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JP-2026077686-A - 電池セル加圧装置及びこれを含む電池セル充放電装置

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Abstract

【課題】本発明の目的のうちの１つは、電池セルを等方加圧することができる電池セル加圧装置、及びこれを含む電池セル充放電装置を提供することである。本発明の目的のうちの他の１つは、加圧による電池セルの破損及びこれによるショート不良を防止できる電池セル加圧装置、及びこれを含む電池セル充放電装置を提供することである。本発明の目的のうちのまた他の１つは、活性化工程による電池セルの性能及び寿命の低下を防止できる電池セル加圧装置、及びこれを含む電池セル充放電装置を提供することである。 【解決手段】本発明は一実施例として、内部に電池セル（ｃｅｌｌ）が配置されるケース、及び前記ケースの内部を満たし、前記電池セルを加圧する流体を含み、前記ケースは、前記電池セルを充放電器と連結して前記電池セルに電流を印加する導電性部材が通過するホールを含む、電池セル加圧装置、及びこれを含む電池セル充放電装置を提供する。 【選択図】図３

Inventors

  • ラク・ヨン・チェ
  • スンヘ・ウ
  • ジ・ヨン・キム

Assignees

  • エルジー エナジー ソリューション リミテッド

Dates

Publication Date
20260513
Application Date
20260206
Priority Date
20220221

Claims (10)

  1. 内部に電池セル（ｃｅｌｌ）が配置されるケース、及び 前記ケースの内部を満たし、前記電池セルを加圧する流体、を含み、 前記ケースは、前記電池セルを充放電器と連結して前記電池セルに電流を印加する導電性部材が通過するホールを含む、電池セル加圧装置。
  2. 前記流体は、前記充放電器で前記電池セルを充放電する活性化工程において前記電池セルを等方加圧する、請求項１に記載の電池セル加圧装置。
  3. 前記ケースは、前記流体が前記ケースに注入される経路である注入部をさらに含む、請求項１に記載の電池セル加圧装置。
  4. 前記流体が前記電池セルを加圧する圧力は、３ＭＰａ以上１０ＭＰａ以下である、請求項１に記載の電池セル加圧装置。
  5. 前記流体は、絶縁性及び粘性を有する物質である、請求項１に記載の電池セル加圧装置。
  6. 前記流体は、オイルまたはゲル（ｇｅｌ）の状態である、請求項１に記載の電池セル加圧装置。
  7. 前記ケースは、３ＭＰａ以上１０ＭＰａ以下の圧力で変形しない耐圧性を有する、請求項１に記載の電池セル加圧装置。
  8. 前記電池セルは、正極、負極、及び固体電解質を含み、 前記正極の大きさ、前記負極の大きさ、及び前記固体電解質の大きさのうち少なくとも二つは互いに相違する、請求項１に記載の電池セル加圧装置。
  9. 前記電池セルは、パウチ型電池セルである、請求項１に記載の電池セル加圧装置。
  10. 請求項１～９のいずれか一項による電池セル加圧装置、及び 前記電池セル加圧装置で加圧される電池セルを充放電する充放電器、を含む、電池セル充放電装置。

Description

本出願は、２０２２年２月２１日付の韓国特許出願第１０－２０２２－００２２２６８号を基礎とする優先権の利益を主張し、該当韓国特許出願の文献に開示されたすべての内容は本明細書の一部として含む。 本開示は、電池セル加圧装置及びこれを含む電池セル充放電装置に関する。 モバイル機器に対する技術開発と需要が増加するに伴い、再充電が可能な二次電池は、多様なモバイル機器のエネルギー源として広範囲に使用されている。また、二次電池は、既存のガソリン車両やディーゼル車両の大気汚染等を解決するための方案として提示されている電気自動車、ハイブリッド自動車等のエネルギー源としてもまた注目されている。 二次電池は、電池ケースの形状によってコイン型電池、円筒形電池、角形電池及びパウチ型電池に分類される。このうちパウチ型電池は、金属層（ホイル）と前記金属層の上面と下面にコーティングされる合成樹脂層との多層膜で構成されるパウチ外装材を使用して外観を構成するので、金属缶を使用する円筒形あるいは角形より電池の重さを顕著に減らすことができて電池の軽量化が可能であり、多様な形態への変化が可能であるという長所があって大きな関心を集めている。 パウチ型電池は、一般的に電池を組立てる工程の後に電池セルを活性化する工程を経て製造される。一般的に活性化工程は、電池セルをジグで加圧し、電池セルに所定の電圧まで電流を印加して充電し放電させる過程を含む。最初のサイクル時の正極活物質の活性化及び負極における安定した表面膜（ＳＥＩ、Ｓｏｌｉｄ Ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）生成のためには、このような活性化工程が必須で伴わなければならない。 このような活性化工程では、電池セルの内部に多量のガスが発生するようになるが、電池セルの内部で発生したガスが効率的に除去されないと、パウチ外装材の中央部位が膨れ上がりながら電池の変形を誘発し、容量及び出力等の電池性能の低下を引き起こすだけでなく、電池の寿命にも悪影響を及ぼすようになる。 韓国公開特許第１０－２０１９－００７２２８９号公報 従来の電池セル加圧装置の斜視図である。従来の電池セル加圧装置で加圧される電池セルの断面図である。本発明の一実施例による電池セル加圧装置及びこれを含む電池セル充放電装置の斜視図である。本発明の一実施例による電池セル加圧装置で加圧される電池セルの断面図である。 以下、添付された図面を参照して、本発明の実施例を詳しく説明することにする。図面には、説明の便宜のために構成の全部または一部が誇張されて表現されていることがある。 また、本発明が添付された図面や本明細書で説明された内容に限定されるものではなく、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲内で、本発明が多様な形態で具現され得ることは当業者に明白なことである。 図１は、従来の電池セル加圧装置の斜視図を示す。 図２は、従来の電池セル加圧装置で加圧される電池セルの断面図を示す。 活性化工程において、ジグ２１１、２１２を含む電池セル加圧装置２１０で電池セル１０を加圧する場合がある。具体的には、電池セル加圧装置２１０の互いに向い合って配置されたジグ２１１、２１２の間に電池セル１０を配置し、電池セル１０の両面を加圧する場合がある。例えば、特許文献１は、板状に構成され相互対向して所定距離離隔されており、離隔空間に挿入される１つ以上のパウチ型二次電池を加圧するように構成された第１板状部材と第２板状部材を含むパウチ型二次電池の充放電用加圧ジグを開示している。 電池セル加圧装置で加圧される電池セル１０は、正極１１、負極１２、及び固体電解質１３を含み得る。また、それぞれ正極１１及び負極１２それぞれと連結された正極リード１４及び負極リード１５をさらに含むことができる。 電池セル１０は、パウチ１６に電池セル１０は、正極１１、負極１２、及び固体電解質１３が内蔵され、リード１４、１５の一部がパウチ１６の外部に露出するパウチ型電池セルであり得る。パウチ型電池セル１０は、正極１１及び負極１２の間に固体電解質１３を配置し、冷間等方加圧（ＣＩＰ；Ｃｏｌｄ Ｉｓｏｓｔａｔｉｃ Ｐｒｅｓｓ）または熱間等方加圧（ＷＩＰ；Ｗａｒｍ Ｉｓｏｓｔａｔｉｃ Ｐｒｅｓｓ）して層間接合した後、正極リード１４及び負極リード１５を付着して形成した電極組立体をパウチ１６に収納し、密封することにより製造することができる。 一方、電池セル１０の正極１１の大きさ、負極１２の大きさ、及び固体電解質１３の大きさのうち、少なくとも二つは互いに相違し得る。例えば、正極１１の大きさは、負極１２の大きさ及び固体電解質１３の大きさそれぞれより小さくあり得る。ここで、大きさは、長手方向Ｌでの長さ及び幅方向Ｗでの長さのうち少なくとも１つを意味し得る。 電池セル１０が従来の電池セル加圧装置２１０で一軸加圧される場合、正極１１、負極１２、及び固体電解質１３の大きさの差により、電池セルのクラック（ｃｒａｃｋ）等の破損及びこれによるショート不良が発生し得る。例えば、正極１１の大きさが固体電解質１３の大きさより小さい場合、正極１１と接する固体電解質１３にクラックが発生し得るし、これによって正極１１及び負極１２が互いに接したり、充放電時にリチウム析出が起きてショート不良が発生し得る。これは、電池セルの性能及び寿命の低下につながり得る。最近、固体電解質１３は３０μｍ以下に薄膜化している傾向があり、このような薄膜固体電解質１３を含む電池セル１０では、上述した問題が発生する可能性がさらに高くなる。 図３は、本発明の一実施例による電池セル加圧装置、及びこれを含む電池セル充放電装置の斜視図を示す。 図４は、本発明の一実施例による電池セル加圧装置で加圧される電池セルの断面図を示す。 図面を参考にすると、本発明の一実施例による電池セル充放電装置１００は、電池セル加圧装置１１０、及び電池セル加圧装置１１０で加圧される電池セル１０を充放電する充放電器１２０を含む。また、電池セル１０を充放電器１２０と連結して電池セル１０に電流を印加する導電性部材１３０をさらに含むことができる。 電池セル加圧装置１１０は、内部に電池セル１０が配置されるケース１１１、及びケース１１１の内部を満たし電池セル１０を加圧する流体１１２を含む。 ケース１１１の形状は特に制限されず、例えば、長方形の形状を有することができる。ケース１１１は、流体１１２の圧力によって変形しない耐圧性を有し得る。例えば、ケース１１１は数～数十ＭＰａ以下、例えば２０ＭＰａ、１５ＭＰａまたは１０ＭＰａ以下で変形しないものであり得る。より具体的には、ケース１１１は、流体１１２によって３ＭＰａ以上１０ＭＰａ以下、４ＭＰａ以上８ＭＰａ以下、５ＭＰａ以上６ＭＰａ以下の圧力で加圧されることができ、前記圧力範囲で変形しないものであり得る。また、ケース１１１は、流体１１２の浸透を防止するための耐水性を有し得る。このような観点から、ケース１１１の形成材料としては、アルミニウムＡｌ、ステンレス鋼ＳＵＳ、チタンＴｉ、ニッケルＮｉ、鉄Ｆｅ、銅Ｃｕ等の金属、またはこれらのうち２つ以上の合金を使用することができるが、これに制限されるものではない。 ケース１１１は、電池セル１０を充放電器１２０と連結して電池セル１０に電流を印加する導電性部材１３０が通過するホール１１３を含むことができる。ホール１１３は、それぞれ正極リード１４及び負極リード１５それぞれに連結される複数の導電性部材１３０それぞれが通過する複数のホール１１３であり得る。 ホール１１３の周囲には、ケース１１１の内部を満たす流体１１２がケース１１１の外部に排出されないようにするために、シーリング（ｓｅａｌｉｎｇ）部材（図示なし）が配置されることができる。言い換えると、ホール１１３及び導電性部材１３０の間には、シーリング部材が配置されて流体１１２がケース１１１の外部に排出されないようにすることができる。ホール１１３の大きさは、後述する注入部１１４の大きさより小さいことがあるが、場合によっては注入部１１４の大きさと同一か注入部１１４の大きさより大きいこともある。 また、ケース１１１は、流体１１２がケース１１１に注入される経路である注入部１１４をさらに含むことができる。注入部１１４は、ケース１１１内部の流体１１２の圧力にも、流体１１２がケース１１１の外部に排出されない構造を有することができる。注入部１１４は、ケース１１１への流体１１２の注入のためのホールと、流体１１２が注入された後に前記ホールを閉鎖しシーリング（ｓｅａｌｉｎｇ）するための栓を含むことができる。ただし、注入部１１４の構造がこれに制限されるものではない。 流体１１２は、充放電器１２０で電池セル１０を充放電する活性化工程において電池セル１０を加圧することができる。本発明の一実施例では、電池セル１０の加圧手段として流体１１２を使用することにより、電池セル１０を等方で均一に加圧することができる。すなわち、流体１１２は、電池セル１０を等方加圧することができる。 流体１１２が電池セル１０を加圧する圧力は、３ＭＰａ以上１０ＭＰａ以下、４ＭＰａ以上８ＭＰａ以下、５ＭＰａ以上６ＭＰａ以下であり得る。流体１１２が電池セル１０を加圧する圧力が３ＭＰａ未満の場合、電池セル１０を十分に加圧できず、ガスによる電池セル１０の膨張を引き起こし得る。また、流体１１２が電池セル１０を加圧する圧力が１０ＭＰａ超過の場合、電池セル１０の物理的、化学的損傷を引き起こし得る。好ましくは、流体１１２が電池セル１０を加圧する圧力は約５ＭＰａであり得る。 流体１１２としては、流体１１２自らの圧力によって変形しない物質を使用することができる。流体１１２は液体であり得、具体的にはオイルまたはゲルの状態であり得る。ただし、設計によっては流体１１２として気体、流動性固体等を使用することもできるものである。 また、流体１１２としては、０～１００℃の温度範囲で変形しない物質を使用することが好ましくあり得る。上記の範囲は、境界値である０℃及び１００℃を含む意味である。例えば、流体１１２としては、前記温度範囲で体積変化が少なく、硬化しない物質を使用することが好ましくあり得る。 また、流体１１２としては、電池セル１０の性能や寿命に影響を及ぼさない物質を使用することができ、絶縁性物質を使用することができる。 また、流体１１２としては、粘性を有し得る物質を使用することができる。例えば、流体１１２の粘度は１０００ｃＰ以下、好ましくは約１００ｃＰであり得る。これにより、流体１１２及び流体１１２の圧力が電池セル１０の全体領域に均一に分散されることができる。 充放電器１２０は、導電性部材１３０を介して電池セル１０に電流を印加して、電池セル１０を充放電することにより活性化させる。充放電器１２０は、電池セル１０を満充電した後エイジング（ａｇｉｎｇ）をしながら 開回路電圧（ＯＣＶ、ｏｐｅｎ ｃｉｒｃｕｉｔ ｖｏｌｔａｇｅ）の不良を検出し、この後、再び満放電して放電容量を測定した後、出荷のために容量の５０％に充電する方式等のような公知となった多様な形態の工程を用いて行われることができる。例えば、活性化工程は０．０５Ｃ～１Ｃの電流及び１．５Ｖ－５．０Ｖの電圧条件で進められることができるが、これに制限されるものではない。 導電性部材１３０は、電池セル１０を充放電器１２０と連結して電池セル１０に電流を印加する役割を行うことができる。導電性部材１３０は、それぞれ正極リード１４及び負極リード１５それぞれに連結される複数の導電性部材１３０であり得る。導電性部材１３０の形成材料としては、導電性物質を制限なしに使用することができる。例えば、導電性部材１３０は導線であり得る。 一方、電池セル加圧装置で加圧される電池セル１０は、図１及び図２に関する説明で上述したところと同じである。具体的には、電池セル加圧装置で加圧される電池