KR101675966B1 - 경화성 물질 부가 수단을 구비한 전지셀 제조장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 전극단자가 형성된 방향을 기준하여 전지셀의 일 측면을 가압하는 제 1 지그(jig)와 전지셀의 타 측면을 가압하는 제 2 지그; 상기 제 1 지그 및 제 2 지그가 상면에 탑재되고, 전지셀 쪽으로 제 1 지그 및 제 2 지그의 이동을 유도하기 위한 가이드부가 일측 단부 및 대향측 단부 중의 적어도 하나에 형성되어 있는 베이스 플레이트; 상기 제 1 지그 및 제 2 지그에 의해 가압된 전지셀의 측면 부위에 경화성 물질을 부가하는 주입기; 및 상기 베이스 플레이트에 대한 제 1 지그 및 제 2 지그의 정위치 고정을 위한 하나 이상의 고정 부재;를 포함하는 것을 특징으로 하는 전지셀 제조장치에 관한 것이다.
Description
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 전지가 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.
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.
또한, 일반적으로 파우치형 전지의 전지케이스는 유연한 재질로 이루어져 있어, 밀폐보조재를 도포하기 위해 전지를 고정하는 경우, 전지들마다 전폭 치수에 공차를 가질 수 있으므로, 밀폐보조제를 부가하는 위치가 일정치 못하였고, 그에 따라, 완전한 밀폐를 요하는 부위에 밀폐보조제를 정밀하게 부가하는 것이 어려워 밀봉성을 향상시키는 효과가 떨어지는 문제가 있었다.
따라서, 상기 종래의 기술에서 해결하지 못하는 파우치형 전지의 밀봉성이 떨어지는 문제를 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, 신규한 구조의 전지셀 제조장치를 사용하는 경우, 경화성 물질의 부가가 필요한 전지셀의 양 측면의 실링부의 위치가 고정되므로 정밀한 부가작업이 가능해짐에 따라, 전지의 밀봉력이 향상되고 전지케이스의 금속층이 노출됨으로써 유발되는 쇼트(short)의 현상을 방지하는 것을 확인하고, 본 발명을 완성하기에 이르렀다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전지셀 제조장치는,
전극단자가 형성된 방향을 기준하여 전지셀의 일 측면을 가압하는 제 1 지그(jig)와 전지셀의 타 측면을 가압하는 제 2 지그;
상기 제 1 지그 및 제 2 지그가 상면에 탑재되고, 전지셀 쪽으로 제 1 지그 및 제 2 지그의 이동을 유도하기 위한 가이드부가 일측 단부 및 대향측 단부 중의 적어도 하나에 형성되어 있는 베이스 플레이트;
상기 제 1 지그 및 제 2 지그에 의해 가압된 전지셀의 측면 부위에 경화성 물질을 부가하는 주입기; 및
상기 베이스 플레이트에 대한 제 1 지그 및 제 2 지그의 정위치 고정을 위한 하나 이상의 고정 부재;
를 포함하는 것을 특징으로 한다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 전지셀은 수지층과 금속층을 포함하는 라미네이트 시트의 전지케이스에 전극조립체가 내장되어 있는 판상형 전지셀일 수 있으며, 상기 전지셀의 외주면은 열융착된 실링부를 이루고 있는 구조일 수 있다.
또한, 상기 전지셀의 전극단자가 위치하는 실링부에 각각 인접한 제 1 측면 실링부와 제 2 측면 실링부는 상향 절곡된 상태에서 제 1 지그 및 제 2 지그에 의해 가압되는 구조일 수 있다.
즉, 본 발명의 전지셀은 양 측변에 돌출되어 있는 제 1 측면 실링부와 제 2 측면 실링부를 수직 절곡하여 전지셀의 형상을 육면체에 가깝게 구현하고, 그에 따라 전지의 부피를 최소화하였는 바, 외부 디바이스에의 장착이 용이하다.
이때, 상기 경화성 물질은 제 1 측면 실링부 및 제 2 측면 실링부의 단부를 도포하는 형태로 부가될 수 있는데, 본 출원의 발명자들이 확인한 바에 따르면, 상기와 같이 유연한 재질로 이루어져 있는 파우치형 전지셀은, 전지셀의 측면 실링부가 절곡되는 정도에 따라 0.3 mm 이상 내지 0.5 mm 이하 범위의 전지셀 폭 크기의 공차를 갖는 바, 그에 따라, 경화성 물질의 부가가 필요한 전지 측면의 실링부의 위치가 일정하지가 않아 정확한 위치에 경화성 물질을 부가하기 어렵다는 문제가 있다.
여기서, 전지셀 폭 크기는 전극단자가 형성된 방향을 기준하여 전지셀의 양 측면에 형성된 실링부가 절곡 성형된 상태에서 상기 양 측면의 두 실링부의 단부가 이격된 거리와 대응되는 크기를 말한다.
이에, 심도 있는 연구를 거듭한 결과, 본 발명과 같이, 전극단자가 형성된 방향을 기준하여 전지셀의 양 측면을 제 1 지그(jig)와 제 2 지그로 동시에 가압시키되, 상기 제 1 지그 및 제 2 지그를 베이스 플레이트 상에 하나 이상의 고정 부재로 정위치 고정시킬 경우, 전지셀의 양 측면이 전지셀 폭 크기의 공차 없이 압착되어 전지셀 폭의 크기가 최소화된 상태에서 경화성 물질을 부가할 수 가 있는 바, 전지셀들의 폭 크기의 공차 영향을 최소화하고, 경화성 물질의 부가가 필요한 전지셀의 양 측면의 실링부의 위치가 일정해지는 바, 정밀한 부가작업이 가능해지므로, 전지셀의 밀봉력이 향상될 뿐만 아니라 전지케이스의 금속층이 노출됨으로써 유발되는 절연 파괴 현상을 방지할 수 있음을 확인하였다.
따라서, 본 발명에 따른 전지셀 제조장치는 전지셀이 손상되지 않는 범위에서 전지셀의 폭이 최소화되는 이격거리로 전지셀을 가압할 수 있는 제 1 지그 및 제 2 지그를 포함하고, 그에 따라, 제 1 지그 및 제 2 지그에 의해 가압된 전지셀은 폭 방향의 공차가 없을 수 있다.
여기서, 상기 전지셀의 폭이 최소화되는 이격거리는 전지셀이 손상되지 않는 범위에서 각각의 샘플 전지셀들의 양 측면을 제 1 지그 및 제 2 지그로 가압시켰을 때, 전지셀의 폭의 크기가 최소화된 상태에서의 제 1 지그 및 제 2 지그의 서로 이격된 거리를 의미한다.
또한, 상기 제 1 지그 및 제 2 지그의 단부에는 상기 제 1 지그 및 제 2 지그가 보다 정밀한 위치에서 전지셀의 양 측면을 가압할 수 있도록 지그의 전지셀 방향으로의 이동을 제한하기 위한 스토퍼(stopper)가 형성되어 있을 수 있다.
상기 스토퍼는, 상세하게는, 제 1 지그 및 제 2 지그가 전지셀 방향으로 이동하는 과정에서 베이스 플레이트의 단부에 걸리도록 지그 본체가 하향 절곡된 구조로 이루어질 수 있으며, 따라서, 상기 스토퍼가 형성된 상기 제 1 지그 및 제 2 지그는 베이스 플레이트의 상면 및 측면 일부를 감싸는 구조로서, 예를 들어, 단면상 ‘ㄱ’자형 구조로 이루어질 수 있다.
한편, 하나의 구체적인 예에서, 상기 제 1 지그 및 제 2 지그에는 각각 하나 이상의 관통구가 천공되어 있고, 상기 베이스 플레이트에는 상기 관통구에 대응하는 홈이 형성되어 있으며, 상기 관통구와 홈을 연통시킨 상태에서 고정 부재를 삽입하여 베이스 플레이트에 대해 제 1 지그 및 제 2 지그를 정위치 고정할 수 있다.
이때, 상기 관통구 및 홈은 전지셀의 측면에 평행한 방향으로 각각 둘 이상 천공된 구조일 수 있다.
이러한 전지셀 제조장치를 사용하여 전지셀의 측면 부위에 부가되는 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 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 소분자량의 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 제조 장치를 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 제조된 전지셀을 전지셀 제조장치에 장착하고, 제 1 지그 및 제 2 지그를 전지셀의 양 측면을 전지셀이 손상되지 않는 범위에서 전지셀의 폭이 최소화되는 이격거리로 전지셀의 양 측면을 가압하는 과정;
(d) 고정 부재를 사용하여 제 1 지그 및 제 2 지그를 각각 베이스 플레이트 상에 정위치 고정하는 과정;
(e) 제 1 측면 실링부와 제 2 측면 실링부 단부에 주입기를 통해 UV 경화성 물질을 부가하는 과정; 및
(f) 상기 경화성 물질이 부가된 전지셀의 부위에 자외선을 조사하여 경화시키는 과정;
을 포함할 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 전지셀 제조방법은, 상기 제 1 지그와 제 2 지그가 전지셀의 양 측면을 전지셀이 손상되지 않는 범위에서 전지셀의 폭이 최소화되는 이격거리로 가압, 고정되는 바, 전지셀의 폭 크기의 공차 영향이 최소화되어 전지셀의 측면 실링부에 경화성 물질을 정밀하게 도포할 수 있고, 이에 따라, 공정에 소요되는 인력 및 시간을 절감할 수 있어, 생산 효율성을 향상시킬 수 있다.
이때, 상기 제 1 지그와 제 2 지그의 이격거리를 설정하는 방법은, 외주부에 실링부가 형성되어 있는 전지셀을 제조장치에 장착한 후, 제 1 지그 및 제 2 지그로 전지셀이 손상되지 않는 범위에서 전지셀의 양 측면을 최대한 가압하고, 가압된 상태로 전지셀의 양측 실링부들의 사이 거리를 측정함으로써 이루어진다.
한편, 본 발명에 따른 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.
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 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, 전극단자가 형성된 방향을 기준하여 전지셀의 일 측면을 가압하는 제 1 지그(jig)와 타 측면을 가압하는 제 2 지그로 전지셀의 양 측면을 가압시키고, 상기 제 1 지그 및 제 2 지그를 베이스 플레이트에 대한 정위치에 하나 이상의 고정 부재로 고정시킴으로써, 경화성 물질의 부가가 필요한 전지셀의 양 측면의 실링부의 위치가 일정해지고 정밀한 부가작업이 가능해짐에 따라, 전지의 밀봉력이 향상되고 전지케이스의 금속층이 노출됨으로써 유발되는 쇼트(short) 현상을 방지하는 효과를 가진다.
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 경화성 물질을 도포하기 위한 전지셀 제조장치의 사시도이다;
도 4는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지셀의 양 측면 실링부들을 가압하기 이전의 전지셀 제조장치의 평면도이다;
도 5는 전지케이스의 제 1 측면 실링부와 제 2 측면 실링부가 상향 절곡된 상태에서 제 1 지그 및 제 2 지그에 의해 가압되고 있는 전지셀 제조장치의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지셀의 평면도이다;
도 3은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 경화성 물질을 도포하기 위한 전지셀 제조장치의 사시도이다;
도 4는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지셀의 양 측면 실링부들을 가압하기 이전의 전지셀 제조장치의 평면도이다;
도 5는 전지케이스의 제 1 측면 실링부와 제 2 측면 실링부가 상향 절곡된 상태에서 제 1 지그 및 제 2 지그에 의해 가압되고 있는 전지셀 제조장치의 단면도이다.
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 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(130) 및 제 2 측면 실링부(140)가 형성된다.
이러한 측면 실링부들(130, 140)에는 전지의 밀봉력을 향상시키고 전지케이스(120)의 금속층이 노출됨으로써 유발되는 절연 파괴 현상을 방지하기 위해 경화성 물질이 도포된다.
도 3에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 경화성 물질을 도포하기 위한 전지셀 제조장치(200)의 사시도가 모식적으로 도시되어 있다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 전지셀 제조장치(200)에는 전극단자(170)가 형성된 방향을 기준으로 전지셀(100)의 일 측면(180)을 가압하는 제 1 지그(210)와 전지셀(100)의 타 측면(190)을 가압하는 제 2 지그(220)가 형성되어 있다. 이러한 제 1 지그(210) 및 제 2 지그(220)는 베이스 플레이트(240)의 상면에 탑재되고, 베이스 플레이트(240) 일측 단부(241) 및 대향측 단부(242)에는 전지셀(100)이 위치하고 있는 방향으로 제 1 지그(210) 및 제 2 지그(220)의 이동을 유도하기 위한 가이드부(301, 302)가 형성되어 있다.
또한, 제 1 지그(210) 및 제 2 지그(220)를 베이스 플레이트(240) 상의 특정위치에 고정하기 위해 각각의 제 1 지그(210) 및 제 2 지그(220)에는 고정 부재들(401, 402, 403, 404, 405, 406)이 관통되어 있다.
도 4에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지셀(100)의 양 측면 실링부들을 가압하기 이전의 전지셀 제조장치(200)의 평면도가 모식적으로 도시되어 있고, 도 5에는 상향 절곡된 상태의 제 1 측면 실링부(131)와 제 2 측면 실링부(141)를 제 1 지그(210) 및 제 2 지그(220)가 가압한 상태의 전지셀 제조장치(200)의 단면도가 모식적으로 도시되어 있다.
먼저 도 4를 도 3과 함께 참조하면, 제 1 지그(210) 및 제 2 지그(220)에는 고정 부재들(401, 402, 403, 404, 405, 406)이 삽입될 수 있는 관통구들(211, 212, 213, 224, 225, 226)이 전지셀(100)의 측면에 평행한 방향으로 나란하게 천공되어 있고, 베이스 플레이트(240)에는 관통구들(211, 212, 213, 224, 225, 226)에 대응하는 홈들(241, 242, 243, 244, 245, 246)이 형성되어 있다.
이러한 각각의 관통구들(211, 212, 213, 224, 225, 226)과 홈들(241, 242, 243, 244, 245, 246)을 서로 연통시킨 상태에서 각각의 고정 부재들(401, 402, 403, 404, 405, 406)을 삽입하는 것에 의해 제 1 지그(210) 및 제 2 지그(220)를 소정의 거리로 이격하여 베이스 플레이트(240)에 대해 정위치 고정시킬 수 있다.
한편, 도 5를 참조하면, 경화성 물질이 도포되기 전에, 전지셀(100)의 제 1 측면 실링부(131)와 제 2 측면 실링부(141)는 상향 절곡된 상태에서 제 1 지그(210) 및 제 2 지그(220)로 가압된다.
제 1 지그(210)와 제 2 지그(220)에는 전지셀(100) 방향으로 이동하는 과정에서 베이스 플레이트(240)의 단부에 걸리도록 지그 본체가 하향 절곡된 구조의 스토퍼(215)가 형성되어 있어, 베이스 플레이트(240)의 상면 및 측면 일부를 감싸는 구조로서, 단면상 ‘ㄱ’자형 구조로 이루어져 있다.
이러한 스토퍼(215)가 형성되어 있는 제 1 지그(210) 및 제 2 지그(220)는 전지셀의 폭이 최소화되는 거리(D) 이상으로 과도하게 전지셀(100)을 가압하여 전지셀(100)이 손상되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 본 발명의 전지셀 제조장치(200)는 제 1 지그(210) 및 제 2 지그(220)에 의해 가압된 상태의 전지셀(100)의 측면 부위에 경화성 물질을 부가하는 주입기(270)를 더 포함하고 있고, 이러한 주입기(270)는 전지셀(100)의 측면 부위에 경화성 물질을 부가할 때, 주입구(275)를 전지셀(100)의 평면과 수직인 방향으로 위치하기 보단 소정의 기울기로 기울여진 상태로 위치하는 것이 보다 바람직하다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 전지셀 제조장치(200)는, 전지셀(100)의 양 측면을 제 1 지그(210)와 제 2 지그(220)로 가압시키되, 제 1 지그(210) 및 제 2 지그(220)를 전지셀(100)이 손상되지 않는 범위에서 전지셀(100)의 폭이 최소화되는 거리(D)로 이격하여 베이스 플레이트(240) 상에 고정 부재로 정위치 고정되는 바, 전지셀(100) 폭이 최소화된 상태에서 경화성 물질이 부가되므로, 전지셀(100)의 폭 크기의 공차 영향이 최소화되어 경화성 물질(도시하지 않음)의 부가가 필요한 전지셀(100)의 양 측면의 실링부(130, 140)의 위치가 일정해짐에 따라 정밀한 부가작업이 가능해지는 효과가 있다.
본 발명이 속한 분양에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주내에서 다양한 응용 및 변형을 수행하는 것이 가능할 것이다.
Claims (23)
- 전극단자가 형성된 방향을 기준하여 전지셀의 일 측면을 가압하는 제 1 지그(jig)와 전지셀의 타 측면을 가압하는 제 2 지그;
상기 제 1 지그 및 제 2 지그가 상면에 탑재되고, 전지셀 쪽으로 제 1 지그 및 제 2 지그의 이동을 유도하기 위한 가이드부가 일측 단부 및 대향측 단부 중의 적어도 하나에 형성되어 있는 베이스 플레이트;
상기 제 1 지그 및 제 2 지그에 의해 가압된 전지셀의 측면 부위에 경화성 물질을 부가하는 주입기; 및
상기 베이스 플레이트에 대한 제 1 지그 및 제 2 지그의 정위치 고정을 위한 하나 이상의 고정 부재;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 전지셀 제조장치. - 제 1 항에 있어서, 상기 전지셀은 수지층과 금속층을 포함하는 라미네이트 시트의 전지케이스에 전극조립체가 내장되어 있는 판상형 전지셀인 것을 특징으로 하는 전지셀 제조장치.
- 제 1 항에 있어서, 상기 전지셀의 외주면은 열융착된 실링부를 이루고 있는 것을 특징으로 하는 전지셀 제조장치.
- 제 3 항에 있어서, 상기 전지셀의 전극단자가 위치하는 실링부에 각각 인접한 제 1 측면 실링부와 제 2 측면 실링부는 상향 절곡된 상태에서 제 1 지그 및 제 2 지그에 의해 가압되는 것을 특징으로 하는 전지셀 제조장치.
- 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 지그 및 제 2 지그는 전지셀이 손상되지 않는 범위에서 전지셀의 폭이 최소화되는 이격거리로 가압하는 것을 특징으로 하는 전지셀 제조장치.
- 제 5 항에 있어서, 상기 제 1 지그 및 제 2 지그에 의해 가압된 전지셀은 폭 방향의 공차가 없는 것을 특징으로 하는 전지셀 제조장치.
- 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 지그 및 제 2 지그의 단부에는 지그의 전지셀 방향으로의 이동을 제한하기 위한 스토퍼(stopper)가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지셀 제조장치.
- 제 7 항에 있어서, 상기 스토퍼는 지그가 전지셀 방향으로 이동하는 과정에서 베이스 플레이트의 단부에 걸리도록 지그 본체가 하향 절곡된 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 전지셀 제조장치.
- 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 지그 및 제 2 지그에는 각각 하나 이상의 관통구가 천공되어 있고, 상기 베이스 플레이트에는 상기 관통구에 대응하는 홈이 형성되어 있으며, 상기 관통구와 홈을 연통시킨 상태에서 고정 부재를 삽입하여 베이스 플레이트에 대해 제 1 지그 및 제 2 지그를 정위치 고정하는 것을 특징으로 하는 전지셀 제조장치.
- 제 9 항에 있어서, 상기 관통구 및 홈은 전지셀의 측면에 평행한 방향으로 각각 둘 이상 천공되어 있는 것을 특징으로 하는 전지셀 제조장치.
- 제 1 항에 있어서, 상기 경화성 물질은 자외선(UV) 경화성 물질인 것을 특징으로 하는 전지셀 제조장치.
- 제 11 항에 있어서, 상기 자외선 경화성 물질은 불포화 폴리에스테르계 물질 또는 폴리아크릴레이트계 물질로 이루어진 군에서 하나 이상으로 선택되는 것을 특징으로 하는 전지셀 제조장치.
- 제 11 항에 있어서, 상기 자외선 경화성 물질은 친수성 기(hydrophilic function group)를 가진 물질인 것을 특징으로 하는 전지셀 제조장치.
- 제 11 항에 있어서, 상기 자외선 경화성 물질은 고점도 상태로 측변 실링부의 단부에 부가되는 것을 특징으로 하는 전지셀 제조장치.
- 제 11 항에 있어서, 상기 자외선 경화성 물질은 소정의 점도를 가진 올리고머, 또는 저분자량의 중합체의 형태로 부가되는 것을 특징으로 하는 전지셀 제조장치.
- 제 11 항에 있어서, 상기 자외선 경화성 물질은 점도가 18,000 mPa·s 내지 35,000 mPa·s 인 상태로 부가되는 것을 특징으로 하는 전지셀 제조장치.
- 제 11 항에 있어서, 상기 자외선 경화성 물질은 점도가 24,000 mPa·s 내지 29,000 mPa·s 인 상태로 부가되는 것을 특징으로 하는 전지셀 제조장치.
- 제 11 항에 있어서, 상기 자외선 경화성 물질은 단량체로서 증점제가 첨가된 상태에서 주입되는 것을 특징으로 하는 전지셀 제조장치.
- 제 4 항에 있어서, 상기 경화성 물질은 제 1 측면 실링부 및 제 2 측면 실링부의 단부를 도포하는 형태로 부가되는 것을 특징으로 하는 전지셀 제조장치.
- 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 제조된 전지셀을 전지셀 제조장치에 장착하고, 제 1 지그 및 제 2 지그를 전지셀의 양 측면을 전지셀이 손상되지 않는 범위에서 전지셀의 폭이 최소화되는 이격거리로 전지셀의 양 측면을 가압하는 과정;
(d) 고정 부재를 사용하여 제 1 지그 및 제 2 지그를 각각 베이스 플레이트 상에 정위치 고정하는 과정;
(e) 제 1 측면 실링부와 제 2 측면 실링부 단부에 주입기를 통해 UV 경화성 물질을 부가하는 과정; 및
(f) 상기 경화성 물질이 부가된 전지셀의 부위에 자외선을 조사하여 경화시키는 과정;
을 포함하는 것을 특징으로 하는 전지셀 제조방법. - 제 20 항에 있어서, 상기 전지셀은 리튬 이차전지인 것을 특징으로 하는 전지셀 제조방법.
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