(57)【要約】  本発明は、パウチ型二次電池及びこの製造方法に関し、具体的に上部シートと下部シートが接合されて形成されたパウチ型ケース；及び前記パウチ型ケースの内部に収納される電極組立体を含む二次電池において、前記パウチ型ケースの上部シート及び下部シートが接合されるパウチ型ケースの外周面上に、密封性を向上させるためのポリマーコーティング層をさらに含むことを特徴とするパウチ型二次電池とこの製造方法に関する。
2015536032.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
上部シートと下部シートが接合されて形成されたパウチ型ケース；及び
前記パウチ型ケースの内部に収納される電極組立体を含む二次電池において、
前記上部シート及び下部シートが接合されたパウチ型ケースの外周面上に、密封性を向上させるためのポリマーコーティング層をさらに含むパウチ型二次電池。
【請求項２】
前記上部シート及び下部シートは、それぞれ内部層、金属層及び外部層を含む請求項１に記載のパウチ型二次電池。
【請求項３】
前記ポリマーは、ＵＶ硬化性ポリマーまたは熱硬化性ポリマーである請求項１または請求項２に記載のパウチ型二次電池。
【請求項４】
前記ＵＶ硬化性ポリマーは、２つ以上のイソシアネート基を有する有機イソシアネート化合物及びポリラクトン系化合物で変性されたヒドロキシアルキル（メタ）アクリレート樹脂からなる群より選択される１種以上を含む請求項３に記載のパウチ型二次電池。
【請求項５】
前記熱硬化性ポリマーは、エポキシアルキル（メト）アクリレート、アリルグリシジルエーテル、アリルグリシジルエステル、アリールグリシジルエーテル、アリールグリシジルエステル、グリシジル５−ノルボルネン−２−メチル−２−カルボキシレート（エンド、エキソ混合物）、１，２−エポキシ−５−ヘキセン、１，２−エポキシ−９−デセン、グリシジル（メト）アクリレート、グリシジルα−エチル（メト）アクリレート、グリシジルα−ｎ−プロピル（メト）アクリレート、グリシジルα−ｎ−ブチル（メト）アクリレート、メチルグリシジル（メト）アクリレート、３，４−エポキシブチル（メト）アクリレート、４，５−エポキシペンチル（メト）アクリレート、５，６−エポキシヘプチル（メト）アクリレート、及び６，７−エポキシヘプチルα−エチルアクリレートからなる群より選択される１種以上を含む請求項３または請求項４に記載のパウチ型二次電池。
【請求項６】
前記ポリマーコーティング層は、前記電極組立体の電極端子が突出される面と垂直である外周面に形成する請求項１から請求項５の何れか一項に記載のパウチ型二次電池。
【請求項７】
前記ポリマーコーティング層は、前記電極組立体の電極端子が突出される面と水平である外周面に形成する請求項１から請求項５の何れか一項に記載のパウチ型二次電池。
【請求項８】
前記ポリマーコーティング層は、上部シート及び下部シートが接合されたパウチ型ケースの全体外周面に形成する請求項１から請求項５の何れか一項に記載のパウチ型二次電池。
【請求項９】
電極組立体を収納する収納部と、前記収納部と連結されて前記収納部の内部で発生するガスを捕集するガス捕集部とを備えたパウチ型ケースを準備する段階；
前記パウチ型ケースの内部に電極組立体を収納する段階；
前記パウチ型ケースの周辺部を熱融着して密封する段階；
前記パウチ型ケースの内部に電解液を注入する段階；
二次電池を活性化させて、前記活性化過程で発生したガスを、前記ガス捕集部を介して捕集する段階；
前記収納部とガス捕集部の境界部を熱融着する段階；
前記ガス捕集部を切断して除去する段階；及び
前記電極組立体が収納されたパウチ型ケースの外周面上にポリマーコーティング層を形成する段階
を含む請求項１に記載のパウチ型二次電池の製造方法。
【請求項１０】
前記ポリマーコーティング層は、接触式塗布方法によって行われる請求項９に記載のパウチ型二次電池の製造方法。
【請求項１１】
前記接触式塗布方法は、スポンジ塗布ヘッドまたはローラ塗布ヘッドを用いて行われる請求項１０に記載のパウチ型二次電池の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パウチ型二次電池及びこの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
モバイル機器に対する技術開発と需要が増加するに伴い、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おり、それによって多様な要求に応じ得る電池に対する多くの研究が行われている。特に、充放電が可能な二次電池は電気自動車、ハイブリッド電気自動車などの動力源としても注目されている。
【０００３】
このような二次電池は電池の多様な形態に製造することができるが、代表的な形状面において薄い厚さで携帯電話などのような製品に適用され得る角型電池とパウチ型二次電池に対する需要が高く、材料面においてはエネルギー密度、放電電圧、安全性に優れたリチウムコバルトポリマー電池のようなリチウム二次電池に対する需要が高い。
【０００４】
このうちパウチ型二次電池は、重さが軽くてポータブル電子機器のスリム化及び軽量化に有利だと言える。
【０００５】
前記パウチ型二次電池は、正極、負極、分離膜を含む電極組立体を外装材であるパウチ型ケースに収納し、電池を１次フォーメーションした後、余剰部を用いた脱ガス（ｄｅｇａｓｓｉｎｇ）工程を行い、余剰部を切断して除去した後、電池を２次フォーメーションする方法によって製造される。
【０００６】
このとき、前記切断工程によって露出されたパウチ型ケースの金属層部分で通電による安全性が低下するだけでなく、腐食による包装材能力を喪失して、水気浸透及び電解液損失が発生する。特に、浸透した水気による電池内部の副反応が発生して電池性能及び安全性が低下する。
【０００７】
したがって、このような短所を改善することができるパウチ型二次電池の製造方法の必要性が高いのが実情である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、パウチ型ケースの外周面上に密封性を向上させるためのポリマーコーティング層を含むパウチ型二次電池を提供する。
【０００９】
また、本発明は、前記パウチ型二次電池の製造方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、パウチ型ケースの外周面上に密封性を向上させるためのポリマーコーティング層を含むパウチ型二次電池を提供する。
【００１１】
具体的に、本発明は上部シートと下部シートが接合されて形成されたパウチ型ケース；及び前記パウチ型ケースの内部に収納される電極組立体を含む二次電池において、前記上部シート及び下部シートが接合されたパウチ型ケースの外周面上に、密封性を向上させるためのポリマーコーティング層をさらに含むパウチ型二次電池を提供する。
【００１２】
前記ポリマーは、ＵＶ硬化性ポリマーまたは熱硬化性ポリマーであることを特徴とする。
【００１３】
また、本発明は、電極組立体を収納する収納部と、前記収納部と連結されて前記収納部の内部で発生するガスを捕集するガス捕集部とを備えたパウチ型ケースを準備する段階；前記パウチ型ケースの内部に電極組立体を収納する段階；前記パウチ型ケースの周辺部を熱融着して密封する段階；前記パウチ型ケースの内部に電解液を注入する段階；二次電池を活性化させて、前記活性化過程で発生したガスを、前記ガス捕集部を介して捕集する段階；前記収納部とガス捕集部の境界部を熱融着する段階；前記ガス捕集部を切断して除去する段階；及び前記電極組立体が収納されたパウチ型ケースの外周面上にポリマーコーティング層を形成する段階を含むパウチ型二次電池の製造方法を提供する。
【００１４】
このとき、前記ポリマーコーティング層は、接触式塗布方法によって行われ得る。
【発明の効果】
【００１５】
本発明は、パウチ型ケースの外周面上に密封性を向上させるためのポリマーコーティング層を形成することにより、水気浸透防止及び電解液漏出防止の信頼性を高めることができるパウチ型二次電池を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１ａ】本発明の一実施形態によるポリマーコーティング層を含むパウチ型二次電池を示した模式図である。
【図１ｂ】本発明の一実施形態によるポリマーコーティング層を含むパウチ型二次電池を示した模式図である。
【図２】本発明の一実施形態によるパウチ型二次電池の製造方法における接着式塗布方法を示した模式図である。
【図３ａ】本発明の一実施形態によるパウチ型二次電池の製造方法における塗布ヘッドの形態を具体的に示した模式図である。
【図３ｂ】本発明の一実施形態によるパウチ型二次電池の製造方法における塗布ヘッドの形態を具体的に示した模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、図を参照して本発明の好ましい実施例を詳しく説明する。これに先立って、本明細書及び特許請求の範囲に用いられた用語や単語は通常的かつ辞書的な意味に限定して解釈されてはならず、発明者は自分の発明を最良の方法で説明するために用語の概念を適宜定義することができるとの原則に即して、本発明の技術的思想に符合する意味と概念に解釈されなければならない。
【００１８】
したがって、本明細書に記載された実施例と図に示された構成は、本発明の最も好ましい一実施形態に過ぎないだけであり、本発明の技術的思想を全て代弁するものではないので、本出願時点においてこれらを代替することができる多様な均等物と変形例等があり得ることを理解しなければならない。
【００１９】
先ず、本発明は上部シートと下部シートが接合されて形成されたパウチ型ケース；及び前記パウチ型ケースの内部に収納される電極組立体を含む二次電池において、前記上部シート及び下部シートが接合されたパウチ型ケースの外周面上に、密封性を向上させるためのポリマーコーティング層をさらに含むパウチ型二次電池を提供する。
【００２０】
具体的に、図１ａ及び図１ｂは、本発明の一実施形態によるポリマーコーティング層を含むパウチ型二次電池を示した模式図である。
【００２１】
図１ａ及び図１ｂを参照すれば、パウチ型二次電池は、上部シート及び下部シートを含み、前記上部シート及び下部シートはそれぞれ内部層１０１／接着剤層１０２／金属層１０３／腐食防止層１０４／外部層１０５からなり、互いに熱融着されている。
【００２２】
前記内部層１０１は、熱接着性を有してシーリング材の役割をし、無延伸ポリプロピレン、ポリプロピレン−ブチレン−エチレン三元共重合体、塩化ポリプロピレン、ポリエチレン、エチレンプロピレン共重合体、ポリエチレンとアクリル酸共重合体、及びポリプロピレンとアクリル酸の共重合体からなる群より選択される１種以上を含むことができる。
【００２３】
前記接着剤層１０２は、金属層１０３との接着が容易であるように金属層１０３に接着が容易な接着性樹脂をコーティングして形成され、内部層１０１と類似の物質で製造され、金属層１０３との接着性を向上させるためにポリエチレンフタレート、酸変性（ａｃｉｄ  ｍｏｄｉｆｉｅｄ）ポリプロピレン及び酸変性ポリエチレンからなる群より選択される１種以上を含むことができる。
【００２４】
前記金属層１０３は機械的強度を維持し、水気と酸素のバリア層の役割を果たし、鉄（Ｆｅ）、炭素（Ｃ）、クロム（Ｃｒ）、マンガン（Ｍｎ）、ニッケル（Ｎｉ）及びアルミニウム（Ａｌ）からなる群より選択される１種または２種以上の混合物を含むことができ、さらに具体的にはアルミニウム；鉄、炭素、クロム及びマンガンの合金；及び鉄、炭素、クロム及びニッケルの合金からなる群より選択される１種以上を含むことができる。
【００２５】
前記外部層１０５は基材及び保護層として作用し、ポリエチレン、ポリフェニレンエーテル、ポリイミド、ポリプロピレン、キャステッドポリプロピレン、ポリエーテルテレフタレート及びポリフェニレンスルファイドからなる群より選択される１種以上を含むことができる。
【００２６】
前記外部層１０５と金属層１０３との間に腐食防止層１０４をさらに含むことができる。
【００２７】
前記腐食防止層１０４は、電解液によって発生する腐食に対して耐性を有する層であり、ジルコニウム、クロムまたはこれらの混合物を含むことができる。
【００２８】
また、前記電極組立体は、分離膜が介在された状態で正極と負極が順次積層されている発電素子であって、スタック型またはスタック／フォールディング型構造からなる。電極タブ等は電極組立体の各極板から延長されており、電極端子は各極板から延長された複数個の電極タブと、例えば、溶接によってそれぞれ電気的に連結されており、電池本体と外部との電気的連結のためにパウチ型二次電池の外部に一部が露出している。
【００２９】
一方、前記パウチ型二次電池の場合、電池を１次フォーメーションした後、最初の充放電時に発生するガスを除去するための脱ガス工程後、ガス捕集部を切断して除去し、電池を２次フォーメーションする工程を行う。このとき、前記切断工程時にパウチ型ケースを成す金属層が露出しながら腐食されて包装材の能力を喪失するようになることによって、水気浸透及び電解液損失が発生するとともに、電池性能及び安全性が低下する。
【００３０】
よって、本発明ではこのような問題点を改善すべく、前記上部シート及び下部シートが接合されたパウチ型ケースの外周面の密封性を向上させるため、前記２次フォーメーション工程前または工程後にパウチ型ケースの外周面上にポリマーコーティング層１０６をさらに形成することにより、パウチ型ケースを成す金属層が他の金属物質と通電されることを防止できるだけでなく、後続工程時にパウチ型ケースの外側面を保護することができるので、後続工程による悪影響を防止することができる。
【００３１】
このとき、前記ポリマーコーティング層の形成位置は特に限定していないが、図１ｂに示したように電極端子が突出される面と垂直である外周面にのみ単独で形成されるか、電極組立体の電極端子が突出される面と水平である外側面に選択的に形成されることもあるが、図１ａに示したようにパウチ型ケースの全体外周面に形成されるのが最も好ましい。このとき、前記電極端子は、正極端子及び負極端子を含むことができ、電極組立体の同一側辺に配置され得、相互対向する両側辺上にそれぞれ配置され得る。例えば、前記電極端子は、相互電気的に接触されないように電池セルの一辺または対向する両辺に配置され得る。
【００３２】
また、本発明のパウチ型二次電池において、前記ポリマーは塗布後に硬化されて絶縁特性を発生する全てのポリマー種類を含むことができ、その種類を特に制限しないが、具体的にＵＶ硬化性ポリマーまたは熱硬化性ポリマーであり得る。
【００３３】
具体的に、前記ＵＶ硬化性ポリマーは２つ以上のイソシアネート基を有する有機イソシアネート化合物及びポリラクトン系化合物で変性されたヒドロキシアルキル（メタ）アクリレート樹脂からなる群より選択される単一物または２種以上の混合物を含むことができる。
【００３４】
また、前記熱硬化性ポリマーは、エポキシアルキル（メト）アクリレート、アリルグリシジルエーテル、アリルグリシジルエステル、アリールグリシジルエーテル、アリールグリシジルエステル、グリシジル５−ノルボルネン−２−メチル−２−カルボキシレート（エンド、エキソ混合物）、１，２−エポキシ−５−ヘキセン、１，２−エポキシ−９−デセン、グリシジル（メト）アクリレート、グリシジルα−エチル（メト）アクリレート、グリシジルα−ｎ−プロピル（メト）アクリレート、グリシジルα−ｎ−ブチル（メト）アクリレート、メチルグリシジル（メト）アクリレート、３，４−エポキシブチル（メト）アクリレート、４，５−エポキシペンチル（メト）アクリレート、５，６−エポキシヘプチル（メト）アクリレート、及び６，７−エポキシヘプチルα−エチルアクリレートからなる群より選択される単一物または２種以上の混合物を含むことができる。
【００３５】
また、前記ポリマーコーティング層１０６の厚さは特に制限せず、コーティング層を形成するポリマーの種類によって水気浸透が制限される厚さを最小厚さとし、パウチ型二次電池の外観規格を外れない範囲内で厚いほど有利である。
【００３６】
また、本発明は、電極組立体を収納する収納部と、前記収納部と連結されて前記収納部の内部で発生するガスを捕集するガス捕集部とを備えたパウチ型ケースを準備する段階；前記パウチ型ケースの内部に電極組立体を収納する段階；前記パウチ型ケースの周辺部を熱融着して密封する段階；前記パウチ型ケースの内部に電解液を注入する段階；二次電池を活性化させて、前記活性化過程で発生したガスを前記ガス捕集部を介して捕集する段階；前記収納部とガス捕集部の境界部を熱融着する段階；前記ガス捕集部を切断して除去する段階；及び前記電極組立体が収納されたパウチ型ケースの外周面上にポリマーコーティング層を形成する段階を含むパウチ型二次電池の製造方法を提供する。
【００３７】
本発明の方法で前記ポリマーコーティング層を形成する段階は、電池の２次フォーメーション工程前または工程後に行うことができるが、電池の２次フォーメーション工程後に行うのがより好ましい。
【００３８】
また、前記ポリマーコーティング層は、接触式塗布方法によって行われ得る。
【００３９】
前記接触式塗布方法は、スポンジ塗布ヘッドまたはローラ塗布ヘッドを用いて行われ得る。特に、本発明のポリマーコーティング層は水または有機溶媒などにポリマーを溶解した状態でコーティングするため、塗布方法を特に制限せず、適宜用いて行うことができる。
【００４０】
また、本発明の方法は、前記ポリマーコーティング層を形成した後、これを乾燥するための通常の熱乾燥工程をさらに行うことができる。
【００４１】
図２は、本発明の一実施形態によるパウチ型二次電池の製造方法における接着式塗布方法を示した模式図である。
【００４２】
図２に示す通り、脱ガス工程後、ガス捕集部を除去し、電池の２次フォーメーションを行った後、露出したパウチ型ケースの外周面全面にポリマーコーティング層２０３を形成する。
【００４３】
このとき、前記ポリマーコーティング層は形成位置を特に限定しないが、電極端子２０１、２０２が突出される面と垂直である外周面にのみ単独で形成されるか、電極組立体の電極端子が突出される面と水平である外側面に選択的に形成され得るが、パウチ型ケースの全体外周面に形成されるのが最も好ましい。
【００４４】
前記ポリマーコーティング層は、接触式塗布方法を用いて形成することができる。
【００４５】
すなわち、塗布ヘッド２０４とポリマー物質が貯蔵された容器２０５を備えた塗布装置をパウチ型ケースの外周面に接触させた後、外周面に沿ってコーティングしながら形成することができる。
【００４６】
前記接触式塗布ヘッド２０４は、図３ａに示したようにスポンジ塗布ヘッド２０４ａ、または図３ｂに示したように繊維系材料のローラ塗布ヘッド２０４ｂを用いることができる。
【符号の説明】
【００４７】
１００：パウチ型二次電池の上部シートまたは下部シート
１０１：内部層
１０２：接着剤層
１０３：金属層
１０４：腐食防止層
１０５：外部層
１０６：ポリマーコーティング層
２０１、２０２：電極端子
２０３：ポリマーコーティング層
２０４：塗布ヘッド
２０４ａ：スポンジ塗布ヘッド
２０４ｂ：ローラ塗布ヘッド
２０５：塗布物質貯蔵容器
【図１ａ】
2015536032.tif 000003
【図１ｂ】
2015536032.tif 000004
【図２】
2015536032.tif 000005
【図３ａ】
2015536032.tif 000006
【図３ｂ】
2015536032.tif 000007
【国際調査報告】
2015536032.tif 000008
2015536032.tif 000009
2015536032.tif 000010
2015536032.tif 000011