KR20240087515A

KR20240087515A - 가열 부위를 타겟팅할 수 있는 파우치 실링 장치

Info

Publication number: KR20240087515A
Application number: KR1020230066867A
Authority: KR
Inventors: 곽명준
Original assignee: 주식회사 엘지에너지솔루션
Priority date: 2022-12-12
Filing date: 2023-05-24
Publication date: 2024-06-19

Abstract

본 발명은, 방열 실링 툴, 흡열 실링 툴, 및 흡방열 장치를 포함하는 한 쌍의 실링 툴 조립체를 포함하는 실링 장치의 구조를 제공한다. 상기 방열 실링 툴 및 상기 흡열 실링 툴은, 각각 폭방향을 따라 연장되고, 서로 길이방향을 따라 병치되며, 상기 흡방열 장치는, 상기 방열 실링 툴과 상기 흡열 실링 툴 사이에 개재되어, 상기 방열 실링 툴에 대하여 방열하는 동시에 상기 흡열 실링 툴에 대하여 흡열할 수 있다.

Description

가열 부위를 타겟팅할 수 있는 파우치 실링 장치{POUCH SEALING APPARATUS WHEREIN HEATED PORTION CAN BE TARGETTED}

본 발명은 파우치형 전지 셀에서 전극 조립체를 수용하는 파우치를 융착 실링하는 실링 장치에 관한 것이다.

제품군에 따른 적용 용이성이 높고, 높은 에너지 밀도 등의 전기적 특성을 가지는 이차전지는 휴대용 기기뿐만 아니라 전기적 구동원에 의하여 구동하는 전기 자동차(EV, Electric Vehicle) 또는 하이브리드 자동차(HEV, Hybrid Electric Vehicle) 등에 보편적으로 응용되고 있다.

이러한 이차전지는 화석연료의 사용을 획기적으로 감소시킬 수 있다는 일차적인 장점뿐만 아니라 에너지의 사용에 따른 부산물이 전혀 발생되지 않는다는 장점 또한 갖기 때문에 친환경 및 에너지 효율성 제고를 위한 새로운 에너지원으로 주목받고 있다.

현재 널리 사용되는 이차 전지의 종류에는 리튬 이온 전지, 리튬 폴리머 전지, 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지 등이 있다. 이러한 단위 이차전지 셀, 즉, 단위 전지 셀의 작동 전압은 약 2.5V ~ 4.5V이다. 따라서, 이보다 더 높은 출력 전압이 요구될 경우, 복수 개의 전지 셀을 직렬로 연결하여 전지 팩을 구성하기도 한다. 또한, 전지 팩에 요구되는 충방전 용량에 따라 다수의 전지 셀을 병렬 연결하여 전지 팩을 구성하기도 한다. 따라서, 상기 전지 팩에 포함되는 전지 셀의 개수 및 전기적 연결 형태는 요구되는 출력 전압 및/또는 충방전 용량에 따라 다양하게 설정될 수 있다.

한편, 일반적으로, 이차전지는 전지 케이스의 형상에 따라, 전극 조립체가 원통형 또는 각형의 금속 캔에 내장되어 있는 원통형 전지 및 각형 전지와, 전극 조립체가 금속박 재질의 파우치 필름으로 이루어지는 파우치형 케이스에 내장되어 있는 파우치형 전지로 분류된다.

도 1은 파우치형 전지 셀의 구조를 나타내는 사시도이고, 도 2는 파우치형 전지 셀의 실링부를 나타내는 단면도이다. 이들 도면을 참조하면, 파우치형 전지 셀은, 복수 개의 전극 및 분리막이 교대로 반복 적층되어 형성되는 전극 조립체(11)가 금속 시트 재질의 파우치(14)에 수용되어 형성된다. 상기 파우치(14)는 상기 전극 조립체(11)를 감싸며 제1실링부(143a) 및 제2실링부(143b)에서 실링된다. 상기 복수 개의 전극으로부터는 전극 탭(12)이 연장되어 전극 리드(13)와 용접되고, 상기 전극 리드(13)는 상기 제1실링부(143a)를 통하여 상기 파우치(14) 외부로 돌출된다. 이때, 상기 전극 리드(13)에 마련되는 열가소성 합성수지 재질의 리드 필름(131)이 상기 파우치(14)와 상기 전극 리드(13) 사이에 개재된다.

도 3은 파우치 절연층의 구조를 나타내는 확대 단면도이다. 이를 참조하면, 상기 파우치(14)는 금속층(141) 및 상기 금속층(141)의 내외면에 각각 코팅되는 내부 절연층(142a)과 외부 절연층(142b)을 포함한다. 상기 각 절연층(142)은 열가소성 합성수지로 이루어지며, 상기 내부 절연층(142a)은 상기 전극 조립체(11) 및 상기 전극 탭(12)과 상기 금속층(141)을, 그리고 상기 외부 절연층(142b)은 상기 파우치(14) 외부와 상기 금속층(141)을, 서로 절연하는 역할을 한다.

도 4 및 도 5는 일반적인 실링 장치의 구조 및 배치를 나타낸다. 이를 참조하면, 상기 파우치(14)를 실링하기 위하여 실링 장치(2)가 이용된다. 이하, 상기 제1실링부(143a)를 실링하는 실링 장치에 관해서 예시하나, 상기 제2실링부(143b)의 경우도 마찬가지이다.

상기 실링 장치(2)는 상기 제1실링부(143a)를 가압 및 가열하는 실링 툴(21), 상기 실링 툴(21)과 연결되는 실링 블록(22), 상기 실링 블록(22)을 수용하는 단열 프레임(24), 및 상기 실링 블록(22)에 삽입되는 히팅 로드(23)로 이루어진다. 상기 실링 장치(2)는 한 쌍으로 이루어져, 상기 제1실링부(143a)의 높이방향 양측에 하나씩 배치된다. 이때, 상기 실링 툴(21)에는 상기 전극 리드(13)와 대응하는 형상의 홈부(211)가 마련된다.

도 6은 도 4의 실링 장치가 파우치를 실링하는 모습을 나타내는 단면도이다. 상기 히팅 로드(23)가 상기 실링 블록(22)을 가열하면 상기 실링 블록(22)을 통하여 상기 실링 툴(21)이 가열되고, 상기 실링 툴(21)은 상기 제1실링부(143a)를 가압 및 가열함으로써 상기 내부 절연층(142a) 및 상기 리드 필름(131)을 융착함으로써 상기 파우치(14)를 실링할 수 있다.

한편, 상기 내부 절연층(142a) 및 상기 리드 필름(131)의 소재로 주로 이용되는 폴리프로필렌 수지의 용융점은 약 섭씨 160도로, 상기 실링 툴(21)은 이보다 더 고온으로 가열되어야 한다. 실링이 이루어질 때, 상기 실링 툴(21)의 열 에너지는, 상기 제1실링부(143a)에 직접 전해질 뿐 아니라, 상기 제1실링부(143a)로부터 상기 금속층(141)을 따라 전도되는 전도열, 및 상기 실링 툴(21)로부터 복사 및 대류를 통하여 상기 파우치(14)에 전해지는 복사열 및 대류열의 형태로, 상기 제1실링부(143a)를 제외한 상기 파우치(14)의 나머지 부위에도 전달될 수 있다. 이러한 전도열, 복사열, 및 대류열로 인하여 상기 절연층(142)이 용융되어 손상될 수 있고, 이에 따라 상기 파우치(14)의 절연 성능이 불량해질 위험이 있다.

또한, 상기 실링 툴(21)은 공기 중에 그대로 노출되어 있어, 복사열과 대류열의 형태로 열 에너지가 손실되고, 에너지 효율이 떨어진다는 문제도 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래기술의 배경하에서 창안된 것으로서, 파우치 실링 시에 실링부를 제외한 나머지 부위에의 열 전달을 최소화할 수 있는 실링 장치의 구조를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

본 발명은 또한, 파우치의 내부 절연층 및 외부 절연층의 손상이 방지되어 전지 셀의 절연 성능을 향상시키고 불량률을 낮출 수 있는 실링 장치의 구조를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 실링 시 실링부를 제외한 나머지 부위를 상온 이하로 냉각할 수 있는 실링 장치의 구조를 제공하는 것 또한 그 목적으로 한다.

본 발명의 또다른 기술적 과제는 실링 시 가열 부위를 정확히 타겟팅하여 원하는 부위만을 가열하고 나머지 부위는 가열되지 않을 수 있는 실링 장치의 구조를 제공하는 데에 있다.

본 발명은 또한 열 손실이 최소화되고 에너지 효율이 향상된 실링 장치의 구조를 제공하고자 한다.

본 발명은 또한 높은 온도로 빠르게 가열될 수 있고, 가열된 상태를 일정하게 유지할 수 있는 실링 장치의 구조를 제공하고자 한다.

본 발명은 상기와 같은 목적을 달성할 수 있는 실링 장치에 있어서, 그 구조가 단순하고, 적은 부품만으로 제작될 수 있는 실링 장치의 구조를 제공하는 것 또한 그 목적으로 한다.

본 발명의 기술적 과제들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있고, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 이해될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.

상기 과제를 해결하기 위하여 본 발명은, 방열 실링 툴, 흡열 실링 툴, 및 흡방열 장치를 포함하는 한 쌍의 실링 툴 조립체를 포함하는 실링 장치의 구조를 제공한다.

[실시예 1]

본 발명의 실시예 1은 파우치형 전지 셀에 포함되는 파우치의 길이방향 양단부에 폭방향을 따라 연장되어 마련되는 제1실링부를 융착 실링하는 실링 장치에 적용될 수 있다. 상기 전지 셀은 상기 파우치 내부로부터 연장되어 상기 제1실링부를 통하여 돌출되는 전극 리드를 포함할 수 있다.

상기 방열 실링 툴은 폭방향을 따라 연장 형성될 수 있다. 상기 방열 실링 툴에는 상기 전극 리드의 형상에 대응하는 제1홈부가 마련될 수 있다.

본 발명의 실시예 1에 따르면, 상기 제1홈부는 상기 방열 실링 툴의 높이방향 일단부의 폭방향 중앙 일부 구간에 걸쳐 높이방향 타방을 향하여 함몰되어 마련될 수 있다. 상기 제1홈부는 그 폭방향 길이가 상기 전극 리드의 폭에 대응하고, 그 깊이가 상기 전극 리드의 두께 또는 그 절반에 대응할 수 있다.

상기 흡열 실링 툴은 폭방향을 따라 연장 형성될 수 있다. 상기 흡열 실링 툴에는 상기 전극 리드의 형상에 대응하는 제2홈부가 마련될 수 있다.

본 발명의 실시예 1에 따르면, 상기 제2홈부는 상기 흡열 실링 툴의 높이방향 일단부의 폭방향 중앙 일부 구간에 걸쳐 높이방향 타방을 향하여 함몰되어 마련될 수 있다. 상기 제2홈부는 그 폭방향 길이가 상기 전극 리드의 폭에 대응하고, 그 깊이가 상기 전극 리드의 두께 또는 그 절반에 대응할 수 있다.

상기 방열 실링 툴과 상기 흡열 실링 툴은 길이방향을 따라 서로 병치될 수 있다. 이때, 상기 흡열 실링 툴은, 각각의 상기 실링 툴 조립체마다 하나씩 마련될 수도 있고, 각각의 상기 실링 툴 조립체마다 두 개 이상씩 마련될 수도 있다. 상기 흡열 실링 툴이 각각의 상기 실링 툴 조립체마다 하나씩 마련되는 경우, 상기 방열 실링 툴에 비하여 길이방향 내측에 배치될 수 있고, 두 개씩 마련되는 경우, 상기 방열 실링 툴의 길이방향 외측 및 내측에 하나씩 배치될 수 있다.

상기 흡방열 장치는 상기 방열 실링 툴과 상기 흡열 실링 툴 사이에 개재될 수 있고, 상기 방열 실링 툴에 대하여 방열하는 동시에 상기 흡열 실링 툴에 대하여 흡열할 수 있다. 가령, 상기 흡방열 장치는, 전압이 인가됨에 따라, 그 일면으로부터 방열이 일어나고, 그 타면으로부터는 흡열이 일어나고, 그 일면은 상기 방열 실링 툴과 접하고, 그 타면은 상기 흡열 실링 툴과 접하도록, 상기 방열 실링 툴과 상기 흡열 실링 툴 사이에 개재될 수 있다.

상기 흡방열 장치는 상기 방열 실링 툴과 상기 흡열 실링 툴의 각 넓은 면에 복수 개가 접하도록 마련될 수 있다. 구체적으로는, 상기 흡방열 장치는 상기 방열 실링 툴 및 상기 흡열 실링 툴에서 실링 방향과 교차하는 방향 측 면에 복수 개가 격자형으로 접하도록 마련될 수 있다.

본 발명의 실시예 1에 따르면, 상기 흡방열 장치는, 직류 전압이 인가됨에 따라, 그 일면으로부터 방열이 일어나고, 그 타면으로부터는 흡열이 일어나는 열전 소자일 수 있다. 열전 소자는, 복수 쌍의 P형 반도체 및 N형 반도체가 전기적으로는 직렬 및 열적으로는 병렬로 연결됨으로써 제조되고, 일정한 직류 전압이 인가되었을 때 그 일면과 타면 간의 온도 차를 일정하게 유지할 수 있는 반도체 소자의 일종이다.

상기 실링 툴 조립체는, 상기 방열 실링 툴과 상기 흡열 실링 툴 사이 공간 중 상기 흡방열 장치가 마련되지 않는 부위에 개재되는 단열 플레이트를 포함할 수 있다. 상기 단열 플레이트는 단열 소재로 이루어질 수 있다.

본 발명의 실시예 1에 따르면, 상기 단열 플레이트는 상기 방열 실링 툴과 상기 흡열 실링 툴 사이에 개재되는 단열 소재의 판재로서, 상기 흡방열 장치가 장착될 수 있는 관통 홀을 구비하는 것일 수 있다.

상기 실링 툴 조립체를 각각 수용하는 한 쌍의 단열 프레임을 포함할 수 있다. 상기 단열 프레임은, 각각의 상기 실링 툴 조립체에서 상기 제1실링부를 향하는 높이방향 일방 또는 타방을 제외한 상기 실링 툴 조립체의 5방을 커버할 수 있다.

[실시예 2]

본 발명의 실시예 2은 파우치형 전지 셀에 포함되는 파우치의 폭방향 일단부에 길이방향을 따라 연장되어 마련되는 제1실링부를 융착 실링하는 실링 장치에 적용될 수 있다. 상기 전지 셀은 상기 파우치 내부로부터 연장되어 상기 제1실링부를 통하여 돌출되는 전극 리드를 포함할 수 있다.

상기 방열 실링 툴은 길이방향을 따라 연장 형성될 수 있다.

상기 흡열 실링 툴은 길이방향을 따라 연장 형성될 수 있다.

상기 방열 실링 툴과 상기 흡열 실링 툴은 폭방향을 따라 서로 병치될 수 있다. 이때, 상기 흡열 실링 툴은, 각각의 상기 실링 툴 조립체마다 하나씩 마련될 수도 있고, 각각의 상기 실링 툴 조립체마다 두 개 이상씩 마련될 수도 있다. 상기 흡열 실링 툴이 각각의 상기 실링 툴 조립체마다 하나씩 마련되는 경우, 상기 방열 실링 툴에 비하여 폭방향 내측에 배치될 수 있고, 두 개씩 마련되는 경우, 상기 방열 실링 툴의 폭방향 외측 및 내측에 하나씩 배치될 수 있다.

본 발명의 실시예 2에 따르면, 상기 흡방열 장치는, 직류 전압이 인가됨에 따라, 그 일면으로부터 방열이 일어나고, 그 타면으로부터는 흡열이 일어나는 열전 소자일 수 있다. 열전 소자는, 복수 쌍의 P형 반도체 및 N형 반도체가 전기적으로는 직렬 및 열적으로는 병렬로 연결됨으로써 제조되고, 일정한 직류 전압이 인가되었을 때 그 일면과 타면 간의 온도 차를 일정하게 유지할 수 있는 반도체 소자의 일종이다.

본 발명의 실시예 2에 따르면, 상기 단열 플레이트는 상기 방열 실링 툴과 상기 흡열 실링 툴 사이에 개재되는 단열 소재의 판재로서, 상기 흡방열 장치가 장착될 수 있는 관통 홀을 구비하는 것일 수 있다.

본 발명은, 방열 실링 툴이 실링부를 가열함에 있어, 흡열 실링 툴이 상기 실링부를 제외한 파우치의 나머지 부위로부터 흡열함으로써, 실링부 이외의 부분에의 열 전달을 막고, 절연층의 손상을 방지하여 전지 셀의 불량을 방지하고 성능을 향상시킬 수 있는 실링 장치의 구조를 제공할 수 있다.

본 발명은 또한, 열전 소자를 이용함으로써, 전압을 인가하는 것만으로 섭씨 150도 이상으로의 가열 및 상온 이하로의 냉각 작용을 동시에 할 수 있는 단순한 구조의 가짐과 아울러, 흡열 실링 툴에 흡수되는 열 에너지를 그대로 다시 방열 실링 툴로 전달하여 열 에너지 효율이 우수한 실링 장치의 구조를 제공할 수 있다.

본 발명에 2에 따른 실링 장치는, 방열 실링 툴의 양측에 흡열 실링 툴을 병치함으로써, 원하는 부위만 집중적으로 가열 및 실링할 수 있다.

본 발명의 또 다른 이점은, 흡열 실링 툴, 단열 플레이트, 및 단열 프레임에 의하여 실링부 측을 제외한 방열 실링 툴의 전방이 커버됨으로써 열 손실이 최소화되는 실링 장치의 구조를 제공할 수 있다는 데에 있다.

본 발명의 또 다른 이점은, 흡방열 장치가 방열 실링 툴 및 흡열 실링 툴의 넓은 면에 복수 개 접하도록 마련됨으로써, 가열 및 냉각이 빠르게 일어나고, 온도가 일정하게 유지될 수 있는 실링 장치의 구조를 제공할 수 있다.

이 밖에도 본 발명은 여러 다른 효과를 가질 수 있으며, 이에 대해서는 각 실시예에서 설명하거나, 통상의 기술자가 용이하게 유추할 수 있는 효과 등에 대해서는 해당 설명을 생략하도록 한다.

도 1은 파우치형 전지 셀의 구조를 나타내는 사시도이고, 도 2는 파우치형 전지 셀의 제1실링부를 나타내는 단면도이다.
도 3은 파우치 절연층의 구조를 나타내는 확대 단면도이다.
도 4 및 도 5는 일반적인 실링 장치의 구조 및 배치를 나타낸다.
도 6은 도 4의 실링 장치가 파우치를 실링하는 모습을 나타내는 단면도이다.
도 7 및 도 8은 본 발명의 실시예 1에 따른 실링 툴 조립체의 구조를 나타내는 분해 사시도 및 사시도이다.
도 9 및 도 10은 열전 소자의 구조 및 본 발명의 실시예 1에 따른 열전 소자의 가열 냉각 작용을 나타낸다.
도 11은 본 발명의 실시예 1에 따른 단열 프레임에 실링 툴 조립체가 수용되는 모습을 나타낸다.
도 12는 본 발명의 실시예 1에 따른 실링 장치의 배치를 나타낸다.
도 13은 본 발명의 실시예 1에 따른 실링 장치가 파우치를 실링하는 모습을 나타내는 단면도이다.
도 14는 본 발명의 실시예 1에 따른 실링 장치가 파우치를 실링할 때의 열의 이동을 나타낸다.
도 15 및 도 16은 본 발명의 실시예 2에 따른 실링 툴 조립체의 구조를 나타내는 분해 사시도 및 사시도이다.
도 17은 본 발명의 실시예 2에 따른 단열 프레임에 실링 툴 조립체가 수용되는 모습을 나타낸다.
도 18는 본 발명의 실시예 2에 따른 실링 장치의 배치를 나타낸다.
도 19은 본 발명의 실시예 2에 따른 실링 장치가 파우치를 실링하는 모습을 나타내는 단면도이다.

전술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 후술되며, 이에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 상세한 설명을 생략한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 도면에서 동일한 참조부호는 동일 또는 유사한 구성요소를 가리키는 것으로 사용된다.

비록 제1, 제2등이 다양한 구성요소들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 구성요소들은 이들 용어에 의해 제한되지 않음은 물론이다. 이들 용어들은 단지 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위하여 사용하는 것으로, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 제1구성요소는 제2구성요소일 수도 있음은 물론이다.

명세서 전체에서, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 각 구성요소는 단수일 수도 있고 복수일 수도 있다.

이하에서 구성요소의 "상부 (또는 하부)" 또는 구성요소의 "상 (또는 하)"에 임의의 구성이 배치된다는 것은, 임의의 구성이 상기 구성요소의 상면 (또는 하면)에 접하여 배치되는 것뿐만 아니라, 상기 구성요소와 상기 구성요소 상에 (또는 하에) 배치된 임의의 구성 사이에 다른 구성이 개재될 수 있음을 의미할 수 있다.

또한 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 상기 구성요소들은 서로 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성요소 사이에 다른 구성요소가 "개재"되거나, 각 구성요소가 다른 구성요소를 통해 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있는 것으로 이해되어야 할 것이다.

본 명세서에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "구성된다" 또는 "포함한다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 여러 구성 요소들, 또는 여러 단계들을 반드시 모두 포함하는 것으로 해석되지 않아야 하며, 그 중 일부 구성 요소들 또는 일부 단계들은 포함되지 않을 수도 있고, 또는 추가적인 구성 요소 또는 단계들을 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다.

또한, 본 명세서에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "구성된다" 또는 "포함한다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 여러 구성 요소들, 또는 여러 단계들을 반드시 모두 포함하는 것으로 해석되지 않아야 하며, 그 중 일부 구성 요소들 또는 일부 단계들은 포함되지 않을 수도 있고, 또는 추가적인 구성 요소 또는 단계들을 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다.

명세서 전체에서, "A 및/또는 B" 라고 할 때, 이는 특별한 반대되는 기재가 없는 한, A, B 또는 A 및 B를 의미하며, "C 내지 D" 라고 할 때, 이는 특별한 반대되는 기재가 없는 한, C 이상이고 D 이하인 것을 의미한다.

이하, 우선 본 발명에 따른 실링 장치에 의하여 실링될 수 있는 파우치형 전지 셀의 구조의 일례를 도면을 참조하여 설명한다.

도 1은 파우치형 전지 셀의 구조를 나타내는 사시도이고, 도 2는 파우치형 전지 셀의 제1실링부를 나타내는 단면도이다. 이들 도면을 참조하면, 파우치형 전지 셀(1)은, 전극 조립체(11), 전극 탭(12), 전극 리드(13), 및 파우치(14)를 포함할 수 있다.

상기 전극 조립체(11)는 복수 개의 전극이 분리막을 개재하며 반복 적층되어 형성될 수 있다. 상기 전극은 양극과 음극을 포함할 수 있다. 즉, 상기 전극 조립체(11)는 복수 개의 양극과 음극이 분리막을 개재하며 교대로 반복 적층되어 형성될 수 있다.

상기 전극 탭(12)은 상기 전극 조립체(11)의 각 전극으로부터 연장될 수 있다. 복수 개의 상기 전극으로부터 연장되는 복수 개의 상기 전극 탭(12)은 서로 같은 극끼리 적층되어 하나의 탭을 형성할 수 있다. 즉, 복수 개의 상기 양극과 상기 음극은 서로 같은 극끼리 병렬로 연결되어 상기 전극 탭(12)을 형성할 수 있다.

상기 파우치(14)는 금속 시트 재질로 이루어질 수 있다. 상기 파우치(14)는 상기 전극 조립체(11)를 감싸며 수용할 수 있다. 상기 파우치(14)는 그 길이방향 양단부에 폭방향을 따라 연장되어 마련되는 제1실링부(143a) 및 그 폭방향 일단부에 길이방향을 따라 연장되어 마련되는 제2실링부(143b)에서 실링될 수 있다. 상기 각 실링은 융착에 의할 수 있다. 상기 파우치(14)의 실링 방식에 관하여는 후술한다.

상기 전극 리드(13)는 상기 전극 탭(12)에 연결되어 마련될 수 있다. 상기 연결은 용접에 의할 수 있다. 상기 용접은 초음파 용접, 저항 용접, 레이저 용접 등 다양한 방식에 의할 수 있다. 상기 전극 리드(13)는 길이방향을 따라 연장되어 상기 제1실링부(143a)를 통하여 상기 파우치(14) 외부로 돌출될 수 있다.

이때, 상기 전극 리드(13)에는 리드 필름(131)이 마련될 수 있다. 상기 리드 필름(131)은 상기 제1실링부(143a)에 대응하는 위치에 마련되어, 두 겹의 상기 파우치(14) 사이에 개재될 수 있다. 상기 리드 필름(131)은 열가소성 합성수지 등 융착 가능한 소재로 이루어질 수 있다. 상기 리드 필름(131)은 전기절연성을 가진 소재로 이루어질 수 있다. 가령, 상기 리드 필름(131)은 폴리프로필렌 재질로 이루어질 수 있다.

도 3은 파우치 절연층의 구조를 나타내는 확대 단면도이다. 이를 참조하면, 상기 파우치(14)는 금속층(141) 및 절연층(142)을 포함할 수 있다. 상기 절연층(142)은 내부 절연층(142a) 및 외부 절연층(142b)을 포함할 수 있다.

상기 금속층(141)은 금속 시트 재질로 이루어질 수 있다. 상기 금속층(141)은 전기전도성 금속 재질로 이루어질 수 있다. 가령, 상기 금속층(141)은 알루미늄 재질로 이루어질 수 있다.

상기 절연층(142)은 전기절연성 소재로 이루어질 수 있다. 가령, 상기 절연층은 전기절연성 합성수지로 이루어질 수 있다.

상기 내부 절연층(142a)은 상기 금속층(141)의 내면에 코팅될 수 있다. 상기 내부 절연층(142a)은 열가소성 합성수지 등 융착 가능한 소재로 이루어질 수 있다. 가령, 상기 내부 절연층(142a)은 폴리프로필렌 재질로 이루어질 수 있다. 상기 내부 절연층(142a)은 상기 전극 조립체(11), 상기 전극 탭(12), 및 상기 전극 리드(13)와 상기 금속층(141)을 서로 절연하는 역할을 할 수 있다.

상기 외부 절연층(142b)은 상기 금속층(141)의 외면에 코팅될 수 있다. 상기 외부 절연층(142b)은 상기 내부 절연층(142a)과 같은 재질로 이루어질 수 있다. 상기 외부 절연층(142b)은 상기 금속층(141)을 상기 파우치(14) 외부와 절연하는 역할을 할 수 있다. 가령, 상기 전지 셀(1)이 복수 개 적층되어 전지 모듈을 이루는 경우, 상기 외부 절연층(142b)은 상기 전지 셀(1)과 이웃하는 타 전지 셀의 각 파우치 금속층 간을 서로 절연하는 역할을 할 수 있다.

상기 제1실링부(143a)는 융착 실링될 수 있다. 상기 융착 실링은 상기 내부 절연층(142a) 및 상기 리드 필름(131)이 융착됨으로써 이루어질 수 있다. 구체적으로는, 두 겹의 상기 파우치(14) 상호 간의 실링은 상기 내부 절연층(142a)의 융착에 의하고, 상기 파우치(14)와 상기 전극 리드(13) 간의 실링은 상기 리드 필름(131)의 융착에 의할 수 있다. 이로써 상기 파우치(14)는 각각의 상기 금속층(141)이 서로 절연된 상태로 실링될 수 있고, 상기 전극 리드(13) 역시 상기 파우치(14)의 금속층과 절연된 상태로 실링될 수 있다.

상기 리드 필름(131) 및 상기 내부 절연층(142a)이 모두 폴리프로필렌 소재로 이루어지는 경우, 폴리프로필렌의 용융점은 약 섭씨 160도이므로, 상기 제1실링부(143a)를 실링하기 위해서는 상기 제1실링부(143a)를 섭씨 160도 이상으로 가열하며 가압할 수 있는 실링 장치가 필요하다.

상기 제2실링부(143b)는 융착 실링될 수 있다. 상기 융착 실링은 상기 내부 절연층(142a)이 융착됨으로써 이루어질 수 있다. 이로써 상기 파우치(14)는 각각의 상기 금속층(141)이 서로 절연된 상태로 실링될 수 있다.

상기 내부 절연층(142a)이 폴리프로필렌 소재로 이루어지는 경우, 폴리프로필렌의 용융점은 약 섭씨 160도이므로, 상기 제2실링부(143b)를 실링하기 위해서는 상기 제2실링부(143b)를 섭씨 160도 이상으로 가열하며 가압할 수 있는 실링 장치가 필요하다.

이하, 일반적으로 사용되는 실링 장치의 구조 및 그 문제점을 설명한다. 이하에서는 상기 제1실링부(143a)에 관하여 예시하나, 상기 제2실링부(143b)에 관하여도 그 구조 및 문제점은 공통적이다.

도 4 및 도 5는 일반적인 실링 장치의 구조 및 배치를 나타낸다. 이들 도면을 참조하면, 일반적인 실링 장치(2)는, 실링 툴(21), 실링 블록(22), 히팅 로드(23), 및 단열 프레임(24)을 포함한다.

상기 실링 툴(21)은, 금속 재질로 이루어지고, 폭방향을 따라 연장되어 형성된다. 상기 실링 툴(21)의 폭방향 중앙 일부 구간을 따라서, 상기 전극 리드(13)의 폭에 대응하는 폭 및 상기 전극 리드(13)의 두께에 대응하는 깊이를 가진 홈부(211)가 마련된다.

상기 실링 블록(22)은 상기 실링 툴(21)에 연결된다. 상기 실링 블록(22)은, 금속 재질로 이루어지고, 폭방향을 따라서 연장되어 형성된다. 상기 실링 블록(22)에는 상기 실링 블록(22)을 폭방향을 따라서 관통하는 제1홀(221)이 형성된다.

상기 단열 프레임(24)은 상기 높이방향 일방이 개방된 프레임으로, 상기 실링 블록(22)이 수용된다. 상기 단열 프레임(24)은 단열 소재로 이루어진다. 상기 단열 프레임(24)의 폭방향 양단부에는 상기 제1홀(221)과 대응하는 제2홀(241)이 형성된다.

상기 히팅 로드(23)는 상기 제2홀(241)을 통하여 상기 제1홀(221)에 삽입된다. 상기 히팅 로드(23)는 가열될 수 있고, 상기 히팅 로드(23)가 가열됨으로써 상기 실링 블록(22) 및 상기 실링 툴(21)까지 가열될 수 있다.

상기 실링 장치(2)는, 서로 높이방향 양측에서, 각각 상기 실링 툴(21)이 내측을 향하도록 서로 대향하는 한 쌍으로 형성된다. 상기 파우치(14) 실링 시, 상기 실링 장치(2)는 상기 제1실링부(143a)의 높이방향 양측에 배치된다.

도 6은 도 4의 실링 장치가 파우치를 실링하는 모습을 나타내는 단면도이다. 이를 참조하면, 가열된 상기 실링 툴(21)이 상기 제1실링부(143a)를 가열 및 가압함에 따라 상기 리드 필름(131) 및 상기 내부 절연층(142a)이 용융 및 재응고되어 융착됨으로써 상기 파우치(14) 및 상기 전극 리드(13)가 실링된다.

이때, 상기 실링 툴(21)로부터 상기 파우치(14)로 전해진 열은 상기 금속층(141)을 따라 상기 제1실링부(143a)가 아닌 상기 파우치(14)의 다른 부분까지 전도될 수 있다. 또한, 상기 실링 툴(21)로부터 복사 및 대류를 통하여 상기 파우치(14)에 열이 전달된다. 이러한 전도열, 복사열, 및 대류열에 의하여, 상기 파우치(14)에서 상기 제1실링부(143a) 이외의 부분 역시 가열되어 그 내부 절연층(142a) 및/또는 외부 절연층(142b)이 용융되어 손상될 수 있다. 상기 절연층(142)이 손상되는 경우, 상기 전지 셀(1)의 성능이 저하되고, 단락이 일어나 발화로 이어질 위험이 있다.

또한, 상기 실링 툴(21)로부터 상기 제1실링부(143a)가 아닌 부위로 전달되는 열은 다시 회수되지 못하고 그대로 손실되어 상기 실링 장치(2)의 에너지 효율을 저하시킨다.

이에 본 발명은, 방열 실링 툴, 흡열 실링 툴, 및 흡방열 장치를 포함하는 한 쌍의 실링 툴 조립체를 포함하는 실링 장치의 구조를 제공한다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조로 하여 설명한다.

본 발명의 실시예 1에 따른 실링 장치는 상기 제1실링부를 실링하는 데에 이용될 수 있다.

도 7 및 도 8은 본 발명의 실시예 1에 따른 실링 툴 조립체의 구조를 나타내는 분해 사시도 및 사시도이다. 이들 도면을 참조하면, 본 발명에 따른 실링 장치는, 방열 실링 툴(31), 흡열 실링 툴(32), 및 흡방열 장치(33)를 포함하는 한 쌍의 실링 툴 조립체를 포함할 수 있다.

상기 방열 실링 툴(31)은 금속 재질로 이루어질 수 있고, 폭방향을 따라 연장되어 형성될 수 있다. 상기 방열 실링 툴(31)에는, 상기 전극 리드(13)의 형상에 대응하는 제1홈부(311)가 마련될 수 있다. 상기 제1홈부(311)는 상기 방열 실링 툴의 높이방향 일단부의 폭방향 중앙 일부 구간에 걸쳐 높이방향 타방을 향하여 함몰되어 마련될 수 있다. 상기 제1홈부(311)는 그 폭방향 길이가 상기 전극 리드(13)의 폭에 대응하고, 그 깊이가 상기 전극 리드(13)의 두께 또는 그 절반에 대응할 수 있다.

상기 흡열 실링 툴(32)은 금속 재질로 이루어질 수 있고, 폭방향을 따라 연장되어 형성될 수 있다. 상기 흡열 실링 툴(32)에는, 상기 전극 리드(13)의 형상에 대응하는 제2홈부(321)가 마련될 수 있다. 상기 제2홈부(321)는 상기 흡열 실링 툴의 높이방향 일단부의 폭방향 중앙 일부 구간에 걸쳐 높이방향 타방을 향하여 함몰되어 마련될 수 있다. 상기 제2홈부(321)는 그 폭방향 길이가 상기 전극 리드(13)의 폭에 대응하고, 그 깊이가 상기 전극 리드(13)의 두께 또는 그 절반에 대응할 수 있다.

상기 흡열 실링 툴(32)은 상기 방열 실링 툴(31)과 길이방향을 따라 병치될 수 있다. 이때, 상기 흡열 실링 툴(32)은 각각의 상기 실링 툴 조립체에 하나씩 포함될 수도 있고, 두 개씩 포함될 수도 있다. 상기 흡열 실링 툴(32)이 상기 실링 툴 조립체에 하나씩 마련되는 경우, 상기 흡열 실링 툴(32)은 상기 방열 실링 툴(31)에 비하여 길이방향 내측에 위치할 수 있다. 상기 흡열 실링 툴(32)이 상기 실링 툴 조립체에 두 개씩 마련되는 경우, 상기 흡열 실링 툴(32)은 상기 방열 실링 툴(31)의 길이방향 양측에 각각 위치할 수 있다.

상기 흡방열 장치(33)는 상기 방열 실링 툴(31)과 상기 흡열 실링 툴(32) 사이에 개재되어 마련될 수 있다. 상기 흡방열 장치(33)는 그 일면은 방열하고, 그 타면은 흡열할 수 있는 것일 수 있다. 상기 흡방열 장치(33)는 그 일면이 상기 방열 실링 툴(31)과 접하고, 그 타면이 상기 흡열 실링 툴(32)과 접하도록 마련될 수 있다. 이에 따라, 상기 흡방열 장치(33)는 상기 방열 실링 툴(31)은 가열하고, 상기 흡열 실링 툴(32)은 냉각할 수 있는 것일 수 있다. 바람직하게는, 상기 흡방열 장치(33)는 전압이 인가되면 그 일면은 방열하고, 그 타면은 흡열함에 따라, 상기 방열 실링 툴(31)은 가열하고, 상기 흡열 실링 툴(32)은 냉각할 수 있는 것일 수 있다.

상기 흡방열 장치(33)는 상기 방열 실링 툴(31)과 상기 흡열 실링 툴(32)의 각 넓은 면에 복수 개가 접하도록 마련될 수 있다. 구체적으로는, 상기 흡방열 장치(33)는 상기 방열 실링 툴(31) 및 상기 흡열 실링 툴(32)에서 실링 방향과 교차하는 방향 측 면에 복수 개가 격자형으로 접하도록 마련될 수 있다. 상기 흡방열 장치(33)가 상기 방열 실링 툴(31) 및 상기 흡열 실링 툴(32)에 복수 개 접하도록 마련됨에 따라, 가열 및 냉각이 빠르게 높은 수준으로 일어날 수 있고, 그 가열 및 냉각 상태가 일정하게 유지되기가 용이하다.

상기 실링 툴 조립체는 단열 플레이트(34)를 포함할 수 있다. 상기 단열 플레이트(34)는 상기 방열 실링 툴(31)과 상기 흡열 실링 툴(32) 사이 공간 중 상기 흡방열 장치(33)가 마련되지 않는 부위에 개재될 수 있다. 상기 단열 플레이트(34)는 단열 소재로 이루어질 수 있다. 상기 단열 플레이트(34)는 상기 방열 실링 툴(31)과 상기 흡열 실링 툴(32) 사이에 개재되는 단열 소재의 판재로서, 상기 흡방열 장치(33)가 장착될 수 있는 관통 홀을 구비하는 것일 수 있다. 상기 단열 플레이트(34)가 마련됨으로써, 상기 방열 실링 툴(31)과 상기 흡열 실링 툴(32) 사이의 열 이동은 상기 흡방열 장치(33)가 마련되는 부위를 통해서만 일어나고, 그 이외의 부분에서 상기 방열 실링 툴(31)의 열 에너지가 상기 흡열 실링 툴(32)로 전달되는 것이 방지될 수 있다.

도 9 및 도 10은 열전 소자의 구조 및 본 발명의 실시예 1에 따른 열전 소자의 가열 냉각 작용을 나타낸다. 이들 도면을 참조하면, 상기 흡방열 장치(33)는 열전 소자(펠티어 소자)일 수 있다. 열전 소자는, 복수 쌍의 P형 반도체 및 N형 반도체가 전기적으로는 직렬 및 열적으로는 병렬로 연결됨으로써 제조되고, 일정한 직류 전압이 인가되었을 때 그 일면과 타면 간의 온도 차를 일정하게 유지할 수 있는 반도체 소자의 일종이다.

상기 열전 소자(33)는 상기 흡열 실링 툴(32)로부터 흡수하는 열 에너지를 상기 방열 실링 툴(31)로 방출함으로써 상기 방열 실링 툴(31)과 상기 흡열 실링 툴(32) 사이의 온도 차를 일정하게 유지할 수 있다. 상기 방열 실링 툴(31) 및 상기 흡열 실링 툴(32)이 모두 상온에 있을 때 상기 열전 소자(33)에 직류 전압이 인가되는 경우, 상기 방열 실링 툴(31)은 상온 이상의 온도로 가열될 수 있고, 상기 흡열 실링 툴(32)은 상온 이하의 온도로 가열될 수 있다. 이때, 상기 흡열 실링 툴(32)이 상기 방열 실링 툴(31)의 양측에 마련되는 경우, 상기 방열 실링 툴(31)이 얻는 열 에너지는 각각의 상기 흡열 실링 툴(32)이 잃는 열 에너지의 두 배일 수 있다.

도 11은 본 발명의 실시예 1에 따른 단열 프레임에 실링 툴 조립체가 수용되는 모습을 나타낸다. 이를 참조하면, 상기 실링 장치는 한 쌍의 상기 실링 툴 조립체를 각각 수용하는 한 쌍의 단열 프레임(35)을 포함할 수 있다. 상기 단열 프레임(35)은, 그 전체가 단열 소재로 이루어질 수도 있고, 그 각 면을, 특히 바람직하게는 수직방향측 각 면을, 내부 또는 외부에서 커버하는 단열층이 마련되는 것일 수도 있다. 바람직하게는, 상기 단열 프레임(35)은, 상기 실링 툴 조립체에서 상기 제1실링부를 향하는 높이방향 일방 또는 타방을 제외한 상기 실링 툴 조립체의 5방을 커버할 수 있다. 실링 툴이 실링 블록에 고정되고, 단열 프레임이 상기 실링 블록만을 커버하는 일반적인 실링 장치에 비하여, 본 실시예에 따른 상기 실링 장치는 상기 실링 툴 조립체 자체를 커버하도록 마련되므로, 상기 실링 툴 조립체로부터 수평방향을 따라 발생하는 복사열 및 대류열로 인한 열 손실을 더욱 효과적으로 저감할 수 있고, 이에 따라, 에너지 효율이 우수하다.

도 12는 본 발명의 실시예 1에 따른 실링 장치의 배치를 나타낸다. 이를 참조하면, 상기 실링 장치는, 한 쌍의 상기 실링 툴 조립체 및 이들을 각각 수용하는 한 쌍의 상기 단열 프레임(35)을 포함하는 한 쌍으로 형성되며, 상기 한 쌍의 실링 장치는 각각 상기 제1실링부(143a)의 높이방향 양측에 위치할 수 있다. 상기 방열 실링 툴(31) 및/또는 상기 흡열 실링 툴(32)에 상기 제1홈부(311) 및/또는 상기 제2홈부(321)가 마련되는 경우, 각각의 상기 실링 툴 조립체는 상기 제1홈부(311) 및/또는 상기 제2홈부(321)가 상기 제1실링부(143a)가 마련되는 높이방향 내측을 향하도록 배치될 수 있다.

도 13은 본 발명의 실시예 1에 따른 실링 장치가 파우치를 실링하는 모습을 나타내는 단면도이다. 이를 참조하면, 상기 실링 장치는, 상기 방열 실링 툴(31)이 상기 제1실링부(143a)를 높이방향 양측으로부터 가압 및 가열함으로써 상기 내부 절연층(142a) 및 상기 리드 필름(131)을 융착하여 상기 제1실링부(143a)를 실링할 수 있다. 이때, 상기 흡열 실링 툴(32)은, 상기 제1실링부(143a)의 길이방향 양측에서 상기 파우치(14)와 접하며, 그 접하는 부위를 냉각할 수 있고, 상기 제1실링부(143a)를 제외한 부위의 상기 절연층(142)의 손상되는 것을 방지할 수 있다.

도 14는 본 발명의 실시예 1에 따른 실링 장치가 파우치를 실링할 때의 열의 이동을 나타낸다. 이를 참조하면, 상기 열전 소자(33)에 소정의 직류 전압이 인가되면, 상기 열전 소자(33)는 상기 흡열 실링 툴(32)의 열 에너지를 흡열하여, 상기 방열 실링 툴(31)로 방열함으로써, 상기 흡열 실링 툴(32)과 상기 방열 실링 툴(31) 간의 온도 차를 일정하게 유지할 수 있고, 이로써 상기 방열 실링 툴(31)은 상온 이상으로 가열되고, 상기 흡열 실링 툴(32)은 상온 이하로 냉각될 수 있다. 이때, 상기 방열 실링 툴(31)로부터 상기 흡열 실링 툴(32)로의 전도, 복사, 및 대류로 인한 열 전달은 상기 단열 플레이트(34)에 의하여 차단되므로, 상기 방열 실링 툴(31)과 상기 흡열 실링 툴(32) 간에는 상기 흡열 실링 툴(32)로부터 상기 방열 실링 툴(31)로의 일방향 열 전달만이 일어날 수 있다. 가사 상기 방열 실링 툴(31)로부터 상기 흡열 실링 툴(32)로 전달되는 열 에너지가 있다고 하더라도, 이는 다시 상기 열전 소자(33)를 통하여 상기 방열 실링 툴(31)로 재전달될 수 있다. 또한, 상기 단열 플레이트(34) 및 상기 흡열 실링 툴(32)로 인하여, 상기 방열 실링 툴(31)로부터 외부로의 전도, 복사, 및 대류로 인한 열 손실 역시 차단될 수 있다.

상기 방열 실링 툴(31)이 흡수한 열 에너지는, 상기 방열 실링 툴(31)이 접하는 상기 제1실링부(143a)의 표면을 통하여 상기 제1실링부(143a)의 내측에 마련되는 상기 내부 절연층(142a) 및 상기 리드 필름(131)에까지 전도될 수 있다. 상기 내부 절연층(142a) 및 상기 리드 필름(131)을 용융시키고 남은 열 에너지는, 상기 파우치(14)를 통하여 상기 제1실링부(143a) 길이방향 양측으로 전도되고, 상기 흡열 실링 툴(32)은 그 전도된 열 에너지를 흡수할 수 있다. 즉, 상기 흡열 실링 툴(32)은 상기 방열 실링 툴(31)로부터 상기 제1실링부(143a)에 전도되어 상기 리드 필름(131) 및 상기 내부 절연층(142a)을 용융시키고 남은 잔열을 재흡수하여 상기 열전 소자(33)를 통하여 상기 방열 실링 툴(31)로 재공급할 수 있다. 이때, 상기 흡열 실링 툴(32)은 상기 파우치(14) 뿐 아니라, 외부의 공기로부터도 열 에너지를 흡수하여 상기 열전 소자(33)에 재공급할 수 있다.

요컨대, 본 발명의 실시예 1에 따른 실링 장치는, 상기 제1실링부(143a)를 실링하는 데에 쓰이고 남은 에너지를 재흡수하여 활용할 수 있고, 상기 단열 플레이트(34), 상기 흡열 실링 툴(32), 및 상기 단열 프레임(35)이 상기 방열 실링 툴(31)로부터 외부로의 전도, 복사, 및 대류를 통한 열 손실을 차단하여 에너지 효율이 높으며, 동시에 원하는 부위만 타겟팅하여 실링하고 그 주변부는 상온 이하까지 냉각할 수 있어 그 주변부 손상의 위험이 적다는 이점이 있다.

본 발명의 실시예 2에 따른 실링 장치는 상기 제2실링부(143b)를 실링하는 데에 이용될 수 있다. 이하, 본 실시예에서 별도로 설명되지 않는 부분은 실시예 1에서와 동일하다.

도 15 및 도 16은 본 발명의 실시예 2에 따른 실링 툴 조립체의 구조를 나타내는 분해 사시도 및 사시도이다. 이들 도면을 참조하면, 본 발명에 따른 실링 장치는, 방열 실링 툴(41), 흡열 실링 툴(42), 및 흡방열 장치(43)를 포함하는 한 쌍의 실링 툴 조립체를 포함할 수 있다.

상기 방열 실링 툴(41)은 금속 재질로 이루어질 수 있고, 길이방향을 따라 연장되어 형성될 수 있다.

상기 흡열 실링 툴(42)은 금속 재질로 이루어질 수 있고, 길이방향을 따라 연장되어 형성될 수 있다.

상기 흡열 실링 툴(42)은 상기 방열 실링 툴(41)과 폭방향을 따라 병치될 수 있다. 이때, 상기 흡열 실링 툴(42)은 각각의 상기 실링 툴 조립체에 하나씩 포함될 수도 있고, 두 개씩 포함될 수도 있다. 상기 흡열 실링 툴(42)이 상기 실링 툴 조립체에 하나씩 마련되는 경우, 상기 흡열 실링 툴(42)은 상기 방열 실링 툴(41)에 비하여 폭방향 내측에 위치할 수 있다. 상기 흡열 실링 툴(42)이 상기 실링 툴 조립체에 두 개씩 마련되는 경우, 상기 흡열 실링 툴(42)은 상기 방열 실링 툴(41)의 폭방향 양측에 각각 위치할 수 있다.

상기 흡방열 장치(43)는 상기 방열 실링 툴(41)과 상기 흡열 실링 툴(42) 사이에 개재되어 마련될 수 있다. 상기 흡방열 장치(43)는 그 일면은 방열하고, 그 타면은 흡열할 수 있는 것일 수 있다. 상기 흡방열 장치(43)는 그 일면이 상기 방열 실링 툴(41)과 접하고, 그 타면이 상기 흡열 실링 툴(42)과 접하도록 마련될 수 있다. 이에 따라, 상기 흡방열 장치(43)는 상기 방열 실링 툴(41)은 가열하고, 상기 흡열 실링 툴(42)은 냉각할 수 있는 것일 수 있다. 바람직하게는, 상기 흡방열 장치(43)는 전압이 인가되면 그 일면은 방열하고, 그 타면은 흡열함에 따라, 상기 방열 실링 툴(41)은 가열하고, 상기 흡열 실링 툴(42)은 냉각할 수 있는 것일 수 있다. 상기 흡방열 장치(43)는 열전 소자(펠티어 소자)일 수 있다.

상기 실링 툴 조립체는 단열 플레이트(44)를 포함할 수 있다. 상기 단열 플레이트(44)는 상기 방열 실링 툴(41)과 상기 흡열 실링 툴(42) 사이 공간 중 상기 흡방열 장치(43)가 마련되지 않는 부위에 개재될 수 있다. 상기 단열 플레이트(44)는 단열 소재로 이루어질 수 있다. 상기 단열 플레이트(44)는 상기 방열 실링 툴(41)과 상기 흡열 실링 툴(42) 사이에 개재되는 단열 소재의 판재로서, 상기 흡방열 장치(43)가 장착될 수 있는 관통 홀을 구비하는 것일 수 있다. 상기 단열 플레이트(44)가 마련됨으로써, 상기 방열 실링 툴(41)과 상기 흡열 실링 툴(42) 사이의 열 이동은 상기 흡방열 장치(43)가 마련되는 부위를 통해서만 일어나고, 그 이외의 부분에서 상기 방열 실링 툴(41)의 열 에너지가 상기 흡열 실링 툴(42)로 전달되는 것이 방지될 수 있다.

도 17은 본 발명의 실시예 2에 따른 단열 프레임에 실링 툴 조립체가 수용되는 모습을 나타낸다. 이를 참조하면, 상기 실링 장치는 한 쌍의 상기 실링 툴 조립체를 각각 수용하는 한 쌍의 단열 프레임(45)을 포함할 수 있다. 상기 단열 프레임(45)은, 그 전체가 단열 소재로 이루어질 수도 있고, 그 각 면을, 특히 바람직하게는 수직방향측 각 면을, 내부 또는 외부에서 커버하는 단열층이 마련되는 것일 수도 있다. 바람직하게는, 상기 단열 프레임(45)은, 상기 실링 툴 조립체에서 상기 제1실링부를 향하는 높이방향 일방 또는 타방을 제외한 상기 실링 툴 조립체의 5방을 커버할 수 있다. 실링 툴이 실링 블록에 고정되고, 단열 프레임이 상기 실링 블록만을 커버하는 일반적인 실링 장치에 비하여, 본 실시예에 따른 상기 실링 장치는 상기 실링 툴 조립체 자체를 커버하도록 마련되므로, 상기 실링 툴 조립체로부터 수평방향을 따라 발생하는 복사열 및 대류열로 인한 열 손실을 더욱 효과적으로 저감할 수 있고, 이에 따라, 에너지 효율이 우수하다.

도 18는 본 발명의 실시예 2에 따른 실링 장치의 배치를 나타낸다. 이를 참조하면, 상기 실링 장치는, 한 쌍의 상기 실링 툴 조립체 및 이들을 각각 수용하는 한 쌍의 상기 단열 프레임(45)을 포함하는 한 쌍으로 형성되며, 상기 한 쌍의 실링 장치는 각각 상기 제2실링부(143b)의 높이방향 양측에 위치할 수 있다.

도 19은 본 발명의 실시예 2에 따른 실링 장치가 파우치를 실링하는 모습을 나타내는 단면도이다. 이를 참조하면, 상기 실링 장치는, 상기 방열 실링 툴(41)이 상기 제2실링부(143b)를 높이방향 양측으로부터 가압 및 가열함으로써 상기 내부 절연층(142a)을 융착하여 상기 제2실링부(143b)를 실링할 수 있다. 이때, 상기 흡열 실링 툴(42)은, 상기 제2실링부(143b)의 폭방향 양측에서 상기 파우치(14)와 접하며, 그 접하는 부위를 냉각할 수 있고, 상기 제2실링부(143b)를 제외한 부위의 상기 절연층(142)의 손상되는 것을 방지할 수 있다.

전술된 실시예는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로 이해되어야 하며, 본 발명의 범위는 전술된 상세한 설명보다는 후술될 특허청구범위에 의해 나타내어질 것이다. 그리고 후술될 특허청구범위의 의미 및 범위는 물론, 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 및 변형 가능한 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

이상과 같이 본 발명에 대해서 예시한 도면을 참조로 하여 설명하였으나, 본 명세서에 개시된 실시예와 도면에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술사상의 범위 내에서 통상의 기술자에 의해 다양한 변형이 이루어질 수 있음은 자명하다. 아울러 앞서 본 발명의 실시예를 설명하면서 본 발명의 구성에 따른 작용 효과를 명시적으로 기재하여 설명하지 않았을 지라도, 해당 구성에 의해 예측 가능한 효과 또한 인정되어야 함은 당연하다.

1: 전지 셀
11: 전극 조립체
12: 전극 탭
13: 전극 리드
131: 리드 필름
14: 파우치
141: 금속층
142: 절연층
142a: 내부 절연층
142b: 외부 절연층
143: 실링부
143a: 제1실링부
143b: 제2실링부
2: 실링 장치1
21: 실링 툴
211: 홈부
22: 실링 블록
221: 제1홀
23: 히팅 로드
24: 단열 프레임
241: 제2홀
3: 실링 장치2
31: 방열 실링 툴
311: 제1홈부
32: 흡열 실링 툴
321: 제2홈부
33: 흡방열 장치(펠티어 소자)
34: 단열 플레이트
35: 단열 프레임
4: 실링 장치3
41: 방열 실링 툴
42: 흡열 실링 툴
43: 흡방열 장치(펠티어 소자)
44: 단열 플레이트
45: 단열 프레임
X: 길이방향
Y: 폭방향
Z: 높이방향/두께방향

Claims

파우치형 전지 셀에 포함되는 파우치의 길이방향 양단부에 폭방향을 따라 연장되어 마련되는 제1실링부를 융착 실링하는 실링 장치에 있어서,
폭방향을 따라 연장 형성되는, 방열 실링 툴;
폭방향을 따라 연장 형성되고, 상기 방열 실링 툴과 길이방향을 따라 병치되는, 흡열 실링 툴; 및
상기 방열 실링 툴과 상기 흡열 실링 툴 사이에 개재되는, 흡방열 장치;를 포함하고, 상기 제1실링부의 높이방향 양측에 하나씩 배치되는 한 쌍의 실링 툴 조립체를 포함하고,
상기 흡방열 장치는 상기 방열 실링 툴에 대하여 방열하는 동시에 상기 흡열 실링 툴에 대하여 흡열하는, 실링 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 흡방열 장치는:
전류가 인가됨에 따라, 그 일면으로부터 방열이 일어나고, 그 타면으로부터는 흡열이 일어나고,
그 일면은 상기 방열 실링 툴과 접하고, 그 타면은 상기 흡열 실링 툴과 접하도록, 상기 방열 실링 툴과 상기 흡열 실링 툴 사이에 개재되는, 실링 장치.
청구항 2에 있어서,
상기 흡방열 장치는, 전류가 인가됨에 따라, 그 일면으로부터 방열이 일어나고, 그 타면으로부터는 흡열이 일어나는, 펠티어 소자인, 실링 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 전지 셀은 상기 파우치 내부로부터 연장되어 상기 제1실링부를 통하여 돌출되는 전극 리드를 포함하고,
상기 방열 실링 툴에는 상기 전극 리드의 형상에 대응하는 제1홈부가 마련되는, 실링 장치.
청구항 4에 있어서,
상기 흡열 실링 툴에는 상기 전극 리드의 형상에 대응하는 제2홈부가 마련되는, 실링 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 흡열 실링 툴은, 각각의 상기 실링 툴 조립체마다 하나씩 마련되고, 상기 방열 실링 툴에 비하여 길이방향 내측에 배치되는, 실링 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 흡열 실링 툴은, 각각의 상기 실링 툴 조립체마다 두 개씩 마련되고, 방열 실링 툴의 길이방향 외측 및 내측에 각각 하나씩 배치되는, 실링 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 실링 툴 조립체는, 상기 방열 실링 툴과 상기 흡열 실링 툴 사이 공간 중 상기 흡방열 장치가 마련되지 않는 부위에 개재되는 단열 플레이트를 포함하는, 실링 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 실링 툴 조립체를 각각 수용하는 한 쌍의 단열 프레임을 포함하는, 실링 장치.
청구항 9에 있어서,
상기 단열 프레임은, 각각의 상기 실링 툴 조립체에서 상기 제1실링부를 향하는 높이방향 일방 또는 타방을 제외한 상기 실링 툴 조립체의 5방을 커버하는, 실링 장치.
파우치형 전지 셀에 포함되는 파우치의 폭방향 일단부에 길이방향을 따라 연장되어 마련되는 제2실링부를 융착 실링하는 실링 장치에 있어서,
길이방향을 따라 연장 형성되는, 방열 실링 툴;
길이방향을 따라 연장 형성되고, 상기 방열 실링 툴과 폭방향을 따라 병치되는, 흡열 실링 툴; 및
상기 방열 실링 툴과 상기 흡열 실링 툴 사이에 개재되는, 흡방열 장치;를 포함하고, 상기 제2실링부의 높이방향 양측에 하나씩 배치되는 한 쌍의 실링 툴 조립체를 포함하고,
상기 흡방열 장치는 상기 방열 실링 툴에 대하여 방열하는 동시에 상기 흡열 실링 툴에 대하여 흡열하는, 실링 장치.
청구항 11에 있어서,
상기 흡방열 장치는:
전류가 인가됨에 따라, 그 일면으로부터 방열이 일어나고, 그 타면으로부터는 흡열이 일어나고,
그 일면은 상기 방열 실링 툴과 접하고, 그 타면은 상기 흡열 실링 툴과 접하도록, 상기 방열 실링 툴과 상기 흡열 실링 툴 사이에 개재되는, 실링 장치.
청구항 12에 있어서,
상기 흡방열 장치는, 전류가 인가됨에 따라, 그 일면으로부터 방열이 일어나고, 그 타면으로부터는 흡열이 일어나는, 펠티어 소자인, 실링 장치.
청구항 11에 있어서,
상기 흡열 실링 툴은, 각각의 상기 실링 툴 조립체마다 하나씩 마련되고, 상기 방열 실링 툴에 비하여 폭방향 내측에 배치되는, 실링 장치.
청구항 11에 있어서,
상기 흡열 실링 툴은, 각각의 상기 실링 툴 조립체마다 두 개씩 마련되고, 방열 실링 툴의 폭방향 외측 및 내측에 각각 하나씩 배치되는, 실링 장치.
청구항 11에 있어서,
상기 실링 툴 조립체는, 상기 방열 실링 툴과 상기 흡열 실링 툴 사이 공간 중 상기 흡방열 장치가 마련되지 않는 부위에 개재되는 단열 플레이트를 포함하는, 실링 장치.
청구항 11에 있어서,
상기 실링 툴 조립체를 각각 수용하는 한 쌍의 단열 프레임을 포함하는, 실링 장치.
청구항 17에 있어서,
상기 단열 프레임은, 각각의 상기 실링 툴 조립체에서 상기 제2실링부를 향하는 높이방향 일방 또는 타방을 제외한 상기 실링 툴 조립체의 5방을 커버하는, 실링 장치.