KR102169162B1

KR102169162B1 - 가압 활성화 공정 설비

Info

Publication number: KR102169162B1
Application number: KR1020160137762A
Authority: KR
Inventors: 박효진; 김명현; 배준성; 이의경; 허진우; 홍석현
Original assignee: 주식회사 엘지화학
Priority date: 2016-10-21
Filing date: 2016-10-21
Publication date: 2020-10-22
Also published as: KR20180044100A

Abstract

공정 중 온도를 변경할 수 있는 가압 활성화 공정 설비를 제공한다. 본 발명에 따른 가압 활성화 공정 설비는, 이차전지 활성화 공정에서 대향한 적어도 한 쌍의 가압 블록 사이에 이차전지를 끼우고 양측에서 가압하기 위한 가압 활성화 공정 설비로서, 상기 가압 블록의 일면에 상기 이차전지를 가열하기 위한 가열판이 형성되어 있고, 상기 가압 블록 내부에는 상기 이차전지를 냉각하기 위한 냉매가 통과하는 냉각 유로가 형성되어 있는 것이다.

Description

가압 활성화 공정 설비{Pressure activation process apparatus}

본 발명은 이차전지 제조를 위한 가압 활성화 공정 설비에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 공정 진행 중 온도 변경이 가능한 가압 활성화 공정 설비에 관한 것이다.

최근, 노트북, 비디오 카메라, 휴대용 전화기 등과 같은 휴대용 전자 제품의 수요가 급격하게 증대되고, 전기 자동차, 에너지 저장용 축전지, 로봇, 위성 등의 개발이 본격화됨에 따라, 반복적인 충방전이 가능한 고성능 이차전지에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.

현재 상용화된 이차전지로는 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지, 리튬 이차전지 등이 있는데, 이 중에서 리튬 이차전지는 니켈 계열의 이차전지에 비해 메모리 효과가 거의 일어나지 않아 충방전이 자유롭고, 자가 방전율이 매우 낮으며 에너지 밀도가 높은 장점으로 각광을 받고 있다. 일반적으로 이러한 이차전지는 외장재나 적용 형태에 따라 원통형이나 각형의 캔형 이차전지와 파우치형 이차전지로 구분될 수 있다.

이차전지는 그것이 사용되는 외부기기의 종류에 따라, 단일 이차전지의 형태로 사용되기도 하고, 또는 다수의 이차전지들을 전기적으로 연결한 모듈의 형태로 사용되기도 한다. 예를 들어, 휴대폰과 같은 소형 디바이스는 이차전지 1 개의 출력과 용량으로 소정의 시간 동안 작동이 가능한 반면에, 노트북 컴퓨터, 휴대용 DVD(Portable DVD), 소형 PC(Personal Computer), 전기 자동차, 하이브리드 전기 자동차 등과 같은 중형 또는 대형 디바이스는 출력 및 용량의 문제로 다수의 이차전지들을 포함하는 모듈의 사용이 요구된다.

모듈은 다수의 이차전지들을 직렬 및/또는 병렬로 배열하여 연결한 코어 팩에 보호회로 등을 접속함으로써 제조된다. 단위 이차전지로서 각형 또는 파우치형 이차전지를 사용하는 경우에는 넓은 면들이 서로 대면하도록 적층한 후 전극단자들을 버스 바 등의 접속 부재에 의해 연결하여 용이하게 제조할 수 있다. 따라서, 육면체 구조의 입체형 모듈을 제조하는 경우에는 각형 또는 파우치형 이차전지가 단위 이차전지로서 유리하다.

그 중 파우치형 이차전지는 금속층(포일)과 상기 금속층의 상면과 하면에 코팅되는 합성수지층의 다층막으로 구성되는 파우치 외장재를 사용하여 외관을 구성하기 때문에, 금속 캔을 사용하는 원통형 또는 각형보다 전지의 무게를 현저히 줄일 수 있어 전지의 경량화가 가능하며, 다양한 형태로의 변화가 가능하다는 장점이 있어 많은 관심을 모으고 있다. 또한 그것의 사용량이 점차적으로 증가하고 있다.

일반적으로, 파우치형 이차전지는 이차전지를 조립하는 공정과 이차전지를 활성화하는 공정 등을 거쳐서 제조된다.

종래의 파우치 외장재는 일반적으로 전극조립체가 수용되는 하부 외장재와, 하부 외장재의 상부를 밀봉하는 상부 외장재로 이루어진다. 전극조립체를 하부 외장재의 수납부에 수용한 다음, 하부 외장재 수납부 주위의 가장자리와 이에 대응되는 상부 외장재의 가장자리를 밀착시키고 밀착된 일부분을 열융착한 후 전해액을 넣고 나머지 부분을 진공 실링하면 이차전지가 조립된다.

활성화 공정에서는 전류의 원활한 통전을 위해 소정의 활성화 공정 설비에 이차전지를 탑재하고 활성화에 필요한 조건으로 충방전 등의 처리를 수행하게 된다. 이차전지에 있어서는 그 특성상 첫 사이클시 양극 활물질의 활성화 및 음극에서의 안정적인 표면막(SEI, Solid Electrolyte Interface) 생성을 위해 이러한 활성화 과정이 필수적으로 선행되어야 한다. 활성화 과정에서는 이차전지 내부에 다량의 가스가 발생하게 된다. 이후 발생된 가스는 개봉되거나 절개된 배출구를 통하여 제거되며, 가스 배출 부위는 다시 열융착되어 실링된다. 상기와 같이 이차전지 내부의 가스를 배출시키고, 그 배출 통로를 열융착시키는 공정을 흔히 디개싱(degassing) 공정이라 한다. 이와 같이 충방전, 에이징 공정 및 가스 제거 디개싱 공정 등을 포함하여 활성화 공정이라고 한다.

파우치형 이차전지의 경우, 상기와 같이 활성화 과정에서 이차전지 내부에 발생한 가스가 효율적으로 제거되지 아니하면 가스가 이차전지 내부에서 일정 공간을 차지함으로써 파우치 외장재의 중앙 부위가 부풀어 오르면서 전지의 변형을 유발하고 용량 및 출력 등의 전지 성능 및 전지 수명에 악영향을 미치게 된다.

종래의 일부 기술은 활성화시킨 후의 이차전지를 다이에 고정하고 상부에서 단순 가압하여 가스를 제거하거나, 활성화 공정 중 대향한 2장의 평판형 가압 블록 사이에 이차전지를 끼우고 양측에서 압력을 가하는 방법을 이용하고 있다. 도 1 및 도 2는 후자의 방법을 설명하기 위한 도면들이다. 도 1은 종래 가압 활성화 공정 설비의 가압 블록 부분의 사시도이고, 도 2는 종래 가압 활성화 공정 설비의 가압 블록 부분의 상면도이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 대향한 2장의 가압 블록(10) 사이에 이차전지(30)를 끼우고 양측에서 압력을 가하면서, 이차전지(30)의 리드(40, 50)를 통해 전류 인가를 하여 충전을 한다. 가압 목적은 충전시 발생하는 가스가 이차전지(30) 내부에 트랩(trap)되는 것을 방지하기 위함이다.

종래 가압 블록(10)은 이차전지(30)를 가열하여 고온 환경에서 활성화시킬 수 있도록 구성되어 있다. 그러나 종래에는 자유로운 온도 변경이 아닌 승온만이 가능하고, 가압력만 변경이 가능하다. 하지만 이차전지의 종류에 따라서는 고온에서 공정이 진행되는 시간이 길어질수록 전지의 성능이 나빠지는 경우가 있기 때문에, 공정 중 온도를 변경할 수 있는 가압 활성화 공정 설비의 개선이 필요하다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 고려하여 창안된 것으로서, 본 발명은 공정 중 온도를 변경할 수 있는 가압 활성화 공정 설비를 제공하는 데 그 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 청구범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 가압 활성화 공정 설비는, 이차전지 활성화 공정에서 대향한 적어도 한 쌍의 가압 블록 사이에 이차전지를 끼우고 양측에서 가압하기 위한 가압 활성화 공정 설비로서, 상기 가압 블록의 일면에 상기 이차전지를 가열하기 위한 가열판이 형성되어 있고, 상기 가압 블록 내부에는 상기 이차전지를 냉각하기 위한 냉매가 통과하는 냉각 유로가 형성되어 있는 것이다.

본 발명에 따른 가압 활성화 공정 설비는 상기 가열판에 의한 가열 온도와 상기 냉매에 의한 냉각 온도를 제어하는 온도 센서를 더 포함할 수 있다.

상기 가열판 위에 상기 이차전지가 놓일 수 있다.

바람직한 실시예에서, 상기 냉각 유로는 2 이상의 분리된 유로를 가지고 상기 분리된 유로의 입구와 출구는 상기 가압 블록의 동일한 일측에 위치하여 상기 냉매가 상기 입구로 들어가서 상기 유로를 통해 상기 가압 블록 내부를 돌아 상기 출구로 나가게 되며, 상기 가압 블록의 면적을 두 부분 이상으로 나누어 상기 분리된 2 이상의 유로가 각 부분을 각각 냉각하는 것일 수 있다.

특히, 상기 분리된 유로의 입구는, 다른 유로의 입구와 인접하여 가압 블록의 동일한 일측 중앙부에 형성되고, 상기 가압 블록의 면적은 상기 중앙부를 기준으로 좌우측 양분하여, 상기 분리된 2 이상의 유로 중 어느 하나는 좌측 면적을 냉각하고 다른 하나는 우측 면적을 냉각하는 것일 수 있다.

이 때, 상기 이차전지는 한 쌍의 이차전지로서 상기 좌측 면적 위에 하나의 이차전지가 놓이고 상기 우측 면적 위에 다른 하나의 이차전지가 놓이는 것일 수 있다.

상기 2 이상의 분리된 유로는 상기 중앙부를 기준으로 서로 대칭으로 형성될 수 있다. 그러면 상기 2 이상의 분리된 유로는 상기 입구로부터 상기 가압 블록의 일측과 마주보는 타측까지 상승하여 상기 가압 블록의 나머지 측면을 따라 신장한 후 상기 가압 블록을 양분한 면적을 각각 커버하도록 반복 절곡 배치되면서 상기 출구까지 연장되어 있을 수 있다. 이 때, 상기 이차전지는 한 쌍의 이차전지로서 상기 좌측 면적 위 중에서도 상기 유로가 신장된 부분 위에 하나의 이차전지가 놓이고 상기 우측 면적 위 중에서도 상기 다른 유로가 신장된 부분 위에 다른 하나의 이차전지가 놓일 수 있다.

특히 바람직한 실시예에서, 상기 가압 활성화 공정 설비는 상기 이차전지를 복수개 수용하도록 내부 공간을 가지는 프레임을 포함하고, 상기 프레임 안에 상기 가압 블록을 서로 인접한 이차전지 사이에 이동 가능하게 복수개 배치하고 수평 방향으로 이동함으로써 상기 배터리 셀을 가압하도록 한 것이며, 상기 가압 블록과 대면하는 가압 플레이트를 더 포함한다.

상기 가압 활성화 공정 설비는 상기 가압 플레이트와 연결되어 상기 가압 플레이트를 수평 방향으로 이동시키는 가압 축을 더 포함할 수 있고, 상기 가압 축은, 나사 회전 방식에 의해 수평 방향으로 이동하는 것일 수 있다.

본 발명에 따른 가압 활성화 공정 설비는 가압 블록 내부에 이차전지를 냉각하기 위한 냉매가 통과하는 냉각 유로가 형성되어 있는 것이 특징이다. 이러한 냉각 유로는, 활성화 공정 진행 중 가압력을 해제하지 않고도 자유로운 온도 조절이 가능하게 한다. 따라서, 이차전지의 종류나 화학 활성에 맞춰서 최적의 성능을 발현할 수 있는 활성화 온도 조건을 포함하는 공정 설계가 가능하다.

종래의 가압 블록은 단순히 이차전지를 가열하기만 할 뿐 공정 중 온도를 변경할 수가 없다. 본 발명에 따르면, 가열판에 의한 가열을 유지한 상태 혹은 가열판의 전류 공급을 차단한 상태에서 냉각 유로를 통해 냉매를 통과시키고 냉매의 양이나 냉매 온도 조절을 통해 냉각 온도를 변화시킬 수 있으므로, 다양한 공정 온도 구현이 단시간 내에 제어 가능한 방법으로 가능하다. 냉매의 공급 개시나 중단 및/또는 냉매의 양이나 냉매 온도 조절을 통해 온도를 급속히 전환시킬 수 있으므로 순간적인 고온 및 저온 실험으로의 조건 변경도 용이하다.

본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술되는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니된다.
도 1은 종래 가압 활성화 공정 설비의 가압 블록 부분의 사시도이다.
도 2는 종래 가압 활성화 공정 설비의 가압 블록 부분의 상면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 가압 활성화 공정 설비의 사시도이다.
도 4는 도 3에 도시한 가압 활성화 공정 설비의 IV-IV 단면도이다.
도 5는 도 3에 도시한 가압 활성화 공정 설비의 가압 블록 사이에 이차전지가 투입된 모습을 나타낸 도면이다.
도 6은 도 5에서 이차전지가 가압 블록에 의해 가압된 모습을 나타낸 도면이다.
도 7은 도 3의 가압 활성화 공정 설비의 가압 블록을 보이는 사시도이다.
도 8은 도 7의 가압 블록 내부에 배치될 수 있는 냉각 유로를 보여준다.
도 9는 다른 가압 블록의 사시도이다.
도 10은 도 9의 가압 블록 내부에 배치될 수 있는 냉각 유로를 보여준다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 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 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 가압 활성화 공정 설비의 사시도이다. 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 가압 활성화 공정 설비의 IV-IV 단면도이다. 도 4에서는 도시의 편의를 위하여, 상부 프레임(123)과 서큘레이터(116)의 도시를 생략하였다.

도 3 및 도 4를 참조하면, 가압 활성화 공정 설비(100)는 프레임(120) 및 복수의 가압 블록(110)을 포함한다. 본 발명에 따른 가압 활성화 공정 설비(100)는, 활성화 공정시 충방전에 따른 스웰링 현상 등으로 인해 부풀어 오른 이차전지(C)를 가압함으로써 이차전지(C)에 가스가 트랩되지 않도록 하고, 이차전지(C)의 규격을 균일하게 만들며, 추가적으로 전해액의 함침성을 향상시킬 수 있다.

상기 프레임(120)은, 가압 활성화 공정 설비(100)의 외형을 정의하는 기초 구조로서, 하부 프레임(121), 상부 프레임(123) 및 연결 프레임(122)을 포함할 수 있다. 또한, 상기 프레임(120)은, 내부에 복수의 이차전지(C)를 수용할 수 있도록 빈 공간이 형성되어 있다. 바꾸어 말해, 프레임(120)의 내부 공간에는 복수의 이차전지(C)가 수용될 수 있다.

이 중에서, 상기 하부 프레임(121)은, 도 3이나 도 4를 기준으로 볼 때, 도면의 아랫쪽에 위치하는 프레임으로서, 이차전지(C) 및 가압 블록(110)을 지지할 수 있다.

상기 상부 프레임(123)은, 도면의 위쪽에 위치하는 프레임으로서, 가압 블록(110)이 프레임(120)의 외부로 이탈하지 않도록 가압 활성화 공정 설비(100)의 상부를 커버할 수 있다. 바람직하게는, 상기 상부 프레임(123)은, 가압 블록(110)의 용이한 교체가 가능하도록 탈착 가능한 구조로 형성될 수 있다.

상기 연결 프레임(122)은, 하부 프레임(121)과 상부 프레임(123) 사이를 연결하는 것으로서 프레임(120)의 수직 방향 축에 해당한다. 상기 연결 프레임(122)은, 프레임(120)의 일측에 구비되는 제1연결 프레임(122a) 및 일측의 반대편인 타측에 구비되는 제2연결 프레임(122b)을 포함할 수 있다.

상기 가압 블록(110)은, 상술한 프레임(120)의 내부 공간에 배치된다. 또한, 상기 가압 블록(110)은, 수평 방향으로 이동가능하게 구성된다. 이러한 가압 블록(110)의 사이(G)에는 이차전지(C)가 투입될 수 있으며, 가압 블록(110) 사이에 배치된 이차전지(C)를 가압 블록(110)이 수평 방향으로 가압할 수 있다.

가압 활성화 공정 설비(100)는, 상술한 프레임(120) 및 가압 블록(110)뿐만 아니라 가압 플레이트(130), 가압 축(140) 및 회전모터(미도시)를 더 포함할 수 있다. 상기 회전모터는 가압 축(140)에 회전력을 공급하는 장치로서, 공지의 모터, 예컨대 서보 모터가 채용될 수 있다.

프레임(120)은 이차전지(C), 가압 블록(110) 및 가압 플레이트(130)를 지지한다. 바람직하게, 프레임(120)은 가압 플레이트(130) 및 가압 블록(110)이 수평 이동할 수 있는 가이드 레일(도면에 도시되지 않음)이 하부에 형성될 수 있다.

이와 같이, 가압 활성화 공정 설비(100)는 이차전지 활성화 공정에서 대향한 적어도 한 쌍의 가압 블록(110) 사이에 이차전지(C)를 끼우고 양측에서 가압하기 것이다. 그러나 본 발명에 따른 가압 활성화 공정 설비가 반드시 도 3과 도 4에 도시한 가압 활성화 공정 설비(100)처럼 프레임(120)을 포함해야 하는 것은 아니다. 프레임(120)을 포함하되 도시된 것과는 다른 구조의 프레임을 포함할 수도 있다. 최소한 본 발명에 따른 가압 활성화 공정 설비는 대향한 적어도 한 쌍의 가압 블록(110)을 포함하고, 그 사이에 이차전지(C)를 끼우고 양측에서 가압할 수 있는 것이기만 하면 된다.

특히 중요한 것은, 가압 블록(110)의 일면에 이차전지(C)를 가열하기 위한 가열판(112)이 형성되어 있고, 가압 블록(110) 내부에는 이차전지(C)를 냉각하기 위한 냉매가 통과하는 냉각 유로(114)가 형성되어 있다는 점이다. 냉각 유로(114)를 통해 냉매의 출입을 가능하게 하고 제어하는, 냉각 유로(114) 안의 냉매를 순환시키는 서큘레이터(116)와 같은 장치도 포함될 수 있다. 냉매는 바람직하게 냉각수이다. 서큘레이터(116)는 냉매의 순환을 위한 배관, 냉매의 온도 조절을 위한 열교환기 등을 일체 포함할 수 있다.

이하에서는, 도 5 및 도 6을 참조하여 본 발명에 따른 가압 활성화 공정 설비(100)를 이용하여 이차전지(C)를 가압하는 과정을 상세히 설명하도록 한다.

도 5는, 가압 블록 사이에 이차전지가 투입된 모습을 나타낸 도면이고, 도 6은, 도 5에서 이차전지가 가압 블록에 의해 가압된 모습을 나타낸 도면이다.

도 5를 참조하면, 가압 블록(110) 사이에 이차전지(C)가 배치되어 있다. 이러한 가압 블록(110)은 프레임(120)의 내부 공간에서 일정한 간격을 두고 배치되는 것이 바람직하다. 이는, 가압에 따라 복수의 이차전지(C)의 두께가 일정하게 형성될 수 있도록 하기 위함이다.

가압 블록(110)은 이차전지(C)의 양 측면을 대면하며, 수평 이동함으로써 이차전지(C)를 가압한다. 상기 가압 블록(110)의 수평 이동은, 가압 블록(110)과 대면하는 가압 플레이트(130)를 수평 방향으로 이동시키는 가압 축(140)을 회전시킴으로써 이루어질 수 있다. 즉, 상기 가압 축(140)은 나사 회전 방식에 의해 수평 방향으로 이동할 수 있으며, 이러한 가압 축(140)의 움직임에 따라 가압 플레이트(130)가 가압 블록(110)를 수평 방향으로 이동시키고, 상기 가압 블록(110)의 수평 이동에 따라 가압 블록(110) 사이에 삽입된 이차전지(C)의 양 면이 가압된다.

한편, 상기 가압 블록(110)는 이차전지(C)가 가압되는 외면보다 더 넓은 면적을 갖는 것이 바람직한데, 이는 이차전지(C)의 전체 면적에 걸쳐서 고르게 가압을 할 수 있도록 하기 위함이다.

도 5에 도시된 바와 같이 가압 플레이트(130)는 가압 블록(110)에 수평 방향의 힘을 가하는 역할을 하고, 가압 축(140)은 회전함으로써, 가압 플레이트(130)가 수평 방향으로 이동하게 한다. 즉, 상기 가압 축(140)은 일 방향으로 회전하여 가압 플레이트(130)를 수평 방향으로 이동(도 5의 좌측에서 우측방향으로 이동)시키고, 가압 플레이트(130)는 수평 방향으로 이동함으로써, 가압 블록(110)에 수평 방향의 힘을 가하여 가압 블록(110)이 이차전지(C)를 가압하도록 할 수 있다. 이와 반대로, 가압 축(140)은 반대 방향으로 회전하여 가압 블록(110)이 이차전지(C)를 가압하는 가압 상태를 해제할 수 있다. 다시 말해, 가압 블록(110)가 이차전지(C)의 양 면을 일정시간 동안 사전에 설정된 압력으로 가압하면, 가압 축(140)은 이차전지(C)를 가압시킨 반대 방향으로 회전되고, 이 회전 결과 가압 블록(110)은 상기 이차전지(C)를 가압시키기 전 위치로 수평 이동한다.

상기 가압 축(140)이 회전하여 가압 플레이트(130)를 도 5에 표시된 화살표 방향으로(우측으로) 이동시키면 도 6에 도시된 바와 같이, 가압 블록(110)과 이차전지(C)가 접촉된 상태가 된다. 이러한 상태에서, 가압 축(140)이 같은 방향으로 더 회전하게 되면, 이차전지(C)는 이차전지의 좌우에 배치된 가압 블록(110)에 의해 가압될 수 있다.

도 7은 도 3의 가압 활성화 공정 설비의 가압 블록의 사시도이다. 도 8은 도 7의 가압 블록 내부에 배치될 수 있는 냉각 유로를 보여준다.

도 7 및 도 8을 참조하면, 가압 블록(110)의 일면에 가열판(112)이 형성되어 있다. 이러한 가열판(112)은 도시된 바와 같이, 이차전지(C)와 닿는 면에 형성된다. 가열판(112)에는 온도 센서(S)가 포함되어 있고, 이를 통해 설정 온도를 조절 및 유지한다. 가열판(112)은 전류 공급시 발열되는 가열 기능만 있으며, 냉각 기능은 없다. 상기 가열판(112) 위에 도 3 내지 도 6을 참조하여 설명한 바와 같이 이차전지(C)가 하나 놓일 수 있다.

도 8을 참조하면, 가압 블록(110) 내부에는 냉각 유로(114)가 형성되어 있다.

냉각 유로(114)는 입구(I)와 출구(O)를 가진다. 입구(I)와 출구(O)는 가압 블록(110)의 동일한 일측에 위치할 수 있다. 이 경우 도 3과 같이 서큘레이터(116)를 가압 블록(110) 아랫쪽에 설치하는 것이 용이해진다.

냉매는 입구(I)로 들어가서 냉각 유로(114)를 통해 가압 블록(110) 내부를 돌아 출구(O)로 나가게 된다.

온도 센서(S)는 상기 가열판(112)에 의한 가열 온도와 상기 냉매에 의한 냉각 온도를 제어한다.

가열판(112)에 의한 가열을 유지한 상태 혹은 가열판(112)의 전류 공급을 차단한 상태에서 냉각 유로(114)를 통해 냉매를 통과시키고 냉매의 양이나 냉매 온도 조절을 통해 냉각 온도를 변화시킬 수 있으므로, 다양한 공정 온도 구현이 단시간 내에 제어 가능한 방법으로 가능하다. 냉매의 공급 개시나 중단 및/또는 냉매의 양이나 냉매 온도 조절을 통해 온도를 급속히 전환시킬 수 있으므로 순간적인 고온 및 저온 실험으로의 조건 변경도 용이하다

도 9는 다른 가압 블록의 사시도이다. 도 10은 도 9의 가압 블록 내부에 배치될 수 있는 냉각 유로를 보여준다.

도 9 및 도 10을 참조하면, 가압 블록(110)의 일면에 가열판(112)이 형성되어 있다. 이러한 가열판(112)은 도시된 바와 같이, 이차전지(C)와 닿는 면에 형성된다. 특히 본 실시예에서 한 쌍의 이차전지(C)가 하나의 가열판(112) 위에 대칭적으로 놓인다. 도 7의 경우에 비해 한번에 더 많은 수의 이차전지(C)를 활성화시킬 수 있게 된다.

가열판(112)에는 온도 센서(S)가 포함되어 있고, 이를 통해 설정 온도를 조절 및 유지한다. 가열판(112)은 전류 공급시 발열되는 가열 기능만 있으며, 냉각 기능은 없다.

도 10을 참조하면, 가압 블록(110) 내부에 냉각 유로(114)가 형성되어 있다.

냉각 유로(114)는 2 이상의 분리된 유로(114a, 114b)를 가진다. 분리된 유로(114a, 114b)의 입구(I)와 출구(O)는 가압 블록(110)의 동일한 일측에 위치할 수 있다. 이 경우 도 3과 같이 서큘레이터(116)를 가압 블록(110) 아랫쪽에 설치하는 것이 용이해진다.

냉매는 입구(I)로 들어가서 유로(114a, 114b)를 통해 가압 블록(110) 내부를 돌아 출구(O)로 나가게 된다. 이 때 도시한 바와 같이 가압 블록(110)의 면적을 두 부분(110a, 110b) 이상으로 나누어 상기 분리된 2 이상의 유로(114a, 114b)가 각 부분을 각각 냉각하도록 한다.

도시된 예에서, 상기 분리된 유로(114a)의 입구(I)는, 다른 유로(114b)의 입구(I)와 인접하여 가압 블록(110)의 동일한 일측 중앙부(A)에 형성되고, 가압 블록(110)의 면적은 상기 중앙부(A)를 기준으로 좌우측 양분하여, 상기 분리된 2 이상의 유로(114a, 114b) 중 하나인 유로(114a)는 좌측 면적(110a)을 냉각하고 다른 하나인 유로(114b)는 우측 면적(110b)을 냉각한다.

2 이상의 분리된 유로(114a, 114b)는 입구(I)로부터 가압 블록(110)의 일측과 마주보는 타측까지 상승하여 가압 블록(110)의 나머지 측면을 따라 신장한 후 가압 블록(110)을 양분한 면적(110a, 110b)을 각각 커버하도록 반복 절곡 배치되면서 출구(O)까지 연장되어 있다. 이와 같이 2 이상의 분리된 유로(114a, 114b)는 상기 중앙부(A)를 기준으로 서로 대칭으로 형성되어 있다.

이와 같이 구성하면, 도 9에 도시한 바와 같이 좌측 면적(110a) 위에 하나의 이차전지(C)가 놓이고 우측 면적(110b) 위에 다른 하나의 이차전지(C)가 놓이게 된다. 특히, 좌측 면적(110a) 위 중에서도 상기 유로(114a)가 신장된 부분 위에 하나의 이차전지(C)가 놓이고 우측 면적(110b) 위 중에서도 상기 다른 유로(114b)가 신장된 부분 위에 다른 하나의 이차전지(C)가 놓이게 된다.

가압 블록(110) 내부를 지나는 냉각 유로(114)는 2개의 입구(I)와 출구(O)를 통해서 빠른 냉각을 시킬 수 있다. 또한 충전 시, 대부분의 경우 이차전지(C)가 도 9에 도시한 바와 같이 가압 블록(110) 상부에 위치한다. 2 이상의 분리된 유로(114a, 114b)는 입구(I)로부터 가압 블록(110)의 일측과 마주보는 타측까지 상승하여 가압 블록(110)의 나머지 측면을 따라 신장한 후 출구(O)로 이어지기 때문에 상부를 빠르게 냉각시킬 수 있다.

특히 2 이상의 분리된 유로(114a, 114b)를 포함하도록 하면 냉각 유로를 하나로 이용하는 경우에 비하여 냉매의 이동 거리가 짧아진다. 따라서, 냉각 유로의 입구에서 멀어질수록 냉매의 온도가 상승할 염려가 적어진다. 냉각 유로의 입구 측에서 멀어질수록 냉각 효율이 떨어지는 문제점을 해결할 수 있다.

종래의 가압 블록은 단순히 이차전지를 가열하기만 할 뿐 공정 중 온도를 변경할 수가 없다. 단순히 가열 후 가열 멈춤에 의한 자연 냉각만이 가능하다. 이에 비해 본 발명에서는 냉각 유로를 구비하여 냉매 순환을 통해 적극적으로 감온을 하는 것이 가능하다.

본 발명에 따르면, 가열판에 의한 가열을 유지한 상태 혹은 가열판의 전류 공급을 차단한 상태에서 냉각 유로를 통해 냉매를 통과시키고 냉매의 양이나 냉매 온도 조절을 통해 냉각 온도를 변화시킬 수 있으므로, 다양한 공정 온도 구현이 단시간 내에 제어 가능한 방법으로 가능하다. 냉매의 공급 개시나 중단 및/또는 냉매의 양이나 냉매 온도 조절을 통해 온도를 급속히 전환시킬 수 있으므로 순간적인 고온 및 저온 실험으로의 조건 변경도 용이하다.

이상에서 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다. 그리고 이 청구범위의 의미 및 범위는 물론, 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 및 변형 가능한 형태가 본 발명의 범주에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

이상의 본 발명에 대한 상세한 설명 또는 도면에서, 상, 하, 내, 외 등과 같은 용어의 사용은 하나의 요소를 다른 요소와 상대적으로 구분하기 위하여 사용되었으며, 설명의 효율성을 높이기 위한 도구적 개념일 뿐, 물리적인 위치, 선후 관계 등을 절대적인 기준에 의하여 구분하기 위하여 사용된 개념으로 해석되어서는 아니된다.

100: 가압 활성화 공정 설비 110: 가압 블록
112: 가열판 114, 114a, 114b: 냉각 유로
116: 서큘레이터 120: 프레임
121: 하부 프레임 123: 상부 프레임
122, 122a, 122b: 연결 프레임 130: 가압 플레이트
140: 가압 축 C: 이차전지
S: 온도 센서

Claims

이차전지 활성화 공정에서 대향한 적어도 한 쌍의 가압 블록 사이에 이차전지를 끼우고 양측에서 가압하기 위한 가압 활성화 공정 설비로서,
상기 가압 블록의 일면에 상기 이차전지를 가열하기 위한 가열판이 형성되어 있고,
상기 가압 블록 내부에는 상기 이차전지를 냉각하기 위한 냉매가 통과하는 냉각 유로가 형성되어 있으며,
상기 냉각 유로는 2 이상의 분리된 유로를 가지고 상기 분리된 유로의 입구와 출구는 상기 가압 블록의 동일한 일측에 위치하여 상기 냉매가 상기 입구로 들어가서 상기 유로를 통해 상기 가압 블록 내부를 돌아 상기 출구로 나가게 되며, 상기 가압 블록의 면적을 두 부분 이상으로 나누어 상기 분리된 2 이상의 유로가 각 부분을 각각 냉각하는 것을 특징으로 하는 가압 활성화 공정 설비.
제1항에 있어서, 상기 가열판에 의한 가열 온도와 상기 냉매에 의한 냉각 온도를 제어하는 온도 센서를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가압 활성화 공정 설비.
제1항에 있어서, 상기 가열판 위에 상기 이차전지가 놓이는 것을 특징으로 하는 가압 활성화 공정 설비.
삭제
제1항에 있어서, 상기 분리된 유로의 입구는, 다른 유로의 입구와 인접하여 가압 블록의 동일한 일측 중앙부에 형성되고,
상기 가압 블록의 면적은 상기 중앙부를 기준으로 좌우측 양분하여, 상기 분리된 2 이상의 유로 중 어느 하나는 좌측 면적을 냉각하고 다른 하나는 우측 면적을 냉각하는 것을 특징으로 하는 가압 활성화 공정 설비.
제5항에 있어서, 상기 이차전지는 한 쌍의 이차전지로서 상기 좌측 면적 위에 하나의 이차전지가 놓이고 상기 우측 면적 위에 다른 하나의 이차전지가 놓이는 것을 특징으로 하는 가압 활성화 공정 설비.
제5항에 있어서, 상기 2 이상의 분리된 유로는 상기 중앙부를 기준으로 서로 대칭으로 형성되는 것을 특징으로 하는 가압 활성화 공정 설비.
제7항에 있어서, 상기 2 이상의 분리된 유로는 상기 입구로부터 상기 가압 블록의 일측과 마주보는 타측까지 상승하여 상기 가압 블록의 나머지 측면을 따라 신장한 후 상기 가압 블록을 양분한 면적을 각각 커버하도록 반복 절곡 배치되면서 상기 출구까지 연장되어 있는 것을 특징으로 하는 가압 활성화 공정 설비.
제8항에 있어서, 상기 이차전지는 한 쌍의 이차전지로서 상기 좌측 면적 위 중에서도 상기 유로가 신장된 부분 위에 하나의 이차전지가 놓이고 상기 우측 면적 위 중에서도 상기 다른 유로가 신장된 부분 위에 다른 하나의 이차전지가 놓이는 것을 특징으로 하는 가압 활성화 공정 설비.
제1항 내지 제3항 또는 제5항 내지 제9항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 가압 활성화 공정 설비는 상기 이차전지를 복수개 수용하도록 내부 공간을 가지는 프레임을 포함하고, 상기 프레임 안에 상기 가압 블록을 서로 인접한 이차전지 사이에 이동 가능하게 복수개 배치하고 수평 방향으로 이동함으로써 상기 이차전지를 가압하도록 한 것이며, 상기 가압 블록과 대면하는 가압 플레이트를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가압 활성화 공정 설비.
제10항에 있어서, 상기 가압 활성화 공정 설비는 상기 가압 플레이트와 연결되어 상기 가압 플레이트를 수평 방향으로 이동시키는 가압 축을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가압 활성화 공정 설비.
제11항에 있어서, 상기 가압 축은, 나사 회전 방식에 의해 수평 방향으로 이동하는 것을 특징으로 하는 가압 활성화 공정 설비.