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KR-102960686-B1 - SECONDARY BATTERY ELECTROLYTE INJECTION PORT CLEANING APPARATUS AND METHOD THEREOF

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Abstract

본 발명은 이차전지 주액구 세정장치 및 그 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 이차전지의 주액구 세정시 세정부재 및 상기 세정부재의 세정 저면과 밀착하는 세정편이 함께 회전하도록 구성함으로써, 상기 주액구에 대한 세정 효율이 개선되도록 하는 이차전지 주액구 세정장치 및 그 방법에 관한 것이다.

Inventors

  • 유주연
  • 정재헌

Assignees

  • (주)하나기술

Dates

Publication Date
20260506
Application Date
20260129

Claims (20)

  1. 공급되는 세정편을 그립하도록 구성되고, 일 측이 상기 세정편과 함께 회전하도록 구성되어 하측에 위치하는 이차전지의 주액구를 세정하는 세정부;를 포함하며, 상기 세정부는 일 측이 회전하며, 저부가 상기 세정편과 밀착하는 회전부; 및 상기 세정편을 그립한 상태에서 상기 회전부와 함께 회전하도록 구성되는 세정 그리퍼부;를 포함하고, 상기 회전부는 회전 구동장치에 의하여 회전하도록 구성되는 세정부재;를 포함하며, 상기 세정부재는 저면에 개구를 가지며, 저면이 상기 이차전지의 일면과 밀착되는 커버부재; 상기 커버부재의 내측에 설치되며, 상기 개구를 통해 저면에 밀착되는 상기 세정편과 함께 상기 주액구의 내측으로 적어도 일부 삽입되는 주액구 삽입부재; 및 복원력에 의하여 상기 주액구 삽입부재를 하방으로 밀어내어, 상기 주액구 삽입부재가 상기 주액구의 내측에 밀착되도록 유도하는 제1 탄성부재;를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지 주액구 세정장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 세정 그리퍼부는 복수개로 구성되며, 상기 세정부는 대응되는 세정 그리퍼부의 수평 방향 위치를 제어하여, 상기 복수개의 세정 그리퍼부와 함께 회전하는 상기 세정편의 장력을 조절하는 수평 이동 제어부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지 주액구 세정장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 세정 그리퍼부는 공급되는 상기 세정편의 양 면을 각각 가압하는 제2 상부 부재 및 제2 하부 부재;를 포함하고, 상기 세정부는 상기 회전부 및 상기 세정 그리퍼부를 연결하는 연결부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지 주액구 세정장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 세정부는 상기 제2 하부 부재의 승강을 제어하는 그립 제어부;를 더 포함하며, 상기 그립 제어부는 승강하도록 구성되는 승강부재; 상기 승강부재와 연결되는 가압 롤러; 상기 가압 롤러의 가압력에 의하여 하강되도록 구성되는 접촉부재; 및 상기 접촉부재를 지지하며, 일 측이 상기 제2 하부 부재와 결합되는 지지 로드;를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지 주액구 세정장치.
  5. 제4항에 있어서, 상기 그립 제어부는 일 단부가 상기 제2 하부 부재와, 타 단부가 상기 접촉부재와 연결되는 제2 탄성부재;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지 주액구 세정장치.
  6. 제2항에 있어서, 상기 세정부는 상기 회전부 및 상기 세정 그리퍼부를 연결하는 연결부;를 더 포함하며, 상기 수평 이동 제어부는 상기 연결부의 일 면 상에 설치되는 제3 가이드 레일; 상기 제3 가이드 레일과 결합하는 제3 가이드 블록; 및 상기 세정 그리퍼부와 연결되며, 상기 제3 가이드 레일의 길이 방향을 따라 수평 방향 이동하도록 구성되는 이동부재;를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지 주액구 세정장치.
  7. 제6항에 있어서, 상기 세정부는 상기 제2 하부 부재의 승강을 제어하는 그립 제어부;를 더 포함하며, 상기 세정 그리퍼부는 공급되는 상기 세정편의 양 면을 각각 가압하는 제2 상부 부재 및 제2 하부 부재;를 포함하고, 상기 그립 제어부는 승강하도록 구성되는 승강부재; 상기 승강부재와 연결되는 가압 롤러; 상기 가압 롤러의 가압력에 의하여 하강되도록 구성되는 접촉부재; 및 상기 접촉부재를 지지하며, 일 측이 상기 제2 하부 부재와 결합되는 지지 로드;를 포함하고, 상기 수평 이동 제어부는 상기 이동부재의 수평 방향 최대 변위를 제한하는 스토퍼부재; 및 상기 승강부재와 연결되며, 하강에 의하여 상기 접촉부재의 일 면과 접촉함으로써, 상기 이동부재의 수평 방향 변위를 제한하는 기준 위치 설정부재;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지 주액구 세정장치.
  8. 제1항에 있어서, 세정와이퍼를 상기 세정편으로 커팅하는 세정편 공급부; 및 커팅된 상기 세정편을 상기 세정부로 이송시키는 그립 이송부;를 더 포함하고, 상기 세정편 공급부는 외면에 세정와이퍼가 감겨진 언와인더; 상기 언와인더로부터의 상기 세정와이퍼를 커팅부로 공급하는 피딩부; 상기 세정와이퍼를 커팅하여 상기 세정편을 제작하는 커팅부; 및 상기 커팅부의 하류 측에 설치되어, 상기 세정와이퍼의 일 측의 형상을 변형하는 형상 변형부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지 주액구 세정장치.
  9. 제8항에 있어서, 상기 피딩부는 제1 구동장치에 의하여 회전하는 구동 롤러; 및 상기 언와인더로부터 공급되는 상기 세정와이퍼의 저면을 가압하며, 제2 구동장치에 의하여 승강하도록 구성되는 아이들 롤러;를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지 주액구 세정장치.
  10. 제8항에 있어서, 상기 커팅부는 상기 피딩부로부터 공급되는 상기 세정와이퍼의 저면이 안착되도록 하며, 상하 방향을 따라 제2 커터 삽입공이 구비되는 안착부재; 상기 안착부재의 상측에서 제3 구동장치에 의하여 하강하여 상기 피딩부로부터 공급되는 상기 세정와이퍼의 상면을 가압하고, 상하 방향을 따라 제3 커터 삽입공이 구비되는 가압부재; 및 제4 구동장치에 의하여 승강하도록 구성되며, 상기 안착부재 상의 상기 세정와이퍼를 커팅하는 커터;를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지 주액구 세정장치.
  11. 제8항에 있어서, 상기 형상 변형부는 상기 피딩부로부터 공급되는 상기 세정와이퍼의 저면을 지지하며, 상기 세정와이퍼의 공급 방향을 따라 서로 이격되는 한 쌍의 지지부재; 및 제5 구동장치에 의하여 하강하도록 구성되어, 하측에서 상기 한 쌍의 지지부재 사이에 위치하는 상기 세정와이퍼의 일부 영역을 가압하는 푸셔;를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지 주액구 세정장치.
  12. 제8항에 있어서, 상기 세정편 공급부는 상기 피딩부의 상류 측에 설치되며, 일 측이 승강함으로써, 상기 언와인더로부터 공급되는 상기 세정와이퍼에 적용되는 장력을 제어하는 장력 제어부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지 주액구 세정장치.
  13. 제12항에 있어서, 상기 장력 제어부는 상하 방향으로 연장되는 가이드 샤프트; 상기 가이드 샤프트의 가이드 하 승강하도록 구성되는 승강부; 및 상기 승강부의 일 면 상에 설치되며, 하단부에 감기는 상기 세정와이퍼에 적용되는 장력에 따라 승강하도록 구성되는 댄서 롤러;를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지 주액구 세정장치.
  14. 제8항에 있어서, 상기 세정편 공급부의 하류 측에 설치되어, 상기 그립 이송부에 의하여 공급되는 상기 세정편에 세정용제를 공급하는 세정용제 공급부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지 주액구 세정장치.
  15. 제14항에 있어서, 상기 세정부에 의하여 세정 작업이 마쳐진 상기 세정편을 상기 세정부로부터 제거하는 세정편 제거부; 및 상기 세정편 제거부로부터 공급되는 상기 세정편을 수납하는 폐기부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지 주액구 세정장치.
  16. 제15항에 있어서, 상기 폐기부는 내부 공간에 폐기될 상기 세정편을 수납하는 박스 형태의 구성으로, 상면 적어도 일 측이 개방되는 폐기 수용부; 및 상기 폐기 수용부의 상측에 설치되어, 상기 폐기 수용부를 향하여 에어를 분사하는 에어 블로워;를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지 주액구 세정장치.
  17. 제14항에 따른 이차전지 주액구 세정장치에 의한 이차전지 주액구 세정방법에 있어서, 상기 그립 이송부가 상기 세정편 공급부로부터 공급되는 상기 세정편을 상기 세정용제 공급부로 이송시키는 단계; 상기 세정용제 공급부가 상기 세정편에 세정용제를 공급하는 단계; 상기 그립 이송부가 상기 세정편을 상기 세정용제 공급부로부터 상기 세정부로 이송시키는 단계; 및 상기 회전부 및 상기 세정 그리퍼부가 함께 회전하여 상기 세정부 하측의 이차전지의 주액구를 상기 세정편으로 세정하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지 주액구 세정방법.
  18. 제17항에 있어서, 상기 세정하는 단계는 상기 세정 그리퍼부의 일 측이 상기 세정편의 일 측을 그립하는 단계; 상기 회전부 및 상기 세정 그리퍼부가 함께 하강하여, 상기 세정편이 상기 이차전지의 주액구 내측과 밀착되도록 하는 단계; 및 상기 회전부 및 상기 세정 그리퍼부가 동일한 각속도로 회전하여, 상기 이차전지의 주액구를 세정하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지 주액구 세정방법.
  19. 제18항에 있어서, 상기 세정부에 의하여 세정 작업이 마쳐진 상기 세정편을 상기 세정부로부터 제거하는 세정편 제거부;를 더 포함하고, 상기 세정부에 의한 세정 이후, 상기 세정편 제거부가 상기 세정편을 그립하여 상기 세정부로부터 이탈시키는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지 주액구 세정방법.
  20. 제19항에 있어서, 상기 세정편 제거부로부터 공급되는 상기 세정편을 수납하는 폐기 수용부를 포함하는 폐기부;를 더 포함하고, 상기 세정편 제거부로부터 이송되는 상기 세정편을 상기 폐기 수용부 내 공급하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지 주액구 세정방법.

Description

이차전지 주액구 세정장치 및 그 방법{SECONDARY BATTERY ELECTROLYTE INJECTION PORT CLEANING APPARATUS AND METHOD THEREOF} 본 발명은 이차전지 주액구 세정장치 및 그 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 이차전지의 주액구 세정시 세정부재 및 상기 세정부재의 세정 저면과 밀착하는 세정편이 함께 회전하도록 구성함으로써, 상기 주액구에 대한 세정 효율이 개선되도록 하는 이차전지 주액구 세정장치 및 그 방법에 관한 것이다. 최근 전기자동차 및 에너지 저장 시스템 시장의 비약적인 성장으로 인하여 고에너지 밀도와 기계적 안정성을 갖춘 각형 이차전지에 대한 수요가 지속적으로 증가하고 있다. 각형 이차전지는 금속 소재의 캔 내부에 전극조립체를 수납한 후 상단 캡 플레이트에 형성된 주액구를 통해 전해액을 주입하고 이를 밀봉하는 과정을 거쳐 제조된다. 하지만 전해액 주입 공정 중 노즐로부터 공급되는 전해액이 주액구 주변이나 캔 상단 표면에 미세하게 비산되거나 잔류하게 되는 문제가 빈번히 발생할 수 있다. 주액구 주변에 잔류한 전해액은 후속 공정에서 플러그 용접시 레이저 열에 의해 급격히 기화하며 용접 비산을 발생시키고, 이로 인해 용접부에 미세한 핀홀이나 크랙이 형성되어 배터리의 기밀성을 심각하게 저하시키는 원인이 된다. 또한 전해액에 포함된 리튬염 등이 공기 중의 수분과 반응하여 강산성 물질인 불산을 생성함으로써 알루미늄 캔 외관을 부식시키고, 전도성 액체인 전해액이 잔류함에 따라 단자와 캔 사이의 절연 저항을 낮추어 전기적 단락 및 화재 사고의 위험을 초래할 수 있다. 따라서 이러한 품질 저하 및 안전 사고를 방지하기 위해 주액 후 잔류 전해액을 정밀하게 제거하는 세정 공정이 필수적이다. 전술한 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명의 발명자는 신규의 이차전지 주액구 세정장치 및 그 방법을 제시하며, 이에 대한 상세한 내용은 후술하도록 한다. 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 각형 이차전지에 대한 참고도이고; 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지 주액구 세정장치에 대한 사시도이고; 도 3은 도 2에 따른 이차전지 주액구 세정장치에 대한 배면도이고; 도 4a 및 도 4b는 도 2에 따른 세정편 공급부에 대한 참고도이고; 도 5는 도 4에 따른 공급 정지부에 대한 확대도이고; 도 6은 도 2에 따른 그립 이송부에 대한 사시도이고; 도 7은 도 2에 따른 세정부에 대한 정면도이고; 도 8은 도 7에 따른 세정부에 대한 배면도이고; 도 9는 도 7에 따른 세정부에 대한 참고도이고; 도 10a 및 도 10b는 도 7에 따른 세정 그리퍼부의 동작을 설명하기 위한 참고도이고; 도 11은 도 2에 따른 세정편 제거부에 대한 사시도이고; 도 12는 도 2에 따른 이차전지 공급부에 대한 사시도이고; 도 13은 도 2에 따른 폐기부에 대한 사시도이고; 도 14 내지 도 22는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지 주액구 세정방법을 설명하기 위한 참고도이다. 이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 더욱 상세하게 설명한다. 본 발명의 실시예는 다양한 형태로 변형할 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래의 실시예들로 한정되는 것으로 해석되어서는 안 되며 청구범위에 기재된 사항을 기준으로 해석되어야 한다. 또한, 본 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 참고적으로 제공되는 것일 뿐이다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 단수 형태는 문맥상 다른 경우를 분명히 지적하는 것이 아니라면, 복수의 형태를 포함할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 경우 "포함한다(comprise)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급한 형상들, 숫자, 단계, 동작, 부재, 요소 및/또는 이들 그룹의 존재를 특정하는 것이며, 하나 이상의 다른 형상, 숫자, 동작, 부재, 요소 및 /또는 그룹들의 존재 또는 부가를 배제하는 것이 아니다. 이하에서는, 일 구성요소(또는 층)가 타 구성요소(또는 층) 상에 배치되는 것으로 설명되는 경우, 일 구성요소가 타 구성요소 위에 직접적으로 배치되는 것일 수도, 또는 해당 구성요소들 사이에 다른 구성요소(들) 또는 층(들)이 사이에 위치할 수도 있음에 유의하여야 한다. 또한, 일 구성요소가 타 구성요소 상 또는 위에 직접적으로 배치되는 것으로 표현되는 경우, 해당 구성요소들 사이에 타 구성 요소(들)이 위치하지 않는다. 또한, 일 구성요소의 '상', '상부', '하부', '상측', '하측' 또는 '일 측', '측면'에 위치한다는 것은 상대적인 위치 관계를 의미하는 것이다. 또한, 이하에서 번호를 표시하여 '제1', '제2' 등의 구성요소로 설명하는 것이 있으며, 이 때 제2의 구성이 제1의 구성을 전제하는 것은 아니고 각 구성요소는 서로 독립적인 것임에 유의하여야 한다. 이하에서 일 구성요소와 타 구성요소가 '결합' 또는 '연결'된다고 설명하는 것은, 각 구성요소가 직접 결합/연결되는 것뿐만 아니라 제3의 구성요소에 의하여 간접적으로 결합/연결되는 것 역시 포함하는 개념이다. 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 각형 이차전지에 대한 참고도이다. 이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지 주액구 세정장치(1)를 설명하기에 앞서, 각형 이차전지(9)의 구조에 대하여 설명하도록 한다. 도 1을 참고하면, 각형 이차전지(9)는 캔(Can; 91)을 포함할 수 있다. 캔(91)은 내측에 전극조립체(93)를 수용하여 패키징하기 위한 구성으로, 일 예로 적어도 상측이 개방된 육면체 형상으로 형성될 수 있다. 캔(91)은, 일 예로 알루미늄 소재를 압출/절곡하는 과정을 통하여 형성될 수 있으며, 상기 캔(91)에 삽입되는 전극조립체(93)는 양극, 음극 및 분리막 등을 포함할 수 있다. 또한, 캔(91)의 내측에 전극조립체(93)가 삽입된 이후 상기 캔(91)의 개방된 상측에는, 상기 캔(91)이 밀폐되도록 캡 플레이트(또는 리드)(95)가 용접될 수 있다. 일 예로, 캡 플레이트(95)는 레이저 용접에 의하여 캔(91)의 개방된 상측에 접합될 수 있다. 그리고 캡 플레이트(95)의 일 측에는, 캔(91)의 내측으로 전해액이 주입되도록 하기 위한 주액구(951)가 형성될 수 있다. 주액구(951)는 캡 플레이트(95)를 상하 방향 관통하는 구성으로, 일 예로 원형의 평면 형상을 가질 수 있다. 캔(91)의 내측에 전해액을 주입하는 주액 공정을 수행한 이후, 주액구(951) 내측 및/또는 주액구(951) 주변에 전해액이 잔류할 수 있다. 이와 같이 전해액이 주액구(951) 내측 및/또는 주변에 잔류하면, 후속 공정에서 상기 주액구(951) 밀봉을 위하여 플러그(Plug)를 덮은 이후 레이저 용접시 용접 비산이 발생하며, 캡 플레이트(95)의 부식 등 다양한 문제를 일으킬 수 있다. 그러므로 주액 공정 이후 주액구(951) 내측 및/또는 주변의 전해액을 제거하는 공정을 수행하는 것이 바람직하고, 이 때 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지 주액구 세정장치(1)가 활용될 수 있다. 한편, 후술하는 본 발명의 일 실시예에서는 각형 이차전지의 주액구를 세정하는 것을 예시하여 설명하나, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지 주액구 세정장치(1)는 이차전지의 폼팩터에 구애받지 않는다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지 주액구 세정장치에 대한 사시도이고; 도 3은 도 2에 따른 이차전지 주액구 세정장치에 대한 배면도이다. 이하에서는 첨부된 도면들을 참고하여 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지 주액구 세정장치(1)에 대하여 설명하도록 한다. 도 2 내지 도 3을 참고하면, 본 발명은 이차전지 주액구 세정장치(1)에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 각형 이차전지(9)의 주액구(951) 세정시 세정부재(415) 및 상기 세정부재(415)의 저면과 밀착하는 세정편(cleaning piece; A1)이 함께 회전하도록 구성함으로써, 상기 주액구(951)에 대한 세정 효율이 개선되도록 하는 이차전지 주액구 세정장치(1)에 관한 것이다. 이를 위하여, 이차전지 주액구 세정장치(1)는 세정편 공급부(10), 세정용제 공급부(20), 그립 이송부(30), 세정부(40), 세정편 제거부(50), 이차전지 공급부(60) 및 폐기부(70)를 포함할 수 있다. 도 4a 및 도 4b는 도 2에 따른 세정편 공급부에 대한 참고도이다. 도 2 내지 도 4b를 참고하면, 세정편 공급부(10)는 공급되는 세정와이퍼(A)를 세정편(A1)으로 커팅하는 구성으로, 언와인더(110), 공급 정지부(120), 장력 제어부(130), 피딩부(140), 커팅부(150) 및 형상 변형부(160)를 포함할 수 있다. 여기서, 세정와이퍼(cleaning wiper; A)는 세정매체로서 권취체로부터 인출되어 연속적으로 이송되는 장척 세정재료이고, 세정편(A1)은 단위 세정매체로서 상기 세정와이퍼(A)로부터 절단되어 세정부(40)에 1회 세정 작업의 투입 단위로 제공되는 단위편이다. 또한, 언와인더(110)와 피딩부(140) 사이에는, 세정와이퍼(A)의 이송 경로를 따라 한 개 이상의 이송 롤러(R)가 배치되며, 상기 이송 롤러(들)(R)는 베이스 플레이트(B) 상에 고정 설치될 수 있다. 일 예로, 베이스 플레이트(B)는 수직판일 수 있다. 언와인더(110)는 외면에 세정와이퍼(A)가 감겨진 구성으로, 회전에 의하여 그 하류 측의 피딩부(140) 및/또는 커팅부(150)에 세정와이퍼(A)를 공급할 수 있다. 세정와이퍼(A)는, 일 예로 부직포일 수 있으나 본 발명의 범위가 이에 제한되는 것은 아니다. 또한, 언와인더(110)로부터 공급되는 세정와이퍼(A)는 적어도 커팅부(150)의 위치까지 끊김 없이 연장되는 것이 바람직하다. 또한, 언와인더(110)는, 일 예로 베이스 플레이트(B) 상에 설치되며, 제어부(미도시)에 의하여 그 회전이 제어될 수 있다. 그리고 언와인더(110)는 회전 구동장치(111; 도 3 참고)에 의하여 회전하여 하류 측으로 세정와이퍼(A)를 공급할 수 있고, 경우에 따라 상기 회전 구동장치(111) 및 상기 언와인더(110) 사이에 감속기가 더 설치될 수 있다. 설명한 회전 구동장치(111)는