KR102114263B1 - 함침의 향상을 위해 물리적 자극을 이용하는 전지셀 제조용 전해액 함침 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전지셀 내의 전극조립체에 대한 전해액의 함침(wetting)을 향상시키기 위한 장치로서, 하나 이상의 전지셀이 수납되도록, 지면을 기준으로 상면이 개방된 상태로 하향 만입된 형상의 전지셀 트레이(tray); 및 상기 전지셀 트레이의 일측에 대면한 상태로 접해 있고 전지셀 트레이에 수납된 전지셀에 물리적 자극을 인가는 자극 인가부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 전지셀 제조용 전해액 함침 장치를 제공한다.

Description

함침의 향상을 위해 물리적 자극을 이용하는 전지셀 제조용 전해액 함침 장치 {Device for Manufacturing Battery Cell of Enhancing Electrolyte Wetting through Physical Stimulation}

본 발명은 함침의 향상을 위해 물리적 자극을 이용하는 전지셀 제조용 전해액 함침 장치에 관한 것이다.

최근, 화석연료의 고갈에 의한 에너지원의 가격 상승, 환경 오염의 관심이 증폭되며, 친환경 대체 에너지원에 대한 요구가 미래생활을 위한 필수 불가결한 요인이 되고 있다. 이에 원자력, 태양광, 풍력, 조력 등 다양한 전력 생산기술들에 대한 연구가 지속되고 있으며, 이렇게 생산된 에너지를 더욱 효율적으로 사용하기 위한 전력저장장치 또한 지대한 관심이 이어지고 있다.

특히, 모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서의 전지의 수요가 급격히 증가하고 있고, 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.

또한, 이차전지는 전지케이스의 형상에 따라, 전극조립체가 원통형 또는 각형의 금속 캔에 내장되어 있는 원통형 전지 및 각형 전지와, 전극조립체가 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치형 케이스에 내장되어 있는 파우치형 전지로 분류된다.

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 이차전지는 양극, 음극 및 상기 양극과 음극 사이에 개재되는 분리막을 포함하는 구조의 전극조립체를 전해액과 함께 전지케이스에 내장시킨 상태로 밀봉함으로써, 제조된다.

이러한 경우에, 상기 이차전지는 전극조립체에 대한 전해액의 함침을 향상시킬 수 있도록, 특정한 온도, 압력 및 시간의 조건 하에서 숙성(aging) 공정을 거치게 되고, 이러한 과정에서 발생한 가스를 외부로 배출시키는 탈기(degas) 공정을 거쳐 제조된다.

그러나, 상기 숙성 공정은 전극조립체가 전해액에 충분히 함침될 수 있도록 하기 위해, 지나치게 많은 시간을 소요하게 되며, 이에 따라, 이차전지의 제조에 소요되는 전체적인 시간 및 비용을 증가시키는 요인으로 작용한다.

또한, 상기 숙성 공정은 전극조립체와 전해액을 전지케이스에 함께 밀봉시킨 상태로만 진행되는 바, 상기 전해액에 대한 함침이 전극조립체의 각 부위에 따라 상이해질 수 있으며, 경우에 따라, 국부적인 미함침 부위가 발생할 수 있는 문제점이 있다.

상기 문제점을 해결하기 위해, 이차전지의 탈기 공정 이후에, 추가적인 숙성 공정을 거침으로써, 전극조립체의 전해액에 대한 함침을 향상키기도 하지만, 이는 이차전지의 전체적인 공정을 지연시키고, 상기 이차전지의 제조에 소요되는 시간 및 비용을 증가시키는 문제점이 있다.

따라서, 이러한 문제점을 근본적으로 해결할 수 있는 기술에 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, 전지셀 트레이의 일측에 대면한 상태로 접해 있고 전지셀 트레이에 수납된 전지셀에 물리적 자극을 인가는 자극 인가부를 포함하도록 구성함으로써, 상기 물리적 자극으로 인한 전극조립체와 전해액의 직접적인 물리적 접촉을 증가시키고, 이에 따른 전해액의 함침을 향상시켜, 전지셀의 성능을 향상시킬 수 있으며, 추가적인 숙성 공정 내지 전해액 함침 공정이 불필요하므로, 전지셀의 제조에 소요되는 시간 및 비용을 절약할 수 있음을 확인하고, 본 발명을 완성하기에 이르렀다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전지셀 제조용 전해액 함침 장치는,

전지셀 내의 전극조립체에 대한 전해액의 함침(wetting)을 향상시키기 위한 장치로서,

하나 이상의 전지셀이 수납되도록, 지면을 기준으로 상면이 개방된 상태로 하향 만입된 형상의 전지셀 트레이(tray); 및

상기 전지셀 트레이의 일측에 대면한 상태로 접해 있고 전지셀 트레이에 수납된 전지셀에 물리적 자극을 인가는 자극 인가부;

를 포함하는 구조로 이루어질 수 있다.

따라서, 상기 자극 인가부로부터 전지셀에 인가되는 물리적 자극으로 인해 전극조립체와 전해액의 직접적인 물리적 접촉이 증가하고, 이에 따른 전해액의 함침을 향상시켜, 전지셀의 성능을 향상시킬 수 있으며, 추가적인 숙성 공정 내지 전해액 함침 공정이 불필요하므로, 전지셀의 제조에 소요되는 시간 및 비용을 절약할 수 있다.

하나의 구체적인 예에서, 상기 전지셀은 양극, 음극, 및 상기 양극과 음극 사이에 개재된 분리막을 포함하는 전극조립체가 전해액과 함께 전지케이스에 내장된 구조로 이루어질 수 있다.

다시 말해, 본 발명에 따른 전해액 함침 장치를 통해 제조될 수 있는 전지셀은 그 구조 내지 종류가 크게 제한되는 것은 아니며, 양극, 음극, 및 상기 양극과 음극 사이에 개재된 분리막을 포함하는 전극조립체가 전해액과 함께 전지케이스에 내장된 구조로서, 상기 전극조립체에 대해 전해액이 직접 접촉하는 구조의 전지셀에 용이하게 적용될 수 있다.

한편, 상기 전지셀 제조용 전해액 함침 장치는 자극 인가부로부터의 물리적 자극이 전지셀에 효과적으로 전달될 수 있는 구조라면, 그 물리적 자극의 인가 방식 내지 구조가 크게 제한되는 것은 아니며, 상세하게는, 상기 자극 인가부는 전지셀 트레이의 하면에 대면하여 고정되어 있고, 회전에 의해 물리적 자극을 인가하는 구조일 수 있다.

더욱 구체적으로, 상기 자극 인가부는 판상형 구조로 이루어질 수 있으며, 전지셀 트레이의 하면에 대면하여 고정된 상태로 회전하는 구조일 수 있다.

따라서, 상기 판상형 구조로 이루어진 자극 인가부의 회전으로 인해, 상기 자극 인가부에 대면한 상태로 고정되어 있는 전지셀 트레이 역시 안정적으로 고정된 상태에서 회전하게 되며, 상기 회전으로 인해 발생한 원심력이 전지셀 트레이에 수납되어 있는 전지셀에 인가되어, 전지셀 내의 전극조립체에 대한 전해액의 함침이 향상될 수 있다.

이때, 상기 자극 인가부는 평면상으로 시계 방향 또는 반시계 방향 중에서 하나의 방향으로 회전하여 물리적 자극을 인가하는 구조일 수 있다.

즉, 상기 자극 인가부는 평면상으로 일 방향으로만 회전함으로써, 상기 회전으로 인해 발생하는 원심력을 전지셀에 인가함으로써, 전해액에 대한 함침을 향상시키는 구조일 수 있다.

그러나, 상기 자극 인가부의 회전 방향이 이에 한정되는 것은 아니며, 상세하게는, 상기 자극 인가부는 평면상으로 시계 방향 및 반시계 방향으로 반복적인 교번 회전에 의해 물리적 자극을 인가하는 구조일 수도 있음은 물론이다.

이러한 경우에, 상기 자극 인가부에 의해 인가되는 물리적 자극은 자극 인가부가 평면상으로 시계 방향 또는 반시계 방향 중에서 하나의 방향으로 회전하는 횟수 내지 각도가 적절하게 조절됨으로써, 상기 회전에 의해 발생하는 원심력 이외에, 반복적인 진동의 형태로 인가되는 구조일 수 있다.

더욱 구체적으로, 상기 자극 인가부은 평면상으로 시계 방향으로 100회 회전한 이후에, 반시계 방향으로 100회 회전하고, 이후 다시 시계 방향으로 100회 회전하면서 상기 반복적인 교번 회전에 의해 발생하는 원심력의 형태로 물리적 자극을 인가하는 구조일 수 있다.

또한, 상기 자극 인가부는 평면상으로 시계 방향으로 1회 미만, 예를 들어, 평면상으로 60도로 회전한 이후에, 반시계 방향으로 60도 회전하고, 이후 다시 시계 방향으로 60도 회전하면서 상기 반복적인 교번 회전에 의해 발생하는 진동의 형태로 물리적 자극을 인가하는 구조일 수 있다.

따라서, 상기 자극 인가부는 일 방향으로 발생하는 원심력에 비해, 보다 다양한 방향으로 발생하는 물리적 자극을 인가할 수 있으며, 이에 따라, 전극조립체의 각 부위에 따른 전해액의 함침이 보다 균일해질 수 있다.

한편, 상기 자극 인가부는 전극조립체에 대한 전해액의 함침이 안정적으로 향상될 수 있는 정도라면, 그 회전 속도가 크게 제한되는 것은 아니며, 상세하게는, 상기 자극 인가부는 2,000 rpm 내지 4,000 rpm의 속도로 회전하는 구조일 수 있다.

만일, 상기 자극 인가부가 2,000 rpm 미만의 속도로 회전할 경우에는, 상기 자극 인가부의 회전 속도가 지나치게 느려, 전극조립체에 대한 전해액의 함침이 충분히 향상될 수 있을 정도의 원심력이 발생하지 못할 수 있고, 이와 반대로, 상기 자극 인가부가 4,000 rpm을 초과하는 속도로 회전할 경우에는, 상기 자극 인가부의 회전 속도가 지나치게 커져, 이로 인해 발생하는 원심력 역시 지나치게 커질 수 있으며, 이로 인해, 전해액이 함침되는 정도가 상기 전극조립체의 각 부위에 따라, 국부적으로 상이해질 수 있다.

또한, 상기 전지셀 트레이에 수납되는 전지셀은 전지셀 트레이의 중앙 부위에 위치하거나, 2개 이상의 전지셀들이 전지셀 트레이의 내주면에 대면한 상태에서 서로 대향하는 방향으로 배열되어 위치하는 구조일 수 있다.

더욱 구체적으로, 상기 전지셀 트레이에 수납되는 전지셀은 전지셀 트레이의 중앙 부위에 위치하는 경우에는, 전지셀이 전지셀 트레이의 일측 방향으로 인접하여 위치하는 경우에 비해, 상기 전지셀의 각 부위에 인가되는 물리적 자극의 차이가 상대적으로 없거나, 적을 수 있으며, 이에 따라, 상기 전지셀 내의 전극조립체의 각 부위에 따른 전해액 함침이 보다 균일해질 수 있다.

또한, 상기 전지셀이 전지셀 트레이의 일측 방향으로 인접하여 위치하는 경우에 비해, 전지셀의 회전 반경이 상대적으로 감소하므로, 상기 자극 인가부의 회전에 의해 전지셀에 인가되는 원심력 역시 상대적으로 감소하며, 이로 인해, 자극 인가부의 회전 축에 인가되는 응력이 감소되어, 자극 인가부의 손상을 방지할 수 있다.

반면에, 상기 전지셀 트레이에 수납되는 2개 이상의 전지셀들이 전지셀 트레이의 중앙 부위에 위치하지 않을 경우에는, 상기 전지셀들은 전지셀 트레이의 내주면에 대면한 상태에서 서로 대향하는 방향으로 배열되어 위치하는 구조일 수 있다.

이러한 경우에, 상기 전지셀들의 회전 반경은, 전지셀들이 전지셀 트레이의 중앙 부위에 위치하는 경우에 비해 상대적으로 커지므로, 상기 자극 인가부의 회전에 의해 전지셀들에 인가되는 원심력 역시 상대적으로 증가하며, 이에 따라, 상기 전지셀들 내의 전극조립체에 대한 전해액의 함침을 위해 소요되는 시간을 보다 절약할 수 있다.

또한, 상기 2개 이상의 전지셀들은 전지셀 트레이의 내주면에 대면한 상태에서 서로 대향하는 방향으로 배열되어 위치함으로써, 자극 인가부의 회전에 의해 발생하는 원심력에 의해, 전지셀 트레이로부터 상기 전지셀들이 이탈되는 현상을 방지하고, 자극 인가부의 회전 축에 인가되는 응력의 불균형을 해소함으로써, 자극 인가부의 손상을 방지할 수 있다.

이때, 상기 전지셀 트레이는 자극 인가부의 회전에 의해 발생하는 원심력으로 인해, 전지셀 트레이에 탑재된 상기 전지셀이 이탈되는 현상을 효과적으로 방지하고, 안정적이 수납 상태를 유지할 수 있는 구조라면, 그 구조가 크게 제한되는 것은 아니며, 상세하게는, 상기 전지셀 트레이는 각 위치에서, 자극 인가부의 회전에 의해 인가되는 물리적 자극의 차이를 최소화하는 동시에, 다양한 구조의 전지셀을 용이하게 수납할 수 있도록, 평면상으로 원형 또는 사각형 구조로 이루어질 수 있다.

한편, 상기 전지셀 트레이는 2개 이상의 전지셀들에 대해 각각의 전지셀 탑재 위치를 설정하도록, 전지셀 트레이를 분할하는 격벽을 포함하고 있는 구조일 수 있다.

이에 따라, 상기 전지셀 트레이에 수납된 전지셀들은 격벽에 의해 안정적인 수납 상태를 유지할 수 있다.

이때, 상기 격벽의 형성 높이는 전지셀 트레이에 수납되는 전지셀의 안정적인 수납 상태를 유지할 수 있도록, 상기 전지셀의 높이를 기준으로 50% 내지 90%의 크기로 이루어질 수 있다.

만일, 상기 격벽의 형성 높이가 전지셀 트레이에 수납되는 전지셀의 높이를 기준으로 50% 미만의 크기로 형성될 경우에는, 상기 격벽이 전지셀의 수납 상태를 안정적으로 유지하지 못할 수 있고, 이와 반대로, 상기 격벽의 형성 높이가 전지셀 트레이에 수납되는 전지셀의 높이를 기준으로 90%를 초과하는 크기로 형성될 경우에는, 전극조립체에 대한 전해액의 함침 과정이 완료된 이후에, 상기 전지셀 트레이로부터 전지셀을 제거하기가 어려울 수 있다.

한편, 앞서 설명한 바와 마찬가지로, 상기 전지셀 제조용 전해액 함침 장치는 자극 인가부로부터의 물리적 자극이 전지셀에 효과적으로 전달될 수 있는 구조라면, 그 물리적 자극의 인가 방식 내지 구조가 크게 제한되는 것은 아니며, 또 다른 구체적인 예에서, 상기 물리적 자극은 자극 인가부에서 발생하는 초음파에 의해 인가되는 구조일 수 있다.

일반적으로, 초음파는 고유의 높은 진동수로 인하여 전지셀에 규칙적인 진동을 인가할 수 있으며, 이에 따라, 보다 용이하게 전지셀 내의 전극조립체와 전해액의 접촉을 증가시킬 수 있으며, 이에 따라, 전극조립체에 대한 전해액의 함침을 향상시킬 수 있다.

특히, 상기 초음파는 20 kHz 내지 100 kHz의 진동수와 2 ㎛ 내지 30 ㎛의 진폭을 가질 수 있다.

만일, 상기 초음파의 진동수와 진폭이 상기 범위보다 낮을 경우, 소망하는 전해액 함침 향상의 효과를 발휘할 수 없으며, 상기 범위보다 높을 경우, 제조 공정상 효율성이 감소하고, 지나친 진동으로 인해 전지셀의 내구성이 저하될 수 있는 문제점이 있다.

또한, 상기 초음파는 한 차례, 또는 주기적 또는 비주기적으로 두 차례 이상 인가될 수 있다.

여기서, 상기 자극 인가부로부터 초음파가 인가되는 횟수 및 주기는 상기 초음파가 인가되는 전지셀의 수량 및 크기와 같은 조건에 따라 적절히 선택될 수 있음은 물론이다.

하나의 구체적인 예에서, 상기 전지셀은 전지셀 트레이에 수납된 상태에서 액상 매체에 담지되어 있는 구조일 수 있다.

더욱 구체적으로, 상기 액상 매체는 자극 인가부로부터 인가되는 초음파 형태의 물리적 자극을 전지셀에 전달해주는 매개체로서, 전지셀 트레이에 수납된 전지셀을 담지시켜, 결과적으로 전지셀 트레이와 전지셀 사이의 공간을 채운 상태를 유지할 수 있다.

따라서, 상기 자극 인가부로부터 인가되는 초음파는 손실을 최소화하면서 전지셀에 보다 효과적으로 전달될 수 있으며, 상기 전지셀의 모든 부위에 균일하게 전달됨으로써, 전지셀 트레이를 사이에 두고 자극 인가부에 인접한 부위와 같은 특정 부위에 초음파가 집중됨으로써 발생할 수 있는 전지셀의 손상 내지 단락 등의 문제점을 효과적으로 예방할 수 있다.

또한, 상기 효과를 극대화할 수 있도록, 상기 전지셀은 외부 표면적을 기준으로 적어도 50% 이상이 액상 매체에 담지되어 있는 구조일 수 있다.

만일, 상기 전지셀이 외부 표면적을 기준으로 50% 미만이 액상 매체에 담지되어 있는 경우, 상기 액상 매체에 의한 초음파 전달의 효과가 저하되어, 소망하는 효과를 발휘하지 못할 수 있다.

이러한 경우에, 상기 액상 매체는 자극 인가부로부터의 초음파로 인해 발생하는 진동을 전지셀 트레이에 수납된 전지셀에 효과적으로 전달할 수 있는 것이라면 그 종류가 크게 제한되는 것은 아니며, 상세하게는, 비용 및 취급의 용이성 등을 고려하였을 때, 물(water)일 수 있다.

이러한 경우에, 상기 전지셀 트레이는, 자극 인가부가 회전에 의해 물리적 자극을 인가하는 경우와 달리, 액상 매체에 의한 초음파의 전달 효과를 극대화할 수 있도록, 별도의 격벽을 포함하지 않는 구조일 수 있다.

다시 말해, 상기 물리적 자극이 자극 인가부에서 발생하는 초음파에 의해 인가되는 경우에는, 전지셀 트레이가 별도의 격벽을 포함할 필요가 없으므로, 상기 전지셀 트레이의 구조를 상대적으로 간소화할 수 있으며, 이에 따라, 상기 전지셀 제조용 전해액 함침 장치의 제조에 소요되는 비용 및 시간을 절약할 수 있으며, 상기 자극 인가부가 회전에 의해 물리적 자극을 인가하는 경우에는, 상기 전지셀 트레이에 수납되는 전지셀이 액상 매체와 같이 물리적 자극을 보다 효과적으로 전달하기 위한 별도의 매개체 내에 담지될 필요가 없으므로, 전해액 함침 과정이 보다 간소화될 수 있다.

또한, 본 발명은 상기 전지셀 제조용 전해액 함침 장치를 사용하여 전극조립체에 대해 전해액을 함침시키는 방법을 제공하는 바, 상기 전지셀 제조용 전해액 함침 방법은,

i) 전지셀 트레이의 개방된 상면을 통해, 전지셀을 수납하는 단계;

ii) 상기 전지셀 트레이에 전지셀이 수납된 상태에서, 자극 인가부를 작동시킴으로써, 전지셀에 물리적 자극을 인가하는 단계; 및

iii) 상기 물리적 자극의 인가가 완료된 전지셀을 전지셀 트레이로부터 분리하는 단계;

를 포함할 수 있다.

이러한 경우에, 상기 자극 인가부는 전지셀 트레이의 하면에 대면하여 고정되어 있고, 회전에 의해 물리적 자극을 인가할 수 있다.

그러나, 상기 물리적 자극의 인가 방법이 이에 한정되는 것은 아니며, 상세하게는, 상기 물리적 자극은 자극 인가부에서 발생하는 초음파에 의해 인가되는 구조일 수도 있다.

즉, 상기 물리적 자극은 자극 인가부의 회전에 의해 인가되거나, 자극 인가부에서 발생하는 초음파에 의해 인가될 수 있으며, 이에 따라, 전지셀 내의 전극조립체에 대한 전해액의 함침을 효과적으로 향상시킬 수 있다.

본 발명은 또한, 상기 전지셀 제조용 전해액 함침 장치를 사용하여 제조되는 전지셀 및 상기 전지셀을 하나 이상 포함하는 전지팩을 제공하는 바, 상기와 같은 전지셀 내지 전지팩은 당업계에 공지되어 있으므로, 본 명세서에서는 그에 대한 구체적인 설명을 생략한다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 전지셀 제조용 전해액 함침 장치는, 전지셀 트레이의 일측에 대면한 상태로 접해 있고 전지셀 트레이에 수납된 전지셀에 물리적 자극을 인가는 자극 인가부를 포함하도록 구성됨으로써, 상기 물리적 자극으로 인한 전극조립체와 전해액의 직접적인 물리적 접촉을 증가시키고, 이에 따른 전해액의 함침을 향상시켜, 전지셀의 성능을 향상시킬 수 있으며, 추가적인 숙성 공정 내지 전해액 함침 공정이 불필요하므로, 전지셀의 제조에 소요되는 시간 및 비용을 절약할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지셀 제조용 전해액 함침 장치의 구조를 개략적으로 나타낸 모식도이다;
도 2는 도 1의 전지셀 트레이의 정면 구조 및 평면 구조를 개략적으로 나타낸 모식도이다;
도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전지셀 제조용 전해액 함침 장치의 전지셀 트레이의 구조를 개략적으로 나타낸 모식도이다;
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전지셀 제조용 전해액 함침 장치의 구조를 개략적으로 나타낸 모식도이다.

이하, 본 발명의 실시예에 따른 도면들을 참조하여 본 발명을 더욱 상술하지만, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.

도 1에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지셀 제조용 전해액 함침 장치의 구조를 개략적으로 나타낸 모식도가 도시되어 있으며, 도 2에는 도 1의 전지셀 트레이의 정면 구조 및 평면 구조를 개략적으로 나타낸 모식도가 도시되어 있다.

도 1 및 도 2를 함께 참조하면, 전지셀 제조용 전해액 함침 장치(100)는 전지셀 트레이(110) 및 자극 인가부(120)를 포함하고 있다.

자극 인가부(120)는 평면상으로 원형 구조로 이루어져 있으며, 판상형 구조로서, 전지셀 트레이(110)의 하면에 대면한 상태로 고정되어 있고, 자극 인가부(120)의 하면에는 자극 인가부(120)를 회전시키는 회전 축(121)이 연결되어 있다.

자극 인가부(120)는 평면상으로 반시계 방향으로 회전(R1)함으로써, 이로 인해 발생하는 원심력 형태의 물리적 자극을 전지셀 트레이(110)에 수납되는 전지셀에 인가할 수 있다.

여기서, 자극 인가부(120)는 평면상으로 시계 방향으로 회전하거나, 시계 방향 및 반시계 방향으로 반복적인 교번 회전에 의해 물리적 자극을 인가할 수도 있으며, 이러한 자극 인가부(120)의 회전 방향 및 회전 방법 등은 전지셀 트레이(110)에 수납되는 전지셀의 크기, 전해액 함침 장치(100)의 크기와 같은 요인을 고려하여 적절히 선택될 수 있다.

전지셀 트레이(110)는 평면상으로 원형 구조로 이루어져 있으며, 자극 인가부(120)의 위치에 대향하는 상면이 개방된 상태로 하향 만입된 형상으로 이루어져 있다.

전지셀 트레이(110)는 각각의 전지셀 탑재 위치를 설정하도록, 전지셀 트레이(112)를 분할하는 격벽(111)을 포함하고 있으며, 총 9개의 전지셀 트레이(112)가 형성되어 있다.

원통형 전지셀(101)은 평면상으로 전지셀 트레이(110)의 중앙에 형성된 전지셀 트레이(112a)에 수납되어 있으나, 2개 이상의 전지셀(101)이 수납되는 경우에는 전지셀 트레이(110)의 내주면에 대면하는 다른 전지셀 트레이(112)에 수납될 수도 있음은 물론이다.

다만, 이러한 경우에는, 2개 이상의 전지셀(101)은 자극 인가부(120)의 회전에 의해 발생하는 원심력에 의해, 전지셀 트레이(110)로부터 전지셀(101)이 이탈되는 현상을 방지하는 동시에, 자극 인가부(120)의 회전 축(121)에 인가되는 응력의 불균형을 해소함으로써, 자극 인가부(120)의 손상을 방지할 수 있도록, 서로 대향하는 방향으로 배열되어 수납된다.

격벽(111)의 높이(H1)는 전지셀(101)의 높이(H2)를 기준으로 약 60%의 크기로 이루어져 있다.

따라서, 전지셀(101)은 전지셀 트레이(110) 내에서 안정적인 수납 상태를 유지하는 동시에, 전극조립체에 대한 전해액의 함침 과정이 완료된 이후에, 전지셀 트레이(110)로부터 용이하게 제거될 수 있다.

도 3에는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전지셀 제조용 전해액 함침 장치의 전지셀 트레이의 구조를 개략적으로 나타낸 모식도가 도시되어 있다.

도 3을 참조하면, 전지셀 트레이(30)는 평면상으로 사각형 구조로 이루어져 있으며, 자극 인가부의 위치에 대향하는 상면이 개방된 상태로 하향 만입된 형상으로 이루어져 있다.

전지셀 트레이(310) 각각의 전지셀 탑재 위치를 설정하도록, 전지셀 트레이(312)를 분할하는 격벽(311)을 포함하고 있으며, 총 9개의 전지셀 트레이(312)가 형성되어 있다.

전지셀 트레이(310)의 개방된 상면에 대응되는 격벽(311)의 외주변(311a)은 전지셀(301)에 인접한 방향으로 갈수록, 격벽(311)의 높이(H3)가 작아지는 경사 구조를 갖도록 형성되어 있다.

상기 구조를 제외한 나머지 구조는 도 2의 전지셀 트레이와 동일하므로, 이에 대한 자세한 설명은 생략한다.

도 4에는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전지셀 제조용 전해액 함침 장치의 구조를 개략적으로 나타낸 모식도가 도시되어 있다.

도 4를 참조하면, 전지셀 제조용 전해액 함침 장치(400)는 전지셀 트레이(410) 및 자극 인가부(420)를 포함하고 있다.

전지셀 트레이(410)는 자극 인가부(420)의 위치에 대향하는 상면이 개방된 상태로 하향 만입된 형상으로 이루어져 있다.

따라서, 전지셀(401)은 전지셀 트레이(410)의 개방된 상면을 통해 보다 용이하게 수납 및 제거될 수 있으며, 만입된 형상에 따라 형성된 전지셀 트레이(410)의 측벽(411)은 전지셀(401)을 안정적으로 지지함으로써, 자극 인가부(420)로부터 인가되는 물리적 자극으로 인한 전지셀(401)의 유동 및 손상을 방지할 수 있다.

전지셀(401)은 전지셀 트레이(410)에 수납된 상태에서, 외부 표면적을 기준으로 약 90%가 액상 매체(240)에 담지되어 있다.

따라서, 자극 인가부(420)로부터의 물리적 자극은 액상 매체(430)를 통해, 손실을 최소화하면서 전지셀(401)에 보다 효과적으로 전달될 수 있다.

또한, 자극 인가부(420)로부터의 물리적 자극은 액상 매체(430)에 담지되어 있는 전지셀(401)의 대부분의 부위에 균일하게 전달됨으로써, 전지셀 트레이(410)를 사이에 두고 자극 인가부(420)에 인접한 부위와 같은 특정 부위에 물리적 자극이 집중됨으로써 발생할 수 있는 전극조립체의 단락 등의 문제점을 효과적으로 예방할 수 있다.

자극 인가부(420)는 원기둥 형상의 초음파 혼(horn)으로 이루어져 있으며, 전지셀 트레이(410)의 하면(412)에 접촉한 상태로 위치해 있다.

자극 인가부(420)는 20 kHz 내지 100 kHz의 진동수와 2 ㎛ 내지 30 ㎛의 진폭을 가지는 초음파를 인가하며, 이에 따라, 초음파가 액상 매체(430)를 진동시키고, 이러한 진동이 전지셀 트레이(410)에 수납된 전지셀(401)로 인가되어, 전지셀 내의 전극조립체에 대한 전해액의 함침을 향상시킬 수 있다.

이러한 자극 인가부(420)의 초음파에 의해 수행되는 물리적 자극은 한 차례, 또는 주기적 또는 비주기적으로 두 차례 이상 인가될 수 있으며, 자극 인가부(420)는 전지셀 트레이(410)에 수납되는 전지셀(401)의 수량, 전지셀 트레이(410)의 크기 등의 조건에 따라 한 군데, 또는 두 군데 이상의 다양한 방향에서 전지셀 트레이(410)에 밀착된 상태로 초음파를 통해 진동 형태의 물리적 자극을 인가할 수도 있음은 물론이다.

본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주내에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다.

Claims (21)

1. 전지셀 내의 전극조립체에 대한 전해액의 함침(wetting)을 향상시키기 위한 장치로서,
   하나 이상의 전지셀이 수납되도록, 지면을 기준으로 상면이 개방된 상태로 하향 만입된 형상의 전지셀 트레이(tray); 및
   상기 전지셀 트레이의 일측에 대면한 상태로 접해 있고 전지셀 트레이에 수납된 전지셀에 물리적 자극을 인가는 자극 인가부;
   를 포함하고,
   상기 자극 인가부는,
   전지셀 트레이의 하면에 대면하여 고정되어 있고, 평면상으로 시계 방향 및 반시계 방향으로 반복적인 교번 회전에 의해 물리적 자극을 인가하며, 2,000 rpm 내지 4,000 rpm의 속도로 회전하고,
   상기 전지셀 트레이는,
   전지셀이 전지셀 트레이의 중앙 부위에 위치하거나, 2개 이상의 전지셀들이 전지셀 트레이의 내주면에 대면한 상태에서 서로 대향하는 방향으로 배열되어 위치하도록 전지셀 수납부를 분할하는 격벽을 포함하고,
   상기 격벽의 외주변은 전지셀에 인접한 방향으로 갈수록 격벽의 높이가 작아지는 경사 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 전지셀 제조용 전해액 함침 장치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 전지셀은 양극, 음극, 및 상기 양극과 음극 사이에 개재된 분리막을 포함하는 전극조립체가 전해액과 함께 전지케이스에 내장된 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 전지셀 제조용 전해액 함침 장치.
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8. 제 1 항에 있어서, 상기 전지셀 트레이는 평면상으로 원형 또는 사각형 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 전지셀 제조용 전해액 함침 장치.
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10. 제 1 항에 있어서, 상기 격벽의 형성 높이는 전지셀 트레이에 수납되는 전지셀의 높이를 기준으로 50% 내지 90%의 크기로 이루어진 것을 특징으로 하는 전지셀 제조용 전해액 함침 장치.
    
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