KR20120083287A - 프레임을 포함하는 갈바닉 전지 및 이의 제조방법 - Google Patents

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팀 샤에퍼
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리-텍 배터리 게엠베하
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Abstract

본 발명은 호일형 포장을 포함한 전극 스택으로 이루어지는 갈바닉 전지의 프레임에 관한 것으로, 상기 포장으로부터 적어도 2 개의 집전장치가 유도되어 나온다. 상기 프레임은 전지의 제조시 전지의 포장과 고정 결합될 수 있도록 디자인된다. 이러한 갈바닉 전지의 제조시 프레임은 포장이 밀봉될 때 포장과 고정 결합된다.

Description

프레임을 포함하는 갈바닉 전지 및 이의 제조방법{GALVANIC CELL COMPRISING FRAME, AND METHOD FOR THE PRODUCTION THEREOF}
본 발명은 프레임을 포함하는 갈바닉 전지 및 이의 제조방법에 관한 것이다. 전기화학적 활성 내용물이 호일형 포장(foil-type package), 예컨대 양면이 플라스틱으로 코팅된 얇은 알루미늄 호일에 의해 싸여 있는 평면형 및 직사각형으로 제조된 전지(배터리 전지, 축전기 등)는 공지되어 있으며, 상기 포장을 통해 금속 시트 형태의 전기 배선(소위, "집전장치", "current collectors")이 나온다. 다른 전지 디자인과 달리, 이러한 전지의 포장은 응력을 유도하지 않는데, 그 이유는 집전장치가 포장에 의하여 절연되기 때문이다. 이렇게 제작된 배터리 전지는 파우칭형 전지 또는 커피백형 전지로서도 표현된다.
예컨대 전기차 또는 하이브리드차에서의 여러 용도에서, 개개의 갈바닉 전지는 직렬 및/또는 병렬 연결되며, 종종 여기 속하는 전자 부품과 함께 하우징 안에 존재한다. 호일 안에 용접되는 파우치형 전지의 기계적 내하중력은 흔히 그다지 높지 않기 때문에 이들 전지는 종종 배터리 하우징 안에 직접 설치되지 못하고 우선 적당한 지지 구조에 의하여 기계적으로 안정화되어야 한다.
본 발명의 과제는 갈바닉 전지의 사용 및 취급을 용이하게 하고 포장 호일의 민감성과 관련된 문제를 완화시키거나 가능한 해결하는 것이다. 이 과제는 독립 청구항들 중 하나에 따른 생성물 또는 방법에 의하여 해결된다.
본 발명에 따르면 갈바닉 전지용 프레임이 제공된다. 상기 전지는 여기서 실질적으로 전극 스택, 및 2개 이상의 집전장치가 유도되어 나오는 호일형 포장을 포함한다. 프레임은 전지의 제조시 전지의 포장과 고정 결합될 수 있도록 제작된다. 본 발명에 따른 갈바닉 전지의 제조방법에서 포장의 밀봉시 프레임은 포장과 고정 결합된다.
이하에서는 본 발명에서의 추가의 설명에 사용되는 몇가지 용어를 설명하기로 한다.
용어 전극 스택은 임의의 디자인의 갈바닉 전지의 전기화학적 활성 내용물에 대한 표현으로서 사용된다. 이에 대하여, 전지의 포장이란 전극 스택을 외부에 대하여 차단하며 전기화학 반응에 참여하지 않는 물질을 의미한다.
호일형 포장에 대하여 언급되는 경우, 이것은 바람직하게는 적은 물질 사용으로 전극 스택을 외계에 대하여 효과적으로 차단 및 폐쇄하는 기능을 수행하는 모든 유형의 포장물 또는 외장물을 의미한다. 상기 폐쇄는 여기서 물질 및 전류의 이동에 대하여 이루어져야 한다. 이 용어에는 일반적인 의미의 호일뿐만 아니라 특히 플라스틱 코팅된 금속 호일도 포괄한다.
본 발명의 의미에서, 집전장치는 전기 전하를 전지로 운반하거나 또는 전지로부터 운반할 수 있기 위하여 포장을 통해 외부로 유도되는 전기 전도체를 의미한다.
본 발명의 의미에서 프레임은 전지를 외부 영향에 대하여 기계적으로 안정화시키는 데 적합하고 전지의 제조시 전지의 포장과 고정 결합될 수 있는 임의의 구조적 장치를 의미한다. 단어의 선택이 이미 나타내는 바와 같이, 프레임은 그 기능이 실질적으로 갈바닉 전지에 기계적 안정성을 부여하는 것에 있는 바람직하게는 실질적으로 프레임형인 장치이다.
본 발명의 바람직한 추가의 개선은 종속 청구항들로부터 도출된다.
이하에서 본 발명은 바람직한 실시예를 참조하고 도면을 이용하여 더 상세히 개시된다.
도 1은 프레임이 통합된 본 발명에 따른 전지의 제1 실시예를 앞에서 본 도면이다.
도 2는 동일한 실시예를 뒤에서 본 도면이다.
도 3은 이 전지의 앞에서 본 분해 조립도이다.
도 4는 이 전지의 뒤에서 본 분해 조립도이다.
도 5는 외부로 연장되는 포장 호일의 내면에 프레임이 용접된 본 발명의 실시형태를 도시한 것이다.
도 6은 양쪽 호일의 밀봉 영역에서 포장 호일의 외면에 프레임이 용접되어 있는 본 발명의 실시형태를 도시한 것이다.
도 7은 갈바닉 전지의 일반적인 포장 호일의 기본적인 구조를 도시한 것이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 갈바닉 전지를 포함하는 전지 블록의 구조를 도시한 것이다.
도 9는 부분적으로 프레임 주위에서 구부러져 있고 마찰 고착(friction-locked manner)에 의하여 접촉되는 집전장치 및 텐션 로드(tension anchor)를 위한 구멍을 갖는 프레임을 포함한 본 발명의 실시예에 따른 갈바닉 전지의 도면이다.
도 10은 도 9에 도시된 전지의 분해 조립도이다.
도 11은 개개의 전지를 포함하는 전지 블록의 도면으로서, 여기서는 텐션 로드가 도시되어 있지 않다.
도 12는 도 11에 도시된 전지 블록의 단면도이다.
도 13은 다른 실시예에 따른 본 발명에 따른 전지의 도면으로서, 여기서 집전장치는 호일의 용접 이음새에 대하여 평행하게 유도되어 나오고 마찰 고착에 의해 접촉된다.
도 14는 도 13에 도시된 전지의 분해 조립도이다.
도 15는 이 전지의 다른 분해 조립도이다.
도 16은 본 발명의 실시예에 따른 갈바닉 전지를 통한 여러 단면 이미지들 및 단면 위치의 스케치를 도시한 것이다.
도 17은 프레임 영역이 확대되어 있는 본 발명의 실시예에 따른 전지를 통한 단면도이다.
도 18은 도 13에 따른 전지를 포함하는 전지 블록을 도시한 것이다.
도 19는 도 20에 도시된 단면의 생성시의 단면 위치를 명확히 하기 위한 단면 위치 스케치 및 도 16에 도시된 단면의 생성시의 단면 위치를 명확히 하기 위한 다른 단면 위치의 스케치를 도시한 것이다.
도 20은 도 18에 도시된 전지 블록을 통한 단면도이다.
도 21은 도 20에서의 도면의 확대된 절취부를 도시한 것이다.
도 22는 두 밀봉바 사이에서 파우치형 전지의 가장자리의 용접을 도시한 것이다(종래 기술).
도 23은 전지의 포장 호일의 외면과 프레임의 결합이 전지의 밀봉과 동시에 이루어지는 본 발명의 실시예에 따른 프레임과 파우치형 전지의 용접을 개략적으로 도시한 것이다.
도 24는 전지가 이미 먼저 용접된 후 전지의 포장 호일의 내면과 프레임의 결합이 이루어지는 본 발명의 실시예에 따른 프레임과 파우치형 전지의 용접을 개략적으로 도시한 것이다.
도 25는 전지가 이미 먼저 용접된 후 전지의 포장 호일의 외면과 프레임의 결합이 이루어지는 본 발명의 실시예에 따른 프레임과 파우치형 전지의 용접을 개략적으로 도시한 것이다.
도 26a는, 도 23에 도시된, 전지의 돌출된 포장 호일의 내면과 프레임의 용접의 결과물을 비스듬하게 도시한 것으로, 여기서 용접 이음새는 전지에 대하여 평행하게 연장된다.
도 26b는 도 26a의 절취부 확대도다.
도 27은 도 26a에 도시된 실시형태의 프레임 영역을 통한 단면도이다.
도 28은 도 26a에 도시된 실시형태의 분해 조립도이다.
도 29a는 프레임과의 이음면을 음영으로 나타낸 도 26a에 도시된 실시형태의 도면이다.
도 29b는 도 29a의 절취부 확대도다.
도 30a는 도 24에 도시된 전지의 돌출된 포장 호일의 내면과 프레임의 용접의 결과물을 비스듬하게 도시한 것으로, 여기서 용접 이음새는 전지에 대하여 수직으로 연장된다.
도 30b는 도 30a의 절취부 확대도이다.
도 31은 도 30a에 도시된 실시형태의 프레임 영역을 통한 단면도이다.
도 32는 도 26a에 도시된 실시형태의 분해 조립도이다.
도 33a는 프레임과의 이음면이 음영으로 도시된 도 30a에 도시된 실시형태를 도시한 것이다.
도 33b는 도 33a의 절취부 확대도이다.
본 발명은 실질적으로 2개 이상의 집전장치가 유도되어 나오는 호일형 포장을 구비한 전극 스택을 포함하는 갈바닉 전지로부터 출발한다. 이러한 갈바닉 전지는 본 발명에 따르면 프레임에 의해 안정화되며, 상기 프레임은 전지의 제조시 전지의 포장과 고정 결합될 수 있도록 구성된다. 본 발명의 한 실시형태의 상응하는 디자인에서, 갈바닉 전지가 배터리에 조립될 때 추후 제작되는 프레임 또는 바디와의 결합에 의해서만 안정화되는 것이 아니라 전지가 전지 블록으로 조립되기 전에 본 발명에 따른 프레임에 의하여 이미 안정화된다는 이점이 발생한다. 프레임이 포장의 밀봉시 이미 전지와 결합되는 본 발명에 따른 방법은 전지가 후속 제조 공정에서, 즉 충전시, 성형시, 체계적 노화시("에이징") 또는 그레이딩(grading)시 이미 기계적 영향에 대하여 이미 보호된다는 장점을 또한 갖는다.
의도되는 용도에 따라 특히 예컨대 접착 또는 유사 방법과 같은 확고한 본딩(firm-bonding)이 전지의 본 발명에 따른 프레임 결합의 제조에 적합하다. 바람직하게는 프레임은, 바람직하게는 이음 파트너 사이에 존재하는 열가소성 층의 부분적 용융 및 이후의 압력하의 냉각에 의하여 이루어지는 고온 프레싱 또는 고온 밀봉에 의하여 포장 호일과 결합될 수 있으며, 상기 포장 호일에는 종종 임의의 경우 이에 적합한 상응하는 코팅이 제공된다.
고온 밀봉이란 용어는 바람직하게는 고온 프레싱에 의하여 포장 물질(예컨대, 라미네이트 호일)의 열가소성 용융 층을 결합하는 방법을 의미한다. 고온 밀봉은 포장 기술에서 호일의 용접을 위한 중요한 방법이다. 실질적으로 이하의 두 변형으로 구분된다:
a) 접촉 밀봉으로서도 표현되는, 밀봉조(sealing jaw) 사이에 가열봉 또는 가열 소자를 가지고 하는 밀봉, 및
b) 임펄스 밀봉.(impulse sealing)
상기 제1 변형에서 바람직하게는 가동형인 밀봉조는 가열봉을 보유한다. 밀봉 이음새에서의 불균일성을 보상하기 위하여, 바람직하게는 고정형인 하부 밀봉조에는 종종 탄성 물질로 이루어진 표면이 제공된다. 이러한 식의 밀봉 요소는 파우치의 제조 및 밀봉을 위한 다수의 시판되는 기계에서 그리고 성형기계, 충전기계 및 밀봉기계에서 사용된다.
밀봉 이음새가 매우 긴 경우, 전체 밀봉면에 대하여 균일한 압력을 보장하기 위하여, 종종 치수가 매우 정확하고 편차가 없는 가열봉으로 작업되어야 한다. 깨끗한 밀봉 이음새를 얻기 위하여, 호일은 밀봉 도구로의 도입 전에 종종 연신기로 평탄화된다. 다른 방법은 톱형 밀봉면을 갖는 가열봉을 이용하는 것이나 구멍 형성의 위험성이 있다.
고정형 저온 밀봉조의 표면을 탄성으로 하기 위해서, 실리콘 고무가 시도 및 시험되어 왔다. 흔히 이러한 역압 막대(counter-pressure bar)는 가볍게 만곡된 형태이다. 밀봉 과정에서 우선 밀봉 이음새의 중앙에 압력이 인가되며, 상기 압력은 도구가 체결될 때 에지(edge)로 확산된다. 이렇게 해서 최적의 밀봉 이음새가 생성된다. 또한, 수증기의 생성에 의해 밀봉 이음새를 파괴시킬 수 있는 작은 액적이 밀봉 영역으로부터 밀려나가서는 안된다.
임펄스 밀봉에서 밀봉조의 온도는 전체 밀봉 사이클에 걸쳐서가 아니라 짧은 순간 동안만 유지된다. 필요한 열은 2 개의 작은 저항 소자에 의하여 양쪽 밀봉조에 발생된다.
밀봉 도구가 밀봉할 호일 위에 체결(close over)되자마자, 짧은 서지 전류에 의하여 용접이 실행된다. 가열봉 용접과 비교하여, 열작용의 시간이 더 짧고 과도한 열이 즉시 다른 방향으로 유도된다. 밀봉된 물질의 들러붙음을 회피하기 위하여, 도구의 밀봉면은 또한 내열성 물질로 이루어진 얇은 절연 호일에 의하여 피복될 수 있다.
프레임에 대한 포장 호일의 결합 면적이 커서, 그렇지 않으면 구조의 하중하에서 쉽게 발생될 수 있는 기계적 응력 피크가 대부분 회피될 수 있다. 프레임에 대한 결합은 흔히 폴리프로필렌으로 코팅되는 포장 호일의 내면에서 이루어질 수 있다. 도 5는 프레임과 포장 호일의 내면의 이러한 결합을 도시한 것이다.
본 발명의 다른 실시형태에 따르면, 흔히 폴리아미드로 코팅되는 포장의 외면과 프레임을 결합시키는 것도 가능하다. 본 발명의 이러한 실시형태는 도 6에 도시된다.
또한, 전지의 밀봉, 즉 포장 호일의 양쪽 부분의 결합 및 프레임과의 결합을 하나의 작업 단계에서 수행하는 것이 유리하다.
본 발명에 따른 갈바닉 전지를 포함하는 전지 블록의 구조를 간단히 하기 위하여, 예컨대 프레임의 두 면에 배치되어 매칭 방식으로 서로 정합될 수 있고 의도하는 방식으로의 전지의 정렬을 촉진함으로써 전지 블록의 조립을 지원할 수 있는 예를 들어 돌출부 또는 오목부와 같은 상응하는 형태 요소를 프레임에 제공하는 것이 유리하고 바람직하다.
본 발명에 따른 프레임은 적당한 위치에 바람직하게는 전지 블록을 함께 지지하는 텐션 로드가 삽입될 수 있는 구멍 또는 다른 관통구가 제공될 수 있다.
도 1 내지 4는 프레임이 바람직하게는 플라스틱으로 형성되고 고온 프레싱에 의하여 포장 호일의 내면과 결합되는 본 발명의 바람직한 실시예를 도시한다. 도 5에 도시된 바와 같이, 이 실시예에서 프레임과 결합되는 포장 호일의 반쪽은 그 둘레가 다른 반쪽을 넘어선다.
도 1은 전지(103)의 포장과 결합되는 프레임(102)이 통합되어 있는 이 실시예에 따른 전지의 삼차원 이미지를 도시한다. 상기 포장으로부터 전지의 집전장치(101)가 돌출되어 나온다. 도 2는 동일한 전지를 다른 쪽으로부터 도시한 것이다. 도면 부호 201, 202 및 203은 전지의 집전장치, 프레임 및 포장을 표시한다. 도 3은 프레임이 통합된 이 전지의 분해 조립도를 도시한 것이다. 전지 스택(301)은 그 전지 헤드에 의하여 양쪽 전극 다발(304, 305)과 전기적으로 연결되고, 그 위에 집전장치(302, 303)가 피팅되며, 그 양쪽 면에서 프레임(308)에 의하여 기계적으로 안정화되는 부분(306, 307)을 포함한 포장 호일에 의하여 닫힌다. 도 4는 다른 쪽으로부터의 상응하는 분해 조립도를 도시한 것이다. 여기서도 전지 스택(401)은 전극 다발(404, 405) 및 그 위에 피팅된 집전장치(402, 403)와 함께 호일형 포장의 양쪽 부분(406, 407)에 의하여 둘러싸여 닫히고, 프레임(408)에 의하여 안정화된다.
도 7은 갈바닉 전지용의 일반적인 포장 호일의 기본적인 구조를 도시한다. 알루미늄 호일(702)은 그 한 면이 폴리아미드(701)로 코팅되고 다른 면이 폴리프로필렌(703)으로 코팅된다. 다른 물질, 층 또는 코팅을 갖는 다른 호일도 물론 가능하다.
도 8은 프레임이 통합된 본 발명에 따른 갈바닉 전지를 포함하는 전지 블록의 바람직한 실시형태를 도시한다. 전체 전지 블록(801)은, 구조에 존재하는 전지 블록(802)에 예컨대 도면 부호 803이 제공되는 전지와 같은 다른 전지가 프레임에 의하여 부가됨으로써, 조립된다. 전지(803)는 마찰 고착에 의해서 프레임(807)과 결합되는 집전장치(805, 806)를 포함한 실제 전지(804)를 포함한다. 전체 전지 블록의 안정화를 위해, 텐션 로드(808, 809, 810 및 811)가 프레임에 있는 해당 구멍을 통해 유도된다.
프레임은 전지의 센터링 또는 정렬을 촉진하는 예컨대 돌출부 또는 홈부와 같은 구조가 제공되어, 추후 구멍을 통한 텐션 로드의 관통도 상당히 촉진되도록 구성된다. 이 실시형태에서 집전장치는 중량 절약적으로 프레임 주위에 감싸이거나 그 주위에서 구부러짐으로써, 단단한 접촉바가 불필요하다.
도 9는 프레임 주위에 감싸인 집전장치를 구비하는 이러한 전지의 상세도를 도시한 것이다. 전지(901)는 프레임(902) 주위에 감싸인 집전장치(904)를 갖는다. 프레임에는 텐션 로드의 관통을 위한 구멍(903)이 제공된다. 도 10은 동일한 전지를 분해 조립도로 도시한 것이다. 상기 도면에 도시된 것과 달리, 집전장치(1004)는 상기 프레임(1002)의 장착 후에만 프레임 주위에서 구부러진다. 도 11은 이 실시형태의 갈바닉 전지를 포함하는 전지 블록을 도시한 것이다.
도 12는 도 11에 도시된 전지 블록의 단면도를 도시한 것이다. 전지(1201)의 전지 헤드(1202)에 집전장치(1204)가 장착되고, 상기 집전장치는 프레임(1205) 주위에서 구부러지고 인접하는 전지의 집전장치와 전기적으로 접촉한다. 전지(1201)의 대향 위치된 집전장치는 프레임(1205) 주위에서 구부러지지 않으므로 인접하는 전지의 집전장치(1206)로부터 전기적으로 절연되고, 이것은 다시 다음 인접 전지의 집전장치와 전기적으로 접촉한다. 이러한 방식으로 실제로 추가의 보조 수단 없이 의도하는 방식으로 전지 블록 구조에서 집전장치의 전기적 회로(electrical circuitry)를 달성하는 것이 가능하다.
도 13에 도시되는 본 발명의 실시형태는 더 적은 공간을 필요로 한다. 전지(1301)의 집전장치(1304)는 용접 이음새에 대하여 평행하게 포장으로부터 유도되어 나오고 마찰 고착에 의해서 접촉한다. 프레임(1302)은 텐션 로드의 관통을 위한 구멍(1303)을 포함한다. 도 14는 이 실시형태의 분해 조립도를 도시한 것이다. 전지(1401)의 포장은 그 모서리에 프레임(1402)과의 고온 프레싱에 적합한 특별한 면(1405)을 포함한다. 전지의 집전장치(1404)는 의도하는 방식으로 접촉이 자동으로 이루어지도록 배치된다. 전지의 포장 모서리는 또한 텐션 로드의 관통을 위한 구멍(1406)이 제공될 수 있으며, 이것은 프레임(1402)에 있는 관통구(1403)와 일치하게 배치된다. 도 15는 이 실시예의 분해 조립도를 도시한 것이다. 집전장치(1502, 1503)를 구비한 전극 스택(1501)은 포장의 상부 부분(1506), 프레임(1508) 및 포장의 하부 부분(1507) 사이에 감싸인다. 포장의 상부 부분 및 하부 부분은 포 15에 도시된 형태 요소가 장착되며, 이것이 의도하는 방식으로 집전장치의 자동 접촉을 지원한다.
도 16은 도 19의 하부에 도시된 갈바닉 전지를 통한 3개의 상이한 단면 위치를 도시한 것이다. 여기서 도 16a는 라인 1907에 따른 단면 위치에 따른 단면을 도시한 것이고, 도 16b는 라인 1906에 따른 단면 위치에 따른 단면을 도시한 것이며, 도 16c는 라인 1905에 따른 단면 위치에 따른 단면을 도시한 것이다. 도 16a는 전지 헤드(1602 및 1603)를 구비한 전지 스택(1601)을 도시한 것이고, 도 16b는 프레임(1604)을 통한 관통구(1605)를 도시한 것이며, 도 16c는 도 16a에 대하여 수직으로 위치되는 전지를 통한 단면을 도시한 것이다.
도 17은 본 발명의 이 실시예의 프레임 영역의 확대된 단면도를 도시한 것이다. 전지(701)의 포장 호일의 양쪽 부분(702, 703)과 결합되는 프레임(1704)이 도시된다. 도 18은 본 발명의 이 실시형태에 따른 전지를 포함하는 전지 스택을 도시한 것이다. 도 20은 도 19의 상부에 도시된 단면 위치를 갖는 전지 블록을 통한 단면을 도시한 것이다. 도 19는 이 단면 위치로부터의 절취부의 확대를 도시한 것인데, 도 20에서보다 더 명백히 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 이 실시형태에서 공간이 더 효율적으로 이용된다. 도 21의 상부에서 확인될 수 있는, 인접하는 전지의 집전장치(2108)와 전기적으로 접촉하는 집전장치(2107)의 특별한 디자인에 의하여, 전지 블록의 거의 간극 없는 구조가 가능하다. 전지 스택(2104), 호일의 하면(2105), 호일의 표면(2106), 관통구(2102)를 갖는 프레임(2101 또는 2103)을 확인할 수 있다.
본 발명에 따른 갈바닉 전지의 제조를 위해, 프레임 및 포장, 바람직하게는 포장 호일이 중첩 배치되고, 예컨대 가열될 수 있는 스탬프 또는 밀봉바에 의해서 서로 프레스되고, 즉 바람직하게는 외부력의 작용하에 서로 열밀봉되거나 다른 방식으로 서로 확고하게 본딩된다. 이 방법은 바람직하게는 포장 호일에 바람직하게 존재하는 열가소성 층의 부분적 용융 및 또는 프레임의 표면의 부분적인 용융을 유도한다. 이 목적을 위해 프레임은 예컨대 그 이음 부분에서 바람직하게는 역시 열가소성 물질로부터 제조된다.
플라스토머로서도 표현되는 열가소성 물질은 특정 온도 범위에서 열작용하에 변형될 수 있는 플라스틱이다. 이 변형은 빈번히 역전될 수 있다. 즉, 과열에 의하여 물질의 열분해가 일어나지 않는 한, 변형은 냉각 후 예컨대 용융 상태까지의 재가열에 의해서 반복될 수 있다. 이 특성에서 열가소성 물질은 소위 열경화성 물질 또는 엘라스토머와 상이하다. 열가소성 물질의 다른 특성은 이 물질의 용접 가능성이다.
열가소성 물질은 열 및 압력하에 용접될 수 있다. 용접시킬 물질은 여기서 그 용융 온도 이상으로 가열되어 자유 유동 상태가 된다.
관련 부품의 가열 후, 이들 물질의 냉각은 바람직하게는 액티브 냉각 가능한 밀봉바 또는 액티브 냉각 가능한 스탬프에 의해서 가속될 수 있다. 이러한 액티브 냉각 가능한 스탬프는 예컨대 US 4,145,485호에 개시된다. 그러나, 이 문헌에 개시되는 스탬프는 열밀봉의 과정 동안 전지의 전기화학적 활성 부분이 과열로부터 보호되어야 하는 부분 영역에서만 냉각될 수 있다.
이 공보에 개시된 스탬프 또는 밀봉바는 열밀봉시 가열이 일어나는 영역에서는 냉각될 수 없다. 고온 밀봉 영역에서도 냉각 단계에서 밀봉바의 효율적인 냉각이 가능하도록, 실시예에 따른 본 발명에서는 밀봉바를 예컨대 고온의 공기로 가열하고 예컨대 냉각제 또는 냉각된 공기로 냉각시킨다. 스탬프 또는 밀봉바에서의 냉각 채널에 시간적으로 연속되는 고온 공기 또는 저온 공기의 송풍에 위하여 스탬프 또는 밀봉바에서의 온도의 신속한 시간적 연속성이 달성된다. 공기 대신 예컨대 물 또는 열 전달에 특히 적합한 다른 유체와 같은 다른 열 전달 매체도 사용될 수 있다.
고온 밀봉에 사용되는 도구의 각 지점의 연속적으로 일어나는 가열 및 후속 냉각은, 본 발명의 실시형태에 따르면, US 4,145,485호에 개시된 전지의 전기화학적 활성 부분을 과열에 대하여 보호하기 위한 평면형 갈바닉 전지의 평면 영역에서의 영구 냉각과 조합될 수 있다.
포장과 프레임의 용접 또는 고온 밀봉은 바람직하게는 추가의 첨가제 없이 열작용 및 다른 압력의 작용 하에만 이루어진다. 프레임 상의 포장 호일의 접촉 면적이 크기 때문에 구조가 기계적 하중을 받을 때 기계적 응력 피크의 발생이 회피될 수 있다. 프레임에 대한 호일의 결합은 바람직하게는 흔히 폴리프로필렌으로 코팅되는 포장 호일의 내면(703, 2309, 2310, 2409, 2410, 2509, 2510)에서 이루어질 수 있다. 바람직하게는, 이러한 목적에서 포장 호일의 한 면은 - 예컨대 도 24 또는 25에 도시된 바와 같이 - 돌출된다.
본 발명의 다른 실시형태에 따르면, 포장 호일의 외면(701, 2308, 2311, 2408, 2411, 2508, 2511)을 보통 폴리아미드로 코팅되는 프레임과 결합시키는 것이 제공된다. 바람직하게는, 포장 호일의 외면(701, 2308, 2311, 2408, 2411, 2508, 2511)도 역시 폴리프로필렌 또는 다른 적합한 열가소성 물질로 코팅되며, 이것은 고온 밀봉 공정에서 프레임과 확고하게 결합된다.
본 발명의 다른 실시형태에서는, 프레임(2312, 2412, 2512)을 금속으로 형성하는 것이 제공된다. 이 경우에도 플라스틱 코팅의 적합한 변형에 의하여 포장과의 확고한 본딩을 유도하는 것이 가능하다. 바람직하게는, 이것은 개개의 작업 단계에서 이루어지며, 여기서 동시에 포장 호일의 상이한 부분들이 서로 그리고 프레임과 확고하게 결합된다.
다수의 갈바닉 전지를 포함하는 전지 블록의 구조 또는 형성을 간단히 하기 위하여, 본 발명의 실시예는, 갈바닉 전지가 전지 블록의 제작시 측방향으로 서로 변위되어 정렬되도록, 프레임에 돌출부, 함몰부 또는 오목부 또는 다른 형태 형성 요소를 제공하는 것을 보여준다. 또한, 조립시 전지 및 프레임을 정렬하고 텐션에 대하여 전지 블록을 유지하는 관통형 텐션 로드를 위한 구멍을 프레임에 마련하는 것이 바람직하다.
도 22는 2 개의 밀봉바(2201, 2202) 사이의 에지에서 갈바닉 전지의 포장 호일의 용접을 개략적으로 도시한 것이다. 압력(2205, 2206)을 인가하고 동시에 가열함으로써 밀봉바(2201, 2202)의 양쪽 시트를 서로 압박한다. 여기서 포장 호일은 바람직하게는 알루미늄 호일로 이루어지는 중간층(2203, 2204) 및 바람직하게는 폴리아미드(2208, 2211) 또는 바람직하게는 폴리프로필렌(2209, 2210)으로 이루어지는 2 개의 외층(2208, 2209, 2210, 2211)을 포함하는 것이 바람직하다. 이음 구역(2207)에서, 폴리프로필렌은 열작용에 의하여 부분적으로 용융됨으로써, 전지 포장의 양쪽 부분의 확고한 본딩이 이루어진다. 전지 밀봉의 유형은 기본적으로 공지되어 있다.
도 23은 바람직하게는 하나의 개별 작업 단계에서 전지 포장의 밀봉과 동시에 본 발명에 따라 포장 호일과 프레임을 용접하는 실시예를 개략적으로 도시한 것이다. 밀봉바 또는 스탬프(2301, 2302)는 압력(2305, 2306) 및 열작용에 의하여 포장 호일의 양쪽 시트(2308, 2309, 2303, 2304, 2310, 2311)를 함께 압박하고 포장 호일의 외면(2311)에 대하여 프레임(2312)을 또한 압박한다. 압력 및 열의 작용하에 포장 호일의 양쪽 시트 사이의 이음 구역(2307) 및 포장 호일과 프레임 사이의 이음 구역(2313)에서 여기에 존재하는 열가소성 물질의 부분적인 용융이 일어나며, 이것이 한 작업 단계에서 한편으로는 포장 호일의 양쪽 시트 사이에 그리고 다른 한편으로 포장 호일의 한 시트와 프레임 사이에 견고한 물질적 결합을 유도한다. 프레임 면에서 가열되는 밀봉바(2302) 대신 이 면에 간단한 카운터 지지체가 제공될 수도 있다.
도 24에 도시된 본 발명의 다른 실시예에서, 포장 호일의 양쪽 시트(2403, 2404)는 제1 단계에서 그 내면(2409, 2410)에서 용접 결합되거나 서로 견고하게 결합된다. 제2 단계에서 프레임(2412)과의 확고한 본딩은 바람직하게는 밀봉바(2401, 2402)에 의한 고온 밀봉에 의해서 이루어지는데, 이것은 외력(2405, 2406)의 인가 하에 그리고 열의 작용 하에 전지의 포장 호일의 돌출된 시트의 내층(2409)을 프레임(2412)에 대하여 압박하고 이음 구역(2413)에서 층(2409)을 바람직하게는 열가소성 물질의 부분 용융에 의하여 프레임(2412)과 용접하거나 또는 확고하게 결합시킨다.
도 24에는 도 23 및 24에 도시된 실시예의 조합은 나타나 있지 않다. 이 바람직한 조합에서 포장 호일(2404)의 코팅(2411)은 이음 구역(2407) 아래의 층(2411)과 프레임(2412) 사이에 있는 이음 구역에서도 프레임과 확고하게 본딩된다. 이로써, 프레임에 의한 갈바닉 전지의 추가의 기계적 안정화가 달성될 수 있다.
도 25는 본 발명의 다른 실시예를 개략적으로 도시한 것인데, 여기서 포장 호일의 하부 시트(2504)는 상부 시트(2503) 위로 돌출하고 제1 작업 단계에서 이 상부 시트와 확고하게 결합된다. 외력(2505, 2506)의 작용하에 열작용하에 스탬프(2501, 2502)가 돌출 시트(2504)를 프레임(2512)에 대하여 압박함으로써, 앞의 실시예들에서와 유사한 방식으로 포장 호일의 하부 시트(2504)와 프레임(2512)의 확고한 결합이 이음 구역(2513)에서 이루어진다. 여기서 외부 호일(2511) 및 바람직하게는 프레임(2512)에서 해당 열가소성 시트도 이음 구역(2513)에서 부분적으로 용융됨으로써, 호일과 프레임 사이의 확고한 결합이 생성된다.
이들 실시예도 또한 여기 도면에는 도시되지 않은 방식으로 도 23에 도시된 실시예와 조합될 수 있으며, 여기서 이음 구역(2517) 아래에 놓인 다른 이음 구역에서도 확고한 본딩결합이 달성될 수 있다.
도 26a는 개시된 방법 단계의 결과물로서 갈바닉 전지(2601)를 도시하며, 도 26b에는 확대된 절취부(2602)가 도시된다. 돌출 포장 호일(2604)의 내면과 프레임(2605) 및 포장 에지(2603)의 용접을 확인할 수 있으며, 이것은 하부 포장 호일 위로 상부 포장 호일의 돌출에 의하여 달성된다.
도 27은 이들 실시예의 프레임 영역에서의 단면을 도시한 것인데, 여기서 포장 호일의 양쪽 시트와 각 층들(2708, 2709, 2710, 2711)은 이음 구역(2707)에서 서로 확고하게 본딩 결합되고 이음 구역(2713)에서 프레임(2712)과 확고하게 결합된다. 바람직하게는, 호일의 하부 시트(2710, 2711) 아래 이음 구역(2707)의 영역에서도 프레임과의 확고한 본딩 결합이 존재할 수 있으며, 여기서 이것은 바람직하게는 도 23 및 24에 도시된 실시예의 조합에 의하여 이루어진다.
도 28은 갈바닉 전지(2801), 이의 집전장치(2803, 2804) 및 포장 호일(2806)의 가장자리를 포함하는 실시예의 분해 조립도를 개략적으로 도시한 것이다. 프레임(2802)은 프레임에 예컨대 홈부의 형태로 특정 구조 요소(2805)를 가지며, 상기 홈부는 그 위치에서 집전장치(2803, 2804)의 배열에 상응하여 의도하는 방식으로 이 집전장치의 접촉을 달성할 수 있다.
도 29a는 이 실시예에 따른 갈바닉 전지의 이면의 비스듬한 모습을 도시한 것인데, 여기서 프레임에 대한 이음면은 음영으로 표시된다. 도 29b는 음영으로 표시된 프레임에 대한 이음면(2905, 2906, 2907)을 갖는 이 갈바닉 전지(2901)의 하부 에지의 절취부 확대를 도시한 것이다. 이 전지(2901)의 집전장치(2903, 2904)는 부분적으로 포장 호일(2902)로부터 돌출되어 나온다.
도 30a는 도 24에 나타낸 제조방법의 결과물을 갈바닉 전지(3001)의 형태로 도시하며, 도 30b에는 확대된 절취부(3002)가 도시된다. 프레임(3005) 및 포장 호일의 양쪽 시트의 에지(3003, 3004)가 확인된다.
도 31은 도 30a 및 30b에 도시된 실시예의 프레임 영역에서의 단면을 도시한 것이다. 포장 호일의 양쪽 시트와 갈바닉 전지(3101)의 내층 또는 외층(3108, 3109 또는 3110, 3111)은 이음 구역(3107)에서 서로 확고한 본딩 결합, 바람직하게는 고온 밀봉된다. 상기 시트와 상기 층(3108, 3109)은 다른 시트보다 돌출되어 나오고 이음 구역(3113)에서 프레임(3112)과 확고하게 결합된다.
도 32는 갈바닉 전지(3201), 이의 집전장치(3203, 3204), 부분적인 포장 호일(3206), 프레임(3202) 및 집전장치(3203, 3204)의 적절한 사용을 지원하는, 프레임(3205)에 바람직하게 마련된 구조를 포함한 실시예의 분해 조립도를 도시한 것이다.
도 33a는 프레임에 대한 이음면이 음영으로 표시되는 실시예의 비스듬한 모습을 도시한 것이다. 도 33b는, 그 이음 구역(3306, 3307)이 음영으로 표시된, 도 33A에 도시된 갈바닉 전지(3301)의 하부 에지, 집전장치(3303, 3304), 포장 호일(3302) 및 포장 호일(3305)의 돌출 에지의 절취부 확대를 도시한 것이다.

Claims (19)

  1. 호일형 포장을 구비한 전극 스택을 포함하고 상기 포장으로부터 적어도 2 개의 집전장치가 유도되어 나오는 갈바닉 전지용의 프레임에 있어서, 상기 프레임이전지의 제조시 전지의 포장과 고정 결합될 수 있도록 디자인되는 것을 특징으로 하는 갈바닉 전지용 프레임.
  2. 제1항에 있어서, 상기 프레임이 전지의 제조시 전지의 포장과 확고하게 본딩 될 수 있도록 디자인되는 것을 특징으로 하는 프레임.
  3. 제2항에 있어서, 상기 프레임이 전지의 제조시 - 추가의 물질의 첨가 없이 - 고온 밀봉을 통해 전지의 포장과 확고하게 본딩될 수 있도록 디자인되는 것을 특징으로 하는 프레임.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 프레임이 전지 블록의 조립시 이 프레임이 장착된 전지의 나란한 정렬을 지원하는 구조(structures)를 갖는 것을 특징으로 하는 프레임.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 프레임이 전지 블록의 조립시 이 프레임이 장착된 전지의 측방향 변위된 정렬을 지원하는 구조체(structures)를 갖는 것을 특징으로 하는 프레임.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 전지 블록의 조립시 텐션 로드의 통과를 위한 관통구를 포함하는 것을 특징으로 하는 프레임.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항의 프레임을 포함하는 것을 특징으로 하는 갈바닉 전지.
  8. 제7항에 있어서, 포장이 그 내면에서 프레임과 결합되는 것을 특징으로 하는 갈바닉 전지.
  9. 제7항에 있어서, 포장이 그 외면에서 프레임과 결합되는 것을 특징으로 하는 갈바닉 전지.
  10. 적어도 2 개의 집전장치가 유도되어 나오는 호일형 포장에 전극 스택이 싸여 있는 갈바닉 전지의 제조방법으로서, 포장의 밀봉시 프레임이 포장과 고정 결합되는 것을 특징으로 하는 방법.
  11. 제10항에 있어서, 프레임이 포장과 확고하게 본딩되는 것을 특징으로 하는 방법.
  12. 제10항에 있어서, 전지의 제조시 - 추가의 물질의 첨가 없이 - 고온 밀봉을 통해 프레임이 전지의 포장과 확고하게 본딩되는 것을 특징으로 하는 방법.
  13. 제10항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 프레임 및 전지의 포장이 중첩되어 있고 가열될 수 있는 스탬프에 의하여 서로 프레스되는 것을 특징으로 하는 방법.
  14. 제12항에 있어서, 후속되는 냉각이 액티브 냉각된 밀봉바에 의하여 가속되는 것을 특징으로 하는 방법.
  15. 제10항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 포장의 밀봉 및 포장과 프레임의 결합이 하나의 작업 단계에서 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
  16. 제4항에 따른 프레임을 포함하는 다수의 갈바닉 전지로 이루어지는 블록의 조립방법으로서, 전지가 프레임의 구조로 인하여 나란하게 정렬되는 것을 특징으로 하는 조립방법.
  17. 제5항에 따른 프레임을 포함하는 다수의 갈바닉 전지로 이루어지는 블록의 조립방법으로서, 전지가 프레임의 구조로 인하여 측방향으로 변위되어 정렬되는 것을 특징으로 하는 조립방법.
  18. 제6항에 따른 프레임을 포함하는 다수의 갈바닉 전지를 포함하는 블록의 조립방법으로서, 블록이 전지의 프레임에 있는 관통구를 통과하는 텐션 로드에 의하여 안정화되는 것을 특징으로 하는 조립방법.
  19. 제16항 또는 제18항의 특징을 갖는 다수의 갈바닉 전지로 이루어지는 블록의 조립방법.
KR1020127004278A 2009-08-17 2010-07-29 프레임을 포함하는 갈바닉 전지 및 이의 제조방법 KR20120083287A (ko)

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