KR100690026B1 - 전지의 프리차저 및 이를 이용한 전해액 충진 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 리튬 2차 전지와 같은 전지를 제조하는 과정에서 초기 충전에 따른 가스 발생으로 인하여 전지의 외형이 변형되는 것을 방지하기 위한 전지의 프리차저 및 이를 이용한 전해액의 충진 방법에 관한 것이다. 본 발명은 다수의 셀이 장착되는 트레이; 상기 트레이에 장착된 셀을 충전 및 가스 배출시켜 주는 장착부; 상기 장착부에 연결되어 상기 셀의 충전에 필요한 충전 전류를 공급해 주는 충전부; 상기 장착부에 연결되어 상기 셀에서 발생되는 가스를 배출시켜 주는 석션 플레이트; 상기 트레이를 상기 장착부로 이동시켜 주는 디버터; 상기 장착부를 상기 트레이에 대하여 상하 이동시켜 주는 상하 승강 수단으로 구성된다.

프리차저, 2차 전지, 초기 충전, 가스, 전해액 충전

Description

전지의 프리차저 및 이를 이용한 전해액 충진 방법{Precharger for Cell And Method for Filling Electrolyte Using The Same}

도 1은 본 발명에 따른 프리차저의 구성을 설명하기 위한 사시도.

도 2는 본 발명에 따른 프리차저의 구성을 설명하기 위한 정면도.

도 3은 본 발명에 따른 프리차저의 구성을 설명하기 위한 측면도.

도 4는 본 발명에 따른 프리차저의 구성을 설명하기 위한 다른 사시도.

도 5는 본 발명에 따른 프리차저의 내부 구조를 설명하기 위한 사시도.

도 6은 본 발명에 따른 프리차저의 가스 배출 구조를 설명하기 위한 사시도.

도 7은 본 발명에 따른 프리차저에서 장착부의 구조를 설명하기 위한 사시도.

도 8은 본 발명에 따른 프리차저에서 셀 접촉부의 구조를 설명하기 위한 사시도.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호 설명 *

10 : 승강 실린더 20 : 상부 플레이트

21 : 포스트 샤프트 23 : 이동 플레이트

30 : 진공펌프 31 : 석션 플레이트

32 : 흡입관 40 : 장착부

50 : 셀 51 : 셀 트레이

52 : 전해액 격리판 60 : 트레이

65 : 디버터 80 : 프레임

본 발명은 전지의 프리차저 및 이를 이용한 전해액의 충진 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 리튬 2차 전지와 같은 전지를 제조하는 과정에서 초기 충전에 따른 가스 발생으로 인하여 전지의 외형이 변형되는 것을 방지하기 위한 전지의 프리차저 및 이를 이용한 전해액의 충진 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 2차 전지 중 대표적인 전지는 리튬 계열 전지로, 리튬 2차 전지는 액체 전해액을 사용하는 리튬 이온 전지와 폴리머 전해질을 사용하는 리튬 폴리머 전지로 구분된다.

상기 리튬 이온 전지는 양극 활물질로 리튬-천이 금속 산화물이 사용되고, 음극 활물질로 리튬 금속과, 리튬 합금 그리고 탄소와 탄소 복합체가 사용되며, 산소기, 질소기, 황산기 등을 포함한 한 개 이상의 유기 용매에 리튬염을 녹인 비수 전해액이 사용되고, 양극과 음극간에 리튬 이온이 이동되어 기전력을 발생시켜 충/방전이 이루어진다.

이러한 리튬 이온 전지는 양극과 세퍼레이터 및 음극이 함께 권취되어 상기 음극과 접속된 캔의 내부에 수납되고, 그 캔의 상부에 상기 양극과 접속된 캡 어셈 블리가 설치되며, 캡 어셈블리에 형성된 주입구를 통해 전해액이 주입된 후, 밀봉되는 구조로 이루어진다.

상기 리튬 폴리머 전지는 음극과 양극 사이의 분리막으로 고분자막을 사용하여 상기 리튬 이온 전지에서의 전극의 분리 역할 외에 이온 전도의 매채체 즉, 전해질의 역할을 하는 전지이다.

상기와 같은 리튬 계열 전지를 제조하는 공정에 대하여 설명하면 다음과 같은 공정을 통하여 이루어진다.

1. 양극 계열

양극 집전체 전처리 및 양극 필름 제조 -> 양극 라미네이션 처리 ->재단

2. 전해질 계열

전해질 제조 -> 재단

3. 음극 계열

음극 집전체 전처리 및 음극 필름 제조 -> 음극 라메니이션 처리 -> 재단

4. 양극/전해질/음극을 단위 셀로 라미네이션 처리(단위 셀을 필요에 따라 다수 적층)

5. 가소체 추출 처리

6. 전해질 함침 처리

7. 포장 및 단자 처리

상기와 같이 이루어지는 종래의 리튬 계열 2차 전지의 제조 공정에서 전해액을 충진한 후, 셀을 볼로 밀봉시킨 후에 초기 충방전 테스트를 실시했는데, 초기 충전 과정에서 전지를 구성하는 화합물의 화학반응에 의하여 발생되는 가스의 방출 현상으로 인하여 셀이 불풀어올라서 외형이 변형되거나, 심한 경우에 전지가 파손되는 문제점이 있었다.

특히, 종래에는 전지의 구멍에 전해액을 100% 충진한 상태에서 충전을 했기 때문에 전지의 외형이 많이 부풀어올라 전지가 파손되는 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명은 이러한 종래 기술의 문제점을 감안하여 안출된 것으로, 그 목적은 전지의 용량을 극대화하고, 품질을 안정화시키면서, 다수의 셀을 한 번에 초기 충방전 시험할 때에 발생되는 가스를 용이하게 외부로 배출시켜 줌으로써 전지의 외형이 변형되는 것을 방지해 주는 전지의 프리차저를 제공하는 데 있다.

그리고, 본 발명의 다른 목적은 전지를 초기 충전하는 과정에서 전해액을 미리 설정된 용량만큼 충진한 후에 1차 충전하여 발생되는 가스를 배출한 후에 나머지 전해액을 충진함으로써 전지의 용량을 극대화하고 품질을 안정화시켜 주는 전지의 프리처저 및 이를 이용한 전해액의 충진 방법을 아울러 제공한다.

상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 다수의 셀이 장착되는 트레이; 상기 트레이에 장착된 셀을 충전 및 가스 배출시켜 주는 장착부; 상기 장착부에 연결되어 상기 셀의 충전에 필요한 충전 전류를 공급해 주는 충전부; 상기 장착부에 연결되어 상기 셀에서 발생되는 가스를 배출시켜 주는 석션 플레이트; 상기 트레이를 상기 장착부로 이동시켜 주는 디버터; 상기 장착부를 상기 트레이에 대하여 상 하 이동시켜 주는 상하 승강 수단; 상기 구성 요소들이 장착되는 프레임을 포함하는 것을 특징으로 하는 전지의 프리차저를 제공한다.

상기 석션 플레이트는 상기 셀에서 발생되는 가스를 흡입하는 다수의 흡입관이 전후로 배열되어 구성되며, 상기 흡입관은 진공펌프에 연결된다.

상기 장착부는 상기 충전부의 충전 전원에 연결되고, 튜브형으로 이루어져 상기 셀의 양극 및 음극에 접촉되는 다수의 프로브핀으로 구성되어, 상기 셀에서 배출되는 가스를 흡입한다.

그리고, 상기 프로브핀을 통하여 각 셀에서 배출된 가스는 상기 장착부에 장착된 플런저를 통하여 상기 석션 플레이트의 흡입관에 연결된다.

또한, 본 발명은 (a) 셀에 전해액을 미리 설정된 용량만큼 충진하는 단계; (b) 상기 (a) 단계에서 전해액이 미리 설정된 용량만큼 충진된 셀을 1차 충전하면서 발생되는 가스를 배출시키는 단계; (c) 전해액의 잔량을 완전 충진하는 단계; (d) 전해액이 완전 충진된 셀을 밀봉 처리하는 단계; (e) 밀봉 처리된 셀을 완전 충전하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 전지의 프리처저 및 이를 이용한 전해액의 충진 방법을 아울러 제공하고, 상기 (a) 단계에서의 전해액 충진은 완전 충진 기준으로 75~80%로 충진한다.

(실시예)

이하에 상기한 본 발명을 바람직한 실시예가 도시된 첨부 도면을 참고하여 더욱 상세하게 설명한다.

본 발명에 따른 전지의 프리차저는 도 1~도 8에 나타낸 바와 같이, 다수의 셀(50)이 장착되는 트레이(60), 상기 트레이(60)에 장착된 셀(50)을 충전 및 가스 배출시켜 주는 장착부(40), 상기 트레이(60)를 상기 장착부(40)로 이동시켜 주는 디버터(65; diverter), 상기 장착부(40)를 상하 이동시켜 주는 상하 승강 수단, 상기 구성 요소들이 장착되는 프레임(80) 등으로 구성된다.

상기 디버터(65)는 도 1 및 도 4에 나타낸 바와 같이, 그 위에 장착되는 트레이(60)를 전후진시켜 상기 트레이(60)에 장착된 셀(50)이 상기 장착부(40)에 장착되게 해 주는 것으로, 한 쌍의 벨트(66)와, 상기 벨트(66)를 회전/역회전시켜 주는 구동 모터(미 도시함)로 구성된다.

상기 트레이(60)는 도 6에 나타낸 바와 같이, 상기 다수의 셀(50)이 장착되는 것으로, 다수의 셀(50)을 고정시켜 주는 구조로 이루어져 상기 디버터(65)에 의하여 전후진된다.

상기 트레이(60)에 위에 설치되는 석션 플레이트(31)는 셀(50)에서 배출되는 가스를 흡입하기 위한 것으로, 셀(50)에서 발생되는 가스를 흡입하는 다수의 흡입관(32)이 전후로 배열되어 있으며, 상기 흡입관(32)은 상기 프레임(80)의 하단에 설치된 진공펌프(30)에 연결되어, 상기 셀(50)에서 발생되는 가스는 상기 흡입관(32)을 통하여 상기 진공펌프(30)에 의하여 배출된다.

상기 장착부(40)는 도 7에 나타낸 바와 같이, 각 셀(50)의 양극 및 음극이 각각 연결되어 충전하기 위한 양극 단자 및 음극 단자로 이루어진 다수의 프로브핀(45)과, 상기 다수의 프로브핀(45)을 고정시켜 주고 각 프로브핀(45)에 연결되는 회로가 형성된 프로브핀 하우징(44), 상기 프로브핀 하우징(44)의 양단 및 그 중간 에 연결되는 다수의 써포트(42), 상기 다수의 써포트(42)의 일단이 연결되는 플레이트(41), 상기 프로프핀 하우징(44)에 형성된 회로가 연결되어 상기 써포트(42) 중 일측의 써포트(42)에 설치되고 충전 전원(도면에 미도시함)에 연결되는 커넥터(46), 상기 프로브핀 하우징(44) 및 플레이트(41)와 다수의 써포트(42)의 양측면에 부착되어 챔버를 형성시켜 주는 사이드 커버(43), 상기 플레이트(41)의 전단에 장착되어 장착부(40) 내부에 형성된 상기 챔버 내의 가스를 배출시켜 주는 통로 역할을 하는 플런저(47)로 구성된다.

상기와 같이 구성된 장착부(40)를 통하여 셀(50)에 대한 충전과정에서 발생되는 가스의 배출을 위해서는 상기 프로브핀(45)이 파이프 구조(튜브 구조)로 이루어져 상기 셀(50)에서 발생되는 가스를 상기 장착부(40)에 형성된 챔버 내로 가스를 이동시켜 주고, 상기 플레이트(41)에 장착된 플런저(47)를 통하여 가스를 외부로 배출시켜 주는 구조로 이루어진다.

여기서, 상기 플런저(47)를 통하여 가스를 외부로 배출시켜 주기 위해서는 플런저(47)의 입구가 상기 챔버와 연결되어야 하고, 상기 플런저(47)의 일단부는 상기 흡입관(32)의 일단부에 결합되어야 한다.

상기와 같이 장착부(40)의 각 플런저(47)에 그 일단이 결합되는 다수의 흡입관(32)은 진공 펌프(30)에 연결되어 있어서, 상기 셀(50)에서 발생되는 가스를 흡입하여 배출하는 것이다.

한편, 상기 트레이(60)에 장착된 셀(50)에 상기 장착부(40)를 장착하기 위해서는 상기 장착부(40)를 상하로 승강시켜 주는 승강 수단이 필요하다.

상기 승강 수단은 상기 프레임(80)의 상부에 설치된 승강 실린더(10), 상기 승강 실린더(10)가 고정되는 상부 플레이트(20), 상기 승강 실린더(20)에 의하여 상하로 승강되는 이동 플레이트(23), 상기 이동 플레이트(23)의 이동을 가이드해 주는 포스트 샤프트(21), 상기 포스트 샤프트(21)에 대한 상기 이동 플레이트(23)의 이동을 원활하게 하기 위해 상기 포스트 샤프트(21)에 장착되어 상기 이동 플레이트(23)가 장착되는 볼부시(22)로 구성된다.

아울러, 상기 이동 플레이트(23)의 하강 위치를 한정시켜 과도한 하강을 방지하기 위한 스토퍼(24)가 상기 이동 플레이트(23)의 아래에 고정 설치된다.

상기 흡입관(32)은 석션 플레이트(31) 위에 설치되어 상기 장착부(40)의 플런저(37)에 결합되는데, 이를 위해서 상기 석션 플레이트(31)는 그 양단에 설치된 석션 플레이트 승강부(25)에 의해 승강되며, 이 때 석션 플레이트 가이트(35a)에 의하여 정확하게 상하 이동한다.

상기 프레임(80)의 하단에는 고정 설치를 위한 다수의 풋(81)과, 이동을 위한 다수의 캐스터(82)가 설치되어 있다.

상기와 같이 구성된 본 발명은 다음과 같이 작용한다.

먼저, 다수의 셀(50)에 별도의 전해액 충진 장치를 이용하여 전해액을 75~80%(완전 충진 기준)로 충진한다.

상기와 같이 전해액을 75~80%로 1차 충진하는 것은 1차 전해액 충진 후에 초기 충전을 할 때에 발생되는 가스의 압력으로 인하여 셀이 부푸는 것을 최소화시키기 위해 전해액의 잔량만큼의 부피 공간을 남기기 위해서이다.

상기와 같이 전해액이 75~80%로 각각 충진된 다수의 셀(50)을 상기 트레이(60)에 장착하여, 상기 트레이(60)를 상기 디버터(65)를 이용하여 상기 장착부(40)의 아래로 진입시킨다.

상기 디버터(65)에 의하여 상기 트레이(60)가 상기 장착부(40)의 아래로 완전 진입하여 다수의 셀(50)의 양극 및 음극이 상기 프로브핀(45)의 위치에 정확하게 위치되면, 상기 승강 실린더(10)에 의하여 상기 이동 플레이트(23)가 하강한다.

상기 이동 플레이트(23)가 하강되면 상기 포스트 샤프트(21)에 의하여 정확한 위치를 확보하면서 상기 장착부(40)의 포로브핀(45)이 셀(50)의 양극 및 음극에 정확하게 일치되어 접촉된다.

그리고, 상기 석션 플레이트 승강부(25)에 의하여 상기 흡입관(32)이 상승하여 상기 장착부(40)의 플런저(47)에 연결되어 가스 배출을 위한 통로가 형성된다.

상기와 같이 설정된 상태에서 충전부(도면에 미 도시함)를 구동시켜서 일정 시간 동안(예를 들어, 30분 정도) 충전을 하면 가스가 발생되기 시작한다.

상기와 같이 셀(50)에 대한 충전 과정에서 가스가 발생되면, 이 가스를 배출시켜야 하므로, 상기 충전부에 의한 충전 시작과 함께 상기 진공펌프(30)를 구동시켜서 충전 도중에 발생되는 가스를 석션 계통을 통하여 배출시켜 준다.

상기와 같이 전해액이 75~80% 충진된 셀(50)에 대한 1차 충전이 완료되면, 각각의 셀(50)에 대한 시험을 하여 셀(50)의 정상 여부를 확인한 후에, 상기의 트레이(60) 진입 과정과 반대 과정으로 트레이(60)를 배출시킨다.

그리고, 정상 여부가 확인 셀(50) 중에서 비정상인 셀을 제거하고, 정상 셀 의 경우에만 전해액의 잔량을 완전 충진한 후에 각 셀(50)의 전해액 입구를 밀봉 처리한다.

상기한 바와 같이 이루어진 본 발명은 리튬 계열 2차 전지를 생산하는 과정에서 초기 충전을 하기 전에 전해액을 일정 분량만 충진하여 1차 충전을 함으로써, 충전 과정에서 발생되는 가스를 배출한 후에, 잔여 전해액을 2차 충진하는 과정을 통하여 셀의 외형이 변형되는 것을 방지한다.

그리고, 셀에 대한 전해액의 충진을 1차로 한 후에 초기 충전을 하고, 이어서 2차 전해약 충진 처리 과정을 통하여 전지의 품질을 안정화시켜서 전지의 용량을 극대화한다.

이상에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시예를 예로 들어 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다.

Claims (6)

1. 다수의 셀이 장착되는 트레이;

   상기 트레이에 장착된 셀을 충전 및 가스 배출시켜 주는 장착부;

   상기 장착부에 연결되어 상기 셀의 충전에 필요한 충전 전류를 공급해 주는 충전부;

   상기 장착부에 연결되어 상기 셀에서 발생되는 가스를 배출시켜 주는 석션 플레이트;

   상기 트레이를 상기 장착부로 이동시켜 주는 디버터;

   상기 장착부를 상기 트레이에 대하여 상하 이동시켜 주는 상하 승강 수단으로 구성되는 것을 특징으로 하는 전지의 프리차저.
2. 제 1항에 있어서, 상기 석션 플레이트는 셀에서 발생되는 가스를 흡입하는 다수의 흡입관이 전후로 배열되어 구성되며, 상기 흡입관은 진공펌프에 연결되는 것을 특징으로 하는 전지의 프리차저.
3. 제 1항에 있어서, 상기 장착부는 상기 충전부의 충전 전원에 연결되고, 튜브형으로 이루어져 상기 셀의 양극 및 음극에 접촉되는 다수의 프로브핀으로 구성되어, 상기 셀에서 배출되는 가스를 흡입할 수 있는 것을 특징으로 하는 전지의 프리차저.
4. 제 3항에 있어서, 상기 프로브핀을 통하여 각 셀에서 배출된 가스는 상기 장착부에 장착된 플런저를 통하여 상기 석션 플레이트의 흡입관에 연결되는 것을 특징으로 하는 전지의 프리차저.
5. (a) 셀에 전해액을 미리 설정된 용량만큼 충진하는 단계;

   (b) 상기 (a) 단계에서 전해액이 미리 설정된 용량만큼 충진된 셀을 1차 충전하면서 발생되는 가스를 배출시키는 단계;

   (c) 전해액의 잔량을 완전 충진하는 단계;

   (d) 전해액이 완전 충진된 셀을 밀봉 처리하는 단계;

   (e) 밀봉 처리된 셀을 완전 충전하는 단계;

   로 이루어진 것을 특징으로 하는 전지의 프리차저를 이용한 전해액의 충진 방법.
6. 제 5항에 있어서, 상기 (a) 단계에서의 전해액 충진은 완전 충진 기준으로 75~80%로 충진하는 것을 특징으로 하는 전지의 프리처저를 이용한 전해액의 충진 방법.

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