KR102104491B1

KR102104491B1 - 전해액 주액 장치

Info

Publication number: KR102104491B1
Application number: KR1020160038884A
Authority: KR
Inventors: 강태원; 박동혁; 김진하
Original assignee: 주식회사 엘지화학
Priority date: 2016-03-31
Filing date: 2016-03-31
Publication date: 2020-04-24
Also published as: KR20170112187A

Abstract

본 발명은 전해액 주입 시 전해액 주입용 질소가 전해액에 혼입되는 것을 방지할 수 있는 전해액 주액 장치에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 전해액을 일시 저장하여 외부 용기에 주액하기 위한 호퍼부재, 상기 호퍼부재에 가스를 주입하여 상기 전해액이 상기 외부 용기로 주액되는 것을 유도하는 가스 주입부 및 상기 호퍼부재에 마련되어 상기 가스 주입부로부터 주입되는 가스의 압력은 상기 전해액에 전달하되 상기 가스가 상기 전해액에 혼입되는 것은 차단하는 유연막을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

전해액 주액 장치{DEVICE FOR ELECTROLYTE INJECTION}

본 발명은 전해액 주액 장치에 관한 것으로서, 보다 자세하게는 전해액 주입 시 전해액 주입용 질소가 전해액에 혼입되는 것을 방지할 수 있는 전해액 주액 장치에 관한 것이다.

물질의 물리적 반응이나 화학적 반응을 통해 전기에너지를 생성시켜 외부로 전원을 공급하게 되는 전지(cell, battery)는 각종 전기전자 기기로 둘러싸여 있는 생활환경에 따라, 건물로 공급되는 교류 전원을 획득하지 못할 경우나 직류전원이 필요할 경우 사용하게 된다.

이와 같은 전지 중에서 화학적 반응을 이용하는 화학전지인 일차전지와 이차전지가 일반적으로 많이 사용되고 있는데, 일차전지는 건전지로 통칭되는 것으로 소모성 전지이다. 또한, 이차전지는 전류와 물질 사이의 산화환원과정이 다수 반복 가능한 소재를 사용하여 제조되는 재충전식 전지로서, 전류에 의해 소재에 대한 환원반응이 수행되면 전원이 충전되고, 소재에 대한 산화반응이 수행되면 전원이 방전되는데, 이와 같은 충전-방전이 반복적으로 수행되면서 전기가 생성되게 된다.

리튬 이차 전지는 전해질 형태에 따라 리튬금속전지, 리튬이온전지, 리튬 각형 이차 전지로 나눌 수 있다.

여기서 리튬 각형 이차 전지는 견고한 금속 외장을 사용할 필요가 없고, 용도에 따라 다양한 크기와 모양으로 제조할 수 있으며, 3mm이하 두께로 제작이 가능하고 무게도 30% 이상 줄일 수 있으며, 대량생산 및 대형전지 제조가 가능하다.

이런 이유로 리튬 각형 이차 전지는 현재 상용화되어 다양한 분야에서 사용되고 있다.

대한민국공개특허공보 제10-2015-0029139호에는 종래의 특정한 형태의 노즐을 포함하는 전해액 주액 장치 및 이를 사용하여 제조된 전지셀이 공지되어 있다.

이러한 종래의 전해액 주액 장치는 2차 전지 전해액 주액 공정에서 전극 조립체 내 전해액 함침성을 향상시키기 위해 일반적으로 질소 가압을 사용한다.

그런데 종래의 질소 가압 공정은 2차 전지 내 전해액 주액 완료 전에 전해액이 담겨 있는 호퍼에 직접 질소 가스를 가압하는 구조로 가압 시 2차 전지 내부에 전해액과 질소 가스가 혼입되고 질소 분압 상승으로 인한 전해액 내 질소가 용해 되어 2차 전지 내압의 상승 요인이 되고 전지 성능의 저하를 초래하는 문제점이 있다.

따라서 본 발명은 위와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 과제는 전해액 가압 시 2차 전지 내부에 전해액과 질소 가스가 혼입되는 것을 방지할 수 있는 전해액 주액 장치를 제공하는 것이다.

본 발명에 따른 전해액 주액 장치는 전해액이 저장된 호퍼부재, 상기 호퍼부재에 가스를 주입하고 상기 전해액을 가압하여 외부 용기로 주액시키는 가스 주입부 및 상기 호퍼부재에 마련되어 상기 가스 주입부로부터 주입되는 가스의 압력은 상기 전해액에 전달하되 상기 가스가 상기 전해액에 혼입되는 것은 차단하는 유연막을 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 유연막은 상기 가스 주입부로부터 상기 호퍼부재로 주입되는 가스의 이동로를 밀봉하게 설치되어 상기 가스의 압력에 의해 변형될 수 있다.

상기 유연막은 탄성에 의해 복원력을 가질 수 있다.

본 발명에 따른 전해액 주액 장치는 상기 호퍼부재를 내부에 수용하며 외부로부터 밀봉되는 챔버부를 더 포함할 수 있다.

상기 가스 주입부는 상기 챔버부에 연결되어 상기 챔버부의 내부에 가스를 주입할 수 있다.

상기 챔버부 내부로 주입되는 가스는 상기 호퍼부재의 입구를 통해 상기 호퍼부재의 내부로 이동하고, 상기 호퍼부재의 입구를 밀봉하게 설치되는 유연막은 상기 가스의 압력에 의해 변형되어 상기 전해액을 가압할 수 있다.

상기 가스의 압력은 0.35Mpa ~ 0.45Mpa 일 수 있다.

본 발명에 따른 전해액 주액 장치는 상기 외부용기를 바닥으로부터 지지하여 고정하는 고정부를 더 포함할 수 있다.

본 발명에 따르면, 질소와 전해액의 혼입을 차단하여 2차 전지 성능 저하를 방지하는 효과가 있다.

본 발명에 따르면, 기존의 호퍼부재에 유연막을 설치하여 제작이 가능하기 때문에 제작 비용을 절감하는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전해액 주액 장치의 주요부를 측면에서 개략적으로 도시한 구성도이다.
도 2는 도 1의 전해액 주액 장치에 가스가 주입된 것을 도시한 사용상태도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전해액 주액 장치의 주요부를 측면에서 개략적으로 도시한 구성도이다.
도 4는 도 3의 전해액 주액 장치에 가스가 주입된 것을 도시한 사용상태도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전해액 주액 장치에 대하여 상세히 설명하기로 한다.

본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과하고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

도면에서 각 구성요소 또는 그 구성요소를 이루는 특정 부분의 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었다. 따라서, 각 구성요소의 크기는 실제크기를 전적으로 반영하는 것은 아니다. 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우, 그러한 설명은 생략하도록 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체의 주요부를 나타내기 위해 측면에서 개략적으로 도시한 구성도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 전해액 주액 장치는 전해액(E)이 저장된 호퍼부재(10), 상기 호퍼부재(10)에 가스(C)를 주입하고 상기 전해액(E)을 가압하여 외부 용기(B)로 주액시키는 가스 주입부(20) 및 상기 호퍼부재(10)에 마련되어 상기 가스 주입부(20)로부터 주입되는 가스(C)의 압력은 상기 전해액(E)에 전달하되 상기 가스(C)가 상기 전해액(E)에 혼입되는 것은 차단하는 유연막(30)을 포함한다.

전해액(E)은 일반적으로 2차 전지의 전극 조립체에서 리튬 이온의 이동을 원활하게 하는데, 예를 들면, 비수성 유기 용매 및 리튬염을 포함할 수 있다.

리튬염은 유기 용매에 용해되어, 2차 전지 내에서 리튬 이온의 공급원으로 작용하고, 양극과 음극 사이의 리튬 이온의 이동을 촉진 시킬 수 있다.

리튬염의 예로는, LiPF6, LiBF4, LiSbF6, LiAsF6, LiCF3SO3, LiN(CF3SO2)3, Li(CF3SO2)2N, LiC4F9SO3, LiClO4, LiAlO4, LiAlCl4, LiN(CxF2x+1SO2)(CyF2y+1SO2)(여기서, x 및 y는 자연수), LiCl, LiI, 및 리튬 비스옥살레이트 보레이트(lithium bisoxalate borate) 등의 일종 또는 이종 이상을 지지(supporting) 전해염으로 포함하는 것을 들 수 있다.

전해액에서 리튬염의 농도는, 용도에 따라 변화될 수 있는 것으로, 통상적으로는 0.1M 내지 2.0M 범위 내에서 사용한다.

또한, 유기 용매는 전지의 전기 화학적 반응에 관여하는 이온들이 이동할 수 있는 매질의 역할을 하는 것으로서, 그 예로는, 벤젠, 톨루엔, 플루오로벤젠, 1,2-디플루오로벤젠, 1,3-디플루오로벤젠, 1,4-디플루오로벤젠, 1,2,3-트리플루오로벤젠, 1,2,4-트리플루오로벤젠, 클로로벤젠, 1,2-디클로로벤젠, 1,3-디클로로벤젠, 1,4-디클로로벤젠, 1,2,3-트리클로로벤젠, 1,2,4-트리클로로벤젠, 아이오도벤젠(iodobenzene), 1,2-디이오도벤젠, 1,3-디이오도벤젠, 1,4-디이오도벤젠, 1,2,3-트리이오도벤젠, 1,2,4-트리이오도벤젠, 플루오로톨루엔, 1,2-디플루오로톨루엔, 1,3-디플루오로톨루엔, 1,4-디플루오로톨루엔, 1,2,3-트리플루오로톨루엔, 1,2,4-트리플루오로톨루엔, 클로로톨루엔, 1,2-디클로로톨루엔, 1,3-디클로로톨루엔, 1,4-디클로로톨루엔, 1,2,3-트리클로로톨루엔, 1,2,4-트리클로로톨루엔, 아이오도톨루엔, 1,2-디이오도톨루엔, 1,3-디이오도톨루엔, 1,4-디이오도톨루엔, 1,2,3-트리이오도톨루엔, 1,2,4-트리이오도톨루엔, R-CN(여기에서, R은 탄소수 2 내지 50의 직쇄상, 분지상 또는 고리상 구조의 탄화 수소기로서, 상기 탄화수소기는 이중결합, 방향족 고리 또는 에테르 결합 등을 포함할 수 있다), 디메틸포름아마이드, 디메틸아세테이트, 크실렌, 사이클로헥산, 테트라하이드로퓨란, 2-메틸테트라하이드로퓨란, 사이클로헥사논, 에탄올, 이소프로필 알콜, 디메틸 카보네이트, 에틸메틸 카보네이트, 디에틸 카보네이트, 메틸프로필 카보네이트, 프로필렌 카보네이트, 메틸 프로피오네이트, 에틸 프로피오네이트, 메틸 아세테이트, 에틸 아세테이트, 프로필 아세테이트, 디메톡시에탄, 1,3-디옥솔란, 디글라임, 테트라글라임, 에틸렌 카보네이트, 프로필렌 카보네이트, 감마-부티로락톤, 설포란(sulfolane), 발레로락톤, 데카놀라이드 또는 메발로락톤의 일종 또는 이종 이상을 들 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

외부 용기(B)는 바람직하게 전해액(E)을 수용하는 2차 전지일 수 있으며, 그 외에 전해액(E)을 수용할 수 있는 일반적인 용기일 수도 있다.

2차 전지는 내부에 전해액(E)과 함께 전극 조립체를 수용하여 밀봉한다.

이하에서는 설명의 편의를 위해 외부 용기(B)를 2차 전지로 칭하여 설명한다.

호퍼부재(10)는 입구와 출구만이 개구되어 입구를 통해 내부에 유입된 전해액(E)을 일시 저장하여 출구를 통해 출구와 연통되는 2차 전지에 주액하기 위한 것이다.

도 2는 도 1의 전해액 주액 장치에 가스가 주입된 것을 도시한 사용상태도이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 전해액 주액 장치는 전해액(E)을 2차 전지 내부에 주액할 시 이차 전지에 수용된 전극 조립체 내에 전해액이 함침되는 함침성을 향상시키기 위해서 가스 주입부(20)를 사용하여 질소 등과 같은 가스(C)를 호퍼부재(10)에 주입한다.

즉, 가스 주입부(20)에 의해 공급되는 가스(C)의 압력에 의해 호퍼부재(10)의 전해액(E)이 2차 전지로 주액되는 것을 유도하여 전극 조립체 내에 전해액의 함침성을 향상시킨다.

그리고 본 발명의 일 실시예에 따르면 밀폐된 챔버부(40) 내에 2차 전지를 바닥으로부터 지지하면서 고정하기 위한 고정부(50)를 설치하고, 도 1 내지 도 2에서 보아 고정부(50)의 상측에 2차 전지를 고정한다.

그리고 2차 전지의 상측에 호퍼부재(10)를 설치하는데, 이때 호퍼부재(10)의 출구가 2차 전지의 내부와 연통하도록 한다.

이렇게 고정부(50)와 2차 전지와 호퍼부재(10)가 챔버부(40)의 내부에 설치된 상태에서 가스 주입부(20)를 챔버부(40)의 내부와 연통하여 가스 주입부(20)를 사용하여 챔버부(40)의 내부에 가스(C)를 주입하면 챔버부(40) 내에 주입된 가스(C)가 호퍼부재(10) 내부의 전해액(E)을 가압하여 전해액(E)이 2차 전지로 주액되는 것을 유도한다.

도 2에서 화살표는 가스 주입부(20)를 통해 챔버부(40) 내부로 주입되는 가스를 나타낸다.

유연막(30)은 가스 주입부(20)를 통해 주입된 질소 등과 같은 가스(C)가 호퍼부재(10)로 주입되는 이동로를 밀봉하게 형성된다.

그리고 유연막(30)은 고무 등과 같은 탄성을 갖는 유연한 소재로 형성되어 가스(C)의 압력에 의해 변형되면서도 가스가 유연막(30)를 통과하지는 못하도록 한다.

즉, 유연막(30)은 가스(C)의 압력에 의해 변형되어 가스(C)의 압력을 호퍼부재(10) 내부의 전해액(E)에 전달하면서 가스(C)가 전해액(E)과 혼입되는 것은 방지한다.

본 발명의 일실시예에 따른 유연막(30)은 호퍼부재(10)의 입구를 밀봉하게 설치되는 것이 바람직하나, 호퍼부재(10)의 입구가 아니더라도 가스 주입부(20)에 의해 주입되는 가스(C)가 호퍼부재(10)로 주입되는 이동로를 밀봉할 수 있다면 호퍼부재(10)의 다른 부위에 설치되어도 무방하다.

도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전해액 주액 장치의 주요부를 측면에서 개략적으로 도시한 구성도이고, 도 4는 도 3의 전해액 주액 장치에 가스가 주입된 것을 도시한 사용상태도이다.

도 3 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 전해액 주액 장치는 바닥에 고정부(50)를 설치하고 도 3 내지 도 4에서 보아 고정부(50)의 상측에 2차 전지를 설치하여 고정부(50)가 바닥으로부터 2차 전지를 지지하면서 2차 전지를 고정하게 한다.

그리고 호퍼부재(10)의 입구측에 가스 주입부(20)를 연결하여 호퍼부재(10)의 입구를 통해 호퍼부재(10)의 내부로 직접 질소 등과 같은 가스(C)를 주입할 수 있게 한다.

그리고 가스 주입부(20)에 의해 주입되는 가스(C)의 이동로를 밀봉하도록 호퍼부재(10)의 내부에 유연막(30)을 형성하여 가스(C)의 압력은 호퍼부재(10) 내부의 전해액(E)에 전달하면서 가스(C)가 전해액(E)에 혼입되는 것은 방지한다.

도 4에서 화살표는 가스 주입부(20)를 통해 호퍼부재(10)의 내부로 주입되는 가스를 나타낸다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 질소와 전해액의 혼입을 차단하여 2차 전지 성능 저하를 방지하는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 기존의 호퍼부재에 유연막을 설치하여 제작이 가능하기 때문에 제작 비용을 절감하는 효과가 있다.

이상과 같이 본 발명에 따른 전해액 주액 장치를 예시된 도면을 참고하여 설명하였으나, 본 발명은 이상에서 설명된 실시예와 도면에 의해 한정되지 않으며, 특허청구범위 내에서 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자들에 의해 다양한 수정 및 변형이 가능하다.

10: 호퍼부재
20: 가스 주입부
30: 유연막
40: 챔버부
50: 고정부

Claims

전해액(E)이 저장된 호퍼부재(10);
상기 호퍼부재(10)에 가스(C)를 주입하고 상기 전해액(E)을 가압하여 외부 용기(B)로 주액시키는 가스 주입부(20); 및
상기 호퍼부재(10)에 마련되어 상기 가스 주입부(20)로부터 주입되는 가스(C)의 압력은 상기 전해액(E)에 전달하되 상기 가스(C)가 상기 전해액(E)에 혼입되는 것은 차단하는 유연막(30); 을 포함하고,
상기 유연막(30)은 고무소재로 형성되며,
상기 유연막(30)은 상기 가스 주입부(20)로부터 상기 호퍼부재(10)로 주입되는 가스(C)의 이동로를 밀봉하게 설치되어 상기 가스(C)의 압력에 의해 변형되되,
상기 유연막은 상기 호퍼부재와 닿는 테두리부가 고정되고, 중앙부가 상기 전해액 방향으로 만입되는 형태로 변형되는 것을 특징으로 하는 전해액 주액 장치.
삭제
청구항 1에 있어서,
상기 유연막(30)은 탄성에 의해 복원력을 갖는 것을 특징으로 하는 전해액 주액 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 호퍼부재(10)를 내부에 수용하며 외부로부터 밀봉되는 챔버부(40)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전해액 주액 장치.
청구항 4에 있어서,
상기 가스 주입부(20)는 상기 챔버부(40)에 연결되어 상기 챔버부(40)의 내부에 가스(C)를 주입하는 것을 특징으로 하는 전해액 주액 장치.
삭제
청구항 1에 있어서,
상기 가스(C)의 압력은 0.35Mpa ~ 0.45Mpa 인 것을 특징으로 하는 전해액 주액 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 외부용기(B)를 바닥으로부터 지지하여 고정하는 고정부(50)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전해액 주액 장치.