KR101675960B1 - 경화성 물질 부가 수단을 구비한 전지셀 제조장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 양극과 분리막 및 음극을 포함하는 전극조립체를 전지케이스에 장착하고 열융착에 의해 밀봉된 구조의 전지셀을 제조하는 장치로서, 전극단자가 형성된 방향을 기준하여 전지셀의 일 측면을 가압하는 제 1 가압 지그와 전지셀의 타 측면을 가압하는 제 2 가압 지그; 상기 전지셀이 상면에 탑재되는 네스트 지그(nest jig); 상기 네스트 지그가 양 단부의 높이차에 의해 좌우 방향(가로 방향)으로 이동하게 탑재되는 베이스 지그(base jig); 상기 베이스 지그의 제 1 단부 또는 제 2 단부를 상승시키면서 제 2 단부 또는 제 1 단부를 하강시키는 작동에 의해 베이스 지그 상에서 네스트 지그의 이동을 유도하는 회전 받침판; 상기 회전 받침판의 기울기를 조절하는 컨트롤러; 및 상기 제 1 가압 지그 또는 제 2 가압 지그에 의해 가압된 전지셀의 측면 부위에 경화성 물질을 부가하는 주입기;를 포함하고 있으며,
상기 네스트 지그의 전지셀 방향으로의 이동을 제한하기 위하여, 제 1 가압 지그 및 제 2 가압 지그에는 가로 방향으로 각각 하나 이상의 제 1 개구 및 제 2 개구가 형성되어 있고 베이스 지그에는 제 1 개구 및 제 2 개구를 각각 관통하고 있는 제 1 스토퍼(stopper) 및 제 2 스토퍼가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지셀 제조장치에 관한 것이다.

Description

경화성 물질 부가 수단을 구비한 전지셀 제조장치 {Device for Manufacturing Battery Cell Having Means for Applying Curing Material}

본 발명은 경화성 물질 부가 수단을 구비한 전지셀 제조장치에 관한 것이다.

최근 사용량이 증가하고 있는 이차전지는, 전지의 형상 면에서 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 양극/분리막/음극 구조의 전극조립체가 어떠한 구조로 이루어져 있는지에 따라 분류되기도 하는 바, 대표적으로는, 긴 시트형의 양극들과 음극들을 분리막이 개재된 상태에서 권취한 구조의 젤리-롤(권취형) 전극조립체, 소정 크기의 단위로 절취한 다수의 양극과 음극들을 분리막을 개재한 상태로 순차적으로 적층한 스택형(적층형) 전극조립체, 소정 단위의 양극과 음극들을 분리막을 개재한 상태로 적층한 바이셀(Bi-cell) 또는 풀셀(Full cell)들을 분리필름으로 권취한 구조의 스택/폴딩형 전극조립체 등을 들 수 있다.

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(40, 50), 전극 탭들(40, 50)에 용접되어 있는 전극리드(60, 70), 및 전극조립체(30)를 수용하는 전지케이스(20)를 포함하는 것으로 구성되어 있고, 전극리드(60, 70)의 상하면 일부에는 전지케이스(20)와의 밀봉도를 높이고 동시에 전기적 절연상태를 확보하기 위하여 절연필름(80)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.

따라서, 종래의 기술들은 파우치형 전지의 전지케이스인 라미네이트 시트의 단부에서 금속층이 노출됨으로 인해 절연 파괴 현상이 초래될 수 있으므로, 전지셀의 열융착부 외각에 PET 라벨(label) 및 테이프를 이용하여 절연을 시도하는 전지를 개시하고 있다. 그러나, PET 라벨 및 테이프를 이용하여 열융착부 외각을 절연할 경우, 라벨 및 테이프의 벗겨짐 현상이 나타나 여전히 외부로 금속층이 노출되어 쇼트(short)가 발생될 위험성을 내포하고 있고, 접착된 테이프에 기포 또는 주름 등의 불량이 발생하는 문제점이 있다.

또한, 이러한 밀봉성이 떨어지는 파우치형 전지는 반복적인 충방전 과정에서 전지 본체가 팽창 및 수축을 반복하므로 실링부의 분리가 쉬워지는 바, 장기간의 사용시 상기와 같은 실링부의 문제점은 더욱 심각해지게 된다.

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 문제가 있다.

따라서, 상기 문제들을 해결하여 전지의 안전성을 높일 수 있는 전지셀 제조장치 개발에 대한 필요성이 높은 실정이다.

따라서, 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, 본 발명에 따른 전지셀 제조장치는, 전지셀이 상면에 탑재되는 네스트 지그(nest jig)를 베이스 지그(base jig) 상에서 양 단부의 높이차에 의해 좌우 방향(가로 방향)으로 이동하도록 탑재시켜, 유동적으로 전지셀을 이송시켜 경화성 물질을 부가하도록 구성됨으로써, 전지셀 제조장치에 대한 전지셀의 재장착 없이, 용이하게 전지셀의 양측면 실링부에 경화성 물질을 도포할 수 있고, 이에 따라, 공정에 소요되는 인력 및 시간을 절감할 수 있어, 생산 효율성을 향상시킬 수 있음을 확인하고, 본 발명을 완성하기에 이르렀다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전지셀 제조장치는,

양극과 분리막 및 음극을 포함하는 전극조립체를 전지케이스에 장착하고 열융착에 의해 밀봉된 구조의 전지셀을 제조하는 장치로서,

전극단자가 형성된 방향을 기준하여 전지셀의 일 측면을 가압하는 제 1 가압 지그와 전지셀의 타 측면을 가압하는 제 2 가압 지그;

상기 전지셀이 상면에 탑재되는 네스트 지그(nest jig);

상기 네스트 지그가 양 단부의 높이차에 의해 좌우 방향(가로 방향)으로 이동하게 탑재되는 베이스 지그(base jig);

상기 베이스 지그의 제 1 단부 또는 제 2 단부를 상승시키면서 제 2 단부 또는 제 1 단부를 하강시키는 작동에 의해 베이스 지그 상에서 네스트 지그의 이동을 유도하는 회전 받침판;

상기 회전 받침판의 기울기를 조절하는 컨트롤러; 및

상기 제 1 가압 지그 또는 제 2 가압 지그에 의해 가압된 전지셀의 측면 부위에 경화성 물질을 부가하는 주입기;

를 포함하고 있으며,

상기 네스트 지그의 전지셀 방향으로의 이동을 제한하기 위하여, 제 1 가압 지그 및 제 2 지그에는 가로 방향으로 각각 하나 이상의 제 1 개구 및 제 2 개구가 형성되어 있고 베이스 지그에는 제 1 개구 및 제 2 개구를 각각 관통하고 있는 제 1 스토퍼(stopper) 및 제 2 스토퍼가 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.

하나의 구체적인 예에서, 상기 전지셀은 수지층과 금속층을 포함하는 라미네이트 시트의 전지케이스에 전극조립체가 내장되어 있는 판상형 전지셀일 수 있으며, 상기 전지케이스의 외주면은 열융착된 실링부를 이루고 있는 구조일 수 있다.

상기 전지케이스의 실링부에는 전지셀의 밀봉성을 높이기 위해 밀폐보조제를 부가할 수 있는데, 본 발명에서는 밀폐보조제로써 경화성 물질을 이용하였고, 이러한 경화성 물질은 상기 실링부의 단부에 도포하는 형태로 부가될 수 있다.

한편, 본 출원의 발명자들이 확인한 바에 따르면, 일반적으로 상기 라미네이트 시트의 전지케이스에 전극조립체가 내장되어 있는 판상형 전지셀의 실링부에 전지셀의 경화성 물질을 도포하는 공정은, 전지셀의 양 측면의 실링부 중, 어느 한쪽을 도포한 후, 반대쪽의 실링부에 경화성 물질을 도포하기 위해서 탑재되어 있는 전지셀을 재장착하여 위치를 변경하거나, 전지셀을 다른 지그에 탑재하는 등의 작업을 실시해야 하는 번거로움이 있었고, 그에 따라 생산성이 떨어지는 문제가 있었다.

이에, 심도 있는 연구를 거듭한 결과, 본 발명과 같이, 전지셀이 상면에 탑재되는 네스트 지그를 베이스 지그(base jig) 상에서 양 단부의 높이차에 의해 좌우 방향(가로 방향)으로 이동하도록 탑재시킨 전지셀 제조장치를 사용하는 경우, 도포 부위가 변경될 때 마다 수행되었던 전지셀의 재장착 작업 없이, 전지셀의 양 측면의 실링부 모두에 경화성 물질을 도포하는 것이 가능해지므로, 공정에 소요되는 인력 및 시간을 절감할 수 있어, 생산 효율성을 향상시킬 수 있음을 확인하였다.

본 발명의 전지셀 제조장치는, 하나의 구체적인 예에서, 상기 네스트 지그의 이동을 가이드하기 위해 베이스 지그에 접하는 네스트 지그의 하면에 가로 방향으로 하나 이상의 그루브(groove)가 형성되어 있고, 상기 베이스 지그의 상면에 상기 그루브에 대응하는 하나 이상의 비드(bead)가 가로 방향으로 형성되어 있을 수 있다.

또한, 상기 구조와 반대로, 상기 베이스 지그에 접하는 네스트 지그의 하면에 가로 방향으로 하나 이상의 비드가 형성되어 있고, 상기 베이스 지그의 상면에 상기 비드에 대응하는 하나 이상의 그루브가 가로 방향으로 형성되어 있을 수 있다.

즉, 본 발명의 베이스 지그의 상면에 가로 방향으로 형성된 비드가, 네스트 지그의 하면에 형성된 그루브에 삽입되거나, 베이스 지그의 상면에 가로 방향으로 형성된 그루브에 네스트 지그의 하면에 형성된 비드가 삽입되어 상기 네스트 지그를 베이스 지그 상에서 좌우 방향(가로 방향)으로 평행하게 이동할 수 있도록 가이드 할 수 있다.

하나의 구체적인 예에서, 상기 제 1 가압 지그 및 제 2 가압 지그는 플레이트(plate) 형상으로 이루어질 수 있고, 이때, 상기 가압 지그들의 일측 단부는 전지셀의 측면을 가압하는 구조일 수 있다.

이러한 상기 제 1 가압 지그 및 제 2 가압 지그가 전지셀을 가압하기 위해서, 본 발명의 전지셀 제조장치는, 상기 제 1 가압 지그에 전지셀 방향으로의 가압력을 전달하기 위한 제 1 가압부, 및 상기 제 2 가압 지그에 전지셀 방향으로의 가압력을 전달하기 위한 제 2 가압부를 더 포함할 수 있고, 이때, 상기 제 1 가압부 및 제 2 가압부의 형상은 가압력을 전달할 수 있는 정도로 소정의 두께를 갖는 형태임이 바람직하고, 상세하게는 각각 바(bar) 형상일 수 있다.

한편, 하나의 구체적인 예에서, 상기 네스트 지그의 제 1 단부 및 제 2 단부는 각각 상향 돌출되어 있는 제 1 측벽 및 제 2 측벽을 포함하고 있을 수 있으며, 이때, 제 1 가압부는 상기 제 1 측벽과 전지셀 사이에 위치하고, 제 2 가압부는 상기 제 2 측벽과 전지셀 사이에 위치할 수 있다.

또한, 상기 제 1 가압부와 제 1 측벽 사이에는, 상기 제 1 가압부가 제 1 가압 지그에 가압력을 전달할 수 있도록 제 1 가압부를 전지셀 방향으로 이송하기 위한 압축 스프링으로 이루어진 제 1 탄성 가압부재가 위치할 수 있고, 상기 제 2 가압부와 제 2 측벽 사이에는 상기 제 2 가압부가 제 2 가압 지그에 가압력을 전달할 수 있도록 제 2 가압부를 전지셀 방향으로 이송하기 위한 압축 스프링으로 이루어진 제 2 탄성 가압부재가 위치할 수 있다.

또한, 상기와 같이, 본 발명의 제 1 가압부 및 제 2 가압부가 제 1 가압 지그 및 제 2 가압 지그에 가압힘을 전달하기 위해, 상기 제 1 가압 지그 및 제 2 가압 지그에는 각각 가로 방향으로 하나 이상의 제 1 관통구 및 제 2 관통구가 천공되어 있을 수 있고, 상기 제 1 가압부 및 제 2 가압부에는 제 1 관통구 및 제 2 관통구를 통해 상향 돌출되어 있는 제 1 돌기 및 제 2 돌기가 형성되어 있을 수 있다.

구체적으로, 본 발명의 제 1 가압부 및 제 2 가압부가 제 1 가압 지그 및 제 2 가압 지그에 가압힘을 전달하는 과정은, 상기 제 1 돌기가 제 1 관통구의 전지셀 쪽 단부로 이동하여 전지셀 쪽으로 제 1 가압 지그를 가압하고, 상기 제 2 돌기가 제 2 관통구의 전지셀 쪽 단부로 이동하여 전지셀 방향으로 제 2 가압 지그를 가압하는 것에 의해 이루어 질 수 있다.

다시 말해, 본 발명의 제 1 탄성 가압부재 및 제 2 탄성 가압부재가 그것의 탄성력을 각각의 제 1 가압부 및 제 2 가압부에 전달하고, 상기 제 1 가압부 및 제 2 가압부는 그것의 돌기를 통해 각각의 제 1 가압 지그 및 제 2 가압 지그에 가압힘을 전달함으로써, 제 1 가압 지그 및 제 2 가압 지그의 일측 단부가 전지셀의 측면을 가압하게 되는 것이다.

따라서, 본 발명의 상기 제 1 가압 지그 및 제 2 가압 지그는, 상기 제 1 탄성 가압부재 및 제 2 탄성 가압부재로부터 탄력적으로 가압힘을 전달받으므로써, 전지셀을 가압하는 폭의 크기가 가변될 수 있는 바, 본 발명의 전지셀 제조장치는 다양한 폭의 전지셀에 용이하게 적용할 수 있는 이점이 있다.

한편, 상기에서 설명한 바와 같이, 네스트 지그의 전지셀 방향으로의 이동을 제한하기 위해, 상기 제 1 가압 지그 및 제 2 가압 지그에는 가로 방향으로 각각 하나 이상의 제 1 개구 및 제 2 개구가 형성되어 있고, 이때, 상기 제 1 개구 및 제 2 개구의 길이는 네스트 지그의 가로 방향 이동 거리에 대응하는 길이일 수 있고, 상세하게는, 상기 주입기가 전지셀의 일 측면의 실링부 상 또는 타 측면의 실링부 상에 위치할 수 있도록 네스트 지그가 이동하는 거리와 대응하는 길이일 수 있다.

또한, 이러한 베이스 지그에는 제 1 개구 및 제 2 개구를 각각 관통하고 있는 제 1 스토퍼(stopper) 및 제 2 스토퍼가 형성되어 있을 수 있는데, 하나의 구체적인 예에서, 상기 베이스 지그의 제 1 단부 및 제 2 단부는 각각 상향 돌출되어 있는 제 1 측벽 및 제 2 측벽을 포함할 수 있고, 이 경우, 상기 제 1 스토퍼 및 제 2 스토퍼는, 제 1 측벽 및 제 2 측벽의 상면에 형성될 수 있다.

이때, 상기 제 1 스토퍼 및 제 2 스토퍼는 상향 돌출된 돌기로서 상기 각각의 개구들을 관통하는 구조로 이루어질 수 있고, 따라서 이러한 상기 제 1 스토퍼는 제 1 개구의 전지셀 반대쪽 단부로 이동하여 제 1 가압 지그가 전지셀 방향으로 이동하는 것을 제한할 수 있으며, 상기 제 2 스토퍼는 제 2 개구의 전지셀 반대쪽 단부로 이동하여 제 2 가압 지그가 전지셀 방향으로 이동하는 것을 제한할 수 있다.

즉, 본 발명의 제 1 가압 지그 및 제 2 가압 지그 각각에는 네스트 지그가 이동하는 거리와 대응하는 길이로 형성된 제 1 개구 및 제 2 개구가 형성되어 있고, 이러한 제 1 개구 및 제 2 개구를 관통하고 있는 제 1 스토퍼 및 제 2 스토퍼가 베이스 지그에 형성되어 있는 바, 주입기가 전지셀의 일 측면의 실링부 상 또는 타 측면의 실링부 상에 위치할 수 있도록 네스트 지그의 전지셀 방향으로의 이동을 제한하는 것이 가능하고, 그에 따라, 경화성 물질의 부가가 필요한 전지셀의 일 측면의 실링부 상 또는 타 측면의 실링부 상에 정밀하게 부가하는 것이 가능하다.

한편, 이와 같이 상기 전지셀 제조장치에 의해 가압된 전지셀에 경화성 물질을 도포하기 위한 주입기는 전지셀의 일 측면의 실링부와 타 측면 실링부의 단부를 도포하는 형태로 경화성 물질을 부가할 수 있다.

이때, 상기 경화성 물질은 자외선(UV) 조사시 가교 결합에 의해 경화가 이루어지는 자외선(UV) 경화성 물질일 수 있다.

상기 자외선 경화성 물질로서, 예를 들어, 불포화 폴리에스테르계 물질이나, 폴리에스테르 아크릴레이트, 에폭시 아크릴레이트, 우레탄 아크릴레이트 등의 폴리아크릴레이트계 물질 등을 들 수 있지만, 이들만으로 한정되는 것은 아니다.

또한, 상기 자외선 경화성 물질은 친수성 기(hydrophilic function group)를 가진 물질일 수 있고, 이 경우, 전지 내부로 유입되는 수분을 포집하여, 전지케이스의 밀봉성을 높임과 동시에 수분의 침투를 억제할 수 있다.

상기 자외선 경화성 물질은 고점도 상태로 측변 실링부의 단부에 부가될 수 있고, 이러한 자외선 경화성 물질은 소정의 점도를 가진 올리고머, 또는 저분자량의 중합체의 형태로 부가될 수 있다.

구체적으로, 상기 자외선 경화성 물질은 점도가 18,000 mPa·s 내지 35,000 mPa·s 인 상태로 부가될 수 있고, 바람직하게는 24,000 mPa·s 내지 29,000 mPa·s 인 상태로 부가될 수 있다.

즉, 본 발명의 자외선 경화성 물질은 상기 범위의 점도를 가진 올리고머, 또는 저분자량의 중합체 형태로 해당 부위에 주입되므로, 도포가 용이하고 도포 후에도 유동이 거의 없어 최적의 밀봉성 및 절연성의 향상 효과를 얻을 수 있다.

경우에 따라서는, 상기 자외선 경화성 물질은 단량체로서 증점제가 첨가된 상태에서 주입된 상태에서 해당 부위에 부가될 수 있다.

구체적으로, 상기 자외선 경화성 물질의 점도를 증가시킬 수 있는 증점제로는 예를 들어, 카복시메틸셀룰로오스(carboxymethyl cellulose), 하이드록시에틸셀룰로오스(Hydroxyethyl cellulose), 폴리비닐알콜(Polyvinyl Alcohol), 폴리비닐아세테이트(Polyvinylacrylate) 등이 될 수 있고, 이러한 증점제를 자외선 경화성 물질에 첨가하여 점도를 향상시킬 수 있다.

본 발명은 또한, 상기 전지셀 제조장치를 사용하여 전지셀을 제조하는 방법을 제공하는 바, 이러한 전지셀 제조 방법은,

(a) 양극, 음극, 및 양극과 음극 사이에 개재되는 분리막을 포함하는 전극조립체를 전지케이스의 수납부에 장착하고, 열융착에 의해 수납부 외주면에 실링부들을 형성하는 과정;

(b) 상기 실링부들 중에서, 전극단자가 위치하는 실링부에 각각 인접한 제 1 측면 실링부와 제 2 측면 실링부를 전지케이스의 수납부 측면에 대면하도록 상향 절곡하는 과정;

(c) 상기 과정(b)에서 가공된 전지셀을 전지셀 제조장치의 네스트 지그에 장착하고, 제 1 측면 실링부가 상향 이동하고 제 2 측면 실링부가 하향 이동하도록 컨트롤러를 이용하여 베이스 지그를 기울이는 과정;

(d) 상기 제 1 측면 실링부 단부에 주입기를 통해 자외선 경화성 물질을 도포하는 형태로 부가하는 과정;

(e) 상기 제 2 측면 실링부가 상향 이동하고 제 1 측면 실링부가 하향 이동하도록 컨트롤러를 이용하여 베이스 지그를 기울이는 과정;

(f) 상기 제 2 측면 실링부 단부에 주입기를 통해 자외선 경화성 물질을 도포하는 형태로 부가하는 과정; 및

(g) 상기 경화성 물질이 부가된 전지셀의 부위에 자외선을 조사하여 경화시키는 과정;

을 포함할 수 있다.

한편, 상기 전지셀 제조장치 및 제조방법에 의해 제조되는 전지셀은 리튬 함유 전해액이 전극조립체에 함침되어 있는 리튬이온 이차전지, 리튬 함유 전해액이 겔의 형태로 전극조립체에 함침되어 있는, 이른바, 리튬이온 폴리머 전지 등의 리튬 이차전지에 바람직하게 적용될 수 있다.

본 발명은 또한, 상기 전지셀 제조장치에 의해 제조된 전지셀을 하나 이상 포함하는 디바이스를 제공한다.

상기 디바이스의 구체적인 예로는 휴대폰, 태블릿 컴퓨터, 노트북 컴퓨터, 파워 툴, 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 플러그-인 하이브리드 전기자동차, 및 전력저장 장치 등을 들 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

상기와 같은 디바이스 내지 장치들은 당업계에 공지되어 있으므로, 본 명세서에서는 그에 대한 구체적인 설명을 생략한다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 전지셀 제조장치는, 전지셀이 상면에 탑재되는 네스트 지그를 베이스 지그 상에서 양 단부의 높이차에 의해 좌우 방향(가로 방향)으로 이동하도록 탑재해 유동적으로 전지셀을 이송시켜 경화성 물질을 부가하도록 구성됨으로써, 전지셀 제조장치에 대한 전지셀의 재장착 없이, 용이하게 전지셀의 양측면 실링부에 경화성 물질을 도포할 수 있고, 이에 따라, 공정에 소요되는 인력 및 시간을 절감할 수 있어, 생산 효율성을 향상시키는 효과를 가진다.

또한, 본 발명의 제 1 가압 지그 및 제 2 가압 지그는 전지셀을 가압하는 폭의 크기가 가변될 수 있는 바, 다양한 폭의 전지셀에 용이하게 적용할 수 있는 효과를 가진다.

또한, 본 발명의 제 1 가압 지그 및 제 2 가압 지그 각각에는 네스트 지그가 이동하는 거리와 대응하는 길이로 제 1 개구 및 제 2 개구가 형성되어 있고, 이러한 제 1 개구 및 제 2 개구를 관통하고 있는 제 1 스토퍼 및 제 2 스토퍼가 베이스 지그에 형성되어 있으므로, 주입기가 전지셀의 일 측면의 실링부 상 또는 타 측면의 실링부 상에 위치할 수 있도록 네스트 지그의 전지셀 방향으로의 이동을 제한하는 것이 가능해짐에 따라, 경화성 물질의 부가가 필요한 전지셀의 일 측면의 실링부 상 또는 타 측면의 실링부 상에 정밀하게 부가하는 것이 가능하고, 전지셀의 밀봉성을 효과적으로 높일 수 있다.

도 1은 종래의 파우치형 전지의 일반적인 구조에 대한 분해 사시도이다;
도 2는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지셀의 평면도이다;
도 3은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지셀 제조장치의 일부 구성을 나타낸 사시도이다;
도 4는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 제 1 가압 지그 및 제 2 가압 지그를 분리시킨 전지셀 제조장치의 내부 구조를 나타낸 평면도이다;
도 5는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 베이스 지그 및 네스트 지그의 저면도이다;
도 6은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지셀 제조장치의 베이스 지그를 우측으로 기울이고 있는 사진이다;
도 7은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 회전 받침판이 베이스 지그를 우측으로 기울이고 있는 단면도이다;
도 8은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지셀 제조장치의 베이스 지그를 좌측으로 기울이고 있는 사진이다;
도 9는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 회전 받침판이 베이스 지그를 좌측으로 기울이고 있는 단면도이다;
도 10은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지셀 제조장치를 사용하여 제조된 전지셀의 평면도이다.

이하에서는, 본 발명의 실시예에 따른 도면을 참조하여 설명하지만, 이는 본 발명의 더욱 용이한 이해를 위한 것으로, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.

도 2에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지셀(100)을 나타낸 모식적인 평면도가 모식적으로 도시되어 있다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 전지셀(100)은 수지층과 금속층을 포함하는 라미네이트 시트의 전지케이스(120)의 수납부(112)에 양극/분리막/음극 구조로 적층되어 있는 전극조립체(도시하지 않음)를 장착한 후, 전지케이스(120)의 외주면(160)을 열융착시키는 과정을 통해 제작되고, 이러한 열융착 과정에서 전극단자(170)가 형성된 방향을 기준하여 전지셀(100)의 양 측면 외주면(160)을 실링함으로써, 제 1 측면 실링부(131) 및 제 2 측면 실링부(132)가 형성된다. 그리고, 이러한 제 1 측면 실링부(131) 및 제 2 측면 실링부(132)를 절곡장치(도시하지 않음)를 이용하여 상향 절곡함으로써, 제 1 측면 실링부(131) 및 제 2 측면 실링부(132)는 절곡된 구조를 가지게 된다.

이하에서는 이러한 실링부의 절곡된 구조를 포함하고 있는 전지셀(100)에 밀봉성을 향상시키기 위한 본 발명의 일실시예에 따른 전지셀 제조장치(200)의 구성에 대해 설명한다.

도 3에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지셀 제조장치(200)의 일부 구성을 나타낸 사시도가 모식적으로 도시되어 있고, 도 4에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 제 1 가압 지그 및 제 2 가압 지그를 분리시킨 전지셀 제조장치(200)의 내부 구조를 나타낸 평면도가 도시되어 있다.

먼저, 도 2 및 도 3을 함께 참조하면, 본 발명의 제조장치는 전지셀(100)을 중앙의 상면에 탑재하고 있는 네스트 지그(220), 네스트 지그(220)의 양측면 상에 위치하고 있는 제 1 가압 지그(240) 및 제 2 가압 지그(250), 및 네스트 지그(220)를 탑재하고 있는 베이스 지그(230)를 포함하고 있다.

구체적으로, 이러한 네스트 지그(220)에는 도 2의 제 1 측면 실링부(131) 및 제 2 측면 실링부(132)가 상향 절곡되어 있는 전지셀(100)을 탑재하기 위해 상향 지지부(222)가 형성되어 있고, 이러한 네스트 지그(220)는 베이스 지그(230) 내면 상에서 좌우로 이동할 수 있도록 탑재되어 있다.

또한, 네스트 지그(220)의 상에 위치하고 있는 제 1 가압 지그(240) 및 제 2 가압 지그(250)는 플레이트 형상으로 이루어져 있고, 제 1 가압 지그(240)는 전지셀(100)의 제 1 측면 실링부(131)를 가압하고 있으며, 제 2 가압 지그(250)는 전지셀(100)의 제 2 측면 실링부(132)를 가압하고 있다.

이러한 제 1 가압 지그(240) 및 제 2 가압 지그(250)에는 네스트 지그(220)의 전지셀(100) 방향으로의 이동을 가이드 하기 위해, 가로 방향으로 제 1 개구(241) 및 제 2 개구(251)가 형성되어 있고, 이때, 이러한 제 1 개구(241) 및 제 2 개구(251)의 폭의 길이(W₁, W₂)는 주입기(도시하지 않음)가 전지셀(100)의 일 측면의 실링부(131) 상 또는 타 측면의 실링부(132) 상에 위치할 수 있도록 네스트 지그(220)가 이동하는 거리와 대응하는 길이로 형성되어 있다.

또한, 베이스 지그(230)에는 네스트 지그(220)의 전지셀(100) 방향으로의 이동을 제한하기 위해, 네스트 지그(220)의 제 1 측벽(228) 및 제 2 측벽(229)에는 돌기 구조의 제 1 스토퍼(235) 및 제 2 스토퍼(236)가 이러한 제 1 개구(241) 및 제 2 개구(251)를 관통하고 있는 구조로 형성되어 있다.

전지셀 제조장치(200)의 내부 구조를 설명하기 위해 다시 도 3 및 도 4를 함께 참조하면, 본 발명의 전지셀 제조장치(200)는 제 1 가압 지그(240) 및 제 2 가압 지그(250)가 전지셀(100)을 가압하기 위해, 제 1 측벽(228)과 전지셀(100) 사이에는 바(bar) 형상의 제 1 가압부(281)가 위치하고 있으며, 제 2 측벽(229)과 전지셀(100) 사이에는 바 형상의 제 2 가압부(282)가 위치하고 있고, 이러한 제 1 가압부(281)와 제 1 측벽(228) 사이에는, 제 1 가압부(281)가 제 1 가압 지그(240)에 가압력을 전달할 수 있도록 제 1 가압부(281)를 전지셀(200) 방향으로 이송하기 위한 압축 스프링으로 이루어진 제 1 탄성 가압부재(271)가 위치하고 있고, 제 2 가압부(282)와 제 2 측벽(229) 사이에는 제 2 가압부(282)가 제 2 가압 지그(250)에 가압력을 전달할 수 있도록 제 2 가압부(282)를 전지셀 방향으로 이송하기 위한 압축 스프링으로 이루어진 제 2 탄성 가압부재(272)가 위치하고 있다.

또한, 이러한 제 1 가압부(281) 및 제 2 가압부(282)에는 제 1 관통구들(242, 243) 및 제 2 관통구들(252, 253)을 통해 상향 돌출되어 있는 제 1 돌기들(244, 245) 및 제 2 돌기들(254, 255)이 형성되어 있다.

이러한 제 1 돌기들(244, 245)은 각각의 제 1 관통구들(242, 243)의 전지셀(100) 쪽 단부로 이동하여 전지셀(100)이 위치한 방향으로 제 1 가압 지그(240)를 가압하고, 제 2 가압부(282)는 제 2 돌기들(254, 255)이 제 2 관통구들(252, 253)의 전지셀(100) 쪽 단부로 이동하여 전지셀(100) 방향으로 제 2 가압 지그(250)를 가압하는 것에 의해, 제 1 가압 지그(240) 및 제 2 가압 지그(250)가 전지셀(100)의 양측면을 가압할 수 있게 한다.

따라서, 본 발명의 제 1 가압 지그(240) 및 제 2 가압 지그(250)는, 제 1 탄성 가압부재(271) 및 제 2 탄성 가압부재(272)로부터 탄력적으로 가압힘을 전달받으므로써, 전지셀(100)을 가압하는 폭의 크기가 가변될 수 있는 바, 본 발명의 전지셀 제조장치(200)는 다양한 폭의 전지셀(100)에 용이하게 적용할 수 있는 이점이 있다.

한편, 도 5에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 베이스 지그 및 네스트 지그의 저면도가 도시되어 있다.

도 4와 도 5를 함께 참조하면, 베이스 지그(230)에 접하는 네스트 지그(220)의 하면에는 가로 방향으로 3개의 그루브(261, 262, 263)가 형성되어 있고, 베이스 지그(230)의 상면에는 그루브(261, 262, 263)와 대응하는 3개의 비드(237, 238, 239)가 가로 방향으로 형성되어 있다. 이러한 비드(237, 238, 239)는 네스트 지그(220)의 그루브(261, 262, 263)에 삽입되어 네스트 지그(220)가 베이스 지그(230) 상면에서 좌우 방향으로 평행하게 이동할 수 있도록 가이드 할 수 있다.

이하에서는 본 발명에 따른 전지셀 제조장치(200)를 이용하여 경화성 물질을 부가하는 과정을 설명한다.

도 6에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지셀 제조장치(200)의 베이스 지그(230)를 우측으로 기울이고 있는 사진이 개시되어 있고, 도 7에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 회전 받침판(290)이 베이스 지그(230)를 우측으로 기울이고 있는 단면도가 모식적으로 도시되어 있으며, 도 8에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지셀 제조장치(200)의 베이스 지그(230)를 좌측으로 기울이고 있는 사진이 개시되어 있고, 도 9에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 회전 받침판(290)이 베이스 지그(230)를 좌측으로 기울이고 있는 단면도가 모식적으로 도시되어 있다.

먼저 도 6 및 도 7을 참조하면, 전지셀 제조장치(200)의 회전 받침판(290)은 컨트롤러(295)를 조작하는 것에 의해 베이스 지그(230)의 제 1 단부(231)를 상승시키면서 제 2 단부(232)를 하강시키는 작동에 의해 베이스 지그(230) 상에서 네스트 지그(220)가 우측으로 이동하도록 유도한다.

이때, 제 1 스토퍼(235)는 제 1 개구(241)의 전지셀(100) 반대쪽 단부로 이동되어 제 1 가압 지그(240)가 전지셀(100) 방향으로 이동하는 것을 제한하며 주입기(298)가 전지셀(100)의 제 1 측면 실링부(131) 상에 위치하도록 전지셀(100)를 의도한 위치에 안착시킨다. 그런 다음, 주입기(298)를 통해 자외선 경화성 물질(도시하지 않음)을 제 1 가압 지그(240)에 의해 가압된 전지셀(100)의 제 1 측면 실링부(131) 단부에 도포한다.

그리고, 도 8 및 도 9를 함께 참조하면, 전지셀 제조장치(200)의 회전 받침판(290)은 컨트롤러(295)를 조작하는 것에 의해 베이스 지그(230)의 제 2 단부(232)를 상승시키면서 제 1 단부(231)를 하강시키는 작동에 의해 베이스 지그(230) 상에서 네스트 지그(220)가 좌측으로 이동하도록 유도한다.

제 2 스토퍼(236)는 제 2 개구(251)의 전지셀(100) 반대쪽 단부로 이동되어 제 2 가압 지그(250)가 전지셀(100) 방향으로 이동하는 것을 제한하며 주입기(298)가 전지셀(100)의 제 2 측면 실링부(131) 상에 위치하도록 전지셀(100)를 의도한 위치에 안착시킨다. 그런 다음, 주입기(298)를 통해 자외선 경화성 물질(도시하지 않음)을 제 2 가압 지그(250)에 의해 가압된 전지셀(100)의 제 2 측면 실링부(132) 단부에 도포한 후, 경화성 물질이 부가된 전지셀(100)의 부위에 자외선을 조사하여 경화한다.

본 발명에 따른 전지셀 제조장치(200)는, 전지셀(100)이 상면에 탑재되는 네스트 지그(220)를 베이스 지그(230) 상에서 양 단부의 높이차에 의해 좌우 방향(가로 방향)으로 이동하도록 탑재하여 유동적으로 전지셀(100)의 양측면 중 어느 하나의 실링부에 경화성 물질(도시하지 않음)을 부가하도록 구성됨으로써, 상기 과정과 같이 전지셀 제조장치(200)에 대한 전지셀(100)의 재장착 없이, 용이하게 전지셀(100)의 양측면의 실링부에 경화성 물질을 도포할 수 있고, 이에 따라, 공정에 소요되는 인력 및 시간을 절감할 수 있어, 생산 효율성을 향상시킬 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 전지셀 제조장치(200)는, 제 1 가압 지그(240) 및 제 2 가압 지그(250) 각각에 네스트 지그(220)가 이동하는 거리와 대응하는 길이로 제 1 개구(241) 및 제 2 개구(251)가 형성되어 있고, 이러한 제 1 개구(241) 및 제 2 개구(251)를 관통하고 있는 제 1 스토퍼(235) 및 제 2 스토퍼(236)가 베이스 지그(230)에 형성되어 있으므로, 주입기(298)가 전지셀(100)의 일 측면의 실링부 상 또는 타 측면의 실링부 상에 위치할 수 있도록 네스트 지그(220)의 전지셀(100) 방향으로의 이동을 제한하는 것이 가능해짐에 따라, 경화성 물질의 부가가 필요한 전지셀(100)의 일 측면의 실링부 상 또는 타 측면의 실링부 상에 정밀하게 부가하는 것이 가능하다.

도 10에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지셀 제조장치를 이용하여 제조된 전지셀(300)의 평면도가 모식적으로 도시되어 있다.

도 10을 참조하면, 전지셀(300)은 양 측변 실링부들(331, 332)이 상향 절곡되어 있고, 경황성 물질(350)이 양 측변 실링부들(331, 332)의 단부(333, 334)의 상하면(도시하지 않음)을 감싸도록 도포되어 전지셀(300)의 외관부들(352, 353)을 형성하고 있다.

따라서, 본 발명의 제조장치를 이용하여 제조된 전지셀(300)은 양 측변 실링부들(331, 332)의 외측에 부가된 전기적 절연성 물질이 외관부들(352, 353)을 형성하고 있으므로, 외부적 충격에 의해 라미네이트 금속층이 외부로 노출되는 것에 의해 유발되는 쇼트를 효과적으로 방지할 수 있다.

본 발명이 속한 분양에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주내에서 다양한 응용 및 변형을 수행하는 것이 가능할 것이다.

Claims (24)

1. 양극과 분리막 및 음극을 포함하는 전극조립체를 전지케이스에 장착하고 열융착에 의해 밀봉된 구조의 전지셀을 제조하는 장치로서,
   전극단자가 형성된 방향을 기준하여 전지셀의 일 측면을 가압하는 제 1 가압 지그와 전지셀의 타 측면을 가압하는 제 2 가압 지그;
   상기 전지셀이 상면에 탑재되는 네스트 지그(nest jig);
   상기 네스트 지그가 양 단부의 높이차에 의해 좌우 방향(가로 방향)으로 이동하게 탑재되는 베이스 지그(base jig);
   상기 베이스 지그의 제 1 단부 또는 제 2 단부를 상승시키면서 제 2 단부 또는 제 1 단부를 하강시키는 작동에 의해 베이스 지그 상에서 네스트 지그의 이동을 유도하는 회전 받침판;
   상기 회전 받침판의 기울기를 조절하는 컨트롤러; 및
   상기 제 1 가압 지그 또는 제 2 가압 지그에 의해 가압된 전지셀의 측면 부위에 경화성 물질을 부가하는 주입기;
   를 포함하고 있으며,
   상기 네스트 지그의 전지셀 방향으로의 이동을 제한하기 위하여, 제 1 가압 지그 및 제 2 가압 지그에는 가로 방향으로 각각 하나 이상의 제 1 개구 및 제 2 개구가 형성되어 있고 베이스 지그에는 제 1 개구 및 제 2 개구를 각각 관통하고 있는 제 1 스토퍼(stopper) 및 제 2 스토퍼가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지셀 제조장치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 전지셀은 수지층과 금속층을 포함하는 라미네이트 시트의 전지케이스에 전극조립체가 내장되어 있는 판상형 전지셀인 것을 특징으로 하는 전지셀 제조장치.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 전지케이스 외주면은 열융착된 실링부를 이루고 있는 것을 특징으로 하는 전지셀 제조장치.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 베이스 지그에 접하는 네스트 지그의 하면에는 가로 방향으로 하나 이상의 그루브(groove)가 형성되어 있고, 상기 베이스 지그의 상면에는 상기 그루브에 대응하는 하나 이상의 비드(bead)가 가로 방향으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지셀 제조장치.
5. 제 1 항에 있어서, 상기 베이스 지그에 접하는 네스트 지그의 하면에는 가로 방향으로 하나 이상의 비드가 형성되어 있고, 상기 베이스 지그의 상면에는 상기 비드에 대응하는 하나 이상의 그루브가 가로 방향으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지셀 제조장치.
6. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 가압 지그 및 제 2 가압 지그는 플레이트(plate) 형상으로 이루어져 있고, 일측 단부가 전지셀의 측면을 가압하는 구조인 것을 특징으로 하는 전지셀 제조장치.
7. 제 6 항에 있어서, 상기 제 1 가압 지그에 전지셀 방향으로의 가압력을 전달하기 위한 제 1 가압부, 및 상기 제 2 가압 지그에 전지셀 방향으로의 가압력을 전달하기 위한 제 2 가압부를 더 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 전지셀 제조장치.
8. 제 7 항에 있어서, 상기 제 1 가압부 및 제 2 가압부는 각각 바(bar) 형상인 것을 특징으로 하는 전지셀 제조장치.
9. 제 7 항에 있어서,
   상기 네스트 지그의 제 1 단부 및 제 2 단부는 각각 상향 돌출되어 있는 제 1 측벽 및 제 2 측벽을 포함하고 있으며,
   상기 제 1 측벽과 전지셀 사이에 제 1 가압부가 위치하고, 상기 제 2 측벽과 전지셀 사이에 제 2 가압부가 위치하며,
   상기 제 1 가압부와 제 1 측벽 사이에 제 1 탄성 가압부재가 위치하고, 상기 제 2 가압부와 제 2 측벽 사이에 제 2 탄성 가압부재가 위치하는 것을 특징으로 하는 전지셀 제조장치.
10. 제 9 항에 있어서, 상기 제 1 탄성 가압부재 및 제 2 탄성 가압부재는 압축 스프링인 것을 특징으로 하는 전지셀 제조장치.
11. 제 7 항에 있어서, 상기 제 1 가압 지그 및 제 2 가압 지그에는 각각 가로 방향으로 하나 이상의 제 1 관통구 및 제 2 관통구가 천공되어 있고, 상기 제 1 가압부 및 제 2 가압부에는 제 1 관통구 및 제 2 관통구를 통해 상향 돌출되어 있는 제 1 돌기 및 제 2 돌기가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지셀 제조장치.
12. 제 11 항에 있어서, 상기 제 1 돌기는 제 1 관통구의 전지셀 쪽 단부로 이동하여 전지셀 쪽으로 제 1 가압 지그를 가압하고, 상기 제 2 돌기는 제 2 관통구의 전지셀 쪽 단부로 이동하여 전지셀 쪽으로 제 2 가압 지그를 가압하는 것을 특징으로 하는 전지셀 제조장치.
13. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 개구 및 제 2 개구의 길이는 네스트 지그의 가로 방향 이동 거리에 대응하는 길이인 것을 특징으로 하는 전지셀 제조장치.
14. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 개구 및 제 2 개구의 길이는 상기 주입기가 전지셀의 일 측면의 실링부 상 또는 타 측면의 실링부 상에 위치할 수 있도록 네스트 지그가 이동하는 거리와 대응하는 길이인 것을 특징으로 하는 전지셀 제조장치.
15. 제 1 항에 있어서, 상기 베이스 지그의 제 1 단부 및 제 2 단부는 각각 상향 돌출되어 있는 제 1 측벽 및 제 2 측벽을 포함하고 있고, 상기 제 1 측벽 및 제 2 측벽은 각각의 상면에 상기 제 1 스토퍼 및 제 2 스토퍼가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지셀 제조장치.
16. 제 15 항에 있어서, 상기 제 1 스토퍼는 제 1 개구의 전지셀 반대쪽 단부로 이동하여 제 1 가압 지그가 전지셀 방향으로 이동하는 것을 제한하고, 상기 제 2 스토퍼는 제 2 개구의 전지셀 반대쪽 단부로 이동하여 제 2 가압 지그가 전지셀 방향으로 이동하는 것을 제한하는 것을 특징으로 하는 전지셀 제조장치.
17. 제 15 항에 있어서, 상기 제 1 스토퍼 및 제 2 스토퍼는 상향 돌출된 돌기인 것을 특징으로 하는 전지셀 제조장치.
18. 제 1 항에 있어서, 상기 주입기는 전지셀의 상기 일 측면의 실링부와 타 측면 실링부의 단부에 경화성 물질을 도포하는 형태로 부가하는 것을 특징으로 하는 전지셀 제조장치.
19. 제 1 항에 있어서, 상기 경화성 물질은 자외선(UV) 경화성 물질인 것을 특징으로 하는 전지셀 제조장치.
20. 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 실링부들을 형성하는 과정;
    (b) 상기 실링부들 중에서, 전극단자가 위치하는 실링부에 각각 인접한 제 1 측면 실링부와 제 2 측면 실링부를 전지케이스의 수납부 측면에 대면하도록 상향 절곡하는 과정;
    (c) 상기 과정(b)에서 가공된 전지셀을 전지셀 제조장치의 네스트 지그에 장착하고, 제 1 측면 실링부가 상향 이동하고 제 2 측면 실링부가 하향 이동하도록 컨트롤러를 이용하여 베이스 지그를 기울이는 과정;
    (d) 상기 제 1 측면 실링부 단부에 주입기를 통해 자외선 경화성 물질을 도포하는 형태로 부가하는 과정;
    (e) 상기 제 2 측면 실링부가 상향 이동하고 제 1 측면 실링부가 하향 이동하도록 컨트롤러를 이용하여 베이스 지그를 기울이는 과정;
    (f) 상기 제 2 측면 실링부 단부에 주입기를 통해 자외선 경화성 물질을 도포하는 형태로 부가하는 과정; 및
    (g) 상기 경화성 물질이 부가된 전지셀의 부위에 자외선을 조사하여 경화시키는 과정;
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 전지셀 제조방법.
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