KR101962526B1 - 배터리 셀의 가압 장치 - Google Patents

Abstract

가압 장치(10)는, 복수의 배터리 셀(1)을 수용하는 하우징(11)과, 두께 방향으로 등간격으로 하우징(11)에 고정되고, 에어의 압력에 따라서 팽창·수축 가능한 주머니 형상을 이루는 복수의 스페이서(12)를 갖는다. 스페이서(12)를 수축시킨 상태에서는, 인접하는 스페이서(12)의 사이에, 배터리 셀(1)의 두께 방향의 치수보다 큰 간극(27)이 확보된다. 에어 기기(13)에 의해 스페이서(12) 내의 에어 압력을 상승시켜 스페이서(12)를 팽창시킨 상태에서는, 인접하는 스페이서(12)가 배터리 셀(1)을 두께 방향으로 가압한다.

Description

배터리 셀의 가압 장치 {PRESSURIZATION DEVICE FOR BATTERY CELLS}

본 발명은, 편평 형상을 이루는 배터리 셀을, 그 두께 방향으로 가압하는 가압 장치의 개량에 관한 것이다.

전기 자동차나 하이브리드 자동차에 사용되는 배터리 셀은, 예를 들어 라미네이트 필름으로 이루어지는 외장체의 내부에 발전 요소가 전해액과 함께 봉입되고, 두께 방향으로 박육의 편평 형상을 이루고 있고, 이 외장체의 주연부의 일부로부터 정부의 단자가 도출되어 있다. 이러한 종류의 배터리 셀을 제조할 때에는, 외장체의 내부의 가스를 배출하면서 전해액을 양호하게 침투시키도록, 배터리 셀을 소정의 두께 방향으로 가압하는 공정이 행해진다.

또한, 이러한 배터리 셀의 가압 작업과 유사한 기술로서, 특허문헌 1에는, 액정 패널에 사용되는 셀을 가압하는 기술이 개시되어 있다.

배터리 셀의 가압을 행할 때, 가압 장치(가압 매거진)에, 배터리 셀과 일정 폭의 스페이서를 두께 방향으로 교대로 배치하고, 이들 복수의 배터리 셀과 스페이서의 전체를 양측으로부터 두께 방향으로 압력을 가함으로써 복수의 셀을 동시에 가압하는 기술이 알려져 있다.

여기서, 배터리 셀을 가압 장치에 삽입하여 가압·고정한 상태에서 충전을 행하는 경우, 배터리 셀의 단자를 충방전 장치의 척부에 접속함으로써 충전이 행해진다. 이로 인해, 복수의 셀의 간격은 척부와 동일한 간격일 필요가 있다.

한편, 전기 자동차나 하이브리드 자동차용 배터리 셀에서는, 탑재하는 차종에 따라 용량이 상이하므로, 배터리 셀의 두께는 1종이 아니다. 여기서, 상술한 바와 같이 교대로 배치된 복수의 배터리 셀과 스페이서의 전체를 양측으로부터 가압하는 종래의 가압 장치에서는, 배터리 셀의 두께에 따라 인접하는 배터리 셀간의 간격이 상이하므로, 가압 상태에 있어서의 전체의 치수가 변화된다. 그로 인해, 충방전 장치의 척부와의 위치가 어긋나 버려, 충방전을 행할 수 없다. 따라서, 두께가 상이한 배터리 셀의 종류마다 상이한 가압 장치를 준비할 필요가 발생하고, 그것에 부수되어 여분의 매거진의 구분 에어리어가 필요해지고, 제조 비용 및 공장의 필요 면적이 증대되어, 생산성이 저하된다고 하는 문제가 있다.

일본 특허 공개 평2-146520호 공보

본 발명은, 두께가 상이한 복수 종류의 배터리 셀에 대응할 수 있는 신규의 가압 장치를 제공하는 것이다. 즉, 본 발명은 라미네이트 필름으로 이루어지는 외장체의 내부에 발전 요소가 전해액과 함께 봉입되고, 두께 방향으로 박육의 편평 형상을 이루는 복수의 배터리 셀을 상기 두께 방향으로 가압하는 배터리 셀의 가압 장치이며, 상기 복수의 배터리 셀을 수용하는 하우징과, 상기 두께 방향으로 복수 배열되어 상기 하우징에 지지되고, 내부에 봉입되는 작동 유체의 유체 압력에 따라서 적어도 상기 두께 방향으로 신축 가능한 주머니 형상을 이루는 복수의 스페이서와, 유체 압력원으로부터 상기 복수의 스페이서에 유체를 공급하는 압력 공급 통로를 갖고 있다.

그리고, 상기 스페이서 내의 유체 압력을 저하시켜 상기 스페이서를 수축시킨 상태에서는, 인접하는 스페이서의 사이에, 상기 배터리 셀의 두께 방향의 치수보다 큰 간극이 확보된다. 한편, 상기 스페이서 내의 유체 압력을 상승시켜 상기 스페이서를 팽창시킨 상태에서는, 인접하는 스페이서의 사이에 배치된 상기 배터리 셀을 상기 두께 방향으로 가압하도록 구성되어 있다.

본 발명에 따르면, 배터리 셀과 교대로 배치되는 스페이서를 팽창시킴으로써 배터리 셀을 가압하도록 구성하였으므로, 대상으로 하는 배터리 셀의 두께에 관계없이, 가압 장치의 하우징에 대한 배터리 셀의 위치(두께 방향의 중앙 위치)가 동일한 위치에 얻어진다. 이에 의해, 두께가 상이한 다양한 형식의 배터리 셀에 대해, 예를 들어 충방전 장치의 척부와의 위치 어긋남 등이 발생하지 않아, 동일한 가압 장치를 사용하여 배터리 셀의 가압을 행할 수 있다. 따라서, 두께가 상이한 배터리 셀의 형식마다 개별로 가압 장치를 준비할 필요가 없으므로, 비용을 억제할 수 있음과 함께 작업 효율이 향상된다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 관한 가압 장치에 의해 가압되는 배터리 셀로서의 필름 외장 전지를 도시하는 사시도.
도 2는 도 1의 필름 외장 전지의 단면도.
도 3은 제1 실시예에 관한 가압 장치를 도시하는 상면도.
도 4는 상기 가압 장치의 측면도.
도 5는 상기 가압 장치의 스페이서를 도시하는 정면도(A) 및 측면도(B).
도 6은 상기 스페이서의 수축 상태(A) 및 팽창 상태(B)를 도시하는 도 4의 B-B선을 따른 주요부의 단면도.
도 7은 마찬가지로 상기 스페이서의 수축 상태(A) 및 팽창 상태(B)를 도시하는 도 3의 A-A선을 따른 주요부의 단면도.
도 8은 가압면의 표면에 미세한 요철을 설치한 변형예를 나타내는 스페이서의 정면도.
도 9는 셀 지지부를 구비한 변형예를 나타내는 스페이서의 정면도.
도 10은 도 9의 C-C선을 따른 단면도.
도 11은 셀 지지부를 구비한 스페이서를 두께가 얇은 배터리 셀과 조합한 상태에서 나타내는 상면으로부터 본 수축 상태에서의 설명도.
도 12는 도 11과 같이 조합한 상태에서 나타내는 상면으로부터 본 팽창 상태에서의 설명도.
도 13은 셀 지지부를 구비한 스페이서를 두께가 두꺼운 배터리 셀과 조합한 상태에서 나타내는 상면으로부터 본 수축 상태에서의 설명도.
도 14는 가압 장치의 제2 실시예를 도시하는 상면도.
도 15는 상기 가압 장치의 측면도.
도 16은 제2 실시예의 하우징의 유효 길이 L을 길게 설정하였을 때의 설명도.
도 17은 제2 실시예의 하우징의 유효 길이 L을 짧게 설정하였을 때의 설명도.

이하, 도시한 실시예에 의해 본 발명을 설명한다.

우선, 가압이 행해지는 배터리 셀의 일례인 필름 외장 전지에 대해, 도 1 및 도 2를 참조하여 설명한다. 이 필름 외장 전지(1)는, 예를 들어 리튬 이온 이차 전지이며, 편평한 직사각형의 외관 형상을 갖고, 길이 방향의 한쪽의 단부 테두리에, 도전성 금속박으로 이루어지는 박판 형상의 한 쌍의 단자(2, 3)를 구비하고 있다. 이 필름 외장 전지(1)는, 직사각형을 이루는 전극 적층체(4)를 전해액과 함께 라미네이트 필름으로 이루어지는 외장체(5)의 내부에 수용한 것이다. 발전 요소인 상기한 전극 적층체(4)는, 세퍼레이터(8)를 개재하여 교대로 적층된 복수의 정극판(6) 및 부극판(7)으로 구성되어 있다. 복수의 정극판(6)은, 정극 단자(2)에 접합되어 있고, 마찬가지로, 복수의 부극판(7)은 부극 단자(3)에 접합되어 있다. 정극판(6)은 알루미늄박 등의 금속박으로 이루어지는 정극 집전체(6a)의 양면에 정극 활물질층(6b)을 코팅한 것이고, 상기 부극판(7)은 구리박 등의 금속박으로 이루어지는 부극 집전체(7a)의 양면에 부극 활물질층(7b)을 코팅한 것이다.

외장체(5)는, 전극 적층체(4)의 하면측에 배치되는 1매의 라미네이트 필름과 상면측에 배치되는 다른 1매의 라미네이트 필름의 2매의 구조를 이루고, 이들 2매의 라미네이트 필름의 주위의 4변을 겹쳐, 그 주연을 따라 서로 열융착된다. 이와 같이 열융착된 4변의 주연부(5a)는 얇은 시트 형상을 이루고, 이에 반해, 전극 적층체(4)를 수용한 중앙 부분(5b)은 상대적으로 두꺼운 어느 정도의 두께를 갖고 있다. 직사각형을 이루는 필름 외장 전지(1)의 짧은 변측에 위치하는 한 쌍의 단자(2, 3)는, 라미네이트 필름을 열융착할 때, 라미네이트 필름의 접합면을 통해 외부로 인출된다.

또한, 도시 예에서는, 동일한 한쪽의 단부 테두리에 한 쌍의 단자(2, 3)가 배열되어 배치되어 있지만, 한쪽의 단부 테두리에 정극 단자(2)를 배치하고, 또한 다른 쪽의 단부 테두리에 부극 단자(3)를 배치하도록 하는 것도 가능하다.

상기한 필름 외장 전지(1)의 제조 순서로서는, 이하와 같다. 먼저, 적층 공정에 있어서, 정극판(6), 부극판(7) 및 세퍼레이터(8)를 순차 적층하고, 또한 단자(2, 3)를 스폿 용접 등에 의해 장착하여 전극 적층체(4)를 구성한다. 다음으로, 이 전극 적층체(4)를 외장체(5)가 되는 라미네이트 필름으로 덮어, 1변을 남기고 주위의 3변을 열융착한다. 다음으로, 개구되는 1변을 통해 외장체(5)의 내부에 전해액을 주액·충전하고, 그 후, 개구되는 1변을 열융착하여 외장체(5)를 밀폐 상태로 한다. 이에 의해 필름 외장 전지(1)가 완성되므로, 그 후, 충전, 후술하는 가압, 에이징 및 전압 검사 등의 공정을 거쳐서 출하된다.

도 3 및 도 4는, 본 발명의 주요부를 이루는 가압 장치(10)의 제1 실시예를 도시하고 있다. 또한, 이하의 설명에서는, 상기한 필름 외장 전지(1)를 배터리 셀(1)이라고 칭한다. 이 가압 장치(10)는 복수의 배터리 셀(1)을 수용하는 하우징(11)과, 배터리 셀(1)의 두께 방향(P)에 대해 소정의 등간격으로 하우징(11)에 고정되고, 내부에 봉입되는 작동 유체로서의 에어의 에어 압력(유체 압력)에 따라서, 적어도 상기 두께 방향(P)으로 신축 가능한 주머니 형상을 이루는 복수의 스페이서(12)를 구비한다. 그리고, 복수의 스페이서(12) 내의 에어 압력을 조정 가능한 유체 압력원으로서, 하우징(11)의 외부에 에어 기기(13)를 구비하고 있다.

하우징(11)은, 컨베이어에 의해 반송하기 위한 마찰면이 되는 평탄한 직사각형의 판 형상을 이루는 베이스 플레이트(14)와, 이 베이스 플레이트(14)의 길이 방향의 양단부에 기립 설치된 한 쌍의 고정 플레이트(15)를 갖고, 이들 한 쌍의 고정 플레이트(15)의 사이에, 복수의 스페이서(12)가 소정의 등간격으로 배치되어 있다.

고정 플레이트(15)는, 복수의 배터리 셀(1)이 가압되었을 때에 그 전체의 하중을 받는 것으로, 스페이서(12)보다 후육이며, 베이스 플레이트(14)에 강고하게 고정되어 있다.

고정 플레이트(15)의 4 코너에는, 양 고정 플레이트(15)의 사이에 걸쳐진 가이드 샤프트(16)가 고정되어 있고, 이들 가이드 샤프트(16)에 의해 각 스페이서(12)가 두께 방향(P)으로 미끄럼 이동 가능하게 지지되어 있다. 이 가이드 샤프트(16)에는, 인접하는 스페이서(12) 사이의 피치를 일정하게 하도록 원통 형상의 부시(17)가 각 스페이서(12) 사이에 삽입되어 있다. 즉, 가이드 샤프트(16) 상에 부시(17)와 스페이서(12)가 서로 접촉하는 상태로 교대로 배치되어 있고, 그 전체가 양측의 고정 플레이트(15)에 의해 끼움 지지되어 있다. 이에 의해, 한 쌍의 고정 플레이트(15)의 사이에서 복수의 스페이서(12)가 등간격으로 고정되어 있다. 또한, 각 스페이서(12)를 등간격으로 되도록 하우징(11)에 직접 고정해도 된다.

또한, 하우징(11)의 측부에는, 압력 공급 통로로서, 가이드 샤프트(16)와 평행하게 연장된 에어 배관(22)이 배치되어 있고, 이 에어 배관(22)에 의해, 후술하는 바와 같이 에어 기기(13)로부터 각 스페이서(12)에 에어가 공급되도록 되어 있다. 에어 배관(22)의 기단부에는, 스페이서(12)에 도입된 에어의 역류를 방지하는 역지 밸브(29)가 설치되어 있고, 이 역지 밸브(29)에 착탈 가능하게 접속되는 조인트(30)를 통해, 에어 배관(22)이 에어 기기(13)에 접속된다. 또한, 역지 밸브(29)는 도시하지 않은 개방 지그를 결합함으로써 개방되어, 스페이서(12)로부터의 공기 배출이 가능하다.

스페이서(12)는, 도 5에도 도시하는 바와 같이, 두께 방향의 양측의 면이 각각 평탄한 형상을 이루고, 이들 평탄한 면이, 배터리 셀(1)의 양 측면을 두께 방향(P)으로 가압하는 가압면(18)으로서 기능한다. 이 스페이서(12)는 두께 방향으로 팽창·수축 가능하며, 또한 반복 사용해도 신장된 상태 그대로 되기 어려운 소재가 사용된다. 예를 들어, 스페이서(12)의 소재로서, 적어도 가압면(18)의 부분에 천 섬유를 함유한 고무 시트가 사용된다.

또한, 스페이서(12)는, 내부에 에어가 도입 가능한 주머니 형상을 이루고 있고, 이 예에서는, 2매의 고무 시트를 주연부(19)에서 서로 접합한 형상으로 되어 있다. 주연부(19)의 4 코너에는, 상기한 가이드 샤프트(16)가 미끄럼 이동 가능하게 삽입 관통하는 관통 구멍(20)이 형성되어 있다. 또한, 주연부(19)는 고무 자체의 경도를 높여 강성을 갖는 판 형상으로 구성해도 되고, 혹은 경질 합성 수지나 금속으로 이루어지는 별도의 직사각형의 프레임을 고무 시트에 장착하도록 해도 된다. 스페이서(12)에는, 하우징(11)에의 장착 상태에서 측방을 향하는 짧은 변측의 주연부(19)에, 내부의 에어를 도입·배출 가능한 에어 도입구(21)가 설치되어 있다.

도 6에 도시하는 바와 같이, 스페이서(12)의 에어 도입구(21)는 에어 배관(22)을 통해 상기한 에어 기기(13)와 접속된다. 에어 배관(22)과 에어 도입구(21)의 접속부에는, 에어 배관 접속용 조인트(23)가 장착되어 있다. 이 에어 배관(22)을 통해, 에어 기기(13)로부터 스페이서(12) 내의 에어 공급·배출이 행해진다. 여기서, 에어 배관(22)은, 두께 방향(P)으로 연장되는 중공 형상의 것이며, 하우징(11)에 고정됨과 함께, 복수의 스페이서(12)가 소정의 등간격으로 접속되어 있다. 또한, 에어 배관(22)은 하우징(11)의 하면측, 예를 들어 베이스 플레이트(14)의 내부에 설치할 수도 있다.

또한, 도 7에 도시하는 바와 같이, 스페이서(12)의 하부 테두리부, 즉 배터리 셀(1)이 삽입되는 측과는 반대측의 테두리부에는, 배터리 셀(1)의 주연부를 수용하는 오목부(26)가 형성된 하부 가이드 프레임(25)이 설치되어 있다.

또한, 도 7에 도시하는 바와 같이, 스페이서(12)의 상부 테두리부, 즉 배터리 셀(1)이 삽입되는 측의 테두리부에, 배터리 셀(1)의 삽입 반대 방향(즉, 상방)을 향해 끝이 가느다란 단면 테이퍼 형상의 상부 가이드 프레임(24)을 부가적으로 설치하도록 해도 된다. 이 상부 가이드 프레임(24)에 의해, 배터리 셀(1)의 주연부(5a)(라미네이트 용착부)가 절곡되어 있던 경우에도, 스페이서(12)에 걸리는 일 없이 스페이서(12) 사이의 간극(27)에 더욱 용이하게 삽입된다.

다음으로, 이러한 가압 장치(10)를 사용한 가압 작업에 대해, 도 6 및 도 7을 사용하여 설명한다.

우선, 하우징(11)에의 배터리 셀(1)의 삽입이 행해진다. 하우징(11)에 배터리 셀(1)을 삽입할 때에는, 스페이서(12) 내에 에어를 공급하지 않고, 도 6의 (A) 및 도 7의 (A)에 도시하는 바와 같이, 스페이서(12)를 수축시킨 채로의 상태로 한다. 이에 의해, 인접하는 스페이서(12)의 사이에, 배터리 셀(1)의 두께 방향(P)의 치수보다 큰 간극(27)이 확보되어, 로봇 핸드 등에 의해 배터리 셀(1)을 용이하게 삽입할 수 있다. 삽입 후, 하우징(11)은 가압 공정으로 반송된다. 하우징(11)이 소정의 가압 공정에 도착하면, 우선, 조인트(30)에 의해 에어 기기(13)와 에어 배관(22)을 접속한다.

가압 공정에서는, 배터리 셀(1)이 삽입되어 있는 상태에 있어서, 각 스페이서(12)에 에어를 공급하고, 도 6의 (B) 및 도 7의 (B)에 도시하는 바와 같이, 스페이서(12) 내의 에어 압력을 상승시켜 스페이서(12)를 팽창시킨 상태로 한다. 이에 의해, 인접하는 스페이서(12)의 사이에 배치된 배터리 셀(1)이 두께 방향으로 가압된다. 배터리 셀(1)의 가압이 완료되면, 에어 기기(13)를 정지하고, 조인트(30)를 역지 밸브(29)로부터 제거한다. 조인트(30)를 제거한 후에도, 역지 밸브(29)에 의해 가압 상태가 유지된다.

하우징(11)은, 다음의 충전 공정으로 반송되고, 이러한 가압 상태하에서 소정의 충전이 행해진다. 그 후, 하우징(11)은 가압 상태 그대로 도시하지 않은 수납 랙에 반송되고, 예를 들어 수일 간의 에이징이 행해진다.

에이징이 종료되어 배터리 셀(1)을 하우징(11)으로부터 취출할 때에는, 역지 밸브(29)를 개방하여 에어를 배출하고, 다시 스페이서(12)를 수축시킨다. 이에 의해, 인접하는 스페이서(12)의 간극(27)이 배터리 셀(1)의 두께보다 커지므로, 로봇 핸드 등에 의해 가압 장치(10)로부터 배터리 셀(1)을 용이하게 뽑아 낼 수 있다.

이상과 같이 본 실시예에서는, 배터리 셀(1)과 교대로 배치되는 스페이서(12)를 팽창시킴으로써 배터리 셀(1)을 가압하도록 구성하였으므로, 대상으로 하는 배터리 셀(1)의 두께에 관계없이, 하우징(11)에 대한 각 배터리 셀(1)의 위치(두께 방향의 중앙 위치 내지 단자(2, 3)의 위치)가 항상 동일한 위치에 얻어진다. 이에 의해, 두께가 상이한 다양한 형식의 배터리 셀(1)에 대해 예를 들어 충방전 장치의 척부와의 위치 어긋남 등이 발생하는 일이 없어, 동일한 가압 장치를 사용하여 배터리 셀(1)의 가압을 행할 수 있다. 즉, 동일한 가압 장치(10)(환언하면, 동일한 하우징(11))에 의해, 두께가 상이한 다양한 형식의 배터리 셀(1)에 대응하는 것이 가능해진다.

또한, 상기 가압 장치(10)에 있어서는, 기본적으로 1개의 하우징(11)에 대해서는 모두 동일한 형식(동일한 두께)의 복수의 배터리 셀(1)이 수용되지만, 상기 제1 실시예의 가압 장치(10)의 하우징(11)은, 복수의 스페이서(12)가 하우징(11)에 등간격으로 고정되어 있으므로, 가령 복수의 배터리 셀(1) 중 일부가 두께가 상이한 것이었다고 해도, 배터리 셀(1)을 등간격으로 유지한 채 소기의 가압을 행하는 것이 가능하다.

다음으로, 도 8은 상기 스페이서(12)의 가압면(18)의 표면을 조면으로 한 변형예를 도시하고 있다. 예를 들어, 천 섬유를 함유한 고무 시트 등으로 이루어지는 가압면(18)의 표면에, 미세한 요철이 설치되어 있어, 스페이서(12)의 가압에 의한 배터리 셀(1)과의 부착을 방지하고 있다. 즉, 배터리 셀(1)의 외장체(5)가 매끄러운 라미네이트 필름으로 이루어지므로, 예를 들어 고무 시트로 이루어지는 스페이서(12)의 가압면(18)이 요철이 없는 평활면이면, 가압 시에 서로 부착되어 버릴 우려가 있다. 본 실시예와 같이 가압면(18)을 미세한 요철면, 즉 조면으로 함으로써, 부착이 억제된다.

도시 예에서는, 구면 형상의 미소 돌기를 다수 배열함으로써 요철면으로 되어 있지만, 반대로 다수의 미소한 오목부를 배열하도록 해도 된다. 조면으로 하기 위한 미소한 요철은, 등간격으로 규칙적으로 배열해도 되고, 혹은 불규칙적으로 배열해도 되고, 그 밖에, 격자 형상의 요철이나 불규칙한 주름 모양의 형성 등 라미네이트 필름에 대한 부착을 억제할 수 있는 조면이면, 어떠한 형상의 것이어도 된다. 단, 개개의 요철 크기나 단차가 과도하게 크면, 스페이서(12)의 팽창에 의해 배터리 셀(1)을 가압하였을 때, 가압면(18)의 요철이 라미네이트 필름에 전사되어버려, 배터리 셀(1)의 품질면에서 바람직하지 않다. 따라서, 부착을 억제할 수 있는 동시에, 라미네이트 필름에의 전사가 발생하지 않을 정도로 충분히 미세한 요철로 하는 것이 바람직하다.

다음으로, 도 9∼도 13에 기초하여, 스페이서(12)의 또 다른 변형예에 대해 설명한다. 전술한 바와 같이 두께가 상이한 다양한 형식의 배터리 셀(1)에 동일한 하우징(11)을 사용하는 경우, 스페이서(12)의 수축 상태에 있어서 각 스페이서(12) 사이에 확보되는 간극(27)은, 상정되는 형식의 배터리 셀(1) 중에서 가장 두께가 큰 배터리 셀(1)에 대응하여 설정되게 된다. 그로 인해, 반대로 두께가 작은 배터리 셀(1)에 대해서는, 두께 방향(P)에 있어서의 여유가 과대해져, 스페이서(12) 사이에 삽입한 가압 전의 단계 혹은 취출 전의 압력 개방 단계에서, 배터리 셀(1)이 두께 방향(P)의 한쪽으로 쓰러져 기울어져 버릴 우려가 발생한다.

도 9 및 도 10에 도시하는 스페이서(12)는, 이러한 간극(27) 내에서의 배터리 셀(1)의 쓰러짐 혹은 기울어짐을 억제하도록 한 것이다. 구체적으로는, 이 스페이서(12)는, 주연부(19)를 구성하는 직사각형의 프레임(31)과, 이 프레임(31)에 의해 2매 맞댄 주머니 형상으로 주연이 접합·보유 지지된 고무 시트(32)로 구성되어 있고, 프레임(31)의 직사각형의 개구부(36) 내에 노출되는 고무 시트(32)가 가압면(18)을 구성하고 있다. 이 개구부(36)의 크기, 즉 가압면(18)의 크기는, 배터리 셀(1)의 전극 적층체(4)를 수용한 중앙 부분(5b)의 투영면보다 약간 큰 정도로 설정되어 있다.

프레임(31)은, 경질 합성 수지에 의해 상기한 개구부(36)를 갖는 직사각형의 판 형상으로 형성되어 있고, 4 코너에 각각 측방으로 돌출된 돌기편(33)을 구비하고, 각 돌기편(33)에, 전술한 가이드 샤프트(16)용 관통 구멍(20)이 형성되어 있다. 또한, 상방의 한 쌍의 돌기편(33)에 있어서의 관통 구멍(20)은, 전술한 부시(17)를 겸하는 원통부(34)를 일체로 구비하고 있다. 또한 프레임(31)은, 상세하게는 도시하지 않지만, 돌기편(33)을 일체로 구비한 본체부(31A)와, 개구부(36)의 주위를 따른 비교적 폭이 좁은 프레임 형상을 이루는 리테이너(31B)의 2 부재로 이루어지고, 양자 사이에 고무 시트(32)를 끼운 후, 복수의 리벳(35) 혹은 나사에 의해 서로 일체로 결합되어 있다. 또한, 전술한 바와 같이 천 섬유를 함유한 고무 시트나, 표면을 조면으로 한 고무 시트를 사용할 수 있다.

도 9에 도시하는 바와 같이, 프레임(31)은, 배터리 셀(1)에 있어서의 단자(2, 3)의 돌출 방향을 고려하여 좌우로 비대칭인 것으로 되어 있고, 좌측의 단부 테두리(31a)와 개구부(36) 사이의 간격과 비교하여 우측의 단부 테두리(31b)와 개구부(36) 사이의 간격이 크게 되어 있다. 주머니 형상으로 되는 고무 시트(32)의 내부에 에어를 도입 혹은 배출하는 에어 도입구(21)는, 도 9의 좌측 단부 테두리(31a)에 형성되어 있다.

그리고, 프레임(31)에는, 당해 프레임(31)의 표리면으로부터 각각 두께 방향(P)으로 돌출된 셀 지지부(37, 38, 39)가 스페이서(12)의 폭 방향의 3개소에 형성되어 있다. 구체적으로는, 도 9의 좌측의 단부 테두리(31a)를 따라 상하 방향으로 연장된 셀 지지부(37)가 형성되어 있고, 또한 우측의 단부 테두리(31b)를 따라 상하 방향으로 연장된 셀 지지부(39)가 형성되어 있고, 또한 우측의 단부 테두리(31b)와 개구부(36) 사이에, 셀 지지부(39)와 평행하게 연장된 셀 지지부(38)가 형성되어 있다. 이들 셀 지지부(37, 38, 39)는, 도 10에 도시하는 방향으로부터 본 형상은 모두 실질적으로 동일한 형상을 이루고 있고, 상하 방향, 즉 배터리 셀(1)의 삽입 방향을 따른 가늘고 긴 벽 형상 내지 리브 형상을 이루고 있다. 그리고, 그 상단부(37a, 38a, 39a)는, 상방을 향해 끝이 가늘게 된 테이퍼 형상으로 형성되어 있다.

또한, 프레임(31)의 표리의 양면에 각각 3개씩 셀 지지부(37, 38, 39)가 설치되어 있고, 도 10은 배면을 맞대어 위치하는 표리의 한 쌍의 셀 지지부(39)를 나타내고 있게 된다.

도 11은, 상기한 바와 같이 셀 지지부(37, 38, 39)를 구비한 복수의 스페이서(12)의 사이에, 두께가 비교적 작은 배터리 셀(1)을 삽입하였을 때의 상태를, 하우징(11)의 상방으로부터 본 것으로서 도시하고 있다. 또한, 스페이서(12)는 수축 상태에 있다. 이 도 11에 도시하는 바와 같이, 스페이서(12) 사이에 배터리 셀(1)을 삽입하였을 때, 개구부(36)의 양측에 위치하는 2개의 셀 지지부(37, 38)는, 배터리 셀(1)의 외장체(5)의 주연부(5a), 즉 라미네이트 필름의 열융착 부분에 대향한다. 인접하는 2개의 스페이서(12)의 셀 지지부(37, 38)는, 서로 접하고 있지 않고, 양자 사이에는, 외장체(5)의 주연부(5a)를 용이하게 삽입할 수 있을 정도의 간격이 유지되어 있다. 이 셀 지지부(37, 38) 사이의 간격은, 셀 지지부(37, 38) 이외의 부분에서의 2개의 스페이서(12) 사이의 간극(27)보다 작고, 따라서, 중앙 부분(5b)의 두께가 작은 배터리 셀(1)이라도, 간극(27) 내에서의 쓰러짐 내지 기울어짐이 억제된다. 즉, 배터리 셀(1)이 쓰러지려고 하면, 외장체(5)의 주연부(5a)가 셀 지지부(37, 38)에 접촉하여, 그 기울어짐이 제한된다.

또한, 개구부(36)로부터 이격되어 위치하는 또 하나의 셀 지지부(39)는, 도 11에 도시하는 바와 같이, 배터리 셀(1)의 외장체(5)로부터 인출된 단자(2, 3)에 대향한다. 따라서, 금속박으로 이루어지는 단자(2, 3)의 위치를 양측으로부터 규제한다. 또한, 이 셀 지지부(39)가 「제2 셀 지지부」에 상당한다.

여기서, 상기 실시예에서는, 셀 지지부(37, 38, 39)는 상하 방향으로 리브 형상으로 연속해서 형성되어 있고, 또한 상단부(37a, 38a, 39a)가 테이퍼 형상의 경사면으로 되어 있다. 따라서, 배터리 셀(1)의 삽입 시에, 외장체(5)의 주연부(5a) 및 단자(2, 3)가 원활하게 안내되어, 서로 대향하는 한 쌍의 스페이서(12)의 셀 지지부(37, 38, 39)의 사이에 확실하게 삽입된다. 그리고, 삽입 시의 단자(2, 3)의 변형 등이 확실하게 방지된다.

도 12는 상기한 바와 같이 삽입한 후에, 스페이서(12)를 팽창시켰을 때의 상태를 도시하고 있다. 도시하는 바와 같이, 셀 지지부(37, 38, 39)의 내측에 위치하는 고무 시트(32)(가압면(18))가 팽창되어, 배터리 셀(1)의 중앙 부분(5b)(전극 적층체(4)를 수용한 부분)을 가압한다. 이때, 셀 지지부(37, 38, 39)는, 스페이서(12)의 팽창되지 않는 주연부(19), 즉, 프레임(31)에 설치되어 있으므로, 전혀 변위되지 않는다.

도 13은, 상기한 스페이서(12)의 사이에, 두께가 비교적 큰 배터리 셀(1)을 삽입하였을 때의 상태를 도시하고 있다. 이와 같이, 중앙 부분(5b)의 두께가 큰 배터리 셀(1)에 대해서도, 셀 지지부(37, 38, 39)는, 전극 적층체(4)보다 외측이 되는 외장체(5)의 주연부(5a) 및 단자(2, 3)에 대향하고 있으므로, 삽입 시에 지장이 되는 일이 없다.

이와 같이, 셀 지지부(37, 38, 39)를 구비한 스페이서(12)를 사용한 가압 장치(10)에 의하면, 두께가 작은 배터리 셀(1)이라도 스페이서(12) 사이에서의 쓰러짐이나 기울어짐이 제한되므로, 배터리 셀(1)의 삽입이나 취출에 전혀 지장이 없다. 따라서, 동일한 하우징(11)에 의해, 두께가 크게 상이한 다양한 형식의 배터리 셀(1)에 대응할 수 있다.

다음으로, 도 14∼도 17에 기초하여, 본 발명의 가압 장치(100)의 제2 실시예를 설명한다. 또한, 이하의 설명에 있어서는, 주로 제1 실시예와의 상위점에 대해 설명하는 것으로 하고, 제1 실시예와 기본적으로 변경이 없는 부분에 대해서는 설명을 생략한다.

이 제2 실시예의 가압 장치(100)의 하우징(110)은, 베이스 플레이트(140)와, 이 베이스 플레이트(140)의 양단부에 기립 설치된 한 쌍의 고정 플레이트(151, 152)와, 이들 한 쌍의 고정 플레이트(151, 152)의 사이에 위치하는 가동 플레이트(153)를 구비하고 있다. 그리고, 한쪽의 고정 플레이트(151)와 가동 플레이트(153) 사이에, 복수의 스페이서(12)가 두께 방향(P)으로 나열되어 배치되어 있다.

고정 플레이트(151, 152)의 4 코너에는, 양 고정 플레이트(151, 152)의 사이에 걸쳐진 가이드 샤프트(160)가 고정되어 있고, 이들 가이드 샤프트(160)에 의해 각 스페이서(12)가 두께 방향(P)으로 미끄럼 이동 가능하게 지지되어 있다. 개개의 스페이서(12) 자체는 도 5에 도시한 제1 실시예의 것과 특별히 변함이 없고, 도 8∼도 10에 도시한 구성으로 할 수도 있다.

가동 플레이트(153)는, 4 코너의 관통 구멍(154)이 가이드 샤프트(160)에 각각 미끄럼 이동 가능하게 끼워 맞추어짐으로써, 4개의 가이드 샤프트(160)에 의해 두께 방향(P)으로 미끄럼 이동 가능하게 지지되어 있다. 이 가동 플레이트(153)는, 배터리 셀(1)이 가압되었을 때에 그 전체의 하중을 받는 것이며, 고정 플레이트(151, 152)와 마찬가지로 두껍게 구성되어 있다. 이 가동 플레이트(153)와 당해 가동 플레이트(153)에 인접하는 고정 플레이트(152)의 사이에는, 가동 플레이트(153)를 두께 방향(P)으로 이동시키기 위한 볼 나사 기구(155)가 설치되어 있다.

상기 볼 나사 기구(155)는, 고정 플레이트(152)의 중심부에 설치된 너트부(도시하지 않음)와, 이 너트부를 관통하여 두께 방향(P)을 따라 연장되는 스크루 로드(155a)로 구성되고, 스크루 로드(155a)의 선단부가 가동 플레이트(153)의 중심부에 회전 가능하게 연결되어 있다. 따라서, 스크루 로드(155a)를 외부로부터 회전 조작함으로써, 가동 플레이트(153)는 가이드 샤프트(160)를 따라 두께 방향(P)으로 이동한다. 이에 의해, 고정 플레이트(151)와 가동 플레이트(153) 사이의 간격 L, 즉, 복수의 스페이서(12)가 배열되어 배치되어 있는 하우징(110)의 유효 길이 L이 변화된다.

또한, 복수의 스페이서(12)를 지지하는 가이드 샤프트(160)에 있어서, 각 스페이서(12)의 사이에는, 각각 원통 형상의 부시(170)가 삽입되어 있다. 이 부시(170)는, 상기한 유효 길이 L을 최소로 한 상태를 고려하여, 그 축 길이(즉, 두께 방향(P)의 길이)가 비교적 짧게 형성되어 있고, 따라서, 유효 길이 L이 최소보다 긴 상태에서는, 인접하는 한 쌍의 스페이서(12)에 대해 적어도 한쪽으로부터 이격된 상태가 된다. 또한, 이 부시(170)는, 스페이서(12)와 일체로 형성하는 것도 가능하다.

그리고, 각각의 부시(170)의 주위에 코일 스프링(171)이 끼움 삽입되어 있고, 그 양단부가 각각 스페이서(12)에 압접하고 있다. 즉, 코일 스프링(171)은, 인접하는 2개의 스페이서(12)의 사이의 간극(27)을 넓히는 방향으로 작용하는 이른바 압축 코일 스프링으로서 적당한 압축 상태로 2개의 스페이서(12)의 사이에 각각 배치되어 있다. 또한, 부시(170)를 생략하고, 가이드 샤프트(160)의 주위에 코일 스프링(171)을 지지시키도록 구성하는 것도 가능하다. 또한, 스페이서(12)의 사이의 간극(27)을 확실하게 확보하기 위해서는, 4개의 가이드 샤프트(160) 전부에 코일 스프링(171)을 설치하는 것이 바람직하지만, 배터리 셀(1)은 하우징(110)에 상방으로부터 삽입되므로, 하방의 2개의 가이드 샤프트(160)에 대해서는, 코일 스프링(171)을 생략하는 것도 가능하다.

하우징(110)의 측부에는, 두께 방향(P)으로 연장된 에어 배관(220)이 배치되어 있고, 이 에어 배관(220)이 제1 실시예와 마찬가지로, 개개의 스페이서(12)에 접속되어 있다. 이 에어 배관(220)은, 기단부에 역지 밸브(29)를 갖고, 전술한 바와 같이, 소정의 공정에 있어서 조인트(30)를 통해 외부의 에어 기기(13)에 접속되어, 에어의 도입·배출이 행해진다. 또한, 이 제2 실시예에서는, 유효 길이 L의 변경에 수반하여 스페이서(12)가 두께 방향(P)으로 이동하므로, 이 이동을 허용하도록, 에어 배관(220)으로서는 가요성을 갖는 관이 사용되고 있다.

다음으로, 도 16 및 도 17을 참조하여, 상기 제2 실시예의 작용에 대해 설명한다. 이 제2 실시예의 가압 장치(100)는, 배터리 셀(1)의 제조 라인에 있어서의 일부 설비의 교체 등에 의한 유효 길이 L의 차이에 대응할 수 있도록 한 것이다. 예를 들어, 복수의 배터리 셀(1)의 각각의 단자(2, 3)에 일제히 접속되는 설비측의 복수의 단자의 피치(두께 방향(P)을 따른 단자간의 거리)가, 어느 설비에서는 상대적으로 짧고, 어느 설비에서는 상대적으로 긴 경우가 있을 수 있다.

예를 들어, 공정 중의 어느 설비에 있어서, 비교적 긴 유효 길이 L이 필요한 경우에는, 도 16에 도시하는 바와 같이, 배터리 셀(1)의 삽입 전의 단계(스페이서(12)는 수축 상태)에서, 가동 플레이트(153)가 고정 플레이트(152)에 비교적 가까운 위치에 위치 결정된다. 인접하는 2개의 스페이서(12)의 사이에 배치되는 코일 스프링(171)은, 모두 동일한 스프링력을 가지므로, 가이드 샤프트(160)를 따라 직렬로 배치된 복수의 코일 스프링(171)의 밸런스에 의해, 각 스페이서(12)의 사이에 발생하는 간극(27)은 균등한 것이 된다. 즉, 그때의 유효 길이 L 안에서, 복수의 스페이서(12)가 등간격으로 위치한다.

이 상태에서, 전술한 제1 실시예와 마찬가지로, 복수의 배터리 셀(1)을 각각 스페이서(12) 사이에 삽입하고, 또한 각 스페이서(12)를 팽창시킴으로써, 가압을 행할 수 있다. 또한, 하나의 하우징(110)에 삽입되는 복수의 배터리 셀(1)은, 기본적으로 동일한 두께를 갖는 것이므로, 가압 상태에 있어서도, 각 배터리 셀(1)의 위치가 변화되는 일은 없다.

또한, 별도의 설비에 있어서, 더 짧은 유효 길이 L이 필요한 경우에는, 배터리 셀(1)의 삽입 전의 단계(스페이서(12)는 수축 상태)에서, 볼 나사 기구(155)의 스크루 로드(155a)를 외부로부터 회전 구동함으로써, 도 17에 도시하는 바와 같이, 가동 플레이트(153)가 고정 플레이트(152)로부터 이격된 위치에 위치 결정된다. 이때도, 가이드 샤프트(160)를 따라 직렬로 배치된 복수의 코일 스프링(171)의 밸런스에 의해, 각 스페이서(12)의 사이에 발생하는 간극(27)은 균등한 것이 된다. 즉, 짧게 조정된 유효 길이 L 중에서, 복수의 스페이서(12)가 등간격으로 위치한다.

이 상태에서, 마찬가지로, 복수의 배터리 셀(1)을 각각 스페이서(12) 사이에 삽입하고, 또한 각 스페이서(12)를 팽창시킴으로써, 가압을 행할 수 있다. 복수의 배터리 셀(1)은, 기본적으로 동일한 두께를 갖는 것이므로, 가압 상태에 있어서도, 각 배터리 셀(1)의 위치가 변화되는 일은 없다.

이와 같이, 제2 실시예의 가압 장치(100)에 있어서의 하우징(110)은, 예를 들어 일부의 설비에서 상이한 유효 길이 L이 요구되는 경우에, 가동 플레이트(153)의 위치 조정에 의해 용이하게 대응할 수 있다. 물론, 제조 라인마다 필요한 유효 길이 L이 상이한 경우에도, 동일한 하우징(110)에 의해 모든 제조 라인에 대응하는 것이 가능해진다.

또한, 상기한 바와 같이 직렬로 배치한 스프링을 갖고 복수의 스페이서(12)를 등간격으로 유지하는 구성은, 제1 실시예와 같이 유효 길이 L이 불변인 하우징(11)에 있어서도 마찬가지로 적용하는 것이 가능하다. 즉, 제1 실시예의 부시(17) 대신에 제2 실시예와 같이 코일 스프링을 개재시키도록 해도 된다.

Claims (11)

1. 라미네이트 필름으로 이루어지는 외장체의 내부에 발전 요소가 전해액과 함께 봉입되고, 두께 방향으로 박육의 편평 형상을 이루는 복수의 배터리 셀을 상기 두께 방향으로 가압하는 배터리 셀의 가압 장치에 있어서,
   상기 복수의 배터리 셀을 수용하는 하우징과,
   상기 두께 방향으로 복수 배열되어 상기 하우징에 지지되고, 내부에 봉입되는 작동 유체의 유체 압력에 따라서 적어도 상기 두께 방향으로 신축 가능한 주머니 형상을 이루는 복수의 스페이서와,
   유체 압력원으로부터 상기 복수의 스페이서에 유체를 공급하는 압력 공급 통로를 갖고,
   상기 스페이서 내의 유체 압력을 저하시켜 상기 스페이서를 수축시킨 상태에서는, 인접하는 스페이서의 사이에, 상기 배터리 셀의 두께 방향의 치수보다 큰 간극이 확보되고,
   상기 스페이서 내의 유체 압력을 상승시켜 상기 스페이서를 팽창시킨 상태에서는, 인접하는 스페이서의 사이에 배치된 상기 배터리 셀을 상기 두께 방향으로 직접 가압하도록 구성되어 있고,
   상기 스페이서가, 상기 배터리 셀의 상기 발전 요소보다 외측의 위치에서 상기 외장체에 상기 두께 방향을 따라 대향하는 복수의 셀 지지부를 구비하고,
   상기 복수의 셀 지지부는, 상기 스페이서의 팽창되지 않는 주연부에 설치되어 있으며,
   상기 복수의 셀 지지부는, 적어도 상기 발전 요소의 양측에 위치하며,
   상기 셀 지지부의 상단부는 상기 배터리 셀의 삽입 반대 방향을 향해 끝이 가늘게 된 테이퍼 형상으로 형성되는, 배터리 셀의 가압 장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기한 복수의 스페이서가, 상기 하우징에 등간격으로 고정되어 있는, 배터리 셀의 가압 장치.
3. 제1항에 있어서,
   상기한 복수의 스페이서가, 상기 하우징의 복수의 가이드 샤프트에 의해, 상기 두께 방향으로 이동 가능하게 지지되어 있는, 배터리 셀의 가압 장치.
4. 제3항에 있어서,
   인접하는 스페이서의 사이에, 양자간의 간극을 넓히는 방향으로 작용하는 스프링이 각각 배치되어 있는, 배터리 셀의 가압 장치.
5. 제3항 또는 제4항에 있어서,
   상기 하우징이, 상기 두께 방향을 따라 서로 대향하는 제1 플레이트와 제2 플레이트를 구비하고, 또한 이들 제1 플레이트와 제2 플레이트 사이의 간격이 조정 가능하게 구성되고,
   상기한 복수의 스페이서가, 상기 제1 플레이트와 상기 제2 플레이트 사이에 배치되어 있는, 배터리 셀의 가압 장치.
6. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 스페이서는, 상기 배터리 셀과 접하는 상기 두께 방향 양측의 평탄한 가압면에, 소재의 신장을 억제하기 위한 천 섬유가 포함되어 있는, 배터리 셀의 가압 장치.
7. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 스페이서는, 상기 배터리 셀과 접하는 상기 두께 방향 양측의 평탄한 가압면의 표면이, 조면을 이루고 있으며, 상기 가압면은 천 섬유를 함유한 고무 시트로 이루어지고, 상기 조면은 요철에 의해 형성되는, 배터리 셀의 가압 장치.
8. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 스페이서에는, 상기 배터리 셀이 삽입되는 측의 테두리부에, 상기 배터리 셀의 삽입 반대 방향을 향해 끝이 가느다란 가이드 프레임이 설치되어 있는, 배터리 셀의 가압 장치.
9. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 압력 공급 통로는, 상기 하우징에 고정되고, 상기 두께 방향으로 연장되는 중공 형상의 배관을 갖고, 이 배관에, 상기 복수의 스페이서가 등간격으로 접속되어 있는, 배터리 셀의 가압 장치.
10. 삭제
11. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 외장체로부터 인출된 판 형상의 단자에 상기 두께 방향을 따라 대향하는 제2 셀 지지부를 구비하는, 배터리 셀의 가압 장치.

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