우치형 이차전지 제조방법.
  19. 청구항 17에서,
    상기 제1 밀봉부를 형성하는 단계는
    통상의 리드 실링 과정과 추가 실링 과정의 2 단계의 실링 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 파우치형 이차전지 제조방법.
  20. 청구항 19에서,
    상기 통상의 리드 실링 과정은 상기 컵의 둘레의 상부 끝부보다 상측에 위치하는 영역을 실링 툴을 통하여 제1 영역 파우치 및 제2 영역 파우치가 제1 전극 리드를 덮도록 실링하여 통상 리드 실링 영역(S1)을 형성하는 과정이고,
    상기 추가 실링 과정은 컵의 둘레의 상부 끝부보다 하측에 위치하는 영역을 실링 툴을 통하여 제1 영역 파우치와 제2 영역 파우치가 서로 접합하도록 실링하여 추가 실링 영역(S2)을 형성하는 과정인 것을 특징으로 하는 파우치형 이차전지 제조방법.
  21. 청구항 20에서,
    상기 제1 밀봉부를 형성하는 단계는
    상기 통상 리드 실링 영역(S1)과 추가 실링 영역(S2)의 구간 별로 실링 두께를 다르게 실링하는 것을 특징으로 하는 파우치형 이차전지 제조방법.
  22. 청구항 17에서,
    상기 전극 조립체의 둘레를 따라 형성되되 상기 제1 밀봉부와 상기 제2 밀봉부를 연결하는 제3 밀봉부를 형성하는 단계; 를 더 포함하는 파우치형 이차전지 제조방법.
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