KR102644452B1 - 파우치형 배터리 분해 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 파우치형 배터리 분리 공정을 수행하는 파우치형 배터리 분해 장치를 개시한다. 파우치형 배터리 분해 장치는 파우치형 배터리를 이송하여 분해하는 공정을 수행하는 파우치형 배터리 분해부 및 파우치형 배터리 분해부의 동작 상태를 모니터링하고, 파우치형 배터리 분해부의 동작을 제어하여 파우치형 배터리가 분해되는 과정을 제어하는 제어부를 포함한다. 파우치형 배터리 분해부는, 투입된 복수의 배터리 각각의 잔류전압을 확인하고, 잔류전압이 확인된 배터리를 각각 미리 설정된 허용치 이상으로 측정된 분해부적합배터리와 잔류전압이 허용치 미만으로 측정된 분해적합배터리로 구분하고, 분해부적합배터리는 외부로 배출하는 배터리투입부와, 분해적합배터리의 파우치를 제거하는 파우치제거부와, 파우치가 제거된 배터리를 분리막, 음극재 및 양극재로 각각 분리하는 3단분리부를 포함한다.
Description
본 발명은 배터리 분리 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 파우치형 배터리 분리 공정을 수행하는 장치에 관한 것이다.
파우치형 배터리는 알루미늄 호일에 나일론과 CCP 필름을 붙인 파우치로 포장한 배터리를 말한다. 사용되는 전해약 종류와 극판의 형태에 따라 여러 종류가 있지만 통칭하여 파우치형 배터리라고 불린다. 파우치형 배터리는 양극과 음극, 분리막 등의 소재를 돌돌 감은 '젤리롤(Jelly roll)' 형태의 전극이나 소재를 층층이 쌓은 ‘스태킹(Stacking)’ 형태의 전극을 셀 파우치로 감싼 모양의 2차전지다. 원통형 캔, 각형 캔 배터리와 비교해 내부 공간 효율성이 높기 때문에 에너지 보관 밀도가 크고, 외관이 단단하지 않아 자유롭게 구부리거나 접을 수 있어 전기차를 비롯한 각종 전자제품의 디자인에 따라 알맞은 모양으로 제작할 수 있다. 파우치형 배터리는 이런 강점을 바탕으로 전기차 시장의 성장에 따라 수요가 빠르게 증가하고 있다.
도 1은 배터리 생성시 이용되는 Z-스태킹 방식을 나타나는 도면이다.
Z-스태킹은 도 1에 도시된 바와 같이 분리막을 지그재그로 겹겹이 쌓고 그 사이 사이에 양극재와 음극재를 넣는 방식이다.
이와 같은 파우치형 배터리는 일정 기간 이용후 배터리 성능을 유지하지 못하여 폐배터리로 분리되어 배출되는데, 파우치형 배터리의 이용이 증가함에 따라 파우치형 배터리 분해를 효율화하여 분해된 구성품별로 재활용할 수 있는 방안이 필요하다.
본 발명은 파우치형 배터리 분해를 효율화하여 분해된 구성품별로 재활용할 수 있도록 하기 위하여, 파우치형 배터리를 안전하고 효율적으로 분해할 수 있는 파우치형 배터리 분해 장치를 제공한다.
본 발명의 일 측면에 따른 파우치형 배터리 분해 장치는 파우치형 배터리를 이송하여 분해하는 공정을 수행하는 파우치형 배터리 분해부 및 파우치형 배터리 분해부의 동작 상태를 모니터링하고, 파우치형 배터리 분해부의 동작을 제어하여 파우치형 배터리가 분해되는 과정을 제어하는 제어부를 포함한다. 파우치형 배터리 분해부는, 투입된 복수의 배터리 각각의 잔류전압을 확인하고, 잔류전압이 확인된 배터리를 각각 미리 설정된 허용치 이상으로 측정된 분해부적합배터리와 잔류전압이 허용치 미만으로 측정된 분해적합배터리로 구분하고, 분해부적합배터리는 외부로 배출하는 배터리투입부와, 분해적합배터리의 파우치를 제거하는 파우치제거부와, 파우치가 제거된 배터리를 분리막, 음극재 및 양극재로 각각 분리하는 3단분리부를 포함한다.
배터리투입부는, 투입된 배터리를 이송하는 제1이송부와, 제1이송부에 의해 투입된 배터리가 전압측정위치에 도달하면, 도달된 배터리의 잔류전압을 측정하는 전압계를 포함하고, 제어부는 전압계로부터 측정된 잔류전압을 수신하고, 수신된 잔류전압이 허용치 이상인 경우, 투입된 배터리가 다시 배출되도록 제1이송부를 제어한다.
파우치제거부는 파우치제거부를 통과하는 복수의 배터리에 대한 각 공정이 수행되도록 운반하는 제2 이송부와, 배터리의 양극 탭 및 음극 탭이 위치되는 방향의 파우치의 2부위의 단부인 테라스(T1, T2)를 커팅하는 테라스커팅부와, 테라스(T1, T2)가 커팅된 배터리에서 양극 탭 및 음극 탭이 위치되지 않는 파우치의 2부위의 단부인 사이드(S1, S2)를 커팅하는 사이드커팅부와, 테라스(T1, S2)와 사이드(S1, S2)를 포함한 4면이 절단된 배터리의 상부 알루미늄 커버를 고압을 이용하여 흡입하고, 흡입된 상부 알루미늄 커버를 분리 배출하는 상부커버분리부와, 상부커버가 분리된 배터리의 양 끝단을 잡아서 들어올려 180도 회전시켜서 배터리의 상하가 반전되도록 하는 제1로테이터와, 180도 회전된 배터리의 하부커버를 공압을 이용하여 흡입하고, 흡입된 하부커버를 분리 배출하는 하부커버분리부와, 파우치가 제거된 배터리를 3단분리부로 이동시키는 베어셀픽앤플레이스기를 포함한다.
파우치제거부는 이송중인 배터리에 화재가 발생되었는지 여부를 감지하는 화재감지센서와, 화재가 감지된 배터리를 밀어서 외부로 배출하는 셀푸셔를 더 포함하고, 제어부는 화재감지센서에 의해 화재가 발생된 배터리가 외부로 배출되고, 별도로 마련된 염수통에 배터리를 빠뜨리도록 셀푸셔의 동작을 제어할 수 있다.
3단분리부는 2개로 구성되고, 제2이송부는 배터리를 2개의 3단분리부로 이송하도록 병렬적으로 설치된 2개의 컨베이어를 포함하여 구성될 수 있다.
3단분리부는, 배터리의 최상단에 위치되는 분리막 1겹을 들어올려 옆으로 이동시키고, 분리막 1겹이 이동되어 최상단에 위치되는 첫번째 음극재를 공압으로 흡착하여 중앙 배출구로 이동하여 제거하는 분리막이동부와, 첫번째 음극재가 제거된 배터리를 180도 회전시키는 제2로테이터와, 분리막을 고압으로 압착하여 3단 분리 전에 배터리 본체 위로 정리하도록 하는 분리막정리부와, 정리된 분리막을 공압으로 흡입하여 분리막의 일 단을 들어올리는 흡입부와, 들어올려진 분리막을 회전하여 감아서 분리하고, 분리된 분리막을 잡아서 배출하는 분리막회전수집부와, 분리막 제거시 전해액에 바람을 불어 건조하여, 분리막에서 양극재 및 음극재가 분리되도록 하여, 분리된 양극재 및 음극재가 서로 다른 위치에서 수집되도록 하는 전해액건조부와, 3단분리부에서 파우치가 제거된 배터리를 이송하고, 분리된 양극재 및 음극재를 별도의 위치로 이송하도록 구성된 제3이송부를 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 파우치형 배터리 분해를 효율화하여 분해된 구성품별로 재활용할 수 있도록 하기 위하여, 파우치형 배터리를 안전하고 효율적으로 분해할 수 있는 파우치형 배터리 분해 장치를 제공할 수 있다. 이를 통해, 배터리 셀 구성 소재를 각각 양극재, 음극재 및 분리막으로 분리시켜 재활용 효율을 증대시키고, 작업시 발생하는 화학적 오염물질로부터 작업자를 보호하고 작업 능률을 향상시킬 수 있다. 특히, 현재 재활용의 가치가 높은 양극재의 분리 효율을 높여 재활용 공정에 투입함으로써 양극재 원료가 되는 니켈, 코발트, 망간, 리튬 등의 순도를 99% 이상 확보할 수 있다.
도 1은 배터리 생성시 이용되는 Z-스태킹 방식을 나타나는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 파우치형 배터리 분해 장치의 구성을 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 파우치형 배터리 분해 과정을 나타내는 도면이다.
도 4는 도 2의 파우치형 배터리 분해 장치에 포함되는 배터리 분해부의 세부 구성을 나타내는 블록도이다.
도 5는 도 2의 파우치형 배터리 분해부의 세부 구성을 나타내는 도면이다.
도 6은 도 2의 배터리 분해 장치에 의해 분해되는 파우치형 배터리의 상면 및 베어셀 상태를 나타내는 도면이다.
도 7은 도 4의 파우치형 배터리 분해 장치에서 배터리의 전압을 측정하는 구성을 나타내는 도면이다.
도 8은 도 4의 파우치형 배터리 분해 장치의 제1 이송부 및 제2 이송부의 일부 구성을 나타내는 도면이다.
도 9는 도 4의 파우치형 배터리 분해 장치의 제2 이송부의 구성을 나타내는 도면이다.
도 10은 도 4의 파우치제거부에서 커버가 분리된 배터리의 구성을 나타내는 도면이다.
도 11은 도 10의 배어셀에서 분리막 1겹이 들어올려져 이동된 상태를 나타내는 도면이다.
도 12는 최상단의 음극재가 제거된 베어셀이 180도 회전되어 상하가 반전되어 있는 상태를 나타내는 도면이다.
도 13은 도 12에서 분리막의 일단부가 정리된 상태를 나타내는 도면이다.
도 14는 도 13의 분리막이 보빈에 감겨진 상태를 나타내는 도면이다.
도 15는 도 13의 분리막이 감겨올라갈 때 전해액이 건조되는 과정을 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 파우치형 배터리 분해 장치의 구성을 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 파우치형 배터리 분해 과정을 나타내는 도면이다.
도 4는 도 2의 파우치형 배터리 분해 장치에 포함되는 배터리 분해부의 세부 구성을 나타내는 블록도이다.
도 5는 도 2의 파우치형 배터리 분해부의 세부 구성을 나타내는 도면이다.
도 6은 도 2의 배터리 분해 장치에 의해 분해되는 파우치형 배터리의 상면 및 베어셀 상태를 나타내는 도면이다.
도 7은 도 4의 파우치형 배터리 분해 장치에서 배터리의 전압을 측정하는 구성을 나타내는 도면이다.
도 8은 도 4의 파우치형 배터리 분해 장치의 제1 이송부 및 제2 이송부의 일부 구성을 나타내는 도면이다.
도 9는 도 4의 파우치형 배터리 분해 장치의 제2 이송부의 구성을 나타내는 도면이다.
도 10은 도 4의 파우치제거부에서 커버가 분리된 배터리의 구성을 나타내는 도면이다.
도 11은 도 10의 배어셀에서 분리막 1겹이 들어올려져 이동된 상태를 나타내는 도면이다.
도 12는 최상단의 음극재가 제거된 베어셀이 180도 회전되어 상하가 반전되어 있는 상태를 나타내는 도면이다.
도 13은 도 12에서 분리막의 일단부가 정리된 상태를 나타내는 도면이다.
도 14는 도 13의 분리막이 보빈에 감겨진 상태를 나타내는 도면이다.
도 15는 도 13의 분리막이 감겨올라갈 때 전해액이 건조되는 과정을 나타내는 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예를 상세하게 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 파우치형 배터리 분해 장치의 구성을 나타내는 도면이다.
파우치형 배터리 분해 장치(100)는 파우치형 배터리(200)를 구성하고 있는 알루미늄 파우치와 젤리 롤 형태의 양극재, 음극재 및 분리막을 포함하는 베어셀(또는 발전소자)을 자동으로 분해하는 설비이다. 파우치형 배터리 분해 장치(100)에 의해서, 젤리롤 방식 또는 Z-스태킹 방식으로 제작된 파우치형 배터리(200)를 안전하고 효율적으로 분해될 수 있다.
파우치형 배터리(200)는 파우치(210), 베어셀(발전소자라고도 함)(220), 양극 탭(230) 및 음극 탭(240)을 포함한다. 파우치(210)는 알루미늄을 포함하는 금속재로 구성되고, 전기절연성의 고분자 소재의 필름 코팅층을 구비한다. 파우치(210)내에는 베어셀(220)을 수용하고, 소정의 수용 공간에는 전해액(도시되지 않음)으로 채워진다. 여기에서, 베어셀(220)은 파우치(210)가 제거된 배터리(200)와 동일한 것으로 설명한다.
베어셀(220)은 복수의 양극재(도시되지 않음), 복수개의 음극재(도시되지 않음), 양극재와 음극재 사이에 배치되는 복수개의 분리막(도시되지 않음)을 포함하여 구성된다.
양극 탭(230)은 베어셀(220) 내부의 양극재(도시되지 않음)와 전기적으로 연결되고 일부가 파우치(210) 밖으로 노출되고, 음극 탭(240)은 베어셀(220) 내부의 음극재(도시되지 않음)와 전기적으로 연결되고 일부가 파우치(210) 밖으로 노출된다.
파우치형 배터리 분해 장치(100)는 배터리분해부(110), 제어부(120), 사용자 입력부(130) 및 표시부(140)를 포함할 수 있다.
배터리분해부(110)는 파우치형 배터리(200)를 이송하여 분해하는 공정을 수행한다. 배터리분해부(110)는 파우치형 배터리 이송하고, 파우치형 배터리를 분해하고, 파우치형 배터리(200)의 분해시 발생되는 오염물질을 집진하는 다수의 구성부품을 포함하여 구성된다. 배터리분해부(110)는 투입된 복수의 배터리(200) 각각의 잔류전압을 확인하고, 잔류전압이 확인된 배터리(200)를 각각 미리 설정된 허용치 이상으로 측정된 분해부적합배터리와 잔류전압이 허용치 미만으로 측정된 분해적합배터리로 구분하고, 분해부적합배터리는 외부로 배출하도록 구성된다.
제어부(120)는 배터리분해부(110)의 동작 상태를 모니터링하고, 배터리분해부(110)에 포함된 다수의 구성부품의 동작을 제어하여 파우치형 배터리(200)가 분해되는 과정을 제어한다. 배터리분해부(110)는 배터리(200)를 이송하기 위한 컨베이어(미도시), 배터리(200)를 집어올리기 위한 픽앤플레이스기(도 4의 426), 배터리(200)를 회전시키기 위한 복수의 로테이터(도 4의 424, 432), 분리막을 잡아올리기 위한 공기흡입기(도 4의 436), 분리막을 건조하기 위한 공기주입기(도 4의 437)와 같이, 복수의 구동모듈 및 공압장치를 포함하므로, 제어부(120)는 복수의 구동모듈의 모터 및 공압장치를 모니터링하고 제어하도록 구성된다.
사용자 입력부(130)는 배터리분해부(110)의 동작을 제어하기 위한 제어부(120)에 필요한 데이터 및 사용자 입력을 수신하여 제어부(120)에 전달하도록 구성될 수 있다.
표시부(140)는 배터리분해부(110), 제어부(120), 사용자 입력부(130)의 세부 동작 상태 및 제어 상태를 표시하는 표시 장치로 구성될 수 있다.
파우치형 배터리 분해 장치(100)의 설비는 다음과 같이 구현될 수 있다. 예를 들어, 전원은 400[V], 3상 4선식, 50[HZ], 50[A](R S T N) 또는 380[V] 3상 4선식 60[Hz] (설치 나라, 지역에 따라 변경될 수 있음)으로 동작되고, 에어소모량은 668.8[LITER/MIN]이고, 본체의 크기 및 무게는 1900(W)*7400(L) *2080(H) 및 2,000[KG]일 수 있으며, 제어부(120)의 크기 및 무게는 1700(W)* 600(L) * 2106 (H) 및 400[KG]일 수 있다.
파우치형 배터리 분해 장치(100)에 이용되는 집진기는 전원으로 400[V], 3상 50[HZ], 20[A](R S T N)을 이용하고, 본체의 크기 및 무게는 900(W)*842(L)*1982 (H) 및 300[KG]으로 구현될 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 파우치형 배터리 분해 과정을 나타내는 도면이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 파우치형 배터리 분해 과정은 배터리 투입 단계(310), 파우치 커팅 단계(320) 및 배터리 분리 단계(330)를 포함할 수 있다.
배터리 투입 단계(310)에는 방전 공정을 통하여 잔류전압이 제거된 상태의 배터리(200)가 투입된다. 투입된 배터리(200)에 대하여 잔류전압을 확인하고, 확인된 잔류전압이 소정의 허용치 이상 검출된 경우, 다음 단계로 진행하지 않고 회수된다(312). 또한, 화재감지센서(도시되지 않음)에 의하여 투입된 배터리(200)에 불꽃이 감지되는 등 이상이 확인된 경우에도 별도로 마련된 수조(도시되지 않음)로 투입되거나 수동으로 회수할 수 있다. 배터리 투입 단계(310)까지는 배터리(200)의 파우치(210)가 유지된 채로 로딩된다.
파우치 커팅 단계(320)는 배터리(200)에서 파우치(210) 커버를 제거하는 공정이다. 파우치(210)가 제거된 상태의 베어셀(220)이 로딩된다(322).
베어셀 분리 단계(330)는 베어셀을 구성하는 양극재, 음극재 및 분리막이 분리되어 재료별로 분리되어 배출되고 적재될 수 있다.
도 4는 도 2의 파우치형 배터리 분해 장치(100)에 포함되는 배터리분해부(110)의 세부 구성을 나타내는 블록도이다. 도 5는 도 2의 배터리분해부(110)의 세부 구성을 나타내는 도면이다. 도 6은 도 2의 배터리 분해 장치(100)에 의해 분해되는 파우치형 배터리의 상면 및 베어셀 상태를 나타내는 도면이다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 배터리분해부(110)는 배터리투입부(410), 파우치제거부(420), 3단분리부(430) 및 집진부(441, 442, 443, 444)를 포함할 수 있다.
배터리투입부(410)는 배터리를 이송하고, 분해가 부적합다고 판정된 분해부적합배터리(NG셀이라고 부를 수 있음)을 배출하는 프로세스와 이송된 배터리에 대한 잔류전압(OCV)를 검출하기 위하여 배터리(200)를 로딩하는 프로세스를 수행한다. 배터리투입부(410)는 제1이송부(411) 및 전압계(412)를 포함한다.
제1이송부(411)는 배터리 이송 및 분해부적합배터리(NG셀)을 배출하는 프로세스를 위하여 배터리(200)를 컨베이어로 이송하도록 구성되며, 배터리(200)를 운반하기 위한 다양한 운반모듈(ex. 진공실린더, 컨베이어)을 포함하여 구성될 수 있다. 배터리투입부(410)는 투입된 배터리(200)의 전압을 측정하여, 제어부(120)에 의해서 확인된 잔류전압이 허용치 이하인 분해적합배터리로 결정된 경우, 파우치제거부(420)로 이송한다. 제어부(120)는 투입되는 다수의 배터리(200)를 식별하고, 식별된 배터리(200)에 대한 잔류전압이 허용치 미만인 경우 분해적합배터리(OK)로 분류하고, 식별된 셀의 잔류전압이 허용치 이상인 경우 허용치 이상 잔류전압이 측정되는 배터리(200)는 분해부적합배터리(NG셀)로 구분하여 배출되도록 배터리투입부(410)를 제어한다.
전압계(412)가 배터리(200)의 전압을 측정하여 설정 전압(예를 들어, 0.1[Vdc]로 설정변경될 수 있음) 이상인 경우, 제어부(120)는 분해부적합배터리(NG셀)를 다시 장치(100) 밖으로 배출하도록 제1 이송부(411)를 제어할 수 있다. 제1 이송부(411)는 이송 프로세스를 위하여 복수 개의 컨베이어 장치를 포함할 수 있다.
배터리투입부(410)는 투입된 배터리(200)의 잔류전압 측정을 위한 전압계(412)로 정렬하여 이동하도록 구성된 픽앤플레이스 장치(도시되지 않음)를 포함한다. 픽앤플레이스 장치는 진공 발생기(도시되지 않음)에 연결되어 진공으로 배터리(200)를 집을 수 있는 실린더 등의 장비로 구성될 수 있다.
전압계(412)는 제1이송부(411)에 의해 투입된 배터리(200)가 전압측정위치에 도달하면, 도달된 배터리(200)에 대하여 잔류전압을 확인하고, 확인된 잔류전압값은 제어부(120)로 전달된다. 전압계(412)는 배터리(200)의 양극탭에 접촉되는 제1 프로브(도시되지않음)와 음극탭에 접촉되는 제2 프로브(도시되지않음)를 구비하여 배터리(200)의 잔류전압을 측정하도록 구성될 수 있다. 제어부(120)는 확인된 잔류전압이 소정의 허용치(예를 들어, 0.1[V]) 이상 검출된 경우, 배터리(200)는 다시 투입 방향으로 회수되도록 배터리투입부(410)의 구동을 제어할 수 있다.
파우치제거부(420)는 도 3의 배터리(200)에서 파우치 커버(210)를 제거하는 공정(320)을 수행한다. 파우치제거부(420)는 테라스커팅부(421), 사이드커팅부(422), 상부커버분리부(423), 제1로테이터(424), 하부커버분리부(425), 베어셀픽엔플레이스기(426), 셀푸셔(427), 제2이송부(428) 및 화재감지센서(429)를 포함할 수 있다.
화재감지센서(429)에 의하여 투입된 배터리(200)에 불꽃이 감지되는 등 이상이 확인된 경우에도 별도로 마련된 수조(도시되지 않음)로 투입되거나 수동으로 회수할 수 있다. 화재감지센서(429)는 배터리투입부(410) 및 파우치제거부(420) 전반의 배터리(200)이송 과정의 배터리(200)에 화재가 발생되었는지를 감지하도록 복수의 위치에 여러 개 설치될 수 있다.
도 6을 참조하면, 도 6의 (a)는 배터리(200)가 도 4의 파우치제거부(420)에 투입되기 전의 상태를 나타내고 도 6의 (b)는 파우치제거부(420)를 통과한 후의 배터리 셀의 상태를 나타내는 도면이다.
도 6의 (a)에 도시된 바와 같이 배터리(200)는 파우치제거부(420)에 투입되기 전에는 파우치(210)에 싸여있는 상태이고, 도 6의 (b)에 도시된 바와 같이 파우치제거부(420)를 통과한 후에는 파우치(210)가 제거된 베어셀(220) 상태로 나오게 된다. 도 6의 (a)를 참조하면, 파우치(210)에서 양극 탭(230) 및 음극 탭(240)이 위치되는 방향으로 베어셀(220)을 둘러싸는 2부위의 단부를 테라스(T1, T2)라고 부르고, 양극 탭(230) 및 음극 탭(240)이 위치되지 않는 방향으로 베어셀(220)을 둘러싸는 2부위의 단부를 사이드(S1, S2)라고 부른다. 파우치(210)의 4면(T1, T2, S1, S2)이 커팅되면, 파우치(210)는 베어셀(220)의 상부를 덮고 있던 파우치부분(상부커버라 함) 및 베어셀(220)의 하부에 놓여있게 되는 파우치부분(하부커버라 함)으로 분리될 것이다.
다시 도 4 및 도 5를 참조하면, 제어부(120)의 제어에 따라 파우치제거부(420)가 분해적합판정된 배터리(200)를 제2이송부(428)에 의하여 테라스커팅부(421)로 이동시키고, 테라스커팅부(421)는 이송된 배터리(200)의 테라스(T1, T2)를 커팅한다. 한 개의 배터리(200) 당 2부위의 테라스(T1, T2)를 동시에 커팅하기 위하여 테라스커팅부(421)에는 2개의 사각 나이프가 이용될 수 있다. 2개의 사각 나이프는 장치(100)의 상단에서 배터리(200)로 하강하면서 테라스(T1, T2)를 커팅할 수 있다.
테라스(T1, T2)가 커팅된 배터리(200)는 사이드커팅부(422)로 이동되고, 사이드커팅부(422)는 사이드(S1, S2)를 커팅한다. 사이드커팅기(422)에는 원형 나이프가 이용될 수 있다. 한 개의 배터리(200) 당 2부위의 사이드(S1, S2)를 동시에 커팅하기 위하여 사이드커팅기(421)에는 2개의 원형 나이프가 이용될 수 있다. 2개의 원형 나이프는 장치(100)의 상단에서 배터리(200)로 하강하여 회전이동하면서 사이드(S1, S2)를 커팅할 수 있다.
상부커버분리부(423)는 4면(T1, T2, S1, S2)이 절단된 배터리의 상부 알루미늄 커버를 고압을 이용하여 흡입하고, 흡입된 상부 알루미늄 커버를 분리 배출한다. 상부커버분리기(423)는 공압을 이용하여 상부커버에 흡착하고, 흡착된 상부커버를 들어올려 별도로 마련된 분리된 상부커버를 이송하는 상부커버이송 컨베이어(도시되지 않음)로 이동시키도록 구성될 수 있다.
제1 로테이터(424)는 배터리(200)의 양 끝단을 잡아서 들어올려 180도 회전시켜서 배터리(200)의 상하가 반전되도록 한다.
하부커버분리부(425)는 제1 로테이터(424)에 의해 180도 회전된 배터리(200)의 하부 알루미늄 커버를 공압을 이용하여 흡입하고, 흡입된 하부 알루미늄 커버를 분리 배출한다. 하부커버분리기(425)는 공압에 의해 하부커버에 흡착하고, 흡착된 하부커버를 들어올려 별도로 마련된 분리된 하부커버를 이송하는 하부커버이송 컨베이어(도시되지 않음)로 이동시키도록 구성될 수 있다.
이로써, 파우치(210)가 제거된 상태의 배터리인 베어셀(220)이 3단분리부(430)로 로딩된다. 3단분리부(430)는 베어셀(220)을 구성하는 양극재, 음극재 및 분리막이 분리되어 재료별로 분리되어 배출되고 적재될 수 있다.
베어셀픽앤플레이스기(426)는 알루미늄 커버가 모두 분리된 배터리(200)를 2대의 3단분리부(430)로 나누어 공급하도록 구성된다. 베어셀픽앤플레이스기(426)는 커버가 분리된 배어셀 형태의 배터리(200)를 2개의 분리막이동부(431)에 순차적으로 나눠 이동시켜준다.
셀푸셔(427)는 화재감지센서(429)에 의해 배터리(200)에 화재가 발생되었다고 감지된 경우, 제어부(120)의 제어에 따라 화재가 발생된 배터리(200)를 밀어 셀 분해부(110) 외부로 배출시키도록 구성되어, 별도로 마련된 염수통(도시되지 않음)으로 빠뜨리도록 구성된다. 셀푸셔(427)는 실리더 펀칭기로 염수에 배터리를 빠뜨리도록 동작하여, 화재를 방지할 수 있다.
제2 이송부(424)는 파우치제거부(420)를 통과하는 배터리들(200)에 대한 각 공정이 수행되도록 운반한다. 배터리 분해 처리 속도 향상을 위하여, 3단분리부(430)가 2대로 구성되는 경우, 제2이송부(434)는 다수의 배터리(200)를 2개의 3단분리부로 이송하도록 병렬적으로 설치된 2개의 컨베이어(미도시)를 포함하여 구성될 수 있다.
3단분리부(430)는 분리막이동부(431), 제2로테이터(432), 분리막정리부(433), 제3이송부(434), 흡입부(435), 분리막회전수집부(436) 및 전해액건조부(437)를 포함할 수 있다.
제3 이송부(434)는 이송된 배터리(200)를 3단 분리부(430)의 각 공정별 위치로 이송하도록 구성된다. 제3 이송부(434)는 배터리(200)를 3단분리부(430)로 이송하기 위한 컨베이어와 3단분리부(430)의 각 공정의 수행을 위한 구동 모터 및 실린더 모듈 등을 포함하여 구성될 수 있다.
분리막이동부(431)는 베어셀 형태의 배터리(200)의 최상단에 위치하는 분리막 1겹을 들어올려 옆으로 이동시키고, 분리막 1겹을 이동한 후 최상단의 첫번째 음극재를 공압으로 흡착하여 중앙 배출구(도시되지 않음)로 이동시켜 제거하도록 구성된다.
제2로테이터(432)는 최상단의 음극재가 제거된 배터리(200)를 180도 회전시켜서 상하가 반전되도록 한다.
분리막정리부(433)는 옆으로 이동된 분리막을 고압으로 압착하여 3단 분리 전에 배터리 본체 위로 정리한다.
흡입부(435)는 정리된 분리막을 공압으로 흡입하여 분리막의 일 단부를 들어올린다.
분리막회전수집부(436)는 들어올려진 분리막을 회전하여 감아서 분리하고, 분리된 분리막을 잡아서 배출한다.
전해액건조부(437)는 분리막 제거시 전해액에 바람을 불어 건조하여, 분리막에서 양극재 및 음극재가 분리되도록 하고, 분리된 양극재 및 음극재가 서로 다른 위치에서 수집되도록 도와준다.
제3이송부(434)는 양극재 이송 컨베이터(도시되지 않음) 및 음극재 이송 컨베이어(도시되지 않음)를 별도로 포함하여 분리된 양극재와 음극재를 별도의 컨베이어를 통하여 각각 분리 배출할 수 있다.
집진부(441, 442, 443, 444)는 배터리(200)의 분해시 유해 성분의 물질을 공기 흡입하여 포집하여 필터 정화 배출한다.
도 7은 도 4의 파우치형 배터리 분해 장치(100)에서 배터리(200)의 전압을 측정하는 구성을 나타내는 도면이다.
배터리투입부(410)의 제1 이송부(411)는 파우치형 배터리 분해 장치(100)로 배터리(200)를 투입하도록 움직이는 투입컨베이어(710)와 전압 측정 후 분해하기에 적합하지 않는 분해부적합배터리(NG셀)을 배출하기 위한 배출컨베이어(720)를 포함할 수 있다. 투입컨베이어(710)를 통해 전압 측정 위치에서 전압계(412)에 의해 OCV가 측정되고, 제어부(120)의 제어에 따라 분해가능하다고 판정된 배터리는 제2 이송부(428)로 전달되고, 분해부적합배터리(NG셀)은 배출컨베이어(720)를 이용하여 다시 장치(100) 외부로 배출된다.
도 8은 도 4의 파우치형 배터리 분해 장치의 제1 이송부(411) 및 제2 이송부(428)의 일부 구성을 나타내는 도면이다. 도 8의 (a)는 구성의 상면을 나타내고, 도 8의 (b)는 구성의 측면을 나타낸다.
제1 이송부(411)에 의해 배터리(200)가 전압측정위치(810)에 놓이면, 전압계(412)에 의해서 배터리(200)의 잔류전압이 측정되고, 분해가능하도록 판정된 배터리(200)는 제2 이송부(428)에 의해 테라스커팅위치(820)로 이동하여 테라스 커팅부(421)에 의해 테라스 커팅이 수행된다. 테라스 커팅이 수행된 배터리(200)에 의해 위치(830)에서 화재 발생이 감지되는 경우, 셀푸셔(427)는 배터리(200)를 일정 강도로 밀어 염수가 들어있는 염수통(도시되지 않음)으로 이동시킨다.
도 9는 도 4의 파우치형 배터리 분해 장치의 제2 이송부(428)의 구성을 나타내는 도면이다. 도 9의 (a)는 구성의 상면을 나타내고, 도 9의 (b)는 구성의 측면을 나타낸다.
제2이송부(428)에 의해 배터리(200)가 사이드커팅위치(840)에 놓이면, 사이드커팅부(422)는 배터리(200)의 사이드(S1, S2)를 커팅한다. 제2 이송부(428)에 의해 배터리(200)가 상부커버제거위치(850)로 이송되는 중 화재감지위치(830-1)에서 화재가 감지되면, 제어부(120)의 제어에 따라 셀푸셔(427)가 배터리(200)를 일정 강도 이상 밀어서 염수통(도시되지 않음)으로 옮길 수 있다.
배터리(200)가 상부커버제거위치(850)에 놓이면, 상분커버분리부(423)에 의해 배터리(200)의 상부커버가 분리된다. 제2 이송부(428)에 의해 상부커버가 분리된 배터리(424)가 회전위치(850)에 놓이면 제1로테이터(424)에 의해서 배터리(200) 본체가 180도 회전하여, 배터리(200)의 상하가 뒤바뀌어 배터리(200)의 하부커버가 위로 올라가게 된다. 제2이송부(428)에 의해 회전된 배터리(200)가 하부커버제거위치(870)에 놓이면, 하부커버분리부(425)에 의해 하부커버가 분리된다.
배터리(200)의 이동 중에 위치(830-2)에서 화재가 감지되면 제어부(120)의 제어에 따라 셀푸셔(427)에 의해 배터리(200)는 염수통(도시되지 않음)으로 옮겨질 수 있다. 이와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 화재감지센서(429)와 셀푸셔(427)가 각각 테라스커팅 직후, 사이드커팅 직후 및 하부커버제거 직후와 같이 화재발생가능성이 높아지는 위치에서 적어도 세 번 이상 화재 발생 가능성을 감지하는 방식으로 배터리 분해 과정에서 화재 발생을 효과적으로 방지할 수 있다.
제2이송부(428)에 의해 배터리(200)가 이송대기위치(880)에 놓이면, 베어셀 픽앤플레이스기(426)에 의해 커버가 벗겨진 베어셀 상태의 배터리(200)가 3단분리부(430)로 투입되기 전에 대기하게 된다.
도 10은 도 4의 파우치제거부(420)에서 커버가 분리된 배터리(200)의 구성을 나타내는 도면이다.
커버거 분리된 배터리(200)인 베어셀(1000)은 분리막(1010)과, 복수의 음극재(1020)와 복수의 양극재(1030)를 포함한다.
도 4, 도 9 및 도 10을 참조하면, 베어셀픽앤플레이스기(426)는 투입되는 베어셀(1000)을 순서대로 2대의 3단분리부(430)로 교대로 공급할 수 있다. 제2이송부(428)는 베어셀(1000)이 2대의 3단분리부(430)로 순차 투입되도록 2개의 컨베이어(도시되지 않음)을 포함하여 구성될 수 있다.
도 4의 3단분리부(430)에서 분리막이동부(431)는 분리막(1010)을 화살표(1050) 방향으로 공압을 이용하여 들어올려서 옆으로 이동시킨다.
도 11은 도 10의 배어셀(1000)에서 분리막 1겹이 들어올려져 이동된 상태를 나타내는 도면이다.
도 10에 도시된 바와 같이, 3단분리부(430)에서 분리막이동부(431)은 분리막(1010)을 화살표(1050) 방향으로 공압을 이용하여 들어올려서 옆으로 이동시키면, 도 11에 도시된 바와 같이, 분리막(1010)의 일단부(1110)가 베어셀(1000)의 최상단에서 바닥면으로 위치가 이동된다. 이 상태에서 분리막이동부(431)는 추가적으로 베어셀(1000)의 최상단에 위치되는 음극재(1020) 1개를 공압으로 흡착하여 중앙배출구로 이동시켜 제거한다.
도 12는 최상단의 음극재(1020)가 제거된 베어셀(1000)이 180도 회전되어 상하가 반전되어 있는 상태를 나타내는 도면이다.
도 11에서 베어셀(1000)의 최상단에 위치되는 음극재(1020)가 제거된 후 제2 로테이터(432)에 의해서 베어셀(1000)이 180도 회전하여 상하가 반전된다. 베어셀(1000)이 회전되면, 최하단에 위치되었던 분리막(1010)의 일단부(1110)가 최상단으로 위치가 변경된다.
도 13은 도 12에서 분리막(1010)의 일단부(1110)가 정리된 상태를 나타내는 도면이다.
도 12의 상태에서 분리막정리부(433)는 분리막의 일단부(1110)를 공압으로 압착하여 베어셀(1000) 본체 위로 놓여지도록 정리한다. 베어셀(1000)은 제3 이동부(438)에 의해서 다음 공정 위치로 이송된다.
도 14는 도 13의 분리막(1010)이 보빈(1430)에 감겨진 상태를 나타내는 도면이다.
흡입부(436)는 분리막(1010)의 일단부(1110)를 잡고, 잡힌 일단부(1110)를 분리막회전수집부(437)에 포함된 보빈(1430)에 설치된 2개의 설주(1410, 1420)에 걸고, 보빈(1430)의 회전에 의해 설주(1410, 1420)에 걸린 분리막(1010)이 감겨져 분리되도록 구동된다.
도 15는 도 13의 분리막(1010)이 감겨올라갈 때 전해액이 건조되는 과정을 나타내는 도면이다.
도 4 및 도 15를 참조하면, 전해액건조부(438)는 흡입부(436) 하단에 위치되며, 분리막(1010)에 있는 전해액을 건조하여 음극재(1020)와 양극재(1030)가 분리막(1010)으로부터 원할하게 분리되도록 한다. 전해액건조부(438)는 분리막(1010)이 들어올려질 때 분리막(1010)을 지지하는 2개의 롤러(1510, 1520)와, 음극재(1020)와 분리막(1010) 사이에 공기를 주입하여 양극재(1030)와 분리막(1010) 사이의 분리를 돕는 제1 공기주입부(1530)와, 음극재(1020)와 분리막(1010) 사이에 공기를 주입하여 양극재(1030)와 분리막(1010) 사이의 분리를 돕는 제2 공기주입부(1540)를 포함하도록 구성될 수 있다.
본 발명의 일 양상은 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록 매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현될 수 있다. 상기의 프로그램을 구현하는 코드들 및 코드 세그먼트들은 당해 분야의 컴퓨터 프로그래머에 의하여 용이하게 추론될 수 있다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록 장치를 포함한다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 광디스크 등을 포함한다. 또한, 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산 방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로 저장되고 실행될 수 있다.
이상의 설명은 본 발명의 일 실시예에 불과할 뿐, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 본질적 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 범위는 전술한 실시예에 한정되지 않고 특허 청구범위에 기재된 내용과 동등한 범위 내에 있는 다양한 실시 형태가 포함되도록 해석되어야 할 것이다.
110: 배터리분해부 120: 제어부
130: 사용자입력부 140: 표시부
410: 배터리투입부 420: 파우치제거부
430: 3단분리부 440: 집진부
130: 사용자입력부 140: 표시부
410: 배터리투입부 420: 파우치제거부
430: 3단분리부 440: 집진부
Claims (6)
- 파우치형 배터리를 이송하여 분해하는 공정을 수행하는 파우치형 배터리 분해부; 및
파우치형 배터리 분해부의 동작 상태를 모니터링하고, 파우치형 배터리 분해부의 동작을 제어하여 파우치형 배터리가 분해되는 과정을 제어하는 제어부;를 포함하고,
파우치형 배터리 분해부는,
투입된 복수의 배터리 각각의 잔류전압을 확인하고, 잔류전압이 확인된 배터리를 각각 미리 설정된 허용치 이상으로 측정된 분해부적합배터리와 잔류전압이 허용치 미만으로 측정된 분해적합배터리로 구분하고, 분해부적합배터리는 외부로 배출하는 배터리투입부;
분해적합배터리의 파우치를 제거하는 파우치제거부; 및
파우치가 제거된 배터리를 분리막, 음극재 및 양극재로 각각 분리하는 3단분리부;를 포함하고,
파우치제거부는
파우치제거부를 통과하는 복수의 배터리에 대한 각 공정이 수행되도록 운반하는 제2 이송부;
배터리의 양극 탭 및 음극 탭이 위치되는 방향의 파우치의 2부위의 단부인 테라스(T1, T2)를 커팅하는 테라스커팅부;
테라스(T1, T2)가 커팅된 배터리에서 양극 탭 및 음극 탭이 위치되지 않는 파우치의 2부위의 단부인 사이드(S1, S2)를 커팅하는 사이드커팅부;
테라스(T1, T2)와 사이드(S1, S2)를 포함한 4면이 절단된 배터리의 상부 알루미늄 커버를 고압을 이용하여 흡입하고, 흡입된 상부 알루미늄 커버를 분리 배출하는 상부커버분리부;
상부커버가 분리된 배터리의 양 끝단을 잡아서 들어올려 180도 회전시켜서 배터리의 상하가 반전되도록 하는 제1로테이터;
180도 회전된 배터리의 하부커버를 공압을 이용하여 흡입하고, 흡입된 하부커버를 분리 배출하는 하부커버분리부;
파우치가 제거된 배터리를 3단분리부로 이동시키는 베어셀픽앤플레이스기;를 포함하고,
테라스커팅부는 2개의 사각 나이프가 하강하면서 2부위의 테라스(T1, T2)를 동시에 커팅하도록 구성되고, 사이드커팅부는 2개의 원형 나이프가 하강하여 회전이동하면서 2부위의 사이드(S1, S2)를 동시에 커팅하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 파우치형 배터리 분해 장치. - 제1항에 있어서, 배터리투입부는,
투입된 배터리를 이송하는 제1이송부;
제1이송부에 의해 투입된 배터리가 전압측정위치에 도달하면, 도달된 배터리의 잔류전압을 측정하는 전압계;를 포함하고,
제어부는 전압계로부터 측정된 잔류전압을 수신하고, 수신된 잔류전압이 허용치 이상인 경우, 투입된 배터리가 다시 배출되도록 제1이송부를 제어하는 것을 특징으로 하는 파우치형 배터리 분해 장치. - 삭제
- 제1항에 있어서,
파우치제거부는
이송중인 배터리에 화재가 발생되었는지 여부를 감지하는 화재감지센서; 및
화재가 감지된 배터리를 밀어서 외부로 배출하는 셀푸셔;를 더 포함하고,
제어부는 화재감지센서에 의해 화재가 발생된 배터리가 외부로 배출되고, 별도로 마련된 염수통에 배터리를 빠뜨리도록 셀푸셔의 동작을 제어하는 것을 특징으로 하는 파우치형 배터리 분해 장치. - 제1항에 있어서,
3단분리부는 2개로 구성되고,
제2이송부는 배터리를 2개의 3단분리부로 이송하도록 병렬적으로 설치된 2개의 컨베이어를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 파우치형 배터리 분해 장치. - 제1항에 있어서, 3단분리부는,
배터리의 최상단에 위치되는 분리막 1겹을 들어올려 옆으로 이동시키고, 분리막 1겹이 이동되어 최상단에 위치되는 첫번째 음극재를 공압으로 흡착하여 중앙 배출구로 이동하여 제거하는 분리막이동부;
첫번째 음극재가 제거된 배터리를 180도 회전시키는 제2로테이터;
분리막의 일단부를 고압으로 압착하여 3단 분리 전에 배터리 본체 위로 정리하도록 하는 분리막정리부;
정리된 분리막을 공압으로 흡입하여 분리막의 일 단을 들어올리는 흡입부;
들어올려진 분리막을 회전하여 감아서 분리하고, 분리된 분리막을 잡아서 배출하는 분리막회전수집부;
분리막 제거시 전해액에 바람을 불어 건조하여, 분리막에서 양극재 및 음극재가 분리되도록 하여, 분리된 양극재 및 음극재가 서로 다른 위치에서 수집되도록 하는 전해액건조부; 및
3단분리부에서 파우치가 제거된 배터리를 이송하고, 분리된 양극재 및 음극재를 별도의 위치로 이송하도록 구성된 제3이송부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 파우치형 배터리 분해 장치.
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR20230034124 | 2023-03-15 | ||
| KR1020230034124 | 2023-03-15 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR102644452B1 true KR102644452B1 (ko) | 2024-03-07 |
Family
ID=90271408
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020230053776A KR102644452B1 (ko) | 2023-03-15 | 2023-04-25 | 파우치형 배터리 분해 장치 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR102644452B1 (ko) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR19980040972A (ko) * | 1996-11-30 | 1998-08-17 | 배순훈 | 리튬전지(Li/MnO₂ Battery)의 숏트(short)검사장치. |
| KR100942410B1 (ko) | 2009-08-26 | 2010-02-17 | 박정재 | 폐배터리 재활용을 위한 구성물 분해방법 |
| JP2019153533A (ja) * | 2018-03-06 | 2019-09-12 | 株式会社メタルドゥ | 二次電池のリサイクル方法及びリサイクルシステム |
| KR20210115135A (ko) * | 2020-03-12 | 2021-09-27 | 주식회사 나래나노텍 | 배터리용 전극 시트 반전 장치 |
| KR102334865B1 (ko) * | 2021-07-16 | 2021-12-03 | 에스아이에스 주식회사 | 폐리튬이차전지 일괄처리시스템 |
-
2023
- 2023-04-25 KR KR1020230053776A patent/KR102644452B1/ko active IP Right Grant
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