KR20210133572A - 전해액 내 이물 제거 장치 및 이를 포함하는 전해액 보관 시스템 - Google Patents

전해액 내 이물 제거 장치 및 이를 포함하는 전해액 보관 시스템 Download PDF

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KR20210133572A
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임예훈
김준수
강용현
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Abstract

본 발명은 전해액 내 이물 제거 장치 및 이를 포함하는 전해액 보관 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 자석 부재, 파이프 및 U 자형 하우징으로 구성되어, 전해액 보조 탱크로 유입되는 전해액 내의 이물을 효과적으로 제거할 수 있는 전해액 내 이물 제거 장치 및 이를 포함하는 전해액 보관 시스템에 관한 것이다.

Description

전해액 내 이물 제거 장치 및 이를 포함하는 전해액 보관 시스템{APPARATUS FOR REMOVING CONTAMINANTS IN ELECTROLYTE AND ELECTROLYTE STORAGE SYSTEM INCLUDING THE SAME}
본 발명은 전해액 내 이물 제거 장치 및 이를 포함하는 전해액 보관 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 자석 부재, 파이프 및 U 자형 하우징으로 구성되어, 전해액 보조 탱크로 유입되는 전해액 내의 이물을 효과적으로 제거할 수 있는 전해액 내 이물 제거 장치 및 이를 포함하는 전해액 보관 시스템에 관한 것이다.
이차 전지 조립 공정 중에서 CAN 혹은 파우치에 셀을 삽입한후 전해액을 주입하게 되는데, 이러한 공정과 관련하여 전해액 탱크와 주액 장치 사이에는 주액량 제어 및 전해액 관리를 위한 보조 탱크가 위치한다.
이러한 전해액은 전해질 염을 효과적으로 용해시키고 해리시킬 수 있는 극성을 가진 극성 용매임과 동시에, 활성수소를 갖고 있지 않은 비양자성 용매이다. 전해질 염은 양이온 염으로 금속 양이온을 포함하는 것이 일반적이나, 전해액의 보관 과정에서 금속 양이온이 석출되어 금속성 이물이 형성될 수 있다.
금속성 이물이 포함된 전해액이 주입되는 경우에는, 전지의 전압이 강하되고 전지의 수명 특성이 저하되는 등 전지의 성능이 감소하는 문제가 발생된다. 따라서 전해액 내의 이물을 제거함으로써 전지의 성능을 향상시킬 수 있는 기술이 필요한 실정이다.
종래의 전해액 보관 시스템을 살펴보면 다음과 같다. 도 1을 참조하면, 전해액 제조 및 취급 과정에서 발생될 수 있는 이물들이 전해액 탱크(1), 전해액 보조 탱크(2) 및 주액장치(3)를 통해 셀 내부로 혼입되는 것을 방지하기 위해 전해액 보조 탱크(2) 상판 하부에 봉 자석(M)을 설치하고 이를 통해 금속성 이물질을 제거하였다. 이때, 봉 자석(M)은 막대 형태의 케이스 내부에 일정한 길이의 자석을 일정한 간격으로 같은 극성끼리 마주보게 배열하여 자력을 극대화하도록 제작하였다.
그러나 이러한 형태의 구조에서는, 도 2를 참조하면, 표면 자력이 높은 반면에 표면에서 거리가 이격될 수록 자기장의 세기가 급격하게 감소되므로 일정 거리 이상 이격된 금속성 이물을 제거하기 어렵다는 문제점이 발생하였다.
또한, 전해액 보조 탱크(2) 내의 전해액의 유동은 거의 없거나 간헐적으로 형성되기 때문에 봉 자석(M)의 금속성 이물 제거 효과를 향상시키기 어렵다는 문제점도 있었으며, 상판 하부에 고정된 봉 자석(M)의 유지 보수(예를 들어, 포집된 금속성 이물 수거, 세척 등)를 위해서는 상판 전체를 탈거해야하는 등의 문제점이 있었다.
한국 특허 공개 제10-2018-0084254호
본 발명은 상술된 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은, 전해액 보조 탱크로 유입되는 전해액 내의 금속성 이물을 효과적으로 제거할 수 있는 전해액 내 이물 제거 장치 및 이를 포함하는 전해액 보관 시스템을 제공하는 것이다.
특히, 본 발명의 목적은, 자석 부재의 표면 근처로 전해액의 흐름을 유도하여 금속성 이물을 효율적으로 제거할 수 있는 전해액 내 이물 제거 장치를 제공하는 것이다.
추가적으로, 본 발명의 목적은, 자석 부재가 삽입된 파이프가 하우징으로부터 탈착이 가능하도록 구성됨으로써, 포집된 금속성 이물의 제거와 세척 등이 보다 간소화되는 전해액 내 이물 제거 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 목적은, U 자형 하우징를 도입하고, 그리고 전해액 유입부를 U 자형 하우징의 제1 하우징 상측에 위치시키고, 전해액 유출부를 U 자형 하우징의 제2 하우징 상측에 위치시킴으로써, 보다 공간을 효율적으로 사용할 수 있을뿐만 아니라 전해액 체류시간을 증가시켜 금속성 이물 제거 효율을 향상시킬 수 있는 전해액 내 이물 제거 장치를 제공하는 것이다.
또한 본 발명의 목적은, 제1 하우징 및 제2 하우징 중 어느 하나 이상에 메쉬 부재가 추가됨으로써 비자성 이물도 효과적으로 제거할 수 있는 전해액 내 이물 제거 장치를 제공하는 것이다.
또한 본 발명의 목적은, 제1 하우징과 제2 하우징 사이에 드레인 밸브가 제공됨으로써, 전해액 내 이물 제거 장치의 유지 보수시 잔류 전해액을 효과적으로 배수할 수 있는 전해액 내 이물 제거 장치를 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 전해액 내 이물 제거 장치는, 자석 부재; 상기 자석 부재가 삽입될 수 있는 파이프; 및 상기 파이프가 결합되고, 전해액 유입부 및 전해액 유출부를 포함하는 U 자형 하우징;을 포함하고, 상기 U 자형 하우징으로 유입된 전해액 내의 금속성 이물이 상기 파이프에 부착될 수 있다.
바람직하게는, 상기 U 자형 하우징은 제1 하우징 및 제2 하우징을 포함하며, 상기 전해액 유입부는 상기 제1 하우징 상측에 위치하고, 상기 전해액 유출부는 상기 제2 하우징 상측에 위치할 수 있다.
바람직하게는, 상기 U 자형 하우징은 제1 하우징 및 제2 하우징을 포함하며, 상기 제1 하우징과 상기 제2 하우징 사이에는 드레인 밸브가 제공될 수 있다.
바람직하게는, 상기 U 자형 하우징은 제1 하우징 및 제2 하우징을 포함하며, 상기 제1 하우징에는 제1 자석 부재가 삽입된 제1 파이프가 결합되고, 상기 제2 하우징에는 제2 자석 부재가 삽입된 제2 파이프가 결합될 수 있다.
바람직하게는, 상기 자석 부재는 막대형 자석 및 봉 자석 중 어느 하나 일 수 있다.
바람직하게는, 상기 파이프는 상기 자석 부재의 형상에 상응하도록 구성될 수 있다.
바람직하게는, 제1항에 있어서, 상기 U 자형 하우징은, 상기 파이프가 내부에 위치하고, 상기 자석 부재와 0.8mn 내지 1.3mm 이격되도록 구성될 수 있다.
바람직하게는, 상기 U 자형 하우징은 제1 하우징 및 제2 하우징을 포함하며, 상기 제1 하우징 및 상기 제2 하우징 중 어느 하나 이상에는 메쉬 부재를 더 포함하고, 상기 전해액 내의 이물이 상기 전해액 유출부로 유출되기 전에, 상기 메쉬 부재에 의해 필터링됨으로써 전해액 내의 이물이 제거될 수 있다.
또한 본 발명에 따른 전해액 보관 시스템은 상술된 전해액 내 이물 제거 장치; 및 전해액을 수용하는 전해액 보조 탱크;를 포함하고, 상기 전해액 내 이물 제거 장치는 상기 전해액 보조 탱크 전단에 위치할 수 있다.
바람직하게는, 상기 전해액 보조 탱크 하측에는 자석 부재가 위치되며, 상기 자석 부재는 막대형 자석 및 봉 자석 중 어느 하나 일 수 있다.
본 발명에 따르면, 전해액 보조 탱크로 유입되는 전해액 내의 금속성 이물을 효과적으로 제거할 수 있게 된다. 특히, 자석 부재의 표면 근처로 전해액의 흐름을 유도함으로써 금속성 이물의 제거 효과를 향상시킬 수 있게 된다.
또한 본 발명에 따르면, 자석 부재가 삽입된 파이프가 하우징으로부터 탈착이 가능하도록 구성되고 그로 인해 포집된 금속성 이물의 제거와 파이프 등의 세척 등이 간소화되어 유지 보수 편의성이 향상되게 된다.
본 발명에 따르면, 전해액 유입부를 U 자형 하우징의 제1 하우징 상측에 위치시키고, 전해액 유출부를 U 자형 하우징의 제2 하우징 상측에 위치시킴으로써, 보다 공간을 효율적으로 사용할 수 있을뿐만 아니라 전해액 체류시간을 증가시켜 금속성 이물 제거 효율을 향상시킬 수 있게 된다.
또한 제1 하우징 및 제2 하우징 중 어느 하나 이상에 메쉬 부재가 추가됨으로써 비자성 이물도 효과적으로 제거할 수 있게 된다.
더욱이, 제1 하우징과 제2 하우징 사이에 드레인 밸브가 제공됨으로써, 전해액 내 이물 제거 장치의 유지 보수시 잔류 전해액을 효과적으로 배수할 수 있어 유지 보수의 편리성이 향상되게 된다.
도 1은 종래의 전해액 보관 시스템에 대한 것이다.
도 2는 종래의 전해액 보관 시스템의 자기장 해석 결과 시뮬레이션이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전해액 내 이물 제거 장치(100)의 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전해액 내 이물 제거 장치(100)의 일부 구성 요소를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 5는 봉자석으로부터의 거리에 따른 자력과 항력에 대한 계산 결과이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전해액 보관 시스템(200)의 측면도이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전해액 보관 시스템(200)의 후면도이다.
본 발명에 대한 상세한 설명은 당 업계의 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 완전하게 설명하기 위한 것이다. 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 “포함”한다고 하거나, 어떤 구조와 형상을 “특징”으로 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하거나 다른 구조와 형상을 배제한다는 것이 아니라, 다른 구성요소, 구조 및 형상을 포함할 수 있는 것을 의미한다.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예를 제시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 실시예의 의한 발명의 내용을 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전해액 내 이물 제거 장치(100)의 단면도이다. 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전해액 내 이물 제거 장치(100)의 일부 구성 요소를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3 및 도 4를 참고하면, 전해액 내 이물 제거 장치(100)는 자석 부재(10a, 10b), 파이프(20a, 20b), U 자형 하우징(30) 및 메쉬 부재(40)를 포함할 수 있다.
자석 부재(10a, 10b)는 전해액 내의 금속성 이물을 자기력에 의해 끌어당기는 역할을 수행한다. 이를 위해, 자석 부재(10a, 10b)는 막대형 자석 및 봉 자석 중 어느 하나 일 수 있다.
바람직하게는, 자석 부재(10a, 10b)는 봉 자석일 수 있으며, NdFdB 계열의 자석을 일정한 간격으로 같은 극성끼리 마주보게 배열하는 형태일 수 있다. 특히 이러한 봉 자석의 경우, 도 5를 참조하면, 자력(magnetic force)와 항력(drag force) 균형을 통해 약 10㎛ 반경의 구형 이물을 가정하는 경우 약 13mm 이내에서 이물을 부착할 수 있게 된다.
다만 이러한 자석 부재(10a, 10b)는 이물의 종류, 전해액의 물성, 운전 조건 등에 따라 설계 변경이 가능하며, 금속성 이물을 자기력에 의해 끌어당길 수 있는 한 그 종류가 제한되는 것은 아님을 유의한다.
파이프(20a, 20b)는 전해액 내의 금속성 이물이 자석 부재(10a, 10b)에 의해 파이프(20a, 20b) 표면에 부착될 수 있도록 한다. 이를 위해, 파이프(20a, 20b)는 자석 부재(10a, 10b)가 그 내부에 삽입되어 위치될 수 있도록 자석 부재(10a, 10b)의 형상에 상응하도록 구성된다. 자석 부재(10a, 10b)가 봉 자석인 경우, 파이프(20a, 20b)는 원통형의 실린더 형태일 수 있다.
이러한 파이프(20a, 20b)는 자석 부재(10a, 10b)의 자기력을 방해하지 않는 플라스틱이나 기타 다른 재질이면 충분하며 그 재질이 제한되는 것은 아님을 유의한다.
U 자형 하우징(30)은 전해액 보조 탱크로 전해액이 유입되기 전에 전해액이 유동할 수 있는 공간을 제공한다. 이를 위해 하우징(30)은 전해액 탱크(미도시)에서 전해액이 유입되는 전해액 유입부(31) 및 전해액 보조 탱크로 전해액이 유출되는 전해액 유출부(32)를 포함할 수 있다.
이러한 U 자형 하우징(30)은 제1 하우징(30a) 및 제2 하우징(30b)을 포함할 수 있다. U 자형 하우징(30)은 제1 하우징(30a) 및 제2 하우징(30b)의 한쌍의 형태로서 제공될 수 있으며, 혹은 일체의 형태로 제공될 수도 있다. 도면에 도시된 형태는 실시예로서 본 발명이 이에 제한되는 것은 아님을 유의한다.
전해액 유입부(31)는 제1 하우징(30a)의 상측에 위치할 수 있으며, 전해액 유출부(32)는 제2 하우징(30b)의 상측에 위치할 수 있다. 이러한 구성으로 인해, 보다 공간을 효율적으로 사용할 수 있을뿐만 아니라 전해액 체류시간을 증가시켜 금속성 이물 제거 효율을 향상시킬 수 있게 된다.
한편, 제1 하우징(30a)에는 제1 자석 부재(10a)가 제1 파이프(20a)가 결합되고, 제2 하우징(30b)에는 제2 자석 부재(10b)가 삽입된 제2 파이프(20b)가 결합되게 된다.
이때, 파이프(20a, 20b)와 U 자형 하우징(30) 내의 결합력을 증대하기 위해 오링(33)이 추가될 수 있으며, 이러한 오링(33)은 공지된 구성 요소로서 전해액의 물성에 따라 적절하게 선택되어 사용될 수 있다. 또한 파이프(20a, 20b)와 하우징(30)의 결합은 플랜지 타입으로 설계되었지만, 편의에 따라 클램프 체결 등 다양한 타입으로 설계 가능함을 유의한다.
이러한 U 자형 하우징(30)은 그 내부에 파이프(20a, 20b)가 위치되고 전해액이 원활하게 유동될 수 있으면 충분하며 그 형상은 특별하게 제한되지 않는다. 다만, U 자형 하우징(30)과 자석 부재(10a, 10b)는 약 7mn 내지 13mm 이격되도록 구성되는 것이 바람직하며, 약 10mm 이격되도록 구성되는 것이 보다 바람직하다. 이러한 이유는, 7mm보다 작을 경우에는 전해액의 원활한 유동이 어려울 수 있으며, 13mm보다 큰 경우에는 10㎛ 반경의 금속성 이물을 끌어당기는 것이 어렵기 때문이다. 한편, 이러한 이격 거리는 이물 물성, 크기, 전해액 물성 및 운전 조건 등에 의해 변경될 수 있음을 유의한다.
또한 제1 하우징(30a) 및 제2 하우징(30b) 사이에는 드레인 밸브(34)가 제공될 수 있다. 이러한 드레인 밸브(34)를 포함함으로써, 전해액 내 이물 제거 장치(100)의 유지 보수시 잔류 전해액을 효과적으로 배수할 수 있어 유지 보수의 편리성이 향상되게 된다.
메쉬 부재(40)는 제1 하우징(30a) 및 제2 하우징(30b) 중 어느 하나 이상에 제공될 수 있으며, 전해액 내의 이물이 전해액 유출부(32)로 유출되기 전에, 메쉬 부재(40)에 의해 필터링됨으로써 전해액 내의 이물을 제거하는 역할을 수행한다.
이러한 메쉬 부재(40)는 메쉬망 형태로서 전해액에 존재하는 이물의 크기나 종류에 따라서 적합한 크기를 사용할 수 있음을 유의한다.
이러한 구성으로 인하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 전해액 내 이물 제거 장치(100)는, 전해액 탱크에서 U 자형 하우징(30)으로 유입된 전해액 내의 금속성 이물이 파이프(20a, 20b) 내에 위치한 자석 부재(10a, 10b)의 자기력에 의해 파이프(20a, 20b) 표면에 부착됨으로써 전해액 내의 금속성 이물이 제거된 상태로 전해액 보조 탱크로 유출될 수 있게 된다. 또한 메쉬 부재(40)로 인하여 금속성 이물이 아닌 기타 다른 이물 역시 제거할 수 있게 된다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전해액 보관 시스템(200)의 측면도이다. 도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전해액 보관 시스템(200)의 후면도이다. 도 6 및 도 7를 참고하면, 전해액 보관 시스템(200)은 전해액 내 이물 제거 장치(100) 및 전해액 보조 탱크(110)를 포함할 수 있다.
전해액 내 이물 제거 장치(100)는 상술된 구성으로서, 전해액 보조 탱크(110)의 전단에 위치됨으로써 전해액 보조 탱크(110)로 유입되는 전해액 내의 존재하는 이물들을 효과적으로 제거할 수 있게 된다.
한편, 전해액 보조 탱크(110) 하측에는 별도의 자석 부재(130)가 추가될 수 있다. 이러한 자석 부재(130)는 막대형 자석 및 봉 자석 중 어느 하나 일 수 있으며, 보조적으로 금속성 이물을 제거하는 역할을 수행할 수 있게 된다. 특히 별도의 자석 부재(130)는 전해액 보조 탱크(110)의 바닥면 배출구에 근접하게 설치되는 것이 바람직하다. 이러한 이유는 전해액이 외부로 배출될 때 자석 부재(130) 근처를 지나게 되므로 전해액에 포함된 금속성 이물의 제거 효율이 높아지기 때문이다.
상기 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 당 업계의 통상의 지식을 가진 자라면 이하의 특허 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역을 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
10a, 10b : 자석 부재
20a, 20b : 파이프
30 : 하우징
30a : 제1 하우징 30b : 제2 하우징
31 : 전해액 유입부 32 : 전해액 유출부
33 : 오링
34 : 드레인 밸브
40 : 메쉬 부재
100 : 전해액 내 이물 제거 장치
200 : 전해액 보관 시스템

Claims (10)

  1. 자석 부재;
    상기 자석 부재가 삽입될 수 있는 파이프; 및
    상기 파이프가 결합되고, 전해액 유입부 및 전해액 유출부를 포함하는 U 자형 하우징;을 포함하고,
    상기 U 자형 하우징으로 유입된 전해액 내의 금속성 이물이 상기 파이프에 부착됨으로써, 전해액 내의 금속성 이물이 제거되는 것을 특징으로 하는,
    전해액 내 이물 제거 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 U 자형 하우징은 제1 하우징 및 제2 하우징을 포함하며,
    상기 전해액 유입부는 상기 제1 하우징 상측에 위치하고, 상기 전해액 유출부는 상기 제2 하우징 상측에 위치하는 것을 특징으로 하는,
    전해액 내 이물 제거 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 U 자형 하우징은 제1 하우징 및 제2 하우징을 포함하며,
    상기 제1 하우징과 상기 제2 하우징 사이에는 드레인 밸브가 제공되는 것을 특징으로 하는,
    전해액 내 이물 제거 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 U 자형 하우징은 제1 하우징 및 제2 하우징을 포함하며,
    상기 제1 하우징에는 제1 자석 부재가 삽입된 제1 파이프가 결합되고, 상기 제2 하우징에는 제2 자석 부재가 삽입된 제2 파이프가 결합되는 것을 특징으로 하는, 전해액 내 이물 제거 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 자석 부재는 막대형 자석 및 봉 자석 중 어느 하나 인 것을 특징으로 하는, 전해액 내 이물 제거 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 파이프는 상기 자석 부재의 형상에 상응하도록 구성되는 것을 특징으로 하는, 전해액 내 이물 제거 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 U 자형 하우징은,
    상기 파이프가 내부에 위치하고, 상기 자석 부재와 0.8mn 내지 1.3mm 이격되도록 구성되는 것을 특징으로 하는,
    전해액 내 이물 제거 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 U 자형 하우징은 제1 하우징 및 제2 하우징을 포함하며,
    상기 제1 하우징 및 상기 제2 하우징 중 어느 하나 이상에는 메쉬 부재를 더 포함하고,
    상기 전해액 내의 이물이 상기 전해액 유출부로 유출되기 전에, 상기 메쉬 부재에 의해 필터링됨으로써 전해액 내의 이물이 제거되는 것을 특징으로 하는,
    전해액 내 이물 제거 장치.
  9. 제1항 내지 제8항에 따른 전해액 내 이물 제거 장치; 및
    전해액을 수용하는 전해액 보조 탱크;를 포함하고,
    상기 전해액 내 이물 제거 장치는 상기 전해액 보조 탱크 전단에 위치하는 것을 특징으로 하는,
    전해액 보관 시스템.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 전해액 보조 탱크 하측에는 자석 부재가 위치되며,
    상기 자석 부재는 막대형 자석 및 봉 자석 중 어느 하나 인 것을 특징으로 하는, 전해액 보관 시스템.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20180084254A (ko) 2017-01-16 2018-07-25 주식회사 엘지화학 전해액 필터링 밸브를 포함하는 전해액 보관 탱크 및 이를 이용한 전지셀 제조 방법

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20180084254A (ko) 2017-01-16 2018-07-25 주식회사 엘지화학 전해액 필터링 밸브를 포함하는 전해액 보관 탱크 및 이를 이용한 전지셀 제조 방법

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