KR102348775B1

KR102348775B1 - 이차전지 셀 가압장치

Info

Publication number: KR102348775B1
Application number: KR1020170067436A
Authority: KR
Inventors: 양선혜; 김익준; 임상민
Original assignee: 한국전기연구원
Priority date: 2017-05-31
Filing date: 2017-05-31
Publication date: 2022-01-06
Also published as: KR20180131004A

Abstract

본 발명은 이차전지 셀 가압장치에 관한 것으로, 이차전지 셀의 전기화학 성능 평가 시 균일한 압력을 제공하여 용량유지율을 향상시키고, 전극과 전해액의 장시간 충방전 시 전극의 관능기, 수분과 전해액과의 열화 반응으로 인해 발생하는 가스로 인해 셀이 팽창되는 것을 방지하기 위한 이차전지 셀 가압장치에 관한 기술이다.
본 발명은 하부플레이트; 상기 하부플레이트 상부에 구비된 상부플레이트; 상기 하부플레이트와 상기 상부플레이트 사이에 연결 설치되는 가이드바; 상기 가이드바를 따라 상,하 이동 가능한 중간플레이트; 상기 상부플레이트에 회전 결합되고 하부가 상기 중간플레이트와 연결되어 회전방향에 따라 상기 중간플레이트를 상,하 이동되게 하여 상기 하부플레이트와 상기 중간플레이트 사이에 위치한 이차전지 셀을 가압하는 볼트조임구; 상기 중간플레이트 상면에 설치되는 베어링; 상기 볼트조임구의 하부에 형성되고 상기 베어링과 결합되어 상기 볼트조임구 회전시 공회전되게 하며 상기 하부플레이트에 가압력 면적을 넓히고 균일하게 전달하는 가압력전달구;가 포함되는 것을 특징으로 하는 이차전지 셀 가압장치를 제공한다.

Description

이차전지 셀 가압장치{Pressing apparatus for secondary battery cell}

본 발명은 이차전지 셀 가압장치에 관한 것으로, 이차전지 셀의 기본 전기화학 성능 또는 수명 평가 시 전극과 전해액에 존재하고 있는 수분 또는 관능기의 분해반응으로 인하여 발생하는 가스로 인해 셀이 팽창되는 것을 방지 또는 파우치형 이차전지 셀의 균일한 압력을 제공하여 안정적인 성능 평가를 구현하기 위한 이차전지 셀 가압장치에 관한 기술이다.

전기이중층 커패시터는 전하를 갖는 고체와 그것에 접촉하는 전해액의 계면에 형성되는 두께 수(nm) 정도의 전기이중층을 유전체로서 이용하는 것이다. 전기이중층의 용량은 1cm²당 수십μＦ이지만 표면적이 수천 m²에 달하는 활성탄을 전극으로 이용하여 수백 ~ 수천 Ｆ의 매우 큰 용량을 얻는 것이 가능하다. 그리고 전기이중층 커패시터에는 다래 기재와 같이 전지와 콘덴서의 중간 특징을 가지고, 상업적으로 사용됨과 동시에 보다 성능향상을 위한 연구 개발이 진행되고 있다.

(1) 충방전 싸이클에 따른 용량의 열화가 적다.

(2) 일반적인 전지에 비교해서 순간적인 방전 출력이 크다.

일반적으로 대용량형의 전기이중층 커패시터는 분극성 전극과 격리막으로 구성된 소자를 수납하는 방식에 따라 원통형, 각형 및 파우치형태로 분리할 수 있다. 원통형 및 각형의 전기이중층 커패시터는 일반적으로 한쌍의 분극성 전극 사이에 격리막을 배치한 단위 적층 구조를 권취해서 소자로 하고, 이 소자에 전해액을 함침시킨 후 금속용기 개구부를 봉구부재로 밀봉해서 제조한다.

한편 파우치형 전기이중층 커패시터는 한 쌍의 분극성 전극 사이에 격리막을 배치한 단위 적층 구조를 다수 병렬로 적층 한 후 동일 분극성 전극끼리 리드 탭으로 연결하고 전해액과 함께 알루미늄 라미네이트 필름으로 포장하여 제조한다. 이들 전기이중층 커패시터는 용량에 따라 다양한 용도로 적용이 가능하며, 일반적으로 가전 및 휴대통신기기용 백업전원, 자동차/수송 및 ESS(Energy Storage System) 분야에서 파워 전원으로 활용하고 있다. 이러한 종래기술에서 파우치형 셀의 충방전 시 전극과 전해액 사이의 열화 특성으로 인해 발생되는 가스로 인해 파우치 셀이 팽창하여 양극과 음극이 대면되지 못하는 현상으로 인하여 저항이 증가되게 되어 셀의 성능평가가 어려워 지는 문제점이 있어왔다.

KR

10-2016-0056207

A

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 이차전지 셀의 장시간 충방전 과정에서 발생하는 가스로 인해 파우치형 셀의 부풀림 현상 발생시 전극과 전극 사이의 대면 구조의 변형 형상을 억제할 수 있도록 일정 압력을 가할 수 있는 이차전지 셀 가압장치를 제공하고자 하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 하부플레이트; 상기 하부플레이트 상부에 구비된 상부플레이트; 상기 하부플레이트와 상기 상부플레이트 사이에 연결 설치되는 가이드바; 상기 가이드바를 따라 상,하 이동 가능한 중간플레이트; 상기 상부플레이트에 회전 결합되고 하부가 상기 중간플레이트와 연결되어 회전방향에 따라 상기 중간플레이트를 상,하 이동되게 하여 상기 하부플레이트와 상기 중간플레이트 사이에 위치한 이차전지 셀을 가압하는 볼트조임구; 상기 중간플레이트 상면에 설치되는 베어링; 상기 볼트조임구의 하부에 형성되고 상기 베어링과 결합되어 상기 볼트조임구 회전시 공회전되게 하며 상기 하부플레이트에 가압력 면적을 넓히고 균일하게 전달하는 가압력전달구;가 포함되는 것을 특징으로 하는 이차전지 셀 가압장치를 제공한다.

상부플레이트와 중간플레이트는 절연체 또는 절연물질로 코팅되는 것을 특징으로 한다.

상기 볼트조임구에는, 상기 상부플레이트 상부에서 상기 볼트조임구에 회전 결합되어 상기 볼트조임구의 하향 이동 거리를 조절하여 제한할 수 있는 너트형 스토퍼가 구비되는 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 구성의 본 발명에 따르면, 다음과 같은 효과를 기대할 수 있을 것이다.

이차전지 셀의 균일한 압력을 제공하여 양극과 음극의 장기간 충방전 시 안정한 전기화학 반응을 유지시켜 셀의 용량유지율을 향상시키며, 또한 장시간 충방전 과정에서 전극 내에 존재하고 있는 관능기, 수분 등과 전해액 이온과의 반응으로 인하여 열화특성이 발생하게 되는데, 이러한 열화특성은 전극과 전해액의 열화 및 셀 내부에 가스를 발생시키게 된다. 셀 내부의 가스 발생은 IR-drop 및 ESR 저항을 증가시켜 정전 용량을 감소시킴과 동시에 셀 전체 용량 유지율을 저하시키는 요인으로 작용하게 되는데, 이때 셀 가압 장치를 적용하면 가스로 인하여 이차전지 셀 팽창 시 전극의 접촉저항(contact resistance)를 개선시킬 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 이차전지 셀 가압장치의 사시도.
도 2는 도 1의 단면도.

이하, 첨부된 도면을 참고로 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 이차전지 셀 가압장치의 사시도를 나타낸 것이다.

도 1을 참조하면, 본 발명인 이차전지 셀 가압장치는 크게, 하부플레이트(100), 상부플레이트(200), 가이드바(300), 중간플레이트(400) 및 볼트조임구(500), 베어링(600) 및 가압력전달구(700)이 포함되어 이루어진다.

먼저 하부플레이트(100)는 바닥면에 밀착되는 하부받침대로써, 상부에 이차전지 셀이 위치할 수 있게 된다.

상기 상부플레이트(200)는 상기 하부플레이트 상부에 이격된 상부받침대로써, 상기 볼트조임구(500)가 관통하여 설치될 수 있도록 중앙부에 나선홀이 형성된다.

상기 가이드바(300)는 상기 하부플레이트 상기 상부플레이트(200)의 가장자리 4개소에 연결되는 기둥이다. 여기서, 상기 가이드바(300)가 설치됨으로써, 중간플레이트(400) 이동을 가이드할 수 있다.

상기 중간플레이트(400)는 이차전지 셀을 가압하는 플레이트로써, 상부플레이트(100)와 하부플레이트(200) 사이에서 상기 가이드바(300)를 따라 상,하 이동 가능하도록 설치된다. 여기서, 상가 중간플레이트(400)는 가장자리에 홀이 형성되어 상기 가이드바(300)와 결합되고, 상기 가이드바(300)를 따라 수평과 평행하게 안정적으로 상,하 이동 가능하다. 이런한 안정적인 수평 유지는 이차전지 셀을 면적에 대응하여 균일한 압력을 제공할 수 있다.

상기 중간플레이트(400)의 가장자리 홀에는 가이드 부쉬가 설치되어 상기 중간플레이트(400)가 상기 가이드바(300)를 따라 이동이 쉽게하고, 상기 중간플레이트(400)가 경사지는 것을 방지할 수 있다.

상기 볼트조임구(500)는 상기 중간플레이트(400)를 상,하 이동시킬 수 있는 수단이다.

상기 볼트조임구(500)는 상기 상부플레이트(200)에 회전 결합되고 하부가 상기 중간플레이트(400)와 연결되어 회전방향에 따라 상기 중간플레이트(400)를 상,하 이동되게 할 수 있다. 상기 볼트조임구(500)의 회전에 따라 상기 중간플레이트(400)를 하강시켜 상기 하부플레이트(200)와 상기 중간플레이트(400) 사이에 위치한 이차전지 셀에 균일한 압력을 제공할 수 있게 된다.

여기서, 상기 볼트조임구(500)의 하부는 상기 중간플레이트(400)와 결합되어 있는데, 상기 중간플레이트(400)는 상기 볼트조임구(500)의 회전에 의해 연동되지 않고 상,하 이동만 해야 하므로 베어링(600)이 설치되게 된다.

상기 베어링(600)은 상기 중간플레이트(400)에는 상면에 고정 설치된다.

여기서 베어링(600)은 상기 볼트조임구(500)의 회전에 간섭받지 않도록 설치되는 것이고, 볼트조임구(500)에는 가압력전달구(700)가 설치되어 상기 베어링(600)과 결합되게 된다.

상기 가압력전달구(700)는 상기 볼트조임구(500)의 하부에 상기 베어링(600)과 결합되어 상기 볼트조임구 회전시 공회전이 되게 되어 상기 중간플레이트(400)에 토크를 차단하게 된다.

그리고, 여기서 가압력전달구(700)는 상기 중간플레이트(400)와 접하므로 상기 볼트조임구(500)의 회전에 의해 하향되는 가압력을 상기 중간플레이트(400)에 전달하게 된다. 여기서 가압력전달구(700)는 가압력 면적을 넓히고 균일하게 전달하는 역할을 한다. 가압력전달구(700)는 평평하게 형성되는 플레이트로 상기 볼트조입구(500) 보다 면적이 상대적으로 크게 형성되는 것이 바람직하다. 왜냐하면 상기 볼트조임구(500)가 볼트임을 고려할때 가압력이 상기 중간플레이트(400)에 집중되게 되는 것을 방지하여 상기 중간플레이트(400)에 고르게 전달할 수 있어 상기 중간플레이트(400)의 일정각도 기울어지는 현상을 방지할 수 있다.

한편, 하부플레이트(100)와 중간플레이트(400)는 이차전지 셀에 직접 접촉되므로 누전되는 것을 방지하기 위해 절연체 또는 절연물질로 코팅되는 것이 바람직하다.

그리고, 상기 볼트조임구(500)에는 상기 상부플레이트 상부에서 상기 볼트조임구(500)에 회전 결합되어 상기 볼트조임구(500)의 하향 이동 거리를 조절하여 제한할 수 있는 너트형 스토퍼(800)가 구비되는 것을 특징으로 한다. 여기서 스토퍼(800)는 상기 볼트조임구(500)에서 높이에 따라 고정할 수 있게 되므로 이와 연동되어 상,하 이동되는 중간플레이트(400)의 가압위치를 고정할 수 있는 장점이 있다.

이렇게 중간플레이트(400)의 가압력으로 이차전지 셀을 고정하므로, 이차전지 셀이 전기화학 성능 평가 시 발생하는 가스로 인해 셀의 중앙부분이 부풀어 팽창하는 것을 방지할 수 있다. 셀의 팽창 방지는 셀의 전극과 전극 사이의 대면 구조의 변형 현상을 억제할 수 있어 전극의 접촉 저항을 개선 시킬 수 있는 효과가 있다.

이상과 같이 본 발명은 이차전지 셀 가압장치를 제공하는 것을 기본적인 기술적인 사상으로 하고 있음을 알 수 있으며, 이와 같은 본 발명의 기본적인 사상의 범주내에서, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서는 다른 많은 변형이 가능함은 물론이다.

100: 하부플레이트
200: 상부플레이트
300: 가이드바
400: 중간플레이트
500: 볼트조임구
600: 베어링
700: 가압력전달구
800: 스토퍼

Claims

하부플레이트;
상기 하부플레이트 상부에 구비된 상부플레이트;
상기 하부플레이트와 상기 상부플레이트 사이에 연결 설치되는 가이드바;
상기 가이드바를 따라 상,하 이동 가능한 중간플레이트;
상기 상부플레이트에 회전 결합되고 하부가 상기 중간플레이트와 연결되어 회전방향에 따라 상기 중간플레이트를 상,하 이동되게 하여 상기 하부플레이트와 상기 중간플레이트 사이에 위치한 이차전지 셀을 가압하는 볼트조임구;
상기 중간플레이트 상면에 설치되는 베어링;
상기 볼트조임구의 하부에 형성되고 상기 베어링과 결합되어 상기 볼트조임구 회전시 공회전되게 하며 상기 하부플레이트에 가압력 면적을 넓히고 균일하게 전달하는 가압력전달구;가 포함되되,
상기 볼트조임구에는,
상기 상부플레이트 상부에서 상기 볼트조임구에 회전 결합되어 상기 볼트조임구의 하향 이동 거리를 조절하여 제한할 수 있는 너트형 스토퍼가 구비되는 것을 특징으로 하는 이차전지 셀 가압장치.
제1항에 있어서,
상부플레이트와 중간플레이트는 절연체 또는 절연물질로 코팅되는 것을 특징으로 하는 이차전지 셀 가압장치.
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