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KR101763980B1 - 파우치형 이차전지의 실링 툴 - Google Patents

파우치형 이차전지의 실링 툴 Download PDF

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Publication number
KR101763980B1
KR101763980B1 KR1020130103631A KR20130103631A KR101763980B1 KR 101763980 B1 KR101763980 B1 KR 101763980B1 KR 1020130103631 A KR1020130103631 A KR 1020130103631A KR 20130103631 A KR20130103631 A KR 20130103631A KR 101763980 B1 KR101763980 B1 KR 101763980B1
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KR
South Korea
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pouch
sealing
holder
secondary battery
type secondary
Prior art date
Application number
KR1020130103631A
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English (en)
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KR20150025687A (ko
Inventor
원종현
김민수
노교련
김슬기
Original Assignee
주식회사 엘지화학
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Publication date
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Priority to US14/414,638 priority patent/US9882231B2/en
Priority to JP2015534415A priority patent/JP6039086B2/ja
Priority to PCT/KR2014/006899 priority patent/WO2015030373A1/ko
Priority to TW103126424A priority patent/TWI518965B/zh
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Abstract

본 발명은 전극조립체가 내장된 파우치를 실링하는 파우치형 이차전지의 실링 툴에 있어서, 상기 파우치의 상부 및 하부에서 승강 가능하도록 설치되는 홀더; 및 상기 홀더에 결합되어 홀더의 승강에 의해 파우치와 접촉됨으로써 상기 파우치를 실링하되, 상기 홀더와 상호 이격되어 홀더와의 사이에 이격 공간을 형성하는 실링 블록;을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 실링 툴의 홀더 및 실링 블록의 사이에 이격 부재를 개재하여 이격 공간을 형성시킴으로써, 실링 블록이 변형될 공간을 부여하여 실링 블록의 실링 면 변형을 최소화하는 효과가 있으며, 이로 인하여, 파우치 실링부의 실링 두께가 일정하게 형성됨으로써, 파우치 내부의 전해액이 외부로 누설되는 것을 방지하는 효과가 있다.

Description

파우치형 이차전지의 실링 툴 {SEALIING TOOL OF POUCH TYPE SECONDARY BATTERY}
본 발명은 파우치형 이차전지의 실링 툴에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 실링 툴의 홀더 및 실링 블록의 사이에 이격 부재를 개재하여 이격 공간을 형성시킴으로써, 실링 블록이 변형될 공간을 부여하여 실링 블록의 실링 면 변형을 최소화하는 파우치형 이차전지의 실링 툴에 관한 것이다.
일반적으로, 일차전지와는 달리 충전 및 방전이 가능한 이차전지는 디지털 카메라, 셀룰라 폰, 노트북, 하이브리드 자동차 등 첨단 분야의 개발로 활발한 연구가 진행 중이다. 이차전지로는 니켈-카드뮴 전지, 니켈-메탈 하이드라이드 전지, 니켈-수소 전지, 리튬 이차전지를 들 수 있다. 이 중에서, 리튬 이차전지는 휴대용 전자기기의 전원으로 사용되거나, 또는 다수 개를 직렬 연결하여 고출력의 하이브리드 자동차에 사용되는데, 니켈-카드뮴 전지나, 니켈-메탈 하이드라이드 전지에 비하여 작동 전압이 3배가 높고, 단위 중량당 에너지 밀도의 특성도 우수하여 급속도로 사용되고 있는 추세이다.
이와 같은 리튬 이차 전지는 다양한 형태로 제조 가능한데, 대표적인 형상으로는 리튬 이온전지에 주로 사용되는 원통형(cylinder type) 및 각형(prismatic type)을 들 수 있다. 최근 들어 각광받는 리튬 폴리머 전지는 유연성을 지닌 파우치형(pouch type)으로 제조된다. 이와 같은 파우치형 리튬 폴리머 전지(이하, "파우치형 이차전지"라고 함.)는 그 형상이 비교적 자유롭다.
도 1에는 일반적인 파우치형 이차전지(10) 및 파우치형 이차전지(10)를 실링하는 실링 툴(20)이 도시되어 있다.
도 1을 참조하면, 파우치형 이차전지(10)는 파우치(11)와 파우치(11)의 전기적 연결을 위해 구비되는 전극 탭(12)을 포함한다. 파우치(11)는 개방된 상태에서 내부에 전해액이 주입되고, 전극 탭(12)은 파우치(11)의 외측으로 돌출되도록 파우치(11) 내부의 전극조립체(미도시)로부터 연장 형성된다. 그리고 파우치(11)의 가장자리를 따라 파우치(11)가 밀폐되도록 실링되는 실링부(13)가 형성된다.
이때, 상기 실링부(13)의 접합 표면에 파우치 실란트(sealant : 적어도 두개 이상의 표면을 접합시킬 수 있는 물질로 배리어 혹은 보호 코팅의 역할을 함)가 코팅되고, 상기 전극 탭(12)의 접합 표면에는 탭 실란트가 코팅된다.
상기와 같이 코팅된 파우치 및 탭 실란트가 실링 툴(20)에 의해 가열 용융되어 파우치(11)의 실링부(13)가 실링되는 것이다.
실링 툴(20)은 파우치(11) 실링부(13)의 상부 및 하부에 승강 수단(30)에 의해 승강 가능하도록 설치되어 승강에 의해 파우치(11)의 실링부(13)를 가압한다. 이때, 실링 툴(20)은 내부에 내장된 가열 수단(미도시)에 의해 열을 발생시켜 파우치(11)의 실링부(13)를 가열하게 된다. 즉, 실링 툴(20)이 파우치(11) 실링부(13)를 가열 가압함에 의해 파우치(11)가 실링되는 것이다.
상기와 같이 실링 툴(20)에 의해 파우치(11)의 실링부(13)를 실링하는 기술은 대한민국 공개특허공보 제2013-0071813호, 대한민국 공개특허공보 제2012-0038695호, 대한민국 공개특허공보 제2011-0039011호 등에 자세하게 개시되어 있다.
상기한 실링 툴(20)은 내부에 내장된 상기 가열 수단에 의해 180°C 이상의 고온으로 가열되기 때문에, 도 2에 도시된 바와 같이, 실링 면(21)이 외부로 돌출되는 열 변형이 일어나게 된다.
상기와 같이 실링 툴(20)의 실링 면(21)이 변형되면, 파우치(11) 실링부(13)의 실링 두께가 일정하게 형성되지 않게 된다. 즉, 실링 툴(20)의 실링 면(21) 중 외부로 돌출되도록 변형된 중앙부(21-1)에 의해 실링된 파우치(11)의 실링부(13-1)는 실링에 필요한 충분한 압력을 받게 되어 실링이 올바르게 이루어지지만, 실링 툴(20)의 양측부(21-2)에 의해 실링된 파우치(11)의 실링부(13-2)는 실링에 필요한 충분한 압력을 받지 못해 실링이 제대로 이루어지지 않아 전해액이 누설되는 등의 문제점이 있었다.
대한민국 공개특허공보 제2013-0071813호 대한민국 공개특허공보 제2012-0038695호 대한민국 공개특허공보 제2011-0039011호
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 실링 툴의 홀더 및 실링 블록의 사이에 이격 부재를 개재하여 이격 공간을 형성시킴으로써, 실링 블록이 변형될 공간을 부여하여 실링 블록의 실링 면 변형을 최소화하는 파우치형 이차전지의 실링 툴을 제공하는 것이다.
상기 목적은 본 발명에 따라, 전극조립체가 내장된 파우치를 실링하는 파우치형 이차전지의 실링 툴에 있어서, 상기 파우치의 상부 및 하부에서 승강 가능하도록 설치되는 홀더; 및 상기 홀더에 결합되어 홀더의 승강에 의해 파우치와 접촉됨으로써 상기 파우치를 실링하되, 상기 홀더와 상호 이격되어 홀더와의 사이에 이격 공간을 형성하는 실링 블록;에 의해 달성된다.
또한, 상기 홀더와 실링 블록의 사이 이격 공간에 개재되는 이격 부재;를 더 포함할 수 있다.
그리고 상기 이격 부재는 홀더가 승강되는 방향으로 탄성을 갖는 탄성체로 마련될 수 있다.
한편, 상기 이격 부재는 필러 게이지로 마련될 수 있다.
또한, 상기 이격 부재는 복수 개로 마련되어 상기 이격 공간의 양측 단부에 배치될 수 있다.
또한, 상기 실링 블록의 내부에 내장되는 히팅 코일을 더 포함할 수 있다.
한편, 상기 전극조립체는 하나 이상의 음극, 분리막, 양극을 차례로 적층하여 권취한 젤리 롤형 전극조립체; 음극, 분리막, 양극이 차례로 적층된 단위셀을 긴 필름형태의 분리막에 배치한 후 단일 방향으로 권취한 스택(stack) & 폴딩(folding)형 전극조립체; 음극, 분리막, 양극이 차례로 적층된 단위셀을 긴 필름형태의 분리막에 배치한 후 지그재그 방향으로 권취한 스택 & 폴딩형 전극조립체 중 어느 하나일 수 있다.
또한, 상술한 파우치형 이차전지의 실링 툴에 의해 제조되는 파우치형 이차전지를 포함할 수 있다.
이에 의해, 실링 툴의 홀더 및 실링 블록의 사이에 이격 부재를 개재하여 이격 공간을 형성시킴으로써, 실링 블록이 변형될 공간을 부여하여 실링 블록의 실링 면 변형을 최소화하는 효과가 있다.
이로 인하여, 파우치 실링부의 실링 두께가 일정하게 형성됨으로써, 파우치 내부의 전해액이 외부로 누설되는 것을 방지하는 효과가 있다.
도 1은 파우치형 이차전지 및 이를 실링하는 종래의 실링 툴에 대해 도시한 사시도이다.
도 2는 파우치형 이차전지 및 이를 실링하는 종래의 실링 툴에 대해 도시한 측면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 파우치형 이차전지의 실링 툴의 분해 사시도이다.
도 4는 본 발명에 따른 파우치형 이차전지의 실링 툴의 측면도이다.
도 5는 본 발명에 따른 파우치형 이차전지의 실링 툴의 측 단면도이다.
도 6 및 7은 본 발명에 따른 파우치형 이차전지의 실링 툴의 작용 상태도이다.
본 명세서 및 특허청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여, 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
따라서 본 명세서에 기재된 실시 예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 하나의 실시 예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다. 아울러, 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기술 등이 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있다고 판단되는 경우에는 그에 관한 자세한 설명은 생략하기로 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 파우치형 이차전지의 실링 툴에 관하여 살펴보기로 한다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 파우치형 이차전지의 실링 툴을 분해한 상태를 도시한 도면이고, 도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 파우치형 이차전지의 실링 툴의 측면도이다.
도 3 및 4를 참조하면, 도시된 파우치형 이차전지의 실링 툴은, 파우치형 이차전지(10, 도 1 참조) 파우치(11, 도 1 참조)의 상부 및 하부에 승강 가능하도록 설치되는 홀더(100)와, 홀더(100)에 결합되어 홀더(100)의 승강에 의해 파우치(11)와 접촉됨으로써 파우치(11)를 실링하되 홀더(100)와 상호 이격되어 홀더(110)와의 사이에 이격 공간(S)을 형성하는 실링 블록(200)과, 홀더(100)와 실링 블록(200)의 사이 이격 공간(S)에 개재되는 이격 부재(300)를 포함한다.
여기서, 파우치(11)의 상부 및 하부에 각각 설치되는 실링 툴의 각 구성요소는 설치되는 위치와 방향만 다를 뿐 동일한 구성요소이므로 이하에서는 설명의 편의를 위해 파우치(11)의 상부에 설치된 실링 툴에 대해서만 설명하기로 한다.
먼저, 홀더(100)는 소정 두께를 갖는 금속 재질의 플레이트로서, 양측 단부가 하부로 절곡된 형태로 형성된다. 즉, 하부가 개구된 'ㄷ'자 형태로 형성되는 것이다. 그리고 홀더(100)의 상부 면 중간부에는 승강 수단(110)이 설치되어 홀더(100)를 승강 가능하도록 한다. 여기서, 승강 수단(110)은 일반적으로 널리 사용되는 실린더 등으로 마련될 수 있으며, 반드시 이에 한정되지 않고, 홀더(100)를 승강 가능하도록 하는 모든 수단을 포함한다.
그리고 실링 블록(200)은 파우치(11) 실링부(13)의 길이에 대응되는 길이를 갖는 금속 재질의 사각 바(bar) 형상의 부재로서, 홀더(100)의 개구된 영역을 폐쇄하도록 홀더(100)의 하단 개구부에 설치된다. 상기와 같이 실링 블록(200)이 홀더(100)의 개구된 단부에 설치되므로 홀더(100)와 실링 블록(200)의 사이에는 이격 공간(S)이 형성된다.
또한, 실링 블록(200)의 내부에는, 도 5에 도시된 바와 같이, 내부 전 영역에 걸쳐 히팅 코일(210)이 설치된다. 상기한 히팅 코일(210)은 전기를 공급받아 전기 저항에 의해 발열되는 것으로서, 실링 블록(200)을 가열하는 역할을 한다. 상기와 같이 가열된 실링 블록(200)은 승강 수단(110)의 구동에 의해 하강하여 실링 블록(200)의 하부 면이 파우치(11)의 실링부(13)를 가압하게 된다. 파우치(11)의 실링부(13)는 실링 블록(200)에 의해 가열 가압되어 이에 의해 실링부(13) 실링이 이루어진다.
한편, 홀더(100)와 실링 블록(200)의 사이 이격 공간(S)에 개재되는 이격 부재(300)는 홀더(100)의 절곡된 양측 단부 높이에 대응되는 높이를 갖는 대략 사각 박스 형상의 부재로서, 쌍으로 마련되어 이격 공간(S)의 양측 단부에 배치된다. 상기한 이격 부재(300)는 이격 공간(S)을 유지하기 위한 것으로, 홀더(100)의 상부 내면을 지지하여 외력에 의해 이격 공간(S)이 축소되는 것을 방지한다. 여기서, 이격 부재(300)는 홀더(100)가 승강되는 방향으로 탄성을 갖는 탄성체로 마련되거나 필러 게이지(feelar gauge)로 마련될 수 있다. 이격 부재(300)가 탄성체로 마련되는 것은 홀더(100)와 실링 블록(200) 사이를 완충하여 파우치(11) 실링부(13)를 가압 시 실링이 보다 고르게 되도록 하기 위함이다. 그리고 필러 게이지는 일반적으로 두 부품의 거리를 측정하기 위한 것이므로, 이격 부재(300)가 필러 게이지로 마련되는 것은 이격 공간(S)의 높이가 변화되는 것을 측정하기 위함이다. 상술한 이격 부재(300)는 탄성체 또는 필러 게이지가 단독으로 사용될 수도 있고, 이의 혼합으로 사용될 수도 있다. 이는 작업자가 임의로 선택 가능한 사항이다.
이하에서는, 도 6 및 7을 참조하여 본 발명의 작용에 대해 상세하게 설명한다.
도 6은 본 발명에 따른 파우치형 이차전지의 실링 툴의 측면도로서, 아직 실링 블록(200)이 열 변형되기 전을 도시한 도면이다.
고온의 조건에서 사용되어 지는 실링 블록(200)은 사용 기간이 길어짐에 따라 열 변형이 일어난다. 종래의 경우, 도 2에 도시된 것처럼, 실링 툴(20)이 하나의 부재로 형성되기 때문에, 열 변형이 일어날 경우 실링 툴(20)의 하부 실링 면(21)이 열 변형되어 늘어나게 되고, 이로 인하여 파우치(11) 실링부(13)가 제대로 실링되지 못하는 문제점이 있었다.
그러나, 본 발명의 경우에는 실링 툴이 홀더(100) 및 실링 블록(200)으로 분리되어 구성되고, 이의 사이에 이격 공간(S)이 형성되기 때문에, 실링 블록(200)이 이격 공간(S) 측으로도 열 변형되어 실링 블록(200)의 하부 면 열 변형을 최소화할 수 있게 된다. 이로 인해, 파우치(11) 실링부(13)를 최대한 고르게 실링할 수 있어 전해액이 누설되는 것을 방지할 수 있게 된다.
상기와 같이 구성되는 실링 툴에 의해 파우치형 이차전지의 파우치(11) 실링부(13)가 고르게 실링되는 것이다. 상기한 파우치형 이차전지는 파우치(11) 내부에 전해액 및 전극조립체가 내장된 것으로, 파우치(11) 실링부(13)가 고르게 실링됨에 의해 전해액이 외부로 누설되는 것을 방지할 수 있다. 여기서, 상술한 전극조립체는 하나 이상의 음극, 분리막, 양극을 차례로 적층하여 권취한 젤리 롤형 전극조립체, 음극, 분리막, 양극이 차례로 적층된 단위셀을 긴 필름형태의 분리막에 배치한 후 단일 방향으로 권취한 스택(stack) & 폴딩(folding)형 전극조립체, 음극, 분리막, 양극이 차례로 적층된 단위셀을 긴 필름형태의 분리막에 배치한 후 지그재그 방향으로 권취한 스택 & 폴딩형 전극조립체 중 어느 하나로 마련될 수 있다. 즉, 본 발명은 파우치(11) 내부에 내장된 전극조립체에 의해 그 발명의 범위가 한정되지 않는다.
이상으로 본 발명에 따른 파우치형 이차전지의 실링 툴에 대한 바람직한 실시 예에 관하여 설명하였다.
전술된 실시 예는 모든 면에서 예시적인 것이며, 한정적인 것이 아닌 것으로 이해되어야 하며, 본 발명의 범위는 전술된 상세한 설명보다는 후술될 특허청구범위에 의하여 나타내어질 것이다. 그리고 이 특허청구범위의 의미 및 범위는 물론, 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 및 변형 가능한 형태가 본 발명의 범주에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
10 : 파우치형 이차전지 11 : 파우치
12 : 전극 탭 13 : 실링부
20 : 실링 툴 21 : 실링 면
30 : 승강 수단 100 : 홀더
110 : 승강 수단 200 : 실링 블록
210 : 히팅 코일 220 : 변형부
300 : 이격 부재

Claims (8)

  1. 전극조립체가 내장된 파우치를 실링하는 파우치형 이차전지의 실링 툴에 있어서,
    상기 파우치의 상부 및 하부에서 승강 가능하도록 설치되는 홀더;
    상기 홀더에 결합되어 홀더의 승강에 의해 파우치와 접촉됨으로써 상기 파우치를 실링하되, 상기 홀더와 상호 이격되어 홀더와의 사이에 이격 공간을 형성하는 실링 블록; 및
    상기 홀더와 실링 블록의 사이 이격 공간에 개재되는 이격 부재;를 포함하고,
    상기 이격 부재는 복수 개로 마련되어 상기 이격 공간의 양측 단부에 배치되는 것을 특징으로 하는 파우치형 이차전지의 실링 툴.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 이격 부재는 홀더가 승강되는 방향으로 탄성을 갖는 탄성체로 마련되는 것을 특징으로 하는 파우치형 이차전지의 실링 툴.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 이격 부재는 필러 게이지로 마련되는 것을 특징으로 하는 파우치형 이차전지의 실링 툴.
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 실링 블록의 내부에 내장되는 히팅 코일을 더 포함하는 파우치형 이차전지의 실링 툴.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 전극조립체는 하나 이상의 음극, 분리막, 양극을 차례로 적층하여 권취한 젤리 롤형 전극조립체; 음극, 분리막, 양극이 차례로 적층된 단위셀을 긴 필름형태의 분리막에 배치한 후 단일 방향으로 권취한 스택(stack) & 폴딩(folding)형 전극조립체; 음극, 분리막, 양극이 차례로 적층된 단위셀을 긴 필름형태의 분리막에 배치한 후 지그재그 방향으로 권취한 스택 & 폴딩형 전극조립체 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 파우치형 이차전지의 실링 툴.
  8. 제1항, 제3항, 제4항, 제6항 내지 제7항 중 어느 하나에 기재된 파우치형 이차전지의 실링 툴에 의해 제조되는 파우치형 이차전지.
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