KR102019828B1

KR102019828B1 - 전해액 함침 방법

Info

Publication number: KR102019828B1
Application number: KR1020180010008A
Authority: KR
Inventors: 이세용; 전성진
Original assignee: (주)엔에스
Priority date: 2018-01-26
Filing date: 2018-01-26
Publication date: 2019-09-09
Also published as: KR20190091048A

Abstract

본 발명은, 전해액 함침 방법에 관한 것으로서, (a) 전해액이 전극 조립체에 주입된 이차전지를 함침 챔버의 내부 공간에 배치하는 단계; 및 (b) 상기 내부 공간을 가압하여, 미리 정해진 가압 시간 동안 가압 분위기 하에서 상기 전해액을 상기 전극 조립체에 함침시키는 단계를 포함한다.

Description

전해액 함침 방법{METHOD OF INPREGNATING AN ELECTROLYTE}

본 발명은 전해액을 이차전지의 전극 조립체에 함침시키기 위한 전해액 함침 방법에 관한 것이다.

비디오 카메라, 휴대용 전화, 휴대용 PC 등의 휴대용 전기 제품 사용이 활성화됨에 따라, 그 구동 전원으로서 주로 사용되는 이차전지에 대한 중요성이 증가되고 있다.

이러한 이차전지의 전극 조립체에 전해액이 불완전하게 함침되면, 이차전지의 용량이 저하될 수 있고, 전극 상태의 불균일성이 심화되어 안전성에 문제가 발생할 수 있고, 전극의 퇴화가 가속되어 이차전지의 수명이 단축될 수 있다. 또한, 전해액의 함침에 소요되는 시간이 증가하면, 이차전지의 생산성이 저하될 수 있다.

최근에는 이차전지의 고용량화 추세에 따라 전극 조립체의 면적이 증가되고 있으므로, 전해액 함침의 중요성은 더욱 커지고 있다. 하지만, 전술한 문제점을 해결하기 위한 효과적인 전해액 함침 방법은 제안되고 있지 못한 실정이다.

본 발명은, 상술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 전극 조립체에 대한 전해액의 함침성을 향상시킬 수 있도록 개선한 전해액 함침 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

나아가, 본 발명은, 전해액의 함침에 소요되는 시간을 줄일 수 있도록 개선한 전해액 함침 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전해액 함침 방법은, (a) 전해액이 전극 조립체에 주입된 이차전지를 함침 챔버의 내부 공간에 배치하는 단계; 및 (b) 상기 내부 공간을 가압하여, 미리 정해진 가압 시간 동안 가압 분위기 하에서 상기 전해액을 상기 전극 조립체에 함침시키는 단계를 포함한다.

바람직하게, 상기 (b) 단계는, 상기 내부 공간을 대기압에 비해 높은 압력으로 가압하여 수행한다.

바람직하게, 상기 (b) 단계는, 가압 펌프를 이용해 상기 내부 공간에 미리 정해진 가압 가스를 충전하여 수행한다.

바람직하게, (c) 상기 (b) 단계 이후에 수행하며, 상기 내부 공간을 감압하여, 미리 정해진 감압 시간 동안 진공 분위기 하에서 상기 전해액을 상기 전극 조립체에 함침시키는 단계를 더 포함한다.

바람직하게, 상기 (c) 단계는, 상기 내부 공간을 대기압에 비해 낮은 압력으로 감압하여 수행한다.

바람직하게, 상기 (c) 단계는, 진공 펌프를 이용해 상기 내부 공간에 충전된 가스를 배기하여 수행한다.

바람직하게, 상기 (b) 단계와 상기 (c) 단계는, 미리 정해진 횟수만큼 반복적으로 재수행한다.

바람직하게, 상기 가압 시간은 상기 (b) 단계를 재수행할 때마다 점진적으로 감소된다.

바람직하게, 상기 감압 시간은 상기 (c) 단계를 재수행할 때마다 점진적으로 감소된다.

바람직하게, 상기 이차전지는 상기 전해액을 상기 전극 조립체에 주입하기 위한 주입구가 개방된 상태로 상기 내부 공간에 배치된다.

본 발명에 따른 전해액 함침 방법은 다음과 같은 효과를 갖는다.

첫째, 본 발명은, 전해액이 방향에 따른 편차 없이 균일하게 가압될 수 있도록 가압 분위기 하에서 전해액의 함침을 실시함으로써, 전해액을 방향에 따른 편차 없이 전극 조립체에 신속하고 균일하게 함침시킬 수 있다.

둘째, 본 발명은, 전극 조립체에 미리 침투된 공기가 전극 조립체로부터 방출되도록 진공 분위기 하에서 전해액의 함침을 실시함으로써, 전해액을 기포의 간섭 없이 전극 조립체에 더욱 신속하고 균일하게 함침시킬 수 있다.

셋째, 본 발명은, 가압 분위기 하에서의 전해액의 함침과 진공 분위기 하에서의 전해액의 함침을 전해액 함침의 진행도를 고려해 반복적으로 수행하여, 전해액을 전극 조립체에 효과적으로 함침시킬 수 있다.

도 1은 전해액 함침 장치의 개략적인 구성을 나타내는 도면.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전해액 함침 방법을 설명하기 위한 순서도.

이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명의 실시예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 실시예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.

본 발명의 실시예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 또한, 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가진 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

도 1은 전해액 함침 장치의 개략적인 구성을 나타내는 도면이다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전해액 함침 방법(이하, '전해액 함침 방법'이라고 함)은, 가압 분위기와 진공 분위기 하에서 전해액을 전극 조립체(2a)에 함침시킬 수 있도록 마련된다. 이러한 가압 분위기와 진공 분위기는 전해액 함침 장치(1)를 이용해 형성할 수 있다. 이하에서는, 이러한 전해액 함침 장치(1)에 대하여 우선적으로 설명한 후 전해액 함침 방법에 대하여 설명하기로 한다.

전해액 함침 장치(1)는, 이차전지(2)가 수용되는 함침 챔버(10)와, 함침 챔버(10)에 가압 분위기를 형성 가능한 가압 펌프(20)와, 함침 챔버(10)에 진공 분위기를 형성 가능한 진공 펌프(30) 등을 포함할 수 있다.

함침 챔버(10)는, 서로 합치되어 내부 공간(13)을 형성하도록 마련된 베이스(11)와 커버(12) 등을 구비할 수 있다.

베이스(11)는, 이차전지(2)를 수용 가능하도록 내부에 형성된 내부 공간(13)과, 측벽에 관통 형성되는 관통구들(14, 15, 16)과, 상벽에 개방 형성되는 개방구(17) 등을 가질 수 있다.

커버(12)는 베이스(11)의 개방구(17)를 폐쇄하도록 베이스(11)에 장착될 수 있다. 이러한 커버(12)에 의해 베이스(11)의 개방구(17)가 폐쇄됨에 따라, 베이스(11)의 내부 공간(13)은 밀폐될 수 있다.

가압 펌프(20)는 미리 정해진 가압 가스를 내부 공간(13)에 충전 가능하도록 설치된다. 이를 위하여, 함침 챔버(10)는, 베이스(11)의 관통구들(14, 15, 16) 중 어느 하나의 관통구(14)와 외부의 가압 가스 공급원(미도시)을 연결하는 가압 라인(40)과, 관통구(14)를 개폐할 수 있도록 가압 라인(40)에 설치되는 개폐 밸브(50) 등을 더 구비할 수 있다.

가압 가스로서 사용 가능한 가스의 종류는 특별히 한정되지 않으며, 이차전지(2)와 반응을 일으키지 않는 성질을 갖는 다양한 종류의 가스들 중 적어도 하나가 가압 가스로서 사용될 수 있다. 예를 들어, 가압 가스는, 질소, 공기, 불활성 가스 등일 수 있다.

가압 펌프(20)는, 가압 라인(40)에 설치되어, 외부의 가스 공급원으로부터 공급된 가압 가스를 관통구(14)를 통해 내부 공간(13)에 충전할 수 있다. 내부 공간(13)은 이처럼 충전된 가압 가스에 의해 가압될 수 있다.

진공 펌프(30)는 내부 공간(13)에 충전된 공기, 가압 가스 등의 가스를 내부 공간(13)으로부터 배기 가능하도록 설치된다. 이를 위하여, 함침 챔버(10)는, 베이스(11)의 관통구들(14, 15, 16) 중 어느 하나의 관통구(15)와 외부를 연통시키도록 관통구(15)와 연결되는 감압 라인(60)과, 관통구(15)를 개폐할 수 있도록 감압 라인(60)에 설치되는 개폐 밸브(70) 등을 더 포함할 수 있다.

진공 펌프(30)는, 이러한 감압 라인(60)에 설치되어, 내부 공간(13)에 충전된 가스를 관통구(15)를 통해 외부로 배기할 수 있다. 내부 공간(13)은 이러한 가스의 배기에 의해 감압될 수 있다.

한편, 함침 챔버(10)는, 관통구들(14, 15, 16) 중 어느 하나의 관통구(16)와 외부를 연통시키도록 관통구(16)와 연결되는 대기압 라인(80)과, 관통구(16)를 개폐할 수 있도록 대기압 라인(80)에 설치되는 개폐 밸브(90) 등을 더 구비할 수 있다.

개폐 밸브(90)에 의해 관통구(16)가 개방되면, 대기 중의 공기가 대기압 라인(80)을 통해 내부 공간(13)으로 유입되거나 내부 공간(13)에 충전된 가스가 대기압 라인(80)을 통해 외부로 배기됨으로써, 내부 공간(13)은 대기압 상태가 될 수 있다.

도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전해액 함침 방법을 설명하기 위한 순서도이다.

전해액 함침 방법을 이용해, 함침 공정을 수행 가능한 이차전지(2)의 종류는 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어, 이차전지(2)는, 파우치 케이스(2b)의 내부에 전극 조립체(2a)가 수용되는 파우치형 이차전지일 수 있다. 이하에서는, 이차전지(2)가 파우치형 이차전지인 경우를 예로 들어 본 발명을 설명하기로 한다.

도 2를 참조하면, 전해액 함침 방법은, 전해액이 전극 조립체(2a)에 주입된 이차전지(2)를 함침 챔버(10)의 내부 공간(13)에 배치하는 단계(S 10); 함침 챔버(10)의 내부 공간(13)을 가압하여, 미리 정해진 가압 시간 동안 가압 분위기 하에서 전해액을 전극 조립체(2a)에 함침하는 단계(S 20); 및 함침 챔버(10)의 내부 공간(13)을 감압하여, 미리 정해진 감압 시간 동안 진공 분위기 하에서 전해액을 전극 조립체(2a)에 함침하는 단계(S 30) 등을 포함할 수 있다.

먼저, S 10 단계는, 베이스(11)로부터 커버(12)가 분리되어 개방구가 개방된 상태에서, 전해액이 파우치 케이스(2b)에 형성된 주입구(2c)를 통해 전극 조립체(2a)에 미리 주입된 이차전지(2)를 개방구를 통해 내부 공간(13)에 배치하여 수행한다.

도 1에 도시된 바와 같이, 이차전지(2)는 주입구(2c)가 개방된 상태로 내부 공간(13)에 배치되는 것이 바람직하다. 이처럼 이차전지(2)를 내부 공간(13)에 배치한 후에는, 개방구(17)가 폐쇄되도록 커버(12)를 베이스(11)에 장착하여 내부 공간(13)을 밀폐시킬 수 있다.

다음으로, S 20 단계는, 미리 정해진 가압 시간 동안에, 개폐 밸브(50)를 이용해 관통구(14)를 개방함과 함께, 가압 펌프(20)를 이용해 외부의 가스 공급원으로부터 공급된 가압 가스를 내부 공간(13)에 충전하여 수행한다.

내부 공간(13)은 가압 가스가 충전됨에 따라 가압될 수 있다. 이를 이용하여 S 20 단계는, 미리 정해진 가압 시간 동안에, 내부 공간(13)에 가압 분위기가 형성되도록 내부 공간(13)을 미리 정해진 가압 압력으로 가압하여 수행할 수 있다. 가압 시간은, 특별히 한정되지 않으며, 전극 조립체(2a)의 용적, 전해액의 주입량 등에 따라 결정될 수 있다. 가압 압력은, 특별히 한정되지 않으며, 대기압에 비해 높도록 설정될 수 있다.

이처럼 형성된 가압 분위기에 의하면, 전해액은 방향성 없이 사방으로부터 균일하게 가압될 수 있다. 따라서, 전해액은 방향에 따른 편차 없이 전극과 분리막 사이의 계면 등 전극 조립체(2a)의 빈 공간에 신속하고 균일하게 함침될 수 있다.

이후에, S 30 단계는, 미리 정해진 감압 시간 동안에, 개폐 밸브(70)를 이용해 관통구(15)를 개방함과 함께, 진공 펌프(30)를 이용해 내부 공간(13)에 충전된 가스를 외부로 배기하여 수행한다.

내부 공간(13)은 이에 충전된 가스가 외부로 배기됨에 따라 감압될 수 있다. 이를 이용하여 S 30 단계는, 미리 정해진 감압 시간 동안에, 내부 공간(13)에 감압 분위기가 형성되도록 내부 공간(13)을 미리 정해진 감압 압력으로 감압하여 수행할 수 있다. 감압 시간은, 특별히 한정되지 않으며, 전극 조립체(2a)의 용적, 전해액의 주입량 등에 따라 결정될 수 있다. 감압 압력은, 특별히 한정되지 않으며, 대기압에 비해 낮도록 설정될 수 있다.

전술한 바와 같이, 가압 분위기 하에서 전해액을 함침하면, 전해액을 전극 조립체(2a)에 신속하게 함침시킬 수 있지만, 전극 조립체(2a)에 미리 침투된 기포를 전극 조립체(2a)의 외부로 효율적으로 배출시키는 어렵다. 이로 인해, 가압 분위기 하에서만 전해액의 함침을 실시하면, 기포가 미리 침투된 부분에는 전해액이 함침되지 않아 전해액이 전극 조립체(2a)에 불균일하게 함침될 우려가 있다.

그런데, S 30 단계에 의하면, 진공 분위기 하에서 전해액을 전극 조립체(2a)에 함침시킬 수 있으므로, 내부 공간(13)으로부터 작용하는 진공력에 의해 전극 조립체(2a)에 미리 침투된 기포가 전극 조립체(2a)로부터 방출될 수 있다. 따라서, 전해액은 기포의 간섭 없이 전극 조립체(2a)에 더욱 신속하고 균일하게 함침될 수 있다.

한편, 전술한 S 20 단계와 S 30 단계는, 단발성으로 수행하기 보다는 전해액 함침의 진행도를 고려해 미리 정해진 횟수만큼 반복적으로 수행하는 것이 바람직하다.

이를 위하여, 도 2에 도시된 바와 같이, 전해액 함침 방법은, S 30 단계 이후에 수행하며, S 20 단계와 S 30 단계를 미리 정해진 기준 횟수만큼 반복적으로 수행했는지 여부를 판단하는 단계(S 40)를 더 포함할 수 있다.

S 40 단계는, S 20 단계와 S 30 단계를 1회씩 수행할 때마다 이를 카운팅하여 수행하는 것이 바람직하다. S 40 단계에서 S 20 단계와 S 30 단계가 기준 횟수 미만만큼 수행되었다고 판단되면 S 20 단계와 S 30 단계를 재수행할 수 있다. S 40 단계에서 S 20 단계와 S 30 단계가 기준 횟수만큼 수행되었다고 판단되면 전해액의 함침을 종료할 수 있다.

또한, S 20 단계에서의 가압 시간과 S 30 단계에서의 감압 시간은 각각, 전해액 함침의 진행도를 고려하여, S 20 단계와 S 30 단계를 재수행할 때마다 점진적으로 감소되는 것이 바람직하나, 이에 한정되는 것은 아니다.

한편, 전해액 함침 방법은, S 20 단계와 S 30 단계를 모두 수행하는 것으로 설명하였으나 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, S 30 단계를 생략하고 S 20 단계만 선택적으로 수행하여, 가압 분위기 하에서만 전해액을 전극 조립체(2a)에 함침시킬 수도 있다.

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 변형이 가능할 것이다.

따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 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 : 함침 장치
2 : 이차전지
2a : 전극 조립체
2b : 파우치 케이스
2c : 주입구
10 : 함침 챔버
11 : 베이스
12 : 커버
13 : 내부 공간
14, 15, 16 : 관통구
20 : 가압 펌프
30 : 진공 펌프
40 : 가압 라인
50 : 개폐 밸브
60 : 감압 라인
70 : 개패 밸브
80 : 대기압 라인
90 : 개폐 밸브

Claims

(a) 전해액이 전극 조립체에 주입된 이차전지를 함침 챔버의 내부 공간에 배치하는 단계;
(b) 상기 내부 공간을 대기압에 비해 높은 압력으로 가압하여, 미리 정해진 가압 시간 동안 가압 분위기 하에서 상기 전해액을 상기 전극 조립체에 함침시키는 단계;
(c) 상기 내부 공간을 대기압에 비해 낮은 압력으로 감압하여, 미리 정해진 감압 시간 동안 진공 분위기 하에서 상기 전해액을 상기 전극 조립체에 함침시키는 단계; 및
(d) 상기 (b) 단계와 상기 (c) 단계가 미리 정해진 기준 횟수만큼 수행되었는지 판단한 후, 상기 (b) 단계와 상기 (c) 단계의 수행 횟수가 상기 기준 횟수 미만이면 상기 (b) 단계와 상기 (c) 단계가 재수행되도록 유도하고, 상기 (b) 단계와 상기 (c) 단계의 수행 횟수가 상기 기준 횟수에 도달하면 상기 전해액의 함침을 종료하는 단계를 포함하고,
상기 가압 시간 및 상기 감압 시간은 각각, 상기 (b) 단계와 상기 (c) 단계를 재수행할 때마다 점진적으로 감소되는 것을 특징으로 하는 전해액 함침 방법.
삭제
제1항에 있어서,
상기 (b) 단계는, 가압 펌프를 이용해 상기 내부 공간에 미리 정해진 가압 가스를 충전하여 수행하는 것을 특징으로 하는 전해액 함침 방법.
삭제
삭제
제1항에 있어서,
상기 (c) 단계는, 진공 펌프를 이용해 상기 내부 공간에 충전된 가스를 배기하여 수행하는 것을 특징으로 하는 전해액 함침 방법.
삭제
삭제
삭제
제1항에 있어서,
상기 이차전지는 상기 전해액을 상기 전극 조립체에 주입하기 위한 주입구가 개방된 상태로 상기 내부 공간에 배치되는 것을 특징으로 하는 전해액 함침 방법.