KR102103877B1 - 전극 리드 감지용 센서를 포함하는 전지셀 이송 장치 - Google Patents

전극 리드 감지용 센서를 포함하는 전지셀 이송 장치 Download PDF

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KR102103877B1
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Abstract

본 발명은 전지 생산 공정 중에서 전지셀 내부의 가스를 제거하는 디가스(degas) 공정을 위해 전지셀을 디가스 장치로 이송하는 전지셀 이송 장치로서, 복수의 전지셀들이 측면이 상호 접한 상태로 수직으로 배열되어 장착되는 트레이; 및 상기 트레이에 장착되어 있는 전지셀의 전극 리드의 일부와 전극 리드가 형성되어 있는 전지케이스의 일변의 일부를 가압하여 고정하고, 상기 전지셀을 지면으로부터 수직으로 들어올려 상기 트레이로부터 취출하여 디가스 장치로 이송하는 그립퍼(gripper);를 포함하고 있고, 상기 그립퍼에서 전극 리드와 접하는 부위에는 전극 리드의 절곡 내지 구부러짐 여부를 감지할 수 있도록 센서(sensor)가 장착되어 있는 것을 특징으로 하는 전지셀 이송 장치를 제공한다.

Description

전극 리드 감지용 센서를 포함하는 전지셀 이송 장치 {Device for Transferring Battery Cell Having Sensor for Sensing Electrode Lead}
본 발명은 전극 리드 감지용 센서를 포함하는 전지셀 이송 장치에 관한 것이다.
IT(Information Technology) 기술이 눈부시게 발달함에 따라 다양한 휴대형 정보통신 기기의 확산이 이뤄짐으로써, 21세기는 시간과 장소에 구애 받지 않고 고품질의 정보서비스가 가능한 '유비쿼터스 사회'로 발전되고 있다.
이러한 유비쿼터스 사회로의 발전 기반에는, 리튬 이차전지가 중요한 위치를 차지하고 있다. 구체적으로, 충방전이 가능한 리튬 이차전지는 와이어리스 모바일 기기의 에너지원으로 광범위하게 사용되고 있을 뿐만 아니라, 화석 연료를 사용하는 기존의 가솔린 차량, 디젤 차량 등의 대기오염 등을 해결하기 위한 방안으로 제시되고 있는 전기자동차, 하이브리드 전기자동차 등의 에너지원으로서도 사용되고 있다.
상기와 같이, 리튬 이차전지가 적용되는 디바이스들이 다양화됨에 따라, 리튬 이차전지는, 적용되는 디바이스에 알맞은 출력과 용량을 제공할 수 있도록 다양화되고 있다. 더불어, 소형 경박화가 강력히 요구되고 있다.
상기한 리튬 이차전지는, 그것의 형상에 따라 원통형 전지셀, 각형 전지셀, 파우치형 전지셀 등으로 구분할 수 있다. 그 중에서도 높은 집적도로 적층될 수 있고 중량당 에너지 밀도가 높으며 저렴하고 변형이 용이한 파우치형 전지셀이 많은 관심을 모으고 있다.
파우치형 전지셀은, 양극, 음극 및 이들 사이에 배치되는 분리막으로 이루어진 전극조립체를 전해액과 함께 라미네이트 시트로 이루어진 전지케이스에 내장하고 전지케이스의 외주변을 실링하여 밀봉하는 구조로 이루어진다.
이와 같은 파우치형 전지셀은, 전지셀 제조 공정 중 공정 단계별로 전지셀이 이송되는 과정에서 이송 수단으로서 그립퍼(gripper)가 주로 사용된다. 그립퍼는 전지셀의 전지케이스로부터 돌출된 전극 리드의 일부와 전지케이스의 일부를 가압하여 고정한 상태에서 전지셀을 이송한다.
그러나, 파우치형 전지셀은 라미네이트 시트의 비교적 강성이 약한 소재의 전지케이스로 이루어져 있고, 전극 리드는 전지케이스의 일변으로부터 돌출되어 형성되어 있는 구조로 이루어져 있다. 그에 따라, 전지셀이 제조 공정 단계를 거치면서 그립퍼 또는 외부 충격에 의해 전극 리드 또는 전지케이스의 외주변이 절곡 또는 구부러지는 현상이 발생하며, 이는 그립퍼가 전지셀을 이송할 때 전지셀에 대한 그립퍼의 고정력을 약화시켜 전지셀이 그립퍼로부터 이탈하여 낙하 충격에 의해 전지셀이 손상되는 문제를 야기시킨다. 이와 같이 손상된 전지셀은 폐기되어 손실율을 증가시킨다.
특히, 그립퍼를 이용하여 전지셀을 이송하는 공정 단계 중, 전지셀의 충방전 공정을 마치고, 전지셀 내부에 생성된 가스를 제거하기 위해 디가스(gas) 공정으로 전지셀을 이송하는 과정에서 상기와 같은 문제가 주로 발생한다.
따라서, 이러한 문제점을 근본적으로 해결할 수 있는 기술에 대한 필요성이 높은 실정이다.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.
구체적으로, 본 발명의 목적은, 전지셀을 디가스 장치로 이송하는 과정에서, 전지셀과 그립퍼 사이의 고정력을 강화하고, 전지셀의 전극 리드에 절곡 내지 구부러짐이 발생하여 전극 리드에 대한 그립퍼의 접촉 면적이 충분히 담보되지 않는 경우에는, 전극 리드의 절곡 내지 구부러짐 여부를 감지하고 전지셀의 이송 여부를 결정할 수 있는 전지셀 이송 장치를 제공하는 것이다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전지셀 이송 장치는,
전지 생산 공정 중에서 전지셀 내부의 가스를 제거하는 디가스(degas) 공정을 위해 전지셀을 디가스 장치로 이송하는 전지셀 이송 장치로서,
복수의 전지셀들이 측면이 상호 접한 상태로 수직으로 배열되어 장착되는 트레이; 및
상기 트레이에 장착되어 있는 전지셀의 전극 리드의 일부와 전극 리드가 형성되어 있는 전지케이스의 일변의 일부를 가압하여 고정하고, 상기 전지셀을 지면으로부터 수직으로 들어올려 상기 트레이로부터 취출하여 디가스 장치로 이송하는 그립퍼(gripper);
를 포함하고 있을 수 있고,
상기 그립퍼에서 전극 리드와 접하는 부위에는 전극 리드의 절곡 내지 구부러짐 여부를 감지할 수 있도록 센서(sensor)가 장착되어 있는 구조로 이루어져 있을 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 전지셀 이송 장치는, 전극 리드와 접하는 부위에 전극 리드의 절곡 내지 구부러짐 여부를 감지할 수 있는 센서(sensor)가 장착되어 있는 그립퍼를 포함함으로써, 전지셀을 디가스 장치로 이송하는 과정에서, 전지셀과 그립퍼 사이의 고정력을 강화하고, 전지셀의 전극 리드에 절곡 내지 구부러짐이 발생하여 전극 리드에 대한 그립퍼의 접촉 면적이 충분히 담보되지 않는 경우에는, 전극 리드의 절곡 내지 구부러짐 여부를 감지하고 전지셀의 이송 여부를 결정할 수 있다.
본 발명의 하나의 실시예에서, 상기 전지셀은 판상형 구조의 파우치형 전지일 수 있다.
구체적으로, 상기 전지셀은 양극, 분리막, 음극 적층 구조의 전극조립체가 전극조립체 수납부가 형성되어 있는 전지케이스에 전해액과 함께 내장되어 있고, 상기 전극조립체 수납부의 외주변에는 열융착에 의해 실링 잉여부가 형성되어 있는 구조로 이루어져 있을 수 있다.
상기 전극조립체는 폴딩형 구조, 또는 스택형 구조, 또는 스택/폴딩형 구조, 또는 라미네이션/스택형 구조로 이루어져 있을 수 있다.
상기 폴딩형, 스택형, 스택/폴딩형, 및 라미네이션/스택형의 전극 구조에 대해 상술하면 다음과 같다.
우선, 폴딩형 구조의 단위셀은, 각각의 금속 집전체에 전극활물질을 포함하는 합제를 코팅한 후 건조 및 프레싱한 시트 형태의 양극과 음극 사이에 분리막 시트를 위치시키고, 권취함으로써 제조할 수 있다.
스택형 구조의 단위셀은, 각각의 금속 집전체에 전극 합제를 코팅한 뒤 건조 및 프레싱한 후 소정의 크기로 절취한 양극판과 음극판 사이에 상기 양극판과 음극판에 대응하는 소정의 크기로 절취한 분리막을 개재시킨 후 적층함으로써 제조할 수 있다.
스택/폴딩형 구조의 단위셀은, 양극과 음극이 대면하는 구조로, 둘 이상의 극판들이 적층되어 있는 유닛셀들을 둘 이상 포함하고, 중첩되지 않은 형태로 하나 이상의 분리필름으로 유닛셀들을 권취하거나, 또는 유닛셀의 크기로 분리필름을 절곡하여 유닛셀들 사이에 개재함으로써 제조될 수 있다.
경우에 따라서는, 양극과 음극이 대면하는 구조로, 임의의 유닛셀들 사이 및/또는 최외측 유니셀의 외면에 하나 이상의 단일 극판이 추가로 포함될 수도 있다.
상기 유닛셀은 양측 최외곽의 극판들이 동일한 전극을 가진 S형 유닛셀과, 양측 최외곽의 극판들이 반대 전극을 가진 D형 유닛셀일 수 있다.
상기 S형 유닛셀은, 양측 최외곽의 극판들이 양극인 SC형 유닛셀과, 양측 최외곽의 극판들이 음극인 SA형 유닛셀일 수 있다.
라미네이션/스택형 구조의 단위셀은, 각각의 금속 집전체에 전극 합제를 코팅한 뒤 건조 및 프레싱하고 소정의 크기로 절취한 후, 하부로부터 순차적으로 음극, 음극의 상부에 분리막, 그리고 양극, 그리고 그 상부에 분리막을 적층하여 제조할 수 있다.
상기 전지케이스의 하나의 구체적인 예로서, 상기 전지케이스는 우수한 내구성의 수지 외층, 차단성의 금속층, 및 열용융성의 수지 실란트층을 포함하는 라미네이트 시트로 이루어져 있고, 상기 수지 실란트층이 상호 열융착되는 것일 수 있다.
상기 수지 외층은 외부 환경으로부터 우수한 내성을 가져야 하므로, 소정 이상의 인장강도와 내후성을 가지는 것이 필요하다. 그러한 측면에서 외측 수지층의 고분자 수지로는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)와 연신 나일론 필름이 바람직하게 사용될 수 있다.
상기 차단성 금속층은 가스, 습기 등 이물질의 유입 내지 누출을 방지하는 기능 이외에 전지케이스의 강도를 향상시키는 기능을 발휘할 수 있도록, 바람직하게는 알루미늄이 사용될 수 있다.
상기 수지 실란트층은 열융착성(열접착성)을 가지고, 전해액의 침입을 억제하기 위해 흡습성이 낮으며, 전해액에 의해 팽창하거나 침식되지 않는 폴리올레핀(polyolefin)계 수지가 바람직하게 사용될 수 있으며, 더욱 바람직하게는 무연신 폴리프로필렌(CPP)이 사용될 수 있다.
앞서 설명한 바와 같이, 파우치형 전지셀은 라미네이트 시트의 비교적 강성이 약한 소재의 전지케이스로 이루어져 있고, 전극 리드는 전지케이스의 일변으로부터 돌출되어 형성되어 있는 구조로 이루어져 있으므로, 전지셀 제조 공정 별로 이송되면서 전극 리드의 절곡 내지 구부러짐이 발생할 가능성이 높다. 그에 따라, 본원에 따른 전지셀 이송 장치는 파우치형 전지셀을 이송하는데 주로 적용될 수 있다. 그러나, 파우치형 전지셀에 한정되는 것은 아니며, 각형 전지 또는 원통형 전지셀에 적용될 수도 있음은 물론이다.
상기 전지셀의 양극 리드와 음극 리드는 대향하는 양변에 각각 형성되어 있을 수 있다. 그에 따라, 상기 그립퍼는 상기 양극 리드의 일부 및 양극 리드가 형성되어 있는 전지케이스의 일변의 일부와, 상기 음극 리드의 일부 및 음극 리드가 형성되어 있는 전지케이스의 일변의 일부 각각을 가압 및 고정하여 이송하는 구조로 이루어져 있을 수 있다.
상기 전지셀은 전극 리드가 트레이의 측면부를 향하는 방향으로 배열된 상태로 트레이에 장착되어 있을 수 있다. 이와 같은 상기 전지셀의 상기 트레이 안에서의 배열은, 상기 그립퍼가 전지셀 방향으로 수직으로 하강하고 전지셀의 전극 리드에 용이하게 접근하여 전극 리드를 고정 및 가압하기 위한 구조일 수 있다.
본 발명의 하나의 구체적인 실시예로서, 상기 그립퍼는, 전지셀의 양극 리드를 가압 및 고정하는 제 1 그립퍼와, 상기 전지셀의 음극 리드를 가압 및 고정하는 제 2 그립퍼로 이루어져 있을 수 있다.
구체적으로, 상기 그립퍼는 전지셀의 전극 리드를 가압 및 고정하는 부위가 집게 형상으로 이루어져 있을 수 있다.
더욱 구체적으로, 상기 그립퍼는, 전극 리드의 일면과 접하는 제 1 리드 접촉부와, 상기 전극 리드의 타면과 접하는 제 2 리드 접촉부를 포함하는 구조로 이루어져 있을 수 있다. 즉, 상기 제 1 리드 접촉부와 상기 제 2 리드 접촉부는 그 사이에 전극 리드가 위치한 상태에서 대면하는 형상으로 이루어져 있을 수 있다.
또한, 상기 센서는 광 센서로 이루어져 있을 수 있으며, 상기 제 1 리드 접촉부에는 광 센서의 발광부가 형성되어 있을 수 있고, 상기 제 2 리드 접촉부에는 광 센서의 수광부가 형성되어 있을 수 있다. 상기 발광부로부터 광이 발생되고, 상기 발광부로부터 발생한 광은 상기 수광부로 입사된다.
상기 그립퍼가 전극 리드에 접촉된 상태에서, 상기 발광부로부터 발생한 광이 상기 전극 리드에 의해 방해되어 상기 수광부에 입사되지 않으면, 상기 그립퍼와 상기 전극 리드가 접하는 접촉 면적이 충분히 확보된 것이므로 상기 그립퍼는 상기 전지셀을 정상적으로 이송시키게 된다.
반면에, 상기 발광부로부터 발생한 광이 상기 전극 리드에 입사되면, 상기 그립퍼와 상기 전극 리드가 접하는 접촉 면적이 충분히 확보되지 않은 것이므로, 상기 센서는, 발광부 및 수광부에 의해 전극 리드의 절곡 내지 구부러짐을 감지하고, 그립퍼에 전기적 신호를 송출하며, 상기 그립퍼는 센서로부터 신호가 전달되면 트레이로부터 전지셀을 취출하지 않고 인접한 전지셀의 전극 리드로 이동할 수 있다.
상기 센서는 전극 리드의 지면에 대해 수직인 중심선을 기준으로 전극 리드의 외측 단부 부위에 대응하는 위치에 형성되어 있을 수 있다.
구체적으로, 상기 센서는 전극 리드의 면적의 30 내지 50%의 크기의 절곡 내지 구부러짐 면적을 감지할 수 있도록, 상기 전극 리드의 중심선으로부터 전극 리드의 폭의 20 내지 30%의 크기로 이격되어 형성되어 있을 수 있다. 상기 센서가 전극 리드의 중심선으로부터 전극 리드의 폭의 20% 미만의 크기로 이격되어 형성되어 있을 경우에는, 전극 리드의 면적의 50%의 크기를 초과하는 절곡 내지 구부러짐이 발생하더라도 이를 감지하지 못하고, 그립퍼에 의해 전지셀을 이송할 수 있고, 이는 그립퍼와 전지셀 간의 고정력을 담보할 수 없으므로 전지셀의 이송 중 그립퍼로부터 전지셀이 낙하하는 문제를 발생시킬 수 있다.
반대로, 상기 센서가 전극 리드의 중심선으로부터 전극 리드의 폭의 30% 크기를 초과하여 이격되어 형성되어 있을 경우에는, 전극 리드의 면적의 30%의 크기 미만의 절곡 내지 구부러짐이 발생하여 충분히 그립퍼에 의해 전지셀을 이송 가능한 상태임에도 불구하고, 전극 리드의 절곡 내지 구부러짐을 과도하게 감지하여 그립퍼에 의해 전지셀을 이송하지 않고 인접한 전지셀의 전극 리드로 이동하는 문제가 있을 수 있따.
본 발명은 또한 상기 전지셀 이송 장치에 의해 제조되는 전지셀을 제공한다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 전지셀은 그것의 종류가 특별히 한정되는 것은 아니지만, 구체적인 예로서, 높은 에너지 밀도, 방전 전압, 출력 안정성 등의 장점을 가진 리튬이온 전지, 리튬이온 폴리머 전지 등과 같은 리튬 이차전지일 수 있다.
일반적으로, 리튬 이차전지는 양극, 음극, 분리막, 및 리튬염 함유 비수 전해액으로 구성되어 있다.
상기 양극은, 예를 들어, 양극 집전체 상에 양극 활물질, 도전재 및 바인더의 혼합물을 도포한 후 건조하여 제조되며, 필요에 따라서는, 상기 혼합물에 충진제를 더 첨가하기도 한다.
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 상에 음극 활물질을 도포, 건조하여 제작되며, 필요에 따라, 앞서 설명한 바와 같은 성분들이 선택적으로 더 포함될 수도 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 분리막 및 분리필름은 양극과 음극 사이에 개재되며, 높은 이온 투과도와 기계적 강도를 가지는 절연성의 얇은 박막이 사용된다. 분리막의 기공 직경은 일반적으로 0.01 ~ 10 ㎛이고, 두께는 일반적으로 5 ~ 130 ㎛이다. 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.
또한, 하나의 구체적인 예에서, 전지의 안전성의 향상을 위하여, 상기 분리막 및/또는 분리필름은 유/무기 복합 다공성의 SRS(Safety-Reinforcing Separators) 분리막일 수 있다.
상기 SRS 분리막은 폴리올레핀 계열 분리막 기재상에 무기물 입자와 바인더 고분자를 활성층 성분으로 사용하여 제조되며, 이때 분리막 기재 자체에 포함된 기공 구조와 더불어 활성층 성분인 무기물 입자들간의 빈 공간(interstitial volume)에 의해 형성된 균일한 기공 구조를 갖는다.
이러한 유/무기 복합 다공성 분리막을 사용하는 경우 통상적인 분리막을 사용한 경우에 비하여 화성 공정(Formation)시의 스웰링(swelling)에 따른 전지 두께의 증가를 억제할 수 있다는 장점이 있고, 바인더 고분자 성분으로 액체 전해액 함침시 겔화 가능한 고분자를 사용하는 경우 전해질로도 동시에 사용될 수 있다.
또한, 상기 유/무기 복합 다공성 분리막은 분리막 내 활성층 성분인 무기물 입자와 바인더 고분자의 함량 조절에 의해 우수한 접착력 특성을 나타낼 수 있으므로, 전지 조립 공정이 용이하게 이루어질 수 있다는 특징이 있다.
상기 무기물 입자는 전기화학적으로 안정하기만 하면 특별히 제한되지 않는다. 즉, 본 발명에서 사용할 수 있는 무기물 입자는 적용되는 전지의 작동 전압 범위(예컨대, Li/Li+ 기준으로 0~5V)에서 산화 및/또는 환원 반응이 일어나지 않는 것이면 특별히 제한되지 않는다. 특히, 이온 전달 능력이 있는 무기물 입자를 사용하는경우, 전기 화학 소자 내의 이온 전도도를 높여 성능 향상을 도모할 수 있으므로, 가능한 이온 전도도가 높은 것이 바람직하다. 또한, 상기 무기물 입자가 높은 밀도를 갖는 경우, 코팅시 분산시키는데 어려움이 있을 뿐만 아니라 전지 제조시 무게 증가의 문제점도 있으므로, 가능한 밀도가 작은 것이 바람직하다. 또한, 유전율이 높은 무기물인 경우, 액체 전해질 내 전해질 염, 예컨대 리튬염의 해리도 증가에 기여하여 전해액의 이온 전도도를 향상시킬 수 있다.
리튬염 함유 비수 전해액은, 극성 유기 전해액과 리튬염으로 이루어져 있다. 전해액으로는 비수계 액상 전해액, 유기 고체 전해질, 무기 고체 전해질 등이 사용된다.
상기 비수계 액상 전해액으로는, 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, 비수계 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 있다.
본 발명은 또한 상기 전지셀을 둘 이상 포함하고 있는 전지팩을 제공한다.
본 발명은 또한 상기 전지팩을 전원으로 포함하고 있는 디바이스를 제공한다.
상기 디바이스는 휴대폰, 웨어러블 전자기기, 휴대용 컴퓨터, 스마트 패드, 넷북, LEV(Light Electronic Vehicle), 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 플러그-인 하이브리드 전기자동차, 및 전력저장장치로부터 선택되는 것일 수 있다.
이들 디바이스의 구조 및 그것의 제작 방법은 당업계에 공지되어 있으므로, 본 명세서에서는 그에 대한 자세한 설명은 생략한다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 전지셀 이송 장치는, 전극 리드와 접하는 부위에 전극 리드의 절곡 내지 구부러짐 여부를 감지할 수 있는 센서(sensor)가 장착되어 있는 그립퍼를 포함함으로써, 전지셀을 디가스 장치로 이송하는 과정에서, 전지셀과 그립퍼 사이의 고정력을 강화하고, 전지셀의 전극 리드에 절곡 내지 구부러짐이 발생하여 전극 리드에 대한 그립퍼의 접촉 면적이 충분히 담보되지 않는 경우에는, 전극 리드의 절곡 내지 구부러짐 여부를 감지하고 전지셀의 이송 여부를 결정할 수 있다.
도 1은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지셀 이송 장치의 수직 단면도이다;
도 2는 도 1의 전지셀 이송 장치의 정면도이다.
이하에서는, 본 발명의 실시예에 따른 도면들을 참조하여 본 발명을 더욱 상술하지만, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.
도 1에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지셀 이송 장치의 수직 단면도가 모식적으로 도시되어 있고, 도 2에는 도 1의 그립퍼의 정면도가 모식적으로 도시되어 있다.
도 1을 참조하면, 전지셀 이송 장치(100)는 트레이(200) 및 그립퍼(300)로 이루어져 있다.
트레이(200)는 직육면체 형상으로 이루어져 있고, 전지셀들(10)은 측면이 상호 접한 상태로 수직으로 배열되어 트레이(200) 내에 장착되어 있다. 전지셀(10)의 양극 리드(11)와 음극 리드(12)는 대향하는 양변에 각각 형성되어 있고, 전지셀(10)은 전극 리드(11, 12)가 트레이(200)의 측면부(210)를 향하는 방향으로 배열된 상태로 트레이(200)에 장착되어 있다.
그립퍼(300)는 제 1 그립퍼(310) 및 제 2 그립퍼(320)로 이루어져 있고, 제 1 그립퍼(310) 및 제 2 그립퍼(320) 각각은 전지셀(10)의 양극 리드(11) 및 음극 리드(12)의 일부와 양극 리드(11) 및 음극 리드(12)가 형성되어 있는 전지케이스(13)의 일변의 일부를 가압하여 고정하고, 전지셀(10)을 수직으로 들어올려 트레이(200)로부터 취출하여 디가스 장치(도시하지 않음)로 이송한다.
제 1 그립퍼(310) 및 제 2 그립퍼(320)는 전지셀(10)의 전극 리드(11, 12)를 가압 및 고정하는 부위가 집게 형상으로 이루어져 있다.
구체적으로, 제 1 그립퍼(310) 및 제 2 그립퍼(320) 각각은 전극 리드(11, 12)의 일면과 접하는 제 1 리드 접촉부(311)와 전극 리드(11, 12)의 타면과 접하는 제 2 리드 접촉부(312)를 포함하고 있다.
제 1 그립퍼(310) 및 제 2 그립퍼(320) 각각의 전극 리드(11, 12)와 접하는 부위에는 전극 리드(11, 12)의 절곡 내지 구부러짐 여부를 감지할 수 있도록 광 센서(400)가 장착되어 있다.
제 1 리드 접촉부(311)에는 발광부(410)가 형성되어 있고, 제 2 리드 접촉부(312)에는 수광부(420)가 형성되어 있다. 센서(400)는 그립퍼(300)가 전극 리드(11, 12)에 접촉된 상태에서, 발광부(410) 및 수광부(420)에 의해 전극 리드(11, 12)의 절곡 내지 구부러짐이 감지되면, 그립퍼(300)에 전기적 신호를 송출하고, 그립퍼(300)는 센서(400)로부터 신호가 전달되면 트레이(200)로부터 전지셀(10)을 취출하지 않고 인접한 전지셀의 전극 리드로 이동한다.
센서(400)는 전극 리드(11, 12)의 중심선(A)을 기준으로 전극 리드(11, 12)의 외측 단부 부위에 대응하는 위치에 형성되어 있다. 구체적으로, 센서(400)는 전극 리드(11, 12)의 면적의 30 내지 50%의 크기의 절곡 내지 구부러짐 면적을 감지할 수 있도록, 전극 리드(11, 12)의 중심선(A)으로부터 전극 리드(12, 13)의 폭(W)의 25%의 크기로 이격되어 형성되어 있다.
본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주내에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다.

Claims (15)

  1. 전지 생산 공정 중에서 전지셀 내부의 가스를 제거하는 디가스(degas) 공정을 위해 전지셀을 디가스 장치로 이송하는 전지셀 이송 장치로서,
    복수의 전지셀들이 측면이 상호 접한 상태로 수직으로 배열되어 장착되는 트레이; 및
    상기 트레이에 장착되어 있는 전지셀의 전극 리드의 일부와 전극 리드가 형성되어 있는 전지케이스의 일변의 일부를 가압하여 고정하고, 상기 전지셀을 지면으로부터 수직으로 들어올려 상기 트레이로부터 취출하여 디가스 장치로 이송하는 그립퍼(gripper);
    를 포함하고 있고,
    상기 그립퍼는, 전극 리드의 일면과 접하는 제 1 리드 접촉부와, 상기 전극 리드의 타면과 접하는 제 2 리드 접촉부를 포함하고,
    상기 그립퍼에서 전극 리드와 접하는 부위에는 전극 리드의 절곡 내지 구부러짐 여부를 감지할 수 있도록 센서(sensor)가 장착되어 있고,
    상기 센서는 광 센서로 이루어져 있으며, 상기 제 1 리드 접촉부에 광 센서의 발광부가 형성되어 있고, 상기 제 2 리드 접촉부에 광 센서의 수광부가 형성되어 있으며,
    상기 그립퍼가 전극 리드에 접촉된 상태에서, 상기 센서는, 발광부 및 수광부에 의해 전극 리드의 절곡 내지 구부러짐이 감지되면, 그립퍼에 전기적 신호를 송출하고, 상기 그립퍼는 센서로부터 신호가 전달되면 트레이로부터 전지셀을 취출하지 않고 인접한 전지셀의 전극 리드로 이동하는 것을 특징으로 하는 전지셀 이송 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 전지셀은 판상형 구조의 파우치형 전지인 것을 특징으로 하는 전지셀 이송 장치.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 전지셀의 양극 리드와 음극 리드는 대향하는 양변에 각각 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지셀 이송 장치.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 전지셀은 전극 리드가 트레이의 측면부를 향하는 방향으로 배열된 상태로 트레이에 장착되어 있는 것을 특징으로 하는 전지셀 이송 장치.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 그립퍼는, 전지셀의 양극 리드를 가압 및 고정하는 제 1 그립퍼와, 상기 전지셀의 음극 리드를 가압 및 고정하는 제 2 그립퍼로 이루어져 있는 것을 특징으로 하는 전지셀 이송 장치.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 그립퍼는 전지셀의 전극 리드를 가압 및 고정하는 부위가 집게 형상으로 이루어져 있는 것을 특징으로 하는 전지셀 이송 장치.
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  10. 제 1 항에 있어서, 상기 센서는 전극 리드의 지면에 대해 수직인 중심선을 기준으로 전극 리드의 외측 단부 부위에 대응하는 위치에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지셀 이송 장치.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 센서는 전극 리드의 면적의 30 내지 50%의 크기의 절곡 내지 구부러짐 면적을 감지할 수 있도록, 상기 전극 리드의 중심선으로부터 전극 리드의 폭의 20 내지 30%의 크기로 이격되어 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지셀 이송 장치.
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