KR20230143480A - 배터리 셀 실링 장치 - Google Patents

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battery cell
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안지은
박상준
오영래
김강산
류재민
이호정
정정석
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에스케이온 주식회사
(주)하나기술
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Abstract

본 발명의 실시예에 따른 실링 장치는, 내부 공간을 갖는 공정 챔버, 다수의 배터리 셀을 적재하여 상기 공정 챔버의 내부 공간으로 진입하는 셀 적재부, 상기 공정 챔버의 내부 공간에 배치되며, 각각의 상기 배터리 셀을 부분적으로 실링하는 다수의 실링 유닛, 및 상기 다수의 실링 유닛이 상기 다수의 배터리 셀과 각각 접촉하도록 상기 다수의 실링 유닛을 이동시키는 구동부를 포함할 수 있다.

Description

배터리 셀 실링 장치{SEALING APPARATUS FOR SECONDARY BATTERY CELL}
본 발명은 배터리 셀 실링 장치에 관한 것이다.
이차전지는 일차전지와 달리 충전 및 방전이 가능하여 디지털 카메라, 휴대폰, 노트북, 하이브리드 자동차, 전기자동차와 같은 다양한 분야에 적용될 수 있다. 최근 이차전지 중에서도 높은 에너지 밀도와 방전 전압을 가진 리튬 이차전지에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.
일반적으로 리튬 이차전지는 유연성을 지닌 파우치형(pouched type) 배터리 셀이나 강성을 가진 각형 배터리 셀 또는 원통형 캔형(can type) 배터리 셀의 형태로 제조되고 있다.
이중 파우치형 배터리 셀의 제작과정에 대하여 개략적으로 설명하면, 먼저 전극 리드가 접합된 전극조립체를 케이스의 수납 공간에 배치한다. 그리고 케이스를 부분적으로 실링하여 일측이 개방된 파우치 형태로 케이스를 형성한다. 이 후, 개방된 일측을 통해 케이스의 내부로 전해액을 주입하고, 전해액 주입이 완료되면, 개방된 일측을 실링하는 공정을 순차적으로 수행한다.
따라서 전해액이 주입된 케이스의 일측을 안정적으로 실링할 수 있는 실링 장치가 요구되고 있다.
국내공개특허 제10-2013-0095123호
본 발명은 전해액이 주입된 케이스의 일측을 안정적으로 실링할 수 있는 배터리 셀의 실링 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 실시예에 따른 실링 장치는, 내부 공간을 갖는 공정 챔버, 다수의 배터리 셀을 적재하여 상기 공정 챔버의 내부 공간으로 진입하는 셀 적재부, 상기 공정 챔버의 내부 공간에 배치되며, 각각의 상기 배터리 셀을 부분적으로 실링하는 다수의 실링 유닛, 및 상기 다수의 실링 유닛이 상기 다수의 배터리 셀과 각각 접촉하도록 상기 다수의 실링 유닛을 이동시키는 구동부를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서 상기 셀 적재부는, 상기 다수의 배터리 셀이 안착되는 베이스 및 상기 베이스에 결합되며 상기 다수의 배터리 셀이 이격 배치되도록 각각의 상기 배터리 셀을 지지하는 고정부를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 셀 적재부는 상기 베이스에 결합되는 커버부를 더 포함하며, 상기 커버부는 상기 셀 적재부가 상기 공정 챔버의 내부 공간으로 진입할 때 상기 공정 챔버의 입구를 막아 상기 공정 챔버의 내부 공간을 밀폐 공간으로 형성할 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 셀 적재부는 제1 방향으로 선형 이동하며 상기 공정 챔버의 내부 공간으로 진입하고, 상기 실링 유닛은 상기 제1 방향과 직교하는 제2 방향으로 선형 이동하며 상기 다수의 배터리 셀과 접촉할 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서 다수의 상기 실링 유닛은, 2개씩 쌍을 이루어 배치되고, 상기 한 쌍의 실링 유닛은 하나의 배터리 셀 양측에 배치되어 상기 하나의 배터리 셀을 실링할 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서 각각의 상기 실링 유닛은, 상기 공정 챔버의 내부 공간 천장면에 배치된 레일에 결합되어 상기 레일을 따라 선형 이동하도록 구성될 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 각각의 상기 실링 유닛은 상기 레일에 결합되는 고정 프레임, 상기 고정 프레임에 결합되는 히터부, 및 상기 히터부의 측면에 결합되어 상기 히터부에서 발생되는 열을 상기 배터리 셀에 전달하는 열전달부를 포함하며, 상기 한 쌍의 실링 유닛은 상기 열전달부가 서로 마주보도록 배치될 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 공정 챔버의 내부 공간에 배치되고 상기 구동부에 연결되어 상하 방향인 제3 방향으로 왕복이동하도록 구성되는 가이드 부재를 더 포함하며, 상기 한 쌍의 실링 유닛은 상기 가이드 부재에 결합되어 상기 가이드 부재의 움직임에 따라 상기 제2 방향으로 선형 이동할 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서 상기 제3 방향은 상기 제1 방향 및 상기 제2 방향과 직교하는 방향일 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서 상기 가이드 부재는, 내부에 2개의 가이드 홀이 마련되고, 상기 2개의 가이드 홀은 상부로 갈수록 상호 간의 거리가 멀어지고 하부로 갈수록 상호간의 거리가 가까워지도록 형성되며, 상기 한 쌍의 실링 유닛은 상기 2개의 가이드 홀에 각각 결합되어 상기 가이드 홀의 형상에 대응하여 이동하도록 구성될 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서 각각의 상기 실링 유닛은, 선형이동이 가능하도록 상기 공정 챔버의 내부 공간 천장면에 결합되는 고정 프레임, 상기 고정 프레임에 결합되는 히터부, 및 상기 히터부의 측면에 결합되어 상기 히터부에서 발생되는 열을 상기 배터리 셀에 전달하는 열전달부를 포함하며, 상기 고정 프레임의 양단에는 상기 가이드 홀에 삽입되는 삽입 돌기가 형성될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 실링 장치는, 셀 적재부가 지면과 나란한 제1 방향을 따라 공정 챔버 내부 공간으로 진입하므로, 지면에 수직 방향으로 공정 챔버에 진입하는 경우에 비해 실링 장치의 전체적인 높이를 낮출 수 있다. 또한 작업자가 셀 적제부에 보다 용이하게 접근할 수 있으므로, 운용이나 유지 보수에 있어서도 높은 편의성을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 배터리 셀의 평면도.
도 2는 도 1에 도시된 배터리 셀의 분해 사시도.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 배터리 셀의 실링 장치를 개략적으로 도시한 사시도.
도 4는 도 3에 도시된 실링 장치의 측면도.
도 5는 도 3에 도시된 실링 장치를 다른 방향에서 도시한 부분 사시도.
도 6은 도 5의 평면도.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 실링 유닛과 가이드 부재의 분해 사시도.
도 8 및 도 9는 실링 유닛과 가이드 부재의 동작을 설명하기 위한 부분 사시도.
본 발명의 상세한 설명에 앞서, 이하에서 설명되는 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념으로 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 실시예에 불과할 뿐, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다. 이때, 첨부된 도면에서 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략될 수 있다. 또한 첨부 도면에 있어서 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었으며, 각 구성요소의 크기는 실제 크기를 전적으로 반영하는 것이 아니다.
더하여, 본 발명의 실시예에서 상측 상부, 하측, 하부, 측면 등의 표현은 도면에 도시를 기준으로 설명한 것이며, 해당 대상의 방향이 변경되면 다르게 표현될 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 배터리 셀의 평면도이고, 도 2는 도 1에 도시된 배터리 셀의 분해 사시도이다.
도 1 및 도 2를 참고하면, 본 실시예에 따른 케이스 오픈장치를 통해 제조되는 배터리 셀(100)은 전극 조립체(230)와 이를 수용하는 케이스(210)를 포함할 수 있다.
본 실시예에 따른 배터리 셀(100)은 충방전이 가능한 전지로, 리튬 이온(Li-ion) 전지 또는 니켈 금속수소(Ni-MH) 전지를 포함할 수 있다. 니켈 금속수소 전지는 양극에 니켈, 음극에 수소흡장합금, 전해질로 알카리 수용액을 사용한 배터리 셀로서 단위부피당 용량이 크므로 전기자동차(EV)나 하이브리드자동차(HEV) 등의 에너지원으로 사용할 수 있을 뿐만 아니라 에너지 저장용도 등 다양한 분야에 사용될 수 있다.
전극 조립체(230)는 다수의 전극을 적층한 부재로, 대략 육면체 형상으로 형성되어 케이스(210)의 수용 공간(213)에 전해액과 함께 수납될 수 있다.
케이스(210)는 연성을 갖는 필름 재질로 형성될 수 있다. 예를 들어, 케이스는 알루미늄으로 이루어지는 금속 박막의 표면을 절연 처리한 재료로 형성될 있다.
케이스(210)는 내측에 전극 조립체(230)가 수용되는 수용 공간(213)이 마련될 수 있다. 그리고 케이스(210)의 외측으로는 전극 리드(220)가 돌출 배치될 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 실시예의 배터리 셀(100)은 한 장의 외장재를 접은 후, 세 측면을 접합하여 수용 공간(213)을 밀봉할 수 있다. 따라서 본 실시예의 케이스(210)는 외장재가 접히는 절곡선(C)을 기준으로 제1 케이스(210a)와 제2 케이스(210b)로 구분될 수 있다.
구체적으로 본 실시예의 배터리 셀(100)은, 수용 공간(213)에 전극 조립체(230)를 수납하고 절곡선(C)을 따라 외장재를 접은 후, 제1 케이스(210a)와 제2 케이스(210b)가 맞닿는 가장자리를 접합하여 수용 공간(213)을 밀봉함으로써 제조될 수 있다.
가장자리의 접합 방법으로는 열융착 방식이 이용될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 이하에서는 접합된 가장자리 부위를 실링부(215)로 지칭한다.
본 실시예에서 실링부(215)는 전극 리드(220)가 배치되는 부분에 형성되는 제1 실링부(215a), 그리고 전극 리드(220)가 배치되지 않는 부분에 형성되는 제2 실링부(215b)로 구분될 수 있다.
한편, 본 실시예의 배터리 셀(100)은 제1 케이스(210a)와 제2 케이스(210b)에 각각 수용 공간(213)이 구비될 수 있다. 그러나 본 발명의 구성이 이에 한정되는 것은 아니며, 제1 케이스(210a)와 제2 케이스(210b) 중 어느 하나에만 수용 공간(213)을 마련하는 등 다양한 변형이 가능하다.
또한 전극 조립체(230)와 실링부(215) 사이에는 전극 탭(235)이 배치될 수 있다. 전극 탭(235)은 전극 조립체(230)와 전극 리드(220)를 전기적으로 연결할 수 있으며, 다수 개가 전극 조립체(230)에서 연장되어 적어도 하나의 전극 리드(220)에 접합될 수 있다.
전극 리드(220)는 양극 리드와 음극 리드를 포함할 수 있다. 전극 리드(220)는 적어도 일부가 케이스(210)의 외부로 돌출되며, 전극 조립체(230)는 전극 리드(220)를 통해 외부 요소들과 전기적으로 연결될 수 있다.
이와 같이 구성되는 배터리 셀(100)은 프레스 가공 등을 통해 케이스(210)에 수용 공간(213)을 형성하고 수용 공간(213)에 전극 조립체(230)를 수납한 후, 수용 공간(213)을 밀봉함으로써 제조될 수 있다. 보다 구체적으로, 케이스(210)의 수용 공간(213)에 전극 조립체(230)를 수납한 후, 전극 리드(220)가 배치되는 부분을 실링하여 제1 실링부(215a)를 형성하는 공정이 먼저 수행될 수 있다. 그리고 제2 실링부(215b)가 형성될 부분을 통해 수용 공간(213)에 전해액을 주입한 후, 해당 부분을 밀봉하여 제2 실링부(215b)를 형성하는 공정이 순차적으로 수행될 수 있다.
이하에서 설명하는 본 실시예의 실링 장치는, 상기한 공정들 중 제2 실링부(215b)를 형성하는 공정에서 활용되는 장치일 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 배터리 셀의 실링 장치를 개략적으로 도시한 사시도이고, 도 4는 도 3에 도시된 실링 장치의 측면도이다. 또한 도 5는 도 3에 도시된 실링 장치를 다른 방향에서 도시한 부분 사시도이고 도 6은 도 5의 평면도이다.
도 3 내지 도 6을 함께 참고하면, 본 실시예의 배터리 셀 실링 장치(1)는 셀 적재부(10), 공정 챔버(30), 실링 유닛(50), 및 구동부(70)를 포함할 수 있다.
셀 적재부(10)는 다수의 배터리 셀을 수용할 수 있으며, 공정 챔버(30) 내부 공간으로 삽입되거나 인출될 수 있다. 이를 위하여 셀 적재부는 베이스(110), 고정부(120), 커버부(160)를 포함할 수 있다.
베이스(110)는 셀 적재부(10)의 다른 요소들을 지지하는 하부 구조물로, 베이스(110)의 상면 상에는 고정부(120) 및 커버부(160) 등이 배치될 수 있다.
베이스(110)는 슬라이드 이동이 가능하도록 구성될 수 있다. 예컨대 베이스(110)의 하부에는 제1 레일(R1)이 배치될 수 있으며, 베이스(110)는 제1 레일(R1)에 결합되어 제1 레일(R1)을 따라 이동하도록 구성될 수 있다.
본 실시예에서 베이스(110)는 제1 방향(Y축 방향)으로 왕복 이동이 가능하도록 배치될 수 있다. 예를 들어 제1 방향은 지면과 나란한 방향일 수 있다.
셀 적재부(10)는 후술되는 공정 챔버(30)의 내부 공간에 수용된다. 따라서 베이스(110)는 제1 레일(R1)을 따라 공정 챔버(30)의 내부와 외부를 왕복 이동하도록 구성될 수 있다.
베이스(110) 상에 안착되는 배터리 셀(100)은 고정부(120)에 의해 고정될 수 있다. 도 6에 도시된 바와 같이, 본 실시예의 고정부(120)는 배터리 셀(100)의 양 측에 각각 배치되는 제1 고정부(120a) 및 제2 고정부(120b)를 포함할 수 있다. 제1 고정부(120a)와 제2 고정부(120b)는 배터리 셀(100)과 가까워지거나 멀어지는 방향으로 이동이 가능하도록 베이스(110)에 결합될 수 있으며, 이를 위해 베이스(110)에는 제1 고정부(120a)와 제2 고정부(120b)가 결합되는 적어도 하나의 제3 레일(R3)이 구비될 수 있다.
제3 레일(R3)은 제2 방향(X축 방향)을 따라 배치될 수 있으며, 다수 개가 나란하게 배치될 수 있다. 여기서 제2 방향은 제1 방향과 다른 방향일 수 있다. 예컨대 제2 방향은 지면과 나란하며 제1 방향과 직교하는 방향일 수 있다.
따라서, 제1 고정부(120a)와 제2 고정부(120b)는 제3 레일(R3)을 따라 배터리 셀(100)을 가압하는 방향으로 이동될 수 있으며, 배터리 셀(100)에 밀착된 상태로 베이스(110)에 고정되어 배터리 셀(100)을 고정시킬 수 있다.
제1 고정부(120a) 및 제2 고정부(120b)는 배터리 셀(100)의 넓은 양면에 각각 접촉하도록 배치되어 배터리 셀(100)의 움직임을 억제할 수 있으며, 이에 배터리 셀(100)은 추후에 제2 실링부(도 1의 215b)으로 형성되는 부분(S, 이하 실링 영역)이 상부를 향한 상태로 베이스(110)에 고정될 수 있다.
베이스(110) 상에는 다수의 배터리 셀(100)이 안착되므로, 고정부(120)도 다수 개가 마련되어 각각의 배터리 셀(100)을 고정시킬 수 있다. 이 경우, 다수의 제1 고정부(120a)는 일괄적으로 이동하도록 제3 레일(R3)에 결합될 수 있다. 마찬가지로 다수의 제2 고정부(120b)도 일괄적으로 이동하도록 제3 레일(R3)에 결합될 수 있다. 이때 제1 고정부(120a)가 결합되는 제3 레일(R3)과 제2 고정부(120b)가 결합되는 제3 레일(R3)은 서로 다른 레일일 수 있다.
고정부(120)에 고정된 배터리 셀(100)은 실링 영역(S) 전체가 고정부(120)의 외부로 노출될 수 있다. 따라서 고정부(120)는 배터리 셀(100)의 표면 중 실링 영역(S) 이외의 부분과 접촉하며 배터리 셀(100)을 고정시킬 수 있다.
커버부(160)는 셀 적재부(10)의 일측에 형성되며, 셀 적재부(10)가 후술되는 공정 챔버(30) 내부로 진입할 때, 공정 챔버(30)의 개구(또는 입구)를 막을 수 있다. 따라서 커버부(160)는 공정 챔버(30)의 입구를 닫는 도어로 이용될 수 있다.
이를 위해, 커버부(160)는 공정 챔버(30)의 개구에 대응하는 크기 및 형상으로 형성될 수 있으며, 셀 적재부(10)가 공정 챔버(30)에 완전히 수용되면 공정 챔버(30)의 입구를 완전히 막도록 구성될 수 있다. 따라서 셀 적재부(10)가 공정 챔버(30)에 완전히 수용되면 공정 챔버(30)의 내부 공간은 커버부(160)에 의해 밀폐 공간으로 형성될 수 있다.
이와 같이 구성되는 셀 적재부(10)는 별도의 구동수단(170)을 통해 제1 레일(R1)을 따라 이동할 수 있다. 구동수단(170)은 셀 적재부(10)를 왕복 이동시킬 수만 있다면 다양한 수단이 이용될 수 있다. 본 실시예에서 구동수단(170)은 모터가 이용될 수 있다. 예컨대, 모터를 이용하여 샤프트를 회전시키고, 베이스(110)는 샤프트에 나사 결합되어 모터의 회전에 따라 샤프트의 길이 방향으로 이동하도록 구성될 수 있다. 그러자 본 발명의 구성이 이에 한정되는 것은 아니며, 구동수단(170)으로 리니어 모터나 유공압 실린더를 이용하는 등 다양한 변형이 가능하다.
공정 챔버(30)는 배터리 셀(100)이 고정된 셀 적재부(10)를 수용하는 공간을 구비할 수 있다. 본 실시예에서 공정 챔버(30)는 일면이 개방된 육면체 형태의 내부 공간을 가질 수 있다. 그리고 상기 개방된 일면, 즉 공정 챔버(30)의 개구를 통해 셀 적재부(10)가 공정 챔버(30)의 내부 공간으로 진입될 수 있다.
공정 챔버(30)의 내부 공간에서는 배터리 셀(100)의 실링 공정이 진행될 수 있다. 따라서 배터리 셀(100)을 실링하는 과정에서 공정 챔버(30) 내부 공간의 진공도를 높이기 위해, 공정 챔버(30)의 내부 공간은 진공 장치와 연결될 수 있다.
또한, 공정 챔버(30)의 내부 공간에는 배터리 셀(100)을 실링하는 실링 유닛(50)이 배치될 수 있다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 실링 유닛과 가이드 부재의 분해 사시도이고, 도 8 및 도 9는 실링 유닛과 가이드 부재의 동작을 설명하기 위한 부분 사시도이다. 여기서 도 8 및 도 9는 설명의 편의를 위해 공정 챔버를 부분적으로 제거하고 실링 유닛과 가이드 부재를 도시하였다.
도 7 내지 도 9를 함께 참조하면, 실링 유닛(50)은 공정 챔버(30)의 내부 공간 상면에 결합될 수 있다. 보다 구체적으로, 공정 챔버(30)의 내부 공간 천장 면에는 제2 레일(R2)이 마련될 수 있으며, 실링 유닛(50)은 제2 레일(R2)에 결합되어 제2 레일(R2)을 따라 슬라이드 이동이 가능하도록 배치될 수 있다.
제2 레일(R2)은 제2 방향(X 방향)을 따라 배치될 수 있다. 전술한 바와 같이 본 실시예에서 제3 레일(R3)도 제2 방향을 따라 배치된다. 따라서 제2 레일(R2)과 제3 레일(R3)은 서로 나란하게 배치될 수 있다.
이에, 공정 챔버(30)의 내부 공간에 배터리 셀(100)이 투입되면 실링 유닛(50)은 제2 방향을 따라 배터리 셀(100)과 가까워지거나 멀어지도록 이동될 수 있다.
실링 유닛(50)이 안정적으로 공정 챔버(30)의 천장 면에 결합되도록, 제2 레일(R2)은 다수 개가 나란하게 배치될 수 있다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니다.
실링 유닛(50))은 공정 챔버(30)의 내부 공간에 배치되어 고정부(120)에 고정된 배터리 셀(100)의 실링 영역(S)을 열융착하며 접합할 수 있다. 이를 위하여, 실링 유닛(50)은 고정 프레임(510), 융착부(520), 이격 부재(530), 삽입 돌기(540)를 포함할 수 있다.
고정 프레임(510)은 슬라이드 이동이 가능하도록 제2 레일(R2)에 결합될 수 있다. 보다 안정적인 결합과 이동을 위해, 고정 프레임(510)은 2개의 제2 레일(R2)에 결합될 수 있다. 이를 위해 고정 프레임(510)은 2개의 제2 레일(R2)에 각각 결합되는 2개의 레일 결합부(511)를 포함할 수 있다.
고정 프레임(510)의 하면에는 배터리 셀(100)을 열융착하는 융착부(520)가 배치될 수 있다. 융착부(520)는 히터부(521)와, 열전달부(523)를 포함할 수 있다.
히터부(521)는 긴 블록 형태로 형성될 수 있으며, 내부에 발열체를 구비할 수 있다. 이에 히터부(521)는 발열체에서 발생되는 열을 열전달부(523)로 공급할 수 있다.
히터부(521)의 길이는 배터리 셀(100) 실링 영역(S)의 길이보다 길게 형성될 수 있다.
히터부(521)에서 발생되는 열이 고정 프레임(510)으로 전달되는 것을 최소화하기 위해, 히터부(521)와 고정 프레임(510) 사이에는 단열 부재가 배치될 수 있다. 또한 실링 과정에서 히터부(521)의 온도를 파악하기 위해, 히터부(521)에는 적어도 하나의 온도 센서(512)가 구비될 수 있다.
열전달부(523)는 히터부(521)의 측면에 결합되어 히터부(521)로부터 공급되는 열을 배터리 셀(100)의 실링 영역(S)에 전달할 수 있다. 따라서 열전달부(523)는 열전도율이 높은 재질로 형성될 수 있다. 배터리 셀(100)의 실링 영역(S)은 열전달부(523)에서 전달되는 열에 의해 열융착될 수 있으며, 이에 제2 실링부(215b)가 형성될 수 있다.
실링 과정에서 열전달부(523)는 반복적으로 배터리 셀(100)과 접촉하게 되므로, 장기간 사용 시 마모되거나 손상될 수 있다. 따라서 열전달부(523)는 주기적으로 교체될 수 있다.
열전달부(523)를 히터부(521)와 일체로 형성하는 경우, 열전달부(523) 교체 시 열전달부(523)와 히터부(521)가 모두 교체되어야 하므로 교체에 소요되는 비용이 증가될 수 있다. 따라서 이를 최소화하기 위해, 본 실시예의 실링 유닛(50)은 열전달부(523)가 탈착 가능하도록 히터부(521)에 결합될 수 있다.
이와 같이 구성되는 본 실시예의 실링 유닛(50)은 2개씩 쌍을 이루도록 배치될 수 있다. 한 쌍의 실링 유닛(50)은 열전달부(523)가 서로 마주보도록 배치될 수 있다. 그리고 한 쌍의 실링 유닛(50)은 제2 레일(R2)을 따라 서로 가까워지는 방향으로 이동하여 한 쌍의 실링 유닛(50) 사이에 배치되는 배터리 셀(100)의 실링 영역(S)을 양 측에서 가압할 수 있다.
따라서 한 쌍의 실링 유닛(50)은 그 사이에 배치되는 배터리 셀(100)을 기준으로 서로 대칭되는 형태로 배치될 수 있다.
또한, 실링 유닛(50)은 적어도 하나의 이격 부재(530)를 구비할 수 있다.
이격 부재(530)는 열전달부(523)가 배치된 방향으로 돌출 형성될 수 있다. 또한 열전달부(523)가 배터리 셀(100)과 접촉하는 접촉면보다 외부로 더 돌출될 수 있다.
이에 따라, 실링 영역(S)을 실링하는 과정에서 한 쌍의 실링 유닛(50)은 이격 부재들(530)만 서로 접촉하고 열전달부들(523)은 서로 접촉하지 않을 수 있다. 즉 한 쌍의 실링 유닛(50)이 최대한 밀착되었을 때, 열전달부들(523)은 이격 부재들(530)에 의해 일정 거리 이격 배치될 수 있다. 열전달부들(523) 사이에 형성되는 간극에는 배터리 셀(100)의 실링 영역(S)이 배치될 수 있다. 따라서 열전달부들(523) 사이의 간극은 배터리 셀(100)의 규격이나 외장재의 두께 등에 적합하게 조정될 수 있으며, 이는 이격 부재(530)의 돌출 거리를 조정함으로써 구현될 수 있다.
본 실시예에서 이격 부재(530)는 볼트 등의 형태로 형성되어 열전달부(523)에 결합될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니며, 필요에 따라 히터부(521)에 배치하거나 고정 프레임(510)에 배치하는 것도 가능하다.
고정 프레임(510)의 길이 방향 양단에는 각각 삽입 돌기(540)가 마련될 수 있다. 삽입 돌기(540)는 고정 프레임(510)의 길이를 연장하는 형태로 돌출될 수 있으며, 후술되는 가이드 부재(60)의 가이드 홀(61)에 삽입될 수 있다.
삽입 돌기(540)는 가이드 부재(60)의 움직임에 따라 가이드 홀(61) 내에서 이동할 수 있다. 따라서 가이드 부재(60)와의 간섭을 최소화하기 위해 삽입 돌기(540)에는 베어링이 마련될 수 있다. 예컨대 삽입 돌기(540)는 캠플로워(Cam Follower)의 형태로 구성될 수 있다.
이와 같이 구성되는 본 실시예의 실링 유닛(50)은 제2 방향으로 선형 이동되도록 공정 챔버(30)의 천장면에 결합될 수 있다. 그리고 가이드 부재(60)의 움직임에 따라 쌍을 이루는 2개의 실링 유닛(50)이 서로 가까워지거나 멀어지는 방향으로 이동할 수 있다.
가이드 부재(60)는 공정 챔버(30)의 내부 공간에 배치되며, 실링 유닛(50)의 삽입 돌기(540)가 삽입되는 가이드 홀(61)을 구비할 수 있다. 전술한 바와 같이 삽입 돌기(540)는 고정 프레임(510)의 양단에 각각 마련될 수 있다. 따라서 하나의 실링 유닛(50)을 기준으로, 가이드 부재(60)는 2개가 고정 프레임(510)의 양단에 각각 결합되도록 배치될 수 있다.
또한 하나의 가이드 부재(60)에는 전술한 한 쌍의 실링 유닛(50)이 결합될 수 있다. 따라서, 본 실시예의 실링 장치(1)는 한 쌍의 실링 유닛(50)에 한 쌍의 가이드 부재(60)가 결합될 수 있다.
이하에서는 한 쌍의 실링 유닛(50)을 제1 실링 유닛(50a)과 제1 실링 유닛(50b)으로 구분하여 설명한다.
가이드 홀(61)에는 제1 실링 유닛(50a)의 삽입 돌기(540)와 제2 실링 유닛(50b)의 삽입 돌기(540)가 모두 삽입될 수 있다. 이를 위해 가이드 홀(61)은 제1 실링 유닛(50a)의 삽입 돌기(540)가 삽입되는 제1 가이드 홀(61a), 그리고 제2 실링 유닛(50b)의 삽입 돌기(540)가 삽입되는 제2 가이드 홀(61b)을 포함할 수 있다.
제1 가이드 홀(61a)과 제2 가이드 홀(61b)은 관통 구멍의 형태로 형성될 수 있으며, 일정 거리 이격되어 배치될 수 있다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니며 필요에 따라 제1 가이드 홀(61a)과 제2 가이드 홀(61b)을 'V' 형상의 하나의 구멍으로 형성하는 것도 가능하다.
제1 가이드 홀(61a)과 제2 가이드 홀(61b)은 각각 사선 형태의 구멍으로 형성될 수 있으며, 상부로 갈수록 상호 간의 거리가 멀어지고, 하부로 갈수록 상호 간의 거리가 가까워지도록 형성될 수 있다. 따라서 가이드 부재(60)에 결합된 한 쌍의 실링 유닛(50a, 50b)은 가이드 부재(60)의 상하 방향 이동에 대응하여 제2 방향으로 선형 이동할 수 있다.
예컨대, 가이드 부재(60)가 하강하게 되면, 한 쌍의 실링 유닛(50a, 50b)은 서로 멀어지는 방향으로 선형 이동하고, 가이드 부재(60)가 상승하게 되면 한 쌍의 실링 유닛(50a, 50b)은 서로 가까워지는 방향으로 선형 이동할 수 있다.
구동부(70)는 가이드 부재(60)에 연결되어 가이드 부재(60)를 제3 방향(Z 방향)으로 왕복 이동시킬 수 있다. 여기서 제3 방향은 제1 방향, 제2 방향과 직교하는 방향일 수 있다. 예컨대 제3 방향은 지면에 수직한 방향일 수 있다.
구동부(70)는 공정 챔버(30)의 외부에 배치될 수 있으며, 공정 챔버(30)를 관통하여 가이드 부재(60)에 연결되는 연결 부재(71)를 구비할 수 있다. 연결 부재(71)는 샤프트 형태로 형성될 수 있으며, 구동부(70)의 구동에 따라 길이 방향으로 왕복 이동할 수 있다. 이에 연결 부재(71)의 단부에 체결된 가이드 부재(60)는 연결 부재(71)의 움직임에 대응하여 제3 방향으로 선형 이동할 수 있다.
구동부(70)는 가이드 부재(60)를 왕복 이동시킬 수만 있다면 다양한 형태로 마련될 수 있으며 다양한 위치에 배치될 수 있다. 예컨대 구동부(70)는 유공압 실린더나 리니어 모터를 포함할 수 있다.
구동부(70)는 전술한 한 쌍의 가이드 부재(60)를 동시에 이동시키도록 구성될 수 있다. 또한 구동부(70)는 다수 개가 마련되어 여러 쌍의 가이드 부재(60)를 독립적으로 이동시킬 수 있다.
이어서, 전술한 실링 장치(1)의 동작을 전반적으로 설명한다.
먼저 도 5에 도시된 바와 같이 셀 적재부(10)에 다수의 배터리 셀(100)을 안착시킨다. 이때 배터리 셀(100)들은 실링 영역(S)이 상부를 향하도록 배치되며, 각 배터리 셀들 (100)은 일정 거리 이격되어 고정부(120)에 의해 고정될 수 있다.
이어서 셀 적재부(10)를 공정 챔버(30)의 내부 공간에 삽입한다. 본 단계에서 가이드 부재(60)는 도 8에 도시된 바와 같이 구동부(70)에 의해 하강된 상태가 유지되며, 이로 인해 한 쌍의 실링 유닛(50)은 최대한 이격 배치된 상태가 유지된다. 따라서 셀 적재부(10)가 공정 챔버(30)에 삽입되면, 셀 적재부(10)에 안착된 배터리 셀(100)들은 실링 영역(S)이 한 쌍의 실링 유닛(50) 사이에 배치된다.
셀 적재부(10)가 공정 챔버(30)에 완전히 삽입되면, 셀 적재부(10)에 마련된 커버부는 공정 챔버(30)의 개구를 닫게 되며, 이에 공정 챔버(30)의 내부 공간은 밀폐 공간으로 형성된다.
이어서, 진공 장치를 통해 공정 챔버(30)의 내부 공간의 진공도를 높이는 과정이 수행될 수 있다. 이 과정에서 배터리 셀(100) 내부에 있는 불필요한 가스는 공정 챔버(30)의 외부로 배출될 수 있다.
이어서, 구동부(70)는 가이드 부재(60)를 상승시킨다. 이에 도 9에 도시된 바와 같이 한 쌍의 실링 유닛(50)은 가이드 홀(61)의 형상을 따라 서로 가까워지는 방향으로 이동하여 그 사이에 배치된 배터리 셀(100)의 실링 영역(S)에 접촉하게 된다.
이때, 배터리 셀(100)에는 열전달부(523)가 접촉하게 되며, 한 쌍의 열전달부(523)는 히터부(521)에서 전달되는 열을 실링 영역(S)에 가함과 동시에 일정 압력으로 실링 영역(S)을 가압하게 된다. 이에 실링 영역(S)은 열융착되어 제2 실링부(도 1의 215b)가 형성된다.
실링 영역(S)의 실링이 완료되면, 구동부(70)는 가이드 부재(60)를 다시 하강시키고, 이에 한 쌍의 실링 유닛(50)은 가이드 홀(61)의 형상을 따라 서로 멀어지는 방향으로 이동하게 된다. 이에 실링 유닛(50)은 배터리 셀(100)과 분리될 수 있다.
이후, 셀 적재부(10)는 다시 공정 챔버(30)의 외부로 이동하고, 배터리 셀(100)들은 셀 적재부(10)에서 분리되어 후속 공정에 투입될 수 있다.
이상에서 설명한 본 실시예의 실링 장치는, 셀 적재부가 지면과 나란한 제1 방향을 따라 공정 챔버 내부 공간으로 진입하므로, 지면에 수직 방향으로 공정 챔버에 진입하는 경우에 비해 실링 장치의 전체적인 높이를 낮출 수 있다. 또한 작업자가 셀 적제부에 보다 용이하게 접근할 수 있으므로, 운용이나 유지 보수에 있어서도 높은 편의성을 제공할 수 있다.
더하여 한번에 다수의 배터리 셀을 동시에 실링할 수 있으므로, 제조에 소요되는 시간을 최소화할 수 있다.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것은 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게는 자명할 것이다.
1: 배터리 셀 실링 장치
10: 셀 적재부
30: 공정 챔버
50: 실링 유닛
60: 가이드 부재
70: 구동부

Claims (11)

  1. 내부 공간을 갖는 공정 챔버;
    다수의 배터리 셀을 적재하여 상기 공정 챔버의 내부 공간으로 진입하는 셀 적재부;
    상기 공정 챔버의 내부 공간에 배치되며, 각각의 상기 배터리 셀을 부분적으로 실링하는 다수의 실링 유닛; 및
    상기 다수의 실링 유닛이 상기 다수의 배터리 셀과 각각 접촉하도록 상기 다수의 실링 유닛을 이동시키는 구동부;
    를 포함하는 실링 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 셀 적재부는,
    상기 다수의 배터리 셀이 안착되는 베이스; 및
    상기 베이스에 결합되며, 상기 다수의 배터리 셀이 이격 배치되도록 각각의 상기 배터리 셀을 지지하는 고정부;
    를 포함하는 실링 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 셀 적재부는 상기 베이스에 결합되는 커버부를 더 포함하며,
    상기 커버부는 상기 셀 적재부가 상기 공정 챔버의 내부 공간으로 진입할 때 상기 공정 챔버의 입구를 막아 상기 공정 챔버의 내부 공간을 밀폐 공간으로 형성하는 실링 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 셀 적재부는 제1 방향으로 선형 이동하며 상기 공정 챔버의 내부 공간으로 진입하고,
    상기 실링 유닛은 상기 제1 방향과 직교하는 제2 방향으로 선형 이동하며 상기 다수의 배터리 셀과 접촉하는 실링 장치.
  5. 제4항에 있어서, 다수의 상기 실링 유닛은,
    2개씩 쌍을 이루어 배치되고, 상기 한 쌍의 실링 유닛은 하나의 배터리 셀 양측에 배치되어 상기 하나의 배터리 셀을 실링하는 실링 장치.
  6. 제5항에 있어서, 각각의 상기 실링 유닛은,
    상기 공정 챔버의 내부 공간 천장면에 배치된 레일에 결합되어 상기 레일을 따라 선형 이동하도록 구성되는 실링 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    각각의 상기 실링 유닛은, 상기 레일에 결합되는 고정 프레임, 상기 고정 프레임에 결합되는 히터부, 및 상기 히터부의 측면에 결합되어 상기 히터부에서 발생되는 열을 상기 배터리 셀에 전달하는 열전달부를 포함하며,
    상기 한 쌍의 실링 유닛은 상기 열전달부가 서로 마주보도록 배치되는 실링 장치.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 공정 챔버의 내부 공간에 배치되고, 상기 구동부에 연결되어 상하 방향인 제3 방향으로 왕복이동하도록 구성되는 가이드 부재를 더 포함하며,
    상기 한 쌍의 실링 유닛은 상기 가이드 부재에 결합되어 상기 가이드 부재의 움직임에 따라 상기 제2 방향으로 선형 이동하는 실링 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제3 방향은 상기 제1 방향 및 상기 제2 방향과 직교하는 방향인 실링 장치.
  10. 제8항에 있어서, 상기 가이드 부재는,
    내부에 2개의 가이드 홀이 마련되고, 상기 2개의 가이드 홀은 상부로 갈수록 상호 간의 거리가 멀어지고 하부로 갈수록 상호간의 거리가 가까워지도록 형성되며,
    상기 한 쌍의 실링 유닛은 상기 2개의 가이드 홀에 각각 결합되어 상기 가이드 홀의 형상에 대응하여 이동하도록 구성되는 실링 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    각각의 상기 실링 유닛은, 선형이동이 가능하도록 상기 공정 챔버의 내부 공간 천장면에 결합되는 고정 프레임, 상기 고정 프레임에 결합되는 히터부, 및 상기 히터부의 측면에 결합되어 상기 히터부에서 발생되는 열을 상기 배터리 셀에 전달하는 열전달부를 포함하며,
    상기 고정 프레임의 양단에는 상기 가이드 홀에 삽입되는 삽입 돌기가 형성되는 실링 장치.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20130095123A (ko) 2012-02-17 2013-08-27 주식회사 엘지화학 파우치형 이차 전지 및 그 제조 방법

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KR20130095123A (ko) 2012-02-17 2013-08-27 주식회사 엘지화학 파우치형 이차 전지 및 그 제조 방법

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