KR101306187B1 - Device for Eliminating Gas from Battery Cell and Method for Manufacturing Battery Cell - Google Patents
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Abstract
본 발명은 수지층과 금속층을 포함하는 라미네이트 시트의 전지케이스에 전극조립체 및 전해액이 내장되어 있는 전지셀의 활성화 과정에서 발생한 가스를 제거하는 공정에 사용되는 장치로서, 전지셀이 투입되는 진공 챔버; 전지셀이 기울어진 상태로 탑재되는 지그; 및 상기 진공 챔버를 밀폐하고 지그와 결합되어 있는 챔버 게이트;를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 가스 제거 장치를 제공한다.The present invention is a device for use in the process of removing the gas generated during the activation process of the battery cell in which the electrode assembly and the electrolyte is embedded in the battery case of the laminate sheet comprising a resin layer and a metal layer, the vacuum chamber to which the battery cell is introduced; A jig in which the battery cell is mounted in an inclined state; And a chamber gate that seals the vacuum chamber and is coupled with a jig.
Description
본 발명은 전지셀의 가스 제거 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 수지층과 금속층을 포함하는 라미네이트 시트의 전지케이스에 전극조립체 및 전해액이 내장되어 있는 전지셀의 활성화 과정에서 발생한 가스를 제거하는 공정에 사용되는 장치로서, 전지셀이 투입되는 진공 챔버; 전지셀이 기울어진 상태로 탑재되는 지그; 및 상기 진공 챔버를 밀폐하고 지그와 결합되어 있는 챔버 게이트;를 포함하고 있는 가스 제거 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a gas removal apparatus of a battery cell, and more particularly, a process of removing a gas generated during an activation process of a battery cell in which an electrode assembly and an electrolyte are embedded in a battery case of a laminate sheet including a resin layer and a metal layer. An apparatus for use, comprising: a vacuum chamber into which a battery cell is inserted; A jig in which the battery cell is mounted in an inclined state; And a chamber gate that seals the vacuum chamber and is coupled with a jig.
모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서의 전지의 수요가 급격히 증가하고 있고, 그에 따라 다양한 요구에 부응할 수 있는 전지에 대한 많은 연구가 행해지고 있다.As technology development and demand for mobile devices are increasing, the demand for batteries as energy sources is rapidly increasing, and accordingly, a lot of researches on batteries capable of meeting various demands have been conducted.
대표적으로 전지의 형상 면에서는 얇은 두께로 휴대폰 등과 같은 제품들에 적용될 수 있는 각형 이차전지와 파우치형 이차전지에 대한 수요가 높고, 재료 면에서는 높은 에너지 밀도, 방전 전압, 출력 안정성 등의 장점을 가진 리튬이온 전지, 리튬이온 폴리머 전지 등과 같은 리튬 이차전지에 대한 수요가 높다.Typically, in terms of the shape of a battery, there is a high demand for a prismatic secondary battery and a pouch-type secondary battery which can be applied to products such as mobile phones with a small thickness, and has advantages such as high energy density, discharge voltage, There is a high demand for lithium secondary batteries such as lithium ion batteries and lithium ion polymer batteries.
또한, 이차전지는 양극/분리막/음극 구조의 전극조립체가 어떠한 구조로 이루어져 있는지에 따라 분류되기도 하는 바, 대표적으로는, 긴 시트형의 양극들과 음극들을 분리막이 개재된 상태에서 권취한 구조의 젤리-롤(권취형) 전극조립체, 소정 크기의 단위로 절취한 다수의 양극과 음극들을 분리막을 개재한 상태로 순차적으로 적층한 스택형(적층형) 전극조립체, 소정 단위의 양극과 음극들을 분리막을 개재한 상태로 적층한 바이셀(Bi-cell) 또는 풀셀(Full cell)들을 권취한 구조의 스택/폴딩형 전극조립체 등을 들 수 있다.In addition, secondary batteries are classified according to the structure of the electrode assembly having a cathode / separation membrane / cathode structure. Representatively, a jelly having a structure in which long sheet-shaped anodes and cathodes are wound with a separator interposed therebetween -Roll (electrode) electrode assembly, a stack (stacked type) electrode assembly in which a plurality of positive and negative electrodes cut in units of a predetermined size are sequentially stacked with a separator, and the positive and negative electrodes of a predetermined unit are interposed through a separator And a stacked / folding electrode assembly having a structure in which a bi-cell or full cells stacked in a state are wound.
최근에는, 스택형 또는 스택/폴딩형 전극조립체를 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치형 전지케이스에 내장한 구조의 파우치형 전지가, 낮은 제조비, 작은 중량, 용이한 형태 변형 등을 이유로, 많은 관심을 모으고 있고 또한 그것의 사용량이 점차적으로 증가하고 있다. Recently, a pouch-type battery having a structure in which a stack type or a stack / fold type electrode assembly is incorporated into a pouch type battery case of an aluminum laminate sheet has attracted much attention due to its low manufacturing cost, small weight, and easy shape deformation. Its usage is also gradually increasing.
도 1에는 종래의 대표적인 파우치형 전지의 일반적인 구조가 분해 사시도로서 모식적으로 도시되어 있다.1, the general structure of the conventional typical pouch type battery is shown typically as an exploded perspective view.
도 1을 참조하면, 파우치형 전지(10)는, 전극조립체(30), 전극조립체(30)로부터 연장되어 있는 전극 탭들(40, 50), 전극 탭들(40, 50)에 용접되어 있는 전극리드(60, 70), 및 전극조립체(30)를 수용하는 전지케이스(20)를 포함하는 것으로 구성되어 있다.Referring to FIG. 1, the pouch-
전극조립체(30)는 분리막이 개재된 상태에서 양극과 음극이 순차적으로 적층되어 있는 발전소자로서, 스택형 또는 스택/폴딩형 구조로 이루어져 있다. 전극 탭들(40, 50)은 전극조립체(30)의 각 극판으로부터 연장되어 있고, 전극리드(60, 70)는 각 극판으로부터 연장된 복수 개의 전극 탭들(40, 50)과, 예를 들어, 용접에 의해 각각 전기적으로 연결되어 있으며, 전지케이스(20)의 외부로 일부가 노출되어 있다. 또한, 전극리드(60, 70)의 상하면 일부에는 전지케이스(20)와의 밀봉도를 높이고 동시에 전기적 절연상태를 확보하기 위하여 절연필름(80)이 부착되어 있다.The
전지케이스(20)는 전극조립체(30)를 수용할 수 있는 공간을 제공하며, 전체적으로 파우치 형상을 가지고 있다. 도 1에서와 같은 적층형 전극조립체(30)의 경우, 다수의 양극 탭들(40)과 다수의 음극 탭들(50)이 전극리드(60, 70)에 함께 결합될 수 있도록, 전지케이스(20) 내부 상단은 전극조립체(30)로부터 이격되어 있다.The
이러한 파우치형 전지를 포함한 대부분의 이차전지들은 전지셀의 제조 과정에서 충방전에 의해 전지를 활성화시키는 과정을 거치는 바, 최종 전지셀의 제조를 위해서는 상기 활성화 과정에서 발생하는 가스를 제거하여야 하며, 이를 탈기(degas) 공정이라고 한다. Most secondary batteries including the pouch-type battery undergo a process of activating the battery by charging and discharging in the manufacturing process of the battery cell. Thus, in order to manufacture the final battery cell, the gas generated in the activation process must be removed. It is called a degas process.
그러나, 상기와 같이 전지셀의 활성화 과정에서 발생한 가스를 탈기하는 장치는 전지케이스의 실링시 실링부에 전해액이 진입되어 실링부 내부의 전해액 오염으로 인해 절연저항 불량이 발생하는 문제점이 있다.However, as described above, the apparatus for degassing the gas generated during the activation of the battery cell has a problem in that an insulation resistance defect occurs due to electrolyte contamination inside the sealing part when the battery case is sealed.
또한, 실링한 단부를 천공하여 가스를 제거하는 탈기 공정에서 전지셀 내부의 가스 제거에 많은 시간이 소요되는 문제점이 있다.In addition, there is a problem that takes a long time to remove the gas inside the battery cell in the degassing process to remove the gas by drilling the sealed end.
따라서, 이러한 문제점들을 근본적으로 해결할 수 있는 기술에 대한 필요성이 높은 실정이다.Therefore, there is a high need for a technology that can fundamentally solve these problems.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to solve the above-described problems of the prior art and the technical problems required from the past.
구체적으로, 본 발명의 목적은, 전지셀의 활성화 과정에서 발생한 가스를 제거하는 공정에 사용되는 장치에서 지그를 전지셀이 기울어진 상태로 탑재되도록 구성함으로써, 전지케이스의 실링시 전해액이 실링부 내부로 진입되는 것을 차단할 수 있으므로 전해액 오염으로 인한 전지셀 실링부의 절연 불량을 미연에 방지할 수 있다. Specifically, an object of the present invention is to configure the jig to be mounted in a state in which the battery cell is inclined in the device used in the process of removing the gas generated during the activation process of the battery cell, so that the electrolyte during sealing of the battery case inside the sealing portion Since it can be prevented from entering into the insulation failure of the battery cell sealing portion due to electrolyte contamination can be prevented in advance.
본 발명의 또 다른 목적은 상기와 같은 생산성 및 품질을 확보하면서 용이한 장치에 의해 제조되는 전지셀을 제공하는 것이다. Still another object of the present invention is to provide a battery cell manufactured by an easy device while ensuring productivity and quality as described above.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 가스 제거 장치는,Gas removal device according to the present invention for achieving this object,
수지층과 금속층을 포함하는 라미네이트 시트의 전지케이스에 전극조립체 및 전해액이 내장되어 있는 전지셀의 활성화 과정에서 발생한 가스를 제거하는 공정에 사용되는 장치로서, An apparatus for use in a process of removing a gas generated during an activation process of a battery cell in which an electrode assembly and an electrolyte are embedded in a battery case of a laminate sheet including a resin layer and a metal layer.
전지셀이 투입되는 진공 챔버;A vacuum chamber into which a battery cell is inserted;
전지셀이 기울어진 상태로 탑재되는 지그; 및A jig in which the battery cell is mounted in an inclined state; And
상기 진공 챔버를 밀폐하고 지그와 결합되어 있는 챔버 게이트;A chamber gate that seals the vacuum chamber and is coupled with a jig;
를 포함하고 있는 구조로 구성되어 있다.It consists of a structure that includes.
따라서, 본 발명에 따른 가스 제거 장치는, 지그가 전지셀이 기울어진 상태로 탑재되도록 구성되어 있으므로, 전지셀의 가스 포켓부를 전면 커팅한 후에도 전해액이 외부로 흘러 나와 전지셀 및 가스 제거 장치에 오염을 유발하는 것을 방지할 수 있다.Therefore, the gas removal device according to the present invention, since the jig is configured so that the battery cell is mounted in an inclined state, the electrolyte solution flows to the outside even after front cutting the gas pocket portion of the battery cell to contaminate the battery cell and the gas removal device. Can be prevented.
또한, 상기와 같이 가스 포켓부를 전면 커팅하여 가스를 외부로 배출한 후 미실링 부위의 내측을 열융착에 의해 실링하는 과정에서 실링부 내부에 전해액이 진입되어 실링부에서 절연저항 불량이 발생하는 것을 방지할 수 있다.In addition, as described above, after the gas pocket is completely cut and the gas is discharged to the outside, the electrolyte is introduced into the sealing part in the process of sealing the inside of the unsealed part by heat fusion, thereby causing an insulation resistance defect in the sealing part. It can prevent.
또한, 진공 챔버에 의해 가스를 완전히 제거할 수 있으므로 전지셀의 품질, 즉, 실링부의 높은 열융착 결합력에 의해 전지셀의 안전성과 수명 특성을 향상시킬 수 있다.In addition, since the gas can be completely removed by the vacuum chamber, the quality of the battery cell, that is, the high heat fusion bonding force of the sealing part can improve the safety and life characteristics of the battery cell.
참고로, 리튬 이차전지는, 예를 들어, 양극 활물질로 LiCoO2 등의 리튬 전이금속 산화물과 음극 활물질로 탄소 재료를 사용하며, 음극과 양극 사이에 폴리올레핀 등의 다공성 분리막을 개재하고, LiPF6 등의 리튬염을 포함하는 비수성 전해액을 넣어서 제조하게 된다. 충전시에는 양극 활물질의 리튬 이온이 방출되어 음극의 탄소층으로 삽입되고, 방전시에는 반대로 음극 탄소층의 리튬 이온이 방출되어 양극 활물질로 삽입되며, 이때 비수성 전해액은 음극과 양극 사이에서 리튬 이온을 이동시키는 매질 역할을 한다. 이러한 리튬 이차전지는 기본적으로 전지의 작동 전압 범위에서 안정해야 하고, 충분히 빠른 속도로 이온을 전달할 수 있는 성능을 가져야 한다.For reference, the lithium secondary battery uses, for example, a lithium transition metal oxide such as LiCoO 2 as a positive electrode active material and a carbon material as a negative electrode active material, and a porous separator such as polyolefin is interposed between the negative electrode and the positive electrode, and LiPF 6 or the like. It is prepared by putting a non-aqueous electrolyte solution containing a lithium salt of. During charging, lithium ions of the positive electrode active material are released and inserted into the carbon layer of the negative electrode, and during discharge, lithium ions of the negative electrode carbon layer are released and inserted into the positive electrode active material, wherein the non-aqueous electrolyte solution is lithium ions between the negative electrode and the positive electrode. It acts as a medium for moving the. Such a lithium secondary battery should basically be stable in the operating voltage range of the battery and have a performance capable of transferring ions at a sufficiently high speed.
그러나, 계속적인 충방전 과정에서 음극 활물질의 표면에서 전해액이 분해되면서 가스가 발생하므로, 초기 충방전 과정에서 음극 활물질 표면에 SEI 막이 형성되어 추가적인 가스 발생을 억제한다. 따라서, 전지셀 활성화 과정은 이러한 SEI 막의 형성을 위해 필요하며, 최종적인 전지셀의 제조 이전에 반드시 요구된다. However, since gas is generated as the electrolyte is decomposed on the surface of the negative electrode active material during the continuous charge / discharge process, an SEI film is formed on the surface of the negative electrode active material during the initial charge and discharge process to suppress additional gas generation. Therefore, the battery cell activation process is necessary for the formation of such an SEI film and is required before the final battery cell is manufactured.
상기 지그는, 가스 배출 후 실링되는 전지셀의 부위가 상대적으로 높게 위치하도록 전지셀이 기울어진 상태로 탑재될 수 있는 구조이면, 특별한 제한은 없는 바, 예를 들어 하기와 같은 다양한 구조로 이루어질 수 있다.The jig is a structure that can be mounted in a state in which the battery cell is inclined so that the portion of the battery cell to be sealed after the gas discharge, there is no particular limitation, for example, may be made of various structures as follows have.
하나의 바람직한 예에서, 상기 지그는 전지셀의 일측 단부를 탑재하는 본체부와, 전지셀이 기울어진 상태로 탑재되도록 타측 단부가 상향 연장되어 있는 돌출부로 이루어질 수 있다.In one preferred example, the jig may be composed of a main body portion for mounting one end of the battery cell, and a protrusion in which the other end extends upward so that the battery cell is mounted in an inclined state.
상기 돌출부는 본체부의 높이를 기준으로 10% 내지 200%의 높이를 가지고 있는 구조일 수 있으며, 구체적으로 돌출부가 본체부의 높이를 기준으로 10% 미만인 경우 실링시 오염물질이 전지셀 내부에 흐르는 것을 방지하기 어렵고 200%를 초과하는 경우 가스 제거 장치의 전체적인 크기가 증가하게 되므로 바람직하지 않다.The protruding portion may have a structure having a height of 10% to 200% based on the height of the main body, and specifically, when the protruding portion is less than 10% based on the height of the main body, preventing contaminants from flowing into the battery cell during sealing. If it is difficult to do and exceeds 200%, the overall size of the degassing device is increased, which is not preferable.
상기 본체부에는 전지셀의 단부를 장착하기 위해 상기 단부에 대응하는 부위에 전지셀의 높이 방향으로 홈이 형성되어 있어서, 지그에 대한 전지셀의 장착을 안정적으로 달성할 수 있다.In the main body portion, a groove is formed in the height direction of the battery cell at a portion corresponding to the end to mount the end of the battery cell, it is possible to achieve a stable mounting of the battery cell to the jig.
상기 돌출부의 상단면은 전지셀이 기울어진 각도에 대응하여 경사면이 형성되어 있어서, 전지셀의 안정적인 장착을 달성하게 된다.The top surface of the protruding portion has an inclined surface corresponding to the inclination angle of the battery cell, thereby achieving stable mounting of the battery cell.
또 다른 바람직한 예에서, 상기 지그는 전지셀이 탑재되는 본체로 이루어져 있고, 상기 본체의 상단면은 전지셀이 기울어진 상태로 탑재되는 경사면일 수 있다.In another preferred example, the jig is composed of a main body on which the battery cell is mounted, the upper surface of the main body may be an inclined surface mounted in the inclined state.
상기 경사면은 실링시 실링부 내부의 전해액 오염이 적게 되도록, 지그의 수평 바닥면을 기준으로 5도 내지 70도의 경사각으로 이루어지는 것이 바람직하다.The inclined surface is preferably made of an inclination angle of 5 degrees to 70 degrees with respect to the horizontal bottom surface of the jig so as to reduce the electrolyte contamination inside the sealing portion during sealing.
한편, 상기 챔버 게이트는 전지셀의 측면 실링 단부를 고정하기 위한 그립퍼를 추가로 포함하는 구조일 수 있다.On the other hand, the chamber gate may have a structure further comprising a gripper for fixing the side sealing end of the battery cell.
상기 그립퍼는 전지케이스의 개구부를 전면 커팅한 후에도 커팅 부위를 고정하고 있으므로, 커팅된 파우치의 스크랩이 챔버 내에 떨어지는 것을 방지할 수 있다.Since the gripper fixes the cutting portion even after the entire opening of the battery case is cut, it is possible to prevent the scrap of the cut pouch from falling into the chamber.
상기 그립퍼는, 경우에 따라서는, 챔버 게이트에 일체형으로 장착되어 있는 구조일 수 있다.In some cases, the gripper may have a structure integrally mounted to the chamber gate.
바람직하게는, 상기 그립퍼는 커터가 전지셀의 측면 실링 단부를 커팅하여 가스를 배출한 후 커팅된 측면 실링 단부를 고정하는 구조일 수 있다.Preferably, the gripper may have a structure in which a cutter cuts the side sealing end of the battery cell to discharge gas and fixes the cut side sealing end.
본 발명에 따른 라미네이트 시트는 바람직하게는 외부 수지층, 공기 및 수분 차단성 금속층, 및 열융착성 내부 수지층의 적층 구조로 이루어질 수 있다.The laminate sheet according to the present invention may preferably consist of a laminated structure of an outer resin layer, an air and moisture barrier metal layer, and a heat sealable inner resin layer.
상기 외부 수지층은 외부 환경에 대해 우수한 내성을 가져야 하므로, 소정 이상의 인장강도와 내후성이 필요하다. 이러한 측면에서 외부 피복층의 고분자 수지는 인장강도 및 내후성이 우수한 폴리에틸렌 나프탈레이트(PEN), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 또는 연신 나일론을 포함할 수 있다.The outer resin layer must have excellent resistance to the external environment, and therefore, a tensile strength and weather resistance higher than a predetermined level are required. In this respect, the polymer resin of the outer coating layer may include polyethylene naphthalate (PEN), polyethylene terephthalate (PET), or stretched nylon having excellent tensile strength and weatherability.
또한, 상기 외부 피복층은 폴리에틸렌 나프탈레이트(PEN)로 이루어져 있거나 및/또는 상기 외부 피복층의 외면에 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)층이 구비되어 있는 구조로 이루어질 수 있다.The outer coating layer may be made of polyethylene naphthalate (PEN) and / or a polyethylene terephthalate (PET) layer may be provided on the outer surface of the outer coating layer.
상기 폴리에틸렌 나프탈레이트(PEN)는 폴리에틸렌 테레프탈레이트 (PET)와 비교하여 얇은 두께에서도 우수한 인장강도와 내후성을 가지므로 외부 피복층으로 사용하기에 바람직하다.The polyethylene naphthalate (PEN) has an excellent tensile strength and weatherability even at a thin thickness as compared with polyethylene terephthalate (PET), and thus is preferable for use as an outer coating layer.
상기 내부 수지층의 고분자 수지로는 열융착성(열접착성)을 가지고, 전해액의 침입을 억제하기 위해 전해액에 대한 흡습성이 낮으며, 전해액에 의해 팽창하거나 침식되지 않는 고분자 수지가 사용될 수 있으며, 더욱 바람직하게는 무연신 폴리프로필렌 필름(CPP)으로 이루어질 수 있다.The polymer resin of the internal resin layer may be a polymer resin having heat-sealability (thermal adhesiveness), low hygroscopicity to the electrolyte to suppress penetration of the electrolyte, and not swellable or eroded by the electrolyte. More preferably, it may be made of an unoriented polypropylene film (CPP).
하나의 바람직한 예에서, 본 발명에 따른 라미네이트 시트는, 상기 외부 피복층의 두께가 5 내지 40 ㎛이고, 상기 베리어층의 두께가 20 내지 150 ㎛이며, 상기 내부 실란트층의 두께가 10 내지 50 ㎛인 구조로 이루어질 수 있다. 상기 라미네이트 시트의 각 층들의 두께가 너무 얇은 경우에는 물질에 대한 차단 기능과 강도 향상을 기대하기 어렵고, 반대로 너무 두꺼우면 가공성이 떨어지고 시트의 두께 증가를 유발하므로 바람직하지 않다. In one preferred example, the laminate sheet according to the present invention is characterized in that the thickness of the outer coating layer is 5 to 40 占 퐉, the thickness of the barrier layer is 20 to 150 占 퐉, the thickness of the inner sealant layer is 10 to 50 占 퐉 Structure. When the thickness of each layer of the laminate sheet is too thin, it is difficult to expect a blocking function and strength improvement for the material. On the other hand, if it is too thick, the workability is deteriorated and the thickness of the sheet is increased.
상기 전극조립체는 양극과 음극으로 구성된 구조라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 바람직하게는 권취형 구조, 스택형 구조와 스택/폴딩형 구조를 들 수 있다. 스택/폴딩형 구조의 전극조립체에 대한 자세한 내용은 본 출원인의 한국 특허출원공개 제2001-0082058호, 제2001-0082059호 및 제2001-0082060호에 개시되어 있으며, 상기 출원은 본 발명의 내용에 참조로서 합체된다.The electrode assembly is not particularly limited as long as it is a structure composed of a positive electrode and a negative electrode, and preferably a wound structure, a stacked structure, and a stack / folding structure. Details of the stacked / folded structure of the electrode assembly are disclosed in Korean Patent Application Laid-Open Nos. 2001-0082058, 2001-0082059 and 2001-0082060, the contents of which are incorporated herein by reference. As a reference.
본 발명은 또한, 수지층과 금속층을 포함하는 라미네이트 시트의 전지케이스에 전극조립체 및 전해액이 내장되어 있는 전지셀을 제조하는 방법을 제공한다.The present invention also provides a method of manufacturing a battery cell in which an electrode assembly and an electrolyte solution are built in a battery case of a laminate sheet including a resin layer and a metal layer.
구체적으로, 상기 전지셀 제조방법은, Specifically, the battery cell manufacturing method,
(a) 활성화된 전지셀을 기울어진 상태로 진공 챔버에 투입하는 과정; (a) injecting the activated battery cell into the vacuum chamber in an inclined state;
(b) 전지셀을 진공 챔버 내에 위치한 지그에 고정시키고 진공 챔버를 진공으로 전환하는 과정; (b) fixing the battery cell to a jig located in the vacuum chamber and converting the vacuum chamber into a vacuum;
(c) 전지케이스의 내부와 통하는 관통부를 형성하여 전지셀 내부의 가스를 외부로 배출하기 위해 전지셀의 가스 포켓부를 커팅하는 과정; 및(c) forming a through part communicating with the inside of the battery case to cut the gas pocket part of the battery cell to discharge the gas inside the battery cell to the outside; And
(d) 상기 과정(c)에서 가스를 배출한 후 미실링 부위의 내측을 열융착에 의해 실링하는 과정;(d) sealing the inside of the unsealed portion by heat fusion after discharging the gas in the step (c);
을 포함하고 있다.It includes.
따라서, 본 발명에 따른 전지셀 제조방법은, 활성화된 전지셀을 기울어진 상태로 진공 챔버에 투입하므로, 전지셀의 가스 포켓부를 전면 커팅한 후에도 전해액이 외부로 흘러 나와 전지셀 및 가스 제거 장치에 오염을 유발하는 것을 방지할 수 있다.Therefore, in the battery cell manufacturing method according to the present invention, since the activated battery cell is introduced into the vacuum chamber in an inclined state, the electrolyte solution flows out to the battery cell and the gas removing apparatus even after the gas pocket of the battery cell is completely cut. It can prevent causing contamination.
또한, 상기와 같이 가스 포켓부를 전면 커팅하여 가스를 외부로 배출한 후 미실링 부위의 내측을 열융착에 의해 실링하는 과정에서 실링부 내부에 전해액이 진입되어 실링부에서 절연저항 불량이 발생하는 것을 방지할 수 있다.In addition, as described above, after the gas pocket is completely cut and the gas is discharged to the outside, the electrolyte is introduced into the sealing part in the process of sealing the inside of the unsealed part by heat fusion, thereby causing an insulation resistance defect in the sealing part. It can prevent.
하나의 바람직한 예에서, 상기 전지셀 제조방법은, 상기 과정(a) 이전에,In one preferred embodiment, the battery cell manufacturing method, before the process (a),
(a1) 전지케이스에 전극조립체를 장착한 상태에서 전지케이스의 외주면 중 일측 단부를 제외한 나머지 부위들을 열융착시켜 실링하는 과정; (a1) heat-sealing the remaining portions of the battery case except one end of the outer circumferential surface of the battery case while the electrode assembly is mounted;
(a2) 미실링 상태의 상기 단부를 통해 전해액을 주입한 후 상기 단부를 열융착에 의해 실링하는 과정; 및 (a2) injecting electrolyte through the unsealed end and sealing the end by heat fusion; And
(a3) 충전과 방전을 수행하여 전지셀을 활성화시키는 과정;(a3) activating a battery cell by performing charging and discharging;
을 수행할 수 있다.Can be performed.
상기 전지케이스는 다양한 형태일 수 있으며, 바람직하게는 평면상으로 사각형 구조로 이루어져 있고, 이 경우, 상기 일측 단부는 전지케이스의 일측 모서리일 수 있다.The battery case may have various forms, and preferably has a quadrangular structure in plan view. In this case, one end portion may be one side edge of the battery case.
상기 구조에서, 일측 모서리의 폭은 나머지 모서리들의 폭보다 20% ~ 300%가 크고, 활성화를 위한 열융착 과정에서 상기 일측 모서리의 끝단을 실링하도록 구성할 수 있다.In the above structure, the width of one corner is 20% to 300% larger than the width of the remaining corners, it can be configured to seal the end of the one corner in the heat fusion process for activation.
예를 들어, 일측 모서리의 폭이 나머지 모서리들의 폭보다 20% 미만이면 가스를 일측 모서리의 공간에 충분히 포집할 수 없고, 300%를 초과하면 낭비되는 모서리의 양이 커져 제조비용이 증가하므로 경제적 측면에서 바람직하지 않다.For example, if the width of one edge is less than 20% of the width of the remaining edges, the gas cannot be sufficiently collected in the space of one edge, and if it exceeds 300%, the amount of wasted edge is increased, thereby increasing the manufacturing cost. Not desirable in
또 다른 바람직한 예에서, 전지셀 제조방법은, 상기 과정(d) 이후에, 나머지 외측 부위를 절취하는 과정을 추가로 포함할 수 있다.In another preferred embodiment, the battery cell manufacturing method, after the step (d), may further include a step of cutting the remaining outer portion.
본 발명은 또한, 상기의 장치로 제조된 것을 특징으로 하는 전지셀을 제공한다.The present invention also provides a battery cell, characterized in that produced by the above apparatus.
상기 전지셀은 바람직하게는 리튬 이차전지일 수 있다. 상기 리튬 이차전지는 양극, 음극, 분리막 및 리튬 함유 비수계 전해액으로 구성되어 있다.The battery cell may preferably be a lithium secondary battery. The lithium secondary battery comprises a positive electrode, a negative electrode, a separator, and a lithium-containing non-aqueous electrolyte.
상기와 같은 이차전지는 소형 디바이스의 전원으로 사용되는 전지셀에 사용될 수 있을 뿐만 아니라, 고온 안정성 및 긴 사이클 특성과 높은 레이트 특성 등이 요구되는 중대형 디바이스의 전원으로 사용되는 다수의 전지셀들을 포함하는 전지팩에 단위전지로도 바람직하게 사용될 수 있다.The secondary battery as described above may not only be used in a battery cell used as a power source for a small device, but also includes a plurality of battery cells used as a power source for medium and large devices requiring high temperature stability, long cycle characteristics, and high rate characteristics. It can also be preferably used as a unit cell in the battery pack.
상기 중대형 디바이스의 바람직한 예로는 전지 기반 모터에 의해 동력을 받아 움직이는 파워 툴(power tool); 전기자동차(Electric Vehicle, EV), 하이브리드 전기자동차(Hybrid Electric Vehicle, HEV), 플러그-인 하이브리드 전기자동차(Plug-in Hybrid Electric Vehicle, PHEV) 등을 포함하는 전기차; 전기 자전거(E-bike), 전기 스쿠터(E-scooter)를 포함하는 전기 이륜차; 전기 골프 카트(electric golf cart) 등을 들 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. Preferred examples of the medium-to-large device include a power tool driven by a battery-based motor; An electric vehicle including an electric vehicle (EV), a hybrid electric vehicle (HEV), a plug-in hybrid electric vehicle (PHEV), and the like; An electric motorcycle including an electric bike (E-bike) and an electric scooter (E-scooter); An electric golf cart, and the like, but the present invention is not limited thereto.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 가스 제거 장치는, 전지셀의 활성화 과정에서 발생한 가스를 제거하는 공정에 사용되는 장치에서 지그를 전지셀이 기울어진 상태로 탑재되도록 구성되어 있으므로, 전지케이스의 실링시 전해액이 실링부 내부로 진입되는 것을 차단하여 전해액 오염으로 인한 전지셀 실링부의 절연 불량을 미연에 방지할 수 있다. As described above, the gas removal apparatus according to the present invention is configured to mount the jig in a state in which the battery cell is inclined in the device used in the process of removing the gas generated in the activation process of the battery cell, When sealing, it is possible to prevent the electrolyte from entering the sealing part, thereby preventing the insulation failure of the battery cell sealing part due to the electrolyte contamination.
도 1은 종래의 파우치형 전지의 일반적인 구조에 대한 분해 사시도이다;
도 2는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 가스 제거 장치의 모식도이다;
도 3은 도 2의 수직 단면 모식도이다;
도 4는 도 2의 가스 제거 장치에 커터가 부가된 구조를 나타내는 모식도이다;
도 5는 도 4의 A 부위를 확대한 모식도이다;
도 6은 도 5의 B 부위를 확대한 모식도이다;
도 7은 도 2의 가스 제거 장치에 실링 툴이 부가된 구조를 나타내는 모식도이다;
도 8은 도 7의 C 부위를 확대한 모식도이다.
도 9 내지 도 14는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지셀 제조방법의 순서를 나타내는 모식도들이다.1 is an exploded perspective view of a general structure of a conventional pouch type battery;
2 is a schematic diagram of a gas removal apparatus according to one embodiment of the present invention;
3 is a vertical cross-sectional schematic diagram of FIG. 2;
4 is a schematic diagram showing a structure in which a cutter is added to the gas removing apparatus of FIG. 2;
FIG. 5 is an enlarged schematic view of a portion A of FIG. 4; FIG.
FIG. 6 is an enlarged schematic view of a portion B of FIG. 5; FIG.
FIG. 7 is a schematic diagram showing a structure in which a sealing tool is added to the gas removing apparatus of FIG. 2; FIG.
FIG. 8 is an enlarged schematic view of a portion C of FIG. 7.
9 to 14 are schematic diagrams showing the procedure of the battery cell manufacturing method according to an embodiment of the present invention.
이하에서는, 본 발명의 실시예에 따른 도면을 참조하여 설명하지만, 이는 본 발명의 더욱 용이한 이해를 위한 것으로, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings, but the present invention is not limited by the scope of the present invention.
도 2에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 가스 제거 장치의 모식도가 도시되어 있고, 도 3에는 도 2의 수직 단면 모식도가 도시되어 있다.FIG. 2 is a schematic diagram of a gas removal apparatus according to one embodiment of the present invention, and FIG. 3 is a vertical cross-sectional schematic diagram of FIG. 2.
이들 도면을 참조하면, 가스 제거 장치(200)는 전지셀(230)이 투입되는 진공 챔버(도시하지 않음), 전지셀(230)이 기울어진 상태로 탑재되는 지그(220), 및 진공 챔버를 밀폐하고 지그(220)와 결합되어 있는 챔버 게이트(210)로 구성되어 있다.Referring to these drawings, the
지그(220)는 전지셀(230)의 일측 단부를 탑재하는 본체부(222)와, 전지셀(230)이 기울어진 상태로 탑재되도록 타측 단부가 상향 연장되어 있는 돌출부(224)로 이루어져 있다.The
또한, 돌출부(224)는 본체부(222)의 높이(H)를 기준으로 대략 100%의 높이(h)를 가지고 있고, 전지셀(230)의 단부를 장착하기 위해, 본체부(222)에는 전지셀(230)의 단부에 대응하는 부위에 전지셀(230)의 높이 방향으로 홈(226)이 형성되어 있다.In addition, the
전지셀(230)은 수지층과 금속층을 포함하는 라미네이트 시트의 전지케이스에 전극조립체 및 전해액이 내장되어 있는 파우치형 이차전지이고, 라미네이트 시트는 외부 수지층, 공기 및 수분 차단성 금속층, 및 열융착성 내부 수지층의 적층 구조로 이루어져 있다.The
도 4에는 도 2의 가스 제거 장치에 커터가 부가된 구조를 나타내는 모식도가 도시되어 있고, 도 5에는 도 4의 A 부위를 확대한 모식도가 도시되어 있다.FIG. 4 is a schematic diagram illustrating a structure in which a cutter is added to the gas removing apparatus of FIG. 2, and FIG. 5 is an enlarged schematic diagram of a portion A of FIG. 4.
이들 도면을 참조하면, 챔버 게이트(210a)는 전지셀(230)의 측면 실링 단부를 고정하기 위한 그립퍼(240)를 포함하고 있고, 그립퍼(240)는 챔버 게이트(210)에 일체형으로 장착되어 있다.Referring to these drawings, the
또한, 그립퍼(240)는 커터(250)가 전지셀(230)의 측면 실링 단부를 커팅하여 가스를 배출한 후 커팅된 측면 실링 단부를 고정하고 있다.In addition, the
도 7에는 도 2의 가스 제거 장치에 실링 툴이 부가된 구조를 나타내는 모식도가 도시되어 있고, 도 8에는 도 7의 C 부위를 확대한 모식도가 도시되어 있다.FIG. 7 is a schematic diagram illustrating a structure in which a sealing tool is added to the gas removing apparatus of FIG. 2, and FIG. 8 is an enlarged schematic diagram of a portion C of FIG. 7.
이들 도면을 도 2 내지 도 5와 함께 참조하면, 전지셀 제조방법은, (a) 활성화된 전지셀(230)을 기울어진 상태로 진공 챔버에 투입하는 과정; (b) 전지셀(230)을 진공 챔버 내에 위치한 지그(220)에 고정시키고 진공 챔버를 진공으로 전환하는 과정; (c) 전지케이스의 내부와 통하는 관통부를 형성하여 전지셀 내부의 가스를 외부로 배출하기 위해 전지셀(230)의 가스 포켓부를 커터(250)에 의해 커팅하는 과정; 및 (d) 과정(c)에서 가스를 배출한 후 미실링 부위의 내측을 열융착에 의해 실링툴(260)을 사용하여 실링하는 과정;을 포함하고 있다.2 to 5, the battery cell manufacturing method includes: (a) injecting an activated
도 7 및 도 8을 참조하면, 가스 제거 장치(200b)는 상부 실링툴(262)과 하부 실링툴(264)를 포함하고 있다. 7 and 8, the
또한, 전지셀(230)이 지그(220)에 의해 기울어져 있으므로, 실링시 전지셀(230) 내부의 전해액(272)이 실링부위(274) 내부로 유입되지 않는다.In addition, since the
도 9 내지 도 14에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지셀 제조방법의 모식도들이 도시되어 있다.9 to 14 are schematic views of a battery cell manufacturing method according to an embodiment of the present invention.
이들 도면을 참조하여 전지셀 제조방법을 설명하면 하기와 같다.Referring to these drawings will be described a battery cell manufacturing method as follows.
먼저 도 9와 같이, 전극조립체(110)를 전지케이스(130)의 수납부(120)에 장착한 후 전지케이스(130)를 반으로 접는다. First, as shown in FIG. 9, the
다음으로 도 10과 같이, 전지케이스(130)의 수납부(120)에 전극조립체(110)를 장착한 상태에서 전지케이스(130)의 외주면 중 일측 단부(150)를 제외한 나머지 부위들을 열융착시켜 실링한다.Next, as shown in FIG. 10, in the state in which the
구체적으로, 전극단자들(112, 114)이 연결되어 있는 전극조립체(110)는 일측에 수납부(120)가 형성된 라미네이트 시트로 이루어진 전지케이스(130) 내에 장착되어 있다. 또한, 4 변 중 전극단자들(112, 114)을 포함하는 상변을 포함하여 3 개의 변에는 열압축에 의해 실링부(140)가 형성되어 있고, 나머지 변은 미실링 부위(150)의 상태로 남아 있다. 그러한 미실링 부위(150)를 통해 전해액을 주입한 후, 도 11과 같이 미실링 부위(150)인 일측 모서리의 끝단(162)을 열융착하고 충전과 방전을 수행하여 전지셀(100)을 활성화시킨다.Specifically, the
상기 활성화 과정에서 발생한 가스와 잉여 전해액은 미실링 부위(150)에 모여 포집된다.Gas and excess electrolyte generated during the activation process is collected in the unsealed
다음으로, 도 12와 같이 전지케이스(130)의 내부와 통하는 관통부 (163)를 형성하기 위해 단부 내측의 미실링 부위(150)를 커팅한 후, 진곡 챔버에 의해 미실링 부위(150)에 진공을 인가하여, 활성화 과정에서 발생한 가스를 제거한다.Next, after cutting the unsealed
마지막으로, 도 13 및 도 14와 같이 전극조립체(110)와 인접한 미실링 부위의 내측(164)을 상부 실링툴과 하부 실링툴에 의해 열융착하여 실링한 후, 나머지 외측 부위를 절취하여 전지셀(100)을 완성한다.Finally, as shown in FIGS. 13 and 14, the
또한, 도 10을 참조하면, 전지케이스(130)는 평면상으로 사각형 구조로 이루어져 있고, 일측 모서리(150)의 폭(W)은 나머지 모서리들의 폭(w)보다 200%가 크게 형성되어 있다.In addition, referring to FIG. 10, the
이상 본 발명의 실시예에 따른 도면을 참조하여 설명하였지만, 본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주 내에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다.While the present invention has been described with reference to exemplary embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments.
Claims (19)
전지셀이 투입되는 진공 챔버;
전지셀이 기울어진 상태로 탑재되는 지그; 및
상기 진공 챔버를 밀폐하고 지그와 결합되어 있는 챔버 게이트;
를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 가스 제거 장치.An apparatus for use in a process of removing gas generated during an activation process of a battery cell in which an electrode assembly and an electrolyte are embedded in a battery case of a laminate sheet including a resin layer and a metal layer.
A vacuum chamber into which a battery cell is inserted;
A jig in which the battery cell is mounted in an inclined state; And
A chamber gate that seals the vacuum chamber and is coupled with a jig;
Degassing device comprising a.
(a) 활성화된 전지셀을 기울어진 상태로 진공 챔버에 투입하는 과정;
(b) 전지셀을 진공 챔버 내에 위치한 지그에 고정시키고 진공 챔버를 진공으로 전환하는 과정;
(c) 전지케이스의 내부와 통하는 관통부를 형성하여 전지셀 내부의 가스를 외부로 배출하기 위해 전지셀의 가스 포켓부를 커팅하는 과정; 및
(d) 상기 과정(c)에서 가스를 배출한 후 미실링 부위의 내측을 열융착에 의해 실링하는 과정;
을 포함하는 것을 특징으로 하는 전지셀 제조방법. A method of manufacturing a battery cell in which an electrode assembly and an electrolyte solution are built into a battery case of a laminate sheet including a resin layer and a metal layer,
(a) injecting the activated battery cell into the vacuum chamber in an inclined state;
(b) fixing the battery cell to a jig located in the vacuum chamber and converting the vacuum chamber into a vacuum;
(c) forming a through part communicating with the inside of the battery case to cut the gas pocket part of the battery cell to discharge the gas inside the battery cell to the outside; And
(d) sealing the inside of the unsealed portion by heat fusion after discharging the gas in the step (c);
And forming a battery cell.
(a1) 전지케이스에 전극조립체를 장착한 상태에서 전지케이스의 외주면 중 일측 단부를 제외한 나머지 부위들을 열융착시켜 실링하는 과정;
(a2) 미실링 상태의 상기 단부를 통해 전해액을 주입한 후 상기 단부를 열융착에 의해 실링하는 과정; 및
(a3) 충전과 방전을 수행하여 전지셀을 활성화시키는 과정;
을 수행하는 것을 특징으로 하는 전지셀 제조방법. The method of claim 13, wherein, prior to step (a),
(a1) heat-sealing the remaining portions of the battery case except one end of the outer circumferential surface of the battery case while the electrode assembly is mounted;
(a2) injecting electrolyte through the unsealed end and sealing the end by heat fusion; And
(a3) activating a battery cell by performing charging and discharging;
Battery cell manufacturing method characterized in that to carry out.
Priority Applications (1)
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KR1020110117271A KR101306187B1 (en) | 2011-11-11 | 2011-11-11 | Device for Eliminating Gas from Battery Cell and Method for Manufacturing Battery Cell |
Publications (2)
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