特許 7508735 二次電池用シール工程およびそれを含む二次電池の製造方法

(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】2024-06-24

(45)【発行日】2024-07-02

(54)【発明の名称】二次電池用シール工程およびそれを含む二次電池の製造方法

(51)【国際特許分類】

   H01M 50/105 20210101AFI20240625BHJP

   H01M 50/133 20210101ALI20240625BHJP

   H01M 50/126 20210101ALI20240625BHJP

   H01M 50/197 20210101ALI20240625BHJP

   H01M 50/198 20210101ALI20240625BHJP

   H01M 50/119 20210101ALI20240625BHJP

   H01M 50/191 20210101ALI20240625BHJP

   H01M 50/184 20210101ALN20240625BHJP

   B23K 20/10 20060101ALN20240625BHJP

【ＦＩ】

H01M50/105

H01M50/133

H01M50/126

H01M50/197

H01M50/198

H01M50/119

H01M50/191

H01M50/184 C

B23K20/10

【請求項の数】 14

(21)【出願番号】P 2022564673

(86)(22)【出願日】2021-08-11

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2023-06-06

(86)【国際出願番号】 KR2021010663

(87)【国際公開番号】W WO2022035225

(87)【国際公開日】2022-02-17

【審査請求日】2022-10-26

(31)【優先権主張番号】10-2020-0100764

(32)【優先日】2020-08-11

(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】110000877

【氏名又は名称】弁理士法人ＲＹＵＫＡ国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】チュン、ジョー ヨン

(72)【発明者】

【氏名】ファン、ウォン ピル

(72)【発明者】

【氏名】ベ、サン ホ

(72)【発明者】

【氏名】ジュン、ス テク

【審査官】前田 寛之

(56)【参考文献】

【文献】特開２００２－１８４３７３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０００－１８２５７７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１０－１１４０４１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｍ５０／１０－５０／１９８

Ｂ２３Ｋ２０／００－２０／２６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

電池ケースの縁面に沿って延長形成されるシール部を熱融着してシールする二次電池用シール工程であって、
前記電池ケースのシール部をアンビルとホーンとの間に配置する配置作業と、
前記アンビルと前記ホーンを介して前記シール部の第１地点を圧着して固定する第１地点の固定作業と、
前記ホーンを介して前記シール部の第１地点に超音波を設定振動数と設定振幅で設定時間加えることにより、前記シール部の第１地点を熱融着する第１地点の一次シール作業と、
を含み、
前記ホーンは、ブースタを含むコンバータに前記シール部に向かって左または右に回転可能に設けられ、前記シール部の第１地点全体を同一の加圧力で圧着する、二次電池用シール工程。

【請求項2】

前記設定振動数は１０ｋＨｚ～４０ｋＨｚであり、
前記設定振幅は５μｍ～５０μｍであり、
前記設定時間は０．１秒～２．０秒である、請求項１に記載の二次電池用シール工程。

【請求項3】

前記シール部は、電池ケースの内側から外側方向にコーティング層、金属層、および絶縁層を含む積層構造を有し、
前記コーティング層の厚さは、３０～８５μｍを有する、請求項２に記載の二次電池用シール工程。

【請求項4】

前記第１地点の一次シール作業後、前記ホーンを介して前記シール部の第１地点に二次的に超音波を加え、前記シール部の第１地点を二次的に熱融着する第１地点の二次シール作業をさらに行い、
前記第１地点の二次シール作業は、前記第１地点の一次シール作業の超音波振動数および設定時間とは同一であり、振幅は４０～６０％に減少させた状態で行う、請求項１から３のいずれか一項に記載の二次電池用シール工程。

【請求項5】

前記第１地点の一次シール作業後、前記第１地点から離れた前記シール部の第２地点を、前記アンビルと前記ホーンを介して圧着して固定する第２地点の固定作業と、
前記ホーンを介して前記シール部の第２地点に超音波を設定振動数と設定振幅で設定時間加えることにより、前記シール部の第２地点を熱融着する第２地点のシール作業と、をさらに含む、請求項１から４のいずれか一項に記載の二次電池用シール工程。

【請求項6】

前記第２地点のシール作業は、前記第１地点の一次シール作業の超音波振動数、振幅、および時間と同一に設定する、請求項５に記載の二次電池用シール工程。

【請求項7】

前記第２地点のシール作業後、前記第１地点と前記第２地点との間に位置したシール部の第３地点を、前記アンビルと前記ホーンを介して圧着して固定する第３地点の固定作業と、
前記ホーンを介して前記シール部の第３地点に超音波を設定振動数と設定振幅で設定時間加えることにより、前記シール部の第３地点を熱融着する第３地点のシール作業と、をさらに含む、請求項５または６に記載の二次電池用シール工程。

【請求項8】

前記第３地点のシール作業の超音波振動数、振幅、および時間は、前記第１地点の一次シール作業の超音波振動数、振幅、および時間と異なるように設定する、請求項７に記載の二次電池用シール工程。

【請求項9】

前記第３地点のシール作業の超音波振動数および振幅は、前記第１地点の一次シール作業の超音波振動数および振幅よりも大きく設定し、
前記第３地点のシール作業の時間は、前記第１地点の一次シール作業の時間よりも長く設定する、請求項８に記載の二次電池用シール工程。

【請求項10】

電極およびセパレータを積層して電極組立体を製造する製造工程と、
前記電極組立体をパウチ型電池ケースの内部に収納する収納工程と、
前記パウチ型電池ケースの縁に延長形成されるシール部を熱融着してシールするシール工程と、
を含み、
前記シール工程は、
前記パウチ型電池ケースの縁面に沿って延長形成されるシール部をアンビルとホーンとの間に配置する配置作業と、
前記アンビルと前記ホーンを介して前記シール部の第１地点を圧着して固定する第１地点の固定作業と、
前記ホーンを介して前記シール部の第１地点に超音波を設定振動数と設定振幅で設定時間加えることにより、前記シール部の第１地点を熱融着する第１地点の一次シール作業と、
を含み、
前記ホーンは、ブースタを含むコンバータに前記シール部に向かって左または右に回転可能に設けられ、前記シール部の第１地点全体を同一の加圧力で圧着する、二次電池の製造方法。

【請求項11】

前記設定振動数は１０ｋＨｚ～４０ｋＨｚであり、
前記設定振幅は５μｍ～５０μｍであり、
前記設定時間は０．１秒～２．０秒である、請求項１０に記載の二次電池の製造方法。

【請求項12】

前記シール工程は、
前記第１地点の一次シール作業後、前記ホーンを介して前記シール部の第１地点に二次的に超音波を加える第１地点の二次シール作業をさらに含み、
前記第１地点の二次シール作業は、前記第１地点の一次シール作業の超音波振動数および設定時間とは同一であり、振幅は４０～６０％に減少させた状態で行われる、請求項１０または１１に記載の二次電池の製造方法。

【請求項13】

前記シール工程は、
前記第１地点の一次シール作業後、前記第１地点から離れた前記シール部の第２地点を、前記アンビルと前記ホーンを介して圧着して固定する第２地点の固定作業と、
前記ホーンを介して前記シール部の第２地点に超音波を設定振動数と設定振幅で設定時間加えることにより、前記シール部の第２地点を熱融着する第２地点のシール作業と、をさらに含む、請求項１０から１２のいずれか一項に記載の二次電池の製造方法。

【請求項14】

前記シール工程は、
前記第２地点のシール作業後、前記第１地点と前記第２地点との間に位置したシール部の第３地点を、前記アンビルと前記ホーンを介して圧着して固定する第３地点の固定作業と、
前記ホーンを介して前記シール部の第３地点に超音波を設定振動数と設定振幅で設定時間加えることにより、前記シール部の第３地点を熱融着する第３地点のシール作業と、をさらに含む、請求項１３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０８月１１日付けの韓国特許出願第１０－２０２０－０１００７６４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た全ての内容は、本明細書の一部として組み込まれる。

【0002】

本発明は、パウチのシール部のシール力を改善した二次電池用シール工程およびそれを含む二次電池の製造方法に関する。

【背景技術】

【0003】

一般的に、二次電池（ｓｅｃｏｎｄａｒｙ ｂａｔｔｅｒｙ）は、充電が不可能な一次電池とは異なり、充電および放電が可能な電池をいい、このような二次電池は、携帯電話、ノートブックコンピュータ、およびカムコーダなどの先端電子機器分野で広く用いられている。

【0004】

前記二次電池は、電極組立体が金属缶に内蔵される缶型二次電池と、電極組立体がパウチに内蔵されるパウチ型二次電池に分類される、そして、前記パウチ型二次電池は、電極タブを備えた電極組立体と、前記電極タブに結合される電極リードと、前記電極リードの先端が外部に引き出された状態で電極組立体を収容する電池ケースと、を含む。そして、前記電池ケースは、電極組立体を収容する収容部と、前記収容部の縁面に沿って形成されるシール部と、を含む。

【0005】

一方、前記二次電池において、電池ケースのシール部は、二次電池用シール装置を用いてシールされ、前記二次電池用シール装置は、超音波を用いて前記電池ケースのシール部をシールする。

【0006】

しかしながら、従来の二次電池用シール装置は、前記電池ケースのシール部を均一にシールするのに限界があった。すなわち、従来の二次電池用シール装置は、前記電池ケースのシール部に熱が不均一に加えられることにより不良溶接が発生するという問題があった。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

本発明は、上記のような問題を解決するために発明されたものであり、本発明は、前記電池ケースのシール部をシールする際に最適の溶接条件を設定することで、前記電池ケースのシール部に加えられる熱を均一化することができ、その結果、溶接不良を防止することができる二次電池用シール工程およびそれを含む二次電池の製造方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

上記のような目的を達成するための本発明の二次電池用シール工程は、電池ケースの縁面に沿って延長形成されるシール部を熱融着してシールするためのものであって、前記電池ケースのシール部をアンビルとホーンとの間に配置する配置作業と、前記アンビルと前記ホーンを介して前記シール部の第１地点を圧着して固定する第１地点の固定作業と、前記ホーンを介して前記シール部の第１地点に超音波を設定振動数と設定振幅で設定時間加えることにより、前記シール部の第１地点を熱融着する第１地点の一次シール作業と、を含むことができる。

【0009】

前記設定振動数は１０ｋＨｚ～４０ｋＨｚであり、前記設定振幅は５μｍ～５０μｍであり、前記設定時間は０．１秒～２．０秒であってもよい。
前記シール部は、電池ケースの内側から外側方向にコーティング層、金属層、および絶縁層を含む積層構造を有し、前記コーティング層の厚さは、３０～８５μｍを有することができる。

【0010】

前記第１地点の一次シール作業後、前記ホーンを介して前記シール部の第１地点に二次的に超音波を加え、前記シール部の第１地点を二次的に熱融着する第１地点の二次シール作業をさらに行い、前記第１地点の二次シール作業は、前記第１地点の一次シール作業の超音波振動数および設定時間とは同一であり、振幅は４０～６０％に減少させた状態で行うことができる。

【0011】

前記ホーンは、ブースタを含むコンバータに前記シール部に向かって左または右に回転可能に設けられ、前記シール部の第１地点全体を同一の加圧力で圧着することができる。

【0012】

前記第１地点の一次シール作業後、前記第１地点から離れた前記シール部の第２地点を、前記アンビルと前記ホーンを介して圧着して固定する第２地点の固定作業と、前記ホーンを介して前記シール部の第２地点に超音波を設定振動数と設定振幅で設定時間加えることにより、前記シール部の第２地点を熱融着する第２地点のシール作業と、をさらに含むことができる。

【0013】

前記第２地点のシール作業は、前記第１地点の一次シール作業の超音波振動数、振幅、および時間と同一に設定することができる。
前記第２地点のシール作業後、前記第１地点と前記第２地点との間に位置したシール部の第３地点を、前記アンビルと前記ホーンを介して圧着して固定する第３地点の固定作業と、前記ホーンを介して前記シール部の第３地点に超音波を設定振動数と設定振幅で設定時間加えることにより、前記シール部の第３地点を熱融着する第３地点のシール作業と、をさらに含むことができる。

【0014】

前記第３地点のシール作業の超音波振動数、振幅、および時間は、前記第１地点の一次シール作業の超音波振動数、振幅、および時間と異なるように設定することができる。
前記第３地点の超音波振動数、振幅、および時間は、前記第１地点の一次シール作業の超音波振動数、振幅、および時間よりも高く設定することができる。

【0015】

一方、本発明の二次電池の製造方法は、電極およびセパレータを積層して電極組立体を製造する製造工程と、前記電極組立体をパウチ型電池ケースの内部に収納する収納工程と、前記電池ケースの縁に延長形成されるシール部を熱融着してシールするシール工程と、を含み、前記シール工程は、前記電池ケースの縁面に沿って延長形成されるシール部をアンビルとホーンとの間に配置する配置作業と、前記アンビルと前記ホーンを介して前記シール部の第１地点を圧着して固定する第１地点の固定作業と、前記ホーンを介して前記シール部の第１地点に超音波を設定振動数と設定振幅で設定時間加えることにより、前記シール部の第１地点を熱融着する第１地点の一次シール作業と、を含むことができる。

【0016】

前記設定振動数は１０ｋＨｚ～４０ｋＨｚであり、前記設定振幅は５μｍ～５０μｍであり、前記設定時間は０．１秒～２．０秒であってもよい。
前記シール工程は、前記第１地点の一次シール作業後、前記ホーンを介して前記シール部の第１地点に二次的に超音波を加える第１地点の二次シール作業をさらに含み、前記第１地点の二次シール作業は、前記第１地点の一次シール作業の超音波振動数および設定時間とは同一であり、振幅は４０～６０％に減少させた状態で行われることができる。

【0017】

前記シール工程は、前記第１地点の一次シール作業後、前記第１地点から離れた前記シール部の第２地点を、前記アンビルと前記ホーンを介して圧着して固定する第２地点の固定作業と、前記ホーンを介して前記シール部の第２地点に超音波を設定振動数と設定振幅で設定時間加えることにより、前記シール部の第２地点を熱融着する第２地点のシール作業と、をさらに含むことができる。

【0018】

前記シール工程は、前記第２地点のシール作業後、前記第１地点と前記第２地点との間に位置したシール部の第３地点を、前記アンビルと前記ホーンを介して圧着して固定する第３地点の固定作業と、前記ホーンを介して前記シール部の第３地点に超音波を設定振動数と設定振幅で設定時間加えることにより、前記シール部の第３地点を熱融着する第３地点のシール作業と、をさらに含むことができる。

【発明の効果】

【0019】

本発明の二次電池用シール工程は、配置作業、第１地点の固定作業、および第１地点の一次シール作業を含み、前記第１地点の一次シール作業は、電池ケースに備えられたシール部の第１地点に超音波を設定振動数、設定振幅、および設定時間加えることにより、前記シール部の第１地点を熱融着することを特徴とする。この際、前記設定振動数は１０ｋＨｚ～４０ｋＨｚであり、前記設定振幅は５μｍ～５０μｍであり、前記設定時間は０．１秒～２．０秒であってもよい。このような特徴により、電池ケースに含まれたシール部の第１地点をシールする際に最適のシール条件を設定することができ、これにより、シール部の第１地点における熱伝達均一性を向上させることができ、その結果、シール部の第１地点を不良なしにシールすることができる。

【0020】

また、本発明の二次電池用シール工程は、第１地点の二次シール作業をさらに行い、前記第１地点の二次シール作業は、第１地点の一次シール作業と同一のシール条件を有するが、振幅だけ５０％に減少させた状態で行われることを特徴とする。このような特徴により、第１地点の一次シール作業における電池ケースのシール部に発生した気泡を効果的に排出させて除去することができ、これにより、不良の発生を大幅に減少させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0021】

【図1】本発明の第１実施形態に係る二次電池を示した断面図である。

【図2】本発明の第１実施形態に係る二次電池用シール装置を示した斜視図である。

【図3】本発明の第１実施形態に係る二次電池用シール装置を示した断面図である。

【図4】本発明の第１実施形態に係る二次電池用シール工程を示したフローチャートである。

【図5】本発明の第１実施形態に係る二次電池用シール工程の配置作業を示した斜視図である。

【図6】本発明の第１実施形態に係る二次電池用シール工程の第１地点の固定作業を示した側面図である。

【図7】本発明の第１実施形態に係る二次電池用シール工程の第１地点のシール作業を示した側面図である。

【図8】本発明の第１実施形態に係る二次電池用シール工程におけるシール部での気泡発生状態を示した断面図である。

【図9】本発明の第１実施形態に係る二次電池用シール工程におけるシール部での気泡除去状態を示した断面図である。

【図10】本発明の第２実施形態に係る二次電池の製造方法を示したフローチャートである。

【図11】本発明の第３実施形態に係る二次電池用シール工程を示した平面図である。

【図12】本発明の二次電池用シール装置の実験例を示した表である。

【図13】図１２の比較例１の実験結果を撮影した写真である。

【図14】図１２の製造例１の実験結果を撮影した写真である。

【図15】図１２の製造例２の実験結果を撮影した写真である。

【図16】図１２の比較例２の実験結果を撮影した写真である。

【発明を実施するための形態】

【0022】

以下、添付図面を参照して、本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者が容易に実施することができるように、本発明の実施形態を詳しく説明する。ただし、本発明は、種々の他の形態で実現されてもよく、ここで説明する実施形態に限定されない。そして、図面上、本発明を明確に説明するために説明と関係ない部分は省略し、明細書の全体をわたって類似した部分に対しては類似した図面符号を付した。

【0023】

［本発明の第１実施形態に係る二次電池］
本発明の第１実施形態に係る二次電池は、図１に示されているように、電極タブを備えた電極組立体１０と、前記電極タブに結合される電極リード２０と、前記電極リード２０の先端が外部に引き出された状態で前記電極組立体１０を収容する電池ケース３０と、を含む。

【0024】

そして、前記電池ケース３０は、上部ケースおよび下部ケースを含み、前記上部ケースの収容溝と下部ケースの収容溝が連結されることで電極組立体１０を収容する収容部３１を形成し、前記上部ケースのシール面と下部ケースのシール面が連結されることで前記収容部３１を密封するシール部３２を形成する。

【0025】

すなわち、前記電池ケース３０は、電極組立体１０を収容する収容部３１と、前記収容部３１の縁面に沿って延長形成され、前記収容部３１を密封するシール部３２と、を含む。

【0026】

そして、上部ケースおよび前記下部ケースは、図８を参照すると、電池ケースの内側から外側にコーティング層３０ａ、金属層３０ｂ、および絶縁層３０ｃが順次積層される積層構造を有する。

【0027】

ここで、前記電池ケースのシール部は、本発明の第１実施形態に係る二次電池用シール装置を介してシールされる。特に、本発明の第１実施形態に係る二次電池用シール装置は、超音波を用いて、電池ケースのシール部を熱融着してシールする。この際、本発明の第１実施形態に係る二次電池用シール装置は、超音波の発生時に最適のシール条件を設定することで、電池ケースのシール部を不良なしにシールすることができる。

【0028】

以下、本発明の第１実施形態に係る二次電池用シール装置について添付図面を参照して詳しく説明する。

【0029】

［本発明の第１実施形態に係る二次電池用シール装置］
本発明の第１実施形態に係る二次電池用シール装置１００は、図２および図３に示されているように、電池ケース３０のシール部３２が配置されるアンビル１１０と、前記アンビル１１０に配置されたシール部３２を加圧した状態で熱を加えてシールするホーン１２０と、を含む。

【0030】

すなわち、本発明の第１実施形態に係る二次電池用シール装置１００は、電池ケース３０のシール部３２をアンビル１１０とホーン１２０との間に配置した後、前記アンビル１１０とホーン１２０を介して前記シール部３２を加圧して固定する。次に、ホーン１２０を介して前記シール部３２に超音波を加えると、シール部３２に含まれたコーティング層の一部が熱融着し、これにより、シール部をシールすることができる。

【0031】

一例として、本発明の第１実施形態に係る二次電池用シール装置１００は、前記ホーン１２０を介して前記シール部３２の第１地点Ａに超音波を設定振動数と設定振幅で設定時間加えることになり、これにより、前記シール部３２の第１地点Ａに発生する熱の均一性を高めることができ、その結果、シール部３２の第１地点Ａを不良なしにシールすることができる。

【0032】

ここで、シール部３２に備えられたコーティング層３０ａの厚さが３０～８５μｍである際に、前記設定振動数は１０ｋＨｚ～４０ｋＨｚであり、前記設定振幅は５μｍ～５０μｍであり、前記設定時間は０．１秒～２．０秒であってもよい。

【0033】

このように、本発明の第１実施形態に係る二次電池用シール装置１００は、シール部３２に含まれたコーティング層をシールする際に超音波溶接条件を設定することで、不良なしにコーティング層をシールすることができる。

【0034】

一方、本発明の第１実施形態に係る二次電池用シール装置１００は、前記ホーン１２０に熱エネルギーを伝達するブースタ１３１が備えられたコンバータ１３０を含む。ここで、前記ホーン１２０は、中央が前記ブースタ１３１に回転可能にヒンジ１２１結合され、これにより、ホーン１２０の両端部が前記ヒンジ１２１を中心に回転することになる。すなわち、アンビル１１０とホーン１２０を介して前記シール部３２の加圧時にホーン１２０が回転することにより、アンビル１１０とホーン１２０を介して前記シール部３２全体を均一に加圧することができ、その結果、シール部全体に均一な超音波を加えることができるためシール力を高めることができる。

【0035】

以下、本発明の第１実施形態に係る二次電池用シール装置１００を用いたシール工程について説明する。

【0036】

［本発明の第１実施形態に係る二次電池用シール工程］
本発明の第１実施形態に係る二次電池用シール工程（Ｓ３０）は、図４～図９に示されているように、電池ケース３０の縁面に沿って延長形成されるシール部３２を熱融着して密封するためのものであり、配置作業（Ｓ３１）、第１地点の固定作業（Ｓ３２）、第１地点の一次シール作業（Ｓ３３）、および第１地点の二次シール作業（Ｓ３４）を含む。

【0037】

配置作業
配置作業（Ｓ３１）は、電池ケース３０のシール部３２に区画された第１地点Ａを二次電池用シール装置１００のアンビル１１０とホーン１２０との間に配置する。

【0038】

第１地点の固定作業
第１地点の固定作業（Ｓ３２）は、前記アンビル１１０と前記ホーン１２０を介して前記シール部３２の第１地点Ａを圧着して固定する。この際、前記ホーン１２０は、コンバータ１３０にヒンジ１２１を中心に左右に回転可能に結合され、これにより、アンビル１１０の配置角度に合わせてホーン１２０が回転し、その結果、アンビル１１０とホーン１２０の圧着面全体の圧力を均一化することができる。これは、アンビル１１０とホーン１２０との間に固定される前記シール部３２の全体表面を均一な力で圧着することができる。

【0039】

第１地点の一次シール作業
第１地点の一次シール作業（Ｓ３３）は、前記ホーン１２０を介して前記シール部３２の第１地点Ａに超音波を発生させ、前記シール部３２の第１地点Ａを熱融着する。特に、第１地点の一次シール作業（Ｓ３３）は、前記ホーン１２０を介して超音波を設定振動数と設定振幅で設定時間加えることにより、前記シール部３２の第１地点Ａを熱融着する。すなわち、ホーン１２０は、シール部３２に含まれたコーティング層に超音波を加えて前記コーティング層の一部を溶融させた後に凝固させることによりシール部３２をシールする。

【0040】

一方、前記電池ケース３０は、上部ケースおよび下部ケースを含み、前記上部ケースの収容溝と下部ケースの収容溝が連結されることで電極組立体１０を収容する収容部３１を形成し、前記上部ケースのシール面と下部ケースのシール面が連結されることで前記収容部３１を密封するシール部３２を形成する。そして、上部ケースおよび下部ケースは、電池ケースの内側から外側にコーティング層３０ａ、金属層３０ｂ、および絶縁層３０ｃが順次積層される構造を有する。

【0041】

ここで、シール部３２に含まれたコーティング層３０ａの厚さが３０～８５μｍである際に、第１条件である設定振動数は１０ｋＨｚ～４０ｋＨｚであり、第２条件である設定振幅は５～５０μｍであり、第３条件である設定時間は０．１～２．０秒であってもよい。ここで、５～５０μｍの振幅を１００％と記載する。

【0042】

一方、第１条件である振動数が１０ｋＨｚ以下である場合には、シール部３２に含まれたコーティング層３０ａを溶融させるのに多くの時間がかかる。そして、振動数が４０ｋＨｚ以上である場合には、シール部３２に含まれたコーティング層３０ａを迅速に溶融させることができるが、コーティング層の損傷も発生し得る。

【0043】

また、第２条件である設定振幅が５μｍ以下である場合には、シール部３２に含まれたコーティング層３０ａが溶融することができないかまたは多くの時間がかかる。そして、設定振幅が５０μｍ以上である場合には、シール部３２に含まれたコーティング層３０ａを迅速に溶融させることができるが、コーティング層の損傷も発生し得る。

【0044】

また、第３条件である設定時間が０．１秒以下である場合には、シール部３２に含まれたコーティング層３０ａに超音波が加えられる時間が短いため溶融することができない。そして、設定時間が２．００秒以上である場合には、シール部３２に含まれたコーティング層３０ａを迅速に溶融させることができるが、コーティング層の損傷も発生し得る。

【0045】

一例として、シール部３２に含まれたコーティング層３０ａの厚さが３５～８０μｍである際に、超音波振動数が１０ｋＨｚまたは４０ｋＨｚ、振幅が１００％、時間が０．１秒または２．０秒に設定されると、シール部のシール効果に優れる（図１４および図１５の実験写真を参照）。一方、超音波振動数が１５ｋＨｚ、振幅が１００％、時間が０．１秒以下である場合には、シール部３２のコーティング層に熱が均一に伝達されないことにより、前記コーティング層が十分に溶融することができず、これにより、シール不良が発生し得る（図１３の実験写真を参照）。一方、超音波振動数が３５ｋＨｚ、振幅が５０％、時間が０．１秒である場合には、シール部３２のコーティング層に熱が均一に伝達されないことにより、前記コーティング層が十分に溶融することができない（図１６の実験写真を参照）。

【0046】

したがって、第１地点の一次シール作業（Ｓ３３）は、第１条件である設定振動数が１０～４０ｋＨｚであり、第２条件である設定振幅が５～５０μｍであり、第３条件である設定時間が０．１～２．０秒に設定することで熱伝達均一性を向上させることができ、その結果、シール部３２の第１地点Ａを不良なしに均一にシールすることができる。

【0047】

ここで、シール部３２は、図８に示されているように、第１地点の一次シール作業（Ｓ３３）時に前記シール部３２のコーティング層３０ａが溶融しつつ気泡Ｃが発生し、前記シール部３２のコーティング層３０ａに発生した気泡Ｃを除去するために、第１地点の二次シール作業（Ｓ３４）をさらに行うことができる。

【0048】

すなわち、第１地点の一次シール作業（Ｓ３３）後、前記ホーン１２０を介して前記シール部３２の第１地点Ａに二次的に超音波を加える第１地点の二次シール作業（Ｓ３４）をさらに行う。

【0049】

第１地点の二次シール作業
第１地点の二次シール作業（Ｓ３４）は、図９に示されているように、シール部を二次的にシールするとともに、第１地点の一次シール作業時に前記シール部に発生した気泡を除去するためのものである。すなわち、第１地点の二次シール作業（Ｓ３４）は、前記第１地点の一次シール作業（Ｓ３３）後、前記ホーン１２０を介して前記シール部３２の第１地点Ａに二次的に超音波を加え、前記シール部３２の第１地点Ａを二次的に熱融着する。

【0050】

この際、前記第１地点の二次シール作業（Ｓ３４）は、前記第１地点の一次シール作業（Ｓ３３）の超音波振動数および設定時間とは同一であり、振幅は４０～６０％、好ましくは５０％に減少させた状態で行われる。

【0051】

すなわち、前記第１地点の二次シール作業（Ｓ３４）は、第１条件である超音波振動数が１０～４０ｋＨｚであり、第２条件である設定振幅が第１地点の一次シール作業（Ｓ３３）にて設定された振幅の４０～６０％であり、第３条件である設定時間が０．１～２．０秒に設定される。

【0052】

上記のように第１地点の二次シール作業（Ｓ３４）は、第１～第３条件を含む最適のシール条件を設定する。次に、超音波を用いた摩擦熱を前記シール部３２に発生させる。すると、前記シール部３２に発生した気泡Ｃが外部に順次抜け出るように誘導することができ、その結果、シール部３２に発生した気泡Ｃを効果的に除去することができる。

【0053】

したがって、本発明の第１実施形態に係る二次電池用シール工程（Ｓ３０）は、配置作業（Ｓ３１）、第１地点の固定作業（Ｓ３２）、第１地点の一次シール作業（Ｓ３３）、および第１地点の二次シール作業（Ｓ３４）を含むことで最適のシール条件を設定することができ、これにより、シール部に伝達される熱均一性を向上させることができ、その結果、シール部を不良なしにシールすることができる。特に、シール部に発生した気泡を効果的に除去することができるため製品性を高めることができる。

【0054】

以下、本発明の他の実施形態を説明するにおいて、前述した実施形態と同一の機能を有する構成に対しては同一の構成符号を付し、重複する説明は省略する。

【0055】

［本発明の第２実施形態に係る二次電池の製造方法］
本発明の第２実施形態に係る二次電池の製造方法は、図１０に示されているように、電極およびセパレータを積層して電極組立体１０を製造する製造工程（Ｓ１０）と、前記電極組立体１０の電極タブに電極リード２０を結合し、前記電極リード２０の先端が外部に引き出された状態で前記電極組立体１０をパウチ型電池ケース３０の内部に収納する収納工程（Ｓ２０）と、前記電池ケース３０の縁に延長形成されるシール部３２を熱融着して密封するシール工程（Ｓ３０）と、を含む。

【0056】

ここで、前記シール工程（Ｓ３０）は、前記電池ケース３０の縁面に沿って延長形成されるシール部３２をアンビル１１０とホーン１２０との間に配置する配置作業（Ｓ３１）と、前記アンビル１１０と前記ホーン１２０を介して前記シール部３２の第１地点Ａを圧着して固定する第１地点の固定作業（Ｓ３２）と、前記ホーン１２０を介して前記シール部３２の第１地点Ａに超音波を設定振動数と設定振幅で設定時間加えることにより、前記シール部３２の第１地点Ａを熱融着する第１地点の一次シール作業（Ｓ３３）と、を含む。
一方、前記設定振動数は１０～４０ｋＨｚであり、前記設定振幅は５～５０μｍであり、前記設定時間は０．１～２．０秒であってもよい。

【0057】

一方、前記第１地点の一次シール作業（Ｓ３３）後、前記ホーンを介して前記シール部の第１地点に二次的に超音波を加える第１地点の二次シール作業（Ｓ３４）をさらに含む。前記第１地点の二次シール作業は、前記第１地点の一次シール作業の超音波振動数および設定時間とは同一であり、振幅は４０～６０％に減少させた状態で行われる。

【0058】

一方、前記シール工程（Ｓ３０）は、前述した本発明の第１実施形態に係る二次電池用シール工程（Ｓ３０）と同一の工程を有するため、重複する説明は省略する。

【0059】

したがって、本発明の第２実施形態に係る二次電池の製造方法は、シール力が改善された二次電池を製造することができる。

【0060】

［本発明の第３実施形態に係る二次電池用シール工程］
本発明の第３実施形態に係る二次電池用シール工程（Ｓ３０）は、前述した本発明の第１実施形態に係る二次電池用シール工程（Ｓ３０）の第１地点の一次シール作業または第１地点の二次シール作業を完了した後、電池ケース３０に含まれたシール部３２の第２地点Ｂをさらにシールする作業をさらに行い、これにより、電池ケース３０に含まれたシール部３２のシール力を大幅に高めることができる。

【0061】

一例として、本発明の第３実施形態に係る二次電池用シール工程（Ｓ３０）は、配置作業（Ｓ３１）、第１地点の固定作業（Ｓ３２）、第１地点の一次シール作業（Ｓ３３）、第１地点の二次シール作業（Ｓ３４）、第２地点の固定作業（Ｓ３５）、および第２地点のシール作業（Ｓ３６）を含む。

【0062】

ここで、配置作業（Ｓ３１）、第１地点の固定作業（Ｓ３２）、第１地点の一次シール作業（Ｓ３３）、第１地点の二次シール作業（Ｓ３４）は、第１実施形態に係る二次電池用シール工程（Ｓ３０）において詳しく説明したため、ここでは詳しい説明を省略する。

【0063】

一方、本発明の第３実施形態に係る二次電池用シール工程（Ｓ３０）は、図１１に示されているように、電池ケース３０に含まれたシール部３２をシール部の幅方向に沿って３個の地点に分けてシールを行う。すなわち、シール部３２の内側である第１地点Ａを最初にシールし、シール部３２の外側である第２地点Ｂを２番目にシールし、前記第１地点Ａと第２地点Ｂとの間の第３地点Ｃを最後にシールする。

【0064】

この際、前記第１地点Ａと第２地点Ｂは同一の設定でシールし、第３地点Ｃは、前記第１地点Ａと第２地点Ｂよりも高い温度と長い時間でシールする。

【0065】

第２地点の固定作業
第２地点の固定作業（Ｓ３５）は、前記第１地点Ａから離れた前記シール部３２の第２地点Ｂを前記アンビル１１０と前記ホーン１２０に配置した後、前記アンビル１１０と前記ホーン１２０を介して前記シール部３２の第２地点Ｂを圧着して固定する。

【0066】

第２地点のシール作業
第２地点のシール作業（Ｓ３６）は、前記ホーン１２０を介して前記シール部３２の第２地点Ｂに超音波を設定振動数と設定振幅で設定時間加えることにより、前記シール部３２の第２地点Ｂを熱融着し、これにより、前記シール部３２の第２地点Ｂをシールすることができる。
この際、第２地点のシール作業（Ｓ３６）は、第２地点の一次シール作業および第２地点の二次シール作業を含む。

【0067】

前記第２地点の一次シール作業は、前述した第１地点の一次シール作業（Ｓ３３）と同一の条件でシール部の第２地点を一次的にシールする。すなわち、前記第２地点の一次シール作業のシール条件は、前記設定振動数が１０～４０ｋＨｚであり、前記設定振幅が５～５０μｍであり、前記設定時間が０．１～２．０秒である。

【0068】

前記第２地点の二次シール作業は、前述した第１地点の二次シール作業（Ｓ３４）と同一の条件でシール部の第２地点Ｂを二次的にシールする。すなわち、前記第２地点の二次シール作業のシール条件は、前記第２地点の一次シール作業の超音波振動数および設定時間とは同一であり、振幅は４０～６０％、好ましくは５０％に減少させた状態で行う。この際、シール部の第２地点Ｂに発生する気泡も共に除去することができ、その結果、シール部の第２地点を不良なしにシールすることができる。

【0069】

したがって、本発明の第３実施形態に係る二次電池用シール工程（Ｓ３０）は、シール部の第１および第２地点を不良なしにシールすることができ、その結果、二次電池のシール力を高めることができる。

【0070】

一方、本発明の第３実施形態に係る二次電池用シール工程（Ｓ３０）は、第３地点の固定作業（Ｓ３７）および第３地点のシール作業（Ｓ３８）をさらに含む。

【0071】

第３地点の固定作業
第３地点の固定作業（Ｓ３７）は、前記第２地点のシール作業後、前記第１地点Ａと前記第２地点Ｂとの間に位置したシール部の第３地点Ｃを、前記アンビル１１０と前記ホーン１２０を介して圧着して固定する。

【0072】

第３地点のシール作業
第３地点のシール作業（Ｓ３８）は、前記ホーン１２０を介して前記シール部３２の第３地点Ｃに超音波を設定振動数と設定振幅で設定時間加えることにより、前記シール部３２の第３地点Ｃを熱融着する。

【0073】

この際、第３地点のシール作業（Ｓ３８）の超音波振動数、振幅、および時間は、前記第１地点の一次シール作業の超音波振動数、振幅、および時間と互いに異なるように設定される。

【0074】

すなわち、第３地点のシール作業（Ｓ３８）の超音波振動数、振幅、および時間は、前記第１地点の一次シール作業の超音波振動数、振幅、および時間よりも高く設定され、これにより、第１地点と前記第２地点との間に位置したシール部の第３地点を効果的に溶融させてシール力を高めることができる。

【0075】

特に、第３地点のシール作業（Ｓ３８）は、前記第３地点の超音波時間が１～２秒に設定され、これにより、シール部の第３地点全体を安定的に溶融させることができ、その結果、シール力を高めることができる。

【0076】

したがって、本発明の第３実施形態に係る二次電池用シール工程（Ｓ３０）は、シール部の第３地点をさらにシールすることで、二次電池のシール力を大幅に高めることができる。

【0077】

［実験例］
図１２に記載された表のように、電極組立体、電極リード、および電池ケースを含む二次電池を４個準備する。４個の二次電池は同一の製品である。そして、４個の二次電池は、互いに異なるシール条件で、二次電池のシール部をシールする。この際、シール部に備えられたコーティング層の厚さは３０～８５μｍを有する。そして、振幅５～５０μｍを１００％に設定する。

【0078】

比較例１
比較例１は、二次電池に含まれたシール部の第１地点Ａに、超音波を１０～４０ｋＨｚの振動数と、１００％の振幅で０．１秒以下発生させてシールした後、シール部の表面を撮影する。その結果、図１３のような写真を得ることができる。

【0079】

製造例１
製造例１は、二次電池に含まれたシール部の第１地点Ａに、超音波を１０～４０ｋＨｚの振動数と、１００％の振幅で０．３５秒発生させてシールした後、シール部の表面を撮影する。その結果、図１４のような写真を得ることができる。

【0080】

製造例２
製造例２は、二次電池に含まれたシール部の第１地点Ａに、超音波を１０～４０ｋＨｚの振動数と、１００％の振幅で２．０秒発生させてシールした後、シール部の表面を撮影する。その結果、図１５のような写真を得ることができる。

【0081】

比較例２
比較例２は、二次電池に含まれたシール部の第１地点Ａに、超音波を１０～４０ｋＨｚの振動数と、製造例１の振幅の５０％の振幅で０．３５秒発生させてシールした後、シール部の表面を撮影する。その結果、図１６のような写真を得ることができる。

【0082】

実験結果
比較例１は、図１３を参照すると、シール部にホーンまたはアンビルの突起跡がないことを確認することができる。これは、シール部の第１地点Ａに超音波の振動数と加えられた時間が少ないため、シール部の第１地点Ａが安定的に溶融できなかったことが分かり、その結果、シール不良が発生したことを確認することができる。この際、シール部のコーティング層の接着力を測定した結果、０．０Ｎ／ｍｍが測定された。

【0083】

製造例１は、図１４を参照すると、シール面にホーンまたはアンビルの突起跡を明確に確認することができ、これは、シール部の第１地点Ａが安定的に溶融してシールされたことが分かり、その結果、不良なしにシール部がシールされたことが分かる。この際、シール部のコーティング層の接着力を測定した結果、５．０Ｎ／ｍｍが測定された。

【0084】

製造例２は、図１５を参照すると、シール面に一部のホーンまたはアンビルの突起跡を明確に確認することができる。ただし、過溶融により製造例１よりは接着力が劣るが、それにもかかわらず、比較例と比べて接着力を高めることができるため、シール部を不良なしにシールすることができる。一方、シール部のコーティング層の接着力を測定した結果、３．０Ｎ／ｍｍが測定された。

【0085】

比較例２は、図１６を参照すると、シール面にホーンまたはアンビルの突起跡がないことを確認することができ、これは、超音波振幅と時間が充分ではあるものの、振幅が不足してシール部の第１地点Ａが溶融できなかったことが分かり、その結果、シール不良が発生したことを確認することができる。一方、シール部のコーティング層の接着力を測定した結果、０．０Ｎ／ｍｍが測定された。

【0086】

したがって、上記のような実験の結果、本発明の第１実施形態に係る二次電池用シール工程は、超音波を用いてシール部をシールする場合、振動数は１０ｋＨｚ～４０ｋＨｚ、振幅は５０～１００％、時間は０．１秒～２．０秒に設定することで、シール部を安定的にシールすることができる。

【0087】

本発明の範囲は上記の詳細な説明よりは後述の特許請求の範囲により示され、特許請求の範囲の意味および範囲、そしてその均等概念から導き出される多様な実施形態が可能である。

【符号の説明】

【0088】

１０：電極組立体
２０：電極リード
３０：電池ケース
３１：収容部
３２：シール部
１００：二次電池用シール装置
１１０：アンビル
１２０：ホーン
１２１：ヒンジ
１３０：コンバータ
１３１：ブースタ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】