WO2022119198A1 - 전지 셀의 충방전 장치 및 이를 이용한 전지 셀의 충방전 방법 - Google Patents

전지 셀의 충방전 장치 및 이를 이용한 전지 셀의 충방전 방법 Download PDF

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WO2022119198A1
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battery cell
grippers
charging
plate
discharging device
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홍석현
배준성
이의경
김상지
이범군
배동훈
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주식회사 엘지에너지솔루션
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Definitions

  • the present invention relates to a battery cell charging/discharging device and a battery cell charging/discharging method using the same.
  • secondary batteries may be classified into cylindrical, prismatic, and pouch types according to their shape.
  • the pouch-type secondary battery uses a metal layer (foil) and a multi-layer film of a synthetic resin layer coated on the upper and lower surfaces of the metal layer to form an exterior, so that the battery is more cylindrical or prismatic than using a metal can. Since the weight can be significantly reduced, it is possible to reduce the weight of the battery, and it is attracting a lot of attention because it has the advantage of being able to change into various shapes.
  • the pouch-type secondary battery contains an electrode assembly in a stacked form, and an electrode tab and an electrode lead are connected to the electrode assembly, and the electrode lead protrudes from the pouch casing. These electrode leads are electrically connected through contact with an external device to receive power from the external device.
  • a pouch-type secondary battery (hereinafter, a battery cell) is manufactured through a process of assembling a cell and activating the battery.
  • a process of performing a predetermined charge/discharge using a charge/discharge device to activate a battery cell is referred to as a formation process.
  • the battery cell In order to perform the activation process of the battery cell, the battery cell must be properly mounted in the charging/discharging device. That is, the electrode lead of the battery cell is disposed to be in contact with the conductive part of the charging/discharging device to be electrically connected thereto, and this electrical connection state should be maintained while charging/discharging is in progress.
  • a charging/discharging device of a secondary battery generally includes a plurality of compression plates for fixing the battery cells. Each battery cell is sandwiched between the two compression plates, and while pressure is applied from both sides, a current is applied through the lead of the battery cell to charge.
  • the gas pocket part is a part of the pouch case that extends in a direction crossing the electrode lead from the cell body part pressed in the activation process, and may be cut later in the pouch case.
  • the body part of the battery cell forming the thickness of the battery cell may be pressed by the compression plate during the charging/discharging process, but the sealing part of the pouch case The cell terrace portion is not pressed by the pressing plate because there is a step difference from the cell body portion.
  • the internal pressure of the pouch case increases due to the gas generated during the charging and discharging process, thereby causing a problem in that the adhesive layer of the terrace portion of the battery cell is broken.
  • FIG. 1 is a photograph showing a pouch-type battery cell that has undergone an activation process according to the prior art
  • FIG. 2 is a schematic view showing a terrace portion of a pouch-type battery cell that has undergone an activation process according to the prior art.
  • the inner adhesive layer of the cell terrace region 1b may be broken and swollen.
  • the pouch exterior material may be composed of an external insulating layer and an internal adhesive layer made of a polymer material, and a metal layer interposed between the external insulating layer and the internal adhesive layer. Due to the aforementioned phenomenon, the metal layer of the cell terrace region 1b is exposed. Insulation voltage failure is caused.
  • the present invention is to solve the above problems, and to provide a battery cell charging/discharging device capable of suppressing the phenomenon of parts in the terrace portion of the battery cell in the battery cell activation process, and a battery cell charging/discharging method using the same aim to
  • the present invention provides a battery cell charging/discharging device capable of suppressing the development of parts in the terrace portion of the battery cell.
  • the battery cell charging/discharging device according to the present invention includes first and second plates for pressing both sides of the battery cell interposed therebetween; first and second grippers respectively connected to the first and second plates, the first and second grippers protruding from portions facing each other and having a structure in contact with the lead region of the battery cell; and first and second pressure pads positioned inside the first and second grippers to contact the terrace area of the battery cell.
  • an elastic pressure member is interposed between the first pressure pad and the first plate and between the second pressure pad and the second plate. Accordingly, the first and second pressure pads press the terrace area of the battery cell.
  • the elastic pressing member is a coil spring, a leaf spring, or a rubber material.
  • the protruding structures of the first and second grippers have a height higher than a state in which the first and second pressing pads are restored by the elastic pressing member.
  • the first and second grippers have a structure in which an embossed or engraved pattern is formed on a surface in contact with the electrode lead of the battery cell.
  • At least one of between the first gripper and the first plate and between the second gripper and the second plate has a structure in which an elastic pressing member is interposed.
  • the first and second pressure pads may have a bar-shaped structure having a size greater than or equal to 80% of the width and length of the terrace area of the battery cell.
  • the first grippers are connected to both ends of the first plate, respectively, and have a structure that protrudes vertically from the first plate, and the second grippers are respectively connected to both ends of the second plate, the second It is a structure that protrudes vertically from the plate.
  • first pressure pad may be mounted on both sides of the first plate by elastic pressure members, respectively, and may have a structure mounted inside the first gripper.
  • second pressure pad may be mounted on both sides of the second plate by elastic pressure members, respectively, and may have a structure mounted inside the second gripper.
  • the first and second plates are made of an insulating material.
  • the first and second grippers are made of a conductive material.
  • the first and second grippers have a structure in which a current terminal for applying a current in contact with a lead region of a battery cell is electrically connected, and a voltage terminal for detecting a voltage in contact with a lead region of the battery cell is provided. It is an electrically connected structure.
  • the present invention provides a method for charging and discharging a battery cell using the above-described battery cell charging/discharging device.
  • the battery cell terrace in the battery cell activation process including first and second pressure pads for pressing the terrace region of the battery cell
  • FIG. 1 is a photograph showing a pouch-type battery cell that has undergone an activation process according to the prior art.
  • FIG. 2 is a schematic diagram illustrating a terrace portion of a pouch-type battery cell that has undergone an activation process according to the prior art.
  • FIG. 3 is a schematic diagram illustrating a charging/discharging device for a battery cell according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is an enlarged view of a surface of a gripper in the battery cell charging/discharging device according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a diagram schematically illustrating a region to which a pressure pad is applied when a battery cell is charged and discharged using the battery cell charging/discharging device according to an exemplary embodiment.
  • FIG. 6 is a schematic diagram illustrating a charging/discharging device for a battery cell according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • “under” another part it includes not only cases where it is “directly under” another part, but also cases where another part is in between.
  • “on” may include the case of being disposed not only on the upper part but also on the lower part.
  • the present invention relates to a battery cell charging/discharging device and a battery cell charging/discharging method using the same.
  • the body part of the battery cell forming the thickness of the battery cell may be pressed by the compression plate during the charging/discharging process, but the cell terrace, which is the sealing part of the pouch case The part is not pressed by the pressing plate because there is a step difference from the cell body part. Accordingly, the internal pressure of the pouch case increases due to the gas generated during the charging and discharging process, thereby causing a problem in that the adhesive layer of the terrace portion of the battery cell is broken.
  • the pouch exterior material may be composed of an external insulating layer made of a polymer material and an internal adhesive layer, and a metal layer interposed between the external insulating layer and the internal adhesive layer. this is being caused
  • the present invention provides a battery cell charging/discharging device capable of suppressing the phenomenon of parts in the terrace region of the battery cell in the battery cell activation process, and a battery cell charging/discharging method using the same.
  • the battery cell activation process includes the first and second pressure pads for pressing the terrace area of the battery cell.
  • the battery cell charging/discharging device includes first and second plates for pressing both sides of the battery cell interposed therebetween; first and second grippers respectively connected to the first and second plates, the first and second grippers protruding from portions facing each other and having a structure in contact with the lead region of the battery cell; and first and second pressure pads positioned inside the first and second grippers to contact the terrace area of the battery cell.
  • an elastic pressure member is interposed between the first pressure pad and the first plate and between the second pressure pad and the second plate. Accordingly, the first and second pressure pads may press the terrace area of the battery cell.
  • the battery cell may swell due to expansion or gas generation of the positive and negative plates.
  • the first and second plates serve to prevent swelling by pressing the battery cells during the activation process.
  • the first and second plates face each other and are disposed to be spaced apart by a predetermined distance, and the spaced space is narrowed or configured to move to widen, respectively. That is, the battery cell is disposed between the first and second plates, and the first and second plates move in a direction to press both surfaces of the battery cell to pressurize the battery cell.
  • first and second plates are connected to be capable of translational movement along a shaft extending in one region thereof, gears are connected to one end of the shaft, and a driving motor may be connected to these gears.
  • gears are connected to one end of the shaft, and a driving motor may be connected to these gears.
  • any mechanical combination may be employed as long as it has a driving mechanism capable of moving each of the first and second plates in a direction for pressing the battery cells.
  • the battery cell is a pouch-type unit cell, and an electrode assembly having a positive electrode/separator/negative electrode structure is embedded in a laminate sheet exterior material in a state in which it is connected to electrode leads formed outside of the exterior material.
  • the electrode leads are drawn out of the sheet and may extend in the same direction or opposite directions.
  • the battery cell applied to the battery module according to the present invention is not necessarily limited thereto. This is not the case, and a case in which a pair of electrode leads are drawn out in the same direction is also possible.
  • the pouch-type battery cell may include a gas pocket part.
  • the first and second plates may be made of a metal material having high mechanical rigidity so as not to be deformed even by high heat and pressure, and may be, for example, aluminum or stainless steel.
  • the compression plate is not limited to a metal material, and the compression plate may be made of reinforced plastic, reinforced ceramic, or tempered glass.
  • the battery cells including the gas pockets in an inactive state are transported to a pickup device and disposed so as to be inserted into each other one by one.
  • the first and second grippers come into contact with lead regions of the battery cell and apply a current to the battery cell to detect a voltage.
  • the lead region of the battery cell means an electrode lead.
  • the first and second grippers are connected to the first and second plates, respectively, and are configured to move integrally when the first and second plates are moved.
  • the first and second grippers are connected to the first and second plates, and have a structure in which they protrude from a portion facing each other and contact the lead region of the battery cell.
  • the first grippers are respectively connected to both ends of the first plate to vertically protrude from the first plate
  • the second grippers are respectively connected to both ends of the second plate and vertically protrude from the second plate.
  • the first and second grippers are disposed in areas facing each other to easily fix the lead area of the battery cell.
  • the first and second grippers have a structure in which a current terminal for applying a current in contact with a lead area of a battery cell is electrically connected, and a voltage terminal for detecting a voltage in contact with a lead area of the battery cell It is an electrically connected structure.
  • the first and second grippers themselves may consist of a current terminal and a voltage terminal.
  • the first and second grippers may be formed of a conductive member.
  • the first and second grippers may be made of aluminum, copper, or nickel, and may be nickel or copper having excellent electrical conductivity, or nickel plated on nickel or copper.
  • the present invention is not limited thereto.
  • the first and second grippers may further include a current terminal and a voltage terminal as described above.
  • the current terminal and the voltage terminal are configured to be in electrical contact with the lead region of the battery cell when the first and second plates press the battery cell.
  • a cable for supplying current may be connected to the current terminal and the voltage terminal.
  • the first and second grippers have a structure in which an embossed or engraved grid is formed on a surface in contact with the lead region of the battery cell.
  • the first and second grippers may increase the fixing force of the battery cell to the lead region.
  • 'grid' refers to a pattern in the form of a grid or checkerboard, and refers to a form in which two or more parallel patterns intersect each other.
  • the depression depth or protrusion height of the intaglio or embossed grids formed on the surfaces of the first and second grippers ranges from 0.001 to 1 mm on average.
  • the depression depth or protrusion height of the grid is, on average, in the range 0.001 to 0.1 mm, in the range 0.001 to 0.01 mm, in the range 0.1 to 0.1 mm, or in the range 0.01 to 0.05 mm.
  • the lead area and fixing force are increased without degrading the mechanical properties of the lead area.
  • the battery cell charging/discharging device includes first and second pressure pads positioned inside the first and second grippers to contact the terrace area of the battery cell.
  • the first and second pressure pads are to suppress the phenomenon of components in the terrace region of the battery cell during the activation process of the battery cell, and further, to prevent deformation of the pouch in the terrace region of the battery cell.
  • an elastic pressure member is interposed between the first pressure pad and the first plate and between the second pressure pad and the second plate.
  • the first pressure pad is mounted on both sides of the first plate by elastic pressure members, respectively, and is mounted inside the first gripper.
  • the second pressure pad is mounted on both sides of the second plate by elastic pressure members, respectively, and is mounted inside the second gripper.
  • the elastic pressing member may be a coil spring, a leaf spring, or a rubber material member, for example, the elastic pressing member may be a coil spring.
  • the coil spring is a spring having a force to resist compression force, and means a compression spring.
  • the first and second pressure pads may be connected to the first and second plates by an elastic pressure member, respectively, and may be integrally moved when the first and second plates are moved. That is, when the first and second plates press the body region of the battery cell, the first and second pressure pads may press the terrace region of the battery cell. At this time, the first and second pressing pads are elastically pushed into the elastic pressing member, so that shock can be absorbed when the battery cell contacts the terrace area, and the elastic restoring force of the elastic pressing member acts to make the contact state more stable. can be maintained
  • the protruding structures of the first and second grippers have a height higher than a state in which the first and second pressing pads are restored by the elastic pressing member.
  • the protruding structures of the first and second grippers have a height that is about 10% or more higher than the height of the first and second pressure pads restored by the elastic pressure member. For example, when the height of the first and second pressure pads restored by the elastic pressure member is 20 mm, the protruding structure of the first and second grippers becomes 22 mm. This is to prevent the first and second grippers from being separated from the lead area of the battery cell when a component phenomenon occurs in the terrace area during the activation process of the battery cell.
  • the first and second pressure pads have a bar-shaped structure having a size greater than or equal to 80% of the width and length of the terrace area of the battery cell.
  • the first and second pressure pads may have a structure corresponding to the width and length of the terrace area of the battery cell. This is to increase the area in which the first and second pressure pads directly contact the terrace region of the battery cell to more effectively pressurize the pad.
  • the first and second pressure pads are parts in direct contact with the terrace area of the battery cell, and may be made of an epoxy material.
  • first and second pressure pads may be formed integrally with the first and second grippers, respectively, but a step is formed in the lead area and the terrace area of the battery cell, which is not preferable.
  • a component phenomenon may occur in the terrace area, and when the first and second pressure pads are formed integrally with the first and second grippers, respectively, the first and second grippers are separated from the lead area of the battery cell. may occur.
  • the battery cell charging/discharging device has a structure in which an elastic pressing member is interposed between the first gripper and the first plate and between the second gripper and the second plate.
  • the battery cell charging/discharging device has a structure in which an elastic pressing member is interposed between the second gripper and the second plate.
  • the second gripper connected to the elastic pressing member is elastically pushed in, so that an impact can be absorbed when it comes into contact with the lead region of the battery cell.
  • the elastic restoring force of the elastic pressing member acts, so that the contact state can be more stably maintained.
  • the elastic modulus of the elastic pressing member disposed between the second gripper and the second plate may be different from that of the elastic pressing member disposed between the pressing pad and the plate.
  • the lead region can be easily fixed, and the phenomenon of parts in the terrace region of the battery cell can be suppressed in the battery cell activation process.
  • the present invention provides a method for activating a battery cell using the battery cell activation device described above.
  • the method for activating a battery cell according to the present invention may be performed after the battery cell is interposed in a charging/discharging device of the battery cell.
  • the method for charging and discharging a battery cell of the present invention it is possible to suppress the phenomenon of parts in the terrace portion of the battery cell in the activation process of the battery cell by including the first and second pressure pads for pressing the terrace region of the battery cell.
  • the pressure range of the first and second pressure pads may be in an average range of 5 to 15 mm, and the battery cells may be pressurized to an average level of 10 mm.
  • FIG. 3 is a schematic diagram showing a charging/discharging device for a battery cell according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 4 is an enlarged view of the surface of a gripper in the charging/discharging device for a battery cell according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 5 is a diagram schematically illustrating a portion to which a pressure pad is applied when charging and discharging a battery cell using the battery cell charging/discharging device according to an exemplary embodiment.
  • the battery cell charging/discharging device 100 includes first and second plates 111 and 112 for pressing both surfaces with the battery cell 1 interposed therebetween; First and second grippers 121 and 122 connected to the first and second plates 111 and 112, respectively, and having a structure in which they protrude from a portion facing each other and contact the lead region 1a of the battery cell 1 . ); and first and second pressure pads 131 and 132 positioned inside the first and second grippers 121 and 122 and in contact with the terrace area 1b of the battery cell 1 .
  • elastic pressure is applied between the first pressure pad 131 and the first plate 111 and between the second pressure pad 132 and the second plate 112 . It has a structure in which the member 140 is interposed. Accordingly, the first and second pressure pads 131 and 132 may easily press the terrace area 1b of the battery cell 1 .
  • the battery cell may swell due to expansion or gas generation of the positive and negative plates.
  • the first and second plates 111 and 112 are compression plates that prevent swelling by pressing the battery cells 1 during the activation process.
  • the first and second plates 120 face each other and are disposed to be spaced apart from each other by a predetermined distance, and are configured to move to narrow or widen the space. That is, the battery cell 1 is disposed between the first and second plates 111 and 112 , and the first plate 111 and the second plate 112 are disposed in a direction to press both surfaces of the battery cell 1 . moving to pressurize the battery cell 1 .
  • first and second plates 111 and 112 are connected to be capable of translational movement along a shaft extending in one region thereof, and gears are connected to one end of the shaft, and these gears have A driving motor may be connected.
  • any mechanical combination may be employed as long as it has a driving mechanism capable of moving each of the first and second plates 111 and 112 in the direction of pressing the battery cell 1 .
  • first and second plates 111 and 112 are made of a material with high rigidity so that there is no deformation even under high heat and pressure.
  • the first and second plates 111 and 112 are made of reinforced plastic.
  • first and second grippers 121 and 122 come into contact with the lead regions 1b of the battery cell 1 , and apply a current to the battery cell 1 to detect a voltage.
  • the lead region 1a of the battery cell 1 means an electrode lead.
  • the first and second grippers 121 and 122 are connected to the first and second plates 111 and 112, respectively, and are configured to move integrally when the first and second plates 111 and 112 move. .
  • the first and second grippers 121 and 122 are connected to the first and second plates 111 and 112 , and protrude from portions facing each other to contact the lead region 1a of the battery cell 1 .
  • the first gripper 121 is connected to both ends of the first plate 111 , respectively, and has a structure vertically protruding from the first plate 111 .
  • the second gripper 122 is connected to both ends of the second plate 112 , respectively, and has a structure vertically protruding from the second plate 112 .
  • the first and second grippers 121 and 122 have a structure in which a current terminal (not shown) for applying a current in contact with the lead region 1a of the battery cell 1 is electrically connected, and the battery cell 1 . It has a structure in which a voltage terminal (not shown) for detecting a voltage in contact with the lead region 1a is electrically connected.
  • the first and second grippers 121 and 122 themselves may include a current terminal and a voltage terminal, they may further include a current terminal and a voltage terminal as described above.
  • the current terminal and the voltage terminal are configured to be in electrical contact with the lead region 1a of the battery cell 1 when the first and second plates 111 and 112 press the battery cell 1 .
  • a cable (not shown) for supplying current is connected to the current terminal and the voltage terminal.
  • first and second grippers 121 and 122 have a structure in which an embossed or engraved grid is formed on a surface contacting the lead region 1a of the battery cell 1 . Specifically, by forming a grid on the surfaces of the first and second grippers 121 and 122 , the first and second grippers 121 and 122 increase the fixing force of the battery cell 1 to the lead region 1a. can be increased (see FIG. 4).
  • the battery cell charging/discharging device 100 is located inside the first and second grippers 121 and 122 and contacts the terrace area 1b of the battery cell 1 .
  • 2 pressure pads 131 and 132 are included.
  • the first and second pressure pads 131 and 132 are for suppressing the phenomenon of components in the terrace region 1b of the battery cell 1 in the activation process of the battery cell 1 , and further, the battery cell 1 . This is to prevent pouch deformation in the terrace area 1b of the Meanwhile, the elastic pressure member 140 is interposed between the first pressure pad 131 and the first plate 111 and between the second pressure pad 132 and the second plate 1212 .
  • the first pressure pad 131 is mounted on both sides of the first plate 111 by the elastic pressure members 140 , respectively, and is mounted inside the first gripper 121 .
  • the second pressure pad 132 is mounted on both sides of the second plate 112 by the elastic pressure members 140 , respectively, and is mounted inside the second gripper 122 .
  • the elastic pressing member 140 uses a coil spring.
  • the first and second pressure pads 131 and 132 are connected to the first and second plates 111 and 112 by an elastic pressure member 140, and when the first and second plates 111 and 112 move, can be moved integrally. That is, when the first and second plates 111 and 112 press the body region 1c of the battery cell 1 , the first and second pressurizers 131 and 132 apply to the terrace region of the battery cell 1 . Press (1b). At this time, the first and second pressure pads 131 and 132 are elastically pushed into the elastic pressure member 140 , so that when they come into contact with the terrace area 1b of the battery cell 1 , the shock can be absorbed, and the elastic pressure member 140 . The elastic restoring force of the pressing member 140 may act, so that the contact state may be more stably maintained.
  • the protruding structures of the first and second grippers 121 and 122 have a higher height than a state in which the first and second pressing pads 131 and 132 are restored by the elastic pressing member 140 .
  • the protruding structure of the first and second grippers 121 and 122 is shown to have the same height as that of the first and second pressure pads 131 and 132 restored by the elastic pressure member 140 .
  • the present invention is not limited thereto.
  • the protruding structure of the first and second grippers 121 and 122 is about 10 with respect to the height of the first and second pressure pads 131 and 132 restored by the elastic pressure member 140 . % or more high.
  • the protruding portions of the first and second grippers 121 and 122 are The structure will be 22 mm. This means that when a component phenomenon occurs in the terrace area 1b during the activation process of the battery cell 1 , the first and second grippers 121 and 122 are separated from the lead area 1a of the battery cell 1 . is to prevent
  • first and second pressure pads 131 and 132 have a bar-shaped structure having a size greater than or equal to 80% of the width and length of the terrace region 1b of the battery cell 1 .
  • the first and second pressure pads 131 and 132 may have a structure corresponding to the width and length of the terrace area 1b of the battery cell 1 . This is to increase the area in which the first and second pressure pads 131 and 132 directly contact the terrace region 1b of the battery cell 1 to more efficiently pressurize the battery cell 1 .
  • the first and second pressure pads 131 and 132 are portions in direct contact with the terrace region 1b of the battery cell 1 and may be made of an epoxy material (see FIG. 5 ).
  • first and second pressure pads 131 and 132 may be integrally formed with the first and second grippers 121 and 122 , respectively, the lead area 1a and the terrace area of the battery cell 1 . Steps are formed in (1b), which is not preferable. In addition, a component phenomenon may occur in the terrace area 1b, and when the first and second pressure pads 131 and 132 are integrally formed with the first and second grippers 121 and 122, respectively, the first and second The second grippers 121 and 122 may be separated from the lead area 1a of the battery cell 1 .
  • the battery cell charging/discharging device 100 can suppress the phenomenon of parts in the terrace region 1b of the battery cell 1 in the activation process of the battery cell 1 .
  • FIG. 6 is a schematic diagram illustrating a charging/discharging device for a battery cell according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • the battery cell charging/discharging device 200 includes first and second plates 211 and 212 for pressing both surfaces with the battery cell 1 interposed therebetween; First and second grippers 221 and 222 connected to the first and second plates 211 and 212, respectively, and having a structure in which they protrude from a portion facing each other and contact the lead region 1a of the battery cell 1 . ); and first and second pressure pads 231 and 232 positioned inside the first and second grippers 221 and 222 to contact the terrace area 1b of the battery cell 1 .
  • elastic pressure is applied between the first pressure pad 231 and the first plate 211 and between the second pressure pad 232 and the second plate 212 .
  • It has a structure in which the member 240 is interposed. Accordingly, the first and second pressure pads 231 and 232 may easily press the terrace area 1b of the battery cell 1 .
  • an elastic pressing member is provided between the first gripper 221 and the first plate 211 and between the second gripper 222 and the second plate 212 . It has a structure in which 240 is interposed.
  • the battery cell charging/discharging device 200 according to the present invention has a structure in which an elastic pressing member 240 ′ is interposed between the second gripper 222 and the second plate 212 .
  • the second gripper 222 connected to the elastic pressing member 240 ′ is elastically pushed in.
  • the elastic pressing member 240 ′ disposed between the second gripper 222 and the second plate 211 is an elastic pressing member disposed between the pressing pads 231 and 232 and the plates 211 and 212 ( ). 240) and the modulus of elasticity may be different from each other.
  • the battery cell charging/discharging device 200 can easily fix the lead region 1a, and in the activation process of the battery cell 1, the terrace region ( The phenomenon of parts 1b) can be suppressed.

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Abstract

본 발명은 전지 셀의 활성화 공정에서 전지 셀의 테라스 부분의 부품 현상을 억제할 수 있는 전지 셀의 충방전 장치 및 이를 이용한 전지 셀의 충방전 방법에 관한 것이다. 상기 전지 셀의 충방전 장치는 전지 셀을 사이에 두고 양면을 가압하는 제1 및 제2 플레이트; 제1 및 제2 플레이트에 각각 연결되되, 서로 대면하는 부위에 돌출되어 전지 셀의 리드 영역과 접촉하는 구조를 갖는 제1 및 제2 그리퍼; 및 제1 및 제2 그리퍼의 내측에 위치하여 전지 셀의 테라스 영역과 접촉하는 제1 및 제2 가압 패드를 포함하며, 제1 가압 패드와 제1 플레이트 사이 및 제2 가압 패드와 제2 플레이트 사이에 탄성 가압부재가 개재되고, 제1 및 제2 가압 패드는 전지 셀의 테라스 영역을 가압하는 것을 특징으로 한다.

Description

전지 셀의 충방전 장치 및 이를 이용한 전지 셀의 충방전 방법
본 출원은 2020.12.01.자 한국 특허 출원 제10-2020-0165330호에 기초한 우선권의 이익을 주장하며, 해당 한국 특허 출원의 문헌에 개시된 모든 내용은 본 명세서의 일부로서 포함된다.
본 발명은 전지 셀의 충방전 장치 및 이를 이용한 전지 셀의 충방전 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 이차전지는 그 형상에 따라 원통형, 각형, 파우치형 등으로 구분할 수 있다. 그 중 파우치형 이차전지는 금속층(포일)과 상기 금속층의 상면과 하면에 코팅되는 합성수지층의 다층막으로 구성되는 파우치 외장재를 사용하여 외관을 구성하기 때문에, 금속 캔을 사용하는 원통형 또는 각형보다 전지의 무게를 현저히 줄일 수 있어 전지의 경량화가 가능하며, 다양한 형태로의 변화가 가능하다는 장점이 있어 많은 관심을 모으고 있다.
이러한 파우치형 이차전지에는 전극 조립체가 적층된 형태로 수납되는데, 상기 전극 조립체에는 전극 탭 및 전극 리드가 연결되어 있고, 상기 전극 리드는 파우치 외장재로부터 돌출되어 있다. 이러한 전극 리드는 외부 장치와 접촉을 통해 전기적으로 연결되어 외부장치로부터 전력을 공급받게 된다.
파우치형 이차전지(이하, 전지 셀)는 셀을 조립하는 과정과 전지를 활성화하는 과정을 거쳐 제조되며, 전지 활성화 단계에서는 충방전 장치에 전지 셀을 탑재하고 활성화에 필요한 조건으로 충전 및 방전을 수행하게 된다. 이와 같이, 전지 셀의 활성화를 위해 충방전 장치를 이용해 소정의 충방전을 실시하는 과정을 활성화(formation) 공정이라고 한다.
이러한 전지 셀의 활성화 공정을 수행하기 위해서는 전지 셀이 충방전 장치에 제대로 장착되어야 한다. 즉, 전지 셀의 전극 리드가 충방전 장치의 도전부에 접하도록 배치되어 양자가 전기적으로 연결되어야 하고, 충방전이 진행되는 동안에 이러한 전기적 연결 상태가 유지되어야 한다.
이를 위해 이차전지의 충방전 장치는 전지 셀을 고정하기 위한 복수개의 압착 플레이트를 구비하는 것이 일반적이다. 상기 압착 플레이트 2장 사이에 각각의 전지 셀을 끼우고 양측에서 압력을 가하면서, 전지 셀의 리드를 통해 전류를 인가하여 충전을 한다.
*이와 같이, 압착 플레이트로 전지 셀을 눌러줌으로써 충방전 과정에서 가스 발생에 따른 전지 셀의 두께 증가를 억제할 수 있다. 이때 발생한 가스는 가스 포켓부에 포집하여 활성화 공정 후 제거한다. 여기서, 상기 가스 포켓부는 파우치 외장재의 일부분으로서 활성화 공정에서 가압되는 셀 바디 부분에서 전극 리드에 교차하는 방향으로 연장 형성되어 있는 부분으로 추후 파우치 외장재에서 커팅(cutting) 처리될 수 있다.
한편, 종래 기술에 따른 충방전 장치를 사용하여 활성화 공정을 진행할 때, 전지 셀의 두께를 형성하는 전지 셀의 바디 부분은 충방전 과정에서 압착 플레이트에 의해 가압될 수 있지만, 파우치 외장재의 실링 부분인 셀 테라스 부분은 셀 바디 부분과 단차가 있어서 압착 플레이트에 의해 가압되지 못하고 있다.
이에 따라, 충방전 과정에서 생성된 가스로 인해 파우치 외장재 내부 압력이 증가하게 되어, 전지 셀의 테라스 부분의 접착층이 깨어지는 문제가 발생하고 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 활성화 공정을 거친 파우치형 전지 셀을 보여주는 사진이며, 도 2는 종래 기술에 따른 활성화 공정을 거친 파우치형 전지 셀의 테라스 부분을 나타낸 모식도이다.
도 1 내지 도 2를 참조하면, 종래 기술에 따른 활성화 공정을 거친 파우치형 전지 셀(1)은 셀 테라스 영역(1b)의 내부 접착층이 깨어져 부풀어 오르는 현상이 발생할 수 있다. 한편, 파우치 외장재는 폴리머 재질의 외부 절연층과 내부 접착층, 그리고 외부 절연층과 내부 접착층 사이에 개재된 금속층으로 구성될 수 있는데, 상술한 현상으로 인해, 셀 테라스 영역(1b)의 금속층이 노출되어 절연전압 불량이 야기되고 있다.
따라서, 이러한 전지 셀의 작동에 심각한 문제들을 유발할 수 있기 때문에 셀 테라스 부분의 부품 현상을 억제할 수 있는 충방전 장치 및 방법에 대한 연구가 필요한 실정이다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 전지 셀의 활성화 공정에서 전지 셀의 테라스 부분의 부품 현상을 억제할 수 있는 전지 셀의 충방전 장치 및 이를 이용한 전지 셀의 충방전 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 전지 셀의 테라스 부분의 부품 현상을 억제할 수 있는 전지 셀의 충방전 장치를 제공한다. 하나의 예에서, 본 발명에 따른 전지 셀의 충방전 장치는 전지 셀을 사이에 두고 양면을 가압하는 제1 및 제2 플레이트; 제1 및 제2 플레이트에 각각 연결되되, 서로 대면하는 부위에 돌출되어 전지 셀의 리드 영역과 접촉하는 구조를 갖는 제1 및 제2 그리퍼; 및 제1 및 제2 그리퍼의 내측에 위치하여 전지 셀의 테라스 영역과 접촉하는 제1 및 제2 가압 패드를 포함한다.
구체적인 예에서, 상기 제1 가압 패드와 제1 플레이트 사이 및 제2 가압 패드와 제2 플레이트 사이에 탄성 가압부재가 개재된다. 이에 따라, 상기 제1 및 제2 가압 패드는, 전지 셀의 테라스 영역을 가압하는 것을 특징으로 한다.
하나의 예에서, 상기 탄성 가압부재는, 코일 스프링, 판 스프링 또는 고무소재이다.
하나의 예에서, 제1 및 제2 그리퍼의 돌출된 구조는, 제1 및 제2 가압 패드가 탄성 가압부재에 의해 복원된 상태보다 높은 높이를 갖는다.
다른 하나의 예에서, 제1 및 제2 그리퍼는, 전지 셀의 전극 리드와 접촉하는 표면에 양각 또는 음각의 패턴이 형성된 구조이다.
또 다른 하나의 예에서, 제1 그리퍼와 제1 플레이트 사이 및 제2 그리퍼와 제2 플레이트 사이 중 하나 이상은 탄성 가압부재가 개재되는 구조를 갖는다.
한편, 상기 제1 및 제2 가압 패드는, 전지 셀의 테라스 영역의 폭과 길이 대비 80 % 이상의 크기를 갖는 바 형상의 구조일 수 있다.
구체적인 예에서, 상기 제1 그리퍼는, 제1 플레이트의 양측 단부에 각각 연결되되, 제1 플레이트와 수직 돌출된 구조이며, 상기 제2 그리퍼는, 제2 플레이트의 양측 단부에 각각 연결되되, 제2 플레이트와 수직 돌출된 구조이다.
아울러, 상기 제1 가압 패드는, 제1 플레이트의 양측에 각각 탄성 가압부재에 의해 장착되되, 제1 그리퍼의 내측에 장착되는 구조일 수 있다. 나아가, 제2 가압 패드는, 제2 플레이트의 양측에 각각 탄성 가압부재에 의해 장착되되, 제2 그리퍼의 내측에 장착되는 구조일 수 있다.
하나의 예에서, 상기 제1 및 제2 플레이트는, 절연성 소재이다. 아울러, 제1 및 제2 그리퍼는, 전도성 소재이다.
하나의 예에서, 제1 및 제2 그리퍼는, 전지 셀의 리드 영역과 접촉하여 전류를 인가하는 전류 단자가 전기적으로 연결되는 구조이며, 전지 셀의 리드 영역과 접촉하여 전압을 검출하는 전압 단자가 전기적으로 연결되는 구조이다.
나아가, 본 발명은 앞서 설명한 전지 셀의 충방전 장치를 이용한 전지 셀의 충방전 방법을 제공한다.
본 발명의 전지 셀의 충방전 장치 및 이를 이용한 전지 셀의 충방전 방법에 따르면, 전지 셀의 테라스 영역을 가압하는 제1 및 제2 가압 패드를 포함하여, 전지 셀의 활성화 공정에서 전지 셀의 테라스 영역의 부품 현상을 억제할 수 있는 이점이 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 활성화 공정을 거친 파우치형 전지 셀을 보여주는 사진이다.
도 2는 종래 기술에 따른 활성화 공정을 거친 파우치형 전지 셀의 테라스 부분을 나타낸 모식도이다.
도 3은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지 셀의 충방전 장치를 보여주는 모식도이다.
도 4는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지 셀의 충방전 장치에서 그리퍼의 표면을 확대한 도면이다.
도 5는 하나의 실시예에 따른 전지 셀의 충방전 장치를 이용하여 전지 셀을 충방전할 때, 가압 패드가 적용되는 부위를 모식적으로 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지 셀의 충방전 장치를 보여주는 모식도이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "상에" 있다고 할 경우, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "하에" 있다고 할 경우, 이는 다른 부분 "바로 아래에" 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 또한, 본 출원에서 "상에" 배치된다고 하는 것은 상부뿐 아니라 하부에 배치되는 경우도 포함하는 것일 수 있다.
본 발명은 전지 셀의 충방전 장치 및 이를 이용한 전지 셀의 충방전 방법에 관한 것이다.
종래 기술에 따른 충방전 장치를 사용하여 활성화 공정을 진행할 때, 전지 셀의 두께를 형성하는 전지 셀의 바디 부분은 충방전 과정에서 압착 플레이트에 의해 가압될 수 있지만, 파우치 외장재의 실링 부분인 셀 테라스 부분은 셀 바디 부분과 단차가 있어서 압착 플레이트에 의해 가압되지 못하고 있다. 이에 따라, 충방전 과정에서 생성된 가스로 인해 파우치 외장재 내부 압력이 증가하게 되어, 전지 셀의 테라스 부분의 접착층이 깨어지는 문제가 발생하고 있다. 한편, 파우치 외장재는 폴리머 재질의 외부 절연층과 내부 접착층, 그리고 외부 절연층과 내부 접착층 사이에 개재된 금속층으로 구성될 수 있는데, 상술한 현상으로 인해, 셀 테라스 부분의 금속층이 노출되어 절연전압 불량이 야기되고 있다.
이에, 본 발명에서는 전지 셀의 활성화 공정에서 전지 셀의 테라스 영역의 부품 현상을 억제할 수 있는 전지 셀의 충방전 장치 및 이를 이용한 전지 셀의 충방전 방법을 제공한다. 구체적으로, 본 발명의 전지 셀의 충방전 장치 및 이를 이용한 전지 셀의 충방전 방법에 따르면, 전지 셀의 테라스 영역을 가압하는 제1 및 제2 가압 패드를 포함하여, 전지 셀의 활성화 공정에서 전지 셀의 테라스 부분의 부품 현상을 억제할 수 있는 이점이 있다.
이하, 본 발명에 따른 전지 셀의 충방전 장치 및 이를 이용한 전지 셀의 충방전 방법을 상세하게 설명한다.
하나의 예에서, 본 발명에 따른 전지 셀의 충방전 장치는 전지 셀을 사이에 두고 양면을 가압하는 제1 및 제2 플레이트; 제1 및 제2 플레이트에 각각 연결되되, 서로 대면하는 부위에 돌출되어 전지 셀의 리드 영역과 접촉하는 구조를 갖는 제1 및 제2 그리퍼; 및 제1 및 제2 그리퍼의 내측에 위치하여 전지 셀의 테라스 영역과 접촉하는 제1 및 제2 가압 패드를 갖는다. 구체적인 예에서, 상기 제1 가압 패드와 제1 플레이트 사이 및 제2 가압 패드와 제2 플레이트 사이에 탄성 가압부재가 개재된다. 이에 따라, 상기 제1 및 제2 가압 패드는, 전지 셀의 테라스 영역을 가압할 수 있다.
일반적으로, 활성화 과정에서 전지 셀은 양극판과 음극판의 팽창 또는 가스 발생으로 인해 부풀어 오르는 스웰링(swelling)이 발생할 수 있다. 이때, 상기 제1 및 제2 플레이트는 활성화 과정에서 전지 셀들을 가압하여 스웰링을 막아주는 역할을 한다. 구체적으로, 본 발명에 따른 충방전 장치에서 제1 및 제2 플레이트는 각각 상호 대면하여 소정 거리 이격 배치되고, 상기 이격 공간이 좁혀지거나, 넓어지게 각각 이동하도록 구성된다. 즉, 전지 셀은 제1 및 제2 플레이트 사이에 배치되며, 제1 및 제2 플레이트는 전지 셀의 양면을 가압하는 방향으로 이동하여, 상기 전지 셀을 가압한다.
한편, 제1 및 제2 플레이트는 그 일측 영역에 연장되어 있는 샤프트를 따라 병진 운동 가능하게 연결되고, 상기 샤프트의 일단에는 기어들이 연결되며, 이들 기어들에는 구동모터가 연결될 수 있다. 물론, 전지 셀을 가압하는 방향으로 각각의 제1 및 제2 플레이트를 이동시킬 수 있는 구동 메커니즘을 갖는 기계적 조합이라면 어떠한 기계적 조합을 채용해도 좋다.
상기 전지 셀은 파우치 타입의 단위 셀로, 라미네이트 시트 외장재에 양극/분리막/음극 구조의 전극조립체가 상기 외장재의 외부로 형성된 전극 리드들과 연결된 상태로 내장되어 있다. 상기 전극 리드는 시트 외측으로 인출되되 서로 동일한 방향 또는 반대 방향으로 연장될 수 있다.
본 발명의 도면에서는 도면 도시의 편의상 한 쌍의 전극 리드가 서로 반대방향으로 인출된 형태를 갖는 파우치 타입 전지 셀에 대해서만 도시하고 있으나, 본 발명에 따른 전지 모듈에 적용되는 전지 셀은 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 한 쌍의 전극 리드가 서로 동일한 방향으로 인출되는 경우도 가능한 것이다. 다만, 상기 파우치 타입의 전지 셀은 가스 포켓부를 포함할 수 있다.
하나의 예에서, 상기 제1 및 제2 플레이트는 높은 열과 압력에도 변형이 없도록 기계적 강성이 높은 금속 재질로 마련될 수 있으며, 예를 들면, 알루미늄 또는 스테인리스 스틸일 수 있다. 다만, 상기 압착 플레이트가 금속 재질로 한정되는 것은 아니며, 상기 압착 플레이트는 강화 플라스틱, 강화 세라믹 또는 강화 유리등으로 제작될 수 있다.
하나의 예에서, 제1 및 제2 플레이트 사이에는 비활성화 상태로 가스 포켓부를 포함하는 전지 셀들이 픽업 장비로 운반되어 각각 하나씩 끼워 넣어져 배치된다.
하나의 예에서, 제1 및 제2 그리퍼는 전지 셀의 리드 영역들과 접촉하여 전지 셀에 전류를 인가하여 전압을 검출하는 역할을 한다. 여기서, 전지 셀의 리드 영역은 전극 리드를 의미한다. 특히, 상기 제1 및 제2 그리퍼는 각각 제1 및 제2 플레이트에 연결되어 제1 및 제2 플레이트의 이동시 일체로 이동하도록 구성되어 있다. 구체적인 예에서, 상기 제1 및 제2 그리퍼는 제1 및 제2 플레이트에 연결되되, 서로 대면하는 부위에 돌출되어 전지 셀의 리드 영역과 접촉하는 구조를 갖는다. 상기 제1 그리퍼는 제1 플레이트의 양측 단부에 각각 연결되어, 제1 플레이트와 수직 돌출된 구조이며, 제2 그리퍼는 제2 플레이트의 양측 단부에 각각 연결되어, 제2 플레이트와 수직 돌출된 구조일 수 있다. 이때, 제1 및 제2 그리퍼는 서로 대면하는 영역에 배치되어 전지 셀의 리드 영역을 용이하게 고정할 수 있다.
하나의 예에서, 상기 제1 및 제2 그리퍼는 전지 셀의 리드 영역과 접촉하여 전류를 인가하는 전류 단자가 전기적으로 연결되는 구조이고, 전지 셀의 리드 영역과 접촉하여 전압을 검출하는 전압 단자가 전기적으로 연결되는 구조이다. 상기 제1 및 제2 그리퍼 자체가 전류 단자 및 전압 단자로 구성될 수 있다. 이때, 상기 제1 및 제2 그리퍼는 전도성 부재로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 제1 및 제2 그리퍼는 알루미늄, 구리 또는 니켈 일 수 있으며, 전기전도성이 우수한 니켈 또는 구리일 수 있으며, 또는 니켈 또는 구리에 니켈이 도금된 것일 수 있다. 다만, 이에 제한되는 것은 아니다.
다른 하나의 예에서, 제1 및 제2 그리퍼는 상술한 바와 같이 전류 단자 및 전압 단자를 더 포함할 수 있다. 특히, 상기 전류 단자 및 전압 단자는 제1 및 제2 플레이트가 전지 셀을 가압할 때, 전지 셀의 리드 영역과 전기적으로 접촉하도록 구성된다. 나아가, 전류 단자 및 전압 단자에는 전류를 공급하기 위한 케이블이 연결될 수 있다.
다른 하나의 예에서, 상기 제1 및 제2 그리퍼는 전지 셀의 리드 영역과 접촉하는 표면에 양각 또는 음각의 그리드가 형성된 구조를 갖는다. 구체적으로, 상기 제1 및 제2 그리퍼의 표면에 그리드를 형성함으로써, 제1 및 제2 그리퍼는 전지 셀의 리드 영역에 대한 고정력을 높일 수 있다. 본 발명에서 '그리드(grid)'는, 격자 또는 바둑판 눈금 형상의 패턴을 의미하며, 2종 이상의 평행한 패턴이 서로 교차하는 형태를 총칭하는 의미이다. 구체적인 실시예에서, 제1 및 제2 그리퍼의 표면에 형성된 음각 또는 양각의 그리드의 함입 깊이 또는 돌출 높이는, 평균 0.001 내지 1 mm 범위이다. 예를 들어, 그리드의 함입 깊이 또는 돌출 높이는, 평균 0.001 내지 0.1 mm 범위, 0.001 내지 0.01 mm 범위, 0.1 내지 0.1 mm 범위 또는 0.01 내지 0.05 mm 범위이다. 본 발명에서는 매우 낮은 수준의 함입 또는 돌출된 패턴을 형성함으로써, 리드 영역의 기계적 물성을 저하시키지 않으면서도 리드 영역과 고정력을 높이게 된다.
하나의 예에서, 본 발명에 따른 전지 셀의 충방전 장치는 제1 및 제2 그리퍼의 내측에 위치하여 전지 셀의 테라스 영역과 접촉하는 제1 및 제2 가압 패드를 포함한다. 상기 제1 및 제2 가압 패드는 전지 셀의 활성화 공정에서 전지 셀의 테라스 영역의 부품 현상을 억제하기 위함이며, 나아가, 전지 셀의 테라스 영역에서의 파우치 변형을 방지하기 위함이다. 한편, 상기 제1 가압 패드와 제1 플레이트 사이 및 제2 가압 패드와 제2 플레이트 사이에 탄성 가압부재가 개재된다. 구체적인 예에서, 제1 가압 패드는, 제1 플레이트의 양측에 각각 탄성 가압부재에 의해 장착되되, 제1 그리퍼의 내측에 장착된다. 그리고, 제2 가압 패드는, 제2 플레이트의 양측에 각각 탄성 가압부재에 의해 장착되되, 제2 그리퍼의 내측에 장착된다.
하나의 예에서, 상기 탄성 가압부재는 코일 스프링, 판 스프링 또는 고무소재 부재이며, 예를 들어, 상기 탄성 가압부재는 코일 스프링일 수 있다. 상기 코일 스프링은 압축력에 저항하는 힘을 가진 스프링으로 압축 스프링을 의미한다.
하나의 예에서, 상기 제1 및 제2 가압 패드는 각각 제1 및 제2 플레이트와 탄성 가압부재에 의해 연결되어, 제1 및 제2 플레이트의 이동시 일체로 이동될 수 있다. 즉, 제1 및 제2 플레이트가 전지 셀의 바디 영역을 가압할 때, 제1 및 제2 가압 패드는 전지 셀의 테라스 영역을 가압할 수 있다. 이때, 제1 및 제 2 가압 패드는 탄성 가압부재에 탄성적으로 밀려 들어가게 되어 전지 셀의 테라스 영역 접촉시 충격이 흡수될 수 있으며, 상기 탄성 가압부재의 탄성 복원력이 작용하여 접촉 상태가 보다 안정적으로 유지될 수 있다.
다른 하나의 예에서, 제1 및 제2 그리퍼의 돌출된 구조는, 제1 및 제2 가압 패드가 탄성 가압부재에 의해 복원된 상태보다 높은 높이를 갖는다. 구체적인 예에서, 제1 및 제2 그리퍼의 돌출된 구조는, 제1 및 제2 가압 패드가 탄성 가압부재에 의해 복원된 상태의 높이에 대하여 약 10 % 이상 높은 높이를 갖는다. 예를 들어, 제1 및 제2 가압 패드가 탄성 가압부재에 의해 복원된 상태의 높이가 20mm 라고 할때, 제1 및 제2 그리퍼의 돌출된 구조는 22 mm 가 된다. 이는, 전지 셀의 활성화 과정에서 테라스 영역에는 부품 현상이 발생할 때, 제1 및 제2 그리퍼는 전지 셀의 리드 영역으로부터 분리되는 것을 방지하기 위함이다.
상기 제1 및 제2 가압 패드는, 전지 셀의 테라스 영역의 폭과 길이 대비 80 % 이상의 크기를 갖는 바 형상의 구조이다. 예를 들면, 제1 및 제2 가압 패드는 전지 셀의 테라스 영역의 폭과 길이에 대응되는 구조일 수 있다. 이는, 제1 및 제2 가압 패드가 전지 셀의 테라스 영역과 직접적으로 접촉하는 면적을 늘려 보다 효율적으로 가압하기 위함이다. 나아가, 상기 제1 및 제2 가압 패드는 전지 셀의 테라스 영역과 직접 접촉하는 부분으로 에폭시(epoxy) 재질로 제조될 수 있다.
한편, 상기 제1 및 제2 가압 패드는 각각 제1 및 제2 그리퍼와 일체형으로 형성될 수 있으나, 전지 셀의 리드 영역과 테라스 영역에는 서로 단차가 형성되어 있어, 바람직하지 않다. 아울러, 테라스 영역에는 부품 현상이 발생할 수 있어, 제1 및 제2 가압 패드는 각각 제1 및 제2 그리퍼와 일체형으로 형성되는 경우에는 제1 및 제2 그리퍼는 전지 셀의 리드 영역으로부터 분리되는 문제가 발생할 수 있다.
다른 하나의 예에서, 나아가, 본 발명에 따른 전지 셀의 충방전 장치는 제1 그리퍼와 제1 플레이트 사이, 및 제2 그리퍼와 제2 플레이트 사이에 탄성 가압부재가 개재되는 구조를 갖는다. 예를 들어, 본 발명에 따른 전지 셀의 충방전 장치는 제2 그리퍼와 제2 플레이트 사이에 탄성 가압부재가 개재되는 구조를 갖는다.
구체적인 예에서, 제1 및 제2 플레이트가 전지 셀을 가압할 때, 상기 탄성 가압부재에 연결되는 제2 그리퍼는, 탄성적으로 밀려 들어가게 되어 전지 셀의 리드 영역과 접촉시 충격이 흡수될 수 있으며, 탄성 가압부재의 탄성 복원력이 작용하여 접촉 상태가 보다 안정적으로 유지될 수 있다. 한편, 상기 제2 그리퍼와 제2 플레이트 사이에 배치되는 탄성 가압부재는 가압 패드와 플레이트 사이에 배치되는 탄성 가압부재와는 탄성계수가 서로 다를 수 있다.
이러한 구성에 의하여, 본 발명에 따른 전지 셀의 충방전 장치는 리드 영역을 용이하게 고정할 수 있으며, 전지 셀의 활성화 공정에서 전지 셀의 테라스 영역의 부품 현상을 억제할 수 있다.
나아가, 본 발명은 앞서 설명한 전지 셀의 활성화 장치를 이용한 전지 셀의 활성화 방법을 제공한다. 구체적인 예에서, 본 발명에 따른 전지 셀의 활성화 방법은 전지 셀의 충방전 장치에 전지 셀을 개재한 후 수행될 수 있다. 본 발명의 전지 셀의 충방전 방법에 따르면, 전지 셀의 테라스 영역을 가압하는 제1 및 제2 가압 패드를 포함하여, 전지 셀의 활성화 공정에서 전지 셀의 테라스 부분의 부품 현상을 억제할 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 및 제2 가압 패드의 가압 범위는 평균 5 내지 15 mm 범위일 수 있으며, 평균 10 mm 수준으로 전지 셀을 가압할 수 있다.
이하에서는, 전지 셀의 활성화 공정에서 전지 셀의 테라스 부분의 부품 현상을 억제할 수 있는 전지 셀의 충방전 장치의 다양한 형태에 대해서 도면을 참조하여 설명한다.
(제1 실시형태)
도 3은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지 셀의 충방전 장치를 보여주는 모식도이며, 도 4는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지 셀의 충방전 장치에서 그리퍼의 표면을 확대한 도면이고, 도 5는 하나의 실시예에 따른 전지 셀의 충방전 장치를 이용하여 전지 셀을 충방전할 때, 가압 패드가 적용되는 부위를 모식적으로 나타낸 도면이다.
도 3 내지 도 5를 참조하면, 전지 셀의 충방전 장치(100)는 전지 셀(1)을 사이에 두고 양면을 가압하는 제1 및 제2 플레이트(111, 112); 제1 및 제2 플레이트(111, 112)에 각각 연결되되, 서로 대면하는 부위에 돌출되어 전지 셀(1)의 리드 영역(1a)과 접촉하는 구조를 갖는 제1 및 제2 그리퍼(121, 122); 및 제1 및 제2 그리퍼(121, 122)의 내측에 위치하여 전지 셀(1)의 테라스 영역(1b)과 접촉하는 제1 및 제2 가압 패드(131, 132)를 포함하여 구성된다. 특히, 본 발명에 따른 전지 셀의 충방전 장치(100)는 제1 가압 패드(131)와 제1 플레이트(111) 사이 및 제2 가압 패드(132)와 제2 플레이트(112) 사이에 탄성 가압부재(140)가 개재되는 구조를 갖는다. 이에 따라, 상기 제1 및 제2 가압 패드(131, 132)는 전지 셀(1)의 테라스 영역(1b)을 용이하게 가압할 수 있다.
활성화 과정에서 전지 셀은 양극판과 음극판의 팽창 또는 가스 발생으로 인해 부풀어 오르는 스웰링(swelling)이 발생할 수 있다. 이때, 상기 제1 및 제2 플레이트(111, 112)는 활성화 과정에서 전지 셀(1)들을 가압하여 스웰링을 막아주는 압착 플레이트이다. 구체적으로, 본 발명에 따른 충방전 장치(100)에서 제1 및 제2 플레이트(120)는 각각 상호 대면하여 소정 거리 이격 배치되고, 상기 이격 공간이 좁혀지거나, 넓어지게 각각 이동하도록 구성된다. 즉, 전지 셀(1)은 제1 및 제2 플레이트(111, 112) 사이에 배치되며, 제1 플레이트(111)와 제2 플레이트(112)는 전지 셀(1)의 양면을 가압하는 방향으로 이동하여, 상기 전지 셀(1)을 가압한다.
도면상에 도시하지 않았으나, 제1 및 제2 플레이트(111, 112)는 그 일측 영역에 연장되어 있는 샤프트를 따라 병진 운동 가능하게 연결되고, 상기 샤프트의 일단에는 기어들이 연결되며, 이들 기어들에는 구동모터가 연결될 수 있다. 물론, 전지 셀(1)을 가압하는 방향으로 각각의 제1 및 제2 플레이트(111, 112)를 이동시킬 수 있는 구동 메커니즘을 갖는 기계적 조합이라면 어떠한 기계적 조합을 채용해도 좋다.
한편, 제1 및 제2 플레이트(111, 112)는 높은 열과 압력에도 변형이 없도록 강성이 높은 재질로 이루어진다. 예컨대, 상기 제1 및 제2 플레이트(111, 112)는 강화 플라스틱으로 이루어진다.
아울러, 제1 및 제2 그리퍼(121, 122)는 전지 셀(1)의 리드 영역(1b)들과 접촉하여 전지 셀(1)에 전류를 인가하여 전압을 검출하는 역할을 한다. 여기서, 전지 셀(1)의 리드 영역(1a)은 전극 리드를 의미한다. 특히, 상기 제1 및 제2 그리퍼(121, 122)는 각각 제1 및 제2 플레이트(111, 112)에 연결되어 제1 및 제2 플레이트(111, 112)의 이동시 일체로 이동하도록 구성되어 있다. 상기 제1 및 제2 그리퍼(121, 122)는 제1 및 제2 플레이트(111, 112)에 연결되되, 서로 대면하는 부위에 돌출되어 전지 셀(1)의 리드 영역(1a)과 접촉하는 구조를 갖는다. 구체적으로, 제1 그리퍼(121)는 제1 플레이트(111)의 양측 단부에 각각 연결되어, 제1 플레이트(111)와 수직 돌출된 구조이다. 아울러, 제2 그리퍼(122)는 제2 플레이트(112)의 양측 단부에 각각 연결되어, 제2 플레이트(112)와 수직 돌출된 구조이다.
상기 제1 및 제2 그리퍼(121, 122)는 전지 셀(1)의 리드 영역(1a)과 접촉하여 전류를 인가하는 전류 단자(미도시)가 전기적으로 연결되는 구조이고, 전지 셀(1)의 리드 영역(1a)과 접촉하여 전압을 검출하는 전압 단자(미도시)가 전기적으로 연결되는 구조이다. 상기 제1 및 제2 그리퍼(121, 122) 자체가 전류 단자 및 전압 단자로 구성될 수 있으나, 상술한 바와 같이 전류 단자 및 전압 단자를 더 포함할 수 있다. 특히, 상기 전류 단자 및 전압 단자는 제1 및 제2 플레이트(111, 112)가 전지 셀(1)을 가압할 때, 전지 셀(1)의 리드 영역(1a)과 전기적으로 접촉하도록 구성된다. 나아가, 전류 단자 및 전압 단자에는 전류를 공급하기 위한 케이블(미도시) 연결된다.
아울러, 상기 제1 및 제2 그리퍼(121, 122)는 전지 셀(1)의 리드 영역(1a)과 접촉하는 표면에 양각 또는 음각의 그리드가 형성된 구조를 갖는다. 구체적으로, 상기 제1 및 제2 그리퍼(121, 122)의 표면에 그리드를 형성함으로써, 제1 및 제2 그리퍼(121, 122)는 전지 셀(1)의 리드 영역(1a)에 대한 고정력을 높일 수 있다(도 4 참조).
나아가, 본 발명에 따른 전지 셀의 충방전 장치(100)는 제1 및 제2 그리퍼(121, 122)의 내측에 위치하여 전지 셀(1)의 테라스 영역(1b)과 접촉하는 제1 및 제2 가압 패드(131, 132)를 포함한다. 상기 제1 및 제2 가압 패드(131, 132)는 전지 셀(1)의 활성화 공정에서 전지 셀(1)의 테라스 영역(1b)의 부품 현상을 억제하기 위함이며, 나아가, 전지 셀(1)의 테라스 영역(1b)에서의 파우치 변형을 방지하기 위함이다. 한편, 상기 제1 가압 패드(131)와 제1 플레이트(111) 사이 및 제2 가압 패드(132)와 제2 플레이트(1212) 사이에 탄성 가압부재(140)가 개재된다. 구체적으로, 제1 가압 패드(131)는, 제1 플레이트(111)의 양측에 각각 탄성 가압부재(140)에 의해 장착되되, 제1 그리퍼(121)의 내측에 장착된다. 그리고, 제2 가압 패드(132)는, 제2 플레이트(112)의 양측에 각각 탄성 가압부재(140)에 의해 장착되되, 제2 그리퍼(122)의 내측에 장착된다. 이때, 상기 탄성 가압부재(140)는 코일 스프링을 사용한다.
상기 제1 및 제2 가압 패드(131, 132)는 제1 및 제2 플레이트(111, 112)와 탄성 가압부재(140)에 의해 연결되어, 제1 및 제2 플레이트(111, 112)의 이동시 일체로 이동될 수 있다. 즉, 제1 및 제2 플레이트(111, 112)가 전지 셀(1)의 바디 영역(1c)을 가압할 때, 제1 및 제2 가압(131, 132)는 전지 셀(1)의 테라스 영역(1b)을 가압한다. 이때, 제1 및 제 2 가압 패드(131, 132)는 탄성 가압부재(140)에 탄성적으로 밀려 들어가게 되어 전지 셀(1)의 테라스 영역(1b) 접촉시 충격이 흡수될 수 있으며, 상기 탄성 가압부재(140)의 탄성 복원력이 작용하여 접촉 상태가 보다 안정적으로 유지될 수 있다.
한편, 제1 및 제2 그리퍼(121, 122)의 돌출된 구조는, 제1 및 제2 가압 패드(131, 132)가 탄성 가압부재(140)에 의해 복원된 상태보다 높은 높이를 갖는다. 도면상 제1 및 제2 그리퍼(121, 122)의 돌출된 구조는, 제1 및 제2 가압 패드(131, 132)가 탄성 가압부재(140)에 의해 복원된 상태와 동일한 높이를 갖도록 도시되어 있으나, 이에 한정하는 것은 아니다. 구체적으로, 제1 및 제2 그리퍼(121, 122)의 돌출된 구조는, 제1 및 제2 가압 패드(131, 132)가 탄성 가압부재(140)에 의해 복원된 상태의 높이에 대하여 약 10 % 이상 높은 높이를 갖는다. 예를 들어, 제1 및 제2 가압 패드(131, 132)가 탄성 가압부재(140)에 의해 복원된 상태의 높이가 20mm 라고 할때, 제1 및 제2 그리퍼(121, 122)의 돌출된 구조는 22 mm 가 된다. 이는, 전지 셀(1)의 활성화 과정에서 테라스 영역(1b)에는 부품 현상이 발생할 때, 제1 및 제2 그리퍼(121, 122)는 전지 셀(1)의 리드 영역(1a)으로부터 분리되는 것을 방지하기 위함이다.
아울러, 제1 및 제2 가압 패드(131, 132)는, 전지 셀(1)의 테라스 영역(1b)의 폭과 길이 대비 80 % 이상의 크기를 갖는 바 형상의 구조이다. 예를 들면, 제1 및 제2 가압 패드(131, 132)는 전지 셀(1)의 테라스 영역(1b)의 폭과 길이에 대응되는 구조일 수 있다. 이는, 제1 및 제2 가압 패드(131, 132)가 전지 셀(1)의 테라스 영역(1b)과 직접적으로 접촉하는 면적을 늘려 보다 효율적으로 가압하기 위함이다. 나아가, 상기 제1 및 제2 가압 패드(131, 132)는 전지 셀(1)의 테라스 영역(1b)과 직접 접촉하는 부분으로 에폭시(epoxy) 재질로 제조될 수 있다(도 5 참조).
한편, 상기 제1 및 제2 가압 패드(131, 132)는 각각 제1 및 제2 그리퍼(121, 122)와 일체형으로 형성될 수 있으나, 전지 셀(1)의 리드 영역(1a)과 테라스 영역(1b)에는 서로 단차가 형성되어 있어, 바람직하지 않다. 아울러, 테라스 영역(1b)에는 부품 현상이 발생할 수 있어, 제1 및 제2 가압 패드(131, 132)는 각각 제1 및 제2 그리퍼(121, 122)와 일체형으로 형성되는 경우에는 제1 및 제2 그리퍼(121, 122)는 전지 셀(1)의 리드 영역(1a)으로부터 분리되는 문제가 발생할 수 있다.
이러한 구성에 의하여, 본 발명에 따른 전지 셀의 충방전 장치(100)는 전지 셀(1)의 활성화 공정에서 전지 셀(1)의 테라스 영역(1b)의 부품 현상을 억제할 수 있다.
(제2 실시형태)
도 6은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지 셀의 충방전 장치를 보여주는 모식도이다.
도 6을 참조하면, 전지 셀의 충방전 장치(200)는 전지 셀(1)을 사이에 두고 양면을 가압하는 제1 및 제2 플레이트(211, 212); 제1 및 제2 플레이트(211, 212)에 각각 연결되되, 서로 대면하는 부위에 돌출되어 전지 셀(1)의 리드 영역(1a)과 접촉하는 구조를 갖는 제1 및 제2 그리퍼(221, 222); 및 제1 및 제2 그리퍼(221, 222)의 내측에 위치하여 전지 셀(1)의 테라스 영역(1b)과 접촉하는 제1 및 제2 가압 패드(231, 232)를 포함하여 구성된다. 특히, 본 발명에 따른 전지 셀의 충방전 장치(200)는 제1 가압 패드(231)와 제1 플레이트(211) 사이 및 제2 가압 패드(232)와 제2 플레이트(212) 사이에 탄성 가압부재(240)가 개재되는 구조를 갖는다. 이에 따라, 상기 제1 및 제2 가압 패드(231, 232)는 전지 셀(1)의 테라스 영역(1b)을 용이하게 가압할 수 있다.
나아가, 본 발명에 따른 전지 셀의 충방전 장치(200)는 제1 그리퍼(221)와 제1 플레이트(211) 사이, 및 제2 그리퍼(222)와 제2 플레이트(212) 사이에 탄성 가압부재(240)가 개재되는 구조를 갖는다. 예를 들어, 본 발명에 따른 전지 셀의 충방전 장치(200)는 제2 그리퍼(222)와 제2 플레이트(212) 사이에 탄성 가압부재(240')가 개재되는 구조를 갖는다.
구체적으로, 제1 및 제2 플레이트(211, 212)가 전지 셀(1)을 가압할 때, 상기 탄성 가압부재(240')에 연결되는 제2 그리퍼(222)는, 탄성적으로 밀려 들어가게 되어 전지 셀(1)의 리드 영역(1a)과 접촉시 충격이 흡수될 수 있으며, 탄성 가압부재(240)의 탄성 복원력이 작용하여 접촉 상태가 보다 안정적으로 유지될 수 있다. 한편, 상기 제2 그리퍼(222)와 제2 플레이트(211) 사이에 배치되는 탄성 가압부재(240')는 가압 패드(231, 232)와 플레이트(211, 212) 사이에 배치되는 탄성 가압부재(240)와는 탄성계수가 서로 다를 수 있다.
이러한 구성에 의하여, 본 발명에 따른 전지 셀의 충방전 장치(200)는 리드 영역(1a)을 용이하게 고정할 수 있으며, 전지 셀(1)의 활성화 공정에서 전지 셀(1)의 테라스 영역(1b)의 부품 현상을 억제할 수 있다.
본 발명에 따른 전지 셀의 충방전 장치의 구성에 대한 설명은 상술하였으므로, 각 구성의 구체적인 설명은 생략하도록 한다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 도면을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자 또는 해당 기술 분야에 통상의 지식을 갖는 자라면, 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 기술 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허청구범위에 의해 정하여져야만 할 것이다.
[부호의 설명]
1: 전지 셀
1a: 리드 영역
1b: 테라스 영역
1c: 바디 영역
10, 100, 200: 전지 셀의 충방전 장치
111, 211: 제1 플레이트
112, 212: 제2 플레이트
121, 221: 제1 그리퍼
122, 222: 제2 그리퍼
131, 231: 제1 가압 패드
132, 232: 제2 가압 패드
140, 240, 240': 탄성 가압부재

Claims (13)

  1. 전지 셀을 사이에 두고 양면을 가압하는 제1 및 제2 플레이트;
    제1 및 제2 플레이트에 각각 연결되되, 서로 대면하는 부위에 돌출되어 전지 셀의 리드 영역과 접촉하는 구조를 갖는 제1 및 제2 그리퍼; 및
    제1 및 제2 그리퍼의 내측에 위치하여 전지 셀의 테라스 영역과 접촉하는 제1 및 제2 가압 패드를 포함하며,
    상기 제1 가압 패드와 제1 플레이트 사이 및 제2 가압 패드와 제2 플레이트 사이에 탄성 가압부재가 개재되어,
    상기 제1 및 제2 가압 패드는, 전지 셀의 테라스 영역을 가압하는 것을 특징으로 하는 전지 셀의 충방전 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    탄성 가압부재는, 코일 스프링, 판 스프링 또는 고무소재인 전지 셀의 충방전 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    제1 및 제2 그리퍼의 돌출된 구조는, 제1 및 제2 가압 패드가 탄성 가압부재에 의해 복원된 상태보다 높은 높이를 갖는 구조인 전지 셀의 충방전 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    제1 및 제2 그리퍼는, 전지 셀의 리드 영역과 접촉하는 표면에 양각 또는 음각의 그리드가 형성된 구조인 전지 셀의 충방전 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    제1 및 제2 그리퍼에 형성된 그리드의 함입 깊이 또는 돌출 높이는, 평균 0.001 내지 1 mm 범위인 전지 셀의 충방전 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    제1 그리퍼와 제1 플레이트 사이, 및 제2 그리퍼와 제2 플레이트 사이 중 하나 이상은 탄성 가압부재가 개재되는 구조를 갖는 전지 셀의 충방전 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    제1 및 제2 가압 패드는, 전지 셀의 테라스 영역의 폭과 길이에 대하여, 80 % 이상의 크기를 갖는 바 형상의 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 전지 셀의 충방전 장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    제1 그리퍼는, 제1 플레이트의 양측 단부에 각각 연결되되, 제1 플레이트와 수직 돌출된 구조이며,
    제2 그리퍼는, 제2 플레이트의 양측 단부에 각각 연결되되, 제2 플레이트와 수직 돌출된 구조인 전지 셀의 충방전 장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    제1 가압 패드는, 제1 플레이트의 양측에 각각 탄성 가압부재에 의해 장착되되, 제1 그리퍼의 내측에 장착되는 구조이며,
    제2 가압 패드는, 제2 플레이트의 양측에 각각 탄성 가압부재에 의해 장착되되, 제2 그리퍼의 내측에 장착되는 구조인 전지 셀의 충방전 장치.
  10. 제 1 항에 있어서,
    제1 및 제2 플레이트는, 절연성 소재이며,
    제1 및 제2 그리퍼는, 전도성 소재인 전지 셀의 충방전 장치.
  11. 제 1 항에 있어서,
    제1 및 제2 그리퍼는, 전지 셀의 리드 영역과 접촉하여 전류를 인가하는 전류 단자가 전기적으로 연결되는 구조인 전지 셀의 충방전 장치.
  12. 제 11 항에 있어서,
    제1 및 제2 그리퍼는, 전지 셀의 리드 영역과 접촉하여 전압을 검출하는 전압 단자가 전기적으로 연결되는 구조인 전지 셀의 충방전 장치.
  13. 제 1 항에 따른 전지 셀의 충방전 장치를 이용한 전지 셀의 충방전 방법.
PCT/KR2021/017127 2020-12-01 2021-11-22 전지 셀의 충방전 장치 및 이를 이용한 전지 셀의 충방전 방법 WO2022119198A1 (ko)

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