KR20180137346A - 퇴화셀 회생 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 퇴화셀 회생 방법에 관한 것으로, 본 발명에 따른 퇴화셀 회생 방법은 수용하는 수용부가 형성된 파우치를 포함하는 셀의 퇴화 시 재생시키는 방법으로, 상기 파우치의 모서리부를 절단하여 상기 파우치의 수용부를 개방시키는 절단 단계와, 상기 파우치의 절단 부분을 통해 상기 파우치의 수용부로 추가 전해액을 추가 주액하는 추가 주액단계 및 상기 파우치의 절단 부분을 열압착하여 밀봉하는 밀봉단계를 포함한다.

Description

퇴화셀 회생 방법{DEGENERATE CELL REGNERATIVE METHOD}
본 발명은 퇴화셀 회생 방법에 관한 것이다.
이차 전지는 일차 전지와는 달리 재충전이 가능하고, 또 소형 및 대용량화 가능성으로 인해 근래에 많이 연구 개발되고 있다. 모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서의 이차 전지의 수요가 급격하게 증가하고 있다.
이차 전지는 전지 케이스의 형상에 따라, 코인형 전지, 원통형 전지, 각형 전지, 및 파우치형 전지로 분류된다. 이차 전지에서 전지 케이스 내부에 장착되는 전극 조립체는 전극 및 분리막의 적층 구조로 이루어진 충방전이 가능한 발전소자이다.
전극 조립체는 활물질이 도포된 시트형의 양극과 음극 사이에 분리막을 개재(介在)하여 권취한 젤리 롤(Jelly-roll)형, 다수의 양극과 음극을 분리막이 개재된 상태에서 순차적으로 적층한 스택형, 및 스택형의 단위 셀들을 긴 길이의 분리 필름으로 권취한 스택/폴딩형으로 대략 분류할 수 있다.
최근에는, 스택형 또는 스택/폴딩형 전극조립체를 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치형 전지케이스에 내장한 구조의 파우치형 전지가, 낮은 제조비, 작은 중량, 용이한 형태 변형 등을 이유로, 많은 관심을 모으고 있고 또한 그것의 사용량이 점차적으로 증가하고 있다.
한국 공개특허 제10- 2014-0015647호
본 발명의 하나의 관점은 셀의 수명특성을 향상시킬 수 있는 퇴화셀 회생 방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 다른 관점은 셀에 추가 전해액을 주액하기 용이한 퇴화셀 회생 방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 또 다른 관점은 셀에 추가 전해액을 주액 시 셀의 부피팽창을 방지할 수 있는 퇴화셀 회생 방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 퇴화셀 회생 방법은, 수용하는 수용부가 형성된 파우치를 포함하는 셀의 퇴화 시 재생시키는 방법으로, 상기 파우치의 모서리부를 절단하여 상기 파우치의 수용부를 개방시키는 절단 단계와, 상기 파우치의 절단 부분을 통해 상기 파우치의 수용부로 추가 전해액을 추가 주액하는 추가 주액단계 및 상기 파우치의 절단 부분을 열압착하여 밀봉하는 밀봉단계를 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 추가 전해액을 주액하여 퇴화된 셀을 재생시킬 수 있다. 특히, 셀의 사이클 회복 및 저항이 감소될 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 셀의 모서리 부분을 절개하여 추가 전해액을 셀에 주액하기 용이하고, 셀의 내부 가스를 외부로 배출하기 용이할 수 있다.
아울러, 본 발명에 따르면, 셀에 추가 전해액을 주액 후 밀봉 시 압력 지그를 통해 셀에 압력을 가한 상태로 밀봉하여 셀의 부피 팽창을 방지할 수 있다. 이에 따라, 셀의 부피 팽창으로 인한 셀의 저항이 증가되는 것을 완화시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 퇴화셀 회생 방법을 나타낸 순서도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 퇴화셀 회생 방법에 적용되는 셀을 예시적으로 나타낸 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 퇴화셀 회생 방법에 적용되는 셀을 예시적으로 나타낸 분리사시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 퇴화셀 회생 방법에서 절단 단계를 나타낸 평면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 퇴화셀 회생 방법에서 가압 단계를 나타낸 평면도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 퇴화셀 회생 방법에서 압력 지그를 나타낸 분리 사시도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 퇴화셀 회생 방법에서 밀봉단계를 나타낸 예시도이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 퇴화셀 회생 방법에서 압력 지그를 나타낸 분리 사시도이다.
도 9은 본 발명의 다른 실시예에 따른 퇴화셀 회생 방법에서 압력 지그를 통해 셀을 가압하는 상태를 예시적으로 나타낸 측면도이다.
본 발명의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되어지는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예들로부터 더욱 명백해질 것이다. 본 명세서에서 각 도면의 구성요소들에 참조번호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 번호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다. 또한, 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고, 본 발명을 설명함에 있어서, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 관련된 공지 기술에 대한 상세한 설명은 생략하도록 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 퇴화셀 회생 방법을 나타낸 순서도이다.
도 1을 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 의한 퇴화셀 회생 방법은 셀(10)의 파우치(11) 일부를 절단하는 절단단계(S10)와, 파우치(11) 내부에 추가 전해액을 주액하는 추가 주액단계(S20) 및 파우치(11)를 밀봉하는 밀봉단계(S40)를 포함한다. 또한, 본 발명의 일 실시예에 의한 퇴화셀 회생 방법은 셀(10)의 내부가스를 배출하는 디개스 단계(S30)를 더 포함할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 퇴화셀 회생 방법에 적용되는 셀을 예시적으로 나타낸 사시도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 퇴화셀 회생 방법에 적용되는 셀을 예시적으로 나타낸 분리사시도이며, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 퇴화셀 회생 방법에서 절단 단계를 나타낸 평면도이다.
이하에서, 도 1 내지 도 7을 참조하여, 본 발명의 일 실시예인 퇴화셀 회생 방법에 대해 보다 상세히 설명하기로 한다.
도 1, 도 2 및 도 4를 참고하면, 절단단계(S10)는 셀(10)에서 파우치(11)의 모서리부를 절단하여, 파우치(11)의 수용부(11a)를 개방시킬 수 있다.
도 3 및 도 4를 참고하면, 셀(10)은 전극 조립체(12) 및 전해액과 전극 조립체(12) 및 전해액을 수용하는 파우치(11)를 포함할 수 있다. 이때, 파우치(11)의 수용부(11a)에는 전극 조립체(12)가 위치되지 않은 공간이 형성될 수 있다. 즉, 파우치(11)의 수용부(11a)에서 모서리 부분에 전극 조립체(12)가 위치되지 않은 빈 공간이 형성될 수 있다.
전극 조립체(12)는 충방전이 가능한 발전소자로서, 전극(12c)과 분리막(12d)이 결집되어 교대로 적층된 구조를 형성한다.
전극(12c)은 양극(12a) 및 음극(12b)으로 구성될 수 있다. 이때, 전극 조립체(12)는 양극(12a)/분리막(12d)/음극(12b)이 교대로 적층된 구조로 이루어질 수 있다.
분리막(12d)은 절연 재질로 이루어져 양극(12a)과 음극(12b) 사이를 전기적으로 절연한다. 여기서, 분리막(12d)은 예를 들어 미다공성을 가지는 폴리에칠렌, 폴리프로필렌 등 폴리올레핀계 수지막으로 형성될 수 있다.
파우치(11)는 전극 조립체(12) 및 전해액을 내부에 수용하는 수용부(11a)가 형성될 수 있다. 여기서, 절단단계(S10)는 파우치(11)의 수용부(11a)에서 모서리 부분이 외부로 노출되도록 파우치(11)의 모서리부를 절단할 수 있다.
또한, 셀(10)은 전극 조립체(12)의 전극(12c)과 전기적으로 연결되는 전극 리드(13)를 더 포함할 수 있다.
도 1, 도 3 및 도 4를 참고하면, 추가 주액단계(S20)는 파우치(11)의 절단 부분(11b)을 통해 파우치(11)의 수용부(11a)로 추가 전해액을 추가 주액할 수 있다.
이때, 추가 주액단계(S20)는 예를들어 셀(10)이 리튬이차전지로 이루어져 파우치(11)의 수용부(11a) 내로 리튬염을 1.5M(Mole) 농도 이상 포함하는 고농도 전해액을 추가 주액할 수 있다.
디개스(De-gas) 단계(S30)는 추가 주액단계(S20)를 수행 후 밀봉단계(S40) 전에 파우치(11)의 절단 부분(11b)으로 셀(10)의 내부가스를 외부로 배출할 수 있다.
또한, 디개스 단계(S30)는 셀(10)의 내부가스를 진공을 통해 셀(10)의 외부로 배출할 수 있다. 즉, 디개스 단계(S30)는 셀(10)에 진공을 걸어주어 셀(10)의 내부 가스를 외부로 배출되도록 할 수 있다. 이때, 예를 들어 셀(10)을 진공 챔버(미도시)의 내부에 수용시킨 후 진공 챔버의 내부를 진공시켜 셀(10)의 내부 가스를 셀(10)의 외부로 배출할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 퇴화셀 회생 방법에서 가압 단계를 나타낸 평면도이고, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 퇴화셀 회생 방법에서 압력 지그를 나타낸 분리 사시도이며, 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 퇴화셀 회생 방법에서 밀봉단계를 나타낸 예시도이다.
도 1, 도 6 및 도 7을 참고하면, 밀봉단계(S40)는 파우치(11)의 절단 부분(11b)을 열압착하여 셀(10)을 밀봉할 수 있다. 즉, 밀봉단계(S40)는 절단단계(S10)를 통해 파우치(11)의 수용부(11a)에서 모서리 부분의 개방된 부분(11c)을 열압착하여 실링(Sealing)할 수 있다. 이때, 밀봉단계(S40)는 파우치(11)의 모서리 부분을 열압착기(20)를 통해 열융착시켜 파우치(11)의 수용부(11a)를 밀봉할 수 있다.
또한, 도 1, 도 5 및 도 6을 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 의한 퇴화셀 회생 방법에서 밀봉단계(S40)는 셀(10)의 부피 팽창을 억제하도록 파우치(11)의 외면을 압력 지그(100)를 통해 가압하는 가압단계(S41)를 더 포함할 수 있다. 이때, 밀봉단계(S40)는 셀(10)을 가압한 상태에서 파우치(11)의 절단 부분(11b)을 열압착하여 밀봉할 수 있다.
가압단계(S41)는 양면에 한 쌍의 가압부재(110,120)를 위치시키고, 한 쌍의 가압부재(110,120)를 결합수단(130)으로 상호 결합시킬 수 있다. 이때, 가압단계(S41)는 결합수단(130)을 통해 한 쌍의 가압부재(110,120)의 상호 간격이 좁혀지도록 고정하는 것을 통해 셀(10)을 가압할 수 있다. 여기서, 한 쌍의 가압부재(110,120)는 제1 가압부재(110) 및 제2 가압부재(120)를 포함할 수 있다.
한편, 가압부재(110,120)는 가압판 또는 가압블럭 형태로 형성될 수 있다.
결합수단(130)은 외주면에 나사부가 형성된 볼트(131) 및 내주면에 나사홈이 형성된 너트(132)를 포함할 수 있다. 여기서, 볼트(131) 및 너트(132)는 각각 한 쌍의 가압부재(110,120)의 외측에서 상호 마주보는 방향으로 결합될 수 있다. 이에 따라, 가압단계(S41)는 너트(132)를 조임과 풀음에 따라 한 쌍의 가압부재(110,120)의 거리가 조절되어 셀(10)을 가압하는 가압력을 조절할 수 있다. 그리고, 볼트(131)는 제1 가압부재(110) 및 제2 가압부재(120)에 각각 형성된 제1 결합홀(111) 및 제2 결합홀(121)에 결합되고, 단부에 너트(132)가 결합될 수 있다.
또한, 결합수단(130)은 복수개로 이루어져, 한 쌍의 가압부재(110,120)의 4모서리부에 각각 결합될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 퇴화셀 회생 방법으로 회생된 셀의 저항 감소율 결과를 표 1 에 나타낸다.

셀 저항 감소율

실험예 1
19.5%

실험예 2
22.7%
표 1에서 실험예 1은 파우치의 모서리부를 절단하는 절단단계와, 파우치의 절단 부분을 통해 전해액을 추가 주액하는 추가 주액단계 및 파우치의 절단부위를 밀봉하는 밀봉단계를 통해 퇴화 셀을 회생시킨 셀의 저항 감소율을 나타낸다. 표 1에 나타난 바와 같이, 실험예 1에서 셀의 저항 감소율이 19.5%로 셀 저항이 현저히 감소된 것을 알 수 있다.
또한, 표 1에서 실험예 2는 상기 실험예 1의 밀봉단계에서 압력 지그를 통해 파우치를 가압하는 가압단계를 더 포함하여 퇴화 셀을 회생시킨 셀의 저항 감소율을 나타낸다. 표 1에 나타난 바와 같이, 실험예 2에서 셀의 저항 감소율이 22.7%로 셀 저항이 더욱 현저히 감소된 것을 알 수 있다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 퇴화셀 회생 방법에서 압력 지그를 나타낸 분리 사시도이고, 도 9은 본 발명의 다른 실시예에 따른 퇴화셀 회생 방법에서 압력 지그를 통해 셀을 가압하는 상태를 예시적으로 나타낸 측면도이다.
이하에서, 도 1, 도 8 및 도 9를 참조하여, 본 발명의 다른 실시예에 의한 퇴화셀 회생 방법에 대해 상세히 설명하기로 한다.
도 1을 참고하면, 본 발명의 다른 실시예에 의한 퇴화셀 회생 방법은 셀(10)의 파우치(11) 일부를 절단하는 절단단계(S10)와, 파우치(11) 내부에 추가 전해액을 주액하는 추가 주액단계(S20)와, 셀(10)의 내부가스를 배출하는 디개스 단계(S30) 및 파우치(11)를 밀봉하는 밀봉단계(S40)를 포함할 수 있다. 이때, 본 발명의 다른 실시예에 의한 퇴화셀 회생 방법에서 밀봉단계(S40)는 셀(10)을 가압하는 가압단계(S41)를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 퇴화셀 회생 방법은 가압단계(S41)에서 압력 지그(100)의 가압부재(210,220)에 플랙서블 부재(240,250)가 더 구비되어 셀(10)을 가압한다는 점에서 본 발명의 일 실시예에 따른 퇴화셀 회생 방법과 차이가 있다.
따라서, 본 실시예는 일 실시예와 중복되는 내용은 간략히 기술하고, 차이점을 중심으로 기술하도록 한다.
보다 상세히, 도 1, 도 8 및 도 9를 참고하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 퇴화셀 회생 방법에서 밀봉단계(S40)는 압력 지그(200)를 통해 셀(10)을 가압하는 가압단계(S41)를 포함할 수 있다. 여기서, 가압단계(S41)는 셀(10)의 부피 팽창을 억제하도록 파우치(11)의 외면을 압력 지그(200)를 통해 가압할 수 있다
따라서, 밀봉단계(S40)는 가압단계(S41)를 포함하여 셀(10)을 가압한 상태에서 파우치(11)의 절단부분을 열압착하여 밀봉할 수 있다.
가압단계(S41)는 파우치(11)의 양면에 한 상의 가압부재(210,220)를 위치시키고, 한 쌍의 가압부재(210,220)를 결합수단(230)으로 상호 결합시키며, 결합수단(230)을 통해 한 쌍의 가압부재(210,220)의 상호 간격이 좁혀지도록 고정하는 것을 통해 셀(10)을 가압할 수 있다. 여기서, 결합수단(230)은 볼트(231) 및 너트(232)를 포함하고, 볼트(231) 및 너트(232)가 각각 한 쌍의 가압부재(210,220)의 외측에서 상호 마주보는 방향으로 결합될 수 있다.
이때, 본 발명의 다른 실시예에 따른 퇴화셀 회생 방법에서 가압단계(S41)는 가압면에 플랙서블(flexible) 부재가 구비된 한 쌍의 가압부재(210,220)를 통해 셀(10)을 가압할 수 있다.
여기서, 플랙서블 부재(240,250)는 한 쌍의 가압부재(210,220)에서 상호 마주보는 면에 구비될 수 있다. 즉, 플랙서블 부재(240,250)는 한 쌍의 가압부재(210,220)에서 가압면에 각각 구비될 수 있다.
따라서, 가압단계(S41)에서 셀(10)을 압력 지그(200)를 통해 셀(10)을 가압 시, 플랙서블 부재(240,250)에서 셀(10)을 마주보는 면은 셀(10)의 피가압면에 대응되는 형태의 가압면을 형성할 수 있다. 이에 따라, 다양한 형태의 셀(10)을 가압할 수 있고, 가압 시 셀(10)을 손상시키지 않을 수 있다.
또한, 플랙서블 부재(240,250)는 연성(軟性)이 높은 재질로 이루어질 수 잇다.
아울러, 플랙서블 부재(240,250)는 절연 재질 및 내열 재질 중 적어도 어느 하나의 재질로 이루어질 수 있다.
따라서, 플랙서블 부재(240,250)가 내열 재질로 이루어져, 셀(10)을 가압하면서 열압착을 통해 밀봉할 때, 열압착기(20)를 통해 전달되는 열에 의해 플랙서블 부재(240,250)가 손상되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 플랙서블 부재(240,250)가 전기적 절연 재질로 이루어져 셀(10)을 가압 시 셀(10)의 내부에 흐르는 잔존 전류가 가압부재(210,220)를 통해 외부로 전달되는 것을 방지할 수 있다.(참고 도 7)
여기서, 플랙서블 부재(240,250)는 예를들어 절연성 및 내열성 재질인 실리콘(Silicon) 재질로 이루어질 수 있다.
이상 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세히 설명하였으나, 이는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명에 따른 퇴화셀 회생 방법은 이에 한정되지 않는다. 본 발명의 기술적 사상 내에서 당해 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 실시가 가능하다고 할 것이다.
또한, 발명의 구체적인 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의하여 명확해질 것이다.
10: 셀
11: 파우치
11a: 수용부
11b: 절단 부분
11c: 개방된 부분
12: 전극 조립체
12a: 양극
12b: 음극
12c: 전극
12d: 분리막
13: 전극 리드
20: 열압착기
100, 200: 압력 지그
110,210: 제1 가압부재
111: 제1 결합홀
120,220: 제2 가압부재
121: 제2 결합홀
130,230: 결합수단
131,231: 볼트
132,232: 너트
240,250: 플랙서블 부재

Claims (12)

  1. 전극 조립체와, 전해액과, 상기 전극 조립체 및 상기 전해액을 내부에 수용하는 수용부가 형성된 파우치를 포함하는 셀의 퇴화 시 재생시키는 방법으로,
    상기 파우치의 모서리부를 절단하여 상기 파우치의 수용부를 개방시키는 절단 단계;
    상기 파우치의 절단 부분을 통해 상기 파우치의 수용부로 추가 전해액을 추가 주액하는 추가 주액단계; 및
    상기 파우치의 절단 부분을 열압착하여 밀봉하는 밀봉단계를 포함하는 퇴화셀 회생 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 밀봉단계는 상기 셀의 부피 팽창을 억제하도록 상기 파우치의 외면을 압력 지그를 통해 가압하는 가압단계를 더 포함하여, 상기 셀을 가압한 상태에서 상기 파우치의 절단 부분을 열압착하여 밀봉하는 퇴화셀 회생 방법.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 가압단계는
    상기 파우치의 양면에 한 쌍의 가압부재를 위치시키고, 상기 한 쌍의 가압부재를 결합수단으로 상호 결합시키며, 상기 결합수단을 통해 상기 한 쌍의 가압부재의 상호 간격이 좁혀지도록 고정하는 것을 통해 상기 셀을 가압하는 퇴화셀 회생 방법.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 결합수단은 볼트 및 너트를 포함하고, 상기 볼트 및 상기 너트는 각각 상기 한 쌍의 가압부재의 외측에서 상호 마주보는 방향으로 결합되어,
    상기 가압단계에서 상기 너트를 조임과 풀음에 따라 상기 한 쌍의 가압부재의 거리가 조절되어 상기 셀을 가압하는 가압력이 조절되는 퇴화셀 회생 방법.
  5. 청구항 3에 있어서,
    상기 결합수단은 복수개로 이루어져, 상기 한 쌍의 가압부재의 4모서리부에 각각 결합되는 퇴화셀 회생 방법.
  6. 청구항 3에 있어서,
    상기 가압부재는
    가압판 또는 가압블럭 형태로 형성되는 퇴화셀 회생 방법.
  7. 청구항 3에 있어서,
    상기 한 쌍의 가압부재는 상호 마주보는 면에 플랙서블 부재(flexible)가 더 구비되는 퇴화셀 회생 방법.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 플랙서블 부재는 상기 셀 가압시 상기 셀의 피가압면에 대응되는 형태의 가압면을 형성하는 퇴화셀 회생 방법.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 플랙서블 부재는 절연 재질로 및 내열 재질 중 적어도 어느 하나의 재질로 이루어지는 퇴화셀 회생 방법.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 플랙서블 부재는 실리콘 재질을 포함하는 퇴화셀 회생 방법.
  11. 청구항 3에 있어서,
    상기 추가 주액단계를 수행 후, 상기 밀봉단계 전에 상기 파우치의 절단 부분으로 상기 셀의 내부가스를 외부로 배출하는 디개스 단계를 더 포함하는 퇴화셀 회생 방법.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 디개스 단계는 상기 셀의 내부가스를 진공을 통해 외부로 배출하는 퇴화셀 회생 방법.
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