KR101543057B1 - 전극 조립체의 권취 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전극조립체를 제조하는 권취 장치의 개선구조에 관한 것으로, 제1 전극판 및 제2 전극판을 각각 공급하고 이송하는 공급롤들과 이송롤들; 및 상기 공급롤과 상기 이송롤 사이에 위치하며, 한 쌍의 롤러 사이로 상기 제1 전극판, 또는 제2 전극판을 양 측면에서 가압하는 압연롤러부;를 포함한다.

Description

전극 조립체의 권취 장치{Winding apparatus for electrode assembly}

본 발명은 전극 조립체의 권취 장치의 개선구조에 관한 것이다.

최근, 충방전이 가능하고 가벼우면서도 에너지 밀도 및 출력 밀도가 높은 리튬이차전지가 와이어리스 모바일 기기의 에너지원으로 광범위하게 사용되고 있다. 또한, 가솔린 차량, 디젤 차량 등 화석연료를 사용하는 기존 내연 기관 자동차의 대기오염 및 온실가스 문제를 해결하기 위한 대체방안으로 하이브리드 전기자동차(HEV), 플러그인 하이브리드 전기자동차(PHEV), 배터리 전기자동차(BEV), 전기자동차(EV) 등이 제시되고 있는데, 리튬이차전지는 이러한 내연기관 대체 자동차의 동력원으로서도 주목받고 있다.

리튬이차전지는 전해액의 종류에 따라 액체 전해질을 사용하는 리튬이온전지와 고분자 전해질을 사용하는 리튬폴리머전지로 분류되며, 전극조립체가 수용되는 외장재의 형상에 따라 원통형, 각형 또는 파우치형으로 분류된다.

통상적으로, 각형 이차전지에 채용되는 전극조립체는 양극판, 세퍼레이터, 음극판을 포함한다. 양극판은 양극 집전체에 양극 활물질이 코팅된 양극 코팅부와, 코팅되지 않은 양극 무지부로 이루어져 있으며, 음극판의 경우도 마찬가지로, 음극 집전체에 음극 활물질이 도포된 음극 코팅부와, 코팅되지 않은 음극 무지부로 이루어져 있다. 상기 양극 무지부 및 음극 무지부에는 각각 전극탭이 설치되어진다. 상기 양극판과 음극판 사이에는 다공성 분리막이 개재되는데, 상기 분리막은 양극판과 음극판 사이를 상호 절연하는 한편, 극판들간에 활물질 이온이 교환될 수 있게 함으로써 전기화학 반응을 일으킨다. 상기 양극판, 세퍼레이터 및 음극판은 차례로 적층되어 권취됨으로써 젤리-롤 형태의 전극 조립체가 제조된다.

도 1은 종래 권취 장치의 사시도이다.

도 1을 참조하면, 권취 장치는 전극 조립체를 형성하는 전극판들과 세퍼레이터를 권취한다. 권치 장치(100)는 제1 전극판(11), 제2 전극판(12), 제1 세퍼레이터(21) 및 제2 세퍼레이터(22)를 권취하여 전극조립체(10)를 생산하도록 형성된다. 예를 들면, 권취부(100)는 제1, 제2, 제3, 제4 공급롤러(R11, R12, R13, R14), 제1, 제2, 제3, 제4 이송롤러(R21, R22, R23, R24), 닙롤러(R5) 및 맨드릴(M)을 포함한다.

제1, 제2 공급롤러(R11, R12)은 권취되어 있는 띠 형상의 제1, 제2 전극판(11, 12)을 각각 공급한다. 제3, 제4 공급롤러(R13, R14)은 권취되어 있는 띠 형상의 제1, 제2 세퍼레이터(21, 22)를 각각 공급한다.

제1, 제2 이송롤러(R21, R22)은 제1, 제2 공급롤러(R11, R12)에서 공급되는 제1, 제2 전극판(11, 12)을 지지하여 닙롤러(R5)로 이송한다. 제3, 제4 이송롤러(R23, R24)은 제3, 제4 공급롤러(R13, R14)에서 공급되는 제1, 제2 세퍼레이터(21, 22)를 지지하여 닙롤러(R5)로 이송한다.

또한, 제1, 제4 이송롤러(R21, R24)은 제3, 제2 이송롤러(R23, R22)으로부터 이송되는 제1 세퍼레이터(21)와 제2 전극판(12)을 같이 이송한다. 제1, 제2, 제3, 제4 이송롤러(R21, R22, R23, R24)은 각각 복수로 구비되어 다양한 상태로 제1, 제2 전극판(11, 12) 및 제1, 제2 세퍼레이터(21, 22)를 이송할 수 있다.

닙롤러(R5)은 제1, 제2, 제3, 제4 이송롤러(R21, R22, R23, R24)의 일측(예를 들면, 하방)에 1쌍으로 배치된다. 닙롤러(R5)은 제1, 제2, 제3, 제4 이송롤러(R21, R22, R23, R24)을 경유하는 제1, 제2 전극판(11, 12)과 제1, 제2 세퍼레이터(21, 22)를 한곳에 모아서, 제1 전극판(11), 제1 세퍼레이터(21), 제2 전극판(12) 및 제2 세퍼레이터(22)의 순서로 적층하여 이송 안내한다.

닙롤러(R5)에 의하여 안내되는 제1 전극판(11), 제1 세퍼레이터(21), 제2 전극판(12) 및 제2 세퍼레이터(22)에서, 각 단부들은 맨드릴(M)의 중심부에 형성된 십자홈(미도시)에 삽입되어 맨드릴(M)에 연결된다. 이 상태에서 맨드릴(M)은 회전하면서, 외면에 제1 전극판(11), 제1 세퍼레이터(21), 제2 전극판(12) 및 제2 세퍼레이터(22)를 젤리롤 상태로 권취한다.

이와 같이, 종래 이차전지의 전극 조립체의 제조시에 전극판(11 또는 12)은 롤러(R21 또는 R24)을 타고 주행하며 최종적으로 맨드릴(M) 즉, 권심에 투입되어 회전운동을 통해 전극 조립체가 제조된다. 그런데, 전극판이 여러가지 이유로 휘어져 롤러를 타고 주행할 수 있다.

도 2는 종래 권취 장치에서 전극판이 휘어져 롤러를 타고 주행하는 것을 나타낸 도면이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 제1 전극판(11)이 휘어져 롤러(R21)로 진행하는 경우가 발생할 수 있다. 예컨대, 주변 환경 조건에 의해 제1 전극판(11)이 휘어질 수 있다. 습도 또는 온도가 높으면 전극판(11)이 휘어질 수 있다. 그에 따라, 전극조립체에서 제1 전극판(11)과 제2 전극판(12)이 도 2의 하부에 도시된 바와 같이, 나란히 정렬되지 않는 문제점이 발생할 수 있다. 예컨대, 양극판이 음극판으로부터 벗어나는 현상이 발생할 수 있다.

KR 10-2008-0036250 A

본 발명은 상술한 문제를 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 전극조립체의 수율을 향상시킨 전극조립체의 권취 장치를 제공하는 데 있다.

상술한 과제를 해결하기 위한 수단으로서, 본 발명은 전극판 공급롤러로부터 공급되는 전극판들이 이송롤러로 이송되기 전에 전극판에 열 또는 압력을 가하여 전극판을 평편하게 하여, 전극조립체의 수율을 향상시킬 수 있다.

이를 위해 본 발명의 일 실시예에 따른 권취 장치는 제1 전극판 또는 제2 전극판을 각각 공급하고 이송하는 공급롤러와 이송롤러; 및 상기 공급롤러과 상기 이송롤러 사이에 위치하며, 상기 제1 전극판 또는 제2 전극판을 양 측면에서 가압하는 압연롤러부;를 포함한다.

상기 압연롤러부는 상기 제1 전극판 또는 제2 전극판의 양 측면에 위치된 한 쌍의 롤러를 포함한다. 상기 압연롤러부는 상기 제1 전극판 또는 상기 제2 전극판에 열을 가할 수 있다.

또한, 상기 압연롤러부는 상기 한 쌍의 롤러에 열을 제공하는 열제공부를 포함할 수 있다.

상기 이송롤러는 압연롤러부를 통과한 상기 전극판과 면접촉하며, 상기 전극판의 진입각도 및 반출각도를 조절할 수 있다.

상기 이송 롤러는, 상기 이송 롤러의 몸체를 상하 방향으로 이동시켜, 상기 전극판의 반출각도를 조절하도록 하는 구동부;를 포함할 수 있다.

상기 구동부는, 상기 이송롤러의 구동축의 좌우 단부에 각각 결합하여, 상기 이송롤러의 구동축의 좌우 단부를 각각 상하로 이동시키는 유동유닛;을 포함할 수 있다.

상기 유동유닛은 상기 이송롤러의 구동축의 좌우 단부를 다른 간격으로 상하로 이동시켜, 상기 전극판의 전체 또는 국부영역에 인가되는 장력을 조절할 수 있다.

상기 전극 조립체의 권취 장치는 세퍼레이터를 공급하고 이송하는 세퍼레이트용 공급롤러과 이송롤러를 더 포함할 수 있다.

상기 전극 조립체의 권취 장치는 상기 제1 전극판, 상기 세퍼레이터 및 상기 제2 전극판을 적층하여 일측으로 이송하는 닙롤; 및 상기 닙롤을 경유하여 상기 세퍼레이터를 사이에 배치한 상태로 상기 제1 전극판과 상기 제2 전극판을 권취하여 전극 조립체를 형성하는 맨드릴;을 더 포함할 수 있다.

전극판의 휨 정도가 심할 경우 양극판이 음극판으로부터 벗어나 이차전지의 안전성이 저하되며, 전극조립체의 제조 공정시 전극조립체의 수율을 저하시키는 원인이 되었다.

본 발명에 따르면, 전극판이 공급롤러로부터 공급되어 이송롤러로 주행시 열 또는 압력에 의해 전극판을 평편하게 할 수 있다. 그에 따라, 권취 장치에서 전극판의 주행성이 개선되어, 종래 평편하지 않은 전극판에 의해 양극판이 음극판으로부터 벗어나는 현상을 방지할 수 있다. 또한, 본 발명에 따르면 전극 조립체의 품질 및 공정 수율이 향상된다.

도 1은 종래 권취 장치의 사시도이다.
도 2는 종래 권취 장치에서 전극판이 휘어져 롤러를 타고 주행하는 것을 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 권치 장치의 구성을 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 권취 장치의 작동 상태를 설명하기 위한 개념도이다.
도 5는 도 4의 이송롤러의 구성을 개략적으로 도시한 개념도이다.
도 6은 본 발명에 따른 이송롤러의 다른 작동예를 설명하기 위한 개념도이다.

이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 구성 및 작용을 구체적으로 설명한다. 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성요소는 동일한 참조부여를 부여하고, 이에 대한 중복설명은 생략하기로 한다. 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 권치 장치의 구성을 나타낸 도면이다.

본 발명의 일 실시예에에 따른 권취 장치는 제1 전극판 및 제2 전극판을 각각 공급하고 이송하는 공급롤러들과 이송롤러들 및 상기 공급롤러과 상기 이송롤러 사이에 위치하며, 상기 제1 전극판, 또는 제2 전극판을 양 측면에서 가압하는 압연롤러부를 포함한다. 제1 전극판 및 제2 전극판은 각각 양극판 및 음극판에 해당한다.

또한, 도시하지 않았지만, 전극 조립체의 권취 장치는 상기 제1 전극판, 상기 세퍼레이터 및 상기 제2 전극판을 적층하여 일측으로 이송하는 닙롤; 및 상기 닙롤을 경유하여 상기 세퍼레이터를 사이에 배치한 상태로 상기 제1 전극판과 상기 제2 전극판을 권취하여 전극 조립체를 형성하는 맨드릴;을 더 포함할 수 있다.

도 3을 참조하면 도시의 간단성을 위해 하나의 전극판이 도시되어 있으며, 이에 한정하여 권취 장치의 구성을 설명한다.

도 3을 참조하면, 공급롤러(100)은 권취되어 있는 띠 형상의 전극판(11)을 공급한다. 이송롤러(310)은 공급롤러(100)에서 공급되는 전극판(11)을 지지하여 맨드릴(400)로 이송될 수 있도록 한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 권취 장치는 상기 공급롤러(100)과 상기 이송롤러(310) 사이에 위치하며, 전극판을 양 측면에서 가압하는 압연롤러부(200)을 포함한다.

상기 압연롤러부(200)는 상기 전극판(11)의 양 측면에 위치된 한 쌍의 롤러(200A, 200B)를 포함한다. 한 쌍의 롤러(200A, 200B)는 전극판(11)을 양 측면에서 서로 맞대어 회전하면서 상기 전극판(11)을 가압한다. 그에 따라, 공급롤러(100)으로부터 공급된 전극판(11)은 압연롤러부(200)을 통해 휘어짐이 제거된다. 다시 말해, 전극판(11)은 압연롤러부(200)의 한 쌍의 롤러(200A, 200B) 사이를 통과하면서 평편하게 된다.

다른 실시예에 따라, 압연롤러부(200)는 전극판에 열을 제공할 수 있다. 이 경우, 열은 전극판을 평편하게 하는데 도움을 주지만, 전극판이 열에 의해 변형되거나 손상되지 않는 정도이다. 이를 위해, 압연롤러부(200)는 한 쌍의 롤러(200A, 200B)에 열을 제공하는 열제공부(도시 생략)을 포함할 수 있다. 이 때, 한 쌍의 롤러(200A, 200B)중 어느 하나 또는 둘 모두에 열이 제공될 수 있다.

한편, 전극판(11)이 상기 압연롤러부(200)의 한 쌍의 롤러(200A, 200B) 사이를 통과하면서 압연되면서, 전극판(11)에 웨이브가 발생하거나, 전극판의 에지 부분에 주름이 생기는 불량이 발생할 수도 있다.

이를 위해, 본 발명의 다른 실시예에 따라, 압연롤러부를 통과한 전극판에 반출각도 및 진입각도를 조절할 수 있으며, 상하 유동을 통해 전극판 전체 또는 국부영역에 장력을 인가한다. 이 경우, 전극판의 주름이나 웨이브를 제거함으로써, 제품의 품질의 신뢰성을 높이고 작업의 효율성을 극대화할 수 있다.

구체적으로, 본 발명의 다른 실시예에 따른 권취 장치에서 이송롤러는 상기 압연롤러부를 통과한 상기 전극판과 면접촉하며, 상기 전극판의 진입각도 및 반출각도를 조절한다.

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 권취 장치의 작동 상태를 설명하기 위한 개념도이다.

도 4를 참조하면, 상기 이송롤러(310)은 도 4에 도시된 것과 같이, 상기 압연롤러부의 한 쌍의 롤러(200A, 200B) 사이를 통과한 전극판에 면접촉하는 위치에 배치되며, 도 4와 같이 상, 하로 전극판과 면접촉하면서 위치를 변경하여 전극판의 진입각도 및 반출각도를 변경할 수 있게 된다.

도 5는 도 4의 이송롤러(310)의 구성을 개략적으로 도시한 개념도이다.

도 5를 참조하면, 이송롤러(310)는 이송롤러(310)의 몸체는 상하 방향으로 이동시켜, 상기 전극판의 반출각도를 조절하게 할 수 있으며, 이를 위해, 상기 이송롤러(310)의 몸체를 상하로 이동시키는 구동부(320, 330)을 더 포함하여 구성됨이 바람직하다.

상기 구동부는 이송롤러(310)의 각각의 축(311, 312)에 독립적으로 결합되거나 일체로 결합되는 구조 어느 것이나 가능하나, 본 발명의 바람직한 실시예에서는 독립적으로 각각의 축(311, 312)의 단부에 결합하는 것이 후술하는 구동동작을 구현하는데 유리하다.

즉, 도 5에서 상술한 상기 이송롤러(310)는 구동부의 동작으로 압연롤러의 후방에서 전극판에 면접촉하여 상하로 이동을 함으로써, 전극판의 진입각도 및 반출각도를 조절할 수 있도록 할 수 있으며, 이 경우 압연롤러부의 한 쌍의 롤러를 통과하여 반출되는 각도를 조정하여 압연밀도를 조정할 수 있으며, 이로 이해 맨드릴에 감기는 경우 주름이나 꼽치는 현상을 방지할 수 있다.

도 6은 본 발명에 따른 이송롤러(310)의 다른 작동예를 설명하기 위한 개념도이다. 도 5에 기술한 것과 같이, 상기 이송롤러(310)의 상하 이동을 조절하는 구동부(320, 330)은 이송롤러 전체의 상하 이동을 통해 반출되는 각도를 조정하여 압연밀도를 조정하는 기능 이외에, 각각의 구동부(320, 330)이 각각 별개로 구동하여 이송롤러를 좌우로 움직일 수 있도록 구동할 수 있다.

즉, 도 6에 도시된 것과 같이, 이송롤러(310)에 결합되는 상기 구동부는, 상기 이송롤러의 구동축의 좌우 단부에 각각 결합하는 유동유닛(도시 생략)을 포함한다. 상기 유동유닛은 상기 이송롤러의 구동축의 좌우 단부를 각각 상하로 이동시킨다. 즉, 유동유닛은 상기 이송롤러의 구동축의 좌우 단부를 다른 간격으로 상하로 이동시킬 수 있다. 그에 따라, 전극판의 전체에 고른 장력이 분포되도록 할 수 있다.

이러한 유동유닛은 상기 구동축의 좌우 단부의 이동을 개별적으로 구현하여 이송롤러에 유동운동을 구현하여 상기 전극판의 전체 또는 국부영역에 인가되는 장력을 조절할 수 있도록 한다.

이는 도 6의 (b)와 (c)에 도시된 것과 같이, 이송롤러를 상하 이동하는 것에 더하여 이송롤러가 수평한 상태로 배치되는 가상의 수평선(X, X')를 기준으로, 좌측부분은 상승 우측부분은 하강, 또는 이와 반대의 동작을 수행(도 5에서의 각 축의 화살표 참조)하되, 전극판와 면접촉이 된 상태에서 이러한 동작을 수행하여 이송롤러에 진입하는 순간의 장력(T1)과 이를 지나고 나는 장력(T2)를 고려 할때, 이송롤러의 좌우 별개로 구분 하여 움직여 고르게 전극판에 접촉하여 장력(tention)을 고르게 분배하여 부위별 압인율 및 연실율의 차이를 줄여 주름 및 웨이브가 발생하는 현상을 해소할 수 있게 된다.

전술한 바와 같은 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시예에 관해 설명하였다. 그러나 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서는 여러 가지 변형이 가능하다. 본 발명의 기술적 사상은 본 발명의 기술한 실시예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

100:공급롤러
200A, 200B: 압연롤러부
310: 이송롤러
400: 맨드릴

Claims (10)

1. 제1 전극판 또는 제2 전극판을 각각 공급하고 이송하는 공급롤러와 이송롤러;
   상기 공급롤러과 상기 이송롤러 사이에 위치하며, 상기 제1 전극판 또는 제2 전극판을 양 측면에서 가압하는 압연롤러부;
   세퍼레이터를 공급하고 이송하는 세퍼레이트용 공급롤러과 이송롤러;
   상기 제1 전극판, 상기 세퍼레이터 및 상기 제2 전극판을 적층하여 일측으로 이송하는 닙롤; 및
   상기 닙롤을 경유하여 상기 세퍼레이터를 사이에 배치한 상태로 상기 제1 전극판과 상기 제2 전극판을 권취하여 전극 조립체를 형성하는 맨드릴을 포함하는 전극 조립체의 권취 장치.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 압연롤러부는 상기 제1 전극판 또는 제2 전극판의 양 측면에 위치된 한 쌍의 롤러를 포함하는 권취 장치.
3. 청구항 2에 있어서,
   상기 압연롤러부는 상기 제1 전극판 또는 상기 제2 전극판에 열을 가하는 전극 조립체의 권취 장치.
4. 청구항 3에 있어서,
   상기 압연롤러부는 상기 한 쌍의 롤러에 열을 제공하는 열제공부를 포함하는 권취 장치.
5. 청구항 1에 있어서,
   상기 이송롤러는 압연롤러부를 통과한 상기 전극판과 면접촉하며, 상기 전극판의 진입각도 및 반출각도를 조절하는 전극 조립체의 권취 장치.
6. 청구항 5에 있어서,
   상기 이송 롤러는,
   상기 이송 롤러의 몸체를 상하 방향으로 이동시켜, 상기 전극판의 반출각도를 조절하도록 하는 구동부;를 포함하는 전극 조립체의 권취 장치.
7. 청구항 6에 있어서,
   상기 구동부는,
   상기 이송롤러의 구동축의 좌우 단부에 각각 결합하여, 상기 이송롤러의 구동축의 좌우 단부를 각각 상하로 이동시키는 유동유닛;을 포함하는 전극 조립체의 권취 장치.
8. 청구항 7에 있어서,
   상기 유동유닛은 상기 이송롤러의 구동축의 좌우 단부를 다른 간격으로 상하로 이동시켜, 상기 전극판의 전체 또는 국부영역에 인가되는 장력을 조절하는 전극 조립체의 권취 장치.
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