KR-20260061953-A - Insulator insertion device for battery

Abstract

본 발명의 일실시예에 따른 배터리용 절연부재 삽입장치는 절연부재가 고정되는 삽입푸셔를 포함하고, 상기 삽입푸셔는 상기 삽입푸셔의 하부에 배치되어 상기 절연부재에 삽입되는 센터링 가이드를 포함하는 것을 특징으로 한다. 또한, 상기 삽입푸셔는 상기 절연부재를 흡착하기 위한 하나 이상의 흡착 패드를 더 포함한다. 본 발명의 일실시예에 따른 배터리용 절연부재 삽입장치는 캔 내로 절연부재(insulator)를 정확하게 삽입할 수 있고, 절연부재의 역삽입을 방지할 수 있는 효과를 가진다.

Inventors

• 신정연
• 이제준
• 이상현

Assignees

• 주식회사 엘지에너지솔루션

Dates

Publication Date

20260506

Application Date

20241028

Claims (10)

1. 절연부재가 고정되는 삽입푸셔를 포함하고, 상기 삽입푸셔는 상기 삽입푸셔의 하부에 배치되어 상기 절연부재에 삽입되는 센터링 가이드를 포함하는 배터리용 절연부재 삽입장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 삽입푸셔는 상기 절연부재를 흡착하기 위한 하나 이상의 흡착 패드를 더 포함하는 배터리용 절연부재 삽입장치.
3. 제2항에 있어서, 복수의 상기 흡착 패드가 상기 센터링 가이드 주위에 배치되는 배터리용 절연부재 삽입장치.
4. 제1항에 있어서, 상기 센터링 가이드는 상기 절연부재의 관통홀에 삽입되는 배터리용 절연부재 삽입장치.
5. 제1항에 있어서, 상기 센터링 가이드는 상기 삽입푸셔의 하부 중앙에 배치되는 배터리용 절연부재 삽입장치.
6. 제5항에 있어서, 상기 센터링 가이드의 하단은 상기 절연부재보다 하방으로 돌출되는 배터리용 절연부재 삽입장치.
7. 제1항에 있어서, 상기 센터링 가이드는 원통형으로 이루어지는 배터리용 절연부재 삽입장치.
8. 제1항에 있어서, 상기 삽입푸셔는 상기 센터링 가이드를 탄성지지하는 탄성부재를 더 포함하는 배터리용 절연부재 삽입장치.
9. 제8항에 있어서, 상기 탄성부재는 스프링인 배터리용 절연부재 삽입장치.
10. 제8항에 있어서, 상기 탄성부재는 상기 센터링 가이드의 상측에 배치되는 배터리용 절연부재 삽입장치.

Description

배터리용 절연부재 삽입장치{Insulator insertion device for battery} 본 발명은 배터리용 절연부재 삽입장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 전지셀에 절연부재를 삽입하는 장치에 관한 것이다. 이차전지는 충전이 불가능한 일차전지와는 달리, 충·방전이 가능한 전지를 말하는 것으로서, 휴대용 기기 뿐만 아니라 전기적 구동원에 의하여 구동하는 전기차량(EV, Electric Vehicle), 하이브리드 차량(HEV, Hybrid Electric Vehicle) 등에 응용되고 있다. 현재 널리 사용되는 이차전지의 종류에는 리튬 이온 전지, 리튬 폴리머 전지, 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지 등이 있다. 이러한 단위 이차전지 셀, 즉, 단위 배터리 셀의 작동 전압은 약 2.5V ~ 4.6V이다. 따라서, 이보다 더 높은 출력 전압이 요구될 경우, 다수의 배터리 셀을 직렬로 연결하여 배터리 팩을 구성한다. 또한, 배터리 팩에 요구되는 충방전 용량에 따라 다수의 배터리 셀을 병렬 연결하여 배터리 팩을 구성하기도 한다. 따라서, 상기 배터리 팩에 포함되는 배터리 셀의 개수는 요구되는 출력 전압 또는 충방전 용량에 따라 다양하게 설정될 수 있다. 다수의 배터리 셀을 직렬/병렬로 연결하여 배터리 팩을 구성할 경우, 적어도 하나의 배터리 셀, 바람직하게, 다수의 배터리 셀로 이루어지는 배터리 모듈을 먼저 구성하고, 이러한 배터리 모듈을 적어도 하나 이용하고 기타 구성요소를 추가해 배터리 팩을 구성하는 방법이 일반적이다. 여기서, 배터리 모듈은 다수의 배터리 셀이 직렬 내지 병렬로 연결된 구성요소를 의미하고, 배터리 팩은 용량 및 출력 등을 높이기 위해 다수의 배터리 모듈이 직렬 내지 병렬로 연결된 구성요소를 의미할 수 있다. 배터리 셀은 전지 케이스의 형상에 따라 파우치형, 원통형, 각형 등으로 분류된다. 이 중 원통형 셀은 주로 금속 재질의 케이스를 원통형 구조로 만들어 사용하므로 안전성이 뛰어나고 케이스 내부에 젤리-롤 형태의 전극 조립체를 수용하여 에너지 밀도가 높고 여러 개의 셀을 직렬 또는 병렬로 연결하여 대용량의 전력 저장 장치를 구성하기 쉽다는 장점이 있다. 원통형 케이스에 내장되는 전극 조립체는 양극, 분리막, 음극의 적층 구조로 이루어진 충방전이 가능한 발전 소자로서, 젤리롤형, 스택형 및 스택/폴딩형으로 분류된다. 젤리롤형은 활물질이 도포된 긴 시트형의 양극과 음극 사이에 분리막을 개재하여 권취한 형태이고, 스택형은 소정 크기의 다수의 양극과 음극을 분리막이 개재된 상태에서 순차적으로 적층한 형태이며, 스택/폴딩형은 젤리롤형과 스택형의 복합 구조이다. 그 중 젤리롤형 전극 조립체는 제조가 용이하고 중량당 에너지 밀도가 높은 장점을 가지고 있다. 젤리롤 전극 조립체는 활물질이 각각 도포된 양극과 음극 사이에 분리막이 개재되어 권취된 형태이고, 양극에는 전극 조립체의 상부로 돌출되는 양극탭이 배치되며, 음극에는 전극 조립체의 하부로 돌출되는 음극탭이 배치될 수 있다. 원통형 전지셀 제조공정에서 절연부재(insulator)를 캔에 삽입하는 공정이 존재하는데, 이 삽입공정에서 절연부재(insulator)이 미세한 센터링 틀어짐으로 인해 캔 내부에서 뒤집힘이 발생할 수 있다. 이와 같이 절연부재(insulator)가 캔에 뒤집혀서 삽입되었을 때 젤리롤 삽입 후 CRW 저항 용접에서 불량이 발생할 수 있다. 도 1은 본 발명의 일실시예에서 원통형 전지셀을 도시한 도면이며, 도 2는 본 발명의 일실시예에서 원통형 전지셀의 종단면을 보여주는 도면이고, 도 3은 본 발명의 일실시예에서 전극 조립체를 도시한 도면이고, 도 4는 본 발명의 일실시예에서 전극 조립체가 권취되기 전 모습을 도시한 도면이며, 도 5는 본 발명의 일실시예에서 전극 조립체의 권취된 형태를 설명하기 위한 도면이고, 도 6은 본 발명의 일실시예에서 전극 조립체에 집전판을 결합하는 것을 설명하기 위한 도면이고, 도 7은 본 발명의 일실시예에서 삽입장치가 캔에 삽입되기 전 상태를 보여주는 도면이며, 도 8은 본 발명의 일실시예에서 삽입장치를 이용하여 캔에 절연부재가 삽입된 상태를 보여주는 도면이고, 도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 삽입장치를 도시한 도면이며, 도 10은 도 9의 일부 상세도이고, 도 11은 본 발명의 일실시예에서 배터리 팩을 도시한 도면이고, 도 12는 본 발명의 일실시예에서 배터리 팩이 장착된 전기 자동차를 도시한 도면이다. 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 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 따라서, 몇몇 실시예에서, 잘 알려진 공정 단계들, 잘 알려진 소자 구조 및 잘 알려진 기술들은 본 발명이 모호하게 해석되는 것을 피하기 위하여 구체적으로 설명되지 않는다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다. 도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타낼 수 있다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다. 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다. 또한, 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "아래에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 아래에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 아래에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다. 본 발명의 일실시예에 따른 배터리용 절연부재 삽입장치를 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 도 1은 본 발명의 일실시예에서 원통형 전지셀을 도시한 도면이며, 도 2는 본 발명의 일실시예에서 원통형 전지셀의 종단면을 보여주는 도면이고, 도 3은 본 발명의 일실시예에서 전극 조립체를 도시한 도면이고, 도 4는 본 발명의 일실시예에서 전극 조립체가 권취되기 전 모습을 도시한 도면이며, 도 5는 본 발명의 일실시예에서 전극 조립체의 권취된 형태를 설명하기 위한 도면이고, 도 6은 본 발명의 일실시예에서 전극 조립체에 집전판을 결합하는 것을 설명하기 위한 도면이고, 도 7은 본 발명의 일실시예에서 삽입장치가 캔에 삽입되기 전 상태를 보여주는 도면이며, 도 8은 본 발명의 일실시예에서 삽입장치를 이용하여 캔에 절연부재가 삽입된 상태를 보여주는 도면이고, 도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 삽입장치를 도시한 도면이며, 도 10은 도 9의 일부 상세도이고, 도 11은 본 발명의 일실시예에서 배터리 팩을 도시한 도면이고, 도 12는 본 발명의 일실시예에서 배터리 팩이 장착된 전기 자동차를 도시한 도면이다. 본 실시예에서 배터리용 절연부재 삽입장치(200)를 설명하기에 앞서 전지셀(100)에 대해 도 1 내지 도 6을 참조하여 설명한다. 전지셀(100)은 전극 조립체(110)가 원통형 캔에 내장되어 있는 원통형 전지셀(100)일 수 있다. 원통형 전지셀(100)은 젤리롤 형태의 전극 조립체(110), 및 전극 조립체(110)를 수용하기 위한 전지 케이스(120)를 포함할 수 있고, 전극 조립체(110)의 상단에 상부 절연 부재(150)가 배치될 수 있고, 전극 조립체(110)의 하단에 하부 절연 부재(160)가 배치될 수 있다. 전극 조립체(110)는 제1 전극(111), 제2 전극(113), 및 이들 사이에 분리막(112)을 개재하고 권취한 젤리롤 형태의 구조로, 그 중심부에 센터 핀(140)이 삽입될 수 있다. 원통형 전지셀(100)은 전극 조립체(110)를 전지 케이스(120)에 수납하고, 전지 케이스(120) 내에 전해액을 주입한 후에, 전지 케이스(120)의 상단에 캡 어셈블리(130)를 결합함으로써 형성될 수 있다. 전지 케이스(120)는 원통형이며, 젤리롤 형태의 전극 조립체(110)가 원통형의 전지 케이스(120)에 수납되어 원통형 이차 전지를 구현할 수 있다. 전지 케이스(120)는 비딩부(beading)(122) 및 크림핑부(crimping)(123)를 포함할 수 있다. 상기 비딩부(122)는 캡 어셈블리(130)의 안정적인 결합을 위한 것으로, 전지 케이스(120)의 외주면 상부에서 둘레방향을 따라 형성될 수 있고, 전지 케이스(120)의 외주면에서 전극 조립체(110)의 중심 방향으로 오목하게 들어가서 형성될 수 있다. 비딩부(122)는 전극 조립체(110)의 유동을 방지할 수 있다. 크림핑부(123)는 비딩부(122)의 상부에 배치되어 캡 어셈블리(130)의 가장자리 부분을 둘레방향을 따라 감싸도록 형성될 수 있다. 크림핑부(123)는 캡 어셈블리(130)의 안정적인 결합을 도모할 수 있다. 캡 어셈블리(130)는 전극 단자를 형성하는 상단 캡(131), 캡 플레이트(132) 및 기밀유지용 가스켓(133)을 포함할 수 있다. 상단 캡(131)은 양극 단자를 형성할 수 있다. 가스켓(133)은 크림핑부(123)와 비딩부(122)의 상부 내면에 장착되어 캡 어셈블리(130)와 전지 케이스(120) 간의 밀봉력을 증대시킬 수 있다. 제2 전극탭(111c)은 전극 조립체(110)에서 상부 방향으로 연장될 수 있다. 구체적으로는 전극 조립체(110)의 제2 전극(111)으로부터 연장될 수 있다. 제2 전극탭(111c)은 양극탭일 수 있다. 이러한 제2 전극탭(111c)이 캡 플레이트(132)와 접속되어, 상단 캡(131)이 전극 단자(양극 단자)로 작동할 수 있다. 상부 절연 부재(150)에는 개방부(151)가 형성되고, 제2 전극탭(111c)이 개방부(151)를 통하여 캡 플레이트(132)와 접속될 수 있다. 센터 핀(140)은 일반적으