KR102104983B1 - 전지셀 제조용 탈기 장치 및 이를 이용한 탈기 방법 - Google Patents

전지셀 제조용 탈기 장치 및 이를 이용한 탈기 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전지셀의 충방전에 의한 활성화 공정에서 발생하는 가스를 제거하는 탈기(degassing) 공정에 사용되는 장치로서, 활성화 공정을 거친 전지셀이 외부로부터 밀폐된 상태로 내부에 위치하는 챔버(Chamber); 상기 챔버의 내부에 위치하며 가스의 배출을 위해 전지셀의 가스 포켓에 관통구를 천공하기 위한 절개부; 상기 챔버 외부에 위치하며, 챔버의 내부를 진공 상태로 만들기 위해 챔버 내의 기체를 흡입하는 진공 펌프; 상기 챔버의 내부와 연통된 상태로 챔버의 외면에 장착되어 있는 파이프로서, 파이프 개폐용 볼 밸브(ball-valve)가 구비되어 있는 제 1 파이프; 상기 전지셀의 가스 포켓에 천공된 관통구를 통해 전지셀 내부와 연통될 수 있도록 구성되어 있고, 챔버의 외부에서 제 1 파이프의 단부가 연결되어 있는 제 2 파이프; 및 일측 단부가 제 2 파이프에 연결되어 있고 타측 단부가 진공 펌프에 연결되어 있으며, 진공 펌프에 의해 흡입되는 기체의 양을 조절하기 위한 쓰로틀 밸브(throttle valve)가 구비되어 있는 제 3 파이프;를 포함하는 것을 특징으로 하는 전지셀 제조용 탈기 장치를 제공한다.

Description

전지셀 제조용 탈기 장치 및 이를 이용한 탈기 방법 {Degassing Device for Manufacture of Secondary Battery and Degassing Process Using the Same}
본 발명은 전지셀 제조용 탈기 장치 및 이를 이용한 탈기 방법에 관한 것이다.
최근, 전기자동차(EV), 하이브리드 전기자동차(HEV) 등의 동력원으로서 이차전지의 사용이 실현화되고 있으며, 그리드(Grid)화를 통한 전력 보조전원 등의 용도로도 사용영역이 확대되고 있어, 그에 따라 다양한 요구에 부응할 수 있는 전지에 대한 많은 연구가 행해지고 있다.
대표적으로 전지의 형상 면에서는 얇은 두께로 휴대폰 등과 같은 제품들에 적용될 수 있는 각형 이차전지와 파우치형 이차전지에 대한 수요가 높고, 재료 면에서는 높은 에너지 밀도, 방전 전압, 출력 안정성 등의 장점을 가진 리튬이온 전지, 리튬이온 폴리머 전지 등과 같은 리튬 이차전지에 대한 수요가 높다.
특히, 최근에는 스택형 또는 스택/폴딩형 전극조립체를 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치형 전지케이스에 내장한 구조의 파우치형 전지가, 낮은 제조비, 작은 중량, 용이한 형태 변형 등을 이유로, 많은 관심을 모으고 있고 또한 그것의 사용량이 점차적으로 증가하고 있다.
일반적으로, 이러한 파우치형 전지는 전지셀의 제조 과정에서 충방전에 의해 전지를 활성화시키는 과정과, 상기 활성화 과정에서 발생하는 가스를 제거하는 탈기(degassing) 공정을 거친다.
도 1에는 종래의 파우치형 전지셀의 탈기 공정을 개략적으로 나타낸 모식도가 도시되어 있다.
도 1을 참조하면, 전지셀(100)은 전지케이스(101)의 수납부(102)에 전극조립체(110)를 수납한 상태로 전해액을 함침시키고, 외주변(111)을 열융착에 의해 밀봉하여 제조된다.
전극조립체(110)는 수납부(102)에서 전해액에 함침된 상태에서, 충방전을 통한 활성화 과정을 거친다.
활성화 과정을 거친 전지셀(100)은 수납부(102)에 대향되는 가스 포켓(121)에 관통구(122)가 천공되며, 관통구(122)를 통해, 전지셀(100)의 활성화 과정에서 발생한 가스가 전지케이스(101)의 외부로 배출되어 제거된다.
가스의 제거가 완료된 전지셀(100)은 관통구(122)가 천공된 가스 포켓이 제거되고, 상기 제거되고 남은 부위(123)는 열융착에 의해 밀봉된다.
이후, 전지셀(100)은 균일한 외형을 형성하도록, 고온의 프레스로 가압됨으로써 완성된다.
그러나, 이러한 파우치형 전지셀의 탈기 공정은 소정의 진공 및 압력이 인가되어 수행되는 바, 갑작스러운 압력의 변화로 인해, 전지셀 내부의 일부 전해액이 가스와 함께 배출되므로, 전지셀 내부의 전해액의 양이 감소하게 되며, 이는 전지셀의 성능을 저하시키는 문제점이 있다.
또한, 탈기 공정은 전지셀의 크기, 형상 및 작업 조건에 따라 비챔버 방식 또는 챔버 방식으로 행하여지는 바, 공정 조건에 따른 제조 설비를 모두 구비하는 것은 비용적인 측면에서 어려움이 있으며, 제조되는 전지셀에 맞추어 제조 설비를 변경하는 것은 현실적으로 매우 어려운 문제점이 있다.
따라서, 전지셀 내부에 전해액의 충분한 잔존량을 확보함과 동시에, 챔버 방식 또는 비챔버 방식의 혼용이 가능한 탈기 장치에 대한 필요성이 높은 실정이다.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.
본 출원의 발명자들은 심도 있는 연구와 다양한 실험을 거듭한 끝에, 이후 설명하는 바와 같이, 2 가지 작동 모드로 가동되는 탈기 장치로 크기, 형상 및 작업 조건에 따른 제조 방식이 상이한 전지셀들을 제조함으로써, 제조 설비 운영의 탄력성을 향상시킬 수 있고, 탈기 공정시, 챔버를 사용함으로써 전해액의 배출량을 제어할 수 있음을 확인하고, 본 발명을 완성하기에 이르렀다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전지셀 제조용 탈기 장치는, 전지셀의 충방전에 의한 활성화 공정에서 발생하는 가스를 제거하는 탈기(degassing) 공정에 사용되는 장치로서,
활성화 공정을 거친 전지셀이 외부로부터 밀폐된 상태로 내부에 위치하는 챔버(Chamber);
상기 챔버의 내부에 위치하며 가스의 배출을 위해 전지셀의 가스 포켓에 관통구를 천공하기 위한 절개부;
상기 챔버 외부에 위치하며, 챔버의 내부를 진공 상태로 만들기 위해 챔버 내의 기체를 흡입하는 진공 펌프;
상기 챔버의 내부와 연통된 상태로 챔버의 외면에 장착되어 있는 파이프로서, 파이프 개폐용 볼 밸브(ball-valve)가 구비되어 있는 제 1 파이프;
상기 전지셀의 가스 포켓에 천공된 관통구를 통해 전지셀 내부와 연통될 수 있도록 구성되어 있고, 챔버의 외부에서 제 1 파이프의 단부가 연결되어 있는 제 2 파이프; 및
일측 단부가 제 2 파이프에 연결되어 있고 타측 단부가 진공 펌프에 연결되어 있으며, 진공 펌프에 의해 흡입되는 기체의 양을 조절하기 위한 쓰로틀 밸브(throttle valve)가 구비되어 있는 제 3 파이프;
를 포함하는 구조로 이루어져 있다.
따라서, 상기 볼 밸브에 의해 제 1 파이프의 개폐를 조절하여 다양한 작동 모드로 탈기 장치를 가동함으로써, 전지셀의 크기, 형상 및 작업 조건에 따라 제조 방식이 다른 전지셀들을 하나의 제조 설비만으로 생산이 가능해진다. 또한, 쓰로틀 밸브를 거쳐 진공 펌프에 의해 흡입되는 챔버 내부의 기체의 양을 조절하여 전지셀 내부의 가스와 함께 배출되는 전해액의 양을 제어함으로써 전해액의 손실을 감소시킬 수 있다.
하나의 구체적인 실시예에서, 본 발명에 따른 탈기 장치는,
챔버의 내부가 비진공 상태로 설정되고, 제 2 파이프가 가스 포켓의 관통구에 연통된 상태에서 전지셀 내부의 가스를 제거하는 제 1 작동 모드; 또는
챔버의 내부가 진공 상태로 설정되고, 제 2 파이프가 가스 포켓의 관통구에 연통 또는 부분 연통 또는 비연통된 상태에서, 제 1 파이프를 통해 또는 제 1 파이프 및 제 2 파이프를 통해 전지셀 내부의 가스를 제거하는 제 2 작동 모드;
로 가동될 수 있다.
구체적으로, 상기 탈기 장치가 제 1 작동 모드로 가동될 때, 제 1 파이프의 볼 밸브는 폐쇄(close) 상태로 전환되며, 전지셀 내부의 가스는 제 2 파이프와 제 3 파이프를 순차적으로 경유하여 진공 펌프에 의해 제거되는 구조로 설정될 수 있다.
상기 볼 밸브는 유로의 중심부에 관통 구멍을 가진 구조물이 내부에 위치하여 회전함으로써 개폐되는 구조로 이루어져 있다. 상기 볼 밸브를 폐쇄(close) 상태로 전환할 경우, 전지셀 내부의 가스는 제 1 파이프로 이동하지 못하고, 제 2 파이프와 제 3 파이프를 통해서만 이동하게 된다.
즉, 상기 탈기 장치를 제 1 작동 모드로 가동할 경우, 가스 포켓에 연통되어 있는 제 2 파이프에 의해 전지셀 내부의 가스를 제거하게 되므로, 챔버 내부의 기체는 진공 펌프에 의해 흡입되지 않아 비진공 상태로 유지된다.
반면에, 상기 탈기 장치가 제 2 작동 모드로 가동될 때, 제 1 파이프의 볼 밸브가 개방(open) 상태로 전환되어, 챔버의 내부가 진공 상태로 되는 구조로 설정될 수 있다.
이러한 구조에서, 제 2 파이프는 가스 포켓에 비연통 또는 연통되어있을 수 있고, 상기 연통 여부에 따라 진공 펌프에 의해 흡입되는 기체의 유로가 하기와 같이 다소 달라질 수 있다.
첫째, 제 2 작동 모드에서, 제 2 파이프가 가스 포켓의 관통구에 비연통되어 있는 경우, 전지셀 내부의 대부분의 가스는 제 1 파이프와 제 3 파이프를 순차적으로 경유하여 진공 펌프에 의해 제거되고, 소량의 가스가 제 2 파이프와 제 3 파이프를 순차적으로 경유하여 진공 펌프에 의해 제거되는 구조로 이루어질 수 있다.
둘째, 제 2 작동 모드에서, 제 2 파이프가 가스 포켓의 관통구에 연통되어 있는 경우, 전지셀 내부의 일부 가스는 제 1 파이프와 제 3 파이프를 순차적으로 경유하여 진공 펌프에 의해 제거되고, 전지셀 내부의 나머지 가스는 제 2 파이프와 제 3 파이프를 순차적으로 경유하여 진공 펌프에 의해 제거되는 구조로 이루어질 수 있다.
이러한 다양한 제 2 작동 모드들에서, 가스 포켓에 관통구를 천공한 절개부는 가스 포켓의 관통구를 통해 전지셀의 내부가 챔버의 진공 분위기에 노출될 수 있도록, 절개부는 가스 포켓에 관통구를 천공한 후에 원위치 복귀하는 구조로 이루어질 수 있다.
제 2 작동 모드에서는, 볼 밸브가 개방 상태로 전환되어 있으므로 챔버 내부의 기체는 제 1 파이프로 유입될 수 있다.
절개부가 가스 포켓에 관통구를 천공한 상태에서, 전지셀 내부의 가스는 상기 관통구를 통하여 챔버의 내부로 배출된다. 이러한 상태에서, 진공 펌프는 전지셀의 내부에서 배출된 가스와 챔버 내부의 기체를 동시에 흡입하게 된다.
이 때, 제 1 파이프의 직경이 제 2 파이프의 직경보다 큰 값을 갖는 경우, 유량은 단면적 값에 비례하므로 대부분의 가스는 제 1 파이프와 제 3 파이프를 순차적으로 경유하여 제거되며, 나머지 일부 가스가 제 2 파이프와 제 3 파이프를 순차적으로 경유하여 제거된다.
결과적으로, 제 2 작동 모드에서, 관통구를 통해 챔버 내부로 배출된 가스는 챔버 내의 기체와 함께 제 1 파이프에 흡입되며, 전지셀 내부의 일부 가스는 제 2 파이프에 흡입되어, 최종적으로 제 3 파이프를 경유하게 제거된다.
이러한 제 2 작동 모드에서는, 진공 펌프가 전지셀 내부의 가스 중 대부분을 직접 흡입하지 않게 되고, 그 결과, 전지셀의 내부 압력에 급격한 변화가 생기지 않게 되는 바, 토출되는 전해액의 양이 줄어드는 이점이 있다.
구체적으로, 제 1 작동 모드로 가동되는 경우, 전지셀 내부의 가스가 제 2 파이프를 통과하여 흡입되면, 전지셀 내부는 1초 이내에 -98Kpa로 내부 압력이 갑작스럽게 변화되어 전해액이 토출되는 문제가 생길 수 있다.
반면에, 제 2 작동 모드로 가동되는 경우, 전지셀 내부에서 발생한 대부분의 가스가 관통구를 통해 챔버 내부로 배출된 후, 챔버 내부의 기체와 함께 흡입됨으로써, 전지셀 내부 압력의 변화가 크게 발생하지 않게 되므로 전해액의 손실량이 감소된다.
상기 볼 밸브의 구조는 특별히 제한되는 것은 아니나, 구체적으로 버터 플라이 밸브(Butterfly valve) 구조로 이루어질 수 있다.
상기 버터 플라이 밸브 구조는 밸브 내부의 원판이 단순히 회전하는 구조로 있으므로 구조가 간단하고, 압력 손실이 적으며, 저압의 기체용으로 적합한 장점을 지니고 있는 바, 제 1 작동 모드 또는 제 2 작동 모드로의 변환이 용이하다.
상기 쓰로틀 밸브는 챔버 내부의 압력을 조절하기 위해 흡입되는 기체의 개도량을 조절하는 베인(vane)을 내부에 포함하는 구조로 이루어질 수 있다.
상기 구조에서, 베인이 챔버 내의 진공도를 조절할 수 있도록, 베인의 회전각을 제어하는 스테핑 모터(Stepping Motor)를 추가로 포함하는 구조로 이루어질 수 있다.
탈기 공정 시, 진공 조건은 최소한 -80kPa이 되어야 하며, 바람직하게는 -90kPa에 도달하여야 안정권으로 볼 수 있다. 다만, 설정된 진공 조건에 도달하는 과정에서 짧은 시간 내에 챔버 내부의 압력이 급강하하는 경우, 챔버 내부의 기체와 함께 전지셀 내부의 전해액의 도출이 발생할 수 있으므로 상기의 베인(vane)을 이용하여 개도량을 서서히 증가시켜 진공 도달 시간을 늘림으로써 상기와 같은 문제를 개선할 수 있다.
즉, 상기 스테핑 모터를 이용하여, 예를 들어, 상기 베인의 각도를 0.1도씩 제어함으로써, 펌프가 가진 용량 내에서 챔버 내부의 진공도를 -60kPa, -70kPa, -80kPa, -90kPa 등의 값으로 단계적 감압이 가능하다.
구체적으로, 상기 스테핑 모터는 챔버 내의 진공도에 대한 피드백을 받아 챔버 내부의 진공도를 설정값으로 제어할 수 있다. 상기의 피드백은 챔버 내부 진공도에 대해 0.2초 간격으로 이루어지며, 상기 과정을 거쳐 목표로 하는 진공도의 설정이 가능하게 된다.
상기 제 1 파이프는 챔버 내부에 위치한 전지셀보다 상대적으로 낮은 높이로 챔버의 외부에 연결되어 있는 구조로 이루어질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 전지셀 내부의 가스가 역류하는 현상없이 제거될 수 있는 구조라면, 그 형성 위치가 크게 제한되는 것은 아니다.
본 발명에 따른 탈기장치는, 기체 흡입 과정에서 상기 볼 밸브의 내부에 고이게 되는 전해액을 포집하기 위한 전해액 탱크를 더 포함할 수 있으며, 상기 챔버의 외부에 별도로 위치할 수 있다.
이러한 탈기장치 구조에서, 상기 챔버의 내부에는, 전지셀이 안착되는 하부 다이와, 상기 하부 다이에 안착된 전지셀을 가압하는 상부 다이가 추가로 설치되어 있는 구조일 수 있다.
구체적으로, 상기 전지셀은 가스 포켓과 전지셀 본체가 지면에 대해 평행하도록 하부 다이의 상에 안착되는 구조일 수 있다.
본 발명은 또한 상기 탈기 장치를 사용하여 전지셀을 제조하는 방법을 제공한다.
이러한 전지셀 제조 방법은
(a) 전지케이스의 수납부에 전극조립체를 수납하고, 상기 전극조립체를 전해액에 함침시킨 상태에서 전지케이스를 1차 밀봉하여 가스 포켓이 구비된 전지셀을 제조하는 과정;
(b) 상기 전지셀을 충방전하여 활성화시키는 과정;
(c) 상기 전지셀의 가스 포켓에 가스의 흡입을 위한 관통구를 천공하는 과정;
(d) 진공 및 압력을 인가함으로써, 전지셀 내부의 가스를 배출하는 과정;
(e) 가스 포켓을 제거한 후 2차 밀봉하여 전지셀을 완성하는 과정;
을 포함한다.
본 발명에 따른 탈기 장치는 전지셀의 제조 과정에서 탈기 공정을 수행하고자 하는 전지셀의 크기, 형상 및 작업 조건에 따라, 작동 모드를 변화시켜 제조 공정의 효율성을 크게 높일 수 있다.
본 발명은 또한, 상기 방법을 사용하여 제조되는 전지셀 및 상기 전지셀을 하나 이상 포함하는 전지팩을 제공하는 바, 상기 전지셀 및 전지팩의 구체적인 구성은 당업계에 공지되어 있으므로, 본 명세서에서는 그에 대한 구체적인 설명을 생략한다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 전지셀 제조용 탈기 장치는, 볼 밸브에 의해 제 1 파이프의 개폐를 조절하여 작동 모드를 변화시켜 탈기 장치를 가동함으로써, 크기, 형상 및 작업 조건에 따라 제조 방식이 다른 전지셀들을 하나의 생산 설비만으로 생산이 가능하며, 일 실시예에 따른 작동 모드에서는 쓰로틀 밸브를 거쳐 진공 펌프에 의해 흡입되는 챔버 내부의 기체의 양을 조절하여 전지셀 내부의 가스와 함께 배출되는 전해액의 양을 제어함으로써 전해액의 손실을 감소시킬 수 있다.
도 1은 종래의 파우치형 전지셀의 탈기 공정을 개략적으로 나타낸 모식도이다;
도 2는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지셀 제조용 탈기 장치의 구조를 개략적으로 나타낸 사시도이다;
도 3은 탈기 공정 전의 전지셀 제조용 탈기 장치를 개략적으로 나타낸 모식도이다;
도 4는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 탈기 공정을 개략적으로 나타낸 모식도이다; 및
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 탈기 공정을 개략적으로 나타낸 모식도이다.
이하에서는, 본 발명의 실시예에 따른 도면들을 참조하여 본 발명을 더욱 상술하지만, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.
도 2에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지셀 제조용 탈기 장치(200)의 구조를 개략적으로 나타낸 모식도가 도시되어 있다.
도 2를 참조하면, 전지셀 제조용 탈기 장치(200)는 챔버(210), 진공 펌프(220), 제 1 파이프(230), 제 2 파이프(240) 및 제 3 파이프(250)를 포함하고 있다.
챔버(210)는 외부로부터 밀폐된 공간으로, 그 내부에는 전지셀(100)이 안착되는 하부 다이(211)와, 하부 다이(211)에 안착된 전지셀(100)을 가압하는 상부 다이(212), 전지셀(100)의 가스 포켓(121)에 관통구(122)를 천공하기 위한 절개부(213) 및 가스 포켓(121)이 제거되고 남은 부위를 열융착 밀봉하기 위한 실링부(도시하지 않음)가 포함되어 있다.
제 1 파이프(230)는 일측 단부가 챔버(210)의 내부와 연통된 상태로 챔버(210)의 일측 외면에 연결되어 있고, 타측 단부는 제 2 파이프(240)와 연결되어 있다.
제 2 파이프(240)는 일측 단부가 전지셀(100)의 가스 포켓(121)에 천공되어 있는 관통구(122)를 통해 전지셀(100) 내부와 연통될 수 있도록 구성되어 있고, 타측 단부는 제 3 파이프(250) 및 제 1 파이프(230)와 연결되어 있다.
제 3 파이프(250)는 일측 단부가 제 2 파이프(240)와 연결되어 있고, 타측 단부는 진공 펌프(220)와 연결되어 있다.
볼 밸브(231)와 쓰로틀 밸브(251)는 챔버(210)의 외부에서 각각 제 1 파이프(230) 및 제 3 파이프(250)에 형성되어 있다.
진공 펌프(220)는 챔버(210)로부터 흡입되어 이동하는 기체의 방향(201)에서 볼 때, 쓰로틀 밸브(251)의 후방측에서 제 3 파이프(250)의 일측 단부와 연결되어 있다.
도 3에는 탈기 공정 전의 전지셀 제조용 탈기 장치를 개략적으로 나타낸 모식도가 도시되어 있으며, 도 4에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 탈기 공정을 개략적으로 나타낸 모식도가 도시되어 있다.
도 4를 도 2 및 도 3과 함께 참조하면, 탈기 공정 전, 전지셀(100)은 지면에 대해 평행한 상태로 하부 다이(211)의 상에 안착되어 있고, 탈기 장치가 제 1 작동 모드로 가동되면, 절개부(213)에 의해 가스 포켓(121)에 형성된 관통구(122)에 제 2 파이프(240)가 전지셀(100) 내부와 연통된 상태로 연결되고, 제 1 파이프(230)의 볼 밸브(231)는 폐쇄 상태(제 1 파이프를 점선 표시)로 전환된다.
상부 다이(212)에 의해 전지셀(100)이 가압되면, 가압된 전지셀(100) 내부의 가스는 관통구(122)를 거친 후, 제 2 파이프(240)와 제 3 파이프(250)를 순차적으로 경유하여 진공 펌프(220)로 흡입된다.
제 1 파이프(230)는 볼 밸브(231)에 의해 폐쇄되어 기체가 통과하지 못하므로, 챔버(210) 내부의 비진공 상태는 유지된다.
따라서, 제 1 작동 모드로 가동되는 경우, 전지셀(100)의 내부 만을 진공 상태로 만들어 가스를 제거하게 된다.
도 5를 도 2 및 도 3과 함께 참조하면, 탈기 장치가 제 2 작동 모드로 가동되면, 절개부(213)는 가스 포켓(121)에 관통구(122)를 형성한 후, 원위치로 복귀하고, 제 1 파이프(230)의 볼 밸브(231)는 개방 상태(제 1 파이프를 실선 표시)로 전환된다.
상부 다이(212)에 의해 전지셀이 가압되면, 가압된 전지셀(100) 내부의 가스는 관통구(122)를 통하여 챔버(210)의 내부로 배출되며, 배출된 가스는 제 2 파이프(240) 또는 제 1 파이프(230)를 경유한 후, 제 3 파이프(250)를 통과하여 진공 펌프(220)로 흡입된다.
챔버(210) 내부의 가스는 제 1 파이프(230) 또는 제 2 파이프(240)를 통하여 진공 펌프(220)로 흡입되므로, 전지셀(100) 및 챔버(210) 내부는 진공 상태에 이르게 된다.
경우에 따라서는, 제 2 파이프(240)가 관통구(122)에 직접 접속된 상태를 유지하여, 제 2 파이프(240)에 의한 가스 배출량을 늘릴 수도 있다.
도 4 및 도 5를 함께 참조하면, 제 1 파이프(230) 및 절개부(213)의 일측 단부에 각각 제 1 진공 게이지(235) 및 제 2 진공 게이지(245)가 형성되어 있다.
탈기 공정이 제 1 작동 모드로 가동되는 경우, 제 1 진공 게이지(235)는 작동하지 않고, 제 2 진공 게이지(245)가 챔버(210) 내부의 진공도를 측정한다.
탈기 공정이 제 2 작동 모드로 가동되는 경우, 제 2 진공 게이지(245)는 작동하지 않고, 제 1 진공 게이지(235)가 챔버(210) 내부의 진공도를 측정한다.
이러한 진공 게이지들(235, 245)에 의해 측정된 진공도를 기준으로 쓰로틀 밸브(251) 내부에 포함되어 있는 베인(도시하지 않음)을 조절함으로써 챔버(210) 내부의 압력을 조절한다.
도 3 내지 도 5를 참조하면, 전지셀(100) 내부의 가스가 제거된 후, 가스 포켓(121)을 제거한 후, 실링부(214)에 의해 전지셀(100)의 개방되어 있는 일면을 밀봉하여 전지셀을 완성한다.
본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주내에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다.

Claims (19)

  1. 전지셀의 충방전에 의한 활성화 공정에서 발생하는 가스를 제거하는 탈기(degassing) 공정에 사용되는 장치로서,
    활성화 공정을 거친 전지셀이 외부로부터 밀폐된 상태로 내부에 위치하는 챔버(Chamber);
    상기 챔버의 내부에 위치하며 가스의 배출을 위해 전지셀의 가스 포켓에 관통구를 천공하기 위한 절개부;
    상기 챔버 외부에 위치하며, 챔버의 내부를 진공 상태로 만들기 위해 챔버 내의 기체를 흡입하는 진공 펌프;
    상기 챔버의 내부와 연통된 상태로 챔버의 외면에 장착되어 있는 파이프로서, 파이프 개폐용 볼 밸브(ball-valve)가 구비되어 있는 제 1 파이프;
    상기 전지셀의 가스 포켓에 천공된 관통구를 통해 전지셀 내부와 연통될 수 있도록 구성되어 있고, 챔버의 외부에서 제 1 파이프의 단부가 연결되어 있는 제 2 파이프; 및
    일측 단부가 제 2 파이프에 연결되어 있고 타측 단부가 진공 펌프에 연결되어 있으며, 진공 펌프에 의해 흡입되는 기체의 양을 조절하기 위한 쓰로틀 밸브(throttle valve)가 구비되어 있는 제 3 파이프;
    를 포함하고,
    챔버의 내부가 비진공 상태로 설정되고, 제 2 파이프가 가스 포켓의 관통구에 연통된 상태에서 전지셀 내부의 가스를 제거하는 제 1 작동 모드; 또는
    챔버의 내부가 진공 상태로 설정되고, 제 2 파이프가 가스 포켓의 관통구에 연통 또는 부분 연통 또는 비연통된 상태에서, 제 1 파이프를 통해 또는 제 1 파이프 및 제 2 파이프를 통해 전지셀 내부의 가스를 제거하는 제 2 작동 모드;
    로 가동되고,
    상기 제 1 작동 모드로 가동될 때, 제 1 파이프의 볼 밸브는 폐쇄(close) 상태로 전환되며, 전지셀 내부의 가스는 제 2 파이프와 제 3 파이프를 순차적으로 경유하여 진공 펌프에 의해 제거되며,
    상기 제 2 작동 모드로 가동될 때, 제 1 파이프의 볼 밸브가 개방(open) 상태로 전환되어, 챔버의 내부가 진공 상태로 되는 것을 특징으로 하는 전지셀 제조용 탈기 장치.
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  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 제 2 작동 모드에서, 제 2 파이프가 가스 포켓의 관통구에 비연통되어 있으며, 전지셀 내부의 가스는 제 1 파이프와 제 3 파이프를 순차적으로 경유하여 진공 펌프에 의해 제거되는 것을 특징으로 하는 전지셀 제조용 탈기 장치.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 제 2 작동 모드에서, 제 2 파이프가 가스 포켓의 관통구에 비연통되어 있으며, 전지셀 내부의 대부분의 가스는 제 1 파이프와 제 3 파이프를 순차적으로 경유하여 진공 펌프에 의해 제거되고, 전지셀 내부의 나머지 가스는 제 2 파이프와 제 3 파이프를 순차적으로 경유하여 진공 펌프에 의해 제거되는 것을 특징으로 하는 전지셀 제조용 탈기 장치.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 제 2 작동 모드에서, 제 2 파이프가 가스 포켓의 관통구에 연통 또는 부분 연통되어 있으며, 전지셀 내부의 일부 가스는 제 1 파이프와 제 3 파이프를 순차적으로 경유하여 진공 펌프에 의해 제거되고, 전지셀 내부의 나머지 가스는 제 2 파이프와 제 3 파이프를 순차적으로 경유하여 진공 펌프에 의해 제거되는 것을 특징으로 하는 전지셀 제조용 탈기 장치.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 제 2 작동 모드에서, 가스 포켓에 관통구를 천공한 절개부는 가스 포켓의 관통구를 통해 전지셀의 내부가 챔버의 진공 분위기에 노출될 수 있도록, 절개부는 가스 포켓에 관통구를 천공한 후에 원위치 복귀하는 것을 특징으로 하는 전지셀 제조용 탈기 장치.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 볼 밸브는 버터 플라이 밸브(Butterfly valve) 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 전지셀 제조용 탈기 장치.
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 쓰로틀 밸브는 챔버 내부의 압력을 조절하기 위해 흡입되는 기체의 개도량을 조절하는 베인(vane)을 내부에 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 전지셀 제조용 탈기 장치.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 베인이 챔버 내의 진공도를 조절할 수 있도록, 베인의 회전각을 제어하는 스테핑 모터(Stepping Motor)를 추가로 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 전지셀 제조용 탈기 장치.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 스테핑 모터는 챔버 내의 진공도에 대한 피드백을 받아 챔버 내부의 진공도를 설정값으로 제어하는 것을 특징으로 하는 전지셀 제조용 탈기 장치.
  13. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 파이프는 챔버 내부에 위치한 전지셀보다 상대적으로 낮은 높이로 챔버의 외부에 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 전지셀 제조용 탈기 장치.
  14. 제 1 항에 있어서, 기체 흡입 과정에서 상기 볼 밸브의 내부에 고이게 되는 전해액을 포집하기 위한 전해액 탱크를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전지셀 제조용 탈기 장치.
  15. 제 1 항에 있어서, 상기 챔버의 내부에는, 전지셀이 안착되는 하부 다이와, 상기 하부 다이에 안착된 전지셀을 가압하는 상부 다이가 추가로 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 전지셀 제조용 탈기 장치.
  16. 제 15 항에 있어서, 상기 전지셀은 가스 포켓과 전지셀 본체가 지면에 대해 평행하도록 하부 다이의 상에 안착되는 것을 특징으로 하는 전지셀 제조용 탈기 장치.
  17. 제 1 항에 따른 전지셀 제조용 탈기 장치를 이용하여 전지셀을 제조하는 방법으로서,
    (a) 전지케이스의 수납부에 전극조립체를 수납하고, 전해액에 함침시킨 상태에서 전지케이스를 1차 밀봉하여 가스 포켓이 구비된 전지셀을 제조하는 과정;
    (b) 상기 전지셀을 충방전하여 활성화시키는 과정;
    (c) 상기 전지셀의 가스 포켓에 가스의 흡입을 위한 관통구를 천공하는 과정;
    (d) 진공 및 압력을 인가함으로써, 전지셀 내부의 가스를 배출하는 과정;
    (e) 가스 포켓을 제거한 후 밀봉하여 전지셀을 완성하는 과정;
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 전지셀 제조 방법.
  18. 삭제
  19. 삭제
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