KR102394494B1 - 이차전지 제조시스템 및 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 이차전지 제조방법에 관한 것으로서, 전극조립체가 수용된 파우치의 미실링부를 통해 제1 전해액을 주입하는 제1 전해액 주입단계; 상기 파우치의 미실링부를 실링하여 미완성 이차전지를 제조하는 제1 실링단계; 상기 미완성 이차전지를 충방전하는 충방전단계; 상기 미완성 이차전지의 파우치 내에 남아 있는 가스 및 제1 전해액을 제거하는 가스 및 제1 전해액 제거단계; 상기 관통구멍을 통해 상기 파우치 내에 제2 전해액을 주입하는 제2 전해액 주입단계; 및 상기 관통구멍과 상기 전극조립체 사이에 위치한 상기 파우치의 표면을 실링하여 완제품 이차전지를 제조하는 제2 실링단계를 포함한다.

Description

이차전지 제조시스템 및 제조방법{SYSTEM AND METHOD FOR PRODUCING SECONDARY BATTERY}
본 발명은 이차전지 제조시스템 및 제조방법에 관한 것으로서, 특히 서로 다른 2개의 전해액을 서로 다른 공정에서 파우치에 각각 주액하되, 상기 파우치에 주액된 하나의 전해액을 제거한 후 다른 하나의 전해액을 주액하는 이차전지 제조시스템 및 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로, 이차전지는 충전이 불가능한 일차 전지와 달리, 충방전이 가능한 전지를 의미하며, 휴대폰, 노트북 컴퓨터, 캠코더 등의 전자기기 또는 전기 자동차 등에 널리 사용되고 있다.
이와 같은 이차전지는 전극탭을 구비한 전극조립체, 상기 전극탭에 결합되는 전극리드, 상기 전극리드가 결합된 전극조립체와 전해액을 수용하는 파우치를 포함하며, 상기 전극조립체는 전극과 분리막이 교대로 적층되는 구조를 가진다.
여기서 상기 전해액은 상기 파우치에 주액되면서 상기 전극조립체에 함침되며, 그에 따라 전지 성능을 향상시킨다.
그러나 상기 이차전지는 상기 파우치에 주액되는 하나의 전해액만으로는 전극조립체의 함침력과 전지성능을 동시에 향상시키는데 한계가 있다.
한국공개특허 제2013-0014371호
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 발명된 것으로, 본 발명의 목적은 점도가 서로 다른 2개의 전해액을 서로 다른 공정에서 파우치에 각각 주액하여 전극조립체의 함침력과 전지 성능을 향상시키며, 특히 상기 파우치에 주액된 하나의 전해액을 제거한 후 다른 하나의 전해액을 주액하여 서로 다른 2개의 전해액의 혼합을 방지하거나 또는 최소화하며, 이에 따라 전지성능을 극대화시킬 수 있는 이차전지의 제조시스템 및 제조방법을 제공하는데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지 제조방법은 전극조립체가 수용된 파우치의 미실링부를 통해 제1 전해액을 주입하여 상기 전극조립체에 함침시키는 제1 전해액 주입단계; 상기 파우치의 미실링부를 실링하여 미완성 이차전지를 제조하는 제1 실링단계; 상기 미완성 이차전지를 충방전하는 충방전단계; 상기 미완성 이차전지의 파우치를 절개하여 관통구멍을 형성하는 제1 공정과, 상기 파우치에 형성된 관통구멍을 통해 상기 미완성 이차전지의 충방전시 발생한 가스를 배출하는 제2 공정, 및 상기 파우치에 형성된 관통구멍을 통해 상기 파우치 내에 남아 있는 제1 전해액을 제거하는 제3 공정을 수행하는 가스 및 제1 전해액 제거단계; 상기 관통구멍과 상기 전극조립체 사이에 위치한 상기 파우치의 표면을 절개하고, 상기 절개된 상기 파우치 표면을 통해제2 전해액을 주입하는 제2 전해액 주입단계; 및 상기 절개된 파우치의 표면을 실링하여 완제품 이차전지를 제조하는 제2 실링단계를 포함할 수 있다.
상기 제1 전해액과 상기 제2 전해액은 서로 다른 점도를 가질 수 있다.
상기 제2 전해액은 상기 제1 전해액 보다 높은 점도를 가질 수 있다.
상기 제3 공정은, 상기 전극조립체에 함침된 제1 전해액을 제외한 상기 파우치 내에 남아 있는 제1 전해액을 상기 관통구멍을 통해 배출시켜서 제거할 수 있다.
상기 가스 및 제1 전해액 제거단계는, 전해액 제거장치를 통해 상기 파우치 내에 남아 있는 가스 및 제1 전해액을 제거하며, 상기 전해액 제거장치는 상기 미완성 이차전지의 파우치 양쪽 표면에 대응되게 밀착되는 진공관과, 상기 진공관 내에 위치한 상기 파우치의 표면을 절개하여 관통구멍을 형성하는 절개부재, 및 상기 관통구멍과 상기 진공관을 통해 상기 파우치 내의 가스와 제1 전해액을 흡입하여 외부로 배출시키는 흡입부재를 포함할 수 있다.
상기 전해액 제거장치는 상기 미완성 이차전지가 안착되는 안착지그를 더 포함하며, 상기 진공관은 상기 안착지그에 안착된 상기 파우치의 양쪽 표면에 대응되게 밀착될 수 있다.
상기 파우치의 양쪽 표면에 밀착되는 상기 진공관의 선단에는 밀착패드가 구비될 수 있다.
상기 밀착패드는 지그재그로 절곡된 주름관 형태를 가질 수 있다.
상기 절개부재는 상기 진공관 내에 설치되고, 상기 파우치를 향해 이동하면서 상기 파우치를 절개하는 절개날을 포함할 수 있다.
상기 절개부재는 상기 전극조립체의 길이방향과 수평하게 관통구멍을 절개할 수 있다.
상기 진공관은 진공압으로 상기 미완성 이차전지의 파우치 양쪽 표면에 대응되게 밀착될 수 있다.
상기와 같은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지 제조방법에 사용되는 제조시스템은 전극조립체가 수용된 파우치의 미실링부를 통해 제1 전해액을 주입하는 제1 전해액 주입장치; 상기 파우치의 미실링부를 실링하여 미완성 이차전지를 제조하는 제1 실링장치; 상기 미완성 이차전지를 충방전하는 충방전장치; 상기 미완성 이차전지의 파우치에 관통구멍을 형성하여 상기 미완성 이차전지의 충방전시 발생한 가스 및 상기 제1 전해액을 제거하는 전해액 제거장치; 상기 관통구멍과 상기 전극조립체 사이의 파우치를 절개하고, 상기 절개된 상기 파우치의 표면을 통해 제2 전해액을 주입하는 제2 전해액 주입장치; 및 상기 절개된 파우치의 표면을 실링하여 완제품 이차전지를 제조하는 제2 실링장치를 포함할 수 있다.
상기 전해액 제거장치는 상기 미완성 이차전지의 파우치 양쪽 표면에 대응되게 밀착되는 진공관과, 상기 진공관 내에 위치한 상기 파우치의 표면을 절개하여 관통구멍을 형성하는 절개부재, 및 상기 관통구멍과 상기 진공관을 통해 상기 파우치 내의 가스와 제1 전해액을 흡입하여 외부로 배출시키는 흡입부재를 포함할 수 있다.
상기 전해액 제거장치는 상기 미완성 이차전지가 안착되는 안착지그를 더 포함하며, 상기 진공관은 상기 안착지그에 안착된 상기 파우치의 양쪽 표면에 대응되게 밀착될 수 있다.
상기 파우치의 양쪽 표면에 밀착되는 상기 진공관의 선단에는 밀착패드가 구비될 수 있다.
첫째: 본 발명에 따른 이차전지의 제조방법은 제1 전해액 주입단계, 제1 실링단계, 충방전단계, 가스 및 제1 전해액 주입단계, 제2 전해액 주입단계, 및 제2 실링단계를 포함하는 것에 특징을 가진다. 이와 같은 특징으로 인해 제1 및 제2 전해액을 파우치에 각각 주입하되, 상기 파우치에 남아 있는 제1 전해액을 제거한 후 제2 전해액를 주입할 수 있으며, 이에 따라 제1 및 제2 전해액의 혼합을 방지 또는 최소화할 수 있고, 그 결과 전극조립체의 함침력과 전지성능을 동시에 향상시킬 수 있다.
둘째: 본 발명에 따른 이차전지의 제조방법에서 제1 및 제2 전해액은 서로 다른 점도를 가지되, 상기 제2 전해액은 상기 제1 전해액 보다 높은 점도를 가지는 것에 특징을 가진다. 이와 같은 특징으로 인해 전극조립체의 함침력과 전지 성능을 모두 향상시킬 수 있다. 즉, 점도가 낮은 제1 전해액은 전극조립체의 함침력을 높이고, 상기 제1 전해액 보다 점도가 높은 제2 전해액은 전지 성능을 높일 수 있다. 특히 파우치에 남아 있는 제1 전해액을 제거한 후 제2 전해액를 주입함에 따라 파우치 내에 주액되는 제2 전해액의 주입량을 극대화시킬 수 있고, 그 결과 전지 성능을 보다 크게 향상시킬 수 있다.
셋째: 본 발명에 따른 이차전지 제조방법에서 가스 및 제1 전해액 제거단계는 파우치에 관통구멍을 형성하는 제1공정, 상기 관통구멍을 통해 가스를 배출시키는 제2공정 및 상기 관통구멍을 통해 파우치 내의 제1 전해액을 배출시키는 제3 공정을 포함하는 것에 특징을 가진다. 이와 같은 특징으로 인해 파우치 내의 가스 및 전해액을 효과적으로 제거할 수 있으며, 그 결과 파우치에 제2 전해액 주액시 제1 전해액과 제2 전해액의 혼합을 방지 또는 최소화할 수 있다.
넷째: 본 발명에 따른 이차전지 제조방법에서 가스 및 제1 전해액 제거단계는 전해액 제거장치를 통해 이루어지며, 상기 전해액 제거장치는 진공관, 절개부재 및 흡입부재를 포함하는 것에 특징을 가진다. 이와 같은 특징으로 인해 밀폐된 파우치의 표면에 안정적으로 관통구멍을 형성할 수 있고, 특히 관통구멍을 통해 파우치 내의 가스 및 제1 전해액을 안정적으로 배출시킬 수 있으며, 그 결과 파우치 내의 가스 및 제1 전해액을 완벽하게 제거할 수 있다.
다섯째: 본 발명에 따른 이차전지 제조방법에서 전해액 제거장치는 안착지그를 더 포함하는 것에 특징을 가진다. 이와 같은 특징으로 인해 파우치를 보다 안정적으로 고정할 수 있고, 그 결과 파우치의 절개, 가스 및 제1 전해액의 배출하는 작업을 안정적으로 수행할 수 있다.
여섯째: 본 발명에 따른 이차전지 제조방법에서 진공관은 탄성 복원력을 가지는 밀착패드를 포함하는 것에 특징을 가진다. 이와 같은 특징으로 인해 상기 파우치와 상기 진공관 사이를 안정적으로 밀폐시킬 수 있으며, 이에 따라 가스 및 제1 전해액이 상기 파우치와 상기 진공관 사이로 유출되는 것을 방지할 수 있다.
일곱째: 본 발명에 따른 이차전지 제조방법에서 밀착패드는 주름관 형태를 가지는 것에 특징을 가지며, 이와 같은 특징으로 인해 상기 밀착패드가 압축 또는 인장되면서 상기 파우치와 상기 진공관 사이를 보다 안정적으로 밀폐할 수 있다. 특히 상기 파우치와 상기 진공관 사이가 크게 벌어지더라도 상기 밀착패드가 인장되면서 상기 파우치와 상기 진공관 사이를 안정적으로 밀폐할 수 있다.
여덟째: 본 발명에 따른 이차전지 제조방법에서 절개부재는 상기 진공관 내에 설치되는 것에 특징을 가지며, 이와 같은 특징으로 인해 상기 절개부재가 상기 파우치를 절개하여 관통구멍을 형성하더라도 상기 관통구멍을 통해 배출되는 가스 및 제1 전해액을 상기 진공관을 통해 안정적으로 배출시킬 수 있다.
도 1 내지 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지의 제조시스템을 도시한 것으로, 도 1은 제1 전해액 주입장치를 도시한 사시도이고, 도 2는 제1 실링장치를 도시한 사시도이며, 도 3은 충방전 장치를 도시한 사시도이고, 도 4는 전해액 제거장치를 도시한 사시도이며, 도 5는 도 4에 도시된 전해액 제거장치의 전체 사시도이고, 도 6은 전해액 제거장치의 작동 전 상태를 도시한 사시도이며, 도 7은 전해액 제거장치의 작동 후 상태를 도시한 사시도이고, 도 8은 도 7에 표시된 A-A선 단면도이며, 도 9는 제2 전해액 주입장치를 도시한 사시도이고, 도 10은 제2 실링장치를 도시한 사시도임.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지의 제조방법을 나타낸 순서도.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
[본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지 제조시스템]
본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지 제조시스템은 도 1 내지 도 10에 도시되어 있는 것과 같이, 전극조립체(11)가 수용된 파우치(12)의 미실링부(12a)를 통해 제1 전해액(20)을 주입하는 제1 전해액 주입장치(100), 상기 파우치(12)의 미실링부(12a)를 실링하여 미완성 이차전지(10a)를 제조하는 제1 실링장치(200), 상기 미완성 이차전지(10a)를 충방전하는 충방전장치(300), 상기 미완성 이차전지(10a)의 파우치(12)에 관통구멍(12b)을 형성하여 상기 미완성 이차전지(10a)의 충방전시 발생한 가스 및 상기 제1 전해액(20)을 제거하는 전해액 제거장치(400), 상기 관통구멍(12b)과 상기 전극조립체(11) 사이의 파우치(12)를 절개하고 상기 절개된 상기 파우치(12)의 표면을 통해 제2 전해액(30)을 주입하는 제2 전해액 주입장치(500), 상기 절개된 파우치(12)의 표면을 실링하여 완제품 이차전지(10)를 제조하는 제2 실링장치(600)를 포함한다.
상기 제1 전해액 주입장치(100)는 도 1에 도시되어 있는 것과 같이, 파우치에 제1 전해액을 주액하기 위한 것으로, 제1 전해액(20)이 저장되는 제1 저장부(110)와, 상기 제1 저장부(110)에 저장된 제1 전해액(20)을 상기 전극조립체(11)가 수용된 파우치(12)의 미실링부(12a)를 통해 주액하는 노즐(120)을 포함한다.
여기서 상기 제1 전해액 주입장치(100)는 상기 파우치(12)에 수용된 전극조립체(11)가 제1 전해액(20)에 의해 잠길 경우 제1 전해액(20)의 주액을 중지하는 감지센서(130)를 포함할 수 있으며, 상기 감지센서(130)는 실시간으로 상기 파우치(12)에 수용된 전극조립체(11)의 형상과 상기 파우치(12)에 주액되는 제1 전해액(20)을 촬영하여 상기 제1 전해액(20)이 상기 전극조립체(11)가 잠기면 상기 제1 저장부(110)의 작동을 정지시켜서 제1 전해액(20)의 주액을 중지하며, 이에 따라
이에 따라 상기 제1 전해액(20)의 주액량을 최소한다. 즉, 상기 제1 전해액 주입장치(100)는 충방전 후 상기 파우치(12) 내에 주입된 상기 제1 전해액(20)을 제거하기 때문에 상기 제1 전해액(20)의 주액량을 최소화할 필요가 있다.
상기 제1 실링장치(200)는 도 2에 도시되어 있는 것과 같이, 파우치의 미실링부를 실링하기 위한 것으로, 제1 전해액(20)이 주액된 파우치(12)의 미실링부(12a) 양쪽 표면을 압입함과 동시에 열을 가하여 접합하며, 이에 따라 테두리면이 모두 밀봉된 미완성 이차전지(10a)를 제조할 수 있다.
상기 충방전장치(300)는 도 3에 도시되어 있는 것과 같이, 미완성 이차전지를 충전 또는 방전시켜서 활성화시키기 위한 것으로, 상기 전극조립체(10)에 결합되고 상기 파우치(12)의 밖으로 노출된 제1 및 제2 전극리드(13)에 각각 연결되고 전압을 공급하면서 상기 전극조립체(11)를 충전시키거나 또는 방전시킨다.
여기서 상기 미완성 이차전지(10a)는 충방전시 전극조립체와 전해액의 상호 작용에 의해 상기 파우치(12) 내부에 가스가 발생한다.
상기 전해액 제거장치(400)는 도 4 내지 도 7에 도시되어 있는 것과 같이, 파우치 내의 가스 및 제1 전해액을 제거하기 위한 것으로, 상기 미완성 이차전지(10a)의 파우치(12)에 관통구멍(12b)을 형성하고, 상기 관통구멍(12b)을 통해 상기 파우치(12) 내부에 수용된 가스와 제1 전해액(20)을 외부로 배출시켜서 제거한다.
예를 들면, 상기 전해액 제거장치(400)는 상기 미완성 이차전지(10a)가 안착되는 안착지그(410)와, 상기 안착지그(410)에 안착된 상기 미완성 이차전지(10a)의 파우치(12) 양쪽 표면에 대응되게 밀착되는 진공관(420)과, 상기 진공관(420) 내에 위치한 상기 파우치(12)의 표면을 절개하여 관통구멍(12b)을 형성하는 절개부재(430), 및 상기 관통구멍(12b)과 상기 진공관(420)을 통해 상기 파우치(12) 내의 가스와 제1 전해액(20)을 흡입하여 외부로 배출시키는 흡입부재(440)를 포함한다.
상기 안착지그(410)는 미완성 이차전지가 안착되는 것으로, 평평한 판 형태를 가지며, 상기 미완성 이차전지(10a)를 움직이지 않게 고정하는 고정부재를 더 포함할 수 있다.
상기 진공관(420)는 상기 안착지그(410)에 안착된 상기 미완성 이차전지(10a)의 파우치(12) 양쪽 표면에 대응되게 밀착된다. 즉, 상기 파우치(12)를 기준으로 상부와 하부에 진공관(420)이 대응되게 구비되며, 이에 따라 진공관(420)에 위치한 파우치(12)가 절개되어 파우치(12) 내부의 가스 및 제1 전해액이 배출되더라도 상기 진공관(420) 밖으로 유출되는 것을 방지할 수 있다.
여기서 상기 진공관(420)은 진공력을 가지며, 이에 따라 상기 파우치(12)의 표면을 흡착하여 밀착력을 높일 수 있다. 특히 상기 진공관(420)은 진공력으로 파우치(12) 밖으로 배출되는 가스 및 제1 전해액(20)을 흡입하여 상기 가스 및 제1 전해액(20)이 상기 진공관(420) 밖으로 유출되는 것을 현저히 방지할 수 있다.
한편, 상기 진공관(420)은 금속 소재로 형성되며, 이에 따라 외부 충격으로 인해 파손되는 것을 방지할 수 있고, 상기 파우치(12)로부터 배출되는 가스 및 제1 전해액(20)에 의해 변형되는 것을 방지할 수 있다.
한편, 상기 파우치(12)에 밀착되는 상기 진공관(420)은 복수개로 형성되되, 상기 복수개의 진공관(420)은 서로 다른 크기를 가질 수 있다. 즉, 상기 파우치(12)의 크기에 따라 상기 진공관(420)의 크기를 선택할 수 있다. 다시 말해 파우치(12)의 면적이 클 경우 큰 직경의 진공관(420)을 사용하고, 파우치(12)의 면적이 작을 경우 작은 직경의 진공관(420)을 사용하며, 이에 따라 상기 파우치(12) 내의 가스 및 제1 전해액(20)을 보다 안정적으로 배출시킬 수 있다.
그리고 진공관(420)은 실린더(421)에 의해 상기 파우치(12) 방향으로 이동하거나 또는 반대로 이동할 수 있으며, 이에 따라 상기 진공관(420)을 상기 파우치(12) 양쪽 표면에 안정적으로 밀착시키거나 또는 분리시킬 수도 있다.
한편, 상기 파우치(12)의 양쪽 표면에 밀착되는 상기 진공관(420)의 선단에는 탄성복원력을 가지는 밀착패드(422)가 구비될 수 있다. 즉, 상기 밀착패드(422)는 상기 진공관(420)과 상기 파우치(12) 사이의 밀착력을 높일 수 있으며, 이에 따라 상기 진공관(420)과 상기 파우치(12) 사이로 가스 또는 제1 전해액(20)의 유출을 방지할 수 있다.
한편, 상기 밀착패드(422)는 지그재그로 절곡된 주름관 형태를 가지며, 이에 따라 상기 진공관(420)과 상기 파우치(12) 사이의 간격이 크게 발생하더라도 안정적으로 밀착패드(422)가 인장되면서 상기 진공관(420)과 상기 파우치(12) 사이를 밀폐할 수 있으며, 이에 따라 사용의 효율성과 안전성을 높일 수 있다.
상기 절개부재(430)는 도 8에 도시되어 있는 것과 같이, 파우치의 표면을 절개하여 관통구멍을 형성하기 위한 것으로, 상기 진공관(420) 내에 설치되고 상기 파우치(12)를 향해 이동하면서 상기 파우치(12)의 표면을 절개하여 관통구멍(12a)을 형성하는 절개날(431)과, 상기 절개날(431)을 상기 파우치(12)를 향해 이동시키는 실린더(432)를 포함한다.
여기서 상기 절개부재(430)는 상기 전극조립체의 길이방향과 수평하게 관통구멍(12b)을 절개할 수 있으며, 이에 따라 관통구멍(12b)이 전극조립체(11)를 향하는 방향으로 확장되는 것을 방지할 수 있다.
상기 흡입부재(440)는 관통구멍과 진공관을 통해 상기 파우치 내의 가스 및 제1 전해액을 외부로 배출시켜서 제거하기 위한 것으로, 상기 진공관(420) 내의 공기를 외부로 배출시킴에 따라 상기 진공관(420)에 흡입력을 발생시켜서 상기 파우치(12) 내의 가스 및 제1 전해액을 관통구멍(12b)과 진공관(420)을 통해 외부로 배출시킨다.
이와 같은 구성을 가진 전해액 제거장치(400)는 파우치(12) 내의 가스 및 제1 전해액을 보다 효과적으로 제거할 수 있다.
상기 제2 전해액 주입장치(500)는 도 9에 도시되어 있는 것과 같이, 상기 가스 및 제1 전해액이 제거된 상기 파우치의 내부에 제2 전해액을 주입하기 위한 것으로, 상기 관통구멍(12b)과 상기 전극조립체(11) 사이에 위치한 상기 파우치(12)의 표면을 절개하고, 상기 절개된 상기 파우치(12) 표면을 통해 제2 전해액(30)을 주입한다.
여기서 상기 제2 전해액(30)은 상기 제1 전해액(20) 보다 점도가 높은 전해액을 사용한다. 즉, 전해액의 점도가 낮으면 전극조립체의 함침력을 높일 수 있고, 전해액의 점도가 높으면 전지성능을 높일 수 있다.
상기 제2 실링장치(600)는 도 10에 도시되어 있는 것과 같이, 파우치를 밀폐되게 실링하기 위한 것으로, 상기 상기 절개된 파우치(12)의 표면을 접합하여 실링하며, 이에 따라 완제품 이차전지(10)를 얻을 수 있다.
따라서 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지 제조시스템은 파우치 내에 점도가 서로 다른 제1 전해액(20)과 제2 전해액(30)을 각각 주입하되, 상기 파우치(12) 내에 주입된 제1 전해액(20)을 제거한 후 제2 전해액(30)을 주입하며, 이에 따라 전극조립체의 함침력과 전지성능을 동시에 높일 수 있다.
이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지 시스템을 통해 이차전지 제조방법을 상세히 설명한다.
[본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지 제조방법]
본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지 제조방법은 도 11에 도시되어 있는 것과 같이, 제1 전해액 주입단계(S10), 제1 실링단계(S20), 충방전단계(S30), 가스 및 제1 전해액 제거단계(S40), 제2 전해액 주입단계(S50), 및 제2 실링단계(S60)를 포함한다.
상기 제1 전해액 주입단계(S10)는 도 1에 도시되어 있는 것과 같이, 전극조립체(11)가 수용된 파우치(12)의 미실링부(121)를 통해 제1 전해액(20)을 주입하여 상기 전극조립체(10)에 함침시킨다. 이때 제1 전해액 주입장치(100)를 사용한다.
즉, 상기 제1 전해액 주입단계(S10)는 전극조립체(11)가 수용된 파우치(12)의 미실링부(12a)가 상부를 향하게 파우치(12)를 배치한다. 다음으로 제1 전해액 주입장치(100)의 노즐(120)을 상기 미실링부(12a)를 통해 파우치(12) 내부에 삽입한다. 다음으로 제1 저장부(110)에 저장된 제1 전해액(20)을 상기 노즐(120)을 통해 상기 파우치(12) 내부에 주액한다.
여기서 상기 제1 전해액(20)은 전극조립체(11)의 함침력을 높이기 위한 것으로, 점도가 낮은 전해액을 사용한다. 즉 상기 제1 전해액(20)의 점도는 30 mPa S이하일 수 있다. 특히 상기 제1 전해액 주입단계(S10)는 제1 전해액(20) 주액시 이물질이 포함되지 않도록 진공챔버 내에서 1분~1시간 동안 진행될 수 있다.
상기 제1 실링단계(S20)는 도 2에 도시되어 있는 것과 같이, 전극조립체(11)가 수용된 파우치(12)의 미실링부(12a)를 실링한다. 이때 제1 실링장치(200)를 사용한다.
즉, 상기 제1 실링단계(S20)는 상기 제1 전해액 주입단계(S10)가 완료되면, 상기 미실링부(12a)의 양쪽 표면을 감싸도록 제1 실링장치(200)를 배치한다. 다음으로 상기 제1 실링장치(200)를 통해 상기 미실링부(12a)을 가압함과 동시에 열을 가하여 상기 미실링부(12a)를 접합한다. 그러면 파우치(12)의 전체 테두리면이 실링되면서 미완성 이차전지(10a)를 제조할 수 있다.
상기 충방전단계(S30)는 도 3에 도시되어 있는 것과 같이, 상기 미완성 이차전지를 충방전한다. 이때 충방전장치(300)를 사용한다.
즉, 상기 충방전단계(S30)는 상기 충방전장치(300)의 제1 및 제2 전극단자를 상기 미완성 이차전지(10a)의 제1 및 제2 전극리드에 각각 연결하여 충전하거나 또는 방전시켜서 활성화한다.
상기 가스 및 제1 전해액 제거단계(S40)는 도 4 내지 도 7에 도시되어 있는 것과 같이, 상기 미완성 이차전지(10a)의 충방전시 파우치(12) 내에 발생한 가스와 제1 전해액(20)을 배출시켜서 제거한다. 이때 전해액 제거장치(400)를 사용한다.
즉, 상기 가스 및 제1 전해액 제거단계(S40)는 상기 미완성 이차전지(10a)의 파우치(12)를 절개하여 관통구멍(12b)을 형성하는 제1 공정과, 상기 파우치(12)에 형성된 관통구멍(12b)을 통해 상기 미완성 이차전지(10a)의 충방전시 발생한 가스를 배출하는 제2 공정, 및 상기 파우치(12)에 형성된 관통구멍(12b)을 통해 상기 파우치 (12) 내에 남아 있는 제1 전해액(20)을 제거하는 제3 공정을 수행한다.
보다 상세히 설명하면, 제1 공정은 도 5에 도시되어 있는 것과 같이, 상기 미완성 이차전지(10a)를 안착지그(410)에 안착시킨다. 다음으로 도 6 및 도 7에 도시되어 있는 것과 같이, 상기 안착지그(410)에 안착된 상기 미완성 이차전지(10a)의 파우치(12) 양쪽 표면에 대응되도록 진공관(420)을 밀착시킨다. 이때 진공관(420)은 진공력을 가짐에 따라 상기 파우치(12)의 표면을 흡착하며, 이에 따라 밀착력을 높일 수 있다. 다음으로 도 8에 도시되어 있는 것과 같이, 진공관(420) 내에 설치된 절개부재(430)를 이동시켜서 상기 진공관(420) 내에 위치한 파우치(12)의 표면을 절개부재(430)의 절개날(431)로 절개하여 관통구멍(12b)를 형성한다. 이때 상기 관통구멍(12b)의 끝단은 전극조립체(11)를 향하지 않도록 상기 전극조립체(11)와 수평하게 절개한다. 이는 관통구멍(12b)이 확장되면서 전극조립체(11)가 수용된 파우치(12)의 부분이 절개되는 것을 방지하기 위함이다.
상기 제2 공정은 전해액 제거장치(400)의 흡입부재(440)의 흡입력을 이용하여 상기 파우치(12) 내부의 가스를 상기 관통구멍(12b)과 진공관(420)을 통해 배출하여 제거한다.
상기 제3 공정은 전해액 제거장치(400)의 흡입부재(440)의 흡입력을 이용하여 상기 파우치(12) 내부의 제1 전해액(20)을 상기 관통구멍(12b)과 진공관(420)을 통해 배출하여 제거한다.
여기서 상기 제2 공정과 상기 제3 공정은 동시에 이루어지며, 이에 따라 작업의 효율성을 높일 수 있다.
한편 상기 제3 공정은 상기 전극조립체(11)에 함침된 제1 전해액(20)을 제외한 상기 파우치(12) 내에 남아 있는 제1 전해액(20)을 배출시켜서 제거한다.
또한, 상기 제3 공정은 상기 파우치 내에 남아 있는 제1 전해액(20)을 2회 이상 분리하여 제거할 수도 있다. 예를 들면, 상기 제3 공정은 상기 파우치 내에 남아 있는 제1 전해액(20)을 1~5분간 흡입하여 1차로 제거한 후, 1~5분간 대기하고, 다시 1~5분간 상기 파우치(12) 내에 남아 있는 제1 전해액(20)을 흡입하여 2차로 제거할 수 있다. 이는 1차로 제1 전해액(20)을 제거하더라도 소정 시간 경과 후 전극조립체(11)에 함침된 전해액 중 일부가 파우치(12)의 바닥에 응집될 수 있으며, 이를 2차로 흡입하여 제거한다. 이에 따라 파우치에 남아 있는 제1 전해액(20)을 보다 완벽하게 제거할 수 있고, 더불어 제2 전해액(30)에 혼합되는 제1 전해액(20)의 용량을 최소화할 수 있다.
상기 제2 전해액 주입단계(S50)는 도 9에 도시되어 있는 것과 같이, 상기 관통구멍(12b)과 상기 전극조립체(11) 사이에 위치한 상기 파우치(12)의 표면을 절개하고, 상기 절개된 상기 파우치 표면이 상부를 향하게 배치한 다음, 상기 절개된 상기 파우치(12)의 표면을 통해 상기 파우치 내에 제2 전해액(30)을 주입한다. 이때 제2 전해액 주입장치(500)를 사용한다.
즉, 상기 제2 전해액 주입단계(S50)는 도 9에 도시되어 있는 것과 같이, 제2 전해액 주입장치(500)를 상기 절개된 파우치(12)의 표면에 삽입한 상태로 제2 전해액(30)을 상기 파우치(12) 내에 주입한다. 여기서 상기 제2 전해액(30)은 상기 제1 전해액(20) 보다 점도가 높은 전해액을 사용한다. 한편, 상기 파우치(12) 내에는 제1 전해액(20)이 거의 배출됨에 따라 상기 파우치(12) 내부에 제2 전해액(30)의 주액량을 크게 높일 수 있고, 이에 따라 상기 제2 전해액(30)의 주액량이 크게 증대됨에 따라 전지 성능을 크게 높일 수 있다.
한편, 상기 제2 전해액(30)의 점도는 80 mPa S 이상일 수 있다.
상기 제2 실링단계(S60)는 도 10에 도시되어 있는 것과 같이, 상기 절개된 파우치(12)의 표면을 밀폐되게 실링한다. 이때 제2 실링장치(600)를 사용한다.
즉, 상기 제2 실링단계(S60)는 상기 절개된 파우치(12)의 표면을 제2 실링장치(600)로 열융착하여 실링하며, 이에 따라 완제품 이차전지(10)를 제조할 수 있다.
따라서 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지 제조방법은 점도가 서로 다른 제1 및 제2 전해액을 서로 다른 단계에서 각각 파우치에 주액하되, 상기 제2 전해액 주액시 상기 파우치 내에 주액된 제1 전해액을 제거하여 제1 및 제2 전해액 혼합을 방지 또는 최소화하며, 이에 따라 전극조립체의 함침력과 전지성능을 동시에 향상시킬 수 있다.
본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 다양한 실시 형태가 가능하다.
100: 제1 전해액 주입장치
200: 제1 실링장치
300: 충방전장치
400: 제1 전해액 제거장치
500: 제2 전해액 주입장치
600: 제2 실링장치

Claims (15)

  1. 전극조립체가 수용된 파우치의 미실링부를 통해 제1 전해액을 주입하여 상기 전극조립체에 함침시키는 제1 전해액 주입단계;
    상기 파우치의 미실링부를 실링하여 미완성 이차전지를 제조하는 제1 실링단계;
    상기 미완성 이차전지를 충방전하는 충방전단계;
    상기 미완성 이차전지의 파우치를 절개하여 관통구멍을 형성하는 제1 공정과, 상기 파우치에 형성된 관통구멍을 통해 상기 미완성 이차전지의 충방전시 발생한 가스를 배출하는 제2 공정, 및 상기 파우치에 형성된 관통구멍을 통해 상기 파우치 내에 남아 있는 제1 전해액을 제거하는 제3 공정을 수행하는 가스 및 제1 전해액 제거단계;
    상기 관통구멍과 상기 전극조립체 사이에 위치한 상기 파우치의 표면을 절개하고, 상기 절개된 상기 파우치 표면을 통해 제2 전해액을 주입하는 제2 전해액 주입단계; 및
    상기 절개된 파우치의 표면을 실링하여 완제품 이차전지를 제조하는 제2 실링단계를 포함하고,
    상기 가스 및 제1 전해액 제거단계는, 전해액 제거장치를 통해 상기 파우치 내에 남아 있는 가스 및 제1 전해액을 제거하며,
    상기 전해액 제거장치는 상기 미완성 이차전지의 파우치 양쪽 표면에 대응되게 밀착되는 진공관과, 상기 진공관 내에 위치한 상기 파우치의 표면을 절개하여 관통구멍을 형성하는 절개부재, 및 상기 관통구멍과 상기 진공관을 통해 상기 파우치 내의 가스와 제1 전해액을 흡입하여 외부로 배출시키는 흡입부재를 포함하는 이차전지 제조방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 전해액과 상기 제2 전해액은 서로 다른 점도를 가지는 이차전지 제조방법.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 제2 전해액은 상기 제1 전해액 보다 높은 점도를 가지는 이차전지 제조방법.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 제3 공정은, 상기 전극조립체에 함침된 제1 전해액을 제외한 상기 파우치 내에 남아 있는 제1 전해액을 상기 관통구멍을 통해 배출시켜서 제거하는 이차전지 제조방법.
  5. 삭제
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 전해액 제거장치는 상기 미완성 이차전지가 안착되는 안착지그를 더 포함하며,
    상기 진공관은 상기 안착지그에 안착된 상기 파우치의 양쪽 표면에 대응되게 밀착되는 이차전지 제조방법.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 파우치의 양쪽 표면에 밀착되는 상기 진공관의 선단에는 밀착패드가 구비되는 이차전지 제조방법.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 밀착패드는 지그재그로 절곡된 주름관 형태를 가지는 이차전지 제조방법.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 절개부재는 상기 진공관 내에 설치되고, 상기 파우치를 향해 이동하면서 상기 파우치를 절개하는 절개날을 포함하는 이차전지 제조방법.
  10. 청구항 1에 있어서,
    상기 절개부재는 상기 전극조립체의 길이방향과 수평하게 관통구멍을 절개하는 이차전지 제조방법.
  11. 청구항 1에 있어서,
    상기 진공관은 진공압으로 상기 미완성 이차전지의 파우치 양쪽 표면에 대응되게 밀착되는 이차전지 제조방법.
  12. 전극조립체가 수용된 파우치의 미실링부를 통해 제1 전해액을 주입하는 제1 전해액 주입장치;
    상기 파우치의 미실링부를 실링하여 미완성 이차전지를 제조하는 제1 실링장치;
    상기 미완성 이차전지를 충방전하는 충방전장치;
    상기 미완성 이차전지의 파우치에 관통구멍을 형성하여 상기 미완성 이차전지의 충방전시 발생한 가스 및 상기 제1 전해액을 제거하는 전해액 제거장치;
    상기 관통구멍과 상기 전극조립체 사이의 파우치를 절개하고, 상기 절개된 상기 파우치의 표면을 통해 제2 전해액을 주입하는 제2 전해액 주입장치; 및
    상기 절개된 파우치의 표면을 실링하여 완제품 이차전지를 제조하는 제2 실링장치를 포함하고,
    상기 전해액 제거장치는, 상기 미완성 이차전지의 파우치 양쪽 표면에 대응되게 밀착되는 진공관과, 상기 진공관 내에 위치한 상기 파우치의 표면을 절개하여 관통구멍을 형성하는 절개부재, 및 상기 관통구멍과 상기 진공관을 통해 상기 파우치 내의 가스와 제1 전해액을 흡입하여 외부로 배출시키는 흡입부재를 포함하는 이차전지 제조시스템.
  13. 삭제
  14. 청구항 12에 있어서,
    상기 전해액 제거장치는 상기 미완성 이차전지가 안착되는 안착지그를 더 포함하며,
    상기 진공관은 상기 안착지그에 안착된 상기 파우치의 양쪽 표면에 대응되게 밀착되는 이차전지 제조시스템.
  15. 청구항 12에 있어서,
    상기 파우치의 양쪽 표면에 밀착되는 상기 진공관의 선단에는 밀착패드가 구비되는 이차전지 제조시스템.
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