WO2021194292A1 - 전지셀 디개스 장치 - Google Patents

전지셀 디개스 장치 Download PDF

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WO2021194292A1
WO2021194292A1 PCT/KR2021/003750 KR2021003750W WO2021194292A1 WO 2021194292 A1 WO2021194292 A1 WO 2021194292A1 KR 2021003750 W KR2021003750 W KR 2021003750W WO 2021194292 A1 WO2021194292 A1 WO 2021194292A1
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battery cell
pumping
gas
pressure
line
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PCT/KR2021/003750
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English (en)
French (fr)
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정종홍
김상진
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주식회사 클레버
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    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Definitions

  • the present invention (Disclosure) relates to a battery cell degas device, and specifically, a pumping bypass line for controlling the amount of pumping gas on a pumping line for pumping gas inside a process chamber in which a battery cell is located is provided to provide a stable By forming a pumping pressure curve, the present invention relates to a battery cell degassing device capable of preventing the loss of an electrolyte during gas discharge of the battery cell.
  • Lithium secondary batteries can be divided into cylindrical battery cells, prismatic battery cells, pouch-type battery cells, etc. according to their shape, and can be stacked with high integration according to the above requirements, have high energy density per weight, and are inexpensive and easy to deform. Pouch-type battery cells are attracting a lot of attention.
  • a pouch-type secondary battery is a pouch-type battery case consisting of a laminate structure of a resin layer, a metal layer, and a heat-sealing layer, in a state in which an electrode assembly consisting of a positive electrode, a negative electrode, and a separator interposed therebetween is mounted.
  • An aging process including a formation process and a degas process for removing gas generated during the activation process are performed, and the sealing part formed along the outer circumferential surface of the case is sealed and manufactured do.
  • a gas is generated inside the battery cell due to a side reaction with the electrolyte and a swelling phenomenon occurs.
  • a degas process for reducing the pressure by removing the gas inside the battery cell is essential in order to prevent such a phenomenon.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating a conventional battery cell degas device for removing gas inside a battery cell
  • FIG. 2 is a diagram for explaining a pressure change in a conventional battery cell degassing device.
  • a degassing process is performed for about 30 seconds to remove the gas inside the battery cell. is pumped, and after opening the pressure control valve 3 step by step, it closes stepwise to create a vacuum state inside the chamber 1, which occurs during the activation process of the battery cell 4 gases can be released.
  • the present invention (Disclosure) is provided with a pumping bypass line for controlling the amount of pumping gas on a pumping line for pumping gas inside a process chamber in which the battery cell is located to form a stable pumping pressure curve, thereby discharging gas from the battery cell
  • An object of the present invention is to provide a battery cell degas device capable of preventing loss of electrolyte during operation.
  • the present invention (Disclosure) provides a gas amount control valve in the pumping bypass line to stably form a pumping pressure curve at the beginning of gas pumping to create a vacuum state in the process chamber, thereby discharging the gas generated during the activation process of the battery cell.
  • An object of the present invention is to provide a battery cell degas device capable of preventing loss of electrolyte in advance and improving the performance of the battery cell.
  • the present invention (Disclosure) is provided with a gas amount control valve that increases the opening amount of the diaphragm valve using a piezo valve that is deformed according to the input voltage, thereby forming a stable initial pumping pressure curve.
  • An object of the present invention is to provide a battery cell degassing device capable of effectively performing a battery cell degassing process.
  • the battery cell degassing apparatus includes a process chamber in which a battery cell after an activation process is located, and the battery cell and A vacuum pump connected to a pumping line for pumping the internal gas of the battery cell, a pressure control valve provided on the pumping line to open and close for internal pressure reduction of the battery cell, and the pressure control on the pumping line and a gas amount control valve provided on the pumping bypass line provided to bypass the valve and the first on/off valve to adjust the amount of pumping gas to form a pumping pressure curve for preventing loss of electrolyte.
  • the gas amount control valve includes a piezo valve that is deformed according to an input voltage, and a diaphragm valve that is opened according to the deformation of the piezo valve to control an open amount.
  • the pumping line may be provided with a first opening/closing valve for opening or closing the pumping line.
  • the pumping bypass line may include a second opening/closing valve for opening or closing the pumping bypass line.
  • the pumping pressure curve may be expressed as a trigonometric graph in which the current pressure is the highest pressure and the vacuum pressure is the lowest pressure.
  • the pumping bypass line may have a line pipe diameter that is relatively larger than that of the pumping line.
  • the battery cell degassing apparatus may further include a mass flow meter for supplying air or nitrogen gas (N 2 ) into the process chamber.
  • the electrolyte solution when gas is discharged from the battery cell loss can be prevented.
  • the present invention by providing a gas amount control valve in the pumping bypass line to stably form a pumping pressure curve at the beginning of gas pumping for making the process chamber into a vacuum state, gas generated during the activation process of the battery cell is discharged It is possible to prevent the loss of electrolyte in advance, thereby improving the performance of the battery cell.
  • the degas process of the battery cell can be effectively performed by forming a stable initial pumping pressure curve by providing a gas amount control valve that increases the opening amount of the diaphragm valve using a piezo valve that is deformed according to an input voltage. can be done
  • FIG. 1 is a diagram illustrating a conventional battery cell degas device for removing gas inside the battery cell.
  • FIG. 2 is a view for explaining a pressure change in a conventional battery cell degas device.
  • FIG 3 is a view illustrating a battery cell degas device according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a view illustrating a battery cell degas device according to a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating a pumping pressure curve in a battery cell degas device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a view illustrating a battery cell degassing apparatus according to a first embodiment of the present invention
  • FIG. 4 is a diagram illustrating a battery cell degassing apparatus according to a second embodiment of the present invention
  • the battery cell degas device includes a process chamber 110 , a mass flow meter 120 , a vacuum pump 130 , a pressure control valve 140 , and a first open/close It may include a valve 150 , a gas amount control valve 160 , a second on/off valve 170 , and the like.
  • the internal pressure may be adjusted to be reduced slowly.
  • the process chamber 110 may include a lower die 112 on which the battery cell 10 is seated and an upper die 114 for pressing the battery cell 10 seated on the lower die 112 .
  • the internal gas of the battery cell 10 When the internal gas of the battery cell 10 is pumped by pressurizing the battery cell 10 through the die, the internal gas may be smoothly discharged.
  • the mass flow meter 120 supplies air or nitrogen gas (N 2 ) to the inside of the process chamber 110 , and includes, for example, a mass flow controller (MFC), etc., and calculates the flow rate according to the temperature difference between the inlet and the outlet.
  • MFC mass flow controller
  • the flow rate supplied to the inside of the process chamber 110 can be precisely controlled.
  • air or nitrogen gas (N) inside the process chamber 110 is 2 ) can be supplied.
  • the vacuum pump 130 is connected to the battery cell 10 and a pumping line (PL) to pump the internal gas of the battery cell 10 .
  • PL pumping line
  • the vacuum pump 130 and the battery cell 10 are provided to the gas discharge means 14, for example, vacuum pad, vacuum tube, etc.) to be connected to the pumping line PL in a sealed state, thereby depressurizing the inside of the battery cell 10 to pump the internal gas at a capacity of about 1600 l/min or more.
  • the vacuum pump 130 and the battery cell 10 are formed in a portion of the sealing part 12 of the battery cell 10 positioned inside the process chamber 110 .
  • the gas outlet communicates with the inside of the process chamber 110 , and the process chamber 130 and the pumping line PL are connected, so that the internal gas of the battery cell 10 flows into the process chamber 110 through the gas outlet. is discharged, and the internal gas of the process chamber 110 may be pumped due to the depressurization of the process chamber 110 .
  • the pressure control valve 140 is provided on the pumping line PL and opened and closed for internal pressure reduction of the battery cell 10 , and includes, for example, an adaptive pressure controller (APC), etc., and opens and closes according to a set pressure value. By pumping the gas of the battery cell 10 through the vacuum pump 130 , the pressure of the battery cell 10 can be reduced.
  • APC adaptive pressure controller
  • the first opening/closing valve 150 is provided on the pumping line PL to open or close the pumping line PL, and is provided on the pumping line PL where the pressure control valve 140 is located to provide a pressure control valve.
  • the decompression operation using 140 may be selectively blocked.
  • the gas volume control valve 160 is provided on a pumping bypass line (PBL) provided on the pumping line PL to bypass the pressure control valve 140 and the first on/off valve 150 to bypass the electrolyte.
  • PBL pumping bypass line
  • the amount of pumping gas is adjusted to form a pumping pressure curve for preventing loss, and may include a piezo valve 162 , a diaphragm valve 164 , and the like.
  • the piezo valve 162 is deformed according to an input voltage (eg, 0-10V, etc.), and the diaphragm valve 164 is opened according to the deformation of the piezo valve 162 so that the opening amount can be adjusted. .
  • an input voltage eg, 0-10V, etc.
  • the diameter of the line pipe of the pumping bypass line PBL may be relatively larger than that of the pumping line PL (eg, 5 ⁇ for the pumping line, 10 ⁇ for the pumping bypass line, etc.), and the flow rate is the cross-sectional area Since it is proportional to the value, a relatively larger amount of gas may be pumped from the pumping bypass line PBL than the pumping line PL.
  • the pumping pressure curve as described above appears as an open trigonometric graph in which the current pressure is the highest pressure and the vacuum pressure is the lowest pressure.
  • the amount of pumping gas is adjusted so that the current pressure decreases along a gentle descending curve from the current pressure, then decreases along the sharp descending curve until the vacuum state, and then a pumping pressure curve with a gentle descending curve appears again, thereby reducing the pressure reduction during initial pumping. It can be adjusted stably according to the pressure curve.
  • the second on/off valve 170 is provided on the pumping bypass line (PBL) to open or close the pumping bypass line (PBL), on the pumping bypass line (PBL) where the gas amount control valve 160 is located. It is provided in the gas amount control valve 160 to selectively block the pressure reduction operation using the.
  • the degassing process in the battery cell degassing apparatus according to the first embodiment as described above will be described.
  • the battery cell 10 on which the activation process has been completed is introduced into the process chamber 110 and the lower die ( 112) can be installed.
  • the battery cell 10 seated on the lower die 112 inside the process chamber 110 forms a gas outlet in a part of the sealing part 12, and after coupling the gas outlet means 14 to the gas outlet, It may be connected to one end of the pumping line PL, and the vacuum pump 130 may be connected to the other end of the pumping line PL.
  • a pressure control valve 140 that opens and closes according to a pressure value set to pump the gas present therein by depressurizing the inside of the battery cell 10 is provided, and the pressure control valve 140 ) may be provided with a first opening/closing valve 150 for selectively blocking the pumping operation.
  • the pumping bypass line PBL for bypassing the pressure control valve 140 and the first on-off valve 150 is connected on the pumping line PL, and on the pumping bypass line PBL according to the input voltage
  • a gas amount control valve 160 including a diaphragm valve 164 whose open amount is adjusted to adjust the pumping gas amount according to the deformed piezo valve 162 is provided, and the pumping operation using the gas amount control valve 160 is optional
  • a second opening/closing valve 170 may be provided to shut off the .
  • the flow rate of air or nitrogen gas may be adjusted and supplied to the inside of the process chamber 110 through the mass flow meter 120 .
  • the battery cell 10 connected to the pumping line PL according to the input pressure value through the pressure control valve 140 by opening the first opening/closing valve 150 while starting the pumping operation by operating the vacuum pump 130 . of internal gas can be pumped.
  • the battery cell 10 may be pressurized through the upper die 114 in order to smoothly discharge the gas inside the battery cell 10 .
  • the trigonometric graph is opened (for example, a gentle descending curve is shown in the initial stage, and a sharp descending curve is shown in the middle stage, and then (represents a gentle descending curve again)) by adjusting the input voltage to adjust the valve opening amount to form a pumping pressure curve corresponding to the curve.
  • the gas amount control valve 160 is adjusted to respond to other trigonometric graph reformations (for example, a gentle rising curve is shown at the beginning, a steep rising curve is shown in the middle stage, and then a gentle rising curve is shown again at the later stage)
  • the valve opening amount can be adjusted by adjusting the input voltage so as to form a pumping pressure curve.
  • the battery cell 10 on which the activation process is completed is introduced into the process chamber 110 and the lower die ( 112) can be installed.
  • the battery cell 10 seated on the lower die 112 inside the process chamber 110 forms a gas outlet in a part of the sealing part 12, and a pumping line ( It may be connected to one end of the PL, and the vacuum pump 130 may be connected to the other end of the pumping line PL.
  • the pressure control valve 140, the first opening/closing valve 150, the pumping bypass line PBL, the gas amount control valve 160, and the second opening/closing as described in the first embodiment are on the pumping line PL.
  • a valve 170 and the like may be provided.
  • the flow rate of air or nitrogen gas may be adjusted and supplied to the inside of the process chamber 110 through the mass flow meter 120 .
  • the vacuum chamber 110 connected to the pumping line PL according to the input pressure value through the pressure control valve 140 by opening the first opening/closing valve 150 while starting the pumping operation by operating the vacuum pump 130 . of internal gas can be pumped.
  • the internal gas of the battery cell 10 may be discharged into the vacuum chamber 110 through the gas outlet, and the battery cell 10 is pressurized through the upper die 114 to It is possible to smoothly discharge the gas inside the battery cell 10 to the inside.
  • the trigonometric graph is opened (for example, a gentle descending curve is shown in the initial stage, and a sharp descending curve is shown in the middle stage, and then (represents a gentle descending curve again)) by adjusting the input voltage to adjust the valve opening amount to form a pumping pressure curve corresponding to the curve.
  • the present invention is provided with a pumping bypass line for controlling the amount of pumping gas on the pumping line for pumping gas inside the process chamber in which the battery cell is located to form a stable pumping pressure curve, so that the electrolyte solution when gas is discharged from the battery cell loss can be prevented.
  • the present invention is provided with a gas amount control valve in the pumping bypass line to stably form a pumping pressure curve at the beginning of gas pumping to create a vacuum state in the process chamber, thereby discharging the gas generated during the battery cell activation process. It is possible to prevent loss of electrolyte in advance, thereby improving the performance of the battery cell.
  • the present invention is provided with a gas amount control valve that increases the opening amount of the diaphragm valve using a piezo valve that is deformed according to the input voltage, thereby forming a stable initial pumping pressure curve to effectively perform the degassing process of the battery cell.

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Abstract

개시되는 전지셀 디개스 장치는, 활성화 공정 후의 전지셀이 내부에 위치하는 공정챔버와, 상기 전지셀과 펌핑 라인으로 연결되어 상기 전지셀의 내부 가스 배출을 위해 펌핑하는 펌핑하는 진공펌프와, 상기 펌핑 라인 상에 구비되어 상기 전지셀의 내부 감압을 위해 개폐되는 압력제어밸브와, 상기 펌핑 라인 상에 상기 압력제어밸브 및 제 1 개폐밸브를 우회하도록 구비되는 펌핑 바이패스라인 상에 구비되어 전해액 손실을 방지하기 위한 펌핑압력커브를 형성하도록 펌핑 가스량을 조절하는 가스량조절밸브를 포함함으로써, 전지셀의 가스 배출 시 전해액의 손실을 방지할 수 있다.

Description

전지셀 디개스 장치
본 발명(Disclosure)은, 전지셀 디개스 장치에 관한 것으로, 구체적으로, 전지셀이 위치하는 공정챔버 내부의 가스를 펌핑하는 펌핑 라인 상에 펌핑 가스량을 조절하기 위한 펌핑 바이패스라인을 구비하여 안정적인 펌핑압력커브를 형성함으로써, 전지셀의 가스 배출 시 전해액의 손실을 방지할 수 있는 전지셀 디개스 장치에 관한 것이다.
여기서는, 본 발명에 관한 배경기술이 제공되며, 이들이 반드시 공지기술을 의미하는 것은 아니다(This section provides background information related to the present disclosure which is not necessarily prior art).
리튬 이차전지는 형상에 따라 원통형 전지셀, 각형 전지셀, 파우치형 전지셀 등으로 구분할 수 있으며, 상기와 같은 요구에 따라 높은 집적도로 적층될 수 있고 중량당 에너지 밀도가 높으며 저렴하고 변형이 용이한 파우치형 전지셀이 많은 관심을 모으고 있다.
일반적으로 파우치형 이차전지는, 수지층, 금속층 및 열융착층의 라미네이트 구조로 이루어져 있는 파우치형 전지 케이스 내부에, 양극, 음극 및 이들 사이에 개재되는 분리막으로 이루어진 전극조립체를 장착한 상태에서, 전해액을 주입하고 활성화(formation) 과정을 포함하는 에이징(aging) 과정과, 활성화 과정에서 발생된 가스를 제거하는 디개스(degas) 과정을 수행하고, 케이스의 외주면을 따라 형성되어 있는 실링부를 밀봉하여 제조된다.
상술한 바와 같은 전지셀의 활성화 과정에서 전해액과의 부반응에 의해 전지셀 내부에 가스가 발생하여 스웰링 현상이 일어나게 되는데, 이러한 스웰링 현상이 지속되어 전지셀 내부 압력이 일정 수준 이상으로 증가하게 될 경우 전지셀이 폭파될 수 있기 때문에, 이와 같은 현상을 방지하기 위해 전지셀 내부의 가스를 제거하여 압력을 감소시키기 위한 디개스 과정이 필수적으로 요구된다.
도 1은 종래에 전지셀 내부의 가스를 제거하기 위한 전지셀 디개스 장치를 예시한 도면이고, 도 2는 종래의 전지셀 디개스 장치에서 압력 변화를 설명하기 위한 도면이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 전지셀 디개스 장치에서는 전지셀 내부의 가스를 제거하기 위해 대략 30초의 디개스 공정을 수행하게 되는데, 챔버(1)의 내부 기체를 진공펌프(2)를 이용하여 펌핑하게 되고, 압력제어밸브(3)를 단계적으로 오픈(open)시킨 후에, 단계적으로 클로우즈(close)하여 챔버(1)의 내부를 진공 상태로 만들면서 전지셀(4)의 활성화 과정에서 발생되는 가스들을 배출시킬 수 있다.
여기에서, 압력제어밸브(3)가 단계적으로 각각 오픈 및 클로우즈되어 완전히 폐쇄(full close)되더라도 압력제어밸브(3)의 내부 구성부인 날개(wing)틈에서 챔버(1) 내부의 가스가 펌핑이 되기 때문에, 챔버(1) 내부를 진공으로 만들어 전지셀(4)의 가스를 배출하기 위한 안정적인 초기 압력 커브(pressure curve)를 만들 수 없으며, VAC 충격(impact of vacuum-assisted closure)의 발생으로 인해 전지셀(4)의 가스뿐만 아니라 전지셀(4)의 전해액이 함께 배출되어 전지셀의 성능을 향상시키는 전해액의 손실이 발생되는 문제가 있다.
본 발명(Disclosure)은, 전지셀이 위치하는 공정챔버 내부의 가스를 펌핑하는 펌핑 라인 상에 펌핑 가스량을 조절하기 위한 펌핑 바이패스라인을 구비하여 안정적인 펌핑압력커브를 형성함으로써, 전지셀의 가스 배출 시 전해액의 손실을 방지할 수 있는 전지셀 디개스 장치의 제공을 일 목적으로 한다.
본 발명(Disclosure)은, 펌핑 바이패스라인에 가스량조절밸브를 구비하여 공정챔버를 진공 상태로 만들기 위한 가스 펌핑 초반에 펌핑압력커브를 안정적으로 형성함으로써, 전지셀의 활성화 과정에서 발생되는 가스를 배출하는 중에 전해액 손실을 미연에 방지할 수 있어 전지셀의 성능을 향상시킬 수 있는 전지셀 디개스 장치의 제공을 일 목적으로 한다.
본 발명(Disclosure)은, 입력 전압에 따라 변형되는 피에조밸브(piezo valve)를 이용하여 다이아프램밸브(diaphragm valve)의 오픈량을 증가시키는 가스량조절밸브를 구비함으로써, 안정적인 초기 펌핑압력커브를 형성하여 전지셀의 디개스 공정을 효과적으로 수행할 수 있는 전지셀 디개스 장치의 제공을 일 목적으로 한다.
여기서는, 본 발명의 전체적인 요약(Summary)이 제공되며, 이것이 본 발명의 외연을 제한하는 것으로 이해되어서는 아니 된다(This section provides a general summary of the disclosure and is not a comprehensive disclosure of its full scope or all of its features).
상기한 과제의 해결을 위해, 본 발명을 기술하는 여러 관점들 중 어느 일 관점(aspect)에 따른 전지셀 디개스 장치는, 활성화 공정 후의 전지셀이 내부에 위치하는 공정챔버와, 상기 전지셀과 펌핑 라인으로 연결되어 상기 전지셀의 내부 가스 배출을 위해 펌핑하는 진공펌프와, 상기 펌핑 라인 상에 구비되어 상기 전지셀의 내부 감압을 위해 개폐되는 압력제어밸브와, 상기 펌핑 라인 상에 상기 압력제어밸브 및 제 1 개폐밸브를 우회하도록 구비되는 펌핑 바이패스라인 상에 구비되어 전해액 손실을 방지하기 위한 펌핑압력커브를 형성하도록 펌핑 가스량을 조절하는 가스량조절밸브를 포함한다.
본 발명의 일 관점(aspect)에 따른 전지셀 디개스 장치에서, 상기 가스량조절밸브는, 입력 전압에 따라 변형되는 피에조밸브와, 상기 피에조밸브의 변형에 따라 오픈되어 오픈량이 조절되는 다이아프램밸브를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 관점(aspect)에 따른 전지셀 디개스 장치에서, 상기 펌핑 라인은, 상기 펌핑 라인을 개방하거나 폐쇄하는 제 1 개폐밸브가 구비될 수 있다.
본 발명의 일 관점(aspect)에 따른 전지셀 디개스 장치에서, 상기 펌핑 바이패스라인은, 상기 펌핑 바이패스라인을 개방하거나 폐쇄하는 제 2 개폐밸브가 구비될 수 있다.
본 발명의 일 관점(aspect)에 따른 전지셀 디개스 장치에서, 상기 펌핑압력커브는, 현재 압력이 최고 압력이면서 진공 압력이 최저 압력인 삼각함수 그래프 개형으로 나타날 수 있다.
본 발명의 일 관점(aspect)에 따른 전지셀 디개스 장치에서, 상기 펌핑 바이패스라인은, 라인파이프 직경이 상기 펌핑 라인보다 상대적으로 더 크게 구비될 수 있다.
본 발명의 일 관점(aspect)에 따른 전지셀 디개스 장치에서, 상기 전지셀 디개스 장치는, 상기 공정 챔버 내부에 공기 또는 질소가스(N2)를 공급하는 질량유량계를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 전지셀이 위치하는 공정챔버 내부의 가스를 펌핑하는 펌핑 라인 상에 펌핑 가스량을 조절하기 위한 펌핑 바이패스라인을 구비하여 안정적인 펌핑압력커브를 형성함으로써, 전지셀의 가스 배출 시 전해액의 손실을 방지할 수 있다.
그리고, 본 발명에 따르면, 펌핑 바이패스라인에 가스량조절밸브를 구비하여 공정챔버를 진공 상태로 만들기 위한 가스 펌핑 초반에 펌핑압력커브를 안정적으로 형성함으로써, 전지셀의 활성화 과정에서 발생되는 가스를 배출하는 중에 전해액 손실을 미연에 방지할 수 있어 전지셀의 성능을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 입력 전압에 따라 변형되는 피에조밸브를 이용하여 다아프램밸브의 오픈량을 증가시키는 가스량조절밸브를 구비함으로써, 안정적인 초기 펌핑압력커브를 형성하여 전지셀의 디개스 공정을 효과적으로 수행할 수 있다.
도 1은 종래에 전지셀 내부의 가스를 제거하기 위한 전지셀 디개스 장치를 예시한 도면.
도 2는 종래의 전지셀 디개스 장치에서 압력 변화를 설명하기 위한 도면.
도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 전지셀 디개스 장치를 예시한 도면.
도 4는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 전지셀 디개스 장치를 예시한 도면.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 전지셀 디개스 장치에서의 펌핑압력커브를 예시한 도면.
이하, 본 발명에 따른 전지셀 디개스 장치를 구현한 실시형태를 도면을 참조하여 자세히 설명한다.
다만, 본 발명의 본질적인(intrinsic) 기술적 사상은 이하에서 설명되는 실시형태에 의해 그 실시 가능 형태가 제한된다고 할 수는 없고, 본 발명의 본질적인(intrinsic) 기술적 사상에 기초하여 통상의 기술자에 의해 이하에서 설명되는 실시형태를 치환 또는 변경의 방법으로 용이하게 제안될 수 있는 범위를 포섭함을 밝힌다.
또한, 이하에서 사용되는 용어는 설명의 편의를 위하여 선택한 것이므로, 본 발명의 본질적인(intrinsic) 기술적 사상을 파악하는 데 있어서, 사전적 의미에 제한되지 않고 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 의미로 적절히 해석되어야 할 것이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 전지셀 디개스 장치를 예시한 도면이고, 도 4는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 전지셀 디개스 장치를 예시한 도면이며, 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 전지셀 디개스 장치에서의 펌핑압력커브를 예시한 도면이다.
도 3 내지 도 5를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 전지셀 디개스 장치는 공정챔버(110), 질량유량계(120), 진공펌프(130), 압력제어밸브(140), 제 1 개페밸브(150), 가스량조절밸브(160), 제 2 개폐밸브(170) 등을 포함할 수 있다.
공정챔버(110)는 활성화 공정 후의 전지셀(10)이 내부에 위치하는 것으로, 전해액이 충진되어 활성화 공정을 수행한 전지셀(10)이 공정챔버(110) 내부에 위치하며, 내부에 위치하는 전지셀(10)의 디개스 과정에서 내부 압력을 천천히 감소시킬 수 있도록 조절될 수 있다.
이러한 공정챔버(110)에는 전지셀(10)이 안착되는 하부 다이(112)와 하부 다이(112)에 안착된 전지셀(10)을 가압하는 상부 다이(114)가 구비될 수 있으며, 이러한 상부 다이를 통해 전지셀(10)을 가압하여 전지셀(10)의 내부 가스를 펌핑할 때 내부 가스의 배출을 원활하게 할 수 있다.
질량유량계(120)는 공정 챔버(110) 내부에 공기 또는 질소가스(N2)를 공급하는 것으로, 예를 들어 MFC(mass flow controller) 등을 포함하며, 입구와 출구의 온도차에 따라 유량을 계산하여 공정챔버(110) 내부로 공급되는 유량을 정확하게 조절할 수 있는데, 디개스 공정을 수행하는 중에 공정챔버(110) 내부를 안정적인 상태로 유지하기 위해서 공정챔버(110) 내부에 공기 또는 질소가스(N2)를 공급할 수 있다.
진공펌프(130)는 전지셀(10)과 펌핑 라인(P.L : pumping line)으로 연결되어 전지셀(10)의 내부 가스 배출을 위해 펌핑하는 것으로, 도 3에 도시한 바와 같은 제 1 실시예에서는 진공펌프(130)와 전지셀(10)은 공정챔버(110)의 내부에 위치하는 전지셀(10)의 실링부(12) 일부에 형성된 가스 배출구에 가스 배출수단(14, 예를 들면, 진공패드, 진공관 등)을 연결하여 밀폐된 상태로 펌핑 라인(P.L)과 연결됨으로써, 전지셀(10)의 내부를 감압하여 대략 1600 l/min 용량 이상으로 내부 가스를 펌핑할 수 있다.
또한, 도 4에 도시한 바와 같은 제 2 실시예에서는 진공펌프(130)와 전지셀(10)은 공정챔버(110)의 내부에 위치하는 전지셀(10)의 실링부(12) 일부에 형성된 가스 배출구는 공정챔버(110)의 내부와 연통되고, 공정챔버(130)와 펌핑 라인(P.L)이 연결됨으로써, 전지셀(10)의 내부 가스는 가스 배출구를 통해 공정챔버(110)의 내부로 배출되고, 공정챔버(110)의 감압으로 인해 공정챔버(110)의 내부 가스를 펌핑할 수 있다.
압력제어밸브(140)는 펌핑 라인(P.L) 상에 구비되어 전지셀(10)의 내부 감압을 위해 개폐되는 것으로, 예를 들어 APC(adaptive pressure controller) 등을 포함하며, 설정된 압력값에 따라 개폐되어 진공펌프(130)를 통해 전지셀(10)의 가스를 펌핑함으로써, 전지셀(10)을 감압시킬 수 있다.
제 1 개폐밸브(150)는 펌핑 라인(P.L) 상에 구비되어 펌핑 라인(P.L)을 개방하거나 폐쇄하는 것으로, 압력제어밸브(140)가 위치하는 펌핑 라인(P.L) 상에 구비되어 압력제어밸브(140)를 이용한 감압 동작을 선택적으로 차단할 수 있다.
가스량조절밸브(160)는 펌핑 라인(P.L) 상에 상기 압력제어밸브(140) 및 제 1 개폐밸브(150)를 우회하도록 구비되는 펌핑 바이패스라인(P.B.L : pumping bypass line) 상에 구비되어 전해액 손실을 방지하기 위한 펌핑압력커브를 형성하도록 펌핑 가스량을 조절하는 것으로, 피에조밸브(162), 다이아프램밸브(164) 등을 포함할 수 있다.
여기에서, 피에조밸브(162)는 입력 전압(예를 들면, 0-10V 등)에 따라 변형되며, 다이아프램밸브(164)는 피에조밸브(162)의 변형에 따라 오픈되어 오픈량이 조절될 수 있다.
또한, 펌핑 바이패스라인(P.B.L)의 라인파이프 직경이 펌핑 라인(P.L)보다 상대적으로 더 크게 구비(예를 들면, 펌핑 라인은 5Φ, 펌핑 바이패스라인은 10Φ 등)될 수 있는데, 유량은 단면적 값에 비례하기 때문에, 펌핑 바이패스라인(P.B.L)에서 펌핑 라인(P.L)보다 상대적으로 더 많은 가스량을 펌핑할 수 있다.
이에 따라, 압력제어밸브(140)에서 설정된 압력값에 따라 가스를 펌핑하면서 가스량 조절밸브(160)에 구비된 피에조밸브(162)와 다이아프램밸브(164)를 통해 펌핑되는 펌핑 가스량을 조절함으로써, 펌핑압력커브에 따라 효과적으로 전지셀(10)의 가스를 펌핑할 수 있다.
상술한 바와 같은 펌핑압력커브는 현재 압력이 최고 압력이면서 진공 압력이 최저 압력인 삼각함수 그래프 개형으로 나타나는데, 가스량조절밸브(160)에 구비되는 피에조밸브(162)와 다이아프램밸브(164)를 통해 초기 펌핑 시 현재 압력에서 완만한 하강곡선을 따라 감소하다가 진공상태까지 급격한 하강곡선을 따라 감소한 후에 다시 완만한 하강곡선을 갖는 펌핑압력커브가 나타나도록 펌핑 가스량이 조절됨으로써, 초기 펌핑 시 압력 감소를 펌핑압력커브에 따라 안정적으로 조절할 수 있다.
이러한 압력 감소를 펌핑압력커브에 따라 안정적으로 조절함으로써, 전지셀(10)의 감압으로 인해 배출되는 가스와 함께 배출될 수 있는 전해액 손실을 미연에 방지할 수 있다.
제 2 개폐밸브(170)는 펌핑 바이패스라인(P.B.L) 상에 구비되어 펌핑 바이패스라인(P.B.L)을 개방하거나 폐쇄하는 것으로, 가스량조절밸브(160)가 위치하는 펌핑 바이패스라인(P.B.L) 상에 구비되어 가스량조절밸브(160)를 이용한 감압 동작을 선택적으로 차단할 수 있다.
상술한 바와 같은 제 1 실시예에 따른 전지셀 디개스 장치에서의 디개스 과정에 대해 설명하면, 먼저, 활성화 공정이 완료된 전지셀(10)은 공정챔버(110)의 내부로 투입되어 하부다이(112)에 안착될 수 있다.
그리고, 공정챔버(110)의 내부의 하부다이(112)에 안착된 전지셀(10)은 실링부(12) 일부에 가스 배출구를 형성하고, 가스 배출구에 가스배출수단(14)을 결합한 후에, 펌핑 라인(P.L)의 일단에 연결시키고, 펌핑 라인(P.L)의 타단에는 진공 펌프(130)를 연결시킬 수 있다.
여기에서, 펌핑 라인(P.L) 상에는 전지셀(10)의 내부를 감압하여 내부에 존재하는 가스를 펌핑하기 위해서 설정된 압력값에 따라 개폐되는 압력제어밸브(140)가 구비되고, 압력제어밸브(140)를 이용한 펌핑 동작을 선택적으로 차단하기 위한 제 1 개폐밸브(150)가 구비될 수 있다.
아울러, 펌핑 라인(P.L) 상에는 압력제어밸브(140)와 제 1 개폐밸브(150)를 우회하기 위한 펌핑 바이패스라인(P.B.L)이 연결되고, 그 펌핑 바이패스라인(P.B.L) 상에는 입력 전압에 따라 변형되는 피에조밸브(162)에 따라 펌핑 가스량을 조절하기 위해 오픈량이 조절되는 다이아프램밸브(164)를 포함하는 가스량조절밸브(160)가 구비되고, 가스량조절밸브(160)를 이용한 펌핑 동작을 선택적으로 차단하기 위한 제 2 개폐밸브(170)가 구비될 수 있다.
이러한 상태에서, 안정적인 디개스 공정을 수행하기 위한 공정챔버(110) 내부 상태를 유지하기 위해 질량유량계(120)를 통해 공정챔버(110)의 내부에 공기 또는 질소가스의 유량을 조절하여 공급할 수 있다.
그리고, 진공펌프(130)를 작동시켜 펌핑 동작을 시작하면서 제 1 개폐밸브(150)를 개방하여 압력제어밸브(140)를 통해 입력 압력값에 따라 펌핑 라인(P.L)에 연결된 전지셀(10)의 내부 가스를 펌핑할 수 있다. 여기에서, 전지셀(10) 내부 가스의 원활한 배출을 위해 상부다이(114)를 통해 전지셀(10)을 가압할 수 있다.
이와 함께, 제 2 개폐밸브(170)를 개방하여 가스량조절밸브(160)를 통해 초기 펌핑 시 삼각함수 그래프 개형(예를 들어 초기에는 완만한 하강곡선을 나타내다가 중기에는 급격한 하강곡선을 나타낸 후 후기에는 완만한 하강곡선을 다시 나타냄)에 대응하는 펌핑압력커브를 형성할 수 있도록 입력 전압을 조절하여 밸브 오픈량을 조절함으로써, 펌핑 가스량을 원활하게 조절하여 진공 상태가 될 때까지 펌핑할 수 있다.
이 후에, 가스량조절밸브(160)를 조절하여 다른 삼각함수 그래프 개형(예를 들어 초기에는 완만한 상승곡선을 나타내다가 중기에는 급격한 상승곡선을 나타낸 후 후기에는 완만한 상승곡선을 다시 나타냄)에 대응하는 펌핑압력커브를 형성할 수 있도록 입력 전압을 조절하여 밸브 오픈량을 조절할 수 있다.
한편, 상술한 바와 같은 제 2 실시예에 따른 전지셀 디개스 장치에서의 디개스 과정에 대해 설명하면, 활성화 공정이 완료된 전지셀(10)은 공정챔버(110)의 내부로 투입되어 하부다이(112)에 안착될 수 있다.
그리고, 공정챔버(110)의 내부의 하부다이(112)에 안착된 전지셀(10)은 실링부(12) 일부에 가스 배출구를 형성하고, 공정챔버(110)의 내부와 연통되도록 펌핑 라인(P.L)의 일단에 연결시키고, 펌핑 라인(P.L)의 타단에는 진공 펌프(130)를 연결시킬 수 있다.
여기에서, 펌핑 라인(P.L) 상에는 제 1 실시예에서 설명한 바와 같은 압력제어밸브(140), 제 1 개폐밸브(150), 펌핑 바이패스라인(P.B.L), 가스량조절밸브(160), 제 2 개폐밸브(170) 등이 구비될 수 있다.
이러한 상태에서, 안정적인 디개스 공정을 수행하기 위한 공정챔버(110) 내부 상태를 유지하기 위해 질량유량계(120)를 통해 공정챔버(110)의 내부에 공기 또는 질소가스의 유량을 조절하여 공급할 수 있다.
그리고, 진공펌프(130)를 작동시켜 펌핑 동작을 시작하면서 제 1 개폐밸브(150)를 개방하여 압력제어밸브(140)를 통해 입력 압력값에 따라 펌핑 라인(P.L)에 연결된 진공챔버(110)의 내부 가스를 펌핑할 수 있다.
이 때, 전지셀(10)의 내부 가스는 가스 배출구를 통해 진공챔버(110)의 내부로 배출될 수 있는데, 상부다이(114)를 통해 전지셀(10)을 가압하여 진공챔버(110)의 내부로 전지셀(10)의 내부 가스를 원활하게 배출시킬 수 있다.
이와 함께, 제 2 개폐밸브(170)를 개방하여 가스량조절밸브(160)를 통해 초기 펌핑 시 삼각함수 그래프 개형(예를 들어 초기에는 완만한 하강곡선을 나타내다가 중기에는 급격한 하강곡선을 나타낸 후 후기에는 완만한 하강곡선을 다시 나타냄)에 대응하는 펌핑압력커브를 형성할 수 있도록 입력 전압을 조절하여 밸브 오픈량을 조절함으로써, 펌핑 가스량을 원활하게 조절하여 진공 상태가 될 때까지 펌핑할 수 있다.
이 후 과정은 상술한 바와 같은 제 1 실시예에 따른 전지셀 디개스 장치에서의 디개스 과정과 유사하므로 생략하기로 한다.
따라서, 본 발명은 전지셀이 위치하는 공정챔버 내부의 가스를 펌핑하는 펌핑 라인 상에 펌핑 가스량을 조절하기 위한 펌핑 바이패스라인을 구비하여 안정적인 펌핑압력커브를 형성함으로써, 전지셀의 가스 배출 시 전해액의 손실을 방지할 수 있다.
그리고, 본 발명은 펌핑 바이패스라인에 가스량조절밸브를 구비하여 공정챔버를 진공 상태로 만들기 위한 가스 펌핑 초반에 펌핑압력커브를 안정적으로 형성함으로써, 전지셀의 활성화 과정에서 발생되는 가스를 배출하는 중에 전해액 손실을 미연에 방지할 수 있어 전지셀의 성능을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명은 입력 전압에 따라 변형되는 피에조밸브를 이용하여 다이아프램밸브의 오픈량을 증가시키는 가스량조절밸브를 구비함으로써, 안정적인 초기 펌핑압력커브를 형성하여 전지셀의 디개스 공정을 효과적으로 수행할 수 있다.

Claims (7)

  1. 활성화 공정 후의 전지셀이 내부에 위치하는 공정챔버;
    상기 전지셀과 펌핑 라인으로 연결되어 상기 전지셀의 내부 가스 배출을 위해 펌핑하는 진공펌프;
    상기 펌핑 라인 상에 구비되어 상기 전지셀의 내부 감압을 위해 개폐되는 압력제어밸브; 및
    상기 펌핑 라인 상에 상기 압력제어밸브 및 제 1 개폐밸브를 우회하도록 구비되는 펌핑 바이패스라인 상에 구비되어 전해액 손실을 방지하기 위한 펌핑압력커브를 형성하도록 펌핑 가스량을 조절하는 가스량조절밸브;를 포함하는 전지셀 디개스 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 가스량조절밸브는,
    입력 전압에 따라 변형되는 피에조밸브; 및
    상기 피에조밸브의 변형에 따라 오픈되어 오픈량이 조절되는 다이아프램밸브;를 포함하는 전지셀 디개스 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 펌핑 라인은, 상기 펌핑 라인을 개방하거나 폐쇄하는 제 1 개폐밸브;가 구비되는 전지셀 디개스 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 펌핑 바이패스라인은, 상기 펌핑 바이패스라인을 개방하거나 폐쇄하는 제 2 개폐밸브;가 구비되는 전지셀 디개스 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 펌핑압력커브는, 현재 압력이 최고 압력이면서 진공 압력이 최저 압력인 삼각함수 그래프 개형으로 나타나는 전지셀 디개스 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 펌핑 바이패스라인은, 라인파이프 직경이 상기 펌핑 라인보다 상대적으로 더 크게 구비되는 전지셀 디개스 장치.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전지셀 디개스 장치는,
    상기 공정 챔버 내부에 공기 또는 질소가스(N2)를 공급하는 질량유량계;를 더 포함하는 전지셀 디개스 장치.
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