KR20110039011A - 파우치형 전지의 제조방법 및 파우치의 실링 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전지의 포장재로서 파우치를 사용하여 패키징 하는 것으로 제조되는 파우치형 전지에서, 상기 파우치를 실링할 때 전해액이 포장재의 완벽한 실링을 방해하는 일이 일어나지 않도록 하는 파우치형 전지의 제조방법 및 실링 장치에 관한 것이다.

본 발명에서는 원통형의 파우치의 실링부 상, 하에 롤러를 위치시키고, 이를 롤링시키는 과정에 의해 실링이 이루어지도록 함으로써, 롤러의 진행 방향으로 파우치 안의 전해액이 교착 실링 되기 전에 증발하여 날아갈 수 있게 하며, 실링툴이 원통형이므로 파우치의 실링부에 닿는 부분이 부드러운 단면으로 제공된다.

본 발명에 의하면 전해액의 교착 실링으로 발생하는 절연저항의 파괴, 수분의 침투, 실링부의 디펙트 또는 마이크로 크랙으로 인한 실링 강도의 저하를 방지할 수 있다.

파우치형 전지, 포장재, 패키징, 실링, 교착, 전해액, 롤링, 롤러, 기상, 기화, 가압, 장치

Description

파우치형 전지의 제조방법 및 파우치의 실링 장치{Method of preparing a battery in a type of pouch and device of sealing the pouch}

본 발명은 리튬이차전지의 제작시 완성된 전지 조립체를 파우치 형태의 포장재로 패키징할 때에 전해액에 의한 교착실링을 방지할 수 있는 파우치형 전지의 제조방법에 관한 것이다.

파우치형 전지는 음극, 분리막 및 양극을 포함하는 전지 조립체를 파우치형 포장재 안에 넣고 전해액을 주입한 후 가장자리를 실링한다. 그런다음 몇회의 충방전 사이클을 통해 전지를 활성화 시킨다. 이 과정에서 가스가 발생되는데 이를 디개싱하기 위해 파우치의 실링부를 일부 개봉한 다음 재실링하는 과정을 거친다.

이러한 디개싱-리실링 과정에서 전해액이 실링부 내부에 스며들거나, 최종 실링 과정에서 진공 흡입을 시킬 때 전해액의 기상 분자들이 확산에 의해 실링부에 침투하게 된다. 이와 같이 실링부에 침투된 전해액 분자들에 의한 국부적인 디펙트(defect) 또는 마이크로 크랙(micro crack)은 외부와의 전기적 통로가 되어 전지 의 절연저항을 파괴시킴은 물론, 전지 내부에 수분 침투 통로가 되며, 실링 강도를 현저히 저하시키는 원인이 된다.

도 1은 종래 파우치형 전지의 제조에서 파우치형 포장재를 실링하는 방법을 도시한 것이다. 즉, 파우치 가장자리를 따라 위, 아래에 실링툴을 장치시키고 실링부를 위, 아래에서 눌러 일정 압력 및 온도를 가하는 것으로 실링이 이루어지는 형태이다.

이와 같은 종래의 실링 방법에 의하면 상술한 바와 같이 디개스-리실링 툴에서 전해액이 실링부에 스며들어 전해액과 고분자간의 교착 실링이 일어남으로써 절연저항이 생기는 문제가 발생한다.

상기와 같은 교착 실링의 문제를 해결하기 위한 일 방안으로 전해액을 주입하는 방법을 개선하고자 전해액 용기에 셀을 담그어 전해액을 함침시키는 방법을 사용하였다. (대한민국 등록 제824869호)

한편, 홈, 연장부, 플랜지부를 포함하는 파우치를 제시하기도 하였다. (EP1804313)

그러나, 상기 방법들은 실링 방법 자체에 대한 개선이 아니므로 실링 과정에서 발생하는 문제의 해결수단은 될 수 없다.

본 발명은 파우치형 전지의 최종 실링시 전해액의 교착 실링을 방지하기 위하여 실링 방법 자체를 개선하고자 한다. 즉, 실링툴에서 실링부 위·아래로부터 눌러주는 한번의 가압 장치로 이루어지던 기존의 실링 공정 대신에 실링툴을 롤러로 하고, 이를 파우치 외부로부터 내부 방향으로 롤링시키면서 가압함으로써 점차 실링이 이루어지도록 한다.

본 발명은,

전지 조립체를 파우치 안에 넣고 패키징함으로써 제조되는 파우치형 전지의 제조에 있어서,

상기 패키징 시 파우치의 실링부 상, 하에 원통형의 롤러를 위치시키고 상기 롤러를 롤링함으로써 실링이 이루어지도록 하는 것을 특징으로 하는 파우치형 전지의 제조방법을 제공한다.

또한, 본 발명의 방법에 있어서,

실링은 상기 롤러를 파우치의 외부로부터 내부로 롤링시킴으로써 이루어지는 것을 특징으로 하는 파우치형 전지의 제조방법을 제공한다.

또한, 본 발명의 방법에 있어서, 상기 롤러를 이용한 실링은 디개싱 공정 이후에 이루어지는 것을 특징으로 하는 파우치형 전지의 제조방법을 제공한다.

또한, 본 발명의 방법에 있어서, 전지 조립체 및 전해액을 파우치 내에 넣고 가실링한 후, 초기화 충방전 사이클을 실시하는 단계; 파우치의 일부를 개봉하여 충방전 사이클에서 발생된 가스를 디개싱하는 단계; 및 개봉된 파우치의 실링부 상, 하에 원통형 롤러를 위치시키고 일정한 압력으로 롤러를 롤링함으로써 파우치를 실링하는 것을 특징으로 하는 파우치형 전지의 제조방법을 제공한다.

또한, 본 발명의 방법에 있어서, 상기 롤러의 롤링에 의해 파우치의 실링부에는 0.1㎫ 이상 범위의 압력 및 25 ~500℃ 온도 범위의 열이 가해지는 것을 특징으로 하는 파우치형 전지의 제조방법을 제공한다.

또한, 파우치의 실링부 상하에 위치되는 롤러; 상기 롤러에 0.1㎫ 이상의 범위의 압력을 가하는 압력 지그; 및 파우치의 실링부에서 파우치 외주로부터 파우치 내부를 향해 상기 롤러를 롤링시키는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 전지의 포장재 파우치 실링 장치를 제공한다.

또한, 본 발명의 장치에 있어서,

상기 롤러의 롤링시 파우치의 실링부에는 25 ~500℃ 온도 범위의 열이 가해지는 것을 특징으로 하는 전지의 포장재 파우치 실링 장치를 제공한다.

파우치형 전지의 제조시 파우치 내에 전지 조립체 및 전해액을 주입한 후 이루어지는 실링을 위해 압착형 실링툴이 아닌 롤러형 실링툴로 실링하는 방법을 통해, 보다 간단하면서도 안전한 파우치형 전지의 패키징을 달성할 수 있다.

본 발명에 의하면 전지의 포장재로 사용되는 파우치의 실링부에서 전해액에 의한 교착 실링의 가능성을 줄임으로써 전지의 수분침투나 절연저항 파괴를 막을 수 있는 효과가 있다.

본 발명은 전지 조립체를 파우치형 포장재 안에 넣고 패키징함으로써 제조되는 파우치형 전지의 제조에 있어서, 상기 파우치의 실링시 실링부 상, 하에 원통형의 롤러를 위치시키고 상기 롤러를 롤링하여 가압함으로써 실링이 달성되도록 하는 것을 특징으로 하는 파우치형 전지의 제조방법을 제공한다.

도 2는 본 발명의 파우치 실링 장치의 작동을 도시한 것이다.

도 1의 종래 실링 장치에서 일 단면으로 제공되던 실링툴 및 그에 의해 실링부 전체에 걸쳐 한번의 가압 공정으로 실링이 이루어지던 것과 비교할 때, 본 발명에서 사용하는 실링툴은 원통형의 롤러 형태로 되어 있어 이를 파우치 외부로부터 내부를 향해 롤링시킴으로써 실링이 이루어진다. 따라서, 본 발명의 파우치 실링 공정에서의 파우치 실링부의 실링은 종래 실링부 전체에서 동일하게 한번의 공정으로 이루어지던 것과 달리, 파우치 외부에서부터 내부로 가면서 점진적으로 이루어지게 된다.

이러한 본 발명의 롤링 공정에서는 파우치 실링부에 닿는 실링툴이 원통형이므로 부드러운 단면에 의해 실링이 이루어질 수 있다. 또한, 롤링 과정에서는 전해액에 의한 교착 실링이 안 생기도록 파우치가 부드럽게 휘어지게 된다. 그리고, 파 우치 외부로부터 내부로 롤러를 굴려 가압함으로써 실링이 이루어지므로, 실링이 되기 전에 기화된 전해액 분자가 파우치를 빠져나갈 수 있는 시간적 여유를 줄 수 있다. 따라서, 본 발명의 방법에 의하면 실링부에 대한 전해액의 교착 실링을 방지할 수 있다.

또한, 본 발명은 파우치형 전지의 실링에 사용되는 상기 실링부에 닿는 단면이 둥근 원통형 롤러를 실링부의 외부에서 내부 방향으로 롤링시킴으로써 가압 실링이 이루어지도록 하는 파우치의 실링 장치를 제공한다. 상기 실링 장치는 파우치의 실링부 상하에 위치되는 원통형 롤러; 상기 롤러에 0.1㎫ 이상의 범위의 압력을 가하는 압력 지그; 및 파우치의 실링부에서 파우치 외주로부터 파우치 내부를 향해 상기 롤러를 롤링시키는 수단을 포함한다.

바람직하게, 상기 원통형 롤러의 직경은 5 ~ 30㎜이고, 상기 롤러의 롤링으로 실링부에 가해지는 압력은 0.1 ~ 5㎫의 범위가 적당하다. 또한, 상기 롤러의 롤링시 가해지는 압력은 셀 지그에 압력 게이지를 달아 실링이 이루어지는 동안 계속하여 동일한 압력이 걸리도록 할 수 있다.

이러한 실링 장치는 파우치형 전지의 디개싱-리실링 과정에서 바람직하게 사용될 수 있다. 즉, 파우치 내에 전해액을 주입하기 전에 파우치를 실링할 때에는 전해액에 의한 교착 실링의 염려가 없으므로 굳이 본 발명의 방법 또는 장치를 사용하지 않고 통상의 가압 장치 및 방법으로 실링을 하여도 무방하다. 그러나, 전지 조립체 및 전해액을 주입하고, 이후 전지의 활성화를 위한 충방전 사이클, 및 그 과정에서 발생되는 가스의 디개싱을 위한 파우치의 부분 개봉이 일어나고, 상기 부분적으로 개봉하였던 부분을 최종적으로 실링할 때에는 전해액이 교착 실링될 가능성이 매우 높다. 따라서, 이 과정에서 본 발명의 실링 장치 및 방법을 이용함으로써 전해액의 교착 실링의 가능성을 낮추는 것이 바람직하다.

파우치의 실링을 위해서는 가압 및 일정 온도 이상으로 실링부를 가열하는 것이 필요하다. 이것은 통상의 파우치의 경우 내층의 레진부와 외층의 금속박(대부분 알루미늄 박)으로 구성되며(금속박층을 덮는 최외층에 추가적인 레진부를 포함할 수도 있다), 실링은 내층의 열가소성수지(예를 들면, 폴리프로필렌) 레진부를 가열 압착시키는 것으로 이루어진다. 이를 위해 파우치 실링부를 일정한 온도 및 압력으로 가온, 가압하는 것이 필요하다.

실링부가 가열되면, 실링되는 계면에 위치하는 전해액이 열에너지를 받아 실링되기 전에 기화되는 바, 전해액이 실링부에 교차실링될 우려가 매우 낮아지기 때문이다.

따라서, 상기 실링부에는 25 ~ 500℃ 온도 범위의 열이 가해지는 것이 바람직하다. 25℃ 미만에서는 실링이 제대로 일어나지 않을 우려가 있을 뿐만 아니라, 전해액을 기화시키기에 충분한 열에너지를 전달하지 못할 수 있고, 500℃ 초과하면, 파우치 자체가 열에 의해 손상될 우려가 있어 바람직하지 않다.

본 발명의 실링 장치가 종래의 실링 장치에 비해 특징적인 것은, 최종 파우 치에 실링 흔적을 잘 남기지 않는다는 것이다. 도 1에 나타낸 바와 같이, 종래의 실링 장치는 바형(bar-type)의 2개의 막대가 상·하로 실링부를 열압착하는 방식이었는데, 이 경우 바형 막대의 모서리 부분에 각이 형성되어 있기 때문에, 전지의 실링부와 미실링부의 간에 뚜렷한 경계가 형성되고, 이 부분이 파우치 외층에 뚜렷한 흠과 같은 선의 형상으로 나타날 수 있다.

하지만, 본 발명의 장치에 의해 실링된 경우에는, 원주형의 롤러를 쓰기 때문에 각진 모서리가 없는 바, 파우치 외층에 뚜렷한 흠과 같은 선이 잘 생기지 않는 특징이 있다.

도 1은 종래 파우치 실링 장치의 작동 원리를 도시한 것이다.

도 2는 본 발명의 파우치 실링 장치의 작동 원리를 도시한 것이다.

Claims (7)

1. 전지 조립체를 파우치 안에 넣고 패키징함으로써 제조되는 파우치형 전지의 제조에 있어서,

   상기 패키징 시 파우치의 실링부 상, 하에 원통형의 롤러를 위치시키고 상기 롤러를 롤링함으로써 실링이 이루어지도록 하는 것을 특징으로 하는 파우치형 전지의 제조방법.
2. 제1항에 있어서,

   실링은 상기 롤러를 파우치의 외부로부터 내부로 롤링시킴으로써 이루어지는 것을 특징으로 하는 파우치형 전지의 제조방법.
3. 제1항에 있어서,

   상기 롤러를 이용한 실링은 디개싱 공정 이후에 이루어지는 것을 특징으로 하는 파우치형 전지의 제조방법.
4. 제1항에 있어서,

   전지 조립체 및 전해액을 파우치 내에 넣고 가실링한 후, 초기화 충방전 사이클을 실시하는 단계;

   파우치의 일부를 개봉하여 충방전 사이클에서 발생된 가스를 디개싱하는 단계; 및

   개봉된 파우치의 실링부 상, 하에 원통형 롤러를 위치시키고 일정한 압력으로 롤러를 롤링함으로써 파우치를 실링하는 것을 특징으로 하는 파우치형 전지의 제조방법.
5. 제1항에 있어서,

   상기 롤러의 롤링에 의해 파우치의 실링부에는 0.1㎫ 이상 범위의 압력 및 25 ~500℃ 온도 범위의 열이 가해지는 것을 특징으로 하는 파우치형 전지의 제조방법.
6. 파우치의 실링부 상하에 위치되는 롤러;

   상기 롤러에 0.1㎫ 이상의 범위의 압력을 가하는 압력 지그; 및

   파우치의 실링부에서 파우치 외주로부터 파우치 내부를 향해 상기 롤러를 롤링시키는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 전지의 포장재 파우치 실링 장치.
7. 제6항에 있어서,

   상기 롤러의 롤링시 파우치의 실링부에는 25 ~500℃ 온도 범위의 열이 가해지는 것을 특징으로 하는 전지의 포장재 파우치 실링 장치.

Images