WO2021225398A1 - 디개싱장치 및 디개싱방법 - Google Patents

디개싱장치 및 디개싱방법 Download PDF

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WO2021225398A1
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cooling
electrolyte
degassing
gas
lower mold
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정규성
허준혁
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주식회사 엘지에너지솔루션
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Definitions

  • the present invention relates to a degassing device and a degassing method for discharging gas generated inside during an activation process after an electrode assembly and an electrolyte are inserted into a pouch, and more particularly, a lower mold for pressing the pouch It relates to a degassing apparatus and a degassing method capable of resolving a problem in which an electrolyte is discharged together when a gas is discharged by increasing the viscosity of the electrolyte by cooling at least any one of an upper mold and a degassing method.
  • Lithium batteries have the advantages of long lifespan and large capacity, and are widely used in portable electronic devices in recent years. lithium polymer batteries, etc.
  • the lithium secondary battery is classified into a prismatic battery in which a prismatic can is used, a cylindrical battery in which a cylindrical can is used, and a pouch-type battery in which a pouch is used according to the type of the exterior material for sealing the electrode assembly.
  • the pouch-type battery has many advantages such as higher energy density per unit weight and volume, thinner and lighter battery, and lower material cost as an exterior material.
  • the manufacturing method of the pouch-type battery using the liquid electrolyte is as follows. First, a positive electrode and a negative electrode are prepared, and a separator is interposed therebetween and then laminated to manufacture an electrode assembly. Then, the electrode assembly is inserted into the pouch together with the electrolyte.
  • the pouch 1 has a main body 1a in which an electrode assembly and an electrolyte are embedded, and one side of the main body 1a. and has a gas pocket portion 1b that is opened to allow gas to enter and exit.
  • the gas pocket part 1b is a part that collects gas during the degassing process and is cut and removed when the degassing is completed. It is applied and sealed.
  • an electrolyte is then injected into the pouch 1 to impregnate the electrode assembly with the electrolyte.
  • the pouch 1 is sealed by bonding the edge of the opening into which the electrode assembly is inserted by thermal fusion.
  • a charging/discharging process for activating the battery is performed. Since gas is generated inside the pouch 1 during the charging/discharging process, degassing is performed to discharge the generated gas therein. After the degassing process is performed, the gas pocket portion 1b is cut and discarded, and the cut portions of the gas pocket portion 1b and the body portion 1a are sealed to manufacture a secondary battery.
  • the upper mold 3 is placed on the body part 1a. It descends and pressurizes, and after the end of the gas inhaler 4 penetrates into the gas pocket portion 1b, a negative pressure is applied to inhale the gas. At this time, the gas in the body portion 1a is pushed into the gas pocket portion 1b by the pressure applied from the upper mold 3, and is moved from the gas pocket portion 1b through the gas inhaler 4 gas is discharged to the outside.
  • an object of the present invention is to provide a degassing apparatus and a degassing method capable of blocking or minimizing the discharge of an electrolyte during a degassing process.
  • the present invention for achieving the above object provides a degassing method and a degassing apparatus capable of performing the degassing method.
  • the degassing method according to the present invention is a method of degassing a pouch having a body part on which an electrode assembly is mounted and an electrolyte solution is injected, and a gas pocket part extending to one side from the body part.
  • step (S10); a pressing step (S30) in which the upper mold descends and presses the main body placed on the lower mold; and an intake step (S40) in which the gas inhaler penetrates into the gas pocket and inhales gas, and a cooling step (S20) of cooling the body portion before the intake step (S40) starts is performed.
  • the cooling step (S20) is started after the pouch seating step (S10) and before the pressing step (S30), and the end of the cooling step (S20) may be adjusted according to the change in the cooling rate and the viscosity of the electrolyte.
  • the intake step (S40) may be started.
  • the negative pressure acting in the intake step (S40) may also be adjusted according to the change in the viscosity of the electrolyte.
  • the intake step (S40) may be started.
  • connection point of the body part and the gas pocket part can be cooled faster than other points.
  • the electrolyte is preferably cooled within a temperature range in which a change in physical properties does not occur.
  • the present invention provides a degassing apparatus capable of performing the above degassing method.
  • the degassing device according to the present invention is a pouch degassing device having a body part on which an electrode assembly is mounted and an electrolyte solution is injected, and a gas pocket part extending to one side from the body part, the lower side on which the bottom surface of the main body part is placed. mold; and an upper mold that lowers and presses the upper surface of the main body placed on the lower mold, wherein at least one of the lower mold and the upper mold is cooled by a cooling member, and when in contact with the main body, the main body It is characterized in that the cooling of the electrolyte injected into the part is made.
  • the cooling member may include a Peltier device that is cooled when a current is applied.
  • the Peltier element may be installed in the upper mold or the lower mold to cool the surface of the upper mold or the lower mold in contact with the main body more rapidly than other parts.
  • the Peltier element may be installed in the lower mold, or installed in both the upper mold and the lower mold.
  • the Peltier device installed in the lower mold may be installed more densely at the boundary point between the body portion and the gas pocket portion than at other points when the pouch is seated.
  • the cooling device cools the electrolyte until the viscosity of the electrolyte before cooling is 'X', and the viscosity of the electrolyte after cooling is '1.5X' or more.
  • the temperature of the electrolyte before cooling is 20 to 30 degrees
  • the temperature of the electrolyte after cooling by the cooling device may be cooled to 0 to 15 degrees.
  • the temperature of the electrolyte before cooling is 25°C and the viscosity is 4.37 Pa.s
  • cooling is performed to the temperature when the viscosity becomes 6.56 Pa.s or more.
  • the gas inhaler draws in gas after the temperature of the electrolyte is cooled to a predetermined standard or higher.
  • the cooling liquid is sufficiently cooled before gas intake is made and the viscosity is increased, the movement to the gas pocket is suppressed as much as possible to prevent unnecessary discharge of the electrolyte.
  • the viscosity of the electrolyte at a specific point can be further increased by cooling a specific point (particularly, a point close to the boundary with the gas pocket part) more rapidly, and accordingly, the amount and speed of the electrolyte moving to the gas pocket part can be delayed
  • the degassing device includes a Peltier element that cools when a current is applied so that the cooling of the electrolyte can be performed relatively simply and quickly through current control, and the cooling is more efficiently controlled according to the viscosity of the electrolyte can do.
  • the present invention uses the Peltier element as a cooling member and lowers the temperature of a specific part more quickly, it is possible to more quickly and efficiently delay the movement of the electrolyte in the passageway during the flow of gas and electrolyte.
  • FIG. 1 is a simplified schematic view of a conventional degassing device.
  • FIG. 2 is a flowchart of a degassing method according to the present invention.
  • Figure 3 is a simplified schematic view of the degassing device of the present invention.
  • Figure 4 is a perspective view showing the inside of the Peltier element included in the degassing device of the present invention.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view showing an electrode assembly inserted into the pouch.
  • the present invention provides a degassing device for removing gas from within a pouch and a degassing method capable of performing degassing using the degassing device in each embodiment, and the present invention will be hereinafter with reference to the accompanying drawings. Examples of will be described in more detail.
  • the present invention provides a degassing method for removing gas from a pouch as a first embodiment.
  • the degassing method according to the present invention includes a body portion 10a in which an electrode assembly is mounted and an electrolyte solution is injected, and from the main body portion 10a to one side.
  • a degassing method of the pouch 10 having the extended gas pocket portion 10b it includes a pouch seating step (S10), a cooling step (S20), a pressing step (S30), and an intake step (S40).
  • the pouch seating step (S10) is a step of seating the body portion 10a on the lower mold 20 .
  • the pouch 10 seated on the lower mold 20 includes an electrolyte solution and an electrode assembly ( After 11) is embedded, the aging process and the activation process are completed, and then the seating is performed.
  • the pressing step (S30) is performed, and the cooling step (S20) is performed before the pressing step (S30) or during the pressing step (S30). That is, the start time of the cooling step ( S20 ) may be different depending on whether the cooling device 50 is installed in the lower mold 20 or the upper mold 30 .
  • the cooling device 50 installed in at least one or both of the lower mold 20 and the upper mold 30 (or connected to heat exchange) is installed in the main body of the pouch 10 . It is configured to cool (10a), and in the pressing step (S30), the upper mold 30 is lowered and configured to press the body portion 10a placed on the lower mold 20 with a constant pressure.
  • the cooling device 50 is mounted or connected to the upper mold 30 before the main body 10a is cooled to a predetermined temperature, the pressure is applied to the body 10a in the pressing step S30.
  • a contact step in which the contact state is maintained for a certain period of time without substantial pressurization causing movement of the gas may be optionally included so that only heat exchange for cooling can be performed without being electrolyzed.
  • the contact step is released, and an appropriate pressure may be applied to induce movement of the gas in the body portion 10a.
  • the intake step (S40) is performed, and the cooling step (S20) to increase the viscosity of the electrolyte by cooling the body portion (10a) is a pressing step (S30) before the intake step (S40) It can be done before or after.
  • the end of the gas inhaler 40 penetrates into the gas pocket portion 10b of the pouch 10 to apply a certain negative pressure to inhale the gas.
  • the gas in the body portion 10a is in a state of being moved to the gas pocket portion 10b through the pressurization step (S30), and the electrolyte whose viscosity is increased by the cooling step (S20) is pressurized in the pressurization step (S30). Movement is suppressed and the amount of movement to the gas inhaler 40 is minimized. Therefore, the intake step (S40) is started after cooling is made to sufficiently increase the viscosity of the electrolyte.
  • the cooling step (S20) is possible even after the pressing step (S30) if before the intake step (S40) as described above, but if the cooling device 50 is configured in the lower mold 20, the process speed is improved To this end, the cooling step (S20) is preferably started after the pouch seating step (S10) and before the pressing step (S30).
  • Step S40 may be started.
  • the end of the cooling step (S20) may be adjusted according to the change in the cooling rate and the viscosity of the electrolyte
  • the negative pressure acting in the intake step (S40) may be adjusted according to the change in the viscosity of the electrolyte.
  • the intake step (S40) may be started after the electrolyte is cooled to a predetermined temperature or less, and in the cooling step (S20), the electrolyte is cooled within a temperature range in which a change in physical properties does not occur. desirable.
  • connection point between the main body part 10a and the gas pocket part 10b can be cooled faster than other points. That is, as shown in FIG. 5 , the temperature of the point (B) where the boundary between the body portion 10a and the gas pocket portion 10b of the pouch 10 is further lowered instantaneously increases the viscosity of the electrolyte located at that point relatively. By raising it higher, the amount of the electrolyte moving to the gas pocket portion 10b can be lowered more efficiently.
  • the present invention provides a degassing device for removing gas from a pouch as a second embodiment.
  • the device further includes a cooling device compared to the conventional device.
  • the degassing device of this embodiment is a pouch (10) having a body portion (10a) on which an electrode assembly (11) is mounted and an electrolyte solution is injected, and a gas pocket portion (10b) extending to one side from the body portion (10a).
  • a degassing device of the lower mold 20 on which the bottom surface of the main body portion 10a is placed and an upper mold 30 that lowers and presses the upper surface of the main body portion 10a placed on the lower mold 20.
  • Including, at least one or more of the lower mold 20 or the upper mold 30 is connected or coupled to allow heat exchange with the cooling member 50 as shown in FIG. 3 , or the cooling member is directly mounted As a result, cooling is performed by the cooling member 50 .
  • At least one or both of the upper mold 30 or the lower mold 20 cools the main body part 10a when it comes into contact with the main body part 10 , thereby forming the main body part 10a.
  • the electrolyte injected inside is cooled, and the viscosity of the cooled electrolyte increases in proportion to the temperature drop.
  • the end penetrates the gas pocket portion 10b to suck in gas.
  • It further includes an inhaler (40).
  • the cooling member 50 is not particularly limited as long as it is a device capable of rapid cooling, but in the present invention, cooling control is relatively easy through current adjustment, and the cooling performance is excellent.
  • the element 51 may be included.
  • the Peltier element 51 may be configured to be cooled when a current is applied. That is, the Peltier element 51 is an element that uses the Peltier effect to generate a temperature difference by generating heat and endothermic formation on both sides at the same time when a potential difference occurs. It is configured to have a cooling effect by taking away energy.
  • a p-type semiconductor 56 and an n-type semiconductor 57 are disposed between two plates 54 and 55, and the p-type semiconductor 56 and the n-type semiconductor 57 are disposed. When a current is applied through the raw cable (52, 53), one side of the plate 54 is deprived of energy and cooling is performed.
  • Peltier elements 51 may be directly attached to the lower mold 20 or the upper mold 30 to be cooled, and a method of exchanging heat with the lower mold 20 or the upper mold 30 through a refrigerant or the like cooling can be achieved.
  • the degassing device may be configured so that cooling of a specific portion of the body portion 10a is more rapidly cooled. That is, a plurality of the Peltier elements 51 are arranged at regular intervals on the surface of the upper mold 30 or the surface of the lower mold 20 that come into contact with the body portion 10a, the specific of the body portion 10a. By disposing a Peltier element having a larger output in a specific part (B) to cool the part more quickly than other parts, or by placing the Peltier element 51 more densely in a specific part, a specific part ( For example, part 'B' in FIG. 5) can be cooled more quickly.
  • the Peltier element 51 may be installed only in any one of the lower mold 20 or the upper mold 30, but is preferably installed in both the upper mold 30 and the lower mold 20 for rapid cooling. And, if only one place is to be installed, it is preferable to be installed in the lower mold 20 having a relatively longer contact time with the main body 10a than to be installed in the upper mold 30 .
  • the cooling device 50 may be configured to cool the electrolyte until the viscosity of the electrolyte after cooling becomes '1.5X' or more.
  • the temperature of the electrolyte after cooling by the cooling device 50 may be cooled to 0 to 15 degrees.
  • the temperature of the electrolyte before cooling is 25° C. and the viscosity is 4.37 Pa.s
  • cooling may be performed to a specific temperature when the viscosity is 6.56 Pa.s or more.
  • the electrolyte may have a viscosity of 6.80 Pa.s at 10°C. That is, when the electrolyte is cooled by 15°C (from 20°C to 15°C), the viscosity increases by approximately 56%. When the electrolyte solution with increased viscosity is pressurized, the movement is lowered than when the temperature is relatively high, so that it can be prevented from moving to the gas pocket portion 10b of the pouch 10 .
  • the gas inhaler 40 inhales gas after the temperature of the electrolyte is cooled to a predetermined standard or higher, but the end of the gas inhaler 40 may penetrate into the gas pocket portion 10b before cooling the electrolyte. However, it is preferable to be configured to penetrate after cooling of the electrolyte is possible.
  • the cooling liquid is sufficiently cooled before the gas is sucked in to increase the viscosity, so that the movement to the gas pocket part 10b is suppressed as much as possible to prevent unnecessary discharge of the electrolyte. .
  • the present invention it is possible to further increase the viscosity of the electrolyte at a specific point by more rapidly cooling a specific point (especially, a point close to the boundary with the gas pocket part), and thus move to the gas pocket part 10b.
  • the amount and speed of the electrolyte can be slowed down.
  • the degassing device includes a Peltier element 51 that is cooled when a current is applied, so that cooling of the electrolyte can be performed relatively simply and quickly through current control, and cooling is further performed according to the viscosity of the electrolyte can be effectively controlled.

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Abstract

본 발명에 따른 디개싱장치는, 전극조립체가 탑재되고 전해액이 주입되는 본체부 및 상기 본체부에서 일측으로 연장된 가스포켓부를 갖는 파우치의 디개싱장치에 있어서, 상기 본체부의 바닥면이 위에 놓이는 하측금형; 및 상기 하측금형 위에 놓인 본체부의 상면을 하강하며 가압하는 상측금형;을 포함하고, 상기 하측금형 또는 상측금형 중 적어도 어느 하나 이상은 냉각부재에 의해 냉각되어, 상기 본체부에 맞닿게될 때 상기 본체부 내에 주입된 전해액의 냉각이 이뤄진다. 본 발명에 따른 디개싱방법은, 전극조립체가 탑재되고 전해액이 주입되는 본체부 및 상기 본체부에서 일측으로 연장된 가스포켓부를 갖는 파우치의 디개싱방법에 있어서, 하측금형 위에 본체부를 안착시키는 파우치안착단계(S10); 상측금형이 하강하여 상기 하측금형 위에 놓인 본체부를 가압하는 가압단계(S30); 및 가스흡입기가 가스포켓부로 침투하여 가스를 흡기하는 흡기단계(S40);를 포함하고, 상기 흡기단계(S40)가 시작되기 전에 상기 본체부를 냉각시키는 냉각단계(S20)가 이뤄진다.

Description

디개싱장치 및 디개싱방법
본 출원은 2020년 5월 7일자 한국특허출원 제10-2020-0054784호에 기초한 우선권의 이익을 주장하며, 해당 한국특허출원의 문헌에 개시된 모든 내용은 본 명세서의 일부로서 포함된다.
본 발명은 전극조립체와 전해액이 파우치 내에 삽입된 후, 활성화 공정을 거치는 동안 내부에 발생된 가스를 배출시키기 위한 디개싱장치 및 디개싱방법에 관한 것으로써, 더욱 상세하게는 파우치를 가압하는 하측금형과 상측금형 중 적어도 어느 하나 이상을 냉각시켜 전해액의 점성(viscosity)을 높임으로써 가스의 배출 시 전해액이 함께 배출되는 문제를 해소할 수 있는 디개싱장치 및 디개싱방법에 관한한 것이다.
최근 전기, 전자, 통신 및 컴퓨터 산업이 급속하게 발전함에 따라 고성능, 고안전성의 배터리에 대한 수요가 점차 증대되고 있다. 특히 전자기기의 소형화, 박형화 및 경량화가 급속도로 확산되면서 이에 따른 배터리의 소형화, 박형화의 요구가 날로 증대되고 있다. 이러한 요구에 부응하여 최근 가장 많은 관심을 갖고 있는 것이 에너지밀도가 높은 리튬 이차 배터리이다.
리튬 배터리는 수명이 길고 용량이 크다는 장점을 가지고 있어, 최근 휴대용 전자기기에 많이 사용되고 있는데, 상기 리튬 배터리는 전해질의 종류에 따라 액체 전해질을 사용하는 리튬 금속 배터리와 리튬 이온배터리 및 고분자 고체 배터리를 사용하는 리튬 폴리머 배터리 등이 있다.
또한, 리튬 이차 배터리는 전극 조립체를 밀봉하는 외장재의 종류에 따라 각형 캔이 사용되는 각형 배터리, 원통형 캔이 사용되는 원통형 배터리 및 파우치가 사용되는 파우치형 배터리로 구분된다.
그리고, 이중, 파우치형 배터리는 단위 중량 및 체적 당 에너지밀도가 보다 높고 배터리의 박형화 및 경량화가 가능할 뿐 아니라 외장재로서의 재료비가 적게 드는 등 유리한 점이 많아 최근 그 개발이 활발하게 진행 중에 있다.
그리고, 액체 전해액을 사용하는 파우치형 배터리의 제조방법은 다음과 같다. 우선, 양극 및 음극을 제조하고, 이들 사이에 분리막을 개재한 후 적층하여 전극 조립체를 제작한다. 그리고, 상기 전극조립체를 파우치의 내부에 전해액과 함께 삽입하게 된다.
이때, 종래의 디개싱장치의 개략적인 모습이 단순화되어 도시된 도 1에 나타난 바와 같이, 상기 파우치(1)는 전극조립체와 전해액이 내장되는 본체부(1a)와 상기 본체부(1a)에서 일측으로 확장되며 내부가 개통되어 가스의 출입이 가능한 가스포켓부(1b)를 구비한다. 상기 가스포켓부(1b)는 디개싱 공정 시 가스를 포집하는 부분으로써 디개싱이 완료되면 절단되어 제거되는 부분이며, 상기 가스포켓부(1b)와 본체부(1a)의 절단부위는 열과 압력이 가해져 밀봉이 이뤄진다.
상기 파우치(1)에 전극조립체가 먼저 내장된 후, 그 다음으로 상기 파우치(1)의 내부로 전해액을 주입시켜 전극 조립체를 전해액에 함침시킨다. 상기와 같이 전해액이 주입되면, 전극조립체가 삽입된 개구부의 가장자리를 열융착으로 접합시켜 파우치(1)를 밀봉하게 된다.
그리고, 안정화시키기 위해 에이징(Aging) 공정을 거친 후, 배터리를 활성화하기 위한 충방전 공정을 실시하게 된다. 충방전 공정 동안에는 파우치(1) 내부에서는 가스가 발생하게 되므로, 내부에 발생한 가스를 배출시키기기 위하여 디개싱(degasing)이 수행된다. 디개싱 공정이 수행된 후, 상기 가스포켓부(1b)는 절단되어 폐기되고, 상기 가스포켓부(1b)와 본체부(1a)의 절단부위는 실링이 이뤄져 이차전지로 제조된다.
한편, 도 1 에 도시된 바와 같이, 상기 디개싱 공정은 하측금형(2) 위에 파우치(1)의 본체부(1a)를 안착시킨 후, 상기 본체부(1a) 위를 상측금형(3)이 하강하며 가압하고, 상기 가스포켓부(1b)에는 가스흡입기(4)의 끝단이 침투한 후 부압(negative pressure)을 가하여 가스를 흡기하게 된다. 이때, 본체부(1a)에 있는 가스는 상측금형(3)에서 가해지는 압력에 의해 가스포켓부(1b)로 밀려나게 되고, 상기 가스포켓부(1b)에서 가스흡입기(4)를 통해 이동된 가스를 외부로 배출되게 된다.
하지만, 위와 같은 디개싱방법은 초기에 주액했던 전해액의 양과 점도, 상측금형(3)의 하강압력 및 하강속도 및 가스흡입기(4)의 흡입력 등에 따라 상기 가스와 함께 전해액의 일부가 함께 배출되는 문제가 있었다.
그리고, 가스의 배출 시 전해액의 배출량이 증가하여 본체부(1a) 내부의 전해액의 양이 일정 수준 이하로 떨어지면 이차전지의 수명이 저하되는 문제가 있었으며, 가스의 배출량이 너무 적은 경우에는 본체부(1a)에 남은 가스가 스웰링(swelling)을 유발할 수 있는 문제가 있었다.
따라서, 본 발명은 디개싱 과정 중 전해액의 토출을 차단 또는 최소화할 수 있는 디개싱장치 및 디개싱방법을 제공하는 것에 주목적이 있다.
전술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 디개싱방법과 상기 디개싱방법을 수행할 수 있는 디개싱장치를 제공한다.
본 발명에 따른 디개싱방법은, 전극조립체가 탑재되고 전해액이 주입되는 본체부 및 상기 본체부에서 일측으로 연장된 가스포켓부를 갖는 파우치의 디개싱방법에 있어서, 하측금형 위에 본체부를 안착시키는 파우치안착단계(S10); 상측금형이 하강하여 상기 하측금형 위에 놓인 본체부를 가압하는 가압단계(S30); 및 가스흡입기가 가스포켓부로 침투하여 가스를 흡기하는 흡기단계(S40);를 포함하고, 상기 흡기단계(S40)가 시작되기 전에 상기 본체부를 냉각시키는 냉각단계(S20)가 이뤄지는 것을 특징으로 한다.
상기 냉각단계(S20)는 파우치안착단계(S10)이 후, 가압단계(S30) 이전에 시작되며, 냉각단계(S20)의 종료는 냉각 속도 및 전해액의 점도 변화에 따라 조절될 수 있다.
상기 냉각단계(S20)와 가압단계(S30)가 이뤄지는 것과 동시에 흡기단계(S40)가 시작될 수 있다. 상기 흡기단계(S40)에서 작용하는 부압 또한 전해액의 점도 변화에 따라 조절될 수 있다.
따라서, 상기 전해액이 미리정해진 온도 이하로 냉각된 후에 흡기단계(S40)가 시작될 수 있다.
또한, 상기 냉각단계(S20)에서는 본체부와 가스포켓부의 연결지점을 다른 지점 보다 더 신속하게 냉각할 수 있다. 이때, 상기 냉각단계(S20)에서 상기 전해액은 물성 변화가 발생하지 않는 온도 범위 내로 냉각이 이뤄지는 것이 바람직하다.
그리고, 본 발명은 위와 같은 디개싱방법을 수행할 수 있는 디개싱장치를 제공한다. 본 발명에 따른 디개싱장치는, 전극조립체가 탑재되고 전해액이 주입되는 본체부 및 상기 본체부에서 일측으로 연장된 가스포켓부를 갖는 파우치의 디개싱장치에 있어서, 상기 본체부의 바닥면이 위에 놓이는 하측금형; 및 상기 하측금형 위에 놓인 본체부의 상면을 하강하며 가압하는 상측금형;을 포함하고, 상기 하측금형 또는 상측금형 중 적어도 어느 하나 이상은 냉각부재에 의해 냉각되어, 상기 본체부에 맞닿게될 때 상기 본체부 내에 주입된 전해액의 냉각이 이뤄지는 것을 특징으로 한다.
상기 하측금형과 상측금형이 본체부를 가압할 때, 상기 가스포켓부에 침투하여 가스를 흡기하는 가스흡입기;를 더 포함한다.
상기 냉각부재는 전류가 인가되면 냉각이 이뤄지는 펠티어소자를 포함할 수 있다.
상기 펠티어소자는 본체부와 맞닿게되는 상측금형의 표면 또는 하측금형의 표면을 다른 부분 보다 더 신속하게 냉각시키도록 상측금형 또는 하측금형에 설치될 수 있다.
상기 펠티어소자는 하측금형에 설치되거나, 상측금형과 하측금형 모두에 설치될 수 있다.
상기 하측금형에서 설치된 펠티어소자는 파우치가 안착됐을 때, 다른 지점 보다 본체부와 가스포켓부 사이의 경계 지점에서 더 밀집되게 설치될 수 있다.
상기 냉각장치는 냉각 전 전해액의 점도가 'X' 일 때, 냉각 후 전해액의 점도가 '1.5X' 이상이 될 때까지 전해액을 냉각시킨다. 예를 들어, 상기 냉각 전 전해액의 온도가 20 도 내지 30 도일 때, 상기 냉각장치에 의해 냉각 후 전해액의 온도는 0 도 내지 15 도로 냉각될 수 있다. 가령, 냉각 전 전해액의 온도가 25℃ 에서 점도가 4.37Pa.s 일때, 점도가 6.56Pa.s 이상이 될 때의 온도까지 냉각이 이뤄진다.
상기 가스흡입기는 전해액의 온도가 미리정해진 기준 이상으로 냉각된 후에, 가스를 흡기한다.
상기와 같은 구성을 갖는 본 발명은 가스의 흡기가 이뤄지기 전에 냉각액은 충분히 냉각되어 점성(viscosity)이 높아지므로, 가스포켓부로의 이동을 최대한 억제하여 전해액의 불필요한 토출을 방지할 수 있다.
본 발명에서 전해액의 냉각은 냉각 속도 및 전해액의 점도 변화에 따라 조절되므로, 다양한 규격의 이차전지가 적용될 수 있다.
또한, 본 발명에서는 특정지점(특히, 가스포켓부와의 경계에 가까운 지점)을 더 급속하게 냉각하여 특정지점에서의 전해액의 점성을 더 높일 수 있고, 이에 따라 가스포켓부로 이동되는 전해액의 양과 속도를 늦출 수 있다.
아울러, 본 발명에 따른 디개싱장치는 전류가 인가되면 냉각이 이뤄지는 펠티어소자를 포함하여 전류 제어를 통해 비교적 간단하고 신속하게 전해액의 냉각이 이뤄질 수 있고, 전해액의 점도에 따라 냉각을 더 효율적으로 제어할 수 있다.
특히, 본 발명은 펠티어소자를 냉각부재로 사용하고 특정부분의 온도를 더 신속하게 낮출 수 있으므로 가스와 전해액의 유동시 통로가 되는 부분에서 전해액의 이동을 더욱 신속하고 효율적으로 지연시킬 수 있다.
도 1 은 종래의 디개싱장치의 개략적인 모습이 단순화되어 도시된 도면.
도 2 는 본 발명에 따른 디개싱방법의 순서도.
도 3 은 본 발명의 디개싱장치의 개략적인 모습이 단순화되어 도시된 도면.
도 4 는 본 발명의 디개싱장치에 포함되는 펠티어소자의 내부모습이 도시된 사시도.
도 5 는 파우치 내에 전극조립체가 삽입된 모습이 도시된 단면도.
이하, 첨부된 도면에 의거하여 본 발명에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.
또한, 본 명세서 및 특허청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정하여 해석되어서는 안되며, 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.
본 발명은 파우치 내에서 가스를 제거하는 디개싱장치와 상기 디개싱장치를 이용하여 디개싱을 수행할 수 있는 디개싱방법을 각각의 실시예로 제공하며, 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 더욱 상세히 설명한다.
제1실시예
본 발명은 파우치에서 가스를 제거하는 디개싱방법을 제1실시예로 제공한다.
본 발명에 따른 디개싱방법의 순서도가 도시된 도 2 를 참조하면, 본 발명에 따른 디개싱방법은 전극조립체가 탑재되고 전해액이 주입되는 본체부(10a) 및 상기 본체부(10a)에서 일측으로 연장된 가스포켓부(10b)를 갖는 파우치(10)의 디개싱방법으로써, 파우치안착단계(S10), 냉각단계(S20), 가압단계(S30) 및 흡기단계(S40)를 포함한다.
상기 파우치안착단계(S10)는 하측금형(20) 위에 본체부(10a)를 안착시키는 단계이다. 상기 파우치(10a) 내에 전극조립체(11)가 삽입된 모습이 도시된 도 5 에 나타난 바와 같이, 상기 하측금형(20)에 안착되는 파우치(10)는 본체부(10a)에 전해액과 전극조립체(11)가 내장된 후, 에이징 공정 및 활성화 공정이 완료된 후에 안착이 이뤄진다.
상기 파우치안착단계(S10) 다음으로, 가압단계(S30)가 이뤄지되, 상기 가압단계(S30) 이전에 또는 가압단계(S30) 중에 냉각단계(S20)가 실시된다. 즉, 냉각장치(50)가 하측금형(20) 또는 상측금형(30) 중 어디에 설치되어 있는 지 여부에 따라서 냉각단계(S20)의 시작 시점이 상이해질 수 있다.
상기 냉각단계(S20)에서는 하측금형(20)과 상측금형(30) 중 적어도 어느 한 곳 또는 두 곳 모두에 설치된(또는 열교환이 이뤄지도록 연결된) 냉각장치(50)가 파우치(10)의 본체부(10a)를 냉각시키도록 구성되며, 상기 가압단계(S30)에서는 상측금형(30)이 하강하여 상기 하측금형(20) 위에 놓인 본체부(10a)를 일정한 압력으로 누르도록 구성된다.
이때, 본체부(10a)가 정해진 온도까지 냉각이 이뤄지기 이전이며 상기 상측금형(30)에도 냉각장치(50)가 탑재 또는 연결된 경우라면, 가압단계(S30)에서는 본체부(10a)로 압력이 전해지지 않고 냉각을 위한 열교환만 이뤄질 수 있도록 가스의 이동을 유발하는 실질적인 가압 없이 맞닿은 상태가 일정시간 동안 유지되는 접촉단계가 선택적으로 포함될 수도 있다. 그리고, 본체부(10a)가 정해진 온도로 냉각이 이뤄지면 상기 접촉단계는 해제되고, 본체부(10a) 내 가스의 이동을 유발하도록 적정한 압력이 가해지게 구성될 수 있다.
상기 가압단계(S30) 이후에는 흡기단계(S40)가 이뤄지되, 상기 본체부(10a)를 냉각시켜 전해액의 점성을 높이는 냉각단계(S20)는 상기 흡기단계(S40)이전에 가압단계(S30) 전 또는 후에 이뤄질 수 있다.
상기 흡기단계(S40)에서는 가스흡입기(40)의 끝단이 파우치(10)의 가스포켓부(10b) 내부로 침투하여 일정한 부압을 가해 가스를 흡기하게 된다. 이때, 본체부(10a)에 있던 가스는 상기 가압단계(S30)를 통해 가스포켓부(10b)로 이동된 상태이고, 냉각단계(S20)에 의해 점성이 증가된 전해액은 가압단계(S30)에서 이동이 억제되어 가스흡입기(40)로 이동되는 양은 최소화된다. 따라서, 상기 흡기단계(S40)는 전해액의 충분히 점성이 높아지도록 냉각이 이뤄진 후에 시작된다.
한편, 상기 냉각단계(S20)는 위에 설명한 바와 같기 흡기단계(S40) 이전이라면 가압단계(S30) 이후에도 가능하지만, 냉각장치(50)가 하측금형(20)에 배치된 구성이라면 공정 속도의 향상을 위해서, 상기 냉각단계(S20)는 파우치안착단계(S10)이 후, 가압단계(S30) 이전에 시작되는 것이 바람직하다.
또한, 공정의 속도를 높이기 위해서 전해액의 온도가 충분히 낮을 경우라면 또는 냉각장치(50)의 성능에 따라서 순간적인 냉각이 가능한 경우라면 상기 냉각단계(S20)와 가압단계(S30)가 이뤄지는 것과 동시에 흡기단계(S40)가 시작될 수도 있다.
그리고, 냉각단계(S20)의 종료는 냉각 속도 및 전해액의 점도 변화에 따라 조절될 수 있고, 상기 흡기단계(S40)에서 작용하는 부압은 전해액의 점도 변화에 따라 조절될 수 있다. 다만, 이 실시예에서는 상기 전해액이 미리정해진 온도 이하로 냉각된 후에 흡기단계(S40)가 시작될 수 있되, 상기 냉각단계(S20)에서 상기 전해액은 물성 변화가 발생하지 않는 온도 범위 내로 냉각이 이뤄지는 것이 바람직하다.
또한, 상기 냉각단계(S20)에서는 본체부(10a)와 가스포켓부(10b)의 연결지점을 다른 지점 보다 더 신속하게 냉각할 수 있다. 즉, 도 5 에 나타난 바와 같이 파우치(10)의 본체부(10a)와 가스포켓부(10b)의 경계가 위치한 지점(B)을 순간적으로 더 온도를 낮춰서 그 지점에 위치한 전해액의 점성을 상대적으로 더 높임으로써 가스포켓부(10b)로 이동하는 전해액의 양을 더 효율적으로 낮출 수 있다.
제2실시예
본 발명은 파우치에서 가스를 제거하는 디개싱장치를 제2실시예로 제공한다.
본 발명의 디개싱장치의 개략적인 모습이 단순화되어 도시된 도 3 과 본 발명의 디개싱장치에 포함되는 펠티어소자(51)의 내부모습이 도시된 도 4 를 참조하면, 본 발명에 따른 디개싱장치는 종래장치 대비 냉각장치를 추가로 포함한다.
즉, 이 실시예의 디개싱장치는 전극조립체(11)가 탑재되고 전해액이 주입되는 본체부(10a) 및 상기 본체부(10a)에서 일측으로 연장된 가스포켓부(10b)를 갖는 파우치(10)의 디개싱장치로써, 상기 본체부(10a)의 바닥면이 위에 놓이는 하측금형(20) 및 상기 하측금형(20) 위에 놓인 본체부(10a)의 상면을 하강하며 가압하는 상측금형(30)을 포함하고, 상기 하측금형(20) 또는 상측금형(30) 중 적어도 어느 하나 이상은 도 3 에 나타난 바와 같이 냉각부재(50)와 열교환이 이뤄질 수 있도록 연결 또는 결합되거나, 상기 냉각부재가 직접적으로 장착됨으로써 상기 냉각부재(50)에 의해 냉각이 이뤄진다.
따라서, 상기 상측금형(30) 또는 하측금형(20) 중 적어도 어느 하나 또는 두 개 모두는 상기 본체부(10ㅁ)에 맞닿게 될 때 상기 본체부(10a)를 냉각시킴으로써 상기 본체부(10a) 내에 주입된 전해액을 냉각시키고, 냉각된 전해액은 온도저하에 비례하여 점성이 올라가게 된다.
아울러, 이 실시예의 디개싱장치에서는 상기 하측금형(20)과 상측금형(30)이 본체부(10a)를 가압할 때, 상기 가스포켓부(10b)에 그 끝단이 침투하여 가스를 흡기하는 가스흡입기(40)를 더 포함한다.
한편, 상기 냉각부재(50)는 신속한 냉각이 이뤄질 수 있는 장치라면 특별히 한정되는 것은 아니나, 본 발명에서는 전류량 조절을 통해 냉각제어가 상대적으로 용이하고 냉각성능이 뛰어나며 특히 순간적인 냉각이 이뤄질 수 있는 펠티어소자(51)를 포함할 수 있다.
상기 펠티어소자(51)는 전류가 인가되면 냉각이 이뤄지도록 구성될 수 있다. 즉, 펠티어소자(51)는 전위차가 발생했을 때 양쪽에서 발열, 흡열 형성이 동시에 일어나 온도차를 발생시키는 펠티어 효과를 이용하는 소자로써, 전자가 전위차가 발생하는 두 금속 사이를 움직이기 위해서 한쪽의 금속에서 에너지를 빼앗아 감으로써 냉각 효과를 갖도록 구성된다. 본 발명의 펠티어소자(51)는 두 장의 플레이트들(54, 55) 사이에 p형반도체(56), n형반도체(57)가 배치되고 상기 p형반도체(56)와 n형반도체(57)로 케이블을 통해(52, 53) 전류를 인가하면 일측의 플레이트(54)가 에너지를 빼앗겨 냉각이 이뤄진다.
이러한 펠티어소자(51)는 복수 개가 상기 하측금형(20) 또는 상측금형(30)에 직접 부착되어 냉각이 이뤄질 수 있고, 냉매 등을 통해 하측금형(20) 또는 상측금형(30)과 열교환하는 방식으로 냉각이 이뤄질 수 있다.
다만, 냉각효율을 증대시키기 위해, 상기 펠티어소자(51) 중 냉각이 이뤄지는 플레이트(54)가 상측금형(30) 또는 하측금형(20)에 직접 부착되는 방식이 더 바람직하다.
아울러, 이 실시예에 따른 디개싱장치는 본체부(10a)의 특정부위의 냉각이 더 신속하게 냉각시키도록 구성될 수 있다. 즉, 상기 펠티어소자(51)는 본체부(10a)와 맞닿게 되는 상측금형(30)의 표면 또는 하측금형(20)의 표면에서 일정간격을 두고 복수 개가 배치되되, 본체부(10a)의 특정부분을 다른 부분 보다 더 신속하게 냉각시키도록 특정부분(B)에서 출력이 더 큰 펠티어소자를 배치하거나, 특정부분에서 펠티어소자(51)가 더 밀집되어 배치됨으로써 본체부(10a)의 특정부분(예를 들어 도 5 의 'B' 부분)을 더욱 신속하게 냉각시킬 수 있다.
상기 펠티어소자(51)는 하측금형(20) 또는 상측금형(30) 중 어느 한 곳에만 설치될 수 있으나, 신속한 냉각을 위해서는 상측금형(30)과 하측금형(20) 모두에 설치되는 것이 바람직하다. 그리고, 한 곳만 설치되어야 한다면 본체부(10a)와의 접촉시간이 상대적으로 더 긴 하측금형(20)에 설치되는 것이 상측금형(30)에 설치되는 것 보다 바람직하다.
한편, 이 실시예에서 상기 냉각장치(50)는 냉각 전 전해액의 점도가 'X' 일 때, 냉각 후 전해액의 점도가 '1.5X' 이상이 될 때까지 전해액을 냉각시키도록 구성될 수 있다.
예를 들어, 상기 냉각 전 전해액의 온도가 20 도 내지 30 도일 때, 상기 냉각장치(50)에 의해 냉각 후 전해액의 온도는 0 도 내지 15 도로 냉각될 수 있다. 가령, 냉각 전 전해액의 온도가 25℃ 에서 점도가 4.37Pa.s 일 때, 점도가 6.56Pa.s 이상이 될 때의 특정 온도까지 냉각이 이뤄질 수 있다.
참고로, 상기 전해액은 10℃ 일때 점도가 6.80Pa.s 될 수 있다. 즉, 전해액이 (20℃ 에서 15℃로) 15℃ 냉각되면 점도는 대략 56% 정도 점도의 상승이 이뤄진다. 점도가 상승한 전해액은 가압이 이뤄질 때, 상대적으로 온도가 높은 경우일때 보다 이동이 저하되므로 파우치(10)의 가스포켓부(10b)로 이동되는 것을 방지할 수 있다.
본 발명에서 상기 가스흡입기(40)는 전해액의 온도가 미리정해진 기준 이상으로 냉각된 후에 가스를 흡기하되, 상기 가스흡입기(40)의 끝단은 전해액의 냉각전에 가스포켓부(10b)로 침투할 수도 있으나, 가급적 전해액의 냉각이 이뤄진 후에 침투하도록 구성되는 것이 바람직하다.
상기와 같은 구성을 갖는 본 발명은 가스의 흡기가 이뤄지기 전에 냉각액은 충분히 냉각되어 점성(viscosity)이 높아지므로, 가스포켓부(10b)로의 이동을 최대한 억제하여 전해액의 불필요한 토출을 방지할 수 있다.
본 발명에서 전해액의 냉각은 냉각 속도 및 전해액의 점도 변화에 따라 조절되므로, 다양한 규격의 이차전지가 적용될 수 있다.
또한, 본 발명에서는 특정지점(특히, 가스포켓부와의 경계에 가까운 지점)을 더 급속하게 냉각하여 특정지점에서의 전해액의 점성을 더 높일 수 있고, 이에 따라 가스포켓부(10b)로 이동되는 전해액의 양과 속도를 늦출 수 있다.
아울러, 본 발명에 따른 디개싱장치는 전류가 인가되면 냉각이 이뤄지는 펠티어소자(51)를 포함하여 전류 제어를 통해 비교적 간단하고 신속하게 전해액의 냉각이 이뤄질 수 있고, 전해액의 점도에 따라 냉각을 더 효율적으로 제어할 수 있다.
이상에서 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 실시가 가능하다.
[부호의 설명]
10 : 파우치(10a: 본체부, 10b: 가스포켓부)
20 : 하측금형
30 : 상측금형
40 : 가스흡입기
50 : 냉각장치

Claims (15)

  1. 전극조립체가 탑재되고 전해액이 주입되는 본체부 및 상기 본체부에서 일측으로 연장된 가스포켓부를 갖는 파우치의 디개싱장치에 있어서,
    상기 본체부의 바닥면이 위에 놓이는 하측금형; 및
    상기 하측금형 위에 놓인 본체부의 상면을 하강하며 가압하는 상측금형;을 포함하고,
    상기 하측금형 또는 상측금형 중 적어도 어느 하나 이상은 냉각부재에 의해 냉각되어, 상기 본체부에 맞닿게될 때 상기 본체부 내에 주입된 전해액의 냉각이 이뤄지는 것을 특징으로 하는 디개싱장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 하측금형과 상측금형이 본체부를 가압할 때, 상기 가스포켓부에 침투하여 가스를 흡기하는 가스흡입기;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 디개싱장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 냉각부재는 전류가 인가되면 냉각이 이뤄지는 펠티어소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 디개싱장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 펠티어소자는 본체부와 맞닿게되는 상측금형의 표면 또는 하측금형의 표면을 다른 부분 보다 더 신속하게 냉각시키도록 상측금형 또는 하측금형에 설치된 것을 특징으로 하는 디개싱장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 펠티어소자는 하측금형에 설치되거나, 상측금형과 하측금형 모두에 설치되는 것을 특징으로 하는 디개싱장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 하측금형에서 설치된 펠티어소자는 파우치가 안착됐을 때, 다른 지점 보다 본체부와 가스포켓부 사이의 경계 지점에서 더 밀집되게 설치된 것을 특징으로 하는 디개싱장치.
  7. 제 2 항에 있어서,
    상기 냉각장치는 냉각 전 전해액의 점도가 'X' 일 때, 냉각 후 전해액의 점도가 '1.5X' 이상이 될 때까지 전해액을 냉각시키는 것을 특징으로 하는 디개싱장치.
  8. 제 5 항에 있어서,
    상기 냉각 전 전해액의 온도는 20 도 내지 30 도이고, 상기 냉각장치에 의해 냉각 후 전해액의 온도는 0 도 내지 15 도 인 것을 특징으로 하는 디개싱장치.
  9. 제 5 항에 있어서,
    상기 가스흡입기는 전해액의 온도가 미리정해진 기준 이상으로 냉각된 후에, 가스를 흡기하는 것을 특징으로 하는 디개싱장치.
  10. 전극조립체가 탑재되고 전해액이 주입되는 본체부 및 상기 본체부에서 일측으로 연장된 가스포켓부를 갖는 파우치의 디개싱방법에 있어서,
    하측금형 위에 본체부를 안착시키는 파우치안착단계(S10);
    상측금형이 하강하여 상기 하측금형 위에 놓인 본체부를 가압하는 가압단계(S30); 및
    가스흡입기가 가스포켓부로 침투하여 가스를 흡기하는 흡기단계(S40);를 포함하고,
    상기 흡기단계(S40)가 시작되기 전에 상기 본체부를 냉각시키는 냉각단계(S20)가 이뤄지는 것을 특징으로 하는 디개싱방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 냉각단계(S20)는 파우치안착단계(S10)이 후, 가압단계(S30) 이전에 시작되는 것을 특징으로 하는 디개싱방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 냉각단계(S20)와 가압단계(S30)가 이뤄지는 동안에 흡기단계(S40)가 시작되는 것을 특징으로 하는 디개싱방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 전해액이 미리정해진 온도 이하로 냉각된 후에 흡기단계(S40)가 시작되는 것을 특징으로 하는 디개싱방법.
  14. 제 11 항에 있어서,
    상기 냉각단계(S20)에서는 본체부와 가스포켓부의 연결지점을 다른 지점 보다 더 신속하게 냉각하는 것을 특징으로 하는 디개싱방법.
  15. 제 11 항에 있어서,
    상기 냉각단계(S20)에서 상기 전해액은 물성 변화가 발생하지 않는 온도 범위 내로 냉각이 이뤄지는 것을 특징으로 하는 디개싱방법.
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