KR20180069707A - 갭 조절 지그를 이용한 파우치 이차전지의 전해액 주입 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 파우치 이차전지의 전해액 주입 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따르면, 파우치 케이스를 구성하는 제1 및 제2금속 라미네이트 필름 사이에 전극 조립체를 개재시키고 전해액 주입부만 남기고 각 필름의 가장자리를 실링하여 파우치 이차전지를 제조하는 제1단계; 지그 스탠드에 간격 조절이 가능하도록 설치되고 갭 공간을 형성하는 제1지그 및 제2지그 사이에 상기 전해액 주입부가 위를 향하도록 상기 파우치 이차전지를 장착하고 상기 전해액 주입부를 통해 전해액을 주입하는 제2단계; 상기 지그 스탠드를 진공 챔버에 로딩하는 제3단계; 상기 제1 및 제2지그의 이동에 의해 상기 갭 공간의 폭을 증가시켜 전해액이 차지하는 영역을 상기 파우치 케이스의 하부로 편중되게 만들고 진공 분위기를 형성하는 제4단계; 및 상기 진공 분위기를 유지하면서 상기 제1 및 제2지그의 이동에 의해 상기 갭 공간의 폭을 점진적으로 감소시켜 상기 전해액 액면을 상기 전극 조립체의 상단보다 높은 위치까지 서서히 상승시키는 제5단계를 포함한다.

Description

갭 조절 지그를 이용한 파우치 이차전지의 전해액 주입 방법{Method of Injecting Electrolyte Solution for Pouch Secondary Battery using Gap Control Jig}
본 발명은 파우치 이차전지의 전해액 주입 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 파우치 이차전지에 전해액을 주입할 때 액면의 높이를 조절하여 주액 공정의 택 타임(Tack Time)을 줄이고 생산성을 향상시킬 수 있는 전해액 주입 방법에 관한 것이다.
모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서의 전지의 수요가 급격히 증가하고 있다. 그에 따라 다양한 요구에 부응할 수 있는 전지에 대한 많은 연구가 행해지고 있다.
전지의 형상 면에서는 얇은 두께로 휴대폰 등과 같은 제품들에 적용될 수 있는 각형 이차전지와　파우치형 이차전지에 대한 수요가 높다.
재료 면에서는 높은 에너지 밀도, 방전 전압, 출력 안정성 등의 장점을 가진 리튬이온 전지, 리튬이온 폴리머 전지 등과 같은 리튬 이차전지에 대한 수요가 높다.
최근에는, 리튬 이차전지로서, 스택형 또는 스택/폴딩형 전극 조립체를 금속(Al) 라미네이트 필름으로 이루어진　파우치 케이스에 내장한 구조의　파우치 이차전지가, 낮은 제조비, 작은 중량, 용이한 형태 변형 등을 이유로, 많은 관심을 모으고 있고 또한 그것의 사용량이 점차적으로 증가하고 있다.
잘 알려진 바와 같이, 파우치 이차전지는 다음과 같은 제조 공정을 거쳐 제조된다. 먼저, 전극판과 다공질의 절연성 분리막을 적층시켜 전극 조립체를 형성한다. 분리막은 양극판과 음극판 사이에 개재된다.
양극판과 음극판에는 활물질이 코팅되어 있다. 양극 활물질 및 음극 활물질로는 대표적으로 리튬 금속 산화물 및 그라파이트(graphite)가 사용된다.
각 전극판은 돌출 연장된 전극 탭을 가지며, 전극 탭은 전극 리드와 연결된다. 전극 리드가 연결된 전극 조립체는, 2장의 금속 라미네이트 필름 사이에 놓여진다. 여기서, 2장의 금속 라미네이트 필름은 파우치 케이스를 구성한다. 금속 라미네이트 필름의 가장자리는 전해액 주입부를 남겨두고 실링 된다. 전해액은 전해액 주입부를 통해 주입되고, 전해액 주입부를 실링하여 전극 조립체를 파우치 케이스 내에 밀봉한다.
일반적인 전해액 주입 공정은, 파우치 케이스에 전해액을 주입하는 전(前) 공정과 주액된 파우치 케이스를 진공 챔버에 로딩한 후 전극 조립체 내에 존재하는 기체를 제거하는 후(後) 공정을 포함한다.
여기서, 기체는 전해액의 주입 시 파우치 케이스의 내부 공간과 전극 조립체에 존재하는 미세한 틈에 남아 있는 공기에서 기인한 것이다.
후 공정에서, 기체의 효과적인 제거를 위해서는 높은 진공도를 필요로 한다. 하지만, 처음부터 진공도를 높게 설정하면, 기체가 갑자기 빠져 나오면서 전해액이 전해액 주입부를 통해 외부로 토출될 수 있다.
전해액 토출은 파우치 케이스의 표면을 오염시킨다. 따라서, 후 공정의 진행 시에는 진공 챔버의 진공도를 단계적으로 높인다. 이 과정에서 공정의 택 타임(TACK TIME)이 증가한다.
한편, 후 공정만으로는 파우치 케이스 내부의 기체를 빠르게 제거하는데 한계가 있다. 따라서, 전해액의 주입 전에 진공 분위기 하에서 파우치 케이스 내부의 기체를 미리 제거하는 선진공 주액법이 사용되고 있다.
하지만, 선진공 주액법은 전해액의 주액 전에 진공 분위기를 형성하는데 시간이 소요되므로 공정 택 타임(TACK TIME)을 여전히 증가시킨다. 또한, 진공 분위기 하에서 파우치 케이스에 전해액을 주입하면 전해액이 휘발한다는 문제 또한 있다. 또한, 전해액 주액 장비 내에 진공 챔버와 감압 설비를 추가로 부가해야 하므로 주액 설비의 대폭적인 변경이 불가피하다.
본 발명은 위와 같은 종래 기술의 배경하에 창안된 것으로서, 파우치 이차전지의 주액 공정 시 택 타임을 감소시키면서도 파우치 케이스 내부로부터 기체의 제거가 용이한 전해액 주입 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 파우치 이차전지의 전해액 주입 방법은, 파우치 케이스를 구성하는 제1 및 제2금속 라미네이트 필름 사이에 전극 조립체를 개재시키고 전해액 주입부만 남기고 각 필름의 가장자리를 실링하여 파우치 이차전지를 제조하는 제1단계; 지그 스탠드에 간격 조절이 가능하도록 설치되고 갭 공간을 형성하는 제1지그 및 제2지그 사이에 상기 전해액 주입부가 위를 향하도록 상기 파우치 이차전지를 장착하고 상기 전해액 주입부를 통해 전해액을 주입하는 제2단계; 상기 지그 스탠드를 진공 챔버에 로딩하는 제3단계; 상기 제1 및 제2지그의 이동에 의해 상기 갭 공간의 폭을 증가시켜 전해액이 차지하는 영역을 상기 파우치 케이스의 하부로 편중되게 만들고 진공 분위기를 형성하는 제4단계; 및 상기 진공 분위기를 유지하면서 상기 제1 및 제2지그의 이동에 의해 상기 갭 공간의 폭을 점진적으로 감소시켜 상기 전해액 액면을 상기 전극 조립체의 상단보다 높은 위치까지 서서히 상승시키는 제5단계를 포함할 수 있다.
바람직하게, 상기 제4단계에서 상기 전해액의 액면은 상기 전극 조립체의 높이 h를 기준으로 1/2h 이하에 위치시킬 수 있다.
본 발명에 따른 전해액 주입 방법은, 상기 전해액 주입부를 실링하는 단계를 더 포함할 수 있다.
바람직하게, 상기 제4단계 및 상기 제5단계에 있어서, 상기 진공 분위기의 진공도는 동일할 수 있다.
바람직하게, 상기 제4단계 및 상기 제5단계에 있어서, 상기 진공 분위기의 진공도는 -93kPa 이하일 수 있다.
일 측면에 따르면, 상기 제4단계에서, 상기 제1지그 및 상기 제2지그는 상기 파우치 케이스의 외주면을 실질적으로 가압하지 않도록 간격이 증가된다.
다른 측면에 따르면, 상기 제5단계에서, 상기 갭 공간의 폭을 동일한 속도로 점진적으로 감소시킨다.
또 다른 측면에 따르면, 상기 제5단계에서, 상기 갭 공간의 폭을 점진적으로 감소시키되, 감소 속도를 시간에 따라 점점 증가시킨다.
선택적으로, 본 발명은 상기 제4단계에서 상기 전해액 주입부에 블로어를 삽입한 후 상기 파우치 케이스의 내부를 향해 가스를 분사하면서 상기 갭 공간의 폭을 증가시킬 수 있다.
이러한 경우, 상기 블로어는 상기 파우치 케이스의 측벽을 향해 가스를 분사하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 제4단계에서, 상기 진공 분위기는 상기 블로어를 이용하여 가스를 분사한 이후에 형성하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따르면, 파우치 이차전지의 주액 공정 시 택 타임의 지연을 일으키지 않으면서 파우치 케이스 내부로부터 기체를 용이하게 제거할 수 있다. 또한, 택 타임의 감소를 통해 주액 공정의 생산성이 향상될 수 있다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 한 실시예를 예시하는 것이며, 후술하는 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은 전극 조립체가 전해액 주입부만 남기고 제1 및 제2금속 라미네이트 필름으로 포장됨으로써 파우치 이차전지가 제조되는 과정을 보여주는 공정도이다.
도 2는 도 1에 도시된 파우치 이차전지에 있어서 Ⅰ-Ⅰ' 선에 따른 단면을 개략적으로 보여주는 단면도이다.
도 3은 파우치 이차전지를 갭 조절 지그의 갭 공간에 위치시킨 후 파우치 케이스 내에 전해액을 주입하는 과정을 도시한 공정도이다.
도 4는 전해액이 주입된 파우치 이차전지를 진공 챔버에 로딩하고 갭 공간을 증가시켜 전해액의 액면을 최대한 낮춘 후 진공도를 높게 유지하면서 기체 제거 공정을 진행하는 과정을 도시한 공정도이다.
도 5는 진공도를 유지하면서 갭 공간을 서서히 줄여 전해액의 액면을 서서히 증가시키는 과정을 도시한 공정도이다.
도 6은 전해액의 액면이 전극 조립체의 상단 위쪽까지 최대한 상승하도록 갭 공간을 줄이는 과정을 도시한 공정도이다.
도 7은 기체 제거 공정을 완료한 후 전해액 주입부를 실링하는 과정을 도시한 공정도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 출원을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 발명시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 1 내지 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 파우치 이차전지의 전해액 주입 방법을 설명하기 위한 공정도들이다.
먼저, 도 1에 도시된 바와 같이, 제1 및 제2 금속 라미네이트 필름(10, 20) 사이에 전극 조립체(30)를 위치시킨다.
제1 및 제2 금속 라미네이트 필름(10, 20)은 파우치 케이스(P)를 구성한다. 제1 및 제2금속 라미네이트 필름(10, 20)은 얇은 금속 필름(예컨대, Al 필름)이 내수성이 있는 고분자 필름(나일론)과 열접착 고분자 필름(Casted Polypropylene) 사이에 라미네이팅된 구조를 가진다.
제1 및 제2금속 라미네이트 필름(10, 20)의 구조와 각 층을 구성하는 물질에 대해서는 본 발명이 속한 기술분야에서 널리 알려져 있으므로 자세한 설명은 생략하기로 한다.
전극 조립체(30)는, 전극판과 분리막이 서로 교호로 적층된 구조를 포함한다. 전극 조립체(30)는 양극판/분리막/음극판을 포함하는 단위 셀을 복수개 포함한다.
각 전극판은 돌출된 전극 탭(31, 32)을 가진다. 전극 탭(31, 32)은 하나로 결집되고 전극 리드(33, 34)와 접합된다. 전극 탭(31, 32)과 전극 리드(33, 34)에 있어서, 하나는 양의 극성을, 다른 하나는 음의 극성을 가진다. 전극 탭(31, 32)과 전극 리드(33, 34)는 서로 대응되는 극성끼리 접합된다. 접합은 초음파 용접으로 이루어진다.
전극 리드(33, 34)는 중간 부분이 실링 테이프(35)에 의해 감싸여 있다. 실링 테이프(35)는 전극 리드(33, 34)와 제1 및 제2금속 라미네이트 필름(10, 20) 사이에 개재되어 밀봉성을 향상시킨다.
제1 및 제2금속 라미네이트 필름(10, 20)의 가장자리는 전해액 주입부(A)를 제외하고 열 융착에 의해 실링 된다. 도 1에 있어서, 해칭된 영역(S)은 실링이 이루어지는 영역을 나타낸다. 실링된 제1 및 제2금속 라미네이트 필름(10, 20)은 파우치 케이스(P)를 구성한다. 실링 과정에서 전극 리드(33, 34)의 단부를 제외한 전극 조립체(30)의 나머지 부분은 제1 및 제2 금속 라미네이트 필름(10, 20)에 의해 감싸여진다. 전해액이 주입되기 전에 파우치 이차전지가 가지는 형상은 도 1의 아래쪽에 도시되어 있다.
도 2는 도 1의 Ⅰ-Ⅰ' 선에 따른 단면도이다. 도 2를 참조하면, 전해액 주입부(A)는 실링이 되지 않았으므로 외기를 향해 개방된 상태를 가진다.
도 3 내지 도 7은 전해액 주입부(A)를 통해 파우치 케이스(P) 내부에 전해액을 주입한 후 진공 챔버에서 기체를 제거하고 전해액 주입부를 실링하는 공정을 나타낸 공정도들이다.
도 3을 참조하면, 먼저 간격 조절이 가능한 제1지그(41) 및 제2지그(42)를 구비하는 갭 조절 지그(40)의 갭 공간(G)에 파우치 이차전지(B)를 배치한다. 파우치 이차전지(B)는 전해액 주입부(A)가 위를 향하도록 배치된다. 갭 공간(G)은 제1지그(41) 및 제2지그(42) 사이에 형성되고, 그것의 폭은 제1지그(41) 및 제2지그(42)의 선형적 이동에 의해 조절될 수 있다. 제1지그(41) 및 제2지그(42)는 스테인레스 스틸과 같은 금속으로 이루어질 수 있다.
제1지그(41) 및 제2지그(42)는 지그 스탠드(43) 상에 좌우로 이동 가능하도록 설치된다. 제1지그(41) 및 제2지그(42)의 이동에 의해 갭 공간(G)의 폭이 가변될 수 있다. 이를 위해, 지그 스탠드(43)의 내부에는 제1지그(41) 및 제2지그(42)를 좌우로 이동시킬 수 있는 구동 메커니즘(D)이 구비될 수 있다.
구동 메커니즘(D)으로는, 공지의 선형 이동 메커니즘이 사용될 수 있다. 일 예로서, 구동 메커니즘(D)은, 제1지그(41) 및 제2지그(42)의 하단부가 결합되는 이동 블록(51)과, 이동 블록(51)이 안착되고 이동 블록(51)의 좌우 선형적 이동을 가이드 하는 가이드 레일(52)과, 상기 이동 블록(51)에 결합되어 선형적 구동력을 제공하는 리니어 모터(M)를 포함할 수 있다.
갭 공간(G)의 하단에는 파우치 이차전지(B)의 하단부가 접촉되어 거치되는 지지대(50)가 구비된다. 지지대(50)가 파우치 이차전지(B)와 대향하는 부분은 파우치 이차전지(B)의 접촉면과 대응되는 형상을 가진다. 파우치 이차전지(B)는 지지대(50)의 상부면에 안착되어 지지된다. 지지대(50)는 금속 또는 플라스틱 재질로 이루어진다.
도 3에 도시된 바와 같이, 파우치 이차전지(B)가 거치대(50)에 안착되면, 제1지그(41) 및 제2지그(42)를 파우치 이차전지(B)에 외주면과 최대한 근접시킨다. 그런 다음, 전해액(60)이 전해액 주입부(A)를 통해 주입된다. 전해액(60)은 전해질과 유기용매를 포함하고, 주입 용량은 파우치 이차전지(B)의 사양에 따라 미리 설정된다.
전해액(60)은 파우치 이차전지(B)의 종류에 따라 달라진다. 파우치 이차전지(B)가 리튬 이차 전지인 경우, 전해질은 A+B­와 같은 구조를 갖는 염일 수 있다.
여기서, A+는 Li+, Na+, K+와 같은 알칼리 금속 양이온이나 이들의 조합으로 이루어진 이온을 포함한다.
그리고 B­는 F­, Cl­, Br­, I­, NO3 ­, N(CN)2 ­, BF4 ­, ClO4 ­, AlO4 ­, AlCl4 ­, PF6 ­, SbF6 ­, AsF6 ­, BF2C2O4 ­, BC4O8 ­, (CF3)2PF4 ­, (CF3)3PF3 ­, (CF3)4PF2 ­, (CF3)5PF­, (CF3)6P­, CF3SO3 ­, C4F9SO3 ­, CF3CF2SO3 ­, (CF3SO2)2N­, (FSO2)2N­ , CF3CF2(CF3)2CO­, (CF3SO2)2CH­, (SF5)3C­, (CF3SO2)3C­, CF3(CF2)7SO3 ­, CF3CO2 ­, CH3CO2 ­, SCN­ 및 (CF3CF2SO2)2N­로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상의 음이온을 포함한다.
유기 용매는, 비제한적인 예시로서, 프로필렌 카보네이트(propylene carbonate, PC), 에틸렌 카보네이트(ethylenecarbonate, EC), 디에틸카보네이트(diethyl carbonate, DEC), 디메틸카보네이트(dimethyl carbonate, DMC), 디프로필카보네이트(dipropyl carbonate, DPC), 디메틸설프옥사이드 (dimethyl sulfoxide), 아세토니트릴 (acetonitrile), 디메톡시에탄 (dimethoxyethane), 디에톡시에탄 (diethoxyethane), 테트라하이드로퓨란(tetrahydrofuran), N­메틸­2­피롤리돈 (N­methyl­2­pyrrolidone, NMP), 에틸메틸카보네이트(ethyl methyl carbonate, EMC), 감마 부티로락톤(γ­butyrolactone) 또는 이들의 혼합물이 사용될 수 있다.
전해액(60)의 주입이 완료되면, 도 4에 도시된 바와 같이, 지그 스탠드(43)를 진공 챔버(70)의 내부로 이동시킨다. 그런 다음, 제1지그(41) 및 제2지그(42)를 이동시켜 갭 공간(G)의 폭을 증가시킨다. 갭 공간(G)이 증가되면, 전해액(60)이 중력에 의해 파우치 케이스(P)의 하부로 쏠리면서 전해액(60)의 액면이 낮아진다. 즉, 전해액(60)이 존재하는 영역이 파우치 케이스(P)의 하부로 편중된다. 또한, 전해액(60)의 하부 쏠림으로 파우치 케이스(P)의 하부도 약간 부풀어오른 형상으로 변형된다. 갭 공간(G)의 증가 정도는 전해액(60)의 하부 쏠림이 방해되지 않는 정도로 미리 설정한다. 예를 들어, 파우치 케이스(P)의 외주면과 접촉되지 않을 정도로 갭 공간(G)을 증가시키거나, 제1 및 제2지그(41, 42)가 파우치 케이스(P)와 접촉을 하더라도 실질적으로 압력을 인가하지 않도록 갭 공간(G)을 증가시킨다. 갭 공간(G)의 증가는 구동 메커니즘(D)이 제1지그(41) 및 제2지그(42)를 선형적으로 이동시키는 것에 의해 이루어진다.
전해액(60)의 액면은 전극 조립체(30)의 최초 주입 높이(h)를 기준으로 할 때 2/3h 이하, 바람직하게는 1/2h 이하로 낮아지는 것이 바람직하다. 여기서, 액면의 위치는 전극 조립체(30)가 존재하는 영역을 기준으로 조절한다. 만약, 액면이 1/2h에 위치한다면, 액면은 전극 조립체(30)의 중간에 위치한다. 전해액(60)의 액면이 최대한 낮아지는 것이 전극 조립체(30)의 내부에 존재하는 기체를 제거하는데 더욱 효과적이다.
한편, 전해액(60)의 액면을 빠르게 낮추기 위해, 제1지그(41) 및 제2지그(42)의 간격을 이격시켜 갭 공간(G)을 증가시키는 과정에서 블로어(80: blower)를 전해액 주입부(80)에 삽입한 후 불활성 가스(Ar) 또는 질소 가스(N2)를 파우치 케이스(P) 내부로 불어 넣을 수 있다. 바람직하게, 블로어(80)는 Y자형의 노즐 구조를 가지며, 파우치 케이스(P)의 측벽을 향해 가스를 분사한다. 이 때, 가스 분사량을 서서히 증가시켜 가스가 분사되는 초기 시점에 전해액(60)이 토출되는 것을 방지할 수 있다. 블로잉되는 가스는 전해액(60)이 하부로 유동하는 것과 상관 없이 파우치 케이스(P)의 형상을 도 4에 도시된 형태로 변형시키며, 그 결과 전해액(60)이 중력에 의해 하부로 이동할 수 있는 공간이 미리 확보되어 전해액(60)의 액면이 빠르게 낮아진다. 블로어(80)의 사용은 점도가 높은 전해액(60)이 사용될 때 특히 유용하다. 점도가 높은 전해액(60)은 파우치 케이스(P)의 하부로 유동하는데 걸리는 시간이 길기 때문이다. 블로어(80)가 사용될 경우, 진공 챔버(70)의 내부를 진공 분위기로 형성하기 위한 감압은 블로어(80)를 이용한 가스 분사가 완료된 이후에 개시되는 것이 바람직하다.
전해액(60)의 액면이 낮아지면, 진공 챔버(70)의 진공도를 낮춘다. 바람직한 진공도는, 파우치 케이스(P)의 내부와 전극 조립체(30)의 내부에 존재하는 기체를 효과적으로 제거할 수 있는 수준으로 조절한다. 구체적인 진공도의 수준은 시행 착오법(Trial & Error)을 통해 결정할 수 있다. 일 예로, 진공 챔버(70)의 진공도는 - 93kPa 이하로 설정한다. 즉, 진공도의 절대값은 93보다 크면서 음의 값을 가지도록 설정한다.
전해액(60)의 액면이 낮아진 상태에서 진공 챔버(70)의 진공도가 증가하면, 전해액(60)의 액면 상부에 노출된 전극 조립체(30)가 진공 분위기에 직접적으로 노출되므로 그 내부에 존재하는 기체가 매우 효과적으로 제거된다.
또한, 전해액(60)이 주입되는 과정에서 전해액(60)에 포획된 미소한 기포 등도 활발하게 제거된다. 이 때, 전해액(60)의 액면이 낮으므로 전해액(60)이 전해액 주입부(A)를 통해 외부로 토출되는 현상이 방지된다.
진공도의 유지 시간은 전해액(60)의 액면을 기준으로 상부에 노출된 전극 조립체(30)로부터 기체가 실질적으로 제거되는 것을 보장하도록 설정된다. 바람직하게, 진공도의 유지 시간은 5분 이상으로 설정한다.
계속해서, 도 5에 도시된 공정이 진행된다. 즉, 전해액(60)의 액면이 낮아진 상태에서 진공이 일정 시간 동안 유지된 후, 제1지그(41) 및 제2지그(42)를 이동시켜 다시 갭 공간(G)의 폭을 서서히 감소시킨다. 이 때, 최초 형성된 진공도의 크기는 실질적으로 동일하게 유지한다. 그러면, 제1지그(41) 및 제2지그(42)가 파우치 케이스(P)의 외주면을 서서히 가압한다. 이 때, 블로어(80)는 파우치 케이스(P)의 외부로 인출된 상태이다. 그 결과 전해액(60)의 액면이 서서히 상승한다. 또한, 제1지그(41) 및 제2지그(42)의 위치가 파우치 이차전지(B)의 설계 두께에 대응되는 위치까지 도달되면, 도 6에 도시된 바와 같이 전해액(60)의 액면은 전극 조립체(30)의 상단 위까지 상승한다.
전해액(60)의 액면이 서서히 증가하는 과정에서 최초 형성된 진공도가 계속 유지된다. 따라서, 전해액(60)의 액면을 기준으로 그 상부에 노출된 전극 조립체(30)는 진공 분위기에 노출된 상태가 유지되므로 그 내부에 존재하는 미량의 기체도 모두 제거되는 효과가 발생한다. 또한, 전해액(60)의 액면이 가장 낮은 위치에 있을 때 형성된 진공 분위기에 의해서 대부분의 기체는 제거되기 때문에 전해액(60)의 액면이 상승하는 동안 최초 형성된 진공도를 계속 유지하더라도 제거되는 기체의 량이 미량이므로 기체의 급격한 배출로 인해 생기는 전해액 토출 문제를 근본적으로 해결할 수 있다.
한편, 일 측면에 따르면, 상기 갭 공간(G)의 폭은 동일한 속도로 점진적으로 감소될 수 있다. 또한, 상기 갭 공간(G)의 폭은 점진적으로 감소시키되, 감소 속도를 점점 증가시킬 수 있다. 전해액(60)의 토출을 예방하는 차원에서는 후자의 경우가 보다 바람직하다.
전술한 공정을 거쳐 전극 조립체(30)로부터 기체 제거가 완료되면, 도 7에 도시된 바와 같이 전해액 주입부(A)에 해당하는 제1 및 제2금속 라미네이트 필름(10, 20)을 실링함으로써 전해액 주입 공정을 마무리한다.
전해액 주입부(A)의 실링은 진공 챔버(70)의 내부에서 진공 분위기를 상압 분위기로 변경한 상태에서 진행할 수도 있고, 진공 챔버(70)의 외부로 지그 스탠드(43)를 배출한 후 외기에서 전해액 주입부(A)의 실링을 진행하여도 무방하다.
상술한 본 발명에 따르면, 전해액(60)을 주입한 후 진행되는 기체 제거 공정에서 진공 챔버(70)의 진공도를 기존보다 증가시킬 수 있고 처음부터 높은 진공도를 유지할 수 있다. 대부분의 기체는 전해액(60)의 액면이 낮아진 상태에서 제거되는데, 전해액(60)의 액면이 낮은 이상 진공도가 높더라도 전해액(60)이 전해액 주입부(A)의 외부로까지 비산되거나 토출되지 않기 때문이다.
예를 들어, 종래에는 전해액(60)의 토출을 우려하여 진공 챔버(70)의 진공도를 -75kPa에서 5분, -80kPa에서 5분, -85kPa에서 5분, 및 -93kPa에서 5분씩 총 4단계로 점진적으로 증가시켰다.
하지만, 본 발명이 적용될 경우 전해액(60)의 토출 위험이 없으므로 처음부터 진공도를 -93kPa로 설정할 수 있으므로 진공 챔버(70)에서 이루어지는 공정의 택 타임을 종래보다 감소시킬 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 전해액 주입 공정은 택 타임을 기존보다 감소시킬 수 있으면서도 전극 조립체(30) 내부에 존재하는 기체를 보다 효과적으로 제거할 수 있는 장점이 있다. 그 결과, 불량율의 감소와 생산성의 향상이 모두 가능하다.
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.

Claims (11)

  1. 파우치 케이스를 구성하는 제1 및 제2금속 라미네이트 필름 사이에 전극 조립체를 개재시키고 전해액 주입부만 남기고 각 필름의 가장자리를 실링하여 파우치 이차전지를 제조하는 제1단계;
    지그 스탠드에 간격 조절이 가능하도록 설치되고 갭 공간을 형성하는 제1지그 및 제2지그 사이에 상기 전해액 주입부가 위를 향하도록 상기 파우치 이차전지를 장착하고 상기 전해액 주입부를 통해 전해액을 주입하는 제2단계;
    상기 지그 스탠드를 진공 챔버에 로딩하는 제3단계;
    상기 제1 및 제2지그의 이동에 의해 상기 갭 공간의 폭을 증가시켜 전해액이 차지하는 영역을 상기 파우치 케이스의 하부로 편중되게 만들고 진공 분위기를 형성하는 제4단계; 및
    상기 진공 분위기를 유지하면서 상기 제1 및 제2지그의 이동에 의해 상기 갭 공간의 폭을 점진적으로 감소시켜 상기 전해액 액면을 상기 전극 조립체의 상단보다 높은 위치까지 서서히 상승시키는 제5단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 파우치 이차전지의 전해액 주입 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제4단계에서 상기 전해액의 액면은 상기 전극 조립체의 높이 h를 기준으로 1/2h 이하에 위치하는 것을 특징으로 하는 파우치 이차전지의 전해액 주입 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 전해액 주입부를 실링하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 파우치 이차전지의 전해액 주입 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제4단계 및 상기 제5단계에 있어서, 상기 진공 분위기의 진공도는 동일한 것을 특징으로 하는 파우치 이차전지의 전해액 주입 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제4단계 및 상기 제5단계에 있어서, 상기 진공 분위기의 진공도는 -93kPa 이하인 것을 특징으로 하는 파우치 이차전지의 전해액 주입 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제4단계에서, 상기 제1지그 및 상기 제2지그는 상기 파우치 케이스의 외주면을 가압하지 않도록 간격이 증가되는 것을 특징으로 하는 파우치 이차전지의 전해액 주입 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제5단계에서, 상기 갭 공간의 폭을 동일한 속도로 점진적으로 감소시키는 것을 특징으로 하는 파우치 이차전지의 전해액 주입 방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제5단계에서, 상기 갭 공간의 폭을 점진적으로 감소시키되, 감소 속도를 점점 증가시키는 것을 특징으로 하는 파우치 이차전지의 전해액 주입 방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제4단계에서, 상기 전해액 주입부에 블로어를 삽입한 후 상기 파우치 케이스의 내부를 향해 가스를 분사하면서 상기 갭 공간의 폭을 증가시키는 것을 특징으로 하는 파우치 이차전지의 전해액 주입 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 블로어는 상기 파우치 케이스의 측벽을 향해 가스를 분사하는 것을 특징으로 하는 파우치 이차전지의 전해액 주입 방법.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 제4단계에서, 상기 진공 분위기는 상기 블로어를 이용하여 가스를 분사한 이후에 형성하는 것을 특징으로 하는 파우치 이차전지의 전해액 주입 방법.
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