KR101949462B1 - 전지셀의 극판과 세퍼레이터 고정 구조 및 전지셀의 극판과 세퍼레이터 고정 방법 - Google Patents

전지셀의 극판과 세퍼레이터 고정 구조 및 전지셀의 극판과 세퍼레이터 고정 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 이차전지 중 극판을 지그재그 형태로 적층하여 Jelly roll을 만들어서 CAN 또는 Pouch 형태의 외형틀에 삽입하여 전지를 완성하는 방법 중에서 적층한 Jelly roll을 이송 및 핸들링 작업시 양극판(12)과 음극판(14)이 변형이나 틀어짐 등의 불량이 발생하는 것을 방지하기 위하여 Jelly roll 형태의 극판을 특별한 고정 지지부(30)를 형성(고형체를 분사)하여 일정한 위치에서 변형이나 틀어짐이 없도록 한다. 이를 위한 본 발명의 구성은 복수장의 양극판(12)과 음극판(14) 사이에 세퍼레이터(16)가 개재된 전지셀(10); 상기 전지셀(10)의 둘레부에 구비된 고정 지지부(30);를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

전지셀의 극판과 세퍼레이터 고정 구조 및 전지셀의 극판과 세퍼레이터 고정 방법{Battery cell electrode and separator fixing structure and battery cell electrode and separate fixing method}
본 발명은 스택 방식 전지롤 고정 구조 및 전지셀 극판 고정 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 사용중에 전지셀의 극판 변형이나 외부 충격에 의하여 극판과 세퍼레이터 간의 틀어짐을 방지할 수 있는 새로운 전지셀의 극판과 세퍼레이터 고정 구조 및 극판 고정 방법에 관한 것이다.
이차전지는 재충전이 가능하고 소형 및 대용량화가 가능한 것으로서, 양극판과 세퍼레이터 및 음극판이 함께 권취된 전극 롤이 상기 음극과 접속된 캔의 내부에 수납되고, 캔의 상부에 캡이 구비된 구조로 이루어지는 경우가 많다. 전극 롤의 상면과 하면에는 캡과 캔과의 접촉을 방지하기 위해 절연판이 설치되는 것이 보통이다.
그런데, 각형 이차전지(이하, 편의상 이차전지라 함)의 제조공정 중 극판(양극판과 음극판을 의미함)을 지그재그 형태로 적층하여 젤리롤(Jelly roll)(이하, 편의상 전지롤이라 함)을 만들어서 캔 또는 파우치 형태의 외형틀에 삽입하여 전지를 완성하는 방법이 있는데, 이러한 이차전지 제조 공정 중에 적층한 전지롤을 이송 및 핸들링 작업시 양극판과 음극판의 변형이나 틀어짐 등의 불량이 발생한다.
또한, 이차전지의 파우치나 캔에 롤 형태의 전지롤이 아니라 복수장의 양극판과 음극판 사이에 세퍼레이터가 개재되어 적층된 형태의 전지셀이 삽입되는 경우도 많은데, 이러한 적층형 전지셀을 파우치나 캔에 삽입할 때에도 상기와 같은 문제가 동일하게 발생한다.
상기 전지셀이 들어간 이차전지를 사용하는 도중에 양극판과 음극판에 도포된 활물질은 이차전지가 한쪽으로 쏠리는 현상 등에 의해 전지셀의 한쪽으로 쏠리게 되고 세퍼레이터는 축소되어서 양극판과 음극판의 끝단 부분이 세퍼레이터 밖으로 삐져나와서 양극판과 음극판이 서로 숏트될 여지가 있으며, 이처럼 양극판과 음극판이 숏트가 되면 이차전지의 전지셀이 얼마 사용하지 못하고 터지는 것과 같은 심각한 손상을 초래한다.
한국등록특허 제20-0228354호(2001.04.12 등록) 한국공개실용신안 제20-1999-0031053호(1999.07.26 공개) 한국등록특허 제10-0478100호(2005.03.11 등록)
본 발명은 전술한 바와 같은 문제를 해결하기 위해 개발된 것으로, 본 발명의 목적은 각형 전지의 제조공정 중 와인딩(Winding) 작업이 완료된 전지롤을 캔(can)이나 파우치 형태의 외형틀(파우치나 캔)에 삽입시 전지롤 내부의 극판이 움직이거나 변형되는 것을 방지하는 새로운 전지셀의 극판과 세퍼레이터 고정 구조 및 극판 고정 방법을 제공하고자 한다. 본 발명은 UV 경화 코팅제 및 이와 유사한 기능을 가진 물질을 이용하여 전지롤에 도포 후 굳혀서 사용하는 방법을 구현한다.
또한, 본 발명에서는 와인딩 작업이 완료된 전지셀(전지롤) 뿐만 아니라 복수장의 양극판과 음극판 사이에 세퍼레이터가 개재되어 적층된 전지셀(일반적인 적층형 전지셀)을 외형틀(파우치나 캔)에 삽입시 전지셀 내부의 극판이 움직이거나, 사용 중에 내부 극판이 움직이거나 변형되는 것을 방지하는 전지셀의 극판과 세퍼레이터 고정 구조 및 전지셀의 극판과 세퍼레이터 고정 방법을 제공하는 것도 목적이 된다.
상기와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명에 의하면, 복수장의 양극판과 음극판 사이에 세퍼레이터가 개재된 전지셀; 상기 전지셀의 둘레부에 구비된 고정 지지부;를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 전지셀의 극판과 세퍼레이터 고정 구조가 제공된다.
상기 고정 지지부는 UV 코팅부로 구성되어, 상기 전지셀의 상단 둘레부 또는 하단 둘레부 중에서 적어도 하나에 구비된 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 복수장의 양극판과 음극판 사이에 세퍼레이터가 개재된 전지셀을 준비하는 단계; 상기 전지셀의 둘레부에 고정 지지부를 형성하여 상기 전지셀의 양극판과 음극판을 고정시키는 단계;를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 전지셀의 극판과 세퍼레이터 고정방법이 제공된다.
상기 고정 지지부는 UV 경화 코팅제를 도포 및 경화시켜서 형성된다.
상기 복수장의 양극판과 음극판 사이에 세퍼레이터가 적층되어 이루어진 적층형 전지셀의 경우에는 전지셀의 모든 둘레부에 고정 지지부를 형성한 것을 특징으로 한다.
상기 적층형 전지셀의 경우에 세퍼레이터의 면적을 양극판과 음극판의 면적보다 더 크게 구성하여, 세퍼레이터의 끝단이 양극판과 음극판의 끝단보다 더 돌출되도록 형성하고, 상기 세퍼레이터들을 관통하여 고정부재를 결합하고, 상기 고정부재와 세퍼레이터들을 경화제에 의해 고정하여 상기 양극판과 음극판을 끝단을 상기 고정부재에 의해 지지하도록 구성된 것을 특징으로 한다.
기존에 각형 이차전지의 전지셀 내부의 양극판과 음극판이 틀어짐 등이 생겨서 전지의 안정적인 출력이 어려운 문제가 있었는데, 본 발명은 고정 지지부에 의해 전지셀의 양극판과 음극판을 고정시켜줌으로써 젤리롤 내부의 양극판과 음극판이 틀어짐 등이 생기지 않아 전지의 안정적인 출력이 가능하며 극판의 변동에 따른 활물질의 탈락으로 인한 불량 발생을 방지한다.
도 1은 본 발명에 의한 전지셀의 극판과 세퍼레이터 고정 구조를 보여주는 정면도
도 2는 도 1의 일측면도
도 3은 도 1의 평면도
도 4는 도 1에 도시된 전지셀의 극판과 세퍼레이터 고정 구조의 다른 실시예를 보여주는 정면도
도 5는 본 발명에 의한 전지셀의 극판과 세퍼레이터 고정 구조에서 전지셀의 양쪽 측단부에 고정 지지부를 형성한 상태를 개략적으로 보여주는 정면도
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 전지셀의 극판과 세퍼레이터 고정 구조를 보여주는 단면도
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세히 설명한다. 상기 본 발명의 목적과 특징 및 장점은 첨부도면 및 다음의 상세한 설명을 참조함으로써 더욱 쉽게 이해될 수 있을 것이다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
또한, 본 발명의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 예를 들어, 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
도면을 참조하면, 본 발명은 복수장의 양극판(12)과 음극판(14) 사이에 세퍼레이터(16)가 개재된 전지셀(10)과, 이러한 전지셀(10)의 둘레부에 구비된 고정 지지부(30)를 구비한 전지셀의 극판과 세퍼레이터 고정 구조를 제공한다. 본 발명의 전지셀의 극판과 세퍼레이터 고정 구조는 전지셀 내부 극판 흔들림 방지 구조라 할 수 있다.
본 발명의 일실시예서 전지셀(10)은 와인딩 방식에 의해 롤 형태로 만들어진다. 전지셀(10)은 복수장의 양극판(12)과 복수장의 음극판(14) 사이에 세퍼레이터(16)가 개재된 구조이다. 이하, 편의상 양극판(12)과 음극판(14)을 극판으로 칭하기로 한다.
본 발명에서는 롤 형태로 와인딩된 젤리롤과 복수장의 양극판과 음극판 사이에 세퍼레이터가 개재되어 적층된 형태의 적층형 전지셀을 파우치나 캔에 삽입하여 고정할 수 있다. 즉, 본 발명에서 기술하는 전지셀(10)은 와인딩된 방식의 전지롤과 적층형 전지셀을 모두 포함하는 개념임을 이해해야 할 것이다.
전지셀(10)의 지그재그 형태로 적층한 극판은 활물질에 의해 떠 있는 상태(floating 상태)에 있으므로, 쉽게 외부의 물리력에 의하거나 자체의 흔들림 등으로 인하여 극판의 위치변동이 발생한다. 이것은 전지의 용량이 축소되거나 쇼트 등의 문제를 야기시켜서 불량 및 안전성이 크게 문제가 된다. 따라서, 본 발명은 전지셀(10)(Jelly roll) 적층 후 하단부에 UV 경화 코팅제를 도포하고 일정시간 경화 램프를 조사시켜서 초기 형태의 전지셀(10)) 내부에 극판의 위치를 일정하게 유지시키고자 한다.
전지셀(10)을 세퍼레이터(16)로 마감하고 외부에 테이프(Tape) 또는 본드(bond)로 고정하면 그리드(grid) 방향 또는 반대방향으로 극판이 떨어질 수 있어서 현재는 테이프 등으로 감싸지만 전지셀(10) 내부의 극판은 고정할 수 없어서 위치변화가 생긴다.
따라서, 본 발명에서는 극판과 세퍼레이터(16)를 적층시켜서 전지셀(10)을 형성하는 과정에서 외부로 드러난 극판의 둘레부에 UV 경화 코팅제를 도포하고 굳혀서 사용한다. 상기 UV 경화 코팅제는 고정 지지부(30)로서, UV 경화 코팅제를 전지셀(10)의 둘레부에 도포하고 램프와 같은 경화수단에 의해 UV 경화 코팅제를 굳혀준다. 그러면, 상기 UV 경화 코팅제가 극판과 세퍼레이터(16)를 잡아주는 지지체 역할을 하게 되므로, 상기 전지셀(10) 내부의 극판이 유동되거나 변형되는 것을 방지하게 된다. 물론, 상기 고정 지지부(30)는 UV 경화 코팅제 이외에 극판과 세퍼레이터(16)를 고정하는 수단이면 모두 채용할 수 있음을 이해해야 할 것이다.
한편, 본 발명에 의하면, 복수장의 양극판(12)과 음극판(14) 사이에 세퍼레이터(16)가 개재된 전지셀(10)을 준비하는 단계와, 상기 전지셀(10)의 둘레부에 고정 지지부(30)를 형성하여 전지셀(10)의 극판(양극판(12)과 음극판(14))들을 고정시키는 단계를 포함하는 전지셀 극판 고정 방법이 제공된다. 이때, 고정 지지부(30)에 의해서는 극판들과 세퍼레이터(16)들도 고정하게 된다. 상기와 같이, 전지셀(10)(Jelly roll)의 하단부에 일정한 형태로 경화 코팅제를 도포하고, 경화 코팅제 도포 후 빠르게 굳혀서 고정 지지부(30)를 형성하여 제조공정에 연결하여 작업할 수 있다. 고정 지지부(30)를 형성하는 경화 코팅제는 UV 경화 코팅제를 도포 및 경화시켜서 형성될 수도 있고, 유사한 기능을 가진 액체나 액상형태의 물질을 이용하여 전지셀(10)(Jelly roll)에 도포하는 형태가 될 수 있다. 겔(Gel) 형태 또는 스프레이(Spray) 형태로 도포할 수도 있다. 도포된 경화 코팅제는 경화 램프로 조사하여 경화시킬 수 있다. 경화 램프로 경화 코팅제가 굳어진 상태가 고정 지지부(30)가 된다. 상기 경화 코팅제의 도포형태는 "S" 형태, 점형태, SPRAY 형태 등과 같이 다양한 형태로 될 수 있다.
따라서, 본 발명에 의하면, 전지셀(10) 내부의 극판들의 틀어짐 등이 없어서 전지의 안정적인 출력이 가능하며 극판의 변동에 따른 활물질의 탈락을 방지하여 불량 발생을 없애준다. 대용량 전지의 경우 진동으로 인한 극판의 변형이 문제가 되지만 본 발명에서는 극판의 이동이 발생하지 않으므로 전지의 불량 문제가 해결될 수 있다.
본 발명에서는 전지셀이 들어간 이차전지를 사용하는 도중에 양극판(12)과 음극판(14)에 도포된 활물질이 이차전지가 한쪽으로 쏠리는 현상 등에 의해 전지셀의 한쪽으로 쏠리게 되거나 세퍼레이터(16)가 축소되려 하여도 상기 고정 지지부(30)가 세퍼레이터(16)들의 잡아서 지지하게 되므로, 양극판(12)과 음극판(14)의 끝단 부분이 세퍼레이터(16)보다 더 밖으로 삐져나와서 양극판(12)과 음극판(14)이 서로 숏트될 여지가 차단되며, 이처럼 양극판(12)과 음극판(14)의 숏트가 될 여지를 차단함으로써 이차전지의 전지셀이 얼마 사용하지 못하고 터지는 것과 같은 심각한 손상을 미연에 방지할 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 실시예에서는 전지셀(10)이 복수장의 사각판 형태의 복수장의 극판 사이에 세퍼레이터가 개재된 적층형 전지셀을 파우치나 캔에 삽입하여 고정한다. 상기 적층형 전지셀도 편의상 전지셀(10)이라 칭하기로 한다. 본 발명의 다른 실시예에서 전지셀(10)이 파우치나 캔에 삽입되어 고정되는 구조와 방법은 전술한 본 발명의 실시예와 동일하고 그 효과 역시 동일하므로, 이에 대한 중복 설명은 생략하기로 한다.
이때, 도 4에 도시된 바와 같이 상기 고정 지지부(30)는 전지셀(10)의 상단부 뿐만 아니라 하단부에도 구비될 수 있다. 전지탭이 나와 있는 전지셀(10)의 하단부에도 고정 지지부(30)가 구비될 수 있다.
한편, 상기 복수장의 양극판(12)과 음극판(14) 사이에 세퍼레이터(16)가 적층되어 이루어진 적층형 전지셀의 경우에는 전지셀의 모든 둘레부에 고정 지지부(30)를 형성한다. 전지셀의 상단부와 하단부 뿐만 아니라 전지셀의 양쪽 측단부에도 고정 지지부(30)를 형성한다. 도 5 참조.
그러면, 상기 고정 지지부(30)가 세퍼레이터(16)들의 측단부들을 잡고 있어서 이차전지의 사용중에 전지셀의 세퍼레이터(16)이 축소되거나 양극판(12))과 음극판(14)들에 도포되어 있는 활물질이 전지셀의 한쪽으로 쏠리는 경우에도 양극판(12)과 음극판(14)들이 세퍼레이터(16)의 바깥쪽으로 삐져나와서 양극판(12)과 음극판(14)들이 숏트되는 현상을 방지한다.
한편, 적층형 전지셀의 경우에 세퍼레이터(16)의 면적을 양극판(12)과 음극판(14)의 면적보다 더 크게 구성하여, 세퍼레이터(16)의 끝단이 양극판(12)과 음극판(14)의 끝단보다 더 돌출되도록 형성하고, 상기 세퍼레이터(16)들을 관통하여 고정부재(40)를 결합하고, 상기 고정부재(40)와 세퍼레이터(16)들을 경화제에 의해 고정하여 상기 양극판(12)과 음극판(14)의 끝단을 상기 고정부재(40)에 의해 지지하도록 구성될 수 있다. 고정부재(40)는 핀형상으로 이루어지고 각각의 세퍼레이터(16)들에는 홀을 형성하여, 상기 고정부재(40)를 각 세퍼레이터(16)들의 홀들에 끼운 다음, 상기 고정부재(40)와 세퍼레이터(16)들을 경화제에 의해 고정한다. 이러한 구조를 고정부재의 스팃치 고정 방식이라 할 수 있다. 도 6 참조.
이처럼 고정부재(40)을 각각의 세퍼레이터(16)들의 관통하도록 결합하면, 고정부재(40)가 세퍼레이터(16)들을 잡아서 지지하는 구조가 되어서, 이차전지의 사용 중에 세퍼레이터(16)들이 양극판(12)과 음극판(14)들의 둘레부보다 더 안쪽으로 축소되어 들어가는 경우, 다시 말해, 세퍼레이터(16)들이 이차전지 사용중에 사이즈가 축소되어 양극판(12)과 음극판(14)들이 둘레부가 세퍼레이터(16)들의 둘레부보다 더 삐져나오는 경우가 방지되어, 양극판(12)과 음극판(14)들이 서로 접촉되어 생길 수 있는 숏트 현상이 미연에 방지될 수 있으며, 양극판(12)과 음극판(14)들의 숏트에 의한 이차전지의 전지셀이 손상되는 경우를 더욱 확실하게 방지할 수 있게 된다.
이상, 본 발명의 특정 실시예에 대하여 상술하였다. 그러나, 본 발명의 사상 및 범위는 이러한 특정 실시예에 한정되는 것이 아니라, 본 발명의 요지를 변경하지 않는 범위 내에서 다양하게 수정 및 변형이 가능하다는 것을 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이해할 것이다.
따라서, 이상에서 기술한 실시예들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이므로, 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 하며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
10. 전지셀 12. 양극판
14. 음극판 16. 세퍼레이터
30. 고정 지지부

Claims (4)

  1. 복수장의 양극판(12)과 음극판(14) 사이에 세퍼레이터(16)가 개재된 전지셀(10);
    상기 전지셀(10)의 둘레부에 구비된 고정 지지부(30);를 포함하여 구성되며,
    상기 전지셀(10)의 상단부와 하단부에 상기 고정 지지부(30)가 구비되고,
    상기 전지셀(10)의 상단부와 하단부에 UV 경화 코팅제를 도포하고 일정시간 경화 램프를 조사시켜서 UV 경화 코팅제가 굳어진 상기 고정 지지부(30)를 형성하며, 상기 고정 지지부(30)는 상기 전지셀(10)의 상기 양극판(12)과 상기 음극판(14) 및 상기 세퍼레이터(16)를 잡아주는 지지체 역할을 하여서, 상기 전지셀(10)의 상기 양극판(12)과 상기 음극판(14) 및 상기 세퍼레이터(16)의 위치를 일정하게 유지하도록 구성된 것을 특징으로 하는 전지셀의 극판과 세퍼레이터 고정 구조.
  2. 삭제
  3. 복수장의 양극판(12)과 음극판(14) 사이에 세퍼레이터(16)가 개재된 전지셀(10)을 준비하는 단계;
    상기 전지셀(10)의 둘레부에 고정 지지부(30)를 형성하여 상기 전지셀(10)의 양극판(12)과 음극판(14)을 고정시키는 단계;를 포함하여 구성되며,
    상기 전지셀(10)의 상단부와 하단부에 상기 고정 지지부(30)를 구비하고,
    상기 전지셀(10)의 상단부와 하단부에 UV 경화 코팅제를 도포하고 일정시간 경화 램프를 조사시켜서 UV 경화 코팅제가 굳어진 상기 고정 지지부(30)를 형성하며, 상기 고정 지지부(30)는 상기 전지셀(10)의 상기 양극판(12)과 상기 음극판(14) 및 상기 세퍼레이터(16)를 잡아주는 지지체 역할을 하여서, 상기 전지셀(10)의 상기 양극판(12)과 상기 음극판(14) 및 상기 세퍼레이터(16)의 위치를 일정하게 유지하도록 구성된 것을 특징으로 하는 전지셀의 극판과 세퍼레이터 고정 방법.
  4. 삭제
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