KR102265847B1 - Device for Eliminating Gas from Activated Battery Cell - Google Patents
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Abstract
본 발명은, 전지셀의 활성화 공정에서 발생한 전지셀 내부의 가스를 제거하는 장치로서,
활성화 과정을 거친 전지셀이 탑재되는 지그(jig);
전지케이스의 미실링된 단부로부터 진공을 인가하여 내부 가스를 흡입하는 진공 흡입부; 및
지그에 탑재된 전지셀의 상부에 위치하여 전지셀의 외면을 가압하는 하나 이상의 롤러;
를 포함하고,
상기 롤러는, 전지셀의 리드 돌출방향을 기준으로 전극 탭과 전극 리드가 용접되어 있는 탭-리드 결합부로부터 이격된 부위에서 가압을 개시하여, 탭-리드 결합부 방향으로 회전 수평 이동하면서, 전지셀의 외면을 순차적으로 가압하는 것을 특징으로 하는 가스 제거 장치를 제공한다.The present invention is a device for removing gas inside a battery cell generated in the activation process of the battery cell,
a jig on which the battery cell that has undergone the activation process is mounted;
a vacuum suction unit for sucking internal gas by applying a vacuum from an unsealed end of the battery case; and
one or more rollers positioned on the top of the battery cell mounted on the jig to press the outer surface of the battery cell;
including,
The roller starts pressing at a portion spaced apart from the tab-lead coupling portion where the electrode tab and the electrode lead are welded based on the lead protrusion direction of the battery cell, and rotates and horizontally moves in the direction of the tab-lead coupling portion, the battery It provides a gas removal device, characterized in that sequentially pressurizing the outer surface of the cell.
Description
본 발명은 활성화된 전지셀의 가스 제거 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a gas removal device for an activated battery cell.
모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서의 전지의 수요가 급격히 증가하고 있고, 그에 따라 다양한 요구에 부응할 수 있는 전지에 대한 많은 연구가 행해지고 있다.As technology development and demand for mobile devices increase, the demand for batteries as an energy source is rapidly increasing, and accordingly, a lot of research on batteries capable of meeting various needs is being conducted.
대표적으로 전지의 형상 면에서는 얇은 두께로 휴대폰 등과 같은 제품들에 적용될 수 있는 각형 이차전지와 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.Typically, in terms of battery shape, there is a high demand for prismatic secondary batteries and pouch-type secondary batteries that can be applied to products such as mobile phones with thin thickness, and in terms of materials, they have advantages such as high energy density, discharge voltage, and output stability. Demand for lithium secondary batteries such as lithium ion batteries and lithium ion polymer batteries is high.
또한, 이차전지는 양극/분리막/음극 구조의 전극조립체가 어떠한 구조로 이루어져 있는지에 따라 분류되기도 하는 바, 대표적으로는, 긴 시트형의 양극들과 음극들을 분리막이 개재된 상태에서 권취한 구조의 젤리-롤(권취형) 전극조립체, 소정 크기의 단위로 절취한 다수의 양극과 음극들을 분리막을 개재한 상태로 순차적으로 적층한 스택형(적층형) 전극조립체, 소정 단위의 양극과 음극들을 분리막을 개재한 상태로 적층한 바이셀(Bi-cell) 또는 풀셀(Full cell)들을 권취한 구조의 스택-폴딩형 전극조립체 등을 들 수 있다.In addition, secondary batteries are classified according to the structure of the electrode assembly of the positive electrode/separator/negative electrode structure. Typically, a jelly having a structure in which a long sheet-shaped positive electrode and negative electrode are wound with a separator interposed therebetween. -Roll (winding type) electrode assembly, stack type (stacked type) electrode assembly in which a plurality of positive and negative electrodes cut in units of a predetermined size are sequentially stacked with a separator interposed therebetween, positive and negative electrodes of a predetermined unit are interposed with a separator A stack-folding type electrode assembly having a structure in which bi-cells or full cells stacked in one state are wound.
최근에는, 스택형 또는 스택-폴딩형 전극조립체를 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치형 전지케이스에 내장한 구조의 파우치형 전지가, 낮은 제조비, 작은 중량, 용이한 형태 변형 등을 이유로, 많은 관심을 모으고 있고 또한 그것의 사용량이 점차적으로 증가하고 있다. Recently, a pouch-type battery having a structure in which a stack-type or stack-folding electrode assembly is embedded in a pouch-type battery case of an aluminum laminate sheet is attracting a lot of attention due to low manufacturing cost, small weight, easy shape deformation, etc. Also, its usage is gradually increasing.
이러한 파우치형 전지를 포함한 대부분의 이차전지들은 전지셀의 제조 과정에서 충방전에 의해 전지를 활성화시키는 과정을 거치는데, 최종 전지셀의 제조를 위해서는 상기 활성화 과정에서 발생하는 가스를 제거하여야 하며, 이를 디가싱(degasing) 공정이라고 한다. Most secondary batteries, including these pouch-type batteries, undergo a process of activating the battery by charging and discharging during the manufacturing process of the battery cell. In order to manufacture the final battery cell, it is necessary to remove the gas generated in the activation process. This is called a degassing process.
종래 디가싱 공정의 일부 모식도를 도 1에 도시하였다.A partial schematic diagram of a conventional degassing process is shown in FIG. 1 .
도 1을 참조하면, 종래의 일부 기술은 활성화된 전지셀(10)을 다이(die)(20)에 고정하고, 전지케이스(12)의 미실링된 단부(12-1)에 설치된 진공 흡입부(21)에 의해 진공을 인가하여 내부 가스를 흡입하는 진공 압력(Vaccum Pressure)에 의한 디가싱(Degasing) 공정을 거친다. 그러나, 이 경우, 전지셀(10)에서는 전극 탭(13)과 전극 리드(14)가 용접되어 위치하는 탭-리드 결합부(15)에 빈공간이 존재하는데, 상기 디가싱 공정에서는 진공의 인가에 의해 상기 탭-리드 결합부(15) 부위의 전지케이스(12)가 전극조립체(11)가 수납된 내측방향으로 들어가는 형상(일명 '라빈(Ravine)부(A)'라 한다)이 나타나면서, 동시에 상기 라빈부(A)의 형성에 의해 반사 작용으로 전극 탭(13)이 돌출되는 전극조립체(11)의 외면 부위에서 전지케이스(12)의 외측방향으로 압력이 가해져 반사력(Reaction Force)에 의해 전지셀의 파우치 형상이 변형되는 부위(B)가 발생하고, 변형 부위(B)의 가스가 충분히 제거되지 않아, 잔여 가스에 의해 전극조립체(11)에 충전이 불가한 부분이 발생하여 전지의 초기 용량이 저하되고, 이후 전지셀(10)의 사이클에 따라 라빈부(A)의 스웰링이 증가하는 문제가 있다.Referring to FIG. 1 , in some conventional techniques, the activated
따라서, 이러한 문제점들을 근본적으로 해결할 수 있는 기술에 대한 필요성이 높은 실정이다.Accordingly, there is a high need for a technology capable of fundamentally solving these problems.
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 as described above and the technical problems that have been requested from the past.
본 출원의 발명자들은 심도 있는 연구와 다양한 실험들을 거듭한 끝에, 활성화 공정에서 발생한 전지셀 내부의 가스를 제거하기 위해 진공을 인가하여 디가싱 공정을 수행할 때, 탭-리드 결합부로부터 이격된 부위에서 가압을 개시하여 탭-리드 결합부 방향으로 회전 수평 이동하는 롤러를 적용하는 경우, 탭-리드 결합부가 형성된 부위의 전지케이스 변형에도, 반사 작용에 의해 잔여 가스가 전극조립체 외면으로 이동하면서 나타나는 전지케이스가 외측으로 변형되는 문제와 가스의 잔존 문제를 해결할 수 있음을 확인하고, 본 발명을 완성하기에 이르렀다. After repeated in-depth research and various experiments, the inventors of the present application, when performing a degassing process by applying a vacuum to remove the gas inside the battery cell generated in the activation process, tap-spaced apart from the lead coupling part In the case of applying a roller that rotates and horizontally moves in the direction of the tab-lead coupling part by starting pressurization at the site, even when the battery case is deformed at the part where the tab-lead coupling part is formed, the residual gas moves to the outer surface of the electrode assembly due to the reflection action. It was confirmed that the problem of the battery case being deformed to the outside and the residual gas problem could be solved, and the present invention was completed.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 가스 제거 장치는,A gas removal device according to the present invention for achieving this object,
전지셀의 활성화 공정에서 발생한 전지셀 내부의 가스를 제거하는 장치로서,A device for removing gas inside a battery cell generated in the activation process of the battery cell,
활성화 과정을 거친 전지셀이 탑재되는 지그(jig); a jig on which the battery cell that has undergone the activation process is mounted;
전지케이스의 미실링된 단부로부터 진공을 인가하여 내부 가스를 흡입하는 진공 흡입부; 및a vacuum suction unit for sucking internal gas by applying a vacuum from an unsealed end of the battery case; and
지그에 탑재된 전지셀의 상부에 위치하여 전지셀의 외면을 가압하는 하나 이상의 롤러;one or more rollers positioned on the top of the battery cell mounted on the jig to press the outer surface of the battery cell;
를 포함하고, including,
상기 롤러는, 전지셀의 리드 돌출방향을 기준으로 전극 탭과 전극 리드가 용접되어 있는 탭-리드 결합부로부터 이격된 부위에서 가압을 개시하여, 탭-리드 결합부 방향으로 회전 수평 이동하면서, 전지셀의 외면을 순차적으로 가압하는 것을 특징으로 한다.The roller starts pressing at a location spaced apart from the tab-lead coupling part where the electrode tab and the electrode lead are welded based on the lead protrusion direction of the battery cell, and rotates and horizontally moves in the direction of the tab-lead coupling part, It is characterized in that the outer surface of the cell is pressed sequentially.
일반적으로, 상기와 같이 진공 인가에 의해 전지셀 내부의 가스를 제거하는 경우, 상기에서 설명한 바와 같이, 진공 흡입부의 흡입에 의해, 전지셀의 탭-리드 결합부가 형성된 부위의 전지케이스가 전극조립체가 수납된 내측방향으로 들어가는 형상 변형을 겪는다. 이때, 단순히 진공 흡입이 이루어지는 종래 방법의 경우에는 상기와 같은 형상 변형에 의해, 탭-리드 결합부 쪽에 존재하던 가스들이, 상기 전지케이스의 내측방향으로의 변형 압력에 대한 반사 작용으로, 전극조립체로부터 탭이 돌출되는 부위의 전극조립체 상면으로 일부 밀려나면서 전지케이스의 외측방향으로 압력이 가해져 전지셀의 파우치 형상이 변형, 전체적인 두께가 증가하는 문제가 발생하였다. 이러한 문제는 전지셀의 외관 변형뿐 아니라, 이후, 잔존하는 가스에 의해 스웰링이 나타나고, 수명 특성이 저하되는 문제를 야기할 수 있다.In general, when the gas inside the battery cell is removed by applying a vacuum as described above, as described above, by suction of the vacuum suction unit, the battery case at the portion where the tab-lead coupling portion of the battery cell is formed becomes the electrode assembly. It undergoes a shape deformation entering inwardly accommodated. At this time, in the case of the conventional method in which vacuum suction is simply performed, due to the shape deformation as described above, the gases present at the tab-lead coupling part are reflected from the deformation pressure in the inner direction of the battery case from the electrode assembly. As the tab protruded partially toward the upper surface of the electrode assembly, pressure was applied to the outside of the battery case, causing the pouch shape of the battery cell to deform and the overall thickness to increase. Such a problem may cause problems in that not only the appearance of the battery cell is deformed, but also swelling occurs due to the remaining gas thereafter, and the lifespan characteristics are deteriorated.
그러나, 본 발명에 따른 가스 제거 장치를 사용하는 경우, 진공 흡입부의 흡입에 의해, 전지셀의 탭-리드 결합부가 형성된 부위의 전지케이스가 전극조립체가 수납된 내측방향으로 들어가는 형상 변형을 겪음에도, 상기와 같은 반사 작용에 따른 전극조립체 상면에서 외측으로의 전지케이스 변형은 일어나지 않는다.However, in the case of using the gas removal device according to the present invention, by suction of the vacuum suction unit, the battery case at the portion where the tab-lead coupling portion of the battery cell is formed undergoes a shape deformation in which the electrode assembly is accommodated in the inner direction, The deformation of the battery case from the upper surface of the electrode assembly to the outside according to the reflective action as described above does not occur.
이는, 전지셀의 탭-리드 결합부로부터 이격된 부위에서 가압을 개시하여, 탭-리드 결합부 방향으로 회전 수평 이동하는 경우, 상기 반사 작용에 대해 상대적으로 큰 압력이 내측으로 작용하는 바, 가스가 상기 부위로 밀려 오지 못하고, 탭-리드 결합부에 존재하게 되므로 진공 흡입에 의해 제거되기 때문이다. 따라서, 상기 롤러에 의한 가압력은 진공 흡입에 따른 탭-리드 결합부의 형상 변형에 대응하는 상기 반사 작용에 가해지는 압력보다 큰 것이 바람직하다.This is when the tab-lead coupling part of the battery cell initiates pressurization, and when the battery cell rotates and horizontally moves in the direction of the tab-lead coupling part, a relatively large pressure acts inward for the reflection action, gas This is because it is not pushed to the part and is removed by vacuum suction because it exists in the tab-lead coupling part. Therefore, it is preferable that the pressing force by the roller is greater than the pressure applied to the reflective action corresponding to the shape deformation of the tab-lead coupling part due to vacuum suction.
구체적으로, 하나의 예에서, 상기 탭-리드 결합부는 전지셀의 일측에 형성되어 있는 경우, 상기 롤러는 탭-리드 결합부가 형성되지 않은 전지셀 외면의 타측에서부터 상기 일측으로 회전 수평 이동할 수 있고, 또는 전지셀의 중간 부위에서 상기 일측으로 회전 수평 이동할 수 있다.Specifically, in one example, when the tab-lead coupling portion is formed on one side of the battery cell, the roller may rotate and horizontally move from the other side of the outer surface of the battery cell where the tab-lead coupling portion is not formed to the one side, Alternatively, it may rotate and horizontally move from the middle portion of the battery cell to the one side.
여기서, 상기 중간 부위는 양 끝, 즉, 일측과 타측의 끝을 제외하고, 전지셀의 정 중앙에서 소정 간격 이격된 부분까지 모두 아우르는 개념이다.Here, the middle portion is a concept encompassing both ends, ie, except for the ends of one side and the other side, from the center of the battery cell to the portion spaced apart by a predetermined distance.
즉, 탭-리드 결합부가 전지셀의 일측에만 형성되어 있는 경우에는 상기 결합부에 의해 발생하는 전지케이스 내의 빈 공간이 일측에만 형성되는 것으로, 진공 흡입에 의해 전지케이스가 내측으로 형상 변형되는 라빈(Ravine)부 또한 일측에서 이루어지므로, 상기 롤러는 상기 탭-리드 결합부가 위치하는 전극조립체의 일측에서 이격된 거리에서 상기 일측 방향으로 회전 수평 이동하면 되는 것이고, 그 개시점은 한정되지 아니한다.That is, when the tab-lead coupling part is formed on only one side of the battery cell, the empty space in the battery case generated by the coupling part is formed only on one side, and the shape of the battery case is deformed inside by vacuum suction (Rabin ( Ravine) portion is also made from one side, so that the roller is rotated and horizontally moved in the one direction at a distance spaced apart from one side of the electrode assembly where the tab-lead coupling portion is located, and the starting point is not limited.
이러한 관점에서 유사하게, 또 다른 예에서, 상기 탭-리드 결합부는 전지셀의 일측 및 그에 대향하는 타측에 각각 형성되어 있는 경우에는, 일측 및 타측에서 모두 라빈부가 형성될 수 있는 바, 양측에서 모두 반사력에 의한 외측 방향으로의 형상 변형이 될 수 있는 부위를 모두 가압해줄 필요가 있으므로, 상기 롤러는 두 개가 존재하고, 각각 전지셀의 중간 부위에서 탭-리드 결합부가 형성되어 있는 상기 일측 및 타측으로 각각 회전 수평 이동할 수 있다.Similarly in this respect, in another example, when the tab-lead coupling portion is respectively formed on one side of the battery cell and the other side opposite thereto, the Rabin portion may be formed on both one side and the other side, both on both sides. Since it is necessary to press all the parts that can be deformed in the outward direction by the reflective force, there are two rollers, and the tab-lead coupling part is formed in the middle part of the battery cell, respectively, the one side and the other side It can be rotated horizontally to each side.
상기 어느 경우나, 개시점은 탭-리드 결합부가 위치하는 전극조립체의 일측(타측)에서 이격된 경우라면 한정되지는 아니하나, 진공 흡입이 진행되고 있는 상태에서는, 탭-리드 결합부가 위치하는 측의 전극조립체의 단부에 롤러의 가압력이 지속되는 것이 바람직하다.In any of the above cases, the starting point is not limited as long as it is spaced apart from one side (the other side) of the electrode assembly where the tab-lead coupling part is located, but in a state where vacuum suction is in progress, the tab-lead coupling part is located on the side It is preferable that the pressing force of the roller is continued at the end of the electrode assembly.
따라서, 상기 롤러의 가압은 진공 흡입부에 의한 가스 제거와 동시에 시작되어 가스 제거가 완료될 때까지 지속되거나, 진공 흡입부에 의한 가스 제거 과정 중 시작되어 가스 제거가 완료될 때까지 지속될 수 있다.Accordingly, the pressing of the roller may be started simultaneously with gas removal by the vacuum suction unit and continued until the gas removal is completed, or may be started during the gas removal process by the vacuum suction unit and continued until the gas removal is completed.
그리고, 진공 흡입부에 의한 가스 제거가 완료되면, 상기 롤러는 전극 탭들이 돌출되는 전극조립체의 단부에 대응되는 위치에서 전지셀의 외면에 대한 가압을 종료할 수 있다.And, when the removal of the gas by the vacuum suction unit is completed, the roller may end the pressing on the outer surface of the battery cell at a position corresponding to the end of the electrode assembly from which the electrode tabs protrude.
이때, 상기 롤러의 가압력은 수직 방향으로의 압력과 롤러의 회전력을 합한 것과 동일한 것으로, 상기 합한 가압력이 상기에서 설명한 바와 같이 라빈부 변형에 대한 반사 작용에 의한 압력보다 큰 것이 바람직하다.In this case, the pressing force of the roller is the same as the sum of the pressure in the vertical direction and the rotational force of the roller, and as described above, it is preferable that the combined pressing force is greater than the pressure due to the reflection action of the Rabin part deformation.
한편, 상기 롤러의 크기는 전지셀의 폭과 같거나 보다 큰 길이를 가질 수 있고, 상세하게는 롤러의 크기가 전지셀의 폭의 100% 내지 120%일 수 있다.On the other hand, the size of the roller may have a length equal to or greater than the width of the battery cell, specifically, the size of the roller may be 100% to 120% of the width of the battery cell.
상기 전지셀의 폭은 전극조립체로부터 탭이 돌출되는 방향과 수직인 방향으로의 크기를 의미하고, 롤러의 길이는 원기둥에서 원의 지름 방향이 아닌 원기둥의 높이를 의미한다.The width of the battery cell means the size in a direction perpendicular to the direction in which the tab protrudes from the electrode assembly, and the length of the roller means the height of the cylinder, not the radial direction of the circle.
상기 롤러의 크기가 전지셀의 폭보다 작은 경우에는, 롤러가 가압해주지 못하는 영역에서 상기와 같은 전지케이스 외측으로의 변형이 일어날 수 있고, 이 경우, 종래 문제를 온전하게 해결하기 어렵기 때문에 바람직하지 않다.If the size of the roller is smaller than the width of the battery cell, deformation may occur outside the battery case as described above in an area where the roller cannot pressurize, and in this case, it is not preferable because it is difficult to completely solve the conventional problem. not.
또한, 본원발명과 같은 가스 제거 장치는 상기 전지셀이 금속층과 수지층을 포함하는 라미네이트 시트의 파우치형 케이스에 전극조립체가 내장되어 있는 파우치형 전지셀일 때 유용하며, 가스 제거 공정이 진공 인가에 의한 가스 흡입인 경우에 더욱 유용하다.In addition, the gas removal device according to the present invention is useful when the battery cell is a pouch-type battery cell in which an electrode assembly is embedded in a pouch-type case of a laminate sheet including a metal layer and a resin layer, and the gas removal process is performed by vacuum application. More useful in the case of gas inhalation.
상기 라미네이트 시트를 이루는 금속층은, 가스, 습기 등 이물질의 유입 내지 누출을 방지하는 기능 이외에 케이스의 강도를 향상시키는 기능을 발휘할 수 있도록, 하나의 구체적인 예에서, 금속층일 수 있고, 상기 상기 금속층은, 예를 들어, 알루미늄, 철, 구리, 주석, 니켈, 코발트, 은, 스테인레스, 및 티탄으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 또는 이들의 합급일 수 있지만 이에 한정되는 것은 아니다. In one specific example, the metal layer constituting the laminate sheet may be a metal layer so as to exhibit a function of improving the strength of the case in addition to the function of preventing the inflow or leakage of foreign substances such as gas and moisture, and the metal layer, For example, it may be one selected from the group consisting of aluminum, iron, copper, tin, nickel, cobalt, silver, stainless, and titanium, or an alloy thereof, but is not limited thereto.
상기 수지층은 금속층을 기준으로, 전극조립체 방향의 내면에 존재하는 내부 실란트층과, 외면에 존재하는 외부 피복층을 포함한다.The resin layer includes an inner sealant layer present on the inner surface in the direction of the electrode assembly, and an outer coating layer present on the outer surface, based on the metal layer.
여기서, 상기 내부 실란트층은 열융착성(열접착성)을 가지고, 전해액의 침입을 억제하기 위해 흡습성이 낮으며, 전해액에 의해 팽창하거나 침식되지 않는 열융착성 고분자로 이루어지며, 상기 열융착성 고분자는 폴리올레핀(polyolefin)일 수 있고, 더욱 바람직하게는 무연신 폴리프로필렌(cPP)일 수 있다.Here, the inner sealant layer has thermal adhesion (thermal adhesion), low hygroscopicity to suppress the penetration of electrolyte, and is made of a thermally fusible polymer that does not expand or corrode by the electrolyte, and the thermal adhesion property The polymer may be polyolefin, and more preferably, non-stretched polypropylene (cPP).
상기 외부 피복층은 외부 환경으로부터 우수한 내성을 가져야 하므로, 소정 이상의 인장강도와 내후성을 가지는 내후성 고분자로 이루어지며, 상기 내후성 고분자는 폴리에틸렌프탈레이트(PET), 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN) 또는 나일론일 수 있다.Since the outer coating layer has to have excellent resistance from the external environment, it is made of a weather-resistant polymer having a predetermined or higher tensile strength and weather resistance, and the weather-resistant polymer may be polyethylene phthalate (PET), polyethylene naphthalate (PEN) or nylon.
본 발명에 따른 가스 제거 장치는, 활성화 공정에서 발생한 전지셀 내부의 가스를 제거하기 위해 진공을 인가하여 디가싱 공정을 수행할 때, 탭-리드 결합부로부터 이격된 부위에서 가압을 개시하여 탭-리드 결합부 방향으로 회전 수평 이동하는 롤러를 적용함으로써, 탭-리드 결합부가 형성된 부위의 라빈부 형성에 따른 반사 작용에 의해 잔여 가스가 전극조립체 외면으로 이동하면서 나타나는 전지케이스의 외측 방향으로의 변형 문제를 해결할 수 있어 전지셀 전체 두께의 관리가 용이하고, 상기 부위에 가스가 잔존하지 않으므로, 스웰링이 감소하여 수명특성이 향상되는 효과가 있다.In the degassing device according to the present invention, when the degassing process is performed by applying a vacuum to remove the gas generated inside the battery cell during the activation process, the tap-starting pressurization is performed at a portion spaced apart from the lead coupling part to initiate the tap -By applying a roller that rotates and moves horizontally in the direction of the lead coupling part, the change in the outer direction of the battery case appears as the residual gas moves to the outer surface of the electrode assembly due to the reflection action of the Rabin part formation in the area where the tab-lead coupling part is formed. Since the problem can be solved, it is easy to manage the entire thickness of the battery cell, and since no gas remains in the region, swelling is reduced and lifespan characteristics are improved.
도 1은 종래의 가스 제거 장치에 의해 디가싱이 이루어지는 공정의 모식도이다;
도 2는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 가스 제거 장치에 의해 디가싱이 이루어지는 공정의 모식도이다;
도 3은 본 발명의 또 하나의 실시예에 따른 가스 제거 장치에 의해 디가싱이 이루어지는 공정의 모식도이다.1 is a schematic diagram of a process in which degassing is performed by a conventional degassing apparatus;
2 is a schematic diagram of a process in which degassing is performed by a degassing apparatus according to an embodiment of the present invention;
3 is a schematic diagram of a process in which degassing is performed by a gas removal device 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, although described with reference to the drawings according to an embodiment of the present invention, this is for easier understanding of the present invention, and the scope of the present invention is not limited thereto.
도 2에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 가스 제거 장치에 의해 디가싱이 이루어지는 공정이 모식적으로 도시되어 있다.2 schematically shows a process in which degassing is performed by a gas removal device according to an embodiment of the present invention.
이들 도면을 참조하면, 본 발명에 따른 가스 제거 장치는, 활성화 과정을 거친 전지셀(100)이 탑재되는 지그(200), 전지케이스(120)의 미실링된 단부(121)로부터 진공을 인가하여 내부 가스를 흡입하는 진공 흡입부(210), 및 지그(200)에 탑재된 전지셀(100)의 상부에 위치하여 전지셀(100)의 외면을 가압하는 롤러(220)를 포함하는 구조로 이루어져 있다.Referring to these drawings, the gas removal device according to the present invention applies a vacuum from the unsealed
이때, 전지셀(100)은 일측에서 전극 탭들(111)이 돌출된 전극조립체(110)가 전지케이스(120)에 내장된 구조로 이루어져 있고, 전극 탭들(111)의 단부에는 전극 리드(130)가 용접되어 탭-리드 결합부(140)를 형성하며, 이러한 탭-리드 결합부(140)가 위치하는 전지케이스(120) 내부에는 빈공간이 존재한다.At this time, the
도 2에는 하나의 종류의 탭만이 도시되었으나, 전극조립체의 폭 방향으로 다른 극성의 탭들도 돌출되고, 이들 극성에 대응되는 전극 리드에 연결됨은 물론이다.Although only one type of tab is illustrated in FIG. 2 , tabs of different polarities also protrude in the width direction of the electrode assembly and are connected to electrode leads corresponding to these polarities.
전지셀(100)이 가스 제거 장치의 지그(200)에 탑재된 후에는 진공 흡입부(210)가 전지케이스(120)의 미실링된 단부(121)로부터 진공을 인가하여 내부 가스의 흡입을 개시한다.After the
이러한 진공 흡입부(210)의 진공 인가에 의해 탭-리드 결합부(140)가 형성된 부위의 전지케이스(120)는, 전극조립체(110)가 수납된 내측방향으로 빨려 들어가 라빈(Ravine)부(R)를 형성하게 된다.By the vacuum application of the
한편, 본 발명에 따른 가스 제거 장치는, 상기 진공 흡입과 동시에, 또는 그 이후에, 롤러(220)가 라빈부(R)와 이격된 부위의 전지셀(100) 외면 중 임의의 부분으로부터 가압을 개시하여 탭-리드 결합부(140) 방향으로 회전 수평 이동하며 전지셀(100)을 가압하고, 전극 탭들(111)이 돌출되는 전극조립체(110)의 단부에 대응되는 위치에서 전지셀(100)의 외면에 대한 가압을 종료한다.On the other hand, in the gas removal device according to the present invention, at the same time or after the vacuum suction, the
이때, 롤러(220)의 가압은 진공 흡입부(210)의 의한 가스 제거가 완료될 때까지 지속된다. 즉, 진공 흡입부(210)에 의한 가스 제거가 지속되는 동안 롤러(220)가 가압 종료점인 전극조립체9110)의 단부에 도달하더라도, 롤러(220)은 수평 이동은 멈춘 상태로 회전을 계속하여 가압력을 유지한다.At this time, the pressure of the
따라서, 본 발명에 따른 가스 제거 장치를 사용하는 경우에는, 라빈부(R) 형성에 따른 반사 작용에 의해 잔여 가스가 전극조립체 외면으로 이동하면서 나타나는 외측 방향으로의 전지케이스의 변형 문제를 해결할 수 있다.Therefore, in the case of using the gas removal device according to the present invention, it is possible to solve the problem of deformation of the battery case in the outward direction, which appears while the residual gas moves to the outer surface of the electrode assembly due to the reflection action according to the formation of the Rabin part R. .
이와 유사하게, 도 3에는 본 발명의 또 하나의 실시예에 따른 가스 제거 장치에 의해 디가싱이 이루어지는 공정이 모식적으로 도시되어 있다.Similarly, FIG. 3 schematically shows a process in which degassing is performed by a gas removal device according to another embodiment of the present invention.
도 3을 참조하면, 도 2와 비교하여, 전극 탭들이 전극조립체의 양측으로 돌출됨에 따른 차이를 가질 뿐이다.Referring to FIG. 3 , as compared with FIG. 2 , only the electrode tabs protrude from both sides of the electrode assembly.
구체적으로, 가스 제거 장치는, 활성화 과정을 거친 전지셀(300)이 탑재되는 지그(400), 전지케이스(320)의 미실링된 단부(321)로부터 진공을 인가하여 내부 가스를 흡입하는 진공 흡입부들(410, 411), 및 지그(400)에 탑재된 전지셀(300)의 상부에 위치하여 전지셀(300)의 외면을 가압하는 롤러들(420, 421)을 포함하는 구조로 이루어져 있다.Specifically, the gas removal device is a vacuum suction for sucking internal gas by applying a vacuum from the unsealed
이때, 전지셀(300)은 일측 및 그에 대향하는 타측에서 전극 탭들(311, 312)이 돌출된 전극조립체(310)가 전지케이스(320)에 내장된 구조로 이루어져 있고, 전극 탭들(311, 312)의 단부에는 전극 리드들(330, 331)이 각각 용접되어 탭-리드 결합부들(340, 341)를 양측에서 형성한다. 전극 탭들(311, 312)은 각각 같은 극성끼리 같은 방향으로 돌출된다. 즉, 전극 탭들(311)이 양극 탭들인 경우, 전극 탭들(312)는 음극 탭들이고, 반대일 수도 있으며, 전극 리드들(330, 331)은 전극 탭들과 같은 극성끼리 용접된다.At this time, the
한편, 진공 인가에 의한 디가싱 공정은 도 2와 유사하게 진행된다. 다만, 전극조립체(310)의 양측으로 탭-리드 결합부들(340, 341)이 형성되어 있는 바, 양측에 빈공간이 존재하게 되고, 따라서, 진공 흡입부들(410, 411)이 양측에서 진공을 인가하여 디가싱 공정을 수행한다. 이에 따라, 진공 흡입에 의한 전지케이스(320)의 변형 형태로서의 라빈부들(R', R'')도 양측에서 형성된다.Meanwhile, the degassing process by applying a vacuum proceeds similarly to FIG. 2 . However, since the tab-
따라서, 이 경우, 본 발명에 따른 효과를 발휘하기 위해서, 두 개의 롤러들(420, 421)이 필요하며, 진공 흡입과 동시에, 또는 그 이후에, 라빈부들(R, R') 이격된 부위의 전지셀(100) 외면의 중앙에서 두 개의 롤러들(420, 421)이 가압을 개시하여 반대 방향으로 회전 수평 이동하여 각각 양측의 탭-리드 결합부들(340, 341) 방향으로 이동하며 전지셀(300)을 가압하고, 전극 탭들(311, 312)이 돌출되는 전극조립체(310)의 양측 단부에 대응되는 위치에서 각각 전지셀(300)의 외면에 대한 가압을 종료한다.Therefore, in this case, in order to exert the effect according to the present invention, two
이때, 롤러들(420, 421)의 가압 형태는 도 2에서 설명한 바와 같다.At this time, the pressing form of the
따라서, 이와 같은 구조에서도 본 발명에 따른 가스 제거 장치를 사용하는 경우에는, 라빈부(R) 형성에 따른 반사 작용에 의해 잔여 가스가 전극조립체 외면으로 이동하면서 나타나는 외측 방향으로의 전지케이스의 변형 문제를 해결할 수 있다.Therefore, even in such a structure, when the gas removal device according to the present invention is used in this structure, the problem of deformation of the battery case in the outward direction appears while the residual gas moves to the outer surface of the electrode assembly due to the reflection action according to the formation of the Rabin part (R). can solve
이하에서는, 실시예를 통하여 본 발명을 설명하도록 하되, 본 발명이 이하의 실시예에 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described by way of examples, but the present invention is not limited to the following examples.
<제조예><Production Example>
양극 활물질로서 LiCoO2 90 중량%, 도전재로서 Denka Black 5.0 중량%, 바인더로서 PVdF 5.0 중량%를 용제인 NMP에 넣고 믹싱(mixing)하여 양극 합제를 제조하고, 20 ㎛ 두께의 알루미늄 호일에 상기 양극 합제를 200 ㎛ 두께로 코팅한 후 압연 및 건조하여 양극을 제조하였다. 90 wt% of LiCoO 2 as a cathode active material, 5.0 wt% of Denka Black as a conductive material, and 5.0 wt% of PVdF as a binder were added to NMP as a solvent and mixed to prepare a cathode mixture, and the cathode was placed on an aluminum foil having a thickness of 20 μm. After coating the mixture to a thickness of 200 μm, rolling and drying were performed to prepare a positive electrode.
음극 활물질로서 인조흑연 95 중량%, 도전재(Super-P) 1.5 중량% 및 바인더(PVdF) 3.5 중량%를 용제인 NMP에 넣고 믹싱(mixing)하여 음극 합제를 제조하고, 20 ㎛ 두께의 구리 호일에 상기 음극 합제를 200 ㎛ 두께로 코팅한 후 압연 및 건조하여 음극을 제조하였다.As an anode active material, 95 wt% of artificial graphite, 1.5 wt% of a conductive material (Super-P), and 3.5 wt% of a binder (PVdF) were put in NMP, a solvent, and mixed to prepare a negative electrode mixture, and a 20 μm thick copper foil After coating the negative electrode mixture to a thickness of 200 ㎛, rolling and drying the negative electrode was prepared.
상기 양극과 음극 사이에 다공성 폴리에틸렌 분리막을 개재한 후 EC : EMC = 1 : 2의 carbonate solvent에 LiPF6가 1M 녹아있는 전해액을 주입하여 리튬 이차전지를 제조하였다. After interposing a porous polyethylene separator between the positive electrode and the negative electrode, an electrolyte solution containing 1M LiPF 6 dissolved in carbonate solvent of EC: EMC = 1: 2 was injected to prepare a lithium secondary battery.
상기와 같이 제조된 리튬 이차전지를 0.1C 조건으로 4.4 V에서 충전한 뒤, 2.5 V로 방전하는 과정을 1회 진행하였다.After charging the lithium secondary battery prepared as described above at 4.4 V under 0.1C conditions, the process of discharging to 2.5 V was performed once.
<실시예 1><Example 1>
상기 제조예에서 제조된 리튬 이차전지를, 본원발명과 같이 롤러가 적용된 가스 제거 장치를 사용하여 100 kPa의 진공 조건으로 14 초간 디가싱 공정을 수행하였다.The lithium secondary battery prepared in Preparation Example was subjected to a degassing process for 14 seconds under a vacuum condition of 100 kPa using a gas removal device to which a roller was applied as in the present invention.
<비교예 1><Comparative Example 1>
상기 제조예에서 제조된 리튬 이차전지를, 종래 롤러가 적용되지 않은 가스 제거 장치를 사용하여 100 kPa의 진공 조건으로 14 초간 디가싱 공정을 수행하였다.The lithium secondary battery prepared in Preparation Example was subjected to a degassing process for 14 seconds under a vacuum condition of 100 kPa using a gas removal device to which a conventional roller was not applied.
<실험예 1><Experimental Example 1>
상기 실시예 1 및 비교예 1에서 디가싱 공정을 완료한 후, 전지셀의 초기 두께를 측정하여 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.After completing the degassing process in Example 1 and Comparative Example 1, the initial thickness of the battery cell was measured, and the results are shown in Table 1 below.
상기 표 1을 참조하면, 본 발명에 따른 전지셀 두께가 종래 가스 제거 장치를 사용한 경우보다 감소하는 것을 알 수 있다.Referring to Table 1, it can be seen that the thickness of the battery cell according to the present invention is reduced compared to the case of using the conventional gas removal device.
이는 상기에서 설명한 바와 같이, 반사 작용에 의해 파우치가 전극조립체의 상부 방향으로 밀려 두께가 불규칙하게 증가하는 문제가 해결되어 편차가 감소한 두께 수준을 가지기 때문이다.This is because, as described above, the problem in which the thickness is irregularly increased by pushing the pouch toward the upper direction of the electrode assembly by the reflective action is solved, so that the deviation has a reduced thickness level.
<실험예 2><Experimental Example 2>
실시예 1 및 비교예 1에서 디가싱이 완료된 이차전지의 미실링부를 실링하여 제조를 완료한 후, 이에 대해서 수명특성을 평가하였다. 상기 수명 특성 평가는 4.4V 내지 2.5 V 사이에서 0.8C ↔ 1C (1회 충방전)의 조건으로 실시하였다. 수명특성은 방전용량 유지율 및 두께 증가율로부터 평가하였으며, 상기 방전용량 유지율은 충방전을 100회 반복 실시한 후의 용량을 초기용량에 대한 %비율로 나타내었으며, 상기 두께 증가율은 100회 반복 실시한 후의 두께를 초기 두께에 대한 %비율로 나타내었다. 그 결과를 표 2에 나타내었다.In Example 1 and Comparative Example 1, the unsealed portion of the secondary battery in which degassing was completed was sealed to complete manufacturing, and then the lifespan characteristics were evaluated. The lifespan characteristic evaluation was performed under the conditions of 0.8C ↔ 1C (one-time charge/discharge) between 4.4V and 2.5V. The lifespan characteristics were evaluated from the discharge capacity retention rate and thickness increase rate, and the discharge capacity retention rate expressed the capacity after repeated charging and discharging 100 times as a percentage of the initial capacity, and the thickness increase rate was the initial thickness after 100 repetitions. It is expressed as a percentage ratio with respect to the thickness. The results are shown in Table 2.
상기 표 2를 참조하면, 본 발명에 따른 가스 제거 장치를 사용하는 경우, 전지셀의 수명 특성은 동등한 수준이며, 스웰링 관점에서 향상되는 것을 확인할 수 있다.Referring to Table 2, when the gas removal device according to the present invention is used, it can be seen that the lifespan characteristics of the battery cells are at the same level and are improved in terms of swelling.
이는 실험예 1에서 확인한 바와 같이, 편차가 감소한 두께 수준을 가지므로 충방전 동안의 스웰링이 감소함에 따라, 전극조립체에 가해지는 영향이 적기 때문이다.This is because, as confirmed in Experimental Example 1, since the thickness level with a reduced deviation is reduced, swelling during charging and discharging is reduced, and the influence applied to the electrode assembly is small.
이상 본 발명의 실시예에 따른 도면 및 실험예를 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 has been described with reference to the drawings and experimental examples according to the embodiment of the present invention, it is possible for those of ordinary skill in the art to make various applications and modifications within the scope of the present invention based on the above contents. will be.
Claims (11)
활성화 과정을 거친 전지셀이 탑재되는 지그(jig);
전지케이스의 미실링된 양측 단부 각각으로부터 진공을 인가하여 내부 가스를 흡입하는 복수개의 진공 흡입부; 및
지그에 탑재된 전지셀의 상부에서 서로 다른 방향으로 이동하여 전지셀의 외면을 가압하는 복수개의 롤러;
를 포함하고,
전지셀의 리드 돌출방향을 기준으로 전극 탭과 전극 리드가 용접되어 있는 탭-리드 결합부는 전지셀의 일측 및 그에 대향하는 타측에 각각 형성되어 있으며,
상기 진공 흡입부의 흡입에 의해, 전지셀의 탭-리드 결합부가 형성된 부위의 전지케이스가 전극조립체가 수납된 내측방향으로 들어가는 수축 변형을 하고, 수축 변형의 반사 작용으로 전지셀의 외면에서 전지케이스에 외측방향으로 압력이 가해져 돌출 변형이 발생하며,
상기 롤러들 중 어느 일부는 전지셀의 중간 부위에서 전지셀 일측의 탭-리드 결합부로 회전 수평 이동하면서 상기 돌출 변형이 발생하는 부분을 하측으로 가압하고, 다른 일부는 전지셀의 중간 부위에서 전지셀 타측의 탭-리드 결합부로 회전 수평 이동하면서 상기 돌출 변형이 발생하는 부분을 하측으로 가압하는 것을 특징으로 하는 가스 제거 장치.A device for removing gas inside a battery cell generated in the activation process of the battery cell,
a jig on which the battery cell that has undergone the activation process is mounted;
A plurality of vacuum suction units for sucking the internal gas by applying a vacuum from each of the unsealed both ends of the battery case; and
a plurality of rollers moving in different directions from the top of the battery cell mounted on the jig to press the outer surface of the battery cell;
including,
Based on the lead protrusion direction of the battery cell, the electrode tab and the electrode lead are welded, the tab-lead coupling portion is formed on one side of the battery cell and the other side opposite to it, respectively,
By the suction of the vacuum suction part, the battery case at the portion where the tab-lead coupling part of the battery cell is formed undergoes a contraction deformation in which the electrode assembly is accommodated, and the reflective action of the contraction deformation is applied to the battery case from the outer surface of the battery cell. Protruding deformation occurs when pressure is applied in the outward direction,
Some of the rollers press the portion where the protruding deformation occurs while rotating and horizontally moving from the middle portion of the battery cell to the tab-lead coupling portion on one side of the battery cell, and the other portion is the battery cell in the middle portion of the battery cell. A gas removal device, characterized in that while rotating and horizontally moving to the tab-lead coupling part of the other side, the portion in which the protruding deformation occurs is pressed downward.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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A201 | Request for examination | ||
E902 | Notification of reason for refusal | ||
E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
GRNT | Written decision to grant |