KR20180128778A - 이차전지 및 그 이차전지의 절연부재 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 높은 온도에서도 내구성을 갖는 이차전지 및 그 이차전지의 절연부재 제조 방법에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 전극조립체, 개구부가 형성되며 내부에 상기 전극조립체를 수용하는 캔부재, 상기 캔부재의 개구부를 막는 탑캡 조립체 및 상기 탑캡 조립체와 상기 전극조립체와의 사이에 마련되는 절연부재를 포함하며, 상기 절연부재는 녹는 점이 840℃ 이상인 소재로 이루어진 몸체부 및 상기 몸체부보다 더 높은 경도를 가지고 상기 몸체부에 부착되어 상기 몸체부의 경도를 보완하는 보완부재를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 전극조립체, 개구부가 형성되며 내부에 상기 전극조립체를 수용하는 캔부재, 상기 캔부재의 개구부를 막는 탑캡 조립체 및 상기 탑캡 조립체와 상기 전극조립체와의 사이에 마련되는 절연부재를 포함하며, 상기 절연부재는 녹는 점이 840℃ 이상인 소재로 이루어진 몸체부 및 상기 몸체부보다 더 높은 경도를 가지고 상기 몸체부에 부착되어 상기 몸체부의 경도를 보완하는 보완부재를 포함하는 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 이차전지 및 그 이차전지의 절연부재 제조 방법에 관한 것으로서, 보다 자세하게는 높은 온도에서도 내구성을 갖는 이차전지 및 그 이차전지의 절연부재 제조 방법에 관한 것이다.
물질의 물리적 반응이나 화학적 반응을 통해 전기에너지를 생성시켜 외부로 전원을 공급하게 되는 전지(cell, battery)는 각종 전기전자 기기로 둘러싸여 있는 생활환경에 따라, 건물로 공급되는 교류 전원을 획득하지 못할 경우나 직류전원이 필요할 경우 사용하게 된다.
이와 같은 전지 중에서 화학적 반응을 이용하는 화학전지인 일차전지와 이차전지가 일반적으로 많이 사용되고 있는데, 일차전지는 건전지로 통칭되는 것으로 소모성 전지이다. 또한, 이차전지는 전류와 물질 사이의 산화환원과정이 다수 반복 가능한 소재를 사용하여 제조되는 재충전식 전지로서, 전류에 의해 소재에 대한 환원반응이 수행되면 전원이 충전되고, 소재에 대한 산화반응이 수행되면 전원이 방전되는데, 이와 같은 충전-방전이 반복적으로 수행되면서 전기가 생성되게 된다.
한편, 이차 전지 중 리튬이온 전지는 양극 도전 포일과 음극 도전 포일에 각각 활물질을 일정한 두께로 코팅하고, 상기 양 도전 포일 사이에는 분리막이 개재되도록 하여 대략 젤리 롤(jelly roll) 내지는 원통 형태로 다수 회 권취하여 제작한 전극조립체를 원통형 또는 각형 캔, 파우치 등에 수납하고 이를 밀봉 처리하여 제작된다.
대한민국 공개특허공보 제10-2011-0095118호에는 종래의 2차 전지가 개시되어 있다.
이러한 종래의 2차 전지는 탑캡 조립체와 전극조립체와의 사이에 절연부재가 형성된다.
그리고 종래의 절연부재는 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 또는 폴리프로필렌(PP) 소재로 형성되었다.
하지만, 폴리에틸렌테레프탈레이트의 경우 녹는 점이 220℃이고 폴리프로필렌의 경우 녹는 점이 150℃ 이기 때문에 고온의 조건에서 절연기능을 유지하기 어렵다는 문제점이 있었다.
따라서 본 발명은 위와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 과제는 고온의 조건에서 절연 기능을 유지할 수 있는 절연부재가 설치된 이차전지 및 그 이차전지의 절연부재 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지는 전극조립체, 개구부가 형성되며, 내부에 상기 전극조립체를 수용하는 캔부재, 상기 캔부재의 개구부를 막는 탑캡 조립체 및 상기 탑캡 조립체와 상기 전극조립체와의 사이에 마련되는 절연부재를 포함하며, 상기 절연부재는 녹는 점이 840℃ 이상인 소재로 이루어진 몸체부 및 상기 몸체부보다 더 높은 경도를 가지고 상기 몸체부에 부착되어 상기 몸체부의 경도를 보완하는 보완부재를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 몸체부는 유리섬유로 이루어질 수 있다.
상기 보완부재는 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 또는 폴리프로필렌(PP)으로 이루어질 수 있다.
상기 보완부재는 접착 테이프(tape) 또는 접착 필름(film)의 형태로 상기 몸체부에 부착될 수 있다.
상기 몸체부와 상기 보완부재의 두께는 동일할 수 있다.
상기 몸체부와 상기 보완부재는 각각 원판 형상이고 서로 부착될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지의 절연부재 제조 방법은 권취된 몸체부를 준비하는 준비단계, 상기 몸체부를 권출하는 권출단계, 상기 권출되는 몸체부에 보완부재를 부착하는 보완단계 및 상기 보완부재가 부착된 상기 몸체부를 절단하여 절연부재를 제조하는 제조단계를 포함하고, 상기 보완부재는 상기 몸체부보다 더 높은 경도를 가지고 상기 몸체부에 부착되어 상기 몸체부의 경도를 보완하는 부재를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 준비단계는 소재가 유리섬유인 상기 몸체부를 준비할 수 있다.
상기 보완단계에서 상기 보완부재의 소재로 폴리에틸렌테레프탈레이트 또는 폴리프로필렌을 사용할 수 있다.
상기 보완단계는 접착 테이프(tape) 또는 접착 필름(film) 형상의 상기 보완부재를 상기 몸체부에 부착할 수 있다.
상기 제조단계는 상기 보완부재가 부착된 상기 몸체부를 절단하여 상기 절연부재를 제조할 수 있다.
본 발명에 따르면, 고온의 환경에서도 절연부재의 절연 기능을 유지하는 효과가 있다.
본 발명에 따르면, 고온의 환경에서도 이차전지의 폭발 또는 파손을 방지하여 이차전지의 활용도를 높이는 효과가 있다.
본 발명에 따르면, 녹는 점이 높은 몸체부와 몸체부에 부착되고 몸체부와 동일한 두께를 갖으며 경도가 높은 보완부재로 절연부재를 형성하여 경도를 강화하는 효과가 있다.
본 발명에 따르면, 절연부재를 유리섬유 소재의 몸체부에 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 또는 폴리프로필렌(PP) 소재의 보완부재를 부착하여 경도를 보완함에 따라 공정성을 높이는 효과가 있다.
본 발명에 따르면, 절연부재를 녹는 점이 높은 유리섬유로 제조하면서 보완부재로 경도를 보완함에 따라 제조 공정에 롤 방식 및 용이한 타발 방식을 적용할 수 있게 하여 제조를 쉽고 빠르고 효과적으로 하는 장점이 있다.
본 발명에 따르면, 절연부재를 몸체부에 보완부재를 부착하여 제조하기 때문에 제조를 쉽게하는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지를 도시한 사시도이다.
도 2는 도 1을 A-A 방향으로 절단하여 내부 일부 주요부를 측단면으로 도시한 일부 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지의 절연부재 제조 방법을 흐름에 따라 도시한 흐름도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 몸체부에 보완부재가 부착된 것을 도시한 구성도이다.
도 5는 도 4에서 몸체부에 보완부재가 부착된 상태에서 절연부재의 형상으로 절단된 것을 도시한 구성도이다.
도 2는 도 1을 A-A 방향으로 절단하여 내부 일부 주요부를 측단면으로 도시한 일부 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지의 절연부재 제조 방법을 흐름에 따라 도시한 흐름도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 몸체부에 보완부재가 부착된 것을 도시한 구성도이다.
도 5는 도 4에서 몸체부에 보완부재가 부착된 상태에서 절연부재의 형상으로 절단된 것을 도시한 구성도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 이차전지 및 그 이차전지의 절연부재 제조 방법에 대하여 상세히 설명하기로 한다.
본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 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. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과하고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도면에서 각 구성요소 또는 그 구성요소를 이루는 특정 부분의 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었다. 따라서, 각 구성요소의 크기는 실제크기를 전적으로 반영하는 것은 아니다. 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우, 그러한 설명은 생략하도록 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지를 도시한 사시도이고, 도 2는 도 1을 A-A 방향으로 절단하여 내부 일부 주요부를 측단면으로 도시한 일부 단면도이다.
도 1 내지 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 이차전지는 전극조립체(1), 개구부(3a)가 형성되며 내부에 상기 전극조립체(1)를 수용하는 캔부재(3), 상기 캔부재(3)의 개구부를 막는 탑캡 조립체(100) 및 상기 탑캡 조립체(100)와 상기 전극조립체(1)와의 사이에 마련되는 절연부재(200)를 포함하며, 상기 절연부재(200)는 녹는 점이 840℃ 이상인 소재로 이루어진 몸체부(210) 및 상기 몸체부(210)보다 더 높은 경도를 가지고 상기 몸체부(210)에 부착되어 상기 몸체부(210)의 경도를 보완하는 보완부재(230)를 포함한다.
전극조립체(1)는, 예를 들어, 양극 활물질이 도포된 양극과 음극 활물질이 도포된 음극 및 양극과 음극 사이에 개재된 분리막을 복수 회 적층하여 제작할 수 있다.
다만, 본 발명은 이에 한하지 않으며, 전극조립체(1)는 양극과 분리막 및 음극을 적층한 적층체를 젤리 롤 형태로 권취하여 제작할 수도 있다.
캔부재(3)는 원형 또는 각형 리튬이온 이차 전지에서 대략 위쪽이 개방된 형상을 가진 금속재질의 용기이며, 가볍고 부식에 대처가 용이한 알루미늄(Al) 또는 니켈(Ni) 등이 도금된 철(Fe)이 사용될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서는 설명의 편의를 위해 캔부재(3)를 원형 리튬이온 이차 전지로 예로들어 설명한다.
캔부재(3)는 전극조립체(1)와 전해액(미도시)의 용기가 되고, 전극조립체(1)가 캔부재(3)의 개방된 상단, 즉, 상단개구부를 통해 캔부재(3)에 삽입된 뒤 캔부재(3)의 상단개구부는 탑캡 조립체(100)에 의해 봉해질 수 있다.
절연부재(200)는 탑캡 조립체(100)와 전극조립체(1)와의 사이에 위치하여, 탑캡 조립체(100)와 전극조립체(1)를 절연할 수 있다. 또는 캔부재(3) 및 전극조립체(1)를 절연할 수 있다.
절연부재(200)의 둘레가 캔부재(3)에 밀착되어 캔부재(3) 및 전극조립체(1)를 절연할 수도 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 몸체부에 보완부재가 부착된 것을 도시한 구성도이고, 도 5는 도 4에서 몸체부에 보완부재가 부착된 상태에서 절연부재의 형상으로 절단된 것을 도시한 구성도이다.
도 4 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 절연부재(200)는 전극조립체(1)의 전극탭(1a)이 탑캡 조립체(100)에 전기적으로 연결되도록 전극탭(1a)이 관통할 수 있는 관통공(220)이 천공될 수 있다.
절연부재(200)의 몸체부(210)는 녹는 점이 8400℃ 이상의 소재를 포함할 수 있다. 구체적으로 절연부재(200)는 유리섬유(glass fiber)소재의 몸체부(210)를 포함할 수 있다.
유리섬유는 녹는 점이 높고 절연성이 있기 때문에 고온의 환경에서도 절연기능을 유지할 수 있는 장점이 있다.
유리섬유는 또한 원단을 롤링 방식으로 권취 및 권출할 수 있는 장점도 있지만, 경도가 낮기 때문에 펀칭(punching)에 의한 타발 등과 같은 절단 공정을 하기 어렵다. 펀칭 등에 의해서 절단이 쉽고 깔끔하게 되기 위해서는 경도가 어느 정도 높아야 한다.
이러한 유리섬유의 문제점을 보완하기 위해 몸체부(210)에 보완부재(230)를 부착할 수 있다.
보완부재(230)는 몸체부(210)의 일측부에 부착되어 몸체부(210)의 경도를 강화하기 위한 것이다.
따라서 보완부재(230)는 경도가 높은 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 또는 폴리프로필렌(PP) 소재일 수 있다.
그리고 보완부재(230)는 접착 테이프(tape) 또는 접착 필름(film)의 형태로 제조되고 보완부재(230)를 몸체부(210)의 일측부에 부착하여 제조를 쉽게 할 수 있다.(만일 폴리에틸렌테레프탈레이트/폴리프로필렌 소재를 몸체부에 첨가하여 혼합하는 방식을 쓴다면 혼합(mixing)이 불균일할 가능성이 높고 그 경우 제품 품질에 치명적인 문제가 발생할 수 있다.)
이와 같이 제작된 절연부재(200)는 롤링 방식으로 권취 및 권출할 수 있는 장점을 가지면서도 동시에 펀칭에 의한 타발 같은 절단 공정을 원활하게 진행할 수 있는 장점을 가지게 된다.
만약 열경화성 페놀 수지 같은 물질을 이용하여 경도를 향상시킨다면 원단을 롤타입으로 취급할 수 없고 평평한 시트 타입(sheet type)으로만 취급하여야 하기 때문에 큰 불편함 또는 문제가 발생할 수 있다.
또 열경화성 페놀 수지는 열과 압력을 주며 경화시키는 과정을 필수적으로 거쳐야 하기 때문에, 공정상 단계가 늘어나는 불이익한 점이 있지만, 본원발명은 그러한 열 경화 과정이 없기 때문에 공정상의 단계가 단순화되어 시간적 비용적으로 현저히 더 유리할 수 있다.
또한, 열경화성 페놀 수지는 악취를 동반하기 때문에 그러한 점도 문제될 수 있다.
보완부재(230)와 몸체부(210)는 각각 0.09T ~ 0.11T의 두께일 수 있다.
또한, 보완부재(230)는 몸체부(210)와 동일한 크기(두께, 둘레)의 원판 형상으로 형성되어 서로 부착됨에 따라 절연부재(200)를 고온 환경에서 절연기능을 유지하면서도 경도를 최적화할 수 있게 한다.
한편, 각형 리튬이온 이차 전지일 경우 보완부재(230)는 몸체부(210)와 동일한 크기의 장방형 판체 형상으로 형성되어 서로 부착되게 형성할 수도 있다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지의 절연부재 제조 방법을 상세히 설명한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지의 절연부재 제조 방법을 흐름에 따라 도시한 흐름도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지의 절연부재 제조 방법은 보완단계(S1), 권취단계(S2) 및 제조단계(S3)를 포함할 수 있다.
도 4에 도시된 바와 같이, 상기 보완단계(S1)는 몸체부(210)의 일측부에 몸체부(210)와 동일한 크기(둘레, 두께)의 보완부재(230)를 부착하는 단계이다.
몸체부(210)는 유리섬유 소재일 수 있고, 보완부재(230)는 폴리에틸렌테레프탈레이트 또는 폴리프로필렌 소재일 수 있다.
보완부재(230)는 접착 테이프(tape) 또는 접착 필름(film) 형상으로 몸체부(210)에 부착될 수 있다.
상기 권취단계(S2)는 몸체부(210)에 경도가 높은 보완부재(230)를 부착하여 권취가 가능하게 된 상태에서 보완부재(230)가 부착된 몸체부(210)을 권취롤 등에 권취하는 단계이다.
이와 같이 권취롤에 몸체부(210)가 권취 가능하게 함에 따라 대량 연속 생산을 가능하게 하여 제조를 쉽게 하는 장점이 있다.
도 5에 도시된 바와 같이, 상기 제조단계(S3)는 권취롤에 권취된 보완부재(230)가 부착된 몸체부(210)를 권출하면서 소정의 형상으로 절단하여 절연부재(200)를 제조하는 단계이다.
소정의 형상은 원형 또는 장방형일 수 있다.
제조단계(S3)에서 절연부재(200)에 관통공(220)이 천공되도록 절단할 수 있다.
제조단계(S3)에서 절연부재(200)의 절단은 펀칭(punching) 등과 같은 절단 장치에 의한 타발을 하여 연속적으로 대량 제조를 쉽고 빠르게 할 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 고온의 환경에서도 절연부재의 절연 기능을 유지하는 효과가 있다.
본 발명에 따르면, 고온의 환경에서도 이차전지의 폭발 또는 파손을 방지하여 이차전지의 활용도를 높이는 효과가 있다.
본 발명에 따르면, 녹는 점이 높은 몸체부와 몸체부에 부착되고 몸체부와 동일한 두께를 갖으며 경도가 높은 보완부재로 절연부재를 형성하여 경도를 강화하는 효과가 있다.
본 발명에 따르면, 절연부재를 유리섬유 소재의 몸체부에 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 또는 폴리프로필렌(PP) 소재의 보완부재를 부착하여 경도를 보완함에 따라 공정성을 높이는 효과가 있다.
본 발명에 따르면, 절연부재를 녹는 점이 높은 유리섬유로 제조하면서 보완부재로 경도를 보완함에 따라 제조 공정에 롤 방식 및 용이한 타발 방식을 적용할 수 있게 하여 제조를 쉽고 빠르고 효과적으로 하는 장점이 있다.
본 발명에 따르면, 절연부재를 몸체부에 보완부재를 부착하여 제조하기 때문에 제조를 쉽게하는 효과가 있다.
이상과 같이 본 발명에 따른 이차전지 및 그 이차전지의 절연부재 제조 방법을 예시된 도면을 참고하여 설명하였으나, 본 발명은 이상에서 설명된 실시예와 도면에 의해 한정되지 않으며, 특허청구범위 내에서 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자들에 의해 다양한 실시가 가능하다.
1: 전극조립체
3: 캔부재
3a: 개구부
100: 탑캡 조립체
200: 절연부재
210: 몸체부
220: 관통공
230: 보완부재
3: 캔부재
3a: 개구부
100: 탑캡 조립체
200: 절연부재
210: 몸체부
220: 관통공
230: 보완부재
Claims (10)
- 전극조립체(1);
개구부(3a)가 형성되며, 내부에 상기 전극조립체(1)를 수용하는 캔부재(3);
상기 캔부재(3)의 개구부를 막는 탑캡 조립체(100); 및
상기 탑캡 조립체(100)와 상기 전극조립체(1)와의 사이에 마련되는 절연부재(200)를 포함하며,
상기 절연부재(200)는,
녹는 점이 840℃ 이상인 소재로 이루어진 몸체부(210); 및
상기 몸체부(210)보다 더 높은 경도를 가지고 상기 몸체부(210)에 부착되어 상기 몸체부(210)의 경도를 보완하는 보완부재(230); 를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지. - 청구항 1에 있어서,
상기 몸체부(210)는 유리섬유(glass fiber)로 이루어진 것을 특징으로 하는 이차전지. - 청구항 1에 있어서,
상기 보완부재(230)는 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 또는 폴리프로필렌(PP)으로 이루어진 것을 특징으로 하는 이차전지. - 청구항 1에 있어서,
상기 보완부재(230)는 접착 테이프(tape) 또는 접착 필름(film)의 형태로 상기 몸체부에 부착되는 것을 특징으로 하는 이차전지. - 청구항 1에 있어서,
상기 몸체부(210)와 상기 보완부재(230)의 두께는 동일한 것을 특징으로 하는 이차전지. - 청구항 1에 있어서,
상기 몸체부(210)와 상기 보완부재(230)는 각각 원판 형상이고 서로 부착되는 것을 특징으로 하는 이차전지. - 몸체부(210)에 보완부재(230)를 부착하는 보완단계(S1);
상기 보완부재(230)가 부착된 상기 몸체부를 권취롤에 권취하는 권취단계(S2);
상기 권취롤에 권취된 상기 몸체부(210)를 권출하면서 절단하여 절연부재(200)를 제조하는 제조단계(S3); 를 포함하고,
상기 보완부재(230)는 상기 몸체부(210)보다 더 높은 경도를 가지고 상기 몸체부(210)에 부착되어 상기 몸체부(210)의 경도를 보완하는 부재인 것을 특징으로 하는 이차전지의 절연부재 제조 방법. - 청구항 7에 있어서,
상기 보완단계(S1)는 소재가 유리섬유인 상기 몸체부(210)에 소재가 폴리에틸렌테레프탈레이트 또는 폴리프로필렌인 상기 보완부재(230)를 부착하는 것을 특징으로 하는 이차전지의 절연부재 제조 방법. - 청구항 7에 있어서,
상기 보완단계(S1)는 접착 테이프(tape) 또는 접착 필름(film) 형상의 상기 보완부재(230)를 상기 몸체부(210)에 부착하는 것을 특징으로 하는 이차전지의 절연부재 제조 방법. - 청구항 7에 있어서,
상기 제조단계(S3)는 상기 보완부재(230)가 부착된 상기 몸체부(210)를 펀칭(punching)으로 절단하여 상기 절연부재(200)를 제조하는 것을 특징으로 하는 이차전지의 절연부재 제조 방법.
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| KR1020170064315A KR102254262B1 (ko) | 2017-05-24 | 2017-05-24 | 이차전지 및 그 이차전지의 절연부재 제조 방법 |
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| KR20180128778A true KR20180128778A (ko) | 2018-12-04 |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2023113436A1 (ko) * | 2021-12-13 | 2023-06-22 | 주식회사 엘지에너지솔루션 | 캡 어셈블리, 이를 포함하는 원통형 이차 전지 및 이를 포함하는 원통형 이차 전지의 제조방법 |
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-
2017
- 2017-05-24 KR KR1020170064315A patent/KR102254262B1/ko active IP Right Grant
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|---|---|
| KR102254262B1 (ko) | 2021-05-21 |
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