KR101527124B1 - 이차 전지의 파우치 케이스 실링 장치 및 실링 방법 - Google Patents

이차 전지의 파우치 케이스 실링 장치 및 실링 방법 Download PDF

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KR101527124B1
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김홍신
최대식
최승돈
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Abstract

본 발명은 이차 전지의 절연성을 확보하는데 있어서 파우치 케이스의 내측 실링부의 실링 형상 내지 구조가 최적화될 수 있도록 하는 파우치 케이스의 실링 장치 및 실링 방법을 개시한다.
본 발명에 따른 파우치 케이스 실링 장치는 파우치형 이차 전지의 파우치 케이스를 실링하는 장치로서, 상기 파우치 케이스의 실링부 상부에서 하부 방향으로 압력을 가하는 상부 압착 지그; 및 상기 파우치 케이스의 실링부 하부에서 상부 방향으로 압력을 가하는 하부 압착 지그를 포함하되, 상기 상부 압착 지그 및 상기 하부 압착 지그 중 적어도 하나는, 내측 단부와 외측 단부의 상기 파우치 케이스에 대한 가압 깊이가 서로 다르게 구성된다.

Description

이차 전지의 파우치 케이스 실링 장치 및 실링 방법{Apparatus and method for sealing pouch case of secondary battery}
본 발명은 파우치형 이차 전지의 파우치 케이스에 대한 실링 장치와 실링 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 파우치형 이차 전지의 제조시 파우치 케이스를 대상으로 수행되는 실링 공정을 개선함으로써 파우치형 이차 전지의 절연성을 향상시킬 수 있도록 하는 파우치형 이차 전지의 파우치 케이스 실링 장치 및 실링 방법에 관한 것이다.
본 출원은 2012년 12월 28일자로 출원된 한국 특허출원 번호 제10-2012-0156106호에 대한 우선권주장출원으로서, 해당 출원의 명세서 및 도면에 개시된 모든 내용은 인용에 의해 본 출원에 원용된다.
제품 군에 따른 적용 용이성이 높고, 높은 에너지 밀도 등의 전기적 특성을 가지는 이차 전지는 휴대용 기기뿐만 아니라 전기적 구동원에 의하여 구동하는 전기차량(EV, Electric Vehicle) 또는 하이브리드 차량(HV, Hybrid Vehicle) 등에 보편적으로 응용되고 있다.
이러한 이차전지는 화석 연료의 사용을 획기적으로 감소시킬 수 있다는 일차적인 장점뿐만 아니라 에너지의 사용에 따른 부산물이 전혀 발생되지 않는다는 점에서 친환경 및 에너지 효율성 제고를 위한 새로운 에너지원으로 주목 받고 있다.
도 1은, 종래의 파우치형 이차 전지의 구성을 개략적으로 나타낸 분해 사시도이다. 도 1을 참조하면, 종래의 파우치형 이차 전지(1)는 전극 조립체(10) 및 파우치 케이스(20)를 기본 구조로 포함한다
여기서, 전극 조립체(10)는 양극판, 음극판 및 상기 양극판과 음극판 사이에 개재되어 상기 양극판과 음극판 사이를 전기적으로 절연시키는 세퍼레이터 등으로 구성되며, 상기 전극 조립체(10)에는 양극판에서 연장되어 형성되는 양극 탭과 음극판에서 연장되어 형성되는 음극 탭이 구비된다.
상기 양극 탭과 음극 탭은 양극 리드(11) 및 음극 리드(12)와 저항 용접, 초음파 용접, 레이저 용접 등의 방법으로 접합될 수 있으며, 이러한 전극 리드는 파우치 케이스 외부로 노출되어 이차전지의 전극으로서 이차전지와 외부 적용 기기 등을 상호 전기적으로 연결하는 기능을 수행하게 된다.
상기 전극 조립체(10)는 전해액과 함께 파우치 케이스(20)에 투입된다.
상기 파우치 케이스(20)는 상부 케이스(21)과 하부 케이스(22)로 구분될 수 있고, 상기 전극 조립체(10)가 수용되는 부분이 어디에 존재하는지 등에 따라 싱글 캡 또는 더블 캡 등으로 지칭되기도 한다.
이러한 파우치 케이스(20)는 내부로 유입된 전해액과 전극 조립체(10)를 보호하고, 전지 셀의 전기 화학적 성질에 대한 보완 및 방열성 등을 제고하기 위하여 알루미늄 박막이 개재된 형태로 구성될 수 있다. 이때, 상기 알루미늄 박막은, 전지 셀과 외부와의 절연성을 확보하기 위하여, 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PolyEthylene Terephthalate, PET)수지 또는 나일론(nylon)수지 등의 절연물질로 코팅된 절연층이 외부에 형성될 수 있다.
상기 파우치 케이스(20)는 실링 공정에서 외주면 부분이 열융착 등에 의하여 접합 내지 접착될 수 있다. 이를 위해, 상부 케이스(21)의 하면과 하부 케이스(22)의 상면은 상호 간의 접착을 위하여 무연신 폴리프로필렌(Casted PolyPropylene, CPP) 또는 폴리프로필렌(PolyPropylene, PP)에 의한 접착층이 형성된다. 이러한 접착층은 파우치 케이스(20)의 접착뿐만 아니라 알루미늄층과 파우치 케이스(20) 내부에 주입된 전해질 간의 도전을 방지하는 절연층의 역할도 한다.
도 2는, 도 1의 A 부분과 B 부분에 대한 확대 단면도이다. 도 2를 참조하면, 상부 케이스(21)는 절연층(25), 알루미늄층(24) 및 접착층(23)의 순서를 가지는 소정의 층상 구조를 가지게 되며, 하부 케이스(22)는 접착층(23), 알루미늄층(24) 및 절연층(25) 구조로 이루어진다.
파우치 케이스(20)를 실링하기 위해서는 상부 케이스(21)의 하면 접착층(23)과 하부 케이스(22)의 상면 접착층(23)에 열과 압력이 제공될 수 있다.
도 3은, 종래기술에 따라 파우치 케이스를 실링하는 경우 실링부가 정밀하게 실링되지 않아 알루미늄층이 전해질에 노출된 상태를 나타낸 확대 단면도이다. 도 3을 참조하면, 파우치 케이스(20) 중 C로 표시된 바와 같은 실링부의 실링 시 실링이 잘못 이루어지는 경우, 전극 조립체(10)가 위치하는 방향인 실링부의 내측에 접착층(23)이 두껍게 형성되지 않을 수 있다. 이처럼, 실링부의 내측에 접착층(23)이 두껍게 형성되지 않으면 D로 표시된 바와 같이 알루미늄층(24)의 일부가 전해질에 노출된 상태가 될 수 있다.
이는, 파우치 케이스(20)의 실링 과정에서 실링부의 접착층(23)이 압력에 의해 측면 방향, 특히 이차 전지의 외측 방향으로 밀려나는 경우 발생할 수 있다. 그리고, 이 경우 이차 전지의 절연성이 파괴되어 이차 전지가 손상되는 것은 물론, 내부 단락으로 인해 발화나 폭발, 화재가 발생하는 등, 이차 전지의 안전성에 심각한 문제를 일으킬 수 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 파우치형 이차 전지의 실링시 실링 부분에 대한 절연성이 안정적으로 확보될 수 있도록 하는 파우치 케이스의 실링 방법 및 실링 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허청구범위에 나타난 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 파우치 케이스 실링 장치는, 파우치형 이차 전지의 파우치 케이스를 실링하는 장치로서, 상기 파우치 케이스의 실링부 상부에서 하부 방향으로 압력을 가하는 상부 압착 지그; 및 상기 파우치 케이스의 실링부 하부에서 상부 방향으로 압력을 가하는 하부 압착 지그를 포함하되, 상기 상부 압착 지그 및 상기 하부 압착 지그 중 적어도 하나는, 내측 단부와 외측 단부의 상기 파우치 케이스에 대한 가압 깊이가 서로 다른 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 상부 압착 지그 및 상기 하부 압착 지그 중 적어도 하나는, 상기 파우치 케이스에 접촉한 상태에서 틸팅되는 것을 특징으로 한다.
더욱 바람직하게는, 상기 틸팅은, 상기 상부 압착 지그 및 상기 하부 압착 지그 중 적어도 하나의 외측 단부가 상기 파우치 케이스를 더 가압하는 형태로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또한 바람직하게는, 상기 상부 압착 지그 및 상기 하부 압착 지그 중 적어도 하나는, 상기 파우치 케이스의 가압면에 단차가 형성된 것을 특징으로 한다.
더욱 바람직하게는, 상기 단차는, 외측 단부가 내측 단부보다 높게 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한 바람직하게는, 상기 단차는, 둘 이상 형성된 것을 특징으로 한다.
또한 바람직하게는, 상기 상부 압착 지그 및 상기 하부 압착 지그 중 적어도 하나는, 상기 파우치 케이스의 가압면이 경사지게 형성된 것을 특징으로 한다.
더욱 바람직하게는, 상기 경사는, 상기 상부 압착 지그 및 상기 하부 압착 지그 중 적어도 하나의 외측 단부가 내측 단부보다 높게 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한 바람직하게는, 상기 상부 압착 지그 및 상기 하부 압착 지그 중 적어도 하나는, 상기 파우치 케이스의 실링부에 압력과 함께 열을 가하는 것을 특징으로 한다.
또한 바람직하게는, 상기 상부 압착 지그 및 상기 하부 압착 지그 중 적어도 하나는, 상기 파우치 케이스의 실링부에 압력을 가하기 전에 열을 가하는 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 측면에 따른 이차 전지 제조 장치는, 상술한 파우치 케이스 실링 장치를 포함한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 측면에 따른 파우치 케이스 실링 방법은, 파우치형 이차 전지의 파우치 케이스를 실링하는 방법으로서, 상기 파우치 케이스의 내부 공간에 전극 조립체를 수납하는 수납 단계; 및 상기 파우치 케이스의 실링부에 상하 방향으로 압력을 가하는 가압 단계를 포함하되, 상기 가압 단계는, 상기 파우치 케이스에 대한 가압 깊이가 서로 다른 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 가압 단계는, 외측이 내측보다 가압 깊이가 더 깊은 것을 특징으로 한다.
더욱 바람직하게는, 상기 가압 단계는, 상기 파우치 케이스를 가압하는 상부 압착 지그 및 하부 압착 지그 중 적어도 하나를 상기 파우치 케이스에 접촉한 상태에서 틸팅하는 것을 특징으로 한다.
더욱 바람직하게는, 상기 틸팅은, 상기 상부 압착 지그 및 상기 하부 압착 지그 중 적어도 하나의 외측 단부가 상기 파우치 케이스를 더 가압하는 형태로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또한 바람직하게는, 상기 가압 단계는, 상기 파우치 케이스의 실링부에 압력과 함께 열을 가하는 것을 특징으로 한다.
또한 바람직하게는, 상기 가압 단계 이전에, 상기 파우치 케이스의 실링부에 열을 가하는 예열 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 파우치형 이차 전지에 대한 파우치 케이스의 실링 공정시 내측 실링부의 실링 형상이 이차 전지의 절연성을 확보하는데 있어 최적화되도록 할 수 있다.
특히, 본 발명에 의하면, 파우치 케이스의 실링부에 대한 실링 공정에서, 파우치 케이스의 내측 접착층이 이차 전지의 외부 방향이 아닌 내부 방향으로 밀려나도록 함으로써, 실링부의 내측에 두꺼운 절연층이 형성되도록 할 수 있다.
따라서, 실링부의 실링 과정에서 파우치 케이스의 알루미늄층이 노출되는 것을 방지하여 전해질과 알루미늄층 간의 도전이 발생하는 것을 방지할 수 있고, 파우치 케이스가 기계적으로 더 견고한 형태를 유지할 수 있다.
그러므로, 본 발명의 이러한 측면에 의하면 이차 전지의 파우치 케이스에 대한 절연성이 안정적으로 확보될 수 있고, 내부 단락으로 인한 발화나 폭발, 화재 등이 효과적으로 예방될 수 있다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술하는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은, 종래의 파우치형 이차 전지의 구성을 개략적으로 나타낸 분해 사시도이다.
도 2는, 도 1의 A 부분과 B 부분에 대한 확대 단면도이다.
도 3은, 종래기술에 따라 파우치 케이스를 실링하는 경우 실링부가 정밀하게 실링되지 않아 알루미늄층이 전해질에 노출된 상태를 나타낸 확대 단면도이다.
도 4는, 본 발명의 일 실시예에 따른 파우치 케이스 실링 장치의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 5는, 본 발명에 따라 파우치 케이스가 실링된 상태를 나타낸 확대 단면도이다.
도 6은, 본 발명의 다른 실시예에 따른 파우치 케이스 실링 장치의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 7은, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 파우치 케이스 실링 장치의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 8은, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 파우치 케이스 실링 장치의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 9는, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 파우치 케이스 실링 장치의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 10은, 본 발명의 일 실시예에 따른 파우치 케이스 실링 방법을 개략적으로 나타낸 흐름도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 특허청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
또한, 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다. 본 발명의 실시형태는 통상의 기술자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이므로 도면에서의 구성요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.
도 4는, 본 발명의 일 실시예에 따른 파우치 케이스 실링 장치의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다. 도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 실링 장치는 상부 압착 지그(100)와 하부 압착 지그(200)를 포함한다.
상기 상부 압착 지그(100)는, 파우치 케이스(300)의 실링부 상부에 위치하여 실링부 상부에서 하부 방향으로 압력을 가한다.
상기 하부 압착 지그(200)는, 파우치 케이스(300)의 실링부 하부에 위치하여 실링부 하부에서 상부 방향으로 압력을 가한다.
상부 압착 지그(100)가 파우치 케이스(300)의 실링부 상부에서 하부 방향으로 압력을 가하고, 하부 압착 지그(200)가 파우치 케이스(300)의 실링부 하부에서 상부 방향으로 압력을 가함으로써 실링부는 상하 방향으로 압력을 받아 실링될 수 있다.
특히, 본 발명에 있어서, 상부 압착 지그(100) 및 하부 압착 지그(200) 중 적어도 하나는, 내측 단부와 외측 단부의 가압 깊이가 서로 다르다. 여기서, 외측 단부는, 도면에 o로 도시된 바와 같이, 상부 압착 지그 및 하부 압착 지그의 가압면(110, 210) 중에서 이차 전지의 외측(도 4의 좌측) 부분을 의미하고, 내측 단부는 이차 전지의 내측(도 4의 우측), 즉 파우치 케이스의 내부 공간(310)에 수용된 전극 조립체(400)가 위치하는 측에 있는 부분을 의미하며 도면에 i로 표시되어 있다. 여기서, 상기 가압면(110, 210)은 상부 압착 지그(100)와 하부 압착 지그(200)에서 가압시 파우치 케이스(300)의 실링부와 접촉하는 부분을 의미한다.
이처럼 내측 단부(i)와 외측 단부(o)의 가압 깊이가 달라질 경우 실링부 접착층(311)의 내측 두께가 달라질 수 있다. 특히, 외측 단부(o)의 가압 깊이가 내측 단부(i)의 가압 깊이보다 더 깊은 경우에는 실링부의 접착층(311)이 외측에서 내측 방향으로 밀리게 됨으로써, 실링부의 외측보다 내측에 두꺼운 접착층(311)이 형성될 수 있다.
바람직하게는, 파우치 케이스(300)에 대한 내측 단부와 외측 단부의 가압 깊이가 서로 달라지도록 하기 위해, 상부 압착 지그(100) 및 하부 압착 지그(200) 중 적어도 하나는, 파우치 케이스(300)에 접촉한 상태에서 틸팅되도록 구성될 수 있다.
다시 도 4를 참조하면, 상부 압착 지그(100) 및 하부 압착 지그(200)는 상하 방향으로 가압한 후, 파우치 케이스(300)에 접촉한 상태에서 틸팅될 수 있다. 이처럼 상부 압착 지그(100) 및 하부 압착 지그(200)가 틸팅되면 상부 압착 지그(100) 및 하부 압착 지그(200)의 내측 단부(i)와 외측 단부(o)의 파우치 케이스(300)에 대한 가압 깊이가 달라질 수 있다. 이때, 상부 압착 지그(100) 및 하부 압착 지그(200)는, 도 4에 도시된 바와 같이 수평면을 기준으로 외측 부분이 내측 부분보다 더 많이 틸팅되는 것이 좋다. 즉, 상부 압착 지그(100)는 외측 부분이 내측 부분보다 더 아래로 가도록 기울어지고, 하부 압착 지그(200)는 외측 부분이 내측 부분보다 더 위로 가도록 기울어지는 것이 좋다. 이러한 실시예에 의하면, 상부 압착 지그(100) 및 하부 압착 지그(200)의 틸팅에 의해, 외측 단부(o)가 내측 단부(i)보다 파우치 케이스(300)를 더 가압할 수 있다. 따라서, 실링부의 외측보다 내측에서 접착층(311)이 보다 두껍게 형성되도록 할 수 있다.
한편, 도 4에 도시된 틸팅은 일 예로서 상부 압착 지그(100)만 틸팅될 수도 있고, 반대로 하부 압착 지그(200)만 틸팅될 수도 있음은 물론이다.
다른 한편, 이와 같은 틸팅을 위해, 상부 압착 지그(100) 및 하부 압착 지그(200) 중 적어도 하나의 압착 지그에는 다양한 회전 수단이 구비될 수 있다. 예를 들어, 이러한 회전 수단은 회전축(a)과 모터(미도시) 등으로 구현되어, 압착 지그가 틸팅되도록 압착 지그에 회전력을 부여할 수 있다. 즉, 모터는 회전축(a)을 회전시키고, 압착 지그는, 회전축(a)을 따라 도 4에 표시된 화살표 방향으로 회전될 수 있다. 다만, 이러한 회전 축(a)과 모터를 구비한 회전 수단은 일 예로서, 본 발명에 따른 파우치 케이스 실링 장치가 이러한 회전 수단에 한정되는 것은 아니다.
이와 같이 본 발명에 따른 파우치 케이스 실링 장치에 의한 실링의 좋은 예는 도 5에 도시되어 있다.
도 5는, 본 발명에 따라 파우치 케이스가 실링된 상태를 나타낸 확대 단면도이다. 도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 파우치 케이스 실링 장치에 의해 파우치 케이스(300)의 실링이 이루어진 경우, E로 표시된 바와 같이 실링부의 내측에 접착층(311)이 두텁게 형성될 수 있다. 따라서, 본 발명의 이러한 측면에 의할 경우, 실링부 내측에 접착층(311)이 얇게 형성되어 알루미늄층(312)의 일부가 노출됨으로써 알루미늄층(312)과 전해질간의 도통이 일어나는 것이 방지될 수 있다. 그러므로, 본 발명에 의하면, 파우치 케이스(300)의 절연성이 안정적으로 확보될 수 있다.
또한 바람직하게는, 상부 압착 지그(100) 및 하부 압착 지그(200) 중 적어도 하나는, 파우치 케이스(300)의 가압면(110, 210)에 단차가 형성될 수 있다.
도 6은, 본 발명의 다른 실시예에 따른 파우치 케이스 실링 장치의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 6을 참조하면, 상부 압착 지그(100) 및 하부 압착 지그(200)에는 단차가 형성되어 있다. 이처럼 상부 압착 지그(100) 및 하부 압착 지그(200)에 단차가 형성되면, 상부 압착 지그(100)와 하부 압착 지그(200)의 내측 단부(i)와 외측 단부(o)의 가압 깊이가 달라질 수 있다. 즉, 이처럼 단차가 형성된 상부 압착 지그(100) 및/또는 하부 압착 지그(200)가 파우치 케이스(300)의 실링부에 상하 방향으로 압력을 가하게 되면 높은 단차를 갖는 부분은 낮은 단차를 갖는 부분보다 더 깊은 가압 깊이를 갖게 된다. 이때 단차의 높이(d)는 수 um에서 최대 10mm까지일 수 있다.
더욱 바람직하게는, 상기 단차는, 도 6에 도시된 바와 같이, 외측 단부(o)가 내측 단부(i)보다 높게 형성될 수 있다. 이러한 실시예에 의하면, 실링부의 외측에 위치한 접착층(311)이 실링부의 내측으로 밀려, 실링부의 내측에 두꺼운 접착층(311)이 형성될 수 있다.
다만, 도 6에서는 상부 압착 지그(100) 및 하부 압착 지그(200) 모두에 각각 단차가 형성되어 있는 것으로 도시되어 있으나, 이는 일 예로서 상부 압착 지그(100)에만 단차가 형성되고 하부 압착 지그(200)에는 단차가 형성되지 않을 수도 있고 이와 반대의 경우도 가능함은 물론이다.
한편, 단차는, 상부 압착 지그 및/또는 하부 압착 지그의 가압면(110, 210)에서 반드시 하나씩 형성되어야 하는 것은 아니며, 각각 둘 이상 형성될 수도 있다.
도 7은, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 파우치 케이스 실링 장치의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 7을 참조하면, 상부 압착 지그(100)와 하부 압착 지그(200)에는 각각 2개의 단차가 형성되어 있다. 이러한 실시예에 의하면, 상부 압착 지그와 하부 압착 지그의 가압면(110, 210)에 순차적으로 형성된 단차에 의해 접착층(311)의 밀리는 방향이 이차 전지의 외측에서 내측 방향으로 확실하게 자리잡도록 할 수 있다.
다만, 본 발명이 반드시 이러한 실시예에 한정되는 것은 아니며 상부 압착 지그(100) 및 하부 압착 지그(200) 중 하나의 압착 지그에만 2개 이상의 단차가 형성되도록 할 수 있다. 또한 상부 압착 지그(100)나 하부 압착 지그(200)에 형성된 단차의 개수도 3개 이상이 될 수도 있다. 또한, 각각의 단차의 높이 및/또는 단과 단 사이의 너비는 같을 수 있고 필요에 따라서는 다를 수도 있다.
한편, 상기 도 6 및 도 7의 실시예에서는 상부 압착 지그(100) 및/또는 하부 압착 지그(200)에 단차가 형성되도록 함으로써 파우치 케이스(300)에 대한 내측 단부와 외측 단부의 가압 깊이가 서로 달라지도록 하였으나, 본 발명이 반드시 이러한 점으로 한정되는 것은 아니다.
예를 들어, 파우치 케이스(300)에 대한 내측 단부와 외측 단부의 가압 깊이가 서로 달라지도록 하기 위해, 상부 압착 지그(100) 및 하부 압착 지그(200) 중 적어도 하나는 파우치 케이스(300)의 가압면(110, 210)이 경사지게 형성될 수 있다. 이러한 실시예에 대해서는 도 8을 참조하여 설명하도록 한다.
도 8은, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 파우치 케이스 실링 장치의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 8을 참조하면, 상부 압착 지그(100)의 가압면(110)에는 경사가 형성되어 있다. 특히, 이처럼 가압면(110)에 형성된 경사는, 상부 압착 지그(100)의 외측 단부(o)가 내측 단부(i)보다 높게 형성되는 것이 좋다. 이러한 실시예에 의하면, 실링부의 접착층(311)이 외측에서 내측 방향으로 보다 자연스럽게 밀리게 됨으로써, 실링부의 내측에 두꺼운 접착층(311)이 형성될 수 있으며, 이로 인해 파우치 케이스(300)의 절연 신뢰성이 보다 안정적으로 확보될 수 있다.
다만, 이는 일 예로서 상부 압착 지그(100) 외에 하부 압착 지그(200)에도 경사가 형성될 수 있고, 하부 압착 지그(200)에만 경사가 형성될 수도 있음은 물론이다
도 9는, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 파우치 케이스 실링 장치의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 9를 참조하면, 하부 압착 지그(200)는, 하부 압착 지그(200)의 가압면(210)에 단차가 형성되고 그러한 단차 사이에는 경사가 형성되어 있다. 이러한 실시예에 의하면, 단차 사이의 경사면에 의해 단차 사이의 높이차가 순차적으로 변화하게 되므로, 실링부의 접착층(311)에 대한 밀림이 외측에서 내측 방향으로 잘 이루어지도록 할 수 있다.
또한 바람직하게는, 상부 압착 지그(100) 및/또는 하부 압착 지그(200)는, 실링부에 압력과 함께 열을 가할 수 있다. 이처럼, 파우치 케이스(300)의 실링을 위해 실링부에 열을 가하면 실링부의 접착층(311)에 유동성을 가져올 수 있으므로, 압력을 가할 때, 실링부의 접착층(311)이 잘 밀리도록 함으로써 실링부의 내측에서 접착층(311)이 보다 두껍게 형성되도록 할 수 있다.
또한 바람직하게는, 상부 압착 지그(100) 및/또는 하부 압착 지그(200)는, 실링부에 압력을 가하기 전에 열을 가할 수 있다. 가압에 앞서 미리 실링부에 열을 가하게 되면 가압시 접착층(311)이 충분히 용융된 상태가 되어, 실링부에 상하 방향의 압력을 가하면 접착층(311)이 적정한 속도로 양측으로 밀려나게 된다. 접착층(311)이 적정한 속도로 양측으로 밀려나게 되면, 접착층(311)이 필요 이상으로 실링부 밖으로 밀려나가지 않게 되므로 실링부의 접착층(311)이 내측으로 두껍게 형성될 수 있다. 따라서, 이 경우 실링부의 내측 부분에서 파우치 케이스(300)의 알루미늄층(312)이 노출되는 것을 방지할 수 있다.
더욱 바람직하게는, 상부 압착 지그(100) 및/또는 하부 압착 지그(200)는, 실링부에 압력을 가하기 전에 미리 열을 가한 후 열과 압력을 함께 가하여 실링 공정이 수행되도록 할 수도 있다.
본 발명의 다른 측면에 따른 이차 전지 제조 장치는 상술한 파우치 케이스 실링 장치를 포함할 수 있다. 상기 이차 전지 제조 장치는 상술한 파우치 케이스 실링 장치 외에 전해액 주입 장치, 파우치 케이스 커팅 장치 등을 더 포함할 수 있다.
이하에서는, 도 10을 참조하여 본 발명에 따른 파우치 케이스 실링 방법을 설명하도록 한다.
도 10은, 본 발명의 일 실시예에 따른 파우치 케이스 실링 방법을 개략적으로 나타낸 흐름도이다. 도 10을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 파우치 케이스 실링 방법은 전극 조립체 수납 단계(S110) 및 실링부 가압 단계(S130)를 포함한다.
상기 전극 조립체 수납 단계(S110)는, 파우치 케이스의 내부 공간(310)에 전극 조립체가 수납되는 단계이다. 상기 S110 단계에서 전극 조립체가 파우치 케이스(300)의 내부 공간(310)에 수납된 이후에는, 전해액이 주입되는 단계, 및 파우치 케이스(300)를 실링하기 위해 파우치 케이스(300)의 실링부가 정렬되는 단계가 더 수행될 수 있다.
상기 실링부 가압 단계(S130)는, 정렬된 파우치 케이스(300)의 실링부에 상하 방향으로 압력이 가해지는 단계이다. 특히, 본 발명에 있어서 상기 실링부 가압 단계(S130)는, 파우치 케이스(300)의 실링부에 대한 가압 깊이가 서로 다르다. 즉, 실링부 가압 단계(S130)는, 파우치 케이스(300) 실링부의 외측과 내측의 가압 깊이를 달리하여 파우치 케이스(300)의 실링부가 가압되므로 실링부 접착층(311)의 내측 두께와 외측 두께가 달라질 수 있다.
상기 실링부 가압 단계(S130)는, 실링부의 외측이 실링부의 내측보다 가압 깊이가 더 깊도록 수행되는 것이 바람직하다. 실링부의 외측에 가해지는 가압 깊이가 실링부의 내측에 가해지는 가압 깊이보다 더 깊게 함으로써 실링부의 내측에 두꺼운 접착층(311)을 형성할 수 있고, 그로 인해 절연 신뢰성이 확보될 수 있다.
이처럼 실링부의 외측에 가해지는 가압 깊이가 실링부의 내측에 가해지는 가압 깊이보다 더 깊게 하기 위해 가압 단계(S130)에서는 상술한 파우치 케이스 실링 장치가 이용될 수 있다.
일 예로, 상기 가압 단계(S130)는, 실링부에 가해지는 가압 깊이를 달리 하기 위해 틸팅하는 방식으로 수행될 수 있다. 이러한 틸팅은, 상부 압착 지그(100) 및 하부 압착 지그(200)를 일정한 각도로 기울여지도록 하여 수행될 수 있다. 이러한 실시예에 의하면, 상기 틸팅에 의해, 실링부에 대한 외측 단부와 내측 단부의 가압 깊이가 달라지도록 할 수 있다.
더욱 바람직하게는 상기 틸팅은, 실링부의 내측에 두꺼운 접착층(311)이 형성될 수 있도록 상부 압착 지그(100)는 외측 부분이 내측 부분보다 더 아래로 가도록 기울어지고, 하부 압착 지그(200)는 외측 부분이 내측 부분보다 더 위로 가도록 기울어지도록 수행되는 것이 좋다.
다른 예로, 상기 가압 단계(S130)는, 단차가 형성되고 가압면(110, 210)의 외측 단부(o)가 내측 단부(i) 보다 높은 단을 갖는 상부 압착 지그(100) 및/또는 하부 압착 지그(200)가 이용되어 수행될 수 있다.
바람직하게는 상기 실링부 가압 단계(S130)는, 파우치 케이스(300)의 실링부에 압력과 함께 열이 가해질 수 있다.
또한 바람직하게는, 도 10에 도시된 바와 같이, 전극 조립체 수납 단계(S110)와 실링부 가압 단계(S130) 사이에 실링부 예열 단계(S120)가 더 포함될 수 있다. 상기 실링부 예열 단계(S120)는, 가압에 앞서 미리 실링부에 열을 가하는 단계이다. 실링부 예열 단계(S120)는, 가압에 앞서 미리 실링부에 열을 가하여 접착층(311)을 용융시켜 유동성을 증대시킨다. 이처럼, 접착층(311)이 충분히 용융된 상태에서 실링부에 상하 방향의 압력을 가하면, 접착층(311)이 적정한 속도로 양측으로 밀려나게 된다. 따라서, 접착층(311)이 필요 이상으로 실링부 밖으로 밀려나가지 않게 되므로 실링부의 내측에 두꺼운 접착층(311)이 확보될 수 있다.
더욱 바람직하게는 상기 가압 단계(S130) 이전에 예열 단계(S120)를 더 포함하고 상기 가압 단계(S130)는, 파우치 케이스(300)의 실링부에 압력과 함께 열을 가할 수도 있다.
본 명세서의 개별적인 실시예에서 설명된 특징들은 단일 실시예에서 결합되어 구현될 수 있다. 반대로, 본 명세서에서 단일 실시예에서 설명된 다양한 특징들은 개별적으로 다양한 실시예에서 구현되거나, 적절한 부결합(subcombination)에서 구현될 수 있다.
이상의 본 발명에 대한 상세한 설명 또는 도면에서, 상, 하, 내, 외 등과 같은 용어의 사용은 하나의 요소를 다른 요소와 상대적으로 구분하기 위하여 사용되었으며, 설명의 효율성을 높이기 위한 도구적 개념일 뿐, 물리적인 위치, 선후 관계 등을 절대적인 기준에 의하여 구분하기 위하여 사용된 개념으로 해석되어서는 아니된다.
이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
100: 상부 압착 지그
200: 하부 압착 지그
300: 파우치 케이스
310: 파우치 케이스의 내부 공간
311: 접착층 312: 알루미늄층 313: 절연층
400: 전극 조립체
110, 210: 가압면

Claims (17)

  1. 파우치형 이차 전지의 파우치 케이스를 실링하는 장치에 있어서,
    상기 파우치 케이스의 실링부 상부에서 하부 방향으로 압력을 가하는 상부 압착 지그; 및
    상기 파우치 케이스의 실링부 하부에서 상부 방향으로 압력을 가하는 하부 압착 지그
    를 포함하고, 상기 상부 압착 지그 및 상기 하부 압착 지그 중 적어도 하나는, 상기 파우치 케이스의 실링부에 접촉한 상태로 틸팅되되, 상기 상부 압착 지그 및 상기 하부 압착 지그 중 적어도 하나의 외측 단부가 상기 상부 압착 지그 및 상기 하부 압착 지그 중 적어도 하나의 내측 단부보다 상기 파우치 케이스의 실링부를 더 가압하도록 틸팅되어 상기 파우치 케이스의 실링부를 구성하는 접착층이 상기 파우치 케이스의 실링부의 내측으로 밀려나도록 하는 것을 특징으로 하는 파우치 케이스 실링 장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 상부 압착 지그 및 상기 하부 압착 지그 중 적어도 하나는, 상기 파우치 케이스의 가압면에 단차가 형성된 것을 특징으로 하는 파우치 케이스 실링 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 단차는, 외측 단부가 내측 단부보다 높게 형성되는 것을 특징으로 하는 파우치 케이스 실링 장치.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 단차는, 둘 이상 형성된 것을 특징으로 하는 파우치 케이스 실링 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 상부 압착 지그 및 상기 하부 압착 지그 중 적어도 하나는, 상기 파우치 케이스의 가압면이 경사지게 형성된 것을 특징으로 하는 파우치 케이스 실링 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 경사는, 상기 상부 압착 지그 및 상기 하부 압착 지그 중 적어도 하나의 외측 단부가 내측 단부보다 높게 형성되는 것을 특징으로 하는 파우치 케이스 실링 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 상부 압착 지그 및 상기 하부 압착 지그 중 적어도 하나는, 상기 파우치 케이스의 실링부에 압력과 함께 열을 가하는 것을 특징으로 하는 파우치 케이스 실링 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 상부 압착 지그 및 상기 하부 압착 지그 중 적어도 하나는, 상기 파우치 케이스의 실링부에 압력을 가하기 전에 열을 가하는 것을 특징으로 하는 파우치 케이스 실링 장치.
  11. 제1항 및 제4항 내지 제10항 중 어느 한 항에 따른 파우치 케이스 실링 장치를 포함하는 이차 전지 제조 장치.
  12. 파우치형 이차 전지의 파우치 케이스를 실링하는 방법에 있어서,
    상기 파우치 케이스의 내부 공간에 전극 조립체를 수납하는 수납 단계; 및
    상기 파우치 케이스의 실링부에 상하 방향으로 압력을 가하는 가압 단계
    를 포함하고, 상기 가압 단계는, 상기 파우치 케이스의 실링부를 상부에서 하부 방향으로 가압하는 상부 압착 지그 및 상기 파우치 케이스의 실링부를 하부에서 상부 방향으로 가압하는 하부 압착 지그 중 적어도 하나를 상기 파우치 케이스의 실링부에 접촉한 상태에서 틸팅하여 가압하되, 상기 상부 압착 지그 및 상기 하부 압착 지그 중 적어도 하나의 외측 단부가 상기 상부 압착 지그 및 상기 하부 압착 지그 중 적어도 하나의 내측 단부보다 상기 파우치 케이스를 더 가압하도록 틸팅하여 상기 파우치 케이스의 실링부를 구성하는 접착층이 상기 파우치 케이스의 실링부의 내측으로 밀려나도록 하는 것을 특징으로 하는 파우치 케이스 실링 방법.
  13. 삭제
  14. 삭제
  15. 삭제
  16. 제12항에 있어서,
    상기 가압 단계는, 상기 파우치 케이스의 실링부에 압력과 함께 열을 가하는 것을 특징으로 하는 파우치 케이스 실링 방법.
  17. 제12항에 있어서,
    상기 가압 단계 이전에, 상기 파우치 케이스의 실링부에 열을 가하는 예열 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 파우치 케이스 실링 방법.
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