KR101790118B1 - 전극조립체의 불량 유무 선별용 가압장치 및 불량 유무 선별방법 - Google Patents

전극조립체의 불량 유무 선별용 가압장치 및 불량 유무 선별방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 양극과 음극 사이에 분리막이 개재되어 있는 전극조립체에서 분리막의 접힘으로 인한 단락 유무를 선별하기 위해 전극조립체를 가압하는 장치로서, 전극단자가 형성되어 있는 부위를 제외한 전극조립체의 양면 중에서 일면이 상면에 접하도록 탑재되는 베이스 플레이트; 전극조립체가 베이스 플레이트 상에 탑재된 상태에서 전극조립체의 상면을 가압하는 지그; 및 상기 지그의 가압 하단면 상에 위치하고, 전극조립체의 분리막 접힘에 의한 단락으로 인한 불량 가능 부위에 추가 압력을 가하기 위한 가압 바(press bar); 를 포함하는 것을 특징으로 하는 불량 유무 선별용 가압장치를 제공한다.

Description

전극조립체의 불량 유무 선별용 가압장치 및 불량 유무 선별방법 {Pressing Device for Checking Defect of Electrode Assembly and Method of Checking the Same}
본 발명은 전극조립체의 전극조립체의 불량 유무 선별용 가압장치 및 불량 유무 선별방법에 관한 것이다.
모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서의 이차전지의 수요가 급격히 증가하고 있고, 그에 따라 다양한 요구에 부응할 수 있는 이차전지에 대한 많은 연구가 행해지고 있다.
대표적으로 이차전지의 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 양극, 음극, 및 상기 양극과 음극 사이에 개재된 분리막 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) 등의 단위셀들을 권취한 구조의 스택-폴딩형 전극조립체 등을 들 수 있다.
도 1 및 도 2에는 이러한 스택-폴딩형 전극조립체의 예시적인 구조 및 제조 과정이 모식적으로 도시되어 있다.
이들 도면을 참조하면, 단위 셀로서 순차적으로 양극/분리막/음극이 적층된 풀셀들(10, 11, 12, 13, 14 …)이 복수 개 중첩되어 있고, 각각의 중첩부에는 분리필름(20)이 개재되어 있다. 분리필름(20)은 풀셀을 감쌀 수 있는 단위 길이를 갖고, 단위 길이마다 내측으로 꺾여서 중앙의 풀셀(10)로부터 시작되어 최외각의 풀셀(14)까지 연속하여 각각의 풀셀을 감싸서 풀셀의 중첩부에 개재되어 있다. 분리필름(20)의 말단부는 열융착하거나 접착 테이프(25) 등을 붙여서 마무리한다.
이러한 스택-폴딩형 전극조립체는, 예를 들어, 긴 길이의 분리필름(20) 상에 풀셀들(10, 11, 12, 13, 14 …)을 배열하고 분리필름(20)의 일 단부(21)에서 시작하여 순차적으로 권취함으로써 제조된다.
이 때, 단위 셀인 풀셀들의 배열 조합을 살펴보면, 제 1 풀셀(10)과 제 2 풀셀(11)은 적어도 하나의 풀셀에 대응하는 폭 간격으로 이격된 거리에 위치되어 있어서, 권취 과정에서 제 1 풀셀(10)의 외면이 분리필름(20)로 완전히 도포된 후 제 1 풀셀(10)의 하단면 전극이 제 2 풀셀(11)의 상단면 전극에 접하게 된다.
한편, 스택-폴딩형 전극조립체는 분리필름 상에 탑재하는 과정 및 권취하는 과정에서 작업 상의 부주의나 오류 등의 다양한 원인으로 인해, 분리막이 손상되는 문제점이 발생 할 수 있고, 특히, 도 3 및 4에서 보는 바와 같이, 권취 개시부의 분리막 일면이 부분적으로 접히거나 일자로 접히는 등의 불량이 발생하여 전극 표면의 일부가 분리막으로부터 노출되는 문제가 발생할 있고 이러한 불량에 의해 동일한 극성을 갖는 전극이 계면에서 접촉하게 됨으로써, 전지의 성능 저하를 초래하는 문제점이 있다.
대표적으로 스택-폴딩형 전극조립체에서 발생할 수 있는 문제점을 설명하였으나, 이러한 분리막이 접히거나 손상되는 문제점은 상기 스택-폴딩형 전극조립체의 권취 개시점 뿐만 아니라, 양극과 음극 사이에 분리막이 개재된 구조의 젤리-롤(권취형) 전극조립체, 스택형(적층형) 전극조립체 등의 다양한 부위에서 공통적으로 발생할 수 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여, 일부 선행기술들에서는 평판 지그를 이용하여, 완성된 전극조립체의 평면을 가압한 후 전류를 인가하여 분리막으로부터 노출된 전극의 단락을 유도하여 불량 유무를 선별하는 방법을 제안하고 있다. 그러나, 상기 기술과 같이 전극조립체의 평면을 가압하는 평판 지그를 사용할 경우, 넓은 가압 면적으로 인해 상대적으로 낮은 가압력으로 인하여 노출되는 전극의 단락 유발이 어려우며, 특히, 스택-폴딩형 전극조립체의 경우, 권취 개시점에 발생할 수 있는 분리막 접힘 현상에 의한 전극 노출 불량을 효과적으로 선별하기 어렵다는 문제점을 안고 있다.
따라서, 이러한 문제점들을 근본적으로 해결할 수 있는 기술에 대한 필요성이 높은 실정이다.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 목적은, 전극조립체의 불량 유무를 선별하는 불량 측정기에 포함되는 불량 유무 선별용 가압장치로서, 전극조립체의 상면을 가압하는 지그 하단면에 전극조립체의 분리막 접힘에 의한 단락으로 인한 불량 가능 부위에 추가 압력을 가하기 위한 가압 바를 포함함으로써, 전극조립체를 효과적으로 가압하여 전극조립체의 생산 공정에서 발생할 수 있는 내부 단락 측정을 통한 불량 유무 선별시 보다 정확한 선별이 가능한 불량 유무 선별용 가압장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은, 전극조립체의 내부 단락을 측정하여 효과적으로 선별함으로써, 불량 유무의 정확한 선별이 가능하여 제품의 수율 확보할 수 있는 전극조립체의 불량 유무 선별 방법을 제공하는 것이다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 불량 유무 선별용 가압장치는, 양극과 음극 사이에 분리막이 개재되어 있는 전극조립체에서 분리막의 접힘으로 인한 단락 유무를 선별하기 위해 전극조립체를 가압하는 장치로서,
전극단자가 형성되어 있는 부위를 제외한 전극조립체의 양면 중에서 일면이 상면에 접하도록 탑재되는 베이스 플레이트;
전극조립체가 베이스 플레이트 상에 탑재된 상태에서 전극조립체의 상면을 가압하는 지그; 및
상기 지그의 가압 하단면 상에 위치하고, 전극조립체의 분리막 접힘에 의한 단락으로 인한 불량 가능 부위에 추가 압력을 가하기 위한 가압 바(press bar);
를 포함하는 구조로 구성된다.
따라서, 본 발명에 따른 불량 유무 선별용 가압장치는, 전극조립체의 상면을 가압하는 지그 하단면에 전극조립체의 분리막 접힘에 의한 단락으로 인한 불량 가능 부위에 추가 압력을 가하기 위한 가압 바를 포함함으로써, 전극조립체를 효과적으로 가압하여 전극조립체의 생산 공정에서 발생할 수 있는 내부 단락 측정을 통한 불량 유무 선별시 보다 정확한 선별이 가능하다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 전극조립체를 가압하는 지그의 하단부는 평면 형태일 수 있으며, 상기 전극조립체를 가압하는 가압 바의 하단부 또한 평면 형태일 수 있다. 또한, 전극조립체의 분리막 접힘에 의한 단락으로 인한 불량 가능 부위를 효과적으로 가압하기 위하여, 전극조립체를 가압하는 가압 바의 하단부는 수직 단면상으로 원호 형상일 수 있다.
한편, 상기 지그는 전극조립체의 평면에 대응하는 크기 또는 상기 평면 보다 큰 크기를 가지는 구조일 수 있고, 상기 가압 바는 천연 고무 또는 합성 고분자 소재로 이루어져 있으며, 지그의 가압 단부에 접착제에 의해 부착되어 있는 구조로 구성될 수 있다.
또한, 상기 가압 바는 1 mm 내지 5 mm 범위의 두께를 가지는 구조일 수 있고, 상기 가압 바의 두께가 지나치게 얇은 경우, 불량 가능 부위를 효과적으로 가압하기에 바람직하지 않고, 가압 바의 두께가 지나치게 두꺼운 경우, 가압 바가 위치하지 않은 부위에서 분리막 표면의 손상에 의하여 노출된 전극에 대해 효과적으로 단락을 유발할 수 없으므로 바람직하지 않다.
이러한 구조의 가압 바는, 적용되는 전극조립체의 종류 또는 크기에 따라 다양한 형태 및 모양으로 위치하는 것이 가능하다. 하나의 구체적인 예에서, 상기 가압 바는 전극조립체 상면의 양측 최외곽 부위를 가압하도록 스트립 형태의 제 1 바와 제 2 바가 평면상으로 “11”자 구조로 배열되어 있는 구조일 수 있으며, 이러한 구조로 인해 전극조립체의 분리막 접힘이 발생할 수 있는 전극조립체의 상면의 양측 최외각 부위를 효과적으로 가압하는 것이 가능하다.
또한, 전극조립체의 크기가 커지는 경우, 상기 가압 바에 의해 전극조립체 상면의 중앙부가 효과적으로 가압되지 않을 가능성이 있으므로, 필요에 따라 상기 구조에서 전극조립체의 중심을 세로로 가로지르는 스트립 형태의 제 3 바가 제 1 바와 제 2 바 사이에 추가되어 있는 구조로 구성하여 분리막 접힘 현상에 의한 단락 유도 뿐만 아니라, 분리막 표면의 손상에 의하여 노출된 전극에 대해서도 효과적으로 단락을 유발할 수 있다.
또 다른 구체적인 예에서, 상기 가압 바는 전극조립체 상면의 외주 부위를 가압하도록 평면상으로 사각 링 구조로 형성되어 있는 구조일 수 있으며, 이러한 구조로 인해 전극조립체의 분리막 접힘이 발생할 수 있는 전극조립체의 상면의 양측 최외각 부위와 전극단자가 위치하는 상면의 상단 및 하단 부위를 효과적으로 가압하는 것이 가능하다.
또한, 전극조립체의 크기가 커지는 경우, 상기 가압 바에 의해 전극조립체 상면의 중앙부가 효과적으로 가압되지 않을 가능성이 있으므로, 필요에 따라 상기 구조에서 전극조립체의 중심을 가로로 가로지르는 스트립 형태의 제 4 바가 추가되는 구조로 구성하거나, 전극조립체의 중심을 세로 및 가로로 가로지르는 평면상으로 십자 구조의 제 5 바가 추가되는 구조로 구성하여 분리막 접힘 현상에 의한 단락 유도 뿐만 아니라, 분리막 표면의 손상에 의하여 노출된 전극에 대해서도 효과적으로 단락을 유발할 수 있다.
또 다른 구체적인 예에서, 상기 가압 바는 전극단자가 위치하는 일측을 제외하고 전극조립체 상면의 외주 부위를 가압하도록 평면상으로 “ㄷ”자 구조로 형성되어 있는 구조일 수 있으나, 이들 구조만으로 한정되는 것은 아니다.
상기 전극조립체는 다수의 전극 탭들을 연결하여 양극, 음극 및 분리막을 구성하는 구조라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 구체적으로, 젤리-롤(jelly-Roll)형 구조, 스택형 구조, 스택-폴딩형 구조 및 라미네이션-스택형 구조를 들 수 있다.
구체적으로, 젤리-롤은 집전체로 사용되는 금속 호일에 전극 활물질 등을 코팅하고 건조 및 프레싱한 후, 소망하는 폭과 길이의 밴드 형태로 재단하고 분리막을 사용하여 음극과 양극을 격막한 후 나선형으로 감아 제조되어 수평 단면 상으로 타원형의 형상을 이룬다.
또한, 스택-폴딩형 구조의 전극조립체 양극, 음극 및 분리막이 개재된 상태의 다수의 전극들 또는 유닛셀들이 중첩되고, 각각의 중첩부에는 연속적인 분리막 시트가 개재되어 권취되어 있는 구조로 이루어져 있다. 스택-폴딩형 구조의 전극조립체에 대한 자세한 내용은 본 출원인의 한국 특허출원공개 제2001-0082058호, 제2001-0082059호 및 제2001-0082060호에 개시되어 있으며, 상기 출원은 본 발명의 내용에 참조로서 합체된다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 유닛셀은, 1개 이상의 양극과 1개 이상의 음극이 분리막이 개재된 상태로 적층된 구조에서 양면에 위치한 전극의 종류가 동일한 바이셀, 또는 양면에 위치한 전극의 종류가 다른 풀셀일 수 있다.
상기 극판들 또는 유닛셀들은 전극 단자들이 상부 또는 하부 변에 함께 배열되도록 적층되어 있는 구조일 수도 있고, 또는 전극 단자들이 상부 변에 제 1 전극 단자가 배열되고 상기 상부 변에 대향하는 하부 변에 제 2 전극 단자가 배열되도록 적층되어 있는 구조일 수도 있다.
한편, 본 발명은 상기 불량 유무 선별용 가압장치와, 상기 가압장치에 전극조립체를 위치시킨 상태에서 전극조립체의 불량 유무를 선별하는 불량 측정기를 포함하는 불량 유무 선별기를 제공한다.
또한, 본 발명에 따른 상기 불량 유무 선별기를 사용하여 전극조립체의 불량 유무를 선별하는 방법을 제공하는 바, 하나의 바람직한 예에서, 상기 불량 유무 선별용 가압장치 상에 전극조립체를 위치시킨 후 가압하는 과정; 전극조립체의 전극단자에 전류를 인가하는 과정; 및 전극조립체의 단락 여부를 측정하는 과정;을 포함하는 방법을 제공한다.
본 발명은 또한, 상기 분량 유무 선별 방법을 통해 양품으로 선별된 전극조립체를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 전지셀을 제공할 수 있다.
참고로, 상지 전지셀은 리튬 이차전지일 수 있으며, 일반적인 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 비수계 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 전지셀을 단위전지로서 둘 이상 포함하고 있는 전지팩을 제공하며, 상기 전지팩을 전원으로 포함하고 있는 디바이스를 제공하는 바, 상기 디바이스는 휴대폰, 휴대용 컴퓨터, 스마트폰, 태플릿 PC, 스마트 패드, 넷북, LEV(Light Electronic Vehicle), 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 플러그-인 하이브리드 전기자동차, 및 전력저장장치로 이루어진 군에서 선택되는 것일 수 있다.
이들 디바이스의 구조 및 그것의 제작 방법은 당업계에 공지되어 있으므로, 본 명세서에서는 그에 대한 자세한 설명은 생략한다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 불량 유무 선별용 가압장치는, 전극조립체의 상면을 가압하는 지그 하단면에 전극조립체의 분리막 접힘에 의한 단락으로 인한 불량 가능 부위에 추가 압력을 가하기 위한 가압 바를 포함함으로써, 전극조립체를 효과적으로 가압하여 전극조립체의 생산 공정에서 발생할 수 있는 내부 단락 측정을 통한 불량 유무 선별시 보다 정확한 선별이 가능하도록 하는 효과가 있다.
도 1은 스택-폴딩형 전극조립체의 예시적인 구조에 대한 모식도이다;
도 2는 도 1의 스택-폴딩형 전극조립체의 제조 공정에서 단위 셀들의 배열 조합을 예시적으로 도시한 모식도이다;
도 3 내지 4는 분리막 분량이 발생한 도 1의 전극조립체의 권취 개시점에 대한 사진이다;
도 5는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 불량 유무 선별용 가압장치에 대한 모식도이다;
도 6은 도 1의 지그에서 가압 바의 부착 형태에 대한 모식도이다;
도 7 내지 11은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 가압 바의 부착 형태들에 대한 모식도이다.
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 5에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 불량 유무 선별용 가압장치에 대한 모식도가 도시되어 있다.
도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 불량 유무 선별용 가압장치(100)는 전극단자(141, 142)가 형성되어 있는 부위를 제외한 전극조립체(140)의 양면 중에서 일면이 상면에 접하도록 탑재되는 베이스 플레이트(130), 전극조립체(140)가 베이스 플레이트(130) 상에 탑재된 상태에서 전극조립체(140)의 상면을 가압하는 지그(110) 및 상기 지그(110)의 가압 하단면 상에 위치하고, 전극조립체(140)의 분리막 접힙에 의한 단락으로 인한 불량 가능 부위에 추가 압력을 가하기 위한 가압 바(150)를 포함하도록 구성되어 있다.
상기의 불량 유무 선별용 가압장치(100)는 베이스 플레이트(130) 상에 전극조립체(140)를 위치시킨 후 가압한 상태에서 전극조립체(140)의 양극 단자(141) 및 음극 단자(142)에 전류를 인가하여 전극조립체(140)의 단락 여부를 측정한다.
지그(110)의 전극조립체를 가압하는 단부가 평면 형상으로 이루어져 있고, 가압 바(150)는 1 mm의 두께로 지그(110)의 가압 하단면 상에 부착되어 있으며, 전극조립체(140)를 가압하는 단부가 수직 단면상으로 원호 형상을 가지고 있으므로, 가압 바(150)가 위치하지 않은 전극조립체(140)의 상면 부위에 대비해서 가압 바(150)가 위치하는 부위를 상대적으로 큰 압력으로 가압할 수 있도록 구성되어 있다.
도 5에 도시된 지그(110) 및 지그(110) 하단면에 부착되어 있는 가압 바(150)는 동일한 크기 또는 용량의 전극들이 권취되어 있는 각형의 전극조립체를 가압하는 부재들로 구성되어 있는 것으로 설명되어 있지만, 상기 지그(110) 및 가압 바(150)의 크기 및 형태는 적용되는 전극조립체에 따라 그 크기나 형태가 다양하게 구성되는 것도 가능하다.
도 6에는 도 1의 지그에서 가압 바의 부착 형태에 대한 모식도가 도시되어 있고, 도 7 내지 11에는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 가압 바의 부착 형태들에 대한 모식도가 도시되어 있다.
이들 도면을 참조하여 본 발명의 가압 바 부착 형태를 설명하면, 먼저, 도 6에서와 같이, 지그(110)의 가압 하단면(160) 상에 전극조립체 상면의 양측 최외곽 부위를 가압하도록 스트립 형태의 제 1 바(151)와 제 2 바(152)가 평면상으로 “11”자 구조로 배열되어 있다.
이러한 구조에서, 도 7에서와 같이, 지그(210)의 가압 하단면(260) 상에 전극조립체 상면의 양측 최외곽 부위를 가압하도록 스트립 형태의 제 1 바(251)와 제 2 바(252)가 평면상으로 “11”자 구조로 이루어져 있고, 전극조립체의 중심을 세로로 가로 지르는 스트립 형태의 제 3 바(253)가 상기 제 1 바(251) 및 제 2 바(252) 사이에 추가되어 있는 구조로 배열될 수 있다.
다음으로, 도 8에서와 같이, 가압 바(350)는 지그(310)의 가압 하단면(360) 상에 전극조립체 상면의 외주 부위를 가압하도록 평면상으로 사각 링 구조로 배열되어 있고, 도 9에서와 같이, 사각링 구조의 가압 바(450)에 전극조립체의 중심을 가로로 가로지르는 스트립 형태의 제 4 바(454)가 추가되어 있거나, 도 10에서와 같이, 사각링 구조의 가압 바(550)에 전극조립체의 중심을 세로 및 가로로 가로지르는 평면상으로 십자 구조의 제 5 바(555)가 추가되어 있는 구조로 배열될 수 있다.
또한, 도 11에서와 같이, 가압 바(650)는 지그(610)의 가압 하단면(660)에 전극단자가 위치하는 일측을 제외하고 전극조립체 상면의 외주 부위를 가압하도록 평면상으로 “ㄷ”자 구조로 배열 될 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 불량 유무 선별용 가압장치는 전극조립체의 불량 유무를 선별하는 불량 측정기에 포함되는 불량 유무 선별용 가압장치에 상대적으로 접촉면이 좁은 가압 바를 필요 위치에 추가적으로 포함함으로써, 전극조립체의 분리막 접힘에 의한 단락으로 인한 불량 가능 부위를 효과적으로 가압하여 전극조립체 내부의 단락 유발을 통해 불량 유무 선별시 보다 정확한 선별이 가능한 효과를 제공한다.
본 발명이 속한 분양에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주내에서 다양한 응용 및 변형을 수행하는 것이 가능할 것이다.

Claims (20)

  1. 양극과 음극 사이에 분리막이 개재되어 있는 전극조립체에서 분리막의 접힘으로 인한 단락 유무를 선별하기 위해 전극조립체를 가압하는 장치로서,
    전극단자가 형성되어 있는 부위를 제외한 전극조립체의 양면 중에서 일면이 상면에 접하도록 탑재되는 베이스 플레이트;
    전극조립체가 베이스 플레이트 상에 탑재된 상태에서 전극조립체의 상면을 가압하는 지그; 및
    상기 지그의 가압 하단면 상에 위치하고, 전극조립체의 분리막 접힘에 의한 단락으로 인한 불량 가능 부위에 추가 압력을 가하기 위한 가압 바(press bar);
    를 포함하고,
    상기 지그는 전극조립체의 평면에 대응하는 크기 또는 상기 평면 보다 큰 크기를 가지며, 상기 가압 바는 지그의 가압 단부에 접착제에 의해 부착되어 있는 구조인 것을 특징으로 하는 불량 유무 선별용 가압장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 전극조립체를 가압하는 지그의 하단부는 평면 형태인 것을 특징으로 하는 불량 유무 선별용 가압장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 전극조립체를 가압하는 가압 바의 하단부는 평면 형태인 것을 특징으로 하는 불량 유무 선별용 가압장치.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 전극조립체를 가압하는 가압 바의 하단부는 수직 단면상으로 원호 형상인 것을 특징으로 하는 불량 유무 선별용 가압장치.
  5. 삭제
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 가압 바는 천연 고무 또는 합성 고분자 소재로 이루어져 있는 것을 특징으로 하는 불량 유무 선별용 가압장치.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 가압 바는 1 mm 내지 5 mm 범위의 두께를 가지는 것을 특징으로 하는 불량 유무 선별용 가압장치.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 가압 바는 전극조립체 상면의 양측 최외곽 부위를 가압하도록 스트립 형태의 제 1 바와 제 2 바가 평면상으로 “11”자 구조로 배열되어 있는 것을 특징으로 하는 불량 유무 선별용 가압장치.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 가압 바는 전극조립체의 중심을 세로로 가로지르는 스트립 형태의 제 3 바가 제 1 바와 제 2 바 사이에 추가되어 있는 것을 특징으로 하는 불량 유무 선별용 가압장치.
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 가압 바는 전극조립체 상면의 외주 부위를 가압하도록 평면상으로 사각 링 구조로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 불량 유무 선별용 가압장치.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 가압 바는 전극조립체의 중심을 가로로 가로지르는 스트립 형태의 제 4 바가 추가되어 있는 것을 특징으로 하는 불량 유무 선별용 가압장치.
  12. 제 10 항에 있어서, 상기 가압 바는 전극조립체의 중심을 세로 및 가로로 가로지르는 평면상으로 십자 구조의 제 5 바가 추가되어 있는 것을 특징으로 하는 불량 유무 선별용 가압장치.
  13. 제 1 항에 있어서, 상기 가압 바는 전극단자가 위치하는 일측을 제외하고 전극조립체 상면의 외주 부위를 가압하도록 평면상으로 “ㄷ”자 구조로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 불량 유무 선별용 가압장치.
  14. 제 1 항에 있어서, 상기 전극조립체는 젤리-롤(jelly-Roll)형 구조, 스택형 구조, 스택-폴딩형 구조, 및 라미네이션-스택형 구조 중의 하나인 것을 특징으로 하는 불량 유무 선별용 가압장치.
  15. 제 1 항 내지 제 4 항, 및 제 6 항 내지 제 14 항 중 어느 하나에 따른 불량 유무 선별용 가압장치와, 상기 가압장치에 전극조립체를 위치시킨 상태에서 전극조립체의 불량 유무를 선별하는 불량 측정기를 포함하는 것을 특징으로 하는 불량 유무 선별기.
  16. 제 15 항에 따른 불량 유무 선별기를 사용하여 전극조립체의 불량 유무를 선별하는 방법으로서,
    불량 유무 선별용 가압장치 상에 전극조립체를 위치시킨 후 가압하는 과정;
    전극조립체의 전극단자에 전류를 인가하는 과정; 및
    전극조립체의 단락 여부를 측정하는 과정;
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  17. 삭제
  18. 삭제
  19. 삭제
  20. 삭제
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