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WO2017082669A1 - Pouch-type secondary battery and manufacturing method therefor - Google Patents

Pouch-type secondary battery and manufacturing method therefor Download PDF

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WO2017082669A1
WO2017082669A1 PCT/KR2016/012996 KR2016012996W WO2017082669A1 WO 2017082669 A1 WO2017082669 A1 WO 2017082669A1 KR 2016012996 W KR2016012996 W KR 2016012996W WO 2017082669 A1 WO2017082669 A1 WO 2017082669A1
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WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
pouch
secondary battery
metal layer
resin layer
type secondary
Prior art date
Application number
PCT/KR2016/012996
Other languages
French (fr)
Korean (ko)
Inventor
오세운
황수지
정희석
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
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Definitions

  • FIG. 2 is a view schematically showing the structure of a laminate sheet constituting the pouch for the secondary battery of FIG. 1.
  • Non-limiting examples of materials that can be used as the outer resin layer include polyethylene, polypropylene, polycarbonate, polyethylene terephthalate, polyvinyl chloride, acrylic polymer, polyacrylonitrile, polyimide, polyamide, cellulose, aramid, nylon , Oriented nylon. It may consist of one or more materials selected from the group consisting of polyesters, polyparaphenylene benzobisoxazoles, polyarylates, teflon, and glass fibers.
  • the outer resin layer may have a single film structure made of any one material, or may have a composite film structure formed by layering two or more materials, respectively.
  • the positive electrode may include a positive electrode active material and a positive electrode current collector
  • the negative electrode may include a negative electrode active material and a negative electrode current collector
  • the negative electrode active material examples include carbon and graphite materials such as natural graphite, artificial graphite, expanded graphite, carbon fiber, non-graphitizable carbon, carbon black, carbon nanotube, fullerene, and activated carbon; Metals such as Al, Si, Sn, Ag, Bi, Mg, Zn, In, Ge, Pb, Pd, Pt, Ti which can be alloyed with lithium, and compounds containing these elements; Complex compounds of metals and their compounds with carbon and graphite materials; Lithium-containing nitrides; and the like.
  • carbon and graphite materials such as natural graphite, artificial graphite, expanded graphite, carbon fiber, non-graphitizable carbon, carbon black, carbon nanotube, fullerene, and activated carbon
  • Metals such as Al, Si, Sn, Ag, Bi, Mg, Zn, In, Ge, Pb, Pd, Pt, Ti which can be alloyed with lithium, and compounds containing these elements
  • the battery pack of the present invention may be used as an electric vehicle, a hybrid electric vehicle, a plug-in hybrid electric vehicle, or a power storage device in consideration of mounting efficiency, structural safety, and the like.

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Abstract

The present invention relates to a pouch-type secondary battery and a manufacturing method therefor, the battery allowing metal layers at the edges of laminate sheets in each of an upper pouch and a lower pouch to face each other and be bonded in a heatless manner such that a sealing part is formed, wherein a pouch outer circumference sealing part is formed by the bonding of the metal layers, and thus the present invention has an effect of further lowering or preventing the possibility of moisture permeation from the outside and the possibility of electrolyte leakage from the battery.

Description

파우치형 이차전지 및 그의 제조방법Pouch type secondary battery and manufacturing method thereof
본 출원은 2015년 11월 11일에 출원된 한국특허출원 제10-2015-0158303호에 기초한 우선권을 주장하며, 해당 출원의 명세서에 개시된 모든 내용은 본 출원에 원용된다.This application claims the priority based on Korean Patent Application No. 10-2015-0158303, filed November 11, 2015, all the contents disclosed in the specification of the application is incorporated in this application.
본 발명은 파우치형 이차전지 및 그의 제조방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 상부 파우치와 하부 파우치를 구성하는 라미네이트 시트 가장자리부의 금속층이 비가열 방식으로 대면 접합되어 실링부를 형성하는 파우치형 이차전지 및 그의 제조방법에 관한 것이다. The present invention relates to a pouch type secondary battery and a method of manufacturing the same, and more particularly, a pouch type secondary battery in which a metal layer of an edge portion of a laminate sheet constituting an upper pouch and a lower pouch is joined to each other in a non-heating manner to form a sealing portion. It relates to a manufacturing method.
모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서의 이차전지의 수요가 급격히 증가하고 있고, 이러한 이차전지 중 높은 에너지 밀도와 방전 전압의 리튬 이차전지에 대해 많은 연구가 행해졌고 또한 상용화되어 널리 사용되고 있다.As the development and demand for mobile devices increases, the demand for secondary batteries as energy sources is increasing rapidly. Among these secondary batteries, many researches have been conducted and commercialized and widely used for lithium secondary batteries with high energy density and discharge voltage. It is used.
리튬 이차전지는 그것의 외형에 따라 크게 원통형 전지, 각형 전지, 파우치형 전지 등으로 분류되며, 전해액의 형태에 따라 리튬이온 전지, 리튬이온 폴리머 전지, 리튬 폴리머 전지 등으로 분류되기도 한다.Lithium secondary batteries are largely classified into cylindrical batteries, square batteries, pouch-type batteries, and the like according to their appearance, and may be classified into lithium ion batteries, lithium ion polymer batteries, lithium polymer batteries, and the like depending on the type of electrolyte.
모바일 기기의 소형화에 대한 최근의 경향으로 인해, 두께가 얇은 각형 전지, 파우치형 전지에 대한 수요가 증가하고 있으며, 특히, 형태의 변형이 용이하고 제조비용이 저렴하며 중량이 작은 파우치형 전지에 대한 관심이 높은 실정이다.Due to the recent trend toward the miniaturization of mobile devices, there is an increasing demand for thinner rectangular batteries and pouch-type batteries. In particular, for pouch-type batteries that are easy to deform, low in manufacturing cost and light in weight. Interest is high.
일반적으로, 파우치형 전지는 내측 수지층, 금속층 및 외측 수지층을 포함하여 이루어진 파우치용 라미네이트 시트로부터 제조되어 전극조립체와 전해액이 수납되는 수납공간 및 그 주변에 실링되어 밀봉된 실링부를 포함하여 이루어진 전지를 말한다. 수납공간에 수납되는 전극조립체는 젤리-롤형(권취형) 전극조립체, 스택형(적층형) 전극조립체, 또는 복합형(스택/폴딩형) 전극조립체일 수 있다.In general, a pouch-type battery is made of a pouch laminate sheet including an inner resin layer, a metal layer, and an outer resin layer, and includes a storage space in which an electrode assembly and an electrolyte are stored, and a sealing part sealed and sealed around the electrode space. Say. The electrode assembly accommodated in the accommodation space may be a jelly-roll (wound) electrode assembly, a stacked (laminated) electrode assembly, or a composite (stack / folding) electrode assembly.
도 1은, 일반적인 파우치형 이차 전지의 구성을 개략적으로 나타낸 분해 사시도이다. 도 1을 참조하면, 파우치형 이차 전지는 전극 조립체(10) 및 파우치(20)를 기본 구조로 포함한다.1 is an exploded perspective view schematically showing the configuration of a general pouch type secondary battery. Referring to FIG. 1, the pouch type secondary battery includes an electrode assembly 10 and a pouch 20 as a basic structure.
여기서, 전극 조립체(10)는 양극, 음극, 및 상기 양극과 음극 사이에 개재되어 양극과 음극 사이를 전기적으로 절연시키는 세퍼레이터 등으로 구성될 수 있으며, 상기 전극 조립체(10)에는 양극에서 연장되어 형성되는 양극 탭과 음극에서 연장되어 형성되는 음극 탭이 구비된다.Here, the electrode assembly 10 may be composed of a positive electrode, a negative electrode, and a separator interposed between the positive electrode and the negative electrode to electrically insulate between the positive electrode and the negative electrode, the electrode assembly 10 is formed extending from the positive electrode And a negative electrode tab extending from the negative electrode.
상기 양극 탭과 음극 탭 각각은 양극 리드(11) 및 음극 리드(12)와 저항 용접, 초음파 용접, 레이저 용접 등의 방법으로 접합될 수 있으며, 이러한 전극 리드는 파우치 외부로 노출되어 이차전지의 전극으로서 이차전지와 외부 적용 기기 등을 상호 전기적으로 연결하는 기능을 수행하게 된다.Each of the positive electrode tab and the negative electrode tab may be bonded to the positive electrode lead 11 and the negative electrode lead 12 by a method such as resistance welding, ultrasonic welding, laser welding, and the like. As a function of electrically connecting the secondary battery and the external application device to each other.
상기 전극 조립체(10)는 전해질을 비롯한 전해액과 함께 이차전지용 파우치(20)에 투입된다.The electrode assembly 10 is introduced into the secondary battery pouch 20 together with an electrolyte solution including an electrolyte.
상기 이차전지용 파우치(20)는 상부 케이스(21)와 하부 케이스(22)로 구분될 수 있고, 상기 전극 조립체(10)의 수납공간 위치에 따라 싱글 캡 또는 더블 캡 등으로 지칭되기도 한다. 또한, 이차전지용 파우치 중 수납공간 주변에서 실링되는 부분을 '실링부'로 지칭하며, 특히, 파우치 가장자리부 중 전극 탭 및/또는 전극 리드가 배치되는 가장자리부를 '테라스부'로 지칭한다.The secondary battery pouch 20 may be divided into an upper case 21 and a lower case 22, and may be referred to as a single cap or a double cap according to a storage space position of the electrode assembly 10. In addition, a portion of the secondary battery pouch sealed around the storage space is referred to as a 'sealing portion', and in particular, an edge portion of the pouch edge portion where the electrode tab and / or the electrode lead is referred to as a 'terrace portion'.
이러한 이차전지용 파우치(20)는, 내부로 유입된 전해액과 전극 조립체(10)를 보호하고, 전지 셀의 전기 화학적 성질에 대한 보완 및 방열성 등을 제고하기 위하여 금속층이 개재된 라미네이트 시트로 구성될 수 있다. 상기 금속층의 외측에는, 전지 셀과 외부와의 절연성을 확보하기 위하여, 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PolyEthylene Terephthalate, PET) 수지 또는 나일론(nylon) 수지 등의 절연물질로 코팅된 외측 수지층이 형성될 수 있다. 상부 케이스(21)의 하면과 하부 케이스(22)의 상면에는 상호 간의 접착을 위하여 무연신 폴리프로필렌(Casted PolyPropylene, CPP) 또는 폴리프로필렌(PolyPropylene, PP) 등을 포함하는 내측 수지층이 형성될 수 있다. 상기 내측 수지층은 상부 케이스(21)와 하부 케이스(22) 외주면의 접착뿐만 아니라 금속층과 파우치(20) 내부에 주입된 전해질 간의 도전을 방지하는 절연 역할도 한다.The secondary battery pouch 20 may be formed of a laminate sheet having a metal layer interposed therebetween to protect the electrolyte solution and the electrode assembly 10 introduced therein, and to improve the electrochemical properties of the battery cell and to improve heat dissipation. have. In order to secure insulation between the battery cell and the outside, an outer resin layer coated with an insulating material such as polyethylene terephthalate (PET) resin or nylon (nylon) may be formed on the outside of the metal layer. An inner resin layer including unstretched polypropylene (CPP) or polypropylene (PolyPropylene, PP) may be formed on the lower surface of the upper case 21 and the upper surface of the lower case 22 for adhesion to each other. have. The inner resin layer serves to insulate the upper case 21 and the lower case 22 from the outer circumferential surface, as well as prevent insulation between the metal layer and the electrolyte injected into the pouch 20.
도 2는 도 1의 A 부분과 B 부분에 대한 확대 단면도이다. 도 2를 참조하면, 상부 케이스(21)는 위로부터 외측 수지층(25), 금속층(24) 및 내측 수지층(23)의 순서로 소정의 층상 구조를 가지게 되며, 하부 케이스(22)는 위로부터 내측 수지층(23), 금속층(24) 및 외측 수지층(25)의 층상 구조로 이루어져 있다. 상부 케이스(21)와 하부 케이스(22)는 외주면에서 열융착되어 실링부를 형성할 수 있다. 실링부를 형성하는 방법으로, 도 3에 도시된 바와 같은 막대형(bar-type)의 실링툴(sealing tool)을 사용하여 상부 케이스(21)와 하부 케이스(22)의 실링될 부분을 열압착하는 방법이 알려져 있다.FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view of part A and B of FIG. 1. Referring to FIG. 2, the upper case 21 has a predetermined layered structure in the order of the outer resin layer 25, the metal layer 24, and the inner resin layer 23 from above, and the lower case 22 is upward. From the inner resin layer 23, the metal layer 24 and the outer resin layer 25. The upper case 21 and the lower case 22 may be heat-sealed at the outer circumferential surface to form a sealing part. As a method of forming a sealing portion, a bar-type sealing tool as shown in FIG. 3 is used to thermo-compress the portions to be sealed of the upper case 21 and the lower case 22. Methods are known.
도 4의 좌측에는, 실링 전의 상부 케이스의 라미네이트 시트(421)와 하부 케이스의 라미네이트 시트(422) 각각의 단면을 개략적으로 나타낸 도면이고, 도 4의 우측은 열 및/또는 압력을 가하면서 막대형 실링툴로 상부 케이스의 라미네이트 시트와 하부 케이스의 라미네이트 시트를 융착시킨 후의 라미네이트 시트 단면을 개략적으로 나타낸 것이다.On the left side of Fig. 4, a cross-sectional view of each of the laminate sheet 421 of the upper case and the laminate sheet 422 of the lower case before sealing is shown schematically, and the right side of Fig. 4 is a rod-shaped while applying heat and / or pressure. The cross section of the laminate sheet after fusion bonding the laminate sheet of the upper case and the laminate sheet of the lower case with a sealing tool is shown schematically.
도 4의 좌측에서, 상부 케이스의 라미네이트 시트(421)가 위에서부터 차례로 외측 수지층(425), 금속층(422), 내측 수지층(423)을 포함하여 이루어져있고, 하부 케이스의 라미네이트 시트(422)가 위에서부터 차례로 내측 수지층(423), 금속층(422), 외측 수지층(425)을 포함하여 이루어져 있다. 실링툴이 적용된 후에, 내측 수지층(423)이 대면 융착되어지고, 내측 수지층(423)을 중심으로 금속층(424), 외측 수지층(425)이 적층되어 있다. 도 4의 좌측 도면과 우측 도면을 비교해보면, 실링툴이 적용된 후에, 파우치용 라미네이트 시트의 두께가 전반적으로 얇아지지만, 외측 수지층(25), 금속층(24) 및 내측 수지층(23)은 여전히 층상 구조를 유지하고 있다.On the left side of FIG. 4, the laminate sheet 421 of the upper case includes the outer resin layer 425, the metal layer 422, and the inner resin layer 423 from top to bottom, and the laminate sheet 422 of the lower case. The inner resin layer 423, the metal layer 422, and the outer resin layer 425 are sequentially formed from above. After the sealing tool is applied, the inner resin layer 423 is fused to the surface, and the metal layer 424 and the outer resin layer 425 are laminated around the inner resin layer 423. Comparing the left and right views of FIG. 4, after the sealing tool is applied, the thickness of the laminate sheet for the pouch is generally thin, but the outer resin layer 25, the metal layer 24, and the inner resin layer 23 are still thin. The layered structure is maintained.
한편, 이차전지용 파우치를 구성하는 내측 수지층의 단면은 실링이 이루어진 후에도 파우치 외부에 노출되게 된다. 내부 수지층이 고분자 수지 소재로 주로 이루어지기 때문에, 상부 케이스와 하부 케이스의 융착에도 불구하고, 내부 수지층 단면을 통해 수분의 침투가 용이하게 발생할 수 있고 전해액 누액 가능성이 존재한다. 이러한 수분 침투 용이성 및 전해액 누액 가능성은 전지의 장기간 사용시 전지의 수명 및 안정성을 저해하는 요인으로 작용한다.On the other hand, the end surface of the inner resin layer constituting the secondary battery pouch is exposed to the outside of the pouch even after the sealing is made. Since the inner resin layer is mainly made of a polymer resin material, despite the fusion of the upper case and the lower case, the penetration of moisture through the cross section of the inner resin layer can easily occur and there is a possibility of electrolyte leakage. Such water permeability and the possibility of electrolyte leakage act as a factor that hinders the life and stability of the battery when the battery is used for a long time.
따라서, 수분 침투를 억제할 수 있고 전해액 누액을 방지할 수 있는 이차전지용 파우치에 대한 개발이 필요한 실정이다.Therefore, it is necessary to develop a secondary battery pouch capable of suppressing water penetration and preventing electrolyte leakage.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.The present invention aims to solve the problems of the prior art as described above and the technical problems that have been requested from the past.
본 발명의 일 목적은 이차전지용 파우치의 내수분성 및 내구성을 크게 향상시킬 수 있는 특정한 구조의 실링부를 갖는 이차전지용 파우치 및 이를 포함하는 파우치형 이차전지를 제공하는 것이다.An object of the present invention to provide a secondary battery pouch having a sealing portion of a specific structure that can greatly improve the moisture resistance and durability of the secondary battery pouch and a pouch type secondary battery comprising the same.
본 발명의 다른 목적은 파우치 라미네이트 필름을 손상시키지 않으면서 상기 실링부의 밀봉성을 향상시키는 방법을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a method of improving the sealing property of the sealing portion without damaging the pouch laminate film.
본 발명의 일 양태에 따르면, 외측 수지층, 금속층 및 내측 수지층을 포함하는 라미네이트 시트로 형성된 상부 파우치 및 하부 파우치를 포함하는 이차전지용 파우치에 있어서, 상부 파우치와 하부 파우치 각각의 라미네이트 시트 중 금속층이 비가열 방식으로 대면 접합되어 실링부를 형성하는 이차전지용 파우치가 제공된다. 이 때, 상기 실링부에 테라스부는 포함되지 않는다.According to an aspect of the present invention, in the secondary battery pouch including an upper pouch and a lower pouch formed of a laminate sheet including an outer resin layer, a metal layer and an inner resin layer, the metal layer of each of the laminate sheets of the upper pouch and the lower pouch is There is provided a secondary battery pouch which is joined to face in a non-heating manner to form a sealing portion. At this time, the terrace portion is not included in the sealing portion.
상기 금속층은 알루미늄으로 형성될 수 있다.The metal layer may be formed of aluminum.
상기 파우치 실링부의 두께는 바깥쪽으로 갈수록 얇아질 수 있다.The pouch sealing portion may be thinner toward the outside.
상기 금속층에 의해 접합된 상부 파우치와 하부 파우치 안쪽은 내측 수지층에 의해 둘러싸여 있을 수 있다.The inside of the upper pouch and the lower pouch bonded by the metal layer may be surrounded by the inner resin layer.
본 발명의 다른 양태에 따르면, 전술한 이차전지용 파우치에, 양극, 음극, 및 상기 양극과 음극 사이에 개재된 세퍼레이터를 포함하여 이루어진 전극조립체 및 전해액이 수납되어 있는 것을 특징으로 하는 파우치형 이차전지가 제공된다.According to another aspect of the present invention, the pouch type secondary battery, characterized in that the electrode assembly and the electrolyte comprising a positive electrode, a negative electrode, and a separator interposed between the positive electrode and the negative electrode is accommodated in the above-described secondary battery pouch. Is provided.
상기 파우치형 이차전지는 리튬이차전지일 수 있다.The pouch type secondary battery may be a lithium secondary battery.
본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 외측 수지층, 금속층 및 내측 수지층을 포함하는 라미네이트 시트로 각각 형성된 상부 파우치와 하부 파우치를 준비하는 단계;전극조립체 및 전해액을 파우치내에 수납하는 단계; 및 파우치 가장자리부에서 라미네이트 시트 금속층을 비가열 방식으로 대면 접합하는 단계;를 포함하는 이차전지용 파우치를 제조하는 방법이 제공된다.According to another aspect of the invention, preparing an upper pouch and a lower pouch each formed of a laminate sheet comprising an outer resin layer, a metal layer and an inner resin layer; storing the electrode assembly and the electrolyte in the pouch; And bonding the laminate sheet metal layer in a non-heating manner at the edge of the pouch. The method of manufacturing a pouch for a secondary battery is provided.
테라스부를 제외한 파우치 가장자리부에서, 라미네이트 시트를 구성하는 금속층은 내측 수지층보다 더 외부로 연장되어 있을 수 있다.At the edge of the pouch except for the terrace portion, the metal layer constituting the laminate sheet may extend outwardly than the inner resin layer.
상기 금속층의 접합을 수행하기 이전에, 상부 파우치와 하부 파우치에서 실링될 부분을 막대형 바아의 실링툴에 의해 융착할 수 있다.Before performing the joining of the metal layer, the portion to be sealed in the upper pouch and the lower pouch may be fused by a sealing tool of a bar bar.
상기 접합은 마찰교반용접, 냉간 압접과 같은 고상 용접에 의해 수행될 수 있다.The joining may be performed by solid state welding such as friction stir welding and cold press welding.
상기 실링툴은, 파우치 실링부 바깥쪽으로 갈수록 보다 얇은 두께가 형성되도록 하는 실링툴일 수 있다.The sealing tool may be a sealing tool to form a thinner thickness toward the outside of the pouch sealing portion.
본 발명에 따른 이차전지용 파우치는 상부 파우치와 하부 파우치 각각의 금속층이 비가열 방식으로 가장자리부에서 접합되므로 라미네이트 시트의 손상없이 파우치 실링부를 형성할 수 있고 외부로부터의 수분 침투 가능성 및 전지의 전해액 누액 가능성이 더 낮아지거나 방지될 수 있는 효과가 있다.In the secondary battery pouch according to the present invention, the metal layers of the upper pouch and the lower pouch are joined at the edge portion in a non-heating manner, thereby forming a pouch sealing portion without damaging the laminate sheet, possibly penetrating moisture from the outside, and possibly leaking the electrolyte of the battery. There is an effect that can be lowered or prevented.
그 결과, 전지의 수명이 연장되고 전지 안전성이 향상되는 효과를 갖게 된다.As a result, the battery life is extended and battery safety is improved.
도 1은 종래의 파우치형 이차전지를 개략적으로 나타낸 도면이다.1 is a view schematically showing a conventional pouch type secondary battery.
도 2는 도 1의 이차전지용 파우치를 구성하는 라미네이트 시트의 구조를 개략적으로 나타낸 도면이다.FIG. 2 is a view schematically showing the structure of a laminate sheet constituting the pouch for the secondary battery of FIG. 1.
도 3은 실링툴을 이용하여 상부 파우치와 하부 파우치에서 실링될 부분을 융착시키는 종래 양태를 개략적으로 나타낸 도면이다.FIG. 3 schematically illustrates a conventional embodiment in which a sealing tool is fused to a portion to be sealed in an upper pouch and a lower pouch using a sealing tool.
도 4는 상부 파우치의 라미네이트 시트와 하부 파우치의 라미네이트 시트의 융착 전후의 일반적인 양태를 개략적으로 나타낸 도면이다.FIG. 4 is a diagram schematically showing a general embodiment before and after fusion of the laminate sheet of the upper pouch and the laminate sheet of the lower pouch.
도 5는 본 발명의 일 양태에 따르는 상부 파우치의 라미네이트 시트와 하부 파우치의 라미네이트 시트를, 이에 적용가능한 실링툴과 함께 개략적으로 나타낸 도면이다.5 is a schematic representation of a laminate sheet of an upper pouch and a laminate sheet of a lower pouch, together with a sealing tool applicable thereto, in accordance with an aspect of the present invention.
도 6은 본 발명의 다른 양태에 따르는 상부 파우치의 라미네이트 시트와 하부 파우치의 라미네이트 시트를, 이에 적용가능한 실링툴과 함께 개략적으로 나타낸 도면이다.FIG. 6 is a schematic representation of a laminate sheet of an upper pouch and a laminate sheet of a lower pouch according to another aspect of the present invention, with a sealing tool applicable thereto.
도 7은 본 발명의 일 양태에 따르는 이차전지용 파우치 실링부의 단면을 개략적으로 나타낸 도면이다.7 is a schematic cross-sectional view of a pouch sealing part for a secondary battery according to an embodiment of the present invention.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 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.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Prior to this, terms or words used in the specification and claims should not be construed as having a conventional or dictionary meaning, and the inventors should properly explain the concept of terms in order to best explain their own invention. Based on the principle that can be defined, it should be interpreted as meaning and concept corresponding to the technical idea of the present invention.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 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.Therefore, the embodiments described in the specification and the drawings shown in the drawings are only the most preferred embodiment of the present invention and do not represent all of the technical idea of the present invention, various modifications that can be replaced at the time of the present application It should be understood that there may be equivalents and variations.
본 발명의 일 양태에 따르면, 외측 수지층, 금속층 및 내측 수지층을 포함하는 라미네이트 시트로 형성된 상부 파우치 및 하부 파우치를 포함하는 이차전지용 파우치에서, 파우치 외주면 실링부를 형성하기 위해 상부 파우치와 하부 파우치 각각을 구성하는 라미네이트의 금속층이 비가열 방식으로 대면 접합되고, 상기 실링부에는 내측 수지층이 존재하지 않는데다가 실링툴이 적용되기 때문에 실링부 바깥쪽으로 갈수록 얇은 두께를 갖게 된다. 상기 상부 파우치와 하부 파우치는 각각 분리된 형태이거나 혹은 일면이 연결된 형태일 수 있다.According to one aspect of the present invention, in the secondary battery pouch comprising a top pouch and a bottom pouch formed of a laminate sheet including an outer resin layer, a metal layer and an inner resin layer, each of the upper pouch and the lower pouch to form a pouch outer peripheral surface sealing portion The metal layer of the laminate constituting the laminate is bonded to each other in a non-heating manner, and since the inner resin layer does not exist in the sealing portion and the sealing tool is applied, the metal layer becomes thinner toward the outside of the sealing portion. The upper pouch and the lower pouch may each be in a separate form or one side is connected.
도 7을 참조하여 본 발명의 일 양태에 따르는 이차전지용 파우치를 설명하면, 파우치 실링부의 두께가 바깥쪽으로 갈수록 얇아짐을 확인할 수 있다. 또한, 파우치 실링부 단면은 금속층 또는 금속층과 외측 수지층으로 구성되어, 내측 수지층(723)은 접합된 금속층 안쪽에 존재하여, 외부로 노출되지 않는다. 따라서, 외부 수분이 내측 수지층(723) 단면을 통해 전지내로 침투하는 현상이 방지될 수 있고, 또한, 전해액이 내측 수지층(723)을 통해 외부로 누수되는 현상 역시 방지될 수 있다. 한편, 라미네이트 필름의 금속층이 전해액에 접하게 되므로, 접합된 금속층의 밀봉성을 더 확보하는 것이 바람직하다.Referring to Figure 7 describes the secondary battery pouch according to an aspect of the present invention, it can be seen that the thickness of the pouch sealing portion becomes thinner toward the outside. In addition, the pouch sealing section end surface is composed of a metal layer or a metal layer and an outer resin layer, and the inner resin layer 723 is present inside the bonded metal layer and is not exposed to the outside. Therefore, a phenomenon in which external moisture penetrates into the battery through the inner resin layer 723 cross section can be prevented, and a phenomenon in which the electrolyte leaks to the outside through the inner resin layer 723 can also be prevented. On the other hand, since the metal layer of the laminate film is in contact with the electrolytic solution, it is preferable to further secure the sealing property of the joined metal layer.
본 발명에서 금속층으로 사용될 수 있는 금속은 파우치 외장재의 기계적 강도를 확보하고, 이차전지 외부의 가스와 수분 등이 이차전지 내부로 유입되는 것을 방지할 수 있는, 당업계에서 사용될 수 있는 금속이라면 특별히 제한되지 않는다. 상기 금속의 비제한적인 예로 알루미늄을 들 수 있다. 알루미늄의 경우, 소정 수준 이상의 기계적 강도를 확보할 수 있으면서도 무게가 가볍고 전극 조립체와 전해액에 의한 전기 화학적 성질에 대한 보완 및 방열성 등을 제고하는데 유리하다. 다만, 본 발명이 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 알루미늄 이외에도 다양한 재질이 금속층으로 이용될 수 있다. 금속층의 두께는 특별히 제한되는 것은 아니나, 용접 가공성 및 수분 침투억제능을 고려할 때 20 내지 100 ㎛일 수 있다.The metal that can be used as the metal layer in the present invention is particularly limited as long as the metal can be used in the art to secure the mechanical strength of the pouch sheathing material, and to prevent gas and moisture from flowing into the secondary battery. It doesn't work. Non-limiting examples of the metal include aluminum. In the case of aluminum, it is possible to secure a mechanical strength of a predetermined level or more, and is light in weight, and is advantageous in improving the electrochemical properties by the electrode assembly and the electrolyte and improving heat dissipation. However, the present invention is not necessarily limited thereto, and various materials other than aluminum may be used as the metal layer. The thickness of the metal layer is not particularly limited, but may be 20 to 100 μm in consideration of weldability and moisture penetration inhibiting ability.
외측 수지층은 전기적 절연성을 갖는 재질로 구성되며, 금속층의 외측에 구비되어 외부 물질로부터 전극조립체를 보호하는 한편, 전극 조립체와 금속층을 외부와 전기적으로 절연시킬 수 있어야 한다.The outer resin layer is made of a material having electrical insulation, and should be provided on the outside of the metal layer to protect the electrode assembly from an external material, and to electrically insulate the electrode assembly and the metal layer from the outside.
외측 수지층으로 사용될 수 있는 재질의 비제한적인 예로는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리카보네이트, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리염화비닐, 아크릴계 고분자, 폴리아크릴로나이트릴, 폴리이미드, 폴리아마이드, 셀룰로오스, 아라미드, 나일론, 연신 나일론(Oriented Nylon). 폴리에스테르, 폴리파라페닐렌벤조비스옥사졸, 폴리아릴레이트, 테프론, 및 유리섬유로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 물질로 이루어질 수 있다. 또한, 외측 수지층은 어느 하나의 물질로 이루어진 단일막 구조를 갖거나, 2개 이상의 물질이 각각 층을 이루어 형성된 복합막 구조를 가질 수 있다.Non-limiting examples of materials that can be used as the outer resin layer include polyethylene, polypropylene, polycarbonate, polyethylene terephthalate, polyvinyl chloride, acrylic polymer, polyacrylonitrile, polyimide, polyamide, cellulose, aramid, nylon , Oriented nylon. It may consist of one or more materials selected from the group consisting of polyesters, polyparaphenylene benzobisoxazoles, polyarylates, teflon, and glass fibers. In addition, the outer resin layer may have a single film structure made of any one material, or may have a composite film structure formed by layering two or more materials, respectively.
내측 수지층은 금속층 내측에 형성되어 금속층과 전극 조립체 또는 금속층과 전해액이 전기적으로 절연될 수 있도록 한다.The inner resin layer is formed inside the metal layer so that the metal layer and the electrode assembly or the metal layer and the electrolyte can be electrically insulated.
내측 수지층을 구성할 수 있는 물질의 비제한적인 예로 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 무연신 폴리프로필렌(CPP: Casted polypropylene), 폴리카보네이트, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리염화비닐, 아크릴계 고분자, 폴리아크릴로나이트릴, 폴리이미드, 폴리아마이드, 셀룰로오스, 아라미드, 나일론, 폴리에스테르, 폴리파라페닐렌벤조비스옥사졸, 폴리아릴레이트, 테프론, 및 유리섬유로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 또는 2종 이상의 혼합물을 들 수 있다. 내측 수지층은 어느 하나의 물질로 이루어진 단일막 구조를 갖거나, 2개 이상의 물질이 각각 층을 이루어져 형성된 복합막 구조를 가질 수 있다.Non-limiting examples of materials that can form the inner resin layer include polyethylene, polypropylene, casted polypropylene (CPP), polycarbonate, polyethylene terephthalate, polyvinyl chloride, acrylic polymer, polyacrylonitrile, 1 type, or 2 or more types of mixtures chosen from the group which consists of polyimide, polyamide, cellulose, aramid, nylon, polyester, polyparaphenylene benzobisoxazole, polyarylate, teflon, and glass fiber. The inner resin layer may have a single film structure made of any one material, or may have a composite film structure formed by forming two or more layers of each material.
본 발명에 따른 파우치 실링부를 형성하는 방법의 일 양태가 도 5에 도시되어 있다. 도 5에서, 상부 파우치와 하부 파우치 각각의 라미네이트 시트는 내측 수지층(523), 금속층(524) 및 외측 수지층(525)을 포함하여 이루어지며, 금속층(524)은 내측 수지층보다 더 길게 외부로 연장되게 형성되어 있다. 금속층간 접합이 확보될 수 있다면, 내측 수지층보다 더 길게 외부로 연장되는 금속층 길이는 특별히 제한되지 않는다. 다만, 파우치 테라스부에서는 안전성 확보를 위해 금속층과 내측 수지층이 동일한 단부에서 종결되도록 하는 것이 바람직할 수 있다. 상기 라미네이트 시트는, 필요에 따라, 도 5에 도시된 바와 같은 막대형 실링툴에 의해 융착될 수 있다. 상기 실링툴은 예컨대, 25 내지 500 ℃의 온도 또는 1.0 MPa 이하의 압력, 또는 상기 온도 범위와 압력 범위에서 적용될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 예컨대, 실온에서 가열 공정없이 압력만으로 융착될 수 있다. One aspect of the method of forming the pouch sealing portion according to the present invention is shown in FIG. 5. In FIG. 5, the laminate sheet of each of the upper and lower pouches comprises an inner resin layer 523, a metal layer 524, and an outer resin layer 525, wherein the metal layer 524 is longer than the inner resin layer. It is formed to extend to. If the bonding between metal layers can be ensured, the length of the metal layer extending outward longer than the inner resin layer is not particularly limited. However, in the pouch terrace portion, it may be desirable to terminate the metal layer and the inner resin layer at the same end to ensure safety. The laminate sheet may be fused by a rod-shaped sealing tool as shown in FIG. 5 as needed. The sealing tool may be applied at, for example, a temperature of 25 to 500 ° C. or a pressure of 1.0 MPa or less, or the temperature range and the pressure range, but is not limited thereto. For example, it can be fused by pressure only at room temperature without a heating process.
본 발명에 따른 파우치 실링부를 형성하는 방법의 다른 양태가 도 6에 도시되어 있다. 도 6에서, 상부 파우치와 하부 파우치 각각의 라미네이트 시트는 내측 수지층(623), 금속층(624) 및 외측 수지층(625)을 포함하여 이루어지며, 금속층과 내측 수지층이 동일한 단부에서 종결되어 있다. 이 때, 내측 수지층이 접합되는 구조에서는 비가열 방식의 접합이 적용되기 곤란하므로, 본 발명에서는 실링툴 등에 의해 내측 수지층이 실링부의 안쪽으로 밀려들어오도록 함으로써 상부 파우치와 하부 파우치 각각의 금속층간에 접합이 이루어지도록 한다. 이를 위해, 파우치 실링부 바깥쪽으로 갈수록 보다 얇은 두께의 실링부가 형성되도록 하는 실링툴이 적용될 수 있으며, 예컨대, 파우치 실링부 바깥쪽으로 갈수록 가압이 보다 많이 이루어지도록 하는, 도 6에 개시된 바와 같은 형태의 실링툴이 적용될 수 있다. 상기 실링툴은, 전술한 바와 같이, 예컨대, 25 내지 500 ℃의 온도 또는 1.0 MPa 이하의 압력 또는 상기 온도 범위와 압력 범위에서 적용될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.Another aspect of the method of forming the pouch sealing according to the invention is shown in FIG. 6. In FIG. 6, the laminate sheet of each of the upper and lower pouches comprises an inner resin layer 623, a metal layer 624, and an outer resin layer 625, with the metal layer and inner resin layer terminated at the same end. . At this time, in the structure in which the inner resin layer is bonded, it is difficult to apply the non-heating bonding. In the present invention, the inner resin layer is pushed into the sealing portion by a sealing tool or the like, so that the upper and lower pouches between the metal layers are separated. To be bonded. To this end, a sealing tool may be applied such that a thinner sealing portion is formed toward the outside of the pouch sealing portion, for example, a seal of the type as disclosed in FIG. The tool can be applied. As described above, the sealing tool may be applied at, for example, a temperature of 25 to 500 ° C. or a pressure of 1.0 MPa or less, or the temperature range and the pressure range, but is not limited thereto.
이어서, 상부 파우치와 하부 파우치 가장자리부는 라미네이트 시트의 금속층을 비가열 방식으로 접합시키는 방법에 의해 압접된다. 본원 명세서에서 '비가열 방식으로 접합'이라 함은 상온에서 재료들을 서로 강하게 압축하여 국부적인 압접을 유도하는 접합을 의미하는 것으로, 바람직하게는 냉간 압접, 마찰교반용접과 같은 고상 용접 방법을 들 수 있다. 이는, 저항 용접이나 초음파 용접과 같은 방법으로 금속층을 접합하는 경우에는 용접부에 결함에 발생할 가능성이 매우 크며, 외부 충격의 진동으로 인하여 용접부가 탈락될 수 있기 때문이다. 이에 반해, 냉간 압접, 마찰교반용접과 같은 방식으로 접합되는 경우에는 금속층이 안정되게 접합할 수 있다. 특히, 마찰교반용접은 타용접에 비하여 열원, 용접봉, 용가제 등이 불필요하므로 용접 과정에서 유해광선이나 유해물질이 배출되지 않는 친환경적인 용접이다. 또한, 동적 재결합이 일어나므로 용융 접합에서 발생할 수 있는 응고 균열이 방지될 수 있고 변형이 거의 없어서 기계적인 성질이 우수한 장점이 있다. Subsequently, the upper pouch and the lower pouch edge portion are pressed by a method of joining the metal layer of the laminate sheet in a non-heating manner. In the present specification, the term "bonding in a non-heating manner" refers to a bonding in which materials are strongly compressed with each other at room temperature to induce local pressure welding, and preferably, a solid state welding method such as cold welding and friction stir welding may be used. have. This is because, in the case of joining the metal layer by a method such as resistance welding or ultrasonic welding, the possibility of defects in the weld portion is very high, and the weld portion may be dropped due to the vibration of the external impact. On the other hand, when joining by cold press welding and friction stir welding, the metal layer can be stably joined. In particular, friction stir welding is an environmentally friendly welding that does not emit harmful light or harmful substances during the welding process because heat sources, welding rods, and solvents are unnecessary as compared to other welding. In addition, since dynamic recombination occurs, solidification cracks that may occur in the melt joint can be prevented, and there is almost no deformation, thereby having an excellent mechanical property.
상기 라미네이트 시트로 형성된 이차전지용 파우치 내부에는 양극, 음극, 및 상기 양극과 음극 사이에 개재된 세퍼레이터를 포함하여 이루어진 전극조립체 및 전해질이 수납될 수 있다.An electrode assembly and an electrolyte including a positive electrode, a negative electrode, and a separator interposed between the positive electrode and the negative electrode may be accommodated in the secondary battery pouch formed of the laminate sheet.
상기 양극은 양극활물질 및 양극 집전체를 포함하여 이루어지고, 음극은 음극활물질 및 음극집전체를 포함하여 이루어질 수 있다.The positive electrode may include a positive electrode active material and a positive electrode current collector, and the negative electrode may include a negative electrode active material and a negative electrode current collector.
상기 양극은 양극집전체 상에 양극 활물질, 도전재 및 바인더의 혼합물을 도포한 후 건조하여 제조될 수 있으며, 필요에 따라서는, 상기 혼합물에 충진제를 더 첨가할 수 있다.The positive electrode may be prepared by applying a mixture of a positive electrode active material, a conductive material, and a binder on a positive electrode current collector, followed by drying. If necessary, a filler may be further added to the mixture.
상기 양극 활물질은 리튬코발트 산화물(LiCoO2), 리튬 니켈 산화물(LiNiO2) 등의 층상 화합물이나 또는 그 이상의 전이금속으로 치환된 화합물; 화학식 Li1 + xMn2 - xO4(여기서, x 는 0 ~ 0.33 임), LiMnO3, LiMn2O3, LiMnO2 등의 리튬 망간 산화물; 리튬동 산화물(Li2CuO2); LiV3O8, V2O5, Cu2V2O7 등의 바나듐 산화물; 화학식 LiNi1 - xMxO2(여기서, M = Co, Mn, Al, Cu, Fe, Mg, B 또는 Ga 이고, x =0.01 ~ 0.3 임)으로 표현되는 Ni 사이트형 리튬 니켈 산화물; 화학식 LiMn2 - xMxO2(여기서, M = Co, Ni, Fe, Cr, Zn 또는 Ta 이고, x = 0.01 ~ 0.1임) 또는 Li2Mn3MO8(여기서, M = Fe, Co, Ni, Cu 또는 Zn 임)으로 표현되는 리튬 망간 복합 산화물; 화학식의 Li 일부가 알칼리토금속 이온으로 치환된 LiMn2O4; 디설파이드 화합물; Fe2(MoO4)3 등을 들 수 있지만, 이들만으로 한정되는 것은 아니다.The positive electrode active material may be a layered compound such as lithium cobalt oxide (LiCoO 2 ), lithium nickel oxide (LiNiO 2 ), or a compound substituted with a transition metal or more; Lithium manganese oxides such as Li 1 + x Mn 2 - x O 4 (where x is 0 to 0.33), LiMnO 3 , LiMn 2 O 3 , LiMnO 2, and the like; Lithium copper oxide (Li 2 CuO 2 ); Vanadium oxides such as LiV 3 O 8 , V 2 O 5 , Cu 2 V 2 O 7, and the like; Ni-site-type lithium nickel oxide represented by the formula LiNi 1 - x M x O 2 , wherein M = Co, Mn, Al, Cu, Fe, Mg, B, or Ga, and x = 0.01 to 0.3; Formula LiMn 2 - x M x O 2 (wherein M = Co, Ni, Fe, Cr, Zn or Ta and x = 0.01 to 0.1) or Li 2 Mn 3 MO 8 (wherein M = Fe, Co, Lithium manganese composite oxide represented by Ni, Cu or Zn); LiMn 2 O 4 in which a part of Li in the formula is substituted with alkaline earth metal ions; Disulfide compounds; Fe 2 (MoO 4 ) 3 and the like, but are not limited to these.
상기 양극집전체는 일반적으로 3 내지 500 ㎛의 두께로 만든다. 이러한 양극집전체는, 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 높은 도전성을 가지는 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 스테인리스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소, 또는 알루미늄이나 스테인리스 스틸의 표면에 카본, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면처리한 것 등이 사용될 수 있다. 집전체는 그것의 표면에 미세한 요철을 형성하여 양극 활물질의 접착력을 높일 수도 있으며, 필름, 시트, 호일, 네트, 다공질체, 발포체, 부직포체 등 다양한 형태가 가능하다.The positive electrode current collector is generally made to a thickness of 3 to 500 ㎛. Such a positive electrode current collector is not particularly limited as long as it has high conductivity without causing chemical change in the battery. For example, the surface of stainless steel, aluminum, nickel, titanium, calcined carbon, or aluminum or stainless steel Surface treated with carbon, nickel, titanium, silver or the like can be used. The current collector may form fine irregularities on its surface to increase the adhesion of the positive electrode active material, and may be in various forms such as a film, a sheet, a foil, a net, a porous body, a foam, and a nonwoven fabric.
상기 바인더는 활물질과 도전재 등의 결합과 집전체에 대한 결합에 조력하는 성분으로서, 통상적으로 양극 혼합물 전체 중량을 기준으로 1 내지 50 중량%로 첨가된다. 이러한 바인더로서 고분자량 폴리아크릴로니트릴-아크릴산 공중합체를 이용할 수 있으나, 이것만으로 한정되는 것은 아니다. 다른 예로는, 폴리비닐리덴 플루오라이드, 폴리비닐알콜, 카르복시메틸셀룰로우즈(CMC), 전분, 히드록시프로필셀룰로우즈, 재생 셀룰로우즈, 폴리비닐피롤리돈, 테트라플루오로에틸렌, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 에틸렌-프로필렌-디엔 모노머(EPDM), 술폰화 EPDM, 스티렌 부타디엔 고무, 불소 고무, 다양한 공중합체 등을 들 수 있다.The binder is a component that assists in bonding the active material and the conductive material to the current collector, and is generally added in an amount of 1 to 50 wt% based on the total weight of the positive electrode mixture. A high molecular weight polyacrylonitrile-acrylic acid copolymer can be used as such a binder, but is not limited thereto. Other examples include polyvinylidene fluoride, polyvinyl alcohol, carboxymethyl cellulose (CMC), starch, hydroxypropyl cellulose, regenerated cellulose, polyvinylpyrrolidone, tetrafluoroethylene, polyethylene, Polypropylene, ethylene-propylene-diene monomer (EPDM), sulfonated EPDM, styrene butadiene rubber, fluorine rubber, various copolymers and the like.
상기 도전재는 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것으로서, 양극 혼합물 전체 중량을 기준으로 1 중량% 내지 50 중량%로 첨가될 수 있다. 예를 들어, 천연 흑연이나 인조 흑연 등의 흑연; 카본블랙, 아세틸렌 블랙, 케첸 블랙, 채널 블랙, 퍼네이스 블랙, 램프 블랙, 서머 블랙 등의 카본블랙; 탄소 섬유나 금속 섬유 등의 도전성 섬유; 불화 카본, 알루미늄, 니켈 분말 등의 금속 분말; 산화 아연, 티탄산 칼륨 등의 도전성 위스키; 산화 티탄 등의 도전성 금속 산화물; 폴리페닐렌 유도체 등의 전도성 고분자 등이 사용될 수 있다. 상기 양극은 팽창을 억제하는 성분으로서 선택적으로 충진제를 포함할 수 있다.The conductive material is conductive without causing chemical change in the battery, and may be added in an amount of 1 wt% to 50 wt% based on the total weight of the positive electrode mixture. For example, graphite, such as natural graphite and artificial graphite; Carbon blacks such as carbon black, acetylene black, Ketjen black, channel black, furnace black, lamp black, and summer black; Conductive fibers such as carbon fibers and metal fibers; Metal powders such as carbon fluoride powder, aluminum powder and nickel powder; Conductive whiskeys such as zinc oxide and potassium titanate; Conductive metal oxides such as titanium oxide; Conductive polymers such as polyphenylene derivatives and the like can be used. The positive electrode may optionally include a filler as a component for inhibiting expansion.
상기 충진제는 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않는 섬유상 재료라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등의 올레핀계 중합체; 유리섬유, 탄소섬유 등의 섬유상 물질이 사용된다.The filler is not particularly limited as long as it is a fibrous material that does not cause chemical changes in the battery. Examples of the filler include olefin polymers such as polyethylene and polypropylene; Fibrous materials, such as glass fiber and carbon fiber, are used.
상기 음극은 음극활물질, 바인더 및 도전재를 포함하는 혼합물을 집전체에 도포한 후 용제를 건조시켜 얻을 수 있다.The negative electrode may be obtained by applying a mixture including a negative electrode active material, a binder, and a conductive material to a current collector, and then drying the solvent.
상기 음극 활물질로는 천연 흑연, 인조 흑연, 팽창 흑연, 탄소섬유, 난흑연화성탄소, 카본블랙, 카본나노튜브, 플러렌, 활성탄 등의 탄소 및 흑연재료; 리튬과 합금이 가능한 Al, Si, Sn, Ag, Bi, Mg, Zn, In, Ge, Pb, Pd, Pt, Ti 등의 금속 및 이러한 원소를 포함하는 화합물; 금속 및 그 화합물과 탄소 및 흑연재료의 복화합물; 리튬 함유 질화물 등을 들 수 있다.Examples of the negative electrode active material include carbon and graphite materials such as natural graphite, artificial graphite, expanded graphite, carbon fiber, non-graphitizable carbon, carbon black, carbon nanotube, fullerene, and activated carbon; Metals such as Al, Si, Sn, Ag, Bi, Mg, Zn, In, Ge, Pb, Pd, Pt, Ti which can be alloyed with lithium, and compounds containing these elements; Complex compounds of metals and their compounds with carbon and graphite materials; Lithium-containing nitrides; and the like.
음극 활물질의 도전성을 향상시키기 위한 성분으로서 도전재 및/또는 충진제를 더 포함할 수 있다. 상기 도전재 및 충진제는 앞서 양극과 관련하여 설명된 내용과 동일하다.A component for improving the conductivity of the negative electrode active material may further include a conductive material and / or a filler. The conductive material and the filler are the same as described above with respect to the positive electrode.
상기 음극집전체는 통상적으로 약 3 내지 500 ㎛의 두께로 만들어질 수 있다. 이러한 음극집전체는 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 구리, 스테인리스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소, 구리나 스테인리스 스틸의 표면에 카본, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면처리한 것, 알루미늄-카드뮴 합금 등이 사용될 수 있다. 또한, 양극집전체와 마찬가지로, 표면에 미세한 요철을 형성하여 음극 활물질의 결합력을 강화시킬 수도 있으며, 필름, 시트, 호일, 네트, 다공질체, 발포체, 부직포체 등 다양한 형태로 사용될 수 있다.The negative electrode current collector may be generally made to a thickness of about 3 to 500 ㎛. Such a negative electrode current collector is not particularly limited as long as it has conductivity without causing chemical change in the battery. For example, the negative electrode current collector may be formed on a surface of copper, stainless steel, aluminum, nickel, titanium, calcined carbon, copper, or stainless steel. Surface-treated with carbon, nickel, titanium, silver and the like, aluminum-cadmium alloy and the like can be used. In addition, like the positive electrode current collector, fine concavities and convexities may be formed on the surface to enhance the bonding strength of the negative electrode active material, and may be used in various forms such as a film, a sheet, a foil, a net, a porous body, a foam, and a nonwoven fabric.
세퍼레이터는 양극과 음극 사이에 개재되며, 높은 이온 투과도와 기계적 강도를 가지는 절연성의 얇은 박막이 사용된다. 세퍼레이터의 기공 직경은 일반적으로 0.01 ~ 10 ㎛이고, 두께는 일반적으로 5 ~ 300 ㎛이다. 이러한 세퍼레이터로는, 예를 들어, 내화학성 및 소수성의 폴리프로필렌 등의 올레핀계 폴리머; 유리섬유 또는 폴리에틸렌 등으로 만들어진 시트나 부직포 등이 사용될 수 있다. 전해질로서 폴리머 등의 고체전해질이 사용되는 경우에는 고체 전해질이 세퍼레이터를 겸할 수도 있다.The separator is interposed between the anode and the cathode, and an insulating thin film having high ion permeability and mechanical strength is used. The pore diameter of the separator is generally 0.01 to 10 m, and the thickness is generally 5 to 300 m. As such a separator, For example, Olefin type polymers, such as chemical-resistance and hydrophobic polypropylene; Sheets or non-woven fabrics made of glass fibers or polyethylene, etc. may be used. When a solid electrolyte such as a polymer is used as the electrolyte, the solid electrolyte may also serve as a separator.
상기 세퍼레이터는 중량평균분자량 1,000 ~ 20,000 범위 이내인 것이 바람직하다. 상기 분자량 범위 이외에서는 적절한 인장강도 및 연신율의 확보가 어려울 수 있다.The separator is preferably within the weight average molecular weight 1,000 ~ 20,000 range. Outside of the molecular weight range, it may be difficult to secure proper tensile strength and elongation.
본 발명에 따른 파우치형 이차 전지는 양극, 음극 및 세퍼레이터 이외에 통상적으로 리튬염 함유 비수계 전해질을 더 포함할 수 있다.The pouch type secondary battery according to the present invention may further include a lithium salt-containing non-aqueous electrolyte, in addition to the positive electrode, the negative electrode, and the separator.
상기 리튬염 함유 비수계 전해질은, 비수 전해질과 리튬으로 이루어져 있다.The said lithium salt containing non-aqueous electrolyte consists of a nonaqueous electrolyte and lithium.
비수 전해질로는 비수 전해액, 유기 고체 전해질, 무기 고체 전해질 등이 사용될 수 있다.As the nonaqueous electrolyte, a nonaqueous electrolyte, an organic solid electrolyte, an inorganic solid electrolyte, or the like may be used.
상기 비수 전해액으로는, 예를 들어, N-메틸-2-피롤리디논, 프로필렌 카보네이트, 에틸렌 카보네이트, 부틸렌 카보네이트, 다이메틸 카보네이트, 다이에틸 카보네이트, 감마-부틸로 락톤, 1,2-다이메톡시 에탄, 2-메틸 테트라하이드로푸란, 다이메틸설폭사이드, 1,3-디옥소런, 포름아미드, 다이메틸포름아미드, 디옥소런, 아세토니트릴, 니트로메탄, 포름산 메틸, 초산메틸, 인산 트리에스테르, 트리메톡시 메탄, 디옥소런 유도체, 설포란, 메틸 설포란, 1,3-다이메틸-2-이미다졸리디논, 프로필렌 카보네이트 유도체, 테트라하이드로푸란 유도체, 에테르, 프로피온산 메틸, 프로피온산 에틸 등의 비양성자성 유기용매가 사용될 수 있다.As said non-aqueous electrolyte, N-methyl- 2-pyrrolidinone, a propylene carbonate, ethylene carbonate, butylene carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, gamma-butylo lactone, 1, 2- dimeth, for example Methoxy ethane, 2-methyl tetrahydrofuran, dimethyl sulfoxide, 1,3-dioxolon, formamide, dimethylformamide, dioxolon, acetonitrile, nitromethane, methyl formate, methyl acetate, phosphate triester , Trimethoxy methane, dioxorone derivatives, sulfolane, methyl sulfolane, 1,3-dimethyl-2-imidazolidinone, propylene carbonate derivatives, tetrahydrofuran derivatives, ethers, methyl propionate, ethyl propionate and the like An aprotic organic solvent can be used.
상기 유기 고체 전해질로는, 예를 들어, 폴리에틸렌 유도체, 폴리에틸렌 옥사이드 유도체, 폴리프로필렌 옥사이드 유도체, 인산 에스테르 폴리머, 폴리 에지테이션 리신(agitation lysine), 폴리에스테르 술파이드, 폴리비닐알코올, 폴리 불화 비닐리덴, 이온성 해리기를 포함하는 중합체 등이 사용될 수 있다.Examples of the organic solid electrolytes include polyethylene derivatives, polyethylene oxide derivatives, polypropylene oxide derivatives, phosphate ester polymers, polyagitation lysine, polyester sulfides, polyvinyl alcohol, polyvinylidene fluoride, Polymers containing ionic dissociating groups and the like can be used.
상기 무기 고체 전해질로는, 예를 들어, Li3N, LiI, Li5NI2, Li3N-LiI-LiOH, LiSiO4, LiSiO4-LiI-LiOH, Li2SiS3, Li4SiO4, Li4SiO4-LiI-LiOH, Li3PO4-Li2S-SiS2 등의 Li의 질화물, 할로겐화물, 황산염 등이 사용될 수 있다.Examples of the inorganic solid electrolyte include Li 3 N, LiI, Li 5 NI 2 , Li 3 N-LiI-LiOH, LiSiO 4 , LiSiO 4 -LiI-LiOH, Li 2 SiS 3 , Li 4 SiO 4 , Nitrides, halides, sulfates and the like of Li, such as Li 4 SiO 4 -LiI-LiOH, Li 3 PO 4 -Li 2 S-SiS 2 , and the like, may be used.
상기 리튬염은 상기 비수계 전해질에 용해되기 좋은 물질로서, 예를 들어, LiCl, LiBr, LiI, LiClO4, LiBF4, LiB10Cl10, LiPF6, LiCF3SO3, LiCF3CO2, LiAsF6, LiSbF6, LiAlCl4, CH3SO3Li, CF3SO3Li, (CF3SO2)2NLi, 클로로 보란리튬, 저급 지방족 카르본산 리튬, 4 페닐 붕산 리튬 등이 사용될 수 있다.The lithium salt is a good material to be dissolved in the non-aqueous electrolyte, for example, LiCl, LiBr, LiI, LiClO 4 , LiBF 4 , LiB 10 Cl 10 , LiPF 6 , LiCF 3 SO 3 , LiCF 3 CO 2 , LiAsF 6, LiSbF 6, LiAlCl 4, CH 3 SO 3 Li, CF 3 SO 3 Li, (CF 3 SO 2) 2 NLi, may be used, such as chloroborane lithium, lower aliphatic carboxylic acid lithium, lithium tetraphenyl borate.
또한, 비수계 전해질에는 충방전 특성, 난연성 등의 개선을 목적으로, 예를 들어, 피리딘, 트리에틸포스파이트, 트리에탄올아민, 환상 에테르, 에틸렌 디아민, n-글라임(glyme), 헥사 인산 트리 아미드, 니트로벤젠 유도체, 유황, 퀴논 이민 염료, N-치환 옥사졸리디논, N,N-치환 이미다졸리딘, 에틸렌 글리콜 디알킬 에테르, 암모늄염, 피롤, 2-메톡시 에탄올, 삼염화 알루미늄 등이 첨가될 수도 있다. 경우에 따라서는, 불연성을 부여하기 위하여, 사염화탄소, 삼불화에틸렌 등의 할로겐 함유 용매를 더 포함시킬 수도 있고, 고온 보존 특성을 향상시키기 위하여 이산화탄산 가스를 더 포함시킬 수도 있다.In addition, for the purpose of improving charge / discharge characteristics, flame retardancy, etc., for example, pyridine, triethyl phosphite, triethanolamine, cyclic ether, ethylene diamine, n-glyme, hexaphosphate triamide, etc. Nitrobenzene derivatives, sulfur, quinone imine dyes, N-substituted oxazolidinones, N, N-substituted imidazolidines, ethylene glycol dialkyl ethers, ammonium salts, pyrroles, 2-methoxy ethanol, aluminum trichloride, etc. It may be. In some cases, in order to impart nonflammability, halogen-containing solvents such as carbon tetrachloride and ethylene trifluoride may be further included, and carbon dioxide gas may be further included to improve high temperature storage characteristics.
본 발명에 따른 이차전지는 바람직하게는 리튬 이차전지일 수 있으며, 특히, 리튬 함유 전해액이 겔의 형태로 전극조립체에 함침되어 있는, 이른바, 리튬이온 폴리머 전지에 바람직하게 적용될 수 있다.The secondary battery according to the present invention may preferably be a lithium secondary battery, and in particular, may be preferably applied to a so-called lithium ion polymer battery in which a lithium-containing electrolyte is impregnated into the electrode assembly in the form of a gel.
또한, 본 발명에 따른 전지는 모바일 디바이스의 소형 전지팩뿐만 아니라, 고출력 대용량의 중대형 전지팩에 단위전지로서 바람직하게 사용될 수 있다.In addition, the battery according to the present invention can be preferably used as a unit cell in a small battery pack of a mobile device, as well as a medium-large battery pack of high output large capacity.
또한, 본 발명은 상기 전지팩을 전원으로 포함하는 디바이스를 제공할 수 있으며, 구체적으로 모바일 전자기기일 수 있다.In addition, the present invention may provide a device including the battery pack as a power source, specifically, may be a mobile electronic device.
또한, 본 발명의 전지팩은 장착 효율성, 구조적 안전성 등을 고려할 때, 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 플러그-인 하이브리드 전기자동차, 또는 전력저장장치로 사용될 수 있다.In addition, the battery pack of the present invention may be used as an electric vehicle, a hybrid electric vehicle, a plug-in hybrid electric vehicle, or a power storage device in consideration of mounting efficiency, structural safety, and the like.
이상에서 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.Although the present invention has been described above by means of limited embodiments and drawings, the present invention is not limited thereto and will be described below by the person skilled in the art to which the present invention pertains. Of course, various modifications and variations are possible within the scope of the claims.

Claims (12)

  1. 외측 수지층, 금속층 및 내측 수지층을 포함하는 라미네이트 시트로 형성된 상부 파우치 및 하부 파우치를 포함하는 파우치형 이차전지에 있어서,A pouch type secondary battery comprising an upper pouch and a lower pouch formed of a laminate sheet including an outer resin layer, a metal layer, and an inner resin layer,
    상부 파우치와 하부 파우치 각각의 라미네이트 시트 중 금속층이 비가열 방식으로 대면 접합되어 실링부를 형성하는 파우치형 이차전지.A pouch type secondary battery in which a metal layer of a laminate sheet of an upper pouch and a lower pouch is bonded to each other in a non-heating manner to form a sealing part.
  2. 제1항에 있어서,The method of claim 1,
    상기 금속층이 알루미늄으로 형성된 것을 특징으로 하는 파우치형 이차전지.A pouch type secondary battery, wherein the metal layer is formed of aluminum.
  3. 제1항에 있어서,The method of claim 1,
    파우치 실링부의 두께가 바깥쪽으로 갈수록 얇아지는 것을 특징으로 하는 파우치형 이차전지.A pouch type secondary battery characterized in that the thickness of the pouch sealing portion becomes thinner toward the outside.
  4. 제1항에 있어서,The method of claim 1,
    상기 금속층에 의해 접합된 상부 파우치와 하부 파우치 안쪽이 내측 수지층에 의해 둘러싸여 있는 것을 특징으로 하는 파우치형 이차전지.The inside of the upper pouch and the lower pouch bonded by the metal layer is surrounded by an inner resin layer pouch type secondary battery.
  5. 제1항에 있어서, The method of claim 1,
    양극, 음극, 및 상기 양극과 음극 사이에 개재된 세퍼레이터를 포함하여 이루어진 전극조립체 및 전해액이 수납되어 있는 것을 특징으로 하는 파우치형 이차전지.A pouch type secondary battery, characterized in that an electrode assembly comprising an anode, a cathode, and a separator interposed between the anode and the cathode, and an electrolyte.
  6. 제1항에 있어서,The method of claim 1,
    리튬이차전지인 것을 특징으로 하는 파우치형 이차전지.Pouch type secondary battery, characterized in that the lithium secondary battery.
  7. 외측 수지층, 금속층 및 내측 수지층을 포함하는 라미네이트 시트로 각각 형성된 상부 파우치와 하부 파우치를 준비하는 단계; 전극조립체 및 전해액을 파우치내에 수납하는 단계; 및 파우치 가장자리부에서 라미네이트 시트 금속층을 비가열 방식으로 대면 접합하는 단계;를 포함하는Preparing an upper pouch and a lower pouch each formed of a laminate sheet including an outer resin layer, a metal layer, and an inner resin layer; Storing the electrode assembly and the electrolyte in the pouch; And face-to-face bonding the laminate sheet metal layer at the edge of the pouch in a non-heating manner.
    파우치형 이차전지의 제조방법.Method of manufacturing a pouch type secondary battery.
  8. 제7항에 있어서,The method of claim 7, wherein
    테라스부를 제외한 파우치 가장자리부에서, 라미네이트 시트를 구성하는 금속층이 내측 수지층보다 더 외부로 연장되어 있는 것을 특징으로 하는 제조방법.The manufacturing method characterized in that at the edge of the pouch except for the terrace portion, the metal layer constituting the laminate sheet extends further outward than the inner resin layer.
  9. 제8항에 있어서,The method of claim 8,
    상기 금속층의 접합을 수행하기 이전에, 막대형 바아의 실링툴에 의해 상부 파우치와 하부 파우치의 실링될 부분을 융착시키는 것을 특징으로 하는 제조방법.Prior to performing the joining of the metal layer, the sealing portion of the bar bar is welded to the portion to be sealed of the upper pouch and the lower pouch.
  10. 제7항에 있어서,The method of claim 7, wherein
    상기 접합이 마찰교반용접 또는 냉간 압접에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 제조방법.And the joining is performed by friction stir welding or cold press welding.
  11. 제9항에 있어서,The method of claim 9,
    상기 실링툴은 파우치 실링부 바깥쪽으로 갈수록 보다 얇은 두께가 형성되도록 하는 실링툴인 것을 특징으로 하는 제조방법.The sealing tool is a manufacturing method characterized in that the sealing tool to form a thinner thickness toward the outside of the pouch sealing portion.
  12. 제9항에 있어서,The method of claim 9,
    상기 실링툴은 25 내지 500 ℃의 온도, 1.0 MPa 이하의 압력 또는 상기 온도 범위와 압력 범위에서 적용되는 것을 특징으로 하는 제조방법.The sealing tool is a manufacturing method, characterized in that applied at a temperature of 25 to 500 ℃, a pressure of 1.0 MPa or less or the temperature range and pressure range.
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