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WO2019078447A1 - 균열을 방지하기 위한 파우치형 이차전지용 실링 블록, 이를 사용하여 제조되는 파우치형 전지케이스 및 파우치형 전지케이스의 실링 방법 - Google Patents

균열을 방지하기 위한 파우치형 이차전지용 실링 블록, 이를 사용하여 제조되는 파우치형 전지케이스 및 파우치형 전지케이스의 실링 방법 Download PDF

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WO2019078447A1
WO2019078447A1 PCT/KR2018/007477 KR2018007477W WO2019078447A1 WO 2019078447 A1 WO2019078447 A1 WO 2019078447A1 KR 2018007477 W KR2018007477 W KR 2018007477W WO 2019078447 A1 WO2019078447 A1 WO 2019078447A1
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WO
WIPO (PCT)
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sealing
block
battery case
electrode assembly
pouch
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.)
Ceased
Application number
PCT/KR2018/007477
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
김태규
이병규
구자훈
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
LG Chem Ltd
Original Assignee
LG Chem Ltd
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 LG Chem Ltd filed Critical LG Chem Ltd
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Priority to CN201880022846.1A priority patent/CN110495008B/zh
Priority to EP18867595.3A priority patent/EP3637492B1/en
Publication of WO2019078447A1 publication Critical patent/WO2019078447A1/ko
Priority to US16/673,136 priority patent/US20200067034A1/en
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Definitions

  • the present invention relates to a sealing block for a pouch-type secondary battery for preventing cracking of a battery case, a pouch-shaped battery case using the same, and a sealing method of the pouch-shaped battery case. More specifically, And a wrinkle preventing portion including a body portion for heating and / or sealing the outer periphery of the battery case, and a curved surface structure coupled to the one side of the body portion in a direction perpendicular to the rounded corner portion of the electrode assembly receiving portion, And the wrinkle preventing portion includes an extension portion connecting the curved surface structure of the main body portion and the wrinkle preventing portion.
  • the lithium secondary battery is classified into a cylindrical battery, a prismatic battery, and a pouch-type battery, depending on the shape of the case.
  • the cylindrical battery and the prismatic battery are batteries having a structure in which an electrode assembly is mounted on a metal can
  • the pouch-shaped battery is a battery having a structure in which an electrode assembly is mounted on a pouch-shaped battery case of an aluminum laminate sheet.
  • a pouch type battery which can be stacked with a high degree of integration, has a high energy density per weight, and is inexpensive and easy to deform has recently attracted much attention.
  • the pouch-shaped battery case may be divided into a detachable battery case in which the upper case and the lower case are separated from each other, and an integrated battery case in which the upper case and the lower case are connected to each other.
  • a battery case having a structure in which an electrode assembly accommodating portion is formed in each of an upper case and a lower case separated from each other to accommodate an electrode assembly manufactured to be thick is used.
  • the outer periphery for discharging the gas is left as the unsealed portion while the remaining outer periphery is sealed, and the outer periphery for gas discharge is sealed through the unsealed portion, Discharge and electrolyte injection are performed.
  • Discharging and degassing processes are repeatedly performed in the manufacturing process of the secondary battery, and stress is concentrated on the corner portion of the concave portion for accommodating the electrode assembly of the battery case in the vacuum degassing process. As a result, the battery case around the corner portion of the concave portion is crushed and cracks are generated.
  • FIG. 1 is a plan view of a conventional sealing block.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of a battery case manufactured by using the sealing block shown in FIG. 1, wherein cracks are generated in the corner portions of the electrode assembly receiving portion before and after the degassing process ≪ / RTI >
  • the sealing block 10 is composed of a main body portion 11 having a long rectangular shape in a plane and a protruding portion 12 projecting perpendicularly from one side of the main body portion 11 And a curved surface 13 is formed on one surface of the protrusion 12 facing the electrode assembly.
  • a corrugation 20 is formed at a corner of the electrode assembly receiving portion before the degassing process, so that the surface and the surface form a constant angle and a bent portion is formed.
  • a crack 30 is generated as shown in the photograph after the degassing process.
  • the sealing block of FIG. 1 is entirely made of a lower-case r-type sealing block, wrinkles are prevented from being generated around the corner of the concave portion of the battery case. However, such a problem is not completely solved.
  • Korean Patent Laid-Open Publication No. 2016-0026060 discloses a sealing region layer that seals the inside of the pouch-type casing member from the inside of the pouch-type casing member, and a sealing region layer which is thicker than the periphery from the outside of the pouch- Discloses a polymer battery including a non-sealing region layer formed in a battery case
  • Korean Patent Laid-Open Publication No. 2013-0092800 discloses a battery cell in which a film is attached to an edge of a battery portion accommodated in a battery case, And does not provide a clear solution for preventing wrinkles on the corner of the storage part.
  • a sealing block for sealing a pouch type secondary battery for sealing a pouch type secondary battery
  • the wrinkle preventing portion includes an extension portion connecting the curved surface structure of the main body portion and the wrinkle preventing portion.
  • the thickness of the electrode assembly increases, and the depth of the recess for receiving the electrode assembly is also increased to accommodate the thickened electrode assembly.
  • the thickness of the battery case may be increased to form a deep concave portion.
  • the recesses for receiving the electrode assemblies are formed in the upper case and the lower case, respectively, so that a thick electrode assembly can be accommodated.
  • the battery case having such a structure can be used as a battery case for a secondary battery of a high capacity.
  • the electrode assembly includes a jelly-roll type (wound type) electrode assembly having a structure in which a long sheet-like anode and a cathode are wound with a separator interposed therebetween, a plurality of anodes and cathodes cut in a predetermined size unit (Stacked) electrode assembly in which a plurality of positive electrodes and negative electrodes are stacked in this order, a bi-cell stacked with a separator interposed between a positive electrode and a negative electrode, and a stack / Folding type electrode assembly or a lamination / stack type electrode assembly in which the bi-cells and pull cells are stacked and joined together with a separator interposed therebetween.
  • Stacked predetermined size unit
  • the stacked electrode assembly, the stack / folding electrode assembly, and the lamination / stacked electrode assembly may have a structure in which the positive electrode tab and the negative electrode tab protrude in opposite directions from each other in the rectangular electrode plate,
  • an electrode assembly having a structure in which a positive electrode tab and a negative electrode tab protrude in opposite directions may be used to facilitate connection with an external device.
  • the electrode assembly is housed in the battery case, and the outer periphery of the electrode assembly is sealed except for one side and the outer periphery for gas discharge and electrolyte injection, and then charge- As a result, the battery case is crushed and wrinkled during the vacuum decompression process for discharging the gas.
  • the corner portion of the concave portion accommodating the electrode assembly is a portion drawn for forming the concave portion, the thickness of the corner portion is relatively thinner than that of the other portions, and the portion where wrinkles are likely to occur during the vacuum decompression process is high.
  • the wrinkle prevention portion includes a curved portion corresponding to the rounded corner portion of the electrode assembly receiving portion.
  • the wrinkle preventing portion includes a main body portion
  • the sealing portion can be formed to a portion adjacent to the corner portion of the electrode assembly receiving portion due to the extending portion, so that the deformation of the battery case can be minimized have. Therefore, it is possible to prevent the corners from being wrinkled.
  • the body portion is a portion for sealing the outer periphery where the electrode terminal is located and the outer periphery of the battery case in parallel with the outer periphery of the electrode terminal in the specific example,
  • the body portion may be a rectangular pillar shape including an outer surface in a rectangular shape in plan view.
  • the curved surface structure of the wrinkle preventing portion may be positioned adjacent to the corner of the electrode assembly receiving portion due to the extended portion protruding from the main body portion and extending to the rounded corner portion of the electrode assembly receiving portion. . Therefore, when the battery case is manufactured using the sealing block having such a structure, the sealing portion formed on the outer periphery of the battery case extends to the boundary of the rounded corner portion of the electrode assembly receiving portion, and wrinkles are formed in the corner portion Can be prevented more effectively.
  • the open outer periphery in the direction of gas discharge is formed in the outer periphery of the open periphery The outer periphery of the state). Therefore, a technique for preventing deformation of the outer periphery side where the gas is discharged is further required, and the wrinkle preventing portion may be positioned at both corner corners of the periphery of the periphery of the receiving portion from which the gas is discharged.
  • the sealing block may include a first block in which the main body portion is located on the outer periphery of one side of the battery case parallel to the direction in which the electrode terminal protrudes, and a second block on the other side periphery parallel to the one-
  • the first block and the second block may have a shape symmetrical to each other.
  • the sealing block is located at both side sealing portions adjacent to the outer periphery where the gas is discharged from the pouch-shaped battery case, and the first block and the second block are disposed on both outer sides of the battery case, Considering that the sealing portion formed on both sides with respect to the central portion of the electrode assembly in which the second block is located and perpendicular to the major axis direction in which the electrode terminals of the electrode assembly protrude is formed symmetrically, And may be formed in a shape symmetrical to each other.
  • the sealing block may further include a third block positioned between the first block and the second block and interconnecting the third block and the second block, And can be configured in an independent form.
  • the third block is used at a position corresponding to the longitudinal axis direction of the pouch-shaped battery case, and the third block is formed in an independent form from the first block and the second block, It may be a structure that can be replaced according to the length of the battery case in the longitudinal direction.
  • the third block may be coupled to the first block and the second block, the first block and the third block being connected at one end of the third block in a direction perpendicular to the first block and the third block,
  • a seal block having a structure connected to each other is used. The time required for positioning the sealing blocks can be shortened.
  • the present invention provides a pouch-shaped battery case manufactured using the sealing block.
  • the battery case may have an electrode assembly accommodating portion formed in at least one of an upper case and a lower case,
  • a non-sealing portion for gas discharge is formed on the outer periphery of one side of the electrode assembly receiving portion
  • a sealing portion having a radius of curvature corresponding to the radius of curvature of the outer peripheral corner portion of the electrode assembly receiving portion is formed at both ends of the outer periphery formed with the gas-discharging unshrouded portion.
  • the sealing portion may be formed adjacent to a boundary of an outer peripheral corner portion of the electrode assembly receiving portion.
  • a sealing portion is formed in the vicinity of the outer periphery of the battery case at a portion adjacent to the boundary of the outer peripheral corner of the electrode assembly receiving portion.
  • the present invention also provides a sealing method of the pouch-shaped battery case.
  • the method comprising the steps of:
  • the main body portion of the first block is positioned on the outer periphery of one side of the battery case parallel to the direction in which the electrode terminal protrudes, and on the other outer periphery on the other side parallel to the one- As shown in FIG.
  • the sealing portion is formed up to the battery case portion contacting the corner portion of the electrode assembly receiving portion, The case can be prevented from being wrinkled.
  • 1 is a plan view of a conventional sealing block.
  • FIG. 2 is a photograph showing that cracks are generated in the corner portions of the electrode assembly receiving portion before and after the degassing process in the battery case manufactured using the sealing block of FIG. 1.
  • FIG 3 is a top view of a sealing block according to one embodiment.
  • FIG. 4 is a plan view of a pouch-shaped battery case according to one embodiment.
  • Fig. 5 is a photograph showing that cracks do not occur before and after the degassing process of the pouch-type case according to the present invention.
  • FIG. 3 schematically illustrates a top view of a sealing block according to one embodiment.
  • the sealing block 100 includes a first sealing block 110, a second sealing block 120, and a third sealing block 130.
  • the first sealing block 110 includes a main body 111 for heating and / or pressurizing the outer periphery of the battery case and the outer periphery thereof protruding from the electrode terminals, And the curled elastic member 112 includes a curved surface structure 114 corresponding to the rounded corner portion of the electrode assembly receiving portion.
  • the curled elastic member 112 includes a body portion 111 and a curved surface structure 114, (Not shown).
  • the second sealing block 120 includes a main body 121 for heating and / or pressurizing the outer periphery where the electrode terminals protrude and the outer periphery of the parallel cell case, And the curled elastic member 122 includes a curved surface structure 124 corresponding to the rounded corner portion of the electrode assembly receiving portion.
  • the curled elastic member 122 includes a body portion 121 and a curved surface structure 124, (Not shown).
  • the first sealing block 110 and the second sealing block 120 are symmetrical to each other and one end of the first sealing block and one end of the second sealing block are connected to the opposite ends of the third block 130 .
  • the third sealing block 130 may be a separable structure independent of the first sealing block 110 and the second sealing block 120, or may be a structure in which the first sealing block 110 and the second sealing block 120 are combined in a fixed state.
  • FIG. 4 schematically shows a plan view of a pouch-shaped battery case according to one embodiment.
  • the pouch-shaped battery case 200 includes an electrode assembly receiving portion 240 formed on one side thereof, a left outer surrounding sealing portion 210, A peripheral sealing portion 220 and a lower outer peripheral sealing portion 230 are formed.
  • a sealing portion is not formed at the peripheral portion of the electrode assembly receiving portion 240 outside the gas discharging direction 250 but a corner sealing portion 212 extending from the left outer peripheral sealing portion 210 is formed as both ends
  • a curved surface 214 having a radius of curvature corresponding to the radius of curvature of the corner portion 241 is formed in the vicinity of the corner portion 241 of the electrode assembly receiving portion, And a connecting portion 213 connecting the curved surface 214 with the sealing portion 212.
  • corner sealing part 222 extending from the right outer peripheral sealing part 220 is formed as both ends of the periphery of the gas discharging direction 250, and the corner sealing part 222 is formed adjacent to the corner part 242 of the electrode assembly receiving part Includes a curved surface 224 having a radius of curvature corresponding to the radius of curvature of the corner portion 242 and a connecting portion 223 connecting the right outer peripheral sealing portion 220 and the curved surface 224 A sealing portion 222 is formed.
  • the sealing portions are formed adjacently to the boundaries of the corner portions 241 and 242, the battery case in the vicinity of the corner portions 241 and 242 is sealed and fixed so that the battery case is not easily deformed. Therefore, it is possible to prevent wrinkles or cracks from occurring in the battery case even if the degassing process is performed on the battery cells using such a battery case.
  • a stacked electrode assembly having a structure in which a separator is interposed between an anode and a cathode and having a thickness of 10 mm is housed in a battery case and positioned such that outer circumferences of the upper case and the lower case coincide with each other.
  • the battery case has a structure in which an electrode assembly accommodating part is formed in an upper case and a lower case, and the electrode assembly has a structure in which a positive terminal and a negative terminal protrude in different directions.
  • the sealing block of FIG. 3 is positioned on the upper and lower outer sides of the upper case and the lower case, and the curved surface of the wrinkle preventing portion of the sealing block is positioned so as to be in contact with the corner of the electrode assembly receiving portion.
  • the sealing block is heated and pressurized to seal the outer periphery of the battery case excluding the outer periphery of one side thereof.
  • FIG. 5 shows a photograph of the corner portions of both ends of the unsealed portion of the battery case measured by an optical electron microscope (OMM).
  • OOMM optical electron microscope
  • the sealed cell case is placed in a vacuum chamber, and then the degassing process for depressurizing the vacuum cell to a vacuum state and pressurizing the cell case at normal pressure is performed three times.
  • FIG. 5 (after degassing) is a photograph of the corners of both ends of the unsealed portion of the battery case, taken after the battery case is taken out of the vacuum chamber, by an optical scanning electron microscope.
  • the sealing block according to the present invention has a body portion for sealing the outer periphery of the battery case parallel to the direction in which the electrode terminal protrudes, and a corrugated portion including a curved surface structure corresponding to the rounded corner portion of the electrode assembly receiving portion.
  • the pouch-shaped battery case manufactured using the sealing block includes an outer peripheral corner portion of the electrode assembly receiving portion, and the outer peripheral corner portion of the pouch- It is possible to prevent the battery case from being easily deformed.

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Abstract

본원 발명은 파우치형 이차전지의 실링을 위한 실링 블록으로서, 전극 단자가 돌출되는 외주변 및 이와 평행한 전지케이스의 외주변을 가열 및/또는 가압 실링하는 본체부 및 상기 본체부의 일측면과 수직인 방향으로 결합되며 전극조립체 수납부의 라운딩 코너부와 대응되는 곡면 구조를 포함하는 주름 방지부로 구성되며 상기 주름 방지부는 상기 본체부와 상기 주름 방지부의 상기 곡면 구조를 연결해주는 연장부를 포함하는 바, 상기 연장부를 통해 상기 주름 방지부가 전극조립체 수납부와 인접하게 위치한 상태에서 실링이 이루어질 수 있다. 따라서, 전극조립체 수납부의 코너부와 인접한 부분에 전지케이스의 외주변이 융착되어 실링부가 형성되는 바, 전지케이스의 실링부가 고정되어 전지케이스의 변형이 잘 이루어지지 않고, 전지케이스에 주름이 생기는 것을 방지할 수 있다.

Description

균열을 방지하기 위한 파우치형 이차전지용 실링 블록, 이를 사용하여 제조되는 파우치형 전지케이스 및 파우치형 전지케이스의 실링 방법
본 출원은 2017년 10월 17일자 한국 특허 출원 제 2017-0134309 호에 기초한 우선권의 이익을 주장하며, 해당 한국 특허 출원의 문헌에 개시된 모든 내용은 본 명세서의 일부로서 포함된다.
본원 발명은 전지케이스의 균열을 방지하기 위한 파우치형 이차전지용 실링 블록, 이를 이용한 파우치형 전지케이스 및 파우치형 전지케이스의 실링 방법에 대한 것으로서, 구체적으로, 전극 단자가 돌출되는 외주변 및 이와 평행한 전지케이스의 외주변을 가열 및/또는 가압 실링하는 본체부 및 상기 본체부의 일측면과 수직인 방향으로 결합되며 전극조립체 수납부의 라운딩 코너부와 대응되는 곡면 구조를 포함하는 주름 방지부로 구성되며, 상기 주름 방지부는 상기 본체부와 상기 주름 방지부의 상기 곡면 구조를 연결해주는 연장부를 포함하는 실링 블록에 관한 것이다.
리튬 이차전지는 케이스의 형상에 따라, 원통형 전지, 각형 전지, 및 파우치형 전지로 분류된다. 원통형 전지와 각형 전지는 금속 캔에 전극조립체를 장착한 구조의 전지이며, 파우치형 전지는 통상적으로 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치형 전지케이스에 전극조립체를 장착한 구조의 전지이다. 높은 집적도로 적층될 수 있고 중량당 에너지 밀도가 높으며 저렴하고 변형이 용이한 파우치형 전지가 최근 많은 관심을 모으고 있다.
파우치형 전지케이스는 상부케이스 및 하부케이스가 서로 분리되는 분리형 전지케이스와 상부케이스 및 하부케이스가 서로 연결된 형태의 일체형 전지케이스로 분류될 수 있다. 최근 고용량의 이차전지에 대한 수요가 증가함에 따라, 두껍게 제조되는 전극조립체를 수납하기 위해 서로 분리되는 상부케이스 및 하부케이스 각각에 전극조립체 수납부가 형성된 구조의 전지케이스가 사용되고 있다.
상기 전지케이스의 밀봉시, 상부케이스 및 하부케이스의 외주변을 대면하도록 위치시킨 상태에서, 가스 배출을 위한 외주변은 미실링부로 남겨두고 이를 제외한 나머지 외주변은 밀봉하며, 상기 미실링부를 통해 가스 배출 및 전해액 주입이 이루어진다.
이차전지의 제조과정에서 충방전 및 탈기 과정이 반복적으로 이루어지며 진공 감압의 탈기 과정에서 전지케이스의 전극조립체 수납을 위한 오목부 코너부에 응력이 집중된다. 이에 따라 상기 오목부 코너부 주변의 전지케이스가 찌그러지면서 주름(crack)이 발생된다.
반복적인 진공 감압 및 팽창에 따라 상기 주름이 씨드(sead)가 되어 해당부분이 찢어지며 개구가 형성되는 등 불량이 발생한다.
도 1은 종래에 사용하던 실링 블록의 평면도를 도시하고, 도 2는 도 1의 실링 블록을 사용하여 제조된 전지케이스에서, 탈기 과정의 진행 전과 진행 후에 전극조립체 수납부 코너부에 크랙이 발생하는 것을 보여주는 사진을 도시하고 있다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 실링 블록(10)은 평면상 직선의 긴 직사각형 형태를 갖는 본체부(11)와 본체부(11)의 일측에서 직각으로 돌출되어 있는 돌출부(12)로 구성되고, 돌출부(12)의 일측면으로서 전극조립체를 향하는 면은 곡면(13)이 형성되어 있다.
이와 같은 구조의 실링 블록을 사용하여 제조된 전지케이스의 경우, 탈기 과정 전의 전극조립체 수납부의 코너부에 주름(20)이 형성되어 면과 면이 일정한 각도를 형성하며 구부러진 부분이 형성된다. 이와 같은 전지케이스에 대해 진공 감압 및 가압 과정을 진행하는 경우, 상기 코너부 주름(20)에 응력이 집중됨에 따라, 탈기 과정 후의 사진과 같이 크랙(30)이 발생한다.
도 1의 실링 블록과 같이 전체적으로 소문자 r 형태의 실링 블록을 사용하여 전지케이스의 오목부 코너부 주변에 주름이 발생하는 것을 방지하고 있으나, 상기와 같은 문제를 완전히 해결하지 못하고 있다.
이와 관련하여, 한국 공개특허공보 제 2016-0026060 호는 파우치형 외장재의 내측에서 상기 파우치형 외장재의 내부를 실링하는 실링 영역층, 및 상기 파우치형 외장재의 외측에서 주변보다 두꺼운 두께를 갖는 단면 노출부가 형성되는 미실링 영역층을 포함하는 폴리머 전지를 개시하고, 한국 공개특허공보 제 2013-0092800 호는 전지케이스에 수납되는 전지부의 모서리에 필름이 부착된 배터리 셀을 개시하나, 전지케이스에서 전극조립체 수납부의 코너부에 생기는 주름을 방지하기 위한 뚜렷한 해결책을 제시하지 못하고 있다.
따라서, 파우치형 전지의 제조 과정에서 전극조립체 수납을 위한 오목부의 코너부에서 발생하는 주름을 방지할 수 있는 기술에 대한 필요성이 높은 실정이다.
본원 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하기 위한 것으로서, 전극조립체가 수납된 파우치형 케이스의 수납부 라운딩 코너부의 주름(crack)을 방지하기 위한 실링 블럭, 이를 사용하여 제조되는 파우치형 전지케이스 및 파우치형 전지케이스의 실링 방법을 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본원 발명에 따른 파우치형 이차전지의 실링을 위한 실링 블록은,
전극 단자가 돌출되는 외주변 및 이와 평행한 전지케이스의 외주변을 가열 및/또는 가압 실링하는 본체부 및 상기 본체부의 일측면과 수직인 방향으로 결합되며 전극조립체 수납부의 라운딩 코너부와 대응되는 곡면 구조를 포함하는 주름 방지부로 구성되며,
상기 주름 방지부는 상기 본체부와 상기 주름 방지부의 상기 곡면 구조를 연결해주는 연장부를 포함하는 구조로 이루어진다.
고출력 고용량의 이차전지에 대한 수요가 증가함에 따라 전극조립체의 두께가 증가하게 되고, 두꺼워진 전극조립체를 수용하기 위하여 전극조립체를 수용하기 위한 오목부의 깊이도 깊어지고 있다. 그러나, 수지층 및 금속층을 포함하는 라미네이트 시트로 이루어진 전지케이스의 성질을 고려할 때, 깊은 오목부를 형성하기 위하여 전지케이스의 두께가 두꺼워질 수 있으나, 이는 전지의 용량이 감소되는 문제가 발생할 수 있으므로 바람직하지 않다. 이에, 상부케이스 및 하부케이스 각각에 전극조립체를 수용하기 위한 오목부를 형성함으로써 두꺼운 전극조립체의 수용이 가능하게 되고, 이와 같은 구조의 전지케이스는 고용량의 이차전지용 전지케이스로 사용할 수 있다.
상기 전극조립체는 긴 시트형의 양극들과 음극들을 분리막이 개재된 상태에서 권취한 구조의 젤리-롤형(권취형) 전극조립체, 소정 크기의 단위로 절취한 다수의 양극과 음극들을 분리막을 개재한 상태로 순차적으로 적층한 스택형(적층형) 전극조립체, 소정 단위의 양극과 음극들을 분리막을 개재한 상태로 적층한 바이셀(Bi-cell), 풀셀(Full cell)들을 분리막 시트로 권취한 구조의 스택/폴딩형 전극조립체 또는 상기 바이셀, 풀셀들이 분리막이 개재된 상태로 적층되어 접합된 구조의 라미네이션/스택형 전극조립체일 수 있다.
상기 스택형 전극조립체, 스택/폴딩형 전극조립체 및 라미네이션/스택형 전극조립체는 양극 탭 및 음극 탭이 장방형 전극판에서 서로 반대 방향으로 돌출된 구조로 이루어질 수 있고, 또는 서로 동일한 측면으로 돌출되는 구조로 이루어질 수 있는 바, 대용량의 이차전지를 제조하는 경우 외부 디바이스와의 연결을 용이하게 하기 위하여 양극 탭 및 음극 탭이 서로 반대 방향으로 돌출된 구조의 전극조립체를 사용할 수 있다.
상기 파우치형 전지케이스의 제조 과정에서, 전극조립체를 전지케이스에 수납하고 가스 배출 및 전해액 주입을 위하여 일측 외주변을 제외한 나머지 외주변을 실링한 후 전지의 활성화를 위한 충방전과 탈기 과정을 수회 실시하는 바, 가스 배출을 위한 진공 감압 과정에서 전지케이스가 찌그러지면서 주름이 발생한다.
특히, 전극조립체가 수납되는 오목부의 코너부는, 오목부의 성형을 위해 연신된 부분이기 때문에 다른 부분에 비해 상대적으로 두께가 얇아진 상태인 바, 진공 감압 과정에서 주름이 발생할 가능성이 높은 부분이다.
이에, 본원 발명과 같이, 전극조립체 수납부의 라운딩 코너부와 대응되는 곡면 구조를 포함하는 주름 방지부를 포함하고, 상기 주름 방지부는 전극 단자가 위치하는 외주변과 평행한 외주변에 위치하는 본체부로부터 연장되어 상기 주름 방지부의 곡면 구조를 연결해주는 연장부를 포함하는 경우에, 상기 연장부로 인하여 전극조립체 수납부의 코너부와 인접한 부분까지 실링부가 형성될 수 있으므로, 전지케이스의 형상 변형을 최소화할 수 있다. 따라서, 상기 코너부에 주름이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
따라서, 전지케이스에 생긴 주름에 의해 탈기 과정을 거치면서 전지케이스가 찢어지는 문제를 해결할 수 있는 바, 파우치형 전지케이스의 불량률을 현저히 감소시킬 수 있다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 본체부는 전극 단자가 위치하는 외주변 및 이와 평행한 전지케이스의 외주변을 실링하기 위한 부분인 점을 고려할 때, 상기 전극 단자가 위치하는 외주변의 실링부와 대응되는 대향면을 포함하는 구조일 수 있는 바, 구체적으로, 상기 본체부는 평면상 직사각형 형태의 외면을 포함하는 사각 기둥 형태로 이루어질 수 있다.
상기 연장부는, 상기 본체부로부터 돌출되어 상기 전극조립체 수납부의 라운딩 코너부까지 연장되는 구조로서, 상기 연장부로 인하여 상기 주름 방지부의 곡면 구조가 전극조립체 수납부의 코너부와 인접하게 위치할 수 있다. 따라서, 이와 같은 구조의 실링 블록을 이용하여 전지케이스를 제조하는 경우, 전지케이스의 외주변에 형성되는 실링부가 전극조립체 수납부의 라운딩 코너부의 경계까지 연장되는 바, 상기 코너부에 주름이 형성되는 것을 더욱 효과적으로 방지할 수 있다.
일반적으로, 파우치형 전지의 제조 과정 중에 전지케이스 내부에서 발생하는 가스를 배출하는 탈기 과정을 진행하면, 가스가 배출 되는 방향의 개방된 외주변은 상기 개방된 외주변의 반대 방향 외주변(밀봉된 상태의 외주변)과 비교할 때 내측으로 더욱 오목하게 변형된다. 따라서, 가스가 배출 되는 외주변 측의 변형을 방지할 수 있는 기술이 더욱 필요한 바, 상기 주름 방지부는 가스가 배출되는 수납부 외주변의 양측 끝단 코너부에 위치할 수 있다.
이와 같이 상기 실링 블록의 주름 방지부가 가스 배출 방향의 외주변의 양측 끝단 코너부에 위치하는 경우에는, 상기 실링 블록으로 제조되는 전지케이스의 가스 배출 방향의 외주변 양측 코너부에 주름이 발생하는 것을 방지할 수 있으므로, 전지케이스의 불량율을 현저히 낮출 수 있다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 실링 블록은, 전극 단자가 돌출되는 방향과 평행한 전지케이스의 일측 외주변 상에 상기 본체부가 위치하는 제 1 블록 및 상기 일측 외주변과 평행한 타측 외주변 상에 상기 본체부가 위치하는 제 2 블록으로 구성되고, 상기 제 1 블록과 제 2 블록은 서로 대칭인 형상으로 이루어질 수 있다.
즉, 상기 실링 블록은 파우치형 전지케이스에서 가스가 배출되는 외주변과 인접한 양측 실링부에 위치하는 것이 바람직한 바, 전극 단자가 위치하는 방향과 평행한 전지케이스의 양측 외주변 각각에 제 1 블록 및 제 2 블록이 위치하고, 전극조립체의 전극 단자가 돌출되는 장축 방향과 수직 방향인 전극조립체 중심부를 기준으로 양측에 형성되는 실링부가 대칭 형상으로 이루어지는 점을 고려할 때, 상기 제 1 블록과 제 2 블록은 서로 대칭인 형상으로 이루어질 수 있다.
한편, 상기 실링 블록은, 상기 제 1 블록 및 제 2 블록의 사이에 위치하면서, 이들을 서로 연결하는 제 3 블록을 더 포함할 수 있는 바, 상기 제 3 블록은 상기 제 1 블록 및 제 2 블록과 독립된 형태로 구성될 수 있다.
즉, 상기 제 3 블록은 상기 파우치형 전지케이스의 장축 방향과 대응되는 위치에 사용되는 바, 상기 제 3 블록이 상기 제 1 블록 및 제 2 블록과 독립된 형태로 구성되는 경우, 실링하고자 하는 파우치형 전지케이스의 장축 방향 길이에 따라 교체 사용이 가능한 구조일 수 있다.
또는, 상기 제 3 블록은 상기 제 1 블록 및 제 2 블록과 결합된 형태로 구성될 수 있는 바, 제 1 블록과 제 3 블록이 수직인 방향으로 상기 제 3 블록의 일측 끝단에서 연결되고, 상기 제 3 블록의 타측 끝단에서 상기 제 2 블록이 상기 제 1 블록과 대향하면서 상기 제 3 블록과 수직인 방향으로 연결되는 경우, 서로 연결된 구조의 실링 블록을 사용하기 때문에, 전지케이스의 외주변 실링을 위하여 실링 블록들의 위치 설정에 필요한 시간을 단축시킬 수 있다.
본원 발명은 상기 실링 블록을 사용하여 제조되는 파우치형 전지케이스를 제공한다.
상기 전지케이스는 상부케이스 및 하부케이스 중 적어도 어느 하나에 전극조립체 수납부가 형성되어 있고,
상기 전극조립체 수납부의 일측 외주변에는 가스 배출용 미실링부가 형성되며,
상기 가스 배출용 미실링부가 형성된 외주변의 양측 끝단으로서, 상기 전극조립체 수납부의 외주변 코너부의 곡률 반경과 대응되는 크기의 곡률 반경을 갖는 실링부가 형성된 구조로 이루어진다.
상기 실링부는 상기 전극조립체 수납부의 외주변 코너부의 경계까지 인접하게 형성될 수 있다.
즉, 본원 발명에 따른 파우치형 전지케이스는 전극조립체 수납부의 외주변 코너부의 경계까지 인접한 부분에 전지케이스 외주변의 실링부가 형성되는 바, 이차전지의 제조 과정 중 탈기(degas)를 위하여 감압 및 가압 과정을 반복하더라도 전극조립체 수납부의 외주변 코너부가 곡면 구조를 유지하고 주름이 생기는 것을 방지할 수 있다.
본원 발명은 또한 상기 파우치형 전지케이스의 실링 방법을 제공한다.
상기 파우치형 전지케이스의 실링 방법으로서,
(a) 전극조립체를 수납한 후 전극조립체 수납부가 형성된 상부케이스 및/또는 하부케이스의 외주변이 일치하도록 위치시키는 단계;
(b) 상기 상부케이스 및 하부케이스의 상면 및 하면 상에 본원 발명에 따른 실링 블록이 전극조립체 수납부의 코너부와 접하도록 위치시키는 단계; 및
(c)상기 실링 블록을 가열 및/또는 가압하여 전지케이스를 밀봉하는 단계;
를 포함하는 단계로 이루어질 수 있다.
구체적으로, 상기 단계 (b)는 전극 단자가 돌출되는 방향과 평행한 전지케이스의 일측 외주변 상에 제 1 블록의 본체부를 위치시키고, 상기 일측 외주변과 평행한 타측 외주변 상에 제 2 블록의 본체부를 위치시킨 상태에서 이루어질 수 있다.
즉, 상기 제 1 블록 및 제 2 블록을 상기 전지케이스의 외주변 상에 위치시킨 상태에서 전지케이스를 밀봉하는 경우, 전극조립체 수납부의 코너부와 접하는 전지케이스 부분까지 실링부가 형성되기 때문에, 전지케이스에 주름이 방지하는 것을 방지할 수 있다.
도 1은 종래에 사용하던 실링 블록의 평면도이다.
도 2는 도 1의 실링 블록을 사용하여 제조된 전지케이스에서, 탈기 과정의 진행 전과 진행 후에 전극조립체 수납부 코너부에 크랙이 발생하는 것을 보여주는 사진이다.
도 3은 하나의 실시예에 따른 실링 블록의 평면도이다.
도 4는 하나의 실시예에 따른 파우치형 전지케이스의 평면도이다.
도 5는 본원 발명에 따른 파우치형 케이스의 탈기 과정 전, 후의 크랙이 발생하지 않는 것을 보여주는 사진이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본원 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본원 발명을 쉽게 실시할 수 있는 실시예를 상세히 설명한다. 다만, 본원 발명의 바람직한 실시예에 대한 동작 원리를 상세하게 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본원 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.
또한, 도면 전체에 걸쳐 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 사용한다. 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 연결되어 있다고 할 때, 이는 직접적으로 연결되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고, 간접적으로 연결되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 어떤 구성요소를 포함한다는 것은 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라, 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
본원 발명을 도면에 따라 상세한 실시예와 같이 설명한다.
도 3은 하나의 실시예에 따른 실링 블록의 평면도를 도식적으로 도시하고 있다.
도 3을 참조하면, 실링 블록(100)은 제 1 실링 블록(110), 제 2 실링 블록(120) 및 제 3 실링 블록(130)으로 구성된다.
제 1 실링 블록(110)은 전극 단자가 돌출되는 외주변 및 이와 평행한 전지케이스의 외주변을 가열 및/또는 가압 실링하는 본체부(111), 본체부(111)의 일측면과 수직인 방향으로 결합되며 전극조립체 수납부의 라운딩 코너부와 대응되는 곡면 구조(114)를 포함하는 주름 방지부(112)로 구성되며, 주름 방지부(112)는 본체부(111)와 곡면 구조(114)를 연결해주는 연장부(113)를 포함한다.
제 2 실링 블록(120)은 전극 단자가 돌출되는 외주변 및 이와 평행한 전지케이스의 외주변을 가열 및/또는 가압 실링하는 본체부(121), 본체부(121)의 일측면과 수직인 방향으로 결합되며 전극조립체 수납부의 라운딩 코너부와 대응되는 곡면 구조(124)를 포함하는 주름 방지부(122)로 구성되며, 주름 방지부(122)는 본체부(121)와 곡면 구조(124)를 연결해주는 연장부(123)를 포함한다.
제 1 실링 블록(110)과 제 2 실링 블록(120)은 서로 대칭인 형상으로 이루어지며, 제 1 실링 블록의 일측 끝단과 제 2 실링 블록의 일측 끝단은 제 3 블록(130)의 양측 끝단 각각에 위치한다.
제 3 실링 블록(130)은 제 1 실링 블록(110) 및 제 2 실링 블록(120)과 독립된 형태로서 분리가 가능한 구조일 수 있고, 또는 부착 고정된 상태로 결합된 구조일 수 있다.
도 4는 하나의 실시예에 따른 파우치형 전지케이스의 평면도를 모식적으로 도시하고 있다.
도 4를 참조하면, 파우치형 전지케이스(200)는 일측에 전극조립체 수납부(240)가 형성되어 있고, 전극조립체 수납부(240)의 외주변에는 좌측 외주변 실링부(210), 우측 외주변 실링부(220) 및 하측 외주변 실링부(230)가 형성되어 있다.
전극조립체 수납부(240)의 가스 배출 방향(250) 외주변 중심부에는 실링부가 형성되어 있지 않지만, 양측 끝단으로서, 좌측 외주변 실링부(210)에서 연장된 코너부 실링부(212)가 형성되어 있는 바, 전극조립체 수납부의 코너부(241)의 인접부에는 코너부(241)의 곡률 반경과 대응되는 크기의 곡률 반경을 갖는 곡면(214)을 포함하고, 좌측 외주변 실링부(210)와 곡면(214)을 연결해주는 연결부(213)를 포함하는 실링부(212)가 형성되어 있다.
또한, 가스 배출 방향(250) 외주변의 양측 끝단으로서 우측 외주변 실링부(220)에서 연장된 코너부 실링부(222)가 형성되어 있는 바, 전극조립체 수납부의 코너부(242)의 인접부에는 코너부(242)의 곡률 반경과 대응되는 크기의 곡률 반경을 갖는 곡면(224)을 포함하고, 우측 외주변 실링부(220)와 곡면(224)을 연결해주는 연결부(223)를 포함하는 실링부(222)가 형성되어 있다.
이와 같이 코너부(241, 242)의 경계까지 인접하게 실링부가 형성되어 있기 때문에 코너부(241, 242)주변의 전지케이스가 밀봉되어 고정된 상태인 바, 쉽게 변형이 일어나지 않는다. 따라서, 이와 같은 전지케이스를 사용한 전지셀에 대한 탈기 과정을 진행하더라도 전지케이스에 주름 내지 크랙이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
이하에서는, 본원 발명의 실시예를 참조하여 설명하지만, 이는 본원 발명의 더욱 용이한 이해를 위한 것으로, 본원 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.
<실시예>
양극 및 음극 사이에 분리막이 개재된 구조로 이루어지고 두께가 10mm인 스택형 전극조립체를 전지케이스에 수납하고, 상부케이스 및 하부케이스의 외주변이 일치하도록 위치시킨다. 상기 전지케이스는 상부케이스 및 하부케이스에 전극조립체 수납부가 형성된 구조이며, 상기 전극조립체는 양극 단자 및 음극 단자가 서로 다른 방향 방향으로 돌출된 구조로 이루어진다.
상기 상부케이스 및 하부케이스의 상면 및 하면 외주변에 도 3의 실링 블록을 위치시키고, 상기 실링 블록의 주름 방지부의 곡면이 상기 전극조립체 수납부의 코너부와 접하도록 위치시킨다.
상기 실링 블록을 가열 및 가압하여 전지케이스의 일측 외주변을 제외한 나머지 외주변을 밀봉한다.
상기 전지케이스의 미실링부의 양측 끝단의 코너부 형상을 광학전자현미경(OMM)으로 측정한 사진을 도 5(탈기 과정 전)에 도시하였다.
상기 밀봉된 전지케이스를 진공 챔버에 위치시킨 후 진공 상태로 감압하고 상압으로 가압하는 탈기 과정을 3회 실시한다.
상기 전지케이스를 진공 챔버에서 취출한 후, 상기 전지케이스의 미실링부의 양측 끝단의 코너부 형상을 광학전자현미경으로 측정한 사진으로 도 5(탈기 과정 후)에 도시하였다.
도 5를 참조하면, 도 2에서 주름이 형성된 각진 부분이 형성되는 것과 달리, 코너부에 곡면 구조가 형성된 것을 확인할 수 있다.
또한, 탈기 과정을 진행한 후에도 곡률 반경이 작아지는 변형이 관찰되나, 일정한 각도를 형성하며 구부러진 주름은 발견되지 않는다.
따라서, 전지케이스에 대해 감압 및 가압 과정을 3회 이상 반복하더라도 크랙이 발생할만한 씨드가 발견되지 않는 바, 전지케이스의 코너부가 찢어지는 문제를 방지할 수 있다.
본원 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본원 발명의 범주내에서 다양한 응용 및 변형을 수행하는 것이 가능할 것이다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본원 발명에 따른 실링 블록은 전극 단자가 돌출되는 방향과 평행한 전지케이스의 외주변을 실링하는 본체부 및 전극조립체 수납부의 라운딩 코너부와 대응되는 곡면 구조를 포함하는 주름 방지부를 포함하고, 상기 주름 방지부는 상기 본체부와 상기 주름 방지부의 곡면 구조를 연결해주는 연장부를 포함하기 때문에, 상기 실링 블록을 사용하여 제조된 파우치형 전지케이스는 전극조립체 수납부의 외주변 코너부에 밀봉부가 형성되어 전지케이스의 변형이 쉽게 일어나는 것을 방지할 수 있다.
따라서, 전지케이스 내부의 가스를 배출하기 위하여 진공 감압 상태를 반복함에 따라 상기 오목부의 코너부에 응력이 집중되어 주름이 발생하는 문제를 방지할 수 있다.

Claims (11)

  1. 파우치형 이차전지의 실링을 위한 실링 블록으로서,
    전극 단자가 돌출되는 외주변 및 이와 평행한 전지케이스의 외주변을 가열 및/또는 가압 실링하는 본체부 및 상기 본체부의 일측면과 수직인 방향으로 결합되며 전극조립체 수납부의 라운딩 코너부와 대응되는 곡면 구조를 포함하는 주름 방지부로 구성되며,
    상기 주름 방지부는 상기 본체부와 상기 주름 방지부의 상기 곡면 구조를 연결해주는 연장부를 포함하는 실링 블록.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 본체부는 평면상 직사각형 형태의 외면을 포함하는 사각 기둥 형태로 이루어진 실링 블록.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 연장부는, 상기 본체부로부터 돌출되어 상기 전극조립체 수납부의 라운딩 코너부까지 연장되는 구조인 실링 블록.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 주름 방지부는 가스가 배출되는 수납부 외주변의 양측 끝단 코너부에 위치하는 구조인 실링 블록.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 실링 블록은, 전극 단자가 돌출되는 방향과 평행한 전지케이스의 일측 외주변 상에 상기 본체부가 위치하는 제 1 블록 및 상기 일측 외주변과 평행한 타측 외주변 상에 상기 본체부가 위치하는 제 2 블록으로 구성되고,
    상기 제 1 블록과 제 2 블록은 서로 대칭인 형상으로 이루어진 실링 블록.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 실링 블록은, 상기 제 1 블록 및 제 2 블록을 연결하는 제 3 블록을 더 포함하는 실링 블록.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 제 3 블록은 상기 제 1 블록 및 제 2 블록과 독립된 형태로 구성될 수 있고, 또는 상기 제 1 블록 및 제 2 블록과 결합된 형태로 구성되는 실링 블록.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 따른 실링 블록을 사용하여 제조되는 파우치형 전지케이스로서,
    상기 전지케이스는 상부케이스 및 하부케이스 중 적어도 어느 하나에 전극조립체 수납부가 형성되어 있고,
    상기 전극조립체 수납부의 일측 외주변에는 가스 배출용 미실링부가 형성되며,
    상기 가스 배출용 미실링부가 형성된 외주변의 양측 끝단으로서, 상기 전극조립체 수납부의 외주변 코너부의 곡률 반경과 대응되는 크기의 곡률 반경을 갖는 실링부가 형성된 파우치형 전지케이스.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 실링부는 상기 전극조립체 수납부의 외주변 코너부의 경계까지 인접하게 형성되는 파우치형 전지케이스.
  10. 파우치형 전지케이스의 실링 방법으로서,
    (a) 전극조립체를 수납한 후 전극조립체 수납부가 형성된 상부케이스 및/또는 하부케이스의 외주변이 일치하도록 위치시키는 단계;
    (b) 상기 상부케이스 및 하부케이스의 상면 및 하면 상에 제 5 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 따른 실링 블록이 전극조립체 수납부의 코너부와 접하도록 위치시키는 단계; 및
    (c)상기 실링 블록을 가열 및/또는 가압하여 전지케이스를 밀봉하는 단계;
    를 포함하는 파우치형 전지케이스의 실링 방법.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 단계 (b)는 전극 단자가 돌출되는 방향과 평행한 전지케이스의 일측 외주변 상에 제 1 블록의 본체부를 위치시키고, 상기 일측 외주변과 평행한 타측 외주변 상에 제 2 블록의 본체부를 위치시키는 파우치형 전지케이스의 실링 방법.
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