WO2021025337A1 - 이차전지의 가스 제거 장치 및 이를 이용한 가스 제거 방법 - Google Patents

이차전지의 가스 제거 장치 및 이를 이용한 가스 제거 방법 Download PDF

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WO2021025337A1
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gas
secondary battery
battery
hole
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PCT/KR2020/009648
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김상지
배준성
이범군
배동훈
이의경
홍석현
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주식회사 엘지화학
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Definitions

  • the present invention relates to a gas removal device for a secondary battery for removing gas inside a battery cell, and a gas removal method using the same.
  • Pouch-type secondary batteries are widely used in that they have excellent physical properties, relatively low manufacturing cost and weight, and easy shape transformation.
  • Such a pouch-type secondary battery has a structure in which a stacked or stacked/folded electrode assembly is embedded in a pouch-shaped battery case formed of an aluminum laminate sheet.
  • a stack-type or stack-folding electrode assembly in which a positive electrode, a separator, and a negative electrode are sequentially stacked is accommodated in the battery case.
  • the positive electrode and the negative electrode are electrically connected to each other by electrode tabs, and the electrode tabs are connected to an electrode lead drawn out.
  • the electrode assembly to which the electrode tab and the electrode lead are connected is accommodated in a pouch-shaped battery case, and then an electrolyte is injected, and the battery case is sealed while a part of the electrode lead is exposed to the outside, thereby assembling a pouch-type secondary battery.
  • the assembled secondary battery undergoes a cell activation process during the manufacturing process of the battery.
  • the activation process is a process of applying a current to a predetermined voltage to the electrode assembly impregnated with the electrolyte.
  • a protective film is formed on the surface of the electrode and a part of the electrolyte is decomposed, thereby generating a large amount of gas.
  • the gas generated in the cell activation process is removed through a separate degas process.
  • the degassing process is complicated, and if sufficient degassing is not performed, a secondary battery may be defective.
  • An object of the present invention is to provide a gas removal apparatus for a secondary battery capable of effectively removing gas inside a battery cell, and a gas removal method using the same, as an improvement over a conventional degassing process.
  • a jig arm for pressing the one surface of the battery cell gas pocket and the other surface opposite to the one surface by controlling the separation distance by the driving of the driving motor.
  • Piercing portion including a through member forming a through hole in the gas pocket of the battery cell
  • It includes a vacuum forming unit for sucking air inside the area enclosed by the pad part in close contact with the battery cell.
  • the jig arm includes a pair of arms extending from a driving motor and facing each other, and a sealing portion and a pad portion are formed in a shape corresponding to each other on the pair of arms.
  • the piercing member has a structure that moves back and forth in a direction penetrating the gas pocket of the battery cell while the jig arm presses the gas pocket of the battery cell from both sides.
  • the piercing member has a structure that protrudes through the gas pocket of the battery cell while the jig arm presses one surface of the battery cell and the other surface opposite to the one surface.
  • the piercing member has a straight or cross shape based on a cross-sectional structure, and has a structure that rotates about the axis of the penetrating member while penetrating the gas pocket of the battery cell.
  • the sealing unit may include: a pressure pad that surrounds the through hole of the battery cell gas pocket and pressurizes the battery cell in close contact with the battery cell; And a hot wire formed inside the pressure pad.
  • the pad part is a shape surrounding the through hole of the battery cell gas pocket while the jig arm pressurizes one side of the battery cell gas pocket and the other surface opposite to the one surface, and is in close contact with the battery cell It is a structure that blocks the inflow of gas and moisture.
  • the vacuum forming unit may include: a fluid discharge passage for suctioning and discharging gas in an area partitioned by a battery cell and a pad portion in close contact with the battery cell; And a pressure reducing pump for forming a reduced pressure in the fluid discharge passage.
  • the piercing portion includes a storage portion in which the penetrating member is accommodated, and the fluid discharge passage of the vacuum forming portion is in communication with the storage portion in which the penetrating member is accommodated.
  • the piercing portion includes a penetrating member and a receiving portion in which the penetrating member is accommodated, and the vacuum forming portion It includes a fluid discharge flow path, wherein the fluid discharge flow path has a structure in communication with a receiving part in which the penetrating member is accommodated, the sealing part is a type surrounding the receiving part in which the penetrating member is accommodated, and the pad part surrounds the sealing part. It is in the form of wrapping.
  • the present invention provides a secondary battery gas removal method using the gas removal device described above.
  • the sealing part is sealed around the through hole of the battery cell gas pocket formed by the through member of the piercing part.
  • the step of removing the gas inside the secondary battery is performed in a state in which the inflow of external gas and moisture is blocked due to close contact between the pad portion and the battery cell.
  • the inside of the area partitioned by the close contact between the pad part and the battery cell is in a state of being depressurized by the vacuum forming part, and penetrates the battery cell gas pocket by the piercing member. It is performed by forming a hole and discharging the gas inside the battery cell through the through hole.
  • the gas inside the battery cell discharged through the through hole of the battery cell gas pocket is discharged to the outside through the fluid discharge passage of the vacuum forming unit.
  • the sealing of the battery cell is performed by heating and pressing the battery cell in a form where the sealing part surrounds the through hole of the battery cell gas pocket.
  • the degassing apparatus for a secondary battery according to the present invention and a degassing method using the same can perform an effective degassing and sealing process for a battery cell during the cell activation process or even without moving the location of the battery cell through the above process.
  • FIG. 1 is a schematic diagram schematically showing a state of use of a secondary battery gas removal apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a front view showing the inside of a jig arm of a gas removal apparatus for a secondary battery according to an embodiment of the present invention.
  • 3 to 5 are views showing an operation process of a gas removal apparatus for a secondary battery according to an embodiment of the present invention.
  • the secondary battery gas removal apparatus can be applied to, for example, a pouch-type battery cell manufacturing process.
  • the pouch-type secondary battery has a structure in which a stack-type or stack/folding-type electrode assembly is embedded in a pouch-shaped battery case formed of an aluminum laminate sheet.
  • the assembled secondary battery undergoes a cell activation process during the manufacturing process of the battery.
  • the cell activation process is performed by applying a current to a predetermined voltage to an electrode assembly impregnated with an electrolyte.
  • a protective film is formed on the surface of the electrode and a part of the electrolyte is decomposed, thereby generating a large amount of gas.
  • an excess portion is formed on one side of the battery case of the pouch-type battery cell. Gas pockets are formed as the gas inside the battery cell is collected in the excess part of the battery case. After opening one side of the gas pocket to discharge the internal gas, the battery cell is again sealed.
  • the secondary battery gas removal device discharges gas inside the battery cell and seals the gas outlet of the battery cell through a simple process of contacting the jig arm on both sides of the gas pocket of the battery cell formed during the cell activation process. You can do the process.
  • a process of moving a mounting position during a cell activation process or in order to apply a battery cell on which the above process is completed to a degas process may be omitted.
  • the secondary battery gas removal apparatus according to the present invention, the drive motor; And a jig arm for pressing the one surface of the battery cell gas pocket and the other surface opposite to the one surface by controlling the separation distance by the driving of the driving motor.
  • Piercing portion including a through member forming a through hole in the gas pocket of the battery cell
  • It includes a vacuum forming unit for sucking air inside the area enclosed by the pad part in close contact with the battery cell.
  • the secondary battery gas removal apparatus includes a driving motor and a jig arm for pressing one surface of the battery cell gas pocket and the other surface opposite to the one surface by controlling a separation distance by driving the driving motor.
  • the jig arm is composed of a pair of arms facing each other, and as necessary, a plurality of jig arms are arranged to simultaneously perform a gas removal process for a plurality of battery cells.
  • the jig arms have a structure facing each other to press both sides of the battery cell, and specifically, press the gas pockets of the battery cell from both sides.
  • the inside of the jig arm in contact with the battery cell, a piercing portion; Sealing part; Pad part; And a vacuum forming unit.
  • the piercing portion includes a through member forming a through hole in a gas pocket of the battery cell, and gas inside the battery cell is discharged through the through hole formed by the through member.
  • the gas inside the battery cell contains various chemical substances and also contains components that are harmful to the human body. Therefore, there is a need for a shielding structure that prevents the discharged battery cell internal gas from contacting the outside air.
  • the pad part has a structure surrounding the through hole of the battery cell, and the pad part is in close contact with the battery cell to block the inflow of external gas and moisture, and prevent the discharged internal gas of the battery cell from leaking to the outside.
  • the vacuum forming part serves to decompress the internal space partitioned by the close contact between the battery cell and the pad part.
  • the gas inside the battery cell is discharged through the through hole formed by the through member, and the discharged battery cell internal gas is collected through a vacuum forming unit and separated and discharged in a state blocked from outside air.
  • a sealing part is located between the piercing part and the pad part.
  • the sealing unit serves to seal the periphery of the through hole formed in the battery cell gas pocut. The sealing is performed by heating and pressing the battery cells around the through holes from both sides.
  • the jig arm includes a pair of arms extending from the drive motor and facing each other.
  • the sealing portion and the pad portion may be formed in a shape corresponding to each other in the pair of arms.
  • the sealing part and the pad part are respectively formed in a shape corresponding to each other on the two arms, and sealing and shielding the outside air are respectively performed in a state where the jig arm pressurizes the battery cell.
  • the secondary battery gas removal apparatus includes a piercing portion including a through member forming a through hole in a gas pocket of a battery cell.
  • the penetrating member is not particularly limited and may be modified in various forms as long as it passes through the battery cell gas pocket and forms a hole for discharging the internal gas.
  • the penetrating member has a structure that moves back and forth in a direction penetrating the gas pocket of the battery cell while the jig arm presses the gas pocket of the battery cell from both sides. For example, while the jig arm first presses the gas pocket of the battery cell from both sides, the through member advances to form a through hole in the battery cell gas pocket. Then, the through member is separated from the through hole through reverse.
  • the through member has a structure protruding through the battery cell gas pocket while the jig arm presses one surface of the battery cell and the other surface opposite to the one surface. Specifically, when the jig arm first presses the battery cell gas pocket from both sides, the protruding through member forms a through hole in the battery cell gas pocket.
  • the penetrating member may have a hollow structure in which a slit is formed on a side surface, or may have a straight or cross-shaped cross section.
  • the penetrating member may have a straight or cross shape based on a cross-sectional structure, and the penetrating member may have a structure that rotates about the axis of the penetrating member while penetrating the gas pocket of the battery cell. For example, when a penetrating member having a straight cross section penetrates the battery cell gas pocket and rotates in the axial direction in this state, a circular through hole is formed in the battery cell gas pocket.
  • the sealing part serves to seal the periphery of the through hole of the battery cell formed by the through member.
  • the sealing unit may include: a pressure pad that surrounds the through hole of the battery cell gas pocket and pressurizes the battery cell in close contact with the battery cell; And a hot wire formed inside the pressure pad.
  • the sealing unit pressurizes the periphery of the through hole of the battery cell by the pressurizing pad, and at the same time heats the pressurized portion through the hot wire built in the pressurization pad.
  • the sealing part for the battery cell in which the internal gas has been removed, the periphery of the through hole of the battery cell is sealed through the sealing part. Accordingly, the secondary battery gas removal apparatus according to the present invention does not require a separate process or member for sealing the gas discharge passage after the degas process for the battery cell.
  • the secondary battery gas removal apparatus isolates the inside of the area enclosed by the pad portion in close contact with the battery cell through the pad portion from the outside. Further, the gas inside the area partitioned by the battery cell and the pad part is sucked and separated and discharged through the vacuum forming part.
  • the pad part is a shape surrounding the through hole of the battery cell gas pocket while the jig arm pressurizes one side of the battery cell gas pocket and the other surface opposite to the one surface, and is in close contact with the battery cell It is a structure that blocks the inflow of gas and moisture.
  • the pad part is in close contact with the battery cell to block the inflow of external gas and moisture and at the same time prevent the gas inside the battery cell from leaking to the outside.
  • the vacuum forming unit may include: a fluid discharge passage for sucking and discharging gas in an area partitioned by a battery cell and a pad portion in close contact with the battery cell; And a pressure reducing pump for forming a reduced pressure in the fluid discharge passage.
  • the piercing portion includes a receiving portion in which the penetrating member is accommodated, and the fluid discharge passage of the vacuum forming portion is in communication with the receiving portion in which the penetrating member is accommodated.
  • the decompression pump may be used without special limitation, provided that internal decompression is formed through a fluid discharge passage, and, for example, a rotary pump may be applied.
  • the apparatus for removing gas from a secondary battery comprises a through member and a receiving part in which the through member is accommodated, in the inside of the jig arm in contact with the battery cell, and the vacuum forming part Including, the fluid discharge passage has a structure in communication with the receiving portion in which the penetrating member is accommodated.
  • the sealing portion has a shape surrounding the receiving portion in which the piercing member is accommodated, and the pad portion has a shape surrounding the sealing portion.
  • the present invention provides a secondary battery gas removal method using the gas removal device described above.
  • Sealing by heating and pressing the battery cell in a state where the jig arm secondarily presses one surface of the battery cell gas pocket and the other surface opposite the one surface, and the sealing part wraps around the hole of the battery cell formed by the through member of the piercing part. It includes the step of.
  • a pair of arms forming a jig arm is a structure extending from a drive motor, and the pair of arms is a structure facing each other to press both sides of the battery cell gas pocket.
  • the pair of arms has a structure in which one end close to the driving motor is fastened so as to share one shaft with each other, and the opposite end is a structure that changes its position to move away or close while changing an angle around the shaft.
  • primary and secondary pressurization refers to a case in which the degree of pressurization is divided
  • the second pressurization refers to a case where the degree of applying pressure is higher than that of the first pressurization.
  • the pair of arms pressurize both sides of the battery cell gas pocket with a relatively low pressure.
  • the pair of arms pressurize both sides of the battery cell gas pocket with a relatively high pressure.
  • the angle formed by the pair of arms during the first pressurization is in the range of about 3 to 5°
  • the angle formed by the pair of arms during the second pressurization is in the range of 1.5° or less.
  • the angle formed by the pair of arms at the time of the secondary pressure is substantially close to 0°, for example, the angle is in the range of more than 0° to 1.5° or less.
  • the step of removing the gas inside the secondary battery is performed in a state in which the inflow of external gas and moisture is blocked due to close contact between the pad portion and the battery cell.
  • the inside of the area partitioned by the close contact between the pad portion and the battery cell is depressurized by the vacuum forming portion.
  • it is performed by forming a through hole in the battery cell gas pocket by the piercing member through member, and discharging the gas inside the battery cell through the through hole.
  • the gas inside the battery cell discharged through the through hole of the battery cell gas pocket is discharged to the outside through the fluid discharge passage of the vacuum forming unit.
  • the step of sealing the battery cell is performed by heating and pressing in a form surrounding the through hole of the battery cell gas pocket.
  • the pouch-type battery cell 10 has a structure in which an electrode assembly is embedded in a pouch-shaped battery case formed of an aluminum laminate sheet.
  • the battery case includes an electrode assembly housing 11 in which the electrode assembly is accommodated on one side.
  • a battery case surplus portion 12 is formed on one side of the battery case opposite to the electrode assembly receiving portion 11 in order to collect gas generated during the activation process of the battery cell 10.
  • the assembled battery cell 10 undergoes a cell activation process of applying a current to a predetermined voltage to the electrode assembly impregnated with the electrolyte.
  • the pouch-type battery cell 10 undergoes an activation process while being vertically mounted on the cradle 20.
  • a protective film is formed on the surface of the electrode and a part of the electrolyte is decomposed, thereby generating a large amount of gas.
  • the generated gas inside the battery cell 10 is collected in the battery case surplus portion 12 to form a gas pocket. Conventionally, one side of the gas pocket is opened to discharge the internal gas, and then the battery cell is sealed again.
  • the secondary battery degassing apparatus 100 can effectively remove internal gas while undergoing a cell activation process or with respect to the battery cell 10 that has undergone the cell activation process.
  • the device 100 is formed in the process of discharging the gas inside the battery cell 10 and discharging the gas inside the battery cell 10 through a simple process of contacting the jig arm with the battery cell 10 The process of sealing one through hole can be performed at a time.
  • the process of moving the mounting position to apply the battery cell 10 on which the cell activation process has been completed to the degas process may be omitted.
  • FIG. 2 is a front view showing the inside of a jig arm of a gas removal apparatus for a secondary battery according to an embodiment of the present invention.
  • the inside of the jig arm 110 in contact with the battery cell is a through member 111 forming a through hole in a gas pocket of the battery cell, and the battery cell formed by the through member 111
  • the piercing member has a blade structure having a primary cross section.
  • the penetrating member penetrates the gas pocket of the battery cell while the jig arm presses one surface of the battery cell and the other surface opposite to the one surface.
  • the penetrating member forms a through hole in the gas pocket of the battery cell by performing a back-and-forth movement or a rotational movement while penetrating the gas pocket of the battery cell.
  • a through hole remains in the corresponding portion.
  • a through member having a straight cross section passes through the battery cell gas pocket and rotates in the axial direction in this state, a circular through hole is formed in the battery cell gas pocket.
  • the piercing member has a hollow structure in which a slit is formed on a side surface in a longitudinal direction.
  • the penetrating member penetrates the gas pocket of the battery cell while the jig arm presses one surface of the battery cell and the other surface opposite to the one surface. Since the through member has a hollow structure and a slit is formed in the longitudinal direction, the gas inside the battery cell is discharged to the outside of the battery cell through the slit of the through member.
  • 3 to 5 are views showing an operation process of a gas removal apparatus for a secondary battery according to an embodiment of the present invention. 3 to 5 are sequentially reviewed as follows.
  • FIG. 3 is a case in which the secondary battery gas removal device is in a standby state.
  • the secondary battery removal apparatus includes a drive motor (not shown) and jig arms 110 and 120 whose separation distance is controlled by driving the drive motor.
  • the jig arms 110 and 120 are composed of two arms facing each other, and each arm pressurizes one side of the battery cell gas pocket and the other side facing the one side.
  • the jig arms 110 and 120 are composed of a pair of arms facing each other, and a plurality of jig arms 110 and 120 are arranged as necessary to simultaneously perform a gas removal process for a plurality of battery cells.
  • the upper end of the pair of jig arms 110 and 120 is a structure that is fastened to share one axis with each other, and the opposite end is a structure that changes its position to move away or close while changing an angle around the axis.
  • the right jig arm 120 has a structure in which a blocking block preventing the advancement of the penetrating member 111 is formed at a position corresponding to the piercing part.
  • a sealing unit including a sealing block 123 of the right jig arm 120; And pad portions including the vacuum pad 124 are formed at positions corresponding to the left jig arm 110, respectively.
  • FIG. 4 shows a state in which the gas removal device for the secondary battery first presses the gas pocket of the battery cell.
  • a pair of jig arms 110 and 120 of the secondary battery gas removal device facing each other are in a state that is about 4° apart.
  • the separation angle of the jig arms 110 and 120 may vary depending on the size of the battery cell, the volume of the gas pocket, and outside air conditions such as temperature and humidity.
  • the internal space is partitioned by the close contact between the vacuum pad 114 and the battery cell. Inflow of external gas or moisture is blocked in the partitioned inner space, and at the same time, the outflow of gas from the partitioned inner space to the outside is blocked.
  • the through member 111 forms a through hole penetrating the gas pocket of the battery cell.
  • the vacuum hole 112 has a structure in communication with the receiving portion in which the through member 111 is accommodated. The gas inside the battery cell discharged through the through hole is sucked through the vacuum hole 112.
  • the secondary battery gas removal device secondarily presses the gas pocket of the battery cell.
  • the pair of jig arms 110 and 120 facing each other of the secondary battery gas removal device is additionally pressurized.
  • the separation angle of the jig arms 110 and 120 is about 1.5° or less, and becomes substantially 0° level.
  • the sealing blocks 113 and 123 of the jig arms 110 and 120 are in close contact with each other with the battery case open.
  • the sealing blocks 113 and 123 have a structure in which a heating wire is embedded.
  • the battery case is in the form of overlapping two aluminum laminate sheets.
  • the battery case in the area to which the sealing blocks 113 and 123 are in close contact undergoes a process of sealing while being pressed and heated. Through this, the periphery of the through hole of the battery case is sealed.

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Abstract

본 발명은 구동 모터의 구동에 의해 이격 거리가 제어되어 전지셀 가스 포켓의 일면 및 상기 일면과 대향하는 타면을 가압하는 지그 암을 포함하는 이차전지의 가스 제거 장치 및 이를 이용한 가스 제거 방법에 관한 것으로, 셀 활성화 과정 중 혹은 활성화 과정을 거친 전지셀에 대한 위치 이동 없이 전지셀에 대한 효과적인 탈기 및 실링 과정을 수행할 수 있다.

Description

이차전지의 가스 제거 장치 및 이를 이용한 가스 제거 방법
본 출원은 2019.08.05.자 한국특허출원 제10-2019-0094967호에 기초한 우선권의 이익을 주장하며, 해당 한국 특허 출원의 문헌에 개시된 모든 내용은 본 명세서의 일부로서 포함된다.
본 발명은 전지셀 내부의 가스를 제거하는 이차전지의 가스 제거 장치 및 이를 이용한 가스 제거 방법에 관한 것이다.
화석연료의 고갈에 의한 에너지원의 가격이 상승하고, 환경오염에 대한 관심이 증폭되면서 친환경 대체 에너지원에 대한 요구가 증가하고 있다. 특히, 모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라, 에너지원으로서 이차전지에 대해 수요가 급격히 증가하고 있다.
이차 전지의 형태와 관련해서, 얇은 두께로 휴대폰 등과 같은 모바일 제품들에 적용될 수 있다는 점에서 파우치형 이차전지 내지 각형 이차전지에 대한 수요가 높다. 최근에는 파우치형 이차전지에 대한 수요가 점차 증가하는 추세이다. 파우치형 이차전지는, 전지의 물성이 우수하면서 제조 단가 및 중량이 상대적으로 낮고, 형태 변형이 용이하다는 점에서 활용 범위가 넓어지고 있다.
이러한 파우치형 이차전지는 알루미늄 라미네이트 시트로 형성된 파우치 형태의 전지케이스에 스택형 또는 스택/폴딩형 전극조립체를 내장한 구조이다. 구체적으로, 파우치형 이차전지는 양극, 분리막 및 음극이 순차 적층된 스택형 또는 스택-폴딩형 전극조립체가 전지케이스 내부에 수납된다. 양극 및 음극은 각각 전극 탭들에 의하여 전기적으로 연결되고, 전극 탭들은 외부로 인출되는 전극 리드와 연결된다. 상기 전극 탭 및 전극 리드가 연결된 전극조립체를 파우치 형태의 전지케이스에 수납한 다음 전해액을 주입하고, 전극 리드의 일부가 외부로 노출된 상태에서 전지케이스를 밀봉하여 파우치형 이차전지를 조립한다.
조립된 이차전지는 전지의 제조과정에서 셀 활성화 과정을 거치게 된다. 상기 활성화 과정은 전해액이 함침되어 있는 전극조립체에 소정의 전압까지 전류를 인가하는 과정으로 진행된다. 이러한 셀 활성화를 위한 초기 충방전 과정에서, 전극의 표면에 보호 피막이 형성되고 전해액의 일부가 분해되면서 다량의 가스가 발생한다.
이러한 셀 활성화 과정에서 발생하는 가스는 별도의 탈기(degas) 공정을 통해 제거하게 된다. 그러나, 탈기 공정은 공정 과정이 복잡하며, 충분한 탈기가 이루어지지 않으면 이차전지 불량의 원인이 된다.
본 발명은 종래의 탈기 공정을 개선한 것으로서, 전지셀 내부의 가스를 효과적으로 제거할 수 있는 이차전지의 가스 제거 장치 및 이를 이용한 가스 제거 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 이차전지 가스 제거 장치는,
구동 모터; 및
상기 구동 모터의 구동에 의해 이격 거리가 제어되어 전지셀 가스 포켓의 일면 및 상기 일면과 대향하는 타면을 가압하는 지그 암을 포함한다.
구체적으로, 상기 지그 암이 전지셀과 접촉하는 내측은,
전지셀의 가스 포켓에 관통 홀을 형성하는 관통 부재를 포함하는 피어싱부;
상기 관통 부재에 의해 형성된 전지셀의 관통 홀 주변을 실링하는 실링부;
상기 실링부 주변을 감싸는 형태이고, 전지셀과 밀착하여 외부 기체 및 수분의 유입을 차단하는 패드부; 및
전지셀과 밀착된 패드부에 의해 감싸진 영역 내부의 공기를 흡인하는 진공 형성부를 포함한다.
하나의 예에서, 상기 지그 암은, 구동 모터로부터 연장되어 서로 대면하는 한 쌍의 암들을 포함하며, 실링부 및 패드부는 상기 한 쌍의 암들에 각각 서로 대응하는 형태로 각각 형성된 구조이다.
구체적인 예에서, 상기 피어싱부의 관통 부재는, 지그 암이 양측에서 전지셀의 가스 포켓을 가압하는 상태에서, 전지셀의 가스 포켓을 관통하는 방향으로 전후 운동하는 구조이다.
또 다른 구체적인 예에서, 상기 피어싱부의 관통 부재는, 지그 암이 전지셀의 일면 및 상기 일면과 대향하는 타면을 가압한 상태에서, 전지셀의 가스 포켓을 관통하도록 돌출된 구조이다.
또 다른 구체적인 예에서, 상기 피어싱부의 관통 부재는, 단면 구조를 기준으로, 일자 또는 십자 형태이고, 전지셀의 가스 포켓을 관통한 상태에서 관통 부재의 축을 기준으로 회전하는 구조이다.
하나의 예에서, 상기 실링부는, 전지셀 가스 포켓의 관통 홀 주변을 감싸는 형태이고, 전지셀과 밀착하여 가압하는 가압 패드; 및 상기 가압 패드 내부에 형성된 열선을 포함하는 구조이다.
하나의 예에서, 상기 패드부는, 지그 암이 전지셀 가스 포켓의 일면 및 상기 일면과 대향하는 타면을 가압한 상태에서, 전지셀 가스 포켓의 관통 홀 주변을 감싸는 형태이고, 전지셀과 밀착하여 외부 기체 및 수분의 유입을 차단하는 구조이다.
하나의 예에서, 상기 진공 형성부는, 전지셀 및 상기 전지셀과 밀착된 패드부에 의해 구획된 영역 내부의 기체를 흡인하여 배출하는 유체 배출 유로; 및 상기 유체 배출 유로에 감압을 형성하는 감압 펌프를 포함한다.
구체적인 예에서, 피어싱부는 관통 부재가 수납된 수납부를 포함하고, 진공 형성부의 유체 배출 유로는, 관통 부재가 수납되는 수납부와 연통된 구조이다.
또 다른 하나의 예에서, 본 발명에 따른 이차전지 가스 제거 장치는, 상기 지그 암이 전지셀과 접촉하는 내측에서, 상기 피어싱부는 관통 부재와 관통 부재가 수납된 수납부를 포함하고, 상기 진공 형성부는 유체 배출 유로를 포함하되, 상기 유체 배출 유로는 관통 부재가 수납되는 수납부와 연통된 구조이고, 상기 실링부는 피어싱부의 관통 부재가 수납되는 수납부 주변을 감싸는 형태이고, 상기 패드부는 실링부 주변을 감싸는 형태이다.
또한, 본 발명은 앞서 설명한 가스 제거 장치를 이용한 이차전지 가스 제거 방법을 제공한다.
하나의 예에서, 본 발명에 따른 이차전지 가스 제거 방법은,
지그 암이 전지셀 가스 포켓의 일면 및 상기 일면과 대향하는 타면을 1차 가압하는 상태에서, 전지셀의 가스 포켓에 관통 홀을 형성하고 이로부터 전지셀 내부 가스를 제거하는 단계; 및
지그 암이 전지셀 가스 포켓의 일면 및 상기 일면과 대향하는 타면을 2차 가압하는 상태에서, 실링부가 피어싱부의 관통 부재에 의해 형성된 전지셀 가스 포켓의 관통 홀 주변을 감싸는 형태로 전지셀을 실링하는 단계를 포함한다.
하나의 예에서, 이차전지 내부 가스를 제거하는 단계는, 패드부와 전지셀의 밀착에 의해 외부 기체 및 수분의 유입이 차단된 상태에서 수행되는 것을 특징으로 한다.
구체적인 예에서, 이차전지 내부 가스를 제거하는 단계는, 패드부와 전지셀의 밀착에 의해 구획된 영역 내부는 진공 형성부에 의해 감압된 상태이고, 피어싱부의 관통 부재에 의해 전지셀 가스 포켓에 관통 홀을 형성하고, 상기 관통 홀을 통해 전지셀 내부 가스를 배출하는 과정을 통해 수행한다.
예를 들어, 이차전지 내부 가스를 제거하는 단계에서, 전지셀 가스 포켓의 관통 홀을 통해 배출된 전지셀 내부 가스는, 진공 형성부의 유체 배출 유로를 통해 외부로 배출된다.
또 다른 하나의 예에서, 전지셀을 실링하는 단계는, 실링부가 전지셀 가스 포켓의 관통 홀 주변을 감싸는 형태로 전지셀을 가열 및 가압하여 수행한다.
본 발명에 따른 이차전지의 가스 제거 장치 및 이를 이용한 가스 제거 방법은, 셀 활성화 과정 중 혹은 상기 과정을 거친 전지셀의 위치를 이동하지 않더라도 전지셀에 대한 효과적인 탈기 및 실링 과정을 수행할 수 있다.
도 1은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 이차전지 가스 제거 장치의 사용 모습을 모식적으로 도시한 모식도이다.
도 2는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 이차전지 가스 제거 장치의 지그 암 내부 모습을 도시한 정면도이다.
도 3 내지 5는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 이차전지 가스 제거 장치의 작동 과정을 나타낸 도면들이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명의 명세서 전체에서 사용되는, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하 본 발명을 자세히 설명한다.
본 발명에 따른 이차전지 가스 제거 장치는 예를 들어, 파우치형 전지셀 제조과정에 적용 가능하다. 파우치형 이차전지는 알루미늄 라미네이트 시트로 형성된 파우치 형태의 전지케이스에 스택형 또는 스택/폴딩형 전극조립체를 내장한 구조이다. 조립된 이차전지는 전지의 제조과정에서 셀 활성화 과정을 거치게 된다. 상기 셀 활성화 과정은 전해액이 함침되어 있는 전극조립체에 소정의 전압까지 전류를 인가하는 과정으로 진행된다.
이러한 셀 활성화를 위한 초기 충방전 과정에서 전극의 표면에 보호 피막이 형성되고 전해액의 일부가 분해되면서 다량의 가스가 발생한다. 발생된 전지셀 내부 가스를 제거하기 위해서, 파우치형 전지셀의 전지케이스 일측에 잉여부를 형성한다. 상기 전지케이스 잉여부에 전지셀 내부 가스가 포집되면서 가스 포켓이 형성된다. 상기 가스 포켓의 일측을 개봉하여 내부 가스를 배출한 후, 다시 전지셀을 밀봉하는 과정을 거치게 된다.
본 발명에 따른 이차전지 가스 제거 장치는, 셀 활성화 공정을 거치는 과정에서 형성된 전지셀의 가스 포켓 양면에 지그 암을 접촉시키는 간편한 공정을 통해 전지셀 내부 가스를 배출하고 동시에 전지셀의 가스 배출구를 밀봉하는 과정을 수행할 수 있다. 특히, 본 발명에 따른 이차전지 가스 제거 장치는, 셀 활성화 공정 중 혹은 상기 공정이 완료된 전지셀을 탈기(degas) 공정에 적용하기 위하여 거치 위치를 이동하는 과정을 생략할 수 있다.
하나의 예에서, 본 발명에 따른 이차전지 가스 제거 장치는, 구동 모터; 및 상기 구동 모터의 구동에 의해 이격 거리가 제어되어 전지셀 가스 포켓의 일면 및 상기 일면과 대향하는 타면을 가압하는 지그 암을 포함한다.
구체적으로, 상기 지그 암이 전지셀과 접촉하는 내측은,
전지셀의 가스 포켓에 관통 홀을 형성하는 관통 부재를 포함하는 피어싱부;
상기 관통 부재에 의해 형성된 전지셀의 관통 홀 주변을 실링하는 실링부;
상기 실링부 주변을 감싸는 형태이고, 전지셀과 밀착하여 외부 기체 및 수분의 유입을 차단하는 패드부; 및
전지셀과 밀착된 패드부에 의해 감싸진 영역 내부의 공기를 흡인하는 진공 형성부를 포함한다.
본 발명에 따른 이차전지 가스 제거 장치는 구동 모터, 및 상기 구동 모터의 구동에 의해 이격 거리가 제어되어 전지셀 가스 포켓의 일면 및 상기 일면과 대향하는 타면을 가압하는 지그 암을 포함한다. 상기 지그 암은 한쌍의 서로 대향하는 암들로 구성되며, 필요에 따라 다수의 지그 암들이 배열되어 복수 개의 전지셀에 대하여 가스 제거 공정을 동시에 수행할 수 있다.
상기 지그 암은 전지셀의 양면을 가압하도록 서로 대향된 구조이며, 구체적으로는 전지셀의 가스 포켓을 양면에서 가압하게 된다. 상기 지그 암이 전지셀과 접촉하는 내측은, 피어싱부; 실링부; 패드부; 및 진공 형성부를 포함하는 구조이다.
상기 피어싱부는 전지셀의 가스 포켓에 관통 홀을 형성하는 관통 부재를 포함하며, 상기 관통 부재에 의해 형성된 관통 홀을 통해 전지셀 내부 가스가 배출된다. 전지셀 내부 가스는 다양한 화학 물질을 함유하고 있으며 인체에 유해한 성분 역시 함유한다. 따라서, 배출된 전지셀 내부 가스가 외기와 접촉하지 않도록 하는 차폐 구조가 필요하다.
상기 패드부는 전지셀의 관통홀을 감싸는 구조이며, 상기 패드부가 전지셀과 밀착하면서 외부 기체 및 수분의 유입을 차단하고 더불어 배출된 전지셀 내부 가스가 외부로 유출되는 것을 방지한다.
상기 진공 형성부는 전지셀과 패드부의 밀착에 의해 구획된 내부 공간을 감압하는 역할을 한다. 관통 부재에 의해 형성된 관통 홀을 통해 전지셀 내부 가스가 배출되고, 배출된 전지셀 내부 가스는 진공 형성부를 통해 포집되어 외기와 차단된 상태로 분리 배출된다.
상기 피어싱부와 패드부 사이에는 실링부가 위치한다. 전지셀 내부 가스의 배출이 완료되면, 상기 실링부가 전지셀 가스 포컷에 형성된 관통 홀 주변을 밀봉하는 역할을 수행한다. 상기 밀봉은, 관통 홀 주변의 전지셀을 양측에서 가열 및 가압함으로써 수행한다.
하나의 예에서, 상기 지그 암은, 구동 모터로부터 연장되어 서로 대면하는 한 쌍의 암들을 포함한다. 더불어, 실링부 및 패드부는 상기 한 쌍의 암들에 서로 대응하는 형태로 형성된 구조일 수 있다. 상기 실링부와 패드부는 2개의 암에 서로 대응하는 형태로 각각 형성되며, 지그 암이 전지셀을 가압하는 상태에서 각각 실링 및 외기와의 차폐를 수행하게 된다.
본 발명에 따른 이차전지 가스 제거 장치는, 전지셀의 가스 포켓에 관통 홀을 형성하는 관통 부재를 포함하는 피어싱부를 포함한다. 상기 관통 부재는, 전지셀 가스 포켓을 관통하여 내부 가스를 배출하는 홀을 형성하는 경우라면, 특별히 제한되지 않고 다양한 형태로 변형 가능하다.
하나의 예에서, 상기 관통 부재는, 지그 암이 양측에서 전지셀의 가스 포켓을 가압하는 상태에서, 전지셀의 가스 포켓을 관통하는 방향으로 전후 운동하는 구조이다. 예를 들어, 지그 암이 양측에서 전지셀의 가스 포켓을 1차 가압한 상태에서, 관통 부재가 전진하여 전지셀 가스 포켓에 관통 홀을 형성하게 된다. 그런 다음, 상기 관통 부재는 후진을 통해 상기 관통 홀로부터 이탈하게 된다.
또 다른 하나의 예에서, 상기 관통 부재는, 지그 암이 전지셀의 일면 및 상기 일면과 대향하는 타면을 가압한 상태에서, 전지셀 가스 포켓을 관통하도록 돌출된 구조이다. 구체적으로는, 지그 암이 양측에서 전지셀 가스 포켓을 1차 가압하게 되면, 돌출된 구조의 관통 부재가 전지셀 가스 포켓에 관통 홀을 형성하게 된다. 상기 관통 부재는 측면에 슬릿이 형성된 중공 구조일 수 있고, 혹은 단면이 일자 혹은 십자 형태인 구조일 수 있다.
또 다른 예에서, 상기 관통 부재는, 단면 구조를 기준으로, 일자 또는 십자 형태이고, 상기 관통 부재는 전지셀의 가스 포켓을 관통한 상태에서 관통 부재의 축을 기준으로 회전하는 구조일 수 있다. 예를 들어, 단면이 일자인 관통 부재가 전지셀 가스 포켓을 관통하고, 이 상태에서 축 방향으로 회전하게 되면 전지셀 가스 포켓에는 원형의 관통 홀이 형성된다.
본 발명에서 실링부는 관통 부재에 의해 형성된 전지셀의 관통 홀 주변을 실링하는 역할을 수행한다. 하나의 예에서, 상기 실링부는, 전지셀 가스 포켓의 관통 홀 주변을 감싸는 형태이고, 전지셀과 밀착하여 가압하는 가압 패드; 및 상기 가압 패드 내부에 형성된 열선을 포함하는 구조이다. 이 경우, 상기 실링부는 가압 패드에 의해 전지셀의 관통 홀 주변을 가압하고, 동시에 상기 가압 패드에 내장된 열선을 통해 가압 부위를 가열하게 된다. 본 발명은 내부 가스 제거가 완료된 전지셀에 대하여, 상기 실링부를 통해 전지셀의 관통 홀 주변을 실링하게 된다. 따라서, 본 발명에 따른 이차전지 가스 제거 장치는, 전지셀에 대한 탈기(degas) 공정 이후에 가스 배출 유로를 실링하기 위한 별도의 공정 내지 부재를 요구하지 않는다.
본 발명에 따른 이차전지 가스 제거 장치는, 상기 패드부를 통해 전지셀과 밀착된 패드부에 의해 감싸진 영역 내부를 외부와 격리하게 된다. 나아가, 상기 진공 형성부를 통해 전지셀과 패드부에 의해 구획된 영역 내부의 기체를 흡인 및 분리 배출하게 된다.
하나의 예에서, 상기 패드부는, 지그 암이 전지셀 가스 포켓의 일면 및 상기 일면과 대향하는 타면을 가압한 상태에서, 전지셀 가스 포켓의 관통 홀 주변을 감싸는 형태이고, 전지셀과 밀착하여 외부 기체 및 수분의 유입을 차단하는 구조이다. 상기 패드부는 전지셀과 밀착하여 외부 기체 및 수분의 유입을 차단함과 동시에 전지셀 내부 기체가 외부로 유출되는 것을 방지한다.
또 다른 하나의 예에서, 상기 진공 형성부는, 전지셀 및 상기 전지셀과 밀착된 패드부에 의해 구획된 영역 내부의 기체를 흡인하여 배출하는 유체 배출 유로; 및 상기 유체 배출 유로에 감압을 형성하는 감압 펌프를 포함한다. 예를 들어, 상기 피어싱부는 관통 부재가 수납되는 수납부를 포함하고, 상기 진공 형성부의 유체 배출 유로는, 관통 부재가 수납되는 수납부와 연통된 구조이다. 이를 통해, 관통 부재에 의해 형성된 전지셀 가스 포켓의 관통 홀을 통해 전지셀 내부 가스가 배출되면, 상기 배출된 가스는 상기 관통 부재와 연통된 유체 배출 유로를 통해 흡인 및 분리 배출된다. 또한, 상기 감압 펌프는 유체 배출 유로를 통해 내부 감압을 형성하는 경우라면, 특별한 제한 없이 사용 가능하며, 예를 들어 로터리 펌프가 적용될 수 있다.
구체적인 예에서, 본 발명에 따른 이차전지 가스 제거 장치는, 상기 지그 암이 전지셀과 접촉하는 내측에서, 상기 피어싱부는 관통 부재와 관통 부재가 수납되는 수납부를 포함하고, 상기 진공 형성부는 유체 배출 유로를 포함하되, 상기 유체 배출 유로는 관통 부재가 수납되는 수납부와 연통된 구조이다. 또한, 상기 실링부는 피어싱부의 관통 부재가 수납되는 수납부 주변을 감싸는 형태이고, 상기 패드부는 실링부 주변을 감싸는 형태이다.
또한, 본 발명은 앞서 설명한 가스 제거 장치를 이용한 이차전지 가스 제거 방법을 제공한다.
하나의 예에서, 본 발명에 따른 이차전지 가스 제거 방법은,
지그 암이 전지셀 가스 포켓의 일면 및 상기 일면과 대향하는 타면을 1차 가압하는 상태에서, 전지셀의 가스 포켓에 관통 홀을 형성하고 이로부터 전지셀 내부 가스를 제거하는 단계; 및
지그 암이 전지셀 가스 포켓의 일면 및 상기 일면과 대향하는 타면을 2차 가압하는 상태에서, 실링부가 피어싱부의 관통 부재에 의해 형성된 전지셀의 홀 주변을 감싸는 형태로 전지셀을 가열 및 가압하여 실링하는 단계를 포함한다.
본 발명에서, 지그 암을 형성하는 한 쌍의 암들은 구동 모터로부터 연장된 구조이고, 상기 한 쌍의 암들은 전지셀 가스 포켓의 양면을 가압하도록 서로 대향된 구조이다. 구체적으로, 상기 한 쌍의 암들은 구동 모터와 가까운 일측 단부는 하나의 축을 서로 공유하도록 체결된 구조이고, 반대편 일측 단부는 상기 축을 중심으로 각도를 변경하면서 멀어지거나 가까워지도록 위치를 변동하는 구조이다.
또한, 본 발명에서 1차 및 2차 가압이란, 가압의 정도를 구분한 것으로, 2차 가압은 1차 가압에 비해서 압력을 가하는 정도가 높은 경우를 의미한다. 1차 가압 시에는 상기 한 쌍의 암들이 전지셀 가스 포켓의 양면을 상대적으로 낮은 압력으로 가압하게 된다. 2차 가압 시에는 상기 한 쌍의 암들이 전지셀 가스 포켓의 양면을 상대적으로 높은 압력으로 가압하게 된다. 예를 들어, 1차 가압 시 상기 한 쌍의 암들이 이루는 각도는 약 3 내지 5° 범위이며, 2차 가압 시 상기 한 쌍의 암들이 이루는 각도는 1.5° 이하 범위이다. 상기 2차 가압 시에 상기 한 쌍의 암들이 이루는 각도는, 실질적으로 0°에 가까운 정도이며, 예를 들어, 상기 각도는 0° 초과 내지 1.5° 이하 범위이다.
하나의 예에서, 이차전지 내부 가스를 제거하는 단계는, 패드부와 전지셀의 밀착에 의해 외부 기체 및 수분의 유입이 차단된 상태에서 수행된다.
구체적으로, 이차전지 내부 가스를 제거하는 단계는, 패드부와 전지셀의 밀착에 의해 구획된 영역 내부는 진공 형성부에 의해 감압된 상태이다. 이와 함께, 피어싱부의 관통 부재에 의해 전지셀 가스 포켓에 관통 홀을 형성하고, 상기 관통 홀을 통해 전지셀 내부 가스를 배출하는 과정을 통해 수행하게 된다.
예를 들어, 이차전지 내부 가스를 제거하는 단계에서, 전지셀 가스 포켓의 관통 홀을 통해 배출된 전지셀 내부 가스는, 진공 형성부의 유체 배출 유로를 통해 외부로 배출된다.
또 다른 하나의 예에서, 전지셀을 실링하는 단계는, 전지셀 가스 포켓의 관통 홀 주변을 감싸는 형태로 가열 및 가압하여 수행한다.
이하, 도면 등을 통해 본 발명을 보다 구체적으로 설명하나, 본 발명의 범주가 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 각 도면을 설명하면서 유사한 참조 부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 첨부된 도면에 있어서, 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 위하여 실제보다 확대하여 도시한 것이다. 다양한 구성요소들을 설명하는 데 사용된 용어들은 이해를 돕기 위한 것이며, 상기 구성요소들이 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소가 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
도 1은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 이차전지 가스 제거 장치의 사용 모습을 모식적으로 도시한 모식도이다. 도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 이차전지 가스 제거 장치(100)는 파우치형 전지셀(10) 제조과정에 적용 가능하다. 파우치형 전지셀(10)은 알루미늄 라미네이트 시트로 형성된 파우치 형태의 전지케이스에 전극조립체가 내장된 구조이다. 구체적으로 상기 전지케이스는 일측에 전극조립체가 수납되는 전극조립체 수납부(11)를 포함한다. 또한, 상기 전지케이스의 전극조립체 수납부(11)의 반대편 일측에는 전지셀(10)의 활성화 과정에서 발생되는 가스를 포집하기 위하여 전지케이스 잉여부(12)를 형성한다.
조립된 전지셀(10)은 전해액이 함침되어 있는 전극조립체에 소정의 전압까지 전류를 인가하는 셀 활성화 과정을 거치게 된다. 통상적으로 파우치형 전지셀(10)은 거치대(20)에 수직으로 거치된 상태로 활성화 과정을 거치게 된다. 이러한 셀 활성화를 위한 초기 충방전 과정에서 전극의 표면에 보호 피막이 형성되고 전해액의 일부가 분해되면서 다량의 가스가 발생한다. 발생된 전지셀(10) 내부 가스는 전지케이스 잉여부(12)에 포집되면서 가스 포켓이 형성된다. 기존에는 상기 가스 포켓의 일측을 개봉하여 내부 가스를 배출한 후, 다시 전지셀을 밀봉하는 과정을 거치게 된다.
그러나, 본 발명에 따른 이차전지 가스 제거 장치(100)는, 셀 활성화 공정을 거치는 동안, 혹은 셀 활성화 공정을 거친 전지셀(10)에 대하여 효과적인 내부 가스 제거가 가능하다. 구체적으로 상기 장치(100)는 전지셀(10)에 대해 지그 암을 접촉시키는 간편한 공정을 통해 전지셀(10) 내부 가스를 배출하는 과정과 전지셀(10)의 내부 가스를 배출하는 과정에서 형성한 관통 홀을 밀봉하는 과정을 한번에 수행할 수 있다. 특히, 본 발명에 따른 이차전지 가스 제거 장치(100)는, 셀 활성화 공정이 완료된 전지셀(10)을 탈기(degas) 공정에 적용하기 위하여 거치 위치를 이동하는 과정을 생략할 수 있다.
도 2는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 이차전지 가스 제거 장치의 지그 암 내부 모습을 도시한 정면도이다. 도 2를 참조하면, 상기 지그 암(110)이 전지셀과 접촉하는 내측은, 전지셀의 가스 포켓에 관통 홀을 형성하는 관통 부재(111), 상기 관통 부재(111)에 의해 형성된 전지셀의 관통 홀 주변을 실링하는 실링 블록(113); 상기 실링 블록(113) 주변을 감싸는 형태이고, 전지셀과 밀착하여 외부 기체 및 수분의 유입을 차단하는 진공 패드(114) 및 전지셀과 밀착된 진공 패드(114)에 의해 감싸진 영역 내부의 공기를 흡인하는 진공 홀(112)을 포함한다.
[본 발명의 제1 실시예]
본 발명의 하나의 실시예에서, 상기 피어싱부의 관통 부재는, 단면이 일차 형태인 칼날 구조이다. 상기 관통 부재는 지그 암이 전지셀의 일면 및 상기 일면과 대향하는 타면을 가압한 상태에서, 전지셀의 가스 포켓을 관통하게 된다. 상기 관통 부재는 전지셀의 가스 포켓을 관통한 상태에서, 전후 운동 혹은 회전 운동을 함으로써 전지셀의 가스 포켓에 관통 홀을 형성하게 된다.
예를 들어, 단면이 일자인 관통 부재가 전지셀 가스 포켓을 관통한 후, 전후 운동을 통해 관통 시 방향의 뒤쪽으로 빠지게 되면 해당 부분에 관통 홀이 잔존하게 된다. 또 다른 예를 들어, 단면이 일자인 관통 부재가 전지셀 가스 포켓을 관통하고, 이 상태에서 축 방향으로 회전하게 되면 전지셀 가스 포켓에는 원형의 관통 홀이 형성된다.
[본 발명의 제2 실시예]
본 발명의 또 다른 실시예에서, 상기 피어싱부의 관통 부재는 측면에 길이 방향으로 슬릿이 형성된 중공 구조이다. 상기 관통 부재는 지그 암이 전지셀의 일면 및 상기 일면과 대향하는 타면을 가압한 상태에서, 전지셀의 가스 포켓을 관통하게 된다. 상기 관통 부재는 중공 구조이고 길이 방향으로 슬릿이 형성된 구조이므로, 전지셀 내부 가스는 상기 관통 부재의 슬릿을 경유하여 전지셀 외부로 배출된다.
도 3 내지 5는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 이차전지 가스 제거 장치의 작동 과정을 나타낸 도면들이다. 도 3 내지 5를 순차적으로 검토하면 다음과 같다.
먼저, 도 3은 이차전지 가스제거 장치가 대기 상태인 경우이다. 이차전지 제거 장치는 구동 모터(미도시)와 상기 구동 모터의 구동에 의해 이격 거리가 제어되는 지그 암들(110, 120)을 포함한다. 상기 지그 암(110, 120)들은 서로 대면하는 2개의 암들로 구성되며, 각각의 암은 전지셀 가스 포켓의 일면 및 상기 일면과 대향하는 타면을 가압하게 된다. 상기 지그 암들(110, 120)은 한쌍의 서로 대향하는 암들로 구성되며, 필요에 따라 다수의 지그 암들(110, 120)들이 배열되어 복수 개의 전지셀에 대한 가스 제거 공정을 동시에 수행할 수 있다. 상기 한 쌍의 지그 암들(110, 120)의 위쪽 단부는 하나의 축을 서로 공유하도록 체결된 구조이고, 반대편 일측 단부는 상기 축을 중심으로 각도를 변경하면서 멀어지거나 가까워지도록 위치를 변동하는 구조이다.
좌측 지그 암(110)이 전지셀과 접촉하는 내측은, 관통 부재(111)를 포함하는 피어싱부; 상기 피어싱부와 연통되도록 형성된 진공 홀(112)을 포함하는 진공 형성부; 상기 피어싱부 주변을 감싸는 구조의 실링 블록(113)을 포함하는 실링부; 및 상기 실링부 주변을 감싸는 구조의 진공 패드(114)를 포함하는 패드부를 포함하는 구조이다. 우측 지그 암(120)은, 피어싱부와 대응되는 위치에 관통 부재(111)의 전진을 저지하는 저지 블록이 형성된 구조이다. 또한, 우측 지그 암(120)의 실링 블록(123)을 포함하는 실링부; 및 진공 패드(124)를 포함하는 패드부가 각각 좌측 지그 암(110)과 대응되는 위치에 형성된다.
도 4는 이차전지 가스 제거 장치가 전지셀의 가스 포켓을 1차 가압한 상태를 나타낸 것이다. 도 4에서, 이차전지 가스 제거 장치의 서로 대향하는 한 쌍의 지그 암들(110, 120)은 약 4° 정도 벌어진 상태이다. 지그 암들(110, 120)의 이격 각도는 전지셀의 크기, 가스 포켓의 부피, 그리고 온도 및 습도와 같은 외기 조건 등에 따라 달라질 수 있다.
지그 암들(110, 120)이 전지셀과 접촉하면, 진공 패드(114)와 전지셀의 밀착에 의해서 내부 공간이 구획된다. 구획된 내부 공간은 외부 기체 또는 수분의 유입이 차단되고, 동시에 구획된 내부 공간의 기체도 외부로의 유출이 차단된다. 진공 패드(114)가 전지셀과 밀착되면서, 관통 부재(111)는 전지셀의 가스 포켓을 관통하는 관통 홀을 형성한다. 이 때, 상기 진공 홀(112)은 관통 부재(111)가 수납된 수납부와 연통된 구조이다. 상기 관통 홀을 통해 배출되는 전지셀 내부 가스는 상기 진공 홀(112)을 통해 흡인된다.
도 5는 이차전지 가스 제거 장치가 전지셀의 가스 포켓을 2차 가압한 상태를 나타낸 것이다. 전지셀 내부 가스의 배출이 완료되면, 이차전지 가스 제거 장치의 서로 대향하는 한 쌍의 지그 암들(110, 120)은 추가 가압하게 된다. 이 경우, 지그 암들(110, 120)의 이격 각도는 약 1.5° 이하이며, 사실상 0° 수준이 된다. 2차 가압 상태에서, 지그 암들(110, 120)의 실링 블록들(113, 123)은 전지케이스를 게재한 상태에서 서로 밀착된다. 상기 실링 블록들(113, 123)은 열선을 내장한 구조이다. 전지케이스는 2장의 알루미늄 라미네이트 시트가 겹쳐진 형태이다. 실링 블록들(113, 123)이 밀착되는 영역의 전지케이스는 가압 및 가열되면서 실링되는 과정을 거치게 된다. 이를 통해, 전지케이스의 관통 홀 주변을 밀봉하게 된다.
[부호의 설명]
10: 전지셀
11: 전극 조립체 수납부
12: 전지케이스 잉여부
20: 거치대
100: 가스 제거 장치
110, 120: 지그 암
111: 관통 부재
112: 진공홀
113, 123: 실링 블록
114, 124: 진공 패드

Claims (15)

  1. 구동 모터; 및
    상기 구동 모터의 구동에 의해 이격 거리가 제어되어 전지셀 가스 포켓의 일면 및 상기 일면과 대향하는 타면을 가압하는 지그 암을 포함하며,
    상기 지그 암이 전지셀과 접촉하는 내측은,
    전지셀의 가스 포켓에 관통 홀을 형성하는 관통 부재를 포함하는 피어싱부;
    상기 관통 부재에 의해 형성된 전지셀의 관통 홀 주변을 실링하는 실링부; 및
    상기 실링부 주변을 감싸는 형태이고, 전지셀과 밀착하여 외부 기체 및 수분의 유입을 차단하는 패드부; 및
    전지셀과 밀착된 패드부에 의해 감싸진 영역 내부의 공기를 흡인하는 진공 형성부를 포함하는 이차전지 가스 제거 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 지그 암은, 구동 모터로부터 연장되어 서로 대면하는 한 쌍의 암들을 포함하며,
    실링부 및 패드부는 상기 한 쌍의 암들에 각각 서로 대응하는 형태로 각각 형성된 구조인 이차전지 가스 제거 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 피어싱부의 관통 부재는,
    지그 암이 양측에서 전지셀의 가스 포켓을 가압하는 상태에서,
    전지셀의 가스 포켓을 관통하는 방향으로 전후 운동하는 구조인 이차전지 가스 제거 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 피어싱부의 관통 부재는,
    지그 암이 전지셀의 일면 및 상기 일면과 대향하는 타면을 가압한 상태에서,
    전지셀의 가스 포켓을 관통하도록 돌출된 구조인 이차전지 가스 제거 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 피어싱부의 관통 부재는,
    단면 구조를 기준으로, 일자 또는 십자 형태이고,
    전지셀의 가스 포켓을 관통한 상태에서 관통 부재의 축을 기준으로 회전하는 구조인 이차전지 가스 제거 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 실링부는,
    전지셀 가스 포켓의 관통 홀 주변을 감싸는 형태이고, 전지셀과 밀착하여 가압하는 가압 패드; 및
    상기 가압 패드 내부에 형성된 열선을 포함하는 구조인 이차전지 가스 제거 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 패드부는,
    지그 암이 전지셀 가스 포켓의 일면 및 상기 일면과 대향하는 타면을 가압한 상태에서,
    전지셀 가스 포켓의 관통 홀 주변을 감싸는 형태이고, 전지셀과 밀착하여 외부 기체 및 수분의 유입을 차단하는 구조인 이차전지 가스 제거 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 진공 형성부는,
    전지셀 및 상기 전지셀과 밀착된 패드부에 의해 구획된 영역 내부의 기체를 흡인하여 배출하는 유체 배출 유로; 및
    상기 유체 배출 유로에 감압을 형성하는 감압 펌프를 포함하는 이차전지 가스 제거 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    피어싱부는 관통 부재가 수납된 수납부를 포함하고,
    상기 진공 형성부의 유체 배출 유로는, 관통 부재가 수납되는 수납부와 연통된 구조인 이차전지 가스 제거 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 지그 암이 전지셀과 접촉하는 내측에서,
    상기 피어싱부는 관통 부재와 관통 부재가 수납된 수납부를 포함하고,
    상기 진공 형성부는 유체 배출 유로를 포함하되, 상기 유체 배출 유로는 관통 부재가 수납되는 수납부와 연통된 구조이고,
    상기 실링부는 피어싱부의 관통 부재가 수납되는 수납부 주변을 감싸는 형태이고,
    상기 패드부는 실링부 주변을 감싸는 형태인 이차전지 가스 제거 장치.
  11. 제1항에 따른 가스 제거 장치를 이용한 이차전지 가스 제거 방법이며,
    지그 암이 전지셀 가스 포켓의 일면 및 상기 일면과 대향하는 타면을 1차 가압하는 상태에서, 전지셀의 가스 포켓에 관통 홀을 형성하고 이로부터 전지셀 내부 가스를 제거하는 단계; 및
    지그 암이 전지셀 가스 포켓의 일면 및 상기 일면과 대향하는 타면을 2차 가압하는 상태에서, 실링부가 피어싱부의 관통 부재에 의해 형성된 전지셀 가스 포켓의 관통 홀 주변을 감싸는 형태로 전지셀을 실링하는 단계를 포함하는 이차전지 가스 제거 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    이차전지 내부 가스를 제거하는 단계는,
    패드부와 전지셀의 밀착에 의해 외부 기체 및 수분의 유입이 차단된 상태에서 수행되는 것을 특징으로 하는 이차전지 가스 제거 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    이차전지 내부 가스를 제거하는 단계는,
    패드부와 전지셀의 밀착에 의해 구획된 영역 내부는 진공 형성부에 의해 감압된 상태이고,
    피어싱부의 관통 부재에 의해 전지셀 가스 포켓에 관통 홀을 형성하고, 상기 관통 홀을 통해 전지셀 내부 가스를 배출하는 과정을 통해 수행하는 것을 특징으로 하는 포함하는 이차전지 가스 제거 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    이차전지 내부 가스를 제거하는 단계에서,
    전지셀 가스 포켓의 관통 홀을 통해 배출된 전지셀 내부 가스는, 진공 형성부의 유체 배출 유로를 통해 외부로 배출되는 것을 특징으로 하는 포함하는 이차전지 가스 제거 방법.
  15. 제11항에 있어서,
    전지셀을 실링하는 단계는,
    실링부가 전지셀 가스 포켓의 관통 홀 주변을 감싸는 형태로 전지셀을 가열 및 가압하여 수행하는 것을 특징으로 하는 이차전지 가스 제거 방법.
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