[go: up one dir, main page]

KR20160015767A - 절연 특성이 강화된 이차전지용 파우치 및 그의 제조방법 - Google Patents

절연 특성이 강화된 이차전지용 파우치 및 그의 제조방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20160015767A
KR20160015767A KR1020140098454A KR20140098454A KR20160015767A KR 20160015767 A KR20160015767 A KR 20160015767A KR 1020140098454 A KR1020140098454 A KR 1020140098454A KR 20140098454 A KR20140098454 A KR 20140098454A KR 20160015767 A KR20160015767 A KR 20160015767A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
pouch
secondary battery
folding
resin layer
microcapsule
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
KR1020140098454A
Other languages
English (en)
Other versions
KR101774517B1 (ko
Inventor
유형균
김상훈
이주성
황수지
황원필
Original Assignee
주식회사 엘지화학
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사 엘지화학 filed Critical 주식회사 엘지화학
Priority to KR1020140098454A priority Critical patent/KR101774517B1/ko
Priority to US15/124,812 priority patent/US10224523B2/en
Priority to EP15827499.3A priority patent/EP3109920B1/en
Priority to JP2016557294A priority patent/JP6530423B2/ja
Priority to CN201580017029.3A priority patent/CN106663747B/zh
Priority to PCT/KR2015/008069 priority patent/WO2016018129A1/ko
Publication of KR20160015767A publication Critical patent/KR20160015767A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101774517B1 publication Critical patent/KR101774517B1/ko
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/04—Construction or manufacture in general
    • H01M10/0431—Cells with wound or folded electrodes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/10—Primary casings; Jackets or wrappings
    • H01M50/102—Primary casings; Jackets or wrappings characterised by their shape or physical structure
    • H01M50/105—Pouches or flexible bags
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/10—Primary casings; Jackets or wrappings
    • H01M50/116—Primary casings; Jackets or wrappings characterised by the material
    • H01M50/117—Inorganic material
    • H01M50/119—Metals
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/10—Primary casings; Jackets or wrappings
    • H01M50/116—Primary casings; Jackets or wrappings characterised by the material
    • H01M50/121—Organic material
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/10—Primary casings; Jackets or wrappings
    • H01M50/116—Primary casings; Jackets or wrappings characterised by the material
    • H01M50/124—Primary casings; Jackets or wrappings characterised by the material having a layered structure
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/10—Primary casings; Jackets or wrappings
    • H01M50/116—Primary casings; Jackets or wrappings characterised by the material
    • H01M50/124—Primary casings; Jackets or wrappings characterised by the material having a layered structure
    • H01M50/126—Primary casings; Jackets or wrappings characterised by the material having a layered structure comprising three or more layers
    • H01M50/129—Primary casings; Jackets or wrappings characterised by the material having a layered structure comprising three or more layers with two or more layers of only organic material
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/10—Primary casings; Jackets or wrappings
    • H01M50/131—Primary casings; Jackets or wrappings characterised by physical properties, e.g. gas permeability, size or heat resistance
    • H01M50/133—Thickness
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/10—Primary casings; Jackets or wrappings
    • H01M50/183—Sealing members
    • H01M50/186—Sealing members characterised by the disposition of the sealing members
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2220/00—Batteries for particular applications
    • H01M2220/20—Batteries in motive systems, e.g. vehicle, ship, plane
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Sealing Battery Cases Or Jackets (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)

Abstract

본 발명은 절연 특성이 강화된 이차전지용 파우치 및 그의 제조방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는, 완성된 파우치형 이차전지에서 파우치 둘레의 실링부, 특히, 상기 실링부 중 폴딩이 이루어진 부분에서 크랙 발생이 방지되도록 하는 이차전지용 파우치 및 그의 제조방법에 관한 것이다.

Description

절연 특성이 강화된 이차전지용 파우치 및 그의 제조방법 {Pouch For Secondary Battery With Reinforced Insulating Properties And Method of Making The Same}
본 발명은 절연 특성이 강화된 이차전지용 파우치 및 그의 제조방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는, 파우치형 이차전지에서 파우치 둘레의 실링부, 특히, 폴딩이 이루어지는 부분에서의 크랙(crack) 발생이 방지되도록 설계된 이차전지용 파우치 및 그의 제조방법에 관한 것이다.
비디오 카메라, 휴대용 전화, 휴대용 PC 등의 휴대용 전기 제품 사용이 활성화됨에 따라 그 구동 전원으로서 주로 사용되는 이차 전지에 대해서 중요성이 증가되고 있다. 특히, 리튬 이차 전지는 기존의 납 축전지와, 니켈-카드뮴 전지, 니켈-수소 전지, 니켈-아연전지 등 다른 이차전지와 비교하여 단위 중량 당 에너지 밀도가 높고 급속 충전이 가능하기 때문에 사용의 증가가 활발하게 진행되고 있다.
통상적으로 충전이 불가능한 일차 전지와는 달리, 충전 및 방전이 가능한 이차 전지는 비디오 카메라, 휴대용 전화, 휴대용 PC 등의 휴대용 전기 제품 사용이 활성화됨에 따라 그 구동 전원으로 주로 사용되어 중요성이 증가되고 있으며, 특히 디지털 카메라, 셀룰러 폰, 노트북 컴퓨터, 하이브리드 자동차 등 첨단 분야에 대한 연구도 활발하게 진행되고 있다. 또한, 이차 전지에 대한 수요는 급격히 증가할 것이며, 이에 따라 다양한 요구에 부합할 수 있는 전지에 대한 연구도 진행되어야 할 것이다.
특히, 리튬 이차 전지는 기존의 납 축전지, 니켈-카드뮴 전지, 니켈-수소 전지, 니켈-아연 전지 등 다른 이차전지와 비교할 때 단위 중량당 에너지 밀도가 높고 급속 충전이 가능하기 때문에 사용의 증가가 활발하게 진행되고 있다. 또한, 리튬 이차 전지는 다른 이차 전지에 비해 작동 전압이 상대적으로 높으며, 즉 작동 전압이 3.6V 이상으로 휴대용 전자 기기의 전원으로 사용되거나, 또는 여러 개를 직렬 연결하여 고출력의 하이브리드 자동차에 사용될 수 있다.
금속캔을 용기로 사용하는 캔형 이차전지는 대개 원통형이나 각형의 금속캔을 용기로 하여 용접 실링시킨 형태로 사용되는데, 그 형태가 고정되므로 이를 전원으로 사용하는 전기 제품의 디자인을 제약하는 단점이 있고, 부피를 줄이는 데에 어려움이 있다. 따라서, 캐소드, 애노드, 세퍼레이터 및 전해질을, 필름으로 만든 파우치에 넣고 실링하여 사용하는 파우치형 이차전지가 개발되어 사용되고 있다.
통상적으로 사용되는 이차전지용 파우치는 열접착성을 가져 실링재 역할을 하는 폴리올레핀계 수지층과 같은 내부 수지층, 기계적 강도를 유지하는 기재층 및 수분과 산소의 배리어층 둘다의 역할을 하는 알루미늄층과 같은 금속박층, 기재층 및 보호층으로 작용하는 나일론층과 같은 외부수지층이 순차적으로 적층된 다층 구조로 구성되어 있다. 폴리올레핀계 수지층으로 흔히 사용되는 것으로는 무연신 폴리프로필렌(Casted Polypropylene: CPP)이 있다.
파우치형 이차전지는 형태에 융통성을 가질 수 있고 보다 작은 부피 및 질량으로 같은 용량의 이차전지를 구현할 수 있는 장점이 있다. 그러나, 파우치형 외장재는 연질의 파우치를 용기로 사용하므로, 캔형 외장재에 비해 기계적 강도가 약하고 실링 신뢰성이 낮은 단점을 갖는다.
파우치 외장재는 전극조립체와 전해액이 수납된 후에 가열 실링(heat sealing)된다. 특히, 최근에는 이차전지의 소형화 및 고에너지화를 도모하기 위해 전지 용량이나 수용 기능과 직접 관계가 없는 파우치 실링부를 폴딩하여서 이차전지의 소형화 및 고에너지화를 도모하기 위한 연구가 이루어지고 있다.
그런데, 파우치 둘레의 가열 실링시에 파우치 외장재 중 내부 수지층이 용융되고 이어서 결정화되기 때문에, 후속 공정인 폴딩(folding)에 의해 폴딩부에서 크랙이 발생하는 문제점이 있다. 이 때, 내부수지층이 미세하게라도 파괴되는 경우 금속층이 전지 내부에 노출되게 되며, 전해액과 반응하여 부반응이 발생하게 된다. 부반응이 발생되면 전극의 활성층이 기계적으로 붕괴되며 수분 침투가 용이하게 되어 전지의 수명이 급격히 감소하게 된다.
따라서, 폴딩부 크랙으로 인한 절연저항 파괴를 막기 위하여 폴딩 각도를 조절하는 등의 대안이 제시되고 있으나, 여전히 개선이 필요한 실정이다.
이에, 본 발명에서는 파우치의 실링부 폴딩 이후에도 크랙이 발생하지 않는 절연 특성이 강화된 이차전지용 파우치 및 상기 파우치를 외장재로 사용하는 이차전지를 제공하고자 한다.
또한, 본 발명에서는 상기 이차전지용 파우치 및 파우치형 이차전지 각각의 제조방법을 제공하고자 한다.
전술한 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 일 양태에 따르면, 파우치 폴딩이 예정된 부분을 따라, 파우치 상부의 내부 수지층과 파우치 하부의 내부 수지층 사이에 코어-셸 구조의 미세캡슐이 도포되어 있고, 상기 코어-셸 미세캡슐은 탄성 열가소성 수지를 코어에 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지용 파우치가 제공된다.
상기 셸은 170 내지 200 ℃에서의 열 융착 공정에 의해 적어도 일부가 용융또는 파괴될 수 있다. 이로써 코어-셸 미세캡슐의 코어에 포함되어 있던 탄성 열가소성 수지가 흘러나올 수 있다.
상기 탄성 열가소성 수지는 170 내지 200 ℃에서 용융 경화되는 특성을 가질 수 있다.
상기 탄성 열가소성 수지는 에폭시계, 아크릴계, 실리콘계, 고무계, 우레탄계, 및 엘라스토머계 중 선택된 1종 또는 2종 이상의 혼합물일 수 있다.
또한, 상기 코어-셸 미세캡슐은 0.5 내지 2 ㎛ 범위의 평균 직경을 가질 수 있다.
또한, 상기 코어-셸 미세캡슐에서 셸의 두께는 미세캡슐 직경의 1/5 내지 1/10에 해당할 수 있다.
또한, 상기 셸은 폴리에스테르, 폴리에틸렌, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 비닐, 폴리프로필렌, 폴리스티렌, 폴리탄산에스테르, 폴리염화비닐, 폴리메틸메타아크릴레이트, 폴리아세탈, 폴리옥시메틸렌, 폴리부틸렌테레프탈레이트, 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌 및 에틸렌-비닐알콜 공중합체로 이루어진 군에서 선택된 1종 또는 2종 이상의 혼합물일 수 있다.
본 발명의 다른 양태에 따르면, 캐소드, 애노드, 상기 캐소드와 애노드 사이에 개재된 세퍼레이터를 포함하는 전극조립체; 및 파우치 상부, 및 상기 전극조립체가 수납될 수 있는 수납부가 형성되어 있는 파우치 하부를 구비한 이차전지용 파우치를 포함하는 파우치형 이차전지에 있어서, 파우치 폴딩이 이루어진 부분에, 경화된 탄성 열가소성 수지가 더 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 파우치형 이차전지가 제공된다.
이 때, 상기 경화된 탄성 열가소성 수지는 에폭시계, 아크릴계, 실리콘계, 고무계, 우레탄계, 및 엘라스토머계 중 선택된 1종 또는 2종 이상의 혼합물의 경화물일 수 있다.
본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 이차전지용 파우치의 제조방법에 있어서, 파우치 폴딩이 예정된 부분을 따라, 파우치 상부의 내부 수지층과 파우치 하부의 내부 수지층 사이에, 탄성 열가소성 수지를 코어에 포함하는 코어-셸 구조의 미세캡슐을 도포하는 공정을 포함하는 이차전지용 파우치의 제조방법이 제공된다.
상기 미세캡슐은 스크린 인쇄, 잉크젯 인쇄 또는 레이저젯 인쇄에 의해 도포될 수 있다.
본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 전술한 이차전지용 파우치에 이차전지를 수납시키는 공정; 이차전지용 파우치의 둘레를 가열 실링하는 공정; 및 실링부를 폴딩하는 공정을 포함하는 파우치형 이차전지의 제조방법이 제공된다.
상기 가열 실링은 170 내지 200 ℃의 온도 범위에서 수행되는 열 융착에 의할 수 있다.
본 발명의 일 실시양태에 따르면, 전기화학소자용 파우치 중 실링부 폴딩이 예정된 부분(이하, '폴딩 예정부')에 탄성 열경화성 수지가 더 개재되어 있어, 폴딩 이후에도 폴딩부 크랙이 발생하지 않게 된다.
따라서, 폴딩부 크랙으로 인한 절연특성 파괴가 방지되는 효과를 갖는다.
도 1은 파우치형 이차전지에서 폴딩이 이루어지는 부분을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시양태에 따른 파우치형 이차전지의 개략적인 사시도이다.
이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예 및 도면에 기재된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
본 발명의 일 실시양태에 따른 이차전지용 파우치는 폴딩이 예정된 부분을 따라, 파우치 상부의 내부 수지층과 파우치 하부의 내부 수지층 사이에 코어-셸 구조의 미세캡슐이 도포되어 있고, 상기 미세캡슐은 탄성 열가소성 수지를 코어에 포함하는 구조를 갖는다.
또한, 본 발명의 일 실시양태에 따른 파우치형 이차전지는 캐소드, 애노드, 상기 캐소드와 애노드 사이에 개재된 세퍼레이터를 포함하는 전극조립체; 및 파우치 상부, 및 상기 전극조립체가 수납될 수 있는 수납부가 형성되어 있는 파우치 하부를 구비한 이차전지용 파우치를 포함하는 파우치형 이차전지에 있어서, 파우치를 둘러싼 2면 또는 3면에 실링부가 형성되어 있고, 상기 실링부가 폴딩되어 있으며, 파우치 폴딩이 이루어진 부분에, 경화된 탄성 열가소성 수지가 더 형성된 구조를 가질 수 있다.
본 발명의 일 양태에 따르는 이차전지용 파우치의 제조방법은 파우치 폴딩이 예정된 부분을 따라, 파우치 상부의 내부 수지층과 파우치 하부의 내부 수지층 사이에, 탄성 열가소성 수지를 코어에 포함하는 코어-셸 구조의 미세캡슐을 도포하는 공정을 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 양태에 따르는 파우치형 이차전지의 제조방법은 전술한 바와 같이 준비된 이차전지용 파우치에 이차전지를 수납시키는 공정; 이차전지용 파우치의 둘레를 가열 실링하는 공정; 및 실링부를 폴딩하는 공정을 포함하는 파우치형 이차전지의 제조방법이 제공된다. 다만, 폴딩이 예정된 부분에 미세캡슐을 도포하는 공정과 상기 파우치에 전극조립체를 수납시키는 공정의 순서는 필요에 따라 바뀔 수 있다.
상기 파우치 외장재를 구성하는 금속박층은 적정 두께를 유지하고 파우치 외부로부터 내부로 수증기, 가스가 침투하는 것을 방지하며, 전해액의 누수를 방지하는 역할을 한다. 상기 금속박층으로는 철(Fe), 탄소(C), 크롬(Cr), 망간(Mn), 니켈(Ni), 및 이들의 합금, 알루미늄(Al) 또는 그 등가물 중 선택된 어느 하나가 이용될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 그러나, 상기 금속박층을 철이 함유된 재질로 할 경우에는 기계적 강도가 강해지고, 알루미늄이 함유된 재질로 할 경우에는 유연성이 좋아진다. 통상, 알루미늄 금속 호일이 사용된다.
상기 파우치 외장재를 구성하는 내부 수지층은 열접착층으로서, 폴리프로필렌, 무연신 폴리프로필렌과 같은 변성 폴리프로필렌, 폴리프로필렌-부틸렌-에틸렌 삼원공중합체 등이 사용될 수 있다. 상기 열접착층은 상기 금속박층의 다른 면에 대략 30∼40㎛의 두께로 코팅 또는 라미네이팅되어 있다.
또한, 상기 파우치 외장재를 구성하는 외부 수지층은 기재 및 보호층으로 작용하는 것으로, 통상 나일론 또는 폴리에틸렌 테레프탈레이트로 구성된다.
파우치 폴딩이 예정된 부분을 따라, 파우치 상부의 내부 수지층과 파우치 하부의 내부 수지층 사이에는 탄성 열가소성 화합물을 코어에 포함하는 코어-셸 구조의 미세캡슐이 도포된다.
본원 명세서에서 '파우치 폴딩이 예정된 부분' 또는 '폴딩 예정부'라 함은 전기화학소자의 소형화 및 고에너지화를 위해 파우치 상부와 파우치 하부가 실링된 후에 폴딩이 이루어지는 부분을 의미한다. 보다 구체적으로 도 1을 참조하여 살펴보면, 파우치 형태에 따라, 마주보는 길이방향의 두 변(A, A'), 또는 파우치의 3면 실링이 이루어지는 경우에는 세 변(A, A', B)을 의미한다.
미세캡슐은 코어-셸 구조를 가지며, 이 때, 상기 셸은 미세캡슐 직경의 약 1/5~1/20 정도의 두께 또는 미세캡슐 직경의 1/10 정도의 두께를 가질 수 있다. 또한, 상기 셸은 미세캡슐이 파우치의 내부 수지층, 예컨대, 무연신 폴리프로필렌(Casted Polypropylene, CPP) 또는 폴리프로필렌(Polypropylene, PP)에 잘 분산될 수 있는 개질된 연질 중합체 수지로 형성될 수 있다. 따라서, 상기 셸이 열에 의한 압력에 의해 용융 또는 파괴되더라도(즉, 깨지더라도), 파우치 밖으로 유출될 가능성은 없다.
예컨대, 상기 셸은 파우치의 일반적인 가열 실링 온도인 170 내지 200 ℃의 온도에서 10 내지 90분동안 가열 실링하는 공정에 의해 적어도 일부가 용융 혹은 파괴될 수 있어야 한다. 이러한 셸을 구성하는 수지의 비제한적인 예로는 폴리에스테르, 폴리에틸렌, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 비닐, 폴리프로필렌, 폴리스티렌, 폴리탄산에스테르, 폴리염화비닐, 폴리메틸메타아크릴레이트, 폴리아세탈, 폴리옥시메틸렌, 폴리부틸렌테레프탈레이트, 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌 및 에틸렌-비닐알콜 공중합체로 이루어진 군에서 선택된 1종 또는 2종 이상의 혼합물을 들 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, 미세캡슐 중 코어는, 접착 특성을 갖고 가열 실링에 의해 경화될 수 있으며 전해액에 비반응성이고 탄성을 갖는 열가소성 화합물을 포함할 수 있다. 예컨대, 상기 화합물은 170 내지 200 ℃의 온도에서 10 내지 90분동안 가열 실링하는 공정에 의해 용융 경화될 수 있어야 한다. 또한, 상기 미세캡슐이 도포된 부분의 폴딩시, 폴딩에 의한 크랙이 발생하는 것을 방지할 수 있을 정도의 탄성을 가져야 한다. 이러한 화합물의 비제한적인 예로는 에폭시계, 아크릴계, 실리콘계, 고무계, 우레탄계, 및 엘라스토머계 중 선택된 1종 또는 2종 이상의 혼합물을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 코어를 구성하는 탄성 열가소성 화합물이 셸 구조에 의해 둘러싸이지 않고 폴딩 예정부에 도포되는 경우, 예컨대, 우레탄과 같은 탄성 열가소성 화합물을 폴딩 예정부에 도포하는 경우에는 탄성 열가소성 화합물이 쉽게 부서지는(brittle) 문제점이 있을 뿐만 아니라 원하지 않은 온도 및 압력에 반응할 우려가 있다. 이에 반해, 본 발명의 일 양태에 따른 셸을 구비한 미세 캡슐에서는 상기 셸이 원하는 온도에서 용융 또는 파괴되도록 설계되므로, 셸을 구비하지 않은 탄성 열가소성 화합물을 폴딩 예정부에 도포하는 경우의 부작용(side-effect)이 방지될 수 있는 장점이 있다.
이러한 미세캡슐은 당업계에서 통상적으로 사용되는 첨가제 성분을 포함할 수 있으며, 당업계에 알려진 방법에 따라 제조될 수 있다.
상기 미세캡슐은 0.5 내지 2.0 ㎛의 평균 직경을 갖도록 제조되어 폴딩 예정부를 따라 도포될 수 있다. 또한, 본 발명의 바람직한 일 양태에서 상기 미세캡슐은 균일하게 약 1.0 ㎛의 평균 직경을 갖도록 제조되어 폴딩 예정부를 따라 도포될 수 있다. 상기와 같이 작은 직경을 갖는 미세캡슐이 폴딩 예정부에 도포되므로, 파우치 크랙의 발생이 방지되고 불필요한 부피 증가가 방지될 수 있다.
상기 미세캡슐을 파우치 상부의 내부 수지층과 파우치 하부의 내부 수지층 사이에 도포하는 방법의 비제한적인 예로는 스크린 인쇄, 잉크젯 인쇄, 레이저젯 인쇄 등을 들 수 있으며, 본 발명의 목적에 부합하는 한 특별히 제한되지 않는다.
이어서, 상기 파우치에 전극조립체를 상기 전극조립체가 수납될 수 있는 공간부가 형성되어 있는 파우치 하부에 수납시킨다. 이 공정은, 경우에 따라서는, 파우치 상부의 내부 수지층과 파우치 하부의 내부 수지층 사이에 도포하는 공정에 앞서 수행될 수도 있다.
상기 전극조립체는 캐소드, 애노드, 상기 캐소드와 애노드 사이에 세퍼레이터를 개재하여 권취된 젤리롤(jelly-roll) 형태로 구비되거나, 이들이 적층된 적층형 전극조립체로 구비될 수 있다.
상기 캐소드 및 애노드는 집전체와 상기 집전체의 적어도 일면에 도포되는 전극 활물질, 즉 캐소드 활물질 또는 애노드 활물질을 포함한다.
캐소드의 경우, 전극 집전체로는 스테인레스강, 니켈, 알루미늄, 티탄 또는 이들의 합금, 알루미늄 또는 스테인레스강의 표면에 카본, 니켈, 티탄, 은을 표면 처리시킨 것 등을 사용할 수 있고, 이들 중 알루미늄 또는 알루미늄 합금이 바람직하다.
애노드의 경우, 전극 집전체로는 스테인레스강, 니켈, 구리, 티탄 또는 이들의 합금, 구리 또는 스테인레스강의 표면에 카본, 니켈, 티탄, 은을 표면 처리시킨 것 등을 사용할 수 있고, 이들 중 구리 또는 구리 합금이 바람직하다.
상기 캐소드 활물질로는 통상적으로 리튬함유 전이금속 산화물 또는 리튬 칼코게나이드 화합물을 모두 사용할 수 있으며, 그 대표적인 예로는 LiCoO2, LiNiO2, LiMnO2, LiMn2O4, 또는 LiNi1-x-yCoxMyO2(0≤x≤1, 0≤y≤1, 0≤x+y≤1, M은 Al, Sr, Mg, La 등의 금속) 등의 금속 산화물이 사용될 수 있다. 상기 애노드 활물질로는 결정질 탄소, 비정질 탄소, 탄소 복합체, 탄소 섬유 등의 탄소 재료, 리튬 금속, 리튬 합금 등이 사용될 수 있다.
상기 세퍼레이터는 캐소드와 애노드 사이의 단락을 방지하고 리튬 이온의 이동 통로를 제공하는 것으로서, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌 등의 폴리올레핀계 고분자막 또는 이들의 다중막, 미세다공성 필름, 직포 및 부직포와 같은 공지된 것을 사용할 수 있다.
상기 전극조립체의 캐소드 및 애노드에는 각각 캐소드탭 및 애노드탭이 레이저용접, 초음파용접, 저항용접과 같은 용접이나 도전성 접착제에 의하여 통전가능하도록 부착되어 있다.
이들 전극탭은 전극조립체가 권취되는 방향과 수직한 방향으로 전극조립체로부터 돌출되도록 형성되어 있다. 상기 밀봉부 중 상기 파우치 하부와 파우치 상부가 연결되어 있는 변과 반대편에 위치한 밀봉부를 통해서 상기 전극조립체의 캐소드탭과 애노드탭이 인출된다. 상기 전극탭에는 절연성 소재로 만들어진 보호 테이프가 부착되어 전극 간의 단락을 방지할 수 있다.
이어서, 상기 파우치 둘레를 가열 실링한다. 상기 가열 실링은 당업계에서 통상적으로 이루어지는 방식으로 이루어질 수 있으며, 파우치 외장재의 내부수지층의 융점 부근의 열을 소정의 압력하에 실링부에 가할 수 있다. 비제한적인 예로 170 내지 200 ℃의 고온을 가압하에 10 내지 90분동안 가하여 가열 실링할 수 있다.
도 2를 참조하여 본 발명의 일 실시양태에 따른 파우치형 이차전지를 살펴보면, 파우치 외장재는 순차적으로 열접착성을 가져 실링재 역할을 하는 내부 수지층(15)인 폴리올레핀계 수지층, 기계적 강도를 유지하는 기재 및 수분과 산소의 배리어층으로서 역할을 하는 금속층(13)인 알루미늄층, 기재 및 보호층으로 작용하는 외부 수지층(11)인 나일론층이 적층된 다층막구조로 구성되어 있다.
또한, 수납부(21)가 형성된 파우치 하부(20)와 이를 덮는 파우치 상부(10)로 크게 구분되고, 상기 수납부(21)에 전극조립체(30)가 수납되어 있으며, 전극 조립체(30)는 캐소드(31), 애노드(35), 및 캐소드(31)와 애노드(35) 사이에 개재된 세퍼레이터(33)를 포함한다. 각 전극에서는 탭(37, 38)이 인출되고, 탭(37, 38)에는 테이프(39)가 부착된다.
또한, 미세캡슐은 폴딩 예정부(A, A')를 따라 도포된다. 이어서, 후속 공정을 통해 파우치 둘레의 가열 실링을 통해 실링부(110, 120)가 형성되고, 그 후에 폴딩 예정부(A, A')를 따라 폴딩이 이루어지게 된다.
10 : 파우치 상부 11 : 외부 수지층
13 : 금속층 15 : 내부 수지층
20 : 파우치 하부 21 : 전극조립체 수납부
A, A': 폴딩 예정부
30 : 전극조립체 31 : 캐소드
33 : 세퍼레이터 35 : 애노드
37, 38 : 전극 탭 39 : 테이프
110, 120: 파우치 실링부

Claims (13)

  1. 파우치 폴딩이 예정된 부분을 따라, 파우치 상부의 내부 수지층과 파우치 하부의 내부 수지층 사이에 코어-셸 구조의 미세캡슐이 도포되어 있고,
    상기 미세캡슐은 탄성 열가소성 수지를 코어에 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지용 파우치(pouch).
  2. 제1항에 있어서,
    상기 셸은 170 내지 200 ℃에서의 열 융착 공정에 의해 적어도 일부가 용융 또는 파괴되는 것을 특징으로 하는 이차전지용 파우치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 탄성 열가소성 수지는 170 내지 200 ℃에서 용융 경화되는 것을 특징으로 하는 이차전지용 파우치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 탄성 열가소성 수지는 에폭시계, 아크릴계, 실리콘계, 고무계, 우레탄계, 및 엘라스토머계 중 선택된 1종 또는 2종 이상의 혼합물인 것을 특징으로 하는 이차전지용 파우치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 미세캡슐은 0.5 내지 2 ㎛의 평균 직경을 갖는 것을 특징으로 하는 이차전지용 파우치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 셸의 두께는 미세캡슐 직경의 1/5 내지 1/10에 해당하는 것을 특징으로 하는 이차전지용 파우치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 셸은 폴리에스테르, 폴리에틸렌, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 비닐, 폴리프로필렌, 폴리스티렌, 폴리탄산에스테르, 폴리염화비닐, 폴리메틸메타아크릴레이트, 폴리아세탈, 폴리옥시메틸렌, 폴리부틸렌테레프탈레이트, 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌 및 에틸렌-비닐알콜 공중합체로 이루어진 군에서 선택된 1종 또는 2종 이상의 혼합물인 것을 특징으로 하는 이차전지용 파우치.
  8. 캐소드, 애노드, 상기 캐소드와 애노드 사이에 개재된 세퍼레이터를 포함하는 전극조립체; 및 파우치 상부, 및 상기 전극조립체가 수납될 수 있는 수납부가 형성되어 있는 파우치 하부를 구비한 이차전지용 파우치를 포함하는 파우치형 이차전지에 있어서,
    파우치를 둘러싼 2면 또는 3면에 실링부가 형성되어 있고,
    상기 실링부가 폴딩되어 있으며,
    상기 폴딩이 이루어진 부분에, 경화된 탄성 열가소성 수지가 더 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 파우치형 이차전지.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 경화된 탄성 열가소성 수지는 에폭시계, 아크릴계, 실리콘계, 고무계, 우레탄계, 및 엘라스토머계 중 선택된 1종 또는 2종 이상의 혼합물의 경화물인 것을 특징으로 하는 파우치형 이차전지.
  10. 파우치 폴딩이 예정된 부분을 따라, 파우치 상부의 내부 수지층과 파우치 하부의 내부 수지층 사이에, 탄성 열가소성 수지를 코어에 포함하는 코어-셸 구조의 미세캡슐을 도포하는 공정을 포함하는 이차전지용 파우치의 제조방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 미세캡슐은 스크린 인쇄, 잉크젯 인쇄 또는 레이저젯 인쇄에 의해 도포되는 것을 특징으로 하는 이차전지용 파우치의 제조방법.
  12. 제1항 내지 제7항중 어느 한 항에 따른 이차전지용 파우치에 이차전지를 수납시키는 공정;
    이차전지용 파우치의 둘레를 가열 실링하는 공정; 및
    실링부를 폴딩하는 공정을 포함하는 파우치형 이차전지의 제조방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 가열 실링이 170 내지 200 ℃의 온도 범위에서 수행되는 열 융착에 의한 것을 특징으로 파우치형 이차전지의 제조방법.

KR1020140098454A 2014-07-31 2014-07-31 절연 특성이 강화된 이차전지용 파우치 및 그의 제조방법 Active KR101774517B1 (ko)

Priority Applications (6)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020140098454A KR101774517B1 (ko) 2014-07-31 2014-07-31 절연 특성이 강화된 이차전지용 파우치 및 그의 제조방법
US15/124,812 US10224523B2 (en) 2014-07-31 2015-07-31 Secondary battery pouch with enhanced insulation property, and method for manufacturing same
EP15827499.3A EP3109920B1 (en) 2014-07-31 2015-07-31 Secondary battery pouch with enhanced insulation property, and method for manufacturing same
JP2016557294A JP6530423B2 (ja) 2014-07-31 2015-07-31 絶縁特性の強化した二次電池用パウチ及びその製造方法
CN201580017029.3A CN106663747B (zh) 2014-07-31 2015-07-31 具有增强的绝缘性能的二次电池软包及其制造方法
PCT/KR2015/008069 WO2016018129A1 (ko) 2014-07-31 2015-07-31 절연 특성이 강화된 이차전지용 파우치 및 그의 제조방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020140098454A KR101774517B1 (ko) 2014-07-31 2014-07-31 절연 특성이 강화된 이차전지용 파우치 및 그의 제조방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20160015767A true KR20160015767A (ko) 2016-02-15
KR101774517B1 KR101774517B1 (ko) 2017-09-04

Family

ID=55217902

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020140098454A Active KR101774517B1 (ko) 2014-07-31 2014-07-31 절연 특성이 강화된 이차전지용 파우치 및 그의 제조방법

Country Status (6)

Country Link
US (1) US10224523B2 (ko)
EP (1) EP3109920B1 (ko)
JP (1) JP6530423B2 (ko)
KR (1) KR101774517B1 (ko)
CN (1) CN106663747B (ko)
WO (1) WO2016018129A1 (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20180062841A (ko) * 2016-12-01 2018-06-11 율촌화학 주식회사 셀 파우치 및 이의 제조 방법

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102654770B1 (ko) * 2016-02-26 2024-04-03 삼성에스디아이 주식회사 이차 전지
DE102018006416A1 (de) 2018-08-14 2020-02-20 Custom Cells Itzehoe Gmbh Batteriezelle mit einer Umhüllung aus einem einstückigen gefalteten Zuschnitt aus einer Aluminium-Verbundfolie
KR102739035B1 (ko) * 2019-03-29 2024-12-06 주식회사 엘지에너지솔루션 이차 전지용 전지 케이스 및 파우치 형 이차 전지
US11021300B2 (en) 2019-10-16 2021-06-01 Sonoco Development, Inc. Flexible packaging with internal release
EP4065578A1 (en) 2019-11-26 2022-10-05 Theravance Biopharma R&D IP, LLC Fused pyrimidine pyridinone compounds as jak inhibitors

Family Cites Families (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100344515B1 (ko) 1997-03-19 2002-07-24 아사히 가세이 가부시키가이샤 비수계 박형 전지
KR100265202B1 (ko) * 1998-02-05 2000-09-15 김순택 유기-무기컴포지트의 제조방법
JP2001250515A (ja) * 2000-03-06 2001-09-14 Mitsubishi Chemicals Corp 電 池
US6648506B2 (en) * 2001-09-07 2003-11-18 Board Of Trustees Of Michigan State University Fluorescence emission ratio imaging thermography for use in heat transfer analysis
JP2004075914A (ja) * 2002-08-21 2004-03-11 Toray Ind Inc エポキシ樹脂組成物及びプリプレグ
KR100922742B1 (ko) * 2002-12-17 2009-10-22 삼성에스디아이 주식회사 파우치형 케이스와, 이를 적용한 리튬 이차 전지
KR100601547B1 (ko) * 2004-10-01 2006-07-19 삼성에스디아이 주식회사 파우치형 이차 전지
JP4872205B2 (ja) 2004-10-05 2012-02-08 株式会社Ｇｓユアサ 電池
JP4208865B2 (ja) * 2005-07-07 2009-01-14 株式会社東芝 非水電解質電池及び電池パック
KR101141058B1 (ko) 2007-07-16 2012-07-12 주식회사 엘지화학 열 안정성이 향상된 이차전지
KR101471672B1 (ko) 2008-09-17 2014-12-10 주식회사 엘지화학 이차전지용 파우치 및 파우치형 이차전지
EP2444437B1 (en) * 2009-06-15 2019-02-20 Ajinomoto Co., Inc. Resin composition and organic-electrolyte battery
KR100956397B1 (ko) * 2009-11-20 2010-05-06 주식회사 이아이지 실링부가 열가소성 수지 또는 열경화성 수지에 난연 물질 및 내열 물질이 배합된 난연성 및 내열성 수지 조성물로 코팅되어 안전성이 향상된 파우치형 전지 및 그 제조 방법
TW201320434A (zh) * 2011-09-26 2013-05-16 Sumitomo Chemical Co 二次電池用接著樹脂組合物
JP5449505B2 (ja) 2012-11-05 2014-03-19 昭和電工パッケージング株式会社 電池ケース用包材及び電池用ケース
KR20140061153A (ko) 2012-11-13 2014-05-21 주식회사 엘지화학 파우치형 이차 전지 및 이를 포함하는 디바이스

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20180062841A (ko) * 2016-12-01 2018-06-11 율촌화학 주식회사 셀 파우치 및 이의 제조 방법

Also Published As

Publication number Publication date
EP3109920A4 (en) 2017-08-09
CN106663747B (zh) 2019-11-22
JP2017525082A (ja) 2017-08-31
JP6530423B2 (ja) 2019-06-12
CN106663747A (zh) 2017-05-10
WO2016018129A1 (ko) 2016-02-04
US10224523B2 (en) 2019-03-05
US20170025648A1 (en) 2017-01-26
EP3109920B1 (en) 2021-03-10
KR101774517B1 (ko) 2017-09-04
EP3109920A1 (en) 2016-12-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP7062181B2 (ja) パウチ型二次電池
JP5122072B2 (ja) リチウム二次電池
KR101405621B1 (ko) 이차전지용 파우치 포장재 및 파우치형 이차전지
JP5281836B2 (ja) 電極組立体及びこれを用いた二次電池
CN111108622B (zh) 袋型二次电池和二次电池的袋
KR101567600B1 (ko) 전지팩 및 그의 제조 방법
EP3220467B1 (en) Pouch type secondary battery comprising safety member
KR102660400B1 (ko) 파우치 필름 적층체 및 이차 전지
KR101774517B1 (ko) 절연 특성이 강화된 이차전지용 파우치 및 그의 제조방법
KR101459179B1 (ko) 파우치형 이차 전지
JP2007157460A (ja) 電池パック
KR102099905B1 (ko) 파우치형 이차전지 및 그 제조방법
KR101037041B1 (ko) 이차전지용 파우치 외장재 및 파우치형 이차전지
KR101520152B1 (ko) 파우치형 이차전지
JP2023502614A (ja) 二次電池およびシールブロック
KR101765787B1 (ko) 플렉서블 배터리용 파우치를 이용한 플렉서블 배터리를 구비한 웨어러블 디바이스
KR101472202B1 (ko) 이차 전지용 파우치 및 파우치형 이차 전지
KR101795704B1 (ko) 파우치형 이차전지 및 그 제조방법
KR101471672B1 (ko) 이차전지용 파우치 및 파우치형 이차전지
KR102752500B1 (ko) 전극 리드 제조 방법 및 가압기
KR101416851B1 (ko) 이차 전지
KR102876527B1 (ko) 파우치형 이차 전지
KR101785573B1 (ko) 이차 전지 모듈 및 그 제조 방법과 이를 구비하는 전지 팩
KR101975988B1 (ko) 이차전지용 파우치 및 이를 포함하는 파우치형 이차전지
KR20250159609A (ko) 파우치형 이차 전지

Legal Events

Date Code Title Description
PA0109 Patent application

Patent event code: PA01091R01D

Comment text: Patent Application

Patent event date: 20140731

A201 Request for examination
PA0201 Request for examination

Patent event code: PA02012R01D

Patent event date: 20151019

Comment text: Request for Examination of Application

Patent event code: PA02011R01I

Patent event date: 20140731

Comment text: Patent Application

PG1501 Laying open of application
E902 Notification of reason for refusal
PE0902 Notice of grounds for rejection

Comment text: Notification of reason for refusal

Patent event date: 20170206

Patent event code: PE09021S01D

E701 Decision to grant or registration of patent right
PE0701 Decision of registration

Patent event code: PE07011S01D

Comment text: Decision to Grant Registration

Patent event date: 20170823

GRNT Written decision to grant
PR0701 Registration of establishment

Comment text: Registration of Establishment

Patent event date: 20170829

Patent event code: PR07011E01D

PR1002 Payment of registration fee

Payment date: 20170829

End annual number: 3

Start annual number: 1

PG1601 Publication of registration
PR1001 Payment of annual fee

Payment date: 20200618

Start annual number: 4

End annual number: 4

PR1001 Payment of annual fee

Payment date: 20210802

Start annual number: 5

End annual number: 5

PR1001 Payment of annual fee

Payment date: 20220725

Start annual number: 6

End annual number: 6

PR1001 Payment of annual fee

Payment date: 20230627

Start annual number: 7

End annual number: 7

PR1001 Payment of annual fee

Payment date: 20250618

Start annual number: 9

End annual number: 9