KR20220166184A - 배터리 셀 고정 장치 및 이를 포함하는 전해액 함침 장치 - Google Patents

배터리 셀 고정 장치 및 이를 포함하는 전해액 함침 장치 Download PDF

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KR20220166184A
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Abstract

상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 셀 고정 장치는, 원통형 배터리 셀의 외주면 둘레를 따라 상기 원통형 배터리 셀에 결합되는 복수의 홀더 유닛을 포함하는 배터리 셀 고정 장치로서, 상기 복수의 홀더 유닛 각각은, 상기 원통형 배터리 셀의 외주면 일부를 커버하도록 구성되는 홀더 본체; 및 상기 홀더 본체로부터 상기 원통형 배터리 셀을 향해 돌출되며, 상기 원통형 배터리 셀의 외주면이 압입되어 형성된 비딩부에 삽입되도록 구성되는 비딩 고정부; 를 포함한다.

Description

배터리 셀 고정 장치 및 이를 포함하는 전해액 함침 장치{Fixing device for Cylindrical battery cell and Electrolyte impregnation device comprising thereof}
본 발명은 배터리 셀 고정 장치 및 이를 포함하는 전해액 함침 장치에 관한 것이다.
제품 군에 따른 적용 용이성이 높고, 높은 에너지 밀도 등의 전기적 특성을 가지는 이차 전지는 휴대용 기기뿐만 아니라 전기적 구동원에 의하여 구동하는 전기차량(EV, Electric Vehicle) 또는 하이브리드 차량(HEV, Hybrid Electric Vehicle) 등에 보편적으로 응용되고 있다. 이러한 이차 전지는 화석 연료의 사용을 획기적으로 감소시킬 수 있다는 일차적인 장점뿐만 아니라 에너지의 사용에 따른 부산물이 전혀 발생되지 않는다는 장점 또한 갖기 때문에 친환경 및 에너지 효율성 제고를 위한 새로운 에너지원으로 주목 받고 있다.
현재 널리 사용되는 이차 전지의 종류에는 리튬 이온 전지, 리튬 폴리머 전지, 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지 등이 있다. 이러한 단위 이차 전지 셀, 즉, 단위 배터리 셀의 작동 전압은 약 2.5V ~ 4.5V이다. 따라서, 이보다 더 높은 출력 전압이 요구될 경우, 복수 개의 배터리 셀을 직렬로 연결하여 배터리 팩을 구성하기도 한다. 또한, 배터리 팩에 요구되는 충방전 용량에 따라 다수의 배터리 셀을 병렬 연결하여 배터리 팩을 구성하기도 한다. 따라서, 상기 배터리 팩에 포함되는 배터리 셀의 개수는 요구되는 출력 전압 및/또는 충방전 용량에 따라 다양하게 설정될 수 있다.
한편, 통상적으로 이차 전지에서는, 전극 조립체에 전해액이 함침됨으로써, 리튬 이온이 원활하게 이동하여 전류를 발생시킬 수 있다. 이 때, 전해액 함침율은 전지의 수명 및 용량에 영향을 미치는 매우 중요한 요소로서, 전해액 함침율이 높을수록 유리하다.
한편, 원통형 배터리 셀 상부에서 전해액을 주입한 후 진공 처리 및 가압 처리를 하는 것만으로는, 전극 조립체 전체에 전해액을 완벽하게 함침시키는 데에 한계가 있을 수 있다. 예를 들어, 전극 조립체의 상부와 하부에서 전해액 함침율이 달라질 수 있다. 보다 구체적으로는, 전해액 주입 후에 원통형 배터리 셀의 하부에 잔여 전해액이 모여있고, 상부에는 전해액이 적절하게 함침되지 않은 경우가 있을 수 있다. 또는, 전극 조립체를 구성하는 양극판, 분리막 및 음극판 사이의 간격이 매우 좁게 형성되어 있기 때문에, 모세관 현상에 의해, 전지 캔의 상부 개구부를 통해 주입된 전해액은 전지 캔의 상부에만 머무르고 전지 캔의 하부까지 잘 전달되지 않을 수도 있다.
따라서, 원통형 배터리 셀의 전극 조립체에 전체적으로 고르게 전해액이 함침되도록 하기 위한 방안의 모색이 요청된다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 원통형 배터리 셀 내부에 수용된 전극 조립체에 전체적으로 전해액을 고르게 함침시킴으로써, 원통형 배터리 셀의 전해액 함침율을 향상시키는 것을 일 목적으로 한다.
한편, 본 발명은, 원통형 배터리 셀의 외관 및 사이즈에 관계 없이, 다양한 원통형 배터리 셀을 안정적으로 고정시킬 수 있도록 함으로써, 다양한 원통형 배터리 셀과의 호환이 가능한 배터리 셀 고정 장치 및 전해액 함침 장치를 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.
다만, 본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 상술한 과제에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래에 기재된 발명의 설명으로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 셀 고정 장치는, 원통형 배터리 셀의 외주면 둘레를 따라 상기 원통형 배터리 셀에 결합되는 복수의 홀더 유닛을 포함하는 배터리 셀 고정 장치로서, 상기 복수의 홀더 유닛 각각은, 상기 원통형 배터리 셀의 외주면 일부를 커버하도록 구성되는 홀더 본체; 및 상기 홀더 본체로부터 상기 원통형 배터리 셀을 향해 돌출되며, 상기 원통형 배터리 셀의 외주면이 압입되어 형성된 비딩부에 삽입되도록 구성되는 비딩 고정부; 를 포함한다.
상기 배터리 셀 고정 장치는, 상기 복수의 홀더 유닛 중 적어도 하나의 상기 홀더 본체의 외측면 상에 구비되어 진동원과 연결될 수 있도록 구성되는 진동원 연결부를 더 포함할 수 있다.
상기 배터리 셀 고정 장치는, 이웃하는 상기 홀더 유닛을 상호 결합시키도록 구성되는 홀더 유닛 체결부를 더 포함할 수 있다.
상기 홀더 본체는, 상기 원통형 배터리 셀의 높이와 대응되는 높이를 갖도록 연장된 형태를 가질 수 있다.
상기 홀더 본체는, 상기 원통형 배터리 셀의 외주 방향을 따라 연장된 형태를 가질 수 있다.
상기 비딩 고정부의 돌출 길이는, 상기 비딩부의 압입 깊이와 대응될 수 있다.
상기 비딩 고정부는, 상기 원통형 배터리 셀의 외주 방향을 따라 연장된 형태를 가질 수 있다.
상기 비딩 고정부는, 상기 홀더 본체로부터 상기 원통형 배터리 셀의 반경 방향을 따라 이동 및 고정 가능하도록 구성될 수 있다.
상기 비딩 고정부는, 상기 원통형 배터리 셀의 상기 비딩부의 압입 깊이와 대응되는 길이만큼 인출된 상태에서 고정되도록 구성될 수 있다.
상기 홀더 유닛 체결부는, 복수의 홀더 유닛 각각의 상기 홀더 본체 내에 구비될 수 있다.
상기 홀더 유닛 체결부는, 상기 홀더 본체로부터 인출되는 방향 및 상기 홀더 본체의 내측으로 삽입되는 방향으로 움직이도록 구성될 수 있다.
상기 홀더 유닛 체결부는, 상기 원통형 배터리 셀의 원주 방향을 따라 움직이도록 구성될 수 있다.
상기 홀더 유닛 체결부는, 상기 홀더 본체의 일 측 및 타 측에 각각 구비될 수 있다.
서로 인접한 진동 유닛 각각에 구비된 체결부는, 서로를 향하는 방향으로 인출되어 상호 결합되도록 구성될 수 있다.
한편, 상술한 바와 같은 본 발명의 과제는, 본 발명의 일 실시예에 따른 전해액 함침 장치에 의해서도 해결 가능하다. 이러한 본 발명의 일 실시예에 따른 전해액 함침 장치는, 복수의 원통형 배터리 셀에 각각 결합되는 본 발명의 배터리 셀 고정 장치; 및 소정의 회전 중심축을 중심으로 상기 홀더 유닛을 회전시키는 로테이터; 를 포함한다.
상기 전해액 함침 장치는, 상기 배터리 셀 고정 장치에 연결되는 진동원을 더 포함할 수 있다.
상기 진동원은, 하나의 상기 배터리 셀 고정 장치에 구비되는 상기 홀더 유닛의 개수만큼 구비될 수 있다.
상기 홀더 본체는, 상기 원통형 배터리 셀의 높이 방향 양 단부 중 상기 비딩부가 형성된 영역과 가깝게 위치하는 일 측 단부가 상기 회전 중심축을 향하도록 배치될 수 있다.
상기 회전 중심축은, 지면에 나란하게 배치될 수 있다.
상기 진동원은, 상기 로테이터의 구동 정지 후에 상기 배터리 셀 고정 장치에 연결되도록 구성될 수 있다.
상기 로테이터는, 상기 진동원의 구동이 종료되고 상기 진동원과 상기 배터리 셀 고정 장치의 연결이 해제된 이후에 구동을 재개하도록 구성될 수 있다.
복수의 상기 배터리 셀 고정 장치는, 교번하여 상기 진동원에 연결되도록 구성될 수 있다.
상기 배터리 셀 고정 장치는, 상기 배터리 셀 고정 장치에 결합된 원통형 배터리 셀의 높이 방향 양 단부 중 상기 비딩부가 형성된 영역과 가깝게 위치하는 일 측 단부가 지면을 향하는 위치에서 상기 진동원에 연결되도록 구성될 수 있다.
본 발명에 의하면, 원통형 배터리 셀 내부에 수용된 전극 조립체에 전체적으로 전해액이 고르게 함침될 수 있게 되며, 이로써 원통형 배터리 셀의 전해액 함침율을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 원통형 배터리 셀의 외관 및 사이즈에 관계 없이, 다양한 원통형 배터리 셀을 안정적으로 고정시킬 수 있게 된다. 이에 따라, 본 발명에 따른 배터리 셀 고정 장치는 다양한 원통형 배터리 셀과 호환이 가능할 수 있다. 또한, 배터리 셀 고정 장치가 원통형 배터리 셀에 밀착될 수 있기 때문에, 진동원에서 발생하는 진동을 원통형 배터리 셀에 보다 더 효과적으로 전달할 수 있다.
이 밖에도 본 발명은 여러 다른 효과를 가질 수 있으며, 이에 대해서는 각 실시예에서 설명하거나, 통상의 기술자가 용이하게 유추할 수 있는 효과 등에 대해서는 해당 설명을 생략하도록 한다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술되는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술 사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 셀 고정 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 2 및 도 3은 도 1의 배터리 셀 고정 장치와 배터리 셀이 결합되는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 셀 고정 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 도 1의 배터리 셀 고정 장치와 진동원의 연결 관계를 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 도 1의 배터리 셀 고정 장치를 포함하는 전해액 함침 장치를 설명하기 위한 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 안 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원 시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
또한, 발명의 이해를 돕기 위하여, 첨부된 도면은 실제 축척대로 도시된 것이 아니라 일부 구성요소의 치수가 과장되게 도시될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 셀 고정 장치를 설명하기 위한 도면이고, 도 2 및 도 3은 도 1의 배터리 셀 고정 장치와 원통형 배터리 셀이 결합되는 과정을 설명하기 위한 도면이다. 한편, 도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 셀 고정 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 셀 고정 장치(10)는, 원통형 배터리 셀(C)의 외주면 둘레를 따라 상기 원통형 배터리 셀(C)에 결합되는 복수의 홀더 유닛(100)을 포함한다. 한편, 상기 배터리 셀 고정 장치(10)는, 진동원 연결부(200) 및/또는 홀더 유닛 체결부(300)를 더 포함할 수 있다.
상기 홀더 유닛(100)은 복수 개가 구비된다. 예를 들어, 도 3에 도시된 바와 같이, 배터리 셀 고정 장치(10)는 3개의 홀더 유닛(100A, 100B, 100C)을 포함할 수 있다. 본 발명의 배터리 셀 고정 장치(10)는 복수의 홀더 유닛(100)을 포함함으로써, 형상 및/또는 사이즈가 다소 상이한 원통형 배터리 셀(C)이라고 하더라도 원통형 배터리 셀(C)에 밀착 가능한 효과를 달성할 수 있다. 예를 들어, 지름이 상대적으로 큰 원통형 배터리 셀(C)이라고 하더라도, 복수의 홀더 유닛(100)이 원통형 배터리 셀(C)의 원주 방향을 따라 서로 소정 간격 이격된 상태로 상기 원통형 배터리 셀(C)의 외주면을 커버할 수 있다.
한편, 홀더 유닛(100)의 개수가 많을수록 원통형 배터리 셀(C)을 고정하는 효과가 커질 수 있다. 예를 들어, 도 4와 같이, 4개의 홀더 유닛(100)을 포함하는 배터리 셀 고정 장치(10)에서는, 원통형 배터리 셀(C)의 고정력이 더욱 향상될 수 있다. 또한, 홀더 유닛(100)의 개수가 많을수록 배터리 셀 고정 장치(10)와 호환 가능한 원통형 배터리 셀(C)의 형상 및/또는 사이즈의 범위가 확대될 수 있다.
상기 홀더 유닛(100)은, 홀더 본체(110) 및 비딩 고정부(120)를 포함한다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 홀더 본체(110)는, 원통형 배터리 셀(C)의 외주면 일부를 커버하도록 구성된다. 상기 홀더 본체(110)는, 원통형 배터리 셀(C)의 외주 방향을 따라 연장된 형태를 가질 수 있다. 상기 홀더 본체(110)는, 그 내면이, 원통형 배터리 셀(C)의 곡률과 대략 유사한 곡률을 가질 수 있다. 이에 따라, 상기 홀더 본체(110)는, 원통형 배터리 셀(C)의 외주면에 밀착될 수 있다. 이에 따라, 진동원(도 5 및 도 6 참조)에서 발생된 진동이 원통형 배터리 셀(C)에 보다 더 효율적으로 전달될 수 있다.
상기 홀더 본체(110)는, 원통형 배터리 셀(C)의 높이 방향(Z축에 나란한 방향) 전체 영역 중 적어도 일부 영역을 커버하는 형태를 가질 수 있다. 예를 들어, 도 1 내지 도 3을 참조하면, 상기 홀더 본체(110)는 원통형 배터리 셀(C)의 외주면 중 비딩부(B)가 위치하는 상부와 인접한 일부분만을 커버할 수 있다. 상기 비딩부(B)란, 원통형 배터리 셀(C)에 있어서 전지 캔의 내부에 수용되는 전극 조립체(미도시)가 전지 캔의 외부로 이탈되지 않도록 전지 캔의 외주면 둘레를 소정의 깊이로 압입함으로써 형성된다. 본 발명에 있어서, 배터리 셀(C)의 상부라고 정의하는 부분은, 배터리 셀(C)의 높이 방향(Z축에 나란한 방향) 양 단부 중 비딩부(B)가 형성된 영역과 가깝게 위치하는 일 측 단부를 의미하는 것이다.
도면에 도시되지는 않았으나, 본 발명의 다른 실시 형태로서, 상기 홀더 본체(110)는 원통형 배터리 셀(C)의 높이와 대응되는 높이를 갖도록 연장된 형태를 가질 수도 있다. 이 경우, 홀더 본체(110)가 원통형 배터리 셀(C)과 맞닿는 면적이 넓어지기 때문에, 외부의 진동이 원통형 배터리 셀(C)에 보다 더 효율적으로 전달될 수 있다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 비딩 고정부(120)는, 홀더 본체(110)로부터 원통형 배터리 셀(C)을 향해 돌출될 수 있다. 상기 비딩 고정부(120)는 원통형 배터리 셀(C)의 비딩부(B)에 삽입되어, 원통형 배터리 셀(C)의 높이 방향(Z축에 나란한 방향) 위치를 정확하게 고정시킬 수 있다. 상기 비딩 고정부(120)의 돌출 길이는, 비딩부(B)의 압입 깊이와 대응될 수 있다. 상기 비딩 고정부(120)의 돌출 길이가 비딩부(B)의 압입 깊이와 실질적으로 동일한 경우, 비딩 고정부(120)가 비딩부(B) 내에 최대한 깊게 삽입되었을 때 홀더 본체(110)의 내측 면이 원통형 배터리 셀(C)의 외주면에 밀착될 수 있다. 이에 따라, 원통형 배터리 셀(C)의 고정력을 극대화 할 수 있으며, 또한 후술할 진동원(30)에 의한 진동이 원통형 배터리 셀(C)에 잘 전달될 수 있다.
한편, 원통형 배터리 셀(C)마다 그 사이즈가 다소 상이할 수 있기 때문에, 본 발명의 배터리 셀 고정 장치(10)는, 서로 상이한 사이즈를 갖는 원통형 배터리 셀(C)들 모두를 범용적으로 견고하게 고정시킬 수 있도록 구성될 필요가 있다. 따라서, 본 발명의 배터리 셀 고정 장치(10)에 채용되는 비딩 고정부(120)는, 홀더 본체(110)로부터 원통형 배터리 셀(C)의 반경 방향으로 이동 및 고정 가능하도록 구성될 수 있다. 보다 구체적으로, 비딩 고정부(120)는, 홀더 본체(110)로부터 상기 반경 방향을 따라 슬라이딩 방식으로 인출될 수 있고, 인출된 상태에서 고정될 수 있다. 예를 들어, 도 3을 참조하면, 비딩 고정부(120)는, 결합될 원통형 배터리 셀(C)의 비딩부(B)의 압입 깊이와 대응되는 길이만큼 인출된 후 고정될 수 있다. 이에 따라서, 본 발명에 의하면, 서로 상이한 사이즈를 갖는 원통형 배터리 셀(C)들에 범용적으로 적용이 가능하며, 원통형 배터리 셀(C)의 높이 방향(Z축에 나란한 방향) 위치를 정확하게 고정시킬 수 있다. 이처럼 본 발명의 배터리 셀 고정 장치(10)는, 원통형 배터리 셀(C)을 안정적을 고정시킬 수 있는 구조를 가지며, 이로써 원통형 배터리 셀(C)에 효율적으로 전해액을 함침시키기 위한 공정들이 안정적으로 진행될 수 있도록 한다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 상기 진동원 연결부(200)는 복수의 홀더 유닛(100) 중 적어도 하나의 상기 홀더 본체(110)의 외측면 상에 구비되어 진동원(30)과 연결될 수 있다. 즉, 상기 진동원 연결부(200)는, 홀더 본체(110)에 구비되어 홀더 본체(110)에 진동원(30)이 용이하게 체결될 수 있도록 하는 구조를 갖는 체결부로서 기능할 수 있다. 예를 들면, 진동원 연결부(200)는 홀더 본체(110)의 외측면에 대략 수직으로 구비된 막대 형상일 수 있다. 다만, 상기 진동원 연결부(200)가 이러한 막대 형상에 한정되는 것은 아니며, 외부의 진동원(30)이 홀더 본체(110)에 용이하게 연결될 수 있도록 하는 구조라면 어떤 구조라도 가능하다.
진동원 연결부(200)는, 복수의 홀더 유닛(100) 중 적어도 하나에 구비될 수 있다. 예를 들어, 도 1 내지 도 3을 참조하면, 진동원 연결부(200)는, 3개의 홀더 유닛(100) 중에서, 어느 하나의 홀더 유닛(100)에만 구비될 수 있고, 또는 두 개의 홀더 유닛(100)에만 구비될 수도 있다. 진동원 연결부(200)가 3개의 홀더 유닛(100) 모두에 구비될 수도 있음은 물론이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 상기 홀더 유닛 체결부(300)는, 이웃하는 홀더 유닛(100)을 상호 결합시키도록 구성될 수 있다. 상기 홀더 유닛 체결부(300)는, 예를 들어 홀더 본체(110) 내에 구비될 수 있다. 상기 홀더 유닛 체결부(300)는, 홀더 본체(110)로부터 인출되는 방향 및 홀더 본체(110)의 내측으로 삽입되는 방향으로 움직이도록 구성될 수 있다. 상기 홀더 유닛 체결부(300)는, 원통형 배터리 셀(C)의 대략 원주 방향을 따라 움직이도록 구성될 수 있다.
상기 홀더 유닛 체결부(300)는, 예를 들어 홀더 본체(110)의 일 측 및 타 측에 각각 구비될 수 있다. 서로 인접한 홀더 유닛(100) 각각에 구비된 홀더 유닛 체결부(300)는 서로를 향하는 방향으로 인출되어 상호 결합될 수 있다. 서로 인접한 홀더 유닛(100) 각각에 구비된 홀더 유닛 체결부(300)의 상호 체결 방식은 한정되지 않으며, 예를 들어 버클 결합 및/또는 후크 결합이 가능하도록 구성될 수 있다. 또는, 각각의 홀더 유닛 체결부(300) 말단에 자석이 구비되어 인접한 홀더 유닛(100)들이 서로 소정 거리로 가까워질 경우 자기력에 의해 서로 체결되는 형태일 수도 있다. 이와 같이, 상기 홀더 유닛 체결부(300)에 의해, 이웃하는 홀더 유닛(100)들은 상호 결합되어 하나의 배터리 셀 고정 장치(10)를 구성할 수 있다. 예를 들어, 지름이 상대적으로 큰 원통형 배터리 셀(C)을 커버할 경우, 복수의 홀더 유닛(100)이 서로 소정 간격 이격될 수 있다. 이 때, 복수의 홀더 유닛(100) 사이의 간격은 원통형 배터리 셀(C)의 원주 길이에 따라, 상이해질 수 있다. 본 발명에 의하면, 홀더 유닛 체결부(300)는 홀더 본체상호 이격된 한 쌍의 홀더 유닛(100) 사이에서 한 쌍의 홀더 유닛(100)을 연결시키도록 구성되며, 이에 따라 지름이 상대적으로 큰 원통형 배터리 셀(C)도 본 발명의 배터리 셀 고정 장치(10)에 의해, 커버될 수 있다.
도 5는 도 1의 배터리 셀 고정 장치와 진동원의 연결 관계를 설명하기 위한 도면이고, 도 6은 도 1의 배터리 셀 고정 장치를 포함하는 전해액 함침 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 본 발명의 일 실시예를 따르는 전해액 함침 장치(1)는, 적어도 하나의 배터리 셀 고정 장치(10) 및 로테이터(20)를 포함한다. 한편, 상기 전해액 함침 장치(1)는, 진동원(30)을 더 포함할 수도 있다.
통상적으로 이차 전지에서는, 전극 조립체에 전해액이 함침됨으로써, 리튬 이온이 원활하게 이동하여 전류를 발생시킬 수 있다. 이 때, 전해액 함침율은 전지의 수명 및 용량에 영향을 미치는 매우 중요한 요소로서, 전해액 함침율이 높을수록 유리하다.
한편, 원통형 배터리 셀(C)의 상부로부터 전해액을 주입한 후 진공 처리 및 가압 처리를 하는 것만으로는, 전극 조립체 전체에 전해액을 완벽하게 함침시키는 데에 한계가 있을 수 있다. 예를 들어, 전극 조립체의 상부와 하부에서 전해액 함침율이 달라질 수 있다. 보다 구체적으로는, 전해액 주입 후에 원통형 배터리 셀(C)의 하부에 잔여 전해액이 모여있고, 상부에는 전해액이 적절하게 함침되지 않은 경우가 있을 수 있다. 또는, 전극 조립체를 구성하는 양극판, 분리막 및 음극판 사이의 간격이 매우 좁게 형성되어 있기 때문에, 모세관 현상에 의해, 전지 캔의 상부 개구부를 통해 주입된 전해액은 전지 캔의 상부에만 머무르고 전지 캔의 하부까지 잘 전달되지 않을 수도 있다. 따라서, 전해액이 주입된 원통형 배터리 셀(C)을 회전시킴으로써 원심력을 이용하여 전해액을 전극 조립체의 전체 영역에 걸쳐서 고르게 함침시킬 필요가 있다. 또한, 더욱 효율적인 전해액 함침을 위해, 원통형 배터리 셀(C)에 진동을 가할 수도 있다. 이를 위해, 본 발명의 일 실시예에 따른 전해액 함침 장치(1)는 복수의 배터리 셀 고정 장치(10)에 로테이터(20)를 연결시킴으로써 또는 로테이터(20) 및 진동원(30)을 모두 연결시킴으로써, 복수의 상기 원통형 배터리 셀(C) 내부에 수용된 전극 조립체 전체 영역에 걸쳐서 전해액을 고르게 함침시킬 수 있다. 특히, 본 발명의 일 실시예를 따르는 전해액 함침 장치(1)는 복수의 배터리 셀 고정 장치(10)를 포함할 수 있다. 이에 따라, 복수의 원통형 배터리 셀(C)의 전해액 함침율을 동시에 향상시킬 수 있다.
도 6을 참조하면, 상기 로테이터(20)는, 소정의 회전 중심축을 중심으로, 상기 홀더 유닛(100)을 회전시킬 수 있다. 예를 들면, 도 6에서와 같이, 로테이터(20)는, 회전 중심축을 중심으로 구동하는 구동부를 포함할 수 있고, 구동부로부터 대략 방사상으로 연장되어 상기 배터리 셀 고정 장치(10)를 파지하는 복수의 커넥팅 로드를 포함할 수도 있다. 그러나, 이러한 형상에만 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 로테이터(20)는, 소정의 회전 중심축을 중심으로, 일정한 반경을 가진 원주 형태의 프레임을 포함할 수 있고, 상기 원주 프레임은 소정 연결부에 의해 구동부와 연결될 수도 있다.
도 6을 참조하면 상기 로테이터(20)는, 시계 방향 및/또는 반시계 방향으로 회전할 수 있다. 로테이터(20)는 일정한 방향으로 지속적으로 회전할 수도 있고, 시계 방향으로 회전하다가 일정 회전수를 채운 후에는 반시계 방향으로 회전할 수도 있다. 예를 들면, 로테이터(20)는, 물레방아와 같이 동일 방향으로 지속적으로 회전할 수도 있고, 또는, 모래시계와 같이 회전 방향이 계속 바뀔 수도 있다.
도 6을 참조하면, 상기 홀더 본체(110)는, 상기 원통형 배터리 셀(C)의 상부가 로테이터(20)의 회전 중심축을 향하도록 배치될 수 있다. 이 경우, 배터리 셀 고정 장치(10) 및 원통형 배터리 셀(C)이 회전 중심축을 중심으로 회전함에 따라 원심력이 발생하여, 원통형 배터리 셀(C) 내부에 수용된 전해액은, 원통형 배터리 셀(C)의 하부 방향을 향해 원심력을 받아 이동할 수 있다. 이에 따라, 원통형 배터리 셀(C) 상부에만 머물러 있던 전해액은 원통형 배터리 셀(C)의 하부까지 빠르게 이동할 수 있다. 따라서 전해액 함침율이 원통형 배터리 셀(C) 전체적으로 상승할 수 있다.
한편, 도면에 도시되지는 않았으나, 상기 도 6과는 다르게, 홀더 본체(110)는, 상기 원통형 배터리 셀(C)의 하부가 로테이터(20)의 회전 중심축을 향하도록 배치될 수도 있다. 이 경우, 배터리 셀 고정 장치(10) 및 원통형 배터리 셀(C)이 회전 중심축을 중심으로 회전함에 따라 원심력이 발생하여, 원통형 배터리 셀(C) 내부에 수용된 전해액은, 원통형 배터리 셀(C)의 상부 방향을 향해 원심력을 받아 이동할 수 있다. 따라서, 이러한 배치에 의하면, 전해액 주입 후에 원통형 배터리 셀(C)의 하부에 잔여 전해액이 모여있고, 상부에는 전해액이 적절하게 함침되지 않은 경우의 전해액 함침율을 개선할 수 있다.
도 6을 참조하면, 상기 회전 중심축은 지면에 대략 나란하도록 배치될 수 있다. 이에 따라, 로테이터(20)의 회전 평면은 지면에 대략 수직할 수 있다. 따라서, 로테이터(20)와 연결된 배터리 셀 고정 장치(10)에 결합된 원통형 배터리 셀(C)은, 회전 중, 도립 상태가 될 수 있다. 예를 들어, 도 6을 참조하면, 로테이터(20)의 가장 상부에 위치한 배터리 셀 고정 장치(10)에 결합된 원통형 배터리 셀(C)은 상부가 회전 중심축을 향하고 있다. 이 때, 상기 원통형 배터리 셀(C)은 뒤집어진 상태가 될 수 있다. 한편, 로테이터(20)의 가장 하부에 위치한 배터리 셀 고정 장치(10)에 결합된 원통형 배터리 셀(C)은 정립 상태가 될 수 있다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 진동원(30)은 상기 배터리 셀 고정 장치(10)에 연결될 수 있다. 특히, 진동원(30)은 배터리 셀 고정 장치(10)의 진동원 연결부(200)에 연결될 수 있다. 이 때, 진동원(30)은 진동을 발생시키는 소스라면 어느 것이라도 가능하다. 예를 들어, 진동원(30)은 초음파 발생기 또는 수직/수평 운동이 가능한 설비일 수 있다. 또는 진동원(30)은 오실레이터일 수도 있다.
도면에 도시되지는 않았지만, 상기 진동원(30)은, 하나의 배터리 셀 고정 장치(10)에 구비되는 홀더 유닛(100)의 개수만큼 구비될 수 있다. 또는, 진동원(30)은 하나의 배터리 셀 고정 장치(10)에 구비되는 홀더 유닛(100)의 개수보다 적은 개수로 구비될 수도 있다. 도 5 및 도 6을 참조하면, 상기 진동원(30)은, 대응되는 배터리 셀 고정 장치(10)에 구비된 복수의 홀더 유닛(100) 중 어느 하나의 홀더 유닛(100)에만 연결될 수도 있다.
도 6을 참조하면, 상기 진동원(30)은, 로테이터(20)의 구동 정지 후에 상기 배터리 셀 고정 장치(10)에 연결되도록 구성될 수 있다. 보다 구체적으로는, 진동원(30)은, 로테이터(20)의 구동 정지 후에 상기 배터리 셀 고정 장치(10)에 연결될 수 있고, 로테이터(20)의 재구동 시작 전에 상기 배터리 셀 고정 장치(10)와 연결 해제되도록 구성될 수 있다. 또한, 상기 배터리 셀 고정 장치(10)는, 상기 배터리 셀 고정 장치(10)에 결합된 원통형 배터리 셀(C)의 상부, 즉 배터리 셀(C)의 높이 방향 양 단부 중 비딩부(B)가 형성된 영역과 가깝게 위치하는 일 측 단부가 지면을 향하는 위치에서 진동원(30)에 연결되도록 구성될 수 있다. 즉, 상기 배터리 셀 고정 장치(10)는, 배터리 셀 고정 장치(10)에 연결된 원통형 배터리 셀(C)이 도립된 상태가 되는 위치에서 상기 진동원(30)에 연결될 수 있다.
예를 들어, 도 6을 참조하면, 로테이터(20)의 회전 중, 회전은 일시 중단되고, 배터리 셀 고정 장치(10)가 로테이터(20)의 가장 상부에 위치할 때, 배터리 셀 고정 장치(10)가 진동원(30)에 연결될 수 있다. 이 때, 원심력에 의해 원통형 배터리 셀(C)의 하부로 집중되어 있던 전해액은, 진동원(30)이 발생시킨 진동을 전달받아, 중력 방향으로 흘러내릴 수 있다. 이에 따라, 전해액은, 원통형 배터리 셀(C)의 높이 방향(Z축에 나란한 방향)을 따라 일 측 및 타 측으로 반복적으로 이동할 수 있으며, 이로써 전극 조립체의 전체 영역이 고르게 함침될 수 있다.
한편, 진동원(30)은, 소정 시간동안 작동한 뒤, 상기 배터리 셀 고정 장치(10)와 연결 해제되도록 구성될 수 있다. 이 때, 로테이터(20)는 재구동을 시작할 수 있다. 따라서, 상기 원통형 배터리 셀(C)은 다시 회전에 의한 원심력을 받을 수 있다.
복수의 상기 배터리 셀 고정 장치(10)는, 교번하여 상기 진동원(30)에 연결되도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 도 6을 참조하여 설명하면, 진동원(30)은 로테이터(20)의 상부, 즉 지면과 가장 거리가 먼 위치에서만 배터리 셀 고정 장치(10)와 연결되도록 구성될 수 있다. 이로써, 회전 중인 복수의 배터리 셀 고정 장치(10)들은 교번하여 진동원(30)에 연결될 수 있다.
한편, 예를 들어, 도 6과 같이 4개의 배터리 셀 고정 장치(10)를 포함하는 전해액 함침 장치(1)의 경우, 로테이터(20)의 구동 정지 주기가 1 회전이 되면, 어느 한 배터리 셀 고정 장치(10)만이 진동원(30)과 연결되므로, 원통형 배터리 셀(C)마다 함침율이 상이해질 수 있다. 따라서, 로테이터(20)의 구동 정지 주기는 예를 들어 3/4 회전일 수 있다. 이 경우에는, 로테이터(20)가 3/4 바퀴 회전 후 중단되고, 중단된 시점에 가장 상부에 위치한 배터리 셀 고정 장치(10)가 진동원(30)에 연결되기 때문에, 모든 배터리 셀 고정 장치(10)가 번갈아 진동원(30)에 연결될 수 있다. 다만, 로테이터(20)의 구동 정지 주기가 이에 한정되는 것은 아니며, 전해액 함침 장치(1)가 포함하는 모든 배터리 셀 고정 장치(10)가 교번하여 진동원(30)에 연결될 수 있다면 어느 주기라도 가능하다. 이와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 전해액 함침 장치(1)는, 복수의 원통형 배터리 셀(C)과 안정적으로 결합하여 배터리 셀(C)을 회전시키도록 구성될 수 있다. 이로써 상기 전해액 함침 장치(1)는, 배터리 셀(C)의 상부로부터 주액된 전해액이 배터리 셀(C)의 하부로 원활히 이동하도록 할 수 있다. 한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 전해액 함침 장치(1)는, 배터리 셀(C)에 진동을 가하도록 구성될 수 있다. 이로써 상기 전해액 함침 장치(1)는, 배터리 셀(C)에 회전 운동에 따른 원심력이 가해짐에 따라 배터리 셀(C)의 하부로 집중된 전해액이 다시 상부로 신속히 이동하도록 하여 전극 조립체의 전체 영역에 걸쳐 전해액이 균일하게 함침되도록 할 수 있다.
한편, 본 명세서에서는 상, 하와 같은 방향을 나타내는 용어가 사용되었으나, 이러한 용어들은 설명의 편의를 위한 것일 뿐, 대상이 되는 사물의 위치나 관측자의 위치 등에 따라 달라질 수 있음은 본 발명의 통상의 기술자에게 자명하다.
이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술 사상과 아래에 기재될 청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
10 배터리 셀 고정 장치
100, 100A, 100B, 100C 홀더 유닛
110 홀더 본체
120 비딩 고정부
200 진동원 연결부
300 홀더 유닛 체결부
20 로테이터
30 진동원
C 배터리 셀
B 비딩부

Claims (23)

  1. 원통형 배터리 셀의 외주면 둘레를 따라 상기 원통형 배터리 셀에 결합되는 복수의 홀더 유닛을 포함하는 배터리 셀 고정 장치로서,
    상기 복수의 홀더 유닛 각각은,
    상기 원통형 배터리 셀의 외주면 일부를 커버하도록 구성되는 홀더 본체; 및
    상기 홀더 본체로부터 상기 원통형 배터리 셀을 향해 돌출되며, 상기 원통형 배터리 셀의 외주면이 압입되어 형성된 비딩부에 삽입되도록 구성되는 비딩 고정부;
    를 포함하는 배터리 셀 고정 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 배터리 셀 고정 장치는,
    상기 복수의 홀더 유닛 중 적어도 하나의 상기 홀더 본체의 외측면 상에 구비되어 진동원과 연결될 수 있도록 구성되는 진동원 연결부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 셀 고정 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 배터리 셀 고정 장치는,
    이웃하는 상기 홀더 유닛을 상호 결합시키도록 구성되는 홀더 유닛 체결부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 셀 고정 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 홀더 본체는,
    상기 원통형 배터리 셀의 높이와 대응되는 높이를 갖도록 연장된 형태를 갖는 것을 특징으로 하는 배터리 셀 고정 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 홀더 본체는,
    상기 원통형 배터리 셀의 외주 방향을 따라 연장된 형태를 갖는 것을 특징으로 하는 배터리 셀 고정 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 비딩 고정부의 돌출 길이는,
    상기 비딩부의 압입 깊이와 대응되는 것을 특징으로 하는 배터리 셀 고정 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 비딩 고정부는,
    상기 원통형 배터리 셀의 외주 방향을 따라 연장된 형태를 갖는 것을 특징으로 하는 배터리 셀 고정 장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 비딩 고정부는,
    상기 홀더 본체로부터 상기 원통형 배터리 셀의 반경 방향을 따라 이동 및 고정 가능하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 배터리 셀 고정 장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 비딩 고정부는,
    상기 원통형 배터리 셀의 상기 비딩부의 압입 깊이와 대응되는 길이만큼 인출된 상태에서 고정되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 배터리 셀 고정 장치.
  10. 제 3 항에 있어서,
    상기 홀더 유닛 체결부는,
    복수의 홀더 유닛 각각의 상기 홀더 본체 내에 구비되는 것을 특징으로 하는 배터리 셀 고정 장치.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 홀더 유닛 체결부는,
    상기 홀더 본체로부터 인출되는 방향 및 상기 홀더 본체의 내측으로 삽입되는 방향으로 움직이도록 구성되는 것을 특징으로 하는 배터리 셀 고정 장치.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 홀더 유닛 체결부는,
    상기 원통형 배터리 셀의 원주 방향을 따라 움직이도록 구성되는 것을 특징으로 하는 배터리 셀 고정 장치.
  13. 제 3 항에 있어서,
    상기 홀더 유닛 체결부는,
    상기 홀더 본체의 일 측 및 타 측에 각각 구비되는 것을 특징으로 하는 배터리 셀 고정 장치.
  14. 제 13 항에 있어서,
    서로 인접한 진동 유닛 각각에 구비된 체결부는,
    서로를 향하는 방향으로 인출되어 상호 결합되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 배터리 셀 고정 장치.
  15. 복수의 원통형 배터리 셀에 각각 결합되는 복수의 제 1 항 내지 제14항 중 어느 한 항에 따른 배터리 셀 고정 장치; 및
    소정의 회전 중심축을 중심으로, 상기 홀더 유닛을 회전시키는 로테이터;
    를 포함하는 전해액 함침 장치.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 전해액 함침 장치는,
    상기 배터리 셀 고정 장치에 연결되는 진동원을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전해액 함침 장치.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 진동원은,
    하나의 상기 배터리 셀 고정 장치에 구비되는 상기 홀더 유닛의 개수만큼 구비되는 것을 특징으로 하는 전해액 함침 장치.
  18. 제 15 항에 있어서,
    상기 홀더 본체는, 상기 원통형 배터리 셀의 높이 방향 양 단부 중 상기 비딩부가 형성된 영역과 가깝게 위치하는 일 측 단부가 상기 회전 중심축을 향하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 전해액 함침 장치.
  19. 제 16 항에 있어서,
    상기 회전 중심축은,
    지면에 나란한 것을 특징으로 하는 전해액 함침 장치.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 진동원은,
    상기 로테이터의 구동 정지 후에 상기 배터리 셀 고정 장치에 연결되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 전해액 함침 장치.
  21. 제 20 항에 있어서,
    상기 로테이터는,
    상기 진동원의 구동이 종료되고 상기 진동원과 상기 배터리 셀 고정 장치의 연결이 해제된 이후에 구동을 재개하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 전해액 함침 장치.
  22. 제 21 항에 있어서,
    복수의 상기 배터리 셀 고정 장치는,
    교번하여 상기 진동원에 연결되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 전해액 함침 장치.
  23. 제 22 항에 있어서,
    상기 배터리 셀 고정 장치는,
    상기 배터리 셀 고정 장치에 결합된 원통형 배터리 셀의 높이 방향 양 단부 중 상기 비딩부가 형성된 영역과 가깝게 위치하는 일 측 단부가 지면을 향하는 위치에서 상기 진동원에 연결되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 전해액 함침 장치.
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