KR20210090916A - 전해액 주입 방법 및 전해액 주입 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 이송 팔레트에 적재된 전지 조립체의 개수에 따라 전해액의 주입량을 자동 제어하여, 전해액 주입량의 편차에 의한 불량 발생을 용이하게 억제하는 전해액 주입 방법 및 전해액 주입 장치에 관한 것이다.

Description

전해액 주입 방법 및 전해액 주입 장치 {ELECTROLYTE INJECTION METHOD AND ELECTROLYTE INJECTION APPARATUS}
본 발명은 이송 팔레트에 적재된 전지 조립체의 개수에 따라 전해액의 주입량을 자동 제어하여, 전해액 주입량의 편차에 의한 불량 발생을 용이하게 억제하는 전해액 주입 방법 및 전해액 주입 장치에 관한 것이다.
최근 들어 전자, 통신, 컴퓨터 산업 등의 급속한 발전에 힘입어 기기의 소형, 경량화 및 고기능화와 함께, 캠코더, 휴대폰, 노트북 PC 등 휴대용 전자제품의 사용이 일반화되면서, 가볍고 오래 사용할 수 있으며 신뢰성이 높은 고성능의 소형 이차전지와 관련한 기술적 요구가 매우 커지고 있다. 따라서, 이와 같은 이차전지 관련 기술 요구를 충족하기 위한 연구개발이 지속적으로 수행되고 있으며, 현재 이러한 수요에 상응하여 가장 많은 관심과 각광을 받고 있는 이차전지는 바로 리튬 이차전지이다.
이러한 리튬 이차전지는, 예를 들어, 양극, 분리막 및 음극이 순차적으로 측정된 전극 조립체가 파우치나 원통형 캔 등의 외장재에 수납되어 전지 조립체 형태로 제조된 후, 전해액 주입 장치에서 상기 전지 조립체에 전해액을 주입하는 방법 등을 통해 제조된다.
일반적으로, 전지 조립체에 전해액을 주입함에 있어서는, 복수의 전지 조립체가 적재된 이송 팔레트를 수용하는 주액 챔버와, 상기 복수의 전지 조립체에 전해액을 주입 가능하도록 상기 주액 챔버 상에 형성된 전해액 주입구를 포함하는 전해액 주입 장치가 사용되며, 상기 전해액 주입구는 공압 실린더 등의 작용으로 상기 이송 팔레트에 수용된 복수의 전지 조립체에 동시에 전해액을 토출 및 주입할 수 있다.
그런데, 리튬 이차전지의 양산 공정에서, 전지 조립체를 수용한 이송 팔레트가 연속적으로 전해액 주입 장치로 투입되면서, 각 이송 팔레트에 수용된 전지 조립체에 대한 전해액이 주입되는데, 각각의 이송 팔레트에 수용되는 전지 조립체의 개수가 달라질 수 있다. 예를 들어, 어느 하나의 로트의 마지막에 해당하는 이송 팔레트에서는, 해당 로트에서 남은 잔량의 전지 조립체만을 수용함에 따라, 이전의 이송 팔레트에 적재된 전지 조립체의 개수보다 작은 개수의 전지 조립체를 수용할 수 있다.
이 경우, 해당 이송 팔레트는 그 직전 및 직후의 이송 팔레트와는 상이한 개수의 전지 조립체를 적재 및 수용하게 되므로, 전지 조립체별 전해액의 주입량이 달라지게 되어 전해액 주입량에 편차가 발생할 수 있으며, 이러한 전해액 주입량 편차로 인한 불량이 상당 부분 발생하고 있는 실정이다.
기존에는 이러한 불량을 보정/제어하는 별도의 방법이 제대로 제안되지 못하였으며, 이에 따라, 전지의 양산 공정을 중단하고 수동으로 전해액 주입량을 보정하는 방법밖에 적용되지 못하였다. 그 결과, 전체적인 양산 공정의 생산성이 크게 저하되는 단점이 있었던 것이 사실이다.
이에 본 발명은 이송 팔레트에 적재된 전지 조립체의 개수에 따라 전해액의 주입량을 자동 제어하여, 전해액 주입량의 편차에 의한 불량 발생을 용이하게 억제하는 전해액 주입 방법을 제공하는 것이다.
본 발명은 또한, 상기 전해액 주입 방법에 의해, 전해액의 주입량을 자동 제어하여 전해액을 주입하는 전해액 주입 장치를 제공하는 것이다.
본 발명은 복수의 전지 조립체가 적재된 제 1 이송 팔레트를 전해액 주입 장치 내로 이송하여, 상기 복수의 전지 조립체에 전해액을 주입하는 단계;
상기 제 1 이송 팔레트를 전해액 주입 장치로부터 배출하고, 복수의 전지 조립체가 적재된 제 2 이송 팔레트를 전해액 주입 장치 내로 이송하는 단계;
제 2 이송 팔레트에 적재된 전지 조립체의 개수가 기준 개수와 동일한지 여부를 판단하는 단계; 및
상기 기준 개수 동일 여부 판단 결과에 따라, 선택적으로 전해액 주입량을 보정하여 상기 제 2 이송 팔레트에 적재된 복수의 전지 조립체에 전해액을 주입하는 단계를 포함하는 전해액 주입 방법을 제공한다.
본 발명은 또한, 복수의 전지 조립체가 적재된 이송 팔레트를 수용하는 주액 챔버;
상기 복수의 전지 조립체에 전해액을 주입 가능하도록 상기 주액 챔버 상에 형성된 전해액 주입구;
상기 본 발명의 방법에 따라, 전해액 주입량을 자동 보정하는 제어 수단; 및
상기 제어 수단 및 전해액 주입구에 연결되어, 상기 제어 수단의 보정 결과에 따라 상기 전해액 주입구로부터 토출되는 전해액 주입량을 조절하는 모터를 포함하는 전해액 주입 장치를 제공한다.
본 발명에 따르면, 각 이송 팔레트에 적재된 전지 조립체의 개수를 이전의 적재 개수 등과 대비하여 전해액의 주입량을 자동 제어하고, 이러한 자동 제어 결과에 따라 전해액 주입량을 보정해 적절한 전해액을 주입할 수 있다.
따라서, 본 발명에 의하면 양산 공정 등의 중단 없이도, 자동으로 전해액 주입량을 보정 및 제어함에 따라 전해액 주입량의 편차에 의한 불량 발생을 용이하게 억제할 수 있게 된다.
도 1은 발명의 일 실시예에 따른 전해액 주입 방법을 나타내는 공정 순서도이며,
도 2는 발명의 다른 실시예에 따른 전해액 주입 방법을 나타내는 공정 순서도이다.
본 명세서에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소나 단계를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
발명의 일 구현예에 따르면, 복수의 전지 조립체가 적재된 제 1 이송 팔레트를 전해액 주입 장치 내로 이송하여, 상기 복수의 전지 조립체에 전해액을 주입하는 단계;
상기 제 1 이송 팔레트를 전해액 주입 장치로부터 배출하고, 복수의 전지 조립체가 적재된 제 2 이송 팔레트를 전해액 주입 장치 내로 이송하는 단계;
제 2 이송 팔레트에 적재된 전지 조립체의 개수가 기준 개수와 동일한지 여부를 판단하는 단계; 및
상기 기준 개수 동일 여부 판단 결과에 따라, 선택적으로 전해액 주입량을 보정하여 상기 제 2 이송 팔레트에 적재된 복수의 전지 조립체에 전해액을 주입하는 단계를 포함하는 전해액 주입 방법이 제공된다.
이러한 일 구현예의 전해액 주입 방법에 따르면, 전해액이 주입되는 제 2 이송 팔레트에 적재된 전지 조립체의 개수를, 기준 개수, 예를 들어, 미리 설정된 각 이송 팔레트 상의 적절한 전지 조립체 적재 개수나, 또는 이전 단계에서 전해액 주입이 진행된 제 1 이송 팔레트 상에 적재된 전지 조립체의 적재 개수와 대비하고, 이러한 대비 결과를 기초로 전해액의 주입량을 자동 보정 및 제어할 수 있다.
이러한 자동 보정 및 제어 결과에 기초하여, 제 2 이송 팔레트 상의 전지 조립체에 주입되어야 할 적절한 전해액 주입량을 결정 및 보정하고, 이에 기초한 적절한 주입량의 전해액을 주입할 수 있게 된다.
따라서, 상기 일 구현예의 방법에 의하면, 리튬 이차전지 등의 양산 공정에 있어서, 연속적인 전해액 주입 공정 및 장치의 중단 없이도, 자동으로 전해액 주입량을 보정 및 제어하여 전해액 주입량의 편차에 의한 불량 발생을 용이하게 억제할 수 있게 된다.
이하, 일 구현예의 전해액 주입 방법 및 이에 적용되는 전해액 주입 장치를 구체적으로 설명한다. 참고로, 도 1 및 2는 각각 상기 일 구현에의 방법 중 일 실시예 및 다른 실시예에 따른 방법을 개략적으로 나타내는 공정 순서도이다.
일 구현예의 방법에서는, 먼저, 복수의 전지 조립체가 적재된 제 1 이송 팔레트를 전해액 주입 장치 내로 이송하여, 상기 복수의 전지 조립체에 전해액을 주입한다. 이때, 상기 제 1 이송 팔레트가, 예를 들어, 양산 공정의 해당 로트에서 남은 잔량의 전지 조립체만을 수용하는 것으로 되는 경우 등에는, 이러한 제 1 이송 팔레트 상의 전지 조립체 적재 개수가 그 직전, 또는 그 직후의 제 2 이송 팔레트 상의 적재 개수와 달라질 수 있다.
이 경우, 제 1 이송 팔레트와 동일한 주입량으로 제 2 이송 팔레트에 전해액이 주입될 경우, 전해액 주입량의 부족분이 발생하여 전해액 주입량 편차에 따른 불량이 발생할 수 있다. 이러한 불량을 억제하기 위해, 일 구현예의 방법에서는 후술하는 방법에 따라 제 2 이송 팔레트에 대한 전해액 주입량을 제어 및 보정할 수 있다.
먼저, 상기 전해액의 주입이 완료된 제 1 이송 팔레트를 전해액 주입 장치로부터 배출하고, 복수의 전지 조립체가 적재된 제 2 이송 팔레트를 전해액 주입 장치 내로 연속적으로 이송할 수 있다. 이어서, 전해액 이송 장치에 포함된 제어 수단에서, 상기 제 2 이송 팔레트에 적재된 전지 조립체의 개수가 기준 개수와 동일한지 여부를 판단할 수 있다.
이때, 이러한 기준 개수는, 도 1에 도시된 바와 같이, 미리 설정된 각 이송 팔레트 상의 적절한 전지 조립체 적재 개수로 되거나, 혹은 도 2에 도시된 바와 같이, 이전 단계에서 전해액 주입이 완료된 제 1 이송 팔레트 상에 적재된 전지 조립체의 적재 개수로 될 수도 있다.
이러한 제 2 이송 팔레트 상의 적재 개수 및 기준 개수 간의 동일 여부 판단 결과, 상기 제 2 이송 팔레트에 적재된 전지 조립체의 개수가 기준 개수와 동일하면, 굳이 전해액 주입량의 보정이 필요치 않은 것으로 판단할 수 있다. 따라서, 이러한 경우에는 별도 전해액 주입량의 보정 없이 상기 제 2 이송 팔레트에 적재된 복수의 전지 조립체에 전해액을 주입하여 전해액 주입 공정을 완료하고, 이후 이송 팔레트에 대한 연속 공정을 진행할 수 있다.
다만, 위와 같은 판단 결과, 상기 제 2 이송 팔레트에 적재된 전지 조립체의 개수가 기준 개수와 상이한 경우에는, 제 2 이송 팔레트의 적재 개수가 일반적인 적재 개수 또는 직전 제 1 이송 팔레트의 적재 개수와 상이한 것으로 되므로, 해당 제 2 이송 팔레트에 적재된 전지 조립체에 대한 전해액 주입량을 보정하게 된다.
이러한 전해액 주입량의 보정에 있어서는, 상기 제 1 및 제 2 이송 팔레트에서 전지 조립체의 적재 여부가 상이한 제 2 이송 팔레트 상의 적재 위치를 결정하고, 이렇게 결정된 적재 위치에서, 전해액 주입량을 보정하여, 상기 제 2 이송 팔레트에 적재된 복수의 전지 조립체에 전해액을 주입하는 방법으로 진행할 수 있다.
보다 구체적인 일 예에서, 직전의 제 1 이송 팔레트가 남은 잔량의 전지 조립체만을 수용하는 것으로 되었던 경우, 제 1 이송 팔레트 상의 소정 위치에는 전지 조립체가 적재되어 있지 않았지만, 제 2 이송 팔레트의 해당 위치에는 전지 조립체가 적재된 상태로 될 수 있다. 이 경우, 해당 적재 위치에서 전해액 주입량을 추가 보정하면, 제 2 이송 팔레트 상의 모든 전지 조립체에 적절한 양으로 전해액이 주입될 수 있으므로, 불량이 억제될 수 있다.
이러한 전해액 주입량의 보정은, 보다 효과적인 자동 보정을 위해, 예를 들어, 상기 제 1 이송 팔레트에 주입된 전해액의 주입량과, 기존의 전체 이송 팔레트에 주입된 전해액의 평균 주입량의 차이만큼 이루어질 수 있다. 즉, 이러한 보정 값만큼 전해액의 주입량을 추가 또는 감소 보정하여 전해액 주입량을 보정할 수 있게 된다.
상술한 일 구현예의 방법에 따라, 각 이송 팔레트에 대한 전해액 주입량을 자동 제어하여 전해액을 주입하면, 양산 공정의 중단 없이도 전해액 주입량 편차로 인한 불량을 크게 줄일 수 있으며, 전체적인 양산 공정의 생산성 또한 크게 향상시킬 수 있다.
한편, 상술한 일 구현예의 방법을 적절히 진행하기 위해, 복수의 전지 조립체가 적재된 이송 팔레트를 수용하는 주액 챔버; 상기 복수의 전지 조립체에 전해액을 주입 가능하도록 상기 주액 챔버 상에 형성된 전해액 주입구; 상술한 일 구현예의 방법에 따라, 전해액 주입량을 자동 보정하는 제어 수단; 및 상기 제어 수단 및 전해액 주입구에 연결되어, 상기 제어 수단의 보정 결과에 따라 상기 전해액 주입구로부터 토출되는 전해액 주입량을 조절하는 모터를 포함하는 전해액 주입 장치가 적용될 수 있다.
이러한 전해액 주입 장치는, 기존의 전해액 주입 장치와 비교하여, 상기 제 2 이송 팔레트의 적재 개수 및 기준 개수의 동일 여부를 판단하고, 그 판단 결과에 따라 전해액 주입량을 자동 보정하는 제어 수단을 더 포함할 수 있다. 이러한 제어 수단은 기존의 공정 인자 모니터링 및 제어 프로그램 / 제어 수단을 일부 변경하여 사용할 수 있다. 예를 들어, 기존의 공정 제어 프로그램에 기준 개수를 추가 입력하고, 이를 이송 팔레트 상의 적재 개수와 대비하고, 이러한 대비 결과를 기초로 상기 모터 및 전해액 주입구에 전해액 주입량 보정 신호를 인가하는 프로그램 및 수단을 추가하여 적용할 수 있다.
또한, 상기 전해액 주입 장치는, 공압 실린더 방식의 전해액 주입구를 포함한 기존의 전해액 주입 장치와는 달리, 제어 수단에서 받은 신호를 기초로 전해액 주입량을 적절히 자동 보정하여 전해액 주입구에 전달하기 위해, 상기 모터를 포함할 수 있다. 이러한 모터는 상기 제어 수단 및 전해액 주입구에 연결되어, 상기 제어 수단의 보정 결과에 따라 상기 전해액 주입구로부터 토출되는 전해액 주입량을 자동 조절하는 작용을 할 수 있다.
한편, 상기 제어 수단 및 모터를 제외하고, 상기 전해액 주입 장치는 기존의 전해액 주입 장치와 동등한 구성을 가질 수 있으므로 이에 관한 추가적인 설명은 생략하기로 한다.
상술한 전해액 주입 방법 및 주입 장치를 실제 양산 공정에서 적용한 결과, 전해액 주입량 편차로 인한 불량율이 0%로 되어 크게 감소되었고, 전체적인 전지 조립체에 대한 전해액 주입량 편차가 ±0.5%에서 ±0.15%로 크게 감소되어, 리튬 이차전지 양산 공정의 불량율 개선, 신뢰성 향상 및 전체적인 경제성/공정성 향상에 크게 기여할 수 있는 것으로 확인되었다.

Claims (10)

  1. 복수의 전지 조립체가 적재된 제 1 이송 팔레트를 전해액 주입 장치 내로 이송하여, 상기 복수의 전지 조립체에 전해액을 주입하는 단계;
    상기 제 1 이송 팔레트를 전해액 주입 장치로부터 배출하고, 복수의 전지 조립체가 적재된 제 2 이송 팔레트를 전해액 주입 장치 내로 이송하는 단계;
    제 2 이송 팔레트에 적재된 전지 조립체의 개수가 기준 개수와 동일한지 여부를 판단하는 단계; 및
    상기 기준 개수 동일 여부 판단 결과에 따라, 선택적으로 전해액 주입량을 보정하여 상기 제 2 이송 팔레트에 적재된 복수의 전지 조립체에 전해액을 주입하는 단계를 포함하는 전해액 주입 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 기준 개수는 미리 설정된 이송 팔레트 상의 전지 조립체 적재 개수, 또는 제 1 이송 팔레트 상에 적재된 전지 조립체의 적재 개수인 전해액 주입 방법.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 제 2 이송 팔레트에 적재된 전지 조립체의 개수가 기준 개수와 동일하면, 전해액 주입량의 보정 없이 상기 제 2 이송 팔레트에 적재된 복수의 전지 조립체에 전해액을 주입하는 단계를 포함하는 전해액 주입 방법.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 전해액 주입량의 보정 단계는,
    상기 제 2 이송 팔레트에 적재된 전지 조립체의 개수가 기준 개수와 상이하면, 상기 제 1 및 제 2 이송 팔레트에서 전지 조립체의 적재 여부가 상이한 제 2 이송 팔레트 상의 적재 위치를 결정하는 단계; 및
    상기 결정된 적재 위치에서, 전해액 주입량을 보정하여, 상기 제 2 이송 팔레트에 적재된 복수의 전지 조립체에 전해액을 주입하는 단계를 포함하는 전해액 주입 방법.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 결정된 적재 위치에서, 제 1 이송 팔레트 상에는 전지 조립체가 적재되어 있지 않고, 제 2 이송 팔레트 상에는 전지 조립체가 적재되어 있는 전해액 주입 방법.
  6. 제 4 항에 있어서, 상기 전해액 주입량의 보정은 상기 제 1 이송 팔레트에 주입된 전해액의 주입량과,
    전체 이송 팔레트에 주입된 전해액의 평균 주입량의 차이만큼 이루어지는 전해액 주입 방법.
  7. 복수의 전지 조립체가 적재된 이송 팔레트를 수용하는 주액 챔버;
    상기 복수의 전지 조립체에 전해액을 주입 가능하도록 상기 주액 챔버 상에 형성된 전해액 주입구;
    제 1 항의 방법에 따라, 전해액 주입량을 자동 보정하는 제어 수단; 및
    상기 제어 수단 및 전해액 주입구에 연결되어, 상기 제어 수단의 보정 결과에 따라 상기 전해액 주입구로부터 토출되는 전해액 주입량을 조절하는 모터를 포함하는 전해액 주입 장치.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 제어 수단은 이송 팔레트에 적재된 전지 조립체의 개수와, 기입력된 기준 개수의 동일 여부를 판단하고, 이들 개수가 서로 상이하면 상기 모터 및 전해액 주입구에 전해액 주입량 보정 신호를 인가하는 전해액 주입 장치.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 모터는 상기 제어 수단의 신호를 받아 전해액 주입량을 자동 보정하여 상기 전해액 주입구에 전달하는 전해액 주입 장치.
  10. 제 1 항의 전해액 주입 방법으로 전해액이 주입된 리튬 이차전지.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2023080475A1 (ko) * 2021-11-02 2023-05-11 주식회사 엘지에너지솔루션 전해액의 분할 주입을 포함하는 이차전지의 제조방법
KR20230096511A (ko) 2021-12-23 2023-06-30 주식회사 엘지에너지솔루션 전해액 주입장치 및 이를 이용한 전해액 주입 방법

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