KR19980037990A - 진공관 초음파 진동을 이용한 전해액 주입 장치와 방법 - Google Patents

Abstract

진공과 초음파 진동을 이용한 전해액 주입 장치와 방법이 개시되어 있다.

종래의 기술에서 전해액을 상압하에서 주입하는 경우에는 극판 내로 전해액이 스며드는 속도가 느려서 전해액 주입 시간이 길어지게 되며, 원심력을 이용한 전해액 주입 장치는 주입 시간은 다소 단축될 수 있으나 전체적인 설비 구성이 복잡해지고 설비가 대형화되는 단점이 있었다.

이와 같은 문제를 해결하기 위하여, 덮개, 실린더 형상의 전해액 주입기, 전해액 주입용 바늘, 전해액의 수위를 감지하기 위한 수위 측정용 센서, 진공 펌프, 덮개에 형성된 해당 관통공에 삽입 설치되는 진공 배관, 및 진공 배관과 연결되어 있으며 전지 내부를 진공으로 만들기 위한 진공 흡입구를 포함하는 전해액 주입 기구; 및 전지가 삽입될 수 있는 원통형으로 제작되며 전지에 초음파 진동을 가하기 위한 초음파 진동조;를 포함하여 진공과 초음파 진동을 이용한 전해액 주입 장치를 구성하였다.

이와 같은 진공과 초음파 진동을 이용한 전해액 주입 장치는 각종 전지의 전해액 주입 장치로 사용될 수 있다.

Description

진공과 초음파 진동을 이용한 전해액 주입 장치와 방법

본 발명은 알칼리 전지의 전해액 주입 장치와 방법에 관한 것으로, 특히, 진공과 초음파 진동을 이용한 전해액 주입 장치와 방법에 관한 것이다.

일반적으로 전지의 조립 공정 중에서 전해액 주입 공정은 가장 시간을 많이 차지하는 공정으로 전해액 주입 시간을 단축하고 효율적으로 전해액을 주입하기 위한 여러 가지 방법들이 사용되어 왔다.

전지에 사용되는 전해액에 관해 살펴보면, 망간 건전지의 경우에 전해질로 염화암모늄과 염화아연의 혼합 수용액이 사용되며 전분 등에 의해 겔상으로 만들어 전해액이 전지 밖으로 흐르지 않게 하고 있다. 알칼리 망간 건전지의 경우에는 전해액으로 KOH에 ZnO를 거의 포화 상태로 용해시킨 알칼리 수용액이 사용된다. 이처럼 전해질의 농도가 높아지거나 점성이 있는 첨가물이 가해지는 경우에 전해액의 유동성은 낮아지게 된다. 일반적으로 알칼리 전지에서 전해액을 KOH 및 기타 첨가물(LiOH)로 25 중량% 이상으로 농도가 짙게 할 경우에 전해액이 극판 내부로 스며드는 시간이 길어진다.

도 1은 종래의 전해액 주입 방법을 도시한 도면으로 상압에서 전해액을 주입하는 방법의 사시도이다. 도시된 방법은 상압에서 전해액을 전해액 주입기(1)에 의해 전지(2)에 적하하는 방법으로 시간이 매우 많이 소요된다. 종래에 사용되는 전해액 주입 방식 중에서 상압, 즉, 대기압하에서 전해액을 주입하는 경우는 전해액이 극판 내부로 스며드는 속도가 느려서 주입 시간이 많이 소요된다. 뿐만 아니라, 전해액이 극판에 균일하게 주입되지 않고 기공 등이 형성될 수 있다. 또한 원심력을 이용하여 전해액을 주입하는 경우에는 시간은 다소 단축될 수 있으나 설비가 대형화되고 설비의 구성이 복잡해지는 문제가 있다.

본 발명의 목적은 진공과 초음파 진동을 이용한 전지의 전해액 주입 장치와 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 진공과 초음파 진동을 이용한 전해액 주입 장치는 전해액이 주입되는 전지의 상면에 크기에 따라 탄성과 밀폐성을 갖는 재료로 제작되며 전지와 결합되는 면에는 제1 및 제2 환형 돌출부가 형성되어 있으며 상기 제1 및 제2 돌출부 사이에는 전지통의 상단이 밀폐 삽입되는 틈새가 형성되어 있으며 복수개의 관통공이 형성된 덮개, 전해액이 저장되어 있는 전해액 저장고, 상기 전해액 저장고와 연결되어 있는 실린더 형상의 전해액 주입기, 상기 전해액 주입기에 삽입 설치되며 상기 덮개의 중앙에 형성된 관통공에 삽입되어 전지 내에 삽입되는 전해액 주입용 바늘, 상기 덮개에 형성된 해당 관통공에 삽입 설치되며 전해액의 수위를 감지하기 위한 수위 감지용 센서, 진공을 만들기 위한 진공 펌프, 상기 센서에서 전해액 수위를 감지한 후 발생하는 신호에 따라 상기 진공 펌프의 작동을 정지시키는 제어기, 상기 진공 펌프에 일단이 연결되어 있으며 상기 덮개에 형성된 해당 관통공에 삽입 설치되는 진공 배관, 및 상기 진공 배관의 다른 일단과 연결되어 있으며 전지 내에서 공기를 흡입하여 진공으로 만들기 위한 진공 흡입구를 포함하는 전해액 주입 기구, 및 전지가 삽입될 수 있는 원통형으로 제작되며 전지에 초음파 진동을 가하기 위한 초음파 진동조를 포함하여 구성된다.

본 발명의 진공과 초음파 진동을 이용한 전해액 주입 방법은 작동시키지 않은 상태의 초음파 진동조 내에 전지를 설치하는 제1단계, 전지의 상단에 전해액 주입 기구를 결합하는 제2단계, 진공 펌프를 작동시켜 전지 내의 공기를 빼어내는 제3단계, 전해액 주입기에 의해 소정의 전해액을 주입시키는 제4단계, 및 초음파 진동조를 소정 시간 작동시키고 정지시킨 후 진공 펌프를 작동시킨 상태에서 전해액을 주입하여 센서에 의해 정해진 전해액 수위가 감지되고 이에 따라 제어기에 의해 진공 펌프의 작동이 정지될 때까지 전해액을 주입하는 제5단계를 포함하여 구성된다.

상기와 같은 본 발명의 진공과 초음파 진동을 이용한 전해액 주입 장치와 방법에 의해 전해액을 전지 내에 신속하고 균일하게 주입할 수 있다.

도 1은 종래의 전해액 주입 방법을 도시한 도면으로 상압에서 전해액을 주입하는 방법의 사시도,

도 2는 본 발명에 의한 전해액 주입기구를 보여주는 입면도, 그리고,

도 3은 본 발명의 방법에 따라 전해액을 주입하기 위하여 본 발명의 전해액 주입기구와 초음파 진동조에 전지를 설치한 상태를 보여주는 입면도이다.

도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

1, 11. 전해액 주입기 2. 전지

3. 전해액 주입 기구 4. 전해액 진동조

5. 덮개 6. 제1 환형 돌출부

7. 제2 환형 돌출부 8. 전해액 주입용 바늘

9. 전해액 수위 감지용 센서 10. 진공 배관

12. 진공 흡입구

이하에서 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명에 의한 전해액 주입기구를 보여주는 단면도이고, 도 3은 본 발명의 방법에 따라 전해액을 주입하기 위하여 본 발명의 전해액 주입기구와 초음파 진동조에 전지를 설치한 상태를 보여주는 단면도이다.

먼저, 본 발명의 전해액 장치의 구성에 대하여 설명한다. 본 발명의 진공과 초음파 진동을 이용한 전해액 주입 장치는 크게 보아 두 부분, 즉, 전해액 주입 기구(3)와 초음파 진동조(4)로 나누어진다. 전해액 주입 기구(3)에서 덮개(5)는 전해액이 주입되는 전지의 상면에 크기에 따라 탄성과 밀폐성을 갖는 재료로 제작된다. 덮개(5)에서 전지(2)와 결합되는 면에는 제1 및 제2 환형 돌출부(6)(7)가 형성되어 있으며 제1 및 제2 환형 돌출부(6)(7) 사이에는 틈새가 형성되어 있으며 전지통의 상단이 삽입될 때 밀폐가 이루어진다. 또한 덮개(5)에는 전해액 주입용 바늘(8), 전해액 수위 감지용 센서(9), 및 진공 배관(10)이 통과할 수 있는 각각의 관통공이 형성되어 있다. 전해액을 주입하기 위해 사용되는 전해액 주입기(11)는 통상적으로 사용되는 것과 같으며 실린더 형상을 갖는다. 전해액 주입기(11)에는 전해액 주입용 바늘(8)이 삽입 설치되며, 전해액 주입용 바늘(8)은 덮개(5)의 중앙에 형성된 관통공에 삽입된다. 전해액 주입기(11)는 전해액 저장조(미도시)와 연결되어 있으며 이로부터 전해액이 공급된다. 전해액의 수위를 감지하기 위한 수위 감지용 센서(9)는 덮개(5)에서 제1 환형 돌출부(6)에 형성된 해당 관통공을 관통하여 소정 높이로 설치된다. 진공 펌프(13)가 별도로 설치되어 진공을 만들어 준다. 진공 펌프(13)에는 진공 배관(10)의 일단이 연결되어 있으며, 진공 배관(10)의 다른 일단은 덮개(5)의 제1 환형 돌출부(6)에 형성된 해당 관통공을 관통하여 진공 흡입구(12)에 연결되어 있다. 진공 흡입구(12)는 덮개(5)가 전지통의 상단부에 결합된 상태에서 진공 펌프(13)가 가동되면 전지 내부의 공기를 흡입하는 부분이 된다.

상기에 설명한 전해액 주입 기구 외에 전지에 기공, 기포 등이 잔류하지 않고 전해액이 전반적으로 잘 스며들 수 있게 하기 위한 초음파 진동조(4)가 사용된다. 초음파 진동조(4)는 전지가 삽입될 수 있는 원통형으로 제작되며 작동시에 전지와 전지 내의 전해액 등에 초음파 진동을 가하게 된다.

통상적으로, 초음파 진동조는 진동조, 이에 설치되는 하나 이상의 변환기(transducer) 및 펄스 발생장치를 포함하여 구성된다. 진동조에는 진동을 전달하기 위한 매체인 액체가 채워질 수도 있으며, 변환기는 펄스 발생장치에서 전달되는 전기적 신호를 변환하여 진동을 발생하게 된다. 여기서, 사용되는 초음파 진동조도 통상적으로 사용되는 것으로 상세한 구성 설명은 생략한다.

상술한 구성의 실시예에서 전해액 주입용 바늘의 직경은 극판을 와인딩하는 공정에서 사용되는 맨드렐(mandrel)의 직경을 고려하여 결정한다. 통상적으로 3 - 4mm의 직경을 갖는 맨드렐이 사용되므로 전해액 주입용 바늘은 1 - 3mm의 직경을 갖는 것이 사용된다.

전해액 수위 감지용 센서(9)의 설치에 관련하여 여러 가지 실시예가 가능할 수 있다. 예를 들면, 전해액이 소정 위치까지 채워진 경우에 센서(9)가 이를 감지하여 경고음을 내게 하는 방식이 사용될 수 있다. 물론, 이 경우는 사용자가 경고음에 따라 진공 펌프의 작동의 중지와 전해액 주입기의 전해액 공급 차단을 수행해야 한다. 바람직한 실시예에서는, 전해액이 소정 위치까지 채워진 경우에 센서(9)가 이를 감지하여 이에 따른 신호를 제어기(14)에 보내고 제어기(14)가 진공 펌프(13)의 작동을 정지시킴으로써 전해액 주입 작동을 정지시키는 방식이 사용될 수 있다.

이하에서 진공과 초음파 진동을 이용한 전해액 주입 방법에 대하여 설명한다. 제1단계에서는 초음파 진동조를 작동시키지 않은 상태에서 초음파 진동조 내에 전지를 설치한다. 제2단계에서는 전해액을 주입할 전지통의 상단에 전해액 주입 기구를 결합한다. 제3단계에서는 진공 펌프(13)를 작동시켜 전지 내의 공기를 빼어낸다. 제4단계에서는 전해액 주입기에 의해 소정의 전해액을 주입시킨다. 마지막으로, 제5단계에서는 초음파 진동조를 소정 시간 작동시키고 정지시킨 후 진공 펌프(13)를 작동시킨 상태에서 전해액을 주입하여 센서(9)에 의해 정해진 전해액 수위가 감지되면 이 신호에 따라 제어기(14)가 진공 펌프(13)의 작동을 정지시키고 전해액을 주입을 중지하여 전해액 주입을 완료한다.

이와 같은 장치와 방법의 설계에서 유의해야할 사항은 센서(9)가 전해액의 수위를 감지하는 전해액 수위를 적정하게 설정함으로써 전해액이 과다하게 주입되면서 진공 펌프(13)로 흡입되어 들어가지 않도록 하는 것과 센서(9), 제어기(14) 등의 고장으로 전해액이 진공 펌프(13)로 흡입되는 경우, 또는 전해액의 증기가 흡입되는 경우에도 전해액에 의해 진공 펌프(13)가 고장나지 않도록 진공 펌프(13)의 사양을 결정하는 것이 중요하다. 또한, 부가적으로 제2의 전해액 수위를 감지하여 경고음을 발하도록 설치되는 제2의 센서를 설치할 수도 있다. 다시 말해서, 센서(9)의 고장 등으로 진공 펌프(13)의 작동이 정지되지 않고 계속 전해액이 주입되는 경우에 제2의 센서가 이를 감지하여 경고음을 내게 함으로써 수동으로 진공 펌프(13)의 작동을 정지시킬 수 있게 하는 것이다.

본 발명의 다른 실시예에서는 전해액 계량 수단이 전해액 저장조와 전해액 주입기 사이에 설치될 수 있다. 이와 같은 계량 수단에는 소정량의 전해액을 일시적으로 저장하는 용기를 포함할 수 있다. 따라서, 본 발명에서와 같이 진공 펌프(13)에 의한 진공으로 전해액이 전지 내로 흡입되어지는 경우에 1회에 일정량의 전해액만을 공급하도록하여 센서(9) 등의 고장으로 인한 전해액 과잉 공급되지 않게 할 수 있다.

상술한 바와 같은 진공과 초음파 진동을 이용한 전해액 주입 방법에 의해서 전해액 주입은 빠른 시간 내에 이루어질 수 있으며, 초음파 진동에 의해 전지 내의 극판들 사이에 빈틈이나 기포가 형성되지 않고 균일하게 전해액이 주입될 수 있다. 따라서, 전해액 주입 공정 시간을 단축시킴으로써 전지의 생산 비용을 줄이고, 균일한 전해액 주입에 의해 전지의 품질을 향상시킬 수 있다.

Claims (3)

1. 전해액이 주입되는 전지의 상면에 크기에 따라 탄성과 밀폐성을 갖는 재료로 제작되며 전지와 결합되는 면에는 제1 및 제2 환형 돌출부가 형성되어 있으며 상기 제1 및 제2 돌출부 사이에는 전지통의 상단이 밀폐 삽입되는 틈새가 형성되어 있으며 복수개의 관통공이 형성된 덮개, 전해액이 저장되어 있는 전해액 저장고, 상기 전해액 저장고와 연결되어 있는 실린더 형상의 전해액 주입기, 상기 전해액 주입기에 삽입 설치되며 상기 덮개의 중앙에 형성된 관통공에 삽입되어 전지 내에 삽입되는 전해액 주입용 바늘, 상기 덮개에 형성된 해당 관통공에 삽입 설치되며 전해액의 수위를 감지하기 위한 수위 감지용 센서, 진공을 만들기 위한 진공 펌프, 상기 센서에서 전해액 수위를 감지한 후 발생하는 신호에 따라 상기 진공 펌프의 작동을 정지시키는 제어기, 상기 진공 펌프에 일단이 연결되어 있으며 상기 덮개에 형성된 해당 관통공에 삽입 설치되는 진공 배관, 및 상기 진공 배관의 다른 일단과 연결되어 있으며 전지 내에서 공기를 흡입하여 진공으로 만들기 위한 진공 흡입구를 포함하는 전해액 주입 기구; 및 전지가 삽입될 수 있는 원통형으로 제작되며 전지에 초음파 진동을 가하기 위한 초음파 진동조;를 포함하여 구성되는 진공과 초음파 진동을 이용한 전해액 주입 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 전해액 저장조와 상기 전해액 주입기 사이에 소정량의 전해액을 계량하여 각각의 전지에 공급하기 위한 전해액 계량 수단이 더 포함되어 있는 것을 특징으로 하는 진공과 초음파 진동을 이용한 전해액 주입 장치.
3. 작동시키지 않은 상태의 초음파 진동조 내에 전지를 설치하는 제1단계, 전지의 상단에 전해액 주입 기구를 결합하는 제2단계, 진공 펌프를 작동시켜 전지 내의 공기를 빼어내는 제3단계, 전해액 주입기에 의해 소정의 전해액을 주입시키는 제4단계, 및 초음파 진동조를 소정 시간 작동시키고 정지시킨 후 진공 펌프를 작동시킨 상태에서 전해액을 주입하여 센서에 의해 정해진 전해액 수위가 감지되고 이에 따라 제어기에 의해 진공 펌프 작동이 정지될 때까지 전해액을 주입하는 제5단계를 포함하여 구성되는 진공과 초음파 진동을 이용한 전해액 주입 방법.