WO2021085931A1 - 순차 가압 포메이션 지그 및 이를 이용한 포메이션 방법 - Google Patents

순차 가압 포메이션 지그 및 이를 이용한 포메이션 방법 Download PDF

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WO2021085931A1
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pressing
plate
battery cell
pressure
formation
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PCT/KR2020/014463
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배동훈
배준성
이의경
김상지
홍석현
이범군
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주식회사 엘지에너지솔루션
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    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Definitions

  • the present invention relates to a formation jig of a lithium secondary battery and a formation method using the same, and a formation jig capable of sequentially pressing a plane surface of a lithium secondary battery and a formation method using the same in order to impart directionality to the electrolyte of the lithium secondary battery to be.
  • Pouch-type lithium secondary batteries (hereinafter referred to as battery cells) as a unit cell constituting a battery have flexibility and are relatively free in shape, light in weight, and excellent safety, so they are in demand as a power source for portable electronic devices such as mobile phones, camcorders, and notebook computers. Is increasing.
  • a plurality of positive electrodes (aluminum foil) and negative electrodes (copper foil) are stacked with a separator interposed therebetween, and a positive electrode tab is welded to the positive electrode and a negative electrode tab is welded to the negative electrode, and then the aluminum pouch is used. It has a structure that is wrapped and sealed.
  • the manufacturing process of such a battery cell is largely divided into three processes, such as electrode, assembly, and activation, and the electrode process makes a positive electrode and a negative electrode by mixing the materials in an appropriate ratio (mixing), and the positive electrode is aluminum and the negative electrode is copper foil. ), pressed to a certain thickness through a roll press to make it flat, and then cut to fit the size of the electrode.
  • the assembling process is a stack & folding process in which the positive electrode material, the separator, and the negative electrode material are alternately stacked through notching to remove unnecessary parts from the electrode, and then folded several times according to the battery capacity or the electrode and the electrode material. It is a process of performing a winding process in which the separators are overlapped and wound around, wrapped with an aluminum film packaging material, and then injected with an electrolyte and sealed in a vacuum state.
  • the final formation process is a process of activating the battery cell by repeating charging/discharging of the assembled battery cell, and performing a degassing process in which gas generated in the battery cell is discharged upon activation.
  • the formation jig 10 includes a plurality of pressing plates 11, and the pressing plates are connected by a pressing screw 13.
  • the pressing plate is moved in one direction (arrow) by operating the screw, thereby pressing the battery cell.
  • the pressure plate is in the form of a flat plate, the pressure is transmitted on the plane of the battery cell without division of zones during pressurization.
  • An object of the present invention is to provide a formation jig for imparting directionality to an electrolyte solution inside a battery cell by sequentially pressing a battery cell using a formation jig including a plate-shaped pressing plate.
  • the formation jig of the present invention for solving the above problem comprises: a frame accommodating a plurality of battery cells; And a plurality of pressing plates for pressing the battery cells by moving in a horizontal direction, the formation jig having a first through hole through which a first screw passes, and a pressing plate for pressing the battery cells;
  • the pressure plate presses the upper or lower part of the battery cell, it supports the battery cell, and includes a second through hole through which the first screw passes, and a third through hole through which the second screw passes.
  • a plurality of the pressing plates and the pressing supporting plates are installed side by side.
  • the pressing plate is divided into an upper pressing region and a lower pressing region, and the upper pressing region and the lower pressing region each have at least one pair of first through holes.
  • the diameter of the second through hole is 1.2 to 2 times the diameter of the first through hole.
  • the cross-sectional area of the pressure support plate is larger than the cross-sectional area of the pressure plate.
  • the third through-holes may be located outside an area of a virtual closing portion formed by a line connecting the second through-holes.
  • each of the pressure plate and the pressure support plate has a pressure pad attached to at least one surface thereof.
  • the pressure plate and the pressure support play move separately.
  • the formation method according to the present invention is a formation method of sequentially pressing an upper surface and a lower surface of a battery cell using the formation jig, wherein the battery cell is accommodated between the pressing plate and the pressing support plate, and the direction of space adjustment
  • a second step of pressing the battery cells in a second direction which is a direction opposite to the distance adjustment, in the upper or lower pressurization area of the pressurization plate;
  • a third step of pressing the portion of the battery cell that is not pressurized in the second step is a formation method of sequentially pressing an upper surface and a lower surface of a battery cell using the formation jig, wherein the battery cell is accommodated between the pressing plate and the pressing support plate, and the direction of space adjustment
  • the lower pressing region of the pressing plate presses the battery cell in the second direction. While doing this, the lower surface of the battery cell corresponding thereto is pressed.
  • the battery cell in the second step, when the lower pressing region of the pressing plate presses the lower portion of the battery cell, the battery cell is supported by the pressing support plate.
  • the second step comprises: a step 2-A in which the lower left or lower right portion of the pressing plate presses the battery cell in the second direction; And a step 2-B in which the lower right or left portion of the pressing plate presses the battery cell in the second direction, wherein step 2-A and step 2-B are sequentially performed.
  • the pressurization is performed simultaneously with charging/discharging the battery cell or after charging/discharging.
  • the battery cells are sequentially pressurized to impart directionality to the electrolyte, so that gas inside the battery cells can be easily discharged.
  • 1 is a view showing a conventional formation jig.
  • FIG. 2 is a view showing a pressure plate and a pressure support plate according to an embodiment of the present invention.
  • 3 to 5 are views showing a formation jig according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating a formation method according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating a formation method according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a view showing a pressure plate and a pressure support plate according to an embodiment of the present invention.
  • a pressure plate 110 includes first through holes 112 through which a first screw (not shown) passes.
  • the pressing plate 110 has an area and shape corresponding to a battery cell to be pressed, and is connected to a first screw to be described later, so that it moves in a horizontal direction through rotation of the first screw, and is in close contact with the battery cell. Pressurize the battery cell.
  • the first through-holes are located on the outer circumferential surface based on a portion where the battery cell abuts. This is because the first screws passing through the first through holes should not contact the battery cells.
  • the pressing plate 110 may be divided into an upper pressing area 111 that presses the upper side plane of the battery cell and a lower pressing area 113 that presses the lower side plane of the battery cell. I can.
  • Each of the upper pressing region 111 and the lower lower region 113 includes one or more pairs of first through holes 112. When the number of the first through holes is at least one pair or more than one, the pressing plate may uniformly press the battery cell.
  • First screws which will be described later, are inserted into the four through holes 112, respectively, and each of the first screws is configured to be independently rotatable. Accordingly, only the lower pressurization area is moved by rotation of the first screws inserted into the lower pressurization area 113, and the upper pressurization area 111 does not move.
  • the pressure support plate is a plate added to function to support the battery cell when the pressure plate presses one of the lower or upper part of the battery cell.
  • the pressure plate in order to impart directionality to the electrolyte during pressurization, is in the direction from the bottom of the battery cell to the top, the pressure plate is in the direction from the top to the bottom of the battery cell, or the pressure plate is on the left side of the battery cell.
  • the battery cells are sequentially pressed in the right direction from, in this case, in order to efficiently perform sequential pressing, a pressure supporting plate that supports the battery cells separately from the pressure plate is required.
  • the pressure support plate 120 includes a plurality of second through holes 122 through which first screws pass and a plurality of third through holes through which second screws pass. It has holes 121.
  • the second through-holes 122 and the third through-holes 121 are formed on the outer circumferential surface of a predetermined portion contacting the battery cell, thereby preventing the screws from contacting the battery cell.
  • two pairs of the second through holes and the third through holes may be formed, respectively.
  • a pair of third through-holes may be formed in the upper portion, and each is formed at a vertex portion where two corners of the upper left portion meet and a vertex portion where two corners of the upper right portion meet.
  • one third through hole is formed at a vertex portion where two corners of the lower left portion meet and a vertex portion where two corners of the lower right portion meet.
  • the cross-sectional area of the pressing support plate is larger than the cross-sectional area of the pressing plate.
  • the cross-sectional area refers to an area of a portion that faces the battery cell during pressurization.
  • the pressure plate and the pressure support plate each have a pressure pad attached to at least one surface thereof.
  • the pressure pad functions to prevent damage to the electrode assembly by absorbing the impact caused by the pressure by being closer to the battery cell when the pressure plate pressurizes the battery cell. Therefore, the pressure pad is preferably made of a material having elasticity in order to alleviate impact, and specifically, it is preferable to include rubber or polyurethane-based polymer resin.
  • the pressure plate 110 and the pressure support plate 120 are arranged side by side, and at this time, the first screws, in order to penetrate the pressure plate 110 and the pressure support plate 120 together, a first through hole
  • the fields 112 and the second through-holes 122 are disposed in a line and are formed to overlap each other.
  • the present invention is characterized in that, in the diameters of the first through-hole and the second through-hole through which the first screw passes, the diameter of the second through-hole is larger than the diameter of the first through-hole. This is to ensure that when the first screw is rotated, only the pressure plate 110 moves, and the pressure support plate is not affected by the rotation of the first screw.
  • FIG. 3 shows a formation jig according to an embodiment of the present invention.
  • the formation jig 100 of the present invention the pressure plate 110; Pressure support plate 120; A first screw 130 penetrating the pressure plate 110 and the pressure support plate 120 and guiding the pressure plate to move in the direction of the gap adjustment; And a second screw (140) passing through the pressure support plate and guiding the pressure support plate to move in the direction of the gap adjustment. It includes.
  • the formation jig may include a frame (not shown) that defines the appearance of the jig formation.
  • the frame accommodates a plurality of pressure plates, pressure support plates, and battery cells.
  • the frame supports the pressure plate, the pressure support plate, and the battery cell.
  • the frame may have an inner wall 150 at the end of the space control direction for support.
  • the pressure plate and the pressure support plate are provided in plural in parallel to the inside of the frame.
  • the first screw 130 penetrates the first through hole 112 formed in the pressing plate 110 and the second through hole 122 formed in the pressing support plate 120 together. And, since the diameter of the second through hole 122 formed in the pressure support plate 120 is larger than the diameter of the first through hole 112, the pressure support plate 120 is prevented by the rotation of the first screw 130. It is a structure that is not affected by. That is, when the pressing plate 110 moves in the direction of the gap adjustment or in the pressing direction by the operation of the first screw 130, the pressing support plate 120 is not affected and the pressing plate 110 is individually It is a structure in which the operation can be controlled.
  • the diameter of the second through-hole is not limited as long as it is not affected by the operation of the first screw, and specifically, it may be 1.2 times or twice the first through-hole diameter.
  • four second screws 140 may pass through four third through holes 121 formed in the pressure support plate 120.
  • the pressure support plate is configured to move in the direction of space adjustment by rotation of the second screws 140.
  • the first screw is inserted into the first through hole and the second through hole along the arrangement direction of the plurality of pressing plates and the plurality of pressing support plates
  • the second screw includes the plurality of pressing plates and It is inserted into the third through hole along the arrangement direction of the plurality of pressure support plates.
  • the first screw and the second screw have a cylindrical body extending along the arrangement direction of the pressure plate and the pressure support plate, and are designed to horizontally move the pressure plates and the pressure support plates by rotation.
  • the first screw and the second screw can be operated individually. Accordingly, the pressure plate moving in the horizontal direction by the operation of the first screw and the pressure support plate moving in the horizontal direction by the operation of the second screw can be moved separately.
  • the plurality of first screws penetrating the pressing plate are distributed in the upper pressing region and the lower pressing region to pass through the pressing plate.
  • the first screws penetrating the upper pressing region and the first screws penetrating the lower pressing region One screw is also individually operated, so that the lower pressing area and the upper pressing area can be individually pressed.
  • the pressing plate may be divided into a lower left pressing region, a lower right pressing region, an upper left pressing region, and an upper right pressing region. , By sequentially operating the screws passing through these regions, the lower left, lower right, upper left and upper right of the battery cell may be sequentially pressed.
  • a plurality of battery cells 1 are mounted between one pressing plate 110 and one pressing support plate 120, respectively. Thereafter, by rotation of the first screw 130 and the second screw 140, the pressure plate 110 and the pressure support plate 120 are moved in a first direction, which is a direction of distance adjustment, respectively, as shown in FIG. 5. Likewise, a first step of allowing the battery cell 1 to come into close contact with the pressure plate 110 and the pressure support plate 120 is performed.
  • a second step of pressing the lower portion of the battery cell corresponding to the lower pressing region of the pressing plate may be performed.
  • the direction in which the lower pressure region of the pressure plate presses the battery cells is a second direction opposite to the direction of the spacing adjustment. That is, in a state in which the pressure plate, the battery cell, and the pressure support plate are in close contact, only the lower pressure region of the pressure plate moves in the second direction to press the battery cell.
  • the formation jig of the present invention includes a pressing support plate mated with the pressing plate, so that when pressing the lower end of the battery cell, the upper end of the battery cell is supported by the pressing support plate so that the battery cell is inclined Without losing, it is possible to effectively pressurize the lower part of the battery cell.
  • the electrode assembly and the electrolyte in the surplus space have a relatively surplus space. It is pushed out to the wide upper part area. In this case, as the electrolyte is pushed out, the electrode assembly and the internal gas in the excess space are also pushed out together with the electrolyte, so that the gas inside the battery cell can be effectively removed.
  • the pressing plate sequentially presses the upper portion of the battery cell from the lower portion of the battery cell.
  • the pressing plate may sequentially press the upper portion of the battery cell toward the lower portion of the battery cell.
  • the pressing plate can be sequentially pressed from the left side of the battery cell toward the right side of the battery cell or from the right side to the left side.
  • the battery cell when the battery cell is mounted on the formation device, the battery cell is often accommodated in the formation device with the gas pocket portion of the battery cell facing upward, so from the lower end of the battery cell to the upper end of the battery cell. It is preferable to pressurize sequentially.
  • the pressing plate of the present invention can be divided into a lower left pressing area, a lower right pressing area, an upper left pressing area, and an upper right pressing area, and by sequentially operating the screws passing through these areas, the battery cell
  • the lower left, lower right, upper left and upper right of may be pressed sequentially.
  • the electrolyte by sequentially pressing the lower right area (1-a) and the lower left area (1-b) of the pressing plate, the electrolyte can be moved in a direction from right to left (arrow). have.
  • the electrolyte may move in a direction from the lower end to the upper end.
  • the state of pressing only the lower part of the battery cell may be maintained for a certain period of time, and the time may be several seconds to tens of minutes, which is the pressure during pressurization, the size of the battery cell, and A person skilled in the art may select an appropriate time in consideration of the type of electrode and electrolyte.
  • a third step of pressing the upper portion not pressed in the first step is performed.
  • the first screw penetrating the first through holes formed in the upper pressing region of the pressing plate is operated in the same manner as in the second step, so that the upper pressing region of the pressing plate moves finely in the second direction, It is to pressurize the upper part of the battery cell.

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Abstract

본 발명은, 제 1 스크류가 관통하는 제 1 관통홀을 구비하고 전지셀을 가압하는 가압 플레이트; 상기 가압 플레이트가 전지셀의 상단 또는 하단 부위를 가압할 때, 전지셀을 지지하고, 상기 제 1 스크류가 관통하는 제 2 관통홀과, 제 2 스크류가 관통하는 제 3 관통홀을 구비한 가압 지지 플레이트; 상기 가압 플레이트와 가압 지지 플레이트를 관통하고, 회전에 의해 상기 가압 플레이트를 간격 조절의 방향으로 이동시키는 제 1 스크류; 및 상기 가압 지지 플레이트를 관통하고, 회전에 의해 상기 가압 지지 플레이트를 간격 조절의 방향으로 이동시키는 제 2 스크류를 포함하고, 상기 제 2 관통홀의 직경은, 상기 제 1 관통홀의 직경보다 큰 것을 특징으로 하는 포메이션 지그이다.

Description

순차 가압 포메이션 지그 및 이를 이용한 포메이션 방법
본 출원은 2019.10.30.자 한국 특허 출원 제10-2019-0136343호에 기초한 우선권의 이익을 주장하며, 해당 한국 특허 출원의 문헌에 개시된 모든 내용은 본 명세서의 일부로서 포함된다.
본 발명은 리튬 이차전지의 포메이션 지그 및 이를 이용한 포메이션 방법에 관한 것으로, 리튬 이차전지의 전해액에 방향성을 부여하기 위해서, 리튬 이차전지의 평면 상을 순차적으로 가압할 수 있는 포메이션 지그 및 이를 이용한 포메이션 방법이다.
배터리를 구성하는 단위전지로서의 파우치형 리튬 이차전지(이하, 전지셀)는 유연성을 가져 그 형상이 비교적 자유로우며 무게가 가볍고 안전성도 우수하여 휴대폰, 캠코더, 노트북 컴퓨터와 같은 휴대용 전자기기 전원으로 수요가 증가하고 있다.
상기 전지셀은 복수 개의 양극전극(알루미늄호일)과 음극전극(구리호일)을 분리막을 사이에 두고 적층함과 아울러, 양극전극에 양극탭을, 음극전극에 음극탭을 용접한 후, 알루미늄 파우치로 감싸 밀봉한 구조를 갖는다.
이러한 전지셀의 제조 공정은 전극, 조립, 활성화 등 크게 3개 공정으로 나뉘며, 전극공정은 양극과 음극을 만드는데 재료를 적당한 비율로 섞어(믹싱ㆍMixing), 양극은 알루미늄, 음극은 동박(Copper foil)으로 코팅(coating)하고, 롤 프레스(Roll Press)를 통해 일정한 두께로 압착해 평평하게 만든 뒤, 전극 사이즈에 맞게 자르는 슬리팅(slitting) 공정이다.
또한, 조립공정은 전극에서 불필요한 부분을 제거하는 노칭(Notching)을 거쳐 양극재, 분리막, 음극재를 번갈아 층층이 쌓은 뒤 이를 전지 용량에 맞춰 여러 차례 접는 스택 앤드 폴딩(stack & folding) 과정 또는 전극과 분리막을 겹치고 둘둘 마는 와인딩(winding) 과정을 수행하고, 알루미늄 필름 포장재로 포장한 뒤, 전해질을 투입하고 진공상태로 밀봉하는 공정이다.
마지막 활성화(formation) 공정은 조립된 전지셀의 충/방전을 반복하면서 전지셀을 활성화시키고, 활성화 시 전지셀에 발생된 가스를 배출시키는 탈기(degassing) 과정을 수행하는 공정이다.
이와 같은 활성화 공정 중에는, 전극과 전해액의 화학적 반응 또는 부반응 등에 의해 다량의 가스가 발생되는데, 이 같은 가스 제거를 위해 전지셀을 가압하는 포메이션 지그가 사용되고 있다.
도 1은 종래의 포메이션 지그를 도시하고 있다. 이를 참조하면, 포메이션 지그(10)는, 다수의 가압 플레이트(11)를 포함하고 있고, 상기 가압 플레이트들은 가압 스크류(13)에 의해 연결되어 있다. 그리고 가압 플레이트들 사이사이에 전지셀(1)을 삽입한 후, 스크류를 조작하여 가압 플레이트를 일 방향(화살표)으로 이동시켜서, 전지셀을 가압하게 된다. 그런데, 상기 가압 플레이트는 평평한 판상 형태이므로, 가압 시 구역의 구분 없이 전지셀의 평면 상에 압력이 전달된다.
한편, 전지셀 내부의 기체를 효과적으로 제거하기 위해서는 가압 시 밀려나는 전해액에 방향성을 주는 것이 효과적이다. 가압 시 전해액이 밀려날 때에 내부 가스도 전해액과 같이 밀려나는 경향이 있기 때문이다. 따라서, 가압 시, 전해액에 방향성을 부여할 수 있는 가압 플레이트에 대한 기술 개발이 필요한 실정이다.
본 발명은, 판상 형태의 가압 플레이트를 포함하는 포메이션 지그를 이용하여, 전지셀을 순차적으로 가압하여, 전지셀 내부의 전해액에 방향성을 부여하는 포메이션 지그를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 전해액에 방향성을 부여하는 포메이션 지그를 이용해 전지셀을 가압하는 포메이션 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 포메이션 지그는, 다수의 전지셀을 수용하는 프레임; 및 수평 방향으로 이동함으로써 상기 전지셀을 가압하는 다수의 가압 플레이트를 포함하는 포메이션 지그로서, 제 1 스크류가 관통하는 제 1 관통홀을 구비하고 전지셀을 가압하는 가압 플레이트; 상기 가압 플레이트가 전지셀의 상단 또는 하단 부위를 가압할 때, 전지셀을 지지하고, 상기 제 1 스크류가 관통하는 제 2 관통홀과, 제 2 스크류가 관통하는 제 3 관통홀을 구비한 가압 지지 플레이트; 상기 가압 플레이트와 가압 지지 플레이트를 관통하고, 회전에 의해 상기 가압 플레이트를 간격 조절의 방향으로 이동시키는 제 1 스크류; 및 상기 가압 지지 플레이트를 관통하고, 회전에 의해 상기 가압 지지 플레이트를 간격 조절의 방향으로 이동시키는 제 2 스크류를 포함하고, 상기 제 2 관통홀의 직경은, 상기 제 1 관통홀의 직경보다 큰 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 포메이션 지그는, 상기 가압 플레이트 및 상기 가압 지지 플레이트가, 나란하게 다수로 설치되어 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 상기 가압 플레이트는, 상단 가압 영역과 하단 가압 영역으로 구분되고, 상기 상단 가압 영역 및 하단 가압 영역은 각각 한 쌍 이상의 제 1 관통홀을 구비하고 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 제 2 관통홀의 직경은, 상기 제 1 관통홀의 직경의 1.2 배 내지 2 배이다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 가압 지지 플레이트의 단면적은 상기 가압 플레이트의 단면적보다 크다. 이때, 상기 제 3 관통홀들은, 제 2 관통홀 들을 연결한 선에 의해 형성된 가상의 폐쇄부의 영역 밖에 위치할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 가압 플레이트 및 상기 가압 지지 플레이트는 각각 적어도 일면에 가압패드가 부착되어 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 가압 플레이트와 상기 가압 지지 플레이는 개별적으로 이동한다.
본 발명에 따른 포메이션 방법은, 상기 포메이션 지그를 이용하여 전지셀 상단면과 하단면을 순차적으로 가압하는 포메이션 방법으로서, 전지셀을 상기 가압 플레이트와 상기 가압 지지 플레이트 사이에 수납하고, 간격 조절의 방향인 제 1 방향으로 상기 가압 플레이트 및 가압 지지 플레이트를 이동시켜, 가압 플레이트, 전지셀 및 가압 지지 플레이트를 밀착시키는 제 1 단계; 상기 제 1 단계 이후, 상기 가압 플레이트의 상단 또는 하단 가압 영역이 전지셀을 상기 간격 조절의 반대 방향인 제 2 방향으로 가압하는 제 2 단계; 및 상기 제 2 단계에서 가압되지 않은 전지셀 부위를 가압하는 제 3 단계를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 제 2 단계는, 상기 하단 가압 영역의 제 1 관통홀들을 관통하는 제 1 스크류를 조작해, 상기 가압 플레이트의 하단 가압 영역이 상기 제 2 방향으로 전지셀을 가압하면서, 이에 대응하는 전지셀의 하부면을 가압한다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 제 2 단계는, 상기 가압 플레이트의 하단 가압 영역이 전지셀의 하단 부위를 가압할 때, 전지셀은 상기 가압 지지 플레이트에 의해 지지된다.
본 발명의 일 실시예에서, 제 9 항에 있어서, 상기 제 2 단계는, 상기 가압 플레이트의 하단 좌측 또는 하단 우측 부위가 전지셀을 상기 제 2 방향으로 가압하는 2-A 단계; 및 상기 가압 플레이트의 하단 우측 또는 좌측 부위가 전지셀을 상기 제 2 방향으로 가압하는 2-B 단계;를 포함하고, 상기 2-A 단계 및 상기 2-B 단계는 순차적으로 이루어진다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 가압은 전지셀을 충/방전함과 동시에 또는 충/방전 이후에 수행된다.
본 발명의 포메이션 지그 및 포메이션 방법은, 전지셀을 순차적으로 가압하여 전해액에 방향성을 부여함으로써, 전지셀 내부의 가스를 용이하게 배출할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래의 포메이션 지그를 나타내는 도면이다.
도 2는, 본 발명의 일 실시예에 따른, 가압 플레이트 및 가압 지지 플레이트를 나타내는 도면이다.
도 3 내지 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 포메이션 지그를 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 포메이션 방법을 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 포메이션 방법을 나타낸 도면이다.
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.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 가압 플레이트 및 가압 지지 플레이트를 나타내는 도면이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 가압 플레이트(110)는, 제 1 스크류(미도시)가 관통하는 제 1 관통홀들(112)을 구비하고 있다. 상기 가압 플레이트(110)는, 가압 대상인 전지셀에 대응하는 면적 및 형상을 가지고 있으며, 후술하는 제 1 스크류와 연결되어 있어, 제 1 스크류의 회전을 통해 수평 방향으로 이동하고, 전지셀에 밀착되어 전지셀을 가압한다.
상기 제 1 관통홀들은, 전지셀이 맞닿는 부위를 기준으로 그 외주면에 위치한다. 이는 제 1 관통홀들을 관통하는 제 1 스크류들이 전지셀들과 접촉되어서는 안되기 때문이다.
하나의 구체적 예에서, 상기 가압 플레이트(110)는, 전지셀의 상부 측 평면을 가압하게 되는 상부 가압 영역(111)과 전지셀의 하부 측 평면을 가압하게 되는 하부 가압 영역(113)으로 구분될 수 있다. 상기 상부 가압 영역(111)과 하부 하부 영역(113)은 각각 한 쌍 이상의 제 1 관통홀들(112)을 구비하고 있다. 상기 제 1 관통홀의 개수가 하나인 경우 보다는 적어도 한 쌍 이상일 경우, 가압 플레이트가 균일하게 전지셀을 가압할 수 있다.
상기 4 개의 관통홀들(112)에는 각각 후술할 제 1 스크류들이 삽입되게 되고, 상기 제 1 스크류들은 각각 독립적으로 회전이 가능하도록 구성되어 있다. 따라서, 하부 가압 영역(113)에 삽입된 제 1 스트류들의 회전을 통해 하부 가압 영역 만이 이동할 뿐이고, 이 때 상부 가압 영역(111)은 이동하지 않게 된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 가압 지지 플레이트는 상기 가압 플레이트가 전지셀의 하단 또는 상단 부위 중 하나의 부위를 가압할 때, 전지셀을 지지하는 기능을 하기 위해 추가된 플레이트이다. 본 발명의 포메이션 지그는, 가압 시 전해액에 방향성을 부여하기 위해, 가압 플레이트가 전지셀의 하단으로부터 상단 방향으로, 또는 가압 플레이트가 전지셀의 상단으로부터 하단 방향으로, 또는 가압 플레이트가 전지셀의 좌측으로부터 우측 방향으로 전지셀을 순차 가압하게 되는데, 이 때 순차 가압을 효율적으로 수행하기 위해 가압 플레이트와 별도로 전지셀을 지지하는 가압 지지 플레이트가 필요한 것이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 가압 지지 플레이트(120)는, 제 1 스크류들이 관통하는 복수의 제 2 관통홀들(122)과 제 2 스크류들이 관통하는 복수의 제 3 관통홀들(121)을 구비하고 있다. 상기 제 2 관통홀들(122) 및 제 3 관통홀들(121)은 전지셀과 맞닿는 예정 부위의 외주면에 형성됨으로써, 상기 스크류들이 전지셀에 접촉되는 것을 방지할 수 있다.
하나의 구체적 예에서, 하나의 가압 지지 플레이트에는, 상기 제 2 관통홀들 및 제 3 관통홀들이, 각각 두 쌍 식 형성되어 있을 수 있다. 이들 중 한 쌍의 제 3 관통홀들은 상단 부위에 형성될 수 있고, 좌측 상단부의 두 개의 모서리가 만나는 꼭지점 부위 및 우측 상단부의 두 개의 모서리가 만나는 꼭지점 부위에 각각 한 개씩 형성되어 있다. 하단 부위에도 마찬가지로, 좌측 하단부의 두 개의 모서리가 만나는 꼭지점 부위 및 우측 하단부의 두 개의 모서리가 만나는 꼭지점 부위에 각각 한 개의 제 3 관통홀이 형성되어 있다.
하나의 구체적 예에서, 상기 가압 지지 플레이트의 단면적은 상기 가압 플레이트의 단면적보다 크다. 여기서 상기 단면적은, 가압 시 전지셀과 대면되는 부위의 면적을 의미한다. 가압 플레이트가 전지셀의 상단 또는 하단부로부터 하단 또는 상단부 영역으로 전지셀을 순차 가압할 때, 가압 지지 플레이트가 안정적으로 전지셀을 지지하기 위해서는 가압 지지 플레이트의 면적이 가압 플레이트 보다 큰 것이 효과적이다.
상기 가압 플레이트 및 가압 지지 플레이트는 각각 적어도 일면에 가압패드가 부착되어 있는 것이 바람직하다. 상기 가압패드는 상기 가압 플레이트가 전지셀을 가압할 때에 전지셀에 보다 밀착되어 전지셀을 가압하고, 가압에 의한 충격을 흡수함으로써 전극조립체가 손상되는 것을 방지하는 기능을 한다. 따라서 상기 가압패드는, 충격 완화를 위해 탄성이 있는 소재를 사용하는 것이 바람직하고, 구체적으로는 고무나 폴리우레탄계 고분자 수지를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 가압 플레이트(110)와 상기 가압 지지 플레이트(120)는 나란하게 배열되는데, 이 때, 제 1 스크류들이, 가압 플레이트(110) 및 가압 지지 플레이트(120)를 함께 관통하기 위해, 제 1 관통홀들(112) 및 제 2 관통홀들(122)은, 일렬로 나란하게 위치하여 중첩되도록 형성되어 있다.
본 발명은, 제 1 스크류가 관통하는 제 1 관통홀 및 제 2 관통홀의 직경에 있어서, 제 2 관통홀의 직경이 제 1 관통홀의 직경보다 큰 것을 특징으로 한다. 이는 제 1 스크류의 회전 시, 상기 가압 플레이트(110)만이 이동하고, 가압 지지 플레이트는 제 1 스크류의 회전 여부에 영향을 받지 않도록 하기 위함이다.
도 3은, 본 발명의 일 실시예에 따른 포메이션 지그가 도시되어 있다. 도 3을 참조하면, 본 발명의 포메이션 지그(100)는, 가압 플레이트(110); 가압 지지 플레이트(120); 상기 가압 플레이트(110)와 가압 지지 플레이트(120)를 관통하고, 상기 가압 플레이트가 간격 조절의 방향으로 이동하도록 가이드하는 제 1 스크류(130); 및 상기 가압 지지 플레이트를 관통하여, 상기 가압 지지 플레이트가 간격 조절의 방향으로 이동하도록 가이드하는 제 2 스크류(140); 를 포함하고 있다.
하나의 구체적 예에서, 상기 포메이션 지그는, 지그 포메이션의 외형을 정의하는 프레임(미도시)을 포함할 수 있다. 상기 프레임은, 복수의 가압 플레이트, 가압 지지 플레이트 및 전지셀을 수용한다. 또한 프레임은, 상기 가압 플레이트, 가압 지지 플레이트 및 전지셀을 지지한다. 상기 프레임은 지지를 위해 간격 조절 방향의 끝 단에 내벽(150)을 구비할 수 있다. 그리고, 상기 가압 플레이트 및 상기 가압 지지 플레이트는, 상기 프레임 내부에 나란하게 다수로 설치되어 있다.
도 3을 참조하면, 제 1 스크류(130)가, 가압 플레이트(110)에 형성된 제 1 관통홀(112)과 가압 지지 플레이트(120)에 형성된 제 2 관통홀(122)을 함께 관통하고 있다. 그리고, 가압 지지 플레이트(120)에 형성된 제 2 관통홀(122)의 직경은, 제 1 관통홀(112)의 직경보다 크기 때문에, 가압 지지 플레이트(120)는 제 1 스크류(130)의 회전에 의해 영향을 받지 않는 구조이다. 즉, 제 1 스크류(130)의 조작에 의해 가압 플레이트(110)가 간격 조절의 방향 또는 가압 방향으로 이동할 때에, 가압 지지 플레이트(120)는 영향을 받지 않은 채 가압 플레이트(110)와 개별적으로 그 동작이 제어될 수 있는 구조이다.
상기 제 2 관통홀의 직경은, 제 1 스크류의 조작에 의해 영향을 받지 않을 정도라면, 그 크기가 한정되는 것은 아니며, 구체적으로는 제 1 관통홀 직경의 1.2 배 내일 2 배일 수 있다.
도 3을 참조하면, 4 개의 제 2 스크류들이(140), 가압 지지 플레이트(120)에 형성된 4 개의 제 3 관통홀들(121)을 관통할 수 있다. 다만 상기 도면에는 편의상 좌측 상단 및 하단의 관통홀들에 스크류가 관통하는 태양을 도시하지 않고 생략하였다. 가압 지지 플레이트는 상기 제 2 스크류들(140)의 회전에 의해 간격 조절의 방향으로 이동하게 구성되어 있다.
상기 제 1 스크류는 상기 다수의 가압 플레이트들 및 다수의 가압 지지 플레이트들의 배열 방향을 따라, 상기 제 1 관통홀 및 제 2 관통홀에 삽입되고, 상기 제 2 스크류는, 상기 다수의 가압 플레이트들 및 다수의 가압 지지 플레이트들의 배열 방향을 따라, 상기 제 3 관통홀에 삽입된다. 상기 제 1 스크류 및 제 2 스크류는 가압 플레이트 및 가압 지지 플레이트의 배열 방향을 따라 연장되는 원통형의 몸체를 가지고 있으며, 회전에 의해 상기 가압 플레이트들 및 가압 지지 플레이트들을 수평 이동할 수 있도록 설계 되어 있다.
상기 제 1 스크류 및 제 2 스크류는 개별적으로 조작이 가능하다. 따라서, 제 1 스크류의 조작에 의해 수평 방향으로 이동하는 가압 플레이트와 제 2 스크류의 조작에 의해 수평 방향으로 이동하는 가압 지지 플레이트는 개별적으로 이동할 수 있다.
또한 가압 플레이트를 관통하는 복수의 제 1 스크류들은, 상단 가압 영역 부위 및 하단 가압 영역 부위에 분산되어 가압 플레이트를 관통하는데, 상단 가압 영역 부위를 관통하는 제 1 스크류들과 하단 가압 영역을 관통하는 제 1 스크류들도 각자 개별적으로 조작됨으로써, 하단 가압 영역 및 상단 가압 영역의 개별적 가압이 가능하게 된다.
나아가, 상단 및 하단 가압 영역에, 각각 적어도 한 쌍 이상의 제 1 스크류들이 관통하게 설계한다면, 가압 플레이트는 하단 좌측 가압 영역, 하단 우측 가압 영역, 상단 좌측 가압 영역 및 상단 우측 가압 영역으로 구분될 수 있고, 이들 영역을 관통하는 스크류들을 순차적으로 조작함으로써, 전지셀의 하단 좌측, 하단 우측, 상단 좌측 및 상단 우측을 순차적으로 가압할 수도 있다.
이하, 본 발명의 포메이션 지그를 이용해, 전지셀을 순차적으로 가압하는 방법에 대해 설명하기로 한다.
도 4 내지 도 6을 참조하면, 우선 다수의 전지셀(1)들을, 각각 하나의 가압 플레이트(110)와 하나의 가압 지지 플레이트(120) 사이에 장착한다. 이후 제 1 스크류(130)와 제 2 스크류(140)의 회전에 의해, 상기 가압 플레이트(110)와 상기 가압 지지 플레이트(120)를 각각 간격 조절의 방향인 제 1 방향으로 이동시켜, 도 5와 같이, 전지셀(1)이 가압 플레이트(110)와 가압 지지 플레이트(120)에 밀착되도록 하는 제 1 단계를 수행한다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 제 1 단계를 수행한 이후에는, 가압 플레이트(110)의 상단 가압 영역 부위를 관통하는 제 1 스크류들을 가만히 둔 채, 하단 가압 영역 부위를 관통하는 제 1 스크류들만을 회전시켜, 가압 플레이트 하단 가압 영역이 이에 대응하는 전지셀의 하단 부위를 가압하는 제 2 단계를 수행할 수 있다. 이 때 가압 플레이트의 하단 가압 영역이 전지셀을 가압하는 방향은, 상기 간격 조절의 방향과 반대 방향인 제 2 방향이다. 즉, 가압 플레이트, 전지셀 및 가압 지지 플레이트가 밀착된 상태에서, 가압 플레이트의 하단 가압 영역 만이 상기 제 2 방향으로 이동하며 전지셀을 가압하게 되는 것이다.
한편, 전지셀은 판상형 구조이므로, 가압 플레이트의 하단 가압 영역이 전지셀에 대하여 제 2 방향으로 힘을 가할 경우, 가압 되지 않는 전지셀 부위는 제 2 방향과 반대 방향인 제 1 방향을 향해 기울어지게 되고, 이로 인해, 가압 플레이트에 의한 가압력이 전지셀 하단 부위에 효과적으로 전달되지 않을 수 있다. 이에 본 발명의 포메이션 지그는, 상기 가압 플레이트와 짝을 이루는 가압 지지 플레이트를 포함시킴으로써, 전지셀의 하단 부위를 가압할 때에, 전지셀의 상단 부위가 상기 가압 지지 플레이트에 의해 지지되어 전지셀이 기울어지지 않고, 전지셀의 하단 부위를 효과적으로 가압할 수 있다.
상기 제 2 단계를 통하여, 전지셀의 하단 부위만을 가압하게 되면, 하단 부위에서 전극조립체와 전지케이스 사이의 잉여 공간이 감소하게 되는 결과, 전극조립체와 상기 잉여 공간에 있던 전해액은 상대적으로 잉여 공간이 넓은 상단 부위 영역으로 밀려나가게 된다. 그리고 이때 전해액이 밀려나가면서 전극조립체와 잉여 공간에 있던 내부 가스도 전해액과 함께 밀려나가므로, 전지셀 내부의 가스를 효과적으로 제거할 수 있다.
상기 실시예는, 가압 플레이트가 전지셀의 하단 부위로부터 전지셀의 상단 부위를 순차 가압하는 실시예를 설명하였다. 그러나, 이와는 달리 가압 플레이트가 전지셀의 상단 부위로부터 전지셀의 하단 부위를 향해 순차 가압할 수도 있다. 또한 가압 플레이트가 전지셀의 좌측 부위로부터 전지셀의 우측 부위를 향해 순차 가압하거나 우측 부위로부터 좌측 부위로 순차 가압할 수 있음은 물론이다.
그러나, 통상적으로 전지셀을 포메이션 장치에 장착함에 있어서, 전지셀의 가스 포켓부가 위를 향하도록 하여 전지셀을 포메이션 장치에 수납하는 경우가 많기 때문에, 전지셀의 하단 부위로부터 전지셀의 상단 부위까지 순차 가압하는 것이 바람직하다.
본 발명의 다른 실시예에서는, 상기 가압 플레이트의 하단 좌측 또는 하단 우측 부위가 전지셀을 상기 제 2 방향으로 가압하는 2-A 단계; 및 상기 가압 플레이트의 하단 우측 또는 좌측 부위가 전지셀을 상기 제 2 방향으로 가압하는 2-B 단계;를 포함하고, 상기 2-A 단계 및 상기 2-B 단계는 순차적으로 이루어는 것일 수 있다.
전술한 바와 같이, 본 발명의 가압 플레이트는 하단 좌측 가압 영역, 하단 우측 가압 영역, 상단 좌측 가압 영역 및 상단 우측 가압 영역으로 구분될 수 있고, 이들 영역을 관통하는 스크류들을 순차적으로 조작함으로써, 전지셀의 하단 좌측, 하단 우측, 상단 좌측 및 상단 우측을 순차적으로 가압할 수도 있다. 도 7을 참조하면, 가압 플레이트의 하단 우측 영역(1-a)과 하단 좌측 영역(1-b)을 순차적으로 가압함으로써, 전해액이 우측으로부터 좌측 방향으로(화살표) 방향성을 가지고 이동할 수 있도록 할 수 있다. 그리고, 가압 플레이트를 하단으로부터 상단까지 순차 가압하여, 전해액이 하단으로부터 상단 방향으로 방향성을 가지고 이동하도록 할 수 있다.
상기 제 2 단계에서, 전지셀의 하단 부위만을 가압하는 상태는 일정 시간 유지될 수 있으며, 상기 시간은 수 초 내지 수십 분일 수 있으며, 이는 가압 시의 압력과 전지셀의 크기, 전지셀을 구성하는 전극 및 전해액의 종류 등을 고려하여 당업자가 적절한 시간을 선택할 수 있다.
상기 제 2 단계 이후에는, 제 1 단계에서 가압하지 않은 상단 부위를 가압하는 제 3 단계를 수행한다. 제 3 단계는 가압 플레이트의 상단 가압 영역에 형성된 제 1 관통홀들을 관통하는 제 1 스크류를 상기 제 2 단계와 마찬가지로 조작시켜, 가압 플레이트의 상단 가압 영역이 상기 제 2 방향으로 미세하게 이동하도록 함으로써, 전지셀의 상단 부위를 가압하는 것이다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자 또는 해당 기술 분야에 통상의 지식을 갖는 자라면, 후술될 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 기술 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허청구범위에 의해 정하여져야만 할 것이다.

Claims (13)

  1. 다수의 전지셀을 수용하는 프레임; 및 수평 방향으로 이동함으로써 상기 전지셀을 가압하는 다수의 가압 플레이트를 포함하는 포메이션 지그에 있어서,
    제 1 스크류가 관통하는 제 1 관통홀을 구비하고 전지셀을 가압하는 가압 플레이트;
    상기 가압 플레이트가 전지셀의 상단 또는 하단 부위를 가압할 때, 전지셀을 지지하고, 상기 제 1 스크류가 관통하는 제 2 관통홀과, 제 2 스크류가 관통하는 제 3 관통홀을 구비한 가압 지지 플레이트;
    상기 가압 플레이트와 가압 지지 플레이트를 관통하고, 회전에 의해 상기 가압 플레이트를 간격 조절의 방향으로 이동시키는 제 1 스크류; 및
    상기 가압 지지 플레이트를 관통하고, 회전에 의해 상기 가압 지지 플레이트를 간격 조절의 방향으로 이동시키는 제 2 스크류를 포함하고,
    상기 제 2 관통홀의 직경은, 상기 제 1 관통홀의 직경보다 큰 것을 특징으로 하는 포메이션 지그.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 가압 플레이트 및 상기 가압 지지 플레이트는, 나란하게 다수로 설치된 것을 특징으로 하는 포메이션 지그.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 가압 플레이트는,
    상단 가압 영역과 하단 가압 영역으로 구분되고,
    상기 상단 가압 영역 및 하단 가압 영역은 각각 한 쌍 이상의 제 1 관통홀을 구비하고 있는 포메이션 지그.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 제 2 관통홀의 직경은, 상기 제 1 관통홀의 직경의 1.2 배 내지 2배인 것을 특징으로 하는 포메이션 지그.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 가압 지지 플레이트의 단면적은 상기 가압 플레이트의 단면적보다 큰 것을 특징으로 하는 포메이션 지그.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 가압 지지 플레이트는,
    제 3 관통홀들이 각각, 제 2 관통홀 들을 연결한 선에 의해 형성된 가상의 폐쇄부의 영역 밖에 위치함을 특징으로 하는 포메이션 지그.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 가압 플레이트 및 상기 가압 지지 플레이트는 각각 적어도 일면에 가압패드가 부착되어 있는 것을 특징으로 하는 포메이션 지그.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 가압 플레이트와 상기 가압 지지 플레이는 개별적으로 이동하는 것을 특징으로 하는 포메이션 지그.
  9. 제 1 항의 포메이션 지그를 이용하여 전지셀 상단면과 하단면을 순차적으로 가압하는 포메이션 방법으로서,
    전지셀을 상기 가압 플레이트와 상기 가압 지지 플레이트 사이에 수납하고, 간격 조절의 방향인 제 1 방향으로 상기 가압 플레이트 및 가압 지지 플레이트를 이동시켜, 가압 플레이트, 전지셀 및 가압 지지 플레이트를 밀착시키는 제 1 단계;
    상기 제 1 단계 이후, 상기 가압 플레이트의 상단 또는 하단 가압 영역이 전지셀을 상기 간격 조절의 반대 방향인 제 2 방향으로 가압하는 제 2 단계; 및
    상기 제 2 단계에서 가압되지 않은 전지셀 부위를 가압하는 제 3 단계; 를 포함하는 포메이션 방법.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 제 2 단계는,
    상기 하단 가압 영역의 제 1 관통홀들을 관통하는 제 1 스크류를 조작해, 상기 가압 플레이트의 하단 가압 영역이 상기 제 2 방향으로 전지셀을 가압하면서, 이에 대응하는 전지셀의 하부면을 가압하는 것을 특징으로 하는 포메이션 방법.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 제 2 단계는,
    상기 가압 플레이트의 하단 가압 영역이 전지셀의 하단 부위를 가압할 때, 전지셀은 상기 가압 지지 플레이트에 지지되는 것을 특징으로 하는 포메이션 방법.
  12. 제 9 항에 있어서, 상기 제 2 단계는,
    상기 가압 플레이트의 하단 좌측 또는 하단 우측 부위가 전지셀을 상기 제 2 방향으로 가압하는 2-A 단계; 및
    상기 가압 플레이트의 하단 우측 또는 좌측 부위가 전지셀을 상기 제 2 방향으로 가압하는 2-B 단계;를 포함하고, 상기 2-A 단계 및 상기 2-B 단계는 순차적으로 이루어짐을 특징으로 하는 포메이션 방법.
  13. 제 9 항에 있어서, 전지셀을 충/방전함과 동시에 또는 충/방전 이후에 가압하는 것을 특징으로 하는 포메이션 방법.
PCT/KR2020/014463 2019-10-30 2020-10-22 순차 가압 포메이션 지그 및 이를 이용한 포메이션 방법 WO2021085931A1 (ko)

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