KR102063894B1 - 이차전지용 전해액 공급장치 및 전해액 함침방법 - Google Patents

이차전지용 전해액 공급장치 및 전해액 함침방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 이차전지용 전해액 공급장치 및 전해액 함침방법에 관한 것으로, 본 발명에 따른 이차전지용 전해액 공급장치는, 전극과 분리막이 교대로 적층되어 형성되는 전극 적층체가 수용된 전지 케이스에 일측부가 삽입되고, 전해액이 공급되는 공급라인 및 상기 공급라인의 단부에 구비되어 상기 전극 적층체를 향해 상기 전해액을 분사하는 분사 노즐을 포함한다.

Description

이차전지용 전해액 공급장치 및 전해액 함침방법{ELECTROLYTE SUPPLY EQUIPMENT FOR RECHARGEABLE BATTERY AND ELECTROLYTE IMPREGNATION METHOD}
본 발명은 이차전지용 전해액 공급장치 및 전해액 함침방법에 관한 것이다.
이차 전지는 일차 전지와는 달리 재충전이 가능하고, 또 소형 및 대용량화 가능성으로 인해 근래에 많이 연구 개발되고 있다. 모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서의 이차 전지의 수요가 급격하게 증가하고 있다.
이차 전지는 전지 케이스에 전극 조립체가 내장되어 구성될 수 있다. 전지 케이스의 내부에 장착되는 전극 조립체는 양극 전극, 음극 전극, 상기 양/음극 전극을 고정 및 분리하는 다수의 플레이트가 교대로 적층된 충방전이 가능한 발전소자이다.
이러한 이차 전지를 제작함에 있어서, 전해액을 주입하는 공정은 케이스의 내부에 전극 조립체가 삽입된 상태에서 시행된다.
이러한 전해액 주입 공정은 전지의 제조 과정 중 가장 시간을 많이 차지하는 공정이므로 전해액 주입 시간을 단축하고 효율적으로 전해액을 주입하기 위한 여러 가지 방법들이 사용되어 왔다.
한국 공개특허 제10-1997-0054729호
본 발명의 하나의 관점은 전해액 함침의 균일성을 향상시킬 수 있는 이차전지용 전해액 공급장치 및 전해액 함침방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 이차전지용 전해액 공급장치는, 전극과 분리막이 교대로 적층되어 형성되는 전극 적층체가 수용된 전지 케이스에 일측부가 삽입되고, 전해액이 공급되는 공급라인 및 상기 공급라인의 단부에 구비되어 상기 전극 적층체를 향해 상기 전해액을 분사하는 분사 노즐을 포함할 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 전해액 함침방법은, 전해액이 공급되는 공급라인의 단부에 구비된 분사노즐의 분사방향이 전지 케이스의 수용부에 수용된 전극 적층체를 향하도록 상기 전지 케이스의 상기 수용부에 상기 공급라인의 일측부를 삽입시키는 삽입과정 및 상기 분사노즐을 통해 상기 전해액을 상기 전극 적층체를 향하여 분사하는 분사과정을 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 이차전지용 전해액 공급장치 및 전해액 함침방법은 전지 케이스 내부에서 전극 적층체의 전체면에 전해액을 고르게 분사하여 전해액 함침의 균일성이 향상될 수 있다. 이에 따라, 전해액 주입 후 전해액에 전극 조립체가 고르게 함침되도록 방치하는 기간을 줄일 수 있고, 이로 인해 제조시간이 단축될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 이차전지용 전해액 공급장치 및 전해액 함침방법은 전지 케이스 내부에서 전극 적층체에 전해액을 분사하여 전지 케이스가 오염되는 것을 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지용 전해액 공급장치에서 전해액을 공급하는 것을 정면에서 나타낸 개념도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지용 전해액 공급장치에서 전해액을 공급하기 전에 전지 케이스 및 전극 조립체가 분리된 상태를 나타낸 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지용 전해액 공급장치에서 전해액을 공급하는 것을 우측면에서 나타낸 개념도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차전지용 전해액 공급장치에서 전해액을 공급하는 것을 나타낸 개념도이다.
본 발명의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되어지는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예들로부터 더욱 명백해질 것이다. 본 명세서에서 각 도면의 구성요소들에 참조번호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 번호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다. 또한, 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고, 본 발명을 설명함에 있어서, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 관련된 공지 기술에 대한 상세한 설명은 생략하도록 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지용 전해액 공급장치에서 전해액을 공급하는 것을 정면에서 나타낸 개념도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지용 전해액 공급장치에서 전해액을 공급하기 전에 전지 케이스 및 전극 조립체가 분리된 상태를 나타낸 사시도이다.
도 1을 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지용 전해액 공급장치(100)는, 전해액(E)을 공급하는 공급라인(110) 및 전해액(E)을 분사하는 분사 노즐(120)을 포함한다. 또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지용 전해액 공급장치(100)는, 공급라인(110)으로 전해액(E)을 공급하는 전해액 공급부(130)를 더 포함할 수 있다.
도 2를 참고하면, 이차전지(10)는 전지 케이스(11) 및 전지 케이스(11)에 수용되는 전극 적층체(12)를 포함한다. 이때, 이차전지(10)는 전극 적층체(12)의 전극(12a)에 전기적으로 연결되는 전극 리드(13)를 포함할 수 있다.
전극 적층체(12)는 충방전이 가능한 발전소자로서, 전극(12a)과 분리막(12b)이 교대로 적층되어 형성될 수 있다.
전극(12a)은 양극(12a-1) 및 음극(12a-2)으로 구성될 수 있다. 이때, 전극 적층체(12)는 양극(12a-1)/분리막(12b)/음극(12a-2)이 교대로 적층된 구조로 이루어질 수 있다.
분리막(12b)은 절연 재질로 이루어져 양극(12a-1)과 음극(12a-2) 사이를 전기적으로 절연한다. 여기서, 분리막(12b)은 예를 들어 미다공성을 가지는 폴리에칠렌, 폴리프로필렌 등 폴리올레핀계 수지막으로 형성될 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지용 전해액 공급장치에서 전해액을 공급하는 것을 우측면에서 나타낸 개념도이다.
이하에서, 도 1 내지 도 3을 참조하여, 본 발명의 일 실시예인 이차전지용 전해액 공급장치(100)에 대해 보다 상세히 설명하기로 한다.
도 1 및 도 3을 참고하면, 공급라인(110)은 이차전지(10)의 전극 적층체(12)를 수용하는 전지 케이스(11)의 내부에 형성된 수용부(11a)에 일측부가 삽입되어 전해액(E)이 공급된다. 여기서, 공급라인(110)은 관 형태로 형성되어 전해액(E)이 공급되는 통로를 제공할 수 있다.
또한, 공급라인(110)의 일측부에 복수개의 주입관(111)이 구비될 수 있다.
복수개의 주입관(111)은 전해액(E) 주입시 각 단부 사이에 전극 적층체(12)가 위치되도록 각각의 단부 간에 거리가 이격된 형태로 구비될 수 있다. 이때, 분사 노즐(120)은 복수개로 이루어져 복수개의 주입관(111)의 각각의 단부에 위치될 수 있다. 여기서, 복수개의 주입관(111)은 탄성이 있는 플랙서블(flexible) 재질로 이루어질 수 있다.
또한, 공급라인(110)의 일측부에 구비되는 복수개의 주입관(111)은 한 쌍의 주입관(111)으로 구비될 수 있다. 여기서, 한 쌍의 주입관(111)은 각 단부 사이에 전극 적층체(12)가 위치되도록 각 단부가 상호 일정거리 이격된 형태로 구비될 수 있다. 이때, 분사 노즐(120)은 상호 마주보는 방향으로 한 쌍의 주입관(111)의 각 단부에 각각 위치될 수 있다.
분사 노즐(120)은 공급라인(110)의 단부에 구비되어 전극 적층체(12)를 향해 전해액(E)을 분사한다.
또한, 분사 노즐(120)은 전해액(E)을 전극 적층체(12)의 전체면을 향해 부채꼴 형태로 분사할 수 있다.
특히, 도 3에서 도시되듯이 분사 노즐(120)은 전극 적층체(12)의 넓은 면을 향해서 전해액을 분사할 수 있다.
아울러, 도면으로 도시되고 있지는 않지만, 분사 노즐(120)은, 전극 적층체(12)의 측면부을 향해 전해액(E)을 분사할 수도 있다. 여기서, 전극 적층체(12)의 측면부는 전극(12a)과 분리막(12b)의 단부가 겹쳐져 있는 부분일 수 있다. (도 3 참고)
그리고, 분사 노즐(120)은 전지 케이스(11) 높이의 1/2 지점보다 더 낮은 위치까지 전지 케이스(11) 내부로 삽입될 수 있다.
전해액 공급부(130)는 공급라인(110)으로 전해액(E)을 공급한다. 여기서, 전해액 공급부(130)는 전해액(E)을 수용하는 전해액 수용부(131)를 포함할 수 있다.
전해액 수용부(131)는 전해액(E)을 수용하는 수용공간이 내측에 형성된다. 여기서, 전해액 수용부(131)는 예를 들어 호퍼(hopper) 또는 수용 탱크(tank) 등으로 이루어질 수 있다. 이때, 전해액 수용부(131)는 주입관(111) 보다 높게 위치되어, 전해액 수용부(131)의 수용공간에 수용된 전해액(E)이 액압에 의해 주입관(111)의 단부에 구비된 분사 노즐(120)로 이동되며 전해액(E)을 분사할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지용 전해액 공급장치(100)는 전해액(E)을 전지 케이스(11)의 내측에서 전극 적층체(12)를 향해 분사되도록 공급라인(110)의 단부에 분사 노즐(120)을 구비하여 전해액(E)을 고르게 분사할 수 있다. 이에 따라, 전해액(E) 주입 후 전극 적층체(12)가 전해액(E)에 고르게 함침되어 함침의 균일성이 향상될 수 있다. 또한, 단순히 전해액을 부어 넣을 때와 비교한다면 전해액이 넘침에 따라 전지 케이스(11)가 오염되는 것을 방지할 수 있다.
특히, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지용 전해액 공급장치(100)는 공급라인(110)의 일측부에 복수개의 주입관(111)이 구비되어, 전극 적층체(12)의 전체면에 전해액(E)을 보다 고르게 분사할 수 있다. 이에 따라, 전해액(E) 주입 후 함침의 균일성이 보다 향상될 수 있다. 또한, 전지 케이스(11)의 내부에 전해액(E)을 주입 후 전극 적층체(12)가 전해액(E)에 고르게 함침되도록 방치하는 시간을 현저히 감소시킬 수 있어 제조시간이 현저히 단축될 수 있다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차전지용 전해액 공급장치에서 전해액을 공급하는 것을 나타낸 개념도이다.
도 4를 참고하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차전지용 전해액 공급장치(200)는, 전해액(E)을 공급하는 공급라인(110)과, 전해액(E)을 분사하는 분사 노즐(120) 및 공급라인(110)으로 전해액(E)을 공급하는 전해액 공급부(230)를 포함한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 이차전지용 전해액 공급장치(200)는 전술한 일 실시예에 따른 이차전지용 전해액 공급장치(100)와 비교할 때, 전해액 공급부(230)가 유체이동장치(232)를 더 포함하는 차이점이 존재한다. 따라서, 본 실시예는 일 실시예와 중복되는 내용은 간략히 기술하고, 차이점을 중심으로 기술하도록 한다.
전해액 공급부(230)는 전해액(E)을 수용하는 전해액 수용부(231) 및 전해액 수용부(231)에 수용된 전해액(E)을 공급라인(110)으로 이동시키는 유체이동장치(232)를 포함할 수 있다.
전해액 수용부(231)는 예를 들어 전해액(E)을 수용하는 수용공간이 내측에 형성된 호퍼 또는 수용 탱크 등으로 이루어질 수 있다.
유체이동장치(232)는 펌프 또는 압축기로 이루어져 전해액 수용부(231)에 수용된 전해액(E)을 공급라인(110)으로 이동시키고, 공급라인(110)의 단부에 구비된 분사 노즐(120)을 통해 전해액(E)을 분사하는데 필요한 유체압력을 제공할 수 있다.
도 1을 참고하면, 본 발명의 실시예에 의한 전해액 함침방법은, 전해액(E)이 공급되는 공급라인(110)의 일측부를 삽입하는 삽입과정 및 전해액(E)을 분사하는 분사과정을 포함한다. 또한, 본 발명의 실시예에 의한 전해액 함침방법은, 삽입과정 전에 전극 적층체(12)를 전지 케이스(11)에 수용하는 전극 적층체 수용과정 및 공급라인(110)으로 전해액(E)을 공급하는 공급과정을 더 포함할 수 있다.
이하에서, 도 1 내지 도 4를 참조하여, 본 발명의 실시예에 의한 전해액 함침방법에 대해 보다 상세히 설명하기로 한다.
도 3을 참조하면, 삽입과정은 공급라인(110)의 단부에 구비된 분사 노즐(120)의 분사방향이 전지 케이스(11)의 수용된 전극 적층체(12)를 향하도록 전지 케이스(11)의 수용부(11a)에 공급라인(110)의 일측부를 삽입시킨다.
또한, 삽입과정은 공급라인(110)의 일측부에 구비되어 각각의 단부 간에 거리가 이격된 복수개의 주입관(111)을 복수개의 주입관(111)의 각각의 단부 사이에 전극 적층체(12)가 위치되도록 삽입한다. 이때, 삽입과정은 복수개의 주입관(111)의 각각의 단부에 위치되는 분사 노즐(120)의 분사방향이 전극 적층체(12)를 향하도록 복수개의 주입관(111)을 전지 케이스(11)에 삽입한다.
또한, 삽입과정은 복수개의 주입관(111)을 한 쌍의 주입관(111)으로 구비하여, 각 단부가 상호 일정거리 이격된 한 쌍의 주입관(111)을 각 단부 사이에 전극 적층체(12)가 위치되도록 삽입할 수 있다. 여기서, 삽입과정은 한 쌍의 주입관(111)의 각 단부에 상호 마주보는 방향으로 위치되는 분사 노즐(120)의 분사방향이 전극 적층체(12)를 향하도록 한 쌍의 주입관(111)을 전지 케이스(11)에 삽입할 수 있다.
한편, 삽입과정은 분사 노즐(120)을 전지 케이스(11) 높이의 1/2 지점보다 더 낮은 위치까지 전지 케이스(11) 내부로 삽입할 수 있다.
분사과정은 분사 노즐(120)을 통해 전해액(E)을 전극 적층체(12)를 향하여 분사할 수 있다.
또한, 분사과정은 분사 노즐(120)을 통해 전해액(E)을 전극 적층체(12)의 전체면을 향해 부채꼴 형태로 분사할 수 있다. 여기서, 분사과정은 분사 노즐(120)이 전극 적층체(12)의 넓은 면을 향해서 전해액을 분사할 수 있다.
또한, 분사과정에서 분사 노즐(120)은 전극 적층체(12)의 측면부을 향해 전해액(E)을 분사할 수도 있다. 이때, 측면부는 전극(12a)과 분리막(12b)의 단부가 겹쳐져 있는 부분으로 이루어질 수 있다.
아울러, 분사과정은 전해액(E)이 전지 케이스(11)의 수용부(11a) 공간을 모두 채울때까지 전해액(E)을 분사할 수 있다.
도 2 및 도 3을 참고하면, 전극 적층체(12) 수용과정은 삽입과정 전에 전극(12a)과 분리막(12b)이 교대로 적층되어 형성되는 전극 적층체(12)를 전지 케이스(11)의 수용부(11a)에 수용시킨다.
도 3을 참고하면, 공급과정은 일례로 공급라인(110)으로 전해액 공급부(130)를 통해 전해액(E)을 공급한다. 여기서, 공급과정은 전해액(E)을 전해액 공급부(130)에 포함되는 전해액 수용부(131)에 수용시키는 전해액 수용과정을 포함할 수 있다.
또한, 도 4를 참고하면, 공급과정은 다른 예로 전해액 수용부(231)에 수용된 전해액(E)을 유체이동장치(232)를 통해 공급라인(110)으로 이동시킬 수 있다. 여기서, 공급과정은 유체이동장치(232)로 펌프 또는 압축기를 이용하여 전해액(E)을 공급라인(110)으로 이동시킬 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 전해액 공급방법은 전지 케이스(11)의 내측에서 공급라인(110)의 단부에 구비된 분사 노즐(120)을 통해 전해액(E)을 전극 적층체(12)를 향해 고르게 분사할 수 있다. 이에 따라, 전극 적층체(12)가 전해액(E)에 고르게 함침되어 함침의 균일성이 향상되고, 전지 케이스(11)가 오염되는 것을 방지할 수 있다.
특히, 본 발명의 실시예에 따른 전해액 공급방법은 공급라인(110)의 일측부에 구비된 복수개의 주입관(111)을 통해 전극 적층체(12)의 전체면에 전해액(E)을 보다 고르게 분사할 수 있다. 이에 따라, 전해액(E) 주입 후 함침의 균일성이 보다 향상될 수 있다. 또한, 전지 케이스(11)의 내부에 전해액(E)을 주입 후 전극 적층체(12)가 전해액(E)에 고르게 함침되도록 방치하는 시간을 현저히 감소시킬 수 있어, 제조시간이 현저히 단축될 수 있다.
이상 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세히 설명하였으나, 이는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명에 따른 이차전지용 전해액 공급장치 및 전해액 공급방법은 이에 한정되지 않는다. 본 발명의 기술적 사상 내에서 당해 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 실시가 가능하다고 할 것이다.
또한, 발명의 구체적인 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의하여 명확해질 것이다.
10: 이차전지
11: 전지 케이스
11a: 수용부
12: 전극 적층체
12a: 전극
12a-1: 양극
12a-2: 음극
12b: 분리막
13: 전극 리드
100,200: 전해액 공급장치
110: 공급라인
111: 주입관
120: 분사 노즐
130,230: 전해액 공급부
131,231: 전해액 수용부
232: 유체이동장치
E : 전해액

Claims (17)

  1. 전극과 분리막이 교대로 적층되어 형성되는 전극 적층체가 수용된 전지 케이스에 일측부가 삽입되고, 전해액이 공급되는 공급라인; 및
    상기 공급라인의 단부에 구비되어 상기 전극 적층체를 향해 상기 전해액을 분사하는 분사 노즐을 포함하고,
    상기 공급라인은 상기 일측부에 복수개의 주입관이 구비되며,
    상기 복수개의 주입관은 각각의 단부 사이에 상기 전극 적층체가 위치되도록 상기 각각의 단부 간에 거리가 이격된 형태로 구비되고,
    상기 분사 노즐은 복수개로 이루어져 상기 복수개의 주입관의 상기 각각의 단부에 위치되는 이차전지용 전해액 공급장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 복수개의 주입관은 탄성이 있는 플랙서블 재질로 이루어지는 이차전지용 전해액 공급장치.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 공급라인은 상기 일측부에 한 쌍의 주입관이 구비되고,
    상기 한 쌍의 주입관은 각 단부 사이에 상기 전극 적층체가 위치되도록 상기 각 단부가 상호 일정거리 이격된 형태로 구비되고,
    상기 분사 노즐은 상호 마주보는 방향으로 상기 한 쌍의 주입관의 상기 각 단부에 각각 위치되는 이차전지용 전해액 공급장치.
  6. 청구항 4 또는 5에 있어서,
    상기 분사 노즐은 상기 전해액을 상기 전극 적층체의 전체면을 향해 부채꼴 형태로 분사하는 이차전지용 전해액 공급장치.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 분사 노즐은 상기 전극 적층체의 측면부을 향해 전해액을 분사하고,
    상기 측면부는 상기 전극과 상기 분리막의 단부가 겹쳐져 있는 부분인 것을 특징으로 하는 이차전지용 전해액 공급장치.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 분사 노즐은 상기 전지 케이스 높이의 1/2 지점보다 더 낮은 위치까지 상기 전지 케이스 내부로 삽입되는 것을 특징으로 하는 이차전지용 전해액 공급장치.
  9. 전해액이 공급되는 공급라인의 단부에 구비된 분사노즐의 분사방향이 전지 케이스의 수용부에 수용된 전극 적층체를 향하도록 상기 전지 케이스의 상기 수용부에 상기 공급라인의 일측부를 삽입시키는 삽입과정; 및
    상기 분사노즐을 통해 상기 전해액을 상기 전극 적층체를 향하여 분사하는 분사과정을 포함하고,
    상기 삽입과정은 상기 공급라인의 상기 일측부에 구비되어 각각의 단부 간에 거리가 이격된 복수개의 주입관을 상기 각각의 단부 사이에 상기 전극 적층체가 위치되도록 삽입하는 전해액 함침방법.
  10. 삭제
  11. 청구항 9에 있어서,
    상기 삽입과정은
    상기 복수개의 주입관의 상기 각각의 단부에 위치되는 상기 분사노즐의 분사방향이 상기 전극 적층체를 향하도록 상기 복수개의 주입관을 상기 전지 케이스에 삽입하는 전해액 함침방법.
  12. 청구항 9에 있어서,
    상기 삽입과정은
    상기 공급라인의 상기 일측부에 구비되어 각 단부가 상호 일정거리 이격된 한 쌍의 주입관을 상기 각 단부 사이에 상기 전극 적층체가 위치되도록 삽입하는 전해액 함침방법.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 삽입과정은
    상기 한 쌍의 주입관의 상기 각 단부에 상호 마주보는 방향으로 위치되는 상기 분사 노즐의 분사방향이 상기 전극 적층체를 향하도록 상기 한 쌍의 주입관을 상기 전지 케이스에 삽입하는 전해액 함침방법.
  14. 청구항 11 내지 청구항 13 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 분사과정은
    상기 분사 노즐을 통해 상기 전해액을 상기 전극 적층체의 전체면을 향해 부채꼴 형태로 분사하는 전해액 함침방법.
  15. 청구항 9에 있어서,
    상기 삽입과정은
    상기 분사 노즐을 상기 전지 케이스 높이의 1/2 지점보다 더 낮은 위치까지 상기 전지 케이스 내부로 삽입하는 전해액 함침방법.
  16. 청구항 9에 있어서,
    상기 분사과정은
    상기 분사 노즐이 상기 전극 적층체의 측면부을 향해 상기 전해액을 분사하고,
    상기 측면부는 상기 전극 적층체에 포함된 전극과 분리막의 단부가 겹쳐져 있는 부분으로 이루어지는 전해액 함침방법.
  17. 청구항 9에 있어서,
    상기 분사과정은
    상기 전해액이 상기 전지 케이스의 상기 수용부 공간을 모두 채울때까지 상기 전해액을 분사하는 전해액 함침방법.
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