KR20230119554A - 이차전지 실링장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 이차전지 실링장치에 관한 것으로서 보다 상세하게는 파우치형 전지케이스를 포함하는 이차전지를 실링하는 이차전지 실링장치에 관한 것이다.
본 발명은, 전극조립체가 내장된 전지케이스를 사이에 두고 서로 마주보게 배치되며 상호 거리가 조절 가능하게 마련되는 한 쌍의 실링부; 및 상기 한 쌍의 실링부 사이에 마련되어 상기 한 쌍의 실링부 간의 간격 변화에 따른 압력 변화를 감지하는 적어도 하나의 감지부를 포함하는 이차전지 실링장치를 제공한다.

Description

이차전지 실링장치{Secondary battery sealing device}

본 발명은 이차전지 실링장치에 관한 것으로서 보다 상세하게는 파우치형 전지케이스를 포함하는 이차전지를 실링하는 이차전지 실링장치에 관한 것이다.

모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서의 이차전지의 수요가 급격히 증가하고 있으며, 그러한 이차전지 중에서도 높은 에너지 밀도와 방전 전압을 가진 리튬 이차전지에 대한 많은 연구가 행해지고 있고, 또한, 상용화되어 널리 사용되고 있다.

일반적으로 리튬 이차전지는 양극, 음극 및 상기 양극과 음극 사이에 개재되는 분리막으로 구성된 전극조립체를 적층하거나 권취한 상태로 금속 캔 또는 라미네이트 시트의 전지케이스에 내장한 이후에 전해액을 주입하거나 함침시키는 것으로 구성되어 있다.

최근에는 이차전지의 고용량화로 인해 케이스의 대면적화 및 얇은 소재로의 가공이 많은 관심을 모으고 있고, 이에 따라, 스택형 또는 스택/폴딩형 전극조립체를 라미네이트 시트의 파우치형 전지케이스에 내장한 구조의 파우치형 이차전지가 낮은 제조비, 작은 중량, 용이한 형태 변형 등을 이유로 사용량이 점차적으로 증가하고 있다.

한편, 이러한 파우치형 이차전지의 전지케이스(S)는 전지케이스(S) 내부의 전극조립체 및 전해액의 외부 유출 및 손상을 방지하기 위하여 실링장치에 의하여 실링됨으로써 밀봉 구조를 가지게 된다.

도 1a 내지 도 1b에는 종래의 실링장치(1)가 전지케이스(S)를 실링하는 모습이 도시되어 있다. 종래의 실링장치(1)는, 도 1a 내지 도 1b에 도시된 바와 같이, 일반적으로 한 쌍으로 구비되어, 각각 상기 이차전지(S)의 상측 및 하측에 배치된 다음 일정한 온도와 압력을 가하여 전지케이스(S)를 실링하게 된다.

구체적으로 상기 종래의 실링장치(1)는, 이차전지(S)를 향하여 상하 이동하게 마련되며, 이차전지(S)를 가압하기 위한 실링 블록(2)과 상기 실링 블록(2)의 일 면으로부터 소정 높이로 돌출 형성되는 돌출부(3)를 포함하는 구조를 가질 수 있다.

특히, 상기 한 쌍의 실링장치(1)의 돌출부(3)는 서로 마주보게 배치됨으로써 도 1a에 도시된 바와 같이, 실링장치(1)가 전지케이스(S)를 향하여 일정 거리 이상으로 이동하는 경우, 한 쌍의 실링장치(1)의 돌출부(3)들이 상호 맞닿음으로써 실링장치(1)의 이동을 제한하므로 전지케이스가 과도하게 압착되는 것을 방지할 수 있게 한다.

다만, 도 1b에 도시된 바와 같이, 실링 재료 등의 공차로 인하여 전지케이스(S) 실링 부위의 초기 두께가 일정 수준 이상으로 두껍게 마련되는 경우, 한 쌍의 실링장치(1)의 돌출부(3)가 서로 맞닿지 못하고 소정 간격(G)으로 이격된다. 이에, 종래에는 사용자가 돌출부(3) 간의 간격(G)을 육안으로 확인하여 실링장치(1)의 상호 간격을 조절하였으나, 돌출부(3)간의 간격(G)이 육안으로 확인되기 어려운 경우에는 사용자가 비정상 상태를 알아차리기 어려운 문제가 있었다.

이로써 전지케이스(S)의 실링 부위가 충분히 압착되지 못하여 소정 두께 초과로 형성되는 문제가 있었으며, 이에 복수의 전지케이스(S) 실링 부위의 두께가 각각 불균일해지고, 초기 장비 설정 시의 공정 조건과 양산 이후의 공정 조건이 달라져 공정 안정성이 저해되므로 상기한 문제를 해결하기 위한 기술이 필요한 실정이다.

본 발명은 위와 같은 문제를 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 과제는 이차전지 전지 케이스의 실링 시, 전지 케이스 실링 부위의 두께를 균일하게 유지하게 할 수 있는 이차전지 실링장치를 제공하는 것이다.

본 발명은, 전극조립체가 내장된 전지케이스를 사이에 두고 서로 마주보게 배치되며 상호 거리가 조절 가능하게 마련되는 한 쌍의 실링부; 및 상기 한 쌍의 실링부 사이에 마련되어 상기 한 쌍의 실링부 간의 간격 변화에 따른 압력 변화를 감지하는 적어도 하나의 감지부를 포함하는 이차전지 실링장치를 제공한다.

상기 실링부는, 상기 전지케이스의 실링 부위를 가압하여 실링하는 실링 블록; 및 상기 전지케이스를 마주보는 상기 실링 블록의 일 면으로부터 돌출 형성된 한 쌍의 돌출부를 포함할 수 있다.

상기 한 쌍의 실링부의 돌출부는 서로 마주보게 배치될 수 있다.

상기 한 쌍의 돌출부는, 상기 실링 블록의 양 단부로부터 돌출 형성될 수 있다.

상기 감지부는, 상기 돌출부에 고정 설치될 수 있다.

상기 감지부는, 상기 한 쌍의 실링부의 상기 돌출부 사이에서 압착될 수 있다.

상기 감지부는, 상기 한 쌍의 실링부 중 적어도 어느 하나에 고정 지지될 수 있다.

상기 감지부는 적어도 하나의 압력센서를 포함할 수 있다.

한편, 본 발명에 따른 이차전지 실링장치는, 상기 감지부에서 감지된 압력 값에 따라 알림을 출력하는 출력 인터페이스를 더 포함할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 이차전지 실링장치는, 상기 감지부가 획득한 압력 값을 미리 설정된 압력 값과 비교하여 상기 실링부의 이동거리를 제어하는 제어부를 더 포함할 수 있다.

본 발명은 상기 한 쌍의 실링부 간의 간격 변화에 따른 압력 변화를 감지하는 적어도 하나의 감지부를 포함함으로써 감지부가 감지한 압력 값을 기반으로 한 쌍의 실링부의 상호 간격을 제어함으로써 실링 부위의 두께를 균일하게 확보할 수 있는 효과가 있다.

도 1a은, 종래 한 쌍의 이차전지 실링장치가 전지케이스를 실링하는 모습을 보여주는 개념도이다.
도 1b는, 도 1a의 이차전지 실링장치가 서로 맞닿지 못한 상태에서 전지케이스를 실링하는 모습을 보여주는 개념도이다.
도 2a는 본 발명의 실시예 1에 따른 한 쌍의 이차전지 실링장치가 상호 이격된 모습을 보여주는 개념도이다.
도 2b는, 도 2a의 한 쌍의 이차전지 실링장치가 서로 접촉하여 전지케이스를 실링하는 모습을 보여주는 개념도이다.
도 3a는 본 발명의 실시예 2에 따른 한 쌍의 이차전지 실링장치가 상호 이격된 모습을 보여주는 개념도이다.
도 3b는, 도 3a의 한 쌍의 이차전지 실링장치가 서로 접촉하여 전지케이스를 실링하는 모습을 보여주는 개념도이다.
도 4는, 본 발명의 실시예 3에 따른 이차전지 실링장치의 모습을 보여주는 모식도이다.

이하에서는 첨부의 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 이하의 실시예에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다.

본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분 또는 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 관련 공지 기술에 대한 상세한 설명은 생략하였으며, 본 명세서에서 각 도면의 구성요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서는, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일 또는 유사한 참조 부호를 붙이도록 한다

또한, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정하여 해석되어서는 안되며, 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 발명은 전극조립체(미도시)가 내장된 전지케이스(S)를 사이에 두고 서로 마주보게 배치되며 상호 거리가 조절 가능하게 마련되는 한 쌍의 실링부(100); 및 상기 한 쌍의 실링부(100) 사이에 마련되어 상기 한 쌍의 실링부(100) 간의 간격 변화에 따른 압력 변화를 감지하는 적어도 하나의 감지부(200)를 포함하는 이차전지 실링장치(10)를 제공한다.

구체적으로 실링부(100)는, 전극조립체가 내장된 전지케이스(S)를 사이에 두고 서로 마주보게 배치되며 상호 거리가 조절 가능하게 마련되는 구성으로서, 다양하게 구성될 수 있다.

여기서 전극조립체는, 양극 및 음극의 전극과 분리막이 교대로 배치되는 구성일 수 있다. 보다 구체적으로 상기 전극조립체는 양극 집전체/ 양극 활물질층/ 분리막/ 음극 활물질층/ 음극 집전체 순으로 적층되어, 분리막의 일 면의 양극 활물질층이, 다른 일 면에 음극 활물질층이 대면하고 있는 구조를 가질 수 있다. 이러한 전극조립체는 전지케이스(S)에 내장될 수 있다.

상기 전지케이스(S)는 내부의 전극조립체 및 전해액이 외부로 유출되지 않도록 하고, 전극조립체 및 전해액이 외부의 공기 및 수분에 노출되어 손상됨을 방지하기 위하여 이차전지 실링장치(10)에 의하여 실링됨으로써 밀봉 구조를 가질 수 있다.

예를 들어, 상기 실링부(100)는, 상기 전지케이스(S)의 실링 부위를 가압하여 실링하는 실링 블록(110); 및 상기 전지케이스(S)를 마주보는 상기 실링 블록(110)의 일 면으로부터 돌출 형성된 한 쌍의 돌출부(120)를 포함할 수 있다.

여기서 상기 실링 블록(110)은 상기 전지케이스(S)의 실링 부위를 가압하여 실링하는 구성으로서, 다양하게 구성될 수 있다. 이때 실링 부위는 전지케이스(S)에서 실링되는 부위로서, 전지케이스(S)의 외주변 중 적어도 어느 하나의 변을 포함할 수 있다. 예를 들어 상기 실링 부위는 상기 전지케이스(S)의 둘레 방향을 따라 형성될 수 있다.

구체적으로 상기 실링 블록(110)은, 상기 전지케이스(S)의 실링 부위에 대응하여 이동함으로써 상기 실링 부위를 가압하여 실링할 수 있다. 이때 상기 실링부(100)는 일단이 실링 블록(110)과 연결되며, 타단이 이동 수단(미도시)과 연결되는 연결부(130)를 추가로 포함함으로써 실링 블록(110)을 이동시킬 수 있다. 여기서 이동 수단은, 액추에이터(actuator)등을 구동 장치를 포함할 수 있다.

상기한 실링 블록(110)은, 상기 실링 부위를 가압과 동시에 가열하여 열 융착시킬 수 있도록 가열부(미도시)를 추가로 포함할 수 있다. 상기 가열부는 실온 초과의 온도로 상기 실링 부위를 가열시킬 수 있다.

여기서, 상기 실온의 의미는, 당업계에 ‘room temperature’ 또는 상온이라 칭하여지는 온도 범위를 말할 수 있다. 즉, 실험실, 연구실 등의 온도를 뜻하며, 특히 온도를 지정하거나 조절을 하지 않고 실험을 진행한 경우라든가 시료와 물질을 실내에 방치한 경우에 사용되는 온도 조건의 표현으로서, 실내의 대기 온도를 말한다. 일반적으로 인간이 쾌적하게 지낼 수 있는 온도로서, 보통 15℃ 내지 20℃ 전후이다.

이로써 상기 실온 초과 온도는 20℃ 이상의 온도일 수 있으며, 보다 구체적으로 실링 부위에서 열융착되는 실링층이 폴리프로필렌(polypropylene) 수지인 경우, 160℃ 내지 190℃로 설정될 수 있다.

한편, 상기한 실링 블록(110)은 바(bar) 형상 등 다양한 형상을 가질 수 있다. 이때, 상기 실링 블록(110)의 일 면에는, 도 2a 내지 도 3b에 도시된 바와 같이, 일 방향으로 돌출 형성된 한 쌍의 돌출부(120)가 형성될 수 있다.

구체적으로 상기 돌출부(120)는, 상기 전지케이스(S)를 마주보는 상기 실링 블록(110)의 일 면으로부터 돌출 형성된 구성으로서, 다양하게 구성될 수 있다. 보다 상세하게 상기 한 쌍의 돌출부(120)는, 상기 실링 블록(110)의 양 단부로부터 돌출 형성될 수 있다. 이때 상기 한 쌍의 실링부(100)의 돌출부(120)는 서로 마주보게 배치될 수 있다.

즉, 한 쌍의 실링부(100)가 전지케이스(S)를 향하여 일정 거리 이상 이동하는 경우, 서로 마주보게 배치되는 돌출부(120) 중 적어도 어느 하나는 후술하는 감지부(200)와 맞닿음으로써 상기 실링부(100)의 이동을 제한할 수 있다.

예를 들어, 도 2a 내지 도 3b에 도시된 바와 같이, 서로 마주보게 배치되는 돌출부(120) 중 어느 하나에 후술하는 감지부(200)가 고정 설치되는 경우, 상기 감지부(200)가 설치되지 않은 돌출부(120)가 상기 감지부(200)와 맞닿음으로써 상기 실링부(100)의 이동을 제한할 수 있다.

이로써 상기 돌출부(120)는 전지케이스(S)의 실링 부위가 과도하게 압착되지 못하게 할 수 있으며, 실링 부위의 두께가 미리 설정된 두께 미만으로 얇아짐을 방지할 수 있다. 여기서 두께는 도 2a 내지 도 3b 기준 Z방향의 높이로 이해될 수 있으며, 이하에서도 마찬가지로 이해될 수 있다.

한편, 본 발명에 따른 이차전지 실링장치(10)는, 전지케이스(S)의 실링 부위가 충분히 압착되지 못함으로써 실링 부위의 두께가 미리 설정된 두께를 초과하여 두꺼워지는 것을 방지할 수 있도록 감지부(200)를 포함할 수 있다.

이러한 감지부(200)는 상기 한 쌍의 실링부(100) 사이에 마련되어 상기 한 쌍의 실링부(100) 간의 간격 변화에 따른 압력 변화를 감지하는 적어도 하나의 감지부(200)를 포함하는 구성으로서, 다양하게 구성될 수 있다.

예를 들어, 상기 감지부(200)는 적어도 하나의 압력센서를 포함할 수 있다. 여기서 압력센서는, 공진형 압력센서, 압전형 압력센서, 스트레인 게이지형 압력센서 및 정전 용량형 압전센서 등 다양한 종류의 압력센서가 사용될 수 있다.

구체적으로 상기 감지부(200)는 한 쌍의 실링부(100) 사이에 마련되어, 상기 한 쌍의 실링부(100)가 서로 접촉함과 동시에 변화되는 압력 값을 감지할 수 있다. 이때, 감지부(200)가 감지하는 압력 값의 변화는 곧 상기 전지케이스(S)의 실링 부위가 압착되고 있음을 의미할 수 있다.

한편, 상기 한 쌍의 실링부(100)가 일정 거리 미만으로 이동하여 상기 감지부(200)를 충분히 가압하지 못하거나, 감지부(200)와 접촉하지 못하는 경우, 감지부(200)가 감지하는 압력 값은 미리 설정된 압력 값 미만일 수 있다. 여기서 미리 설정된 압력 값은 전지케이스(S) 실링 부위의 두께가 미리 설정된 두께를 가지는 시점에 대응되어 감지부(200)가 감지하는 압력 값으로 이해될 수 있다.

예를 들어, 상기 한 쌍의 실링부(100)에 상기 감지부(200)가 접촉하지 못한 경우, 상기 감지부(200)의 압력 값은 초기 설정 값에서 변화되지 않을 수 있다. 여기서 초기 설정 값이 '0'인 경우, 상기 감지부(200)의 압력 값 역시 '0'일 수 있다.

즉 사용자는 감지부(200)의 압력 값이 미리 설정된 압력 값 미만인 경우, 전지 케이스(S) 실링 부위가 충분히 압착되지 않고 있음을 인식할 수 있다. 이에 사용자는 한 쌍의 실링부(100)의 상호 거리가 가까워지도록 제어함으로써 상기 실링 부위를 충분히 가압할 수 있다. 이로써 전지케이스(S) 실링 부위의 두께가 균일하게 조절될 수 있다.

이러한 감지부(200)는 상기 한 쌍의 실링부(100) 사이에 마련될 수 있으며, 이 경우 상기 한 쌍의 실링부(100)에 고정될 수도 있고, 상기 한 쌍의 실링부(100) 사이에 마련되는 별도 장치에 의해 고정될 수도 있다.

다만, 상기 감지부(200)는, 제조 비용을 절감하고 구조를 단순화하기 위하여 한 쌍의 실링부(100)에 고정 설치됨이 바람직할 수 있다. 이 경우, 상기 감지부(200)는, 상기 한 쌍의 실링부(100) 중 적어도 어느 하나에 고정 지지될 수 있다.

일례로서, 상기 감지부(200)는 도 2a 내지 도 2b에 도시된 바와 같이, 한 쌍의 실링부(100) 중 전지케이스(S)의 하측에 배치된 실링부(100)에 고정 설치될 수도 있다. 다른 예로서, 상기 감지부(200)는 도 3a 내지 도 3b에 도시된 바와 같이 한 쌍의 실링부(100) 중 전지케이스(S)의 상측에 배치된 실링부(100)에 고정 설치될 수도 있다.

이때 상기 감지부(200)는, 상기 돌출부(120)에 고정 설치됨이 바람직할 수 있다. 즉, 상기 감지부(200)는, 도 2b 및 도 3b에 도시된 바와 같이, 상기 한 쌍의 실링부(100)의 상기 돌출부(120) 사이에서 압착될 수 있다.

한편, 본 발명에 따른 이차전지 실링장치는, 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 감지부(200)에서 감지된 압력 값에 따라 알림을 출력하는 출력 인터페이스(300)를 더 포함할 수 있다.

구체적으로 상기 출력 인터페이스(300)는, 상기 감지부(200)에서 감지된 압력 값에 따라 알림을 출력하는 구성으로서, 다양한 구성이 가능하다.

예를 들어, 상기 출력 인터페이스(300)는, 상기 감지부(200)로부터 감지된 압력 값을 CAN((Controller Area Network), 직렬 통신(serial communication), 이더넷 등과 같은 근거리 유선 통신방식 또는 블루투스(Bluetooth), 적외선 통신(Infrared data association), 지그비(ZigBee) 및 Wi-Fi 등과 같은 무선 통신방식 등으로 수신받아 화상 및/또는 소리로 출력할 수 있다.

이러한 상기 출력 인터페이스(300)는, 압력 값에 따른 알림을 화상으로 출력하는 디스플레이(display) 모듈 및/또는 상기 압력 값에 따른 알림을 사운드(sound)로 출력하는 스피커(speaker) 모듈 등을 포함할 수 있다.

한편, 본 발명에 따른 이차전지 실링장치는 상기 감지부(200)가 획득한 압력 값을 미리 설정된 압력 값과 비교하여 상기 실링부(100)의 이동거리를 제어하는 제어부(400)를 더 포함할 수 있다.

구체적으로 상기 제어부(400)는, 상기 감지부(200)가 획득한 압력 값을 미리 설정된 압력 값과 비교하여 상기 실링부(100)의 이동거리를 제어하는 구성으로서, 다양한 구성이 가능하다.

예를 들어 상기 제어부(400)는, 상기 감지부(200)가 감지한 압력 값이 미리 설정된 압력 값 보다 작은 경우 한 쌍의 실링부(100)가 서로 가까워지도록 상기 실링부(100)의 이동거리를 제어할 수 있다.

또한 상기 제어부(400)는 상기 감지부(200)가 감지한 압력 값이 미리 설정된 압력 값 보다 큰 경우 한 쌍의 실링부(100)가 서로 가까워지도록 상기 실링부(100)의 이동거리를 제어할 수 있음은 물론이다.

이상에서 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 청구범위의 균등범위 내에서 다양한 실시가 가능하다.

10: 이차전지 실링장치
100: 실링부
110: 실링 블록
120: 돌출부
130: 연결부
200: 감지부
300: 출력 인터페이스
400: 제어부

Claims (10)

1. 전극조립체가 내장된 전지케이스를 사이에 두고 서로 마주보게 배치되며 상호 거리가 조절 가능하게 마련되는 한 쌍의 실링부; 및
   상기 한 쌍의 실링부 사이에 마련되어 상기 한 쌍의 실링부 간의 간격 변화에 따른 압력 변화를 감지하는 적어도 하나의 감지부를 포함하는 이차전지 실링장치.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 실링부는,
   상기 전지케이스의 실링 부위를 가압하여 실링하는 실링 블록; 및
   상기 전지케이스를 마주보는 상기 실링 블록의 일 면으로부터 돌출 형성된 한 쌍의 돌출부를 포함하는 이차전지 실링장치.
3. 청구항 2에 있어서,
   상기 한 쌍의 실링부의 돌출부는 서로 마주보게 배치되는 이차전지 실링장치.
4. 청구항 2에 있어서,
   상기 한 쌍의 돌출부는, 상기 실링 블록의 양 단부로부터 돌출 형성되는 이차전지 실링장치.
5. 청구항 2에 있어서,
   상기 감지부는, 상기 돌출부에 고정 설치되는 이차전지 실링장치.
6. 청구항 2에 있어서,
   상기 감지부는, 상기 한 쌍의 실링부의 상기 돌출부 사이에서 압착되는 이차전지 실링장치.
7. 청구항 1에 있어서,
   상기 감지부는, 상기 한 쌍의 실링부 중 적어도 어느 하나에 고정 지지되는 이차전지 실링장치.
8. 청구항 1에 있어서,
   상기 감지부는 적어도 하나의 압력센서를 포함하는 이차전지 실링장치.
9. 청구항 1에 있어서,
   상기 감지부에서 감지된 압력 값에 따라 알림을 출력하는 출력 인터페이스를 더 포함하는 이차전지 실링장치.
10. 청구항 1에 있어서,
    상기 감지부가 획득한 압력 값을 미리 설정된 압력 값과 비교하여 상기 실링부의 이동거리를 제어하는 제어부를 더 포함하는 이차전지 실링장치.
    

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