WO2015046709A1 - 가열 부재를 포함하는 전지셀 절곡 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 전지셀 절곡 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 양극과 분리막 및 음극을 포함하는 전극조립체를 전지케이스에 장착하고 열융착에 의해 밀봉된 구조의 전지셀의 외주면을 절곡하기 위한 절곡 장치로서, 상기 전지셀이 탑재되는 베이스 플레이트; 상기 전지셀이 베이스 플레이트에 상에 탑재된 상태에서, 전지케이스의 좌측 및 우측 외주면들과 전극조립체 수납부의 외면 사이에 삽입되는 한 쌍의 절곡 가이드들; 상기 절곡 가이드들에 대응하여 전지케이스의 외주면들을 전극조립체 수납부의 외면 쪽으로 절곡 가압하는 가압 롤러들; 및 상기 가압 롤러들에 인접하여 위치하고 절곡된 전지케이스의 외주면을 가열하기 위한 가열 부재;를 포함하는 것을 특징으로 하는 전지셀 절곡 장치을 제공한다.

Description

가열 부재를 포함하는 전지셀 절곡 장치
본 발명은 전지셀 절곡 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 양극과 분리막 및 음극을 포함하는 전극조립체를 전지케이스에 장착하고 열융착에 의해 밀봉된 구조의 전지셀의 외주면을 절곡하기 위한 절곡 장치로서, 상기 전지셀이 탑재되는 베이스 플레이트, 상기 전지셀이 베이스 플레이트에 상에 탑재된 상태에서, 전지케이스의 좌측 및 우측 외주면들과 전극조립체 수납부의 외면 사이에 삽입되는 한 쌍의 절곡 가이드들, 상기 절곡 가이드들에 대응하여 전지케이스의 외주면들을 전극조립체 수납부의 외면 쪽으로 절곡 가압하는 가압 롤러들 및 상기 가압 롤러들에 인접하여 위치하고 절곡된 전지케이스의 외주면을 가열하기 위한 가열 부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 전지셀 절곡 장치에 관한 것이다.
최근 사용량이 증가하고 있는 이차전지는, 전지의 형상 면에서 얇은 두께로 휴대폰 등과 같은 제품들에 적용될 수 있는 각형 이차전지와 파우치형 이차전지에 대한 수요가 높고, 재료 면에서는 높은 에너지 밀도, 방전 전압, 출력 안정성 등의 장점을 가진 리튬이온 전지, 리튬이온 폴리머 전지 등과 같은 리튬 이차전지에 대한 수요가 높다.
또한, 이차전지는 양극/분리막/음극 구조의 전극조립체가 어떠한 구조로 이루어져 있는지에 따라 분류되기도 하는 바, 대표적으로는, 긴 시트형의 양극들과 음극들을 분리막이 개재된 상태에서 권취한 구조의 젤리-롤(권취형) 전극조립체, 소정 크기의 단위로 절취한 다수의 양극과 음극들을 분리막을 개재한 상태로 순차적으로 적층한 스택형(적층형) 전극조립체, 소정 단위의 양극과 음극들을 분리막을 개재한 상태로 적층한 바이셀(Bi-cell) 또는 풀셀(Full cell)들을 분리필름으로 권취한 구조의 스택/폴딩형 전극조립체 등을 들 수 있다.
최근에는, 스택형 또는 스택/폴딩형 전극조립체를 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치형 전지케이스에 내장한 구조의 파우치형 전지가, 낮은 제조비, 작은 중량, 용이한 형태 변형 등을 이유로, 많은 관심을 모으고 있고 또한 그것의 사용량이 점차적으로 증가하고 있다.
도 1에는 종래의 대표적인 파우치형 이차전지의 일반적인 구조가 분해 사시도로서 모식적으로 도시되어 있다.
도 1을 참조하면, 파우치형 이차전지(10)는, 전극조립체(30), 전극조립체(30)로부터 연장되어 있는 전극 탭들(40, 50), 전극 탭들(40, 50)에 용접되어 있는 전극리드(60, 70), 및 전극조립체(30)를 수용하는 전지케이스(20)를 포함하는 것으로 구성되어 있다.
전극조립체(30)는 분리막이 개재된 상태에서 양극과 음극이 순차적으로 적층되어 있는 발전소자로서, 스택형 또는 스택/폴딩형 구조로 이루어져 있다. 전극 탭들(40, 50)은 전극조립체(30)의 각 극판으로부터 연장되어 있고, 전극리드(60, 70)는 각 극판으로부터 연장된 복수 개의 전극 탭들(40, 50)과, 예를 들어, 용접에 의해 각각 전기적으로 연결되어 있으며, 전지케이스(20)의 외부로 일부가 노출되어 있다. 또한, 전극리드(60, 70)의 상하면 일부에는 전지케이스(20)와의 밀봉도를 높이고 동시에 전기적 절연상태를 확보하기 위하여 절연필름(80)이 부착되어 있다.
전지케이스(20)는 알루미늄 라미네이트 시트로 이루어져 있고, 전극조립체(30)를 수용할 수 있는 공간을 제공하며, 전체적으로 파우치 형상을 가지고 있다. 도 1에서와 같은 적층형 전극조립체(30)의 경우, 다수의 양극 탭들(40)과 다수의 음극 탭들(50)이 전극리드(60, 70)에 함께 결합될 수 있도록, 전지케이스(20)의 내부 상단은 전극조립체(30)로부터 이격되어 있다.
이러한 파우치형 전지는 전극조립체를 라미네이트 시트에 수납하고 전해액을 주입하여 열융착 등으로 밀봉하는 단계를 거치고, 전지셀의 외주면 또는 열융착 부위(실링부)를 수직으로 절곡하여 수납부의 측벽에 밀착시키기 위하여 절곡 장치에 수납한 후 실링부를 가압하여 절곡하는 과정을 거치게 된다. 그러나, 실링부를 절곡 장치로 수직 절곡하는 경우, 시간이 지남에 따라 절곡 부위가 복원되어 전지셀 치수 설계에 불량이 발생하여 재차 작업을 반복해야 하는 문제점이 있다.
따라서, 파우치형 전지에서 실링부를 절곡하는 경우의 문제점을 근본적으로 해결할 수 있는 기술에 대한 필요성이 높은 실정이다.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.
즉, 본 발명의 목적은 전지셀의 외주면을 각각 수직으로 절곡하여 수납부의 측벽에 밀착시키는 과정에서 가열 부재를 포함하는 전지셀 절곡 장치를 사용함으로써, 시간이 지남에 따라 절곡 부위가 복원되어 발생할 수 있는 전지셀 치수 설계에 불량이 발생하는 문제점을 해결하기 위한 전지셀 절곡 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은, 기존의 절곡 공정 단순화 및 외관 불량등의 문제점을 해결하고 수율 향상 및 높은 양품률을 확보하면서 제조공정이 용이한 전지셀 절곡 방법을 제공하는 것이다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전지셀 절곡 장치는, 양극과 분리막 및 음극을 포함하는 전극조립체를 전지케이스에 장착하고 열융착에 의해 밀봉된 구조의 전지셀의 외주면을 절곡하기 위한 절곡 장치로서,
상기 전지셀이 탑재되는 베이스 플레이트;
상기 전지셀이 베이스 플레이트에 상에 탑재된 상태에서, 전지케이스의 좌측 및 우측 외주면들과 전극조립체 수납부의 외면 사이에 삽입되는 한 쌍의 절곡 가이드들;
상기 절곡 가이드들에 대응하여 전지케이스의 외주면들을 전극조립체 수납부의 외면 쪽으로 절곡 가압하는 가압 롤러들; 및
상기 가압 롤러들에 인접하여 위치하고 절곡된 전지케이스의 외주면을 가열하기 위한 가열 부재;
를 포함하는 구조로 구성되어 있다.
따라서, 본 발명에 따른 전지셀 절곡 장치는, 전지셀의 외주면을 수직으로 절곡하여 수납부의 측벽에 밀착시키는 과정에서 절곡 부위를 가열하는 가열 부재를 포함함으로써, 외주면의 절곡과 동시에 가열하여 시간이 지남에 따라 절곡 부위가 복원되어 발생할 수 있는 전지셀 치수 설계에 불량이 발생하는 문제점을 해결할 수 있다.
상기 전극조립체는 다수의 전극 탭들을 연결하여 양극과 음극을 구성하는 구조라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 바람직하게는 폴딩형 구조, 스택형 구조와 스택/폴딩형 구조를 들 수 있다. 스택/폴딩형 구조의 전극조립체에 대한 자세한 내용은 본 출원인의 한국 특허출원공개 제2001-0082058호, 제2001-0082059호 및 제2001-0082060호에 개시되어 있으며, 상기 출원은 본 발명의 내용에 참조로서 합체된다.
본 발명에 따른 전지셀 절곡 장치는 특히 금속층과 수지층을 포함하는 라미네이트 시트, 하나의 구체적인 예에서 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치형 케이스의 수납부에 전극조립체가 내장되어 있는 파우치형 이차전지에 바람직하게 적용될 수 있다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 절곡 가이드들은 전지셀의 크기에 대응하여 상호간의 간격 조절이 가능한 구조로 이루어 질 수 있다. 이러한 구조로 인해 다양한 크기의 전지셀에 따라 안정적으로 절곡 부위를 형성시킬 수 있다.
또 하나의 구체적인 예에서, 상기 절곡 가이드들은 전지케이스의 외주면들과 전극조립체 수납부의 외면 사이로의 삽입 방향으로 직경이 감소하는 구조로 이루어 질 수 있다. 이러한 구조로 인해 전지케이스의 외주면이 전극조립체의 수납부의 외면에 효과적으로 밀착되어 절곡될 수 있으며, 소망하는 절곡 위치를 유도할 수 있다. 구체적으로, 상기 절곡 가이드들은 수직 단면 상으로 삼각형 형상으로 이루어 질 수 있다.
상기 가열 부재는 가열 온도를 조절할 수 있는 온도 조절기를 추가로 포함할 수 있으며, 상기 절곡 부위를 가열하기 위한 최적의 온도를 설정하여 가압과 동시에 가열하는 과정을 수행할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 전지셀은 리튬 함유 전해액이 전극조립체에 함침되어 있는 리튬이온 이차전지, 리튬 함유 전해액이 겔의 형태로 전극조립체에 함침되어 있는, 이른바, 리튬이온 폴리머 전지 등의 리튬 이차전지에 바람직하게 적용될 수 있다.
참고로, 리튬 이차전지는 양극, 음극, 분리막, 및 리튬염 함유 비수 전해액으로 구성되어 있다.
상기 양극은, 예를 들어, 양극 집전체 상에 양극 활물질, 도전재 및 바인더의 혼합물을 도포한 후 건조하여 제조되며, 필요에 따라서는, 상기 혼합물에 충진제를 더 첨가하기도 한다.
상기 양극 활물질은 리튬 코발트 산화물(LiCoO2), 리튬 니켈 산화물(LiNiO2) 등의 층상 화합물이나 1 또는 그 이상의 전이금속으로 치환된 화합물; 화학식 Li1+xMn2-xO4 (여기서, x 는 0 ~ 0.33 임), LiMnO3, LiMn2O3, LiMnO2 등의 리튬 망간 산화물; 리튬 동 산화물(Li2CuO2); LiV3O8, LiFe3O4, V2O5, Cu2V2O7 등의 바나듐 산화물; 화학식 LiNi1-xMxO2 (여기서, M = Co, Mn, Al, Cu, Fe, Mg, B 또는 Ga 이고, x = 0.01 ~ 0.3 임)으로 표현되는 Ni 사이트형 리튬 니켈 산화물; 화학식 LiMn2-xMxO2 (여기서, M = Co, Ni, Fe, Cr, Zn 또는 Ta 이고, x = 0.01 ~ 0.1 임) 또는 Li2Mn3MO8 (여기서, M = Fe, Co, Ni, Cu 또는 Zn 임)으로 표현되는 리튬 망간 복합 산화물; 화학식의 Li 일부가 알칼리토금속 이온으로 치환된 LiMn2O4; 디설파이드 화합물; Fe2(MoO4)3 등을 들 수 있지만, 이들만으로 한정되는 것은 아니다.
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 셀룰로우즈, 폴리비닐피롤리돈, 테트라플루오로에틸렌, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 에틸렌-프로필렌-디엔 테르 폴리머(EPDM), 술폰화 EPDM, 스티렌 브티렌 고무, 불소 고무, 다양한 공중합체 등을 들 수 있다.
상기 충진제는 양극의 팽창을 억제하는 성분으로서 선택적으로 사용되며, 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 섬유상 재료라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등의 올리핀계 중합체; 유리섬유, 탄소섬유 등의 섬유상 물질이 사용된다.
상기 음극은 음극 집전체 상에 음극 활물질을 도포, 건조하여 제작되며, 필요에 따라, 앞서 설명한 바와 같은 성분들이 선택적으로 더 포함될 수도 있다.
상기 음극 활물질로는, 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, and Bi2O5 등의 금속 산화물; 폴리아세틸렌 등의 도전성 고분자; Li-Co-Ni 계 재료 등을 사용할 수 있다.
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. 전해질로서 폴리머 등의 고체 전해질이 사용되는 경우에는 고체 전해질이 분리막을 겸할 수도 있다.
리튬염 함유 비수계 전해액은, 극성 유기 전해액과 리튬염으로 이루어져 있다. 전해액으로는 비수계 액상 전해액, 유기 고체 전해질, 무기 고체 전해질 등이 사용된다.
상기 비수계 액상 전해액으로는, 예를 들어, N-메틸-2-피롤리디논, 프로필렌 카르보네이트, 에틸렌 카르보네이트, 부틸렌 카르보네이트, 디메틸 카르보네이트, 디에틸 카르보네이트, 감마-부틸로 락톤, 1,2-디메톡시 에탄, 테트라히드록시 프랑(franc), 2-메틸 테트라하이드로푸란, 디메틸술폭시드, 1,3-디옥소런, 포름아미드, 디메틸포름아미드, 디옥소런, 아세토니트릴, 니트로메탄, 포름산 메틸, 초산메틸, 인산 트리에스테르, 트리메톡시 메탄, 디옥소런 유도체, 설포란, 메틸 설포란, 1,3-디메틸-2-이미다졸리디논, 프로필렌 카르보네이트 유도체, 테트라하이드로푸란 유도체, 에테르, 피로피온산 메틸, 프로피온산 에틸 등의 비양자성 유기용매가 사용될 수 있다.
상기 유기 고체 전해질로는, 예를 들어, 폴리에틸렌 유도체, 폴리에틸렌 옥사이드 유도체, 폴리프로필렌 옥사이드 유도체, 인산 에스테르 폴리머, 폴리 에지테이션 리신(agitation lysine), 폴리에스테르 술파이드, 폴리비닐 알코올, 폴리 불화 비닐리덴, 이온성 해리기를 포함하는 중합체 등이 사용될 수 있다.
상기 무기 고체 전해질로는, 예를 들어, Li3N, LiI, Li5NI2, Li3N-LiI-LiOH, LiSiO4, LiSiO4-LiI-LiOH, Li2SiS3, Li4SiO4, Li4SiO4-LiI-LiOH, Li3PO4-Li2S-SiS2 등의 Li의 질화물, 할로겐화물, 황산염 등이 사용될 수 있다.
상기 리튬염은 상기 비수계 전해질에 용해되기 좋은 물질로서, 예를 들어, LiCl, LiBr, LiI, LiClO4, LiBF4, LiB10Cl10, LiPF6, LiCF3SO3, LiCF3CO2, LiAsF6, LiSbF6, LiAlCl4, CH3SO3Li, CF3SO3Li, (CF3SO2)2NLi, 클로로 보란 리튬, 저급 지방족 카르본산 리튬, 4 페닐 붕산 리튬, 이미드 등이 사용될 수 있다.
또한, 비수계 전해액에는 충방전 특성, 난연성 등의 개선을 목적으로, 예를 들어, 피리딘, 트리에틸포스파이트, 트리에탄올아민, 환상 에테르, 에틸렌 디아민, n-글라임(glyme), 헥사 인산 트리 아미드, 니트로벤젠 유도체, 유황, 퀴논 이민 염료, N-치환 옥사졸리디논, N,N-치환 이미다졸리딘, 에틸렌 글리콜 디알킬 에테르, 암모늄염, 피롤, 2-메톡시 에탄올, 삼염화 알루미늄 등이 첨가될 수도 있다. 경우에 따라서는, 불연성을 부여하기 위하여, 사염화탄소, 삼불화에틸렌 등의 할로겐 함유 용매를 더 포함시킬 수도 있고, 고온 보존 특성을 향상시키기 위하여 이산화탄산 가스를 더 포함시킬 수도 있다.
본 발명은 또한, 상기 전지셀 절곡 장치를 사용하여 전지셀의 외주면을 절곡하는 방법으로서,
(a) 전지셀 절곡 장치 상에 전지셀을 위치시키고 전지셀 외주면을 절곡하는 1차 절곡 과정;
(b) 절곡 가이드의 간격을 조절하여 전지셀 외주면을 가압하는 2차 절곡 과정; 및
(c) 절곡 가이드에 의해 가압한 상태에서, 전지셀 외주면에 가열 부재를 위치시켜 가열과 동시에 절곡하는 3차 절곡 과정;
을 포함하는 절곡 방법을 제공한다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 과정 (c)의 가열 온도는 150℃ 내지 190℃ 범위인 것이 바람직하며, 더욱 상세하게는, 170℃ 내지 190℃ 범위인 것이 바람직하다.
상기 가열 온도가 너무 낮은 경우, 소망하는 절곡 부위의 복원 억제 효과를 발휘할 수 없으며, 반대로, 상기 가열 온도가 너무 높은 경우, 수지층과 금속층을 포함하는 라미네이트 시트로 이루어진 전지케이스의 열 적 손상을 가져올 수 있으므로 바람직하지 않다.
구체적으로, 상기 과정(c)의 가열 시간은 1초 내지 3초 범위인 것이 바람직하며, 절곡 가이드에 의해 가압한 상태에서, 전지셀 외주면에 가열 부재를 위치시켜 가열과 동시에 절곡하는 과정을 수행하고, 1.5초 간격으로 2회 수행하는 것이 바람직하다.
본 발명은 또한, 상기 절곡 방법으로 외주면이 절곡된 전지셀을 포함하는 전지팩을 제공한다.
이러한 전지팩은 소형 디바이스의 전원으로 사용되는 전지셀에 사용될 수 있으며, 디바이스의 전원으로 사용되는 다수의 전지셀들을 포함하는 전지팩에 단위전지로도 바람직하게 사용될 수 있다.
상기 디바이스의 바람직한 예로는 휴대폰, 휴대용 컴퓨터, 스마트폰, 태플릿 PC, 스마트 패드, 넷북, LEV(Light Electronic Vehicle), 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 플러그-인 하이브리드 전기자동차, 및 전력저장장치 등을 들 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
도 1은 종래의 파우치형 전지의 일반적인 구조에 대한 분해 사시도이다;
도 2는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지셀 절곡 장치를 나타내는 모식도이다;
도 3 내지 5는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 절곡 방법의 순서를 나타내는 모식도들이다;
도 6은 실험예 1에 따른 절곡 부위 복원 정도를 나타내는 그래프이다.
이하에서는, 본 발명의 실시예에 따른 도면을 참조하여 설명하지만, 이는 본 발명의 더욱 용이한 이해를 위한 것으로, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.
도 2는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지셀 절곡 장치가 모식적으로 도시되어 있다.
도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 전지셀 절곡 장치(100)는 전지셀이 수납되는 베이스 플레이트(110), 상기 전지셀이 베이스 플레이트(110)에 상에 수납된 상태에서, 전지케이스의 좌측 및 우측 외주면들과 전극조립체 수납부의 외면 사이에 삽입되는 한 쌍의 절곡 가이드들(121, 122), 상기 절곡 가이드들(121, 122)에 대응하여 전지케이스의 외주면들을 전극조립체 수납부의 외면 쪽으로 절곡 가압하는 가압 롤러들(131, 132) 및 상기 가압 롤러들(131, 132)에 인접하여 위치하고 절곡된 전지케이스의 외주면을 가열하기 위한 가열 부재(141, 142)를 포함하는 구조로 이루어져 있다.
도 3 내지 5는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 절곡 방법의 순서가 모식적으로 도시되어 있다.
이들 도면을 참조하여 절곡 방법을 설명하면, 먼저, 전지셀(200)은 제 1 시트형 케이스(210)의 수납부(212)에 양극/분리막/음극 구조의 전극조립체(도시하지 않음)를 장착한 후, 그에 대응하는 제 2 시트형 케이스(220)를 열융착시켜 소정의 과정을 통해 제작되며, 열융착 과정에서 수납부(212)의 외주면 방향으로 실링부들(230, 240)가 형성된다. 여기서, 제 1 시트형 케이스(210)와 제 2 시트형 케이스(220)는 1 단위의 부재일 수도 있고, 독립적인 2 단위의 부재일 수도 있다.
이후, 전지셀(200)은 전지셀 절곡 장치(100)에 형성되어 있는 베이스 플레이트(110)상에 탑재되어 실링부들(230, 240)의 절곡 부위가 절곡 가이드들(121, 122)에 의해 고정되고, 가압 롤러들(131, 132)들이 하향 이동하여 실링부(230, 240)들을 수직 하방으로 절곡한다. 이때, 전지셀(200)의 실링부들(230, 240)는 가압 롤러들(131, 132)의 인접 부위에 장착된 가열 부재들(141, 142)에 의해 실링부들(230, 240)이 절곡됨과 동시에 가열되어 전지셀의 측벽(212a, 212b)에 효과적으로 밀착된다.
이하 실시예를 통해 본 발명의 내용을 상세히 설명하지만, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.
전지셀의 제조
양극 활물질로서 LiCoO2 95 중량%, Super-P(도전제) 2.5 중량% 및 PVdF(결합제) 2.5 중량%를 용제인 NMP(N-methyl-2-pyrrolidone)에 첨가하여 양극 혼합물 슬러리를 제조하고, 음극 활물질로서 인조흑연 95 중량%, Super-P(도전제) 2.5 중량% 및 PVdF(결합제) 2.5 중량%를 용제인 NMP에 첨가하여 음극 혼합물 슬러리를 제조한 후, 알루미늄 호일과 구리 호일 상에 각각 코팅, 건조 및 압착하여 양극 및 음극을 제조하였다.
분리막으로 셀가드TM을 사용하고, 상기 양극과 음극 및 상기 분리막을 순서대로 적층하여 전극조립체를 구성한 뒤, 라미네이트 시트 케이스에 상기 전극조립체와 전해액을 주입한 후 밀봉하여 전지셀을 제조하였다.
전지셀 절곡 장치 구성
양극과 분리막 및 음극을 포함하는 전극조립체를 전지케이스에 장착하고 열융착에 의해 밀봉된 구조의 전지셀의 외주면을 절곡하기 위한 절곡 장치로서, 상기 전지셀이 탑재되는 베이스 플레이트, 상기 전지셀이 베이스 플레이트에 상에 탑재된 상태에서, 전지케이스의 좌측 및 우측 외주면들과 전극조립체 수납부의 외면 사이에 삽입되는 한 쌍의 절곡 가이드들, 상기 절곡 가이드들에 대응하여 전지케이스의 외주면들을 전극조립체 수납부의 외면 쪽으로 절곡 가압하는 가압 롤러들 및 상기 가압 롤러들에 인접하여 위치하고 절곡된 전지케이스의 외주면을 가열하기 위한 가열 부재를 포함하는 전지셀 절곡 장치를 구성하였다.
<실시예 1>
상기에서 제조된 전지셀을 전지셀 절곡 장치를 이용하여 전지케이스의 외주면을 절곡 하였으며, 이때, 가열 부재에 의한 가열 온도를 150℃로 설정하여 1.5초 간격으로 2회 가압 및 가열하여 외주면이 절곡된 전지셀을 제작하였다.
<실시예 2>
가열 부재의 가열 온도를 180℃로 설정한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 구성으로 전지셀을 제작하였다.
<비교예 1>
가열 부재의 가열 온도를 25℃로 설정한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 구성으로 전지셀을 제작하였다.
<실험예 1>
상기 실시예 1 내지 2 및 비교예 1에서 각각 제작된 전지셀의 절곡 부위의 복원 정도를 시간에 따라 측정하고, 그 결과를 하기 표 1 및 도 6에 나타내었다.
Figure PCTKR2014004988-appb-I000001
상기 실험결과에서, 표 1 및 도 6에서 보는 바와 같이, 실시예 1의 전지셀의 경우, 시간이 지남에 따라 절곡 부위의 복원 정도가 크지 않은데 반해, 비교예 1의 전지셀의 경우, 복원 정도가 상대적으로 큰 것을 확인할 수 있었다. 이는 전지셀의 외주면을 각각 수직으로 절곡하여 수납부의 측벽에 밀착시키는 과정에서 가열 부재를 포함하는 전지셀 절곡 장치를 사용함으로써, 시간이 지남에 따라 절곡 부위의 복원이 억제되는 것을 확인 할 수 있으며, 150℃ 내지 180℃의 온도에서 우수한 억제 효과가 있음을 확인할 수 있다.
본 발명이 속한 분양에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주내에서 다양한 응용 및 변형을 수행하는 것이 가능할 것이다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 전지셀 절곡 장치는, 전지셀의 외주면을 수직으로 절곡하여 수납부의 측벽에 밀착시키는 과정에서 상기 전지셀의 외주면을 가열하는 가열 부재를 포함함으로써, 외주면의 절곡과 동시에 가열하여 시간이 지남에 따라 절곡 부위가 복원되어 발생할 수 있는 전지셀의 치수 설계 불량을 근본적으로 방지할 수 있다.

Claims (16)

  1. 양극과 분리막 및 음극을 포함하는 전극조립체를 전지케이스에 장착하고 열융착에 의해 밀봉된 구조의 전지셀의 외주면을 절곡하기 위한 절곡 장치로서,
    상기 전지셀이 탑재되는 베이스 플레이트;
    상기 전지셀이 베이스 플레이트에 상에 탑재된 상태에서, 전지케이스의 좌측 및 우측 외주면들과 전극조립체 수납부의 외면 사이에 삽입되는 한 쌍의 절곡 가이드들;
    상기 절곡 가이드들에 대응하여 전지케이스의 외주면들을 전극조립체 수납부의 외면 쪽으로 절곡 가압하는 가압 롤러들; 및
    상기 가압 롤러들에 인접하여 위치하고 절곡된 전지케이스의 외주면을 가열하기 위한 가열 부재;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 전지셀 절곡 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 전극조립체는 폴딩형 구조, 스택형 구조, 또는 스택/폴딩형 구조인 것을 특징으로 하는 전지셀 절곡 장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 전지케이스는 수지층과 금속층을 포함하는 라미네이트 시트로 이루어진 것을 특징으로 하는 전지셀 절곡 장치.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 라미네이트 시트는 알루미늄 라미네이트 시트인 것을 특징으로 하는 전지셀 절곡 장치.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 절곡 가이드들은 전지셀의 크기에 대응하여 상호간의 간격 조절이 가능한 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 전지셀 절곡 장치.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 절곡 가이드들은 전지케이스의 외주면들과 전극조립체 수납부의 외면 사이로의 삽입 방향으로 직경이 감소하는 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 전지셀 절곡 장치.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 절곡 가이드들은 수직 단면 상으로 삼각형 형상인 것을 특징으로 하는 전지셀 절곡 장치
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 가열 부재는 가열 온도를 조절할 수 있는 온도 조절기를 추가로 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 전지셀 절곡 장치
  9. 제 1 항 내지 제 8 항에 따른 전지셀 절곡 장치를 사용하여 절지셀의 외주면을 절곡하는 방법으로서,
    (a) 전지셀 절곡 장치 상에 전지셀을 위치시키고 전지셀 외주면을 절곡하는 1차 절곡 과정;
    (b) 절곡 가이드의 간격을 조절하여 전지셀 외주면을 가압하는 2차 절곡 과정; 및
    (c) 절곡 가이드에 의해 가압한 상태에서, 전지셀 외주면에 가열 부재를 위치시켜 가열과 동시에 절곡하는 3차 절곡 과정;
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 절곡 방법.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 과정(c)의 가열 온도는 150℃ 내지 190℃ 범위인 것을 특징으로 하는 절곡 방법.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 과정(c)의 가열 온도는 170℃ 내지 190℃ 범위인 것을 특징으로 하는 절곡 방법.
  12. 제 9 항에 있어서, 상기 과정(c)의 가열 시간은 1초 내지 3초 범위인 것을 특징으로 하는 절곡 방법.
  13. 제 12 항에 있어서, 상기 과정(c)의 가열은 1.5초 간격으로 2회 수행하는 것을 특징으로 하는 절곡 방법.
  14. 제 9 항에 따른 절곡 방법으로 외주면이 절곡된 전지셀을 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 전지팩.
  15. 제 14 항에 따른 전지팩을 전원으로 포함하고 있는 디바이스.
  16. 제 15 항에 있어서, 상기 디바이스는 휴대폰, 휴대용 컴퓨터, 스마트폰, 태플릿 PC, 스마트 패드, 넷북, LEV(Light Electronic Vehicle), 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 플러그-인 하이브리드 전기자동차, 및 전력저장장치로 이루어진 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 디바이스.
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