(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電極組立体が収容されたパウチケースを封止するパウチ型二次電池の封止装置であって、
前記封止装置は上下部封止ブロックを含み、前記上下部封止ブロックには、パウチ型二次電池のリードに対応する位置に傾斜状の段差部を含む封止溝がそれぞれ形成され、  
前記封止溝へ前記リードが安着するように導くリードガイドが、前記封止ブロックの前に設けられ、
前記リードガイドは、前記リードが入れる離隔空間を形成する一対のブロックであり、
前記ブロックは、前記リードに向ける角部分が面取りされた先細りの斜面形状であり、
前記離隔空間は、前記リードの幅から０．１ｍｍ〜２．０ｍｍ範囲だけ離れており、
前記リードガイドは、封止行程の進行時において、前記下部封止ブロックの封止溝が前記１対のブロックの先細り斜面下方の前記離隔空間内の高さに位置する形で配置され、
前記リードガイドが、前記封止ブロックよりも先に前記リードの位置を決定することを特徴とする、封止装置。
【請求項２】
前記リードガイドは、上下左右に移動自在であることを特徴とする、請求項１に記載の封止装置。
【請求項３】
前記ブロック一端から他端までの幅が、前記封止溝の幅よりも大きいことを特徴とする、請求項１に記載の封止装置。
【請求項４】
前記ブロックは、相互左右に移動自在であることを特徴とする、請求項１に記載の封止装置。
【請求項５】
前記リードガイドが、弾性を有する材質からなることを特徴とする、請求項１に記載の封止装置。
【請求項６】
前記リードガイドが、絶縁性の物質からなることを特徴とする、請求項１に記載の封止装置。
【請求項７】
前記リードの位置を決定するに際し、前記リードガイドの上面の高さが、前記リードよりも高く位置することを特徴とする、請求項１に記載の封止装置。
【請求項８】
前記先細りの斜面が、平たい面であることを特徴とする、請求項１に記載の封止装置。
【請求項９】
前記先細りの斜面が、上方へ膨らんでいることを特徴とする、請求項１に記載の封止装置。
【請求項１０】
前記先細りの斜面が、下方へ凹んでいることを特徴とする、請求項１に記載の封止装置。
【請求項１１】
前記リードガイドが、前記リードの位置を決定するために前記離隔空間を維持したまま上下方向へ作動することを特徴とする、請求項１に記載の封止装置。
【請求項１２】
前記リードガイドが、前記リードの位置を決定するために左右方向に作動することで前記離隔空間を合わせることを特徴とする、請求項１に記載の封止装置。
【請求項１３】
前記リードガイドが、前記リードの位置を決定するためにピボット方式によって作動することで前記離隔空間を合わせることを特徴とする、請求項１に記載の封止装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パウチ型二次電池の製造のための封止装置に関し、より詳しくは、パウチケースとリードとの封止部が改善した、パウチ型二次電池の製造のための封止装置に関する。
【０００２】
本出願は、２０１５年４月２日出願の韓国特許出願第１０−２０１５−００４６９３２号及び２０１６年３月１５日出願の韓国特許出願第１０−２０１６−００３０９７４号に基づく優先権を主張し、該当出願の明細書及び図面に開示された内容は、すべて本出願に援用される。
【背景技術】
【０００３】
充電及び放電が可能な二次電池は、デジタルカメラ、携帯電話、ノートブックＰＣ、ハイブリッド自動車などの先端分野への研究開発が盛んでいある。二次電池には、ニッケル−カドミウム電池、ニッケル−メタルハイドライド電池、ニッケル−水素電池、リチウム二次電池が挙げられる。この中で、リチウム二次電池は、携帯用電子機器の電源として用いられるか、または複数を直列接続して高出力のハイブリッド自動車に用いられ、ニッケル−カドミウム電池や、ニッケル−メタルハイドライド電池に比べて作動電圧が３倍も高く、単位重量当たりエネルギー密度の特性にも優れており、その使用が急速に広がっている。
【０００４】
このようなリチウム二次電池は、円筒状（ｃｙｌｉｎｄｅｒ  ｔｙｐｅ）、角型（ｐｒｉｓｍａｔｉｃ  ｔｙｐｅ）などの多様な形態に製造可能であるが、最近、柔軟性を有するパウチ型（ｐｏｕｃｈ  ｔｙｐｅ）に製造されたパウチ型二次電池が脚光を浴びている。
【０００５】
図１は、一般的なパウチ型二次電池１０、及びパウチ型二次電池１０を封止する封止装置２０を示している。
【０００６】
図１を参照すれば、パウチ型二次電池１０は、上部パウチ１５ａと下部パウチ１５ｂで構成されたパウチケース及びリード１７を含む。リード１７は、パウチ１５ａ、１５ｂの外側へ突出するようパウチ１５ａ、１５ｂに収容する電極組立体（図示せず）から延びて形成される。そして、パウチ１５ａ、１５ｂの縁に沿ってパウチ１５ａ、１５ｂが密閉されるように封止する封止部１５が形成される。
【０００７】
封止装置２０は、パウチ封止部１５の上部及び下部に昇降手段３０によって昇降可能に設けられ、昇降によって封止部１５を加圧する。ここで、封止装置２０は、内蔵された加熱手段（図示せず）によって熱を発生させて封止部１５を加熱する。即ち、封止装置２０が封止部１５を加熱して加圧することによってパウチ１５ａ、１５ｂの高分子が溶着することで封止される。
【０００８】
ここで、パウチ１５ａ、１５ｂの内部の電解液が、リード１７とパウチ１５ａ、１５ｂとの接合部位を伝わって介して漏れるのを漏液（ｌｅａｋａｇｅ）を防止するために、図２に示すのように、リード１７に薄い樹脂フィルム１８をコーティングする。して封止工程に適用している。図２の（ａ）は、リードの上面図であり、（ｂ）は（ａ）の線Ｂ−Ｂ’に沿って見た断面図である。
【０００９】
しかし、通常５０μｍ〜１０００μｍの厚さを有するリード１７は、前記のようにフィルム１８をがコーティングしされたとしても、図３に示したように上下部側のパウチ１５ａ、１５ｂに介された状態となることから、リード１７の両側面に対応する部位のパウチが熱溶着封止装置によっては完全に接合されずないので、電解液が漏れる。即ち、リード１７は、前記所定の厚さを有しているため、パウチ１５ａ、１５ｂが接合されるとしても、リード１７の厚さによって接合部位が浮き上がるようになる。前述のように、リード１７の周りの上下部ケースが不完全に接合されれば、リードの周りへ電解液が漏れて二次電池の充放電による電気的特性を低下させるという問題が発生する。このような問題点を解決するために、リード１７を挟んで封止する、改善した封止装置が公知となっており、これを図４に示すした。
【００１０】
図４を参照すれば、封止装置４０は、加熱手段（図示せず）が設けられた上下部加熱ブロック４１、４２を備え、上下部ケース１５ａ、１５ｂに介されるリード１７に対応する加熱ブロック４１、４２部分には、封止時にリード１７が安着する封止溝４１ａ、４２ａを形成した。封止溝４１ａ、４２ａは、リード１７が安着して、リード１７以外の部分が充分加圧されて封止されるように構成されている。そして、リード１７は、その厚さだけ封止溝４１ａ、４２ａによって補償された状態で封止される。
【００１１】
ところが、現在の封止工程上、リード１７が常に一定に封止溝４１ａ、４２ａに位置するわけことではないため、封止溝４１ａ、４２ａは、図５のように通常、リード１７の断面形状における公差を考慮した余裕ｄを有するようになる。通常、封止溝４１ａ、４２ａのは、幅は、長さがリード１７の幅長さよりも１０％程度広く形成される。
【００１２】
図６の点線矢印で示したように、リード１７が安着する位置が一定でなくても封止工程は進む。しかし、このような余裕空間により、封止溝４１ａ、４２ａとリード１７との幅長さの差、即ち、余裕空間分だけ封止装置４０によって加圧されない非封止部位が発生するようになる。そして、リード１７の厚さが厚くなることによって、封止溝４１ａ、４２ａの深さと幅長さが増加するほど非封止部位も大きくなる。また、封止条件やリード条件が変わるとき、図６のように封止溝４２ａとフィルム１８との間の空間、ギャップを満たすことができなくて、完全密封されず電解液が漏れてしまい、不良を起こす要素として作用する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、リードが常に一定に封止溝に位置できるようにして完全封止することで、電解液の漏れ液を防止できるパウチ型二次電池の封止装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記の課題を達成するため、本発明による封止装置は、電極組立体が収容されたパウチケースを封止するパウチ型二次電池の封止装置であって、前記封止装置は上下部封止ブロックを含み、前記上下部封止ブロックの少なくともいずれか一方の封止ブロックには、パウチ型二次電池のリードに対応する位置に傾斜状の段差部を含む封止溝が形成されており、前記封止溝へ前記リードが安着するように導くリードガイドが、前記封止ブロックの前に設けられることを特徴とする。
【００１５】
前記リードガイドは、前記リードが入れる離隔空間を形成する一対のブロックであることが望ましい。ここで、前記ブロックは、前記リードに向ける角部分が面取りされた先細り形状であり得る。前記離隔空間は、前記リードの幅から０．１ｍｍ〜２．０ｍｍ範囲だけ離れるように設計することができる。
【００１６】
封止工程時、前記リードガイドは、前記封止ブロックよりも先に前記リードの位置を決定できる。または、前記リードガイドは、前記封止ブロックと同時に適用され、前記リードの位置を決定することもできる。
【００１７】
前記ブロックは略六面体形状であり、先細りの斜面は、平たい面または上方へ膨らんでいるか、下方へ凹んでいる形状であり得る。
【００１８】
前記リードガイドは、前記リードの位置を決定するために、前記離隔空間を維持したまま上下方向へ作動され得る。
【００１９】
前記リードガイドは、 前記リードの位置を決定するために左右方向に作動することで前記離隔空間を合わせ得る。
【００２０】
前記リードガイドは、前記リードの位置を決定するためにピボット方式によって作動することどで前記離隔空間を合わせ得る。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、リードガイドを設けることで、封止工程において、リードの封止溝へのポジショニング精密度が著しく高くなる。これによって、封止溝とフィルムとのギャップを最小化させることができ、パウチ封止部が均一に形成されて完全密封が可能となる。したがって、パウチ内部の電解液が、外部へ漏洩することを防止することができ、パウチ型二次電池の封止性及び信頼性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
本明細書に添付される次の図面は、本発明の望ましい実施例を例示するものであり、発明の詳細な説明とともに、本発明の技術的な思想をさらに理解させる役割をするため、本発明は図面に記載された事項だけに限定されて解釈されてはならない。
【図１】通常のパウチ型二次電池及び封止装置を示す図である。
【図２】リードに薄い樹脂フィルムがコーティングされた状態を示す図である。
【図３】従来の封止装置で封止した場合のリード部分を示す断面図である。
【図４】封止溝が設けられた従来の他の封止装置を示す図である。
【図５】従来の封止装置において、封止溝とリードフィルムとのギャップが発生する問題を説明するための図である。
【図６】従来の封止装置において、封止溝とリードフィルムとのギャップが発生する問題を説明するための図である。
【図７】発明による封止装置の概略的な斜視図である。
【図８】図７の封止装置にリードが安着する状態を示す正面図である。
【図９】図７の封止装置にリードが安着する状態を示す断面図である。
【図１０】本発明による封止装置に含まれ得るリードガイドの多様な構成を示す断面図である。
【図１１】本発明による封止装置に含まれ得るリードガイドの多様な作動方式を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、添付された図面を参照して本発明の望ましい実施例を詳しく説明する。これに先立ち、本明細書及び特許請求の範囲に用いた使われた用語や単語は通常的や辞書的な意味に限定して解釈されてはならず、発明者自らは発明を最善の方法で説明するために用語の概念を適切に定義できるという原則に則して、本発明の技術的な思想に応ずる意味及び概念で解釈されねばならない。したがって、本明細書に記載された実施例及び図面に示された構成は、本発明のもっとも望ましい一実施例に過ぎず、本発明の技術的な思想のすべてを代弁するものではないため、本出願の時点においてこれらに代替できる多様な均等物、及び変形例があり得ることを理解せねばならない。
【００２４】
図７は、本発明による封止装置の概略的な斜視図である。図８は、図７の封止装置にリードが安着する状態を示す正面図であり、図９はその断面図である。
【００２５】
先ず、図７に示すしたように、本発明による封止装置１４０は、バータイプ（ｂａｒ−ｔｙｐｅ）の２つの棒がパウチの上・下から封止部を熱圧着できるように上下部封止ブロック１４１、１４２を含む。上下部封止ブロック１４１、１４２には、パウチ型二次電池のリード１１７に対応する位置に、斜線状の段差部を含む封止溝１４１ａ、１４２ａが形成される。封止溝１４１ａ、１４２ａにリード１１７が安着するように導く、リードガイド１６０が封止ブロック１４１、１４２の前に設けられる。
【００２６】
封止ブロック１４１、１４２は、昇降可能に設けられる。ここで、昇降手段は、通常広く使われるシリンダーなどを設けることができるが、必ずしもこれに限定されずることではなく、封止ブロック１４１、１４２を昇・下降可能にするすべての手段を含む。
【００２７】
封止装置１４０は、リードが同一方向に突出したリチウム二次電池、即ち、単方向電池のリードに対応する位置に封止溝１４１ａ、１４２ａが形成されているものであり得る。または、封止装置１４０は、リードが相異なる方向に突出したリチウム二次電池、即ち、両方向電池のリードに対応する位置に封止溝１４１ａ、１４２ａが形成されているものであり得る。
【００２８】
封止溝１４１ａ、１４２ａは、封止ブロック１４１、１４２のいずれか一方のみに形成されてもよい。このとき、封止溝１４１ａ、１４２ａの深さは、リード厚さの１／２ないしリード厚さと同一の深さに形成できる。本実施例のように封止溝１４１ａ、１４２ａが封止ブロック１４１、１４２の両方にとも形成された場合、封止溝１４１ａ、１４２ａの各深さは、リード厚さの１／２になる深さに形成できる。
【００２９】
封止溝１４１ａ、１４２ａは、図示したように、斜線状の段差部を有する。 斜線型の段差部は、２段以上の段差から形成できる。
【００３０】
このような封止装置１４０は、パウチケースの中に収容された電極組立体から延びて突出するリードが、封止溝１４１ａ、１４２に安着した状態で封止が行われるようにする。
【００３１】
この際、電極組立体は、一つ以上の負極、分離膜、正極の順に積層して巻き取ったゼリーロール型電極組立体と、負極、分離膜、正極の順に積層された単位セルを長いフィルム形態の分離膜に配置した後、単一方向に巻き取った積層／折畳み型（ｓｔａｃｋ−ｆｏｌｄｉｎｇ  ｔｙｐｅ）電極組立体と、負極、分離膜、正極の順に積層された単位セルを長いフィルム形態の分離膜に配置した後、ジグザグ方向に巻き取った積層／折畳み型の電極組立体のうち、いずれか一つであり得る。
【００３２】
図７及び図８をともに参照すれば、本発明特有のリードガイド１６０は、リード１１７が入ることのできる離隔空間Ｄを形成する一対のブロック１６０ａ、１６０ｂである。
【００３３】
この際、ブロック１６０ａ、１６０ｂは、略六面体形状でありながら、図８に詳しく示したように、ブロック１６０ａ、１６０ｂにおいて、リード１１７に向けた角部分が面取りされた先細り形状であり得る。面取りされた部分間の間隔は、下の部分に比べて増えるため、リード１１７のポジショニング時、工程の余裕度が増す加できる。
【００３４】
図９の断面拡大図を参照すれば、リードのポジショニング時、リードガイド１６０の上面の高さは、リード１１７よりも高く構成できる。ブロック１６０ａ、１６０ｂの一端から他端までの幅は、封止溝１４１ａ、１４２ａの幅よりも大きくすることが安定的な形状である。リードガイド１６０は、別途の駆動手段によって上下左右に移動できる。ブロック１６０ａ、１６０ｂ間の離隔空間Ｄをリードサイズに合わせて変更できるよう、ブロック１６０ａ、１６０ｂも相互左右に移動できる。投入されるリードの条件に合わせて離隔空間Ｄを設定した後、続けて工程を行う間は、離隔空間Ｄの大きさを変更せず、他の条件のリードが投入されるときは、離隔空間Ｄを再設定して工程が進むようにする。
【００３５】
ブロック１６０ａ、１６０ｂは、リード１１７のポジショニング時、リード１１７に接触してもリード１１７に衝撃が加わらえられないよう、弾性を有する材質から構成することが望ましい。そして、電気的な問題が起こらないようにブロック１６０ａ、１６０ｂは、絶縁性の物質であることが望ましい。離隔空間Ｄは、リード１１７の幅から０．１ｍｍ〜２．０ｍｍ範囲だけ離れるように設計できる。即ち、ブロック１６０ａ、１６０ｂとリード１１７の縁との距離ｄ’が０．１ｍｍ〜２．０ｍｍであり得る。
【００３６】
パウチケースを構成する上下部パウチの場合、内層のレジン部と、外層の金属箔（主にアルミニウム箔）で構成され（金属箔層を覆う最外層に追加のレジン部を含むことも可能）、封止は、内層の熱可塑性樹脂（例えば、ポリプロピレン）からなるレジン部を加熱し圧着することで行われる。このために、パウチ封止部を一定温度及び圧力で加温、加圧することが必要となる。
【００３７】
リード１１７は、上下にシーラントである高分子フィルム１１８が位置する状態で製造されて提供される。パウチの縁に沿って上下に封止溝１４１ａ、１４２ａを設け、封止部を上下から押して一定圧力及び温度を加えることで封止が行われる。封止部に加えられる圧力は０．１〜５ＭＰａの範囲であることが適当である。また、封止が行われる間、封止部に加えられる圧力は、封止ブロック１４１、１４２に圧力ゲージを取り付けて封止が行われる間に続いて同一一定の圧力が加えるようにすることができる。封止部には２５〜５００℃の温度範囲の熱が加えられることが望ましい。２５℃未満では封止がうまく行われない恐れがあるだけでなく、電解液を気化させるに足りる熱エネルギーを伝達できない恐れがあり、５００℃を超過すれば、パウチ自体が熱によって損傷する恐れがあり、望ましくない。
【００３８】
リードガイド１６０がリード１１７のポジショニング精密度を向上させるため、封止工程時、図９のように、リード１１７の位置は常に一定となる。これによって、図９の断面拡大図を参照すれば、リードガイド１６０の設置によって封止時における位置誤差を減らすことができ、封止溝１４１ａ、１４２ａとフィルム１１８とのギャップがほとんどなくなることを確認することができる。
【００３９】
封止工程の進行時、リードガイド１６０は、封止ブロック１４１、１４２よりも先にリード１１７の位置を決定することができる。または、リードガイド１６０は、封止ブロック１４１、１４２と同時に適用され、リード１１７の位置を決定することもできる。
【００４０】
一方、図７〜図９を参照して説明した封止装置１４０において、リードガイド１６０は、一対のブロック１６０ａ、１６０ｂからなり、このようなブロック１６０ａ、１６０ｂの角部分が面取りされた先細り形状であることを述べた。
【００４１】
図１０は、本発明による封止装置に含まれ得る、リードガイドの多様な構成を示す断面図である。
【００４２】
図１０を参照すれば、ブロック１６０ａ、１６０ｂにおける先細りの斜面は、（ａ）のように平たい面であるか、（ｂ）のように上へ膨らんでいるか、（ｃ）のように下へ凹んでいる形状であり得る。（ａ）のような形態は、加工が容易となる。（ｂ）のような形態は、リードのポジショニング時、リードと接触してもリードに加えられる物理的衝撃を減らすことができる。（ｃ）のような形態は、リードのポジショニング時、工程余裕度がさらに増す加する。
【００４３】
前述の説明でリードガイド１６０のブロック１６０ａ、１６０ｂは、上下左右に移動でき、相互左右に移動自在であることを言及した。次の図１１は、本発明による封止装置に含まれ得るリードガイドの多様な作動方式を説明するための図である
【００４４】
図１１において、（ａ）は、リードガイド１６０のブロック１６０ａ、１６０ｂが上下方向に作動する場合を示し、（ｂ）は、リードガイド１６０のブロック１６０ａ、１６０ｂが左右方向に作動する場合を示す。作動方式は、（ａ）と  （ｂ）との組合せによって可能である。
【００４５】
投入されるリードの条件に合わせて離隔空間Ｄを設定した後、続けて工程を進む場合であれば、（ａ）のように離隔空間Ｄだけの間隔を有するブロック１６０ａ、１６０ｂを設けておいて、離隔空間Ｄを維持したままで封止装置の下から上方へブロック１６０ａ、１６０ｂがリードのポジショニング位置に上昇するようにすることができる。
【００４６】
または、（ｂ）のように、リードのポジショニングの前は、ブロック１６０ａ、１６０ｂ同士を離隔空間Ｄよりも遠く離隔するようにし、リードのポジショニング時に予め設定された離隔空間Ｄだけの間隔を有するように、ブロック１６０ａ、１６０ｂを左右方向に作動して離隔空間Ｄを合わせることもできる。
【００４７】
図１１の（ｃ）は、このような上下左右の作動方式とは相違にい、ピボット方式によるものである。（ｃ）に示したように、普段はブロック１６０ａ、１６０ｂを水平位置に置き、リードのポジショニングが必要なとき、各ブロック１６０ａ、１６０ｂに備えられた軸を中心に回転するようにし、ブロック１６０ａ、１６０ｂの間隔が離隔空間Ｄだけとなるようにすることもできる。
【００４８】
このように本発明は、リードガイド１６０を設けることで、より多様な厚さのリードを有する二次電池において、リード周辺のパウチケースの封止性を大幅に改善させることができる。リードとパウチケースとがより確実に密着するようにすることで電池の封止性を向上させることができ、この際、非封止部位を確実に減らすことができる。
【００４９】
そして、リードが常に一定に封止溝に位置するようにすることができるため、封止溝の設計時、リードの断面形状における公差を考慮しなくてもよい。即ち、余裕空間を置かずに封止溝の幅をリードの幅とほぼ同一に形成することができ、リードを封止溝に正確に安着させることが工程上容易となる。リードが封止溝に安定して安着して封止されるため、封止が常に正確かつ均一に行われ、電解液がの漏液れるの恐れがない。
【００５０】
近来年、需要が急激に増加している高容量・高出力の中・大型用二次電池の場合、含まれる単位セル及び容量の大きさに応じてリードの厚さが増加していることから、このようにリードの大きさが増加するほど従来の封止装置によって加圧されない非封止部位が大きくなり、封止が円滑に行われないという不具合があり、これによって封止の信頼性が低下するという問題点があるが、本発明によれば、リードの厚さに関わらずポジショニングが正確となるため、封止信頼性が担保される。
【００５１】
以上、本発明の望ましい実施例について図示及び説明したが、本発明は上述した特定の望ましい実施例に限定されず、特許請求の範囲で請求する本発明の要旨から外れることなく、当該発明が属する技術分野における通常の知識を持つ者であれば、だれでも多様に変形できることは言うまでもなく、かかる変形は特許請求の範囲内に含まれる。
【図１】
0006549243.tif 000002
【図２（ａ）】
0006549243.tif 000003
【図２（ｂ）】
0006549243.tif 000004
【図３】
0006549243.tif 000005
【図４】
0006549243.tif 000006
【図５】
0006549243.tif 000007
【図６】
0006549243.tif 000008
【図７】
0006549243.tif 000009
【図８】
0006549243.tif 000010
【図９】
0006549243.tif 000011
【図１０（ａ）】
0006549243.tif 000012
【図１０（ｂ）】
0006549243.tif 000013
【図１０（ｃ）】
0006549243.tif 000014
【図１１（ａ）】
0006549243.tif 000015
【図１１（ｂ）】
0006549243.tif 000016
【図１１（ｃ）】
0006549243.tif 000017