KR102248867B1 - 높이 조절부를 포함한 열수축 필름 가이드 지그 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 열수축 필름을 원통형 전지셀 외면에 피복시키기 위한 열수축 필름 가이드 지그(jig)로서,
하기 전지셀 탑재부의 삽입을 위한 하향 만입된 홈이 상면 중앙에 형성되어 있는 사각 플레이트 형상의 베이스 플레이트;
상기 베이스 플레이트의 홈에 삽입되고 원통형 전지셀을 상면에 탑재하기 위한 전지셀 탑재부; 및
상기 전지셀 탑재부와 일측이 결합되어 있고 지면을 기준으로 상기 전지셀 탑재부의 높이 방향의 위치를 조절하기 위한 높이 조절부;
를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 열수축 필름 가이드 지그를 제공한다.

Description

높이 조절부를 포함한 열수축 필름 가이드 지그 {Shrink Film Guide Jig Having Height Adjusting Portion}
본 발명은 높이 조절부를 포함한 열수축 필름 가이드 지그에 관한 것이다.
모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서의 이차전지의 수요가 급격히 증가하고 있고, 그러한 이차전지 중 높은 에너지 밀도와 방전 전압의 리튬 이차전지에 대해 많은 연구가 행해졌고 또한 상용화되어 널리 사용되고 있다.
이차전지는 전지케이스의 형상에 따라, 전극조립체가 원통형 또는 각형의 금속 캔에 내장되어 있는 원통형 전지 및 각형 전지와, 전극조립체가 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치형 케이스에 내장되어 있는 파우치형 전지로 분류된다. 그 중 원통형 전지는 상대적으로 용량이 크고 구조적으로 안정하다는 장점을 가진다.
또한, 전지케이스에 내장되는 전극조립체는 양극/분리막/음극의 적층 구조로 이루어진 충방전이 가능한 발전소자로서, 활물질이 도포된 긴 시트형의 양극과 음극 사이에 분리막을 개재하여 권취한 젤리-롤형과, 소정 크기의 다수의 양극과 음극을 분리막이 개재된 상태에서 순차적으로 적층한 스택형으로 분류된다. 그 중 젤리-롤형 전극조립체는 제조가 용이하고 중량당 에너지 밀도가 높은 장점을 가지고 있다.
도 1에는 일반적인 원통형 전지의 수직 단면 사시도가 모식적으로 도시되어 있다.
도 1을 참조하면, 원통형 전지셀(10)은 젤리-롤형(권취형) 전극조립체(12)를 원통형 케이스(13)에 수납하고, 원통형 케이스(13) 내에 전해액을 주입한 후에, 케이스(13)의 개방 상단에 전극 단자(예를 들어, 양극 단자; 도시하지 않음)가 형성되어 있는 탑 캡(14)을 결합하여 제작한다.
젤리-롤형 전극조립체(12)는 양극(16)과 음극(17), 및 분리막(18)을 차례로 적층하여 둥근 형태로 감은 구조로서, 그것의 권심인 전극조립체(12)의 중심부에는 원통형의 센터 핀(15)이 삽입되어 있다. 센터 핀(15)은 일반적으로 소정의 강도를 부여하기 위해 금속 소재로 이루어져 있으며, 판재를 둥글게 절곡한 중공형의 원통형 구조로 이루어져 있다. 이러한 센터 핀(15)은 전극조립체(12)를 고정 및 지지하는 작용과 충방전 및 작동시 내부 반응에 의해 발생되는 가스를 방출하는 통로로서 작용한다.
도 2에는 일반적인 원통형 전지셀의 모습을 나타낸 사진들이 개시되어 있고, 도 3에는 종래 기술의 열수축 필름 가이드 지그를 사용하여 원통형 전지셀에 열수축 필름을 피복하는 작업을 나타낸 사진이 개시되어 있다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 종래 기술의 원통형 전지셀(20)은, 외부 환경으로부터 전지케이스(23)의 외면을 보호하고, 외부와 전기적 절연상태를 유지하기 위해 전지케이스(23) 외면에는 절연성 소재의 외장 필름을 부착할 수 있다.
이러한 외장 필름으로 포장 공정의 간소화를 위해 튜브 형태의 열수축 필름(shrink film, 30)을 사용할 수 있고, 이러한 열수축 필름(30)을 종래기술의 열수축 필름 가이드 지그(40) 상에 원통형 전지셀(20)을 탑재한 뒤, 원통형 전지셀(20) 외면에 피복 작업을 실시하였고, 피복된 열수축 필름(30)을 열을 가하여 열수축 시킴으로써, 원통형 전지셀(20)의 상부와 하부를 면밀하게 감쌀 수 있었다.
한편, 전지의 안전성을 높이기 위해 열수축 필름을 사용하는 원통형 전지셀 모델이 증가하고 있고, 다양한 디자인의 전자 기기들의 개발이 활발해짐에 따라, 새로운 형태의 모델 또는 새로운 형태의 원통형 케이스 제작에 따른 전지셀의 높이 규격(spec)의 변경이 빈번히 발생되고 있었다.
그러나, 새로운 원통형 전지셀 모델을 위해 별도로 열수축 필름을 피복하기 위한 가이드 지그(guide jig) 제작이 필요하였고, 이에 따라, 새로운 크기의 원통형 전지셀을 제작할 때마다 제조비용이 상승하는 문제가 있었다.
따라서, 상기한 문제점들을 해결할 수 있도록 전지셀의 높이 규격의 변경시 마다 열수축 필름의 가이드 지그의 설계 변경해야 하는 번거로움이 없는 기술이 매우 필요한 실정이다.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.
본 출원의 발명자들은 심도 있는 연구와 다양한 실험을 거듭한 끝에, 이후 설명하는 바와 같이, 본 발명의 열수축 필름 가이드 지그는, 전지셀 탑재부와 일측이 결합되어 있고 지면을 기준으로 상기 전지셀 탑재부의 높이 방향의 위치를 조절하기 위한 높이 조절부를 포함할 경우, 원통형 전지셀의 높이 규격의 변경시 마다 전지셀 탑재부의 높이를 조절할 수 가 있어, 열수축 필름의 가이드 지그의 설계 변경이 필요하지 않은 것을 확인하고, 본 발명을 완성하기에 이르렀다.
상기한 목적을 달성하기 위한, 본 발명에 따른 열수축 필름 가이드 지그는,
열수축 필름을 원통형 전지셀 외면에 피복시키기 위한 열수축 필름 가이드 지그(jig)로서,
하기 전지셀 탑재부의 삽입을 위한 하향 만입된 홈이 상면 중앙에 형성되어 있는 사각 플레이트 형상의 베이스 플레이트;
상기 베이스 플레이트의 홈에 삽입되고 원통형 전지셀을 상면에 탑재하기 위한 전지셀 탑재부; 및
상기 전지셀 탑재부와 일측이 결합되어 있고 지면을 기준으로 상기 전지셀 탑재부의 높이 방향의 위치를 조절하기 위한 높이 조절부;
를 포함하고 있는 것을 특징으로 한다.
따라서, 본 발명에 따른 열수축 필름 가이드 지그는, 전지셀 탑재부와 일측이 결합되어 있고 지면을 기준으로 상기 전지셀 탑재부의 높이 방향의 위치를 조절하기 위한 높이 조절부를 포함함으로써, 원통형 전지셀의 높이 규격의 변경 사항에 따라 전지셀 탑재부의 높이를 조절하는 것이 가능하므로, 열수축 필름의 가이드 지그의 설계 변경이 불필요함에 따라 원통형 전지셀의 제조비용을 절감할 수 있는 효과를 발휘한다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 원통형 전지셀은 긴 시트 형태의 양극, 음극, 및 상기 양극과 음극 사이에 개재된 분리막을 젤리-롤형으로 감은 구조의 전극조립체가 원통형 캔에 내장되어 있는 구조일 수 있다.
또한, 상기 원통형 전지셀은 원통형 케이스를 포함하고 있고, 상기 원통형 케이스의 상단에 양극 단자가 형성되어 있으며 하단에 음극 단자가 형성되어 있는 구조일 수 있다.
하나의 구체적인 예에서, 열수축 필름의 끝단이 지면을 기준으로 상기 원통형 케이스의 하단 높이보다 더 낮은 높이까지 돌출되도록 피복될 수 있다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 높이 조절부는, 나사가 형성된 기둥의 일단부가 전지셀 탑재부와 결합되어 있는 스토퍼 볼트(stopper bolt), 및 상기 스토퍼 볼트의 기둥 본체에 삽입되는 너트(nut)를 포함할 수 있다.
또한, 상기 스토퍼 볼트의 기둥 본체의 타단부에는 높이 조절부의 높이 방향의 위치를 조정하기 위한 조정용 헤드가 형성될 수 있다.
또한, 상기 너트는 베이스 플레이트의 홈 내면에 고정되어 위치하고 있을 수 있다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 베이스 플레이트의 하면 중앙에는 내부로 만입된 만입부가 형성되어 있을 수 있고, 상기 만입부에는 높이 조절부의 스토퍼 볼트가 관통되기 위한 관통구가 형성되어 있을 수 있다. 또한, 상기 관통구는 베이스 플레이트의 홈과 연통되어 있는 구조일 수 있다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 전지셀 탑재부는, 전체적으로 원기둥 형상이고, 상단에는 상부 방향으로 지름이 작아지는 경사부가 형성되어 있을 수 있다.
또한, 상기 전지셀 탑재부는 하부가 개방된 중공형 구조이고, 상기 중공형 구조의 내부에는 스토퍼 볼트의 기둥 본체의 일단부와 결합하기 위한 돌출 기둥이 형성되어 있는 구조일 수 있다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 스토퍼 볼트의 기둥 본체의 일단부에는 전지셀 탑재부의 돌출 기둥의 삽입을 위한 삽입용 홈이 형성되어 있는 구조일 수 있다.
상기 원통형 전지셀은 높은 에너지 밀도, 방전 전압, 및 출력 안정성의 리튬 이차전지일 수 있다. 본 발명에 따른 리튬 이차전지의 기타 구성 요소들에 대하여 이하에서 상세히 설명한다.
일반적으로 리튬 이차전지는 양극, 음극, 분리막, 리튬염 함유 비수 전해액 등으로 구성되어 있다.
상기 양극은, 예를 들어, 양극 집전체 상에 양극 활물질, 도전재 및 바인더의 혼합물을 도포한 후 건조하여 제조될 수 있으며, 필요에 따라서는, 상기 혼합물에 충진제를 더 첨가하기도 한다.
상기 양극 활물질은 전기화학적 반응을 일으킬 수 있는 물질로서, 리튬 전이금속 산화물로서, 2 이상의 전이금속을 포함하고, 예를 들어, 1 또는 그 이상의 전이금속으로 치환된 리튬 코발트 산화물(LiCoO2), 리튬 니켈 산화물(LiNiO2) 등의 층상 화합물; 1 또는 그 이상의 전이금속으로 치환된 리튬 망간 산화물; 화학식 LiNi1-yMyO2 (여기서, M = Co, Mn, Al, Cu, Fe, Mg, B, Cr, Zn 또는 Ga이고 상기 원소 중 하나 이상의 원소를 포함, 0.01≤y≤0.7 임)으로 표현되는 리튬 니켈계 산화물; Li1+zNi1/3Co1/3Mn1/3O2, Li1+zNi0.4Mn0.4Co0.2O2 등과 같이 Li1+zNibMncCo1-(b+c+d)MdO(2-e)Ae (여기서, -0.5≤z≤0.5, 0.1≤b≤0.8, 0.1≤c≤0.8, 0≤d≤0.2, 0≤e≤0.2, b+c+d<1 임, M = Al, Mg, Cr, Ti, Si 또는 Y 이고, A = F, P 또는 Cl 임)으로 표현되는 리튬 니켈 코발트 망간 복합산화물; 화학식 Li1+xM1-yM'yPO4-zXz(여기서, M = 전이금속, 바람직하게는 Fe, Mn, Co 또는 Ni 이고, M' = Al, Mg 또는 Ti 이고, X = F, S 또는 N 이며, -0.5≤x≤+0.5, 0≤y≤0.5, 0≤z≤0.1 임)로 표현되는 올리빈계 리튬 금속 포스페이트 등을 들 수 있지만, 이들만으로 한정되는 것은 아니다.
상기 도전재는 통상적으로 양극 활물질을 포함한 혼합물 전체 중량을 기준으로 1 내지 20 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 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.
또한, 상기 음극은, 예를 들어, 음극 집전체 상에 음극 활물질, 도전재 및 바인더의 혼합물을 도포한 후 건조하여 제조되며, 필요에 따라서는, 상기 혼합물에 충진제를 더 첨가하기도 한다. 또한, 상기 음극 활물질은 흑연계 탄소, 코크스계 탄소 및 하드 카본으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상일 수 있다.
앞서 설명한 리튬 이차전지의 구성들은 당업계에 공지되어 있으므로, 본 명세서에서는 그에 대한 자세한 설명을 생략한다.
이상의 설명과 같이, 본 발명에 따른 열수축 필름 가이드 지그는, 전지셀 탑재부와 일측이 결합되어 있고 지면을 기준으로 상기 전지셀 탑재부의 높이 방향의 위치를 조절하기 위한 높이 조절부를 포함할 경우, 원통형 전지셀의 높이 규격의 변경 사항에 따라 전지셀 탑재부의 높이를 조절하는 것이 가능하므로, 열수축 필름의 가이드 지그의 설계 변경이 불필요함에 따라 원통형 전지셀의 제조비용을 절감할 수 있는 효과를 발휘한다.
도 1은 일반적인 원통형 전지셀의 모식적인 수직 단면 사시도이다;
도 2는 일반적인 원통형 전지셀의 모습을 나타낸 사진들이다;
도 3은 종래 기술의 열수축 필름 가이드 지그를 사용하여 원통형 전지셀에 열수축 필름을 피복하는 작업을 나타낸 사진이다;
도 4는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 열수축 필름 가이드 지그 및 원통형 전지셀을 나타낸 모식적인 단면도이다;
도 5 및 6은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 열수축 필름 가이드 지그를 나타낸 모식적인 평면도 및 저면도이다.
이하에서는 도면을 참조하여, 본 발명의 내용을 더욱 상술하지만, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.
도 4에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 열수축 필름 가이드 지그(100) 및 원통형 전지셀(200)을 나타낸 모식적인 단면도가 도시되어 있고, 도 5 및 6에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 열수축 필름 가이드 지그(100)를 나타낸 모식적인 평면도 및 저면도가 도시되어 있다.
도 4 내지 도 6을 참조하면, 열수축 필름(300)을 원통형 전지셀(200) 외면에 피복시키기 위한 열수축 필름 가이드 지그(100)가 도시되어 있다.
구체적으로, 열수축 필름 가이드 지그(100)는, 전지셀 탑재부(120)의 삽입을 위한 하향 만입된 홈(114)이 상면 중앙에 형성되어 있는 사각 플레이트 형상의 베이스 플레이트(110), 이러한 베이스 플레이트(110)의 홈(114)에 삽입되고 원통형 전지셀(200)을 상면에 탑재하기 위한 전지셀 탑재부(120), 및 이러한 전지셀 탑재부(120)와 일측이 결합되어 있고 지면을 기준으로 전지셀 탑재부(120)의 높이 방향의 위치를 조절하기 위한 높이 조절부(130)를 포함하고 있다.
여기서, 원통형 전지셀(200)은 원통형 케이스(230)를 포함하고 있고, 전극조립체(도시하지 않음)가 원통형 캔 형태의 원통형 케이스(230)에 내장되어 있는 구조이다. 또한, 원통형 케이스(230)의 상단에 양극 단자(210)가 형성되어 있으며 하단에 음극 단자(220)가 형성되어 있다.
피복 작업시, 열수축 필름(300)의 끝단이 지면을 기준으로 원통형 케이스(230)의 하단 높이보다 더 낮은 높이까지 돌출되도록 피복하게 된다.
이때, 높이 조절부(130)는, 나사가 형성된 기둥의 일단부가 전지셀 탑재부(120)와 결합되어 있는 스토퍼 볼트(130), 및 이러한 스토퍼 볼트(130)의 기둥 본체(131)에 삽입되는 너트(127)를 포함하고 있다.
또한, 스토퍼 볼트(130)의 기둥 본체(131)의 타단부에는 높이 조절부(130)의 높이 방향의 위치를 조정하기 위한 조정용 헤드(133)가 형성되어 있다.
또한, 너트(127)는 베이스 플레이트(110)의 홈(114) 내면에 고정되어 위치하고 있다.
또, 베이스 플레이트(110)의 하면 중앙에는 내부로 만입된 만입부(112)가 형성되어 있고, 이러한 만입부(112)에는 높이 조절부(130)의 스토퍼 볼트(130)가 관통되기 위한 관통구(118)가 형성되어 있으며, 이러한 관통구(118)는 베이스 플레이트(110)의 홈(114)과 연통되어 있다.
또한, 전지셀 탑재부(120)는, 전체적으로 원기둥 형상이고, 상단에는 상부 방향으로 지름이 작아지는 경사부(123)가 형성되어 있다. 또한, 전지셀 탑재부(120)는 하부가 개방된 중공형 구조이고, 중공형 구조의 내부에는 스토퍼 볼트(130)의 기둥 본체(131)의 일단부와 결합하기 위한 돌출 기둥(125)이 형성되어 있다.
전지셀 탑재부(120)와 스토퍼 볼트(130)와의 용이한 결합을 위해 스토퍼 볼트(130)의 기둥 본체(131)의 일단부에는 전지셀 탑재부(120)의 돌출 기둥(125)의 삽입을 위한 삽입용 홈(132)이 형성되어 있다.
앞서 설명드린 바와 같이, 본 발명에 따른 열수축 필름 가이드 지그는, 전지셀 탑재부와 일측이 결합되어 있고 지면을 기준으로 상기 전지셀 탑재부의 높이 방향의 위치를 조절하기 위한 높이 조절부를 포함할 경우, 원통형 전지셀의 높이 규격의 변경 사항에 따라 전지셀 탑재부의 높이를 조절하는 것이 가능하므로, 열수축 필름의 가이드 지그의 설계 변경이 불필요함에 따라 원통형 전지셀의 제조비용을 절감할 수 있는 효과를 발휘한다.

Claims (12)

  1. 열수축 필름을 원통형 전지셀 외면에 피복시키기 위한 열수축 필름 가이드 지그(jig)로서,
    하기 전지셀 탑재부의 삽입을 위한 하향 만입된 홈이 상면 중앙에 형성되어 있는 사각 플레이트 형상의 베이스 플레이트;
    상기 베이스 플레이트의 홈에 삽입되고 원통형 전지셀을 상면에 탑재하기 위한 전지셀 탑재부; 및
    상기 전지셀 탑재부와 일측이 결합되어 있고 지면을 기준으로 상기 전지셀 탑재부의 높이 방향의 위치를 조절하기 위한 높이 조절부;
    를 포함하여 구성되고,
    상기 전지셀 탑재부는,
    전체적으로 원기둥 형상이고, 상단에는 상부 방향으로 지름이 작아지는 경사부가 형성되어 있고, 하부가 개방된 중공형 구조이고, 상기 중공형 구조의 내부에는 스토퍼 볼트의 기둥 본체의 일단부와 결합하기 위한 돌출 기둥이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 열수축 필름 가이드 지그.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 원통형 전지셀은 긴 시트 형태의 양극, 음극, 및 상기 양극과 음극 사이에 개재된 분리막을 젤리-롤형으로 감은 구조의 전극조립체가 원통형 캔에 내장되어 있는 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 열수축 필름 가이드 지그.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 원통형 전지셀은 원통형 케이스를 포함하고 있고, 상기 원통형 케이스의 상단에 양극 단자가 형성되어 있으며 하단에 음극 단자가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 열수축 필름 가이드 지그.
  4. 제 3 항에 있어서, 열수축 필름의 끝단이 지면을 기준으로 상기 원통형 케이스의 하단 높이보다 더 낮은 높이까지 돌출되도록 피복되는 것을 특징으로 하는 열수축 필름 가이드 지그.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 높이 조절부는, 나사가 형성된 기둥의 일단부가 전지셀 탑재부와 결합되어 있는 스토퍼 볼트(stopper bolt), 및 상기 스토퍼 볼트의 기둥 본체에 삽입되는 너트(nut)를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 열수축 필름 가이드 지그.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 스토퍼 볼트의 기둥 본체의 타단부에는 높이 조절부의 높이 방향의 위치를 조정하기 위한 조정용 헤드가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 열수축 필름 가이드 지그.
  7. 제 5 항에 있어서, 상기 너트는 베이스 플레이트의 홈 내면에 고정되어 위치하고 있는 것을 특징으로 하는 열수축 필름 가이드 지그.
  8. 제 6 항에 있어서, 상기 베이스 플레이트의 하면 중앙에는 내부로 만입된 만입부가 형성되어 있고, 상기 만입부에는 높이 조절부의 스토퍼 볼트가 관통되기 위한 관통구가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 열수축 필름 가이드 지그.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 관통구는 베이스 플레이트의 홈과 연통되어 있는 것을 특징으로 하는 열수축 필름 가이드 지그.
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 제 1 항에 있어서, 상기 스토퍼 볼트의 기둥 본체의 일단부에는 전지셀 탑재부의 돌출 기둥의 삽입을 위한 삽입용 홈이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 열수축 필름 가이드 지그.
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