KR20180115472A - 수납부가 형성된 분리형 전지케이스 및 그것을 이용한 전지셀의 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 전지셀을 제조하는 방법으로서, (a) 양극/분리막/음극 구조의 전극조립체를 수납할 수 있도록 n개 (n≥2)의 제 1 수납부들이 일렬로 형성되어 있는 제 1 케이스를 준비하는 과정; (b) 상기 제 1 수납부들에 각각 전극조립체를 장착하는 과정; (c) 상기 제 1 케이스의 외측변과 서로 일치하도록 제 2 케이스를 위치시킨 상태에서 열융착 실링부를 형성하여 일 단위의 전지케이스를 제조하는 과정; (d) 상기 전지케이스를 단위 전지에 대응하는 부위별로 절취하는 과정; (e) 상기 과정(d)에서 절취된 각 케이스의 내부에 전해액을 주입한 후, 주입부에 열융착 실링부를 형성하여 밀봉하는 과정을 포함하는 전지셀 제조 방법 및 이에 의해 제조되는 전지셀에 관한 것이다.
Description
본 발명은 수납부가 형성되어 있는 분리형 전지케이스 및 그것을 이용한 전지셀의 제조 방법에 관한 것이다.
모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요의 증가로, 이차전지의 수요 또한 급격히 증가하고 있으며, 그 중에서도 에너지 밀도와 작동전압이 높고 보존과 수명 특성이 우수한 리튬 이차전지는 각종 모바일 기기는 물론 다양한 전자제품의 에너지원으로 널리 사용되고 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.
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.
이러한 파우치형 전지는 전지셀의 제조 과정에서 라미네이트 시트로 이루어진 전지케이스 상에 수납부를 형성하고, 단위 전지에 사용될 수 있도록 전지케이스를 절취 단위 전지로 사용되기 위해 절취된 전지케이스 상에 전극조립체를 수납하는 과정을 거치게 된다.
또한, 파우치형 전지는 전지셀의 제조 과정에서 충방전에 의해 전지를 활성화시키는 과정을 거치는데, 최종 전지셀의 제조를 위해서는 활성화 과정에서 발생하는 가스를 제거하여야 하며, 이를 디가싱(degassing) 공정이라고 한다.
이 때, 전지케이스의 내부에 존재하는 빈 공간은, 디가싱 공정에서 진공이 인가되는 과정에서 전지케이스가 전극조립체가 수납된 내측 방향으로 들어가는 형상(라빈 부)이 나타나 외관이 찌그러지거나 또는 주름지는 현상이 발생하며, 이러한 현상은 일 단위의 부재로 이루어진 전지케이스를 절곡하여 전지셀을 제조하는 과정에서 더욱 문제가 된다.
따라서, 이러한 문제점들을 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, 2개로 분리된 전지케이스 중 어느 하나의 케이스에 형성된 수납부에 전극조립체를 장착한 후, 열융착 실링 후에 단위 전지별로 절취하는 공정을 순차적으로 수행함으로써, 상기의 문제점들을 일거에 해결할 수 있음을 확인하고, 본 발명을 완성하기에 이르렀다.
이러한 목적을 달성하기 위한 전지셀을 제조하는 방법으로서,
(a) 양극/분리막/음극 구조의 전극조립체를 수납할 수 있도록 n개 (n≥2)의 제 1 수납부들이 일렬로 형성되어 있는 제 1 케이스를 준비하는 과정;
(b) 상기 제 1 수납부들에 각각 전극조립체를 장착하는 과정;
(c) 상기 제 1 케이스의 외측변이 제 2 케이스의 외측변과 서로 일치하도록 위치시킨 상태에서 열융착 실링부를 형성하여 일 단위의 전지케이스를 제조하는 과정;
(d) 상기 전지케이스를 단위 전지에 대응하는 부위별로 절취하는 과정;
(e) 상기 과정(d)에서 절취된 각 케이스의 내부에 전해액을 주입한 후, 주입부에 열융착 실링부를 형성하여 밀봉하는 과정;
을 포함한다.
따라서, 본 발명에 따라 제조 방법은, 일 단위의 부재로 이루어진 전지케이스를 절곡할 필요가 없게 되므로 전극조립체가 수납된 제 1 수납부의 하단 부위에서 전지케이스가 내측 방향으로 들어감에 따른 외관의 찌그러짐 또는 주름 현상을 방지한다.
이 때, 상기 과정(d)에서 단위 전지에 대응하는 부위별로 절취되는 전지케이스는 전극조립체 및 가스 포켓부를 포함하는 크기로 절취될 수 있다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 과정(c)에서 열융착 실링부는 제 1 케이스 및 제 2 케이스의 외주면에 형성되는 제 1 실링부, 및 n개의 제 1 수납부들 사이에 형성되는 n-1개의 제 2 실링부를 포함하는 구조일 수 있다.
여기서, 제 1 실링부는 제 1 케이스의 외주변과 제 2 케이스의 외주변이 일치된 상태에서, 외주면의 중첩 부위를 열융착 시켜 형성되는 것으로 이해할 수 있으며, 제 2 실링부는 n개의 전극조립체들이 제 1 수납부에 수납된 상태의 전지케이스를 단위 전지별로 절취하기 위해 실링되는 부위로 이해할 수 있다.
구체적으로, 제 2 실링부들의 상호 간격은, 균일한 크기의 전지셀을 제조할 수 있도록 일정한 크기로 형성되는 구조일 수 있으며, 과정(d)에서 제 2 실링부의 중앙부를 절취선으로 하여 전지케이스가 절취될 수 있다.
한편, 본 발명에 제조 방법에 의해 제조된 전지셀은 콤팩트한 크기의 전지에 사용되는 경우가 있으므로, 상기 전극조립체들 각각의 전극단자들은 전지케이스의 일변에 함께 위치하면서 전지케이스의 외부로 돌출되도록 수납되는 구조일 수 있다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 제 2 케이스에는 제 1 케이스에 형성된 각 수납부들에 대응되는 제 2 수납부들이 형성되어 있는 구조일 수 있다.
이 때, 본 발명에 따른 제조 방법을 통해 전지셀 제조 공정을 수행하게 되는 경우, 2개의 분리된 전지케이스들에 각각 형성된 제 1 수납부 및 제 2 수납부는 중첩되는 과정에서 서로 어긋나는 문제가 발생하지 않게 된다.
이를 보다 효과적으로 달성하고자, 과정(c)에서 제 1 케이스의 외측변과 제 2 케이스의 외측변이 서로 어긋남이 없이 일치할 수 있도록 상기 제 1 케이스에는, 제 2 수납부들 각각이 제 1 수납부들에 정렬되어 위치될 수 있도록 하는 제 1 기준점들이 형성되어 있고, 제 2 케이스에는 상기 제 1 기준점들 각각에 대응되는 위치에 제 2 기준점이 형성되어 있을 수 있다.
예를 들면, 상기 제 1 기준점들 및 제 2 기준점들 각각은 제 1 케이스 및 제 2 케이스를 천공하여 형성된 관통 홀(hole)일 수 있다.
이러한 기준점은 제 1 케이스의 제 1 수납부에 수납된 전극조립체를 제 2 케이스의 제 2 수납부가 정위치된 상태에서 감쌀 수 있도록 하는 바, 균일한 외관을 갖는 전지셀의 제조가 가능하다.
한편, 상기 과정(e) 이후에 하기 과정(f)를 더 포함할 수 있다.
(f) 전극리드가 위치한 일변에 인접하거나 또는 마주보는 실링부를 절곡하는 과정.
본 발명은 또한, 상기 제조 방법에 의해 제조되는 전지셀, 상기 전지셀을 적어도 하나 이상 포함하는 전지팩 및 상기 전지팩을 전원으로서 포함하는 디바이스를 제공한다.
한편, 상기 디바이스는, 예를 들어, 노트북 컴퓨터, 넷북, 태블릿 PC, 휴대폰, MP3, 웨어러블 전자기기, 파워 툴(power tool), 전기자동차(Electric Vehicle, EV), 하이브리드 전기자동차(Hybrid Electric Vehicle, HEV), 플러그-인 하이브리드 전기자동차(Plug-in Hybrid Electric Vehicle, PHEV), 전기 자전거(E-bike), 전기 스쿠터(E-scooter), 전기 골프 카트(electric golf cart), 또는 전력저장용 시스템 등일 수 있지만, 이들만으로 한정되지 않음은 물론이다.
이러한 디바이스의 구조 및 제작 방법은 당업계에 공지되어 있으므로, 본 명세서에서는 그에 대한 자세한 설명을 생략한다.
상기에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 전지셀 제조 방법은, 일 단위의 부재로 이루어진 전지케이스를 절곡할 필요가 없게 되므로 전극조립체가 수납된 제 1 수납부의 하단 부위에서 전지케이스가 내측 방향으로 들어감에 따른 외관의 찌그러짐 또는 주름 현상을 방지하며, 2개의 분리된 전지케이스들에 각각 형성된 제 1 수납부 및 제 2 수납부가 중첩되는 과정에서 서로 어긋나지 않도록 하는 효과를 제공한다.
도 1 내지 도 4는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지셀을 제조하는 공정의 모식도이다;
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전지셀을 제조하는 공정의 모식도이다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전지셀을 제조하는 공정의 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 1 내지 도 4에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지셀을 제조하는 공정들이 모식적으로 도시되어 있다.
도 1에는 전극조립체를 수납하기 위한 제 1 수납부가 형성된 제 1 케이스가 도시되어 있으며, 도 2에는 제 1 케이스의 제 1 수납부에 전극조립체를 장착하는 공정이 도시되어 있다.
도 1을 참조하면, 제 1 수납부들(101, 102, 103, 104)은 상호 간에 일정한 간격을 유지한 채 제 1 케이스(100) 상에서 일렬로 형성되어 있다.
도 2를 참조하면, 전극조립체들(10, 20, 30, 40)은 각각에 대응하는 제 1 수납부들(101, 102, 103, 104)에 장착된다.
도 3에는 전극조립체가 제 1 수납부에 장착된 상태에서 전극조립체를 외부로부터 밀폐시키기 위해 제 2 케이스가 제 1 케이스의 상부에 위치시키는 공정이 도시되어 있다.
도 3을 참조하면, 제 1 케이스(100)에 형성된 제 1 수납부들(101, 102, 103, 104)의 각각에는 전극조립체들(10, 20, 30, 40)이 장착되어 있으며, 상기 전극조립체들(10, 20, 30, 40)을 외부로부터 밀봉하기 위한 전 단계로서, 그 상부에 제 2 케이스(200)를, 제 1 케이스(100)의 외측변과 서로 일치하도록 위치시킨후 덮는다.
도 4를 참조하면, 제 1 케이스에 제 2 케이스를 열융착 시켜 일 단위의 전지케이스를 제조한 후, 이를 절취하는 공정이 모식적으로 도시되어 있다.
제 2 케이스(200)가 제 1 케이스(100)의 외주변과 서로 일치되어 외주면이 중첩된 상태에서, 중첩된 부위를 열융착 하여 제 1 실링부(120)를 형성한다.
제 1 수납부들(101, 102, 103, 104)의 사이에는 전지케이스를 단위 전지에 대응하는 부위별로 절취하기 위한 제 2 실링부들(130)을 형성한다.
열융착에 의한 실링부들(120, 130)을 형성한 이후에는 제 2 실링부(130)를 따라 전지케이스를 절취한다.
절취된 각 전지케이스의 내부에 전해액을 주입한 후, 주입부에 열융착 실링부를 형성하여 밀봉한 후, 전극조립체들을 충방전하여 활성화하는 과정을 수행함으로써 전지셀을 제조한다.
도 5에는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전지셀을 제조하는 공정이 모식적으로 도시되어 있다.
도 5를 참조하면, 제 1 케이스(100) 상에 형성된 제 1 수납부들(101, 102, 103, 104)에는 각각 전극조립체들(10, 20, 30, 40)이 장착되어 있으며, 상기 전극조립체들(10, 20, 30, 40)을 외부로부터 밀봉시키기 위한 제 2 케이스(300) 상에는 제 2 수납부들(301, 302, 303, 304)이 형성되어 있다.
제 1 케이스(100)에는, 상기 제 2 케이스(300)의 제 2 수납부들(301, 302, 303, 304) 각각이 제 1 수납부들(101, 102, 103, 104)에 정렬되어 위치될 수 있도록 하기 위한 제 1 기준점들(190)이 형성되어 있으며, 제 2 케이스(300)에는 상기 제 1 기준점들(190)에 대응되는 위치에 제 2 기준점(390)이 형성되어 있다.
이상 본 발명의 실시예에 따른 도면을 참조하여 설명하였지만, 본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주 내에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다.
Claims (13)
- 전지셀을 제조하는 방법으로서,
(a) 양극/분리막/음극 구조의 전극조립체를 수납할 수 있도록 n개 (n≥2)의 제 1 수납부들이 일렬로 형성되어 있는 제 1 케이스를 준비하는 과정;
(b) 상기 제 1 수납부들에 각각 전극조립체를 장착하는 과정;
(c) 상기 제 1 케이스의 외측변이 제 2 케이스의 외측변과 서로 일치하도록 위치시킨 상태에서 열융착 실링부를 형성하여 일 단위의 전지케이스를 제조하는 과정;
(d) 상기 전지케이스를 단위 전지에 대응하는 부위별로 절취하는 과정;
(e) 상기 과정(d)에서 절취된 각 케이스의 내부에 전해액을 주입한 후, 주입부에 열융착 실링부를 형성하여 밀봉하는 과정;
을 포함하는 것을 특징으로 하는 전지셀 제조 방법. - 제 1 항에 있어서, 상기 과정(d)에서 단위 전지에는 전극조립체 및 가스 포켓부가 포함되어 있는 것을 특징으로 하는 전지셀 제조 방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 과정(c)에서 열융착 실링부는 제 1 케이스 및 제 2 케이스의 외주면에 형성되는 제 1 실링부, 및 n개의 제 1 수납부들 사이에 형성되는 n-1개의 제 2 실링부를 포함하는 것을 특징으로 하는 전지셀 제조 방법.
- 제 3 항에 있어서, 상기 제 2 실링부들의 상호 간의 간격은 일정한 크기로 형성되는 것을 특징으로 하는 전지셀 제조 방법.
- 제 3 항에 있어서, 과정(d)에서 상기 제 2 실링부의 중앙부를 절취선으로 하여 전지케이스를 절취하는 것을 특징으로 하는 전지셀 제조 방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 전극조립체들 각각의 전극단자들은 전지케이스의 일변에 함께 위치하면서 전지케이스의 외부로 돌출되도록 수납되는 것을 특징으로 하는 전지셀 제조 방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 제 2 케이스에는 제 1 케이스에 형성된 각 수납부들에 대응되는 제 2 수납부들이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지셀 제조 방법.
- 제 7 항에 있어서, 상기 제 1 케이스에는, 제 2 수납부들 각각이 제 1 수납부들에 정렬되어 위치될 수 있도록 하는 제 1 기준점들이 형성되어 있고, 제 2 케이스에는 상기 제 1 기준점들 각각에 대응되는 위치에 제 2 기준점이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지셀 제조 방법.
- 제 7 항에 있어서, 상기 제 1 기준점들 및 제 2 기준점들 각각은 제 1 케이스 및 제 2 케이스를 천공하여 형성된 관통 홀(hole)인 것을 특징으로 하는 전지셀 제조 방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 과정(e) 이후에 하기 과정(f)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전지셀 제조 방법:
(f) 전극리드가 위치한 일변에 인접하거나 또는 마주보는 실링부를 절곡하는 과정. - 제 1 항에 따른 제조 방법에 의해 제조되는 것을 특징으로 하는 전지셀.
- 제 11 항에 따른 전지셀을 적어도 하나 이상 포함하는 것을 특징으로 하는 전지팩.
- 제 12 항에 따른 전지팩을 전원으로서 포함하는 것을 특징으로 하는 디바이스.
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| KR20220110038A (ko) * | 2021-01-29 | 2022-08-05 | (주)엔에스 | 파우치 얼라인 마커와 그의 생성 방법 및 장치 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| KR101146675B1 (ko) * | 2010-08-09 | 2012-05-23 | 삼성에스디아이 주식회사 | 배터리 팩 |
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| KR101533574B1 (ko) * | 2012-11-22 | 2015-07-03 | 주식회사 엘지화학 | 밀봉 잉여부가 절곡된 전지셀의 제조방법 |
| KR20160100577A (ko) * | 2015-02-16 | 2016-08-24 | 주식회사 엘지화학 | 전지 케이스로 연결된 전지셀들을 포함하는 전지팩의 제조 방법 |
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2017
- 2017-04-13 KR KR1020170047826A patent/KR102277225B1/ko active IP Right Grant
Patent Citations (4)
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| KR20220110038A (ko) * | 2021-01-29 | 2022-08-05 | (주)엔에스 | 파우치 얼라인 마커와 그의 생성 방법 및 장치 |
Also Published As
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| KR102277225B1 (ko) | 2021-07-15 |
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