KR102304055B1 - 전해액 필터링 밸브를 포함하는 전해액 보관 탱크 및 이를 이용한 전지셀 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전지셀의 제조 공정에서 전극조립체가 수납부에 내장되어 있는 전지케이스에 전해액을 주입하기 위해 전해액 주액기가 연결되는 전해액 보관 탱크로서, 전해액의 주입 전에 전해액을 보관하는 보관 챔버; 상기 보관 챔버로부터 전해액이 유출되는 전해액 유출구; 및 상기 전해액 유출구에 장착되며, 전해액 주액기가 연결되는 개폐형 밸브;를 포함하고 있고, 상기 개폐형 밸브는 전해액 주액기로 공급되는 전해액에서 금속 불순물을 자력에 의해 필터링 하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 전해액 보관 탱크에 관한 것이다.

Description

전해액 필터링 밸브를 포함하는 전해액 보관 탱크 및 이를 이용한 전지셀 제조 방법 {Electrolyte Storage Tank Comprising Electrolyte-Filtering Valve and Method for Preparation Battery Cell by Using the same}

본 발명은 전해액 필터링 밸브를 포함하는 전해액 보관 탱크 및 이를 이용한 전지셀 제조 방법에 관한 것이다.

휴대용 컴퓨터, 휴대용 전화기, 카메라 등의 휴대용 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서 이차전지의 수요가 급격히 증가하고 있고, 그러한 이차전지 중 높은 충방전 특성과 수명특성을 나타내고 친환경적인 리튬 이차전지에 대해 많은 연구가 행해져 왔고, 또한 상용화되어 널리 사용되고 있다.

리튬 이차전지는 집전체 상에 각각 활물질이 도포되어 있는 양극과 음극 사이에 다공성의 분리막이 개재된 전극조립체에 리튬염을 포함하는 전해액이 함침되어 있는 구조로 이루어져 있다. 양극 활물질은 주로 리튬 코발트계 산화물, 리튬 망간계 산화물, 리튬 니켈계 산화물, 리튬 복합 산화물 등으로 이루어져 있으며, 음극 활물질은 주로 탄소계 물질로 이루어져 있다. 충전 시에는 양극 활물질의 리튬 이온이 방출되어 음극의 탄소층으로 삽입되고, 방전시에는 반대로 음극 탄소층의 리튬 이온이 방출되어 양극 활물질로 삽입되며, 이때 전해액은 음극과 양극 사이에서 리튬 이온을 이동시키는 매질 역할을 한다.

상기 전해액은 리튬 이차전지 제조의 마지막 단계에서 전지 내로 투입되는데, 일반적으로 전해액은 전해질 염을 효과적으로 용해시키고 해리시킬 수 있는 극성을 가진 극성 용매임과 동시에, 활성수소를 갖고 있지 않은 비양자성 용매이다. 상기 전해질 염은 양이온 염으로 금속 양이온을 포함하는 것이 일반적이나, 전해액의 보관 과정에서 금속 양이온이 석출되어 금속 불순물이 형성될 수 있다.

상기 금속 불순물을 포함한 전해액이 전극조립체가 내장된 전지케이스에 주입되는 경우, 전지의 전압을 강하시키며 전지의 수명특성이 저하되는 등 전지의 제반 성능이 감소하는 문제가 발생되는 바, 전해액 내의 불순물을 제거함으로써 전지의 성능을 향상시킬 수 있는 기술에 대한 필요성이 높은 실정이다.

본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.

구체적으로, 본 발명의 목적은 전해액 보관 탱크에서 전해액 주액기로 전해액이 이동하는 과정에서 전해액 보관 탱크의 개폐형 밸브에 의해 전해액 내의 금속 불순물을 필터링 하도록 유도할 수 있는 전해액 보관 탱크를 제공하는 것이다.

따라서, 본 발명에 따른 전해액 보관 탱크는,

전지셀의 제조 공정에서 전극조립체가 수납부에 내장되어 있는 전지케이스에 전해액을 주입하기 위해 전해액 주액기가 연결되는 전해액 보관 탱크로서,

전해액의 주입 전에 전해액을 보관하는 보관 챔버;

상기 보관 챔버로부터 전해액이 유출되는 전해액 유출구; 및

상기 전해액 유출구에 장착되며, 전해액 주액기가 연결되는 개폐형 밸브;

를 포함할 수 있고,

상기 개폐형 밸브는 전해액 주액기로 공급되는 전해액에서 금속 불순물을 자력에 의해 필터링 하도록 구성될 수 있다.

따라서, 본 발명에 따른 전해액 보관 탱크는 별도의 불순물 제거 공정을 거치지 않고, 전해액 보관 탱크에서 전해액이 유출됨에 따라 전해액 내의 금속 불순물을 필터링하도록 할 수 있다.

일반적인 전해액 보관 탱크와 마찬가지로, 보관 챔버(100), 전해액 유출구(200) 및 개폐형 밸브(300)로 구성되어 있다.

상기 보관 챔버는 전해액과 반응하지 않도록 부식에 강한 피막을 씌운 철재 챔버로 구성될 수 있다. 전해액 유출구는 보관 챔버 내에 채워진 전해액이 개폐형 밸브를 개방함에 따라 전해액이 보관 챔버로부터 유출될 수 있도록 한다. 전해액 유출구로 유출된 전해액은 개폐형 밸브를 통해 개폐형 밸브와 연결된 전해액 주액기로 이동한 뒤, 전해액 주액기에 의해 전지케이스로 주입된다.

일반적으로, 전해액 내의 금속 불순물은 불순물 필터링 공정을 통해 제거할 수 있다. 다만, 불순물 필터링 공정을 거치는 경우에는 불순물 필터링을 위한 별도의 장치를 구비해야 하고, 제조공정이 복잡해지는 문제가 발생한다.

한편, 전지셀의 제조시 전해액 보관 탱크에 보관된 전해액은 전해액 보관 탱크에 연결된 전해액 주액기를 통해 전지케이스로 주입된다. 이 때, 본 발명에 따른 전해액 보관 탱크는 전해액 보관 탱크에서 전해액이 전해액 주액기로 이동하는 과정에서 통과하게 되는 개폐형 밸브가 자력에 의해 금속 불순물을 필터링하므로 별도로 전해액을 필터링하는 공정을 거치지 않고, 전해액을 전지케이스에 주입함과 동시에 전해액을 필터링할 수 있게 된다.

상기 개폐형 밸브의 적어도 일부는 전해액 중의 금속 불순물을 자력에 의해 흡착하는 자성 소재로 이루어질 수 있다.

상기 자성 소재의 구체적인 예로서, 상기 자성 소재는 전자석일 수 있다. 특히, 개폐형 밸브가 전자석 소재로 이루어지는 경우에는 자력을 조절할 수 있어, 금속 불순물의 크기나 무게에 따라 효과적으로 금속 불순물을 필터링할 수 있다.

또한, 상기 개폐형 밸브에는 전해액 중의 금속 불순물을 자력에 의해 개폐형 밸브의 내면으로 흡착하는 자성 부재가 장착될 수 있고, 하나의 구체적인 예에서, 상기 자성 부재는 개폐형 밸브의 외주면을 감싸는 구조로 장착되어 있을 수 있다. 자성 부재는 전자석 부재로 구성되어 자력을 조절함으로써 효과적으로 금속 불순물을 필터링할 수 있다.

한편, 상기 개폐형 밸브의 내면에는 전해액 중의 금속 불순물을 포집하는 만입형 포집부가 형성되어 있을 수 있고, 전해액을 주입한 후에는 개폐형 밸브로부터 포집부를 분리할 수 있도록 탈착 가능한 구성으로 설계되어, 포집된 금속 불순물을 제거하기가 용이한 구조로 이루어져 있을 수 있다.

본 발명은 또한, 본 발명에 따른 전해액 보관 탱크로부터 공급되는 전해액을 사용하여 전지셀을 제조하는 방법으로서,

a) 개폐형 밸브가 전해액 유출구와 연결된 단부의 대향 단부에 전해액 주액기를 연결하는 과정;

b) 상기 개폐형 밸브를 개방하여 전해액을 전해액 주액기로 배출시키면서 전해액 중의 금속 불순물을 자력에 의해 필터링 하는 과정; 및

c) 상기 전해액 주액기를 통해 전지케이스에 전해액을 주액하는 과정;

을 포함하는 전지셀 제조방법을 제공한다.

상기 b) 과정의 개폐형 밸브는 적어도 일부가 전해액 중의 금속 불순물을 자력에 의해 흡착하는 자성 소재로 이루어질 수 있다.

또한, 상기 b) 과정의 개폐형 밸브에는 전해액 중의 금속 불순물을 자력에 의해 개폐형 밸브의 내면으로 흡착하는 자성 부재가 장착되어 있을 수 있다.

상기에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 전해액 보관 탱크는 전해액 보관 탱크에서 전해액 주액기로 전해액이 이동하는 과정에서 전해액 보관 탱크의 개폐형 밸브에 의해 전해액 내의 금속 불순물을 필터링 하도록 유도할 수 있다.

또한, 상기 전해액 보관 탱크를 사용하여 전지셀을 제조하는 경우, 전지셀의 전압이 강하되는 것을 방지하고, 전지의 제반 특성이 향상될 수 있으며, 금속 불순물을 제거하기 위한 별도의 필터링 공정을 거치지 않음으로써, 제조 공정이 간이해지고, 제조 공정 상 시간, 비용이 절감되는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전해액 주액기를 연결한 상태의 전해액 보관 탱크의 구조를 개략적으로 나타낸 모식도이다;
도 2는 도 1의 전해액 보관 탱크의 수직 단면도이다;
도 3은 본 발명에 따른 전해액 보관 탱크를 구성하는 만입형 포집부가 형성되어 있는 개폐형 밸브의 구조를 개략적으로 나타낸 모식도이다;
도 4는 본 발명에 따른 전해액 보관 탱크를 구성하는 개폐형 밸브에 자성 부재가 장착되어 있는 구조를 개략적으로 나타낸 모식도이다.

이하에서는, 본 발명의 실시예에 따른 도면을 참조하여 설명하지만, 이는 본 발명의 더욱 용이한 이해를 위한 것으로, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.

도 1은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전해액 주액기를 연결한 상태의 전해액 보관 탱크의 구조를 개략적으로 나타낸 모식도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 전해액 보관 탱크는 일반적인 전해액 보관 탱크와 마찬가지로, 보관 챔버(100), 전해액 유출구(200) 및 개폐형 밸브(300)로 구성되어 있다. 전해액을 전지케이스로 주입하기 전에 전해액은 보관 챔버(100) 내에 위치하게 되고, 따라서 보관 챔버(100)의 내면은 전해액과 반응하지 않으며, 부식에 강한 소재로 구성되어야 한다. 보관 챔버(100)의 일측 벽면에는 전해액 유출구(200)가 형성되어 있고, 보관 챔버(100)의 외면에 위치하며, 전해액 유출구(200)에 장착되는 개폐형 밸브(300)가 도시되어 있다. 한편, 보관 챔버(100)는 전해액을 보관하기 위한 전해액 유입구(도시하지 않음)를 포함할 수 있다.

도 2는 도 1의 전해액 보관 탱크의 수직 단면도이다

도 2를 참조하면, 보관 챔버(100)의 외벽의 일부분에 형성된 전해액 유출구(200)는 전해액이 보관 챔버(100)로부터 외부로 유출될 수 있는 출구 역할을 하며, 전해액 유출구(200)를 통해 유출된 전해액은 개폐형 밸브(300)를 통해 전해액 주액기(10)로 이동된다.

전해액이 보관 챔버(100)에서 유출구를 통해 개폐형 밸브(300)를 통과할 때, 개폐형 밸브(300)는 자력에 의해 금속 불순물을 흡착하게 된다. 개폐형 밸브(300) 내면에 금속 불순물이 흡착되나, 전해액을 주입하고 나면, 주로 개폐형 밸브(300) 내면의 하부에 금속 불순물이 위치하게 된다.

도 3은 본 발명에 따른 전해액 보관 탱크를 구성하는 만입형 포집부가 형성되어 있는 개폐형 밸브의 구조를 개략적으로 나타낸 모식도이다.

상기에서 설명한 바와 같이, 금속 불순물은 주로 개폐형 밸브(300) 내면의 하부에 위치하게 되므로, 도 3을 참조하면, 금속 불순물의 필터링 후 개폐형 밸브(300)로부터 포집된 금속 불순물의 제거가 용이하게 하고, 전해액의 유속에 휩쓸려 금속 불순물이 전해액 주액기(10)로 유출되는 것을 방지하기 위한 만입형 포집부(310)를 개폐형 밸브(300)의 내면에 형성할 수 있다.

전해액은 본 발명에 따른 전해액 보관 탱크로부터 유출되어 개폐형 밸브에 의해 금속 불순물이 필터링된 후, 전해액 주액기로 이동되어 최종 전지셀의 전지케이스에 주입된다.

도 4는 본 발명에 따른 전해액 보관 탱크를 구성하는 개폐형 밸브에 자성 부재가 장착되어 있는 구조를 개략적으로 나타낸 모식도이다.

도 4를 참조하면, 개폐형 밸브의 소재가 자성 소재로 이루어진 경우뿐만 아니라, 개폐형 밸브(300)의 외면에 자성 부재(320)가 장착되어 금속 불순물을 필터링하는 개폐형 밸브(300)로 구성될 수 있다. 자성 부재(320)에 의해 개폐형 밸브(300)를 통과하는 전해액 내의 금속 불순물이 개폐형 밸브의 내면으로 흡착되게 된다. 상기 자성 부재(320)는 자성을 가지는 것이면 소재는 무관하나, 하나의 구체적인 예로, 전자석 소재로 이루어진 것일 수 있다.

이상 본 발명은 첨부한 도면을 참조하여 설명하였지만, 본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주 내에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다.

Claims (11)

1. 전지셀의 제조 공정에서 전극조립체가 수납부에 내장되어 있는 전지케이스에 전해액을 주입하기 위해 전해액 주액기가 연결되는 전해액 보관 탱크로서,
   전해액의 주입 전에 전해액을 보관하는 보관 챔버;
   상기 보관 챔버로부터 전해액이 유출되는 전해액 유출구; 및
   상기 전해액 유출구에 장착되며, 전해액 주액기가 연결되는 개폐형 밸브를 포함하고 있고,
   자성 부재가, 상기 개폐형 밸브의 외주면을 감싸는 구조로 장착되어 있고,
   상기 자성 부재는, 자력에 의해 전해액 중의 금속 불순물을 상기 개폐형 밸브의 내면으로 흡착하여, 전해액 주액기로 공급되는 전해액에서 금속 불순물을 필터링하고,
   상기 개폐형 밸브의 내면에는 전해액 중의 금속 불순물을 포집하는 만입형 포집부가 형성되어 있으며,
   상기 개폐형 밸브는 필터링된 금속 불순물을 제거할 수 있도록 탈부착 가능한 구조로 전해액 유출구에 장착되어 있는 것을 특징으로 하는 전해액 보관 탱크.
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5. 제 1 항에 있어서, 상기 자성 부재는 전자석 부재인 것을 특징으로 하는 전해액 보관 탱크.
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9. 제 1 항에 따른 전해액 보관 탱크로부터 공급되는 전해액을 사용하여 전지셀을 제조하는 방법으로서,
   a) 개폐형 밸브가 전해액 유출구와 연결된 단부의 대향 단부에 전해액 주액기를 연결하는 과정;
   b) 상기 개폐형 밸브를 개방하여 전해액을 전해액 주액기로 배출시키면서 전해액 중의 금속 불순물을 자력에 의해 필터링 하는 과정; 및
   c) 상기 전해액 주액기를 통해 전지케이스에 전해액을 주액하는 과정;
   을 포함하는 것을 특징으로 하는 전지셀 제조 방법.
   
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