KR20200131619A - 전지셀 어셈블리 및 그 제조 방법, 이를 포함하는 전지 모듈 - Google Patents

전지셀 어셈블리 및 그 제조 방법, 이를 포함하는 전지 모듈 Download PDF

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KR20200131619A
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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 전지셀 어셈블리 제조 방법은 복수의 전지셀이 적층되어 있는 전지셀 어셈블리의 제조 방법에 있어서, 일액형 액상 물질을 사용하여 상기 복수의 전지셀 중 서로 이웃하는 전지셀들을 결합하는 단계를 포함하고, 상기 일액형 액상 물질은 스프레이 도포 방식으로 상기 전지셀에 도포된다.

Description

전지셀 어셈블리 및 그 제조 방법, 이를 포함하는 전지 모듈{BATTERY CELL ASSEMBLY, METHOD OF MANUFACTURING THE SAME AND BATTERY MODULE INCLUDING BATTERY CELL ASSEMBLY}
본 발명은 전지셀 어셈블리 및 그 제조 방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로 공정 불량 감소 및 수익성 향상을 위한 전지셀 어셈블리 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
제품군에 따른 적용 용이성이 높고, 높은 에너지 밀도 등의 전기적 특성을 가지는 이차 전지는 휴대용 기기뿐만 아니라 전기적 구동원에 의해 구동하는 전기 자동차 또는 하이브리드 자동차, 전력 저장 장치 등에 보편적으로 응용되고 있다. 이러한 이차 전지는 화석 연료의 사용을 획기적으로 감소시킬 수 있다는 일차적인 장점뿐만 아니라 에너지의 사용에 따른 부산물이 전혀 발생되지 않는다는 점에서 친환경 및 에너지 효율성 제고를 위한 새로운 에너지원으로 주목 받고 있다.
소형 모바일 기기들에는 디바이스 1대당 하나 또는 두서너 개의 전지셀들이 사용됨에 반해, 자동차 등과 같이 중대형 디바이스들에는 고출력 대용량이 필요하다. 따라서, 다수의 전지셀을 전기적으로 연결한 중대형 전지 모듈이 사용된다.
중대형 전지 모듈은 가능하면 작은 크기와 중량으로 제조되는 것이 바람직하므로, 높은 집적도로 적층될 수 있고 용량 대비 중량이 작은 각형 전지, 파우치형 전지 등이 중대형 전지 모듈의 전지셀로서 주로 사용되고 있다. 특히, 알루미늄 라미네이트 시트를 전지 케이스로 사용하는 파우치형 전지가 최근 많은 관심을 모으고 있다.
도 1은 종래의 파우치형 전지를 나타내는 사시도이다. 도 1을 참고하면, 이차 전지(10)는 두 개의 전극 리드(11, 12)가 서로 대향하여 전지 본체(13)의 일단부(14a)와 다른 일단부(14b)로부터 각각 돌출되어 있는 구조로, 전지 케이스(14)에 전극 조립체(미도시)를 수납한 상태로 케이스(14)의 양 단부(14a, 14b)와 이들을 연결하는 양 측면(14c)을 접착함으로써 제조된다.
전지 케이스는 일반적으로 수지층/금속 박막층/수지층의 라미네이트 구조로 이루어져 있으며, 예를 들어, 전지 케이스 표면이 O(oriented)-나일론 층으로 이루어져 있는 경우에는, 중대형 전지 모듈을 형성하기 위하여 다수의 전지셀들을 적층할 때, 외부 충격에 의해 쉽게 미끄러지는 경향이 있다. 따라서, 이를 방지하고 전지셀들의 안정적인 적층 구조를 유지하기 위해, 전지 케이스의 표면에 양면 테이프 등의 점착식 접착제 또는 접착시 화학 반응에 의해 결합되는 화학 접착제 등의 접착 부재를 부착하고 전지셀들을 적층하여 중대형 전지 모듈을 형성한다.
하지만, 이러한 유형의 접착 부재는 장기간 사용시 접착 성분이 열화되어 접착력이 크게 저하될 수 있다. 또한, 양면 테이프는 전사가 되지 않거나 늘어지는 문제 등 불량이 발생하여 공정 중에 지속적인 관리가 필요하며, 단가가 높아 수익성이 저하되고 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 양면 테이프를 대체할 수 있는 일액형 액상 물질을 사용함으로써, 공정 불량 감소 및 수익성을 향상시킬 수 있는 전지셀 어셈블리 및 그 제조 방법을 제공하기 위한 것이다.
그러나, 본 발명의 실시예들이 해결하고자 하는 과제는 상술한 과제에 한정되지 않고 본 발명에 포함된 기술적 사상의 범위에서 다양하게 확장될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전지셀 어셈블리는 일방향으로 적층되어 있는 복수의 전지셀을 포함하고, 상기 복수의 전지셀 중 서로 이웃하는 전지셀들은 일액형 물질로 결합되어 있으며, 상기 일액형 물질은 알코올계 물질 또는 수성계 물질이다.
상기 일액형 물질은 상기 전지셀 일면에 적어도 2개의 서로 평행한 패턴부를 포함할 수 있다.
상기 일액형 물질은 물리적으로 분리시키거나 화학 물질을 사용하여 분리될 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따른 전지 모듈은 앞에서 설명한 전지셀 어셈블리를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따른 전지셀 어셈블리 제조 방법은 일방향으로 적층되어 있는 복수의 전지셀 중 서로 이웃하는 전지셀들을 일액형 액상 물질을 사용하여 결합하는 단계를 포함하고, 상기 일액형 액상 물질은 스프레이 도포 방식으로 상기 전지셀에 도포된다.
상기 일액형 액상 물질은 일액형 액상 접착제 또는 일액형 액상 점착제이고, 상기 일액형 액상 접착제는 알코올계 접착제이고, 상기 일액형 액상 점착제는 수성계 점착제일 수 있다.
상기 일액형 액상 물질을 사용하여 상기 전지셀들을 결합하는 단계는, 상기 전지셀 하단에서 스프레이 밸브가 상기 전지셀을 향하여 상기 일액형 액상 물질을 분사하여 상기 전지셀의 하부면에 상기 일액형 액상 물질이 도포될 수 있다.
상기 일액형 액상 물질을 사용하여 상기 전지셀들을 결합하는 단계는, 상기 전지셀이 컨베이어에 의해 스프레이 스테이션으로 자동 이송되는 단계, 및 상기 전지셀이 고정된 상태에서 상기 스프레이 밸브가 움직이면서 상기 일액형 액상 물질이 상기 전지셀의 하부면에 분사되는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 전지셀 어셈블리 제조 방법은 상기 전지셀의 상부면을 픽업하여 상기 복수의 전지셀이 적층되도록 하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 일액형 액상 물질이 수성계 점착제인 경우, 상기 일액형 액상 물질이 도포된 전지셀이 상기 컨베이어에 의해 건조 스테이션으로 자동 이송된 후 상기 일액형 액상 물질을 건조하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 일액형 액상 물질을 건조하는 단계에서 건조 조건은, 상기 전지셀의 표면 온도가 상기 전지셀의 구동 온도보다 낮도록 설정할 수 있다.
상기 일액형 액상 물질을 건조하는 단계는 열풍 또는 자외선 조사 방법을 사용할 수 있다.
실시예들에 따르면, 양면 테이프를 일액형 액상 물질로 대체하여 기존에 양면 테이프를 사용함에 따른 불량을 감소시킬 수 있다.
또, 기존과 달리 전지셀의 하부면을 향해 일액형 액상 물질을 분사함으로써, 공정상의 공간 활용도를 높이고, 타 기구물과의 간섭을 제거할 수 있다.
또, 일액형 액상 물질을 사용함으로써 이액형 액상 접착제에 필요한 원액과 경화제의 혼합 공정을 삭제하여 비용을 절감할 수 있다.
또, 액상 물질을 사용함으로써 전지셀의 폭에 따라 다양한 패턴을 갖는 접착 형상을 구현할 수 있다.
도 1은 종래의 파우치형 전지를 나타내는 사시도이다.
도 2 내지 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 전지셀 어셈블리 제조 방법을 나타내는 도면들이다.
도 7은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 전지셀 어셈블리를 나타내는 사시도이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 여러 실시예들에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예들에 한정되지 않는다.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.
또한, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다. 도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 그리고 도면에서, 설명의 편의를 위해, 일부 층 및 영역의 두께를 과장되게 나타내었다.
또한, 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 또는 "상에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다. 또한, 기준이 되는 부분 "위에" 또는 "상에" 있다고 하는 것은 기준이 되는 부분의 위 또는 아래에 위치하는 것이고, 반드시 중력 반대 방향을 향하여 "위에" 또는 "상에" 위치하는 것을 의미하는 것은 아니다.
또한, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
또한, 명세서 전체에서, "평면상"이라 할 때, 이는 대상 부분을 위에서 보았을 때를 의미하며, "단면상"이라 할 때, 이는 대상 부분을 수직으로 자른 단면을 옆에서 보았을 때를 의미한다.
도 2 내지 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 전지셀 어셈블리 제조 방법을 나타내는 도면들이다.
도 2를 참고하면, 본 실시예에 따른 전지셀(100)은 서로 다른 극성을 갖는 두 개의 전극 리드(110, 120)가 서로 대향하여 전지 본체의 일단부와 다른 일단부로부터 각각 돌출되어 있는 구조로, 전지 케이스에 전극 조립체를 수납한 상태로 전지 케이스의 양 단부와 이들을 연결하는 양 측면을 접착함으로써 제조된다. 전지 케이스는 일반적으로 수지층/금속 박막층/수지층의 라미네이트 구조로 이루어져 있다.
본 실시예에 따른 전지셀 어셈블리 제조 방법은 전지셀(100)이 컨베이어에 의해 스프레이 스테이션(500)으로 자동 이송되는 단계를 포함할 수 있다. 여기서 컨베이어는 일정한 거리 사이를 자동으로 연속 운반하는 기계 장치이며, 예시로 벨트 컨베이어 또는 롤러 컨베이어가 사용될 수 있다. 컨베이어는 일반적으로 잘 알려진 기계 장치이므로 도시를 생략하기로 한다.
스프레이 스테이션(500)으로 이송되어온 전지셀(100)은 그 위치가 고정된 상태에서 스프레이 밸브(310)가 기설정된 입력 좌표값에 따라 움직일 수 있다. 이때, 스프레이 밸브(310)는 전지셀(100)의 하단에서 전지셀(100)을 향하여 접착제(300)를 분사하고, 전지셀의 하부면(100L)에 액상 물질(300)이 도포되도록 할 수 있다. 일반적인 스프레이 공정에서는, 스프레이에서 분사된 물질이 도달하는 대상물의 상부에서 하부에 위치하는 상기 대상물을 향해 분사가 되는 방식이나, 본 실시예에서는 기존 대비하여 분사 방향이 반대가 되어 공정상의 공정 활용도를 높이고 타 기구물과의 간섭을 제거하는 장점이 있다.
일례로 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 양극 리드(120)에 인접한 전지셀의 하부면(100L)으로부터 음극 리드(110)의 전지셀 하부면(100L)을 향해 스프레이 밸브(310)가 이동하면서 액상 물질(300)을 분사할 수 있다. 스프레이 밸브(310)는 전지셀(100)의 폭에 따라 원형 패턴 스프레이(circle pattern spray) 또는 팬 패턴 스프레이(fan pattern spray) 등을 사용할 수 있다.
본 실시예에 따른 액상 물질(300)은 일액형 액상 물질을 사용하는데, 일액형 액상 물질은 일액형 액상 접착제 또는 일액형 액상 점착제를 사용할 수 있다. 이때, 일액형 액상 접착제는 알코올계 접착제를 사용하고, 일액형 액상 점착제는 수성계 접착제일 수 있다. 알코올계 접착제는 초기 경화가 빠르고, 화학 물질을 사용하여 이웃하는 전지셀을 떼어낼 수 있으며, 떼어낸 후에도 접착 특성이 유지될 수 있다. 수성계 점착제는 친환경 소재이고, 물리적인 힘으로 이웃하는 전지셀을 떼어낼 수 있으며, 때어낸 후에도 점착 특성이 유지될 수 있다.
도 4를 참고하면, 본 실시예에 따른 일액형 액상 물질(300)이 수성계 점착제인 경우, 액상 물질(300)이 도포된 전지셀(100)이 컨베이어에 의해 건조 스테이션(600)으로 자동 이송된 후 액상 물질(300)을 건조하는 단계를 더 포함할 수 있다. 본 실시예에서 액상 물질(300)을 건조하기 위해 열풍 건조 장치에 의한 열풍(610)을 사용하였으나, 자외선 조사 방법을 사용할 수도 있다. 액상 물질(300)을 건조하는 단계에서 건조 조건은, 전지셀의 표면 온도가 전지셀의 구동 온도보다 낮도록 설정하는 것이 바람직하다.
다른 실시예로서, 일액형 액상 물질(300)이 알코올계 접착제인 경우에는 별도의 경화 과정이 불필요하므로 상기에서 설명한 건조 과정을 생략할 수 있다.
도 5 및 도 6을 참고하면, 본 실시예에 따른 전지셀 어셈블리 제조 방법은 전지셀(100)의 상부면을 픽업하여 복수의 전지셀이 적층되도록 하는 단계를 더 포함할 수 있다. 전지셀(100)의 상부면은 액상 물질(300)이 형성되는 전지셀의 하부면(100L)에 대응하는 면이고, 액상 물질(300)이 형성되지 않는 면일 수 있다. 본 실시예에 따른 전지셀 어셈블리는 제1 전지셀(100a), 제1 전지셀(100a) 위에 일액형 액상 물질(300)에 의해 접착되어 있는 제2 전지셀(100b) 및 제2 전지셀(100b) 위에 적층되는 제3 전지셀(100c)을 포함할 수 있다. 이처럼 복수의 전지셀이 적층되어 전지셀 어셈블리를 형성하고, 복수의 전지셀의 전극 리드들이 전기적으로 연결될 수 있다.
전지셀(100)의 상부면을 픽업하기 위해 픽업 로봇(400)이 사용될 수 있다. 픽업 로봇(400)에는 기설정된 좌표값이 입력되어 전지셀(100)의 상부면을 안정적으로 픽업하여 이웃하는 전지셀에 접착할 수 있도록 적층 공정을 수행할 수 있다.
이상과 같은 본 실시예에 따른 전지셀 어셈블리 제조 방법에 따르면 기존의 양면 테이프의 미전사 또는 테이프의 늘어짐으로 발생되는 고형분 덩어리를 제거할 수 있다.
도 7은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 전지셀 어셈블리를 사시도이다.
도 7을 참고하면, 본 실시예에 따른 전지셀(100)은 두 개의 전극 리드(110, 120)가 서로 대향하여 전지 본체(13)의 일단부(140a)와 다른 일단부(140b)로부터 각각 돌출되어 있는 구조로, 전지 케이스(140)에 전극 조립체(미도시)를 수납한 상태로 전지 케이스(140)의 양 단부(140a, 140b)와 이들을 연결하는 양 측면(140c)을 접착함으로써 제조될 수 있다. 이후 도 2 내지 도 6에서 설명한 방법에 따라 전지셀(100)의 하부면에 액상 물질(300)이 형성되도록 할 수 있다.
도 7에 도시된 도면은 일액형 액상 물질을 사용하여 전지셀(100)의 하부면에 일액형 액상 물질(300)을 형성한 후 뒤집어 놓은 모습일 수 있다. 앞에서 설명한 실시예에 따른 제조 방법에 의하면 전지셀(100)의 일방향으로 길게 뻗은 하나의 액상 물질(300) 패턴을 형성할 수도 있으나, 변형 실시예로 다음에서 설명하는 바와 같이 다양한 패턴을 갖는 액상 물질(300) 형상을 구현할 수도 있다.
이때, 본 실시예에 따르면 도 7에 도시한 바와 같이, 스프레이 방식에 따른 도포 형상을 변경하여 "ㄷ"자 형상의 액상 물질(300) 패턴을 형성할 수도 있다. 이것은 도포 형상의 한 예이고, 본 실시예에 따른 액상 물질(300)은 일액형 액상 물질로 형성할 수 있으며, 일액형 액상 물질은 전지셀(100) 일면에 적어도 2개의 서로 평행한 패턴부를 형성할 수 있다. "ㄷ"자 형상 외에도 전지셀의 폭에 따라 다양한 패턴을 갖는 액상 물질(300) 형상을 구현할 수 있다. 액상 물질(300)은 건조 또는 경화 이후에, 이웃하는 전지셀(100) 간의 접착층이 된다.
앞에서 설명한 다양한 실시예에 따른 전지셀 어셈블리는, 버스바, 버스바 프레임 및 케이스 등과 결합하여 전지 모듈을 형성할 수 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
100: 전지셀
300: 일액형 액상 물질
310: 스프레이 밸브
400: 픽업 로봇
600: 건조 스테이션

Claims (12)

  1. 일방향으로 적층되어 있는 복수의 전지셀을 포함하고, 상기 복수의 전지셀 중 서로 이웃하는 전지셀들은 일액형 물질로 결합되어 있으며,
    상기 일액형 물질은 알코올계 물질 또는 수성계 물질인 전지셀 어셈블리.
  2. 제1항에서,
    상기 일액형 물질은 상기 전지셀 일면에 적어도 2개의 서로 평행한 패턴부를 포함하는 전지셀 어셈블리.
  3. 제1항에서,
    상기 일액형 물질은 물리적으로 분리시키거나 화학 물질을 사용하여 분리되는 전지셀 어셈블리.
  4. 복수의 전지셀이 적층되어 있는 전지셀 어셈블리의 제조 방법에 있어서,
    일액형 액상 물질을 사용하여 상기 복수의 전지셀 중 서로 이웃하는 전지셀들을 결합하는 단계를 포함하고,
    상기 일액형 액상 물질은 스프레이 도포 방식으로 상기 전지셀에 도포되는 전지셀 어셈블리 제조 방법.
  5. 제4항에서,
    상기 일액형 액상 물질은 일액형 액상 접착제 또는 일액형 액상 점착제이고, 상기 일액형 액상 접착제는 알코올계 접착제이고, 상기 일액형 액상 점착제는 수성계 점착제인 전지셀 어셈블리 제조 방법.
  6. 제4항에서,
    상기 일액형 액상 물질을 사용하여 상기 전지셀들을 결합하는 단계는, 상기 전지셀 하단에서 스프레이 밸브가 상기 전지셀을 향하여 상기 일액형 액상 물질을 분사하여 상기 전지셀의 하부면에 상기 일액형 액상 물질이 도포되는 전지셀 어셈블리 제조 방법.
  7. 제6항에서,
    상기 일액형 액상 물질을 사용하여 상기 전지셀들을 결합하는 단계는,
    상기 전지셀이 컨베이어에 의해 스프레이 스테이션으로 자동 이송되는 단계, 및
    상기 전지셀이 고정된 상태에서 상기 스프레이 밸브가 움직이면서 상기 일액형 액상 물질이 상기 전지셀의 하부면에 분사되는 단계를 더 포함하는 전지셀 어셈블리 제조 방법.
  8. 제7항에서,
    상기 전지셀의 상부면을 픽업하여 상기 복수의 전지셀이 적층되도록 하는 단계를 더 포함하는 전지셀 어셈블리 제조 방법.
  9. 제7항에서,
    상기 일액형 액상 물질이 수성계 점착제인 경우, 상기 일액형 액상 물질이 도포된 전지셀이 상기 컨베이어에 의해 건조 스테이션으로 자동 이송된 후 상기 일액형 액상 물질을 건조하는 단계를 더 포함하는 전지셀 어셈블리 제조 방법.
  10. 제9항에서,
    상기 일액형 액상 물질을 건조하는 단계에서 건조 조건은, 상기 전지셀의 표면 온도가 상기 전지셀의 구동 온도보다 낮도록 설정하는 전지셀 어셈블리 제조 방법.
  11. 제9항에서,
    상기 일액형 액상 물질을 건조하는 단계는 열풍 또는 자외선 조사 방법을 사용하는 전지셀 어셈블리 제조 방법.
  12. 제1항에 따른 전지셀 어셈블리를 포함하는 전지 모듈.
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