KR20240052481A - 배터리셀 활성화 통합 시스템 및 배터리셀 활성화 통합 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 배터리셀 활성화 통합 시스템은, 적어도 하나의 배터리셀이 배치되는 지그 운반부, 지그 운반부에 배치된 배터리셀의 활성화 공정을 수행하기 위하여 배터리셀로 전원을 인가하는 충전 커넥터, 및 활성화 공정 중에 배터리셀에서 발생하는 가스를 제거하기 위한 가스 제거부를 포함하는 충전 지그부; 및 충전 지그부가 수용되는 내부 공간을 가지고, 내부 공간으로 진공압을 인가하는 공정 챔버부를 포함하는 것이 바람직하다.
Description
본 발명은 배터리셀 활성화 통합 시스템 및 배터리셀 활성화 통합 방법에 관한 것이며, 상세하게는 활성화 공정 중 진공 상태에서 가스 제거 공정을 수행하여, 활성화 과정에서 배터리셀 내부에 발생한 가스를 제거할 수 있는 배터리셀 활성화 통합 시스템 및 배터리셀 활성화 통합 방법에 관한 것이다.
이차 전지는 충전 및 방전을 통해 반복적으로 재사용될 수 있는 전지를 말한다. 최근 들어, 이차 전지는 스마트폰, 노트북 컴퓨터 그리고 전기 자동차 등 첨단 전자기기 분야에서 널리 사용되고 있다.
특히, 리튬 이차 전지는 기존의 납 축전지, 니켈-카드뮴 전지, 니켈-수소 전지 및 니켈-아연 전지 등 다른 이차 전지와 비교 할 때, 단위 중량당 에너지 밀도가 높고 급속 충전이 가능하기 때문에 최근들어 다양한 분야에서 활발하게 사용되고 있는 추세이다.
이러한 이차 전지 중 파우치형 배터리셀(10)의 일반적인 구성은 양극판, 음극판 및 세퍼레이터를 포함하는 전극 조립체(20), 파우치 케이스(30), 양극탭 그리고 음극탭을 포함한다. 전극 조립체(20)는 파우치 케이스(30)에 수납되며, 양극탭과 음극탭은 전극 조립체(20)와 연결되고 파우치 케이스(30) 외부로 돌출되어 제공된다.
파우치형 배터리셀(10)은 라미네이트 시트(31)로 이루어진 파우치 케이스(30)에 전극 조립체(20)를 내장한 후 파우치 케이스(30)의 가장자리를 열융착 방식으로 실링한다. 실링부(32)는 전극 조립체(20)를 상하로 덮는 라미네이트 시트(31)가 열융착된 부분이다.
파우치형 배터리셀(10)의 제조에 있어서, 완성된 배터리셀(10)의 전극 조립체(20)를 수용하는 파우치 케이스(30) 내부에는 전해액이 채워진다. 완성된 배터리셀(10)은 파우치 케이스(30)를 밀봉한 뒤, 활성화 공정을 거친다.
활성화 공정은 파우치형 배터리셀(10)을 충전, 에이징 및 방전하는 과정을 통해 전지구조를 안정화시키고, 사용 가능한 상태가 되도록 하는 것이다. 파우치형 배터리셀(10)은 수 회의 충방전을 통해 활성화된다.
충전, 에이징, 및 방전하는 과정에서는 양극 활물질, 음극 활물질, 전해액, 및 분리막에서 기인하는 가스와, 양극 활물질, 음극 활물질 또는 분리막과 전해액과의 부반응으로 인해 생성된 가스가 다량으로 발생한다.
파우치형 배터리셀(10)의 내부에서 발생된 가스로 인하여, 파우치형 배터리셀(10)의 내부에 압력이 증가할 수 있고, 내부의 압력 증가로 파우치 케이스(30)가 볼록하게 부풀어 오른다. 이러한 과정에서 전극판 사이가 들뜨게 되며, 활물질과 집전체 사이의 결합력이 약화될 수 있다.
그리고, 파우치형 배터리셀(10)의 부피가 팽창되면서 파우치형 배터리셀(10)의 실링부(32)의 손상이 발생하게 된다. 이러한 실링부(32)의 손상은 파우치형 배터리셀(10)의 절연 저항을 저하시키는 문제가 있다.
아울러, 가스 포켓(33)의 길이를 상향해야 하는 문제가 발생한다. 또한, 파우치형 배터리셀(10)의 실링부(32)가 손상되면, 전해액이 파우치의 외면으로 흘러내림에 따라, 외관 불량으로 처리되어 폐기해야 했으므로, 생산성 저하로 이어지는 경우가 많았다.
종래에는 활성화 공정 후에 디개싱(degassing) 공정이 수행된다. 디개싱(degassing) 공정은 파우치형 배터리셀(10)의 내부에 포집된 가스를 제거하는 공정으로, 파우치 케이스(30)를 피어싱(piercing)하여 가스 배출통로를 만들고, 가스 배출 후에 피어싱된 부분을 열융착하여 밀봉한다.
일반적으로 파우치형 배터리셀(10)을 가압하는 가압 활성화 공정과, 발생된 가스를 제거하는 디개싱 공정은 별도의 장치에서 수행된다. 그런데, 별도의 장치에서 디개싱 공정이 진행되는 과정에서 단시간에 가스를 제거함으로 파우치형 배터리셀(10)의 내부에 존재하는 고압의 가스가 외부로 유출되고, 이 과정에서 전해액이 함께 흘러나올 수 있어 문제가 된다.
활성화 과정에서 배터리셀(10) 내부에 발생한 가스가 효율적으로 제거되지 않으면, 가스가 배터리셀(10) 내부에서 일정공간을 차지함으로써 균일한 포메이션이 이루어지는 것을 방해하며, 용량 및 출력 등의 전지 성능 및 전지 수명에 악영향을 미치게 된다.
본 발명은 진공 상태에서 활성화 공정 중 배터리셀의 가스 포켓에서 가스를 제거하여, 배터리셀의 활성화 공정 효율을 향상시킬 수 있는 배터리셀 활성화 통합 시스템 및 배터리셀 활성화 통합 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 활성화 공정과 가스 제거 공정을 통합 진행하여, 배터리셀의 활성화 공정 후의 가스 제거 공정 시간을 단축시켜, 배터리셀의 생산성을 향상시킬 수 있는 배터리셀 활성화 통합 시스템 및 배터리셀 활성화 통합 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 배터리셀 활성화 통합 시스템은, 적어도 하나의 배터리셀이 배치되는 지그 운반부, 지그 운반부에 배치된 배터리셀의 활성화 공정을 수행하기 위하여 배터리셀로 전원을 인가하는 충전 커넥터, 및 활성화 공정 중에 배터리셀에서 발생하는 가스를 제거하기 위한 가스 제거부를 포함하는 충전 지그부; 및 충전 지그부가 수용되는 내부 공간을 가지고, 내부 공간으로 진공압을 인가하는 공정 챔버부를 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 충전 지그부가 공정 챔버부 내에 수용되고, 내부 공간으로 진공압이 인가된 상태에서, 충전 지그부는 배터리셀의 활성화 공정 및 가스 제거 공정을 수행하도록 마련된 것이 바람직하다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 충전 지그부는 활성화 공정 중에 가스 제거 공정을 수행하여, 활성화 공정 중에 발생된 가스를 제거하도록 마련된 것이 바람직하다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 충전 지그부는 배터리셀의 충전 중에, 가스 제거부가 배터리셀의 가스 포켓을 뚫어, 가스 포켓의 압력과 진공압 간의 압력차에 의해, 가스 포켓 내의 가스를 제거하는 것이 바람직하다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 충전 지그부는 배터리셀의 최대 충전량의 1% 내지 20% 범위에서, 가스 제거 공정을 수행하도록 마련된 것이 바람직하다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 가스 제거부는, 배터리셀의 가스 포켓으로 진입 가능하도록 지그 운반부에 설치되어, 가스 포켓을 뚫는 피어싱부; 및 지그 운반부에 설치되어, 가스 포켓의 피어싱 부위가 포함된 영역을 실링하는 실링부를 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 피어싱부는 배터리셀의 활성화 공정시 배터리셀의 최대 충전량의 1% 내지 20% 범위에서, 가스 포켓을 뚫도록 마련된 것이 바람직하다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 실링부는 배터리셀의 활성화 공정이 완료되면, 가스 포켓의 피어싱 부위가 포함된 영역을 실링하는 것이 바람직하다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 충전 지그부는 공정 챔버부의 진공 챔버로 진입되면, 충전 커넥터는 공정 챔버부의 전원 인가부에 전기적으로 연결되어, 배터리셀로 전원을 인가하는 것이 바람직하다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 공정 챔버부는, 충전 지그부가 진입되는 진공 챔버; 진공 챔버에 결합되어, 진공 챔버로 진공압을 인가하는 진공압 인가부; 진공 챔버에 결합되어, 충전 커넥터와 전기적으로 연결되는 전원 인가부; 및 진공 챔버를 개폐하는 챔버 도어를 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 진공압 인가부는 배터리셀의 활성화 공정 및 가스 제거 공정 동안에 진공 챔버로 진공압을 인가하는 것이 바람직하다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 진공압 인가부는 가스 제거 공정 중 배터리셀의 가스 포켓에서 배출된 가스를 진공 챔버에서 흡인하도록 마련된 것이 바람직하다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 진공 챔버로 지그 운반부의 이동을 안내하는 가이드부를 더 포함하고, 지그 운반부는 가이드부에 전후 이동가능하게 설치되어, 전진 이동하면서 진입 챔버로 진입하는 것이 바람직하다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 챔버 도어는 진공 챔버의 출입구에 설치되어, 충전 지그부의 진공 챔버로의 진입 시 진공 챔버를 개방하고, 충전 지그부의 진공 챔버로의 진입 완료 후에 진공 챔버를 폐쇄하는 것이 바람직하다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 챔버 도어는 지그 운반부의 전단에 설치되어, 지그 운반부와 함께 이동되어, 지그 운반부의 전진 이동시 진공 챔버를 폐쇄하고, 지그 운반부의 후진 이동시 진공 챔버를 개방하는 것이 바람직하다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 충전 지그부는 지그 운반부에 결합되어, 적어도 하나의 배터리셀을 가압하는 가압부; 및 지그 운반부에 결합되어, 적어도 하나의 배터리셀을 가열하는 가열부를 더 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 가압부는 100kgf 내지 6000kgf의 압력 범위 내에서 배터리셀을 가압하는 것이 바람직하다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 가열부는 50℃ 내지 90℃의 온도 범위 내에서 배터리셀을 가열하는 것이 바람직하다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 적어도 하나의 배터리셀을 예열 및 예압하여, 충전 지그부로 제공하는 프리 지그부를 더 포함하는 것이 바람직하다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리셀 활성화 통합 방법은, 배터리셀 활성화 통합 시스템을 이용한 배터리셀 활성화 통합 방법으로서, 배터리셀이 배치된 충전 지그부를 공정 챔버부로 진입시키는 단계; 공정 챔버부의 진공 상태에서, 배터리셀에 대한 활성화 공정이 수행되는 단계; 및 배터리셀의 활성화 공정 중 배터리셀의 최대 충전량의 1% 내지 20% 범위에서, 활성화 공정 중 발생된 가스를 제거하는 가스 제거 공정이 수행되는 단계를 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 공정 챔버부는 활성화 공정 및 가스 제거 공정 동안, 충전 지그부가 진입되는 진공 챔버로 진공압을 인가하여, 가스 제거 공정시, 배터리셀의 가스 포켓에서 배출된 가스를 흡인하는 것이 바람직하다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 가스 제거 공정에서, 충전 지그부는 배터리셀의 최대 충전량의 1% 내지 20% 범위에서, 배터리셀의 가스 포켓을 뚫어, 가스 포켓 내의 가스를 제거하는 것이 바람직하다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 가스 제거 공정에서, 충전 지그부는 가스 포켓 내의 가스 제거 후에, 가스 포켓의 피어싱 부위가 포함된 영역을 실링하는 것이 바람직하다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 충전 지그부는 공정 챔버부로 진입되어, 공정 챔버부의 전원 인가부에 전기적으로 연결되어, 배터리셀을 충전 또는 방전하는 것이 바람직하다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 충전 지그부는 공정 챔버부로 진입되기 전에, 100kgf 내지 6000kgf의 압력 범위 내에서 배터리셀을 가압되고, 50℃ 내지 90℃의 온도 범위 내에서 배터리셀을 가열하는 것이 바람직하다.
본 발명은 진공 상태에서 활성화 공정과 가스 제거 공정을 수행하여, 활성화 공정 중 배터리셀의 가스 포켓에서 가스를 제거하여, 활성화 공정 중 배터리셀의 내부에 발생된 가스에 의한 배터리셀의 팽창으로 인한 전해액의 누설을 방지하여, 배터리셀의 활성화 공정 효율을 향상시킬 수 있다.
본 발명은 진공 상태에서 활성화 공정과 가스 제거 공정을 수행하여, 가스 포켓 내의 가스 압력과 진공 챔버의 진공압 간의 압력차를 이용하여, 가스 포켓에서 가스를 제거하여, 배터리셀의 전해액의 누설을 방지할 수 있다.
본 발명은 배터리셀의 활성화 공정 중에 가스를 제거하여, 활성화 공정시 발생된 가스로 인한 배터리셀 내의 전극판들이 들뜨는 현상을 방지하여, 활물질과 집전체 간의 결합력을 일정하게 유지할 수 있다.
본 발명은 배터리셀의 활성화 공정 중에 가스를 제거하여, 활성화 공정시 발생된 가스로 인한 배터리셀의 파우치 케이스의 손상을 방지하여, 배터리셀의 절연 저항을 균일하게 유지할 수 있다.
본 발명은 활성화 공정과 가스 제거 공정을 통합 진행하여, 배터리셀의 활성화 공정 후의 가스 제거 공정 시간을 단축시켜, 배터리셀의 생산성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 일반적인 파우치형 배터리셀의 구성도를 개략적으로 도시한 것이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 배터리셀 활성화 통합 시스템의 구성도를 개략적으로 도시한 것이다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 배터리셀 활성화 통합 시스템의 작동 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 제1 실시예에 따른 배터리셀 활성화 통합 시스템의 작동 순서를 설명하기 위한 도면이다.
도 7 및 도 8은 본 발명의 제2 실시예에 따른 배터리셀 활성화 통합 시스템의 작동 상태를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 배터리셀 활성화 통합 시스템의 구성도를 개략적으로 도시한 것이다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 배터리셀 활성화 통합 시스템의 작동 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 제1 실시예에 따른 배터리셀 활성화 통합 시스템의 작동 순서를 설명하기 위한 도면이다.
도 7 및 도 8은 본 발명의 제2 실시예에 따른 배터리셀 활성화 통합 시스템의 작동 상태를 설명하기 위한 도면이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 설명하고자 한다.
그러나, 이는 본 출원을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 출원의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 출원을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 출원의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
제 1, 제 2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용할 수 있지만, 구성요소들은 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 출원을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 출원에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예에 도시된 구성은 본 출원의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 출원의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원 시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있다.
또한, 본 출원에서 첨부된 도면은 설명의 편의를 위하여 확대 또는 축소하여 도시된 것으로 이해되어야 한다. 이하에서는 첨부도면을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 배터리셀 활성화 통합 시스템 및 배터리셀 활성화 통합 방법에 대해 설명하기로 한다.
● 제1 실시예
본 발명은 진공 상태에서 활성화 공정 중 배터리셀의 가스 포켓에서 가스를 제거하여, 배터리셀의 활성화 공정 효율을 향상시키기 위한 것이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리셀 활성화 통합 시스템(100)은, 프리 지그부(110), 충전 지그부(120), 공정 챔버부(130)와 가이드부(140)를 포함한다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 배터리셀 활성화 통합 시스템의 구성도를 개략적으로 도시한 것이다. 도 3 및 도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 배터리셀 활성화 통합 시스템의 작동 구조를 설명하기 위한 도면이다.
충전 지그부(120)는 공정 챔버부(130)로 진입하여, 진공 상태인 공정 챔버부(130)에서, 배터리셀(10)에 대한 활성화 공정 및 가스 제거 공정을 수행한다. 충전 지그부(120)의 전단에는 프리 지그부(110)가 설치된다. 충전 지그부(120)의 후단에는 공정 챔버부(130)가 설치된다.
프리 지그부(110)는 배터리셀(10)을 예압 및 예열한다. 공정 챔버부(130)는 충전 지그부(120)의 활성화 공정 및 가스 제거 공정이 수행되는 공간이다. 공정 챔버부(130)에 대해서는 후술하기로 한다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 충전 지그부(120)는 배터리셀(10)에 대한 가압 공정, 가열 공정, 활성화 공정 및 가스 제거 공정을 수행하는 장치이다. 충전 지그부(120)는 지그 운반부(121), 가압부(122), 가열부(123), 충전 커넥터(124) 및 가스 제거부(125)를 포함한다.
지그 운반부(121)는 배터리셀(10)을 공정 챔버부(130)의 진공 챔버(131)로 운반한다. 지그 운반부(121)에는 복수의 배터리셀(10)이 이격 설치된다. 지그 운반부(121)는 가이드부(140)에 전후 이동가능하게 설치된다.
지그 운반부(121)에는 가압부(122), 가열부(123), 충전 커넥터(124) 및 가스 제거부(125)가 설치된다. 가압부(122)는 지그 운반부(121)에 설치된 배터리셀(10)을 가압한다.
가열부(123)는 지그 운반부(121)에 설치된 배터리셀(10)을 가열한다. 충전 커넥터(124)는 공정 챔버부(130)의 전원 인가부(133)에 전기적으로 연결되어, 배터리셀(10)로 전원을 인가한다.
가스 제거부(125)는 배터리셀(10)의 가스 포켓(33)과 결합되게 지그 운반부(121)에 설치된다. 가스 제거부(125)는 피어싱부(126)와 실링부(127)를 포함한다.
가스 제거부(125)는 활성화 공정시 배터리셀(10)의 최대 충전량의 1% 내지 20% 범위에서, 가스 제거 공정을 수행한다.
피어싱부(126)는 각각의 가스 포켓(33)과 결합되게 지그 운반부(121)에 설치된다. 피어싱부(126)는 피어싱 위치에서 가스 포켓(33)을 가스 포켓(33)을 뚫고, 가스 포켓(33)을 뚫은 후에 원위치로 되돌아가게 작동된다.
실링부(127)는 피어싱부(126)에 인접하게 지그 운반부(121)에 설치된다. 실링부(127)는 가스 포켓(33)과 접촉되게 위치 조정되어, 가스 포켓(33)의 피어싱 부위가 포함된 영역을 실링한다.
공정 챔버부(130)는 진공 챔버(131), 진공압 인가부(132), 전원 인가부(133) 및 챔버 도어(135)를 포함한다. 공정 챔버부(130)는 충전 지그부(120)가 안착가능한 내부 공간(S)을 가지고, 내부 공간(S)으로 진공압을 인가하여, 진공 상태에서, 배터리셀(10)의 활성화 공정 중 가스 제거 공정을 수행하기 위함이다.
진공 챔버(131)는 충전 지그부(120)가 진입가능한 구조를 가진다. 진공 챔버(131)는 챔버 도어(135)에 의해 내부 공간(S)이 개폐된다. 챔버 도어(135)는 진공 챔버(131)의 출입구에 설치된다.
진공 챔버(131)에는 진공압 인가부(132) 및 전원 인가부(133)가 설치된다.
진공압 인가부(132)는 진공 챔버(131)가 챔버 도어(135)에 의해 폐쇄되면, 진공 챔버(131)로 진공압을 인가한다. 진공 챔버(131)는 진공압 인가부(132)에서 제공된 진공압에 의해 진공 상태가 된다.
전원 인가부(133)는 충전 지그부(120)가 진공 챔버(131)로 진입되면, 충전 커넥터(124)와 전기적으로 연결된다. 배터리셀(10)의 충방전시, 전원 인가부(133)는 충전 커넥터(124)로 전원을 인가한다.
이하에서는 도 3 내지 도 6을 참조하여, 본 실시예에 따른 배터리셀(10) 활성화 통합 시스템의 작동 방법에 대해 설명하기로 한다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 배터리셀 활성화 통합 시스템의 작동 구조를 설명하기 위한 도면이다. 도 5 및 도 6은 본 발명의 제1 실시예에 따른 배터리셀 활성화 통합 시스템의 작동 순서를 설명하기 위한 도면이다.
도 5를 참조하면, 배터리셀(10)은 배터리셀(10)의 활성화 공정 전에, 배터리셀(10)의 예열 및 예압, 배터리셀(10)의 가압 및 가열이 수행된다. 배터리셀(10)의 예열 및 예압은 프리 지그부(110)에서 수행된다(S1).
배터리셀(10)의 가열 및 가압은 충전 지그부(120)에서 수행된다. 예압 범위는 200kgf 내지 4000kgf의 압력 범위이다. 가압 범위는 100kgf 내지 6000kgf의 압력 범위이다. 그리고, 예열 및 가열 온도는 50℃ 내지 90℃의 온도 범위이다.
충전 지그부(120)는 지그 운반부(121)가 진공 챔버(131)로 진입되기 전에, 배터리셀(10)을 가압 및 가열한다(S2, 도5 참조). 이는, 배터리셀(10)의 활성화 공정 중에 배터리셀(10) 간의 배열이 틀어지는 것을 방지하기 위해, 지그 운반부(121)가 진공 챔버(131)로 진입하기 전에, 배터리셀(10)을 가압 및 가열한다.
배터리셀(10)에 대한 가열 및 가열이 완료되면, 배터리셀의 활성화 공정(S3, 도 5 참조)이 수행된다.
도 3 및 도 6을 참조하면, 지그 운반부(121)는 가이드부(140)를 따라 제1 방향(F1)으로 전진 이동하면서 진공 챔버(131)로 진입된다(S3-1).
도 4에 도시된 바와 같이, 지그 운반부(121)가 진공 챔버(131)로 진입이 완료되면, 충전 커넥터(124)는 전원 인가부(133)에 전기적으로 연결된다. 도 6에 도시된 바와 같이, 전원 인가부(133)에 전원이 인가되면, 배터리셀(10)은 충전되면서 활성화 공정이 수행된다(S3-2).
지그 운반부(121)가 진공 챔버(131)로 진입이 완료되면, 챔버 도어(135)가 진공 챔버(131)를 폐쇄한다. 챔버 도어(135)가 진공 챔버(131)를 폐쇄하면, 진공압 인가부(132)가 작동된다. 진공압 인가부(132)는 활성화 공정 및 가스 제거 공정 동안, 진공 챔버(131)로 진공압을 제공한다. 진공 챔버(131)는 진공압에 의해 진공 상태가 된다.
배경기술에서 상술했듯이, 활성화 공정 시, 충전, 에이징, 및 방전하는 과정에서는 양극 활물질, 음극 활물질, 전해액, 및 분리막에서 기인하는 가스와, 양극 활물질, 음극 활물질 또는 분리막과 전해액과의 반응으로 인해 생성된 가스가 다량으로 발생한다.
이를 해결하기 위해, 본 발명은 배터리셀(10)의 활성화 공정 중, 진공 상태에서 가스 포켓(33)을 뚫어 가스 포켓(33) 내의 가스를 제거한다(S3-4).
구제척으로, 피어싱부(126)는 가스 포켓(33)을 뚫도록 작동된다. 피어싱부(126)는 가스 포켓(33)을 뚫은 후에 원위치로 되돌아가게 작동된다.
피어싱부(126)는 배터리셀(10)의 최대 충전량의 1% 내지 20% 범위에서, 가스 포켓(33)을 뚫도록 작동된다. 이때, 가스 포켓(33) 내의 가스는 진공 챔버(131)로 배출된다.
가스는 가스 포켓(33) 내의 대기압과 진공 챔버(131)의 진공압 간의 압력차에 의해, 가스 포켓(33)에서 진공 챔버(131)로 배출된다. 가스 포켓(33)에서 진공 챔버(131)로 배출된 가스는 진공압 인가부(132)로 흡인된다. 이러한 과정에 의해, 가스는 배터리셀(10)에서 제거된다.
도 6을 참조하면, 실링부(127)는 지그 운반부(121)가 진공 챔버(131)에서 배출되기 전에 작동되어, 가스 포켓(33)의 피어싱 부위가 포함된 영역을 실링한다(S3-4).
상기와 같은 과정에 의해, 배터리셀(10)의 활성화 공정 및 가스 제거 공정이 완료되면, 진공 챔버(131)로 인가되던 진공압이 해제된다. 즉, 진공압 인가부(132)와 전원 인가부(133)의 작동이 정지된다.
다음으로, 챔버 도어(135)가 진공 챔버(131)를 개방하게 작동된다. 진공 챔버(131)가 개방되면, 지그 운반부(121)는 가이드부(140)를 따라 진공 챔버(131)에서 배출된다(S3-5).
본 발명은 진공 상태에서 활성화 공정과 가스 제거 공정을 수행하여, 활성화 공정 중 배터리셀(10)의 가스 포켓(33)에서 가스를 제거하여, 활성화 공정 중 배터리셀(10)의 내부에 발생된 가스에 의한 배터리셀(10)의 팽창으로 인한 전해액의 누설을 방지하여, 배터리셀(10)의 활성화 공정 효율을 향상시킬 수 있다.
본 발명은 진공 상태에서 활성화 공정과 가스 제거 공정을 수행하여, 가스 포켓(33) 내의 가스 압력과 진공 챔버(131)의 진공압 간의 압력차를 이용하여, 가스 포켓(33)에서 가스를 제거하여, 배터리셀(10)의 전해액의 누설을 방지할 수 있다.
본 발명은 배터리셀(10)의 활성화 공정 중에 가스를 제거하여, 활성화 공정시 발생된 가스로 인한 배터리셀(10) 내의 전극판들이 들뜨는 현상을 방지하여, 활물질과 집전체 간의 결합력을 일정하게 유지할 수 있다.
본 발명은 배터리셀(10)의 활성화 공정 중에 가스를 제거하여, 활성화 공정시 발생된 가스로 인한 배터리셀(10)의 파우치 케이스의 손상을 방지하여, 배터리셀(10)의 절연 저항을 균일하게 유지할 수 있다.
본 발명은 활성화 공정과 가스 제거 공정을 통합 진행하여, 배터리셀(10)의 활성화 공정 후의 가스 제거 공정 시간을 단축시켜, 배터리셀(10)의 생산성을 향상시킬 수 있다.
● 제2 실시예
본 실시예에 따른 배터리셀 활성화 통합 시스템(200)은, 프리 지그부(210), 충전 지그부(220), 공정 챔버부(230)와 가이드부(240)를 포함한다.
본 실시예에 따른 프리 지그부(210), 충전 지그부(220)와 가이드부(240)는 상술한 제1 실시예의 프리 지그부(110), 충전 지그부(120)와 가이드부(140)와 동일하다. 본 실시예는 챔버 도어(235)가 제1 실시예의 챔버 도어(135)와 상이한 바, 이하에서는 챔버 도어(235)에 대해 설명하기로 한다.
본 실시예에서, 챔버 도어(235)는 지그 운반부(221)의 전단에 설치된다. 챔버 도어(235)는 지그 운반부(221)의 전진 이동시, 지그 운반부(221)와 함께 제1 방향(F1)으로 이동되어, 진공 챔버(231)를 폐쇄한다. 챔버 도어(235)는 지그 운반부(221)의 후진 이동시 진공 챔버(231)를 개방한다.
챔버 도어(235)가 진공 챔버(231)를 폐쇄하면, 진공압 인가부(232)가 작동된다. 진공 챔버(231)는 진공압 인가부(232)에서 제공된 진공압에 의해 진공 상태가 된다.
충전 커넥터(224)는 전원 인가부(233)에 전기적으로 연결되어, 배터리셀(10)로 전원을 인가한다. 배터리셀(10)의 활성화 공정 동안, 전원 인가부(233)는 배터리셀(10)로 전원을 인가한다.
가스 제거부(225)는 배터리셀(10)의 충전 중에, 배터리셀의 최대 충전량의 1% 내지 20% 범위에서, 배터리셀(10)의 가스 포켓(33)을 뚫도록 작동된다. 가스 포켓(33) 내의 가스는 진공 챔버(231)의 진공압과 가스 포켓(33) 내의 대기압 간의 압력 차에 의해 제거된다.
본 발명은 공정 챔버부(230)를 통해, 가스 제거 공정 환경을 진공 상태로 만들어, 가스 포켓(33) 내의 가스를 제거하여, 가스 제거 공정시 배터리셀(10)의 전해액이 누설되는 것을 방지할 수 있다.
가스 제거부(225)는 지그 운반부(221)가 진공 챔버(231)에서 배출되기 전에, 가스 포켓(33)의 피어싱 부위가 포함된 영역을 실링한다.
상기와 같은 과정에 의해, 배터리셀(10)의 활성화 공정 및 가스 제거 공정이 완료되면, 진공 챔버(231)로 인가되던 진공압이 해제된다. 즉, 진공압 인가부(232)와 전원 인가부(233)의 작동이 정지된다.
챔버 도어(235)는 지그 운반부(221)가 제1 방향(F1)과 반대 방향으로 후진 이동되면, 진공 챔버(231)를 개방한다. 지그 운반부(221)는 가이드부(240)를 따라 후진 이동한다.
상기와 같은 과정에 의해, 본 발명은 활성화 공정과 가스 제거 공정을 통합 진행하여, 배터리셀(10)의 활성화 공정 후의 가스 제거 공정 시간을 단축시켜, 배터리셀(10)의 생산성을 향상시킬 수 있다.
본 발명은 진공 상태에서 활성화 공정과 가스 제거 공정을 수행하여, 활성화 공정 중 배터리셀(10)의 가스 포켓(33)에서 가스를 제거하여, 활성화 공정 중 배터리셀(10)의 내부에 발생된 가스에 의한 배터리셀(10)의 팽창으로 인한 전해액의 누설을 방지하여, 배터리셀(10)의 활성화 공정 효율을 향상시킬 수 있다.
본 발명은 진공 상태에서 활성화 공정과 가스 제거 공정을 수행하여, 가스 포켓(33) 내의 가스 압력과 진공 챔버(231)의 진공압 간의 압력차를 이용하여, 가스 포켓(33)에서 가스를 제거하여, 배터리셀(10)의 전해액의 누설을 방지할 수 있다.
본 발명은 배터리셀(10)의 활성화 공정 중에 가스를 제거하여, 활성화 공정시 발생된 가스로 인한 배터리셀(10) 내의 전극판들이 들뜨는 현상을 방지하여, 활물질과 집전체 간의 결합력을 일정하게 유지할 수 있다.
본 발명은 배터리셀(10)의 활성화 공정 중에 가스를 제거하여, 활성화 공정시 발생된 가스로 인한 배터리셀(10)의 파우치 케이스의 손상을 방지하여, 배터리셀(10)의 절연 저항을 균일하게 유지할 수 있다.
이하 실시예를 통하여 본 발명을 구체적으로 설명한다. 그러나, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 의해 제한되는 것은 아니다. 위에서 설명된 본 발명의 바람직한 실시예는 예시의 목적을 위해 개시된 것이고, 본 발명에 대한 통상의 지식을 가지는 당업자라면 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경, 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정, 변경 및 부가는 하기의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.
100: 배터리셀 활성화 통합 시스템
110, 210: 프리 지그부 120, 220: 충전 지그부
121, 221: 지그 운반부 122: 가압부
123: 가열부 124, 224: 충전 커넥터
125, 225: 가스 제거부 126: 피어싱부
127: 실링부 130, 230: 공정 챔버부
131, 231: 진공 챔버 132, 232: 진공압 인가부
133, 233: 전원 인가부 140, 240: 가이드부
110, 210: 프리 지그부 120, 220: 충전 지그부
121, 221: 지그 운반부 122: 가압부
123: 가열부 124, 224: 충전 커넥터
125, 225: 가스 제거부 126: 피어싱부
127: 실링부 130, 230: 공정 챔버부
131, 231: 진공 챔버 132, 232: 진공압 인가부
133, 233: 전원 인가부 140, 240: 가이드부
Claims (25)
- 적어도 하나의 배터리셀이 배치되는 지그 운반부, 상기 지그 운반부에 배치된 상기 배터리셀의 활성화 공정을 수행하기 위하여 상기 배터리셀로 전원을 인가하는 충전 커넥터, 및 상기 활성화 공정 중에 상기 배터리셀에서 발생하는 가스를 제거하기 위한 가스 제거부를 포함하는 충전 지그부; 및
상기 충전 지그부가 수용되는 내부 공간을 가지고, 상기 내부 공간으로 진공압을 인가하는 공정 챔버부를 포함하는, 배터리셀 활성화 통합 시스템. - 제 1 항에 있어서,
상기 충전 지그부가 상기 공정 챔버부 내에 수용되고, 상기 내부 공간으로 상기 진공압이 인가된 상태에서, 상기 충전 지그부는 상기 배터리셀의 활성화 공정 및 상기 가스 제거 공정을 수행하도록 마련된, 배터리셀 활성화 통합 시스템. - 제 2 항에 있어서,
상기 충전 지그부는 상기 활성화 공정 중에 상기 가스 제거 공정을 수행하여, 상기 활성화 공정 중에 발생된 가스를 제거하도록 마련된, 배터리셀 활성화 통합 시스템. - 제 1 항에 있어서,
상기 충전 지그부는 상기 배터리셀의 충전 중에, 상기 가스 제거부가 상기 배터리셀의 가스 포켓을 뚫어, 상기 가스 포켓의 압력과 상기 진공압 간의 압력차에 의해, 상기 가스 포켓 내의 가스를 제거하는, 배터리셀 활성화 통합 시스템. - 제 1 항에 있어서,
상기 충전 지그부는 상기 배터리셀의 최대 충전량의 1% 내지 20% 범위에서, 상기 가스 제거 공정을 수행하도록 마련된, 배터리셀 활성화 통합 시스템. - 제 1 항에 있어서, 상기 가스 제거부는,
상기 배터리셀의 가스 포켓으로 진입 가능하도록 상기 지그 운반부에 설치되어, 상기 가스 포켓을 뚫는 피어싱부; 및
상기 지그 운반부에 설치되어, 상기 가스 포켓의 피어싱 부위가 포함된 영역을 실링하는 실링부를 포함하는, 배터리셀 활성화 통합 시스템. - 제 6 항에 있어서,
상기 피어싱부는 상기 배터리셀의 활성화 공정시 상기 배터리셀의 최대 충전량의 1% 내지 20% 범위에서, 상기 가스 포켓을 뚫도록 마련된, 배터리셀 활성화 통합 시스템. - 제 7 항에 있어서,
상기 실링부는 상기 배터리셀의 활성화 공정이 완료되면, 상기 가스 포켓의 피어싱 부위가 포함된 영역을 실링하는, 배터리셀 활성화 통합 시스템. - 제 1 항에 있어서,
상기 충전 지그부는 상기 공정 챔버부의 진공 챔버로 진입되면,
상기 충전 커넥터는 상기 공정 챔버부의 전원 인가부에 전기적으로 연결되어, 상기 배터리셀로 전원을 인가하는, 배터리셀 활성화 통합 시스템. - 제 1 항에 있어서, 상기 공정 챔버부는,
상기 충전 지그부가 진입되는 진공 챔버;
상기 진공 챔버에 결합되어, 상기 진공 챔버로 진공압을 인가하는 진공압 인가부;
상기 진공 챔버에 결합되어, 상기 충전 커넥터와 전기적으로 연결되는 전원 인가부; 및
상기 진공 챔버를 개폐하는 챔버 도어를 포함하는, 배터리셀 활성화 통합 시스템. - 제 10 항에 있어서,
상기 진공압 인가부는 상기 배터리셀의 활성화 공정 및 상기 가스 제거 공정 동안에 상기 진공 챔버로 진공압을 인가하는, 배터리셀 활성화 통합 시스템. - 제 10 항에 있어서,
상기 진공압 인가부는 상기 가스 제거 공정 중 상기 배터리셀의 가스 포켓에서 배출된 가스를 상기 진공 챔버에서 흡인하도록 마련된, 배터리셀 활성화 통합 시스템. - 제 10 항에 있어서,
상기 진공 챔버로 상기 지그 운반부의 이동을 안내하는 가이드부를 더 포함하고,
상기 지그 운반부는 상기 가이드부에 전후 이동가능하게 설치되어, 전진 이동하면서 상기 진입 챔버로 진입하는, 배터리셀 활성화 통합 시스템. - 제 10 항에 있어서,
상기 챔버 도어는 상기 진공 챔버의 출입구에 설치되어, 상기 충전 지그부의 상기 진공 챔버로의 진입 시 상기 진공 챔버를 개방하고, 상기 충전 지그부의 상기 진공 챔버로의 진입 완료 후에 상기 진공 챔버를 폐쇄하는, 배터리셀 활성화 통합 시스템. - 제 10 항에 있어서,
상기 챔버 도어는 상기 지그 운반부의 전단에 설치되어, 상기 지그 운반부와 함께 이동되어, 상기 지그 운반부의 전진 이동시 상기 진공 챔버를 폐쇄하고, 상기 지그 운반부의 후진 이동시 상기 진공 챔버를 개방하는, 배터리셀 활성화 통합 시스템. - 제 1 항에 있어서, 상기 충전 지그부는
상기 지그 운반부에 결합되어, 상기 적어도 하나의 배터리셀을 가압하는 가압부; 및
상기 지그 운반부에 결합되어, 상기 적어도 하나의 배터리셀을 가열하는 가열부를 더 포함하는, 배터리셀 활성화 통합 시스템. - 제 16 항에 있어서,
상기 가압부는 100kgf 내지 6000kgf의 압력 범위 내에서 상기 배터리셀을 가압하는, 배터리셀 활성화 통합 시스템. - 제 16 항에 있어서,
상기 가열부는 50℃ 내지 90℃의 온도 범위 내에서 상기 배터리셀을 가열하는, 배터리셀 활성화 통합 시스템. - 제 1 항에 있어서,
상기 적어도 하나의 배터리셀을 예열 및 예압하여, 상기 충전 지그부로 제공하는 프리 지그부를 더 포함하는, 배터리셀 활성화 통합 시스템. - 제 1 항 내지 제 19 항 중 어느 한 항에 따른 배터리셀 활성화 통합 시스템을 이용한 배터리셀 활성화 통합 방법으로,
배터리셀이 배치된 충전 지그부를 공정 챔버부로 진입시키는 단계;
상기 공정 챔버부의 진공 상태에서, 상기 배터리셀에 대한 활성화 공정이 수행되는 단계; 및
상기 배터리셀의 활성화 공정 중 상기 배터리셀의 최대 충전량의 1% 내지 20% 범위에서, 상기 활성화 공정 중 발생된 가스를 제거하는 가스 제거 공정이 수행되는 단계를 포함하는, 배터리셀 활성화 통합 방법. - 제 20 항에 있어서,
상기 공정 챔버부는 상기 활성화 공정 및 상기 가스 제거 공정 동안, 상기 충전 지그부가 진입되는 진공 챔버로 진공압을 인가하여, 상기 가스 제거 공정시, 상기 배터리셀의 가스 포켓에서 배출된 가스를 흡인하는, 배터리셀 활성화 통합 방법. - 제 20 항에 있어서,
상기 가스 제거 공정에서, 상기 충전 지그부는 상기 배터리셀의 최대 충전량의 1% 내지 20% 범위에서, 상기 배터리셀의 가스 포켓을 뚫어, 상기 가스 포켓 내의 상기 가스를 제거하는, 배터리셀 활성화 통합 방법. - 제 22 항에 있어서,
상기 가스 제거 공정에서, 상기 충전 지그부는 상기 가스 포켓 내의 상기 가스 제거 후에, 상기 가스 포켓의 피어싱 부위가 포함된 영역을 실링하는, 배터리셀 활성화 통합 방법. - 제 20 항에 있어서,
상기 충전 지그부는 상기 공정 챔버부로 진입되어, 상기 공정 챔버부의 전원 인가부에 전기적으로 연결되어, 상기 배터리셀을 충전 또는 방전하는, 배터리셀 활성화 통합 방법. - 제 20 항에 있어서,
상기 충전 지그부는 상기 공정 챔버부로 진입되기 전에, 100kgf 내지 6000kgf의 압력 범위 내에서 상기 배터리셀을 가압되고, 50℃ 내지 90℃의 온도 범위 내에서 상기 배터리셀을 가열하는, 배터리셀 활성화 통합 방법.
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2022
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