KR101514654B1 - 가스배출이 용이한 전지셀의 씰링장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 가스배출이 용이한 전지셀의 씰링장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 전지셀의 케이스를 융착시키는 히팅바의 형상을 변형시켜 내측에서 발생된 가스의 압력이 집중되어 배출구의 형성이 용이한 가스배출이 용이한 전지셀의 씰링장치에 관한 것이다.

Description

가스배출이 용이한 전지셀의 씰링장치{Sealing Apparatus easy to discharge gas for Battery cell}

본 발명은 가스배출이 용이한 전지셀의 씰링장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 전지셀의 케이스를 융착시키는 히팅바의 형상을 변형시켜 내측에서 발생된 가스의 압력이 집중되어 배출구의 형성이 용이한 가스배출이 용이한 전지셀의 씰링장치에 관한 것이다.

최근에 에너지원으로서의 이차전지의 수요가 급격히 증가하고 있으며, 그러한 이차전지 중에서도 높은 에너지 밀도와 방전 전압을 가진 리튬 이차전지에 대한 많은 연구가 행해지고 있고 또한 상용화되어 널리 사용되고 있다.

일반적으로 이차전지는 양극, 음극 및 상기 양극과 음극 사이에 개재되는 분리막으로 구성된 전극조립체를 적층하거나 권취한 상태로 금속 캔 또는 라미네이트 시트의 전지케이스에 내장한 다음 전해액을 주입하거나 함침시키는 것으로 구성되어 있다.

이러한 이차전지에서 주요 연구 과제 중의 하나는 안전성을 향상시키는 것이다. 예를 들어, 이차전지는 내부단락, 허용된 전류 및 전압을 초과한 과충전 상태, 고온에의 노출, 낙하 또는 외부 충격에 의한 변형 등 전지의 비정상적인 작동상태로 인해 유발될 수 있는 전지 내부의 고온 및 고압에 의해 전지의 폭발이 초래될 수있다. 특히, 파우치형 이차전지에서는 전지케이스의 밀봉력이 저하되어 전해액이 누출되는 문제점도 발생한다.

따라서 종래에는 상기와 같은 전지케이스의 문제점을 해결하기 위하여 고압 가스 발생시 전지의 발화 내지 폭발을 방지하고 효율적으로 가스를 방출하기 위한 다양한 시도들이 행해진 바 있다.

일 예로, 일본 특허출원공개 제2005-116235호는 전극조립체를 내장한 라미네이트 필름의 외주부를 열융착하여 밀봉하는 전지에서 소정의 가스 방출 기구를 형성하는 기술을 개시하고 있다. 즉, 씰링층의 일부를 제거하거나, 씰링층의 일부에 결합력이 낮은 고분자 수지를 결합시키는 방법으로 최내층에 위치하는 씰링층을 변형하여 타 부위보다 열융착에 의한 접착 강도를 낮게 하는 기술을 개시하고 있다.

그러나, 상기 기술에서 씰링층의 일부를 제거하는 방식은, 상기 부위와 그것의 주변 부위가 상대적으로 취약하므로, 정상적인 전지 작동상태의 압력 하에서도 내부 가스가 이들 부위로 집중되어 쉽게 파열됨으로써, 밀봉성 확보라는 씰링층 본연의 역할을 다하기 어려울 수 있다. 또한, 씰링층 일부에 결합력이 낮은 고분자 수지를 결합시키는 방식은, 다른 씰링층의 고분자 수지와 결합력이 낮은 고분자 수지 간의 재질의 차이로 인해 이질적인 고분자들의 계면에서 밀봉성이 크게 떨어질 수 있다는 문제점이 있다.

따라서, 상기 기술들은 선택적인 부위로 고압 가스를 배출하도록 유도하여 안전성을 확보할 수는 있지만, 전지의 정상적인 작동상태에서 신뢰성 있는 밀봉성을 발휘하기는 어렵다는 한계를 갖는다.

또한 국내특허공개공보 제2012-0060314호는 전지케이스에서 전극조립체를 수납하는 본체의 장축과 단축상에서 열융착에 의한 융착시에 열융착 밀봉력을 기준으로 약 70%의 밀봉력을 갖도록 씰링부를 형성하였다.

여기서 상기 종래기술은 가스의 배출과정에서 배기개시 씰링부와 인접한 씰링부에서의 변형 및 밀봉력 해제를 방지하면서 가스 배출을 씰링부로 유도하기 위하여 상기 배기 가스 씰링부의 폭을 기타 씰링부의 폭을 기준으로 약 50%의 크기로 형성되었다. 아울러 종래기술은 상기 배기 가스 씰링부의 형성으로 인해 주변 부위의 밀봉력을 약화될 수 있는 가능성을 방지하기 위하여 인접한 씰링부의 밀봉력을 110%로 강화시켜 상기 배기가스 씰링부로 배기가스에 의한 압력이 집중될 수 있도록 하였다.

그러나 상기와 같은 종래기술은 주로 전극조립체가 수납된 본체의 외주면을 따라서 연장되는 장축과 단축을 밀봉시키는 씰링부에 설치되었으며, 상술한 바와 같이 배기가스 배출을 위하여 가스의 압력을 배기가스 씰링부에 집중시키도록 연장 가스 씰링부를 별도로 제조 및 조립해야되기 때문에 제조원가가 상승되는 문제점이 있었다.

아울러 종래기술은 가스의 팽창시에 가스에 의한 압력이 전지셀의 본체의 장축과 단축에 가해짐과 동시에 본체와 전지탭의 연결부분에 집중되기 때문에 본체의 장축과 단축상에 가스의 압력이 집중될 수 있도록 배기 가스 배출구조가 형성되는 씰링부를 제외한 나머지 씰링부의 밀봉력을 높여야 되기 때문에 불필요한 시간 및 재료가 증가됨에 따라서 제조원가를 상승시키는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 전지셀의 내측에서 발생된 가스를 외부로 배출시키기 위한 배출구를 형성함에 있어서 본체를 형성하는 케이스 및 전지탭의 융착시에 밀봉력의 균형을 맞추기 위한 작업이나 그 과정을 단순화할 수 있는 가스의 배출이 용이한 전지셀의 씰링장치를 제공함에 있다..

본 발명은 상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 하기와 같은 실시예를 포함한다.

본 발명의 제1실시예는 2장의 케이스 사이에 전극 조립체가 수용되는 본체의 상하좌우측 가장자리를 따라서 열융착되는 열융착부와, 상기 열융착부에서 융착되는 전지탭과, 상기 전지탭을 열융착부에 접착고정시키는 씰런트를 구비하는 전지셀에서 가스배출이 용이하도록 융착시키는 가스배출이 용이한 전지셀의 씰링장치에 있어서, 상기 본체의 상단에서 상기 전지탭의 일면에서 밀착된 씰런트가 삽입된 제1열융착부; 및 상기 본체를 중심으로 상하좌우측 가장자리를 포함하는 제2열융착부를 사이에 두고 상하측에 각각 위치되어 상하방향으로 이동되면서 열융착시키는 제1히팅바와 제2히팅바를 포함하고, 상기 제1히팅바와 제2히팅바는 상기 제1열융착부와 제2열융착부를 열융착시키되, 상기 본체의 상단에서 2장의 케이스와 씰런트 사이에 외측으로 연장될 수 있도록 좁은 폭을 갖고 첨단을 이루는 가스배출영역을 형성할 수 있는 역 V 자의 벤팅홈을 포함한다.

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본 발명은 상술한 바와 같이 전지셀의 케이스를 융착시키는 히팅바의 형상을 변형시켜 내측에서 발생된 가스의 압력이 집중되어 배출구의 형성이 용이하기 때문에 전체적인 밀봉력의 균형을 맞추기 위한 작업이 생략되기 때문에 작업과정이 단순화되면서 시간이 절약되기 때문에 생산성의 향상과 함께 제조원가를 절감할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 가스배출이 용이한 전지셀의 씰링장치를 도시한 평면도,
도 2는 본 발명에 따른 가스배출이 용이한 전지셀의 씰링장치에서 씰런트를 도시한 단면도,
도 3은 본 발명에 따른 가스배출이 용이한 전지셀의 씰링장치에서 제2열융착부가 도시된 평면도,
도 4는 본 발명에 따른 가스배출이 용이한 전지셀의 씰링장치에서 히팅바를 도시한 사시도이다.

이하에서는 본 발명에 따른 가스배출이 용이한 전지셀의 씰링장치의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 가스배출이 용이한 전지셀의 씰링장치를 도시한 평면도, 도 2는 본 발명에 따른 가스배출이 용이한 전지셀의 씰링장치에서 씰런트를 도시한 단면도, 도 3은 본 발명에 따른 가스배출이 용이한 전지셀의 씰링장치에서 제2열융착부가 도시된 평면도이다.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 가스배출이 용이한 전지셀의 씰링장치는 전극 조립체가 수용되는 본체(13)와, 상기 본체(13)의 상하좌우측 가장자리를 따라서 열융착되는 열융착부(12)와, 상기 열융착부(12)의 내측에서 본체(13)를 형성하는 셀케이스 사이에서 전지탭(11)을 밀봉시키는 씰런트(14)와, 상기 본체(13)의 상단에서 전기적으로 연결되는 전지탭(11)을 포함한다.

상기 본체(13)는 2장의 열경화성 수지에 의하여 제조되는 셀케이스가 열융착에 의하여 접착되며, 내측에서 전극조립체를 수용한다.

상기 전지탭(11)은 상기 본체(13)의 상단에서 상기 상부 씰런트(14)가 열융착됨에 따라서 고정되어 상기 본체(13)에 수용되는 전극조립체의 전원을 입출력시킨다.

상기 씰런트(14)는 상기 본체(13)의 상측 테두리에서 연장되어 상기 전지탭(11)과 본체(13)의 열융착부(12) 사이에서 안착되어 고정된다.

상기 열융착부(12)는 2장의 케이스가 융착장치에 의하여 접착되어 내측의 본체(13)가 형성되는 공간을 밀봉시킨다. 이때 상기 열융착부(12)는 상기 본체(13)의 상단에서 전지탭(11)이 열융착으로 접착되는 제1열융착부(121)와 본체(13)를 중심으로 상하좌우측 가장자리를 따라서 융착되는 제2열융착부(122)를 포함한다.

또한 상기 제1열융착부(121)와 제2열융착부(122)는 융착된 영역중 일부가 내향되는 방향으로 밀봉력이 조절되어 형성된 배출영역(123)을 형성한다.

상기 배출영역(123)은 후술되는 히팅바(15)의 융착시에 융착되지 않은 영역으로서 내측 본체(13)에서 발생되는 가스의 압력이 집중되도록 '역 V'자로 형성됨이 바람직하다.

보다 상세히 설명하자면, 상기 제1열융착부(121)는 상기 씰런트(14)와 전지탭(11) 사이에서 하기의 히팅바(15)에 의하여 가압 및 고열에 의하여 접착된다. 이때 상기 제1열융착부(121)는 히팅바(15)에 의하여 열융착될 시에 상기 배출영역(123)을 형성한다. 상기 배출영역(123)은 첨단이 상기 씰런트(14)에 인접되도록 형성되고, 본체(13)에 가까을 수록 그 폭이 넓어지는 역 V자 형으로 형성된다.

따라서 본체(13)에서 발생된 가스는 상기 배출영역(123)의 폭이 넓은 입구에서 점차 그 폭이 좁아지는 배출영역(123)으로 집중되기 때문에 상기 씰런트(14)와 제1열융착부(121) 사이의 밀봉이 해제되면서 가스가 배출된다.

마찬가지로 상기 제2열융착부(122)는 상기 본체(13)의 하측 테두리에서 본체(13)를 형성하는 두 장의 케이스가 상기 히팅바(15)에 의하여 열융착되면서 상기 배출영역(123)이 형성되어 가스가 집중되도록 역 V자형으로 형성된다.

상기 히팅바(15)는 도 4에 도시된 바와 같다. 도 4는 본 발명에 따른 가스 배출이 용이한 전지셀의 씰링장치에서 히팅바(15)를 도시한 사시도이다.

도 4를 참조하면, 상기 히팅바(15)는 초음파 융착장치 또는 열융착장치의 끝단에서 상하측으로 이동가능하도록 설치되어 그 사이에 인입된 제1열융착부(121)와 제2열융착부(122)를 가압하여 초음파 또는 고온의 열을 가하여 접착시킨다. 여기서 상기 초음파 융착장치(도면번호가 부여되지 않음) 및 열융착장치(도면번호 부여되지 않음)는 일반적으로 동업종에 종사하는 종사자들에게 알려진 장치로서 그 상세한 설명을 생략한다.

이를 위하여 상기 히팅바(15)는 한 쌍으로서 상측의 제1히팅바(151)와, 하측의 제2히팅바(152)와, 상기 제1히팅바(151)와 제2히팅바(152)의 일측 외면에서 내향된 벤팅홈(153)을 포함한다. 이때 상기 히팅바(15)는 일방향으로 연장되는 판 형상으로서 상면과 하면에서 각각 상기 열융착부(13)의 상면과 하면에 밀착된다.

상기 제1히팅바(151)와 제2히팅바(152)는 초음파 또는 고온의 열을 가하여 상기 열융착부(12)를 융착시킨다. 상기 제1열융착부(121)와 제2열융착부(122)는 상기 제1히팅바(151)와 제2히팅바(152) 사이로 인입된다. 따라서 상기 제1히팅바(151)와 제2히팅바(152)가 각각 상하측으로 이동되면서 상기 제1열융착부(121) 또는 제2열융착부(122)를 가압하여 초음파 또는 고온의 열을 가하여 융착시킨다.

이때 상기 제1히팅바(151)와 제2히팅바(152)는 각각 벤팅홈(153)이 형성됨에 따라서 상기 열융착부(12)가 밀착될지라도 상기 벤팅홈(153)이 형성된 영역을 접착시키지 못한다.

따라서 상기 제1히팅바(151)와 제2히팅바(152)가 구동된 이후에 상기 제1열융착부(121)와 제2열융착부(122)에서 상기 벤팅홈(153)과 동일한 형상의 배출영역(123)이 형성된다.

즉, 본 발명은 상기 히팅바(15)에 벤팅홈(153)을 형성함에 따라서 상기 열융착부(12)에서 밀봉된 두께가 타 영역에 비하여 얇게 형성된 배출영역(123)이 형성된다. 예를 달면, 배출영역(123)의 역 V자 형상에서 첨단에서 상기 열융착부(123) 끝단의 거리가 적기 때문에 인접한 열융착부(123) 보다 약한 밀봉력을 갖는다.

본 발명은 상기와 같은 구성을 포함하며, 이하에서는 상기와 같은 구성에 따른 작용설명을 개시한다.

먼저, 작업자는 상기 벤팅홈(153)이 형성된 제1히팅바(151)와 제2히팅바(152)를 상호 이격되도록 융착장치를 조작한다. 그리고 상기 작업자는 본체(13)를 형성하는 2장의 케이스를 밀착시키고, 상기 본체(13)의 상단에 전지탭(11)과 씰런트(14)를 각각 인입시킨 뒤에 상기 제1히팅바(151)와 제2히팅바(152) 사이로 상기 제1열융착부(121)를 인입시킨다.

그리고 작업자는 상기 융착장치를 조작하여 상기 제1히팅바(151)와 제2히팅바(152)를 상하로 이동시켜 상기 제1열융착부(121)의 상면과 하면에서 밀착시키도록 조작한다. 이때 상기 제1열융착부(121)는 상기 제1히팅바(151)와 제2히팅바(152)에 의하여 가압되면서 고정된다. 이후 상기 제1열융착부(121)는 상기 제1히팅바(151)와 제2히팅바(152)에 의한 고온의 열이 가해지면서 접착된다.

이때 상기 제1열융착부(121)는 상기 제1히팅바(151)와 제2히팅바(152)에 각각 형성되는 벤팅홈(153)의 형상과 일치되어 고온의 열이 가해지지 않음에 따라서 융착되지 않은 배출영역(123)이 형성된다.

마찬가지로 상기 제2열융착부(122)는 상기 제1히팅바(151)와 제2히팅바(152)의 사이로 인입되고, 이후에 상기 제1히팅바(151)와 제2히팅바(152)에 의하여 가해진 고온의 열에 의하여 융착된다. 이때 상기 제2열융착부(122)는 상기 벤팅홈(153)과 동일한 형상의 배출영역(123)이 형성된다.

상기 배출영역(123)은 상기 벤팅홈(153)에 의하여 상기 제1히팅바(151)와 제2히팅바(152)에 접촉되지 않은 영역으로서 융착되지 않았다.

이와 같은 과정에 의하여 융착된 전지셀은 이후에 주변 환경 또는 장기간의 사용에 따른 이상현상에 의하여 본체(13)에서 가스가 발생되면서 본체(13)가 팽창된다. 이때 상기 본체(13)에서 발생되는 가스는 상기 본체(13)의 상단에 형성되는 제1열융착부(121)와 제2열융착부(122)에 각각 형성되는 배출영역(123)으로 집중된다. 상기 배출영역(123)은 상술한 바와 같이 역 V자형으로서 제1열융착부(121)와 제2열융착부(122)에서 열융착되지 않은 영역이다. 따라서 상기 본체(13)에서 발생된 가스의 압력은 상기 배출영역(123)으로 집중되면서 상기 배출영역(123)의 첨단에서 제1열융착부(121)와 씰런트(14) 사이에서 배출구(도면에 도시되지 않음)를 형성하게 되며, 제2열융착부(122)를 형성하는 2장의 케이스의 밀봉이 해제되면서 배출구(도면에 도시되지 않음)를 형성한다.

따라서 상기 가스는 상기 제1열융착부(121)와 제2열융착부(122)에 각각 형성되는 배출구를 통하여 배출된다.

이와 같이 본 발명은 본체(13)를 형성하는 2장의 케이스와 씰런트(14)를 밀봉시킴과 동시에 가스의 배출이 용이하도록 배출영역(123)을 형성함에 있어 종래와 달리 전체 밀봉력의 균형을 고려하는 과정을 생략할 수 있도록 히팅바(15)에 벤팅홈(153)을 형성함에 따라서 작업의 난이도를 크게 낮출 수 있어 작업시간의 단축 및 작업의 효율성을 높일 수 있었다.

본 발명은 다양한 형태로 변형되어 실시될 수 있을 것인바 상술한 실시예에 그 권리범위가 한정되지 않는다. 즉 변형된 실시예가 본 발명 특허청구범위의 필수 구성요소를 포함하고 있다면 본 발명의 권리범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.

11 : 전지탭 12 : 열융착부
13 : 본체 14 : 씰런트
15 : 히팅바 121 : 제1열융착부
122 : 제2열융착부 123 : 배출영역
151 : 제1히팅바 152 : 제2히팅바
153 : 벤팅홈

Claims (5)

1. 2장의 케이스 사이에 전극 조립체가 수용되는 본체의 상하좌우측 가장자리를 따라서 열융착되는 열융착부와, 상기 열융착부에서 융착되는 전지탭과, 상기 전지탭을 열융착부에 접착고정시키는 씰런트를 구비하는 전지셀에서 가스배출이 용이하도록 융착시키는 가스배출이 용이한 전지셀의 씰링장치에 있어서,
   상기 본체의 상단에서 상기 전지탭의 일면에서 밀착된 씰런트가 삽입된 제1열융착부; 및 상기 본체를 중심으로 상하좌우측 가장자리를 포함하는 제2열융착부를 사이에 두고 상하측에 각각 위치되어 상하방향으로 이동되면서 열융착시키는 제1히팅바와 제2히팅바를 포함하고,
   상기 제1히팅바와 제2히팅바는 상기 제1열융착부와 제2열융착부를 열융착시키되, 상기 본체의 상단에서 2장의 케이스와 씰런트 사이에 외측으로 연장될 수 있도록 좁은 폭을 갖고 첨단을 이루는 가스배출영역을 형성할 수 있는 역 V 자의 벤팅홈을 포함하는 것을 특징으로 하는 가스배출이 용이한 전지셀의 씰링장치.
   
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