KR101843824B1 - 높이 조절이 가능한 미실링부를 포함하는 전지케이스용 실링 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전지셀의 전지케이스 외주변을 밀봉하여 실링부를 형성하기 위한 실링 장치로서, 전지케이스용 시트 부재에서 실링 예정부의 일면과 상기 일면의 대향면인 타면을 가열 가압하여 실링부를 형성하는 한 쌍의 실링 블록들(sealing blocks); 및 상기 실링부에 인접하여 형성되는 미실링 영역(unsealing portion) 중 상기 전지셀의 전극단자가 형성된 부위에 대응하는 부분의 높이를 조절하기 위해, 상기 실링 블록의 일측으로부터 미실링 영역 쪽으로 각각 연장되어 형성되어 있는 가이드 바들(guide bars);을 포함하는 것을 특징으로 하는 전지셀 실링 장치를 제공한다.

Description

높이 조절이 가능한 미실링부를 포함하는 전지케이스용 실링 장치 {A Sealing Device For Battery Case having an unsealing portion employed with possibly adjusting heights}

본 발명은 높이 조절이 가능한 미실링부를 포함하는 전지케이스용 실링 장치 에 관한 것이다.

모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서의 전지의 수요가 급격히 증가하고 있고, 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 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(Bicell) 또는 풀셀(Full cell)들을 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 파우치형 이차전지의 일반적인 구조에 대한 분해 사시도가 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 있다.

전극조립체(30)는 분리막이 개재된 상태에서 양극과 음극이 순차적으로 적층되어 있는 발전소자로서, 스택형 또는 스택/폴딩형 구조로 이루어져 있다. 전극 탭들(40, 50)은 전극조립체(30)의 각 극판으로부터 연장되어 있고, 전극리드들(60, 70)은 각 극판으로부터 연장된 복수 개의 전극 탭들(40, 50)과, 예를 들어, 용접에 의해 각각 전기적으로 연결되어 있으며, 전지케이스(20)의 외부로 일부가 노출되어 있다. 또한, 전극리드들(60, 70)의 상하면 일부에는 전지케이스(20)와의 밀봉도를 높이고 동시에 전기적 절연상태를 확보하기 위하여 절연필름(80)이 부착되어 있다.

전지케이스(20)는 알루미늄 라미네이트 시트로 이루어져 있고, 전극조립체(30)를 수용할 수 있는 공간을 제공하며, 전체적으로 파우치 형상을 가지고 있다. 도 1에서와 같은 적층형 전극조립체(30)의 경우, 다수의 양극 탭들(40)과 다수의 음극 탭들(50)이 전극리드들(60, 70)과 함께 결합될 수 있도록, 전지케이스(20) 내부 상단은 전극조립체(30)로부터 이격되어 있다.

이러한 이차전지(10)는 전지케이스(20)의 수납부에 전극조립체(30)를 내장하고 전해액(도시하지 않음)을 주입한 후, 전지케이스(20)의 외주면의 상호 접촉부위를 열융착시키는 일련의 과정을 통해 제조된다. 따라서, 전극조립체(30)와 전해액의 밀봉성은 전적으로 전지케이스(30)의 열융착 정도에 좌우된다.

그러나, 이러한 종래의 전지팩 제조는, 전지케이스의 상부 및 하부를 열융착을 수행하게 되는 경우에 상단 실링부의 외측 방향으로 미세한 미실링 영역(Unsealing area)이 형성되게 되며, 이러한 미실링 영역의 존재는 전지셀을 장착하는 과정에서 외부 장치 등과의 마찰과 같은 문제점 또는 제조 과정에서 발생할 수 있는 예견할 수 없는 안전상의 문제들을 다수 내제하고 있다.

따라서, 상기와 같은 문제점들을 해결하면서 외부 마찰 등에 의한 전지의 안정성을 확보할 수 있는 전지셀 제조장치의 기술에 대한 필요성이 높은 실정이다.

본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 목적은, 전지케이스의 외주면을 실링하는 과정에서 사용되는 실링 장치를 전지셀의 케이스의 실링영역의 상단부에 형성되는 미실링영역의 높이를 조절할 수 있도록 구성함으로써, 상기 미실링영역에 의한 외부 마찰, 간섭을 방지하여 제조상의 안정성 등을 확보할 수 있는 전지셀 실링 장치를 제공하는 것이다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전지셀 실링 장치는,

전지셀의 전지케이스 외주변을 밀봉하여 실링부를 형성하기 위한 실링 장치로서,

전지케이스용 시트 부재에서 실링 예정부의 일면과 상기 일면의 대향면인 타면을 가열 가압하여 실링부를 형성하는 한 쌍의 실링 블록들(sealing blocks); 및

상기 실링부에 인접하여 형성되는 미실링 영역(unsealing portion) 중 상기 전지셀의 전극단자가 형성된 부위에 대응하는 부분의 높이를 조절하기 위해, 상기 실링 블록의 일측으로부터 미실링 영역 쪽으로 각각 연장되어 형성되어 있는 가이드 바들(guide bars);

을 포함하는 구조로 이루어져 있다.

따라서, 상기 실링 블록들에 형성되어 있는 가이드 바들에 의해 미실링 영역의 높이가 조절되므로, 미실링 영역의 외부 장치에 대한 간섭 또는 마찰로 인한 제조 과정에서의 위험을 방지할 수 있다. 또한, 미실링 영역 중 전극단자 부위만을 가압하여 불필요한 부위의 가압에 따른 필름이 녹는 현상(Melting)을 방지할 수 있다.

본 발명에 따른, 상기 전지케이스는 수지층, 금속층 및 실란트층을 포함하는 라미네이트 시트로 이루어진 구조로 이루어져 있다.

하나의 구체적인 예에서, 상기 실링 블록들은, 실링 예정부의 상면을 가압하는 제 1 실링 블록과, 하면을 가압하는 제 2 실링 블록으로 구성되어 있는 구조일 수 있다.

또 다른 구체적인 예에서, 상기 가이드 바들은, 상기 제 1 실링 블록으로부터 연장되어 있는 제 1 가이드 바와, 상기 제 2 실링 블록으로부터 연장되어 있는 제 2 가이드 바로 구성되어 있는 구조일 수 있다.

여기서, 상기 전지셀은 일측 단부에 전극 탭들이 연장되어 있는 복수의 극판들이 분리막이 개재된 상태에서 적층 내지 권취되어 있는 구조의 전극조립체를 포함하고 있고, 상기 전극 탭들에 결합된 전극리드의 일측 단부가 전지케이스의 외부로 돌출되어 있는 구조로 이루어질 수 있다.

경우에 따라서, 상기 전극 탭들이 전극리드에 결합된 부위는 전지케이스의 미실링 영역의 내부에 위치하는 구조일 수 있다.

하나의 구체적인 예에서, 상기 가이드 바들은 이들 사이의 이격 간격에 의해 미실링 영역의 높이를 설정하는 구조로 이루어질 수 있다.

상기 구조에서, 상기 미실링 영역의 높이 설정을 위한 가이드 바에 의한 미실링 영역의 가압은 실링부 형성을 위한 실링 블록들에 의한 실링 예정부의 가압과 동시에 수행되는 구조일 수 있다.

경우에 따라서, 상기 가이드 바들은 탈부착 가능한 구조로 실링 블록들에 장착되어 있는 구조로 이루어질 수 있다.

하나의 구체적인 예에서, 상기 실링부의 형성을 위한 실링 블록들의 열은 가이드 바들로 전도되는 구조일 수 있다.

구체적인 예에서, 상기 가이드 바들 각각의 폭(W)은 미실링 영역의 폭(w) 대비 100% 내지 200% 크기로 형성되어 있고, 상기 실링 블럭들의 가열 온도는 150℃ 내지 200℃일 수 있다.

상기 전지셀은 전극단자들이 전지케이스의 상단에 동일한 방향으로 형성되어 있는 구조일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

본 발명에 따르면, 상기 실링부에서 상기 전극단자들의 상면 및 하면에는 리드 필름이 부착되어 있고, 상기 리드 필름이 전지케이스에 열융착되어 있는 구조로 이루어질 수 있다.

본 발명은, 상기 실링 장치를 사용하여 제작된 전지셀 및 상기 전지셀을 하나 이상 포함하는 디바이스를 제공한다.

상기 디바이스의 바람직한 예로는 휴대폰, 노트북, 테블릿 PC, 웨어러블 전자기기, 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 플러그-인 하이브리드 전기자동차 또는 전력 저장용 시스템 등을 들 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 가이드 바를 포함하는 전지셀의 실링 장치는, 전지케이스의 외주면을 실링하는 과정에서 사용되는 실링 장치를 전지셀의 케이스의 실링영역의 상단부에 형성되는 미실링영역의 높이를 조절할 수 있도록 구성함으로써, 상기 미실링영역에 의한 외부 마찰 또는 제조상의 안정성 등을 확보할 수 있는 효과가 있다.

또한, 미실링 영역 중 전극단자 부위만을 가압하여 상기 전극단자를제외한 부위의 가압에 따른 필름이 녹는 현상(Melting)을 방지할 수 있다.

도 1은 파우치형 전지케이스를 사용한 종래의 리튬이온 폴리머 전지의 사시도이다;
도 2는 본 발명에 따른 미실링 영역을 포함하는 전지셀의 평면도이다;
도 3은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전극단자가 형성된 부분의 미실링 영역에 실링 장치가 장착된 상태의 전지셀의 상단 평면도이다;
도 4는 도 3의 전지셀의 미실링 영역을 가압하는 실링 장치의 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 발명에 따른 미실링 영역이 형성된 전지셀의 평면도가 개략적으로 도시되어 있다.

도 2를 참조하면, 전지셀(100)은 전극조립체(150)가 전지케이스(140)에 내장되어 있고, 전지셀(100)의 상부에는 상단 실링부(141)가 형성되어 있다. 상단 실링부(141)는 전지케이스(20)의 상부측의 상호 접촉부위를 실링 블록을 이용하여 열융착시켜 형성되고, 상단 실링부(145)의 외측 방향으로 높이가 조절된 미실링 영역(145)이 형성되어 있다.

미실링 영역(145)은 대략 0.7mm의 길이로 상단 실링부(141)의 외측으로 형성되어 있으며, 상기 실링 블록에 의한 미실링 영역(145)의 구체적인 구조에 대해서는 하기에서 설명하기로 한다.

도 3에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 미실링 영역 중 전극단자가 형성된 부분에 실링 장치가 장착된 상태의 전지셀의 상단 평면도가 모식적으로 도시되어 있고, 도 4에는 도 2의 A-B에 대한 단면도가 모식적으로 도시되어 있다.

도 3 및 도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 전지셀 실링 장치(500)는 상단 실링부(141)의 일면과 상기 일면의 대향면인 타면을 가열 가압하는 한 쌍의 실링 블록들(300) 및 실링 블록들(300)의 미실링 영역(145) 중 전극단자들(110,120)가 형성된 부위로 돌출되여 연장되는 한 쌍의 가이드 바들(200)을 포함하여 구성되어 있다.

전지셀(100)의 일측으로는 전극단자들(110,120)이 돌출된 부위인 전지셀(100)의 상부에는 상단 실링부(141)가 형성되어 있고, 상단 실링부(141)의 외측으로는 미실링 영역(145)이 형성되어 있다.

전지셀 실링 장치(500)는 상단 실링부(141)의 상기 일면 및 타면을 포함하는 미실링 영역(145) 중 전극단자들(110,120)이 형성된 부위를 가이드 바들(200)이 각각 상부 및 하부 방향에서 가열 가압하는 구조로 이루어져 있다.

본 발명에 따르면, 전지셀 실링 장치(500)를 통해 높이가 조절된 전지셀(100)의 미실링 영역(145)은 외측 방향으로 대략 0.7mm의 길이(W2)로 연장되어 있는 상태로, 전지케이스(150)의 열융착 부위를 중심으로 대략 상측 및 하측 방향으로 0.2mm의 높이(W1)로 각각 형성되어 있다.

즉, 전지셀 제조 과정에서, 전지케이스(140)는 파우치 형태로 전극조립체(150)가 내장되어 있고, 전지케이스(140)의 상부커버(도시하지 않음)와 전극조립체 수납부(도시하지 않음)의 외주면이 상호 접촉되어 열융착 되는 부위에는 외측 방향으로 소정의 높이와 길이를 갖는 미실링 영역(145)이 형성되는 바, 전지셀 실링 장치(500)의 실링 블록(300)이 상단 실링부(141)의 일면과 배면을 가열 가압하는 동시에 가이드 바들(200)이 미실링 영역(145) 중 전극단자들(110,120)이 형성된 부분의 일면 및 배면을 각각 가열 가압함으로써, 미실링 영역(145)의 높이를 조절할 수 있다.

본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다.

Claims (17)

1. 전지셀의 전지케이스 외주변을 밀봉하여 실링부를 형성하기 위한 실링 장치로서,
   전지케이스용 시트 부재에서 실링 예정부의 일면과 상기 일면의 대향면인 타면을 가열 가압하여 실링부를 형성하는 한 쌍의 실링 블록들(sealing blocks); 및
   상기 실링부에 인접하여 형성되는 미실링 영역(unsealing portion) 중 상기 전지셀의 전극단자가 형성된 부위에 대응하는 부분의 높이를 조절하기 위해, 상기 실링 블록의 일측으로부터 미실링 영역 쪽으로 각각 연장되어 형성되어 있는 가이드 바들(guide bars);
   을 포함하고,
   상기 가이드 바들은 탈부착 가능한 구조로 실링 블록들에 장착되어 있는 것을 특징으로 하는 전지셀 실링 장치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 전지케이스는 수지층, 금속층 및 실란트층을 포함하는 라미네이트 시트로 이루어진 것을 특징으로 하는 전지셀 실링 장치.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 실링 블록들은, 실링 예정부의 상면을 가압하는 제 1 실링 블록과, 하면을 가압하는 제 2 실링 블록으로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지셀 실링 장치.
4. 제 3 항에 있어서, 가이드 바들은, 상기 제 1 실링 블록으로부터 연장되어 있는 제 1 가이드 바와, 상기 제 2 실링 블록으로부터 연장되어 있는 제 2 가이드 바로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지셀 실링 장치.
5. 제 1 항에 있어서, 상기 전지셀은 일측 단부에 전극 탭들이 연장되어 있는 복수의 극판들이 분리막이 개재된 상태에서 적층 내지 권취되어 있는 구조의 전극조립체를 포함하고 있고, 상기 전극 탭들에 결합된 전극리드의 일측 단부가 전지케이스의 외부로 돌출되어 있는 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 전지셀 실링 장치.
6. 제 5 항에 있어서, 상기 전극 탭들이 전극리드에 결합된 부위는 전지케이스의 미실링 영역의 내부에 위치하는 것을 특징으로 하는 전지셀 실링 장치.
7. 제 1 항에 있어서, 상기 가이드 바들은 이들 사이의 이격 간격에 의해 미실링 영역의 높이를 설정하는 것을 특징으로 하는 전지셀 실링 장치.
8. 제 7 항에 있어서, 상기 미실링 영역의 높이 설정을 위한 가이드 바에 의한 미실링 영역의 가압은 실링부 형성을 위한 실링 블록들에 의한 실링 예정부의 가압과 동시에 수행되는 것을 특징으로 하는 전지셀 실링 장치.
9. 삭제
10. 제 1 항에 있어서, 상기 실링부의 형성을 위한 실링 블록들의 열은 가이드 바들로 전도되는 것을 특징으로 하는 전지셀 실링 장치.
11. 제 1 항에 있어서, 상기 가이드 바들 각각의 폭(W)은 미실링 영역의 폭(w) 대비 100% 내지 200% 크기로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지셀 실링 장치.
12. 제 1 항에 있어서, 상기 실링 블록들의 가열 온도는 150℃ 내지 200℃인 것을 특징으로 하는 전지셀 실링 장치.
13. 제 1 항에 있어서, 상기 전지셀은 전극단자들이 전지케이스의 상단에 동일한 방향으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지셀 실링 장치.
14. 제 13 항에 있어서, 실링부에서 상기 전극단자들의 상면 및 하면에는 리드 필름이 부착되어 있고, 상기 리드 필름이 전지케이스에 열융착되어 있는 것을 특징으로 하는 전지셀 실링 장치.
15. 제 1 항 내지 제 8 항 및 제 10 항 내지 제 14 항 중 어느 하나에 따른 실링 장치를 사용하여 제작되는 전지셀.
16. 제 15 항에 따른 전지셀을 하나 이상 포함하는 것을 특징으로 하는 디바이스.
17. 제 16 항에 있어서, 상기 디바이스는 휴대폰, 노트북, 테블릿 PC, 웨어러블 전자기기, 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 플러그-인 하이브리드 전기자동차 또는 전력 저장용 시스템에서 선택되는 것을 특징으로 하는 디바이스.

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