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KR101806939B1 - 이차전지의 스택형 전극조립체의 제조방법 - Google Patents

이차전지의 스택형 전극조립체의 제조방법 Download PDF

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KR101806939B1
KR101806939B1 KR1020170023587A KR20170023587A KR101806939B1 KR 101806939 B1 KR101806939 B1 KR 101806939B1 KR 1020170023587 A KR1020170023587 A KR 1020170023587A KR 20170023587 A KR20170023587 A KR 20170023587A KR 101806939 B1 KR101806939 B1 KR 101806939B1
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KR
South Korea
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electrode
separation membrane
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guide rollers
separator
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김기현
김영군
Original Assignee
이상민
김기현
김영군
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Publication date
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Abstract

본 발명은 2열로 배열된 양측 가이드롤러들 사이를 통과하는 분리막의 양단을 히팅집게로 집어 가열한 접힘선에 의하여 지그재그 형태로 접혀진 분리막을 형성한 후 로터리 타입으로 회전하는 회전체에 분리막과 제1,2전극들을 함께 공급하여 분리막들 사이에 전극들이 끼워져 적층되는 시스템의 스택형 전극조립체의 제조방법에 관한 것으로서, 특히 전극조립체의 제조가 매우 간편하면서도 신속하게 이루어져 공정 자동화에 의한 대량생산(大量生産)이 가능한 전극조립체의 제조방법에 관한 것이다.
전술한 본 발명의 특징은, 구동롤러(10)에 감겨진 분리막(20)을 장력롤러(11) 및 아이들롤러(12)들 사이를 통과시키고, 2열로 배열된 양측 가이드롤러(13)들 사이를 통과시킨 후 분리막(20)의 하단은 한 쌍의 가압롤러(14)들 사이에 끼워지도록 하여 분리막(20)을 롤러들에 설치하는 단계; 2열로 배열된 가이드롤러(13)들 중 좌측의 가이드롤러(13)는 우측으로 우측의 가이드롤러(13)는 좌측으로 이동시켜, 양측 가이드롤러(13)들이 분리막(20)을 밀면서 이동하여 양측 가이드롤러(13)들 사이에서 분리막(20)이 지그재그 형태로 고정되도록 하는 단계; 상기 가이드롤러(13)들의 양측에 장착된 히팅집게(21)를 사용하여 양측 가이드롤러(13)들의 외측면에 위치한 분리막(20)을 집으면서 가열하여 지그재그 형태의 분리막(20)에 접힘선(20a)을 형성하는 단계; 상기 분리막(20)의 양단에 접힘선(20a)들이 연속 형성된 지그재그 형태의 분리막(20)을 접힌 상태로 적층하고, 분리막(20)의 상부를 회전체(40)에 공급하는 단계; 상기 회전체(40)의 하부에 형성된 홈(41)에 제1전극(30A)을 연속적으로 공급하여 끼워지도록 하면서, 회전체(40)의 상부에서는 제2전극(30B)을 연속적으로 공급하여, 회전체(40)를 따라 회전되는 지그재그 형태의 분리막(20)들 사이에 제1전극(30A)과 제2전극(30B)이 교대로 공급되어 분리막(20)을 사이에 두고 제1,2전극(30A)(30B)들이 연속 설치되도록 하는 단계; 로터리 타입으로 회전되는 회전체(40)의 좌측에서 공급되는 분리막(20)들이 한바퀴 회전하여 지그재그 형태들 사이에 제1,2전극(30A)(30B)들이 끼워진 분리막(20)을 회전체(40) 우측에 적층하는 단계를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 이차전지의 스택형 전극조립체의 제조방법에 의하여 달성될 수 있는 것이다.

Description

이차전지의 스택형 전극조립체의 제조방법{The processor Play for recycling of expanded polystyrene foam}
본 발명은 2열로 배열된 양측 가이드롤러들 사이를 통과하는 분리막의 양단을 히팅집게로 집어 가열한 접힘선에 의하여 지그재그 형태로 접혀진 분리막을 형성한 후 로터리 타입으로 회전하는 회전체에 분리막과 제1,2전극들을 함께 공급하여 분리막들 사이에 전극들이 끼워져 적층되는 시스템의 스택형 전극조립체의 제조방법에 관한 것으로서, 특히 전극조립체의 제조가 매우 간편하면서도 신속하게 이루어져 공정 자동화에 의한 대량생산(大量生産)이 가능한 전극조립체의 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 이차전지(二次電池)는 화학적 에너지를 전기적 에너지로 변환시켜 외부 회로에 전원을 공급하고, 방전되었을 때는 외부전원을 공급받아 전기적 에너지를 화학적 에너지로 변환시켜 전기를 저장할 수 있는 축전지이고, 근래에는 모바일(mobile) 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서의 이차전지의 수요가 급격히 증가하고 있고, 그에 따라 다양한 요구에 부응할 수 있는 전지에 대한 많은 연구가 행해지고 있다.
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 안정성의 리튬 이온전지, 리튬 이온 폴리머 전지 등과 같은 리튬 이차전지에 대한 수요가 높다.
또한, 이차전지는 양극/분리막/음극 구조의 전극조립체가 어떠한 구조로 이루어져 있는지에 따라 분류되며, 이중에서 전극들을 적층하는 스택형은 일정크기로 절단된 양극과 음극들 사이에 분리막을 개재한 상태로 순차적으로 적층한 전극조립체이다.
이와 같은 스텍형 전극 조립체를 제조하기 위해서는 3방향에서 양극, 음극 및 분리막을 수평 이동시키면서 공급하여 위치를 맞추어 적층하므로 전체적인 작업공정이 복잡하여 불량률이 높을 뿐 아니라 상당한 시간이 소요되어 작업의 효율 및 생산성(生産性)을 높여줄 수 없었다.
종래에는 등록특허 제10-1220981호 "이차전지용 전극판 적층장치"(선행기술1) 및 등록특허 제10-1625717호 "이차전지용 단위체 적층장치 및 적층방법"(선행기술2)이 제안된 바 있다.
상기 선행기술1은 "시트 형상의 세퍼레이터를 길이방향으로 연속적으로 공급하는 공급수단; 상기 세퍼레이터의 공급방향을 따라 공급수단으로부터 이격된 지점에 위치되어, 세퍼레이터와 전극판이 교번으로 적층됨으로써 형성되는 전극판 적층체를 고정시키는 고정수단; 상기 공급수단과 고정수단 사이에 위치하는 세퍼레이터의 일면에 전극판을 접촉시킨 후 전극판이 접촉된 부위의 세퍼레이터 타면이 고정수단에 고정된 전극판 적층체에 접촉되도록 전극판을 이동시켜 세퍼레이터와 전극판을 전극판 적층체에 적층시키는 이송수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지용 전극판 적층장치"이다.
상기 선행기술2는 "제1크기를 가지는 한 개 이상의 제1기본 단위체와 상기 제1크기보다 큰 제2크기를 가지는 한 개 이상의 제2기본 단위체를 적층하는 이차전지용 단위체 적층장치로서, 상기 제1크기에 대응되는 크기의 제1내부 공간과, 상기 제1내부 공간의 상측에서 제1내부 공간과 통하고 상기 제2크기에 대응되는 크기의 제2내부 공간을 구비하는 스택 지그를 포함하며, 상기 제1기본 단위체는 제2내부 공간을 통해 제1내부 공간에 적층되고, 이어서 상기 제2기본 단위체는 상기 제2내부 공간에 적층되는 것을 특징으로 하는 이차전지용 단위체 적층장치"이다.
그러나, 선행기술1은 이송수단인 흡착블록으로 양극판을 흡착하여 이송한 후 세퍼레이터의 일면에 접촉시키고, 다른 이송수단으로 음극판을 흡착하여 이송시켜 세퍼레이터를 사이에 두고 상기 양극판과 음극판을 교번으로 적층시키는 전극판 적층장치이고, 선행기술2는 크기가 다른 다수의 단위체를 스택 지그를 이용하여 적층 함으로써 작업의 효율성과 생산성을 증대시킬 수 있도록 한 기술이므로, 본원발명과 같이, 분리막의 양단을 열 접착한 접힘선에 의하여 지그재그 형태로 접혀진 분리막과 제1,2전극들을 로터리 타입으로 회전하는 회전체에 공급하여 분리막들 사이에 전극들이 연속 끼워지면서 적층되어 전극조립체의 제조가 신속·간편하게 이루어질 수 있도록 하는 기술은 찾아볼 수 없었다.
본 발명은 상기한 문제점을 감안하여 창안한 것으로서, 그 목적은 지그재그로 배치된 분리막의 양단을 열 접착한 접힘선에 의하여 지그재그 형태로 접혀진 분리막과 제1,2전극들을 로터리 타입으로 회전하는 회전체에 연속 공급하여 분리막들 사이에 전극들이 끼워져 적층되는 시스템의 이차전지의 스택형 전극조립체의 제조방법을 제공함에 있는 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징은, 구동롤러(10)에 감겨진 분리막(20)을 장력롤러(11) 및 아이들롤러(12)들 사이를 통과시키고, 2열로 배열된 양측 가이드롤러(13)들 사이를 통과시킨 후 분리막(20)의 하단은 한 쌍의 가압롤러(14)들 사이에 끼워지도록 하여 분리막(20)을 롤러들에 설치하는 단계; 2열로 배열된 가이드롤러(13)들 중 좌측의 가이드롤러(13)는 우측으로 우측의 가이드롤러(13)는 좌측으로 이동시켜, 양측 가이드롤러(13)들이 분리막(20)을 밀면서 이동하여 양측 가이드롤러(13)들 사이에서 분리막(20)이 지그재그 형태로 고정되도록 하는 단계; 상기 가이드롤러(13)들의 양측에 장착된 히팅집게(21)를 사용하여 양측 가이드롤러(13)들의 외측면에 위치한 분리막(20)을 집으면서 가열하여 지그재그 형태의 분리막(20)에 접힘선(20a)을 형성하는 단계; 상기 분리막(20)의 양단에 접힘선(20a)들이 연속 형성된 지그재그 형태의 분리막(20)을 접힌 상태로 적층하고, 분리막(20)의 상부를 회전체(40)에 공급하는 단계; 상기 회전체(40)의 하부에 형성된 홈(41)에 제1전극(30A)을 연속적으로 공급하여 끼워지도록 하면서, 회전체(40)의 상부에서는 제2전극(30B)을 연속적으로 공급하여, 회전체(40)를 따라 회전되는 지그재그 형태의 분리막(20)들 사이에 제1전극(30A)과 제2전극(30B)이 교대로 공급되어 분리막(20)을 사이에 두고 제1,2전극(30A)(30B)들이 연속 설치되도록 하는 단계; 로터리 타입으로 회전되는 회전체(40)의 좌측에서 공급되는 분리막(20)들이 한바퀴 회전하여 지그재그 형태들 사이에 제1,2전극(30A)(30B)들이 끼워진 분리막(20)을 회전체(40) 우측에 적층하는 단계를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 이차전지의 스택형 전극조립체의 제조방법에 의하여 달성될 수 있는 것이다.
이상에서 상술한 바와 같은 본 발명은, 2열로 배열된 양측 가이드롤러(13)들 사이를 통과하는 분리막(20)의 양단을 히팅집게(21)로 집어 가열한 접힘선(20a)에 의하여 지그재그 형태로 접혀진 분리막(20)을 형성한 후 로터리 타입으로 회전하는 회전체(40)에 분리막(20)과 제1,2전극(30A)(30B)들을 함께 공급하면, 분리막(20)에서 지그재그로 접혀진 부위에 제1전극(30A)과 제2전극(30B)이 교대로 삽입되어 전극조립체의 제조가 완료되는 시스템이므로 전체적인 전극조립체의 제조가 신속 · 간편하게 이루어져 작업의 효율을 높여줄 수 있는 동시에 모든 공정이 자동화되어 대량생산(大量生産)이 가능한 것으로서 대외 경쟁력이 우수한 전극조립체의 제조방법을 제공할 수 있는 등의 이점이 있다.
도 1은 본 발명에 의한 전극조립체가 금속 케이스에 결합되어 이차전지를 구성하는 일실시예를 나타낸 분리사시도,
도 2a ∼ 도 2j는 본 발명에 의한 전극조립체의 제조과정을 순차적으로 나타낸 제조공정도,
도 3은 본 발명에 의한 전극조립체의 분리막을 히팅집게가 집어서 접힘선을 형성하는 상태를 예시한 사시도,
도 4a ∼ 도 4c는 본 발명에 의한 전극조립체의 분리막을 히팅집게가 집어서 접힘선을 형성하는 과정을 나타낸 공정도.
이하, 상기한 목적을 달성하기 위한 바람직한 실시예를 첨부된 도면에 의하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
실시예
도 2a에서 도시한 바와 같이, 구동롤러(10)에 감겨진 시트 형태의 분리막(20)을 장력롤러(11) 및 아이들롤러(12)들 사이를 통과시키고, 2열로 배열된 양측 가이드롤러(13)들 사이를 통과시킨 후 분리막(20)의 하단은 한 쌍의 가압롤러(14)들 사이에 끼워지도록 하여 분리막(20)을 롤러들에 설치하는 단계를 실시하였다.
이어서, 도 2b에서 도시한 바와 같이, 2열로 배열된 가이드롤러(13)들 중 좌측의 가이드롤러(13)는 우측으로 우측의 가이드롤러(13)는 좌측으로 이동시켜, 양측 가이드롤러(13)들이 분리막(20)을 밀면서 이동하여 양측 가이드롤러(13)들 사이에서 분리막(20)이 지그재그 형태로 고정되도록 하는 단계를 실시하였다.
상기 가이드롤러(13)들의 양단은 가이드레일에 지지된 상태에서 양단에 결합된 실린더의 로드가 출몰되면서 양측 가이드롤러(13)들이 이동되는 장치를 사용하였다.
이어서, 도 2c에서 도시한 바와 같이, 상기 가이드롤러(13)들의 양측에 장착된 히팅집게(21)를 사용하여 양측 가이드롤러(13)들의 외측면에 위치한 분리막(20)을 집으면서 가열하여 지그재그 형태의 분리막(20)의 양단에 열 접착된 접힘선(20a)을 형성하는 단계를 실시하였다.
상기 히팅집게(21)는 도 3 및 도 4a ∼ 도 4c에서 도시한 바와 같이, 전열히터에 의하여 가열되는 한 쌍의 집게로 구성되고, 가이드롤러(13)에는 직경이 작은 부위에 안내홈(13a)이 형성되어 히팅집게(21)가 안내홈(13a)의 외부에 씌워진 분리막(20)을 집어서 열 접착된 접힘선(20a)이 형성되도록 하였다.
이어서, 도 2d에서 도시한 바와 같이, 양단에 접힘선(20a)이 형성된 분리막(20)을 하측 가압롤러(14)들의 하부로 이송시켜 분리막(20)이 지그재그 형태로 접혀진 상태에서 적층되도록 하였다.
이어서, 도 2e에서 도시한 바와 같이, 상기 분리막(20)의 양단에 접힘선(20a)들이 연속 형성된 지그재그 형태의 분리막(20) 상부를 회전체(40)에 공급하는 단계를 실시하였다.
이어서, 도 2f∼도 2i에서 도시한 바와 같이, 상기 회전체(40)의 하부에 형성된 홈(41)에 제1전극(30A)을 연속적으로 공급하여 끼워지도록 하면서, 회전체(40)의 상부에서는 제2전극(30B)을 연속적으로 공급하여, 회전체(40)를 따라 회전되는 지그재그 형태의 분리막(20)들 사이에 제1전극(30A)과 제2전극(30B)이 교대로 공급되어 분리막(20)을 사이에 두고 제1,2전극(30A)(30B)들이 연속 설치되도록 하는 단계를 실시하였다.
상기 단계에서 제1,2전극(30A)(30B)들의 공급장치는 회전체(40)의 상,하부에 각각 장착되고, 에어실린더(31a)의 로드에 장착된 집게(31)가 제1,2전극(30A)(30B)들을 집어서 고정하면 에어실린더(31a)의 로드가 출몰되면서 회전체(40)의 하부 홈(41)에는 제1전극(30A)이 결합되고, 상부에서 공급되는 제2전극(30B)은 분리막(20)의 접혀진 부위에 공급되어, 지그재그 형태의 분리막(20)들 사이에 제1전극(30A)과 제2전극(30B)이 교대로 삽입되어 적층되는 구조로 되어 있다.
이어서, 도 2j에서 도시한 바와 같이, 로터리 타입으로 회전되는 회전체(40)의 좌측에서 공급되는 분리막(20)들이 한바퀴 회전하면서 지그재그 형태들 사이에 제1,2전극(30A)(30B)들이 끼워진 분리막(20)을 회전체(40) 우측에 적층하는 단계를 실시하여 스택형 전극조립체(2)의 제조를 완료하였다.
상기 제조과정에 의하여 완성된 의하여 완성된 전극조립체(2)는 도 1에서 도시한 바와 같이, 금속 케이스(1)의 내부에 삽입되어 이차전지를 구성하는 것이다.
전술한 구성으로 이루어진 본 발명은, 2열로 배열된 양측 가이드롤러(13)들 사이를 통과하는 분리막(20)의 양단을 히팅집게(21)로 집어 가열한 접힘선(20a)에 의하여 지그재그 형태로 접혀진 분리막(20)을 형성한 후 로터리 타입으로 회전하는 회전체(40)에 분리막(20)과 제1,2전극(30A)(30B)들을 함께 공급하면, 분리막(20)에서 지그재그로 접혀진 부위에 제1전극(30A)과 제2전극(30B)이 교대로 삽입되어 적층되는 시스템이므로 전극조립체(2)의 제조가 매우 간편하면서도 신속하게 이루어져 작업의 효율을 높여줄 수 있고, 모든 공정이 자동화되어 대량생산(大量生産)이 가능한 것이다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 또한 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 기재된 청구범위 내에 있게 된다.
1 : 금속 케이스 2 : 전극조립체
10 : 구동롤러 11 : 장력롤러
12 : 아이들롤러 13 : 가이드롤러
13a : 안내홈 14 : 가압롤러
20 : 분리막 20a : 접힘선
21 : 히팅집게 30A : 제1전극
30B : 제2전극 31 : 집게
31a : 에어실린더 40 : 회전체
41 : 홈

Claims (3)

  1. 구동롤러(10)에 감겨진 분리막(20)을 장력롤러(11) 및 아이들롤러(12)들 사이를 통과시키고, 2열로 배열된 양측 가이드롤러(13)들 사이를 통과시킨 후 분리막(20)의 하단은 한 쌍의 가압롤러(14)들 사이에 끼워지도록 하여 분리막(20)을 롤러들에 설치하는 단계;
    2열로 배열된 가이드롤러(13)들 중 좌측의 가이드롤러(13)는 우측으로 우측의 가이드롤러(13)는 좌측으로 이동시켜, 양측 가이드롤러(13)들이 분리막(20)을 밀면서 이동하여 양측 가이드롤러(13)들 사이에서 분리막(20)이 지그재그 형태로 고정되도록 하는 단계;
    상기 가이드롤러(13)들의 양측에 장착된 히팅집게(21)를 사용하여 양측 가이드롤러(13)들의 외측면에 위치한 분리막(20)을 집으면서 가열하여 지그재그 형태의 분리막(20)에 접힘선(20a)을 형성하는 단계;
    상기 분리막(20)의 양단에 접힘선(20a)들이 연속 형성된 지그재그 형태의 분리막(20)을 접힌 상태로 적층하고, 분리막(20)의 상부를 회전체(40)에 공급하는 단계;
    상기 회전체(40)의 하부에 형성된 홈(41)에 제1전극(30A)을 연속적으로 공급하여 끼워지도록 하면서, 회전체(40)의 상부에서는 제2전극(30B)을 연속적으로 공급하여, 회전체(40)를 따라 회전되는 지그재그 형태의 분리막(20)들 사이에 제1전극(30A)과 제2전극(30B)이 교대로 공급되어 분리막(20)을 사이에 두고 제1,2전극(30A)(30B)들이 연속 설치되도록 하는 단계;
    로터리 타입으로 회전되는 회전체(40)의 좌측에서 공급되는 분리막(20)들이 한바퀴 회전하여 제1,2전극(30A)(30B)들이 지그재그 형태들 사이에 끼워진 분리막(20)을 회전체(40) 우측에 적층하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지의 스택형 전극조립체의 제조방법.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 히팅집게(21)는, 전열히터에 의하여 가열되는 한 쌍의 집게로 구성되고, 가이드롤러(13)에서 직경이 작은 안내홈(13a) 외부에 씌워진 분리막(20)을 히팅집게(21)가 집어서 열 접착된 접힘선이 형성되도록 한 것을 특징으로 하는 이차전지의 스택형 전극조립체의 제조방법.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 제1,2전극(30A)(30B)들의 공급장치는 회전체(40)의 상,하부에 각각 장착되고, 에어실린더(31a)의 로드에 장착된 집게(31)가 제1전극(30A)(30B)들을 집어서 고정하면 에어실린더(31a)의 로드가 출몰되면서 회전체(40)의 하부 홈(41)에는 제1전극(30A)이 결합되고, 상부에서 공급되는 제2전극(30B)은 분리막(20)의 접혀진 부위에 공급되어, 지그재그 형태의 분리막(20)들 사이에 제1전극(30A)과 제2전극(30B)이 교대로 삽입되어 적층되도록 구성한 것을 특징으로 하는 이차전지의 스택형 전극조립체의 제조방법.
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