KR101452001B1 - 파우치형 이차전지의 제조방법 및 파우치형 이차전지 - Google Patents
파우치형 이차전지의 제조방법 및 파우치형 이차전지 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 전극조립체를 파우치로 패키징함으로써 완성되는 파우치형 전지에서, 최종 외장재로 패키징할 때 전해액의 교착 실링으로 인해 발생하는 문제를 해결하는 것을 목적으로 하는 파우치형 이차전지의 제조방법 및 그 파우치형 이차전지에 관한 것이다.
구체적으로, 본 발명에서는 통상의 파우치로 외장재 패키징을 하기 전에 고분자 재질의 파우치로 먼저 패키징하고, 그 후에 최종 파우치로 패키징함으로써, 전해액의 교착 실링은 실제로 제1차 패키징 재료인 고분자 파우치에서만 이루어지고 실제 최종 패키징용 파우치에서는 전해액의 교착 실링이 발생되지 않도록 한다.
파우치, 패키징, 실링, 포장재, 외장재, 전해액, 절연파괴, 교착, 절연저항, 크랙
Description
본 발명은 파우치형 이차전지의 제조에 있어서, 최종 패키징 이전 단계에서 전해액의 교착 실링이 일어나도록 하기 위해 전극조립체 및 전해질을 포함하는 전지에 대한 제1차 패키징으로서 고분자 재료의 파우치로 실링하는 것을 특징으로 하는 파우치형 이차전지의 제조방법 및 그로부터 제조되는 파우치형 이차전지에 관한 것이다.
파우치형 전지는 음극, 분리막 및 양극을 포함하는 전지 조립체를 파우치형 포장재 안에 넣고 전해액을 주입한 후 가장자리를 실링한다. 그런다음 몇회의 충방전 사이클을 통해 전지를 활성화 시킨다. 이 과정에서 가스가 발생되는데 이를 디개싱하기 위해 파우치의 실링부를 일부 개봉한 다음 재실링하는 과정을 거친다.
이러한 디개싱-리실링 과정에서 전해액이 실링부 내부에 스며들거나, 최종 실링 과정에서 진공 흡입을 시킬 때 전해액의 기상 분자들이 확산에 의해 실링부에 침투하게 된다. 이와 같이 실링부에 침투된 전해액 분자들에 의한 국부적인 디펙트(defect) 또는 마이크로 크랙(micro crack)은 외부와의 전기적 통로가 되어 전지의 절연저항을 파괴시킴은 물론, 전지 내부에 수분 침투 통로가 되며, 실링 강도를 현저히 저하시키는 원인이 된다.
이와 같은 교착 실링의 문제를 해결하기 위한 일 방안으로서 전해액을 주입하는 방법을 개선하거나(대한민국 등록 제824869호), 파우치의 구조를 변경하여 홈, 연장부 및 플랜지부를 포함하는 새로운 형태의 파우치를 제시하기도 하였다. (EP1804313)
한편, 미국특허 6296967에서는 이중으로 구성된 이차전지 패키징에 대해 개시하고 있다. 즉, 전지의 외장재 안에 전지 셀을 1차로 패키징하는 구성인 제1 커버재를 제공함으로써 수분침투 및 전해액의 누출 문제를 해소하는 효과를 달성하는 것이다. 그러나, 상기 발명에서는 단지 전지의 완벽한 밀봉을 위해 포장재를 이중층으로 구성하며 그럼에도 불구하고 전해액의 증발이 일어나는 것을 예상하고 있으므로, 전해액의 교착 실링 및 그로 인해 발생되는 여러 문제점의 해결방안으로서는 부족한 점이 있다.
본 발명은 파우치형 이차전지에서 전해액의 교착실링 및 그로 인해 발생하는 여러 문제점을 해결하기 위한 이차전지의 제조방법 및 구조를 제시하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 전해액의 교착실링을 위한 별도의 실링부를 마련함으로써 파우치형 이차전지의 패키징에 있어서는 전해액의 누출 등의 염려없이 완벽한 패키징이 이루어지도록 한다.
전지 조립체 및 전해액;
상기 전지 조립체 및 전해액을 패키징하고 있는 제1차 파우치; 및
상기 제1차 파우치로 패키징된 전지를 패키징하고 있는 제2차 파우치를 포함하는 것을 특징으로 하는 파우치형 이차전지를 제공한다.
또한, 본 발명에 있어서, 상기 제1차 파우치는 전해액에 용해되지 않는 재질의 고분자 수지로 형성된 것을 특징으로 하는 파우치형 이차전지를 제공한다.
또한 본 발명에 있어서, 상기 제2차 파우치는 금속박 재질로 형성된 것을 특징으로 하는 파우치형 이차전지를 제공한다.
또한 본 발명에 있어서, 상기 제1차 파우치에서의 실링부와 제2차 파우치에서의 실링부는 서로 중첩되지 않게 배치되는 것을 특징으로 하는 파우치형 이차전 지를 제공한다.
또한, 전지조립체 및 전해액을 제1차 파우치 내에 넣고 가실링하는 단계;
상기 가실링된 전지에 대해 충방전 사이클을 실시하여 전지를 활성화하는 단계;
제1차 파우치를 개봉하여 상기 충방전으로 발생된 가스를 디개싱하는 단계;
상기 제1차 파우치를 리실링하는 단계; 및
상기 제1차 파우치로 패키징된 전지를 제2차 파우치 내에 넣고 최종 실링하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 파우치형 이차전지의 제조방법을 제공한다.
또한 본 발명의 방법에 있어서, 상기 제2차 파우치의 실링은 제1차 파우치의 실링부 밖에서 이루어지는 것을 특징으로 하는 파우치형 이차전지의 제조방법을 제공한다.
또한 본 발명의 방법에 있어서, 상기 제1차 파우치를 리실링하는 단계, 및 상기 제2차 파우치를 최종 실링하는 단계에서, 각각의 파우치의 실링압력은 0.1 ~ 5㎫인 것을 특징으로 하는 파우치형 이차전지의 제조방법을 제공한다.
본 발명은 파우치형 이차전지에서 전해액의 교착 실링이 일어나는 영역을 전지의 최종 외장재에서의 실링부로부터 분리시키기 위하여 별도의 파우치 재료로 제1차 패키징하는 것을 특징으로 한다. 따라서, 본 발명에 의하면 파우치형 전지에서 외장재 패키징시 발생하는 전해액의 교착 실링으로 인한 단락, 절연저항의 파괴, 수분의 침투 및 실링 강도의 저하 등의 문제를 해결할 수 있는 장점이 있다.
본 발명은 파우치 안에 전지조립체를 넣고 패키징함으로써 완성되는 파우치형 이차전지에서, 전지의 외장재로 통상 사용되는 금속박 재질의 파우치로 최종 패키징하기 전 단계로서, 고분자 재질의 파우치로 제1차 패키징하는 것을 특징으로 하는 파우치형 이차전지의 제조방법 및 그로부터 제조된 파우치형 이차전지에 대한 것이다.
본 발명의 파우치형 이차전지에서는 전지 외장재의 실링부에 있어서 문제가 되는 전해액의 교착 실링이 상기 제1차 패키징 재료인 고분자 재질의 파우치에서 일어나게 함으로써, 실질적으로 전지의 최종적인 패키징 재료인 금속박 재질의 외장재 실링부에 있어서는 교착 실링이 일어나지 않게 된다. 따라서, 본 발명에 따르면 전해액의 교착 실링으로 인해 발생되는 절연성 파괴, 단락, 수분침투, 실링 강도의 저하 등의 문제를 해소할 수 있다.
구체적으로, 본 발명은 전지 조립체 및 전해액; 상기 전지 조립체 및 전해액을 패키징하는 제1차 파우치; 및 상기 제1차 파우치를 패키징하는 제2차 파우치를 포함하는 것을 특징으로 하는 파우치형 이차전지를 제공한다.
상기 제1차 파우치로는 전해액에 용해되지 않는 재질의 고분자 수지이면 한정없이 사용될 수 있다. 바람직하게는, HDPE, PP, 및 나일론수지에서 선택되는 1종 이상이 사용될 수 있다. 이러한 제1차 파우치는 전지 조립체 및 전해액과 직접 닿게 접하게 되는 부분이다. 즉, 제1차 파우치 안에 폴딩형 또는 스택형으로 완성된 전지 조립체를 넣고 전해액을 주입한 후 가실링한다. 상기 제1차 파우치의 가실링 과정에서는 통상의 파우치 실링 장치를 사용할 수 있다. 즉, 실링 과정에서 일정한 가압 및 가온을 실시함으로써 고분자 수지의 경화가 이루어지게 한다.
다음으로, 상기 제1차 파우치로 패키징된 상태의 파우치형 전지는 활성화 단계를 거치게 된다. 이를 위해 전지에 전압을 연결하고 수회 충방전 사이클을 실시한다. 이 과정에서 전지 내부에는 가스가 발생한다. 따라서, 상기 가스를 배출하는 디개싱(degassing) 공정을 실시하여야 한다. 이를 위해 상기 가실링된 제1차 파우치의 일부를 개봉하고 가스를 배출시킨다. 그런다음, 상기 일부 개봉하였던 제1차 파우치의 개봉부를 리실링한다.
따라서, 본 발명에서는 전지의 활성화, 디개싱 및 리실링 공정이 제1차 파우치로 패키징한 상태에서 이루어지게 한다. 실질적으로 전해액의 교착 실링은 상기 디개싱을 위한 개봉 및 리실링 공정에서 발생되므로, 본 발명은 제1차 파우치라는 별도의 패키징 수단을 구비시킴으로써 교착 실링이 발생하는 실링부를 최종 패키징 실링부와 구분시키는 것이다.
다음으로, 상기 제1차 파우치로 패키징된 전지를 제2차 파우치 안에 넣고 패키징하는 공정 즉, 제2차 패키징을 실시한다. 상기 제2차 패키징용 파우치는 통상의 파우치형 전지의 외장재로 사용되는 금속박 파우치이다. 상기 금속박은 알루미늄 재질인 것이 대부분이다. 그러나, 이에 한정되는 것은 아니다.
이때 상기 제2차 파우치의 실링부는 먼저 실시되었던 제1차 파우치의 실링부와 중첩되지 않도록 하는 것이 바람직하다. 이는 본 발명에서 상기 제1차 파우치는 전해액의 교착 실링이 일어나는 영역을 최종 실링부로부터 분리시키기 위해 제공되는 일시적인 전지의 패키징 수단일 뿐, 실제 전지의 사용 과정에서 파손될 가능성이 매우 높은 것이므로, 상기 제1차 파우치가 파손될 경우 제2차 파우치의 실링부에 영향을 미치지 않도록 하기 위함이다.
따라서, 본 발명은 전지조립체 및 전해액을 제1차 파우치 내에 넣고 가실링하는 단계; 상기 가실링된 전지에 대해 충방전 사이클을 실시하여 전지를 활성화하는 단계; 제1차 파우치를 개봉하여 상기 충방전으로 발생된 가스를 디개싱하는 단계; 상기 제1차 파우치를 리실링하는 단계; 및 상기 제1차 파우치로 패키징된 전지를 제2차 파우치 내에 넣고 최종 실링하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 파우치형 이차전지의 제조방법을 제공한다.
이때 상기 제2차 파우치의 실링부는 제1차 파우치의 실링부를 둘러싸는 외주부에 배치된다.
또한, 상기 제1차 파우치를 리실링하는 단계, 및 상기 제2차 파우치를 최종 실링하는 단계에서 각각의 파우치의 실링압력은 0.1 ~ 5㎫인 것이 바람직하고, 0.2 ~ 4㎫인 것이 더 바람직하다. 0.1㎫ 미만에서는 실링압력이 너무 낮아 전해액 누액을 막기에 부족할 수 있고, 5㎫을 초과하면, 실링압력이 너무 높아 파우치를 손상시킬 우려가 있다.
도 1은 본 발명의 파우치형 이차전지의 제조과정을 도시한 것이다.
Claims (7)
- 전지 조립체 및 전해액;상기 전지 조립체 및 전해액을 패키징하고 있는 제1차 파우치; 및상기 제1차 파우치로 패키징된 전지를 패키징하고 있는 제2차 파우치를 포함하며,상기 제1차 파우치에서의 실링부와 제2차 파우치에서의 실링부는 서로 중첩되지 않게 배치되는 한편, 상기 제2차 파우치의 실링은 제1차 파우치의 실링부 밖에서 이루어지는 것을 특징으로 하는 파우치형 이차전지.
- 제1항에 있어서,상기 제1차 파우치는 전해액에 용해되지 않는 재질의 고분자 수지로 형성된 것을 특징으로 하는 파우치형 이차전지.
- 제1항에 있어서,상기 제2차 파우치는 금속박 재질로 형성된 것을 특징으로 하는 파우치형 이차전지.
- 삭제
- 전지조립체 및 전해액을 제1차 파우치 내에 넣고 가실링하는 단계;상기 가실링된 전지에 대해 충방전 사이클을 실시하여 전지를 활성화하는 단계;제1차 파우치를 개봉하여 상기 충방전으로 발생된 가스를 디개싱하는 단계;상기 제1차 파우치를 리실링하는 단계; 및상기 제1차 파우치로 패키징된 전지를 제2차 파우치 내에 넣고 최종 실링하는 단계를 포함하며,상기 제1차 파우치에서의 실링부와 제2차 파우치에서의 실링부는 서로 중첩되지 않게 배치되는 한편, 상기 제2차 파우치의 실링은 제1차 파우치의 실링부 밖에서 이루어지는 것을 특징으로 하는 파우치형 이차전지의 제조방법.
- 삭제
- 제5항에 있어서,상기 제1차 파우치를 리실링하는 단계, 및 상기 제2차 파우치를 최종 실링하는 단계에서, 각각의 파우치의 실링압력은 0.1 ~ 5㎫인 것을 특징으로 하는 파우치 형 이차전지의 제조방법.
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