KR20200042800A - 이차전지 셀 에이징 장치 및 에이징 방법 - Google Patents

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배동훈
박효진
배준성
이범군
이의경
홍석현
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주식회사 엘지화학
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Abstract

본 발명은 이차전지 셀 에이징 장치를 개시한다. 본 발명의 일 측면에 따른 이차전지 셀 에이징 장치는, 다수의 이차전지 셀들을 적재한 셀 트레이를 지지하는 트레이 받침대; 및 상기 트레이 받침대와 결합하고 상기 트레이 받침대를 가상의 X축을 중심으로 정방향 또는 역방향으로 회전시키는 제1 회전 유닛을 포함한다.

Description

이차전지 셀 에이징 장치 및 에이징 방법{aging apparatus and mothod for secondary battery cell}
본 발명은 전지 셀 에이징 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 에이징 시간 동안 전극 조립체의 전해액 젖음성을 향상시킬 수 있는 이차전지 셀 에이징 장치와 이를 이용한 에이징 방법에 관한 것이다.
최근 에너지 저장 기술에 대한 관심이 갈수록 높아지고 있다. 그리고 휴대폰, 캠코더 및 노트북 PC, 나아가서는 전기 자동차의 에너지까지 그 적용분야가 확대되면서, 에너지 저장 기술에 대한 연구와 개발의 노력이 점점 구체화되고 있다. 전지는 이러한 측면에서 가장 주목 받고 있는 분야이며, 그 중에서도 충방전이 가능한 리튬이온 2차 전지의 개발은 관심의 초점이 되고 있다.
일반적인 리튬이온 2차 전지의 조립은 양극, 다공성의 분리막(separator), 음극를 서로 번갈아 가며 겹친 후, 일정 크기 및 모양의 캔(can) 혹은 파우치(pouch)에 삽입한 후, 전해액을 주입함으로써 이루어진다. 이때, 나중에 주입된 전해액은 모세관 힘(capillary force)에 의해 양극, 음극 및 분리막 사이로 스며들게 된다.
그런데 재료 특성상 양극, 음극 및 분리막은 모두 소수성(hydrophobicity)이 큰 물질인 반면, 전해액은 친수성(hydrophilicity) 물질이기 때문에, 전해액의 전극 및 분리막에 대한 젖음(wetting)은 상당한 시간 및 까다로운 공정 조건이 요구된다.
한편, 종래 이차전지들은 전해액을 일정 높이까지 주입한 후 대략 3일 정도 상온에 두는 프리 에이징 공정을 수행한다. 상기 프리 에이징 공정은 전극 조립체에 대한 전해액의 젖음도(wetting) 향상을 목적으로 활성화 공정 전에 수행하는 공정이다.
종래 프리 에이징 공정은, 도 1의 (a)와 같이, 이차전지 셀(2)들을 세워서 상온 보관하는 방식이 일반적이다. 이차전지 셀(2)들을 수직으로 세워서 보관하면 전극 조립체의 하부에 채워져 있던 전해액(2d)이 모세관 현상으로 분리막(2a), 양극판(2b) 및 음극판(2c)을 타고 올라가 전극 조립체의 상부까지 스며들게 된다.
그런데 이차전지 셀(2)들을 수직으로 세워서 에이징하는 방법은 전해액(2d)이 분리막(2a)의 기공을 잘 통과하지 못하는 단점이 있다.
부연하면, 이차전지 셀(2)을 수직으로 세우면 분리막(2a)의 기공이 중력 방향과 교차하게 되는 수평방향을 향하게 된다. 따라서 전해액(2d)이 분리막(2a)의 표면을 따라 상부로 이동하더라도 분리막(2a)의 기공을 통한 수평 방향 이동은 매우 제한적일 수밖에 없다. 이 경우, 특히 전극판들 중 상부 영역 가운데 부분의 전해액(2d) 젖음도가 낮게 나타나고 있다. 또한, 전해액(2d) 젖음성을 충분히 확보하는데도 지나치게 장시간이 소요되고 있다.
이러한 이차전지 셀 수직 에이징 방법의 대안으로 이차전지 셀들을 도 1의 (b)와 같이 수평으로 놓고 에이징하는 방법이 고려되고 있다. 이 방법에 의하면 전해액(2d)이 분리막(2a)의 표면을 수평으로 이동하면서 분리막(2a)의 기공을 통과해 수직으로 이동할 수 있다.
그러나 파우치 케이스 내에 주입되는 전해액(2d)이 소량인 경우, 여전히 제한적 효과를 나타낼 수밖에 없다. 즉, 도 1의 (b)와 같이 전해액(2d)의 수위가 전극 조립체의 두께보다 낮으면, 전극 조립체의 수위보다 높은 위치에 있는 전극 조립체의 상부 영역으로는 전해액(2d)이 원활하게 이동하지 못하게 되는 문제점이 생길 수 있다.
대한민국 특허공개공보 제10-2018-0082756호 (2018.07.19) 주식회사 엘지화학.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 이차전지 셀 수직 또는 수평 에이징의 문제점을 보완할 수 있고 기존보다 전극 조립체에 대한 젖음도(Wetting)를 향상시킬 수 있는 이차전지 셀 에이징 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 전극 조립체에 대한 전해액 젖음도 개선을 위한 이차전지 셀 에이징 장치로서, 다수의 이차전지 셀들을 적재한 셀 트레이를 지지하는 트레이 받침대; 및 상기 트레이 받침대와 결합하고 상기 트레이 받침대를 가상의 X축을 중심으로 정방향 또는 역방향으로 회전시키는 제1 회전 유닛을 포함하는 이차전지 셀 에이징 장치가 제공될 수 있다.
상기 이차전지 셀 에이징 장치는, 상기 제1 회전 유닛과 결합하고 상기 제1 회전 유닛과 상기 트레이 받침대를 일체로 가상의 Y축을 중심으로 정방향 또는 역방향으로 회전시키는 제2 회전 유닛을 더 포함할 수 있다.
상기 제1 회전 유닛은, 상기 제2 회전 유닛에 결합하는 제1 구동모듈; 및 상기 제1 구동모듈과 상기 트레이 받침대에 연결되고 상기 트레이 받침대의 회전 축을 형성하는 회전 샤프트를 포함할 수 있다.
상기 제2 회전 유닛은, 회전 가능하게 마련되고 내측 공간에 상기 트레이 받침대와 상기 제1 회전 유닛이 배치될 수 있는 지름을 갖는 환 형상의 회전체를 포함할 수 있다.
상기 환 형상의 회전체를 소정의 높이로 이격 지지하는 지지유닛을 더 포함할 수 있다.
상기 지지유닛은, 상기 회전체의 좌측부와 우측부를 각각 지지하는 제1 지지블록과 제2 지지블록을 포함하며, 상기 제1 지지블록과 상기 제2 지지블록은 각각 상기 회전체의 회전 방향을 따라 상기 회전체의 가장자리에 함몰 형성되는 그루브 라인에 부분 삽입되어 상기 회전체의 회전을 가이드하는 가이드부를 구비할 수 있다.
상기 회전체는 외측면에 둘레 방향을 따라 마련되는 톱니 기어부를 구비하고, 상기 톱니 기어부와 치합되는 휠 기어가 상기 제1 지지블록과 상기 제2 지지블록 사이에서 상기 회전체의 하부에 배치될 수 있다.
상기 트레이 받침대는, 상기 셀 트레이를 위치 고정시키는 클램핑 부재를 포함할 수 있다.
상기 클램핑 부재는, 상기 셀 트레이의 일측을 가압하여 상기 셀 트레이의 타측이 상기 트레이 받침대에 구비되는 제1 벽체에 맞닿게 압력을 제공하는 가압판을 포함할 수 있다.
상기 클램핑 부재는, 상기 트레이 받침대에 구비되고 상기 제1 벽체와 대향하는 제2 벽체와 스크류 결합하며 상기 제2 벽체를 통과하여 상기 가압판에 연결되는 볼트 부재를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 양태에 의하면, 상술한 이차전지 셀 에이징 장치를 사용하여 이차전지 셀들을 에이징하는 방법이 제공될 수 있다.
상기 이차전지 셀 에이징 방법은, 다수의 이차전지 셀을 수직으로 세워 셀 트레이에 적재하는 단계; 상기 셀 트레이를 상기 트레이 받침대에 배치하는 단계; 및 상기 셀 트레이를 가상의 X축 중심으로 미리 설정한 각도만큼 회전시켜 기울이는 단계를 셀 자세 변경단계를 포함할 수 있다.
상기 셀 자세 변경단계는, 상기 셀 트레이를 가상의 X축 중심으로 회전시켜 상기 이차전지 셀들을 지면에 대해 15도~30도 각도로 기울이는 제1 셀 자세 변경단계를 포함할 수 있다.
상기 셀 자세 변경단계는, 상기 제1 셀 자세 변경단계 이후 상기 셀 트레이를 가상의 X축 중심으로 회전시켜 상기 이차전지 셀들을 지면에 대해 수평한 각도로 기울이는 제2 셀 자세 변경단계를 더 포함할 수 있다.
상기 셀 자세 변경단계는, 상기 제2 셀 자세 변경단계 이후 상기 셀 트레이를 가상의 Y축 중심으로 ±90도 범위 내에서 일정 속도를 유지하며 좌우로 회전시키는 제3 셀 자세 변경단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 기존과 동일한 시간 동안 에이징 하더라도 전극 조립체에 대한 전해액 젖음도를 향상시킬 수 있는 이차전지 셀 에이징 장치 및 에이징 방법이 제공될 수 있다.
구체적으로 말하면, 상기 이차전지 셀 에이징 장치를 사용하여 에이징 공정을 수행함에 있어서 이차전지 셀들의 기울기를 다양하게 조절할 수 있어 종래의 수직 또는 수평 에이징이 갖는 단점들을 해결할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 측면에 따른 전지 셀 에이징 방법에 따르면 기존 보다 빠른 시간에 전극 조립체에 대한 전해액 젖음도를 충분히 확보할 수 있다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술하는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은 종래 기술에 따른 수직 또는 수평으로 배치된 상태에서 에이징이 진행되는 이차전지 셀의 개략적인 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지 셀 에이징 장치의 구성을 개략적으로 도시한 사시도이다.
도 3은 도 2의 셀 트레이에 탑재되는 이차전지 셀들을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 4는 도 2의 트레이 받침대와 제1 회전 유닛의 개략적인 사시도이다.
도 5 내지 도 7은 각각 제1 회전 유닛에 의한 에이징 공정도들이다.
도 8은 제2 회전 유닛에 의한 에이징 공정도이다.
도 9는 도 8의 전지셀 에이징 장치를 아래에서 바라본 부분 사시도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지 셀 에이징 방법의 개략적인 흐름도이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따라 소정 각도 기울어져 에이징되는 이차전지 셀의 개략적인 단면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 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.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
이하에서 설명하는 이차전지 셀 에이징 장치(1)는 활성화 공정을 수행하기 전 전극 조립체에 대한 전해액 젖음성(wetting)을 확보하기 위한 프리-에이징(pre-againg) 공정시 사용하는 장치일 수 있다. 물론 본 발명의 이차전지 셀 에이징 장치(1)의 사용은 프리-에이징 시에 국한되는 것은 아니다. 예컨대, 충방전 공정이 완료된 후에 진행하는 이차전지 셀들에 대한 후속 에이징 공정 시에도 사용될 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지 셀 에이징 장치의 구성을 개략적으로 도시한 사시도이고, 도 3은 이차전지 셀들을 탑재할 수 있는 셀 트레이 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지 셀 에이징 장치(1)는, 트레이 받침대(10)와 상기 트레이 받침대(10)를 가상의 X축을 중심으로 정역방향으로 회전시키는 제1 회전 유닛(20), 상기 제1 회전 유닛(20)과 결합하고 제1 회전 유닛(20)과 트레이 받침대(10)를 가상의 Y축을 중심으로 정방향 또는 역방향으로 일체로 회전시키는 제2 회전 유닛(30)을 포함할 수 있다. 상기 이차전지 셀 에이징 장치(1)는 상온 또는 고온 환경 조건을 제공하는 에이징 챔버(미도시) 내부에 설치될 수 있다.
트레이 받침대(10)는 회전시 셀 트레이(3)가 유동하지 않게 셀 트레이(3)를 지지하며, 에이징 시간 동안 이차전지 셀(2)들이 지면에 대해 수직, 수평한 각도 등 다양한 각도를 이루도록 기울어질 수 있다.
상기 셀 트레이(3)는, 도 3과 같이, 내부 공간에 이차전지 셀(2)들을 수납할 수 있게 구성된 트레이 본체(3a)와 트레이 커버(3c)로 구성될 수 있다. 이차전지 셀(2)들은 트레이 본체(3a) 내에 구비되는 격벽(3b)들 사이 사이에 하나씩 꽂아 넣어져 트레이 본체(3a) 속에 수직으로 배치되고 트레이 커버(3c)로 상부가 커버될 수 있다.
물론, 셀 트레이(3)는 다수의 이차전지 셀(2)들을 탑재 및 고정시킬 수 있는 것이라면 본 실시예와 다르더라도 무방하다.
도 4를 참조하여, 구체적으로 트레이 받침대(10)를 살펴보면, 트레이 받침대(10)는 상기 셀 트레이(3)를 안착시킬 수 있는 하판과 하판의 둘레 방향을 따라 형성되는 벽체, 그리고 셀 트레이(3)의 유동을 방지하기 위한 클램핑부를 포함할 수 있다.
하판은 대략 셀 트레이(3)의 하면보다 큰 면적을 갖는 사각 판상체 형태로 마련될 수 있으며, 상기 벽체는 하판의 4 변 영역에 구비될 수 있다.
클램핑 부재는 하판에 놓인 셀 트레이(3)의 적어도 일측을 가압하여 고정할 수 있게 마련될 수 있다.
이를테면, 클램핑 부재는 셀 트레이(3)의 일측을 가압하여 셀 트레이(3)의 타측이 상기 트레이 받침대(10)에 구비되는 제1 벽체(12)에 맞닿게 압력을 제공하는 가압판(16)과, 상기 가압판(16)의 압력을 조절하기 위한 볼트 부재(17)를 포함하여 구성될 수 있다. 상기 볼트 부재(17)는 상기 제1 벽체(12)와 대향하는 제2 벽체(13)와 스크류 결합하며 제2 벽체(13)를 통과하여 가압판(16)에 연결될 수 있다.
예컨대 볼트 부재(17)의 헤드를 잡고 시계 방향으로 돌리면 가압판(16)이 전진하면서 셀 트레이(3)를 밀게 된다. 볼트 부재(17)를 충분히 돌리면 셀 트레이(3)가 가압판(16)과 제1 벽체(12) 사이에 단단히 고정되어 트레이 받침대(10)가 회전시 유동이 억제될 수 있다.
물론, 셀 트레이(3)를 트레이 받침대(10)에서 분리하고자 할 때에는 상기 볼트 부재(17)를 반시계 방향으로 돌려 가압판(16)을 후진시키면 된다.
또한, 클램핑 부재는 상기 가압판(16)과 볼트 부재(17) 이외에도 지지막대(18)를 더 포함할 수 있다. 지지막대(18)는 대략 "ㄷ"자 형태로 일측 벽체에 힌지 결합될 수 있다. 이러한 지지막대(18)로 셀 트레이(3)의 둘레를 더 압박함으로써 트레이 받침대(10)의 회전시 셀 트레이(3)의 고정성을 더 높일 수 있다.
도 5 내지 도 7을 더 참조하여 제1 회전 유닛(20)을 살펴보면, 제1 회전 유닛(20)은 트레이 받침대(10)를 정방향 또는 역방향으로 회전시킴으로써 셀 트레이(3), 즉 셀 트레이(3) 속에 탑재되어 있는 이차전지 셀(2)들을 소정 각도로 기울이는 역할을 한다. 여기서 정방향은 시계방향이고 역방향은 반시계방향을 의미한다.
본 실시예에 따른 제1 회전 유닛(20)은 제1 구동모듈(21)과 회전 샤프트(23)를 포함할 수 있다.
제1 구동모듈(21)은 자세히 도시하지 않았으나, 서보모터와 기어박스의 조합으로 구성될 수 있으며, 회전 샤프트(23)는 상기 제1 구동모듈(21)에 연결되어 정방향 또는 역방향으로 회전할 수 있다.
즉, 회전 샤프트(23)는 제1 구동모듈(21)의 서보모터의 작동으로 정방향 또는 역방향으로 회전하는 회전 축으로 작용한다. 트레이 받침대(10)는 이러한 회전 샤프트(23)에 연결되어 일체로 회전할 수 있다.
회전 샤프트(23)는 트레이 받침대(10)의 양쪽 측면에 하나씩 2개가 구비될 수 있다. 상기 2개의 회전 샤프트(23) 중 하나는 서보모터에 직결되어 트레이 받침대(10)를 직접 회전시키는데 사용될 수 있고, 나머지 하나는 회전하는 트레이 받침대(10)를 안정적으로 지지하는데 사용될 수 있다.
예컨대, 이러한 제1 회전 유닛(20)에 의하면, 도 6과 같이 트레이 받침대(10)를 X축을 중심으로 15도~30도 각도로 회전시켜 셀 트레이(3)를 기울일 수 있다. 이 경우, 상기 셀 트레이(3) 속에 수직으로 적재되어 있던 이차전지 셀(2)들이 셀 트레이(3)와 함께 기울어지게 되고 이 상태에서 이차전지 셀(2)들에 대한 에이징이 진행될 수 있다.
이때, 각 이차전지 셀(2) 내부에서 전해액(2d)이 (도 10 참조) 분리막(2a)들과 전극판들의 표면을 타고 이동할 수 있고, 또한 분리막(2a)들의 기공을 통해 이웃한 전극판들로 수직 방향으로도 이동할 수 있다. 따라서 전해액(2d)의 분리막(2a) 기공 통과로 전극판들에 대한 전해액(2d) 젖음도가 향상될 수 있다.
이후 필요에 따라서는 도 7과 같이, 트레이 받침대(10)를 X축 중심으로 더 회전시켜, 셀 트레이(3) 속의 이차전지 셀(2)들의 대면적이 지면과 수평하게 배치되게 할 수도 있다.
이 경우, 분리막(2a)의 기공을 통한 전해액(2d) 이동성이 더욱 용이해질 수 있어 가운데 적층되어 있어 종래에 젖음도가 미흡했던 전극판들에 대한 전해액(2d) 젖음도를 개선하는데 효과적일 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지 셀 에이징 장치(1)는, 2축 회전 가능하게 마련된다. 즉, X축 중심의 회전은 제1 회전 유닛(20)에 의하고, Y축 중심의 회전은 제2 회전 유닛(30)에 의한다.
도 8에 도시한 바와 같이, 상기 제2 회전 유닛(30)은 환 형상의 회전체(31)로 구현될 수 있다. 상기 회전체(31)는 내측 공간에 트레이 받침대(10)와 제1 회전 유닛(20)을 배치할 수 있는 사이즈의 지름을 가지며 트레이 받침대(10)와 제1 회전 유닛(20)을 일체로 장착할 수 있게 마련될 수 있다.
이를테면, 제1 회전 유닛(20)을 구성하는 제1 구동모듈(21)은 회전체(31)의 내측 표면에 고정 설치되며, 이러한 제1 구동모듈(21)과 트레이 받침대(10)는 회전 샤프트(23)로 연결된다.
트레이 받침대(10)는 상기 회전 샤프트(23)에 의해 회전체(31)의 내측 공간 중심에 위치하게 지지될 수 있다. 그리고 상기 환 형상의 회전체(31)는 지지 유닛(40)에 의해 지상에서 소정의 높이로 이격되게 지지될 수 있다.
본 실시예에 따른 지지 유닛(40)은 상기 회전체(31)의 좌측부와 우측부를 각각 지지하는 제1 지지블록(41)과 제2 지지블록(43)을 포함할 수 있다.
그리고 지지 유닛(40)으로 떠받혀져 있는 회전체(31)의 하부에 회전체(31)를 회전시킬 수 있는 회전체 구동모듈이 구비될 수 있다. 상기 회전체 구동모듈은 서보모터(미도시), 상기 서보모터에 샤프트(38)로 연결되어 돌아가는 휠 기어(37)로 구성될 수 있으며, 상기 휠 기어(37)는 회전체(31)의 톱니 기어부(33)에 치합될 수 있다.
이러한 휠 기어(37)를 상기 제1 지지블록(41)과 제2 지지블록(43) 사이에 공간에 배치함으로써 회전체(31) 하부 공간을 효율적으로 활용하였다.
상기 회전체(31)의 톱니 기어부(33)는 회전체(31)의 외측면 중심부에 둘레 방향으로 따라 마련되어 있다. 본 실시예의 경우, (도 5 참조) 회전체(31)의 회전 범위가 180도가 되게 톱니 기어부(33)가 마련되어 있으나, 회전체(31)의 외측 둘레 전체에 상기 톱니 기어부(33)를 마련하여 회전체(31)를 360도 회전시키는 것도 물론 가능하다.
또한, 본 실시예는 회전체(31)의 회전시 틸팅(tilting)을 방지하기 위한 수단으로서 지지 유닛(40)에는 가이드부(45)가 더 구비될 수 있다.
상기 가이드부(45)는 회전체(31)의 좌측부와 우측부를 지지하는 제1 지지블록(41)과 제2 지지블록(43)의 지지면에 회전체(31)의 회전 방향을 따라 구비될 수 있으며, 다른 부분보다 상향 돌출된 레일 형태로 마련될 수 있다. 상기 가이드부(45)는 회전체(31)의 가장자리에 함몰 형성되어 있는 그루브 라인(35)에 부분 삽입 결합될 수 있다. 이러한 가이드부(45)는 회전체(31)를 잡아주어 회전체(31)가 회전시 틸팅되는 것을 막아준다.
더 구체적으로 도 5와 도 9를 함께 참조하면, 상기 회전체(31)의 그루브 라인(35)은 톱니 기어부(33)를 사이에 두고 양쪽에 하나씩 2개가 마련될 수 있다. 가이드부(45)는 이러한 그루브 라인(35) 속에 끼워 맞춤 결합되어 있어, 회전체(31)의 (±Y축 방향으로) 유동이 제한될 수 있다. 따라서 회전체(31)가 회전하더라도 정해진 회전 반경을 벗어나지 않는다. 참고로 상기 가이드부(45)에 다수의 볼 베이링들을 더 추가함으로써 회전체(31)와의 마찰을 최소화시킬 수 있다.
이어서, 도 10을 참조하여 상술한 이차전지 셀 에이징 장치(1)를 사용하여 수행할 수 있는 이차전지 셀(2) 에이징 방법을 알아보기로 한다.
먼저, 조립이 완료된 이차전지 셀(2)들을 미리 준비된 셀 트레이(3)에 적재한다. 이때 이차전지 셀(2)의 대면적이 지면에 대해 수직하게 셀 트레이(3)에 적재한다(S10).
그 다음, 도 2와 같이, 셀 트레이(3)를 이차전지 셀 에이징 장치(1)의 트레이 받침대(10)에 배치한다(S20). 이때 전술한 바와 셀 트레이(3)는 클램핑 부재로 단단히 트레이 받침대(10)에 고정하도록 한다.
이 상태에서 전해액(2d)이 전극 조립체의 상부로 이동할 수 있도록 소정시간 동안 둔다. 이때 전해액(2d)이 전극 조립체의 상부 영역으로 이동하는 것은 모세관 현상에 기인한다.
그 다음, 제1 회전 유닛(20)을 제어하여 셀 트레이(3)를 가상의 X축 중심으로 정방향 또는 역방향으로 회전시켜 셀 트레이(3) 내의 이차전지 셀(2)들이 지면에 대해 미리 설정된 각도, 예컨대 15도~30도 각도로 기울어진 상태가 되도록 한다(S30). 여기서 상기 미리 설정된 각도는 전극 조립체의 두께와 파우치 외장재 내부에 주입되는 전해액(2d)의 양에 따라 결정될 수 있다.
이처럼 이차전지 셀(2)을 소정 각도 기울여 일정 시간 동안 에이징을 하게 되면, 도 11에 표시한 흐름선과 같이, 전해액(2d)이 분리막(2a)들과 양극판(2b)들 및 음극판(2c)들의 상부 영역으로 이동하면서 각 분리막(2a)들의 기공을 통해 이웃한 전극판으로 이동할 수 있게 되어 전극판에 대한 전해액(2d) 젖음도가 개선되는 효과가 나타날 수 있다.
그 다음, 다시 제1 회전 유닛(20)을 제어하여 상기 셀 트레이(3)를 가상의 X축 중심으로 더 회전시켜 이차전지 셀(2)들이 지면에 대해 수평한 각도로 기울어진 상태가 되도록 한다(S40).
상기 방법을 통하여 이차전지 셀(2)들을 지면에 나란하게 한 상태에서 일정 시간 동안 더 에이징을 하게 되면, 각 분리막(2a)에 젖어든 전해액(2d)이 분리막(2a)의 기공을 통해 수직으로 이동해 이웃해 있는 전극판으로 흡수되는 효과가 더 촉진될 수 있다.
참고로, 이차전지 셀(2)의 우수한 성능 확보를 위해서는 특히, 전극판 표면의 활물질층에 대한 전해액(2d) 젖음도가 중요한데, 상술한 것처럼, 이차전지 셀(2)들을 지면에 나란하게 놓고 에이징을 하게 되면 전극판들의 가운데 영역 젖음성 확보에 매우 효과적일 수 있다.
그 다음, 제2 회전 유닛(30)을 제어하여 (도 8 참조) 셀 트레이(3)를 가상의 Y축 중심으로 ±90도 범위 내에서 일정 속도록 좌우로 회전시킨다(S50). 즉, 셀 트레이(3)를 좌우로 진자운동 시키는 것이다.
이 경우, 각 분리막(2a)과 전극판들에 젖어든 전해액(2d)들이 고르게 넓게 퍼지게 되어 전해액(2d) 젖음도가 기존보다 더 향상될 수 있으며, 만족할 만한 전해액(2d) 젖음도를 확보하는데 필요한 시간도 기존보다 휠씬 단축시킬 수 있다.
이와 같은 본 발명의 구성과 방법에 따르면, 이차전지 셀에 대한 에이징 공정을 수행함에 있어서 이차전지 셀들의 기울기를 다양하게 조절할 수 있어 종래의 수직 또는 수평 에이징이 갖는 문제점들을 해결할 수 있고 기존보다 빠른 시간에 우수한 전해액 젖음도를 갖는 이차전지 셀을 확보할 수 있다.
이상, 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.
한편, 본 명세서에서는. 상, 하, 좌, 우 등과 같이 방향을 나타내는 용어가 사용되었으나, 이러한 용어는 설명의 편의를 위한 것일 뿐, 관측자의 보는 위치나 대상의 놓여져 있는 위치 등에 따라 다르게 표현될 수 있음은 본 발명의 당업자에 게 자명하다.
1 : 이차전지 셀 에이징 장치 10: 트레이 받침대
16: 가압판 17: 볼트 부재
20: 제1 회전 유닛 21: 제1 구동모듈
23: 회전 샤프트 30: 제2 회전 유닛
31: 회전체 33: 톱니 기어부
35: 그루브 라인 37: 휠 기어
40: 지지 유닛 41: 제1 지지블록
43: 제2 지지블록 45: 가이드부

Claims (14)

  1. 전극 조립체에 대한 전해액 젖음도 개선을 위한 이차전지 셀 에이징 장치로서,
    다수의 이차전지 셀들을 적재한 셀 트레이를 지지하는 트레이 받침대; 및
    상기 트레이 받침대와 결합하고 상기 트레이 받침대를 가상의 X축을 중심으로 정방향 또는 역방향으로 회전시키는 제1 회전 유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지 셀 에이징 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 회전 유닛과 결합하고 상기 제1 회전 유닛과 상기 트레이 받침대를 일체로 가상의 Y축을 중심으로 정방향 또는 역방향으로 회전시키는 제2 회전 유닛을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지 셀 에이징 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1 회전 유닛은,
    상기 제2 회전 유닛에 결합하는 제1 구동모듈; 및
    상기 제1 구동모듈과 상기 트레이 받침대에 연결되고 상기 트레이 받침대의 회전 축을 형성하는 회전 샤프트를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지 셀 에이징 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제2 회전 유닛은,
    회전 가능하게 마련되고 내측 공간에 상기 트레이 받침대와 상기 제1 회전 유닛이 배치될 수 있는 지름을 갖는 환 형상의 회전체를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지 셀 에이징 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 환 형상의 회전체를 소정의 높이로 이격 지지하는 지지유닛을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지 셀 에이징 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 지지유닛은,
    상기 회전체의 좌측부와 우측부를 각각 지지하는 제1 지지블록과 제2 지지블록을 포함하며,
    상기 제1 지지블록과 상기 제2 지지블록은 각각 상기 회전체의 회전 방향을 따라 상기 회전체의 가장자리에 함몰 형성되는 그루브 라인에 부분 삽입되어 상기 회전체의 회전을 가이드하는 가이드부를 구비하는 것을 특징으로 하는 이차전지 셀 에이징 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 회전체는 외측면에 둘레 방향을 따라 마련되는 톱니 기어부를 구비하고, 상기 톱니 기어부와 치합되는 휠 기어가 상기 제1 지지블록과 상기 제2 지지블록 사이에서 상기 회전체의 하부에 배치되는 것을 특징으로 하는 이차전지 셀 에이징 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 트레이 받침대는,
    상기 셀 트레이를 위치 고정시키는 클램핑 부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지 셀 에이징 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 클램핑 부재는,
    상기 셀 트레이의 일측을 가압하여 상기 셀 트레이의 타측이 상기 트레이 받침대에 구비되는 제1 벽체에 맞닿게 압력을 제공하는 가압판을 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지 셀 에이징 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 클램핑 부재는,
    상기 트레이 받침대에 구비되고 상기 제1 벽체와 대향하는 제2 벽체와 스크류 결합하며 상기 제2 벽체를 통과하여 상기 가압판에 연결되는 볼트 부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지 셀 에이징 장치.
  11. 제2항에 따른 전지셀 에이징 장치를 사용하여 이차전지 셀을 에이징하는 방법으로서,
    다수의 이차전지 셀을 수직으로 세워 셀 트레이에 적재하는 단계;
    상기 셀 트레이를 상기 트레이 받침대에 배치하는 단계; 및
    상기 셀 트레이를 가상의 X축 중심으로 미리 설정한 각도만큼 회전시켜 기울이는 단계를 셀 자세 변경단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지 셀 에이징 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 셀 자세 변경단계는,
    상기 셀 트레이를 가상의 X축 중심으로 회전시켜 상기 이차전지 셀들을 지면에 대해 15도~30도 각도로 기울이는 제1 셀 자세 변경단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지 셀 에이징 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 셀 자세 변경단계는, 상기 제1 셀 자세 변경단계 이후
    상기 셀 트레이를 가상의 X축 중심으로 회전시켜 상기 이차전지 셀들을 지면에 대해 수평한 각도로 기울이는 제2 셀 자세 변경단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지 셀 에이징 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 셀 자세 변경단계는, 상기 제2 셀 자세 변경단계 이후
    상기 셀 트레이를 가상의 Y축 중심으로 ±90도 범위 내에서 일정 속도를 유지하며 좌우로 회전시키는 제3 셀 자세 변경단계를 더 포함하는 이차전지 셀 에이징 방법.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20180082756A (ko) 2017-01-11 2018-07-19 이현천 피부용 액체 투입장치

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20180082756A (ko) 2017-01-11 2018-07-19 이현천 피부용 액체 투입장치

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112768777A (zh) * 2020-12-28 2021-05-07 蜂巢能源科技有限公司 电池界面改善方法及电池界面改善***
CN112768777B (zh) * 2020-12-28 2022-03-22 蜂巢能源科技有限公司 电池界面改善方法及电池界面改善***

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