KR20150095387A - 전해액 함침 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 전극 조립체에 전해액을 보다 효과적으로 함침시킬 수 있도록 하는 전해액 함침 장치를 개시한다.
본 발명에 따른 전해액 함침 장치는, 전극 조립체가 수납되고, 전해액이 주입된 배터리 셀을 가압하는 가압 유닛; 및 상기 전해액이 주입된 배터리 셀을 진동시키는 진동 유닛을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

전해액 함침 장치{Apparatus for impregnating electrode assembly with electrolyte}
본 발명은 전해액 함침 기술에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 효과적으로 전극 조립체에 전해액을 함침시킬 수 있도록 하는 전해액 함침 장치에 관한 것이다.
최근, 노트북, 비디오 카메라, 휴대용 전화기 등과 같은 휴대용 전자 제품의 수요가 급격하게 증대되고, 전기 자동차, 에너지 저장용 축전지, 로봇, 위성 등의 개발이 본격화됨에 따라, 반복적인 충방전이 가능한 고성능 이차 전지에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.
현재 상용화된 이차 전지로는 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지, 리튬 이차 전지 등이 있는데, 이 중에서 리튬 이차 전지는 니켈 계열의 이차 전지에 비해 메모리 효과가 거의 일어나지 않아 충방전이 자유롭고, 자가 방전율이 매우 낮으며 에너지 밀도가 높은 장점으로 각광을 받고 있다.
한편, 이러한 이차 전지의 고용량화 추세 및 그에 따른 이차 전지의 전극판의 단위 사이즈가 증가되면서 전해액의 함침에 대한 중요성이 커지고 있다. 이차 전지의 제조 공정은, 전극 조립체가 전지 케이스에 수납된 상태에서 액체 상태의 전해질, 즉 전해액이 주입되고, 전지 케이스가 실링되는 과정을 포함하는 것이 일반적이다.
여기서, 전지 케이스에 주입된 전해액은, 전극 조립체를 구성하는 양극판, 음극판 및 세퍼레이터 사이로 모세관 힘에 의해 스며들게 된다. 그런데, 양극판, 음극판 및 세퍼레이터는 소수성이 큰 물질인 반면, 전해액은 친수성이 큰 물질로서, 전해액에 의한 전극 조립체의 함침에는 상당한 시간이 소요되고, 공정 조건 또한 까다롭다.
만일, 전해액의 함침(습윤)이 불완전해질 경우, 이차 전지의 용량과 같은 전지의 충방전 특성이 저하됨은 물론이고, 전극 상태의 불균일성이 심화될 수 있다. 그 결과, 전극 반응이 국부적으로 집중되어 전지의 안전성에 지대한 문제를 일으킬 우려가 있다. 뿐만 아니라, 전극판의 사이즈가 커지게 되면 전해액의 함침에 소요되는 시간이 증가하게 되므로 이차 전지의 생산성이 저하되는 문제점도 있다. 또한, 전해액의 함침 불량은 다른 전극 상태가 양호함에도 불구하고 전극의 퇴화를 가속시켜 전지의 수명을 단축시킬 수 있는 문제점이 있다.
따라서, 전극 조립체에 전해액을 효율적으로 함침시키기 위해 다양한 노력이 시도되고 있는데, 종래의 전해액 함침 공정은, 배터리 셀을 함침 챔버 내에 수용한 후, 함침 챔버 내부의 상태를 진공(vacuum) 상태와 비진공(devacuum) 상태로 반복하는 방법에 의해 수행되는 것이 일반적이었다.
그러나, 이와 같은 종래 기술에 따른 전해액 함침 방법은, 진공 상태와 비진공 상태를 반복하여야 하므로, 가압 및 감압 기능을 갖춘 함침 챔버가 구비될 필요가 있다. 그러나, 이러한 종래의 함침 방법은 가압 장치, 감압 장치 및 밀폐된 챔버 등과 같은 복잡하고 대규모적인 설비가 필요하다는 단점이 있다. 뿐만 아니라, 종래의 함침 방법에 대해서, 함침 공정 중에 전해액이 공기 중으로 튀어 오르기만 할 뿐 전해액이 전극과 분리막 사이에 효과적으로 흡수되는지 의심스럽다는 지적이 있었다.
본 발명은, 전극 조립체에 전해액을 보다 효과적으로 함침시킬 수 있도록 하는 전해액 함침 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허청구범위에 나타난 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 전해액 함침 장치는, 전극 조립체가 수납되고, 전해액이 주입된 배터리 셀을 가압하는 가압 유닛; 및 상기 전해액이 주입된 배터리 셀을 진동시키는 진동 유닛을 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 가압 유닛은, 상기 배터리 셀의 일면을 가압하는 제1가압 블록 및 상기 배터리 셀의 타면을 가압하는 제2가압 블록을 구비하는 것을 특징으로 한다.
더욱 바람직하게는, 상기 진동 유닛은, 상기 제1가압 블록 및 상기 제2가압 블록 중 적어도 하나의 가압 블록을 진동시켜 상기 배터리 셀을 진동시키는 것을 특징으로 한다.
또한 바람직하게는, 상기 제1가압 블록 및 상기 제2가압 블록은, 지면과 수직하게 세워진 상태로 상기 제1가압 블록 및 상기 제2가압 블록 사이에 개재된 상기 배터리 셀의 양면을 가압하는 것을 특징으로 한다.
더욱 바람직하게는, 상기 제1가압 블록 및 상기 제2가압 블록 중 적어도 하나의 가압 블록은, 상기 가압 블록의 상부 가압면과 상기 가압 블록의 하부 가압면이 교대로 상기 배터리 셀을 가압하는 것을 특징으로 한다.
더욱 바람직하게는, 상기 가압 블록은, 상기 가압 블록의 중심에 구비된 축을 기준으로 소정 각도 틸팅하는 것을 특징으로 한다.
또한 바람직하게는, 상기 진동 유닛은, 상기 배터리 셀을 가압하는 방향과 평행한 방향으로 상기 배터리 셀을 진동시키는 것을 특징으로 한다.
또한 바람직하게는, 상기 배터리 셀은. 파우치형 셀인 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 측면에 따른 배터리 셀 제조 장치는, 상술한 전해액 함침 장치를 포함한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 측면에 따른 전해액 함침 방법은, 배터리 셀에 전극 조립체를 수납하는 단계; 상기 배터리 셀에 전해액을 주입하는 단계; 상기 전극 조립체가 수납되고, 상기 전해액이 주입된 배터리 셀을 가압하는 단계; 및 상기 전해액이 주입된 배터리 셀을 진동시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 배터리 셀을 가압하는 단계는, 상기 배터리 셀의 일면을 가압하는 제1가압 블록 및 상기 배터리 셀의 타면을 가압하는 제2가압 블록을 이용하여 상기 배터리 셀의 양면을 가압하는 것을 특징으로 한다.
더욱 바람직하게는, 상기 배터리 셀을 진동시키는 단계는, 상기 제1가압 블록 및 상기 제2가압 블록 중 적어도 하나의 가압 블록을 진동시켜 상기 배터리 셀을 진동시키는 것을 특징으로 한다.
또한 바람직하게는, 상기 제1가압 블록 및 상기 제2가압 블록은, 지면과 수직하게 세워진 상태로 상기 제1가압 블록 및 상기 제2가압 블록 사이에 개재된 상기 배터리 셀의 양면을 가압하는 것을 특징으로 한다.
더욱 바람직하게는, 상기 제1가압 블록 및 상기 제2가압 블록 중 적어도 하나의 가압 블록은, 상기 가압 블록의 상부 가압면과 상기 가압 블록의 하부 가압면이 교대로 상기 배터리 셀을 가압하는 것을 특징으로 한다.
더욱 바람직하게는, 상기 가압 블록은, 상기 가압 블록의 중심에 구비된 축을 기준으로 소정 각도 틸팅하는 것을 특징으로 한다.
또한 바람직하게는, 상기 배터리 셀을 진동시키는 단계는, 상기 배터리 셀을 가압하는 방향과 평행한 방향으로 상기 배터리 셀을 진동시키는 것을 특징으로 한다.
또한 바람직하게는, 상기 배터리 셀은, 파우치형 셀인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 전극 조립체가 수납되고 전해액이 주입된 배터리 셀을 가압하고 진동시킴으로써, 전해액이 보다 효과적으로 전극 조립체에 함침되도록 할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 함침 챔버를 이용하는 종래의 기술과 달리, 대규모적이고 복잡한 설비가 불필요하므로, 보다 간소한 구성에 의해 전해액 함침 장치를 구현할 수 있다는 장점이 있다.
이외에도 본 발명은 다른 다양한 효과를 가질 수 있으며, 이러한 본 발명의 다른 효과들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있고, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알 수 있다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술되는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은, 본 발명의 일 실시예에 따른 전해액 함침 장치와 배터리 셀을 나타낸 정면도이다.
도 2는, 도 1에 도시된 전해액 함침 장치를 이용하여 배터리 셀을 함침시키는 모습을 나타낸 정면도이다.
도 3은, 도 2의 사시도이다.
도 4는 본 발명에 따른 전해액 함침 장치에 사용되는 배터리 셀의 일 예를 나타낸 분해 사시도이다.
도 5는, 도 4에 도시된 배터리 셀의 결합 사시도이다.
도 6은, 본 발명의 다른 실시예에 따른 전해액 함침 장치와 배터리 셀을 나타낸 도면이다.
도 7 및 도 8은, 도 6의 전해액 함침 장치를 사용하여 배터리 셀을 가압하는 모습을 나타낸 도면이다.
도 9는, 상기 제1가압 블록 및/또는 제2가압 블록의 내부에 구비된 진동 모터의 일 예를 나타낸 분해 사시도이다.
도 10은, 도 9의 결합 사시도이다.
도 11은, 도 10의 A-A'에 대한 단면도이다.
도 12 내지 도 15는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전해액 함침 장치를 이용하여 전해액을 함침시키는 과정의 일 예를 나타낸 도면이다.
도 16은, 본 발명의 일 실시예에 따른 전해액 함침 방법을 나타낸 흐름도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
본 발명의 실시형태는 통상의 기술자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이므로 도면에서의 구성요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시될 수 있다. 따라서, 각 구성요소의 크기나 비율은 실제적인 크기나 비율을 전적으로 반영하는 것은 아니다.
도 1은, 본 발명의 일 실시예에 따른 전해액 함침 장치와 배터리 셀을 나타낸 정면도이고, 도 2는, 도 1에 도시된 전해액 함침 장치를 이용하여 배터리 셀을 함침시키는 모습을 나타낸 정면도이며, 도 3은, 도 2의 사시도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 전해액 함침 장치는, 가압 유닛(100) 및 진동 유닛(200)을 포함한다.
상기 가압 유닛(100)은, 배터리 셀(C)을 가압할 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 가압 유닛(100)은, 도 1에 표시된 화살표와 같이 배터리 셀(C)의 외부에서 내부 방향으로 배터리 셀(C)을 가압할 수 있다.
여기서, 배터리 셀(C)은, 충방전을 수행할 수 있는 단위 전지로서, 이러한 배터리 셀(C)은, 전극 조립체(10), 전해액(미도시) 및 전지 케이스(20)를 기본 구성으로 포함할 수 있다.
도 4는 본 발명에 따른 전해액 함침 장치에 사용되는 배터리 셀의 일 예를 나타낸 분해 사시도이고, 도 5는, 도 4에 도시된 배터리 셀의 결합 사시도이다.
도 4 및 도 5에 도시된 배터리 셀(C)은 파우치형 셀로서, 전극 조립체(10), 전해액(미도시) 및 파우치형 전지 케이스(20)를 포함하고, 상기 전극 조립체(10) 및 전해액은 전지 케이스(20)에 내부에 수납된다.
상기 전극 조립체(10)는, 양극탭(11)이 부착된 양극판, 음극탭(12)이 부착된 음극판 및 세퍼레이터를 구비하는 단위 셀로 이루어지거나, 이러한 단위 셀의 집합체로 이루어질 수 있다. 즉, 상기 전극 조립체(10)는, 양극판, 세퍼레이터 및 음극판을 하나 이상 구비할 수 있다. 또한, 이러한 전극 조립체(10)는, 단위 셀이 순차적으로 적층되거나, 적층 후 권취 또는 폴딩되는 등의 방법에 의해 집합체를 형성할 수 있다.
한편, 이러한 양극판과 음극판은 각각 전극 집전체에 활물질 슬러리가 도포된 구조로 형성될 수 있는데, 슬러리는 통상적으로 입상의 활물질, 보조도체, 바인더 및 가소제 등이 용매가 첨가된 상태에서 교반되어 형성될 수 있다.
상기 세퍼레이터는, 양극판과 음극판 사이에 배치되어 상기 양극판과 상기 음극판 사이를 절연시키고, 상기 양극판과 상기 음극판 사이에 활물질 이온이 교환될 수 있도록 한다. 상기 양극판 또는 음극판의 외측에 또 다른 세퍼레이터가 위치하여 전극 조립체(10)의 권취시 양극판과 음극판 사이에 절연 상태가 이루어지도록 할 수 있다.
상기 전해액은, 용매에 녹아 이온으로 해리하여 용액이나 용융상태로 전기를 통과시키는 물질로서, 전압이 가해지면 전하를 운반한다. 이러한 전해액이 상기 전극 조립체(10)에 충분하고 균일하게 함침될 경우, 이차 전지는 본래의 기능을 제대로 발휘할 수 있다. 만약, 전해액이 전극 조립체(10)에 불완전하게 함침되면, 이차 전지의 충방전 특성이 저하될 뿐만 아니라, 전극의 퇴화가 가속화되어 전지의 수명이 단축될 수 있다.
상기 전지 케이스(20)는, 상기 전극 조립체(10)가 수납되고, 전해액이 주입되는 공간을 제공할 수 있다. 이러한 전지 케이스(20)는 형태에 따라 각형 전지 케이스와 파우치형 전지 케이스로 분류될 수 있다. 특히, 도 4에 도시된 바와 같은 파우치형 전지 케이스(20)는, 오목한 형태의 내부 공간을 구비하며, 이러한 내부 공간에 상기 전극 조립체(10)와 전해액이 수납될 수 있다. 또한, 파우치형 전지 케이스는, 전극 조립체(10)의 수납을 용이하게 하기 위해, 상부 파우치(21)와 하부 파우치(22)로 구성될 수 있다. 이때, 파우치형 전지 케이스는, 도 4 및 도 5와 같이 상부 파우치(21) 및 하부 파우치(22) 모두에 전극 조립체(10)를 수납하기 위한 오목한 형태의 공간이 구비될 수도 있고, 상부 파우치(21) 및 하부 파우치(22) 중 어느 하나에만 오목한 형태의 공간이 구비될 수도 있다. 그리고, 상부 파우치(21)와 하부 파우치(22)는 도 4와 같이 상호 분리되어 있을 수도 있고, 한 변을 공유하여 서로 연결되어 있을 수도 있다.
또한, 이러한 상부 파우치와 하부 파우치는, 내부 수납 공간의 테두리에 실링부(S)를 구비하고, 이러한 실링부(S)가 서로 접착됨으로써, 내부 수납 공간이 밀봉될 수 있다.
바람직하게는, 이러한 전지 케이스(20)는, 가압 유닛(100)의 가압력이 직접적으로 작용할 수 있도록 하기 위해 파우치 형인 것이 좋다. 즉, 본 발명에 따른 전해액 함침 장치에 사용되는 배터리 셀(C)은 파우치 형 셀인 것이 좋다.
다시 도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 측면에 따른 전해액 함침 장치의 일 구성요소인 상기 가압 유닛(100)은, 제1가압 블록(110) 및 제2가압 블록(120)을 구비할 수 있다.
상기 제1가압 블록(110)은 배터리 셀(C)의 일면을 가압하고, 상기 제2가압 블록(120)은 배터리 셀(C)의 타면을 가압할 수 있다. 즉, 제1가압 블록(110)과 제2가압 블록(120)은 상호 대면하도록 배치되어, 서로 가까워지는 방향(도 1에 표시된 화살표 참조)으로 이동하여 배터리 셀(C)의 양면을 가압할 수 있다. 이때, 배터리 셀(C)은 상기 제1가압 블록(110)과 상기 제2가압 블록(120) 사이에 개재된 상태에서 제1가압 블록(110)과 제2가압 블록(120)에 의해 가압될 수 있다.
도 1 내지 도 3에서, 제1가압 블록(110)은, 도면의 좌측에 위치하여 배터리 셀(C)을 좌측에서 우측 방향으로 가압하고, 제2가압 블록(120)은 도면의 우측에 위치하여 배터리 셀(C)을 우측에서 좌측 방향으로 가압한다.
이때, 배터리 셀(C)이 파우치형 셀인 경우, 제1가압 블록(110)은, 파우치형 셀의 정면을 가압하고, 제2가압 블록(120)은 파우치형 셀의 후면을 가압하는 것이 좋다. 여기서, 정면과 후면은, 파우치형 셀에서 상대적으로 넓은 면적을 갖는 부분을 의미하는 것으로서 파우치형 셀의 측면과 구별되는 부분을 말한다.
또한, 여기서, 제1 및 제2, 일면 및 타면, 정면 및 후면은 각각 상대적인 의미로 사용된 용어로서, 절대적인 선후 관계나 위치 관계를 나타내는 의미로 사용되어서는 아니 된다.
바람직하게는, 제1가압 블록(110) 및 제2가압 블록(120)은 외부에서 내부 방향으로 배터리 셀(C)을 가압하되, 배터리 셀(C)이 지면에 수직하게 세워진 상태로 가압하는 것이 좋다. 즉, 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 파우치형 셀의 정면 또는 후면이 지면과 수직하고 세워지고, 제1가압 블록(110)과 제2가압 블록(120)이 지면과 수직하게 세워진 상태에서 제1가압 블록(110)과 제2가압 블록(120)이 파우치 셀의 양면을 가압하는 것이 좋다.
이러한 구성에 의할 경우, 배터리 셀(C)의 실링 공정이 완료된 후에 전해액 함침 공정이 수행될 수 있을 뿐만 아니라, 배터리 셀(C)의 상부가 밀봉되지 않은 상태에서도 전해액 함침 공정이 수행될 수도 있다. 따라서, 전해액의 주입과 동시에 전해액의 함침 공정이 수행될 수 있고, 이로 인해, 배터리 셀(C)을 제조하는데 걸리는 시간이 단축될 수 있다.
더욱 바람직하게는, 이러한 제1가압 블록(110) 및 제2가압 블록(120) 중 적어도 하나의 가압 블록은, 가압 블록의 상부 가압면과 하부 가압면이 교대로 배터리 셀(C)을 가압할 수 있다.
도 6은, 본 발명의 다른 실시예에 따른 전해액 함침 장치와 배터리 셀을 나타낸 도면이고, 도 7 및 도 8은, 도 6의 전해액 함침 장치를 사용하여 배터리 셀을 가압하는 모습을 나타낸 도면이다.
도 6 내지 도 8을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 전해액 함침 장치는, 각각 지면과 수직하게 세워진 제1가압 블록(110) 및 제2가압 블록(120)을 포함한다. 또한, 이러한 제1가압 블록(110) 및 제2가압 블록(120) 각각의 중심부에는 축(X1, X2)이 구비되어 있다. 제1가압 블록(110)과 제2가압 블록(120)은, 이러한 중심축(X1, X2)을 기준으로 소정 범위 회전 가능하도록 구성된다. 즉, 제1가압 블록(110)과 제2가압 블록(120)은, 중심에 구비된 축(X1, X2)을 기준으로 소정 각도 틸팅하여 가압 블록의 상부 가압면과 가압 블록의 하부 가압면이 교대로 배터리 셀(C)을 가압할 수 있다.
즉, 도 7에 도시된 바와 같이, 제1가압 블록(110)은, 반시계 방향으로 소정 각도 틸팅하여 제1가압 블록(110)의 하부 가압면이 배터리 셀(C) 하부의 일면을 가압하고, 제2가압 블록(120)은, 시계 방향으로 소정 각도 틸팅하여 제2가압 블록(120)의 하부 가압면이 배터리 셀(C) 하부의 타면을 가압할 수 있다. 이러한 경우, 배터리 셀(C)의 하부에 수평 방향의 압력이 작용하므로, 배터리 셀(C) 하부에 존재하는 전해액이 배터리 셀(C)의 중심부로 밀려남과 아울러 상부로 밀려날 수 있다(도 7의 배터리 셀에 표시된 화살표 참조).
또한, 도 8에 도시된 바와 같이, 제1가압 블록(110)은, 시계 방향으로 소정 각도 틸팅하여 제1가압 블록(110)의 상부 가압면이 배터리 셀(C) 상부의 일면을 가압하고, 제2가압 블록(120)은, 반시계 방향으로 소정 각도 틸팅하여 제2가압 블록(120)의 상부 가압면이 배터리 셀(C) 상부의 타면을 가압할 수 있다. 이러한 경우, 배터리 셀(C)의 상부에 수평 방향의 압력이 작용하므로, 배터리 셀(C) 상부에 존재하는 전해액이 배터리 셀(C)의 중심부로 밀려남과 동시에 하부로 밀려날 수 있다(도 8의 배터리 셀에 표시된 화살표 참조).
이와 같이, 제1가압 블록(110)과 제2가압 블록(120)이, 배터리 셀(C)의 상부와 하부를 교대로 가압하면, 배터리 셀(C) 내부에 존재에는 전해액이 좌우 방향으로 유동할 수 있을 뿐만 아니라, 상하 방향으로도 유동할 수 있으므로, 전해액이 전극 조립체(10)에 보다 효과적으로 함침될 수 있다. 다시 말해, 전해액이 배터리 셀(C)에 수납된 전극 조립체(10)의 내부 방향으로 압력을 받아 전극 조립체(10)에 자연스럽게 스며들도록 유도될 뿐만 아니라, 전극 조립체(10)의 내부로 함침된 전해액이 상하 방향으로도 유동하여 전극 조립체(10)에 골고루 균일하게 함침될 수 있다.
한편, 도 6 내지 도 8은, 제1가압 블록(110)과 제2가압 블록(120)의 각각의 중심부에 모두 축이 구비되고, 이러한 축을 중심으로 제1가압 블록(110)과 제2가압 블록(120)이 틸팅되는 실시예를 도시하고 있다. 다만, 이는 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명이 이러한 실시예에 한정되는 것은 아니다. 따라서, 제1가압 블록(110) 및 제2가압 블록(120) 중 어느 하나의 가압 블록의 중심부에 축이 구비되고, 이러한 축을 기준으로 가압 블록이 틸팅될 수도 있음은 물론이다.
상기 진동 유닛(200)은, 전해액이 주입된 배터리 셀(C)을 진동시킬 수 있다. 상기 진동 유닛(200)은 배터리 셀(C)을 진동시킬 수 있는 다양한 구성이 채용될 수 있다. 일 예로, 진동 모터가 본 발명의 진동 유닛(200)으로 채용될 수 있는데, 본 발명의 진동 유닛(200)이 특별히 이에 한정되는 것은 아니다.
바람직하게는, 상기 진동 유닛(200)은, 가압 유닛(100)을 이동시켜 배터리 셀(C)을 진동시킬 수 있다. 보다 구체적으로는, 상기 진동 유닛(200)은, 제1가압 블록(110) 및 제2가압 블록(120) 중 적어도 하나의 가압 블록을 진동시킬 수 있고, 이러한 가압 블록이 진동함으로써 가압 블록 사이에 개재된 배터리 셀(C)이 진동할 수 있다. 즉, 가압 블록이 진동함으로써, 가압 블록에 접촉된 배터리 셀(C)이 진동할 수 있다.
일 예로, 도 1 내지 도 3에 도시된 제1가압 블록(110) 및 제2가압 블록(120)의 내부에 진동 모터가 구비될 수 있고, 이러한 진동 모터가 진동함으로써, 제1가압 블록(110) 및 제2가압 블록(120)을 진동시킬 수 있다. 이와 같이 배터리 셀(C)이 진동하면, 배터리 셀(C) 내부의 전해액이 진동하게 되고, 전해액이 진동함으로써, 전해액은 전극 조립체 내부로 보다 효과적으로 함침될 수 있다.
더욱 바람직하게는, 상기 진동 유닛(200)은, 배터리 셀(C)을 가압하는 방향과 평행한 방향으로 배터리 셀(C)을 진동시킬 수 있다. 즉, 도 2 및 도 3에 표시된 화살표와 같이, 배터리 셀(C)의 가압 방향인 수평 방향과 평행한 방향으로 배터리 셀(C)을 진동시킬 수 있다. 이를 위해, 도 2 및 도 3에 도시된 제1가압 블록(110) 및 제2가압 블록(120)은, 가압 방향의 수평 방향으로 진동하도록 구성될 수 있다.
도 9는, 상기 제1가압 블록 및/또는 제2가압 블록의 내부에 구비된 진동 모터의 일 예를 나타낸 분해 사시도이고, 도 10은, 도 9의 결합 사시도이며, 도 11은, 도 10의 A-A'에 대한 단면도이다.
도 9 내지 도 11을 참조하면, 상기 제1가압 블록(110) 및/또는 제2가압 블록(120)의 내부에 구비된 진동 모터(200)는 영구 자석(210), 자력발생부재(220), 탄성체(230) 및 케이스(240)를 포함할 수 있다.
상기 영구 자석(210)은 N극과 S극을 구비하여 자기장을 발생시킨다.
상기 자력발생부재(220)는, 선택적으로 자기장을 발생시킬 수 있는 장치로서, 코일(221) 및 코일(221)에 전류를 공급하는 전류공급부(미도시)를 구비할 수 있다. 상기 전류공급부의 전류 공급 방향 및 상기 전류공급부로부터 공급되는 전류의 크기에 따라 코일(221)에서 발생하는 자기력선의 방향 및 크기가 달라질 수 있다.
즉, 상기 자력발생부재(220)는, 전류공급부에서 코일(221)로 공급하는 전류의 공급 방향을 조절하여 선택적으로 상기 영구 자석(210)을 끌어당기거나 밀어낼 수 있다. 상기 영구 자석(210)은 자력발생부재(220)로부터 발생하는 자기장에 의해 인력 또는 척력을 받게 되어 유동하게 된다. 도 11, 특히 도 11에 표시된 화살표를 참조하면, 상기 영구 자석(210)은 자력발생부재(220)로부터 인력을 받아 하방향으로 이동하고, 자력발생부재(220)로부터 척력을 받아 상방향으로 이동하여 영구 자석(210)이 상하 방향으로 유동하게 되어 진동을 생성한다.
상기 탄성체(230)는 영구 자석(210)의 움직임을 지지할 수 있다. 바람직하게는, 상기 탄성체(230)는 영구 자석(210)이 도 11을 기준으로 상하 방향으로만 움직이도록 영구 자석(210)과 케이스(240) 사이에 대칭되는 형태로 배치되는 것이 좋다.
또한 바람직하게는, 상기 영구 자석(210)은 진동력을 가중시키기 위한 진동가중체(미도시)를 더 구비할 수 있다. 이러한 진동가중체는 상기 영구 자석(210)의 진동을 가중시키기 위해 충분한 무게를 갖는 물체로 구성될 수 있다. 한편, 통상의 기술자는, 진동 모터(200)의 크기, 무게 등을 고려하여 호적 내지 최적의 진동가중체의 무게를 선택할 수 있다.
상술한 진동 모터(200)는 도 1 내지 도 3 및 도 6 내지 도 8의 제1가압 블록(110) 및/또는 제2가압 블록(120)에 구비되어 제1가압 블록(110) 및/또는 제2가압 블록(120)을 진동시킬 수 있다. 바람직하게는, 상기 진동 모터(200)는, 도 1 내지 도 3 및 도 6 내지 도 8에서 제1가압 블록(110) 및/또는 제2가압 블록(120)이 지면에 수평한 방향으로 진동(즉, 가압 블록의 가압 방향에 평행한 방향으로 진동)할 수 있도록 가압 블록에 배치되는 것이 좋다. 즉, 도 8에 도시된 진동 모터(200)는 시계 방향 또는 반시계 방향으로 90도 기울어진 상태로 도 1 내지 도 3 및 도 6 내지 도 8의 제1가압 블록(110) 및/또는 제2가압 블록(120)의 내부에 배치되어 가압 블록이 수평 방향으로 진동하도록 할 수 있다.
도 12 내지 도 15는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전해액 함침 장치를 이용하여 전해액을 함침시키는 과정의 일 예를 나타낸 도면이다.
도 12 내지 도 15를 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전해액 함침 장치는, 제1가압 블록(110) 및 제2가압 블록(120)을 포함하고 있고, 상기 제1가압 블록(110) 및 제2가압 블록(120)은 지면에 수직하게 세워진 상태이다. 그리고, 상기 제1가압 블록(110) 및 제2가압 블록(120) 각각의 중심에는 축이 구비되어 있고, 제1가압 블록(110)과 제2가압 블록(120)은 이러한 축을 기준으로 소정 범위 기울어질 수 있도록 구성된다. 또한, 배터리 셀(C)은 제1가압 블록(110) 및 제2가압 블록(120) 사이에 개재되어 있다.
도 12에서, 제1가압 블록(110)은 도면을 기준으로 좌에서 우로 이동하고, 제2가압 블록(120)은 도 12를 기준을 우에서 좌로 이동하여 배터리 셀(C)의 양면을 가압한다. 도 13에 도시된 바와 같이, 배터리 셀(C)이 제1가압 블록(110) 및 제2가압 블록(120)에 의해 충분히 가압되면, 제1가압 블록(110) 및 제2가압 블록(120)의 내부에 각각 구비된 진동 모터(미도시)가 수평 방향으로 진동한다.
다음으로, 도 14 및 도 15에 도시된 바와 같이, 제1가압 블록(110) 및 제2가압 블록(120)은, 각각의 중심에 구비된 축(X1, X2)을 중심으로 소정 범위 틸팅된다. 이때, 제1가압 블록(110) 및 제2가압 블록(120)의 상부 가압면이 서로 가까워지는 방향으로 소정 범위 틸팅된 다음, 제1가압 블록(110) 및 제2가압 블록(120)의 하부 가압면이 서로 가까워지는 방향으로 소정 범위 틸팅될 수 있다. 이러한 틸팅이 수회 반복되어, 제1가압 블록(110) 및 제2가압 블록(120) 사이에 개재된 배터리 셀(C)의 상면과 하면은 순차적으로 가압될 수 있다.
그 다음으로 다시 제1가압 블록(110) 및 제2가압 블록(120)의 내부에 각각 구비된 진동 모터(미도시)가 수평 방향으로 다시 진동할 수 있다. .
이와 같이, 진동과 틸팅이 반복되면서, 전해액 함침 장치에 장착된 배터리 셀(C) 내부의 전해액은 수평 방향과 상하 방향의 이동을 반복하게 된다. 전해액은 수평 방향으로 진동하여 점차적으로 전극 조립체 내부로 스며들게 될 뿐만 아니라 상하 방향으로도 유동하여 전극 조립체 내부에 골고루 함침될 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 배터리 셀 제조 장치는, 상술한 전해액 함침 장치를 포함할 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 배터리 셀 제조 장치는, 가압 유닛(100) 및 진동 유닛(200)을 포함할 수 있다.
그리고, 본 발명에 따른 배터리 셀 제조 장치는, 상술한 전해액 함침 장치 이외에도, 전해액을 주입하는 전해액 주입 장치, 배터리 셀(C)을 밀봉하는 실링 장치 등을 더 포함할 수 있다.
이하에서는, 도 16을 참조하여 본 발명에 따른 전해액 함침 방법에 대해 상세히 설명하도록 한다. 본 발명에 따른 전해액 함침 방법의 각 단계는 상술한 전해액 함침 장치의 각 구성요소에 의해 수행될 수도 있다.
도 16은, 본 발명의 일 실시예에 따른 전해액 함침 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 16을 참조하면, 본 발명에 따라 전극 조립체에 전해액을 함침시키기 위해서는, 먼저 배터리 셀(C)에 전극 조립체를 수납하고(S110), 배터리 셀(C)에 전해액을 주입한다(S120).
이때, 배터리 셀(C)에 전극 조립체를 수납(S110)한 다음, 전해액을 주입(S120)하는 것이 바람직하지만, 배터리 셀(C)에 전해액을 주입(S120)한 다음 전극 조립체를 수납(S110)할 수도 있으며, 전극 조립체와 전해액을 동시에 수납 및 주입해도 무방하다(S110, S120).
이어서, 가압 유닛(100)은, 전극 조립체가 수납되고, 전해액이 주입된 상태의 배터리 셀(C)을 가압한다(S130). 바람직하게는, 상기 S130 단계는, 배터리 셀(C)의 일면을 가압하는 제1가압 블록(110) 및 배터리 셀(C)의 타면을 가압하는 제2가압 블록(120)을 이용하여 배터리 셀(C)의 양면을 가압할 수 있다.
이때, 제1가압 블록(110) 및 제2가압 블록(120)은, 지면과 수직하게 세워진 상태로 제1가압 블록(110)과 제2가압 블록(120) 사이에 개재된 배터리 셀(C)의 양면을 가압할 수 있다. 그리고, 더욱 바람직하게는, 제1가압 블록(110) 및 제2가압 블록(120) 중 적어도 하나의 가압 블록은, 이러한 가압 블록의 상부 가압면과 하부 가압면이 교대로 배터리 셀(C)을 가압하는 것이 좋다. 이를 위해, 제1가압 블록(110) 및 제2가압 블록(120) 중 적어도 하나의 가압 블록의 중심에는 축이 구비될 수 있고, 제1가압 블록(110) 및 제2가압 블록(120) 중 적어도 하나의 가압 블록은 이와 같이 구비된 축을 기준으로 소정 각도 틸팅하여 가압 블록의 상부 가압면과 하부 가압면이 교대로 배터리 셀(C)을 가압할 수 있다.
다음으로, 진동 유닛(200)은 전극 조립체가 수납되고, 전해액이 주입된 배터리 셀(C)을 진동시킨다(S140).
바람직하게는, S140 단계는, 가압 유닛(100)에 구비된 제1가압 블록(110) 및 제2가압 블록(120) 중 적어도 하나의 가압 블록을 진동시켜 배터리 셀(C)을 진동시킬 수 있다.
또한 바람직하게는, 상기 S140 단계는, 가압 유닛(100)이 배터리 셀(C)을 가압하는 방향과 평행한 방향으로 배터리 셀(C)을 진동시키는 것이 좋다.
이상에서 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
이상의 본 발명에 대한 상세한 설명 또는 도면에서, 상, 하, 내, 외 등과 같은 용어의 사용은 하나의 요소를 다른 요소와 상대적으로 구분하기 위하여 사용되었으며, 설명의 효율성을 높이기 위한 도구적 개념일 뿐, 물리적인 위치, 선후 관계 등을 절대적인 기준에 의하여 구분하기 위하여 사용된 개념으로 해석되어서는 아니된다.
본 명세서의 개별적인 실시예에서 설명된 특징들은 단일 실시예에서 결합되어 구현될 수 있다. 반대로, 본 명세서에서 단일 실시예에서 설명된 다양한 특징들은 개별적으로 다양한 실시예에서 구현되거나, 적절한 부결합(subcombination)에서 구현될 수 있다.
100: 가압 유닛
110: 제1가압 블록 120: 제2가압 블록
200: 진동 유닛, 진동 모터
210: 영구 자석 220: 자력발생부재
230: 탄성체 240: 케이스
C: 배터리 셀

Claims (17)

  1. 전극 조립체가 수납되고, 전해액이 주입된 배터리 셀을 가압하는 가압 유닛; 및
    상기 전해액이 주입된 배터리 셀을 진동시키는 진동 유닛
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 전해액 함침 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 가압 유닛은, 상기 배터리 셀의 일면을 가압하는 제1가압 블록 및 상기 배터리 셀의 타면을 가압하는 제2가압 블록을 구비하는 것을 특징으로 하는 전해액 함침 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 진동 유닛은, 상기 제1가압 블록 및 상기 제2가압 블록 중 적어도 하나의 가압 블록을 진동시켜 상기 배터리 셀을 진동시키는 것을 특징으로 하는 전해액 함침 장치.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 제1가압 블록 및 상기 제2가압 블록은, 지면과 수직하게 세워진 상태로 상기 제1가압 블록 및 상기 제2가압 블록 사이에 개재된 상기 배터리 셀의 양면을 가압하는 것을 특징으로 하는 전해액 함침 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 제1가압 블록 및 상기 제2가압 블록 중 적어도 하나의 가압 블록은, 상기 가압 블록의 상부 가압면과 상기 가압 블록의 하부 가압면이 교대로 상기 배터리 셀을 가압하는 것을 특징으로 하는 전해액 함침 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 가압 블록은, 상기 가압 블록의 중심에 구비된 축을 기준으로 소정 각도 틸팅하는 것을 특징으로 하는 전해액 함침 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 진동 유닛은, 상기 배터리 셀을 가압하는 방향과 평행한 방향으로 상기 배터리 셀을 진동시키는 것을 특징으로 하는 전해액 함침 장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 배터리 셀은. 파우치형 셀인 것을 특징으로 하는 전해액 함침 장치.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 따른 전해액 함침 장치를 포함하는 배터리 셀 제조 장치.
  10. 배터리 셀에 전극 조립체를 수납하는 단계;
    상기 배터리 셀에 전해액을 주입하는 단계;
    상기 전극 조립체가 수납되고, 상기 전해액이 주입된 배터리 셀을 가압하는 단계; 및
    상기 전해액이 주입된 배터리 셀을 진동시키는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 전해액 함침 방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 배터리 셀을 가압하는 단계는, 상기 배터리 셀의 일면을 가압하는 제1가압 블록 및 상기 배터리 셀의 타면을 가압하는 제2가압 블록을 이용하여 상기 배터리 셀의 양면을 가압하는 것을 특징으로 하는 전해액 함침 방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 배터리 셀을 진동시키는 단계는, 상기 제1가압 블록 및 상기 제2가압 블록 중 적어도 하나의 가압 블록을 진동시켜 상기 배터리 셀을 진동시키는 것을 특징으로 하는 전해액 함침 방법.
  13. 제 11 항에 있어서,
    상기 제1가압 블록 및 상기 제2가압 블록은, 지면과 수직하게 세워진 상태로 상기 제1가압 블록 및 상기 제2가압 블록 사이에 개재된 상기 배터리 셀의 양면을 가압하는 것을 특징으로 하는 전해액 함침 방법.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 제1가압 블록 및 상기 제2가압 블록 중 적어도 하나의 가압 블록은, 상기 가압 블록의 상부 가압면과 상기 가압 블록의 하부 가압면이 교대로 상기 배터리 셀을 가압하는 것을 특징으로 하는 전해액 함침 방법.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 가압 블록은, 상기 가압 블록의 중심에 구비된 축을 기준으로 소정 각도 틸팅하는 것을 특징으로 하는 전해액 함침 방법.
  16. 제 10 항에 있어서,
    상기 배터리 셀을 진동시키는 단계는, 상기 배터리 셀을 가압하는 방향과 평행한 방향으로 상기 배터리 셀을 진동시키는 것을 특징으로 하는 전해액 함침 방법.
  17. 제 10 항에 있어서,
    상기 배터리 셀은, 파우치형 셀인 것을 특징으로 하는 전해액 함침 방법.
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