WO2018101618A1 - 배터리 셀 디가싱 장치 - Google Patents

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WO2018101618A1
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battery cell
piercing
unit
gas pocket
vacuum chamber
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PCT/KR2017/012337
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박효진
김명현
배준성
이의경
허진우
홍석현
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주식회사 엘지화학
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Definitions

  • the present invention relates to a battery cell degassing device.
  • a secondary battery having high applicationability and high electrical energy characteristics such as high energy density according to a product group is not only a portable device but also an electric vehicle (EV) or a hybrid electric vehicle (HEV) driven by an electric driving source. It is applied universally.
  • the secondary battery is attracting attention as a new energy source for improving eco-friendliness and energy efficiency in that not only the primary advantage of significantly reducing the use of fossil fuels is generated, but also no by-products of energy use are generated.
  • Types of secondary batteries currently widely used include lithium ion batteries, lithium polymer batteries, nickel cadmium batteries, nickel hydrogen batteries, nickel zinc batteries, and the like.
  • the operating voltage of such a unit secondary battery cell that is, a unit battery cell is about 2.5V to 4.5V. Therefore, when a higher output voltage is required, a battery pack may be configured by connecting a plurality of battery cells in series. In addition, the battery pack may be configured by connecting a plurality of battery cells in parallel according to the charge / discharge capacity required for the battery pack. Therefore, the number of battery cells included in the battery pack may be variously set according to the required output voltage or charge / discharge capacity.
  • the battery pack is configured by connecting a plurality of battery cells in series / parallel, the battery module including at least one battery cell is configured first, and the battery pack is added by adding other components using the at least one battery module. How to configure it is common.
  • Pouch-type secondary batteries have a high energy density per unit weight and volume, and have been widely used in recent years because they are easy to thin and lighten battery cells.
  • the manufacturing method of a battery cell as a conventional pouch type secondary battery is as follows.
  • a positive electrode plate and a negative electrode plate are manufactured, and an electrode assembly is produced by laminating
  • the plasticizer (DBP) is extracted from the electrode assembly manufactured as described above, and the electrode tab is welded to the electrode lead of the electrode assembly to be embedded in the pouch case.
  • the electrolyte is injected into the pouch case so that the electrolyte is impregnated with the electrode assembly.
  • the edge of the pouch case is joined by heat fusion to seal the pouch case.
  • the charge and discharge process for activating the battery cell is performed.
  • an irreversible reaction of the electrolyte and the additive due to the formation of the SEI layer occurs, and gas is generated.
  • the gas inside the pouch case needs to be removed. If the gas is not removed, the battery cell may be defective. Therefore, the degassing process is performed using the battery cell degassing apparatus to remove the gas inside the pouch case.
  • Conventional battery cell degassing apparatus generally removes gas in a subsequent process after compacting the battery cell, in which case there is a problem that gas near the center of the pouch case of the battery cell is hardly removed.
  • the conventional battery cell degassing apparatus may contaminate the main body of the pouch case due to the electrolyte discharged during degassing, thereby causing external contamination of the battery cells.
  • an object of the present invention is to provide a battery cell degassing apparatus capable of increasing the gas removal efficiency of a battery cell during the degassing process and minimizing external contamination of the battery cell due to leakage of the electrolyte.
  • the present invention provides a battery cell degassing apparatus for degassing a battery cell provided with a gas pocket, comprising: a chamber cover detachably seated; A vacuum chamber coupled with the chamber cover according to sliding along the horizontal direction of the chamber cover, the vacuum chamber accommodating the battery cells in a vacuum atmosphere; A piercing unit provided in the vacuum chamber and piercing a portion of the gas pocket part; And a pressurizing unit provided in the vacuum chamber to be spaced apart from the piercing unit and discharging gas inside the battery cell to the outside of the battery cell while flattening an upper side and a lower side of the battery cell.
  • a battery cell degassing apparatus for degassing a battery cell provided with a gas pocket, comprising: a chamber cover detachably seated; A vacuum chamber coupled with the chamber cover according to sliding along the horizontal direction of the chamber cover, the vacuum chamber accommodating the battery cells in a vacuum atmosphere; A piercing unit provided in the vacuum chamber and piercing a portion of the gas
  • the chamber cover is detachably coupled to the vacuum chamber, the cover body to cover one side of the vacuum chamber; And a support jig provided in the cover body and supporting the battery cell.
  • the support jig may include a side jig movably mounted on an inner wall of the cover body and supporting both side surfaces of the battery cell; And a guide jig mounted on an inner wall of the cover body and spaced apart from the inner wall of the cover body.
  • the side jig may be mounted to the cover body to be movable in at least one direction of a horizontal direction and a vertical direction of the cover body.
  • the piercing unit may include a first piercing portion provided above the gas pocket portion in the vacuum chamber; And a second piercing part disposed to face each other with the first piercing part and the gas pocket part interposed therebetween.
  • the first piercing part may include a perforation part for perforating a portion of the gas pocket part.
  • the second piercing part may be disposed to face each other with the perforated part and the gas pocket part interposed therebetween, and a perforated support part supporting the perforated part when perforating the perforated part.
  • the first piercing part may include a vacuum pad capable of vacuum suction to the gas pocket part and lifting the gas pocket part upward.
  • the second piercing unit may be in contact with a lower side of the gas pocket, and a pollution prevention guide for absorbing the electrolyte flowing out of the gas pocket.
  • the pressurizing unit may include a first pressurizing unit provided at an upper side of the battery cell in the vacuum chamber and pressurizing the planar upper surface of the battery cell; And a second pressing unit disposed to face each other with the first pressing unit and the battery cell interposed therebetween, and pressurizing the flattened lower surface of the battery cell.
  • the first pressing unit may include a pressing unit body for pressing the flattened upper surface of the battery cell; And an elevating unit connected to the pressing unit main body and elevating the pressing unit main body.
  • a lower portion of the pressing unit body, at least one roller in sliding contact with the upper surface portion of the battery cell, the horizontal movement toward the gas pocket portion; may be provided.
  • the second pressurizing unit may include a pressurizing unit main body which pressurizes the flattened lower surface of the battery cell; And an elevating unit connected to the pressing unit main body and elevating the pressing unit main body.
  • An upper side of the pressing unit body, at least one roller slidably contacting a portion of the lower surface of the battery cell, the horizontal movement toward the gas pocket portion; may be provided.
  • the battery cell may be provided as a pouch type secondary battery.
  • a battery cell degassing apparatus that can increase the gas removal efficiency of the battery cell during the degassing process and minimize external contamination of the battery cell due to the leakage of the electrolyte.
  • FIG. 1 is a view for explaining a battery cell degassing apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a side view of the battery cell degassing apparatus of FIG. 1.
  • 3 and 4 are views for explaining a chamber cover of the battery cell degassing apparatus of FIG.
  • FIG. 5 is a diagram for describing a piercing unit of the battery cell degassing apparatus of FIG. 1.
  • FIG. 6 is a diagram for describing a pressing unit of the battery cell degassing apparatus of FIG. 1.
  • FIG. 7 to 12 are diagrams for describing an operation of the battery cell degassing apparatus of FIG. 1.
  • FIG. 1 is a view illustrating a battery cell degassing apparatus according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a side view of the battery cell degassing apparatus of FIG. 1
  • FIGS. 3 and 4 are batteries of FIG. 1.
  • FIG. 5 is a view for explaining a chamber cover of the cell degassing apparatus
  • FIG. 5 is a diagram for describing a piercing unit of the battery cell degassing apparatus of FIG. 1
  • FIG. 6 is a view for explaining the battery cell degassing apparatus of FIG. 1. It is a figure for demonstrating a pressurization unit.
  • the battery cell degassing apparatus 10 is a device for degassing a battery cell 50, and includes a chamber cover 100, a vacuum chamber 200, and a piercing unit 300. And a pressurizing unit 400.
  • the battery cell 50 may be provided as a pouch type secondary battery.
  • the battery cell 50 may include an electrode assembly 52, an electrode lead (not shown), a pouch case 54, and a gas pocket part 59.
  • the electrode assembly 52 may be configured of a positive electrode plate, a negative electrode plate, a separator, and the like.
  • the electrode lead is connected to the electrode assembly and may be formed of a positive electrode lead and a negative electrode lead. Since the electrode assembly 52 and the electrode lead are well known, detailed descriptions thereof will be omitted below.
  • the pouch case 54 accommodates the electrode assembly 52, and an electrolyte may be filled in the pouch case 54.
  • the pouch case 54 may include a case body 55 and a case rim 57.
  • the case body 55 may form an accommodation space in which the electrode assembly 52 may be accommodated.
  • the case rim 57 extends from the case body 55 and may be sealed to seal the electrode assembly 52 and the electrolyte.
  • the gas pocket part 59 may be provided at one side of the case rim 57.
  • the gas pocket 59 may be pierced by the piercing unit 300 to be described later to discharge the gas inside the battery cell 50 to the outside of the battery cell 50.
  • the chamber cover 100 may slide in a horizontal direction along the vacuum chamber 200 to be described later and may be detachably coupled to the vacuum chamber 200 to be described later.
  • the battery cell 50 may be detachably seated on the chamber cover 100.
  • the battery cell 50 may be accommodated in the vacuum chamber 200 through the chamber cover 100.
  • the chamber cover 100 may include a cover body 120 and a support jig 150.
  • the cover body 120 may be detachably coupled to the vacuum chamber 200 and may cover one side of the vacuum chamber 200, specifically, the front of the vacuum chamber 200.
  • the support jig 150 may be provided on the inner wall 125 of the cover body 120 to support the battery cell 50. At least one support jig 150 may be provided. Hereinafter, the present embodiment will be described with a limited pair of support jig 150 is provided.
  • the support jig 150 may include side jig 160, 170, 180 and guide jig 190.
  • the side jigs 160, 170, and 180 are movably mounted on the inner wall 125 of the cover body 120, and both sides of the battery cell 50, specifically, both sides of the case rim 57.
  • the side jig 160, 170, 180 may move the cover body 120 in at least one of a horizontal direction and a vertical direction of the cover body 120 to support the battery cells 50 in various sizes. ) Can be mounted.
  • the side jig 160, 170, 180 may include a main body mounting unit 160, an upper side bridge 170, and a lower side bridge 180.
  • the main body mounting unit 160 is mounted to the inner wall 125 of the cover main body 120 so as to be movable, and along the horizontal direction of the cover main body 120, specifically, along the left and right directions of the cover main body 120.
  • the cover may be mounted on the inner wall 125 of the cover body 120.
  • the main body mounting unit 160 may be provided in plurality, in the case of the present embodiment, provided with four are spaced apart from each other.
  • the side upper bridge 170 may be mounted on main body mounting parts 160 provided on an upper side of the plurality of main body mounting parts 160.
  • the side upper bridge 170 may be provided in a pair.
  • the pair of side upper bridges 170 may be mounted to the main body mounting unit 160 so as to be movable along a vertical direction of the main body mounting unit 160, specifically, in an up and down direction of the cover main body 120. Can be.
  • the main body mounting portion 160 may be provided with an elastic member for providing an elastic force to the pair of side upper bridges (170).
  • the pair of side upper bridges 170 may support both side surfaces of the case edge 57 of the pouch case 54 so as to support the battery cell 50.
  • handle portions 175 may be formed on the pair of side upper bridges 170, respectively.
  • the handle portion 175 may be formed on the side of each side upper bridge 170.
  • the handle part 175 may guide a user's operation such as an operator for vertical movement of the side upper bridges 170.
  • the side lower bridge 180 may be mounted on body mounting parts 160 provided on a lower side of the plurality of body mounting parts 160.
  • the side lower bridge 180 may be provided in a pair.
  • the pair of side lower bridges 180 are mounted to the main body mounting unit 160 so as to be movable along a vertical direction of the main body mounting unit 160, specifically, in an up and down direction of the cover main body 120. Can be.
  • the main body mounting unit 160 may be embedded with an elastic member for providing an elastic force to the pair of side upper bridges 180.
  • the pair of side lower bridges 180 may support both side lower sides of the case edge 57 of the pouch case 54 so as to support the battery cell 50.
  • Ends 185 of the pair of side lower bridges 180 may be elastic and be bent toward the pair of side upper bridges 170. This is to enable the battery cell 50 to be more stably supported when the battery cell 50 is supported.
  • the pair of side lower bridges 180, the pair of side upper bridges 170, and the body mounts 160 an operator or the like may adjust these components to the size of the battery cell 50. By appropriately moving, these components can be properly moved to match the size of the battery cell 50. Accordingly, in the present embodiment, all of the battery cells 50 of various sizes may be stably supported during the process through the side jigs 160, 170, and 180.
  • the guide jig 190 may be mounted on the inner wall 125 of the cover body 120, and may space the battery cell 50 from the inner wall of the cover body 120.
  • the guide jig 190 may preferentially cancel a shock that is transmitted to the battery cell 50 when an impact or the like occurs outside the cover body 120.
  • the vacuum chamber 200 may be detachably coupled to the chamber cover 100 to form an accommodation space for accommodating the at least one battery cell 50.
  • the vacuum chamber 200 may make the interior into a vacuum atmosphere when degassing the battery cell 50. Accordingly, in the present embodiment, the degassing process of the battery cell 50 may be performed in the vacuum chamber 200 in the vacuum atmosphere.
  • the piercing unit 300 is provided in the vacuum chamber 200, and part of the gas pocket part 59 of the battery cell 50 so that the gas inside the battery cell 50 can be discharged to the outside. Can be pierced.
  • the piercing unit 300 may include a first piercing unit 320 and a second piercing unit 360.
  • At least a portion of the first piercing part 320 may be provided above the vacuum chamber 200, and may be provided above the gas pocket part 59 of the battery cell 50 in the vacuum chamber 200. have.
  • the first piercing part 320 may include a piercing body 321, a piercing lifting part 323, a perforation part 325, and a vacuum pad 327.
  • the piercing body 321 is disposed in the rear of the vacuum chamber 200, and is disposed above the gas pocket 59 of the battery cell 50 when the battery cell 50 is accommodated inside the vacuum chamber 200. Can be deployed.
  • the piercing lift 323 may be connected to the piercing body 321, and at least a portion thereof may be disposed above the outer side of the vacuum chamber 200.
  • the piercing lifting unit 323 may move the piercing main body 321 up and down in the vacuum chamber 200.
  • the piercing lift 323 may be provided as a pneumatic piston.
  • the piercing lifting unit 323 may be provided with any other structure that can move the piercing body 321 in the vertical direction.
  • the perforation part 325 is for perforating a part of the gas pocket part 59 of the battery cell 50 and may be provided under the piercing body 321.
  • the perforations 325 may be moved together in the up and down direction according to the vertical movement of the piercing body 321.
  • the vacuum pad 327 may be suctioned to the gas pocket 59 of the battery cell 50 and may be provided under the piercing body 321.
  • the vacuum pad 327 may lift the upper side of the gas pocket portion 59 so that a part of the gas pocket portion 59 may be opened as the piercing body 321 moves along the vertical direction. have.
  • At least a part of the second piercing part 360 may be provided below the vacuum chamber 200, and may be provided below the gas pocket part 59 of the battery cell 50 in the vacuum chamber 200. have. That is, the second piercing part 360 may be disposed to face each other with the first piercing part 320 and the gas pocket part 59 interposed therebetween.
  • the second piercing part 360 may include a piercing body 361, a piercing lifting part 363, a perforation support part 365, and a contamination prevention guide 367.
  • the piercing body 361 is disposed in the rear of the vacuum chamber 200, and is located below the gas pocket 59 of the battery cell 50 when the battery cell 50 is accommodated inside the vacuum chamber 200. Can be deployed.
  • the piercing lift part 363 may be connected to the piercing body 361, and at least a part of the piercing lift part 363 may be disposed below the outer side of the vacuum chamber 200.
  • the piercing lifting unit 363 may move the piercing body 361 in the up and down direction inside the vacuum chamber 200.
  • the piercing lift 363 may be provided as a pneumatic piston.
  • the piercing lifting unit 363 may be provided with any other structure that can move the piercing body 361 in the vertical direction.
  • the perforation support part 365 is provided on the piercing body 361, and may be disposed to face each other with the perforation part 325 and the gas pocket part 59 therebetween.
  • the perforation support part 365 may guide the perforation of the perforation part 325 while supporting the perforation part 325 when the perforation part 325 is perforated.
  • the contamination prevention guide 367 is provided on an upper portion of the piercing body 361 and contacts the gas pocket portion 59 of the battery cell 50 as the piercing body 361 moves along the up and down direction. Can be arranged.
  • the pollution prevention guide 367 may absorb the electrolyte that may flow out through the piercing hole P of the gas pocket part 59 to be described later, when the gas is discharged from the battery cell 50.
  • the contamination prevention guide 367 may be provided with a material having high hygroscopicity, for example, may be provided with a sponge material.
  • the pressurization unit 400 is provided in the vacuum chamber 200 to be spaced apart from the piercing unit 300, and the gas inside the battery cell 50 while planarizing the upper and lower surfaces of the battery cell 50. May be discharged to the outside of the battery cell 50.
  • the pressing unit 400 may include a first pressing unit 420 and a second pressing unit 460.
  • At least a portion of the first pressing unit 420 may be provided above the vacuum chamber 200, and may be provided above the battery cell 50 in the vacuum chamber 200.
  • the first pressurizing part 420 may pressurize while flattening an upper surface of the battery cell 50.
  • the first pressing unit 420 may include a pressing unit body 421, a lifting unit 423, a roller unit 425, and a driving unit 429.
  • the pressurizing unit body 421 is disposed above the battery cell 50 when the battery cell 50 is accommodated inside the vacuum chamber 200, and the upper side of the battery cell 50, specifically, the The upper surface of the case body 55 of the pouch case 54 can be pressed while flattening.
  • the lifting unit 423 may be connected to the pressing unit body 421, and at least a part of the lifting unit 423 may be provided at an outer upper portion of the vacuum chamber 200.
  • the lifting unit 423 may move the pressing unit body 421 in the up and down direction inside the vacuum chamber 200.
  • the lifting unit 423 may be provided with a pneumatic piston.
  • the lifting unit 423 may be provided with a structure of another method that can move the pressing unit body 421 in the vertical direction.
  • the roller part 425 may be mounted below the pressing unit body 421 and may slide along the horizontal direction of the vacuum chamber 200, that is, the front and rear directions of the vacuum chamber 200.
  • the roller unit 425 may be provided with a roller 427.
  • the roller 427 may slidably contact a portion of an upper surface of the battery cell 50, specifically, an upper surface of the case body 55 of the pouch case 54.
  • the roller 427 may horizontally move toward the gas pocket portion 59 side of the battery cell 50 when the battery cell 50 is planarized.
  • the roller 427 may be provided in plurality.
  • the plurality of rollers 427 may be disposed to be spaced apart from each other by a predetermined distance along the front and rear directions of the pressing unit body 421.
  • the driving unit 429 may be provided inside the vacuum chamber 200 and may be connected to the roller unit 425.
  • the driving part 429 may slide the roller part 425 along the front and rear directions.
  • At least a portion of the second pressing unit 460 may be provided below the vacuum chamber 200, and may be provided below the battery cell 50 in the vacuum chamber 200. That is, the second pressing unit 460 may be disposed to face each other with the first pressing unit 420 and the battery cell 50 interposed therebetween. The second pressing unit 460 may pressurize while lowering the lower surface of the battery cell 50.
  • the second pressing unit 460 may include a pressing unit body 461, a lifting unit 463, a roller unit 465, and a driving unit 469.
  • the pressurizing unit body 461 is disposed below the battery cell 50 when the battery cell 50 is accommodated inside the vacuum chamber 200, and specifically, the lower side of the battery cell 50, The lower side of the case body 55 of the pouch case 54 can be pressed while flattening.
  • the lifting unit 463 may be connected to the pressing unit body 461, and at least a part of the lifting unit 463 may be provided at an outer lower portion of the vacuum chamber 200.
  • the lifting unit 463 may move the pressing unit body 461 in the vertical direction from the inside of the vacuum chamber 200.
  • the lifting unit 463 may be provided as a pneumatic piston.
  • the elevating part 463 may be provided with a structure of another type capable of moving the pressing part body 461 in the vertical direction.
  • the roller part 465 may be mounted above the pressing unit body 461, and may slide along the horizontal direction of the vacuum chamber 200, that is, the front and rear directions of the vacuum chamber 200.
  • the roller unit 465 may be provided with a roller 467.
  • the roller 467 may slidably contact a portion of the lower surface of the battery cell 50, specifically, the lower surface of the case body 55 of the pouch case 54.
  • the roller 467 may horizontally move toward the gas pocket portion 59 side of the battery cell 50 when the battery cell 50 is planarized.
  • the roller 467 may be provided in plural numbers.
  • the plurality of rollers 467 may be disposed to be spaced apart from each other by a predetermined distance along the front and rear directions of the pressing unit body 461.
  • the driving part 469 may be provided inside the vacuum chamber 200 and may be connected to the roller part 465.
  • the driving unit 469 may slide the roller unit 465 along the front and rear directions.
  • FIG. 7 to 12 are diagrams for describing an operation of the battery cell degassing apparatus of FIG. 1.
  • an operator or the like may mount the battery cell 50 on the support jig 150 of the chamber cover 100.
  • an operator or the like moves the side jigs 160, 170, 180 appropriately according to the size of the battery cell 50 to fix both sides of the battery cell 50 to the side jigs 160, 170, 180. You can.
  • the worker or the like may slide the chamber cover 100 to couple to the vacuum chamber 200.
  • a worker or the like then slides the piercing body 321 of the first piercing part 320 downward, and moves the piercing body 361 of the second piercing part 360 upward. It can slide.
  • the perforation part 325 may make a piercing hole P in the gas pocket part 59 together with the perforation support part 363.
  • the vacuum pad 327 may be absorbed by the upper side of the gas pocket 59 by the sliding.
  • the worker or the like may slide the piercing body 321 of the first piercing part 320 upward.
  • the vacuum pad 327 may move upward to open the inside of the gas pocket 59.
  • the piercing hole P may be disposed at a position higher than a horizontal line of the battery cell 50, and the contamination prevention guide 367 may be disposed at a position lower than a horizontal line of the battery cell 50. Can be.
  • the worker may configure the inside of the vacuum chamber 200 in a vacuum atmosphere.
  • the worker or the like moves the first pressing part 420 and the second pressing part 460 in the up and down direction, and the upper and lower side surfaces of the battery cell 50, specifically, the pouch case 54
  • the upper and lower surfaces of the case body 55 can be brought into contact with each other.
  • the worker or the like moves the rollers 427 of the first pressing part 420 and the rollers 467 of the second pressing part 460 horizontally toward the gas pocket part 59, respectively.
  • the upper and lower side surfaces of the battery cell 50, specifically, the upper and lower side surfaces of the case body 55 of the pouch case 54 may be uniformly pressed.
  • the battery cell 50 since the upper and lower sides of the battery cell 50 are pressed in a rolling manner through the rollers 427 and 467, the battery cell 50 may be uniformly pressed as compared with the conventional press method. Can be. Accordingly, in this embodiment, the gas in the center portion of the battery cell 50 can also be effectively guided to the gas pocket portion 59 side.
  • the process efficiency may be significantly improved than when the vacuum process is performed in a separate process by using a separate device or the like. .
  • the pressurization efficiency is significantly higher than that of the single rolling method. Can be elevated.
  • the gas moved to the gas pocket 59 is more smoothly. 59 may be guided to the piercing hole (P) side.
  • the piercing hole (P) is disposed at a position higher than the horizontal line of the battery cell 50, the electrolyte in the battery cell 50 when the gas is discharged to the gas discharge hole ( P) outflow can be minimized. If the electrolyte flows out of the gas discharge hole P, the electrolyte may be prevented from being transferred to the case body 55 of the pouch case 54 through the contamination prevention guide 367. Accordingly, in the present embodiment, external contamination of the battery cell 50 due to leakage of the electrolyte of the battery cell 50 during the degassing may be minimized.
  • the battery cell degassing apparatus 10 increases the gas removal efficiency of the battery cells 50 during the degassing process and the battery cells 50 due to the leakage of electrolyte. Minimize external contamination.

Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 가스 포켓부가 구비되는 배터리 셀을 디가싱하기 위한 배터리 셀 디가싱 장치는, 배터리 셀이 분리 가능하게 안착되는 챔버 커버, 챔버 커버의 수평 방향에 따른 슬라이딩에 따라 챔버 커버와 결합되며, 배터리 셀을 진공 분위기 하에서 수용 가능한 진공 챔버, 진공 챔버에 구비되며, 가스 포켓부의 일부를 피어싱하는 피어싱 유닛 및 피어싱 유닛과 이격되게 진공 챔버에 구비되며, 배터리 셀의 상측면 및 하측면을 평탄화시키면서 배터리 셀 내부의 가스를 배터리 셀 외부로 배출시키는 가압 유닛을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

배터리 셀 디가싱 장치
본 발명은 배터리 셀 디가싱 장치에 관한 것이다.
본 출원은 2016년 12월 01일 자로 출원된 한국 특허출원번호 제10-2016-0162977호에 대한 우선권주장출원으로서, 해당 출원의 명세서 및 도면에 개시된 모든 내용은 인용에 의해 본 출원에 원용된다.
제품 군에 따른 적용 용이성이 높고, 높은 에너지 밀도 등의 전기적 특성을 가지는 이차 전지는 휴대용 기기뿐만 아니라 전기적 구동원에 의하여 구동하는 전기차량(EV, Electric Vehicle) 또는 하이브리드 차량(HEV, Hybrid Electric Vehicle) 등에 보편적으로 응용되고 있다. 이러한 이차 전지는 화석 연료의 사용을 획기적으로 감소시킬 수 있다는 일차적인 장점뿐만 아니라 에너지의 사용에 따른 부산물이 전혀 발생되지 않는다는 점에서 친환경 및 에너지 효율성 제고를 위한 새로운 에너지원으로 주목 받고 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 이차 전지 셀, 즉, 단위 배터리 셀의 작동 전압은 약 2.5V ~ 4.5V이다. 따라서, 이보다 더 높은 출력 전압이 요구될 경우, 복수 개의 배터리 셀을 직렬로 연결하여 배터리 팩을 구성하기도 한다. 또한, 배터리 팩에 요구되는 충방전 용량에 따라 다수의 배터리 셀을 병렬 연결하여 배터리 팩을 구성하기도 한다. 따라서, 상기 배터리 팩에 포함되는 배터리 셀의 개수는 요구되는 출력 전압 또는 충방전 용량에 따라 다양하게 설정될 수 있다.
한편, 복수 개의 배터리 셀을 직렬/병렬로 연결하여 배터리 팩을 구성할 경우, 적어도 하나의 배터리 셀로 이루어지는 배터리 모듈을 먼저 구성하고, 이러한 적어도 하나의 배터리 모듈을 이용하여 기타 구성요소를 추가하여 배터리 팩을 구성하는 방법이 일반적이다.
이러한 배터리 셀은 최근 들어 리튬 폴리머 전지로서, 파우치형 이차 전지를 많이 사용하고 있는 추세이다. 파우치형 이차 전지는 단위 중량 및 체적 당 높은 에너지 밀도를 가지며, 배터리 셀의 박형화 및 경량화가 용이하기에, 최근 들어 많이 이용되고 있다.
종래 이러한 파우치형 이차 전지로서의 배터리 셀의 제조 방법을 살펴 보면 하기와 같다.
먼저, 양극판 및 음극판을 제조하고, 이들 사이에 세퍼레이터를 개재한 후 적층하여 전극 조립체를 제작한다. 이후, 상기와 같이 제작된 전극 조립체에서 가소제(DBP)를 추출하고, 상기 전극 조립체의 전극 리드에 전극 탭을 용접하여 파우치 케이스 내부에 내장하게 된다. 이렇게 파우치 케이스에 전극 조립체를 내장한 후에는 파우치 케이스의 내부로 전해액을 주입시켜 전극 조립체에 전해액이 함침되도록 한다. 상기와 같이 전해액이 주입되면, 파우치 케이스의 가장자리를 열융착에 의해 접합시켜 파우치 케이스를 밀봉하게 된다.
이후, 상기와 같이 조립이 완료된 배터리 셀을 안정화시키기 위해 에이징(Aging) 공정을 거친 후, 배터리 셀을 활성화하기 위한 충방전 공정을 실시하게 된다. 그러나 충방전 공정 시, SEI 레이어(layer) 형성에 따른 전해액 및 첨가제의 비가역 반응이 발생하고, 이때 가스가 발생한다. 파우치 케이스 내부에 있는 가스는 제거가 필요하며, 가스를 제거하지 않을 경우 배터리 셀의 불량을 유발하게 된다. 따라서, 파우치 케이스 내부의 가스를 제거하기 위해 배터리 셀 디가싱 장치를 이용하여 디가싱 공정이 행해진다.
종래 배터리 셀 디가싱 장치는, 일반적으로, 배터리 셀을 압착한 이후 후속 공정에서 가스를 제거하는데, 이 경우, 배터리 셀의 파우치 케이스 중앙 부근에서의 가스가 잘 제거되지 않는 문제가 있다.
이를 해소하기 위해, 롤링 장비를 통해 배터리 셀의 압착 이전에 먼저 롤링을 진행하기도 하였으나, 이 경우, 롤링과 압착이 나누어 진행되기에 공정 효율이 저하되어, 결과적으로 가스 제거 효율이 떨어지는 문제가 있다.
아울러, 종래 배터리 셀 디가싱 장치는, 디가싱 진행 시 토출되는 전해액으로 인해 파우치 케이스의 본체를 오염시킬 수 있어, 배터리 셀의 외부 오염을 일으키는 문제가 있다.
그러므로, 배터리 셀의 디가싱 시 배터리 셀의 가스 제거 효율을 높이며 전해액 유출에 의한 배터리 셀의 외부 오염을 최소화시킬 수 있는 배터리 셀 디가싱 장치를 제공하는 방안의 모색이 요청된다.
따라서, 본 발명의 목적은 디가싱 공정 시 배터리 셀의 가스 제거 효율을 높이며 전해액 유출에 의한 배터리 셀의 외부 오염을 최소화시킬 수 있는 배터리 셀 디가싱 장치를 제공하기 위한 것이다.
상기 목적을 해결하기 위해, 본 발명은, 가스 포켓부가 구비되는 배터리 셀을 디가싱하기 위한 배터리 셀 디가싱 장치로서, 상기 배터리 셀이 분리 가능하게 안착되는 챔버 커버; 상기 챔버 커버의 수평 방향에 따른 슬라이딩에 따라 상기 챔버 커버와 결합되며, 상기 배터리 셀을 진공 분위기 하에서 수용 가능한 진공 챔버; 상기 진공 챔버에 구비되며, 상기 가스 포켓부의 일부를 피어싱하는 피어싱 유닛; 및 상기 피어싱 유닛과 이격되게 상기 진공 챔버에 구비되며, 상기 배터리 셀의 상측면 및 하측면을 평탄화시키면서 상기 배터리 셀 내부의 가스를 상기 배터리 셀 외부로 배출시키는 가압 유닛;을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 셀 디가싱 장치를 제공한다.
상기 챔버 커버는, 상기 진공 챔버와 분리 가능하게 결합되며, 상기 진공 챔버의 일측을 커버하는 커버 본체; 및 상기 커버 본체에 구비되며, 상기 배터리 셀을 지지하는 지지 지그;를 포함할 수 있다.
상기 지지 지그는, 상기 커버 본체의 내벽에 이동 가능하게 장착되며, 상기 배터리 셀의 양측면을 지지하는 측면 지그; 및 상기 커버 본체의 내벽에 장착되며, 상기 배터리 셀을 상기 커버 본체의 내벽으로부터 이격시키는 가이드 지그;를 포함할 수 있다.
상기 측면 지그는, 상기 커버 본체의 수평 방향 및 수직 방향 중 적어도 일 방향으로 이동 가능하게 상기 커버 본체에 장착될 수 있다.
상기 피어싱 유닛은, 상기 진공 챔버 내에서 상기 가스 포켓부 상측에 구비되는 제1 피어싱부; 및 상기 제1 피어싱부와 상기 가스 포켓부를 사이에 두고 대향 배치되는 제2 피어싱부;를 포함할 수 있다.
상기 제1 피어싱부는, 상기 가스 포켓부의 일부를 타공하는 타공부;를 구비할 수 있다.
상기 제2 피어싱부는, 상기 타공부와 상기 가스 포켓부를 사이에 두고 대향 배치되며, 상기 타공부의 타공 시 상기 타공부를 지지하는 타공 지지부;를 구비할 수 있다.
상기 제1 피어싱부는, 상기 가스 포켓부에 진공 흡착 가능하며, 상기 가스 포켓부를 상측으로 들어올리는 진공 패드;를 구비할 수 있다.
상기 제2 피어싱부는, 상기 가스 포켓부의 하측에 접촉되며, 상기 가스 포켓부 외부로 유출되는 전해액을 흡수하는 오염 방지 가이드;를 구비할 수 있다.
상기 가압 유닛은, 상기 진공 챔버 내에서 상기 배터리 셀의 상측에 구비되며, 상기 배터리 셀의 상측면을 평탄화시키면서 가압하기 위한 제1 가압부; 및 상기 제1 가압부와 상기 배터리 셀을 사이에 두고 대향 배치되며, 상기 배터리 셀의 하측면을 평탄화시키면서 가압하기 위한 제2 가압부;를 포함할 수 있다.
상기 제1 가압부는, 상기 배터리 셀의 상측면을 평탄화시키면서 가압하는 가압부 본체; 및 상기 가압부 본체와 연결되며, 상기 가압부 본체를 승강시키는 승강부;를 포함할 수 있다.
상기 가압부 본체의 하측에는, 상기 배터리 셀의 상측면 일부와 슬라이딩 가능하게 접촉되며, 상기 가스 포켓부 측을 향해 수평 이동되는 적어도 하나의 롤러;가 구비될 수 있다.
상기 제2 가압부는, 상기 배터리 셀의 하측면을 평탄화시키면서 가압하는 가압부 본체; 및 상기 가압부 본체와 연결되며, 상기 가압부 본체를 승강시키는 승강부;를 포함할 수 있다.
상기 가압부 본체의 상측에는, 상기 배터리 셀의 하측면 일부와 슬라이딩 가능하게 접촉되며, 상기 가스 포켓부 측을 향해 수평 이동되는 적어도 하나의 롤러;가 구비될 수 있다.
상기 배터리 셀은, 파우치형 이차 전지로 구비될 수 있다.
이상과 같은 다양한 실시예들에 따라, 디가싱 공정 시 배터리 셀의 가스 제거 효율을 높이며 전해액 유출에 의한 배터리 셀의 외부 오염을 최소화시킬 수 있는 배터리 셀 디가싱 장치를 제공할 수 있다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술되는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 셀 디가싱 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 도 1의 배터리 셀 디가싱 장치의 측면도이다.
도 3 및 도 4는 도 1의 배터리 셀 디가싱 장치의 챔버 커버를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 도 1의 배터리 셀 디가싱 장치의 피어싱 유닛을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 도 1의 배터리 셀 디가싱 장치의 가압 유닛을 설명하기 위한 도면이다.
도 7 내지 도 12는 도 1의 배터리 셀 디가싱 장치의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명함으로써 더욱 명백해 질 것이다. 여기서 설명되는 실시예는 발명의 이해를 돕기 위하여 예시적으로 나타낸 것이며, 본 발명은 여기서 설명되는 실시예와 다르게 다양하게 변형되어 실시될 수 있음이 이해되어야 할 것이다. 또한, 발명의 이해를 돕기 위하여, 첨부된 도면은 실제 축척대로 도시된 것이 아니라 일부 구성요소의 치수가 과장되게 도시될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 셀 디가싱 장치를 설명하기 위한 도면이며, 도 2는 도 1의 배터리 셀 디가싱 장치의 측면도이며, 도 3 및 도 4는 도 1의 배터리 셀 디가싱 장치의 챔버 커버를 설명하기 위한 도면이며, 도 5는 도 1의 배터리 셀 디가싱 장치의 피어싱 유닛을 설명하기 위한 도면이며, 도 6은 도 1의 배터리 셀 디가싱 장치의 가압 유닛을 설명하기 위한 도면이다.
도 1 내지 도 6을 참조하면, 배터리 셀 디가싱 장치(10)는, 배터리 셀(50)의 디가싱을 위한 장치로서, 챔버 커버(100), 진공 챔버(200), 피어싱 유닛(300) 및 가압 유닛(400)을 포함할 수 있다.
상기 배터리 셀(50)은, 파우치형 이차 전지로 구비될 수 있다. 이러한 상기 배터리 셀(50)은, 전극 조립체(52), 전극 리드(미도시), 파우치 케이스(54) 및 가스 포켓부(59)를 포함할 수 있다.
상기 전극 조립체(52)는, 양극판, 음극판 및 세퍼레이터 등으로 구성될 수 있다. 상기 전극 리드는 상기 전극 조립체와 연결되며, 양극 리드 및 음극 리드로 이루어질 수 있다. 상기 전극 조립체(52) 및 상기 전극 리드에 대해서는 잘 알려져 있으므로, 이하, 자세한 설명을 생략한다.
상기 파우치 케이스(54)는 상기 전극 조립체(52)를 수용하며, 상기 파우치 케이스(54)의 내부에는 전해액이 채워질 수 있다. 이러한 상기 파우치 케이스(54)는, 케이스 본체(55) 및 케이스 테두리(57)를 포함할 수 있다.
상기 케이스 본체(55)는, 상기 전극 조립체(52)를 수용할 수 있는 수용 공간을 형성할 수 있다. 상기 케이스 테두리(57)는 상기 케이스 본체(55)로부터 연장되며, 상기 전극 조립체(52) 및 상기 전해액을 밀봉할 수 있게 실링될 수 있다.
상기 가스 포켓부(59)는 상기 케이스 테두리(57)의 일측에 마련될 수 있다. 이러한 상기 가스 포켓부(59)는 후술하는 피어싱 유닛(300)에 의해 피어싱되어 상기 배터리 셀(50) 내부의 가스를 상기 배터리 셀(50) 외부로 배출시킬 수 있다.
상기 챔버 커버(100)는 후술하는 진공 챔버(200)를 따라 수평 방향으로 슬라이딩되며, 후술하는 진공 챔버(200)에 분리 가능하게 결합될 수 있다. 이러한 상기 챔버 커버(100)에는 상기 배터리 셀(50)이 분리 가능하게 안착될 수 있다. 상기 배터리 셀(50)은 상기 챔버 커버(100)를 통해 상기 진공 챔버(200) 내부에 수용될 수 있다.
이러한 상기 챔버 커버(100)는, 커버 본체(120) 및 지지 지그(150)를 포함할 수 있다.
상기 커버 본체(120)는 상기 진공 챔버(200)와 분리 가능하게 결합되며, 상기 진공 챔버(200)의 일측, 구체적으로, 상기 진공 챔버(200)의 전방을 커버할 수 있다.
상기 지지 지그(150)는 상기 커버 본체(120)의 내벽(125)에 구비되며, 상기 배터리 셀(50)을 지지할 수 있다. 이러한 지지 지그(150)는 적어도 하나 이상으로 구비될 수 있다. 이하, 본 실시예에서는 한 쌍의 지지 지그(150)가 구비된 것으로 한정하여 설명한다.
상기 지지 지그(150)는, 측면 지그(160, 170, 180) 및 가이드 지그(190)를 포함할 수 있다.
상기 측면 지그(160, 170, 180)는, 상기 커버 본체(120)의 내벽(125)에 이동 가능하게 장착되며, 상기 배터리 셀(50)의 양측면, 구체적으로, 상기 케이스 테두리(57)의 양측을 지지할 수 있다.
이러한 상기 측면 지그(160, 170, 180)는 다양한 사이즈에 배터리 셀들(50)을 지지할 수 있게 상기 커버 본체(120)의 수평 방향 및 수직 방향 중 적어도 일 방향으로 이동 가능하게 상기 커번 본체(120)에 장착될 수 있다.
구체적으로, 상기 측면 지그(160, 170, 180)는, 본체 장착부(160), 측면 상측 브릿지(170) 및 측면 하측 브릿지(180)를 포함할 수 있다.
상기 본체 장착부(160)는, 상기 커버 본체(120)의 내벽(125)에 이동 가능하게 장착되며, 상기 커버 본체(120)의 수평 방향, 구체적으로, 상기 커버 본체(120)의 좌우 방향을 따라 이동 가능하게 상기 커버 본체(120)의 내벽(125)에 장착될 수 있다. 이러한 상기 본체 장착부(160)는 복수 개로 구비될 수 있으며, 본 실시예의 경우, 네 개로 구비되어 상호 이격 배치된다.
상기 측면 상측 브릿지(170)는 상기 복수 개의 본체 장착부들(160) 중 상측에 구비된 본체 장착부들(160)에 장착될 수 있다. 이러한 상기 측면 상측 브릿지(170)는 한 쌍으로 구비될 수 있다.
상기 한 쌍의 측면 상측 브릿지들(170)은, 각각, 상기 본체 장착부(160)의 수직 방향, 구체적으로, 상기 커버 본체(120)의 상하 방향을 따라 이동 가능하게 상기 본체 장착부(160)에 장착될 수 있다. 여기서, 상기 본체 장착부(160)에는 상기 한 쌍의 측면 상측 브릿지들(170)로 탄성력을 제공하는 탄성부재가 내장될 수 있다.
이러한 상기 한 쌍의 측면 상측 브릿지들(170)은 상기 배터리 셀(50)을 지지할 수 있게 상기 파우치 케이스(54)의 케이스 테두리(57)의 양측면 상측을 지지할 수 있다.
그리고, 상기 한 쌍의 측면 상측 브릿지(170)에는, 각각, 손잡이부(175)가 형성될 수 있다.
상기 손잡이부(175)는 각각의 측면 상측 브릿지(170)의 측면에 형성될 수 있다. 이러한 상기 손잡이부(175)는 상기 측면 상측 브릿지들(170)의 상하 방향 이동을 위한 작업자 등의 사용자 조작을 가이드할 수 있다.
상기 측면 하측 브릿지(180)는 상기 복수 개의 본체 장착부들(160) 중 하측에 구비된 본체 장착부들(160)에 장착될 수 있다. 이러한 상기 측면 하측 브릿지(180)는 한 쌍으로 구비될 수 있다.
상기 한 쌍의 측면 하측 브릿지들(180)은, 각각, 상기 본체 장착부(160)의 수직 방향, 구체적으로, 상기 커버 본체(120)의 상하 방향을 따라 이동 가능하게 상기 본체 장착부(160)에 장착될 수 있다. 여기서, 상기 본체 장착부(160)에는 상기 한 쌍의 측면 상측 브릿지들(180)로 탄성력을 제공하는 탄성부재가 내장될 수 있다.
이러한 상기 한 쌍의 측면 하측 브릿지들(180)은 상기 배터리 셀(50)을 지지할 수 있게 상기 파우치 케이스(54)의 케이스 테두리(57)의 양측면 하측을 지지할 수 있다.
이러한 상기 한 쌍의 측면 하측 브릿지들(180)의 단부들(185)는 탄성을 가지며, 상기 한 쌍의 측면 상측 브릿지들(170)를 향해 벤딩되게 형성될 수 있다. 이는 상기 배터리 셀(50)의 지지 시 상기 배터리 셀(50)을 보다 안정적으로 지지할 수 있게 하기 위함이다.
상기 한 쌍의 측면 하측 브릿지들(180), 상기 한 쌍의 측면 상측 브릿지들(170) 및 상기 본체 장착부들(160)을 통해, 작업자 등은 상기 배터리 셀(50)의 사이즈에 이들 구성 요소들을 적절히 이동시켜 상기 배터리 셀(50)의 사이즈에 맞게 이들 구성 요소들을 적절히 이동시킬 수 있다. 이에 따라, 본 실시예에서는 상기 측면 지그(160, 170, 180)를 통해 공정 중 다양한 사이즈의 배터리 셀들(50)을 모두 안정적으로 지지할 수 있다.
상기 가이드 지그(190)는 상기 커버 본체(120)의 내벽(125)에 장착되며, 상기 배터리 셀(50)을 상기 커버 본체(120)의 내벽으로부터 이격시킬 수 있다. 이러한 상기 가이드 지그(190)는 상기 커버 본체(120) 외부에서 충격 등의 발생 시, 상기 배터리 셀(50)로 전달되는 있는 충격을 우선적으로 상쇄시킬 수 있다.
상기 진공 챔버(200)는 상기 챔버 커버(100)와 분리 가능하게 결합되며, 상기 적어도 하나 이상의 배터리 셀(50)을 수용할 수 있는 수용 공간을 형성할 수 있다.
이러한 상기 진공 챔버(200)는 상기 배터리 셀(50)의 디가싱 시, 내부를 진공 분위기로 만들 수 있다. 이에 따라, 상기 본 실시예에서는, 상기 진공 분위기의 상기 진공 챔버(200) 내에서 상기 배터리 셀(50)의 디가싱 공정이 진행될 수 있다.
상기 피어싱 유닛(300)은, 상기 진공 챔버(200)에 구비되며, 상기 배터리 셀(50) 내부의 가스가 외부로 배출될 수 있게 상기 배터리 셀(50)의 상기 가스 포켓부(59)의 일부를 피어싱할 수 있다.
이러한 상기 피어싱 유닛(300)은, 제1 피어싱부(320) 및 제2 피어싱부(360)를 포함할 수 있다.
상기 제1 피어싱부(320)는 적어도 일부가 상기 진공 챔버(200) 상측에 구비되며, 상기 진공 챔버(200) 내에서 상기 배터리 셀(50)의 상기 가스 포켓부(59) 상측에 구비될 수 있다.
이러한 상기 제1 피어싱부(320)는, 피어싱 본체(321), 피어싱 승강부(323), 타공부(325) 및 진공 패드(327)를 포함할 수 있다.
상기 피어싱 본체(321)는 상기 진공 챔버(200) 내측 후방에 배치되며, 상기 배터리 셀(50)의 상기 진공 챔버(200) 내측 수용 시 상기 배터리 셀(50)의 가스 포켓부(59) 상측에 배치될 수 있다.
상기 피어싱 승강부(323)는 상기 피어싱 본체(321)에 연결되며, 적어도 일부가 상기 진공 챔버(200)의 외측 상부에 배치될 수 있다. 이러한 상기 피어싱 승강부(323)는 상기 피어싱 본체(321)를 상기 진공 챔버(200) 내측에서 상하 방향으로 이동시킬 수 있다. 이를 위해, 상기 피어싱 승강부(323)는 공압 피스톤으로 구비될 수 있다. 상기 피어싱 승강부(323)는 상기 공압 피스톤 이외에도 상기 피어싱 본체(321)를 상기 상하 방향으로 이동시킬 수 있는 기타 다른 방식의 구조물로 구비되는 것도 가능할 수 있다.
상기 타공부(325)는 상기 배터리 셀(50)의 상기 가스 포켓부(59)의 일부를 타공하기 위한 것으로서, 상기 피어싱 본체(321)의 하부에 구비될 수 있다. 이러한 상기 타공부(325)는 상기 피어싱 본체(321)의 상하 방향 이동에 따라 함께 상하 방향으로 이동될 수 있다.
상기 진공 패드(327)는 상기 배터리 셀(50)의 상기 가스 포켓부(59)에 진공 흡착 가능하며, 상기 피어싱 본체(321)의 하부에 구비될 수 있다. 이러한 상기 진공 패드(327)는 상기 피어싱 본체(321)의 상하 방향에 따른 이동에 따라 상기 상기 가스 포켓부(59)의 일부가 벌어질 수 있도록 상기 가스 포켓부(59)의 상측을 들어 올릴 수 있다.
상기 제2 피어싱부(360)는 적어도 일부가 상기 진공 챔버(200) 하측에 구비되며, 상기 진공 챔버(200) 내에서 상기 배터리 셀(50)의 상기 가스 포켓부(59) 하측에 구비될 수 있다. 즉, 상기 제2 피어싱부(360)는 상기 제1 피어싱부(320)와 상기 가스 포켓부(59)를 사이에 두고 대향 배치될 수 있다.
이러한 상기 제2 피어싱부(360)는, 피어싱 본체(361), 피어싱 승강부(363), 타공 지지부(365) 및 오염 방지 가이드(367)를 포함할 수 있다.
상기 피어싱 본체(361)는 상기 진공 챔버(200) 내측 후방에 배치되며, 상기 배터리 셀(50)의 상기 진공 챔버(200) 내측 수용 시 상기 배터리 셀(50)의 가스 포켓부(59) 하측에 배치될 수 있다.
상기 피어싱 승강부(363)는 상기 피어싱 본체(361)에 연결되며, 적어도 일부가 상기 진공 챔버(200)의 외측 하부에 배치될 수 있다. 이러한 상기 피어싱 승강부(363)는 상기 피어싱 본체(361)를 상기 진공 챔버(200) 내측에서 상하 방향으로 이동시킬 수 있다. 이를 위해, 상기 피어싱 승강부(363)는 공압 피스톤으로 구비될 수 있다. 상기 피어싱 승강부(363)는 상기 공압 피스톤 이외에도 상기 피어싱 본체(361)를 상기 상하 방향으로 이동시킬 수 있는 기타 다른 방식의 구조물로 구비되는 것도 가능할 수 있다.
상기 타공 지지부(365)는 상기 피어싱 본체(361)의 상부에 구비되며, 상기 타공부(325)와 상기 가스 포켓부(59)를 사이에 두고 대향 배치될 수 있다. 이러한 상기 타공 지지부(365)는 상기 타공부(325)의 타공 시 상기 타공부(325)를 지지하면서 상기 타공부(325)의 타공을 가이드할 수 있다.
상기 오염 방지 가이드(367)는 상기 피어싱 본체(361)의 상부에 구비되며, 상기 피어싱 본체(361)의 상하 방향에 따른 이동에 따라 상기 배터리 셀(50)의 상기 가스 포켓부(59)에 접촉되게 배치될 수 있다.
이러한 상기 오염 방지 가이드(367)는 상기 배터리 셀(50)의 가스 배출 시 후술하는 가스 포켓부(59)의 피어싱 홀(P)을 통해 유출될 수 있는 전해액을 흡수할 수 있다. 이를 위해, 상기 오염 방지 가이드(367)는 높은 흡습성을 갖는 재질로 마련될 수 있으며, 예로써, 스폰지 재질로 마련될 수 있다.
상기 가압 유닛(400)은 상기 피어싱 유닛(300)과 이격되게 상기 진공 챔버(200)에 구비되며, 상기 배터리 셀(50)의 상측면 및 하측면을 평탄화시키면서 상기 배터리 셀(50) 내부의 가스를 상기 배터리 셀(50) 외부로 배출시킬 수 있다.
이러한 상기 가압 유닛(400)은, 제1 가압부(420) 및 제2 가압부(460)를 포함할 수 있다.
상기 제1 가압부(420)는 적어도 일부가 상기 진공 챔버(200) 상측에 구비되며, 상기 진공 챔버(200) 내에서 상기 배터리 셀(50)의 상측에 구비될 수 있다. 이러한 상기 제1 가압부(420)는 상기 배터리 셀(50)의 상측면을 평탄화시키면서 가압할 수 있다.
상기 제1 가압부(420)는, 가압부 본체(421), 승강부(423), 롤러부(425) 및 구동부(429)를 포함할 수 있다.
상기 가압부 본체(421)는 상기 배터리 셀(50)의 상기 진공 챔버(200) 내부 수용 시 상기 배터리 셀(50)의 상측에 배치되며, 상기 배터리 셀(50)의 상측면, 구체적으로, 상기 파우치 케이스(54)의 상기 케이스 본체(55)의 상측면을 평탄화시키면서 가압할 수 있다.
상기 승강부(423)는 상기 가압부 본체(421)와 연결되며, 적어도 일부가 상기 진공 챔버(200)의 외측 상부에 구비될 수 있다. 이러한 상기 승강부(423)는 상기 가압부 본체(421)를 상기 진공 챔버(200) 내측에서 상하 방향으로 이동시킬 수 있다. 이를 위해, 상기 승강부(423)는 공압 피스톤으로 구비될 수 있다. 상기 승강부(423)는 상기 공압 피스톤 이외에도 상기 가압부 본체(421)를 상기 상하 방향으로 이동시킬 수 있는 기타 다른 방식의 구조물로 구비되는 것도 가능할 수 있다.
상기 롤러부(425)는 상기 가압부 본체(421)의 하측에 장착되며, 상기 진공 챔버(200)의 수평 방향, 즉, 상기 진공 챔버(200)의 전후 방향을 따라 슬라이딩할 수 있다.
이러한 상기 롤러부(425)에는 롤러(427)가 구비될 수 있다.
상기 롤러(427)는 상기 배터리 셀(50)의 상측면 일부, 구체적으로, 상기 파우치 케이스(54)의 상기 케이스 본체(55)의 상측면과 슬라이딩 가능하게 접촉될 수 있다. 이러한 상기 롤러(427)는 상기 배터리 셀(50)의 평탄화 시 상기 배터리 셀(50)의 가스 포켓부(59) 측을 향해 수평 이동될 수 있다.
상기 롤러(427)는 복수 개로 구비될 수 있다. 상기 복수 개의 롤러들(427)은 상기 가압부 본체(421)의 전후 방향을 따라 상호 소정 거리 이격되게 배치될 수 있다.
상기 구동부(429)는 상기 진공 챔버(200) 내측에 구비되며, 상기 롤러부(425)와 연결될 수 있다. 이러한 상기 구동부(429)는 상기 롤러부(425)를 상기 전후 방향을 따라 슬라이딩시킬 수 있다.
상기 제2 가압부(460)는 적어도 일부가 상기 진공 챔버(200) 하측에 구비되며, 상기 진공 챔버(200) 내에서 상기 배터리 셀(50)의 하측에 구비될 수 있다. 즉, 상기 제2 가압부(460)는 상기 제1 가압부(420)와 상기 배터리 셀(50)을 사이에 두고 대향 배치될 수 있다. 이러한 상기 제2 가압부(460)는 상기 배터리 셀(50)의 하측면을 평탄화시키면서 가압할 수 있다.
상기 제2 가압부(460)는, 가압부 본체(461), 승강부(463), 롤러부(465) 및 구동부(469)를 포함할 수 있다.
상기 가압부 본체(461)는 상기 배터리 셀(50)의 상기 진공 챔버(200) 내부 수용 시 상기 배터리 셀(50)의 하측에 배치되며, 상기 배터리 셀(50)의 하측면, 구체적으로, 상기 파우치 케이스(54)의 상기 케이스 본체(55)의 하측면을 평탄화시키면서 가압할 수 있다.
상기 승강부(463)는, 상기 가압부 본체(461)와 연결되며, 적어도 일부가 상기 진공 챔버(200)의 외측 하부에 구비될 수 있다. 이러한 상기 승강부(463)는 상기 가압부 본체(461)를 상기 진공 챔버(200) 내측에서 상하 방향으로 이동시킬 수 있다. 이를 위해, 상기 승강부(463)는 공압 피스톤으로 구비될 수 있다. 상기 승강부(463)는 상기 공압 피스톤 이외에도 상기 가압부 본체(461)를 상기 상하 방향으로 이동시킬 수 있는 기타 다른 방식의 구조물로 구비되는 것도 가능할 수 있다.
상기 롤러부(465)는 상기 가압부 본체(461)의 상측에 장착되며, 상기 진공 챔버(200)의 수평 방향, 즉, 상기 진공 챔버(200)의 전후 방향을 따라 슬라이딩할 수 있다.
이러한 상기 롤러부(465)에는 롤러(467)가 구비될 수 있다.
상기 롤러(467)는 상기 배터리 셀(50)의 하측면 일부, 구체적으로, 상기 파우치 케이스(54)의 상기 케이스 본체(55)의 하측면과 슬라이딩 가능하게 접촉될 수 있다. 이러한 상기 롤러(467)는 상기 배터리 셀(50)의 평탄화 시 상기 배터리 셀(50)의 가스 포켓부(59) 측을 향해 수평 이동될 수 있다.
상기 롤러(467)는 복수 개로 구비될 수 있다. 상기 복수 개의 롤러들(467)은 상기 가압부 본체(461)의 전후 방향을 따라 상호 소정 거리 이격되게 배치될 수 있다.
상기 구동부(469)는 상기 진공 챔버(200) 내측에 구비되며, 상기 롤러부(465)와 연결될 수 있다. 이러한 상기 구동부(469)는 상기 롤러부(465)를 상기 전후 방향을 따라 슬라이딩시킬 수 있다.
이하에서는, 이러한 구조를 갖는 상기 배터리 셀 디가싱 장치(10)의 구체적인 동작에 대해 보다 더 자세히 살펴 본다.
도 7 내지 도 12는 도 1의 배터리 셀 디가싱 장치의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 7 및 도 8을 참조하면, 먼저, 작업자 등은 상기 배터리 셀(50)을 상기 챔버 커버(100)의 상기 지지 지그(150)에 장착시킬 수 있다. 이때, 작업자 등은 상기 배터리 셀(50)의 사이즈에 따라 상기 측면 지그(160, 170, 180)를 적절히 이동시켜 상기 배터리 셀(50)의 양측면을 상기 측면 지그(160, 170, 180)에 고정시킬 수 있다.
상기 배터리 셀(50)의 상기 챔버 커버(100)로의 장착이 완료되면, 상기 작업자 등은 상기 챔버 커버(100)를 슬라이딩시켜 상기 진공 챔버(200)에 결합시킬 수 있다.
도 9를 참조하면, 상기 배터리 셀(50)이 상기 진공 챔버(200) 내부에 배치되면, 작업자 등은 상기 제1 피어싱부(320) 및 상기 제2 피어싱부(360)를 상하 방향에 따라 이동시켜 상기 배터리 셀(50)의 가스 포켓부(59)에 접촉시킬 수 있다.
도 10을 참조하면, 이후, 작업자 등은 상기 제1 피어싱부(320)의 상기 피어싱 본체(321)를 하측으로 슬라이딩시키고, 상기 제2 피어싱부(360)의 상기 피어싱 본체(361)를 상측으로 슬라이딩시킬 수 있다.
이러한 슬라이딩에 의해, 상기 타공부(325)는 상기 타공 지지부(363)와 함께 상기 가스 포켓부(59)에 피어싱 홀(P)을 만들 수 있다. 아울러, 이러한 상기 슬라이딩에 의해 상기 진공 패드(327)는 상기 가스 포켓부(59)의 상측면에 흡착될 수 있다.
도 11을 참조하면, 상기 작업자 등은 상기 제1 피어싱부(320)의 상기 피어싱 본체(321)를 상측으로 슬라이딩시킬 수 있다. 이러한 슬라이딩에 의해, 상기 진공 패드(327)는 상측으로 이동되면서 상기 가스 포켓부(59)의 내부를 벌릴 수 있다. 이때, 상기 피어싱 홀(P)은 상기 배터리 셀(50)의 수평 선상보다 높은 위치에 배치될 수 있으며, 상기 오염 방지 가이드(367)은 상기 배터리 셀(50)의 수평 선상보다 낮은 위치에 배치될 수 있다.
도 12를 참조하면, 이후, 상기 작업자 등은 상기 진공 챔버(200) 내부를 진공 분위기로 조성할 수 있다. 그리고, 상기 작업자 등은 상기 제1 가압부(420) 및 상기 제2 가압부(460)를 상하 방향으로 이동시켜 상기 배터리 셀(50)의 상하측면, 구체적으로, 상기 파우치 케이스(54)의 상기 케이스 본체(55)의 상하면에 접촉시킬 수 있다.
그리고, 상기 작업자 등은 상기 제1 가압부(420)의 상기 롤러들(427) 및 상기 제2 가압부(460)의 상기 롤러들(467)을 각각 상기 가스 포켓부(59) 측으로 수평 이동시키면서 상기 배터리 셀(50)의 상하측면, 구체적으로, 상기 파우치 케이스(54)의 상기 케이스 본체(55)의 상하측면을 각각 균일하게 가압할 수 있다.
이처럼, 본 실시예의 경우, 상기 롤러들(427, 467)을 통해 롤링 방식으로 상기 배터리 셀(50)의 상하측면을 가압하기에, 종전 프레스 방식에 비해 균일하게 상기 배터리 셀(50)을 가압할 수 있다. 이에 따라, 본 실시예에서는 상기 배터리 셀(50)의 중앙 부분에서의 가스도 상기 가스 포켓부(59) 측으로 효과적으로 유도할 수 있다.
또한, 본 실시예의 경우, 상기 롤링이 상기 진공 상태의 진공 챔버(200) 내에서 함께 이루어지기에, 진공 공정이 별도의 기구물 등을 토해 별도 공정으로 수행되는 경우보다 공정 효율이 현저히 향상될 수 있다.
그리고, 본 실시예의 경우, 상기 배터리 셀(50)의 상하측면을 모두 가압함과 아울러 각각의 면을 복수 개의 롤러들(427, 467)로 가압하기에, 단일의 롤링 방식에 비해 가압 효율이 현저히 상승될 수 있다.
이러한 가압에 따라, 상기 배터리 셀(50) 내부의 가스는 상기 가스 포켓부(59) 측으로 이동되며, 상기 가스 포켓부(59)의 상기 피어싱 홀(P)을 통해 상기 배터리 셀(50) 외부로 배출될 수 있다.
본 실시예의 경우, 상기 진공 패드(327)에 의해 상기 가스 포켓부(59)의 내부가 상기 가압 이전에 미리 벌어져 있기에, 상기 가스 포켓부(59) 측으로 이동된 가스가 보다 원활히 상기 가스 포켓부(59)의 상기 피어싱 홀(P) 측으로 유도될 수 있다.
아울러, 본 실시예의 경우, 상기 피어싱 홀(P)이 상기 배터리 셀(50)의 수평 선상보다 높은 위치에 배치되기에, 상기 가스 배출 시 상기 배터리 셀(50) 내부의 전해액이 상기 가스 배출홀(P) 밖으로 유출되는 것이 최소화될 수 있다. 만약, 상기 전해액이 상기 가스 배출홀(P) 밖으로 유출되더라도, 상기 오염 방지 가이드(367)를 통해 상기 파우치 케이스(54)의 상기 케이스 본체(55) 측으로 상기 전해액이 전달되는 것을 방지할 수 있다. 이에 따라, 본 실시예에서는, 상기 디가싱 시 상기 배터리 셀(50)의 전해액 유출에 의한 상기 배터리 셀(50)의 외부 오염이 최소화될 수 있다.
이상 살펴 본 바와 같이, 본 실시예에 따른 상기 배터리 셀 디가싱 장치(10)는 상기 디가싱 공정 시 상기 배터리 셀(50)의 가스 제거 효율을 높이며 전해액 유출에 의한 상기 배터리 셀(50)의 외부 오염을 최소화시킬 수 있다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해돼서는 안 될 것이다.

Claims (15)

  1. 가스 포켓부가 구비되는 배터리 셀을 디가싱하기 위한 배터리 셀 디가싱 장치에 있어서,
    상기 배터리 셀이 분리 가능하게 안착되는 챔버 커버;
    상기 챔버 커버의 수평 방향에 따른 슬라이딩에 따라 상기 챔버 커버와 결합되며, 상기 배터리 셀을 진공 분위기 하에서 수용 가능한 진공 챔버;
    상기 진공 챔버에 구비되며, 상기 가스 포켓부의 일부를 피어싱하는 피어싱 유닛; 및
    상기 피어싱 유닛과 이격되게 상기 진공 챔버에 구비되며, 상기 배터리 셀의 상측면 및 하측면을 평탄화시키면서 상기 배터리 셀 내부의 가스를 상기 배터리 셀 외부로 배출시키는 가압 유닛;을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 셀 디가싱 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 챔버 커버는,
    상기 진공 챔버와 분리 가능하게 결합되며, 상기 진공 챔버의 일측을 커버하는 커버 본체; 및
    상기 커버 본체에 구비되며, 상기 배터리 셀을 지지하는 지지 지그;를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 셀 디가싱 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 지지 지그는,
    상기 커버 본체의 내벽에 이동 가능하게 장착되며, 상기 배터리 셀의 양측면을 지지하는 측면 지그; 및
    상기 커버 본체의 내벽에 장착되며, 상기 배터리 셀을 상기 커버 본체의 내벽으로부터 이격시키는 가이드 지그;를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 셀 디가싱 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 측면 지그는,
    상기 커버 본체의 수평 방향 및 수직 방향 중 적어도 일 방향으로 이동 가능하게 상기 커버 본체에 장착되는 것을 특징으로 하는 배터리 셀 디가싱 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 피어싱 유닛은,
    상기 진공 챔버 내에서 상기 가스 포켓부 상측에 구비되는 제1 피어싱부; 및
    상기 제1 피어싱부와 상기 가스 포켓부를 사이에 두고 대향 배치되는 제2 피어싱부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 셀 디가싱 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제1 피어싱부는,
    상기 가스 포켓부의 일부를 타공하는 타공부;를 구비하는 것을 특징으로 하는 배터리 셀 디가싱 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제2 피어싱부는,
    상기 타공부와 상기 가스 포켓부를 사이에 두고 대향 배치되며, 상기 타공부의 타공 시 상기 타공부를 지지하는 타공 지지부;를 구비하는 것을 특징으로 하는 배터리 셀 디가싱 장치.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 제1 피어싱부는,
    상기 가스 포켓부에 진공 흡착 가능하며, 상기 가스 포켓부를 상측으로 들어올리는 진공 패드;를 구비하는 것을 특징으로 하는 배터리 셀 디가싱 장치.
  9. 제5항에 있어서,
    상기 제2 피어싱부는,
    상기 가스 포켓부의 하측에 접촉되며, 상기 가스 포켓부 외부로 유출되는 전해액을 흡수하는 오염 방지 가이드;를 구비하는 것을 특징으로 하는 배터리 셀 디가싱 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 가압 유닛은,
    상기 진공 챔버 내에서 상기 배터리 셀의 상측에 구비되며, 상기 배터리 셀의 상측면을 평탄화시키면서 가압하기 위한 제1 가압부; 및
    상기 제1 가압부와 상기 배터리 셀을 사이에 두고 대향 배치되며, 상기 배터리 셀의 하측면을 평탄화시키면서 가압하기 위한 제2 가압부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 셀 디가싱 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 제1 가압부는,
    상기 배터리 셀의 상측면을 평탄화시키면서 가압하는 가압부 본체; 및
    상기 가압부 본체와 연결되며, 상기 가압부 본체를 승강시키는 승강부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 셀 디가싱 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 가압부 본체의 하측에는,
    상기 배터리 셀의 상측면 일부와 슬라이딩 가능하게 접촉되며, 상기 가스 포켓부 측을 향해 수평 이동되는 적어도 하나의 롤러;가 구비되는 것을 특징으로 하는 배터리 셀 디가싱 장치.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 제2 가압부는,
    상기 배터리 셀의 하측면을 평탄화시키면서 가압하는 가압부 본체; 및
    상기 가압부 본체와 연결되며, 상기 가압부 본체를 승강시키는 승강부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 셀 디가싱 장치.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 가압부 본체의 상측에는,
    상기 배터리 셀의 하측면 일부와 슬라이딩 가능하게 접촉되며, 상기 가스 포켓부 측을 향해 수평 이동되는 적어도 하나의 롤러;가 구비되는 것을 특징으로 하는 배터리 셀 디가싱 장치.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 배터리 셀은,
    파우치형 이차 전지로 구비되는 것을 특징으로 하는 배터리 셀 디가싱 장치.
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