KR20220142025A

KR20220142025A - 파우치형 전지케이스 및 그 제조장치, 파우치형 이차전지

Info

Publication number: KR20220142025A
Application number: KR1020210048279A
Authority: KR
Inventors: 김현범; 민민규; 최규현; 김기만; 김대홍; 오세영
Original assignee: 주식회사 엘지에너지솔루션
Priority date: 2021-04-14
Filing date: 2021-04-14
Publication date: 2022-10-21
Also published as: US20240128552A1; JP2024513704A; WO2022220468A1; EP4276986A1; CN116918145A

Abstract

본 발명의 실시예에 따른 파우치형 전지 케이스는, 전극과 분리막이 교대로 적층된 전극 조립체를 수용할 수 있다. 상기 파우치형 전지 케이스는, 만입된 형상을 갖는 한 쌍의 만입부; 상기 전지 케이스를 전개한 상태에서, 상기 한 쌍의 만입부의 둘레에 위치하며, 하측으로 갈수록 서로 가까워지는 방향으로 경사지게 형성된 한 쌍의 테라스; 및 상기 한 쌍의 만입부의 사이에 위치하고 상기 한 쌍의 만입부를 연결하며, 상기 한 쌍의 만입부의 저면으로부터 상측으로 갈수록 서로 가까워지는 방향으로 경사지게 형성된 한 쌍의 연결면을 갖는 브릿지를 포함할 수 있다. 상기 전지 케이스를 전개한 상태에서, 상기 한 쌍의 테라스가 이루는 각도는 둔각일 수 있다.

Description

파우치형 전지케이스 및 그 제조장치, 파우치형 이차전지 {POUCH TYPE BATTERY CASE AND FORMING APPARATUS OF THE SAME, POUCH TYPE SECONDARY BATTERRY}

본 발명은 파우치형 전지케이스 및 그 제조장치, 파우치형 이차전지에 관한 것이다.

반복적인 충전 및 방전이 가능한 이차전지는 그 제조 방법 또는 구조에 따라 원통형, 각형, 파우치형 등으로 구별될 수 있다. 이 중, 파우치형 이차전지는 시트 형태의 파우치 외장재 내에 전극과 분리막이 교대로 배치된 구조를 갖는 전극 조립체가 수용된 구조를 갖는 것이 일반적이다.

종래 기술에 따르면, 파우치형 이차전지를 제조하기 위해서는 파우치 시트의 일부 영역을 전극 조립체의 면적에 대응되는 면적만큼 가압하여 만입된 형상의 만입부을 형성하는 포밍(forming) 공정을 거쳐 파우치형 전지 케이스를 제조한다. 이후, 상기 만입부에 전극 조립체를 탑재하고, 전지 케이스의 일부 영역을 서로 부착하여 실링부를 형성한다.

파우치형 전지 케이스의 일부 영역이 서로 부착되어 형성되는 실링부는 포밍 공정에서 가압되지 않은 영역들이 서로 부착됨으로써 형성된다. 따라서, 포밍이 이루어지지 않은 실링부와 포밍이 이루어진 수납부 간의 단차에 의해, 실링 중 일부 영역은 수납부의 폭을 벗어나게 된다. 도 1에는 종래 기술에 따라 제조된 파우치형 이차전지(1)의 길이방향 양측에 형성된 실링부(3) 중 일부 영역이 전극 조립체가 수용된 만입부(2)의 폭보다 돌출된 모습이 도시되어 있다.

이와 같이 돌출된 영역은 배트 이어(bat-ear)로 명명됨이 일반적이다. 상기 배트 이어는 에너지 용량에 기여하지 않는 데드 스페이스(dead space)가 증가하는 원인으로 작용하였고, 결과적으로 전지셀 및 이차전지 모듈의 에너지 밀도가 저하되는 문제점을 초래하였다.

또한, 종래 기술에 따르면, 만입부(2)의 내둘레와 전극 조립체 사이에 빈 공간(void space)이 발생하므로, 디가싱(Degassing) 공정 이후에 전지 케이스(2)에 주름이 발생하는 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명이 해결하고자 하는 일 과제는, 전극 조립체가 차지하지 않는 빈 공간을 줄인 파우치형 전지케이스와, 이를 포함하는 파우치형 이차전지를 제공하는 것이다.

본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는, 상기 파우치형 전지케이스를 제조 가능한 제조 장치를 제공하는 것이다.

상기 전지 케이스를 전개한 상태에서, 상기 한 쌍의 만입부의 저면은 상측으로 갈수록 서로 멀어지는 방향으로 경사지게 형성될 수 있다.

상기 전지 케이스를 전개한 상태에서, 상기 한 쌍의 테라스가 이루는 각도는 130도 내지 170도일 수 있다.

상기 파우치형 전지 케이스는, 상기 만입부의 내둘레와 상기 만입부의 저면을 연결하는 이너 엣지; 및 상기 만입부의 외둘레와 상기 테라스를 연결하는 아우터 엣지를 더 포함할 수 있다. 상기 이너 엣지의 곡률 반경은, 상기 아우터 엣지의 곡률 반경 이상일 수 있다.

상기 전지 케이스를 전개한 상태에서, 상기 이너 엣지와 상기 아우터 엣지 사이의 수평 방향에 대한 클리어런스는 0.5mm 이하일 수 있다.

상기 전지 케이스를 전개한 상태에서, 상기 이너 엣지와 상기 아우터 엣지 사이의 수평 방향에 대한 클리어런스는 0.35mm 이하일 수 있다.

상기 전지 케이스를 전개한 상태에서, 상기 이너 엣지와 상기 아우터 엣지 사이의 수평 방향에 대한 클리어런스는 상기 아우터 엣지의 곡률 반경 이하일 수 있다.

상기 파우치형 전지 케이스는, 상기 전지 케이스를 전개한 상태에서 상기 한 쌍의 테라스를 연결하며 하방으로 볼록하게 라운드진 밴딩부를 더 포함할 수 있다.

상기 브릿지는, 상기 한 쌍의 연결면을 연결하며 상방으로 볼록하게 라운드진 제1연결 엣지를 더 포함할 수 있다. 상기 밴딩부의 최하단의 높이는, 상기 제1연결 엣지의 최상단의 높이 이상일 수 있다.

상기 전지 케이스를 전개한 상태에서, 상기 브릿지는, 상기 한 쌍의 연결면을 상기 한 쌍의 만입부의 저면과 연결하며, 하방으로 볼록하게 라운드진 한 쌍의 제2연결 엣지를 더 포함할 수 있다.

상기 전지 케이스를 전개한 상태에서, 상기 만입부의 내둘레와 상기 이너 엣지의 경계를 지나며, 상기 테라스와 직교하는 가상선에 대해, 상기 테라스와 나란한 방향으로, 상기 가상선부터 상기 연결면까지는 제1거리이고, 상기 테라스와 나란한 방향으로, 상기 가상선부터 상기 테라스와 상기 밴딩부의 경계까지는 상기 제1거리보다 짧은 제2거리일 수 있다.

상기 파우치를 전개한 상태에서, 상기 밴딩부의 중앙부터, 상기 테라스와 상기 밴딩부의 경계까지의 길이는, 상기 제1거리와 상기 제2거리의 차이보다 짧을 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 파우치형 이차전지는, 전극과 분리막이 교대로 적층된 구조를 갖는 전극 조립체; 및 상기 전극 조립체를 수용하는 수납부를 갖는 파우치형 전지 케이스를 포함할 수 있다. 상기 케이스는, 상기 수납부의 둘레면 중 일부를 형성하는 폴딩부; 상기 수납부의 둘레면 중 다른 일부에서 확장된 둘레부를 포함할 수 있다. 상기 둘레부의 모서리는, 상기 폴딩부와 인접한 제1모서리; 상기 제1모서리에서 상기 폴딩부의 반대 방향으로 연장되며, 상기 제1모서리보다 얇은 두께를 갖는 제2모서리; 및 상기 제1모서리와 상기 폴딩부를 연결하며, 상기 수납부의 폭 방향에 대해 상기 제1모서리보다 돌출된 경계부를 포함할 수 있다.

상기 수납부의 폭 방향에 대해, 상기 제1모서리 및 제2모서리는 상기 폴딩부보다 비돌출될 수 있다.

상기 수납부의 폭 방향에 대해, 상기 제2모서리는 상기 제1모서리보다 돌출될 수 있다.

상기 경계부는 상기 수납부의 폭 방향에 대해 상기 폴딩부보다 비돌출될 수 있다.

상기 파우치형 이차 전지는, 상기 수납부의 내측 상면 또는 내측 저면을 상기 수납부의 내둘레와 연결하는 이너 엣지; 및 상기 수납부의 외둘레와 상기 둘레부를 연결하는 아우터 엣지를 더 포함할 수 있다. 상기 이너 엣지의 곡률 반경은, 상기 아우터 엣지의 곡률 반경 이상일 수 있다.

상기 이너 엣지와 상기 아우터 엣지 사이의 수평 방향에 대한 클리어런스는, 상기 이너 엣지의 곡률 반경 이하일 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 파우치형 전지케이스 제조장치는, 다이에 안착된 파우치 시트를 펀치로 성형할 수 있다. 상기 다이는, 상측으로 갈수록 서로 멀어지는 방향으로 경사진 한 쌍의 안착면; 상기 한 쌍의 안착면에서 하방으로 함몰 또는 관통된 한 쌍의 성형부; 및 상기 한 쌍의 성형부의 사이에 위치한 센터부를 포함할 수 있다. 상기 펀치는, 상기 한 쌍의 성형부로 삽입되며 서로 가까워질수록 높이가 낮아지는 저면을 갖는 한 쌍의 펀칭부를 포함할 수 있다. 상기 한 쌍의 안착면이 이루는 각도는 둔각일 수 있다.

상기 한 쌍의 안착면이 이루는 각도는 130도 내지 170도일 수 있다.

상기 다이는, 상기 성형부의 내둘레와 상기 안착면을 연결하는 다이 엣지를 더 포함할 수 있다. 상기 펀치는, 상기 펀칭부의 외둘레와 상기 펀칭부의 저면을 연결하는 펀칭 엣지를 더 포함할 수 있다. 상기 펀칭 엣지의 곡률 반경은, 상기 다이 엣지의 곡률 반경 이상일 수 있다.

상기 다이 엣지와 상기 펀칭 엣지 사이의 수평 방향에 대한 클리어런스는 0.5mm 이하일 수 있다.

상기 다이 엣지와 상기 펀칭 엣지 사이의 수평 방향에 대한 클리어런스는, 상기 다이 엣지의 곡률 반경 이하일 수 있다.

상기 센터부는, 하측으로 갈수록 서로 멀어지는 방향으로 경사지게 형성된 한 쌍의 경사면을 포함할 수 있다.

상기 센터부는, 상기 한 쌍의 경사면을 연결하며 상방으로 라운드진 센터 엣지를 더 포함할 수 있다.

상기 펀칭부는, 상기 저면의 하단부에 형성되며, 하방으로 볼록하게 라운드진 한 쌍의 사이드 엣지를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 파우치형 이차 전지의 배트 이어를 제거하면서도, 전극 조립체가 차지하지 않는 빈 공간을 최소화할 수 있다. 이로써, 이차전지의 에너지 밀도를 증대시킬 수 있다.

도 1은 종래의 파우치형 이차전지의 외관이 도시된 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 파우치형 전지 케이스에 전극 조립체가 수용되는 모습을 도시한 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 파우치형 전지 케이스를 전개한 상태가 도시된 평면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 파우치형 전지 케이스를 전개한 상태가 도시된 수직 단면도이다.
도 5는 도 4에 도시된 브릿지 및 그 주변을 확대 도시한 도면이다.
도 6는 도 4에 도시된 파우치형 전지 케이스의 상세한 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 파우치형 전지케이스 제조장치의 단면도이다.
도 8a 및 도 8b는 본 발명의 일 실시예에 따른 제1실험예이다.
도 9a 및 도 9b는 본 발명의 일 실시예에 따른 제2실험예이다.
도 10a 및 도 10b는 제1비교예이다.
도 11a 및 도 11b는 제2비교예이다.
도 12a 및 도 12b는 제3비교예이다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 파우치형 이차 전지의 평면도이다.
도 14는 도 13에 도시된 둘레부의 모서리 및 그 주변을 확대 도시한 평면도이다.
도 15는 도 13에 도시된 둘레부의 모서리 및 그 주변을 확대 도시한 사시도이다.
도 16는 본 발명의 다른 실시예에 따른 파우치형 전지케이스를 전개한 상태가 도시된 도면이다.

이하에서는 첨부의 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 이하의 실시예에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다.

본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분 또는 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 관련 공지 기술에 대한 상세한 설명은 생략하였으며, 본 명세서에서 각 도면의 구성요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서는, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일 또는 유사한 참조 부호를 붙이도록 한다

또한, 본 명세서 및 특허청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정하여 해석되어서는 안되며, 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.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 파우치형 전지 케이스에 전극 조립체가 수용되는 모습을 도시한 사시도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 파우치형 전지 케이스를 전개한 상태가 도시된 평면도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 파우치형 전지 케이스를 전개한 상태가 도시된 수직 단면도이다.

본 발명에 따른 파우치형 이차전지(이하, '이차 전지')는, 파우치형 전지 케이스(10)(이하, '케이스') 및 전극 조립체(20)를 포함할 수 있다.

전극 조립체(20)는 전극과 분리막이 교대로 적층되어 형성될 수 있다.

전극 조립체(20)에는 전극 탭(21)이 구비될 수 있다. 전극 탭(21)은 전극 조립체(20)의 양극 및 음극과 각각 연결되고, 전극 조립체(20)로부터 외부로 돌출되어, 전극 조립체(20)의 내부와 외부 사이에 전자가 이동할 수 있는 경로가 된다.

양극에 연결된 복수개의 전극 탭(21)과 음극에 연결된 복수개의 전극 탭(21)은 전극 조립체(20)에 대해 서로 다른 방향으로 돌출될 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니며, 양극에 연결된 복수개의 전극 탭(21)과 음극에 연결된 복수개의 전극 탭(21)이 전극 조립체(20)에 대해 동일한 방향으로 나란하게 돌출되는 것도 가능하다.

복수개의 전극 탭(21)에는 이차 전지의 외부로 전기를 공급하는 전극 리드(22)가 스팟(Spot) 용접 등으로 연결될 수 있다. 전극 리드(22)는 일단이 복수개의 전극 탭(21)과 연결되고 타단이 상기 케이스(10)의 외부로 돌출될 수 있다.

전극 리드(22)의 일부는 절연부(23)로 주위가 포위될 수 있다. 예를 들어, 절연부(23)는 절연 테이프를 포함할 수 있다. 상기 절연부(23)는 케이스(10)의 후술할 한 쌍의 테라스(200)의 사이에 위치할 수 있고, 이러한 상태에서 한 쌍의 테라스(200)이 서로 열 융착될 수 있다. 이 경우, 상태에서 한 쌍의 테라스(200)의 일부는 절연부(23)와 열 융착될 수 있다. 따라서, 절연부(23)는 전극 조립체(20)로부터 생성되는 전기가 전극 리드(22)를 통해 전지 케이스(10)로 흐르는 것을 방지하며, 전지 케이스(10)의 실링을 유지시킬 수 있다.

한편, 케이스(10)는 전극 조립체(20)를 수용할 수 있다.

본 명세서에서, '케이스(10)를 전개한 상태'라는 것은, 케이스(10)에 존재하던 소정의 접착이나 실링을 해제함으로써 케이스(10)를 펼치되, 케이스(10)에 인위적인 힘을 가하지 않고 그대로 방치하였을 때 케이스(10)의 상태를 의미할 수 있다. 또는, 케이스(10)에 존재하던 소정의 접착이나 실링을 해제한 후에 케이스(10)에 외력을 가하여 서서히 펼치되, 이러한 펼침 동작으로 인해 후술할 테라스(200)에 변형이 발생되기 직전 상태를 의미할 수 있다.

즉, '케이스(10)를 전개한 상태'란 포밍(forming) 공정에 의해 케이스(10)가 제조되고 폴딩(folding)되기 이전의 상태를 의미할 수 있다.

이하, 케이스(10)를 전개한 상태를 기준으로 케이스(10)의 구성에 대해 상세히 설명한다.

케이스(10)는 만입된 형상을 갖는 한 쌍의 만입부(100)와, 한 쌍의 만입부(100)의 둘레에 위치한 한 쌍의 테라스(200)와, 한 쌍의 만입부(100)의 사이에 위치한 브릿지(150)를 포함할 수 있다.

각 만입부(100)는 대략 컵(cup) 형상일 수 있다. 좀 더 상세히, 각 만입부(100)는 후술할 테라스(200)로부터 소정의 깊이(W)(도 5 참조)만큼 만입되어 만입 공간(S1)을 형성할 수 있다.

한 쌍의 만입부(100)에 의해 형성된 만입 공간(S1) 중 후술할 테라스(200)의 사이드(210)과 인접한 일부는, 케이스(10)가 밀폐된 때 전극 조립체(20)가 차지하지 않는 빈 공간(void space)을 이룰 수 있다.

바람직하게는, 한 쌍의 만입부(100)의 만입된 깊이는 서로 동일할 수 있다. 이 경우, 한 쌍의 만입부(100)는 대칭 형상을 가질 수 있다.

다만 이에 한정되는 것은 아니며, 한 쌍의 만입부(100)의 만입된 깊이가 서로 다르게 형성되는 것도 가능하다. 이 경우, 한 쌍의 만입부(100)는 비대칭 형상을 가질 수 있다.

한 쌍의 만입부(100)의 저면(101)은 하측으로 갈수록 서로 가까워지는 방향으로 경사지게 형성될 수 있다. 한 쌍의 만입부(100)의 저면(101)은 후술할 브릿지(150)에 의해 서로 연결될 수 있다.

만입부(100)의 저면(101)과 내둘레(102a)(도 8a 참조)는 이너 엣지(114)로 연결될 수 있고, 만입부(100)의 외둘레와 후술할 테라스(200)는 아우터 엣지(115)로 연결될 수 있다. 이너 엣지(114) 및 아우터 엣지(115)는 소정의 곡률 반경을 갖도록 라운드진 곡면일 수 있다.

한 쌍의 테라스(200)는 한 쌍의 만입부(100)의 둘레에 위치할 수 있다. 한 쌍의 테라스(200)는, 하측으로 갈수록 서로 가까워지는 방향으로 경사지게 형성될 수 있다. 좀 더 상세히, 각 테라스(200)는 각 만입부(100)의 저면(101)과 나란하게 형성될 수 있다.

한 쌍의 테라스(200)가 이루는 각도(θ)는 둔각일 수 있다. 좀 더 상세히, 한 쌍의 테라스(200)가 이루는 각도(θ)는 130도 내지 170도일 수 있다. 이로써, 상기 케이스(10)가 밀폐된 후 전극 조립체(20)가 차지하지 않는 빈 공간을 최소화하면서도, 케이스(10)가 밀폐된 후에 배트 이어(bat-ear)가 발생하지 않는 이점이 있다.

만일 상기 각도(θ)가 130도보다 작으면 상기 빈 공간이 증가할 수 있으며, 상기 각도(θ)가 170도보다 크면 배트 이어(bat-ear)가 발생하거나 밴딩부(300) 주변에 과도한 주름이 발생할 우려가 있다.

또한, 테라스(200)와 만입부(100)의 둘레면(102)이 이루는 각도(α)는 둔각일 수 있다.

각 테라스(200)는 대략 'ㄷ'자 형상을 가질 수 있다. 좀 더 상세히, 각 테라스(200)는, 만입부(100)에 대해 브릿지(150)의 반대편에 위치하고 브릿지(150)와 나란하게 연장된 사이드(210)와, 상기 사이드(210)의 양 단부에서 테라스(200)의 경사 방향으로 연장된 한 쌍의 연장부(220)를 포함할 수 있다.

한 쌍의 테라스(200)는 밴딩부(300)에 의해 서로 연결될 수 있다. 좀 더 상세히, 밴딩부(300)는 연장부(220)의 하단을 서로 연결할 수 있다.

밴딩부(300)는 하방으로 볼록하도록 라운드지게 형성될 수 있다. 따라서, 밴딩부(300)는 테라스(200)의 하단이 꺾이지 않고 연속되게 이어지도록 연결할 수 있다.

따라서, 한 쌍의 테라스(200)는 밴딩부(300)와 함께 대략 'V'자 형상을 이룰 수 있다.

브릿지(150)는 한 쌍의 만입부(100)의 사이에 위치하고, 한 쌍의 만입부(100)를 서로 연결할 수 있다. 브릿지(150)는 한 쌍의 만입부(100)의 만입 공간(S1)을 서로 연통시킬 수 있다.

좀 더 상세히, 브릿지(150)는, 한 쌍의 만입부(100)의 저면(101)으로부터 상측으로 갈수록 서로 가까워지는 방향으로 경사지게 형성된 한 쌍의 연결면(151)과, 상기 한 쌍의 연결면(151)을 서로 연결하는 제1연결 엣지(152)와, 연결면(151)과 만입부(100)의 저면(101)을 연결하는 한 쌍의 제2연결 엣지(153)를 포함할 수 있다.

각 연결면(151)의 하단은, 제2연결 엣지(153)에 의해 만입부(100)의 저면(101)과 연결될 수 있다. 한 쌍의 연결면(151)의 상단은, 제1연결 엣지(152)에 의해 서로 연결될 수 있다.

또한, 각 연결면(151)은 만입부(100)의 만입 공간(S1)을 일측에서 커버할 수 있다. 좀 더 상세히, 만입 공간(S1)은 만입부(100)의 저면(101) 및 둘레면(102)과, 브릿지(150)의 연결면(151)에 의해 정의될 수 있다.

제1연결 엣지(152)는 상방으로 볼록하도록 라운드지게 형성될 수 있다. 따라서, 제1연결 엣지(152)는 한 쌍의 연결면(151)의 상단이 꺾이지 않고 연속적으로 이어지도록 연결할 수 있다.

각 제2연결 엣지(153)은 하방으로 볼록하도록 라운드지게 형성될 수 있다. 따라서, 각 제2연결 엣지(153)는 만입부(100)의 저면(101)과 연결면(151)의 하단이 꺾이지 않고 연속적으로 이어지도록 연결할 수 있다.

따라서, 한 쌍의 만입부(100)의 저면(101)은 브릿지(150)와 함께 대략 'W'자 형상을 이룰 수 있다.

도 5는 도 4에 도시된 브릿지 및 그 주변을 확대 도시한 도면이고, 도 6는 도 4에 도시된 파우치형 전지 케이스의 상세한 구성을 설명하기 위한 도면이다.

밴딩부(300), 제1연결 엣지(152), 제2연결 엣지(153), 이너 엣지(114) 및 아우터 엣지(115)는 소정의 곡률 반경(R1 내지 R5)을 갖는 곡면으로 형성될 수 있으며, 각 곡률 반경(R1 내지 R5)은 일정하게 유지됨이 바람직하다.

다만 이에 한정되는 것은 아니며, 각 곡률 반경(R1 내지 R5)이 위치에 따라 가변될 수도 있다. 이 경우, 상기 곡률 반경(R1 내지 R5)은, 밴딩부(300), 제1연결 엣지(152), 제2연결 엣지(153), 이너 엣지(114) 및 아우터 엣지(115) 각각의 평균 곡률 반경을 의미할 수 있다.

한편, 이너 엣지(114)와 아우터 엣지(115)는 수평 방향에 대해 소정의 클리어런스(CL)를 형성할 수 있다. 좀 더 상세히, 상기 클리어런스(CL)는, 만입부(100)의 내둘레(102a)(도 8a 참조)와 이너 엣지(114)의 경계(P2)와, 만입부(100)의 외둘레(102b)와 아우터 엣지(115)의 경계(P3) 사이의 수평 방향 간격을 의미할 수 있다.

상기 클리어런스(CL)는, 아우터 엣지(115)의 곡률 반경(R5) 이하일 수 있다.

상기 클리어런스(CL)는 0.5mm 이하, 바람직하게는 0.35mm 이하일 수 있다. 또한, 상기 클리어런스(CL)는 케이스(10)의 모재인 파우치 시트의(P)의 두께 이상일 수 있다. 즉, 상기 클리어런스(CL)는 테라스(200)의 두께 이상일 수 있다. 일례로, 상기 클리어런스(CL)는 0.15mm 이상일 수 있다.

이로써, 상기 케이스(10)가 밀폐된 후 전극 조립체(20)가 차지하지 않는 빈 공간을 최소화하면서도, 케이스(10)를 형성하기 위한 포밍(forming) 공정 시에 크랙이 발생할 우려를 줄일 수 있다.

만일 상기 클리어런스(CL)가 0.5mm보다 크면 상기 빈 공간이 지나치게 증가할 수 있다. 반대로, 상기 클리어런스(CL)가 테라스(200)의 두께보다 작으면, 케이스(10)를 형성하기 위한 포밍(forming) 공정 시에 크랙이 발생할 우려가 있다.

또한, 이너 엣지(114)의 곡률 반경(R4)는, 아우터 엣지(115)의 곡률 반경(R5) 이상일 수 있다.

이너 엣지(114) 및 아우터 엣지(115)의 곡률 반경(R4)(R5)이 커질수록, 케이스(10)가 밀폐된 후 전극 조립체(20)가 차지하지 않는 빈 공간이 줄어들 수 있다. 다만, 곡률 반경(R4)(R5)이 지나치게 크면, 케이스(10)를 샤프한 형상으로 제조하는데 한계가 있고, 이에 이차 전지(3)의 외관도 미려하지 않아서 상품성도 저하되므로, 이너 엣지(114) 및 아우터 엣지(115)의 곡률 반경(R4)(R5)을 적절하게 설계하는 것이 바람직하다.

한편, 만입부(100)의 내둘레(102a)와 이너 엣지(114)의 경계(P3)를 지나며 테라스(200)와 직교하는 가상선(VL)을 정의할 수 있다. 이 경우, 테라스(200)와 나란한 방향에 대해, 상기 가상선(VL)부터 브릿지(150)의 연결면(151)까지는 제1거리(L1)이고, 상기 가상선(VL)부터 테라스(200)와 밴딩부(300)의 경계(P1)까지는 제2거리(L2)일 수 있다.

상기 제2거리(L2)는 상기 제1거리(L1)보다 짧을 수 있다. 좀 더 상세히, 밴딩부(300)의 중앙, 즉 최하단부터 테라스(200)와 밴딩부(300)의 경계(P1)까지의 길이(L3)는, 제1거리(L1)와 제2거리(L2)의 차이보다 짧을 수 있다. 즉, 제1거리(L1)와 제2거리(L2)의 차이는 밴딩부(300)의 길이의 절반보다 길 수 있다.

이로써, 밴딩부(300)의 최하단을 폴딩한 이후 케이스(10)를 밀폐시킨 경우에 케이스(10)에 배트 이어가 발생하지 않을 수 있다.

또한, 밴딩부(300)의 최하단의 높이는, 브릿지(150)의 제1연결 엣지(152)의 최상단의 높이 이상일 수 있다.

즉, 밴딩부(300)와 제1연결 엣지(152)는 수직 방향에 대해 소정의 단차(D)를 형성하거나, 상기 단차(D)가 0이 되도록 밴딩부(300)의 최하단과 제1연결 엣지(152)의 최상단이 동일 수평면상에 위치할 수 있다. 상기 단차(D)는 포밍 뎁스(Forming depth)로 명명될 수 있다.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 파우치형 전지케이스 제조장치의 단면도이다.

본 발명에 따른 파우치형 전지케이스 제조장치(이하, '제조장치')는, 파우치 시트(P)이 안착되는 다이(410)와, 상기 다이(410)의 상측에서 상기 파우치 시트(P)을 펀칭하는 펀치(420)를 포함할 수 있다. 제조 장치는, 상기 다이(410)의 상측에서 파우치 시트(P)를 고정하는 스트리퍼(430)를 더 포함할 수 있다.

파우치 시트(P)는 케이스(10)의 모재일 수 있다. 파우치 시트(P)는 펼쳐진 상태 또는 일부 폴딩된 상태로 다이(410)에 안착될 수 있다.

스트리퍼(430)는 펀치(420)의 둘레에 위치할 수 있다. 즉, 스트리퍼(430)에는 펀치(420)의 적어도 일부가 수용되고 상하 관통된 개구(432)가 형성될 수 있다.

스트리퍼(430)는 펀치(420)와 독립적으로 승강 가능하게 구성될 수 있다.

또한, 다이(410) 또는 펀치(420) 중 적어도 하나는 상호간 거리가 가변되도록 승강 가능하게 구성될 수 있다.

일례로, 다이(410)는 파우치 시트(P)가 안착된 상태에서 상승하여, 상기 파우치 시트(P)를 다이(410)와 스트리퍼(430)의 사이에 고정시킬 수 있다. 이러한 상태에서, 다이(410)가 스트리퍼(430)가 함께 더 상승함으로써, 파우치 시트(P)가 펀치(420)에 의해 펀칭되어 앞서 설명한 케이스(10)가 포밍(Forming)될 수 있다.

다른 예로, 스트리퍼(430)는 펀치(420)보다 먼저 하강하여 파우치 시트(P)를 다이(410)에 안착된 상태로 고정시킬 수 있다. 이러한 상태에서 펀치(420)가 하강하여 파우치 시트(P)를 펀칭함으로써, 앞서 설명한 케이스(10)가 포밍(Forming)될 수 있다.

이하, 제조 장치의 각 구성에 대해 좀 더 상세히 설명한다.

다이(410)는, 상측으로 갈수록 서로 멀어지는 방향으로 경사진 한 쌍의 안착면(411)과, 한 쌍의 안착면(411)에서 하방으로 함몰 또는 관통된 한 쌍의 성형부(412)와, 상기 한 쌍의 성형부(412)의 사이에 위치한 센터부(413)를 포함할 수 있다.

한 쌍의 안착면(411)은 다이(410)의 상면 중 적어도 일부를 구성할 수 있다. 각 안착면(411)은 각 성형부(412)의 둘레에 위치할 수 있다. 한 쌍의 안착면(411)는, 하측으로 갈수록 서로 가까워지는 방향으로 경사지게 형성될 수 있다.

한 쌍의 안착면(411)이 이루는 각도는 둔각일 수 있고, 케이스(10)의 한 쌍의 테라스(200)가 이루는 각도(θ)와 대응될 수 있다. 즉, 한 쌍의 안착면(411)가 이루는 각도는 130도 내지 170도일 수 있고, 한 쌍의 테라스(200)가 이루는 각도(θ)와 동일하거나 유사할 수 있다.

한 쌍의 안착면(411)의 하단은 하방으로 볼록하게 라운드진 곡면으로 서로 연결될 수 있으며, 상기 곡면은 케이스(10)의 밴딩부(300)에 대응되는 형상 및 곡률 반경을 가질 수 있다. 좀 더 상세히, 상기 곡면의 곡률 반경은, 밴딩부(300)의 곡률 반경(R1)과 동일하거나, 밴딩부(300)의 곡률 반경(R1)에 파우치 시트(P)의 두께를 더한 것과 동일할 수 있다.

스트리퍼(430)의 저면 중 적어도 일부를 구성하는 가압면(431)은, 다이(410)의 안착면(411)과 나란하게 형성될 수 있다. 따라서, 파우치 시트(P)의 가장자리부는 스트리퍼(430)의 가압면(431)과 다이(410)의 안착면(411) 사이에서 압착될 수 있고, 케이스(10)의 테라스(200)로 포밍될 수 있다.

한편, 다이(410)의 각 성형부(412)는 안착면(411)에서 하방으로 만입된 컵(cup) 형상이거나, 하방으로 관통된 개구 형상일 수 있다. 그리고, 펀치(420)의 후술할 펀칭부(421)는 상기 성형부(412)로 삽입되어 케이스(10)의 만입부(100)를 펀칭할 수 있다.

성형부(412)가 개구 형상이면, 펀치(420)의 펀칭 동작 시에 상기 개구로 공기가 배출될 수 있으므로 케이스(10)의 성형성이 향상되는 이점이 있다.

성형부(412)의 내둘레 상단과 안착면(411)은 다이 엣지(418)로 연결될 수 있다.

다이 엣지(418)은, 케이스(10)의 아우터 엣지(115)와 대응되는 형상 및 곡률 반경을 가질 수 있다. 좀 더 상세히, 다이 엣지(418)의 곡률 반경은, 아우터 엣지(115)의 곡률 반경(R5)과 동일하거나 유사할 수 있다. 따라서, 다이 엣지(418)에 의해 아우터 엣지(115)가 포밍될 수 있다.

센터부(413)는 한 쌍의 성형부(412)의 사이에 위치할 수 있다. 센터부(413)는 케이스(10)의 브릿지(150)에 대응되는 형상을 가질 수 있다.

좀 더 상세히, 센터부(413)는, 상측으로 갈수록 서로 가까워지는 방향으로 경사지게 형성된 한 쌍의 경사면(414)과, 상기 한 쌍의 경사면(414)을 서로 연결하는 센터 엣지(415)를 포함할 수 있다.

각 경사면(414)은 성형부(412)의 내부 공간을 일측에서 커버할 수 있다. 좀 더 상세히, 성형부(412)의 내부 공간은 성형부(412)의 내둘레와 센터부(413)의 경사면(414)에 의해 정의될 수 있다.

한 쌍의 경사면(414)의 상단은, 센터 엣지(415)에 의해 서로 연결될 수 있다. 센터 엣지(415)는 상방으로 볼록하도록 라운드지게 형성될 수 있다. 따라서, 센터 엣지(415)는 한 쌍의 경사면(414)의 상단이 꺾이지 않고 연속적으로 이어지도록 연결할 수 있다.

센터 엣지(415)는, 케이스(10)의 제1연결 엣지(152)와 대응되는 형상 및 곡률 반경을 가질 수 있다. 좀 더 상세히, 센터 엣지(415)의 곡률 반경은, 제1연결 엣지(152)의 곡률 반경(R2)과 동일하거나 유사할 수 있다.

센터 엣지(415)의 최상단의 높이는, 한 쌍의 안착면(411)을 연결하는 곡면의 최하단의 높이 이하일 수 있다.

한편, 펀치(420)는, 다이(410)의 한 쌍의 성형부(412)로 삽입되는 한 쌍의 펀칭부(421)를 포함할 수 있다.

한 쌍의 펀칭부(421)는 서로 분리되어 이격될 수 있다. 이 경우, 한 쌍의 펀칭부(421)의 대향면(423)은 서로 마주볼 수 있다.

다만 이에 한정되는 것은 아니며, 다이(410)의 센터부(413)와 간섭하지 않는 범위에서 한 쌍의 펀칭부(421)가 서로 연결되는 구성도 가능할 것이다.

각 펀칭부(421)는, 케이스(10)의 만입부(100)에 대응되는 형상을 가질 수 있다. 즉, 한 쌍의 펀칭부(421)의 저면(422)은 서로 가까워질수록 높이가 낮아지는 방향으로 경사지게 형성될 수 있다.

한 쌍의 펀칭부(421)의 저면(422)은, 다이(410)의 안착면(411)과 나란한 방향으로 경사지게 형성될 수 있다. 즉, 한 쌍의 펀칭부(421)의 저면(422)이 이루는 각도는, 케이스(10)의 한 쌍의 안착면(200)이 이루는 각도(θ)와 대응될 수 있다.

즉, 한 쌍의 펀칭부(421)의 저면(422)이 이루는 각도는 둔각, 좀 더 상세히는 130도 내지 170도일 수 있다.

파우치 시트(P)의 일부는, 다이(410)의 성형부(412)로 삽입되는 펀치(420)의 펀칭부(421)에 의해 가압될 수 있고, 케이스(10)의 만입부(100)로 포밍될 수 있다.

펀칭부(421)의 저면(422)과 외둘레 하단은 펀칭 엣지(427)로 연결될 수 있다. 펀칭부(421) 외둘레는 스트리퍼(430)의 내둘레를 마주볼 수 있다.

펀칭 엣지(427)은, 케이스(10)의 이너 엣지(114)와 대응되는 형상 및 곡률 반경을 가질 수 있다. 좀 더 상세히, 펀칭 엣지(427)의 곡률 반경은, 이너 엣지(114)의 곡률 반경(R4)과 동일하거나 유사할 수 있다. 따라서, 펀칭 엣지(427)에 의해 이너 엣지(114)가 포밍될 수 있다.

케이스(10)의 이너 엣지(114)의 곡률 반경(R4)은 아우터 엣지(115)의 곡률 반경(R5) 이상이므로, 펀칭 엣지(427)의 곡률 반경은 상기 다이 엣지(418)의 곡률 반경 이상일 수 있다.

또한, 케이스(10)의 이너 엣지(114)와 아우터 엣지(115) 간 수평 방향 클리어런스(CL)와 마찬가지로, 펀칭 엣지(427)와 다이 엣지(418) 간 수평 방향 클리어런스는 0.5mm 이하, 바람직하게는 0.35mm이하일 수 있다.

또한, 이너 엣지(114)와 아우터 엣지(115) 간 수평 방향 클리어런스(CL)는 아우터 엣지(115)의 곡률 반경(R5) 이하이므로, 펀칭 엣지(427)와 다이 엣지(418) 간 수평 방향 클리어런스는 다이 엣지(418)의 곡률 반경 이하일 수 있다.

또한, 펀칭부(421)의 저면(422)과 대향면(423)의 하단은 사이드 엣지(424)로 연결될 수 있다. 즉, 사이드 엣지(424)는 각 저면(422)의 하단부에 형성될 수 있다.

사이드 엣지(424)는 하방으로 볼록하게 라운드진 형상을 가질 수 있다. 사이드 엣지(424)는 케이스(10)의 제2연결 엣지(153)와 대응되는 형상 및 곡률 반경을 가질 수 있다. 좀 더 상세히, 사이드 엣지(424)의 곡률 반경은, 제2연결 엣지(153)의 곡률 반경(R3)과 동일하거나 유사할 수 있다.

따라서, 파우치 시트(P)의 일부는 다이(410)의 센터부(413)와 펀치(420)의 사이드 엣지(424)에 의해 케이스(10)의 브릿지(150)로 포밍될 수 있다.

도 8a 및 도 8b는 본 발명의 일 실시예에 따른 제1실험예이고, 도 9a 및 도 9b는 본 발명의 일 실시예에 따른 제2실험예이고, 도 10a 및 도 10b는 제1비교예이고, 도 11a 및 도 11b는 제2비교예이고, 도 12a 및 도 12b는 제3비교예이다.

좀 더 상세히, 도 8a 및 도 9a는 케이스(10)의 한 쌍의 테라스(200) 간 각도(θ)가 140도이고 이너 엣지(114)와 아우터 엣지(115) 간 수평 방향에 대한 클리어런스(CL)가 각각 0.35mm, 0.5mm로 포밍된 제1, 2실험예이다. 제1, 2실험예에서, 케이스(10)의 한 쌍의 테라스(200) 간 각도(θ)는 140도로, 이너 엣지(114)의 곡률 반경(R4)은 2.0mm로, 아우터 엣지(115)의 곡률 반경(R5)은 1.5mm로 동일하다.

도 10a는 이너 엣지(114)와 아우터 엣지(115) 간 수평 방향에 대한 클리어런스(CL)가 1mm로 포밍된 제1비교예이다. 즉, 제1비교예는 상기 제1,2실험예와 비교하여 상기 클리어런스(CL)만을 증가시켰다.

상기 제1, 2실험예의 경우, 도 8b 및 도 9b에 도시된 바와 같이 일 테라스(200)가 수평해지도록 회전시키면, 상기 일 테라스(200) 측 이너 엣지(114)와 아우터 엣지(115) 간 수평 방향에 대한 클리어런스(CL)는 각각 1.09mm, 1.25mm로 측정된다. 즉, 제1, 2실험예에 따른 케이스(10)가 폴딩 및 밀봉되어 이차전지를 이루면, 이너 엣지(114)와 아우터 엣지(115) 간 수평 방향에 대한 클리어런스(CL)는 각각 1.09mm, 1.25mm로 측정됨을 의미한다.

반면, 상기 제1비교예의 경우, 도 10b에 도시된 바와 같이, 일 테라스(200)가 수평해지도록 회전시키면 상기 일 테라스(200) 측 이너 엣지(114)와 아우터 엣지(115) 간 수평 방향에 대한 클리어런스(CL)는 1.78mm로 측정된다. 즉, 제1비교예에 따른 케이스(10)가 폴딩 및 밀봉되어 이차전지를 이루면, 이너 엣지(114)와 아우터 엣지(115) 간 수평 방향에 대한 클리어런스(CL)는 1.78mm로 측정됨을 의미한다.

즉, 이너 엣지(114)와 아우터 엣지(115) 간 클리어런스(CL)가 작을수록, 전극 조립체(20)가 차지하지 않는 빈 공간이 줄어드는 것을 확인할 수 있다.

한편, 도 11a는 케이스(10)의 한 쌍의 테라스(200) 간 각도(θ)가 120도이고 이너 엣지(114)와 아우터 엣지(115) 간 수평 방향에 대한 클리어런스(CL)가 0.5mm로 포밍된 제2비교예이다. 즉, 제2비교예는 상기 제2실험예와 비교하여 상기 각도(θ)만을 감소시켰다

상기 제2비교예의 경우, 도 11b에 도시된 바와 같이, 일 테라스(200)가 수평해지도록 회전시키면 상기 일 테라스(200) 측 이너 엣지(114)와 아우터 엣지(115) 간 수평 방향에 대한 클리어런스(CL)는 1.9mm로 측정된다. 즉, 제2비교예에 따른 케이스(10)가 폴딩 및 밀봉되어 이차전지를 이루면, 이너 엣지(114)와 아우터 엣지(115) 간 수평 방향에 대한 클리어런스(CL)는 1.9mm로 측정됨을 의미한다.

즉, 한 쌍의 테라스(200) 간 각도(θ)가 클 수록, 전극 조립체(20)가 차지하지 않는 빈 공간이 줄어드는 것을 확인할 수 있다.

다만, 앞서 설명한 바와 같이 상기 각도(θ)가 지나치게 크면 배트 이어(bat-ear)가 발생하거나 밴딩부(300) 주변에 과도한 주름이 발생할 우려가 있으므로 상기 각도(θ)는 130도 내지 170도 임이 바람직하다.

한편, 도 12a는 도 11a에 도시된 제2비교예에서, 이너 엣지(114)의 곡률 반경(R4) 및 아우터 엣지(115)의 곡률 반경(R5)을 1.0mm로 줄인 제3비교예이다.

제3비교예의 경우, 도 12b에 도시된 바와 같이 일 테라스(200)가 수평해지도록 회전시키면 상기 일 테라스(200) 측 이너 엣지(114)와 아우터 엣지(115) 간 수평 방향에 대한 클리어런스(CL)는 2.53mm로 측정된다. 즉, 제3비교예에 따른 케이스(10)가 폴딩 및 밀봉되어 이차전지를 이루면, 이너 엣지(114)와 아우터 엣지(115) 간 수평 방향에 대한 클리어런스(CL)는 2.53mm로 측정됨을 의미한다.

즉, 이너 엣지(114) 및 아우터 엣지(115)의 곡률 반경(R4)(R5)가 클수록, 전극 조립체(20)가 차지하지 않는 빈 공간이 줄어드는 것을 확인할 수 있다. 다만, 앞서 설명한 바와 같이 곡률 반경(R4)(R5)이 지나치게 크면 케이스(10)를 샤프한 형상으로 제조하는데 한계가 있고, 이에 이차 전지(3)의 외관도 미려하지 않아서 상품성도 저하되므로, 이너 엣지(114) 및 아우터 엣지(115)의 곡률 반경(R4)(R5)을 적절하게 설계하는 것이 바람직하다.

도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 파우치형 이차 전지의 평면도이고, 도 14는 도 13에 도시된 둘레부의 모서리 및 그 주변을 확대 도시한 평면도이고, 도 15는 도 13에 도시된 둘레부의 모서리 및 그 주변을 확대 도시한 사시도이다.

케이스(10)의 한 쌍의 만입부(100) 사이에 전극 조립체(20)(도 2 참조)를 배치한 상태에서 밴딩부(300)를 폴딩(folding)하고 한 쌍의 테라스(200)를 서로 실링시킴으로써, 본 발명의 실시예에 따른 이차 전지를 형성할 수 있다.

상기 이차 전지는, 전극 조립체(20)(도 2 참조)를 수용하는 수납부와, 상기 수납부의 둘레면 중 일부를 형성하는 폴딩부와, 상기 수납부의 둘레면 중 다른 일부에서 확장된 둘레부를 포함할 수 있다.

좀 더 상세히, 상기 수납부는 한 쌍의 만입부(100)가 연통되어 형성되며 이하에서는 편의상 만입부(10)와 동일한 도면 부호인 '100'으로 표시한다. 또한, 상기 폴딩부는 브릿지(150)가 폴딩되어 형성되며, 이하에서는 편의상 브릿지(150)와 동일 부호인 '150'으로 표시한다. 또한, 상기 둘레부는 한 쌍의 테라스(200)가 서로 부착되어 형성되며, 이하에서는 편의상 테라스와 동일 부호인 '200'으로 표시한다.

따라서, 본 발명의 실시예에 따른 이차 전지에 대해, 앞서 설명한 이너 엣지(114)(도 6 참조)는 수납부(100)의 내측 상면 또는 내측 저면을 수납부(100)의 내둘레와 연결할 수 있다. 또한, 아우터 엣지(115)(도 6 참조)는 수납부(100)의 외둘레와 둘레부(200)를 연결할 수 있다.

앞서 설명한 바와, 이너 엣지(114)의 곡률 반경(R4)은, 아우터 엣지(115)의 곡률 반경(R5) 이상일 수 있고, 이너 엣지(114)와 아우터 엣지(115) 사이의 수평 방향에 대한 클리어런스(CL)는 이너 엣지(114)의 곡률 반경(R4)보다 작을 수 있다.

이는, 이차 전지 자체를 분해하여 확인할 수도 있으나, 이에 제한되지 않고 CT(Computerized Tomography), MRI(Magnetic Resonance Imaging), X-Ray 등에 의한방법으로 확인할 수도 있다. 이러한 방법으로, 이차전지를 분해하지 않고도 앞서 설명한 케이스(10)의 특징들을 확인할 수 있다.

한편, 둘레부(200)는, 한 쌍의 테라스(200)의 사이드(210)가 서로 부착되어 형성된 장변부와, 한 쌍의 테라스(200)의 연장부(220)가 서로 부착되어 형성된 단변부를 포함할 수 있다. 이하에서 상기 장변부는 사이드(210)와 동일한 도면 부호인 '210'으로 표시하고, 상기 단변부는 연장부(220)와 동일한 도면 부호인 '220'으로 표시한다.

장변부(210)는 수납부(100)의 길이 방향으로 연장될 수 있고, 단변부(220)는 수납부(100)의 폭 방향으로 연장될 수 있다.

둘레부(200)는 열 융착으로 실링될 수 있다. 즉, 둘레부(200)에는 둘레부를 따라 연장된 실링부가 형성될 수 있다.

좀 더 상세히, 각 단변부(220)는 실링부(221) 및 비실링부(222)를 포함할 수 있다.

실링부(221)는 단변부(220)의 길이 방향으로 길게 형성될 수 있다. 실링부(221) 중 일부는 한 쌍의 연장부(220)가 서로 융착되어 형성될 수 있고, 다른 일부는 전극 리드(22)를 포위한 절연부(23)(도 2 참조)에 연장부(220)가 융착되어 형성될 수 있다.

비실링부(222)는 단변부(220)의 길이 방향으로 길게 형성되고, 실링부(221)보다 내측에 위치할 수 있다. 이는, 실링부(221)가 수납부(100)에 지나치게 인접할 경우, 열융착 공정에 의해 전극 조립체(20)의 전극 탭(21)(도 2 참조)이 손상될 우려가 있기 때문이다.

즉, 비실링부(222)는 실링부(221)와 수납부(100)의 사이에 위치할 수 있다. 비실링부(222)에는 전극 조립체(20)의 전극 탭(21)(도 2 참조)이 위치할 수 있다.

따라서, 단변부(220)의 폴딩부(150) 측 모서리는, 실링부(221)의 모서리(221a)와, 비실링부(222)의 모서리(222a)를 포함할 수 있다. 상기 폴딩부(150) 측 모서리는, 케이스(10)의 벤딩부(300)가 폴딩되어 형성된 모서리를 의미할 수 있다.

이하, 설명의 편의를 위해 비실링부(222)의 모서리를 제1모서리(222a)로 명명하고, 실링부(221)의 모서리를 제2모서리(221a)로 명명한다.

제1모서리(222a)는 폴딩부(150)와 인접할 수 있다. 제1모서리(222a)는 직선이 아니고 다소 휘어지거나 주름진 형상일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.

제2모서리(221a)는, 제1모서리(222a)에서 폴딩부(150)의 반대 방향으로 연장될 수 있다. 즉, 제1모서리(222a)는 제2모서리(221a)와 폴딩부(150)의 사이에 위치할 수 있다.

제2모서리(221a)는 직선 형상이며, 제1모서리(222a)보다 얇은 두께를 가질 수 있다. 또한, 제2모서리(221a)는, 수납부(100)의 폭 방향에 대해, 제1모서리(222a)보다 돌출될 수 있다. 이는 제1모서리(222a)가 비실링부(222)의 모서리인 반면, 제2모서리(221a)는 실링부(221)의 모서리이기 때문이다.

제1모서리(222a) 및 제2모서리(221a)는, 수납부(100)의 폭 방향에 대해 폴딩부(150)보다 비돌출될 수 있다. 즉, 제1모서리(222a) 및 제2모서리(221a)는, 폴딩부(150)에 접하며 폴딩부(150)의 길이 방향으로 직선 연장된 가상선(VL2)에 대해 돌출되지 않을 수 있다. 또한, 제2모서리(221a)는 제1모서리(222a)보다 상기 가상선(VL2)에 더 인접할 수 있다.

즉, 종래의 이차 전지는 제2모서리(221a)에 대응되는 부분이 폴딩부(150)보다 돌출되어 배트 이어(bat-ear)를 형성하나, 본 발명에 따른 이차 전지는 앞서 설명한 케이스(10)의 구성에 의해 배트 이어가 존재하지 않는다.

또한, 단변부(220)의 폴딩부(150) 측 모서리는, 제1모서리(222a)와 폴딩부(150)를 연결하는 경계부(223)를 더 포함할 수 있다.

경계부(223)는 제1모서리(222a)와 폴딩부(150)의 사이에 위치하며, 수납부(100)의 폭 방향에 대해 제1모서리(222a)보다 돌출될 수 있다.

경계부(223)는 수납부(100)의 폭 방향에 대해 폴딩부(150)보다 비돌출됨이 바람직하다. 좀 더 상세히, 경계부(223)의 돌출 정도는, 앞서 설명한 밴딩부(300)와 제1연결 엣지(152)간 단차(D)(도 6 참조)에 따라 달라질 수 있으므로, 적절한 단차(D)를 설계하는 것이 바람직하다.

도 16는 본 발명의 다른 실시예에 따른 파우치형 전지케이스를 전개한 상태가 도시된 도면이다.

이하, 앞서 설명한 내용과 중복되는 내용은 원용하고 차이점을 중심으로 설명한다.

각 만입부(100)의 둘레면은, 상기 브릿지(150)의 반대편에 위치하며 만입부(100)의 길이 방향으로 연장된 연장면과, 상기 연장면의 양 단에서 만입부(100)의 폭 방향으로 연장되어 연결면(151)에 연결되는 한 쌍의 측면(103)을 포함할 수 있다.

상기 측면(103)과 브릿지(150)의 연결면(151)이 연결되는 영역(154)은 소정의 곡률 반경을 갖는 곡면으로 형성될 수 있다. 이로써, 케이스(10)의 밀폐 시에 연결부(150) 주변에 발생하는 주름을 완화할 수 있다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다.

따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다.

본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

10: 케이스 20: 전극 조립체
100: (케이스의) 만입부, (이차 전지의) 수납부
114: 이너 엣지 115: 아우터 엣지
150: (케이스의) 브릿지, (이차 전지의) 폴딩부
151: 연결면 152: 제1연결 엣지
153: 제2연결 엣지
200: (케이스의) 테라스, (이차 전지의) 둘레부
210: (케이스의) 사이드, (이차 전지의) 장변부
220: (케이스의) 연장부, (이차 전지의) 단변부
221: 실링부 221a: 제2모서리
222: 비실링부 222a: 제1모서리
223: 경계부 300: 밴딩부
410: 다이 411: 안착면
412: 성형부 413: 센터부
420: 펀치 422: 펀칭부
423: 연결부 414, 424: 경사면
415, 425: 센터 엣지
416, 426: 사이드 엣지
417: 로어 엣지 418: 다이 엣지
427: 펀칭 엣지

Claims

전극과 분리막이 교대로 적층된 전극 조립체를 수용하는 파우치형 전지 케이스로서,
만입된 형상을 갖는 한 쌍의 만입부;
상기 전지 케이스를 전개한 상태에서, 상기 한 쌍의 만입부의 둘레에 위치하며, 하측으로 갈수록 서로 가까워지는 방향으로 경사지게 형성된 한 쌍의 테라스; 및
상기 한 쌍의 만입부의 사이에 위치하고 상기 한 쌍의 만입부를 연결하며, 상기 한 쌍의 만입부의 저면으로부터 상측으로 갈수록 서로 가까워지는 방향으로 경사지게 형성된 한 쌍의 연결면을 갖는 브릿지를 포함하고,
상기 전지 케이스를 전개한 상태에서, 상기 한 쌍의 테라스가 이루는 각도는 둔각인 파우치형 전지케이스.
제 1 항에 있어서,
상기 전지 케이스를 전개한 상태에서, 상기 한 쌍의 만입부의 저면은 상측으로 갈수록 서로 멀어지는 방향으로 경사지게 형성된 파우치형 전지케이스.
제 1 항에 있어서,
상기 전지 케이스를 전개한 상태에서, 상기 한 쌍의 테라스가 이루는 각도는 130도 내지 170도인 파우치형 전지케이스.
제 1 항에 있어서,
상기 만입부의 내둘레와 상기 만입부의 저면을 연결하는 이너 엣지; 및
상기 만입부의 외둘레와 상기 테라스를 연결하는 아우터 엣지를 더 포함하고,
상기 이너 엣지의 곡률 반경은, 상기 아우터 엣지의 곡률 반경 이상인 파우치형 전지케이스.
제 4 항에 있어서,
상기 전지 케이스를 전개한 상태에서, 상기 이너 엣지와 상기 아우터 엣지 사이의 수평 방향에 대한 클리어런스는 0.5mm 이하인 파우치형 전지케이스.
제 4 항에 있어서,
상기 전지 케이스를 전개한 상태에서, 상기 이너 엣지와 상기 아우터 엣지 사이의 수평 방향에 대한 클리어런스는 0.35mm 이하인 파우치형 전지케이스.
제 4 항에 있어서,
상기 전지 케이스를 전개한 상태에서, 상기 이너 엣지와 상기 아우터 엣지 사이의 수평 방향에 대한 클리어런스는, 상기 아우터 엣지의 곡률 반경 이하인 파우치형 전지케이스.
제 4 항에 있어서,
상기 전지 케이스를 전개한 상태에서,
상기 한 쌍의 테라스를 연결하며 하방으로 볼록하게 라운드진 밴딩부를 더 포함하고,
상기 브릿지는, 상기 한 쌍의 연결면을 연결하며 상방으로 볼록하게 라운드진 제1연결 엣지를 더 포함하며,
상기 밴딩부의 최하단의 높이는, 상기 제1연결 엣지의 최상단의 높이 이상인 파우치형 전지케이스.
제 8 항에 있어서,
상기 전지 케이스를 전개한 상태에서, 상기 브릿지는,
상기 한 쌍의 연결면을 상기 한 쌍의 만입부의 저면과 연결하며, 하방으로 볼록하게 라운드진 한 쌍의 제2연결 엣지를 더 포함하는 파우치형 전지케이스.
제 8 항에 있어서,
상기 전지 케이스를 전개한 상태에서,
상기 만입부의 내둘레와 상기 이너 엣지의 경계를 지나며, 상기 테라스와 직교하는 가상선에 대해,
상기 테라스와 나란한 방향으로, 상기 가상선부터 상기 연결면까지는 제1거리이고,
상기 테라스와 나란한 방향으로, 상기 가상선부터 상기 테라스와 상기 밴딩부의 경계까지는 상기 제1거리보다 짧은 제2거리인 파우치형 전지케이스.
제 10 항에 있어서,
상기 파우치를 전개한 상태에서,
상기 밴딩부의 중앙부터, 상기 테라스와 상기 밴딩부의 경계까지의 길이는, 상기 제1거리와 상기 제2거리의 차이보다 짧은 파우치형 전지케이스.
전극과 분리막이 교대로 적층된 전극 조립체; 및
제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 따른 파우치형 전지 케이스를 포함하는 파우치형 이차전지.
전극과 분리막이 교대로 적층된 구조를 갖는 전극 조립체; 및
상기 전극 조립체를 수용하는 수납부를 갖는 파우치형 전지 케이스를 포함하고,
상기 케이스는,
상기 수납부의 둘레면 중 일부를 형성하는 폴딩부;
상기 수납부의 둘레면 중 다른 일부에서 확장된 둘레부를 포함하고,
상기 둘레부의 모서리는,
상기 폴딩부와 인접한 제1모서리;
상기 제1모서리에서 상기 폴딩부의 반대 방향으로 연장되며, 상기 제1모서리보다 얇은 두께를 갖는 제2모서리; 및
상기 제1모서리와 상기 폴딩부를 연결하며, 상기 수납부의 폭 방향에 대해 상기 제1모서리보다 돌출된 경계부를 포함하는 파우치형 이차전지.
제 13 항에 있어서,
상기 수납부의 폭 방향에 대해, 상기 제1모서리 및 제2모서리는 상기 폴딩부보다 비돌출된 파우치형 이차전지.
제 14 항에 있어서,
상기 수납부의 폭 방향에 대해, 상기 제2모서리는 상기 제1모서리보다 돌출된 파우치형 이차전지.
제 13 항에 있어서,
상기 경계부는 상기 수납부의 폭 방향에 대해 상기 폴딩부보다 비돌출된 파우치형 이차전지.
제 13 항에 있어서,
상기 수납부의 내측 상면 또는 내측 저면을 상기 수납부의 내둘레와 연결하는 이너 엣지; 및
상기 수납부의 외둘레와 상기 둘레부를 연결하는 아우터 엣지를 더 포함하고,
상기 이너 엣지의 곡률 반경은, 상기 아우터 엣지의 곡률 반경 이상인 파우치형 이차전지.
제 17 항에 있어서,
상기 이너 엣지와 상기 아우터 엣지 사이의 수평 방향에 대한 클리어런스는, 상기 아우터 엣지의 곡률 반경 이하인 파우치형 이차전지.
다이에 안착된 파우치 시트를 펀치로 성형하는 파우치형 전지케이스 제조장치에 있어서,
상기 다이는,
상측으로 갈수록 서로 멀어지는 방향으로 경사진 한 쌍의 안착면;
상기 한 쌍의 안착면에서 하방으로 함몰 또는 관통된 한 쌍의 성형부; 및
상기 한 쌍의 성형부의 사이에 위치한 센터부를 포함하고,
상기 펀치는,
상기 한 쌍의 성형부로 삽입되며, 서로 가까워질수록 높이가 낮아지는 방향으로 경사진 저면을 갖는 한 쌍의 펀칭부를 포함하며,
상기 한 쌍의 안착면이 이루는 각도는 둔각인 파우치형 전지케이스 제조장치
제 19 항에 있어서,
상기 한 쌍의 안착면이 이루는 각도는 130도 내지 170도인 파우치형 전지케이스 제조장치.
제 19 항에 있어서,
상기 다이는, 상기 성형부의 내둘레와 상기 안착면을 연결하는 다이 엣지를 더 포함하고,
상기 펀치는, 상기 펀칭부의 외둘레와 상기 펀칭부의 저면을 연결하는 펀칭 엣지를 더 포함하며,
상기 펀칭 엣지의 곡률 반경은, 상기 다이 엣지의 곡률 반경 이상인 파우치형 전지케이스 제조장치.
제 21 항에 있어서,
상기 다이 엣지와 상기 펀칭 엣지 사이의 수평 방향에 대한 클리어런스는 0.5mm 이하인 파우치형 전지케이스 제조장치.
제 21 항에 있어서,
상기 다이 엣지와 상기 펀칭 엣지 사이의 수평 방향에 대한 클리어런스는, 상기 다이 엣지의 곡률 반경 이하인 파우치형 전지케이스 제조장치.
제 19 항에 있어서,
상기 센터부는,
하측으로 갈수록 서로 멀어지는 방향으로 경사지게 형성된 한 쌍의 경사면을 포함하는 파우치형 전지케이스 제조장치.
제 24 항에 있어서,
상기 센터부는,
상기 한 쌍의 경사면을 연결하며 상방으로 라운드진 센터 엣지를 더 포함하는 파우치형 전지케이스 제조장치.
제 19 항에 있어서,
상기 펀칭부는,
상기 저면의 하단부에 형성되며, 하방으로 볼록하게 라운드진 한 쌍의 사이드 엣지를 더 포함하는 파우치형 전지케이스 제조장치.