KR102178188B1 - Battery Case Forming Device Equipped with Punch Head of Low Friction Force - Google Patents

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Abstract

본 발명은 전극조립체가 내장될 수 있는 전극조립체 수납부를 포함하는 전지케이스를 성형하는 장치로서, 전극조립체 수납부에 대응하는 크기를 가진 만입형 또는 관통형의 개방 홈이 형성되어 있고, 전지케이스 제조용 시트형 모재가 상면에 위치하게 되는 다이; 상기 개방 홈에 대응하는 형상을 가진 펀치로서, 시트형 모재에 대한 딥 드로잉(deep drawing)을 위해 개방 홈의 상부에 위치하며, 하강시 개방 홈에 도입될 펀치 헤드(punch head)가 저 마찰력 계수(frictional coefficient)의 소재로 이루어진 펀치; 및 딥 드로잉을 위해 상기 시트형 모재의 양단을 다이에 가압 고정하는 스트립퍼(stripper);를 포함하는 것을 특징으로 하는 전지케이스 성형 장치를 제공한다.The present invention is an apparatus for forming a battery case including an electrode assembly storage unit in which an electrode assembly can be embedded, and a recessed or through-type open groove having a size corresponding to the electrode assembly storage unit is formed, and for manufacturing a battery case A die in which the sheet-like base material is located on the upper surface; A punch having a shape corresponding to the open groove, located above the open groove for deep drawing on the sheet-like base material, and a punch head to be introduced into the open groove when descending has a low coefficient of friction ( a punch made of a material of frictional coefficient); And a stripper for pressing and fixing both ends of the sheet-like base material to a die for deep drawing. It provides a battery case molding apparatus comprising: a.

Description

낮은 마찰성의 펀치 헤드를 구비한 전지케이스 성형 장치 {Battery Case Forming Device Equipped with Punch Head of Low Friction Force}Battery Case Forming Device Equipped with Punch Head of Low Friction Force}

본 발명은 낮은 마찰성의 펀치 헤드를 구비한 전지케이스 성형 장치에 관한 것이다.The present invention relates to an apparatus for forming a battery case having a punch head having low friction.

이차전지는 휴대폰, 노트북, 캠코더 등 모바일 기기들의 전원으로 널리 사용되고 있다. 특히, 리튬 이차전지의 사용은 작동 전압이 높고 단위 중량당 에너지 밀도가 높다는 이점으로 인해 급속도로 증가되고 있는 추세이다.Secondary batteries are widely used as power sources for mobile devices such as cell phones, laptops, and camcorders. In particular, the use of lithium secondary batteries is rapidly increasing due to the advantages of high operating voltage and high energy density per unit weight.

이러한 리튬 이차전지는 전극과 전해액의 구성에 따라 리튬이온 전지, 리튬이온 폴리머 전지, 리튬 폴리머 전지 등으로 분류되기도 하며, 그 중 전해액의 누액 가능성이 적으며, 제조가 용이한 리튬이온 폴리머 전지의 사용량이 늘어나고 있다.These lithium secondary batteries are also classified into lithium ion batteries, lithium ion polymer batteries, and lithium polymer batteries depending on the composition of the electrode and electrolyte, and among them, the use of lithium ion polymer batteries that are less likely to leak and are easy to manufacture. This is increasing.

리튬이온 폴리머 전지(LiPB)는 전극(양극 및 음극)과 분리막을 열융착시킨 전극조립체에 전해액을 함침시킨 구조로서, 주로 전극조립체를 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치형 케이스에 밀봉한 형태로 많이 사용되고 있다. 따라서, 리튬이온 폴리머 전지를 종종 파우치형 전지로 칭하기도 한다.Lithium-ion polymer battery (LiPB) is a structure in which an electrode assembly obtained by heat-sealing an electrode (anode and negative electrode) and a separator is impregnated with an electrolyte solution, and is mainly used in a form in which the electrode assembly is sealed in a pouch-shaped case of an aluminum laminate sheet. Therefore, lithium-ion polymer batteries are often referred to as pouch-type batteries.

도 1에는 스택형 전극조립체를 포함하고 있는 대표적인 이차전지의 일반적인 구조가 모식적으로 도시되어 있다.1 schematically shows a general structure of a typical secondary battery including a stacked electrode assembly.

도 1을 참조하면, 이차전지(10)는, 파우치형의 전지케이스(20) 내부에 양극, 음극 및 이들 사이에 배치되는 분리막으로 이루어진 전극조립체(30)가 내장되어 있고, 그것의 양극 및 음극 탭들(31, 32)이 두 개의 전극리드(40, 41)에 각각 용접되어 전지케이스(20)의 외부로 노출되도록 실링(밀봉)되어 있는 구조로 이루어져 있다.Referring to FIG. 1, the secondary battery 10 includes an electrode assembly 30 made of a positive electrode, a negative electrode, and a separator disposed therebetween in a pouch-shaped battery case 20, and the positive and negative electrodes thereof. The tabs 31 and 32 are welded to the two electrode leads 40 and 41, respectively, and are sealed (sealed) so that they are exposed to the outside of the battery case 20.

전지케이스(20)는 알루미늄 라미네이트 시트와 같은 연포장재로 되어 있으며, 전극조립체(30)가 안착될 수 있는 오목한 형상의 수납부(23)를 포함하는 케이스 본체(21)와 그러한 본체(21)에 일측이 연결되어 있는 덮개(22)로 이루어져 있다.The battery case 20 is made of a flexible packaging material such as an aluminum laminate sheet, and includes a case body 21 including a concave-shaped storage unit 23 on which the electrode assembly 30 can be seated and the body 21 It consists of a cover 22 to which one side is connected.

이차전지(10)에 사용되는 전극조립체(30)는, 도 1에서와 같은 스택형 구조 이외에 젤리롤형 구조 또는 스택/폴딩형 구조도 가능하다. 스택형 전극조립체(30)는 다수의 양극 탭들(31)과 다수의 음극 탭들(32)이 전극리드(40, 41)에 각각 용접되어 있다.The electrode assembly 30 used in the secondary battery 10 may have a jelly roll type structure or a stack/folding type structure in addition to the stack type structure as shown in FIG. 1. In the stacked electrode assembly 30, a plurality of positive electrode tabs 31 and a plurality of negative electrode tabs 32 are welded to electrode leads 40 and 41, respectively.

이러한 이차전지용 전지케이스(20)는, 수납부(23)에 대응하는 직육면체 형상의 펀치를 사용하여 시트형의 모재, 예를 들어, 알루미늄 라미네이트 시트의 모재를 가압하여 변형시킨 후, 수납부(23)의 길이방향으로 덮개의 크기 및 폭 방향으로 가스 포켓에 대응하는 크기로 절단함으로써 제조된다.The battery case 20 for a secondary battery is deformed by pressing a sheet-like base material, for example, a base material of an aluminum laminate sheet, using a rectangular parallelepiped-shaped punch corresponding to the storage part 23, and then the storage part 23 It is manufactured by cutting the size of the cover in the longitudinal direction and the size corresponding to the gas pocket in the width direction.

종래에는, 합금공구강, 예를들어 SKD11 등의 소재로 이루어진 펀치를 사용하여 라미네이트 시트를 딥 포밍(deep forming) 성형하여 전지케이스를 제조해 왔다.Conventionally, a battery case has been manufactured by deep forming a laminate sheet using a punch made of a material such as alloy tool steel, for example, SKD11.

그러나, 합금공구강으로 이루어진 펀치는 라미네이트 시트에 대한 마찰 계수가 높아서, 펀치가 모재를 가압하는 경우에, 수납부의 코너에 주름 및 백화 현상이 발생하고, 정도가 심해지면 크랙(crack)이 발생할 수 있다.However, punches made of alloy tool steel have a high coefficient of friction with respect to the laminate sheet, so when the punch presses the base material, wrinkles and whitening phenomena occur in the corners of the storage unit, and cracks may occur if the degree is severe. have.

따라서, 이러한 문제점들을 근본적으로 해소하여, 전지셀 제조 과정에서 전지케이스의 성형 시 불량률을 저하시킬 수 있는 기술에 대한 필요성이 높은 실정이다.Therefore, there is a high need for a technology capable of fundamentally solving these problems and reducing the defective rate when forming a battery case in the battery cell manufacturing process.

본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.An object of the present invention is to solve the problems of the prior art and technical problems that have been requested from the past.

본 발명의 목적은, 시트형 모재에서 전지케이스의 수납부가 형성될 부위에 신규한 형상의 펀치를 사용한 가압에 의해 수납부를 형성함으로써, 수납부의 크랙 불량을 방지하고 안전성을 확보한 전지케이스 성형 장치를 제공하는 것이다.An object of the present invention is to provide a battery case molding apparatus that prevents crack failure of the storage unit and secures safety by forming a storage unit by pressing using a punch of a new shape at a portion where the storage unit of the battery case is to be formed in a sheet-like base material. To provide.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전지케이스 성형 장치는, 전극조립체가 내장될 수 있는 전극조립체 수납부를 포함하는 전지케이스를 성형하는 장치로서,A battery case molding apparatus according to the present invention for achieving this object is an apparatus for molding a battery case including an electrode assembly receiving portion in which an electrode assembly may be embedded,

전극조립체 수납부에 대응하는 크기를 가진 만입형 또는 관통형의 개방 홈이 형성되어 있고, 전지케이스 제조용 시트형 모재가 상면에 위치하게 되는 다이;A die in which an indented or through-type open groove having a size corresponding to the electrode assembly receiving portion is formed, and a sheet-like base material for manufacturing a battery case is positioned on an upper surface;

상기 개방 홈에 대응하는 형상을 가진 펀치로서, 시트형 모재에 대한 딥 드로잉(deep drawing)을 위해 개방 홈의 상부에 위치하며, 하강시 개방 홈에 도입될 펀치 헤드(punch head)가 저 마찰력 계수(frictional coefficient)의 소재로 이루어진 펀치; 및A punch having a shape corresponding to the open groove, located above the open groove for deep drawing on the sheet-like base material, and a punch head to be introduced into the open groove when descending has a low coefficient of friction ( a punch made of a material of frictional coefficient); And

딥 드로잉을 위해 상기 시트형 모재의 양단을 다이에 가압 고정하는 스트립퍼(stripper);A stripper for pressing and fixing both ends of the sheet-like base material to a die for deep drawing;

를 포함하는 구조로 이루어져 있을 수 있다.It may be composed of a structure including.

따라서, 본 발명에 따른 전지케이스 성형 장치는, 시트형 모재에 접촉하여 딥 드로잉 하는 펀치의 펀치 헤드를 저 마찰력 계수의 소재로 형성함으로써, 전지케이스 수납부의 크랙 불량을 방지하고 안전성을 확보할 수 있다.Therefore, in the battery case forming apparatus according to the present invention, by forming a punch head of a punch that is deeply drawn in contact with a sheet-like base material with a material having a low coefficient of friction, it is possible to prevent crack failure of the battery case receiving portion and secure safety. .

상기 시트형 모재는, 예를 들어, 파우치형 전지에 적합한 금속층과 수지층을 포함하는 라미네이트 시트로 이루어질 수 있으며, 구체적으로는 제 1 고분자 수지의 상층, 차단성 금속의 중간층, 및 제 2 고분자 수지의 하층으로 이루어질 수 있다. 여기서, 제 1 고분자 수지층은 구체적으로는 열융착성 고분자 수지일 수 있으며, 예를 들어, 무연신 폴리프로필렌 수지일 수 있다. 상기 차단성 금속은 예를 들어 알루미늄일 수 있으며, 상기 제 2 고분자 수지는 우수한 내후성을 가진 수지로서, 나일론 수지, 폴레에틸렌테레프탈레이트 수지, 폴리에틸렌나프탈레이트 수지 등을 수 있다. 그러나, 소재의 종류가 상기 예들로 한정되지 않음은 물론이다.The sheet-like base material may be made of a laminate sheet including a metal layer and a resin layer suitable for, for example, a pouch-type battery, and specifically, an upper layer of a first polymer resin, an intermediate layer of a barrier metal, and a second polymer resin. It can be made in the lower layer. Here, the first polymer resin layer may be specifically a heat-fusible polymer resin, for example, a non-stretched polypropylene resin. The barrier metal may be aluminum, for example, and the second polymer resin may be a resin having excellent weather resistance, such as nylon resin, polyethylene terephthalate resin, polyethylene naphthalate resin, or the like. However, it goes without saying that the type of material is not limited to the above examples.

본 발명의 하나의 실시예에서, 상기 펀치 헤드의 마찰력 계수는 0.04 내지 0.2 의 범위 내로 이루어져 있을 수 있다. 종래의 합금공구강으로 이루어진 펀치는 마찰력 계수가 0.4 이상의 범위로 형성되어 있으므로, 시트형 모재와의 상대적으로 큰 마찰력에 의해 수납부 형성을 위한 딥 드로잉 시 시트형 모재에 크랙을 발생시킬 수 있었다. 반면에, 본 발명에 따른 전지케이스 성형 장치는, 종래의 펀치 대비 상대적으로 낮은 0.04 내지 0.2 의 범위 내 마찰력 계수로 이루어진 펀치 헤드를 도입하여, 펀치의 딥 드로잉에 의한 시트형 모재의 크랙을 방지할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the coefficient of friction of the punch head may be in the range of 0.04 to 0.2. Since the conventional punch made of alloy tool steel has a coefficient of friction in the range of 0.4 or more, cracks could be generated in the sheet-like base material during deep drawing for forming the receiving part due to relatively large friction with the sheet-like base material. On the other hand, the battery case molding apparatus according to the present invention introduces a punch head having a frictional force coefficient within the range of 0.04 to 0.2, which is relatively lower than that of a conventional punch, so that cracking of the sheet-like base material due to deep drawing of the punch can be prevented. have.

상기 펀치 헤드의 하나의 실시예로서, 상기 펀치 헤드의 소재는 폴리테트라플루오로에틸렌(Polytetrafluoroethylene)으로 이루어져 있을 수 있지만, 상기 펀치 헤드의 마찰력 계수 내의 범위를 만족하는 소재라면, 이에 한정되지 않는다.As an embodiment of the punch head, the material of the punch head may be made of polytetrafluoroethylene, but any material that satisfies a range within the coefficient of friction of the punch head is not limited thereto.

상기 펀치 헤드의 또 하나의 실시예로서, 상기 펀치 헤드의 소재는 스테인리스강(stainless steel)으로 이루어져 있을 수 있고, 상기 펀치 헤드가 스테인리스강으로 이루어져 있는 경우에는, 상기 펀치 헤드의 마찰력 계수는 0.2 내지 0.4 의 범위 내에서 이루어져 있을 수 있다.As another embodiment of the punch head, the material of the punch head may be made of stainless steel, and when the punch head is made of stainless steel, the coefficient of friction of the punch head is 0.2 to It can be made within the range of 0.4.

본 발명은 또한, 상기 펀치 헤드를 낮은 마찰력 계수의 소재로 구성하는 것뿐만 아니라, 펀치 헤드의 표면에 유분이나 수분을 부가하여 펀치 헤드에 윤활성을 부여함으로서, 펀치 헤드와 시트형 모재 사이의 마찰력을 낮출 수 있다.The present invention also provides lubricity to the punch head by adding oil or moisture to the surface of the punch head, as well as constituting the punch head with a material having a low coefficient of friction, thereby lowering the friction force between the punch head and the sheet-shaped base material. I can.

본 발명의 또 하나의 실시예에서, 상기 펀치는, In another embodiment of the present invention, the punch,

합금 공구강으로 이루어져 있고 펀치의 승하강 이동이 이루어지는 펀치 본체; 및Punch body made of alloy tool steel and the vertical movement of the punch; And

상기 본체의 하단부에 형성되어 있고, 저 마찰력 계수의 소재로 이루어져 있으며, 시트형 모재에 접촉하는 펀치 헤드;A punch head formed at the lower end of the main body, made of a material having a low coefficient of friction, and contacting a sheet-shaped base material;

로 이루어져 있을 수 있다.It can consist of.

즉, 펀치의 전체적인 강성을 보강하기 위해, 펀치의 승하강이 이루어지는 펀치 본체는 합금 공구강으로 형성하고, 시트형 모재와 직접적으로 접촉하는 펀치 헤드 부분만을 저 마찰력 계수의 소재로 구성할 수 있다.That is, in order to reinforce the overall rigidity of the punch, the punch body in which the punch is elevated and lowered may be formed of alloy tool steel, and only the portion of the punch head that directly contacts the sheet-like base material may be formed of a material having a low coefficient of friction.

본 발명은 또한 상기 전지케이스 성형 장치를 사용하여 제조되는 전지셀을 제공한다.The present invention also provides a battery cell manufactured using the battery case molding apparatus.

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.The type of the battery cell is not particularly limited, but as a specific example, it may be a lithium secondary battery such as a lithium ion battery or a lithium ion polymer battery having advantages such as high energy density, discharge voltage, and output stability.

일반적으로, 리튬 이차전지는 양극, 음극, 분리막, 및 리튬염 함유 비수 전해액으로 구성되어 있다. In general, a lithium secondary battery is composed of a positive electrode, a negative electrode, a separator, and a non-aqueous electrolyte containing a lithium salt.

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.The positive electrode is prepared, for example, by coating a mixture of a positive electrode active material, a conductive material, and a binder on a positive electrode current collector, followed by drying, and if necessary, a filler may be further added to the mixture.

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.The positive electrode active material may include a layered compound such as lithium cobalt oxide (LiCoO2) or lithium nickel oxide (LiNiO2), or a compound substituted with one or more transition metals; Lithium manganese oxides such as chemical formula Li1+xMn2-xO4 (wherein x is 0 to 0.33), LiMnO3, LiMn2O3, and LiMnO2; Lithium copper oxide (Li2CuO2); Vanadium oxides such as LiV3O8, LiFe3O4, V2O5, and Cu2V2O7; Ni site-type lithium nickel oxide represented by the formula LiNi1-xMxO2 (where M = Co, Mn, Al, Cu, Fe, Mg, B or Ga, and x = 0.01 to 0.3); Formula LiMn2-xMxO2 (here, M = Co, Ni, Fe, Cr, Zn or Ta, x = 0.01 ~ 0.1) or Li2Mn3MO8 (where M = Fe, Co, Ni, Cu or Zn) Lithium manganese composite oxide; LiMn2O4 in which part of Li in the formula is substituted with alkaline earth metal ions; Disulfide compounds; Fe2(MoO4)3 etc. are mentioned, but it is not limited only to these.

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.The conductive material is typically added in an amount of 1 to 30% by weight based on the total weight of the mixture including the positive electrode active material. Such a conductive material is not particularly limited as long as it has conductivity without causing a chemical change in the battery, and examples thereof include graphite such as natural graphite or artificial graphite; Carbon blacks such as carbon black, acetylene black, ketjen black, channel black, furnace black, lamp black, and thermal black; Conductive fibers such as carbon fibers and metal fibers; Metal powders such as carbon fluoride, aluminum, and nickel powder; Conductive whiskey such as zinc oxide and potassium titanate; Conductive metal oxides such as titanium oxide; Conductive materials such as polyphenylene derivatives may be used.

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.The binder is a component that aids in bonding of an active material and a conductive material and bonding to a current collector, and is typically added in an amount of 1 to 30% by weight based on the total weight of the mixture including the positive electrode active material. Examples of such binders include polyvinylidene fluoride, polyvinyl alcohol, carboxymethylcellulose (CMC), starch, hydroxypropylcellulose, recycled cellulose, polyvinylpyrrolidone, tetrafluoroethylene, polyethylene , Polypropylene, ethylene-propylene-diene terpolymer (EPDM), sulfonated EPDM, styrene butylene rubber, fluorine rubber, and various copolymers.

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.The filler is selectively used as a component that suppresses the expansion of the positive electrode, and is not particularly limited as long as it is a fibrous material without causing chemical changes to the battery, and examples thereof include olefin-based polymers such as polyethylene and polypropylene; Fibrous materials such as glass fiber and carbon fiber are used.

상기 음극은 음극 집전체 상에 음극 활물질을 도포, 건조하여 제작되며, 필요에 따라, 앞서 설명한 바와 같은 성분들이 선택적으로 더 포함될 수도 있다.The negative electrode is manufactured by coating and drying a negative electrode active material on a negative electrode current collector, and if necessary, components as described above may be optionally further included.

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.Examples of the negative active material include carbon such as non-graphitized carbon and graphite-based carbon; LixFe2O3 (0≤x≤1), LixWO2 (0≤x≤1), SnxMe1-xMe'yOz (Me: Mn, Fe, Pb, Ge; Me': Al, B, P, Si, Group 1 of the periodic table, Metal complex oxides such as Group 2 and Group 3 elements, halogen, 0<x≦1; 1≦y≦3; 1≦z≦8); Lithium metal; Lithium alloy; Silicon-based alloys; Tin-based alloys; Metal oxides such as SnO, SnO2, PbO, PbO2, Pb2O3, Pb3O4, Sb2O3, Sb2O4, Sb2O5, GeO, GeO2, Bi2O3, Bi2O4, and Bi2O5; Conductive polymers such as polyacetylene; Li-Co-Ni-based materials and the like can be used.

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.The separator and the separation film are interposed between the anode and the cathode, and an insulating thin film having high ion permeability and mechanical strength is used. The pore diameter of the separator is generally 0.01 to 10 μm, and the thickness is generally 5 to 130 μm. Examples of such separation membranes include olefin-based polymers such as polypropylene having chemical resistance and hydrophobicity; Sheets or non-woven fabrics made of glass fiber or polyethylene are used. When a solid electrolyte such as a polymer is used as the electrolyte, the solid electrolyte may also serve as a separator.

또한, 하나의 구체적인 예에서, 전지의 안전성의 향상을 위하여, 상기 분리막 및/또는 분리필름은 유/무기 복합 다공성의 SRS(Safety-Reinforcing Separators) 분리막일 수 있다.In addition, in one specific example, in order to improve the safety of the battery, the separator and/or the separation film may be an organic/inorganic composite porous SRS (Safety-Reinforcing Separators) separator.

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.The SRS separator is manufactured by using inorganic particles and a binder polymer as active layer components on a polyolefin-based separator substrate, and at this time, the pore structure included in the separator substrate itself and the interstitial volume between inorganic particles as the active layer component It has a uniform pore structure formed.

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. In the case of using such an organic/inorganic composite porous separator, compared to the case of using a conventional separator, there is an advantage in that it is possible to suppress an increase in the thickness of the battery due to swelling during the formation process. When a polymer that can be gelled when impregnated with a liquid electrolyte is used, it can be used as an electrolyte at the same time.

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.In addition, since the organic/inorganic composite porous separator can exhibit excellent adhesion characteristics by controlling the content of inorganic particles and binder polymers as active layer components in the separator, the battery assembly process can be easily performed.

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.The inorganic particles are not particularly limited as long as they are electrochemically stable. That is, the inorganic particles that can be used in the present invention are not particularly limited as long as the oxidation and/or reduction reaction does not occur in the operating voltage range (eg, 0 to 5V based on Li/Li+) of the applied battery. Particularly, in the case of using inorganic particles having ion transfer capability, it is possible to improve the performance by increasing the ionic conductivity in the electrochemical device, so it is preferable that the ion conductivity is as high as possible. In addition, when the inorganic particles have a high density, it is difficult to disperse during coating, as well as a problem of weight increase during battery manufacturing, so it is preferable that the density is as small as possible. Further, in the case of an inorganic material having a high dielectric constant, the ionic conductivity of the electrolyte may be improved by contributing to an increase in the degree of dissociation of an electrolyte salt, such as a lithium salt, in a liquid electrolyte.

리튬염 함유 비수 전해액은, 극성 유기 전해액과 리튬염으로 이루어져 있다. 전해액으로는 비수계 액상 전해액, 유기 고체 전해질, 무기 고체 전해질 등이 사용된다. The lithium salt-containing non-aqueous electrolyte is composed of a polar organic electrolyte and a lithium salt. As the electrolyte, a non-aqueous liquid electrolyte, an organic solid electrolyte, an inorganic solid electrolyte, or the like is used.

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.As the non-aqueous liquid electrolyte, for example, N-methyl-2-pyrrolidinone, propylene carbonate, ethylene carbonate, butylene carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, gamma -Butyl lactone, 1,2-dimethoxy ethane, tetrahydroxy franc (franc), 2-methyl tetrahydrofuran, dimethyl sulfoxide, 1,3-dioxolone, formamide, dimethylformamide, dioxolone , Acetonitrile, nitromethane, methyl formate, methyl acetate, phosphoric acid tryster, trimethoxymethane, dioxolone derivative, sulfolane, methyl sulfolane, 1,3-dimethyl-2-imidazolidinone, propylene carbo Aprotic organic solvents such as nate derivatives, tetrahydrofuran derivatives, ethers, methyl pyropionate and ethyl propionate may be used.

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.As the organic solid electrolyte, for example, a polyethylene derivative, a polyethylene oxide derivative, a polypropylene oxide derivative, a phosphate ester polymer, a poly agitation lysine, a polyester sulfide, a polyvinyl alcohol, a polyvinylidene fluoride, A polymer or the like containing an ionic dissociating group may be used.

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.Examples of the inorganic solid electrolyte include Li such as Li3N, LiI, Li5NI2, Li3N-LiI-LiOH, LiSiO4, LiSiO4-LiI-LiOH, Li2SiS3, Li4SiO4, Li4SiO4-LiI-LiOH, and Li3PO4-Li2S-SiS2. Nitrides, halides, sulfates, and the like can be used.

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.The lithium salt is a material that is soluble in the non-aqueous electrolyte, for example, LiCl, LiBr, LiI, LiClO4, LiBF4, LiB10Cl10, LiPF6, LiCF3SO3, LiCF3CO2, LiAsF6, LiSbF6, LiAlCl4, CH3SO3Li, CF3SO3Li, (CF3SO2) 2NLi, lithium chloroborane, lithium lower aliphatic carboxylic acid, lithium tetraphenylborate, imide, and the like can be used.

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.In addition, non-aqueous electrolytes include pyridine, triethylphosphite, triethanolamine, cyclic ether, ethylene diamine, n-glyme, hexaphosphate triamide for the purpose of improving charge/discharge properties and flame retardancy, etc. , Nitrobenzene derivative, sulfur, quinone imine dye, N-substituted oxazolidinone, N,N-substituted imidazolidine, ethylene glycol dialkyl ether, ammonium salt, pyrrole, 2-methoxy ethanol, aluminum trichloride, etc. May be. In some cases, in order to impart non-flammability, a halogen-containing solvent such as carbon tetrachloride or ethylene trifluoride may be further included, and carbon dioxide gas may be further included in order to improve high-temperature storage characteristics.

본 발명은 또한 상기 전지셀을 하나 이상 포함하고 있는 전지팩을 제공한다.The present invention also provides a battery pack including one or more of the battery cells.

본 발명은 또한 상기 전지팩을 하나 이상 전원으로 포함하고 있는 디바이스를 제공한다.The present invention also provides a device including one or more of the battery packs as power sources.

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.The device may be selected from a mobile phone, a wearable electronic device, a portable computer, a smart pad, a netbook, a light electronic vehicle (LEV), an electric vehicle, a hybrid electric vehicle, a plug-in hybrid electric vehicle, and a power storage device.

이들 디바이스의 구조 및 그것의 제작 방법은 당업계에 공지되어 있으므로, 본 명세서에서는 그에 대한 자세한 설명은 생략한다.Since the structure of these devices and a method of manufacturing them are known in the art, detailed descriptions thereof will be omitted in the present specification.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 전지케이스 성형 장치는, 시트형 모재에 접촉하여 딥 드로잉 하는 펀치의 펀치 헤드를 저 마찰력 계수의 소재로 형성함으로써, 전지케이스 수납부의 크랙 불량을 방지하고 안전성을 확보할 수 있다.As described above, in the battery case molding apparatus according to the present invention, by forming a punch head of a punch that is deeply drawn in contact with a sheet-shaped base material, a material having a low coefficient of friction is formed, crack failure of the battery case receiving portion is prevented and safety is improved. Can be secured.

도 1은 종래의 리튬 이차전지의 분해도이다;
도 2는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지케이스 성형 장치의 모식도이다;
도 3 은 본 발명의 또 하나의 실시예에 따른 전지케이스 성형 장치의 모식도이다.
1 is an exploded view of a conventional lithium secondary battery;
2 is a schematic diagram of a battery case molding apparatus according to an embodiment of the present invention;
3 is a schematic diagram of an apparatus for forming a battery case according to another embodiment of the present invention.

이하에서는, 본 발명의 실시예에 따른 도면을 참조하여 설명하지만, 이는 본 발명의 더욱 용이한 이해를 위한 것으로, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, it will be described with reference to the drawings according to an embodiment of the present invention, but this is for an easier understanding of the present invention, and the scope of the present invention is not limited thereto.

도 2에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지케이스 성형 장치의 모식도가 도시되어 있다.Figure 2 is a schematic diagram of a battery case molding apparatus according to an embodiment of the present invention.

도 2 를 참조하면, 전지케이스 성형 장치(100)는 다이(110), 펀치(120) 및 스트립퍼(130)로 이루어져 있다.Referring to FIG. 2, the battery case forming apparatus 100 includes a die 110, a punch 120, and a stripper 130.

다이(110)는 전극조립체 수납부에 대응하는 크기를 가진 관통형의 개방 홈(111)이 형성되어 있고, 전지케이스 제조용 시트형 모재(900)가 상면에 위치하는 구조로 이루어져 있다.The die 110 has a through-type open groove 111 having a size corresponding to the electrode assembly receiving portion, and has a structure in which a sheet-shaped base material 900 for manufacturing a battery case is positioned on an upper surface.

펀치(120)는 개방 홈(111)에 대응하는 형상으로 이루어져 있고, 시트형 모재(900)에 대한 딥 드로잉을 위해 개방 홈(111)의 상부에 위치해 있으며, 화살표 방향으로 하강하여 시트형 모재(900)를 가압함으로써, 시트형 모재(900)에 전극조립체 수납부를 형성한다. 개방 홈(111)에 도입될 펀치 헤드(121)는 저 마찰력 계수의 소재로 이루어져 있다. 구체적으로, 펀치 헤드(121)의 소재는 폴리테트라플루오로에틸렌(Polytetrafluoroethylene)으로 이루어져 있고, 이 같은 소재로 이루어져 있는 경우, 펀치 헤드(121)의 마찰력 계수는 0.04 내지 0.2 범위 내에서 결정된다.The punch 120 has a shape corresponding to the open groove 111, is located above the open groove 111 for deep drawing on the sheet-like base material 900, and descends in the direction of the arrow to the sheet-like base material 900 By pressing, the electrode assembly housing portion is formed in the sheet-like base material 900. The punch head 121 to be introduced into the open groove 111 is made of a material having a low coefficient of friction. Specifically, the material of the punch head 121 is made of polytetrafluoroethylene, and when made of such a material, the coefficient of friction of the punch head 121 is determined within the range of 0.04 to 0.2.

스트립퍼(130)는 딥 드로잉을 위해 시트형 모재(900)의 양단을 다이(110)에 가압 고정하는 구조로 이루어져 있다.The stripper 130 has a structure that pressurizes both ends of the sheet-like base material 900 to the die 110 for deep drawing.

도 3에는 본 발명의 또 하나의 실시예에 따른 전지케이스 성형 장치의 모식도가 도시되어 있다.3 is a schematic diagram of a battery case molding apparatus according to another embodiment of the present invention.

도 3을 참조하면, 전지케이스 성형 장치(200)의 펀치(220)는 펀치(220)의 승하강이 이루어지는 펀치 본체(222)와, 펀치 본체(222)의 하단부에 형성되어 있고, 저 마찰력 계수의 소재로 이루어져 있으며, 시트형 모재(900)에 접촉하는 펀치 헤드(221)로 이루어져 있다.3, the punch 220 of the battery case forming apparatus 200 is formed at the lower end of the punch body 222 and the punch body 222 in which the punch 220 is elevated and lowered, and a low coefficient of friction Made of a material of, and consists of a punch head 221 in contact with the sheet-shaped base material (900).

즉, 펀치(220)의 전체적인 강성을 보강하기 위해, 펀치의 승하강이 이루어지는 펀치 본체(222)는 합금 공구강으로 형성하고, 시트형 모재(900)와 직접적으로 접촉하는 펀치 헤드(221) 부분만을 저 마찰력 계수의 소재로 구성할 수 있다.That is, in order to reinforce the overall rigidity of the punch 220, the punch body 222 in which the punch is elevated and lowered is formed of alloy tool steel, and only the portion of the punch head 221 in direct contact with the sheet-shaped base material 900 is reduced. It can be composed of a material with a coefficient of friction.

이 같은 구조를 제외한 나머지 구조는, 도 2에서 설명한 실시예의 구조와 동일하므로, 이에 대한 설명은 생략하기로 한다.Except for this structure, the rest of the structure is the same as the structure of the embodiment described with reference to FIG. 2, and a description thereof will be omitted.

이상 본 발명의 실시예에 따른 도면을 참조하여 설명하였지만, 본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주 내에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다.Although the above description has been made with reference to the drawings according to the embodiments of the present invention, a person of ordinary skill in the field to which the present invention belongs will be able to perform various applications and modifications within the scope of the present invention based on the above contents.

Claims (5)

전극조립체가 내장될 수 있는 전극조립체 수납부를 포함하는 전지케이스를 성형하는 장치로서,
전극조립체 수납부에 대응하는 크기를 가진 만입형 또는 관통형의 개방 홈이 형성되어 있고, 전지케이스 제조용 시트형 모재가 상면에 위치하게 되는 다이;
상기 개방 홈에 대응하는 형상을 가진 펀치로서, 시트형 모재에 대한 딥 드로잉(deep drawing)을 위해 개방 홈의 상부에 위치하며, 하강시 개방 홈에 도입될 펀치 헤드(punch head)가 저 마찰력 계수(frictional coefficient)의 소재로 이루어진 펀치; 및
딥 드로잉을 위해 상기 시트형 모재의 양단을 다이에 가압 고정하는 스트립퍼(stripper)를 포함하고,
상기 시트형 모재는 수지층과 금속층을 포함하는 라미네이트 시트이고,
상기 펀치는,
합금 공구강으로 이루어져 있고 펀치의 승하강 이동이 이루어지는 펀치 본체; 및
상기 본체의 하단부에 형성되어 있고, 저 마찰력 계수의 소재로 이루어져 있으며, 시트형 모재에 접촉하는 펀치 헤드로 이루어져 있고,
상기 펀치 헤드는, 폴리테트라플루오로에틸렌(Polytetrafluoroethylene)으로 이루어져 있고, 마찰력 계수가 0.04 내지 0.2 인 것을 특징으로 하는 전지케이스 성형 장치.
An apparatus for molding a battery case including an electrode assembly receiving portion in which an electrode assembly may be embedded,
A die in which an indented or through-type open groove having a size corresponding to the electrode assembly receiving portion is formed, and a sheet-like base material for manufacturing a battery case is positioned on an upper surface;
As a punch having a shape corresponding to the open groove, it is located above the open groove for deep drawing on the sheet-like base material, and a punch head to be introduced into the open groove when descending has a low coefficient of friction ( a punch made of a material of frictional coefficient); And
Includes a stripper for pressing and fixing both ends of the sheet-like base material to a die for deep drawing,
The sheet-like base material is a laminate sheet including a resin layer and a metal layer,
The punch,
Punch body made of alloy tool steel and the vertical movement of the punch; And
It is formed at the lower end of the body, is made of a material having a low coefficient of friction, and is made of a punch head that contacts the sheet-like base material
The punch head is made of polytetrafluoroethylene, a battery case molding apparatus, characterized in that the coefficient of friction is 0.04 to 0.2.
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