KR20010093447A - 리튬 이온 폴리머 전지의 제조장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

리튬 이온 폴리머 전지의 제조 장치 및 방법이 개시된다. 본 발명에 따르면, 본 발명에 따르면, 양극판 및, 음극판과, 상기 양극판과 음극판 사이에 개재되며 유기 전해액이 함침되어 있는 세퍼레이터(Seperator)로 이루어진 전극 조립체를 개스 통로가 형성된 전지 케이스의 수용부에 수용하여 커버로 밀폐하는 단계, 상기 전극 조립체가 수용된 전지 케이스를 진공 챔버내로 투입하는 단계, 상기 진공 챔버내에서 상기 전극 조립체를 충방전시키고, 그로부터 발생된 개스를 진공 챔버의 외부로 배기시키는 단계 및, 상기 진공 챔버내에서 상기 전지 케이스에 형성된 개스 통로를 용접시키는 단계를 구비하는 리튬 이온 폴리머 전지의 제조 방법 및, 그것을 수행하기 위한 장치가 제공된다.

Description

리튬 이온 폴리머 전지의 제조 장치 및 방법{Apparatus and method for manufacturing lithium ion polymer cell}
본 발명은 리튬 이온 폴리머 전지의 제조 장치 및 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 리튬 이온 폴리머 전지를 진공 챔버내에 투입하여 전지 케이스를 융착시키는 리튬 이온 폴리머 전지의 조립 장치 및 방법에 관한 것이다.
전자 기기, 예컨대 휴대폰, 캠코더, 노트북 컴퓨터 등의 소형화, 경량화 및 무선화가 급속하게 진행됨에 따라 그 구동전원으로서 에너지밀도가 높은 리튬 2차 전지가 활발히 개발되고 있다. 상기 리튬 2차 전지는 액체 전해질을 사용하는 리튬 금속 전지와, 리튬 이온 전지 및, 고분자 고체 전해질을 사용하는 리튬 폴리머 전지(Lithium Ion Polymer Battery)로 구별된다. 또한 상기 리튬 폴리머 전지는 고분자 고체 전해질의 종류에 따라 유기 전해액이 함유되어 있지 않은 완전 고체형 리튬 폴리머 전지와 유기 전해액을 함유하고 있는 겔형 고분자 전해질을 사용하는 리튬 이온 폴리머전지로 나눌 수 있다.
도 1은 통상적인 리튬 이온 폴리머 전지의 구조를 개략적으로 도시한 분해 사시도이다.
첨부된 도면을 참조하면, 리튬 이온 폴리머 전지는 그리드(Grid)에 전극 활물질을 충전시킨 양극판 및, 음극판과, 상기 양극판과 음극판 사이에 개재된 것으로 유기 전해액이 함침되어 있는 세퍼레이터(Seperator)가 적층된 구조로 되어 있는 극판 조립체(11)를 구비한다. 또한 상기 양극판의 일측에는 양극 탭(12a)이 형성되고, 상기 음극판의 일 측에는 음극 탭(13a)이 형성된다. 양극 및 음극 탭(12a, 13a)은 일정한 간격을 두고 나란하게 배치된다. 상기 탭(12a, 13a)들은 리이드(14, 15)에 연결됨으로써 외부 회로와 접속될 수 있다.
상술한 극판 조립체(11), 양극 탭(12a), 음극 탭(13a) 및, 양극 리이드(14)와 음극 리이드(15)는 절연성 케이스(16) 및 그와 일체로 형성된 커버(16a)에 의해 밀봉된다. 상기 절연성 케이스(16)와 커버(16a)는 통상적으로 알루미늄 박막의 상, 하면위에 열접착성 물질이 적층된 형태를 가지며, 열접착성 물질이 상호 접착됨으로써 극판 조립체(11)가 수용된 공간을 밀봉할 수 있다. 또한 전지 셀(11)과 외부와의 전기적인 연결을 위하여 양극 리이드(14)와 음극 리이드(15)의 일부가 외부로 노출된 상태에서 절연성 케이스(16)에 의해 밀봉된다.
도 2 에 도시된 것은 도 1에 도시된 바와 같은 리튬 이온 폴리머 전지를 제조하는 과정을 설명하는 설명도이다.
도면을 참조하면, 극판 조립체(11)를 수용하는 수용부(23)가 형성된 케이스(16)는 최초에 개스실(21)과 일체로 형성된다. 상기 개스실(21)은 개스실 커버(22)에 의해서 밀폐될 수 있으며, 개스실 커버(22)는 상기 수용부(23)를 밀폐시키는 커버(16a)와 일체로 형성된다. 극판 조립체 수용부(23)와 개스실(21) 사이에는 개스 통로(24)가 형성되어 있으며, 이러한 개스 통로는 상기 커버(16a)와 개스실 커버(21)로 상기 극판 조립체 수용부(23) 및, 개스실(21)을 각각 밀폐하더라도 밀폐되지 아니한다.
융착이 이루어진 후에는 전지를 충방전시키게 되는데, 이때 극판조립체(11)로부터 발생한 개스는 도 2 의 개스 통로(24)를 통해서 개스실(21)로 유출된다. 충방전이 종료되면 개스 통로를 가열 융착시킴으로써 폐쇄하고, 절단선(25)을 따라서 절단함으로써 전지가 완성된다.
위와 같은 리튬 이온 전지의 제조 방법에 있어서, 충방전시에 극판 조립체(11)로부터 발생한 개스는 완전하게 개스실(21)로 유출되지 아니하고 수용부(23)에 잔류하는 경향이 있다. 이는 충방전 및, 개스실의 절단이 대기압하에서 이루어지기 때문에, 충방전시에 발생하는 개스가 외부에서 대기압이 작용하는 개스실(21)로 충분하게 유출되지 않기 때문이다. 따라서 수용부(23)에 개스가 잔류한 상태로 개스 통로(24)를 가열 융착시켜버리면, 전지의 성능 및 수명에 부정적인 영향을 미치게 된다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로서, 본 발명의 목적은 개선된 리튬 이온 폴리머 전지의 제조 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
도 1은 통상적인 리튬 이온 폴리머 전지의 개략적인 구조를 도시한 사시도,
도 2는 통상적인 리튬 이온 폴리머 전지의 제조 과정을 설명하는 설명도.
도 3은 본 발명에 따른 리튬 이온 폴리머 전지의 조립 과정을 수행하기 위한 장치의 개략적인 구성도.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
11. 전지 셀 12a. 양극 탭
13. 음극판 13a. 음극 탭
14, 15. 리이드 16. 케이스
16a. 커버 21. 개스실
22. 개스실 커버 23. 극판 조립체 수용부
24. 개스 통로 25. 절단선
31. 진공 챔버 32. 배기 파이프
33. 밸브 34. 펌프
35. 모터 36. 콘베이어
37. 트레이 45. 용접기
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따르면, 양극판 및, 음극판과, 상기 양극판과 음극판 사이에 개재되며 유기 전해액이 함침되어 있는 세퍼레이터(Seperator)로 이루어진 전극 조립체를 수용부, 개스 통로 및, 개스실이 형성된 전지 케이스의 수용부에 수용하여 커버로 밀폐하는 단계, 상기 전극 조립체를 충방전시키는 단계, 상기 전극 조립체가 수용된 전지 케이스를 진공 챔버내로 투입하는 단계, 상기 진공 챔버내에서 상기 전지 케이스에 형성된 개스 통로를 용접시키는단계 및, 상기 전지 케이스를 상기 진공 챔버로부터 배출시켜서 상기 개스실을 제거하는 단계를 구비하는 리튬 이온 폴리머 전지의 제조 방법이 제공된다.
본 발명의 일 특징에 따르면, 상기 전지 케이스에 형성된 개스 통로를 용접시키는 단계 이전에 상기 진공 챔버내에 투입된 전지 케이스에 형성된 개스실을 천공하는 단계를 더 구비한다.
또한 본 발명에 따르면, 양극판 및, 음극판과, 상기 양극판과 음극판 사이에 개재되며 유기 전해액이 함침되어 있는 세퍼레이터(Seperator)로 이루어진 전극 조립체와, 개스 통로, 개스실 및, 상기 전극 조립체 수용부가 형성된 전지의 케이스를 조립하는 리튬 이온 폴리머 전지의 제조 장치에 있어서, 진공 펌프에 의해서 진공 배기가 이루어질 수 있는 진공 챔버와; 상기 진공 챔버내에 투입된 상기 전지의 케이스에 형성된 개스 통로를 용접시킬 수 있는 용접기;를 구비한 리튬 이온 폴리머 전지의 제조 장치가 제공된다.
또한 본 발명의 다른 특징에 따르면, 상기 진공 챔버내에 투입된 상기 전지 케이스에 형성된 개스실을 천공하기 위한 천공기를 더 구비한다.
이하, 본 발명을 첨부된 도면에 도시된 일 실시예를 참조하여 보다 상세히 설명하기로 한다.
도 3에는 본 발명에 따른 리튬 이온 폴리머 전지의 제조 방법을 수행하기 위한 장치가 도시되어 있다.
도면을 참조하면, 리튬 이온 폴리머 전지를 충방전시킨 후에 개스를 유출시키는 과정은 도면에 도시된 바와 같은 진공 챔버(31)내에서 수행된다. 전지(40)는진공 챔버(31)에 구비된 투입용 도어(38)를 통해서 진공 챔버(31)의 내측으로 투입될 수 있으며, 배출용 도어(39)를 통해서 외부로 배출될 수 있다. 진공 챔버(31)내의 공기는 배기 파이프(32)를 통해서 외부로 배출됨으로서 진공 챔버(31)가 진공 상태를 유지할 수 있다. 배기 파이프(32)는 밸브(33)에 의해서 개폐될 수 있으며, 모터(35)에 의해 구동되는 진공 펌프(34)를 통해서 챔버(31)내의 공기를 외부로 배출시킬 수 있다.
상기 진공 챔버(31)로 투입되는 전지(40)의 케이스는 도 2 를 참조하여 설명된 개스실(21)을 구비한다. 전지(40)는 충방전이 이루어진 상태에서 진공 챔버(31)내로 투입된다. 즉, 전지의 충방전 과정을 통해서 발생된 발생된 개스가 개스실(21)의 내부로 유출된 후에 상기 진공 챔버(31)로 투입되는 것이다. 이렇게 되면 상기 진공 챔버(31)에서는 대기압보다 낮은 진공압이 작용하므로 수용부(23)내에 잔류하는 개스가 상기 개스실(21)로 더 유출될 수 있다. 진공 챔버(31)에는 리튬 이온 폴리머 전지의 시일링에 필요한 장치가 구비될 수 있다. 도면에 도시된 예에서는 전지 케이스의 용접에 필요한 용접기(45)가 도시되어 있다. 상기 용접기(45)는 예를 들면 가열 용접기 또는 초음파 용접기일 수 있다. 또한 도면에 도시되지 않았으나, 상기 진공 챔버(31)에서는 케이스에 형성된 개스실을 천공할 수 있는 천공용 펀치가 선택적으로 더 구비될 수 있다. 이러한 천공용 펀치는 진공 챔버내에서 개스실을 천공함으로써, 개스실에 충만된 개스를 진공 챔버를 통해서 배출할 수 있는 역할을 한다. 천공은 상기 용접기(45)에 의한 최종 용접이 이루어지기 이전에 수행하는 것이 바람직스럽다.
용접기(45)는 전지(40)의 개스 유출이 상기 진공 챔버(31)내에서 종료된 이후에 최종적으로 전지 케이스를 용접하기 위한 것이다. 즉, 전지(40)의 충방전시에 개방 상태로 유지되었던 개스 통로(예를 들면 도 2의 개스 통로(24))를 용접하기 위한 것이다. 용접기(45)는 예를 들면 가열 융착이나 또는 초음파 용접의 원리를 이용하여 전지 케이스를 용접시킬 수 있다. 예를 들면 용접기(45)는 도시되지 아니한 승강 장치에 의해서 승강될 수 있으며, 도면 번호 46 으로 표시된 용접 단부에서 가해지는 열 또는 초음파에 의해서 전지 케이스를 용접시킬 수 있다.
이하, 본원 발명에 따른 리튬 이온 폴리머 전지의 제조 방법을 간단히 설명하기로 한다.
도 3 에 도시된 진공 챔버(31)로 투입되기 이전에, 전지(40)의 케이스는 그 안에 극판 조립체를 수용한 상태이며, 개스가 배출될 수 있는 통로(예를 들면 도 2 의 개스 통로(24)) 및, 개스실(21, 도 2)을 구비하고, 상기 통로(24)만을 남기고 용접된 상태이다. 이때 탭(41)은 케이스의 외부로 연장된 상태이다.
전지(40)는 충방전이 종료된 후에, 트레이(37)상에 다수개가 배치된 상태로 콘베이어(36)에 의해서 진공 챔버(31)의 투입용 도어(38)를 통해 진공 챔버(31)내로 투입된다. 전지(40)의 투입이 완료되면, 투입용 도어(38)와 배출용 도어(39)는 기밀을 유지하게 된다. 이와 같은 기밀 상태에서 펌프(34)를 이용하여 진공을 증가시킨다. 이후에, 전지(40)의 케이스에 형성된 개스 통로를 용접함으로써 최종적인 용접 작업을 수행하게 된다.
선택적으로는, 진공이 증가된 상태에서 개스실(21)을 천공한다. 이러한 천공에 의해서 개스실(21)내에 충전된 개스들은 외부로 배출되며, 따라서 케이스내의 개스도 모두 배출될 수 있다. 이후에 위에서와 같이 전지(40)의 케이스에 형성된 개스 통로를 최종적으로 용접한다.
전지(40)의 최종적인 용접이 종료되면 배출용 도어(39)를 개방하여 전지(40)들을 진공 챔버(31)의 외부로 배출시킨다.
전지(40)가 진공 챔버(31)의 외부로 배출되면 개스실(21, 도 2)은 통상적인 방법에 의해서 절단된다.
본 발명에 따른 리튬 이온 폴리머 전지의 제조 장치 및 방법은 리튬 이온 폴리머 전지의 최종적인 용접이 진공 챔버내에서 수행되므로, 개스의 배출이 용이할뿐만 아니라 개스 배출 효율이 우수하므로 전지의 성능 및 수명 연장에도 기여할 수 있다.
본 발명은 첨부된 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 특허 청구 범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.

Claims (4)

  1. 양극판 및, 음극판과, 상기 양극판과 음극판 사이에 개재되며 유기 전해액이함침되어 있는 세퍼레이터(Seperator)로 이루어진 전극 조립체를 수용부, 개스 통로 및, 개스실이 형성된 전지 케이스의 수용부에 수용하여 커버로 밀폐하는 단계,
    상기 전극 조립체를 충방전시키는 단계,
    상기 전극 조립체가 수용된 전지 케이스를 진공 챔버내로 투입하는 단계,
    상기 진공 챔버내에서 상기 전지 케이스에 형성된 개스 통로를 용접시키는 단계 및,
    상기 전지 케이스를 상기 진공 챔버로부터 배출시켜서 상기 개스실을 제거하는 단계를 구비하는 리튬 이온 폴리머 전지의 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 전지 케이스에 형성된 개스 통로를 용접시키는 단계 이전에 상기 진공 챔버내에 투입된 전지 케이스에 형성된 개스실을 천공하는 단계를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 리튬 이온 폴리머 전지의 제조 방법.
  3. 양극판 및, 음극판과, 상기 양극판과 음극판 사이에 개재되며 유기 전해액이 함침되어 있는 세퍼레이터(Seperator)로 이루어진 전극 조립체와, 개스 통로, 개스실 및, 상기 전극 조립체의 수용부가 형성된 전지의 케이스를 조립하는 리튬 이온 폴리머 전지의 제조 장치에 있어서,
    진공 펌프에 의해서 진공 배기가 이루어질 수 있는 진공 챔버와;
    상기 진공 챔버내에 투입된 상기 전지의 케이스에 형성된 개스 통로를 용접시킬 수 있는 용접기;를 구비한 리튬 이온 폴리머 전지의 제조 장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 진공 챔버내에 투입된 상기 전지 케이스에 형성된 개스실을 천공하기 위한 천공기를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 리튬 이온 폴리머 전지의 제조 장치.
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