WO2020032362A1 - 이차전지 충방전 장치 - Google Patents

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WO2020032362A1
WO2020032362A1 PCT/KR2019/006430 KR2019006430W WO2020032362A1 WO 2020032362 A1 WO2020032362 A1 WO 2020032362A1 KR 2019006430 W KR2019006430 W KR 2019006430W WO 2020032362 A1 WO2020032362 A1 WO 2020032362A1
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secondary battery
gripper
pressing
cell
pressing plate
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손재형
안창범
채익수
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주식회사 엘지화학
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Definitions

  • the present invention relates to a secondary battery charging and discharging apparatus, and more particularly, to a secondary battery charging and discharging apparatus which can significantly reduce a product defect rate caused by a component phenomenon in a terrace portion of a secondary battery cell during an activation process of a secondary battery.
  • the secondary battery may be classified into a cylindrical shape, a square shape, and a pouch type according to its shape.
  • the pouch-type secondary battery uses a pouch packaging material composed of a metal layer (foil) and a multilayer film of a synthetic resin layer coated on the upper and lower surfaces of the metal layer. It is possible to significantly reduce the weight, it is possible to reduce the weight of the battery, has been attracting a lot of attention because there is an advantage that it can be changed in various forms.
  • the pouch-type secondary battery is accommodated in a stacked form of an electrode assembly, the electrode assembly is connected to the electrode tab and the electrode lead, the electrode lead protrudes from the pouch packaging material. These electrode leads are electrically connected to the external device through contact to receive power from the external device.
  • the pouch-type secondary battery is manufactured through a process of assembling a cell and activating a battery.
  • a secondary battery cell is mounted in a charge / discharge device and charge and discharge are performed under conditions necessary for activation.
  • a process of performing a predetermined charge / discharge using the charge / discharge device to activate the battery is called a formation process.
  • the secondary battery In order to perform the formation process of the secondary battery, the secondary battery should be properly mounted in the charge / discharge device. That is, the electrode lead of the secondary battery is disposed to contact the conductive portion of the charging and discharging device so that both are electrically connected, and such electrical connection state must be maintained while charging and discharging is in progress.
  • the charging and discharging device of the secondary battery generally includes a plurality of pressing plates for fixing the secondary battery cell.
  • the pouch-type secondary batteries are sandwiched between the two pressing plates, and pressure is applied from both sides, thereby charging by applying a current through the leads of the secondary batteries.
  • the gas pocket portion is a portion extending from the cell body portion that is pressed in the activation process as a part of the pouch sheathing material and extending in a direction crossing the electrode lead, and may be subsequently cut in the pouch sheathing material.
  • the body portion of the secondary battery cell forming the thickness of the secondary battery cell may be pressed by the pressing plate during the charging and discharging process, the sealing of the pouch exterior material
  • the cell terrace portion which is a portion, has a step with the cell body portion and is not pressed by the pressing plate.
  • the internal pressure of the pouch packaging material increases due to the gas generated during the charging and discharging process, thereby causing a problem that the adhesive layer of the terrace portion of the secondary battery cell is broken.
  • the pouch sheath may be composed of a polymer outer insulating layer and an inner adhesive layer, and a metal layer interposed between the outer insulating layer and the inner adhesive layer.
  • the inner adhesive layer of the cell terrace 2b portion is broken. Swelling is occurring. Due to this phenomenon, the metal layer of the cell terrace 2b portion is exposed, resulting in poor insulation voltage. Since this may cause serious problems in the operation of the secondary battery cell, there is an urgent need for a method of suppressing the component phenomenon of the cell terrace 2b portion.
  • the present invention has been made in view of the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a charge / discharge device that can improve an insulation voltage defect by suppressing a component phenomenon of a terrace portion of a secondary battery cell during a charge / discharge process.
  • a charge and discharge device for performing an activation process of a secondary battery in a charge and discharge device for performing an activation process of a secondary battery, the secondary battery cells are disposed A plurality of crimping plates disposed to face each other with cell insertion spaces interposed therebetween and moved to narrow the gaps to press the body of the secondary battery cell; A gripper unit mounted to each of the pressing plates to move integrally with the pressing plate and to be in contact with an electrode lead portion of the secondary battery cell when the pressing plate presses the body of the secondary battery cell; And push bar units mounted to the pressing plate adjacent to each of the gripper units to pressurize a terrace portion of the secondary battery cell adjacent to the electrode lead.
  • the push bar unit may include a push bar head connected to the gripper unit and mounted on an upper portion of the pressing plate; And a push bar pressing part extending from the push bar head part to the cell insertion space.
  • the push bar pressing unit may be overlapped with at least one of a front surface and a rear surface of the pressing plate.
  • the push bar pressing unit may be formed in a rod shape corresponding to a width and a length of the secondary battery cell terrace portion.
  • the push bar head portion may have a shape in which the upper part has an inclined surface or a curved surface in the cell insertion space direction, and the lower part has a width greater than that of the pressing plate.
  • a bolt passage hole through which a bolt passes may be formed in an upper part of the push bar head part and a portion of the gripper unit facing the upper part.
  • the gripper unit may include a gripper head mounted on an upper portion of the pressing plate; And a gripper pressing part extending from the gripper head part to the cell insertion space.
  • the gripper pressing unit may be overlapped with at least one of a front surface and a rear surface of the pressing plate.
  • the gripper pressing portion is disposed in close contact with the front surface of the pressing plate and is formed in the form of a plate assembly that is elastically deformed; It may include a second gripper pressing portion.
  • a current terminal for contacting the electrode lead to apply a current and a voltage terminal for detecting a voltage may be mounted to the first gripper pressing unit.
  • the current terminal and the voltage terminal may have a notch formed in a grid pattern.
  • the gripper head portion may include a cap member positioned on an upper portion of the gripper pressing portion and having an inclined surface or a curved surface in the cell insertion space direction.
  • the gripper head part may be provided to support the gripper pressing part and to be slidably moved along an upper end of the pressing plate.
  • Two gripper units and one push bar unit may be installed, one at each edge of the pressing plate along the length direction of the pressing plate.
  • Cell entry guides are installed at predetermined positions in the upper portions of the pressing plates to guide the secondary battery cells to the cell insertion spaces. It may have a protruding shape and be provided to have an inclined surface or a curved shape in a direction toward the cell insertion space.
  • a charge and discharge device capable of improving an insulation voltage defect rate by suppressing a component phenomenon of a terrace portion of a secondary battery cell in a charge and discharge process for activating a secondary battery cell may be provided.
  • the device compatibility is high.
  • the secondary battery cells when the secondary battery cells are mounted in the charge / discharge device, the secondary battery cells may be guided by the cell entry guide, thereby efficiently loading the secondary battery cells in place.
  • FIG. 1 is a view illustrating a terrace portion of a pouch type secondary battery cell that has been subjected to a formation process according to the prior art.
  • FIG. 2 is a perspective view showing a schematic configuration of a charging and discharging device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a top view of FIG. 2.
  • FIG. 4 is a perspective view of a gripper unit according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a perspective view of a push bar unit according to an embodiment of the present invention.
  • FIGS. 6 and 7 are perspective views illustrating a state before and after assembly of a gripper unit and a push bar unit according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a view of the gripper unit and the push bar unit of FIG. 7 viewed from different angles.
  • FIG. 9 is a side view of two pressing plates mounted with a gripper unit and a push bar unit according to an embodiment of the present invention.
  • FIG 10 and 11 are views showing the back and the front of the pressing plate according to the present embodiment, respectively.
  • FIG. 12 is an enlarged view of a main part of FIG. 11.
  • FIG. 13 and 14 are enlarged top views of a gripper unit and a push bar unit portion before and after pressurization of a secondary battery cell according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 15 is a view corresponding to FIG. 11 and illustrates a front side of a crimp plate when a secondary battery cell having a different specification from the secondary battery cell of FIG. 11 is mounted.
  • the secondary battery charging and discharging device refers to a device for charging and discharging and activating a secondary battery cell that is not activated after assembly is completed.
  • the secondary battery charging and discharging device is not only mainly used for activating the secondary battery cell, but may also be used to test the performance of the secondary battery cell, for example, whether the cell is shorted.
  • FIG. 2 is a perspective view showing a schematic configuration of a charging and discharging device according to an embodiment of the present invention
  • Figure 3 is a top view of FIG.
  • the charging and discharging device 1 includes a plurality of pressing plates 10, gripper units 20, and push bar units 30. Can be configured.
  • the secondary battery cell 2 may have swollen swelling due to expansion or gas generation of the positive electrode plate and the negative electrode plate.
  • the pressing plates 10 serve to prevent swelling by pressing the secondary battery cells 2 in the charging and discharging process.
  • the pressing plates 10 are each disposed to face each other and are spaced apart by a predetermined distance, and are configured to move (in the direction of ⁇ X axis) so that the space is narrowed or widened.
  • the separation space is such that at least one secondary battery cell 2 can be inserted.
  • the separation space is defined as a cell insertion space (S).
  • the secondary battery cells 2 having the gas pocket portion 2d in an inactive state are transported to the pick-up equipment and placed in the cell insertion spaces S formed between the respective pressing plates 10. Each one can be sandwiched and arranged.
  • the secondary battery cell 2 is held at a predetermined height using the interleaver 12 and the surface of the cell body 2a may be protected when pressed.
  • a part of the interleaver 12 may be fixed to the upper portion of the crimping plate 10 by a pin, and may be folded between the pinned portions 10 and interposed in each cell insertion space S. .
  • the pressing plates 10 pressurize or depressurize the bodies 2a of the secondary battery cells held by the interleaver 12.
  • the pressing plates 10 may be preferably made of a metal material having high mechanical rigidity such that there is no deformation even in high heat and pressure.
  • the scope of the present invention is not limited to the pressing plate 10 made of metal.
  • the pressing plate 10 may be made of stainless steel, tempered plastic, tempered ceramic, tempered glass, or the like.
  • the pressing plates 10 are connected to the lower region in the translational movement along the shaft extending in the X-axis direction and the gears are connected to one end of the shaft,
  • the drive motor can be connected.
  • any mechanical combination may be employed as long as it is a mechanical combination having a driving mechanism capable of moving the pressing plates 10 in the direction in which the secondary battery cell 2 is pressed.
  • the gripper units 20 are elements that contact the electrode leads 2c of the pouch type secondary batteries to apply current or detect a voltage to the secondary battery cells 2.
  • the gripper units 20 according to an embodiment of the present invention are provided to be mounted to the respective pressing plates 10 so as to move integrally with the pressing plate 10.
  • the gripper units 20 are configured to move together with the pressing plates 10 to narrow the gap therebetween so as to press the electrode lead 2c portion of the secondary battery cell 2 located therebetween. have.
  • Two gripper units 20 may be mounted on both edges of the upper ends of the pressing plates 10 together with the push bar unit 30. Where these gripper units 20 are mounted on the pressing plate 10 may be determined according to the position of the electrode lead 2c of the secondary battery cell 2, which is the gripper unit 20. This is to press-contact the electrode lead 2c of () in the X-axis direction. 2 and 3, the electrode leads 2c and the gripper units 20 of the secondary battery cells 2 inserted between the pressing plates 10 correspond to each other in the X-axis direction. In position, when the pressing plates 10 press the bodies 2a of the secondary battery cells 2, they come into contact with each other.
  • the gripper unit 20 will be described in detail with reference to FIG. 4.
  • the gripper unit 20 is connected to a gripper head 21 mounted on an upper portion of the crimping plate 10 and the gripper head 21. And a gripper pressing part 24 extending downward to the cell insertion space S.
  • the gripper head part 21 supports the gripper pressing part 24 and is provided on the upper portion of the gripper pressing part 24 and the block member 23 provided to slide along the upper line of the pressing plate 10. It may include a cap member 22 for guiding the portion of the lead (2c).
  • the block member 23 may be mounted on the pressing plate 10 in a form of partially wrapping the upper end of the pressing plate 10, and may slide left and right ( ⁇ Y axis direction) along the upper end of the pressing plate 10. have.
  • a gripper holder that can be used as a mount of the block member 23 and an LM guide rail may be installed at an upper end of the crimping plate 10, and the block member 23 is mounted to the gripper holder to move left and right. It can be configured in the form of an LM block. Of course, you may comprise the upper end of the crimping plate 10 in the shape of an LM guide rail, without providing a gripper holder on the upper end of the crimping plate 10.
  • the cap member 22 may be provided in a shape having an inclined surface or a curved surface in the direction of the cell insertion space S of the gripper pressing part 24, and inserted between the pressing plates 10 of the secondary battery cells 2.
  • the electrode lead 2c may serve as a guide.
  • the electrode lead 2c portion may be guided between two adjacent cap members 22. At this time, even if there is a slight error in the loading position, the electrode lead (2c) can be guided to the cell insertion space (S) on the inclined surface or curved surface of the cap member 22, thereby preventing damage to the electrode lead (2c). .
  • the gripper pressurizing portion 24 extends downward from the gripper head portion 21 and overlaps at least one of the front surface 10a and the rear surface 10b of the crimping plate, and thus the electrode lead 2c during the charging and discharging process. It presses and fixes a part.
  • the gripper pressing unit 24 may include a first gripper pressing unit 24a and a second gripper pressing unit 24b.
  • the first gripper pressing portion 24a and the second gripper pressing portion 24b extend vertically from the front and rear surfaces of the gripper head portion 21 at predetermined intervals so that an empty space O exists between them. 9, the pressing plate 10 may be located in the empty space (O).
  • the gripper head 21 has the pressing plate 10. ) Can be mounted more stably without tilting to one side from the top.
  • the first gripper pressing portion 24a may be implemented in the form of a plate assembly disposed in close contact with the front surface 10a of the pressing plate and elastically deformed, and the second gripper pressing portion 24b may have a rear surface 10b of the pressing plate. It may be implemented in the form of a thin plate disposed in close contact with the).
  • the pressing portion 24a and the second gripper pressing portion 24b of the other gripper unit 20 are in positions facing each other. Therefore, when the two pressing plates 10 move closer to each other, the first gripper pressing portion 24a may be pushed in by the second gripper pressing portion 24b. When the two pressing plates 10 move away from each other, the first gripper pressing part 24a may be restored to its original state.
  • the first gripper pressurizing portion 24a is equipped with a current terminal 25 for applying a current to the secondary battery cell 2 and a voltage terminal 26 for detecting a voltage, thereby providing an electrode lead 2c.
  • the impact applied to the electrode lead 2c during pressurization can be alleviated while increasing the contact force.
  • the current terminal 25 and the voltage terminal 26 may be implemented in the form of a rod of metal, and a cable (not shown) for supplying current may be connected to a lower portion of the current terminal 25 and the voltage terminal 26. As shown in FIG. 12, the current terminal 25 and the voltage terminal 26 are mounted perpendicular to the surface of the first gripper pressing part 24a in parallel with each other, so that the pressing plates 10 are connected to the secondary battery cells. When pressing (2), it can contact with electrode lead 2c.
  • the current terminal 25 and the voltage terminal 26 may further include a notch formed in a grid pattern.
  • a notch formed in a grid pattern.
  • the charge and discharge device 1 may further include a push bar unit (30).
  • the push bar units 30 are components that serve to suppress component phenomena of the corresponding portions by pressing portions of the terraces 2b of the secondary battery cells 2 in the charging and discharging process.
  • the portion of the terrace 2b of the secondary battery cell refers to a portion where the electrode lead 2c exits as an edge portion of the heat-sealed pouch packaging material.
  • the push bar units 30 in the position of the electrode leads 2c and the cell terrace 2b are directly mounted adjacent to the gripper units 20 so as to move together with the gripper units 20.
  • the push bar unit 30 is connected to the gripper head 21 and is pushed on the upper portion of the pressing plate 10. 31 and a push bar pressing part 34 extending from the push bar head part 31 to the cell insertion space S.
  • FIG. 1 is a diagrammatic representation of the push bar unit 30 .
  • the upper part 32 has a cell insertion space (such as the cap member 22 of the gripper head part 21 described above). It may be provided in a shape having an inclined surface or curved surface in the S) direction.
  • the push bar head portion 31 can be fixed to the gripper head portion 21 by inserting the bolt B and tightening with a nut. At this time, by attaching the upper part 32 of the push bar head 31 in the same shape as the cap member 22, the guide region can be extended to the adjacent portion of the electrode lead 2c when the secondary battery cell 2 is inserted. have.
  • the lower part 33 may have a width greater than that of the pressing plate 10, and the push bar pressing part 34 may be mounted on at least one side of the lower part 33 along the width direction.
  • the push bar pressing portion 34 extends downward from at least one side of the lower part 33 so that the push bar pressing portion 34 is parallel to the gripper pressing portion 24 described above. It may be arranged in at least one place.
  • the push bar pressing unit 34 extends downward from the left side surface of the lower part 33 of the push bar head 31 so as to extend the first gripper pressing unit.
  • Side by side with (24a) can be placed only overlapping the front surface (10a) of the pressing plate. This is in accordance with the foaming form of the pouch packaging material applied to this embodiment.
  • the pouch type secondary battery cell 2 is formed by concave forming one of the two pouch sheets in order to provide a space for accommodating the electrode assembly inside the pouch packaging material, and sealing the edges, and both are concave. After forming, it may be manufactured by employing a method of sealing the edges, and the step between the body 2a and the cell terrace 2b of the secondary battery cell 2 may be formed differently according to the two methods. As in the present embodiment, when activating the pouch type secondary battery cell 2 employing the former method, it may be preferable to use the push bar unit 30 having one push bar pressing unit 34. have.
  • the push bar pressing unit 34 may be embodied in a rod shape having a width T and a length corresponding to a portion of the cell terrace 2b, and is considered to be a portion directly contacting the cell terrace 2b. epoxy) material.
  • epoxy epoxy
  • the scope of the present invention is not limited to the push bar pressing portion 34 of the epoxy material.
  • the push bar pressing section 34 may be made of any material as long as it has insulation, heat resistance, mechanical rigidity, and the like.
  • 13 and 14 are enlarged top views of portions of the gripper unit 20 and the push bar unit 30 before and after pressurization of the secondary battery cell 2 according to an embodiment of the present invention.
  • the position of the gripper units 20 is set on the upper line of the pressing plate 10 to match the length of the secondary battery cell 2 to perform the activation process.
  • the push bar unit 30 is coupled to the gripper unit 20, a separate operation is not required.
  • the secondary battery cells 2 are then loaded between the designated pressing plates 10 with the cell pick-up equipment.
  • the electrode lead 2c portion is positioned in front of the first gripper pressing portion 24a (the X-axis direction), and the cell terrace 2b is provided. The portion is located in front of the push bar pressing portion 34. In this state, the driving motor is operated to pressurize the secondary battery cell 2 with the pressing plate 10.
  • the electrode lead 2c portion has two gripper pressing portions 24.
  • the cell terrace 2b portion is compressed between the pressing plate 10 and the push bar pressing portion 34 and the cell body 2a portion is pressed between the two pressing plates 10.
  • the electrode lead 2c portion may be in contact with the current / voltage terminals 25 and 26 provided in the first gripper pressing portion 24a and pressed by the second gripper pressing portion 24b.
  • the first gripper pressing portion 24a is elastically pushed while being pressed by the second gripper pressing portion 24b, so that an impact is generated when the current / voltage terminals 25 and 26 are contacted with the electrode lead 2c. It may be absorbed, and the elastic restoring force of the first gripper pressing portion 24a may be applied to stably maintain the contact state.
  • the cell terrace 2b portion may be compressed in a state in which one surface thereof is in contact with the pressing plate 10 and the other surface thereof is in contact with the push bar pressing part 34. That is, since the push bar pressing part 34 protrudes further in the X-axis direction than the pressing plate 10 to compensate for the step difference according to the thickness of the cell body 2a and the cell terrace 2b, the cell terrace 2b is provided.
  • the part can be pressurized. As such, since the portion of the cell terrace 2b may be pressurized, even if a large amount of gas is generated in the secondary battery cell 2 during the charge / discharge process, the portion of the cell terrace 2b may be prevented from swelling. Therefore, in the conventional charging and discharging process, the portion of the cell terrace 2b swells, thereby significantly reducing the insulation voltage defect rate caused by breaking the insulating layer.
  • the gripper unit 20 is illustrated in FIG. 15. Field and the push bar unit 30 may be moved from the upper edge of the pressing plates 10 toward the center to contact the electrode lead 2c and the cell terrace 2b of the secondary battery cells 2.
  • the secondary battery cell 2 of the present embodiment has the gripper unit 20 and the push bar unit in the secondary battery cell 2 in which the electrode leads 2c are bidirectional, but the electrode leads 2c are unidirectional.
  • the charging / discharging device 1 in which 30 is installed at only one edge of the pressing plate 10 may be applied.
  • the charging / discharging device 1 may further include at least one or more cell entry guides 40 installed at predetermined positions on the upper portions of the pressing plates 10.
  • the cell entry guides 40 when the secondary battery cells 2 are respectively loaded between the compression plates 10, each of the secondary battery cells 2 accurately enter the corresponding cell insertion space S. It serves as a guide to be guided.
  • the cell entry guide 40 has a shape protruding from the upper end of the crimp plate 10 by a predetermined height, and is directed toward the cell insertion space S. It may be provided in a shape having an inclined surface or a curved surface. In addition, the cell entry guide 40 may be installed on the upper end of the pressing plate 10 so as to slide left and right along the upper line of the pressing plate 10.
  • the cell entry guide 40 may be made of nylon-based plastic material PA66 or fiber reinforced plastic material GF66 having excellent heat resistance and strength.
  • the secondary battery cell 2 may descend on the inclined surface or curved surface of the cell entrance guide 40, thereby loading the cell. Image errors can be compensated for. Accordingly, the loading process of the secondary battery cell 2 may be facilitated, and the cell damage that may be caused by hitting or leaving the top of the pressing plate 10 during the loading of the secondary battery cell 2 may be prevented.
  • a total of four cell entry guides 40 are installed on the top of the crimping plate 10, which are symmetric with respect to the center of the cell body 2a in consideration of the length of the secondary battery cells 2 loaded. As two pieces are installed on each side, the secondary battery cell 2 having a shorter length than that of the present embodiment may be narrowed or the number of the cell entry guides 40 may be reduced.

Abstract

본 발명은 이차전지 충방전 장치를 개시한다. 본 발명의 일 측면에 따른 이차전지 충방전 장치는, 이차전지의 활성화 공정을 수행하기 위한 충방전 장치로서, 이차전지 셀이 배치되는 셀 삽입 공간을 사이에 두고 각각 대면하게 배치되고 서로 간격이 좁혀지도록 이동하여 상기 이차전지 셀의 바디를 가압하게 마련되는 복수 개의 압착 플레이트들; 각각의 상기 압착 플레이트에 장착되어 상기 압착 플레이트와 일체로 이동하고, 상기 압착 플레이트가 상기 이차전지 셀의 바디를 가압할 때, 상기 이차전지 셀의 전극 리드 부분을 압접하게 마련되는 그립퍼 유닛들; 및 각각의 상기 그립퍼 유닛들에 이웃하게 장착되어 상기 전극 리드와 이웃한 상기 이차전지 셀의 테라스 부위를 가압하게 마련되는 푸쉬바 유닛들을 포함할 수 있다.

Description

이차전지 충방전 장치
본 발명은, 이차전지 충방전 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 이차전지의 활성화 과정에서 이차전지 셀의 테라스 부위의 부품 현상에 따른 제품 불량률을 현저히 줄일 수 있는 이차전지 충방전 장치에 관한 것이다.
본 출원은 2018년 08월 09일자로 출원된 한국 특허출원 번호 제10-2018-0093226호에 대한 우선권주장출원으로서, 해당 출원의 명세서 및 도면에 개시된 모든 내용은 인용에 의해 본 출원에 원용된다.
일반적으로, 이차전지는 그 형상에 따라 원통형, 각형, 파우치형 등으로 구분할 수 있다. 그 중 파우치형 이차전지는 금속층(포일)과 상기 금속층의 상면과 하면에 코팅되는 합성수지층의 다층막으로 구성되는 파우치 외장재를 사용하여 외관을 구성하기 때문에, 금속 캔을 사용하는 원통형 또는 각형보다 전지의 무게를 현저히 줄일 수 있어 전지의 경량화가 가능하며, 다양한 형태로의 변화가 가능하다는 장점이 있어 많은 관심을 모으고 있다.
이러한 파우치형 이차전지에는 전극 조립체가 적층된 형태로 수납되는데, 상기 전극 조립체에는 전극 탭 및 전극 리드가 연결되어 있고, 상기 전극 리드는 파우치 외장재로부터 돌출되어 있다. 이러한 전극 리드는 외부 장치와 접촉을 통해 전기적으로 연결되어 외부장치로부터 전력을 공급받게 된다.
파우치형 이차전지는 셀을 조립하는 과정과 전지를 활성화하는 과정을 거쳐 제조되며, 전지 활성화 단계에서는 충방전 장치에 이차전지 셀을 탑재하고 활성화에 필요한 조건으로 충전 및 방전을 수행하게 된다. 이와 같이, 전지의 활성화를 위해 충방전 장치를 이용해 소정의 충방전을 실시하는 과정을 포메이션(formation) 공정이라고 한다.
이러한 이차전지의 포메이션 공정을 수행하기 위해서는 이차전지가 충방전 장치에 제대로 장착되어야 한다. 즉, 이차전지의 전극 리드가 충방전 장치의 도전부에 접하도록 배치되어 양자가 전기적으로 연결되어야 하고, 충방전이 진행되는 동안에 이러한 전기적 연결 상태가 유지되어야 한다.
이를 위해 이차전지의 충방전 장치는 이차전지 셀을 고정하기 위한 복수 개의 압착 플레이트를 구비하는 것이 일반적이다. 상기 압착 플레이트 2장 사이에 각각 파우치형 이차전지를 끼우고 양측에서 압력을 가하면서, 이차전지의 리드를 통해 전류를 인가하여 충전을 한다.
이와 같이, 압착 플레이트로 이차전지 셀을 눌러줌으로써 충방전 과정에서 가스 발생에 따른 이차전지 셀의 두께 증가를 억제할 수 있다. 이때 발생한 가스는 가스 포켓부에 포집하여 활성화 공정 후 제거한다. 여기서 상기 가스 포켓부는 파우치 외장재의 일부분으로서 활성화 공정에서 가압되는 셀 바디 부분에서 전극 리드에 교차하는 방향으로 연장 형성되어 있는 부분으로 추후 파우치 외장재에서 커팅(cutting)처리될 수 있다.
한편, 종래 기술에 따른 충방전 장치를 사용하여 포메이션 공정을 진행할 때, 이차전지 셀의 두께를 형성하는 이차전지 셀의 바디 부분은 충방전 과정에서 압착 플레이트에 의해 가압될 수 있지만, 파우치 외장재의 실링 부분인 셀 테라스 부분은 셀 바디 부분과 단차가 있어서 압착 플레이트에 의해 가압되지 못하고 있다.
이에 따라, 충방전 과정에서 생성된 가스로 인해 파우치 외장재 내부 압력이 증가하게 되어 이차전지 셀의 테라스 부분의 접착층이 깨어지는 문제점이 발생하고 있다.
즉, 파우치 외장재는 폴리머 재질의 외부 절연층과 내부 접착층, 그리고 외부 절연층과 내부 접착층 사이에 개재된 금속층으로 구성될 수 있는데, 도 1과 같이, 셀 테라스(2b) 부분의 상기 내부 접착층이 깨어져 부풀어 오르는 현상이 발생하고 있다. 이러한 현상으로 인해, 셀 테라스(2b) 부분의 금속층이 노출되어 절연전압 불량이 야기되고 있다. 이는 이차전지 셀의 작동에 심각한 문제들을 유발할 수 있기 때문에 셀 테라스(2b) 부분의 부품 현상을 억제할 수 있는 방안이 시급한 실정이다.
본 발명은 상술한 문제점을 고려하여 창안된 것으로서, 충방전 과정에서 이차전지 셀의 테라스 부분의 부품 현상을 억제하여 절연전압 불량을 개선할 수 있는 충방전 장치를 제공하는 것을 일 목적으로 한다.
다만, 본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 상술한 과제에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래에 기재된 발명의 설명으로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상술한 과제를 해결하기 위한, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지의 활성화 공정을 수행하기 위한 충방전 장치는, 이차전지의 활성화 공정을 수행하기 위한 충방전 장치에 있어서, 이차전지 셀이 배치되는 셀 삽입 공간을 사이에 두고 각각 대면하게 배치되고 서로 간격이 좁혀지도록 이동하여 상기 이차전지 셀의 바디를 가압하게 마련되는 복수 개의 압착 플레이트들; 각각의 상기 압착 플레이트에 장착되어 상기 압착 플레이트와 일체로 이동하고, 상기 압착 플레이트가 상기 이차전지 셀의 바디를 가압할 때, 상기 이차전지 셀의 전극 리드 부분에 접촉하게 마련되는 그립퍼 유닛들; 및 각각의 상기 그립퍼 유닛들과 이웃하게 상기 압착 플레이트에 장착되어 상기 전극 리드와 이웃한 상기 이차전지 셀의 테라스 부위를 가압하게 마련되는 푸쉬바 유닛들을 포함할 수 있다.
상기 푸쉬바 유닛은, 상기 그립퍼 유닛에 연결되고 상기 압착 플레이트의 상부에 거치되는 푸쉬바 헤드부; 및 상기 푸쉬바 헤드부에서 상기 셀 삽입 공간으로 연장되는 푸쉬바 가압부를 포함할 수 있다.
상기 푸쉬바 가압부는, 상기 압착 플레이트의 앞면과 뒷면 중 적어도 어느 한 곳에 중첩 배치될 수 있다.
상기 푸쉬바 가압부는, 상기 이차전지 셀 테라스 부분의 폭과 길이에 대응하는 막대 형상으로 형성될 수 있다.
상기 푸쉬바 헤드부는, 상부 파트가 상기 셀 삽입 공간 방향으로 경사면 또는 곡면을 갖는 형상을 취하고, 하부 파트는 상기 압착 플레이트의 두께보다 그 폭이 크게 형성될 수 있다.
상기 푸쉬바 헤드부의 상부 파트와, 상기 상부 파트에 대면하는 상기 그립퍼 유닛의 일부분에는 볼트가 통과되는 볼트 통과홀이 형성될 수 있다.
상기 그립퍼 유닛은, 상기 압착 플레이트의 상부에 거치되는 그립퍼 헤드부; 및 상기 그립퍼 헤드부에서 상기 셀 삽입 공간으로 연장되는 그립퍼 가압부를 포함할 수 있다.
상기 그립퍼 가압부는, 상기 압착 플레이트의 앞면과 뒷면 중 적어도 어느 한 곳에 중첩 배치될 수 있다.
상기 그립퍼 가압부는, 상기 압착 플레이트의 앞면에 밀착되게 배치되고 탄성적으로 변형되는 플레이트 조립체 형태로 구성되는 제1 그립퍼 가압부와, 상기 압착 플레이트의 뒷면에 밀착되게 배치되고 박형의 플레이트 형태로 구성되는 제2 그립퍼 가압부를 포함할 수 있다.
금속 막대 형태로서 상기 전극 리드와 접촉하여 전류를 인가하는 전류 단자와 전압을 검출하는 전압 단자가 상기 제1 그립퍼 가압부에 장착될 수 있다.
상기 전류 단자와 상기 전압 단자는 격자 패턴으로 형성된 노치를 구비할 수 있다.
상기 그립퍼 헤드부는 상기 그립퍼 가압부의 상부에 위치하고 상기 셀 삽입 공간 방향으로 경사면 또는 곡면을 갖는 캡부재를 포함할 수 있다.
상기 그립퍼 헤드부는, 상기 그립퍼 가압부를 지지하며 상기 압착 플레이트의 상단을 따라 슬라이드 이동 가능하게 마련될 수 있다.
상기 그립퍼 유닛과 상기 푸쉬바 유닛은 각각 상기 압착 플레이트의 길이 방향에 따른 상기 압착 플레이트의 양쪽 가장자리에 하나씩 2개가 설치될 수 있다.
상기 이차전지 셀을 상기 셀 삽입 공간으로 안내하기 위해 각각의 상기 압착 플레이트의 상부에 미리 지정된 위치마다 설치되는 셀 진입 가이드들을 더 포함하고, 상기 셀 진입 가이드들은, 상기 압착 플레이트의 상단으로부터 소정 높이만큼 돌출된 형태를 취하며, 상기 셀 삽입 공간을 향하는 방향으로 경사면 또는 곡면 형상을 갖도록 마련될 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 이차전지 셀의 활성화를 위한 충방전 과정에서 이차전지 셀의 테라스 부분의 부품 현상을 억제하여 절연전압 불량율을 개선할 수 있는 충방전 장치가 제공될 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 의하면, 그립퍼 유닛과 푸쉬바 유닛의 위치를 조절함으로써 사이즈가 다른 규격의 이차전지 셀에도 충방전을 수행할 수 있어 장치 호환성이 높다.
본 발명의 또 다른 측면에 의하면, 이차전지 셀들을 충방전 장치에 탑재시 이차전지 셀들이 셀 진입 가이드에 의해 가이드 됨으로써 이차전지 셀들을 정위치에 효율적으로 로딩시킬 수 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 포메이션 공정을 거친 파우치형 이차전지 셀의 테라스 부분을 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 충방전 장치의 개략적인 구성을 도시한 사시도이다.
도 3은 도 2의 상면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 그립퍼 유닛의 사시도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 다른 푸쉬바 유닛의 사시도이다.
도 6 및 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 그립퍼 유닛과 푸쉬바 유닛의 조립 전/후 상태를 도시한 사시도들이다.
도 8은 도 7의 그립퍼 유닛과 푸쉬바 유닛을 다른 각도에서 바라본 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 그립퍼 유닛과 푸쉬바 유닛이 장착된 2개의 압착 플레이트들의 측면도이다.
도 10 및 도 11는 본 실시예에 따른 압착 플레이트의 뒷쪽과 앞쪽을 각각 도시한 도면들이다.
도 12는 도 11의 주요 부분 확대도이다.
도 13 및 도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지 셀의 가압 전/후 그립퍼 유닛과 푸쉬바 유닛 부분의 상면 확대도이다.
도 15는 도 11에 대응하는 도면으로서, 도 11의 이차전지 셀과 규격이 다른 이차전지 셀을 탑재한 때 압착 플레이트의 앞쪽을 도시한 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일부 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
이하에서 설명하는 본 발명에 따른 이차전지 충방전 장치는, 조립이 완료된 후 활성화되지 않은 상태의 이차전지 셀을 충방전하여 활성화시키기 위한 장치를 의미한다. 상기 이차전지 충방전 장치는 주로 이차전지 셀의 활성화에 사용될 뿐만아니라 이차전지 셀의 성능 테스트, 예컨대 셀의 단락 여부를 검사하는데 사용될 수도 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 충방전 장치의 개략적인 구성을 도시한 사시도이고, 도 3은 도 2의 상면도이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 충방전 장치(1)는 복수 개의 압착 플레이트(10)들, 그립퍼 유닛(20)들, 그리고 푸쉬바 유닛(30)들을 포함하여 구성될 수 있다.
충방전 과정에서 이차전지 셀(2)은 양극판과 음극판의 팽창 또는 가스 발생으로 인해 부풀어 오르는 스웰링(swelling)이 발생할 수 있다. 상기 압착 플레이트(10)들은 충방전 과정에서 이러한 이차전지 셀(2)들을 가압하여 스웰링을 막아주는 역할을 한다.
압착 플레이트(10)들은 각각 상호 대면하여 소정 거리 이격 배치되고, 상기 이격 공간이 좁혀지거나 넓어지게 각각 (±X축 방향으로)이동하도록 구성된다. 여기서 상기 이격 공간은 적어도 하나의 이차전지 셀(2)이 삽입될 수 있을 정도이다. 이하에서 상기 이격 공간을 셀 삽입 공간(S)이라 정의하기로 한다.
도 2와 같이, 비활성 상태로 가스 포켓부(2d)를 구비한 이차전지 셀(2)들은 픽업 장비로 운반되어 각각의 압착 플레이트(10)들 사이에 형성되어 있는 셀 삽입 공간(S)들 속에 각각 하나씩 끼워 넣어져 배치될 수 있다.
이때 간지(12)를 사용하여 상기 이차전지 셀(2)을 일정 높이로 떠받히며 가압시 셀 바디(2a)면을 보호할 수 있다. 상기 간지(12)는 (도 9 참조) 일부분이 압착 플레이트(10)의 상부에 핀으로 고정될 수 있으며, 상기 핀으로 고정된 부분 사이는 접혀서 각각의 셀 삽입 공간(S)에 개재될 수 있다.
압착 플레이트(10)들은 상기 간지(12)로 떠받혀져 있는 이차전지 셀들의 바디(2a)를 가압하거나 가압 해제하는 동작을 수행하게 된다. 이러한 압착 플레이트(10)들은 높은 열과 압력에도 변형이 없도록 기계적 강성이 높은 금속 재질로 마련되는 것이 바람직할 수 있다. 물론, 본 발명의 권리범위가 금속 재질의 압착 플레이트(10)로 한정되어야 하는 것은 아니다. 예컨대, 압착 플레이트(10)는 스테인리스 스틸을 비롯해 강화 플라스틱, 강화 세라믹 또는 강화 유리 등으로 제작될 수도 있다.
참고로, 도면의 편의상 도시하지 않았으나, 압착 플레이트(10)들은 그 하부 영역에 X축 방향으로 연장되어 있는 샤프트를 따라 병진 운동 가능하게 연결되고 상기 샤프트의 일단에는 기어들이 연결되며, 이들 기어들에는 구동모터가 연결될 수 있다. 이외에도 이차전지 셀(2)을 가압하는 방향으로 압착 플레이트(10)들을 이동시킬 수 있는 구동 메카니즘을 갖는 기계적 조합이라면 어떠한 기계적 조합을 채용해도 좋다.
그립퍼 유닛(20)들은 파우치형 이차전지들의 전극 리드(2c)들과 접촉하여 이차전지 셀(2)에 전류를 인가하거나 전압을 검출하는 역할을 하는 구성요소이다. 특히 본 발명의 일 실시예에 따른 그립퍼 유닛(20)들은, 압착 플레이트(10)와 일체로 이동하도록 각각의 압착 플레이트(10)들에 장착될 수 있게 마련된다.
자세히 후술하겠으나, 그립퍼 유닛(20)들은 압착 플레이트(10)들과 함께 이동하여 서로 간의 간격이 좁아져 그 사이에 위치한 이차전지 셀(2)의 전극 리드(2c) 부분을 압접할 수 있게 구성되어 있다.
본 실시예에 따른 그립퍼 유닛(20)들은 푸쉬바 유닛(30)과 함께 압착 플레이트(10)들의 상단 양쪽 가장자리에 하나씩 2개가 거치될 수 있다. 이들 그립퍼 유닛(20)들이 압착 플레이트(10) 상에 거치되는 곳은 상기 이차전지 셀(2)의 전극 리드(2c) 위치에 따라 결정될 수 있는데, 이는 그립퍼 유닛(20)으로 이차전지 셀(2)의 전극 리드(2c)를 X축 방향으로 압접하기 위함이다. 즉 도 2 및 도 3에 도시한 바와 같이, 압착 플레이트(10)들 사이에 삽입 배치된 이차전지 셀(2)들의 전극 리드(2c)들과 그립퍼 유닛(20)들은 X축 방향으로 서로 대응하는 위치에 놓여, 압착 플레이트(10)들이 이차전지 셀(2)들의 바디(2a)를 가압할 때, 서로 접촉하게 된다.
상기 그립퍼 유닛(20)을, 도 4를 참조하여 구체적으로 살펴보면, 그립퍼 유닛(20)은 압착 플레이트(10)의 상부에 거치되는 그립퍼 헤드부(21)와, 상기 그립퍼 헤드부(21)에 연결되고 셀 삽입 공간(S)까지 아래로 연장되는 그립퍼 가압부(24)를 포함할 수 있다.
상기 그립퍼 헤드부(21)는 그립퍼 가압부(24)를 지지하며 압착 플레이트(10)의 상단 라인을 따라 슬라이드 이동하게 마련되는 블럭부재(23)와, 그립퍼 가압부(24)의 상부에 마련되어 전극 리드(2c) 부분의 가이드하는 캡부재(22)를 포함할 수 있다.
블럭부재(23)는 압착 플레이트(10)의 상단을 부분적으로 감싸는 형태로 압착 플레이트(10) 위에 거치될 수 있으며, 압착 플레이트(10)의 상단을 따라 좌우(±Y축 방향)로 슬라이드 이동할 수 있다.
이를테면, 압착 플레이트(10)의 상단에는 상기 블럭부재(23)의 거치 및 LM 가이드 레일로 사용할 수 있는 그립퍼 거치대가 설치될 수 있고, 블럭부재(23)는 상기 그립퍼 거치대에 좌우로 이동 가능하게 장착되는 LM 블럭 형태로 구성될 수 있다. 물론, 압착 플레이트(10)의 상단에 그립퍼 거치대를 설치하지 않고, 압착 플레이트(10)의 상단을 LM 가이드 레일 형상으로 구성해도 무방하다.
캡부재(22)는 그립퍼 가압부(24)의 셀 삽입 공간(S) 방향으로 경사면 또는 곡면을 갖는 형상으로 마련될 수 있으며, 이차전지 셀(2)들의 상기 압착 플레이트(10)들 사이에 삽입시킬 때, 전극 리드(2c) 부분을 가이드하는 역할을 할 수 있다.
예컨대, 셀 픽업 지그에 의해 이차전지 셀(2)이 상기 셀 삽입 공간(S)으로 수직 하강할 때, 전극 리드(2c) 부분은 이웃한 2개의 캡부재(22)들 사이로 안내될 수 있으며, 이때 로딩 위치상에 약간의 오차가 있더라도 전극 리드(2c)가 캡부재(22)의 경사면 또는 곡면을 타고 셀 삽입 공간(S)으로 안내될 수 있어 전극 리드(2c)의 손상이 방지될 수 있다.
그립퍼 가압부(24)는, 그립퍼 헤드부(21)에서 아래로 연장되어 압착 플레이트의 앞면(10a)과 뒷면(10b) 중 적어도 어느 한 곳에 중첩 배치되는 부분으로 충방전 과정에서 전극 리드(2c) 부분을 가압하여 고정시키는 역할을 한다.
본 실시예에 따른 그립퍼 가압부(24)는, 도 4, 도 8 내지 도 12를 같이 참조하면, 제1 그립퍼 가압부(24a)와 제2 그립퍼 가압부(24b)를 포함할 수 있다.
상기 제1 그립퍼 가압부(24a)와 제2 그립퍼 가압부(24b)는 소정 간격을 두고 그립퍼 헤드부(21)의 전/후면에서 수직으로 연장되어 있어 이들 사이에 빈 공간(O)이 존재하게 되며, 도 9와 같이, 압착 플레이트(10)가 상기 빈 공간(O)에 위치할 수 있다.
이와 같이, 그립퍼 유닛(20)은 제1 그립퍼 가압부(24a)와 제2 그립퍼 가압부(24b)가 압착 플레이트(10)의 양쪽에 배치되어 있기 때문에 그립퍼 헤드부(21)가 압착 플레이트(10)의 상단에서 일측으로 기울지 않고 보다 안정적으로 거치될 수 있다.
제1 그립퍼 가압부(24a)는 압착 플레이트의 앞면(10a)에 밀착되게 배치되고 탄성적으로 변형되는 플레이트 조립체 형태로 구현될 수 있고, 제2 그립퍼 가압부(24b)는 압착 플레이트의 뒷면(10b)에 밀착되게 배치되는 박형의 플레이트 형태로 구현될 수 있다.
본 실시예에서, 도 9, 도 13 및 도 14를 참조하면, 이웃한 2개의 압착 플레이트(10)에 설치되어 있는 2개의 그립퍼 유닛(20) 중 어느 하나의 그립퍼 유닛(20)의 제1 그립퍼 가압부(24a)와 다른 하나의 그립퍼 유닛(20)의 제2 그립퍼 가압부(24b)는 서로 대면하는 위치에 있다. 따라서 2개의 압착 플레이트(10)가 서로 가까이 이동하게 되면 상기 제1 그립퍼 가압부(24a)는 상기 제2 그립퍼 가압부(24b)에 의해 밀려 들어갈 수 있다. 그리고 2개의 압착 플레이트(10)가 다시 멀어지면 제1 그립퍼 가압부(24a)는 원상태로 복원될 수 있다.
이러한 상기 제1 그립퍼 가압부(24a)에 이차전지 셀(2)에 전류를 인가하기 위한 전류 단자(25)와 전압을 검출하기 위한 전압 단자(26)를 장착함으로써, 전극 리드(2c)에 대한 접촉력을 높이면서 가압시 전극 리드(2c)에 가해지는 충격을 완화시킬 수 있다.
상기 전류 단자(25)와 전압 단자(26)는 금속재질의 막대 형태로 구현될 수 있으며, 그 하부에는 전류를 공급하기 위한 케이블(미도시)이 연결될 수 있다. 이러한 전류 단자(25)와 전압 단자(26)는, 도 12에 도시한 바와 같이, 서로 나란하게 제1 그립퍼 가압부(24a)의 표면에 수직하게 장착되어, 압착 플레이트(10)들이 이차전지 셀(2)들을 가압할 때, 전극 리드(2c)와 접촉할 수 있다.
또한, 본 실시예에 따른 상기 전류 단자(25)와 전압 단자(26)는 격자 패턴으로 형성된 노치를 더 구비할 수 있다. 이와 같이, 전류 단자(25)와 전압 단자(26)의 접촉면에 격자 패턴의 노치를 성형함으로써 전극 리드(2c)의 미끌림을 저지하여 접촉력을 더 강화시킬 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 충방전 장치(1)는 푸쉬바 유닛(30)들을 더 포함할 수 있다. 상기 푸쉬바 유닛(30)들은 충방전 과정에서 이차전지 셀(2)들의 테라스(2b) 부위를 가압하여 해당 부위의 부품 현상을 억제하는 역할을 하는 구성요소이다. 여기서 상기 이차전지 셀의 테라스(2b) 부위란 열융착된 파우치 외장재의 테두리 부분으로서 전극 리드(2c)가 빠져나오는 부분을 지칭한다. 이러한 전극 리드(2c)와 셀 테라스(2b) 부분의 위치상 푸쉬바 유닛(30)들은 그립퍼 유닛(20)들에 바로 이웃하게 장착되어 그립퍼 유닛(20)들과 일체로 이동할 수 있게 마련된다.
구체적으로, 도 5 내지 도 7을 참조하여 푸쉬바 유닛(30)을 살펴보면, 푸쉬바 유닛(30)은 그립퍼 헤드부(21)에 연결되고 압착 플레이트(10)의 상부에 거치되는 푸쉬바 헤드부(31)와, 상기 푸쉬바 헤드부(31)에서 셀 삽입 공간(S)으로 연장되는 푸쉬바 가압부(34)를 포함할 수 있다.
상기 푸쉬바 헤드부(31)를 상부 파트(32)와 하부 파트(33)로 구분할 때, 상부 파트(32)는 전술한 그립퍼 헤드부(21)의 캡부재(22)와 같이 셀 삽입 공간(S) 방향으로 경사면 또는 곡면을 갖는 형상으로 마련될 수 있다.
그리고 도 6과 같이, 푸쉬바 헤드부(31)의 상부 파트(32)와, 그립퍼 유닛(20)의 캡부재(22)에 볼트(B)가 통과하는 볼트 통과홀(22a,32a)을 형성하여 볼트(B)를 끼워넣고 너트로 조여 푸쉬바 헤드부(31)를 그립퍼 헤드부(21)에 고정시킬 수 있다. 이때 푸쉬바 헤드부(31)의 상부 파트(32)를 캡부재(22)와 같은 형상으로 맞붙임으로써, 이차전지 셀(2) 삽입시 전극 리드(2c) 인접 부분까지 가이드 영역을 확장시킬 수 있다.
하부 파트(33)는 그 폭이 압착 플레이트(10)의 두께보다 크게 형성될 수 있고 상기 폭 방향에 따른 하부 파트(33)의 적어도 일 측면에 푸쉬바 가압부(34)가 장착될 수 있다. 이 경우, 푸쉬바 가압부(34)는 상기 하부 파트(33)의 적어도 일 측면에서 아래로 연장되어 전술한 그립퍼 가압부(24)와 나란하게 압착 플레이트의 앞면(10a)과 뒷면(10b) 중 적어도 어느 한 곳에 중첩 배치될 수 있다.
이를테면, 푸쉬바 가압부(34)는, 다시 도 7 및 도 10 내지 도 12를 참조하면, 상기 푸쉬바 헤드부(31)의 하부 파트(33) 좌측면에서 아래로 연장되어 제1 그립퍼 가압부(24a)와 나란하게 압착 플레이트의 앞면(10a)에만 중첩 배치될 수 있다. 이는 본 실시예에 적용한 파우치 외장재의 포밍 형태에 따른 것이다.
부연하면, 파우치형 이차전지 셀(2)은 파우치 외장재 내부에 전극 조립체를 수납할 공간을 마련하기 위해 2장의 파우치 시트 중 한 장을 오목하게 포밍한 후 테두리를 실링하는 방식과, 2장 모두 오목하게 포밍한 후 테두리를 실링하는 방식을 채용하여 제작될 수 있는데, 상기 2가지 방식에 따라 이차전지 셀(2)의 바디(2a)와 셀 테라스(2b)의 단차가 다르게 형성될 수 있다. 본 실시예와 같이, 전자의 방식을 채용한 파우치형 이차전지 셀(2)을 활성화할 경우에는 하나의 푸쉬바 가압부(34)를 구비한 푸쉬바 유닛(30)을 사용하는 것이 바람직할 수 있다. 반면, 후자의 방식을 채용한 파우치형 이차전지 셀(2)을 활성화할 경우라면, 푸쉬바 헤드부(31)의 양 측면에 하나씩 2개의 푸쉬바 가압부(34)를 결합하여 그 셀 테라스(2b)의 양면을 가압할 수 있도록 하는 것이 바람직할 수 있다.
이러한 푸쉬바 가압부(34)는 셀 테라스(2b) 부분에 대응할 수 있는 폭(T)과 길이를 갖는 막대 형상으로 구현될 수 있으며, 셀 테라스(2b)에 직접 접촉하는 부분임을 감안하여 에폭시(epoxy) 재질로 제작할 수 있다. 물론, 본 발명의 권리범위가 에폭시 재질의 푸쉬바 가압부(34)에 한정되어서는 아니된다. 예컨대 푸쉬바 가압부(34)는 절연성, 내열성, 기계적 강성 등을 갖는 것이라면 어떠한 재질을 채용해서 제작해도 좋다.
이하에서는, 도 13 및 도 14를 주로 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지 셀(2)의 전극 리드(2c) 및 셀 테라스(2b) 부분을 가압하기 위한 가압 프로세스를 간략히 정리하여 설명하기로 한다.
도 13 및 도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지 셀(2)의 가압 전/후 그립퍼 유닛(20)과 푸쉬바 유닛(30) 부분의 상면 확대도이다.
먼저, 활성화 공정을 수행할 이차전지 셀(2)의 길이에 맞게 압착 플레이트(10)의 상단 라인에 그립퍼 유닛(20)들의 위치를 세팅한다. 이때 푸쉬바 유닛(30)은 그립퍼 유닛(20)에 결합되어 있으므로 별도의 조작이 필요하지 않는다. 그 다음 셀 픽업 장비로 이차전지 셀(2)들을 지정된 압착 플레이트(10)들 사이 사이에 로딩시킨다.
로딩된 이차전지 셀(2)은, 도 12에 도시한 바와 같이, 전극 리드(2c) 부분이 제1 그립퍼 가압부(24a)의 앞쪽(X축 방향)에 위치하게 되고, 셀 테라스(2b) 부분은 푸쉬바 가압부(34)의 앞쪽에 위치하게 된다. 이 상태에서 구동모터를 작동시켜 압착 플레이트(10)로 이차전지 셀(2)을 가압한다.
이에 따라 2개의 압착 플레이트(10)에 의해 이차전지 셀의 바디(2a)가 압착될 때, 도 13 내지 도 14에 도시한 바와 같이, 전극 리드(2c) 부분은 2개의 그립퍼 가압부(24)들 사이에 압착되고 셀 테라스(2b) 부분은 압착 플레이트(10)와 푸쉬바 가압부(34) 사이에 압착되며 셀 바디(2a) 부분은 2개의 압착 플레이트(10)들 사이에 압착되게 된다.
보다 구체적으로 말하면, 전극 리드(2c) 부분은 제1 그립퍼 가압부(24a)에 구비되어 있는 전류/전압 단자(25,26)에 접촉되고 제2 그립퍼 가압부(24b)에 의해 가압될 수 있다. 특히 제1 그립퍼 가압부(24a)가 제2 그립퍼 가압부(24b)에 의해 가압되면서 탄성적으로 밀려들어 가게 되어 있어 전류/전압 단자(25,26)와 전극 리드(2c) 간의 접촉시 충격이 흡수될 수 있으며, 제1 그립퍼 가압부(24a)의 탄성 복원력이 작용해 접촉 상태가 안정적으로 유지될 수 있다.
그리고 셀 테라스(2b) 부분은 그 일면이 압착 플레이트(10)에 접촉되고 그 타면은 푸쉬바 가압부(34)에 접촉된 상태로 압착될 수 있다. 즉, 푸쉬바 가압부(34)는 셀 바디(2a)와 셀 테라스(2b)의 두께에 따른 단차를 보상할 수 있도록 압착 플레이트(10)보다 X축 방향으로 더 돌출되어 있으므로 셀 테라스(2b) 부분을 가압할 수 있다. 이와 같이, 셀 테라스(2b) 부분이 가압될 수 있게 됨으로써 이후 충방전 과정에서 이차전지 셀(2) 내부에서 다량의 가스가 발생하더라도 셀 테라스(2b) 부분이 부풀어 오르는 것을 방지할 수 있다. 따라서 종래 충방전 과정에서 셀 테라스(2b) 부분이 부풀어 올라 절연층이 깨어짐으로 야기되는 절연전압 불량률을 현저히 줄일 수 있다.
참고로, 도 2의 이차전지 셀(2)보다 사이즈가 작은 이차전지 셀(2)을 상기 압착 플레이트(10)들 사이에 삽입 배치할 경우, 도 15에 도시한 바와 같이, 그립퍼 유닛(20)들과 푸쉬바 유닛(30)들을 압착 플레이트(10)들의 상단 가장자리에서 가운데 방향으로 치우친 위치로 옮겨 이차전지 셀(2)들의 전극 리드(2c)와 셀 테라스(2b)에 접촉시킬 수 있다. 또한, 도시하지 않았으나, 본 실시예의 이차전지 셀(2)은 전극 리드(2c)가 양방향이나, 전극 리드(2c)가 단방향인 이차전지 셀(2)에도 그립퍼 유닛(20)과 푸쉬바 유닛(30)을 압착 플레이트(10)의 한쪽 가장자리에만 설치한 형태의 충방전 장치(1)가 적용될 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 충방전 장치(1)는 각각의 압착 플레이트(10)들의 상부에 미리 지정된 위치마다 설치되는 적어도 하나 이상의 셀 진입 가이드(40)들을 더 포함할 수 있다.
상기 셀 진입 가이드(40)들은, 이차전지 셀(2)들을 각각 압착 플레이트(10)들 사이사이에 로딩시킬 때, 각각의 이차전지 셀(2)들이 대응하는 셀 삽입 공간(S) 속으로 정확히 유도될 수 있게 안내하는 역할을 한다.
셀 진입 가이드(40)는, 도 2, 도 3 및 도 10에 도시한 바와 같이, 압착 플레이트(10)의 상단으로부터 소정 높이만큼 돌출된 형태를 취하며, 셀 삽입 공간(S)을 향하는 방향으로 경사면 또는 곡면을 갖는 형상으로 마련될 수 있다. 또한, 상기 셀 진입 가이드(40)는 압착 플레이트(10)의 상단 라인을 따라 좌우로 슬라이드 이동될 수 있게 압착 플레이트(10)의 상단에 설치될 수 있다.
예컨대, 셀 진입 가이드(40)는 내열성과 강도가 우수한 나일론계 플라스틱 재질(PA66) 또는 섬유 강화 플라스틱 재질(GF66)로 제작될 수 있다.
이와 같은 셀 진입 가이드(40)에 의하면, 이차전지 셀(2)의 로딩시 약간의 오차가 있더라도 이차전지 셀(2)이 셀 진입 가이드(40)의 경사면 또는 곡면을 타고 내려올 수 있어 셀 로딩 위치상의 오차가 보상될 수 있다. 이에 따라 이차전지 셀(2) 로딩 공정이 수월해질 수 있으며, 또한 이차전지 셀(2) 로딩 과정에서 압착 플레이트(10)의 상단에 부딪히거나 벗어나서 생길 수 있는 셀 손상을 방지할 수 있다.
본 실시예는 총 4개의 셀 진입 가이드(40)가 압착 플레이트(10)의 상단에 설치되어 있는데, 이는 로딩되는 이차전지 셀(2)의 길이를 고려하여 셀 바디(2a) 중심부를 기준으로 대칭적으로 양쪽에 2개씩 설치한 것으로, 본 실시예보다 길이가 짧은 이차전지 셀(2)을 로딩시킬 때는 상기 셀 진입 가이드(40)들 간의 간격을 좁히거나 그 개수를 줄여도 무방하다.
이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
한편, 본 명세서에서 상, 하, 좌, 우와 같은 방향을 나타내는 용어가 사용되었으나, 이러한 용어들은 설명의 편의를 위한 것일 뿐, 대상이 되는 사물의 위치나 관측자의 위치 등에 따라 달라질 수 있음은 본 발명의 당업자에게 자명하다.

Claims (15)

  1. 이차전지의 활성화 공정을 수행하기 위한 이차전지 충방전 장치에 있어서,
    이차전지 셀이 배치되는 셀 삽입 공간을 사이에 두고 각각 대면하게 배치되고 서로 간격이 좁혀지도록 이동하여 상기 이차전지 셀의 바디를 가압하게 마련되는 복수 개의 압착 플레이트들;
    각각의 상기 압착 플레이트에 장착되어 상기 압착 플레이트와 일체로 이동하고, 상기 압착 플레이트가 상기 이차전지 셀의 바디를 가압할 때, 상기 이차전지 셀의 전극 리드 부분에 접촉하게 마련되는 그립퍼 유닛들; 및
    각각의 상기 그립퍼 유닛들과 이웃하게 상기 압착 플레이트에 장착되어 상기 전극 리드와 이웃한 상기 이차전지 셀의 테라스 부위를 가압하게 마련되는 푸쉬바 유닛들을 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지 충방전 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 푸쉬바 유닛은,
    상기 그립퍼 유닛에 연결되고 상기 압착 플레이트의 상부에 거치되는 푸쉬바 헤드부; 및
    상기 푸쉬바 헤드부에서 상기 셀 삽입 공간으로 연장되는 푸쉬바 가압부를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지 충방전 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 푸쉬바 가압부는,
    상기 압착 플레이트의 앞면과 뒷면 중 적어도 어느 한 곳에 중첩 배치되는 것을 특징으로 이차전지 충방전 장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 푸쉬바 가압부는, 상기 이차전지 셀 테라스 부분의 폭과 길이에 대응하는 막대 형상으로 형성된 것을 특징으로 하는 이차전지 충방전 장치.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 푸쉬바 헤드부는, 상부 파트가 상기 셀 삽입 공간 방향으로 경사면 또는 곡면을 갖는 형상을 취하고, 하부 파트는 상기 압착 플레이트의 두께보다 그 폭이 크게 형성되는 것을 특징으로 하는 이차전지 충방전 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 푸쉬바 헤드부의 상부 파트와, 상기 상부 파트에 대면하는 상기 그립퍼 유닛의 일부분에는 볼트가 통과되는 볼트 통과홀이 형성되는 것을 특징으로 하는 이차전지 충방전 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 그립퍼 유닛은,
    상기 압착 플레이트의 상부에 거치되는 그립퍼 헤드부; 및
    상기 그립퍼 헤드부에서 상기 셀 삽입 공간으로 연장되는 그립퍼 가압부를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지 충방전 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 그립퍼 가압부는,
    상기 압착 플레이트의 앞면과 뒷면 중 적어도 어느 한 곳에 중첩 배치되는 것을 특징으로 하는 이차전지 충방전 장치.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 그립퍼 가압부는,
    상기 압착 플레이트의 앞면에 밀착되게 배치되고 탄성적으로 변형되는 플레이트 조립체 형태로 구성되는 제1 그립퍼 가압부와, 상기 압착 플레이트의 뒷면에 밀착되게 배치되고 박형의 플레이트 형태로 구성되는 제2 그립퍼 가압부를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지 충방전 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    금속 막대 형태로서 상기 전극 리드와 접촉하여 전류를 인가하는 전류 단자와 전압을 검출하는 전압 단자가 상기 제1 그립퍼 가압부에 장착되는 것을 특징으로 하는 이차전지 충방전 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 전류 단자와 상기 전압 단자는 격자 패턴으로 형성된 노치를 구비하는 것을 특징으로 하는 이차전지 충방전 장치.
  12. 제7항에 있어서,
    상기 그립퍼 헤드부는 상기 그립퍼 가압부의 상부에 위치하고 상기 셀 삽입 공간 방향으로 경사면 또는 곡면을 갖는 캡부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지 충방전 장치.
  13. 제7항에 있어서,
    상기 그립퍼 헤드부는, 상기 그립퍼 가압부를 지지하며 상기 압착 플레이트의 상단을 따라 슬라이드 이동 가능하게 마련되는 것을 특징으로 하는 이차전지 충방전 장치.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 그립퍼 유닛과 상기 푸쉬바 유닛은 각각 상기 압착 플레이트의 길이 방향에 따른 상기 압착 플레이트의 양쪽 가장자리에 하나씩 2개가 설치되는 것을 특징으로 하는 이차전지 충방전 장치.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 이차전지 셀을 상기 셀 삽입 공간으로 안내하기 위해 각각의 상기 압착 플레이트의 상부에 미리 지정된 위치마다 설치되는 셀 진입 가이드들을 더 포함하고,
    상기 셀 진입 가이드들은,
    상기 압착 플레이트의 상단으로부터 소정 높이만큼 돌출된 형태를 취하며, 상기 셀 삽입 공간을 향하는 방향으로 경사면 또는 곡면 형상을 갖도록 마련된 것을 특징으로 하는 이차전지 충방전 장치.
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