KR20160087067A - 테라스 형성 장치 및 이를 이용하는 테라스 설계 방법 - Google Patents

테라스 형성 장치 및 이를 이용하는 테라스 설계 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 밀봉 잉여부인 테라스부(terrace)의 일 측면에 전극단자가 형성되어 있는 전지셀에서, 상기 전극단자 및 테라스부의 후면과 전극조립체 수납부의 후면 상단 일부가 함께 만입된 백 테라스부(back terrace)를 형성하는 테라스 형성 장치로서, 전지셀 테라스부의 상면을 가압하기 위한 제 1 가압부재가 구비되어 있는 상부 지그; 및 전지셀의 양면 중에서 후면이 접하도록 전지셀이 탑재되고, 전극단자 및 테라스부의 후면과 전극조립체 수납부의 후면 상단 일부를 가압하기 위한 제 2 가압부재가 구비되어 있는 하부 지그; 를 포함하고 있고, 상기 하부 지그의 상면에 전지셀이 탑재된 상태에서 상부 지그의 하향 이동시, 전극단자 및 테라스부의 후면과 전극조립체 수납부의 후면 상단 일부의 상향 절곡에 의해 백 테라스부가 형성되는 것을 특징으로 하는 백 테라스 형성 장치를 제공한다.

Description

테라스 형성 장치 및 이를 이용하는 테라스 설계 방법 {Manufacture Device of Terrace for Battery Cell and Method for Terrace Design Structure Using the Same}
본 발명은 테라스 형성 장치 및 이를 이용하는 테라스 설계 방법에 관한 것이다.
모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서의 이차전지의 수요가 급격히 증가하고 있고, 특히, 이차전지 중 높은 에너지 밀도와 방전 전압을 갖는 리튬 이차전지에 대해 많은 연구 및 상용화가 이루어 지고 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 안정성의 리튬 이온 전지, 리튬 이온 폴리머 전지 등과 같은 리튬 이차전지에 대한 수요가 높다.
이러한 이차전지는, 그것의 형상에 따라 원통형 전지셀, 각형 전지셀, 파우치형 전지셀 등으로 구분할 수 있다. 그 중에서도 높은 집적도로 적층될 수 있고 중량당 에너지 밀도가 높으며 저렴하고 변형이 용이한 파우치형 전지셀이 많은 관심을 모으고 있다.
도 1 및 2에는 스택형 전극조립체를 포함하고 있는 대표적인 리튬이온 전지셀의 일반적인 구조가 모식적으로 도시되어 있다.
이들 도면을 참조하면, 리튬이온 전지셀(10)은, 파우치형의 전지케이스(20) 내부에 양극, 음극 및 이들 사이에 배치되는 분리막으로 이루어진 전극조립체(30)가 내장되어 있고, 그것의 양극 및 음극 탭들(31, 32)이 두 개의 전극리드(40, 41)에 용접되어 전지케이스(20)의 외부로 노출되도록 실링(밀봉)되어 있는 구조로 이루어져 있다.
전지케이스(20)는 알루미늄 라미네이트 시트와 같은 연포장재로 되어 있으며, 전극조립체(30)가 안착될 수 있는 오목한 형상의 수납부(23)를 포함하는 케이스 본체(21)와 그러한 본체(21)에 일측이 연결되어 있는 덮개(22)로 이루어져 있다.
스택형 전극조립체(30)는 다수의 양극 탭들(31)과 다수의 음극 탭들(32)이 전극리드(40, 41)에 각각 용접되어 있다.
이러한 전지셀(10)은 수납부(23)에 전극조립체(30)를 안착한 후 덮개(22)를 덮고 본체(21)과의 접촉 부위를 열융착시켜 제조 되며, 양극 탭들(31) 및 음극 탭들(32)이 위치하는 밀봉 부위에 밀봉 잉여부(테라스부)가 형성된다.
한편, 리튬 이차전지에는 각종 가연성 물질들이 내장되어 있어서, 과충전, 과전류, 기타 물리적 외부 충격 등에 의해 발열, 폭발 등의 위험성이 있으므로, 안전성에 큰 단점을 가지고 있다. 따라서, 리튬 이차전지에는 과충전, 과전류 등의 비정상인 상태를 효과적으로 제어할 수 있는 안전소자로서 PTC(Positive Temperature Coefficient) 소자, 보호회로 모듈(Protection Circuit Module: PCM) 등이 전지셀에 접속되어 있다.
일반적으로, 전지팩은 전지셀의 상부에 PCM이 장착되며, 구체적으로PCM은 전극리드에 전기적으로 연결된 상태로 전극리드를 절곡하여 전지케이스의 상단 테라스부 상에 안착하는 구조로 구성되며, 필요에 따라 PCM이 장착된 상태에서 상기 테라스부를 전극조립체 수납부 방향으로 절곡하는 구조로 형성한다.
그러나, 최근에 소비자의 취향에 따라 전자 디바이스가 점점 소형화, 박형화 되어 가고 있는 추세이므로, 파우치형 전지의 두께가 매우 얇아지고있고, PCM이 장착된 상태에서 테라스부를 절곡하는 경우, 자칫 전지의 두께를 증가시키는 문제점이 발생할 수 있으며, 필요에 따라 테라스부 주변에 절연 테이프를 부가하는 경우에도 전반적으로 두께 증가를 야기시키므로, 불필요한 공간 낭비를 최소화하할 필요가 있다.
따라서, 최근에서 테라스부의 후면과 전극조립체 수납부의 후면 상단 일부가 함께 만입되어 소정의 두께의 단차가 형성되어 있는 백 테라스부를 형성하고, 종래에 PCM이 장착되는 위치를 백 테라스부로 변경하거나, 백 테라스부를 따라 절연 테이프를 부가하여 두께 증가 등에 대한 문제점을 해결하는 기술을 활용하고 있다.
다만, 상기 백 테라스부를 형성하기 위하여 알루미늄 라미네이트 시트와 같은 연포장재에 단차를 형성하여 전지 케이스를 제조하는 방법을 사용할 수 있으나, 두께가 얇은 구조의 파우치형 전지에서 전지 케이스 자체에 백 테라스부를 형성하기 위해서는 전지 케이스의 제조 공정이 다소 복잡해 지므로 효율적이지 못하다.
또한, 파우치형 전지를 완성한 상태에서 지그 등의 부재들로 가압 하여 백 테라스부를 형성하는 방법의 경우, 기계적 강성이 낮은 알루미늄 라미네이트 시트의 재질 특성상 정확한 수치에 맞는 일정한 단차를 형성하기 어렵고, 전극단자 및 전극리드의 결합부위가 가압에 의해 손상될 수 있는 문제점이 발생할 수 있으므로 바람직하지 않다.
따라서, 이러한 문제점들을 근본적으로 해소하면서 전지팩 제조의 치수 안전성 향상 및 불량률을 감소시킬 수 있는 기술에 대한 필요성이 높은 실정이다.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 목적은 전지셀 테라스부의 상면을 가압하는 상부 지그 및 테라스부의 후면과 전극조립체 수납부의 후면 상단 일부를 가압하기 위한 하부 지그를 포함하는 테라스 형성 장치를 사용하여 전지셀의 테라스를 설계하는 방법을 통해서, 전지팩의 두께 증가 없이 PCM의 장착 또는 절연 테이프를 부가할 수 있는 구조의 백 테라스부를 안정적으로 형성함으로써, 전지팩 제조의 치수 안전성 향상 및 불량률을 감소시킬 수 있는 테라스 형성 장치 및 이를 이용하여 전지셀의 테라스를 설계하는 방법을 제공하는 것이다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 테라스 형성 장치는,
밀봉 잉여부인 테라스부(terrace)의 일 측면에 전극단자가 형성되어 있는 전지셀에서, 상기 전극단자 및 테라스부의 후면과 전극조립체 수납부의 후면 상단 일부가 함께 만입된 백 테라스부(back terrace)를 형성하는 테라스 형성 장치로서,
전지셀 테라스부의 상면을 가압하기 위한 제 1 가압부재가 구비되어 있는 상부 지그; 및
전지셀의 양면 중에서 후면이 접하도록 전지셀이 탑재되고, 전극단자 및 테라스부의 후면과 전극조립체 수납부의 후면 상단 일부를 가압하기 위한 제 2 가압부재가 구비되어 있는 하부 지그;
를 포함하고 있고,
상기 하부 지그의 상면에 전지셀이 탑재된 상태에서 상부 지그의 하향 이동시, 전극단자 및 테라스부의 후면과 전극조립체 수납부의 후면 상단 일부의 상향 절곡에 의해 백 테라스부가 형성되는 구조로 구성된다.
따라서, 본 발명에 따른 테라스 형성장치는 전지셀 테라스부의 상면을 가압하는 상부 지그 및 테라스부의 후면과 전극조립체 수납부의 후면 상단 일부를 가압하기 위한 하부 지그를 포함하는 테라스 형성 장치를 사용하여 전지셀의 테라스를 설계하는 방법을 통해서, 전지팩의 두께 증가 없이 PCM의 장착 또는 절연 테이프를 부가할 수 있는 구조의 백 테라스부를 안정적으로 형성함으로써, 전지팩 제조의 치수 안전성 향상 및 불량률을 감소시킬 수 있는 효과를 제공할 수 있다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 제 1 가압부재는, 테라스부의 상면을 가압하는 테라스 가압부와, 전극조립체 수납부의 상면에서 수납부의 상단 일부를 가압하는 수납부 가압부를 포함하고 있는 구조로 구성될 수 있다.
이러한 구조에서, 상기 제 1 가압부재에 포함되는 테라스 가압부는 상단 지그의 하향 이동을 통한 가압 시 안정적으로 전극 단자 및 테라스부를 고정하는 역할을 수행할 수 있으며, 수납부 가압부는 수납부의 상면에서 수납부의 상단 일부를 가압 및 고정하는 역할을 수행할 수 있다.
또 다른 구체적인 예에서, 상기 테라스 가압부는 상부 지그의 하면에 위치하고, 상기 수납부 가압부는 상부 지그의 일 측면에 위치하는 구조일 수 있으며, 더욱 구체적으로, 상기 테라스 가압부의 하단면과 수납부 가압부의 하단면의 높이 차는, 전지셀 두께에서 테라스부의 두께에서 백 테라스부의 만입 높이를 차감한 크기에 대응하는 높이로 형성될 수 있다.
이러한 장착 높이는 적용되는 전지셀의 두께 등의 구체적인 수치에 따라 변경할 수 있으며, 이를 위하여 상부 지그에 대한 장착 높이를 조절할 수 있는 장착 높이 조절부를 추가로 포함하는 구조일 수 있다.
한편, 상기 수납부 가압부는, 전극조립체 수납부의 상면에서 수납부의 상단 일부를 안정적으로 가압하기 위하여, 적용되는 전지셀의 크기에 대응하는 길이로 연장된 구조일 수 있으나, 장착 높이 조절 장치의 설치에 따라 수납부 가압부가 지나치게 큰 길이로 연장되는 것은 바람직하지 않으므로, 예를 들어, 극조립체 수납부의 길이를 기준으로, 전극조립체 수납부의 상면 상단으로부터 5% 내지 30% 부위를 가압하는 구조인 것이 바람직하다.
본 발명에서, 하부 지그는 전극단자 및 테라스부의 후면과 전극조립체 수납부의 후면 상단 일부의 상향 절곡하여 백 테라스부를 형성하는 구조이므로, 하부 지그에 대해서 제 2 가압부는 단차 형상으로 포함되는 구조로 구성될 수 있다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 하부 지그는 평면상으로 제 2 가압부재보다 큰 크기로 형성되어 단차를 형성되고, 제 2 가압부재의 높이는 백 테라스부의 만입 높이에 대응하는 크기로 설정하여 상부 지그 및 하부 지그의 가압하는 과정에서 제 2 가압부재의 높이에 따라 백 테라스부의 만입 높이가 형성되는 구조일 수 있다.
한편, 상기 백 테라스부는 전지셀 내부에서 전극조립체가 위치하는 부위에 대해서는 가압에 의해 전극조립체가 손상되는 문제가 발생할 수 있으므로, 전지셀 내부에서 전극 단자들 및 전극 리드들이 결합하는 부위의 여유 공간에 대해서 백 테라스부를 형성하는 것이 바람직하다.
구체적으로, 상기 제 2 가압부재는, 전극단자 및 테라스부의 하면과, 전극조립체 수납부의 길이를 기준으로 전극조립체 수납부의 하면 상단으로부터 3% 내지 20% 부위를 동시에 가압하는 구조로 구성되어, 전지셀 내부의 전극조립체를 손상시키지 않는 여유 공간을 만입 시켜 백 테라스부를 형성하는 구조로 구성될 수 있다.
또한, 상부 지그 및 하부 지그 사이에서 전지셀이 가압되는 구조이므로, 가압 과정에서 전지셀의 유동을 방지하기 위하여 제 2 가압부재의 전극조립체 수납부측 단부는 제 1 가압부재의 전극조립체 수납부측 단부보다 상대적으로 짧게 연장되어 있는 구조로 구성될 수 있다.
본 발명은 또한, 상기 테라스 형성 장치를 이용하여 전지셀의 테라스를 설계하는 방법을 제공할 수 있다.
구체적으로, 테라스 형성 장치를 이용하여 전지셀의 테라스를 설계하는 방법으로서,
(a) 제 1 가압부재의 수납부 가압 부재의 장착 높이(L1)를 설정된 값으로 조정하여 고정하는 과정;
(b) 전지셀의 양면 중에서 테라스부가 위치하는 후면이 접하고 전극조립체 수납부의 길이를 기준으로 전극조립체 수납부의 하면 상단으로부터 설정된 길이(L3)의 부위를 가압하기 위하여 하부 지그에 전지셀을 장착하는 과정;
(c) 제 2 가압부재의 돌출 높이(L2)를 설정된 값으로 조정하는 과정;
(d) 하부 지그의 상면에 전지셀이 탑재된 상태에서 상부 지그의 하향 이동하여 전극단자 및 테라스부의 후면과 전극조립체 수납부의 후면 상단 일부의 상향 절곡에 의해 백 테라스부를 형성하는 과정;
을 포함하는 테라스 설계 방법을 제공한다.
일반적으로, 파우치형 전지에 형성되는 테라스부의 두께는 라미네이트 전지 케이스의 밀봉부의 두께와 전극 리드의 두께에 따라 결정될 수 있으며, 예를 들어, 0.1 mm 내지 1.0 mm 범위로 형성될 수 있다.
이때, 상향 절곡되는 백 테라스부의 두께는 제 1 가압 부재에 장착되는 수납부 가압부재의 장착 높이 및 제 2 가압부재의 돌출 높이를 설정함에 따라 형성될 수 있으며, 상기 수치 범위는 적용되는 전지셀의 두께 및 요구되는 전지셀의 크기에 따라 적절히 설계 가능하고, 예를 들어, 상기 수납부 가압부재의 장착 높이(L1)는 전지셀의 두께를 넘지 않는 범위에서 1.0 mm 내지 3.0 mm 범위로 설정될 수 있다.
또한, 상기 제 2 가압부재의 돌출 높이(L2)는 0.1 mm 내지 1.0 mm 범위로 설정될 수 있으며, 백 테라스의 만입 높이는 제 2 가압부재의 돌출 높이에 대응하는 크기로 형성된다.
본 발명은 또한 상기 테라스 설계 방법에 따라 백 테라스부가 형성되는 것을 특징으로 하는 전지셀을 제공할 수 있다.
본 발명에 따른 전지셀은 한정된 공간에서 높은 적층률을 제공할 수 있도록 바람직하게는 판상형 전지셀 일 수 있으며, 예를 들어, 라미네이트 시트의 전지케이스에 전극조립체가 내장되어 있는 구조로 이루어질 수 있다.
구체적으로, 상기 라미네이트 시트는 전극조립체의 장착을 위한 수납부가 형성되어 있고, 상기 수납부에 전극조립체를 장착한 상태에서 상기 시트와 분리되어 있는 별도의 시트 또는 그로부터 연장되어 있는 시트를 열융착하여 밀봉하는 구조일 수 있으나, 이것만으로 한정되는 것은 아니다.
일반적으로, 상기 전지셀은 리튬이온 전지 또는 리튬 이차전지일 수 있지만, 이들만으로 한정되지 않음은 물론이다.
참고로, 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 비수계 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 것을 특징으로 하는 전지팩을 제공할 수 있다.
또한, 상기 전지팩을 전원으로 포함하는 디바이스를 제공할 수 있는 바, 상기 디바이스는 휴대폰, 휴대용 컴퓨터, 스마트폰, 스마트 패드, 넷북, 웨어러블 전자기기, LEV(Light Electronic Vehicle), 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 플러그-인 하이브리드 전기자동차, 및 전력저장장치로 이루어진 군에서 선택되는 것일 수 있다.
이들 디바이스의 구조 및 그것의 제작 방법은 당업계에 공지되어 있으므로, 본 명세서에서는 그에 대한 자세한 설명은 생략한다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 테라스 형성 장치 및 이를 이용한 테라스 설계 방법은 전지셀 테라스부의 상면을 가압하는 상부 지그 및 테라스부의 후면과 전극조립체 수납부의 후면 상단 일부를 가압하기 위한 하부 지그를 포함하는 테라스 형성 장치를 사용 전지셀의 테라스를 설계하는 방법을 통해서, 전지팩의 두께 증가 없이 PCM의 장착 또는 절연 테이프를 부가할 수 있는 구조의 백 테라스부를 안정적으로 형성함으로써, 전지팩 제조의 치수 안전성 향상 및 불량률을 감소시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1 은 파우치형 전지케이스를 사용한 종래의 전지셀의 분해도이다;
도 2 는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 테라스 형성 장치에 대한 모식도이다;
도 3 은 상기 도 2의 테라스 형성 장치에 대한 측면 사시도이다;
도 4 및 5는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 테라스 설계 방법의 순서를 나타내는 모식도들이다;
도 6 은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지셀의 모식도이다.
이하에서는, 본 발명의 실시예에 따른 도면을 참조하여 설명하지만, 이는 본 발명의 더욱 용이한 이해를 위한 것으로, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.
도 2에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 테라스 형성 장치에 대한 모식도가 도시되어 있고, 도 3에는 상기 도 2의 테라스 형성 장치에 대한 측면 사시도가 모식적으로 도시되어 있다.
이들 도면을 참조하면, 본 발명에 따른 테라스 형성 장치(100)는 전지셀(도 4 및 5 참조) 테라스부의 상면을 가압하기 위한 제 1 가압부재(120)가 구비되어 있는 상부 지그(110) 및 전지셀의 양면 중에서 후면이 접하도록 전지셀이 탑재되고, 전극단자 및 테라스부의 후면과 전극조립체 수납부의 후면 상단 일부를 가압하기 위한 제 2 가압부재(140)가 구비되어 있는 하부 지그(130)를 포함하는 구조로 구성되어 있다.
이러한 구조의 테라스 형성 장치(100)를 이용하여 상기 하부 지그(130)의 상면에 전지셀이 탑재된 상태에서 상부 지그(110)의 하향 이동시, 전극단자 및 테라스부의 후면과 전극조립체 수납부의 후면 상단 일부의 상향 절곡에 의해 백 테라스부가 형성되어 전지셀을 완성한다.
상기 제 1 가압부재(120)는, 테라스부의 상면을 가압하는 테라스 가압부(121)와, 전극조립체 수납부의 상면에서 수납부의 상단 일부를 가압하는 수납부 가압부(122)를 포함한다.
상기 테라스 가압부(121)는 상부 지그(110)의 하면에 위치하고, 상기 수납부 가압부(122)는 상부 지그(110)의 일 측면에 위치하는 구조로 구성되어 있으며, 테라스 가압부(121)의 하단면과 수납부 가압부(122)의 하단면의 높이 차는, 전지셀 두께에서 테라스부의 두께 및 백 테라스부의 만입 높이를 차감한 크기에 대응하여 구성된다.
또한, 상기 수납부 가압부(122)는 상부 지그(110)에 대한 장착 높이를 조절할 수 있는 장착 높이 조절부(150)를 포함하고, 전극조립체 수납부의 길이를 기준으로, 전극조립체 수납부의 상면 상단으로부터 5% 내지 30% 부위를 가압하는 구조로 구성된다.
상기 하부 지그(130)는 평면상으로 제 2 가압부재(140)보다 큰 크기로 형성되어 있고, 제 2 가압부재(150)의 높이는 백 테라스부의 만입 높이에 대응하는 크기로 구성된다.
상기 제 2 가압부재(150)는, 전극단자 및 테라스부의 하면과, 전극조립체 수납부의 길이를 기준으로 전극조립체 수납부의 하면 상단으로부터 3% 내지 20% 부위를 동시에 가압하는 구조로 구성되고, 제 2 가압부재(150)의 전극조립체 수납부측 단부는 제 1 가압부재(120)의 전극조립체 수납부측 단부보다 상대적으로 짧게 연장되어 있는 구조로 구성된다.
도 4 및 5에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 테라스 설계 방법의 순서를 나타내는 모식도들이 도시되어 있다.
이들 도면을 도 2 및 3과 함께 참조하여 테라스 설계 방법을 설명하면, 전지셀(200)에 백 테라스부(220)를 형성하는 테라스 설계 방법으로서, 제 1 가압부재(120)의 수납부 가압 부재(122)의 장착 높이(L1)를 설정된 값으로 조정하여 고정하는 과정, 전지셀(200)의 양면 중에서 테라스부(210)가 위치하는 후면이 접하고 전극조립체 수납부(230)의 길이를 기준으로 전극조립체 수납부(230)의 하면 상단으로부터 설정된 길이(L3)의 부위를 가압하기 위하여 하부 지그(130)에 전지셀(200)을 장착하는 과정, 제 2 가압부재(140)의 돌출 높이(L2)를 설정된 값으로 조정하는 과정 및 하부 지그(130)의 상면에 전지셀(200)이 탑재된 상태에서 상부 지그(110)의 하향 이동하여 전극단자(240) 및 테라스부(210)의 후면과 전극조립체 수납부(230)의 후면 상단 일부가 상향 절곡에 의해 백 테라스부(220)를 형성하는 과정을 포함한다.
본 발명의 도 4 및 5에서는, 전지셀(200)의 두께를 2.4 mm 로 설정하였고, 수납부 가압 부재(122)의 장착 높이(L1)를 1.6 mm, 전극조립체 수납부(230)의 하면 상단으로부터의 길이(L3)를 15.0 mm, 제 2 가압부재(150)의 돌출 높이(L2)를 0.4 mm로 설정하여 각각의 수치를 적용하였으며, 최종적으로 상부 지그(110)의 하향 이동하여 전극단자(240) 및 테라스부(210)의 후면과 전극조립체 수납부(230)의 후면 상단 일부가 상향 절곡에 의해 만입 깊이가 전지셀(200)의 측면을 기준으로 제 2 가압부재(150)의 돌출 높이(L2)와 대응 되는 크기인 0.4 mm로 백 테라스부(220)가 형성된다.
따라서, 도 6에서와 같이, 본 발명에 다른 테라스 형성 장치 및 이를 이용한 테라스 설계 방법에 의해서, 설정된 각각의 수치 범위에 따라 전지셀(200)의 측면을 기준으로 백 테라스부(220)의 만입 깊이가 일정하게 형성될 수 있으며, 요구하는 전지셀(200)의 크기 등에 따라 용이하게 각각의 수치 범위를 조정할 수 있으므로, 전지팩 제조의 치수 안전성 향상 및 불량률을 감소시킬 수 있는 효과를 제공한다.
이하 실시예를 통해 본 발명의 내용을 상세히 설명하지만, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.
<실시예 1>
테라스 형성 장치 설정
본 발명에 따른 테라스 형성 장치로서, 수납부 가압 부재의 장착 높이(L1)를 1.6 mm, 제 2 가압부재의 돌출 높이(L2)를 0.4 mm, 전극조립체 수납부의 하면 상단으로부터의 길이(L3)를 15.0 mm 로 각각의 수치를 설정하여 테라스 형성 장치를 설계하였다.
<실시예 2>
상기 테라스 형성 장치의 설계에서 L1, L2 및 L3 값을 각각 1.5 mm, 0.5 mm 및 15.0 mm 로 설정한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 구성으로 테라스 형성 장치를 설정하였다.
<실시예 3>
상기 테라스 형성 장치의 설계에서 L1, L2 및 L3 값을 각각 1.4 mm, 0.6 mm 및 15.0 mm 로 설정한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 구성으로 테라스 형성 장치를 설정하였다.
<실시예 4>
상기 테라스 형성 장치의 설계에서 L1, L2 및 L3 값을 각각 1.3 mm, 0.7 mm 및 15.0 mm 로 설정한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 구성으로 테라스 형성 장치를 설정하였다.
<실시예 5>
상기 테라스 형성 장치의 설계에서 L1, L2 및 L3 값을 각각 1.2 mm, 0.8 mm 및 15.0 mm 로 설정한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 구성으로 테라스 형성 장치를 설정하였다.
<실시예 6>
상기 테라스 형성 장치의 설계에서 L1, L2 및 L3 값을 각각 1.1 mm, 0.9 mm 및 15.0 mm 로 설정한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 구성으로 테라스 형성 장치를 설정하였다.
<실험예 1>
실험설계법에 따라 각각의 수치가 설정된 실시예 1 내지 6의 테라스 형성 장치를 이용하여 2.4 mm 두께의 전지셀들에 백 테라스부가 형성하고, 제조된 각각의 전지셀에 대해서 백 테라스부의 만입 깊이를 측정하여 하기 표 1에 나타내었다.
L1 (mm) L2 (mm) 백 테라스부 만입 높이(mm)
실시예 1 1.6 mm 0.4 mm 0.4 mm
실시예 2 1.5 mm 0.5 mm 0.5 mm
실시예 3 1.4 mm 0.6 mm 0.6 mm
실시예 4 1.3 mm 0.7 mm 0.7 mm
실시예 5 1.2 mm 0.8 mm 0.8 mm
실시예 6 1.1 mm 0.9 mm 0.9 mm

상기 표 1에서 보는 바와 같이, 실시예 1 내지 6의 테라스 형성 장치를 사용하여 백 테라스부를 형성한 결과, 설정된 수치에 따라, 백 테라스의 만입 높이가 제 2 가압부재의 돌출 높이에 대응하는 크기로 형성되었으며, 이를 통해 요구되는 전지셀의 크기 및 형상에 따른 테라스 설계 방법을 통해 전지팩 제조의 치수 안전성 향상 및 불량률을 감소시킬 수 있는 효과가 있음을 확인할 수 있다.
본 발명이 속한 분양에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주내에서 다양한 응용 및 변형을 수행하는 것이 가능할 것이다.

Claims (20)

  1. 밀봉 잉여부인 테라스부(terrace)의 일 측면에 전극단자가 형성되어 있는 전지셀에서, 상기 전극단자 및 테라스부의 후면과 전극조립체 수납부의 후면 상단 일부가 함께 만입된 백 테라스부(back terrace)를 형성하는 테라스 형성 장치로서,
    전지셀 테라스부의 상면을 가압하기 위한 제 1 가압부재가 구비되어 있는 상부 지그; 및
    전지셀의 양면 중에서 후면이 접하도록 전지셀이 탑재되고, 전극단자 및 테라스부의 후면과 전극조립체 수납부의 후면 상단 일부를 가압하기 위한 제 2 가압부재가 구비되어 있는 하부 지그;
    를 포함하고 있고,
    상기 하부 지그의 상면에 전지셀이 탑재된 상태에서 상부 지그의 하향 이동시, 전극단자 및 테라스부의 후면과 전극조립체 수납부의 후면 상단 일부의 상향 절곡에 의해 백 테라스부가 형성되는 것을 특징으로 하는 백 테라스 형성 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 가압부재는, 테라스부의 상면을 가압하는 테라스 가압부와, 전극조립체 수납부의 상면에서 수납부의 상단 일부를 가압하는 수납부 가압부를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 백 테라스 형성 장치.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 테라스 가압부는 상부 지그의 하면에 위치하고, 상기 수납부 가압부는 상부 지그의 일 측면에 위치하는 것을 특징으로 하는 백 테라스 형성 장치.
  4. 제 2 항에 있어서, 상기 테라스 가압부의 하단면과 수납부 가압부의 하단면의 높이 차는, 전지셀 두께에서 테라스부의 두께 및 백 테라스부의 만입 높이를 차감한 크기에 대응하는 것을 특징으로 하는 백 테라스 형성 장치.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 수납부 가압부는 상부 지그에 대한 장착 높이를 조절할 수 있는 장착 높이 조절부를 추가로 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 백 테라스 형성 장치.
  6. 제 2 항에 있어서, 상기 수납부 가압부는, 전극조립체 수납부의 길이를 기준으로, 전극조립체 수납부의 상면 상단으로부터 5% 내지 30% 부위를 가압하는 것을 특징으로 하는 백 테라스 형성 장치.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 하부 지그는 평면상으로 제 2 가압부재보다 큰 크기로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 백 테라스 형성 장치.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 제 2 가압부재의 높이는 백 테라스부의 만입 높이에 대응하는 크기인 것을 특징으로 하는 백 테라스 형성 장치.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 제 2 가압부재는, 전극단자 및 테라스부의 하면과, 전극조립체 수납부의 길이를 기준으로 전극조립체 수납부의 하면 상단으로부터 3% 내지 20% 부위를 동시에 가압하는 것을 특징으로 하는 백 테라스 형성 장치.
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 제 2 가압부재의 전극조립체 수납부측 단부는 제 1 가압부재의 전극조립체 수납부측 단부보다 상대적으로 짧게 연장되어 있는 것을 특징으로 하는 백 테라스 형성 장치.
  11. 제 1 항에 따른 테라스 형성 장치를 이용하여 전지셀의 테라스를 설계하는 방법으로서,
    (a) 제 1 가압부재의 수납부 가압 부재의 장착 높이(L1)를 설정된 값으로 조정하여 고정하는 과정;
    (b) 전지셀의 양면 중에서 테라스부가 위치하는 후면이 접하고 전극조립체 수납부의 길이를 기준으로 전극조립체 수납부의 하면 상단으로부터 설정된 길이(L3)의 부위를 가압하기 위하여 하부 지그에 전지셀을 장착하는 과정;
    (c) 제 2 가압부재의 돌출 높이(L2)를 설정된 값으로 조정하는 과정;
    (d) 하부 지그의 상면에 전지셀이 탑재된 상태에서 상부 지그의 하향 이동하여 전극단자 및 테라스부의 후면과 전극조립체 수납부의 후면 상단 일부의 상향 절곡에 의해 백 테라스부를 형성하는 과정;
    을 포함하는 테라스 설계 방법.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 테라스부의 두께는 0.1 mm 내지 1.0 mm 범위로 형성되는 것을 특징으로 하는 테라스 설계 방법.
  13. 제 11 항에 있어서, 상기 수납부 가압부재의 장착 높이(L1)는 전지셀의 두께를 넘지 않는 범위에서 1.0 mm 내지 3.0 mm 범위로 설정되는 것을 특징으로 하는 테라스 설계 방법.
  14. 제 11 항에 있어서, 상기 제 2 가압부재의 돌출 높이(L2)는 0.1 mm 내지 1.0 mm 범위로 설정되는 것을 특징으로 하는 테라스 설계 방법.
  15. 제 11 항에 따른 테라스 설계 방법에 따라 백 테라스부가 형성된 것을 특징으로 하는 전지셀.
  16. 제 15 항에 있어서, 상기 전지셀은 라미네이트 전지케이스에 전극조립체가 내장되어 있는 구조로 이루어진 것을 특징으로 전지셀.
  17. 제 16 항에 있어서, 상기 전지셀은 리튬 이차전지인 것을 특징으로 하는 전지셀.
  18. 제 17 항에 따른 전지셀을 하나 이상 포함하는 것을 특징으로 하는 전지팩.
  19. 제 18 항에 따른 전지팩을 전원으로 포함하는 것을 특징으로 하는 디바이스.
  20. 제 19 항에 있어서, 상기 디바이스는 휴대폰, 휴대용 컴퓨터, 스마트폰, 스마트 패드, 넷북, 웨어러블 전자기기, LEV(Light Electronic Vehicle), 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 플러그-인 하이브리드 전기자동차, 및 전력저장장치로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 디바이스.
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