KR20240123007A - Pouch forming device, pouch type battery case and lithium secondary battery - Google Patents
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Abstract
본 발명에 따른 파우치 필름의 성형 장치는, 다이 및 펀치에 단차부를 포함하고 있어 본 발명의 성형 장치에 의해 드로잉 성형된 파우치 형 전지케이스는, 전극조립체가 수납되는 수납부의 외측에 단차를 가지는 잉여 공간부를 구비한다.
수납부와 단차를 가지는 잉여 공간부는, 실링 부재에 의한 실링 시 폴리-볼의 생성을 억제해 실링부 주변의 가착부에서 크랙 발생의 위험을 감소시켜, 절연 성능을 개선한 효과를 가진다. The forming device of a pouch film according to the present invention includes a step portion in a die and a punch, so that a pouch-shaped battery case formed by drawing using the forming device of the present invention has an extra space portion having a step portion on the outside of a receiving portion in which an electrode assembly is received.
The surplus space portion having a storage portion and a step has the effect of improving insulation performance by suppressing the creation of poly-balls during sealing by a sealing member, thereby reducing the risk of cracks occurring in the adhesive portion around the sealing portion.
Description
본 발명은 외관 주름이 개선되고, 절연 성능 파괴 방지 및 전극 내 가스 트랩의 방지 기능이 향상된 이차전지용 파우치의 성형 장치, 파우치형 전지케이스 및 리튬 이차전지에 관한 것이다. The present invention relates to a molding device for a pouch for a secondary battery having improved appearance wrinkles, improved insulation performance destruction prevention, and improved functions of preventing gas traps in electrodes, a pouch-shaped battery case, and a lithium secondary battery.
일반적으로, 이차 전지의 종류로는 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 리튬 이온 전지 및 리튬 이온 폴리머 전지 등이 있다. 이러한 이차 전지는 디지털 카메라, P-DVD, MP3P, 휴대폰, PDA, Portable Game Device, Power Tool 및 E-bike 등의 소형 제품뿐만 아니라, 전기 자동차나 하이브리드 자동차와 같은 고출력이 요구되는 대형 제품과 잉여 발전 전력이나 신재생 에너지를 저장하는 전력 저장 장치와 백업용 전력 저장 장치에도 적용되어 사용되고 있다.In general, types of secondary batteries include nickel cadmium batteries, nickel hydrogen batteries, lithium ion batteries, and lithium ion polymer batteries. These secondary batteries are used in not only small products such as digital cameras, P-DVDs, MP3Ps, mobile phones, PDAs, portable game devices, power tools, and e-bikes, but also large products requiring high output such as electric vehicles or hybrid vehicles, as well as power storage devices that store surplus generated power or renewable energy and backup power storage devices.
이러한 이차 전지를 제조하기 위해, 먼저 전극 활물질 슬러리를 양극 집전체 및 음극 집전체에 도포하여 양극과 음극을 제조하고, 이를 분리막(Separator)의 양 측에 적층함으로써 소정 형상의 전극조립체(Electrode Assembly)를 형성한다. 그리고 전지케이스에 전극조립체를 수납하고 전해질 주입 후 실링한다.To manufacture such a secondary battery, first, an electrode active material slurry is applied to a positive electrode current collector and a negative electrode current collector to manufacture a positive electrode and a negative electrode, and these are laminated on both sides of a separator to form an electrode assembly of a predetermined shape. Then, the electrode assembly is housed in a battery case, an electrolyte is injected, and then sealed.
이차전지는 전극조립체를 수용하는 케이스의 재질에 따라, 파우치 형(Pouch Type) 및 캔 형(Can Type) 등으로 분류된다. 파우치 형(Pouch Type)은 유연한 폴리머 재질로 제조된 파우치에 전극조립체를 수용한다. 그리고, 캔 형(Can Type)은 금속 또는 플라스틱 등의 재질로 제조된 케이스에 전극조립체를 수용한다.Secondary batteries are classified into pouch type and can type depending on the material of the case that accommodates the electrode assembly. The pouch type accommodates the electrode assembly in a pouch made of a flexible polymer material. The can type accommodates the electrode assembly in a case made of a material such as metal or plastic.
파우치 형 이차전지의 케이스인 파우치는, 유연성을 가지는 파우치 필름에 프레스 가공을 수행하여, 전극조립체 수납부를 형성함으로써 제조된다. 그리고, 수납부가 형성되면, 상기 수납부의 수용 공간에 전극조립체를 수납하고 사이드를 실링하여 이차전지를 제조한다.The pouch, which is a case of a pouch-type secondary battery, is manufactured by performing press processing on a flexible pouch film to form an electrode assembly receiving portion. Then, when the receiving portion is formed, the electrode assembly is received in the receiving space of the receiving portion and the side is sealed to manufacture a secondary battery.
이러한 프레스 가공 중에서 드로잉(Drawing) 성형은 프레스 장비와 같은 성형 장치에 파우치 필름을 삽입하고 펀치로 파우치 필름에 압력을 인가하여, 파우치 필름을 연신시킴으로써 수행된다.Among these press processes, drawing forming is performed by inserting a pouch film into a forming device such as a press machine and applying pressure to the pouch film with a punch to stretch the pouch film.
도 1은 종래의 파우치 성형 장치의 모식도이고, 도 2는 종래의 파우치 성형 장치에 의해 도로잉 성형된 종래의 파우치 형 전지케이스의 단면도이며, 도 3은 종래의 파우치 형 전지케이스의 문제점을 설명하기 위한 개념도이다. Fig. 1 is a schematic diagram of a conventional pouch forming device, Fig. 2 is a cross-sectional view of a conventional pouch-shaped battery case formed by a conventional pouch forming device, and Fig. 3 is a conceptual diagram for explaining problems of a conventional pouch-shaped battery case.
이들 도면을 참조하면, 종래의 파우치 성형 장치(20)는, 파우치 필름(1)이 배치되는 부분에 성형 공간(21)이 형성된 다이(22), 성형 공간을 두 개로 분할하는 격벽(23), 다이(22)에 배치된 파우치 필름(1)을 가압하여 전극조립체 수납부를 성형하는 펀치(26) 및 파우치 필름을 상방으로부터 압박하여 고정하는 스트리퍼(27)를 포함한다. Referring to these drawings, a conventional pouch forming device (20) includes a die (22) in which a forming space (21) is formed in a portion where a pouch film (1) is placed, a partition (23) that divides the forming space into two, a punch (26) that presses the pouch film (1) placed in the die (22) to form an electrode assembly receiving portion, and a stripper (27) that presses and fixes the pouch film from above.
종래의 성형 장치로 파우치 필름을 드로잉 성형하는 경우, 파우치 필름의 고정을 위한 면압 작용에 의해 위치에 따라 파우치 필름의 유입량과 유입 방향이 상이하기 때문에 수납부의 코너에는 주름이 발생하는 문제가 있다. When drawing and forming a pouch film using a conventional forming device, there is a problem in that wrinkles occur at the corners of the storage section because the amount and direction of inflow of the pouch film are different depending on the location due to the surface pressure action for fixing the pouch film.
그리고, 이러한 종래의 성형 장치에 의해 드로잉 성형된 종래의 파우치형 전지케이스(30)는. 수납부(31)에 전극조립체를 수납한 후, 실링 부재(3)를 이용해 전지케이스를 실링하였을 때, 용융된 폴리머의 일부가 미실링부를 침범하면서 구슬 모양의 폴리-볼(poly-ball)을 포함한 가착부를 형성하는데, 추후 공정에서 해당 부분을 접을 때 도 3에 도시한 바와 같이, 폴리-볼 주변의 가착부에서 크랙이 발생할 수 있고, 크랙 발생 시 파우치 형 전지케이스의 절연 성능이 저하되는 문제가 있다.And, the conventional pouch-shaped battery case (30) formed by drawing using such a conventional forming device, when the electrode assembly is placed in the receiving portion (31) and the battery case is sealed using the sealing member (3), some of the molten polymer invades the unsealed portion to form a bonding portion including a bead-shaped poly-ball. However, when the portion is folded in a subsequent process, cracks may occur in the bonding portion around the poly-ball, as shown in FIG. 3, and when cracks occur, there is a problem that the insulation performance of the pouch-shaped battery case deteriorates.
또한, 종래의 파우치 형 전지케이스는, 지그 포메이션 과정에서 발생한 가스량과 비교해 가스 포켓부의 면적이 작을 경우, 가스 포켓부에 수용되지 못하는 여분의 가스가 전극조립체 수납부로 역류하여, 전극조립체 내 트랩되는 결과, 전지의 성능 저하를 야기할 우려도 있다. In addition, in the case of a conventional pouch-type battery case, if the area of the gas pocket is small compared to the amount of gas generated during the jig formation process, there is a concern that excess gas that is not accommodated in the gas pocket may flow back into the electrode assembly storage portion and become trapped within the electrode assembly, which may result in a decrease in battery performance.
따라서, 상기한 문제점을 개선할 수 있는 파우치 필름의 성형 장치와 파우치 형 전지케이스에 대한 기술 개발이 필요한 실정이다.Accordingly, there is a need for technological development for a pouch film forming device and a pouch-type battery case that can improve the above-mentioned problems.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 파우치 필름의 성형 장치와 파우치 형 전지케이스 및 이를 포함하는 리튬 이차전지를 제공하는 것을 목적으로 한다. The purpose of the present invention is to provide a pouch film forming device, a pouch-type battery case, and a lithium secondary battery including the same to solve the above-mentioned problems.
본 발명에 따르면, 상면에 파우치 필름이 안착되고, 상기 상면으로부터 내측으로 함몰 형성된 성형 공간을 구비한 다이; 및 상기 성형 공간의 상방에 배치되고, 하강하여 상기 파우치 필름을 상기 성형 공간에 삽입하며 성형하는 펀치를 포함하고, 상기 다이는, 성형 공간의 바닥면과 측벽의 연결 부위에 제1 단차부가 형성되어 있고, 상기 펀치는, 상기 제1 단차부에 대응하여 맞물리는 형상의 제2 단차부가 형성된 것을 특징으로 하는 파우치 필름의 성형 장치가 제공된다.According to the present invention, a pouch film forming device is provided, comprising: a die having a molding space formed by recessing inwardly from the upper surface on which a pouch film is settled; and a punch disposed above the molding space and lowering to insert the pouch film into the molding space and form it, wherein the die has a first step formed at a connection portion between a bottom surface and a side wall of the molding space, and the punch has a second step formed in a shape that interlocks with the first step corresponding to the first step.
본 발명의 일 실시예에 따른 파우치 필름의 성형 장치에 있어서, 상기 다이는, 쌍을 이루는 제1,2 성형 공간을 구비하고 있으며, 상기 제1,2 성형 공간의 사이에는 격벽이 형성되어 있을 수 있다.In a pouch film forming device according to one embodiment of the present invention, the die has first and second forming spaces that form a pair, and a partition wall may be formed between the first and second forming spaces.
본 발명의 일 실시예에 따른 파우치 필름의 성형 장치에 있어서, 상기 제1 단차부에는, 제1 단차부의 상면으로부터 상기 펀치를 향해 돌출된 돌출부가 형성되어 있을 수 있다.In a pouch film forming device according to one embodiment of the present invention, the first step portion may have a protrusion formed therein that protrudes from an upper surface of the first step portion toward the punch.
본 발명의 일 실시예에 따른 파우치 필름의 성형 장치에 있어서, 상기 돌출부가 제1 단차부의 상면으로부터 돌출된 길이 L1과, 제1 단차부가 다이의 상면으로부터 함몰된 깊이 L2는, 하기 조건 1을 만족할 수 있다.In a pouch film forming device according to one embodiment of the present invention, a length L1 by which the protrusion protrudes from the upper surface of the first step portion and a depth L2 by which the first step portion is sunken from the upper surface of the die can satisfy the following
[조건 1][Condition 1]
0.1L2 ≤ L1 ≤ 0.9L20.1L2 ≤ L1 ≤ 0.9L2
본 발명의 일 실시예에 따른 파우치 필름의 성형 장치에 있어서, 성형 공간의 바닥면으로부터 제1 단차부와 연결되는 위치를 0, 제1 단차부의 상면이 상기 성형 공간의 측벽과 연결되는 위치를 1이라 할 때, 상기 돌출부는 0.5 이하의 지점에 위치할 수 있다.In a pouch film forming device according to one embodiment of the present invention, when a position connected to a first step portion from a bottom surface of a forming space is 0 and a position connected to an upper surface of the first step portion and a side wall of the forming space is 1, the protrusion may be located at a point of 0.5 or less.
본 발명의 일 실시예에 따른 파우치 필름의 성형 장치에 있어서, 상기 펀치는, 상기 돌출부가 삽입 가능한 돌출부 수용홈을 구비할 수 있다.In a pouch film forming device according to one embodiment of the present invention, the punch may have a protrusion receiving groove into which the protrusion can be inserted.
본 발명의 일 실시예에 따른 파우치 필름의 성형 장치에 있어서, 상기 돌출부의 단부는, 둥근 형상일 수 있다. In a forming device for a pouch film according to one embodiment of the present invention, the end of the protrusion may have a round shape.
본 발명의 일 실시예에 따른 파우치 필름의 성형 장치에 있어서, 상기 펀치의 상면에서 제2 단차부로 연결되는 제1 엣지부는 모따기 되어 있는 형상이고, 상기 성형 공간의 바닥면과 제1 단차부가 연결되는 제2 엣지부는 직각 형상일 수 있다. In a pouch film forming device according to one embodiment of the present invention, a first edge portion connected from an upper surface of the punch to a second step portion may have a chamfered shape, and a second edge portion connected to a bottom surface of the forming space and the first step portion may have a right-angled shape.
본 발명의 일 실시예에 따른 파우치 필름의 성형 장치에 있어서, 상기 제2 단차부의 상면에서 펀치의 측면으로 연결되는 제3 엣지부는 모따기 되어 있는 형상이고, 상기 제1 단차부의 상면에서, 상기 성형 공간의 측벽으로 연결되는 제4 엣지부는 직각 형상일 수 있다.In a pouch film forming device according to one embodiment of the present invention, a third edge portion connected from the upper surface of the second step portion to the side surface of the punch may have a chamfered shape, and a fourth edge portion connected from the upper surface of the first step portion to the side wall of the forming space may have a right-angled shape.
본 발명의 일 실시예에 따른 파우치 필름의 성형 장치에 있어서, 제1 단차부의 높이는, 상기 성형 공간의 함몰 깊이 보다 작다.In a pouch film forming device according to one embodiment of the present invention, the height of the first step is smaller than the sunken depth of the forming space.
본 발명의 일 실시예에 따른 파우치 필름의 성형 장치에 있어서, 격벽과 연결되는 성형 공간의 측벽을 제외한 나머지 세 개의 측벽과 성형 공간의 바닥면의 연결 부위에 각각 상기 제1 단차부가 형성되어 있을 수 있다.In a pouch film forming device according to one embodiment of the present invention, the first step portion may be formed at each of the connection portions of the bottom surface of the forming space and the remaining three side walls excluding the side walls of the forming space connected to the bulkhead.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 파우치 필름의 평면으로부터 D1의 깊이만큼 함몰되어 전극조립체가 내장될 수 있는 수납부; 및 상기 수납부 바닥면의 상부에 위치하는 수용 공간과 연결되고, 파우치 필름의 평면으로부터 D2의 깊이만큼 함몰되어 있는 잉여 공간부; 를 포함하고, 상기 D2는 D1 보다 작은 파우치 형 전지케이스가 제공된다.According to another embodiment of the present invention, a pouch-type battery case is provided, including a receiving portion in which an electrode assembly can be built by being sunken from a plane of a pouch film to a depth of D1; and a surplus space portion connected to a receiving space located at an upper portion of a bottom surface of the receiving portion and sunken from the plane of the pouch film to a depth of D2; wherein D2 is smaller than D1.
본 발명의 일 실시예에 따른 파우치 형 전지케이스에 있어서, 상기 수납부는 폴딩에 의하여 상기 전극조립체를 수용하도록 형성된 제1 수납부 및 제2 수납부를 포함하고, 상기 제1 수납부와 제2 수납부의 사이에는 상기 제1 수납부와 제2 수납부를 연결하는 브릿지가 형성되어 있을 수 있다.In a pouch-type battery case according to one embodiment of the present invention, the storage portion includes a first storage portion and a second storage portion formed to accommodate the electrode assembly by folding, and a bridge connecting the first storage portion and the second storage portion may be formed between the first storage portion and the second storage portion.
본 발명의 일 실시예에 따른 파우치 형 전지케이스에 있어서, 상기 잉여 공간부의 바닥면에는 상방을 향해 돌출된 돌기가 형성되어 있을 수 있다.In a pouch-type battery case according to one embodiment of the present invention, a protrusion protruding upward may be formed on the bottom surface of the excess space portion.
본 발명의 일 실시예에 따른 파우치 형 전지케이스에 있어서, 상기 돌기가 잉여 공간부의 바닥면으로부터 돌출된 길이는, 잉여 공간부 깊이의 0.1배 내지 0.9배일 수 있다.In a pouch-type battery case according to one embodiment of the present invention, the length of the protrusion protruding from the bottom surface of the excess space may be 0.1 to 0.9 times the depth of the excess space.
본 발명의 일 실시예에 따른 파우치 형 전지케이스에 있어서, 상기 수용 공간과 잉여 공간부의 경계를 0, 잉여 공간부의 바닥면과 측벽과 만나는 지점을 1이라 할 때, 상기 돌기는 0.5 이하의 지점에 위치할 수 있다.In a pouch-type battery case according to one embodiment of the present invention, when the boundary between the receiving space and the excess space is 0 and the point where the bottom surface and the side wall of the excess space meet is 1, the protrusion can be located at a point of 0.5 or less.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 상기 파우치 형 전지케이스, 상기 파우치 형 전지케이스의 수납부에 내장된 전극조립체를 포함하는 리튬 이차전지가 제공된다.According to another embodiment of the present invention, a lithium secondary battery is provided, which includes a pouch-shaped battery case and an electrode assembly built into a storage portion of the pouch-shaped battery case.
본 발명의 파우치 필름의 성형 장치에 의해 드로잉 성형된 파우치 형 전지케이스, 전극조립체가 내장되는 수납부의 외측에 수납부와 단차를 가지는 잉여 공간부를 포함함에 따라, 실링 부재에 의해 전지케이스의 밀봉 시 폴리-볼의 생성을 억제할 수 있어 절연 성능이 향상되는 효과가 있다. A pouch-shaped battery case formed by drawing using a forming device for a pouch film of the present invention includes a surplus space portion having a step and a storage portion outside a storage portion in which an electrode assembly is built, thereby suppressing the formation of poly-balls when the battery case is sealed by a sealing member, thereby improving insulation performance.
또한 본 발명의 파우치 필름의 성형 장치에 의해 드로잉 성형된 파우치 형 전지케이스, 잉여 공간부의 바닥면으로부터 상방을 향해 돌출된 돌기를 포함함에 따라, 가스포켓부의 가스가 수납부로 역류하는 현상을 방지하여, 가스 트랩에 의한 이차전지의 성능 저하를 개선할 수 있다. In addition, since the pouch-shaped battery case formed by drawing using the forming device of the pouch film of the present invention includes a projection protruding upward from the bottom surface of the surplus space portion, the phenomenon of gas in the gas pocket portion flowing back into the storage portion can be prevented, thereby improving the performance degradation of the secondary battery due to the gas trap.
도 1은 종래의 파우치 성형 장치의 모식도이다.
도 2는 종래의 파우치 성형 장치에 의해 도로잉 성형된 종래의 파우치 형 전지케이스의 단면도이다.
도 3은 종래의 파우치 형 전지케이스의 문제점을 설명하기 위한 개념도이다.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 파우치 필름의 성형 장치의 모식도이다.
도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 파우치 필름의 성형 장치의 사시도이다.
도 6은 도 4의 일부를 확대한 도면이다.
도 7은 본 발명의 제1 실시예에 따른 파우치 형 전지케이스의 단면도이다.
도 8은 본 발명의 효과를 설명하기 위하 개념도이다.
도 9는 본 발명의 제2 실시예에 따른 파우치 필름의 성형 장치의 모식도이다.
도 10은 도 9의 일부를 확대한 도면이다.
도 11은 본 발명의 제2 실시예에 따른 파우치 형 전지케이스의 단면도이다.
도 12는 본 발명의 파우치 필름의 단면도이다.
도 13는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지의 조립도이다.Figure 1 is a schematic diagram of a conventional pouch forming device.
Fig. 2 is a cross-sectional view of a conventional pouch-shaped battery case formed by a conventional pouch forming device.
Figure 3 is a conceptual diagram for explaining the problems of a conventional pouch-type battery case.
Figure 4 is a schematic diagram of a pouch film forming device according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a perspective view of a pouch film forming device according to the first embodiment of the present invention.
Figure 6 is an enlarged view of a portion of Figure 4.
Figure 7 is a cross-sectional view of a pouch-type battery case according to the first embodiment of the present invention.
Figure 8 is a conceptual diagram to explain the effect of the present invention.
Figure 9 is a schematic diagram of a pouch film forming device according to a second embodiment of the present invention.
Figure 10 is an enlarged view of a portion of Figure 9.
Fig. 11 is a cross-sectional view of a pouch-type battery case according to the second embodiment of the present invention.
Figure 12 is a cross-sectional view of the pouch film of the present invention.
Figure 13 is an assembly diagram of a secondary battery according to one embodiment of the present invention.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.The advantages and features of the present invention, and the methods for achieving them, will become clearer with reference to the embodiments described in detail below together with the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but may be implemented in various different forms, and the present embodiments are provided only to make the disclosure of the present invention complete and to fully inform those skilled in the art of the scope of the invention, and the present invention is defined only by the scope of the claims. Like reference numerals refer to like elements throughout the specification.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.Unless otherwise defined, all terms (including technical and scientific terms) used in this specification may be used with a meaning that can be commonly understood by a person of ordinary skill in the art to which the present invention belongs. In addition, terms defined in commonly used dictionaries shall not be ideally or excessively interpreted unless explicitly and specifically defined.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소 외에 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.The terminology used herein is for the purpose of describing embodiments only and is not intended to limit the invention. In this specification, the singular also includes the plural unless specifically stated otherwise. The terms "comprises" and/or "comprising" as used herein do not exclude the presence or addition of one or more other components in addition to the components mentioned.
제1 실시예에 따른 파우치 필름의 성형 장치Forming device for pouch film according to first embodiment
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 파우치 필름의 성형 장치의 모식도이고, 도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 파우치 필름의 성형 장치의 사시도이며, 도 6은 도 4의 일부를 확대한 도면이며, 도 7은 본 발명의 제1 실시예에 따른 파우치 형 전지케이스의 단면도이다.FIG. 4 is a schematic diagram of a pouch film forming device according to the first embodiment of the present invention, FIG. 5 is a perspective view of a pouch film forming device according to the first embodiment of the present invention, FIG. 6 is an enlarged view of a part of FIG. 4, and FIG. 7 is a cross-sectional view of a pouch-type battery case according to the first embodiment of the present invention.
이들 도면을 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 파우치 필름의 성형 장치(100, 이하 '성형 장치'라 함)는, 상면에 파우치 필름(1)이 안착되고, 상기 상면으로부터 내측으로 함몰 형성된 성형 공간(112)을 구비한 다이(111); 및 상기 성형 공간(112)의 상방에 배치되고, 하강하여 상기 파우치 필름(1)을 상기 성형 공간(112)에 삽입하며 성형하는 펀치(121)를 포함하고, 상기 다이(111)는, 성형 공간(112)의 바닥면(114)과 측벽(115)의 연결 부위에 제1 단차부(113)가 형성되어 있고, 상기 펀치(121)는, 상기 제1 단차부(113)에 대응하여 맞물리는 형상의 제2 단차부(123)가 형성되어 있다.Referring to these drawings, a pouch film forming device (100, hereinafter referred to as a “forming device”) according to a first embodiment of the present invention includes a die (111) having a forming space (112) formed inwardly from the upper surface on which a pouch film (1) is settled; and a punch (121) disposed above the forming space (112) and lowered to insert and form the pouch film (1) into the forming space (112), wherein the die (111) has a first step (113) formed at a connecting portion between a bottom surface (114) and a side wall (115) of the forming space (112), and the punch (121) has a second step (123) formed in a shape that interlocks with the first step (113).
제1 단차부(113)는, 다이(111)의 평면상 수직 방향(z축 방향)을 기준으로, 다이(111)의 상면과, 성형 공간 바닥면(114)의 사이에 하나의 단차를 형성하는 구조이다.The first step (113) is a structure that forms a step between the upper surface of the die (111) and the bottom surface (114) of the molding space based on the vertical direction (z-axis direction) on the plane of the die (111).
제1 단차부(113)의 높이는, 상기 성형 공간(112)의 함몰 깊이 보다 작다. 여기서 제1 단차부(113)의 높이는, 성형 공간(112)의 바닥면(114)으로부터 제1 단차부(113) 상면 까지의 거리의 최소값으로 정의될 수 있으며, 상기 성형 공간의 함몰 깊이는, 성형 공간(112)의 바닥면(114)으로부터 다이(111)의 상면 까지의 거리의 최소값으로 정의될 수 있다. The height of the first step (113) is smaller than the sinking depth of the molding space (112). Here, the height of the first step (113) can be defined as the minimum value of the distance from the bottom surface (114) of the molding space (112) to the upper surface of the first step (113), and the sinking depth of the molding space can be defined as the minimum value of the distance from the bottom surface (114) of the molding space (112) to the upper surface of the die (111).
이와 같은 성형 장치(100)에 의해, 파우치 필름(1)이 드로잉 성형되면, 도 7의 상부에 도시한 파우치 형 전지케이스(1000)로 제조되고, 도 7의 상부의 파우치 형 전지케이스(1000)를 폴딩하면, 도 7의 아래와 같이 된다. When the pouch film (1) is drawn and formed by a forming device (100) like this, it is manufactured into a pouch-shaped battery case (1000) as shown in the upper part of Fig. 7, and when the pouch-shaped battery case (1000) in the upper part of Fig. 7 is folded, it becomes as shown below in Fig. 7.
도 7을 참조하면, 본 발명의 성형 장치(100)에 의해 드로잉 성형된 파우치 형 전지케이스(1000)는, 파우치 필름(1)의 평면으로부터 D1의 깊이만큼 함몰되어 전극조립체가 내장될 수 있는 수납부(1100); 및 상기 수납부 바닥면(1110)의 상부에 위치하는 수용 공간(1120)과 연결되고, 파우치 필름의 평면으로부터 D2의 깊이만큼 함몰되어 있는 잉여 공간부(1200); 를 포함하게 된다. Referring to FIG. 7, a pouch-shaped battery case (1000) formed by drawing using a forming device (100) of the present invention includes a receiving portion (1100) in which an electrode assembly can be built and which is sunken from a plane of a pouch film (1) by a depth of D1; and a surplus space portion (1200) which is connected to a receiving space (1120) located at an upper portion of a bottom surface (1110) of the receiving portion and is sunken from a plane of the pouch film by a depth of D2.
상기 잉여 공간부(1200)는, 상기 제1 단차부(113) 및 제2 단차부(123)에 대응하여, 형성된다. 본 발명의 성형 장치(100)에 의해 드로잉 성형된 파우치 형 전지케이스(1000)는, 상기 수용 공간(1120)의 적어도 일측과 연결되는 잉여 공간부(1200)를 포함하고 있고, 잉여 공간부(1200)를 둘러싸는 전지케이스(1000)는 도 7의 아래와 같이 상호 이격되어 있기 때문에, 실링 부재에 의한 전지케이스의 밀봉 시, 용융된 폴리머의 일부가 미실링부를 침범하면서 폴리-볼(poly-ball)의 생성이 억제될 수 있다. 따라서 본 발명의 성형 장치(100)는, 폴리-볼에 의한 크랙 발생 위험이 감소된 파우치 형 전지케이스의 제조가 가능한 효과가 있다.The above-mentioned surplus space portion (1200) is formed corresponding to the first step portion (113) and the second step portion (123). The pouch-type battery case (1000) formed by drawing using the forming apparatus (100) of the present invention includes a surplus space portion (1200) connected to at least one side of the receiving space (1120), and the battery cases (1000) surrounding the surplus space portion (1200) are spaced apart from each other as shown below in FIG. 7. Therefore, when the battery case is sealed by the sealing member, the generation of poly-balls can be suppressed as some of the molten polymer invades the unsealed portion. Therefore, the forming apparatus (100) of the present invention has the effect of enabling the manufacture of a pouch-type battery case with a reduced risk of cracks occurring due to poly-balls.
본 발명의 파우치 필름 성형 장치(100)를 이용하여 파우치 필름(1)을 성형할 때, 하나의 전극조립체 수납부만이 형성될 수도 있으나, 이에 제한되지 않고 두 개의 수납부를 서로 이웃하게 드로잉 성형할 수도 있다.When forming a pouch film (1) using the pouch film forming device (100) of the present invention, only one electrode assembly receiving portion may be formed, but is not limited thereto and two receiving portions may be drawn and formed adjacent to each other.
이를 위해 도 4 내지 도 5에 도시한 바와 같이, 다이(111)에는 쌍을 이루는 제1,2성형 공간(112a,112b)이 서로 이웃하도록 두 개가 형성되고, 두 성형 공간(112a,112b)의 사이에는 격벽(116)이 형성될 수 있다. To this end, as shown in FIGS. 4 and 5, two pairs of first and second molding spaces (112a, 112b) are formed adjacent to each other in the die (111), and a partition wall (116) can be formed between the two molding spaces (112a, 112b).
그리고, 상기 펀치(121)는, 한 쌍의 성형 공간(112a,112b)에 대응하여, 펀치(121a,121b)가 상기 성형 공간(112a,112b)에 삽입 가능하도록 구성될 수 있다.And, the punch (121) can be configured to correspond to a pair of molding spaces (112a, 112b) so that the punch (121a, 121b) can be inserted into the molding spaces (112a, 112b).
격벽(116)은 다이(111)와 별개로 존재하여, 격벽(116)의 하단부가 다이(111)에 결합/고정된 형태일 수 있으며, 또는 격벽(116)과 다이(111)는 일체형일 수도 있다. The bulkhead (116) may exist separately from the die (111), and the lower part of the bulkhead (116) may be joined/fixed to the die (111), or the bulkhead (116) and the die (111) may be integral.
펀치(121a,121b)가 한 쌍의 성형 공간(112a, 112b)에 모두 삽입되면서 파우치 필름(1)을 드로잉 성형하면, 두 성형 공간(112a, 112b)에 대응하여 파우치 형 전지케이스(1000)에는 두 개의 수납부(1100)가 형성되고, 이러한 두 개의 수납부(1100) 사이에는 격벽(116)에 대응하여 브릿지(1300)도 함께 형성될 수 있다. When the pouch film (1) is drawn and formed while the punches (121a, 121b) are inserted into both of the forming spaces (112a, 112b), two receiving portions (1100) are formed in the pouch-shaped battery case (1000) corresponding to the two forming spaces (112a, 112b), and a bridge (1300) can also be formed between the two receiving portions (1100) corresponding to the partition wall (116).
성형 공간(112a, 112b)에 위치하는 파우치 필름(1)을 가압하여 전극조립체 수납부(1100a,1100b)를 형성하기 위하여 다이 유닛(110)의 상부에 가압 유닛(120)이 구비될 수 있다.A pressurizing unit (120) may be provided on the upper portion of the die unit (110) to pressurize the pouch film (1) positioned in the forming space (112a, 112b) to form an electrode assembly receiving portion (1100a, 1100b).
일 실시예에서, 가압 유닛(120)은 다이(111)를 향해 하강 가능하게 구비되는 이동부(122)와 이동부의 하부에 구비되는 스트리퍼(124) 및 스트리퍼(124) 하부에 구비되는 펀치(121)를 포함할 수 있다.In one embodiment, the pressurizing unit (120) may include a moving part (122) that is provided to be lowerable toward the die (111), a stripper (124) provided at the lower portion of the moving part, and a punch (121) provided at the lower portion of the stripper (124).
다이(111)의 상면에 파우치 필름(1)이 배치되면, 본 실시예에 따른 스트리퍼(124)는 하강하고, 스트리퍼(124)의 하면이 파우치 필름(1)의 상면과 접촉하면, 스트리퍼(124)와 다이(111)는 파우치 필름(1)을 사이에 두고 서로 맞닿을 수 있다. 이때, 스트리퍼(124)는 파우치 필름(1)을 상방으로부터 압박하여 고정할 수 있고, 파우치 필름(1)을 균일하게 압박하여 전극조립체 수납부를 성형할 때, 파우치 필름(1)에 인가되는 연신력을 균일하게 분산시킬 수 있다. When the pouch film (1) is placed on the upper surface of the die (111), the stripper (124) according to the present embodiment is lowered, and when the lower surface of the stripper (124) comes into contact with the upper surface of the pouch film (1), the stripper (124) and the die (111) can come into contact with each other with the pouch film (1) therebetween. At this time, the stripper (124) can press and fix the pouch film (1) from above, and when the electrode assembly receiving portion is formed by uniformly pressing the pouch film (1), the elongation force applied to the pouch film (1) can be uniformly distributed.
본 실시예에 따른 펀치(121)는, 성형 공간(112a, 112b)에 위치하는 파우치 필름(1)을 가압한 상태로 성형 공간(112a, 112b)에 삽입되면서 파우치 필름(1)에 전극조립체 수납부를 성형할 수 있다.The punch (121) according to the present embodiment can form an electrode assembly receiving portion in the pouch film (1) by being inserted into the forming space (112a, 112b) while pressurizing the pouch film (1) located in the forming space (112a, 112b).
펀치(121)는 격벽(116)을 기준으로, 이동부(122)의 하부 양측에 각각 구비될 수 잇으며, 이에 따라 격벽(116)을 기준으로 파우치 필름(1)의 양쪽에 전극조립체 수납부를 성형할 수 있다. The punch (121) can be provided on each side of the lower portion of the moving part (122) with respect to the partition wall (116), and accordingly, an electrode assembly receiving portion can be formed on both sides of the pouch film (1) with respect to the partition wall (116).
제1 단차부(113a,113b)는, 도 4 및 도 5에 도시한 바와 같이, 상기 성형 공간(112a,112b)의 네 개의 측벽 중, 격벽(116)이 위치하는 방향과 대향하는 측벽 부위에 형성될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. The first step portion (113a, 113b) may be formed on a side wall portion facing the direction in which the partition wall (116) is located among the four side walls of the molding space (112a, 112b), as shown in FIGS. 4 and 5, but is not limited thereto.
도 5를 참조하면, 격벽(116)과 연결되는 성형 공간의 측벽을 제외한 나머지 세 개의 측벽(115a-1~115a-3, 115b-1~115b-3)과, 상기 성형 공간의 바닥면(114)의 연결 부위에 각각, 제1 단차부(113a, 113b)가 형성될 수도 있다. Referring to FIG. 5, a first step portion (113a, 113b) may be formed at each of the three side walls (115a-1 to 115a-3, 115b-1 to 115b-3) excluding the side wall of the molding space connected to the bulkhead (116) and the connection portion of the bottom surface (114) of the molding space.
도 6을 참조하면, 본 발명의 바람직한 일 실시예에서, 상기 펀치의 상면(125)에서 제2 단차부(123a)로 연결되는 제1 엣지부(126)는 모따기 되어 있는 형상이고, 상기 성형 공간(112a)의 바닥면(114a)과 제1 단차부(113a)가 연결되는 제2 엣지부(117)는 직각 형상일 수 있다. Referring to FIG. 6, in a preferred embodiment of the present invention, the first edge portion (126) connected to the second step portion (123a) from the upper surface (125) of the punch may have a chamfered shape, and the second edge portion (117) connected to the bottom surface (114a) of the molding space (112a) and the first step portion (113a) may have a right-angled shape.
상기 제1 엣지부(126)가 모따기 되어 있는 형상이고, 제1 엣지부(126)와 맞물리는 제2 엣지부(117)가 직각 형상임에 따라, 펀치(121)가 파우치 필름(1)을 가압한 상태로 성형 공간(112a) 내로 삽입될 때, 해당 부위에 공차가 형성되므로 파우치 필름(1)이 손상되는 것을 방지할 수 있다.Since the first edge portion (126) is chamfered and the second edge portion (117) that engages with the first edge portion (126) is of a right angle shape, when the punch (121) is inserted into the forming space (112a) while pressing the pouch film (1), a tolerance is formed at the relevant portion, thereby preventing the pouch film (1) from being damaged.
또한, 상기 제2 단차부(123a)의 상면에서 펀치의 측면(127)으로 연결되는 제3 엣지부(128)는 모따기 되어 있는 형상이고, 상기 제1 단차부(113a)의 상면에서, 다이(111)의 측벽(115a)으로 연결되는 제4 엣지부(119)는 직각 형상일 수 있다. 이러한 경우에도 해당 부위에 공차가 형성되어 파우치 필름(1)의 손상을 방지할 수 있다. In addition, the third edge portion (128) connected to the side surface (127) of the punch from the upper surface of the second step portion (123a) may have a chamfered shape, and the fourth edge portion (119) connected to the side wall (115a) of the die (111) from the upper surface of the first step portion (113a) may have a right-angled shape. Even in this case, a tolerance is formed at the relevant portion to prevent damage to the pouch film (1).
제1 실시예에 따른 파우치 형 전지케이스Pouch-type battery case according to the first embodiment
우선, 본 발명의 파우치 형 전지케이스의 재료가 되는 파우치 필름에 대해 설명한다. 파우치 필름은 본 발명에 따른 성형 장치에 의해 드로잉 성형되어 파우치 형 전지케이스가 된다. First, the pouch film that is the material of the pouch-shaped battery case of the present invention will be described. The pouch film is drawn and formed by a forming device according to the present invention to form a pouch-shaped battery case.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 파우치 필름의 단면도이다. 도 12를 참조하면 파우치 필름(1)은 실란트층(1a)(1a), 수분 배리어층(1b) 및 표면 보호층(1c)을 포함할 수 있고, 선택적으로 연신 보조층(1d)을 더 포함할 수 있다. Fig. 12 is a cross-sectional view of a pouch film according to one embodiment of the present invention. Referring to Fig. 12, the pouch film (1) may include a sealant layer (1a), a moisture barrier layer (1b), and a surface protection layer (1c), and may optionally further include a stretching auxiliary layer (1d).
실란트층(1a)은 제1 폴리머로 제조되고, 최내층에 형성되어 전극 조립체와 직접 접촉할 수 있다. 여기서 최내층이란, 상기 수분 배리어층을 기준으로 전극 조립체가 위치하는 방향으로 향할 때 가장 마지막에 위치한 층을 말한다. The sealant layer (1a) is made of a first polymer and is formed as the innermost layer so as to be in direct contact with the electrode assembly. Here, the innermost layer refers to the layer located last when facing in the direction in which the electrode assembly is positioned based on the moisture barrier layer.
실란트층(1a)은 전극조립체와 직접적으로 접촉하므로 절연성을 가져야 하며, 전해질과도 접촉하므로 내식성을 가져야 한다. 또한, 내부를 완전히 밀폐하여 내부 및 외부간의 물질 이동을 차단해야 하므로, 높은 실링성을 가져야 한다. 즉, 실란트층(1a)끼리 접착된 실링부는 우수한 열 접착 강도를 가져야 한다. The sealant layer (1a) must have insulating properties because it comes into direct contact with the electrode assembly, and must have corrosion resistance because it also comes into contact with the electrolyte. In addition, it must have high sealing properties because it must completely seal the inside to block material movement between the inside and the outside. In other words, the sealing portion where the sealant layers (1a) are bonded together must have excellent thermal bonding strength.
일반적으로 이러한 실란트층(1a)을 제조하는 제1 폴리머는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리카보네이트, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리염화비닐, 아크릴계 고분자, 폴리아크릴로나이트릴, 폴리이미드, 폴리아마이드, 셀룰로오스, 아라미드, 나일론, 폴리에스테르, 폴리파라페닐렌벤조비스옥사졸, 폴리아릴레이트, 테프론, 및 유리섬유로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 물질로 이루어질 수 있다. 특히, 주로 폴리프로필렌(PP) 또는 폴리에틸렌(PE) 등의 폴리올레핀계 수지가 사용된다. 폴리프로필렌(PP)은 인장강도, 강성, 표면경도, 내마모성, 내열성 등의 기계적 물성과 내식성 등의 화학적 물성이 뛰어나, 실란트층(1a)(1351)을 제조하는데 주로 사용된다. 나아가, 무연신 폴리프로필렌(Cated Polypropylene) 또는 산처리된 폴리프로필렌(Acid Modified Polypropylene) 또는 폴리프로필렌-부틸렌-에틸렌 삼원 공중합체로 구성될 수도 있다. 여기서 산처리된 폴리프로필렌은 MAH PP(말레익 안하이드라이드 폴리프로필렌)일 수 있다. 또한, 실란트층(1a)은, 어느 하나의 물질로 이루어진 단일막 구조를 갖거나, 2개 이상의 물질이 각각 층을 이루어 형성된 복합막 구조를 가질 수 있다.In general, the first polymer for manufacturing such a sealant layer (1a) may be composed of one or more materials selected from the group consisting of polyethylene, polypropylene, polycarbonate, polyethylene terephthalate, polyvinyl chloride, acrylic polymers, polyacrylonitrile, polyimide, polyamide, cellulose, aramid, nylon, polyester, polyparaphenylene benzobisoxazole, polyarylate, Teflon, and glass fiber. In particular, a polyolefin resin such as polypropylene (PP) or polyethylene (PE) is mainly used. Polypropylene (PP) has excellent mechanical properties such as tensile strength, rigidity, surface hardness, wear resistance, and heat resistance, and chemical properties such as corrosion resistance, and is therefore mainly used for manufacturing the sealant layer (1a) (1351). In addition, it may be composed of cationic polypropylene, acid-modified polypropylene, or polypropylene-butylene-ethylene terpolymer. Here, the acid-modified polypropylene may be MAH PP (maleic anhydride polypropylene). In addition, the sealant layer (1a) may have a single film structure composed of a single material, or a composite film structure in which two or more materials are each formed to form layers.
일 실시예에 따르면, 실란트층(1a)의 두께는 30㎛ 내지 100㎛ 일 수 있으며, 바람직하게는 40㎛ 내지 90㎛ 일 수 있고, 특히 50㎛ 내지 85㎛일 수 있다. According to one embodiment, the thickness of the sealant layer (1a) may be 30 µm to 100 µm, preferably 40 µm to 90 µm, and particularly 50 µm to 85 µm.
수분 배리어층(1b)은 표면 보호층(1c) 및 실란트층(1a)의 사이에 적층되어 파우치의 기계적 강도를 확보하고, 이차전지 외부의 가스 또는 수분 등의 출입을 차단하며, 전해질의 누수를 방지한다. A moisture barrier layer (1b) is laminated between the surface protection layer (1c) and the sealant layer (1a) to secure the mechanical strength of the pouch, block the ingress of gas or moisture from outside the secondary battery, and prevent leakage of electrolyte.
수분 배리어층(1b)은, 구리(Cu), 알루미늄(Al), 니켈(Ni), 철(Fe), 탄소(C), 크롬(Cr), 망간(Mn) 및 이 중 둘 이상을 포함하는 합금으로 이루어진 군에서 선택된 금속을 포함할 수 있으나 특별히 이에 한정되는 것은 아니며, 바람직하게는, 알루미늄 합금, 스테인리스 강(Stainless Use Steel; SUS) 중에서 선택된 금속을 포함할 수 있다. The moisture barrier layer (1b) may include a metal selected from the group consisting of copper (Cu), aluminum (Al), nickel (Ni), iron (Fe), carbon (C), chromium (Cr), manganese (Mn), and an alloy including two or more of these, but is not particularly limited thereto, and preferably, may include a metal selected from an aluminum alloy and stainless steel (SUS).
알루미늄 합금과 스테인리스 강은 소정 수준 이상의 기계적 강도를 확보할 수 있으면서도 무게가 가볍고 전극조립체와 전해질에 의한 전기 화학적 성질에 대한 보완 및 방열성 등을 확보할 수 있다.Aluminum alloys and stainless steels can secure mechanical strength above a certain level, while being light in weight and securing electrochemical properties complementary to the electrode assembly and electrolyte, as well as heat dissipation properties.
상기 알루미늄 합금에는 다양한 소재가 포함될 수 있다. 예를 들어, 철(Fe), 구리(Cu), 크롬(Cr), 망간(Mn), 니켈(Ni), 마그네슘(Mg) 및 아연(Zn)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상이 포함될 수 있다.The above aluminum alloy may include various materials. For example, it may include one or more selected from the group consisting of iron (Fe), copper (Cu), chromium (Cr), manganese (Mn), nickel (Ni), magnesium (Mg), and zinc (Zn).
수분 배리어층(1b)은 단층 구조일 수도 있고, 다층 구조일 수도 있다. 가령 다층 구조의 수분 배리어층(1b)은 알루미늄 합금 층과 스레인리스 강 층으로 이루어질 수 있다. The moisture barrier layer (1b) may have a single-layer structure or a multi-layer structure. For example, a multi-layer moisture barrier layer (1b) may be composed of an aluminum alloy layer and a stainless steel layer.
일 실시예에 따르면, 수분 배리어층(1b)의 두께는 20㎛ 내지 100㎛ 일 수 있으며, 바람직하게는 40㎛ 내지 80㎛ 일 수 있으며, 특히 50㎛ 내지 70㎛일 수 있다. According to one embodiment, the thickness of the moisture barrier layer (1b) may be 20 µm to 100 µm, preferably 40 µm to 80 µm, and particularly 50 µm to 70 µm.
표면 보호층(1c)은 제2 폴리머로 제조되고, 최외층에 형성되어 외부와의 마찰 및 충돌로부터 이차전지를 보호하면서, 전극조립체를 외부로부터 전기적으로 절연시킨다. 여기서 최외층이란, 상기 수분 배리어층(1b)을 기준으로 전극 조립체가 위치하는 방향의 반대 방향으로 향할 때 가장 마지막에 위치한 층을 말한다.The surface protection layer (1c) is made of a second polymer and is formed on the outermost layer to protect the secondary battery from friction and collision with the outside, while electrically insulating the electrode assembly from the outside. Here, the outermost layer refers to the layer located last when facing in the opposite direction to the direction in which the electrode assembly is located based on the moisture barrier layer (1b).
이러한 표면 보호층(1c)을 제조하는 제2 폴리머는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리카보네이트, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리염화비닐, 아크릴계 고분자, 폴리아크릴로나이트릴, 폴리이미드, 폴리아마이드, 셀룰로오스, 아라미드, 나일론, 폴리에스테르, 폴리파라페닐렌벤조비스옥사졸, 폴리아릴레이트, 테프론 및 유리섬유로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 물질일 수 있다. 특히, 주로 내마모성 및 내열성을 가지는 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 등의 폴리머가 사용되는 것이 바람직하다. 그리고 표면 보호층(1c)은 어느 하나의 물질로 이루어진 단일막 구조를 가지거나, 2개 이상의 물질이 각각 층을 이루어 형성된 복합막 구조를 가질 수도 있다.The second polymer for producing the surface protection layer (1c) may be one or more materials selected from the group consisting of polyethylene, polypropylene, polycarbonate, polyethylene terephthalate, polyvinyl chloride, acrylic polymers, polyacrylonitrile, polyimide, polyamide, cellulose, aramid, nylon, polyester, polyparaphenylene benzobisoxazole, polyarylate, Teflon, and glass fiber. In particular, it is preferable to use a polymer such as polyethylene terephthalate (PET) which mainly has wear resistance and heat resistance. In addition, the surface protection layer (1c) may have a single film structure made of one material, or may have a composite film structure in which two or more materials are each formed to form layers.
일 실시예에 따르면, 표면 보호층(1c)의 두께는 5㎛ 내지 25㎛ 일 수 있으며, 바람직하게는 6㎛ 내지 20㎛ 일 수 있으며, 특히 7㎛ 내지 15㎛일 수 있다. According to one embodiment, the thickness of the surface protection layer (1c) may be 5 µm to 25 µm, preferably 6 µm to 20 µm, and particularly 7 µm to 15 µm.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 파우치 필름은 제3 폴리머로 제조되고, 표면 보호층(1c) 및 수분 배리어층(1b) 사이에 적층되는 연신 보조층(1d)을 더 포함할 수 있다. 연신 보조층(1d)은 표면 보호층(1c) 및 수분 배리어층(1b) 사이에 적층되어, 표면 보호층(1c)과 수분 배리어층(1b)이 연신될 때 박리되는 것을 방지할 수 있다. According to one embodiment of the present invention, the pouch film may further include a stretching auxiliary layer (1d) made of a third polymer and laminated between the surface protection layer (1c) and the moisture barrier layer (1b). The stretching auxiliary layer (1d) is laminated between the surface protection layer (1c) and the moisture barrier layer (1b), and can prevent the surface protection layer (1c) and the moisture barrier layer (1b) from being peeled off when being stretched.
이러한 연신 보조층(1d)을 제조하는 제3 폴리머는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리카보네이트, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리염화비닐, 아크릴계 고분자, 폴리아크릴로나이트릴, 폴리이미드, 폴리아마이드, 셀룰로오스, 아라미드, 나일론, 폴리에스테르, 폴리파라페닐렌벤조비스옥사졸, 폴리아릴레이트, 테프론 및 유리섬유로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 물질일 수 있다. 특히, 나일론(Nylon) 수지는 표면 보호층(1c)의 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)와는 접착이 용이하고, 수분 배리어층(1b)의 알루미늄 합금과는 연신될 때의 거동이 유사하므로, 제3 폴리머로는 주로 나일론(Nylon) 수지가 사용될 수 있다. 그리고 연신 보조층(1d)은 어느 하나의 물질로 이루어진 단일막 구조를 가지거나, 2개 이상의 물질이 각각 층을 이루어 형성된 복합막 구조를 가질 수도 있다.The third polymer for manufacturing the stretching auxiliary layer (1d) may be one or more materials selected from the group consisting of polyethylene, polypropylene, polycarbonate, polyethylene terephthalate, polyvinyl chloride, acrylic polymers, polyacrylonitrile, polyimide, polyamide, cellulose, aramid, nylon, polyester, polyparaphenylene benzobisoxazole, polyarylate, Teflon, and glass fiber. In particular, since nylon resin easily adheres to polyethylene terephthalate (PET) of the surface protective layer (1c) and has similar behavior when stretched to the aluminum alloy of the moisture barrier layer (1b), nylon resin can be mainly used as the third polymer. In addition, the stretching auxiliary layer (1d) may have a single film structure made of one material, or may have a composite film structure in which two or more materials are each formed to form layers.
일 실시예에 따르면, 연신 보조층(1d)의 두께는 15㎛ 내지 50㎛ 일 수 있으며, 바람직하게는 25㎛ 내지 45㎛ 일 수 있고, 특히 25㎛ 내지 40㎛일 수 있다. According to one embodiment, the thickness of the extension auxiliary layer (1d) may be 15 µm to 50 µm, preferably 25 µm to 45 µm, and particularly 25 µm to 40 µm.
일 실시예에 따르면, 파우치 필름의 두께는 전지의 용도에 따라 적절한 범위 내에서 선택될 수 있으며, 구체적으로는 70㎛ 내지 275㎛ 일 수 있고, 90㎛ 내지 250㎛ 일 수 있으며, 100㎛ 내지 220㎛ 일 수 있다.According to one embodiment, the thickness of the pouch film can be selected within an appropriate range depending on the intended use of the battery, and specifically can be 70 ㎛ to 275 ㎛, 90 ㎛ to 250 ㎛, or 100 ㎛ to 220 ㎛.
도 7은 본 발명의 제1 실시예에 따른 파우치 형 전지케이스의 단면도이고, 도 8은 본 발명의 효과를 설명하기 위한 개념도이다.FIG. 7 is a cross-sectional view of a pouch-type battery case according to the first embodiment of the present invention, and FIG. 8 is a conceptual diagram for explaining the effects of the present invention.
이들 도면을 참조하면, 본 발명에 따른 파우치 형 전지케이스(1000)는, 파우치 필름(1)의 평면으로부터 D1의 깊이만큼 함몰되어 전극조립체가 내장될 수 있는 수납부(1100); 및 상기 수납부 바닥면(1110)의 상부에 위치하는 수용 공간(1120)과 연결되고, 파우치 필름의 평면으로부터 D2의 깊이만큼 함몰되어 있는 잉여 공간부(1200); 를 포함하고, 상기 D2는 D1 보다 작다. Referring to these drawings, a pouch-type battery case (1000) according to the present invention includes a receiving portion (1100) that is recessed from a plane of a pouch film (1) to a depth of D1 and into which an electrode assembly can be built; and a surplus space portion (1200) that is connected to a receiving space (1120) located at an upper portion of a bottom surface (1110) of the receiving portion and is recessed from the plane of the pouch film to a depth of D2; wherein D2 is smaller than D1.
이와 같은 잉여 공간부(1200)는 수용 공간(1120)의 외측에 위치하며, 수납부(1100)의 모서리 부와 전지케이스 상면의 연결 부위에 형성될 수 있다. Such a surplus space portion (1200) is located on the outside of the receiving space (1120) and can be formed at the connection portion between the corner portion of the storage portion (1100) and the upper surface of the battery case.
잉여 공간부(1200)의 함몰 깊이 D2가, 수납부(1100)의 함몰 깊이 D1 보다 작음에 따라, 잉여 공간부(1200)의 바닥면과 수납부 바닥면(1110)은 단차가 생기게 된다.Since the sinking depth D2 of the surplus space portion (1200) is smaller than the sinking depth D1 of the storage portion (1100), a step is created between the bottom surface of the surplus space portion (1200) and the bottom surface (1110) of the storage portion.
본 발명에 따른 파우치 형 전지케이스(1000)는, 파우치 필름을 성형할 때, 하나의 전극조립체 수납부만이 형성될 수도 있으나, 이에 제한되지 않고 도 7에 도시한 바와 같이, 두 개의 수용 공간(1120)이 서로 이웃하도록, 파우치 필름을 드로잉 성형할 수도 있다. In the pouch-type battery case (1000) according to the present invention, when forming the pouch film, only one electrode assembly receiving portion may be formed, but is not limited thereto, and as shown in FIG. 7, the pouch film may be drawn and formed so that two receiving spaces (1120) are adjacent to each other.
구체적으로, 상기 수납부(1100)는 폴딩에 의하여 상기 전극조립체를 수용하도록 형성된 제1 수납부(1100a) 및 제2 수납부(1100b)를 포함하고, 상기 제1 수납부(1100a)와 제2 수납부(1100b)의 사이에는 상기 제1 수납부(1100a)와 제2 수납부(1100b)를 연결하는 브릿지(1300)가 형성될 수 있다. 그리고 제1 수납부(1100a) 및 제2 수납부(1100b)의 각 일측에는 잉여 공간부(1200a,1200b)가 형성되어 있을 수 있다.Specifically, the receiving portion (1100) includes a first receiving portion (1100a) and a second receiving portion (1100b) formed to receive the electrode assembly by folding, and a bridge (1300) connecting the first receiving portion (1100a) and the second receiving portion (1100b) may be formed between the first receiving portion (1100a) and the second receiving portion (1100b). In addition, a surplus space portion (1200a, 1200b) may be formed on one side of each of the first receiving portion (1100a) and the second receiving portion (1100b).
브릿지(1300)는 추후에 전지케이스(1000)를 폴딩할 때, 기준이 되는 부분일 수 있다. 이차전지의 제조가 완료되면, 브릿지(1300)는 이차전지의 일측에서 폴딩부(미도시)를 형성할 수 있다.The bridge (1300) may be a reference part when folding the battery case (1000) later. When the manufacture of the secondary battery is completed, the bridge (1300) may form a folding part (not shown) on one side of the secondary battery.
본 발명에 따른 파우치 형 전지케이스(1000)는, 상기 수용 공간(1120)의 적어도 일측에 잉여 공간부(1200)를 포함하고 있고, 잉여 공간부(1200)를 둘러싸는 전지케이스는 상호 이격되어 있기 때문에, 실링 부재(3)에 의한 전지케이스의 밀봉 시, 용융된 폴리머의 일부가 미실링부를 침범하면서 생성될 수 있는 폴리-볼(poly-ball)의 생성이 억제될 수 있다. The pouch-type battery case (1000) according to the present invention includes a surplus space portion (1200) on at least one side of the receiving space (1120), and the battery case surrounding the surplus space portion (1200) is spaced apart from each other, so that when the battery case is sealed by the sealing member (3), the creation of poly-balls that may be created when a portion of the molten polymer invades the unsealed portion can be suppressed.
도 8의 (a)를 참조하면, 수용 공간(1120)과 연결된 잉여 공간부(1200)를 둘러싼 전지케이스가 상호 이격되어 있다. 반면 도 8의 (b)를 참조하면, 종래의 파우치 형 전지케이스(30)는, 잉여 공간부(1200)를 포함하고 있지 않다. 따라서, 본 발명의 파우치 형 전지케이스(1000)는, 종래의 파우치 형 전지케이스(30)와 비교하여, 실링 부재(3)에 의한 실링 과정에서, 용융된 폴리머가 미실링부를 침범하면서 폴리-볼이 형성되기에 보다 불리한 구조이고, 이에 따라 절연 성능이 개선된 효과를 가질 수 있다.Referring to (a) of Fig. 8, the battery cases surrounding the surplus space portion (1200) connected to the receiving space (1120) are spaced apart from each other. On the other hand, referring to (b) of Fig. 8, the conventional pouch-type battery case (30) does not include the surplus space portion (1200). Therefore, the pouch-type battery case (1000) of the present invention has a structure that is less advantageous in that a poly-ball is formed when a molten polymer invades the unsealed portion during the sealing process by the sealing member (3), compared to the conventional pouch-type battery case (30), and thus, the insulating performance can be improved.
제2 실시예에 따른 파우치 필름의 성형 장치Forming device for pouch film according to the second embodiment
도9는 본 발명의 제2 실시예에 따른 파우치 필름의 성형 장치의 모식도이고, 도 10은 도 9의 일부를 확대한 도면이다. FIG. 9 is a schematic diagram of a pouch film forming device according to a second embodiment of the present invention, and FIG. 10 is an enlarged view of a part of FIG. 9.
이들 도면을 참조하면, 파우치 필름의 성형 장치(200)는, 상면에 파우치 필름(1)이 안착되고, 상기 상면으로부터 내측으로 함몰 형성된 성형 공간(212)을 구비한 다이(211) 및 상기 성형 공간(212)의 상방에 배치되고, 하강하여 상기 파우치 필름(1)을 상기 성형 공간(212)에 삽입하며 성형하는 펀치(221)를 포함하고, 상기 다이(211)는, 성형 공간(212)의 바닥면(214)과 측벽(215)의 연결 부위에 제1 단차부(213)가 형성되어 있고, 상기 펀치(221)는, 상기 제1 단차부(213)에 대응하여 맞물리는 형상의 제2 단차부(223)가 형성되어 있으며, 제1 단차부(213)는, 제1 단차부(213)의 상면으로부터 상기 펀치(221)를 향해 돌출된 돌출부(217)를 포함한다. 또한, 상기 펀치(221)는, 상기 돌출부(217)가 삽입 가능한 돌출부 수용홈(225)을 구비할 수 있다. Referring to these drawings, the forming device (200) of the pouch film includes a die (211) having a forming space (212) formed inwardly from the upper surface on which a pouch film (1) is settled, and a punch (221) disposed above the forming space (212) and lowered to insert and form the pouch film (1) into the forming space (212), and the die (211) has a first step (213) formed at a connection portion between the bottom surface (214) and the side wall (215) of the forming space (212), and the punch (221) has a second step (223) formed in a shape that is engaged with the first step (213), and the first step (213) has a protrusion (217) that protrudes from the upper surface of the first step (213) toward the punch (221). In addition, the punch (221) may have a protrusion receiving groove (225) into which the protrusion (217) can be inserted.
이와 같은 성형 장치(200)에 의해, 파우치 필름(1)이 드로잉 성형되면, 도 11에 도시한 파우치 형 전지케이스(2000)로 제조된다. When a pouch film (1) is drawn and formed by a forming device (200) like this, it is manufactured into a pouch-shaped battery case (2000) as shown in Fig. 11.
도 11을 참조하면, 제2 실시예에 따른 파우치형 전지케이스(2000)의 잉여 공간부(2200)에는, 성형 장치(200)의 돌출부(217)에 대응하여 형성된 돌기(2400)를 구비하게 된다. 그리고 이러한 돌기(2400)는 전극조립체의 수납부(2100)와 전극조립체 수납부(2100)의 일측에 위치하는 가스포켓부(미도시)를 구획하는 기능을 하여, 포메이션 과정에서 발생한 내부 가스가 가스포켓부로 이동하는 것을 저해하지 않지만, 가스포켓부에 포집된 가스가 수납부(2100)로 역류하는 것을 방지하고, 전지케이스의 밀봉(sealing)을 용이하게 하는 효과가 있다.Referring to FIG. 11, the surplus space portion (2200) of the pouch-shaped battery case (2000) according to the second embodiment is provided with a protrusion (2400) formed corresponding to the protrusion (217) of the forming device (200). In addition, this protrusion (2400) functions to partition the electrode assembly receiving portion (2100) and the gas pocket portion (not shown) located on one side of the electrode assembly receiving portion (2100), so that it does not impede the internal gas generated during the formation process from moving to the gas pocket portion, but prevents the gas captured in the gas pocket portion from flowing back to the receiving portion (2100), and has the effect of facilitating the sealing of the battery case.
하나의 구체적 예에서, 상기 돌출부(217)가 제1 단차부(213a)의 상면으로부터 돌출된 길이 L1과, 제1 단차부(213a)가 다이(211)의 상면으로부터 함몰된 깊이 L2는, 하기 조건 1을 만족할 수 있다. In one specific example, the length L1 by which the protrusion (217) protrudes from the upper surface of the first step (213a) and the depth L2 by which the first step (213a) is sunken from the upper surface of the die (211) can satisfy the
[조건 1][Condition 1]
0.1L2 ≤ L1 ≤ 0.9L20.1L2 ≤ L1 ≤ 0.9L2
상기 L1과 L2가 상기 조건 1을 만족할 때, 돌출부(217)에 의해 형성되는 전지케이스(2000)의 돌기(2400)가 적절한 길이를 가짐에 따라, 가스포켓부에 포집된 가스가 수납부(2100)로 역류하는 것을 방지하는 효과가 더욱 극대화될 수 있다. When the above L1 and L2 satisfy the
그리고, 성형 공간의 바닥면(214a)으로부터 제1 단차부(213a)와 연결되는 위치를 0, 제1 단차부(213a)의 상면이 상기 성형 공간의 측벽(215a)과 연결되는 위치를 1이라 할 때, 상기 돌출부는 0.5 이하의 지점에 위치하는 것이 바람직하다. And, when the position connected to the first step (213a) from the bottom surface (214a) of the molding space is 0, and the position connected to the upper surface of the first step (213a) with the side wall (215a) of the molding space is 1, it is preferable that the protrusion is located at a point of 0.5 or less.
돌출부(217)가, 제1 단차부(213a)에서 성형 공간(212a)의 내측에 가까워짐에 따라, 돌출부(217)에 대응하여 형성되는 돌기(2400) 역시 수납부(2100)의 내측에 가까운 위치에 형성되고, 돌기(2400)가 수납부(2100)에 가까울수록, 실링 부재에 의한 실링 과정에서 형성된 폴리-볼에 의한 크랙 발생의 위험이 감소할 수 있기 때문이다. As the protrusion (217) approaches the inside of the molding space (212a) in the first step (213a), the protrusion (2400) formed corresponding to the protrusion (217) is also formed at a position closer to the inside of the receiving portion (2100), and as the protrusion (2400) approaches the receiving portion (2100), the risk of cracks occurring due to poly-balls formed during the sealing process by the sealing member can be reduced.
또한, 상기 돌출부(217)의 단부는, 둥근 형상일 수 있다. 돌출부의 단부가 둥근 형상인 경우, 다이(211)와 펀치(221)에 의해 파우치 필름(1)이 가압 성형되는 과정에서, 파우치 필름(1)이 손상되는 것을 방지할 수 있다. In addition, the end of the protrusion (217) may have a round shape. When the end of the protrusion has a round shape, the pouch film (1) can be prevented from being damaged during the process of pressure-forming the pouch film (1) by the die (211) and the punch (221).
제2 실시예에 따른 파우치 형 전지케이스Pouch-type battery case according to the second embodiment
도 11은 본 발명의 제2 실시예에 따른 파우치 형 전지케이스의 단면도이다. 도 11을 참조하면, 본 발명에 따른 파우치 형 전지케이스(2000)는, 파우치 필름(1)의 평면으로부터 D1의 깊이만큼 함몰되어 전극조립체가 내장될 수 있는 수납부(2100); 및 상기 수납부 바닥면(2110)의 상부에 위치하는 수용 공간(2120)과 연결되고, 파우치 필름의 평면으로부터 D2의 깊이만큼 함몰되어 있는 잉여 공간부(2200); 를 포함하며, 상기 잉여 공간부(2200)의 바닥면에는 상방을 향해 돌출된 돌기(2400)가 형성된 것을 특징으로 한다. FIG. 11 is a cross-sectional view of a pouch-type battery case according to a second embodiment of the present invention. Referring to FIG. 11, a pouch-type battery case (2000) according to the present invention includes a receiving portion (2100) that is recessed from a plane of a pouch film (1) to a depth of D1 and into which an electrode assembly can be built; and a surplus space portion (2200) that is connected to a receiving space (2120) located at an upper portion of a bottom surface (2110) of the receiving portion and is recessed from the plane of the pouch film to a depth of D2; and is characterized in that a protrusion (2400) that protrudes upward is formed on a bottom surface of the surplus space portion (2200).
이와 같은 잉여 공간부(2200)는 수용 공간(2120)의 외측에 위치하며, 수납부(2100)의 모서리 부와 전지케이스 상면의 연결 부위에 형성될 수 있다. Such a surplus space portion (2200) is located on the outside of the receiving space (2120) and can be formed at the connection portion between the corner portion of the storage portion (2100) and the upper surface of the battery case.
잉여 공간부(2200)의 함몰 깊이 D2가, 수납부(2100)의 함몰 깊이 D1 보다 작음에 따라, 잉여 공간부(2200)의 바닥면과 수납부 바닥면(2110)은 단차가 생기게 된다. Since the sinking depth D2 of the surplus space portion (2200) is smaller than the sinking depth D1 of the storage portion (2100), a step is created between the bottom surface of the surplus space portion (2200) and the bottom surface (2110) of the storage portion.
상기 돌기(2400)는, 본 발명의 성형 장치(200)의 돌출부(217)에 대응하여 형성되는 것으로, 돌기(2400)는 수납부(2100)와 가스포켓부(미도시)를 구획하는 기능을 하여, 포메이션 과정에서 발생한 내부 가스가 가스포켓부로 이동하는 것을 저해하지 않지만, 가스포켓부에 포집된 가스가 수납부(2100)로 역류하는 것을 방지하고, 전지케이스의 밀봉(sealing)을 용이하게 하는 효과가 있다.The above protrusion (2400) is formed corresponding to the protrusion (217) of the forming device (200) of the present invention, and the protrusion (2400) has the function of dividing the receiving portion (2100) and the gas pocket portion (not shown), so that it does not impede the internal gas generated during the formation process from moving to the gas pocket portion, but prevents the gas captured in the gas pocket portion from flowing back to the receiving portion (2100), and has the effect of facilitating the sealing of the battery case.
상기 돌기(2400)가 잉여 공간부(2200)의 바닥면으로부터 상방을 향해(z축 방향) 돌출된 길이는, 잉여 공간부의 깊이(D2)의 0.1배 내지 0.9배, 바람직하게는 0.2배 내지 0.85배 일 수 있다. 돌기(2400)의 돌출 길이가 상기 범위를 초과하여 너무 긴 경우에는, 가스가 가스포켓부로 이동하는 것을 저해할 수 있어 바람직하지 않고, 너무 작은 경우에는 가스포켓부에 포집된 가스가 수납부(2100)로 역류할 수 있어 바람직하지 않다. The length of the projection (2400) protruding upward (in the z-axis direction) from the bottom surface of the surplus space portion (2200) may be 0.1 to 0.9 times, preferably 0.2 to 0.85 times, the depth (D2) of the surplus space portion. If the protrusion length of the projection (2400) is too long beyond the above range, it may impede the movement of gas to the gas pocket portion, which is undesirable, and if it is too short, the gas captured in the gas pocket portion may flow back to the storage portion (2100), which is undesirable.
본 발명에 따른 파우치 형 전지케이스(2000)는, 파우치 필름을 성형할 때, 하나의 전극조립체 수납부만이 형성될 수도 있으나, 이에 제한되지 않고 도 11에 도시한 바와 같이, 두 개의 수용 공간(2100)이 서로 이웃하도록, 파우치 필름을 드로잉 성형할 수도 있다. In the pouch-type battery case (2000) according to the present invention, when forming the pouch film, only one electrode assembly receiving portion may be formed, but is not limited thereto, and as shown in FIG. 11, the pouch film may be drawn and formed so that two receiving spaces (2100) are adjacent to each other.
구체적으로, 상기 수납부(2100)는 폴딩에 의하여 상기 전극조립체를 수용하도록 형성된 제1 수납부(2100a) 및 제2 수납부(2100b)를 포함하고, 상기 제1 수납부(2100a)와 제2 수납부(2100b)의 사이에는 상기 제1 수납부(2100a)와 제2 수납부(2100b)를 연결하는 브릿지(2300)가 형성될 수 있다. 그리고 제1 수납부(2100a) 및 제2 수납부(3100b)의 적어도 각 일측에는 잉여 공간부(2200a, 2200b)가 형성되어 있을 수 있다.Specifically, the receiving portion (2100) includes a first receiving portion (2100a) and a second receiving portion (2100b) formed to receive the electrode assembly by folding, and a bridge (2300) connecting the first receiving portion (2100a) and the second receiving portion (2100b) may be formed between the first receiving portion (2100a) and the second receiving portion (2100b). In addition, a surplus space portion (2200a, 2200b) may be formed on at least one side of the first receiving portion (2100a) and the second receiving portion (3100b).
그리고, 파우치 형 전지케이스의 연장 방향(x 축 방향)을 기준으로, 상기 수용 공간(2100)과 잉여 공간부(2200)의 경계를 0, 잉여 공간부(2200)의 바닥면과 측벽(2230)과 만나는 지점을 1이라 할 때, 상기 돌기는 0.5 이하의 지점에 위치하는 것이 바람직하다.And, based on the extension direction (x-axis direction) of the pouch-shaped battery case, when the boundary between the receiving space (2100) and the surplus space portion (2200) is 0, and the point where the bottom surface of the surplus space portion (2200) meets the side wall (2230) is 1, it is preferable that the protrusion be located at a point of 0.5 or less.
돌기(2400)가, 수용 공간(2100)으로부터 멀어질수록 실링부와 가까워지므로, 돌기(2400)가 수용 공간(2100)으로부터 너무 먼 거리에 위치하는 경우, 실링 부재에 의한 실링 과정에서 형성된 폴리-볼에 의한 크랙 발생의 위험이 증가할 수 있으므로 바람직하지 않다. Since the protrusion (2400) gets closer to the sealing portion as it gets farther away from the receiving space (2100), if the protrusion (2400) is located too far away from the receiving space (2100), the risk of cracks occurring due to poly-balls formed during the sealing process by the sealing member may increase, which is not desirable.
리튬 이차전지Lithium secondary battery
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 리튬 이차전지(1)의 조립도이다.Figure 13 is an assembly diagram of a lithium secondary battery (1) according to one embodiment of the present invention.
본 발명의 일 실시예에 따른 리튬 이차전지(B)는, 전극조립체(10)가 본 발명의 파우치 형 전지케이스(1000, 2000)의 수납부 내에 내장되어 밀봉된 형태이다.A lithium secondary battery (B) according to one embodiment of the present invention is in a sealed form in which an electrode assembly (10) is built into a storage compartment of a pouch-type battery case (1000, 2000) of the present invention.
본 발명에 따른 리튬 이차전지(B)는, 파우치 형 전지케이스(1000,2000)의 수납부(1100,2100)와 가스포켓부(미도시)의 사이에 잉여 공간부(1200,2200)를 포함함에 따라, 실링 부재에 의한 실링 과정에서 형성될 수 있는 폴리-볼에 의한 크랙 발생의 위험이 감소될 수 있어 절연 성능이 개선된 효과가 있다. The lithium secondary battery (B) according to the present invention includes a surplus space (1200, 2200) between the storage portion (1100, 2100) of the pouch-type battery case (1000, 2000) and the gas pocket portion (not shown), so that the risk of cracks occurring due to poly-balls that may be formed during the sealing process by the sealing member can be reduced, thereby improving the insulating performance.
또한, 잉여 공간부(2200)의 바닥면에, 돌기(2400)가 형성된 경우에, 돌기(2400)가, 가스포켓부에 위치하던 가스가 수납부(2100)로 역류하는 것을 방지하여, 가스 트랩에 의한 전지 성능의 저하를 방지하는 효과도 있다. In addition, when a protrusion (2400) is formed on the bottom surface of the surplus space portion (2200), the protrusion (2400) prevents gas located in the gas pocket portion from flowing back to the storage portion (2100), thereby preventing a decrease in battery performance due to a gas trap.
전극조립체(10)는, 전극 및 분리막을 교대로 적층하여 형성한다. 먼저 전극 활물질과 바인더, 도전재 및 용매를 혼합한 전극 슬러리를 양극 집전체 및 음극 집전체에 도포하여 양극과 음극 등의 전극들을 제조한다. 그리고 분리막(Separator)들을 전극들 사이에 적층하여 전극조립체(10)를 제조한다. 제조된 전극조립체(10)를 파우치 형 전지케이스(1000,2000)에 삽입하고 전해질 주입 후 실링함으로써, 리튬 이차전지(B)가 제조될 수 있다.The electrode assembly (10) is formed by alternately stacking electrodes and separators. First, an electrode slurry containing an electrode active material, a binder, a conductive agent, and a solvent is applied to a positive electrode current collector and a negative electrode current collector to manufacture electrodes such as a positive electrode and a negative electrode. Then, separators are stacked between the electrodes to manufacture an electrode assembly (10). A lithium secondary battery (B) can be manufactured by inserting the manufactured electrode assembly (10) into a pouch-type battery case (1000, 2000), injecting electrolyte, and then sealing.
구체적으로, 전극조립체(Electrode Assembly, 10)는 양극 및 음극 두 종류의 전극과, 상기 전극들을 상호 절연시키기 위해 전극들 사이에 개재되는 분리막을 포함한다. 이러한 전극조립체(10)는 스택형, 젤리롤형, 스택 앤 폴딩형 등이 있다. 두 종류의 전극, 즉 양극과 음극은 각각 알루미늄과 구리를 포함하는 금속 포일 또는 금속 메쉬 형태의 전극 집전체에 활물질 슬러리가 도포된 구조이다. 전극 슬러리는 통상적으로 입상의 활물질, 도전재, 바인더 및 가소제 등이 용매가 첨가된 상태에서 교반되어 형성될 수 있다. 용매는 후속 공정에서 제거된다Specifically, the electrode assembly (10) includes two types of electrodes, a positive electrode and a negative electrode, and a separator interposed between the electrodes to mutually insulate the electrodes. The electrode assembly (10) includes a stack type, a jelly roll type, a stack and folding type, etc. The two types of electrodes, i.e. the positive electrode and the negative electrode, each have a structure in which an active material slurry is applied to an electrode current collector in the form of a metal foil or metal mesh containing aluminum and copper, respectively. The electrode slurry can be formed by stirring a granular active material, a conductive material, a binder, a plasticizer, etc. while adding a solvent. The solvent is removed in a subsequent process.
전극조립체(10)는 도 13에 도시된 바와 같이, 전극 탭(Electrode Tab, 11)을 포함한다. 전극 탭(11)은 전극조립체(10)의 양극 및 음극과 각각 연결되고, 전극조립체(10)로부터 외부로 돌출되어, 전극조립체(10)의 내부와 외부 사이에 전자가 이동할 수 있는 경로가 된다. 전극조립체(10)의 전극 집전체는 전극 활물질이 도포된 부분과 전극 활물질이 도포되지 않은 말단 부분, 즉 무지부로 구성된다. 그리고 전극 탭(11)은 무지부를 재단하여 형성되거나 무지부에 별도의 도전부재를 초음파 용접 등으로 연결하여 형성될 수도 있다. 이러한 전극 탭(11)은 도 13에 도시된 바와 같이, 전극조립체(10)의 각각 다른 방향으로 돌출될 수도 있으나, 이에 제한되지 않고 일측으로부터 동일한 방향으로 나란히 돌출되는 등 다양한 방향을 향해 돌출 형성될 수도 있다.The electrode assembly (10) includes an electrode tab (11), as illustrated in FIG. 13. The electrode tab (11) is connected to the positive and negative electrodes of the electrode assembly (10), respectively, and protrudes outward from the electrode assembly (10) to serve as a path through which electrons can move between the inside and the outside of the electrode assembly (10). The electrode current collector of the electrode assembly (10) is composed of a portion where an electrode active material is applied and a terminal portion where the electrode active material is not applied, i.e., a non-coated portion. In addition, the electrode tab (11) may be formed by cutting the non-coated portion or by connecting a separate conductive member to the non-coated portion by ultrasonic welding, etc. As illustrated in FIG. 13, the electrode tab (11) may protrude in different directions from each other in the electrode assembly (10), but is not limited thereto, and may be formed to protrude in various directions, such as protruding side by side in the same direction from one side.
전극 조립체(10)의 전극 탭(11)에는 이차 전지(1)의 외부로 전기를 공급하는 전극 리드(Electrode Lead, 12)가 스팟(Spot) 용접 등으로 연결될 수 있다. 그리고, 전극 리드(12)의 일부는 절연부(14)로 주위가 포위될 수 있다. 절연부(14)는 전지케이스(1000,2000)의 상부 케이스와 하부 케이스가 열 융착되는 사이드(S)에 한정되어 위치하여, 전극 리드(12)를 전지케이스(1000,2000)에 접착시킨다. 그리고, 전극조립체(10)로부터 생성되는 전기가 전극 리드(12)를 통해 전지케이스(1000,2000)로 흐르는 것을 방지하며, 전지케이스(1000,2000)의 실링을 유지한다. 따라서, 이러한 절연부(14)는 전기가 잘 통하지 않는 비전도성을 가진 부도체로 제조된다. 일반적으로 절연부(14)로는, 전극 리드(12)에 부착하기 용이하고, 두께가 비교적 얇은 절연테이프를 많이 사용하나, 이에 제한되지 않고 전극 리드(12)를 절연할 수 있다면 다양한 부재를 사용할 수 있다.An electrode lead (12) for supplying electricity to the outside of a secondary battery (1) may be connected to an electrode tab (11) of an electrode assembly (10) by spot welding or the like. In addition, a portion of the electrode lead (12) may be surrounded by an insulating portion (14). The insulating portion (14) is positioned limited to a side (S) where the upper case and the lower case of the battery case (1000, 2000) are thermally fused, thereby bonding the electrode lead (12) to the battery case (1000, 2000). In addition, it prevents electricity generated from the electrode assembly (10) from flowing to the battery case (1000, 2000) through the electrode lead (12), and maintains the sealing of the battery case (1000, 2000). Therefore, this insulating portion (14) is made of a non-conductive material that does not conduct electricity well. In general, as the insulating part (14), an insulating tape that is easy to attach to the electrode lead (12) and has a relatively thin thickness is often used, but it is not limited thereto and various materials can be used as long as they can insulate the electrode lead (12).
전극 리드(12)는 일단이 상기 전극 탭(11)과 연결되고 타단이 상기 전지케이스(1000,2000)의 외부로 각각 돌출될 수 있다. 즉, 전극 리드(12)는 양극 탭(11-1)에 일단이 연결되고, 양극 탭(11-1)이 돌출된 방향으로 연장되는 양극 리드(12-1) 및 음극 탭(11-2)에 일단이 연결되고, 음극 탭(11-2)이 돌출된 방향으로 연장되는 음극 리드(12-2)를 포함한다. 한편, 양극 리드(12-1) 및 음극 리드(12-2)는 도 13에 도시된 바와 같이, 모두 타단이 전지 케이스(1000,2000)의 외부로 돌출된다. 그럼으로써, 전극 조립체(10)의 내부에서 생성된 전기를 외부로 공급할 수 있다. 또한, 양극 탭(11-1) 및 음극 탭(11-2)이 각각 다양한 방향을 향해 돌출 형성되므로, 양극 리드(12-1) 및 음극 리드(12-2)도 각각 다양한 방향을 향해 연장될 수 있다.The electrode lead (12) may have one end connected to the electrode tab (11) and the other end protruding outward from the battery case (1000, 2000). That is, the electrode lead (12) includes a positive lead (12-1) which has one end connected to the positive tab (11-1) and extending in the direction in which the positive tab (11-1) protrudes, and a negative lead (12-2) which has one end connected to the negative tab (11-2) and extending in the direction in which the negative tab (11-2) protrudes. Meanwhile, as illustrated in FIG. 13, the other ends of both the positive lead (12-1) and the negative lead (12-2) protrude outward from the battery case (1000, 2000). As such, electricity generated inside the electrode assembly (10) can be supplied to the outside. In addition, since the positive tab (11-1) and the negative tab (11-2) are formed to protrude in various directions, the positive lead (12-1) and the negative lead (12-2) can also extend in various directions, respectively.
양극 리드(12-1) 및 음극 리드(12-2)는 서로 그 재질이 다를 수 있다. 즉, 양극 리드(12-1)는 양극 집전체와 동일한 알루미늄(Al) 재질이며, 음극 리드(12-2)는 음극 집전체와 동일한 구리(Cu) 재질 또는 니켈(Ni)이 코팅된 구리 재질일 수 있다. 그리고 전지 케이스(1000,2000)의 외부로 돌출된 전극 리드(12)의 일부분은 단자부가 되어, 외부 단자와 전기적으로 연결된다.The positive electrode lead (12-1) and the negative electrode lead (12-2) may be made of different materials. That is, the positive electrode lead (12-1) may be made of the same aluminum (Al) material as the positive electrode collector, and the negative electrode lead (12-2) may be made of the same copper (Cu) material as the negative electrode collector or a copper material coated with nickel (Ni). In addition, a portion of the electrode lead (12) protruding outside the battery case (1000, 2000) becomes a terminal portion and is electrically connected to an external terminal.
본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위, 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 다양한 실시 형태가 가능하다. The scope of the present invention is indicated by the claims described below rather than the detailed description above, and various embodiments are possible derived from the meaning and scope of the claims and their equivalent concepts.
1: 파우치 필름
3: 실링 부재
10: 전극조립체
20, 100, 200: 파우치 필름 성형 장치
111,211: 다이
112,212: 성형 공간
113,213: 제1 단차부
115,215: 측벽
116,216: 격벽
121,221: 펀치
123,223: 제2 단차부
1000,2000: 파우치 형 전지케이스
1100,2100: 수납부
1200,2200: 잉여 공간부
1300,2300: 브릿지1: Pouch film
3: Absence of sealing
10: Electrode assembly
20, 100, 200: Pouch film forming device
111,211: Die
112,212: Plastic space
113,213: 1st step
115,215: Sidewall
116,216: Bulkhead
121,221: Punch
123,223: 2nd step
1000,2000: Pouch type battery case
1100,2100: Storage area
1200,2200: Surplus space
1300,2300: Bridge
Claims (17)
상기 성형 공간의 상방에 배치되고, 하강하여 상기 파우치 필름을 상기 성형 공간에 삽입하며 성형하는 펀치를 포함하고,
상기 다이는, 성형 공간의 바닥면과 측벽의 연결 부위에 제1 단차부가 형성되어 있고,
상기 펀치는, 상기 제1 단차부에 대응하여 맞물리는 형상의 제2 단차부가 형성된 것을 특징으로 하는 파우치 필름의 성형 장치.
A die having a pouch film positioned on the upper surface and a molding space formed inwardly from the upper surface; and
A punch is disposed above the above molding space and is lowered to insert the pouch film into the molding space and form it.
The above die has a first step formed at the connection portion between the bottom surface and the side wall of the molding space,
A pouch film forming device, characterized in that the punch has a second step portion formed in a shape that interlocks with the first step portion.
상기 다이는,
쌍을 이루는 제1,2 성형 공간을 구비하고 있으며,
상기 제1,2 성형 공간의 사이에는 격벽이 형성된 파우치 필름의 성형 장치.
In claim 1,
The above die,
It has paired 1st and 2nd molding spaces,
A pouch film forming device having a partition formed between the first and second forming spaces.
상기 제1 단차부에는, 제1 단차부의 상면으로부터 상기 펀치를 향해 돌출된 돌출부가 형성되어 있는 파우치 필름의 성형 장치.
In claim 1,
A pouch film forming device, wherein a protrusion is formed on the first step portion and protrudes from the upper surface of the first step portion toward the punch.
상기 돌출부가 제1 단차부의 상면으로부터 돌출된 길이 L1과, 제1 단차부가 다이의 상면으로부터 함몰된 깊이 L2는, 하기 조건 1을 만족하는 파우치 필름의 성형 장치.
[조건 1]
0.1L2 ≤ L1 ≤ 0.9L2
In claim 3,
A pouch film forming device wherein a length L1 of the protrusion protruding from the upper surface of the first step portion and a depth L2 of the first step portion recessed from the upper surface of the die satisfy the following condition 1.
[Condition 1]
0.1L2 ≤ L1 ≤ 0.9L2
성형 공간의 바닥면으로부터 제1 단차부와 연결되는 위치를 0, 제1 단차부의 상면이 상기 성형 공간의 측벽과 연결되는 위치를 1이라 할 때, 상기 돌출부는 0.5 이하의 지점에 위치하는 파우치 필름의 성형 장치.
In claim 3,
A pouch film forming device, wherein the protrusion is located at a point of 0.5 or less, when the position connected to the first step from the bottom surface of the forming space is 0, and the position connected to the upper surface of the first step and the side wall of the forming space is 1.
상기 펀치는, 상기 돌출부가 삽입 가능한 돌출부 수용홈을 구비한 파우치 필름의 성형 장치.
In claim 3,
The above punch is a forming device for a pouch film having a projection receiving groove into which the projection can be inserted.
상기 돌출부의 단부는, 둥근 형상인 파우치 필름의 성형 장치.
In claim 6,
The end of the above protrusion is a forming device for a pouch film having a round shape.
상기 펀치의 상면에서 제2 단차부로 연결되는 제1 엣지부는 모따기 되어 있는 형상이고,
상기 성형 공간의 바닥면과 제1 단차부가 연결되는 제2 엣지부는 직각 형상인 파우치 필름의 성형 장치.
In claim 1,
The first edge portion connected to the second step portion on the upper surface of the above punch has a chamfered shape,
A pouch film forming device in which the bottom surface of the above-mentioned forming space and the second edge portion connecting the first step portion are in a right-angled shape.
상기 제2 단차부의 상면에서 펀치의 측면으로 연결되는 제3 엣지부는 모따기 되어 있는 형상이고,
상기 제1 단차부의 상면에서, 상기 성형 공간의 측벽으로 연결되는 제4 엣지부는 직각 형상인 파우치 필름의 성형 장치.
In claim 8,
The third edge portion connected to the side of the punch from the upper surface of the second step portion is chamfered,
A pouch film forming device having a fourth edge portion connected to a side wall of the forming space on the upper surface of the first step portion and having a right-angled shape.
제1 단차부의 높이는, 상기 성형 공간의 함몰 깊이 보다 작은 것을 특징으로 하는 파우치 필름의 성형 장치.
In claim 1,
A pouch film forming device, characterized in that the height of the first step is smaller than the sunken depth of the forming space.
격벽과 연결되는 성형 공간의 측벽을 제외한 나머지 세 개의 측벽과 성형 공간의 바닥면의 연결 부위에 각각 상기 제1 단차부가 형성된 파우치 필름의 성형 장치.
In claim 2,
A pouch film forming device in which the first step portion is formed at each of the connection portions of the three side walls of the forming space, excluding the side walls of the forming space connected to the bulkhead, and the bottom surface of the forming space.
상기 수납부 바닥면의 상부에 위치하는 수용 공간과 연결되고, 파우치 필름의 평면으로부터 D2의 깊이만큼 함몰되어 있는 잉여 공간부; 를 포함하고,
상기 D2는 D1 보다 작은 파우치 형 전지케이스.
A storage portion in which an electrode assembly can be embedded by being sunken from the plane of the pouch film to a depth of D1; and
Including a surplus space portion connected to the receiving space located on the upper part of the bottom surface of the above storage portion and sunken from the plane of the pouch film by a depth of D2;
The above D2 is a pouch-type battery case smaller than D1.
상기 수납부는 폴딩에 의하여 상기 전극조립체를 수용하도록 형성된 제1 수납부 및 제2 수납부를 포함하고,
상기 제1 수납부와 제2 수납부의 사이에는 상기 제1 수납부와 제2 수납부를 연결하는 브릿지가 형성된 파우치 형 전지케이스.
In claim 12,
The above storage portion includes a first storage portion and a second storage portion formed to accommodate the electrode assembly by folding,
A pouch-type battery case having a bridge formed between the first storage section and the second storage section to connect the first storage section and the second storage section.
상기 잉여 공간부의 바닥면에는 상방을 향해 돌출된 돌기가 형성된 파우치 형 전지케이스.
In claim 12,
A pouch-shaped battery case having an upwardly protruding projection formed on the bottom surface of the above-mentioned surplus space.
상기 돌기가 잉여 공간부의 바닥면으로부터 돌출된 길이는, 잉여 공간부 깊이의 0.1배 내지 0.9배인 파우치 형 전지케이스.
In claim 14,
A pouch-shaped battery case in which the length of the protrusion protruding from the bottom surface of the excess space is 0.1 to 0.9 times the depth of the excess space.
상기 수용 공간과 잉여 공간부의 경계를 0, 잉여 공간부의 바닥면과 측벽과 만나는 지점을 1이라 할 때, 상기 돌기는 0.5 이하의 지점에 위치하는 파우치 형 전지케이스.
In claim 14,
A pouch-shaped battery case, wherein the protrusion is located at a point less than or equal to 0.5, when the boundary between the above-mentioned receiving space and the excess space is 0, and the point where the bottom surface and the side wall of the excess space meet is 1.
상기 파우치 형 전지케이스의 수납부에 내장된 전극조립체를 포함하는 리튬 이차전지.
A pouch-type battery case according to claim 12;
A lithium secondary battery including an electrode assembly built into a storage compartment of the above pouch-type battery case.
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