KR20180079933A - 유기 용매가 도포되어 있는 롤러를 포함하는 각형 전지셀 세정 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 양극, 음극 및 분리막을 포함하는 전극조립체가 각형의 전지 케이스에 내장되어 있는 전지셀을 세정하는 장치로서, 복수의 각형 전지셀들을 적재한 상태에서, 하기 세정 롤러들의 회전축과 수직인 일측 방향으로 각형 전지셀들을 순차적으로 이동시키는 이송 부재, 각형 전지셀을 사이에 두고 서로 반대 방향으로 회전하면서, 각형 전지셀의 일면 및 타면을 각각 가압한 상태로 세정하는 한 쌍의 세정 롤러들, 및 상기 세정 롤러에 인접한 위치에서 세정액을 세정 롤러의 세정면에 분사하는 분사부를 포함하는 것을 특징으로 하는 전지셀 세정 장치를 제공한다.

Description

유기 용매가 도포되어 있는 롤러를 포함하는 각형 전지셀 세정 장치 {Cleaning Device for Prismatic Battery Cell Having Roller Coated with Organic Solvent}

본 발명은 유기 용매가 도포되어 있는 롤러를 포함하는 각형 전지셀의 세정 장치에 관한 것이다.

최근, 화석연료의 고갈에 의한 에너지원의 가격 상승, 환경 오염의 관심이 증폭되며, 친환경 대체 에너지원에 대한 요구가 미래생활을 위한 필수 불가결한 요인이 되고 있다. 이에 원자력, 태양광, 풍력, 조력 등 다양한 전력 생산기술들에 대한 연구가 지속되고 있으며, 이렇게 생산된 에너지를 더욱 효율적으로 사용하기 위한 전력저장장치 또한 지대한 관심이 이어지고 있다.

특히, 모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서의 이차전지의 수요가 급격히 증가하고 있고, 그에 따라 다양한 요구에 부응할 수 있는 전지에 대한 많은 연구가 행해지고 있다.

일반적으로, 이차전지는 충전이 불가능한 일차전지와 달리, 충방전이 가능한 전지를 의미하며, 휴대폰, 캠코더, 노트북 등의 전자기기 또는 전기 자동차 등에 널리 사용되고 있으며, 특히 리튬 이차전지는 전자 장비의 전원으로 많이 사용되는 니켈 카드뮴 전지나 니켈 수소 전지보다 3배 이상의 용량을 가지며, 단위 중량당 에너지 밀도가 우수하기 때문에 활용 정도가 급속도로 증가되고 있다.

이러한, 이차전지는 전해질의 종류에 따라 액체 전해질을 사용하는 리튬 이온 전지와 고분자 고체 전해질을 사용하는 리튬 이온 폴리머 전지로 구분할 수 있으며, 또한 전지 케이스의 형상에 따라, 전극조립체가 원통형 또는 각형의 금속 캔에 내장되어 있는 원통형 전지 및 각형 전지와, 전극조립체가 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치형 케이스에 내장되어 있는 파우치형 전지로 분류된다.

또한, 이차전지는 양극, 음극, 및 양극과 음극 사이에 개재되는 분리막이 적층된 구조의 전극조립체가 어떠한 구조로 이루어져 있는지에 따라 분류되기도 하는 바, 대표적으로는, 긴 시트형의 양극들과 음극들을 분리막이 개재된 상태에서 권취한 구조의 젤리-롤형(권취형) 전극조립체, 소정 크기의 단위로 절취한 다수의 양극과 음극들을 분리막을 개재한 상태로 순차적으로 적층한 스택형(적층형) 전극조립체 등을 들 수 있으며, 최근에는, 상기 젤리-롤형 전극조립체 및 스택형 전극조립체가 갖는 문제점을 해결하기 위해, 상기 젤리-롤형과 스택형의 혼합 형태인 진일보한 구조의 전극조립체로서, 소정 단위의 양극과 음극들을 분리막을 개재한 상태로 적층한 단위셀들을 분리필름 상에 위치시킨 상태에서 순차적으로 권취한 구조의 스택/폴딩형 전극조립체가 개발되었다.

이들 중에서 젤리-롤형 전극조립체는 제조가 용이하고 중량당 에너지 밀도가 우수한 장점을 가지고, 특히 원통형 이차전지 케이스에 수납이 용이하여 널리 사용되고 있다.

도 1에는 종래의 젤리-롤형 전극조립체를 내장하고 있는 각형 전지셀의 모식도가 도시되어 있다.

도 1을 참조하면, 각형 전지셀(10)은 전극조립체(20)가 각형의 금속 소재의 전지 케이스(30)에 내장되어 있고 전지 케이스(30)의 개방 상단에 돌출형 단자로서 음극 단자(2)가 형성되어 있는 탑 캡(3)이 결합되어 있는 구조로 이루어져 있다.

전극조립체(20)의 음극은 음극 탭(4)을 통해 탑 캡(3) 상의 음극 단자(2)의 하단에 전기적으로 연결되며, 그러한 음극 단자(2)는 절연 부재(6)에 의해 탑 캡(3)으로부터 절연되어 있다. 반면에, 전극조립체(20)의 다른 전극은 그것의 양극 탭(5)이 알루미늄 및 스테인리스 스틸 등과 같은 도전성 소재로 되어 있는 탑 캡(3)에 전기적으로 연결되어 그 자체로서 양극 단자를 형성한다.

또한, 전극 탭들(4, 5)을 제외하고 전극조립체(20)와 탑 캡(3)의 전기적 절연 상태를 보장하기 위하여, 각형 전지 케이스(30)와 전극조립체(20) 사이에 시트형 절연부재(7)를 삽입한 뒤, 탑 캡(3)을 장착하고, 탑 캡(3)과 전지 케이스(30)의 접촉면을 따라서 용접으로 이들을 결합한다. 그런 다음, 전해액 주입구(8)를 통해 전해액을 주입한 후 금속 볼(도시하지 않음)을 용접하여 밀봉하고, 에폭시 등으로 용접 부위를 도포함으로써 전지가 완성된다.

이 경우, 일반적으로 상기 각형 전지셀의 전지 케이스를 제조하기 위하여 연속적인 드로잉 공정을 통해 알루미늄 등의 재질의 판상 모재를 직육면체의 형상을 갖도록 가공을 하게 된다. 이러한 드로잉 공정을 수행하기 위해서는 프레스 금형에 위치하는 모재의 가공이 원활하게 이루어지도록 윤활유 역할을 하는 드로잉 오일을 도포하게 되므로, 최종 전지셀에도 드로잉 오일이 묻어 있게 되는 바, 이는 전류 인가시 전류 누설의 발생 원인이 될 수 있으므로, 드로잉 오일을 세정하는 공정을 반드시 거쳐야 한다.

또한, 전해액을 전해액 주입구를 통해 주입하는 경우에도, 전해액이 전지셀에 함침되지 못하고 전해액의 일부가 전지 케이스 외부로 흘러 나올 수 있는데, 이러한 오염물들은 리튬염의 형태로 고착되어 있으며, 이는 스파크를 유발하거나 발화의 시발점이 될 수 있는 등 전지의 안전성을 위협하는 요소로 작용하므로, 전지셀의 외면을 세정하는 공정이 반드시 필요하다.

전지셀의 세정 공정은 일반적으로 약 40도의 고온, 고압의 워셔액을 캐리어에 적재되어 있는 전지셀에 분사하는 방식으로 이루어진다.

다만, 상기 방식은, 세정액으로서 물을 주된 성분으로 포함하는 워셔액을 사용하기 때문에, 잔존하는 오염물의 제거를 위해 충분한 세정력을 발휘하지 못할 뿐만 아니라, 스웰링(swelling) 현상을 초래할 수 있다.

상기 스웰링 현상은 전지셀의 활성화 공정에 있어서, 전해액으로서 카보네이트 계열의 유기 용매의 사용하기 때문에 충전 과정에서 전해액의 일부가 분해되어 발생하는 가스에 의한 내압의 증가에 기인하여 발생하거나, 또는 충전 과정 중에서 리튬 이온이 카본 내로 삽입되면서 극판 자체의 두께가 증가하여 발생하며, 이외에도 기존 방식에 따른 세정 공정에 의해서도 발생할 수 있다.

구체적으로, 고온의 워셔액의 분사로 인해 열전도성이 우수한 금속 소재의 전지 케이스의 외벽의 온도가 상승하고, 전도열에 의해 전지 내부의 온도가 상승함으로써, 내부의 전해액 일부가 분해되어 가스가 발생하여, 세정 전후로 100 μm에서 250 μm까지의 두께 차이가 발생한다.

이러한 스웰링 현상은 전지 용량의 감소를 직접적으로 초래할 뿐만 아니라, 발화 또는 폭발 등의 안전성을 크게 저해하는 잠재적인 요인이 되며, 특히 각형 전지셀의 경우, 조립 후 내부의 가스를 배출하는 공정(degas)이 별도로 존재하지 않기 때문에, 내부의 가스를 제거할 방법이 더 이상 존재하지 않으므로 특히 스웰링 현상의 발생을 방지하는 기술이 요구된다.

이러한 문제를 해결하기 위해 종래의 기술(JP4541684)은, 세정 저장조, 세정부, 건조부 및 이송기구를 구비하는 세정 시스템을 통해 세정제를 샤워노즐에 의해 전지 캔에 분사하였으며, 또 다른 종래 기술(KR0537606)은 전지 캔이 수납된 트레이를 향해 세정액을 분사하거나, 롤러를 따라 이동하는 집전체 재료에 물을 분사하여 세정함으로써 효과적인 세정 능력의 향상을 도모하고 스웰링 현상을 방지하고자 하였다.

그러나, 상기 기술들은 여전히 고온의 세정액을 사용하고 이를 직접 분사하는 방식을 채택하였는 바, 스웰링 현상을 효과적으로 억제하지 못하였고, 전지셀의 두께도 균일하지 못하여, 이는 결국 디바이스의 전지 용량 저하를 초래하였다. 또한, 복수의 전지셀들은 부분적으로 폐쇄되어 있는 트레이를 통해 이동하면서 세정이 이루어졌기 때문에, 세정이 불완전한 부위가 다수 발견되는 등 세정이 완전하지 못한 한계가 있었다.

이에 효과적으로 스웰링 현상의 발생을 억제하여 세정 공정 전후의 두께가 균일하고, 수명 특성 및 안전성이 향상되며, 우수한 세정력을 발휘하는 전지셀 세정 장치 개발의 필요성이 매우 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, 각형 전지셀의 일면 및 타면을 가압한 상태로 세정액이 도포되어 있는 한 쌍의 세정 롤러들이 세정을 함으로써 소망하는 효과를 발휘할 수 있음을 확인하고, 본 발명을 완성하기에 이르렀다.

따라서, 본 발명에 따른 전지셀 세정 장치는 양극, 음극 및 분리막을 포함하는 전극조립체가 각형의 전지 케이스에 내장되어 있는 전지셀을 세정하는 장치로서,

복수의 각형 전지셀들을 적재한 상태에서, 하기 세정 롤러들의 회전축과 수직인 일측 방향으로 각형 전지셀들을 순차적으로 이동시키는 이송 부재;

각형 전지셀을 사이에 두고 서로 반대 방향으로 회전하면서, 각형 전지셀의 일면 및 타면을 각각 가압한 상태로 세정하는 한 쌍의 세정 롤러들; 및

상기 세정 롤러에 인접한 위치에서 세정액을 세정 롤러의 세정면에 분사하는 분사부;

를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 설명한 바와 같이, 기존의 각형 전지셀 세정 장치의 경우 고온, 고압의 워셔액을 전지셀에 직접 분사하는 방식으로 이루어졌는 바, 고온의 세정액으로 인해 스웰링 현상이 발생하였고, 또한 물을 주된 성분으로 포함하는 워셔액을 사용하였으므로, 오염물의 제거에 충분한 세정력을 발휘하지 못하였다.

더욱이, 각형 전지셀은, 전지셀과 접하는 면의 일부가 폐쇄되어 있는 캐리어에 적재된 상태에서 세정 공정을 거쳤으므로, 워셔액이 전지셀의 외면에 골고루 도포되지 못하여 세정이 불완전하게 이루어지는 문제점이 있었다.

반면에, 본 발명에 따른 전지셀 세정 장치는, 상온의 유기 용매를 세정액으로 사용하여 우수한 세정력을 발휘하고, 전지셀 내부의 가스 발생을 억제하여 스웰링 현상이 감소될 뿐만 아니라, 한 쌍의 세정 롤러를 이용하여 전지셀을 가압한 상태에서 세정액을 직접 전지셀에 접촉시키므로, 전지셀 외면에 고른 세정이 이루어질 뿐만 아니라, 공정 전후의 전지셀 두께의 균일성이 더욱 향상되는 효과를 발휘한다.

상기 전지셀을 이송시키는 이송 부재는, 하나의 구체적인 예에서, 프레임형 구조를 가질 수 있고, 이송 부재 내측면에는 전지셀을 적재하고 고정시키는 홈이 형성되어 있을 수 있으며, 동력부에 의해 일정한 속력으로 전지셀을 순차적으로 일측 방향으로 이동시킬 수 있다.

상기 세정액을 분사하는 분사부는, 하나의 구체적인 예에서, 분사부 고정대 상에 고정되거나 유동 부재에 의해 이동하며 세정액을 분사할 수 있으며, 하나 이상의 분사부가 세정 롤러에 인접한 위치에서 세정 면에 세정액을 분사할 수 있다.

상기 세정액에 포함되는 유기 용매의 종류는 특별히 제한되지 않으나, 잔존하는 드로잉 오일 또는 리튬염 형태의 전해액 오염물 등을 효과적으로 제거할 수 있도록, 상기 세정액은, 예를 들어, 디메틸 카보네이트, 디메틸 포름아미드, N-메틸 포름아미드, 술폴란(테트라히드로티오펜-1,1-디옥사이드), 3-메틸술폴란, N-부틸 술폰, 디메틸 설폭사이드, 피로리디논(HEP), 디메틸피페리돈(DMPD), N-메틸 피롤리디논(NMP), N-메틸 아세트아미드, 디메틸 아세트아미드(DMAc), 디메틸포름아미드(DMF), 디에틸아세트아마이드(DEAc) 디프로필아세트 아마이드(DPAc), 에탄올, 프로판올, 부탄올, 헥산올, 에틸렌글리콜, 테트라클로로에틸렌, 프로필렌글리콜, 톨루엔, 트르펜틴, 메틸 아세테이트, 에틸 아세테이트, 페트롤 에테르, 아세톤, 크레졸 및 글리세롤 중 어느 하나 이상의 유기 용매를 포함할 수 있다.

그 중, 전해액의 용매로도 사용되는 디메틸 카보네이트(DMC)는 점도가 낮고, 상온에서 액체 상태이며, 리튬염 등과의 해리 능력이 탁월하다는 점에서 세정액으로 특히 바람직하다.

하나의 구체적인 예에서, 상기 유기용매는 세정액 전체 중량을 기준으로 50 내지 80 중량%일 수 있다.

만약, 상기 유기용매가 50 중량% 미만으로 세정액에 포함되는 경우, 리튬염 등의 오염물을 효과적으로 해리시킬 수 있는 충분한 양의 유기 용매가 세정액에 포함되지 않으므로 세정력이 감소하는 바 바람직하지 않고, 이와 반대로, 80 중량%를 초과하여 포함되는 경우, 세정액에 포함되는 유기 용매 이외의 성분, 예를 들어, 글리콜 에테르 화합물 또는 계면 활성제 등의 함량이 감소하여 표면 장력 저하 효과가 불충분하거나 린스력이 감소하여 세정력이 감소하는 바 바람직하지 않다.

또한, 상기 세정액의 온도는, 하나의 구체적인 예에서, 바람직하게는 15℃ 내지 35℃일 수 있고, 더욱 바람직하게는 20℃ 내지 30℃일 수 있으며, 가장 바람직하게는 24℃ 내지 26℃일 수 있다.

구체적으로, 세정력은 온도가 높을수록 향상되는 것이 일반적이지만, 스웰링 현상의 방지를 위해서는 조립, 제조 환경과 동일한 온도, 즉, 상온의 범위에서 전지셀을 세정하는 것이 요구되며, 24℃ 내지 26℃의 온도 범위에서 세정 공정이 이루어진 경우, 오염물의 우수한 제거 효과를 나타내는 것과 동시에 전지셀 두께의 변화가 최소화되는 효과를 발휘하므로 특히 바람직하다.

한편, 본 발명에 따른 상기 세정 롤러의 소재는 특별히 제한되지는 않으나, 하나의 구체적인 예에서, 폴리아세테이트 수지, 고무 수지, 나일론 수지, 폴리락톤수지, 키토산, 콜라겐, 셀룰로오스, 폴리비닐알코올(PVA), 피브리노겐, 폴리설폰, 실리콘 및 폴리우레탄으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나로 이루어질 수 있다.

그 중, 전지셀의 두께를 균일하게 유지할 수 있는 강도를 가지고, 전지 케이스 자체의 형상 변화를 유발하지 않는 탄성력을 가지며, 세정액이 세정 롤러에 균일하게 도포될 수 있는 폴리우레탄이 더욱 바람직하다.

한편, 본 발명에 따른 세정 장치에 포함되는 세정 롤러에는, 세정면에 세정액을 담지할 수 있는 복수의 포어들(pores)이 형성되어 있을 수 있고, 세정면은 엠보 구조로 형성되어 있을 수 있다.

하나의 구체적인 예에서, 상기 엠보 구조는, 평면 형상이 타원 형상, 반원 형상, 및 다각형상 중 어느 하나일 수 있고, 상기 포어들 또는 엠보 구조는 선형 또는 매트릭스 형으로 세정면에 순차적으로 형성되어 있을 수 있다.

상기 포어들은, 세정 롤러의 세정면이 더욱 많은 세정액을 담지할 수 있도록 하여 세정력이 향상되는 효과가 있으며, 하나의 구체적인 예에서, 포어의 지름은 5 μm 내지 500 μm일 수 있으며, 상기 엠보 구조는 회전하면서 전지셀을 가압하는 한 쌍의 세정 롤러가 더욱 효과적으로 전지셀을 가압하여 전지셀의 두께 차이를 최소화하는 효과를 발휘할 수 있다.

한편, 본 발명에 따른 세정 롤러의 세정면의 길이는, 하나의 구체적인 예에서, 80 내지 120 mm일 수 있다.

만약, 상기 세정 롤러의 세정면의 길이가 80 mm 미만인 경우 전지 케이스의 외면 중 일부가 세정 롤러와 접촉하지 않게 되어 세정이 불완전하게 이루어지므로 바람직하지 않고, 이와 반대로, 120 mm를 초과하는 경우 공정 비용이 상승하게 되므로 바람직하지 않다.

특히, 각형 전지셀의 최대 폭이 100 mm를 초과하지 않는 점에서, 세정면의 길이는 95 내지 105 mm인 것이 더욱 바람직하다.

상기 세정 롤러들은, 하나의 구체적인 예에서, 0.1 Mpa 내지 2 Mpa의 압력으로 각형 전지셀을 가압할 수 있다.

만약 상기 세정 롤러들이 0.1 Mpa 미만의 압력으로 각형 전지셀을 가압하는 경우 충분한 압력으로 전지셀을 가압할 수 없으므로 세정 공정 전후의 전지셀의 두께가 균일하지 못하게 되어 바람직하지 않고, 이와 반대로, 2 Mpa를 초과하는 압력으로 가압하는 경우, 전지 케이스의 형상을 변형시킬 수 있어 바람직하지 않다.

한편, 본 발명에 따른 세정 장치는, 하나의 구체적인 예에서, 복수의 한 쌍의 롤러들을 포함하며, 이들 중 전지셀이 마지막으로 통과하는 한 쌍의 세정 롤러들에는 세정액으로서 물을 주된 성분으로 하는 상온의 워셔액이 도포될 수 있다.

상기 유기용매를 포함하는 세정액은 건조 과정에서 대부분이 제거되지만, 잔존 세정액의 완전한 제거를 위해 전지셀이 마지막으로 통과하는 한 쌍의 세정 롤러들은 물을 주된 성분으로 하는 워셔액이 도포된 상태에서 전지셀을 가압할 수 있다.

한편, 본 발명에 따른 세정 장치에 포함되는 세정 롤러에는, 하나의 구체적인 예에서, 롤러의 회전축 방향과 평행하게 세정면의 일면을 따라 소정의 폭을 가진 강화 부재가 형성되어 있는 구조일 수 있다.

구체적으로, 각형 전지셀은 일측 및 타측 단부에서 가장 높은 강도를 가지므로, 상기 전지셀의 일측 및 타측 단부를 효과적으로 가압하기 위하여 세정 롤러를 구성하는 소재보다 강도가 향상된 강화 부재를 세정 롤러의 일면을 따라 형성시킴으로써 세정 공정 전후의 전지셀의 두께 차이를 최소화시킬 수 있으며, 상기 강화 부재는 연속적 또는 불연속적으로 형성될 수 있고, 그 종류는 특별히 제한되지 않으나, 강도와 탄성력이 모두 우수한 강화 폴리우레탄 밴드인 것이 바람직하다.

이 경우, 하나의 구체적인 예에서, 상기 세정 롤러의 세정 과정에 있어서, 세정의 개시 시점에 상기 강화 폴리우레탄 밴드가 각형 전지셀의 일측 단부와 접촉을 개시하고, 세정의 종료 직전에 강화 폴리우레탄 밴드가 추가적으로 각형 전지셀의 타측 단부와 접촉하도록 구성할 수 있다.

이는 세정 롤러의 원주를 각형 전지셀의 폭과 같도록 설계하고, 한 쌍의 세정 롤러들 상호간에 회전 속도 및 회전 개시 시점이 같도록 제어하며, 이송 부재에 의해 이동하는 각형 전지셀의 일측 단부를 강화 부재가 형성되어 있는 세정 롤러의 세정면에 접촉하도록 제어함으로써 실현될 수 있다.

한편, 본 발명에 따른 세정 장치는, 상기 세정 롤러를 회전시키고, 각형 전지셀을 이송시키는 동력부를 더 포함할 수 있고, 상기 세정 롤러들을 통과한 각형 전지셀들을 건조시키는 건조부를 더 포함할 수 있다.

상기 건조부에는 에어를 분사하는 하나 이상의 에어 분사부가 내장되어 있으며, 건조부에서 전지셀은 상기 에어 분사부로부터 분사되는 상온의 에어에 의해 건조될 수 있다.

본 발명은 또한, 상기 각형 전지셀 세정 장치를 사용하여 제조된 각형 전지셀을 하나 이상 포함하는 디바이스를 제공한다.

상기 디바이스는 휴대폰, 태블릿 컴퓨터, 노트북 컴퓨터, 파워 툴, 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 플러그-인 하이브리드 전기자동차, 또는 전력저장 장치로부터 선택될 수 있으며, 디바이스의 구조 및 그것의 제조방법은 당업계에 공지되어 있으므로, 그에 대한 자세한 설명은 본 명세서에서 생략한다.

참고로, 상기 각형 전지셀은 리튬 이차전지일 수 있지만, 이들만으로 한정되지 않음은 물론이다.

이러한 리튬 이차전지는 양극, 음극, 분리막 및 리튬염 함유 비수 전해액으로 구성되어 있으며, 이들 역시 당업계에 공지되어 있으므로, 그에 대한 자세한 설명은 본 명세서에서 생략한다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 전지셀 세정 장치는, 상온의 유기용매를 세정액으로 사용하여 세정력이 우수할 뿐만 아니라 상기 세정 장치에 따른 각형 전지셀의 내부의 가스 발생이 억제됨으로써 스웰링 현상이 방지되어 수명 특성이 향상되는 효과가 있다. 또한, 프레임형 이송 부재를 사용하고, 세정 롤러로 전지셀을 가압하면서 세정하는 바, 세정 및 세정 공정 전후의 전지셀 두께의 균일성이 매우 우수한 전지셀을 제공하는 효과를 발휘한다.

도 1은 종래의 젤리-롤형 전극조립체를 내장하고 있는 각형 전지셀의 모식도이다.
도 2는 본 발명의 세정롤러에 세정액이 도포되는 과정을 나타내는 모식도이다.
도 3은 본 발명의 한 쌍의 세정 롤러가 각형 전지셀을 가압한 상태에서 세정하는 것을 나타내는 모식도이다.
도 4는 본 발명의 일련의 세정 과정을 나타내는 사시도이다.
도 5는 본 발명의 건조부의 구성을 나타내는 모식도이다.
도 6은 본 발명의 세정 롤러에 포어가 형성되어 있는 것을 나타내는 모식도이다.
도 7은 본 발명의 세정 롤러에 엠보 구조가 형성되어 있는 것을 나타내는 모식도이다.
도 8은 본 발명의 세정 롤러에 포어 및 엠보 구조가 배열되어 있는 것을 나타내는 모식도이다.
도 9는 본 발명의 세정 롤러의 일면에 강화 부재가 형성되어 있는 것을 나타내는 모식도이다.
도 10은 본 발명의 세정 롤러의 일면에 형성되어 있는 강화 부재에 엠보 구조가 형성되어 있는 것을 나타내는 모식도이다.
도 11은 본 발명의 분사부로부터 분사되는 세정액이 회전하는 세정 롤러에 도포되는 것을 나타내는 모식도이다.
도 12는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지셀의 일측 및 타측 단부가 세정 롤러의 강화 부재와 접촉하는 것을 나타내는 모식도이다.
도 13은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지셀의 상하면의 일측 및 타측 단부가 한 쌍의 세정 롤러의 강화 부재와 접촉하는 것을 나타내는 모식도이다.

이하에서는, 본 발명에 따른 실시예를 참조하여 설명하지만, 이는 본 발명의 더욱 용이한 이해를 위한 것으로, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.

도 2에는 본 발명의 세정롤러에 세정액이 도포되는 과정을 나타내는 모식도가 도시되어 있고, 도 3에는 본 발명의 한 쌍의 세정 롤러들이 각형 전지셀을 가압한 상태에서 세정하는 것을 나타내는 모식도가 도시되어 있으며, 도 4에는 본 발명의 일련의 세정 과정을 나타내는 사시도가 도시되어 있다.

도 2 내지 도 4를 함께 참조하면, 본 발명에 따른 전지셀 세정 장치는 각형 전지셀(10)들을 일측 방향으로 이동시키는 이송 부재(60: 도 5), 상기 각형 전지셀(10)을 사이에 두고 각형 전지셀(10)의 일면 및 타면을 가압한 상태에서 서로 반대 방향으로 회전하며 세정하는 한 쌍의 세정 롤러들(100), 및 세정 롤러(100)에 인접한 위치에서 세정 롤러(100)의 세정면에 세정액을 분사하는 분사부(110)를 포함하고, 세정 롤러(100)를 회전시키고, 각형 전지셀(10)을 이송시키는 동력부(70)을 포함하며, 또한 상기 세정 롤러(100)를 통과한 각형 전지셀(10)들을 건조시키는 건조부(80)를 포함한다.

분사부(110)는 분사부 고정대(120) 상에 고정되어 세정 롤러(100)의 세정면에 세정액(170)을 분사한다.

도 5에는 본 발명의 건조부의 구성을 나타내는 모식도가 도시되어 있다.

도 5를 참조하면, 상기 세정 롤러(100)들을 통과한 각형 전지셀들(10)은 이송 부재(60)에 의해 순차적으로 건조부(80)로 이동하며, 건조부(80)에는 복수의 에어 분사부(180)가 설치되어 있어 각형 전지셀(10)의 상하면에 상온의 에어(190)를 분사하여 세정액(170)이 도포되어 있는 각형 전지셀(10)을 건조시킨다.

도 6에는 본 발명의 세정 롤러에 포어가 형성되어 있는 것을 나타내는 모식도가 도시되어 있고, 도 7에는 본 발명의 세정 롤러에 엠보 구조가 형성되어 있는 것을 나타내는 모식도가 도시되어 있으며, 도 8에는 본 발명의 세정 롤러에 포어 및 엠보 구조가 배열되어 있는 것을 나타내는 모식도가 도시되어 있다.

도 6 내지 도 8을 함께 참조하면, 본 발명에 따른 세정 롤러(100)에는, 더 많은 세정액(170)을 담지하기 위해 포어들(140)이 형성되어 있거나, 전지셀 두께의 균일성을 향상시키기 위해 복수의 엠보(150)가 형성되어 있으며, 이들은 선형 또는 매트릭스형으로 세정 롤러(100)의 세정면에 순차적으로 형성되어 있다.

도 9에는 본 발명의 세정 롤러의 일면에 강화 부재가 형성되어 있는 것을 나타내는 모식도가 도시되어 있고, 도 10에는 본 발명의 세정 롤러의 일면에 형성되어 있는 강화 부재에 엠보 구조가 형성되어 있는 것을 나타내는 모식도가 도시되어 있으며, 도 11에는 본 발명의 분사부로부터 분사되는 세정액이 회전하는 세정 롤러에 도포되는 것을 나타내는 모식도가 도시되어 있다.

도 9 내지 도 11을 함께 참조하면, 본 발명의 세정 롤러(100)는, 세정 롤러(100)의 회전축 방향과 평행하게 세정면의 일면을 따라 소정의 폭을 가진 강화 부재(200), 예를 들어, 강화 폴리우레탄 밴드가 형성되어 있고, 강화 부재(200) 상에는 전지셀(10) 두께의 차이를 최소화하기 위하여 엠보(150)가 형성되어 있으며, 분사부(100)로부터 세정액(170)이 강화 부재(200)가 형성되어 있는 회전하는 세정 롤러(100)에 도포된다.

도 12에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지셀의 일측 및 타측 단부가 세정 롤러의 강화 부재와 접촉하는 것을 나타내는 모식도가 도시되어 있으며, 도 13에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지셀의 상하면의 일측 및 타측 단부가 한 쌍의 세정 롤러의 강화 부재와 접촉하는 것을 나타내는 모식도가 도시되어 있다.

도 12 및 도 13을 함께 참조하면, 본 발명에 따른 한 쌍의 세정 롤러(100)는, 세정 과정에서 세정의 개시 시점에 세정 롤러(100)의 일 부위에 형성되어 있는 강화 부재(200)가 각형 전지셀(10)의 일측 단부(40)와 접촉을 개시하고, 세정의 종료 직전에 다시 강화 부재(200)가 추가적으로 각형 전지셀(10)의 타측 단부(50)와 접촉함으로써, 가장 강한 강도를 가지는 각형 전지셀(10)의 일측 및 타측 단부를 세정 롤러(100)보다 강한 강도를 가지는 강화 부재(200)로 가압함으로써 더욱 효과적으로 각형 전지셀(10)의 세정 공정 전후의 두께의 균일성을 도모한다.

이상 본 발명의 실시예에 따른 도면을 참조하여 설명하였지만, 본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주 내에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다.

Claims (16)

1. 양극, 음극 및 분리막을 포함하는 전극조립체가 각형의 전지 케이스에 내장되어 있는 전지셀을 세정하는 장치로서,
   복수의 각형 전지셀들을 적재한 상태에서, 하기 세정 롤러들의 회전축과 수직인 일측 방향으로 각형 전지셀들을 순차적으로 이동시키는 이송 부재;
   각형 전지셀을 사이에 두고 서로 반대 방향으로 회전하면서, 각형 전지셀의 일면 및 타면을 각각 가압한 상태로 세정하는 한 쌍의 세정 롤러들; 및
   상기 세정 롤러에 인접한 위치에서 세정액을 세정 롤러의 세정면에 분사하는 분사부;
   를 포함하는 것을 특징으로 하는 전지셀 세정 장치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 세정액은 디메틸 카보네이트, 디메틸 포름아미드, N-메틸 포름아미드, 술폴란(테트라히드로티오펜-1,1-디옥사이드), 3-메틸술폴란, N-부틸 술폰, 디메틸 설폭사이드, 피로리디논(HEP), 디메틸피페리돈(DMPD), N-메틸 피롤리디논(NMP), N-메틸 아세트아미드, 디메틸 아세트아미드(DMAc), 디메틸포름아미드(DMF), 디에틸아세트아마이드(DEAc) 디프로필아세트 아마이드(DPAc), 에탄올, 프로판올, 부탄올, 헥산올, 에틸렌글리콜, 테트라클로로에틸렌, 프로필렌글리콜, 톨루엔, 트르펜틴, 메틸 아세테이트, 에틸 아세테이트, 페트롤 에테르, 아세톤, 크레졸 및 글리세롤 중 어느 하나의 유기 용매를 포함하는 것을 특징으로 하는 전지셀 세정 장치.
3. 제 2 항에 있어서, 상기 유기용매는 디메틸 카보네이트(DMC)인 것을 특징으로 하는 전지셀 세정 장치.
4. 제 2 항에 있어서, 상기 유기용매는 세정액 전체 중량을 기준으로 50 내지 80 중량%인 것을 특징으로 하는 전지셀 세정 장치.
5. 제 1 항에 있어서, 상기 세정액의 온도는 20 내지 30℃의 상온인 것을 특징으로 하는 전지셀 세정 장치.
6. 제 1 항에 있어서, 상기 세정 롤러의 소재는 폴리아세테이트 수지, 고무 수지, 나일론 수지, 폴리락톤수지, 키토산, 콜라겐, 셀룰로오스, 폴리비닐알코올(PVA), 피브리노겐, 폴리설폰, 실리콘 및 폴리우레탄으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나로 이루어져 있는 것을 특징으로 하는 전지셀 세정 장치.
7. 제 6 항에 있어서, 상기 세정 롤러는 폴리우레탄으로 이루어져 있는 것을 특징으로 하는 전지셀 세정 장치.
8. 제 1 항에 있어서, 상기 세정 롤러는 세정면에 세정액을 담지할 수 있는 복수의 포어들(pores)이 형성되어 있거나, 또는 세정면이 엠보 구조로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지셀 세정 장치.
9. 제 8 항에 있어서, 상기 엠보 구조는 평면 형상이 타원 형상, 반원 형상, 및 다각형상 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 전지셀 세정 장치.
10. 제 8 항에 있어서, 상기 포어들 또는 엠보 구조는 선형 또는 매트릭스형으로 세정면에 순차적으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지셀 세정 장치.
11. 제 1 항에 있어서, 상기 세정 롤러의 세정면의 길이는 80 내지 120 mm인 것을 특징으로 하는 전지셀 세정 장치.
12. 제 1 항에 있어서, 상기 세정 롤러들은 0.1 Mpa 내지 2 Mpa의 압력으로 각형 전지셀을 가압하는 것을 특징으로 하는 전지셀 세정 장치.
13. 제 1 항에 있어서, 상기 세정 롤러는, 롤러의 회전축 방향과 평행하게, 세정면의 일면을 따라 소정의 폭을 가진 강화 폴리우레탄 밴드가 연속적으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지셀 세정 장치.
14. 제 13 항에 있어서, 상기 세정 롤러의 세정 과정에서, 세정의 개시 시점에 강화 폴리우레탄 밴드가 각형 전지셀의 일측 단부와 접촉을 개시하고, 세정의 종료 직전에 강화 폴리우레탄 밴드가 추가적으로 각형 전지셀의 타측 단부와 접촉하는 것을 특징으로 하는 전지셀 세정 장치.
15. 제 1 항에 있어서, 상기 세정 롤러를 회전시키고, 각형 전지셀을 이송시키는 동력부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전지셀 세정 장치.
16. 제 1 항에 있어서, 상기 세정 롤러들을 통과한 각형 전지셀들을 건조시키는 건조부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전지셀 세정 장치.

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