KR20150045097A - 파우치형 리튬 이차전지의 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 파우치형 리튬 이차전지의 제조 방법에 관한 것으로서, 파우치형 리튬 이차전지의 제조 방법에 있어서, 파우치 내의 전극 조립체에 대한 충방전 공정 중에 상기 파우치 내에서 발생한 가스를 진공 상태에서 제거하는 디개싱(degassing) 공정과, 상기 디개싱 공정 이후에 상기 파우치의 개구 부분을 실링하면서 동시에 상기 진공 상태를 해제하는 실링 및 벤트(vent) 공정을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 파우치의 개구 부분을 실링하면서 동시에 진공 상태를 해제하여 실링면의 변형 및 약화되는 것을 방지할 수 있다.
본 발명에 의하면, 파우치의 개구 부분을 실링하면서 동시에 진공 상태를 해제하여 실링면의 변형 및 약화되는 것을 방지할 수 있다.
Description
본 발명은 파우치형 리튬 이차전지의 제조 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 파우치 실링면의 변형 및 약화를 방지하기 위한 파우치형 리튬 이차전지의 제조 방법에 관한 것이다.
최근 전자 기술의 발전에 따라 휴대폰, 캠코더, 노트북 컴퓨터와 같은 전자기기용 전원으로 소형화, 경량화, 고 에너지 밀도화가 요구되고 있다. 이러한 추세에 따라 활발한 연구개발이 진행되고 있는 이차전지는 일차전지와는 달리 충전 및 방전이 가능한 것으로, 니켈-카드뮴 전지, 니켈-수소 전지, 리튬 이차전지 등을 들 수 있다.
이 중, 리튬 이차전지는 휴대용 전자기기의 전원으로 사용되거나, 여러 개를 직렬 연결하여 고출력의 하이브리드 자동차에 사용되는데, 니켈-카드뮴 전지, 니켈-수소 전지 등에 비해 작동전압이 3배가 높고, 단위 중량당 에너지 밀도가 높아 급속도로 사용되고 있는 추세다. 리튬 이차전지는 여러 가지 형상으로 제조되고 있는데, 대표적인 형상으로는 원통형, 각형 그리고 파우치형을 들 수 있다.
종래기술에 따른 파우치형 리튬 이차전지는 양극판과, 음극판과, 이들 사이에 개재된 분리막으로 구성되는 전극 조립체와, 전극 조립체가 수용되는 홈을 제공하는 파우치를 포함한다.
이러한 구성을 갖는 파우치형 리튬 이차전지의 제조 방법을 도 1을 참조하여 설명한다. 우선, 양극 활물질 및 음극 활물질을 각각 도포한 양극판 및 음극판을 절연체인 분리막과 함께 권취하거나 적층함으로써 전극 조립체를 제조하는 전극 조립체 준비 공정(S11)을 실시한다.
이후, 수납공정(S12)을 통하여 전극 조립체를 파우치에 수납시킨 후, 주액 공정(S13)을 실시한다. 주액 공정(S13)으로 전해액을 파우치 내부로 주액한 후 파우치의 가장자리를 실링한다. 이후, 파우치 내의 전극 조립체를 몇 회의 충방전 사이클을 통해 활성화 시키는 충방전 공정(S14)을 실시하고, 충방전 공정(S14) 중 발생되는 가스를 제거하기 위한 디개싱(Degassing) 공정(S15)을 수행한다.
디개싱 공정(S15)은 일반적으로 진공 하에서 이루어진다. 디개싱 공정(S15)은 실링된 파우치 가장자리의 일부분을 개봉하여 개구 부분을 형성한 후에, 진공에 의해 파우치 내부의 가스를 개구 부분으로 배출시킨다. 디개싱 공정(S15) 이후, 개구 부분을 재실링하여 파우치의 내부를 외부로부터 밀봉시키는 실링 공정(S16)을 실시한다. 실링 공정(S16) 이후, 벤트(vent) 공정(S17)을 실시하여, 진공을 해제하기 위해 챔버 내로 공기를 유입시켜 챔버 내부 압력을 상압으로 만든다.
상기와 같은 종래 파우치형 리튬 이차전지를 제조하는 방법은 파우치 개구 부분의 실링 공정 이후 벤트 공정을 수행하게 된다. 도 2와 도 3에 도시된 바와 같이, 파우치(101)의 디개싱 공정 이후 실링되는 개구 부분(102)은 실링 열에 의하여 파우치(101)가 녹아 열변형부(105)를 형성하게 되고, 이러한 열변형부(105)가 파우치(101)를 밀폐시킴으로써 실링된다. 이러한 열변형부(105)는 절연 특성이 취약하고, 벤트 공정 중 공기 유입이 진행되는 과정에서 진공차에 의해 파우치(101)의 수축이 발생됨에 따라 열변형부(105)가 변형된다. 이에, 개구 부분(102)의 실링면(103) 일부가 실링 불량 부분(107)이 생기거나, 약화되는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 파우치의 개구 부분을 실링하면서 동시에 진공 상태를 해제하여 실링면의 변형 및 약화되는 것을 방지하고자 한다.
본 발명에 따른 파우치형 리튬 이차전지의 제조 방법은, 파우치형 리튬 이차전지의 제조 방법에 있어서, 파우치 내의 전극 조립체에 대한 충방전 공정 중에 상기 파우치 내에서 발생한 가스를 진공 상태에서 제거하는 디개싱(degassing) 공정과, 상기 디개싱 공정 이후에 상기 파우치의 개구 부분을 실링하면서 동시에 상기 진공 상태를 해제하는 실링 및 벤트(vent) 공정을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서, 상기 실링 및 벤트 공정은 실링 블록으로 상기 파우치의 개구 부분을 상하에서 가압한 상태에서 상기 진공 상태를 해제하는 것이 바람직하다.
본 발명에서, 상기 실링 및 벤트 공정은 상기 파우치의 개구 부분을 따라 이동하는 실링 롤러로 상기 파우치의 개구 부분을 상하에서 가압한 상태에서 상기 진공 상태를 해제하는 것이 바람직하다.
본 발명에서, 상기 실링 롤러는 상기 전극 조립체의 반대쪽에서 상기 전극 조립체를 향해 이동하며 실링을 위해 상기 파우치의 개구 부분을 상하에서 가압하는 것이 바람직하다.
본 발명에서, 상기 실링 및 벤트 공정은 상기 파우치의 개구 부분을 실링하면서, 상기 진공 상태를 유지시키기 위한 챔버로 공기를 유입시켜 상기 챔버의 내압을 상압으로 전환시키는 것이 바람직하다.
본 발명에서, 상기 실링 및 벤트 공정은 170 내지 200℃에서 실링을 행하는 것이 바람직하다.
본 발명에서, 상기 실링 및 벤트 공정은 50 내지 150kgf/cm² 에서 실링을 행하는 것이 바람직하다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 파우치형 리튬 이차전지의 제조방법은 파우치의 개구 부분을 실링하면서 동시에 진공 상태를 해제하여 실링면의 변형 및 약화되는 것을 방지할 수 있다.
도 1은 종래 파우치형 리튬 이차전지의 제조방법 순서를 도시한 도면.
도 2는 종래 파우치형 리튬 이차전지의 벤트 공정을 도시한 도면.
도 3은 종래 파우치형 리튬 이차전지의 실링면을 도시한 도면.
도 4는 본 발명에 따른 파우치형 리튬 이차전지의 제조방법 순서를 도시한 도면.
도 5 및 도 6은 본 발명에 따른 파우치형 리튬 이차전지의 실링 및 벤트 공정을 도시한 도면.
도 7은 본 발명에 따른 파우치형 리튬 이차전지의 실링면을 도시한 도면.
도 2는 종래 파우치형 리튬 이차전지의 벤트 공정을 도시한 도면.
도 3은 종래 파우치형 리튬 이차전지의 실링면을 도시한 도면.
도 4는 본 발명에 따른 파우치형 리튬 이차전지의 제조방법 순서를 도시한 도면.
도 5 및 도 6은 본 발명에 따른 파우치형 리튬 이차전지의 실링 및 벤트 공정을 도시한 도면.
도 7은 본 발명에 따른 파우치형 리튬 이차전지의 실링면을 도시한 도면.
이하에서는 첨부도면을 참조하여 본 발명에 대하여 상세히 설명한다. 도 4 내지 도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 파우치형 리튬 이차전지의 제조방법은 전극 조립체 준비 공정(S1)과, 수납 공정(S2)과, 전해액 주액 공정(S3)과, 충방전 공정(S4)과, 디개싱(Degassing) 공정(S5)과, 실링 및 벤트(Vent) 공정(S6)을 포함한다.
우선, 양극 활물질 및 음극 활물질을 각각 도포한 양극판 및 음극판을 절연체인 분리막과 함께 권취하거나 적층함으로써 전극 조립체(4)를 제조하는 전극 조립체 준비 공정(S1)을 실시한다. 이후, 수납공정(S2)을 통하여 제조된 전극 조립체(4)를 파우치(1)에 수납시킨 후, 주액 공정(S3)을 실시한다. 주액 공정(S3)으로 전해액을 파우치(1)의 내부로 주액한 후 파우치(1)의 가장자리를 실링한다. 이후, 파우치(1) 내의 전극 조립체(4)를 몇 회의 충방전 사이클을 통해 활성화 시키는 충방전 공정(S4)을 실시하고, 충방전 공정(S4) 중 발생되는 가스를 제거하기 위한 디개싱 공정(S5)을 수행한다. 디개싱 공정(S5)은 일반적으로 진공 하에서 이루어진다. 디개싱 공정(S5)은 실링된 파우치(1) 가장자리의 일부분을 개봉하여 개구 부분(2)을 형성한 후, 진공에 의해 파우치(1) 내부의 가스를 개구 부분(2)으로 배출시킨다.
전술한 공정은 종래와 동일하다. 이에, 여기서 더 이상 자세한 설명은 생략하도록 한다.
디개싱 공정(S5) 이후, 실링 및 벤트 공정(S6)을 실시한다. 실링 및 벤트 공정(S6)은 디개싱 공정 시 가스를 제거하기 위한 개구 부분(2)을 재실링하는 실링 작업과 동시에, 디개싱 공정을 위하여 진공 상태로 만들었던 챔버(미도시)의 내부로 공기를 유입하여 챔버(미도시)의 내압을 상압으로 전환시킨다.
이를 위하여 파우치(1)의 개구 부분(2)은 실링 블록(10)을 이용하여 상하에서 가압시킨다. 즉, 실링 블록(10)으로 파우치(1)의 개구 부분(2)을 상하에서 잡아 주어 개구 부분(2)을 실링하며, 이와 동시에 챔버(미도시)로 공기를 유입시킨다. 실링 블록(10)의 열에 의하여 파우치(1)는 녹아 열변형부(5)를 형성한다. 열변형부(5)에 의해 파우치(1)의 개구 부분(2)은 실링된다. 이에, 실링 블록(10)이 파우치(1)의 개구 부분(2)을 상하에서 잡아준 상태에서 챔버 내로 공기가 유입되기 때문에, 공기 유입으로 인한 파우치(1)의 실링 부분인 열변형부(5)의 변형 및 실링면(3)의 약화를 방지할 수 있다.
한편, 이러한 실링 및 벤트 공정(S6)을 위하여 실링 블록(10) 외에 실링 롤러(11)를 사용할 수 있다(도 6 참조). 실링 롤러(11)는 파우치(1)의 개구 부분(2)을 상하에서 가압하며 파우치(1)의 외측에서 내측 방향으로 즉, 전극 조립체(4)의 반대쪽에서 전극 조립체(4)쪽으로 이동하여 파우치(1)의 개구 부분(2)을 실링한다. 이와 동시에 챔버(미도시)에 공기를 유입하여 챔버(미도시)의 내압을 상압으로 전환시킨다. 실링 블록(10)과 마찬가지로 실링 롤러(10)의 열에 의하여 파우치(1)는 녹아 열변형부(5)를 형성한다. 열변형부(5)에 의해 파우치(1)의 개구 부분(2)은 실링된다. 이에, 실링 블록(10)이 파우치(1)의 개구 부분(2)을 상하에서 잡아준 상태에서 챔버 내로 공기가 유입되기 때문에, 공기 유입으로 인한 파우치(1)의 실링 부분인 열변형부(5)의 변형 및 실링면(3)의 약화를 방지할 수 있다.
이와 같은 실링 및 벤트 공정(S6)은 170 내지 200℃의 온도와 50 내지 150kgf/㎠의 압력으로 실링을 실시하는 것이 바람직하다. 이는 온도와 압력이 상기의 범위보다 낮을 경우 실링이 약화되고, 상기의 범위보다 높을 경우 절연 특성이 약화되어 부식이 발생할 위험이 있기 때문이다.
본 발명에 따른 파우치형 리튬 이차전지를 제조하는 방법에 따르면, 도 7에 도시된 바와 같이, 파우치(1)의 디개싱 공정 이후 실링되는 개구 부분(2)이 실링 약화에 따른 변형 없으므로, 실링면(3)이 균일하다.
전술된 실시 예는 모든 면에서 예시적인 것이며, 한정적인 것이 아닌 것으로 이해되어야 하며, 본 발명의 범위는 전술된 상세한 설명보다는 후술될 특허청구범위에 의하여 나타내어질 것이다. 그리고 이 특허청구범위의 의미 및 범위는 물론, 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 및 변형 가능한 형태가 본 발명의 범주에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
1: 파우치 2: 개구 부분 4: 전극 조립체
Claims (8)
- 파우치형 리튬 이차전지의 제조 방법에 있어서,
파우치 내의 전극 조립체에 대한 충방전 공정 중에 상기 파우치 내에서 발생한 가스를 진공 상태에서 제거하는 디개싱(degassing) 공정과,
상기 디개싱 공정 이후에 상기 파우치의 개구 부분을 실링하면서 동시에 상기 진공 상태를 해제하는 실링 및 벤트(vent) 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 파우치형 리튬 이차전지의 제조 방법. - 청구항 1에 있어서,
상기 실링 및 벤트 공정은 실링 블록으로 상기 파우치의 개구 부분을 상하에서 가압한 상태에서 상기 진공 상태를 해제하는 것을 특징으로 하는 파우치형 리튬 이차전지의 제조 방법. - 청구항 1에 있어서,
상기 실링 및 벤트 공정은 상기 파우치의 개구 부분을 따라 이동하는 실링 롤러로 상기 파우치의 개구 부분을 상하에서 가압한 상태에서 상기 진공 상태를 해제하는 것을 특징으로 하는 파우치형 리튬 이차전지의 제조 방법. - 청구항 3에 있어서,
상기 실링 롤러는 상기 전극 조립체의 반대쪽에서 상기 전극 조립체를 향해 이동하며 실링을 위해 상기 파우치의 개구 부분을 상하에서 가압하는 것을 특징으로 하는 파우치형 리튬 이차전지의 제조 방법. - 청구항 1에 있어서,
상기 실링 및 벤트 공정은 상기 파우치의 개구 부분을 실링하면서, 상기 진공 상태를 유지시키기 위한 챔버로 공기를 유입시켜 상기 챔버의 내압을 상압으로 전환시키는 것을 특징으로 하는 파우치형 리튬 이차전지의 제조 방법. - 청구항 1에 있어서,
상기 실링 및 벤트 공정은 170 내지 200℃ 에서 실링을 행하는 것을 특징으로 하는 파우치형 리튬 이차전지의 제조 방법. - 청구항 1에 있어서,
상기 실링 및 벤트 공정은 50 내지 150kgf/㎠에서 실링을 행하는 것을 특징으로 하는 파우치형 리튬 이차전지의 제조 방법. - 청구항 1 내지 7 중 어느 하나에 따른 방법으로 제조되는 것을 특징으로 하는 파우치형 리튬 이차전지.
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