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KR20230018788A - 이차전지 및 배터리모듈 - Google Patents

이차전지 및 배터리모듈 Download PDF

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KR20230018788A
KR20230018788A KR1020210100718A KR20210100718A KR20230018788A KR 20230018788 A KR20230018788 A KR 20230018788A KR 1020210100718 A KR1020210100718 A KR 1020210100718A KR 20210100718 A KR20210100718 A KR 20210100718A KR 20230018788 A KR20230018788 A KR 20230018788A
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KR
South Korea
Prior art keywords
plate
secondary battery
electrode assembly
pouch film
film
Prior art date
Application number
KR1020210100718A
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English (en)
Inventor
이종혁
조윤지
황창묵
Original Assignee
에스케이온 주식회사
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
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Priority to US17/871,350 priority patent/US20230031170A1/en
Priority to EP22187666.7A priority patent/EP4125150A1/en
Priority to CN202210905877.XA priority patent/CN115692955A/zh
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Abstract

본 발명의 일실시예에 따르면, 전극조립체, 상기 전극조립체의 양측에 배치되는 플레이트, 상기 플레이트에 결합되어 상기 전극조립체를 수용하는 파우치필름을 포함하는, 이차전지를 제공한다. 본 발명의 일실시예에 따른 이차전지는 파우치필름으로 플레이트의 외곽을 실링하여 전극조립체를 수납하므로, 파우치필름을 포밍하는 과정에서 컵을 형성하지 않을 수 있다. 그러므로, 파우치필름에 수납되는 전극조립체의 두께에 제한이 없어서 부피대비 에너지밀도가 증가되는 효과가 있다.

Description

이차전지 및 배터리모듈{Secondary battery and battery module}
본 발명은 이차전지 및 배터리모듈에 관한 것이다.
휴대용 전자기기, 전기자동차 등 배터리를 필요로 하는 수요가 증가함에 따라, 다양한 구조의 이차전지가 개발되고 있다. 이차전지의 양극/분리막/음극을 포함하는 전지조립체를 수납하는 케이싱 방식에 따라, 파우치형, 각형, 원통형 등의 방식이 있다. 파우치형 이차전지는 알루미늄 시트와 합성수지로 이루어지는 파우치 필름으로 전지조립체를 감싸고 파우치 필름의 외곽을 열융착 등의 방법으로 실링하여 제조된다. 파우치필름에는 전극조립체를 수용할 수 있도록 포밍(forming) 공정을 통해 컵 모양의 공간이 형성된다. 포밍 공정에서 금형을 이용하여 파우치필름을 눌러서 컵 모양의 공간을 형성하는데, 컵 모양 공간의 꼭지점 부분은 파우치필름이 늘어나면서 두께가 얇아지거나 크랙이 발생할 수 있다. 포밍 공정을 통해 형성되는 컵의 형태는 파우치필름의 연신율 등의 요소에 의해 제한되므로, 하나의 파우치형 이차전지에 수납될 수 있는 전지조립체의 부피에 한계가 있다. 그리고 파우치필름이 서로 마주보며 실링된 부분은 파우치형 이차전지의 외측으로 돌출되기 때문에 공간활용이 어렵고 공간대비 에너지밀도를 저하시키며 열전도율을 저하시킬 수 있다.
KR 10-1623106 B1
본 발명의 일실시예에 따른 목적은, 전극조립체의 양측면에 플레이트를 배치하고 파우치필름으로 플레이트의 외곽을 실링하여 전극조립체를 수납하는 구조의 이차전지 및 배터리모듈을 제공하는 것이다.
본 발명의 일실시예에 따른 이차전지는, 전극조립체, 상기 전극조립체의 양측에 배치되는 플레이트, 및 상기 플레이트에 결합되어 상기 전극조립체를 수용하는 파우치필름을 포함할 수 있다.
또한, 상기 플레이트는 상기 전극조립체의 전극탭이 배치되는 방향에 경사부가 형성될 수 있다.
또한, 상기 플레이트는 모서리가 라운드로 형성될 수 있다.
또한, 상기 경사부는 상기 전극조립체의 전극탭을 향하여 상기 플레이트의 가운데가 돌출되도록 양변에 경사가 형성되거나, 상기 전극조립체의 전극탭을 향하여 상기 플레이트의 일측이 돌출되도록 경사가 형성될 수 있다.
또한, 상기 플레이트는 금속, 합금, 폴리머, 합성수지, 세라믹 중의 어느 하나를 포함하는 재질로 형성될 수 있다.
또한, 상기 플레이트는 금속으로 형성될 수 있다.
또한, 상기 플레이트는 상기 파우치필름과 접하는 면에 상기 파우치필름의 내측코팅과 동일한 재질로 코팅층이 형성될 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 이차전지는, 상기 플레이트에 형성되어 전해액이 주입되는 전해액 주입구를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 이차전지는, 상기 플레이트에 형성되어 가스가 배출되는 가스 배출구를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 이차전지는, 상기 플레이트에 형성되어 내부에 냉각용 또는 가열용 유체가 흐르는 유로를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 플레이트는 상기 전극조립체를 향하는 면의 반대면에 돌출부가 형성될 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 배터리모듈은, 전극조립체와 상기 전극조립체의 양측에 배치되는 플레이트, 및 상기 플레이트에 결합되어 상기 전극조립체를 수용하는 파우치필름을 포함하며, 일방향을 따라 적층되는 복수의 이차전지를 포함하는 배터리모듈에 있어서, 상기 이차전지는 상기 플레이트가 상하 방향으로 배치되고, 상기 전극조립체의 전극탭은 상기 상하 방향과 교차되는 방향으로 배치될 수 있다.
또한, 상기 플레이트는 상기 일방향을 따라 관통하는 하나 이상의 제1 홀이 형성될 수 있다.
또한, 상기 파우치필름은 상기 제1 홀에 대응하는 위치에 제2 홀이 형성될 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 배터리모듈은, 상기 플레이트의 제1 홀과 상기 파우치필름의 제2 홀을 관통하여 상기 복수의 이차전지를 고정하는 로드를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 로드는 내부에 냉각 유체가 흐르는 유로가 형성된 파이프일 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 배터리모듈은, 상기 플레이트에 접촉하도록 배치되는 히트싱크를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 특징 및 이점들은 첨부도면에 의거한 다음의 상세한 설명으로 더욱 명백해질 것이다.
이에 앞서 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이고 사전적인 의미로 해석되어서는 아니 되며, 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 파우치필름을 포밍하는 과정에서 꼭지점을 형성하지 않으므로, 파우치필름이 늘어나는 부분의 스트레스를 최소화할 수 있고, 배터리의 안전성이 향상되는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따르면, 파우치필름을 포밍하는 과정에서 컵을 형성하지 않으므로 전극조립체의 두께 증가에 제한이 없어서 부피대비 에너지밀도가 증가되는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따르면, 플레이트를 이용하여 냉각 또는 가열을 수행할 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따르면, 기존의 파우치형 이차전지 생산공정의 대부분을 그대로 이용할 수 있으므로 공정 설비 개선에 필요한 비용이 적게 소모된다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 전극탭이 양측에 배치된 이차전지를 나타내는 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 전극탭이 양측에 배치된 이차전지의 분해사시도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 전극탭이 일측에 배치된 이차전지를 나타내는 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 전극탭이 일측에 배치된 이차전지의 분해사시도이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 고용량 이차전지를 나타내는 사시도이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 이차전지의 좌측 또는 우측에서 전극탭이 배치된 부분을 바라본 측면도이다.
도 7은 도 1의 A-A'에 따른 단면도이다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 일측 파우치필름만 포밍된 이차전지를 나타내는 사시도이다.
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 플레이트에 경사부가 형성된 이차전지를 나타내는 도면이다.
도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 플레이트의 모서리가 곡선으로 형성된 이차전지를 나타내는 도면이다.
도 11은 본 발명의 일실시예에 따른 플레이트에 유로, 전해액 주입구, 가스 배출구가 형성된 이차전지를 나타내는 도면이다
도 12는 본 발명의 일실시예에 따른 배터리모듈을 나타내는 도면이다.
도 13은 본 발명의 일실시예에 따른 플레이트에 돌출부 및 오목부가 형성된 이차전지 및 배터리모듈을 나타내는 도면이다.
도 14는 본 발명의 일실시예에 따른 관통홀이 형성된 이차전지 및 배터리모듈을 나타내는 도면이다.
도 15는 본 발명의 일실시예에 따른 이차전지의 제조방법을 나타낸 도면이다.
본 발명의 일실시예의 목적, 장점, 및 특징들은 첨부된 도면들과 연관되는 이하의 일실시예의 설명들에 의해 더욱 명백해질 것이다. 본 명세서에서 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 번호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다. 본 명세서에서 "일면", "타면", "제1", "제2" 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위해 사용되는 것으로, 구성요소가 상기 용어들에 의해 제한되는 것은 아니다. 이하, 본 발명의 일실시예를 설명함에 있어서, 본 발명의 일실시예의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 관련된 공지 기술에 대한 상세한 설명은 생략한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명의 일실시예를 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 전극탭(14)이 양측에 배치된 이차전지(1)를 나타내는 사시도이다. 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 전극탭(14)이 양측에 배치된 이차전지(1)의 분해사시도이다. 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 전극탭(14)이 일측에 배치된 이차전지(1)를 나타내는 사시도이다. 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 전극탭(14)이 일측에 배치된 이차전지(1)의 분해사시도이다.
도 1, 도 2, 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 이차전지(1)는 전극조립체(10), 전극조립체(10)의 양측에 배치되는 플레이트(20), 및 플레이트(20)에 결합되어 상기 전극조립체(10)를 수용하는 파우치필름(30)을 포함할 수 있다.
전극조립체(10)는 음극재(13), 분리막(12), 양극재(11), 전극탭(14)을 포함한다. 전극탭(14)은 음극탭(14n)과 양극탭(14p)을 포함한다. 전극조립체(10)는 복수의 음극재(13), 분리막(12), 양극재(11)가 반복하여 적층 형성될 수 있다. 전극조립체(10)는 스태킹 또는 와인딩 방식으로 형성될 수 있다.
양극재(11)는 리튬인산철(LFP), 니켈코발트알루미늄(NCA), 니켈코발트망간(NCM), 리튬코발트옥사이드(LCO), 리튬망간옥사이드(LMO) 등의 양극활물질을 포함할 수 있고, 장래 개발되는 새로운 양극재(11)를 포함할 수 있다. 음극재(13)는 흑연(Graphite), 금속산화물(metal Oxide), 실리콘옥사이드(Silicon Oxide), 탄소(Carbon), 탄소나노튜브(CNT) 등을 포함할 수 있고, 장래 개발되는 새로운 음극재(13)를 포함할 수 있다. 분리막(12)은 PE(PolyEthylene), PP(PolyPropylene) 등의 폴리올레핀계 물질 등을 포함할 수 있고, 장래 개발되는 새로운 재료 및 구조의 분리막(12)을 포함할 수 있다.
전극탭(14)은 양극탭(14p) 및 음극탭(14n)을 포함한다. 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 양극탭(14p)은 이차전지(1)의 일측(one side)에 배치되고 음극탭(14n)은 이차전지(1)의 반대측(opposite side)에 배치될 수 있다. 또는, 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 양극탭(14p)과 음극탭(14n)은 이차전지(1)의 일측에 함께 배치될 수 있다. 본 발명의 일실시예에 따른 이차전지(1)는 전극탭(14)이 일측에 모두 배치되는 구조 및 양극탭(14p)과 음극탭(14n)이 양측(both side)에 분리되어 배치되는 구조에 적용될 수 있다. 본 명세서에서 양측(both side)은 서로 반대되는 일측과 반대측을 함께 표현하는 의미이다.
플레이트(20)는 전체적으로 판형으로 형성된다. 플레이트(20)의 길이와 높이는 전극조립체(10)의 길이와 높이에 대응하도록 결정될 수 있다. 플레이트(20)의 두께는 파우치필름(30)과 플레이트(20)가 결합하기 위해 필요한 정도의 두께로 결정될 수 있다. 플레이트(20)는 제1 플레이트(20L) 및 제2 플레이트(20R)를 포함할 수 있다.
전극조립체(10)의 적층방향이 상하측(upper side(u-s) and down side(d-s))이고 양극탭(14p)과 음극탭(14n)이 배치되는 방향이 전후측(front side(F-s) and back side(B-s))이라고 할 때, 전극조립체(10)의 좌우측(lefr side(L-s) and right side(R-s))에 제1 플레이트(20L) 및 제2 플레이트(20R)가 배치될 수 있다. 상측(u-s), 하측(d-s), 전측(F-s), 후측(B-s), 좌측(L-s), 우측(R-s)은 이차전지(1)를 기준으로 하는 방향으로 정의한다.
달리 표현하면, 플레이트(20)는 전극탭(14)이 배치되지 않은 전극조립체(10)의 양측에 하나씩 배치될 수 있다. 전측(F-s)과 후측(B-s)에 음극탭(14n)과 양극탭(14p)이 각각 배치되는 구조와, 일측(예를 들어, 전측(F-s))에 음극탭(14n)과 양극탭(14p)이 함께 배치되는 구조에서 공통적으로, 플레이트(20)는 전극조립체(10)의 적층방향에 수직이고 전극탭(14)이 배치되는 방향에 수직인 양측(L-s, R-s)에 하나씩 배치될 수 있다. 즉, 제1 플레이트(20L)는 전극조립체의 좌측에, 제2 플레이트(20R)는 전극조립체의 우측에 배치될 수 있다.
도 1 및 도 2에 도시된 파우치필름(30)은 전극조립체(10)의 상측(u-s)을 커버하는 제1 파우치필름(30u), 전극조립체(10)의 하측(d-s)을 커버하는 제2 파우치필름(30d)을 포함할 수 있다. 양극탭(14p)과 음극탭(14n)이 각각 전후측(F-s, B-s)으로 배치된 경우, 파우치필름(30)은 두장으로 형성될 수 있다.
제1 파우치필름(30u)과 제2 파우치필름(30d)은 전극조립체(10)와, 전극조립체(10)의 양측(예를 들어 좌우측(L-s, R-s))에 배치된 한 쌍의 플레이트(20)를 커버하기 위하여 포밍될 수 있다. 포밍은 플레이트(20)의 형상과 전극탭(14)의 배치 및 형상에 대응하도록 수행될 수 있다.
도 1 및 2에 도시된 바와 같이 플레이트(20)가 직사각형이고 전극탭(14)이 전면과 후면의 중앙(center)에 배치된 경우, 제1 파우치필름(30u)은 플레이트(20)의 상면(20a)에 대응하는 제1 필름부(F1), 플레이트(20)의 전면(20c)의 일부에 대응하고 제1 필름부(F1)의 전측(F-s)에 연결되는 제2 필름부(F2), 플레이트(20)의 후면(20d)의 일부에 대응하고 제1 필름부(F1)의 후측(B-s)에 연결되는 제3 필름부(F3), 제2 필름부(F2)의 전측(F-s)에 연결되는 제4 필름부(F4), 제3 필름부(F3)의 후측(B-s)에 연결되는 제5 필름부(F5)로 구분되도록, 제1 필름부(F1)와 제2 필름부(F2) 사이의 제1 절곡부(curved point, CP1), 제1 필름부(F1)와 제3 필름부(F3) 사이의 제2 절곡부(CP2), 제3 필름부(F3)와 제4 필름부(F4) 사이의 제3 절곡부(CP3), 제3 필름부(F3)와 제5 필름부(F5) 사이의 제4 절곡부(CP4)를 형성하는 포밍이 수행될 수 있다.
제1 파우치필름(30u)에 대응하도록, 제2 파우치필름(30d)은 플레이트(20)의 하면(20b)에 대응하는 제6 필름부(F6), 플레이트(20)의 전면(20c)의 일부에 대응하고 제6 필름부(F6)의 전측(F-s)에 연결되는 제7 필름부(F7), 플레이트(20)의 후면(20d)의 일부에 대응하고 제6 필름부(F6)의 후측(B-s)에 연결되는 제8 필름부(F8), 제7 필름부(F7)의 전측(F-s)에 연결되는 제9 필름부(F9), 제8 필름부(F8)의 후측(B-s)에 연결되는 제10 필름부(F10)로 구분되도록, 제6 필름부(F6)와 제7 필름부(F7) 사이의 제5 절곡부(CP5), 제6 필름부(F6)와 제8 필름부(F8) 사이의 제6 절곡부(CP6), 제7 필름부(F7)와 제9 필름부(F9) 사이의 제7 절곡부(CP7), 제8 필름부(F8)와 제10 필름부(F10) 사이의 제8 절곡부(CP8)를 형성하는 포밍이 수행될 수 있다.
도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이 양극탭(14p)과 음극탭(14n)이 일측에 배치된 경우, 파우치필름(30)은 한장으로 형성될 수 있다.
파우치필름(30)은 전극조립체(10)와, 전극조립체(10)의 양측(예를 들어, 좌우측)에 배치된 한 쌍의 플레이트(20)를 커버하기 위하여 포밍될 수 있다. 한장의 파우치필름(30)은 한 쌍의 플레이트(20)의 상하전후면(20a, 20b, 20c, 20d)을 감싸도록 포밍될 수 있다. 포밍은 파우치필름(30)이 플레이트(20)의 형상과 전극탭(14)의 배치 및 형상에 대응하도록 수행될 수 있다.
도 3 및 4에 도시된 바와 같이 플레이트(20)가 직사각형이고 전극탭(14)이 전면의 중앙(center)에 배치된 경우, 파우치필름(30)은 플레이트(20)의 상면(20a)에 대응하는 제11 필름부(F11), 플레이트(20)의 전면(20c)의 일부에 대응하고 제11 필름부(F11)의 전측(F-s)에 연결되는 제12 필름부(F12), 플레이트(20)의 후면(20d)에 대응하고 제11 필름부(F11)의 후측(B-s)에 연결되는 제13 필름부(F13), 플레이트(20)의 하면(20b)에 대응하고 제13 필름부(F13)의 후측(B-s)에 연결되는 제14 필름부(F14), 플레이트(20)의 전면(20c)의 일부에 대응하고 제14 필름부(F14)의 후측(B-s)에 연결되는 제15 필름부(F15), 제12 필름부(F12)의 전측(F-s)에 연결되는 제16 필름부(F16), 제15 필름부(F15)의 후측(B-s)에 연결되는 제17 필름부(F17)로 구분되도록, 제11 필름부(F11)와 제12 필름부(F12) 사이의 제11 절곡부(curved point, CP11), 제11 필름부(F11)와 제13 필름부(F3) 사이의 제12 절곡부(CP12), 제12 필름부(F12)와 제16 필름부(F16) 사이의 제13 절곡부(CP13), 제13 필름부(F13)와 제14 필름부(F14) 사이의 제14 절곡부(CP14), 제14 필름부(F14)와 제15 필름부(F15) 사이의 제15 절곡부(CP15), 제15 필름부(F15)와 제17 필름부(F17) 사이의 제16 절곡부(CP16)를 형성하는 포밍이 수행될 수 있다.
도 1, 도 2에 도시된 이차전지(1)와 도 3, 도 4에 도시된 이차전지(1)는 공통적으로 파우치필름(30)의 포밍 과정에서 파우치필름(30)의 3면이 맞닿는 꼭지점이 생성되지 않고, 파우치필름(30)의 2면이 맞닿는 모서리만 생성된다.
종래, 파우치필름(30)을 포밍하여 전극조립체(10)를 수용하는 컵을 형성하는 경우, 파우치필름(30)의 3면이 형성하는 컵의 꼭지점 부분에는 많은 힘이 집중되고 파우치필름(30)의 연성 한계에 도달하여 크랙이 발생할 가능성이 있다. 그리고, 파우치필름(30)에 컵을 깊게 형성할수록 컵의 꼭지점 부분이 많이 늘어나고 크랙 발생 가능성이 증가하므로, 컵에 수용되는 전극조립체(10)의 높이에 한계가 있다.
이에 비하여, 본 발명의 일실시예는 포밍시에 파우치필름(30)의 2면이 접하는 모서리(즉, 절곡부)를 형성한다. 본 발명의 일실시예는 포밍시에 파우치필름(30)의 3면이 접하는 꼭지점을 형성하지 않는다. 따라서 본 발명의 일실시예에 따르면 포밍 과정에서 파우치필름(30)이 연성 한계에 도달하지 않으므로 파우치필름(30)에 크랙이 발생하지 않는다.
그리고, 본 발명의 일실시예는 전극조립체(10)의 높이가 높더라도 플레이트(20)와 파우치필름(30)으로 전극조립체(10)를 수용할 수 있다. 전극조립체(10)의 높이에 대응하는 높이로 플레이트(20)를 형성하고, 플레이트(20)의 높이에 대응하는 위치에 절곡부가 위치하도록 파우치필름(30)을 포밍하고, 높이가 높은 전극조립체(10)를 내부에 수용하도록 플레이트(20)와 파우치필름(30)이 결합될 수 있다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 고용량 이차전지(1)를 나타내는 사시도이다.
도 5에 도시된 바와 같이 본 발명의 일실시예에 따른 이차전지(1)는 음극재(13), 분리막(12), 양극재(11)가 많이 적층되어 높이가 높은 전극조립체(10)를 수용할 수 있다. 도 1 및 도 2에 도시된 본 발명의 일실시예에 따른 이차전지(1)와 비교하면, 도 5에 도시된 이차전지(1)의 플레이트(20)의 높이(H)가 더 높고, 제1 파우치필름(30u)의 제1 절곡부(CP1)와 제3절곡부(CP3) 사이의 거리와 제2 절곡부(CP2)와 제4 절곡부(CP4) 사이의 거리가 더 멀고, 제2 파우치필름(30d)의 제5 절곡부(CP5)와 제7 절곡부(CP7) 사이의 거리와 제6 절곡부(CP6)와 제8 절곡부(CP8) 사이의 거리가 더 멀다. 도 5에 도시된 바와 같이 플레이트(20)의 높이(H)를 증가시키고, 파우치필름(30)의 절곡부의 위치를 변화하더라도, 포밍 과정에서 파우치필름(30)의 절곡부에 더 많은 스트레스가 집중되지 않으므로 크랙 등이 발생하지 않는다. 스트레스가 집중되지 않는 이유는 포밍시 동일한 길이의 파우치필름(30)을 늘리는 것이 아니고, 포밍시 더 긴 파우치필름(30)을 이용하여 파우치필름(30)을 절곡하는 위치가 달라질 뿐이기 때문이다. 그러므로 전극조립체(10)의 높이에 대응하는 이차전지(1)를 제조할 수 있다. 즉, 본 발명의 일실시예에 따르면 플레이트(20)와 파우치필름(30)에 수용되는 전극조립체(10)의 높이에 한계가 없다. 이는 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이 전극탭(14)이 일측에만 배치되는 이차전지(1)에도 동일하게 적용될 수 있다. 플레이트(20)의 높이를 전극조립체(10)의 높이에 대응하도록 형성하고, 더 긴 파우치필름(30)을 이용하여 포밍을 수행하고, 전극조립체(10)를 수납하도록 플레이트(20)와 파우치필름(30)을 결합할 수 있다.
위에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따르면 이차전지(1)에 수납되는 전극조립체(10)의 크기에 한계가 없으므로 이차전지(1)를 크게 제조할 수 있다. 크기가 작은 이차전지(1)를 다수개 이용하는 것과 비교할 때, 본 발명의 일실시예에 따라 크기가 큰 이차전지(1)를 이용하는 것이 부피 대비 전력밀도가 높다.
종래, 이차전지는 파우치필름이 실링되어 형성되는 테라스부(미도시)가 전후좌우측(F-s, B-s, L-s, R-s)으로 돌출되는 구조를 갖는다. 돌출된 테라스부는 배터리모듈을 형성할 때 공간의 비효율을 초래하고, 테라스부를 통한 열전달이 어려워 이차전지의 냉각 또는 가열의 비효율을 초래한다.
이에 비하여, 본 발명의 일실시예에 따른 이차전지(1)는 전극탭(14)이 배치되는 전후측(F-s, B-s) 또는 일측(예를 들어, 전측(F-s))에만 파우치필름(30)이 실링되어 형성되는 테라스부가 존재한다. 이차전지(1)의 좌우측(L-s, R-s)에는 플레이트(20)가 배치되고, 플레이트(20)와 파우치필름(30)이 실링되는 부분은 돌출되지 않는다. 따라서 이차전지(1)가 패키징되어 배터리모듈(100)을 형성할 때 공간효율이 향상된다.
종래, 이차전지는 파우치필름만을 이용하여 전극조립체를 감싸는 구조이므로 높이가 정확히 고정되어 있지 않다. 그리고, 이차전지의 사용 과정에서 가스 등이 발생하는 경우 파우치가 팽창하여 전체적인 형상이 달라지는 문제가 있었다.
이에 비하여, 본 발명의 일실시예에 따른 이차전지(1)는 양측면에 배치된 플레이트(20)가 견고하게 형태를 유지하므로, 이차전지(1)의 높이가 균일하게 제조될 수 있다. 따라서 배터리모듈(100)을 형성하는 과정에서 이차전지(1)의 핸들링이 쉽다. 그리고, 이차전지(1)의 사용 과정에서 가스 등이 발생하더라도 플레이트(20)가 파우치필름(30)을 고정하기 때문에 팽창에 의한 형태 변형이 적다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 이차전지(1)의 좌측(L-s) 또는 우측(R-s)에서 전극탭(14)이 배치된 부분을 바라본 측면도이다. 도 1과 도 3에 도시된 이차전지(1)를 좌측(L-s) 또는 우측(R-s)에서 바라보면 도 6과 같이 도시될 수 있다. 도 7은 도 1의 A-A'에 따른 단면도이다.
플레이트(20)는 상면(20a)과 전면(20c)이 이루는 각이 수직(90도)으로 형성될 수 있다.
플레이트(20)는 금속, 합금, 폴리머, 합성수지, 세라믹 중의 어느 하나를 포함하는 재질로 형성될 수 있다. 파우치필름(30)은 내측코팅(31), 금속시트(32), 외측코팅(33)을 포함할 수 있다. 파우치필름(30)은 내측코팅(31)이 플레이트(20)에 접촉하는 방향으로 플레이트(20)에 결합될 수 있다.
파우치필름(30)과 접하는 플레이트(20)의 면에는 코팅층(21)이 형성될 수 있다. 구체적으로, 코팅층(21)은 플레이트(20)의 상면(20a), 하면(20b), 전면(20c), 후면(20d)에 형성될 수 있다. 플레이트(20)의 하면(20b)에 형성된 코팅층(21)은 도 6의 확대도에 도시되며, 플레이트(20)의 상면(20a), 전면(20c), 후면(20d)에도 도 6의 확대도에 도시된 바와 같이 코팅층(21)이 형성될 수 있다. 코팅층(21)은 파우치필름(30)의 내측코팅(31)과 동일한 재질로 형성될 수 있다. 플레이트(20)에 형성되는 코팅층(21)은 플레이트(20)가 파우치필름(30)에 결합되기 위하여 형성된다. 열융착 방식으로 플레이트(20)와 파우치필름(30)을 결합시킬 때, 플레이트(20)의 코팅층(21)과 파우치필름(30)의 내측코팅(31)이 결합될 수 있다.
플레이트(20)는 전기전도성을 갖는 재질로 형성될 수 있다. 예를 들어, 플레이트(20)는 금속으로 형성될 수도 있다. 금속으로 형성된 플레이트(20)는 이차전지(1)가 생성하는 열을 외부로 더 빨리 전달하여 이차전지(1)를 더 쉽게 냉각할 수 있고, 외부에서 이차전지(1)로 열을 더 빨리 전달하여 이차전지(1)를 더 쉽게 가열할 수 있다. 그러나 금속으로 형성된 플레이트(20)가 전극조립체(10)와 접촉하는 경우 파손 위험이 존재하므로, 제1 플레이트(20L) 및 제2 플레이트(20R)가 서로 마주보는 면(20f)(즉, 전극조립체(10)를 향한 면)에 코팅층(21)이 더 형성될 수 있다. 플레이트(20)가 전극조립체(10)를 향한 면(20f)에 형성되는 코팅층(21)은 전기절연성을 갖는 재질(예를 들어, 파우치필름(30)의 내측코팅(31)과 동일한 재질)로 형성될 수 있다. 플레이트(20)가 전극조립체(10)를 향한 면(20f)에 형성되는 코팅층(21)은 플레이트(20)와 전해액(15)의 접촉을 방지할 수 있다.
플레이트(20)의 폭은 파우치필름(30)과 결합되어 충분한 실링 성능을 가질 수 있을 정도의 폭으로 결정될 수 있다. 플레이트(20)의 폭은 실링 공정 조건이나, 파우치필름(30)의 스펙, 코팅층(21)의 두께 등을 고려하여 결정될 수 있다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 일측 파우치필름(30)만 포밍된 이차전지(1)를 나타내는 사시도이다.
플레이트(20)는 도 1 및 도 2에서와 동일하게 사각형으로 형성될 수 있다. 전극탭(14)은 이차전지(1)의 상면 또는 하면에 평행하게 배치될 수 있다. 도 8에서 전극탭(14)은 이차전지(1)의 하면에 평행하게 배치된다. 제1 파우치필름(30u)은 포밍되어 절곡부들이 형성되고, 제2 파우치필름(30d)은 절곡되지 않을 수 있다. 제1 파우치필름(30u) 또는 제2 파우치필름(30d) 중의 하나만 포밍하므로 포밍 공정을 간소화할 수 있다.
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 플레이트(20)에 경사부(22)가 형성된 이차전지(1)를 나타내는 도면이다. 도 9는 두가지 종류의 경사부(22)를 하나의 도면에 같이 도시한다.
도 1 내지 도 8에 도시된 바와 같이, 플레이트(20)는 상하전후면(20a, 20b, 20c, 20d)이 이루는 각이 수직인 사각형으로 형성될 수 있다. 사각형의 플레이트(20)는 모서리 부분에서 플레이트(20)와 파우치필름(30)의 결합이 약할 수 있고, 플레이트(20)의 모서리에 의해 파우치필름(30)이 손상될 가능성이 있다. 도 9에 도시된 바와 같이, 플레이트(20)는 전극조립체(10)의 전극탭(14)이 배치되는 방향에 경사부(22)가 형성될 수 있다. 구체적으로, 경사부(22)는 전극탭(14)이 배치되는 전측(F-s) 또는 후측(B-s)에 형성될 수 있다. 도 9의 아래의 확대도에 도시된 바와 같이, 경사부(22)는 전극조립체(10)의 전극탭(14)을 향하여 플레이트(20)의 가운데가 돌출되도록 양변에 경사가 형성되거나, 도 9의 위의 확대도에 도시된 바와 같이, 경사부(22)는 전극조립체(10)의 전극탭(14)을 향하여 플레이트(20)의 일측이 돌출되도록 경사가 형성될 수 있다.
경사부(22)가 플레이트(20)의 가운데(20m)가 돌출되도록 양면(20x, 20y)에 경사가 형성되는 구조는 도 1 내지 도 4와 같이 전극탭(14)이 중앙에 배치되는 구조에 적용될 수 있다. 경사부(22)가 플레이트(20)의 일측이 돌출되도록 한면(20z)에 경사가 형성되는 구조는 도 8과 같이 전극탭(14)이 상측(u-s) 또는 하측(d-s)에 배치되는 구조에 적용될 수 있다.
경사부(22)는 플레이트(20)와 파우치필름(30)이 결합되기 위하여 열융착이 수행될 때, 파우치필름(30)과 경사부(22)의 경사진 면(20x, 20y, 또는 20z)이 더 견고하게 결합될 수 있는 구조이다. 따라서 플레이트(20)와 파우치필름(30)이 더 강하게 결합될 수 있다.
도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 플레이트(20)의 모서리(20k)가 곡선으로 형성된 이차전지(1)를 나타내는 도면이다.
도 10에 도시된 이차전지(1)는 전극탭(14)이 일측에 배치된 구조이다. 플레이트(20)는 모서리(20k)가 라운드로 형성될 수 있다. 라운드로 형성되는 것은 모서리가 직각이 아니라 곡선으로 형성되는 것이다. 도 10의 아래의 확대도에 도시된 바와 같이, 전극탭(14)이 배치되는 일측의 플레이트(20)에는 가운데(20m)가 돌출되고 양면(20x, 20y)이 경사진 경사부(22)가 형성될 수 있으며, 경사부(22)의 모서리(20k)는 라운드로 형성될 수 있다. 경사부(22)의 경사진 양면(20x, 20y)은 돌출된 가운데(20m) 근처에서 오목하게 형성되어, 경사부(22)의 돌출된 가운데(20m)가 예각을 이루도록 형성될 수 있다.
도 10의 위의 확대도에 도시된 바와 같이, 플레이트(20)의 모서리(20k)는 라운드로 형성될 수 있다. 플레이트(20)의 모서리(20k)가 라운드로 형성되면, 플레이트(20)와 파우치필름(30)이 결합될 때 모서리(20k) 부분에서 결합이 약해지는 문제를 방지할 수 있다.
도 9 및 도 10을 참조하여 설명한 플레이트(20)의 경사부(22)와 모서리(20k)의 라운드는 하나의 플레이트(20)에 모두 적용될 수 있고, 플레이트(20)에 경사부(22)만 적용되거나 모서리(20k)의 라운드만 적용될 수도 있다.
도 11은 본 발명의 일실시예에 따른 플레이트(20)에 유로(23), 전해액 주입구(25), 가스 배출구(26)가 형성된 이차전지(1)를 나타내는 도면이다
본 발명의 일실시예에 따른 이차전지(1)는, 플레이트(20)에 형성되어 전해액(15)이 주입되는 전해액 주입구(25)를 더 포함할 수 있다. 전해액 주입구(25)는 플레이트(20)와 파우치필름(30)이 실링된 다음에 전해액(15)을 이차전지(1) 내부로 주입하기 위하여 이용될 수 있다. 전해액 주입구(25)는 플레이트(20)를 관통하도록 형성될 수 있다. 전해액 주입구(25)는 플레이트(20)를 관통하여 설치되어 전해액(15)을 주입하고 누액을 방지하기 위한 캡(cap) 또는 실링을 포함할 수 있다. 전해액 주입구(25)가 판형의 견고한 플레이트(20)에 형성되므로 전해액(15)을 주입하는 공정에서 이차전지(1)를 더 쉽게 핸들링할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 이차전지(1)는, 플레이트(20)에 형성되어 가스가 배출되는 가스 배출구(26)를 더 포함할 수 있다. 가스 배출구(26)는 충전 및 방전을 반복하는 과정에서 발생하는 가스를 이차전지(1) 외부로 배출할 수 있다. 가스 배출구(26)는 정해진 압력 이상의 압력이 가해지면 개방되고, 정해진 압력 미만의 압력이 가해지면 닫히는 밸브로 형성될 수 있다. 가스 배출구(26)는 플레이트(20)에 형성되므로 압력 증가에 의한 파우치 팽창에도 불구하고 정해진 압력에서 정해진 위치로 가스를 배출할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 이차전지(1)는, 내부에서 발생한 가스가 외부로 배출되도록 플레이트(20)와 파우치필름(30)이 결합되는 일부 영역의 결합력을 약하게 형성할 수 있다. 예를 들어, 플레이트(20)와 제1 파우치필름(30u) 및 제2 파우치필름(30d)이 결합되는 부분의 결합력을 약하게 형성하면, 그 부분이 먼저 결합이 파괴되어 가스가 배출될 수 있다. 플레이트(20)와 파우치필름(30)의 결합력이 약한 부분은 플레이트(20)의 전면, 후면, 상면, 하면 중의 어느 하나에 형성될 수 있다. 따라서, 내부 가스가 배출되는 방향을 이차전지(1)의 제조시에 결정할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 이차전지(1)는, 플레이트(20)에 형성되어 내부에 냉각용 또는 가열용 유체가 흐르는 유로(23)(flow channel)를 더 포함할 수 있다. 유로(23)는 플레이트(20)의 일측면에 형성되는 입구(23a)와 출구(23b), 및 플레이트(20)의 내부에 형성되어 입구(23a)와 출구(23b)를 연결하는 채널(23c)로 형성된다. 채널(23c)은 플레이트(20) 내부에서 다양한 형상으로 형성될 수 있다. 채널(23c)은 표면적을 증가시키기 위하여 서펜타인(serpentine) 형으로 형성될 수 있다. 유로(23)는 이차전지(1)의 한 쌍의 플레이트(20) 중에서 하나에만 형성될 수도 있고, 플레이트(20)마다 형성될 수도 있다. 유로(23)는 하나의 플레이트(20)에 하나 이상 형성될 수도 있다. 인접하게 위치한 이차전지(1)들의 유로(23)는 서로 연결될 수도 있다.
도 12는 본 발명의 일실시예에 따른 배터리모듈(100)을 나타내는 도면이다.
도 12에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 배터리모듈(100)은, 전극조립체(10)와 전극조립체(10)의 양측에 배치되는 플레이트(20), 및 플레이트(20)에 결합되어 전극조립체(10)를 수용하는 파우치필름(30)을 포함하며, 일방향을 따라 적층되는 복수의 이차전지(1)를 포함하는 배터리모듈(100)에 있어서, 이차전지(1)는 플레이트(20)가 상하 방향(u-d, d-d)으로 배치되고, 전극조립체(10)의 전극탭(14)은 상하 방향(u-d, d-d)과 교차되는 방향으로 배치될 수 있다. 전극탭(14)은 상하 방향(u-d, d-d)과 교차되는 방향의 일방향으로 양극탭(14p)과 음극탭(14n)이 모두 배치되거나, 상하 방향(u-d, d-d)과 교차되는 방향의 양방향으로 양극탭(14p)과 음극탭(14n)이 대향하도록 배치될 수 있다. 복수의 이차전지(1)는 일방향을 따라 적층되어 이차전지 스택(110)을 구성할 수 있다. 달리 표현하면, 배터리모듈(100)은 이차전지 스택(110)을 포함할 수 있다.
본 명세서에서 배터리모듈(100)을 설명하기 위한 상하 방향(upper direction, down direction), 좌우 방향(left direction, right direction), 전후 방향(front direction, back direction)은 배터리모듈(100)을 기준으로 결정된다. 이차전지(1)의 상하측(u-s, d-s)은 배터리모듈(100)의 전후 방향(F-d, B-d)에 해당할 수 있다. 이차전지(1)의 좌우측(L-s, R-s)은 배터리모듈(100)의 상하 방향(u-d, d-d)에 해당할 수 있다. 이차전지(1)의 전후측(F-s, B-s)은 배터리모듈(100)의 좌우 방향(L-d, R-d)에 해당할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 배터리모듈(100)은 플레이트(20)에 접촉하도록 배치되는 히트싱크(120)를 더 포함할 수 있다. 히트싱크(120)는 이차전지(1)와 접촉하도록 배치될 수 있다. 히트싱크(120)는 이차전지(1)가 생성하는 열을 전달받아, 배터리모듈(100)의 외부로 배출할 수 있다. 히트싱크(120)는 배터리모듈(100)의 상방향(u-d)에 배치되거나, 배터리모듈(100)의 하방향(d-d)에 배치되거나, 배터리모듈(100)의 상하 방향(u-d, d-d)에 각각 배치될 수 있다.
복수의 이차전지(1)는 플레이트(20)가 배터리모듈(100)의 상하 방향(u-d, d-d)으로 정렬될 수 있다. 히트싱크(120)가 이차전지 스택(110)에 결합될 때 플레이트(20)와 히트싱크(120) 사이에 발생하는 공간이 존재하지 않기 때문에 열 전달이 향상될 수 있다. 히트싱크(120)의 일면은 이차전지(1)의 플레이트(20)와 접촉하도록 평평하게 형성되고, 히트싱크(120)의 반대면은 공기와 접촉하도록 표면적이 넓게 형성될 수 있다. 히트싱크(120)는 내부에 냉각수 등이 흐를 수 있는 유로(23)가 존재할 수 있다.
이차전지(1)가 적층되어 이차전지 스택(110)을 형성하는 전후 방향(F-d, B-d)으로 플레이트(20)가 서로 가압되면 파우치필름(30)과 플레이트(20) 사이의 결합이 더 견고해질 수 있다. 따라서, 이차전지(1)의 내부 압력의 증가를 더 잘 견딜 수 있다.
도 13은 본 발명의 일실시예에 따른 플레이트(20)에 돌출부(27a) 및 오목부(27b)가 형성된 이차전지(1) 및 배터리모듈(100)을 나타내는 도면이다.
플레이트(20)는 전극조립체(10)를 향하는 면의 반대면에 돌출부(27a)가 형성될 수 있다. 돌출부(27a)는 플레이트(20)에 복수개 형성될 수 있고, 돌출부(27a)들 사이에 상대적인 오목부(27b)가 형성될 수 있다. 즉, 플레이트(20)에 돌출부(27a)와 오목부(27b)가 반복 형성될 수 있다. 플레이트(20)에 돌출부(27a)가 형성되면 플레이트(20)의 표면적이 증가하여 이차전지(1)가 생성하는 열을 외부로 더 잘 배출할 수 있다.
히트싱크(120)의 플레이트(20)와 접촉하는 면은 플레이트(20)에 형성된 돌출부(27a) 및 오목부(27b)의 형상에 대응하도록 형성될 수 있다. 플레이트(20)에 형성된 돌출부(27a) 및 오목부(27b)는 히트싱크(120)의 일면에 형성된 오목부(120b) 및 돌출부(120a)와 결합할 수 있고, 히트싱크(120)와 플레이트(20)가 서로를 정렬시킬 수 있다. 플레이트(20)와 히트싱크(120)는 돌출부(27a, 120a) 및 오목부(27b, 120b)를 통해 접촉면적이 증가하므로 플레이트(20)를 통해 히트싱크(120)로 열이 더 잘 전달될 수 있다.
도 14는 본 발명의 일실시예에 따른 관통홀이 형성된 이차전지(1) 및 배터리모듈(100)을 나타내는 도면이다.
플레이트(20)는 일방향으로 관통하는 하나 이상의 제1 홀(24)(hole)이 형성되고, 파우치필름(30)은 제1 홀(24)에 대응하는 위치에 제2 홀(34)이 형성될 수 있다. 여기에서 일방향은 이차전지(1)가 적층되는 방향이다. 제1 홀(24)은 플레이트(20)에 형성되고, 이차전지(1)의 상하측 방향, 즉, 배터리모듈(100)의 전후 방향으로 형성될 수 있다. 제2 홀(34)은 제1 및 제2 파우치필름(30u, 30d)에 형성되고, 플레이트(20)의 제1 홀(24)에 대응하는 위치에 형성된다. 제1 홀(24) 및 제2 홀(34)은 복수의 이차전지(1)에서 동일한 위치에 형성될 수 있다. 제1 홀(24)과 제2 홀(34)이 겹쳐져 이차전지(1)를 관통하는 관통홀을 형성할 수 있다. 이차전지(1)에는 복수개의 관통홀이 형성될 수 있다.
관통홀이 형성된 이차전지(1)를 이용하여 형성되는 배터리모듈(100)은, 플레이트(20)의 제1 홀(24)과 파우치필름(30)의 제2 홀(34)을 관통하여 복수의 이차전지(1)를 고정하는 로드(130)를 더 포함할 수 있다. 복수의 이차전지(1)가 배터리모듈(100)의 전후 방향으로 겹쳐지면, 복수의 관통홀이 전체적으로 이차전지 스택(110)을 관통하는 하나의 홀이 된다. 로드(130)는 이차전지 스택(110)을 관통하는 홀에 삽입되어, 복수의 이차전지(1)를 고정할 수 있다.
로드(130)는 플레이트(20)를 관통하는 제1 홀(24)에 삽입되므로 플레이트(20)와 열교환이 용이하다. 로드(130)는 내부에 냉각 유체가 흐르는 공간이 형성된 파이프일 수 있다. 로드(130)가 파이프인 경우, 이차전지(1)에서 생성되는 열이 플레이트(20)에 삽입된 로드(130)를 통해 냉각 유체로 전달되므로 열 방출이 용이하다. 로드(130)는 이차전지(1)에 형성되는 관통홀마다 삽입될 수 있다. 로드(130)의 일단은 다른 로드(130)로 연결되어 냉각 유체가 흐르는 공간이 연속적으로 연결될 수 있다.
도 15는 본 발명의 일실시예에 따른 이차전지의 제조방법을 나타낸 도면이다.
본 발명의 일실시예에 따른 이차전지의 제조방법은, 전극조립체(10)를 준비하는 단계, 플레이트(20)를 준비하는 단계, 파우치필름(30)을 준비하는 단계, 상기 파우치필름(30) 상에 전극조립체(10)를 배치하고, 상기 전극조립체(10)의 양측에 상기 플레이트(20)를 배치하는 배치 단계, 및 상기 파우치필름(30)과 상기 플레이트(20)를 결합하는 실링 단계를 포함할 수 있다.
전극조립체(10)를 준비하는 단계는 양극재(11), 분리막(12), 음극재(13)를 적층하고 전극탭(14)을 연결하여 전극조립체(10)를 형성한다. 전극조립체(10)를 준비하는 단계를 수행하여, 도 15의 (a)에 도시된 전극조립체(10)를 준비한다. 전극조립체(10)를 형성하는 과정은 알려진 방법을 이용할 수 있다.
도 15의 (b)에 도시된 플레이트(20)를 준비하는 단계에서, 전극조립체(10)의 크기에 대응하는 높이(H)와 길이(L)를 갖도록 플레이트(20)를 형성한다. 플레이트(20)는 한 쌍의 제1 플레이트(20L) 및 제2 플레이트(20R)로 형성할 수 있다. 플레이트 준비단계는 플레이트(20)를 가공하여 경사부(22)를 형성할 수 있다. 플레이트 준비단계는 파우치필름(30)과 접촉하는 면에 파우치필름(30)의 내측코팅(31)과 동일한 재질로 코팅층(21)을 더 형성할 수 있다. 코팅층(21)은 플레이트(20)가 전극조립체(10)를 향하는 면에도 형성될 수 있다. 플레이트(20)에 경사부(22)를 형성하거나 모서리 부분을 라운드로 가공하는 과정을 수행한 다음에, 플레이트(20)와 파우치필름(30)이 접촉하는 면에 코팅층(21)을 더 형성할 수 있다.
도 15의 (c)에 도시된 파우치필름(30)을 준비하는 단계에서, 전극조립체(10)와 플레이트(20)의 사이즈에 대응하도록 파우치필름(30)을 재단한다. 파우치필름 준비단계는 파우치필름(30)이 플레이트(20)의 형상에 대응하도록 포밍하되, 파우치필름(30)의 2개의 면이 접하는 모서리를 형성하도록 포밍할 수 있다. 파우치필름(30)의 포밍은 플레이트(20)의 형상에 대응하도록 수행될 수 있다.
도 15의 (a), (b), (c)에 도시된 전극조립체(10) 준비 단계, 플레이트(20) 준비 단계, 파우치필름(30) 준비 단계는 미리 결정된 설계에 따라, 서로 병렬적이고 독립적이고 동시에 수행될 수 있다.
도 15의 (d)에 도시된 배치 단계는, 전극조립체(10), 파우치필름(30), 플레이트(20)를 설계된 위치에 배치하는 과정이다. 포밍된 파우치필름(30)에 전극조립체(10)를 배치하고, 파우치필름(30) 상에 전극조립체(10)의 좌우에 플레이트(20)를 배치한다. 파우치필름(30)이 제1 파우치필름(30u)과 제2 파우치필름(30d)의 두장인 경우에는 제2 파우치필름(30d)을 전극조립체(10)를 커버하도록 플레이트(20) 상에 배치한다.
도 15의 (e)에 도시된 실링 단계는, 가열가압장치(300)가 파우치필름(30)과 플레이트(20)가 접촉하는 부분, 파우치필름(30)끼리 접촉하는 부분, 파우치필름(30)과 전극탭(14)이 접촉하는 부분을 가열하고 가압하여 열융착방식으로 실링을 수행하는 과정이다. 실링은 열융착 방식을 이용하여 수행될 수 있다. 가열가압장치(300)는 이차전지(1)를 상하 방향으로 가압할 수 있도록 상부 가열가압장치(300a) 및 하부 가열가압장치(300b)를 포함할 수 잇다.
도 15를 참조하여 설명한 본 발명의 일실시예에 따른 이차전지의 제조방법은, 플레이트 준비단계를 추가로 수행하는 점에서 공정이 증가하였지만, 플레이트 준비단계는 기술적으로 어려운 공정이 아니며 기존의 이차전지 제조시설을 변경하지 않고 별도로 수행할 수 있다. 그리고, 파우치필름 준비단계에서 포밍시 2개의 면이 맞닿는 모서리를 형성(즉, 파우치필름(30)을 접는다)하기 때문에 파우치필름(30)의 파손위험이 매우 낮아진다. 그리고, 배치 단계 및 실링 단계는 기존의 시설을 이용할 수 있으므로 제조시설을 변경하는 비용이 낮다.
이상 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세히 설명하였으며, 실시예는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당해 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함은 명백하다고 할 것이다.
본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 모두 본 발명의 영역에 속하는 것으로 본 발명의 구체적인 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의하여 명확해질 것이다.
1: 이차전지 10: 전극조립체
11: 양극재 12: 분리막
13: 음극재 14: 전극탭
14p: 양극탭 14n: 음극탭
15: 전해액 20: 플레이트
20L: 제1 플레이트 20R: 제2 플레이트
21: 코팅층 22: 경사부
23: 유로 24: 제1 홀
25: 전해액 주입구 26: 가스 배출구
27a: 돌출부 27b: 오목부
30: 파우치필름 30u: 제1 파우치필름
30d: 제2 파우치필름 31: 내측코팅
32: 금속시트 33: 외측코팅
34: 제2 홀 100: 배터리모듈
110: 이차전지 스택 120: 히트싱크
130: 로드 300: 가열가압장치
300a: 상부 가열가압장치 300b: 하부 가열가압장치

Claims (15)

  1. 전극조립체;
    상기 전극조립체의 양측에 배치되는 플레이트; 및
    상기 플레이트에 결합되어 상기 전극조립체를 수용하는 파우치필름을 포함하는, 이차전지.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 플레이트는
    상기 전극조립체의 전극탭이 배치되는 방향에 경사부가 형성되는, 이차전지.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 플레이트는
    모서리가 라운드로 형성되는, 이차전지.
  4. 청구항 2에 있어서,
    상기 경사부는
    상기 전극조립체의 전극탭을 향하여 상기 플레이트의 가운데가 돌출되도록 양변에 경사가 형성되거나, 상기 전극조립체의 전극탭을 향하여 상기 플레이트의 일측이 돌출되도록 경사가 형성되는, 이차전지.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 플레이트는
    금속, 합금, 폴리머, 합성수지, 세라믹 중의 어느 하나를 포함하는 재질로 형성되는, 이차전지.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 플레이트는
    금속으로 형성되고, 상기 파우치필름과 접하는 면에 상기 파우치필름의 내측코팅과 동일한 재질로 코팅층이 형성되는, 이차전지.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 플레이트에 형성되어 전해액이 주입되는 전해액 주입구를 더 포함하는, 이차전지.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 플레이트에 형성되어 가스가 배출되는 가스 배출구를 더 포함하는, 이차전지.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 플레이트에 형성되어 내부에 냉각용 또는 가열용 유체가 흐르는 유로를 더 포함하는, 이차전지.
  10. 청구항 1에 있어서,
    상기 플레이트는
    상기 전극조립체를 향하는 면의 반대면에 돌출부가 형성되는, 이차전지.
  11. 전극조립체와 상기 전극조립체의 양측에 배치되는 플레이트, 및 상기 플레이트에 결합되어 상기 전극조립체를 수용하는 파우치필름을 포함하며, 일방향을 따라 적층되는 복수의 이차전지를 포함하는 배터리모듈에 있어서,
    상기 이차전지는 상기 플레이트가 상하 방향으로 배치되고, 상기 전극조립체의 전극탭은 상기 상하 방향과 교차되는 방향으로 배치되는, 배터리모듈.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 플레이트는
    상기 일방향을 따라 관통하는 하나 이상의 제1 홀이 형성되고,
    상기 파우치필름은
    상기 제1 홀에 대응하는 위치에 제2 홀이 형성되는, 배터리모듈.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 플레이트의 제1 홀과 상기 파우치필름의 제2 홀을 관통하여 상기 복수의 이차전지를 고정하는 로드를 더 포함하는, 배터리모듈.
  14. 청구항 13에 있어서,
    상기 로드는 내부에 냉각 유체가 흐르는 유로가 형성된 파이프인, 배터리모듈.
  15. 청구항 11에 있어서,
    상기 플레이트에 접촉하도록 배치되는 히트싱크를 더 포함하는, 배터리모듈.
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Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101937943B1 (ko) * 2015-09-02 2019-01-11 주식회사 엘지화학 이차 전지용 카트리지
KR102364283B1 (ko) * 2017-12-01 2022-02-16 주식회사 엘지에너지솔루션 방열 플레이트를 구비한 배터리 모듈
KR102361272B1 (ko) * 2018-07-26 2022-02-09 주식회사 엘지에너지솔루션 냉각 효율이 향상된 배터리 모듈 및 이를 포함하는 배터리 팩

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101623106B1 (ko) 2013-05-06 2016-05-20 주식회사 엘지화학 파우치 필름 포밍 장치

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