KR20170095013A - 이차 전지 제조 장치 및 이차 전지 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 이차 전지를 제조하는 장치 및 이차 전지를 제조하는 방법에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시 예에 따른 이차 전지 제조 장치는 프레임과 상기 프레임 내부에 위치하며, 복수 개의 배터리 셀의 양측면을 가압하는 가압 유닛과 상기 프레임과 결합되며, 상기 배터리 셀 내부에 가스를 제거하는 가스 제거 유닛과 그리고 상기 가압 유닛과 상기 가스 제거 유닛을 제어하는 제어기를 포함하되 상기 제어기는 상기 가압 유닛이 상기 배터리 셀을 가압하는 가압 공정을 진행하는 동안 상기 배터리 셀 내부에 가스를 제거하는 가스 제거 공정이 수행되도록 상기 가압 유닛과 상기 가스 제거 유닛을 각각 제어하는 이차 전지 제조 장치를 포함한다.

Description

이차 전지 제조 장치 및 이차 전지 제조 방법{Apparatus and method for manufacturing secondary battery}
본 발명은 이차 전지를 제조하는 장치 및 이차 전지를 제조하는 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 복수 개의 배터리 셀을 가압하며, 배터리 셀 내부에 가스를 제거할 수 있는 이차 전지 제조 장치 및 이차 전지 제조 방법에 관한 것이다.
이차 전지는 충전 및 방전을 통해 반복적으로 재사용될 수 있는 전지를 말한다. 최근 들어, 이차 전지는 스마트폰, 노트북 컴퓨터 그리고 전기 자동차 등 첨단 전자기기 분야에서 널리 사용되고 있다. 특히, 리튬 이차 전지는 기존의 납 축전지, 니켈-카드뮴 전지, 니켈-수소 전지 및 니켈-아연 전지 등 다른 이차 전지와 비교 할 때, 단위 중량당 에너지 밀도가 높고 급속 충전이 가능하기 때문에 최 근들어 다양한 분야에서 활발하게 사용되고 있는 추세이다.
이러한 이차 전지 중 배터리 셀의 일반적인 구성은 양극판, 음극판 및 세퍼레이터를 포함하는 전극 조립체, 파우치 케이스 그리고 전극 리드들을 포함한다. 전극 조립체는 파우치 케이스에 수납되며, 전극 리드들은 전극 조립체와 연결되고 파우치 케이스 외부로 돌출되어 제공된다.
한편, 배터리 셀의 제조에 있어서, 완성된 배터리 셀은 전극 조립체를 수용하는 파우치 케이스 내부에는 전해액이 채워진다. 완성된 배터리 셀은 파우치 케이스를 밀봉한 뒤, 충방전 공정을 겪게 된다. 배터리 셀의 충방전하는 과정에서 내부에서는 가스가 발생한다. 내부에서 발생된 가스로 인하여 배터리 셀 내부에 압력이 증가할 수 있다. 또한, 내부에 압력 증가로 파우치 케이스가 볼록하게 부풀어 오른다. 이러한 과정에서 전극판 사이가 들뜨게 되며, 활물질과 집전체 사이의 결합력이 약화될 수 있다.
따라서, 배터리 셀의 충방전 공정 후 배터리 셀을 가압하는 공정이 수행된다. 배터리 셀의 가압 공정은 내부에 가스를 한 곳에 포집할 수 있다. 또한, 배터리 셀 내부에 충진된 전해액이 고르게 퍼지도록 한다.
배터리 셀의 가압 공정 이후에는 배터리 셀 내부에 포집되는 가스를 제거하는 공정이 수행된다. 일반적으로 배터리 셀을 가압하는 공정과 가스를 제거하는 공정은 별도의 장치에서 수행된다.
다만, 별도의 장치에서 가스 제거 공정이 진행되는 과정에서 단시간에 가스를 제거하여 배터리 셀 내부에 존재하는 고압의 가스가 외부로 유출된다. 이 과정에서 전해액이 함께 흘러나올 수 있어 문제가 된다.
본 발명은 배터리 셀의 가압 공정과 가스 제거 공정이 동시에 수행 될 수 있는 이차 전지 제조 장치 및 이차 전지 제조 방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명은 여기에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명은 이차 전지를 제조하는 장치를 제공한다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 이차 전지 제조 장치는 프레임과 상기 프레임 내부에 위치하며, 복수 개의 배터리 셀의 양측면을 가압하는 가압 유닛과 상기 프레임과 결합되며, 상기 배터리 셀 내부에 가스를 제거하는 가스 제거 유닛과 그리고 상기 가압 유닛과 상기 가스 제거 유닛을 제어하는 제어기를 포함하되 상기 제어기는 상기 가압 유닛이 상기 배터리 셀을 가압하는 가압 공정을 진행하는 동안 상기 배터리 셀 내부에 가스를 제거하는 가스 제거 공정이 수행되도록 상기 가압 유닛과 상기 가스 제거 유닛을 각각 제어할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제어기는 상기 가스 제거 공정이 상기 가압 공정 시작 후 기설정된 시간만큼 진행한 뒤에 수행되도록 상기 가압 유닛과 상기 가스 제거 유닛을 각각 제어할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 가스 제거 유닛은 상기 배터리 셀의 외측면에 가스홀을 형성하는 툴 부재와 상기 배터리 셀에서 외부로 흘러나오는 가스를 흡입하는 흡입 부재를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 툴 부재는 상기 흡입 부재와 결합되며, 상기 툴 부재의 일단은 상기 흡입 부재의 내측에 위치하며, 타단은 상기 흡입 부재의 외측에 위치할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 가압 유닛은 복수 개의 상기 배터리 셀을 수용하는 베이스와 상기 베이스에 위치하며, 상기 배터리 셀들의 양측면을 가압하는 가압 플레이트와 그리고 상기 가압 플레이트를 상기 베이스의 일방향을 따라 이동시키는 가압 구동부를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 이차 전지 제조 장치는 상기 프레임에 설치되며 외부에 배터리 셀을 반입하는 반입 유닛과 상기 반입 유닛과 제1방향을 따라 배치되며 상기 반입 유닛에서 유입된 상기 배터리 셀이 놓이는 반입 플레이트와 상기 가압 유닛과 상기 제1방향을 따라 배치되며, 상기 가압 공정이 끝난 배터리 셀이 놓이는 반출 플레이트와 그리고 상기 반출 플레이트에 놓인 상기 배터리 셀을 외부로 반출하는 반출 유닛을 더 포함하되 상기 반입 유닛, 상기 반입 플레이트, 상기 반출 플레이트 그리고 상기 반출 유닛은 순차적으로 상기 제1방향을 따라 배치될 수 있다.
일 실시 예에 의하면, 상기 이차 전지 제조 장치는 상기 반입 플레이트, 상기 가압 유닛 그리고 상기 반출 플레이트로 상기 배터리 셀을 이송하는 이송 유닛을 더 포함할 수 있다.
본 발명은 이차 전지를 제조하는 방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 상기 이차 전지 제조 방법은 양극판 및 음극판이 분리막을 통해서 분리된 상태로 배치된 배터리 셀을 제조하는 배터리 셀 제조 단계와 상기 배터리 셀의 양측면을 가압하는 가압 단계와 그리고 상기 배터리 셀 내부에 가스를 제거하는 가스 제거 단계를 포함하되 상기 가스 제거 단계는 상기 가압 단계가 진행되는 동안에 수행될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 가스 제거 단계는 상기 가압 단계가 기설정된 시간만큼 진행한 뒤에 수행될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 가스 제거 단계는 상기 배터리 셀의 외측면에 가스 홀을 형성한 뒤에, 상기 가스 홀을 통해 외부로 빠져나오는 가스를 흡입하여 상기 배터리 셀의 내부에 가스를 제거할 수 있다.
일 실시 예에 의하면, 상기 이차 전지 제조 방법은 상기 가압 단계 및 상기 가스 제거 단계가 끝난 뒤에 상기 배터리 셀을 실링하는 실링 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 의하면, 배터리 셀을 가압하는 공정과 가스 제거 공정을 함께 수행하여 공정 시간을 단축하며, 배터리 제조 공정에 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시 예에 의하면, 배터리 셀의 가스 제거 공정 시 전해액이 외부로 유출되는 것을 방지할 수 있다.
본 발명의 효과가 상술한 효과들로 한정되는 것은 아니며, 언급되지 아니한 효과들은 본 명세서 및 첨부된 도면으로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확히 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 셀을 보여주는 평면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 셀을 보여주는 측면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 이차 전지 제조 장치를 보여주는 사시도이다.
도 4는 도 3의 가압 유닛 및 가스 제거 유닛을 제어하는 제어기를 개략적으로 보여주는 도면이다.
도 5는 도 3의 가압 유닛을 보여주는 사시도이다.
도 6은 도 3의 가압 유닛을 보여주는 정면도이다.
도 7은 도 3의 가스 제거 유닛의 일부를 보여주는 사시도이다.
도 8은 도 7의 가스 제거 유닛을 보여주는 단면도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 이차 전지 제조 방법을 순차적으로 보여주는 플로우 차트이다.
도 10 내지 도 13은 본 발명의 일 실시 예에 따른 이차 전지 제조 방법의 일부를 개략적으로 보여주는 도면들이다.
이하, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면들을 참조하여 더욱 상세하게 설명한다. 본 발명의 실시 예는 여러 가지 형태로 변형할 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래의 실시 예들로 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시 예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해 제공되는 것이다. 따라서 도면에서의 요소의 형상은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해 과장되게 도시된 부분도 있다. 또한, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 안 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.
본 발명에서 제조되는 이차 전지는 배터리 셀(20)을 예로 들어 설명한다. 배터리 셀(20)은 파우치형 이차 전지로 제공될 수 있다. 배터리 셀(20)은 복수개의 배터리 셀(20)이 결합된 배터리 모듈 및 배터리 팩을 구성할 수 있다. 배터리 모듈 및 배터리 팩은 모바일 기기, 노트북, 전기 자동자 그리고 전력 저장 장치 등의 다양한 장치에 적용될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 셀을 보여주는 평면도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 셀을 보여주는 측면도이다. 이하, 도 1 및 도 2를 참조하면, 배터리 셀(20)은 파우치 이차 전지로 제공될 수 있다.
배터리 셀(20)은 전극 조립체(21), 파우치 케이스(22), 전극 리드(25,26) 그리고 절연 테이프(27,28)를 포함한다.
전극 조립체(21)는 양극판, 음극판 그리고 분리막을 포함한다. 전극 조립체(21)는 하나 이상의 양극판 및 하나 이상의 음극판이 분리막을 사이에 두고 배치된 형태로 제공될 수 있다. 전극 조립체(21)는 다수의 양극판 및 다수의 음극판이 상호 교대로 적층된 형태로 제공될 수 있다. 이와는 달리, 하나의 양극판 및 음극판이 권취된 형태로 제공될 수 있다.
파우치 케이스(22)는 내부에 공간을 가진다. 파우치 케이스(22)의 내부 공간에는 전극 조립체(21)와 전해액이 수납된다. 파우치 케이스(22)는 라이네이트 시트로 제공될 수 있다. 라미네이트 시트는 수지층과 금속층을 가질 수 있다.
파우치 케이스(22)는 파우치 본체(23) 및 파우치 테두리(24)를 포함한다. 파우치 본체(23)는 전극 조립체(21)를 수용할 수 있다. 파우치 본체(23)는 상부에서 바라 볼 때 직사각형의 형상으로 제공될 수 있다. 파우치 테두리(24)는 파우치 본체(23)로부터 돌출되어 제공된다. 파우치 테두리(24)는 파우치 본체(23) 내부를 밀봉할 수 있다.
전극 리드(25,26)는 전극 조립체(21)와 전기적으로 연결된다. 전극 리드(25,26)는 파우치 케이스(22)의 파우치 테두리(24) 밖으로 돌출될 수 있다. 일 예로 전극 리드(25,26)는 파우치 케이스(22)의 길이 방향의 일측 단부로부터 돌출될 수 있다.
전극 리드(25,26)는 한 쌍이 제공될 수 있다. 한 쌍의 전극 리드(25,26)는 각각 파우치 케이스(22)의 일측 단부로부터 돌출될 수 있다.
한 쌍의 전극 리드(25,26)는 제1 전극 리드(25)와 제2 전극 리드(26)로 이루어질 수 있다. 제1 전극 리드(25)와 제2 전극 리드(26) 중 어느 하나는 양극 리드로 제공되며, 다른 하나는 음극 리드로 제공될 수 있다. 일 예로 제1 전극 리드(25)는 양극 리드로 제공되며, 제2 전극 리드(26)는 음극 리드로 제공될 수 있다. 이와는 달리 제1 전극 리드(25)는 음극 리드로 제공되며, 제2 전극 리드(26)는 양극 리드로 제공될 수 있다.
한 쌍의 전극 리드(25,26)는 전극 조립체(21)에 결합된 한 쌍의 전극 탭과 결합된다.
전극 리드(25,26)에는 절연 테이프(27,28)가 부착될 수 있다. 절연 테이프(27,28)는 전극 리드(25,26)와 파우치 케이스(22) 사이에서의 단락 발생을 방지할 수 있다. 절연 테이프(27,28)는 전극 리드(25,26)와 파우치 케이스(22)의 접착성을 향상시킬 수 있다. 절연 테이프(27,28)는 전극 리드(25,26)와 대응되는 개수로 제공된다. 절연 테이프(27,28)는 전극 리드(25,26)의 둘레에 부착될 수 있다. 절연 테이프(27,28)는 절연성이 있는 물질로 제공될 수 있다. 일 예로 절연 테이프(27,28)는 폴리에틸렌, 폴리아세틸렌, PTFE, 나일론, 폴리이미드, 폴리에틸렌탈레프탈레이트, 폴리프로필렌, 또는 이들의 합성 물질로 제공될 수 있다.
배터리 셀(20)의 제조 시 파우치 케이스(22) 내부로 전해액이 채워지게 된다. 배터리 셀(20) 내부로 공급된 전해액은 함침될 수 있다.
배터리 셀(20) 내부로 전해액이 채월 질 때 도 2와 같이 파우치 케이스(22)의 면에 수직한 방향(31,32)을 따라 볼록하게 부풀어 오를 수 있다. 배터리 셀(20)의 용량이 커지기 위해서는 전해액이 파우치 케이스(22) 내부에 고르게 함침되어야 한다. 이를 위해 배터리 셀(20)의 파우치 케이스(22)를 가압하는 공정이 수행될 수 있다. 또한, 배터리 셀(20)을 가압한 후 내부에 가스가 일방향으로 밀집된다. 배터리 셀(20) 제조 시 이러한 가스를 제거하는 공정이 수행된다. 가스 제거 공정은 배터리 셀(20)의 일부에 홀을 형성하여 배터리 셀(20) 내부에 존재하는 가스를 외부로 배출하는 공정이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 이차 전지 제조 장치를 보여주는 사시도이다. 이하, 도 3를 참고하면, 이차 전지 제조 장치(10)는 배터리 셀(20)에 가압 공정 및 가스 제거 공정을 수행할 수 있는 장치이다.
이차 전지 제조 장치(10)는 프레임(100), 반입 유닛(200), 반입 플레이트(300), 가압 유닛(400), 가스 제거 유닛(500), 이송 유닛(600), 반출 플레이트(700), 반출 유닛(800) 그리고 제어기(900)를 포함한다.
반입 유닛(200), 반입 플레이트(300), 가압 유닛(400), 반출 플레이트(700) 그리고 반출 유닛(800)은 순차적으로 배치된다. 이하, 반입 유닛(200), 반입 플레이트(300), 가압 유닛(400), 반출 플레이트(700) 그리고 반출 유닛(800)이 배치된 방향을 제1방향(12)이라 하고, 상부에서 바라 볼 때 제1방향(12)과 수직한 방향을 제2방향(14)이라 하고, 제1방향(12)과 제2방향(14)에 모두 수직한 방향을 제3방향(16)이라 한다.
프레임(100)은 이차 전지 제조 장치(10)의 외관을 형성한다. 프레임(100)은 내부에 공간을 가진다. 프레임(100)은 복수의 단위 프레임이 결합되어 제공된다. 프레임(100)의 내부 공간에는 반입 유닛(200), 반입 플레이트(300), 가압 유닛(400), 반출 플레이트(700) 그리고 반출 유닛(800)이 위치한다.
반입 유닛(200)은 외부로부터 배터리 셀(20)을 반입한다. 배터리 셀(20)은 복수의 배터리 셀(20)이 놓일 수 있는 공간을 가지는 배터리 트레이(T)에 수납된다. 본 실시예의 도 3에서는 배터리 트레이(T)를 간단히 도시하였으나, 배터리 트레이(T)는 복수의 배터리 셀(20) 수납 공간을 가지는 트레이로 제공될 수 있다.
반입 유닛(200)은 반입 플레이트(300)와 반입 구동기(미도시)를 가진다. 반입 플레이트(300)는 배터리 트레이(T)가 놓이는 판이다. 반입 플레이트(300)는 평평한 플레이트로 제공될 수 있다. 반입 플레이트(300)에는 가이드 홀(210)이 형성된다. 반입 구동기는 반입 플레이트(300)에 놓인 배터리 트레이(T)를 이동시킬 수 있다. 반입 구동기는 반입 플레이트(300)의 하부에 위치한다. 반입 구동기는 배터리 트레이(T)를 가압 유닛(400)과 인접한 위치로 이동시킨다.
가압 유닛(400)은 배터리 셀(20)을 가압 할 수 있다. 가압 유닛(400)은 배터리 셀(20)을 가압하여 내부에 함침된 전해액을 고르게 분포시킬 수 있다. 가압 유닛(400)은 프레임(100)의 중앙 하부에 위치할 수 있다. 가압 유닛(400)은 반입 플레이트(300)와 반출 플레이트(700) 사이에 위치한다. 가압 유닛(400)은 복수개 제공될 수 있다. 복수개의 가압 유닛(400)은 제1방향(12)을 따라 순차적으로 배치된다. 본 발명의 실시 예에서는 7개의 가압 유닛(400)이 제공되는 것을 예로 들었으나, 이에 한정되지 않으며 공정에 따라 가압 유닛(400)은 6개 이하 또는 8개 이상으로 제공될 수 있다.
도 5는 도 3의 가압 유닛을 보여주는 사시도이고, 도 6은 도 3의 가압 유닛을 보여주는 정면도이다. 이하, 도 5 및 도 6를 참고하면, 가압 유닛(400)은 베이스(410), 가압 부재(430) 그리고 접촉 단자부(470)를 포함한다.
베이스(410)는 가압 유닛(400)의 외관을 형성한다. 베이스(410)는 내부에 배터리 셀(20)을 수용할 수 있는 공간을 가진다. 베이스(410)는 하체(411)와 상체(413) 그리고 연결체(415,417)를 포함한다.
하체(411)는 가압 유닛(400)의 타 부품을 지지한다. 일 예로 하체(411)는 복수 개의 배터리 셀(20), 후술하는 가압 부재(430)및 접촉 단자부(470) 등을 지지할 수 있다. 하체(411)는 상부에서 바라 볼 때, 직사각형의 형상을 가진다.
상체(413)는 하체(411)의 상부에 위치한다. 상체(413)와 하체(411)는 제3방향(16)을 따라 배치된다. 상체(413)와 하체(411)는 서로 조합되어 내부에 부품이 위치하는 공간을 형성한다. 상체(413)와 하체(411)는 서로 조합되어 가압 유닛(400)의 타 부품을 지지할 수 있다. 상체(413)는 대체로 하체(411)와 동일한 형상으로 제공될 수 있다.
연결체(415,417)는 하체(411)와 상체(413)을 연결한다. 일 예로 연결체(415,417)는 하체(411) 및 상체(413)와 수직하게 결합된다. 연결체(415,417)는 직사각형 형상의 플레이트로 제공될 수 있다. 연결체(415,417)는 복수개 제공될 수 있다. 일 예로 연결체(415,417)는 한 쌍으로 제공될 수 있다. 한 쌍의 연결체(415,417)는 제2방향(14)을 따라 배치되며, 마주보며 위치할 수 있다. 한 쌍의 연결체(415,417)의 사이에는 복수의 가압 플레이트(431) 및 복수개의 배터리 셀(20)이 놓일 수 있다.
가압 부재(430)는 복수개의 배터리 셀(20)을 가압할 수 있다. 가압 부재(430)는 제2방향(14)을 따라 배터리 셀(20)의 양측면을 가압할 수 있다. 가압 부재(430)는 가압 플레이트(431), 가압 구동부(435) 그리고 가압 가이드 레일(439)을 포함한다.
가압 플레이트(431)는 배터리 셀(20)의 양측면을 지지할 수 있다. 가압 플레이트(431)는 배터리 셀(20)들의 제2방향(14)의 양측면에 배치된다. 가압 플레이트(431)는 복수개 제공될 수 있다. 복수개의 가압 플레이트(431)는 제2방향(14)을 따라 배치된다. 복수개의 가압 플레이트(431)는 일정 간격 이격되어 위치한다. 가압 플레이트(431)는 베이스(410)에 연결된다. 가압 플레이트(431)와 베이스(410)는 수직으로 결합된다. 가압 플레이트(431)는 평평한 플레이트로 제공될 수 있다.
가압 구동부(435)는 복수개의 가압 플레이트(431)를 제2방향(14)을 따라 이동시킬 수 있다. 가압 구동부(435)는 가압 플레이트(431)를 이동시켜 복수개의 배터리 셀(20)의 양측면을 가압할 수 있다. 가압 구동부(435)는 구동 플레이트(432) 및 구동 샤프트(436)를 포함할 수 있다.
구동 플레이트(432)는 가압 플레이트(431)와 제2방향(14)을 따라 배치된다. 구동 플레이트(432)는 연결체(415,417)와 가압 플레이트(431) 사이에 위치한다.
구동 샤프트(436)는 구동 플레이트(432)와 연결된다. 구동 샤프트(436)는 구동 플레이트(432)를 제2방향(14)을 따라 슬라이딩 이동시킬 수 있다.
가압 가이드 레일(439)은 그 길이방향이 제2방향(14)을 따라 배치된다. 가압 가이드 레일(439)은 상체(413) 및 하체(411)에 각각 제공된다. 가압 가이드 레일(439)은 복수개의 가압 플레이트(431) 및 구동 플레이트(432)와 연결된다. 가압 가이드 레일(439)은 복수개의 가압 플레이 및 구동 플레이트(432)의 슬라이딩을 가이드 할 수 있다.
접촉 단자부(470)는 배터리 셀(20)의 전극 리드(25,26)와 결합한다. 접촉 단자부(470)는 복수개 제공된다. 복수개의 접촉 단자부(470)는 가압 플레이트(431)들에 각각 위치한다.
도 7은 도 3의 가스 제거 유닛의 일부를 보여주는 사시도이고, 도 8은 도 6의 가스 제거 유닛을 보여주는 단면도이다. 이하, 도 7 및 도 8을 참고하면, 가스 제거 유닛(500)은 배터리 셀(20) 내부에 가스를 제거할 수 있다. 가스 제거 유닛(500)은 프레임(100)에 결합된다. 일 실시 예에 있어서, 가스 제거 유닛(500)은 가압 유닛(400)의 상부에 위치할 수 있다. 가스 제거 유닛(500)은 툴 부재(510) 및 흡입 부재(530)를 포함한다.
툴 부재(510)는 배터리 셀(20)의 외측면에 가스홀을 형성한다. 툴 부재(510)는 그 일측이 뾰죡한 형태로 제공된다. 일 예로 툴 부재(510)는 나이프로 제공될 수 있다. 툴 부재(510)는 후술하는 흡입 부재(530)의 내부와 결합된다. 툴 부재(510)는 일단은 흡입 부재(530)의 내측에 위치하며, 타단은 흡입 부재(530)의 외측에 위치할 수 있다.
흡입 부재(530)는 배터리 셀(20)에서 외부로 흘러나오는 가스를 흡입한다. 흡입 부재(530)는 배터리 셀(20)에 형성된 가스 홀을 통과한 가스를 흡입한다. 흡입 부재(530)의 관 형태로 제공될 수 있다. 흡입 부재(530)는 내부에는 툴 부재(510)가 위치할 수 있다.
흡입 부재(530)는 가스를 흡입하기 위한 감압을 제공하는 감압 부재(미도시)와 연결될 수 있다. 일 예로 감압 부재는 펌프로 제공될 수 있다. 이와는 달리, 감압을 제공하는 장치와 연결되어 제공될 수 있다.
가스 제거 유닛(500)은 툴 부재(510) 및 흡입 부재(530)를 상하로 구동하는 상하 구동기를 가진다. 상하 구동기는 가스 제거 공정 시 툴 부재(510) 및 흡입 부재(530)를 하강 시켜 가압 유닛(400)에 인접하게 위치시킬 수 있다.
다시, 도 3을 참조하면, 이송 유닛(600)은 배터리 셀(20)을 이동시킬 수 있다. 이송 유닛(600)은 반입 플레이트(300), 가압 유닛(400), 그리고 반출 플레이트(700)에 복수개의 배터리 셀(20)을 이송시킬 수 있다. 이송 유닛(600)은 가압 유닛(400)의 상부에 위치한다. 이송 유닛(600)은 이송 레일(610)과 이송 부재(630)를 포함한다.
이송 레일(610)은 가압 유닛(400)의 상부에 한 쌍이 위치한다. 이송 레일(610)은 프레임(100)과 결합된다. 이송 레일(610)은 그 길이 방향이 제1방향(12)으로 제공된다. 이송 레일(610)은 이송 부재(630)가 레일을 따라 이동할 수 있도록 제공된다.
이송 부재(630)는 복수개의 배터리 셀(20)을 지지하며, 배터리 셀(20)들을 이동시킬 수 있다. 이송 부재(630)는 이송 레일(610)을 따라 제1방향(12)으로 이동할 수 있다. 이송 부재(630)는 배터리 셀(20)의 이동 시 승하강되는 구조로 제공될 수 있다.
반출 플레이트(700)는 배터리 제조 공정이 끝난 배터리 셀(20)을 외부로 이동하기 위한 대기 공간이다. 반출 플레이트(700)는 가압 유닛(400)과 인접하게 위치한다. 반출 플레이트(700)는 제1방향(12)을 따라 가압 유닛(400)과 나란히 배치된다. 반출 플레이트(700)는 상부에서 바라 볼 때, 직사각형의 플레이트로 제공된다. 반출 플레이트(700)에는 가이드 홀이 형성된다. 반출 플레이트(700)에는 복수개의 배터리 셀(20)을 가지는 배터리 트레이(T)가 놓인다. 반출 플레이트(700)에 놓인 배터리 셀(20)은 후술하는 반출 유닛(800)에 의해 외부로 이동된다.
반출 유닛(800)은 외부로 배터리 셀(20)을 반출한다. 배터리 제조 공정이 끝난 배터리 셀(20)은 복수의 배터리 셀(20)이 놓일 수 있는 공간을 가지는 배터리 트레이(T)에 수납된다.
반출 유닛(800)은 반출 구동기(미도시)를 가진다. 반출 구동기는 반출에 놓인 플레이트(700)에 놓인 배터리 트레이(T)를 이동시킬 수 있다. 반출 구동기는 반출 플레이트(700)의 하부에 위치한다.
제어기(900)는 가압 유닛(400)과 가스 제거 유닛(500)을 제어한다. 제어기(900)는 가압 유닛(400)이 배터리 셀(20)을 가압하는 공정이 진행하는 동안 배터리 셀(20) 내부에 가스를 제거하는 가스 제거 공정이 수행되도록 가압 유닛(400)과 가스 제거 유닛(500)을 제어한다. 제어기(900)는 가스 제거 공정이 가압 공정 시작 후 기설정된 시간이 지난 뒤에 수행되도록 가압 유닛(400)과 가스 제거 유닛(500)을 제어한다. 제어기(900)는 가압 유닛(400)과 가스 제거 유닛(500)은 전자적으로 제어할 수 있는 장치로 제공될 수 있다.
이하에서는 이차 전지를 제조하는 방법을 설명한다.
도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 이차 전지 제조 방법을 순차적으로 보여주는 플로우 차트이고, 도 10 내지 도 13은 본 발명의 일 실시 예에 따른 이차 전지 제조 방법의 일부를 개략적으로 보여주는 도면들이다. 이하, 도 9 내지 도 13을 참고하면, 이차 전지 제조 방법은 배터리 셀 제조 단계(S11), 가압 단계(S13), 가스 제거 단계(S15) 그리고 실링 단계(S17)를 포함한다.
배터리 셀 제조 단계(S11)는 배터리 셀(20)을 제조하는 단계이다. 양극판 및 음극판이 분리막을 통해서 분리된 상태로 배치한 뒤 전극 조립체(21)를 형성한다. 전극 조립체(21)는 파우치 케이스(22)에 수납된다. 전극 조립체(21)에 전극 탭과 전극 리드(25,26)를 결합 한 뒤 전해액을 주입하고, 파우치 케이스(22)를 실링하여 배터리 셀(20)을 제조할 수 있다. 이와는 달리, 전해액의 주입은 파우치 케이스(22)의 실링된 이 후에 수행 될 수 있다.
가압 단계(S13)는 배터리 셀(20)의 양측면을 가압하는 단계이다. 가압 단계(S13)에서는 도 9와 같이 복수개의 배터리 셀(20)을 가압 유닛(400)에 배치한다. 이 후, 배터리 셀(20)의 양측면에 놓이는 가압 플레이트(431)를 이동시켜 배터리 셀(20)을 가압한다. 이러한, 배터리 셀(20)의 가압 공정은 배터리 셀(20)을 충방전하는 공정을 통해 배터리 셀(20) 내부에 가스가 발생된 이 후 에 수행 될 수 있다.
이러한 가압 공정은 배터리 셀(20)의 내부에서 발생된 가스로 인한 내압 증가로 의해 문제가 발생되는 것을 방지할 수 있다. 즉, 가압 고정을 통해서 전극 활물질이 전극 집전체 상에 잘 밀착된 상태를 유지하도록 할 수 있다. 또한, 전극판과 전극판 사이가 들뜨는 현상을 방지할 수 있다.
가압 단계(S13)는 전술한 이차 전지 제조 장치(10)의 가압 유닛(400)에서 수행될 수 있다. 가압 단계(S13)에서는 복수개의 배터리 셀(20)들에 동시에 가압하여 가압 공정을 진행할 수 있다.
가스 제거 단계(S15)는 배터리 셀(20) 내부에 가스를 제거하는 단계이다. 가스 제거 단계(S15)는 가압 단계(S13)가 진행되는 동안에 수행된다. 일 예로 가스 제거 단계(S15)는 가압 단계(S13)가 기설정된 시간만큼 진행한 뒤에 수행될 수 있다. 여기서 기설정된 시간이란 가압 공정이 시작된고 난 뒤 가스가 배터리 셀(20)의 일정 공간에 모이는 시간을 의미한다. 일 예로 기설정된 시간은 도 10과 같이 배터리 셀(20)의 일면에 가스가 모여 배터리 셀(20)이 부풀어 오를 때까지 시간일 수 있다. 기설정된 시간은 배터리 셀(20)의 크기 및 가압의 압력 크기 등에 따라 다르게 설정될 수 있다.
도 11과 같이 가스 제거 단계(S15)는 배터리 셀(20)의 외측면에 가스 홀을 형성한다. 일 예로 가스 홀의 형성은 툴 부재(510)로 형성할 수 있다. 이후 가스 홀을 통해서 외부로 빠져나오는 가스를 흡입하여 배터리 셀(20)의 내부에 가스를 제거한다. 가스 제거 단계(S15)는 가압 공정이 진행되는 공안 연속적으로 진행된다.
가스 제거 단계(S15)에서 가스 홀의 위치는 배터리 셀(20) 내부에 셀 테라스 공간과 연결되는 곳에 형성될 수 있다. 셀 테라스 공간이란 배터리 셀(20) 내부에서 셀 바디를 제외한 공간이다. 구체적으로 셀 테라스 공간은 셀 바디 이외에 전극 탭과 전극 리드가 결합되는 공간으로 정의된다.
실링 단계(S17)는 가압 단계(S13) 및 가스 제거 단계(S15)가 끝난 뒤에 가스가 빠져 나간 배터리 셀(20)을 실링하는 단계이다. 도 12와 같이 실링 단계(S17)는 배터리 셀(20)에서 가스가 빠져 나간 후 가스홀이 형성된 부분을 실링 할 수 있다.
상술한 이차 전지 제조 방법은 배터리 셀 제조 단계(S11), 가압 단계(S13), 가스 제거 단계(S15) 그리고 실링 단계(S17)를 예로 들어 설명하였으나, 배터리 셀 제조 단계(S11) 이후 공정에 따라서 배터리 셀(20) 에이징(AGING) 공정, 충방전 공정, 검사 공정 등이 필요에 따라서 추가 될 수 있다. 또한, 가스 제거 단계(S15)는 가압 단계(S13)가 끝난 이후에 수행되는 것도 가능하다.
이하에서는 이차 전지 제조 방법에 효과에 대해서 설명한다. 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 가스 제거 공정은 가압 공정이 진행되는 동안에 이루어진다. 기존에 가압 공정 이후에 별도의 장치에서 진행되는 가스 제거 공정을 같이 수행하여 이차 전지 제조 공정 시간을 단축할 수 있다. 또한, 가압 공정이 끝난 배터리 셀(20)의 일부에는 고압의 가스가 가득 차 있다. 이러한 가스를 단시간에 제거 시 고압의 가스가 한꺼번에 외부로 유출되어 배터리 셀(20)의 내부에 전해액이 함께 유출되는 문제가 있다.
이와 달리, 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 가압 공정 동안에 가스 제거 공정을 진행하여 비교적 저압의 가스가 외부로 유출될 수 있어 전해액이 외부로 같이 유출 되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 하나의 이차 전지 제조 장치(10)에서 두 개의 공정을 동시에 수행하여 이차 전지 제조 공정 효율을 향상시킬 수 있다.
이상의 상세한 설명은 본 발명을 예시하는 것이다. 또한 전술한 내용은 본 발명의 바람직한 실시 형태를 나타내어 설명하는 것이며, 본 발명은 다양한 다른 조합, 변경 및 환경에서 사용할 수 있다. 즉 본 명세서에 개시된 발명의 개념의 범위, 저술한 개시 내용과 균등한 범위 및/또는 당업계의 기술 또는 지식의 범위내에서 변경 또는 수정이 가능하다. 저술한 실시예는 본 발명의 기술적 사상을 구현하기 위한 최선의 상태를 설명하는 것이며, 본 발명의 구체적인 적용 분야 및 용도에서 요구되는 다양한 변경도 가능하다. 따라서 이상의 발명의 상세한 설명은 개시된 실시 상태로 본 발명을 제한하려는 의도가 아니다. 또한 첨부된 청구범위는 다른 실시 상태도 포함하는 것으로 해석되어야 한다.
10: 이차 전지 제조 장치 100: 프레임
200: 반입 유닛 300: 반입 플레이트
400: 가압 유닛 500: 가스 제거 유닛
510: 툴 부재 530: 흡입 부재
600: 이송 유닛 700: 반출 플레이트
800: 반출 유닛 900: 제어기

Claims (11)

  1. 이차 전지를 제조하는 장치에 있어서,
    프레임과;
    상기 프레임 내부에 위치하며, 복수 개의 배터리 셀의 양측면을 가압하는 가압 유닛과;
    상기 프레임과 결합되며, 상기 배터리 셀 내부에 가스를 제거하는 가스 제거 유닛과; 그리고
    상기 가압 유닛과 상기 가스 제거 유닛을 제어하는 제어기를; 포함하되,
    상기 제어기는 상기 가압 유닛이 상기 배터리 셀을 가압하는 가압 공정을 진행하는 동안 상기 배터리 셀 내부에 가스를 제거하는 가스 제거 공정이 수행되도록 상기 가압 유닛과 상기 가스 제거 유닛을 각각 제어하는 이차 전지 제조 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제어기는 상기 가스 제거 공정이 상기 가압 공정 시작 후 기설정된 시간만큼 진행한 뒤에 수행되도록 상기 가압 유닛과 상기 가스 제거 유닛을 각각 제어하는 이차 전지 제조 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 가스 제거 유닛은,
    상기 배터리 셀의 외측면에 가스홀을 형성하는 툴 부재와;
    상기 배터리 셀에서 외부로 흘러나오는 가스를 흡입하는 흡입 부재를; 포함하는 이차 전지 제조 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 툴 부재는 상기 흡입 부재와 결합되며, 상기 툴 부재의 일단은 상기 흡입 부재의 내측에 위치하며, 타단은 상기 흡입 부재의 외측에 위치하는 이차 전지 제조 장치.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 가압 유닛은,
    복수 개의 상기 배터리 셀을 수용하는 베이스와;
    상기 베이스에 위치하며, 상기 배터리 셀들의 양측면을 가압하는 가압 플레이트와; 그리고
    상기 가압 플레이트를 상기 베이스의 일방향을 따라 이동시키는 가압 구동부를; 포함하는 이차 전지 제조 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 이차 전지 제조 장치는,
    상기 프레임에 설치되며 외부에 배터리 셀을 반입하는 반입 유닛과;
    상기 반입 유닛과 제1방향을 따라 배치되며, 상기 반입 유닛에서 유입된 상기 배터리 셀이 놓이는 반입 플레이트와;
    상기 가압 유닛과 상기 제1방향을 따라 배치되며, 상기 가압 공정이 끝난 배터리 셀이 놓이는 반출 플레이트와; 그리고
    상기 반출 플레이트에 놓인 상기 배터리 셀을 외부로 반출하는 반출 유닛을; 더 포함하되,
    상기 반입 유닛, 상기 반입 플레이트, 상기 반출 플레이트 그리고 상기 반출 유닛은 순차적으로 상기 제1방향을 따라 배치되는 이차 전지 제조 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 이차 전지 제조 장치는 상기 반입 플레이트, 상기 가압 유닛 그리고 상기 반출 플레이트로 상기 배터리 셀을 이송하는 이송 유닛을 더 포함하는 이차 전지 제조 장치.
  8. 이차 전지를 제조하는 방법에 있어서,
    양극판 및 음극판이 분리막을 통해서 분리된 상태로 배치된 배터리 셀을 제조하는 배터리 셀 제조 단계와;
    상기 배터리 셀의 양측면을 가압하는 가압 단계와; 그리고
    상기 배터리 셀 내부에 가스를 제거하는 가스 제거 단계를; 포함하되,
    상기 가스 제거 단계는 상기 가압 단계가 진행되는 동안에 수행되는 이차 전지 제조 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 가스 제거 단계는 상기 가압 단계가 기설정된 시간만큼 진행한 뒤에 수행되는 이차 전지 제조 방법.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 가스 제거 단계는 상기 배터리 셀의 외측면에 가스 홀을 형성한 뒤에, 상기 가스 홀을 통해 외부로 빠져나오는 가스를 흡입하여 상기 배터리 셀의 내부에 가스를 제거하는 이차 전지 제조 방법.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 이차 전지 제조 방법은 상기 가압 단계 및 상기 가스 제거 단계가 끝난 뒤에 상기 배터리 셀을 실링하는 실링 단계를 더 포함하는 이차 전지 제조 방법.
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