KR101848105B1 - 누설감지 가능한 이차전지용 가압장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 이차전지의 전해액 함침 효율을 증가시키기 위해 이차전지에 압력을 가하는 가압장치에 관한 것으로, 구체적으로 가압장치를 구성하는 가압챔버 내부의 누설을 감지할 수 있는 가압장치에 관한 것이다.
본 발명인 누설감지 가능한 이차전지용 가압장치는, 전해액이 주입된 이차전지를 수용할 수 있는 가압챔버; 상기 가압챔버와 연결되며 상기 가압챔버 내부로 기체를 공급하여 상기 가압챔버를 가압하는 가압부; 상기 가압챔버와 연결되며 상기 가압챔버 내부의 기체를 배출시키는 벤트부; 상기 가압부 및 상기 벤트부에 각각 연결되어 상기 가압부 및 상기 벤트부의 압력을 측정하는 압력측정부;를 포함하고, 상기 압력측정부에서 측정된 상기 가압부 및 상기 벤트부의 압력차를 비교하여 상기 가압챔버의 누설 여부를 판독할 수 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명인 누설감지 가능한 이차전지용 가압장치는, 이차전지의 전해액 함침률을 일정하게 유지시킬 수 있는 기술적 효과가 있다.

Description

누설감지 가능한 이차전지용 가압장치 {PRESSURING APPARATUS ABLE TO DETECTING LEAKAGE OF PRESSURING CHAMBER}
본 발명은 이차전지의 전해액 함침 효율을 증가시키기 위해 이차전지에 압력을 가하는 가압장치에 관한 것으로, 구체적으로 가압장치를 구성하는 가압챔버 내부의 누설을 감지할 수 있는 가압장치에 관한 것이다.
최근 모바일 기기에 대한 수요가 급격하게 증가함에 따라 모바일 기기에 적용되는 이차전지의 수요도 증가하고 있으며, 이에 따라 이차전지에 대한 기술적 연구도 활발하게 이루어 지고 있다.
일반적으로 이차 전지는 재충전이 가능하고 소형 및 대용량화가 가능한 전지로, 대표적으로는 리튬(Li) 이차전지가 사용되고 있다.
종래의 이차전지는 전지케이스 내부에 양극판/분리막/음극판이 교번되게 적층된 젤리롤을 내장시킨 후 전해액을 주입시킨다. 여기서 전해액은 이차전지에서 이온을 전달하는 매개체로서, 일반적으로 용매와 염으로 구성되어 있다.
구체적으로 이차전지는 이온의 삽입, 탈리가 가능한 물질을 양극 및 음극으로 사용하고, 이들 사이에 분리막을 배치한 후 전해액을 주입시켜 제조된다. 전해액은 이온 전도의 기능을 담당하며, 충전시 양극에서 음극으로 방전시 음극에서 양극으로 리튬이온을 운반하는 역할을 한다.
이러한 전해액을 전지케이스 내부로 주입하기 위해서는 전지케이스 내부를 대기압보다 낮은 상태로 만들어 전해액을 주입시키는 진공공정과, 주입된 전해액이 젤리롤 내부로 스며들게 하는 가압공정을 수행한다.
그러나 기존에는 가압공정을 수행하는 가압챔버에 기밀이 유지되지 않아서 전해액이 젤리롤 내부로 스며드는 함침 효율이 일정하게 유지되지 못하는 문제점이 있었다.
등록특허공보 10-1121094 (등록일자: 2012년 02월 21일)
본 발명은 이차전지를 가압하는 가압챔버의 누설을 감지할 수 있는 가압장치를 제공하는 데 목적이 있다.
본 발명인 누설감지 가능한 이차전지용 가압장치는, 전해액이 주입된 이차전지를 수용할 수 있는 가압챔버; 상기 가압챔버와 연결되며 상기 가압챔버 내부로 기체를 공급하여 상기 가압챔버를 가압하는 가압부; 상기 가압챔버와 연결되며 상기 가압챔버 내부의 기체를 배출시키는 벤트부; 상기 가압부 및 상기 벤트부에 각각 연결되어 상기 가압부 및 상기 벤트부의 압력을 측정하는 압력측정부;를 포함하고, 상기 압력측정부에서 측정된 상기 가압부 및 상기 벤트부의 압력차를 비교하여 상기 가압챔버의 누설 여부를 판독할 수 있는 것을 특징으로 한다.
상기 벤트부는, 상기 가압챔버와 연결되어 상기 가압챔버의 기체가 배출되는 기체배출관; 상기 기체배출관을 개폐시키는 시간지연밸브;를 포함하고, 상기 시간지연밸브는, 상기 기체배출관 상에서 상기 압력측정부 후측에 장착되어 상기 압력측정부가 상기 기체배출관으로부터 배출되는 기체의 압력을 측정한 후에 상기 기체배출관을 개방시키는 것을 특징으로 한다.
상기 가압부는, 상기 가압챔버와 연결되고 상기 가압챔버 내부로 기체를 공급하는 기체공급관; 상기 기체공급관에 연결되고 상기 가압챔버에 기체가 공급되도록 가압하는 가압펌프를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 벤트부는, 상기 배출관에 연결되고 상기 가압챔버로부터 기체가 원활하게 배출될 수 있도록 유도하는 배출펌프를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명인 누설감지 가능한 이차전지용 가압장치는, 이차전지의 전해액 함침률을 일정하게 유지시킬 수 있는 기술적 효과가 있다.
그리고 이에 따라 가압챔버 내부의 기밀이 유지될 수 있어 이차전지의 전해액 함침률이 증가될 수 있는 기술적 효과가 있다.
[도 1]은 이차전지 다수개가 캐리어 상에 수납된 상태를 나타낸 도면이다.
[도 2]는 본 발명인 가압장치의 구조를 개략적으로 나타낸 도면이다.
[도 3]은 [도 2]에 도시된 A부분을 확대한 도면이다.
이하에서는, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 하기 위하여, 본 발명의 바람직한 실시 예들에 관하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
먼저 [도 1] 및 [도 2]에서와 같이, 이차전지(B) 상측에는 이차전지(B) 내부로 전해액을 원활하게 주입시키기 위한 호퍼(10)가 장착되어 있으며, 호퍼(10)에는 전해액이 통과할 수 있는 호퍼주입구(10a)가 형성되어 있다. 호퍼주입구(10a)를 통해 전해액(B1)이 주입된 이차전지(B)는 이차전지(B) 내부에 장착된 젤리롤(미도시)에 전해액(11)에 고르게 스며들 수 있도록 가압 및 진공과정을 거치게 된다.
그리고 이러한 가압진공과정의 효율을 높이기 위해서 다수개의 이차전지(B)를 캐리어(20) 상에 수납시켜 가압진공과정을 수행할 수 있다.
전술된 가압진공과정을 수행하기 위해서, 본 발명은 가압챔버(100), 가압부(200), 벤트부(300), 압력측정부(400) 그리고 제어부를 포함한다.
그 중 가압챔버(100)는 이차전지(B)를 수용할 수 있고 내부 기밀이 유지될 수 있는 수용 함체이다. 이러한 가압챔버(100)는 정육면체 또는 돔 형태 등 다양한 형태가 적용될 수 있으며, 상부챔버와 하부챔버로 분리되어 제작될 수 있다. 이 경우 상부챔버와 하부챔버 사이에는 기밀을 유지하기 위해 실링부재가 장착될 수 있으며, 상부챔버와 하부챔버를 분리 또는 연결시키기 위한 별도의 승강장치가 적용될 수도 있다.
전술된 가압챔버(100)에는 가압부(200)가 연결된다.
가압부(200)는 가압챔버(100) 내부에 기체를 공급하여 가압챔버(100) 내부를 가압하는 기능을 갖는 것으로, 가압펌프(210) 및 기체공급관(220)을 포함한다.
상기 가압펌프(210)는 기체를 이용하여 가압챔버(100)상에 일정 압력을 가하며, 가압펌프(210)에 의해 기체는 기체공급관(220)을 통해 가압챔버(100) 내부로 유입된다. 기체공급관(220) 상에는 별도의 개폐밸브(미도시)가 장착되어 가압부(200)를 제어하게 할 수 있다.
그리고 가압챔버(100)에 공급되는 기체는 불활성기체를 적용하여 이차전지가 기체와의 화학적 반응이 일어나지 않고 안정적인 가압이 이루어지도록 하는 것이 바람직하다.
전술된 가압부(200)에 의해 가압된 가압챔버(100)는 벤트부(300)에 의해 가압상태가 해제된다.
구체적으로 벤트부(300)는 가압된 상태의 가압챔버(100)로부터 기체를 배출시켜 가압챔버(100)를 대기압 상태보다 더 낮은 기압상태가 되도록 하며, 배출펌프(310), 기체배출관(320), 시간지연밸브(330)를 포함한다.
배출펌프(310)는 기체배출관(320)을 통해 가압챔버(100)와 연결되어 가압챔버(100) 내부의 기체가 외부로 배출되도록 한다. 그리고 시간지연밸브(330)는 기체배출관(320) 상에 장착되어 기체배출관(320)의 개폐를 제어할 수 있다.
그리고 이러한 시간지연밸브(330)는, 기체배출관(320) 상에서 후설되는 배출압력측정부(420)보다 후측에 장착되어 배출되는 기체가 배출압력측정부(420)를 통과한 후 시간지연밸브(330)를 통과하게 된다.
이 때, 시간지연밸브(330)는 별도의 타이머가 장착되거나 후술되는 제어부의 제어에 따라 기체배출관(320)을 개폐시키는 시간이 조절될 수 있다.
전술된 가압부(200) 및 벤트부(300)에는 압력측정부(400)가 연결된다.
구체적으로 압력측정부(400)는 가압부(200)에서 가압챔버(100)를 가압한 압력을 측정하는 가압력측정부(410)와, 벤트부(300)로부터 배출되는 기체의 압력을 측정하는 배출압력측정부(420)를 포함한다.
그 중 가압력측정부(410)는 기체공급관(220) 상에 장착되어 기체공급관(220) 내부를 통과하는 기체의 압력 측정하고, 배출압력측정부(420)는 기체배출관(320) 상에 장착되어 기체배출관(320) 내부를 통과하는 기체의 압력을 측정한다.
그리고 이렇게 측정된 압력은 제어부로 송신된다.
제어부는 본 발명인 가압장치의 운전을 제어하는 기능을 갖는 것으로, 가압력측정부(410)와 배출압력측정부(420)로부터 수신된 압력 수치를 비교하여 가압력보다 배출압력이 클 경우에는 가압챔버(100) 내부의 누설이 발생하였음을 감지한다.
그리고 제어부는 배출압력측정부(420)가 배출압력을 측정한 후에 시간지연밸브(330)를 개방하도록 제어할 수 있으며, 도시하지는 않았으나 가압펌프(210) 및 배출펌프(310)의 운전도 제어할 수 있다.
이하에서는 본 발명인 누설감지 가능한 이차전지용 가압장치의 작용 및 효과에 대해서 설명한다.
전해액(11)이 주입된 이차전지(B)는 캐리어(20)에 적재된 후 가압챔버(100) 내부에 수용된다. 이 상태에서 전해액(11)은 이차전지(B) 내부에 전체적으로 스며들지 못하고 일부분에만 집중되어 있는 상태이다. ([도 2] 참조)
이후 가압챔버(100)의 개방된 부분을 폐쇄시킨 상태에서 가압펌프(210)를 가동시켜 가압챔버(100) 내부로 기체를 공급함으로써 가압챔버(100)를 가압한다. 그리고 가압력측정부(410)에 의해 가압챔버(100) 내부로 공급되는 기체의 압력을 측정한다.
가압부(200)의 가압력에 의해서 이차전지(B)의 일부분에 집중되어 있던 전해액(11)은 젤리롤에 스며들게 된다.
그 후, 다시 배출펌프(310)를 가동시켜 가압챔버(100) 내부를 대기압 상태로 감압시킨다. 이 때, 제어부는 배출압력측정부(420)의 배출압력 측정이 완료되어 그 수치를 전송받은 후에 시간지연밸브(330)를 작동시켜 기체배출관(320)이 개방되도록 한다.
이와 같이 시간지연밸브(330)의 개방 시점을 제어함으로써, 배출압력측정부(420)는 배출되는 압력의 정확한 수치를 측정할 수 있다.
제어부는 가압력과 배출압력 정보를 수신받은 후, 양 수치를 대비하여 가압력보다 배출압력이 작을 경우에는 가압챔버(100) 상에 누설이 있다는 것을 간접적으로 판독할 수 있다.
따라서 가압챔버(100) 내부의 누설 시 기미를 유지할 수 있도록 조치를 취할 수 있으며, 이에 따라 이차전지의 전해액 함침 효율도 일정하게 유지될 수 있다.
이상에서 본 발명이 구체적인 구성요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시 예 및 도면에 의해 설명되었으나, 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명이 상기 실시 예들에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형을 꾀할 수 있다.
10: 호퍼 10a: 호퍼주입구
20: 캐리어 100: 가압챔버
200: 가압부 210: 가압펌프
220: 기체공급관 300: 벤트부
310: 배출펌프 320: 기체배출관
330: 시간지연밸브 400: 압력측정부
410: 가압력측정부 420: 배출압력측정부
B: 이차전지

Claims (4)

  1. 전해액이 주입된 이차전지를 수용할 수 있는 가압챔버;
    상기 가압챔버와 연결되며 상기 가압챔버 내부로 기체를 공급하여 상기 가압챔버를 가압하는 가압부;
    상기 가압챔버와 연결되며 상기 가압챔버 내부의 기체를 배출시키는 벤트부;
    상기 가압부 및 상기 벤트부에 각각 연결되어 상기 가압부 및 상기 벤트부의 압력을 측정하는 압력측정부;
    를 포함하고,
    상기 가압부는,
    상기 가압챔버와 연결되고 상기 가압챔버 내부로 기체를 공급하는 기체공급관; 을 포함하고,
    상기 벤트부는,
    상기 가압챔버와 연결되어 상기 가압챔버의 기체가 배출되는 기체배출관; 및
    상기 기체배출관을 개폐시키는 시간지연밸브; 를 포함하고,
    상기 압력측정부는,
    상기 가압부에서 상기 가압챔버를 가압한 압력을 측정하는 가압력측정부; 및
    상기 벤트부로부터 배출되는 기체의 압력을 측정하는 배출압력측정부; 를 포함하고,
    상기 시간지연밸브는,
    상기 기체배출관 상에서 상기 압력측정부 후측에 장착되어 상기 압력측정부가 상기 기체배출관으로부터 배출되는 기체의 압력을 측정한 후에 상기 기체배출관을 개방시키고,
    상기 압력측정부에서 측정된 상기 가압부 및 상기 벤트부의 압력차를 비교하여 상기 기체배출관 내의 압력이 상기 기체공급관 내의 압력보다 큰 경우 상기 이차전지 내부가 아닌 상기 가압챔버 내부의 누설이 발생하였음을 감지하는 제어부; 를 포함하고,
    상기 시간지연밸브의 제어 여부는 상기 제어부에 의해 제어되는
    누설감지 가능한 이차전지용 가압장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에서,
    상기 가압부는,
    상기 기체공급관에 연결되고 상기 가압챔버에 기체가 공급되도록 가압하는 가압펌프를 포함하는
    누설감지 가능한 이차전지용 가압장치.
  4. 제1항에서,
    상기 벤트부는,
    상기 기체배출관에 연결되고 상기 가압챔버로부터 기체가 원활하게 배출될 수 있도록 유도하는 배출펌프를 더 포함하는
    누설감지 가능한 이차전지용 가압장치.
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