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KR-102961141-B1 - POUCH TYPE BATTERY CASE AND SECONDARY BATTERY INCLUDING THE SAME

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Abstract

본 발명의 실시예에 따른 파우치형 전지 케이스는, 함몰 형상을 갖는 컵부; 및 상기 컵부의 적어도 일부의 둘레에 위치한 사이드를 포함할 수 있다. 상기 컵부는, 기저면; 복수개의 둘레면; 상기 복수개의 둘레면과 상기 사이드를 연결하며 라운드지게 형성된 복수개의 다이 엣지; 및 상기 복수개의 둘레면을 서로 연결하며 라운드지게 형성된 복수개의 두께 엣지를 포함할 수 있다. 파우치형 전지 케이스는, 상기 다이 엣지의 곡률 반경을 Rd, 상기 두께 엣지의 곡률 반경을 Rt라 할 때, Rd ≤ Rt < 3*Rd 인 조건식을 만족할 수 있다.

Inventors

  • 김현범
  • 하정민
  • 김기만
  • 김대홍
  • 김신웅

Assignees

  • 주식회사 엘지에너지솔루션

Dates

Publication Date
20260506
Application Date
20221201
Priority Date
20211216

Claims (20)

  1. 함몰 형상을 갖는 컵부; 및 상기 컵부의 적어도 일부의 둘레에 위치한 사이드를 포함하고, 상기 컵부는, 기저면; 복수개의 둘레면; 상기 복수개의 둘레면과 상기 사이드를 연결하며 라운드지게 형성된 복수개의 다이 엣지; 및 상기 복수개의 둘레면을 서로 연결하며 라운드지게 형성된 복수개의 두께 엣지를 포함하며, 상기 다이 엣지의 곡률 반경을 Rd, 상기 두께 엣지의 곡률 반경을 Rt라 할 때, Rd ≤ Rt < 3*Rd 인 조건식을 만족하고, 상기 컵부의 기저면의 두께를 Tb, 상기 사이드의 두께를 Ts라 할 때, 0.8*Ts ≤ Tb ≤ 1.2*Ts 인 조건식을 만족하는 파우치 형 전지 케이스.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 컵부의 깊이를 D라 할 때, D/20 ≤ Rd ≤ D/6 인 조건식을 만족하는 파우치 형 전지 케이스.
  3. 제 1 항에 있어서, 0.3mm ≤ Rt < 3mm 인 조건식을 만족하는 파우치 형 전지 케이스.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 복수개의 두께 엣지의 곡률 반경은 서로 동일한 파우치 형 전지 케이스.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 복수개의 다이 엣지의 곡률 반경은 서로 동일한 파우치 형 전지 케이스.
  6. 제 1 항에 있어서, 0.3mm ≤ Rd ≤ 1mm 인 조건식을 만족하는 파우치 형 전지 케이스.
  7. 제 1 항에 있어서, 0.3mm ≤ Rd ≤ 0.7mm 인 조건식을 만족하는 파우치 형 전지 케이스.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 컵부는, 상기 기저면과 상기 복수개의 둘레면을 연결하며 라운드지게 형성된 복수개의 펀치 엣지를 더 포함하며, 상기 펀치 엣지의 곡률 반경을 Rp라 할 때, 0.3mm ≤ Rp ≤ 1mm 또는 Rp ≤ Rt < 3*Rp 중 적어도 하나의 조건식을 만족하는 파우치 형 전지 케이스.
  9. 제 8 항에 있어서, 0.3mm ≤ Rp ≤ 0.7mm 인 조건식을 만족하는 파우치 형 전지 케이스.
  10. 제 8 항에 있어서, 상기 컵부의 깊이를 D라 할 때, D/20 ≤ Rp ≤ D/6 인 조건식을 만족하는 파우치 형 전지 케이스.
  11. 함몰 형상을 갖는 컵부; 및 상기 컵부의 적어도 일부의 둘레에 위치한 사이드를 포함하고, 상기 컵부는, 기저면; 복수개의 둘레면; 및 상기 복수개의 둘레면과 상기 사이드를 연결하며 라운드지게 형성된 복수개의 다이 엣지를 포함하며, 상기 다이 엣지의 곡률 반경을 Rd, 상기 컵부의 깊이를 D라 할 때, D/20 ≤ Rd ≤ D/6 인 조건식을 만족하고, 상기 컵부의 기저면의 두께를 Tb, 상기 사이드의 두께를 Ts라 할 때, 0.8*Ts ≤ Tb ≤ 1.2*Ts 인 조건식을 만족하는 파우치 형 전지 케이스.
  12. 삭제
  13. 제 1 항 또는 제 11 항에 있어서, 상기 파우치형 전지 케이스를 제조하기 위한 파우치 필름의 두께를 Tf라 할 때, 0.8*Tf ≤ Tb, Ts ≤ Tf 인 조건식을 만족하는 파우치형 전지 케이스.
  14. 제 13 항에 있어서, 160μm ≤ Tf ≤ 200μm 인 조건식을 만족하는 파우치형 전지 케이스.
  15. 제 13 항에 있어서, 180μm ≤ Tf ≤ 200μm 인 조건식을 만족하는 파우치형 전지 케이스.
  16. 제 1 항 또는 제 11 항에 있어서, 상기 컵부는, 상기 기저면과 상기 복수개의 둘레면을 연결하며 라운드지게 형성된 복수개의 펀치 엣지를 더 포함하며, 상기 파우치형 전지 케이스를 제조하기 위한 파우치 필름의 두께를 Tf, 상기 컵부의 둘레면의 두께를 Tc, 상기 펀치 엣지의 두께를 Tp, 상기 다이 엣지의 두께를 Td라 할 때, 0.5*Tf ≤ Tc, Tp, Td ≤ Tf 인 조건식을 만족하는 파우치형 전지 케이스.
  17. 제 16 항에 있어서, 0.6*Tf ≤ Tc, Tp, Td ≤ Tf 인 조건식을 만족하는 파우치형 전지 케이스.
  18. 제 16 항에 있어서, Tp ≥ 0.6*Tb 인 조건식을 만족하는 파우치형 전지 케이스.
  19. 제 16 항에 있어서, Tp ≥ 0.6*Ts 인 조건식을 만족하는 파우치형 전지 케이스.
  20. 제 16 항에 있어서, Tp ≤ Tc ≤ Td 인 조건식을 만족하는 파우치형 전지 케이스.

Description

파우치형 전지 케이스 및 이를 포함하는 이차 전지{POUCH TYPE BATTERY CASE AND SECONDARY BATTERY INCLUDING THE SAME} 본 발명은 파우치 필름을 성형하여 제조되는 파우치형 전지 케이스 및 이를 포함하는 이차 전지에 관한 것이다. 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. 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 전극 조립체(Electrode Assembly)를 형성한다. 그리고 전지 케이스에 전극 조립체를 수납하고 전해질 주입 후 실링한다. 이차 전지는 전극 조립체를 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 전극 조립체를 수용한다. 그리고, 캔 형(Can Type)은 금속 또는 플라스틱 등의 재질로 제조된 케이스에 전극 조립체를 수용한다. 파우치 형 이차 전지의 케이스인 파우치는, 유연성을 가지는 파우치 필름에 프레스 가공을 수행하여, 컵 부를 형성함으로써 제조된다. 그리고, 컵 부가 형성되면, 상기 컵 부의 수용 공간에 전극 조립체를 수납하고 사이드를 실링하여 이차 전지를 제조한다. 이러한 프레스 가공 중에서 드로잉(Drawing) 성형은 프레스 장비와 같은 성형 장치에 파우치 필름을 삽입하고 펀치로 파우치 필름에 압력을 인가하여, 파우치 필름을 연신시킴으로써 수행된다. 파우치 필름은 복수의 층으로 형성되며, 그 중에 내부에 위치한 배리어층은 금속으로 제조된다. 그런데, 종래에는 이러한 배리어층의 금속이 알루미늄 합금 중에서 결정립도가 크고, 배리어층의 두께가 얇아서 성형성이 저하되는 문제가 있었다. 따라서, 파우치 필름에 컵 부를 성형할 때 컵 부의 깊이를 깊게 성형하면서 컵 부의 각 엣지들의 곡률 반경을 충분히 작게 형성하는데 한계가 있었고, 그로 인해 발생한 컵 부 내의 빈 공간에 의해 이차 전지의 부피 대비 에너지 밀도도 저하되었다. 나아가, 전체적으로 샤프한 형상으로 제조하는데 한계가 있었고, 이에 이차 전지의 외관도 미려하지 않아서 상품성도 저하되는 문제가 있었다. 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지의 조립도이다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지의 평면도이다. 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 파우치형 전지 케이스를 폴딩하는 모습을 나타낸 개략도이다. 도 4는 도 2의 A-A'에 대한 단면도이다. 도 5는 도 2의 B-B'에 대한 단면도이다. 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 파우치형 전지 케이스를 성형하는 성형 장치의 개략도이다. 도 7은 도 6에 도시된 파우치 필름의 단면도이다. 도 8은 합금번호 AA8079인 알루미늄 합금과 합금번호 AA8021인 알루미늄 합금의 철 및 실리콘 함량을 나타낸 그래프이다. 도 9는 합금번호 AA8079인 알루미늄 합금과 합금번호 AA8021인 알루미늄 합금의 철 함량에 따른 인장강도, 연신율 및 결정립도의 변화를 나타내는 그래프이다. 도 10은 합금번호 AA8079인 알루미늄 합금과 합금번호 AA8021인 알루미늄 합금의 결정립을 확대한 SEM 이미지이다. 도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 파우치형 전지 케이스를 폴딩하는 모습을 나타낸 개략도이다. 도 12는 본 발명의 다른 실시예에 따른 파우치형 전지 케이스가 폴딩된 모습을 나타낸 개략도이다. 이하에서는 첨부의 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 이하의 실시예에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분 또는 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 관련 공지 기술에 대한 상세한 설명은 생략하였으며, 본 명세서에서 각 도면의 구성요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서는, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일 또는 유사한 참조 부호를 붙이도록 한다 또한, 본 명세서 및 특허청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정하여 해석되어서는 안되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지의 조립도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지의 평면도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 파우치형 전지 케이스를 폴딩하는 모습을 나타낸 개략도이고, 도 4는 도 2의 A-A'에 대한 단면도이고, 도 5는 도 2의 B-B'에 대한 단면도이다. 본 발명에 따른 이차 전지(1)는, 전극 조립체(10) 및 상기 전극 조립체(10)를 수용하는 파우치형 전지 케이스(20)(이하, '전지 케이스')를 포함할 수 있다. 전극 조립체(10)는 전장과 전폭을 곱한 면적이 15,000mm2 내지 100,000 mm2 일 수 있다. 특히, 전극 조립체(10)의 전폭은 60mm 이상일 수 있다. 또한, 전극 조립체(10)는, 적층 방향에 대해 6mm 내지 20mm의 두께를 가질 수 있다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체(10)는 일반적인 소형 전지와 비교하여 큰 전지 용량을 제공할 수 있다. 전극 조립체(10)는 복수개의 전극(12)의 사이에 분리막(11)이 개재되어 형성될 수 있다. 예를 들어, 복수개의 전극(12)과 분리막(11)이 번갈아 적층된 단순 스택(stack) 타입이거나, 전극(12)과 분리막(11)이 라미네이션된 단위 셀이 적층되는 라미네이션 앤 스택(Lamination & Stack) 타입일 수 있다. 다만 이에 한정되는 것은 아니며, 전극 조립체(10)는, 전극 시트와 분리막 시트가 함께 권취되는 젤리-롤(Jelly-roll) 타입, 단위셀이 적층된 분리막 시트가 폴딩되는 스택 앤 폴딩(Stack & Folding) 타입, 복수개의 전극이 적층된 분리막 시트가 지그재그로 폴딩되는 z-폴딩(z-Folding) 타입 중 어느 하나일 수도 있다. 전극(12)은 금속 포일 또는 금속 메쉬 형태의 전극 집전체에 활물질 슬러리가 도포되어 형성될 수 있다. 양극(13)의 경우 상기 전극 집전체는 알루미늄 재질을 포함할 수 있다. 음극(14)의 경우 상기 전극 집전체는 구리 재질을 포함할 수 있다. 전극 조립체(10)에는 전극 탭(15)이 구비될 수 있다. 전극 탭(15)은 전극 조립체(10)의 전극(12)과 연결되고, 전극 조립체(10)로부터 외부로 돌출되어, 전극 조립체(10)의 내부와 외부 사이에 전자가 이동할 수 있는 경로가 된다. 복수개의 전극(12) 중 양극에 연결된 복수개의 전극 탭(15)과 음극에 연결된 복수개의 전극 탭(15)은 전극 조립체(10)에 대해 서로 다른 방향으로 돌출될 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니며, 양극에 연결된 복수개의 전극 탭(15)과 음극에 연결된 복수개의 전극 탭(15)이 전극 조립체(10)에 대해 동일한 방향으로 나란하게 돌출되는 것도 가능하다. 복수개의 전극 탭(15)에는 이차 전지(1)의 외부로 전기를 공급하는 전극 리드(16)가 스팟(Spot) 용접 등으로 연결될 수 있다. 전극 리드(16)는 일단이 복수개의 전극 탭(15)과 연결되고 타단이 상기 전지 케이스(20)의 외부로 돌출될 수 있다. 전극 리드(16)의 일부는 절연부(17)로 주위가 포위될 수 있다. 예를 들어, 절연부(17)는 절연 테이프를 포함할 수 있다. 상기 절연부(17)는 전지 케이스(20)의 후술할 한 쌍의 사이드(29)의 사이에 위치할 수 있고, 이러한 상태에서 한 쌍의 사이드(29)는 서로 열 융착될 수 있다. 이 경우, 상태에서 한 쌍의 사이드(29)의 일부는 절연부(17)와 열 융착될 수 있다. 따라서, 절연부(17)는 전극 조립체(10)로부터 생성되는 전기가 전극 리드(16)를 통해 전지 케이스(20)로 흐르는 것을 방지하며, 전지 케이스(20)의 실링을 유지시킬 수 있다. 한편, 전지 케이스(20)는, 폴딩부(30)로 연결된 한 쌍의 케이스(21)가 서로 실링되어 형성될 수 있다. 이하에서 설명하는 각 케이스(21)의 구성은, 전지 케이스(20)를 전개한 상태를 기준으로 설명한다. 상기 '전지 케이스(20)를 전개한 상태'는, 전지 케이스(20)에 존재하던 소정의 접착이나 실링을 해제함으로써 전지 케이스(20)를 펼친 상태를 의미한다. 전지 케이스(20)는, 전극 조립체(10)를 수용하는 컵부(22)와, 컵부(22)의 적어도 일부의 둘레에 위치한 사이드(29)를 포함할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 케이스(20)의 경우, 각 케이스(21)는, 만입된 형상을 갖는 컵부(22)와, 컵부(22)의 둘레에 위치한 사이드(29)를 포함할 수 있다. 사이드(29)는 테라스로 명명될 수도 있다. 컵부(22)는 사이드(29)로부터 소정의 깊이만큼 만입되어 만입 공간(S1)을 형성할 수 있다. 한 쌍의 케이스(21)의 컵부(22)는 폴딩부(30)로 서로 연결될 수 있다. 즉, 폴딩부(30)는 한 쌍의 컵부(22)의 사이에 위치할 수 있으며, 전지 케이스(20)가 전개된 상태에서 폴딩부(30)는 브릿지로 명명될 수 있다. 폴딩부(30)는 전지 케이스(20)의 길이 방향과 나란하게 연장될 수 있다. 어느 하나의 컵부(22)의 만입 공간(S1)에 전극 조립체(10)