KR101713075B1 - 절연 특성이 향상된 전지셀의 제조장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 양극, 음극, 및 양극과 음극 사이에 개재되는 분리막을 포함하는 전극조립체를 전지케이스의 수납부에 장착한 후 열융착에 의해 밀봉한 실링부를 포함하는 구조의 전지셀을 제조하는 전지셀 제조장치로서, 전지케이스 중 전극조립체 수납부의 외주면에 형성되는 실링부의 상면을 하향 가압하는 상부 실링 툴;전지케이스 중 전극조립체 수납부의 외주면에 형성되는 실링부의 하면을 지지하는 하부 실링 툴;상부 실링 툴의 하향 가압 과정에서, 수납부의 외주면에 대응하는 상부 실링 툴과 하부 실링 툴 사이에 논-제로 갭(non-zero gap)이 형성되도록, 상부 실링 툴과 하부 실링 툴의 거리를 제어하는 스토퍼(stopper);를 포함하는 것을 특징으로 하는 전지셀 제조장치를 제공한다.
Description
본 발명은 양극, 음극, 및 양극과 음극 사이에 개재되는 분리막을 포함하는 전극조립체를 전지케이스의 수납부에 장착한 후 열융착에 의해 밀봉한 실링부를 포함하는 구조의 전지셀을 제조하는 전지셀 제조장치로서, 전지케이스 중 전극조립체 수납부의 외주면에 형성되는 실링부의 상면을 하향 가압하는 상부 실링 툴;전지케이스 중 전극조립체 수납부의 외주면에 형성되는 실링부의 하면을 지지하는 하부 실링 툴;상부 실링 툴의 하향 가압 과정에서, 수납부의 외주면에 대응하는 상부 실링 툴과 하부 실링 툴 사이에 논-제로 갭(non-zero gap)이 형성되도록, 상부 실링 툴과 하부 실링 툴의 거리를 제어하는 스토퍼(stopper);를 포함하는 것을 특징으로 하는 전지셀 제조장치에 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 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.
이러한 이차전지에서 주요 연구 과제 중의 하나는 안전성을 향상시키는 것이다. 예를 들어, 이차전지는 내부 단락, 허용된 전류 및 전압을 초과한 과충전 상태, 고온에의 노출, 낙하 또는 외부 충격에 의한 변형 등 전지의 비정상적인 작동 상태로 인해 유발될 수 있는 전지 내부의 고온 및 고압에 의해 전지의 폭발이 초래될 수 있다. 특히, 파우치형 이차전지에서는 전지케이스의 밀봉력이 저하되어 전해액이 누출되는 문제점도 빈번하게 발생한다.
한편, 파우치형 이차전지는 외곽 포장재로 연재질의 다층 필름을 사용하는 제품으로 금속 케이스를 사용한 원통형 이차전지 또는 각형 이차전지가 가지지 못하는 여러 장점을 가지고 있다.
이러한 장점의 대표적인 예로는, 저렴한 제조비용, 가벼운 중량, 및 과도한 내압 축적 이전에 개봉됨으로써 안정성을 확보하고 우수한 방열성능을 가지는 점 등을 들 수 있다.
이와 관련하여, 도 1에는 종래의 파우치형 전지셀의 일반적인 구조에 대한 정면 투시도가 모식적으로 도시되어 있다.
도 1을 참조하면, 파우치형 전지셀(100)은, 전극조립체(110), 전극조립체(110)로부터 연장되어 있는 전극 탭들(131, 132), 전극 탭들(131, 132)에 용접되어 있는 전극리드(121, 122), 및 전극조립체(110)를 수용하는 전지케이스(140)를 포함하는 것으로 구성되어 있다.
전극조립체(110)는 분리막이 개재된 상태에서 양극과 음극이 순차적으로 적층되어 있다. 전극 탭들(131, 132)은 전극조립체(110)의 각 극판으로부터 연장되어 있고, 전극리드(121, 122)는 각 극판으로부터 연장된 복수 개의 전극 탭들(131, 132)과 용접 등의 방법에 의해 각각 전기적으로 연결되어 있으며, 전지케이스(110)의 외부로 일부가 노출되어 있다. 또한, 전극리드(121, 122)의 상하면 일부에는 전지케이스(110)와의 밀봉도를 높이고 동시에 전기적 절연상태를 확보하기 위하여 절연필름(151, 152)이 부착되어 있다.
한편, 파우치형 전지셀의 제조공정은, 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 파우치형 전지케이스(140)에 전극조립체(110)를 삽입한 다음 전지케이스(140) 중 전극조립체 수납부(190)의 외주면 실링부(160)를 고온의 상부 및 하부 실링 툴(171, 172) 사이에서 압착하여 이루어 진다.
일반적으로, 파우치형 전지케이스(140)는 수지층과 금속층을 포함하는 라미네이트 시트로 이루어져 있으며, 구체적으로, 상기 라미네이트 시트는 고분자 필름의 외부 피복층(161), 금속박의 베리어층(162), 및 폴리올레핀 계열의 내부 실란트(sealant, 163)층의 적층 구조로 이루어진다.
따라서, 상기 고온의 상부 및 하부 실링 툴(171, 172)의 압착에 의해 융점이 낮은 내부 실란트층(163)은 용융 및 상호 접착되어 밀봉된다. 그런 다음, 도 4와 같이 외주면 실링부(160)의 외곽 부분(168)을 커터로 절단(180)하여 마무리한다.
이러한 제조방식은 파우치형 이차전지(100)에 강한 실링 강도와 우수한 밀봉 성능을 제공하지만, 상부 및 하부 실링 툴(171, 172)이 평면구조의 실링면을 가지고 있어서 외주면 실링부(160)의 압착과정에서 용융된 내부 실란트층(163)의 일부가 양 끝으로 배출되는 문제점이 있다.
이러한 문제점의 대표적인 예로서, 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 내부 실란트층이 전극조립체(110) 방향으로 배출되어 가착 영역(169a, 169b)을 형성하면서, 볼록한 비드(167a, 167b) 형상을 만들게 되므로, 전지케이스 내부의 전극조립체(110)와 접촉하여 전극조립체(110)의 결함 또는 오작동을 일으키고 결과적으로 전지의 내구성 및 절연성을 저하시키는 문제점이 있다.
즉, 전극조립체(110)의 외부 방향으로 배출되는 내부 실란트층(167a)은 필름 절단 공정에 의해 제거되므로 문제가 되지 않지만, 전극조립체(110)의 내부 방향으로 배출되는 내부 실란트층(167b)은 별도로 절단할 수 없으므로 이차전지의 결함을 발생시키게 된다.
따라서, 이러한 문제점을 근본적으로 해결할 수 있는 기술에 대한 필요성이 높은 실정이다.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하기 위한 것으로서, 본 출원의 발명자들은 심도 있는 연구와 다양한 실험을 통해, 실링 툴에 구비된 스토퍼에 의해 소정의 논-제로 갭(non-zero gap)을 형성함으로써, 내구성 및 절연성이 개선된 전지셀을 생산할 수 있는 전지셀 제조 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명의 또 다른 목적은, 전지셀의 형태 변화나 생산 효율성의 저하 없이 전지셀의 안전성을 향상시키고, 개선된 작동 성능을 발휘하는 전지셀을 생산하기 위한 전지셀 제조 장치를 제공하는 것이다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전지셀 제조 장치는, 양극, 음극, 및 양극과 음극 사이에 개재되는 분리막을 포함하는 전극조립체를 전지케이스의 수납부에 장착한 후 열융착에 의해 밀봉한 실링부를 포함하는 구조의 전지셀을 제조하는 전지셀 제조장치로서,
전지케이스 중 전극조립체 수납부의 외주면에 형성되는 실링부의 상면을 하향 가압하는 상부 실링 툴;
전지케이스 중 전극조립체 수납부의 외주면에 형성되는 실링부의 하면을 지지하는 하부 실링 툴;
상부 실링 툴의 하향 가압 과정에서, 수납부의 외주면에 대응하는 상부 실링 툴과 하부 실링 툴 사이에 논-제로 갭(non-zero gap)이 형성되도록, 상부 실링 툴과 하부 실링 툴의 거리를 제어하는 스토퍼(stopper);
를 포함하는 구조로 이루어져 있다.
상기 논-제로 갭이라 함은, 전지셀 제조 장치에 있어서, 상부 실링 툴과 하부 실링 툴 사이에 스토퍼에 의해 생기는 공간으로서, 전지셀의 실링부가 개재되어 있지 않은 상태에서의 상부 틀과 하부 틀 사이의 빈 공간을 의미한다.
이와 같이, 본 발명에 따른 전지셀 제조 장치는, 실링 툴의 스토퍼에 의해 논-제로 갭을 형성함으로써, 실란트가 전지케이스 내에서 전극조립체 방향으로 과도하게 배출되어 전극조립체와 접촉하는 것을 방지해, 내구성과 절ㅇ녀성이 개선된 전지셀을 생산할 수 있다.
또한, 별도 공정의 추가나 온도, 압력, 시간 등 별도의 실링 조건 변화 없이 실란트와 전극조립체의 직접적인 접촉을 방지함으로써, 효율성의 저하 없이 전지셀의 안전성을 향상시키고, 개선된 작동 성능을 발휘하는 전지셀을 생산할 수 있도록 하는 효과가 있다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 스토퍼는 상부 및 하부 실링 툴들 중의 적어도 하나에 구비되어 있는 구조일 수 있다.
즉, 상기 스토퍼는 상부 및 하부 실링 툴들 중 하나의 실링 툴에만 구비되어 있거나, 또는, 모든 실링 툴들에 구비되어 있을 수 있다.
또 다른 구체적인 예에서, 상기 스토퍼는 상부 및 하부 실링 툴들 중의 하나에서 대향 실링 툴 사이의 공간으로 돌출된 구조로 이루어질 수 있다.
따라서, 상기 스토퍼는 상부 실링 툴과 하부 실링 툴이 서로 직접적으로 대면하는 것을 방지하고, 이로 인해, 상부 실링 툴과 하부 실링 툴 사이에 소정의 논-제로 갭을 형성함으로써, 전지셀 실링부에 과도한 온도 및 압력이 가해지는 것을 방지해 전지케이스 내에서 전극조립체 방향으로의 실란트의 과도한 배출로 인한 전지셀의 내구성 및 절연성 저하를 방지할 수 있다.
또한, 상기 스토퍼는 수납부의 외주면에서 벗어난 실링 툴의 양측 외주변에 위치하는 구조로 이루짐으로써, 상부 실링 툴과 하부 실링 툴 사이에 전지셀의 실링부가 개재될 수 있는 공간을 제공할 수 있다.
상기 스토퍼는 실링 툴에 대해 탈착이 가능한 조립식 구조로 형성될 수 있어, 상기 실링 툴 및 스토퍼를 포함하는 전지셀 제조 장치를 간편하게 세척 및 정비할 수 있다.
상기 상부 및 하부 실링 툴 사이의 논-제로 갭의 간격은 밀봉하고자 하는 전지케이스의 두께 및 밀봉하고자 하는 전지케이스 사이에 전극 단자가 포함되는지 여부 등 다양한 조건에 따라, 자유롭게 조절될 수 있으며, 바람직하게는, 100 내지 200 마이크로미터일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 논-제로 갭의 간격이 너무 좁을 경우, 실링 툴이 전지케이스의 외주면을 열융착하는 과정에서 과도한 압력을 가하게 되어, 전지케이스 내에서 전극조립체 방향으로 과도하게 배출된 실란트가 전극조립체와 접촉할 수 있으므로, 소망하는 효과를 발휘할 수 없다.
반면에, 상기 논-제로 갭의 간격이 너무 넓을 경우, 전지케이스의 외주면을 열융착하는데 필요한 온도 및 압력이 충분히 가해지지 않아, 생산된 전지셀의 밀봉력을 저하시킬 수 있다.
이러한 경우에, 상기 상부 및 하부 실링 툴 사이의 논-제로 갭의 간격은 탈착이 가능한 조립식 구조로 형성된 스토퍼의 위치를 조정함으로써 조절될 수 있다.
상기 상부 및 하부 실링 툴들은 섭씨 100 내지 200도의 온도로 전지케이스의 외주면을 열융착에 의해 실링할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 전지케이스의 소재, 두께, 밀봉하고자 하는 위치에 따라 조절될 수 있다.
본 발명에 따른 전지셀 제조 장치에 의해 제조되는 전지셀의 전지케이스는 수지층과 금속층을 포함하는 라미네이트 시트로 이루어진 구조일 수 있으며, 구체적으로, 상기 시트는 알루미늄 라미네이트 시트일 수 있다.
더욱 구체적으로, 상기 라미네이트 시트는 고분자 필름의 외부 피복층, 금속박의 베리어층, 및 폴리올레핀 계열의 내부 실란트(sealant)층의 적층 구조로 이루어진 구조일 수 있다.
이러한 경우에, 상기 외부 피복층은 외부 환경으로부터 우수한 내성을 가져야 하므로, 소정 이상의 인장강도와 내후성을 가지는 것이 필요하다. 그러한 측면에서 외부 수지층의 고분자 수지로는 연신 나일론 필름 또는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)가 바람직하게 사용될 수 있다. 상기 베리어층은 가스, 습기 등 이물질의 유입 내지 누출을 방지하는 기능 이외에 전지케이스의 강도를 향상시키는 기능을 발휘할 수 있도록, 바람직하게는 알루미늄이 사용될 수 있다. 상기 내부 실란트층은 열융착성(열접착성)을 가지고, 전해액의 누출과 수분 차단을 위해 투습성이 낮으며, 전해액에 의해 팽창하거나 침식되지 않는 폴리올레핀(polyolefin)계 수지가 바람직하게 사용될 수 있으며, 더욱 바람직하게는 무연신 폴리프로필렌(cPP)이 사용될 수 있다.
본 발명에 따른 전지셀 제조 장치에 의해 제조된 전지셀은 상부 및 하부 실링 툴에 의해 밀봉된 부위에서 전극조립체 방향으로 소정의 가착 영역이 형성될 수 있다.
이러한 경우에, 상기 가착 영역은 내부 실란트층이 전극조립체 방향으로 배출되어 형성되는 것으로서, 최대 너비는 3 밀리미터일 수 있다.
구체적으로, 전지셀의 제조 과정에서 전지셀 제조 장치의 상부 툴과 하부 툴 사이에 개재되는 전지케이스의 외주면은 상기 상부 및 하부 툴의 높은 온도와 압력에 의해 열융착에 의해 밀봉 되어 실링부를 형성하며, 상기 밀봉은 전지케이스의 내부 실란트층이 용융되어 일어나게 된다.
이러한 경우에, 상기 전지케이스의 용융된 내부 실란트층은 상부 및 하부 실링 툴 사이에서 가해지는 압력으로 인해, 전지케이스의 내부 및 외부로 배출되며, 특히, 전지케이스의 내부에서 전극조립체 방향으로 배출되는 실란트층은 볼록한 비드 형상을 만들며 배출되어, 전지셀 제조 장치의 상부 툴 및 하부 툴에 의해 밀봉되지 않은 부분의 전지케이스를 융착시켜 가착 영역을 형성한다.
따라서, 상기 가착 영역의 너비가 지나치게 넓을 경우, 용융된 내부 실란트층의 배출이 많다는 의미이며, 이는 결국, 상기 실란트층과 전극조립체의 직접적인 접촉을 발생시켜, 전지셀의 내구성 및 절연성 저하를 야기한다.
또한, 상기 전지셀의 전지케이스는 전극조립체와 전해액을 함침한 상태에서, 부피를 최소화시키기 위해, 전극조립체와 최대한 인접한 영역에 실링부를 형성하므로, 상기 가착 영역의 최대 너비는 3 밀리미터인 것이 바람직하다.
본 발명은 상기 전지셀 제조장치를 사용하여 전지셀을 제조하는 방법을 제공하는 바, 상기 전지셀 제조 방법은,
(a) 전지케이스에 전극조립체를 장착한 상태에서 전지케이스의 외주면 중 일측 단부를 제외한 나머지 부위들을 전지셀 제조장치의 상부 및 하부 실링 툴에 의해 열융착시켜 실링하는 과정;
(b) 미실링 상태의 상기 단부를 통해 전해액을 주입한 후 상기 단부를 전지셀 제조장치의 상부 및 하부 실링 툴에 의해 열융착시켜 실링하는 과정;
(c) 충전과 방전을 수행하여 전지셀을 활성화시키는 과정;
(d) 전지케이스의 내부와 통하는 관통구를 상기 단부 내측의 미실링 부위에 천공하는 과정; 및
(e) 상기 활성화 과정에서 발생한 가스와 잉여 전해액을 제거하고 전지케이스의 외주면을 전지셀 제조장치의 상부 및 하부 실링 툴에 의해 열융착시켜 재실링하는 과정;
을 포함한다.
즉, 본 발명에 따른 전지셀 제조 장치는 상기 (a) 과정, (b) 과정, 및 (e) 과정에서, 전지케이스의 외주면을 열융착에 의해 실링하는 역할을 한다.
본 발명은 또한, 상기 전지셀 제조 장치를 사용하여 제조된 전지셀을 제조하며, 상기 전지셀은 리튬 이차전지일 수 있다.
본 발명은 또한, 상기 전지셀을 하나 이상 포함하는 디바이스를 제공하는 바, 상기 디바이스는 휴대폰, 태블릿 컴퓨터, 노트북 컴퓨터, 파워 툴, 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 플러그-인 하이브리드 전기자동차, 또는 전력저장 장치일 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, 실링 툴에 구비된 스토퍼에 의해 소정의 논-제로 갭(non-zero gap)을 형성함으로써, 내구성 및 절연성이 개선된 전지셀을 생산할 수 있다.
또한, 전지셀의 형태 변화나 생산 효율성의 저하 없이 전지셀의 안전성을 향상시키고, 개선된 작동 성능을 발휘하는 전지셀을 생산할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래의 파우치형 이차전지의 일반적인 구조에 대한 정면 투시도이다;
도 2 내지 4는 도 1의 파우치형 이차전지를 제조하기 위해 전지케이스 외주면 실링부를 열융착하는 과정을 순차적으로 나타내는 모식도들이다;
도 5는 도 4의 열융착 과정을 통해 제조된 이차전지로서 도 1의 A-A’부위를 나타내는 단면 모식도이다;
도 6은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지셀 제조 장치의 사시도이다;
도 7은 도 6에 따른 전지셀 제조 장치의 상부 툴 및 하부 툴이 대면한 상태를 나타내는 정면도 및 측면도이다;
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예들에 따른 전지셀 제조 장치의 측면도들이다;
도 2 내지 4는 도 1의 파우치형 이차전지를 제조하기 위해 전지케이스 외주면 실링부를 열융착하는 과정을 순차적으로 나타내는 모식도들이다;
도 5는 도 4의 열융착 과정을 통해 제조된 이차전지로서 도 1의 A-A’부위를 나타내는 단면 모식도이다;
도 6은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지셀 제조 장치의 사시도이다;
도 7은 도 6에 따른 전지셀 제조 장치의 상부 툴 및 하부 툴이 대면한 상태를 나타내는 정면도 및 측면도이다;
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예들에 따른 전지셀 제조 장치의 측면도들이다;
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 6에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지셀 제조 장치의 사시도가 도시되어 있다.
도 6을 참조하면, 본 발명에 따른 전지셀 제조 장치(600)는 전지케이스 중 전극조립체 수납부의 외주면에 형성되는 실링부의 상면을 하향 가압하는 상부 실링 툴(611);전지케이스 중 전극조립체 수납부의 외주면에 형성되는 실링부의 하면을 지지하는 하부 실링 툴(612);상부 실링 툴(611)의 하향 가압 과정에서, 수납부의 외주면에 대응하는 상부 실링 툴(611)과 하부 실링 툴(612) 사이에 논-제로 갭이 형성되도록, 상부 실링 툴(611)과 하부 실링 툴(612)의 거리를 제어하는 스토퍼(621, 622);를 포함하는 구조로 이루어져 있다.
상기 스토퍼(621, 622)는 상부 실링 툴(611)에 구비되어 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 하부 실링 툴(612)에 구비되거나, 또는 상부 실링 툴(611) 및 하부 실링 툴(612) 모두에 탈착이 가능한 조립식 구조로 구비되어 있을 수 있다.
도 7은 도 6에 따른 전지셀 제조 장치의 상부 툴 및 하부 툴이 대면한 상태를 나타내는 정면도 및 측면도가 도시되어 있다.
도 7을 참조하면, 상기 상기 스토퍼(621, 622)는 수납부의 외주면에서 벗어난 상부 실링 툴(611)의 양측 외주변에 위치함으로써, 전지셀의 실링부가 상부 툴(611) 및 하부 툴(612) 사이에 개재될 수 있는 공간을 제공한다.
또한, 상기 스토퍼(621, 622)는 상부 실링 툴(611)에서 대향하는 하부 실링 툴(612) 방향으로 돌출된 구조로 이루어져 있으며, 이에 따라, 전극조립체의 외주면을 실링하는 과정에서 상기 스토퍼(621, 622)에 의해 상부 실링 툴(611)과 하부 실링 툴(612) 사이에는 논-제로 갭(650)이 형성된다.
이러한 경우에, 상기 논-제로 갭(650)의 간격은 100 내지 200 마이크로미터인 것이 바람직하지만, 이에 한정되는 것은 아니며, 밀봉하고자 하는 전지케이스의 두께 및 밀봉하고자 하는 전지케이스 사이에 전극 단자가 포함되는지 여부 등 다양한 조건에 따라, 스토퍼(621, 622)의 위치를 조정함으로써 자유롭게 조절될 수 있다.
상기 스토퍼는 상부 실링 툴(611)의 일측 및 타측 외주변 전체(640)에 걸쳐 구성될 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니며, 이에 따른, 상기 본 발명의 또 다른 실시예들에 따른 다양한 전지셀 제조 장치의 측면도들이 도 8에 도시되어 있다.
도 8을 참조하면, 스토퍼(821a, 821b, 821c, 822b, 822c)는 상부 실링 툴(811a, 811b, 811c)의 일측 및 타측 외주변 일부에 걸쳐 구성되거나, 상부 실링 툴(811a, 811b, 811c) 및 하부 실링 툴(812a, 812b, 812c) 모두에 구성될 수 있다.
특히, 상기 스토퍼(821a, 821b, 822b)가 실링 툴(811a, 811b, 812a, 812b)의 일측 및 타측 외주변 일부에 걸쳐 구성될 경우, 전지셀의 밀봉시 실링 툴(811a, 811b, 812a, 812b)의 안정적인 가압을 위해 상기 외주변 길이의 50% 이상의 길이로 형성되는 것이 바람직하다.
또한, 상부 실링 툴(811a, 811b, 811c)과 하부 실링 툴(812a, 812b, 812c)에 구성된 각각의 스토퍼(821a, 821b, 821c, 822b, 822c)는 대응하는 실링 툴(811a, 811b, 811c, 812a, 812b, 812c) 또는 스토퍼(821a, 821b, 821c, 822b, 822c)와 대면하는 면이 서로 대응되도록 평면 형상으로 구성되어 있다.
이하에서는, 본 발명의 실시예를 통해 본 발명을 더욱 상세하게 설명하지만, 이는 본 발명의 더욱 용이한 이해를 위한 것으로, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.
<실시예 1>
양극, 음극, 및 양극과 음극 사이에 개재되는 분리막을 포함하는 전극조립체를 전지케이스의 수납부에 장착하고, 상부 실링 툴의 스토퍼에 의해 형성된 논-제로 갭의 간격이 150 마이크로미터인 전지셀 제조 장치에 의해 전지케이스의 외주면을 밀봉하여 전지셀을 제조하였다.
<비교예 1>
스토퍼에 의한 논-제로 갭이 형성되지 않은 전지셀 제조 장치에 의해 전지케이스의 외주면을 밀봉한 것을 제외하고, 실시예 1과 동일한 방법으로 전지셀을 제조하였다.
<실험예 1>
상기 실시예 1 및 비교예 1에 따른 전지셀의 양극 측, 음극 측, 및 일측 외주변 실링부의 가착 영역의 너비를 각각 측정하고, 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
| 구 분 | 가착 영역(밀리미터) | ||
| 양극 측 실링부 | 일측 외주변 실링부 | 음극 측 실링부 | |
| 비교예 1 | 3.65 | 2.45 | 3.4 |
| 실시예 1 | 2.55 | 1.84 | 2.61 |
상기 표 1을 참조하면, 상부 툴의 스토퍼에 의해 형성된 논-제로 갭의 간격이 150 마이크로미터인 본 발명에 따른 전지셀 제조 장치를 이용해 제조한 실시예 1의 전지셀의 경우, 스토퍼에 의한 논-제로 갭이 형성되지 않은 전지셀 제조 장치에 의해 제조한 비교예 1의 전지셀에 비하여 가착 영역의 너비가 약 20 내지 30%의 범위로 현저히 감소되었음을 확인할 수 있다. 이는 스토퍼에 의한 논-제로 갭이 형성된 전지셀 제조 장치를 사용하여 전지셀을 제조할 경우, 상부 실링 툴과 하부 실링 툴 사이에서 지나친 가압으로 인한 전지케이스의 내부 실란트층의 과도한 배출 및 이로 인한 가착 영역의 형성을 방지할 수 있으며, 궁극적으로 상기 실란트와 전극조립체의 직접적인 접촉을 방지하여 내구성 및 절연성, 안전성이 개선된 전지셀을 제조할 수 있는 효과가 있음을 나타낸다.
본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주 내에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다.
Claims (20)
- 양극, 음극, 및 양극과 음극 사이에 개재되는 분리막을 포함하는 전극조립체를 전지케이스의 수납부에 장착한 후 열융착에 의해 밀봉한 실링부를 포함하는 구조의 전지셀을 제조하는 전지셀 제조장치로서,
전지케이스 중 전극조립체 수납부의 외주면에 형성되는 실링부의 상면을 하향 가압하는 상부 실링 툴;
전지케이스 중 전극조립체 수납부의 외주면에 형성되는 실링부의 하면을 지지하는 하부 실링 툴;
상부 실링 툴의 하향 가압 과정에서, 수납부의 외주면에 대응하는 상부 실링 툴과 하부 실링 툴 사이에 논-제로 갭(non-zero gap)이 형성되도록, 상부 실링 툴과 하부 실링 툴의 거리를 제어하는 스토퍼(stopper);
를 포함하고 있으며,
상기 스토퍼는 실링 툴에 대해 탈착이 가능한 조립식 구조로 형성되어 있고,
상기 상부 및 하부 실링 툴 사이의 논-제로 갭의 간격은 스토퍼의 위치를 조정함으로써 조절되는 것을 특징으로 하는 전지셀 제조장치. - 제 1 항에 있어서, 상기 스토퍼는 상부 및 하부 실링 툴들 중의 적어도 하나에 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 전지셀 제조장치.
- 제 1 항에 있어서, 상기 스토퍼는 상부 및 하부 실링 툴들 중의 하나에서 대향 실링 툴 사이의 공간으로 돌출된 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 전지셀 제조장치.
- 제 1 항에 있어서, 상기 스토퍼는 수납부의 외주면에서 벗어난 실링 툴의 양측 외주변에 위치하는 것을 특징으로 하는 전지셀 제조장치.
- 삭제
- 제 1 항에 있어서, 상기 상부 및 하부 실링 툴 사이의 논-제로 갭의 간격은 100 내지 200 마이크로미터인 것을 특징으로 하는 전지셀 제조장치.
- 삭제
- 제 1 항에 있어서, 상기 상부 및 하부 실링 툴들은 섭씨 100 내지 200도의 온도로 전지케이스의 외주면을 열융착에 의해 실링하는 것을 특징으로 하는 전지셀 제조장치.
- 제 1 항에 있어서, 상기 전지셀의 실링부는 5 내지 20 밀리미터의 너비를 갖는 것을 특징으로 하는 전지셀 제조장치.
- 제 1 항에 있어서, 상기 전지케이스는 수지층과 금속층을 포함하는 라미네이트 시트로 이루어진 것을 특징으로 하는 전지셀 제조장치.
- 제 10 항에 있어서, 상기 시트는 알루미늄 라미네이트 시트인 것을 특징으로 하는 전지셀 제조장치.
- 제 10 항에 있어서, 상기 라미네이트 시트는 고분자 필름의 외부 피복층, 금속박의 베리어층, 및 폴리올레핀 계열의 내부 실란트(sealant)층의 적층 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 전지셀 제조장치.
- 제 1 항에 있어서, 상기 전지셀은 상부 및 하부 실링 툴에 의해 밀봉된 부위에서 전극조립체 방향으로 소정의 가착 영역이 형성되는 것을 특징으로 하는 전지셀 제조장치.
- 제 13 항에 있어서, 상기 가착 영역은 내부 실란트층이 전극조립체 방향으로 배출되어 형성되는 것을 특징으로 하는 전지셀 제조장치.
- 제 13 항에 있어서, 상기 가착 영역의 최대 너비는 3 밀리미터인 것을 특징으로 하는 전지셀 제조장치.
- 제 1 항에 따른 전지셀 제조장치를 사용하여 전지셀을 제조하는 방법으로서,
(a) 전지케이스에 전극조립체를 장착한 상태에서 전지케이스의 외주면 중 일측 단부를 제외한 나머지 부위들을 전지셀 제조장치의 상부 및 하부 실링 툴에 의해 열융착시켜 실링하는 과정;
(b) 미실링 상태의 상기 단부를 통해 전해액을 주입한 후 상기 단부를 전지셀 제조장치의 상부 및 하부 실링 툴에 의해 열융착시켜 실링하는 과정;
(c) 충전과 방전을 수행하여 전지셀을 활성화시키는 과정;
(d) 전지케이스의 내부와 통하는 관통구를 상기 단부 내측의 미실링 부위에 천공하는 과정; 및
(e) 상기 활성화 과정에서 발생한 가스와 잉여 전해액을 제거하고 전지케이스의 외주면을 전지셀 제조장치의 상부 및 하부 실링 툴에 의해 열융착시켜 재실링하는 과정;
을 포함하고,
상기 스토퍼는 실링 툴에 대해 탈착이 가능한 조립식 구조로 형성되어 있고,
상기 상부 및 하부 실링 툴 사이의 논-제로 갭의 간격은 스토퍼의 위치를 조정함으로써 조절되는 것을 특징으로 하는 전지셀 제조방법. - 삭제
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