KR102407509B1 - 파우치 실링 장치 및 이차전지 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시 형태에 따른 파우치형 이차전지의 파우치를 실링하는 파우치 실링 장치는, 상기 파우치의 테두리 중 제1 영역을 가압 및 가열하는 한 쌍의 제1 실링 블록; 및 상기 한 쌍의 제1 실링 블록의 일측에 배치되어 제2 영역을 가압 및 가열하는 한 쌍의 제2 실링 블록;을 포함하고, 상기 제2 영역은 상기 파우치의 테두리 중 상기 제1 영역에 인접한 영역이고, 전극 조립체를 수용하는 공간으로부터 상기 제1 영역보다 가깝게 위치하는 영역이며, 상기 한 쌍의 제1 실링 블록과 상기 한 쌍의 제2 실링 블록은 서로 상이한 재질로 이루어지며, 상기 제1 영역과 제2 영역을 각각 가압 및 가열하는 압력 및 온도는 서로 상이한 것을 특징으로 한다.

Description

파우치 실링 장치 및 이차전지 제조방법{POUCH SEALING APPARATUS AND METHOD OF MANUFACTURING SECONDARY BATTERY}
본 발명은 파우치 실링 장치 및 이차전지 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 비디오 카메라, 휴대용 전화, 휴대용 컴퓨터, 디지털 카메라 등의 휴대용 무선기기의 경량화와 전기 자동차의 발전 및 고기능화에 따라서 그 구동용 전원으로 사용되는 이차전지의 경우, 소형이면서도 에너지 밀도가 높고, 충전 및 방전 특성이 우수할 필요가 있다.
이러한 이차전지로는, 예를 들어, 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지, 리튬 이차전지 등이 있으며, 이 중에서 특히 리튬 이차전지는 수명이 길고 에너지 밀도가 높다는 장점을 가지고 있다. 또한, 리튬 이차전지는 전해질의 종류에 따라서 액체 전해질을 사용하는 리튬 금속 전지 및 리튬 이온 전지와, 고분자고체 전해질을 사용하는 리튬 폴리머 전지로 구분할 수 있다.
그러나, 이러한 장점들을 갖는 반면에, 리튬 이차전지는 과충전, 고온 노출 등의 비정상적인 작동상태에 이르게 되면 내부 전해액이 분해되면서 고압의 가스가 발생하게 되고, 이에 의하여 이차전지의 변형을 유발하고, 수명을 단축시킬 수 있다는 문제가 있다. 특히, 스웰링(swelling) 현상이 발생하여 이차전지가 폭발하거나 발화하는 심각한 문제로 이어질 수 있어서 안정성을 확보하는 것이 중요하다.
이에 당 기술분야에서는 의도된 방향으로 가스가 배출되도록 하여 파우치형 이차전지의 안정성을 확보할 수 있는 파우치 실링 장치 및 이를 사용한 이차전지 제조방법이 요구되고 있다.
다만, 본 발명의 목적은 이에만 제한되는 것은 아니며, 명시적으로 언급하지 않더라도 아래에서 설명하는 과제의 해결수단이나 실시 형태로부터 파악될 수 있는 목적이나 효과도 이에 포함된다고 할 것이다.
본 발명의 일 실시 형태에 따른 파우치 실링 장치는, 파우치의 테두리 중 제1 영역을 가압 및 가열하는 한 쌍의 제1 실링 블록; 및 상기 한 쌍의 제1 실링 블록의 일측에 배치되어 제2 영역을 가압 및 가열하는 한 쌍의 제2 실링 블록;을 포함하고, 상기 제2 영역은, 상기 파우치의 테두리 중 상기 제1 영역에 인접한 영역이고, 전극 조립체를 수용하는 공간으로부터 상기 제1 영역보다 가깝게 위치하는 영역이며, 상기 한 쌍의 제1 실링 블록과 상기 한 쌍의 제2 실링 블록은 서로 상이한 재질로 이루어지며, 상기 제1 영역과 제2 영역을 각각 가압 및 가열하는 압력 및 온도는 서로 상이하되, 상기 한 쌍의 제2 실링 블록이 상기 제2 영역을 가열하는 온도는 상기 한 쌍의 제1 실링 블록이 상기 제1 영역을 가열하는 온도보다 낮을 수 있다.
상기 한 쌍의 제2 실링 블록이 상기 제2 영역에 가하는 압력은 상기 한 쌍의 제1 실링 블록이 상기 제1 영역에 가하는 압력보다 낮을 수 있다.
상기 한 쌍의 제1 실링 블록과 상기 한 쌍의 제2 실링 블록의 상기 파우치와 접하는 각각의 가압면은 서로 단차를 이룰 수 있다.
상기 한 쌍의 제1 실링 블록의 서로 마주하는 가압면 사이의 간격은 상기 한 쌍의 제2 실링 블록의 서로 마주하는 가압면 사이의 간격보다 더 좁을 수 있다.
상기 한 쌍의 제2 실링 블록의 상기 파우치와 접하는 가압면은 경사진 구조를 가질 수 있다.
상기 한 쌍의 제2 실링 블록의 서로 마주하는 가압면 사이의 간격은 상기 한 쌍의 제1 실링 블록에서 멀어질수록 증가할 수 있다.
상기 제1 실링 블록은 상기 파우치의 테두리의 폭을 기준으로 외측 영역과 접하고, 상기 제2 실링 블록은 내측 영역과 접할 수 있다.
상기 제1 실링 블록과 상기 제2 실링 블록을 일체로 고정시키는 하우징을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 형태에 따른 이차전지 제조방법은, 전극 조립체를 파우치의 내부 공간에 배치하는 단계; 서로 마주하는 한 쌍의 제1 실링 블록 사이와, 상기 한 쌍의 제1 실링 블록의 일측에 위치하여 서로 마주하는 한 쌍의 제2 실링 블록 사이에 상기 파우치의 테두리를 배치하는 단계; 및 상기 한 쌍의 제1 실링 블록을 통해 상기 파우치의 테두리 중 제1 영역을 열융착하여 제1 실링부를 형성하는 단계; 및 상기 한 쌍의 제2 실링 블록을 통해 상기 파우치의 테두리 중 상기 제1 영역에 인접한 영역인 제2 영역을 열융착하여 제2 실링부를 형성하는 단계;를 포함하고, 상기 제2 영역은, 전극 조립체를 수용하는 공간으로부터 상기 제1 영역보다 가깝게 위치하는 영역이며, 상기 한 쌍의 제1 실링 블록과 상기 한 쌍의 제2 실링 블록은 서로 상이한 재질로 이루어지고, 상기 제2 실링부를 형성하는 단계는 상기 제1 실링 블록의 강성에 비해 낮은 강성을 가지는 상기 제2 실링 블록으로 상기 제2 영역을 열융착하여 상기 제2 실링부를 형성할 수 있다.
상기 제1 실링 블록과 상기 제2 실링 블록은 압력과 온도 중 적어도 하나가 상이한 조건으로 상기 파우치를 열융착할 수 있다.
상기 제2 실링 블록은 압력과 온도 중 적어도 하나가 상기 제1 실링블록 보다 상대적으로 낮은 상태로 열융착할 수 있다.
상기 제1 실링부와 제2 실링부는 서로 상이한 접착력을 가질 수 있다.
상기 제1 실링부는 상기 파우치의 테두리 중 폭을 기준으로 외측 영역에 형성되고, 상기 제2 실링부는 내측 영역에 형성될 수 있다.
상기 제1 실링부와 상기 제2 실링부는, 상기 파우치의 테두리 중 상기 전극 조립체와 연결되어 상기 파우치의 외부로 연장된 전극 리드 및 상기 전극 리드를 감싸는 리드 필름을 포함하는 영역에 형성될 수 있다.
상기 제1 실링부를 형성하는 단계와 상기 제2 실링부를 형성하는 단계는 동시에 진행될 수 있다.
삭제
본 발명의 일 실시 형태에 따르면, 스웰링 현상의 발생 시 내부의 고압 가스를 의도된 방향으로 신속하게 방출할 수 있도록 하여 안정성을 확보할 수 있는 파우치 실링 장치 및 이차전지 제조방법이 제공될 수 있다.
본 발명의 다양하면서도 유익한 장점과 효과는 상술한 내용에 한정되지 않으며, 본 발명의 구체적인 실시 형태를 설명하는 과정에서 보다 쉽게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 파우치 실링 장치를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 2는 도 1의 파우치 실링 장치를 통한 파우치 테두리의 열융착 공정을 설명하는 도면이다.
도 3은 파우치 테두리에 형성된 제1 실링부 및 제2 실링부를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시 형태에 따른 파우치 실링 장치를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 5는 도 4의 파우치 실링 장치를 통한 파우치 테두리의 열융착 공정을 설명하는 도면이다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시 형태에 따른 파우치 실링 장치를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 7은 도 6의 파우치 실링 장치를 통한 파우치 테두리의 열융착 공정을 설명하는 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 이차전지 제조방법을 개략적으로 나타내는 흐름도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 이차전지를 개략적으로 나타내는 분해사시도이다.
도 10은 는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 이차전지를 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 11은 도 10의 평면도이다.
도 12a 및 도 12b는 열융착된 파우치의 테두리에 압력이 가해지는 상태를 개략적으로 나타내는 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 형태들을 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시 형태로 한정되는 것은 아니다.
또한, 본 발명의 실시형태는 당해 기술분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서, 도면에서 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있으며, 도면 상의 동일한 부호로 표시되는 요소는 동일한 요소이다. 본 명세서에서, '상', '상부', '상면', '하', '하부', '하면', '측면' 등의 용어는 도면을 기준으로 한 것이며, 실제로는 소자나 구성요소가 배치되는 방향에 따라 달라질 수 있을 것이다.
도 1 및 도 2를 참조하여 본 발명의 일 실시 형태에 따른 파우치 실링 장치를 설명한다. 도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 파우치 실링 장치를 개략적으로 나타내는 도면이고, 도 2는 도 1의 파우치 실링 장치를 통한 파우치 테두리의 열융착 공정을 설명하는 도면이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 파우치 실링 장치(1)는 한 쌍의 제1 실링 블록(10)과 한 쌍의 제2 실링 블록(20)을 포함할 수 있다. 그리고, 상기 제1 실링 블록(10)과 상기 제2 실링 블록(20)을 고정시키는 하우징(30)을 더 포함할 수 있다.
상기 한 쌍의 제1 실링 블록(10)은 제1 상부 실링 블록(11) 및 제1 하부 실링 블록(12)을 포함하며, 상기 제1 상부 실링 블록(11)과 제1 하부 실링 블록(12)은 서로 마주하는 구조로 배치될 수 있다.
상기 한 쌍의 제2 실링 블록(20)은 제2 상부 실링 블록(21) 및 제2 하부 실링 블록(22)을 포함하며, 상기 제2 상부 실링 블록(21)과 제2 하부 실링 블록(22)은 서로 마주하는 구조로 배치될 수 있다.
상기 한 쌍의 제2 실링 블록(20)은 상기 한 쌍의 제1 실링 블록(10)의 일측에 배치될 수 있다. 즉, 상기 제1 상부 실링 블록(11)의 일측에는 상기 제2 상부 실링 블록(21)이 배치되고, 상기 제1 하부 실링 블록(12)의 일측에는 상기 제2 하부 실링 블록(22)이 배치될 수 있다.
상기 한 쌍의 제1 실링 블록(10)과 상기 한 쌍의 제2 실링 블록(20)은 서로 상이한 재질로 이루어질 수 있다. 상기 한 쌍의 제1 실링 블록(10)은, 예를 들어, 금속 재질로 이루어질 수 있다. 상기 한 쌍의 제2 실링 블록(20)은 상기 제1 실링 블록(10)에 비해 상대적으로 플렉서블(flexible)한 재질로 이루어질 수 있으며, 예를 들어, 고무(rubber), 실리콘, 세라믹 등을 포함할 수 있다. 즉, 본 실시 형태에 따른 파우치 실링 장치(1)는 상이한 재질로 이루어진 2중 실링 블록 구조를 가질 수 있다.
상기 하우징(30)은 상기 제1 상부 실링 블록(11)과 제2 상부 실링 블록(21)을 일체로 고정시키고, 상기 제1 하부 실링 블록(12)과 제2 하부 실링 블록(22)을 일체로 고정시킬 수 있다.
상기 제1 및 제2 상부 실링 블록(11, 21)은 상기 하우징(30)에서 하부 방향을 향해 연장되며, 각각 탈착이 가능하게 고정될 수 있다. 그리고, 상기 제1 및 제2 하부 실링 블록(12, 22)은 상기 하우징(30)에서 상부 방향을 향해 연장되며, 각각 탈착이 가능하게 고정될 수 있다. 따라서, 필요에 따라서 상기 제1 및 제2 상부 실링 블록(11, 12)과 제1 및 제2 하부 실링 블록(12, 22)은 상기 하우징(30)에서 용이하게 교체될 수 있다.
도 2를 참조하면, 본 실시 형태에 따른 파우치 실링 장치(1)는 상기 한 쌍의 제1 실링 블록(10)과 상기 한 쌍의 제2 실링 블록(20)을 통해서 파우치형 이차전지에서 내부에 전극 조립체(200)를 수용하는 파우치(100)를 실링할 수 있다.
상기 파우치(100)는 제1 파우치 필름(110)과 제2 파우치 필름(120)을 포함하며, 상기 제1 파우치 필름(110)과 제2 파우치 필름(120) 사이에 형성된 공간에 상기 전극 조립체(200)를 수용할 수 있다.
전극 리드(210)가 부착된 상기 전극 조립체(200)는 상기 전극 리드(210)의 일부가 상기 파우치(100)의 외부로 연장되도록 상기 파우치(100) 내에 탑재될 수 있다. 상기 전극 리드(210)의 상기 파우치(100) 테두리와 중첩되는 부분에는 리드 필름(300)이 상기 전극 리드(210)를 감싸는 구조로 부착될 수 있다.
상기 한 쌍의 제1 실링 블록(10)은 상기 파우치(100)의 테두리 중 제1 영역(R1)을 가압 및 가열하여 열융착시킬 수 있다. 그리고, 상기 한 쌍의 제1 실링 블록(10)의 일측에 배치되는 상기 한 쌍의 제2 실링 블록(20)은 상기 파우치(100)의 테두리 중 상기 제1 영역(R1)에 인접한 제2 영역(R2)을 가압 및 가열하여 열융착시킬 수 있다.
구체적으로, 상기 제1 실링 블록(10)의 제1 상부 실링 블록(11)은 상기 파우치(100)의 테두리 중 제1 영역(R1)의 상부에서 하부 방향으로 가열 및 가압하고, 상기 제1 상부 실링 블록(11)과 마주하는 상기 제1 하부 실링 블록(12)은 상기 제1 영역(R1)의 하부에서 상부 방향으로 가열 및 가압할 수 있다.
또한, 상기 제2 실링 블록(20)의 제2 상부 실링 블록(21)은 상기 파우치(100)의 테두리 중 제2 영역(R2)의 상부에서 하부 방향으로 가열 및 가압하고, 상기 제2 상부 실링 블록(21)과 마주하는 상기 제2 하부 실링 블록(22)은 상기 제2 영역(R2)의 하부에서 상부 방향으로 가열 및 가압할 수 있다.
여기서, 상기 제1 영역(R1)은 상기 파우치(100)의 테두리의 폭을 기준으로 외측 영역에 해당하고, 상기 제2 영역(R2)은 내측 영역에 해당할 수 있다. 따라서, 상기 제1 실링 블록(10)은 상기 파우치(100)의 테두리의 외측 영역과 접하고, 상기 제2 실링 블록(20)은 내측 영역과 접할 수 있다.
도 3에서 도시하는 바와 같이, 서로 마주하는 한 쌍의 제1 상부 실링 블록(11)과 제1 하부 실링 블록(12)이 상기 파우치(100) 테두리의 제1 영역(R1)을 상부 및 하부 양측 방향에서 가열 및 가압함으로써 상기 제1 영역(R1)은 열융착되어 제1 실링부(131)를 형성할 수 있다.
또한, 서로 마주하는 한 쌍의 제2 상부 실링 블록(21)과 제2 하부 실링 블록(22)이 상기 제2 영역(R2)을 상부 및 하부 양측 방향에서 가열 및 가압함으로써 상기 제2 영역(R2)은 열융착되어 제2 실링부(132)를 형성할 수 있다.
이와 같이, 서로 인접하여 나란하게 배치되는 제1 및 제2 실링 블록(10, 20)이 파우치(100)의 테두리를 폭 방향으로 각각 외측 영역과 내측 영역으로 구분하여 열융착시킴으로써 제1 실링부(131)와 제2 실링부(132)를 형성할 수 있다.
한편, 본 실시 형태에 따른 파우치 실링 장치(1)는 서로 다른 소재로 이루어진 제1 및 제2 실링 블록(10, 20)을 포함하는 2중 히팅 지그(heating jig) 구조를 가지므로 상기 제1 실링 블록(10)과 상기 제2 실링 블록(20)의 압력 및/또는 온도 조건을 달리하여 상기 파우치(100)의 테두리를 열융착시킬 수 있다.
구체적으로, 상기 한 쌍의 제2 실링 블록(20)은 상기 한 쌍의 제1 실링 블록(10)보다 상대적으로 낮은 압력 또는 상대적으로 낮은 온도로 열융착시킬 수 있다. 또한, 상기 한 쌍의 제2 실링 블록(20)은 상기 한 쌍의 제1 실링 블록(10)보다 상대적으로 낮은 압력과 온도로 열융착시킬 수 있다.
본 실시 형태에서는 상기 제1 실링 블록(10)과 제2 실링 블록(20)의 소재를 다르게 함으로써 서로 상이한 압력 및/또는 온도 조건으로 열융착이 이루어지도록 할 수 있다. 예를 들어, 제1 실링 블록(10)과 제2 실링 블록(20)이 각각 금속(metal)과 고무(rubber) 소재로 이루어지는 경우, 상기 제2 실링 블록(20)은 상기 제1 실링 블록(10)에 비해 상대적으로 열전도율이 낮고, 강성이 낮은 특성을 갖는다.
따라서, 상기 제1 실링 블록(10)을 적용하여 형성된 상기 제1 실링부(131)는 열융착이 견고하게 이루어져 파우치(100)가 강하게 실링될 수 있다. 반면, 상기 제2 실링 블록(20)을 적용하여 형성된 상기 제2 실링부(132)는 열융착이 상대적으로 완화되어 파우치(100)가 상대적으로 약하게 실링될 수 있다.
도 4 및 도 5를 참조하여 본 발명의 다른 실시 형태에 따른 파우치 실링 장치를 설명한다. 도 4는 본 발명의 다른 실시 형태에 따른 파우치 실링 장치를 개략적으로 나타내는 도면이고, 도 5는 도 4의 파우치 실링 장치를 통한 파우치 테두리의 열융착 공정을 설명하는 도면이다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 파우치 실링 장치(2)는 한 쌍의 제1 실링 블록(40), 한 쌍의 제2 실링 블록(50), 상기 한 쌍의 제1 및 제2 실링 블록을 고정시키는 하우징(60)을 포함할 수 있다.
상기 한 쌍의 제1 실링 블록(40)은 제1 상부 실링 블록(41) 및 제1 하부 실링 블록(42)을 포함하며, 상기 한 쌍의 제2 실링 블록(50)은 제2 상부 실링 블록(51) 및 제2 하부 실링 블록(52)을 포함할 수 있다.
상기 한 쌍의 제2 실링 블록(50)은 상기 한 쌍의 제1 실링 블록(40)의 일측에 배치될 수 있다. 즉, 상기 제1 상부 실링 블록(41)의 일측에는 상기 제2 상부 실링 블록(51)이 배치되고, 상기 제1 하부 실링 블록(42)의 일측에는 상기 제2 하부 실링 블록(52)이 배치될 수 있다.
상기 한 쌍의 제1 실링 블록(40)과 상기 한 쌍의 제2 실링 블록(50)은 서로 상이한 재질로 이루어질 수 있다. 상기 한 쌍의 제1 실링 블록(40)은, 예를 들어, 금속 재질로 이루어질 수 있다. 상기 한 쌍의 제2 실링 블록(50)은 상기 제1 실링 블록(40)에 비해 상대적으로 플렉서블(flexible)한 재질로 이루어질 수 있으며, 예를 들어, 고무(rubber), 실리콘, 세라믹 등을 포함할 수 있다.
도 1에 도시된 실시 형태에 따른 제1 실링 블록(10) 및 제2 실링 블록(20)과 달리 본 실시 형태에 따른 제1 실링 블록(40)과 제2 실링 블록(50)은 상기 파우치(100)와 접하는 가압면이 서로 단차를 이루는 구조를 가질 수 있다.
구체적으로, 상기 제1 상부 실링 블록(41)의 가압면(41a)과 상기 제2 상부 실링 블록(51)의 가압면(51a)은 서로 공면을 이루지 않고 높이 차이(h)를 갖도록 단차를 형성할 수 있다. 또한, 상기 제1 하부 실링 블록(42)의 가압면(42a)과 상기 제2 하부 실링 블록(52)의 가압면(52a)은 서로 공면을 이루지 않고 높이 차이(h)를 갖도록 단차를 형성할 수 있다.
이와 같이, 제1 실링 블록(40)의 가압면(41a, 42a)과 제2 실링 블록(50)의 가압면(51a, 52a)이 서로 단차를 이루는 구조를 가짐으로써 상기 제1 실링 블록(40)의 서로 마주하는 가압면(41a, 42a) 사이의 간격(D1)과 상기 제2 실링 블록(50)의 서로 마주하는 가압면(51a, 52a) 사이의 간격(D2)은 상이할 수 있다.
예를 들어, 도 4에서 도시하는 바와 같이, 상기 한 쌍의 제1 실링 블록(40)의 서로 마주하는 가압면(41a, 42a) 사이의 간격(D1)은 상기 한 쌍의 제2 실링 블록(50)의 서로 마주하는 가압면(51a, 52a) 사이의 간격(D2)에 비해 더 작을 수 있다.
도 5에서 도시하는 바와 같이, 상기 한 쌍의 제1 실링 블록(40)과 제2 실링 블록(50)이 상기 파우치(100)의 테두리를 상하 양방향으로 가압하게 되면, 더 작은 간격(D1)을 갖는 상기 제1 실링 블록(40)의 가압면(41a, 42a)과 접하는 상기 파우치(100) 테두리의 제1 영역(R1)에는 상기 제2 실링 블록(50)의 가압면(51a, 52a)과 접하는 제2 영역(R2)에 비해 보다 더 큰 압력이 가해지게 된다. 즉, 제1 실링 블록(40)과 제2 실링 블록(50)이 동일한 압력으로 가압하더라도 제1 실링 블록(40)의 가압면(41a, 42a) 사이의 간격(D1)과 제2 실링 블록(50)의 가압면(51a, 52a) 사이의 간격(D2) 차이에 의해서 상기 파우치(100) 테두리의 제1 영역(R1)과 제2 영역(R2)에 가해지는 압력에는 차이가 생기게 된다.
본 실시 형태의 경우, 제1 영역(R1)에 비해 제2 영역(R2)에는 상대적으로 완화된 압력이 가해질 수 있다. 따라서, 상기 제1 영역(R1)에 형성된 상기 제1 실링부(131)는 열융착이 견고하게 이루어져 파우치(100)가 강하게 실링될 수 있다. 반면, 상기 제2 영역(R2)에 형성된 상기 제2 실링부(132)는 열융착이 상대적으로 완화되어 파우치(100)가 상대적으로 약하게 실링될 수 있다(도 3 참조).
본 실시 형태에서는 상기 제1 및 제2 상부 실링 블록(41, 51)과 상기 제1 및 제2 하부 실링 블록(42, 52) 모두가 단차 구조를 가지는 것으로 예시하고 있으나, 이에 한정하는 것은 아니다. 예를 들어, 도면으로 도시하지는 않았으나 상기 제1 및 제2 상부 실링 블록(41, 51)만 단차 구조를 가지거나, 반대로 상기 제1 및 제2 하부 실링 블록(42, 52)만 단차 구조를 가지는 것도 가능하다.
도 6 및 도 7을 참조하여 본 발명의 또 다른 실시 형태에 따른 파우치 실링 장치를 설명한다. 도 6은 본 발명의 또 다른 실시 형태에 따른 파우치 실링 장치를 개략적으로 나타내는 도면이고, 도 7은 도 6의 파우치 실링 장치를 통한 파우치 테두리의 열융착 공정을 설명하는 도면이다.
도 6 및 도 7을 참조하면, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 파우치 실링 장치(3)는 한 쌍의 제1 실링 블록(70), 한 쌍의 제2 실링 블록(80), 상기 한 쌍의 제1 및 제2 실링 블록(70, 80)을 고정시키는 하우징(90)을 포함할 수 있다.
상기 한 쌍의 제1 실링 블록(70)은 제1 상부 실링 블록(71) 및 제1 하부 실링 블록(72)을 포함하며, 상기 한 쌍의 제2 실링 블록(80)은 제2 상부 실링 블록(81) 및 제2 하부 실링 블록(82)을 포함할 수 있다.
상기 한 쌍의 제2 실링 블록(80)은 상기 한 쌍의 제1 실링 블록(70)의 일측에 배치될 수 있다. 즉, 상기 제1 상부 실링 블록(71)의 일측에는 상기 제2 상부 실링 블록(81)이 배치되고, 상기 제1 하부 실링 블록(72)의 일측에는 상기 제2 하부 실링 블록(82)이 배치될 수 있다.
상기 한 쌍의 제1 실링 블록(70)과 상기 한 쌍의 제2 실링 블록(80)은 서로 상이한 재질로 이루어질 수 있다. 상기 한 쌍의 제1 실링 블록(70)은, 예를 들어, 금속 재질로 이루어질 수 있다. 상기 한 쌍의 제2 실링 블록(80)은 상기 제1 실링 블록(70)에 비해 상대적으로 플렉서블(flexible)한 재질로 이루어질 수 있으며, 예를 들어, 고무(rubber), 실리콘, 세라믹 등을 포함할 수 있다.
도 1에 도시된 실시 형태에 따른 제2 실링 블록(20)과 달리 본 실시 형태에 따른 제2 실링 블록(80)은 상기 파우치(100)와 접하는 가압면이 경사진 구조를 가질 수 있다.
구체적으로, 상기 한 쌍의 제2 실링 블록(80)의 서로 마주하는 가압면(81a, 82a) 사이의 간격은 상기 한 쌍의 제1 실링 블록(70)에서 멀어질수록 증가하는 구조로 경사를 이루며 기울어질 수 있다.
이와 같이, 한 쌍의 제2 실링 블록(80)의 서로 마주하는 가압면(81a, 82a)이 경사진 구조를 가짐으로써 상기 제1 실링 블록(70)의 서로 마주하는 가압면(71a, 72a) 사이의 간격(D1)과 상기 제2 실링 블록(80)의 서로 마주하는 가압면(81a, 82a) 사이의 간격(D2)은 상이할 수 있다.
예를 들어, 도 6에서 도시하는 바와 같이, 상기 한 쌍의 제1 실링 블록(70)의 서로 마주하는 가압면(71a, 72a) 사이의 간격(D1)은 상기 한 쌍의 제2 실링 블록(80)의 서로 마주하는 가압면(81a, 82a) 사이의 간격(D2)에 비해 더 작을 수 있다. 그리고, 상기 한 쌍의 제2 실링 블록(80)의 서로 마주하는 가압면(81a, 82a) 사이의 간격(D2)은 상기 제1 실링 블록(70)으로부터 멀어질수록 증가할 수 있다.
도 7에서 도시하는 바와 같이, 상기 한 쌍의 제1 실링 블록(70)과 제2 실링 블록(80)이 상기 파우치(100)의 테두리를 상하 양방향으로 가압하게 되면, 상기 제1 실링 블록(70)의 가압면(71a, 72a)과 접하는 상기 파우치 테두리의 제1 영역(R1)에는 상기 제2 실링 블록(80)의 가압면(81a, 82a)과 접하는 제2 영역(R2)에 비해 보다 더 큰 압력이 가해지게 된다. 그리고, 상기 제2 영역(R2)에는 상기 제1 영역(R1)으로부터 멀어지는 방향으로 점차 완화된 압력이 가해질 수 있다. 따라서, 상기 제1 영역(R1)에 형성된 상기 제1 실링부(131)는 열융착이 견고하게 이루어져 파우치(100)가 강하게 실링될 수 있다. 반면, 상기 제2 영역(R2)에 형성된 상기 제2 실링부(132)는 열융착이 상대적으로 완화되어 파우치(100)가 상대적으로 약하게 실링될 수 있다.
도 8 및 도 9를 참조하여 본 발명의 일 실시 형태에 따른 이차전지 제조방법을 설명한다. 도 8은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 이차전지 제조방법을 개략적으로 나타내는 흐름도이고, 도 9는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 이차전지를 개략적으로 나타내는 분해사시도이다.
도 8 및 도 9를 참조하면, 먼저, 전극 조립체를 파우치의 내부 공간에 배치한다(S10).
상기 파우치(100)는 제1 파우치 필름(110)과 제2 파우치 필름(120)을 포함하며, 상기 제1 파우치 필름(110)과 제2 파우치 필름(120) 사이에 형성된 공간에 상기 전극 조립체(200)를 수용할 수 있다.
양 단부에 각각 전극 리드(210)가 부착된 상기 전극 조립체(200)는 상기 전극 리드(210)의 일부가 상기 파우치(100)의 외부로 연장되도록 상기 파우치(100) 내에 탑재될 수 있다. 상기 전극 리드(210)의 상기 파우치(100)의 테두리와 중첩되는 부분에는 리드 필름(300)이 상기 전극 리드(210)를 감싸는 구조로 부착될 수 있다. 그리고, 상기 파우치(100) 내에는 전해액이 주입될 수 있다.
상기 전극 조립체(200)가 상기 파우치(100) 내에 배치된 상태에서 상기 파우치(100)의 테두리를 열융착하여 실링한다. 상기 파우치(100) 테두리의 열융착은 상기 도 1 내지 도 7에 도시된 실시 형태에 따른 파우치 실링 장치(1, 2, 3) 중 어느 하나를 사용하여 수행될 수 있다. 특히, 상술한 파우치 실링 장치(1, 2, 3)를 통한 열융착은 상기 파우치(100)의 테두리 중 상기 전극 조립체(200)와 연결되어 상기 파우치(100)의 외부로 연장된 상기 전극 리드(210) 및 상기 전극 리드(210)를 감싸는 상기 리드 필름(300)을 포함하는 영역에 적용될 수 있다. 이하에서는 도 1 및 도 2에 도시된 실시 형태에 따른 파우치 실링 장치(1)를 기준으로 설명한다.
열융착을 수행하기 위해 서로 마주하는 상기 한 쌍의 제1 실링 블록(10) 사이와, 상기 한 쌍의 제1 실링 블록(10)의 일측에 위치하여 서로 마주하는 상기 한 쌍의 제2 실링 블록(20) 사이에 상기 파우치(100)의 테두리를 배치한다(S20).
다음으로, 상기 한 쌍의 제1 실링 블록(10)을 통해 상기 파우치(100)의 테두리 중 제1 영역(R1)을 열융착하여 제1 실링부(131)를 형성한다. 그리고, 상기 한 쌍의 제2 실링 블록(20)을 통해 상기 파우치(100)의 테두리 중 상기 제1 영역(R1)에 인접한 제2 영역(R2)을 열융착하여 제2 실링부(132)를 형성한다(S30).
이러한 열융착을 통한 상기 제1 실링부(131)의 형성과 상기 제2 실링부(132)의 형성은 동시에 진행되거나 순차적으로 진행될 수 있다. 예를 들어, 상기 한 쌍의 제1 실링 블록(10)과 상기 한 쌍의 제2 실링 블록(20)을 통해 상기 파우치(100) 테두리를 동시에 열융착시켜 상기 제1 실링부(131)와 제2 실링부(132)를 일체로 형성할 수 있다. 또한, 상기 한 쌍의 제1 실링 블록(10)과 상기 한 쌍의 제2 실링 블록(20)을 각각 개별적으로 적용하여 상기 제1 실링부(131)와 제2 실링부(132)를 구분하여 형성할 수도 있다. 예를 들어, 제1 실링부(131)를 먼저 형성하고, 이후 제2 실링부(132)를 형성할 수 있다.
상기 제1 실링부(131)와 상기 제2 실링부(132)는, 상기 파우치(100)의 테두리 중 상기 파우치(100)의 외부로 연장된 상기 전극 리드(210) 및 상기 전극 리드(210)를 감싸는 상기 리드 필름(300)을 포함하는 영역에 형성될 수 있다. 그리고, 상기 제1 실링부(131)는 상기 파우치(100)의 테두리 중 폭을 기준으로 외측 영역에 형성되고, 상기 제2 실링부(132)는 내측 영역에 형성될 수 있다.
한편, 상기 파우치(100)의 테두리 중 상기 제1 실링부(131)와 제2 실링부(132)가 형성되지 않은 부분은 일반적인 실링 블록을 통해서 열융착되어 실링부(130)를 형성할 수 있다. 여기서, 상기 한 쌍의 제1 실링 블록(10)은 상기 일반적인 실링 블록과 동일할 수 있다. 다만, 일측에 상기 한 쌍의 제2 실링 블록(20)이 배치되어 본 발명에 따른 파우치 실링 장치(1)를 구성하는 점에서 차이가 있다.
도 10 및 도 11에서는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 파우치형 이차전지를 개략적으로 나타내고 있다.
상술한 방법을 통해서 제조된 본 발명의 일 실시 형태에 따른 파우치형 이차전지는 파우치(100)의 테두리에 형성되는 실링부(130) 중 일부 영역이 서로 상이한 접착력을 가지는 제1 실링부(131)와 제2 실링부(132)로 구분된 구조를 가질 수 있다.
구체적으로, 상기 제1 실링부(131)에 비해 열융착이 상대적으로 완화되어 형성되는 상기 제2 실링부(132)는 상기 제1 실링부(131)보다 약한 접착력을 가질 수 있다. 그리고, 상기 제1 실링부(131)는 상기 실링부(130)와 대응하는 접착력을 가질 수 있다. 즉, 전체 실링부(130) 중에서 제1 실링부(131)와 제2 실링부(132)가 형성된 영역에서는 상기 제2 실링부(132)가 차지하는 영역만큼 접착력이 완화될 수 있다.
도 12에서 도시하는 바와 같이, 상기 파우치(100) 내부에 가스가 발생하여 파우치(100)가 부풀어오르게 되면, 내부 압력(P)에 의해 접착력이 약한 상기 제2 실링부(132)에서 접착이 해제되어 상기 제1 파우치 필름(110)과 리드 필름(300) 사이 또는 상기 제2 파우치 필름(120)과 리드 필름(300) 사이가 부분적으로 벌어질 수 있다. 그리고, 상기 제2 실링부(132)의 접착이 해제되어 형성된 공간으로 집중되는 내부 압력(P)에 의해 상기 제1 실링부(131)에서 접착이 해제됨으로써 그 부분에서 우선적으로 개봉이 이루어지며 가스가 외부로 배출될 수 있다. 이를 통해서 파우치형 이차전지의 비정상적인 작동 시 폭발 등이 발생하는 것을 방지하여 안정성과 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
이와 같이, 본 실시 형태에 따른 파우치형 이차전지의 경우 제조 공정에서 사용되는 실링 장치를 통해서 파우치형 이차전지의 안정성을 확보할 수 있는 벤팅 시스템(venting system)을 구현할 수 있는 장점을 갖는다. 따라서, 일반적인 파우치형 이차전지에서 벤팅 시스템을 구현하기 위해 추가적인 공정을 수행하거나 별도의 기구를 추가하는 등의 복잡한 과정을 필요로 하지 않는다. 따라서, 생산성이 향상되고 비용절감의 효과를 기대할 수 있다.
또한, 의도한 방향으로 벤팅이 이루어지도록 조절할 수 있어서 유해한 가스를 포집하여 배기하기 위한 설계 자유도가 높다는 장점이 있다.
이상에서 본 발명의 실시 형태에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것은 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게는 자명할 것이다.
1, 2, 3... 파우치 실링 장치
10, 40, 70... 제1 실링 블록
20, 50, 80... 제2 실링 블록
30, 60, 90... 하우징

Claims (16)

  1. 파우치형 이차전지의 파우치를 실링하는 장치에 있어서,
    상기 파우치의 테두리 중 제1 영역을 가압 및 가열하는 한 쌍의 제1 실링 블록; 및
    상기 한 쌍의 제1 실링 블록의 일측에 배치되어 제2 영역을 가압 및 가열하는 한 쌍의 제2 실링 블록;을 포함하고,
    상기 제2 영역은,
    상기 파우치의 테두리 중 상기 제1 영역에 인접한 영역이고, 전극 조립체를 수용하는 공간으로부터 상기 제1 영역보다 가깝게 위치하는 영역이며,
    상기 한 쌍의 제1 실링 블록과 상기 한 쌍의 제2 실링 블록은 서로 상이한 재질로 이루어지며, 상기 제1 영역과 제2 영역을 각각 가압 및 가열하는 압력 및 온도는 서로 상이하되,
    상기 한 쌍의 제2 실링 블록이 상기 제2 영역을 가열하는 온도는 상기 한 쌍의 제1 실링 블록이 상기 제1 영역을 가열하는 온도보다 낮은 파우치 실링 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 한 쌍의 제2 실링 블록이 상기 제2 영역에 가하는 압력은 상기 한 쌍의 제1 실링 블록이 상기 제1 영역에 가하는 압력보다 낮은 것을 특징으로 하는 파우치 실링 장치.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 한 쌍의 제1 실링 블록과 상기 한 쌍의 제2 실링 블록의 상기 파우치와 접하는 각각의 가압면은 서로 단차를 이루는 것을 특징으로 하는 파우치 실링 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 한 쌍의 제1 실링 블록의 서로 마주하는 가압면 사이의 간격은 상기 한 쌍의 제2 실링 블록의 서로 마주하는 가압면 사이의 간격보다 더 좁은 것을 특징으로 하는 파우치 실링 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 한 쌍의 제2 실링 블록의 상기 파우치와 접하는 가압면은 경사진 구조를 가지는 것을 특징으로 하는 파우치 실링 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 한 쌍의 제2 실링 블록의 서로 마주하는 가압면 사이의 간격은 상기 한 쌍의 제1 실링 블록에서 멀어질수록 증가하는 것을 특징으로 하는 파우치 실링 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제1 실링 블록은 상기 파우치의 테두리의 폭을 기준으로 외측 영역과 접하고, 상기 제2 실링 블록은 내측 영역과 접하는 것을 특징으로 하는 파우치 실링 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제1 실링 블록과 상기 제2 실링 블록을 일체로 고정시키는 하우징을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 파우치 실링 장치.
  10. 전극 조립체를 파우치의 내부 공간에 배치하는 단계;
    서로 마주하는 한 쌍의 제1 실링 블록 사이와, 상기 한 쌍의 제1 실링 블록의 일측에 위치하여 서로 마주하는 한 쌍의 제2 실링 블록 사이에 상기 파우치의 테두리를 배치하는 단계;
    상기 한 쌍의 제1 실링 블록을 통해 상기 파우치의 테두리 중 제1 영역을 열융착하여 제1 실링부를 형성하는 단계; 및
    상기 한 쌍의 제2 실링 블록을 통해 상기 파우치의 테두리 중 상기 제1 영역에 인접한 영역인 제2 영역을 열융착하여 제2 실링부를 형성하는 단계;를 포함하고,
    상기 제2 영역은,
    전극 조립체를 수용하는 공간으로부터 상기 제1 영역보다 가깝게 위치하는 영역이며,
    상기 한 쌍의 제1 실링 블록과 상기 한 쌍의 제2 실링 블록은 서로 상이한 재질로 이루어지고,
    상기 제2 실링부를 형성하는 단계는 상기 제1 실링 블록의 강성에 비해 낮은 강성을 가지는 상기 제2 실링 블록으로 상기 제2 영역을 열융착하여 상기 제2 실링부를 형성하는 이차전지 제조방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 제1 실링 블록과 상기 제2 실링 블록은 압력과 온도 중 적어도 하나가 상이한 조건으로 상기 파우치를 열융착하는 것을 특징으로 하는 이차전지 제조방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제2 실링 블록은 압력과 온도 중 적어도 하나가 상기 제1 실링블록 보다 상대적으로 낮은 상태로 열융착하는 것을 특징으로 하는 이차전지 제조방법.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 제1 실링부와 제2 실링부는 서로 상이한 접착력을 가지는 것을 특징으로 하는 이차전지 제조방법.
  14. 제10항에 있어서,
    상기 제1 실링부는 상기 파우치의 테두리 중 폭을 기준으로 외측 영역에 형성되고, 상기 제2 실링부는 내측 영역에 형성되는 것을 특징으로 하는 이차전지 제조방법.
  15. 제10항에 있어서,
    상기 제1 실링부와 상기 제2 실링부는, 상기 파우치의 테두리 중 상기 전극 조립체와 연결되어 상기 파우치의 외부로 연장된 전극 리드 및 상기 전극 리드를 감싸는 리드 필름을 포함하는 영역에 형성되는 것을 특징으로 하는 이차전지 제조방법.
  16. 제10항에 있어서,
    상기 제1 실링부를 형성하는 단계와 상기 제2 실링부를 형성하는 단계는 동시에 진행되는 것을 특징으로 하는 이차전지 제조방법.
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