特表 2023-553107 加圧チャネルおよびそれを含む二次電池充放電装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2023-12-20

(54)【発明の名称】加圧チャネルおよびそれを含む二次電池充放電装置

(51)【国際特許分類】

   H01M 10/04 20060101AFI20231213BHJP

   H01M 10/058 20100101ALI20231213BHJP

【ＦＩ】

H01M10/04 Z

H01M10/058

【審査請求】有

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2023534981

(86)(22)【出願日】2022-10-13

(85)【翻訳文提出日】2023-06-09

(86)【国際出願番号】 KR2022015469

(87)【国際公開番号】W WO2023063735

(87)【国際公開日】2023-04-20

(31)【優先権主張番号】10-2021-0137447

(32)【優先日】2021-10-15

(33)【優先権主張国・地域又は機関】KR

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【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】110000877

【氏名又は名称】弁理士法人ＲＹＵＫＡ国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】リー、ハク シク

(72)【発明者】

【氏名】キム、ジュン ワン

【テーマコード（参考）】

5H028

5H029

【Ｆターム（参考）】

5H028BB04

5H028BB05

5H028BB10

5H028BB17

5H028CC02

5H028EE01

5H028EE06

5H028HH00

5H029AJ14

5H029AK01

5H029AK03

5H029AL07

5H029AM01

5H029BJ04

5H029CJ02

5H029CJ03

5H029CJ16

5H029CJ30

5H029HJ12

(57)【要約】

本発明はフォーメーション工程時に発生する二次電池両端部の圧力低下を改善し得る加圧チャネルおよびそれを含む二次電池充放電装置に関するものであって、本発明の実施形態に係る加圧チャネルは、二次電池を挟んで上記二次電池の両面上に配置される一対の加圧プレートを含む。
上記加圧プレートは、第１熱膨張係数を有する物質で形成されたボディ部と、上記ボディ部の両端と連結形成され、上記第１熱膨張係数より大きい第２熱膨張係数を有する物質を含む熱膨張部を内部に含む外郭部と、を含む。

【特許請求の範囲】

【請求項1】

二次電池を挟んで前記二次電池の両面上に配置される一対の加圧プレート；を含み、
前記加圧プレートは、
第１熱膨張係数を有する物質で形成されたボディ部；
前記ボディ部の両端と連結形成され、前記第１熱膨張係数より大きい第２熱膨張係数を有する物質を含む熱膨張部を内部に含む外郭部；を含む、加圧チャネル。

【請求項2】

前記加圧プレートの少なくとも一面に形成されたヒーティングパッドと、
前記ヒーティングパッドが形成された前記加圧プレートの両面に形成されたシリコンパッドと、を含む、請求項１に記載の加圧チャネル。

【請求項3】

前記第１熱膨張係数を有する物質がアルミニウムである場合、前記第２熱膨張係数を有する物質は、
マグネシウム、亜鉛、錫、カドミウム、鉛、パラフィン、ゴムの中から選択された少なくともいずれか一つ以上を含む合成物で形成される、請求項１に記載の加圧チャネル。

【請求項4】

前記加圧プレートの中央を原点０とし、一側端部の位置を１とするとき、前記外郭部または前記熱膨張部は前記加圧プレートの原点０から前記一側端部方向に２／３以上の位置に形成される、請求項１に記載の加圧チャネル。

【請求項5】

前記外郭部は、
前記熱膨張部が挿入される挿入空間を具備した、請求項１から４のいずれか一項に記載の加圧チャネル。

【請求項6】

複数個の二次電池を内部に収容するフレームと、
前記フレーム内部に設置され、前記複数個の二次電池のうちいずれか一つの二次電池を挟んで両面上に配置される一対の加圧プレートと、を含む加圧チャネルが複数個で形成され、
前記加圧プレートは、
第１熱膨張係数を有する物質で形成されたボディ部と、
前記ボディ部の両端と連結形成され、前記第１熱膨張係数より大きい第２熱膨張係数を有する物質を含む熱膨張部を内部に含む外郭部と、を含む、二次電池充放電装置。

【請求項7】

前記加圧プレートの少なくとも一面に形成されたヒーティングパッドと、
前記ヒーティングパッドが形成された前記加圧プレートの両面に形成されたシリコンパッドと、を含む、請求項６に記載の二次電池充放電装置。

【請求項8】

前記第１熱膨張係数を有する物質がアルミニウムである場合、前記第２熱膨張係数を有する物質は、
マグネシウム、亜鉛、錫、カドミウム、鉛、パラフィン、ゴムの中から選択された少なくともいずれか一つ以上を含む合成物で形成される、請求項６に記載の二次電池充放電装置。

【請求項9】

前記加圧プレートの中央を原点０とし、一側端部の位置を１とするとき、前記外郭部または前記熱膨張部は前記加圧プレートの原点０から前記一側端部方向に２／３以上の位置に形成される、請求項６に記載の二次電池充放電装置。

【請求項10】

前記外郭部は、
前記熱膨張部が挿入される挿入空間を具備した、請求項６から９のいずれか一項に記載の二次電池充放電装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本出願は２０２１年１０月１５日付の韓国特許出願第１０－２０２１－０１３７４４７号に基づいた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まれる。

【0002】

本発明は二次電池充放電装置に関するものであって、より具体的には、フォーメーション工程時に発生する二次電池両端部の圧力低下を改善し得る加圧チャネルおよびそれを含む二次電池充放電装置に関するものである。

【背景技術】

【0003】

一般的に、二次電池はその形状により円筒型、角型、パウチ型などに区分することができる。そのうちパウチ型二次電池は金属層（ホイル）と金属層の上面と下面にコーティングされる合成樹脂層の多層膜で構成されるパウチ外装材を使って外観を構成するので、金属缶を使う円筒型または角型より電池の重さを顕著に減らすことができるため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るため多くの関心を集めている。

【0004】

このようなパウチ型二次電池には電極組立体が積層された形態で収容されるが、電極組立体には電極タブおよび電極リードが連結されており、電極リードはパウチ外装材から突出している。このような電極リードは外部装置と接触を通じて電気的に連結されて外部装置から電力の供給を受けることになる。

【0005】

パウチ型二次電池はセルを組み立てる過程と電池を活性化する過程を経て製造され、電池活性化段階では充放電装置に二次電池セルを搭載し、活性化に必要な条件で充電および放電を行うことになる。このように、電池の活性化のために充放電装置を利用して所定の充放電を実施する過程をフォーメーション（ｆｏｒｍａｔｉｏｎ）工程という。

【0006】

図１および図２を参照してフォーメーション工程に使われる従来技術に係る二次電池充放電装置を説明する。図１および図２は、従来技術に係る二次電池充放電装置が図示された図面である。

【0007】

図１および図２を参照すると、従来技術に係る二次電池充放電装置は、フレーム１と加圧プレート２と駆動部３（３ａ、３ｂ）を含む。駆動部３は駆動シャフト３ａと駆動モータ３ｂを含む。

【0008】

フレーム１内部に、複数個の加圧プレート２が配置され、加圧プレート２と加圧プレート２との間にはフォーメーション工程を行う二次電池Ｂが配置される。

【0009】

図１のように、駆動モータ３ｂの回転によって駆動シャフト３ａが回転しながら、これに噛み合っている複数個の加圧プレート２が一方向に移動すれば、図２のように、二次電池Ｂの両面を加圧プレート２が加圧することになる。

【0010】

一つの二次電池Ｂを挟んで二次電池Ｂの両面上に配置される一対の加圧プレート２が単位加圧チャネルＣＨを形成し、二次電池充放電装置はこのような単位加圧チャネルＣＨを複数個で具備する。いずれか一つの加圧プレート２は一つの単位加圧チャネルＣＨおよびそれに隣接した単位加圧チャネルを構成することになる。すなわち、隣接した二つの加圧チャネルは一つの加圧プレートを共有する構造である。

【0011】

図３は、従来技術に係る二次電池充放電装置を構成する一つの単位加圧チャネルＣＨが図示された断面図である。

【0012】

加圧チャネルＣＨは加圧プレート２と、加圧プレートの一面に形成されたヒーティングパッド２ｂと、ヒーティングパッド２ｂが形成された加圧プレートの両面に形成されたシリコンパッド２ａと、を含む。対向する一対の加圧プレート２の間には二次電池Ｂが介在される。

【0013】

図４は従来技術に係る二次電池充放電装置によって発生する問題点を説明するためのグラフであり、図５は従来技術に係る二次電池充放電装置によって発生する問題点を示すイメージである。

【0014】

図４および図５を参照すると、従来技術の二次電池充放電装置でフォーメーション工程を行うとき、二次電池Ｂの両端部Ｂａには圧力不均一現象が発生することが分かる。

【0015】

具体的には、図４を参照すると、二次電池の中央（原点０）で一側端部の位置が３００ｍｍであるとき、２００ｍｍ地点で急激な圧力低下が発生することが分かる。また、図５を参照すると、従来技術の二次電池充放電装置によってフォーメーション工程が行われた二次電池の両端部で急激な圧力低下が発生することが分かる。

【0016】

このような圧力不均一現象はリチウムが析出されるなどの品質劣化現象を引き起こす。このような圧力不均一現象は二次電池Ｂの全長方向の厚さの偏差によって発生し、従来技術の二次電池充放電装置はこれを十分に補償できないでいるのが実情である。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0017】

本発明は、フォーメーション工程時に発生する二次電池両端部の圧力低下を改善し得る加圧チャネルおよびこれを含む二次電池充放電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】

【0018】

本発明の実施形態に係る加圧チャネルは、
二次電池を挟んで上記二次電池の両面上に配置される一対の加圧プレートを含む。上記加圧プレートは、第１熱膨張係数を有する物質で形成されたボディ部と、上記ボディ部の両端と連結形成され、上記第１熱膨張係数より大きい第２熱膨張係数を有する物質を含む熱膨張部を内部に含む外郭部と、を含む。

【0019】

本発明の実施形態に係る加圧チャネルにおいて、上記加圧プレートの少なくとも一面に形成されたヒーティングパッドと、上記ヒーティングパッドが形成された加圧プレートの両面に形成されたシリコンパッドを含むことができる。

【0020】

本発明の実施形態に係る加圧チャネルにおいて、上記第１熱膨張係数を有する物質がアルミニウムである場合、上記第２熱膨張係数を有する物質は、マグネシウム、亜鉛、錫、カドミウム、鉛、パラフィン、ゴムの中から選択された少なくともいずれか一つ以上を含む合成物で形成され得る。

【0021】

本発明の実施形態に係る加圧チャネルにおいて、上記加圧プレートの中央を原点０とし、一側端部の位置を１とする時、上記外郭部または上記熱膨張部は上記加圧プレートの原点０から上記一側端部方向に２／３以上の位置に形成され得る。

【0022】

本発明の実施形態に係る加圧チャネルにおいて、上記外郭部は、上記熱膨張部が挿入される挿入空間を具備することができる。

【0023】

本発明の実施形態に係る二次電池充放電装置は、
複数個の二次電池を内部に収容するフレームと、上記フレーム内部に設置され、複数個の二次電池のうちいずれか一つの二次電池を挟んで両面上に配置される一対の加圧プレートと、を含む加圧チャネルが複数個で形成される。上記加圧プレートは、第１熱膨張係数を有する物質で形成されたボディ部と、上記ボディ部の両端と連結形成され、上記第１熱膨張係数より大きい第２熱膨張係数を有する物質を含む熱膨張部を内部に含む外郭部と、を含む。

【0024】

本発明の実施形態に係る二次電池充放電装置において、上記加圧プレートの少なくとも一面に形成されたヒーティングパッドと、上記ヒーティングパッドが形成された加圧プレートの両面に形成されたシリコンパッドを含むことができる。

【0025】

本発明の実施形態に係る二次電池充放電装置において、上記第１熱膨張係数を有する物質がアルミニウムである場合、上記第２熱膨張係数を有する物質は、マグネシウム、亜鉛、錫、カドミウム、鉛、パラフィン、ゴムの中から選択された少なくともいずれか一つ以上を含む合成物で形成され得る。

【0026】

本発明の実施形態に係る二次電池充放電装置において、上記加圧プレートの中央を原点０とし、一側端部の位置を１とする時、上記外郭部または上記熱膨張部は上記加圧プレートの原点０から上記一側端部方向に２／３以上の位置に形成され得る。

【0027】

本発明の実施形態に係る二次電池充放電装置において、上記外郭部は、上記熱膨張部が挿入される挿入空間を具備することができる。

【0028】

その他、本発明の多様な側面に係る具現例の具体的な事項は、以下の詳細な説明に含まれている。

【発明の効果】

【0029】

本発明の実施形態によると、フォーメーション工程時に発生する二次電池両端部の圧力低下を改善することができる。

【図面の簡単な説明】

【0030】

【図1】従来技術に係る二次電池充放電装置が図示された図面である。

【図2】従来技術に係る二次電池充放電装置が図示された図面である。

【図3】従来技術に係る二次電池充放電装置を構成する一つの単位加圧チャネルが図示された断面図である。

【図4】従来技術に係る二次電池充放電装置によって発生する問題点を説明するためのグラフである。

【図5】従来技術に係る二次電池充放電装置によって発生する問題点を示すイメージである。

【図6】本発明の実施形態に係る二次電池充放電装置に適用される二次電池が図示された分解斜視図である。

【図7】本発明の一実施形態に係る二次電池充放電装置を構成する一つの単位加圧チャネルが図示された断面図である。

【図8】熱膨張部が熱によって膨張するにつれて加圧プレートの外郭部が共に膨張することが概念的に図示された図面である。

【図9】本発明の一実施形態に係る加圧チャネルによって二次電池の両端部の圧力低下防止過程が概念的に図示された図面である。

【図10】本発明の他の実施形態に係る単位加圧チャネルを構成する加圧プレートが図示された分解斜視図である。

【発明を実施するための形態】

【0031】

本発明は多様な変換を加えることができ、多様な実施形態を有することができるところ、特定の実施形態を例示して詳細に説明しようとする。しかし、これは本発明を特定の実施形態に対して限定しようとするものではなく、本発明の思想および技術範囲に含まれるすべての変換、均等物または代替物を含むものとして理解されるべきである。

【0032】

本発明で使った用語は単に特定の実施形態を説明するために使われたものであって、本発明を限定しようとする意図ではない。単数の表現は文脈上明白に異なって意味しない限り、複数の表現を含む。本発明で、「含む」や「有する」等の用語は明細書上に記載された特徴、数字、段階、動作、構成要素、部品またはこれらを組み合わせたものが存在することを指定しようとするものであって、一つまたはそれ以上の他の特徴や数字、段階、動作、構成要素、部品またはこれらを組み合わせたものの存在または付加の可能性を予め排除しないものとして理解されるべきである。

【0033】

まず、図６を参照して二次電池について説明する。図６は本発明の実施形態に係る二次電池充放電装置に適用される二次電池が図示された分解斜視図である。

【0034】

図６を参照すると、二次電池Ｂは電池ケース１０および電池ケース１０の収容部１３に収容される電極組立体２０および電解液を含む。このとき、電極組立体２０は電極２３に電気的に連結される電極リード３０を含むことができる。

【0035】

電極組立体２０は充放電が可能な発電素子であって、電極２３と分離膜２４が交互に積層されて形成され得る。

【0036】

電極２３は正極２１および負極２２で構成され得る。このとき、電極組立体２０は正極２１／分離膜２４／負極２２が交互に積層された構造からなり得る。そして、電極リード３０は、正極２１と連結される正極リード、および負極２２と連結される負極リードを含むことができる。図６で、電極リード３０は、電極組立体２０の一方向に形成されたものとして例示されているが、電極組立体２０の両方向に形成されてもよい。

【0037】

正極２１は正極集電体と、正極集電体に積層された正極活物質を含むことができる。正極集電体はアルミニウム材質のホイル（Ｆｏｉｌ）からなり得る。正極活物質はリチウムマンガン酸化物、リチウムコバルト酸化物、リチウムニッケル酸化物、リチウムリン酸鉄、またはこれらのうち１種以上が含まれた化合物および混合物などからなり得る。

【0038】

負極２２は負極集電体と、負極集電体に積層された負極活物質を含むことができる。負極集電体は、例えば銅（Ｃｕ）材質からなるホイル（ｆｏｉｌ）からなり得る。負極活物質は黒鉛系物質を含む化合物または混合物であり得る。

【0039】

分離膜２４は絶縁材質からなって正極２１と負極２２との間を電気的に絶縁する。分離膜２４は微細多孔性を有するポリエチレン、ポリプロピレンなどのポリオレフィン系樹脂膜で形成され得る。

【0040】

次に、図７～図９を参照して本発明の一実施形態に係る単位加圧チャネルを説明する。図７は本発明の一実施形態に係る二次電池充放電装置を構成する一つの単位加圧チャネルが図示された断面図であり、図８は熱膨張部が熱によって膨張するにつれて加圧プレートの外郭部が共に膨張することが概念的に図示された図面であり、図９は本発明の一実施形態に係る加圧チャネルによって二次電池の両端部の圧力低下防止過程が概念的に図示された図面である。

【0041】

図７に図示された通り、本発明の一実施形態に係る単位加圧チャネル１００は、加圧プレート１１０、シリコンパッド１２０、ヒーティングパッド１３０を含む。

【0042】

ヒーティングパッド１３０は加圧プレート１１０の少なくとも一面に形成され、加圧プレート１１０に熱を供給する。

【0043】

シリコンパッド１２０はヒーティングパッド１３０が形成された加圧プレート１１０の両面に形成され、二次電池Ｂを加圧する。

【0044】

一対の加圧プレート１１０は一つの二次電池Ｂを挟んで二次電池Ｂの両面上に配置される。ここで、「両面上に配置」とは、二次電池Ｂの両面と離隔または接触する状態を含むことができる。フォーメーション工程のうち、加圧プレート１１０が二次電池Ｂを加圧すれば一対の加圧プレート１１０は二次電池Ｂの両面に接触する状態であり、加圧を解除すれば一対の加圧プレート１１０は二次電池Ｂの両面と離隔した状態である。

【0045】

具体的には、加圧プレート１１０はボディ部１１１と外郭部１１２を含み、外郭部１１２は熱膨張部１１３を含む。以下の説明で、ボディ部１１１と外郭部１１２は別個の領域として説明されるが、実質的にボディ部１１１と外郭部１１２はそれぞれ加圧プレート１１０の一領域を意味する。

【0046】

ボディ部１１１は、フォーメーション工程時に二次電池Ｂの圧力低下発生が相対的に少ない加圧プレート１１０の中央領域である。ボディ部１１１は、加圧プレート１１０の中央を原点Ｏとして加圧プレート１１０の両端方向（Ｏ－Ａ２方向）に、所定の長さ領域Ｏ～Ａ１に亘って形成される。

【0047】

ボディ部１１１の端部Ａ１の位置は二次電池Ｂに急激な圧力低下が発生する位置であり、上述した図４および図５を参照すると、ボディ部１１１の端部Ａ１の位置は加圧プレート１１０の原点Ｏから加圧プレート１１０の一側端部Ａ２までの距離の略２／３地点であることが分かる。

【0048】

これより、ボディ部１１１と連結形成される外郭部１１２は、加圧プレートの原点Ｏから加圧プレート１１０の一側端部方向に略２／３以上の位置に形成され得る。外郭部１１２内に形成された熱膨張部１１３も加圧プレートの原点Ｏから加圧プレート１１０の一側端部方向に略２／３以上の位置に形成され得る。

【0049】

外郭部１１２はフォーメーション工程時に二次電池Ｂの圧力低下が急激に発生する加圧プレート１１０の外郭領域である。上述した図４および図５を参照すると、外郭部１１２はボディ部１１１の端部Ａ１から加圧プレート１１０の一側端部Ａ２に亘って形成される。すなわち、外郭部１１２は所定の長さ領域Ａ１～Ａ２を具備する。

【0050】

ボディ部１１１と外郭部１１２はそれぞれ加圧プレート１１０の一領域であり、同じ材質で形成される。ボディ部１１１と外郭部１１２は第１熱膨張係数を有する金属で形成され得る。第１熱膨張係数を有する金属は、例えばアルミニウム（Ａｌ）であり得る。

【0051】

外郭部１１２は熱膨張部１１３を含む。外郭部１１２は熱膨張部１１３を囲む形態で形成され得る。熱膨張部１１３はボディ部１１１と外郭部１１２をなす物質の熱膨張係数である第１熱膨張係数より大きい第２熱膨張係数を有する大きい物質を含む。第２熱膨張係数を有する物質は、例えばマグネシウム、亜鉛、錫、カドミウム、鉛などの金属であり得る。また、第２熱膨張係数を有する物質は、例えばパラフィン、ゴムなどのような非金属であり得る。

【0052】

ボディ部１１１と外郭部１１２がアルミニウムで形成される場合、熱膨張部１１３はマグネシウム、亜鉛、錫、カドミウム、鉛の中から選択された少なくともいずれか一つ以上を含む合金で形成され得る。また、熱膨張部１１３はパラフィン、ゴムの中から選択された少なくともいずれか一つ以上を含む合成物で形成され得る。また、選択によりマグネシウム、亜鉛、錫、カドミウム、鉛、パラフィン、ゴムの中から選択された少なくともいずれか一つ以上を含む合成物で形成され得る。

【0053】

より具体的には、熱膨張部１１３はフォーメーション工程の温度条件（略６０℃）で略５５～６５μｍの体積膨張が可能な合金または合成物であれば好ましい。

【0054】

このような熱膨張部１１３はフォーメーション工程時において、ボディ部１１１および外郭部１１２より急速に熱膨張することになる。熱膨張部１１３が膨張するにつれて熱膨張部１１３を囲む外郭部１１２も共に膨張することになる。（図８の１１２'、１１３'参照）

【0055】

さらに、図９に図示された通り、外郭部１１２領域に形成されたヒーティングパッドとシリコンパッドも共に膨張しながら、二次電池Ｂの両端部の厚さの偏差を補償して圧力不均一を解消し得ることになる。

【0056】

一方、本発明の実施形態に係る二次電池充放電装置は、単位加圧チャネルＣＨの構成が異なるのみであって、残りの構成は図１および図２の構成と実質的に同一であるため、これに対する重複する説明は省略する。

【0057】

次に、図１０を参照して本発明の他の実施形態に係る単位加圧チャネルを構成する加圧プレートを説明する。図１０は、本発明の他の実施形態に係る単位加圧チャネルを構成する加圧プレートが図示された分解斜視図である。

【0058】

図１０を参照すると、加圧プレート１１０の外郭部１１２は上述した熱膨張部１１３が挿入され得る挿入空間１１４を含むことができる。

【0059】

熱膨張部１１３は多様な金属／非金属などを合成して複数の段階の熱膨張係数を有するように製造され得る。したがって、工程温度条件の変化または二次電池Ｂ両端部の厚さの偏差の変化により、好適な熱膨張係数を有する熱膨張部１１３で取り替え挿入して多様な工程条件の変化に能動的に対処し得ることになる。

【0060】

以上、本発明の一実施形態について説明したが、当該技術分野で通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された本発明の思想から逸脱しない範囲内で、構成要素の付加、変更、削除または追加などによって本発明を多様に修正および変更することができ、これも本発明の範囲内に含まれるものと言える。

【符号の説明】

【0061】

１００：加圧チャネル
１１０：加圧プレート
１１１：ボディ部
１１２：外郭部
１１３：熱膨張部
１２０：シリコンパッド
１３０：ヒーティングパッド

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【国際調査報告】