KR20180081916A - Electrolyte Injection Method Using Vacuum - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 진공을 이용한 전해액 주액 방법에 대한 것이다.The present invention relates to an electrolyte solution pouring method using a vacuum.
모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서의 전지의 수요가 급격히 증가하고 있고, 그에 따라 다양한 요구에 부응할 수 있는 전지에 대한 많은 연구가 행해지고 있다.As technology development and demand for mobile devices are increasing, the demand for batteries as energy sources is rapidly increasing, and accordingly, a lot of researches on batteries capable of meeting various demands have been conducted.
대표적으로 전지의 형상 면에서는 얇은 두께로 휴대폰 등과 같은 제품들에 적용될 수 있는 각형 이차전지와 파우치형 이차전지에 대한 수요가 높고, 재료 면에서는 높은 에너지 밀도, 방전 전압, 출력 안정성 등의 장점을 가진 리튬이온 전지, 리튬이온 폴리머 전지 등과 같은 리튬 이차전지에 대한 수요가 높다.Typically, in terms of the shape of a battery, there is a high demand for a prismatic secondary battery and a pouch-type secondary battery which can be applied to products such as mobile phones with a small thickness, and has advantages such as high energy density, discharge voltage, There is a high demand for lithium secondary batteries such as lithium ion batteries and lithium ion polymer batteries.
상기 리튬 이차전지는 양극 및 음극, 및 상기 양극과 음극 사이에 개재되는 분리막으로 구성되는 전극조립체를 전지 케이스 내부에 수납한 상태에서 전해액을 주입한 후 밀봉하여 제조되고 있다.The lithium secondary battery is manufactured by injecting an electrolyte solution and sealing the electrode assembly in which the electrode assembly is composed of a positive electrode and a negative electrode, and a separator interposed between the positive electrode and the negative electrode.
상기 전해액은 이온의 이동 경로를 제공하며 전지의 성능에 영향을 미칠 수 있는 바, 전지의 충방전이 반복됨에 따라 전해액의 고갈 또는 그 분포의 변화 등으로 인해 전지의 수명 열화 등의 원인이 될 수 있다.The electrolytic solution provides an ion movement path and may affect the performance of the battery. As the charge and discharge of the battery repeatedly occurs, it may cause deterioration of the service life of the battery due to depletion of the electrolytic solution, have.
이와 같이, 전해액의 주액은 전지의 수명 특성의 결정에 중요한 요소이며, 전지의 생산 과정에서 되도록이면 빠른 시간 내에 전해액을 주입하는 것이 요구되고 있다.As described above, the electrolyte solution is an important factor in determining the life characteristic of the battery, and it is required to inject the electrolyte solution as soon as possible during the production of the battery.
종래, 통상적으로 사용되는 전해액 주액 방법으로는, 상압 주입법, 원심 주입법이 있다.Conventionally, as a commonly used electrolytic solution injection method, there are a normal pressure injection method and a centrifugal injection method.
상압 주입법은, 상압의 조건하에서 전극조립체가 수납된 전지 캔에 알칼리 전해액을 서서히 주입함으로써 이루어지나, 전해액의 농도가 높을수록 전도성은 증가하지만 유동성이 감소하여 극판 내부로 전해액이 스며드는 속도가 느리기 때문에 전해액의 총 주입 시간이 길어져 생산성이 낮은 문제가 있다.The atmospheric pressure injection method is performed by gradually injecting an alkaline electrolyte into the battery can containing the electrode assembly under atmospheric pressure. However, as the concentration of the electrolyte increases, the conductivity increases, but the fluidity decreases and the rate at which the electrolyte penetrates into the electrode plate is slow. There is a problem in that productivity is low.
또한, 원심 주입법은 원심 주입기를 이용하여 전해액을 주입하나, 그 설비 구성이 복잡하고 고비용이 드는 문제가 있으며, 전해액의 주입량이 낮기 때문에 전지의 성능을 저하시키는 단점이 있다.In addition, the centrifugal injection method is disadvantageous in that the performance of the battery is deteriorated because the electrolyte solution is injected using a centrifugal injector, but its configuration is complex and expensive, and the amount of electrolyte injected is low.
따라서, 전해액의 주입 시간을 단축시키면서, 전해액의 주액량을 증가시킬 수 있는 새로운 전해액 주액 방법에 대한 필요성이 높은 실정이다.Therefore, there is a high need for a new electrolytic solution injection method capable of increasing the main liquid amount of the electrolytic solution while shortening the injection time of the electrolytic solution.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to solve the above-mentioned problems of the prior art and the technical problems required from the past.
본 출원의 발명자들은 심도 있는 연구와 다양한 실험을 거듭한 끝에, 이후 설명하는 바와 같이, 각형 금속 캔 내부에 전극조립체가 수납된 전지셀에 대해, 전지셀의 전해액 주입구가 챔버 내의 전해액에 잠기도록 위치시킨 후, 챔버의 분위기를 감압하는 과정 및 가압하는 과정을 반복적으로 수행하며 전해액을 주액하는 경우, 전해액 주액 과정에서 가스가 전지셀 내부로 유입되는 것을 억제할 수 있으므로, 전지셀의 스웰링(swelling)을 방지할 수 있음을 발견하고 본 발명을 완성하기에 이르렀다.The inventors of the present application have conducted intensive research and various experiments, and have found that, as will be described later, with respect to a battery cell in which an electrode assembly is housed in a square metal can, an electrolyte injection port of the battery cell is positioned The chamber is depressurized and pressurized repeatedly. When the electrolyte is injected, the gas can be prevented from flowing into the battery cell during the electrolyte pouring process, so that the swelling of the battery cell ) Can be prevented, and the present invention has been accomplished.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전해액 주액 방법은,According to an aspect of the present invention, there is provided an electrolyte solution pouring method,
내부에 전극조립체가 내장되어 있고 내부와 연통되는 전해액 주입구가 천공되어 있는 전지셀에 전해액을 주액하는 방법으로서,A method for injecting an electrolyte solution into a battery cell having an electrode assembly therein and an electrolyte injection port communicating with the electrolyte cell,
(a) 전지셀의 전해액 주액구가 전해액에 잠기도록, 전해액이 채워져 있는 챔버 내에 전지셀을 위치시키는 과정;(a) positioning a battery cell in a chamber filled with an electrolyte so that the electrolyte main liquid of the battery cell is immersed in the electrolyte;
(b) 전지셀 내부의 가스를 제거하기 위하여 챔버의 분위기를 진공으로 설정하는 과정;(b) setting the atmosphere of the chamber to a vacuum to remove gas inside the battery cell;
(c) 전해액이 전지셀 내부로 이동하도록 챔버의 분위기를 가압하는 과정; 및(c) pressurizing the atmosphere of the chamber so that the electrolyte moves into the battery cell; And
(d) 전극조립체에 대한 전해액의 함침율을 증가시키기 위하여, 상기 과정(b)와 과정(c)를 반복하는 과정;(d) repeating steps (b) and (c) to increase the impregnation rate of the electrolyte solution to the electrode assembly;
을 포함할 수 있다.. ≪ / RTI >
파우치형 리튬 이차전지의 경우, 실링부의 일부를 미실링한 상태로 남겨둔 상태에서, 상기 미실링부를 통해 전해액을 주액하고 미실링부를 실링하여 밀봉하는 방식으로 전해액이 주액된다. 따라서, 상대적으로 전해액의 주액 과정이 간소한 측면이 있다.In the case of a pouch type lithium secondary battery, an electrolyte is injected in such a manner that an electrolyte is injected through the unshielded portion and the unshielded portion is sealed and sealed while a part of the sealed portion is left unsealed. Therefore, there is a relatively simple aspect of the liquid injection process of the electrolyte.
반면에, 각형 리튬 이차전지의 경우, 전해액 주입구에 주입 노즐을 부착하고, 전해액 주입 장치의 배기 수단을 통해 캔 내부를 진공으로 만든 후 소정량의 전해액을 주입 노즐을 통해 공급하면, 캔 내부의 기압과 대기압의 압력차에 의해 전해액이 캔 내부로 주입되는 방법을 사용하는 바, 전해액의 주입 속도가 느리고, 전해액의 주액 과정에서 불필요한 기체가 함께 주입됨에 따라 전지의 활성화 과정에서 전지셀의 스웰링 현상 등이 발생하는 문제가 있다.On the other hand, in the case of a prismatic lithium secondary battery, when an injection nozzle is attached to an electrolyte injection port, and a predetermined amount of electrolyte is supplied through an injection nozzle after vacuuming the inside of the can via an exhausting means of the electrolyte injection device, The electrolyte is injected into the can by the pressure difference between the atmospheric pressure and the atmospheric pressure. In this case, since the injection rate of the electrolyte is slow and the unnecessary gas is injected together with the electrolyte solution, the swelling phenomenon And the like.
그러나, 본원의 전해액 주액 방법과 같이, 전해액 주액구에 별도의 노즐을 부착하지 않고, 주액구를 직접 전해액에 잠기도록 위치시킨 상태에서 챔버의 분위기를 감압 및 가압하는 과정을 통해 전해액을 주액하는 경우, 불필요한 기체가 전지셀 내부로 들어가는 것을 방지할 수 있으며, 전해액의 주액량도 증가될 수 있는 장점이 있는 바, 상기와 같은 종래의 문제점을 해결할 수 있다.However, when an electrolyte is injected through a process of depressurizing and pressurizing the atmosphere of the chamber in a state where the main liquid is directly immersed in the electrolyte solution without attaching a separate nozzle to the electrolyte main liquid, as in the electrolyte injection method of the present invention , It is possible to prevent an unnecessary gas from entering into the battery cell and also to increase the main liquid amount of the electrolyte solution. Thus, the conventional problems as described above can be solved.
상기 전지셀은, 전극조립체가 내장되어 있고 상단이 개방되어 있는 각형의 금속 캔, 및 상기 금속 캔의 개방 상단에 장착되고 전해액 주입구가 천공되어 있는 탑 캡을 포함하는 구조일 수 있는 바, 상기 탑 캡에 형성된 전해액 주입구가 챔버에 채워진 전해액에 담기도록 전지셀을 위치시킨 상태에서 전해액의 주입이 이루어질 수 있다.The battery cell may be a structure including a square metal can having an electrode assembly and an open top, and a top cap mounted on an open upper end of the metal can and pierced with an electrolyte injection hole, The electrolyte can be injected while the battery cell is positioned so that the electrolyte injection hole formed in the cap is contained in the electrolyte filled in the chamber.
하나의 구체적인 예에서, 상기 과정(b) 및 과정(c)는 전지셀의 전해액 주액구가 전해액에 잠긴 상태에서 수행될 수 있는 바, 전해액 주액구는 전해액의 이동통로의 역할만 할 뿐이므로, 전지셀의 활성화 과정에 영향을 주는 불필요한 가스가 주액되는 전해액과 함께 전지셀 내부로 이동하는 것을 방지할 수 있다.In one specific example, the process (b) and process (c) can be performed in a state where the main electrolyte liquid of the battery cell is immersed in the electrolyte. Since the main electrolyte liquid serves only as a passage for the electrolyte, Unnecessary gas affecting the activation process of the battery cell can be prevented from moving into the battery cell together with the electrolyte solution injected.
전지셀 내부에 전해액을 주액하기 위하여, 전지셀 내부의 가스를 제거하는 과정이 선행되어야 하는 바, 상기 챔버 내부가 진공 상태가 되거나, 대기압보다 낮은 기압 조건에 도달하는 경우, 전지셀 내부의 가스가 전지셀 외부로 배출될 수 있다. 따라서, 상기 과정(b)는 챔버의 분위기를 진공으로 설정한 상태가 적어도 1분 이상 유지될 수 있으며, 상세하게는, 상기 과정(b)에서 진공 상태가 1분 내지 10분 동안 유지될 수 있고, 더욱 상세하게는 2분 내지 10분 동안 유지될 수 있다.In order to inject the electrolyte solution into the battery cell, a process of removing gas inside the battery cell must be performed. When the inside of the chamber is evacuated or reaches atmospheric pressure lower than atmospheric pressure, And can be discharged outside the battery cell. Therefore, in the step (b), the state in which the atmosphere of the chamber is set to vacuum can be maintained for at least one minute. More specifically, in the step (b), the vacuum state can be maintained for 1 minute to 10 minutes , More particularly from 2 minutes to 10 minutes.
상기 진공 상태의 유지가 10분 보다 더 오래 지속되는 경우에는, 전체적인 전해액 주액 과정이 길어지는 문제가 있고, 1분 미만으로 지속되는 경우에는, 전지셀 내부의 가스가 모두 빠져나오는데 필요한 시간이 부족할 수 있으므로 바람직하지 않다.If the maintenance of the vacuum state lasts longer than 10 minutes, there is a problem that the entire electrolyte pouring process becomes longer. If the maintenance of the vacuum state is less than 1 minute, the time required for exhausting all the gas inside the battery cell may be insufficient Therefore, it is not preferable.
한편, 상기 과정(c)는, 전지셀 내부로 전해액을 이동시키기 위한 과정으로서, 전지셀 내부로 이동한 전해액은 전지케이스 내부에 수납된 전극조립체를 함침시킬 수 있을 정도로 주액되는 것이 바람직한 바, 상기 과정(c)에서의 최대 압력 상태는 일정한 시간 동안 유지될 수 있다. 예를 들어, 상기 과정(c)에서 최대 압력 상태가 적어도 1분 이상 유지될 수 있으며, 상세하게는, 상기 과정(c)에서 최대 압력 상태가 1분 내지 10분 동안 유지될 수 있다.Meanwhile, in the step (c), as the process for moving the electrolyte solution into the battery cell, it is preferable that the electrolyte solution moved into the battery cell is poured enough to impregnate the electrode assembly housed in the battery case. The maximum pressure state in the process (c) can be maintained for a certain time. For example, in step (c), the maximum pressure state may be maintained for at least one minute, and in detail, in step (c), the maximum pressure state may be maintained for 1 minute to 10 minutes.
상기 최대 압력 상태의 유지가 10분 보다 더 오래 지속되는 경우에는, 전체적인 전해액 주액 과정이 길어지는 문제가 있고, 1분 미만으로 지속되는 경우에는, 전극조립체가 전해액에 충분히 함침되는 데 필요한 시간이 부족할 수 있으므로 바람직하지 않다.If the maintenance of the maximum pressure state lasts longer than 10 minutes, there is a problem that the whole electrolyte pouring process becomes longer, and if it lasts less than 1 minute, the time required for the electrode assembly to sufficiently impregnate the electrolyte solution is insufficient It is not preferable.
다만, 상기 과정(b)에서 감압의 정도 및 시간은 주액에 필요한 전해액의 양에 의해 조절될 수 있다. 구체적으로, 주액에 필요한 전해액의 양이 증가할수록 감압의 정도 및 감압 시간이 길어질 수 있고, 이와 달리, 주액에 필요한 전해액의 양이 감소할수록 감압의 정도 및 감압 시간이 짧아질 수 있다. However, the degree and time of the depressurization in the step (b) can be controlled by the amount of the electrolytic solution required for the liquid injection. Specifically, the degree of decompression and the decompression time may become longer as the amount of the electrolytic solution required for the main liquid increases. Alternatively, as the amount of electrolyte required for the main liquid decreases, the degree of decompression and the decompression time may become shorter.
하나의 구체적인 예에서, 상기 과정(b)와 과정(c)가 반복될수록 전극조립체에 대한 전해액의 함침율이 증가될 수 있는 바, 예를 들어, 상기 과정(d)에서, 과정(b) 및 과정(c)의 반복은 3회 내지 10회의 범위로 이루어질 수 있으며, 상세하게는 5회 내지 10회의 범위로 반복될 수 있다.For example, in the process (b) and the process (c), the impregnation rate of the electrolyte solution to the electrode assembly may be increased. For example, in the process (d) The repetition of the process (c) may be performed in a range of 3 to 10 times, and in detail, it may be repeated in a range of 5 to 10 times.
한편, 상기 과정(c)는, 상기 과정(b)를 통해 가스가 빠져나간 전지셀 내부로 전해액을 이동시키기 위한 과정으로서, 챔버 내부의 압력을 증가시키는 경우 가스가 배출된 전지셀 내부 공간으로 전해액이 이동하는 바, 전해액 주액구가 전해액에 잠긴 상태에서 주액이 이루어지기 때문에 전해액만 전지셀로 유입될 뿐, 전지셀의 활성화에 불필요한 가스가 전지셀로 이동하는 것을 방지할 수 있다.The process (c) is a process for moving the electrolyte into the battery cell through which the gas has escaped through the process (b). When the pressure inside the chamber is increased, It is possible to prevent the gas, which is unnecessary for the activation of the battery cell, from being transferred to the battery cell, since only the electrolyte solution flows into the battery cell because the liquid is made in a state in which the electrolyte main liquid is immersed in the electrolyte solution.
따라서, 상기 과정(c)는 챔버의 분위기를 대기압보다 상대적으로 높은 기압으로 변환시켜 가압할 수 있다. Therefore, in the process (c), the atmosphere of the chamber can be pressurized by converting the atmospheric pressure to a relatively higher pressure than the atmospheric pressure.
예를 들어, 상기 과정(c)는 챔버의 분위기를 1.5 bar 내지 5 bar로 변환시켜 가압할 수 있으며, 상세하게는 2 bar 내지 5 bar로 변환시켜 가압할 수 있다.For example, the process (c) may be performed by converting the atmosphere of the chamber to 1.5 bar to 5 bar and, more specifically, to 2 bar to 5 bar.
상기 과정(c)에서 챔버의 분위기를 5 bar 보다 높게 변환시켜 가압하는 경우에는, 가압에 필요한 시간이 증가할 수 있으므로 제조과정이 길어질 수 있으며, 2 bar 보다 작은 경우에는 전해액이 전극조립체의 중심부까지 완전히 함침시키는데 필요한 시간이 증가할 수 있으므로 바람직하지 않다.When the atmosphere of the chamber is converted to higher than 5 bar in the process (c), the time required for the pressurization may be increased, so that the manufacturing process may be prolonged. When the pressure is lower than 2 bar, It is not preferable since the time required for complete impregnation may increase.
하나의 구체적인 예에서, 본 발명에 따른 전해액 주액 방법으로 전해액이 주액된 전지셀에서, 전해액의 주액 완료 직후 전지셀을 분해하고 전극조립체의 취출 및 분리막의 분리 후 분리막의 함침면적을 측정하는 경우, 전해액 함침 속도가 빠르기 때문에, 분리막의 함침 면적은 분리막 전체 면적을 기준으로 90% 이상일 수 있다.In one specific example, in the battery cell in which the electrolyte solution is injected by the electrolyte injection method according to the present invention, when the battery cell is disassembled immediately after completion of the injection of the electrolyte solution and the electrode assembly is taken out and the impregnated area of the separation membrane is measured after separation of the separation membrane, Since the electrolyte impregnation speed is fast, the impregnation area of the separator may be 90% or more based on the total area of the separator.
본 발명은, 상기 전해액 주액 방법에 의해 제조되는 전지셀을 제공한다.The present invention provides a battery cell manufactured by the electrolyte solution injection method.
본 발명은 또한, 상기 전지셀을 단위전지로 포함하는 전지팩 및 상기 전지팩을 전원으로서 포함하고 있는 디바이스를 제공한다.The present invention also provides a battery pack including the battery cell as a unit cell and a device including the battery pack as a power source.
구체적으로, 상기 전지팩은 고온 안전성 및 긴 사이클 특성과 높은 레이트 특성 등이 요구되는 디바이스의 전원으로 사용될 수 있으며, 이러한 디바이스의 상세한 예로는 모바일 전자기기(mobile device), 웨어러블 전자기기(wearable device), 전지 기반 모터에 의해 동력을 받아 움직이는 파워 툴(power tool); 전기자동차(Electric Vehicle, EV), 하이브리드 전기자동차(Hybrid Electric Vehicle, HEV), 플러그-인 하이브리드 전기자동차(Plug-in Hybrid Electric Vehicle, PHEV) 등을 포함하는 전기차; 전기 자전거(E-bike), 전기 스쿠터(E-scooter)를 포함하는 전기 이륜차; 전기 골프 카트(electric golf cart); 전력저장용 시스템 등을 들 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.Specifically, the battery pack may be used as a power source for devices requiring high temperature safety, long cycle characteristics, and high rate characteristics. Examples of such devices include mobile electronic devices, wearable electronic devices, A power tool powered by a battery-powered motor; An electric vehicle including an electric vehicle (EV), a hybrid electric vehicle (HEV), a plug-in hybrid electric vehicle (PHEV), and the like; An electric motorcycle including an electric bike (E-bike) and an electric scooter (E-scooter); An electric golf cart; And a power storage system, but the present invention is not limited thereto.
중대형 전지모듈은 다수의 전지셀들을 포함하는 것으로 구성되어 있고, 그에 따라 전지셀 제조에 사용되는 부재들의 비용이 전지모듈 전체의 제작 비용에 큰 영향을 미치므로, 본 발명에 따른 이차전지는 이러한 중대형 전지모듈에 특히 바람직하게 적용될 수 있다. The middle- or large-sized battery module is configured to include a plurality of battery cells, and accordingly, the cost of the members used for manufacturing the battery cell greatly affects the manufacturing cost of the entire battery module. Therefore, It can be particularly preferably applied to a battery module.
이들 디바이스의 구조 및 그것의 제작 방법은 당업계에 공지되어 있으므로, 본 명세서에서는 그에 대한 자세한 설명은 생략한다.The structure of these devices and their fabrication methods are well known in the art, and a detailed description thereof will be omitted herein.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 전해액 주액 방법은, 전극조립체가 내장되어 있는 내부와 연통되는 전해액 주입구가 각형의 금속 캔 상단에 천공되어 있는 전지셀에 대해, 전해액 주입구가 전해액에 잠기도록 위치시킨 상태에서 감압 및 가압 과정을 반복적으로 수행하면서 전해액을 주액하는 경우, 전해액 주액 과정에서 가스가 전지셀 내부로 유입되는 것을 억제할 수 있으므로, 전지셀의 스웰링(swelling)을 방지할 수 있다.As described above, in the electrolyte injection method according to the present invention, in the battery cell in which the electrolyte injection hole communicating with the inside where the electrode assembly is built is perforated on the upper end of the square can, the electrolyte injection hole is positioned When the electrolyte is injected while repeatedly performing the decompression and the pressurization in a state of being operated, the gas can be prevented from flowing into the battery cell during the electrolyte pouring process, so that swelling of the battery cell can be prevented.
도 1은 각형 전지의 분해 사시도의 모식도이다;
도 2는 하나의 실시예에 따른 전해액 주액구가 전해액에 잠기도록 위치한 상태를 나타낸 모식도이다;
도 3은 하나의 실시예에 따른 전해액 주액 방법을 개략적으로 나타낸 모식도이다;
도 4는 실시예 1에 따른 전해액 주액 직후의 분리막의 함침 정도를 나타내는 사진이다;
도 5는 비교예 1에 따른 전해액 주액 직후의 분리막의 함침 정도를 나타내는 사진이다; 및
도 6은 전해액에 완전히 함침된 상태의 분리막에 대한 사진이다.1 is a schematic view of an exploded perspective view of a prismatic battery;
FIG. 2 is a schematic view showing a state in which the electrolyte solution is submerged in the electrolyte solution according to one embodiment; FIG.
3 is a schematic diagram schematically showing an electrolyte injection method according to one embodiment;
4 is a photograph showing the degree of impregnation of the separator immediately after the electrolyte solution in Example 1;
5 is a photograph showing the degree of impregnation of the separation membrane immediately after the electrolyte solution injection according to Comparative Example 1; And
6 is a photograph of a separation membrane completely impregnated with an electrolytic solution.
이하에서는, 본 발명의 실시예에 따른 도면을 참조하여 설명하지만, 이는 본 발명의 더욱 용이한 이해를 위한 것으로, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings, but the present invention is not limited by the scope of the present invention.
도 1에는 젤리-롤형 전극조립체를 내장하고 있는 각형 전지의 모식도가 도시되어 있다.Fig. 1 is a schematic view of a prismatic battery incorporating a jelly-roll type electrode assembly.
도 1을 참조하면, 각형 전지(50)는 전극조립체(10)가 각형의 금속 케이스(20)에 내장되어 있고 케이스(20)의 개방 상단에 음극단자(32)가 형성되어 있는 탑 캡(30)이 결합되어 있는 구조로 이루어져 있다.1, the
전극조립체(10)의 음극은 음극 탭(12)을 통해 탑 캡(30) 상의 음극단자(32)의 하단에 전기적으로 연결되며, 그러한 음극단자(32)는 절연부재(34)에 의해 탑 캡(30)으로부터 절연되어 있다. 반면에, 전극조립체(10)의 다른 전극은 그것의 양극 탭(14)이 알루미늄 및 스테인리스 스틸 등과 같은 도전성 소재로 되어 있는 탑 캡(30)에 전기적으로 연결되어 그 자체로서 양극단자를 형성한다.The negative electrode of the
또한, 전극 탭들(12, 14)을 제외하고 전극조립체(10)와 탑 캡(30)의 전기적 절연 상태를 보장하기 위하여, 각형 케이스(20)와 전극조립체(10) 사이에 시트형 절연부재(40)를 삽입한 뒤, 탑 캡(30)을 장착하고, 탑 캡(30)과 케이스(20)의 접촉면을 따라서 용접으로 이들을 결합한다. 그런 다음, 전해액 주액구(43)를 통해 전해액을 주입한 후 금속 볼(도시하지 않음)을 용접하여 밀봉하고, 에폭시 등으로 용접 부위를 도포함으로써 전지가 완성된다.In order to ensure the electrical insulation between the
도 2는 본 발명의 전해액 주액 방법에 따라 전해액 주액구가 전해액에 잠기도록 위치한 상태를 모식적으로 나타내고 있다.2 schematically shows a state in which the electrolyte main liquid is submerged in the electrolyte according to the electrolyte injection method of the present invention.
도 2를 참조하면, 내부 분위기의 기압 조절이 가능한 챔버(101) 내부에 전해액(102)이 채워져 있고, 챔버(101)는 내부 분위기가 진공 상태가 되도록 감압되거나 또는 대기압 이상의 기압에 이르도록 가압될 수 있도록 밀폐가 가능한 챔버이다.Referring to FIG. 2, an electrolyte 102 is filled in a
도 1의 전지셀(50)은 탑 캡에 형성된 전해액 주액구(43)가 전해액(102)에 잠기도록 위치하고 있는 바, 이와 같은 상태에서 챔버 분위기를 감압하는 과정을 수행함으로써 전지셀 내부의 가스가 전지셀 외부로 배출될 수 있고, 챔버 분위기를 다시 가압하는 경우, 오로지 전해액 만이 전지셀 내부로 이동할 뿐, 전해액 이외의 기체가 전지셀 내부로 들어가는 것을 방지할 수 있다.In the
도 3은 본 발명에 따른 전해액 주액 방법을 개략적으로 나타낸 모식도이다.3 is a schematic view schematically showing the electrolyte injection method according to the present invention.
도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 전해액 주액 방법은 (a) 전해액이 채워져 있는 챔버 내에 전지셀을 위치시키는 과정, (b) 챔버의 분위기를 진공으로 설정하는 과정, (c) 챔버의 분위기를 가압하는 과정, 및 (d) 상기 과정(b) 및 과정(c)를 반복하는 과정으로 이루어져 있다.Referring to FIG. 3, the electrolyte pouring method according to the present invention includes the steps of (a) placing a battery cell in a chamber filled with an electrolyte, (b) setting the atmosphere of the chamber to a vacuum, (c) And (d) repeating the steps (b) and (c).
상기 과정(a)의 챔버는 전해액이 채워진 상태에서 밀폐가 가능한 구조이며, 상기 과정(b) 및 과정(c)는 전지셀의 전해액 주액구가 전해액에 잠긴 상태에서 수행된다. 전극조립체에 대한 전해액의 함침율을 증가시키기 위하여 상기 과정 (b) 및 과정(c)는 3회 내지 10회에 걸쳐 반복적으로 이루어진다.The chamber of the process (a) is a structure capable of being sealed in a state where the electrolyte is filled, and the process (b) and the process (c) are performed while the electrolyte main liquid of the battery cell is immersed in the electrolyte. The steps (b) and (c) are repeated three to ten times in order to increase the impregnation rate of the electrolyte solution to the electrode assembly.
상기 과정(b)에서는 진공 상태가 1분 내지 10분 동안 유지될 수 있으며, 상기 과정(c)는, 챔버의 분위기를 대기압보다 상대적으로 높은 1.5 bar 내지 5 bar로 변환시켜 가압한다. 과정(c)에서 최대 압력 상태가 1분 내지 10분 동안 유지될 수 있으며, 감압 및 가압의 정도 및 시간은 주액에 필요한 전해액의 양에 의해 조절될 수 있다.In the step (b), the vacuum state may be maintained for 1 minute to 10 minutes, and in the step (c), the atmosphere of the chamber is converted into 1.5 to 5 bar which is relatively higher than atmospheric pressure. In step (c), the maximum pressure state can be maintained for 1 minute to 10 minutes, and the degree and time of the depressurization and pressurization can be controlled by the amount of electrolyte required for the liquid.
이와 같은 과정(a) 내지 과정(d)를 거쳐서 전해액이 주액되는 경우, 전해액의 함침에 따른 시간을 감소시킬 수 있다.When the electrolytic solution is injected through the steps (a) to (d), the time for impregnating the electrolytic solution can be reduced.
이하에서는, 본 발명의 실시예를 참조하여 설명하지만, 이는 본 발명의 더욱 용이한 이해를 위한 것으로, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings, but it should be understood that the scope of the present invention is not limited thereto.
<실시예 1>≪ Example 1 >
전해액 주액구가 형성된 금속 각형 전지케이스에 젤리-롤형 전극조립체를 수납하고, 전해액 주액구를 제외한 나머지 부분에서는 물질의 이동이 이루어지지 않도록 전지셀을 밀봉한다.The jelly-roll type electrode assembly is housed in a metal square battery case in which an electrolyte main liquid port is formed, and the battery cell is sealed so as not to move the material in the remaining portion except for the electrolyte main liquid port.
전지셀을 수납할 수 있으며 챔부 내부 분위기의 압력 조절이 가능하도록 밀폐가 가능한 챔버에 전해액을 채워 넣고, 상기 전지셀의 전해액 주액구가 전해액에 잠기도록 위치시킨다.A chamber capable of accommodating the battery cell and capable of controlling the pressure of the atmosphere inside the chamber is filled with the electrolyte solution and the electrolyte solution main liquid of the battery cell is positioned so as to be immersed in the electrolyte solution.
전해액 주액구가 전해액에 잠긴 상태를 유지하면서 챔버의 분위기를 진공으로 설정하고 1분 동안 감압한 후, 진공 상태를 5분 간 유지한다.The atmosphere of the chamber is set to vacuum while maintaining the state of the electrolytic solution main liquid immersed in the electrolytic solution, the pressure is reduced for 1 minute, and then the vacuum state is maintained for 5 minutes.
이후, 챔버의 분위기를 5 bar로 변환시켜 5분 동안 가압한 후, 5 bar의 상태를 5분 간 유지한다.Thereafter, the atmosphere of the chamber is converted to 5 bar and the pressure is maintained for 5 minutes, and then the state of 5 bar is maintained for 5 minutes.
상기의 진공 상태 및 가압 상태를 5회 반복한 후 전해액 주입구를 밀봉하여 전해액의 주액 과정을 완료한다.After repeating the above-described vacuum state and pressurized state five times, the electrolyte injection hole is sealed to complete the pouring process of the electrolyte solution.
주액 완료 직후 전지셀을 분해하여 전해액이 함침된 분리막을 분리하였고, 분리막의 함침을 보여주는 사진을 도 4에 나타내었다.Immediately after completion of the pouring, the battery cell was disassembled to separate the membrane impregnated with the electrolyte, and a photograph showing the impregnation of the membrane was shown in FIG.
도 4를 참조하면, 분리막(200)은 외주변으로부터 중심부를 향하여 전해액의 웨팅(wetting)이 이루어진 부분(201)을 확인할 수 있으나, 중심부는 전해액 미함침부(202)로 관찰된다. 또한, 젤리롤형 전극조립체에서 절곡이 이루어진 부분(203)에도 전해액의 웨팅이 이루어진 것으로 확인된다.Referring to FIG. 4, the
이와 같이, 전해액 함침부의 면적은 분리막의 전체 면적을 기준으로 약 90 이상인 것을 알 수 있다. Thus, it can be seen that the area of the electrolyte impregnated portion is about 90 or more based on the total area of the separator.
<비교예 1>≪ Comparative Example 1 &
전해액 주액구에 주액 노즐을 부착하고, 주액 노즐의 일측 끝단에 배기 수단을 연결하여 전지케이스 내부를 진공으로 만든 후, 전해액을 공급하여 캔 내부의 기압과 대기압의 압력차에 의해 전해액이 캔 내부로 주입되는 방식으로 전해액을 주액한다.A liquid injector is attached to the electrolyte main liquid port, and an evacuation means is connected to one end of the injection liquid nozzle to make the interior of the battery case vacuum. Then, the electrolytic solution is supplied to the inside of the can by the pressure difference between the atmospheric pressure and the atmospheric pressure inside the can The electrolytic solution is injected in a manner to be injected.
주액 완료 직후 전지셀을 분해하여 전해액이 함침된 분리막을 분리하였고, 분리막의 함침을 보여주는 사진을 도 5에 나타내었다.Immediately after completion of the pouring, the battery cell was disassembled to separate the membrane impregnated with the electrolyte, and a photograph showing the impregnation of the membrane was shown in FIG.
도 5를 참조하면, 분리막(300)은 외주변으로부터 중심부를 향하여 전해액의 웨팅(wetting)이 이루어진 부분(301)을 확인할 수 있으나, 중심부는 전해액 미함침부(302)로 관찰된다. 또한, 젤리롤형 전극조립체에서 절곡이 이루어진 부분(303)에도 전해액의 웨팅이 이루어진 것으로 확인된다.Referring to FIG. 5, the
이와 같이, 전해액 함침부의 면적은 분리막의 전체 면적을 기준으로 약 2/3정도인 것을 알 수 있다. Thus, it can be seen that the area of the electrolyte impregnated portion is about 2/3 of the total area of the separator.
도 5를 도 4와 비교하면, 실시예 1의 전해액 미함침부(202)의 면적이 비교예 1의 전해액 미함침부(302)의 면적보다 현저히 좁게 나타나고 있는 바, 실시예 1과 같이 전해액을 함침시키는 경우, 전해액 함침율이 더 높은 것을 알 수 있다.5 is compared with FIG. 4, the area of the electrolyte
<실험예 1><Experimental Example 1>
실시예 1 및 비교예 1과 같은 방법으로 전해액이 주입된 전지셀에서, 도 6에 도시된 분리막과 같이, 분리막 전체에 전해액이 함침되는데 걸리는 시간을 측정하였고, 그 결과는 하기 표 1과 같다.6, the time taken for the electrolyte to be impregnated into the entire separator was measured in the battery cell in which the electrolyte was injected in the same manner as in Example 1 and Comparative Example 1. The results are shown in Table 1 below.
이와 같이, 본 발명에 따른 전해액 주액 방법은 초기 전해액 함침률이 종래 방법에 비해 더 높을 뿐 아니라, 전해액 함침에 필요한 시간을 단축시킬 수 있는 바, 공정성을 향상시킬 수 있다.As described above, in the electrolyte injection method according to the present invention, not only the initial electrolyte impregnation ratio is higher than that of the conventional method, but also the time required for electrolyte impregnation can be shortened, thereby improving the processability.
본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주 내에서 다양한 응용 및 변형을 수행하는 것이 가능할 것이다.It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims.
Claims (13)
(a) 전지셀의 전해액 주액구가 전해액에 잠기도록, 전해액이 채워져 있는 챔버 내에 전지셀을 위치시키는 과정;
(b) 전지셀 내부의 가스를 제거하기 위하여 챔버의 분위기를 진공으로 설정하는 과정;
(c) 전해액이 전지셀 내부로 이동하도록 챔버의 분위기를 가압하는 과정; 및
(d) 전극조립체에 대한 전해액의 함침율을 증가시키기 위하여, 상기 과정(b)와 과정(c)를 반복하는 과정;
을 포함하는 것을 특징으로 하는 전해액 주액 방법.A method for injecting an electrolyte solution into a battery cell having an electrode assembly therein and an electrolyte injection port communicating with the electrolyte cell,
(a) positioning a battery cell in a chamber filled with an electrolyte so that the electrolyte main liquid of the battery cell is immersed in the electrolyte;
(b) setting the atmosphere of the chamber to a vacuum to remove gas inside the battery cell;
(c) pressurizing the atmosphere of the chamber so that the electrolyte moves into the battery cell; And
(d) repeating steps (b) and (c) to increase the impregnation rate of the electrolyte solution to the electrode assembly;
Wherein the electrolytic solution is a liquid.
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- 2017-01-09 KR KR1020170002813A patent/KR102264683B1/en active IP Right Grant
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