KR20160142816A - 전기 에너지 저장 셀에 자착식 필름을 도포하기 위한 방법 및 장치 - Google Patents

전기 에너지 저장 셀에 자착식 필름을 도포하기 위한 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전기 에너지 저장 셀(10)의 제조의 적어도 일부를 위한 방법에 관한 것으로, 이 경우 전기 에너지 저장 셀(10)은 저장 셀 하우징(12)을 포함하고, 상기 하우징 내에 에너지 저장 셀(10)의 작동에 필요한 전극/분리막-어레이(30)가 배치되고, 이 경우 전극/분리막-어레이(30)는 캐소드 층(26)과 애노드 층(34)의 시퀀스를 갖는 층 구조(32)를 포함하고, 이 경우 대향 배치된 캐소드- 및 애노드 층들(36, 34)은 각각 분리막 층(38)에 의해 서로 분리되고, 전극/분리막-어레이(30)은 어레이 표면(40)을 갖는다. 본 발명에 따른 방법은 하기 단계들을 포함한다: 전극/분리막-어레이(30)를 제공하는 단계, 자착식으로 형성된 플라스틱 필름(58)을 제공하는 단계 및, 어레이 표면(40)의 적어도 부분 영역에 자착식 플라스틱 필름(58)을 도포하는 단계. 상응하게, 본 발명은 본 발명에 따른 가공 단계들을 실시할 수 있는 적절하게 설계된 유닛을 구비한 장치에 관한 것이다.

Description

전기 에너지 저장 셀에 자착식 필름을 도포하기 위한 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR APPLYING A SELF-ADHESIVE FILM TO AN ELECTRICAL ENERGY STORAGE CELL}
본 발명은 전기 에너지 저장 셀의 제조의 적어도 일부를 위한 방법 및 장치에 관한 것이다. 에너지 저장 셀은 저장 셀 하우징을 포함하고, 상기 하우징 내에 에너지 저장 셀의 작동에 필요한 전극/분리막-어레이가 배치된다. 전극/분리막-어레이는 캐소드 층과 애노드 층의 시퀀스를 갖는 층 구조를 포함하고, 대향 배치된 캐소드- 및 애노드 층은 각각 특히 다공성으로 형성된 분리막 층에 의해 서로 분리된다.
이와 같이 구성된 전기 에너지 저장 셀들은 예를 들어 하이브리드 차량 또는 전기 차량에 설치되는 트랙션 배터리의 구성에 이용될 수 있다. 하이브리드- 또는 전기 차량은 구동 기계로서 전기 기계를 포함하고, 상기 전기 기계는 트랙션 배터리로부터 전기 에너지를 공급 받는다. 하이브리드 차량에서는 전기 기계 외에 구동을 위한 다른 장치, 일반적으로 내연기관이 이용된다. 그와 달리 전기 차량은 전기 기계에 의해서만 구동된다. 사용되는 전기 기계는 일반적으로 내부 로터 기계로서 설계되고, 상기 기계에서 회전 가능하게 지지되는 로터는 위치 고정된 고정자에 의해 둘러싸인다. 구동 기계로서 동기 기계, 특히 하이브리드-동기 기계가 사용될 수 있다.
트랙션 배터리는 250 내지 420 V의 전압 레벨을 가질 수 있는 전기 고압 배터리일 수 있다. 이러한 전압 레벨에 도달하기 위해, 트랙션 배터리는 직렬 접속된 다수의 에너지 저장 셀로 구성된다. 이 경우 에너지 저장 셀들은 결합되어 또는 접속되어 일반적으로 더 작은 그룹, 소위 에너지 저장 모듈을 형성하고, 이 경우 에너지 저장 모듈은 트랙션 배터리의 형성을 위해 서로 직렬 접속된다. 자동차 분야에서 트랙션 배터리의 구성을 위해 특히 리튬 이온 저장 셀이 사용된다.
대향 배치된 캐소드- 및 애노드 층들이 각각 분리막 층에 의해 서로 분리된 층 구조를 포함하는 전극/분리막-어레이를 제조할 수 있는 여러 방법들이 공개되어 있다. 특히, 리튬 이온 저장 셀에서 사용되는 전극/분리막-어레이를 위한 방법이 공개되어 있다. 이러한 세 가지 제조 방법에서 전극/분리막-어레이를 형성하는 물질들, 즉 캐소드 물질, 애노드 물질 및 분리막 물질은 롤제품으로 준비된다. 제조 공정을 위한 출발 물질은 이로써 롤제품이고, 즉 전극/분리막-어레이의 제조를 위해 필요한 물질들은 롤제품으로서 가공에 제공된다.
에너지 저장 셀이 리튬 이온 저장 셀로서 구현되면, 캐소드, 즉 플러스 전극은 일반적으로 합성된 전극, 소위 복합-전극이다. 이러한 복합-전극은 기본적인 활성 물질, 이 경우 예를 들어 도전 카본블랙일 수 있는 도전 첨가제 및 예를 들어 폴리비닐리덴플루오라이드(PVDF)인 전극 바인더로 이루어지고, 알루미늄 필름, 소위 집전체 필름 위에 층 형태로 제공된다. 애노드, 즉 마이너스 전극은 일반적으로 또한 합성된 복합-전극이다. 이러한 경우에 복합-전극은 또한 기본적인 활성 물질, 예를 들어 흑연, 도전 첨가제, 예를 들어 도전 카본블랙 및 전극 바인더로 이루어지고, 예를 들어 카복시메틸 셀룰로오스(CMC) 또는 스티렌-부타디엔 고무(SBR)일 수 있고, 이 경우 상기 복합-전극은 층 형태로 집전체 필름으로 작용하는 구리 필름 위에 배치된다. 코팅된 알루미늄 필름은 전술한 캐소드 물질에 해당한다. 코팅된 구리 필름은 전술한 애노드 물질에 상응한다. 분리막 물질은 자체가 통상적으로 중합체 필름이고, 상기 필름은 에너지 저장 셀의 작동을 위해 필요한 이온 통과를 가능하게 하고, 즉 따라서 다공성으로 형성된다.
제 1 제조 방법, 즉 소위 적층 방법의 경우 각각 롤제품으로서 준비된 분리막 물질, 애노드 물질 및 캐소드 물질이 각각의 롤에서 언와인딩되고, 전극/분리막-어레이의 기하학적 설정에 따라 커팅된 후에 개별화된 캐소드 층, 애노드 층 및 분리막 층으로 제공되어 적층 컨테이너 내에 놓이고, 이 경우 적층 컨테이너 내에 개별 층들의 삽입 시 정해진 순서가 지켜지므로, 대향 배치된 캐소드- 및 애노드 층들은 각각 분리막 층에 의해 분리된다. 또한 이와 같이 느슨한 층 구조, 소위 적층(stack 또는 stacking)이 형성된다.
제 2 제조 방법, 소위 플랫 와인딩 방법의 경우 전체적으로 4개의 롤 전극 물질이 제공되고, 즉 캐소드 물질을 포함하는 롤, 애노드 물질을 포함하는 롤 및 분리막 물질을 포함하는 2개의 롤이 제공된다. 4개의 롤에서 언와인딩된 전극 물질은 예를 들어 4개의 독립적인 전극 물질들이 결합 또는 통합 또는 합쳐진 편향 롤러에 의해 회전 수용 바디에 공급되고, 상기 수용 바디에 상기 롤이 와인딩된다. 4개의 롤은 이 경우 예를 들어, 4개의 결합된 전극 물질들에 대해 하기 층시퀀스가 제공되도록 겹쳐져서 배치된다: 캐소드 물질, 분리막 물질, 애노드 물질, 분리막 물질. 수용 바디에 미리 정해진 개수의 결합된 전극 물질의 층들이 와인딩되면, 와인딩된 전극 물질은 롤제품으로 추가로 제공되는 전극 물질로부터 커팅에 의해 분리된 후에 형태화된다. 또한 플러스 및 마이너스 전극의 이러한 느슨한 와인딩 시 와인딩된 층 구조, 소위 셀 코일(jelly/roll, J/R)이 형성된다.
제 3 제조 방법, 즉 소위 Z-폴딩 방법에서, 애노드 물질, 캐소드 물질 및 분리막 물질이 롤 물질로서 준비된다. 3개의 전극 물질들은 언와인딩되고, 예를 들어 전극 물질들이 제공된 롤 쌍에 의해 서로 연결되고, 이 경우 애노드 물질과 캐소드 물질은 상기 2개의 물질 사이에 위치한 분리막 물질에 의해 서로 분리된다. 또한 애노드 물질 및 캐소드 물질은 분리막 물질을 향한 측면에 전기화학 활성 물질로 코팅된다. 이와 같이 서로 결합된 전극 물질들은 편향 롤러에 의해 Z-폴딩된 층 구조로 배치되고, 이 경우 편향 롤러들은 제조될 전극/분리막-어레이의 치수에 상응하게 서로 이격된다.
전술한 3개의 제조 방법 외에, 다른 제 4 제조 방법, 소위 개별화된 전극의 Z-폴딩 방법이 공개되어 있다. 이러한 제조 방법에서 분리막 물질만이 롤제품으로 준비된다. 언와인딩된 분리막 물질 내로 하나의 측면으로부터 커팅된 애노드 물질 플레이트 및 다른 측면부터 커팅된 캐소드 물질 플레이트가 삽입되므로, 이 경우에 Z-폴딩된 층 구조가 형성된다.
제 1 제조 방법, 즉 적층 방법 및 제 3 제조 방법, 즉 Z-폴딩 방법 및 제 4 제조 방법, 즉 개별화된 전극의 Z-폴딩 방법에서 전극은 구부려지지 않고, 꺾어지지도 않는다.
전술한 4개의 모든 제조 방법들에서 공통적으로, 개별 전극- 또는 분리막 층들은 서로 고정 연결되지 않는다. 이로 인해, 개별 전극층들, 즉 애노드 층과 캐소드 층 및 개별 분리막 층들은 (예를 들어 기계적 응력 시) 이동 또는 변위된다. 이로 인해 전극/분리막-어레이의 추가 작업 또는 가공 시 전극 위치 설정에 오류가 나타날 수 있고, 이로 인해 캐소드는 애노드의 영역에 더 이상 퍼질 수 없게 되고, 이는 또한 에너지 저장 셀 내에서 내부 단락을 일으킬 수 있는 리튬 도금(lithium plating)을 야기할 수 있다. 해당하는 에너지 저장 셀들은 불량품으로 분류되어야 한다.
특히 적층 방법(제 1 제조 방법)에 의해 제조되는 전극/분리막-어레이에서 추가로 하기 문제들이 발생할 수 있다: 추가 가공 또는 처리 시 전극/분리막-어레이가 펼쳐질 수 있다. 이로써 하드 케이스라고도 하는 금속으로 이루어진 강성 하우징 내에 전극/분리막-어레이의 삽입 시 개별 애노드 층, 캐소드 층 또는 분리막 층의 손상이 발생할 수 있다. 이러한 손상으로 인해 전극/분리막-어레이의 형성이 추가로 실행될 때 안전 임계적인 단락이 발생할 수 있다. 이는, 이와 같이 제조된 전극/분리막-어레이, 소위 적층 변형물이 일반적으로 "연성" 알루미늄-복합 필름으로 이루어진 하우징 내에 배치되기 때문이다. 이러한 하우징은 파우치 또는 소프트 팩이라고 한다.
본 발명의 과제는, 전기 에너지 저장 셀의 제조의 적어도 일부를 위한 방법 및 장치를 개선하는 것이다. 한편으로 캐소드 층과 애노드 층 및 대향 배치된 층들을 분리하는 분리막 층의 시퀀스를 갖는 층 구조를 포함하는 전극/분리막-어레이는 층 구조의 실제 형상 또는 상기 층 구조의 제조에 이용되는 제조 방법과 무관하게 임의로 형성된 저장 셀 하우징 내에 배치될 수 있어야 한다. 즉, 높은 저장 용량을 갖는 동시에 취급이 간단한, 즉 간단하게 가공 또는 배치되어 에너지 저장 모듈 또는 트랙션 배터리가 형성될 수 있고, 에너지/분리막-어레이를 외부 기계적 영향에 대해 충분히 보호하는 에너지 저장 셀이 제조될 수 있어야 한다. 이러한 요구는 특히, 적층 방법에 의해 제조된 전극/분리막-어레이(스택)가 바람직하게 0.3 또는 0.5 mm 이상의 벽두께를 갖는 각기둥으로 형성되며 강성 금속 하우징 내에 배치되는 에너지 저장 셀에 의해 충족된다(이러한 금속 하우징은 하드 케이스라고도 한다). 다른 한편으로 에너지 저장 셀을 간단한 방식으로 저렴하게 제조하는 것이 가능해야 한다.
상기 과제는 하기 단계들이 실행되는 전술한 방식의 방법에 의해 해결된다:
- 전극/분리막-어레이를 제공하는 단계,
- 자착식으로 형성된 플라스틱 필름을 제공하는 단계,
- 어레이 표면의 적어도 부분 영역에 자착식 플라스틱 필름을 도포하는 단계.
상기 과제는 또한 하기 수단들을 포함하는 전술한 방식의 장치에 의해 해결된다: 전극/분리막-어레이를 제공하도록 형성된 어레이 제공 유닛, 자착식으로 형성된 플라스틱 필름을 제공하도록 형성된 필름 제공 유닛 및, 어레이 표면의 적어도 부분 영역에 자착식 플라스틱 필름을 도포하도록 형성된 도포 유닛.
어레이 표면의 적어도 부분 영역에 도포된 플라스틱 필름을 이용해서 캐소드 층, 애노드 층 및 분리막 층들의 서로에 대한 최초 위치가 특히 장기간 고정되고, 즉 개별 층들이 상호 이동되고 또는 변위되는 것이 저지된다. 또한 이로써 전극/분리막-어레이 내에서 전극과 분리막의 최초 위치가 고정되어 유지된다. 특히 적층 방법에 의해 제조된 전극/분리막-어레이의 경우 이로써, 상기 어레이의 추가 처리 또는 가공 시 상기 어레이는 펼쳐질 수 없는 것이 보장된다. 이로써 적층 방법에 의해 제조된 전극/분리막-어레이는 각기둥으로 형성된 강성 금속 하우징(하드 케이스) 내에 삽입 또는 배치될 수 있는 것이 가능하고, 이로써 간단한 최급과 동시에 전술한 금속 하우징 내에서 전극의 최적의 체적 이용율과 높은 저장 용량을 갖는 에너지 저장 셀이 제조될 수 있는 것이 가능하다. 플라스틱 필름이 자착식으로 형성됨으로써, 추가 접착제의 사용이 생략될 수 있다. 즉, 예를 들어 포장을 위해 사용되는 접착 테이프에서 공개된 바와 같은 접착층이 위에 제공되어 포함하고 있는 플라스틱 필름 대신, 이러한 접착층을 포함하지 않은 플라스틱 필름이 사용될 수 있다. 이는 훨씬 바람직하게 작용한다. 한편으로는 이로 인해 상당한 재료 비용이 절약될 수 있는데, 그 이유는 경우에 따라 사용할 접착제는 비교적 고가이기 때문이다. 다른 한편으로 이로 인해 에너지 저장 셀의 제조 시간이 단축될 수 있는데, 그 이유는 그렇지 않은 경우 접착제의 제공에 필요한 제조 단계가 생략될 수 있기 때문이다. 또한, 에너지 저장 셀은 접착제를 포함하지 않고, 즉 물질을 거의 포함하지 않고, 이로 인해 경우에 따라서 에너지 저장 셀 내부에 사용되는 추가 물질들의 선택에 대해 접착제에 따른 제한이 없어질 수 있다. 또한 전술한 접착 테이프에서 공개된 바와 같이 접착층은 예를 들어 30 내지 50 ㎛의 두께를 갖기 때문에, 자착식으로 형성된 플라스틱 필름에 의해 또한 에너지 저장 셀의 에너지 밀도가 높아질 수 있다.
상기 과제는 이로써 완전히 해결된다.
바람직하게는 자착식 플라스틱 필름은 접착 필름으로 구현된다. 이 경우 연성 플라스틱 필름이고, 상기 필름은 매우 매끄럽게 구현되고, 추가 접착제 없이 매끄러운 표면 위에, 에너지 저장 셀에 삽입되는 전극/분리막-어레이의 경우에 전극 또는 분리막 표면 위에 접착된다. 이러한 접착은 소위 판데르발스 결합(Van der Waals bond)에 의해 실행되고, 상기 결합은 플라스틱 필름의 경계층과 플라스틱 필름이 접촉하는 물질의 경계층 사이에 형성된다. 이로써 전극/분리막-어레이의 개별 층들의 고정은 추가 접착제 없이, 예를 들어 전술한 접착층의 형태로 가능하다.
본 발명에 따른 방법에 의해, 상이하게 제조된 전극/분리막-어레이를 위해, 즉 특히 느슨한 층 구조 또는 Z-폴딩된 층 구조 또는 와인딩된 층 구조를 포함하는 전극/분리막-어레이를 위해 바람직하게 개별 층들은 고정될 수 있다. 이로써, 층 구조를 포함하는 전극/분리막-어레이는 임의로 형성된 저장 셀 하우징 내에 삽입 또는 배치될 수 있는 것이 가능하다. 특히 적층 방법에 의해 제조된 전극/분리막-어레이는 각기둥으로 형성된 강성 금속 하우징 내에 삽입 또는 배치될 수 있다. 이러한 실시예에서 간단한 취급과 동시에 높은 저장 용량을 갖는 에너지 저장 셀이 제조될 수 있다.
전술한 전극/분리막-어레이 외에 대안적으로 형성된 또는 구성된 다른 전극/분리막-어레이들이 공개되어 있고, 상기 전극/분리막-어레이에 본 발명에 따른 방법이 적용될 수 있고 또는 상기 전극/분리막-어레이는 본 발명에 따른 장치에 의해 가공될 수 있고, 예를 들어 부분 적층된 전극/분리막-어레이가 가공될 수 있다. 일반적으로 이 경우 전극/분리막-어레이를 구성하는 캐소드 층, 애노드 층 및 분리막 층들의 부분이 서로 접착되어 층 복합체가 되는 전극/분리막-어레이이다. 즉, 부분 적층된 전극/분리막-어레이는 적어도 하나의 이러한 층 복합체를 갖거나 다수의 이러한 층 복합체로 이루어진다. 바이(Bi) 셀이라고도 하는 이러한 층 복합체는 다수의 애노드- 및 캐소드층과 상기 층들을 분리하는 분리막 층들을, 예를 들어 마이너스 전극, 분리막, 플러스 전극, 분리막, 마이너스 전극의 시퀀스로 또는 플러스 전극, 분리막, 마이너스 전극, 분리막, 플러스 전극의 시퀀스로 포함하고, 이 경우 서로 결합된 층들의 개수는 더 많을 수도 있다. 부분 적층된 전극/분리막-어레이의 경우 다수의 실시예들이 감소할 수 있다. 제 1 실시예에서 다수의 이러한 층 복합체들이 상하로 적층될 수 있다. 대안으로서 이러한 층 복합체들은 극성이 교대하도록 분리막 물질 위에 제공될 수 있고, 부분 적층된 전극/분리막-어레이는 랩핑 또는 폴딩에 의해 형성될 수 있다.
바람직하게 도포는 전극/분리막-어레이에 자착식 플라스틱 필름의 와인딩에 의해 이루어질 수 있다. 이러한 조치에 의해 플라스틱 필름은 간단하게 전극/분리막-어레이에 도포될 수 있다. 플라스틱 필름은 이 경우 롤제품으로서 준비되고 또는 제공될 수 있다. 전극/분리막-어레이의 회전에 의해 필요한 양의 플라스틱 필름이 롤에서 언와인딩되어 전극/분리막-어레이에 와인딩될 수 있다. 또한 전극/분리막-어레이 위에 플라스틱 필름의 재현 가능한 규정된 도포가 보장되고, 이는 에너지 저장 셀의 신뢰성 있는 제조를 가능하게 하고, 전극/분리막-어레이의 층 구조의 우수한 압착을 보장한다.
바람직하게 자착식 플라스틱 필름의 적어도 하나의 층은 전극/분리막-어레이에 와인딩된다. 이러한 조치는, 랩핑에 의해 영향을 받는 어레이 표면에서 볼 때, 전극/분리막-어레이의 게별 층들에 균일하게, 모든 측면으로부터 플라스틱 필름이 제공되고 이로써 상기 개별 층들이 확실하게 고정되는 것을 보장한다. 즉, 전극/분리막-어레이는 랩핑에 의해 영향을 받는 어레이 표면에서 볼 때 외부 영향에 대해 최대한 보호된다. 바람직하게는 단층으로 도포된 플라스틱 필름의 경우, 플라스틱 필름의 시작과 플라스틱 필름의 끝이 이음부를 형성하지 않는다. 오히려, 랩핑될 어레이 표면 전체에 대해 작은 범위에 플라스틱 필름의 시작과 플라스틱 필름의 끝의 중첩부 및 상기 범위에 하부 및 상부 플라스틱 필름이 제공되어야 한다.
바람직하게는 자착식 플라스틱 필름의 2개의 층이 전극/분리막-어레이에 와인딩된다. 제 2 랩핑에 의해, 플라스틱 필름이 스스로 접착됨으로써, 개별 층들의 개선된 압착 및 고정이 달성된다.
다른 단계에서 추가로 제공되어 도포되지 않은 플라스틱 필름으로부터 어레이 표면 위에 도포된 플라스틱 필름의 분리가 이루어진다. 이로써 플라스틱 필름을 롤제품으로서 제공하는 것이 가능하고, 이로써 본 발명에 따른 방법은 전체적으로 매우 간단하게 재현된다. 바람직하게는 분리하는 단계가 도포하는 단계에 후속하고, 이는 특히, 플라스틱 필름이 전극/분리막-어레이에 와인딩될 때 바람직하다. 대안으로서 그러나, 도포하는 단계 전에 분리하는 단계가 이루어지는 것이 고려될 수도 있다. 이러한 단계 순서는 예를 들어, 일정 길이로 커팅된, 예를 들어 스트립 형태의 플라스틱 필름 조각들이 전극/분리막 어레이에 도포될 때 선택될 수 있다.
자착식 플라스틱 필름의 도포에 후속하는 다른 단계에서 저장 셀 하우징 내에 전극/분리막-어레이의 삽입이 이루어진다. 즉 이미 커팅된 플라스틱 필름 조각들이 전극/분리막-어레이에 도포되면, 삽입하는 단계는 도포하는 단계에 바로 후속할 수 있다. 롤제품으로 제공된 또는 준비된 플라스틱 필름(연속 재료)이 전극/분리막-어레이에 와인딩되면, 삽입하는 단계는 분리하는 단계에 후속할 수도 있다.
본 발명의 다른 실시예에서 플라스틱 필름은 탄성적으로 구현된다. 탄성적인 따라서 신축성이 있는 플라스틱 필름은 특히 양호한 힘 도입 및 개별 층들의 압착과 따라서 고정을 가능하게 한다. 바람직하게는 생필품의 포장을 위해 사용되는 것과 같은 신축성 필름이 이용될 수 있다. "랩(cling film)"이라고도 하는 이러한 필름은 대량으로 제조된 제품이기 때문에 저렴하게 구할 수 있다. 바람직하게는 신축성 필름은 내구성을 갖도록 구현되고, 이로 인해 공정 안전성이 높아지므로, 높은 신뢰성을 갖는 에너지 저장 셀이 제조될 수 있다. 대안으로서 그렇지 않으면 운반할 대상물의 포장 또는 고정 분야에서 이용되는 필름이 사용될 수 있다. 이러한 필름은 "스트레치 필름"으로 공개되어 있다.
본 발명의 다른 실시예에서 플라스틱 필름은 폴리올레핀으로 이루어진다. 이러한 중합체는 에너지 저장 셀 내에 위치한 전해질과 관련해서 필수적인 충분한 전기화학 또는 화학적 안정성을 갖는 것을 특징으로 한다. 바람직하게는 플라스틱 필름은 폴리에틸렌으로 이루어지고, 상기 폴리에틸렌에 의해 전극/분리막-어레이의 개별 층들의 고정과 관련해서 특히 양호한 결과가 얻어질 수 있다. 또한 폴리에틸렌으로 이루어진 플라스틱 필름은 대량 생산 제품이기 때문에 특히 저렴하다. 폴리에스테르 필름, 예를 들어 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)로 이루어진 필름이 사용될 수도 있다.
5 내지 50㎛의 두께를 갖는 플라스틱 필름에 의해 양호한 결과가 달성되는 것이 입증되었다. 바람직하게는, 10 내지 30㎛의 두께를 갖는 플라스틱 필름이 사용된다. 특히 바람직하게는 12 내지 18㎛, 경우에 따라서 12 내지 15㎛의 두께를 갖는 플라스틱 필름이 사용된다. 전술한 플라스틱 필름들은, 사용 시 랩핑된 전극/분리막-어레이 및 에너지 저장 셀의 질량과 체적이 언급할 정도로 증가하지 않는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바람직한 실시예에서 플라스틱 필름의 적어도 부분 영역은 천공되어 형성된다. 바람직하게는 완전히 천공된 플라스틱 필름이 사용되고, 즉 부분 영역뿐만 아니라 전체적으로 천공된 플라스틱 필름이 사용된다. 천공된, 특히 크게 천공된 플라스틱 필름의 적어도 부분 영역은 관통홀을 갖고, 이 경우 개별 홀들은 규칙적으로 또는 불규칙적으로 배치될 수 있다. 개별 홀들은 천공 과정에 의해 또는 펀칭 과정에 의해 플라스틱 필름에 삽입될 수 있다. 적어도 부분 영역이 천공된 플라스틱 필름은, 유체 전해질이 전극과 분리막을 더 양호하게 적실 수 있는 장점을 제공한다. 또한 이러한 필름의 사용에 의해 비에너지(specific energy)가 증가한다. 대안으로서 중실 플라스틱 필름, 즉 관통홀을 갖지 않는 플라스틱 필름이 사용될 수 있다.
본 발명의 다른 바람직한 실시예에서, 또한 신장되는 플라스틱 필름이 사용된다. 이러한 필름은 더 높은 안정성을 특징으로 한다.
전극/분리막-어레이가 삽입되는 저장 셀 하우징은 바람직하게 금속으로 구현된 하우징이거나 복합 필름, 특히 알루미늄 복합 필름으로 구현된 하우징이다. 금속으로 구현된 하우징은 바람직하게는 적어도 0.3 또는 0.5 mm의 벽두께를 갖는 경질 또는 강성 하우징이어야 한다. 이러한 하우징은 기술 용어에서 하드 케이스라고도 한다. 복합 필름으로 구현된 하우징은 포장 방식의 하우징이다. 이러한 포장 방식의 저장 셀 하우징은 파우치 또는 소프트 팩이라고도 한다. 특히, 전술한, 금속으로 구현된 강성 하우징인 경우에, 높은 저장 용량과 동시에 취급이 간단한 에너지 저장 셀이 제조될 수 있다. 본 발명에 따른 방법에 의해 또는 본 발명에 따른 장치를 이용해서 제조된 에너지 저장 셀은 연장된 수명을 갖는 것이 입증되었다. 이는 (약간의) 기계적 압력으로 결과되는 개선된 접촉에 근거할 수 있고, 플라스틱 필름은 전극/분리막-어레이에, 즉 분리막을 포함한 전극 전체에 상기 압력을 가한다. 이는 특히 리튬 이온 저장 셀로서 구현된 에너지 저장 셀에 적용된다. 본 발명에 따른 개별 에너지 저장 셀의 수명이 연장될 뿐만 아니라, 이러한 에너지 저장 셀이 장착된 에너지 저장 모듈 또는 트랙션 배터리의 수명도 연장된다.
본 발명에 따른 방법 또는 본 발명에 따른 장치에 의해, 에너지 저장 셀에서 필요로 하는 전체 전극과 분리막이 형성되므로, 이들은 에너지 저장 셀의 단자에 연결되어 저장 셀 하우징 내에 삽입될 수 있다.
특히, 본 발명에 따른 방법에 의해 또는 본 발명에 따른 장치를 사용하여 적층 방법에 의해 또는 Z-폴딩 방법에 의해 또는 개별화된 전극의 Z-폴딩 방법에 의해 제조된 전극/분리막-어레이는 자착식으로 형성된 플라스틱 필름으로 랩핑되고, 이러한 랩핑된 전극/분리막-어레이가 이어서 0.3 또는 0.5 mm 이상의 벽두께를 갖는 금속 하우징 내에 삽입되면, 증가한 에너지 밀도와 증가한 저장 용량 및 개선된 수명을 갖는 에너지 저장 셀이 제조될 수 있다.
본 발명의 실시예들은 도면에 도시되고 계속해서 설명된다.
도 1은 각기둥 에너지 저장 셀의 기본적인 구성을 도시한 개략도.
도 2는 층 구조를 포함하는 전극/분리막-어레이를 도시한 개략도.
도 3은 본 발명에 따른 방법 또는 본 발명에 따른 장치의 구성에 관한 개관을 도시한 개략도.
도 4는 전극/분리막-어레이에 자착식으로 형성된 플라스틱 필름의 도포를 도시한 개략도.
도 5는 다양하게 플라스틱 필름으로 랩핑된 전극/분리막-어레이의 4개의 부분도를 도시한 도면.
도 6은 저장 셀 하우징 내에 플라스틱 필름이 제공된 전극/분리막-어레이의 삽입을 도시한 개략도.
도 1은 배터리 셀이라고도 할 수 있는 전기 에너지 저장 셀(10)의 기본적인 구성을 개략도에 의해 도시한다. 도 1에서 알 수 있는 바와 같이, 이는 각기둥으로 형성된 에너지 저장 셀이다. 에너지 저장 셀(10)은 저장 셀 하우징(12)을 포함하고, 상기 하우징은 다수의 하우징 벽을 갖고, 상기 하우징 벽들 중 하나의 하우징 벽은 예시적으로 도면부호 14로 표시된다. 하우징 벽들 중 하나의 벽은 에너지 저장 셀(10)의 커버(16)이다. 커버(16)에 2개의 접속부(18, 20)가 제공되고, 이 경우 접속부(18)는 에너지 저장 셀(10)의 플러스 접속부이고, 접속부(20)는 마이너스 접속부이다. 또한 커버(16)는 개구 영역(24)을 포함하는 하우징 개구(22)를 갖는다. 하우징 개구(22)의 영역에 환기 부재(26)가 배치되고, 상기 부재는 하우징 개구(22)를 에너지 저장 셀(10)의 주변(28)에 대해 폐쇄한다. 환기 부재(26)를 통해 압력을 받은 가스가 에너지 저장 셀(10)의 내부로부터 빠져나갈 수 있고, 이로써 오작동 시 에너지 저장 셀(10)의 폭발이 방지될 수 있다.
도 1에 도시된 에너지 저장 셀이 각기둥 에너지 저장 셀인 것은 후속하는 실시예와 관련해서 제한하지 않는다. 물론 본 발명에 따른 방법에 따라 또는 본 발명에 따른 장치에 의해 제조된 전극/분리막-어레이는 다르게 형성된 저장 셀 하우징 내에 배치될 수도 있고, 예를 들어 알루미늄 복합 필름으로 구성된 하우징 내에 배치될 수도 있다.
본 발명에 따른 방법 또는 본 발명에 따른 장치에 의해, 층 구조를 포함하는 전극/분리막-어레이를 임의로 형성된 저장 셀 하우징 내에 배치할 수 있는 가능성이 제공된다. 계속해서 도 2를 참고로 여러 번 언급된 층 구조의 구성에 관해 더 상세하게 설명된다.
도 2에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 방법에 의해 또는 본 발명에 따른 장치에 의해 제조된 전극/분리막-어레이(30)는 또한 애노드 층과 캐소드 층의 시퀀스를 갖는 층 구조(32)를 포함하고, 이 경우 애노드 층은 도면부호 34로 표시되고, 캐소드 층은 도면부호 36으로 표시된다. 또한 도면에서 알 수 있는 바와 같이, 애노드 층(34)과 캐소드 층(36)은 분리막 층에 의해 서로 분리되고, 상기 분리막 층들 중 하나의 분리막 층은 도면부호 38로 표시된다. 전극/분리막-어레이(30)는 어레이 표면(40)을 갖고, 상기 표면 위에 자착식 플라스틱 필름이 도포되어야 한다. 전극/분리막-어레이(30)를 구성하는 물질들은 롤제품으로서 준비되고 또는 제공되고, 이는 도 2에서 캐소드 물질을 위한 롤(42), 애노드 물질을 위한 롤(44) 및 분리막 물질을 위한 롤(46)에 의해 도시된다. 애노드 물질, 캐소드 물질 및 분리막 물질은 전술한 제조 방법들 중 하나의 제조 방법을 이용해서, 즉 적층 방법 또는 플랫 와인딩 방법 또는 Z-폴딩 방법 또는 개별화된 전극의 Z-폴딩 방법을 이용해서 가공되어 전극/분리막-어레이(30)를 형성하고, 이는 화살표(48, 50, 52)로 도시된다.
도 2에서, 저장 셀 하우징 내에 삽입될 도시된 전극/분리막-어레이(30)가 적층 방법에 의해 애노드 층(34), 캐소드 층(36) 및 분리막 층(38)의 도시된 배치에 따라 제조되었고 따라서 느슨한 층 구조인 것이 추측될 수 있더라도, 이에 제한되지 않는다. 도 2와 관련해서 실시된 구현은 상응하는 방식으로 다른 제조 방법들 중 하나의 제조 방법에 의해 제조된 전극/분리막-어레이에도 적용되고, 즉 Z-폴딩된 층 구조 또는 와인딩된 층 구조에도 적용된다. 또한 전술한 부분 적층된 전극/분리막-어레이에도 적용된다.
도 2에서 알 수 있는 바와 같이, 저장 셀 하우징 내에 삽입될 전극 물질(30)은 다수의 층 시퀀스를 갖는 층 구조를 포함하고, 이 경우 층 시퀀스는 애노드 층(34), 캐소드 층(36) 및 그 사이에 위치한 분리막 층(38)으로 구성된다.
도 3은 본 발명에 따른 방법의 과정 또는 본 발명에 따른 장치의 구성에 관한 개관을 제시한다. 제 1 단계에서 어레이 제공 유닛(54)에 의해 전극/분리막 어레이(30)가 제공된다. 다른 단계에서 필름 제공 유닛(56)에 의해 자착식으로 형성된 플라스틱 필름(58)이 제공된다. 다른 단계에서 도포 유닛(60)에 의해 자착식 플라스틱 필름(58)이 어레이 표면의 적어도 부분 영역에 도포된다. 다른 후속 단계에서 자착식으로 형성된 플라스틱 필름(58)으로 랩핑된 전극/분리막-어레이(30)가 삽입 유닛(62)에 의해 저장 셀 하우징(12) 내에 삽입된다. 도 3에 선택된 저장 셀 하우징의 도면과 무관하게 이 경우 금속으로 구현된 하우징일 수 있고, 상기 하우징은 바람직하게 0.3 또는 0.5 mm 이상의 벽두께를 갖는다. 대안으로서 하나의 복합 필름, 특히 알루미늄 복합 필름으로 구성된 하우징일 수 있다.
상응하게 이를 위해 설계된, 그러나 도 3에 명료함을 위해 도시되지 않은 분리 유닛에 의해 다른 단계에서 어레이 표면(40)에 도포할 또는 도포된 플라스틱 필름(58)은 추가로 제공되는 도포되지 않은 플라스틱 필름(58)으로부터 분리된다. 전술한 바와 같이, 분리하는 단계는 도포하는 단계에 후속할 수 있거나 도포하는 단계 전에 이루어질 수 있고, 이는 도 3에 점(64)으로 도시된다. 따라서 저장 셀 하우징 내에 자착식으로 형성된 플라스틱 필름이 제공된 전극/분리막-어레이의 삽입은 전극/분리막-어레이 위에 플라스틱 필름의 도포에 바로 후속하거나 바로 후속하지 않을 수 있다.
다른 점(66)에 의해 도 3에 또한, 본 발명에 따른 방법 또는 상기 방법에 속하는 단계들은 에너지 저장 셀이 전체적으로 제조되는 전체 제조 방법 또는 단계들의 일부일 수 있는 것이 제시된다. 다시 말해서, 본 발명에 따른 방법은 에너지 저장 셀의 제조의 일부에 관한 것이다.
여기에서 참고적으로, 도 3에 선택되어 도시된 독립적인 가공 유닛들은 이에 제한되지 않는다. 물론 도 2에 개별적으로 도시된 가공 유닛들이 결합되어 임의의 개수의 가공 유닛 또는 하나의 전체 가공 유닛을 형성할 수 있다.
도 4에 전극/분리막-어레이(30) 위에 자착식으로 형성된 플라스틱 필름(58)의 도포를 개략적으로 도시한다. 도 4에 도포의 가능한 형태, 즉 전극/분리막-어레이(30)에 자착식 플라스틱 필름(58)의 와인딩이 도시된다. 이를 위해 전극/분리막-어레이(30)는 도 4에 도시되지 않은 회전 장치에 의해 회전될 수 있고, 이는 화살표(48)로 도시된다. 전극/어셈블리-어레이(30)의 회전 운동에 의해 롤제품으로 준비된 또는 제공된 플라스틱 필름(58)은 롤에서 언와인딩되어 전극/분리막-어레이(30)에 와인딩된다.
도 5는 플라스틱 필름(58)으로 다양하게 랩핑된 전극/분리막-어레이(30)를 도시한 4개의 부분도로 이루어진다. 도 5a는 플라스틱 필름(58)의 하나의 층이 도포된 전극/분리막-어레이(30)를 도시한다. 도 5b에 도시된 바와 같이, 도포된 플라스틱 필름(58)의 시작(74)과 끝(76) 사이의 중첩부(72)가 바람직하게 작은 범위(70)에 위치하는 것이 고려될 수 있다. 도 5c는 플라스틱 필름(58)의 2개의 층이 도포된 전극/분리막-어레이(30)를 도시한다. 도 5a, 도 5b 및 도 5c의 파선에 의해, 플라스틱 필름(58)이 천공되어 구현되는 것이 도시된다. 그와 달리 도 5d에 플라스틱 필름(58)의 선택된 실선 표시는, 천공되지 않은 플라스틱 필름이 사용될 수 있는 것을 도시한다. 물론, 2개의 도면 5b와 5c에 도시된 플라스틱 필름은 천공되지 않고 구현될 수도 있다.
도 6은 다시 저장 셀 하우징(12) 내에 플라스틱 필름(58)이 제공된 전극/분리막 어레이(30)의 삽입을 도시하고, 이는 화살표(78)에 의해 도시된다.
전술한 바와 같이, 플라스틱 필름은 탄성적으로 구현될 수 있고, 폴리올레핀, 특히 폴리에틸렌 또는 폴리에스테르로 이루어지고, 5 내지 50㎛, 바람직하게 10 내지 30㎛, 특히 바람직하게 12 내지 18㎛의 두께를 가질 수 있다.
10 에너지 저장 셀
12 저장 셀 하우징
14 하우징 벽
16 커버
18 플러스 접속부
20 마이너스 접속부
22 하우징 개구
24 개구 영역
26 환기 부재
28 주변
30 전극/분리막-어레이
32 층 구조
34 애노드 층
36 캐소드 층
38 분리막 층
40 어레이 표면
42 롤
44 롤
46 롤
48 화살표
50 화살표
52 화살표
54 어레이 제공 유닛
56 필름 제공 유닛
58 플라스틱 필름
60 도포 유닛
62 삽입 유닛
64 점
66 점
68 화살표
70 범위
72 중첩부
74 시작
76 끝
78 화살표

Claims (14)

  1. 전기 에너지 저장 셀(10)의 제조의 적어도 일부를 위한 방법으로서, 상기 전기 에너지 저장 셀(10)은 저장 셀 하우징(12)을 포함하고, 상기 하우징 내에 상기 에너지 저장 셀(10)의 작동에 필요한 전극/분리막-어레이(30)가 배치되고, 상기 전극/분리막-어레이(30)는 캐소드 층(26)과 애노드 층(34)의 시퀀스를 갖는 층 구조(32)를 포함하고, 대향 배치된 상기 캐소드- 및 애노드 층들(36, 34)은 각각 특히 다공성으로 형성된 분리막 층(38)에 의해 서로 분리되고, 상기 전극/분리막-어레이(30)는 어레이 표면(40)을 가지며, 하기 단계들, 즉 상기 전극/분리막-어레이(30)를 제공하는 단계, 자착식으로 형성된 플라스틱 필름(58)을 제공하는 단계 및, 어레이 표면(40)의 적어도 부분 영역에 상기 자착식 플라스틱 필름(58)을 도포하는 단계를 포함하는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 제공된 전극/분리막-어레이(30)는 느슨한 층 구조 또는 Z-폴딩된 층 구조 또는 와인딩된 층 구조를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 도포는 상기 전극/분리막-어레이(30)에 상기 자착식 플라스틱 필름(58)의 와인딩에 의해 이루어지는 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 자착식 플라스틱 필름(58)의 적어도 하나의 층, 바람직하게는 2개의 층은 상기 전극/분리막-어레이(30)에 와인딩되는 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 플라스틱 필름(58)은 탄성적으로 구현되는 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 플라스틱 필름(58)은 폴리올레핀, 특히 폴리에틸렌 또는 폴리에스테르로 이루어지는 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 플라스틱 필름(58)은 5 내지 50㎛, 바람직하게 10 내지 30㎛, 특히 바람직하게 12 내지 18㎛의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 플라스틱 필름(58)의 적어도 부분 영역은 천공되어 구현되는 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서, 하기 추가 단계, 즉 상기 어레이 표면(40) 위에 도포된 상기 플라스틱 필름(58)을 추가로 제공되는 도포되지 않은 플라스틱 필름(58)으로부터 분리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 플라스틱 필름(58)을 도포하는 단계에 후속하는 하기 다른 단계, 즉 상기 저장 셀 하우징(12) 내에 상기 전극/분리막-어레이(30)를 삽입하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 저장 셀 하우징(12)은 금속으로 구현된 하우징이거나 복합 필름, 특히 알루미늄 복합 필름으로 구현된 하우징인 것을 특징으로 하는 방법.
  12. 전기 에너지 저장 셀(10)의 제조의 적어도 일부를 위한 장치로서, 상기 전기 에너지 저장 셀(10)은 저장 셀 하우징(12)을 포함하고, 상기 하우징 내에 상기 에너지 저장 셀(10)의 작동에 필요한 전극/분리막-어레이(30)가 배치되고, 상기 전극/분리막-어레이(30)는 캐소드 층(26)과 애노드 층(34)의 시퀀스를 갖는 층 구조(32)를 포함하고, 대향 배치된 상기 캐소드- 및 애노드 층들(36, 34)은 각각 특히 다공성으로 형성된 분리막 층(38)에 의해 서로 분리되고, 상기 전극/분리막-어레이(30)는 어레이 표면(40)을 가지며, 상기 전극/분리막-어레이(30)를 제공하도록 형성된 어레이 제공 유닛(54), 자착식으로 형성된 플라스틱 필름(58)을 제공하도록 형성된 필름 제공 유닛(56) 및, 상기 어레이 표면(40)의 적어도 부분 영역에 상기 자착식 플라스틱 필름(58)을 도포하도록 형성된 도포 유닛(60)을 포함하는 장치.
  13. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 따른 방법에 의해 제조되는 전기 에너지 저장 셀(10)을 포함하는 에너지 저장 모듈.
  14. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 따른 방법에 의해 제조되는 전기 에너지 저장 셀(10)을 포함하는 트랙션 배터리.
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Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102014206890A1 (de) * 2014-04-10 2015-10-15 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Verfahren und Vorrichtung zum zumindest teilumfänglichen Herstellen einer elektrischen Energiespeicherzelle
US20190140220A1 (en) * 2017-11-07 2019-05-09 Pacesetter, Inc. Battery with electrically insulating container
DE102021201343A1 (de) 2021-02-12 2022-08-18 Volkswagen Aktiengesellschaft Verfahren zur Herstellung einer Energiezelle sowie Energiezelle
DE102022211930B3 (de) 2022-11-10 2024-03-14 Volkswagen Aktiengesellschaft Batteriezelle für ein Kraftfahrzeug, Montagevorrichtung sowie Verfahren zur Herstellung einer Batteriezelle

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003086234A (ja) * 2001-09-13 2003-03-20 Mitsubishi Electric Corp 電 池
KR20060113816A (ko) * 2005-04-26 2006-11-03 삼성에스디아이 주식회사 이차 전지
KR20070072451A (ko) * 2007-06-01 2007-07-04 삼성에스디아이 주식회사 리튬 이차전지
KR20120035090A (ko) * 2010-10-04 2012-04-13 주식회사 엘지화학 실 테이프 및 이를 이용한 이차 전지
JP2013232439A (ja) * 2012-05-01 2013-11-14 Hitachi Vehicle Energy Ltd 扁平捲回形二次電池およびその製造方法

Family Cites Families (26)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2056401A (en) * 1979-08-16 1981-03-18 Reed International Ltd Packaging processes and machinery for wrapping articles with stretch film
JPS6286707A (ja) * 1985-10-02 1987-04-21 アテシ 高電圧高エネルギ−密度コンデンサ
US5017442A (en) * 1988-03-19 1991-05-21 Hitachi Maxell, Ltd. Coiled lithium battery
JP3466631B2 (ja) * 1990-11-21 2003-11-17 ソニー株式会社 非水電解液二次電池
JP2000143957A (ja) * 1998-07-14 2000-05-26 Unitika Ltd Ｉｃカ―ド用ポリエステル樹脂シ―ト、並びにこれを用いた積層体及びｉｃカ―ド
US6797429B1 (en) * 1998-11-06 2004-09-28 Japan Storage Battery Co, Ltd. Non-aqueous electrolytic secondary cell
US6733925B2 (en) 2000-02-08 2004-05-11 Shin-Kobe Electric Machinery Co., Ltd. Non-aqueous electrolytic solution secondary battery with electrodes having a specific thickness and porosity
JP2003173815A (ja) * 2001-12-06 2003-06-20 Matsushita Electric Ind Co Ltd 密閉式角型アルカリ蓄電池
US7618742B2 (en) * 2005-01-28 2009-11-17 Eveready Battery Co., Inc. Electrochemical cell with improved internal contact
JP4795177B2 (ja) * 2005-12-29 2011-10-19 三星エスディアイ株式会社 リチウムイオン二次電池
KR100731452B1 (ko) * 2005-12-29 2007-06-21 삼성에스디아이 주식회사 원통형 전지의 극판 권취장치 및 권취방법
KR100719725B1 (ko) * 2005-12-29 2007-05-17 삼성에스디아이 주식회사 리튬 이차전지용 전극조립체 및 이를 이용한 리튬 이차전지
JP2008016250A (ja) * 2006-07-04 2008-01-24 Toyota Motor Corp 電池及び電池の製造方法
DE102008061011A1 (de) * 2008-12-08 2010-06-10 Conti Temic Microelectronic Gmbh Energiespeicher, insbesondere für ein Fahrzeug
DE102009013345A1 (de) 2009-03-16 2010-09-23 Li-Tec Battery Gmbh Elektrodenstapel für eine galvanische Zelle
US8048559B2 (en) * 2009-07-08 2011-11-01 Samsung Sdi Co., Ltd Secondary battery and method of making the secondary battery
DE102010050046A1 (de) 2010-10-29 2012-05-03 Li-Tec Battery Gmbh Elektrochemiche Zelle und Verfahren zu deren Herstellung
DE102010050040A1 (de) 2010-10-29 2012-05-03 Li-Tec Battery Gmbh Anordnung eines Elektrodenstapels einer elektrochemischen Energiespeichereinrichtung
TWI424602B (zh) * 2010-12-03 2014-01-21 Askey Computer Corp 防水電池
JP2012164489A (ja) * 2011-02-04 2012-08-30 Nitto Denko Corp 非水系電池用粘着テープ
DE102011003741A1 (de) * 2011-02-08 2012-08-09 Sb Limotive Company Ltd. Batteriezelle, Verfahren zur Herstellung einer Batteriezelle, Batteriezellenmodul und Kraftfahrzeug
WO2012120443A1 (en) * 2011-03-08 2012-09-13 Panacis Inc. Stress relief body to prevent cell seal failure during assembly
JP5901993B2 (ja) * 2012-02-23 2016-04-13 東洋ゴム工業株式会社 ゴム用配合剤及びゴム組成物の製造方法
DE102012107370B4 (de) * 2012-08-10 2015-05-21 Thyssenkrupp System Engineering Gmbh Vorrichtung und Verfahren zur Herstellung eines Energiespeichers
KR20150004678A (ko) * 2013-07-03 2015-01-13 삼성에스디아이 주식회사 리튬 파우치형 전지
DE102014206890A1 (de) * 2014-04-10 2015-10-15 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Verfahren und Vorrichtung zum zumindest teilumfänglichen Herstellen einer elektrischen Energiespeicherzelle

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003086234A (ja) * 2001-09-13 2003-03-20 Mitsubishi Electric Corp 電 池
KR20060113816A (ko) * 2005-04-26 2006-11-03 삼성에스디아이 주식회사 이차 전지
KR20070072451A (ko) * 2007-06-01 2007-07-04 삼성에스디아이 주식회사 리튬 이차전지
KR20120035090A (ko) * 2010-10-04 2012-04-13 주식회사 엘지화학 실 테이프 및 이를 이용한 이차 전지
JP2013232439A (ja) * 2012-05-01 2013-11-14 Hitachi Vehicle Energy Ltd 扁平捲回形二次電池およびその製造方法

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Publication number Publication date
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