KR20210008625A - 완충 부재를 포함하는 셀 지그 및 이를 이용한 전지셀 활성화 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 서로 대면하는 제1 및 제2 판상형 부재; 및 아래쪽 방향으로 순차적으로 좁아지는 병목 구조를 형성하면서, 상기 제1 및 제2 판상형 부재의 하부를 지지하는 하부 지지 부재;를 포함하며, 상기 제1 및 제2 판상형 부재에는, 각 부재가 서로 마주하는 면에 형성된 볼록 곡면이 반복되는 형상의 완충 부재를 포함하는 셀 지그 및 이를 이용한 셀 활성화 방법에 관한 것으로, 상기 셀 지그는 전지셀의 수납 및 탈거가 용이하며, 셀 활성화 공정시 전지셀의 두께 변화시 외관 불량을 효과적으로 방지한다.

Description

완충 부재를 포함하는 셀 지그 및 이를 이용한 전지셀 활성화 방법{CELL JIG HAVING BUFFERING MEMBERS AND ACTIVATING METHOD FOR BATTER CELL USING THE SAME}
본 발명은 셀 지그 및 이를 이용한 전지셀 활성화 방법에 관한 것으로, 전지셀에 대한 활성화 공정 동안 전지셀의 손상을 방지하는 셀 지그 및 이를 이용한 전지셀 활성화 방법에 관한 것이다.
화석연료의 고갈에 의한 에너지원의 가격이 상승하고, 환경오염에 대한 관심이 증폭되면서 친환경 대체 에너지원에 대한 요구가 증가하고 있다. 특히, 모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라, 에너지원으로서 이차전지에 대해 수요가 급격히 증가하고 있다.
이차 전지의 형태와 관련해서, 얇은 두께로 휴대폰 등과 같은 모바일 제품들에 적용될 수 있다는 점에서 파우치형 이차전지 내지 각형 이차전지에 대한 수요가 높다. 최근에는 파우치형 이차전지에 대한 수요가 점차 증가하는 추세이다. 파우치형 이차전지는, 전지의 물성이 우수하면서 제조 단가 및 중량이 상대적으로 낮고, 형태 변형이 용이하다는 점에서 활용 범위가 넓어지고 있다.
이러한 파우치형 이차전지는 알루미늄 라미네이트 시트로 형성된 파우치 형태의 전지케이스에 스택형 또는 스택/폴딩형 전극조립체를 내장한 구조이다. 구체적으로, 파우치형 이차전지는 양극, 분리막 및 음극이 순차 적층된 스택형 또는 스택-폴딩형 전극조립체가 전지케이스 내부에 수납된다. 양극 및 음극은 각각 전극 탭들에 의하여 전기적으로 연결되고, 전극 탭들은 외부로 인출되는 전극 리드와 연결된다. 상기 전극 탭 및 전극 리드가 연결된 전극조립체를 파우치 형태의 전지케이스에 수납한 다음 전해액을 주입하고. 전극 리드의 일부가 외부로 노출된 상태에서 전지케이스를 밀봉하여 파우치형 이차전지를 제조한다. 한편, 파우치형 전지셀의 전지케이스는 파우치 형태 이루어진다. 파우치 형태의 전지케이스는 가공이 용이하며, 전극조립체의 크기나 형태에 따른 제약이 적고, 전지셀 내부 공간을 효율적으로 사용할 수 있다. 따라서, 파우치형 이차전지는 에너지 밀도가 높으며, 다양한 형태로 가공이 가능하며, 최근에는 전기 자동차용 동력원으로도 적용되고 있다.
일반적인 리튬 이차전지는 전지의 제조과정에서 활성화 과정을 거치게 된다. 상기 활성화 과정은 전해액이 함침되어 있는 전극조립체에 소정의 전압까지 전류를 인가하는 과정으로 진행된다. 이러한 활성화를 위한 초기 충방전 과정에서 전극의 표면에 보호 피막이 형성되고 전해액의 일부가 분해되면서 다량의 가스가 발생한다. 이에 대해, 파우치형 이차전지는 밀봉된 상태에서 활성화 공정이 진행되며, 활성화 공정을 진행하는 도중 발생한 가스로 인해 전지셀이 부풀어 오르는 스웰링 현상이 나타난다. 따라서, 파우치형 이차전지는 활성화 공정 후에 별도의 탈기 공정을 거치면서 내부의 가스를 배출한 후 다시 밀봉 과정을 거치게 된다.
한편, 파우치형 이차전지는 셀 지그에 수납된 상태에서 충방전을 통한 활성화 공정을 거치게 된다. 그러나, 파우치형 이차전지는 활성화 공정 중 셀 내부에서 가스가 발생하고, 이는 셀의 두께 변화를 유발한다. 종래의 셀 지그는 활성화 공정 중 파우치형 전지셀이 팽창함에 따라 외관에 찍힘 등 불량을 유발하게 된다. 또한, 활성화 공정을 마치고 가스 제거 고정(degas) 공정을 실시하기 위해 전지셀들을 이송하는 도중에 외부 충격에 의해 전지들이 셀 지그로부터 이탈되거나, 셀 지그의 유격으로 인해 셀의 외관이 손상되거나 내부 구성들이 손상되는 불량이 발생할 수 있다.
한국공개특허 제2018-0007854호 한국공개특허 제2018-0038181호
본 발명은 종래의 셀 지그의 단점을 개선한 것으로서, 전지셀에 대한 활성화 공정 동안 전지셀의 손상을 방지하는 셀 지그 및 이를 이용한 전지셀 활성화 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 셀 지그는,
지면과 수직하는 방향으로 위치하는 제1 판상형 부재;
제1 판상형 부재와 일정 거리가 이격되어 평행하게 대면하는 제2 판상형 부재; 및
이격 거리가 아래쪽 방향으로 순차적으로 좁아지는 병목 구조를 형성하면서, 상기 제1 및 제2 판상형 부재의 하부를 지지하는 하부 지지 부재;를 포함한다. 또한, 상기 제1 및 제2 판상형 부재는, 각 부재가 서로 마주하는 면에 형성된 볼록 곡면이 반복되는 형상의 완충 부재를 포함한다.
하나의 예에서, 상기 제1 및 제2 판상형 부재에 형성된 완충 부재는, 단면 형상을 기준으로, 일정 각도로 아래쪽을 향하도록 배향된 형태이다. 구체적으로, 완충 부재가 아래쪽을 향하도록 배향되는 각도는, 완충 부재의 중심선이 제1 또는 제2 판상형 부재와 이루는 각이 예각인 범위 내에서 조정된다. 예를 들어, 완충 부재가 아래쪽을 향하도록 배향되는 각도는, 완충 부재의 중심선이 제1 또는 제2 판상형 부재와 이루는 각이 30도 내지 80도 범위인 제1 각도 범위; 및 완충 부재의 중심선이 제1 또는 제2 판상형 부재와 이루는 각이 5도 내지 25도 범위인 제2 각도 범위;를 포함하며, 상기 완충 부재는 제1 및 제2 각도 범위 사이를 스위칭하는 구조이다.
또 다른 하나의 예에서, 상기 완충 부재는 탄성 부재로 형성된 구조이다. 구체적인 예에서, 상기 완충 부재는, 금속 또는 탄성 수지로 형성되고, 볼록 곡면을 형성하도록 굴곡된 판상형 블레이드가 반복되는 구조이다.
또 다른 하나의 예에서, 상기 셀 지그는, 단면 형상을 기준으로, 제1 또는 제2 판상형 부재로부터 돌출된 선형 구조이되 그 끝단은 아래쪽을 향하도록 배향된 형태인 보조 완충 부재를 더 포함한다. 구체적으로, 상기 보조 완충 부재는 제1 및 제2 판상형 부재가 서로 마주하는 각 면의 하단부에 형성되되, 보조 완충 부재의 돌출된 선형 구조는 하부 지지 부재의 병목 구조를 덮는 형태이다. 구체적인 예에서, 상기 보조 완충 부재는 탄성 부재로 형성된 구조이다.
하나의 예에서, 본 발명에 따른 셀 지그는, 제1 및 제2 판상형 부재에 의해 구획되는 공간의 좌우 측면에 형성된 좌측 및 우측 측벽을 더 포함하며, 상기 좌측 및 우측 측벽들 중 어느 하나 이상은 상하 방향으로 슬릿이 형성된 구조이다. 상기 슬릿은, 파우치형 전지가 장착되는 경우, 상기 전지의 전극 리드를 수납하는 공간으로 활용된다.
또 다른 하나의 예에서, 제1 및 제2 판상형 부재는 n회(n은 2 이상의 정수) 교대 적층된 구조이고, 각 제1 및 제2 판상형 부재에는, 각 부재가 서로 마주하는 면에 형성된 볼록 곡면이 반복되는 형상의 완충 부재를 포함한다. 상기 제1 및 제2 판상형 부재가 교대 적층된 횟수(n)는 2 내지 10,000 또는 5 내지 1,000 범위이며, 이는 전지 제조 설비의 용량 내지 활성화 공정을 수행하는 대상 셀의 수 등에 따라 결정된다.
하나의 예에서, 상기 셀 지그에 거치되는 셀은 파우치형 전지셀이다.
또한, 본 발명은 앞서 설명한 셀 지그를 이용한 셀 활성화 방법을 제공한다.
하나의 예에서, 상기 셀 지그에 파우치형 전지셀이 거치된 상태에서 셀 활성화 공정을 수행된다.
본 발명에 따른 셀 지그는, 전지셀의 수납 및 탈거가 용이하며, 전지셀의 두께 변화시 외관 불량을 효과적으로 방지하고 셀 활성화 공정에 효과적으로 적용 가능하다.
도 1은 파우치형 전지셀의 구조를 모식적으로 나타낸 것이다.
도 2는 종래의 셀 지그에 파우치형 전지셀을 수납한 상태를 모식적으로 나타낸 정면도이다.
도 3은 종래의 셀 지그에 파우치형 전지셀을 수납한 상태를 모식적으로 나타낸 측면도이다.
도 4는 종래의 셀 지그에 파우치형 전지셀을 수납한 상태를 모식적으로 나타낸 평면도이다.
도 5는 종래의 셀 지그를 이용하여 셀 활성화 공정을 거친 파우치형 전지셀을 관찰한 사진이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 셀 지그에 파우치형 전지셀을 수납한 상태를 모식적으로 나타낸 사시도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 셀 지그에 파우치형 전지셀을 수납한 상태를 모식적으로 나타낸 측면도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 셀 지그에 파우치형 전지셀을 수납한 상태를 모식적으로 나타낸 평면도이다.
도 9 및 10은 각각 본 발명의 일 실시예에 따른 셀 지그에 파우치형 전지셀을 수납한 상태를 나타낸 모식도들이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
각 도면을 설명하면서 유사한 참조 부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 첨부된 도면에 있어서, 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 위하여 실제보다 확대하여 도시한 것이다. 다양한 구성요소들을 설명하는 데 사용된 용어들은 이해를 돕기 위한 것이며, 상기 구성요소들이 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소가 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 발명의 명세서 전체에서 사용되는, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하 본 발명을 자세히 설명한다.
본 발명에 따른 셀 지그는, 지면과 수직하는 방향으로 위치하는 제1 판상형 부재; 제1 판상형 부재와 일정 거리가 이격되어 평행하게 대면하는 제2 판상형 부재; 및 이격 거리가 아래쪽 방향으로 순차적으로 좁아지는 병목 구조를 형성하면서, 상기 제1 및 제2 판상형 부재의 하부를 지지하는 하부 지지 부재;를 포함하며, 상기 제1 및 제2 판상형 부재는, 각 부재가 서로 마주하는 각 면에 형성된 볼록 곡면이 반복되는 형상의 완충 부재를 포함한다.
본 발명은 전지셀의 활성화 공정에 사용되는 셀 지그에 관한 것이다. 구체적으로는 종래의 활성화 공정에 적용되는 셀 지그와 대비하여, 본 발명에 따른 셀 지그는 활성화 공정 중 충방전에 의한 셀의 팽창에도 찍힘 내지 눌림을 방지하고, 셀 지그로부터 이탈 및 탈거 불량 등의 문제가 발생하지 않는 셀 지그를 제공한다. 본 발명에 따른 셀 지그는 전지셀, 특히 파우치형 전지셀을 수납할 수 있으며, 전지 제조 공정 중 셀의 활성화, 검사, 조립 및 출하 공정에 이르기까지 활용 가능하다.
도 1을 참조하면, 활성화 공정 전 조립된 파우치형 전지셀(10)은 전지케이스 내부에 전극조립체을 수납하고 있으며, 전극조립체에 연결된 전극 리드(12, 13)가 전지케이스의 외부로 인출되어 있다. 이 상태에서 전극조립체 외주변의 전지케이스 잉여부를 실링하여 파우치형 전지셀(10)을 제조하게 된다. 이때 전지케이스의 실링부(14)는 전극조립체 수납 범위(11)보다 두께가 얇으며, 그로 인해 파우치형 전지셀(10)은 전극조립체 수납 범위(11)와 실링부(14) 사이에 단차가 발생하게 된다.
제조된 전지셀(10)은 활성화 공정을 위해 셀 지그에 수납된다. 활성화 공정 중에는 셀의 충방전이 이루어지며, 이때 밀봉된 셀 내부에서 부반응에 의한 가스가 발생한다. 이 가스로 인하여 전지케이스가 부풀어 오르는 스웰링 현상이 나타나게 된다. 활성화 공정에 사용되는 셀 지그는 파우치형 전지셀의 두께 변화에 대응할 수 있어야 한다. 셀 지그에 수납된 셀의 두께가 변화함에 따라, 눌림, 찍힘, 트레이 이탈 등 다양한 불량이 발생할 수 있다.
도 2 내지 4는 종래의 셀 지그에 전지셀이 수납된 형태를 나타낸 도면들이다. 도 2를 참조하면, 도 1에 도시한 파우치형 전지셀(10)이 종래의 셀 지그(100)에 수납되어 있다. 파우치형 전지셀(10)은 지면과 수직 방향으로 셀 지그(100)에 수납되어 거치되며, 제1 및 제2 전극 리드(12, 13)는 각각 좌우 측면으로 돌출된 상태이다. 셀 지그(100)의 높이는 대략 파우치형 전지셀(10)의 전극조립체 수납 범위(11)의 중간 정도이다.
도 3은 파우치형 전지셀(10)이 종래의 셀 지그(100)에 수납된 상태를 측면에서 바라본 단면도이다. 셀 지그(100)는 상부가 개방된 구조이고, 2장의 판상형 부재(110)가 서로 이격되어 대면하는 상태로 파우치형 전지셀(10)이 수납되어 거치되는 수납부를 형성한다. 상기 수납부는 파우치형 전지셀(10)의 외형에 대응하는 형태이며, 아래쪽은 좁은 폭의 이격 거리를 가지는 구조이다. 상기 수납부의 아래쪽에 형성된 좁은 폭은 전지케이스의 실링부(14)를 수납하기 위한 것이다.
도 4는 종래의 셀 지그(100)에 파우치형 전지셀(10)이 수납된 상태를 위에서 바라본 평면도이다. 셀 지그(100)는 2장의 판상형 부재(110)가 이격되어 배치되고, 상부는 개방된 형태이다. 상기 셀 지그(100)의 개방된 상부를 통해 파우치형 전지셀(10)이 수납되어 거치된다. 2장의 판상형 부재(110)가 이격된 거리는 파우치형 전지셀(10)의 전극조립체가 수납된 두꺼운 부분의 두께에 대응한다. 또한, 상기 셀 지그(100)의 좌우 측면에는 파우치형 전지셀(10)의 전극 리드(12, 13)가 돌출되도록 슬릿이 형성된 구조이다.
상기 도 2 내지 4에 도시된 바와 같이, 종래의 셀 지그(100)는 파우치형 전지셀(10)의 외주면 형태에 대응하는 홈 형태의 장착부를 구비하고 있다. 그러나, 활성화 공정은 섭씨 65도 이상의 고온으로 진행되며, 이 과정에서 전지셀 내부에서 가스가 발생하여, 전지셀이 팽창하는 스웰링 현상이 나타난다. 종래의 셀 지그(100)를 이용하여, 셀의 활성화 공정을 진행하게 되면, 전지셀 외관에 찍힘 또는 눌림 현상에 의한 외관 불량이 발생하게 된다.
도 5는 종래의 셀 지그(100)를 이용하여 셀 활성화 공정을 거친 파우치형 전지셀을 촬영한 사진이다. 도 5를 참조하면, 파우치형 전지셀의 전극조립체가 수납된 영역의 모서리 부분에 찍힘 현상이 관찰됨을 알 수 있다. 구체적으로, 11.95 mm의 파우치형 전지셀에 대한 활성화 공정을 진행하면, 전지셀의 두께는 최대 15.72 mm까지 늘어나게 되며, 이는 약 30% 이상 두께가 증가하는 것을 의미한다. 이러한 파우치형 전지셀의 두께 증가 과정에서, 셀 외관에 찍힘 또는 눌림 현상에 의한 외관 불량이 발생하게 된 것이다.
본 발명에 따른 셀 지그는 상기한 문제를 극복하기 위한 것으로, 파우치형 전지셀의 활성화 공정에 효과적으로 적용 가능하다. 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 셀 지그에 파우치형 전지셀이 장착된 형태를 도시한 모식도이다. 도 6을 참조하면, 상기 셀 지그(200)에는 지면과 수직하는 방향으로 파우치형 전지셀(10)이 삽입되어 거치된다. 상기 파우치형 전지셀(10)의 제1 및 제2 전극 리드(12, 13)는 각각 좌우 방향으로 돌출된 구조이다. 또한, 상기 셀 지그(200)의 제1 및 제2 판상형 부재는 파우치형 전지셀(10)의 전극 조립체가 수납된 범위를 커버하는 높이로 형성된다. 또한, 상기 파우치형 전지셀(10)을 감싸는 전지케이스의 일측 실링부(14)는 셀 지그(200) 위쪽으로 노출되어 돌출된 형태이다.
도 7은 파우치형 전지셀(10)이 본 발명의 하나의 실시예에 따른 셀 지그(200)에 수납된 상태를 측면에서 바라본 단면도이다. 셀 지그(200)는 상부가 개방된 구조이고, 2장의 판상형 부재(210, 220)가 서로 이격되어 대면하는 상태로 파우치형 전지셀(10)이 수납되어 거치되는 수납부를 형성한다. 구체적으로, 상기 셀 지그(200)는 지면과 수직하는 방향으로 위치하는 제1 판상형 부재(210), 및 제1 판상형 부재(210)와 일정 거리가 이격되어 평행하게 대면하는 제2 판상형 부재(220)를 포함한다. 셀 지그(200) 수납부의 아래쪽은 제1 및 제2 판상형 부재(210, 220)의 하부를 지지하는 하부 지지 부재(230)가 형성된 구조이다. 상기 하부 지지 부재(230)는 이격 거리가 아래쪽 방향으로 순차적으로 좁아지는 병목 구조를 형성한다. 또한, 제1 및 제2 판상형 부재(210, 220)는, 각 부재가 서로 마주하는 면에 형성된 볼록 곡면이 반복되는 형상의 완충 부재(211, 221)를 포함한다. 상기 제1 및 제2 판상형 부재(210, 220)에 각각 형성된 완충 부재(211, 221)는, 단면 형상을 기준으로, 일정 각도로 아래쪽을 향하도록 배향된 형태이다. 또한, 제1 및 제2 판상형 부재(210, 220)의 아래쪽에는, 단면 형상을 기준으로, 제1 및 제2 판상형 부재로부터 각각 돌출된 선형 구조이되 그 끝단은 아래쪽을 향하도록 배향된 형태인 보조 완충 부재(231, 232)가 형성된 구조이다. 상기 보조 완충 부재(231, 232)는 제1 및 제2 판상형 부재(210, 220)가 서로 마주하는 각 면의 하단부에 형성되되, 보조 완충 부재(231, 232)의 돌출된 선형 구조는 하부 지지 부재(230)의 병목 구조를 덮는 형태이다.
도 8은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 셀 지그(200)에 파우치형 전지셀(10)이 수납된 상태를 위에서 바라본 평면도이다. 셀 지그(200)는 2장의 판상형 부재(210, 220)가 서로 이격되어 배치되고, 상부는 개방된 형태이다. 상기 셀 지그(200)의 개방된 상부를 통해 파우치형 전지셀(10)이 수납되어 거치된다. 2장의 판상형 부재(210, 220)가 이격된 거리는 파우치형 전지셀(10)의 전극조립체가 수납된 두꺼운 부분의 두께보다 넓다. 각 판상형 부재(210, 220)와 파우치형 전지셀(10) 사이에는 이격된 거리가 있으며, 이러한 이격된 거리는 완충 부재에 의해 충진된다. 또한, 상기 셀 지그(200)는 제1 및 제2 판상형 부재(210, 220)에 의해 구획되는 공간의 좌우 측면에 형성된 좌측 및 우측 측벽을 더 포함하며, 상기 좌측 및 우측 측벽들 중 어느 하나 이상은 상하 방향으로 슬릿이 형성된 구조이다. 구체적으로, 상기 셀 지그(200)의 좌우 측면은 파우치형 전지셀(10)의 제1 및 제2 전극 리드(12, 13)가 슬릿을 통해 돌출된 구조이다.
도 9는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 셀 지그의 단면을 확대하여 도시한 것이다. 도 9를 참조하면, 셀 지그(200)는 상부가 개방된 구조이고, 제1 및 제2 판상형 부재(210, 220)가 서로 이격되어 대면하는 상태로 파우치형 전지셀(10)이 수납되어 거치된다. 상기 제1 및 제2 판상형 부재(210, 220)가 서로 마주하는 각 면에는, 단면 형상을 기준으로, 볼록 곡면이 반복되는 형상의 완충 부재(211, 221)가 각각 형성된 구조이다. 상기 완충 부재(211, 221)는 거치된 파우치형 전지셀(10)을 고정하면서 일정 수준으로 가압하는 역할을 수행한다.
또한, 상기 완충 부재(211, 221)는 아래쪽으로 배향된 형태이다. 상기 완충 부재(211, 221)가 아래쪽을 향하도록 배향되는 각도는, 완충 부재(211, 221)의 중심선과 각 판상형 부재가 이루는 각을 의미한다. 여기서 완충 부재(211, 221)의 중심선이란, 예를 들어, 상기 완충 부재(211, 221)는 볼록 곡면을 형성하도록 굴곡된 판상형 블레이드로 형성된 구조이고, 상기 완충 부재(211, 221)의 볼록 곡면의 양 시작점의 중심점과 볼록 곡면의 꼭지점을 연결하는 직선을 의미한다. 상기 완충 부재(211, 221)가 아래쪽을 향하도록 배향되는 각도는, 완충 부재(211, 221)의 중심선이 각 판상형 부재(210, 220)와 이루는 각이 예각인 범위 내에서 조정 가능한 구조이다.
하나의 예에서, 상기 완충 부재(211, 221)는 탄성 부재로 형성된다. 예를 들어, 상기 완충 부재((211, 221)는, 금속 또는 탄성 수지로 형성되고, 볼록 곡면을 형성하도록 굴곡된 판상형 블레이드가 반복되는 구조이다. 상기 완충 부재(211, 221)를 탄성 부재로 형성함으로써, 셀 지그(200) 내부 수납부에 거치된 파우치형 전지셀(10)을 효과적으로 고정 및 가압할 수 있다.
나아가, 본 발명에 따른 셀 지그(200)에서, 단면 형상을 기준으로, 제1 및 제2 판상형 부재로부터 각각 돌출된 선형 구조이되 그 끝단은 아래쪽을 향하도록 배향된 형태인 보조 완충 부재(231, 232)를 더 포함한다. 상기 보조 완충 부재(231, 232)는 제1 및 제2 판상형 부재(210, 220)가 서로 마주하는 각 면의 하단부에 형성되되, 보조 완충 부재(231, 232)의 돌출된 선형 구조는 하부 지지 부재(230)의 병목 구조를 덮는 형태이다. 상기 보조 완충 부재(231, 232)는 탄성 부재로 형성되되, 앞서 설명한 완충 부재(211, 221)와 동일 또는 이종의 재질로 형성 가능하다.
또한, 본 발명에 따른 셀 지그(200)에서, 상기 완충 부재(211, 221)의 중심선과 각 판상형 부재(210, 220)가 이루는 각은 변경 가능하며, 이는 도 9와 도 10을 대비함으로써 확인 가능하다. 도 9에 도시된 완충 부재(211, 221)가 아래쪽을 향하도록 배향되는 각도는 약 45도 수준이다. 이에 대해, 도 10을 참조하면, 완충 부재(211, 221)가 아래쪽을 향하도록 배향되는 각도는 약 10도 수준이다.
하나의 예에서, 상기 셀 지그(200)에서, 완충 부재(211, 221)가 아래쪽을 향하도록 배향되는 각도는, 완충 부재의 중심선이 각 판상형 부재(210, 220)와 이루는 각이 30도 내지 80도 범위인 제1 각도 범위(도 9 참조); 및 완충 부재의 중심선이 각 판상형 부재(210, 220)와 이루는 각이 5도 내지 25도 범위인 제2 각도 범위(도 10 참조)를 포함한다. 또한, 상기 완충 부재(211, 221)는 앞서 언급한 제1 및 제2 각도 범위 사이를 스위칭하는 구조이다.
도 9와 같이 완충 부재(211, 221)의 중심선이 각 판상형 부재(210, 220)와 이루는 각이 약 45도 수준인 경우에는, 셀 지그(200) 내에 파우치형 전지셀(10)이 거치된 상태에서 셀 활성화 공정을 거치는 경우이다. 이 경우, 제1 및 제2 판상형 부재(210, 220)에 형성된 완충 부재(211, 221)는 파우치형 전지셀(10)을 고정하고 가압하는 역할을 수행한다. 따라서, 상기 완충 부재(211, 221)은, 파우치형 전지셀(10)의 흔들림 혹은 이탈을 방지하고 외부 충격을 완화하는 역할을 수행하며, 셀 활성화 공정 중에는 파우치형 전지셀(10)을 가압함으로써 쉘의 스웰링 현상을 최소화하는 역할을 수행한다. 이에 대해, 도 10과 완충 부재(211, 221)의 중심선이 각 판상현 부재(210, 220)와 이루는 각이 약 10도 수준인 경우에는, 셀 지그(200)로부터 셀 활성화 공정이 완료된 파우치형 전지셀(10)을 제거하는 경우이다. 즉, 도 10에서는 완충 부재(211, 221)가 누운 형태를 취함으로써, 셀 활성화 공정이 완료된 파우치형 전지셀(10)에 가하는 압력을 제거하고 상기 파우치형 전지셀(10)의 제거를 용이하게 한다.
하나의 예에서, 본 발명에 따른 셀 지그는 제1 및 제2 판상형 부재는 n회(n은 2 이상의 정수) 교대 적층된 구조인 경우를 포함한다. 이 경우, 제1 및 제2 판상형 부재는, 각 부재가 서로 마주하는 면에 형성된 볼록 곡면이 반복되는 형상의 완충 부재를 포함한다. 상기 제1 및 제2 판상형 부재가 교대 적층된 횟수(n)는, 예를 들어, 2 내지 10,000 또는 5 내지 1,000 범위이며, 이는 전지 제조 설비의 용량 내지 활성화 공정을 수행하는 대상 셀의 수 등에 따라 결정된다. 본 발명에 따른 셀 지그에 거치되는 셀은 파우치형 전지셀이 적절하다.
또한, 본 발명은 앞서 설명한 셀 지그를 이용한 셀 활성화 방법을 제공한다. 구체적으로, 상기 셀 지그에 파우치형 전지셀이 거치된 상태에서 셀 활성화 공정을 수행하는 것이 가능하다.
10: 파우치형 전지셀
11: 전극조립체 수납 범위
12, 13: 제1 및 제2 전극 리드
14: 전지케이스 실링부
100: 종래의 셀 지그
110: 셀 지그 격벽
200: 셀 지그
210, 220: 제1 및 제2 판상형 부재
211, 221: 완충 부재
230: 하부 지지 부재
231, 232: 보조 완충 부재

Claims (14)

  1. 지면과 수직하는 방향으로 위치하는 제1 판상형 부재;
    제1 판상형 부재와 일정 거리가 이격되어 평행하게 대면하는 제2 판상형 부재; 및
    이격 거리가 아래쪽 방향으로 순차적으로 좁아지는 병목 구조를 형성하면서, 상기 제1 및 제2 판상형 부재의 하부를 지지하는 하부 지지 부재;를 포함하며,
    상기 제1 및 제2 판상형 부재는, 각 부재가 서로 마주하는 면에 형성된 볼록 곡면이 반복되는 형상의 완충 부재를 포함하는 셀 지그.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 판상형 부재에 형성된 완충 부재는,
    단면 형상을 기준으로, 일정 각도로 아래쪽을 향하도록 배향된 형태인 셀 지그.
  3. 제 2 항에 있어서,
    완충 부재가 아래쪽을 향하도록 배향되는 각도는, 완충 부재의 중심선이 제1 또는 제2 판상형 부재와 이루는 각이 예각인 범위 내에서 조정되는 구조인 셀 지그.
  4. 제 2 항에 있어서,
    완충 부재가 아래쪽을 향하도록 배향되는 각도는,
    완충 부재의 중심선이 제1 또는 제2 판상형 부재와 이루는 각이 30도 내지 80도 범위인 제1 각도 범위; 및
    완충 부재의 중심선이 제1 또는 제2 판상형 부재와 이루는 각이 5도 내지 25도 범위인 제2 각도 범위;를 포함하며,
    상기 완충 부재는 제1 및 제2 각도 범위 사이를 스위칭하는 구조인 셀 지그.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 완충 부재는 탄성 부재로 형성된 구조인 셀 지그.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 완충 부재는,
    금속 또는 탄성 수지로 형성되고,
    볼록 곡면을 형성하도록 굴곡된 판상형 블레이드가 반복되는 구조인 셀 지그.
  7. 제 1 항에 있어서,
    단면 형상을 기준으로, 제1 또는 제2 판상형 부재로부터 돌출된 선형 구조이되 그 끝단은 아래쪽을 향하도록 배향된 형태인 보조 완충 부재를 더 포함하는 셀 지그.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 보조 완충 부재는 제1 및 제2 판상형 부재가 서로 마주하는 각 면의 하단부에 형성되되,
    보조 완충 부재의 돌출된 선형 구조는 하부 지지 부재의 병목 구조를 덮는 형태인 셀 지그.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 보조 완충 부재는 탄성 부재로 형성된 구조인 셀 지그.
  10. 제 1 항에 있어서,
    제1 및 제2 판상형 부재에 의해 구획되는 공간의 좌우 측면에 형성된 좌측 및 우측 측벽을 더 포함하며,
    상기 좌측 및 우측 측벽들 중 어느 하나 이상은 상하 방향으로 슬릿이 형성된 구조인 셀 지그.
  11. 제 1 항에 있어서,
    제1 및 제2 판상형 부재는 n회(n은 2 이상의 정수) 교대 적층된 구조이고,
    제1 및 제2 판상형 부재는,
    각 부재가 서로 마주하는 면에 형성된 볼록 곡면이 반복되는 형상의 완충 부재를 포함하는 셀 지그.
  12. 제 1 항에 있어서,
    셀 지그에 거치되는 셀은 파우치형 전지셀인 것을 특징으로 하는 셀 지그.
  13. 제 1 항에 따른 셀 지그를 이용한 셀 활성화 방법.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 셀 지그에 파우치형 전지셀이 거치된 상태에서 셀 활성화 공정을 수행하는 것을 특징으로 하는 셀 활성화 방법.
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