KR20230008969A - 파우치 실링장치 - Google Patents

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KR20230008969A
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pouch
press roller
sealing
pair
electrode assembly
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KR1020210089407A
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서자영
김대홍
오세영
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주식회사 엘지에너지솔루션
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Abstract

본원발명은 전해액을 누출을 방지하여 실링효과를 향상시킬 수 있는 파우치 실링장에 관한것으로, 보다 상세하게는 상부파우치와 하부파우치를 포함하며 전극조립체와 전해액을 수용하는 전지용 파우치의 실링장치에 있어서, 파우치 수용부를 안착시키는 장착부; 상기 상부파우치와 상기 하부파우치의 개방된 끝단부에서 상기 파우치 수용부쪽으로 롤링 이동하면서 전해액을 상기 파우치 수용부의 내부로 이동시키는 프레스롤러; 및 상기 상부파우치와 상기 하부파우치의 실링부를 실링하는 실링툴;을 포함하고, 상기 프레스롤러는 롤러의 일부가 부가된 가열부에 의해 가열되고, 롤링하면서 접촉하는 상부파우치와 하부파우치를 융착시키는 파우치 실링장치에 관한 것이다.

Description

파우치 실링장치{Pouch sealing device}
본원발명은 파우치 실링장치에 관한 것이다. 구체적으로 전해액이 가스포켓부 외부로 누출되지 않으면서 파우치 실링 위치를 확정하여 실링을 쉽게 할 수 있는 파우치 실링 장치에 관한 것이다.
이차전지는 양극/분리막/음극 전극조립체의 구조에 따라 분류될 수 있다. 대표적으로는, 긴 시트형의 양극들과 음극들을 분리막이 게재된 상태에서 권취한 구조의 젤리-롤 (권취형) 전극조립체, 소정 크기의 단위로 절취한 다수의 양극과 음극들을 분리막을 개재한 상태로 순차적으로 적층한 스택형(적층형) 전극조립체, 소정 크기의 양극과 음극들을 분리막을 개재한 상태로 적층한 바이셀(Bi-cell) 또는 모노셀 (Monol-cell)들을 분리필름 등으로 권취한 구조의 스택/폴딩형 전극조립체 등을 들 수 있다.
이차전지는 형상에 따라 원통형 전지, 각형 전지, 파우치형 전지 등으로 구분할 수 있다. 그 중 파우치형 전지는 금속층(포일)과 상기 금속층의 상면과 하면에 코팅되는 합성수지층의 다층막으로 구성되는 파우치 외장재를 사용하여 외관을 구성하기 때문에, 금속 캔을 사용하는 원통형 또는 각형보다 전지의 무게를 현저히 줄일 수 있어 전지의 경량화가 가능하며, 다양한 형태로의 변화가 가능하다는 장점이 있다.
파우치 외장재는 일반적으로 전극조립체가 수용되는 하부 외장재와, 하부 외장재의 상부를 밀봉하는 상부 외장재로 이루어진다. 전극조립체를 하부 외장재의 수납부에 수용한 다음, 하부 외장재 수납부 주위의 가장자리와 이에 대응되는 상부 외장재의 가장자리를 밀착시키고 밀착된 일부분을 열융착한 후 전해액을 넣고 나머지 부분을 실링하면 이차전지가 가조립된다.
활성화 공정에서는 전류의 원활한 통전을 위해 소정의 지그에 이차전지를 탑재하고 활성화에 필요한 조건으로 충방전 등의 처리를 수행하게 된다. 이차전지에 있어서는 그 특성상 첫 사이클시 양극활물질의 활성화 및 음극에서의 안정적인 표면막(SEI, Solid Electrolyte Interface) 생성을 위해 이러한 활성화 과정이 필수적으로 선행되어야 한다. 활성화 과정에서는 이차전지 내부에 다량의 가스가 발생하게 된다. 이후 발생된 가스는 개봉되거나 절개된 배출구를 통하여 제거되며, 가스 배출 부위는 다시 열융착되어 실링된다. 상기와 같이 이차전지 내부의 가스를 배출시키는 공정을 흔히 디개싱(degassing) 공정이라 하며, 디개싱 공정 이후 실링을 진행하여 이차전지를 완성시킨다.
이차전지의 내부에서 발생한 가스가 가스포켓부로 이동하는 과정 중 전해액 중 일부가 이차전지 내부와 가스포켓부 사이의 연결부에 남게 되고, 상기 연결부에 남아 있는 전해액에 의해 상기 연결부의 실링력이 크게 떨어지는 문제점이 있었다. 일부 전해액은 가스포켓부까지 이동을 한다.
파우치형 이차전지는 형태가 쉽게 변형이 되므로 실링 기준부(datum)를 정확하게 설정하는데 어려움이 있다. 파우치형 이차전지를 세웠을 때보다 눕혔을 때 형태 변형이 적다. 이에 따라서 도 1에 도시된 바와 같이 파우치형 이차전지를 눕힌 상태에서 실링장치 사이로 삽입하여 실링장치의 압착에 의해 실링한다. 상부파우치(11)와 하부파우치(12)가 상부실링장치(21)과 하부실링장치(22)사이에 삽입되고, 상부실링장치(21)과 하부실링장치(22)가 대향 이동하여 압착, 가열하여 실링한다. 이러한 방법은 잔여 전해액이 실링부에 남아 실링 품질이 저하되는 문제가 있다.
특허문헌 1은 파우치의 연결부에 남아 있는 전해액을 가스포켓부로 밀어서 제거하는 전해액 제거장치, 상기 전해액 제거장치에 의해 전해액이 제거된 상기 파우치의 연결부를 실링하는 실링장치 및 상기 실링장치에 의해 상기 연결부가 실링된 파우치를 배출하는 배출장치를 포함하는 전해액 제거장치 및 이차전지 제조장치에 관한 것이다.
특허문헌 1은 전해액 제거장치에서 전해액이 제거된 파우치가 후단에 별도로 구비되는 실링장치에 이송된 후, 실링장치에 의해 실링되는 장치로서, 2단계의 과정을 통해서 전해액 제거, 실링이 진행된다.
특허문헌 2 또한 롤러를 이용해서 잔류 전해액을 제거하고 있으나, 특허문헌 1과 같이 전해액 제거 공정 이후 별도의 밀봉 공정으로 구성되어 있다.
특허문헌 3은 전해액에 의한 교착 실링의 가능성을 줄이기 위하여 롤러로 가압하는 기술이나, 실링 유닛으로 롤러만을 이용하고 있다.
대한민국 공개특허공보 제2019-0072962호 ('특허문헌 1') 일본 등록특허공보 제6204497호 ('특허문헌 2') 대한민국 등록특허공보 제1417152호 ('특허문헌 3')
본원발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위한 것으로서, 파우치형 이차전지의 실링부에서 전해액을 토출 또는 제거하고, 파우치 실링부의 형태를 유지하면서 정확하게 실링할 수 있는 파우치 실링장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본원발명에 따른 상부파우치와 하부파우치를 포함하며 전극조립체와 전해액을 수용하는 전지용 파우치의 실링장치에 있어서, 파우치 수용부를 안착시키는 장착부; 상기 상부파우치와 상기 하부파우치의 개방된 끝단부에서 상기 파우치 수용부쪽으로 롤링 이동하면서 상기 전해액을 상기 파우치 수용부의 내부로 이동시키는 프레스롤러; 및 상기 상부파우치와 상기 하부파우치의 실링부를 실링하는 실링툴;을 포함하고, 상기 프레스롤러는 롤러의 일부에 부가된 가열부에 의해 롤링하면서 접촉하는 상부파우치와 하부파우치를 융착시킬 수 있다.
상기 프레스롤러는 상기 상부파우치와 상기 하부파우치의 실링부를 중심으로 하여 위치하는 상부프레스롤러와 하부프레스롤러를 포함할 수 있다.
상기 상부프레스롤러와 상기 하부프레스롤러 중 하나 이상의 프레스롤러의 상기 가열부는 250℃까지 승온 가능하고, 상기 상부프레스롤러와 상기 하부프레스롤러 사이에는 소정간격이 형성될 수 있다.
상기 상부프레스롤러는 한쌍의 소정간격만큼 이격되어 수평으로 위치하는 한쌍의 상부레일의 상단부에 위치하고, 상기 하부프레스롤러는 한쌍의 소정간격만큼 이격되어 수평으로 위치하는 한쌍의 하부레일의 상단부에 위치하며, 상기 한쌍의 상부레일과 상기 한쌍의 하부레일은 상하 대응되게 위치하며, 상기 상부프레스롤러와 상기 하부프레스롤러는 각각 상기 한쌍의 상부레일 및 상기 한쌍의 하부레일 상에서 수평으로 롤링 이동할 수 있다.
상기 상부레일과 상기 하부레일 사이의 상하 간격을 조절하여 상기 상부프레스롤러와 상기하부프레스롤러 사이의 간격을 조절할 수 있다.
상기 상부레일과 상기 하부레일 사이의 간격은 상기 전극조립체쪽으로 가면서 점차 좁아질 수 있다.
본원발명은 상기 파우치 실링장치를 사용하여 제조된 파우치형 이차전지를 제공할 수 있다.
본원발명에 따른 상부파우치와 하부파우치를 포함하며 전극조립체와 전해액을 수용하는 이차 전지용 파우치를 실링하는 방법에 있어서, (s1) 상기 전극조립체와 상기 전해액을 수용한 상기 상부파우치와 상기 하부파우치를 장착부에 수평으로 위치시키고, 파우치의 가스포켓부가 한쌍의 상하로 이격되는 레일부 사이에 배치되는 단계; (s2) 상기 한쌍의 레일부 상에서 한쌍의 프레스롤러를 상기 파우치 가스포켓부의 끝단에서 상기 전극조립체 방향으로 이동시키면서 상기 가스포켓부를 밀착시키는 단계; (s3) 상기 한쌍의 프레스롤러를 상기 전극조립체와 소정거리 이격되도록 상기 전극조립체의 대향 방향으로 이동시키는 단계; 및 (s4) 상기 상부파우치와 상기 하부파우치의 실링유닛을 이용하여 상기 프레스롤러와 상기 전극조립체 사이를 실링하는 단계;를 포함하는 파우치 실링방법을 제공할 수 있다.
상기 (s2) 단계에서 상기 프레스롤러를 승온하여, 상기 파우치의 상기 가스포켓부를 밀착시킬 수 있다.
상기 (s2) 단계에서 상기 한쌍의 레일부 사이의 간격을 조절하여 상기 한쌍의 프레스롤러사이의 간격을 조절할 수 있다.
본원발명은 또한 상기 과제의 해결 수단을 조합할 수 있는 가능한 조합으로도 제공이 가능하다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본원발명에 따른 파우치 실링장치는 기존의 파우치 실링장치에최소한의 구성을 부가함으로써 장치의 부피 증가를 최소화하면서 전해액의 누출을 감소시키거나 방지할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본원발명에 따른 파우치 실링장치는 실링부에서의 전해액을 제거하여 실링 효율을 향상시키는 장점이 있다.
도 1는 종래의 파우치 실링 원리 개요도이다.
도 2는 본원발명의 일 실시예에 따른 파우치 실링장치 개요도이다.
도 3은 본원발명의 일 실시예에 따른 파우치 실링 과정 개요도이다.
도 4는 본원발명의 일 실시예에 따른 프레스롤러 개요도이다.
도 5는 도 4에 따른 프레스롤러를 사용한 1차 실링 및 실링툴을 사용하여 2차 실링을 진행한 파우치 모식도이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본원발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본원발명을 쉽게 실시할 수 있는 실시예를 상세히 설명한다. 다만, 본원발명의 바람직한 실시예에 대한 동작 원리를 상세하게 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본원발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.
또한, 도면 전체에 걸쳐 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 사용한다. 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 연결되어 있다고 할 때, 이는 직접적으로 연결되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고, 간접적으로 연결되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 어떤 구성요소를 포함한다는 것은 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라, 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
또한, 구성요소를 한정하거나 부가하여 구체화하는 설명은, 특별한 제한이 없는 한 모든 발명에 적용될 수 있으며, 특정한 발명에 대한 설명으로 한정되지 않는다.
또한, 본원의 발명의 설명 및 청구범위 전반에 걸쳐서 단수로 표시된 것은 별도로 언급되지 않는 한 복수인 경우도 포함한다.
또한, 본원의 발명의 설명 및 청구범위 전반에 걸쳐서 "또는"은 별도로 언급되지 않는 한 "및"을 포함하는 것이다. 그러므로 "A 또는 B를 포함하는"은 A를 포함하거나, B를 포함하거나, A 및 B를 포함하는 상기 3가지 경우를 모두 의미한다.
또한, 모든 수치 범위는 명확하게 제외한다는 기재가 없는 한, 양 끝의 값과 그 사이의 모든 중간 값을 포함한다.
본원발명을 도면에 따라 상세한 실시예와 같이 설명한다.
도 2는 본원발명의 일 실시예에 따른 파우치 실링장치 개요도이다.
도 2를 참조하면, 본원발명의 일 실시예에 따른 파우치 실링장치(10)는 파우치 수용부(110)가 수평으로 안착되는 장착부(500), 상기 포켓부의 소정 위치를 대면 압착하면서 실링하는 실링툴(200), 파우치의 가스포켓부(120)를 사이에 위치시켜 압착하면서 수평으로 이동하는 프레스롤러(300) 및 상기 프레스롤러(300)를 지지하고 수평으로 이동경로를 형성하는 레일부(400)를 포함할 수 있다.
본원발명에서 실링하기전 파우치형 이차전지는 전극조립체(미도시)를 수납하는 수용부(110)와 전극리드(110)를 포함하여 구성된다.
전극조립체는 긴 시트형의 양극 및 음극 사이에 분리막이 개재된 후 권취되는 구조로 이루어지는 젤리-롤형 조립체, 또는 장방형의 양극 및 음극이 분리막을 사이에 개재한 상태로 적층되는 구조의 스택형 조립체, 단위셀들이 긴 분리 필름에 의해 권취되는 스택-폴딩형 조립체, 또는 전지 셀들이 분리막을 사이에 개재한 상태로 적층되어 서로 간에 부착되는 라미네이션-스택형 조립체 등으로 이루어질 수 있으나 이에 제한하지 않는다.
또한, 전해질은 일반적으로 통용되는 액체전해질 외에도, 고체전해질이나, 고체전해질에 첨가제를 부가하여 액체와 고체 중간형태를 띄는 겔 형태의 준고체전해질로 치환되어도 문제가 없음은 당연하다.
상기와 같은 전극조립체는 수용부(110)에 수납되며, 파우치는 통상적으로 내부층/금속층/외부층의 라미네이트 시트 구조로 이루어져 있다. 내부층은 전극 조립체와 직접적으로 접촉하므로 절연성과 내전해액성을 가져야 하고, 또 외부와의 밀폐를 위하여 실링성 즉, 내부층끼리 열 접착된 실링 부위는 우수한 열접착 강도를 가져야 한다. 이러한 내부층의 재료로는 내화학성이 우수하면서도 실링성이 좋은 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 폴리에틸렌아크릴산, 폴리부틸렌 등의 폴리올레핀계 수지, 폴리우레탄수지 및 폴리이미드수지로부터 선택될 수 있으나 이에 한정하지 않으며, 인장강도, 강성, 표면경도, 내충격 강도 등의 기계적 물성과 내화학성이 뛰어난 폴리프로필렌이 가장 바람직하다.
내부층과 접하고 있는 금속층은 외부로부터 수분이나 각종 가스가 전지 내부로 침투하는 것을 방지하는 배리어층에 해당되고, 이러한 금속층의 바람직한 재료로는 가벼우면서도 성형성이 우수한 알루미늄 막막을 사용할 수 있다.
그리고 금속층의 타측면에는 외부층이 구비되며, 이러한 외부층은 전극 조립체를 보호하면서 내열성과 내화학성을 확보할 수 있도록 인장강도, 투습방지성 및 공기투과 방지성이 우수한 내열성 폴리머를 사용할 수 있고, 일예로 나일론 또는 폴리에틸렌테레프탈레이트를 사용할 수 있으나 이에 한정되지 않는다.
본원발명에서 실링전 파우치는 전극조립체 및 전해액을 수용하는 수용부(110)와 활성화 과정에서 발생하는 가스를 포집하는 가스포켓부(120)를 포함한다.
장착부(500)는 작업대 또는 지면에 고정되는 수평의 지지판(미도시)을 포함하여 구성되고, 상단에 위치하는 파우치 수용부(110)를 수평으로 안정적으로 지지할 수 있다면 그 재질과 형태는 특히 한정되지 않는다. 실링과정에서 파우치 수용부(110)가 이동하거나 뒤틀림을 방지할 수 있는 수직격벽이 위치할 수 있고, 상단에 배치된 파우치 수용부(110)를 고정시키는 고정수단이 추가로 구비될 수 있다.
다음은 실링툴(200)에 관해서 설명한다.
본원발명에서 실링툴(200)은 당해 기술 분야에 잘 알려진 실링장치로서, 파우치의 가스포켓부(120)의 상부 및 하부에 상부실링장치(210)과 하부실링장치(220)을 장착시키고 상기 상부실링장치(210)과 하부실링장치(220)을 대향 이동시키면서 사이에 위치하는 가스포켓부(120)를 압착 및 온도를 가하면서 실링하는 형태이다. 실링툴(200)에는 상부실링장치(210)과 하부실링장치(220)이 상하로 이동하게끔 구동시키는 구동 실린더(230)를 포함할 수 있다.
이어서 프레스롤러(300)에 관해서 설명한다.
본원발명에서 프레스롤러(300)는 소정간격만큼 이격되면서 수평으로 위치하는 상부프레스롤러(310) 및 하부프레스롤러(320)를 포함할 수 있다.
파우치 수용부(110)에서 연장되어 형성되는 파우치 수용부(110)와 대면위치하는 가스포켓부(120)의 끝단부(미도시)로부터 시작하여, 상부프레스롤러(310) 및 하부프레스롤러(320)는 파우치 수용부(110) 쪽으로 이동하면서 전해액을 파우치 수용부(110)에 유입시킨다. 여기서 상기 가스포켓부(120)의 상기 끝단부는 상부프레스롤러(310)와 하부프레스롤러(320) 사이에 위치할 수 있다.
도면에 도시되지 않았지만 가스포켓부(120)를 수평으로 평평하게 펴주는 가이드부(미도시)가 포함될 수 있다.
상기 상부프레스롤러(310)와 하부프레스롤러(320) 사이의 이격간격은 본원발명에서 파우치를 형성하는 라미네이트 시트 두께의 80% 내지 150%의 두께일 수 있다. 상부프레스롤러(310)와 하부프레스롤러(320) 사이의 이격간격이 라미네이트 시트 두께의 90% 보다 작을 경우 압착 및 롤링하는 과정에서 가스포켓부(120)를 형성하는 라미네이트 시트가 파손될 수 있고, 150%보다 클 경우, 가스포켓부(120)에 잔여하는 전해액을 완벽하게 제거할 수 없게 된다.
여기서 상부프레스롤러(310)와 하부프레스롤러(320)는 탄성재질로 구성될 수 있다. 이는 가스포켓부(120)를 구성하는 라미네이트 시트를 압착하는 과정에서 상기 라미네이트 시트의 파손을 방지하는데 유리하다.
상부프레스롤러(310)와 하부프레스롤러(320)는 가열부재(미도시)를 포함하여, 상부프레스롤러(310)와 하부프레스롤러(320)의 외부 표면 250℃까지 가열될 수 있으며, 운전 조건에 따라 가열온도를 조절할 수 있다. 고온으로 가열된 상부프레스롤러(310)와 하부프레스롤러(320)는 사이에 위치하는 대면 위치하는 라미네이트 시트들을 가열하여, 서로 대면하는 층이 융착되도록 한다. 이와 같이 가스포켓부(120)가 융착되므로써, 전술한 실링툴(200)을 이용하여 메인 실링을 수행하는 과정에서 전해액이 다시 가스포켓부(120)로 재유입되는 것을 방지할 수 있으며, 이는 효율적인 실링에 유리하다.
본원발명에서 파우치 실링장치(10)는 상부프레스롤러(310)와 하부프레스롤러(320)를 지지하고, 이동경로를 형성하는 레일부(400)를 포함할 수 있다. 레일부(400)는 수평으로 위치하는 상부레일(410)과 하부레일(420)을 포함하고, 상부레일(410)과 하부레일(420)은 가스포켓부(120)가 파우치 수용부(110)에서 외측으로 연장되는 방향으로 가스포켓부(120)의 양측에 대응되게 각각 위치할 수 있다.
여기서, 상부레일(410)과 하부레일(420)은 가스포켓부(120)의 끝단부에서 파우치 수용부(110)쪽으로 간격이 좁아지는 형태로 구성될 수 있다. 이는 가스포켓부(120)를 안정적으로 밀착시키면서 효율적으로 전해액을 파우치 수용부(110)쪽으로 이동시키는데 유리하다.
여기서 상부레일(410) 및 하부레일(420)은 폭방향(y축 방향)에서 가운데가 오목하게 파인 홈 형상으로 형성될 수 있고, 상부레일(410) 및 하부레일(420)의 상부에 위치하는 상부프레스롤러(310)와 하부프레스롤러(320)에는 상기 홈에 삽입될 수 있는 돌출부(미도시)가 형성될 수 있다. 이는 상부프레스롤러(310) 및 하부프레스롤러(320)가 대응되는 상부레일(410) 및 하부레일(420)에서 파우치 수용부(110)를 기준으로 전후방향(x축 방향)으로만 이동이 가능하고 좌우방향(y축 방향)으로는 이동되지 않게 하여, 상부프레스롤러(310)와 하부프레스롤러(320)사이에 위치하는 가스포켓부(120)가 뒤틀리거나 파손되는 것을 방지할 수 있다.
도면에 도시 되지 않았지만, 상부레일(410)과 하부레일(420) 사이의 간격을 조절할 수 있는 간격조절부(미도시)가 구비될 수 있고, 상기 간격조절부는 상부레일(410) 및/또는 하부레일(420)을 상하로 움직여서 이격간격을 조절할 수 있다. 이와 같이 상부레일(410)과 하부레일(420) 사이의 간격조절을 통하여 상부프레스롤러(310)와 하부프레스롤러(320)사이의 간격을 조절하여 가스포켓부(120)에 대한 압착력을 조절할 수 있다.
도 3은 본원발명의 일 실시예에 따른 파우치 실링 과정 개요도이다.
도 3을 참조하면서 본원발명의 일 실시예에 따른 파우치 실링 방법을 설명한다.
본원발명의 일 실시예에 따른 파우치 실링방법은 전극조립체가 파우치 수용부(110)에 수용된 파우치를 준비한 후, 파우치 수용부(110)를 장칙부(500)에 수평으로 안착하고, 상기 파우치 수용부(110)로부터 연장되어 형성되는 가스포켓부(120)의 끝단부가 프레스롤러(300)의 상부프레스롤러(310)와 하부프레스롤러(320) 사이에 위치하도록 수평으로 배치시킨다.
도 3의 (a1)에서 도시한바와 같이, 상부프레스롤러(310)와 하부프레스롤러(320)는 가스포켓부(120)의 끝단부 A위치의 상부 및 하단분에 위치한다. 도 3에는 A위치가 파우치 수용부(110)과 대면하는 가스포켓부(120)의 끝단부에서 파우치 수용부(110) 쪽으로 소정거리만큼 떨어져 있는것으로 도시되었으나, A위치가 상기 가스포켓부(120)의 끝단부 또는 상기 가스포켓부(120)의 끝단부에서 파우치 수용부(110)와 대향하는 외부측에 위치할 수 있으며, 가스포켓부(120) 내부의 전해액을 파우치 수용부(110)에 밀어서 유입시킬 수 있다면 특히 한정되지 아니한다.
소정온도까지 가열된 상부프레스롤러(310)와 하부프레스롤러(320)는 사이에 배치된 가스포켓부(120)를 압착하면서 파우치 수용부(110)쪽으로 롤링하면서 파우치 수용부(110)와 최대한 인접한 B위치까지 이동한다(a2). 이과정에서 가스포켓부(120)는 상부프레스롤러(310)와 하부프레스롤러(320)에 의해 압착되면서 가열되어 융착된다. 또한 가스포켓부(120)에 잔존하는 전해액은 상부프레스롤러(310)와 하부프레스롤러(320)의 압착에 의해 파우치 수용부(110)쪽으로 이동되어, 최종적으로 파우치 수용부(110)의 내부에 유입된다.
본원발명에서 상부프레스롤러(310)와 하부프레스롤러(320)는 대면하여 대향방향으로 회전한다.
그 다음, B위치에 위치하는 상부프레스롤러(310)와 하부프레스롤러(320)는 파우치 수용부(110)에서 멀어지는 가스포켓부(120)의 연장방향으로 소정거리 이동하여 C위치에 위치한다(a3). 여기서 C위치는 상기 A위치와 상기 B위치 사이에 위치하고, 상부프레스롤러(310)와 하부프레스롤러(320)는 사이에 위치하는 가스포켓부(120)를 고정하는 역할을 한다.
상기 B위치에 위치하는 상부프레스롤러(310) 및 하부프레스롤러(320)와 파우치 수용부(110) 사이의 공간에 소정온도까지 가열된 상부실링장치(210) 및 하부실링장치(220)이 대향 이동면서 사이에 위치하는 가스포켓부(120)의 실링 위치를 실링하여 파우치의 실링력을 향상시키고, 불량 발생을 방지할 수 있다(a4).
도 4는 본원발명의 일 실시예에 따른 프레스롤러 개요도이다, 도 5는 도4에 따른 프레스롤러를 사용한 1차 실링 및 실링툴을 사용하여 2차 실링을 진행한 파우치 모식도이다.
도 4 및 도 5를 참조하면서 본원발명의 일 실시예에 따른 프레스롤러(300)에 관해서 상세하게 설명한다.
도 4의 (b1)은 프레스롤러(300)의 측면도이고, (b2)는 프레스롤러(300)의 정면도이다. 도 4를 참조하면, 본원발명에서 프레스롤러(300)은 중심축을 형성하는 롤러부(301) 및 상기 롤러부부(301)의 외부 곡면부를 감싸면서 형성되는 외피부(미도시)를 포함할 수 있다. 상기 외피부는 방열부(302)와 가열부(303)을 포함할 수 있고, 가열부(303)는 프레스롤러(300)의 중심축과 평행되며 상기 외피부의 일부에 형성될 수 있다. 상기 가열부(303)에는 추가의 가열부재가 구비되어 가열부(303)를 승온시킬 수 있다. 여기서 가열부(303)의 외부 표면은 프레스롤러(300)가 롤링할 때 가스포켓부(120)와 대면하고, 상기 가스포켓부(120)의 대면 부위를 1차 실링할 수 있다. 또한, 가열부(303)의 외주변에는 방열부(302)가 위치하여 가열부(303)의 열이 프레스롤러(300)의 외피부에서 가열부(303)외의 다른 부분에 전달되는 것을 방지할 수 있다.
프레스롤러(300)의 지름은 5mm 내지 100mm 일 수 있고, 도 4의 (b1)에서 상기 가열부(303)의 최외곽 둘레길이는 프레스롤러(300)의 둘레길이의 1/30 내지 1/2일 수 있다. 이는 프레스롤러(300)의 일부에만 가열부(303)를 형성함으로써, 가스포켓부(120)가 과도하게 가열되어 손상되는 것을 방지하는데 유리하다. 또한, 가열부(303)은 프레스롤러(300)의 외주면에서 소정간격만큼 이격되면서 하나이상 배치될 수 있다.
본원발명에서 상기 가열부(303)는 상부프레스롤러(310) 또는 하부프레스롤러(320) 중 하나의 롤러에 구비될 수 있고, 상기 상부프레스롤러(310) 및 하부프레스롤러(320) 모두에 구비될 수 있다.
도 5를 참조하면 프레스롤러(300)는 가스포켓부(120)의 끝단부에서 파우치 수용부(110) 측으로 롤링하면서 가열부(303)와 가스포켓부(120)의 대면하는 부분을 1차 실링하여 1차 실링부(201)을 형성할 수 있다. 프레스롤러(300)가 가스포켓부(120)의 외부표면에서 롤링할 때, 가스포켓부(120)를 구성하는 파우치가 파우치 수용부(110)측으로 압착되면서, 가스포켓부(120) 사이에 잔존하는 전해액이 파우치 수용부(110)쪽으로 이동하게 된다. 또한 가열부(303)에 의해 1차 실링부(201)가 형성되면서 전해액이 외부로의 이동을 방지할 수 있다. 프레스롤러(300)가 가스포켓부(120)의 외부에서 롤링하면서 하나이상의 1차 실링부(201)를 형성할 수 있다. 본원발명에서 실링툴(200)은 파우치 수용부(110)와 가장 인접하여 형성되는 1차 실링부(201)에 대해 2차 실링을 하여 2차 실링부(202)를 형성할 수 있다. 따라서 파우치에 대해 일정한 두께와 폭을 가지고, 균일하고 품질이 보장된 실링을 완성한다.
본원발명에서 프레스롤러(300)에 형성된 가열부(303)의 실링온도는 실링툴(200)의 실링온도보다 낮을 수 있고, 프레스롤러(300)의 가스포켓부(120)에 대한 가압 압력은 실링툴(200)이 가스포켓부(120)에 대한 가압 압력보다 낮을 수 있다.
이상으로 본 발명 내용의 특정한 부분을 상세히 기술하였는 바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게, 이러한 구체적 기술은 단지 바람직한 실시 양태일 뿐이며, 이에 의해 본 발명의 범위가 제한되는 것은 아니며, 본 발명의 범주 및 기술사상 범위 내에서 다양한 변경 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속하는 것도 당연하다.
10: 파우치 실링장치
11: 상부파우치
12: 하부파우치
21: 상부실링툴
22: 하부실링툴
110: 파우치 수용부
111: 전극리드
120: 가스포켓부
200: 실링툴
201: 1차 실링부
202: 2차 실링부
210: 상부실링툴
220: 하부실링툴
230: 실린더
300: 프레스롤러
301: 롤러부
302: 방열부
303: 가열부
310: 상부프레스롤러
320: 하부프레스롤러
400: 레일부
410: 상부레일
420: 하부레일
500: 장착부

Claims (10)

  1. 상부파우치와 하부파우치를 포함하며 전극조립체와 전해액을 수용하는 전지용 파우치의 실링장치에 있어서,
    파우치 수용부를 안착시키는 장착부;
    상기 상부파우치와 상기 하부파우치의 개방된 끝단부에서 상기 파우치 수용부쪽으로 롤링 이동하면서 상기 전해액을 상기 파우치 수용부의 내부로 이동시키는 프레스롤러; 및
    상기 상부파우치와 상기 하부파우치의 실링부를 실링하는 실링툴;을 포함하고,
    상기 프레스롤러는 롤러의 일부에 부가된 가열부에 의해 롤링하면서 접촉하는 상부파우치와 하부파우치를 융착시키는 파우치 실링장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 프레스롤러는 상기 상부파우치와 상기 하부파우치의 실링부를 중심으로 하여 위치하는 상부프레스롤러와 하부프레스롤러를 포함하는 파우치 실링장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 상부프레스롤러와 상기 하부프레스롤러 중 하나 이상의 프레스롤러의 상기 가열부는 250℃까지 승온 가능하고,
    상기 상부프레스롤러와 상기 하부프레스롤러 사이에는 소정간격이 형성되는 파우치 실링장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 상부프레스롤러는 한쌍의 소정간격만큼 이격되어 수평으로 위치하는 한쌍의 상부레일의 상단부에 위치하고,
    상기 하부프레스롤러는 한쌍의 소정간격만큼 이격되어 수평으로 위치하는 한쌍의 하부레일의 상단부에 위치하며,
    상기 한쌍의 상부레일과 상기 한쌍의 하부레일은 상하 대응되게 위치하며,
    상기 상부프레스롤러와 상기 하부프레스롤러는 각각 상기 한쌍의 상부레일 및 상기 한쌍의 하부레일 상에서 수평으로 롤링 이동하는 파우치 실링장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 상부레일과 상기 하부레일 사이의 상하 간격을 조절하여 상기 상부프레스롤러와 상기하부프레스롤러 사이의 간격을 조절하는 파우치 실링장치.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 상부레일과 상기 하부레일 사이의 간격은 상기 전극조립체쪽으로 가면서 점차 좁아지는 파우치 실링장치.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 따른 파우치 실링장치를 사용하여 제조된 파우치형 이차전지.
  8. 상부파우치와 하부파우치를 포함하며 전극조립체와 전해액을 수용하는 이차 전지용 파우치를 실링하는 방법에 있어서,
    (s1) 상기 전극조립체와 상기 전해액을 수용한 상기 상부파우치와 상기 하부파우치를 장착부에 수평으로 위치시키고, 파우치의 가스포켓부가 한쌍의 상하로 이격되는 레일부 사이에 배치되는 단계;
    (s2) 상기 한쌍의 레일부 상에서 한쌍의 프레스롤러를 상기 파우치 가스포켓부의 끝단에서 상기 전극조립체 방향으로 이동시키면서 상기 가스포켓부를 밀착시키는 단계;
    (s3) 상기 한쌍의 프레스롤러를 상기 전극조립체와 소정거리 이격되도록 상기 전극조립체의 대향 방향으로 이동시키는 단계; 및
    (s4) 상기 상부파우치와 상기 하부파우치의 실링유닛을 이용하여 상기 프레스롤러와 상기 전극조립체 사이를 실링하는 단계;를 포함하는 파우치 실링방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 (s2) 단계에서 상기 프레스롤러를 승온하여, 상기 파우치의 상기 가스포켓부를 밀착시키는 파우치 실링방법.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 (s2) 단계에서 상기 한쌍의 레일부 사이의 간격을 조절하여 상기 한쌍의 프레스롤러사이의 간격을 조절하는 파우치 실링방법.
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