KR102010037B1 - 파우치형 이차전지를 위한 실링장치 및 파우치형 이차전지의 제작방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 중앙에 관통홀이 형성되는 파우치형 이차전지의 관통홀 크기를 극대화하기 위한 파우치형 이차전지를 위한 실링장치 및 파우치형 이차전지의 제작방법에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 파우치형 이차전지를 위한 실링장치에 있어서, 상기 이차전지의 파우치를 가열하여 녹이기 위한 가열부 및 상기 가열부를 내부에 수용하고, 상기 가열부에 의해 가열되는 상기 파우치를 압착하여 실링하는 압착 실링툴을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

파우치형 이차전지를 위한 실링장치 및 파우치형 이차전지의 제작방법{SEALING TOOL AND MANUFACTURING METHOD FOR POUCH TYPE SECONDARY BATTERY}

본 발명은 파우치형 이차전지를 위한 실링장치 및 파우치형 이차전지의 제작방법에 관한 것으로서, 보다 자세하게는 중앙에 관통홀이 형성되는 파우치형 이차전지의 관통홀 크기를 극대화하기 위한 파우치형 이차전지를 위한 실링장치 및 파우치형 이차전지의 제작방법에 관한 것이다.

물질의 물리적 반응이나 화학적 반응을 통해 전기에너지를 생성시켜 외부로 전원을 공급하게 되는 전지(cell, battery)는 각종 전기전자 기기로 둘러싸여 있는 생활환경에 따라, 건물로 공급되는 교류전원을 획득하지 못할 경우나 직류전원이 필요할 경우 사용하게 된다.

이와 같은 전지 중에서 화학적 반응을 이용하는 화학전지인 일차전지와 이차전지가 일반적으로 많이 사용되고 있는데, 일차전지는 건전지로 통칭되는 것으로 소모성 전지이다. 또한, 이차전지는 전류와 물질 사이의 산화환원과정이 다수 반복 가능한 소재를 사용하여 제조되는 재충전식 전지로서, 전류에 의해 소재에 대한 환원반응이 수행되면 전원이 충전되고, 소재에 대한 산화반응이 수행되면 전원이 방전되는데, 이와 같은 충전-방전이 반복적으로 수행되면서 전기가 생성되게 된다.

리튬 이차전지의 제작방법은 전해질이 고체 또는 젤 형태이기 때문에 불의의 사고로 전지가 파손되어도 전해질이 밖으로 새어 나가지 않아 발화하거나 폭발할 우려가 거의 없어 안전성이 확보되고 에너지 효율이 높다는 장점이 있다.

또한, 견고한 금속 외장을 사용할 필요가 없고, 용도에 따라 다양한 크기와 모양으로 제조할 수 있으며, 3mm이하 두께로 제작이 가능하고 무게도 30% 이상 줄일 수 있으며, 대량생산 및 대형전지 제조가 가능하다.

이런 이유로 리튬 이차전지의 제작방법은 현재 상용화되어 다양한 분야에서 사용되고 있다.

특히, 스마트 기기의 발달과 함께 개발된 스마트 워치(smart watch) 등과 같은 웨어러블(wearable) 기기에 사용되는 홀 배터리(hole battery)는 파우치형 이차전지의 중앙에 홀이 형성된다.

대한민국공개특허공보 제10-2014-0033195호에는 종래의 관통 구멍이 형성된 전지셀 및 이를 포함하는 전지팩이 공지되어 있다.

그런데 이러한 종래의 홀 배터리의 경우 사이드 폴딩(side folding)이 가능한 최외곽 실링(sealing)부와는 달리 중심부의 폴딩이 불가능하여 공간낭비가 발생한다는 문제점이 있다.

따라서 본 발명은 위와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 과제는 이차전지의 관통홀 크기를 극대화할 수 있는 파우치형 이차전지를 위한 실링장치 및 파우치형 이차전지의 제작방법을 제공하는 것이다.

본 발명에 따른 파우치형 이차전지를 위한 실링장치는 관통홀(11)이 천공되고 상기 관통홀(11)의 내주면에 둘레를 따라 링 모양의 팁(12)이 형성된 파우치형 이차전지(1)를 위한 실링장치에 있어서, 상기 관통홀(11)로 진입가능하되 팁(12)의 내경 보다 더 큰 외경을 가지며, 상기 이차전지(1)의 관통홀(11)로 진입하여 상기 팁(12)의 변형이 발생하도록 가압하는 가열부(100); 및 상기 가열부(100)와 상기 가열부(100)에 의해 변형된 팁(12)이 내부로 진입될 수 있게 패인 모양을 가지며, 상기 가열부(100)가 진입하는 방향의 반대 방향에서 상기 관통홀(11)로 진입하여 상기 가열부(100)와의 사이에서 팁(12)을 압착시키는 압착 실링툴(200);을 포함하고, 상기 팁(12)은 가열부(100)와 압착 실링툴(200) 사이에 변형된 상태로 압착되되, 상기 가열부(100)에서 가해지는 열에 의해 열압착이 이뤄지는 것을 특징으로 한다.

삭제

삭제

삭제

삭제

상기 압착 실링툴(200)은 상기 가열부(100)의 형상에 대응하여 팁(12)의 압착이 이뤄질 수 있는 크기로 패인다. 이때, 상기 가열부(100)는 길이방향을 따라 동일한 횡단면적을 갖는 원통형 모양으로 형성될 수 있다. 또는, 상기 가열부(100)는 원뿔 모양으로 형성되며 횡단면적이 작은 쪽에서부터 관통홀(11)로 진입하도록 구성될 수 있다.

삭제

삭제

본 발명에 따른 파우치형 이차전지의 제작방법은 관통홀이 천공되는 파우치형 전지를 준비하는 준비단계, 상기 관통홀에 가열부를 삽입한 상태로 상기 관통홀의 테두리를 형성하는 파우치 부분을 가열하여 실링하는 가열 실링 단계 및 압착 실링툴이 상기 가열부를 내부에 수용하면서 상기 압착 실링툴과 상기 가열부와의 사이에 상기 파우치의 팁이 압착되도록 하여 상기 파우치를 실링하는 압착 실링 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 가열 실링 단계는 상기 파우치의 팁(12)을 가열하여 녹일 수 있다.

상기 압착 실링 단계는 상기 가열 실링 단계에서 녹은 상기 파우치의 팁(12)을 압착하여 상기 파우치를 실링할 수 있다.

본 발명에 따르면, 가열부와 압착 실링툴을 사용하여 관통홀 테두리에 형성되는 파우치의 팁을 일정 방향으로 변형하면서 가열과 함께 압착 실링하여 관통홀의 크기를 극대화하는 효과가 있다.

본 발명에 따르면, 관통홀 테두리에 형성된 파우치의 팁을 가열과 함께 압착하여 견고하게 실링하는 효과가 있다.

본 발명에 따르면, 관통홀 테두리에 형성된 파우치를 견고하게 실링하여 제품 신뢰성을 높이는 효과가 있다.

도 1은 본 발명이 적용되는 이차전지의 일 실시예를 도시한 사시도이다.
도 2는 도 1의 A-A에 따른 수직 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 가열부와 압착 실링툴을 가상의 일직선상에 나란하게 도시한 구성도이다.
도 4는 도 2의 이차전지의 관통홀에 가열부가 삽입된 것을 도시한 구성도이다.
도 5는 도 4의 파우치를 압착 실링툴이 압착하는 것을 도시한 구성도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 가열부와 압착 실링툴을 가상의 일직선상에 나란하게 도시한 구성도이다.
도 7은 도 6의 가열부가 이차전지의 관통홀에 삽입된 것을 도시한 구성도이다.
도 8은 도 7의 파우치를 압착 실링툴이 압착하는 것을 도시한 구성도이다.
도 9는 본 발명에 따른 파우치형 이차전지의 제작방법을 순차적으로 도시한 흐름도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 설명한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들이 도면에 예시되고 관련된 상세한 설명이 본 명세서에 기재되어 있다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경 및/또는 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 도면의 설명과 관련하여, 유사한 구성요소에 대해서는 유사한 참조 부호가 사용되었다.

도 1은 본 발명이 적용되는 이차전지의 일 실시예를 도시한 사시도이고, 도 2는 도 1의 A-A에 따른 수직 단면도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 가열부와 압착 실링툴을 가상의 일직선상에 나란하게 도시한 구성도이다.

도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 파우치형 이차전지를 위한 실링장치는 파우치형 이차전지(1)를 위한 실링장치에 있어서, 상기 이차전지(1)의 파우치(10)를 가열하여 녹이기 위한 가열부(100) 및 상기 가열부(100)를 내부에 수용하고, 상기 가열부(100)에 의해 가열되는 상기 파우치(10)를 압착하여 실링하는 압착 실링툴(200)을 포함한다.

본 발명에 따른 파우치형 이차전지(1)는 전극조립체가 파우치(10)의 내부에 내장되며 상기 전극조립체와 함께 파우치(10)의 내부에 전해액이 채워지게 된다.

전극조립체는, 예를 들어, 양극 활물질이 도포된 양극과 음극 활물질이 도포된 음극 및 양극과 음극 사이에 개재된 세퍼레이터를 복수 회 적층하여 제작할 수 있다.

다만, 본 발명은 이에 한하지 않으며, 전극조립체는 양극과 세퍼레이터 및 음극을 적층한 적층체를 젤리 롤 형태로 권취하여 제작할 수도 있다.

양극은 양극 활물질이 도포된 양극 활물질부와, 양극 활물질이 도포되지 않은 양극 무지부를 포함할 수 있다.

양극 활물질은 LiCoO2, LiNiO2, LiMnO2, LiMnO4와 같은 리튬 함유 전이금속 산화물 또는 리튬 칼코게나이드 화합물일 수 있다.

양극 활물질부는 예를 들어, 알루미늄 판의 적어도 어느 한 면의 일부에 양극 활물질을 도포하여 형성하며, 양극 활물질이 미 도포된 알루미늄 판의 나머지 부분이 양극 무지부가 될 수 있다.

음극은 음극 활물질이 도포된 음극 활물질부와 음극 활물질이 도포되지 않은 음극 무지부를 포함할 수 있다.

음극 활물질은, 결정질 탄소, 비정질 탄소, 탄소 복합체, 탄소 섬유와 같은 탄소 재료, 리튬 금속 또는 리튬 합금 등일 수 있다.

음극 활물질부는 예를 들어, 구리 판의 적어도 어느 한 면의 일부에 음극 활물질을 도포하여 형성하며, 음극 활물질이 미 도포된 구리 판의 나머지 부분이 음극 무지부가 될 수 있다.

세퍼레이터는 예를 들어, 폴리에틸렌(PE), 폴리스틸렌(PS), 폴리프로필렌(PP) 및 폴리에틸렌(PE)과 폴리프로필렌(PP)의 공중합체(co-polymer)로 이루어지는 군에서 선택되는 어느 하나의 기재에 폴리비닐리덴 플로우라이드-헥사플로로프로필렌 공중합체(PVDF-HFP co-polymer)를 코팅함으로써 제조될 수 있다.

전극조립체는 양극 무지부들과 음극 무지부들에 각각 전극 탭(3)이 부착되며, 전극 탭(3)들은 파우치(10)를 관통하여 외부로 노출될 수 있다.

파우치(10)는 전극 조립체를 밀봉하며, 내부에 전극조립체와 함께 전해질을 수용한다.

파우치형 이차전지(1)는 외관을 형성하는 파우치(10)가 수지층과 금속층을 포함하는 라미네이트 시트로 형성되며, 파우치(10)의 중앙에는 관통홀(11)이 천공되어 있고, 이러한 파우치(10)의 내부에 수납된 전극조립체도 파우치(10)의 형상에 대응하여 중앙에 관통홀(11)이 천공된다.

이러한 관통홀(11)이 형성된 파우치(10)에 수납된 전극조립체는 관통홀(11)에 의해 고정되어 외부 충격에 따른 밀림 현상을 억제하여 내부 단락을 방지한다.

또한, 파우치형 이차전지(1)에 관통홀(11)이 형성된 구조에 의하여 비틀림 등에도 유연한 구조로 이루어진다.

한편, 전자기기에 대한 기술의 발달로 스마트 워치 등과 같은 모바일 디바이스가 소형화, 박형화됨에 따라 부품의 소형화, 내부구조 설계에 관한 연구도 끊임없이 진행되고 있다.

이러한 디바이스의 효율적인 설계를 위하여 이차전지(1)가 수납되는 공간 쪽으로 돌출되는 부분이 존재할 경우, 이차전지(1)의 관통홀(11) 부위에 돌출되는 부분이 위치하도록 함으로써, 디바이스(도시하지 않음)를 더욱 소형화 또는 박형화시킬 수 있다.

또한, 상기 관통홀(11) 부위에는 회전하는 부품 등이 장착될 수도 있다. 이 경우, 회전하는 부품의 회전반경을 고려하여 관통홀(11)의 내경을 설계함으로써, 회전체로 인한 부피 증가를 방지할 수 있다.

또한, 디바이스에서 이차전지(1)가 수납되는 부위에 이차전지(1)의 관통홀(11)의 형상에 대응하는 이차전지 고정부재를 위치시켜서, 별도의 이차전지고정 구조 없이도 이차전지를 용이하게 고정할 수 있는 구조로 이루어져 있다.

도 4는 도 2의 이차전지의 관통홀에 가열부가 삽입된 것을 도시한 구성도이다.

도 4에 도시된 바와 같이, 가열부(100)는 원통형이며, 일 실시예로 가열부(100)는 단면이 원형이고, 길이방향을 따라서 외경이 점점 작아지는 원뿔대 형상일 수 있다.

그리고 상기 가열부(100)의 지름의 길이가 비교적 짧은 단부가 파우치(10)의 관통홀(11)에 끼움 삽입되면, 가열부(100)의 경사진 둘레면에 관통홀(11)의 테두리를 형성하는 파우치(10)의 팁(12) 부분이 밀착되면서 가열부(100)의 삽입 방향으로 경사지며 접혀지게 한다.

그리고 가열부(100)는 내부에 전기히터 등과 같은 가열부재(미도시)가 설치되어 가열부재가 가열부(100)를 가열하여 가열부(100)의 둘레면에 밀착된 파우치(10)의 팁(12)이 가열된 가열부(100)에 의해 녹으면서 실링(sealing)되게 한다.

도 5는 도 4의 파우치를 압착 실링툴이 압착하는 것을 도시한 구성도이다.

도 3, 도 5에 도시된 바와 같이, 압착 실링툴(200)은 도 3의 가상의 일직선(H)을 따라 내부에 상기 가열부(100)를 수용하면서, 가열부(100)와의 사이에 가열되어 녹은 파우치(10)의 팁(12)을 압착하여 실링하기 위한 것이다.

이러한 압착 실링툴(200)은 상기 가열부(100)에 대응하도록 단면이 원형이고, 길이방향을 따라서 외경이 점점 작아지는 원뿔대 형상을 형성하되 지름의 길이가 비교적 긴 단면이 개구되어 단부로 가열부(100)를 수용할 수 있게 한다.

도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 가열부와 압착 실링툴을 가상의 일직선상에 나란하게 도시한 구성도이고, 도 7은 도 6의 가열부가 이차전지의 관통홀에 삽입된 것을 도시한 구성도이다.

도 6 내지 도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 가열부(100a)는 원통형을 형성할 수 있다.

이러한 가열부(100a)가 파우치(10)의 관통홀(11)에 끼움 삽입되면, 가열부(100a)의 둘레면에 관통홀(11)의 테두리를 형성하는 파우치(10)의 팁(12) 부분이 밀착되면서 가열부(100a)의 삽입 방향을 따라 수직으로 접혀지게 한다.

그리고 가열부(100a)는 내부에 전기히터 등과 같은 가열부재(미도시)가 설치되어 가열부재가 가열부(100a)를 가열하여 가열부(100a)의 둘레면에 밀착된 파우치(10)의 팁(12)을 가열된 가열부(100)로 녹여서 실링되게 한다.

도 8은 도 7의 파우치를 압착 실링툴이 압착하는 것을 도시한 구성도이다.

도 6, 도 8에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 압착 실링툴(200a)은 도 6의 가상의 일직선(H)을 따라 내부에 상기 가열부(100a)를 수용하면서, 가열부(100a)와의 사이에 가열되어 녹은 파우치(10)의 팁(12)이 압착되어 실링되게 하기 위한 것으로 이러한 압착 실링툴(200a)은 상기 가열부(100a)에 대응하도록 원통 형상을 형성하되 일측 단면이 개구되어 개구된 단부로 가열부(100a)를 수용할 수 있게 한다.

도 9는 본 발명에 따른 파우치형 이차전지의 제작방법을 순차적으로 도시한 흐름도이다.

도 9에 도시된 바와 같이, 본 발명의 파우치형 이차전지의 제작방법은 상술한 파우치형 이차전지를 위한 실링장치를 사용하여 파우치형 이차전지를 제작하는 방법으로 준비단계(S1)와 가열 실링 단계(S2)와 압착 실링 단계(S3)를 포함한다.

상기 준비단계(S1)는 관통홀이 중앙에 천공되는 파우치형 이차전지를 준비하는 단계이다.

상기 가열 실링 단계(S2)는 상기 준비단계(S1)에서 준비된 파우치형 이차전지의 중앙에 천공된 관통홀의 테두리에 형성되는 파우치의 팁(12) 부분을 가열하여 실링하기 위한 단계이다.

즉, 본 발명은 관통홀에 가열부를 삽입하여 관통홀의 테두리에 형성되는 파우치의 팁(12) 부분을 가열부의 외면을 따라 일정 형상으로 변형시키면서 가열부 내부에 설치된 전기 히터 등과 같은 가열부재에 의해 가열된 고온의 가열부로 둘레에 밀착된 파우치를 녹여서 실링 하는 것이다.

상기 압착 실링 단계(S3)는 압착 실링툴이 상기 가열부를 내부에 수용하면서 압착 실링툴과 가열부와의 사이에 가열부에 의해 가열되어 녹는 파우치의 팁(12)이 압착되게 하여 관통홀의 테두리에 형성되는 파우치를 실링하는 단계이다.

상술한 바와 같은 본 발명에 따르면, 가열부와 압착 실링툴을 사용하여 관통홀 테두리에 형성되는 파우치의 팁을 일정 방향으로 변형하면서 가열과 함께 압착 실링하여 관통홀의 크기를 극대화하는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 관통홀 테두리에 형성된 파우치의 팁을 가열과 함께 압착하여 견고하게 실링하는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 관통홀 테두리에 형성된 파우치의 팁을 견고하게 실링하여 제품 신뢰성을 높이는 효과가 있다.

이상과 같이 본 발명에 따른 파우치형 이차전지를 위한 실링장치 및 파우치형 이차전지의 제작방법을 예시된 도면을 참고하여 설명하였으나, 본 발명은 이상에서 설명된 실시예와 도면에 의해 한정되지 않으며, 특허청구범위 내에서 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자들에 의해 다양한 수정 및 변형이 가능하다.

1: 이차전지
3: 전극 탭
10: 파우치
11: 관통홀
100, 100a: 가열부
200, 200a: 압착 실링툴

Claims (10)

1. 관통홀(11)이 천공되고 상기 관통홀(11)의 내주면에 둘레를 따라 링 모양의 팁(12)이 형성된 파우치형 이차전지(1)를 위한 실링장치에 있어서,
   상기 관통홀(11)로 진입가능하되 팁(12)의 내경 보다 더 큰 외경을 가지며, 상기 이차전지(1)의 관통홀(11)로 진입하여 상기 팁(12)의 변형이 발생하도록 가압하는 가열부(100); 및
   상기 가열부(100) 및 상기 가열부(100)에 의해 변형된 팁(12)이 내부로 진입될 수 있게 패인 모양을 가지며, 상기 가열부(100)가 진입하는 방향의 반대 방향에서 상기 관통홀(11)로 진입하여 상기 가열부(100)와의 사이에서 팁(12)을 압착시키는 압착 실링툴(200);을 포함하고,
   상기 팁(12)은 가열부(100)와 압착 실링툴(200) 사이에서 변형된 상태로 압착되되, 상기 가열부(100)에서 가해지는 열에 의해 열압착이 이뤄지는 것을 특징으로 하는 파우치형 이차전지를 위한 실링장치.
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 청구항 1에 있어서,
   상기 가열부(100)는 길이방향을 따라 동일한 횡단면적을 갖는 원통형 모양으로 형성되고, 상기 압착 실링툴(200)은 상기 가열부(100)의 형상에 대응하여 팁(12)의 압착이 이뤄질 수 있는 크기로 패인 것을 특징으로 하는 파우치형 이차전지를 위한 실링장치.
6. 청구항 1에 있어서,
   상기 가열부(100)는 원뿔대 모양으로 형성되며 횡단면적이 작은 쪽에서부터 관통홀(11)로 진입하고, 상기 압착 실링툴(200)은 상기 가열부(100)의 형상에 대응하여 팁(12)의 압착이 이뤄질 수 있는 크기로 패인 것을 특징으로 하는 파우치형 이차전지를 위한 실링장치.
7. 삭제
8. 삭제
9. 삭제
10. 삭제

Images