KR101704760B1 - 가압 트레이 - Google Patents

Abstract

본 발명은 추가적으로 배터리 셀을 가압하는 롤러를 구비한 가압 트레이에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 내부 공간에 배치된 복수의 배터리 셀을 수용하는 프레임; 및 서로 인접한 배터리 셀 사이에 배치되어 수평 방향으로 이동함으로써 상기 배터리 셀을 가압하는 다수의 가압 지그를 포함하는 가압 트레이는, 상기 가압 지그에 의해 배터리 셀의 가압이 완료되면, 상기 배터리 셀을 추가적으로 가압하는 다수의 롤러를 포함하는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 따르면, 활성화 공정 과정에서 배터리 셀에서 발생하는 가스를 완벽하게 제거함으로써, 이차 전지의 안정성, 내구성 및 수명을 향상시키는 장점이 있다.

Description

가압 트레이{Pressing tray}

본 발명은 가압 트레이에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 추가적으로 배터리 셀을 가압하는 롤러를 구비한 가압 트레이에 관한 것이다.

일반적으로, 전지라고 하면 적어도 한 세트의 단자 사이에서 전위를 공급하는 전기 화학적 전지(electrochemical cell) 및 전지들의 집합을 포함하는 장치를 의미한다. 전지의 단자들은 전기적으로, 예를 들면 직류 부하에 접속되어 그 부하에 에너지 즉 전압을 제공할 수 있다. 전지는 건전지, 습전지(예를 들면, 납-산(lead-acid)전지), 및 일반적으로 화학적으로 이용 가능한 기전력을 전류로 변환하는 기타 장치를 포함한다.

이러한 전지 중에서 이차 전지는 양극판/세퍼레이터/음극판의 3단층 구조 또는 양극판/세퍼레이터/음극판/세퍼레이터/양극판의 5단층 이상의 다층 구조로 된 전극조립체를 만들고, 이러한 전극조립체를 파우치에 수용하여 제작되는데, 이러한 이차 전지를 파우치형 이차 전지라 하기도 한다.

이차 전지의 특성은 사용 후 재충전될 수 있고, 그 용량이 무한정은 아니지만 어느 정도까지 방전 처리를 역으로 행함으로써 동일 전지의 반복적인 사용이 가능하다는 것이다. 다시 말해, 이차 전지(secondary battery)는 충전이 불가능한 일차전지와는 달리, 충전 및 방전이 가능한 전지로서, 핸드폰, 노트북 컴퓨터, 캠코더 등의 첨단 전자기기 분야에서 널리 사용되고 있다. 특히, 리튬 이차 전지는 기존의 납 축전지와, 니켈-카드뮴 전지, 니켈-수소전지, 니켈-아연전지 등 다른 이차 전지와 비교하여 단위 중량당 에너지 밀도가 높고 급속 충전이 가능하기 때문에 사용의 증가가 활발하게 진행되고 있는 추세이다.

이러한 리튬 이차 전지에 사용되는 양극 활물질으로는 리튬계 산화물, 음극 활물질으로는 탄소재를 사용하고 있다. 이러한 활물질을 이용하여 양극 활물질이 형성된 양극 집전체에 양극탭이 구비된 양극판, 음극 활물질이 형성된 음극 집전체에 음극탭이 구비된 음극판 및 상기 양극판과 음극판 사이에 개재되어 있는 세퍼레이터를 적층함으로써 소정 면적의 전극 조립체를 제조하고, 이러한 전극 조립체를 파우치에 수용하여 파우치의 일측 개방부를 통해 파우치 내부에 전해액을 주입하고 개방부를 밀봉후, 충방전, 에이징(aging) 공정 및 가스 제거 공정(degas 공정)때 가스가 포집된 파우치면의 일부를 제거하는 공정을 포함하는 활성화 공정을 진행하여 파우치형 이차 전지의 제조를 완료하게 된다.

이때, 파우치형 이차 전지의 파우치 내부에 전해액이 채워지면, 파우치 자체의 양면 부분이 외부로 볼록하게 되므로, 전지의 용량을 높이기 위해 이차 전지의 파우치 양면 부분을 눌러주는 작업(스퀴징)이 필요하다. 다시 말해, 이차 전지의 파우치 내부에 충진된 전해액이 고르게 퍼져야 전지의 용량이 커질 수 있으므로, 전해액을 고르게 퍼지도록 이차 전지의 스퀴징 작업이 필요하며, 아울러, 이차 전지의 전극 조립체의 각 전지셀 사이의 간극이 최대한 콤팩트하게 밀착되어 역시 전지의 용량이 커질 수 있게 된다.

이러한 스퀴징 작업을 수행함에 있어서, 도 1에 도시된 바와 같은 종래의 가압 트레이(1)가 적용되는 경우, 가압 트레이(1)는 가압 지그(2)를 이용하여 배터리 셀(3)을 가압하다.

또한, 충방전시 발생한 가스를 제거하기 위하여, 배터리 셀(3) 상단에 가스가 수용될 수 있는 가스 포켓이 형성되고, 배터리 셀(3) 내부에 발생한 가스가 내부 압력차에 의해 상기 가스 포켓에 모아지게 되고, 작업이 모두 완료되면 상기 가스 포켓은 배터리 셀(3)에서 제거된다.

하지만 가압 지그(2)를 이용하여 스퀴징 작업이 진행된 경우에 배터리 셀(3) 내부에서 발생하는 가스는 상기 가스 포켓에 완전하게 모이지 않고, 일부분의 가스가 여전히 배터리 셀(3)에 남아있다. 이처럼, 가스가 배터리 셀(3)에 남아 있는 경우, 이차 전지의 품질이 저하되는 문제점이 있다.

본 발명은 이러한 종래의 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 배터리 활성화 공정시에 배터리 셀 내부에 발생하는 가스를 더욱 완벽하게 제거하는 가압 트레이를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른, 내부 공간에 배치된 복수의 배터리 셀을 수용하는 프레임; 및 서로 인접한 배터리 셀 사이에 배치되어 수평 방향으로 이동함으로써 상기 배터리 셀을 가압하는 다수의 가압 지그를 포함하는 가압 트레이는, 상기 가압 지그에 의해 배터리 셀의 가압이 완료되면, 상기 배터리 셀을 추가적으로 가압하는 다수의 롤러를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 프레임의 하면에는 각각의 롤러를 수용할 수 있는 하나 이상의 수용 공간이 형성되고, 상기 롤러는 상기 가압 지그가 배터리 셀을 가압할 때에 상기 수용 공간에 위치하고, 상기 가압 지그에 의해 배터리 셀의 가압이 완료되면 상기 수용 공간에서부터 상기 배터리 셀로 회전 이동하면서 상기 배터리 셀을 추가적으로 가압한다.

바람직하게, 상기 롤러는 상기 배터리 셀의 상단까지 회전 이동할 수 있다.

더욱 바람직하게, 상기 롤러는 상기 수용 공간에서부터 상기 배터리 셀의 상단까지 사전에 설정된 횟수만큼 왕복 회전 이동하면서 상기 배터리 셀을 추가적으로 가압할 수 있다.

또한, 상기 롤러는 상기 배터리 셀에 대한 추가적인 가압이 완료된 경우에, 상기 수용 공간에 위치한다.

바람직하게, 상기 가압 지그와 상기 배터리 셀의 사이에 해당하는 상기 프레임의 하면에 상기 수용 공간이 형성된다.

본 발명에 따르면, 활성화 공정 과정에서 배터리 셀에서 발생하는 가스를 완벽하게 제거함으로써, 이차 전지의 안정성, 내구성 및 수명을 향상시키는 장점이 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 배터리 셀에 잔존하는 가스로 인하여 나타날 수 있는 이차 전지의 불량품 발생 빈도를 최소화하여 이차전지의 생산성을 향상시키는 효과도 있다.

본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은 종래의 가압 트레이를 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른, 가압 트레이를 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른, 가압 지그를 이용하여 배터리 셀을 1차 가압을 완료한 상태를 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른, 롤러를 이용하여 배터리 셀을 2차 가압하는 가압 트레이를 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른, 롤러에 의해 가압되는 배터리 셀을 나타내는 도면이다.

상술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해 질 것이며, 그에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 일 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른, 가압 트레이를 나타내는 도면이다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른, 가압 지그를 이용하여 배터리 셀을 1차 가압을 완료한 상태를 나타내는 도면이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 가압 트레이(10)는 배터리 셀(13)의 활성화 공정에 있어서, 충/방전에 따른 스웰링(swelling) 현상으로 인해 부풀어 오른 배터리 셀(13)을 가압함으로써 부피를 줄이는 동시에 전해액의 함침성을 향상시키기 위해 이용되는 설비에 해당한다.

도 2 및 도 3을 참조하면, 상기 가압 트레이(10)는 가압 플레이트(11), 다수의 가압 지그(12), 다수의 롤러(15) 및 프레임(17)을 포함한다.

상기 프레임(17)은 가압 트레이(10)의 외형을 정의하는 것으로서, 복수의 배터리 셀(13)을 수용한다. 또한, 프레임(17)은 배터리 셀(13), 가압 지그(12) 및 가압 플레이트(11)를 지지한다. 바람직하게, 상기 프레임은 가압 플레이트(11) 및 가압 지그(12)가 수평 이동할 수 있는 가이드 레일(도면에 도시되지 않음)이 하부에 형성된다. 또한, 프레임(17)의 하면에는 각각의 롤러(15)를 수용할 수 있는 복수의 수용 공간(16)이 형성된다. 바람직하게, 상기 프레임(17)의 전체 하면 중에서 상기 가압 지그(12)와 상기 배터리 셀(13) 사이에 위치하는 일부 면에 상기 수용 공간이 형성된다. 상기 프레임(17)의 전체 하면 중에서, 상기 가압 지그(12)와 배터리 셀(13) 사이에 위치하는 일부 면이 롤러(15)를 수용할 수 있도록 움푹 파임으로써, 상기 수용 공간(16)이 형성될 수 있다.

상기 가압 지그(12)는 복수의 배터리 셀(13) 사이에 배치되어 프레임(17)의 내부 공간을 구획하며, 배터리 셀(13)의 양면에 압력을 가함으로써 배터리 셀(13)의 부피를 줄이고, 배터리 셀(13) 내에 주입된 전해액의 함침성을 향상시킨다. 또한, 가압 지그(12)는 배터리 셀(13) 활성화시에 발생하는 가스를 배터리 셀(13) 내부에서 제거한다. 즉, 가압 지그(12)는 배터리 셀(13)을 균일하게 가압하여, 스웰링 현상의 원인이 되는 배터리 셀(13)의 내부 가스를 배터리 셀(13)의 상단에 연결된 가스 포켓(14)으로 배출시킨다.

이러한 가압 지그(12)는 프레임(17)의 내부 공간에서 일정한 간격을 두고 배치되는 것이 바람직하다. 이는, 가압에 따라 복수의 배터리 셀(13)의 두께가 일정하게 형성될 수 있도록 하기 위함이다.

상기 가압 지그(12)는 배터리 셀(13)의 양 측면을 대면하며, 수평 이동함으로써 배터리 셀(13)을 가압한다. 상기 가압 지그(12)의 수평 이동은, 가압 지그(12)와 대면하는 가압 플레이트(11)를 수평 방향으로 이동시키는 가압 축(18)을 회전시킴으로써 이루어질 수 있다. 즉, 상기 가압 축(18)은 나사 회전 방식에 의해 수평 방향으로 이동할 수 있으며, 이러한 가압 축(18)의 움직임에 따라 가압 플레이트(11)가 가압 지그(12)를 수평 방향으로 이동시키고, 상기 가압 지그(12)의 수평 이동에 따라 가압 지그(12) 사이에 삽입된 배터리 셀(13)의 양 면이 가압된다.

한편, 상기 가압 지그(12)는 배터리 셀(13)이 가압되는 외면보다 더 넓은 면적을 갖는 것이 바람직한데, 이는 배터리 셀(13)의 전체 면적에 걸쳐서 고르게 가압을 할 수 있도록 하기 위함이다.

가압 지그(12)가 배터리 셀(13)의 양 면을 일정시간 동안 사전에 설정된 압력으로 가압하면, 가압 축(18)은 배터리 셀(13)을 가압시킨 반대 방향으로 회전되고, 이 회전 결과 가압 지그(12)는 상기 배터리 셀(13)을 가압시키기 전 위치로 수평 이동한다.

상기 가압 지그(12)의 가압 결과, 배터리 셀(13)의 스웰링 현상을 유발하는 가스는 압력차에 따라, 상기 배터리 셀(13)의 상부에 위치한 가스 포켓(14)으로 1차적으로 배출된다. 가스 포켓(14)으로 배터리 셀(13) 내부의 가스가 배출된 도 3에 도시된 바와 같이, 가스 포켓(14)의 부피가 팽창한다.

롤러(15)는 상기 가압 지그(12)가 배터리 셀(13)을 가압할 때에 프레임(17) 하면에 형성된 수용 공간(16)에 위치하여, 상기 가압 지그(12)의 동작을 방해하지 않는다. 또한, 롤러(15)는 상기 가압 지그(12)에 의한 배터리 셀(13)의 가압이 완료되면 상기 수용 공간(16)에서부터 상기 배터리 셀(13)의 상단까지 회전 이동하면서 상기 배터리 셀(13)을 추가적으로 가압한다. 이때, 롤러(15)는 상기 배터리 셀(13)의 면을 일정 압력으로 가압하면서 회전 이동한다. 상기 롤러(15)는 배터리 셀(13)의 추가 가압이 완료된 경우에, 프레임(17)의 하면에 형성된 수용 공간(16)에 이동하여 위치한다.

상기 롤러(15)의 중심부는 관통되어 이 중심부와 이동 모터(도면에 도시되지 않음)와 같은 회전 이동 부재(도면에 도시되지 않음)의 회전축과 결합되고, 상기 회전축이 시계 방향 또는 반시계 방향으로 회전하면서 배터리 셀(13)의 상면까지 이동함에 따라 상기 배터리 셀(13)을 추가적으로 가압한다.

한편, 본 발명에 있어서, 가압의 대상이 되는 배터리 셀(13)은 파우치 타입(pouch type)의 배터리 셀이다. 상기 배터리 셀(13)의 상단에는 배터리 셀(13) 내부의 가스가 배출되는 가스 포켓(14)이 형성된다. 상기 가스 포켓(14)은 활성화 공정이 완료되면, 가스를 포집한 상태에서 배터리 셀(13)에서 제거된다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른, 롤러를 이용하여 배터리 셀을 2차 가압하는 가압 트레이를 나타내는 도면이다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른, 롤러에 의해 가압되는 배터리 셀을 나타내는 도면이다.

도 4 및 도 5를 참조하면, 롤러(15)는 상기 가압 지그(12)에 의한 배터리 셀(13)의 가압이 완료되면 상기 수용 공간(16)에서부터 상기 배터리 셀(13)의 상단까지 회전 이동하고 또한 배터리 셀(13)의 외면에 일정한 압력을 인가하여 상기 배터리 셀(13)을 추가적으로 가압한다.

이러한 롤러(15)의 추가적인 가압에 의해, 가압 지그(12)의 가압에 의해 배출되지 않고 배터리 셀(13) 내부에 남아 있는 가스는 가스 포켓(14)으로 배출된다.

또한, 상기 롤러(15)는 배터리 셀(13)의 추가 가압이 완료된 경우에, 프레임(17)의 하면에 형성된 수용 공간(16)에 이동하여 위치하게 된다.

상기 롤러(15)는 배터리 셀(13)을 추가 가압할때, 수용 공간(16)에서부터 배터리 셀(13)의 상단까지 수차례 왕복하여 상기 배터리 셀(13)의 여러 번에 거쳐 추가 가압할 수도 있다.

한편, 본 발명의 실시예들에서, 배터리 셀(13)을 가압할 때 배터리 셀(13)별로 두 개의 롤러(15)가 필요한 것으로 도시하였지만, 본 발명에 이에 한정되지 않고 하나의 배터리 셀(13)을 하나의 롤러(15)가 추가적으로 가압할 수 있음을 분명히 해 둔다. 즉, 배터리 셀(13)의 양면 중에서 어느 한 면과 가압 지그(12) 사이의 프레임 하면에 수용 공간이 형성되고, 이 수용 공간에 롤러(15)가 수용되어, 가압 지그(12)에 의한 배터리 셀(13)의 가압이 완료되면, 상기 롤러(15)가 수용 공간에서부터 배터리 셀(13)의 상단까지 회전 이동하면서 배터리 셀(13)의 일면을 추가 가압할 수 있다. 이때, 상기 롤러(15)와 밀착되지 않은 배터리 셀(13)의 타면은 지그 또는 지지체에 의해서 지지되는 것이 바람직하다.

이상에서 설명한 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니다.

10 : 가압 트레이 11 : 가압 플레이트
12 : 가압 지그 13 : 배터리 셀
14 : 가스 포켓 15 : 롤러
16 : 수용 공간 17 : 프레임

Claims (6)

1. 내부 공간에 배치된 복수의 배터리 셀을 수용하는 프레임; 및 서로 인접한 배터리 셀 사이에 배치되어 수평 방향으로 이동함으로써 상기 배터리 셀을 가압하는 다수의 가압 지그를 포함하는 가압 트레이에 있어서,
   상기 가압 지그에 의해 배터리 셀의 1차 가압이 완료되면, 상기 배터리 셀을 추가적으로 2차 가압하는 다수의 롤러를 포함하고,
   상기 프레임의 하면에는 각각의 롤러를 수용할 수 있는 하나 이상의 수용 공간이 형성되고,
   상기 롤러는,
   상기 가압 지그가 배터리 셀로 수평 이동하여 상기 배터리 셀을 1차 가압할 때에 상기 수용 공간에 위치하고, 상기 가압 지그에 의해 상기 배터리 셀의 1차 가압이 완료된 후 상기 1차 가압 전의 위치로 상기 가압 지그가 위치하면 상기 수용 공간에서부터 상기 배터리 셀로 회전 이동하면서 상기 배터리 셀을 추가적으로 2차 가압하는 것을 특징으로 하는 가압 트레이.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,
   상기 롤러는,
   상기 배터리 셀의 상단까지 회전 이동하는 것을 특징으로 하는 가압 트레이.
4. 제3항에 있어서,
   상기 롤러는,
   상기 수용 공간에서부터 상기 배터리 셀의 상단까지 사전에 설정된 횟수만큼 왕복 회전 이동하면서 상기 배터리 셀을 추가적으로 2차 가압하는 것을 특징으로 하는 가압 트레이.
5. 제1항에 있어서,
   상기 롤러는,
   상기 배터리 셀에 대한 추가적인 2차 가압이 완료된 경우에, 상기 수용 공간에 위치하는 것을 특징으로 하는 가압 트레이.
6. 제1항에 있어서,
   상기 가압 지그와 상기 배터리 셀의 사이에 해당하는 상기 프레임의 하면에 상기 수용 공간이 형성되는 것을 특징으로 하는 가압 트레이.

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