KR20220040647A - 전지셀 충방전용 지그 - Google Patents

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KR20220040647A
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lead
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charging
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이소연
전형인
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주식회사 엘지에너지솔루션
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Abstract

본 발명은 전지셀 충방전용 지그에 관한 것으로, 상기 전지셀 충방전용 지그는, 평가 대상 전지셀이 안착되는 플레이트; 및 상기 플레이트의 적어도 일 측에 위치하며, 전지 케이스로부터 인출되는 전극 리드를 양면에서 가압하여 고정시키는 리드 고정용 지그를 포함하며, 상기 리드 고정용 지그에서, 상기 리드 고정용 지그와 전극 리드가 접촉하는 부분에는 전극 리드가 안착되도록 함입된 함입부가 형성된다.

Description

전지셀 충방전용 지그{JIG FOR CHARGING AND DISCHARGING A BATTERY CELL}
본 발명은 전지셀 충방전용 지그에 관한 것이다.
최근, 충방전이 가능한 이차전지는 와이어리스 모바일 기기의 에너지원으로 광범위하게 사용되고 있다. 또한, 이차전지는, 화석 연료를 사용하는 기존의 가솔린 차량, 디젤 차량 등의 대기오염 등을 해결하기 위한 방안으로 제시되고 있는 전기자동차, 하이브리드 전기자동차 등의 에너지원으로서도 주목받고 있다. 따라서, 이차전지를 사용하는 애플리케이션의 종류는 이차전지의 장점으로 인해 매우 다양화되고 있으며, 향후에는 지금보다는 많은 분야와 제품들에 이차전지가 적용될 것으로 예상된다.
이러한 이차전지는 전극과 전해액의 구성에 따라 리튬이온 전지, 리튬이온 폴리머 전지, 리튬 폴리머 전지 등으로 분류되기도 하며, 그 중 전해액의 누액 가능성이 적으며, 제조가 용이한 리튬이온 폴리머 전지의 사용량이 늘어나고 있다. 일반적으로, 이차전지는 전지케이스의 형상에 따라, 전극조립체가 원통형 또는 각형의 금속 캔에 내장되어 있는 원통형 전지 및 각형 전지와, 전극조립체가 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치형 케이스에 내장되어 있는 파우치형 전지로 분류되며, 전지케이스에 내장되는 전극조립체는 양극, 음극, 및 상기 양극과 상기 음극 사이에 개재된 분리막 구조로 이루어져 충방전이 가능한 발전소자로서, 활물질이 도포된 긴 시트형의 양극과 음극 사이에 분리막을 개재하여 권취한 젤리-롤형과, 소정 크기의 다수의 양극과 음극을 분리막에 개재된 상태에서 순차적으로 적층한 스택형으로 분류된다.
이차 전지는 전지셀을 조립하는 공정과, 전지셀을 활성화시키는 공정을 거쳐 제조되며, 전지의 활성화 공정에서, 소정의 지그에 전지셀을 탑재시켜 활성화에 필요한 조건으로 충전을 수행하게 된다. 이러한 충방전 과정은 이차 전지의 생산 공정 중 조립이 완료된 최초의 전지셀이 전기 에너지를 저장할 수 있도록 이차 전지가 가져야 할 소정의 특성을 부여하는 기능을 수행한다.
아울러, 전지셀이 제조되면, 전지셀의 성능 또는 결함 여부를 평가하기 위해서도 이러한 충방전 설비가 필수적으로 되었다.
도 1은 종래의 전지셀 충방전용 지그의 형상을 나타낸 사진이다.
도 1을 참조하면, 전지셀은 전지 케이스의 외부로 전극 리드가 인출된 구조이며, 상기 전극 리드를 상면과 하면에서 고정하기 위해 전극 리드의 상부와 하부에 지그가 위치하게 된다. 이 때 상기 상부 지그가 스크류에 의해 하강하여 하부 지그에 의해 지지된 전극 리드를 가압하여 고정하게 된다.
이 때 전극 리드를 지그에 체결하는 과정에서, 전지셀의 위치를 정확하게 고정하지 않으면, 도 1과 같이 전극 리드에 부착되는 절연 필름 부분까지 지그 사이에 체결되는데, 이는 충방전시 간섭을 일으킬 수 있다.
아울러, 전지셀을 지그에 체결할 때 지그 주변의 환경에 따라 지그 안쪽을 확인하기 어려운 경우 전극 리드를 지그의 원하는 부위에 정확히 체결하는 것이 어렵다는 문제가 있었다.
따라서 상기와 같은 문제를 해결할 수 있는 전지셀 충방전용 지그의 개발이 필요한 실정이다.
한국공개특허 제10-2016-0061124호
본 발명은 상기와 같은 과제를 해결하기 위해 안출된 것으로, 전극 리드를 항상 같은 위치에 체결할 수 있는 전지셀 충방전용 지그를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 따른 전지셀 충방전용 지그는, 평가 대상 전지셀이 안착되는 플레이트; 및 상기 플레이트의 적어도 일 측에 위치하며, 전지 케이스로부터 인출되는 전극 리드를 양면에서 가압하여 고정시키는 리드 고정용 지그를 포함하며, 상기 리드 고정용 지그에서, 상기 리드 고정용 지그와 전극 리드가 접촉하는 부분에는 전극 리드가 안착되도록 함입된 함입부가 형성된다.
구체적인 예에서, 상기 리드 고정용 지그는, 상기 전극 리드의 하부에서 상기 전극 리드를 지지하는 하부 지그; 및 상기 전극 리드의 상부에서 상기 전극 리드를 가압하는 상부 지그를 포함한다.
하나의 예에서, 상기 함입부는 하부 지그의 상면에 형성될 수 있다.
이 때 상기 함입부의 깊이는, 상기 전극 리드의 두께에 대응하거나, 전극 리드의 두께보다 작다.
다른 하나의 예에서, 상기 함입부는 상부 지그의 하면 및 하부 지그의 상면에 모두 형성된다.
이 때 상기 하부 지그 및 상부 지그에 형성된 함입부의 두께의 합은 전극 리드의 두께에 대응하거나, 전극 리드의 두께보다 작다.
구체적인 예에서, 상기 함입부의 수평 단면의 형상은 전극 리드의 형상에 대응할 수 있다.
상기 함입부의 수평 단면은 사각형 형상일 수 있다.
구체적인 예에서, 상기 함입부의 폭 방향 길이는 전극 리드의 폭 방향 길이보다 클 수 있다.
또한, 상기 리드 고정용 지그는, 상기 함입부의 내벽에 상기 전극 리드의 끝단이 접하도록 위치할 수 있다.
또한, 상기 리드 고정용 지그는 전지 케이스와 전극 리드 사이 접촉 부위로부터 소정 거리 이격된 곳에 위치할 수 있다.
구체적인 예에서, 상기 전지 케이스와 전극 리드 사이 접촉 부위에 절연 필름이 테이핑되며, 상기 리드 고정용 지그는 상기 절연 필름으로부터 소정 거리 이격된 곳에 위치할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 전지셀 충방전용 지그는, 상기 전지셀을 가압하는 가압 플레이트를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 전지셀 충방전용 지그는, 상기 전지셀을 충방전하는 충방전부를 더 포함할 수 있다.
본 발명은 전극 리드를 고정하는 리드 고정용 지그에서, 지그와 전극 리드가 접촉하는 부분에 함입부를 형성함으로써 별도의 위치 조정 과정을 수행하지 않아도 전극 리드를 원하는 위치에 용이하게 체결할 수 있다. 아울러 전극 리드를 원하는 위치에 체결함으로써, 절연 필름 부분이 지그에 체결되는 것을 방지할 수 있다.
도 1은 종래의 전지셀 충방전용 지그의 형상을 나타낸 사진이다.
도 2는 본 발명에 따른 전지셀 충방전용 지그의 구조를 나타낸 모식도이다.
도 3은 본 발명에 따른 전지셀 충방전용 지그에서, 전지셀이 리드 고정용 지그에 체결된 모습을 나타낸 상면도이다.
도 4 및 도 5는, 본 발명의 일 실시예에 따른 전지셀 충방전용 지그에서 전지셀이 리드 고정용 지그에 체결된 모습을 나타낸 모식도이다.
도 6 및 도 7은, 본 발명의 다른 실시예에 따른 전지셀 충방전용 지그에서 전지셀이 리드 고정용 지그에 체결된 모습을 나타낸 모식도이다.
도 8은 전극 리드에 절연 필름이 형성된 경우 전지셀 충방전용 지그에서 전지셀이 리드 고정용 지그에 체결된 모습을 나타낸 모식도이다.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전지셀 충방전용 지그의 구조를 나타낸 모식도이다.
이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 특허청구범위에 사용된 용어 또는 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 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.
본 출원에서, "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. 또한, 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "상에" 있다고 할 경우, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "하에" 있다고 할 경우, 이는 다른 부분 "바로 아래에" 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 또한, 본 출원에서 "상에" 배치된다고 하는 것은 상부뿐 아니라 하부에 배치되는 경우도 포함하는 것일 수 있다.
이하 본 발명에 대해 자세히 설명한다.
본 발명에 따른 전지셀 충방전용 지그는, 평가 대상 전지셀이 안착되는 플레이트; 및 상기 플레이트의 적어도 일 측에 위치하며, 전지 케이스로부터 인출되는 전극 리드를 양면에서 가압하여 고정시키는 리드 고정용 지그를 포함하며, 상기 리드 고정용 지그에서, 상기 리드 고정용 지그와 전극 리드가 접촉하는 부분에는 전극 리드가 안착되도록 함입된 함입부가 형성된다.
전술한 바와 같이, 전극 리드를 지그에 체결하는 과정에서, 전지셀의 위치를 정확하게 고정하지 않으면, 전극 리드에 부착되는 절연 필름 부분까지 지그 사이에 체결되는데, 이는 충방전시 간섭을 일으킬 수 있다.
이와 같은 문제를 방지하기 위해 전극 리드를 지그의 원하는 위치에 정확히 체결해야 되는데, 지그 주변의 환경에 따라 지그 안쪽을 확인하기 어려운 경우 전극 리드를 지그의 원하는 부위에 정확히 체결하는 것이 어렵다는 문제가 있었다.
본 발명은 전극 리드를 고정하는 리드 고정용 지그에서, 지그와 전극 리드가 접촉하는 부분에 함입부를 형성함으로써 별도의 위치 조정 과정을 수행하지 않아도 전극 리드를 원하는 위치에 용이하게 체결할 수 있다. 아울러 전극 리드를 원하는 위치에 체결함으로써, 절연 필름 부분이 지그에 체결되는 것을 방지할 수 있다.
먼저, 본 발명에 따른 전지셀 충방전용 지그에 있어서, 상기 플레이트는 전지셀이 안착될 수 있는 공간을 제공한다.
한편, 상기 전지셀은 양극, 분리막 및 음극이 교대로 적층된 구조의 전극 조립체가 전지 케이스 내부에 수납된 구조일 수 있다. 상기 양극 및 음극은 각각 집전체에 전극 활물질을 포함하는 전극 슬러리가 도포된 후 건조 및 압연 과정을 거쳐 활물질층이 형성된 구조이다. 전지 케이스에 전극 조립체가 수납되면 내부에 전해액을 주입하고 밀봉하여 전지셀을 제조할 수 있다.
여기서, 집전체는 양극 집전체 또는 음극 집전체일 수 있고, 상기 전극 활물질은 양극 활물질 또는 음극 활물질일 수 있다. 또한 상기 전극 슬러리는 전극 활물질 외에 도전재 및 바인더를 더 포함할 수 있다.
본 발명에서, 양극 집전체의 경우 일반적으로 3 ~ 500 ㎛의 두께로 만든다. 이러한 양극 집전체는, 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 높은 도전성을 가지는 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 스테인레스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소, 또는 알루미늄이나 스테리인레스 스틸의 표면에 카본, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면처리한 것 등이 사용될 수 있다. 집전체는 그것의 표면에 미세한 요철을 형성하여 양극 활물질의 접착력을 높일 수도 있으며, 필름, 시트, 호일, 네트, 다공질체, 발포체, 부직포체 등 다양한 형태가 가능하다.
음극 집전체용 시트의 경우, 일반적으로 3 ~ 500 ㎛의 두께로 만들어진다. 이러한 음극 집전체는, 당해전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 구리, 스테인레스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소, 구리나 스테인레스 스틸의 표면에 카본, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면 처리한 것, 알루미늄-카드뮴 합금 등이 사용될 수 있다. 또한, 양극 집전체와 마찬가지로, 표면에 미세한 요철을 형성하여 음극 활물질의 결합력을 강화시킬 수도 있으며, 필름, 시트, 호일, 네트, 다공질체, 발포체, 부직포체 등 다양한 형태로 사용될 수 있다.
본 발명에서 양극 활물질은, 전기화학적 반응을 일으킬 수 있는 물질로서, 리튬 전이금속 산화물로서, 2 이상의 전이금속을 포함하고, 예를 들어, 1 또는 그 이상의 전이금속으로 치환된 리튬 코발트 산화물(LiCoO2), 리튬 니켈 산화물(LiNiO2) 등의 층상 화합물; 1 또는 그 이상의 전이금속으로 치환된 리튬 망간 산화물; 화학식 LiNi1-yMyO2 (여기서, M = Co, Mn, Al, Cu, Fe, Mg, B, Cr, Zn 또는 Ga 이고 상기 원소 중 하나 이상의 원소를 포함, 0.01≤y≤0.7 임)으로 표현되는 리튬 니켈계 산화물; Li1+zNi1/3Co1/3Mn1/3O2, Li1+zNi0.4Mn0.4Co0.2O2 등과 같이 Li1+zNibMncCo1-(b+c+d)MdO(2-e)Ae (여기서, -0.5≤z≤0.5, 0.1≤b≤0.8, 0.1≤c≤0.8, 0≤d≤0.2, 0≤e≤0.2, b+c+d<1임, M = Al, Mg, Cr, Ti, Si 또는 Y 이고, A = F, P 또는 Cl 임)으로 표현되는 리튬 니켈 코발트 망간 복합산화물; 화학식 Li1+xM1-yM'yPO4-zXz(여기서, M = 전이금속, 바람직하게는 Fe, Mn, Co 또는 Ni 이고, M' = Al, Mg 또는 Ti 이고, X = F, S 또는 N 이며, -0.5≤x≤+0.5, 0≤y≤0.5, 0≤z≤0.1 임)로 표현되는 올리빈계 리튬 금속 포스페이트 등을 들 수 있지만, 이들만으로 한정되는 것은 아니다.
음극 활물질은, 예를 들어, 난흑연화 탄소, 흑연계 탄소 등의 탄소; LixFe2O3(0≤x≤1), LixWO2(0≤x≤1), SnxMe1-xMe'yOz (Me: Mn, Fe, Pb, Ge; Me': Al, B, P, Si, 주기율표의 1족, 2족, 3족 원소, 할로겐; 0<x≤1; 1≤y≤3; 1≤z≤8) 등의 금속 복합 산화물; 리튬 금속; 리튬 합금; 규소계 합금; 주석계 합금; SnO, SnO2, PbO, PbO2, Pb2O3, Pb3O4, Sb2O3, Sb2O4, Sb2O5, GeO, GeO2, Bi2O3, Bi2O4, Bi2O5 등의 금속 산화물; 폴리아세틸렌 등의 도전성 고분자; Li-Co-Ni 계 재료 등을 사용할 수 있다.
상기 도전재는 통상적으로 양극 활물질을 포함한 혼합물 전체 중량을 기준으로 1 내지 30 중량%로 첨가된다. 이러한 도전재는 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 천연 흑연이나 인조 흑연 등의 흑연; 카본블랙, 아세틸렌 블랙, 케첸 블랙, 채널 블랙, 퍼네이스 블랙, 램프 블랙, 서머 블랙 등의 카본블랙; 탄소 섬유나 금속 섬유 등의 도전성 섬유; 불화 카본, 알루미늄, 니켈 분말 등의 금속 분말; 산화아연, 티탄산 칼륨 등의 도전성 위스키; 산화 티탄 등의 도전성 금속 산화물; 폴리페닐렌 유도체 등의 도전성 소재 등이 사용될 수 있다.
상기 바인더는 활물질과 도전재 등의 결합과 집전체에 대한 결합에 조력하는 성분으로서, 통상적으로 양극 활물질을 포함하는 혼합물 전체 중량을 기준으로 1 내지 30 중량%로 첨가된다. 이러한 바인더의 예로는, 폴리불화비닐리덴, 폴리비닐알코올, 카르복시메틸셀룰로우즈(CMC), 전분, 히드록시프로필셀룰로우즈, 재생 셀룰로오즈, 폴리비닐피롤리돈, 테트라플루오로에틸렌, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 에틸렌-프로필렌-디엔 터폴리머(EPDM), 술폰화 EPDM, 스티렌 부타디엔 고무, 불소 고무, 다양한 공중합체 등을 들 수 있다.
한편, 상기 분리막은 양극과 음극 사이에 개재되며, 높은 이온 투과도와 기계적 강도를 가지는 절연성의 얇은 박막이 사용된다. 분리막의 기공 직경은 일반적으로 0.01 ~ 10 ㎛이고, 두께는 일반적으로 5 ~ 300 ㎛이다. 이러한 분리막으로는, 예를 들어, 내화학성 및 소수성의 폴리프로필렌 등의 올레핀계 폴리머; 유리섬유 또는 폴리에틸렌 등으로 만들어진 시트나 부직포 등이 사용된다.
한편, 전극 조립체에서, 전극의 일측에는 전극 탭이 형성되며, 상기 전극 탭은 양극 탭 또는 음극 탭일 수 있다. 상기 양극 탭 및 음극 탭에는 각각 양극 리드와 음극 리드가 연결된다. 상기 양극 리드 및 음극 리드는 전지 케이스 외부로 인출되어 외부와 전기적으로 연결되는 단자 역할을 수행하게 된다. 이 때 상기 양극 리드 및 음극 리드는 각각 양극 탭 및 음극 탭과 용접으로 접합될 수 있다. 용접 방법으로는 공지의 것을 사용할 수 있으며, 예를 들어 초음파 용접 또는 레이저 용접을 사용할 수 있다.
이 때, 상기 전지 케이스는 전지의 포장을 위한 외장재로 사용되는 것이라면 특별히 제한되지 않으며, 원통형, 각형 또는 파우치형이 사용될 수 있으나, 상세하게는 파우치형 전지 케이스가 사용될 수 있다. 파우치형 전지 케이스는 통상적으로 알루미늄 라미네이트 시트로 이루어져 있으며, 밀봉을 위한 내부 실란트층, 물질의 침투를 방지하는 금속층, 및 케이스의 최외곽을 이루는 외부 수지층으로 구성될 수 있다. 전지셀은 파우치형 전지 케이스 내부에 전극 조립체가 수납된 후 전극 리드가 인출된 상태에서 상부 케이스 및 하부 케이스를 열융착 실링함으로써 제조되는바, 전지 케이스의 단부에 열융착 실링부가 형성될 수 있다. 이하 전지 케이스에 대한 구체적인 내용은 통상의 기술자에게 공지된 사항이므로 자세한 설명을 생략한다.
한편, 플레이트의 적어도 일 측에는 리드 고정용 지그가 위치한다. 상기 리드 고정용 지그는 전지 케이스로부터 인출되는 전극 리드를 양면에서 가압하여 고정시킨다. 상기 전극 리드가 전지 케이스의 양 측에서 서로 반대 방향으로 인출되는 형상인 경우 리드 고정용 지그가 플레이트의 양 측에 위치하게 된다. 아울러 두 개의 전극 리드가 동일한 방향으로 인출되는 것도 가능하며, 이 경우 플레이트의 일 측에 두 개의 리드 고정용 지그가 위치하게 된다.
상기 리드 고정용 지그는, 상기 전극 리드의 하부에서 상기 전극 리드를 지지하는 하부 지그; 및 상기 전극 리드의 상부에서 상기 전극 리드를 가압하는 상부 지그를 포함한다. 즉 전극 리드는 상부 지그와 하부 지그 사이의 계면에 위치할 수 있다. 이 때, 전극 리드가 꺾이는 것을 방지하기 위하여, 플레이트는 전극 리드가 하부 지그의 상면에 안착될 수 있도록 높이가 조절될 수 있다.
또한 상기 리드 고정용 지그는 전극 리드의 가압을 위해 상부 지그를 움직일 수 있는 이동 수단을 구비할 수 있다. 상기 이동 수단은 예를 들어 스크류를 사용할 수 있다. 상기 스크류는 측면에 나사산이 형성되어 있는 부재를 의미한다. 상기 스크류는 관통홀이 형성되어 있는 지지대에 삽입되어 있어, 회전 운동을 통해 상하 이동 가능하므로, 스크류가 하방으로 이동함으로 상부 지그로 하여금 전극 리드를 가압할 수 있다. 한편, 상기 상부 지그는 안정적인 상하 운동을 위해 상기 지지대를 따라 슬라이딩 이동 가능하도록 구성될 수도 있다. 다만 상부 지그의 이동 방식이 이에 한정되는 것은 아니며, 상부 지그가 상하 이동하면서 전극 리드를 가압할 수 있으면 이동 방식에 특별한 제한은 존재하지 않는다.
한편, 상기 리드 고정용 지그에서, 상기 리드 고정용 지그와 전극 리드가 접촉하는 부분에는 전극 리드가 안착되도록 함입된 함입부가 형성된다. 상기 함입부는 전극 리드를 리드 고정용 지그를 체결할 때 전극 리드의 적절한 위치를 알려주는 지표 역할을 하게 된다. 이 경우 함입부에 전극 리드를 안착시키면 자동적으로 전극 리드의 위치가 정위치에 위치하게 된다. 즉 함입부를 통해 전극 리드가 정위치에 위치하는지 여부를 육안으로 확인하지 않아도 전극 리드를 정위치에 체결할 수 있다.
하나의 예에서, 상기 함입부는 하부 지그의 상면에 형성될 수 있다. 함입부가 하부 지그에 형성됨으로써, 전지셀을 플레이트에 안착 후 전극 리드의 체결 전에 전극 리드를 리드 고정용 지그의 정위치에 체결할 수 있다. 전극 리드가 하부 지그에 형성된 함입부에 안착되면 전지셀이 플레이트의 정위치에 위치하였다는 것을 의미하며, 이후 상부 지그를 하강시켜 전극 리드를 가압함으로써 전지셀을 고정할 수 있다. 이 경우 상부 지그가 전극 리드와 대면하는 하면 부분은 평탄한 형상을 나타낼 수 있다.
이 경우 상기 함입부의 깊이는 상기 전극 리드의 두께에 대응하거나, 전극 리드의 두께보다 작게 할 수 있다. 이는 전극 리드가 상부 지그와 하부 지그 사이에서 가압되어 고정될 수 있도록 하기 위함이다. 함입부의 깊이가 전극 리드의 두께보다 크면, 전극 리드가 상부 지그에 의해 가압되지 못하므로, 전극 리드의 고정이 어렵게 된다.
다른 하나의 예에서, 상기 함입부는 상부 지그의 하면 및 하부 지그의 상면에 모두 형성될 수 있다. 이 경우 전극 리드는 상부 지그에 형성된 함입부 및 하부 지그에 형성된 함입부에 둘러싸인 공간에 위치한다. 마찬가지로, 전지셀을 플레이트에 안착시, 전극 리드가 하부 지그에 형성된 함입부에 안착됨으로써 전지셀이 플레이트의 정위치에 위치하게 되며, 이후 상부 지그를 하강시켜 전극 리드를 가압하게 된다. 이 때, 상부 지그에도 함입부가 형성되어 있으므로, 전극 리드 체결시 발생할 수 있는 전극 리드의 정위치 이탈, 즉 전극 리드가 함입부 밖에 위치하게 되는 것을 방지할 수 있다.
이 경우, 상기 하부 지그 및 상부 지그에 형성된 함입부의 두께의 합은 전극 리드의 두께에 대응하거나, 전극 리드의 두께보다 작다. 이는 전극 리드가 상부 지그와 하부 지그 사이에서 가압되어 고정될 수 있도록 하기 위함이다. 상기 하부 지그 및 상부 지그에 형성된 함입부의 두께의 합이 전극 리드의 두께보다 클 경우, 상부 지그와 하부 지그 사이에 형성되는 공간의 두께가 전극 리드의 두께보다 크게 되며, 이 경우 전극 리드가 상부 지그에 의해 가압되지 못하므로 전극 리드의 고정이 어렵게 된다.
한편, 상기 함입부의 수평 단면 형상은 전극 리드가 합입부에 온전히 안착될 수 있으면 특별한 제한은 없으나, 예를 들어 함입부의 수평 단면은 사각형 형상일 수 있다. 일반적으로 전극 리드의 인출된 부분의 형상이 사각형이므로, 함입부 또한 전극 리드의 형상에 대응하는 형상을 가짐으로써 전극 리드를 용이하게 정위치에 위치시킬 수 있다. 여기서 수평 단면 형상이란, 지면에 평행한 방향에 대한 단면 형상 또는 전극 리드의 인출 방향에 대한 단면 형상을 의미한다.
이 때, 상기 함입부의 폭 방향 길이는 전극 리드의 폭 방향 길이보다 클 수 있다. 여기서, 폭 방향 길이란, 수평면 내에서 전극 리드의 인출 방향과 수직한 방향을 의미한다.
함입부의 폭 방향 길이가 전극 리드의 폭 방향 길이와 동일할 경우 전극 리드와 함입부 사이의 여유 공간으로 인해 전지셀이 유동하는 것을 방지할 수 있으나, 전극 리드를 함입부에 안착시키기 위해 함입부의 정확한 위치를 찾는데 시간이 소요될 수 있다. 따라서 함입부의 폭 방향 길이를 전극 리드의 폭 방향 길이보다 크도록 함으로써 함입부의 위치를 육안으로 확인하지 않고도 전극 리드를 함입부에 용이하게 안착시킬 수 있으며, 전극 리드의 체결에 소요되는 시간을 줄일 수 있다.
예를 들어, 상기 함입부의 폭 방향 길이는 전극 리드의 폭 방향 길이의 1.1배 내지는 1.5배일 수 있으며, 상세하게는 1.2배 내지 1.4배일 수 있다. 함입부의 폭 방향 길이가 상기 범위 미만일 경우 전극 리드를 함입부에 안착시키는 데 시간이 많이 소요될 수 있다. 반대로 함입부의 폭 방향 길이가 상기 범위를 초과할 경우, 전극 리드가 폭 방향으로 쉽게 움직이게 되므로 전지셀을 정확한 위치에 고정하는 것이 어려울 수 있다.
또한, 상기 리드 고정용 지그는, 상기 함입부의 내벽에 상기 전극 리드의 끝단이 접하도록 위치할 수 있다. 즉 전극 리드의 끝단과 함입부의 내벽 사이의 공간은 최소화하는 것이 바람직하다. 여기서 전극 리드의 끝단이란 인출 방향을 기준으로 한 것을 의미한다. 리드 고정용 지그가 전지셀에 너무 가까이 위치할 경우 전극 리드가 함입부 내에 안착되기 어려우며, 이 과정에서 전극 리드가 휘어지는 등의 문제가 발생할 수 있다. 리드 고정용 지그가 전지셀과 너무 멀리 위치하여 전극 리드의 끝단과 함입부 내벽 사이에 공간이 형성될 경우, 전지셀이 전극 리드의 인출 방향으로 유동하게 되어 전지셀이 정위치에 위치하지 못할 수 있다. 이 경우, 후술하는 바와 같이 전지 케이스의 단부 또는 절연 필름 형성 부분이 리드 고정용 지그 사이에 체결되는 문제가 발생할 수 있다.
즉 상기 함입부는 전극 리드의 여유로운 체결을 위해 폭 방향 길이를 상대적으로 여유롭게 설정하되, 전극 리드의 끝단이 함입부의 내벽에 접하도록 함으로써 전지셀을 정위치에 위치시킬 수 있다.
한편, 상기 리드 고정용 지그는 전지 케이스와 전극 리드 사이 접촉 부위로부터 소정 거리 이격된 곳에 위치할 수 있다. 이는 전술한 바와 같이, 전지 케이스가 리드 고정용 지그에 의해 가압되는 것을 방지하기 위함이다.
또한, 상기 전지 케이스와 전극 리드 사이 접촉 부위에는 절연 필름이 테이핑될 수 있다. 구체적으로 상기 절연 필름은 전극 리드와 전지 케이스가 접촉하는 부위에 테이핑됨으로써, 전지 케이스를 구성하는 파우치 내 알루미늄 금속층과 전극 리드가 접촉하여 발생할 수 있는 단락 현상을 방지하는 역할을 수행한다. 이 때 상기 리드 고정용 지그는 상기 절연 필름으로부터 소정 거리 이격된 곳에 위치할 수 있다. 마찬가지로, 절연 필름이 리드 고정용 지그에 의해 전극 리드와 함께 가압됨으로써 간섭을 일으키는 것을 방지하기 위함이다.
또 다른 하나의 예에서, 본 발명에 따른 전지셀 충방전용 지그는 상기 전지셀을 가압하는 가압 플레이트를 더 포함할 수 있다. 리드 고정용 지그 외에 별도로 전지셀의 전지 케이스 부분을 가압하는 가압 플레이트를 더 구비함으로써 전지셀을 효과적으로 플레이트 상에 고정할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 전지셀 충방전용 지그는 상기 전지셀을 충방전하는 충방전부를 더 포함할 수 있다. 상기 충방전부를 사용하여 전지셀을 충방전함으로써 전지셀을 활성화하거나, 전지셀의 성능을 평가할 수 있다.
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.
(제1 실시 형태)
도 2는 본 발명에 따른 전지셀 충방전용 지그의 구조를 나타낸 모식도이며, 도 3은 본 발명에 따른 전지셀 충방전용 지그에서, 전지셀이 리드 고정용 지그에 체결된 모습을 나타낸 상면도이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 전지셀 충방전용 지그(100)는, 평가 대상 전지셀(110)이 안착되는 플레이트(120); 및 상기 플레이트(120)의 적어도 일 측에 위치하며, 전지 케이스(111)로부터 인출되는 전극 리드(112)를 양면에서 가압하여 고정시키는 리드 고정용 지그(130)를 포함한다.
이 때, 도 2 및 도 3을 참조하면, 상기 전지셀(110)은 파우치형 전지셀로서, 파우치형 전지 케이스(111)의 양측에 전극 리드(112)가 인출된 구조이다. 이에 따라 도 2 및 도 3에서는 리드 고정용 지그(130)가 플레이트(120)의 양 측에 위치하는 것으로 도시되었으나, 두 개의 전극 리드가 동일한 방향으로 인출되는 것도 가능하며, 이 경우 플레이트의 일 측에 두 개의 리드 고정용 지그가 위치할 수도 있다. 아울러 상기 전지 케이스(111)의 단부, 즉 전지 케이스(111)의 단부에는 열융착 실링부(113)가 형성될 수 있다.
한편 상기 리드 고정용 지그(130)는, 상기 전극 리드(112)의 하부에서 상기 전극 리드(112)를 지지하는 하부 지그(131); 및 상기 전극 리드(112)의 상부에서 상기 전극 리드(112)를 가압하는 상부 지그(132)를 포함한다.
또한 상기 리드 고정용 지그(130)는 전극 리드(112)의 가압을 위해 상부 지그(132)를 움직일 수 있는 이동 수단을 구비하며, 상기 이동 수단은 상부 지그(132)에 가압력을 전달하는 스크류(133) 및 이를 지지하는 지지대(134)를 포함할 수 있다. 상기 스크류(133)는 지지대(134)를 관통한 상태에서, 회전 운동을 통해 상하 방향으로 이동한다.
도 4 및 도 5는, 본 발명의 일 실시예에 따른 전지셀 충방전용 지그에서 전지셀이 리드 고정용 지그에 체결된 모습을 나타낸 모식도이다. 도 4는 도 3의 A 부분의 단면을 나타낸 것이며, 도 5는 도 4에서 B 부분의 단면을 나타낸 것이다.
도 4 및 도 5를 도 3과 함께 참조하면, 상기 리드 고정용 지그(130)에서, 상기 리드 고정용 지그(130)와 전극 리드(112)가 접촉하는 부분에는 전극 리드(112)가 안착되도록 함입된 함입부(135)가 형성된다. 도 3에서, 상기 함입부(135)의 수평 단면 형상은 전극 리드(112)의 형상에 대응하는 사각형 형상인 것으로 도시되었다. 이와 같이 함입부(135)를 통해 전극 리드(112)가 정위치에 위치하는지 여부를 육안으로 확인하지 않아도 전극 리드(112)를 정위치에 체결할 수 있다. 이 때 함입부(135)는 하부 지그(131)의 상면에 형성될 수 있으며, 전극 리드(112)의 고정을 위해 함입부(135)의 깊이(h)는 전극 리드(112)의 두께(t)에 대응하거나 그보다 작을 수 있다.
도 3 내지 도 5를 참조하면, 상기 함입부(135)의 폭 방향 길이(w1)는 전극 리드(112)의 폭 방향 길이(w2)보다 크다. 아울러 상기 리드 고정용 지그(130)는 전극 리드(112)의 끝단이 함입부(135)의 내벽에 접하도록 위치한다. 이를 통해 전극 리드(112)를 리드 고정용 지그(130)에 쉽게 체결하면서도, 정확한 위치에 전극 리드(112)를 체결할 수 있다.
한편, 상기 리드 고정용 지그(130)는 전지 케이스(111)와 전극 리드(112) 사이 접촉 부위, 구체적으로는 열융착 실링부(113)로부터 소정 거리 이격된 곳에 위치함으로써, 전지 케이스(111)의 단부가 리드 고정용 지그(130)에 의해 가압되는 것을 방지할 수 있다.
(제2 실시 형태)
도 6 및 도 7은, 본 발명의 다른 실시예에 따른 전지셀 충방전용 지그에서 전지셀이 리드 고정용 지그에 체결된 모습을 나타낸 모식도이다. 도 7는 도 6에서 C 부분의 단면을 나타낸 것이다.
도 6 및 도 7을 참조하면, 전지셀 충방전용 지그(200)는, 평가 대상 전지셀(210)이 안착되는 플레이트(220); 및 상기 플레이트(220)의 적어도 일 측에 위치하며, 전지 케이스로(211)부터 인출되는 전극 리드(212)를 양면에서 가압하여 고정시키는 리드 고정용 지그(230)를 포함한다. 상기 전지셀(210)은 파우치형 전지셀로서, 파우치형 전지 케이스(211)의 양측에 전극 리드(212)가 인출된 구조이며, 전지 케이스(211)의 단부에는 열융착 실링부(213)가 형성된다.
한편 상기 리드 고정용 지그(230)는, 상기 전극 리드(212)의 하부에서 상기 전극 리드(212)를 지지하는 하부 지그(231); 및 상기 전극 리드(212)의 상부에서 상기 전극 리드(212)를 가압하는 상부 지그(232)를 포함한다. 아울러 상기 리드 고정용 지그(230)는 전극 리드(212)의 가압을 위해 상부 지그(232)를 움직일 수 있는 이동 수단을 구비하며, 상기 이동 수단은 상부 지그(232)에 가압력을 전달하는 스크류(233) 및 이를 지지하는 지지대(234)를 포함한다.
도 6 및 도 7을 참조하면, 상기 리드 고정용 지그(230)에서, 상기 리드 고정용 지그(230)와 전극 리드(212)가 접촉하는 부분에는 전극 리드(212)가 안착되도록 함입된 함입부(235)가 형성된다. 이 때 상기 함입부(235)는 상부 지그(232)의 하면 및 하부 지그(231)의 상면에 모두 형성된다. 이 때, 전극 리드(212)의 고정을 위하여 상기 하부 지그(231) 및 상부 지그(232)에 형성된 함입부(235)의 두께의 합(h1+h2)은 전극 리드(212)의 두께(t)에 대응하거나, 전극 리드의 두께보다 작을 수 있다.
또한, 상기 함입부(235)의 폭 방향 길이(w1)는 전극 리드(212)의 폭 방향 길이(w2)보다 크다. 아울러 상기 리드 고정용 지그(230)는 전극 리드(212)의 끝단이 함입부(235)의 내벽에 접하도록 위치한다. 이를 통해 전극 리드(212)를 전극 리드(212)에 용이하게 체결하면서도, 정확한 위치에 전극 리드(212)를 체결할 수 있다.
한편, 상기 리드 고정용 지그(230)는 전지 케이스(211)와 전극 리드(212) 사이 접촉 부위, 구체적으로는 열융착 실링부(213)로부터 소정 거리 이격된 곳에 위치함으로써, 전지 케이스(211)의 단부가 리드 고정용 지그(230)에 의해 가압되는 것을 방지할 수 있다.
(제3 실시 형태)
도 8은, 전극 리드에 절연 필름이 형성된 경우 전지셀 충방전용 지그에서 전지셀이 리드 고정용 지그에 체결된 모습을 나타낸 모식도이다.
도 8을 참조하면, 전지셀 충방전용 지그(300)는, 평가 대상 전지셀(310)이 안착되는 플레이트(320); 및 상기 플레이트(320)의 적어도 일 측에 위치하며, 전지 케이스로(311)부터 인출되는 전극 리드(312)를 양면에서 가압하여 고정시키는 리드 고정용 지그(330)를 포함한다. 상기 전지셀(310)은 파우치형 전지셀로서, 파우치형 전지 케이스(311)의 양측에 전극 리드(312)가 인출된 구조이며, 전지 케이스(311)의 단부에는 열융착 실링부(313)가 형성된다. 또한 상기 전지 케이스(311)와 전극 리드(312) 사이 접촉 부위, 구체적으로는 열융착 실링부(313)와 전극 리드(312) 사이 접촉 부위에 절연 필름(314)이 테이핑된다.
한편 상기 리드 고정용 지그(330)는, 상기 전극 리드(312)의 하부에서 상기 전극 리드(312)를 지지하는 하부 지그(331); 및 상기 전극 리드(312)의 상부에서 상기 전극 리드(312)를 가압하는 상부 지그(332)를 포함한다. 아울러 상기 리드 고정용 지그(330)는 전극 리드(312)의 가압을 위해 상부 지그(332)를 움직일 수 있는 이동 수단을 구비하며, 상기 이동 수단은 상부 지그(332)에 가압력을 전달하는 스크류(333) 및 이를 지지하는 지지대(334)를 포함한다. 상기 리드 고정용 지그(330)와 전극 리드(312)가 접촉하는 부분에는 전극 리드(312)가 안착되도록 함입된 함입부(335)가 형성된다.
이 때 상기 리드 고정용 지그(330)는 상기 절연 필름(314)으로부터 소정 거리 이격된 곳에 위치함으로써, 전극 리드(312)의 체결시 절연 필름(314)이 같이 가압되는 것을 방지할 수 있다.
(제4 실시 형태)
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전지셀 충방전용 지그의 구조를 나타낸 모식도이다.
도 9를 참조하면, 전지셀 충방전용 지그(400)는, 평가 대상 전지셀(410)이 안착되는 플레이트(420); 및 상기 플레이트(420)의 적어도 일 측에 위치하며, 전지 케이스로(411)부터 인출되는 전극 리드(412)를 양면에서 가압하여 고정시키는 리드 고정용 지그(430)를 포함한다. 상기 전지셀(410)은 파우치형 전지셀로서, 파우치형 전지 케이스(411)의 양측에 전극 리드(412)가 인출된 구조이며, 전지 케이스(411)의 단부에는 열융착 실링부(413)가 형성된다.
한편 상기 리드 고정용 지그(430)는, 상기 전극 리드(412)의 하부에서 상기 전극 리드(412)를 지지하는 하부 지그(431); 및 상기 전극 리드(412)의 상부에서 상기 전극 리드(412)를 가압하는 상부 지그(432)를 포함한다. 아울러 상기 리드 고정용 지그(430)는 전극 리드(412)의 가압을 위해 상부 지그(432)를 움직일 수 있는 이동 수단을 구비하며, 상기 이동 수단은 상부 지그(432)에 가압력을 전달하는 스크류(433) 및 이를 지지하는 지지대(434)를 포함한다.
또한, 전지셀 충방전용 지그(400)는, 상기 전지셀(410)을 가압하는 가압 플레이트(440)를 더 포함한다. 상기 가압 플레이트(440)는 전지셀(410)의 상부에 위치하여 전지셀(410)을 가압하게 된다. 이를 통해 전지셀(410)을 효과적으로 플레이트(420) 상에 고정할 수 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 도면에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
한편, 본 명세서에서 상, 하, 좌, 우, 전, 후와 같은 방향을 나타내는 용어가 사용되었으나, 이러한 용어들은 설명의 편의를 위한 것일 뿐, 대상이 되는 사물의 위치나 관측자의 위치 등에 따라 달라질 수 있음은 자명하다.
100, 200, 300, 400: 전지셀 충방전용 지그
110, 210, 310, 410: 전지셀
111, 211, 311, 411: 전지 케이스
112, 212, 312, 412: 전극 리드
113, 213, 313, 413: 열융착 실링부
120, 220, 320, 420: 플레이트
130, 230, 330, 430: 리드 고정용 지그
131, 231, 331, 431: 하부 지그
132, 232, 332, 432: 상부 지그
133, 233, 333, 433: 스크류
134, 234, 334, 434: 지지대
135, 235, 335: 함입부
314: 절연 필름
440: 가압 플레이트

Claims (14)

  1. 평가 대상 전지셀이 안착되는 플레이트; 및
    상기 플레이트의 적어도 일 측에 위치하며, 전지 케이스로부터 인출되는 전극 리드를 양면에서 가압하여 고정시키는 리드 고정용 지그를 포함하며,
    상기 리드 고정용 지그에서, 상기 리드 고정용 지그와 전극 리드가 접촉하는 부분에는 전극 리드가 안착되도록 함입된 함입부가 형성되는 전지셀 충방전용 지그.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 리드 고정용 지그는,
    상기 전극 리드의 하부에서 상기 전극 리드를 지지하는 하부 지그; 및
    상기 전극 리드의 상부에서 상기 전극 리드를 가압하는 상부 지그를 포함하는 전지셀 충방전용 지그.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 함입부는 하부 지그의 상면에 형성되는 전지셀 충방전용 지그.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 함입부의 깊이는, 상기 전극 리드의 두께에 대응하거나, 전극 리드의 두께보다 작은 전지셀 충방전용 지그.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 함입부는 상부 지그의 하면 및 하부 지그의 상면에 모두 형성되는 전지셀 충방전용 지그.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 하부 지그 및 상부 지그에 형성된 함입부의 두께의 합은 전극 리드의 두께에 대응하거나, 전극 리드의 두께보다 작은 전지셀 충방전용 지그.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 함입부의 수평 단면의 형상은 전극 리드의 형상에 대응하는 전지셀 충방전용 지그.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 함입부의 수평 단면은 사각형 형상인 전지셀 충방전용 지그.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 함입부의 폭 방향 길이는 전극 리드의 폭 방향 길이보다 큰 전지셀 충방전용 지그.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 리드 고정용 지그는,
    상기 함입부의 내벽에 상기 전극 리드의 끝단이 접하도록 위치하는 전지셀 충방전용 지그.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 리드 고정용 지그는 전지 케이스와 전극 리드 사이 접촉 부위로부터 소정 거리 이격된 곳에 위치하는 전지셀 충방전용 지그.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 전지 케이스와 전극 리드 사이 접촉 부위에 절연 필름이 테이핑되며,
    상기 리드 고정용 지그는 상기 절연 필름으로부터 소정 거리 이격된 곳에 위치하는 전지셀 충방전용 지그.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 전지셀을 가압하는 가압 플레이트를 더 포함하는 전지셀 충방전용 지그.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 전지셀을 충방전하는 충방전부를 더 포함하는 전지셀 충방전용 지그.
KR1020200123575A 2020-09-24 2020-09-24 전지셀 충방전용 지그 KR20220040647A (ko)

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