KR102066909B1 - 둥근 형태로 전극 리드를 가공할 수 있는 리드 가공 장치 및 이를 이용하여 가공된 전극 리드를 포함하는 가공된 전지셀 - Google Patents

둥근 형태로 전극 리드를 가공할 수 있는 리드 가공 장치 및 이를 이용하여 가공된 전극 리드를 포함하는 가공된 전지셀 Download PDF

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Abstract

본 발명은 예비 리드의 절삭 예정부위가 일측 단부인 제 1 단부로부터 돌출되는 형태로 예비 리드를 고정하도록 구성되어 있는 고정 다이; 및 상기 고정 다이에 대해 하향 이동하면서, 상기 고정 다이에 고정되어 있는 예비 리드 부위를 제외한 절삭 예정부위만을 절삭하여 예비 리드를 전극 리드 형태로 가공하는 커팅 지그;를 포함하고, 상기 제 1 단부의 모서리가 평면상으로 라운드 형태를 가지며, 하향 이동에 의한 커팅시 제 1 단부와 교차되는 커팅 지그의 부위가 제 1 단부의 형상에 대응하는 형태로 만입되어 있는 것을 특징으로 하는 리드 가공 장치를 제공한다.

Description

둥근 형태로 전극 리드를 가공할 수 있는 리드 가공 장치 및 이를 이용하여 가공된 전극 리드를 포함하는 가공된 전지셀 {Electrode Lead Machining Apparatus Capable of Forming Round Shape at Electrode Lead and Battery Cell Comprising Machined Electrode Lead by Using the Same}
본 발명은 둥근 형태로 전극 리드를 가공할 수 있는 리드 가공 장치 및 이를 이용하여 가공된 전극 리드를 포함하는 가공된 전지셀에 관한 것이다.
최근, 모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서의 충방전이 가능한 이차전지의 수요가 급격히 증가하고 있고, 그에 따라 다양한 요구에 부응할 수 있는 이차전지에 대한 많은 연구가 행해지고 있다.
또한, 이차전지는 화석 연료를 사용하는 기존의 가솔린 차량, 디젤 차량 등의 대기오염 등을 해결하기 위한 방안으로 제시되고 있는 전기자동차(EV), 하이브리드 전기자동차(HEV), 플러그-인 하이브리드 전기자동차(Plug-In HEV) 등의 동력원으로서도 주목 받고 있다.
이러한 이차전지 중 높은 에너지 밀도와 방전 전압의 리튬 이차전지에 대해 많은 연구가 행해졌고 또한 상용화되어 널리 사용되고 있으며, 대표적으로 전지의 형상 면에서는 얇은 두께로 이루어져 있고, 적층 배열이 용이하며, 형상을 일부 변형할 수 있는 파우치형 리튬 이차전지셀에 대한 수요가 높다.
파우치형 전지셀은 전극조립체의 수납이 가능한 파우치형의 라미네이트 시트에 전극조립체와 전해액이 내장된 구조로 이루어져 있다. 이러한 라미네이트 시트를 좁은 의미에서 '파우치형 전지케이스'라 지칭하기도 하며, 라미네이트 시트의 수지층은 열에 의한 융착이 가능한 특징이 있다.
파우치형 전지셀은 특히, 전극조립체가 외부로 노출되지 않도록 라미네이트 시트가 전극조립체를 감싸는 구조로 이루어져 있으며, 이 때, 전지케이스의 외주 부위에서 상호 중첩되어 있는 라미네이트 시트의 밀봉 예정부에 열과 압력을 인가하여, 시트가 밀봉 처리된 구조로 이루어져 있으며, 이러한 파우치형 전지셀의 예시적인 구조가 도 1에 도시되어 있다.
도 1을 참조하면, 전지셀(10)은 전극 리드들(11, 12)이 전지케이스(14)의 외측으로 돌출된 상태로 전지케이스(14)의 외주들이 밀봉된 구조로 이루어져 있다. 여기서 전극 리드(11, 12)란, 전기 전도성의 금속 소재로 이루어진 바(bar) 형상으로서, 평면상으로 모서리가 각진, 다각형 구조로 이루어지며, 통상적으로는 길이가 긴 직사각형 구조로 이루어져 있다.
이러한 전극 리드들은(11, 12), 도 2에 도시된 서로 상하 교차되도록 구성된 커팅 지그들(21, 22)에 삽입된 상태에서, PCB(Printed Circuit Board; 도시하지 않음)나 외부 전기 디바이스(도시하지 않음)에 연결되기 용이한 소정의 길이로 절삭되는데 이와 같이 절삭된 전극 리드(11, 12),는 절삭된 모서리 부위(24)가 날카로운 각도를 가진다.
그러나, 상기와 같이 절삭된 전극 리드(11, 12)는, 충격 또는 진동 등의 외력에 의해 PCB 또는 외부 전기 디바이스로부터 결합이 분리되는 경우, 도 3에서와 같이, 날카로운 모서리 부위(24)가 구부러지면서, 전지케이스(14)를 찢거나, PCB 또는 외부 전기 디바이스의 회로나 장치에 심각한 파손을 유발할 수 있다.
상기와 같이 날카로운 형상의 전극 리드가 가하는 파손은, 전지셀의 발화나 디바이스 시스템의 오작동 및 고장 등의 이차적인 문제를 유발하는 바, 이를 해소할 수 있는 기술의 필요성이 매우 높은 실정이다.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.
구체적으로, 본 발명의 목적은, 둥근 형태로 전극 리드를 가공할 수 있도록, 특별한 구조로 이루어진 전극 리드의 가공 장치를 제공하는 것이며, 본 발명의 또 다른 목적은, 상기 장치로 가공되어 전극 리드의 돌출 단부가 라운드 구조를 가지는 전지셀을 제공하는 것이다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전극 리드 가공장치는,
전지셀의 전기적 접속을 위한 전극 리드가 소정의 길이 및 형태를 가지도록 가공하는 장치로서,
피 가공물인 예비 리드의 절삭 예정부위가 일측 단부인 제 1 단부로부터 돌출되는 형태로 예비 리드를 고정하도록 구성되어 있는 고정 다이; 및
상기 고정 다이에 대해 하향 이동하면서, 상기 고정 다이에 고정되어 있는 예비 리드 부위를 제외한 절삭 예정부위만을 절삭하여 예비 리드를 전극 리드 형태로 가공하는 커팅 지그; 를 포함하고,
상기 제 1 단부의 모서리가 평면상으로 라운드 형태를 가지며, 하향 이동에 의한 커팅시 제 1 단부와 교차되는 커팅 지그의 부위가 제 1 단부의 형상에 대응하는 형태로 만입되어 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 리드 가공 장치를 이용하여 전극 리드에 라운드 구조가 형성되도록 가공하는 것을 더욱 구체적으로 설명하면, 상기 커팅 지그가 커팅을 위한 하향 이동에 의해 고정 다이와 교차될 때, 예비 리드가 라운드 형태의 제 1 단부 모서리와 커팅 지그에 맞물린 상태로 절삭되면서, 모서리가 라운드 형태를 가지는 전극 리드로 가공될 수 있다.
즉, 본 발명에 따른 리드 가공 장치는 예비 리드의 절삭 부위에서 고정 다이의 제 1 단부와 커팅 지그의 만입 부위가 상호 계합적으로 교차되되, 이들의 교차 형상이 평면상으로 라운드 구조를 각각 포함하므로, 예비 리드는 이에 대응하여 절삭되어 전극 리드에 둥근 라운드 구조를 형성할 수 있다.
이와 같이 절삭된 전극 리드는, 충격 또는 진동 등의 외력에 의해 PCB 또는 외부 전기 디바이스로부터 결합이 분리되더라도, 라운드 구조의 모서리 부위가 전지케이스를 찢거나, PCB 또는 외부 전기 디바이스의 회로나 장치를 손상시키지 않아, 상기 리드 가공 장치로 가공된 전지셀은 안전성이 향상된 구조를 가질 수 있다. 상기 전지셀에 대해서는 이하에 보다 상세하게 설명할 것이다.
한편, 본 발명에서 상기 고정 다이의 구체적인 구조는,
상기 제 1 단부와, 상기 제 1 단부의 양측으로부터 연장되어 있는 제 2 단부 및 제 3 단부를 포함하며, 예비 리드가 안착되는 제 1 다이; 및
상기 제 1 다이의 제 2 단부로부터 일체로 연장되어 있는 제 2 다이와 제 3 단부로부터 일체로 연장되어 있는 제 3 다이;를 포함하고,
상기 제 1 단부는, 예비 리드의 길이를 기준으로 제 2 다이와 제 3 다이 대비 외측으로 돌출된 구조로 이루어져 있으며, 상기 커팅 지그는 커팅을 위한 하향 이동시 제 1 단부, 제 2 다이 및 제 3 다이에 동시에 교차되는 구조로 이루어질 수 있다.
상기 커팅 지그는,
지그 본체;
상기 제 2 다이 및 제 3 다이 각각에 일치하는 위치에서, 지그 본체로부터 일체로 연장되어 있는 한 쌍의 가이드 부들; 및
상기 가이드 부들 사이에서 지그 본체로부터 가이드 부까지 곡면으로 연장되어 있는 제 1 곡면부와 제 2 곡면부를 포함하고,
상기 가이드 부들 사이, 제 1, 2 곡면부들 및 지그 본체가 설정하는 만입된 공간이 커팅을 위한 하향 이동시 고정 다이의 제 1 단부와 교차하는 구조로 이루어질 수 있다.
이러한 구조에서는, 커팅 지그의 하향 이동시,
상기 예비 리드가 제 1, 2 곡면부들과 제 1 단부의 모서리에 맞물린 상태로 절삭되면서 전극 리드의 모서리가 가공되고;
제 1 단부의 모서리들 사이에서 연장된 부위와 지그 본체가 맞물린 상태로 절삭되면서, 모서리 사이에 위치한 전극 리드의 단부가 가공될 수 있다.
즉, 예비 리드는, 라운드 형태의 모서리들을 가지는 제 1 단부 상에서 지지된 상태에서, 이 형태에 대응하는 평면 형상을 가진 커팅 지그가 하향 됨에 따라, 예비 리드의 지지된 부위를 제외한 나머지가 커팅 지그와 고정 다이에 맞물리면서 라운드 구조를 포함하는 전극 리드의 형태로 절삭된다.
절삭 직후에는, 전극 리드의 모서리들과 단부는 커팅 지그의 제 1, 2 곡면부들의 내면과 지그 본체가 설정하는 만입된 공간에서, 제 1, 2 곡면부들의 내면과 지그 본체에 밀착되게 된다.
경우에 따라서는 상기 제 1, 2 곡면부들의 내면과 지그 본체에 밀착되게 되는 전극 리드에 과도한 마찰열이 발생되는 것을 방지하기 위해, 커팅 지그와 고정 지그 사이에는 윤활유 또는 타발유가 공급될 수 있다.
상기 가이드 부들은 고정 다이를 기준으로 커팅 지그가 하향 이동하도록 유도하는 것으로서, 커팅 지그의 하향 이동시, 상기 가이드 부들 각각이, 상기 제 1 다이와 제 2 다이에 밀착되면서, 고정 다이를 기준으로 커팅 지그가 하향 이동하도록 유도할 수 있다.
또한, 커팅 지그의 하향 이동시, 예비 리드가 가이드 부들 각각과 제 1 단부의 측면에 맞물리면서, 상기 예비 리드의 측면 일부가 절삭될 수도 있다.
상기 고정 다이는 절삭 과정에서 예비 리드의 유동을 방지하기 위한 둘 이상의 예비 리드 고정 구조를 포함하는 바, 이하에서는 비제한적인 예들을 통해 구체적으로 설명한다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 제 1 다이의 내부에는 기체의 유동을 위한 제 1 홀과 제 1 홀로부터 분지된 복수의 제 2 홀들이 장착되어 있고;
상기 제 1 다이의 표면에는 상기 제 2 홀들 각각과 연통되는 개구들이 천공되어 있으며;
상기 제 1 홀에는 공기압 강하를 위한 진공 펌프가 연결되어 있는 구조일 수 있다.
따라서, 제 1 다이에 예비 리드가 밀착되어 개구들이 밀폐된 상태에서는 진공 펌프에 의해 제 1 홀과 제 2 홀 내부가 진공 상태로 전환되며, 진공 상태에 따른 진공 압력으로 예비 리드가 제 1 다이 상에서 공고히 고정될 수 있다.
상기 예비 리드는 제 1 다이 표면의 제 2 홀에 형성되는 흡입압에 의해 공고히 고정되는 바, 커팅 다이가 예비 리드에 힘을 인가하더라도, 예비 리드가 제 1 다이 상에 지지된 상태를 유지하여, 소망하는 전극 리드의 형태로 정밀하게 가공될 수 있다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 고정 다이의 수직 단면 상으로,
제 1 다이와 제 2 다이는 서로에 대해 제 1 단차를 이루도록, 제 2 다이가 제 1 다이의 표면에 대해 상향 돌출되어 있는 구조이고;
제 1 다이와 제 3 다이는 서로에 대해 제 2 단차를 이루도록, 제 3 다이가 제 1 다이의 표면에 대해 상향 돌출되어 있는 구조일 수 있다.
이러한 구조는 예비 리드가 상기 제 1 단차와 제 2 단차에 밀착된 상태로 제 1 다이 상에 안착되며, 커팅 지그의 하향 이동시, 제 1 단차와 제 2 단차에 의해, 제 2 다이 또는 제 3 다이 방향으로의 예비 리드 유동이 억제될 수 있다.
상기 제 1 단차와 제 2 단차 사이의 거리는, 이들 사이에 예비 리드가 공고하게 고정되도록, 예비 리드의 폭 대비 99% 내지 100%일 수 있으며, 상기 범위의 최소 값 미만에서는 제 1 단차와 제 2 단차에 억지끼움 방식으로 고정되어야 하므로, 고정 과정에서, 예비 리드가 손상될 수 있는 바 바람직하지 않고, 상기 범위의 최대 값 초과에서는, 전극 리드가 제 1 단차와 제 2 단차 사이에서 고정되지 않는 바, 커팅 지그의 하향시, 예비 리드가 유동할 수 있어 바람직하지 않다.
상기 제 1 단차와 제 2 단차의 돌출 높이는 예비 리드의 두께 대비 100% 내지 110%일 수 있다.
상기 돌출 높이가 예비 리드의 두께 보다 낮을 경우에는, 절삭 과정에서, 예비 리드가 제 1 단차 또는 제 2 단차를 벗어나 뒤틀릴 수 있다. 반면에, 돌출 높이가 상기 범위 중, 110%를 초과한다면, 예비 리드를 제 1 단차와 제 2 단차 사이에 삽입하기가 용이하지 않고, 예비 리드가 제 1 다이 표면에 완전히 밀착하는 형태로, 제 1 단차와 제 2 단차 사이에서 고정되기 어려워, 제 1 홀과 제 2 홀의 진공 상태 전환으로 인한 이점, 즉, 흡입압에 의한 고정력을 이용할 수 없으므로, 바람직하지 않다.
본 발명에서, 라운드 형태는 평면상으로 10R 내지 100R의 곡률 반경을 가지는 둥근 형태를 의미하며, 상기 곡률 반경 범위 내에서, 곡률 반경이 작을수록 모서리는 직각에 가깝고, 반대로 곡률 반경이 클수록, 모서리는 더욱 둥근 형태를 가질 수 있다.
이를 고려할 때, 상기 곡류 반경 범위의 최소 값 미만에서는, 실질적으로, 모서리가 둥근 구조로 보기 어려운 바, 본 발명에서 의도한 효과를 달성할 수 없고, 상기 곡률 반경 범위 초과에서는 전극 리드의 단부가 과도하게 둥근 형태를 가지면서, 용접을 위한 면적이 좁아져, 디바이스나 PCB에 대한 결합이 용이하지 않을 수 있다. 상기 곡률 반경의 단위는 mm 또는 Cm일 수 있으며, 전극 리드의 크기에 따라 결정될 수 있다.
본 발명은 또한, 상기 리드 가공 장치로 전극 리드가 가공된 전지셀을 제공한다.
상기 전지셀은 구체적으로, 전극 리드가 평면상으로, 모서리들이 10R 내지 100R의 곡률 반경을 가지는 라운드 형태로 이루어져 있는 것을 특징으로 한다.
즉, 본 발명에 따른 전지셀은 전극 리드가 충격 또는 진동 등의 외력에 의해 PCB 또는 외부 전기 디바이스로부터 결합이 분리되더라도, 라운드 구조의 모서리 부위가 전지케이스를 찢거나, PCB 또는 외부 전기 디바이스의 회로나 장치를 손상시키지 않는 바, 안전성이 크게 향상된 구조이다.
본 발명에서 상기 전지셀의 종류는 특별히 한정되는 것은 아니지만, 구체적인 예로서, 높은 에너지 밀도, 방전 전압, 출력 안정성 등의 장점을 가진 리튬 이온(Li-ion) 이차전지, 리튬 폴리머(Li-polymer) 이차전지, 또는 리튬 이온 폴리머(Li-ion polymer) 이차전지 등과 같은 리튬 이차전지일 수 있다.
일반적으로, 리튬 이차전지는 앞선 전극조립체의 구성들인 양극, 음극, 분리막과 리튬염 함유 비수 전해액으로 구성되어 있는 전지를 칭한다.
상기 양극은, 예를 들어, 양극 집전체 및/또는 연장 집전부 상에 양극 활물질, 도전재 및 바인더의 혼합물을 도포한 후 건조하여 제조되며, 필요에 따라서는, 상기 혼합물에 충진제를 더 첨가하기도 한다.
상기 양극 집전체 및/또는 연장 집전부는 일반적으로 3 내지 500 마이크로미터의 두께로 만든다. 이러한 양극 집전체 및 연장 집전부는, 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 높은 도전성을 가지는 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 스테인리스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소, 또는 알루미늄이나 스테인리스 스틸의 표면에 카본, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면처리한 것 등이 사용될 수 있다. 양극 집전체 및 연장 집전부는 그것의 표면에 미세한 요철을 형성하여 양극활물질의 접착력을 높일 수도 있으며, 필름, 시트, 호일, 네트, 다공질체, 발포체, 부직포체 등 다양한 형태가 가능하다.
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 및/또는 연장 집전부 상에 음극 활물질을 도포, 건조하여 제작되며, 필요에 따라, 앞서 설명한 바와 같은 성분들이 선택적으로 더 포함될 수도 있다.
상기 음극 집전체 및/또는 연장 집전부는 일반적으로 3 내지 500 마이크로미터의 두께로 만들어진다. 이러한 음극 집전체 및/또는 연장 집전부는, 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 구리, 스테인리스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소, 구리나 스테인리스 스틸의 표면에 카본, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면처리한 것, 알루미늄-카드뮴 합금 등이 사용될 수 있다. 또한, 양극 집전체와 마찬가지로, 표면에 미세한 요철을 형성하여 음극 활물질의 결합력을 강화시킬 수도 있으며, 필름, 시트, 호일, 네트, 다공질체, 발포체, 부직포체 등 다양한 형태로 사용될 수 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 마이크로미터이고, 두께는 일반적으로 5 ~ 300 마이크로미터다. 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.
상기 전해액은 리튬염 함유 비수계 전해액일 수 있고, 비수 전해액과 리튬염으로 이루어져 있다. 비수 전해액으로는 비수계 유기용매, 유기 고체 전해질, 무기 고체 전해질 등이 사용되지만 이들만으로 한정되는 것은 아니다.
상기 비수계 유기용매로는, 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, 비수 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 있으며, FEC(Fluoro-Ethylene Carbonate), PRS(Propene sultone) 등을 더 포함시킬 수 있다.
하나의 구체적인 예에서, LiPF6, LiClO4, LiBF4, LiN(SO2CF3)2 등의 리튬염을, 고유전성 용매인 EC 또는 PC의 환형 카보네이트와 저점도 용매인 DEC, DMC 또는 EMC의 선형 카보네이트의 혼합 용매에 첨가하여 리튬염 함유 비수계 전해질을 제조할 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 리드 가공 장치는, 예비 리드의 절삭 부위에서 고정 다이의 제 1 단부와 커팅 지그의 만입 부위가 상호 계합적으로 교차되되, 이들의 교차 형상이 평면상으로 라운드 구조를 각각 포함하므로, 예비 리드는 이에 대응하여 절삭되어 전극 리드에 둥근 라운드 구조를 형성할 수 있다.
이와 같이 절삭된 전극 리드는, 충격 또는 진동 등의 외력에 의해 PCB 또는 외부 전기 디바이스로부터 결합이 분리되더라도, 라운드 구조의 모서리 부위가 전지케이스를 찢거나, PCB 또는 외부 전기 디바이스의 회로나 장치를 손상시키지 않는 바, 전지셀의 안전성을 저해하지 않는다.
도 1은 종래 기술에 따른 전지셀의 모식도이다;
도 2는 종래 기술에 따른 리드 가공 장치의 모식도이다;
도 3은 도 2의 리드 가공 장치로 가공된 전지셀의 모식도이다;
도 4는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 리드 가공 장치의 모식도이다;
도 5는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 리드 가공 장치의 또 다른 모식도이다;
도 6은 고정 다이의 모식도이다;
도 7은 예비 리드가 리드 가공 장치에 장착되어 있는 모식도이다;
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 리드 가공 장치의 모식도이다;
도 9는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지셀의 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 4 및 도 5에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 리드 가공 장치의 모식도들이 도시되어 있고, 도 6에는 고정 다이의 모식도가 도시되어 있다.
또한, 도 7에는 예비 리드가 리드 가공 장치에 장착되어 있는 모식도가 도시되어 있다.
이들 도면을 참조하면, 리드 가공 장치(100)는 고정 다이(110) 및 고정 다이(110)에 인접하게 위치한 커팅 지그(120)를 포함하며, 커팅 지그(120)는 고정 다이(110)를 기준으로 고정 다이(110)에 교차하도록, 하향 운동하는 구조이다.
물론 커팅 지그(120)는 하향 운동 이후에 원위치로 상향 운동할 수 있다.
고정 다이(110)는 제 1 단부(111)와, 제 1 단부(111)의 양측으로부터 연장되어 있는 제 2 단부(112) 및 제 3 단부(113)를 포함하며 예비 리드(310)가 안착되는 제 1 다이(110) 및 제 1 다이(110)의 제 2 단부(112)로부터 일체로 연장되어 있는 제 2 다이(140)와 제 3 단부(113)로부터 일체로 연장되어 있는 제 3 다이(130)를 포함한다.
여기서, 제 1 단부(111)는, 예비 리드(310)의 길이를 기준으로 제 2 다이(140)와 제 3 다이(130) 대비 외측으로 돌출된 구조로 이루어져 있고, 제 1 단부(111)의 모서리가 평면상으로 소정의 곡률 반경(Ra)을 가지는 라운드 형태로 이루어져 있다.
이러한 구조에서, 커팅 지그(120)는 커팅을 위한 하향 이동시 제 1 단부(111), 제 2 다이(140) 및 제 3 다이(130)에 동시에 교차되는 구조로 이루어져 있으며, 하향 이동에 의한 커팅시 제 1 단부(111)와 교차되는 커팅 지그(120)의 부위가 제 1 단부(111)의 형상에 대응하는 형태로 만입되어 있다. 즉, 커팅 지그(120)는 상기 제 1 단부(111)의 라운드 형태와 동일한 곡률 반경(Rb)을 가지는 곡면(122, 123)을 가지고 있다.
따라서, 커팅 지그(120)가 커팅을 위한 하향 이동에 의해 고정 다이(110)와 교차될 때, 예비 리드(310)가 라운드 형태의 제 1 단부(111) 모서리와 커팅 지그(120)에 맞물린 상태로 절삭되면서, 모서리가 라운드 형태를 가지는 전극 리드로 가공될 수 있다.
이와는 달리 도 8에는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 리드 가공 장치(200)가 도시되어 있으며, 도 8에 따르면, 제 1 단부(211)는 두 개의 모서리를 가지나, 이들 모서리들은 서로 다른 곡률 반경(R1, R2)을 가지는 라운드 형태로 이루어져 있다. 또한, 이에 대응하여 커팅 지그(220)에도 서로 다른 곡률 반경(R1', R2')을 가지는 곡면들이 형성되어 있다.
이러한 구조에서도, 커팅 지그(220)가 커팅을 위한 하향 이동에 의해 고정 다이(210)와 교차될 때, 예비 리드가 라운드 형태의 제 1 단부(211) 모서리와 커팅 지그(220)에 맞물린 상태로 절삭되면서, 모서리가 라운드 형태를 가지는 전극 리드로 가공될 수 있다. 다만, 제 1 단부(111)의 모서리들이 서로 다른 곡률 반경의 라운드 형태로 이루어진 바, 도 7에 따른 리드 가공 장치(200)로 가공된 전극 리드는 좌우 비대칭적으로 모서리에 라운드 구조가 형성될 수 있다.
다시, 도 4 내지 도 7을 참조하면, 제 1 다이(110)의 내부에는 기체의 유동을 위한 제 1 홀(115)과 제 1 홀(115)로부터 분지된 복수의 제 2 홀(116)들이 장착되어 있다. 또한, 제 1 다이(110)의 표면에는 상기 제 2 홀(116)들 각각과 연통되는 개구들(117)이 천공되어 있다.
상기 제 1 홀(115)에는 공기압 강하를 위한 진공 펌프(118)가 연결된다.
이러한 구조는 제 1 다이(110)에 예비 리드(310)가 밀착되어 개구들(117)이 밀폐된 상태에서 진공 펌프(118)에 의해 제 1 홀(115)과 제 2 홀(116) 내부가 진공 상태로 전환되며, 진공 상태에 따른 진공 압력으로 예비 리드(310)가 제 1 다이(110) 상에서 고정된다.
제 1 다이(110)와 제 2 다이(140)는 서로에 대해 제 1 단차(141)를 이루도록, 제 2 다이(140)가 제 1 다이(110)의 표면에 대해 상향 돌출되어 있는 구조이다.
제 1 다이(110)와 제 3 다이(130)는 서로에 대해 제 2 단차(131)를 이루도록, 제 3 다이(130)가 제 1 다이(110)의 표면에 대해 상향 돌출되어 있는 구조이다.
이러한 구조는 예비 리드(310)가 상기 제 1 단차(141)와 제 2 단차(131)에 밀착된 상태로 제 1 다이(110) 상에 안착되며, 커팅 지그(120)의 하향 이동시, 제 1 단차(141)와 제 2 단차(131)에 의해, 제 2 다이(140) 또는 제 3 다이(130) 방향으로의 예비 리드(310) 유동이 억제될 수 있다.
커팅 지그(120)는, 지그 본체(121), 제 2 다이(140) 및 제 3 다이(130) 각각에 일치하는 위치에서, 지그 본체(121)로부터 일체로 연장되어 있는 한 쌍의 가이드 부들(124a, 124b), 및 가이드 부들(124a, 124b) 사이에서 지그 본체(121)로부터 가이드 부들(124a, 124b)까지 곡면으로 연장되어 있는 제 1 곡면부(122)와 제 2 곡면부(123)를 포함한다.
제 1 곡면부(122)와 제 2 곡면부(123)는, 평면상으로 그것과 대면하는 제 1 단부(111)의 모서리와 동일한 곡률 반경(Rb)을 가지는 곡면이다.
본 발명에서는 가이드 부들(124a, 124b) 사이, 제 1, 2 곡면부들(122, 123) 및 지그 본체(121)가 설정하는 만입된 공간(120a)이 커팅을 위한 하향 이동시 고정 다이(110)의 제 1 단부(111)와 교차하는 부위이다.
커팅 지그(120)의 하향 이동시, 예비 리드(310)가 제 1, 2 곡면부들(122, 123)과 제 1 단부(111)의 모서리에 맞물린 상태로 절삭되면서 전극 리드의 모서리가 가공된다.
또한, 제 1 단부(111)의 모서리들 사이에서 연장된 부위와 지그 본체(121)가 맞물린 상태로 절삭되면서, 모서리 사이에 위치한 전극 리드의 단부가 가공된다.
즉, 예비 리드(310)는, 라운드 형태의 모서리들을 가지는 제 1 단부(111) 상에서 지지된 상태에서, 이 형태에 대응하는 평면 형상을 가진 커팅 지그(120)가 하향 됨에 따라, 예비 리드(310)의 지지된 부위를 제외한 나머지가 커팅 지그(120)와 고정 다이(110)에 맞물리면서 라운드 구조를 포함하는 전극 리드의 형태로 절삭된다.
가이드 부들(124a, 124b)은 고정 다이(110)를 기준으로 커팅 지그(120)가 하향 이동하도록 유도하는 것으로서, 커팅 지그(120)의 하향 이동시, 상기 가이드 부들(124a, 124b) 각각이, 상기 제 1 다이(110)와 제 2 다이(140)에 밀착되면서, 고정 다이(110)를 기준으로 커팅 지그(120)가 하향 이동하도록 유도한다.
또한, 커팅 지그(120)의 하향 이동시, 예비 리드(310)가 가이드 부들(124a, 124b) 각각과 제 1 단부(111)의 측면에 맞물리면서, 제 1 단부(111)의 측면 이상으로 돌출된 예비 리드(310)의 측면 일부가 절삭될 수도 있다.
상술한 리드 가공 장치(100)에 의해 전극 리드(301) 하나가 가공된 전지셀의 모식도가 도 9에 도시되어 있다.
도 9를 도 4 내지 도 7과 함게 참조하면, 전지셀의 전극 리드(301)는, 그것의 모서리가, 리드 가공 장치(100)의 제 1 단부(111)에 형성된 모서리 및 제 1, 2 곡면들(122, 123)의 라운드 형태와 대응되는 구조로 모서리가 둥글게 가공되어 있다.
즉, 본 발명에 따른 전지셀은 전극 리드가 충격 또는 진동 등의 외력에 의해 PCB 또는 외부 전기 디바이스로부터 결합이 분리되더라도, 라운드 구조의 모서리 부위가 전지케이스를 찢거나, PCB 또는 외부 전기 디바이스의 회로나 장치를 손상시키지 않는 바, 안전성이 크게 향상된 구조이다.
본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주내에서 다양한 응용 및 변형을 수행하는 것이 가능할 것이다.

Claims (14)

  1. 전지셀의 전기적 접속을 위한 전극 리드가 소정의 길이 및 형태를 가지도록 가공하는 장치로서,
    피 가공물인 예비 리드의 절삭 예정부위가 일측 단부인 제 1 단부로부터 돌출되는 형태로 예비 리드를 고정하도록 구성되어 있는 고정 다이; 및
    상기 고정 다이에 대해 하향 이동하면서, 상기 고정 다이에 고정되어 있는 예비 리드 부위를 제외한 절삭 예정부위만을 절삭하여 예비 리드를 전극 리드 형태로 가공하는 커팅 지그;
    를 포함하고,
    상기 제 1 단부의 모서리가 평면상으로 라운드 형태를 가지며, 하향 이동에 의한 커팅시 제 1 단부와 교차되는 커팅 지그의 부위가 제 1 단부의 형상에 대응하는 형태로 만입되어 있는 것을 특징으로 하고,
    상기 고정 다이는,
    상기 제 1 단부와, 상기 제 1 단부의 양측으로부터 연장되어 있는 제 2 단부 및 제 3 단부를 포함하며, 예비 리드가 안착되는 제 1 다이; 및
    상기 제 1 다이의 제 2 단부로부터 일체로 연장되어 있는 제 2 다이와 제 3 단부로부터 일체로 연장되어 있는 제 3 다이;를 포함하고,
    상기 제 1 단부는, 예비 리드의 길이를 기준으로 제 2 다이와 제 3 다이 대비 외측으로 돌출된 구조로 이루어져 있으며, 상기 커팅 지그는 커팅을 위한 하향 이동시 제 1 단부, 제 2 다이 및 제 3 다이에 동시에 교차되며,
    상기 고정 다이의 수직 단면 상으로,
    제 1 다이와 제 2 다이는 서로에 대해 제 1 단차를 이루도록 제 2 다이가 제 1 다이의 표면에 대해 상향 돌출되어, 상기 제 1 단차가 예비 리드의 일측면을 지지하고 있는 구조이고;
    제 1 다이와 제 3 다이는 서로에 대해 제 2 단차를 이루도록 제 3 다이가 제 1 다이의 표면에 대해 상향 돌출되어, 상기 제 2 단차가 예비 리드의 타측면을 지지하고 있는 구조인 것을 특징으로 하는 리드 가공 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 커팅 지그가 커팅을 위한 하향 이동에 의해 고정 다이와 교차될 때, 예비 리드가 라운드 형태의 제 1 단부 모서리와 커팅 지그에 맞물린 상태로 절삭되면서, 모서리가 라운드 형태를 가지는 전극 리드로 가공되는 것을 특징으로 하는 리드 가공 장치.
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 커팅 지그는,
    지그 본체;
    상기 제 2 다이 및 제 3 다이 각각에 일치하는 위치에서, 지그 본체로부터 일체로 연장되어 있는 한 쌍의 가이드 부들; 및
    상기 가이드 부들 사이에서 지그 본체로부터 가이드 부까지 곡면으로 연장되어 있는 제 1 곡면부와 제 2 곡면부를 포함하고,
    상기 가이드 부들 사이, 제 1, 2 곡면부들 및 지그 본체가 설정하는 만입된 공간이 커팅을 위한 하향 이동시 고정 다이의 제 1 단부와 교차하는 것을 특징으로 하는 리드 가공 장치.
  5. 제 4 항에 있어서, 커팅 지그의 하향 이동시,
    상기 예비 리드가 제 1, 2 곡면부들과 제 1 단부의 모서리에 맞물린 상태로 절삭되면서 전극 리드의 모서리가 가공되고;
    제 1 단부의 모서리들 사이에서 연장된 부위와 지그 본체가 맞물린 상태로 절삭되면서, 모서리 사이에 위치한 전극 리드의 단부가 가공되는 것을 특징으로 하는 리드 가공 장치.
  6. 제 4 항에 있어서, 커팅 지그의 하향 이동시,
    상기 가이드 부들 각각은, 상기 제 1 다이와 제 2 다이에 밀착되면서, 고정 다이를 기준으로 커팅 지그가 하향 이동하도록 유도하는 것을 특징으로 하는 리드 가공 장치.
  7. 제 6 항에 있어서, 커팅 지그의 하향 이동시,
    예비 리드가 가이드 부들 각각과 제 1 단부의 측면에 맞물리면서, 상기 예비 리드의 측면 일부가 절삭되는 것을 특징으로 하는 리드 가공 장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 다이의 내부에는 기체의 유동을 위한 제 1 홀과 제 1 홀로부터 분지된 복수의 제 2 홀들이 장착되어 있고;
    상기 제 1 다이의 표면에는 상기 제 2 홀들 각각과 연통되는 개구들이 천공되어 있으며;
    상기 제 1 홀에는 공기압 강하를 위한 진공 펌프가 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 리드 가공 장치.
  9. 제 8 항에 있어서, 제 1 다이에 예비 리드가 밀착되어 개구들이 밀폐된 상태에서는 진공 펌프에 의해 제 1 홀과 제 2 홀 내부가 진공 상태로 전환되며, 진공 상태에 따른 진공 압력으로 예비 리드가 제 1 다이 상에서 고정되는 것을 특징으로 하는 리드 가공 장치.
  10. 삭제
  11. 제 1 항에 있어서, 예비 리드가 상기 제 1 단차와 제 2 단차에 밀착된 상태로 제 1 다이 상에 안착되며, 커팅 지그의 하향 이동시, 제 1 단차와 제 2 단차에 의해, 예비 리드의 유동이 억제되는 것을 특징으로 하는 리드 가공 장치.
  12. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 단차와 제 2 단차 사이의 거리는, 예비 리드의 폭 대비 99% 내지 100%이고, 돌출 높이는 예비 리드의 두께 대비 100% 내지 110%인 것을 특징으로 하는 리드 가공 장치.
  13. 제 1 항에 있어서, 상기 라운드 형태는, 평면상으로, 10R 내지 100R의 곡률 반경을 가지는 것을 특징으로 하는 리드 가공 장치.
  14. 제 1 항, 제 2 항, 제 4 항 내지 제 9 항 및 제 11 항 내지 제 13 항 중 어느 하나에 따른 리드 가공 장치로 전극 리드가 가공된 전지셀로서,
    상기 전극 리드는, 평면상으로, 모서리들이 10R 내지 100R의 곡률 반경을 가지는 라운드 형태로 이루어져 있는 것을 특징으로 하는 전지셀.
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