KR20180010393A - 각형 전지의 전해액 주입장치 및 이를 이용한 전해액 주입 방법 - Google Patents

각형 전지의 전해액 주입장치 및 이를 이용한 전해액 주입 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전해액 주입구가 형성되어 있는 각형 전지케이스의 내부로 전해액을 주입하는 장치로서, 전해액의 주액시 전해액 주입구에 연결되는 주액 튜브(Tube); 상기 주액 튜브의 내부에서 전해액을 전해액 주입구로 이동시킨 후 전해액 주입구를 밀봉하는 밀봉 부재; 및 주액 및 밀봉을 위해 상기 밀봉 부재를 전해액 주입구 쪽으로 가압하는 가압부; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 각형 전지의 전해액 주입 장치를 제공한다.

Description

각형 전지의 전해액 주입장치 및 이를 이용한 전해액 주입 방법{Electrolyte Injection Apparatus for Prismatic Battery and Electrolyte Injection Method Using The Same}
본 발명은 각형 전지의 전해액 주입장치 및 이를 이용한 전해액 주입 방법에 관한 것이다.
충방전이 가능한 이차전지는, 화석 연료를 사용하는 기존의 가솔린 차량, 디젤 차량 등의 대기오염 등을 해결하기 위한 방안으로 제시되고 있는 전기자동차(EV), 하이브리드 전기자동차(HEV), 플러그-인 하이브리드 전기자동차(Plug-In HEV) 등을 포함하여 고출력 대용량이 요구되는 디바이스의 동력원으로서 주목 받고 있다.
이차전지는 외부 및 내부의 구조적 특징에 따라 대략 원통형 전지, 각형 전지 및 파우치형 전지로 분류되며, 최근에는, 모바일 기기의 소형화에 따라 길이 대비 작은 폭을 가진 각형 전지와 파우치형 전지가 특히 주목을 받고 있다.
이러한 이차전지는 양극 집전체 및 음극 집전체에 각각 활물질을 도포하여 제조한 양극 및 음극 사이에 분리막이 개재된 전극조립체를 전지케이스 내에 수납하고 전해액을 주입한 후 밀봉하여 제조되고 있다.
이 때, 전지케이스 내부로 주입되는 전해액은 이온의 이동 경로를 제공하여 전지 반응이 원활하게 이뤄질 수 있도록 하는 역할을 하는데, 충방전이 반복됨에 따라 전해액 고갈 또는 그 분포의 변화 등으로 인해 전지의 수명 특성이 열화되는 등의 이유로 그 역할이 매우 중요하다.
따라서, 이러한 전해액의 주입은 전지의 수명 및 특성을 결정하는 데 매우 중요한 요소이므로, 최적의 양으로 주입하여야 하며, 이러한 최적의 양을 공정상의 오차 없이 주입하는 것이 필요하다.
그 중에서, 각형 이차전지의 전해액 주입 방법과 관련하여, 일반적으로 많이 사용되는 방법은 상압 주입법, 원심 주입법, 진공 주입법이 있으며, 최근에는 진공 주입법이 가장 많이 사용되고 있다.
상기 진공 주입법은 전해액 주입구에 주입 노즐을 부착하고, 전해액 주입 장치의 배기수단을 통해 캔 내부를 진공으로 만든 후 소정량의 전해액을 공급하면, 캔 내부의 기압과 대기압의 압력차에 의해 전해액을 캔 내부로 주입하는 방법이다.
도 1은 종래의 진공 주입법으로 각형 전지케이스 내부에 전해액을 주입하는 과정을 간략하게 도시한 모식도이다.
도 1을 참조하면, 상기와 같은 구조를 갖는 전해액 주입장치를 이용하여 전해액을 주입하는 방법은 1차 및 2차 주액 과정으로 이루어져 있으며, 이에 대해 설명하면 다음과 같다.
먼저, 1차 주액 과정은 주입 노즐(22)을 각형 전지케이스(10)의 캡 부재(11)에 형성되어 있는 전해액 주입구(12)에 연결하고, 공급 밸브(26)를 개방하여 저장조(24)로부터 공급수단(25)을 통해 주입포트(21)로 전해액을 공급한다. 이때, 주입포트(21)에 공급된 전해액은 자중에 의해 주입 노즐(22)을 통과하여, 각형 전지케이스(10) 내부로 공급된다.
이와 같이, 소정의 양만큼 공급이 완료되고 나면, 공급 밸브(26)가 닫히면서 공급이 중단되고, 전해액은 각형 전지케이스(10)의 내부 및 주입 포트(21)의 소정 부위까지 차 있게 된다.
다시 2차 주액 과정을 거치게 되는데, 1차 주액 과정에서, 전지케이스(10) 내부에 공급되어 있는 전해액은 전극조립체(14)의 극판들 사이 및 기타 여러 공간들 사이에 끼여 있는 공기 기포들로 인해 충분히 스며들지 못한 상태인 바, 2차 주액 과정은 주입 포트(21) 내에 남아 있는 전해액을 다시 전지케이스 내부로 주입시키는 과정이다.
이 때, 주입 포트와 전지케이스 내부를 감압시키는 진공 수단(29)을 통해 수행하는 진공 과정과 전해액 포트(24) 및 전지케이스(10) 내부를 가압시키는 가압 수단(28)을 통해 가압 과정을 수행함으로써, 주입 포트(21) 내에 남아 있는 전해액을 전지케이스(10) 내부로 주입시킨다.
상기와 같이, 전해액 주입 과정이 완료되면, 밀봉 부재로 전해액 주입구를 밀봉시키는 별도의 과정을 거치게 되는데, 이 때, 전해액 주입구에 밀봉 부재를 압입하는 과정에서 전지케이스 내부의 전해액이 넘치는 현상이 빈번하게 발생되며, 이에 따라, 전지셀의 표면이 전해액에 의해 오염되는 문제가 발생하게 된다.
또한, 전지케이스 내부, 주입 포트 및 전해액 포트 사이의 압력 차이로 전해액을 주입시키는 방법인 바, 전해액 주입 과정에 너무 장시간이 소요되며, 정확한 양의 전해액 주입이 사실상 어려운 문제점이 있다.
따라서, 전해액 주입 및 전해액 주입구의 밀봉을 동시에 수행하면서, 전술한 문제점과 관련하여, 밀봉 과정에서 전지셀의 표면이 전해액에 의해 오염되는 현상을 방지하고, 전해액 주입 과정에 소요되는 시간을 단축시키며, 정확한 양의 전해액을 주입시킬 수 있는 기술에 대한 필요성이 높은 실정이다.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.
본 출원의 발명자들은 심도 있는 연구와 다양한 실험을 거듭한 끝에, 이후 설명하는 바와 같이, 전해액 주입 장치를 특정한 구조로 형성하는 경우, 전해액 주입 및 전해액 주입구의 밀봉이 동시에 가능하고, 밀봉 과정에서 전지셀의 표면이 전해액에 의해 오염되는 현상을 미연에 방지할 수 있음을 확인하였다.
또한, 전해액 주입 과정에 소요되는 시간을 단축시킴과 동시에, 정확한 양의 전해액을 주입시킬 수 있는 바, 궁극적으로 제조되는 전지셀들 간의 편차 및 불량률이 감소됨을 확인하고, 본 발명을 완성하기에 이르렀다.
따라서, 본 발명은, 전해액 주입구가 형성되어 있는 각형 전지케이스의 내부로 전해액을 주입하는 장치로서,
전해액의 주액시 전해액 주입구에 연결되는 주액 튜브(Tube);
상기 주액 튜브의 내부에서 전해액을 전해액 주입구로 이동시킨 후 전해액 주입구를 밀봉하는 밀봉 부재; 및
주액 및 밀봉을 위해 상기 밀봉 부재를 전해액 주입구 쪽으로 가압하는 가압부;
를 포함하는 것을 특징으로 한다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 각형 전지케이스는, 전극조립체가 수납되어 있고, 상부에 형성되어 있는 개구부로 소정의 단자부 등을 구비한 캡 부재가 용접되어 밀봉될 수 있으며, 상기 캡 부재에는 각형 전지케이스의 내부로 전해액을 주입할 수 있도록 전해액 주입구가 형성되어 있는 구조일 수 있다.
이와 관련하여, 상기 밀봉 부재의 직경은 전해액 주입구의 직경보다 더 크게 형성될 수 있으며, 상기 밀봉 부재는 전해액 주입구로 압입되어 전해액 주입구와의 전단 응력에 의해 상호 밀착되어 밀봉 상태를 형성할 수 있다.
이 때, 상기 밀봉 부재는 금속 볼의 형상이고, 상기 전해액 주입구는 평면상으로 원의 형상으로 형성될 수 있다. 한편, 전해액 주입구의 직경보다 다소 큰 직경을 갖는 밀봉 부재는 가압에 의한 소성 변형이 용이하도록 알루미늄 등의 재질로 형성될 수 있다.
상기 밀봉 부재의 형상 및 재질은 제작자의 선택에 따라 자유롭게 변경 가능하며, 전지케이스를 긴밀하게 밀봉하여 외부와 차단할 수만 있다면, 어떠한 형상이나 재질이라도 모두 가능함은 물론이다.
경우에 따라서는, 상기 밀봉 부재를 전해액 주입구에 위치시킨 상태에서 그것의 상단으로부터 가압하여 소성 변형시켜 주입구를 밀봉한 뒤, 소성 변형된 밀봉부재의 주변을 레이저 용접하거나 또는 그 위에 금속 박판을 덧댄 상태에서 레이저 용접함으로써 전해액 주입구를 좀 더 긴밀하게 밀봉할 수 있다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 밀봉 부재를 전해액 주입구 쪽으로 가압하는 가압부는, 피스톤 형상으로 형성되어 밀봉 부재가 주액 튜브 내주면에 긴밀하게 밀착된 상태로 이동할 수 있도록 형성될 수 있으며, 상기 가압부의 이동을 제어하는 제어 장치와 연결되어 형성될 수 있다.
상기 가압부는 밀봉 부재를 직접 접촉하여 가압하는 가압 부재 및 상기 가압 부재를 작동시키는 가압 수단을 포함하며, 상기 가압 수단은 리니어 모터 또는 유압 실린더로 이루어질 수 있으며, 밀봉 부재를 가압시킬 수 있는 수단이라면 기타 당업계에 공지된 동력 장치로 가능함은 물론이다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 전해액 주입 장치는 전해액이 저장되어 있는 전해액 저장부를 더 포함할 수 있다. 이러한 구조에서, 주액 튜브는, 밀봉 부재가 일측 단부로부터 삽입되도록 형성되어 있고 타측 단부가 전해액 주입구에 연결되는 제 1 관, 및 일측 단부가 전해액 저장부에 연결되어 있고 타측 단부가 제 1 관에 연결되어 있는 제 2 관을 포함할 수 있다. 상기 제 1 관으로 삽입된 밀봉 부재는 가압부에 의해 가압되어, 상기 제 2 관으로부터 유입된 전해액을 각형 전지케이스의 내부로 주입시킨 후, 전해액 주입구를 밀봉시킨다.
상기 구조에서, 상기 제 2 관은 전해액 주입구와 연결되어 있는 제 1 관의 중간부에 가지(Branch) 형상으로 연결되도록 형성될 수 있으며, 상기 제 2 관의 직경은 제 1 관의 직경보다 상대적으로 작게 형성될 수 있다.
이에 따라, 상기 제 1 관의 일측 단부로부터 삽입되는 밀봉 부재가 상기 제 2 관과 연결되는 부위에 영향을 받지 않고, 제 1 관의 내주면을 따라 전해액 주입구를 향해 원활하게 이동할 수 있다.
또한, 제 2 관에는 전해액 저장부로부터 공급되는 전해액을 조절하는 전해액 조절 밸브가 추가적으로 장착될 수 있으며, 상기 가압부가 밀봉 부재를 가압할 때, 전해액 조절 밸브는 폐쇄되도록 형성될 수 있다.
이에 따라, 가압부가 밀봉 부재를 가압할 때, 압력이 오로지 전해액으로만 집중되도록 형성될 수 있으며, 상기 제 2 관의 내부로 압력이 분산되는 것을 방지할 수 있다.
한편, 상기 밀봉 부재의 직경 및 제 1 관의 직경과의 관계에 대해 설명하면, 밀봉 부재의 직경은, 밀봉 부재가 제 1 관의 내주면에 긴밀하게 밀착된 상태로 형성되어 밀봉 부재와 제 1 관 사이에 틈이 없도록 형성되며, 긴밀하게 밀착된 상태로 제 1 관 내주면을 따라 이동 가능하도록 형성될 수 있다.
구체적으로, 밀봉 부재의 외면과 제 1 관의 내주면 사이에 틈이 없도록 형성되어 있는 바, 밀봉 부재가 제 1 관 내부에서 전해액 주입구를 향해 이동할 때, 전해액 주입구 및 밀봉 부재의 하단부 사이에 저장되어 있는 전해액은 밀봉 부재의 이동 방향의 반대 방향으로 유동하지 않고, 전부 전지케이스 내부로 주입될 수 있다.
한편, 상기 제 1 관은 밀봉 부재의 하단부 및 저장되어 있는 전해액 사이에 차있는 에어를 배출할 수 있는 에어 제거부가 추가로 연결될 수 있으며, 상기 에어 제거부는 당업계에 공지된 진공 펌프와 연결된 형태로 형성될 수 있다.
이에 따라, 밀봉 부재가 전해액 주입구를 향해 이동함으로써, 전해액을 전지케이스 내부로 주입하더라도 전해액 이외의 에어가 전지케이스 내부로 유입되어 전해액 주입 및 전지케이스 밀봉 과정에서 전지케이스가 부풀어 오르는 현상을 방지할 수 있다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 전해액 주액 장치는 각형 전지케이스의 측면을 가압하는 하나 이상의 가압 지그를 더 포함할 수 있으며, 전해액이 각형 전지케이스의 내부로 주입될 때, 상기 가압 지그에 의해 각형 전지케이스의 형상을 일정하게 유지시킬 수 있다.
상기 구조에서, 상기 가압 지그는 각형 전지케이스의 형상에 대응되도록 형성되어 있는 한 쌍의 가압 플레이트를 포함하며, 밀봉 부재가 전해액을 전지케이스 내부로 주입시키면서 전지케이스를 밀봉할 때, 각형 전지케이스의 앞면 및 뒤면에서 소정 크기의 압력으로 상기 각형 전지케이스의 앞면 및 뒷면을 지지할 수 있다.
경우에 따라서는, 상기 전해액 주입구로 상기 주액 튜브가 외부와 기밀이 유지되도록 연결될 수 있도록, 오링(O-ring)이 주액 튜브의 단부에 결합되어 있을 수 있다. 상기 주액 튜브 및 전해액 주입구의 기밀 유지의 방법은 기타 공지의 방법으로 수행될 수 있음을 명시하는 바이다.
본 발명은 또한, 상기 각형 전지의 전해액 주입 장치에 의해 제조된 전지셀을 제공하며, 상기 전지셀을 포함하는 전지팩을 제공하고, 상기 전지팩을 포함하는 디바이스를 제공한다.
상기 디바이스는 휴대폰, 휴대용 컴퓨터, 스마트폰, 태플릿 PC, 스마트 패드, 넷북, LEV(Light Electronic Vehicle), 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 플러그-인 하이브리드 전기자동차, 및 전력저장장치로 이루어진 군에서 선택되는 디바이스로 구성될 수 있다.
이러한 전지셀, 전지팩 및 디바이스는 당업계에 공지되어 있으므로, 그에 대한 자세한 설명은 본 명세서에서 생략한다.
또한, 본 발명은 전술한 전해액 주입 장치를 이용하여 각형 전지케이스에 전해액을 주입하는 방법으로서,
(a) 전해액 저장부에 연결되어 있는 주액 튜브를 전해액 주입구에 연결시키는 과정;
(b) 상기 전해액 저장부로부터 주액 튜브로 정량의 전해액을 공급하는 과정;
(c) 상기 전해액 주입구를 밀봉하는 밀봉 부재를 주액 튜브 내에 삽입하는 과정; 및
(d) 상기 밀봉 부재를 가압하여 전해액 주입구를 밀봉하면서 주액 튜브 내부에 있는 전해액을 전해액 주입구로 주입시키는 과정;
을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 과정(b)와 관련하여, 상기 전해액 저장부는 전해액 공급 펌프와 연결될 수 있으며, 상기 전해액 공급 펌프를 통해 전해액 저장부에 저장되어 있는 전해액을 주액 튜브로 공급하도록 형성될 수 있으며, 상기와 같은 방식이 아니더라도 주액 튜브로 전해액을 공급시킬 수만 있다면 어떠한 방식이라도 적용 가능함은 물론이다.
상기 주액 튜브는, 상기 밀봉 부재가 일측 단부로부터 삽입되도록 형성되어 있고 타측 단부가 전해액 주입구에 연결되는 제 1 관, 및 일측 단부가 전해액 저장부에 연결되어 있고 타측 단부는 제 1 관에 연결되어 있으며 상기 제 1 관으로 공급되는 전해액을 조절하는 전해액 조절 밸브가 구비되어 있는 제 2 관을 포함하는 구조일 수 있다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 과정(c) 이전에, 상기 전해액 조절 밸브를 폐쇄시키는 과정을 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 과정(a) 이전에, 각형 전지케이스의 내부를 진공으로 감압시키는 과정을 더 포함할 수 있다.
경우에 따라서는, 전술한 바와 같이, 밀봉 부재의 하단부와 전해액 주입구 사이에 차있는 에어를 제거하기 위해, 에어 제거부가 제 1 관에 연결되어 있는 구조일 있다. 이 경우, 상기 과정(c)가 수행되고, 과정(d)가 수행되기 전에 상기 에어 제거부를 통해 제 1 관의 에어를 제거하는 과정을 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명인 각형 전지의 전해액 주입 방법은, 전술한 가압 지그의 가압 플레이트에 의해 전지케이스가 지지되어 있는 상태로 수행될 수 있다.
이 경우, 상기 가압 지그의 가압 플레이트로 전지케이스를 지지하는 과정은 각형 전지케이스 내부로 전해액을 주입하기 전이라면, 어느 과정에서라도 수행이 가능하며, 가압 플레이트에 의해 전지케이스를 지지 및 고정하는 방법은 당업계에 공지되어 있으므로, 그에 대한 자세한 설명은 본 명세서에서 생략한다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 각형 전지의 전해액 주입 장치는, 주액 튜브에 밀봉 부재를 삽입한 후, 삽입된 밀봉 부재를 가압부를 통해 가압함으로써, 전해액 주입과 동시에 전지케이스의 전해액 주입구를 밀봉하여 종래에 별도로 진행되었던 전해액 주입 과정과 전지케이스 밀봉 과정을 동시에 진행하여 공정을 간소화시키는 효과를 발휘한다.
또한, 밀봉 부재를 통해 전해액을 강제로 전지케이스 내부로 주입시키는 바, 전해액 주입 과정에 소요되는 시간을 단축시킴과 동시에, 정확한 양의 전해액을 전지케이스 내부로 주입함으로써, 전지셀들의 불량률을 감소시키는 효과를 발휘한다.
도 1은 종래의 진공 주입법으로 각형 전지케이스 내부에 전해액을 주입하는 과정을 간략하게 도시한 모식도이다;
도 2는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 각형 전지의 전해액 주입 장치의 전해액 주입 전 상태를 도시한 모식도이다;
도 3은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 각형 전지의 전해액 주입 장치의 전해액을 주입하고 있는 상태를 도시한 모식도이다;
도 4는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 각형 전지의 전해액 주입 장치에 사용되는 각형 전지의 캡 부재의 평면도이다;
도 5는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 각형 전지의 전해액 주입 장치에 사용되는 각형 전지의 캡 부재의 직선 A-A에 따른 단면도이다;
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 각형 전지의 전해액 주입 장치의 전해액 주입 전 상태를 도시한 모식도이다;
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 각형 전지의 전해액 주입 장치의 전해액 주입 상태를 도시한 모식도이다;
도 8는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 각형 전지의 전해액 주입 장치의 가압 부재를 도시한 사시도이다.
도 9는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 각형 전지의 전해액 주입장치를 이용하여 각형 전지케이스에 전해액을 주입하는 방법의 순서도이다;
이하에서는, 본 발명의 실시예에 따른 도면들을 참조하여 본 발명을 더욱 상술하지만, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.
도 2는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 각형 전지의 전해액 주입 장치의 전해액 주입 전 상태를 도시한 모식도이며, 도 3은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 각형 전지의 전해액 주입 장치의 전해액을 주입하고 있는 상태를 도시한 모식도이다.
도 2 및 도 3을 함께 참조하면, 각형 전지의 전해액 주입 장치(100)는 주액 튜브(140), 밀봉 부재(160) 및 가압부(150)로 이루어져 있다.
먼저, 주액 튜브(140)는 전해액의 주입시 전해액 주입구와 긴밀하게 밀착하여 연결되며, 전지케이스(120) 내부로 주입되는 전해액의 이동 통로를 제공한다.
이러한 주액 튜브(140)는 주액 튜브(140) 내에서 밀봉 부재(160)의 이동이 원활하도록 일자 형으로 형성되어 있지만, 그러한 구조로 한정되지 않음은 물론이다.
밀봉 부재(160)는 주액 튜브(140)의 내부에서 이동 가능하도록 위치되어 있으며, 주액 튜브(140) 내부에 차 있는 소정의 전해액(130)을 전해액 주입구로 이동시킨 후, 전해액 주입구를 밀봉하면서 소정의 전해액(130)을 전지케이스(120) 내부로 주입시킨다.
가압부(150)는 전해액(130)의 주액 및 전해액 주입구의 밀봉을 위해, 밀봉 부재(160)를 전해액 주입구 쪽으로 가압하는 가압 수단(155)을 포함하며, 이러한 가압 수단(155)은 금속 봉 형상의 연결 부재(153)를 통해 밀봉 부재(160)와 직접 접촉하여 가압하는 가압 부재(151)와 연결되어 있으며, 연결 부재(153)는 가압 부재(151)에 압력을 전달하는 역할을 한다.
또한, 가압 부재(151)는 주액 튜브(140) 내에 긴밀하게 밀착되어 있는 밀봉 부재(160)를 가압하기 위해 소정의 강성을 갖는 소재로 형성되어 있다.
한편, 밀봉 부재(160)의 직경은 주액 튜브(140)의 내주면의 직경과 동일하도록 형성되어 있어서, 밀봉 부재(160)의 외면 및 주액 튜브(140)의 내주면은 긴밀하게 밀착되어 전해액(130)이 밀봉 부재(160)의 이동 방향의 반대 방향으로 유동할 수 없도록 한다.
이러한 밀봉 부재가 이동한 거리만큼 주액 튜브 내에 있는 전해액의 높이는 하강되도록 형성되어 있으며, 전지케이스 내부로 주입되는 전해액(130)의 부피는 (주액 튜브의 단면적) × (하강된 전해액의 높이)로 계산될 수 있다.
도 4는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 각형 전지의 전해액 주입 장치에 사용되는 각형 전지의 캡 부재의 평면도이며, 도 5는 도 4에서 캡 부재의 직선 A-A에 따른 단면도이다.
도 2 내지 도 5를 함께 참조하여, 밀봉 부재(160)에 의해 전해액 주입구(115)가 밀봉되는 것을 설명하면, 각형 전지케이스(120)의 상부면은 개방된 상태로 형성되어 있으며, 상기 개방된 면인 상부면에는 캡 부재(110)가 용접에 의해 결합되어 있다.
캡 부재(110)는 그것의 중앙에 전극조립체의 전극(예를 들어 음극) 탭에 연결되어 있는 전극단자(113)가 돌출되어 있고, 측면에 전해액을 주입하기 위한 전해액 주입구(115)가 형성되어 있다.
또한, 돌출된 전극단자(113)와 캡 부재(110) 사이에는, 전극조립체의 다른 전극(예를 들어 양극)과 연결되어 그 자체로서 전극단자의 역할을 하는 캡 부재(101)와의 전기적 절연을 위한 절연부재(111)가 개재되어 있다.
여기서, 전해액의 주입이 이루어진 전해액 주입구(115)는, 수직 단면상으로 사각형의 형태이며, 그것보다 다소 큰 구경을 가진 알루미늄 등의 밀봉부재(160)에 의해 밀봉된다.
이와 관련하여, 밀봉 부재(160)는 전해액 주입구(115)를 밀봉할 때, 가압부(150)에 의한 압입에 의해 전해액 주입구(115)와 밀봉 부재(160) 상호간의 전단 응력 내지 마찰력이 발생됨으로써, 상호 밀착되어 밀봉 상태가 형성된다.
이와 같이, 밀봉 부재(160)는 압입에 의해 전해액 주입구(115) 형상으로 변형되면서 전해액 주입구(115)를 밀봉시키는 바, 밀봉 부재(160)는 소정의 강성을 가지면서 압입에 의한 소성 변형이 가능한 금속 소재로 형성되어 있다.
구체적으로, 밀봉부재(160)를 전해액 주입구(115) 상에 위치시킨 상태에서 그것의 상단으로부터 가압하여 소성 변형시켜 전해액 주입구(115)를 밀봉한 뒤, 소성 변형된 밀봉부재(160)의 주변을 레이저 용접하거나 또는 그 위에 금속 박판을 덧댄 상태에서 레이저 용접함으로써 전해액 주입구(115)를 밀봉한다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 각형 전지의 전해액 주입 장치의 전해액 주입 전 상태를 도시한 모식도이며, 도 7은 전해액 주입 상태를 도시한 모식도이다.
도 6 및 도 7에 도시된 각형 전지의 전해액 주입 장치는, 전해액이 저장되어 있는 전해액 저장부를 더 포함하고, 상기 전해액 저장부에는 전해액이 저장되어 있으며, 전해액을 주액 튜브(240, 245)로 공급할 수 있는 공급 펌프(280)가 형성되어 있다.
상기 주액 튜브는 제 1 관(240) 및 제 2 관(245)으로 이루어져 있으며, 제 1 관(240)은 밀봉 부재(260)가 일측 단부로부터 삽입되도록 형성되어 있고, 타측 단부는 전해액 주입구와 연결되어 있다.
제 2 관(245)은 일측 단부가 전해액 저장부에 연결되어 있으며, 타측 단부가 제 1 관(240)의 측면에 연결되어 있고, 제 2 관(245)에는 전해액 저장부로부터 제 1 관(240)으로 공급되는 전해액의 양을 조절하기 위한 전해액 조절 밸브(242)가 형성되어 있다.
제 1 관(240)의 중간부에는 전해액(230) 및 밀봉 부재(260)의 하단부 사이에 위치하는 에어를 제거하기 위해 에어 제거부가 연결되어 있으며, 상기 에어 제거부는 진공 펌프(290) 및 에어 제거용 밸브(292)를 포함하고 있다.
도 8는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 각형 전지의 전해액 주입 장치의 가압 부재를 도시한 사시도이다.
도 8을 도 6 및 도 7과 함께 참조하면, 가압 부재(251)는, 밀봉 부재(260)에 직접 접촉하여 소정의 압력을 가하는 강성부(251b), 및 주액 튜브의 제 1 관(240)의 내주면에 긴밀하게 밀착되는 탄성부(251a)로 이루어져 있다.
강성부(251b)는 탄성부(251a)로 둘러싸여 있는 형태이며, 가압 부재(251)의 전체 직경(강성부 및 탄성부가 포함된 직경)은 주액 튜브의 제 1 관(240)의 내주면의 직경보다 약간 더 크게 형성되어 있어서, 가압 부재(251)를 제 1 관(240)에 좀 더 긴밀하게 밀착시킬 수 있으며, 이에 따라, 전해액의 주액 및 밀봉 과정에서 외부 공기와의 차단을 방지할 수 있다.
도 9는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 각형 전지의 전해액 주입장치를 이용하여 각형 전지케이스에 전해액을 주입하는 방법의 순서도이다.
도 9를 참조하면, 전술한 전해액 주입 장치를 이용하여 각형 전지케이스에 전해액을 주입하는 방법은 전해액 저장부에 연결되어 있는 주액 튜브를 전해액 주입구에 연결시키는 과정(S10), 상기 전해액 저장부로부터 주액 튜브로 정량의 전해액을 공급하는 과정(S20), 상기 전해액 주입구를 밀봉하는 밀봉 부재를 주액 튜브 내에 삽입하는 과정(S30), 및 상기 밀봉 부재를 가압하여 전해액 주입구를 밀봉하면서 주액 튜브 내부에 있는 전해액을 전해액 주입구로 주입시키는 과정(S40)을 포함한다.
상기 주액 튜브는, 도 6 및 도 7에 도시되어 있는 바와 같이, 제 1 관(240) 및 제 2 관(245)으로 이루어져 있으며, 상기 전해액 주입구를 밀봉하는 밀봉 부재를 주액 튜브 내에 삽입하는 과정(S30) 이전에, 제 2 관(245)에 형성되어 있는 전해액 조절 밸브(242)를 폐쇄시키는 과정을 더 포함할 수 있다.
한편, 전해액 저장부에 연결되어 있는 주액 튜브를 전해액 주입구에 연결시키는 과정(S10) 이전에, 각형 전지케이스(220)의 내부를 진공으로 감압시키는 과정을 더 포함함으로써, 전해액 주액 과정을 수행할 때, 전지케이스가 부풀어오르는 현상을 방지함과 동시에, 전해액의 주액을 좀 더 원활하게 수행할 수 있다.
본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주내에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다.

Claims (13)

  1. 전해액 주입구가 형성되어 있는 각형 전지케이스의 내부로 전해액을 주입하는 장치로서,
    전해액의 주액시 전해액 주입구에 연결되는 주액 튜브(Tube);
    상기 주액 튜브의 내부에서 전해액을 전해액 주입구로 이동시킨 후 전해액 주입구를 밀봉하는 밀봉 부재; 및
    주액 및 밀봉을 위해 상기 밀봉 부재를 전해액 주입구 쪽으로 가압하는 가압부;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 각형 전지의 전해액 주입 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 전해액 주입 장치는 전해액이 저장되어 있는 전해액 저장부를 더 포함하며;
    상기 주액 튜브는,
    밀봉 부재가 일측 단부로부터 삽입되도록 형성되어 있고, 타측 단부가 전해액 주입구에 연결되는 제 1 관, 및
    일측 단부가 전해액 저장부에 연결되어 있고, 타측 단부가 제 1 관에 연결되어 있는 제 2 관,
    을 포함하고;
    상기 제 1 관으로 삽입된 밀봉 부재는 가압부에 의해 가압되어, 상기 제 2 관으로부터 유입된 전해액을 각형 전지케이스의 내부로 주입시킨 후, 전해액 주입구를 밀봉시키는 것을 특징으로 하는 각형 전지의 전해액 주입 장치.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 제 2 관의 직경은 제 1 관의 직경보다 상대적으로 작게 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 각형 전지의 전해액 주입 장치.
  4. 제 2 항에 있어서, 상기 제 2 관에는 전해액 저장부로부터 공급되는 전해액을 조절하는 전해액 조절 밸브가 추가적으로 장착되어 있으며, 상기 가압부가 밀봉 부재를 가압할 때, 전해액 조절 밸브는 폐쇄되는 것을 특징으로 하는 각형 전지의 전해액 주입 장치.
  5. 제 2 항에 있어서, 상기 밀봉 부재의 직경은 전해액 주입구의 직경보다 더 크게 형성되어 있으며, 상기 밀봉 부재는 전해액 주입구로 압입되어 전해액 주입구와의 전단 응력에 의해 상호 밀착되어 밀봉 상태를 형성하는 것을 특징으로 하는 각형 전지의 전해액 주입 장치.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 밀봉 부재는 금속 볼의 형상이고, 상기 전해액 주입구는 평면상으로 원의 형상인 것을 특징으로 하는 각형 전지의 전해액 주입 장치.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 전해액 주액 장치는 각형 전지케이스의 측면을 가압하는 하나 이상의 가압 지그를 더 포함하며, 전해액이 각형 전지케이스의 내부로 주입될 때, 상기 가압 지그에 의해 각형 전지케이스의 형상이 일정하게 유지되는 것을 특징으로 하는 각형 전지의 전해액 주입 장치.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 하나에 따른 각형 전지의 전해액 주입 장치에 의해 제조된 것을 특징으로 하는 전지셀.
  9. 제 8 항에 따른 리튬 이차전지를 포함하는 것을 특징으로 하는 전지팩.
  10. 제 9 항에 따른 전지팩을 포함하는 것을 특징으로 하는 디바이스.
  11. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 하나에 따른 전해액 주입 장치를 이용하여 각형 전지케이스에 전해액을 주입하는 방법으로서,
    (a) 전해액 저장부에 연결되어 있는 주액 튜브를 전해액 주입구에 연결시키는 과정;
    (b) 상기 전해액 저장부로부터 주액 튜브로 정량의 전해액을 공급하는 과정;
    (c) 상기 전해액 주입구를 밀봉하는 밀봉 부재를 주액 튜브 내에 삽입하는 과정; 및
    (d) 상기 밀봉 부재를 가압하여 전해액 주입구를 밀봉하면서 주액 튜브 내부에 있는 전해액을 전해액 주입구로 주입시키는 과정;
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 각형 전지의 전해액 주입 방법.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 과정(a) 이전에, 각형 전지케이스의 내부를 진공으로 감압시키는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 각형 전지의 전해액 주입 방법.
  13. 제 11 항에 있어서,
    상기 주액 튜브는,
    상기 밀봉 부재가 일측 단부로부터 삽입되도록 형성되어 있고, 타측 단부가 전해액 주입구에 연결되는 제 1 관, 및
    일측 단부가 전해액 저장부에 연결되어 있고, 타측 단부는 제 1 관에 연결되어 있으며, 상기 제 1 관으로 공급되는 전해액을 조절하는 전해액 조절 밸브가 구비되어 있는 제 2 관,
    을 포함하고,
    상기 과정(c) 이전에, 상기 전해액 조절 밸브를 폐쇄시키는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 각형 전지의 전해액 주입 방법.
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