KR101634769B1 - 경화성 물질 분사 수단을 구비한 전지셀 제조 장치 - Google Patents

경화성 물질 분사 수단을 구비한 전지셀 제조 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전지셀이 상면에 탑재된 상태에서, 전지셀의 일 측면에 대면하는 제 1 측벽과 전지셀의 타 측면에 대면하는 제 2 측벽이 양측 단부로부터 각각 상향 돌출되어 있는 베이스 플레이트; 상기 전지셀의 상면을 가압하여 고정하는 탑 플레이트; 및 상기 제 1 측벽과 제 2 측벽에 대면하는 상향 절곡된 전지셀의 측면 부위에 경화성 물질을 부가하는 노즐;을 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 전지셀 제조 장치를 제공한다.

Description

경화성 물질 분사 수단을 구비한 전지셀 제조 장치 {Device for Manufacturing the Battery Cell Having for Means of Spraying Curing Material}
본 발명은 경화성 물질 분사 수단을 구비한 전지셀 제조 장치에 관한 것이다.
최근, 화석연료의 고갈에 의한 에너지원의 가격 상승, 환경 오염의 관심이 증폭되며, 친환경 대체 에너지원에 대한 요구가 미래생활을 위한 필수 불가결한 요인이 되고 있다. 이에 원자력, 태양광, 풍력, 조력 등 다양한 전력 생산기술들에 대한 연구가 지속되고 있으며, 이렇게 생산된 에너지를 더욱 효율적으로 사용하기 위한 전력저장장치 또한 지대한 관심이 이어지고 있다.
특히, 모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서의 전지의 수요가 급격히 증가하고 있고, 최근에는 전기자동차(EV), 하이브리드 전기자동차(HEV) 등의 동력원으로서 이차전지의 사용이 실현화되고 있으며, 그리드(Grid)화를 통한 전력 보조전원 등의 용도로도 사용영역이 확대되고 있어, 그에 따라 다양한 요구에 부응할 수 있는 전지에 대한 많은 연구가 행해지고 있다.
대표적으로 전지의 형상 면에서는 얇은 두께로 휴대폰 등과 같은 제품들에 적용될 수 있는 각형 이차전지와 파우치형 이차전지에 대한 수요가 높고, 재료 면에서는 높은 에너지 밀도, 방전 전압, 출력 안정성 등의 장점을 가진 리튬이온 전지, 리튬이온 폴리머 전지 등과 같은 리튬 이차전지에 대한 수요가 높다.
또한, 이차전지는 전지케이스의 형상에 따라, 전극조립체가 원통형 또는 각형의 금속 캔에 내장되어 있는 원통형 전지 및 각형 전지와, 전극조립체가 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치형 케이스에 내장되어 있는 파우치형 전지로 분류된다.
특히, 최근에는 스택형 또는 스택/폴딩형 전극조립체를 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치형 전지케이스에 내장한 구조의 파우치형 전지가, 낮은 제조비, 작은 중량, 용이한 형태 변형 등을 이유로, 많은 관심을 모으고 있고 또한 그것의 사용량이 점차적으로 증가하고 있다.
도 1에는 종래의 대표적인 파우치형 이차전지의 일반적인 구조가 분해 사시도로서 모식적으로 도시되어 있다.
도 1을 참조하면, 파우치형 이차전지(10)는, 전극조립체(30), 전극조립체(30)로부터 연장되어 있는 전극 탭들(31, 32), 전극 탭들(31, 32)에 용접되어 있는 전극리드(40, 41), 및 전극조립체(30)를 수용하는 전지케이스(20)를 포함하는 것으로 구성되어 있고, 전극리드(40, 41)의 상하면 일부에는 전지케이스(20)와의 밀봉도를 높이고 동시에 전기적 절연상태를 확보하기 위하여 절연필름(50)이 부착되어 있다.
이러한 파우치형 전지는 전극조립체를 라미네이트 시트에 수납하고 전해액을 주입하여 열융착 등으로 밀봉하는 단계에서, 열융착 부위(실링부)가 전해액 주입과정에서의 오염과 라미네이트 시트의 최내측 수지층에서의 과다한 용융 현상 및/또는 가압으로 인한 내측 수지층의 외부로의 돌출로 인하여, 열융착을 행한 이후에도 완전한 실링 상태를 유지하기 어려워 수분의 침투가 용이하고 전해액의 누액 가능성이 존재하는 문제점이 있다.
또한, 파우치형 전지는 반복적인 충방전 과정에서 전지 본체가 팽창 및 수축을 반복하므로 실링부의 분리가 쉬워지는 바, 장기간의 사용시 상기와 같은 실링부에서의 문제점은 더욱 심각해지게 된다.
더욱이, 상기 실링부는 금속층을 포함하는 알루미늄 라미네이트 구조로 이루어져 있어, 사용 환경에 따라 외부로 노출될 경우, 전기적 요소와의 접촉을 통해 전지의 발화 내지 폭발을 유발할 수 있는 문제점이 있다.
이에, 최근에는 열융착부 외곽에 밀폐보조제를 도포함으로써 밀봉성을 향상시킨 파우치형 전지를 개시하고 있으나, 얇은 수직 단면상의 열융착부 외곽에 소정의 점도와 유동성을 가진 밀폐보조제를 정교하게 도포하는 작업이 용이하지 않은 문제점이 있다.
따라서, 이러한 문제점을 근본적으로 해결할 수 있는 기술에 대한 필요성이 높은 실정이다.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.
본 출원의 발명자들은 심도 있는 연구와 다양한 실험을 거듭한 끝에, 이후 설명하는 바와 같이, 전지셀의 측면 부위에 분사 방식으로 경화성 물질을 부가하도록 구성된 전지셀 제조장치를 사용함으로써, 공정에 소요되는 인력 및 시간을 절감할 수 있고, 이에 따라, 생산 효율성을 향상시킬 수 있으며, 제한된 부위에 보다 정교하고 용이하게 경화성 물질을 도포할 수 있어, 제품의 불량률을 최소화할 수 있음을 확인하고, 본 발명을 완성하기에 이르렀다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전지셀 제조 장치는,
전지셀이 상면에 탑재된 상태에서, 전지셀의 일 측면에 대면하는 제 1 측벽과 전지셀의 타 측면에 대면하는 제 2 측벽이 양측 단부로부터 각각 상향 돌출되어 있는 베이스 플레이트;
상기 전지셀의 상면을 가압하여 고정하는 탑 플레이트; 및
상기 제 1 측벽과 제 2 측벽에 대면하는 상향 절곡된 전지셀의 측면 부위에 경화성 물질을 부가하는 노즐;
을 포함하고 있는 것을 특징으로 한다.
즉, 본 발명에 따른 전지셀 제조 장치는, 탑 플레이트와 베이스 플레이트 및 측벽에 의해 전지셀을 안정적으로 고정시키도록 구성됨으로써, 전지셀의 제한된 부위에 보다 정교하고 용이하게 경화성 물질을 도포할 수 있어, 제품의 불량률을 최소화할 수 있는 효과를 발휘한다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 전지셀은 수지층과 금속층을 포함하는 라미네이트 시트의 전지케이스에 전극조립체가 내장되어 있는 판상형 전지셀 구조일 수 있다.
이때, 상기 전지케이스의 외주면은 열융착된 실링부를 이루고 있는 구조일 수 있으며, 전지셀의 전극단자가 위치하는 실링부에 각각 인접한 제 1 측면 실링부와 제 2 측면 실링부는 상향 절곡된 구조일 수 있다.
따라서, 상향 절곡된 제 1 측면 실링부와 제 2 측면 실링부는, 상향 절곡된 상태에서 베이스 플레이트의 양측 단부로부터 상향 돌출되어 있는 상기 제 1 측벽 및 제 2 측벽에 각각 대면되도록 탑재될 수 있고, 결과적으로, 전지셀이 베이스 플레이트 상에 탑재된 상태에서, 전지셀의 하면과 상향 절곡된 측면 실링부들을 포함한 전지셀의 양측면이 베이스 플레이트와 측벽들에 의해 감싸여 있는 구조가 된다.
이하에서는, 본 발명에 따른 전지셀 제조 장치에 대해 더욱 상세하게 설명한다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 제 1 측벽과 제 2 측벽이 각각 베이스 플레이트의 양측 단부로부터 상향 돌출되어 있는 높이는 전지셀의 높이보다 낮을 수 있고, 상세하게는, 전지셀의 높이의 50% 내지 80% 크기일 수 있으며, 이때 상기 제 1 측벽과 제 2 측벽이 각각 베이스 플레이트의 양측 단부로부터 상향 돌출되어 있는 높이는 서로 동일할 수 있다.
따라서, 상기 제 1 측벽 및 제 2 측벽은 전지셀의 양측면의 하단 일부만을 대면하고 있으며, 상기 전지셀의 양측면의 상단 일부는 외부로 노출되어 있는 구조로 이루어질 수 있다.
만일, 상기 제 1 측벽과 제 2 측벽이 각각 베이스 플레이트의 양측 단부로부터 상향 돌출되어 있는 높이가 전지셀의 높이의 50% 미만일 경우, 전지셀의 측면 실링부를 감싸는 측벽의 면적이 지나치게 작아, 전지셀을 안정적으로 지지할 수 없고, 상기 제 1 측벽과 제 2 측벽이 각각 베이스 플레이트의 양측 단부로부터 상향 돌출되어 있는 높이가 전지셀의 높이의 80%를 초과할 경우에는, 경화성 물질이 부가되는 전지셀의 측면 부위가 측벽에 의해 지나치게 제한되어, 경화성 물질의 부가에 따른 절연성 확보가 소망하는 정도로 이루어질 수 없다.
여기서, 상기 높이는, 전지셀의 하면으로부터 상면에 이르는 거리, 또는 하나의 측벽에 있어서, 베이스 플레이트와 인접한 일측 단부로부터 대향하는 타측 단부에 이르는 거리를 의미한다.
한편, 상기 탑 플레이트는 평면상 베이스 플레이트의 중앙에서 전지셀의 상면을 가압하여 고정하는 역할을 수행하는 것으로서, 상기 탑 플레이트 의 폭은 베이스 플레이트의 제 1 측벽으로부터 제 2 측벽에 이르는 폭 보다 작을 수 있고, 상세하게는, 베이스 플레이트의 제 1 측벽으로부터 제 2 측벽에 이르는 폭의 60% 내지 90% 크기일 수 있다.
따라서, 상기 탑 플레이트는 전지셀 상면의 중앙 일부만을 덮는 구조로서, 상세하게는, 전지셀 상면의 중앙을 제외하고, 제 1 측벽 및 제 2 측벽에 인접한 전지셀 상면의 양측 부위가 외부로 노출될 수 있다.
만일, 상기 탑 플레이트의 폭이 베이스 플레이트의 제 1 측벽으로부터 제 2 측벽에 이르는 폭의 60% 미만일 경우, 탑 플레이트에 의해 가압 및 고정되는 전지셀 상면의 면적이 지나치게 작아, 전지셀을 안정적으로 고정할 수 없고, 반면에, 상기 탑 플레이트의 폭이 베이스 플레이트의 제 1 측벽으로부터 제 2 측벽에 이르는 폭의 90%를 초과할 경우, 경화성 물질이 부가되는 전지셀의 측면 부위가 탑 플레이트에 의해 지나치게 제한되어, 경화성 물질의 부가에 따른 절연성 확보가 소망하는 정도로 이루어질 수 없다.
여기서, 상기 폭은 전지셀의 제 1 측면 실링부가 상향 절곡되어 있는 부위로부터 전지셀의 제 2 측면 실링부가 상향 절곡되어 있는 부위에 이르는 거리, 또는 베이스 플레이트의 제 1 측벽이 돌출되어 있는 일측 단부로부터 제 2 측벽이 돌출되어 있는 타측 단부에 이르는 거리를 의미한다.
상기 구조에 의해, 본 발명에 따른 전지셀 제조 장치는 베이스 플레이트의 상면에 전지셀이 탑재된 상태에서, 상기 전지셀의 제 1 측면 실링부와 제 2 측면 실링부의 단부를 포함한 측면 모서리 부분이 측벽과 탑 플레이트 사이의 공간을 통해 외부로 노출될 수 있으며, 상기 베이스 플레이트의 측벽과 탑 플레이트 사이의 공간을 통해 노출된 전지셀의 측면 부위에만 경화성 물질이 부가됨으로써, 소망하는 부위에 보다 정교하고 용이하게 경화성 물질을 부가할 수 있으며, 이에 따라, 제품의 불량률을 최소화할 수 있다.
이때, 상기 경화성 물질은 상기 실링부의 단부를 도포하는 형태로 분사되어 부가될 수 있으며, 상세하게는, 노즐에 의해 스프레이 방식으로 분사될 수 있고, 이에 따라, 상기 경화성 물질이 소정의 점도와 유동성을 가진 액상으로 부가되는 경우에 비해, 공정 시간을 단축시킬 수 있는 효과를 발휘할 수 있다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 경화성 물질은 올리고머 또는 저분자량의 중합체의 에어로졸 형태로 분사되어 부가된 후 경화될 수 있고, 전지셀의 측면에 분사 방식으로 도포되어 절연성을 확보할 수 있는 물질이라면, 특별히 한정되지 아니하나, 상세하게는, UV 경화성 물질일 수 있다.
상기 UV 경화성 물질은 UV 조사 시 화학 반응에 의해 가교 결합이 이루어지면서 높은 분자간 결합력을 발휘하는 물질로서, 예를 들어, 불포화 폴리에스테르계 물질이나, 폴리에스테르 아크릴레이트, 에폭시 아크릴레이트, 우레탄 아크릴레이트 등의 폴리아크릴레이트계 물질 등을 들 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명은 또한, 상기 전지셀 제조 장치를 사용하여 전지셀을 제조하는 방법을 제공하는 바, 상기 전지셀 제조 방법은,
(a) 양극, 음극, 및 양극과 음극 사이에 개재되는 분리막을 포함하는 전극조립체를 전지케이스의 수납부에 장착하고, 열융착에 의해 수납부 외주면에 실링부를 형성하는 과정;
(b) 상기 실링부를 전지케이스의 측면에 대면하도록 상향 절곡하는 과정;
(c) 상기 과정(b)에서 가공된 전지셀을 베이스 플레이트의 상면에 탑재하고, 탑 플레이트에 의해 가압 및 고정하는 과정;
(d) 상기 과정(c)에서 고정된 전지셀의 측면 실링부의 단부에 경화성 물질을 분사하는 과정; 및
(e) 상기 과정(d)에서 경화성 물질이 도포된 전지셀의 부위에 자외선을 조사하여 경화시키는 과정;
을 포함할 수 있다.
이러한 경우에, 상기 과정(d)에서 경화성 물질의 분사는 제 1 측면 실링부의 단부와 제 2 측면 실링부의 단부에 대해 동시에 수행되거나, 각각 순서대로 수행될 수 있다.
본 발명에 따른 전지셀 제조 장치 및 제조 방법에 의해 제조되는 전지셀은 그것의 종류가 특별히 한정되는 것은 아니지만, 구체적인 예로서, 높은 에너지 밀도, 방전 전압, 출력 안정성 등의 장점을 가진 리튬이온 전지, 리튬이온 폴리머 전지 등과 같은 리튬 이차전지일 수 있다.
일반적으로, 리튬 이차전지는 양극, 음극, 분리막, 및 리튬염 함유 비수 전해액으로 구성되어 있다.
상기 양극은, 예를 들어, 양극 집전체 상에 양극 활물질, 도전재 및 바인더의 혼합물을 도포한 후 건조하여 제조되며, 필요에 따라서는, 상기 혼합물에 충진제를 더 첨가하기도 한다.
상기 양극 활물질은 리튬 코발트 산화물(LiCoO2), 리튬 니켈 산화물(LiNiO2) 등의 층상 화합물이나 1 또는 그 이상의 전이금속으로 치환된 화합물; 화학식 Li1+xMn2-xO4 (여기서, x 는 0 ~ 0.33 임), LiMnO3, LiMn2O3, LiMnO2 등의 리튬 망간 산화물; 리튬 동 산화물(Li2CuO2); LiV3O8, LiFe3O4, V2O5, Cu2V2O7 등의 바나듐 산화물; 화학식 LiNi1-xMxO2 (여기서, M = Co, Mn, Al, Cu, Fe, Mg, B 또는 Ga 이고, x = 0.01 ~ 0.3 임)으로 표현되는 Ni 사이트형 리튬 니켈 산화물; 화학식 LiMn2-xMxO2 (여기서, M = Co, Ni, Fe, Cr, Zn 또는 Ta 이고, x = 0.01 ~ 0.1 임) 또는 Li2Mn3MO8 (여기서, M = Fe, Co, Ni, Cu 또는 Zn 임)으로 표현되는 리튬 망간 복합 산화물; 화학식의 Li 일부가 알칼리토금속 이온으로 치환된 LiMn2O4; 디설파이드 화합물; Fe2(MoO4)3 등을 들 수 있지만, 이들만으로 한정되는 것은 아니다.
상기 도전재는 통상적으로 양극 활물질을 포함한 혼합물 전체 중량을 기준으로 1 내지 30 중량%로 첨가된다. 이러한 도전재는 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 천연 흑연이나 인조 흑연 등의 흑연; 카본블랙, 아세틸렌 블랙, 케첸 블랙, 채널 블랙, 퍼네이스 블랙, 램프 블랙, 서머 블랙 등의 카본블랙; 탄소 섬유나 금속 섬유 등의 도전성 섬유; 불화 카본, 알루미늄, 니켈 분말 등의 금속 분말; 산화아연, 티탄산 칼륨 등의 도전성 위스키; 산화 티탄 등의 도전성 금속 산화물; 폴리페닐렌 유도체 등의 도전성 소재 등이 사용될 수 있다.
상기 바인더는 활물질과 도전재 등의 결합과 집전체에 대한 결합에 조력하는 성분으로서, 통상적으로 양극 활물질을 포함하는 혼합물 전체 중량을 기준으로 1 내지 30 중량%로 첨가된다. 이러한 바인더의 예로는, 폴리불화비닐리덴, 폴리비닐알코올, 카르복시메틸셀룰로우즈(CMC), 전분, 히드록시프로필셀룰로우즈, 재생 셀룰로우즈, 폴리비닐피롤리돈, 테트라플루오로에틸렌, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 에틸렌-프로필렌-디엔 테르 폴리머(EPDM), 술폰화 EPDM, 스티렌 브티렌 고무, 불소 고무, 다양한 공중합체 등을 들 수 있다.
상기 충진제는 양극의 팽창을 억제하는 성분으로서 선택적으로 사용되며, 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 섬유상 재료라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등의 올리핀계 중합체; 유리섬유, 탄소섬유 등의 섬유상 물질이 사용된다.
상기 음극은 음극 집전체 상에 음극 활물질을 도포, 건조하여 제작되며, 필요에 따라, 앞서 설명한 바와 같은 성분들이 선택적으로 더 포함될 수도 있다.
상기 음극 활물질로는, 예를 들어, 난흑연화 탄소, 흑연계 탄소 등의 탄소; LixFe2O3(0≤x≤1), LixWO2(0≤x≤1), SnxMe1-xMe’yOz (Me: Mn, Fe, Pb, Ge; Me’: Al, B, P, Si, 주기율표의 1족, 2족, 3족 원소, 할로겐; 0<x≤1; 1≤y≤3; 1≤z≤8) 등의 금속 복합 산화물; 리튬 금속; 리튬 합금; 규소계 합금; 주석계 합금; SnO, SnO2, PbO, PbO2, Pb2O3, Pb3O4, Sb2O3, Sb2O4, Sb2O5, GeO, GeO2, Bi2O3, Bi2O4, and Bi2O5 등의 금속 산화물; 폴리아세틸렌 등의 도전성 고분자; Li-Co-Ni 계 재료 등을 사용할 수 있다.
상기 분리막은 양극과 음극 사이에 개재되며, 높은 이온 투과도와 기계적 강도를 가지는 절연성의 얇은 박막이 사용된다. 분리막의 기공 직경은 일반적으로 0.01 ~ 10 ㎛이고, 두께는 일반적으로 5 ~ 300 ㎛이다. 이러한 분리막으로는, 예를 들어, 내화학성 및 소수성의 폴리프로필렌 등의 올레핀계 폴리머; 유리섬유 또는 폴리에틸렌 등으로 만들어진 시트나 부직포 등이 사용된다. 전해질로서 폴리머 등의 고체 전해질이 사용되는 경우에는 고체 전해질이 분리막을 겸할 수도 있다.
리튬염 함유 비수 전해액은, 극성 유기 전해액과 리튬염으로 이루어져 있다. 전해액으로는 비수계 액상 전해액, 유기 고체 전해질, 무기 고체 전해질 등이 사용된다.
상기 비수계 액상 전해액으로는, 예를 들어, N-메틸-2-피롤리디논, 프로필렌 카르보네이트, 에틸렌 카르보네이트, 부틸렌 카르보네이트, 디메틸 카르보네이트, 디에틸 카르보네이트, 감마-부틸로 락톤, 1,2-디메톡시 에탄, 테트라히드록시 프랑(franc), 2-메틸 테트라하이드로푸란, 디메틸술폭시드, 1,3-디옥소런, 포름아미드, 디메틸포름아미드, 디옥소런, 아세토니트릴, 니트로메탄, 포름산 메틸, 초산메틸, 인산 트리에스테르, 트리메톡시 메탄, 디옥소런 유도체, 설포란, 메틸 설포란, 1,3-디메틸-2-이미다졸리디논, 프로필렌 카르보네이트 유도체, 테트라하이드로푸란 유도체, 에테르, 피로피온산 메틸, 프로피온산 에틸 등의 비양자성 유기용매가 사용될 수 있다.
상기 유기 고체 전해질로는, 예를 들어, 폴리에틸렌 유도체, 폴리에틸렌 옥사이드 유도체, 폴리프로필렌 옥사이드 유도체, 인산 에스테르 폴리머, 폴리 에지테이션 리신(agitation lysine), 폴리에스테르 술파이드, 폴리비닐 알코올, 폴리 불화 비닐리덴, 이온성 해리기를 포함하는 중합체 등이 사용될 수 있다.
상기 무기 고체 전해질로는, 예를 들어, Li3N, LiI, Li5NI2, Li3N-LiI-LiOH, LiSiO4, LiSiO4-LiI-LiOH, Li2SiS3, Li4SiO4, Li4SiO4-LiI-LiOH, Li3PO4-Li2S-SiS2 등의 Li의 질화물, 할로겐화물, 황산염 등이 사용될 수 있다.
상기 리튬염은 상기 비수계 전해질에 용해되기 좋은 물질로서, 예를 들어, LiCl, LiBr, LiI, LiClO4, LiBF4, LiB10Cl10, LiPF6, LiCF3SO3, LiCF3CO2, LiAsF6, LiSbF6, LiAlCl4, CH3SO3Li, CF3SO3Li, (CF3SO2)2NLi, 클로로 보란 리튬, 저급 지방족 카르본산 리튬, 4 페닐 붕산 리튬, 이미드 등이 사용될 수 있다.
또한, 비수계 전해액에는 충방전 특성, 난연성 등의 개선을 목적으로, 예를 들어, 피리딘, 트리에틸포스파이트, 트리에탄올아민, 환상 에테르, 에틸렌 디아민, n-글라임(glyme), 헥사 인산 트리 아미드, 니트로벤젠 유도체, 유황, 퀴논 이민 염료, N-치환 옥사졸리디논, N,N-치환 이미다졸리딘, 에틸렌 글리콜 디알킬 에테르, 암모늄염, 피롤, 2-메톡시 에탄올, 삼염화 알루미늄 등이 첨가될 수도 있다. 경우에 따라서는, 불연성을 부여하기 위하여, 사염화탄소, 삼불화에틸렌 등의 할로겐 함유 용매를 더 포함시킬 수도 있고, 고온 보존 특성을 향상시키기 위하여 이산화탄산 가스를 더 포함시킬 수도 있다.
본 발명은 또한, 상기 전지셀 제조 장치에 의해 제조된 전지셀을 하나 이상 포함하는 디바이스를 제공하는 바, 상기 디바이스는 휴대폰, 태블릿 컴퓨터, 노트북 컴퓨터, 파워 툴, 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 플러그-인 하이브리드 전기자동차, 및 전력저장 장치에서 선택되는 어느 하나일 수 있다.
상기와 같은 디바이스 내지 장치들은 당업계에 공지되어 있으므로, 본 명세서에서는 그에 대한 구체적인 설명을 생략한다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 전지셀 제조 장치는, 전지셀의 측면 부위에 분사 방식으로 경화성 물질을 부가하도록 구성됨으로써, 공정에 소요되는 인력 및 시간을 절감할 수 있고, 이에 따라, 생산 효율성을 향상시킬 수 있으며, 탑 플레이트와 측벽 사이의 노출된 공간을 통해 경화성 물질을 분사하여 부가하도록 구성됨으로써, 제한된 부위에 보다 정교하고 용이하게 경화성 물질을 도포할 수 있어, 제품의 불량률을 최소화할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래의 대표적인 파우치형 이차전지의 일반적인 구조를 모식적으로 나타낸 분해 사시도이다;
도 2는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지셀 제조 장치의 구조를 개략적으로 나타낸 모식도이다;
도 3은 도 2의 A 부분의 확대된 구조를 나타낸 모식도이다.
이하, 본 발명의 실시예에 따른 도면들을 참조하여 본 발명을 더욱 상술하지만, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.
도 2에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지셀 제조 장치의 구조를 개략적으로 나타낸 모식도가 도시되어 있다.
도 2를 참조하면, 전지셀 제조 장치(200)는 전지셀(210)이 베이스 플레이트(221)의 상면에 탑재된 상태에서, 전지셀(210)의 일 측면에 대면하는 제 1 측벽(222)과 전지셀(210)의 타 측면에 대면하는 제 2 측벽(223)이 양측 단부로부터 각각 상향 돌출되어 있는 베이스 플레이트(221); 상기 전지셀(210)의 상면을 가압하여 고정하는 탑 플레이트(224); 및 상기 제 1 측벽(222)과 제 2 측벽(223)에 대면하는 상향 절곡된 전지셀(210)의 측면 부위에 경화성 물질을 부가하는 노즐(231, 232)을 포함하는 구조로 이루어져 있다.
제 1 측벽(222)과 제 2 측벽(223)은 전지셀(210)의 상향 절곡되어 있는 제 1 측면 실링부(211) 및 제 2 측면 실링부(212)와 각각 대면함으로써, 전지셀(210)을 안정적으로 지지한다.
상기 제 1 측벽(222)과 제 2 측벽(223)이 각각 베이스 플레이트(221)의 양측 단부로부터 상향 돌출되어 있는 높이(h1)는 전지셀(210)의 높이(h2)에 비해 낮은 구조로서, 상세하게는, 전지셀(210)의 높이(h2)의 50% 내지 80% 크기일 수 있다.
베이스 플레이트(221)의 상면에 탑재된 전지셀(210)의 상면을 가압하는 탑 플레이트(224)의 폭(w1)은 베이스 플레이트(221)의 제 1 측벽(222)으로부터 제 2 측벽(223)에 이르는 폭(w2) 보다 작은 구조로서, 상세하게는, 베이스 플레이트(221)의 제 1 측벽(222)으로부터 제 2 측벽(223)에 이르는 폭(w2)의 60% 내지 90% 크기일 수 있으며, 탑 플레이트(224)는 평면상 베이스 플레이트(221)의 중앙에 위치한다.
따라서, 상기 측벽들(222, 223)과 탑 플레이트(224) 사이에는 소정의 공간이 형성되며, 상향 절곡된 전지셀(210)의 측면 일부가 상기 공간을 통해 외부로 노출되어 있다.
측벽들(222, 223)과 탑 플레이트(224) 사이의 공간을 통해 외부로 노출되어 있는 전지셀(210)의 측면 부위에는 노즐(231, 232)을 통해 경화성 물질이 부가되고, 상기 경화성 물질이 부가되는 A 부분의 확대된 구조를 나타낸 모식도가 도 3에 도시되어 있다.
도 3을 참조하면, 제 1 측벽(222)과 탑 플레이트(224) 사이의 공간을 통해 외부로 노출되어 있는 전지셀(210)의 측면 부위에, 노즐(231)을 통해 경화성 물질(240)이 부가되며, 이때, 경화성 물질(240)은 전지셀(210)의 측면 실링부(211)의 단부를 도포하는 형태로 분사되어 부가된다.
이와 같이, 경화성 물질(240)의 분사에도 불구하고, 탑 플레이트(224)와 측벽(222) 사이의 공간으로 노출된 부위를 제외한 전지셀(210)의 상면 부위(213) 및 측면 부위(214)는 대면하는 탑 플레이트(224) 및 측벽(222)으로 인해 경화성 물질(240)이 도포되지 않는다.
따라서, 본 발명에 따른 전지셀 제조 장치는 제한된 부위에 보다 정교하고 용이하게 경화성 물질을 도포할 수 있어, 제품의 불량률을 최소화할 수 있고, 공정에 소요되는 인력 및 시간을 절감함으로써, 생산 효율성을 향상시킬 수 있는 효과를 발휘한다.
본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주내에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다.

Claims (20)

  1. 전지셀이 상면에 탑재된 상태에서, 전지셀의 일 측면에 대면하는 제 1 측벽과 전지셀의 타 측면에 대면하는 제 2 측벽이 양측 단부로부터 각각 상향 돌출되어 있는 베이스 플레이트;
    상기 전지셀의 상면을 가압하여 고정하는 탑 플레이트; 및
    상기 제 1 측벽과 제 2 측벽에 대면하는 상향 절곡된 전지셀의 측면 부위에 경화성 물질을 분사 방식으로 부가하는 노즐;
    을 포함하고 있고,
    상기 경화성 물질은 전지셀이 탑재된 상태에서, 베이스 플레이트의 측벽과 탑 플레이트 사이의 공간을 통해 전지셀의 측면 부위에 부가되는 것을 특징으로 하는 전지셀 제조 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 전지셀은 수지층과 금속층을 포함하는 라미네이트 시트의 전지케이스에 전극조립체가 내장되어 있는 판상형 전지셀인 것을 특징으로 하는 전지셀 제조 장치.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 전지케이스의 외주면은 열융착된 실링부를 이루고 있는 것을 특징으로 하는 전지셀 제조 장치.
  4. 제 3 항에 있어서, 전지셀의 전극단자가 위치하는 실링부에 각각 인접한 제 1 측면 실링부와 제 2 측면 실링부는 상향 절곡된 상태에서 제 1 측벽 및 제 2 측벽에 각각 대면하는 것을 특징으로 하는 전지셀 제조 장치.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 측벽과 제 2 측벽이 각각 베이스 플레이트의 양측 단부로부터 상향 돌출되어 있는 높이는 전지셀의 높이보다 낮은 것을 특징으로 하는 전지셀 제조 장치.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 제 1 측벽과 제 2 측벽이 각각 베이스 플레이트의 양측 단부로부터 상향 돌출되어 있는 높이는 전지셀의 높이의 50% 내지 80% 크기인 것을 특징으로 하는 전지셀 제조 장치.
  7. 제 5 항에 있어서, 상기 제 1 측벽과 제 2 측벽이 각각 베이스 플레이트의 양측 단부로부터 상향 돌출되어 있는 높이는 서로 동일한 것을 특징으로 하는 전지셀 제조 장치.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 탑 플레이트의 폭은 베이스 플레이트의 제 1 측벽으로부터 제 2 측벽에 이르는 폭 보다 작은 것을 특징으로 하는 전지셀 제조 장치.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 탑 플레이트의 폭은 베이스 플레이트의 제 1 측벽으로부터 제 2 측벽에 이르는 폭의 60% 내지 90% 크기인 것을 특징으로 하는 전지셀 제조 장치.
  10. 제 8 항에 있어서, 상기 탑 플레이트는 평면상 베이스 플레이트의 중앙에서 전지셀의 상면을 가압하여 고정하는 것을 특징으로 하는 전지셀 제조 장치.
  11. 삭제
  12. 제 1 항에 있어서, 상기 경화성 물질은 올리고머 또는 저분자량의 중합체의 에어로졸 형태로 분사되어 부가된 후 경화되는 것을 특징으로 하는 전지셀 제조장치.
  13. 제 1 항에 있어서, 상기 경화성 물질은 UV 경화성 물질인 것을 특징으로 하는 전지셀 제조 장치.
  14. 제 13 항에 있어서, 상기 UV 경화성 물질은 불포화 폴리에스테르계 물질 또는 폴리아크릴레이트계 물질인 것을 특징으로 하는 전지셀 제조장치.
  15. 제 3 항에 있어서, 경화성 물질은 상기 실링부의 단부를 도포하는 형태로 분사되어 부가되는 것을 특징으로 하는 전지셀 제조장치.
  16. 제 1 항에 따른 전지셀 제조장치를 사용하여 전지셀을 제조하는 방법으로서,
    (a) 양극, 음극, 및 양극과 음극 사이에 개재되는 분리막을 포함하는 전극조립체를 전지케이스의 수납부에 장착하고, 열융착에 의해 수납부 외주면에 실링부를 형성하는 과정;
    (b) 상기 실링부를 전지케이스의 측면에 대면하도록 상향 절곡하는 과정;
    (c) 상기 과정(b)에서 가공된 전지셀을 베이스 플레이트의 상면에 탑재하고, 탑 플레이트에 의해 가압 및 고정하는 과정;
    (d) 상기 과정(c)에서 고정된 전지셀의 측면 실링부의 단부에 경화성 물질을 분사하는 과정; 및
    (e) 상기 과정(d)에서 경화성 물질이 도포된 전지셀의 부위에 자외선을 조사하여 경화시키는 과정;
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 전지셀 제조방법.
  17. 제 16 항에 있어서, 상기 과정(d)에서 경화성 물질의 분사는 제 1 측면 실링부의 단부와 제 2 측면 실링부의 단부에 대해 동시에 수행되거나, 각각 순서대로 수행되는 것을 특징으로 하는 전지셀 제조방법.
  18. 제 16 항에 있어서, 상기 전지셀은 리튬 이차전지인 것을 특징으로 하는 전지셀 제조방법.
  19. 제 1 항에 따른 전지셀 제조장치에 의해 제조된 전지셀을 하나 이상 포함하는 디바이스.
  20. 제 19 항에 있어서, 상기 디바이스는 휴대폰, 태블릿 컴퓨터, 노트북 컴퓨터, 파워 툴, 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 플러그-인 하이브리드 전기자동차, 및 전력저장 장치에서 선택되는 어느 하나인 것을 특징으로 하는 디바이스.
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