特表 2024-535143 パウチ型電池セル及びこれを製造するためのパウチ型電池ケースのシーリング装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2024-09-27

(54)【発明の名称】パウチ型電池セル及びこれを製造するためのパウチ型電池ケースのシーリング装置

(51)【国際特許分類】

   H01M 50/105 20210101AFI20240919BHJP

   H01M 50/121 20210101ALI20240919BHJP

   H01M 50/119 20210101ALI20240919BHJP

   H01M 50/129 20210101ALI20240919BHJP

   H01M 50/133 20210101ALI20240919BHJP

   H01M 50/342 20210101ALI20240919BHJP

【ＦＩ】

H01M50/105

H01M50/121

H01M50/119

H01M50/129

H01M50/133

H01M50/342 101

【審査請求】有

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2024510394

(86)(22)【出願日】2023-07-18

(85)【翻訳文提出日】2024-02-20

(86)【国際出願番号】 KR2023010311

(87)【国際公開番号】W WO2024019485

(87)【国際公開日】2024-01-25

(31)【優先権主張番号】10-2022-0088274

(32)【優先日】2022-07-18

(33)【優先権主張国・地域又は機関】KR

(31)【優先権主張番号】10-2023-0093018

(32)【優先日】2023-07-18

(33)【優先権主張国・地域又は機関】KR

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【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】セオ、タイ ジョーン

(72)【発明者】

【氏名】パク、ラエ セオ

【テーマコード（参考）】

5H011

5H012

【Ｆターム（参考）】

5H011AA13

5H011BB03

5H011CC02

5H011CC06

5H011CC10

5H011DD13

5H011DD26

5H011KK01

5H011KK04

5H012AA03

5H012BB01

5H012DD01

5H012DD05

5H012EE01

5H012EE04

5H012JJ02

(57)【要約】

本発明は、樹脂層および金属層を含むラミネートシートで構成されるパウチ型電池ケース、及び前記パウチ型電池ケースに収納される電極組立体を含み、電極組立体収容部の外周辺には熱融着によって密封されるシーリング部が形成され、前記シーリング部は、前記パウチ型電池ケースの内側から外側方向に押圧部および非押圧部が繰り返し配列されるように形成され、前記押圧部で前記内部樹脂層の厚さは前記パウチ型電池ケースの外側方向に行くほど減少するパウチ型電池セルに関するものであり、前記シーリング部の密封力の差によりパウチ型電池ケースのシーリング部が順次ベンディングすることができる。

【特許請求の範囲】

【請求項1】

内部樹脂層、金属層及び外部被覆層を含むラミネートシートで構成されるパウチ型電池ケースと、前記パウチ型電池ケースに収納される電極組立体と、を含み、
電極組立体収容部の外周辺には熱融着によって密封されるシーリング部が形成されており、
前記シーリング部は、前記パウチ型電池ケースの内側から外側方向に押圧部および非押圧部が繰り返し配列されるように形成され、
前記押圧部で前記内部樹脂層の厚さは前記パウチ型電池ケースの外側方向に行くほど減少する、パウチ型電池セル。

【請求項2】

前記パウチ型電池ケースの内圧増加の際、前記押圧部は前記パウチ型電池ケースの内側から外側方向に接着状態が順次解除される、請求項１に記載のパウチ型電池セル。

【請求項3】

前記押圧部における前記金属層の厚さは前記非押圧部における前記金属層の厚さよりも薄い、請求項１に記載のパウチ型電池セル。

【請求項4】

前記シーリング部のうち前記押圧部における前記金属層の厚さは前記パウチ型電池ケースの外側方向に行くほど減少する、請求項３に記載のパウチ型電池セル。

【請求項5】

前記押圧部の密封力は前記パウチ型電池ケースの外側方向に行くほど増加する、請求項１に記載のパウチ型電池セル。

【請求項6】

請求項１から５のいずれか一項に記載のパウチ型電池セルを製造するためのパウチ型電池ケースのシーリング装置であって、
パウチ型電池ケースの下部に位置する下部シーリング部材、及び前記パウチ型電池ケースの上部に位置する上部シーリング部材を含み、
前記上部シーリング部材は、互いに離隔して配置され、シーリングの際、押圧力の大きさが互いに異なる複数のシーリングツールを含む、パウチ型電池ケースのシーリング装置。

【請求項7】

前記複数のシーリングツールは、前記パウチ型電池ケースの外側に配置されるほど押圧力の大きさが増加する、請求項６に記載のパウチ型電池ケースのシーリング装置。

【請求項8】

前記複数のシーリングツールの温度は互いに異なる、請求項６に記載のパウチ型電池ケースのシーリング装置。

【請求項9】

前記複数のシーリングツールは、前記パウチ型電池ケースの外側に配置されるほど温度が増加する、請求項６に記載のパウチ型電池ケースのシーリング装置。

【請求項10】

前記複数のシーリングツールは、長さが全部同一である形態である、請求項６に記載のパウチ型電池ケースのシーリング装置。

【請求項11】

前記下部シーリング部材は、前記パウチ型電池ケースと対面する上面が平面形態である、請求項６に記載のパウチ型電池ケースのシーリング装置。

【請求項12】

前記下部シーリング部材は加熱可能な形態である、請求項１１に記載のパウチ型電池ケースのシーリング装置。

【請求項13】

前記複数のシーリングツールは、前記パウチ型電池ケースの内側に配置されるシーリングツールから外側に配置されるシーリングツールの方向に順次押圧する形態である、請求項６に記載のパウチ型電池ケースのシーリング装置。

【請求項14】

前記複数のシーリングツールのそれぞれは、全長方向に沿って２以上の領域に区分され、それぞれの領域は押圧温度及び押圧力のうちの少なくとも一つ以上を別個に調節することができる形態である、請求項６に記載のパウチ型電池ケースのシーリング装置。

【請求項15】

前記複数のシーリングツールは、押圧面が傾いた形態である、請求項６に記載のパウチ型電池ケースのシーリング装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本出願は２０２２年７月１８日付け韓国特許出願第１０－２０２２－００８８２７４号、及び２０２３年７月１８日付け韓国特許第１０－２０２３－００９３０１８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すべての内容は本明細書の一部として含まれる。

【0002】

本発明はパウチ型電池セル及びこれを製造するためのパウチ型電池ケースのシーリング装置に関する。具体的には、パウチ型電池セルの内圧増加の際、迅速にガスを排出して爆発を防止することができるパウチ型電池セル及びこれを製造するためのパウチ型電池ケースのシーリング装置に関する。

【背景技術】

【0003】

充放電可能なリチウム二次電池は、ワイヤレスモバイル機器（ｗｉｒｅｌｅｓｓ ｍｏｂｉｌｅ ｄｅｖｉｃｅ）または身体に着用するウェアラブル機器（ｗｅａｒａｂｌｅ ｄｅｖｉｃｅ）のエネルギー源として広範囲に使われているだけではなく、大気汚染を引き起こす既存のガソリン車両及びディーゼル車両に対する代案として提示される電気自動車、ハイブリッド電気自動車などのエネルギー源としても使われている。

【0004】

前記リチウム二次電池は、金属缶型ケースを含む角型電池セルおよび円筒型電池セルと、ラミネートシートから成形されたケースを含むパウチ型電池セルとに区分することができる。これらのうち、形態変形が容易であり、収納及び積層の際、エネルギー密度を高めることができるという利点でパウチ型電池セルが多く使用される。

【0005】

前記リチウム二次電池は、充放電が繰り返される過程で電極の表面と電解液との間の副反応が起こる。このときに発生するガスが電池ケースの内部から排出されることができなければ、電池ケースが膨張して変形されることがある。

【0006】

特に、安全ベントを含む円筒型電池セルと違い、パウチ型電池セルは別途のベンティング構造を含んでいないから、熱融着した外周辺のうちガスが集中する部分や熱融着による接着が弱い部分でベンティングが発生することがある。

【0007】

一般的に、パウチ型電池セルは、外部被覆層、金属層及び内部樹脂層を含むラミネートシートをパウチ型電池ケースに成形し、その内部に電極組立体を収納した後、パウチ型電池ケースを密封することで製造される。

【0008】

前記ラミネートシートを構成する層状構造は、実施形態および適用環境によってより複雑で多様な層状構造を成すことができる。

【0009】

前記パウチ型電池ケースの密封のために、熱および圧力を提供するヒーティングブロックで前記パウチ型電池ケースの外周辺を押圧する。これにより、前記内部樹脂層が溶融するので、互いに積層された上部ケースの内部樹脂層と下部ケースの内部樹脂層とが熱融着して密封される。

【0010】

従来は、前記ヒーティングブロックがパウチ型電池ケースの外周辺全体を一定の力で押圧するので、シーリング部全体の接着力が均一なレベルに形成された。

【0011】

このような場合、パウチ型電池セルの内圧が増加してもベンティングしにくいので、パウチ型電池ケースの内部圧力が徐々に増加する。

【0012】

パウチ型電池ケースの膨張が持続する状態で外部から衝撃が印加されるか、または電気的短絡などによる化学的連鎖反応によって熱暴走が発生すれば、パウチ型電池セルが爆発する問題が発生し得る。

【0013】

したがって、パウチ型電池ケースの外周辺シーリング部のシーリング圧力を一定でないようにすることで、ベンティングが容易に起こるかまたはベンティングが順次起こるようにすることにより、パウチ型電池セルの爆発を防止することができ、この過程で外部物質がパウチ型電池セルに投入されることを防止することができる構造のパウチ型電池セル及びこれを製造するためのパウチ型電池ケースのシーリング装置の開発が必要である。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0014】

本発明は前記のような問題を解決するためのものであり、パウチ型電池セルのシーリング部に接着力の差があるように区分することにより、順次ベンティングを誘導するとともに内側への水分などの浸透を防止することができるパウチ型電池セル及びこれを製造するためのパウチ型電池ケースのシーリング装置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】

【0015】

このような目的を達成するために、本発明によるパウチ型電池セルは、樹脂層および金属層を含むラミネートシートで構成されるパウチ型電池ケース、及び前記パウチ型電池ケースに収納される電極組立体を含み、電極組立体収容部の外周辺には熱融着によって密封されるシーリング部が形成されており、前記シーリング部は、前記パウチ型電池ケースの内側から外側方向に押圧部および非押圧部が繰り返し配列されるように形成され、前記押圧部の密封力は前記パウチ型電池ケースの外側方向に行くほど増加することができる。

【0016】

前記パウチ型電池ケースの内圧増加の際、前記押圧部は前記パウチ型電池ケースの内側から外側方向に接着状態が順次解除され得る。

【0017】

前記パウチ型電池ケースは、内部樹脂層、金属層および外部被覆層を含み、前記押圧部における前記金属層の厚さは前記非押圧部における前記金属層の厚さよりも薄くてもよい。

【0018】

前記シーリング部のうち前記押圧部における前記金属層の厚さは前記パウチ型電池ケースの外側方向に行くほど減少してもよい。

【0019】

本発明は、前記パウチ型電池セルを製造するためのパウチ型電池ケースのシーリング装置を提供する。前記パウチ型電池ケースのシーリング装置は、パウチ型電池ケースの下部に位置する下部シーリング部材、及び前記パウチ型電池ケースの上部に位置する上部シーリング部材を含み、前記上部シーリング部材は、互いに離隔して配置され、シーリングの際、押圧力の大きさが互いに異なる複数のシーリングツールを含むことができる。

【0020】

前記複数のシーリングツールは、前記パウチ型電池ケースの外側に配置されるほど押圧力の大きさが増加するように構成可能である。

【0021】

前記複数のシーリングツールの温度は互いに異なるように構成可能である。

【0022】

前記複数のシーリングツールは、前記パウチ型電池ケースの外側に配置されるほど温度が増加することができる。

【0023】

前記複数のシーリングツールは、長さが全部同一である形態であり得る。

【0024】

前記下部シーリング部材は、前記パウチ型電池ケースと対面する上面が平面形態であり得る。

【0025】

前記下部シーリング部材は加熱可能な形態であり得る。

【0026】

前記複数のシーリングツールは、パウチ型電池ケースの内側に配置されるシーリングツールから外側に配置されるシーリングツールの方向に順次押圧する形態であり得る。

【0027】

前記複数のシーリングツールのそれぞれは、全長方向に沿って２以上の領域に区分され、それぞれの領域は押圧温度及び押圧力のうちの少なくとも一つ以上を別個に調節することができる形態であり得る。

【0028】

前記複数のシーリングツールは、押圧面が傾いた形態であり得る。

【0029】

また、本発明は、前記課題の解決手段を多様に組み合わせた形態としても提供することが可能である。

【発明の効果】

【0030】

以上で説明したように、本発明は、パウチ型電池セルのシーリング部のベンティングが内側から外側方向に順次進行するようにすることにより、パウチ型電池ケースの内部の容積増加を収容することができ、さらに外部物質がパウチ型電池ケースの内部に流入することを防止することができる。

【0031】

また、上部シーリング部材を構成する複数のシーリングツールの押圧温度及び押圧力の大きさをパウチ型電池ケースの内側から外側方向に増加するように設計するから、パウチ型電池ケースの内側でパウチ型電池ケースの内部樹脂層が溶融して形成されるポリボールのサイズを減らすことができるので、パウチ型電池ケースが低い内圧でもベンディングすることができる。

【図面の簡単な説明】

【0032】

【図1】第１実施例によるパウチ型電池ケースのシーリング装置がパウチ型電池ケースのシーリング部に配置された状態の垂直断面図である。

【図2】図１の斜視図及び部分拡大図である。

【図3】第２実施例によるパウチ型電池ケースのシーリング装置の斜視図である。

【図4】図３のパウチ型電池ケースのシーリング装置でシーリングしたパウチ型電池セルの斜視図及び部分拡大図である。

【図5】第３実施例によるパウチ型電池ケースのシーリング装置がパウチ型電池ケースのシーリング部に配置された状態の垂直断面図である。

【図6】図５のパウチ型電池ケースのシーリング装置でシーリングしたパウチ型電池セルシーリング部の垂直断面図である。

【図7】第４実施例によるパウチ型電池ケースのシーリング装置の斜視図である。

【図8】実施例及び比較例によるパウチ型電池セルにおけるポリボールを示す図である。

【図9】サンプル１の接着強度を測定した結果を示すグラフである。

【図10】サンプル３の接着強度を測定した結果を示すグラフである。

【図11】温度による接着強度を示すグラフである。

【図12】サンプル１～サンプル３で接着強度の大きさ変化を示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0033】

以下、添付図面を参照して本発明が属する技術分野で通常の知識を有する者が本発明を容易に実施することができる実施例を詳細に説明する。ただし、本発明の好適な実施例に対する動作原理を詳細に説明するにあたり、関連した公知の機能または構成についての具体的な説明が本発明の要旨を不必要にあいまいにする可能性があると判断される場合にはその詳細な説明を省略する。

【0034】

また、図面全般にわたって類似の機能及び作用をする部分に対しては同じ図面符号を使う。明細書全般で、ある部分が他の部分と連結されていると言うとき、これは直接的に連結されている場合だけでなく、その中間に他の素子を挟んで間接的に連結されている場合も含む。また、ある構成要素を含むというのは、特に反対の記載がない限り、他の構成要素を除くものではなく、他の構成要素をさらに含むことができることを意味する。

【0035】

また、構成要素を限定するか付け加えて具体化する説明は、特別な制限がない限り、すべての発明に適用可能であり、特定の発明に限定されない。

【0036】

また、本発明の説明及び特許請求の範囲全般にわたって単数で表示したものは、別に言及しない限り、複数の場合も含む。

【0037】

また、本発明の説明及び特許請求の範囲全般にわたって「または」は、別に言及しない限り、「及び」を含むものである。したがって、「ＡまたはＢを含む」はＡを含むか、Ｂを含むか、またはＡ及びＢの両者を含む３種の場合を意味する。

【0038】

本発明を図面に基づいて詳細な実施例と一緒に説明する。

【0039】

図１は第１実施例によるパウチ型電池ケースのシーリング装置がパウチ型電池ケースのシーリング部に配置された状態の垂直断面図であり、図２は図１の斜視図及び部分拡大図である。

【0040】

図１及び図２を参照すると、本発明によるパウチ型電池ケースのシーリング装置は、パウチ型電池ケース１１０、１２０の下部に位置する下部シーリング部材３００と、パウチ型電池ケース１１０、１２０の上部に位置する上部シーリング部材２００と、を含み、上部シーリング部材２００は、シーリング時の押圧力の大きさが互いに異なる複数のシーリングツールを含み、複数のシーリングツールは互いに離隔するように配置される。

【0041】

図１及び図２に示す複数のシーリングツールは、第１シーリングツール２１０と、第２シーリングツール２２０と、第３シーリングツール２３０とから構成され、３個のシーリングツールは互いに分離された別個の部材からなり、互いに一定の間隔で離隔するように配置された状態でパウチ型電池ケースを押圧することができる。

【0042】

複数のシーリングツールは、第１シーリングツール２１０、第２シーリングツール２２０及び第３シーリングツール２３０の順に押圧力の大きさが増加するように設定することができ、パウチ型電池ケースの外側に行くほど上部シーリング部材２００と下部シーリング部材３００との間の間隔が次第に狭くなる。

【0043】

したがって、パウチ型電池ケース１１０、１２０は外側に行くほど次第に大きい力で押圧されるので、厚さが次第に薄くなることができる。

【0044】

例えば、複数のシーリングツールの押圧力の範囲はパウチ型電池ケースが損傷されない範囲に設定することができ、詳細には、１００ｋｇｆ（９８１Ｎ）以下であり得、より詳細には２０ｋｇｆ～８０ｋｇｆ（１９６Ｎ～７８５Ｎ）であり得る。前記範囲内で、第１シーリングツール２１０と第２シーリングツール２２０との間の押圧力偏差、及び第２シーリングツール２２０と第３シーリングツール２３０との間の押圧力偏差を同一に設定することができ、または異なるように設定することもできる

【0045】

一方、複数のシーリングツールは温度が互いに異なるように設定することができる。

【0046】

具体的には、第１シーリングツール２１０、第２シーリングツール２２０及び第３シーリングツール２３０の順に温度が増加するように設定することができる。例えば、シーリングツールの温度範囲はパウチ型電池ケースの内部樹脂層が溶融することができる範囲に設定することができ、詳細には、パウチ型電池ケースの内部樹脂層の素材として広く使われるポリプロピレンが溶融することができる範囲であり、１３０℃～２００℃であり得、より詳細には１４０℃～１８０℃であり得る。前記範囲内で、第１シーリングツール２１０と第２シーリングツール２２０との間の温度偏差、及び第２シーリングツール２２０と第３シーリングツール２３０との間の温度偏差を同一に設定することができ、または互いに異なるように設定することもできる。

【0047】

すなわち、パウチ型電池ケース１１０、１２０の外側に配置されるほどシーリングツールの温度が増加するので、パウチ型電池ケースの内部樹脂層の溶融度が高くなる結果として、パウチ型電池ケース１１０、１２０の間の接着力が外側に行くほど増加することができる。

【0048】

このように、本発明による上部シーリング部材２００は、複数のシーリングツールのそれぞれの圧力および温度を個別的に設定することができるので、第１シーリングツール２１０、第２シーリングツール２２０及び第３シーリングツール２３０の長さＨは全部同一であるように構成することができる。

【0049】

すなわち、第１シーリングツール２１０、第２シーリングツール２２０及び第３シーリングツール２３０の長さＨが全部同一であっても個別的に圧力および温度を異に設定することができるので、パウチ型電池ケースをシーリングしたとき、位置によって密封力が異なるシーリング部を形成することができる。

【0050】

下部シーリング部材３００は、パウチ型電池ケース１１０、１２０と対面する上面が平面形態になるので、互いに異なる大きさの圧力および温度に設定された複数のシーリングツールがパウチ型電池ケースを押圧するとき、下部シーリング部材３００はパウチ型電池ケースのシーリング部の全体を支持することができる。

【0051】

また、下部シーリング部材３００は加熱可能な形態に構成することができるので、パウチ型電池ケース１１０、１２０の下面を加熱して、内部樹脂層が充分に溶融するようにする。

【0052】

詳細には、上部シーリング部材２００の温度範囲内で設定することができる。例えば、上部シーリング部材２００のうち温度が最も低い第１シーリングツールの温度と同じ温度に設定することができる。

【0053】

複数のシーリングツールは、パウチ型電池ケースの内側に配置される第１シーリングツール２１０から外側に配置される第３シーリングツール２３０の方向に順次押圧することができる。

【0054】

パウチ型電池ケースのシーリング部を押圧及び加熱すると、シーリング部にある内部樹脂層が溶融してシーリング部の両端である内側および外側に押されながら移動し、この状態で固化すると、丸い球状の固まりになる。本明細書では、前記固まりをポリボールと名付ける。

【0055】

前記ポリボールのサイズが大きいほど、パウチ型電池ケースのベンティングが発生しにくい。

【0056】

したがって、本発明は、第１シーリングツール２１０、第２シーリングツール２２０、及び第３シーリングツール２３０の順に押圧することにより、溶融した内部樹脂層をパウチ型電池ケースの外側に移動させることができるので、パウチ型電池ケースシーリング部の内側に形成されるポリボールのサイズを減らすことができる。よって、パウチ型電池ケースのベンティングに必要な圧力を低めることができる。

【0057】

図２はパウチ型電池ケースの一側外周辺のみを第１実施例によるパウチ型電池ケースのシーリング装置で押圧した形態を示しているが、パウチ型電池ケースの４方向外周辺シーリング部のうちのいずれでも第１実施例によるパウチ型電池ケースのシーリング装置を用いてシーリング部を形成することができるというのは言うまでもない。これは直線形に構成される第３実施例及び第４実施例によるパウチ型電池ケースのシーリング装置にも同様に適用される。

【0058】

図３は第２実施例によるパウチ型電池ケースのシーリング装置の斜視図である。

【0059】

図３を参照すると、第２実施例によるパウチ型電池ケースのシーリング装置は、第１シーリングツール２１０、第２シーリングツール２２０及び第３シーリングツール２３０を含む上部シーリング部材２００と、下部シーリング部材３００とを含む。

【0060】

第１シーリングツール２１０、第２シーリングツール２２０及び第３シーリングツール２３０は四角枠の形態に構成され、これらが全部重畳するように配置されるとき、第１シーリングツール２１０と第２シーリングツール２２０との間には離隔間隔が形成され、第２シーリングツール２２０と第３シーリングツール２３０との間にも離隔間隔が形成される。

【0061】

すなわち、前記離隔間隔の分だけパウチ型電池ケースを直接押圧しなくなるものである。

【0062】

第１シーリングツール２１０、第２シーリングツール２２０及び第３シーリングツール２３０は、パウチ型電池ケースの内側に配置される第１シーリングツール２１０から外側に配置される第３シーリングツール２３０の方向に順次押圧することにより、溶融した内部樹脂層をパウチ型電池ケースの外側に移動させることができるので、パウチ型電池ケースのシーリング部の内側に形成されるポリボールのサイズを減らすことができる。よって、パウチ型電池ケースのベンティングに必要な圧力を低めることができる。

【0063】

図４は図３のパウチ型電池ケースのシーリング装置でシーリングしたパウチ型電池セルの斜視図及び部分拡大図である。

【0064】

図４を参照すると、本発明によるパウチ型電池セルは、樹脂層および金属層を含むラミネートシートで構成されるパウチ型電池ケース１１０、１２０と、パウチ型電池ケース１１０、１２０に収納される電極組立体とを含み、電極組立体収容部の外周辺には熱融着によって密封されるシーリング部が形成され、前記シーリング部は、前記パウチ型電池ケースの内側から外側方向に押圧部および非押圧部が繰り返し配列されるように形成され、押圧部の密封力は前記パウチ型電池ケースの外側方向に行くほど増加する。

【0065】

前記パウチ型電池ケースは、外部環境に対して優れた耐性を有する外部被覆層と、ガスや湿気などの異物の流入または電解液の漏出を防止する金属層と、熱融着性を有する内部樹脂層と、を含む。

【0066】

前記外部被覆層はポリエチレンテレフタレートまたは延伸ナイロンを含むことができ、前記金属層はアルミニウムまたはアルミニウム合金を含むことができ、前記内部樹脂層はポリプロピレンを含むことができる。

【0067】

押圧部は、第１押圧部１３１、第２押圧部１３２および第３押圧部１３３を含み、非押圧部は、第１非押圧部１４１および第２非押圧部１４２を含む。

【0068】

第１押圧部１３１、第２押圧部１３２及び第３押圧部１３３のそれぞれは、図３の上部シーリング部材２００の第１シーリングツール２１０、第２シーリングツール２２０及び第３シーリングツール２３０のそれぞれによって押圧された部分である。

【0069】

第１シーリングツール２１０、第２シーリングツール２２０及び第３シーリングツール２３０をパウチ型電池ケースの外側に行くほど押圧力および押圧温度が増加するように設定する場合、第１押圧部１３１、第２押圧部１３２及び第３押圧部１３３のうち第３押圧部１３３の接着力が最も高くなる。

【0070】

したがって、パウチ型電池ケース１１０、１２０の内圧増加の際、前記複数の押圧部はパウチ型電池ケース１１０、１２０の接着力が低い内側から接着力が高い外側方向に接着状態が順次解除される。

【0071】

詳細には、第１押圧部１３１の接着状態が解除されると、パウチ型電池ケースの内部空間は第１非押圧部１４１まで拡張するので内圧増加を緩和することができ、第２押圧部１３２の接着状態が順次解除されると、パウチ型電池ケースの内部空間は第２非押圧部１４２まで拡張しながら内圧増加を緩和することができる。よって、内圧増加によってパウチ型電池ケースが瞬間的に爆発することを防止することができる。一方、この際、第３押圧部１３３の押圧状態は維持されるので、パウチ型電池セルの内部に水分のような外部物質が流入することを防止することができる。

【0072】

また、第１押圧部１３１の厚さよりも第２押圧部１３２の厚さが薄く、第３押圧部１３３の厚さは第２押圧部１３２の厚さよりも薄く形成される。

【0073】

ここで、第１押圧部１３１、第２押圧部１３２及び第３押圧部１３３の厚さ減少は、内部樹脂層、金属層及び外部被覆層の全部の厚さが減少することによるものであり得るが、詳細には金属層の厚さ減少によるものであり得る。

【0074】

すなわち、パウチ型電池ケースのシーリング部のうち第１押圧部１３１、第２押圧部１３２及び第３押圧部１３３で金属層の厚さはパウチ型電池ケースの外側方向に行くほど減少することができる。

【0075】

したがって、第３押圧部１３３で金属層の厚さは剛性を期待することができない程度に薄くなることができるので、第２押圧部１３２がベンティングすると、第３押圧部１３３は接着状態を維持することができず、ベンティング圧力によって破れ、パウチ型電池ケースが完全に開放することができる。

【0076】

一方、第１非押圧部１４１および第２非押圧部１４２は上部シーリング部材によって押圧されなかった部分であるので、元のパウチ型電池ケースの厚さを維持することができる。よって、第１押圧部１３１、第２押圧部１３２及び第３押圧部１３３で前記金属層の厚さは前記第１非押圧部１４１及び第２非押圧部１４２で前記金属層の厚さよりも薄く形成される。

【0077】

図５は第３実施例によるパウチ型電池ケースのシーリング装置がパウチ型電池ケースのシーリング部に配置された状態の垂直断面図である。

【0078】

図５を参照すると、第３実施例によるパウチ型電池ケースのシーリング装置は、第１シーリングツール２１０、第２シーリングツール２２０及び第３シーリングツール２３０の押圧面が傾いた形態を有する。図５で、押圧面の傾斜は説明の便宜のために大きく表現したものであり、それぞれのシーリングツールで最長の長さＨと最短の長さとの差はパウチ型電池ケース１１０、１２０の厚さの和よりも小さい。

【0079】

第１シーリングツール２１０、第２シーリングツール２２０及び第３シーリングツール２３０で、長さＨが長い左側は長さＨが短い右側よりもパウチ型電池ケース１１０、１２０を強く押圧するようになるので、第１シーリングツール２１０、第２シーリングツール２２０及び第３シーリングツール２３０のそれぞれの左側が押圧するパウチ型電池ケース１１０、１２０のシーリング部は右側が押圧するパウチ型電池ケース１１０、１２０のシーリング部よりも高い密封力を有することができる。

【0080】

図６は図５のパウチ型電池ケースのシーリング装置でシーリングしたパウチ型電池セルシーリング部の垂直断面図である。

【0081】

図６を参照すると、押圧部は、第１押圧部１３１、第２押圧部１３２及び第３押圧部１３３を含み、非押圧部は第１非押圧部１４１及び第２非押圧部１４２を含む。

【0082】

第１押圧部１３１、第２押圧部１３２及び第３押圧部１３３のそれぞれは図５の上部シーリング部材２００の第１シーリングツール２１０、第２シーリングツール２２０及び第３シーリングツール２３０のそれぞれによって押圧された部分である。

【0083】

第１シーリングツール２１０、第２シーリングツール２２０及び第３シーリングツール２３０を、パウチ型電池ケースの外側方向に行くほど押圧力および押圧温度が増加するように設定する場合、第１押圧部１３１、第２押圧部１３２及び第３押圧部１３３のうち第３押圧部１３３の接着力が最も高くなる。

【0084】

したがって、パウチ型電池ケース１１０、１２の内圧増加の際、前記複数の押圧部はパウチ型電池ケース１１０、１２０の内側から外側方向に接着状態が順次解除される。

【0085】

第１押圧部１３１、第２押圧部１３２及び第３押圧部１３３は、図５に示す押圧面が傾いた形態の上部シーリング部材によって押圧された状態であるので、第１押圧部１３１、第２押圧部１３２及び第３押圧部１３３のそれぞれでパウチ型電池ケースの内側から外側に行くほど厚さが増加する形態に構成される。

【0086】

したがって、溶融した内部樹脂層は第１押圧部１３１から第１非押圧部１４１に移動し、そして第２押圧部１３２から第２非押圧部１４２に移動することができるので、第１押圧部１３１の内側に発生するポリボールのサイズを減らすことができる。

【0087】

その他に、パウチ型電池ケースの金属層の厚さ差についての説明は、図４に示すパウチ型電池セルについての説明を図６に示すパウチ型電池セルシーリング部の説明に同様に適用することができる。

【0088】

図７は第４実施例によるパウチ型電池ケースのシーリング装置の斜視図である。

【0089】

図７を参照すると、図２に示すパウチ型電池ケースのシーリング装置と比較すると、上部シーリング部材２００を構成する複数のシーリングツールのそれぞれは全長方向Ｌに２以上の領域に区分され、それぞれの領域は押圧温度及び押圧力のうちの少なくとも一つ以上を別個に調節することができる形態であり得る。

【0090】

図７で、上部シーリング部材２００は、第１シーリングツール２１０が第１領域２１１および第２領域２１２に区分され、第２シーリングツール２２０が第１領域２２１および第２領域２２２に区分され、第３シーリングツール２３０が第１領域２３１および第２領域２３２に区分される。

【0091】

第１領域２１１、２２１、２３１は第２領域２１２、２２２、２３２と外観上一体型に構成され得るか、または互いに物理的に分離された別個の構造に構成され得る。

【0092】

第１シーリングツール２１０、第２シーリングツール２２０及び第３シーリングツール２３０は順次パウチ型電池ケースをシーリングすることができ、または第１領域２１１、２２１、２３１及び第２領域２１２、２２２、２３２のうちのいずれか一方が先にパウチ型電池ケースをシーリングすることができる。

【0093】

以下では、本発明の実施例を参照して説明するが、これは本発明のより容易な理解のためのものであり、本発明の範疇がそれによって限定されるものではない。

【0094】

＜実施例１＞
外部被覆層、金属層及び内部樹脂層を含むパウチ型電池ケースを準備し、図１及び図２に示すパウチ型電池ケースのシーリング装置を用いて前記パウチ型電池ケースの一側外周辺を押圧及び加熱した。

【0095】

ここで、第１シーリングツール、第２シーリングツール及び第３シーリングツールの押圧力および押圧温度は下記の表１のように設定し、下部シーリング部材の温度は１４０℃に設定し、第１シーリングツール、第２シーリングツール及び第３シーリングツールの順に押圧した。

【0096】

【表1】

【0097】

＜比較例＞
実施例と同様なパウチ型電池ケースを準備し、押圧面が平面である上部シーリング部材および下部シーリング部材に対して、押圧力は４０ｋｇｆ（３９２Ｎ）に設定し、押圧温度は１８０℃に設定し、パウチ型電池ケースの一側外周辺を押圧及び加熱した。

【0098】

図８は実施例及び比較例によるパウチ型電池セルにおけるポリボールを示す図である。

【0099】

図８を参照すると、（ａ）は比較例の結果であり、（ｂ）は実施例の結果であり、実施例のようなパウチ型電池ケースのシーリング装置を用いる場合、ポリボール４００のサイズが著しく小さくなることが分かる。よって、パウチ型電池ケース１００が低圧力でも容易にベンティングすることができるので、パウチ型電池セルの爆発を事前に防止することができる。

【0100】

＜実施例２＞
厚さが７１μｍのパウチ型電池ケースに電極組立体を収容した後、前記パウチ型電池ケースの外周辺をシーリングすることでパウチ型電池セルを製造した。

【0101】

ここで、パウチ型電池ケースの外周辺のシーリング条件は、４０ｋｇｆ（３９２Ｎ）および１８５℃で２秒間押圧；４０ｋｇｆ（３９２Ｎ）および１７０℃で２秒間押圧；及び４０ｋｇｆ（３９２Ｎ）および１５０℃で２秒間押圧の３種の条件に設定し、パウチ型電池セルのシーリング部の厚さがそれぞれ１２７μｍ、１３２μｍ及び１３７μｍになるようにそれぞれ５個のパウチ型電池セルを製造した。前記シーリング部の厚さが１２７μｍのものをサンプル１、シーリング部の厚さが１３２μｍのものをサンプル２、シーリング部の厚さが１３７μｍのものをサンプル３とした。

【0102】

＜シーリング部の内部樹脂層の厚さ分析及び接着強度測定＞
前記サンプル１及びサンプル３のパウチ型電池セルのシーリング部を切断し、切断面でパウチ型電池セルの内部樹脂層の厚さを測定した。

【0103】

サンプル１の内部樹脂層の平均厚さは３３．２μｍであり、サンプル３の内部樹脂層の平均厚さは４２．３１μｍである。

【0104】

前記サンプル１及びサンプル３の接着強度を測定した。

【0105】

図９はサンプル１の接着強度を測定した結果を示すグラフであり、図１０はサンプル３の接着強度を測定した結果を示すグラフである。

【0106】

図９及び図１０を参照すると、前記サンプル１の平均接着強度は３．３４ｋｇｆ（３２．８Ｎ）であり、前記サンプル３の平均接着強度は１．３５ ｋｇｆ（１３．２Ｎ）である。

【0107】

したがって、本発明のようにシーリング部の密封力が互いに異なるように構成される場合、内部樹脂層の厚さが相対的に薄いサンプル１は電極組立体収容部の外周辺シーリング部のうちパウチ型電池ケースの外側方向に位置する場合に相当し、内部樹脂層の厚さが相対的に厚いサンプル３は電極組立体収容部の外周辺シーリング部のうちパウチ型電池ケースの内側方向に位置する場合に相当するものと見なすことができる。

【0108】

すなわち、パウチ型電池ケースの内側から外側方向に行くほど、押圧部で内部樹脂層の厚さが薄くなり、接着強度が増加することを予想することができる。

【0109】

＜温度による接着強度の測定＞
前記サンプル１～３を保管するチャンバーを準備し、一定の温度に設定した後、サンプルを投入した。前記チャンバーの温度が設定温度に到逹すると、１分間待機した後、接着強度を測定した。

【0110】

前記一定の温度はそれぞれ常温、１００℃、１１０℃、１２０℃及び１３０℃である。

【0111】

図１１は温度による接着強度を示すグラフであり、図１２はサンプル１～サンプル３の接着強度の大きさ変化を示すグラフである。

【0112】

図１１を参照すると、（ａ）は接着強度測定過程で接着強度が最も高い値を温度別に示すものであり、（ｂ）は接着強度が安定的に測定された区間の平均値を示すものである。

【0113】

図１２を参照すると、常温、１００℃、１１０℃、１２０℃及び１３０℃でシーリング部の接着強度を測定した。

【0114】

接着強度の測定は、ポリボールがある側から、付いているパウチ型電池ケースを広げながら時間による接着強度を測定する方法で実施し、接着強度が最も高い区間は接着強度測定の初期のポリボールが形成された部分であった。

【0115】

図１１の（ａ）および（ｂ）を参照すると、内部樹脂層の厚さが厚くなるほど接着強度が低くなり、チャンバーの温度が高いほど接着強度が低くなることが分かる。図１２を参照すると、すべての温度条件で接着強度測定の初期のポリボールが形成された部分で最大接着力が測定されたことを確認することができる。

【0116】

すなわち、内部樹脂層の厚さが薄いサンプル１で最高の接着強度が測定される。内部樹脂層の厚さが薄く形成される部位でポリボールのサイズが大きく形成される点を考慮すると、ポリボールのサイズが大きいほど接着強度が増加することが分かる。

【0117】

したがって、複数のシーリングツールの押圧力を異にすることにより、内部樹脂層の厚さがパウチ型電池ケースの外側方向に行くほど薄くなるように形成する場合、パウチの外側に行くほど接着強度が増加することを確認することができる。

【0118】

また、本発明のようにパウチ型電池ケースのシーリング部の内側から外側方向にシーリングを順次実施する場合、パウチ型電池ケースの内側に形成されるポリボールのサイズが減少するので、シーリング部の接着強度が低いパウチ型電池セルを提供することができる。

【0119】

本発明が属する分野で通常の知識を有する者であれば前記内容に基づいて本発明の範疇内で多様な応用及び変形をなすことが可能であろう。

【符号の説明】

【0120】

１００、１１０、１２０ パウチ型電池ケース
１３１ 第１押圧部
１３２ 第２押圧部
１３３ 第３押圧部
１４１ 第１非押圧部
１４２ 第２非押圧部
２００ 上部シーリング部材
２１０ 第１シーリングツール
２２０ 第２シーリングツール
２３０ 第３シーリングツール
３００ 下部シーリング部材
４００ ポリボール

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8(a)】

【図8(b)】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【国際調査報告】