KR20130040948A

KR20130040948A - 전해액 공급 장치

Info

Publication number: KR20130040948A
Application number: KR20127034053A
Authority: KR
Inventors: 마코토 야마다; 마사히코 스기야마; 구니요시 와카마츠; 아키노리 미우라
Original assignee: 닛산 지도우샤 가부시키가이샤
Priority date: 2010-06-02
Filing date: 2011-05-19
Publication date: 2013-04-24
Also published as: KR101433502B1; CN102918682B; EP2579361A4; EP2579361A1; JP5482895B2; JPWO2011152221A1; US20130068327A1; WO2011152221A1; CN102918682A

Abstract

본 발명은 전해액 공급 장치이며, 전해액을 저장하는 탱크와, 탱크의 전해액이 공급되는 피공급부와, 탱크와 피공급부를 접속하는 배관과, 탱크의 내부 압력을 높임으로써 탱크의 전해액이 배관을 통해 피공급부에 공급되도록, 탱크의 내부에 불활성 가스를 압송하는 가스 압송부와, 배관에 설치되고, 그 배관을 흐르는 유체의 질량 유량을 검출하는 질량 유량계를 구비하는 것을 특징으로 한다.

Description

전해액 공급 장치{DEVICE FOR SUPPLYING ELECTROLYTE SOLUTION}

본 발명은 전해액 공급 장치에 관한 것이다.

JPH8-236144A에는, 종래의 전해액 공급 장치로서, 메인 탱크에 저장한 전해액을, 서브 탱크를 경유시켜 연축전지의 전조에 공급하는 것이 기재되어 있다. 이 종래의 전해액 공급 장치에서는, 서브 탱크의 내부에 액면 센서를 설치하고, 서브 탱크 내의 전해액의 잔량을 액면 센서에 의해 검출하고 있었다.

전해액을 저장하는 탱크 내의 바닥에는, 전해액 중의 고체 불순물이 침전되어 있을 가능성이 있다. 그로 인해, 불순물을 포함한 전해액을 공급하지 않도록, 탱크 내의 전해액의 잔량이 소정량보다 적어지면 낡은 탱크를 새로운 탱크로 교환하여 전해액의 보충을 행하는 것이 바람직하고, 거기에는 탱크 내의 전해액의 잔량을 검출할 필요가 있다.

그러나 종래와 같이 액면 센서에 의해 탱크 내의 전해액의 잔량을 검출하려고 하면, 탱크 교환 시에 낡은 탱크에 장착되어 있었던 액면 센서를 새로운 탱크에 장착하는 작업이 필요해진다. 그와 같이 하면, 이 교환 작업 시에 탱크 내의 전해액이 공기와 접해 버려, 공기 중의 수분이나 쓰레기 등의 불순물이 전해액에 혼입되어, 전지의 성능을 악화시킨다고 하는 문제점이 있다.

본 발명은 이러한 문제점에 착안하여 이루어진 것이며, 탱크 교환 시에 공기 중의 수분이나 쓰레기 등의 불순물이 전해액에 혼입되는 것을 억제하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명은, 전해액 공급 장치가, 전해액을 저장하는 탱크와, 탱크의 전해액이 공급되는 피공급부와, 탱크와 피공급부를 접속하는 배관과, 탱크의 내부 압력을 높임으로써 탱크의 전해액이 배관을 통해 피공급부에 공급되도록, 탱크의 내부에 불활성 가스를 압송하는 가스 압송부와, 배관에 설치되고, 그 배관을 흐르는 유체의 질량 유량을 검출하는 질량 유량계를 구비하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 실시 형태, 본 발명의 이점에 대해서는, 첨부된 도면을 참조하면서 이하에 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 의한 전해액 공급 장치의 개략 구성도이다.

이하, 도면 등을 참조하여 본 발명의 일 실시 형태에 대해 설명한다.

도 1은 리튬 이온 2차 전지의 전조에 전해액을 공급하는 본 발명의 일 실시 형태에 의한 전해액 공급 장치(1)의 개략 구성도이다. 리튬 이온 2차 전지의 전조로서는, 예를 들어 라미네이트 필름 패키지 등을 들 수 있다.

전해액 공급 장치(1)는, 메인 탱크(2)와, 고압 가스 탱크(3)와, 서브 탱크(4)와, 전해액 주입기(5)와, 메인 탱크(2)와 고압 가스 탱크(3)를 접속하는 가스 공급 배관(6)과, 메인 탱크(2)와 서브 탱크(4)를 접속하는 전해액 압송 배관(7)과, 질량 유량계(8)와, 진공 챔버(9)와, 컨트롤러(10)를 구비한다.

메인 탱크(2)는 제거 가능한 상부 덮개(21)를 구비하고, 리튬 이온 2차 전지의 전조에 공급하는 전해액을 저장한다. 메인 탱크(2)의 저벽(22)은, 전해액에 혼입된 쓰레기나 티끌, 먼지 등의 오염물이 저벽(22)의 중앙에 한데 모여 침전하도록, 원추 형상으로 되어 있다.

전해액은, 수분을 포함하지 않는 휘발성이 있는 가연성의 유기 용매에 리튬염을 용해시킨 것이다. 전해액에 불순물로서의 수분이 혼입되면, 그 수분이 리튬 이온 2차 전지의 집전체 금속과 반응을 일으키거나 하여 리튬 이온 2차 전지의 열화를 앞당길 우려가 있다. 그로 인해, 메인 탱크(2)에는, 메인 탱크(2)에 수분을 포함하는 공기(산소)가 혼입되지 않도록, 수분을 포함하기 어려운 불활성 가스가 미리 충전되어 있다. 본 실시 형태에서는 불활성 가스로서 질소를 사용하고 있다.

고압 가스 탱크(3)는, 가스 공급 배관(6)을 통해 메인 탱크(2)의 내부에 공급하기 위한 고압의 질소 가스를 저장한다. 메인 탱크(2)와의 차압을 이용하여 메인 탱크(2)의 내부에 질소 가스가 공급됨으로써 메인 탱크(2)의 내부 압력이 높아져, 메인 탱크(2)에 저장된 전해액이 전해액 압송 배관(7)을 통해 서브 탱크(4)에 압송된다.

서브 탱크(4) 및 전해액 주입기(5)는, 내부가 진공으로 유지된 챔버(9)의 내부에 설치된다. 챔버(9)에는, 챔버(9) 내를 감압하여 내부를 진공으로 유지하기 위한 진공 펌프(91)가 접속된다.

서브 탱크(4)는, 전해액 압송 배관(7)을 통해 압송되어 온 전해액을, 전해액 주입기(5)에 공급하기 위해 일시적으로 저장한다. 서브 탱크(4)에 의해 일시적으로 전해액을 저장함으로써, 질소 등의 기체가 압송되어 온 경우라도, 기체는 서브 탱크(4)의 상방으로, 전해액은 서브 탱크(4)의 하방을 향하므로, 기체와 전해액을 분리할 수 있다.

또한, 서브 탱크(4)를 내부가 진공으로 유지된 챔버(9)의 내부에 설치함으로써, 서브 탱크(4)에 일시적으로 저장된 전해액 중의 질소 등의 기체를, 기압이 낮은 챔버(9) 내에 적극적으로 배출시킬 수 있다. 그로 인해, 서브 탱크(4)에 일시적으로 저장된 전해액 중의 질소 등의 기체를, 보다 효과적으로 전해액으로부터 분리할 수 있다.

전해액 주입기(5)는, 서브 탱크(4)로부터 공급된 전해액을, 지그에 고정된 리튬 이온 2차 전지의 전조에 주입한다.

그런데 메인 탱크(2)에 저장된 전해액의 양이 적어지면, 그 메인 탱크(2)에 전해액을 보충하거나, 또는, 그 메인 탱크(2)를 전해액이 가득 채워진 다른 메인 탱크(2)로 교환할 필요가 있다.

그러나 메인 탱크(2)의 상부 덮개(21)를 제거하여 메인 탱크(2)에 전해액을 보충하는 방법에서는, 보충 중에 전해액이 공기와 접해 버려, 공기 중의 수분이나 오염물이 불순물로서 혼입될 우려가 있다. 전해액에 수분이 혼입되면, 전술한 바와 같이 리튬 이온 2차 전지의 열화를 앞당길 우려가 있고, 오염물이 혼입되면, 오염물이 혼입된 부분이 부풀어 보이거나 하여 외관 불량으로 될 우려가 있다. 그로 인해, 잔량이 적어지면 메인 탱크(2)를 미리 전해액을 가득 채운 다른 메인 탱크(2)로 교환하는 방법 쪽이 바람직하다.

메인 탱크(2)를 교환할 때에는, 메인 탱크(2)의 전해액을 가능한 한 완전히 다 쓴 후에 교환하는 것이 좋다. 그러나 메인 탱크(2)의 저벽(22)의 근방에는, 전해액에 혼입된 오염물이 침전하고 있을 우려가 있다. 그로 인해, 오염물이 혼입된 전해액을 압송하지 않도록, 잔량이 소정량을 밑돌면 교환하는 것이 바람직하고, 그를 위해서는 메인 탱크(2)의 전해액의 잔량을 검출할 필요가 있다.

여기서, 예를 들어 메인 탱크(2)의 내부에 액면 센서를 설치하여 전해액의 잔량을 검출하려고 하면, 메인 탱크(2)를 교환할 때에, 낡은 메인 탱크(2)로부터 액면 센서를 제거하고, 제거한 액면 센서를 새로운 메인 탱크(2)에 장착할 필요가 있다. 그와 같이 하면, 결국 액면 센서의 장착 시에 전해액이 공기와 접해 버려, 공기 중의 수분이나 오염물이 불순물로서 혼입될 우려가 있다.

따라서 본 실시 형태에서는, 전해액 압송 배관(7)에 질량 유량계(8)를 설치함으로써, 메인 탱크(2)의 전해액의 잔량을 검출하는 것으로 한 것이다.

전해액 압송 배관(7)의 일단부에 형성되는 전해액 흡입부(71)는, 메인 탱크(2)의 내부에 배치되는 동시에, 메인 탱크(2)의 저벽(22)에 침전된 오염물과 함께 전해액을 압송하지 않도록, 저벽(22)보다도 약간 상방으로 배치된다.

질량 유량계(8)는, 전해액 압송 배관(7)에 설치되고, 전해액 압송 배관(7)을 흐르는 단위 시간당 유체의 질량(이하 「질량 유량」이라 함.)[㎏/s]을 검출한다. 메인 탱크(2)의 전해액의 잔량이 줄어들어 액면이 전해액 압송 배관(7)의 전해액 흡입부(71)보다도 낮아지면, 전해액 압송 배관(7)에 질소가 압송되게 되므로, 질량 유량계(8)의 검출값이 작아진다. 따라서, 질량 유량계(8)의 검출값에 기초하여, 전해액의 잔량이 소정량보다 적어졌는지 여부를 판단할 수 있다. 또한, 본 실시 형태에서는 질량 유량계(8)로서 코리올리식의 질량 유량계(8)를 사용하고 있다.

질량 유량계(8)의 전후의 전해액 압송 배관(7)에는 제어 밸브(72)가 설치된다. 제어 밸브(72)는, 질량 유량계(8)의 검출값에 기초하여 개폐된다. 구체적으로는, 질량 유량계(8)의 검출값에 기초하여 전해액 압송 배관(7)에 질소가 흐르고 있다고 판단되었을 때, 즉, 질량 유량계(8)의 검출값이 소정값보다도 작아졌을 때에, 양 제어 밸브(72)가 폐쇄된다. 이에 의해, 서브 탱크(4)에 질소 등의 기체가 압송되는 것을 억제할 수 있다.

컨트롤러(10)는, 중앙 연산 장치(CPU), 판독 전용 메모리(ROM), 랜덤 액세스 메모리(RAM) 및 입출력 인터페이스(I/O 인터페이스)를 구비한 마이크로 컴퓨터로 구성된다. 컨트롤러(10)에는, 질량 유량계(8)에서 검출한 질량 유량이 입력된다. 컨트롤러(10)는, 입력된 질량 유량에 기초하여 제어 밸브(72)를 개폐한다. 구체적으로는, 전술한 바와 같이, 질량 유량계(8)의 검출값이 소정값보다도 작아졌을 때에 제어 밸브(72)를 폐쇄한다.

이상 설명한 본 실시 형태에 따르면, 메인 탱크(2)에 질소 등의 불활성 가스를 공급함으로써, 메인 탱크(2)의 전해액을 서브 탱크(4) 등의 피공급부에 압송하는 동시에, 메인 탱크(2)의 전해액의 잔량을 전해액 압송 배관(7)에 설치한 질량 유량계(8)에 의해 검출하는 것으로 하였다.

이에 의해, 전해액 압송 배관(7)을 흐르는 유체가 전해액으로부터 질소 가스로 변한 것을 질량 유량계(8)에 의해 검출할 수 있다. 메인 탱크 내의 전해액의 액면이 전해액 흡입부(71)보다도 낮아지면, 전해액 압송 배관(7)에는 질소 가스가 흐른다. 그로 인해, 전해액 압송 배관(7)에 질소 가스가 흐르면 탱크 내의 전해액의 액면이 전해액 흡입부(71)의 위치보다도 낮아졌다고 판단할 수 있고, 탱크 내의 전해액의 잔량이 소정량 이하로 되었다고 판단할 수 있다.

그로 인해, 메인 탱크(2)를 교환할 때에, 단순하게 낡은 메인 탱크(2)를 새로운 메인 탱크(2)로 교환하는 것만으로, 메인 탱크(2) 내의 전해액의 잔량을 검출할 수 있다. 따라서, 액면 센서에 의해 메인 탱크(2) 내의 전해액의 잔량을 검출하는 것과 달리, 액면 센서의 장착 작업이 불필요해지므로, 전해액이 공기와 접하는 일도 없다. 따라서, 메인 탱크(2) 내의 전해액에 공기 중의 수분이나 오염물이 혼입되는 것을 억제할 수 있으므로, 리튬 이온 전지의 열화(출력 저하나 용량 저하)나 외관 불량을 억제할 수 있다.

또한, 메인 탱크(2)의 전해액을 서브 탱크(4) 등의 피공급부에 일시적으로 저장함으로써, 질소 등의 기체가 압송되어 온 경우라도, 기체는 서브 탱크(4)의 상방으로, 전해액은 서브 탱크(4)의 하방을 향하므로, 기체와 전해액을 분리할 수 있다.

또한, 서브 탱크(4)를 내부가 진공으로 유지된 챔버(9)의 내부에 설치함으로써, 전해액 중의 기체를 기압이 낮은 챔버(9) 내로 적극적으로 배출할 수 있으므로, 보다 효과적으로 전해액으로부터 기체를 분리할 수 있다.

또한, 질량 유량계(8)의 검출값이, 전해액 압송 배관(7)에 질소가 흐르고 있다고 판단할 수 있는 소정값보다도 작아졌을 때에는, 질량 유량계(8)의 전후의 전해액 압송 배관(7)에 설치된 제어 밸브(72)를 폐쇄하는 것으로 하였다. 이에 의해, 서브 탱크(4)에 질소 등의 기체가 압송되는 것을 억제할 수 있다.

또한, 질량 유량계(8)로서 코리올리식의 질량 유량계(8)를 사용하였다. 질량 유량계(8)로서는, 열선식의 질량 유량계(8)를 사용하는 것도 가능하지만, 이하의 이유에 의해 코리올리식의 질량 유량계를 사용한 쪽이 보다 바람직하다.

즉, 열선식의 경우에는, 전해액 압송 배관(7)의 내부에 금속제의 열전대를 삽입함으로써 질량 유량을 검출하므로, 산성의 전해액에 의해 열전대가 부식되어, 질량 유량의 측정을 할 수 없게 될 가능성이 있기 때문이다. 또한, 체적 유량계에서는, 액체인 전해액이 통과해도, 기체인 질소가 통과해도 체적 유량에 변화는 없으므로, 본 실시 형태의 효과는 얻어지지 않는다.

또한, 메인 탱크(2)의 저벽(22)을 원추 형상으로 하였다. 이에 의해, 전해액에 혼입된 쓰레기나 티끌, 먼지 등의 오염물을 저벽(22)의 중앙에 한데 모아 침전시킬 수 있다.

또한, 전해액 압송 배관(7)의 전해액 흡입부(71)를, 메인 탱크(2)의 저벽(22)에 침전된 오염물과 함께 전해액을 압송하지 않도록, 메인 탱크(2)의 저벽(22)보다도 약간 상방에 배치하였다. 이에 의해, 서브 탱크(4) 등의 피공급부에 압송되는 전해액에 오염물이 혼입되는 것을 억제할 수 있으므로, 리튬 이온 전지의 외관 불량을 한층 더 억제할 수 있다.

이상, 본 발명을 특정한 실시 형태를 통해 설명해 왔지만, 본 발명은 상기 실시 형태에 한정되는 것은 아니다. 당업자에 있어서는, 본 발명의 기술적 범위에서 상기 실시 형태에 여러 가지 수정 혹은 변경을 가하는 것이 가능하다.

예를 들어, 상기 실시 형태에서는 고압 가스 탱크(3)와 메인 탱크(2)의 차압을 이용하여 고압의 질소 가스를 메인 탱크(2)에 압송하고 있었지만, 펌프 등을 사용하여 압송해도 된다.

또한, 상기 실시 형태에서는, 메인 탱크(2)의 저벽(22)을 원추 형상으로 하였지만, 메인 탱크(2)의 저벽(22)의 형상은 이것에 한정되는 것은 아니고, 전해액에 혼입된 쓰레기나 티클, 먼지 등의 오염물이 메인 탱크(2)의 바닥에 한데 모여 침전하도록, 소정의 각도로 경사져 있으면 된다.

이상의 설명에 관해 2010년 6월 2일을 출원일로 하는 일본에 있어서의 일본 특허 출원 제2010-126783호의 내용을 여기에 인용에 의해 포함한다.

Claims

전해액을 저장하는 탱크(2)와,
상기 탱크(2)의 전해액이 공급되는 피공급부(4)와,
상기 탱크(2)와 상기 피공급부(4)를 접속하는 배관(7)과,
상기 탱크(2)의 내부 압력을 높임으로써 상기 탱크(2)의 전해액이 상기 배관(7)을 통해 상기 피공급부(4)에 공급되도록, 상기 탱크(2)의 내부에 불활성 가스를 압송하는 가스 압송부(3)와,
상기 배관(7)에 설치되고, 그 배관(7)을 흐르는 유체의 질량 유량을 검출하는 질량 유량계(8)를 구비하는, 전해액 공급 장치.
제1항에 있어서, 상기 피공급부(4)는, 감압된 용기(9)의 내부에 설치되는, 전해액 공급 장치.
제1항에 있어서, 상기 배관(7)에 설치되고, 상기 질량 유량계(8)의 검출값이, 그 배관(7)에 불활성 가스가 흐르고 있다고 판단할 수 있는 소정값보다도 작아졌을 때에 폐쇄되는 제어 밸브(72)를 구비하는, 전해액 공급 장치.
제1항에 있어서, 상기 질량 유량계(8)는, 코리올리식의 질량 유량계인, 전해액 공급 장치.
제1항에 있어서, 상기 탱크(2)는, 그 탱크(2)의 바닥에 전해액 중의 고체 불순물이 한데 모여 침전하도록, 소정의 각도로 경사지는 저벽(22)을 구비하고,
상기 배관(7)의 일단부(71)는, 상기 고체 불순물을 상기 피공급부(4)에 공급하지 않도록, 상기 저벽(22)보다도 상방의 상기 탱크(2) 내에 배치되는, 전해액 공급 장치.