KR20110133927A - 리튬이온 이차전지용 전해액 진공 주입장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 리튬이온 이차전지용 전해액 진공 주입장치에 관한 것이다. 이는 작업테이블의 상부에 배치되며 도어에 의해 개폐 가능한 진공챔버와; 상기 진공챔버에 연결되며 진공챔버내에 진공압력을 형성하는 진공펌프와; 전해액을 주입하기 위해 상부가 개방된 파우치를 세워 지지하며 슬라이딩 운동을 통해, 도어가 개방된 상태의 진공챔버에 출입하는 파우치캐리어와; 상기 파우치캐리어를 이송시키는 파우치캐리어구동부와; 상기 진공챔버 내에 진입한 상태의 파우치의 입구부분을 흡착하여 벌리는 파우치개방부와; 상기 파우치개방부에 의해 벌어진 파우치의 내부로 전해액을 주입하는 전해액공급부와; 전해액의 주입이 완료된 후 상기 파우치의 입구부분을 열융착을 통해 밀폐하는 융착부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기와 같이 이루어지는 본 발명의 전해액 주입장치는, 진공의 분위기에서 주액과 웨팅과 밀봉이 한꺼번에 이루어지므로 전해액 내부에 이물질이 혼입될 염려가 없어 고품질의 이차전지를 생산할 수 있음은 물론 모든 작업이 진공챔버의 내부에서 진행되므로 작업이 신속하며 생산성이 좋다.

Description

리튬이온 이차전지용 전해액 진공 주입장치{Vacuum electrolyte filling device for Lithium Ion secondary battery}

본 발명은 리튬이온 이차전지용 전해액 진공 주입장치에 관한 것이다.

근래 전기자동차용 전원으로 까지 그 사용범위가 확대되고 있는 이차전지는, 보다 경제적이며 고출력을 낼 수 있도록 그 기술이 진보하고 있다. 이러한 이차전지에는 니켈카드뮴전지, 니켈수소전지, 리튬전지, 리튬이온이차전지 등 많은 종류가 있다.

상기한 이차전지는 양극탭이 연결되어 있는 양극판과, 음극탭이 연결되어 있는 음극판과, 상기 양극판과 음극판 사이에 개재되어 양극판과 음극판을 이격시키는 세퍼레이터와, 상기 양극판과 음극판과 세퍼레이터를 수용하고 밀폐되는 알미늄 파우치와, 상기 파우치에 충진되는 전해질(electrolyte)로 이루어진다.

한편, 상기 이차전지를 제작하는 과정에는, 파우치에 양극판과 음극판의 적층체를 넣은 후 전해액을 주입하고 파우치를 밀봉하는 과정이 포함된다. 그런데 종래의 이차전지 제작과정에 있어서의 전해액 주액과정은 일반 대기압의 환경하에서 진행되었다. 즉 대기압 하에서 파우치를 열고 전해액을 주액 후, 입구가 개방된 파우치를 진공챔버로 이동시킨 후 웨팅(wetting) 과정을 진행하였다.

여하튼 종래의 이차전지 제작과정은 주액과정과 웨팅과정이 한 곳에서 이루어지지 못하므로 파우치를 이동해야 하는 불편이 있었고, 특히 (웨팅과정을 추가적으로 수행하기는 하지만) 주액 과정시 전해액에 다량의 공기나 수분이 혼입된다는 문제를 갖는다. 특히 주액시 이물질이 다량 혼입되므로 전지의 성능과 용량이 설계치보다 현저히 떨어진다.

본 발명은 상기 문제점을 해소하고자 창출한 것으로서, 진공의 분위기에서 주액과 웨팅과 밀봉이 한꺼번에 이루어지므로 전해액 내부에 이물질이 혼입될 염려가 없어 고품질의 이차전지를 생산할 수 있음은 물론 모든 작업이 진공챔버의 내부에서 진행되므로 작업이 신속하며 생산성이 좋은 리튬이온 이차전지용 전해액 진공 주입장치를 제공함에 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 리튬이온 이차전지용 전해액 진공 주입장치는, 작업테이블의 상부에 배치되며 도어에 의해 개폐 가능한 진공챔버와; 상기 진공챔버에 연결되며 진공챔버내에 진공압력을 형성하는 진공펌프와; 전해액을 주입하기 위해 상부가 개방된 파우치를 세워 지지하며 슬라이딩 운동을 통해, 도어가 개방된 상태의 진공챔버에 출입하는 파우치캐리어와; 상기 파우치캐리어를 이송시키는 파우치캐리어구동부와; 상기 진공챔버 내에 진입한 상태의 파우치의 입구부분을 흡착하여 벌리는 파우치개방부와; 상기 파우치개방부에 의해 벌어진 파우치의 내부로 전해액을 주입하는 전해액공급부와; 전해액의 주입이 완료된 후 상기 파우치의 입구부분을 열융착을 통해 밀폐하는 융착부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 진공챔버의 주변에는, 전해액을 주입하기전의 전해액 주입대상물의 무게를 계량하는 제 1계량부와, 상기 전해액이 주입된 후의 전해액 주입대상물의 무게를 계량하는 제 2계량부가 더 구비된 것을 특징으로 한다.

아울러, 상기 챔버는; 상기 파우치캐리어가 출입하는 출입구를 전방에 갖는 박스형 챔버본체와, 상기 챔버본체의 전방에 위치하며 상기 출입구를 개폐하는 도어와, 상기 도어를 작동시키는 도어액츄에이터를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 진공챔버의 내부와 외부에는 상호 일직선상에 위치하는 내부가이드레일과 외부가이드레일이 각각 구비되고, 상기 파우치캐리어는; 상기 외부가이드레일 및 내부가이드레일에 의해 가이드 되며 수평 왕복운동 가능한 이송판과, 상기 이송판의 상부에 구비되는 것으로서, 상기 파우치를 그 사이에 꽂을 수 있도록 이격된 두 장의 지지판으로 구성된 파우치홀더로 이루어지고, 상기 파우치캐리어구동부는; 상기 진공챔버의 내부에 설치되며 그 구동축에는 피니언기어가 고정되어 있는 모터와, 상기 이송판에 고정되며 내부가이드레일과 나란하게 연장되고, 상기 피니언기어와 치합하여 모터의 동작에 의해 길이방향으로 왕복운동하여, 상기 파우치캐리어를 왕복 운동시키는 랙기어를 포함하는 것을 특징으로 한다.

아울러, 상기 제 1,2계량부는; 상기 테이블상에 수평 지지되는 전자저울과, 상기 전자저울의 상부에 위치하는 것으로서, 계량할 계량대상물을 그 사이에 꽂아 세워진 상태로 지지하는 파우치꽂이를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 전해액공급부는; 주입할 전해액을 저장하는 전해액탱크와, 상기 전해액탱크로부터 전해액을 공급받아 정량 토출하는 정량펌프와, 상기 정량펌프로부터 토출된 전해액을 그 내부에 수용하는 보조탱크와, 상기 진공챔버의 상부에 승강 가능하도록 구비되며, 진공챔버 내부로 하강하여 그 하단부가 파우치의 내부로 진입한 상태로 상기 보조탱크로부터 전달받은 전해액을 파우치에 주입하는 주입노즐을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 파우치개방부는; 상기 진공챔버의 내부에 서로에 대해 진퇴운동 가능하도록 배치되되, 진입한 파우치를 사이에 두고 반대편에 위치하는 흡착헤드와, 상기 각 흡착헤드의 선단부에 구비되며 흡착헤드가 상호 근접했을 때 상기 파우치에 밀착하여 파우치를 흡착하는 흡착헤드와, 상기 각 흡착헤드를 진퇴운동시키는 액츄에이터를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 융착부는; 상기 진공챔버의 내부에 서로에 대해 진퇴운동 가능하도록 배치되되, 진입한 파우치를 사이에 두고 반대편에 위치하며, 외부로부터 공급된 전력에 의해 발열하는 융착헤드와, 상기 파우치를 사이에 두고 상기 융착헤드를 진퇴운동시키는 것으로서, 융착헤드를 근접시켜 융착헤드로 하여금 파우치의 입구를 융착 밀봉시키게 하는 액츄에이터를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기와 같이 이루어지는 본 발명의 리튬이온 이차전지용 전해액 진공 주입장치는, 진공의 분위기에서 주액과 웨팅과 밀봉이 한꺼번에 이루어지므로 전해액 내부에 이물질이 혼입될 염려가 없으며, 짧은 시간에 웨팅이 이루어지므로 고품질의 이차전지를 생산할 수 있음은 물론 모든 작업이 진공챔버의 내부에서 진행되므로 작업이 신속하며 생산성이 좋다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 리튬이온 이차전지용 전해액 진공 주입장치의 전체적인 구성을 개략적으로 나타내 보인 일부 절제 사시도이다.
도 2는 상기 도 1에 도시한 진공챔버의 뒷부분의 모습을 도시한 사시도이다.
도 3은 상기 도 1에 도시한 제 1,2계량부를 도시한 사시도이다.
도 4는 상기 도 1에 도시한 진공챔버의 도어의 일부를 도시한 도면이다.
도 5는 상기 도어를 지지하기 위한 지지부와 진공게이지를 도시한 사시도이다.
도 6은 상기 도어의 개폐 방식을 설명하기 위하여 도시한 도면이다.
도 7은 상기 도 1에 도시한 밀폐챔버의 정면도이다.
도 8 및 도 9는 상기 도 1에 도시한 파우치캐리어의 이송방식을 설명하기 위하여 도시한 도면이다.
도 10 내지 도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 리튬이온 이차전지용 전해액 진공 주입장치에서의 주액 및 파우치 융착방식을 설명하기 위하여 도시한 도면이다.
도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 리튬이온 이차전지용 전해액 진공 주입장치에서의 전해액의 유동 경로를 도시한 도면이다.

이하, 본 발명에 따른 하나의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 리튬이온 이차전지용 전해액 진공 주입장치의 전체적인 구성을 개략적으로 나타내 보인 일부 절제 사시도이고, 도 2는 상기 도 1에 도시한 진공챔버의 뒷부분의 모습을 도시한 사시도이다.

도시한 바와같이, 본 실시예에 따른 전해액 진공 주입장치(11)는, 수평면을 제공하는 테이블(13)과, 상기 테이블(13)의 상부에 배치되며 진공튜브(43a)를 통해 외부의 진공펌프(43)와 연결되는 진공챔버(19)와, 상기 테이블(13)의 상부에 위치하며 콘트롤러(17)와 보조탱크(37)를 지지하는 프레임(15)과, 상기 진공챔버(19)의 전방에 위치하여 전해액을 충진할 파우치를 세워 지지하고 상기 진공챔버(19)의 내부로 출입하는 파우치캐리어(19)와, 상기 파우치캐리어(19)의 좌우에 위치하는 제 1,2계량부(27,45)를 포함한다.

또한 상기 밀폐챔버(19)의 주변에는 외부로부터 공급된 전해액을 그 내부에 수용하는 전해액탱크(33)와, 상기 전해액탱크(33)내의 전해액을 튜브(39a)를 통해 넘겨받으며 일정량씩 토출하는 정량펌프(35)와, 상기 정량펌프(35)와 튜브(39b)로 연결되며 정량펌프(35)로부터 전해액을 받아 임시 저장하는 보조탱크(37)와, 상기 보조탱크(37)와 튜브(39c)로 연결되며 진공챔버(19)의 상부에서 승강 가능한 주입노즐(25)이 구비된다.

먼저 상기 진공챔버(19)는, 전방에 마련된 출입구(도 8의 19s)를 통해 전방으로 개방되고 박스의 형태를 취하는 챔버본체(19a)와, 상기 챔버본체(19a)의 전방에 마치 미닫이문과 같이 이동가능하게 설치되며 상기 출입구(19s)를 개폐하는 도어(19c)로 이루어진다. 또한 상기 도어(19c)가 닫혔을 때 챔버본체(19a)의 내부공간(19b)을 완벽 밀폐하기 위하여 챔버본체(19a)의 전면에는 시일(19f)이 설치되어 있다. 상기 시일(19f)은 도어(19c)에 눌려 도어(19c)와의 사이에 기밀을 형성한다.

상기 도어(19c)에는 주액시 진공챔버(19)의 내부 상황을 체크할 수 있도록 감시창(19d)이 마련되어 있다. 상기 감시창(19d)은 진공챔버(19)의 뒤에도 설치된다. 즉 도 2에 도시한 바와같이 상기 챔버본체(19a)의 후면에도 감시창(19d)이 구비되어 있다. 상기 감시창(19d)도 진공챔버(19)의 내부상황을 지켜볼 수 있도록 마련한 것이다.

아울러 상기 챔버본체(19a)의 후면에는 관통구멍(도 8의 19t)이 형성되어 있고, 상기 관통구멍(19t)의 외측부에는 연장케이스(19n)가 고정되어 있다. 상기 연장케이스(19n)는 진공챔버(19)의 내부공간(19b)으로 개방된 원통형 케이스로서 도 9에 도시한 바와같이 후술할 랙기어(41)가 후퇴할 공간을 제공한다.

또한 상기 진공튜브(43a)는 연장케이스(19n)에 연결된다. 따라서 상기 진공펌프(43)를 구동하면 진공챔버(19) 내부의 공기가 연장케이스(19n)를 거쳐 진공튜브(43a)를 거쳐 빠져나간다.

상기 챔버본체(19a)의 전방 상부에는 도어액츄에이터(21)가 수평으로 설치되어 있다. 상기 도어액츄에이터는 외부로부터 제공된 공압에 의해 작동하는 것으로서 그 하부에 작동편(21a)을 갖는다. 상기 작동편(21a)은 도어액츄에이터(21)의 작동시 도어액츄에이터의 길이방향을 따라 왕복운동하는 것이며, 연결부재(19q)를 통해 도어(19c)와 연결된다. 따라서 상기 도어액츄에이터(21)가 동작하면 상기 연결부재(19q)를 통해 작동편(21a)에 고정되어 있는 도어가 화살표 x방향 또는 그 반대방향으로 왕복 가능하다. 상기 도어액츄에이터 자체는 공지의 것이다.

아울러 상기 도어(19c)의 상하단부에는 가압부(19e)가 구비되어 있다. 상기 가압부(19e)는 도어(19c)가 닫힐 때 화살표 F방향의 힘을 받는 부분이다.

도 4를 참조하면, 상기 도어(19c)의 상단부 외측면에 전방으로 돌출된 가압부(19e)가 구비되어 있고, 상기 가압부(19e)와 연결부재(19q)의 사이에 스프링(19p)이 설치되어 있음을 알 수 있다. 상기 가압부(19e)와 스프링(19p)은 도어(19c)의 하단부에도 동일하게 설치된다.

상기 가압부(19e)는 도어(19c)가 닫히는 지점에서 지지롤러(19g)에 의해 화살표 F방향으로 가압된다. 상기 지지롤러(19g)는 도 5에 자세히 도시되어 있다.

도 5를 참조하면, 상기 도어액츄에이터(21)의 전방에 지지롤러(19g)가 위치하고 있음을 볼 수 있다. 상기 지지롤러(19g)는 아암(19k)을 통해 챔버본체(19a)에 지지된다. 상기 도어액츄에이터(21)와 지지롤러(19g)의 간격은 일정하다. 따라서 상기 도어(19c)가 닫힐 때 도어액츄에이터(21)와 지지롤러(19g)의 사이로 가압부(19e)가 진입하면, 지지롤러(19g)가 가압부(19e)를 챔버본체(19a)측으로 가압한다. 상기 지지롤러(19g)가 챔버본체(19a)의 전방 하부에도 위치함은 물론이다.

도 5에 표시된 도면부호 23은 진공게이지이다. 상기 진공게이지(23)는 진공챔버(19) 내부의 압력을 실시간으로 알려주는 역할을 한다. 작업자는 진공게이지(23)를 통해 현재 진공챔버(19) 내부의 압력을 체크할 수 있다.

다시 도 1로 돌아와 설명을 계속하기로 한다.

상기 도어(19c)의 왕복이동을 가이드하기 위해 도어의 전면 하단부에는 롤러(19m)가 구비된다. 아울러 상기 롤러(19m)의 하부에는 롤러(19m)를 받치는 가이드로드(31)가 위치한다.

상기 롤러(19m)는 도 6에 도시한 바와같이 롤러브라켓(19r)을 통해 도어(19c) 전면에 설치된다. 상기 롤러브라켓(19r)은 롤러(19m)를 회전 가능하게 지지하는 역할을 한다.

아울러 상기 가이드로드(31)는 롤러(19m)의 주행 경로를 제공하는 것으로서 양단부가 브라켓(32)을 통해 지지되어 있다. 상기 가이드로드(31)의 단면 형상은 롤러(19m)의 모양에 따라 달라진다.

한편, 본 실시예의 전해액 진공 주입장치(11)는, 전해액을 주입하기 전의 파우치 (및 그 내부에 수용된 것)의 무게를 계량하는 제 1계량부(27)와, 전해액이 주입된 후의 파우치의 무게를 계량하는 제 2계량부(45)를 갖는다. 계량하는 것은 파우치 자체와 그 내부에 수용되어 있는 것들 모두 이지만, 설명의 편의상 파우치의 무게를 계량한다고 설명키로 한다. 상기 제 1계량부(27)와 제 2계량부(54)는 동일한 구성을 갖는다.

도 3에 상기 제 1계량부(27)를 도시하였다.

도 3을 참조하면, 상기 제 1계량부(27)는, 테이블(13) 상에 수평으로 배치되는 전자저울(27a)과, 상기 전자저울(27a)의 측부에 구비되는 액츄에이터(27c)와, 상기 액츄에이터(27c)의 동작에 의해 승강하는 승강블록(27d)과, 연결로드(27k)를 통해 승강블록(27d)에 연결되어 상기 전자저울(27a)의 상부에서 승강하는 받침블록(27g)과, 상기 받침블록(27g)의 상부에 고정되는 승강판(27b)과 상기 승강판(27b)의 상부에 설치되는 파우치꽂이(27e)와, 상기 액츄에이터(27c)를 구동하는 계량스위치(27f)로 구성된다.

상기 파우치꽂이(27e)는 파우치(P)를 그 사이에 꽂아 세우는 것으로서 두 겹의 금속판으로 이루어진다. 상기 파우치꽂이(27e)의 형식은 경우에 따라 얼마든지 달라질 수 있다. 특히 제 2계량부(45)가 계량하는 파우치는 이미 열융착을 과정을 통해 밀봉된 상태이므로 파우치를 세울 필요가 없으므로 파우치꽂이가 없어도 무방하다.

상기 제 1,2계량부(27,45)를 통해 파우치의 무게를 계량하는 방법은 다음과 같다. 먼저, 계량할 파우치(P)를 상기 파우치꽂이(27e)에 끼운 상태로 계량스위치(27f)를 누른다. 상기 계량스위치(27f)를 누르면 상기 액츄에이터(27c)의 실린더에 들어있던 공기가 서서히 빠지며, 파우치(P)와 받침블록(27g)이 서서히 하강하고 마침내 받침블록(27g)이 전자저울(27a)에 얹혀진다. 상기 받침블록(27g)과 승강판(27b)과 파우치꽂이(27e)와 연결로드(27k)와 승강블록(27d)의 무게는 이미 알고 있으므로, 파우치(P)의 무게를 알아낼 수 있는 것이다.

한편, 상기 제 1계량부(27)는 전해액을 주입하기 전의 파우치 무게를 계량하는 것이고, 제 2계량부(45)는 전해액이 주입된 후의 파우치의 무게를 알아는 것이다. 상기 제 1계량부(27)와 제 2계량부(45)의 무게 차이는 주입된 전해액의 무게이다. 결국 상기 제 1,2계량부(27,45)를 통해 전해액의 주입량을 항상 확인할 수 있다.

상기 파우치캐리어(29)는, 상기 제 1계량부(27)를 통해 계량된 파우치를 상기 진공챔버(19)의 내부로 이송시키고, 진공챔버(19) 내에서 전해액의 주입과 융착이 완료된 파우치를 진공챔버(19) 외부로 꺼내는 역할을 하는 것이다.

상기 파우치캐리어(29)는, 파우치(P)를 그 사이에 끼워 지지하는 파우치홀더(29b)와, 상기 파우치홀더(29b)의 하부에 위치하며 파우치홀더(29b)를 수평으로 지지하는 이송판(29a)과, 상기 이송판(29a)의 하부에 고정되고 외부가이드레일(29c)과 내부가이드레일(도 8의 55)을 따라 이동하는 슬라이딩부(29e)로 이루어진다.

상기 내부가이드레일(55)과 외부가이드레일(29c)은 일정폭 및 높이의 가이드면을 제공하는 것으로서, 도 8에 도시한 바와같이, 챔버본체(19a)의 출입구(19s)를 사이에 두고 이격된 상태로 배치한다. 상기 내부가이드레일(55)은 챔버본체(19a)의 바닥부에 고정된다. 상기 내부가이드레일(55)과 외부가이드레일(29c)이 일직선상에 위치함은 물론이다.

상기 슬라이딩부(29e)는 후술할 파우치캐리어구동부의 작동에 의해, 내부가이드레일(55)로부터 외부가이드레일(29c)로 또는 외부가이드레일(29c)로부터 내부가이드레일(55)로 슬라이딩 운동한다.

도면부호 29d는 스토퍼이다. 상기 스토퍼(29d)는 슬라이딩부(29e)의 도 8의 화살표 s방향 이동을 제한한다.

도 8 또는 도 9에 도시한 바와같이, 상기 파우치캐리어구동부는, 상기 챔버본체(19a)의 바닥부에 고정되며 외부로부터 공급된 전력에 의해 회전토오크를 발생하는 모터(51)와, 상기 모터(51)의 구동축에 고정되는 피니언기어(53)와, 상기 이송판(29a)에 고정되며 내부가이드레일(55) 또는 외부가이드레일(29c)과 나란하게 연장되며 상기 피니언기어(53)에 치합하는 랙기어(41)로 이루어진다.

상기 모터(51)의 구동에 의해 랙기어는 도 8의 화살표 z방향 또는 그 반대방향으로 직선 운동이 가능하다.

상기 파우어캐리어(29)의 진공챔버(19)로의 진입은 작동스위치(29f)에 의해 이루어진다. 즉 작업자가 작동스위치(29f)를 누름에 따라 상기 모터(51)가 회전하여 파우치(P)가 꽂아있는 파우치캐리어(29)를 챔버본체(19a)로 끌어들이는 것이다.

한편, 상기 진공챔버(19)의 내부에는 상기 파우치캐리어(29)에 의해 진공챔버(19) 내부로 이송된 파우치에 전해액을 주입할 수 있도록 파우치의 입구부분을 벌리는 파우치개방부와, 파우치의 입구를 밀봉하는 융착부가 구비된다. 상기 파우치개방부와 융착부에 대해서는 도 7을 통해 후술하기로 한다.

상기 파우치의 내부로 주입할 전해액을 공급하기 위한 전해액공급부로서, 전해액탱크(33)와, 상기 전해액탱크(33)로부터 전해액을 받아 일정량씩 토출하는 정량펌프(35)와, 상기 정량펌프(35)로부터 토출된 전해액을 받아 임시 저장하는 보조탱크(37)와, 상기 보조탱크(37)내의 전해액을 받아 하부로 주입하는 주입노즐(25)이 구비된다.

도 15에 상기 전해액공급계통을 도시하였다.

도 15를 참조하면, 상기 전해액공급부는, 전해액이 수용되어 있는 전해액외부탱크(57)와, 상기 진공챔버(19)의 측부에 위치하며 전해액외부탱크(57)로부터 전해액을 공급받아 그 내부에 임시 저장하는 전해액탱크(33)와, 상기 전해액탱크(33)에 저장되어 있는 전해액을 일정량씩 받아 보조탱크(37)로 공급하는 정량펌프(35)와, 상기 진공챔버(19)의 상부에 승강 가능하게 설치되며 보조탱크(37)에 저장되어 있는 전해액을 공급받아 파우치(P)의 내부로 주입하는 주입노즐(25)을 포함한다. 상기 전해액탱크(33)와 정량펌프(35)와 주입노즐(25)은 플렉시블한 튜브(39a,39b,39c)로 직렬 연결되어 있다.

상기 주입노즐(25)의 측부에는 주입노즐(25)을 승강시키는 액츄에이터(도 1의 59)가 주입노즐(25)과 나란하게 설치되어 있다. 상기 액츄에이터(59)는 콘트롤러(17)로부터 전달받은 신호에 의해 동작하여 주입노즐(25)를 승강시킨다.

도 7은 상기 도 1에 도시한 밀폐챔버의 정면도로서 상기 도어(19c)가 개방된 상태를 도시하였다.

도시한 바와같이, 상기 챔버본체(19a)의 내부공간(19b)에 한 쌍의 융착헤드(47a)와, 한 쌍의 흡착헤드(49b)가 구비되어 있다.

상기 융착헤드(47a)는 융착부(47)의 한 구성요소이다. 상기 융착부(47)는 파우치내에 전해액의 주입이 완료된 후 작동하여 파우치의 입구부분을 열융착하여 밀봉하는 역할을 한다.

상기 융착부(47)는 진공챔버(19)의 내부로 진입한 상태의 파우치(P)를 사이에 두고 이격 배치되며 상호 마주하는 한 쌍의 융착헤드(47a)와, 상기 융착헤드(47a)를 진퇴운송시키는 액츄에이터(47b)를 포함한다. 상기 액츄에이터(47b)의 실린더(47c)는 챔버본체(19a)의 외부 벽에 고정되어 있고, 작동로드(47d)는 챔버본체(19a)의 벽면을 통과해 챔버본체의 내부공간(19b)으로 수평 진입하여 융착헤드(47a)에 고정되어 있다. 상기 작동로드(47d)와 챔버본체의 벽면 사이로 압력이 세어나가지 못하도록 기밀 처리되어 있음은 물론이다.

아울러 상기 융착헤드(47a)는 외부로부터 공급된 전력에 의해 발열하는 가열수단(미도시)을 내장하고 있다. 따라서 상기 융착헤드(47a)를 파우치(P)를 사이에 두고 상호 밀착시킨 상태로 융착헤드(47a)에 전력을 공급하면 파우치의 해당 부분이 녹아 붙으며 밀봉이 이루어진다.

또한 상기 흡착헤드(49b)는 파우치개방부(49)의 일 구성요소이다. 상기 파우치개방부(49)는, 파우치(P)를 사이에 두고 상호 대향하며 이격 배치되는 흡착헤드(49b)와, 상기 흡착헤드(49b)의 선단부에 구비되며 배기튜브(49d)를 통해 흡착헤드 내부의 공기를 빼낼 때의 진공압력에 의해 파우치를 흡착하는 흡착노즐(49a)과, 상기 흡착헤드(49b)를 진퇴운동 시키는 액츄에이터(49c)로 이루어진다.

상기 액츄에이터(49c)의 실린더(49e)는 챔버본체(19a)의 외벽면에 고정되어 있고, 작동로드(49f)는 챔버본체(19a)의 벽을 통과해 내부공간(19b)의 내부로 수평 진입하며 상기 흡착헤드(49b)와 결합한다.

상기 배기튜브(49d)는 별도의 진공펌프(미도시)와 연결되어 있으며 흡착헤드(49b)의 내부에서 상기 흡착노즐(49a)과 연통되어 있다. 상기 흡착헤드(49b)의 내부에는 상기 흡착노즐(49a)과 배기튜브(49d)를 연통시키는 내부통로가 형성되어 있다. 따라서 배기튜브(49d)를 통해 공기를 뽑아내면 흡착헤드(49b)의 내부에 진공압이 작용하게 된다.

상기 액츄에이터(49c)를 작동하여 흡착헤드(49b)를 상호 근접시켜 흡착노즐(49a)이 파우치(P)에 밀착하도록 한 상태에서, 상기 배기튜브(49d)를 통해 공기를 뽑아내면 흡착노즐(49p)이 파우치를 흡착한다. 이 상태로 흡착헤드(49b)를 이격시키면 파우치의 입구부분이 벌어진다.

상기한 파우치개방부(49)와 융착부(47)를 이용하여 파우치(P)에 전해액을 주입하는 과정을 도 10 내지 도 14를 통해 순차적으로 나타내었다.

도 10 내지 도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 리튬이온 이차전지용 전해액 진공 주입장치에서의 주액 및 파우치 융착방식을 설명하기 위하여 도시한 도면이다.

도 10에 도시한 바와같이, 상호 벌어져 있는 융착헤드(47a)와 흡착노즐(49a)의 사이로 파우치(P)가 진입하면, 상기 흡착헤드(49b)를 화살표 a방향으로 근접시켜 흡착노즐(49a)을 파우치(P)에 밀착시키고 그 상태로 흡착노즐(49a)로 하여금 파우치와의 밀착부분을 흡착하게 한다.

상기 파우치의 입구부분이 흡착노즐(49a)에 밀착하였다면, 흡착헤드(49b)를 도 11의 화살표 b방향으로 이격시켜 파우치의 입구부분을 벌린다.

도 12에 도시한 바와같이, 파우치(P)의 입구부분이 벌어졌다면, 상기 주입노즐(25)을 하강시켜 주입노즐(25)의 하단부를 파우치의 입구 내부로 완전히 삽입한다.(도 13참조)

상기 과정을 통해 전해액의 주입이 완료되었다면, 상기 주입노즐(25)을 상승시키고 융착헤드(47a)를 화살표 c방향으로 가압하여 파우치의 입구부분을 밀착시킨 상태로 가열하여 해당 부분을 융착시킨다. 상기 융착이 완료된 후에는 도어(19c)를 개방하고 파우치캐리어(29)를 진공챔버(19)의 외부로 빼낸다.

상기와 같이 이루어진, 본 실시예에 따른 전해액 진공 주입장치(11)의 작동은 다음과 같이 이루어진다.

먼저, 전해액을 주입하기 위한 파우치(P)를 제 1계량부(27)에 올려 그 무게를 측정한다. 측정된 무게는 콘트롤러(17)에 자동 저장된다.

상기 제 1계량부(27)를 통한 무게의 측정이 완료되었다면 파우치(P)를 상기 파우치캐리어(29)에 꽂은 후 작동스위치(29f)를 누른다. 상기 작동스위치(29f)를 누르면 파우치캐리어(29)가 챔버본체(19a)의 내부로 들어가고 곧이어 도어(19c)가 닫힌다.

상기 도어(19c)가 닫힘에 의해 챔버본체(19a)가 밀폐된 후, 상기 진공펌프(43)를 동작시킨다. 상기 진공펌프(43)는 콘트롤러(17)의 제어에 의해 자동으로 동작한다. 상기 진공펌프(43)의 작동에 의해 진공챔버(19) 내부의 압력이 급격히 저하하며 이 때 진공챔버(19) 내부의 압력은 진공게이지(23)의 디스플레이창(23a)을 통해 실시간으로 보여진다.

상기 진공챔버(19)의 내부에 진공환경이 형성되었다면, 상기한 도 10 내지 도 13에 설명한 과정을 통해 파우치 내부에 전해액을 주입한다.

한편 상기 웨팅(wetting)을 위해 상기 진공챔버(19)가 밀폐된 상태에서 진공챔버(19) 내부의 진공압력을 조절한다. 즉 상기 콘트롤러(17)를 통해 진공펌프(43)의 동작을 제어하여 진공챔버(19) 내부의 압력을 대기압에서 진공압의 범위내에서 증감시킨다. 상기한 압력의 변화에 의해 웨팅이 보다 신속하고 효과적으로 이루어진다. 상기 압력변화의 주기나 압력의 최대치와 최소치의 차이는 경우에 따라 달라진다.

여하튼 상기 과정을 통해 웨팅이 충분히 이루어졌다면 도 14를 통해 설명한 바와같이 상기 융착부(47)를 동작시켜 파우치(P)를 완전히 밀폐한 후, 도어(19c)를 개방하고 파우치캐리어(29)를 챔버본체(19a)로부터 외부로 인출한다.

이어서 밀봉된 상태의 파우치(P)를 제 2계량부(45)에 올려 전해액의 주입량을 확인한다. 전해액의 주입량이 오차범위를 초과할 경우에는 상기 콘트롤러(17)를 통해 그 사실을 작업자에게 알려줘 장치의 세팅을 조절하게 한다.

이상, 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정하지 않고, 본 발명의 기술적 사상의 범위내에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능하다.

11:진공주입장치 13:테이블 15:프레임
17:콘트롤러 19:진공챔버 19a:챔버본체
19b:내부공간 19c:도어 19d:감시창
19e:가압부 19f:시일 19g:지지롤러
19k:아암 19m:롤러 19n:연장케이스
19p:스프링 19q:연결부재 19r:롤러브라켓
19s:출입구 19t:관통구멍 21:도어액츄에이터
21a:작동편 23:진공게이지 23a:디스플레이창
25:주입노즐 27:제 1계량부 27a:전자저울
27b:승강판 27c:액츄에이터 27d:승강블록
27e:파우치꽂이 27f:계량스위치 27g:받침블록
27k:연결로드 29:파우치캐리어 29a:이송판
29b:파우치홀더 29c:외부가이드레일 29d:스토퍼
29e:슬라이딩부 29f:작동스위치 31:가이드로드
32:브라켓 33:전해액탱크 35:정량펌프
37:보조탱크 39a,39b,39c:튜브 41:랙기어
43:진공펌프 43a:진공튜브 45:제 2계량부
47:융착부 47a:융착헤드 47b:액츄에이터
47c:실린더 47d:작동로드 49:파우치개방부
49a:흡착노즐 49b:흡착헤드 49c:액츄에이터
49d:배기튜브 49e:실린더 49f:작동로드
51:모터 53:피니언기어 55:내부가이드레일
57:전해액외부탱크 59:액츄에이터

Claims (8)

1. 작업테이블의 상부에 배치되며 도어에 의해 개폐 가능한 진공챔버와;
   상기 진공챔버에 연결되며 진공챔버내에 진공압력을 형성하는 진공펌프와;
   전해액을 주입하기 위해 상부가 개방된 파우치를 세워 지지하며 슬라이딩 운동을 통해, 도어가 개방된 상태의 진공챔버에 출입하는 파우치캐리어와;
   상기 파우치캐리어를 이송시키는 파우치캐리어구동부와;
   상기 진공챔버 내에 진입한 상태의 파우치의 입구부분을 흡착하여 벌리는 파우치개방부와;
   상기 파우치개방부에 의해 벌어진 파우치의 내부로 전해액을 주입하는 전해액공급부와;
   전해액의 주입이 완료된 후 상기 파우치의 입구부분을 열융착을 통해 밀폐하는 융착부를 포함하는 것을 특징으로 하는 리튬이온 이차전지용 전해액 진공 주입장치.
2. 제 1항에 있어서,
   상기 진공챔버의 주변에는,
   전해액을 주입하기전의 전해액 주입대상물의 무게를 계량하는 제 1계량부와,
   상기 전해액이 주입된 후의 전해액 주입대상물의 무게를 계량하는 제 2계량부가 더 구비된 것을 특징으로 하는 리튬이온 이차전지용 전해액 진공 주입장치.
3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
   상기 챔버는;
   상기 파우치캐리어가 출입하는 출입구를 전방에 갖는 박스형 챔버본체와,
   상기 챔버본체의 전방에 위치하며 상기 출입구를 개폐하는 도어와,
   상기 도어를 작동시키는 도어액츄에이터를 포함하는 것을 특징으로 하는 리튬이온 이차전지용 전해액 진공 주입장치.
4. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
   상기 진공챔버의 내부와 외부에는 상호 일직선상에 위치하는 내부가이드레일과 외부가이드레일이 각각 구비되고,
   상기 파우치캐리어는;
   상기 외부가이드레일 및 내부가이드레일에 의해 가이드 되며 수평 왕복운동 가능한 이송판과,
   상기 이송판의 상부에 구비되는 것으로서, 상기 파우치를 그 사이에 꽂을 수 있도록 이격된 두 장의 지지판으로 구성된 파우치홀더로 이루어지고,
   상기 파우치캐리어구동부는;
   상기 진공챔버의 내부에 설치되며 그 구동축에는 피니언기어가 고정되어 있는 모터와,
   상기 이송판에 고정되며 내부가이드레일과 나란하게 연장되고, 상기 피니언기어와 치합하여 모터의 동작에 의해 길이방향으로 왕복운동하여, 상기 파우치캐리어를 왕복 운동시키는 랙기어를 포함하는 것을 특징으로 하는 리튬이온 이차전지용 전해액 진공 주입장치.
5. 제 2항에 있어서,
   상기 제 1,2계량부는;
   상기 테이블상에 수평 지지되는 전자저울과,
   상기 전자저울의 상부에 위치하는 것으로서, 계량할 계량대상물을 그 사이에 꽂아 세워진 상태로 지지하는 파우치꽂이를 포함하는 것을 특징으로 하는 리튬이온 이차전지용 전해액 진공 주입장치.
6. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
   상기 전해액공급부는;
   주입할 전해액을 저장하는 전해액탱크와,
   상기 전해액탱크로부터 전해액을 공급받아 정량 토출하는 정량펌프와,
   상기 정량펌프로부터 토출된 전해액을 그 내부에 수용하는 보조탱크와,
   상기 진공챔버의 상부에 승강 가능하도록 구비되며, 진공챔버 내부로 하강하여 그 하단부가 파우치의 내부로 진입한 상태로 상기 보조탱크로부터 전달받은 전해액을 파우치에 주입하는 주입노즐을 포함하는 것을 특징으로 하는 리튬이온 이차전지용 전해액 진공 주입장치.
7. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
   상기 파우치개방부는;
   상기 진공챔버의 내부에 서로에 대해 진퇴운동 가능하도록 배치되되, 진입한 파우치를 사이에 두고 반대편에 위치하는 흡착헤드와,
   상기 각 흡착헤드의 선단부에 구비되며 흡착헤드가 상호 근접했을 때 상기 파우치에 밀착하여 파우치를 흡착하는 흡착헤드와,
   상기 각 흡착헤드를 진퇴운동시키는 액츄에이터를 포함하는 것을 특징으로 하는 리튬이온 이차전지용 전해액 진공 주입장치.
8. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
   상기 융착부는;
   상기 진공챔버의 내부에 서로에 대해 진퇴운동 가능하도록 배치되되, 진입한 파우치를 사이에 두고 반대편에 위치하며, 외부로부터 공급된 전력에 의해 발열하는 융착헤드와,
   상기 파우치를 사이에 두고 상기 융착헤드를 진퇴운동시키는 것으로서, 융착헤드를 근접시켜 융착헤드로 하여금 파우치의 입구를 융착 밀봉시키게 하는 액츄에이터를 포함하는 것을 특징으로 하는 리튬이온 이차전지용 전해액 진공 주입장치.

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