KR20210090459A - 가스 트랩 제거를 위한 가압 지그 및 이를 이용한 이차전지의 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 가압 지그는, 배터리 셀의 활성화 공정에서 발생한 가스를 제거하기 위한 가압 지그로서, 활성화 과정을 거친 배터리 셀이 거치되어 고정되는 판상형의 하부 플레이트; 및 상기 하부 플레이트 상에 거치된 배터리 셀을 상부에서 가압하는 상부 플레이트를 포함하고, 상기 상부 플레이트는 n(n≥3)개의 분리된 서브 플레이트들이 집합되어, 하나의 상부 플레이트를 형성하는 구조이고, 상기 서브 플레이트들은, 각각 독립적으로 배터리 셀을 가압하는 구조이다.
본 발명의 가압 지그는, 배터리 셀을 순차적으로 가압함으로써, 내부 가스가 트랩되는 것을 억제하는 효과가 있다.

Description

가스 트랩 제거를 위한 가압 지그 및 이를 이용한 이차전지의 제조방법{Pressurized jig for removing gas traps and a method of manufacturing a secondary battery using the same}
본 발명은 활성화 공정 시 발생한 가스를 제거하기 위한 가압 지그에 있어서, 가스 트랩 제거를 위한 가압 지그 및 이를 이용한 이차전지의 제조방법에 관한 것이다.
모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서의 전지의 수요가 급격히 증가하고 있고, 그에 따라 다양한 요구에 부응할 수 있는 전지에 대한 많은 연구가 행해지고 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.
또한, 이차전지는 양극/분리막/음극 구조의 전극조립체가 어떠한 구조로 이루어져 있는지에 따라 분류되기도 하는 바, 대표적으로는, 긴 시트형의 양극들과 음극들을 분리막이 개재된 상태에서 권취한 구조의 젤리-롤(권취형) 전극조립체, 소정 크기의 단위로 절취한 다수의 양극과 음극들을 분리막을 개재한 상태로 순차적으로 적층한 스택형(적층형) 전극조립체, 소정 단위의 양극과 음극들을 분리막을 개재한 상태로 적층한 바이셀(Bi-cell) 또는 풀셀(Full cell)들을 권취한 구조의 스택-폴딩형 전극조립체 등을 들 수 있다.
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 전지를 포함한 대부분의 이차전지들은 전지셀의 제조 과정에서 충방전에 의해 전지를 활성화시키는 과정을 거치는 바, 최종 전지셀의 제조를 위해서는 상기 활성화 과정에서 발생하는 가스를 제거하여야 하며, 이를 탈기(degas) 공정이라고 한다.
종래의 일부 기술은 활성화 된 전지셀을 다이(die)에 고정하고, 상부에서 단순 가압하여 가스를 제거하나, 이 경우 전지셀 내부의 가스는 유체에 해당하므로, 외부에서 압력을 받는 경우 일정한 방향성 없이 사방으로 분산되는 바, 일부 가스는 전지셀의 실링부 중 일측에 위치한 가스 포집용 잉여부에 포집되어 제거되나, 다른 방향으로 분산되는 가스는 전지셀 내부에 잔존하게 된다. 이를 가스 트랩이라 하는데, 이 같은 가스 트랩은 이후 충/방전 공정에서 리튬 석출을 발생시킬 수 있는 위험이 있다.
도 1은 종래의 가압 지그를 도시하고 있다. 도 1을 참조하면 종래의 가압 지그는, 판상형의 다이(21)에 배터리 셀(10)을 고정하고, 상부에서 판상형의 상부 플레이트(22)가 배터리 셀을 가압하는 구조로 구성되어 있다. 그러나 배터리 셀을 가압하는 상기 상부 플레이트는 배터리 셀의 가압 면적을 한 번에 가압하는 구조이기 때문에, 가압 과정에서 가스는 방향성 없이 분산되므로, 일부 가스는 배터리 셀 내부에 잔존하는 가스 트랩이 발생하게 되는 것이다.
한국등록특허 1650858호는 수직 단면 상으로 하향 돌출된 원호 형상인 가압 지그를 포함하는 가스 제거 장치를 개시하고 있다. 그러나 상기한 가압 지그는 수직 단면 상으로 원호 형상을 가지고 있어, 가압 면이 평평하지 아니하기 때문에 배터리 셀의 가압 시 가압하고자 하는 부위에 일정한 압력이 인가되기 어려운 단점이 있다. 또한, 가운데에서 바깥쪽을 향하여 순차적으로 가압할 수 밖에 없어서, 가압 방향의 선택의 폭이 작다는 문제가 있다.
이에, 상기 단점을 해결할 수 있는 가압 지그에 대한 기술 개발이 필요한 실정이다.
한국등록특허 제1650858호
이에 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 활성화 공정 시 발생한 내부 가스를 효과적으로 제고하고, 가스 트랩을 방지하기 위한 가압 지그를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한 본 발명은 배터리 셀을 순차적으로 가압함에 있어서, 다양한 방향성을 부여할 수 있는 가압 지그를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 가압 지그는, 배터리 셀의 활성화 공정에서 발생한 가스를 제거하기 위해, 대향한 한 쌍의 판형 플레이트들 사이에 배터리 셀을 개재시켜 가압하기 위한 가압 지그로서, 상기 한 쌍의 판형 플레이트들 중 적어도 하나는, n(n≥3)개의 분리된 서브 플레이트들이 집합되어, 하나의 판형 플레이트를 형성하는 구조이고, 상기 서브 플레이트들은, 각각 독립적으로 배터리 셀을 가압하는 구조이다.
하나의 예에서, 상기 한 쌍의 판형 플레이트들은, 배터리 셀의 하부에 위치하여 배터리 셀을 지지하는 하부 플레이트; 및 배터리 셀의 상부에서 배터리 셀을 가압하는 상부 플레이트를 포함하고, 상기 상부 플레이트만이, 상기 서브 플레이트들이 집합되어 형성된 판형 플레이트로서, 배터리 셀의 상부면 만을 순차 가압하는 구조이다.
다른 실시예에서, 상기 한 쌍의 판형 플레이트들은, 상기 한 쌍의 판형 플레이트들은, 배터리 셀의 하부에서 배터리 셀을 가압하는 하부 플레이트; 및 배터리 셀의 상부에서 배터리 셀을 가압하는 상부 플레이트를 포함하고, 상기 상부 플레이트 및 상기 하부 플레이트 모두가, 상기 서브 플레이트들이 집합되어 형성된 판형 플레이트로서, 배터리 셀의 양면을 순차 가압하는 구조이다.
하나의 예에서, 상기 서브 플레이트들은, 방사형 방향, 좌우 방향, 좌 방향, 우 방향, 상하 방향, 상 방향 및 하 방향 중에서 선택된 어느 하나의 방향성을 가지고, 순차적으로 배터리 셀을 가압하는 구조이다.
하나의 예에서, 상기 하부 플레이트는, 가열부를 내장하고 있다.
하나의 예에서, 상기 서브 플레이트들은 연속적으로 집합된 구조이다.
하나의 예에서, 상기 복수의 서브 플레이트들 중 어느 하나 이상은 가열부가 내장된 구조이다.
하나의 예에서, 상기 상부 플레이트는, 체적이 동일한 서브 플레이트들이 집합되어 하나의 상부 플레이트를 형성하는 것일 수 있다.
하나의 예에서, 상기 상부 플레이트는, 체적이 상이한 서브 플레이트들이 집합되어 하나의 상부 플레이트를 형성하는 것일 수 있다.
본 발명의 이차전지 제조방법은, 배터리 셀을 충/방전하여 배터리 셀을 활성화시키는 활성화 단계(S100); 상기 배터리 셀을 가압하여, 활성화 과정에서 발생한 가스를 가스 포켓에 포집하는 가압 단계(S200)를 포함하고, 상기 가압 단계(S200)는, 상기 서브 플레이트들이 방사형 방향, 좌우 방향, 좌 방향, 우 방향, 상하 방향, 상 방향 및 하 방향 중에서 선택된 어느 하나의 방향성을 가지고, 순차적으로 배터리 셀을 가압하는 것을 특징으로 한다.
하나의 예에서, 상기 가압 단계(S200)는, 상기 하부 플레이트 상에 배터리 셀을 거치하는 단계; 상기 서브 플레이트들 중 일부가 배터리 셀을 1차 가압하는 단계; 및 나머지 서브 플레이트들이 순차적으로 배터리 셀을 가압하는 것을 반복하는 단계를 포함한다.
하나의 예에서, 상기 서브 플레이트들은 배터리 셀의 일면 만을 순차적으로 가압한다.
하나의 예에서, 상기 서브 플레이트들은 배터리 셀의 양면을 순차적으로 가압한다.
하나의 예에서, 본 발명의 이차전지 제조방법은, 상기 가압 단계(S200) 이후에, 가스 포켓에 포집된 가스를 외부로 배출하기 위해, 전지케이스의 내부와 통하는 관통구를 천공하는 천공 단계(S300); 및 상기 천공 단계에서 형성된 관통구를 통해 내부 가스를 배출한 후 열융착에 의해 실링하는 실링 단계(S400)를 더 포함한다.
본 발명에 따른 가압 지그 및 이를 이용한 이차전지 제조방법은, 가압 지그의 가압면이 n 개(n은 3 이상의 정수임)의 분리된 서브 플레이트가 집합되어 하나의 판형 플레이트를 형성함으로써, 이차전지에 대한 순차적인 가압과 가스의 원활한 배출을 유도한다.
도 1은 종래의 가압 지그를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 가압 지그 및 가압 방법을 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 가압 방법을 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 가압 방법을 나타낸 도면이다.
도 5 내지 7은 본 발명의 실시예에 따른 서브 플레이트를 나타낸 도면이다.
도 8 내지 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 가압 지그 및 가압 방법을 나타낸 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 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 해석되어야 한다.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
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 있다는 것을 의미한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 가압 지그를 도시하고 있다. 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 가압 지그(100)는, 배터리 셀의 활성화 공정에서 발생한 가스를 제거하기 위해, 대향한 한 쌍의 판형 플레이트들 사이에 배터리 셀을 개재시켜 가압하기 위한 가압 지그로서, 상기 한 쌍의 판형 플레이트들(110, 120) 중 적어도 하나(110)는, n(n≥3)개의 분리된 서브 플레이트들(111, 112, 113, 114, 115, 116, 117)이 집합되어, 하나의 판형 플레이트(110)를 형성하는 구조이고, 상기 서브 플레이트들은, 각각 독립적으로 배터리 셀을 가압하는 구조이다. 여기서, n은 3 이상의 정수이며, 구체적으로는, 3 내지 20, 3 내지 10 또는 3 내지 5 범위의 정수이다.
도 2를 참조하면, 상기 한 쌍의 판형 플레이트들은, 배터리 셀의 하부에 위치하여 배터리 셀을 지지하는 하부 플레이트(120); 및 배터리 셀의 상부에서 배터리 셀을 가압하는 상부 플레이트(110)를 포함하고, 상기 상부 플레이트만(110)이, 서브 플레이트들(111, 112, 113, 114, 115, 116, 117)이 집합되어 형성된 판형 플레이트로서, 배터리 셀의 상부면 만을 순차 가압하는 구조이다.
본 발명에 따른 가압 지그는 서로 분리된 서브 플레이트가 집합된 구조의 판형 플레이트를 적용함으로써, 배터리 셀에 대한 부분적 또는 순차적 가압이 가능하다. 이를 통해, 예를 들어, 배터리 셀을 외측에서 내측 방향으로 순차 가압함으로써, 내부의 가스를 보다 효과적으로 배출할 수 있고, 가스 트랩의 발생을 억제할 수 있는 효과가 있는 것이다.
상기 서브 플레이트들은 연속적으로 집합된 구조이다. 연속적으로 집합되어 하나의 판형 플레이트를 구성함으로써, 배터리 셀을 순차적으로 가압할 수 있다. 도 2의 실시예에서는 정 가운데의 제 1 서브 플레이트(114)가 일차적으로 배터리 셀을 가압한다. 이후 상기 제 1 서브 플레이트의(114)와 인접한 제 2 서브 플레이트들(113, 115)이 이차적으로 배터리 셀을 가압하고, 제 3 서브 플레이트들(112, 116)이 삼차적으로 배터리 셀을 가압한 후, 최외곽에 위치한 제 4 서브 플레이트들(111, 117)이 마지막으로 배터리 셀을 가압하게 된다. 가운데에 위치한 서브 플레이트로부터 시작해 최외곽에 위한 서브 플레이트까지 순차적으로 배터리 셀에 대해 가압을 진행함에 따라, 배터리 셀 내부의 가스는 중앙에서 좌방향 및 중앙에서 우방향으로 이동성을 가지게 된다.
도 3은 다른 실시예에 따른 가압 지그를 나타낸 도면이다. 도 3을 참조하면, 가장 좌측에 위치한 서브 플레이트(111)로부터 우측 방향으로 서브 플레이트들(112, 113, 114, 115, 116, 117)이 순차적으로 배터리 셀을 가압한다. 따라서, 배터리 셀 내부의 가스는 좌측에서 우측으로 방향성을 가지며 이동하게 된다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 가압 지그를 나타낸 도면이다. 도 4를 참조하면, 가장 우측에 위치한 서브 플레이트(117)로부터 좌측 방향으로 서브 플레이트들(112, 113, 114, 115, 116, 117)이 순차적으로 배터리 셀을 가압한다. 따라서, 배터리 셀 내부의 가스는 우측에서 좌측으로 방향성을 가지며 이동하게 된다.
도 2 내지 도 4를 참조하면, 상기 서브 플레이트들은 모두 체적이 동일하다. 여기서 체적이 동일하다는 의미는, 복수의 서브 플레이트들이 각각 가로, 세로 및 두께가 서로 동일하여 형상 및 부피가 동일한 것을 의미하는 것이다. 상기 실시예에서는 체적이 동일한 서브 플레이트들로 이루어진 상부 플레이트를 도시하였으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 배터리 셀의 구조적 특징 및 필요에 따라 서브 플레이트들의 각 형상 및 체적을 동일하게 할 것인지 여부는 적절히 선택할 수 있을 것이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 서브 플레이트들이 집합된 구조의 판형 플레이트를 나타낸 도면으로, 도 5를 참조하면, 정 중앙에 위치한 제 1 서브 플레이트(111)는 판상형이고, 제 2 서브 플레이트(112) 내지 제 4 서브 플레이트(114)는, 외주면으로부터 소정의 이격 거리를 가지는 지점의 정중앙부에 장방형의 관통구를 가지는 “ㅁ”자 형상이다. 상기 상부 플레이트는, 제 1 서브 플레이트로부터 제 4 서브 플레이트가 순차적으로 배터리 셀을 가압할 수 있는 구조이고, 상기 순차적 가압에 의하여, 배터리 셀 내부의 가스는 장방형으로 방향성을 가지면 이동하게 된다.
위와 같이 본 발명의 상부 플레이트를 구성하는, 복수의 서브 플레이트들은, 방사형 방향, 좌우 방향, 좌 방향, 우 방향, 상하 방향, 상 방향 및 하 방향 중에서 선택된 어느 하나의 방향성을 가지고, 순차적으로 배터리 셀을 가압하는 구조이다.
도 8 내지 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 가압 지그(200)를 도시하고 있다. 도 8 내지 10을 참조하면, 상기 한 쌍의 판형 플레이트들은, 배터리 셀의 하부에서 배터리 셀을 가압하는 하부 플레이트(220); 및 배터리 셀의 상부에서 배터리 셀을 가압하는 상부 플레이트(210)를 포함하고, 상기 상부 플레이트 및 상기 하부 플레이트 모두가, 서브 플레이트들(211, 212, 213, 214, 215, 216, 217, 221, 222, 223, 224, 225, 226, 227)이 집합되어 형성된 판형 플레이트로서, 배터리 셀의 양면을 순차 가압하는 구조이다.
이 때 도 8과 같이 정중앙에 있는 서브 플레이트들(214, 224)이 일차적으로 배터리 셀을 가압하고, 이후 정중앙의 서브 플레이트들과 인접한 서브 플레이트들(213, 215, 223, 225)이 배터리 셀을 가압하며, 이후 이들과 인접한 서브 플레이트들(212, 216, 222, 226)이 배터리 셀을 가압하는 방식으로, 배터리 셀을 순차적으로 가압하게 된다. 이에 따라 내부의 가스는 중앙에서 좌측 및 우측 방향으로 방향성을 가지며 이동하게 된다. 또한 도 9와 같이 서브 플레이트들이 좌측에서 우측 방향으로 배터리 셀을 순차적으로 가압할 수도 있고, 도 10과 같이 서브 플레이트들이 우측에서 좌측 방향으로 배터리 셀을 순차적으로 가압할 수도 있다.
하나의 구체적 예에서, 본 발명의 하부 플레이트는, 가열부를 내장할 수 있다. 상기 가열부는 배터리 셀에 열을 가하는 히터이다. 상기 히터는 30 내지 100℃로 전지셀을 가열할 있고, 바람직하게는 40 내지 80℃로 가열할 수 있다. 상기 가열 온도가 30℃ 미만인 경우에는 가스에 전달되는 운동 에너지가 크지 않으므로, 배터리 셀 내부에 있는 가스를 탈착 및 제거함에 있어서, 큰 효과를 기대하기 어려우며, 100℃를 초과하는 경우에는, 배터리 셀 내에 있는 전해액이 분해되거나, 전지케이스의 변형을 초래할 수 있어 바람직하지 않다.
하나의 구체적 예에서, 본 발명의 하부 플레이트는 배터리 셀에 진동을 인가하는 가진기를 내장할 수 있다. 상기 가진기는 배터리 셀 내부에 존재하는 가스에 운동 에너지를 전달하여, 내부 가스를 보다 효과적으로 포집 및 제거할 수 있는 이점이 있다.
하나의 구체적 예에서, 상기 하부 플레이트 외에 상부 플레이트를 구성하는 서브 플레이트들 중 어느 하나 이상은 가열부를 내장할 수 있다. 하부 플레이트 뿐만 아니라, 상부 플레이트에도 가열부를 포함함으로써, 배터리 셀을 양 면에서 가압할 수 있으므로, 배터리 셀 내부에 존재하는 내부 가스에 운동 에너지를 보다 많이 전달할 수 있으므로, 가스의 포집 및 제거를 더욱 효과적으로 수행할 수 있다.
하나의 구체적 예에서, 상기 서브 플레이트들 중 적어도 일부에 탄성 소재가 부가되어 있을 수 있으며, 구체적으로 상기 서브 플레이트의 외면 중 적어도 배터리 셀과 접촉하는 부분에 탄성 소재가 부가되어 있을 수 있다. 서브 플레이트들이 배터리 셀을 가압하는 과정에서, 서브 플레이트와 배터리 셀이 접촉하는 부분은 국소적으로 무리한 힘이 가해지게 되고, 경우에 따라서는 전지케이스가 파손되는 문제가 발생할 수 있다. 따라서 서브 플레이트와 배터리 셀의 접촉 시 힘을 분산해주고, 전지케이스를 보호하기 위해 서브 플레이트의 외면에 탄성 수재를 부가하는 것이 바람직하다.
상기 탄성 소재는, 한정되지 아니하나, 예를 들어 폴리스틸렌, 폴리우레탄, 실리콘, 에폭시 및 고무 수지로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상일 수 있고, 또 다른 예에서 발포 소재일 수도 있다.
또한, 본 발명은 앞서 설명한 가압 지그를 이용한 이차전지 제조방법을 제공한다. 구체적으로, 활성화 공정을 마친 배터리 셀에서 내부 가스를 제거하기 위해, 상기 가압 지그를 이용할 수 있다. 하나의 실시예에서, 본 발명에 따른 이차전지 제조방법은, 배터리 셀을 충/방전하여 배터리 셀을 활성화시키는 활성화 단계(S100); 상기 배터리 셀을 가압하여, 활성화 과정에서 발생한 가스를 가스 포켓에 포집하는 가압 단계(S200)를 포함하고, 상기 가압 단계(S200)는, 상기 서브 플레이트들이 방사형 방향, 좌우 방향, 좌 방향, 우 방향, 상하 방향, 상 방향 및 하 방향 중에서 선택된 어느 하나의 방향성을 가지고, 순차적으로 배터리 셀을 가압하는 것을 특징으로 한다.
상기 활성화 단계(S100)는, 전지케이스 내에 전극조립체를 수납하고, 전해액의 주입을 완료한 후, 전지케이스를 가실링한 배터리 셀에 대하여, 소정의 SOC로 충전 및 방전하여 전극 활물질과 전해액간의 전기화학적 반응을 통해 SEI(Solid Electrolyte Interface) 층을 형성하여, 배터리 셀을 사용할 수 있도록 활성화 시키는 단계이다.
상기 가압 단계(S200)는, 상기 활성화 단계 중, 전극 활물질 및 전해액의 전기화학적 반응에 의해 생성된 내부 가스를 제거하기 위해, 배터리 셀을 순차적으로 가압함으로써, 배터리 셀 내부의 가스를 가스 포켓으로 포집하는 단계이다. 본 발명은 가압 단계(S200)에서 배터리 셀을 순차적으로 가압함으로써, 내부 가스가 방향성을 가지고 이동하게 되어 가스 트랩을 방지하는 효과가 있다.
하나의 구체적 예에서, 상기 가압 단계(S200)는, 상기 가압 지그에 배터리 셀을 거치하는 단계; 상기 서브 플레이트 중 일부가 배터리 셀을 1차 가압하는 단계; 및 나머지 서브 플레이트들이 순차적으로 배터리 셀을 가압하는 것을 반복하는 단계를 포함한다.
이때, 서브 플레이트들은 도 2와 같이 배터리 셀의 일 면만을 순차적으로 가압할 수도 있고, 도 8과 같이 배터리 셀의 양 면을 모두 순착적으로 가압할 수도 있다.
도 6 및 도 7을 참조하여 설명하면, 하나의 구체적 예에서 서브 플레이트들은, 하나의 판형 플레이트를 수평 또는 수직 분할하는 구조를 갖는다. 도 6(a)를 참조하면, 가운데에 있는 제 3 서브 플레이트(113)가 일차적으로 배터리 셀을 가압한 후, 상기 제 3 서브 플레이트와 인접한 제 2 서브 플레이트(112) 및 제 4 서브 플레이트(114)가 이차적으로 배터리 셀을 가압하게 되고, 마지막으로 가장 최외곽에 위치한 제 1 서브 플레이트(111) 및 제 5 서브 플레이트(115)가 배터리 셀을 가압하여, 배터리 셀 내부의 가스는 중앙에서 상부 및 하부 방향으로 이동하는 방향성(화살표 참조)을 가지게 된다. 도 6(b)는 서브 플레이트가 배터리 셀을 상부에서 하부 방향으로 순차적으로 가압하는 실시 형태를, 도 6(c)는 서브 플레이트가 배터리 셀을 하부에서 상부 방향으로 순차적으로 가압하는 실시 형태를 나타내고 있다.
도 7은 하나의 판형 플레이트가, 수평 분할된 형태를 가지는 서브 플레이트들을 나타내고 있다. 도 7(a)는 서브 플레이트가 배터리 셀을 중앙에서 좌측 및 우측 방향으로 순차적으로 가압하는 실시 형태를, 도 7(b)는 서브 플레이트가 배터리 셀을 좌측에서 우측 방향으로 순차적으로 가압하는 실시 형태를, 도 7(c)는 서브 플레이트가 배터리 셀을 우측에서 좌측 방향으로 순차적으로 가압하는 실시 형태를 나타내고 있다.
위와 같이 본 발명의 가압 지그를 구성하는 판형 플레이트는, 복수의 서브 플레이트들로 모듈화 되어 있어, 본 발명의 가압 지그를 이용한 이차전지의 제조방법은, 가스 제거를 위한 가압 시, 상하 방향, 상 방향, 하 방향, 좌우방향, 좌 방향, 우 방향, 방사형 방향 중 선택된 하나의 방향으로 배터리 셀을 순차 가압할 수 있다.
하나의 구체적 예에서, 본 발명의 이차전지 제조방법은, 상기 가압 단계(S200) 이후에, 가스 포켓에 포집된 가스를 외부로 배출하기 위해, 전지케이스의 내부와 통하는 관통구를 천공하는 천공 단계(S300); 및 상기 천공 단계에서 형성된 관통구를 통해 내부 가스를 배출한 후 열융착에 의해 실링하는 실링 단계(S400)를 더 포함한다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 배터리 셀은 수지층과 금속층을 포함하는 라미네이트 시트의 전지케이스에 전극조립체와 전해액이 내장되어 있는 파우치형 배터리 셀일 수 있다.
이 때, 상기 라미네이트 시트는, 알루미늄 라미네이트 시트일 수 있고, 상세하게는 금속 차단층의 일면(외면)에 내구성이 우수한 수지 외곽층이 부가되어 있고, 타면(내면)에 열용융성의 수지 실란트층이 부가되어 있는 구조로 이루어질 수 있다.
상기 수지 외곽층은 외부 환경으로부터 우수한 내성을 가져야 하므로, 소정 이상의 인장강도와 내후성을 가지는 것이 필요하다. 그러한 측면에서 수지 외곽층의 고분자 수지로는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)와 연신 나일론 필름이 바람직하게 사용될 수 있다.
상기 금속 차단층은 가스, 습기 등 이물질의 유입 내지 누출을 방지하는 기능 이외에 전지케이스의 강도를 향상시키는 기능을 발휘할 수 있도록, 상세하게는 알루미늄이 사용될 수 있다.
상기 수지 실란트층의 고분자 수지로는 열융착성(열접착성)을 가지고, 전해액의 침입을 억제하기 위해 흡습성이 낮으며, 전해액에 의해 팽창하거나 침식되지 않는 폴리올레핀(polyolefin)계 수지가 바람직하게 사용될 수 있으며, 더욱 상세하게는 무연신 폴리프로필렌(CPP)이 사용될 수 있다.
일반적으로 폴리프로필렌 등과 같은 폴리올레핀계 수지는 금속과의 접착력이 낮으므로, 상기 금속 차단층과의 접착력을 향상시키기 위한 방안으로서, 상세하게는 상기 금속층과 수지 실란트층 사이에 접착층을 추가로 포함하여 접착력 및 차단 특성을 향상시킬 수 있다. 상기 접착층의 소재로는, 예를 들어, 우레탄(urethane)계 물질, 아크릴(acryl)계 물질, 열가소성 일래스토머(elastomer)를 함유하는 조성물 등을 들 수 있지만, 이들만으로 한정되는 것은 아니다.
10: 배터리 셀
21: 다이
100, 200: 가압 지그
120, 220: 하부 플레이트
22, 110,210: 상부 플레이트
111~117, 211~217, 221~227: 서브 플레이트

Claims (14)

  1. 배터리 셀의 활성화 공정에서 발생한 가스를 제거하기 위해, 대향한 한 쌍의 판형 플레이트들 사이에 배터리 셀을 개재시켜 가압하기 위한 가압 지그로서,
    상기 한 쌍의 판형 플레이트들 중 적어도 하나는, n(n≥3)개의 분리된 서브 플레이트들이 집합되어, 하나의 판형 플레이트를 형성하는 구조이고,
    상기 서브 플레이트들은, 각각 독립적으로 배터리 셀을 가압하는 구조인 가압 지그.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 한 쌍의 판형 플레이트들은, 배터리 셀의 하부에 위치하여 배터리 셀을 지지하는 하부 플레이트; 및 배터리 셀의 상부에서 배터리 셀을 가압하는 상부 플레이트를 포함하고,
    상기 상부 플레이트만이, 상기 서브 플레이트들이 집합되어 형성된 판형 플레이트로서, 배터리 셀의 상부면 만을 순차 가압하는 구조인 가압 지그.
  3. 1 항에 있어서,
    상기 한 쌍의 판형 플레이트들은, 배터리 셀의 하부에서 배터리 셀을 가압하는 하부 플레이트; 및
    배터리 셀의 상부에서 배터리 셀을 가압하는 상부 플레이트를 포함하고,
    상기 상부 플레이트 및 상기 하부 플레이트 모두가, 상기 서브 플레이트들이 집합되어 형성된 판형 플레이트로서, 배터리 셀의 양면을 순차 가압하는 구조인 가압 지그.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 서브 플레이트들은, 방사형 방향, 좌우 방향, 좌 방향, 우 방향, 상하 방향, 상 방향 및 하 방향 중에서 선택된 어느 하나의 방향성을 가지고, 순차적으로 배터리 셀을 가압하는 구조인 가압 지그.
  5. 제 2 항에 있어서, 상기 하부 플레이트는, 가열부를 내장하고 있는 가압 지그.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 서브 플레이트들은 연속적으로 집합된 구조인 가압 지그.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 복수의 서브 플레이트들 중 어느 하나 이상은 가열부가 내장된 구조인 가압 지그.
  8. 제 1 항에 있어서, 체적이 동일 서브 플레이트들이 집합되어 하나의 상부 플레이트를 형성하는 가압 지그.
  9. 제 1 항에 있어서, 체적이 상이한 서브 플레이트들이 집합되어 하나의 상부 플레이트를 형성하는 가압 지그.
  10. 제 1 항의 가압 지그를 이용하여 가스를 제거하기 위한 가압 단계를 포함하는 이차전지 제조방법으로서,
    배터리 셀을 충/방전하여 배터리 셀을 활성화시키는 활성화 단계(S100);
    상기 배터리 셀을 가압하여, 활성화 과정에서 발생한 가스를 가스 포켓에 포집하는 가압 단계(S200); 를 포함하고,
    상기 가압 단계(S200)는,
    상기 서브 플레이트들이 방사형 방향, 좌우 방향, 좌 방향, 우 방향, 상하 방향, 상 방향 및 하 방향 중에서 선택된 어느 하나의 방향성을 가지고, 순차적으로 배터리 셀을 가압하는 것을 특징으로 하는 이차전지 제조방법.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 가압 단계(S200)는,
    상기 가압 지그에 배터리 셀을 거치하는 단계;
    상기 서브 플레이트들 중 일부가 배터리 셀을 1차 가압하는 단계; 및
    나머지 서브 플레이트들이 순차적으로 배터리 셀을 가압하는 것을 반복하는 단계를 포함하는 이차전지 제조방법.
  12. 제 10 항에 있어서, 상기 서브 플레이트들은, 배터리 셀의 일 면을 순차적으로 가압하는 것을 특징으로 하는 이차전지 제조방법.
  13. 제 10 항에 있어서, 상기 서브 플레이트들은, 배터리 셀의 양 면을 순차적으로 가압하는 것을 특징으로 하는 이차전지 제조방법.
  14. 제 10 항에 있어서, 상기 가압 단계(S200) 이후에,
    가스 포켓에 포집된 가스를 외부로 배출하기 위해, 전지케이스의 내부와 통하는 관통구를 천공하는 천공 단계(S300); 및
    상기 천공 단계에서 형성된 관통구를 통해 내부 가스를 배출한 후 열융착에 의해 실링하는 실링 단계(S400)를 더 포함하는 이차전지 제조방법.
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