KR20010050835A

KR20010050835A - 전해액 주입 장치 및 전해액 주입 방법

Info

Publication number: KR20010050835A
Application number: KR1020000058178A
Authority: KR
Inventors: 모리자네유이치로
Original assignee: 아이미 토시히코; 엔이씨모바일에너지 가부시키가이샤
Priority date: 1999-10-04
Filing date: 2000-10-04
Publication date: 2001-06-25
Also published as: US6497976B1; KR100630413B1; JP2001110400A; US20030064280A1; US6588461B2

Abstract

전해액 주입구를 제외하고 밀폐한 전지캔 내부에 전해액을 주입하는 전해액 주입 장치에 있어서, 전해액 주입구에 기밀하게 장착 가능한 전해액 주입 노즐과, 전해액 주입 노즐을 전해액 주입구에 장착한 상태에서 전지캔 내를 배기하는 배기 수단, 전해액 주입 노즐에 전해액 주입 밸브를 통해 결합하고, 전지캔 내에 주입하는 전해액을 저류하는 전해액 포트, 전해액 포트에 소정량의 전해액을 전해액 공급 밸브를 통해 공급하는 전해액 공급 수단, 및 전해액 포트 내의 전해액을 가압하면서 전지캔 내에 주입하기 위한 가압 기체 공급 수단을 가압 밸브를 통해 전해액 포트에 결합하고, 전지캔 내의 배기 후에 전해액을 가압하여 전해액을 주입하는 전해액 주입 장치.

Description

전해액 주입 장치 및 전해액 주입 방법{Apparatus and Method for pouring electrolyte}

본 발명은 전해액 주입 장치 및 전해액 주입 방법에 관한 것으로서, 전지 요소를 수납한 전지캔에 뚜껑체를 부착한 후, 전지캔 또는 뚜껑체에 형성한 미세구멍으로부터 전해액을 효율적으로 주입하는 전해액 주입 장치 및 전해액 주입 방법에 관한 것이며, 특히 리튬 이온 전지 등의 비수성 전해액 전지로의 전해액의 주입에 바람직한 전해액 주입 장치 및 주입 방법에 관한 것이다.

소형 전자 기기의 전원으로서 각종 전지가 이용되고 있고, 휴대 전화, 노트북 PC, 캠코더 등의 전원으로서 소형이고 대용량의 밀폐형 전지인 리튬 이온 이차 전지 등의 비수성 전해액 이차 전지가 사용되고 있다. 이들 비수성 전해액 전지로는 원통형 및 각형의 것이 사용되고 있다.

소형 전자 기기의 전원으로서 사용되고 있는 리튬 이온 전지는 양극 집전체 및 음극 집전체에 각각 활물질을 도포하여 제조한 양극 전극 및 음극 전극을 세퍼레이터를 개재시켜 적층한 것을 권회한 전지 요소를 전지캔 내에 수납하고 밀폐하여 제조되고 있다.

도 4는 전지의 조립 공정을 설명하는 도면이다.

도 4(A)에 나타낸 바와 같이, 전지캔(41) 내에 전지 요소를 수납하고, 전지캔(41) 상부의 개구부에 외부 전극 취출 단자(44), 전해액의 주입구(43) 및 전지 내부의 압력 상승시에 전지의 파열 등을 방지하는 압력 개방 밸브 등을 갖는 뚜껑체(45)를 레이저 용접 등의 방법으로 부착한 후에, 도 4(B)에 나타낸 바와 같이 뚜껑체(45)에 형성한 전해액 주입구(43)에 전해액 주입 장치(46)의 주입 노즐(47)을 기밀하게 유지하여 부착하고, 전해액 주입 장치(46)의 배기 수단(49)을 구동하여 배기 밸브(50)를 개방하여, 전지캔 내부의 공기를 소정 감압도까지 배기함과 동시에, 소정량의 전해액을 전해액 공급 수단(55)으로부터 전해액 공급 밸브(56)를 통해, 전해액(53)을 전해액 포트(51)에 주액하여 소정량의 전해액 주액 후에 전해액 공급 밸브(56)를 닫는다.

이어서, 도 4(C)에 나타낸 바와 같이 배기 밸브(50)를 닫은 후에 전해액 주입 밸브(52)를 개방하면, 전해액 포트(51) 내의 전해액은 전지캔 내의 기압과 전해액 포트에 형성한 통기구(57)에 가해지는 대기압에 의한 압력차에 의해 전지캔 내로 주입된다. 다음으로, 전지캔 내에 전해액을 주입한 후에 전해액 주입구에 금속편을 부착하여 주입구를 용접하여 봉구하고 있다.

전지캔 내에 수납되는 전지 요소는 리튬 이온 이차 전지의 경우에는, 리튬을 도프 및 탈도프할 수 있는 탄소질 재료 등의 음극 재료를 띠모양의 집전체 위에 도포한 음극 전극과, 코발트산 리튬, 망간산 리튬 등의 리튬 천이 금속 복합 산화물 등의 양극 재료를 띠모양의 집전체 위에 도포한 양극 전극을 세퍼레이터를 통해 적층한 것을 권회하여 제조되고 있다.

이러한 전지 요소를 수납한 전지캔 내에는 다수의 작은 구멍이 형성되어 있으므로, 전지캔 내부를 배기한 경우라도 세부의 구멍을 완전히 배기하기 위해서는 장시간을 요하고, 또 주입된 비수성 전해액이 전지 요소에 침투하는 데는 시간이 필요해, 단시간에 전해액을 주입하는 것은 곤란했다.

이러한 방법에서는, 전지캔 내로의 전해액 주입의 구동력은 감압에 의한 압력차이며, 1 기압 이상에 도달하는 경우는 없었다.

또, JP07099050(A)에는 전해액을 주입해야할 전지를 챔버 내에 설치하고, 주입 노즐에 부착한 전해액류부에 소정량의 전해액을 충전한 후, 챔버 내부를 감압하여 전해액 또는 전지 요소 내의 공기 등의 기체를 제거한 후에, 대기압으로 돌려 더욱 가압하여 전해액을 주입하는 장치가 제안되어 있다.

그런데, 이 장치는 전지 요소를 주입한 전지캔의 개구부를 개방한 상태에서, 주입해야할 전해액의 양에 대응한 집류부(集溜部)를 갖는 깔때기상 부재를 부착하여, 전지캔 내를 배기하는 것이며, 일부의 전해액은 배기 전에 전지캔 내에 주액되어 전지 요소에 침투하므로, 전지 요소중의 구멍부로부터의 배기는 침투한 전해액의 존재에 의해 불충분한 것이 되고, 또 전지캔의 개구부 상부에 깔때기상 부재로 이루어지는 집류부에 전해액이 존재한 상태에서 배기하고, 그 후에 대기압으로서 계속하여 가압되기 때문에, 배기시에 전지 내부로부터 깔때기상의 집류부를 통과할 때 발생한 기포가 잔존하여 전지 내부로 들어가는 문제점이 있었다.

또, 이 장치는 전지캔의 개구부에 뚜껑체를 부착하기 전에, 전해액을 주입하는 전지 조립 공정에 적용하는 장치로서, 전지캔의 개구부에 부착한 뚜껑체에 설치한 소형의 각형 전지 등의 1mm 이하의 직경이 작은 전해액 주입구로부터의 점성이 큰 전해액을 주입하는 방법에는 적용할 수 없는 것이었다.

본 발명은 전해액을 전지캔 내부의 세부에까지 신속하게 충전하는 것이 가능한 전해액 충전 장치를 제공하는 것을 과제로 하는 것이며, 특히 소형의 각형 전지라도 전해액의 주입이 용이하게 가능한 전해액 주입 장치 및 주입 방법을 제공하는 것을 과제로 하는 것이다.

본 발명은 전해액 주입구를 제외하고 밀폐한 전지캔 내부에 전해액을 주입하는 전해액 주입 장치에 있어서, 전해액 주입구에 기밀하게 장착 가능한 전해액 주입 노즐과, 전해액 주입 노즐을 전해액 주입구에 장착한 상태에서 전지캔 내를 배기하는 배기 수단, 전해액 주입 노즐에 전해액 주입 밸브를 통해 결합하고, 전지캔 내에 주입하는 전해액을 저류하는 전해액 포트, 전해액 포트에 소정량의 전해액을 전해액 공급 밸브를 통해 공급하는 전해액 공급 수단, 및 전해액 포트 내의 전해액을 가압하면서 전지캔 내에 주입하기 위한 가압 기체 공급 수단을 가압 밸브를 통해 전해액 포트에 결합한 전해액 주입 장치이다.

가압 기체 공급 수단으로부터 가압 밸브를 통해 전해액 포트에 가압 기체를 공급할 때, 전지캔 벽면을 압압하여 전지캔의 변형을 방지하는 압압 수단을 갖는 상기 전해액 주입 장치이다.

또, 전해액 주입구를 제외하고 밀폐한 전지캔 내부에 전해액을 주입하는 전해액 주입 방법에 있어서, 전지캔 내를 미리 정한 감압도까지 배기함과 동시에, 주입해야할 소정량의 전해액을 전해액 포트에 저류한 후, 전해액 포트 내의 전해액을 전지캔 내로의 주입 개시와 동시, 또는 주입 개시 후에 전해액 포트 내에 가압 기체를 공급하고 전해액을 가압하여 전지캔 내에 주입하는 전해액의 주입 방법이다.

가압 기체에 의한 전해액의 가압 공급시에는, 전지캔의 벽면을 압압하여 전지캔의 변형을 방지하는 상기 전해액의 주입 방법이다.

도 1은 본 발명의 전해액 주입 장치를 설명하는 도면,

도 2는 본 발명의 전해액 주입 장치의 동작을 설명하는 도면,

도 3은 전지캔의 변형을 방지하는 수단을 설명하는 도면,

도 4는 전지의 조립 공정을 설명하는 도면이다.

〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉

1 … 전지캔 2 … 전지 요소

3 … 전해액 주입구 4 … 외부 전극 취출 단자

5 … 뚜껑체 6 … 전해액 주입 장치

7 … 주입 노즐 8 … O-링

9 … 배기 수단 10 … 배기 밸브

11 … 전해액 포트 12 … 전해액 주입 밸브

13 … 전해액 14 … 저장 수단

15 … 전해액 공급 수단 16 … 전해액 공급 밸브

17 … 가압 기체 공급 수단 18 … 가압 밸브

본 발명은 전지캔 내의 배기에 의한 잔존 공기의 제거 후에, 전지캔 내에 전해액을 가압하여 공급함으로써, 작은 전해액 주입구를 통해 신속하게 전해액의 주액을 가능하도록 하는 것이다.

이하에 도면을 참조하여 본 발명을 설명한다.

도 1은 본 발명의 전해액 주입 장치를 설명하는 도면이다.

전지캔(1) 내에 전지 요소(2)를 수납하고, 전지캔(1) 상부의 개구부에 전해액 주입구(3), 외부 전극 취출 단자(4) 및 전지 내부의 압력 상승시에 전지의 파열 등을 방지하는 압력 개방 밸브 등을 갖는 뚜껑체(5)를 레이저 용접 등의 방법에 의해 부착한 전지캔(1)에, 전해액 주입 장치(6)의 주입 노즐(7)을 뚜껑체(5)에 형성한 전해액 주입구(3)에 전해액 주입 장치(6)의 주입 노즐(7)을 장착하는 것이다. 주입 노즐(7)에는 O-링(8) 등의 기밀 유지 수단을 갖고, 뚜껑체의 벽면에 압착했을 때 기밀이 유지되도록 되어 있다.

또, 전해액 주입 장치에는 전지캔 내의 배기용 배기 수단(9), 및 주입 노즐(7)과 배기 수단(9)을 결합하는 배기 밸브(10)를 갖고 있다.

주입 노즐(7)에는 소정량의 전해액을 저류하는 전해액 포트(11)가 전해액 주입 밸브(12)를 통해 결합되어 있고, 전해액 포트(11)에는 전해액(13)의 저장 수단(14)과 결합한 전해액 공급 수단(15)이 전해액 공급 밸브(16)를 통해 결합되어 있다.

또, 전해액 포트(11)에는 가압 기체 공급 수단(17)이 가압 밸브(18)를 통해 결합되어 있다.

도 2는 본 발명의 전해액 주입 장치의 동작을 차례대로 설명하는 도면이다.

도 2(A)에 나타낸 바와 같이, 전지캔(1) 내에 전지 요소를 수납하고, 전지캔(1) 상부의 개구부에 전해액 주입구(3)를 갖는 뚜껑체(5)를 레이저 용접 등의 방법으로 부착한 전지캔(1)을, 전해액 주입 장치(6)의 주입 노즐(7)을 뚜껑체(5)에 형성한 전해액 주입구(3)에 기밀하게 장착한다. 이어서, 배기 수단(9)을 작동시켜 주입 노즐(7)과 배기 수단(9)을 결합하는 배기 밸브(10)를 개방하여 전지캔 내를 배기함과 동시에, 전해액 공급 수단(15)으로부터 전해액 공급 밸브(16)를 통해, 전지에 따른 소정량의 전해액을 전해액 포트(11)에 주입한다.

이어서, 도 2(B)에 나타낸 바와 같이, 배기 밸브(10) 및 전해액 공급 밸브(16)를 닫고 전해액 주입 밸브(12)를 개방한다. 전해액은 전지캔 내가 감압되어 있으므로, 전지캔 내와 전해액 포트(11)의 압력차에 의해 전해액의 전지캔 내로의 주입이 시작된다.

전해액 포트(11) 내의 전해액의 주입이 개시되면, 도 2(C)에 나타낸 바와 같이, 가압 기체 공급 수단(17)에 결합한 가압 밸브가 개방되어, 전해액 포트(11) 내의 전해액이 가압되므로, 전지캔 내로 신속하게 주입할 수 있다.

본 발명의 전해액 주입 장치에 있어서는, 전지캔 내로의 전해액 주입시에 전지캔 내부가 가압되나, 전지캔의 크기나 종류 등에 따라서는, 전지캔의 벽면이 팽창하여 변형하는 등의 현상이 발생하므로, 전지캔의 가압시에는 전지캔의 팽창에 의한 변형을 억제하는 것이 바람직하다.

또한, 이상의 설명에 있어서는, 전해액을 전해액 포트 내에 소정량을 주입한 후에, 전해액 포트 내의 전해액을 가압하여 주입하는 방법에 대해 설명했으나, 소정량의 전해액을 가압하면서 공급하는 것이 가능한 가압 공급 수단을 사용한다면, 전해액 포트를 사용하지 않고 직접 가압하면서 전해액을 주입하는 것이 가능하다.

도 3은 전지캔의 변형을 방지하는 수단을 설명하는 도면이다.

전해액 주입 노즐(7)로부터 전해액의 주입이 시작된 후에, 가압 밸브(18)를 개방하여 전해액 포트(11) 내의 전해액을 가압함과 동시에, 압압 수단(20)에 의해 전지캔의 벽면(21)을 양측으로부터 압압하여 전지캔(1) 벽면(21)의 변형을 방지하는 것이다.

전지캔의 벽면을 압압하는 압력은 전지캔 내에 주입하는 전해액의 압력에 따른 압력이며, 가압력과 동등한 압력으로 압압하는 것이 바람직하다.

본 발명의 전해액 주입 장치의 운전 조건은 전지 활물질의 종류, 전지의 형상, 구조 등에 따라 임의로 설정할 수 있으나, 전지캔 내부의 배기는 8 ∼ 10Torr 이하로 5 ∼ 7초간 배기한 상태에서 2초 정도 유지하고, 진공도가 안정되고 리크 등이 없음을 확인한 후에 배기 밸브를 닫아 전해액의 주입을 개시하여, 전해액의 주입 개시후 4 ∼ 10초 후에 가압 밸브를 개방하여 가압한다.

전해액의 가압에 사용하는 기체는 전해액과 반응하거나 전해액을 변질시키지 않는 것이면 임의의 것을 사용할 수 있으나, 수분을 충분히 제거한 질소, 이산화탄소에 의해 가압하는 것이 바람직하다. 가압력은 게이지압으로 0.8 ∼ 2kgf/㎠로 할 수 있다.

또, 본 발명의 방법에 의하면, 세로 48mm, 가로 30mm, 두께 6mm의 전지에 직경 1mm의 전해액 주입구로부터 60초만에 전해액을 주입할 수 있다.

본 발명의 전해액 주입 장치는 전지캔 내를 배기하면서 전해액을 전해액 포트에 저류하고, 이어서 전해액을 가압 수단에 의해 가압하면서 전지캔 내에 주입하므로, 전지캔에 형성한 작은 전해액 주입구로부터도 전해액을 단시간에 주입할 수 있다.

Claims

전해액 주입구를 제외하고 밀폐한 전지캔 내부에 전해액을 주입하는 전해액 주입 장치에 있어서, 전해액 주입구에 기밀하게 장착 가능한 전해액 주입 노즐과, 전해액 주입 노즐을 전해액 주입구에 장착한 상태에서 전지캔 내를 배기하는 배기 수단, 전해액 주입 노즐에 전해액 주입 밸브를 통해 결합하고, 전지캔 내에 주입하는 전해액을 저류하는 전해액 포트, 전해액 포트에 소정량의 전해액을 전해액 공급 밸브를 통해 공급하는 전해액 공급 수단, 및 전해액 포트 내의 전해액을 가압하면서 전지캔 내에 주입하기 위한 가압 기체 공급 수단을 가압 밸브를 통해 전해액 포트에 결합한 것을 특징으로 하는 전해액 주입 장치.
제 1 항에 있어서, 가압 기체 공급 수단으로부터 가압 밸브를 통해 전해액 포트에 가압 기체를 공급할 때, 전지캔 벽면을 압압하여 전지캔의 변형을 방지하는 압압 수단을 갖는 것을 특징으로 하는 전해액 주입 장치.
전해액 주입구를 제외하고 밀폐한 전지캔 내부에 전해액을 주입하는 전해액 주입 방법에 있어서, 전지캔 내를 미리 정한 감압도까지 배기함과 동시에, 주입해야할 소정량의 전해액을 전해액 포트에 저류한 후에, 전해액 포트 내의 전해액을 전지캔 내로의 주입 개시와 동시, 또는 주입 개시 후에 전해액 포트 내에 가압 기체를 공급하여 전해액을 가압해 전지캔 내로 주입하는 것을 특징으로 하는 전해액의 주입 방법.
제 3 항에 있어서, 가압 기체에 의한 전해액의 가압 공급시에는, 전지캔의 벽면을 압압하여 전지캔의 변형을 방지하는 것을 특징으로 하는 전해액의 주입 방법.