特許 7475770 二次電池の製造方法及び二次電池

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-04-19

(45)【発行日】2024-04-30

(54)【発明の名称】二次電池の製造方法及び二次電池

(51)【国際特許分類】

   H01M 10/04 20060101AFI20240422BHJP

   H01M 50/105 20210101ALI20240422BHJP

【ＦＩ】

H01M10/04 Z

H01M50/105

【請求項の数】 10

(21)【出願番号】P 2023508580

(86)(22)【出願日】2021-10-27

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2023-08-25

(86)【国際出願番号】 KR2021015150

(87)【国際公開番号】W WO2022092785

(87)【国際公開日】2022-05-05

【審査請求日】2023-02-07

(31)【優先権主張番号】10-2020-0140760

(32)【優先日】2020-10-27

(33)【優先権主張国・地域又は機関】KR

(73)【特許権者】

【識別番号】521065355

【氏名又は名称】エルジー エナジー ソリューション リミテッド

(74)【代理人】

【識別番号】100188558

【弁理士】

【氏名又は名称】飯田 雅人

(74)【代理人】

【識別番号】100110364

【弁理士】

【氏名又は名称】実広 信哉

(72)【発明者】

【氏名】ヒョン・ジュン・クウォン

(72)【発明者】

【氏名】ヒョン・テ・キム

(72)【発明者】

【氏名】テ・スン・パク

【審査官】佐溝 茂良

(56)【参考文献】

【文献】特表２０１８－５２６７９８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００５－０１８９９０（ＪＰ，Ａ）

【文献】韓国公開特許第１０－２００８－００８２７９９（ＫＲ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１７／１６９８４３（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｍ １０／００－１０／０４；１０／０６－１０／３４

Ｈ０１Ｍ ５０／００－５０／１９８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

パウチ部分をアーク状にスリット（Ｓｌｉｔ）切断して切断部を形成させる切断工程と、
前記切断工程を経た後、パウチに折り曲げられた形態の電極組立体が収容されるように折り曲げられた形態の収容部を形成させるフォーミング工程と、
前記フォーミング工程の後に前記パウチの収容部に前記電極組立体を収容させる収容工程とを含み、
前記切断工程は、折り曲げられた形態の前記収容部において、内側コーナー部と隣接したパウチ部分に前記切断部を形成させる、二次電池の製造方法。

【請求項2】

前記電極組立体は、直角に折り曲げられた形態で形成され、
前記フォーミング工程は、前記収容部を直角に折り曲げられた形態で形成させる、請求項１に記載の二次電池の製造方法。

【請求項3】

前記電極組立体は、「Ｌ」字状に折り曲げられた形態で形成され、
前記フォーミング工程は、前記収容部を「Ｌ」字状に折り曲げられた形態で形成させる、請求項１又は２に記載の二次電池の製造方法。

【請求項4】

前記フォーミング工程は、前記収容部を前記電極組立体と対応する形態で形成させる、請求項１から３のいずれか一項に記載の二次電池の製造方法。

【請求項5】

前記切断工程は、前記パウチに折り曲げられた形態の前記収容部から前記内側コーナー部に向かって膨らんだアーク（Ａｒｃ）状に前記切断部を形成させる、請求項１から４のいずれか一項に記載の二次電池の製造方法。

【請求項6】

前記切断工程は、
前記切断部を平面図上でアーク状の切断ラインで形成させる、請求項５に記載の二次電池の製造方法。

【請求項7】

前記切断工程は、
前記切断部の前記アーク状の切断ラインを６０～２８５度の円弧状に形成させる、請求項６に記載の二次電池の製造方法。

【請求項8】

前記切断工程は、
前記切断部の前記アーク状の切断ラインを１２０～２１０度の円弧状に形成させる、請求項７に記載の二次電池の製造方法。

【請求項9】

前記切断工程は、
前記切断部を前記収容部と一定間隔離隔させて形成させる、請求項６から８のいずれか一項に記載の二次電池の製造方法。

【請求項10】

前記フォーミング工程は、前記パウチの前記内側コーナー部を、平面図上で収容部方向に湾入した形態で形成させる、請求項１から９のいずれか一項に記載の二次電池の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本出願は、２０２０年１０月２７日付けの韓国特許出願第１０－２０２０－０１４０７６０号に基づく優先権の利益を主張し、当該韓国特許出願の文献に開示されている全ての内容は、本明細書の一部として組み込まれる。

【0002】

本発明は、二次電池の製造方法及び二次電池に関する。

【背景技術】

【0003】

二次電池は、一次電池とは異なって再充電が可能であり、且つ、小型及び大容量化の可能性のため、近年多く研究開発されている。モバイル機器に対する技術開発及び需要が増加するにつれて、エネルギー源としての二次電池の需要が急激に増加している。

【0004】

二次電池は、電池ケースの形状に応じて、コイン型電池、円筒型電池、角型電池、パウチ型電池に分類される。二次電池において、電池ケースの内部に装着される電極組立体は、電極及びセパレータの積層構造からなる充放電が可能な発電素子である。

【0005】

また、電極組立体は、活物質が塗布されたシート状の正極と負極との間にセパレータを介在して巻き取ったゼリーロール（Ｊｅｌｌｙ－ｒｏｌｌ）型、多数の正極と負極をセパレータが介在された状態で順次に積層したスタック型、及びスタック型の単位セルを長い長さの分離フィルムとして巻き取ったスタック／折り畳み型にほぼ分類することができる。

【0006】

最近は、スタック／折り畳み型電極組立体をアルミニウムラミネートシートのパウチ（Ｐｏｕｃｈ）型電池ケース（Ｃａｓｅ）に内蔵した構造のパウチ型電池が、低い製造コスト、小さな重量、容易な形態の変形等を理由として、多くの関心を集めており、さらにその使用量が次第に増加している。

【0007】

Ｌ字状のパウチ型電池の場合、パウチフォーミング時にＬ字状（ｓｈａｐｅ）の区間でパウチクラック（Ｃｒａｃｋ）が発生し、アルミニウム（Ａｌ）の残存量基準を満たさない場合が発生してきた。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0008】

【文献】韓国公開特許第１０－２０１２－００６７５５０号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0009】

本発明の一つの観点は、折り曲げられた形態のパウチ型電池のパウチフォーミング（Ｆｏｒｍｉｎｇ）時に、折り曲げ区間に発生するクラックを防止し、アルミニウムの残存量を改善させることができる二次電池の製造方法及び二次電池を提供するためのものである。

【課題を解決するための手段】

【0010】

本発明の実施形態に係る二次電池の製造方法は、パウチ部分をアーク状にスリット（Ｓｌｉｔ）切断して切断部を形成させる切断工程と、前記切断工程を経た後、パウチに折り曲げられた形態の電極組立体が収容されるように折り曲げられた形態の収容部を形成させるフォーミング工程と、前記フォーミング工程の後に前記パウチの収容部に前記電極組立体を収容させる収容工程と、を含み、前記切断工程は、折り曲げられた形態の前記収容部において内側コーナー部と隣接したパウチ部分に前記切断部を形成させることができる。

【0011】

一方、本発明の実施形態に係る二次電池は、本発明の実施形態に係る二次電池の製造方法で製造された二次電池であってもよい。

【発明の効果】

【0012】

本発明によれば、折り曲げ形態のパウチ型電池のパウチフォーミング（Ｆｏｒｍｉｎｇ）時に、パウチにおいて、折り曲げ形態の収容部の隣接区間にアークスリットカット（Ａｒｃ ｓｌｉｔ ｃｕｔ）を施して折り曲げ形態の区間に発生する応力を解消してクラックを防止し、アルミニウムの残存量を改善させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】本発明の実施形態に係る二次電池の製造方法における切断工程を示す平面図である。

【図2】本発明の実施形態に係る二次電池の製造方法におけるフォーミング工程を示す平面図である。

【図3】本発明の実施形態に係る二次電池の製造方法における収容工程を示す平面図である。

【図4】本発明の実施形態に係る二次電池の製造方法におけるシーリング工程を示す斜視図である。

【図5】本発明の実施形態に係る二次電池の製造方法において、パウチに形成される切断部の第１例を示す平面図である。

【図6】本発明の実施形態に係る二次電池の製造方法において、パウチに形成される切断部の第２例を示す平面図である。

【図7】本発明の実施形態に係る二次電池の製造方法において、パウチに形成される切断部の第３例を示す平面図である。

【図8】本発明の実施形態に係る二次電池の製造方法において、切断工程及びフォーミング工程を経たパウチの各部分を参照表示した平面図である。

【図9】図８に示されたパウチのＰ６部分のシンニング（Ｔｈｉｎｎｉｎｇ）比率 （ｒａｔｉｏ）を示すイメージである。

【発明を実施するための形態】

【0014】

本発明の目的、特定の利点及び新規な特徴は、添付の図面に関連する以下の詳細な説明及び好ましい実施形態からさらに明らかになる。本明細書において、各図面の構成要素に参照番号を付加するにあたり、同一の構成要素に限っては、たとえ他の図面上に表示されても、可能な限り同一の番号を付していることに留意すべきである。また、本発明は様々な異なる形態で実現されることができ、ここで説明する実施形態に限定されない。そして、本発明を説明するにあたり、本発明の要旨を不要に不明瞭にする可能性のある関連公知技術に対する詳細な説明は省略する。

【0015】

実施形態に係る二次電池の製造方法
図１は、本発明の実施形態に係る二次電池の製造方法における切断工程を示す平面図であり、図２は、本発明の実施形態に係る二次電池の製造方法におけるフォーミング工程を示す平面図であり、図３は、本発明の実施形態に係る二次電池の製造方法における収容工程を示す平面図であり、図４は、本発明の実施形態に係る二次電池の製造方法におけるシーリング工程を示す斜視図である。

【0016】

図１～図４を参照すると、本発明の実施形態に係る二次電池の製造方法は、パウチ１１０に収容部１１２を形成させるフォーミング工程、収容部１１２において内側コーナー部１１３と隣接したパウチ１１０部分を切断する切断部１１１を形成させる切断工程、及びフォーミング工程の後にパウチ１１０に電極組立体１２０を収容させる収容工程を含んで二次電池１００を製造することができる。また、本発明の実施形態に係る二次電池の製造方法は、パウチ１１０を封止させるシーリング工程をさらに含むことができる。

【0017】

以下で、本発明の実施形態である二次電池の製造方法についてより詳細に説明する。

【0018】

図１及び図２を参照すると、切断工程は、パウチ１１０の一部をアーク状にスリット（Ｓｌｉｔ）切断して切断部１１１を形成させる。

【0019】

また、切断工程は、以後の工程で電極組立体１２０を収容させる収容部１１２が形成される位置を勘案して切断部１１１を形成させることができる。すなわち、切断工程は、折り曲げられた形態の収容部１１２において、内側コーナー部１１３と隣接したパウチ１１０部分に切断部１１１を形成させることができる。

【0020】

なお、切断工程は、パウチ１１０の収容部１１２の内側コーナー部１１３に向かって膨らんだアーク（Ａｒｃ）状に切断部１１１を形成させることができる。

【0021】

そして、切断工程は、切断部１１１を平面図上でアーク状の切断ラインで形成させることができる。

【0022】

図５は、本発明の実施形態に係る二次電池の製造方法において、パウチに形成される切断部の第１例を示す平面図であり、図６は、本発明の実施形態に係る二次電池の製造方法において、パウチに形成される切断部の第２例を示す平面図であり、図７は、本発明の実施形態に係る二次電池の製造方法において、パウチに形成される切断部の第３例を示す平面図である。

【0023】

一方、図５～図７を参照すると、切断工程は、切断部１１１のアーク状の切断ラインを、例えば６０～２８５°（度）の円弧状に形成させることができる。ここで、切断工程は、切断部１１１のアーク状の切断ラインを６０度以上に形成させ、パウチシンニング（Ｔｈｉｎｎｉｎｇ）を効果的に改善させることができ、２８５度以下に形成させ、アーク状の切断ラインで切開されたパウチ１１０部分が破れたり、離脱しないようにすることで、パウチシンニング（Ｔｈｉｎｎｉｎｇ）の効果を実現することができる。

【0024】

そして、切断工程は、切断部１１１のアーク状の切断ラインを、具体的に例えば１２０～２１０度の円弧状に形成させることができる。このとき、切断工程は、切断部１１１の円弧の半径を、例えば４～１２ｍｍに形成させることができる。

【0025】

一方、より具体的に、例えば、図５を参照するとき、切断工程は、切断部１１１のアーク状の切断ラインの角度ｔ１を第１例として１２０度に形成させるか、又は図６を参照するとき、切断部１１１のアーク状の切断ラインの角度ｔ２を第２例として１８０度で形成させるか、又は切断部１１１のアーク状の切断ラインの角度ｔ３を図７を参照するとき、第３例として２１０度に形成させることができる。

【0026】

また、切断工程は、切断部１１１を収容部１１２と一定間隔離隔させて形成させることができる。すなわち、切断工程は、以後のフォーミング工程で形成される収容部１１２の位置を勘案して一定間隔離隔するように形成させることができる。このとき、切断工程は、例えば、切断部１１１と収容部１１２との間隔ｂを４～１２ｍｍに形成させることができる。

【0027】

一方、パウチ１１０はアルミニウム（Ａｌ）材質を含むことができる。このとき、例えば、パウチ１１０はアルミニウム層及び樹脂層を含むことができる。

【0028】

図２を参照すると、フォーミング（Ｆｏｒｍｉｎｇ）工程は、切断工程を経た後にパウチ１１０に折り曲げられた形態の電極組立体１２０が収容されるように折り曲げられた形態の収容部１１２を形成させることができる。ここで、収容部１１２は、例えば、カップ（Ｃｕｐ）状の溝で形成されてもよい。このとき、収容部１１２は、上部に開放された形態で形成されてもよい。このとき、「折り曲げられた形態」とは、電極組立体１２０及び収容部１１２が外力によって曲げられたことを意味するものではなく、例えば、垂直に延長された形状を意味するものであってもよい。

【0029】

なお、フォーミング工程は、収容部１１２を電極組立体１２０と対応する形態で形成させることができる。

【0030】

そして、フォーミング工程は、例えば、パンチ（Ｐｕｎｃｈ）を介してパウチ１１０を上部から下部に加圧して収容部１１２を形成させることができる。

【0031】

ここで、電極組立体１２０は、直角に折り曲げられた形態で形成されてもよい。このとき、電極組立体１２０は、「Ｌ」字状に折り曲げられた形態で形成されることができる。

【0032】

また、フォーミング工程は、収容部１１２を直角に折り曲げられた形態で形成させることができる。このとき、フォーミング工程は、収容部１１２を「Ｌ」字状に折り曲げられた形態で形成させることができる。

【0033】

そして、フォーミング工程は、パウチ１１０において、内側コーナー部１１３を平面図上で収容部１１２方向に湾入した形態で形成させることができる。ここで、内側コーナー部１１３は、例えば、ラウンド（Ｒｏｕｎｄ）状に湾入した形態で形成されてもよい。このとき、以前の切断工程で内側コーナー部１１３と隣接した距離にアーク状の切断部１１１を形成させることにより、フォーミング工程で内側コーナー部１１３を湾入した形態で形成する際に発生する過度な応力を解消し、クラックが発生することを効果的に防止することができる。

【0034】

一方、電極組立体１２０は充放電が可能な発電素子であって、電極とセパレータが結集して交互に積層された構造を形成する。

【0035】

電極は正極と負極とを含むことができる。そして、セパレータは、正極と負極を分離して電気的に絶縁させる。

【0036】

セパレータは絶縁材質からなり、正極及び負極と交互に積層される。

【0037】

また、セパレータは、例えば、微多孔性を有するポリエチレン、ポリプロピレン又はこれらの組み合わせにより製造される多層フィルムや、ポリビニリデンフルオライド、ポリエチレンオキシド、ポリアクリロニトリル又はポリビニリデンフルオライドヘキサフルオロプロピレン共重合体のような固体高分子電解質用又はゲル型高分子電解質用の高分子フィルムであってもよい。

【0038】

一方、電極組立体１２０に電極リード１３０が連結されて外部と電気的に連結されてもよい。すなわち、電極リード１３０は、電極組立体１２０の電極と連結され、電極が外部端子と電気的に連結されるようにすることができる。

【0039】

図３を参照すると、収容工程は、フォーミング工程の後にパウチ１１０の収容部１１２に電極組立体１２０を収容させることができる。

【0040】

また、収容工程は、電極組立体１２０が収容された収容部１１２の上部を覆うことができる。すなわち、パウチ１１０の折り畳み線Ｆを中心としてパウチ１１０の一側部に形成された収容部１１２に対して、パウチ１１０の他側部をパウチ１１０の折り畳み線Ｆを中心として折り畳みして覆うことができる。

【0041】

そして、電極組立体１２０の内側コーナーは、パウチ１１０において湾入した形態で形成された内側コーナー部１１３に対応した形態で形成されてもよい。すなわち、電極組立体１２０の内側コーナー部分は、パウチ１１０の湾入した形態で形成された内側コーナー部１１３に対応する形態で湾入した形態で形成されることができる。

【0042】

図４を参照すると、シーリング工程は、パウチ１１０の外周面をシーリングしてパウチ１１０を封止することができる。このとき、シーリング工程は、パウチ１１０の収容部１１２の端に沿って熱を加えて加圧することで、シーリング部を形成させることができる。

【0043】

なお、シーリング工程は、収容部１１２及びシーリング部を除いた残りの部分を切開して除去する除去段階を含むことができる。このとき、除去段階は、パウチ１１０の切断部１１１を含んで除去することができる。

【0044】

図１～図４を参照すると、上記のように構成された本発明の実施形態に係る二次電池の製造方法は、折り曲げ形態のパウチ型電池のパウチ１１０フォーミング（Ｆｏｒｍｉｎｇ）時、パウチ１１０において、折り曲げ形態に収容部１１２が形成される隣接区間Ａにアークスリットカット（Ａｒｃ ｓｌｉｔ ｃｕｔ）を施し、折り曲げ形態の収容部１１２の隣接区間Ａに発生する応力を解消してクラックを防止し、アルミニウムの残存量を改善させることができる。

【0045】

一方、図４を参照すると、本発明の実施形態に係る二次電池は、上記のように構成された本発明の実施形態に係る二次電池の製造方法で製造された製品であってもよい。

【0046】

＜製造例１＞
図５を参照すると、パウチ１１０’部分をアーク状にスリット切断して切断部１１１’を形成させ、折り曲げられた形態の収容部１１２を形成させた。このとき、折り曲げられた形態の収容部１１２において、内側コーナー部と隣接したパウチ１１０’部分に前記切断部１１１’を形成させた。ここで、切断部１１１’は、角度ｔ１が１２０度の円弧となるように形成させた。そして、切断部１１１’の半径Ｒが８ｍｍ、切断部１１１’と収容部１１２との間隔ｂは８ｍｍとなるように切断部１１１’を形成させた。

【0047】

＜製造例２＞
図６を参照すると、パウチ１１０’’の切断部１１１’’の角度ｔ２が１８０度の円弧となるように形成されたことを除いて、製造例１と同様の過程を行った。

【0048】

＜製造例３＞
図７を参照すると、パウチ１１０’’’の切断部１１１’’’の角度ｔ３が２１０度の円弧となるように形成されたことを除いて、製造例１と同様の過程を行った。

【0049】

＜比較例１＞
パウチに切断部を直線状にスリット切断して形成させたことを除いて、製造例１と同様の過程を行った。

【0050】

＜実験例１＞
図８は、本発明の実施形態に係る二次電池の製造方法において、切断工程及びフォーミング工程を経たパウチの各部分を参照表示した平面図であり、図９は、図８に示すパウチのＰ６部分のシンニング（ｔｈｉｎｎｉｎｇ）比率（ｒａｔｉｏ）を示すイメージである。

【0051】

ここで、図８に示すパウチの各部分のパウチ最大シンニング（Ｔｈｉｎｎｉｎｇ）比率の測定のためにＦＥＡシミュレーションを行い、下記表１に示した。そして、図８に示す内側コーナー部Ｐ６部分のパウチシンニング（Ｔｈｉｎｎｉｎｇ）比率を測定して、図９のイメージで示した。このとき、図９（ａ）、９（ｂ）、９（ｃ）、９（ｄ）の順に比較例１、製造例１、製造例２、製造例３の内側コーナー部であるＰ６部分のパウチシンニング（Ｔｈｉｎｎｉｎｇ）を示した（図８参照）。

【0052】

【表1】

【0053】

表１を参照すると、パウチの切断部を直線スリット切断した比較例１よりアークスリット切断を行った製造例１～３でパウチシンニング（Ｔｈｉｎｎｉｎｇ）の改善効果が確認できる。特に、パウチの内側コーナー部であるＰ６部分でパウチシンニング（Ｔｈｉｎｎｉｎｇ）比率は、比較例１で４６．３１％、製造例１で４５．８０％、製造例２で４５．２９％、製造例３で４４．４６％を示す。ここで、パウチのＰ４部分からＰ６部分への流入量が増加してパウチシンニング（Ｔｈｉｎｎｉｎｇ）値が小さくなり、Ａｌの残存量が改善されることが分かる。すなわち、パウチの内側コーナー部であるＰ６部分において、比較例１より製造例１～３で約３．５％のパウチシンニング（Ｔｈｉｎｎｉｎｇ）の改善効果が確認できる。

【0054】

以上、本発明を具体的な実施形態を通じて詳細に説明したが、これは、本発明を具体的に説明するためのものであって、本発明はこれに限定されない。本発明の技術的思想内で、当該分野の通常の知識を有する者によって様々な実施が可能であるといえる。また、本発明の具体的な保護範囲は、添付された特許請求の範囲によって明らかになる。

【符号の説明】

【0055】

１００：二次電池
１１０：パウチ
１１１、１１１’、１１１’’、１１１’’’：切断部
１１２：収容部
１１３：内側コーナー部
１２０：電極組立体
１３０：電極リード

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】