特許 7462666 電池セルアセンブリおよびその製造方法、それを含む電池モジュール

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-03-28

(45)【発行日】2024-04-05

(54)【発明の名称】電池セルアセンブリおよびその製造方法、それを含む電池モジュール

(51)【国際特許分類】

   H01M 50/289 20210101AFI20240329BHJP

   H01M 50/211 20210101ALI20240329BHJP

   H01M 50/256 20210101ALI20240329BHJP

   H01M 50/291 20210101ALI20240329BHJP

   H01M 50/293 20210101ALI20240329BHJP

【ＦＩ】

H01M50/289

H01M50/211

H01M50/256

H01M50/291

H01M50/293

【請求項の数】 5

(21)【出願番号】P 2021549861

(86)(22)【出願日】2020-02-04

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2022-04-26

(86)【国際出願番号】 KR2020001620

(87)【国際公開番号】W WO2020230980

(87)【国際公開日】2020-11-19

【審査請求日】2021-08-25

【審判番号】

【審判請求日】2023-04-19

(31)【優先権主張番号】10-2019-0056450

(32)【優先日】2019-05-14

(33)【優先権主張国・地域又は機関】KR

(73)【特許権者】

【識別番号】521065355

【氏名又は名称】エルジー エナジー ソリューション リミテッド

(74)【代理人】

【識別番号】100188558

【弁理士】

【氏名又は名称】飯田 雅人

(74)【代理人】

【識別番号】100110364

【弁理士】

【氏名又は名称】実広 信哉

(72)【発明者】

【氏名】スン・ジュン・キム

(72)【発明者】

【氏名】ヨン・ボム・チョ

【合議体】

【審判長】土居 仁士

【審判官】寺谷 大亮

【審判官】衣鳩 文彦

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１９－６７６７９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００２－２７９３８０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００４－１８９９３３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－２２６４（ＪＰ，Ａ）

【文献】韓国公開特許第１０－２０１５－００３７３１５（ＫＲ，Ａ）

【文献】特開２００５－２６９７３２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

H01M50/20-50/298

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数の電池セルが積層されている電池セルアセンブリの製造方法において、
一液型液状物質を使用して前記複数の電池セルのうち互いに隣り合う電池セルを結合する段階を含み、
前記一液型液状物質はスプレー塗布方式で前記電池セルにスプレー塗布パターン部を形成し、
前記一液型液状物質は一液型液状接着剤または一液型液状粘着剤であり、前記一液型液状接着剤はアルコール系接着剤であり、前記一液型液状粘着剤は水性系粘着剤であり、
前記一液型液状物質を使用して前記電池セルを結合する段階では、前記電池セルの下側でスプレー弁が前記電池セルに向かって前記一液型液状物質を噴射して前記電池セルの下部面に前記一液型液状物質を塗布して前記スプレー塗布パターン部を形成し、
前記一液型液状物質が塗布された前記電池セルの下部面に対向する前記電池セルの上部面を持ち上げて前記複数の電池セルが積層されるようにする段階をさらに含む、電池セルアセンブリの製造方法。

【請求項2】

前記一液型液状物質を使用して前記電池セルを結合する段階は、
コンベヤーによって前記電池セルがスプレーステーションに自動移送される段階、および
前記電池セルが固定された状態で前記スプレー弁が動きながら前記一液型液状物質が前記電池セルの下部面に噴射される段階をさらに含む、請求項１に記載の電池セルアセンブリの製造方法。

【請求項3】

前記一液型液状物質が水性系粘着剤である場合、前記一液型液状物質が塗布された電池セルが前記コンベヤーによって乾燥ステーションに自動移送された後、前記一液型液状物質を乾燥する段階をさらに含む、請求項２に記載の電池セルアセンブリの製造方法。

【請求項4】

前記一液型液状物質を乾燥する段階における乾燥条件は、前記電池セルの表面温度が前記電池セルの駆動温度より低くなるように設定する、請求項３に記載の電池セルアセンブリの製造方法。

【請求項5】

前記一液型液状物質を乾燥する段階では、熱風または紫外線照射が用いられる、請求項３に記載の電池セルアセンブリの製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

［関連出願との相互引用］
本出願は２０１９年５月１４日付韓国特許出願第１０－２０１９－００５６４５０号に基づく優先権の利益を主張し、当該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まれる。

【0002】

本発明は電池セルアセンブリおよびその製造方法に関し、より具体的には工程不良減少および収益性の向上のための電池セルアセンブリおよびその製造方法に関する。

【背景技術】

【0003】

製品群による適用容易性が高く、高いエネルギ密度等の電気的特性を有する二次電池は携帯用機器だけでなく電気的駆動源によって駆動する電気自動車またはハイブリッド自動車、電力貯蔵装置等に普遍的に応用されている。このような二次電池は、化石燃料の使用を画期的に減少させ得るという一次的な長所だけでなく、エネルギの使用に伴う副産物が全く発生しない点で環境に優しく、かつエネルギ効率性の向上のための新たなエネルギ源として注目されていている。

【0004】

小型モバイル機器にはデバイス１台当り一つまたは数個の電池セルが使用されることに対し、自動車等のような中大型デバイスには高出力大容量が必要である。したがって、多数の電池セルを電気的に接続した中大型電池モジュールが使用される。

【0005】

中大型電池モジュールは可能であれば小さい大きさと重量に製造されることが好ましいので、高い集積度で積層されることができ、容量に対して重量が小さい角形電池、パウチ型電池等が中大型電池モジュールの電池セルとして主に使用されている。特に、最近ではアルミニウムラミネートシートを電池ケースとして使用するパウチ型電池が多くの関心を集めている。

【0006】

図１は従来のパウチ型電池を示す斜視図である。図１を参照すると、二次電池１０は二つの電極リード１１，１２が互いに対向して電池本体１３の一端部１４ａと他の一端部１４ｂからそれぞれ突出している構造であり、電池ケース１４に電極組立体（図示せず）を収納した状態でケース１４の両端部１４ａ，１４ｂとそれらを連結する両側面１４ｃを接着することにより製造される。

【0007】

電池ケースは一般に樹脂層／金属箔膜層／樹脂層のラミネート構造からなっており、例えば、電池ケース表面がＯ（ｏｒｉｅｎｔｅｄ）－ナイロン層からなっている場合には、中大型電池モジュールを形成するために多数の電池セルを積層するとき、外部衝撃によって滑りやすい傾向がある。したがって、これを防止して電池セルの安定した積層構造を維持するために、電池ケースの表面に両面テープ等の粘着式接着剤または接着時の化学反応によって結合される化学接着剤等の接着部材を付着して電池セルを積層して中大型電池モジュールを形成する。

【0008】

しかし、このような類型の接着部材は長期間使用時には接着成分が劣化して接着力が大きく低下し得る。また、両面テープは転写されないかまたは伸びる問題等の不良が発生して工程中に持続的な管理が必要であり、単価が高いため収益性が低下している。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0009】

本発明が解決しようとする課題は、両面テープに代る一液型液状物質を使用することによって、工程不良の減少および収益性を向上させ得る電池セルアセンブリおよびその製造方法を提供する。

【0010】

しかし、本発明の実施形態が解決しようとする課題は、上述した課題に限定されず、本発明に含まれた技術的思想の範囲で多様に拡張することができる。

【課題を解決するための手段】

【0011】

本発明の一実施形態による電池セルアセンブリは、一方向に積層されている複数の電池セルを含み、前記複数の電池セルのうち互いに隣り合う電池セルは一液型物質で結合されており、前記一液型物質はアルコール系物質または水性系物質である。

【0012】

前記一液型物質は前記電池セルの一面に少なくとも２個の互いに平行なパターン部を含み得る。

【0013】

前記一液型物質は物理的に分離可能か、または化学物質を使用して分離可能である。

【0014】

本発明の他の一実施形態による電池モジュールは前述した電池セルアセンブリを含み得る。

【0015】

本発明の他の一実施形態による電池セルアセンブリの製造方法は、一方向に積層されている複数の電池セルのうち互いに隣り合う電池セルを、一液型液状物質を使用して結合する段階を含み、前記一液型液状物質はスプレー塗布方式で前記電池セルに塗布される。

【0016】

前記一液型液状物質は一液型液状接着剤または一液型液状粘着剤であり、前記一液型液状接着剤はアルコール系接着剤であり、前記一液型液状粘着剤は水性系粘着剤であり得る。

【0017】

前記一液型液状物質を使用して前記電池セルを結合する段階では、前記電池セルの下側でスプレー弁が前記電池セルに向かって前記一液型液状物質を噴射して前記電池セルの下部面に前記一液型液状物質が塗布され得る。

【0018】

前記一液型液状物質を使用して前記電池セルを結合する段階は、コンベヤーによって前記電池セルがスプレーステーションに自動移送される段階、および前記電池セルが固定された状態で前記スプレー弁が動きながら前記一液型液状物質が前記電池セルの下部面に噴射される段階をさらに含み得る。

【0019】

前記電池セルアセンブリの製造方法は、前記電池セルの上部面を持ち上げて（ｐｉｃｋ ｕｐ）前記複数の電池セルが積層されるようにする段階をさらに含み得る。

【0020】

前記一液型液状物質が水性系粘着剤である場合、前記一液型液状物質が塗布された電池セルが前記コンベヤーによって乾燥ステーションに自動移送された後前記一液型液状物質を乾燥する段階をさらに含み得る。

【0021】

前記一液型液状物質を乾燥する段階における乾燥条件は、前記電池セルの表面温度が前記電池セルの駆動温度より低くなるように設定し得る。

【0022】

前記一液型液状物質を乾燥する段階では熱風または紫外線照射が用いられ得る。

【発明の効果】

【0023】

実施形態によれば、両面テープを一液型液状物質に代えることにより従来の両面テープの使用による不良を減少させることができる。

【0024】

また、従来とは異なり電池セルの下部面に向かって一液型液状物質を噴射することによって、工程上の空間活用度を高め、他の機構物との干渉を除去することができる。

【0025】

また、一液型液状物質を使用することによって二液型液状接着剤に必要な原液と硬化剤の混合工程を省略して費用を節減することができる。

【0026】

また、液状物質を使用することによって電池セルの幅に応じた多様なパターンを有する接着形状を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【0027】

【図1】従来のパウチ型電池を示す斜視図である。

【図2】本発明の一実施形態による電池セルアセンブリの製造方法を示す図である。

【図3】本発明の一実施形態による電池セルアセンブリの製造方法を示す図である。

【図4】本発明の一実施形態による電池セルアセンブリの製造方法を示す図である。

【図5】本発明の一実施形態による電池セルアセンブリの製造方法を示す図である。

【図6】本発明の一実施形態による電池セルアセンブリの製造方法を示す図である。

【図7】本発明の他の一実施形態による電池セルアセンブリを示す斜視図である。

【発明を実施するための形態】

【0028】

以下、添付する図面を参照して本発明の様々な実施形態について本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者が容易に実施できるように詳細に説明する。本発明は様々な異なる形態で実現することができ、ここで説明する実施形態に限定されない。

【0029】

本発明を明確に説明するために説明と関係ない部分は省略し、明細書全体にわたって同一または類似の構成要素については同じ参照符号を付ける。

【0030】

また、図面に示す各構成の大きさおよび厚さは説明の便宜上任意に示したので、本発明は必ずしも示されたところに限定されない。図面で複数の層および領域を明確に表現するために厚さを誇張して示した。そして、図面において、説明の便宜上、一部の層および領域の厚さを誇張して示した。

【0031】

また、層、膜、領域、板等の部分が他の部分「上に」または「の上に」あるというとき、これは他の部分の「すぐ上に」ある場合だけでなくその中間にまた他の部分がある場合も含む。逆にある部分が他の部分の「すぐ上に」あるというときには中間に他の部分が存在しないことを意味する。また、基準になる部分「上に」または「の上に」あるということは基準になる部分の上または下に位置することであり、必ずしも重力の逆方向に向かって「上に」または「の上に」位置することを意味するものではない。

【0032】

また、明細書全体において、ある部分がある構成要素を「含む」というとき、これは特に反対の意味を示す記載がない限り、他の構成要素を除くのではなく他の構成要素をさらに含み得ることを意味する。

【0033】

また、明細書全体において、「平面上」というとき、これは対象部分を上から見たときを意味し、「断面上」というとき、これは対象部分を垂直に切断した断面を横から見たときを意味する。

【0034】

図２ないし図６は本発明の一実施形態による電池セルアセンブリの製造方法を示す図である。

【0035】

図２を参照すると、本実施形態による電池セル１００は互いに異なる極性を有する二つの電極リード１１０，１２０が互いに対向して電池本体の一端部と他の一端部からそれぞれ突出している構造であり、電池ケースに電極組立体を収納した状態で電池ケースの両端部とこれらを連結する両側面を接着することにより製造される。電池ケースは一般に樹脂層／金属箔膜層／樹脂層のラミネート構造からなっている。

【0036】

本実施形態による電池セルアセンブリの製造方法は、電池セル１００がコンベヤーによってスプレーステーション５００に自動移送される段階を含み得る。ここでコンベヤーは一定の距離間を自動的に連続運搬する機械装置であり、例示としてベルトコンベヤーまたはローラコンベヤーが用いられる。コンベヤーは一般に良く知られている機械装置であるため図示を省略する。

【0037】

スプレーステーション５００に移送されてきた電池セル１００は、その位置が固定された状態でスプレー弁３１０が既に設定された入力座標値に応じて動く。この時、スプレー弁３１０は電池セル１００の下側で電池セル１００に向かって接着剤３００を噴射し、電池セルの下部面１００Ｌに液状物質３００を塗布し得る。一般的なスプレー工程では、スプレーから噴射された物質が到達する対象物の上部から下部に位置する前記対象物に向かって噴射される方式であるが、本実施形態では従来に比べて噴射方向が反対になり工程上の工程活用度を高めて他の機構物との干渉を除去する長所がある。

【0038】

一例として図２および図３に示すように、陽極リード１２０に隣接する電池セルの下部面１００Ｌから陰極リード１１０の電池セルの下部面１００Ｌに向かってスプレー弁３１０が移動しながら液状物質３００を噴射し得る。スプレー弁３１０は電池セル１００の幅によって円形パターンスプレー（ｃｉｒｃｌｅ ｐａｔｔｅｒｎ ｓｐｒａｙ）またはファンパターンスプレー（ｆａｎ ｐａｔｔｅｒｎ ｓｐｒａｙ）等を用いることができる。

【0039】

本実施形態による液状物質３００は一液型液状物質を使用するが、一液型液状物質は一液型液状接着剤または一液型液状粘着剤を使用することができる。この時、一液型液状接着剤はアルコール系接着剤を使用し、一液型液状粘着剤は水性系接着剤であり得る。アルコール系接着剤は初期硬化がはやく、化学物質を使用して隣り合う電池セルを剥がすことができ、剥がした後にも接着特性が維持される。水性系粘着剤は環境にやさしい素材であり、物理的な力で隣り合う電池セルを剥がすことができ、剥がした後にも粘着特性が維持される。

【0040】

図４を参照すると、本実施形態による一液型液状物質３００が水性系粘着剤である場合、液状物質３００が塗布された電池セル１００がコンベヤーによって乾燥ステーション６００に自動移送された後液状物質３００を乾燥する段階をさらに含み得る。本実施形態で液状物質３００を乾燥するために熱風乾燥装置による熱風６１０を用いたが、紫外線照射方法を用いることもできる。液状物質３００を乾燥する段階における乾燥条件は、電池セルの表面温度が電池セルの駆動温度より低くなるように設定することが好ましい。

【0041】

他の実施形態として、一液型液状物質３００がアルコール系接着剤である場合には別途の硬化過程が不要であるため前記説明した乾燥過程を省略することができる。

【0042】

図５および図６を参照すると、本実施形態による電池セルアセンブリの製造方法は、電池セル１００の上部面を持ち上げて複数の電池セルが積層されるようにする段階をさらに含み得る。電池セル１００の上部面は液状物質３００が形成される電池セルの下部面１００Ｌに対応する面であり、液状物質３００が形成されない面であり得る。本実施形態による電池セルアセンブリは第１電池セル１００ａ、第１電池セル１００ａの上に一液型液状物質３００により接着されている第２電池セル１００ｂおよび第２電池セル１００ｂの上に積層される第３電池セル１００ｃを含み得る。このように複数の電池セルが積層されて電池セルアセンブリを形成し、複数の電池セルの電極リードが電気的に接続されることができる。

【0043】

電池セル１００の上部面を持ち上げるために持ち上げロボット４００が用いられる。持ち上げロボット４００には既に設定された座標値が入力されて電池セル１００の上部面を安定的に持ち上げて隣り合う電池セルに接着できるように積層工程を行い得る。

【0044】

以上のような本実施形態による電池セルアセンブリの製造方法によれば、従来の両面テープの未転写またはテープの伸びにより発生する固形分の塊を除去することができる。

【0045】

図７は本発明の他の一実施形態による電池セルアセンブリの斜視図である。

【0046】

図７を参照すると、本実施形態による電池セル１００は、二つの電極リード１１０，１２０が互いに対向して電池本体１３の一端部１４０ａと他の一端部１４０ｂからそれぞれ突出している構造であり、電池ケース１４０に電極組立体（図示せず）を収納した状態で電池ケース１４０の両端部１４０ａ，１４０ｂとこれらを連結する両側面１４０ｃを接着することにより製造することができる。以後図２ないし図６で説明した方法により電池セル１００の下部面に液状物質３００が形成されるようにすることができる。

【0047】

図７に示す図は一液型液状物質を使用して電池セル１００の下部面に一液型液状物質３００を形成した後に反転させた姿であり得る。前述した実施形態による製造方法によれば、電池セル１００の一方向に長く延びた一つの液状物質３００パターンを形成することもできるが、変形実施形態として次に説明するように多様なパターンを有する液状物質３００の形状を実現することもできる。

【0048】

この際、本実施形態によれば、図７に示すように、スプレー方式による塗布形状を変更して「⊂」形状の液状物質３００パターンを形成することもできる。これは塗布形状の一例であり、本実施形態による液状物質３００は一液型液状物質で形成することができ、一液型液状物質は電池セル１００の一面に少なくとも２個の互いに平行なパターン部を形成することができる。「⊂」形状の他にも電池セルの幅によって多様なパターンを有する液状物質３００形状を実現することができる。液状物質３００は乾燥または硬化以後に、隣り合う電池セル１００間の接着層になる。

【0049】

前述した多様な実施形態による電池セルアセンブリは、バスバー、バスバーフレームおよびケース等と結合して電池モジュールを形成することができる。

【0050】

以上、本発明の好ましい実施形態について詳細に説明したが、本発明の権利範囲はこれに限定されるものではなく、次の特許請求の範囲で定義している本発明の基本概念を用いた当業者の様々な変形および改良形態も本発明の権利範囲に属する。

【符号の説明】

【0051】

１００ 電池セル
１００Ｌ 下部面
３００ 一液型液状物質
３１０ スプレー弁
４００ ピックアップロボット
５００ スプレーステーション
６００ 乾燥ステーション
６１０ 熱風

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】