KR101888633B1 - 전해액 코팅장치 및 이를 이용한 이차 전지 제조방법 - Google Patents

전해액 코팅장치 및 이를 이용한 이차 전지 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전해액 코팅장치에 관한 것이다. 본 발명의 일실시 예에 따른 전해액 코팅장치는 전해액이 수용되는 제1 배출보관부, 상기 제1 배출보관부보다 상대적으로 낮은 높이로 배치된 제2 배출보관부 및 상기 제2 배출보관부보다 상대적으로 낮은 높이로 배치된 제3 배출보관부를 포함하는 배출하우징; 상기 제1 배출보관부의 상부에 설치되는 구동모터와, 상기 구동모터와 연동하는 샤프트를 포함하는 모터하우징; 상기 제2 배출보관부의 상부에 설치되고, 내부공간이 마련되며, 전해액이 유입되는 설치홀이 일면에 형성되고, 상기 샤프트가 삽입되는 안착홈이 일면에 형성되는 고정하우징; 상기 내부공간에 설치되고, 롤러가 설치 가능하도록 내측에 수용공간을 형성하며, 상기 롤러의 양측에 배치되어 롤러가 회전하면서 유출되는 전해액을 담는 버퍼를 포함하는 롤러하우징; 및 상기 롤러하우징의 측부에 설치되며, 전해액이 주입되는 제1 튜브와, 전해액이 배출되는 제2 튜브를 포함하는 연결하우징을 포함한다.

Description

전해액 코팅장치 및 이를 이용한 이차 전지 제조방법{Electrolyte coating apparatus and method for manufacturing secondary battery using the same}
본 발명은 전해액 코팅장치 및 이를 이용한 이차 전지 제조방법에 관한 것이다. 더욱 상세하게는 전극시트에 전해액을 코팅하기 위한 코팅장치 및 이를 이용하여 이차 전지를 제조하기 위한 제조방법에 관한 것이다.
최근 에너지 저장 기술에 대한 관심이 갈수록 높아지고 있다. 예컨대 휴대폰, 캠코더, 노트북 및 PC, 나아가서는 전기 자동차의 에너지까지 적용분야가 확대되면서 전지의 연구와 개발에 대해 노력이 점점 구체화되고 있다. 전기 화학 소자는 이러한 측면에서 가장 주목받고 있는 분야이고, 그 중에서도 충전 및 방전할 수 있는 이차 전지의 개발은 관심의 초점이 되고 있다.
최근에는 이러한 전지를 개발함에 있어서 용량 밀도 및 비에너지를 향상시키기 위하여 새로운 전극과 전지의 설계에 대한 연구개발이 진행되고 있다.
현재 적용되고 있는 이차 전지 중에서 1990년대 초에 개발된 리튬 이차 전지는 수용액 전해액을 사용하는 Ni-MH, NiCd, 황산-납 전지 등의 재래식 전지에 비해서 작동 전압이 높고 에너지 밀도가 월등히 크다는 장점으로 각광을 받고 있다.
그러나 상기 리튬 이차 전지는 유기 전해액을 사용하는데 따르는 발화 및 폭발 등의 안전 문제가 존재하고, 제조가 까다로운 단점이 있다.
최근의 리튬이온 고분자 전지는 상기와 같은 리튬 이차이온 전지의 약점을 개선하여 차세대 전지의 하나로 꼽히고 있으나, 아직까지 전지의 용량이 리튬 이차 이온 전지와 비교하여 상대적으로 낮고, 특히 저온에서의 방전 용량이 불충분하며, 특히 전극시트의 일면에 전해액으로 코팅이 골고루 되지 않아 전극시트끼리 적층할 경우, 비틀림이 발생하여 충진공정을 수행할 때 전극시트의 일부가 활성화가 되지 않아 이차 전지의 품질이 하락하는 문제점이 있어 이에 대해 개선이 시급히 요구되고 있다.
대한민국 공개특허공보 제10-2005-0042456호
본 발명의 목적은 전극시트의 하부 전체에 전해액을 용이하게 함침(含浸)시킬 수 있도록 한 전해액 코팅장치를 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은 하부 전체에 전해액이 골고루 함침된 전극시트를 적층시켜 전극시트 및 세퍼레이터 간의 틀어짐을 방지하여 이차 전지를 용이하게 제조할 수 있도록 한 전해액 코팅장치를 이용한 이차 전지 제조방법을 제공하는 데 있다.
상기 과제를 해결하기 위하여,
본 발명의 일실시 예에 따른 전해액 코팅장치는 전해액이 수용되는 제1 배출보관부, 상기 제1 배출보관부보다 상대적으로 낮은 높이로 배치된 제2 배출보관부 및 상기 제2 배출보관부보다 상대적으로 낮은 높이로 배치된 제3 배출보관부를 포함하는 배출하우징;
상기 제1 배출보관부의 상부에 설치되는 구동모터와, 상기 구동모터와 연동하는 샤프트를 포함하는 모터하우징;
상기 제2 배출보관부의 상부에 설치되고, 내부공간이 마련되며, 전해액이 유입되는 설치홀이 일면에 형성되고, 상기 샤프트가 삽입되는 안착홈이 일면에 형성되는 고정하우징;
상기 내부공간에 설치되고, 롤러가 설치 가능하도록 내측에 수용공간을 형성하며, 상기 롤러의 양측에 배치되어 롤러가 회전하면서 유출되는 전해액을 담는 버퍼를 포함하는 롤러하우징; 및
상기 롤러하우징의 측부에 설치되며, 전해액이 주입되는 제1 튜브 및 전해액이 배출되는 제2 튜브를 포함하는 연결하우징;
을 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시 예에 따른 전해액 코팅장치에 있어서, 상기 제1 배출보관부의 일면에 설치되고, 상기 제1 튜브와 연결되어 제1 튜브를 통해 유입되는 전해액의 유량을 감지하는 센서부;
를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시 예에 따른 전해액 코팅장치에 있어서, 상기 배출하우징은 제2 배출보관부의 일단에 형성되어 전해액을 상기 제3 배출보관부에 낙하시키는 배출홀;
상기 제2 배출보관부의 하부에 배열설치되는 다리부;
상기 제2 배출보관부의 하부에 배열설치되어 롤러하우징의 상하운동을 안내하는 제1 실린더; 및
상기 제2 배출보관부의 하부에 설치되어 롤러하우징을 상하운동시켜 전극시트 및 상기 롤러 사이의 간극을 조절하는 제2 실린더;
를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시 예에 따른 전해액 코팅장치에 있어서, 상기 연결하우징은 고정하우징의 일면에 형성된 설치홀에 설치되고, 상기 제1,2 튜브와 연결되어 전해액을 롤러하우징에 유입 및 배출시키는 입출구;
를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시 예에 따른 전해액 코팅장치에 있어서, 상기 롤러하우징은 상기 제1 튜브에서 유입되는 전해액을 주입받을 수 있도록 일면에 홀 형상으로 형성되며, 상기 수용공간과 연결되는 주입구;
를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시 예에 따른 전해액 코팅장치에 있어서, 상기 롤러는 양단에 연결축이 돌출되게 구비되어 상기 샤프트에 결합될 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시 예에 따른 전해액 코팅장치에 있어서, 상기 버퍼는 수용공간과 연결되어 상기 롤러가 회전하면서 유출된 전해액을 상기 수용공간에 전달하는 연결부;
를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시 예에 따른 전해액 코팅장치를 이용한 이차 전지 제조방법에 있어서, (a) 전해액 코팅장치를 통해 구리 전극시트 및 알루미늄 전극시트를 포함하는 전극시트의 하부에 전해액을 코팅하는 단계;
(b) 코팅된 전극시트를 적층 하되, 상기 구리 전극시트끼리 정렬하고, 상기 알루미늄 전극시트끼리 정렬하며, 전극시트가 서로 접촉되지 않도록 전극시트 사이에 세퍼레이터가 개재되어 이차 전지를 제조하는 단계;
(c) 적층된 전극시트 사이에 전해액을 2차 주입하는 단계;
(d) 상기 이차 전지를 충전하여 활성화하는 단계; 및
(e) 상기 이차 전지를 충전하는 과정에서 발생하는 가스를 배출하는 단계;
를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시 예에 따른 전해액 코팅장치를 이용한 이차 전지 제조방법에 있어서, 상기 (b) 단계는 적층된 전극시트의 외면을 파우치로 감싸는 단계;
를 더 포함할 수 있다.
이러한 해결 수단은 첨부된 도면에 의거한 다음의 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용으로부터 더욱 명백해질 것이다.
이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이고 사전적인 의미로 해석되어서는 아니 되며, 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
본 발명의 일실시 예에 따르면, 롤러를 통해 전극시트의 하부 전체에 전해액이 용이하게 함침시킬 수 있어 전해액이 전극시트의 하부 전체에 골고루 스며들 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시 예에 따르면, 전극시트의 하부 전체에 전해액을 코팅한 후 적층시켜 전극시트 및 세퍼레이터 간의 틀어짐을 방지할 수 있고, 충전 공정에서 효율적으로 이차 전지를 활성화시켜 이차 전지의 내구성 및 품질 향상을 기대할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시 예에 따른 전해액 코팅장치를 나타내 보인 전체 사시도.
도 2는 본 발명의 일실시 예에 따른 전해액 코팅장치를 나타내 보인 정면도.
도 3은 본 발명의 일실시 예에 따른 전해액 코팅장치를 나타내 보인 평면도 및 부분 확대도.
도 4는 본 발명의 일실시 예에 따른 전해액 코팅장치의 고정하우징을 나타내 보인 사시도.
도 5는 본 발명의 일실시 예에 따른 전해액 코팅장치의 롤러하우징을 나타내 보인 사시도.
도 6은 본 발명의 일실시 예에 따른 전해액 코팅장치의 롤러하우징의 A-A 단면을 나타내 보인 단면도.
도 7은 본 발명의 일실시 예에 따른 전해액 코팅장치의 롤러하우징의 B-B 단면을 나타내 보인 단면도
도 8은 본 발명의 일실시 예에 따른 전해액 코팅장치를 이용한 이차 전지 제조방법의 순서도.
도 9는 본 발명의 일실시 예에 따른 전해액 코팅장치를 이용한 이차 전지 제조방법의 전극시트를 코팅하는 방법을 나타내 보인 정면도.
도 10은 본 발명의 일실시 예에 따른 전해액 코팅장치를 이용한 이차 전지 제조방법의 전극시트를 적층한 이차 전지를 나타내 보인 정면도.
본 발명의 특이한 관점, 특정한 기술적 특징들은 첨부된 도면들과 연관되는 이하의 구체적인 내용과 일실시 예로부터 더욱 명백해 질 것이다. 본 명세서에서 각 도면의 구성요소들에 참조 부호를 부가함에 있어, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명의 일실시 예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
또한, 본 발명의 구성요소를 설명하는 데 있어서, 제1, 제2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성요소 사이에 또 다른 구성요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
이하, 본 발명의 일실시 예를 첨부된 도면에 의거하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 일실시 예에 따른 전해액 코팅장치(1)를 전체 사시도로 나타내 보인 것으로서, 제1 배출보관부(11), 제2 배출보관부(12) 및 제3 배출보관부(13)가 일렬로 배치되고, 제2 배출보관부(12)의 상부에 고정하우징(30) 및 롤러하우징(50)이 설치되며, 고정하우징(30)의 일면에 제1 튜브(41) 및 제2 튜브(42)가 연결되어 전해액을 유입 및 배출하는 것을 나타내 보이고 있다.
도 2는 본 발명의 일실시 예에 따른 전해액 코팅장치(1)를 정면도를 나타내 보인 것으로서, 제2 배출보관부(12)에 설치되는 다리부(15), 제1 실린더(16) 및 제2 실린더(17)의 결합관계 및 제3 배출보관부(13)에 손잡이(13a) 및 탈부착부(13b)가 구비되며, 탈부착부(13b)가 다리부(15)에 형성된 삽입홈(15b)에 탈부착되는 결합관계를 나타내 보이고 있다.
도 3은 본 발명의 일실시 예에 따른 전해액 코팅장치(1)를 평면도로 나타내 보인 것으로서, 고정하우징(30)의 내부에 설치되는 롤러하우징(50)의 내부에 버퍼(56)가 형성되고, 버퍼(56)의 사이에 롤러(54)가 설치되며, 롤러(54)의 일측에 구동모터(21)와 연동하는 샤프트(23)가 설치된 결합관계를 나타내 보이고 있다.
도 1 내지 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시 예에 따른 전해액 코팅장치(1)는 전극시트의 하부를 전해액으로 코팅하는 롤러하우징(50), 롤러하우징(50)을 수용하여 고정하는 고정하우징(30), 롤러하우징(50)에 설치된 롤러를 회전시키는 모터하우징(20), 전해액을 롤러하우징(50)에 유입시키거나, 롤러하우징(50)이 전해액을 배출시키는 연결하우징(40) 및 배출된 전해액을 수용하는 배출하우징(10)을 포함한다.
배출하우징(10)은 롤러하우징(50)으로부터 배출되는 전해액을 수용할 수 있는 공간이 마련되고, 이 내부공간에 전해액 이외에도 고정하우징(30), 롤러하우징(50) 및 모터하우징(20)이 설치된다.
이러한 배출하우징(10)은 제1 배출보관부(11), 제2 배출보관부(12) 및 제3 배출보관부(13)로 이루어지고, 제1 배출보관부(11), 제2 배출보관부(12) 및 제3 배출보관부가 계단형태로 배치된다.
즉 예컨대, 제1 배출보관부(11)보다 상대적으로 낮은 높이로 배치되는 제2 배출보관부(12)가 배치되고, 제2 배출보관부(12)보다 상대적으로 낮은 높이로 배치되는 제3 배출보관부(13)가 배치된다.
제1 배출보관부(11)는 도면상 우측에 위치하여 롤러하우징(50)에서 배출되는 전해액을 1차 수용하는 것으로서, 내부에 전해액을 수용할 수 있는 공간이 마련하되, 일면이 개방되게 형성됨으로써 전해액이 제2 배출보관부(12)에 낙하할 수 있도록 형성된다.
또한, 제1 배출보관부(11)는 후술할 제1 튜브(41)에서 유입되는 전해액의 유량을 감지하는 센서부(14)가 일면 예컨대 도면상 우측면에 설치되며, 제1 튜브(41)로부터 유입되는 전해액을 감지함으로써 전해액이 유입되는 양을 조절할 수 있다.
한편, 본 발명의 일실시 예에 따른 제2 배출보관부(12)는 제1 배출보관부(11) 및 제3 배출보관부(13)의 사이에 배치되고, 제1 배출보관부(11)에서 낙하하는 전해액을 보관할 수 있도록 내부에 공간이 마련되며, 예컨대 도면상 제3 배출보관부(13)의 내부와 수직선상으로 형성되는 배출홀(18)을 통해 제2 배출보관부(12)에 수용된 전해액이 제3 배출보관부(13)로 낙하할 수 있다.
또한, 제2 배출보관부(12)는 하부에 나사를 포함하는 고정부재(미도시)가 삽입될 수 있도록 제3 체결홀(15a)이 형성되며, 제3 체결홀(15a)의 수직선상에 다리부(15)를 설치하여 이 다리부(15)로부터 지지하는 기능을 수행한다.
즉 다리부(15)는 제2 배출보관부(12)의 하부에 설치하되, 제3 체결홀(15a)과 동일선상으로 설치되고, 고정부재를 통해 상호 결합되며, 제2 배출보관부(12)를 지면으로부터 지지하는 기능을 수행한다.
여기서 제3 체결홀(15a)은 전해액이 내부로부터 유입되는 것을 방지하기 위해 유입 방지용 내벽을 제3 체결홀(15a)의 외주면에 선택적으로 형성할 수 있다.
또한, 제3 배출보관부(13)와 인접한 다리부(15)는 일면에 삽입홈(15b)이 형성되어 후술할 제3 배출보관부(13)에 형성된 탈부착부(13b)가 삽입되며, 제3 배출보관부(13)가 용이하게 탈부착할 수 있다.
아울러, 제2 배출보관부(12)는 롤러하우징(50)의 상하운동을 안내하는 제1 실린더(16) 및 롤러하우징(50)을 상하운동하는 제2 실린더(17)가 일면에 설치된다.
제1 실린더(16)는 제2 배출보관부(12)의 내부에 설치하되, 제2 배출보관부(12)의 내부를 관통하여 설치되며, 상부에 고정하우징(30)이 안착될 수 있도록 안착부(16a)가 구비될 수 있다.
또한, 제1 실린더(16)는 제2 실린더(17)가 상하운동을 하게 되면, 이를 안내하게 되는데, 본 발명에서는 2개의 제1 실린더(16)가 설치되어 제2 실린더(17)의 상하운동을 안내하게 된다.
제2 실린더(17)는 제1 실린더(16) 사이에 설치하되 고정하우징(30)의 하부에 설치되며, 고정하우징(30)의 내부에 설치된 롤러하우징(50)의 상하운동을 수행한다.
구체적으로, 전극시트가 롤러하우징(50)을 통해 전해액으로 코팅되는 경우 제2 실린더(17)는 상부방향으로 운동하여 롤러하우징(50)에 설치되는 롤러(54)가 전극시트의 하부를 밀착하여 전해액으로 코팅하게 된다. 그리고 또한, 전극시트가 롤러하우징(50)을 통과하여 공백이 발생하게 되면, 제2 실린더(17)는 하부방향으로 운동하게 된다.
즉 제2 실린더(17)는 전극시트가 롤러하우징(50)에 진입하게 되면 상부방향으로 운동함으로써, 롤러(54) 및 전극시트의 하부가 밀착되어 전해액으로 코팅하게 되며, 전극시트가 롤러하우징(50)을 통과하게 되면 하부방향으로 운동하게 된다.
제3 배출보관부(13)는 제2 배출보관부(12)에서 배출되는 전해액을 보관하는 것으로서, 일면에 손잡이(13a)가 구비되어 휴대할 수 있고, 타면 예컨대 도면상 우측에 탈부착부(13b)가 구비되어 삽입홈(15b)과 상호 탈부착할 수 있다.
한편, 본 발명의 일실시 예에 따른 모터하우징(20)은 제1 배출보관부(11)의 일면에 설치되며, 구동모터(21) 및 상기 구동모터(21)의 일면에 설치되어 구동모터(21)에서 생성되는 동력을 전달하는 샤프트(23)를 포함한다.
샤프트(23)는 일측이 구동모터(21)와 연동하고, 타측이 후술할 연결축(53b)과 연동함으로써, 구동모터(21)에서 생성된 동력을 연결축(53b)에 전달하는 기능을 수행한다.
또한, 샤프트(23)의 외면에 샤프트커버(22)가 감싸도록 구비되어 외부로부터 유입되는 이물질 및 외압으로부터 보호할 수 있으나, 이는 선택적으로 구비될 수 있음을 사전에 밝혀둔다.
도 4는 본 발명의 일실시 예에 따른 전해액 코팅장치의 고정하우징(30)을 사시도를 나타내 보인 것으로서, 내부에 내부공간(33)이 형성되고, 일면에 샤프트(23)가 안착되는 안착홈(31)이 형성되며, 일면에 연결하우징(40)을 설치하는 설치홀(32)을 형성된 구성을 나타내 보이고 있다.
도 2, 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시 예에 따른 고정하우징(30)은 안착부(16a)에 안착하되, 제2 실린더(17)와 결합하여 제2 실린더(17)와 함께 상하운동을 하며, 다각의 형상으로 이루어지고, 내부에 롤러하우징(50)을 수용할 수 있는 내부공간(33)이 마련된다.
이러한 고정하우징(30)은 일면 예컨대, 도면상 우측면에 샤프트(23)가 안착되는 안착홈(31)이 형성되며, 이 샤프트(23)가 고정하우징(30)의 내부로 진입되어 후술할 연결축(53b)과 결합될 수 있도록 구비된다.
또한, 고정하우징(30)은 일면 예컨대 도면상 전면부에 설치홀(32)이 형성되고, 이 설치홀(32)에 연결하우징(40)이 설치될 수 있다.
연결하우징(40)은 제1,2 튜브(41)(42)와 롤러하우징(50)이 상호 연동하여 전해액이 롤러하우징(50)으로 유입되거나, 전해액이 상기 롤러하우징(50)에서 배출되며, 제1,2 튜브(41)(42)와 롤러하우징(50) 사이에 입출구(43)가 설치될 수 있다.
도 5는 본 발명의 일실시 예에 따른 전해액 코팅장치의 롤러하우징(50)을 사시도로 나타내 보인 것으로서, 롤러하우징(50)의 양 측부에 결합부(53)가 설치되고, 이 결합부(53)가 롤러하우징(50)과 나사 체결을 위해 제2 체결홀(53a)이 배열형성되며, 제2 체결홀(53a)의 사이에 연결축(53b)이 설치된 구성을 나타내 보이고 있다.
도 6은 본 발명의 일실시 예에 따른 전해액 코팅장치의 롤러하우징(50)의 A-A 단면을 단면도로 나타내 보인 것으로서, 제1 케이스(51)의 일면에 주입구(51a)가 형성되고, 제1 케이스(51) 및 제2 케이스(52)의 사이에 롤러(54), 수용공간(55) 및 오링(58)이 형성되며, 롤러(54)의 양측에 버퍼(56)가 형성된 결합관계를 나타내 보이고 있다.
도 7은 본 발명의 일실시 예에 따른 전해액 코팅장치의 롤러하우징(50)의 B-B 단면을 단면도로 나타내 보인 것으로서, 제1 케이스(51) 및 제2 케이스(52)를 관통하는 제1 체결홀(59)이 형성되고, 버퍼(56) 및 수용공간(55)을 연결하는 홀 형태의 연결부(57)가 형성된 결합관계를 나타내 보이고 있다.
도 4 내지 7에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시 예에 따른 롤러하우징(50)은 고정하우징(30)의 내부에 형성된 내부공간(33)에 설치되고, 내부에 롤러(54)가 설치되어 이 롤러(54)가 구동모터(21)로부터 동력을 공급받아 회전하면서 전극시트의 하부를 코팅할 수 있도록 구비된 것으로서, 제1 케이스(51) 및 제2 케이스(52)로 분할형성될 수 있다.
제1 케이스(51) 및 제2 케이스(52)는 양측에 결합부(53)가 설치되어 제1 케이스(51) 및 제2 케이스(52)가 서로 분리되는 것을 방지하며, 제1 케이스(51) 및 제2 케이스(52)와 나사체결이 이루어질 수 있도록 제2 체결홀(53a)이 배열형성되며, 이 제2 체결홀(53a)의 내부에 나사산이 형성될 수 있다.
또한, 결합부(53)는 배열형성된 제2 체결홀(53a)의 사이에 별도의 홀(미도시)을 형성하고, 이 홀에 연결축(53b)이 설치될 수 있다.
연결축(53b)은 롤러(54)의 양측에 설치되고, 결합부(53)에 형성된 홀을 관통하여 샤프트(23)를 연동시켜 구동모터(21)로부터 생성되는 동력이 샤프트(23)를 통해 연결축(53b)에 전달하며, 연결축(53b)과 상호 연결된 롤러(54)가 회전되며, 샤프트(23)의 내부에 형성된 홈(미도시)에 삽입될 수 있으나, 이에 한정하는 것은 아니다.
이러한 롤러하우징(50)은 연결하우징(40)이 설치할 수 있고, 전해액을 유입 및 배출하는 주입구(51a)가 제1 케이스(51) 및 제2 케이스(52) 중 어느 한 곳에 형성되며, 본 발명에서는 제1 케이스(51)의 일면에 형성된다.
또한, 롤러하우징(50)은 제1 케이스(51) 및 제2 케이스(52) 사이에 롤러(54) 및 오링(58)이 설치되고, 롤러(54)의 외면에 전해액이 수용되는 수용공간(55)이 마련되며, 수용공간(55)의 일면에 주입구(51a)가 형성되어 있다.
즉 수용공간(55)은 주입구(51a)를 통해 유입되는 전해액을 수용하여 롤러(54)가 회전할 때마다 전해액이 롤러(54)의 외면에 함침(含浸)되는 구조이다.
이러한 롤러하우징(50)은 상면에 롤러(54)가 회전하면서 유출되는 전해액을 담는 버퍼(56)가 형성된다.
버퍼(56)는 롤러(54)의 양측에 형성되어 롤러(54)가 회전하면서 유출되는 전해액을 담아 수용공간(55)에 전달하는 기능을 수행하며, 홀 형상으로 이루어져 수용공간(55)과 연결되는 연결부(57)가 형성된다. 즉 버퍼(56)는 롤러(54)가 회전하면서 유출되는 전해액을 담아 다시 수용공간(55)에 전달하는 것으로서, 전해액을 절약하는 효과가 있다.
또한, 제1 케이스(51) 및 제2 케이스(52)는 나사를 포함하는 고정부재를 통해 상호 결합되도록 일면 예컨대 도면상 하부에 제1 체결홀(59)이 형성되며, 예컨대 고정부재가 나사인 경우, 나사머리가 내부로 삽입될 수 있도록 제1 케이스(51) 또는 제2 케이스(52) 중 어느 한 곳에 나사머리홈(59a)이 형성될 수 있으며, 본 발명에서는 제2 케이스(52)에 나사머리홈(59a)이 형성된다.
또한, 제1 케이스(51) 및 제2 케이스(52)는 간극발생을 방지하기 위해 오링(58)이 제1 케이스(51) 및 제2 케이스(52)의 사이에 설치하되, 제1 체결홀(59) 및 후술할 수용공간(55)의 사이에 설치되나, 이에 한정하는 것은 아니다.
따라서 본 발명의 일실시 예에 따르면, 전해액 코팅장치(1)는 전해액이 제1 튜브(41)를 통해 롤러하우징(50)의 수용공간(55)에 주입되고, 수용공간(55)의 내부에 설치된 롤러(54)가 구동모터(21)를 통해 회전하게 되면, 전해액이 롤러(54)의 외면에 함침(含浸)되어 전극시트의 하부를 코팅한다.
여기서 수용공간(55)의 내부에 보관된 전해액이 초과하게 되면, 제2 튜브(42)를 통해 제1 배출보관부(11), 제2 배출보관부(12), 제3 배출보관부(13) 순으로 배출이 이루어지며, 제3 배출보관부(13)에 수용된 전해액은 다시 재활용할 수 있다.
또한, 전극시트가 롤러(54)의 상부에 진입하게 되면 제2 실린더(17)가 상부 측으로 운동하여 전극시트의 하면과 롤러(54)가 밀착하게 되며, 전극시트가 롤러(54)를 통과하게 되면 제2 실린더(17)가 하부 측으로 운동하게 된다.
이하, 본 발명의 일실시 예에 따른 전해액 코팅장치를 이용한 이차 전지 제조방법을 첨부된 도면에 의거하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 8은 본 발명의 일실시 예에 따른 전해액 코팅장치를 이용한 이차 전지 제조방법의 순서도로 나타내 보인 것으로서, 전극시트(110)에 전해액(110a)을 코팅하는 단계, 전극시트(110)를 적층하는 단계, 전극시트(110)에 전해액(110a)을 2차 주입하는 단계, 이차 전지(100)를 활성화하는 단계, 가스 배출하는 단계를 나타내 보이고 있다.
도 9는 본 발명의 일실시 예에 따른 전해액 코팅장치를 이용한 이차 전지 제조방법의 전극시트를 코팅하는 방법을 정면도로 나타내 보인 것으로서, 전극시트(110)의 하면에 전해액(110a)을 코팅하는 것을 나타내 보이고 있다.
도 10은 본 발명의 일실시 예에 따른 전해액 코팅장치를 이용한 이차 전지 제조방법의 전극시트를 적층한 이차 전지를 정면도로 나타내 보인 것으로서, 구리 전극시트(111) 및 알루미늄 전극시트(112)가 서로 교차되게 적층되고, 구리전극시트(111) 또는 알루미늄 전극시트(112) 사이에 세퍼레이터(120)가 개제되며, 파우치(140)로 이차 전지(100)를 감싸는 구조를 나타내 보이고 있다.
도 8 내지 10에 도시된 바와 같이, 전해액 코팅장치를 이용한 이차 전지 제조방법은 전극시트(110)에 전해액(110a)을 코팅하는 단계(S100), 코팅된 전극시트(110)를 적층하여 이차 전지를 제조하는 단계(S200), 적층된 전극시트(110)의 사이에 전해액(110a)을 2차 주입하는 단계(S300), 충전을 하여 이차 전지(100)를 활성화하는 단계(S400) 및 이차 전지(100)에 대하여 가스 배출을 위한 가스 유로를 형성하는 단계(S500)을 포함한다.
여기서 전극시트(110)는 전해액 코팅장치(1)를 통해 하방을 전해액(110a)으로 코팅하게 되는데(S100), 구체적인 코팅방법은 앞선 전해액 코팅장치(1)에서 상술한 바 있으므로, 이하 생략함을 사전에 밝혀둔다.
한편, 코팅이 완료된 전극시트(110)는 적층하여 이차 전지(100)를 제조한다(S200). 구체적으로, 전극시트(110)는 구리 전극시트(111) 및 알루미늄 전극시트(112)를 포함하고, 최하단층에 알루미늄 전극시트(112)를 지면으로부터 적층한 이후, 구리 전극시트(111)와 교차되게 적층이 이루어지며, 구리 전극시트(111) 및 알루미늄 전극시트(112)가 서로 직접 접촉하지 않도록 세퍼레이터(120)가 개재되는 구조로 이루어져 있다.
즉 이차 전지(100)는 알루미늄 전극시트(112), 세퍼레이터(120), 구리 전극시트(111) 순으로 예컨대, 총 46층으로 적층되어 제조된다.
여기서 구리 전극시트(111), 알루미늄 전극시트(112) 및 세퍼레이터(120)는 각각 수직선상으로 정렬하며, 본 발명에서는 구리 전극시트(111)가 좌측선상으로 정렬하여 적층되고, 알루미늄 전극시트(112)가 우측선상으로 정렬하게 적층하게 되며, 세퍼레이터(120)가 구리 전극시트(111) 및 알루미늄 전극시트(112) 사이로 정렬하여 적층된다.
이후, 이차 전지(100)는 압착하여 일면 예컨대 도면상 좌측에 돌출된 구리 전극시트(111) 끼리 압착하여 +전극판 즉, 양극판이 제조되고, 일면 예컨대 도면상 우측에 돌출된 알루미늄 전극시트(112) 끼리 압착하여 -전극판, 즉 음극판이 제조되며, 적층된 이차 전지(100)의 외부를 감싸는 파우치(140)를 더 포함할 수 있다.
적층된 이후, 이차 전지(100)는 파우치(140)의 내부에 전해액(110a)을 2차 주입하여 전해액(110a)이 전극에 골고루 분포될 수 있는 시간을 제공하기 위하여, 상온, 상압 조건에서 72시간 이하로 에이징(aging)하는 단계를 실시한다(S300). 그리고 에이징 이후, 이차 전지(100) 용량의 10 내지 50% 범위 내에서 이차 전지(100)에 대한 초기 충전(Percharging)을 실시한다(S400).
초기 충전은 전극시트(110)의 전극단자를 이용하여 전극시트(110)를 1차적으로 충전함으로써 전지 내부의 가스를 발생시킴과 동시에 활물질을 활성화시키기 위한 단계이며, 0.1내지 1A의 전류, 3.6 내지 4.4V의 전압 조건에서 진행되어야 하며, 범위를 미만이거나 초과하는 경우, 가스가 발생하지 않거나, 활물질의 활성화가 되지 않을 수 있다.
초기 충전 이후, 방전 상태의 이차 전지(100)를 충전시켜 활성화시키는 포메이션(Formation)공정을 실시할 수 있다.
포메이션 공정은 다양한 공정 형태로 실시할 수 있는데, 예컨대 0.2A의 전류로 충전한 이후, 에이징을 하면서 개로전압(Open Circuit Voltage: 0CV) 불량을 검출하고, 다시 만방전하여 방전용량을 측정한 다음, 출하를 위해 용량의 50%로 충전하는 방식으로 실시 할 수 있다.
포메이션 공정 이후, 이차 전지(100)는 내부에서 발생한 가스를 배출하기 위한 탈기 공정을 실시할 수 있다(S500).
탈기 공정은 포메이션 공정 시 이차전지 내부에서 발생한 가스를 제거하기 위한 공정으로서, 파우치(140)의 일부를 절단하고, 가스 유로를 형성한 다음 예컨대, 98㎪ 이하의 진공(vacuum degree) 하에서 6초 이내로 실시할 수 있다. 그리고 탈기 공정을 실시한 이후, 일부 절단된 파우치(140)는 열융착 또는 용접으로 봉합하게 된다.
이상 본 발명을 일실시 예를 통하여 상세히 설명하였으나, 이는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명에 따른 전해액 코팅장치 및 이를 이용한 이차 전지 제조방법은 이에 한정되지 않는다. 그리고 이상에서 기재된 "포함하다", "구성하다", 또는 "가지다", 등의 용어는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 해당 구성요소가 내재될 수 있음을 의미하는 것이므로, 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 하며, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함한 모든 용어들은, 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다.
또한, 이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형 가능하다. 따라서, 본 발명에 개시된 일실시 예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 일실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
1 - 전해액 코팅장치 10 - 배출하우징
11 - 제1 배출보관부 12 - 제2 배출보관부
13 - 제3 배출보관부 13a - 손잡이
13b - 탈부착부 14 - 센서부
15 - 다리부 15a - 제3 체결홀
15b - 삽입홈 16 - 제1 실린더
16a - 안착부 17 - 제2 실린더
18 - 배출홀 20 - 모터하우징
21 - 구동모터 22 - 샤프트커버
23 - 샤프트 30 - 고정하우징
31 - 안착홈 32 - 설치홀
33 - 내부공간 40 - 연결하우징
41 - 제1 튜브 42 - 제2 튜브
43 - 입출구 50 - 롤러하우징
51 - 제1 케이스 51a - 주입구
52 - 제2 케이스 53 - 결합부
53a - 제2 체결홀 53b - 연결축
54 - 롤러 55 - 수용공간
56 - 버퍼 57 - 연결부
58 - 오링 59 - 제1 체결홀
59a - 나사머리홈 100 - 이차 전지
110 - 전극시트 110a - 전해액
111 - 구리 전극시트 112 - 알루미늄 전극시트
120 - 세퍼레이터 140 - 파우치

Claims (9)

  1. 전해액이 수용되는 제1 배출보관부, 상기 제1 배출보관부보다 상대적으로 낮은 높이로 배치된 제2 배출보관부 및 상기 제2 배출보관부보다 상대적으로 낮은 높이로 배치된 제3 배출보관부를 포함하는 배출하우징;
    상기 제1 배출보관부의 상부에 설치되는 구동모터와, 상기 구동모터와 연동하는 샤프트를 포함하는 모터하우징;
    상기 제2 배출보관부의 상부에 설치되고, 내부공간이 마련되며, 전해액이 유입되는 설치홀이 일면에 형성되고, 상기 샤프트가 삽입되는 안착홈이 일면에 형성되는 고정하우징;
    상기 내부공간에 설치되고, 롤러가 설치 가능하도록 내측에 수용공간을 형성하며, 상기 롤러의 양측에 배치되어 롤러가 회전하면서 유출되는 전해액을 담는 버퍼를 포함하는 롤러하우징; 및
    상기 롤러하우징의 측부에 설치되며, 전해액이 주입되는 제1 튜브 및 전해액이 배출되는 제2 튜브를 포함하는 연결하우징;
    을 포함하는 전해액 코팅장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 배출보관부의 일면에 설치되고, 상기 제1 튜브와 연결되어 제1 튜브를 통해 유입되는 전해액의 유량을 감지하는 센서부;
    를 포함하는 전해액 코팅장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 배출하우징은 제2 배출보관부의 일단에 형성되어 전해액을 상기 제3 배출보관부에 낙하시키는 배출홀;
    상기 제2 배출보관부의 하부에 배열설치되는 다리부;
    상기 제2 배출보관부의 하부에 배열설치되어 롤러하우징의 상하운동을 안내하는 제1 실린더; 및
    상기 제2 배출보관부의 하부에 설치되어 롤러하우징을 상하운동시켜 전극시트 및 상기 롤러 사이의 간극을 조절하는 제2 실린더;
    를 더 포함하는 전해액 코팅장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 연결하우징은 고정하우징의 일면에 형성된 설치홀에 설치되고, 상기 제1,2 튜브와 연결되어 전해액을 롤러하우징에 유입 및 배출시키는 입출구;
    를 더 포함하는 전해액 코팅장치.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 롤러하우징은 상기 제1 튜브에서 유입되는 전해액을 주입받을 수 있도록 일면에 홀 형상으로 형성되며, 상기 수용공간과 연결되는 주입구;
    를 더 포함하는 전해액 코팅장치.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 롤러는 양단에 연결축이 돌출되게 구비되어 상기 샤프트에 결합되는 전해액 코팅장치.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 버퍼는 상기 수용공간과 연결되어 상기 롤러가 회전하면서 유출된 전해액을 상기 수용공간에 전달하는 연결부;
    를 포함하는 전해액 코팅장치.
  8. 청구항 1 내지 청구항 7 중 어느 한 항에 기재된 전해액 코팅장치를 이용한 이차 전지 제조방법에 있어서,
    (a) 전해액 코팅장치를 통해 구리 전극시트 및 알루미늄 전극시트를 포함하는 전극시트의 하부에 전해액을 코팅하는 단계;
    (b) 코팅된 전극시트를 적층 하되, 상기 구리 전극시트끼리 정렬하고, 상기 알루미늄 전극시트끼리 정렬하며, 전극시트가 서로 접촉되지 않도록 전극시트 사이에 세퍼레이터가 개재되어 이차 전지를 제조하는 단계;
    (c) 적층된 전극시트 사이에 전해액을 2차 주입하는 단계;
    (d) 상기 이차 전지를 충전하여 활성화하는 단계; 및
    (e) 상기 이차 전지를 충전하는 과정에서 발생하는 가스를 배출하는 단계;
    를 포함하는 전해액 코팅장치를 이용한 이차 전지 제조방법.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 (b) 단계는 적층된 전극시트의 외면을 파우치로 감싸는 단계;
    를 더 포함하는 전해액 코팅장치를 이용한 이차 전지 제조방법.
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