KR100592231B1 - 폴리머 이차전지의 전해액 함침장치 및 그 함침방법 - Google Patents
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Abstract
목적: 전극 및 세퍼레이터의 내부에 정량의 전해액을 함침하여 전지의 충·방전 특성 및 고율 특성을 향상시킬 수 있도록 하는 폴리머 이차전지의 전해액 함침장치 및 그 함침방법을 제공함에 목적을 두고 있다.
구성: 양극과 음극 사이에 샌드위치 된 상태로 세퍼레이터를 배치하여 적층하므로 셀을 구성하고, 상기 셀에서 미리 투입된 가소제를 추출하여 다수 기공을 형성한 후 상기 기공에 전해액을 함침함에 있어서, 상기 셀을 트레이에 배치하며 여기에 정량의 전해액을 주입하고, 이어서 최대 0.2 기압의 진공 분위기에서 4∼10분 동안 방치하여 전해액을 함침하고, 상기 셀을 파우치에 수납한 후 실링한다.
효과: 전해액 함침 공정을 진공 분위기에서 실시하므로 시간을 단축할 수 있고, 정량의 전해액을 골고루 함침할 수 있으며, 전해액에 의한 파우치의 개구 부근의 오염을 방지하므로, 전지의 충·방전 특성 및 고율 특성을 향상시킬 수 있다.
파우치, 셀, 폴리머, 세퍼레이터, 가소제, 기공, 전해액, 함침, 진공
Description
도 1은 본 발명에 의한 폴리머 이차전지의 전해액 함침장치를 도시한 전체 구성도.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
2-트레이 4-컨베이어
6-베이스 8-커버
10-진공 챔버 12-진공 펌프
14-피라니 게이지 16-진공 해제밸브
본 발명은 전극 및 세퍼레이터의 내부에 정량의 전해액을 함침할 수 있도록 하여 전지의 충·방전 특성 및 고율 특성을 향상시킬 수 있도록 하는데 적합한 폴 리머 이차전지의 전해액 함침장치 및 그 함침방법에 관한 것이다.
폴리머 이차전지는 양극 활물질로 리튬금속 산화물을 사용하고 음극 활물질로 카본을 사용하며 폴리머에 유기 용매를 함침한 전해질을 사용하는 전지이다.
이러한 폴리머 이차전지는 충·방전 반응이 비교적 안정적으로 이루어지므로, 알루미늄 재질로 된 파우치를 외장 케이스로 하고, 전극과 폴리머로 된 세퍼레이터를 적층하여 셀을 형성하고 여기에서 미리 투입된 가소제(plasticizer)를 추출하여 기공을 형성한 후 상기 파우치의 내부에 삽입하며, 상기 파우치의 내부에 유기 용매로 된 전해액을 주입하여 전극/세퍼레이터의 기공에 함침되도록 하고, 이어서 파우치를 실링함으로써 실현되어진다.
그러나 지금까지의 전해액 함침 방법은 대기압중에서 이루어지므로 함침 공정이 30분 이상 소요되어 대량 생산에 불리하고, 주입 공정시 파우치의 개구 부근에 전해액이 묻어 종종 실링 불량이 발생하는 문제점이 있으며, 특히 파우치의 내부에 전해액이 골고루 주입되지 않아 정량 주입이 안되고 그 결과 전지의 충·방전 특성 및 고율 특성이 저하되는 문제점을 초래한다.
앞서 설명한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명은 전해액 함침 공정 시간을 단축하고, 파우치의 실링 불량 요인을 제거하며, 아울러 정량의 전해액을 함침하여 전지의 충·방전 특성 및 고율 특성을 향상시킬 수 있도록 함에 그 목적을 두고 있다.
이를 위하여 본 발명에서는 양극과 음극 사이에 샌드위치 된 상태로 세퍼레이터를 배치하여 적층하므로 셀을 구성하고, 상기 셀에서 가소제를 추출하여 다수 기공을 형성한 후 상기 기공에 전해액을 함침함에 있어서, 상기 셀을 트레이에 배치하며 여기에 정량의 전해액을 주입하고, 이어서 진공 분위기에서 일정 시간 방치하여 전해액을 함침하는 방법을 제안한다.
진공 분위기는 최대 0.2 기압 이하로 행하여지며, 함침 시간은 4~10분 동안에 이루어진다.
또한 본 발명에서는 상기 방법을 실현하기 위하여, 양극과 음극 및 세퍼레이터가 삽입된 셀을 복수개 수납하는 트레이와, 상기 트레이를 순차적이고 연속적으로 운반하는 이송수단과, 상기 트레이에 전해액을 주입하는 노즐과, 상기 이송수단에 의해 운반된 트레이 주변을 밀폐하여 진공 분위기에서 일정 시간 방치되게 하는 진공챔버와, 진공 해제후 상기 트레이를 다음 공정으로 운반하는 이젝터를 포함하며, 상기 진공챔버는 진공 펌프, 진공 해제밸브 및 내압 게이지와 연결된 폴리머 리튬전지의 전해액 함침장치를 제안한다..
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부 도면에 의거하여 보다 상세하게 설명하기로 한다.
본 발명은 양극 활물질로 리튬금속 산화물을 사용하고 음극 활물질로 카본을 사용하며 폴리머에 유기 용매를 함침한 전해질을 사용하는 것으로, 특히 외부 케이 스로 파우치를 사용하는 이차전지에서 전해액을 함침하는 장치 및 그 방법을 제안한다.
도 1은 본 발명의 이차전지에 전해액을 함침하기 위한 장치의 전체 구성을 보여주고 있다.
본 발명의 전해액 함침장치는 양극과 음극의 사이에 폴리머로 된 세퍼레이터를 배치하여 라미네이팅하므로 셀을 구성하고, 상기 셀을 수납하는 트레이(2)를 마련하여 동시에 복수개를 수납할 있도록 되어 있다.
양극과 음극 및 세퍼레이터에는 미리 혼합된 가소제를 추출하여 제거하므로 전해액이 함침될 공간(기공)이 형성되고, 이러한 셀은 트레이(2)에 수납된 상태로 컨베이어(4)에 의해 순차 이동되면서 전해액 주입 작업을 행하게 된다. 트레이(2)는 전해액과의 반응을 방지하기 위해 테프론으로 제작한 것을 사용한다.
이를 위하여 본 발명의 전해액 함침장치는 상기 트레이(2)로 유기 용매를 주입하는 노즐(4)을 포함한다. 노즐(4)은 도시하지 않은 구동수단에 의해 상하, 좌우로 이동하면서 작업을 수행한다.
전해액이 주입된 트레이(2)는 컨베이어(4)에 의해 순차적이고 연속적으로 운반되어 다음의 진공 공정으로 보내어진다.
진공 공정에는 상기 트레이(2)를 복수개 안착하는 베이스(6)와 그 상부에서 승강되는 커버(8)로 구성된 진공 챔버(10)가 있다. 베이스(6)에는 진공 챔버(10) 내부 압력을 0.2기압까지 형성하는 진공 펌프(12)가 연결되어 있고, 또 이때 진공 챔버(10) 내부의 압력을 측정하는 피라니 게이지(14)와, 다시 진공 챔버(10) 내부 를 대기압으로 형성하기 위한 진공 해제밸브(16)가 연결되어 있다.
커버(8)는 도시 생략한 승강 실린더에 의해 승강되는바, 이것은 트레이(2)의 공급 상태를 측정하는 센서의 시그널에 의해 작동되어진다.
커버가 하강하고 진공 챔버(10)의 내부가 0.2기압까지 형성된 상태에서 상기 트레이(2) 즉, 셀은 4∼10분 동안 방치되므로 전극/세퍼레이터에 형성된 기공의 내부까지 골고루 전해액을 함침하게 된다. 이때 전해액의 함침 시간은 대기압하에서 행하였던 종래 공정의 ⅓의 시간으로 충분하게 실현할 수 있다.
전해액 함침이 완료된 후 진공 챔버(10)는 진공 해제밸브(16)에 의해 내부의 진공이 해제되고 커버(8)가 다시 상승되어진다. 그후 상기 트레이(2)는 도시 생략한 이젝터에 의해 다음의 이송수단인 컨베이어(40)로 보내지고 외장 케이스인 파우치에 수납된 후 실링되어 폴리머 이차전지를 구성하게 된다.
이상에서 설명한 구성 및 작용을 통하여 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 폴리머 이차전지의 전해액 함침장치 및 그 함침방법은 전해액 함침 공정을 진공 분위기에서 실시하므로 공정의 소요 시간을 종전의 ⅓까지 단축하는 효과를 얻을 수 있다.
또한 전극/세퍼레이터에 형성된 기공의 내부까지 골고루 전해액을 함침하므로, 정량 주입이 실현되어 전지의 충·방전 특성 및 고율 특성을 향상시킬 수 있다.
아울러 본 발명에 의하면 전극/세퍼레이터의 전해액 함침후 그 셀을 파우치에 수납하고 밀봉하므로 파우치의 오염을 방지할 수 있고, 그 결과 제품의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
Claims (5)
- 양극과 음극 사이에 세퍼레이터를 배치한 상태에서 적층하여서 셀을 구성하는 단계;상기 셀에서 미리 투입된 가소제를 추출한 후에 트레이에 삽입 배치하고, 노즐을 통하여 정량의 전해액을 주입하는 단계;상기 전해액이 주입된 셀을 진공 챔버속에 이동시켜서, 진공 분위기에서 일정시간 방치하여 전해액을 함침하는 단계; 및진공 챔버내의 진공을 해제하고, 셀을 파우치내에 수납하여서 이차전지를 완성하는 단계;를 포함하는 폴리머 이차전지의 전해액 함침방법.
- 제 1 항에 있어서, 진공 분위기는 최대 0.2 기압인 것을 특징으로 하는 폴리머 이차전지의 전해액 함침방법.
- 제 2 항에 있어서, 진공 공정은 4∼10분 동안 행하는 것을 특징으로 하는 폴리머 이차전지의 전해액 함침방법.
- 양극과 음극 및 세퍼레이터로 구성된 셀을 복수개 수납하는 트레이와, 상기 트레이를 순차적이고 연속적으로 운반하는 이송수단과, 상기 트레이에 전해액을 주입하는 노즐과, 상기 이송수단에 의해 운반된 트레이 주변을 밀폐하여 진공 분위기에서 일정 시간 방치되게 하는 진공챔버와, 진공 해제후 상기 트레이를 다음 공정으로 운반하는 이젝터를 포함하며, 상기 진공챔버는 진공 펌프, 진공 해제밸브 및 내압 게이지와 연결된 구성을 포함하는 폴리머 이차전지의 전해액 함침장치.
- 제 4 항에 있어서, 트레이는 테프론으로 형성된 것을 특징으로 하는 폴리머 이차전지의 전해액 함침장치.
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