KR102386656B1 - 이차전지 제조 장치의 파우치 실링 유닛 - Google Patents

이차전지 제조 장치의 파우치 실링 유닛 Download PDF

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KR102386656B1
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pouch
heat
windings
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김상일
김성근
전성진
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(주)엔에스
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Abstract

이차전지의 파우치를 실링할 수 있는 이차전지 제조 장치의 파우치 실링 유닛에 관한 것으로, 이차전지 제조 장치의 챔버 내에 배치되는 파우치 실링 유닛으로서, 파우치의 실링 영역에 접촉되는 실링탭, 상기 실링탭의 후면에 접촉되어 상기 실링탭에 열을 전달하는 실링바, 상기 실링바의 후면에 배치되어 열을 발생하는 히터, 그리고 상기 히터를 커버하는 히터 하우징을 포함하고, 상기 히터는, 길이 방향을 따라 특정 영역에서 다른 권선수로 코일이 감겨 있을 수 있다.

Description

이차전지 제조 장치의 파우치 실링 유닛{pouch sealing unit for secondary battery manufacturing apparatus}
본 발명은 이차전지의 파우치를 실링할 수 있는 이차전지 제조 장치의 파우치 실링 유닛에 관한 것이다.
일반적으로, 파우치형 이차전지 제조 방법은, 전극 조립체를 전해액과 함께 파우치에 수납하는 패키징 공정과, 패키징된 이차전지를 미리 정해진 시간만큼 에이징하는 에이징 공정과, 패키징 공정과 에이징 공정 중에 이차전지의 내부에서 발생한 내부 가스를 외부로 배출시키는 1차 디개싱 공정과, 이차전지에 대한 최초의 충방전을 실시하여 이차전지를 활성화시키는 충방전 공정과, 이차전지의 활성화 중에 발생한 내부 가스를 외부로 배출시키는 2차 디개싱 공정을 포함한다.
또한, 1차 디개싱 공정과 2차 디개싱 공정(이하, '디개싱 공정'이라고 함)을 실시하기 위하여, 이차전지를 진공 챔버의 내부 공간에 투입하고, 이후에 파우치의 일부를 절개하여 이차전지의 내부 가스를 파우치의 절개부를 통해 진공 챔버의 내부 공간으로 배출시켜 디개싱을 실시하는 파우치형 이차전지 제조 장치가 개발되어 사용되고 있다.
이러한, 파우치형 이차전지 제조 장치는, 디개싱 공정을 수행한 이후에 이차전지의 전해액 누유를 차단하기 위해 파우치를 실링하는 파우치 실링 유닛을 포함할 수 있다.
하지만, 파우치 실링 유닛은, 파우치의 실링 영역에 접촉되는 실링탭의 온도가 균일하지 못하므로, 파우치의 일부 실링면에서 접착력이 저하되는 현상이 발생할 수 있다.
이처럼, 파우치의 일부 실링면에서 접착력이 저하될 경우, 파우치 내부의 전해액이 누유되어 이차전지의 수명이 저하되는 문제가 있었다.
그 이유는, 챔버의 내부 환경에 따라 내부 공간의 위치별로 온도가 서로 다르기 때문에 파우치 실링 장치 중 히터의 열을 실링탭으로 전달하는 실링바 및 그에 접촉되어 파우치를 실링하는 실링탭도 해당 영역 위치에 따라 온도가 달라지기 때문이다.
특히, 배터리가 대형화될수록 파우치의 크기도 커지므로 실링바의 길이도 길어지게 되어 이러한 온도 불균일 현상은, 더욱 두드러지게 발생될 수 있다.
따라서, 향후, 배터리의 크기가 대형화되어도 균일한 온도로 파우치를 실링하여 전해액 누유 현상을 차단하고 실링 공정 수율이 향상될 수 있는 파우치 실링 유닛의 개발이 요구되고 있다.
대한민국 등록특허 10-1644116호(2016년 07월 25일)
본 발명은, 상술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 파우치의 실링면 전체에 균일한 온도를 제공함으로써, 파우치의 실링면 전체를 균일하게 실링할 수 있는 이차전지 제조 장치의 파우치 실링 유닛을 제공하는데 그 목적이 있다.
상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 이차전지 제조 장치의 파우치 실링 유닛은, 이차전지 제조 장치의 챔버 내에 배치되는 파우치 실링 유닛으로서, 파우치의 실링 영역에 접촉되는 실링탭, 상기 실링탭의 후면에 접촉되어 상기 실링탭에 열을 전달하는 실링바, 상기 실링바의 후면에 배치되어 열을 발생하는 히터, 그리고 상기 히터를 커버하는 히터 하우징을 포함하고, 상기 히터는, 길이 방향을 따라 특정 영역에서 다른 권선수로 코일이 감겨 있을 수 있다.
파우치 실링 유닛의 대안적인 실시예에서, 상기 히터는, 가장 자리 영역에서 제1 권선수로 코일이 감겨 있고, 중앙 영역에서 상기 제1 권선수보다 더 적은 제2 권선수로 코일이 감겨 있을 수 있다.
파우치 실링 유닛의 대안적인 실시예에서, 상기 히터는, 상기 가장 자리 영역과 상기 중앙 영역 사이의 경계 영역에서 제3 권선수로 코일이 감겨 있고, 상기 제3 권선수는, 상기 제1 권선수보다 더 적고 상기 제2 권선수보다 더 많을 수 있다.
파우치 실링 유닛의 대안적인 실시예에서, 상기 히터는, 가장 자리 영역에서 중앙 영역으로 갈수록 권선수가 그레디언트(gradient)하게 감소되는 코일이 감겨 있거나, 또는 상기 중앙 영역에서 상기 가장 자리 영역으로 갈수록 상기 권선수가 그레디언트하게 증가되는 코일이 감겨 있을 수 있다.
파우치 실링 유닛의 대안적인 실시예에서, 상기 히터는, 일측 끝단이 상기 히터 하우징에 의해 개방되고, 타측 끝단이 상기 히터 하우징에 의해 폐쇄될 수 있다.
파우치 실링 유닛의 대안적인 실시예에서, 상기 히터는, 상기 히터 하우징에 의해 개방된 일측 끝단에 전원을 인가하는 배선이 연결될 수 있다.
파우치 실링 유닛의 대안적인 실시예에서, 상기 히터는, 상기 히터 하우징의 내측에 타측 끝단이 접촉될 수 있다.
파우치 실링 유닛의 대안적인 실시예에서, 상기 히터는, 상기 실링바의 후면에 복수 개가 배치되고, 상기 복수 개의 히터들은, 상기 실링바의 길이 방향을 따라 일렬로 배치될 수 있다.
파우치 실링 유닛의 대안적인 실시예에서, 상기 복수 개의 히터들은, 각각 서로 다른 권선수로 코일이 감겨 있을 수 있다.
파우치 실링 유닛의 대안적인 실시예에서, 상기 히터의 일측 끝단이 위치하는 상기 히터 하우징의 일측면에 배치되는 제1 열차단 부재, 그리고 상기 히터의 타측 끝단이 위치하는 상기 히터 하우징의 타측면에 배치되는 제2 열차단 부재를 더 포함할 수 있다.
파우치 실링 유닛의 대안적인 실시예에서, 상기 제1 열차단 부재는, 상기 히터의 일측 끝단에 연결되는 배선을 가이드하는 가이드 홈이 형성될 수 있다.
파우치 실링 유닛의 대안적인 실시예에서, 상기 히터의 일측 끝단이 위치하는 상기 히터 하우징의 일측면에 배치되는 열차단 부재, 그리고 상기 히터의 타측 끝단이 위치하는 상기 히터 하우징의 타측면에 배치되는 쿨링 부재를 더 포함할 수 있다.
파우치 실링 유닛의 대안적인 실시예에서, 상기 실링바와 상기 히터 하우징의 상부면과 하부면을 커버하는 열차단 커버를 더 포함할 수 있다.
파우치 실링 유닛의 대안적인 실시예에서, 상기 히터 하우징은, 상기 실링바의 밑면에 접촉되어 상기 실링바를 지지하는 지지부, 그리고 상기 실링바의 후면에 접촉되어 상기 실링바를 고정하는 고정부를 포함할 수 있다.
본 발명의 파우치 실링 유닛은, 다음과 같은 효과를 갖는다.
본 발명은, 파우치의 실링면 전체에 균일한 온도를 제공함으로써, 파우치의 실링면 전체를 균일하게 실링하여 전해액 누유 현상을 차단하고 실링 공정 수율을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명은, 배터리의 크기가 대형화되어도 파우치의 전체 실링면을 균일한 온도로 실링할 수 있으므로, 대형 이차전지의 생산성을 향상시킬 수 있다.
도 1은, 본 발명 일실시예에 따른 파우치 실링 유닛을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는, 도 1의 파우치 실링 유닛을 상세히 설명하기 위한 도면이다.
도 3 내지 도 6은, 단일 히터를 갖는 파우치 실링 유닛의 코일 권선수를 설명하기 위한 도면이다.
도 7 내지 도 9는, 복수 히터를 갖는 파우치 실링 유닛의 코일 권선수를 설명하기 위한 도면이다.
도 10 및 도 11은, 본 발명의 파우치 실링 유닛을 포함하는 이차전지 제조 장치를 설명하기 위한 도면이다.
이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명의 실시예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 실시예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
본 발명의 실시예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 또한, 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가진 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
도 1은, 본 발명 일실시예에 따른 파우치 실링 유닛을 설명하기 위한 도면이고, 도 2는, 도 1의 파우치 실링 유닛을 상세히 설명하기 위한 도면이다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 이차전지 제조 장치의 챔버 내에 배치되는 파우치 실링 유닛(500)은, 파우치(P)의 실링 영역에 접촉되는 실링탭(510), 실링탭(510)의 후면에 접촉되어 실링탭(510)에 열을 전달하는 실링바(520), 실링바(520)의 후면에 배치되어 열을 발생하는 히터(530), 그리고 히터(530)를 커버하는 히터 하우징(540)을 포함할 수 있다.
그리고, 본 발명은, 실링바(520)와 히터 하우징(540)의 상부면과 하부면을 커버하는 열차단 커버(580)를 더 포함할 수 있다.
여기서, 열차단 커버(580)를 배치하는 이유는, 히터(530)에서 발생한 열이 외부로 방출되는 것을 최소화하여 챔버 내부의 다양한 환경에서도 실링 온도를 유지하기 위함이다.
일 예로, 열차단 커버(580)는, 열전달율이 낮는 소재를 사용할 수 있다.
또한, 히터 하우징(540)은, 실링바(520)의 밑면에 접촉되어 실링바(520)를 지지하는 지지부(542)와, 실링바(520)의 후면에 접촉되어 실링바(520)를 고정하는 고정부(544)를 포함할 수 있다.
여기서, 히터 하우징(540)은, 지지부(542)가 실링바(520)의 밑면에 접촉되고, 고정부(544)가 실링바(520)의 후면에 접촉되어, 히터(530)에서 발생한 열을 신속하게 균일하게 실링바(520)로 전달할 수 있다.
또한, 실링바(520)는, 실링탭(510)의 양끝단 영역에 위치하는 체결부재(522)에 의해 히터 하우징(540)에 체결될 수 있는데, 이에 한정되지는 않는다.
다음, 히터(530)는, 길이 방향을 따라 특정 영역에서 다른 권선수로 코일이 감겨 있을 수 있다.
그 이유는, 이차전지 제조장치의 챔버 내부에서, 실링바(520) 및 실링탭(510)의 위치에 따라 열이 외부로 방출하는 방출량이 달라, 실링바(520) 및 실링탭(510)의 실링 온도가 전체 면적에 균일하지 않기 때문에, 열이 외부로 많이 방출되는 영역에 히터(530)의 코일 권선수를 늘려 온도를 높이기 위함이다.
따라서, 실링바(520) 및 실링탭(510)의 전체 면적 중 열의 방출로 인하여 실링 온도가 기준 온도보다 더 낮아지는 영역에 히터(530) 코일의 권선수를 늘려 기준 온도보다 더 높은 온도의 열을 발생시킬 수 있다.
일 예로, 히터(530)는, 가장 자리 영역에서 제1 권선수로 코일이 감겨 있고, 중앙 영역에서 상기 제1 권선수보다 더 적은 제2 권선수로 코일이 감겨 있을 수 있다.
여기서, 제1 권선수와 제2 권선수의 비는, 2 : 1 ~ 3 : 1일 수 있는데, 이에 한정되지는 않는다.
그 이유는, 실링바(520) 및 실링탭(510)의 전체 영역 중 가장자리 영역이 챔버 내부 공간에 접하는 영역이므로, 상대적으로 열이 외부로 더 많이 방출되기 때문이다.
경우에 따라, 히터(530)는, 가장 자리 영역과 중앙 영역 사이의 경계 영역에서 제3 권선수로 코일이 감겨 있을 수 있다.
여기서, 제3 권선수는, 제1 권선수보다 더 적고 제2 권선수보다 더 많을 수 있다.
그 이유는, 히터(530)의 가장 자리 영역과 중앙 영역 사이의 경계에서, 온도가 급격히 저하되는 것을 방지하기 위함이다.
다른 경우로서, 히터(530)는, 가장 자리 영역과 중앙 영역 사이의 경계 영역에서 제3 권선수로 코일이 감겨 있고, 제3 권선수는, 가장 자리 영역에서 중앙 영역으로 갈수록 그레디언트(gradient)하게 감소하거나, 또는 중앙 영역에서 가장 자리 영역으로 갈수록 그레디언트하게 증가할 수도 있다.
여기서, 제3 권선수의 최대 권선수는, 제1 권선수보다 더 적고, 제3 권선수의 최소 권선수는, 제2 권선수보다 더 많을 수 있다.
그 이유는, 히터(530)의 가장 자리 영역과 중앙 영역 사이의 경계에서, 온도가 급격히 저하되는 것을 방지하기 위함이다.
또 다른 경우로서, 히터(530)는, 가장 자리 영역에서 중앙 영역으로 갈수록 권선수가 그레디언트(gradient)하게 감소되는 코일이 감겨 있거나, 또는 중앙 영역에서 가장 자리 영역으로 갈수록 권선수가 그레디언트하게 증가되는 코일이 감겨 있을 수도 있다.
그 이유는, 실링바(520) 및 실링탭(510)의 전체 영역 중 가장자리 영역이 챔버 내부 공간에 접하는 영역이므로, 상대적으로 열이 외부로 더 많이 방출되기 때문이다.
또한, 히터(530)의 가장 자리 영역에서 중앙 영역까지 온도의 변화가 커지지 않고 안정적인 온도로 열을 발생시키기 위함이다.
그리고, 히터(530)는, 일측 끝단이 히터 하우징(540)에 의해 개방되고, 타측 끝단이 히터 하우징(540)에 의해 폐쇄될 수 있다.
여기서, 히터(530)는, 히터 하우징(540)에 의해 개방된 일측 끝단에 전원을 인가하는 배선(532)이 연결될 수 있다.
그 이유는, 히터(530)의 가장 자리 영역에서 열이 외부로 방출되는 것을 최소화하기 위함이다.
또한, 히터(530)는, 히터 하우징(540)의 내측에 타측 끝단이 접촉될 수 있다.
그 이유는, 히터 하우징(540)의 내측에 접촉되어 안정적으로 지지될 수 있으며, 히터 하우징(540)의 외측에 배치된 열차단 부재에 의해 열 방출을 최소화할 수 있기 때문이다.
다른 실시예로서, 히터(530)는, 실링바(520)의 후면에 복수 개가 배치되고, 복수 개의 히터(530)들은, 실링바(520)의 길이 방향을 따라 일렬로 배치될 수 있다.
여기서, 복수 개의 히터(530)들은, 각각 서로 다른 권선수로 코일이 감겨 있을 수 있다.
일 예로, 복수 개의 히터(530)들은, 실링바(520)의 일측 가장 자리 후면에 배치되는 제1 히터, 실링바(520)의 타측 가장 자리 후면에 배치되는 제2 히터, 그리고 실링바(520) 후면의 제1, 제2 히터 사이에 배치되는 제3 히터를 포함할 수 있다.
여기서, 제1 히터는, 제1 권선수로 코일이 감겨 있고, 제2 히터는, 제2 권선수로 코일이 감겨 있으며, 제3 히터는, 제1, 제2 권선수보다 더 적은 제3 권선수로 코일이 감겨 있을 수 있다.
그 이유는, 실링바(520) 및 실링탭(510)의 전체 영역 중 가장자리 영역이 챔버 내부 공간에 접하는 영역이므로, 상대적으로 열이 외부로 더 많이 방출되기 때문이다.
일 예로, 제1, 제2 권선수 중 어느 한 권선수와 제3 권선수의 비는, 2 : 1 ~ 3 : 1일 수 있는데, 이에 한정되지는 않는다.
또한, 제1 히터의 제1 권선수는, 제2 히터의 제2 권선수와 동일할 수 있다.
경우에 따라, 제1 히터의 제1 권선수는, 제2 히터의 제2 권선수와 다를 수 있다.
또한, 제1 히터는, 챔버 내부의 가장자리 영역에 위치하고, 제2 히터는, 챔버 내부의 중앙영역에 위치하며, 제1 히터의 제1 권선수는, 제2 히터의 제2 권선수보다 더 많을 수 있다.
그 이유는, 제2 히터가 챔버 내부의 중앙영역에 위치하므로 챔버 내부의 가장자리 영역에 위치하는 제1 히터에 비해 상대적으로 열의 방출량이 더 적기 때문이다.
다른 경우로서, 제1, 제2 히터는, 일측 끝단에서 제3 히터에 인접하는 타측 끝단으로 갈수록 코일의 권선수가 그레디언트(gradient)하게 감소하거나, 또는 제3 히터에 인접하는 타측 끝단에서 일측 끝단으로 갈수록 코일의 권선수가 그레디언트하게 증가할 수 있다.
여기서, 제1, 제2 히터는, 코일의 최대 권선수가 제3 히터의 코일 권선수보다 더 적을 수 있다.
그 이유는, 실링바(520) 및 실링탭(510)의 전체 영역 중 가장자리 영역이 챔버 내부 공간에 접하는 영역이므로, 상대적으로 열이 외부로 더 많이 방출되기 때문이다.
또한, 제1, 제2 히터가 일측 끝단에서 제3 히터에 인접하는 타측 끝단까지 온도의 변화가 커지지 않고 안정적인 온도로 열을 발생시키기 위함이다.
또 다른 경우로서, 제3 히터는, 길이 방향을 따라 특정 영역에서 다른 권선수로 코일이 감겨 있을 수도 있다.
여기서, 제3 히터는, 가장 자리 영역에 위치한 코일의 권선수가 중앙 영역에 위치한 코일의 권선수보다 더 적을 수 있다.
다른 예로, 제3 히터는, 가장 자리 영역에서 중앙 영역으로 갈수록 코일의 권선수가 그레디언트(gradient)하게 감소되거나, 또는 중앙 영역에서 가장 자리 영역으로 갈수록 코일의 권선수가 그레디언트하게 증가될 수도 있다.
그 이유는, 제3 히터가 가장자리 영역에서 중앙 영역까지 온도의 변화가 커지지 않고 안정적인 온도로 열을 발생시키기 위함이다.
또한, 제1, 제2, 제3 히터는, 서로 동일한 길이를 가질 수 있다.
경우에 따라, 제1, 제2 히터는, 제3 히터의 길이와 다른 길이를 가질 수도 있다.
일 예로, 제1, 제2 히터는, 제3 히터의 길이보다 더 길 수 있다.
그 이유는, 실링바(520) 및 실링탭(510)의 전체 영역 중 가장자리 영역이 챔버 내부 공간에 접하는 영역이므로, 상대적으로 열이 외부로 더 많이 방출되기 때문이다.
다른 경우로서, 제1 히터는, 챔버 내부의 가장자리 영역에 위치하고, 제2 히터는, 챔버 내부의 중앙영역에 위치하며, 제1 히터의 길이는, 제2 히터의 길이보다 더 길 수 있다.
그 이유는, 제2 히터가 챔버 내부의 중앙영역에 위치하므로 챔버 내부의 가장자리 영역에 위치하는 제1 히터에 비해 상대적으로 열의 방출량이 더 적기 때문이다.
또한, 히터(530)의 길이는, 실링탭(510) 및 실링바(520)의 길이 이상일 수 있는데, 이에 한정되지는 않는다.
그 이유는, 히터(530)에서 발생한 열을 실링탭(510) 및 실링바(520)의 전체 면적에 균일하게 전달하기 위함이다.
다음, 본 발명은, 히터(530)의 일측 끝단이 위치하는 히터 하우징(540)의 일측면에 배치되는 제1 열차단 부재(550)와, 히터(530)의 타측 끝단이 위치하는 히터 하우징(540)의 타측면에 배치되는 제2 열차단 부재(560)를 더 포함할 수 있다.
그 이유는, 히터(530)의 가장자리 영역이 챔버 내부 공간에 접하는 영역이므로, 상대적으로 열이 외부로 더 많이 방출되기 때문이다.
일 예로, 제1 열차단 부재(550)는, 히터(530)의 일측 끝단에 연결되는 배선(532)을 가이드하는 가이드 홈(534)이 형성될 수 있다.
그리고, 제1, 제2 열차단 부재(550, 560)는, 히터 하우징(540)의 측면과 실링바(520)의 측면에 접촉될 수 있다.
그 이유는, 실링바(520) 및 실링탭(510)의 전체 영역 중 가장자리 영역이 챔버 내부 공간에 접하는 영역이므로, 상대적으로 열이 외부로 더 많이 방출되기 때문이다.
일 예로, 제1, 제2 열차단 부재(550, 560)는, 히터 하우징(540)의 측면과의 접촉 면적이, 실링바(520)의 측면과의 접촉 면적보다 더 넓을 수 있는데, 이에 한정되지는 않는다.
그 이유는, 히터 하우징(540)의 측면이 챔버 내부 공간에 접하는 영역이, 실링바(520)의 측면이 챔버 내부 공간에 접하는 영역보다 더 넓기 때문에 열의 방출량이 상대적으로 더 많기 때문이다.
또한, 제1 열차단 부재(550)와 히터 하우징(540)의 측면과의 접촉 면적은, 제2 열차단 부재(560)와 히터 하우징(540)의 측면과의 접촉 면적보다 더 넓을 수 있다.
그 이유는, 제2 열차단 부재(560)에 접촉되는 히터 하우징(540)의 측면이 챔버 내부의 중앙영역에 위치하므로 챔버 내부의 가장자리 영역에 위치하는 제1 열차단 부재(550)에 접촉되는 히터 하우징(540)의 측면에 비해 상대적으로 열의 방출량이 더 적기 때문이다.
다른 실시예로서, 본 발명은, 히터(530)의 일측 끝단이 위치하는 히터 하우징(540)의 일측면에 배치되는 열차단 부재와, 히터(530)의 타측 끝단이 위치하는 히터 하우징(540)의 타측면에 배치되는 쿨링 부재를 더 포함할 수도 있다.
그 이유는, 쿨링 부재에 접촉되는 히터 하우징(540)의 측면이 챔버 내부의 중앙영역에 위치하므로 챔버 내부의 가장자리 영역에 위치하는 열차단 부재에 접촉되는 히터 하우징의 측면에 비해 상대적으로 열의 방출량이 더 적기 때문에 쿨링 부재를 통해 열을 방출시켜 상대적으로 높은 온도를 낮출 수 있다.
따라서, 본 발명은, 열차단 부재와 쿨링 부재의 배치를 통해 실링 온도를 균일하게 제어할 수 있다.
또한, 열차단 부재는, 히터(530)의 일측 끝단에 연결되는 배선을 가이드하는 가이드 홈이 형성될 수 있다.
그리고, 열차단 부재와 쿨링 부재는, 히터 하우징(540)의 측면과 실링바(520)의 측면에 접촉될 수 있다.
일 예로, 열차단 부재와 쿨링 부재는, 히터 하우징(540)의 측면과의 접촉 면적이, 실링바(520)의 측면과의 접촉 면적보다 더 넓을 수 있다.
경우에 따라, 열차단 부재와 히터 하우징의 측면과의 접촉 면적은, 쿨링 부재와 히터 하우징의 측면과의 접촉 면적이 다를 수 있다.
따라서, 본 발명은, 열차단 부재와 쿨링 부재의 접촉 면적을 통해 실링 온도를 균일하게 제어할 수도 있다.
다음, 본 발명의 히터(530)는, 히터 하우징(540)의 내부 영역 중 실링바(520)에 인접하는 영역에 배치될 수 있다.
그 이유는, 히터(530)를 실링바(520)에 최대로 가까운 영역에 배치함으로써, 히터(530)에서 발생한 열이 손실되는 것을 방지하기 위함이다.
이와 같이, 본 발명은, 파우치의 실링면 전체에 균일한 온도를 제공함으로써, 파우치의 실링면 전체를 균일하게 실링하여 전해액 누유 현상을 차단하고 실링 공정 수율을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명은, 배터리의 크기가 대형화되어도 파우치의 전체 실링면을 균일한 온도로 실링할 수 있으므로, 대형 이차전지의 생산성을 향상시킬 수 있다.
도 3 내지 도 6은, 단일 히터를 갖는 파우치 실링 유닛의 코일 권선수를 설명하기 위한 도면이다.
도 3 내지 도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명은, 단일 히터(530)의 코일 권선수를 통해 실링 온도를 균일하게 제어할 수 있다.
여기서, 히터(530)는, 길이 방향을 따라 특정 영역에서 다른 권선수로 코일(538)이 감겨 있을 수 있다.
그 이유는, 이차전지 제조장치의 챔버 내부에서, 실링바 및 실링탭의 위치에 따라 열이 외부로 방출하는 방출량이 달라, 실링바 및 실링탭의 실링 온도가 전체 면적에 균일하지 않기 때문에, 열이 외부로 많이 방출되는 영역에 히터(530)의 코일 권선수를 늘려 온도를 높이기 위함이다.
따라서, 실링바 및 실링탭의 전체 면적 중 열의 방출로 인하여 실링 온도가 기준 온도보다 더 낮아지는 영역에 히터(530) 코일(538)의 권선수를 늘려 기준 온도보다 더 높은 온도의 열을 발생시킬 수 있다.
도 3과 같이, 히터(530)는, 가장 자리 영역에서 제1 권선수로 코일(538)이 감겨 있고, 중앙 영역에서 상기 제1 권선수보다 더 적은 제2 권선수로 코일(538)이 감겨 있을 수 있다.
여기서, 제1 권선수와 제2 권선수의 비는, 2 : 1 ~ 3 : 1일 수 있는데, 이에 한정되지는 않는다.
그 이유는, 실링바 및 실링탭의 전체 영역 중 가장자리 영역이 챔버 내부 공간에 접하는 영역이므로, 상대적으로 열이 외부로 더 많이 방출되기 때문이다.
경우에 따라, 도 4와 같이, 히터(530)는, 가장 자리 영역과 중앙 영역 사이의 경계 영역에서 제3 권선수로 코일(538)이 감겨 있을 수 있다.
여기서, 제3 권선수는, 제1 권선수보다 더 적고 제2 권선수보다 더 많을 수 있다.
그 이유는, 히터(530)의 가장 자리 영역과 중앙 영역 사이의 경계에서, 온도가 급격히 저하되는 것을 방지하기 위함이다.
다른 경우로서, 도 5와 같이, 히터(530)는, 가장 자리 영역과 중앙 영역 사이의 경계 영역에서 제3 권선수로 코일(538)이 감겨 있고, 제3 권선수는, 가장 자리 영역에서 중앙 영역으로 갈수록 그레디언트(gradient)하게 감소하거나, 또는 중앙 영역에서 가장 자리 영역으로 갈수록 그레디언트하게 증가할 수도 있다.
여기서, 제3 권선수의 최대 권선수는, 제1 권선수보다 더 적고, 제3 권선수의 최소 권선수는, 제2 권선수보다 더 많을 수 있다.
그 이유는, 히터(530)의 가장 자리 영역과 중앙 영역 사이의 경계에서, 온도가 급격히 저하되는 것을 방지하기 위함이다.
또 다른 경우로서, 도 6과 같이, 히터(530)는, 가장 자리 영역에서 중앙 영역으로 갈수록 권선수가 그레디언트(gradient)하게 감소되는 코일(538)이 감겨 있거나, 또는 중앙 영역에서 가장 자리 영역으로 갈수록 권선수가 그레디언트하게 증가되는 코일(538)이 감겨 있을 수도 있다.
그 이유는, 히터(530)의 가장 자리 영역에서 중앙 영역까지 온도의 변화가 커지지 않고 안정적인 온도로 열을 발생시키기 위함이다.
도 7 내지 도 9는, 복수 히터를 갖는 파우치 실링 유닛의 코일 권선수를 설명하기 위한 도면이다.
도 7 내지 도 9에 도시된 바와 같이, 본 발명은, 복수 히터(530)의 코일 권선수 및 히터(530) 길이 중 적어도 어느 하나를 통해 실링 온도를 균일하게 제어할 수 있다.
여기서, 복수 개의 히터(530)들은, 길이 방향을 따라 일렬로 배치될 수 있고, 각각 서로 다른 권선수로 코일이 감겨 있을 수 있다.
도 7과 같이, 복수 개의 히터(530)들은, 실링바의 일측 가장 자리 후면에 배치되는 제1 히터(530a), 실링바의 타측 가장 자리 후면에 배치되는 제2 히터(530b), 그리고 실링바 후면의 제1, 제2 히터(530a, 530b) 사이에 배치되는 제3 히터(530c)를 포함할 수 있다.
여기서, 제1 히터(530a)는, 제1 권선수로 코일이 감겨 있고, 제2 히터(530b)는, 제2 권선수로 코일이 감겨 있으며, 제3 히터(530c)는, 제1, 제2 권선수보다 더 적은 제3 권선수로 코일이 감겨 있을 수 있다.
그 이유는, 실링바 및 실링탭의 전체 영역 중 가장자리 영역이 챔버 내부 공간에 접하는 영역이므로, 상대적으로 열이 외부로 더 많이 방출되기 때문이다.
일 예로, 제1, 제2 권선수 중 어느 한 권선수와 제3 권선수의 비는, 2 : 1 ~ 3 : 1일 수 있는데, 이에 한정되지는 않는다.
그리고, 제1 히터(530a)의 제1 권선수는, 제2 히터(530b)의 제2 권선수와 동일할 수 있다.
또한, 제1, 제2, 제3 히터(530a, 530b, 530c)는, 서로 동일한 길이를 가질 수 있다.
경우에 따라, 제1, 제2 히터(530a, 530b)는, 제3 히터(530c)의 길이와 다른 길이를 가질 수도 있다.
일 예로, 제1, 제2 히터(530a, 530b)는, 제3 히터(530c)의 길이보다 더 길 수 있다.
그 이유는, 실링바 및 실링탭의 전체 영역 중 가장자리 영역이 챔버 내부 공간에 접하는 영역이므로, 상대적으로 열이 외부로 더 많이 방출되기 때문이다.
다른 경우로서, 제1 히터(530a)는, 챔버 내부의 가장자리 영역에 위치하고, 제2 히터(530b)는, 챔버 내부의 중앙영역에 위치하며, 제1 히터(530a)의 길이는, 제2 히터(530b)의 길이보다 더 길 수 있다.
그 이유는, 제2 히터(530b)가 챔버 내부의 중앙영역에 위치하므로 챔버 내부의 가장자리 영역에 위치하는 제1 히터(530a)에 비해 상대적으로 열의 방출량이 더 적기 때문이다.
또한, 도 8과 같이, 제1 히터(530a)의 제1 권선수는, 제2 히터(530b)의 제2 권선수와 다를 수 있다.
제1 히터(530a)는, 챔버 내부의 가장자리 영역에 위치하고, 제2 히터(530b)는, 챔버 내부의 중앙영역에 위치하며, 제1 히터(530a)의 제1 권선수는, 제2 히터(530b)의 제2 권선수보다 더 많을 수 있다.
그 이유는, 제2 히터(530b)가 챔버 내부의 중앙영역에 위치하므로 챔버 내부의 가장자리 영역에 위치하는 제1 히터(530a)에 비해 상대적으로 열의 방출량이 더 적기 때문이다.
또한, 도 9와 같이, 제3 히터(530c)는, 가장 자리 영역에서 중앙 영역으로 갈수록 코일의 권선수가 그레디언트(gradient)하게 감소되거나, 또는 중앙 영역에서 가장 자리 영역으로 갈수록 코일의 권선수가 그레디언트하게 증가될 수도 있다.
그 이유는, 제3 히터(530c)가 가장자리 영역에서 중앙 영역까지 온도의 변화가 커지지 않고 안정적인 온도로 열을 발생시키기 위함이다.
다른 경우로서, 제1, 제2 히터(530a, 530b)는, 일측 끝단에서 제3 히터(530c)에 인접하는 타측 끝단으로 갈수록 코일의 권선수가 그레디언트(gradient)하게 감소하거나, 또는 제3 히터(530c)에 인접하는 타측 끝단에서 일측 끝단으로 갈수록 코일의 권선수가 그레디언트하게 증가할 수 있다.
여기서, 제1, 제2 히터(530a, 530b)는, 코일의 최대 권선수가 제3 히터(530c)의 코일 권선수보다 더 적을 수 있다.
그 이유는, 제1, 제2 히터(530a, 530b)가 일측 끝단에서 제3 히터(530c)에 인접하는 타측 끝단까지 온도의 변화가 커지지 않고 안정적인 온도로 열을 발생시키기 위함이다.
또 다른 경우로서, 제3 히터(530c)는, 길이 방향을 따라 특정 영역에서 다른 권선수로 코일이 감겨 있을 수도 있다.
여기서, 제3 히터(530c)는, 가장 자리 영역에 위치한 코일의 권선수가 중앙 영역에 위치한 코일의 권선수보다 더 적을 수 있다.
도 10 및 도 11은, 본 발명의 파우치 실링 유닛을 포함하는 이차전지 제조 장치를 설명하기 위한 도면으로서, 도 10은, 이차전지 제조 장치의 챔버 중 상부 포켓과 하부 포켓이 분리된 상태를 나타내는 도면이고, 도 11은, 이차전지 제조 장치의 챔버 중 상부 포켓과 하부 포켓이 결합된 상태를 나타내는 도면이다.
도 10 및 도 11에 도시된 바와 같이, 본 발명의 파우치 실링 유닛을 포함하는 이차전지 제조 장치는, 수용된 이차전지(B)의 파우치(P)를 이송하는 전지 이송 유닛(30)과 수용된 이차전지의 파우치를 가압하는 전지 가압 유닛(40)을 각각 구비하는 한쌍의 하부 포켓(10)과, 한쌍의 하부 포켓(10)으로부터 삽입되는 이차전지의 파우치들을 각각 피어싱하는 한쌍의 피어싱 유닛(50)과 이차전지(B)의 파우치(P)들을 실링하는 한쌍의 실링 유닛(60)이 구비되는 상부 포켓(20)을 포함할 수 있다.
상부 포켓(20)은, 고정되고, 한쌍의 하부 포켓(10)은, 상하 이동되어 상부 포켓(20)에 접촉 또는 이격될 수 있다.
그리고, 한쌍의 하부 포켓(10)은, 제1 이차전지의 파우치(P)를 수용하는 제1 하부 포켓과, 제2 이차전지의 파우치(P)를 수용하고 제1 하부 포켓에 대해 수평 방향으로 대칭되어 배치되는 제2 하부 포켓을 포함할 수 있다.
여기서, 제1, 제2 하부 포켓은, 동시에 상하 이동되어 상부 포켓(20)에 접촉 또는 이격될 수 있다.
또한, 한쌍의 하부 포켓(10)은, 이차전지(B)의 파우치(P)의 적어도 일부분이 상측 개구부를 통해 외부로 돌출되도록 이차전지가 수용되는 하부 공간과, 하부 공간에 수용된 이차전지를 이송하는 전지 이송 유닛(30)과, 하부 공간에 수용된 이차전지를 가압하는 전지 가압 유닛(40)을 각각 구비하며, 2열을 이루도록 배치될 수 있다.
그리고, 상부 포켓(20)은, 제1 이차전지의 파우치를 피어싱하는 제1 피어싱 유닛과 제1 이차전지의 파우치를 실링하는 제1 실링 유닛을 구비하는 제1 상부 공간과, 제2 이차전지의 파우치를 피어싱하는 제2 피어싱 유닛과 제2 이차전지의 파우치를 실링하는 제2 실링 유닛을 구비하는 제2 상부 공간을 포함할 수 있다.
여기서, 제1, 제2 피어싱 유닛은, 수평 방향으로 서로 대칭되어 배치되고, 제1, 제2 이차전지의 파우치를 동시에 또는 개별로 피어싱할 수 있다.
이어, 제1, 제2 실링 유닛은, 수평 방향으로 서로 대칭되어 배치되고, 제1, 제2 이차전지의 파우치를 동시에 또는 개별로 피어싱할 수 있다.
또한, 상부 포켓(20)은, 하부 포켓(10)들의 상측 개구부들을 통해 외부로 돌출된 한쌍의 파우치들이 한쌍의 하측 개구부들 중 어느 하나를 통해 각각 삽입되는 상부 공간과, 상부 공간에 삽입된 파우치들 중 어느 하나의 미리 정해진 피어싱 영역을 각각 피어싱하는 한쌍의 피어싱 유닛(50)들과, 상부 공간에 삽입된 파우치들 중 어느 하나의 미리 정해진 실링 영역을 각각 실링하는 한쌍의 실링 유닛(60)들을 구비할 수 있다.
일 예로, 피어싱 유닛(50)은, 상부 포켓(20) 내의 파우치 일측을 지지하는 지지부에 결합되어 파우치(P)의 소정 영역을 피어싱하는 피어싱부(53), 지지부 및 피어싱부(53)를 파우치(P)의 일측 방향으로 이송하는 피어싱 이송부(55), 파우치(P)의 타측을 지지하고 피어싱부(53)를 안내하는 가이드부(57), 그리고 가이드부(57)를 파우치(P)의 타측 방향으로 이송하는 가이드 이송부(59)를 포함할 수 있다.
여기서, 피어싱 이송부(53)와 가이드 이송부(59)는, 상부 포켓(20)의 일측에 상하 방향으로 배치될 수 있다.
그리고, 가이드 이송부(59)의 실린더 로드는, 상부 포켓(20)의 내부 공간 내에서 적어도 한 번 이상 절곡되는 절곡 구조 형상을 가지고, 피어싱 이송부(55)의 실린더 로드는, 상부 포켓(20)의 내부 공간 내에서 가이드 이송부(59)의 실린더 로드 하부에 위치하고 직선 구조 형상을 가질 수 있는데, 이에 한정되지는 않는다.
이어, 실링 유닛(60)은, 상부 포켓(20) 내의 파우치(P) 양측에 각각 배치되어 파우치의 실링 영역을 실링하는 제1, 제2 실링부(62, 64), 제1 실링부(62)를 소정 위치에 고정 배치하는 고정부(66), 그리고 제2 실링부(64)를 파우치 방향으로 이송하는 이송부(68)를 포함할 수 있다.
여기서, 제1 실링부(62)는, 실링 시, 고정부(66)에 고정되어 파우치(P)의 이송에 의해 파우치의 실링 영역 제1 측면에 접촉되고, 제2 실링부(64)는, 실링 시, 이송부(68)에 의해 이송되어 파우치의 실링 영역 제2 측면에 접촉될 수 있다.
일 예로, 제1, 제2 실링부(62, 64)는, 파우치(P)의 실링 영역에 접촉되는 실링탭, 실링탭의 후면에 접촉되어 실링탭에 열을 전달하는 실링바, 실링바의 후면에 배치되어 열을 발생하는 히터, 그리고 히터를 커버하는 히터 하우징을 포함할 수 있다.
여기서, 히터는, 길이 방향을 따라 특정 영역에서 다른 권선수로 코일이 감겨 있을 수 있다.
그 이유는, 이차전지 제조장치(1)의 챔버 내부에서, 실링바 및 실링탭의 위치에 따라 열이 외부로 방출하는 방출량이 달라, 실링바 및 실링탭의 실링 온도가 전체 면적에 균일하지 않기 때문에, 열이 외부로 많이 방출되는 영역에 히터의 코일 권선수를 늘려 온도를 높이기 위함이다.
따라서, 실링바 및 실링탭의 전체 면적 중 열의 방출로 인하여 실링 온도가 기준 온도보다 더 낮아지는 영역에 히터 코일의 권선수를 늘려 기준 온도보다 더 높은 온도의 열을 발생시킬 수 있다.
일 예로, 히터는, 가장 자리 영역에서 제1 권선수로 코일이 감겨 있고, 중앙 영역에서 상기 제1 권선수보다 더 적은 제2 권선수로 코일이 감겨 있을 수 있다.
그 이유는, 실링바 및 실링탭의 전체 영역 중 가장자리 영역이 챔버 내부 공간에 접하는 영역이므로, 상대적으로 열이 외부로 더 많이 방출되기 때문이다.
이처럼, 본 발명의 실링 유닛은, 단일 히터의 일부 영역의 코일 권선수 조절을 통해 실링 온도를 균일하게 제어할 수 있다.
또한, 본 발명의 실링 유닛은, 복수 히터의 각 히터별 코일 권선수 조절 및 각 히터별 길이 조절 중 적어도 어느 하나를 통해 실링 온도를 균일하게 제어할 수도 있다.
또한, 본 발명의 실링 유닛은, 열차단 부재들의 배치를 통해 실링 온도를 균일하게 제어할 수도 있다.
또한, 본 발명의 실링 유닛은, 열차단 부재와 쿨링 부재의 배치를 통해 실링 온도를 균일하게 제어할 수도 있다.
이와 같이, 본 발명은, 파우치의 실링면 전체에 균일한 온도를 제공함으로써, 파우치의 실링면 전체를 균일하게 실링하여 전해액 누유 현상을 차단하고 실링 공정 수율을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명은, 배터리의 크기가 대형화되어도 파우치의 전체 실링면을 균일한 온도로 실링할 수 있으므로, 대형 이차전지의 생산성을 향상시킬 수 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다.
따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
500: 파우치 실링 유닛
510: 실링탭
520: 실링바
530: 히터
532: 배선
534: 배선 가이드 홈
538: 코일
540: 히터 하우징
542: 지지부
544: 고정부
550: 제1 열차단 부재
560: 제2 열차단 부재
580: 열차단 커버

Claims (10)

  1. 이차전지 제조 장치의 챔버 내에 배치되는 파우치 실링 유닛에 있어서,
    파우치의 실링 영역에 접촉되는 실링탭;
    상기 실링탭의 후면에 접촉되어 상기 실링탭에 열을 전달하는 실링바;
    상기 실링바의 후면에 배치되어 열을 발생하는 히터; 그리고,
    상기 히터를 커버하는 히터 하우징을 포함하고,
    상기 히터는,
    길이 방향을 따라 특정 영역에서 다른 권선수로 코일이 감겨 있으며,
    상기 히터의 일측 끝단이 위치하는 상기 히터 하우징의 일측면에는,
    열차단 부재가 배치되고,
    상기 히터의 타측 끝단이 위치하는 상기 히터 하우징의 타측면에는,
    쿨링 부재가 배치되는 것을 특징으로 하는 파우치 실링 유닛.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 히터는,
    가장 자리 영역에서 제1 권선수로 코일이 감겨 있고,
    중앙 영역에서 상기 제1 권선수보다 더 적은 제2 권선수로 코일이 감겨 있는 것을 특징으로 하는 파우치 실링 유닛.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 히터는,
    일측 끝단이 상기 히터 하우징에 의해 개방되고, 타측 끝단이 상기 히터 하우징에 의해 폐쇄되는 것을 특징으로 하는 파우치 실링 유닛.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 히터는,
    상기 히터 하우징에 의해 개방된 일측 끝단에 전원을 인가하는 배선이 연결되는 것을 특징으로 하는 파우치 실링 유닛.
  5. 제3 항에 있어서,
    상기 히터는,
    상기 히터 하우징의 내측에 타측 끝단이 접촉되는 것을 특징으로 하는 파우치 실링 유닛.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 히터는,
    상기 실링바의 후면에 복수 개가 배치되고,
    상기 복수 개의 히터들은,
    상기 실링바의 길이 방향을 따라 일렬로 배치되는 것을 특징으로 하는 파우치 실링 유닛.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 히터의 일측 끝단이 위치하는 상기 히터 하우징의 일측면에 배치되는 제1 열차단 부재; 그리고,
    상기 히터의 타측 끝단이 위치하는 상기 히터 하우징의 타측면에 배치되는 제2 열차단 부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 파우치 실링 유닛.
  8. 삭제
  9. 제1 항에 있어서,
    상기 실링바와 상기 히터 하우징의 상부면과 하부면을 커버하는 열차단 커버를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 파우치 실링 유닛.
  10. 제1 항에 있어서,
    상기 히터 하우징은,
    상기 실링바의 밑면에 접촉되어 상기 실링바를 지지하는 지지부; 그리고,
    상기 실링바의 후면에 접촉되어 상기 실링바를 고정하는 고정부를 포함하는 것을 특징으로 하는 파우치 실링 유닛.
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