KR102657239B1 - 이차전지용 가스 배출 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 일 실시예는 파우치 셀의 가스를 배출하는 과정에서 가스방의 휨을 방지할 수 있도록 구조를 개선한 이차전지용 가스 배출 장치를 제공하는 것으로, 본 발명의 일 측면에 따른 이차전지용 가스 배출 장치는 가스방이 연결된 파우치 셀이 장착되는 진공 챔버; 상기 진공 챔버의 일측에 연결되어 상기 가스방을 매개로 상기 파우치 셀 내부의 가스를 배출하는 배기부; 및 상기 진공 챔버의 내부에 구비되어 상기 가스방을 지지하는 다공성 이너부재;를 포함한다.
Description
본 발명은 이차전지의 제조시 파우치 셀의 가스를 배기하는데 활용되는 이차전지용 가스 배출 장치에 관한 것이다.
일반적으로 이차전지는 충전 및 방전이 특성이 우수한 전지로, 디지털 카메라, 셀룰러 폰, 노트북 컴퓨터, 하이브리드 자동차 등 첨단 분야의 개발로 활발한 연구가 진행 중이며, 이러한 이차전지로는 예를 들어, 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지, 리튬 이차전지 등이 대표적이다.
이러한 이차전지 중 리튬 이차전지는 적어도 하나의 파우치 셀(Pouch Cell)을 포함하고, 이 파우치 셀에 충전되는 전해액에 따라 리튬 금속 전지 및 리튬 이온 전지와, 고분자고체 전해질을 사용하는 리튬 폴리머 전지로 구분할 수 있다.
이차전지는 파우치 셀에 전해액을 충전하는 과정에서 가스가 발생할 수 있으며, 이러한 가스는 이차전지의 변형을 유발하고, 수명을 단축시킬 수 있고, 폭발 또는 발화의 원인이 될 수 있으므로, 제조과정에서 가스를 제거할 필요가 있으며, 이러한 가스를 제거하기 위하여 가스 배출 장치(Degassing Apparatus)가 사용된다.
도 1과 도 2를 참고하면, 종래의 가스 배출 장치(1)는 파우치 셀(50)이 진공 챔버(10)에 삽입된 후, 파우치 셀(50)에 연결된 가스방(52)을 통해 파우치 셀(50) 내부의 가스를 진공으로 배기할 수 있다.
진공 챔버(10)에는 파우치 셀(50)의 안착을 위한 공간이 제공되는 팔레트 형태의 하부판(14)이 설치되고, 상부에는 파우치 셀(50)의 압착 지지를 위한 씰링바(12)가 구비된다. 가스방(52)은 씰링바(12)를 관통하여 설치될 수 있다.
이러한 진공 챔버(10)는 내부의 공기를 배기하기 위한 배기부(22)가 제공되는데, 하부는 하부판(14)이 승하강하는 구조로 이루어지고, 상부는 씰링바(12)와의 간섭 및 열손실의 문제로 배기노즐의 설치에 어려움이 있다.
이에 따라 종래의 가스 배출 장치(1)는 진공 챔버(10)의 측면에 배기부(22)가 연결되고 있으며, 진공 챔버(10)의 공기를 배기하는 과정에서 발생하는 압력에 의해 가스방(52)이 배기 노즐 방향으로 휘어지는 문제가 발생할 수 있다.
가스방(52)이 휘어질 경우, 파우치 셀(50)이 변형될 수 있으며, 이러한 변형에 의해 씰링이 불균일해지고, 파우치 절연층 손상에 의한 파우치 셀(50) 절연저항 불량이 발생할 수 있으며, 그리퍼(gripper) 또는 가이드(guide) 등을 설치하여 가스방(52)의 휨 변형을 해소하고자 할 경우 그리퍼 또는 가이드의 구조를 추가해야 하며, 이들에 의해 셀 외관에 찍힘이나, 파우치 셀(50)의 변형이 발생될 우려가 있다.
본 발명의 일 실시예는 파우치 셀의 가스를 배출하는 과정에서 가스방의 휨을 방지할 수 있도록 구조를 개선한 이차전지용 가스 배출 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 측면에 따른 이차전지용 가스 배출 장치는 가스방이 연결된 파우치 셀이 장착되는 진공 챔버; 상기 진공 챔버의 일측에 연결되어 상기 가스방을 매개로 상기 파우치 셀 내부의 가스를 배출하는 배기부; 및 상기 진공 챔버의 내부에 구비되어 상기 가스방을 지지하는 다공성 이너부재;를 포함한다.
또한, 상기 다공성 이너부재는 금속소재로 형성되어, 다공으로 연결되는 메쉬형태로 제공될 수 있다.
또한, 상기 다공성 이너부재는 상기 배기부와 가까운 부분의 메쉬 밀도는 상기 배기부와 먼 부분의 메쉬 밀도보다 크게 형성될 수 있다.
또한, 상기 다공성 이너부재는 상기 메쉬의 분포량이 일정할 경우, 상기 배기부와 가까운 부분에서 메쉬의 개구 크기는 배기부와 먼 부분보다 작게 형성될 수 있다.
또한, 상기 다공성 이너부재는 상기 메쉬의 개구 크기가 일정할 경우, 상기 배기부와 가까운 부분에서 메쉬의 분포량은 배기부와 먼 부분보다 크게 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 파우치 셀의 내부 가스를 배출하는 과정에서 가스방의 휨 변형을 방지할 수 있다. 또한, 가스가 배출되는 과정에서 배기구와 인접하여 배기에 직접적으로 영향을 받는 부위는 메쉬 밀도를 크게 형성하고, 배기에 직접적으로 영향을 받지 않는 부위는 메쉬 밀도를 작게 형성하여 전체적인 가스의 배출량 및 내부 압력을 일정하게 유지할 수 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 이차전지용 가스 배출 장치의 단면도.
도 2는 종래 기술에 따른 이차전지용 가스 배출 장치의 가스 배기에 의해 가스방이 휘어진 상태의 단면도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지용 가스 배출 장치의 단면도.
도 2는 종래 기술에 따른 이차전지용 가스 배출 장치의 가스 배기에 의해 가스방이 휘어진 상태의 단면도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지용 가스 배출 장치의 단면도.
이하, 본 발명의 일 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 본 발명의 실시형태는 여러 가지의 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시형태로만 한정되는 것은 아니다. 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있으며, 도면상의 동일한 부호로 표시되는 요소는 동일한 요소이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지용 가스 배출 장치의 단면도이다.
도 3을 참고하면, 본 실시예의 이차전지용 가스 배출 장치(100)는 파우치 셀(150)에 전해액을 충진하는 과정에서 발생하는 가스를 배출하는데 활용될 수 있다.
이러한 이차전지용 가스 배출 장치(100)는 진공을 유지할 수 있도록 사면이 막힌 진공 챔버(110)를 포함할 수 있다. 진공 챔버(110)는 하부가 개방될 수 있으며, 개방된 하부를 통해 가스를 배출하기 위한 파우치 셀(150)이 장착될 수 있다.
또한, 진공 챔버(110)는 내부의 상부에 파우치 셀(150)을 밀폐 지지하기 위한 씰링바(sealing bar)(112)가 설치될 수 있다.
한편, 파우치 셀(150)의 상부에는 파우치 셀(150)에 전해액을 공급하거나 가스를 배출토록 연결되는 가스방(152)이 연결될 수 있고, 이 가스방(152)은 씰링바(112)의 중앙부를 관통하여 삽입될 수 있다. 여기서 씰링바(112)는 진공 챔버(110)의 내측에 소정의 폭으로 설치될 수 있으며, 씰링바(112)의 상부와 하부는 연통될 수 있다.
또한, 진공 챔버(110)의 하부에는 파우치 셀(150)이 안착되어 지지되는 팔레트 형태의 하부판(114)이 승강 가능하게 결합될 수 있다. 이 하부판(114)이 진공 챔버(110) 하부에 결합됨에 따라 하부를 밀폐할 수 있고, 하부판(114)이 승강함에 따라 파우치 셀(150)이 씰링바(112)에 밀착되어 지지될 수 있다.
또한, 진공 챔버(110)의 일측면에는 배기부(122)가 연결될 수 있다. 배기부(122)는 (도시되지 않은) 진공펌프를 포함할 수 있고, 진공 챔버(110)의 일측에 설치된 배기노즐에 배관 등을 매개로 연결될 수 있다.
배기부(122)는 진공펌프의 작동시 진공 챔버(110)의 내부의 가스를 외부로 배출할 수 있으며, 이러한 배기부(122)에 의해 진공 챔버(110)의 내부는 진공압으로 유지됨에 따라 파우치 셀(150) 내부의 가스가 배출될 수 있다.
한편, 본 실시예에서 진공 챔버(110)의 내부에는 파우치 셀(150) 내부의 가스가 배출되는 과정에서 배기부(122)의 배출압력이 발생하는 방향으로 가스방(152)이 휘어지지 않도록 가스방(152)을 지지하는 다공성 이너부재(130)가 구비될 수 있다.
본 실시예에서 다공성 이너부재(130)는 파우치 셀(150)이 결합되기 전, 미리 진공 챔버(110)의 내부에 설치될 수 있다.
다공성 이너부재(130)는 금속재질로 형성될 수 있고, 다공으로 연결되는 메쉬(mesh)형태로 제공될 수 있다.
이러한 다공성 이너부재(130)는 배기부(122)의 배기압력에 대해 가스방(152)을 충분히 지지할 수 있는 강도로 형성될 수 있으며, 내부에 유로가 연속적으로 연결되는 다양한 형태로 형성될 수 있다.
일례로 다공성 이너부재(130)는 금속재질, 예컨대 SUS계열로 형성될 수 있다. 구체적으로 다공성 이너부재(130)는 다수의 선재(wire)들이 얽힌 형태로 형성될 수 있고, 예컨대 철 수세미와 같은 형태일 수 있다. 또한, 다공성 이너부재(130)는 다수의 선재들이 교차하게 접합된 판 형태일 수 있고, 이와 같이 다수의 선재들이 교차하게 접합된 판이 구겨지는 형태로 제공될 수 있다. 또한, 다공성 이너부재(130)는 다수의 선재들이 다양한 크기의 원형태로 연결될 수 있는 것도 가능하다.
이와 같이 다공성 이너부재(130)는 서로 연결되는 개구를 갖는 다양한 형태로 제공될 수 있으며, 그 형태와 소재는 한정되지 않으며, 다양한 형태, 소재의 변형이 가능하다. 일례로, 다공성 이너부재(130)는 플라스틱 등의 합성수지로 형성되는 것도 가능하다.
본 실시예에서 다공성 이너부재(130)는 소정의 형태를 가지면서 내부에 공간이 연속적으로 형성되는 다양한 형태와 소재로 이루어진 것을 통칭하여 메쉬 형태로 한정하고 있으며, 메쉬 형태 외에도 일정형태를 갖는 다양한 형상의 구조물일 수 있다.
또한, 다공성 이너부재(130)에서 배기부(122)와 가까운 부분의 메쉬 밀도는 배기부(122)와 먼 부분의 메쉬 밀도보다 크게 형성될 수 있다.
예컨대, 본 실시예에서 다공성 이너부재(130)의 메쉬 밀도는 메쉬의 분포량이 일정할 경우 메쉬의 개구 크기와는 반비례하고, 메쉬의 개구 크기가 일정할 경우 메쉬의 분포량에 비례하여 달라질 수 있다.
본 실시예에서 다공성 이너부재(130)는 배기부(122)와 가까운 부분의 메쉬의 개구 크기가 배기부(122)와 먼 부분의 메쉬의 개구 크기보다 작게 형성될 수 있다.
이러한 구조에 따라 배기부(122)와 가까운 부분은 메쉬 사이의 공간이 작게 형성되어 가스의 배출이 제한될 수 있고, 배기부(122)와 먼 부분은 메쉬 사이의 공간이 크게 형성됨에 따라 가스가 신속하고 원활하게 배출될 수 있으며, 이에 따라 전체적으로 배기부(122)와 가까운 부분과 배기부(122)와 먼 부분에서의 가스 배출량이 일정하게 유지될 수 있다.
이와 같이, 다공성 이너부재(130)는 전체적으로 균일한 배기가 이루어지도록 메쉬의 개구 크기가 구성됨으로써, 가스방(152)의 휨 변형 및 이에 따른 파우치 셀(150)의 변형이나 손상을 방지할 수 있고, 배기노즐이 연결된 위치를 자유롭게 조절할 수 있어 배기노즐의 연결위치에 따른 설비 제약을 해소할 수 있다.
한편, 본 실시예에서 다공성 이너부재(130)는 메쉬의 개구 크기가 다른 것으로 설명하고 있으나, 메쉬의 개구 크기는 동일하게 형성되되 밀집된 정도에 따라 가스 배출량이 조절되는 것도 가능하다.
즉, 본 실시예에서 다공성 이너부재(130)는 메쉬의 개구 크기가 동일할 때 배기부(122)와 가까운 부분은 메쉬의 분포 밀도가 크고, 배기부(122)와 먼 부분은 메쉬의 분포 밀도가 작게 형성될 수 있으며, 이에 따라 배기부(122)와 먼 부분에서는 가스의 배출 저항이 작아 쉽게 배출되고, 배기부(122)와 가까운 부분은 메쉬의 분포 밀도가 높아 가스의 배출이 제한될 수 있다.
전술된 바와 같이 구성된 이차전지용 가스 배출 장치(100)의 작용을 살펴보면 다음과 같다.
먼저, 진공 챔버(110)의 내부에 배기부(122)의 배기노즐 위치에 따른 메쉬의 밀도가 조절된 다공성 이너부재(130)가 삽입된다.
그리고, 진공 챔버(110)의 하부에 하부판(114)에 안착된 파우치 셀(150)이 삽입된다.
파우치 셀(150)은 진공 챔버(110)에 삽입된 상태에서, 파우치 셀(150)에 연결된 가스방(152)이 다공성 이너부재(130) 사이에 지지된다.
다음으로, 배기부(122)의 진공펌프가 작동되면, 배관 및 배기노즐을 통해 진공 챔버(110) 내부의 가스가 배출되며 진공압이 형성되고, 파우치 셀(150) 내부의 가스가 가스방(152)을 통해 진공 챔버(110)로 배출된다.
이때, 진공 챔버(110) 내부의 가스는 다공성 이너부재(130)의 메쉬를 통해 배기노즐로 배출될 수 있으며, 이 과정에서 메쉬의 밀도 차이, 즉 메쉬 개구 크기에 의해 배기노즐과 먼쪽에서는 신속하게 가스가 배출되고, 배기노즐과 가까운 쪽에서는 가스의 배출이 제한되며, 전체적으로는 균일하게 가스가 배출된다.
본 발명은 상술한 실시형태 및 첨부된 도면에 의해 한정되지 아니하며, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것은 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게 자명할 것이다.
100: 이차전지용 가스 배출 장치 112: 씰링바
110: 진공 챔버 122: 배기부
130: 다공성 이너부재 150: 파우치 셀
152: 가스방
110: 진공 챔버 122: 배기부
130: 다공성 이너부재 150: 파우치 셀
152: 가스방
Claims (5)
- 가스방이 연결된 파우치 셀이 장착되는 진공 챔버;
상기 진공 챔버의 일측에 연결되어 상기 가스방을 매개로 상기 파우치 셀 내부의 가스를 배출하는 배기부; 및
상기 진공 챔버의 내부에 구비되어 상기 가스방을 지지하는 다공성 이너부재;
를 포함하고,
상기 진공 챔버의 내부에는 씰링바가 배치되며, 상기 파우치 셀은 상면이 씰링바와 접촉하고,
상기 가스방은 상기 씰링바를 관통하여 상기 씰링바보다 상부에 배치되는 이차전지용 가스 배출 장치.
- 청구항 1에 있어서, 상기 다공성 이너부재는
금속소재로 형성되어, 다공으로 연결되는 메쉬형태로 제공되는 이차전지용 가스 배출 장치.
- 청구항 2에 있어서, 상기 다공성 이너부재는
상기 배기부와 가까운 부분의 메쉬 밀도는 상기 배기부와 먼 부분의 메쉬 밀도보다 크게 형성되는 이차전지용 가스 배출 장치.
- 청구항 3에 있어서, 상기 다공성 이너부재는
상기 메쉬의 분포량이 일정할 경우,
상기 배기부와 가까운 부분에서 메쉬의 개구 크기는 배기부와 먼 부분보다 작게 형성되는 이차전지용 가스 배출 장치.
- 청구항 3에 있어서, 상기 다공성 이너부재는
상기 메쉬의 개구 크기가 일정할 경우,
상기 배기부와 가까운 부분에서 메쉬의 분포량은 배기부와 먼 부분보다 크게 형성되는 이차전지용 가스 배출 장치.
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