KR20200065509A

KR20200065509A - 전해액 함침 장치 및 전해액 함침 방법

Info

Publication number: KR20200065509A
Application number: KR1020180152048A
Authority: KR
Inventors: 윤수미
Original assignee: 주식회사 엘지화학
Priority date: 2018-11-30
Filing date: 2018-11-30
Publication date: 2020-06-09

Abstract

본 발명은 전해액 함침 장치 및 전해액 함침 방법에 관한 것으로, 본 발명에 따른 전해액 함침 장치는, 전극 조립체가 수용된 파우치 내부에 전해액을 공급하여 상기 전극 조립체를 상기 전해액에 함침시키는 전해액 함침 장치로서, 상기 파우치에 형성된 개구를 통해 상기 파우치 내부에 수용된 상기 전극 조립체에 상기 전해액을 분사하는 전해액 분사 노즐 및 상기 전해액에 압력을 가하며 상기 전해액 분사 노즐로 상기 전해액을 공급하는 전해액 공급부를 포함하고, 상기 전해액 분사 노즐이 상기 전해액을 0.001㎛ ~ 1000㎛ 크기의 에어로졸 입자형태로 분사하도록, 상기 전해액 분사 노즐의 모양과, 노즐 구멍의 크기, 및 상기 전해액 공급부가 상기 전해액에 가하는 압력이 조정되어 있다.

Description

전해액 함침 장치 및 전해액 함침 방법{ELECTROLYTE IMPREGNATION EQUIPMENT AND ELECTROLYTE IMPREGNATION METHOD}

본 발명은 전해액 함침 장치 및 전해액 함침 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 분리필름으로 권취한 스택 앤 폴딩형으로 대략 분류할 수 있다.

한편, 이차 전지의 고용량화 추세 및 그에 따른 이차 전지의 전극판들의 단위 사이즈가 증가되면서 전해액의 습윤에 대한 중요성이 커지고 있다. 왜냐하면, 이차 전지의 제조 공정상 전해액의 함침(습윤)이 불완전해지면, 이차 전지의 용량이 저하됨은 물론, 전극 상태의 불균일성이 심화되어 전극 반응이 국부적으로 집중되어 그곳에서 리튬 금속이 국부적으로 석출되어 전지의 안전성에 지대한 문제를 일으킬 수 있기 때문이다. 뿐만 아니라, 전극판의 사이즈가 커지게 되면 전해액의 습윤에 소요되는 시간이 역시 상대적으로 증가하게 되므로 이차 전지의 생산성이 저하되는 문제점도 있다. 또한, 전해질의 습윤불량은 다른 전극 상태가 양호함에도 불구하고 전극의 퇴화를 가속시켜 전지의 수명을 단축시킬 수 있는 문제점이 있다.

한국 공개특허 제10-2014-0015647호

본 발명의 하나의 관점은 이차전지의 전해액 함침성을 향상시킬 수 있는 전해액 함침 장치 및 전해액 함침 방법을 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 실시예에 따른 전해액 함침 장치는, 전극 조립체가 수용된 파우치 내부에 전해액을 공급하여 상기 전극 조립체를 상기 전해액에 함침시키는 전해액 함침 장치로서, 상기 파우치에 형성된 개구(11b)를 통해 상기 파우치 내부에 수용된 상기 전극 조립체에 상기 전해액을 분사하는 전해액 분사 노즐 및 상기 전해액에 압력을 가하며 상기 전해액 분사 노즐로 상기 전해액을 공급하는 전해액 공급부를 포함하고, 상기 전해액 분사 노즐이 상기 전해액을 0.001㎛ ~ 1000㎛ 크기의 에어로졸 입자형태로 분사하도록, 상기 전해액 분사 노즐의 모양과, 노즐 구멍(111)의 크기, 및 상기 전해액 공급부가 상기 전해액에 가하는 압력이 조정되어 있을 수 있다.

한편, 본 발명의 실시예에 따른 전극 조립체 함침 방법은, 전극 조립체가 수용된 파우치 내부에 전해액을 공급하여 상기 전극 조립체를 상기 전해액에 함침시키는 전해액 함침 방법으로서, 전해액 공급부를 통해 상기 전해액을 가압하며 전해액 분사 노즐로 상기 전해액을 공급하는 전해액 공급단계 및 상기 전해액 공급단계를 통해 공급되는 상기 전해액을 상기 전해액 분사 노즐을 통해 상기 전극 조립체에 0.001㎛ ~ 1000㎛ 크기의 에어로졸 입자형태로 분사하여 상기 전극 조립체를 상기 전해액에 함침시키는 분사단계를 포함할 수 있다.

본 발명에 따르면, 전해액을 0.001㎛ ~ 1000㎛ 크기의 에어로졸 입자형태로 전극 조립체에 분사하여 전극 조립체를 전해액에 함침시킴에 따라 함침성이 향상될 수 있다.

또한, 이로 인해 전극 조립체가 전해액에 균일하게 함침되어 이차 전지의 용량이 상승되고, 전극 상태의 분균일성이 심화되는 것을 방지하여 전지 안정성이 증대될 수 있다.

아울러, 이로 인해 전극 조립체의 균일한 함침으로 전극의 퇴화가 가속되는 것을 방지하여 전지의 수명이 증가될 수 있다.

그리고, 이로 인해 전극 조립체가 전해액에 함침되는 시간이 감소되어 생산성이 향상될 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전해액 함침 장치의 사용 상태를 예시적으로 나타낸 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전해액 함침 장치의 초기 단계를 나타낸 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전해액 함침 장치의 유입 단계를 나타낸 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전해액 함침 장치의 배출 및 분사단계를 나타낸 단면도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 전해액 함침 장치의 사용 상태를 예시적으로 나타낸 사시도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전해액 함침 장치에서 전해액 분사 노즐을 나타낸 사시도이다.

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 일 실시예에 따른 전해액 함침 장치의 사용 상태를 예시적으로 나타낸 사시도이다.

도 1을 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전해액 함침 장치(100)는 전극 조립체(12)를 전해액(E)에 함침시키는 전해액 함침 장치(100)로서, 파우치(11) 내부에 수용된 전극 조립체(12)에 전해액(E)을 분사하는 전해액 분사 노즐(110) 및 전해액 분사 노즐(110)로 전해액(E)을 공급하는 전해액 공급부(120)를 포함한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전해액 함침 장치의 초기 단계를 나타낸 단면도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전해액 함침 장치의 유입 단계를 나타낸 단면도이며, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전해액 함침 장치의 배출 및 분사단계를 나타낸 단면도이다.

이하에서, 도 1 내지 도 4를 참조하여, 본 발명의 일 실시예인 전해액 함침 장치에 대해 보다 상세히 설명하기로 한다.

도 1 및 도 2를 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전해액 함침 장치(100)는 이차전지(10)에서 전극 조립체(12)가 수용된 파우치(11) 내부에 전해액(E)을 공급하여 전극 조립체(12)를 전해액(E)에 함침시키는 전해액 함침 장치(100)이다.

파우치(11)는 전극 조립체(12)가 수용되는 수용부가 내부에 형성될 수 있다. 여기서, 파우치(11) 내부에 수용된 전극 조립체(12)에 전해액(E)을 공급할 때, 파우치(11)에 개방된 부분인 개구(11b)가 형성되어 전해액(E)을 개구(11b)를 통해 파우치(11)의 내부로 공급할 수 있다. 이때, 파우치(11)에는 개구(11b)와 전극 조립체(12)가 수용된 수용부를 연결하는 통로를 형성하는 가스 포켓부(11a)가 형성될 수 있다. 한편, 전해액(E)을 파우치(11)의 내부에 공급하여 전극 조립체(12)를 함침 시킨 후 가스 포켓부(11a)를 절단하여 수용부가 밀봉되도록 파우치(11)를 실링할 수 있다.

전극 조립체(12)는 전극(미도시) 및 분리막(미도시)이 교대로 적층된 충방전이 가능한 발전소자로서, 전극 및 분리막이 교대로 적층되어 결집된 형태로 형성될 수 있다. 여기서, 전극은 양극(미도시) 및 음극(미도시)으로 구성될 수 있다.

또한, 전극 조립체(12)는 일례로 분리막, 음극, 분리막 및 양극이 순차적으로 적층된 형태일 수 있다. 아울러, 전극 조립체(12)는 다른 예로 분리막, 음극, 분리막 및 양극이 순차적으로 적층된 형태에서 최외각 양면에 보호 필름이 더 부착된 형태일 수 있다.

양극은 양극 집전체(미도시) 및 양극 집전체에 도포된 양극 활물질(미도시)을 포함할 수 있다. 양극 집전체는 예를 들어 알루미늄 재질의 포일(Foil)로 이루어질 수 있고, 양극 활물질은 예를 들어 리튬망간산화물, 리튬코발트산화물, 리튬니켈산화물, 리튬인산철, 또는 이들 중 1종 이상이 포함된 화합물 및 혼합물 등으로 이루어질 수 있다.

음극은 음극 집전체(미도시) 및 음극 집전체에 도포된 음극 활물질(미도시)을 포함할 수 있다. 음극 집전체는 예를 들어 구리(Cu) 또는 니켈(Ni) 재질로 이루어진 포일(foil)로 이루어질 수 있다. 음극 활물질은 예를 들어 인조흑연, 리튬금속, 리튬합금, 카본, 석유코크, 활성화 카본, 그래파이트, 실리콘 화합물, 주석 화합물, 티타늄 화합물 또는 이들의 합금으로 이루어질 수 있다. 이때, 음극 활물질은 예를 들어 비흑연계의 SiO(silica, 실리카) 또는 SiC(silicon carbide, 실리콘카바이드) 등이 더 포함되어 이루어질 수 있다.

분리막은 절연 재질 및 연성이 있는 재질로 이루어질 수 있다. 이때, 분리막은 예를 들어 미다공성을 가지는 폴리에칠렌, 폴리프로필렌 등 폴리올레핀계 수지막으로 형성될 수 있다.

전해액 분사 노즐(110)은 파우치(11)에 형성된 개구(11b)를 통해 파우치(11) 내부에 수용된 전극 조립체(12)에 전해액(E)을 분사할 수 있다.

또한, 전해액 분사 노즐(110)은 전해액(E)이 분사되는 홀을 형성하는 노즐 구멍(111)이 내측을 관통하며 형성될 수 있다. 여기서, 노즐 구멍(111)의 지름은 예를 들어 0.001um ~ 10000um 크기로 형성될 수 있다.

아울러, 전해액 분사 노즐(110)은 예를 들어 전해액 공급부(120)에 구비된 배출관(127)의 단부에 위치될 수 있다.

그리고, 전해액 분사 노즐(110)이 전해액(E)을 0.001㎛ ~ 1000㎛ 크기의 에어로졸 (Aerosol) 입자형태로 분사하도록, 전해액 분사 노즐(110)의 모양과, 노즐 구멍(111)의 크기, 및 전해액 공급부(120)가 전해액(E)에 가하는 압력이 조정되어 있을 수 있다.

도 3 및 도 4를 참고하면, 전해액 공급부(120)는 전해액(E)에 압력을 가하며 전해액 분사 노즐(110)로 전해액(E)을 공급할 수 있다.

전해액 공급부(120)는 전해액(E)이 수용되는 수용부(121a)가 내부에 형성된 몸체(121) 및 수용부(121a)의 내면을 따라 이동되는 피스톤(122)을 포함할 수 있다. 여기서, 피스톤(122)은 수용부(121a)의 공간을 줄이는 방향으로 이동되어, 수용부(121a)에 수용된 전해액(E)을 가압하며 전해액 분사 노즐(110)로 전해액(E)을 배출시킬 수 있다. 이때, 수용부(121a)에 수용된 전해액(E)은 배출관(127)을 통해 전해액 분사 노즐(110)로 배출될 수 있다. 그리고, 피스톤(122)은 예를 들어 액츄에이터(Actuator)(123)의 단부에 구비될 수 있다.

한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 전해액 함침 장치(100)의 전해액 공급부(120)는 전해액(E)이 저장되고 유입부(121b)와 연결된 전해액 탱크(128)와, 수용부(121a)로 전해액(E)이 유입되는 유입부(121b)의 개폐를 단속하는 유입밸브(125) 및 수용부(121a)에서 전해액(E)이 배출되는 배출부(121c)의 개폐를 단속하는 배출밸브(126)를 더 포함할 수 있다.

도 2 및 도 3을 참고하면, 유입밸브(125)는 일측부(125a)가 타측부(125b) 보다 폭이 넓게 형성된 유입밸브 몸체(125c) 및 유입밸브 몸체(125c)의 타측부(125b)를 지지하는 유입밸브 스프링(125d)을 포함하되, 유입밸브 몸체(125c)의 일측부(125a)는 전해액 탱크(128) 측에 위치되어 유입부(121b)를 개폐할 수 있다.

배출밸브(126)는 일측부(126a)가 타측부(126b) 보다 폭이 넓게 형성된 배출밸브 몸체(126c) 및 배출밸브 몸체(126c)의 타측부(126b)를 지지하는 배출밸브 스프링(126d)을 포함하되, 배출밸브 몸체(126c)의 일측부(126a)는 수용부(121a) 측에 위치되어 배출부(121c)를 개폐할 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 전해액 함침 장치(100)의 전해액 공급부(120)는 수용부(121a)에 위치되어 피스톤(122)의 가압 시 수축되는 피스톤 스프링(124)을 더 포함할 수 있다.

여기서, 피스톤(122)을 통해 가압된 전해액(E)이 배출되며, 피스톤 스프링(124)의 탄성력에 의해 피스톤(122)이 원위치될 수 있다.

도 1을 참고하면, 상기와 같이 구성된 본 발명의 일 실시예에 따른 전해액 함침 장치(100)는 전해액 공급부(120)에서 전해액(E)을 고압으로 전해액 분사 노즐(110)로 공급하여, 전해액 분사 노즐(110)을 통해 전해액(E)을 0.001㎛ ~ 1000㎛ 범위의 다양한 크기의 에어로졸 입자형태로 분사할 수 있다. 이에 따라, 전극 조립체(12)가 전해액(E)에 함침되는 함침성이 증가될 수 있다. 특히, 전극 조립체(12)가 전해액(E)에 균일하게 함침될 수 있고, 함침 속도가 향상될 수 있다.

도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 전해액 함침 장치의 사용 상태를 예시적으로 나타낸 사시도이고, 도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전해액 함침 장치에서 전해액 분사 노즐을 나타낸 사시도이다.

이하에서 본 발명의 다른 실시예에 따른 전해액 함침 장치를 설명하기로 한다.

도 5 및 도 6을 참고하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 전해액 함침 장치(200)는 전극 조립체(12)를 전해액(E)에 함침시키는 전해액 함침 장치(200)로서, 파우치(11) 내부에 수용된 전극 조립체(12)에 전해액(E)을 분사하는 전해액 분사 노즐(210) 및 전해액 분사 노즐(210)로 전해액(E)을 공급하는 전해액 공급부(120)를 포함한다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 전해액 함침 장치(200)는 전술한 일 실시예에 따른 전해액 함침 장치와 비교할 때, 전해액 분사 노즐(210)의 형태에서 차이가 있다. 따라서, 본 실시예는 일 실시예와 중복되는 내용은 간략히 기술하고, 차이점을 중심으로 기술하도록 한다.

보다 상세히, 본 발명의 다른 실시예에 따른 전해액 함침 장치(200)에서 전해액 분사 노즐(210)은 전해액(E)을 0.001㎛ ~ 1000㎛ 크기의 에어로졸 입자형태로 분사할 수 있다. 여기서, 전해액 분사 노즐(210)은 나선형 노즐(Nozzle)로 구비될 수 있다. 이때, 전해액 분사 노즐(210)은 크기가 다른 다수의 입자형태로 전해액(E)을 보다 용이하게 분사할 수 있다.

여기서, 전해액 분사 노즐(210)은 전해액(E)이 배출되는 통로가 형성된 노즐 구멍(211), 및 노즐 구멍(211)의 끝단에 형성된 분사구(212)를 통해 배출되는 전해액(E)이 충돌되는 나선부(213)를 포함할 수 있다. 즉, 노즐 구멍(211)을 통해 분사구(212)로 배출되며 분사되는 전해액(E)이 분사구(212) 전방에 구비된 나선부(213)와 충돌되며 쪼개지게되어 보다 더 작은 입자로 형성될 수 있다. 이때, 분사되는 전해액(E)은 나선부(213)와 충돌되는 부분에 따라 각기 다른 크기 입자로 형성될 수 있다. 또한, 나선형 노즐을 통해 전해액(E) 분사 시 난류를 유발할 수 있어, 공기와의 접촉면을 증가시킬 수 있어 전해액(E)을 보다 더 잘 분무할 수 있다. 그리고, 전해액이 0.001㎛ ~ 1000㎛ 크기범위에서 다양한 크기의 에어로졸 입자형태로 전극 조립체(12)에 분사됨에 따라, 전극 조립체(12)가 전해액에 보다 더 잘 함침될 수 있다.

이하에서 본 발명의 일 실시예에 따른 전해액 함침 방법을 설명하기로 한다.

도 1 및 도 2를 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전해액 함침 방법은 전극 조립체(12)를 전해액에 함침시키는 전해액 함침 방법으로서, 전해액 분사 노즐(110)로 전해액(E)을 공급하는 전해액 공급단계 및 전해액 공급단계를 통해 공급되는 전해액(E)을 전해액 분사 노즐(110)을 통해 전극 조립체(12)에 분사하여 전극 조립체(12)를 전해액(E)에 함침시키는 분사단계를 포함한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 전해액 함침 방법은 전술한 일 실시예에 따른 전해액 함침 장치(100)를 통해 전극 조립체(12)를 전해액에 함침시키는 방법이다. 따라서, 본 실시예는 전술한 실시예와 중복되는 내용은 간략히 기술하고, 차이점을 중심으로 기술하도록 한다.

보다 상세히, 도 1을 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전해액 함침 방법은 이차전지(10)에서 전극 조립체(12)가 수용된 파우치(11) 내부에 전해액(E)을 공급하여 전극 조립체(12)를 전해액에 함침시키는 방법이다.

도 3 및 도 4를 참고하면, 전해액 공급단계는 전해액 공급부(120)를 통해 전해액을 가압하며 전해액 분사 노즐(110)로 전해액을 공급할 수 있다. 여기서, 전해액 공급단계는 예를 들어 전해액(E)을 0.1 MPa ~ 4000 MPa의 압력으로 가압할 수 있다.

전해액 공급부(120)는 전해액(E)이 수용되는 수용부(121a)가 내부에 형성된 몸체(121), 및 수용부(121a)의 내면을 따라 이동되는 피스톤(122)을 포함할 수 있다. 이때, 전해액 공급단계는 피스톤(122)을 수용부(121a)의 공간을 줄이는 방향으로 이동시켜 전해액 분사 노즐(110)로 전해액(E)을 배출시킬 수 있다.

또한, 전해액 공급부(120)는 수용부(121a)로 전해액(E)이 유입되는 유입부(121b)의 개폐를 단속하는 유입밸브(125) 및 수용부(121a)에서 전해액(E)이 배출되는 배출부(121c)의 개폐를 단속하는 배출밸브(126)를 더 포함할 수 있다. 여기서, 전해액 공급단계는 유입밸브(125)를 통해 유입부(121b)를 개방하여 전해액(E)을 수용부(121a)로 유입시키는 유입단계(참조 도 3) 및 배출밸브(126)를 통해 배출부(121c)를 개방하여 전해액(E)을 배출시키는 배출단계(참조 도 4)를 포함할 수 있다.

그리고, 전해액 공급부(120)는 수용부(121a)에 위치되어 피스톤(122)의 가압 시 수축되는 피스톤 스프링(124)을 더 포함할 수 있다. 여기서, 본 발명의 일 실시예에 따른 전해액 함침 방법은 배출단계 후 피스톤 스프링(124)의 탄성력에 의해 피스톤(122)이 원위치되는 초기화 단계를 더 포함할 수 있다. 이때, 배출단계를 통해 수용부(121a)에서 전해액(E)이 배출되면(참조 도 4), 수용부(121a)에 전해액(E)이 없이 피스톤 스프링(124)이 수축된 상태가 되고(참조 도 2), 피스톤 스프링(124)의 탄성력에 의해 피스톤(122)이 원위치되며 전해액(E)이 수용부(121a) 내부로 유입될 수 있다. 즉, 예를 들어 유입단계와 초기화 단계는 동시에 수행될 수 있다.

아울러, 전해액 공급부(120)는 전해액(E)이 저장되고, 유입부(121b)와 연결된 전해액 탱크(128)를 더 포함할 수 있다. 여기서, 유입단계는 피스톤(122)을 전방(F)으로 이동시켜 피스톤 스프링(124)을 가압하여 수축시킨 후 가압력을 해제하면, 피스톤 스프링(124)의 탄성력에 의해 피스톤(122)이 후방(R)으로 이동되며 수용부(121a) 공간의 압력이 낮아져 전해액 탱크(128)에 위치된 전해액(E)이 유입밸브 스프링(125d)에 지지된 유입밸브(125)를 밀며 수용부(121a)로 유입될 수 있다.

한편, 도 4를 참고하면, 전해액 공급단계에서 배출단계는 피스톤(122)을 전방(F)으로 이동시키며 유입단계를 통해 수용부(121a)에 수용된 전해액(E)을 가압하면, 유입밸브(125)는 유입부(121b)를 폐쇄하고, 가압된 전해액(E)은 배출밸브 스프링(126d)에 지지된 배출밸브(126)를 밀며 배출부(121c)를 개방시키어 전해액 분사 노즐(110)로 이동될 수 있다.

도 1 및 도 4를 참고하면, 분사단계는 전해액 공급단계를 통해 공급되는 전해액(E)을 전해액 분사 노즐(110)을 통해 전극 조립체(12)에 0.001㎛ ~ 1000㎛ 크기의 에어로졸 입자형태로 분사하여 전극 조립체(12)를 전해액(E)에 함침시킬 수 있다.

그리고, 분사단계를 수행한 후, 유입단계와, 배출단계, 및 분사단계를 반복적으로 진행하며 전해액(E)을 전극 조립체(12)에 계속적으로 분사할 수 있다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 일 실시예에 따른 전해액 함침 방법은 전해액 공급단계에서 전해액(E)을 고압으로 전해액 분사 노즐(110)로 공급하여, 분사단계에서 전해액 분사 노즐(110)을 통해 전해액(E)을 0.001㎛ ~ 1000㎛ 범위의 다양한 크기의 에어로졸 입자형태로 분사할 수 있다. 이에 따라, 전극 조립체(12)가 전해액(E)에 함침되는 함침성이 증가될 수 있다. 특히, 전극 조립체(12)가 전해액(E)에 균일하게 함침될 수 있고, 함침 속도가 향상될 수 있다.

이하에서 본 발명의 다른 실시예에 따른 전해액 함침 방법을 설명하기로 한다.

도 5 및 도 6을 참고하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 전해액 함침 방법은 전극 조립체(12)를 전해액(E)에 함침시키는 전해액 함침 방법으로서, 전해액 분사 노즐(210)로 전해액(E)을 공급하는 전해액 공급단계 및 전해액 공급단계를 통해 공급되는 전해액(E)을 전해액 분사 노즐(210)을 통해 전극 조립체(12)에 분사하여 전극 조립체(12)를 전해액(E)에 함침시키는 분사단계를 포함한다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 전해액 함침 방법은 전술한 일 실시예에 따른 전해액 함침 방법과 비교할 때, 분사단계의 분사방식에서 차이가 있다. 따라서, 본 실시예는 일 실시예와 중복되는 내용은 간략히 기술하고, 차이점을 중심으로 기술하도록 한다.

보다 상세히, 본 발명의 다른 실시예에 따른 전해액 함침 방법에서 분사단계는 전해액 분사 노즐(210)로서 예를 들어 나선형 노즐을 사용하여 전해액(E)을 0.001㎛ ~ 1000㎛ 크기의 에어로졸 입자형태로 분사할 수 있다. 이때, 분사단계는 크기가 다른 다수의 입자형태로 전해액(E)을 분사할 수 있다.

여기서, 전해액 분사 노즐(210)은 전해액(E)이 배출되는 통로가 형성된 노즐 구멍(211), 및 노즐 구멍(211)의 끝단에 형성된 분사구(212)를 통해 배출되는 전해액(E)이 충돌되는 나선부(213)를 포함할 수 있다. 즉, 노즐 구멍(211)을 통해 분사구(212)로 배출되며 분사되는 전해액(E)이 분사구(212) 전방에 구비된 나선부(213)와 충돌되며 쪼개지게되어 보다 더 작은 입자로 형성될 수 있다. 이때, 분사되는 전해액(E)은 나선부(213)와 충돌되는 부분에 따라 각기 다른 크기 입자로 형성될 수 있다. 또한, 나선형 노즐을 통해 전해액(E) 분사 시 난류를 유발할 수 있어, 공기와의 접촉면을 증가시킬 수 있어 전해액(E)을 보다 더 잘 분무할 수 있다. 그리고, 전해액(E)이 0.001㎛ ~ 1000㎛ 크기범위에서 다양한 크기의 에어로졸 입자형태로 전극 조립체(12)에 분사됨에 따라, 전극 조립체(12)가 전해액(E)에 함침되는 함침성이 현저히 향상될 될 수 있다.

이상 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세히 설명하였으나, 이는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명에 따른 전해액 함침 장치 및 전해액 함침 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: 이차전지
11: 파우치
11a: 가스 포켓부
11b: 개구
12: 전극 조립체
100,200: 전해액 함침 장치
110,210: 전해액 분사 노즐
111, 211: 노즐 구멍
120: 전해액 공급부
121: 몸체
121a: 수용부
121b: 유입부
121c: 배출부
122: 피스톤
123: 액츄에이터
124: 피스톤 스프링
125: 유입밸브
125a: 일측부
125b: 타측부
125c: 유입밸브 몸체
125d: 유입밸브 스프링
126: 배출밸브
126a: 일측부
126b: 타측부
126c: 배출밸브 몸체
126d: 배출밸브 스프링
127: 배출관
128: 전해액 탱크
212: 분사구
213: 나선부
E: 전해액

Claims

전극 조립체가 수용된 파우치 내부에 전해액을 공급하여 상기 전극 조립체를 상기 전해액에 함침시키는 전해액 함침 장치로서,
상기 파우치에 형성된 개구를 통해 상기 파우치 내부에 수용된 상기 전극 조립체에 상기 전해액을 분사하는 전해액 분사 노즐; 및
상기 전해액에 압력을 가하며 상기 전해액 분사 노즐로 상기 전해액을 공급하는 전해액 공급부;를 포함하고,
상기 전해액 분사 노즐이 상기 전해액을 0.001㎛ ~ 1000㎛ 크기의 에어로졸 입자형태로 분사하도록, 상기 전해액 분사 노즐의 모양과, 노즐 구멍의 크기, 및 상기 전해액 공급부가 상기 전해액에 가하는 압력이 조정되어 있는 전해액 함침 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 전해액 분사 노즐은 나선형 노즐로 구비되는 전해액 함침 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 전해액 공급부는 상기 전해액이 수용되는 수용부가 내부에 형성된 몸체; 및 상기 수용부의 내면을 따라 이동되는 피스톤;을 포함하고,
상기 피스톤은 상기 수용부의 공간을 줄이는 방향으로 이동되어, 상기 수용부에 수용된 상기 전해액을 가압하며 상기 전해액 분사 노즐로 상기 전해액을 배출시키는 전해액 함침 장치.
청구항 3에 있어서,
상기 전해액 공급부는
상기 수용부로 상기 전해액이 유입되는 유입부의 개폐를 단속하는 유입밸브; 및
상기 수용부에서 상기 전해액이 배출되는 배출부의 개폐를 단속하는 배출밸브를 더 포함하는 전해액 함침 장치.
청구항 4에 있어서,
상기 전해액 공급부는 상기 전해액이 저장되고, 상기 유입부와 연결된 전해액 탱크를 더 포함하고,
상기 유입밸브는 일측부가 타측부 보다 폭이 넓게 형성된 유입밸브 몸체 및 상기 유입밸브 몸체의 타측부를 지지하는 유입밸브 스프링을 포함하되,
상기 유입밸브 몸체의 일측부는 상기 전해액 탱크 측에 위치되어 상기 유입부를 개폐하고,
상기 배출밸브는 일측부가 타측부 보다 폭이 넓게 형성된 배출밸브 몸체 및 상기 배출밸브 몸체의 타측부를 지지하는 배출밸브 스프링을 포함하되, 상기 배출밸브 몸체의 일측부는 상기 수용부 측에 위치되어 상기 배출부를 개폐하는 전해액 함침 장치.
청구항 4에 있어서,
상기 전해액 공급부는
상기 수용부에 위치되어 상기 피스톤의 가압 시 수축되는 피스톤 스프링을 더 포함하여,
상기 피스톤을 통해 가압된 상기 전해액이 배출되며, 상기 피스톤 스프링의 탄성력에 의해 상기 피스톤이 원위치되는 전해액 함침 장치.
전극 조립체가 수용된 파우치 내부에 전해액을 공급하여 상기 전극 조립체를 상기 전해액에 함침시키는 전해액 함침 방법으로서,
전해액 공급부를 통해 상기 전해액을 가압하며 전해액 분사 노즐로 상기 전해액을 공급하는 전해액 공급단계; 및
상기 전해액 공급단계를 통해 공급되는 상기 전해액을 상기 전해액 분사 노즐을 통해 상기 전극 조립체에 0.001㎛ ~ 1000㎛ 크기의 에어로졸 입자형태로 분사하여 상기 전극 조립체를 상기 전해액에 함침시키는 분사단계를 포함하는 전해액 함침 방법.
청구항 7에 있어서,
상기 분사단계는
상기 전해액 분사 노즐로서 나선형 노즐을 사용하여 상기 전해액을 분사하는 전해액 함침 방법.
청구항 7에 있어서,
상기 전해액 공급부는 상기 전해액이 수용되는 수용부가 내부에 형성된 몸체; 및 상기 수용부의 내면을 따라 이동되는 피스톤을 포함하고,
상기 전해액 공급단계는 상기 피스톤을 상기 수용부의 공간을 줄이는 방향으로 이동시켜 상기 전해액 분사 노즐로 상기 전해액을 배출시키는 전해액 함침 방법.
청구항 9에 있어서,
상기 전해액 공급부는, 상기 수용부로 상기 전해액이 유입되는 유입부의 개폐를 단속하는 유입밸브; 및 상기 수용부에서 상기 전해액이 배출되는 배출부의 개폐를 단속하는 배출밸브;를 더 포함하고,
상기 전해액 공급단계는, 상기 유입밸브를 통해 상기 유입부를 개방하여 상기 전해액을 상기 수용부로 유입시키는 유입단계와; 상기 배출밸브를 통해 상기 배출부를 개방하여 상기 전해액을 배출시키는 배출단계;를 포함하는 전해액 함침 방법.
청구항 10에 있어서,
상기 전해액 공급부는 상기 수용부에 위치되어 상기 피스톤의 가압 시 수축되는 피스톤 스프링을 더 포함하고,
상기 배출단계 후 상기 피스톤 스프링의 탄성력에 의해 상기 피스톤이 원위치되는 초기화 단계를 더 포함하는 전해액 함침 방법.
청구항 11에 있어서,
상기 전해액 공급부는 상기 전해액이 저장되고, 상기 유입부와 연결된 전해액 탱크를 더 포함하고,
상기 유입단계는 상기 피스톤을 전방으로 이동시켜 상기 피스톤 스프링을 가압하여 수축시킨 후 가압력을 해제하면, 상기 피스톤 스프링의 탄성력에 의해 상기 피스톤이 후방으로 이동되며 상기 수용부 공간의 압력이 낮아져 상기 전해액 탱크에 위치된 전해액이 유입밸브 스프링에 지지된 상기 유입밸브를 밀며 상기 수용부로 유입되는 전해액 함침 방법.
청구항 12에 있어서,
상기 배출단계는
상기 피스톤을 전방으로 이동시키며 상기 유입단계를 통해 상기 수용부에 수용된 전해액을 가압하면,
상기 유입밸브는 상기 유입부를 폐쇄하고,
가압된 상기 전해액은 배출밸브 스프링에 지지된 상기 배출밸브를 밀며 상기 배출부를 개방시키며 상기 전해액 분사 노즐로 이동되는 전해액 함침 방법.
청구항 7에 있어서,
상기 분사단계는
크기가 다른 다수의 입자형태로 상기 전해액을 분사하는 전해액 함침 방법.