WO2021107460A1 - 전해액 주입 장치 및 이를 이용한 전해액 주입 방법 - Google Patents

전해액 주입 장치 및 이를 이용한 전해액 주입 방법 Download PDF

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WO2021107460A1
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battery cell
electrolyte
electrolyte injection
preliminary
jig
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PCT/KR2020/015735
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김원년
권순관
이병규
정수택
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주식회사 엘지에너지솔루션
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    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Definitions

  • the present invention relates to an electrolyte injection device and an electrolyte injection method using the same. Specifically, in order to prevent the separator of an electrode assembly from being folded in the process of injecting electrolyte for manufacturing a battery cell, a preliminary battery cell can be fixed by pressing it. It relates to an electrolyte injection device including a structure and an electrolyte injection method using the same.
  • Lithium secondary batteries which are reusable and have a high energy density, are attracting attention as a new energy source with eco-friendly characteristics because they can dramatically reduce the use of fossil fuels and do not generate by-products due to the use of energy.
  • the lithium secondary battery may be classified into a pouch-type battery cell made of a laminate sheet, a cylindrical battery cell made of a metal can, or a prismatic battery cell, depending on the type and shape of the exterior material, and the electrode assembly is a jelly-roll type electrode assembly according to the shape. , it is divided into a stack-type electrode assembly, a stack/folding-type electrode assembly, and a lamination/stack-type electrode assembly.
  • the pouch-type lithium secondary battery is manufactured by accommodating an electrode assembly and an electrolyte in a pouch-type battery case made of a laminate sheet, and then sealing the outer periphery of the battery case by heating and pressing.
  • FIG. 1 shows a part of a process of injecting an electrolyte into a conventional pouch-type battery cell
  • FIG. 2 is a plan view in which the electrolyte injection pipe is omitted in FIG. 1 .
  • the electrolyte injection device is composed of a base portion 110, a jig 120 and an electrolyte injection pipe 130, the jig 120 is a structure fixed to the base portion 110, It is impossible to move.
  • Two pairs of jigs 120 facing each other based on the space in which the spare battery cell 101 is accommodated are fixedly disposed on the base part 110, and the x-direction distance d2 between the jigs 120 is reserved. It is greater than the thickness d1 of the battery cell 110 . Therefore, it is possible to easily insert and detach the spare battery cell 110 between the jigs.
  • the jig is not in close contact with the spare battery cell and is positioned in a spaced apart state, and the jig is used as a cradle for the spare battery cell.
  • the present invention is to solve the above problems, in order to prevent the electrode and the separator interface from peeling or the separator from being folded during the electrolyte injection process, including a movable pressurizing jig including a part for fixing and pressing the battery cell
  • An object of the present invention is to provide an electrolyte injection apparatus and an electrolyte injection method using the same.
  • An electrolyte injection device for achieving this object includes a base portion on which a spare battery cell is disposed on an upper surface, a movable pressurizing jig attached to the base portion, and an electrolyte injection pipe for injecting an electrolyte into the spare battery cell Including, the movable pressing jig may have a structure including a portion for pressing the preliminary battery cell in a direction perpendicular to the upper surface and the lower surface of the electrode assembly accommodating part of the preliminary battery cell.
  • the movable pressing jig may have a structure for pressing the outer periphery of the electrode assembly in the direction in which the electrolyte is injected.
  • the movable pressing jig may include a pressing part for pressing the preliminary battery cell, and a support part for supporting the pressing part.
  • the pressurizing part in close contact with the spare battery cell to press the spare battery cell, and the support part is in a state spaced apart from the spare battery cell can
  • the mobile pressurizing jig is composed of a plurality of unit moving pressurizing jigs, and the plurality of unit moving pressurizing jigs are arranged to be spaced apart from adjacent unit moving pressurizing jigs so that the electrolyte can move into the preliminary battery cell. can be done
  • the pressurizing part may have a surface facing the preliminary battery cell in a plane parallel to the outer surface of the preliminary battery cell.
  • the pressing part may have a surface facing the preliminary battery cell as a plane inclined with respect to the outer surface of the preliminary battery cell.
  • the electrolyte injection pipe may spray the electrolyte toward a portion of the outer periphery of the electrode assembly where the movable pressure jig is not disposed.
  • the present invention provides a method for manufacturing a battery cell using the electrolyte injection device, specifically, the movable pressure jig moves in a first direction so that the distance between the movable pressure jigs is farther apart to arrange a spare battery cell. securing a seat, positioning the spare battery cell on the base part, moving the movable pressurizing jig in the second direction so that the interval between the pressurizing jig is narrowed and pressurizing the spare battery cell, and electrolyte solution in the spare battery cell It may include the step of injecting.
  • the movable pressure jig may include three or more unit movable pressure jig pairs facing each other with the spare battery cell interposed therebetween.
  • the movable pressure jig is moved again in the first direction may include the step of separating the preliminary battery cell from the base portion.
  • the electrolyte injection pipe may inject the electrolyte toward a portion where the movable pressure jig does not pressurize the battery cell.
  • the present invention also provides a pouch-type battery cell manufactured by using the electrolyte injection method, and includes a battery pack including the battery cell as a unit battery cell.
  • FIG. 1 is a perspective view showing a part of a process of injecting an electrolyte into a conventional pouch-type battery cell.
  • FIG. 2 is a plan view in which an electrolyte injection pipe is omitted in FIG. 1 .
  • FIG 3 is a front view illustrating a part of a process of injecting an electrolyte into a spare battery cell using the electrolyte injecting device according to the present invention.
  • FIG. 4 is a plan view in which an electrolyte injection pipe is omitted in FIG. 3 .
  • FIG. 5 is a perspective view of a movable pressing jig.
  • FIG. 6 is a side view illustrating a state in which the movable pressing jigs of FIG. 5 are in close contact with the outer surface of the preliminary battery cell.
  • FIG 3 is a front view illustrating a part of a process of injecting an electrolyte into a spare battery cell using the electrolyte injecting device according to the present invention.
  • FIG. 4 is a plan view in which an electrolyte injection pipe is omitted in FIG. 3 .
  • the electrolyte injection device injects electrolyte into the base portion 210 on which the spare battery cell 201 is disposed on the upper surface, the movable pressure jig 220 attached to the base portion, and the spare battery cell.
  • the electrolyte injection pipe 230 for the electrolyte injection pipe 230 , and a groove 211 is formed on the upper surface of the base part 210 so that the movable pressure jig 220 can move in the x-axis direction.
  • the preliminary battery cell refers to a battery cell in a stage before the assembled battery cell, and in the present invention, a battery cell into which the electrolyte is injected while being fixed to the electrolyte injection device is called a preliminary battery cell.
  • the preliminary battery cell is a type of injecting electrolyte before completely sealing the battery case, and may be, for example, a pouch-type battery cell.
  • the movable pressure jig 220 forms a pair of two facing each other and disposed on both sides of the preliminary battery cell 201 as a center, and moves in the first direction, which is the direction in which the distance between them is farther away, or the distance between each other. It can move in a second direction, which is the approaching direction.
  • the separator of the electrode assembly is maintained in a fixed state at the original position by the movable pressure jig. Bar, it is possible to prevent the separator from being folded or peeled by the pressure of the electrolyte injected into the preliminary battery cell.
  • the movable pressing jig includes a portion for pressing the preliminary battery cell in a direction perpendicular to the upper surface 204 of the electrode assembly accommodating part 203 of the preliminary battery cell and the lower surface 205 of the electrode assembly accommodating part. Only a part of it pressurizes the spare battery cell.
  • the movable pressing jig 220 includes a pressing part 221 for pressing the preliminary battery cell 201 and a supporting part 222 for moving the movable pressing jig through the groove 211 while supporting the pressing part 221 .
  • the pressurizing part 221 presses the preliminary battery cell in close contact with the outer surface of the preliminary battery cell 201 to prevent the separator from being separated from the electrode or the separator from being folded, and the support part does not come into contact with the preliminary battery cell.
  • the movable pressure jig pressurizes the entire upper and lower surfaces of the electrode assembly housing, it is not preferable because the electrolyte may hardly penetrate into the electrode assembly and the amount of electrolyte injection may be lowered. Therefore, the movable pressurizing jig according to the present invention presses the outer periphery of the electrode assembly in the direction in which the electrolyte is injected, and the remaining portion of the electrode assembly is not pressurized. It is possible to prevent the separation membrane from being folded by the injection of the electrolyte.
  • the movable pressure jig is composed of a plurality of unit movement pressure jigs, and the plurality of unit movement type pressure jigs are configured to allow the electrolyte to move into the preliminary battery cell. It may be arranged to be spaced apart from the neighboring unit moving type pressing jigs.
  • FIG. 3 shows a state in which three pairs of unit movable pressing jigs 220A are disposed apart from each other.
  • the number of pairs of the unit moving type pressing jig may be applied to three or more pairs in consideration of the overall length of the battery cell.
  • FIG. 4 shows a state in which the thickness d1 of the preliminary battery cell and the distance d3 of the pressing part are the same in the state that the movable pressing jig is pressing, but depending on the magnitude of the pressing force, the movable pressing jig presses the In this state, the distance d3 of the pressing part may be shorter than the x-direction thickness d1 of the preliminary battery cell.
  • the thickness of the preliminary battery cell in a state in which the electrolyte injection device pressurizes the preliminary battery cell may be relatively thinner than a portion in which the thickness of the portion pressed by the pressing unit is not pressed by the pressing unit.
  • the electrolyte injection pipe 230 is a movable pressure jig in the middle of the outer periphery of the electrode assembly.
  • the electrolyte is sprayed toward the portion where 220 is not disposed.
  • FIG. 5 is a perspective view of the movable pressing jigs
  • FIG. 6 is a side view illustrating a state in which the movable pressing jigs of FIG. 5 are in close contact with the outer surface of the preliminary battery cell.
  • each of the support part 222 and the support part 322 is a pressing part 221 and a pressing part 321 in close contact with the preliminary battery cell. ) are coupled at positions retreated from each of the preliminary battery cells.
  • the pressurizing part presses the preliminary battery cell in a state in close contact with the preliminary battery cell, whereas the support part is in a state spaced apart from the preliminary battery cell. Accordingly, only the portion in close contact with the pressing part of the electrode assembly of the preliminary battery cell is pressed.
  • the surface 224 of the pressing part 221 facing the preliminary battery cell is a plane parallel to the outer surface of the preliminary battery cell.
  • the pressing part 321 has a surface 324 facing the preliminary battery cell is a plane inclined with respect to the outer surface of the preliminary battery cell.
  • the separator extending from the outer periphery of the electrode assembly can be more stably fixed, and the pressing force on the outer surface of the electrode assembly is weakly applied.
  • the electrolyte impregnation property can be improved.
  • the movable pressure jig moves in the first direction so that the gap between the movable pressure jig is widened to secure a place where the spare battery cell is disposed, and the spare battery cell is positioned on the base part Step, moving in the second direction so that the gap between the movable pressurizing jig is narrowed to pressurize the preliminary battery cell, and injecting the electrolyte into the preliminary battery cell.
  • the step of injecting the electrolyte is to prevent the electrolyte from being bounced off by the movable pressure jig as the electrolyte is sprayed toward the portion where the mobile pressure jig does not pressurize the battery cell.
  • the movable pressure jig is moved again in the first direction to separate the preliminary battery cell from the base part.
  • a pouch-type battery cell After the separated preliminary battery cell is gas-sealed in the direction in which the electrolyte is injected, it undergoes an activation process, and then undergoes an exhaust process and a resealing process, a pouch-type battery cell can be manufactured.
  • the pressing unit strongly presses the electrode assembly of the preliminary battery cell, the bonding state of the electrode and the separator is stably fixed.
  • the electrolyte is injected while the case of the spare battery cell surrounding the electrode assembly is pressurized, it is possible to prevent the separator from falling off the electrode even when the injection pressure of the electrolyte is high.
  • the electrolyte is injected in a state in which adhesion between the electrode and the separator is stably maintained, it is possible to prevent the separator from being drawn into the electrode.
  • the movable pressure jig is a movable type
  • the spare battery cell can be easily detached from the electrolyte injection device while widening or moving the distance between the movable pressure jigs closer.

Abstract

본 발명은 상면에 예비 전지셀이 배치되는 베이스부, 상기 베이스부에 부착된 이동형 가압 지그, 및 상기 예비 전지셀에 전해액을 주입하기 위한 전해액 주입 배관을 포함하고, 상기 이동형 가압 지그는, 상기 예비 전지셀의 전극조립체 수납부의 상면 및 하면에 수직인 방향으로 상기 예비 전지셀을 가압하는 부분을 포함하는 전해액 주입 장치에 대한 것으로서, 전해액 주입 속도가 높더라도 분리막이 접히거나 박리되는 현상을 방지할 수 있다. (대표도) 도 3

Description

전해액 주입 장치 및 이를 이용한 전해액 주입 방법
본 출원은 2019년 11월 25일자 한국 특허 출원 제 2019-0152102 호에 기초한 우선권의 이익을 주장하며, 해당 한국 특허 출원의 문헌에 개시된 모든 내용은 본 명세서의 일부로서 포함된다.
본원 발명은 전해액 주입 장치 및 이를 이용한 전해액 주입 방법에 대한 것으로서, 구체적으로, 전지셀의 제조를 위해 전해액을 주입하는 과정에서 전극조립체의 분리막이 접히는 것을 방지하기 위하여 예비 전지셀을 가압하여 고정할 수 있는 구조를 포함하는 전해액 주입 장치 및 이를 이용한 전해액 주입 방법에 대한 것이다.
재사용이 가능하며 높은 에너지 밀도를 갖는 리튬 이차전지는 화석 연료의 사용을 획기적으로 줄일 수 있을 뿐 아니라 에너지의 사용에 따른 부산물이 발생하지 않기 때문에 친환경 특성을 갖는 새로운 에너지원으로 주목받고 있다.
상기 리튬 이차전지는 외장재의 종류 및 형태에 따라 라미네이트 시트로 이루어진 파우치형 전지셀, 금속 캔으로 이루어진 원통형 전지셀 또는 각형 전지셀로 분류될 수 있으며, 전극조립체는 그 형태에 따라 젤리-롤형 전극조립체, 스택형 전극조립체, 스택/폴딩형 전극조립체 및 라미네이션/스택형 전극조립체로 구분된다.
상기 파우치형 리튬 이차전지는 라미네이트 시트로 이루어진 파우치형 전지케이스에 전극조립체와 전해액을 수납한 후 전지케이스 외주변을 가열 및 가압하는 방법으로 밀봉하여 제조한다.
이와 관련하여, 도 1은 종래의 파우치형 전지셀에 전해액을 주입하는 과정의 일부를 도시하고 있으며, 도 2는 도 1에서 전해액 주입 배관을 생략한 상태의 평면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 전해액 주입 장치는 베이스부(110), 지그(120) 및 전해액 주입 배관(130)으로 구성되고, 지그(120)는 베이스부(110)에 고정된 구조로서, 이동이 불가능한 상태이다.
예비 전지셀(101)이 수용되는 공간을 기준으로 서로 대면하는 두 쌍의 지그들(120)이 베이스부(110) 상에 고정 배치되며, 지그들(120) 간의 x방향 거리(d2)는 예비 전지셀(110)의 두께(d1)보다 크다. 따라서 용이하게 예비 전지셀(110)을 지그 사이에 삽입 및 탈리할 수 있다.
이와 같이, 지그는 예비 전지셀에 밀착되지 않고 이격된 상태로 위치하는 바, 상기 지그는 예비 전지셀에 대한 거치대 용도로 사용되고 있다.
일반적으로, 전해액 주입 과정에서 중요하게 고려되는 사항은 전해액의 양과 전해액의 주입 속도인데, 생산속도를 증가시키기 위하여 전해액의 주입 속도를 높임에 따라 전해액이 전극조립체에 가하는 힘도 증가하고 있다. 이로 인하여, 전극과 분리막의 계면이 박리되거나, 분리막이 전극안으로 접히는 현상이 증가하고 있다.
더욱이, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 전해액 주입 장치의 지그가 파우치형 전지셀과 이격되도록 배치되는 경우에는, 상기와 같은 문제가 발생하는 가능성이 더욱 증가하고 있다.
따라서, 파우치형 전지셀에 전해액을 주입하는 과정에서 분리막이 접히거나 전극과 분리막 계면이 박리되는 현상을 방지하기 위한 기술에 대한 필요성이 높은 실정이다.
본원 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위한 것으로서, 전해액 주입 과정에서 전극과 분리막 계면이 박리되거나 분리막이 접히는 현상을 방지하기 위하여, 전지셀을 고정하고 가압하는 부분을 포함하는 이동형 가압 지그를 포함하는 전해액 주입 장치 및 이를 이용한 전해액 주입 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본원 발명에 따른 전해액 주입 장치는, 상면에 예비 전지셀이 배치되는 베이스부, 상기 베이스부에 부착된 이동형 가압 지그, 및 상기 예비 전지셀에 전해액을 주입하기 위한 전해액 주입 배관을 포함하고, 상기 이동형 가압 지그는, 상기 예비 전지셀의 전극조립체 수납부의 상면 및 하면에 수직인 방향으로 상기 예비 전지셀을 가압하는 부분을 포함하는 구조로 이루어질 수 있다.
상기 이동형 가압 지그는, 전해액이 주입되는 방향의 전극조립체 외주변을 가압하는 구조로 이루어질 수 있다.
상기 이동형 가압 지그는, 상기 예비 전지셀을 가압하는 가압부, 및 상기 가압부를 지지하는 지지부를 포함할 수 있다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 이동형 가압 지그가 상기 예비 전지셀을 가압한 상태에서, 상기 가압부는 상기 예비 전지셀에 밀착되어 예비 전지셀을 가압하고, 상기 지지부는 상기 예비 전지셀과 이격된 상태일 수 있다.
상기 이동형 가압 지그는, 복수의 단위 이동형 가압 지그들로 구성되고, 상기 복수의 단위 이동형 가압 지그들은 전해액이 예비 전지셀 내부로 이동할 수 있도록 이웃하는 단위 이동형 가압 지그들과 서로 이격하여 배치되는 구조로 이루어질 수 있다.
상기 가압부는, 상기 예비 전지셀과 대면하는 면이 상기 예비 전지셀의 외면과 평행한 평면으로 이루어질 수 있다.
또는, 상기 가압부는, 상기 예비 전지셀과 대면하는 면이 상기 예비 전지셀의 외면에 대해 기울어진 평면으로 이루어질 수 있다.
상기 전해액 주입 배관은, 상기 전극조립체의 외주변 가운데, 상기 이동형 가압 지그가 배치되지 않는 부분을 향해 전해액을 분사할 수 있다.
본 발명은, 상기 전해액 주입 장치를 이용하여 전지셀을 제조하는 방법을 제공하는 바, 구체적으로, 이동형 가압 지그의 간격이 멀어지도록 상기 이동형 가압 지그가 제1방향으로 이동하여 예비 전지셀이 배치되는 자리를 확보하는 단계, 상기 예비 전지셀을 베이스부 상에 위치시키는 단계, 상기 이동형 가압 지그의 간격이 좁아지도록 제2방향으로 이동하여 상기 예비 전지셀을 가압하는 단계, 및 상기 예비 전지셀에 전해액을 주입하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 이동형 가압 지그는, 상기 예비 전지셀을 사이에 두고 대면하는 단위 이동형 가압 지그 쌍을 3개 이상 포함할 수 있다.
또한, 상기 전해액 주입 단계 이후에, 상기 이동형 가압 지그는 다시 제1방향으로 이동하여 예비 전지셀을 베이스부에서 분리하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 전해액을 주입하는 단계에서, 전해액 주입 배관은 상기 이동형 가압 지그가 전지셀을 가압하지 않는 부분을 향하여 전해액을 분사할 수 있다.
본 발명은 또한, 상기 전해액 주입 방법을 사용하여 제조된 파우치형 전지셀을 제공하며, 상기 전지셀을 단위 전지셀로 포함하는 전지팩을 포함한다.
도 1은 종래의 파우치형 전지셀에 전해액을 주입하는 과정의 일부를 나타내는 사시도이다.
도 2는 도 1에서 전해액 주입 배관을 생략한 상태의 평면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 전해액 주입 장치를 이용하여 예비 전지셀에 전해액을 주입하는 과정의 일부를 나타내는 정면도이다.
도 4는 도 3에서 전해액 주입 배관을 생략한 상태의 평면도이다.
도 5는 이동형 가압 지그의 사시도이다.
도 6은 도 5의 이동형 가압 지그들이 예비 전지셀의 외면에 밀착된 상태를 나타내는 측면도이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본원 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본원 발명을 쉽게 실시할 수 있는 실시예를 상세히 설명한다. 다만, 본원 발명의 바람직한 실시예에 대한 동작 원리를 상세하게 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본원 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.
또한, 도면 전체에 걸쳐 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 사용한다. 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 연결되어 있다고 할 때, 이는 직접적으로 연결되어 있는 경우 뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고, 간접적으로 연결되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 어떤 구성요소를 포함한다는 것은 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라, 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
구성요소를 한정하거나 부가하여 구체화하는 설명은, 특별한 제한이 없는 한 모든 발명에 적용될 수 있으며, 특정한 발명으로 한정하지 않는다.
본원 발명을 도면에 따라 상세한 실시예와 같이 설명한다.
도 3은 본 발명에 따른 전해액 주입 장치를 이용하여 예비 전지셀에 전해액을 주입하는 과정의 일부를 나타내는 정면도이다.
도 4는 도 3에서 전해액 주입 배관을 생략한 상태의 평면도이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 전해액 주입 장치는 상면에 예비 전지셀(201)이 배치되는 베이스부(210), 베이스부에 부착된 이동형 가압 지그(220) 및 예비 전지셀에 전해액을 주입하기 위한 전해액 주입 배관(230)으로 구성되고, 베이스부(210)의 상면에는 이동형 가압 지그(220)가 x축 방향으로 이동할 수 있도록 홈(211)이 형성되어 있다.
상기 예비 전지셀은 조립이 완성된 전지셀 이전 단계에 있는 전지셀을 의미하는 것으로, 본 발명에서는 전해액 주입 장치에 고정된 상태에서 전해액이 주입되는 전지셀을 예비 전지셀로 명명한다.
상기 예비 전지셀은 전지케이스를 완전히 밀봉하기 전에 전해액을 주액하는 형태인 바, 예를 들어, 파우치형 전지셀일 수 있다.
이동형 가압 지그(220)는, 예비 전지셀(201)을 중심으로 서로 대면하며 양측에 각각 배치되는 2개가 한 쌍을 이루며, 서로 간의 간격이 멀어지는 방향인 제1방향으로 이동하거나, 또는 서로 간의 간격이 가까워지는 방향인 제2방향으로 이동할 수 있다.
따라서, 예비 전지셀을 베이스부 상에 위치시킨 후 이동형 가압 지그를 제2방향으로 이동하여 예비 전지셀을 고정 및 가압하면, 이동형 가압 지그에 의해 전극조립체의 분리막이 원위치에서 고정된 상태가 유지되는 바, 예비 전지셀 내부로 주입되는 전해액의 압력에 의해 분리막이 접히거나 박리되는 것을 방지할 수 있다.
이동형 가압 지그는 예비 전지셀의 전극조립체 수납부(203)의 상면(204) 및 전극조립체 수납부의 하면(205)에 수직인 방향으로 예비 전지셀을 가압하는 부분을 포함하는 바, 이동형 가압 지그 중 일부분만이 예비 전지셀을 가압한다.
구체적으로, 이동형 가압 지그(220)는 예비 전지셀(201)을 가압하는 가압부(221) 및 가압부(221)를 지지하면서 홈(211)을 통해 이동형 가압 지그를 이동시키는 지지부(222)를 포함한다.
이와 같이 가압부(221)는 예비 전지셀(201)의 외면에 밀착된 상태에서 예비 전지셀을 가압하여 분리막이 전극에서 분리되거나 분리막이 접히는 것을 방지하고, 지지부는 예비 전지셀과 접촉되지 않는다.
만약, 이동형 가압 지그가 전극조립체 수납부의 상면 전체 및 하면 전체를 가압한다면, 전해액이 전극조립체로 침투하기 어렵고, 전해액 주액량이 낮아질 수 있으므로 바람직하지 않다. 따라서, 본 발명에 따른 이동형 가압 지그는 전해액이 주입되는 방향의 전극조립체 외주변부를 가압하고, 전극조립체의 나머지 부분은 가압하지 않는 구조로 이루어지는 바, 전극조립체의 전해액 함침성이 저하되는 것을 방지할 수 있으면서, 전해액의 주액에 의해 분리막이 접히는 것을 방지할 수 있다.
또한, 전해액이 전극조립체 내부로 흘러 들어갈 수 있는 통로가 필요한 바, 이동형 가압 지그는 복수의 단위 이동형 가압 지그들로 구성되고, 상기 복수의 단위 이동형 가압 지그들은 전해액이 예비 전지셀 내부로 이동할 수 있도록 이웃하는 단위 이동형 가압 지그들과 서로 이격하여 배치될 수 있다.
이와 관련하여, 도 3은 3쌍의 단위 이동형 가압 지그(220A)들이 서로 떨어져서 배치되어 있는 상태를 도시하고 있다. 그러나, 상기 단위 이동형 가압 지그 쌍의 개수는 전지셀의 전장 길이를 고려하여 3쌍 이상의 개수로 적용될 수 있음은 물론이다.
한편, 도 4는 예비 전지셀의 두께(d1)와 이동형 가압 지그가 가압한 상태에서 가압부의 거리(d3)가 동일한 상태를 도시하고 있으나, 가압하는 힘의 크기에 따라, 이동형 가압 지그가 가압한 상태에서 가압부의 거리(d3)가 예비 전지셀의 x방향 두께(d1) 보다 짧아질 수도 있다.
또한, 전해액 주입 장치가 예비 전지셀을 가압한 상태에서의 예비 전지셀의 두께는, 가압부로 눌린 부분의 두께가 가압부에 눌리지 않은 부분보다 상대적으로 얇아질 수 있다.
전해액은 빠른 속도로 강하게 예비 전지셀 내부로 주입되는 바, 가압부에 의해 전해액이 예비 전지셀 외부로 튕겨 나가는 것을 방지하기 위하여, 전해액 주입 배관(230)은 전극조립체의 외주변 가운데, 이동형 가압 지그(220)가 배치되지 않는 부분을 향해 전해액을 분사한다.
도 5는 이동형 가압 지그들의 사시도이고, 도 6은 도 5의 이동형 가압 지그들이 예비 전지셀의 외면에 밀착된 상태를 나타내는 측면도이다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 이동형 가압 지그 (a)와 이동형 가압 지그(b)에서 지지부(222)와 지지부(322) 각각은 예비 전지셀과 밀착되는 가압부(221)와 가압부(321) 각각 보다 예비 전지셀로부터 후퇴된 위치에 결합되어 있다.
따라서, 이동형 가압 지그가 예비 전지셀을 가압한 상태에서, 가압부는 예비 전지셀에 밀착된 상태에서 예비 전지셀을 가압하는 반면, 지지부는 예비 전지셀과 이격된 상태가 된다. 따라서, 예비 전지셀의 전극조립체는 가압부와 밀착된 부분만 가압된다.
이동형 가압 지그(a)에서 가압부(221)는 예비 전지셀과 대면하는 면(224)은 예비 전지셀의 외면과 평행한 평면이다.
이동형 가압 지그(b)에서 가압부(321)는 예비 전지셀과 대면하는 면(324)은 예비 전지셀의 외면에 대해 기울어진 평면이다.
가압부(321)와 같이 경사진 면을 포함하는 경우에는, 전극조립체의 외주변에서 연장된 분리막을 더욱 안정적으로 고정할 수 있으면서, 전극조립체의 외면에 대한 가압력은 약하게 인가되는 바, 전극조립체의 전해액 함침성을 향상시킬 수 있다.
구체적인 본 발명에 따른 전해액 주입 방법은, 이동형 가압 지그의 간격이 벌어지도록 이동형 가압 지그가 제1방향으로 이동하여 예비 전지셀이 배치되는 자리를 확보하는 단계, 예비 전지셀을 베이스부 상에 위치시키는 단계, 이동형 가압 지그의 간격이 좁아지도록 제2방향으로 이동하여 예비 전지셀을 가압하는 단계 및 예비 전지셀에 전해액을 주입하는 단계를 포함한다.
상기 전해액을 주입하는 단계는 이동형 가압 지그가 전지셀을 가압하지 않는 부분을 향해 전해액을 분사하는 바, 이동형 가압 지그에 의해 전해액이 튕겨나가는 것을 방지하기 위함이다.
상기 전해액 주입 후, 상기 이동형 가압 지그는 다시 제1방향으로 이동하여 예비 전지셀을 베이스부에서 분리한다.
분리된 예비 전지셀은 전해액이 주입된 방향의 외주변을 가실링하고 할성화 과정을 거친 후, 배기 과정 및 재실링 과정을 거쳐 파우치형 전지셀을 제조할 수 있다.
이와 같이, 본 발명에 따른 전해액 주입 장치 및 전해액 주입 방법을 사용하는 경우에는, 가압부가 예비 전지셀의 전극조립체를 강하게 가압하기 때문에, 전극과 분리막의 결합 상태가 안정적으로 고정된다.
따라서, 강한 압력으로 분사되는 전해액에 의해 전극으로부터 분리막이 박리되거나, 분리막이 전극조립체 안쪽으로 접혀들어가는 것을 방지할 수 있는 바, 전지셀의 생산성을 향상시킬 수 있다.
본원 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본원 발명의 범주내에서 다양한 응용 및 변형을 수행하는 것이 가능할 것이다.
(부호의 설명)
101, 201: 예비 전지셀
110, 210: 베이스부
120: 지그
130, 230: 전해액 주입 배관
203: 전극조립체 수납부
204: 전극조립체 수납부의 상면
205: 전극조립체 수납부의 하면
211: 홈
220: 이동형 가압 지그
220A: 한 쌍의 단위 이동형 가압 지그
221, 321: 가압부
222, 322: 지지부
224, 324: 예비 전지셀과 대면하는 면
d1: 예비 전지셀의 두께
d2: 지그들 간의 x방향 거리
d3: 이동형 가압 지그가 가압한 상태에서 가압부의 거리
이상에서 설명한 바와 같이, 본원 발명은 전극조립체를 둘러싸고 있는 예비 전지셀의 케이스를 가압한 상태로 전해액을 주입하기 때문에, 전해액의 주입 압력이 높더라도 전극에서 분리막이 떨어지는 것을 방지할 수 있다.
또한, 전극과 분리막의 접착이 안정적으로 유지된 상태에서 전해액을 주입하기 때문에 분리막이 전극 내측으로 말려들어가는 현상을 방지할 수 있다.
또한, 이동형 가압 지그가 이동 가능한 형태이기 때문에, 이동형 가압 지그의 간격을 벌리거나 가깝게 이동시키면서, 예비 전지셀을 전해액 주입 장치에서 용이하게 탈착할 수 있다.
또한, 전해액이 주입되는 방향의 전극조립체 외주변만을 가압함으로써, 분리막 접힘 방지 효과와 함께 전극조립체의 전해액 함침성도 확보할 수 있다.

Claims (13)

  1. 상면에 예비 전지셀이 배치되는 베이스부;
    상기 베이스부에 부착된 이동형 가압 지그; 및
    상기 예비 전지셀에 전해액을 주입하기 위한 전해액 주입 배관;
    을 포함하고,
    상기 이동형 가압 지그는, 상기 예비 전지셀의 전극조립체 수납부의 상면 및 하면에 수직인 방향으로 상기 예비 전지셀을 가압하는 부분을 포함하는 전해액 주입 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 이동형 가압 지그는,
    전해액이 주입되는 방향의 전극조립체 외주변을 가압하는 구조로 이루어진 전해액 주입 장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 이동형 가압 지그는, 상기 예비 전지셀을 가압하는 가압부, 및 상기 가압부를 지지하는 지지부를 포함하는 전해액 주입 장치.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 이동형 가압 지그가 상기 예비 전지셀을 가압한 상태에서, 상기 가압부는 상기 예비 전지셀에 밀착되어 예비 전지셀을 가압하고, 상기 지지부는 상기 예비 전지셀과 이격된 상태인 전해액 주입 장치.
  5. 제 2 항에 있어서, 상기 이동형 가압 지그는, 복수의 단위 이동형 가압 지그들로 구성되고,
    상기 복수의 단위 이동형 가압 지그들은 전해액이 예비 전지셀 내부로 이동할 수 있도록 이웃하는 단위 이동형 가압 지그들과 서로 이격하여 배치되는 전해액 주입 장치.
  6. 제 3 항에 있어서, 상기 가압부는, 상기 예비 전지셀과 대면하는 면이 상기 예비 전지셀의 외면과 평행한 평면으로 이루어진 전해액 주입 장치.
  7. 제 3 항에 있어서, 상기 가압부는, 상기 예비 전지셀과 대면하는 면이 상기 예비 전지셀의 외면에 대해 기울어진 평면으로 이루어진 전해액 주입 장치.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 전해액 주입 배관은, 상기 전극조립체의 외주변 가운데, 상기 이동형 가압 지그가 배치되지 않는 부분을 향해 전해액을 분사하는 전해액 주입 장치.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 따른 전해액 주입 장치를 이용하여 전지셀을 제조하는 방법으로서,
    이동형 가압 지그의 간격이 멀어지도록 상기 이동형 가압 지그가 제1방향으로 이동하여 예비 전지셀이 배치되는 자리를 확보하는 단계;
    상기 예비 전지셀을 베이스부 상에 위치시키는 단계;
    상기 이동형 가압 지그의 간격이 좁아지도록 제2방향으로 이동하여 상기 예비 전지셀을 가압하는 단계; 및
    상기 예비 전지셀에 전해액을 주입하는 단계;
    를 포함하는 전해액 주입 방법.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 이동형 가압 지그는, 상기 예비 전지셀을 사이에 두고 대면하는 단위 이동형 가압 지그 쌍을 3개 이상 포함하는 전해액 주입 방법.
  11. 제 9 항에 있어서, 상기 전해액 주입 단계 이후에, 상기 이동형 가압 지그는 다시 제1방향으로 이동하여 예비 전지셀을 베이스부에서 분리하는 단계를 포함하는 전해액 주입 방법.
  12. 제 9 항에 있어서, 상기 전해액을 주입하는 단계에서, 전해액 주입 배관은 상기 이동형 가압 지그가 전지셀을 가압하지 않는 부분을 향하여 전해액을 분사하는 전해액 주입 방법.
  13. 제 9 항에 따른 전해액 주입 방법을 사용하여 제조된 파우치형 전지셀.
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