特許 7604634 パウチ型電池ケースおよびその成形装置、並びにパウチ型二次電池

(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】2024-12-13

(45)【発行日】2024-12-23

(54)【発明の名称】パウチ型電池ケースおよびその成形装置、並びにパウチ型二次電池

(51)【国際特許分類】

   H01M 50/178 20210101AFI20241216BHJP

   H01M 50/105 20210101ALI20241216BHJP

   H01M 50/119 20210101ALI20241216BHJP

   H01M 50/121 20210101ALI20241216BHJP

   H01M 50/129 20210101ALI20241216BHJP

   H01M 50/133 20210101ALI20241216BHJP

【ＦＩ】

H01M50/178

H01M50/105

H01M50/119

H01M50/121

H01M50/129

H01M50/133

【請求項の数】 14

(21)【出願番号】P 2023520510

(86)(22)【出願日】2021-10-06

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2023-09-14

(86)【国際出願番号】 KR2021013714

(87)【国際公開番号】W WO2022075750

(87)【国際公開日】2022-04-14

【審査請求日】2023-04-04

(31)【優先権主張番号】10-2020-0129025

(32)【優先日】2020-10-06

(33)【優先権主張国・地域又は機関】KR

(31)【優先権主張番号】10-2021-0074479

(32)【優先日】2021-06-08

(33)【優先権主張国・地域又は機関】KR

【早期審査対象出願】

(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】セ・ヨン・オ

(72)【発明者】

【氏名】チュン・ヒ・イ

(72)【発明者】

【氏名】ジョン・ミン・ハ

(72)【発明者】

【氏名】グン・ヒ・キム

(72)【発明者】

【氏名】ヒョン・ボム・キム

(72)【発明者】

【氏名】ヒュン・ホ・クォン

【審査官】高木 康晴

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１０－２３２０６７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－０２６１７３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００７－２５７８４７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００５－２９４２１２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００２－２０８３８４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｍ ５０／１０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

電極およびセパレータが積層されて形成された電極組立体を内部に収容するカップ部と、
前記カップ部の壁と前記壁から延びるサイドとを互いに連結する複数のダイエッジと、を含み、
少なくとも１つの前記ダイエッジは、
第１曲率半径でラウンドして形成された第１領域と、
前記第１曲率半径よりも小さい第２曲率半径でラウンドして形成された第２領域と、を含み、
前記第１領域は、前記電極組立体の一側から突出した電極タブが載置される領域であり、
前記第１曲率半径は、前記第２曲率半径の１．５倍～４倍である、パウチ型電池ケース。

【請求項2】

前記第１曲率半径は、
１．７ｍｍ～２．７ｍｍである、請求項１に記載のパウチ型電池ケース。

【請求項3】

前記第２曲率半径は、
１．２ｍｍ以下である、請求項１または２に記載のパウチ型電池ケース。

【請求項4】

前記第２曲率半径は、
０．７ｍｍ以下である、請求項１から３のいずれか一項に記載のパウチ型電池ケース。

【請求項5】

パウチフィルムを成形して製造され、
前記パウチフィルムは、
第１ポリマーから製造され、最内層として形成されたシーラント層と、
第２ポリマーから製造され、最外層として形成された表面保護層と、
前記表面保護層と前記シーラント層との間に積層された水分バリア層と、を含み、
前記水分バリア層は、
厚さが５０～８０μｍであり、結晶粒度が１０～１３μｍであるアルミニウム合金薄膜からなり、
前記シーラント層は、
厚さが６０～１００μｍである、請求項１から４のいずれか一項に記載のパウチ型電池ケース。

【請求項6】

前記カップ部の深さは、
前記カップ部が１つ形成される場合は７ｍｍ、前記カップ部が２つ形成される場合は６．５ｍｍである、請求項１から５のいずれか一項に記載のパウチ型電池ケース。

【請求項7】

前記第１領域は、
互いに対向する２つの前記ダイエッジにそれぞれ１つずつ形成されている、請求項１から６のいずれか一項に記載のパウチ型電池ケース。

【請求項8】

前記第１領域は、
１つの前記ダイエッジに複数形成されている、請求項１から６のいずれか一項に記載のパウチ型電池ケース。

【請求項9】

前記第２領域は、
複数の前記第１領域の間に形成されている、請求項８に記載のパウチ型電池ケース。

【請求項10】

電極およびセパレータが積層されて形成された電極組立体と、
前記電極組立体を内部に収容するカップ部を含む電池ケースと、を含み、
前記電池ケースは、
前記カップ部の壁と前記壁から延びるサイドとを互いに連結する複数のダイエッジを含み、
少なくとも１つの前記ダイエッジは、
第１曲率半径でラウンドして形成された第１領域と、
前記第１曲率半径よりも小さい第２曲率半径でラウンドして形成された第２領域と、を含み、
前記第１領域は、前記電極組立体の一側から突出した電極タブが載置される領域であり、
前記第１曲率半径は、前記第２曲率半径の１．５倍～４倍である、パウチ型二次電池。

【請求項11】

前記電極組立体の面積は１５０００ｍｍ^２～１０００００ｍｍ^２である、請求項１０に記載のパウチ型二次電池。

【請求項12】

請求項１に記載のパウチ型電池ケースを製造するための電池ケース成形装置であって、
上面にパウチフィルムが載置され、前記上面から内側に陥没形成された少なくとも１つの成形空間を含むダイと、
前記成形空間の上方に配置され、下降して前記パウチフィルムを前記成形空間に挿入して成形するパンチと、を含み、
前記ダイは、
前記成形空間と前記上面を互いに連結する複数の加圧エッジを含み、
少なくとも１つの前記加圧エッジは、
第３曲率半径でラウンドして形成されている第３領域と、
前記第３曲率半径よりも小さい第４曲率半径でラウンドして形成されている第４領域と、を含み、
前記第３領域は、前記第１領域に対応している、電池ケース成形装置。

【請求項13】

前記第３曲率半径は、
１．５ｍｍ～２．５ｍｍである、請求項１２に記載の電池ケース成形装置。

【請求項14】

前記第４曲率半径は、
１ｍｍ以下である、請求項１２または１３に記載の電池ケース成形装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本出願は、２０２０年１０月０６日付けの韓国特許出願第１０－２０２０－０１２９０２５号および２０２１年０６月０８日付けの韓国特許出願第１０－２０２１－００７４４７９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、パウチ型電池ケースおよびその成形装置、並びにパウチ型二次電池に関し、より詳しくは、ダイエッジと電極タブの干渉が発生するのを防止することができるパウチ型電池ケースおよびその成形装置、並びにパウチ型二次電池に関する。

【背景技術】

【0003】

一般的に、二次電池の種類としては、ニッケルカドミウム電池、ニッケル水素電池、リチウムイオン電池、およびリチウムイオンポリマー電池などが挙げられる。このような二次電池は、デジタルカメラ、Ｐ－ＤＶＤ、ＭＰ３Ｐ、携帯電話、ＰＤＡ、携帯ゲーム機（Ｐｏｒｔａｂｌｅ Ｇａｍｅ Ｄｅｖｉｃｅ）、パワーツール（Ｐｏｗｅｒ ツール）、およびＥ－バイク（Ｅ－ｂｉｋｅ）などの小型製品だけでなく、電気自動車やハイブリッド自動車のような高出力が求められる大型製品と、余剰の発電電力や再生可能エネルギーを貯蔵する電力貯蔵装置と、バックアップ用電力貯蔵装置にも適用されて用いられている。

【0004】

このような二次電池を製造するために、先ず、電極活物質スラリーを正極集電体および負極集電体に塗布して正極および負極を製造し、それをセパレータ（Ｓｅｐａｒａｔｏｒ）の両側に積層することで、所定形状の電極組立体（Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ Ａｓｓｅｍｂｌｙ）を形成する。そして、電池ケースに電極組立体を収納し、電解質の注入後にシールする。

【0005】

二次電池は、電極組立体を収容するケースの材質に応じて、パウチ型（Ｐｏｕｃｈ Ｔｙｐｅ）および缶型（Ｃａｎ Ｔｙｐｅ）などに分類される。パウチ型（Ｐｏｕｃｈ Ｔｙｐｅ）は、柔軟なポリマー材質で製造されたパウチに電極組立体を収容する。そして、缶型（Ｃａｎ Ｔｙｐｅ）は、金属またはプラスチックなどの材質で製造されたケースに電極組立体を収容する。

【0006】

パウチ型二次電池のケースであるパウチは、柔軟性を有するパウチフィルムにプレス加工を行い、カップ部を形成することで製造される。そして、カップ部が形成されると、前記カップ部の収容空間に電極組立体を収納しサイドをシールして二次電池を製造する。

【0007】

このようなプレス加工中のドロー（Ｄｒａｗｉｎｇ）成形は、プレス装置のような成形装置にパウチフィルムを挿入し、パンチでパウチフィルムに圧力を印加し、パウチフィルムを延伸させることで行われる。パウチフィルムは複数の層からなり、そのうち内部に位置した水分バリア層は金属から製造される。ところで、仮に、水分バリア層の成形性を向上させ、カップ部の壁が垂直に近くなり、カップ部のエッジの曲率半径を改善する場合、エッジのうちダイエッジが電極タブを圧迫してダイエッジと電極タブとの間に干渉が発生するという問題があった。
先行技術文献として韓国公開公報第２０１７－０１２４８８２号がある。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

本発明が解決しようとする課題は、ダイエッジと電極タブの干渉が発生するのを防止することができるパウチ型電池ケースおよびその成形装置、並びにパウチ型二次電池を提供することにある。

【0009】

本発明の課題は、以上で言及した課題に制限されず、言及していないまた他の課題は、下記の記載から当業者に明らかに理解できるものである。

【課題を解決するための手段】

【0010】

上記の課題を解決するための本発明の実施形態に係るパウチ型電池ケースは、電極およびセパレータが積層されて形成された電極組立体を内部に収容するカップ部と、前記カップ部の壁と前記壁から延びるサイドとを互いに連結する複数のダイエッジと、を含み、少なくとも１つの前記ダイエッジは、第１曲率半径でラウンドして形成された第１領域と、前記第１曲率半径よりも小さい第２曲率半径でラウンドして形成された第２領域と、を含む。

【0011】

また、前記第１曲率半径は１．７ｍｍ～２．７ｍｍであってもよい。
また、前記第２曲率半径は１．２ｍｍ以下であってもよい。
また、前記第２曲率半径は０．７ｍｍ以下であってもよい。

【0012】

また、パウチフィルムを成形して製造され、前記パウチフィルムは、第１ポリマーから製造され、最内層として形成されたシーラント層と、第２ポリマーから製造され、最外層として形成された表面保護層と、前記表面保護層と前記シーラント層との間に積層された水分バリア層と、を含み、前記水分バリア層は、厚さが５０～８０μｍであり、結晶粒度が１０～１３μｍであるアルミニウム合金薄膜からなり、前記シーラント層は、厚さが６０～１００μｍであってもよい。

【0013】

また、前記カップ部の深さは、前記カップ部が１つ形成される場合は７ｍｍ、前記カップ部が２つ形成される場合は６．５ｍｍであってもよい。
また、前記第１領域は、互いに対向する２つの前記ダイエッジにそれぞれ１つずつ形成されることができる。

【0014】

また、前記第１領域は、１つの前記ダイエッジに複数形成されることができる。
また、前記第２領域は、複数の前記第１領域の間に形成されることができる。

【0015】

上記の課題を解決するための本発明の実施形態に係るパウチ型二次電池は、電極およびセパレータが積層されて形成された電極組立体と、前記電極組立体を内部に収容するカップ部を含む電池ケースと、を含み、前記電池ケースは、前記カップ部の壁と前記壁から延びるサイドとを互いに連結する複数のダイエッジを含み、少なくとも１つの前記ダイエッジは、第１曲率半径でラウンドして形成された第１領域と、前記第１曲率半径よりも小さい第２曲率半径でラウンドして形成された第２領域と、を含む。

【0016】

また、前記電極組立体の面積は１５０００ｍｍ^２～１０００００ｍｍ^２であってもよい。
また、前記第１領域は、前記電極組立体の一側から突出した電極タブが載置されることができる。

【0017】

上記の課題を解決するための本発明の実施形態に係る電池ケース成形装置は、上面にパウチフィルムが載置され、前記上面から内側に陥没形成された少なくとも１つの成形空間を含むダイと、前記成形空間の上方に配置され、下降して前記パウチフィルムを前記成形空間に挿入して成形するパンチと、を含み、前記ダイは、前記成形空間と前記上面を互いに連結する複数の加圧エッジを含み、少なくとも１つの前記加圧エッジは、第３曲率半径でラウンドして形成されている第３領域と、前記第３曲率半径よりも小さい第４曲率半径でラウンドして形成されている第４領域と、を含む。

【0018】

また、前記第３曲率半径は１．５ｍｍ～２．５ｍｍであってもよい。
また、前記第４曲率半径は１ｍｍ以下であってもよい。

【0019】

上記の課題を解決するための本発明の実施形態に係るパウチ型二次電池は、電極およびセパレータが積層されて形成された電極組立体と、前記電極組立体を内部に収容するカップ部を含む電池ケースと、を含み、前記電池ケースは、前記カップ部の壁と前記壁から延びるサイドとを互いに連結する複数のダイエッジを含み、少なくとも１つの前記ダイエッジは、前記電極組立体の一側から突出した電極タブと対応し、内側に凹状に陥没した第１領域を含むことができる。

【0020】

また、前記少なくとも１つの前記ダイエッジは、前記第１領域と連結され、前記第１領域よりは内側に少なく凹状に形成された第２領域をさらに含むことができる。

【0021】

また、前記第１領域は、第１曲率半径でラウンドして形成され、前記第２領域は、前記第１曲率半径よりも小さい第２曲率半径でラウンドして形成されることができる。
本発明のその他の具体的な事項は、詳細な説明および図面に含まれている。

【発明の効果】

【0022】

本発明の実施形態によると、少なくとも次のような効果を有する。
ダイエッジにおける電極タブが載置される第１領域は、相対的に大きい第１曲率半径でラウンドして形成され、電極タブが載置されない第２領域は、相対的に小さい第２曲率半径でラウンドして形成されることで、カップ部の壁が垂直に近くなり、カップ部のダイエッジの曲率半径が減少しても、ダイエッジと電極タブとの間に干渉が発生するのを防止することができる。

【0023】

本発明に係る効果は以上で例示された内容により制限されず、さらに多様な効果が本明細書内に含まれている。

【図面の簡単な説明】

【0024】

【図1】本発明の一実施形態に係る二次電池の組立図である。

【図2】本発明の一実施形態に係るパウチフィルムの断面図である。

【図3】合金番号ＡＡ８０７９のアルミニウム合金および合金番号ＡＡ８０２１のアルミニウム合金の鉄およびシリコンの含量を示したグラフである。

【図4】合金番号ＡＡ８０７９のアルミニウム合金および合金番号ＡＡ８０２１のアルミニウム合金の鉄の含量に応じた引張強度、伸び率、および結晶粒度の変化を示すグラフである。

【図5】合金番号ＡＡ８０７９のアルミニウム合金および合金番号ＡＡ８０２１のアルミニウム合金の結晶粒を拡大したＳＥＭイメージである。

【図6】本発明の比較例に係るダイエッジおよび電極タブを拡大した概略図である。

【図7】本発明の一実施形態に係る電池ケースの部分平面図である。

【図8】本発明の一実施形態に係る電池ケースのカップ部に電極組立体を挿入した様子を示した部分平面図である。

【図9】本発明の一実施形態に係るダイエッジの第１領域および電極タブを拡大した概略図である。

【図10】本発明の一実施形態に係るカップ部のダイエッジの第２領域および電極タブを拡大した概略図である。

【図11】本発明の一実施形態に係る成形装置の概略図である。

【図12】本発明の一実施形態に係るダイの部分拡大図である。

【図13】本発明の他の実施形態に係る二次電池の部分斜視図である。

【発明を実施するための形態】

【0025】

本発明の利点および特徴、そしてそれらを達成する方法は、添付図面とともに詳細に後述している実施形態を参照すれば明らかになるであろう。ただし、本発明は、以下に開示される実施形態に限定されるものではなく、互いに異なる多様な形態で実現できるものであり、本実施形態は、単に本発明の開示が完全となるようにし、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に発明の範囲を完全に知らせるために提供されるものであり、本発明は、特許請求の範囲により定義されるだけである。明細書の全体にわたって、同一の参照符号は、同一の構成要素を指す。

【0026】

他の定義がなければ、本明細書で用いられる全ての用語（技術および科学的用語を含む）は、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に共通に理解できる意味として用いられてもよい。また、一般的に用いられる辞書に定義されている用語は、明らかに特に定義していない限り、理想的にまたは過度に解釈されない。

【0027】

本明細書で用いられた用語は、実施形態を説明するためのものであって、本発明を制限しようとするものではない。本明細書において、単数形は、語句で特に言及しない限り、複数形も含む。明細書で用いられる「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ）」および／または「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」は、言及された構成要素の他に、１つ以上の他の構成要素の存在または追加を排除するものではない。

【0028】

以下、添付図面を参照して、本発明の好ましい実施形態について詳しく説明することにする。
図１は、本発明の一実施形態に係る二次電池１の組立図である。

【0029】

本発明の一実施形態によると、パウチフィルム１３５の引張強度および伸び率が改善されることで靱性（Ｔｏｕｇｈｎｅｓｓ）が増加し、パウチフィルム１３５を成形してパウチ型電池ケース１３を製造する際に成形性が向上することができる。

【0030】

このために、本発明の一実施形態に係るパウチフィルム１３５は、第１ポリマーから製造され、最内層に形成されるシーラント層１３５１（図２に図示）と、第２ポリマーから製造され、最外層に形成される表面保護層１３５３（図２に図示）と、前記表面保護層１３５３と前記シーラント層１３５１との間に積層される水分（またはガス）バリア層１３５２（図２に図示）と、を含み、前記水分バリア層１３５２は、厚さが５０～８０μｍであり、結晶粒度が１０～１３μｍであるアルミニウム合金薄膜からなり、前記シーラント層１３５１は、厚さが６０～１００μｍであってもよい。特に、前記水分バリア層１３５２は、厚さが５５～６５μｍであり、前記シーラント層１３５１は、厚さが７５～８５μｍであることが好ましい。

【0031】

電極組立体１０は、電極およびセパレータを交互に積層して形成する。先ず、電極活物質とバインダーおよび可塑剤を混合したスラリーを正極集電体および負極集電体に塗布し、正極および負極などの電極を製造する。そして、セパレータ（Ｓｅｐａｒａｔｏｒ）を電極の間に積層して電極組立体１０を形成し、電極組立体１０を電池ケース１３に挿入し、電解質の注入後にシールする。

【0032】

電極組立体（Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ Ａｓｓｅｍｂｌｙ）１０は、全長に全幅を掛けた面積が１５０００ｍｍ^２～１０００００ｍｍ^２であってもよい。特に、電極組立体１０の全幅は６０ｍｍ以上であってもよい。また、電極組立体１０は、積層方向に対して６ｍｍ～２０ｍｍの厚さを有してもよい。したがって、本発明の一実施形態に係る電極組立体１０は、一般的な小型電池と比べて大きい電池容量を提供することができる。

【0033】

具体的に、電極組立体１０は、正極および負極の２種類の電極と、前記電極を互いに絶縁させるために電極の間に介在するセパレータと、を含む。このような電極組立体１０は、スタック型、ゼリーロール型、スタック＆フォールディング型などが挙げられる。２種類の電極、すなわち、正極と負極は、それぞれアルミニウムと銅を含む金属箔または金属網状の電極集電体に活物質スラリーが塗布された構造である。活物質スラリーは、通常、粒状の活物質、導電材などを溶媒が添加された状態で撹拌して形成することができる。溶媒は、後続工程で除去される。

【0034】

電極組立体１０は、図１に示されたように、電極タブ（Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ Ｔａｂ）１１を含む。電極タブ１１は、電極組立体１０の正極および負極にそれぞれ連結され、電極組立体１０から外部に突出し、電極組立体１０の内部と外部との間で電子が移動できる経路となる。電極組立体１０の電極集電体は、電極活物質が塗布された部分と、電極活物質が塗布されていない末端部分、すなわち、無地部とから構成される。そして、電極タブ１１は、無地部を裁断して形成されるか、または無地部に別の導電部材を超音波溶接などにより連結して形成されてもよい。このような電極タブ１１は、図１に示されたように、電極組立体１０のそれぞれ異なる方向に突出してもよいが、これに制限されず、一側から同じ方向に並んで突出するなど、多様な方向に向かって突出形成されてもよい。

【0035】

電極組立体１０の電極タブ１１には、二次電池１の外部に電気を供給する電極リード（Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ Ｌｅａｄ）１２がスポット（Ｓｐｏｔ）溶接などにより連結される。そして、電極リード１２の一部は、絶縁部１４により周りが取り囲まれる。絶縁部１４は、電池ケース１３の第１ケース１３１と第２ケース１３２が熱融着されるサイド１３４に限定されて位置し、電極リード１２を電池ケース１３に接着させる。そして、電極組立体１０から生成される電気が電極リード１２を通して電池ケース１３に流れるのを防止し、電池ケース１３のシールを維持する。したがって、このような絶縁部１４は、電気がよく通じない非導電性を有する不導体で製造される。一般的に、絶縁部１４としては、電極リード１２に付着しやすく、厚さが比較的に薄い絶縁テープを多く用いるが、これに制限されず、電極リード１２を絶縁できるものであれば、多様な部材を用いてもよい。

【0036】

電極リード１２は、一端が前記電極タブ１１と連結され、他端が前記電池ケース１３の外部にそれぞれ突出する。すなわち、電極リード１２は、正極タブ１１１に一端が連結され、正極タブ１１１が突出した方向に延びる正極リード１２１と、負極タブ１１２に一端が連結され、負極タブ１１２が突出した方向に延びる負極リード１２２と、を含む。一方、正極リード１２１および負極リード１２２は、図１に示されたように、いずれも他端が電池ケース１３の外部に突出する。それにより、電極組立体１０の内部で生成された電気を外部に供給することができる。また、正極タブ１１１および負極タブ１１２がそれぞれ多様な方向に向かって突出形成されるため、正極リード１２１および負極リード１２２もそれぞれ多様な方向に向かって延びることができる。

【0037】

正極リード１２１および負極リード１２２は、その材質が互いに異なってもよい。すなわち、正極リード１２１は、正極集電体と同一のアルミニウム（Ａｌ）材質であり、負極リード１２２は、負極集電体と同一の銅（Ｃｕ）材質、またはニッケル（Ｎｉ）がコーティングされた銅材質であってもよい。そして、電池ケース１３の外部に突出した電極リード１２の一部分は、端子部となり、外部端子と電気的に連結される。

【0038】

電池ケース１３は、電極組立体１０を内部に収納する、柔軟性の材質を有するパウチフィルム１３５を成形して製造されたパウチである。以下、電池ケース１３は、パウチであるものと説明する。パンチ２２（図１１に図示）などを用いて、柔軟性を有するパウチフィルム１３５をドロー（Ｄｒａｗｉｎｇ）成形すると、一部が延伸され、袋状の収容空間１３３１を含むカップ部１３３が形成されることで、電池ケース１３が製造される。

【0039】

電池ケース１３は、電極リード１２の一部が露出するように電極組立体１０を収容しシールされる。このような電池ケース１３は、図１に示されたように、第１ケース１３１および第２ケース１３２を含む。第１ケース１３１にはカップ部１３３が形成され、電極組立体１０を収容できる収容空間１３３１が備えられ、第２ケース１３２は、前記電極組立体１０が電池ケース１３の外部に離脱しないように、前記収容空間１３３１を上方からカバーする。第１ケース１３１と第２ケース１３２は、図１に示されたように、一側が互いに連結されて製造されてもよいが、これに制限されず、互いに分離して別に製造されるなど、多様に製造されてもよい。

【0040】

パウチフィルム１３５にカップ部１３３を成形する際に、１つのパウチフィルム１３５に１つのカップ部１３３だけが形成されてもよいが、これに制限されず、１つのパウチフィルム１３５に２つのカップ部１３３を互いに隣り合うようにドロー成形してもよい。すると、図１に示されたように、第１ケース１３１と第２ケース１３２には、それぞれカップ部１３３が形成される。この際、第１ケース１３１と第２ケース１３２に形成されたそれぞれのカップ部１３３は、深さＤが互いに同一であってもよいが、これに制限されず、深さＤが互いに異なってもよい。

【0041】

本発明の一実施形態の場合、カップ部１３３の深さＤは３ｍｍ以上、特に６．５ｍｍ以上であってもよい。したがって、本発明の一実施形態に係るカップ部１３３は、一般的な小型電池と比べて大きい電極容量を有する電極組立体１０を収納することができる。

【0042】

第１ケース１３１のカップ部１３３に備えられた収容空間１３３１に電極組立体１０を収納した後、２つのカップ部１３３が互いに対向するように、電池ケース１３における２つのカップ部１３３の間に形成されたブリッジ１３６を中心に電池ケース１３をフォールディングすることができる。すると、第２ケース１３２のカップ部１３３が電極組立体１０を上方からも収容する。したがって、２つのカップ部１３３が１つの電極組立体１０を収容するため、カップ部１３３が１つであるときよりも、厚さがさらに厚い電極組立体１０も収容することができる。また、電池ケース１３をフォールディングすることにより、第１ケース１３１と第２ケース１３２が互いに一体に連結されるため、後ほどシール工程を行う際に、シールするサイド１３４の個数が減少することができる。したがって、工程速度を向上させることができ、シール工程数も減少させることができる。

【0043】

一方、電池ケース１３は、電極組立体１０を収容する収容空間１３３１が備えられたカップ部１３３と、カップ部１３３の側部に形成され、脱気孔を通して前記カップ部１３３の内部に生成されるガスを排出する脱気部１３７と、を含むことができる。電池ケース１３のカップ部１３３に電極組立体１０を収納し電解液を注入した後、活性化工程を行うと、電池ケース１３の内部でガスが発生し、このようなガスを外部に排出するために脱気工程を行う。

【0044】

電極組立体１０の電極タブ１１に電極リード１２が連結され、電極リード１２の一部分に絶縁部１４が形成されると、第１ケース１３１のカップ部１３３に備えられた収容空間１３３１に電極組立体１０が収容され、第２ケース１３２が前記空間を上部からカバーする。そして、内部に電解質を注入し、第１ケース１３１および第２ケース１３２のカップ部１３３の外側に延長形成されたサイド１３４をシールする。電解質は、二次電池１の充放電時、電極の電気化学的反応により生成されるリチウムイオンを移動させるためのものであり、リチウム塩と高純度有機溶媒類の混合物である非水系有機電解液または高分子電解質を用いたポリマーを含むことができる。さらに、電解質は、硫化物系、酸化物系、またはポリマー系の固体電解質を含んでもよく、このような固体電解質は、外力により容易に変形する柔軟性を有してもよい。このような方法によりパウチ型二次電池１を製造することができる。

【0045】

図２は、本発明の一実施形態に係るパウチフィルム１３５の断面図である。
本発明の一実施形態に係るパウチ型二次電池１の電池ケース１３であるパウチは、パウチフィルム１３５をドロー（Ｄｒａｗｉｎｇ）成形して製造される。すなわち、パウチフィルム１３５をパンチ２２などで延伸させてカップ部１３３を形成することで製造される。本発明の一実施形態によると、このようなパウチフィルム１３５は、図２に示されたように、シーラント層（Ｓｅａｌａｎｔ Ｌａｙｅｒ）１３５１、水分バリア層（Ｍｏｉｓｔｕｒｅ Ｂａｒｒｉｅｒ Ｌａｙｅｒ）１３５２、表面保護層（Ｓｕｒｆａｃｅ Ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ Ｌａｙｅｒ）１３５３を含み、必要に応じて、延伸補助層（Ｄｒａｗｉｎｇ Ａｓｓｉｓｔａｎｃｅ Ｌａｙｅｒ）１３５４をさらに含むことができる。

【0046】

シーラント層１３５１は、第１ポリマーから製造され、最内層に形成され、電極組立体１０と直接接触することができる。ここで、最内層とは、前記水分バリア層１３５２を基準として電極組立体１０が位置する方向に向かう際に最も最後に位置した層をいう。電池ケース１３は、上記のような積層構造のパウチフィルム１３５を、パンチ２２などを用いてドロー（Ｄｒａｗｉｎｇ）成形すると、一部が延伸され、袋状の収容空間１３３１を含むカップ部１３３が形成されることで製造される。そして、このような収容空間１３３１に電極組立体１０が内部に収容されると、電解質を注入する。その後、第１ケース１３１と第２ケース１３２を互いに対向するように接触させ、サイド１３４に熱圧着をすると、シーラント層１３５１同士が接着されることで、パウチがシールされる。この際、シーラント層１３５１は、電極組立体１０と直接的に接触するため、絶縁性を有しなければならず、電解質とも接触するため、耐食性を有しなければならない。また、内部を完全に密閉して内部および外部間の物質移動を遮断しなければならないため、高いシール性を有しなければならない。すなわち、シーラント層１３５１同士が接着されたサイド１３４は、優れた熱接着強度を有しなければならない。一般的に、このようなシーラント層１３５１を製造する第１ポリマーは、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレート、ポリ塩化ビニル、アクリル系高分子、ポリアクリロニトリル、ポリイミド、ポリアミド、セルロース、アラミド、ナイロン、ポリエステル、ポリパラフェニレンベンゾビスオキサゾール、ポリアリレート、テフロン（登録商標）、およびガラス繊維からなる群から選択された１つ以上の物質からなることができる。特に、主にポリプロピレン（ＰＰ）またはポリエチレン（ＰＥ）などのポリオレフィン系樹脂が用いられる。ポリプロピレン（ＰＰ）は、引張強度、剛性、表面硬度、耐摩耗性、耐熱性などの機械的物性と、耐食性などの化学的物性に優れるため、シーラント層１３５１を製造するのに主に用いられる。さらに、無延伸ポリプロピレン（Ｃａｔｅｄ Ｐｏｌｙｐｒｏｐｙｌｅｎｅ）または酸修飾ポリプロピレン（Ａｃｉｄ Ｍｏｄｉｆｉｅｄ Ｐｏｌｙｐｒｏｐｙｌｅｎｅ）、またはポリプロピレン－ブチレン－エチレン三元共重合体で構成されてもよい。ここで、酸修飾ポリプロピレンは、ＭＡＨ ＰＰ（Ｍａｌｅｉｃ Ａｎｈｙｄｒｉｄｅ Ｐｏｌｙｐｒｏｐｙｌｅｎｅ）であってもよい。また、シーラント層１３５１は、いずれか１つの物質からなる単一膜構造を有するか、または２つ以上の物質がそれぞれ層をなして形成された複合膜構造を有してもよい。

【0047】

本発明の一実施形態によると、シーラント層１３５１の厚さは６０～１００μｍであってもよく、特に７５～８５μｍであってもよい。仮にシーラント層の厚さが６０μｍよりも薄いと、シール時に内部が破壊されるなど、シール耐久性が低下するという問題があり得る。その逆に、仮にシーラント層の厚さが１００μｍよりも厚いと、パウチ全体の厚さが過度に厚くなるため、かえって成形性が低下するか、または二次電池の体積対比エネルギー密度が低下し得る。シーラント層１３５１の厚さが小さい場合、パウチフィルム１３５の絶縁破壊電圧が低くなって絶縁性が低下し得、絶縁性が劣るパウチフィルム１３５を用いて電池を製造する場合に不良率が高くなり得る。

【0048】

水分バリア層１３５２は、表面保護層１３５３とシーラント層１３５１との間に積層され、パウチの機械的強度を確保し、二次電池１外部のガスまたは水分などの出入りを遮断し、電解質漏れを防止する。水分バリア層１３５２は、アルミニウム合金薄膜から製造されることができる。アルミニウム合金薄膜は、所定レベル以上の機械的強度を確保できながらも、重さが軽く、電極組立体１０と電解質による電気化学的性質に対する補完および放熱性などを確保することができる。

【0049】

より具体的には、本発明の一実施形態に係るアルミニウム合金薄膜は、結晶粒度が１０～１３μｍ、好ましくは１０．５～１２．５μｍ、より好ましくは１１～１２μｍであってもよい。アルミニウム合金薄膜の結晶粒度が前記範囲を満たす際に、カップの成形時にピンホール（Ｐｉｎｈｏｌｅ）や亀裂が発生することなく成形深さを増加させることができる。

【0050】

このようなアルミニウム合金薄膜には、アルミニウム以外の金属元素、例えば、鉄（Ｆｅ）、銅（Ｃｕ）、クロム（Ｃｒ）、マンガン（Ｍｎ）、ニッケル（Ｎｉ）、マグネシウム（Ｍｇ）、および亜鉛（Ｚｎ）からなる群から選択される１種または２種以上が含まれることができる。

【0051】

また、本発明の一実施形態によると、水分バリア層１３５２の厚さは５０μｍ～８０μｍであってもよく、特に５５μｍ～６５μｍであってもよい。
従来は、水分バリア層の厚さが５０μｍよりも薄いため、成形性が低下していた。そこで、パウチフィルム１３５をドロー成形すると、カップ部の深さを深く形成する際に、カップ部の壁が垂直に近く形成されるのに限界があり、カップ部のエッジの曲率半径を減少するのにも限界があった。また、穿孔強度が弱いため、電池ケースが外部から衝撃を受けると、内部の電極組立体が破損しやすいという問題もあった。

【0052】

その逆に、仮に水分バリア層の厚さが約８０μｍよりも厚いと、製造費用が増加するだけでなく、二次電池全体の厚さが過度に厚くなり、二次電池の体積対比エネルギー密度が低下するという問題がある。仮に二次電池全体の厚さを減少させるためにシーラント層の厚さを６０μｍよりも薄く減少させると、シール耐久性が低下するという問題がある。

【0053】

しかしながら、単にアルミニウム合金薄膜の厚さだけを増加させる場合、成形深さは増加させることができるが、成形後にアルミニウム合金薄膜にピンホールやクラックが発生し、密封耐久性に問題が発生する。

【0054】

そこで、本発明者らは、研究を重ねた結果、水分バリア層の材質として特定の結晶粒度を有するアルミニウム合金薄膜を適用し、水分バリア層およびシーラント層の厚さを特定の範囲に制御する場合、カップ部を深く成形可能であり、優れた密封耐久性も維持可能であることを見出し、本発明を完成した。

【0055】

具体的には、本発明に係る水分バリア層１３５２は、結晶粒度が１０μｍ～１３μｍ、好ましくは１０．５～１２．５μｍ、より好ましくは１１～１２μｍであるアルミニウム合金薄膜を含む。アルミニウム合金薄膜の結晶粒度が前記範囲を満たす際に、カップの成形時にピンホール（Ｐｉｎｈｏｌｅ）や亀裂が発生することなく成形深さを増加させることができる。アルミニウム合金薄膜の結晶粒度が１３μｍ超過である場合には、アルミニウム合金薄膜の強度が低下し、延伸時に内部応力の分散が難しいため、クラックやピンホールの発生が増加し、結晶粒度が１０μｍ未満である場合には、アルミニウム合金薄膜の柔軟性が低下し、成形性の向上に限界がある。

【0056】

一方、前記結晶粒度は、アルミニウム合金薄膜の組成およびアルミニウム合金薄膜の加工方法に応じて異なり、アルミニウム合金薄膜の厚さ方向の断面を走査型電子顕微鏡（Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ、ＳＥＭ）で観測して測定することができる。具体的には、本発明においては、走査型電子顕微鏡を用いてアルミニウム合金薄膜の厚さ方向の断面のＳＥＭイメージを取得し、前記ＳＥＭイメージから観察される結晶粒のうち既に設定された個数の結晶粒の最大直径を測定した後、これらの平均値を結晶粒度として評価した。

【0057】

表面保護層１３５３は、第２ポリマーから製造され、最外層に形成され、外部との摩擦および衝突から二次電池１を保護しながらも、電極組立体１０を外部から電気的に絶縁させる。ここで、最外層とは、前記水分バリア層１３５２を基準として電極組立体１０が位置する方向の反対方向に向かう際に最も最後に位置した層をいう。このような表面保護層１３５３を製造する第２ポリマーは、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレート、ポリ塩化ビニル、アクリル系高分子、ポリアクリロニトリル、ポリイミド、ポリアミド、セルロース、アラミド、ナイロン、ポリエステル、ポリパラフェニレンベンゾビスオキサゾール、ポリアリレート、テフロン（登録商標）、およびガラス繊維からなる群から選択された１つ以上の物質であってもよい。特に、主に耐摩耗性および耐熱性を有するポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）などのポリマーを用いることが好ましい。そして、表面保護層１３５３は、いずれか１つの物質からなる単一膜構造を有するか、または２つ以上の物質がそれぞれ層をなして形成された複合膜構造を有してもよい。

【0058】

本発明の一実施形態によると、このような表面保護層１３５３の厚さは５μｍ～２５μｍであってもよく、特に７μｍ～１２μｍであってもよい。仮に表面保護層の厚さが５μｍよりも薄いと、外部絶縁性が低下するという問題があり得る。その逆に、仮に表面保護層の厚さが２５μｍよりも厚いと、パウチ全体の厚さが厚くなるため、かえって二次電池の体積対比エネルギー密度が低下し得る。

【0059】

一方、ＰＥＴは、安価、かつ、耐久性に優れ、電気絶縁性に優れるが、前記水分バリア層１３５２として多く用いられるアルミニウムとの接着性も弱く、応力を印加して延伸される際の挙動も互いに異なり得る。したがって、表面保護層１３５３と水分バリア層１３５２を直接接着すると、ドロー成形途中に表面保護層１３５３と水分バリア層１３５２が剥離し得る。それにより、水分バリア層１３５２が均一に延伸されないため、成形性が低下するという問題が発生し得る。

【0060】

本発明の一実施形態によると、電池ケース１３は、第３ポリマーから製造され、表面保護層１３５３と水分バリア層１３５２との間に積層される延伸補助層１３５４をさらに含むことができる。延伸補助層１３５４は、表面保護層１３５３と水分バリア層１３５２との間に積層され、表面保護層１３５３と水分バリア層１３５２が延伸される際に剥離するのを防止することができる。このような延伸補助層１３５４を製造する第３ポリマーは、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレート、ポリ塩化ビニル、アクリル系高分子、ポリアクリロニトリル、ポリイミド、ポリアミド、セルロース、アラミド、ナイロン、ポリエステル、ポリパラフェニレンベンゾビスオキサゾール、ポリアリレート、テフロン（登録商標）、およびガラス繊維からなる群から選択された１つ以上の物質であってもよい。特に、ナイロン（Ｎｙｌｏｎ）樹脂は、表面保護層１３５３のポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）とは接着が容易であり、水分バリア層１３５２のアルミニウム合金とは延伸される際の挙動が類似するため、第３ポリマーとしては、主にナイロン（Ｎｙｌｏｎ）樹脂を用いることができる。そして、延伸補助層１３５４は、いずれか１つの物質からなる単一膜構造を有するか、または２つ以上の物質がそれぞれ層をなして形成された複合膜構造を有してもよい。

【0061】

従来、水分バリア層は、約４０μｍの厚さを有し、それにより、延伸補助層は、約１５μｍの相当に薄い厚さを有するものであった。すなわち、延伸補助層と水分バリア層の厚さ比率が１：２．６７であって、水分バリア層の厚さ比率が相当に高かった。ところで、上述したように、本発明の一実施形態によると、水分バリア層１３５２が約５０～８０μｍ、特に５５μｍ～６５μｍの厚さを有するため、水分バリア層１３５２の成形性が向上する。この際、延伸補助層１３５４の成形性も向上させるために、延伸補助層１３５４は２０μｍ～５０μｍの厚さを有してもよく、特に２５μｍ～３８μｍの厚さを有することが好ましい。仮に２０μｍよりも薄いと、延伸補助層が水分バリア層の向上した成形性を追うことができず、延伸途中に破損し得る。その逆に、仮に５０μｍよりも厚いと、パウチ全体の厚さが厚くなるため、二次電池の体積が増加し、エネルギー密度が低下し得る。特に、本発明の一実施形態によると、延伸補助層１３５４と水分バリア層１３５２の厚さ比率が１：２．５よりも小さくてもよい。すなわち、従来よりも延伸補助層１３５４の厚さ比率をさらに増加することができる。ただし、延伸補助層１３５４の厚さが過度に厚くなると、パウチ全体の厚さが厚くなるため、過度な厚さにならないために、前記厚さ比率は１：１．５よりも大きくてもよい。すなわち、前記厚さ比率は１：１．５～１：２．５であってもよい。

【0062】

図３は、合金番号ＡＡ８０７９のアルミニウム合金および合金番号ＡＡ８０２１のアルミニウム合金の鉄およびシリコンの含量を示したグラフである。
上述したように、水分バリア層１３５２をなすアルミニウム合金薄膜は、結晶粒度が１０～１３μｍ、好ましくは１０．５～１２．５μｍ、より好ましくは１１～１２μｍであってもよい。

【0063】

また、前記アルミニウム合金薄膜の鉄（Ｆｅ）含有量は１．２ｗｔ％～１．７ｗｔ％、好ましくは１．３ｗｔ％～１．７ｗｔ％、より好ましくは１．３ｗｔ％～１．４５ｗｔ％であってもよい。アルミニウム合金薄膜中の鉄（Ｆｅ）含有量が１．２ｗｔ％未満である場合には、アルミニウム合金薄膜の強度が低下し、成形時にクラックおよびピンホールが発生し得、１．７ｗｔ％超過である場合には、アルミニウム合金薄膜の柔軟性が低下し、成形性の向上に限界がある。

【0064】

また、前記アルミニウム合金薄膜のシリコン（Ｓｉ）含有量は０．２ｗｔ％以下、好ましくは０．０５～０．２ｗｔ％、より好ましくは０．１～０．２ｗｔ％であってもよい。シリコン含有量が０．２ｗｔ％超過である場合には、成形性が低下し得る。

【0065】

具体的には、本発明に係るアルミニウム合金薄膜は、合金番号ＡＡ８０２１のアルミニウム合金であってもよい。
これに対し、従来の電池用パウチには、主に合金番号ＡＡ８０７９のアルミニウム合金薄膜が用いられた。
アルミニウム合金に鉄が多く含まれる場合には、機械的強度が向上し、鉄が少なく含まれる場合には、柔軟性が向上する。

【0066】

合金番号ＡＡ８０７９は、図３に示されたように、鉄を０．６ｗｔ％～１．２ｗｔ％含み、シリコンを０．３ｗｔ％以下含む。合金番号ＡＡ８０７９のアルミニウム合金の場合、鉄が相対的に少なく含まれており、それを用いて水分バリア層１３５２を製造する場合、柔軟性が向上することはできるが、強度が低下して成形性に限界があり得る。

【0067】

これに対し、合金番号ＡＡ８０２１は、図３に示されたように、鉄を１．２ｗｔ％～１．７ｗｔ％、特に１．３ｗｔ％～１．７ｗｔ％含むことができ、シリコンを０．２ｗｔ％以下含むことができる。このような合金番号ＡＡ８０２１のアルミニウム合金を用いて水分バリア層１３５２を製造する場合、鉄が相対的に多く含まれるため、引張強度（Ｔｅｎｓｉｌｅ Ｓｔｒｅｎｇｔｈ）、伸び率（Ｅｌｏｎｇａｔｉｏｎ Ｒａｔｅ）、および穿孔強度（ｐｕｎｃｔｕｒｅ Ｓｔｒｅｎｇｔｈ）が改善されることができる。

【0068】

一方、ある材料に引張力を印加した際、引張強度と伸び率との間の関係をグラフで示すことができる。この際、グラフの縦軸を引張強度、横軸を伸び率とすると、グラフの下面積が当該材料の靱性（Ｔｏｕｇｈｎｅｓｓ）である。靱性とは、材料の破壊に対する強さ程度を示し、靱性が高いほど、材料が破壊されないまでさらに多く延伸されることができる。

【0069】

したがって、合金番号ＡＡ８０２１のアルミニウム合金を用いて水分バリア層１３５２を製造する場合、引張強度および伸び率が改善されるため、靱性（Ｔｏｕｇｈｎｅｓｓ）が増加し、成形性が向上することができる。

【0070】

図４は、合金番号ＡＡ８０７９のアルミニウム合金および合金番号ＡＡ８０２１のアルミニウム合金の鉄の含量に応じた引張強度（Ｒｍ）、伸び率、および結晶粒度の変化を示すグラフであり、図５は、合金番号ＡＡ８０７９のアルミニウム合金および合金番号ＡＡ８０２１のアルミニウム合金の結晶粒を拡大したＳＥＭイメージである。

【0071】

図４に示されたように、アルミニウム合金の鉄の含量に応じて、引張強度、伸び率、および結晶粒度が変化する。具体的に、引張強度および伸び率は鉄の含量に比例するため、鉄の含量が増加するほど、引張強度および伸び率も増加する。これに対し、結晶粒度は鉄の含量に反比例するため、鉄の含量が増加するほど、結晶粒度は減少する。

【0072】

合金番号ＡＡ８０７９は、結晶粒度が１３μｍ～２１μｍと相対的に大きい。したがって、延伸時に内部応力がさらに少なく分散し、ピンホール（Ｐｉｎｈｏｌｅ）が多くなるため、電池ケース１３の成形性が低下するという問題がある。

【0073】

合金番号ＡＡ８０２１は、結晶粒度が１０μｍ～１３μｍと相対的に小さい。したがって、延伸時に内部応力がさらに多く分散することができるため、ピンホール（Ｐｉｎｈｏｌｅ）が減少し、電池ケース１３の成形性が向上することができる。

【0074】

一方、本発明に係るパウチフィルム１３５は、総厚さが１６０μｍ～２００μｍ、好ましくは１８０μｍ～２００μｍであってもよい。パウチフィルム１３５の厚さが前記範囲を満たす際に、パウチの厚さ増加による電池収容空間の減少、密封耐久性の低下などを最小化しながらも成形深さを増加させることができる。

【0075】

本発明に係るパウチフィルム１３５は、特定の厚さおよび結晶粒度を有するアルミニウム合金薄膜を含んでおり、引張強度および伸び率に優れる。具体的には、本発明に係るパウチフィルム１３５は１５ｍｍΥ８０ｍｍの大きさに裁断した後、５０ｍｍ／ｍｉｎの引張速度で引っ張りつつ測定した引張強度が２００Ｎ／１５ｍｍ～３００Ｎ／１５ｍｍ、好ましくは２１０Ｎ／１５ｍｍ～２７０Ｎ／１５ｍｍ、より好ましくは２２０Ｎ／１５ｍｍ～２５０Ｎ／１５ｍｍであり、伸び率が１２０％～１５０％、好ましくは１２０％～１４０％、より好ましくは１２０％～１３０％であってもよい。このように、本発明に係るパウチフィルム積層体は、引張強度および伸び率が高く、それにより、靱性（Ｔｏｕｇｈｎｅｓｓ）が増加し、カップの成形時に成形深さが大きい場合にもクラックの発生が少ない。

【0076】

また、本発明に係るパウチフィルム積層体は、特定の厚さおよび結晶粒度を有するアルミニウム合金薄膜を含んでおり、穿孔強度に優れる。具体的には、本発明に係るパウチフィルム積層体は、穿孔強度が３０Ｎ以上であってもよい。図６は、本発明の比較例に係るダイエッジ１３８および電極タブ１１を拡大した概略図である。

【0077】

カップ部１３３は、種々のエッジを含み、具体的に、パンチ２２の加圧エッジ２２１に対応して形成されるパンチエッジ１３９、およびダイ２１の加圧エッジ２１３に対応して形成されるダイエッジ１３８などを含む。パンチエッジ１３９は、カップ部１３３の周辺を取り囲む複数の壁１３３３と底部１３３２をそれぞれ連結し、ダイエッジ１３８は、複数の壁１３３３とサイド１３４をそれぞれ連結する。ところで、仮にダイの加圧エッジにラウンド処理が行われていないと、ダイの加圧エッジが尖鋭になるため、パウチフィルム１３５を成形する際に、カップ部のダイエッジに応力が集中し、クラックが発生しやすいという問題がある。

【0078】

これを解決するために、ダイ２１の加圧エッジ２１３にラウンド処理をすることで、図６に示されたように、カップ部３３３のダイエッジ３３８がラウンドして形成され、ダイエッジ３３８に集中する応力を或る程度分散させることができる。

【0079】

しかしながら、カップ部の深さを特定の深さ以上に成形すると、カップ部のダイエッジの曲率半径を小さく（例えば、２ｍｍ以下）形成する際に、依然としてパウチフィルム１３５にクラックが発生し得た。例えば、前記特定の深さとは、カップ部１３３を１つ成形する場合を基準として約７ｍｍ、カップ部１３３を２つ成形する場合を基準として約６．５ｍｍであってもよい。

【0080】

本明細書において、ダイエッジ１３８、３３８がラウンドして形成されるとは、曲率を有するように曲面を形成することを意味し、このような曲面は、全体的に一定の曲率を有してもよいが、これに制限されず、全体的に一定でない曲率を有してもよい。

【0081】

したがって、本発明の一実施形態によると、シーラント層１３５１の厚さは６０～１００μｍ、特に７５～８５μｍであってもよく、水分バリア層１３５２の厚さは５０μｍ～８０μｍ、特に５５μｍ～６５μｍであってもよく、水分バリア層１３５２は、結晶粒度が１０～１３μｍであるアルミニウム合金薄膜からなってもよい。

【0082】

それにより、水分バリア層１３５２の成形性が向上するため、図６に示されたように、パウチフィルム１３５をドロー成形する際に、カップ部３３３の深さを特定の深さ以上に深く形成しながらも、カップ部３３３の壁３３３３が垂直に近くなり、カップ部３３３のエッジ３３８、３３９の曲率半径Ｒ３も減少することができる。

【0083】

または、本発明の他の実施形態によると、パウチフィルム１３５をドロー成形する際に、カップ部３３３の深さを前記特定の深さ以下に形成することで、カップ部３３３の壁３３３３が垂直に近くなり、カップ部３３３のエッジ３３８、３３９の曲率半径Ｒ３も減少することができる。

【0084】

具体的に、カップ部３３３の壁３３３３が底部３３３２から傾斜角が９０°～９５°、好ましくは９０°～９３°間の傾斜を有するように垂直に近く形成されることができる。また、カップ部１３３のエッジ３３８、３３９は、少なくとも１つがカップ部３３３の深さの１／２０～１／６の曲率半径でラウンドして形成されることができる。具体的に、カップ部１３３のエッジ３３８、３３９のうち少なくとも１つは１ｍｍ以下、特に０．７ｍｍ以下の曲率半径Ｒ３でラウンドして形成されても、クラックが発生するのを防止することができる。

【0085】

上記のように電池ケース１３を製造することで、収容空間１３３１の体積が増加するため、内部に収納される電極組立体１０の体積も増加することができ、二次電池１の体積対比エネルギー効率も増加することができる。そして、製造費用が大幅に増加せず、かつ、シーラント層１３５１の厚さを減少させなくても、パウチ全体の厚さも大幅に増加せず、シール耐久性も低下しない。また、パウチ型電池ケース１３およびパウチ型二次電池１が全体的にシャープな形状を有することができるため、二次電池１の外観にも優れ、商品性も向上することができる。

【0086】

ただし、カップ部３３３の壁３３３３が垂直に近くなり、カップ部３３３のエッジ３３８、３３９の曲率半径が減少するにつれ、図６に示されるように、ダイエッジ３３８と電極タブ１１との間に干渉が発生し得る。具体的に、電極タブ１１は、電極組立体１０内に積層された電極から突出するため、電極組立体１０内の電極の個数だけ複数形成されることができる。そして、このような複数の電極タブ１１が互いに積層されて連結された後にサイド１３４に載置される。この際、電極タブ１１がダイエッジ３３８からサイド１３４まで載置されるが、ダイエッジ３３８の曲率半径Ｒ３が減少するほど、ダイエッジ３３８がカップ部３３３の内側にさらに多く湾入し、ダイエッジ３３８での柔軟性が低下し得る。すると、ダイエッジ３３８と電極タブ１１との間の距離もさらに減少し、ダイエッジ３３８が電極タブ１１を圧迫し、ダイエッジ３３８と電極タブ１１との間に干渉が発生し得る。特に、電極タブ１１の個数が多いほど、電極タブ１１が積層される厚さが厚くなり、カップ部３３３の壁３３３３と電極タブ１１との間の空間がさらに狭くなる。したがって、ダイエッジ３３８が電極タブ１１をさらに圧迫することで、電力の供給が円滑ではなく、さらには、電極タブ１１が断線するという問題が発生し得る。

【0087】

図７は、本発明の一実施形態に係る電池ケース１３の部分平面図であり、図８は、本発明の一実施形態に係る電池ケース１３のカップ部１３３に電極組立体１０を挿入した様子を示した部分平面図である。

【0088】

本発明の実施形態によると、パウチフィルム１３５の成形性が向上してカップ部１３３の壁１３３３が垂直に近くなり、カップ部１３３のダイエッジ１３８の曲率半径Ｒ１、Ｒ２が減少しても、ダイエッジ１３８と電極タブ１１との間に干渉が発生するのを防止することができる。

【0089】

このために、本発明の実施形態に係るパウチ型電池ケース１３は、電極およびセパレータが積層されて形成される電極組立体１０を内部に収容するカップ部１３３と、前記カップ部１３３の壁１３３３と前記壁１３３３から延びるサイド１３４とを互いに連結する複数のダイエッジ１３８と、を含み、少なくとも１つの前記ダイエッジ１３８は、第１曲率半径Ｒ１（図９に図示）でラウンドして形成される第１領域１３８１と、前記第１曲率半径Ｒ１よりも小さい第２曲率半径Ｒ２（図１０に図示）でラウンドして形成される第２領域１３８２と、を含む。

【0090】

また、本発明の一実施形態に係るパウチ型二次電池１は、電極およびセパレータが積層されて形成される電極組立体１０と、前記電極組立体１０を内部に収容するカップ部１３３を含む電池ケース１３と、を含み、前記電池ケース１３は、前記カップ部１３３の壁１３３３と前記壁１３３３から延びるサイド１３４とを互いに連結する複数のダイエッジ１３８を含み、少なくとも１つの前記ダイエッジ１３８は、第１曲率半径Ｒ１でラウンドして形成される第１領域１３８１と、前記第１曲率半径Ｒ１よりも小さい第２曲率半径Ｒ２でラウンドして形成される第２領域１３８２と、を含む。

【0091】

上述したように、電池ケース１３は、カップ部１３３の周辺を取り囲む複数の壁１３３３と、壁１３３３から延びるサイド１３４と、を含む。そして、ダイエッジ１３８は、複数の壁１３３３とサイド１３４をそれぞれ連結する。本発明の一実施形態によると、少なくとも１つのダイエッジ１３８は、互いに異なる２つの曲率半径Ｒ１、Ｒ２でラウンドして形成される。すなわち、図７に示されたように、少なくとも１つのダイエッジ１３８は、第１曲率半径Ｒ１でラウンドして形成される第１領域１３８１と、第１曲率半径Ｒ１よりも小さい第２曲率半径Ｒ２でラウンドして形成される第２領域１３８２と、を含む。

【0092】

ここで、第１曲率半径Ｒ１は１．７ｍｍ～２．７ｍｍであってもよく、第２曲率半径Ｒ２は１．２ｍｍ以下、好ましくは０．７ｍｍ以下であってもよい。すなわち、第１曲率半径Ｒ１は、第２曲率半径Ｒ２の１．５倍～４倍であってもよい。

【0093】

図７および図８に示されたように、第１領域１３８１は、電極組立体１０の一側から突出した電極タブ１１が載置される領域である。これに対し、第２領域１３８２は、電極タブ１１が載置されない領域である。したがって、第１領域１３８１は、相対的に大きい第１曲率半径Ｒ１でラウンドして形成され、第２領域１３８２は、相対的に小さい第２曲率半径Ｒ２でラウンドして形成される。

【0094】

第１領域１３８１の長さは、電極タブ１１が安定的に載置できるように、電極タブ１１の幅と互いに対応することができる。ここで、対応するとは、第１領域１３８１の長さが電極タブ１１の幅と同一であるか、または微細にさらに大きいことを意味する。仮に第１領域１３８１の長さが電極タブ１１の幅よりも小さいと、電極タブ１１がダイエッジ１３８に安定的に載置できない。

【0095】

一方、ダイエッジ１３８は、カップ部１３３の壁１３３３の周縁に沿って形成されるため、壁１３３３の個数だけ複数形成される。例えば、図７に示されたように、カップ部１３３が四角形状を有すると、ダイエッジ１３８は、４個形成されることができる。ただし、これに制限されず、カップ部１３３の壁１３３３の個数に応じてダイエッジ１３８の個数も多様に形成されることができる。

【0096】

そして、複数の電極タブ１１が電極組立体１０のそれぞれ異なる方向に突出すると、電極タブ１１が載置される第１領域１３８１も、互いに異なるダイエッジ１３８にそれぞれ形成されることができる。例えば、図７に示されたように、第１領域１３８１は、互いに対向する２つのダイエッジ１３８にそれぞれ１つずつ形成されることができる。この際、第１領域１３８１は、ダイエッジ１３８のほぼ中心部に位置することができ、第１領域１３８１の両側にそれぞれ第２領域１３８２が形成されることができる。ただし、これに制限されず、複数の電極タブ１１が電極組立体１０の一側から同一の方向に並んで突出すると、第１領域１３８１は、１つのダイエッジ１３８に複数形成されてもよい。この際、複数の第１領域１３８１の間には、第２領域１３８２が形成されることができる。

【0097】

一方、第１領域１３８１と第２領域１３８２は、互いに異なる曲率半径Ｒ１、Ｒ２でラウンドするため、第１領域１３８１と第２領域１３８２との間には段差が形成されることができる。

【0098】

ただし、これに制限されず、段差が形成されないように、第１領域１３８１と第２領域１３８２との間を連結する連結領域が形成されてもよい。このような連結領域もラウンドして形成され、第１領域１３８１から第２領域１３８２まで延びるにつれ、曲率半径が第１曲率半径Ｒ１から第２曲率半径Ｒ２に一定に連続的に変化することができる。それにより、段差が形成されずに、第１領域１３８１と第２領域１３８２が連続的に連結されることができる。

【0099】

図９は、本発明の一実施形態に係るダイエッジ１３８の第１領域１３８１および電極タブ１１を拡大した概略図であり、図１０は、本発明の一実施形態に係るカップ部１３３のダイエッジ１３８の第２領域１３８２および電極タブ１１を拡大した概略図である。

【0100】

上述したように、電極タブ１１が載置される第１領域１３８１は、相対的に大きい第１曲率半径Ｒ１でラウンドして形成される。
このような第１曲率半径Ｒ１は１．７ｍｍ～２．７ｍｍであってもよい。したがって、図９に示されるように、ダイエッジ１３８が電極タブ１１を圧迫しないため、電極タブ１１が載置される第１領域１３８１において、ダイエッジ１３８と電極タブ１１の干渉が発生するのを防止することができる。

【0101】

これに対し、電極タブ１１が載置されない第２領域１３８２は、相対的に小さい第２曲率半径Ｒ２でラウンドして形成される。このような第２曲率半径Ｒ２は１．２ｍｍ以下、好ましくは０．７ｍｍ以下であってもよい。

【0102】

したがって、図１０に示されるように、二次電池１の体積対比エネルギー効率も増加することができ、パウチ型電池ケース１３およびパウチ型二次電池１を全体的にシャープな形状に製造することができるため、二次電池１の外観にも優れ、商品性も向上することができる。

【0103】

図１１は、本発明の一実施形態に係る成形装置２の概略図である。
本発明の一実施形態に係るパウチフィルム１３５を成形する成形装置２は、上面にパウチフィルム１３５が載置され、前記上面から内側に陥没形成された少なくとも１つの成形空間２１１を含むダイ２１と、前記成形空間２１１の上方に配置され、下降して前記パウチフィルム１３５を前記成形空間２１１に挿入して成形するパンチ２２と、を含み、前記ダイ２１は、前記成形空間２１１と前記上面を互いに連結する複数の加圧エッジ２１３を含み、少なくとも１つの前記加圧エッジ２１３は、第３曲率半径でラウンドして形成される第３領域２１３１（図１２に図示）と、前記第３曲率半径よりも小さい第４曲率半径でラウンドして形成される第４領域２１３２（図１２に図示）と、を含む。

【0104】

このような成形装置２を用いてパウチフィルム１３５を成形する際に、上述したように１つのカップ部１３３だけが形成されてもよいが、これに制限されず、２つのカップ部１３３を互いに隣り合うようにドロー成形してもよい。このために、図６に示されたように、ダイ２１には成形空間２１１が互いに隣り合うように２つ形成され、２つの成形空間２１１の間には隔壁２１２が形成されることができる。パンチ２２が２つの成形空間２１１に全て挿入してパウチフィルム１３５をドロー成形すると、２つの成形空間２１１の各々に対応して、第１ケース１３１と第２ケース１３２の各々に、１つのカップ部、合計２つのカップ部１３３が形成され、このような２つのカップ部１３３の間には、隔壁２１２に対応してブリッジ１３６も共に形成されることができる。

【0105】

ブリッジ１３６は、後ほど電池ケース１３をフォールディングする際に基準となる部分であってもよい。二次電池１の製造が完了すると、ブリッジ１３６は、二次電池１の一側においてフォールディング部（図示せず）を形成することができる。このようなフォールディング部は、第１ケース１３１と第２ケース１３２を互いに一体に連結するため、後ほどシール工程を行う際に、シールするサイド１３４の個数が減少することができる。したがって、工程速度を向上させ、シール工程数も減少させることもできる。この際、フォールディング部の幅が小さいほど、カップ部１３３の壁１３３３と電極組立体１０との間の空間も減少するため、二次電池１の全体体積が減少し、体積対比エネルギー密度が増加することができる。

【0106】

このようなフォールディング部の幅はブリッジ１３６の厚さに比例し、ブリッジ１３６は隔壁２１２に対応して形成されるため、ブリッジ１３６の厚さは隔壁２１２の厚さに比例する。したがって、パウチフィルム１３５を成形する際には、ブリッジ１３６の厚さを最小化することが好ましく、このために、隔壁２１２の厚さも最小化することが好ましい。

【0107】

ところで、隔壁２１２が、厚さが薄い状態で、高さが過度に高く形成されると、ドロー成形する過程で隔壁２１２が破損し得る。特に、従来は、ダイ２１に底が存在したが、この場合、パンチ２２がパウチフィルム１３５を成形する際に、パウチフィルム１３５と成形空間２１１との間の空間に存在する気体が排出できないという問題があった。

【0108】

したがって、近年、このようなダイ２１に底を除去することで、パウチフィルム１３５と成形空間２１１との間の空間に存在する気体が容易に排出されることはできるが、隔壁２１２の高さが過度に高く形成されるという問題があった。

【0109】

したがって、本発明の一実施形態によると、図１１に示されたように、隔壁２１２の上部は、最小化された厚さを維持し、隔壁２１２の下部に隔壁２１２の厚さよりもさらに厚い補強部２１２１が形成されることができる。補強部２１２１は、電池ケース１３に形成されるカップ部１３３の深さＤよりは下方に形成され、隔壁２１２が破損しない程度の位置に形成されることができる。補強部２１２１の正確な位置は、隔壁２１２の厚さ、隔壁２１２の材料、パンチ２２の圧力、形成されるカップ部１３３の深さＤに応じて実験的に決定することができる。

【0110】

ただし、これに制限されず、隔壁２１２は、下部に行くほど、厚さが次第に厚く形成されてもよい。すなわち、隔壁２１２の断面の少なくとも一部がほぼ三角形状を有し、隔壁２１２に形成された成形空間２１１の内壁２１４が傾斜を有することができる。隔壁２１２に形成された成形空間２１１の内壁２１４の正確な傾斜は、隔壁２１２の上部の厚さ、隔壁２１２の材料、パンチ２２の圧力、形成されるカップ部１３３の深さに応じて実験的に決定することができる。それにより、隔壁２１２の強度が増加し、ドロー成形過程で隔壁２１２が破損するのを防止することができる。

【0111】

図１２は、本発明の一実施形態に係るダイ２１の部分拡大図である。
本発明の実施形態によると、パウチ型電池ケース１３の少なくとも１つのダイエッジ１３８は、第１曲率半径Ｒ１でラウンドして形成される第１領域１３８１と、第１曲率半径Ｒ１よりも小さい第２曲率半径Ｒ２でラウンドして形成される第２領域１３８２と、を含む。

【0112】

そして、このような電池ケース１３を製造するために、本発明の実施形態に係るダイ２１は、上面と成形空間２１１を互いに連結する複数の加圧エッジ２１３を含み、少なくとも１つの加圧エッジ２１３は、第３曲率半径でラウンド処理される第３領域２１３１と、第３曲率半径よりも小さい第４曲率半径でラウンド処理される第４領域２１３２と、を含む。

【0113】

ダイ２１の上面に、特に成形空間２１１をカバーしてパウチフィルム１３５が載置され、成形空間２１１の上方に配置されたパンチ２２が下降し、パウチフィルム１３５を成形空間２１１に挿入して成形する。それにより、カップ部１３３が形成され、パウチ型電池ケース１３が製造される。この際、ダイ２１の複数の加圧エッジ２１３に対応してパウチ型電池ケース１３のダイエッジ１３８が形成される。

【0114】

加圧エッジ２１３の第３領域２１３１は、電池ケース１３の第１領域１３８１に対応する。ここで、第３領域２１３１の第３曲率半径は、第１領域１３８１の第１曲率半径Ｒ１からパウチフィルム１３５自体の厚さを引いた数値であってもよい。例えば、パウチフィルム１３５の厚さが０．２ｍｍであれば、第１領域１３８１の第１曲率半径Ｒ１は１．７ｍｍ～２．７ｍｍであり得るため、第３領域２１３１の第３曲率半径は１．５ｍｍ～２．５ｍｍであってもよい。

【0115】

また、加圧エッジ２１３の第４領域２１３２は、電池ケース１３の第２領域１３８２に対応する。ここで、第２領域２１３２の第４曲率半径は、第２領域１３８２の第２曲率半径Ｒ２からパウチフィルム１３５自体の厚さを引いた数値であってもよい。例えば、第２領域１３８２の第２曲率半径Ｒ２は１．２ｍｍ以下、好ましくは０．７ｍｍ以下であり得るため、第４領域２１３２の第４曲率半径は１ｍｍ以下、好ましくは０．５ｍｍ以下であってもよい。

【0116】

ダイ２１の加圧エッジ２１３は、電池ケース１３のダイエッジ１３８と対応し、ダイ２１の成形空間２１１は、電池ケース１３のカップ部１３３と対応する。したがって、加圧エッジ２１３も成形空間２１１の周縁に沿って形成されるため、成形空間２１１が四角形状を有すると、加圧エッジ２１３は４個形成されることができる。

【0117】

そして、第３領域２１３１も、互いに異なる加圧エッジ２１３にそれぞれ形成されることができる。例えば、第３領域２１３１は、互いに対向する２つの加圧エッジ２１３にそれぞれ１つずつ形成されることができる。この際、第３領域２１３１は、加圧エッジ２１３のほぼ中心部に位置することができ、第３領域２１３１の両側にそれぞれ第４領域２１３２が形成されることができる。ただし、これに制限されず、第３領域２１３１は、１つのダイエッジ１３８に複数形成されてもよく、第３領域２１３１の間には、第４領域２１３２が形成されることができる。

【0118】

一方、第３領域２１３１と第４領域２１３２は、互いに異なる曲率半径でラウンドするため、第３領域２１３１と第４領域２１３２との間には段差が形成されることができる。ただし、これに制限されず、段差が形成されないように、第３領域２１３１と第４領域２１３２との間を連結する連結領域が形成されてもよい。このような連結領域もラウンドして形成され、第３領域２１３１から第４領域２１３２まで延びるにつれ、曲率半径が第３曲率半径から４曲率半径に一定に連続的に変化することができる。それにより、段差が形成されずに、第３領域２１３１と第４領域２１３２が連続的に連結されることができる。

【0119】

図１３は、本発明の他の実施形態に係る二次電池１の部分斜視図である。
本実施形態に係る電池ケース１３に含まれた少なくとも１つのダイエッジ１３８は、電極タブ１１（図１参照）と対応し、内側に凹状に陥没した第１領域１３８１を含むことができる。前記少なくとも１つのダイエッジ１３８は、第１領域１３８１と連結され、前記第１領域１３８１よりは内側に少なく凹状に形成された第２領域１３８２をさらに含むことができる。

【0120】

より詳細には、二次電池１を外側から眺めた際に、第１領域１３８１は、第２領域１３８２よりも内側、すなわち、サイド１３４に向かってさらに深く湾入することができる。したがって、電極タブ１１の幅方向、すなわち、ダイエッジ１３８の長さ方向に対して電極タブ１１と干渉する段部やエッジが形成されない。

【0121】

すなわち、電極組立体１０が電池ケース１３に収容される際に、電極タブ１１が第１領域１３８１に正確に対応せずに第２領域１３８２側に一部外れても、電極タブ１１と第２領域１３８２が干渉しない。例えば、第１領域１３８１の長さが電極タブ１１の幅よりも短くても、電極タブ１１と第２領域１３８２が干渉しない。

【0122】

そして、第１領域１３８１は、凹状に湾入形成されるため、電極タブ１１は、第１領域１３８１により過度に圧迫されない。
それにより、電極組立体１０の電極タブ１１の幅が変わっても、成形装置を変更する必要がないという利点がある。

【0123】

また、本実施形態の場合にも、第１領域１３８１と第２領域１３８２は、それぞれ互いに異なる曲率半径でラウンドして形成されることができる。すなわち、第１領域１３８１の第１曲率半径Ｒ１は、第２領域１３８２の第２曲率半径Ｒ２よりも大きく形成されることができる。

【0124】

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であれば、本発明がその技術的思想や必須の特徴を変更せず、他の具体的な形態で実施可能であることを理解することができるであろう。したがって、以上で記述された実施形態は、全ての面で例示的なものであって、限定的なものではないことを理解しなければならない。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本発明の範囲に含まれるものと解釈しなければならない。

【符号の説明】

【0125】

１：二次電池
２：成形装置
１０：電極組立体
１１：電極タブ
１２：電極リード
１３：電池ケース
１４：絶縁部
２１：ダイ
２２：パンチ
１１１：正極タブ
１１２：負極タブ
１２１：正極リード
１２２：負極リード
１３１：第１ケース
１３２：第２ケース
１３３：カップ部
１３４：サイド
１３５：パウチフィルム
１３６：ブリッジ
１３７：脱気部
１３８：ダイエッジ
１３９：パンチエッジ
２１１：成形空間
２１２：隔壁
２１３：ダイの加圧エッジ
２２１：パンチの加圧エッジ
１３３１：収容空間
１３３２：底部
１３３３：壁
１３５１：シーラント層
１３５２：水分バリア層
１３５３：表面保護層
１３５４：延伸補助層
１３８１：第１領域
１３８２：第２領域
２１２１：補強部
２１３１：第３領域
２１３２：第４領域

【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】