KR101400826B1 - 2차 전지 파우치 진공 포장 장치 - Google Patents

2차 전지 파우치 진공 포장 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 2차 전지 파우치 진공 포장 장치에 관한 것으로, 2차 전지 파우치 진공 포장 장치에 있어서, 바닥부(15) 및 측벽(16)들에 의해 중공실(11)이 형성되고, 상기 중공실(11)을 개폐하는 도어(D)가 구비된 하우징(10)과; 상기 중공실(11)에 내재되어 상기 하우징(10)에 고정되는 고정프레임(20)과; 상기 고정프레임(20)의 일측에 고정되어 피스톤로드(35)를 왕복동시키는 실린더(31)를 포함하는 실린더부(30)와; 상기 피스톤로드(35)에 고정되어 상기 고정프레임(20)의 상부에서 수평으로 왕복동(往復動)하는 왕복동블록(40)과; 상기 왕복동블록(40)의 타측단에 고정되고 전기에 의해 가열되며 상기 왕복동블록(40)과 함께 왕복동하는 제1 히터블록(50)과; 상기 고정프레임(20)의 타측 상부에 상기 제1 히터블록(50)과 대향(對向)되게 형성되고 전기에 의해 가열되는 제2 히터블록(60)과; 상기 하우징(10)이 도어(D)에 의해 폐쇄되었을 때 상기 중공실(11)을 감압시키며, 진공펌프(71)와 상기 중공실(11)과 연결된 진공호스(75)를 포함하는 진공형성부(70)와; 상기 실린더부(30)의 실린더 작동과 상기 제1 히터블록(50) 및 제2 히터블록(60)에 인가되는 전기 신호(S2)를 제어하는 제어부(80);를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 2차 전지 파우치 진공 포장 장치에 관한 것이다.

Description

2차 전지 파우치 진공 포장 장치 { secondary cell pouch vacuum packaging device }
본 발명은 2차 전지 파우치 셀 진공 포장 장치에 관한 것이다.
특허 제10-0251760호 전지 포장 장치는 턴테이블의 소정위치에 수지 케이스를 올려놓고 수지 케이스에 전지를 투입하는 투입부와, 상기 투입부에서 투입된 수지 케이스의 개구측에 카드를 올려 놓는 안치부와, 상기 안치부의 안치된 카드와 수지 케이스를 프레싱하고 열을 가하여 부착시키는 용착부와, 상기 용착부에서 완전히 포장된 전지를 턴테이블에서 취출하는 취출부와, 상기 취출부에서 취출된 포장전지를 적재하는 적재함을 구비한 적재부로 구성한 것을 특징으로 하는 전지 포장 장치를 게시한다.
공개특허 10-2013-0016563는 이차전지용 파우치 필름 및 이를 이용한 이차전지 제조 방법은, "셀 어셈블리를 수용하는 수용부 시트와 이차전지 제조과정에서 발생하는 가스를 포집하는 가스포집부 시트가 접합된 이차전지용 파우치 필름에 있어서, 상기 수용부 시트는 열융착층, 금속층 및 절연층으로 이루어지고, 상기 가스포집부 시트는 금속층이 포함되지 않은 고분자층으로 이루어진 것을 특징으로 하는 이차전지용 파우치필름"과, "(a) 셀 어셈블리를 준비하는 단계; (b) 열융착층, 금속층 및 절연층으로 이루어진 수용부 시트와 금속층이 포함되지 않은 고분자층으로 이루어진 가스포집부 시트가 접합된 상부 및 하부 파우치 필름을 준비하는 단계; (c) 상기 상부 및 하부 파우치 필름의 수용부 시트 사이에 상기 셀 어셈블리를 로딩하는 단계; (d) 상기 셀 어셈블리의 양극 리드 및 음극 리드의 일부가 외부에 노출되도록 상기 상부 및 하부 파우치 필름의 주변부를 열융착하는 단계; (e) 이차전지를 활성화시킨 후 상기 가스포집부 시트에 관통공을 형성하여 상기 활성화 과정에서 발생된 가스를 제거하는 단계; (f) 가스포집부 시트와 접해있는 수용부 시트의 경계부를 열융착하는 단계; 및 (g) 상기 가스포집부 시트를 제거하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지 제조방법"을 제공한다.
등록특허 10-1191635(삼성에스디아이 주식회사)는 이차 전지용 파우치, 그의 제조 방법 및 상기 파우치를 포함하는 이차 전지를 게시한다. 전극 조립체가 파우치에 내장되어 밀봉될 때 양극 탭과 음극 탭은 파우치의 일측으로 돌출된다. 이 때, 파우치와 각각의 전극 탭이 접촉하는 부위에서의 절연을 위하여 절연층이 추가로 형성될 수 있다. 절연층은 각각의 전극 탭을 감싸도록 형성되어, 전극 탭과 파우치의 직접적인 접촉을 차단한다. 절연층은 단락을 방지하는 역할 이외에 접촉 부위에서의 실링에도 도움을 줄 수 있다. 한편, 파우치의 내면을 형성하는 폴리머와 각각의 전극 탭 또는 절연층 사이의 접착을 강화하기 위하여 폴리머의 표면에 접착성이 강한 성분을 함유시킬 수도 있다.
이차 전지는, 양극, 음극 및 상기 양극과 상기 음극 사이에 개재되는 세퍼레이터를 포함하는 전극 조립체, 및 상기 전극 조립체를 수용하는 파우치를 포함한다. 도 12는 중간에 절연층(또는 절연 테이프)이 형성된 전극 탭을 게시한다.
종래의 진공 포장기를 사용하여 전극 조립체를 파우치에 진공 포장하려고 하는 경우 절연층(또는 절연필름) 및 전극 탭의 존재에 의해 파우치와 접촉하는 부분에 갭(Gap)이 생겨 완전한 밀봉 진공포장이 어려운 문제점이 있었다.
본 발명은 파우치와 파우치 내면이 가압 융착되는 전극 탭이 존재하지 않는 영역 뿐 아니라, 절연층이 입혀진 전극 탭과 파우치가 접촉하는 부분까지 가압 열융착에 의하여 갭(Gap)이 생기지 않도록 완전에 가까운 밀봉 진공포장을 수행할 수 있는 2차 전지 파우치 진공 포장 장치를 제공하기 위함이다.
본 발명은 하나의 장치로 세단계에 걸쳐 파우치와 파우치 내면이 가압 융착되는 전극 탭 부존재 영역, 및 전극 탭과 파우치가 접촉하는 영역을 가압 열융착에 의하여 갭(Gap)이 생기지 않도록 완전에 가까운 밀봉 진공포장을 수행할 수 있는 2차 전지 파우치 진공 포장 장치을 제공하기 위함이다.
본 발명의 2차 전지 파우치 진공 포장 장치는, 2차 전지 파우치 진공 포장 장치에 있어서,
바닥부(15) 및 측벽(16)들에 의해 중공실(11)이 형성되고, 상기 중공실(11)을 개폐하는 도어(D)가 구비된 하우징(10)과;
상기 중공실(11)에 내재되어 상기 하우징(10)에 고정되는 고정프레임(20)과;
상기 고정프레임(20)의 일측에 고정되어 피스톤로드(35)를 왕복동시키는 실린더(31)를 포함하는 실린더부(30)와;
상기 피스톤로드(35)에 고정되어 상기 고정프레임(20)의 상부에서 수평으로 왕복동(往復動)하는 왕복동블록(40)과;
상기 왕복동블록(40)의 타측단에 고정되고 전기에 의해 가열되며 상기 왕복동블록(40)과 함께 왕복동하는 제1 히터블록(50)과;
상기 고정프레임(20)의 타측 상부에 상기 제1 히터블록(50)과 대향(對向)되게 형성되고 전기에 의해 가열되는 제2 히터블록(60)과;
상기 하우징(10)이 도어(D)에 의해 폐쇄되었을 때 상기 중공실(11)을 감압시키며, 진공펌프(71)와 상기 중공실(11)과 연결된 진공호스(75)를 포함하는 진공형성부(70)와;
상기 실린더부(30)의 실린더 작동과 상기 제1 히터블록(50) 및 제2 히터블록(60)에 인가되는 전기 신호(S2)를 제어하는 제어부(80);
를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르는 경우, 파우치와 파우치 내면이 가압 융착되는 전극 탭이 존재하지 않는 영역 뿐 아니라, 절연층이 입혀진 전극 탭과 파우치가 접촉하는 부분까지 가압 열융착에 의하여 갭(Gap)이 생기지 않도록 완전에 가까운 밀봉 진공포장을 수행할 수 있는 2차 전지 파우치 진공 포장 장치가 제공된다.
본 발명에 따르는 경우, 하나의 장치로 세단계에 걸쳐 파우치와 파우치 내면이 가압 융착되는 전극 탭 부존재 영역, 및 전극 탭과 파우치가 접촉하는 영역을 가압 열융착에 의하여 갭(Gap)이 생기지 않도록 완전에 가까운 밀봉 진공포장을 수행할 수 있는 2차 전지 파우치 진공 포장 장치가 제공된다.
도 1(a, b)은 본 발명의 일실시예에 따른 2차 전지 파우치 진공 포장 장치 사시도(전방 측벽 제거 상태).
도 2(a, b)는 본 발명의 일실시예에 따른 2차 전지 파우치 진공 포장 장치 사시도(덮개 제거 상태).
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 2차 전지 파우치 진공 포장 장치 정면도(하우징 제거 상태).
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 2차 전지 파우치 진공 포장 장치 평면도(하우징 제거 상태).
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 2차 전지 파우치 진공 포장 장치 전방 외관도.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 2차 전지 파우치 진공 포장 장치 후방 외관도.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 진공 펌프 및 제어부 상세도.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 가열부 상세도.
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 제어판넬 상세도.
도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 제어부 신호 흐름도.
도 11은 본 발명에 의해 제조된 파우치 진공 포장된 2차 전지.
도 12는 통상의 절연체가 형성된 전극 탭.
이하에서 본 발명의 일실시예에 따른 2차 전지 파우치 진공 포장 장치 및 포장 방법에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 도 1(a, b)은 본 발명의 일실시예에 따른 2차 전지 파우치 진공 포장 장치 사시도(전방 측벽 제거 상태), 도 2(a, b)는 본 발명의 일실시예에 따른 2차 전지 파우치 진공 포장 장치 사시도(덮개 제거 상태), 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 2차 전지 파우치 진공 포장 장치 정면도(하우징 제거 상태), 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 2차 전지 파우치 진공 포장 장치 평면도(하우징 제거 상태), 도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 2차 전지 파우치 진공 포장 장치 전방 외관도, 도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 2차 전지 파우치 진공 포장 장치 후방 외관도, 도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 진공 펌프 및 제어부 상세도, 도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 가열부 상세도, 도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 제어판넬 상세도, 도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 제어부 신호 흐름도, 도 11은 본 발명에 의해 제조된 파우치 진공 포장된 2차 전지이고, 도 12는 통상의 절연체가 형성된 전극 탭이다.
도 1 내지 도 10에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 2차 전지 파우치 진공 포장 장치는, 하우징(10)과 실린더부(30)와 왕복동블록(40)과 제1 히터블록(50)과 제2 히터블록(60)과 진공형성부(70)와 제어부(80)를 포함하여 구성된다. 도 1 내지 도 10에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 2차 전지 파우치 진공 포장 장치는, 바닥부(15) 및 측벽(16)들에 의해 중공실(11)이 형성되고, 상기 중공실(11)을 개폐하는 도어(D)가 구비된 하우징(10)과, 상기 중공실(11)에 내재되어 상기 하우징(10)에 고정되는 고정프레임(20)과, 상기 고정프레임(20)의 일측에 고정되어 피스톤로드(35)를 왕복동시키는 실린더(31)를 포함하는 실린더부(30)와, 피스톤로드(35)에 고정되어 상기 고정프레임(20)의 상부에서 수평으로 왕복동(往復動)하는 왕복동블록(40)을 포함한다.
또한, 도 1 내지 도 10에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 2차 전지 파우치 진공 포장 장치는, 왕복동블록(40)의 타측단에 고정되고 전기에 의해 가열되며 상기 왕복동블록(40)과 함께 왕복동하는 제1 히터블록(50)과, 상기 고정프레임(20)의 타측 상부에 상기 제1 히터블록(50)과 대향(對向)되게 형성되고 전기에 의해 가열되는 제2 히터블록(60)을 포함한다.
또한, 도 1 내지 도 10에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 2차 전지 파우치 진공 포장 장치는, 진공형성부(70)는 하우징(10)이 도어(D)에 의해 폐쇄되었을 때 상기 중공실(11)을 감압시키며, 진공펌프(71)와 상기 중공실(11)과 연결된 진공호스(75)를 포함한다. 제어부(80)는 실린더부(30)의 실린더 작동과 상기 제1 히터블록(50) 및 제2 히터블록(60)에 인가되는 전기 신호(S2)를 제어한다.
도 1 내지 도 10에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 2차 전지 파우치 진공 포장 장치에 있어서, 전극 조립체가 내포된 파우치의 작업 대상부(A)가 제1 가압열판(55)과 제 2가압열판(55) 사이에 위치되면, 실린더부(30)가 상기 제1 히터블록(50)을 전진시켜서 제1 가압열판(55)이 제 2가압열판(55)을 눌러서 파우치의 작업 대상부(A)가 제1 시간구간(T1) 동안 가압되고, 파우치의 작업 대상부(A)가 가압되고 있는 동안 상기 제어부(80)는 제2 시간구간(T2) 동안 히터블록 가열을 위한 전기 신호(S2)를 보내 상기 제1 히터블록(50)과 제2 히터블록(60)을 가열한다.
도 1 내지 도 10에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 2차 전지 파우치 진공 포장 장치에 있어서, 제1 시간구간(T1)의 길이는 2 ~ 5초이고, 제2 시간구간(T2)의 길이는 1 ~ 3초이며, 제2 시간구간(T2)은 제1 시간구간(T1) 안에 존재하는 것이 바람직하다. 즉, 가압이 시작된 이후에 가열이 시작되고 가압이 해제되기 이전에 가열이 끝난다. 기간을 길게하는 경우 특정 온도(예를들어 250도)에서 파우치가 과다하게 용융되버리며, 시간이 너무 짧은 경우 융착되지 않는다.
도 1 내지 도 10에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 2차 전지 파우치 진공 포장 장치에 있어서, 실린더부(30)는 상기 제1 가압열판(55)이 상기 제 2가압열판(55)을 5 ~ 8 kgf/cm2으로 가압하는 것이 바람직하다. 제어부(80)는 상가 제1, 제2 히터블록(50, 60)의 1 가압열판(55)과 제 2가압열판(55)의 노출면이 200 ~ 300℃가 되도록 전기 신호(S2)를 인가하는 것이 바람직하다. 온도가 너무 높은 경우 파우치가 과다하게 용융되버리며, 온도가 너무 낮은 경우 융착되지 않거나 융착되는데 시간이 과다하게 소모된다. 압력이 너무 낮으면 융착성이 떨어지며 필요 이상으로 높으면 절연체 구성이 파괴된다(고온 고압 융착시 절연성 상실 품질 문제). 전극 탭 부분 밀봉시 테스트 결과, 히터블록 온도 250 ℃, 가압력 7 kgf/cm2가 가장 바람직한 결과를 가져왔다(도 11 제품).
도 2b, 도 10에 도시된 바와 같이, 제어부(80)는, 진공 작업을 위해 도어(D)가 닫히며 이를 감지하여 작동신호(S)를 생성하는 리밋 스위치(88)와, 도어(D)가 개방된 상태에서 작업하는 경우 작업자의 터치에 의해 작동신호(S)를 생성하는 스타트 스위치(89)를 더 포함하여 구성되는 것이 바람직하다. 제어부(80)에 의해 생성된 작동신호(S)는 제1 타이머(85)에 전달되고, 상기 제1 타이머(85)는 상기 제1 시간구간(T1) 동안 실린더부(30)를 전진동작시키고, 제어부(80)에 의해 생성된 작동신호(S)는 시간지연회로(86)를 통과하면서 0,5~1.5초 지연되어 제2 타이머(87)에 도달하고, 상기 제2 타이머(87)는 상기 제2 시간구간(T2) 동안 제1, 제2 히터블록(50, 60)에 가열을 위한 전기 신호(S2)를 인가하는 것이 바람직하다.
도 11에 도시된 바와 같이, 본 장치의 덮개가 열린 상태(비진공 상태)에서 전극탭 및 파우치 결합체를 본 장치에 위치시킨 후 가압 가열하여 전극 탭이 형성된 작업 영역을 파우치와 1차로 열융착하여 밀봉한다. 다음으로 파우치의 측면 테두리 중 하나를 덮개가 열린 상태(비진공 상태)에서 가압 가열하여 파우치의 작업 영역을 2차로 열융착하여 밀봉한다. 최종적으로 덮개(D)를 닫은 상태에서 진공 환경에서 나머지 파우치 테두리를 가압 가열하여 3차로 열융착하여 밀봉한다. 그러면 도 11에 도시된 바와 같이 대기압 환경으로 꺼내어졌을 때 내부가 거의 진공에 가까운 상태를 유지하는 진공 파우치 내장 셀 제품이 제조된다.
본 발명은 상기에서 언급한 바람직한 실시예와 관련하여 설명됐지만, 본 발명의 범위가 이러한 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 범위는 이하의 특허청구범위에 의하여 정하여지는 것으로 본 발명과 균등 범위에 속하는 다양한 수정 및 변형을 포함할 것이다.
아래의 특허청구범위에 기재된 도면부호는 단순히 발명의 이해를 보조하기 위한 것으로 권리범위의 해석에 영향을 미치지 아니함을 밝히며 기재된 도면부호에 의해 권리범위가 좁게 해석되어서는 안될 것이다.
10 : 하우징 11 : 하우징
15 : 바닥부 16 : 측벽
20 : 고정프레임 30 : 실린더부
35 : 피스톤로드 40 : 왕복동블록
50 : 제1 히터블록 60 : 제2 히터블록
70 : 진공형성부 71 : 진공펌프
75 : 진공호스 80 : 제어부

Claims (7)

  1. 삭제
  2. 2차 전지 파우치 진공 포장 장치에 있어서,
    바닥부(15) 및 측벽(16)들에 의해 중공실(11)이 형성되고, 상기 중공실(11)을 개폐하는 도어(D)가 구비된 하우징(10)과;
    상기 중공실(11)에 내재되어 상기 하우징(10)에 고정되는 고정프레임(20)과;
    상기 고정프레임(20)의 일측에 고정되어 피스톤로드(35)를 왕복동시키는 실린더(31)를 포함하는 실린더부(30)와;
    상기 피스톤로드(35)에 고정되어 상기 고정프레임(20)의 상부에서 수평으로 왕복동(往復動)하는 왕복동블록(40)과;
    상기 왕복동블록(40)의 타측단에 고정되고 전기에 의해 가열되며 상기 왕복동블록(40)과 함께 왕복동하는 제1 히터블록(50)과;
    상기 고정프레임(20)의 타측 상부에 상기 제1 히터블록(50)과 대향(對向)되게 형성되고 전기에 의해 가열되는 제2 히터블록(60)과;
    상기 하우징(10)이 도어(D)에 의해 폐쇄되었을 때 상기 중공실(11)을 감압시키며, 진공펌프(71)와 상기 중공실(11)과 연결된 진공호스(75)를 포함하는 진공형성부(70)와;
    상기 실린더부(30)의 실린더 작동과 상기 제1 히터블록(50) 및 제2 히터블록(60)에 인가되는 전기 신호(S2)를 제어하는 제어부(80);
    를 포함하여 구성되고,

    전극 조립체가 내포된 파우치의 작업 대상부(A)가 제1 가압열판(55)과 제 2가압열판(55) 사이에 위치되면,
    실린더부(30)가 상기 제1 히터블록(50)을 전진시켜서 제1 가압열판(55)이 제 2가압열판(55)을 눌러서 파우치의 작업 대상부(A)가 제1 시간구간(T1) 동안 가압되고,
    상기 파우치의 작업 대상부(A)가 가압되고 있는 동안 상기 제어부(80)는 제2 시간구간(T2) 동안 히터블록 가열을 위한 전기 신호(S2)를 보내 상기 제1 히터블록(50)과 제2 히터블록(60)을 가열하는 것을 특징으로 하는 2차 전지 파우치 진공 포장 장치.
  3. 삭제
  4. 제2항에 있어서,
    실린더부(30)는 상기 제1 가압열판(55)이 상기 제 2가압열판(55)을 5 ~ 8 kgf/cm2으로 가압하는 것을 특징으로 하는 2차 전지 파우치 진공 포장 장치.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 제어부(80)는 상기 제1, 제2 히터블록(50, 60)의 제1 가압열판(55)과 제2 가압열판(55)의 노출면이 200 ~ 300℃가 되도록 전기 신호(S2)를 인가하는 것을 특징으로 하는 2차 전지 파우치 진공 포장 장치.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 제어부(80)는, 진공 작업을 위해 도어(D)가 닫히며 이를 감지하여 작동신호(S)를 생성하는 리밋 스위치(88)와,
    도어(D)가 개방된 상태에서 작업하는 경우 작업자의 터치에 의해 작동신호(S)를 생성하는 스타트 스위치(89)를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 2차 전지 파우치 진공 포장 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    제어부(80)에 의해 생성된 작동신호(S)는 제1 타이머(85)에 전달되고, 상기 제1 타이머(85)는 상기 제1 시간구간(T1) 동안 실린더부(30)를 전진동작시키고,
    상기 제어부(80)에 의해 생성된 작동신호(S)는 시간지연회로(86)를 통과하면서 0,5~1.5초 지연되어 제2 타이머(87)에 도달하고, 상기 제2 타이머(87)는 상기 제2 시간구간(T2) 동안 제1, 제2 히터블록(50, 60)에 가열을 위한 전기 신호(S2)를 인가하는 것을 특징으로 하는 2차 전지 파우치 진공 포장 장치.










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