WO2024005583A1 - 이차전지 제조 장치 및 제조 방법 - Google Patents

이차전지 제조 장치 및 제조 방법 Download PDF

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WO2024005583A1
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pouch
heating unit
secondary battery
battery manufacturing
module
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이민재
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주식회사 엘지에너지솔루션
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Definitions

  • the present invention relates to a manufacturing apparatus and manufacturing method for manufacturing secondary batteries.
  • types of secondary batteries include nickel cadmium batteries, nickel hydrogen batteries, lithium ion batteries, and lithium ion polymer batteries. These secondary batteries are used not only for small products such as digital cameras, P-DVDs, MP3Ps, mobile phones, PDAs, Portable Game Devices, Power Tools, and E-bikes, but also for large products requiring high output such as electric vehicles and hybrid vehicles, as well as for surplus power generation. It is also applied and used in power storage devices that store power or renewable energy and backup power storage devices.
  • the electrode active material slurry is first applied to the positive electrode current collector and the negative electrode current collector to manufacture the positive and negative electrodes, and then laminated on both sides of the separator to form an electrode assembly of a predetermined shape. forms. Then, the electrode assembly is stored in the battery case, and the electrolyte is injected and sealed.
  • Secondary batteries are classified into pouch type and can type, etc., depending on the material of the case that accommodates the electrode assembly.
  • the pouch type accommodates the electrode assembly in a pouch made of flexible polymer material.
  • the can type accommodates the electrode assembly in a case made of materials such as metal or plastic.
  • a pouch-type battery case is manufactured by performing press processing on a flexible pouch film to form a cup portion. Then, when the cup portion is formed, the electrode assembly is stored inside the cup portion and the sides are sealed to manufacture a secondary battery.
  • the pouch is folded along the folding line to cover the electrode assembly, and the sealing device can heat-seal the side portion formed along the circumference of the cup portion at high temperature and pressure. .
  • One problem that the present invention seeks to solve is to provide a secondary battery manufacturing device that secures the sealing strength of the pouch by pre-heating the pouch.
  • a secondary battery manufacturing device includes a transfer module for transferring a pouch, an internal heating unit provided in the transfer module to heat the pouch, and an external heating unit located outside the transfer module to heat the pouch.
  • a heating module including at least one of the heating units and a heating module located at the rear of the heating module with respect to the transfer direction of the pouch, with the pouch folded so that the electrode assembly is accommodated in the cup portion of the pouch, the terrace portion of the pouch It may include a sealing module for sealing.
  • the pouch is folded along a folding line, and the longitudinal direction of the external heating unit may be perpendicular to the folding line.
  • the external heating units may be located in pairs on both sides of the pouch.
  • the electrode assembly includes an electrode and a pair of lead tabs joined to both sides of the electrode, and when viewed from above, the pair of external heating units may be positioned to correspond to the pair of lead tabs. .
  • the external heating unit may be horizontally movable.
  • the external heating units are located as a pair on both sides of the pouch, and when viewed from above, the pair of external heating units may be separated from each other on both sides of the pouch.
  • the pouch After the external heating unit is separated from the pouch, the pouch can be folded.
  • the internal heating unit may be disposed in the transfer module along the terrace portion.
  • the pouch is folded along a folding line, and the longitudinal direction of the internal heating unit may be perpendicular to the folding line.
  • a secondary battery manufacturing method is, in the process of transporting a pouch by a transfer module, by at least one of an external heating unit located on the outside of the transfer module and an internal heating unit provided in the transfer module. It may include a heating step in which the pouch is heated, and a sealing step in which the terrace portion of the pouch is sealed by a sealing module while the pouch is folded so that the electrode assembly is accommodated in the cup portion of the pouch.
  • the secondary battery manufacturing method may further include a folding step in which the pouch is folded along a folding line.
  • the heating step may be characterized in that the external heating units are positioned perpendicular to the folding line and are positioned in pairs on both sides of the pouch.
  • the secondary battery manufacturing method may further include a separation step in which the external heating unit moves away from both sides of the pouch as viewed from above before the folding step.
  • the heating step may be characterized in that the internal heating unit is disposed along the terrace portion in the transfer module.
  • the quality and yield of secondary batteries can be improved by pre-heating the pouch to secure the sealing strength of the pouch.
  • FIG. 1 is a perspective view of a secondary battery manufacturing apparatus according to an embodiment.
  • Figure 2 is a perspective view of the external heating unit arranged.
  • Figure 3 is a perspective view of an electrode assembly seated in a pouch and an external heating unit disposed.
  • Figure 4 is a perspective view of the pouch with the external heating part separated.
  • Figure 5 is a perspective view of a pouch folded by a folding module.
  • Figure 6 is a block diagram of a secondary battery manufacturing method according to another embodiment.
  • Figure 1 is a perspective view of a secondary battery manufacturing apparatus 1 according to an embodiment.
  • the secondary battery manufacturing apparatus 1 can manufacture a secondary battery by storing an electrode assembly (C) inside a pouch (P) and sealing the pouch (P). For example, the secondary battery manufacturing apparatus 1 forms a cup portion (U) in the pouch (P) to form a storage space, and then places the electrode assembly (C) in the cup portion (U) of the pouch (P), The pouch (P) can be sealed by heat-sealing the side portion of the pouch (P) at high temperature and pressure.
  • the secondary battery manufacturing apparatus 1 may preheat the pouch P in the process of transferring the pouch P in which the cup portion U is formed before sealing the pouch P. Specifically, the secondary battery manufacturing device 1 preheats the pouch P when the pouch P in which the cup portion U is formed is transported alone, and the electrode assembly C is seated on the cup portion U to form the pouch.
  • the pouch (P) can be preheated even during the process of transferring (P) and the electrode assembly (C).
  • the secondary battery manufacturing device 1 further secures the sealing strength of the pouch P, thereby completing the manufacturing process. It can increase efficiency and improve the yield and quality of secondary batteries.
  • the secondary battery manufacturing apparatus 1 may include a transfer module 10, a sealing module 11, and a heating module 12.
  • the transfer module 10 can transfer the pouch (P).
  • the transfer module 10 may adsorb and fix the pouch P through a vacuum adsorption method and then transfer the pouch P.
  • the transfer module 10 transfers the pouch (P) in which the cup portion (U) is molded, the electrode assembly (C) is seated in the cup portion (U) of the pouch (P) and is attached to the cup portion (U) of the pouch (P).
  • the transfer module 10 can transfer the pouch (P) and the electrode assembly (C) again. Thereafter, the transfer module 10 transfers the pouch P containing the electrode assembly C to the folding module 13, which will be described later, and the folded pouch P can be transferred to the sealing module 11, which will be described later. .
  • the sealing module 11 can seal the pouch (P) while the electrode assembly (C) is accommodated inside the pouch (P).
  • the pouch (P) is composed of a recessed cup portion (U) and a terrace portion (T) formed along the circumference of the cup portion (U), and the electrode assembly (C) is formed on the cup portion (U) of the pouch (P).
  • the pouch (P) can be folded and accommodated inside the pouch (P) in a seated state. Thereafter, the sealing module 11 can seal the pouch P by heat-sealing the terrace portion T at high temperature and high pressure.
  • the sealing module 11 includes a sealing block provided on the upper and lower sides of the folded pouch (P), and applies pressure to the upper and lower surfaces of the folded pouch (P) by the sealing block to seal the pouch (P). can be heat-sealed.
  • the heating module 12 can heat the transported pouch (P).
  • the heating module 12 may be provided in the transfer module 10 to apply heat to the pouch P seated in the transfer module 10.
  • the heating module 12 may be located outside the transfer module 10 to apply heat to the outer surface of the pouch P being transferred by the transfer module 10.
  • the heating module 12 may include at least one of an external heating unit 120 and an internal heating unit 121.
  • Figure 2 is a perspective view of the external heating unit 120 arranged.
  • the external heating unit 120 is located outside the transfer module 10 and can heat the pouch P.
  • the external heating unit 120 may be located on the upper side of the pouch (P) and apply heat toward the pouch (P).
  • the external heating unit 120 is located on the moving path of the pouch (P) and can apply heat toward the pouch (P) until the pouch (P) is folded.
  • Figure 3 is a perspective view of the electrode assembly (C) seated in the pouch (P) and the external heating unit 120 disposed.
  • a cup portion (U) is formed on one side with respect to the central folding line (F) of the pouch (P), and then the pouch (P) is folded along the folding line (F) by the folding module 13, which will be described later. It is folded along, and the external heating unit 120 may be positioned perpendicular to the folding line (F). That is, the longitudinal direction of the external heating unit 120 may be perpendicular to the folding line (F). In other words, the external heating unit 120 may have a bar shape and be arranged perpendicular to the folding line F.
  • the external heating units 120 may be located in pairs on both sides of the pouch (P).
  • the electrode assembly (C) consists of an electrode (E) and a pair of lead tabs (L) joined to both sides of the electrode (E), and the external heating unit 120 includes a pair of lead tabs (L). ) can be positioned to correspond to.
  • the electrode assembly (C) may be seated in one cup portion (U) of the pouch (P) before folding so that the connection line connecting the pair of lead tabs (L) is parallel to the folding line (F).
  • the pair of external heating units 120 may be positioned to correspond to the pair of lead tabs L.
  • the external heating units 120 are located in pairs on the upper and both sides of the pouch P so as to be perpendicular to the folding line F, and the pair of external heating units 120 heats the pouch P.
  • the electrode assembly (C) may be seated in the cup portion (U) with the pair of lead tabs (L) located in the area (120a).
  • the heating area 120a may mean a portion of the terrace part T heated by the external heating unit 120.
  • the heating area 120a is formed on the extending surface of the terrace part T of the external heating unit 120, and specifically, the terrace part T has a longitudinal direction perpendicular to the folding line F. can be formed on both sides.
  • Figure 4 is a perspective view of the pouch P with the external heating unit 120 separated.
  • the external heating unit 120 may be separated from the pouch (P).
  • the external heating unit 120 may be separated from both sides of the pouch (P).
  • the external heating unit 120 moves horizontally in a direction parallel to the folding line (F) while located as a pair on the upper side of the pouch (P), and moves away from the pouch (P) as seen from the upper side. You can.
  • the external heating unit 120 may be separated from the pouch (P) before the pouch (P) is folded. That is, after the external heating unit 120 applies heat to the pouch P and leaves, the pouch P is folded, so that the external heating unit 120 is no longer located on the folding path of the pouch P. (P) Interference and collision phenomena of the external heating unit 120 due to the folding operation can be prevented in advance.
  • the internal heating unit 121 is provided in the transfer module 10 and can heat the pouch P.
  • the internal heating unit 121 is provided inside the transfer module 10 and applies heat to the transfer module 10, so that the heat generated in the internal heating unit 121 is transferred to the pouch through the transfer module 10. It can be passed on as (P).
  • this is only an example of the internal heating unit 121, and the internal heating unit 121 may be connected to the transfer module 10 in various forms, such as being attached to the outer surface of the transfer module 10.
  • the internal heating unit 121 is built into the transfer module 10 and moves integrally with the transfer module 10, and the internal heating unit 121 can apply heat toward the transferred pouch P.
  • the internal heating unit 121 may be connected to the transfer module 10 and disposed in various forms such as a heating wire, a heat pipe, and a block.
  • the internal heating unit 121 may be disposed in the transfer module 10 along the terrace portion (T) of the pouch (P). Specifically, when viewed from the top, the internal heating unit 121 may be disposed in the transfer module 10 so as to overlap the terrace portion T of the pouch P. That is, the internal heating unit 121, like the external heating unit 120, may be disposed on both sides of the pouch P so as to be perpendicular to the folding line F when viewed from above.
  • the internal heating unit 121 may be positioned to overlap the terrace portion (T) of the pouch (P) in the vertical direction.
  • the internal heating part 121 may face the external heating part 120 with the terrace part T of the pouch P in between.
  • Figure 5 is a perspective view of the pouch P folded by the folding module 13.
  • the secondary battery manufacturing device 1 may further include a folding module 13 that folds the pouch P.
  • the folding module 13 can fold the pouch P along the folding line F so that the cup portions U formed on both sides of the folding line F come into contact with each other to form a receiving space.
  • the folding module 13 may include a body 130 and a cover portion 131.
  • the body 130 applies an external force to one of the cup parts (U) formed on both sides based on the folding line (F) of the pouch (P), so that the pouch (P) is folded around the folding line (F). It can work like this. In other words, the body 130 may apply an external force toward one cup portion U after contacting the outer surface of one cup portion U so that both cup portions U come into contact with each other to form a receiving space.
  • the cover portion 131 may be connected to both sides of the body 130 and cover the terrace portion (T) of the pouch (P). For example, with the longitudinal direction of the body 130 positioned parallel to the folding line (F), the pair of cover portions 131 are positioned perpendicular to the folding line (F) from both sides of the body 130. It may be extended to one side of (130). That is, the pair of cover parts 131 may cover the terrace part T so as to cover the heating area 120a.
  • Heat is transferred to the terrace part T through the cover part 131, and like the function of the heating module 12, the terrace part T can be preheated before the sealing process.
  • the sealing process of the sealing module 11 is performed for a relatively short time and the sealing process can be performed without sufficient heat being applied to the pouch P. Therefore, the heating module ( 12) and the folding module 13 are located in front of the sealing module 11 and transfer sufficient heat to the pouch P in advance, so that the secondary battery manufacturing device 1 secures the sealing strength of the pouch P. The quality and yield of secondary batteries can be improved.
  • Figure 6 is a block diagram of a secondary battery manufacturing method according to another embodiment.
  • a secondary battery can be manufactured by sealing a pouch (P) containing an electrode assembly (C) therein through a secondary battery manufacturing method.
  • the pouch (P) is preheated in advance to perform a more intensive sealing operation, and as a result, the efficiency of the secondary battery manufacturing process and the yield of the secondary battery are improved. It can be.
  • the secondary battery manufacturing method may include a heating step (S10), a separation step (S20), a folding step (S30), and a sealing step (S40).
  • the external heating unit 120 and the internal heating unit 121 may heat the pouch P transferred by the transfer module 10.
  • the external heating unit 120 is located outside the transfer module 10 and can heat the pouch P. More specifically, cup portions (U) are formed on both sides based on the central folding line (F) of the pouch (P), and the pouch (P) is folded along the folding line (F) by the folding module 13.
  • the external heating unit 120 may be positioned perpendicular to the folding line (F).
  • the external heating units 120 may be located in pairs on both sides of the pouch (P).
  • the electrode assembly (C) consists of an electrode (E) and a pair of lead tabs (L) joined to both sides of the electrode (E), and the external heating unit 120 includes a pair of lead tabs (L). ) can be positioned to correspond to.
  • the internal heating unit 121 is provided in the transfer module 10 and can heat the pouch P.
  • the internal heating unit 121 may be disposed in the transfer module 10 along the terrace portion (T) of the pouch (P). Specifically, when viewed from the top, the internal heating unit 121 may be disposed in the transfer module 10 so as to overlap the terrace portion T of the pouch P.
  • the internal heating unit 121 may be disposed on both sides of the pouch P so as to be perpendicular to the folding line F when viewed from above.
  • the external heating unit 120 may leave to both sides of the pouch (P) based on the view from the top. Specifically, the external heating unit 120 moves horizontally in a direction parallel to the folding line (F) while located as a pair on the upper side of the pouch (P), and moves away from the pouch (P) as seen from the upper side. You can.
  • the pouch (P) may be folded along the folding line (F) by the folding module (13).
  • the folding module 13 can fold the pouch P along the folding line F so that the cup portions U formed on both sides of the folding line F come into contact with each other to form a receiving space.
  • the sealing module 11 is placed on the terrace portion (T) of the pouch (P) in a state in which the pouch (P) is folded so that the electrode assembly (C) is accommodated in the cup portion (U) of the pouch (P). can be sealed.
  • the sealing module 11 can seal the pouch P by heat-sealing the terrace portion T at high temperature and high pressure.

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Abstract

본 발명의 실시예에 따른 이차전지 제조 장치는, 파우치를 이송하는 이송 모듈, 상기 이송 모듈에 구비되어 상기 파우치를 가열하는 내부 가열부와, 상기 이송 모듈의 외측에 위치하여 상기 파우치를 가열하는 외부 가열부 중 적어도 하나를 포함하는 가열 모듈 및 상기 파우치의 이송 방향에 대해 상기 가열 모듈의 후방에 위치하며, 상기 파우치의 컵부에 전극 조립체가 수용되도록 상기 파우치가 폴딩된 상태에서, 상기 파우치의 테라스부를 실링하는 실링 모듈을 포함할 수 있다.

Description

이차전지 제조 장치 및 제조 방법
본 출원은 2022년 7월 1일자 한국특허출원 제10-2022-0081503호에 기초한 우선권의 이익을 주장하며, 해당 한국특허출원의 문헌에 개시된 모든 내용은 본 명세서의 일부로써 포함된다.
본 발명은, 이차전지를 제조하는 제조 장치 및 제조 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 이차 전지의 종류로는 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 리튬 이온 전지 및 리튬 이온 폴리머 전지 등이 있다. 이러한 이차 전지는 디지털 카메라, P-DVD, MP3P, 휴대폰, PDA, Portable Game Device, Power Tool 및 E-bike 등의 소형 제품뿐만 아니라, 전기 자동차나 하이브리드 자동차와 같은 고출력이 요구되는 대형 제품과 잉여 발전 전력이나 신재생 에너지를 저장하는 전력 저장 장치와 백업용 전력 저장 장치에도 적용되어 사용되고 있다.
이러한 이차 전지를 제조하기 위해, 먼저 전극 활물질 슬러리를 양극 집전체 및 음극 집전체에 도포하여 양극과 음극을 제조하고, 이를 분리막(Separator)의 양 측에 적층함으로써 소정 형상의 전극 조립체(Electrode Assembly)를 형성한다. 그리고 전지 케이스에 전극 조립체를 수납하고 전해질 주입 후 실링한다.
이차 전지는 전극 조립체를 수용하는 케이스의 재질에 따라, 파우치 형(Pouch Type) 및 캔 형(Can Type) 등으로 분류된다. 파우치 형(Pouch Type)은 유연한 폴리머 재질로 제조된 파우치에 전극 조립체를 수용한다. 그리고, 캔 형(Can Type)은 금속 또는 플라스틱 등의 재질로 제조된 케이스에 전극 조립체를 수용한다.
일반적으로 파우치형 전지 케이스는 유연성을 가지는 파우치 필름에 프레스 가공을 수행하여 컵부를 형성함으로써 제조된다. 그리고, 컵부가 형성되면 상기 컵부의 내부에 전극 조립체를 수납하고 사이드를 실링하여 이차 전지를 제조한다.
구체적으로, 컵부의 내부에 전극 조립체가 수납된 상태에서, 파우치는 폴딩선을 따라 폴딩되어 전극 조립체를 커버하고, 실링 장치가 컵부의 둘레를 따라 형성된 사이드 부분을 고온 및 고압으로 열융착할 수 있다.
이와 같은 실링 공정은 비교적 짧은 시간동안 수행되므로, 열융착을 위한 고온의 상태에 도달하지 않은 상태에서 실링 공정이 수행되는 경우가 발생한다. 충분한 열이 전달되지 않은 상태에서 실링 공정이 수행되는 경우, 파우치의 실링 강도가 약화되어, 이차전지의 수율 및 품질이 낮아지는 문제가 발생된다. 따라서, 보다 원활한 실링 공정을 위해 파우치에 충분한 열을 전달하는 장치가 구비된 이차전지 제조 장치가 필요한 실정이다.
본 발명이 해결하고자 하는 일 과제는, 파우치를 미리 가열하여 파우치의 실링 강도를 보다 확보하는 이차전지 제조 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 이차전지 제조 장치는, 파우치를 이송하는 이송 모듈, 상기 이송 모듈에 구비되어 상기 파우치를 가열하는 내부 가열부와, 상기 이송 모듈의 외측에 위치하여 상기 파우치를 가열하는 외부 가열부 중 적어도 하나를 포함하는 가열 모듈 및 상기 파우치의 이송 방향에 대해 상기 가열 모듈의 후방에 위치하며, 상기 파우치의 컵부에 전극 조립체가 수용되도록 상기 파우치가 폴딩된 상태에서, 상기 파우치의 테라스부를 실링하는 실링 모듈을 포함할 수 있다.
상기 파우치는 폴딩선을 따라 폴딩되고, 상기 외부 가열부의 길이방향은 상기 폴딩선과 수직할 수 있다.
상기 외부 가열부는 상기 파우치의 양 측에 한 쌍으로 위치할 수 있다.
상기 전극조립체는, 전극 및 상기 전극 양 측에 접합된 한 쌍의 리드탭을 포함하고, 상 측에서 바라본 기준으로, 상기 한 쌍의 외부 가열부는 상기 한 쌍의 리드탭과 대응되도록 위치할 수 있다.
상기 외부 가열부는 수평 이동 가능할 수 있다.
상기 외부 가열부는 상기 파우치의 양 측에 한 쌍으로 위치하고, 상측에서 바라본 기준으로, 상기 한 쌍의 외부 가열부는 상기 파우치의 양측으로 이탈될 수 있다.
상기 외부 가열부가 상기 파우치로부터 이탈된 후, 상기 파우치는 폴딩될 수 있다.
상기 내부 가열부는 상기 테라스부를 따라 상기 이송 모듈에 배치될 수 있다.
상기 파우치는 폴딩선을 따라 폴딩되고, 상기 내부 가열부의 길이방향은 상기 폴딩선과 수직할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 이차전지 제조 방법은, 이송 모듈에 의해 파우치가 이송되는 과정에서, 상기 이송 모듈의 외측에 위치한 외부 가열부 및 상기 이송 모듈에 구비된 내부 가열부 중 적어도 하나에 의해 상기 파우치가 가열되는 가열 단계 및 상기 파우치의 컵부에 전극 조립체가 수용되도록 상기 파우치가 폴딩된 상태에서, 실링 모듈에 의해 상기 파우치의 테라스부가 실링되는 실링 단계를 포함할 수 있다.
이차전지 제조 방법은 상기 파우치가 폴딩선을 따라 폴딩되는 폴딩 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 가열 단계는 상기 외부 가열부가 상기 폴딩선과 수직하도록 위치하고 상기 파우치의 양 측에 한 쌍으로 위치하는 것을 특징으로 할 수 있다.
이차전지 제조 방법은 상기 폴딩 단계 전, 상측에서 바라본 기준으로 상기 외부 가열부가 상기 파우치의 양 측으로 이탈하는 이탈 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 가열 단계는 상기 내부 가열부가 상기 이송 모듈에 상기 테라스부를 따라 배치되는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 파우치를 미리 가열하여 파우치의 실링 강도를 확보함으로써, 이차전지의 품질 및 수율을 향상시킬 수 있다.
이 외에도, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 구성들로부터 당업자가 용이하게 예측 가능한 효과들을 포함할 수 있다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술되는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은 일 실시예에 따른 이차전지 제조 장치의 사시도이다.
도 2는 외부 가열부가 배치된 모습의 사시도이다.
도 3은 파우치에 전극 조립체가 안착되고 외부 가열부가 배치된 모습의 사시도이다.
도 4는 파우치가 외부 가열부가 이탈되는 모습의 사시도이다.
도 5는 폴딩 모듈에 의해 폴딩된 파우치 모습의 사시도이다.
도 6은 다른 실시예에 따른 이차전지 제조 방법의 블록도이다.
이하에서는 첨부의 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 이하의 실시예에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분 또는 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 관련 공지 기술에 대한 상세한 설명은 생략하였으며, 본 명세서에서 각 도면의 구성요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서는, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일 또는 유사한 참조 부호를 붙이도록 한다
또한, 본 명세서 및 특허청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정하여 해석되어서는 안되며, 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.
도 1은 일 실시예에 따른 이차전지 제조 장치(1)의 사시도이다.
도 1을 참고하면, 이차전지 제조 장치(1)는 파우치(P)의 내부에 전극 조립체(C)를 수납하여 파우치(P)를 실링함으로써 이차전지를 제조할 수 있다. 예를 들어, 이차전지 제조 장치(1)는 수납 공간을 형성하도록 파우치(P)에 컵부(U)를 성형시킨 후, 파우치(P)의 컵부(U)에 전극 조립체(C)를 위치시키고, 파우치(P)의 사이드 부분을 고온 및 고압으로 열융착시킴으로써 파우치(P)를 실링할 수 있다.
또한, 이차전지 제조 장치(1)는 파우치(P)를 실링하기 전, 컵부(U)가 성형된 파우치(P)를 이송시키는 과정에서 파우치(P)를 예열할 수 있다. 구체적으로, 이차전지 제조 장치(1)는 컵부(U)가 성형된 파우치(P)가 단독으로 이송되는 경우 파우치(P)를 예열시키고, 컵부(U)에 전극 조립체(C)가 안착되어 파우치(P) 및 전극 조립체(C)가 이송되는 과정에서도 파우치(P)를 예열시킬 수 있다.
이와 같이, 이차전지 제조 장치(1)가 파우치(P)를 실링하기 전 파우치(P)를 미리 예열함으로써, 이차전지 제조 장치(1)는 파우치(P)의 실링 강도를 보다 확보하여 제조 공정의 효율을 높이고 이차전지의 수율 및 품질을 향상시킬 수 있다.
이차전지 제조 장치(1)는 이송 모듈(10), 실링 모듈(11) 및 가열 모듈(12)을 포함할 수 있다.
이송 모듈(10)은 파우치(P)를 이송할 수 있다. 예를 들어, 이송 모듈(10)은 진공 흡착 방식을 통해 파우치(P)를 흡착 및 고정시킨 후 파우치(P)를 이송할 수 있다. 이송 모듈(10)이 컵부(U)가 성형된 파우치(P)를 이송하면, 전극 조립체(C)는 파우치(P)의 컵부(U)에 안착되고, 파우치(P)의 컵부(U)에 전극 조립체(C)가 안착된 상태에서 이송 모듈(10)은 재차 파우치(P) 및 전극 조립체(C)를 이송할 수 있다. 이후, 이송 모듈(10)은 전극 조립체(C)가 수용된 파우치(P)를 후술하는 폴딩 모듈(13)로 이송시키고, 폴딩된 파우치(P)를 후술하는 실링 모듈(11)로 이송시킬 수 있다.
실링 모듈(11)은 파우치(P)의 내부에 전극 조립체(C)가 수용된 상태에서 파우치(P)를 실링할 수 있다. 예를 들어, 파우치(P)는 함몰 형성된 컵부(U) 및 컵부(U)의 둘레를 따라 형성되는 테라스부(T)로 구성되고, 전극 조립체(C)는 파우치(P)의 컵부(U)에 안착된 상태에서 파우치(P)가 폴딩됨으로써 파우치(P)의 내부에 수용될 수 있다. 이후, 실링 모듈(11)은 고온 및 고압의 상태로 테라스부(T)를 열융착시켜 파우치(P)를 실링할 수 있다.
구체적으로, 실링 모듈(11)은 폴딩된 파우치(P)의 상측 및 하측에 구비되는 실링 블록을 포함하고, 실링 블록에 의해 폴딩된 파우치(P)의 상면 및 하면에 압력을 가하여 파우치(P)를 열융착시킬 수 있다.
가열 모듈(12)은 이송되는 파우치(P)를 가열할 수 있다. 예를 들어, 가열 모듈(12)은 이송 모듈(10)에 구비되어 이송 모듈(10)에 안착된 파우치(P)에 열을 가할 수 있다. 또는, 가열 모듈(12)은 이송 모듈(10)의 외측에 위치하여 이송 모듈(10)에 의해 이송중인 파우치(P)의 외면에 열을 가할 수 있다. 구체적으로, 가열 모듈(12)은 외부 가열부(120) 및 내부 가열부(121) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
도 2는 외부 가열부(120)가 배치된 모습의 사시도이다.
도 2를 참고하면, 외부 가열부(120)는 이송 모듈(10)의 외측에 위치하여 파우치(P)를 가열할 수 있다. 예를 들어, 외부 가열부(120)는 파우치(P)의 상측에 위치하여 파우치(P)를 향해 열을 가할 수 있다. 구체적으로, 외부 가열부(120)는 파우치(P)의 이동경로상에 위치하여 파우치(P)가 폴딩되기 전까지 파우치(P)를 향해 열을 가할 수 있다.
도 3은 파우치(P)에 전극 조립체(C)가 안착되고 외부 가열부(120)가 배치된 모습의 사시도이다.
도 3을 참고하면, 파우치(P)의 중앙 폴딩선(F)에 대해 일 측에 컵부(U)가 성형되고, 이후 후술하는 폴딩 모듈(13)에 의해 파우치(P)가 폴딩선(F)을 따라 폴딩되는데, 외부 가열부(120)는 폴딩선(F)에 수직하도록 위치할 수 있다. 즉, 외부 가열부(120)의 길이방향은 폴딩선(F)과 수직할 수 있다. 다시 말해, 외부 가열부(120)는 바(bar) 형태를 포함하여 폴딩선(F)과 수직하도록 배치될 수 있다. 다
또한, 외부 가열부(120)는 파우치(P)의 양 측에 한 쌍으로 위치할 수 있다. 예를 들어, 전극 조립체(C)는 전극(E) 및 전극(E) 양 측에 접합된 한 쌍의 리드탭(L)으로 구성되고, 외부 가열부(120)는 한 쌍의 리드탭(L)에 대응되도록 위치할 수 있다. 구체적으로, 한 쌍의 리드탭(L)을 연결하는 연결선이 폴딩선(F)과 나란하도록 폴딩 전 파우치(P)의 일 컵부(U)에 전극 조립체(C)가 안착될 수 있다. 이 경우, 상측에서 바라본 기준으로, 한 쌍의 외부 가열부(120)는 한 쌍의 리드탭(L)과 대응되도록 위치할 수 있다.
다시 말해, 외부 가열부(120)는 파우치(P)의 상측 및 양측에 폴딩선(F)과 수직하도록 한 쌍으로 위치하고, 한 쌍의 외부 가열부(120)가 가열하는 파우치(P)의 가열 영역(120a)에 한 쌍의 리드탭(L)이 위치한 상태에서 전극 조립체(C)가 컵부(U)에 안착될 수 있다. 여기서, 가열 영역(120a)이란 외부 가열부(120)에 의해 가열되는 테라스부(T)의 일부분을 의미할 수 있다. 다시 말해, 가열 영역(120a)은 외부 가열부(120)의 테라스부(T)에 대한 연장면에 형성되고, 구체적으로, 폴딩선(F)과 수직한 길이방향을 가지도록 테라스부(T)의 양 측에 형성될 수 있다.
도 4는 파우치(P)가 외부 가열부(120)가 이탈되는 모습의 사시도이다.
도 4를 참고하면, 외부 가열부(120)는 파우치(P)로부터 이탈될 수 있다. 예를 들어, 외부 가열부(120)는 파우치(P)의 양 측으로 이탈될 수 있다. 구체적으로, 외부 가열부(120)는 파우치(P)의 상 측에 한 쌍으로 위치한 상태에서 폴딩선(F)과 나란한 방향으로 수평 이동하여, 상 측에서 바라본 기준으로, 파우치(P)로부터 벗어날 수 있다.
보다 구체적으로, 외부 가열부(120)는 파우치(P)가 폴딩되기 전 파우치(P)로부터 이탈될 수 있다. 즉, 외부 가열부(120)가 파우치(P)에 열을 가하고 이탈한 후 파우치(P)가 폴딩됨으로써, 파우치(P)의 폴딩 경로상에 외부 가열부(120)가 위치하지 않게 되어, 파우치(P) 폴딩 동작에 따른 외부 가열부(120)의 간섭 및 충돌 현상이 사전에 방지될 수 있다.
내부 가열부(121)는 이송 모듈(10)에 구비되어 파우치(P)를 가열할 수 있다. 예를 들어, 내부 가열부(121)는 이송 모듈(10)의 내부에 구비되어 이송 모듈(10)에 열을 가함으로써, 내부 가열부(121)에서 발생한 열은 이송 모듈(10)을 통해 파우치(P)로 전달될 수 있다. 다만, 이는 내부 가열부(121)의 일 실시예에 불과할 뿐, 내부 가열부(121)는 이송 모듈(10)의 외면에 부착되는 형태 등 다양한 형태로 이송 모듈(10)과 연결될 수 있다.
내부 가열부(121)는 이송 모듈(10)에 내장된 상태로 이송 모듈(10)과 일체로 이동되고, 내부 가열부(121)는 이송되는 파우치(P)를 향해 열을 가할 수 있다. 내부 가열부(121)는 열선, 열파이프 및 블록 등 다양한 형태로 이송 모듈(10)과 연결되어 배치될 수 있다.
내부 가열부(121)는 파우치(P)의 테라스부(T)를 따라 이송 모듈(10)에 배치될 수 있다. 구체적으로, 상 측에서 바라본 기준으로, 내부 가열부(121)는 파우치(P)의 테라스부(T)와 겹치도록 이송 모듈(10)에 배치될 수 있다. 즉, 내부 가열부(121)는 외부 가열부(120)와 동일하게, 상측에서 바라본 기준으로 폴딩선(F)과 수직하도록 파우치(P)의 양 측에 각각 배치될 수 있다.
내부 가열부(121)는 수직 방향으로 파우치(P)의 테라스부(T)와 중첩되게 위치할 수 있다. 내부 가열부(121)는 파우치(P)의 테라스부(T)를 사이에 두고 외부 가열부(120)를 마주볼 수 있다.
도 5는 폴딩 모듈(13)에 의해 폴딩된 파우치(P) 모습의 사시도이다.
도 5를 참고하면, 이차전지 제조 장치(1)는 파우치(P)를 폴딩하는 폴딩 모듈(13)을 더 포함할 수 있다. 폴딩 모듈(13)은, 폴딩선(F)을 중심으로 양 측에 형성된 컵부(U)가 서로 접하여 수용 공간을 형성하도록, 폴딩선(F)을 따라 파우치(P)를 폴딩할 수 있다. 구체적으로, 폴딩 모듈(13)은 몸체(130) 및 커버부(131)를 포함할 수 있다.
몸체(130)는 파우치(P)의 폴딩선(F)을 기준으로 양 측에 형성된 컵부(U) 중 일 컵부(U)에 외력을 가하여 파우치(P)가 폴딩선(F)을 중심으로 접히도록 작용할 수 있다. 다시 말해, 몸체(130)는 양 컵부(U)가 서로 접하여 수용 공간을 형성하도록 일 컵부(U)의 외면과 접촉한 후 일 컵부(U)를 향해 외력을 가할 수 있다.
커버부(131)는 몸체(130)의 양 측에 연결되어 파우치(P)의 테라스부(T)를 커버할 수 있다. 예를 들어, 몸체(130)의 길이방향은 폴딩선(F)과 나란하도록 위치한 상태에서, 한 쌍의 커버부(131)는 몸체(130)의 양 측으로부터 폴딩선(F)과 수직하도록 몸체(130)의 일 측으로 연장될 수 있다. 즉, 한 쌍의 커버부(131)는 가열 영역(120a)을 커버하도록 테라스부(T)를 커버할 수 있다.
커버부(131)를 통해 테라스부(T)에 열이 전달되고, 가열 모듈(12)의 기능과 마찬가지로, 이를 통해 테라스부(T)가 실링 공정 전에 예열될 수 있다.
결과적으로, 실링 모듈(11)의 실링 공정은 비교적 짧은 시간 동안 수행되어 파우치(P)에 충분한 열이 가하지 않은 상태에서 실링 공정이 수행될 수 있으므로, 파우치(P)의 이송 방향에 대해 가열 모듈(12) 및 폴딩 모듈(13)은 실링 모듈(11)의 전방에 위치하여 사전에 충분한 열을 파우치(P)에 전달함으로써, 이차전지 제조 장치(1)는 파우치(P)의 실링 강도를 확보하여 이차전지의 품질 및 수율을 향상시킬 수 있다.
이하에서는, 다른 실시예에 따른 이차전지 제조 방법에 대해 개시한다. 앞서 설명한 이차전지 제조 장치(1)의 구성 및 기능과 중복되는 내용에 대해서는 이하 생략하도록 한다.
도 6은 다른 실시예에 따른 이차전지 제조 방법의 블록도이다.
도 6을 참고하면, 이차전지 제조 방법을 통해 내부에 전극 조립체(C)를 수용한 파우치(P)가 실링됨으로써 이차전지가 제조될 수 있다. 이차전지를 제조하는 과정에서, 파우치(P) 실링 전, 파우치(P)가 사전에 예열되어 보다 강도 높은 실링 작업이 수행되고, 결과적으로, 이차전지의 제조 공정의 효율과 이차전지의 수율이 향상될 수 있다.
이차전지 제조 방법은 가열 단계(S10), 이탈 단계(S20), 폴딩 단계(S30) 및 실링 단계(S40)를 포함할 수 있다.
가열 단계(S10)에서, 외부 가열부(120) 및 내부 가열부(121) 중 적어도 하나는 이송 모듈(10)에 의해 이송되는 파우치(P)를 가열할 수 있다. 구체적으로, 외부 가열부(120)는 이송 모듈(10)의 외측에 위치하여 파우치(P)를 가열할 수 있다. 보다 구체적으로, 파우치(P)의 중앙 폴딩선(F)을 기준으로 양 측에 컵부(U)가 각각 성형되고, 폴딩 모듈(13)에 의해 파우치(P)가 폴딩선(F)을 따라 폴딩되는데, 외부 가열부(120)는 폴딩선(F)에 수직하도록 위치할 수 있다.
또한, 외부 가열부(120)는 파우치(P)의 양 측에 한 쌍으로 위치할 수 있다. 예를 들어, 전극 조립체(C)는 전극(E) 및 전극(E) 양 측에 접합된 한 쌍의 리드탭(L)으로 구성되고, 외부 가열부(120)는 한 쌍의 리드탭(L)에 대응되도록 위치할 수 있다.
내부 가열부(121)는 이송 모듈(10)에 구비되어 파우치(P)를 가열할 수 있다. 내부 가열부(121)는 파우치(P)의 테라스부(T)를 따라 이송 모듈(10)에 배치될 수 있다. 구체적으로, 상 측에서 바라본 기준으로, 내부 가열부(121)는 파우치(P)의 테라스부(T)와 겹치도록 이송 모듈(10)에 배치될 수 있다. 내부 가열부(121)는 상측에서 바라본 기준으로 폴딩선(F)과 수직하도록 파우치(P)의 양 측에 각각 배치될 수 있다.
이탈 단계(S20)에서, 상측에서 바라본 기준으로 외부 가열부(120)가 파우치(P)의 양 측으로 이탈할 수 있다. 구체적으로, 외부 가열부(120)는 파우치(P)의 상 측에 한 쌍으로 위치한 상태에서 폴딩선(F)과 나란한 방향으로 수평 이동하여, 상 측에서 바라본 기준으로, 파우치(P)로부터 벗어날 수 있다.
폴딩 단계(S30)에서, 파우치(P)는 폴딩 모듈(13)에 의해 폴딩선(F)을 따라 폴딩될 수 있다. 폴딩 모듈(13)은, 폴딩선(F)을 중심으로 양 측에 형성된 컵부(U)가 서로 접하여 수용 공간을 형성하도록, 폴딩선(F)을 따라 파우치(P)를 폴딩할 수 있다.
실링 단계(S40)에서, 실링 모듈(11)은 파우치(P)의 컵부(U)에 전극 조립체(C)가 수용되도록 파우치(P)가 폴딩된 상태에서 파우치(P)의 테라스부(T)를 실링할 수 있다. 다시 말해, 실링 모듈(11)은 고온 및 고압의 상태로 테라스부(T)를 열융착시켜 파우치(P)를 실링할 수 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다.
따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
[부호의 설명]
1: 이차전지 제조 장치
10: 이송 모듈
11: 실링 모듈
12: 가열 모듈
13: 폴딩 모듈
120: 외부 가열부
121: 내부 가열부
120a: 가열 영역
130: 몸체
131: 커버부
S10: 가열 단계
S20: 이탈 단계
S30: 폴딩 단계
S40: 실링 단계
P: 파우치
U: 컵부
T: 테라스부
F: 폴딩선
C: 전극 조립체
E: 전극
L: 리드탭

Claims (14)

  1. 파우치를 이송하는 이송 모듈;
    상기 이송 모듈에 구비되어 상기 파우치를 가열하는 내부 가열부와, 상기 이송 모듈의 외측에 위치하여 상기 파우치를 가열하는 외부 가열부 중 적어도 하나를 포함하는 가열 모듈; 및
    상기 파우치의 이송 방향에 대해 상기 가열 모듈의 후방에 위치하며, 상기 파우치의 컵부에 전극 조립체가 수용되도록 상기 파우치가 폴딩된 상태에서, 상기 파우치의 테라스부를 실링하는 실링 모듈을 포함하는, 이차전지 제조 장치.
  2. 제1항에 있어서
    상기 파우치는 폴딩선을 따라 폴딩되고,
    상기 외부 가열부의 길이방향은 상기 폴딩선과 수직한, 이차전지 제조 장치.
  3. 제2항에 있어서
    상기 외부 가열부는 상기 파우치의 양 측에 한 쌍으로 위치하는, 이차전지 제조 장치.
  4. 제3항에 있어서
    상기 전극조립체는, 전극 및 상기 전극 양 측에 접합된 한 쌍의 리드탭을 포함하고,
    상 측에서 바라본 기준으로, 상기 한 쌍의 외부 가열부는 상기 한 쌍의 리드탭과 대응되도록 위치하는, 이차전지 제조 장치.
  5. 제1항에 있어서
    상기 외부 가열부는 수평 이동 가능한, 이차전지 제조 장치.
  6. 제5항에 있어서
    상기 외부 가열부는 상기 파우치의 양 측에 한 쌍으로 위치하고,
    상측에서 바라본 기준으로, 상기 한 쌍의 외부 가열부는 상기 파우치의 양측으로 이탈되는, 이차전지 제조 장치.
  7. 제6항에 있어서
    상기 외부 가열부가 상기 파우치로부터 이탈된 후, 상기 파우치는 폴딩되는, 이차전지 제조 장치.
  8. 제1항에 있어서
    상기 내부 가열부는 상기 테라스부를 따라 상기 이송 모듈에 배치되는, 이차전지 제조 장치.
  9. 제8항에 있어서
    상기 파우치는 폴딩선을 따라 폴딩되고,
    상기 내부 가열부의 길이방향은 상기 폴딩선과 수직한, 이차전지 제조 장치.
  10. 이송 모듈에 의해 파우치가 이송되는 과정에서, 상기 이송 모듈의 외측에 위치한 외부 가열부 및 상기 이송 모듈에 구비된 내부 가열부 중 적어도 하나에 의해 상기 파우치가 가열되는 가열 단계; 및
    상기 파우치의 컵부에 전극 조립체가 수용되도록 상기 파우치가 폴딩된 상태에서, 실링 모듈에 의해 상기 파우치의 테라스부가 실링되는 실링 단계를 포함하는, 이차전지 제조 방법.
  11. 제10항에 있어서
    상기 파우치가 폴딩선을 따라 폴딩되는 폴딩 단계를 더 포함하는, 이차전지 제조 방법.
  12. 제11항에 있어서
    상기 가열 단계는 상기 외부 가열부가 상기 폴딩선과 수직하도록 위치하고 상기 파우치의 양 측에 한 쌍으로 위치하는 것을 특징으로 하는, 이차전지 제조 방법.
  13. 제11항에 있어서
    상기 폴딩 단계 전, 상측에서 바라본 기준으로 상기 외부 가열부가 상기 파우치의 양 측으로 이탈하는 이탈 단계를 더 포함하는, 이차전지 제조 방법.
  14. 제10항에 있어서
    상기 가열 단계는 상기 내부 가열부가 상기 이송 모듈에 상기 테라스부를 따라 배치되는 것을 특징으로 하는, 이차전지 제조 방법.
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