JP2024504662A - 電池セルのフォーメーション装置 - Google Patents

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Abstract

本発明に係る電池セルのフォーメーション装置は、電池セルをフォーメーションするフォーメーション本体部と、上記フォーメーション本体部に投入される前の電池セルが待機するように設けられたローディングバッファー部と、フォーメーション工程が終了され、上記フォーメーション本体部から搬出された電池セルが待機するように設けられたアンローディングバッファー部と、上記ローディングバッファー部の一側に位置し、ローディングバッファー部に収容された電池セルのガスポケット部に貫通口を形成するピアシング部と、上記アンローディングバッファー部の一側に位置し、上記アンローディングバッファー部に収容された電池セルに形成された貫通口を密封する密封部と、を含む。

Description

本出願は、２０２１年１１月２４日付の韓国特許出願第１０－２０２１－０１６３１１９号に基づく優先権の利益を主張する。
本発明は、電池セルのフォーメーション工程中に発生するガスをリアルタイムで電池セルの外部へ排出し得る電池セルのフォーメーション装置に関するものである。
一般的に、二次電池は、その形状に応じて円筒形、角型、パウチ型などに区分し得る。そのうちパウチ型二次電池は、金属層（ホイル）と金属層の上面と下面にコーティングされる合成樹脂層の多層膜で構成されるパウチ外装材を使用して外観を構成するため、金属缶を使用する円筒形または角型より電池の重量を著しく減らし得て電池の軽量化が可能であり、多様な形態への変化が可能であるという長所があるため、多くの関心を集めている。
このようなパウチ型二次電池には電極組立体が積層された形態で収容され、電極組立体には電極タブおよび電極リードが連結されており、電極リードはパウチ外装材から突出されている。このような電極リードは、外部装置との接触を通じて電気的に連結され、外部装置から電力を供給されることになる。
パウチ型二次電池は、セルを組み立てる過程と電池を活性化する過程を経て製造され、電池の活性化段階では、充放電装置に二次電池セルを搭載し、活性化に必要な条件で充電および放電を行うことになる。このように、電池の活性化のために充放電装置を用いて所定の充放電を実施する過程をフォーメーション（ｆｏｒｍａｔｉｏｎ）工程、または化成工程という。
そして、このようなフォーメーション工程を行うときに、活性化充電中に平板状の加圧プレートを含む治具（ｚｉｇ）などの加圧手段を用いて、電池セルの両面を加圧することができ、これを治具フォーメーションとも称する。このような治具フォーメーションは、活性化工程中に負極の膨張を防止し、電池の化学反応を促進してガスの発生を誘導し、このような内部ガスをガスポケット部に移動させる。
しかしながら、フォーメーション工程または治具フォーメーション工程中には、電解液と電極との化学反応によりガスが発生し、これにより電池セルのガスポケット部が膨張される。ガスポケット部が過多に膨張された場合には、治具フォーメーション設備から電池セルを搬出するときに、移送手段との干渉および衝突が発生し得る。また、移送過程で電池セル間の干渉により電池セル外観の不良が発生し、ガスポケット部の十分な内部空間の形成のためにパウチ外装材が過多に必要とされるという問題があった。
本発明は、フォーメーション工程中の内部ガスの発生により、ガスポケット部が過多に膨張しないように、フォーメーション工程中に内部ガスを電池セルの外部へ排出することが可能な電池セルのフォーメーション装置を提供する。
本発明の一実施形態に係る電池セルのフォーメーション装置は、電池セルをフォーメーションするフォーメーション本体部と、上記フォーメーション本体部に投入される前の電池セルが待機するように設けられたローディングバッファー部と、フォーメーション工程が終了され、上記フォーメーション本体部から搬出された電池セルが待機するように設けられたアンローディングバッファー部と、上記ローディングバッファー部の一側に位置し、ローディングバッファー部に収容された電池セルのガスポケット部に貫通口を形成するピアシング部と、上記アンローディングバッファー部の一側に位置し、上記アンローディングバッファー部に収容された電池セルに形成された貫通口を密封する密封部と、を含む。
本発明の一実施形態において、上記ピアシング部は、ガスポケット部の両面を押止した状態で貫通口を形成するピアシングユニットと、上記ピアシングユニットの一側と結合され、ピアシングユニットが電池セルの方向に前進するか、またはその逆方向に後退するようにするピアシングユニット移動部材と、上記ピアシングユニット移動部材を駆動する駆動部と、を含み得る。
本発明の一実施形態において、上記ピアシングユニットは、ガスポケット部を押止する一対のガスポケット部押止部材と、上記ガスポケット部押止部材の内側に結合され、上記ガスポケット部押止部材がガスポケット部を押止したときに、押止面の一部を貫通して貫通口を形成するピアシング部材と、上記一対のガスポケット部押止部材の一側と結合されたピアシングユニット本体と、を含み、上記一対のガスポケット部押止部材は、ガスポケット部の押止のために上記ピアシングユニット本体上でスライディング移動可能に結合され得る。
本発明の一実施形態において、上記ピアシングユニット移動部材は、一側が上記ピアシングユニットと結合された延長棒を含んでおり、上記延長棒は、上記駆動部により上記ローディングバッファー部の方向に長さが延長されるか、またはその逆方向に長さが短縮されるように構成され得る。
本発明の一実施形態において、上記密封部は、ガスポケット部の両面を押止した状態で、貫通口を密封する密封ユニットと、上記密封ユニットの一側と結合され、密封ユニットが電池セルの方向に前進するか、またはその逆方向に後退するようにする密封ユニット移動部材と、上記密封ユニット移動部材を駆動する駆動部と、を含み得る。
本発明の一実施形態において、上記密封ユニットは、上記貫通口およびその周辺を押止する一対の貫通口押止部材と、上記一対の貫通口押止部材の各内側に結合され、上記貫通口押止部材が貫通口およびその周辺を押止したときに、貫通口またはその周辺を密封する一対の密封部材と、上記一対の貫通口押止部材の一側と結合された密封ユニット本体と、を含み、上記一対の貫通口押止部材は、貫通口の押止のために上記密封ユニット本体上でスライディング移動可能に結合され得る。
本発明の一実施形態において、上記密封部材は一対のシーリングツールを含み、上記シーリングツールは、貫通口周辺を熱圧着してパウチを融着し得る。
本発明の一実施形態において、上記密封ユニット移動部材は、一側が上記密封ユニットと結合された延長棒を含んでおり、上記延長棒は、上記駆動部により上記アンローディングバッファー部の方向に長さが延長されるか、またはその逆方向に長さが短縮され得る。
本発明の一実施形態において、上記ローディングバッファー部およびアンローディングバッファー部はそれぞれ、電池セルを移送する移送部と、多数の電池セルが立てられた状態で配列されるように、上記電池セルの移送方向に沿って一定の間隔で設置された多数の整列ガイド部材と、を含み、上記整列ガイド部材の離隔空間内に、１つの電池セルが収容されるように構成され得る。
本発明の一実施形態において、上記フォーメーション本体部は、多数の電池セルを収容するフレームと、電池セルを充放電する充放電部と、電池セルを加圧する加圧治具と、を含み得る。
本発明の一実施形態において、上記フォーメーション本体部は、エア供給部をさらに含み、上記エア供給部は、上記フレームの上部に位置し、フレームの内部に連通する管を介してフレームの内部に空気を供給し得る。
本発明の一実施形態において、上記フォーメーション本体部は、ガス排気部をさらに含み、上記ガス排気部は、上記フレーム下部の一側に設置され、フレームの内部と連通する管を介してフォーメーション工程中に発生するガスをフレームの外部へ排出し得る。
本発明の一実施形態において、上記ガス排気部は、ガスを外部へ排出する送風ファンと、ガス中に含まれた有害物質を吸着するフィルターと、を含み得る。
本発明のフォーメーション装置は、フォーメーション本体部に投入される直前の電池セルのガスポケット部に貫通口を形成し得るので、電池セルのガスポケット部が開口された状態でフォーメーション工程が可能である。したがって、ガスポケット部が過多に膨張するという問題を解決することができる。
そして、フォーメーション本体部がエア供給部とガス排気部とを含んでいるので、フォーメーション工程中に発生した内部ガスを自然排出することができる。
また、フォーメーション工程の直後に上記貫通口を密封して、フォーメーション装置から搬出することができる。
本発明の一実施形態に係る電池セルのフォーメーション装置の上部図である。 本発明の一実施形態に係るローディングバッファー部とピアシング部を示す斜視図である。 ローディングバッファー部またはアンローディングバッファー部を示す斜視図である。 図１の上部図の模式図である。 本発明の一実施形態に係るピアシング部の斜視図である。 図５のピアシング部のピアシング動作を示す図面である。 図５のピアシングユニットの分解斜視図である。 本発明の一実施形態に係る密封部の斜視図である。 本発明の一実施形態に係る密封ユニットの分解斜視図である。 多様な実施形態に係る貫通口の密封形状を図示している。 本発明の一実施形態に係る加圧治具を図示している。 本発明の一実施形態に係るフォーメーション本体部の側面図である。 本発明の他の実施形態に係るフォーメーション装置の上部図である。
本発明は、多様な変更を加えることができ、様々な形態を有し得るので、特定の実施形態を図面に例示し、本文に詳細に説明する。しかしながら、これは本発明を特定の開示形態に対して限定しようとするものではなく、本発明の思想および技術範囲に含まれるすべての変更、均等物または代替物を含むものとして理解されるべきである。
本出願において、「含む」や「有する」などの用語は、明細書上に記載された特徴、数字、段階、動作、構成要素、部品、またはこれらの組み合わせが存在することを指定しようとするものであって、１つまたはそれ以上の他の特徴、数字、段階、動作、構成要素、部分品またはこれらを組み合わせたものの存在または付加可能性を予め排除しないものとして理解されるべきである。また、層、膜、領域、板などの部分が他の部分の「上に」あるとする場合、これは他の部分の「真上に」ある場合のみならず、その中間に別の部分がある場合も含む。逆に、層、膜、領域、板などの部分が他の部分の「下に」あるとする場合、それは他の部分の「真下に」ある場合のみならず、その中間に別の部分がある場合も含む。また、本出願において「上に」配置されるということは、上部のみならず下部に配置される場合も含むものであり得る。
本発明において、貫通口を密封することの意味は、貫通口を密封するか、または貫通口周辺を密封することをいずれも含む概念である。
以下、本発明について詳細に説明する。
図１は本発明の一実施形態に係る電池セルのフォーメーション装置の上部図であり、図２は本発明のフォーメーション装置を構成するローディングバッファー部とピアシング部の斜視図であり、図３は本発明のフォーメーション装置を構成するローディングバッファー部またはアンローディングバッファー部の斜視図であり、図４は、図１の上部図の模式図である。
これらの図面を参照すると、本発明に係る電池セルのフォーメーション装置１００は、電池セルをフォーメーションするフォーメーション本体部１１０と、上記フォーメーション本体部に投入される前の電池セル１０が待機するように設けられたローディングバッファー部１２０と、フォーメーション工程が終了され、上記フォーメーション本体部から搬出された電池セルが待機するように設けられたアンローディングバッファー部１３０と、上記ローディングバッファー部に収容された電池セルのガスポケット部に貫通口を形成するピアシング部１４０と、上記アンローディングバッファー部に収容された電池セルに形成された貫通口を密封する密封部（図示せず）と、を含む。
本発明の電池セルのフォーメーション装置は、ピアシング部および密封部を含み、上記ピアシング部が、電池セルがフォーメーション本体部に投入される前に、電池セルのガスポケット部に貫通口を形成し、上記密封部がフォーメーション本体部から搬出された直後の電池セルの貫通口を密封する。したがって、本発明のフォーメーション装置は、ガスポケット部に貫通口が形成された電池セルに対してフォーメーション工程を行う。そのため、フォーメーション工程中に発生するガスが、上記貫通口を介して排出されて、ガスポケット部が過多に膨張されることを防止し、これにより移送過程における不良発生を減少させ、パウチを設計変更する必要がない。
上記フォーメーション本体部１１０は、電池セルを設定された充放電条件で充放電して活性化する。フォーメーション本体部１１０は、電池セルを加圧した状態で充放電し得るように構成され得る。
図１１は本発明の一実施形態に係る加圧治具を図示しており、図１２は本発明の一実施形態に係るフォーメーション本体部の側面図である。これらの図面を参照すると、本発明の一実施形態に係るフォーメーション本体部１１０は、電池セルを充放電する充放電部（図示せず）および電池セルを加圧する加圧治具１１２を含み得る。
図１１は、本発明の一実施形態に係る加圧治具１１２を図示しており、上記加圧治具１１２は、多数が並んで設置され、互いの間に間隔調節が可能に結合され、それぞれの間に形成されるギャップ（Ｇａｐ）に電池セル１０が介在されるように構成された加圧プレート１１２ａと、支持のために設置される支持部材１１２ｂと、上記支持部材１１２ｂに対向するように設置される可動部材１１２ｃと、上記加圧プレート１１２ａが上記間隔調節の方向に移動するようにガイドするガイド部材１１２ｄと、上記可動部材１１２ｃを前後に移動させることにより、上記加圧プレート１１２ａの間の上記電池セル１０を両面から加圧および加圧解除するようにする加圧駆動部１１２ｅと、をさらに含み得る。
上記加圧プレート１１２ａは、電池セル１０を加圧するためのものであり、多数の電池セル１０を同時に加圧し得るように、支持部材１１２ｂと可動部材１１２ｃとの間に多数が並んで垂直に設置され、可動部材１１２ｃの前後移動により互いの間に間隔調節が可能に結合され、それぞれの間に形成されるギャップに電池セル１０が挿入される。
上記加圧プレート１１２ａは、電池セル１０の充放電過程で電池セル１０に圧力を加えるために、後述するガイド部材１１２ｄによって間隔調節の方向（ｚ軸方向）に移動可能に構成され得、加圧プレート１３００には、ガイド部材１６００がスライディング可能に貫通するように結合されるスライディング結合部（図示せず）が設けられ得る。
上記支持部材１１２ｂは、支持のために設置され、一例として地面に設置されるフレーム１１２ｆに垂直に設置され得、他の例として弾性支持部材によって弾性支持されるように設置され得る。
上記可動部材１１２ｃは、支持部材１１２ｂに対向するように設置され、加圧駆動部１１２ｅによって前後に移動して加圧プレート１１２ａを加圧および加圧解除するようにする。
上記ガイド部材１１２ｄは、多数の加圧プレート１１２ａが間隔調節の方向に移動するようにガイドするが、そのために加圧プレート１１２ａの配列方向（ｚ軸方向）に置かれるように、一側末端部が上記支持部材１１２ｂに、他側末端部が上記可動部材１１２ｃに固定される軸（ａｘｉｓ）部材からなり得、多数個が並んで設けられ得る。
上記加圧駆動部１１２ｅは、上記可動部材１１２ｃを前後に移動させることにより、加圧プレート１１２ａの間に位置した電池セル１０を両面から加圧および加圧解除するようにするが、そのためにシリンダー（図示せず）の往復運動を用いるか、またはモーターの回転力を直線運動に転換するように構成されることをはじめて多様に構成され得る。
上記ローディングバッファー部１２０は、上記フォーメーション本体部１１０に投入される前の電池セル１０が待機するために設けられた空間であり、ローダー／アンローダー１６０により電池セル１０がローディングバッファー部１２０に載置される。ローディングバッファー部１２０は、図２および図３に図示したように、電池セル１０を移送する移送部１２２と、多数の電池セル１０が立てられた状態で配列されるように、上記電池セルの移送方向に沿って一定の間隔で設置された多数の整列ガイド部材１２１とを含み、上記整列ガイド部材１２１の離隔空間内に、１つの電池セル１０が収容される構造である。ここで、電池セル１０が立てられた状態とは、ガスポケット部が上方に位置し、電極組立体収納部が下方に位置する状態であり得る。
ローディングバッファー部１２０は、多数の電池セル１０を収容し得、一列に配列された多数の電池セル１０を、図３および図４に図示したように、矢印方向に移送し得る構造である。
図２を参照すると、ローディングバッファー部１２０は、複数の整列ガイド部材１２１を含み、１つのガイド部材と隣接したガイド部材との間に電池セルが挿入される構造であり得る。
１つの整列ガイド部材１２１は、一対のガイドバー１２１ａ、１２１ｂを含み得、ガイドバーのうち一つ１２１ａは電池セル１０の右側に、残りのガイドバー１２１ｂは電池セルの左側を支持し得るように、相互離隔され得る。上記ガイドバー１２１ａ、１２１ｂは所定の幅を有し、電池セルの高さ方向に延長されている。ガイドバー１２１ａ、１２１ｂの高さは、電池セル１０の高さより若干低くてもよく、若干高くてもよい。整列ガイド部材１２１は、後述するピアシングユニットが電池セル１０のガスポケット部に接近して貫通口を形成するときに、ピアシングユニットと干渉されない領域に位置する。
図２～図４を参照すると、上記移送部１２２は、多数の電池セル１０を連続的に移送するコンベアベルトであり得るが、これに限定されない。一つの具体例において、移送部は、ピアシング部１４０がピアシング工程を行いやすくするために、電池セル１０をピアシング部１４０周辺の好適な位置に移送し、上記ピアシング部１４０によってピアシング工程が行われる間には、移送動作をしばらく中断し、ピアシング工程が終了されると、ピアシング工程が終了された電池セルの後方にある電池セルのピアシング工程のために移送動作を再開するように構成されている。
図５は本発明の一実施形態に係るピアシング部の斜視図であり、図６は図５のピアシング部のピアシング動作を示す図面であり、図７は本発明の一実施形態に係るピアシングユニットの分解斜視図である。
これらの図面を参照すると、本発明の一実施形態に係るピアシング部１４０は、ガスポケット部の両面を押止した状態で貫通口を形成するピアシングユニット１４１と、上記ピアシングユニット１４１の一側と結合され、ピアシングユニットが電池セルの方向に前進するか、またはその逆方向に後退するようにするピアシングユニット移動部材１４２と、上記ピアシングユニット移動部材１４２を駆動する駆動部１４３とを含む。
本発明の一実施形態において、上記ピアシングユニット１４１は、ガスポケット部を押止する一対のガスポケット部押止部材１４１ａ、１４１ａ’と、上記ガスポケット部押止部材１４１ａ、１４１ａ’の内側に結合され、上記ガスポケット部押止部材１４１ａ、１４１ａ’がガスポケット部を押止したときに、押止面の一部を貫通して貫通口を形成するピアシング部材１４１ｂ、１４１ｂ’と、上記一対のガスポケット部押止部材１４１ａ、１４１ａ’の一側と結合されたピアシングユニット本体１４１ｃとを含み、上記一対のガスポケット部押止部材１４１ａ、１４１ａ’は、ガスポケット部の押止のために上記ピアシングユニット本体１４１ｃ上でスライディング移動可能に結合されている構造である。
上記ガスポケット部押止部材１４１ａ、１４１ａ’は、上記ローディングバッファー部１２０に収容されている電池セル１０のガスポケット部を押止して固定するための部材である。上記ピアシング部材１４１ｂ、１４１ｂ’がガスポケット部上に貫通口を形成するときに、電池セルが固定された状態を維持し得るように、上記ガスポケット部押止部材１４１ａ、１４１ａ’が電池セル１０のガスポケット部を押止する。
このようなガスポケット部押止部材１４１ａ、１４１ａ’は、ガスポケット部の厚さ方向の両面に接触して押止し得るように、電池セル１０に向かう内側には所定の面積を有する押止面１４１－１を備えている。上記押止面１４１－１の一部の領域には、上記ピアシング部材１４１ｂ、１４１ｂ’が結合されている。このようなピアシング部材１４１ｂ、１４１ｂ’の形態は、パウチに貫通口を形成することができれば、その形状や素材に制限はない。
一つの具体例において、上記ピアシング部材１４１ｂ、１４１ｂ’は、末端部が尖った針状部材１４１ｂと、上記針状部材と対をなして、針状部材の尖った突出長さほど内部に湾入された湾入部を備えた針状部材鞘１４１ｂ’とを含み得、上記針状部材１４１ｂは、対をなすガスポケット部押止部材のうちの１つ１４１ａに、上記針状部材鞘１４１ｂ’は、残りのガスポケット部押止部材１４１ａ’にそれぞれ結合されている。しかしながら、ピアシング部材はこのような実施形態に限定されず、例えば針状部材の代わりにパンチング金型であり得、本発明の出願時点で公開された多様な方式が採用され得る。
上記ガスポケット部押止部材１４１ａ、１４１ａ’は、押止時の電池ケースの損傷を防止するために、押止部材の一側延長部には、弾性がある加圧パッド１４１ｅが結合され得る。ここで、上記一側延長部とは、上記ガスポケット部押止部材において、電池セルに向かって延長された一側の部位を意味する。
図５を参照すると、上記ピアシングユニット本体１４１ｃは、一側が上記ガスポケット部押止部材１４１ａ、１４１ａ’と結合されており、他側は上記ピアシングユニット移動部材１４２と結合されている。
図７を参照すると、上記ピアシングユニット本体１４１ｃは、上記ガスポケット部押止部材１４１ａ、１４１ａ’との結合面にスライディング部１４１ｄを含んでおり、上記一対のガスポケット部押止部材１４１ａ、１４１ａ’が相互に遠ざかるか、または近づくようにスライディング移動可能に構成されている。
上記ガスポケット部押止部材１４１ａ、１４１ａ’は、ガスポケット部を押止するときに相互に近づく方向にスライディング移動し、ピアシング工程が終了されると、押止状態を解除するために、一対のガスポケット部押止部材１４１ａ、１４１ａ’は相互に遠ざかる方向にスライディング移動する。一対のガスポケット部押止部材は、その間にガスポケット部を介在した状態で押止し得、このような場合は、電池セルを押止するためにスライディング移動するときに、相互間の間隔がガスポケット部の厚さの長さとなる地点でスライディング移動を止めることができる。
上記ピアシングユニット移動部材１４２は、上記ピアシングユニット１４１がピアシング工程を行うために電池セルの方向に前進するか、またはピアシングユニット１４１がピアシング工程を終了した後に元の位置に後退し得るように構成されている。
図６を参照すると、一つの具体例において、上記ピアシングユニット移動部材１４２は、その一側がピアシングユニット１４１と結合されている延長棒１４２ａを内部に含んでおり、上記延長棒１４２ａは、上記駆動部１４３によって、上記ローディングバッファー部１２０に装着されている電池セル１０の方向に長さが延長されるか、またはその逆方向に長さが短縮される構造である。
上記ピアシングユニット移動部材１４２は、その内部に上記延長棒１４２ａを収容し得る内部空間を備えており、このような内部空間に延長棒１４２ａが挿入されている。
このような延長棒１４２ａは、ピアシングユニット１４１を電池セル１０の方向に接近させるために、上記ピアシングユニット移動部材１４２の内部からその長さが延長され、これにより図６の下部図に図示されたように、ピアシングユニット１４１が電池セルの方向に移動することになる。ピアシングユニット１４１によるピアシング工程が終了されると、延長棒１４２ａはその長さが短縮され、ピアシングユニット移動部材１４２の内部に挿入される。これにより、ピアシングユニット１４１は元の位置に戻ることになる。
図６を参照して、本発明のピアシングユニット１４１の動作を説明する。図６の下部図は、ピアシングユニット１４１が電池セル１０に接近してピアシング工程を行う様子を図示しており、図６の上部図はピアシングユニット１４１が電池セルに接近する前の様子を図示している。ピアシングユニットは、上述したように、ピアシングユニット移動部材１４２の延長棒１４２ａの動作によって電池セルの方向に前進または後進する。このとき延長棒１４２ａは、駆動部１４３によって駆動される。
ピアシングユニット１４１がピアシング工程を行い得る程度に電池セル１０に接近すると、延長棒１４２ａは電池セルの方向への延長動作を停止する。その後、一対のガスポケット部押止部材１４１ａ、１４１ａ’は、ガスポケット部を押止し得る程度の距離ほど相互に近づくように、上記ピアシングユニット本体１４１ｃ上でスライディング移動し、これらのガスポケット部押止部材１４１ａ、１４１ａ’がガスポケット部を押止すると、針状部材１４１ｂが上記押止面の一部を貫通しながら、ガスポケット部に貫通口を形成することになる。
アンローディングバッファー部１３０は、フォーメーション工程が終了され、上記フォーメーション本体部１１０から搬出された電池セル１０が待機するように設けられた空間であり、アンローディングバッファー部１３０で貫通口を密封する密封工程が行われ、密封部形成工程が終了されると、ローダー／アンローダー１６０によって本発明のフォーメーション装置から搬出される。
アンローディングバッファー部１３０は、ローディングバッファー部１２０と同様に、電池セルを移送する移送部と、多数の電池セルが立てられた状態で配列されるように、上記電池セルの移送方向に沿って一定の間隔で設置された多数の整列ガイド部材とを含み、上記整列ガイド部材の離隔空間内に１つの電池セルが収容される構造である。
アンローディングバッファー部１３０は、多数の電池セル１０を収容した状態で移送し得、一列に配列された多数の電池セル１０を、図３に図示したように、矢印方向に移送し得る構造である。
図４を参照すると、アンローディングバッファー部１３０の一側には密封部１５０が位置しているという点でローディングバッファー部と違いがあるのみであって、整列ガイド部材および移送部を含むという点はローディングバッファー部と同じであるため、アンローディングバッファー部の整列ガイド部材および移送部に対する詳細な説明は、ローディングバッファー部の整列ガイド部材および移送部に対する説明に代える。
図８は本発明の一実施形態に係る密封部の斜視図であり、図９は本発明の一実施形態に係る密封ユニットの分解斜視図である。これらの図面を参照すると、本発明の一実施形態に係る密封部１５０は、ガスポケット部の両面を押止した状態で貫通口を密封する密封ユニット１５１と、上記密封ユニット１５１の一側と結合され、密封ユニット１５１が電池セルの方向に前進するか、またはその逆方向に後退するようにする密封ユニット移動部材１５２と、上記密封ユニット移動部材１５２を駆動する駆動部１５３とを含む。
上記密封ユニット１５１は、上記貫通口およびその周辺を押止する一対の貫通口押止部材１５１ａ、１５１ａ’と、上記一対の貫通口押止部材１５１ａ、１５１ａ’の各内側に結合され、上記貫通口押止部材１５１ａ、１５１ａ’が貫通口およびその周辺を押止したときに、貫通口またはその周辺を密封する一対の密封部材１５１ｂ、１５１ｂ’と、上記一対の貫通口押止部材の一側１５１ａ、１５１ａ’と結合された密封ユニット本体１５１ｃとを含み、上記一対の貫通口押止部材１５１ａ、１５１ａ’は、貫通口の押止のために上記密封ユニット本体１５１ｃ上でスライディング移動可能に結合されている。
上記貫通口押止部材１５１ａ、１５１ａ’は、上記アンローディングバッファー部に収容されている電池セルの貫通口およびその周辺を押止して固定するための部材である。密封部材１５１ｂ、１５１ｂ’が、電池セルのガスポケット部に形成された貫通口を密封するときに、電池セルが固定された状態を維持し得るように、上記貫通口押止部材１５１ａ、１５１ａ’が電池セルを押止する。
このような貫通口押止部材１５１ａ、１５１ａ’は、電池セル１０の厚さ方向の両面に接触して押止し得るように、電池セルに向かう内側には所定の面積を有する押止面１５１－１を備えている。上記押止面１５１－１の一部の領域には、密封部材１５１ｂ、１５１ｂ’が結合されている。このような密封部材１５１ｂの形態は、ガスポケット部に形成された貫通口を密封することができれば、特に制限はない。
図９を参照すると、一つの具体例において、上記密封部材１５１ｂ、１５１ｂ’は、貫通口周辺を密封し得る一対の密封部材１５１ｂ、１５１ｂ’を含み、上記シーリングツールは貫通口周辺を熱圧着してパウチを熱融着する。シーリングツールは硬い金属素材であり得、金属素材は熱伝導性に優れるため、密封に有利である。一対の密封部材１５１ｂ、１５１ｂ’の間に貫通口およびその周辺部を含むガスポケット部が介在されると、密封部材１５１ｂがパウチの両面を加圧する。このとき密封部材は、加熱部材により加熱されて高温でパウチを加圧し得、パウチの最内層が溶融されながら熱融着されるのである。
図１０は、本発明の密封部材の多様な形態に係る貫通口の密封形状を図示している。図１０の（ｂ）は、上記図９に図示された形態の「Ｕ」字型の密封部材１５１ｂによって貫通口周辺が密封された様子を示している。密封部材の形態は、「Ｕ」型の他に、「－」型、「Ｌ」、「コ」型などであり得る。しかしながら、密封部材は、このような実施形態に限定されず、本発明の出願時点で公開された多様な方式が採用され得る。図１０の（ａ）は「－」字型の密封部材により貫通口周辺が密封されたシーリング形状を、図１０の（ｃ）は「Ｌ」字型の密封部材により貫通口周辺が密封されたシーリング形状を、図１０の（ｆ）は、「コ」字型の密封部材によって貫通口周辺が密封されたシールリング形状をそれぞれ図示している。
他の一つの具体例において、上記密封部材は、貫通口を含む領域を密封するテープを付着し得るように構成されることもできる。このような場合、図１０の（ｄ）のような形態で貫通口が密封される。
別の具体例において、上記密封部材は、貫通口をボンディングするように構成され得る。ボンディングは、硬化性接着剤成分を貫通口を含む一部の領域に塗布することであり、図１０の（ｅ）のような形態で貫通口が密封される。
上記貫通口押止部材１５１ａ、１５１ａ’は、押止時のパウチ損傷を防止するために、貫通口押止部材１５１ａ、１５１ａ’の一側延長部には、弾性がある加圧パッド１５１ｅが結合され得る。
上記密封ユニット本体１５１ｃは、一側が上記貫通口押止部材１５１ａ、１５１ａ’と結合されており、他側は上記密封ユニット移動部材１５２と結合されている。
図９を参照すると、上記密封ユニット本体１５１ｃは、上記貫通口押止部材１５１ａ、１５１ａ’との結合面にスライディング部１５１ｄを含んでおり、上記一対の貫通口押止部材１５１ａ、１５１ａ’が、相互に遠ざかるかまたは近づくようにスライディング移動可能に構成されている。
上記貫通口押止部材１５１ａ、１５１ａ’は、貫通口およびその周辺を押止するときには、相互に近づく方向にスライディング移動し、密封工程が終了されると、押止状態を解除するために、一対の貫通口押止部材１５１ａ、１５１ａ’は相互に遠ざかる方向にスライディング移動する。一対の貫通口押止部材は、その間にガスポケット部を介在した状態で押止し得、このような場合は、電池セルを押止するためにスライディング移動するときに、相互間の間隔がガスポケット部の厚さの長さとなる地点でスライディング移動を止めることができる。
上記密封ユニット移動部材１５２は、上記密封ユニット１５１が密封工程を行うために電池セルの方向に前進するか、または密封ユニット１５１が密封工程を終了した後に元の位置に後退し得るように構成されている。
図８～図９を参照すると、上記密封ユニット移動部材１５２は、その一側が密封ユニット１５１と結合されており、密封ユニット１５１が電池セル１０が位置する方向に移動し得るように、内部に延長棒の収容が可能な内部空間を備えており、このような内部空間に延長棒１５２ａが挿入され得る。
このような延長棒１５２ａは、密封ユニット１５１をアンローディングバッファー部１３０に装着された電池セル１０の方向に接近させるために密封ユニット移動部材１５２の内部から延長され、これにより密封ユニット１５１が電池セルの方向に移動することになる。密封工程が終了されると、延長棒１５２ａは、密封ユニット移動部材１５２の内部に再び挿入される。これにより、密封ユニットは元の位置に戻ることになる。
密封ユニットが電池セルに接近する動作過程は、ピアシングユニットが電池セルに接近する動作過程と同じであるので、それに対する説明は、図６を参照して説明したピアシングユニットの動作過程に対する説明に代えて、これ以上の説明は省略する。
図１３は、本発明の他の実施形態に係るフォーメーション装置の上部図である。図１３を参照すると、本発明の他の実施形態に係るフォーメーション装置２００は、電池セルをフォーメーションするフォーメーション本体部２１０と、上記フォーメーション本体部２１０に投入される前の電池セル１０が待機するように設けられたローディングバッファー部２２０と、フォーメーション工程が終了され、上記フォーメーション本体部から搬出された電池セル１０が待機するように設けられたアンローディングバッファー部２３０と、上記ローディングバッファー部２２０の両側に位置し、ローディングバッファー部２２０に収容された電池セル１０のガスポケット部に貫通口を形成する第１ピアシング部２４０および第２ピアシング部２７０と、上記アンローディングバッファー部２３０の両側に位置し、アンローディングバッファー部２３０に収容された電池セル１０に形成された貫通口を密封する第１密封部２５０および第２密封部２８０とを含む。
図１３に図示した実施形態は、ピアシング部および密封部をそれぞれ２つずつ含むという点で、上述した実施形態（図４に図示した実施形態）とは違いがある。活性化工程は、場合によっては電池を充電する過程を２回以上行い得、これにより貫通口形成および貫通口密封の過程を２回以上行わなければならない場合があり得る。そのため、図１３に図示した実施形態のフォーメーション装置は、ピアシング部と密封部をそれぞれ２つずつ含んでいる。
一方、２つのピアシング部２４０、２７０は、電池セル１０を間に置いて電池セルの一側および他側にそれぞれ位置しており、２つの密封部２５０、２８０もまた電池セル１０を間に置いて電池セルの一側および他側にそれぞれ位置する。第２ピアシング部２７０が、２番目に貫通口を形成するときには、第１ピアシング部２４０が形成した貫通口周辺に再び貫通口を形成することができないので、第１ピアシング部２４０により形成された貫通口の位置と対向する位置に貫通口を形成するために、第２ピアシング部２７０は、電池セル１０を基準として第１ピアシング部２４０の反対側に位置するのである。密封部もまたピアシング部と同様の理由で、第１密封部と第２密封部は、電池セルを基準として相互に対向して位置する。
図１２は本発明の一実施形態に係るフォーメーション本体部の側面図である。図１２を参照すると、本発明の一実施形態に係るフォーメーション本体部１１０は、エア供給部１１３をさらに含み、上記エア供給部１１３は、上記フレーム１１１の上部に位置し、フレーム１１１の内部に連通する管を介してフレームの内部に空気を供給する。上記エア供給部から放出される送風空気は、フォーメーション工程によって温度が上昇したフレームの内部の空気と混ざり、フレーム内部の温度を一定に維持する機能を果たす。また、フォーメーション工程中に発生する内部ガスを希釈する機能も兼ねる。
また、上記フォーメーション本体部１１０は、ガス排気部１１４をさらに含み、上記ガス排気部１１４は、上記フレーム１１１下部の一側に設置され、フレームの内部と連通する管を介してフォーメーション工程中に発生するガスをフレームの外部へ排出する。
一つの具体例において、上記ガス排気部は、ガスを外部へ排出する送風ファンと、ガス中に含まれた有害物質を吸着するフィルターとを含む。
上記のような本発明のフォーメーション装置は、電池セルのガスポケット部が開口された状態でフォーメーション工程を行い得、フォーメーション工程中に発生した内部ガスを自然排気することができる。
以上、本発明の一実施形態について説明したが、当該技術分野で通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された本発明の思想から逸脱しない範囲内で、構成要素の付加、変更、削除または追加などにより本発明を多様に修正および変更することができ、これもまた本発明の権利範囲内に含まれると言えよう。
１０：電池セル
１００：フォーメーション装置
１１０：フォーメーション本体部
１１１：フレーム
１１２：加圧治具
１１３：エア供給部
１１４：ガス排気部
１２０：ローディングバッファー部
１３０：アンローディングバッファー部
１４０：ピアシング部
１５０：密封部
１６０：ローダー/アンローダー
１２１：整列ガイド部材
１２２：移送部
１４１：ピアシングユニット
１４１ａ、１４１ａ’：ガスポケット部押止部材（ピアシングユニット押止部材）
１４１ｂ、１４１ｂ’：ピアシング部材
１４１ｃ：ピアシングユニット本体
１４１ｄ：スライディング部
１４１ｅ：加圧パッド
１４２：ピアシングユニット移動部材
１４３：駆動部
１５１：密封ユニット
１５１ａ、１５１ａ’：貫通口押止部材
１５１ｂ、１５１ｂ’：密封部材
１５１ｃ：密封ユニット本体
１５１ｄ：スライディング部
１５１ｅ：加圧パッド
１５２：密封ユニット移動部材
１５３：駆動部

Claims (13)

  1. 電池セルをフォーメーションするフォーメーション本体部と、
    前記フォーメーション本体部に投入される前の電池セルが待機するように設けられたローディングバッファー部と、
    フォーメーション工程が終了され、前記フォーメーション本体部から搬出された電池セルが待機するように設けられたアンローディングバッファー部と、
    前記ローディングバッファー部の一側に位置し、ローディングバッファー部に収容された電池セルのガスポケット部に貫通口を形成するピアシング部と、
    前記アンローディングバッファー部の一側に位置し、前記アンローディングバッファー部に収容された電池セルに形成された貫通口を密封する密封部と、
    を含む、電池セルのフォーメーション装置。
  2. 前記ピアシング部は、
    ガスポケット部の両面を押止した状態で貫通口を形成するピアシングユニットと、
    前記ピアシングユニットの一側と結合され、ピアシングユニットが電池セルの方向に前進するか、またはその逆方向に後退するようにするピアシングユニット移動部材と、
    前記ピアシングユニット移動部材を駆動する駆動部と、
    を含む、請求項１に記載の電池セルのフォーメーション装置。
  3. 前記ピアシングユニットは、
    ガスポケット部を押止する一対のガスポケット部押止部材と、
    前記ガスポケット部押止部材の内側に結合され、前記ガスポケット部押止部材がガスポケット部を押止したときに、押止面の一部を貫通して貫通口を形成するピアシング部材と、
    前記一対のガスポケット部押止部材の一側と結合されたピアシングユニット本体と、
    を含み、
    前記一対のガスポケット部押止部材は、ガスポケット部の押止のために前記ピアシングユニット本体上でスライディング移動可能に結合された、請求項２に記載の電池セルのフォーメーション装置。
  4. 前記ピアシングユニット移動部材は、一側が前記ピアシングユニットと結合された延長棒を含んでおり、
    前記延長棒は、前記駆動部により前記ローディングバッファー部の方向に長さが延長されるか、またはその逆方向に長さが短縮される、請求項２に記載の電池セルのフォーメーション装置。
  5. 前記密封部は、
    ガスポケット部の両面を押止した状態で、貫通口を密封する密封ユニットと、
    前記密封ユニットの一側と結合され、密封ユニットが電池セルの方向に前進するか、またはその逆方向に後退するようにする密封ユニット移動部材と、
    前記密封ユニット移動部材を駆動する駆動部と、
    を含む、請求項１に記載の電池セルのフォーメーション装置。
  6. 前記密封ユニットは、
    前記貫通口およびその周辺を押止する一対の貫通口押止部材と、
    前記一対の貫通口押止部材の各内側に結合され、前記貫通口押止部材が貫通口およびその周辺を押止したときに、貫通口またはその周辺を密封する一対の密封部材と、
    前記一対の貫通口押止部材の一側と結合された密封ユニット本体と、
    を含み、
    前記一対の貫通口押止部材は、貫通口の押止のために前記密封ユニット本体上でスライディング移動可能に結合された、請求項５に記載の電池セルのフォーメーション装置。
  7. 前記密封部材は、一対のシーリングツールを含み、
    前記シーリングツールは、貫通口周辺を熱圧着してパウチを融着する、請求項６に記載の電池セルのフォーメーション装置。
  8. 前記密封ユニット移動部材は、一側が前記密封ユニットと結合された延長棒を含んでおり、
    前記延長棒は、前記駆動部により前記アンローディングバッファー部の方向に長さが延長されるか、またはその逆方向に長さが短縮される、請求項５に記載の電池セルのフォーメーション装置。
  9. 前記ローディングバッファー部およびアンローディングバッファー部はそれぞれ、
    電池セルを移送する移送部と、
    多数の電池セルが立てられた状態で配列されるように、前記電池セルの移送方向に沿って一定の間隔で設置された多数の整列ガイド部材と、
    を含み、
    前記整列ガイド部材の離隔空間内に、１つの電池セルが収容される、請求項１に記載の電池セルのフォーメーション装置。
  10. 前記フォーメーション本体部は、
    多数の電池セルを収容するフレームと、
    電池セルを充放電する充放電部と、
    電池セルを加圧する加圧治具と、
    を含む、請求項１に記載の電池セルのフォーメーション装置。
  11. 前記フォーメーション本体部は、エア供給部をさらに含み、前記エア供給部は、前記フレームの上部に位置し、フレームの内部に連通する管を介してフレームの内部に空気を供給する、請求項１０に記載の電池セルのフォーメーション装置。
  12. 前記フォーメーション本体部は、ガス排気部をさらに含み、前記ガス排気部は、前記フレームの下部の一側に設置され、フレームの内部と連通する管を介してフォーメーション工程中に発生するガスをフレームの外部へ排出する、請求項１０に記載の電池セルのフォーメーション装置。
  13. 前記ガス排気部は、
    ガスを外部へ排出する送風ファンと、
    ガス中に含まれた有害物質を吸着するフィルターと、
    を含む、請求項１２に記載のフォーメーション装置。
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