KR20210019192A

KR20210019192A - 이차전지제조장치

Info

Publication number: KR20210019192A
Application number: KR1020190098033A
Authority: KR
Inventors: 윤진국; 이유성; 김동운
Original assignee: (주)이티에스
Priority date: 2019-08-12
Filing date: 2019-08-12
Publication date: 2021-02-22

Abstract

본 발명은 이차전지제조장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 파우치형 이차전지를 제조하기 위한 이차전지제조장치에 관한 것이다.
본 발명은, 제1전극시트(12) 및 제2전극시트(14)가 서로 교번하여 적층되며 상기 제1전극시트(13) 및 제2전극시트(14) 사이에 분리막(16)이 위치되는 전극조립체(10)와, 상기 전극조립체(10)를 밀봉하는 파우치(20)를 포함하며 판형구조를 가지는 이차전지셀(40)을 제조하기 위한 이차전지제조장치(100)를 개시한다.

Description

이차전지제조장치{Manufacturing Apparatus For Secondary Battery}

본 발명은 이차전지제조장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 이차전지를 제조하기 위한 이차전지제조장치에 관한 것이다.

일반적으로 화학전지는 양전극과 음전극의 전극 한 쌍과 전해질로 구성되어 있는 전지로서, 전극과 전해질을 구성하는 물질에 따라 저장할 수 있는 에너지의 양이 달라진다.

이러한 화학전지는 충전반응이 매우 느려서 1회 방전 용도로만 쓰이는 일차전지와, 반복적인 충방전을 통해 재사용이 가능한 이차전지로 구분된다.

이차전지는 산업 전반에 걸쳐 다양한 기술분야에 적용되고 있으며, 일예로 와이어리스 모바일 기기와 같은 첨단 전자기기의 에너지원으로 사용되고 있을 뿐만 아니라 화석연료를 사용하는 기존의 가솔린 및 디젤 내연기관의 대기오염 등을 해결하기 위한 방안으로 제시되고 있는 하이브리드 전기자동차 등의 에너지원으로도 주목 받고 있다.

이차전지는 전극 조립체를 수용하고 있는 케이스의 형상에 따라 여러 가지로 제조되고 있는데, 대표적인 형상으로 원통형, 각형, 파우치형 등이 있다.

통상적으로 원통형 이차전지는 원통형 알루미늄캔을 사용하고, 각형 이차전지는 각형의 알루미늄캔을 사용하며, 파우치형 이차전지는 알루미늄 등의 소재로 된 박판의 알루미늄 라미네이트 필름을 팩 형태로 한 파우치로 밀봉한 것으로 상대적으로 경량이면서 안정성이 우수하여 근래 들어 널리 사용되고 있다.

예로서, 파우치형 이차전지셀의 구성을 살펴보면, 음전극과 양전극 사이에 분리막인 세퍼레이터(separator)를 개재시켜 이루어진 전극조립체인 스택(stack)과, 이 스택을 내부에 밀봉 수용하는 것으로 알루미늄-라미네이트 필름으로 이루어진 파우치 그리고, 상기 스택에 일단이 연결되고 타단은 파우치의 외부로 노출되어 외부로 전류를 유도하기 위한 판상(板狀)의 음양극용 리드탭으로 구성된다.

이차전지셀은, 음전극, 양전극 및 그 사이에 개재되는 분리막으로 구성되는 전극조립체가 수용된 파우치 내부에 전해질을 주입하고 진공챔버를 이용하여 진공분위기 하에 함침한 후 밀봉함으로써 완성됨이 일반적이다.

즉, 이차전지를 제조함에 있어서 함침공정 등에서 진공분위기 하에 수행되는바, 진공챔버의 구조에 따라 장치의 제조비용 및 생산성이 좌우될 수 있다.

본 발명의 목적은, 상기와 같은 필요성을 인식하여, 이차전지 제조를 위한 진공분위기를 형성하기 위한 진공챔버의 구조를 개선함으로써, 진공챔버의 강성을 확보하고 밀폐성을 향상시키며, 진공챔버의 가공에 소요되는 비용 및 시간을 최소화 할 수 있는 이차전지제조장치를 제공하는 데 있다.

본 발명은 상기와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위하여 창출된 것으로서, 제1전극시트(12) 및 제2전극시트(14)가 서로 교번하여 적층되며 상기 제1전극시트(13) 및 제2전극시트(14) 사이에 분리막(16)이 위치되는 전극조립체(10)와, 상기 전극조립체(10)를 밀봉하는 파우치(20)를 포함하며 판형구조를 가지는 이차전지셀(40)을 제조하기 위한 이차전지제조장치(100)를 개시한다.

상기 이차전지제조장치(100)는, 진공압 상태의 밀폐된 내부공간을 형성하는 진공챔버(120)를 포함할 수 있다.

상기 진공챔버(120)는, 하나 이상의 이차전지셀(40)이 안착되며, 평면형상이 직사각형을 이루는 하부플레이트(122)와; 상기 하부플레이트(122)의 대향하는 한 쌍의 측변에 결합되는 상부하우징(124)과; 상기 상부하우징(124) 및 상기 하부플레이트(122)에 의해 형성되는 한 쌍의 개구부들 중 하나를 복개하는 측면플레이트(126)와; 이차전지셀(40)의 도입 및 배출을 위하여 한 쌍의 개구부들 중 나머지 하나를 개폐하는 도어플레이트(128)를 포함할 수 있다.

상기 진공챔버(120)는, 직육면체 형상으로 이루어지며, 상기 진공챔버(120)의 상면 및 대향하는 한 쌍의 측면은, 상기 상부하우징(124)에 의하여 일체로 형성될 수 있다.

상기 상부하우징(124)는, 판금플레이트에 대한 절곡가공을 통해 형성될 수 있다.

상기 진공챔버(120)는, 상기 상부하우징(124)의 외부를 향하는 외면에 설치되는 리브부재(127)를 추가로 포함할 수 있다.

상기 리브부재(127)는, 상기 진공챔버(120)의 길이방향과 평행한 제1방향을 따라 형성되는 하나 이상의 제1리브부재(125)와, 상기 제1방향에 수직한 제2방향을 따라 형성되는 하나 이상의 제2리브부재(123)를 포함할 수 있다.

하나 이상의 이차전시셀(40)은, 셀트레이(200)에 안착된 상태로 상기 진공챔버(120)에 도입되며, 상기 이차전지제조장치(100)는, 상기 진공챔버(120)에 설치되어 상기 진공챔버(120)의 내부공간에 도입된 상기 셀트레이(200)를 지지하는 셀트레이지지부(140)를 추가로 포함할 수 있다.

상기 이차전지제조장치(100)는, 상기 셀트레이지지부(140)의 상하이동을 구동하기 위한 상하이동부(150)를 추가로 포함할 수 있다.

상기 셀트레이지지부(140)는, 상기 셀트레이(200)의 이동경로를 따라 설치되어 상기 셀트레이(200)의 선형이동을 가이드하는 한 쌍의 선형이동가이드부(142)와, 상기 한 쌍의 선형이동가이드부(142) 사이에서 상기 한 쌍의 선형이동가이드부(142)를 결합시키는 결합프레임부(146)를 포함할 수 있다.

상기 셀트레이지지부(140)는, 상기 셀트레이(200)의 이동경로를 따라 설치되어 상기 셀트레이(200)의 측면을 지지하는 한 쌍의 수평롤러부(144)를 추가로 포함할 수 있다.

상기 이차전지제조장치(100)는, 한 쌍의 개구부들 중 나머지 하나를 개폐하기 위하여, 상기 도어플레이트(128)을 이동시키는 도어플레이트개폐부(300)를 추가로 포함할 수 있다.

상기 도어플레이트개폐부(300)는, 상기 도어플레이트(128)와 결합되어 상기 도어플레이트(128)의 상하이동을 구동하는 도어플레이트승강부(310, 340)와, 상기 도어플레이트승강부(310, 340)와 결합되어 상기 도어플레이트승강부(310, 340)를 상기 도어플레이트(128)의 판면의 법선에 평행한 방향으로 선형이동시키는 도어플레이트선형이동부(350)를 포함할 수 있다.

상기 이차전지제조장치(100)는, 상기 진공챔버(120) 바닥면에 설치되어 상기 진공챔버(120) 내로 도입된 셀트레이(200) 전단의 저면을 상향으로 지지하는 보조지지부(130)를 추가로 포함할 수 있다.

상기 보조지지부(130)는, 상기 셀트레이(200) 전단의 저면 접촉되는 쿠션부재(132)와, 일단에서 상기 쿠션부재(132)와 결합되며 수평방향 회전축(131)에 대해 회전가능하게 결합되는 본체부(134)와, 상기 본체부(134)의 타단과 미리 설정된 위치에 고정설치된 고정부재(136) 사이에 설치되는 탄성부재(138)를 포함할 수 있다.

상기 이차전지제조장치(100)는, 진공압 상태에서 상기 파우치(20) 내부에 주입된 전해질 함침을 위한 전해질함침장치일 수 있다.

상기 이차전지제조장치(100)는, 진공압 상태에서 상기 파우치(20) 내부에 전해질을 주입하기 위한 전해액주입장치일 수 있다.

본 발명에 따른 이차전지제조장치는, 이차전지제조를 위하여 진공분위기를 형성하는 진공챔버의 구조를 개선함으로써, 진공챔버의 가공에 소요되는 비용 및 시간을 최소화 할 수 있는 이점이 있다.

구체적으로, 본 발명은, 상부하우징이 상부플레이트와 대향하는 한 쌍의 측면플레이트로 분할되어 각각 용접등에 의해 결합되어 구성되는 것이 아니라, 상부하우징에 의하여 진공챔버의 상면 및 대향하는 한 쌍의 측면이 일체로 형성되므로, 진공챔버의 구조적 강성이 상부하우징 자체 구조에 의해 어느 정도 확보될 수 있으므로, 강성보강을 위한 리브부재의 설치를 최소화 할 수 있으며 그에 따라 장치제조비용이 절감될 수 있고 장치제조의 가공성이 크게 향상될 수 있는 이점이 있다.

또한, 본 발명은 상부하우징이 일체로 형성되며 판금플레이트의 절곡가공을 통해 진공챔버의 상면과 대향하는 한 쌍의 측면을 형성하므로, 진공챔버를 형성하기 위해 각 플레이트 별로 수행해야 하는 용접을 최소화 할 수 있으므로, 진공챔버의 밀폐성을 크게 향상시킬 수 있는 이점이 있다.

도 1은, 본 발명의 이차전지제조장치의 대상이 되는 이차전지셀을 보여주는 평면도이다.
도 2는, 도 1의 이차전지셀의 Ⅱ-Ⅱ 방향 단면도이다.
도 3은, 도 1의 이차전지셀에 전해액을 주입하기 위한 전해액주입장치의 개념을 보여주는 개념도이다.
도 4는, 본 발명에 따른 이차전지제조장치의 진공챔버를 보여주는 X-Z 방향 단면도이다.
도 5는, 도 4의 진공챔버의 Ⅰ-Ⅰ 방향 단면도이다.
도 6a은, 도 4의 진공챔버를 보여주는 사시도이다.
도 6b은, 도 4의 진공챔버를 보여주는 분해사시도이다.
도 7a 및 도 7b는, 도 3의 진공챔버의 도어플레이트개폐부를 보여주는 도면이다.
도 8은, 도 5의 진공챔버의 Ⅲ-Ⅲ 방향 단면도이다.
도 9a 및 도 9b는, 도 4의 이차전지제조장치의 구성일부를 보여주는 측면도 및 평면도이다.

이하 본 발명에 따른 이차전지제조장치에 관하여 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 따른 이차전지제조장치는, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 파우치형의 이차전지셀(40)을 제조하기 위한 장치이다.

여기서 본 발명에 따른 이차전지제조장치(100)에 의하여 제조되는 이차전지셀(40)은, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 제1전극시트(12) 및 제2전극시트(14)가 서로 교번하여 번갈아 가면서 적층되며 제1전극시트(12) 및 제2전극시트(14) 사이에 분리막(16)이 위치되는 전극조립체(10)와, 전극조립체(10)를 밀봉하는 파우치(20)와, 전극조립체(10)와 연결되며 파우치(20)의 외부로 돌출되는 리드탭(30)를 포함한다. 여기서, 도 1은 전체로 보아 사각판형의 이차전지셀(40)을 판면에 수직한 법선방향으로 바라 본 평면도이다.

상기 제1전극시트(12) 및 제2전극시트(14)는, 서로 번갈아가면서 적층되며 그 사이에 분리막(16)에 의하여 분리되는 전극들로서, 각각 이차전지셀(40)의 양극 및 음극을 형성하는 부재로서 전극 특성에 따라서 금속시트로 형성될 수 있다.

상기 제1전극시트(12) 및 제2전극시트(14)에는 전극탭들(미도시)이 각 전극시트로부터 연장되어 있다.

상기 분리막(16)은, 제1전극시트(12) 및 제2전극시트(14) 사이에 개재되는 부재로서, 전해질에 대한 높은 젖음성과 높은 내화학성을 가지는 재질을 가짐이 바람직하다.

상기 분리막(16)은, 이차전지셀(40)을 구성하는 제1전극시트(12) 및 제2전극시트(14)의 재질, 전해질의 물성 등에 따라서 다양한 재질을 가질 수 있다.

상기 파우치(20)는, 전해질에 함침된 전극조립체(10)를 밀봉하는 부재로서 제1전극시트(12) 및 제2전극시트(14)의 재질, 전해질의 물성 등에 따라서 다양한 재질을 가질 수 있다.

예로서, 상기 파우치(20)는, 알루미늄층의 일면에 나일론층, 타면에 P.P층이 라미네이트되어 형성될 수 있다.

상기 리드탭(30)는, 양극 및 음극 한 쌍으로 이루어지며, 일단은 전극조립체(10)와 연결되며 타단은 파우치(20)의 외부로 돌출된다.

상기 리드탭(30)는, 각 전극시트(12, 14)로부터 연장된 복수의 전극탭들과 용접에 의해 전기적으로 연결될 수 있다.

또한, 상기 리드탭(30)의 상하면 적어도 일부에는 파우치(20)와의 밀봉도를 높이고 동시에 전기적 절연상태를 확보하기 위한 리드필름(31)이 부착될 수 있다.

본 발명에 따른 이차전지제조장치(100)는, 진공압 상태의 밀폐된 내부공간을 형성하는 진공챔버(120)를 포함할 수 있다.

상기 진공챔버(120)는, 진공압 상태로 내부에 하나 이상의 이차전지셀(40)이 안착되는 구성으로서, 밀폐된 내부공간을 형성할 수 있는 구성이면 어떠한 구성도 가능하다.

상기 진공챔버(120)는, 다양한 형상으로 이루어질 수 있으나, 가공의 편의성 및 공간활용도 측면에서 직육면체 형태로 구성됨이 바람직하다.

예로서, 상기 진공챔버(120)는, 하나 이상의 이차전지셀(40)이 안착되며, 평면형상이 직사각형을 이루는 하부플레이트(122)와; 하부플레이트(122)의 대향하는 한 쌍의 측변에 결합되는 상부하우징(124)과; 상부하우징(124) 및 하부플레이트(122)에 의해 형성되는 한 쌍의 개구부들 중 하나를 복개하는 측면플레이트(126)와; 이차전지셀(40)의 도입 및 배출을 위하여 한 쌍의 개구부들 중 나머지 하나를 개폐하는 도어플레이트(128)를 포함할 수 있다.

상기 하부플레이트(122)는, 하나 이상의 이차전지셀(40)이 안착되며, 평면형상이 직사각형을 이루는 플레이트로서 미리 설정된 정도 이상의 강성을 지닌다면 다양한 재질로 이루어질 수 있다.

상기 상부하우징(124)은, 하부플레이트(122)의 대향하는 한 쌍의 측변에 결합되는 구성으로 다양한 구성이 가능하다.

한편, 상기 진공챔버(120)가 직육면체 형상으로 이루어지는 경우, 진공챔버(120)의 상면 및 대향하는 한 쌍의 측면은, 상부하우징(124)에 의하여 일체로 형성될 수 있다.

이때, 상기 상부하우징(124)는, 판금플레이트에 대한 절곡가공을 통해 형성될 수 있다.

구체적으로, 상기 상부하우징(124)은, 진공챔버(120)의 한 쌍의 대향하는 측면을 형성하기 위하여, 판금플레이트의 양 단이 하측으로 절곡되며, 판금플레이트가 절곡되어 형성된 절곡부는 하부플레이트(122)의 한 쌍의 대향하는 측변과 결합될 수 있다.

상기 상부하우징(124) 및 하부플레이트(122) 사이의 결합은, 진공챔버(120)의 내부공간을 외부로부터 밀폐시켜 진공분위기를 형성할 수 있다면 다양한 방식이 가능하며, 예로서, 용접에 의해 결합될 수 있다.

이때, 상기 진공챔버(120)는, 상부하우징(124)의 외부를 향하는 외면에 설치되는 리브부재(127)를 추가로 포함할 수 있다.

상기 리브부재(127)는, 진공챔버(120)의 강성을 보강하기 위한 구성으로 다양한 구성이 가능하다.

또한, 상기 리브부재(127)는, 다른 구성요소와의 간섭이 없다면, 상부하우징에 한정되지 않고, 하부플레이트(122)를 제외한 나머지 부분에 다양한 위치에 설치될 수 있음은 물론이다.

예로서, 상기 리브부재(127)는, 진공챔버(120)의 길이방향과 평행한 제1방향을 따라 형성되는 하나 이상의 제1리브부재(125)와, 제1방향에 수직한 제2방향을 따라 형성되는 하나 이상의 제2리브부재(123)를 포함할 수 있다.

상기 제1리브부재(125) 및 상기 제2리브부재(123)의 조합에 의하여, 도 6a 내지 도 6b에 도시된 바와 같이, 격자형태의 뼈대 구조가 진공챔버(120)의 외벽에 설치될 수 있다.

예로서, 제2리브부재(123)는, 도 6a 내지 도 6b에 도시된 바와 같이, 상부하우징(124)에서, 진공챔버(120)의 일 측면에서 상면을 지나 다른 측면까지 이어지도록 형성되고, 이때, 제1리브부재(125)는 복수개로 구성되어 이웃하는 제2리브부재(123)들 사이에서 구조보강이 필요한 위치에 설치될 수 있으며 바람직하게는 이웃하는 제2리브부재(123) 사이를 연결하도록 설치될 수 있다.

반대로, 제1리브부재(125)가, 상부하우징(124)에서, 진공챔버(120)의 길이방향 일단에서 타단까지 이어지도록 형성될 수 있음은 물론이며, 이때, 제2리브부재(123)는 복수개로 구성되어 이웃하는 제1리브부재(125)들 사이에서 구조보강이 필요한 위치에 설치될 수 있으며 바람직하게는 이웃하는 제1리브부재(125) 사이를 연결하도록 설치될 수 있다.

본 발명의 경우, 상부하우징(124)이, 상부플레이트와 대향하는 한 쌍의 측면플레이트로 분할되어 각각 용접등에 의해 결합되어 구성되는 것이 아니라, 상부하우징(124)에 의하여 진공챔버(120)의 상면 및 대향하는 한 쌍의 측면이 일체로 형성되므로, 진공챔버(120)의 구조적 강성이 상부하우징(124) 자체 구조에 의해 어느정도 확보될 수 있으므로, 리브부재(127)의 설치를 최소화 할 수 있으며 그에 따라 장치제조비용이 절감될 수 있고 장치제조의 가공성이 크게 향상될 수 있는 이점이 있다.

또한, 본 발명은 상부하우징(124)이 일체로 형성되며 판금플레이트의 절곡가공을 통해 진공챔버(120)의 상면과 대향하는 한 쌍의 측면을 형성하므로, 진공챔버(120)를 형성하기 위해 각 플레이트 별로 수행해야 하는 용접을 최소화 할 수 있으므로, 진공챔버(120)의 밀폐성을 크게 향상시킬 수 있는 이점이 있다.

한편, 상기 하부플레이트(122) 및 상부하우징(124)의 결합에 의해 진공챔버(120)의 측면에 대향하는 한 쌍의 개구부가 형성될 수 있다.

상기 측면플레이트(126)는, 상부하우징(124) 및 하부플레이트(122)에 의해 형성되는 한 쌍의 개구부들 중 하나를 복개하는 플레이트로서 미리 설정된 정도 이상의 강성을 지닌다면 다양한 재질로 이루어질 수 있다.

상기 측면플레이트(126)는, 진공챔버(120)가 직육면체 형태로 이루어지는 경우, 직사각형 플레이트로 구성될 수 있다.

상기 측면플레이트(126)의 결합은, 진공챔버(120)의 내부공간을 외부로부터 밀폐시켜 진공분위기를 형성할 수 있다면 다양한 방식이 가능하며, 예로서, 용접에 의해 결합될 수 있다.

그리고, 상기 측면플레이트(126)가 개구부에 결합되기 전에, 도시하지는 않았으나, 측면플레이트(126)의 밀착결합성을 향상시키기 위해 측면플레이트(126)에 앞서 개구부에 결합되는 결합플레이트(미도시)를 추가로 포함할 수 있다. 이때, 상기 측면플레이트(126)는, 개구부에 결합된 결합플레이트에 밀착결합됨으로써, 진공챔버(120)의 일 측면을 형성할 수 있다.

상기 결합플레이트는, 후술하는 도어결합플레이트(129)와 동일하거나 유사하게 구성될 수 있다.

또한, 상기 측면플레이트(126)에는, 진공챔버(120)의 내부를 모니터링하기 위한 뷰포트가 추가로 설치될 수 있다.

상기 도어플레이트(128)는, 이차전지셀(40)의 도입 및 배출을 위하여 한 쌍의 개구부들 중 나머지 하나(이하, 게이트)를 개폐하는 플레이트로서, 미리 설정된 정도 이상의 강성을 지닌다면 다양한 재질로 이루어질 수 있다.

상기 도어플레이트(128)는, 진공챔버(120)가 직육면체 형태로 이루어지는 경우, 직사각형 플레이트로 구성될 수 있다.

이때, 상기 도어플레이트(128)는, 게이트 복개시 진공챔버(120) 내의 진공 상태를 유지해야 하므로, 밀착을 위한 오링(128a)이 도어플레이트(128)의 가장자리 둘레를 따라 설치될 수 있다.

그리고, 상기 진공챔버(120)는, 상기 도어플레이트(128)의 게이트 복개시 밀착력을 향상시키기 위하여, 게이트에 결합되어 도어플레이트(128)와 밀착되는 도어결합플레이트(129)를 포함할 수 있다.

상기 도어플레이트(128)는, 게이트에서 상부하우징(124) 및 하부플레이트(122)에 각각 밀착되는 것이 아니라 도어결합플레이트(129)에 밀착됨으르써, 도어플레이트(128)에 의한 밀착력을 크게 확보할 수 있다.

상기 도어결합플레이트(129)는, 진공챔버(120)의 내부공간을 외부로부터 밀폐시켜 진공분위기를 형성할 수 있다면 다양한 방식을 통해 상부하우징(124) 및 하부플레이트(122)에 결합될 수 있으며, 예로서, 게이트에서 상부하우징(124) 및 하부플레이트(122)에 용접되어 결합될 수 있다.

상기 도어결합플레이트(129)는 가장자리 둘레를 제외한 내부영역이 개방된 프레임부재로 구성될 수 있다. 이때, 상기 도어결합플레이트(129)의 개방된 내부영역을 통해 하나 이상의 이차전지셀(40)이 진공챔버(120) 내부로 도입되거나 진공챔버(120) 외부로 배출될 수 있다.

한편, 상기 이차전지제조장치(100)는, 게이트를 개폐하기 위하여, 도어플레이트(128)을 이동시키는 도어플레이트개폐부(300)를 추가로 포함할 수 있다.

상기 도어플레이트개폐부(300)는, 게이트를 개방시키거나 복개하기 위하여 도어플레이트(128)를 이동시키는 구성으로 다양한 구성이 가능하다.

일 실시예에서, 상기 도어플레이트개폐부(300)는, 도어플레이트(128)와 결합되어 도어플레이트(128)의 상하이동을 구동하는 도어플레이트승강부(310, 340)와, 도어플레이트승강부(310, 340)와 결합되어 도어플레이트승강부(310, 340)를 도어플레이트(128)의 판면의 법선에 평행한 방향으로 선형이동시키는 도어플레이트선형이동부(350)를 포함할 수 있다.

상기 도어플레이트승강부(310, 340)는, 도어플레이트(128)를 승강시키기 위한 구성으로 다양한 구성이 가능하다. 예로서, 상기 도어플레이트승강부(310, 340)는, 도 7a에 도시된 바와 같이, 도어플레이트(128)의 양 측면에 대응되어 상하방향으로 설치되는 한 쌍의 승강구동부(310)와, 상기 한 쌍의 승강구동부(310) 각각을 인접하는 도어플레이트(128)에 결합시키는 한 쌍의 커플링부재(340)를 포함할 수 있다.

상기 승강구동부(310)는, 상하방향 선형이동을 위한 구동원으로서 다양한 구동방식이 적용될 수 있으며 예로서, 공압, 유압 등의 액추에이터로 구성될 수 있다.

상기 커플링부재(340)는, 도어플레이트(128)에 결합되어 도어플레이트(128)와 함께 승강구동부(340)에 의해 상하방향으로 이동되는 구성으로 다양한 구성이 가능하다.

상기 커플링부재(340)는, 도어플레이트(128)의 오링(128a)이 설치된 밀착면이 아닌 밀착면의 반대면(외측을 향하는 면)에 결합될 수 있다.

이때, 상기 도어플레이트개폐부(300)는, 도어플레이트(128)의 승하강 이동시 도어플레이트(128)의 위치를 얼라인하고 이동경로를 가이드하기 위한 승강가이드부(320, 330)를 추가로 포함할 수 있다.

상기 승강가이드부(320, 330)는, 상기 한 쌍의 승강구동부(310) 내측에 설치되며 이동부재(330)가 이동가능하게 결합되는 한 쌍의 승강가이드(320)를 포함할 수 있다.

상기 이동부재(330)는, 승강가이드(320)에 상대이동 가능하게 결합되는 구성으로 승강가이드(320)에 형성된 가이드홈(미도시)을 따라 이동경로가 가이드될 수 있다.

상기 이동부재(330)는, 도 7a에 도시된 바와 같이, 한 쌍으로 구성되어 각각이 도어플레이트(128)의 한 쌍의 대향하는 측면에 결합될 수 있다.

상기 도어플레이트선형이동부(350)는, 도어플레이트승강부(310, 340)와 결합되어 도어플레이트승강부(310, 340)를 도어플레이트(128)의 판면의 법선에 평행한 방향으로 선형이동시키는 구성으로 다양한 구성이 가능하다.

상기 도어플레이트선형이동부(350)는, 수평방향 선형이동, 특히 도어플레이트(128)의 판면의 법선에 평행한 방향의 선형이동을 위한 구동원으로서 다양한 구동방식이 적용될 수 있으며 예로서, 공압, 유압 등의 액추에이터로 구성될 수 있다.

상기 도어플레이트선형이동부(350)는, 도어플레이트(128)의 양측면을 지지하고 있는 도어플레이트승강부(310, 340)(승강가이드부(320, 330)도 포함)를 도어플레이트(128)의 밀착 또는 분리방향(도어플레이트(128)의 판면의 법선에 평행한 방향과 동일)으로 선형이동 시킴으로써, 도어플레이트(128)를 도어결합플레이트(129)에 밀착시키거나 또는 분리시킬 수 있다.

이때, 상기 도어플레이트개폐부(300)는, 도어플레이트선형이동부(350)에 의한 도어플레이트승강부(310, 340)의 선형이동을 가이드하기 위한 도어플레이트선형이동가이드부(360)을 추가로 포함할 수 있다.

상기 도어플레이트선형이동가이드부(360)는, 도 7b에 도시된 바와 같이, 도어플레이트선형이동부(350)에 대응되어 진공챔버(120) 양측에 한 쌍으로 설치될 수 있다.

또한, 상기 도어플레이트선형이동가이드부(360)는, 도어플레이트선형이동부(350)에 의한 선형이동방향을 따라 형성된 한 쌍의 가이드샤프트(364)와, 각 가이드샤프트(364)가 이동가능하도록 결합되는 한 쌍의 고정블록(362)을 포함할 수 있다.

상기 한 쌍의 가이드샤프트(364)의 일단은 도어플레이트승강부(310, 340)에 결합되며 타단은 상호 연결될 수 있다.

상기 한 쌍의 가이드샤프트(364)는, 상하방향으로 평행하게 설치됨으로써 도어플레이트승강부(310, 340)의 선형이동을 보다 안정적으로 가이드할 수 있다.

상기 고정블록(362)은 이차전지제조장치(100)의 설치면 또는 진공챔버(120)의 상부하우징(124)에 고정설치될 수 있다.

상술한 구성을 가지는 도어플레이트개폐부(300)의 게이트 밀폐(복개)과정을 설명하면 다음과 같다. 먼저, 도어플레이트(128)가 도어결합플레이트(129)에서 분리된 상태에서 도어플레이트(128)는 평면상(X-Y평면상) 도어결합플레이트(129)와 이격되며 Z축방향(상방) 기준 상측에 위치된다. 이때, 도어플레이트(128)를 도어결합플레이트(129)에 밀착시켜 게이트를 복개하기 위하여, 도어플레이트승강부(310, 340)는 도어플레이트(128)가 도어결합플레이트(129)와 대향하도록 도어플레이트(128)를 하측으로 이동시킨다. 이때, 도어플레이트선형이동부(350)는, 도어플레이트승강부(310, 340)를 선형이동시켜 도어플레이트(128)를 도어결합플레이트(129)에 밀착시킨다.

비슷하게, 도어플레이트개폐부(300)에서의 게이트 개방과정은 상기 게이트 밀폐(복개) 과정과 반대순서로 진행됨으로써 수행될 수 있음은 물론이다.

한편, 상기 도어플레이트개폐부(300)에 의해 게이트가 개방된 상태에서, 하나 이상의 이차전지셀(40)이 셀트레이(200)에 안착된 상태로 진공챔버(120)에 도입될 수 있다.

상기 셀트레이(200)는, 하나 이상의 이차전지셀(40)을 지지한 상태로 이송하기 위한 구성으로 다양한 구성이 가능하다.

상기 셀트레이(200)은, 도 4에 도시된 바와 같이, 도 1의 이차전지셀(40)의 파우치(20)의 상측이 개방된 상태에서 이차전지셀(40)의 판면의 법선이 수평면에 평행한 상태로 이차전지셀(40)을 지지하도록 구성될 수 있다.

특히, 상기 셀트레이(200)에는, 평행하게 일렬로 배치된 복수의 이차전지셀(40)이 지지되도록 복수의 셀지지브라켓들이 구비될 수 있다.

한편 상기 진공챔버(120)로의 셀트레이(200)의 도입 및 배출은, 로봇암, 컨베이어 등 다양한 방식에 의하여 수행될 수 있다.

이때, 상기 이차전지제조장치(100)는, 진공챔버(120)에 설치되어 진공챔버(120)의 내부공간에 도입된 셀트레이(200)를 지지하는 셀트레이지지부(140)를 추가로 포함할 수 있다.

예로서, 상기 셀트레이지지부(140)는, 셀트레이(200)의 이동경로를 따라 설치되어 셀트레이(200)의 선형이동을 가이드하는 한 쌍의 선형이동가이드부(142)와, 한 쌍의 선형이동가이드부(142) 사이에서 한 쌍의 선형이동가이드부(142)를 결합시키는 결합프레임부(146)를 포함할 수 있다.

상기 한 쌍의 선형이동가이드부(142)는, 셀트레이(200)의 저면을 지지하는 구성으로 다양한 구성이 가능하다.

예로서, 상기 한 쌍의 선형이동가이드부(142)는, 셀트레이(200)의 이동경로를 따라 양 측면에 대향하여 평행하게 설치되는 한 쌍의 레일부와, 레일부에 구비되는 복수의 롤러들을 포함할 수 있다.

상기 복수의 롤러들은, 자체적인 회전을 위하여 모터 등과 같은 구동원과 결합될 수 있다.

상기 결합프레임부(146)은 한 쌍의 선형이동가이드부(142), 특히 한 쌍의 레일부를 가로질러 한 쌍의 레일부 저면에 결합될 수 있다.

그리고, 상기 셀트레이지지부(140)는, 셀트레이(200)의 이동경로를 따라 설치되어 셀트레이(200)의 측면을 지지하는 한 쌍의 수평롤러부(144)를 추가로 포함할 수 있다.

상기 한 쌍의 수평롤러부(144)는, 셀트레이(200)의 측면을 지지하기 위하여 선형이동가이드부(142)의 외측에 각각 대응되어 설치될 수 있다.

상기 한 쌍의 수평롤러부(144)는, 회전축이 지면에 수직하게 설치되며 셀트레이(200)의 이동방향을 따라 일렬로 배치되는 복수의 수평롤러들을 포함할 수 있다.

상기 한 쌍의 수평롤러부(144)에 의해 셀트레이(200)의 양 측면이 지지됨으로써 셀트레이(200)의 위치이탈이 방지될 수 있다.

본 발명은, 셀트레이지지부(140)의 상하이동을 구동하기 위한 상하이동부(150)를 추가로 포함할 수 있다.

상기 상하이동부(150)은, 셀트레이지지부(140)의 상하이동을 구동하기 위한 구성으로 다양한 구성이 가능하며 다양한 방식의 구동방식이 적용될 수 있다.

상기 상하이동부(150)에 의하여 셀트레이지지부(140) 전체가 상측으로 상승하거나 하측으로 하강함으로써 셀트레이(200)의 도입 및 배출이 용이하게 수행될 수 있다.

그런데, 상기 셀트레이지지부(140)는 복수의 롤러들을 포함하여 구성될 수 있으므로, 그러한 경우 이송부(미도시)를 통해 상기 셀트레이(200)를 진공챔버(120)에 도입한 후 진공챔버(120) 내부에 안정적으로 위치되지 못하고 진공챔버(120) 외부로 빠져 나오는 현상이 발생될 수 있다.

이에, 본 발명은 진공챔버(120)의 게이트에서 안측으로 갈수록(도면 상, -X축방향으로 갈수록), 수평면에 대해 하향경사를 이루도록 셀트레이지지부(140)를 설치할 수 있다.

이때, 상기 이차전지제조장치(100)는, 셀트레이(200)를 안정적으로 지지하기 위하여, 진공챔버(120) 바닥면에 설치되어 진공챔버(120) 내로 도입된 셀트레이(200) 전단의 저면을 상향으로 지지하는 보조지지부(130)를 추가로 포함할 수 있다.

여기서, 상기 셀트레이(200)의 전단이란, 셀트레이(200)의 진공챔버(120) 내로의 도입시 셀트레이(200)의 이동방향(-X축 방향)을 기준으로 전방을 의미한다. 즉, 상기 보조지지부(130)는, 도 8에 도시된 바와 같이, 진공챔버(120) 중 측면플레이트(126) 측(게이트의 반대측)에 인접한 바닥면 설치될 수 있다.

예로서, 상기 보조지지부(130)는, 도 9a 내지 도 9b에 도시된 바와 같이, 셀트레이(200) 전단의 저면 접촉되는 쿠션부재(132)와, 일단에서 쿠션부재(132)와 결합되며 수평방향 회전축(131)에 대해 회전가능하게 결합되는 본체부(134)와, 본체부(134)의 타단과 미리 설정된 위치에 고정설치된 고정부재(136) 사이에 설치되는 탄성부재(138)를 포함할 수 있다.

상기 쿠션부재(132)는, 탄성이 있는 재질로 구성될 수 있으며, 예로서 우레탄재질로 이루어질 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.

또한, 상기 쿠션부재(132)는, 외주면이 탄성재질로 이루어진 롤러를 포함할 수 있으며, 이때, 상기 롤러는 길이방향이 수평면에 평행하게 배치될 수 있으며, 바람직하게는, 도 9a에 도시된 바와 같이, 셀트레이(200)의 수평면 상 선형이동방향(제1방향, X축방향(도면기준))에 수직한 제2방향(Y축방향(도면기준))과 평행하게 배치될 수 있다.

상기 쿠션부재(132)가 탄성이 있는 재질로 이루어지므로, 셀트레이(200)가 진공챔버(120) 내에 도입되는 과정에서 셀트레이(200)에 가해지는 충격 또한 보조지지부(130)에 의해 어느정도 완충될 수 있다.

상기 본체부(134)는, 일단에 쿠션부재(132)가 결합되며 중앙부에 제2방향과 평행한 회전축(131)에 대해 회전가능하게 결합되는 구성으로 다양한 구성이 가능하다.

상기 본체부(134)의 타단에는 탄성부재(138, 예로서, 코일형 인장스프링)의 일단이 결합되며 탄성부재(138)의 복원력(탄성력)에 따라 회전축(131)을 중심으로 회전가능하게 설치될 수 있다.

상기 탄성부재(138)는, 일단이 본체부(134)의 타단에 결합되며 타단이 미리 설정된 위치에 고정설치되는 고정부재(136)에 결합될 수 있다.

상기 탄성부재(138)의 타단은 고정부재(136)에 의해 고정되나 일단은 본체부(134)의 회전에 따라 인장되거나 신축가능하게 설치될 수 있다.

상술한 구성에 따라, 상기 셀트레이(200) 진공챔버(120) 내로 도입되면 셀트레이(200)에 의해 쿠션부재(132)가 하측으로 가압됨과 동시에 탄성부재(136)가 인장되어 셀트레이(200)의 저면을 상향으로 지지할 수 있다.

그에 따라, 본 발명은, 게이트를 통해 진공챔버(120)로 도입된 셀트레이(200)가 진공챔버(120) 밖으로 튀어나오는 것을 방지하면서 셀트레이(200)를 진공챔버(120) 내에 안정적으로 지지할 수 있다.

상술한 이차전지제조장치(100)는, 파우치형 이자전지셀(40)을 대상으로 하는 다양한 이차전지제조라인에 적용될 수 있다.

예로서, 상기 이차전지제조장치(100)는, 진공압 상태에서 상기 파우치(20) 내부에 주입된 전해질 함침을 위한 전해질함침장치일 수 있다. 이때, 상기 이차전지셀(40)은 파우치(20) 내에 전해액이 주입된 상태로 진공챔버(120)에 도입될 수 있다.

다른 예로서, 상기 이차전지제조장치(100)는, 진공압 상태에서 파우치(20) 내부에 전해질을 주입하기 위한 전해액주입장치일 수 있다.

상기 이차전지제조장치(100)가 도 3에 도시된 바와 같은 전해액주입장치인 경우, 전해액 주입을 위한 주입노즐(미도시)이 진공챔버(120)의 상부하우징(124)을 관통하여 설치될 수 있다.

또한, 상기 이차전지제조장치(100)는, 상술한 진공챔버(120) 내에서 전해액 주입과 함침이 모두 수행되도록 구성되는 것도 가능함은 물론이다.

또한 본 발명에 따른 진공챔버 구조는 함침공정의 수행을 실시예로 설명하였으나 함침공정 이외에 이차전지 제조공정 중 리크검사 등 진공조건 하에서 수행되는 공정에도 적용될 수 있음은 물론이다.

이때 본 발명에 따른 진공챔버는, 해당 공정의 수행을 위한 부대 구성이 추가로 설치될 수 있다.

이상은 본 발명에 의해 구현될 수 있는 바람직한 실시예의 일부에 관하여 설명한 것에 불과하므로, 주지된 바와 같이 본 발명의 범위는 위의 실시예에 한정되어 해석되어서는 안 될 것이며, 위에서 설명된 본 발명의 기술적 사상과 그 근본을 함께하는 기술적 사상은 모두 본 발명의 범위에 포함된다고 할 것이다.

40 : 이차전지셀 100 : 이차전지제조장치
120 : 진공챔버

Claims

제1전극시트(12) 및 제2전극시트(14)가 서로 교번하여 적층되며 상기 제1전극시트(13) 및 제2전극시트(14) 사이에 분리막(16)이 위치되는 전극조립체(10)와, 상기 전극조립체(10)를 밀봉하는 파우치(20)를 포함하며 판형구조를 가지는 이차전지셀(40)을 제조하기 위한 이차전지제조장치(100)로서,
진공압 상태의 밀폐된 내부공간을 형성하는 진공챔버(120)를 포함하며,
상기 진공챔버(120)는,
하나 이상의 이차전지셀(40)이 안착되며, 평면형상이 직사각형을 이루는 하부플레이트(122)와; 상기 하부플레이트(122)의 대향하는 한 쌍의 측변에 결합되는 상부하우징(124)과; 상기 상부하우징(124) 및 상기 하부플레이트(122)에 의해 형성되는 한 쌍의 개구부들 중 하나를 복개하는 측면플레이트(126)와; 이차전지셀(40)의 도입 및 배출을 위하여 한 쌍의 개구부들 중 나머지 하나를 개폐하는 도어플레이트(128)를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지제조장치(100).
청구항 1에 있어서,
상기 진공챔버(120)는, 직육면체 형상으로 이루어지며,
상기 진공챔버(120)의 상면 및 대향하는 한 쌍의 측면은, 상기 상부하우징(124)에 의하여 일체로 형성되는 것을 특징으로 하는 이차전지제조장치 (100).
청구항 2에 있어서,
상기 상부하우징(124)는, 판금플레이트에 대한 절곡가공을 통해 형성되는 것을 특징으로 하는 이차전지제조장치(100).
청구항 1에 있어서,
상기 진공챔버(120)는, 상기 상부하우징(124)의 외부를 향하는 외면에 설치되는 리브부재(127)를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지제조장치(100).
청구항 4에 있어서,
상기 리브부재(127)는, 상기 진공챔버(120)의 길이방향과 평행한 제1방향을 따라 형성되는 하나 이상의 제1리브부재(125)와, 상기 제1방향에 수직한 제2방향을 따라 형성되는 하나 이상의 제2리브부재(123)를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지제조장치(100).
청구항 1에 있어서,
하나 이상의 이차전시셀(40)은, 셀트레이(200)에 안착된 상태로 상기 진공챔버(120)에 도입되며,
상기 이차전지제조장치(100)는, 상기 진공챔버(120)에 설치되어 상기 진공챔버(120)의 내부공간에 도입된 상기 셀트레이(200)를 지지하는 셀트레이지지부(140)를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지제조장치(100).
청구항 6에 있어서,
상기 이차전지제조장치(100)는, 상기 셀트레이지지부(140)의 상하이동을 구동하기 위한 상하이동부(150)를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지제조장치(100).
청구항 7에 있어서,
상기 셀트레이지지부(140)는,
상기 셀트레이(200)의 이동경로를 따라 설치되어 상기 셀트레이(200)의 선형이동을 가이드하는 한 쌍의 선형이동가이드부(142)와,
상기 한 쌍의 선형이동가이드부(142) 사이에서 상기 한 쌍의 선형이동가이드부(142)를 결합시키는 결합프레임부(146)를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지제조장치(100).
청구항 8에 있어서,
상기 셀트레이지지부(140)는, 상기 셀트레이(200)의 이동경로를 따라 설치되어 상기 셀트레이(200)의 측면을 지지하는 한 쌍의 수평롤러부(144)를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지제조장치(100).
청구항 1에 있어서,
상기 이차전지제조장치(100)는,
한 쌍의 개구부들 중 나머지 하나를 개폐하기 위하여, 상기 도어플레이트(128)을 이동시키는 도어플레이트개폐부(300)를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지제조장치(100).
청구항 10에 있어서,
상기 도어플레이트개폐부(300)는,
상기 도어플레이트(128)와 결합되어 상기 도어플레이트(128)의 상하이동을 구동하는 도어플레이트승강부(310, 340)와,
상기 도어플레이트승강부(310, 340)와 결합되어 상기 도어플레이트승강부(310, 340)를 상기 도어플레이트(128)의 판면의 법선에 평행한 방향으로 선형이동시키는 도어플레이트선형이동부(350)를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지제조장치(100).
청구항 6에 있어서,
상기 이차전지제조장치(100)는,
상기 진공챔버(120) 바닥면에 설치되어 상기 진공챔버(120) 내로 도입된 셀트레이(200) 전단의 저면을 상향으로 지지하는 보조지지부(130)를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지제조장치(100).
청구항 12에 있어서,
상기 보조지지부(130)는,
상기 셀트레이(200) 전단의 저면 접촉되는 쿠션부재(132)와, 일단에서 상기 쿠션부재(132)와 결합되며 수평방향 회전축(131)에 대해 회전가능하게 결합되는 본체부(134)와, 상기 본체부(134)의 타단과 미리 설정된 위치에 고정설치된 고정부재(136) 사이에 설치되는 탄성부재(138)를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지제조장치(100).
청구항 1 내지 청구항 13 중 어느 하나의 항에 있어서,
상기 이차전지제조장치(100)는, 진공압 상태에서 상기 파우치(20) 내부에 주입된 전해질 함침을 위한 전해질함침장치인 것을 특징으로 하는 이차전지제조장치(100).
청구항 1 내지 청구항 13 중 어느 하나의 항에 있어서,
상기 이차전지제조장치(100)는, 진공압 상태에서 상기 파우치(20) 내부에 전해액을 주입하기 위한 전해액주입장치인 것을 특징으로 하는 이차전지제조장치(100).