KR102216770B1 - 이차전지 파우치 폴딩용 실링부 포밍장치 - Google Patents

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KR102216770B1
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정종홍
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Abstract

개시되는 이차전지 파우치 폴딩용 실링부 포밍장치는, 내부에 수용된 전극 조립체를 밀봉하는 이차전지 파우치의 테두리로 정의되는 폴딩용 실링부의 평탄화를 위한 가압력을 인가하도록 상기 폴딩용 실링부를 사이에 두고 맞대어지도록 배치되는 제1,2 가압 바; 상기 제1,2 가압 바에 각각 구비되며, 상기 폴딩용 실링부와 마주하도록 배치되는 제1,2 가압면; 및 상기 제1 가압면에 구비되며, 상기 제1,2 가압 바의 가압력에 의해 상기 폴딩용 실링부에 폴딩 가이드 라인을 성형하는 포밍돌기부;를 포함한다.

Description

이차전지 파우치 폴딩용 실링부 포밍장치 {Apparatus for forming sealing portion of secondary battery pouch}
본 발명(Disclosure)은, 이차전지 파우치 폴딩용 실링부 포밍장치에 관한 것으로서, 구체적으로 이차전지 파우치의 실링부 폴딩 품질 향상 및 폴딩 후 실링부의 스프링백을 방지할 수 있는 이차전지 파우치 폴딩용 실링부 포밍장치에 관한 것이다.
여기서는, 본 발명에 관한 배경기술이 제공되며, 이들이 반드시 공지기술을 의미하는 것은 아니다(This section provides background information related to the present disclosure which is not necessarily prior art).
모바일 기기, 전기자동차 및 전력저장장치(ESS)에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서의 이차전지의 수요가 급격히 증가하고 있고, 그에 따라 다양한 요구에 부응할 수 있는 이차전지에 대한 많은 연구가 행해지고 있다.
대표적으로 전지의 형상 면에서는 얇은 두께로 휴대폰 등과 같은 제품들에 적용될 수 있는 소형의 각형 이차전지와 전기자동차, ESS등과 같은 대형의 파우치형 이차전지에 대한 수요가 높고, 재료 면에서는 높은 에너지 밀도, 방전 전압, 출력 안정성 등의 장점을 가진 리튬이온 전지, 리튬이온 폴리머 전지 등과 같은 리튬 이차전지에 대한 수요가 높다.
파우치형 리튬 이차 전지를 형성하기 위해 우선, 양극, 세퍼레이터, 음극을 적층하거나 적층 후 권취한 전극 조립체를 가봉지 상태의 파우치 내에 위치시킨다.
그리고 파우치의 개방된 가장자리 부에서 상하 파우치막을 가열 및 용착시키면 밀봉된 파우치 형태의 베어 셀 전지가 만들어진다.
파우치형 전지에 사용되는 파우치는 통상 금속 포일층과 이를 덮는 합성 수지층의 다층막으로 구성되는데, 이를 사용할 경우에는 금속캔을 사용할 때보다 전지의 무게를 현저히 줄일 수 있다.
다층막 파우치에서 포일을 이루는 금속으로 통상 알루미늄이 이용된다. 파우치막 내층을 이루는 폴리머막은 전해질로부터 금속 포일을 보호함과 아울러, 양극과 음극, 그리고 전극 탭들 사이의 단락(短絡)을 방지한다.
그러나, 파우치의 가장자리에 별도의 절연 작업이 없다면, 파우치막 중간층을 이루는 금속 포일층이 작은 부분이지만 드러난 상태가 된다. 따라서 베어 셀 상태에서 코어 팩 전지를 형성하기 위해 양 옆의 가장자리를 접고 전극탭 쪽에 보호회로 기판을 부착한 상태에서도 파우치의 가장자리에는 여전히 금속 포일이 노출된 상태를 유지하게 된다.
금속 포일이 노출된 상태에서 코어 팩 전지가 하드 케이스나 제품의 전지 박스에 직접 장입될 경우, 파우치막의 금속 포일이 하드 케이스나 전지 박스 내의 회로부, 기타 도전체를 통해 전지의 음극과 접속될 수 있다.
혹은, 파우치막의 금속 포일, 보호회로 기판의 도전체, 하드 케이스나 전지 박스의 도전체, 전지 음극이 경로로 전기접속이 이루어질 수 있다.
이들 어느 경우나 일단 직, 간접적으로 파우치막의 금속 포일을 이루는 알루미늄과 음극의 구리탭이나 집전체가 접속되며 전기 화학 작용에 의해 파우치막의 알루미늄 포일이 부식을 일으킬 수 있고, 특히 파우치에서 음극 탭을 주변에 누출된 전해액 성분이나 습기가 존재하는 환경에서 부식이 가속될 수 있다.
수분과 산소의 베리어로 작용하는 알루미늄 포일이 계속 부식되면 파우치막의 폴리머층만으로는 수분과 산소의 유입을 충분한 정도로 막을 수 없다. 파우치의 차단 능력이 떨어지면 전지는 이상을 일으킬 수 있다. 즉, 전해질 세퍼레이터의 유기 전해액이 증발되거나 외부 수분이나 산소가 유입되면 파우치에 스웰링 등 이상 현상이 발생하여 전지의 폐기, 성능 열화와 수명 단축을 초래한다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여 코어 팩 전지의 양쪽 날개를 접을 때 다단으로 접는 방법이 사용되고 있다.
그러나 전기자동차와 같이 대용량의 이차전지에 대한 수요가 증가함에 따라 이차전지 파우치의 크기 증가에 대한 요구가 커지면서, 이차전지 파우치의 길이를 길게하는 장폭화가 진행중이다. 이에 따라 이차전지 파우치 폴딩이 요구되는 실링부의 길이가 길어지면서 기존의 폴딩 장치만으로는 고객의 요구품질을 충족시키기 어려운 실정이다.
또한, 대용량화에 따른 이차전지 파우치 크기 증가의 문제를 완화하기 위해 실링부 폴딩횟수의 증가에 대한 압박이 커지고 있는데, 이점 역시 기존의 폴딩 장치만으로 고객의 요구를 충족시키기 어려운 문제가 있다.
1. 한국공개특허공보 제10-2003-0093362호
본 발명(Disclosure)은, 이차전지 파우치의 실링부 폴딩 품질 향상 및 폴딩 후 실링부의 스프링백을 방지할 수 있는 이차전지 파우치 폴딩용 실링부 포밍장치의 제공을 일 목적으로 한다.
여기서는, 본 발명의 전체적인 요약(Summary)이 제공되며, 이것이 본 발명의 외연을 제한하는 것으로 이해되어서는 아니 된다(This section provides a general summary of the disclosure and is not a comprehensive disclosure of its full scope or all of its features).
상기한 과제의 해결을 위해, 본 발명을 기술하는 여러 관점들 중 어느 일 관점(aspect)에 따른 이차전지 파우치 폴딩용 실링부 포밍장치는, 내부에 수용된 전극 조립체를 밀봉하는 이차전지 파우치의 테두리로 정의되는 폴딩용 실링부의 평탄화를 위한 가압력을 인가하도록 상기 폴딩용 실링부를 사이에 두고 맞대어지도록 배치되는 제1,2 가압 바; 상기 제1,2 가압 바에 각각 구비되며, 상기 폴딩용 실링부와 마주하도록 배치되는 제1,2 가압면; 및 상기 제1 가압면에 구비되며, 상기 제1,2 가압 바의 가압력에 의해 상기 폴딩용 실링부에 폴딩 가이드 라인을 성형하는 포밍돌기부;를 포함한다.
본 발명의 일 관점(aspect)에 따른 이차전지 파우치 폴딩용 실링부 포밍장치에서, 상기 제1,2 가압 바는, 상기 전극 조립체의 일 측면에 대응하는 상기 폴딩용 실링부의 길이를 초과하는 길이로 구비되며, 상기 전극 조립체의 일 측면과 평행하게 배치되고, 상기 포밍돌기부는, 상기 제1,2 가압 바의 길이방향으로 일단에서 타단까지 연속하여 구비되어 상기 폴딩 가이드 라인을 성형하는 것으로 구비되는 것이 바람직하다.
본 발명의 일 관점(aspect)에 따른 이차전지 파우치 폴딩용 실링부 포밍장치에서, 상기 제2 가압 면에 구비되고, 상기 포밍돌기부와 마주하며 대응하도록 배치되는 포밍홈부;를 가지는 것이 바람직하다.
본 발명의 일 관점(aspect)에 따른 이차전지 파우치 폴딩용 실링부 포밍장치에서, 상기 폴딩 가이드 라인은, 상기 포밍돌기부에 의해 상기 폴딩용 실링부의 일면이 압축되고, 상기 포밍홈부에 의해 상기 폴딩용 실링부의 타면이 인장되어 성형되는 것이 바람직하다.
본 발명의 일 관점(aspect)에 따른 이차전지 파우치 폴딩용 실링부 포밍장치에서, 상기 제1,2 가압 바의 내부에 삽입되어 구비되며, 상기 제1,2 가압 바를 가열하는 가열유닛;을 포함하며, 상기 가열유닛은, 상기 제1,2 가압 바의 길이방향으로 전체에 열을 인가하는 공통가열부; 상기 제1,2 가압 바의 길이방향으로 구분된 복수 개의 구분영역에 각각 독립적으로 열을 인가하는 구분가열부; 및 상기 구분영역의 온도를 기준으로 상기 구분가열부의 동작을 제어하여 상기 제1,2 가압 바의 길이방향 온도분포를 제어하는 제어부;를 가지는 것이 바람직하다.
본 발명의 일 관점(aspect)에 따른 이차전지 파우치 폴딩용 실링부 포밍장치에서, 상기 포밍홈부는, 상기 포밍돌기부의 가압에 의해 변형이 이루어져 형성되도록 구비될 수 있다.
본 발명의 일 관점(aspect)에 따른 이차전지 파우치 폴딩용 실링부 포밍장치에서, 상기 포밍홈부는, 상기 포밍돌기부와 대응하도록 배치되며, 상기 제2 가압면에 삽입되어 구비되는 탄성재질의 막대로 구비될 수 있다.
본 발명에 따르면, 포밍돌기부와 포밍홈부에 의해 이차전지 파우치의 실링부에 폴딩 가이드 라인을 형성함으로써 폴딩 품질 향상 및 폴딩 후 실링부의 스프링백을 방지할 수 있다.
본 발명에 따르면, 이차전지 파우치의 장폭화(길이가 길어짐)에 따라 폴딩이 요구되는 폴딩영역의 길이가 길어져 폴딩 품질 불량이 발생되는 문제를 개선할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 이차전지 파우치 폴딩용 실링부 포밍장치의 일 실시형태를 보인 도면.
도 2는 도 1에서 A를 확대하여 보인 도면.
도 3 및 도 4는 도 1에 의해 이차전지 파우치의 폴딩용 실링부의 포밍공정을 보인 도면.
도 5는 도 1의 변형예를 보인 도면.
도 6은 도 1에서 가열유닛을 보인 도면.
도 7은 도 2의 변형예를 보인 도면.
이하, 본 발명에 따른 이차전지 파우치 폴딩용 실링부 포밍장치를 구현한 실시형태를 도면을 참조하여 자세히 설명한다.
다만, 본 발명의 본질적인(intrinsic) 기술적 사상은 이하에서 설명되는 실시형태에 의해 그 실시 가능 형태가 제한된다고 할 수는 없고, 본 발명의 본질적인(intrinsic) 기술적 사상에 기초하여 통상의 기술자에 의해 이하에서 설명되는 실시형태를 치환 또는 변경의 방법으로 용이하게 제안될 수 있는 범위를 포섭함을 밝힌다.
또한, 이하에서 사용되는 용어는 설명의 편의를 위하여 선택한 것이므로, 본 발명의 본질적인(intrinsic) 기술적 사상을 파악하는 데 있어서, 사전적 의미에 제한되지 않고 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 의미로 적절히 해석되어야 할 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 이차전지 파우치 폴딩용 실링부 포밍장치의 일 실시형태를 보인 도면, 도 2는 도 1에서 A를 확대하여 보인 도면, 도 3 및 도 4는 도 1에 의해 이차전지 파우치의 폴딩용 실링부의 포밍공정을 보인 도면, 도 5는 도 1의 변형예를 보인 도면, 도 6은 도 1에서 가열유닛을 보인 도면이다.
먼저, 도 1 내지 도 5를 참조하면, 본 실시형태에 따른 이차전지 파우치 폴딩용 실링부 포밍장치(100)는, 제1,2 가압 바(110,120), 제1,2 가압면(111,112), 포밍돌기부(130)를 가진다.
이에 의해, 이차전지 파우치의 폴딩용 실링부(101)를 평탄화하면서 폴딩 가이드 라인(102)을 성형하여, 후속으로 이루어지는 폴딩 공정의 공정품질을 향상시킬 수 있게 된다. 특히 이차전지 파우치의 장폭화(길이가 길어짐)에 따라 폴딩이 요구되는 폴딩영역의 길이가 길어져 폴딩 품질 불량이 발생되는 문제를 드라마틱하게 개선할 수 있다.
제1,2 가압 바(110,120)는, 내부에 수용된 전극 조립체(103)를 밀봉하는 이차전지 파우치의 테두리로 정의되는 폴딩용 실링부(101)의 평탄화를 위한 가압력을 인가하도록 상기 폴딩용 실링부를 사이에 두고 맞대어지도록 배치된다.
제1,2 가압 바(110,120)는, 긴 막대형상으로 마련되며, 상하로 평행하게 배치되고, 어느 일방 또는 양방의 승강동작에 의해 그 사이에 배치되는 이차전지 파우치의 폴딩용 실링부(101)를 가압하여 평탄화하게 된다.
제1,2 가압 바(110,120)의 승강동작을 위해, 승강가이드(11), 구동모터(12)가 구비될 수 있음은 물론이나, 이들은 설계자에 의해 다양한 구조가 선택될 수 있는 것이어서 본 실시형태에서 필수적인 것은 아니다.
제1,2 가압면(111,112)은, 제1,2 가압 바(110,120)에 각각 구비되며, 폴딩용 실링부(101)와 마주하도록 배치된다.
제1,2 가압면(111,112)은, 제1,2 가압 바(110,120)의 승강동작에 의해 서로 맞대어지는 면으로서, 폴딩용 실링부(101)의 평탄화를 위한 가압력을 인가한다.
포밍돌기부(130)는, 제1 가압면(111)에 구비되며, 제1,2 가압 바(110,120)의 가압력에 의해 폴딩용 실링부(101)에 폴딩 가이드 라인(102)을 성형하는 구성이다.
여기서, 제1,2 가압 바(110,120)는, 전극 조립체(103)의 일 측면에 대응하는 폴딩용 실링부(101)의 길이를 초과하는 길이로 구비되며, 전극 조립체의 일 측면과 평행하게 배치된다.
즉, 제1,2 가압 바(110,120)는, 폴딩용 실링부(101) 전체를 평탄화할 수 있는 길이로 구비된다.
또한, 포밍돌기부(130)는, 제1,2 가압 바(110,120)의 길이방향으로 일단에서 타단까지 연속하여 구비되어 폴딩 가이드 라인(102)을 성형한다.
한편, 본 실시형태에서, 포밍돌기부(130)에 대응하는 포밍홈부(140)가 구비되는 것이 바람직하다.
포밍홈부(140)는, 제2 가압면(121)에 구비되고, 포밍돌기부(130)와 마주하며 대응하도록 배치된다.
포밍홈부(140)는, 제1,2 가압 바(110,120)의 승강동작에 의해 포밍돌기부(130)가 삽입되도록 형성되며, 제2 가압 바(120)의 길이방향으로 일단에서 타단까지 연속하여 구비된다.
폴딩 가이드 라인(102)은, 포밍돌기부(130)에 의해 폴딩용 실링부(101)의 일면이 압축되고, 포밍홈부(140)에 의해 폴딩용 실링부(101)의 타면이 인장되어 성형된다.
이에 의해, 포밍돌기부(130)에 의해 폴딩용 실링부(101)에 성형되는 성형홈을 내측으로 하여 폴딩이 이루어지는 경우, 스프링 백에 의해 다시 펴지는 것을 차단하게 된다.
한편, 본 실시형태에서, 폴딩용 실링부(101)의 두께에 따라 제1,2 가압면(111,112)이 밀착되는 정도(즉, 폴딩용 실링부(101)를 누르는 힘)를 제어할 필요성이 있다. 폴딩용 실링부(101)의 두께에 관계없이 제1,2 가압면(111,112)이 밀착되는 경우 폴딩용 실링부(101)의 찢김 또는 손상의 원인이 될 수 있기 때문이다.
이를 위해, 제1,2 가압 바(110,120) 중 어느 일방에 구비되어, 제1,2 가압면(111,112) 사이의 간격을 제어하는 간격조절부(150)가 추가되는 것이 바람직하다.
도 5를 참조하면, 간격조절부(150)는, 제1 가압 바(110)에 삽입되어 구비되며, 제1 가압면(111)으로부터 설정된 두께만큼 제2 가압면(121)을 향하는 방향으로 돌출된 간격조절면(151)을 가지도록 구비된다.
이에 의해, 제1,2 가압면(111,112)의 간격을 조절함으로써, 폴딩용 실링부(101)에 인가되는 가압력을 제어할 수 있게 된다.
한편, 도 5에서, 간격조절부(150)는, 제1 가압 바(110)의 길이방향으로 전체에 구비되는 것이 폴딩용 실링부(101)의 전체면에 균일한 가압력을 인가하는데 바람직하다. 이는 이차전지 파우치의 길이가 긴 소위 '장폭셀'의 경우에 특히 그러하다.
이와 달리, 간격조절부(150)는, 제1 가압 바(110)의 길이방향으로 이격되어 복수 개로 나누어져 배치될 수 있음은 물론이다.
한편, 본 실시형태에 따른 이차전지 파우치 폴딩용 실링부 포밍장치(100)는, 폴딩용 실링부(101)의 가열을 위한 가열유닛(160)을 포함한다.
가열유닛(160)은, 제1,2 가압 바(110,120)의 내부에 삽입되어 구비되며, 제1,2 가압 바(110,120)를 가열하는 구성이다.
여기서, 가열유닛(160)은, 공통가열부(161)와 구분가열부(162)가 함께 구비되는 것이 제1,2 가압 바(110,120)에 의해 폴딩용 실링부(101)에 인가되는 열량이 전체 면에서 균일하게 제어할 수 있다.
공통가열부(161)는, 제1,2 가압 바(110,120)의 길이방향으로 전체에 열을 인가하는 구성이다.
공통가열부(161)만으로 제1,2 가압 바(110,120)를 가열하는 경우, 길이에 따른 전기저항, 제1,2 가압 바(110,120)의 외면을 통한 열손실량의 위치에 따른 차이로 인하여 제1,2 가압 바(110,120)를 전체적으로 균일하게 가열하는 것이 불가능하다.
이를 해결하기 위해, 구분가열부(162)가 추가된다.
구분가열부(162)는, 제1,2 가압 바(110,120)의 길이방향으로 구분된 복수 개의 구분영역(R1,R2,R3)에 각각 독립적으로 열을 인가하는 구성이다.
이때, 구분가열부(162)로 전기력을 선택적으로 인가하기 위한 제어부가 구비된다.
제어부는, 구분영역(R1,R2,R3)의 온도를 기준으로 구분가열부(162)의 동작을 제어하여 제1,2 가압 바(110,120)의 길이방향 온도분포를 제어한다.
도 7은 도 2의 변형예를 보인 도면이다.
도 7을 참조하면, 본 실시형태에 따른 이차전지 파우치 폴딩용 실링부 포밍장치(100)는, 포밍홈부(140)의 구성이 앞선 실시형태와 차이가 있다. 포밍홈부(140)를 제외한 구성은 앞선 실시형태와 동일하므로 이하에서는 설명을 생략하기로 한다.
본 실시형태에서, 포밍홈부(140)는, 포밍돌기부(130)의 가압에 의해 변형이 이루어져 형성되도록 구비된다.
구체적으로, 포밍홈부(140)는, 제2 가압면(121)에 홈 형상으로 형성되는 것이 아니라, 제1,2 가압면(111,112)이 마주하여 포밍돌기부(130)에 의한 가압력이 인가되어야 비로소 그 가압력에 의해 변형되어 형성되는 것이다.
이를 위해, 포밍홈부(140)는, 포밍돌기부(130)와 대응하도록 배치되며, 제2 가압면(121)에 삽입되어 구비되는 탄성재질(예; 실리콘)의 막대로 구비될 수 있다.
이와 달리, 탄성재질의 막대에 앞선 실시형태와 같이 홈형상의 포밍홈부(140)가 성형성될 수 있음은 물론이다. 이 경우 포밍홈부(140)의 홈의 크기는 탄성변형을 고려하여 작게 형성될 것이다. 이는 폴딩 가이드 라인(102)의 성형 시 폴딩용 실링부(101)에 작용하는 과도한 힘을 완화하여 찢김이나 손상을 방지할 수 있게 된다.

Claims (7)

  1. 내부에 수용된 전극 조립체를 밀봉하는 이차전지 파우치의 테두리로 정의되는 폴딩용 실링부의 평탄화를 위한 가압력을 인가하도록 상기 폴딩용 실링부를 사이에 두고 맞대어지도록 배치되는 제1,2 가압 바;
    상기 제1,2 가압 바에 각각 구비되며, 상기 폴딩용 실링부와 마주하도록 배치되는 제1,2 가압면;
    상기 제1 가압면에 구비되며, 상기 제1,2 가압 바의 가압력에 의해 상기 폴딩용 실링부에 폴딩 가이드 라인을 성형하는 포밍돌기부; 및
    상기 제2 가압 면에 구비되고, 상기 포밍돌기부와 마주하며 대응하도록 배치되는 포밍홈부;를 가지며,
    상기 폴딩 가이드 라인은, 상기 포밍돌기부에 의해 상기 폴딩용 실링부의 일면이 압축되고, 상기 포밍홈부에 의해 상기 폴딩용 실링부의 타면이 인장되어 성형되는 이차전지 파우치 폴딩용 실링부 포밍장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1,2 가압 바는, 상기 전극 조립체의 일 측면에 대응하는 상기 폴딩용 실링부의 길이를 초과하는 길이로 구비되며, 상기 전극 조립체의 일 측면과 평행하게 배치되고,
    상기 포밍돌기부는, 상기 제1,2 가압 바의 길이방향으로 일단에서 타단까지 연속하여 구비되어 상기 폴딩 가이드 라인을 성형하는 이차전지 파우치 폴딩용 실링부 포밍장치.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1,2 가압 바의 내부에 삽입되어 구비되며, 상기 제1,2 가압 바를 가열하는 가열유닛;을 포함하며,
    상기 가열유닛은,
    상기 제1,2 가압 바의 길이방향으로 전체에 열을 인가하는 공통가열부;
    상기 제1,2 가압 바의 길이방향으로 구분된 복수 개의 구분영역에 각각 독립적으로 열을 인가하는 구분가열부; 및
    상기 구분영역의 온도를 기준으로 상기 구분가열부의 동작을 제어하여 상기 제1,2 가압 바의 길이방향 온도분포를 제어하는 제어부;를 가지는 이차전지 파우치 폴딩용 실링부 포밍장치.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 포밍홈부는, 상기 포밍돌기부의 가압에 의해 변형이 이루어져 형성되도록 구비되는 이차전지 파우치 폴딩용 실링부 포밍장치.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 포밍홈부는, 상기 포밍돌기부와 대응하도록 배치되며, 상기 제2 가압면에 삽입되어 구비되는 탄성재질의 막대로 구비되는 이차전지 파우치 폴딩용 실링부 포밍장치.



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