KR20150076805A - 경화성 물질이 부가된 전지셀 제조 방법 및 제조 장치 - Google Patents
경화성 물질이 부가된 전지셀 제조 방법 및 제조 장치 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 파우치형 전지셀의 서로 대향하는 양 측면에 경화성 물질이 부가되어 있는 전지셀의 제조 방법으로서, (a) 양극, 음극, 및 양극과 음극 사이에 개재되는 분리막을 포함하는 전극조립체를 전지케이스의 수납부에 장착하고, 열융착에 의해 수납부 외주면에 실링부를 형성하는 과정; (b) 상기 실링부 중에서 전지셀의 전극단자가 위치하는 실링부에 각각 인접한 제 1 측면 실링부와 제 2 측면 실링부를 상향 절곡하는 과정; (c) 상기 과정(b)에서 가공된 전지셀의 제 1 측면 실링부와 제 2 측면 실링부에 각각 대면하는 지그의 제 1 측벽 및 제 2 측벽 부위에 경화성 물질을 부가하는 과정; (d) 상기 상향 절곡된 실링부의 단부가 지그의 상면을 향하도록 도립된 전지셀을 지그에 탑재하여, 상기 실링부의 단부에 경화성 물질을 부가하는 과정; (e) 상기 전지셀을 지그로부터 취출하는 과정; 및 (f) 상기 경화성 물질이 부가된 전지셀의 부위에 자외선을 조사하여 경화시키는 과정;을 포함하는 것을 특징으로 하는 전지셀 제조 방법 및 제조 장치를 제공한다.
Description
본 발명은 경화성 물질이 부가된 전지셀 제조 방법 및 제조 장치에 관한 것이다.
최근, 화석연료의 고갈에 의한 에너지원의 가격 상승, 환경 오염의 관심이 증폭되며, 친환경 대체 에너지원에 대한 요구가 미래생활을 위한 필수 불가결한 요인이 되고 있다. 이에 원자력, 태양광, 풍력, 조력 등 다양한 전력 생산기술들에 대한 연구가 지속되고 있으며, 이렇게 생산된 에너지를 더욱 효율적으로 사용하기 위한 전력저장장치 또한 지대한 관심이 이어지고 있다.
특히, 모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서의 전지의 수요가 급격히 증가하고 있고, 최근에는 전기자동차(EV), 하이브리드 전기자동차(HEV) 등의 동력원으로서 이차전지의 사용이 실현화되고 있으며, 그리드(Grid)화를 통한 전력 보조전원 등의 용도로도 사용영역이 확대되고 있어, 그에 따라 다양한 요구에 부응할 수 있는 전지에 대한 많은 연구가 행해지고 있다.
대표적으로 전지의 형상 면에서는 얇은 두께로 휴대폰 등과 같은 제품들에 적용될 수 있는 각형 이차전지와 파우치형 이차전지에 대한 수요가 높고, 재료 면에서는 높은 에너지 밀도, 방전 전압, 출력 안정성 등의 장점을 가진 리튬이온 전지, 리튬이온 폴리머 전지 등과 같은 리튬 이차전지에 대한 수요가 높다.
또한, 이차전지는 전지케이스의 형상에 따라, 전극조립체가 원통형 또는 각형의 금속 캔에 내장되어 있는 원통형 전지 및 각형 전지와, 전극조립체가 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치형 케이스에 내장되어 있는 파우치형 전지로 분류된다.
특히, 최근에는 스택형 또는 스택/폴딩형 전극조립체를 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치형 전지케이스에 내장한 구조의 파우치형 전지가, 낮은 제조비, 작은 중량, 용이한 형태 변형 등을 이유로, 많은 관심을 모으고 있고 또한 그것의 사용량이 점차적으로 증가하고 있다.
도 1에는 종래의 대표적인 파우치형 이차전지의 일반적인 구조가 분해 사시도로서 모식적으로 도시되어 있다.
도 1을 참조하면, 파우치형 이차전지(10)는, 전극조립체(30), 전극조립체(30)로부터 연장되어 있는 전극 탭들(31, 32), 전극 탭들(31, 32)에 용접되어 있는 전극리드(40, 41), 및 전극조립체(30)를 수용하는 전지케이스(20)를 포함하는 것으로 구성되어 있고, 전극리드(40, 41)의 상하면 일부에는 전지케이스(20)와의 밀봉도를 높이고 동시에 전기적 절연상태를 확보하기 위하여 절연필름(50)이 부착되어 있다.
이러한 파우치형 전지는 전극조립체를 라미네이트 시트에 수납하고 전해액을 주입하여 열융착 등으로 밀봉하는 단계에서, 열융착 부위(실링부)가 전해액 주입과정에서의 오염과 라미네이트 시트의 최내측 수지층에서의 과다한 용융 현상 및/또는 가압으로 인한 내측 수지층의 외부로의 돌출로 인하여, 열융착을 행한 이후에도 완전한 실링 상태를 유지하기 어려워 수분의 침투가 용이하고 전해액의 누액 가능성이 존재하는 문제점이 있다.
파우치형 전지는 반복적인 충방전 과정에서 전지 본체가 팽창 및 수축을 반복하므로 실링부의 분리가 쉬워지는 바, 장기간의 사용시 상기와 같은 실링부에서의 문제점은 더욱 심각해지게 된다.
또한, 상기 실링부는 금속층을 포함하는 알루미늄 라미네이트 구조로 이루어져 있어, 사용 환경에 따라 외부로 노출될 경우, 전기적 요소와의 접촉을 통해 전지의 발화 내지 폭발을 유발할 수 있는 문제점이 있다.
이에, 최근에는 열융착부 외곽에 밀폐보조제를 도포함으로써 밀봉성을 향상시킨 파우치형 전지를 개시하고 있으나, 얇은 수직 단면상의 열융착부 외곽에 소정의 점도와 유동성을 가진 밀폐보조제를 정교하게 도포하는 작업이 용이하지 않고, 이로 인해, 공정에 많은 인력과 시간이 소요된다는 문제점이 있다.
따라서, 이러한 문제점을 근본적으로 해결할 수 있는 기술에 대한 필요성이 높은 실정이다.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.
본 출원의 발명자들은 심도 있는 연구와 다양한 실험을 거듭한 끝에, 이후 설명하는 바와 같이, 도립된 상태의 전지셀을 경화성 물질이 부가되어 있는 지그에 탑재해, 전지셀의 측면에 경화성 물질을 부가하는 경우, 제조되는 모든 전지셀에 일정한 양의 경화성 물질을 부가할 수 있고, 이에 따라, 제품의 균일성을 향상시킬 수 있으며, 일정한 양의 경화성 물질을 소망하는 부위에만 정교하고 용이하게 부가할 수 있어, 제품의 불량률을 최소화할 수 있을 뿐만 아니라, 공정에 소요되는 인력 및 시간을 단축함으로써, 생산 효율성을 향상시킬 수 있음을 확인하고, 본 발명을 완성하기에 이르렀다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전지셀 제조 방법은,
(a) 양극, 음극, 및 양극과 음극 사이에 개재되는 분리막을 포함하는 전극조립체를 전지케이스의 수납부에 장착하고, 열융착에 의해 수납부 외주면에 실링부를 형성하는 과정;
(b) 상기 실링부 중에서 전지셀의 전극단자가 위치하는 실링부에 각각 인접한 제 1 측면 실링부와 제 2 측면 실링부를 상향 절곡하는 과정;
(c) 상기 과정(b)에서 가공된 전지셀의 제 1 측면 실링부와 제 2 측면 실링부에 각각 대면하는 지그의 제 1 측벽 및 제 2 측벽 부위에 경화성 물질을 부가하는 과정;
(d) 상기 상향 절곡된 실링부의 단부가 지그의 상면을 향하도록 도립된 전지셀을 지그에 탑재하여, 상기 실링부의 단부에 경화성 물질을 부가하는 과정;
(e) 상기 전지셀을 지그로부터 취출하는 과정; 및
(f) 상기 경화성 물질이 부가된 전지셀의 부위에 자외선을 조사하여 경화시키는 과정;
을 포함하고 있다.
따라서, 본 발명에 따른 전지셀 제조 방법은, 전지셀에 경화성 물질을 각각 직접적으로 부가하는 방법에 비해 도립된 상태의 전지셀을 지그에 탑재하는 것만으로 경화성 물질의 부가가 가능한 바, 제조되는 모든 전지셀에 일정한 양의 경화성 물질을 부가할 수 있고, 이에 따라, 제품의 균일성을 향상시킬 수 있으며, 일정한 양의 경화성 물질을 소망하는 부위에만 정교하고 용이하게 부가할 수 있어, 제품의 불량률을 최소화할 수 있고, 도립된 전지셀을 지그에 탑재하는 공정만으로 경화성 물질을 부가할 수 있어, 공정에 소요되는 인력 및 시간을 단축함으로써, 생산 효율성을 향상시킬 수 있는 효과를 발휘한다.
본 명세서에서, 상기 지그는 상기 전지셀 제조 방법에 사용되는 전지셀 제조 장치에 있어서, 전지셀이 탑재되는 부분의 구성을 나타낸다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 과정(c) 및 과정(d)의 경화성 물질은 제 1 측면 실링부의 단부 및 제 2 측면 실링부의 단부에 동시에 부가될 수 있다.
즉, 상기 제 1 측면 실링부에 대면하는 지그의 제 1 측벽 및 제 2 측면 실링부에 대면하는 지그의 제 2 측벽 부위에 모두 경화성 물질이 부가된 상태에서, 도립된 전지셀을 지그에 탑재함으로써, 상기 제 1 측면 실링부의 단부와 제 2 측면 실링부의 단부에 동시에 경화성 물질이 부가될 수 있다.
또 하나의 구체적인 예에서, 상기 과정(c) 및 과정(d)의 경화성 물질은 전지셀의 제 1 측면 실링부의 단부와 제 2 측면 실링부의 단부에 순차적으로 부가될 수 있다.
이러한 경우에, 상기 과정(c) 및 과정(d)에서 경화성 물질의 부가 과정은,
(i) 전지셀의 제 1 측면 실링부에 대면하는 지그의 제 1 측벽에 경화성 물질을 부가하는 과정;
(ii) 전지셀의 하면에서 상면을 수직 관통하는 중심축을 기준으로, 상기 과정(i)에서 경화성 물질이 부가된 제 1 측벽이 제 2 측벽보다 낮은 하향 경사를 형성하도록 소정의 각도로 지그를 기울이는 과정;
(iii) 상기 전지셀 실링부의 단부가 하면을 향하도록 도립된 전지셀을 지그에 탑재하여, 상기 제 1 측면 실링부의 단부에 경화성 물질을 부가하는 과정;
(iv) 상기 과정(iii)에서 제 1 측면 실링부의 단부에 경화성 물질이 부가된 전지셀을 지그로부터 분리하는 과정;
(v) 전지셀의 제 2 측면 실링부에 대면하는 지그의 제 2 측벽에 경화성 물질을 부가하는 과정;
(vi) 전지셀의 하면에서 상면을 수직 관통하는 중심축을 기준으로, 경화성 물질이 부가된 제 2 측벽이 제 1 측벽보다 낮은 하향 경사를 형성하도록 소정의 각도로 지그를 기울이는 과정; 및
(vii) 상기 전지셀 실링부의 단부가 하면을 향하도록 도립된 전지셀을 지그에 탑재하여, 상기 제 2 측면 실링부의 단부에 경화성 물질을 부가하는 과정;
을 포함할 수 있다.
다시 말해, 상기 과정(c) 및 과정(d)의 경화성 물질이 전지셀의 제 1 측면 실링부의 단부와 제 2 측면 실링부의 단부에 순차적으로 부가될 경우, 실링부에 대면하는 측벽에 대한 경화성 물질의 부가, 지그의 경사 형성 및 도립된 전지셀의 지그에 대한 탑재를 포함하는 경화성 물질의 부가 과정은 각각의 실링부에 대해 개별적, 순차적으로 이루어진다.
이때, 하나의 실링부에 대면하는 측벽에 경화성 물질이 부가된 상태에서, 상기 경화성 물질이 부가된 측벽 부위로 하향 경사가 형성되도록 전지셀의 하면에서 상면을 수직 관통하는 중심축에 대해 소정의 각도로 지그를 기울임으로써, 측벽의 모서리에 형성되는 홈 부분으로 경화성 물질이 포집될 수 있으며, 상기 각도는, 구체적으로, 전지셀이 기울어지기 전의 하면에서 상면을 수직 관통하는 중심축에 대해 20도 내지 80도일 수 있다.
만일 상기 각도가 전지셀의 하면에서 상면을 수직 관통하는 중심축에 대해 20도 미만이거나, 80도를 초과할 경우, 측벽 부위에 부가된 경화성 물질이 실링부의 단부에 부가될 수 있을 정도로 충분히 포집될 수 없다.
한편, 상기 경화성 물질은 상기 실링부의 단부를 도포하는 형태로 부가됨이 바람직한데, 이와 같이, 상기 제조방법에 의해 경화성 물질을 부가하는 경우, 상기 포집된 경화성 물질이 전지셀의 측면 실링부의 단부에 충분한 면적으로 부가될 수 있으며, 일정한 양의 경화성 물질이 소망하는 부위에만 정교하게 부가될 수 있어, 제품의 균일성을 향상시킬 수 있다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 경화성 물질은, 전지셀의 측면에 부가되어 절연성을 확보하고, 전지셀의 밀봉성을 향상시킬 수 있는 물질이라면, 특별히 한정되지 아니하나, 상세하게는, UV 경화성 물질일 수 있다.
상기 UV 경화성 물질은 UV 조사 시 화학 반응에 의해 가교 결합이 이루어지면서 높은 분자간 결합력을 발휘하는 물질로서, 예를 들어, 불포화 폴리에스테르계 물질이나, 폴리에스테르 아크릴레이트, 에폭시 아크릴레이트, 우레탄 아크릴레이트 등의 폴리아크릴레이트계 물질 등을 들 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 경화성 물질은 올리고머 또는 저분자량의 중합체의 형태로 부가된 후 경화될 수 있다.
경우에 따라서는, 상기 경화성 물질이 단량체로서 소정의 증점제가 첨가된 상태에서 해당 부위에 부가될 수 있다.
앞서 언급한 바와 같이, 단량체(monomer)로 이루어진 경화성 물질은 점도가 낮은 액체 상태의 물질이다. 따라서, 이러한 물질의 점도를 증가시켜 줄 수 있는 카복시메틸셀룰로오스(carboxymethyl cellulose), 하이드록시에틸셀룰로오스(Hydroxyethyl cellulose), 폴리비닐알콜(Polyvinyl Alcohol), 폴리비닐아세테이트(Polyvinylacrylate) 등과 같은 증점제를 첨가하여 해당 부위에 도포함으로써, 도포가 용이해지고, 밀봉성이 향상된 효과를 얻을 수 있다.
본 발명은 또한, 상기 전지셀 제조 방법에 의해 전지셀을 제조하는 전지셀 제조 장치를 제공하고, 구체적으로, 상기 전지셀 제조 장치는,
상면이 도립된 전지셀의 상면에 대면하는 베이스 플레이트;
상기 베이스 플레이트의 양측 단부로부터 각각 상향 돌출되어 있는 제 1 측벽 및 제 2 측벽;
상기 제 1 측벽으로부터 소정의 거리에서 내측으로 제 1 측벽과 평행하도록 베이스 플레이트로부터 상향 돌출된 제 1 격벽; 및
상기 제 2 측벽으로부터 소정의 거리에서 내측으로 제 2 측벽과 평행하도록 베이스 플레이트로부터 상향 돌출된 제 2 격벽;
을 포함하고 있고, 상기 제 1 측벽과 제 1 격벽 사이 및 제 2 측벽과 제 2 격벽 사이에는 전지셀의 제 1 측면 실링부와 제 2 측면 실링부가 각각 삽입되는 구조로 구성될 수 있다.
이 경우, 상기 측벽과 격벽 사이에는 경화성 물질이 부가될 수 있다.
즉, 상기 전지셀 제조 장치는 측벽으로부터 내측으로 소정의 거리에 격벽을 포함하고, 상기 측벽과 격벽 사이의 공간에 경화성 물질이 부가된 상태에서, 상기 공간으로 도립된 전지셀의 실링부가 삽입되어, 상기 실링부에 경화성 물질이 부가될 수 있도록 구성되어 있고, 이에 따라, 일정한 양의 경화성 물질을 소망하는 부위에만 정교하고 용이하게 부가할 수 있어, 제품의 불량률을 최소화할 수 있으며, 공정에 소요되는 인력 및 시간을 단축함으로써, 생산 효율성을 향상시킬 수 있다.
이때, 상기 측벽과 격벽 사이의 거리는 전지셀의 측면 실링부의 두께에 비해 큰 구조로, 상세하게는, 상기 측벽과 격벽 사이의 거리는 전지셀의 측면 실링부 두께의 110% 내지 500% 크기일 수 있다.
따라서, 상기 전지셀의 실링부가 측벽과 격벽 사이의 공간으로 용이하게 삽입됨으로써, 상기 실링부에 경화성 물질이 용이하게 부가될 수 있다.
만일, 상기 측벽과 격벽 사이의 거리가 110% 미만일 경우, 전지셀의 실링부가 상기 측벽과 격벽 사이의 공간으로 용이하게 삽입될 수 있는 공간이 충분히 형성될 수 없고, 반면에, 상기 측벽과 격벽 사이의 거리가 500%를 초과할 경우, 측벽과 격벽 사이의 공간이 지나치게 넓어져, 상기 공간으로 부가되는 경화성 물질이 전지셀 실링부의 단부를 도포할 정도의 깊이로 충분히 포집될 수 없다.
한편, 상기 격벽의 높이는 전지셀의 두께에 비해 낮은 구조로서, 상세하게는, 전지셀의 두께의 60% 내지 90%일 수 있다.
만일, 상기 격벽의 높이가 전지셀의 두께의 60% 미만일 경우, 상기 측벽과 격벽 사이로 삽입되는 전지셀의 실링부를 안정적으로 지지할 수 없고, 상기 격벽의 높이가 전지셀의 두께의 90%를 초과할 경우, 도립된 전지셀이 탑재된 상태에서, 전지셀과 베이스 플레이트의 사이, 또는 전지셀의 실링부가 삽입된 측벽과 격벽 사이에 사공간(Dead Volume)이 발생할 수 있으며, 이에 따라, 상기 측벽과 격벽 사이에 부가되어 있는 경화성 물질이 전지셀의 실링부에 충분히 부가될 수 없다.
여기서, 상기 격벽의 높이는 베이스 플레이트와 인접한 격벽의 일측 단부로부터 대향하는 타측 단부에 이르는 거리를 의미하고, 상기 전지셀의 두께는 베이스 플레이트에 대면하는 도립된 전지셀의 상면으로부터 하면에 이르는 거리를 의미한다.
본 발명은, 또한 상기 전지셀 제조 방법에 의해 제조되는 전지셀을 제공한다. 상기 전지셀은 그것의 종류가 특별히 한정되는 것은 아니지만, 구체적인 예로서, 높은 에너지 밀도, 방전 전압, 출력 안정성 등의 장점을 가진 리튬이온 전지, 리튬이온 폴리머 전지 등과 같은 리튬 이차전지일 수 있다.
일반적으로, 리튬 이차전지는 양극, 음극, 분리막, 및 리튬염 함유 비수 전해액으로 구성되어 있다.
상기 양극은, 예를 들어, 양극 집전체 상에 양극 활물질, 도전재 및 바인더의 혼합물을 도포한 후 건조하여 제조되며, 필요에 따라서는, 상기 혼합물에 충진제를 더 첨가하기도 한다.
상기 양극 활물질은 리튬 코발트 산화물(LiCoO2), 리튬 니켈 산화물(LiNiO2) 등의 층상 화합물이나 1 또는 그 이상의 전이금속으로 치환된 화합물; 화학식 Li1+xMn2-xO4 (여기서, x 는 0 ~ 0.33 임), LiMnO3, LiMn2O3, LiMnO2 등의 리튬 망간 산화물; 리튬 동 산화물(Li2CuO2); LiV3O8, LiFe3O4, V2O5, Cu2V2O7 등의 바나듐 산화물; 화학식 LiNi1-xMxO2 (여기서, M = Co, Mn, Al, Cu, Fe, Mg, B 또는 Ga 이고, x = 0.01 ~ 0.3 임)으로 표현되는 Ni 사이트형 리튬 니켈 산화물; 화학식 LiMn2-xMxO2 (여기서, M = Co, Ni, Fe, Cr, Zn 또는 Ta 이고, x = 0.01 ~ 0.1 임) 또는 Li2Mn3MO8 (여기서, M = Fe, Co, Ni, Cu 또는 Zn 임)으로 표현되는 리튬 망간 복합 산화물; 화학식의 Li 일부가 알칼리토금속 이온으로 치환된 LiMn2O4; 디설파이드 화합물; Fe2(MoO4)3 등을 들 수 있지만, 이들만으로 한정되는 것은 아니다.
상기 도전재는 통상적으로 양극 활물질을 포함한 혼합물 전체 중량을 기준으로 1 내지 30 중량%로 첨가된다. 이러한 도전재는 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 천연 흑연이나 인조 흑연 등의 흑연; 카본블랙, 아세틸렌 블랙, 케첸 블랙, 채널 블랙, 퍼네이스 블랙, 램프 블랙, 서머 블랙 등의 카본블랙; 탄소 섬유나 금속 섬유 등의 도전성 섬유; 불화 카본, 알루미늄, 니켈 분말 등의 금속 분말; 산화아연, 티탄산 칼륨 등의 도전성 위스키; 산화 티탄 등의 도전성 금속 산화물; 폴리페닐렌 유도체 등의 도전성 소재 등이 사용될 수 있다.
상기 바인더는 활물질과 도전재 등의 결합과 집전체에 대한 결합에 조력하는 성분으로서, 통상적으로 양극 활물질을 포함하는 혼합물 전체 중량을 기준으로 1 내지 30 중량%로 첨가된다. 이러한 바인더의 예로는, 폴리불화비닐리덴, 폴리비닐알코올, 카르복시메틸셀룰로우즈(CMC), 전분, 히드록시프로필셀룰로우즈, 재생 셀룰로우즈, 폴리비닐피롤리돈, 테트라플루오로에틸렌, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 에틸렌-프로필렌-디엔 테르 폴리머(EPDM), 술폰화 EPDM, 스티렌 브티렌 고무, 불소 고무, 다양한 공중합체 등을 들 수 있다.
상기 충진제는 양극의 팽창을 억제하는 성분으로서 선택적으로 사용되며, 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 섬유상 재료라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등의 올리핀계 중합체; 유리섬유, 탄소섬유 등의 섬유상 물질이 사용된다.
상기 음극은 음극 집전체 상에 음극 활물질을 도포, 건조하여 제작되며, 필요에 따라, 앞서 설명한 바와 같은 성분들이 선택적으로 더 포함될 수도 있다.
상기 음극 활물질로는, 예를 들어, 난흑연화 탄소, 흑연계 탄소 등의 탄소; LixFe2O3(0≤x≤1), LixWO2(0≤x≤1), SnxMe1-xMe’yOz (Me: Mn, Fe, Pb, Ge; Me’: Al, B, P, Si, 주기율표의 1족, 2족, 3족 원소, 할로겐; 0<x≤1; 1≤y≤3; 1≤z≤8) 등의 금속 복합 산화물; 리튬 금속; 리튬 합금; 규소계 합금; 주석계 합금; SnO, SnO2, PbO, PbO2, Pb2O3, Pb3O4, Sb2O3, Sb2O4, Sb2O5, GeO, GeO2, Bi2O3, Bi2O4, and Bi2O5 등의 금속 산화물; 폴리아세틸렌 등의 도전성 고분자; Li-Co-Ni 계 재료 등을 사용할 수 있다.
상기 분리막은 양극과 음극 사이에 개재되며, 높은 이온 투과도와 기계적 강도를 가지는 절연성의 얇은 박막이 사용된다. 분리막의 기공 직경은 일반적으로 0.01 ~ 10 ㎛이고, 두께는 일반적으로 5 ~ 300 ㎛이다. 이러한 분리막으로는, 예를 들어, 내화학성 및 소수성의 폴리프로필렌 등의 올레핀계 폴리머; 유리섬유 또는 폴리에틸렌 등으로 만들어진 시트나 부직포 등이 사용된다. 전해질로서 폴리머 등의 고체 전해질이 사용되는 경우에는 고체 전해질이 분리막을 겸할 수도 있다.
리튬염 함유 비수 전해액은, 극성 유기 전해액과 리튬염으로 이루어져 있다. 전해액으로는 비수계 액상 전해액, 유기 고체 전해질, 무기 고체 전해질 등이 사용된다.
상기 비수계 액상 전해액으로는, 예를 들어, N-메틸-2-피롤리디논, 프로필렌 카르보네이트, 에틸렌 카르보네이트, 부틸렌 카르보네이트, 디메틸 카르보네이트, 디에틸 카르보네이트, 감마-부틸로 락톤, 1,2-디메톡시 에탄, 테트라히드록시 프랑(franc), 2-메틸 테트라하이드로푸란, 디메틸술폭시드, 1,3-디옥소런, 포름아미드, 디메틸포름아미드, 디옥소런, 아세토니트릴, 니트로메탄, 포름산 메틸, 초산메틸, 인산 트리에스테르, 트리메톡시 메탄, 디옥소런 유도체, 설포란, 메틸 설포란, 1,3-디메틸-2-이미다졸리디논, 프로필렌 카르보네이트 유도체, 테트라하이드로푸란 유도체, 에테르, 피로피온산 메틸, 프로피온산 에틸 등의 비양자성 유기용매가 사용될 수 있다.
상기 유기 고체 전해질로는, 예를 들어, 폴리에틸렌 유도체, 폴리에틸렌 옥사이드 유도체, 폴리프로필렌 옥사이드 유도체, 인산 에스테르 폴리머, 폴리 에지테이션 리신(agitation lysine), 폴리에스테르 술파이드, 폴리비닐 알코올, 폴리 불화 비닐리덴, 이온성 해리기를 포함하는 중합체 등이 사용될 수 있다.
상기 무기 고체 전해질로는, 예를 들어, Li3N, LiI, Li5NI2, Li3N-LiI-LiOH, LiSiO4, LiSiO4-LiI-LiOH, Li2SiS3, Li4SiO4, Li4SiO4-LiI-LiOH, Li3PO4-Li2S-SiS2 등의 Li의 질화물, 할로겐화물, 황산염 등이 사용될 수 있다.
상기 리튬염은 상기 비수계 전해질에 용해되기 좋은 물질로서, 예를 들어, LiCl, LiBr, LiI, LiClO4, LiBF4, LiB10Cl10, LiPF6, LiCF3SO3, LiCF3CO2, LiAsF6, LiSbF6, LiAlCl4, CH3SO3Li, CF3SO3Li, (CF3SO2)2NLi, 클로로 보란 리튬, 저급 지방족 카르본산 리튬, 4 페닐 붕산 리튬, 이미드 등이 사용될 수 있다.
또한, 비수계 전해액에는 충방전 특성, 난연성 등의 개선을 목적으로, 예를 들어, 피리딘, 트리에틸포스파이트, 트리에탄올아민, 환상 에테르, 에틸렌 디아민, n-글라임(glyme), 헥사 인산 트리 아미드, 니트로벤젠 유도체, 유황, 퀴논 이민 염료, N-치환 옥사졸리디논, N,N-치환 이미다졸리딘, 에틸렌 글리콜 디알킬 에테르, 암모늄염, 피롤, 2-메톡시 에탄올, 삼염화 알루미늄 등이 첨가될 수도 있다. 경우에 따라서는, 불연성을 부여하기 위하여, 사염화탄소, 삼불화에틸렌 등의 할로겐 함유 용매를 더 포함시킬 수도 있고, 고온 보존 특성을 향상시키기 위하여 이산화탄산 가스를 더 포함시킬 수도 있다.
본 발명은 또한, 상기 전지셀을 하나 이상 포함하는 디바이스를 제공하고, 상기 디바이스는, 구체적으로, 휴대폰, 태블릿 컴퓨터, 노트북 컴퓨터, 파워 툴, 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 플러그-인 하이브리드 전기자동차, 및 전력저장 장치에서 선택되는 어느 하나일 수 있다.
상기와 같은 디바이스 내지 장치들은 당업계에 공지되어 있으므로, 본 명세서에서는 그에 대한 구체적인 설명을 생략한다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 전지셀 제조 방법은, 도립된 상태의 전지셀을 경화성 물질이 부가되어 있는 지그에 탑재해, 전지셀의 측면에 경화성 물질을 부가함으로써, 제조되는 모든 전지셀에 일정한 양의 경화성 물질을 부가할 수 있고, 이에 따라, 제품의 균일성을 향상시킬 수 있으며, 일정한 양의 경화성 물질을 소망하는 부위에만 정교하고 용이하게 부가할 수 있어, 제품의 불량률을 최소화할 수 있다.
또한, 도립된 전지셀을 지그에 탑재하는 공정만으로 경화성 물질을 부가할 수 있어, 공정에 소요되는 인력 및 시간을 단축함으로써, 생산 효율성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래의 대표적인 파우치형 이차전지의 일반적인 구조를 모식적으로 나타낸 분해 사시도이다;
도 2는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지셀 제조 장치의 구조를 개략적으로 나타낸 모식도이다;
도 3은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지셀 제조 방법으로서, 도 2의 전지셀 제조 장치를 사용해, 전지셀의 실링부에 경화성 물질을 순차적으로 부가하는 전지셀 제조 방법을 개략적으로 나타낸 모식도이다;
도 4는 본 발명의 또 하나의 실시예에 따른 전지셀 제조 방법으로서, 격벽이 생략된 도 2의 전지셀 제조 장치를 사용해, 전지셀의 실링부에 경화성 물질을 순차적으로 부가하는 전지셀 제조 방법을 개략적으로 나타낸 모식도이다;
도 5는 본 발명의 또 하나의 실시예에 따른 전지셀 제조 방법으로서, 도 2의 전지셀 제조 장치를 사용해, 전지셀의 실링부에 경화성 물질을 동시에 부가하는 전지셀 제조 방법을 개략적으로 나타낸 모식도이다.
도 2는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지셀 제조 장치의 구조를 개략적으로 나타낸 모식도이다;
도 3은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지셀 제조 방법으로서, 도 2의 전지셀 제조 장치를 사용해, 전지셀의 실링부에 경화성 물질을 순차적으로 부가하는 전지셀 제조 방법을 개략적으로 나타낸 모식도이다;
도 4는 본 발명의 또 하나의 실시예에 따른 전지셀 제조 방법으로서, 격벽이 생략된 도 2의 전지셀 제조 장치를 사용해, 전지셀의 실링부에 경화성 물질을 순차적으로 부가하는 전지셀 제조 방법을 개략적으로 나타낸 모식도이다;
도 5는 본 발명의 또 하나의 실시예에 따른 전지셀 제조 방법으로서, 도 2의 전지셀 제조 장치를 사용해, 전지셀의 실링부에 경화성 물질을 동시에 부가하는 전지셀 제조 방법을 개략적으로 나타낸 모식도이다.
이하, 본 발명의 실시예에 따른 도면들을 참조하여 본 발명을 더욱 상술하지만, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.
도 2에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지셀 제조 장치의 구조를 개략적으로 나타낸 모식도가 도시되어 있다.
도 2를 참조하면, 전지셀 제조 장치(200)는 베이스 플레이트(201)의 양측 단부로부터 제 1 측벽(202) 및 제 2 측벽(203)이 각각 상향 돌출되어 있고, 상기 측벽들(202, 203)로부터 소정의 거리(A)에서 내측으로 각각의 측벽들(202, 203)과 평행하도록 베이스 플레이트(201)로부터 상향 돌출된 제 1 격벽(204) 및 제 2 격벽(205)을 포함하고 있다.
상기 서로 대응하는 제 1 측벽(202)과 제 1 격벽(204) 사이 및 제 2 측벽(203)과 제 2 격벽(205) 사이에는 전지셀(210)이 탑재되기 전에 경화성 물질이 각각 미리 부가되며, 상기 서로 대응하는 측벽들(202, 203)과 격벽들(204, 205) 사이의 거리(A)는 전지셀(210)의 측면 실링부들(211, 212) 두께의 110% 내지 500% 크기로 형성됨으로써, 도립된 전지셀(210)의 실링부들(211, 212)이 측벽들(202, 203)과 격벽들(204, 205) 사이로 각각 용이하게 삽입되어, 상기 측벽들(202, 203)과 격벽들(204, 205) 사이에 미리 부가되어 있던 경화성 물질이 전지셀(210) 실링부들(211, 212)의 단부에 부가될 수 있다.
전지셀 제조 방법은 이후 도 3 내지 도 5를 참조하여 이후 더욱 자세히 설명하기로 한다.
또한, 상기 격벽들(204, 205)의 높이(h1)는 전지셀의 두께(h2)의 60% 내지 90%로 형성됨으로써, 도립된 전지셀(210)이 탑재된 상태에서, 전지셀(210)과 베이스 플레이트(201)의 사이, 또는 전지셀(210)의 실링부들(211, 212)이 삽입된 측벽들(202, 203)과 격벽들(204, 205) 사이에 사공간의 발생을 방지하고, 이에 따라, 측벽들(202, 203)과 격벽들(204, 205) 사이에 부가되어 있는 경화성 물질이 전지셀(210)의 실링부들(211, 212)에 충분히 부가될 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 전지셀 제조 장치는, 일정한 양의 경화성 물질을 소망하는 부위에만 정교하고 용이하게 부가할 수 있어, 제품의 균일성을 향상시키고, 불량률을 최소화할 수 있다.
도 3에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지셀 제조 방법으로서, 도 2의 전지셀 제조 장치를 사용해, 전지셀의 실링부에 경화성 물질을 순차적으로 부가하는 전지셀 제조 방법을 개략적으로 나타낸 모식도이다;
도 3을 참조하면, 전지셀 제조 장치(200)는, 제 1 측벽(202)과 제 1 격벽(204) 사이에 경화성 물질(221)이 미리 부가된 상태에서, 전지셀이 기울어지기 전의 하면에서 상면을 수직 관통하는 중심축(B-B’)을 기준으로, 제 1 측벽(202)이 제 2 측벽(203)보다 낮은 하향 경사를 형성하도록 소정의 각도(C)로 기울어진다.
이때, 경화성 물질(221)은 베이스 플레이트(201)와 제 1 측벽(202)이 인접하는 모서리 홈 부분에 포집되며, 이에 도립된 전지셀(210)을 탑재함으로써, 상기 전지셀(210)의 제 1 측면 실링부(211)의 단부에 경화성 물질(221)이 부가된다.
이와 마찬가지로, 전지셀의 제 2 측면 실링부(212)의 단부에 대한 경화성 물질의 도포도 동일한 방법으로 수행된다.
한편, 상기 전지셀(210) 실링부들(211, 212)의 단부에 순차적으로 경화성 물질(221)을 부가하는 전지셀 제조 방법은, 전지셀 제조 장치(200)를 기울임으로써, 베이스 플레이트(201)와 측벽들(202, 203)이 인접한 모서리 홈 부분에 경화성 물질(221)을 포집하므로, 상기 전지셀 제조 장치(200)에 있어서, 측벽들(202, 203)에 각각 대응하여 내측에 형성되는 격벽들(204, 205)은 생략되어도 무방하며, 상기 격벽들이 생략되어 있는 전지셀 제조 장치를 사용해, 전지셀의 실링부에 경화성 물질을 순차적으로 부가하는 전지셀 제조 방법을 개략적으로 나타낸 모식도가 도 4에 도시되어 있다.
도 4를 참조하면, 전지셀 제조 장치(400)는, 도 2의 전지셀 제조 장치(200)와 마찬가지로, 베이스 플레이트(401)의 양측 단부로부터 제 1 측벽(402) 및 제 2 측벽(403)이 각각 상향 돌출되어 있다.
상기 전지셀 제조 장치(400)에는 각각의 측벽들(402, 403)에 대응하는 격벽이 구비되어 있지 않다는 점을 제외하고, 상기 전지셀 제조 장치(400)를 사용해 전지셀(210)의 제 1 실링부(211)의 단부와 제 2 실링부(212)의 단부에 경화성 물질(221)을 부가하는 방법은 도 3의 방법과 모두 동일하다.
도 5에는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전지셀 제조 방법으로서, 도 2의 전지셀 제조 장치를 사용해, 전지셀의 실링부에 경화성 물질을 동시에 부가하는 전지셀 제조 방법을 개략적으로 나타낸 모식도가 도시되어 있다.
도 5를 참조하면, 전지셀 제조 방법은, 경화성 물질(221, 222)이 전지셀 제조 장치(200)의 제 1 측벽(202)과 제 1 격벽(204) 사이 및 제 2 측벽(203)과 제 2 격벽(205) 사이에 각각 부가된 상태에서, 도립된 전지셀(210)을 탑재함으로써, 전지셀(210) 실링부들(211, 212)의 단부에 대한 경화성 물질(221, 222)의 부가가 이루어진다.
이와 같이, 상기 전지셀 제조 방법은 전지셀 제조 장치(200)의 서로 대응하는 측벽들(202, 203)과 격벽들(204, 205) 사이에 경화성 물질(221, 222)이 동시에 부가되고, 상기 전지셀 제조 장치(200)의 기울임 없이, 단순히 도립된 전지셀(200)을 탑재하는 과정만으로 전지셀(210) 실링부들(211, 212)의 단부에 경화성 물질(221, 222)을 부가할 수 있으므로, 공정에 소요되는 인력 및 시간을 단축함으로써, 생산 효율성을 향상시킬 수 있다.
본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주내에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다.
Claims (19)
- 파우치형 전지셀의 서로 대향하는 양 측면에 경화성 물질이 부가되어 있는 전지셀의 제조 방법으로서,
(a) 양극, 음극, 및 양극과 음극 사이에 개재되는 분리막을 포함하는 전극조립체를 전지케이스의 수납부에 장착하고, 열융착에 의해 수납부 외주면에 실링부를 형성하는 과정;
(b) 상기 실링부 중에서 전지셀의 전극단자가 위치하는 실링부에 각각 인접한 제 1 측면 실링부와 제 2 측면 실링부를 상향 절곡하는 과정;
(c) 상기 과정(b)에서 가공된 전지셀의 제 1 측면 실링부와 제 2 측면 실링부에 각각 대면하는 지그의 제 1 측벽 및 제 2 측벽 부위에 경화성 물질을 부가하는 과정;
(d) 상기 상향 절곡된 실링부의 단부가 지그의 상면을 향하도록 도립된 전지셀을 지그에 탑재하여, 상기 실링부의 단부에 경화성 물질을 부가하는 과정;
(e) 상기 전지셀을 지그로부터 취출하는 과정; 및
(f) 상기 경화성 물질이 부가된 전지셀의 부위에 자외선을 조사하여 경화시키는 과정;
을 포함하는 것을 특징으로 하는 전지셀 제조 방법. - 제 1 항에 있어서, 상기 과정(c) 및 과정(d)의 경화성 물질은 제 1 측면 실링부의 단부 및 제 2 측면 실링부의 단부에 동시에 부가되는 것을 특징으로 하는 전지셀 제조 방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 과정(c) 및 과정(d)의 경화성 물질은 전지셀의 제 1 측면 실링부의 단부와 제 2 측면 실링부의 단부에 순차적으로 부가되는 것을 특징으로 하는 전지셀 제조 방법.
- 제 3 항에 있어서, 상기 과정(c) 및 과정(d)에서 경화성 물질의 부가 과정은,
(i) 전지셀의 제 1 측면 실링부에 대면하는 지그의 제 1 측벽에 경화성 물질을 부가하는 과정;
(ii) 전지셀의 하면에서 상면을 수직 관통하는 중심축을 기준으로, 상기 과정(i)에서 경화성 물질이 부가된 제 1 측벽이 제 2 측벽보다 낮은 하향 경사를 형성하도록 소정의 각도로 지그를 기울이는 과정;
(iii) 상기 전지셀 실링부의 단부가 하면을 향하도록 도립된 전지셀을 지그에 탑재하여, 상기 제 1 측면 실링부의 단부에 경화성 물질을 부가하는 과정;
(iv) 상기 과정(iii)에서 제 1 측면 실링부의 단부에 경화성 물질이 부가된 전지셀을 지그로부터 분리하는 과정;
(v) 전지셀의 제 2 측면 실링부에 대면하는 지그의 제 2 측벽에 경화성 물질을 부가하는 과정;
(vi) 전지셀의 하면에서 상면을 수직 관통하는 중심축을 기준으로, 경화성 물질이 부가된 제 2 측벽이 제 1 측벽보다 낮은 하향 경사를 형성하도록 소정의 각도로 지그를 기울이는 과정; 및
(vii) 상기 전지셀 실링부의 단부가 하면을 향하도록 도립된 전지셀을 지그에 탑재하여, 상기 제 2 측면 실링부의 단부에 경화성 물질을 부가하는 과정;
을 포함하는 것을 특징으로 하는 전지셀 제조 방법. - 제 4 항에 있어서, 상기 각도는 전지셀의 하면에서 상면을 수직 관통하는 중심축에 대해 20도 내지 80도인 것을 특징으로 하는 전지셀 제조 방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 경화성 물질은 상기 실링부의 단부를 도포하는 형태로 부가되는 것을 특징으로 하는 전지셀 제조 방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 경화성 물질은 UV 경화성 물질인 것을 특징으로 하는 전지셀 제조 방법.
- 제 7 항에 있어서, 상기 UV 경화성 물질은 불포화 폴리에스테르계 물질 또는 폴리아크릴레이트계 물질인 것을 특징으로 하는 전지셀 제조 장치.
- 제 1 항에 있어서, 상기 경화성 물질은 올리고머 또는 저분자량의 중합체의 형태로 부가된 후 경화되는 것을 특징으로 하는 전지셀 제조 방법.
- 제 1 항에 따른 전지셀 제조 방법에 의해 전지셀을 제조하는 전지셀 제조 장치로서,
상면이 도립된 전지셀의 상면에 대면하는 베이스 플레이트;
상기 베이스 플레이트의 양측 단부로부터 각각 상향 돌출되어 있는 제 1 측벽 및 제 2 측벽;
상기 제 1 측벽으로부터 소정의 거리에서 내측으로 제 1 측벽과 평행하도록 베이스 플레이트로부터 상향 돌출된 제 1 격벽; 및
상기 제 2 측벽으로부터 소정의 거리에서 내측으로 제 2 측벽과 평행하도록 베이스 플레이트로부터 상향 돌출된 제 2 격벽;
을 포함하고 있고, 상기 제 1 측벽과 제 1 격벽 사이 및 제 2 측벽과 제 2 격벽 사이에는 전지셀의 제 1 측면 실링부와 제 2 측면 실링부가 각각 삽입되는 것을 특징으로 하는 전지셀 제조 장치. - 제 10 항에 있어서, 상기 측벽과 격벽 사이의 거리는 전지셀의 측면 실링부의 두께에 비해 큰 것을 특징으로 하는 전지셀 제조 장치.
- 제 11 항에 있어서, 상기 측벽과 격벽 사이의 거리는 전지셀의 측면 실링부 두께의 110% 내지 500% 크기인 것을 특징으로 하는 전지셀 제조 장치.
- 제 10 항에 있어서, 상기 격벽의 높이는 전지셀의 두께에 비해 낮은 것을 특징으로 하는 전지셀 제조 장치.
- 제 13 항에 있어서, 상기 격벽의 높이는 전지셀의 두께의 60% 내지 90%인 것을 특징으로 하는 전지셀 제조 장치.
- 제 10 항에 있어서, 상기 측벽과 격벽 사이에 경화성 물질이 부가되는 것을 특징으로 하는 전지셀 제조 장치.
- 제 1 항에 따른 전지셀 제조 방법에 의해 제조되는 것을 특징으로 하는 전지셀.
- 제 16 항에 있어서, 상기 전지셀은 리튬 이차전지인 것을 특징으로 하는 전지셀.
- 제 16 항에 따른 전지셀을 하나 이상 포함하는 디바이스.
- 제 18 항에 있어서, 상기 디바이스는 휴대폰, 태블릿 컴퓨터, 노트북 컴퓨터, 파워 툴, 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 플러그-인 하이브리드 전기자동차, 및 전력저장 장치에서 선택되는 어느 하나인 것을 특징으로 하는 디바이스.
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| KR1020130165408A KR101717154B1 (ko) | 2013-12-27 | 2013-12-27 | 경화성 물질이 부가된 전지셀 제조 방법 및 제조 장치 |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| KR1020130165408A KR101717154B1 (ko) | 2013-12-27 | 2013-12-27 | 경화성 물질이 부가된 전지셀 제조 방법 및 제조 장치 |
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| KR20150076805A true KR20150076805A (ko) | 2015-07-07 |
| KR101717154B1 KR101717154B1 (ko) | 2017-03-16 |
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| KR1020130165408A KR101717154B1 (ko) | 2013-12-27 | 2013-12-27 | 경화성 물질이 부가된 전지셀 제조 방법 및 제조 장치 |
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| KR (1) | KR101717154B1 (ko) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US11557804B2 (en) | 2016-11-07 | 2023-01-17 | Samsung Sdi Co., Ltd. | Rechargeable battery |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004087422A (ja) * | 2002-08-29 | 2004-03-18 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | ポリマー電池とその絶縁被覆形成方法及び装置 |
| KR20080082724A (ko) * | 2007-03-09 | 2008-09-12 | 주식회사 엘지화학 | 실링부가 ｕｖ 경화성 물질로 코팅되어 있는 파우치형전지의 제조방법 |
| JP2012119290A (ja) * | 2010-11-12 | 2012-06-21 | Sony Corp | 電池パック、電池パックの製造方法および電池パック製造用の金型 |
-
2013
- 2013-12-27 KR KR1020130165408A patent/KR101717154B1/ko active IP Right Grant
Patent Citations (3)
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| Publication number | Publication date |
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| KR101717154B1 (ko) | 2017-03-16 |
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