KR20220100814A - 이차 전지의 제조 방법 및 이차 전지의 디가싱 장치 - Google Patents

이차 전지의 제조 방법 및 이차 전지의 디가싱 장치 Download PDF

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Abstract

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 이차 전지의 제조 방법은 전극 조립체를 전지 케이스의 컵부에 마련된 수용 공간에 수납하는 단계; 상기 컵부의 측부에 형성된 주액부에 포함되는 적어도 하나의 모서리를 개방하여 개구부를 형성하고, 나머지 모서리는 실링하는 단계; 상기 개구부를 통해 전해액을 주입하는 단계; 제1 히팅부가 상기 주액부를 1차 실링하는 단계; 상기 주액부가 상방을 향하도록 상기 전지 케이스를 직립시켜 배치하는 단계; 피어싱부가 상기 주액부에 디가싱 홀을 타공하는 단계; 흡입부의 하방 및 제2 히팅부의 상방에 위치한 제1 흡착부가 상기 주액부에 흡착하여 양 측으로 당기는 단계; 흡입부의 제2 흡착부가 상기 주액부에 흡착하여 양 측으로 당기는 단계; 상기 흡입부가 상기 디가싱 홀을 통해 디가싱 공정을 수행하는 단계; 및 상기 제2 히팅부가 상기 주액부를 2차 실링하는 단계를 더 포함한다.

Description

이차 전지의 제조 방법 및 이차 전지의 디가싱 장치{The Method For Manufacturing Secondary Battery And The Apparatus For Degassing Secondary Battery}
본 발명은 이차 전지의 제조 방법 및 이차 전지의 디가싱 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 중대형 전지에서도 디가싱 공정에서 가스가 용이하게 배출되는 통로를 확보하고, 전해액이 누출되는 양을 감소시킬 수 있는 이차 전지의 제조 방법 및 이차 전지의 디가싱 장치에 관한 것이다.
물질의 물리적 반응이나 화학적 반응을 통해 전기 에너지를 생성시켜 외부로 전원을 공급하게 되는 전지(Cell, Battery)는 각종 전자 기기로 둘러싸여 있는 생활 환경에 따라, 건물로 공급되는 교류전원을 획득하지 못하거나 직류전원이 필요할 경우 사용하게 된다.
이와 같은 전지 중에서 화학적 반응을 이용하는 화학 전지인 일차 전지와 이차 전지가 일반적으로 많이 사용되고 있는데, 일차 전지는 건전지로 통칭되는 것으로 소모성 전지이다. 반면에, 이차 전지는 전류와 물질 사이의 산화 및 환원 과정이 다수 반복 가능한 소재를 사용하여 제조되는 재충전식 전지이다. 즉, 전류에 의해 소재에 대한 환원 반응이 수행되면 전원이 충전되고, 소재에 대한 산화 반응이 수행되면 전원이 방전되는데, 이와 같은 충전-방전이 반복적으로 수행되면서 전기가 생성된다.
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.
리튬 이차 전지는 일반적으로 양극(Cathode), 분리막(Separator) 및 음극(Anode)이 적층되어 형성된다. 그리고 이들의 재료는 전지수명, 충방전 용량, 온도특성 및 안정성 등을 고려하여 선택된다. 리튬 이온이 양극의 리튬 금속 산화물로부터 음극의 흑연 전극으로 삽입(Intercalation) 및 탈리(Deintercalation)되는 과정이 반복되면서, 리튬 이차 전지의 충방전이 진행된다.
일반적으로 양극/분리막/음극의 3층 구조, 또는 양극/분리막/음극/분리막/양극 또는 음극/분리막/양극/분리막/음극의 5층 구조로 적층된 단위 셀들이 모여, 하나의 전극 조립체가 된다. 그리고 이러한 전극 조립체는 특정 케이스에 수용된다.
이차 전지는 전극 조립체를 수용하는 케이스의 재질에 따라, 파우치 형(Pouch Type) 및 캔 형(Can Type) 등으로 분류된다. 파우치 형(Pouch Type)은 형태가 일정하지 않은 연성의 폴리머 재질로 제조된 파우치에 전극 조립체를 수용한다. 그리고, 캔 형(Can Type)은 형태가 일정한 금속 또는 플라스틱 등의 재질로 제조된 케이스에 전극 조립체를 수용한다.
파우치 형 이차 전지의 케이스인 파우치는, 연성의 재질을 가지는 외장재로 제조된다. 그리고 전극 조립체를 수용하는 수용 공간이 마련된 컵부, 컵부의 측부에 형성되어 전해액이 주액되고 디가싱(Degassing) 공정을 수행하기 위한 디가싱 홀이 형성되는 주액부를 포함한다.
종래에는 대부분의 이차 전지가 소형 전지로서, 흡입부가 상기 디가싱 홀을통해 단순히 가스를 흡입하기만 하면 가스가 용이하게 배출될 수 있었다. 그러나, 최근에는 전기 자동차 등과 같은 대형 전기 장치에 대한 사람들의 관심이 증가하면서, 크기 및 용량이 큰 중대형 전지의 필요성이 증가하고 있다. 이러한 경우에는 전지 자체의 크기가 증가함에 따라, 흡입부가 가스를 흡입하면 주액부를 형성하는 상부 파우치 및 하부 파우치가 서로 접촉하여 가스가 용이하게 배출되지 않는 문제가 있었다.
또한, 종래에는 캔 형 이차 전지가 아닌 파우치 형 이차 전지의 경우, 이차 전지를 눕혀서 안정적인 자세를 확보한 후 디가싱 공정을 진행하였다. 그런데 중대형 전지의 경우에는 크기가 증가함에 따라 전지 케이스 내부에 주입되는 전해액의 양도 증가하였다. 따라서, 디가싱 공정을 진행하면서 외부로 함께 누출되는 전해액의 양이 증가하는 문제가 있었다.
한국공개공보 제2012-0060707호
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 중대형 전지에서도 디가싱 공정에서 가스가 용이하게 배출되는 통로를 확보하고, 전해액이 누출되는 양을 감소시킬 수 있는 이차 전지의 제조 방법 및 이차 전지의 디가싱 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 이차 전지의 제조 방법은 전극 조립체를 전지 케이스의 컵부에 마련된 수용 공간에 수납하는 단계; 상기 컵부의 측부에 형성된 주액부에 포함되는 적어도 하나의 모서리를 개방하여 개구부를 형성하고, 나머지 모서리는 실링하는 단계; 상기 개구부를 통해 전해액을 주입하는 단계; 제1 히팅부가 상기 주액부를 1차 실링하는 단계; 상기 주액부가 상방을 향하도록 상기 전지 케이스를 직립시켜 배치하는 단계; 피어싱부가 상기 주액부에 디가싱 홀을 타공하는 단계; 흡입부의 하방 및 제2 히팅부의 상방에 위치한 제1 흡착부가 상기 주액부에 흡착하여 양 측으로 당기는 단계; 흡입부의 제2 흡착부가 상기 주액부에 흡착하여 양 측으로 당기는 단계; 상기 흡입부가 상기 디가싱 홀을 통해 디가싱 공정을 수행하는 단계; 및 상기 제2 히팅부가 상기 주액부를 2차 실링하는 단계를 더 포함한다.
또한, 상기 흡입부는, 노즐부를 포함할 수 있다.
또한, 상기 노즐부는, 상기 디가싱 홀에 삽입될 수 있다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 이차 전지의 디가싱 장치는 전극 조립체가 수용된 전지 케이스를 직립시켜 지지하는 홀더; 상기 전지 케이스의 주액부에 디가싱 홀을 타공하는 피어싱부; 상기 주액부에 흡착하여 양 측으로 당기는 제1 흡착부; 상기 디가싱 홀을 통해 디가싱 공정을 수행하는 흡입부; 및 상기 디가싱 공정이 수행되면, 상기 주액부를 실링하는 히팅부를 포함하고, 상기 제1 흡착부는, 상기 흡입부의 하방 및 상기 히팅부의 상방에 위치하고, 상기 흡입부는, 상기 주액부에 흡착하여 양 측으로 당기는 제2 흡착부를 포함한다.
또한, 상기 흡입부는, 노즐부를 포함할 수 있다.
또한, 상기 노즐부는, 상기 디가싱 홀에 삽입될 수 있다.
본 발명의 기타 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
본 발명의 실시예들에 의하면 적어도 다음과 같은 효과가 있다.
이차 전지의 디가싱 장치가 별도의 흡착부를 포함하여, 중대형 전지에서도 디가싱 공정을 수행하면 가스가 용이하게 배출되는 통로를 확보할 수 있다.
또한, 파우치 형 이차 전지를 직립시켜 디가싱 공정을 진행하므로, 전지 케이스의 내부에서 외부로 누출되는 전해액의 양을 감소시킬 수 있다.
또한, 흡입부가 디가싱 홀에 직접 접촉하여 디가싱 공정을 진행하므로, 전지 케이스를 챔버에 수납할 필요 없어, 이차 전지의 디가싱 장치의 구성을 단순화 할 수 있다.
본 발명에 따른 효과는 이상에서 예시된 내용에 의해 제한되지 않으며, 더욱 다양한 효과들이 본 명세서 내에 포함되어 있다.
도 1은 일반적인 파우치 형 이차 전지의 조립도이다.
도 2는 일반적인 전지 케이스의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 파우치 형 이차 전지를 제조하는 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 4는 전지 케이스에 전극 조립체를 수납하고 적어도 하나의 모서리를 실링한 모습을 나타낸 개략도이다.
도 5는 전지 케이스에 전해액이 개구부를 통해 주입되는 모습을 나타낸 개략도이다.
도 6은 전지 케이스의 주액부를 1차 실링한 모습을 나타낸 개략도이다.
도 7은 전지 케이스의 주액부에 디가싱 홀이 타공된 모습을 나타낸 개략도이다.
도 8은 종래의 디가싱 장치를 이용하여 전지 케이스에 디가싱 공정을 수행하는 모습을 나타낸 개략도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지의 디가싱 장치를 나타낸 개략도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 흡착부가 전지 케이스의 주액부에 흡착되는 모습을 나타낸 개략도이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 흡착부가 전지 케이스의 주액부를 양 측으로 당기는 모습을 나타낸 개략도이다.
도 12는 본 발명의 다른 실시예에 따른 제1 흡착부 및 제2 흡착부가 모두 전지 케이스의 주액부를 양 측으로 당기는 모습을 나타낸 개략도이다.
도 13은 본 발명의 다른 실시예에 따른 흡입부를 자세히 나타낸 개략도이다.
도 14는 전지 케이스의 주액부를 2차 실링한 모습을 나타낸 개략도이다.
도 15는 파우치 형 이차 전지의 제조가 완료된 모습을 나타낸 개략도이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소 외에 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 일반적인 파우치 형 이차 전지(1)의 조립도이다.
일반적으로 리튬 이차 전지를 제조하는 과정은, 먼저 전극 활물질과 바인더 및 가소제를 혼합한 슬러리를 양극 집전체 및 음극 집전체에 도포하여 양극판과 음극판을 제조하고, 이를 분리막(Separator)의 양 측에 적층함으로써 소정 형상의 전극 조립체(10)를 형성한 다음에, 전극 조립체(10)를 전지 케이스(13)에 삽입하고 전해액 주입 후 실링한다.
전극 조립체(Electrode Assembly, 10)는 도 1에 도시된 바와 같이, 전극 탭(Electrode Tab, 11)을 포함한다. 전극 탭(11)은 전극 조립체(10)의 양극 및 음극과 각각 연결되고, 전극 조립체(10)의 외부로 돌출되어, 전극 조립체(10)의 내부와 외부 사이에 전자가 이동할 수 있는 경로가 된다. 전극 조립체(10)의 집전판은 전극 활물질이 도포된 부분과 전극 활물질이 도포되지 않은 말단 부분, 즉 무지부로 구성된다. 그리고 전극 탭(11)은 무지부를 재단하여 형성되거나 무지부에 별도의 도전부재를 초음파 용접 등으로 연결하여 형성될 수도 있다. 이러한 전극 탭(11)은 도 1에 도시된 바와 같이, 전극 조립체(10)의 일측으로부터 동일한 방향으로 나란히 돌출될 수도 있으나, 이에 제한되지 않고 각각 다른 방향으로 돌출될 수도 있다.
전극 조립체(10)의 전극 탭(11)에는 전극 리드(Electrode Lead, 12)가 스팟(Spot) 용접 등으로 연결된다. 그리고, 전극 리드(12)의 일부는 절연부(14)로 주위가 포위된다. 절연부(14)는 전지 케이스(13)의 상부 파우치(131)와 하부 파우치(132)가 열 융착되는 실링부에 한정되어 위치하여, 전극 리드(12)를 전지 케이스(13)에 접착시킨다. 그리고, 전극 조립체(10)로부터 생성되는 전기가 전극 리드(12)를 통해 전지 케이스(13)로 흐르는 것을 방지하며, 전지 케이스(13)의 실링을 유지한다. 따라서, 이러한 절연부(14)는 전기가 잘 통하지 않는 비전도성을 가진 부도체로 제조된다. 일반적으로 절연부(14)로는, 전극 리드(12)에 부착하기 용이하고, 두께가 비교적 얇은 절연테이프를 많이 사용하나, 이에 제한되지 않고 전극 리드(12)를 절연할 수 있다면 다양한 부재를 사용할 수 있다.
전극 리드(12)는 양극 탭(111) 및 음극 탭(112)의 형성 위치에 따라 서로 동일한 방향으로 연장될 수도 있고 서로 반대 방향으로 연장될 수도 있다. 양극 리드(121) 및 음극 리드(122)는 서로 그 재질이 다를 수 있다. 즉, 양극 리드(121)는 양극 판과 동일한 알루미늄(Al) 재질이며, 음극 리드(122)는 음극 판과 동일한 구리(Cu) 재질 또는 니켈(Ni)이 코팅된 구리 재질일 수 있다. 그리고 전지 케이스(13)의 외부로 돌출된 전극 리드(12)의 일부분은 단자부가 되어, 외부 단자와 전기적으로 연결된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 파우치 형 이차 전지(1)에서 전지 케이스(13)는 연성의 재질로 제조된 파우치이다. 이하, 전지 케이스(13)는 파우치인 것으로 설명한다. 그리고 전지 케이스(13)는 전극 리드(12)의 일부, 즉 단자부가 노출되도록 전극 조립체(10)를 수용하고 실링된다. 이러한 전지 케이스(13)는 도 1에 도시된 바와 같이, 상부 파우치(131)와 하부 파우치(132)를 포함한다. 하부 파우치(132)에는 전극 조립체(10)를 수용할 수 있는 수용 공간(1331)이 마련되고, 상부 파우치(131)는 상기 전극 조립체(10)가 전지 케이스(13)의 외부로 이탈되지 않도록 상기 수용 공간(1331)을 상부에서 커버한다. 이 때, 도 1에 도시된 바와 같이 상부 파우치(131)에도 수용 공간(1331)이 형성되어, 전극 조립체(10)를 상부에서 수용할 수도 있다. 상부 파우치(131)와 하부 파우치(132)는 도 1에 도시된 바와 같이 서로 분리되어 별도로 제조될 수 있으나, 이에 제한되지 않고 일측이 서로 연결되어 제조되는 등 다양하게 제조될 수 있다.
전극 조립체(10)의 전극 탭(11)에 전극 리드(12)가 연결되고, 전극 리드(12)의 일부분에 절연부(14)가 형성되면, 하부 파우치(132)에 마련된 수용 공간(1331)에 전극 조립체(10)가 수용되고, 상부 파우치(131)가 상기 수용 공간(1331)을 상부에서 커버한다. 그리고, 내부에 전해액을 주입하고 상부 파우치(131)와 하부 파우치(132)의 테두리에 형성된 실링부가 실링되면 이차 전지(1)가 제조된다.
도 2는 일반적인 전지 케이스(13)의 단면도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전지 케이스(13)는 연성의 재질로 제조된 파우치이다. 일반적으로 전극 조립체(10)를 수용하는 전지 케이스(13)는, 가스 배리어층(Gas Barrier Layer, 136), 표면 보호층(Surface Protection Layer, 137) 및 실란트층(Sealant Layer, 138)을 포함한다. 가스 배리어층(136)은 가스 출입을 차단하는 것으로, 금속을 포함하며 주로 알루미늄 박막(Al Foil)이 사용된다. 표면 보호층(137)은 최외층에 위치하여 외부와의 마찰 및 충돌이 자주 발생하므로, 주로 내마모성 및 내열성을 가지는 나일론(Nylon) 수지 또는 PET 등의 폴리머가 사용된다. 그리고 실란트층(138)은 최내층에 위치하여 전극 조립체(10)와 직접적으로 접촉하고, 주로 폴리프로필렌(PP) 등의 폴리머가 사용된다.
파우치 형 전지 케이스(13)는 상기와 같은 적층 구조의 필름이 주머니 형태로 가공되어 제조되며, 전극 조립체(10)가 내부에 수용되면 전해액을 주입한다. 그 후에 상부 파우치(131)와 하부 파우치(132)를 서로 접촉시키고, 실링부에 열 압착을 하면 실란트층(138)끼리 접착됨으로써 전지 케이스(13)가 실링된다. 이 때, 실란트층(138)은 전극 조립체(10)와 직접적으로 접촉하므로 절연성을 가져야 하며, 또한 전해액과도 접촉하므로 내식성을 가져야 한다. 또한, 내부를 완전히 밀폐하여 내부 및 외부간의 물질 이동을 차단해야 하므로, 높은 실링성을 가져야 한다. 즉, 실란트층(138)끼리 접착된 실링부는 우수한 열 접착 강도를 가져야 한다. 일반적으로 이러한 실란트층(138)에는 폴리프로필렌(PP) 또는 폴리에틸렌(PE) 등의 폴리올레핀계 수지가 사용된다. 특히, 폴리프로필렌(PP)은 인장강도, 강성, 표면경도, 내마모성, 내열성 등의 기계적 물성과 내식성 등의 화학적 물성이 뛰어나, 실란트층(138)을 제조하는데 주로 사용된다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 파우치 형 이차 전지(1)를 제조하는 방법을 나타낸 흐름도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지의 디가싱 장치(2)는 흡착부(24)를 별도로 포함한다. 따라서, 디가싱 공정을 수행하는 과정에서 흡입부(23)가 가스를 흡입하면 흡착부(24)가 주액부(134)를 형성하는 상부 파우치(131) 및 하부 파우치(132)를 양 측으로 당겨 서로 이격시킨다. 그럼으로써 가스 배출 통로(15)가 확보되어, 전지 케이스(13) 내부의 가스가 외부로 용이하게 배출될 수 있다.
이하, 도 3의 흐름도에 도시된 각 단계를 도 4 내지 도 13을 참고하여 설명한다.
도 4는 전지 케이스(13)에 전극 조립체(10)를 수납하고 적어도 하나의 모서리(1351)를 실링한 모습을 나타낸 개략도이다.
파우치 형 이차 전지(1)의 전지 케이스(13)인 파우치는, 전극 조립체(10)를 수용하는 수용 공간(1331)이 마련된 하나의 컵부(133), 컵부(133)의 측부에 형성되어 전해액이 주액되는 주액부(134)를 포함한다. 이러한 전지 케이스(13)를 이용하여 파우치 형 이차 전지(1)를 제조하기 위해, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지(1)의 제조 방법에 따르면 우선, 컵부(133)에 마련된 수용 공간(1331)에 전극 조립체(10)를 수납한다(S301). 이 때, 상부 파우치(131) 및 하부 파우치(132)에 수용 공간(1331)이 각각 형성된 경우, 두 개의 수용 공간(1331)을 서로 마주보도록 배치시킨 후, 두 개의 수용 공간(1331) 사이에 전극 조립체(10)를 수납할 수 있다.
전극 조립체(10)를 컵부(133)에 수납한 후에는 전지 케이스(13)의 복수의 모서리(135) 중에서, 상기 주액부(134)에 포함되는 적어도 하나의 모서리를 개방하고 나머지 모서리는 실링할 수 있다(S302). 예를 들어 도 4에 도시된 바와 같이, 제1 모서리(1351)는 개방하고 제2 내지 제4 모서리(1352, 1353, 1354)는 실링할 수 있다. 이 때, 제1 모서리(1351)의 전부를 개방할 수도 있으나, 제1 모서리(1351)의 일부만을 개방할 수도 있다. 이와 같이, 전지 케이스(13)의 제1 모서리(1351)가 개방됨으로써 개구부(136)가 형성된다.
도 5는 전지 케이스(13)에 전해액이 개구부(136)를 통해 주입되는 모습을 나타낸 개략도이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 상기 형성된 개구부(136)를 통해, 전지 케이스(13)의 내부에 전해액을 주입한다(S303). 전해액은 중력에 의해 상방에서 하방으로 유동한다. 따라서, 전극 조립체(10)가 전해액에 충분히 함침되고 전해액이 외부로 누출되지 않기 위해, 개구부(136)가 상방을 향하도록 상기 전지 케이스(13)를 직립시켜 배치할 수 있다. 그리고 전해액을 전지 케이스(13)의 상방에서 하방으로 주입하는 것이 바람직하다. 다만, 이에 제한되지 않고 전지 케이스(13)가 연성의 재질을 가지는 파우치이므로, 전지 케이스(13)를 눕혀서 안정적인 자세를 확보한 후, 개구부(136)를 통해 전해액을 주입할 수도 있다.
도 6은 전지 케이스(13)의 주액부(134)를 1차 실링한 모습을 나타낸 개략도이다.
전지 케이스(13)의 내부에 전해액을 주입한 후, 도 6에 도시된 바와 같이, 제1 히팅부(미도시)가 주액부(134)를 1차 실링하여 제1 실링부(S1)를 형성한다(S304). 추후에 제2 히팅부(25)가 주액부(134)를 2차 실링하여 제2 실링부(S2, 도 14에 도시됨)를 형성하므로, 제1 실링부(S1)는 주액부(134)에서 제1 모서리(1351)에 근접한 위치에 형성되는 것이 바람직하다.
그리고, 활성화(Formation) 공정을 수행할 수 있다. 활성화 공정(화성 공정)이란, 이차 전지(1)가 전력을 공급할 수 있도록 최종적으로 충전을 완료하는 공정이다. 활성화 공정은 제1 실링부(S1)를 형성하여, 전지 케이스(13)를 완전히 밀폐한 후에 수행하므로 충전률이 높고, 추후에 빠르게 가스를 배출하여 정해진 공정 시간 내에 이차 전지(1)의 제조를 완료할 수 있다.
도 7은 전지 케이스(13)의 주액부(134)에 디가싱 홀(H)이 타공된 모습을 나타낸 개략도이다.
활성화 공정을 완료하면 전지 케이스(13)의 내부에서 가스가 발생한다. 따라서, 도 7에 도시된 바와 같이, 주액부(134)가 상방을 향하도록 전지 케이스(13)를 직립시켜 배치한다(S305). 만약, 상기 전지 케이스(13)의 내부에 전해액을 주입하는 단계(S303)에서, 이미 개구부(136)가 상방을 향하도록 상기 전지 케이스(13)를 직립시켜 배치하였다면, 전지 케이스(13)의 배치를 변경하지 않고 유지한다. 전지 케이스(13)는 직립하여 배치될 때, 홀더(21, 도 9에 도시됨)에 수용됨으로써 지지될 수 있다.
그리고 전지 케이스(13)의 주액부(134)에 디가싱 홀(H)을 타공한다(S306). 가스가 디가싱 홀(H)을 통해 전지 케이스(13)의 내부로부터 외부로 배출된다. 이 때, 가스가 배출되면서 디가싱 홀(H)을 통해 상기 주입된 전해액이 누출될 수도 있다. 이를 방지하기 위해, 전지 케이스(13)를 직립시켜 배치하고, 디가싱 홀(H)을 전지 케이스(13)의 상부에 위치한 주액부(134)에 타공하는 것이다.
특히, 도 7에 도시된 바와 같이 주액부(134)에서도 제1 실링부(S1)에 근접한 위치에 디가싱 홀(H)을 타공하는 것이 바람직하다. 그럼으로써, 전해액은 전지 케이스(13)의 하부에 고여, 디가싱 홀(H)과의 거리가 멀어지고, 전해액이 누출되는 가능성을 감소시킬 수 있다.
도 8은 종래의 디가싱 장치(20)를 이용하여 전지 케이스(13)에 디가싱 공정을 수행하는 모습을 나타낸 개략도이다.
디가싱 홀(H)이 타공되면 디가싱 장치(20)를 이용하여, 상기 가스를 전지 케이스(13)의 외부로 배출하는 디가싱(Degassing) 공정을 수행한다. 종래의 디가싱 장치(20)에는 별도의 흡착부가 존재하지 않았다. 하지만, 종래에는 대부분의 이차 전지(1)가 소형 전지로서, 흡입부(23)가 상기 디가싱 홀(H)을 통해 단순히 가스를 흡입하기만 하면 가스가 용이하게 배출될 수 있었다. 그러나, 크기 및 용량이 큰 중대형 전지의 경우에는, 주액부(134)의 크기도 상당히 크고 연성의 성질을 가지므로, 주액부(134)가 직립된 상태에서 형태를 유지하는 것이 어려웠다. 따라서, 흡입부(23)가 가스를 흡입하면 도 8에 도시된 바와 같이, 주액부(134)를 형성하는 상부 파우치(131) 및 하부 파우치(132)가 서로 접촉하여 가스의 배출을 방해하였다.
종래에는 디가싱 홀(H)을 통해 가스를 흡입하는 흡입부(23) 자체가 흡착부(24)를 포함하는 기술도 제안되었으나, 이 또한 소형 전지에서 가스 배출의 효과가 증대되었고, 중대형 전지에서는 여전히 상부 파우치(131) 및 하부 파우치(132)가 서로 접촉하는 문제가 있었다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지(1)의 디가싱 장치(2)를 나타낸 개략도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지(1)의 디가싱 장치(2)는 도 9에 도시된 바와 같이, 홀더(21), 피어싱부(22), 흡입부(23), 흡착부(24), 제1 히팅부(미도시), 제2 히팅부(25), 가압판(26)을 포함한다.
홀더(21)는 전지 케이스(13)를 수용하여 지지한다. 이차 전지(1)의 전지 케이스(13)에 디가싱 공정을 수행할 때, 도 9에 도시된 바와 같이, 전지 케이스(13)는 직립하여 배치된다. 이 때 홀더(21)는, 전지 케이스(13)가 직립된 배치를 유지하기 위해 전지 케이스(13)를 지지한다.
피어싱부(22)는 전지 케이스(13)의 주액부(134)에 디가싱 홀(H)을 타공한다. 피어싱부(22)는 첨예하고 단단한 펀치(미도시)를 포함하여, 디가싱 홀(H)을 타공할 수 있다.
흡입부(23)는 디가싱 홀(H)을 통해 전지 케이스(13) 내부의 가스를 흡입한다. 흡입부(23)는 내부에 가스가 유동할 수 있는 통로가 형성되고, 이러한 통로는 진공 라인(233)과 연결된다. 따라서, 흡입부(23)가 디가싱 홀(H)의 근방의 주액부(134)에 접촉하면, 진공 라인(233)을 통해 가스를 흡입할 수 있다. 나아가, 흡입부(23)는 노즐부(231)를 포함할 수 있다. 따라서, 노즐부(231)가 디가싱 홀(H)에 삽입되어, 가스를 흡입할 수도 있다. 그럼으로써, 디가싱 장치(2)는 챔버를 포함할 필요가 없으므로, 구조가 단순화 될 수 있다.
상기 피어싱부(22)와 흡입부(23)는 하나의 부재로써 일체로 형성될 수 있으나, 이에 제한되지 않고 별도의 부재로 형성될 수도 있다.
흡착부(24)는 주액부(134)의 양 면을 양 측으로 당겨, 전지 케이스(13)의 내부에 가스 배출 통로(15, 도 11에 도시됨)를 확보한다. 흡착부(24)에 대한 자세한 설명은 후술한다.
제1 히팅부(미도시)는 전지 케이스(13)에 전해액이 주입된 후, 1차 실링을 수행하여 제1 실링부(S1)를 형성한다(S304). 그리고 제2 히팅부(25)는 하기 기술할 바, 디가싱 공정이 완료된 후, 주액부(134)에서 컵부(133)에 근접한 위치에 2차 실링을 수행하여 제2 실링부(S2)를 형성한다. 제1 히팅부(미도시) 및 제2 히팅부(25)가 실링을 수행하기 위해, 주액부(134)에 열과 압력을 인가한다.
제1 히팅부(미도시) 및 제2 히팅부(25)는 별도의 부재로 형성될 수도 있으나, 하나의 히팅부가 제1 히팅부(미도시) 및 제2 히팅부(25)의 역할을 모두 수행할 수도 있다. 즉, 하나의 히팅부가 위치를 이동하며 1차 실링 및 2차 실링을 모두 수행할 수도 있다.
제1 실링부(S1)는 흡입부(23)보다 상방에 형성된다. 이에, 흡착부(24)가 흡입부(23)보다 상방에 배치되어 주액부(134)에 흡착되면, 가스 배출 통로(15)를 형성할 수 없다. 따라서, 흡착부(24)는 흡입부(23)의 하방에 위치하는 것이 바람직하다. 그리고 제2 실링부(S2)는 주액부(134)에서 컵부(133)에 근접한 위치에 형성된다. 이에, 흡착부(24)가 제2 히팅부(25)보다 하방에 위치하면, 흡착부(24)는 컵부(133)에 흡착될 수 있므로, 가스 배출 통로(15)를 형성하는 효과가 경감된다. 따라서, 흡착부(24)는 제2 히팅부(25)의 상방에 위치하는 것이 바람직하다.
이와 같이, 흡착부(24)는 흡입부(23)의 하방 및 제2 히팅부(25)의 상방에 위치하는 것이 바람직하다. 즉, 도 9에 도시된 바와 같이, 흡착부(24)는 흡입부(23)와 제2 히팅부(25)의 사이에 위치하는 것이 바람직하다.
가압판(26)은 디가싱 공정을 수행할 때 전지 케이스(13)의 양 면을 가압하여, 가스가 디가싱 홀(H) 측으로 유동하는 것을 유도한다. 이를 위해, 가압판(26)은 넓고 평평한 판형의 형상을 가지는 것이 바람직하다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 흡착부(24)가 전지 케이스(13)의 주액부(134)에 흡착되는 모습을 나타낸 개략도이다.
피어싱부(22)가 디가싱 홀(H)을 타공하면, 도 10에 도시된 바와 같이 피어싱부(22)가 제거되고 흡입부(23)가 상기 디가싱 홀(H)의 근방의 주액부(134)에 접촉한다. 그리고, 흡착부(24) 또한 도 10에 도시된 바와 같이, 상기 주액부(134)의 양 면에 각각 흡착된다. 이 때, 한 쌍의 흡착부(24)는 서로 동일한 위치에, 주액부(134)를 사이에 두고 맞닿는 것이 바람직하다. 여기서 맞닿는다는 것은 서로 직접 접촉하지 않고, 주액부(134)를 통해 간접적으로 접촉한다는 것을 의미한다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 흡착부(24)가 전지 케이스(13)의 주액부(134)를 양 측으로 당기는 모습을 나타낸 개략도이다.
주액부(134)에 흡착한 한 쌍의 흡착부(24)는 도 11에 도시된 바와 같이, 각각 상기 주액부(134)를 양 측으로 당긴다(S307). 그러면, 주액부(134)를 형성하는 상부 파우치(131) 및 하부 파우치(132)가 서로 이격되어, 전지 케이스(13)의 내부에 가스 배출 통로(15)를 확보할 수 있다. 따라서, 가스가 용이하게 외부로 배출될 수 있다.
그 후에, 흡입부(23)가 가스를 전지 케이스(13)의 외부로 배출하는 디가싱 공정을 수행한다(S308). 상기 기술한 바와 같이 흡입부(23)는 디가싱 홀(H)의 근방에 접촉한다. 특히, 흡입부(23)는 디가싱 홀(H)의 근방의 주액부(134)와 밀착되는 것이 바람직하다. 나아가, 흡입부(23)는 노즐부(231)를 포함하고, 노즐부(231)가 디가싱 홀(H)에 삽입되어 가스를 흡입할 수 있다. 따라서, 전지 케이스(13)를 챔버(Chamber) 안에 수납할 필요가 없이 디가싱 공정을 수행할 수 있어, 디가싱 장치(2)의 구성을 단순화 할 수 있다.
상기 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지(1)의 제조 방법에서는, S307 단계 이후에 S308 단계를 수행하는 것으로 기술하였다. 즉, 흡착부(24)가 가스 배출 통로(15)를 확보한 후에, 흡입부(23)가 디가싱 공정을 수행하는 것으로 기술하였다. 그러나, 이에 제한되지 않고 S307 단계와 S308 단계는 순서가 바뀔 수 있다. 즉, 흡입부(23)가 먼저 디가싱 공정을 수행하여 전지 케이스(13) 내부의 가스를 흡입하고(S308), 흡입부(23)가 가스를 흡입하는 도중에 흡착부(24)가 주액부(134)에 흡착하여 주액부(134)를 양 측으로 당길 수도 있다(S307).
도 12는 본 발명의 다른 실시예에 따른 제1 흡착부(24) 및 제2 흡착부(232)가 모두 전지 케이스(13)의 주액부(134)를 양 측으로 당기는 모습을 나타낸 개략도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 디가싱 장치(2)에는, 한 쌍의 흡착부(24)가 주액부(134)의 양 면에 각각 흡착된다. 그런데, 본 발명의 다른 실시예에 따른 디가싱 장치(2)는 두 쌍의 흡착부(24)를 포함한다. 여기서 두 쌍의 흡착부(24) 중에서 제1 흡착부(24)는, 본 발명의 일 실시예에 따른 흡착부(24)와 동일하다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면 흡입부(23a)가 제2 흡착부(232)를 포함할 수 있다. 그리고, 흡입부(23a)가 디가싱 홀(H)의 근방의 주액부(134)에 접촉하면, 제2 흡착부(232)가 도 12에 도시된 바와 같이 주액부(134)에 흡착한다. 따라서, 제1 흡착부(24)가 주액부(134)에 흡착하여 주액부(134)를 양 측으로 당길 때, 도 12에 도시된 바와 같이 제2 흡착부(232)도 주액부(134)를 양 측으로 당길 수 있다. 그럼으로써, 가스 배출 통로(15)를 디가싱 홀(H)이 위치한 부분까지, 더욱 길게 확보할 수 있다.
도 13은 본 발명의 다른 실시예에 따른 흡입부(23a)를 자세히 나타낸 개략도이다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 흡입부(23a)는 노즐부(231) 및 제2 흡착부(232)를 포함한다. 즉, 도 13에 도시된 바와 같이, 한 쌍의 흡입부(23a)는 각각 실린더 형상을 가질 수 있다. 그리고, 흡입부(23a)의 중심에는, 흡입부(23a)의 길이 방향을 따라 노즐부(231)가 형성될 수 있다. 이러한 노즐부(231)의 일단은 첨예하게 형성되어 디가싱 홀(H)에 용이하게 삽입될 수 있다. 그리고 노즐부(231)의 내부는 비어 있어, 노즐부(231)가 디가싱 홀(H)에 삽입되면, 노즐부(231)를 통해 전지 케이스(13) 내부의 가스를 흡입한다.
제2 흡착부(232)는 흡입부(23a)의 일단에 형성되어 주액부(134)의 양 면에 각각 흡착한다. 그리고, 도 13에 도시된 바와 같이 흡입부(23)의 일단의 외주면으로부터, 흡입부(23a)의 반지름 방향으로 연장되어 형성될 수 있다. 그럼으로써, 제2 흡착부(232)가 주액부(134)에 흡착하는 면적이 증가하여, 용이하게 흡착할 수 있다.
도 14는 전지 케이스(13)의 주액부(134)를 2차 실링한 모습을 나타낸 개략도이고, 도 15는 파우치 형 이차 전지(1)의 제조가 완료된 모습을 나타낸 개략도이다.
주액부(134)를 1차 실링한 후에 디가싱 홀(H)이 타공되므로, 전지 케이스(13)의 내부는 다시 개방되어 내부의 전해액이 외부로 누출될 수 있다. 따라서, 도 14에 도시된 바와 같이, 제2 히팅부(25)가 주액부(134)를 2차 실링하여 제2 실링부(S2)를 형성한다(S309). 이 때, 상기 기술한 바와 같이, 제2 실링부(S2)는 컵부(133)와 디가싱 홀(H)의 사이에 형성되며, 특히 컵부(133)에 근접한 위치에 형성되는 것이 바람직하다. 그리고, 상기 제2 실링부(S2)의 외측에 커팅라인(B)을 설정하여 주액부(134)를 절단한다. 그럼으로써, 도 15에 도시된 바와 같이, 주액부(134)의 길이가 짧아지고, 본 발명의 일 실시예에 따른 파우치 형 이차 전지(1)의 제조가 완료된다.
본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 다양한 실시 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
1: 이차 전지 2, 20: 디가싱 장치
10: 전극 조립체 11: 전극 탭
12: 전극 리드 13: 전지 케이스
14: 절연부 15: 가스 배출 통로
21: 홀더 22: 피어싱부
23: 흡입부 24: 제1 흡착부
25: 제2 히팅부 26: 가압판
111: 양극 탭 112: 음극 탭
121: 양극 리드 122: 음극 리드
131: 상부 파우치 132: 하부 파우치
133: 컵부 134: 주액부
135: 개구부 136: 가스 배리어층
137: 표면 보호층 138: 실란트층
231: 노즐부 232: 제2 흡착부
1331: 수용 공간

Claims (6)

  1. 전극 조립체를 전지 케이스의 컵부에 마련된 수용 공간에 수납하는 단계;
    상기 컵부의 측부에 형성된 주액부에 포함되는 적어도 하나의 모서리를 개방하여 개구부를 형성하고, 나머지 모서리는 실링하는 단계;
    상기 개구부를 통해 전해액을 주입하는 단계;
    제1 히팅부가 상기 주액부를 1차 실링하는 단계;
    상기 주액부가 상방을 향하도록 상기 전지 케이스를 직립시켜 배치하는 단계;
    피어싱부가 상기 주액부에 디가싱 홀을 타공하는 단계;
    흡입부의 하방 및 제2 히팅부의 상방에 위치한 제1 흡착부가 상기 주액부에 흡착하여 양 측으로 당기는 단계;
    흡입부의 제2 흡착부가 상기 주액부에 흡착하여 양 측으로 당기는 단계;
    상기 흡입부가 상기 디가싱 홀을 통해 디가싱 공정을 수행하는 단계; 및
    상기 제2 히팅부가 상기 주액부를 2차 실링하는 단계를 더 포함하는 이차 전지의 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 흡입부는,
    노즐부를 포함하는, 이차 전지의 제조 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 노즐부는,
    상기 디가싱 홀에 삽입되는, 이차 전지의 제조 방법.
  4. 전극 조립체가 수용된 전지 케이스를 직립시켜 지지하는 홀더;
    상기 전지 케이스의 주액부에 디가싱 홀을 타공하는 피어싱부;
    상기 주액부에 흡착하여 양 측으로 당기는 제1 흡착부;
    상기 디가싱 홀을 통해 디가싱 공정을 수행하는 흡입부; 및
    상기 디가싱 공정이 수행되면, 상기 주액부를 실링하는 히팅부를 포함하고,
    상기 제1 흡착부는,
    상기 흡입부의 하방 및 상기 히팅부의 상방에 위치하고,
    상기 흡입부는,
    상기 주액부에 흡착하여 양 측으로 당기는 제2 흡착부를 포함하는 이차 전지의 디가싱 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 흡입부는,
    노즐부를 포함하는, 이차 전지의 디가싱 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 노즐부는,
    상기 디가싱 홀에 삽입되는, 이차 전지의 디가싱 장치.
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