KR102186957B1

KR102186957B1 - 원통형 이차전지 전극탭 세정방법

Info

Publication number: KR102186957B1
Application number: KR1020190000796A
Authority: KR
Inventors: 전병준; 이강원; 강유명
Original assignee: (주) 엠에이케이
Priority date: 2019-01-03
Filing date: 2019-01-03
Publication date: 2020-12-04
Also published as: KR20200084656A

Abstract

본 발명은 전해액으로 오염되어 있는 원통형 이차전지 전극탭을 플라즈마를 이용하여 완벽하고 간편하게 건식 세정할 수 있는 원통형 이차전지 전극탭 세정방법에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 원통형 이차전지 전극탭 세정방법은, 1) 전해액을 수용하며 전극 탭이 노출된 전지 케이스를 세정 하우징에 장착하는 단계; 2) 상기 전극 탭에 플라즈마를 방사하여 세정하는 단계;를 포함한다.

Description

원통형 이차전지 전극탭 세정방법{A METHOD FOR CLEANING THE ELECTRODE TAP OF THE SECONDARY BATTERY}

본 발명은 이차전지 전극탭 세정방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 전해액으로 오염되어 있는 원통형 이차전지 전극탭을 플라즈마를 이용하여 완벽하고 간편하게 건식 세정할 수 있는 원통형 이차전지 전극탭 세정방법에 관한 것이다.

전지는 재충전이 불가능한 일차 전지와 재충전이 가능한 이차 전지로 분류된다. 이 중 저용량의 일차 전지 또는 이차 전지는 휴대폰이나 노트북 컴퓨터 및 캠코더와 같은 휴대가 가능한 소형 전자기기의 전원으로 사용되고, 대용량의 이차 전지는 하이브리드 자동차나 전기 자동차 등의 모터 구동용 전원으로 사용되고 있다.

전지는 기본적으로 양극과 음극 및 세퍼레이터를 포함하는 전극군과, 전해액과 함께 전극군을 수용하는 케이스와, 케이스를 밀봉하는 캡 조립체를 포함한다. 원통형 전지의 경우 양극은 캡 조립체와 전기적으로 연결되고, 음극은 케이스와 전기적으로 연결될 수 있다. 이를 위해 양극에 부착된 양극 탭이 캡 조립체의 내측에

고정되고, 음극에 부착된 음극 탭이 케이스의 내측에 고정될 수 있다.

통상의 원통형 전지에는 전해액 주입구가 없으므로, 케이스에 전극군을 삽입하고, 케이스에 전해액을 주입한 다음 케이스에 캡 조립체를 장착하여 케이스를 밀봉하는 과정을 거치게 된다. 이때 상기 음극 탭은 전해액 주입 전 케이스에 고정되고, 양극 탭은 전해액 주입 후 캡 조립체에 고정되며, 양극 탭이 고정된 캡 조립체는 개스킷과 함께 케이스에 장착된다.

이와 같이 케이스에 전해액을 주입한 다음 캡 조립체를 장착하는 구조에서는 전극 탭, 예를 들어 양극 탭에 전해액이 묻어 있게 된다. 이 경우 용접 불량이 발생하거나 용접 부분의 산화로 인하여 전지의 수명이 대폭 저하되는 문제점이 있다. 따라서 전극 탭에 묻은 전해액을 제거해야 하는데, 기존에는 단순하게 부직포로 닦아내는 정도의 세정 방법이므로 완전한 세정이 되지 않는 문제점이 있다.

한편 이에 대한 대안으로 레이저를 이용한 건식 세정 방법이 제시되어 있으나, 상기 전극 탭이 대략 0.1mm의 극히 얇은 두께를 가지므로 세심한 주의가 요구되며, 세정 과정에서 2차 이물질 발생의 위험이 없어야 하므로 적합하지 않고, 설비가 매우 고가인 문제점도 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 전해액으로 오염되어 있는 원통형 이차전지 전극탭을 플라즈마를 이용하여 완벽하고 간편하게 건식 세정할 수 있는 원통형 이차전지 전극탭 세정방법을 제공하는 것이다.

전술한 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 원통형 이차전지 전극탭 세정방법은, 1) 전해액을 수용하며 전극 탭이 노출된 전지 케이스를 세정 하우징에 장착하는 단계; 2) 상기 전극 탭에 플라즈마를 방사하여 세정하는 단계;를 포함한다.

그리고 본 발명에서 상기 2) 단계에서는, 플라즈마 토치를 사용하여 아크 플라즈마를 상기 전극 탭에 방사하는 것이 바람직하다.

또한 본 발명에서 상기 2) 단계에서는, 반응 가스로 공기를 사용하는 것이 바람직하다.

또한 본 발명에서 상기 1) 단계 수행 전 또는 수행 후에, 상기 전극탭을 용매로 세정하는 습식 세정 단계가 더 진행되는 것이 바람직하다.

또한 본 발명에서 상기 용매는 dimethyl carbonate(DMC)인 것이 바람직하다.

또한 본 발명에 따른 원통형 이차전지 전극탭 세정방법에서는, 상기 반응가스를 0.1 ~ 1 MPa 의 압력으로 공급하는 것이 바람직하다.

또한 본 발명에서 상기 2) 단계는, 상기 플라즈마 토치를 온(ON) 상태로 세팅한 후, 상기 전지 케이스가 장착된 세정 하우징을 30 ~ 130mm/s의 속도로 수평 이동시키면서 진행되는 것이 바람직하다.

본 발명의 원통형 이차전지 전극탭 세정방법에 따르면 전해액으로 오염되어 있는 원통형 이차전지 전극탭을 플라즈마를 이용하여 완벽하고 간편하게 건식 세정할 수 있으며, 특히 자동화 공정에 의하여 신속하고 정확하게 공정을 진행할 수 있는 장점이 있다.

도 1은 일반적인 원통형 이차전지의 전지 케이스 구조를 도시하는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 세정 하우징의 구조를 도시하는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 세정 하우징에 전지 케이스를 장착하는 모습을 도시하는 도면이다.
도 4, 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 세정 단계를 도시하는 도면들이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 원통형 이차전지 전극탭 세정방법의 공정도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 아크 플라즈마에 의하여 발생하는 라디칼이 유기물을 제거하는 메카니즘을 설명하는 모식도이다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시예를 상세하게 설명한다.

본 실시예에 따른 원통형 이차전지 전극탭 세정방법은 도 6에 도시된 바와 같이, 전지 케이스를 세정 하우징에 장착하는 단계(S200)로 시작된다. 이때 상기 전지 케이스(1)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 전해액을 수용하며 전극 탭(20)이 노출된 상태이며, 다수개의 전지 케이스(1)를 도 3에 도시된 바와 같이, 세정 하우징(110)의 장착홈(112)에 삽입하는 방식으로 장착한다. 이 단계(S200)는 자동화 설비에 의하여 진행될 수 있으며, 상기 세정 하우징(110)에는 도 2에 도시된 바와 같이, 3개 이상의 다수개의 장착홈이 일정한 간격으로 형성될 수 있다.

한편 이 전지 케이스 장착 단계(S200) 수행 전에 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 전극탭(20)을 습식세정하는 단계(S100)가 더 진행될 수 있다. 이 습식 세정 단계(S100)는 상기 전극탭(20)에 묻어 있는 전해액을 선제적으로 제거하기 위한 것으로서, 구체적으로는 상기 전극탭(20)을 용매로 세정하는 방식으로 진행된다.

이때 상기 용매는 전해액의 대부분을 차지하는 dimethyl carbonate(DMC)인 것이 바람직하며, 상기 용매를 부직포에 묻혀서 전극탭(20)을 문지르는 방식으로 수행될 수 있다. 이렇게 습식 세정 단계(S100)가 더 수행되면, 상기 전극탭(20)에 묻어 있는 전해액 중에 DMC를 제외한 다른 물질들은 상당 부분 제거된다.

그리고 상기 습식 세정 단계(S100)는 상기 전지 케이스 장착 단계(S200) 수행 전에 수행되기도 하지만, 상기 전지 케이스 장착 단계(S200) 수행 이후에 수행될 수도 있다.

다음으로 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 전극 탭(20)에 플라즈마(P)를 방사하여 세정하는 단계(S300)가 수행된다. 이 단계(S300)에서는 도 4에 도시된 바와 같이, 플라즈마 토치(120)를 사용하여 아크 플라즈마를 발생시키고 이 플라즈마(P)를 상기 전극 탭(20)에 방사하는 방식으로 공정이 진행된다. 이렇게 상기 플라즈마 토치(120)의 분사구 말단을 상기 전극탭(20)에 5mm 정도의 간격으로 배치한 상태에서, 아크 플라즈마를 발생시키면 상기 전극탭(20)의 대부분의 영역이 플라즈마(P)에 의하여 세정된다. 특히, 상기 전극탭(20) 중 이후의 용접 단계에서 용접되는 부분은 충분하게 세정된다.

이때 본 실시예에 따른 플라즈마 토치(120)에서는 반응 가스로 공기 또는 공기와 질소 혼합물을 사용하므로, 이에 의하여 발생하는 아크 플라즈마에는 도 7에 도시된 바와 같이, O^*, OH^- 와 같은 라디칼이 발생하고 이와 같은 라디칼들의 화학적 반응과 질소 라디칼의 물리적 반응에 의하여 전극탭(20) 표면의 유기물이 완벽하게 제거되는 것이다.

이차전지에 사용되는 일반적인 전해액의 경우 함유량의 83% 이상이 Carbonate로 이루어질 정도로 대부분이 유기물이며, 전술한 바와 같이, DMC로 습식 세정을 거치는 경우 전극탭 표면에 남아 있는 물질의 95% 이상은 Carbonate 이므로 상기 아크 플라즈마에 의하여 이러한 유기물들이 완벽하게 제거되는 것이다.

한편 본 실시예에 따른 플라즈마 세정 단계(S300)에서는 상기 반응가스를 0.1 ~ 1 MPa 의 압력으로 공급하는 것이, 상기 전극탭(20) 표면의 충분한 세정에 적합하므로 바람직하다.

그리고 본 실시예에서 상기 플라즈마 세정 단계(S300)는, 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 전지 케이스(1)가 장착된 세정 하우징(110)을 컨베이어(130) 등을 이용하여 상기 플라즈마 토치(120) 전방으로 일정한 속도로 수평 이동시키면서 자동화 공정으로 진행되는 것이 바람직하다. 구체적으로 상기 플라즈마 토치(120)를 온(ON) 상태로 세팅한 후, 상기 전지 케이스(1)가 장착된 세정 하우징(120)을 30 ~ 130mm/s의 속도로 수평 이동시키면서 진행되는 것이, 상기 전극탭(20)을 완벽하게 세정할 수 있어서 더욱 바람직하다.

1 : 전지 케이스 20 : 전극탭
110 : 세정 하우징 120 : 플라즈마 토치
130 : 컨베이어

Claims

1) 전해액을 수용하며 전극 탭이 노출된 전지 케이스에서 상기 전극탭을 dimethyl carbonate(DMC) 용매로 세정하는 습식 세정 단계;
2) 상기 전지 케이스를 세정 하우징에 장착하는 단계;
3) 상기 전극 탭에 반응 가스로 공기와 질소 혼합물을 반응가스로 사용하여 발생된 플라즈마를 방사하여 세정하는 단계;를 포함하는 원통형 이차전지 전극탭 세정방법.

제1항에 있어서, 상기 3) 단계에서는,
플라즈마 토치를 사용하여 아크 플라즈마를 상기 전극 탭에 방사하는 것을 특징으로 하는 원통형 이차전지 전극탭 세정방법.

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