KR20150062739A - 원통형 이차전지의 내부 가스 배출장치 및 이를 이용한 가스 배출방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 1차 활성화(Pre-formation) 공정이 완료된 원통형 이차전지가 안착되어 고정되는 지그, 상기 지그의 상부에 승강 가능하도록 설치되어 원통형 이차전지의 상부 캡을 승강시키는 승강 유닛 및 상기 승강 유닛의 승강 높이를 제한하는 승강 제한 유닛을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 1차 활성화 공정이 완료된 원통형 이차전지의 상부 캡을 승강 유닛에 의해 상승시켜 케이스 내부의 가스를 외부로 배출함으로써, 케이스 내부에 발생된 가스에 의해 원통형 이차전지의 불량이 발생되는 것을 방지하는 효과가 있다.
본 발명에 의하면, 1차 활성화 공정이 완료된 원통형 이차전지의 상부 캡을 승강 유닛에 의해 상승시켜 케이스 내부의 가스를 외부로 배출함으로써, 케이스 내부에 발생된 가스에 의해 원통형 이차전지의 불량이 발생되는 것을 방지하는 효과가 있다.
Description
본 발명은 원통형 이차전지의 내부 가스 배출장치 및 이를 이용한 가스 배출방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 1차 활성화 공정이 완료된 원통형 이차전지의 상부 캡을 승강 유닛에 의해 상승시켜 케이스 내부의 가스를 외부로 배출함으로써, 케이스 내부에 발생된 가스에 의해 원통형 이차전지의 불량이 발생되는 것을 방지하는 원통형 이차전지의 내부 가스 배출장치 및 이를 이용한 가스 배출방법에 관한 것이다.
일반적으로 원통형 이차전지는 원통 형태의 전극조립체, 상기 전극조립체와 전해액을 수용하는 원통형의 케이스, 상기 케이스의 상단 개구부에 결합되어 케이스를 밀봉하고 전극조립체에서 발생되는 전류를 외부장치로 흐르게 하는 상부 캡을 포함한다.
상기한 원통형 이차전지의 구조 및 제조과정을 개략적으로 살펴보면, 전극조립체는 양극판, 세퍼레이터, 음극판 순으로 배치된 상태에서 젤리 롤(jelly roll) 형으로 와인딩(winding)되어 형성된다. 그리고 전극조립체의 중앙부에는 원통형의 센터핀이 삽입된다. 상기 센터핀은 전극조립체의 변형을 방지하며, 발영 등으로 인하여 발생하는 전지 내부의 가스를 전지 상부로 배출하는 역할을 한다. 또한, 전극조립체 상부 및 하부에는 상하 절연판이 형성된다. 상기한 상하 절연판은 전극조립체가 상부 캡 또는 케이스와 접촉하는 것을 방지하는 역할을 한다.
이러한 전극조립체는 원통형의 케이스 내부에 수용되고, 전극조립체가 케이스 내부에서 유동하는 것을 방지하기 위한 비딩부(beading)가 케이스의 상단 측벽에 형성된다. 또한, 상기 케이스의 상단 개구부 내측 벽에는 부품의 안착, 결합 및 내부를 밀폐하는 역할을 하는 가스켓(gasket)이 설치되고, 상기 가스켓의 내측으로 케이스의 상단 개구부를 마감하는 상부 캡이 설치된다.
상기 상부 캡에는 이차전지의 과충전 시 폭발 현상을 방지하기 위해, 과충전에 의해 내부 압력이 변화할 경우 형태가 변형되는 안전 벤트(safety vent)와 안전 벤트의 변형에 의해 전류가 차단되는 회로기판을 총칭하는 전류차단소자(current interrupt device, CID)가 설치된다.
상기와 같이 구성되는 원통형 이차전지는 각형 이차전지와는 달리 제조 공정 중에 내부에서 발생되는 가스를 제거하는 장치 및 공정이 별도로 마련되어 있지 않기 때문에, 제품이 출하되기도 전에 내부 가스 발생에 의한 내부 압력 증가로 전류차단소자가 작동되는 오작동이 야기될 수 있는 문제점이 있었다. 상기한 전류차단소자는 일회성 장치이기 때문에 복구가 불가능하므로, 이는 출하 전 이차전지의 제품 불량으로 이어지는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 1차 활성화 공정이 완료된 원통형 이차전지의 상부 캡을 승강 유닛에 의해 상승시켜 케이스 내부의 가스를 외부로 배출함으로써, 케이스 내부에 발생된 가스에 의해 원통형 이차전지의 불량이 발생되는 것을 방지하는 원통형 이차전지의 내부 가스 배출장치 및 이를 이용한 가스 배출방법을 제공하는 것이다.
상기 목적은 본 발명에 따라, 1차 활성화(Pre-formation) 공정이 완료된 원통형 이차전지가 안착되어 고정되는 지그, 상기 지그의 상부에 승강 가능하도록 설치되어 원통형 이차전지의 상부 캡을 승강시키는 승강 유닛 및 상기 승강 유닛의 승강 높이를 제한하는 승강 제한 유닛에 의해 달성된다.
여기서, 상기 승강 유닛은 상기 상부 캡에 결합되는 결합 부재 및 상기 결합 부재와 연결되어 상기 결합 부재를 승강시키는 승강 부재를 포함할 수 있다.
이때, 상기 결합 부재는 자성체로 마련되어 자력에 의해 상기 상부 캡과 결합될 수 있다.
또한, 상기 승강 부재는 실린더로 마련되고, 상기 승강 제한 유닛은 상기 실린더 내부의 압력 값을 감지하는 압력센서 및 상기 압력센서에 의해 감지된 상기 실린더 내부의 압력 값이 기 설정된 범위 내에 위치되도록 상기 실린더를 제어하는 제어부를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명은 (a) 원통형 이차전지의 케이스 내부로 전극 조립체를 삽입하는 단계, (b) 상기 전극 조립체가 삽입된 상기 케이스의 내부로 전해액을 주입하는 단계, (c) 상기 전극 조립체의 탭과 상부 캡을 접합시키는 단계, (d) 상기 케이스의 상부에 상기 상부 캡을 안착시키는 단계, (e) 상기 원통형 이차전지를 1차 활성화(Pre-formation)시키는 단계, (f) 상기 1차 활성화가 완료된 원통형 이차전지의 상기 상부 캡을 상승시켜 상기 케이스 내부의 가스를 배출시키는 단계, (g) 상기 상승된 상부 캡을 상기 케이스의 상부에 재차 안착시키는 단계 및 (h) 상기 케이스에 상기 상부 캡을 고정시키는 단계를 포함할 수 있다.
이때, 상기 단계(f)는 상기 전극 조립체의 탭이 상기 상부 캡과 분리되지 않는 범위 내에서 행해질 수 있다.
또한, 상기 단계(h)는 상기 케이스의 상단을 케이스의 중심 측으로 절곡시킴에 의해 행해질 수 있다.
이에 의해, 1차 활성화 공정이 완료된 원통형 이차전지의 상부 캡을 승강 유닛에 의해 상승시켜 케이스 내부의 가스를 외부로 배출함으로써, 케이스 내부에 발생된 가스에 의해 원통형 이차전지의 불량이 발생되는 것을 방지하는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 원통형 이차전지의 내부 가스 배출장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2 내지 7은 본 발명에 따른 원통형 이차전지의 내부 가스 배출장치를 이용하여 원통형 이차전지의 내부 가스를 배출하는 것을 도시한 작동 상태도이다.
도 2 내지 7은 본 발명에 따른 원통형 이차전지의 내부 가스 배출장치를 이용하여 원통형 이차전지의 내부 가스를 배출하는 것을 도시한 작동 상태도이다.
본 명세서 및 특허청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여, 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
따라서 본 명세서에 기재된 실시 예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 하나의 실시 예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다. 아울러, 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기술 등이 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있다고 판단되는 경우에는 그에 관한 자세한 설명은 생략하기로 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 원통형 이차전지의 내부 가스 배출장치 및 이를 이용한 가스 배출방법에 관하여 살펴보기로 한다.
본 발명에 따른 원통형 이차전지의 내부 가스 배출장치는, 도 1에 도시된 바와 같이, 1차 활성화(Pre-formation) 공정이 완료된 원통형 이차전지(300)가 안착되어 고정되는 지그(100), 지그(100)의 상부에 승강 가능하도록 설치되어 원통형 이차전지(300)의 상부 캡(320)을 승강시키는 승강 유닛(200) 및 승강 유닛(200)의 승강 높이를 제한하는 승강 제한 유닛(미도시)를 포함한다.
먼저, 지그(100)는 소정 두께를 갖는 대략 직사각 형상의 플레이트로서, 상부에 원통형 이차전지(300)가 안착되고, 안착된 원통형 이차전지(300)의 케이스(310)를 별도의 고정 부재(미도시)에 의해 고정하여 원통형 이차전지(300)를 고정하는 부재이다. 본 실시 예에서는 지그(100)가 직사각 형상의 플레이트로 형성된다고 설명하지만, 반드시 이에 한정되지 않고 다양한 형상으로 형성될 수 있다. 또한, 도시하지 않은 상기 고정 부재는 원통형 이차전지(300)를 지그(100)에 고정시킬 수 있는 모든 수단을 포함한다.
또한, 승강 유닛(200)은 결합 부재(210) 및 승강 부재(220)를 포함한다.
결합 부재(210)는 편평한 하부 면을 갖는 자성체로서, 상기 하부 면이 원통형 이차전지(300)의 상부 캡(320) 상단 면에 접촉되어 자력에 의해 상부 캡(320)에 결합된다. 이때, 결합 부재(210)는 전자석으로 마련되어 전류가 인가될 때에만 상부 캡(320)과 결합될 수 있다. 본 실시 예에서는 결합 부재(210)가 자성체로 형성된 것으로 설명하지만, 반드시 이에 한정되지 않고, 원통형 이차전지(300)의 상부 캡(320)과 결합될 수 있는 모든 수단 또는 부재를 모두 포함한다.
그리고 승강 부재(220)는 결합 부재(210)와 연결되어 결합 부재(210)를 상승 또는 하강시키게 된다. 상기한 승강 부재(220)는 일반적인 실린더로 마련되어 실린더 로드가 결합 부재(210)의 상부 면에 연결되고, 실린더의 작동에 따라 결합 부재(210)를 승강시키게 된다. 즉, 승강 부재(220)의 작동에 따라 결합 부재(210)와 결합된 상부 캡(320)이 상승 또는 하강하여 원통형 이차전지(300)의 케이스(310)를 개방하거나 폐쇄하게 된다.
한편, 상기 승강 제한 유닛(미도시)은 승강 부재(220)의 내부 압력을 감지하는 압력센서(미도시) 및 상기 압력센서에 의해 감지된 승강 부재(220)의 내부 압력 값이 기 설정된 범위 내에 위치되도록 승강 부재(220)를 제어하는 제어부(미도시)를 포함한다. 상기한 승강 제한 유닛은 상부 캡(320)의 상승에 의해 상부 캡(320)에 용접되어 있는 원통형 이차전지(300)의 탭(도 2의 331)이 상부 캡(320)과 분리되는 것을 방지하기 위한 것으로, 상기 기 설정된 범위란, 상부 캡(320)과 탭(도 2의 331)이 분리되지 않는 승강 부재(220)의 내부 압력 값 범위를 말한다. 즉, 상기 승강 제한 유닛에 의해 승강 부재(220)의 상승 범위가 제한되므로, 원통형 이차전지(300)의 탭(도 2의 331)과 상부 캡(320)이 분리되지 않게 된다.
이하에서는, 도 2 내지 7을 참조하여, 본 발명에 따른 원통형 이차전지의 내부 가스 배출 방법에 대해 상세하게 설명한다.
먼저, 원통형 이차전지의 케이스(310) 내부로 전극 조립체(330)를 삽입하는 단계(a)를 수행한다.
상기와 같이 전극 조립체(330)가 케이스(310)의 내부로 삽입되면, 전극 조립체(330)가 삽입된 케이스(310)의 내부로 전해액을 주입하는 단계(b)를 수행하게 된다.
그 후, 도 2에 도시된 바와 같이, 전극 조립체(330)의 탭(331)과 상부 캡(320)을 용접에 의해 접합시키는 단계(c)를 수행한다.
접극 조립체(330)의 탭(331)과 상부 캡(320)이 접합되면, 도 3에 도시된 바와 같이,상부 캡(320)을 케이스(310)의 상부에 안착시켜 케이스(310)의 개구된 상부를 밀폐하는 단계(d)를 수행하고, 밀폐된 원통형 이차전지(300)를 1차 활성화시키는 단계(e)를 수행하게 된다.
상기와 같이 원통형 이차전지(300)를 1차 활성화시키게 되면, 케이스(310) 내부에 가스가 발생하게 된다.
케이스(310) 내부에 발생된 가스는 원통형 이차전지(300)의 불량을 초래하므로 외부로 배출시켜야 한다.
케이스(310) 내부에 발생된 가스를 외부로 배출시키기 위해, 도 4에 도시된 것처럼, 결합 부재(210)를 상부 캡(320)에 결합시킨 후, 도 5에 도시된 바와 같이, 승강 부재(220)를 작동시켜 결합 부재(210)를 상승시킴으로써, 이와 연결된 상부 캡(320)을 들어올려 케이스(310)를 개방함에 의해 케이스(310)에 발생된 가스를 외부로 배출하게 된다.(단계 f) 이때, 승강 부재(220)는 승강 제한 부재에 의해 그 작동이 제한되어 결합 부재(210)는 일정한 높이까지만 상승하게 되고, 이에 따라 상부 캡(320)과 탭(331)이 서로 분리되지 않는다.
그 다음, 도 6에 도시된 바와 같이, 승강 부재(220)를 작동시켜 결합 부재(210)를 하강시킴으로써, 상부 캡(320)을 케이스(310)의 상부에 재차 안착시키는 단계(g)를 수행한다.
상기와 같은 일련의 과정에 의해 케이스(310) 내부의 가스가 배출되면, 도 7에 도시된 바와 같이, 케이스(310)의 상단을 케이스(310)의 중심 측으로 절곡시켜 상부 캡(320)을 케이스(310)에 고정시키는 단계(h)를 수행하게 된다.
상술한 바와 같이 구성되는 본 발명에 따른 원통형 이차전지의 내부 가스 배출장치 및 이를 이용한 가스 배출방법은 1차 활성화 공정이 완료된 원통형 이차전지(300)의 상부 캡(320)을 승강 유닛(200)에 의해 상승시켜 케이스(310) 내부의 가스를 외부로 배출함으로써, 케이스(310) 내부에 발생된 가스에 의해 원통형 이차전지(300)의 불량이 발생되는 것을 방지하는 효과가 있다.
이상으로 본 발명에 따른 원통형 이차전지의 내부 가스 배출장치 및 이를 이용한 가스 배출방법에 대한 바람직한 실시 예에 관하여 설명하였다.
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.
100 : 지그
200 : 승강 유닛
210 : 결합 부재 220 : 승강 부재
300 : 원통형 이차전지 310 : 케이스
320 : 상부 캡 330 : 전극 조립체
331 : 탭
210 : 결합 부재 220 : 승강 부재
300 : 원통형 이차전지 310 : 케이스
320 : 상부 캡 330 : 전극 조립체
331 : 탭
Claims (7)
1차 활성화(Pre-formation) 공정이 완료된 원통형 이차전지가 안착되어 고정되는 지그;
상기 지그의 상부에 승강 가능하도록 설치되어 원통형 이차전지의 상부 캡을 승강시키는 승강 유닛; 및
상기 승강 유닛의 승강 높이를 제한하는 승강 제한 유닛;을 포함하는 원통형 이차전지의 내부 가스 배출장치.
상기 지그의 상부에 승강 가능하도록 설치되어 원통형 이차전지의 상부 캡을 승강시키는 승강 유닛; 및
상기 승강 유닛의 승강 높이를 제한하는 승강 제한 유닛;을 포함하는 원통형 이차전지의 내부 가스 배출장치.
제1항에 있어서,
상기 승강 유닛은,
상기 상부 캡에 결합되는 결합 부재; 및
상기 결합 부재와 연결되어 상기 결합 부재를 승강시키는 승강 부재;를 포함하는 원통형 이차전지의 내부 가스 배출장치.
상기 승강 유닛은,
상기 상부 캡에 결합되는 결합 부재; 및
상기 결합 부재와 연결되어 상기 결합 부재를 승강시키는 승강 부재;를 포함하는 원통형 이차전지의 내부 가스 배출장치.
제2항에 있어서,
상기 결합 부재는 자성체로 마련되어 자력에 의해 상기 상부 캡과 결합되는 것을 특징으로 하는 원통형 이차전지의 내부 가스 배출장치.
상기 결합 부재는 자성체로 마련되어 자력에 의해 상기 상부 캡과 결합되는 것을 특징으로 하는 원통형 이차전지의 내부 가스 배출장치.
제2항에 있어서,
상기 승강 부재는 실린더로 마련되고,
상기 승강 제한 유닛은,
상기 실린더 내부의 압력 값을 감지하는 압력센서; 및
상기 압력센서에 의해 감지된 상기 실린더 내부의 압력 값이 기 설정된 범위 내에 위치되도록 상기 실린더를 제어하는 제어부;를 포함하는 원통형 이차전지의 내부 가스 배출장치.
상기 승강 부재는 실린더로 마련되고,
상기 승강 제한 유닛은,
상기 실린더 내부의 압력 값을 감지하는 압력센서; 및
상기 압력센서에 의해 감지된 상기 실린더 내부의 압력 값이 기 설정된 범위 내에 위치되도록 상기 실린더를 제어하는 제어부;를 포함하는 원통형 이차전지의 내부 가스 배출장치.
(a) 원통형 이차전지의 케이스 내부로 전극 조립체를 삽입하는 단계;
(b) 상기 전극 조립체가 삽입된 상기 케이스의 내부로 전해액을 주입하는 단계;
(c) 상기 전극 조립체의 탭과 상부 캡을 접합시키는 단계;
(d) 상기 케이스의 상부에 상기 상부 캡을 안착시키는 단계;
(e) 상기 원통형 이차전지를 1차 활성화(Pre-formation)시키는 단계;
(f) 상기 1차 활성화가 완료된 원통형 이차전지의 상기 상부 캡을 상승시켜 상기 케이스 내부의 가스를 배출시키는 단계;
(g) 상기 상승된 상부 캡을 상기 케이스의 상부에 재차 안착시키는 단계; 및
(h) 상기 케이스에 상기 상부 캡을 고정시키는 단계;를 포함하는 원통형 이차전지의 내부 가스 배출방법.
(b) 상기 전극 조립체가 삽입된 상기 케이스의 내부로 전해액을 주입하는 단계;
(c) 상기 전극 조립체의 탭과 상부 캡을 접합시키는 단계;
(d) 상기 케이스의 상부에 상기 상부 캡을 안착시키는 단계;
(e) 상기 원통형 이차전지를 1차 활성화(Pre-formation)시키는 단계;
(f) 상기 1차 활성화가 완료된 원통형 이차전지의 상기 상부 캡을 상승시켜 상기 케이스 내부의 가스를 배출시키는 단계;
(g) 상기 상승된 상부 캡을 상기 케이스의 상부에 재차 안착시키는 단계; 및
(h) 상기 케이스에 상기 상부 캡을 고정시키는 단계;를 포함하는 원통형 이차전지의 내부 가스 배출방법.
제5항에 있어서,
상기 단계(f)는 상기 전극 조립체의 탭이 상기 상부 캡과 분리되지 않는 범위 내에서 행해지는 것을 특징으로 하는 원통형 이차전지의 내부 가스 배출방법.
상기 단계(f)는 상기 전극 조립체의 탭이 상기 상부 캡과 분리되지 않는 범위 내에서 행해지는 것을 특징으로 하는 원통형 이차전지의 내부 가스 배출방법.
제5항에 있어서,
상기 단계(h)는 상기 케이스의 상단을 케이스의 중심 측으로 절곡시킴에 의해 행해지는 것을 특징으로 하는 원통형 이차전지의 내부 가스 배출방법.
상기 단계(h)는 상기 케이스의 상단을 케이스의 중심 측으로 절곡시킴에 의해 행해지는 것을 특징으로 하는 원통형 이차전지의 내부 가스 배출방법.
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