KR102192818B1 - Apparatus And Method for Manufacturing Cell Stack of Secondary Battery - Google Patents
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Abstract
본 발명은 분리막의 양측에 복수의 전극판(음극판 및 양극판)을 상하로 배열한 다음 복수의 음극판과 양극판을 동시에 분리막 쪽으로 밀어서 음극판과 분리막과 양극판을 정해진 순서대로 적층하여 셀 스택(cell stack)을 제조할 수 있는 이차전지의 셀 스택 적층 장치 및 방법에 관한 것으로, 본 발명에 따른 이차전지의 셀 스택 적층 장치는, 지그재그로 접힌 형태로 형성된 분리막과, 상기 분리막이 접혀진 부분에 교대로 삽입되어 적층되는 음극판 및 양극판을 포함하는 이차전지의 셀 스택을 적층하는 장치에 있어서, 분리막을 공급하는 분리막 공급부; 상기 분리막 공급부에서 공급되는 분리막의 하단을 잡고 상하로 이송하는 분리막 핸들링유닛; 상기 분리막의 양측에서 복수의 양극판과 음극판을 각각 공급하는 양극판 공급부 및 음극판 공급부; 상기 양극판 공급부에서 공급되는 양극판을 분리막의 일측에 상하로 일정 간격으로 배열하고, 배열된 양극판을 분리막 쪽으로 밀어서 이송하는 양극판 핸들링유닛; 및, 음극판이 양극판 핸들링유닛에 의해 배열된 양극판의 사이사이에 배치되도록 상기 음극판 공급부에서 공급되는 음극판을 분리막의 반대편 일측에 상하로 일정 간격으로 배열하고, 배열된 음극판을 분리막 쪽으로 밀어서 이송하는 음극판 핸들링유닛;를 포함한다. In the present invention, a plurality of electrode plates (cathode plate and positive electrode plate) are arranged up and down on both sides of a separator, and then a plurality of negative electrode plates and positive plates are simultaneously pushed toward the separator to stack the negative electrode plate, the separator, and the positive plate in a predetermined order to form a cell stack. It relates to an apparatus and method for stacking a cell stack of a secondary battery that can be manufactured, wherein the cell stack stacking apparatus of a secondary battery according to the present invention includes a separator formed in a zigzag folded form, and a separator is alternately inserted into the folded portion to be stacked. A device for stacking a cell stack of a secondary battery including a negative electrode plate and a positive electrode plate, comprising: a separator supply unit for supplying a separator; A separation membrane handling unit for holding the lower end of the separation membrane supplied from the separation membrane supply unit and transferring it up and down; A positive electrode plate supply unit and a negative electrode plate supply unit respectively supplying a plurality of positive and negative electrodes from both sides of the separator; A positive electrode plate handling unit that arranges the positive electrode plates supplied from the positive electrode plate supply unit at regular intervals up and down on one side of the separator, and pushes and transfers the arranged positive plates toward the separator; And, the negative electrode plate supplied from the negative electrode plate supply unit is arranged at regular intervals up and down on the opposite side of the separator so that the negative plate is disposed between the positive electrode plates arranged by the positive electrode plate handling unit, and the arranged negative plate is pushed toward the separation membrane and transferred. Unit; includes.
Description
본 발명은 이차전지의 셀 스택 적층 장치 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 분리막의 양측에 복수의 전극판(음극판 및 양극판)을 상하로 배열한 다음 복수의 음극판과 양극판을 동시에 분리막 쪽으로 밀어서 음극판과 분리막과 양극판을 정해진 순서대로 적층하여 셀 스택(cell stack)을 제조할 수 있는 이차전지의 셀 스택 적층 장치 및 방법에 관한 것이다. The present invention relates to an apparatus and method for laminating a cell stack of a secondary battery, and more particularly, a plurality of electrode plates (cathode plates and positive electrodes) are arranged up and down on both sides of a separator, and then a plurality of negative plates and positive plates are simultaneously pushed toward the separator to provide a negative electrode plate. And a cell stack stacking apparatus and method of a secondary battery capable of manufacturing a cell stack by stacking a separator and a positive electrode plate in a predetermined order.
일반적으로 화학전지는 양극판과 음극판의 전극 한쌍과 전해질로 구성되어 있는 전지로서 상기 전극과 전해질을 구성하는 물질에 따라 저장할 수 있는 에너지의 양이 달라진다. 이러한 화학전지는 충전반응이 매우 느려서 1회 방전 용도로만 쓰이는 1차전지와, 반복적인 충방전을 통해 재사용이 가능한 2차전지로 구분되며, 최근 들어서는 충방전이 가능한 장점으로 인해 2차전지의 사용이 늘고 있는 추세에 있다. In general, a chemical cell is a cell composed of a pair of electrodes of a positive plate and a negative plate, and an electrolyte, and the amount of energy that can be stored varies depending on the material constituting the electrode and the electrolyte. These chemical batteries are divided into primary batteries that are used only for one-time discharge because the charging reaction is very slow, and secondary batteries that can be reused through repetitive charging and discharging. Recently, the use of secondary batteries is difficult due to the advantage of charging and discharging. There is a growing trend.
즉, 상기 2차전지는 그 장점으로 인해 산업 전반에 걸친 다양한 기술분야에 적용되고 있으며, 일예로 와이어리스 모바일 기기와 같은 첨단전자기기의 에너지원으로 광범위하게 사용되고 있을 뿐만 아니라 화석연료를 사용하는 기존의 가솔린 및 디젤 내연기관의 대기오염 등을 해결하기 위한 방안으로 제시되고 있는 하이브리드 전기자동차 등의 에너지원으로도 주목받고 있다.That is, the secondary battery is applied to various technical fields throughout the industry due to its advantages, and is widely used as an energy source for advanced electronic devices such as wireless mobile devices, as well as conventional gasoline using fossil fuels. It is also attracting attention as an energy source such as a hybrid electric vehicle that is proposed as a solution to air pollution of diesel internal combustion engines.
이러한 2차 전지는 양극판, 분리막, 음극판이 순차적으로 적층되어 전해질 용액에 담가진 형태로 이루어지는데, 이와 같은 2차 전지의 내부 셀 스택을 제작하는 방식은 크게 두 가지로 나뉜다. Such a secondary battery is formed in a form in which a positive electrode plate, a separator, and a negative electrode plate are sequentially stacked and immersed in an electrolyte solution. Methods of manufacturing the internal cell stack of such a secondary battery are largely divided into two types.
소형 2차 전지의 경우 음극판 및 양극판을 분리막 상에 배치하고 이를 말아서(winding) 젤리-롤(jelly-roll) 형태로 제작하는 방식이 많이 사용되며, 보다 많은 전기 용량을 가지는 중대형 2차 전지의 경우에는 음극판, 양극판 및 분리막을 적절한 순서로 적층하여(stacking) 제작하는 방식이 많이 사용된다.In the case of small secondary batteries, a method of arranging the negative and positive plates on a separator and winding them to form a jelly-roll is widely used, and in the case of a medium-large-sized secondary battery having a higher electric capacity In the method of stacking a negative electrode plate, a positive electrode plate, and a separator in an appropriate order, a method of manufacturing is widely used.
적층식으로 2차 전지 내부 셀 스택을 제작하는 방식은 여러 가지가 있는데, 그 중 Z-스택킹(Z-stacking) 방식에서는 분리막이 지그재그로 접힌 형태를 이루며 그 사이에 음극판 및 양극판이 교번으로 삽입된 형태로 적층되도록 한다. There are several methods of manufacturing the internal cell stack of the secondary battery in a stacked manner. Among them, in the Z-stacking method, the separator is folded in zigzag, and negative and positive plates are alternately inserted between them. To be stacked in the same shape.
이와 같은 Z-스택킹 형태로 이루어지는 2차 전지 내부 셀 스택은 등록특허 제10-0313119호, 등록특허 제10-1140447호 등과 같은 여러 선행기술들에 개시되어 있다.The internal cell stack of a secondary battery having such a Z-stacking type is disclosed in various prior art such as Patent No. 10-0313119 and Patent No. 10-1140447.
Z-스택킹 형태를 실제로 구현하기 위해서, 한국 등록특허 제10-0309604호와 같은 선행기술에서는 펼쳐진 상태의 분리막의 일측 면에 다수의 양극판을, 타측 면에 다수의 음극판을 배치한 후 접는 방식을 개시하고 있다. 이러한 방식은 젤리-롤 형태의 2차 전지 내부 셀 스택을 제작할 때도 널리 사용되고 있는 방식이다. 그러나 이러한 방식을 사용할 경우 음극판 및 양극판을 정렬(alignment)시키기에 난해함이 있다.In order to actually implement the Z-stacking form, in the prior art such as Korean Patent Registration No. 10-0309604, a method of placing a plurality of positive plates on one side of the separator in an unfolded state and a plurality of negative plates on the other side, and then folding them is employed. It is starting. This method is also widely used when manufacturing an inner cell stack of a jelly-roll type secondary battery. However, if this method is used, it is difficult to align the negative plate and the positive plate.
이에 최근에는 Z-폴딩 적층 형태의 2차 전지 셀 스택을 제작함에 있어서 좌우로 이격된 적재테이블에 음극판 및 양극판을 각각 쌓아 두고, 적재테이블 사이에 음극판과 양극판이 적층되는 스테이지를 좌우로 수평 왕복 이동하게 설치하고, 로봇(핸들링유닛)이 상기 적재테이블 상의 음극판 및 양극판을 교대로 픽업 및 이송하여 스테이지 상에 클램핑된 분리막 위에 교대로 적층시키는 방식을 사용하고 있다. In recent years, in manufacturing Z-folding stacked secondary battery cell stacks, negative and positive plates are stacked on a loading table separated from the left and right, and the stage in which the negative and positive plates are stacked between the loading tables is horizontally reciprocated horizontally. And the robot (handling unit) alternately picks up and transports the negative electrode plate and the positive electrode plate on the loading table and alternately stacks them on the separator clamped on the stage.
그런데, 이와 같은 종래의 Z-스택킹 방식은 스테이지를 좌우로 직선 왕복 운동하면서 적층하기 때문에 스테이지의 이동 거리가 길어 작업 시간이 많이 소요되고, 이에 따라 생산성이 저하되는 문제가 발생한다. However, in such a conventional Z-stacking method, since the stages are stacked while linearly reciprocating left and right, the moving distance of the stage is long, which takes a lot of work time, resulting in a problem of lowering productivity.
이에 등록특허 제10-1255351호에는 상하 방향으로 이송되는 분리막의 양측에 복수의 맨드릴을 교대로 배열하고 맨드릴을 분리막 방향으로 수평하게 교차 이동하게 함으로써 분리막을 지그재그 형태로 접어서 전극삽입공간을 형성한 다음, 분리막의 양측에서 음극판과 양극판을 상기 전극삽입공간 내측으로 삽입하여 셀 스택을 적층하는 장치 및 방법이 개시되어 있다.Accordingly, in Registration Patent No. 10-1255351, a plurality of mandrels are alternately arranged on both sides of the separation membrane transferred in the vertical direction and the mandrel is horizontally crossed in the direction of the separation membrane, thereby folding the separation membrane in a zigzag shape to form an electrode insertion space. , An apparatus and a method for stacking a cell stack by inserting a negative electrode plate and a positive electrode plate into the electrode insertion space at both sides of a separator are disclosed.
그러나, 상기 등록특허 제10-1255351호의 셀 스택 적층 장치는 복수의 맨드릴을 동시에 교차 이동시킬 수 있게 구성해야 하기 때문에 구성이 복잡한 문제가 있다.However, since the cell stack stacking apparatus of Patent No. 10-1255351 must be configured to cross-mov a plurality of mandrels at the same time, the configuration is complicated.
본 발명은 상기한 문제를 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 분리막에 양극판과 음극판을 적층하는 속도를 향상시킬 수 있으며, 구성을 더욱 단순화할 수 있는 이차전지의 셀 스택 적층 장치 및 방법을 제공하는 것이다.The present invention is to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide an apparatus and method for stacking a cell stack of a secondary battery that can improve the speed of laminating a positive electrode plate and a negative electrode plate on a separator, and further simplify the configuration Is to do.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 이차전지의 셀 스택 적층 장치는, 지그재그로 접힌 형태로 형성된 분리막과, 상기 분리막이 접혀진 부분에 교대로 삽입되어 적층되는 음극판 및 양극판을 포함하는 이차전지의 셀 스택을 적층하는 장치에 있어서, 분리막을 공급하는 분리막 공급부; 상기 분리막 공급부에서 공급되는 분리막의 하단을 잡고 상하로 이송하는 분리막 핸들링유닛; 상기 분리막의 양측에서 복수의 양극판과 음극판을 각각 공급하는 양극판 공급부 및 음극판 공급부; 상기 양극판 공급부에서 공급되는 양극판을 분리막의 일측에 상하로 일정 간격으로 배열하고, 배열된 양극판을 분리막 쪽으로 밀어서 이송하는 양극판 핸들링유닛; 및, 음극판이 양극판 핸들링유닛에 의해 배열된 양극판의 사이사이에 배치되도록 상기 음극판 공급부에서 공급되는 음극판을 분리막의 반대편 일측에 상하로 일정 간격으로 배열하고, 배열된 음극판을 분리막 쪽으로 밀어서 이송하는 음극판 핸들링유닛;를 포함하며, 상기 양극판 핸들링유닛과 음극판 핸들링유닛이 양극판과 음극판을 분리막에 대해 교차 이동시켜 분리막을 지그재그 형태로 접을 때 상기 분리막 핸들링유닛은 분리막의 하단을 상측으로 밀어올리면서 분리막에 양극판과 음극판을 교대로 적층한다. The cell stack stacking apparatus of a secondary battery according to the present invention for achieving the above object includes a separator formed in a zigzag fold, and a negative electrode plate and a positive electrode plate that are alternately inserted and stacked in the folded portion of the separator. An apparatus for stacking a cell stack, comprising: a separator supply unit for supplying a separator; A separation membrane handling unit for holding the lower end of the separation membrane supplied from the separation membrane supply unit and transferring it up and down; A positive electrode plate supply unit and a negative electrode plate supply unit respectively supplying a plurality of positive and negative electrodes from both sides of the separator; A positive electrode plate handling unit that arranges the positive electrode plates supplied from the positive electrode plate supply unit at regular intervals up and down on one side of the separator, and pushes and transfers the arranged positive plates toward the separator; And, the negative electrode plate supplied from the negative electrode plate supply unit is arranged at regular intervals up and down on the opposite side of the separator so that the negative plate is disposed between the positive electrode plates arranged by the positive electrode plate handling unit, and the arranged negative plate is pushed toward the separation membrane and transferred. A unit; when the positive electrode plate handling unit and the negative electrode plate handling unit cross-moves the positive plate and the negative plate with respect to the separator to fold the separator in a zigzag shape, the separator handling unit pushes the lower end of the separator upwards, and the positive plate and the negative plate are placed on the separator. The negative electrode plates are alternately stacked.
상기 양극판 핸들링유닛 및 음극판 핸들링유닛에 의해 배열되는 양극판과 음극판은 양극판 및 음극판의 길이와 동일한 간격으로 상하로 배열한다. A positive electrode plate and a negative electrode plate arranged by the positive electrode plate handling unit and the negative electrode plate handling unit are arranged vertically at intervals equal to the length of the positive plate and the negative plate.
상기 양극판 핸들링유닛은 상기 양극판 공급부와 분리막의 일측 사이에 상하 및 수평 방향으로 이동 가능하게 설치되어 양극판 공급부에서 공급된 양극판을 안착하여 지지하는 복수의 양극판 지그를 포함하며, 상기 음극판 핸들링유닛은 상기 음극판 공급부와 분리막의 반대편 일측 사이에 상하 및 수평 방향으로 이동 가능하게 설치되어 음극판 공급부에서 공급된 음극판을 안착하여 지지하는 복수의 음극판 지그를 포함한다. The positive electrode plate handling unit includes a plurality of positive plate jigs installed so as to be movable vertically and horizontally between the positive electrode plate supply unit and one side of the separator to seat and support the positive plate supplied from the positive plate supply unit, and the negative plate handling unit includes the negative plate And a plurality of negative electrode plate jigs installed so as to be movable vertically and horizontally between the supply unit and the opposite side of the separator to seat and support the negative electrode plate supplied from the negative electrode plate supply unit.
본 발명의 이차전지의 셀 스택 적층 장치는, 상기 양극판 지그와 음극판 지그가 분리막의 양측에서 서로 반대 방향으로 이동하면서 분리막에 양극판과 음극판을 적층하여 셀 스택을 적층한 후, 적층된 셀 스택의 상단 및 하단을 파지하여 양극판 지그와 음극판 지그가 분리막의 접혀진 부분 사이에서 분리될 때 양극판과 음극판이 함께 분리되지 않도록 지지하며, 셀 스택을 다른 공정 위치로 이송하는 언로딩 그립퍼를 더 포함할 수 있다.In the cell stack stacking apparatus of a secondary battery of the present invention, the positive electrode plate jig and the negative electrode plate jig move in opposite directions from both sides of the separator, and the positive plate and the negative plate are stacked on the separator to stack the cell stack, and then the top of the stacked cell stack. And an unloading gripper supporting the positive plate and the negative plate so that they are not separated together when the positive plate jig and the negative plate jig are separated between the folded portion of the separator by gripping the lower end, and transferring the cell stack to another process position.
그리고 본 발명에 따른 셀 스택 적층 장치를 이용하여 셀 스택을 적층하는 방법은, And a method of stacking a cell stack using the cell stack stacking apparatus according to the present invention,
(S1) 분리막 핸들링유닛이 분리막의 하단을 파지하여 하측으로 이동하는 단계;(S1) the separation membrane handling unit gripping the lower end of the separation membrane and moving downward;
(S2) 양극판 공급부에서 상기 분리막의 일측에 복수의 양극판을 공급함과 동시에 음극판 공급부에서 분리막의 반대편 일측에 복수의 음극판을 공급하는 단계;(S2) supplying a plurality of positive plates to one side of the separator from a positive electrode plate supply unit and simultaneously supplying a plurality of negative plates from a negative plate supply unit to one side opposite to the separator;
(S3) 상기 양극판 공급부에서 공급되는 양극판을 양극판 핸들링유닛이 전달받아 분리막의 일측에 상하로 일정 간격으로 배열함과 동시에, 상기 음극판 공급부에서 공급되는 음극판을 음극판 핸들링유닛이 전달받아 음극판이 양극판의 사이사이에 배치되도록 분리막의 반대편 일측에 상하로 일정 간격으로 배열하는 단계; (S3) The positive plate supplied from the positive plate supply unit is delivered to the positive plate handling unit and arranged at regular intervals up and down on one side of the separator, and the negative plate handling unit receives the negative plate supplied from the negative plate supply unit, and the negative plate is placed between the positive plate. Arranging at regular intervals up and down on the opposite side of the separator so as to be disposed therebetween;
(S4) 양극판 핸들링유닛 및 음극판 핸들링유닛이 서로 반대 방향으로 이동하여 양극판 및 음극판을 분리막 쪽으로 밀어서 분리막을 지그재그 형태로 접어서 적층함과 동시에 분리막 핸들링유닛이 분리막의 하단을 상측으로 밀어올리면서 분리막에 양극판과 음극판을 교대로 적층한 셀 스택을 제조하는 단계; 및, (S4) The positive electrode plate handling unit and the negative electrode plate handling unit move in opposite directions, pushing the positive plate and negative plate toward the separator, folding the separator in a zigzag shape, and stacking it, and at the same time, the separator handling unit pushes the lower end of the separator upward and the positive plate is placed on the separator. Manufacturing a cell stack in which a cathode plate and a cathode plate are alternately stacked; And,
(S5) 상기 양극판 핸들링유닛 및 음극판 핸들링유닛을 상기 (S4) 단계를 수행할 때와는 반대편으로 이송하여 양극판 핸들링유닛 및 음극판 핸들링유닛을 셀 스택에서 분리하는 단계;(S5) separating the positive plate handling unit and the negative plate handling unit from the cell stack by transferring the positive plate handling unit and the negative plate handling unit to the opposite side from when the step (S4) is performed;
를 포함할 수 있다. It may include.
상기 (S3) 단계에서 분리막의 양측에 배열되는 양극판과 음극판 사이의 간격은 양극판 및 음극판의 길이와 동일하다. In the step (S3), the distance between the positive electrode plate and the negative electrode plate arranged on both sides of the separator is the same as the length of the positive electrode plate and the negative electrode plate.
또한 상기 (S5) 단계에서는 언로딩 그립퍼가 셀 스택의 상단 및 하단을 파지하여 양극판 핸들링유닛 및 음극판 핸들링유닛이 분리막의 접혀진 부분 사이에서 분리될 때 양극판과 음극판이 함께 분리되지 않도록 지지한다. In addition, in the step (S5), the unloading gripper grips the top and bottom of the cell stack so that when the positive electrode plate handling unit and the negative plate handling unit are separated between the folded portions of the separator, the positive plate and the negative plate are not separated together.
본 발명에 따르면, 분리막을 지그재그 형태로 접으면서 양극판과 음극판을 교대로 적층할 때 양극판과 음극판으로 직접 분리막을 밀어서 지그재그 형태로 접으면서 적층을 하며, 분리막의 양측에 배열되는 양극판과 음극판의 간격과, 분리막의 하단을 상측으로 상승시키는 속도를 적절히 제어하여 적층 과정에서 분리막에 스크래치가 발생하는 것을 방지할 수 있다.According to the present invention, when the positive and negative plates are alternately stacked while folding the separator in a zigzag shape, the positive and negative plates are directly pushed to the positive and negative plates, and the separation is performed by folding in a zigzag shape, and the gap between the positive and negative plates arranged on both sides of the separator and , By appropriately controlling the rate of raising the lower end of the separator upward, it is possible to prevent scratches from occurring in the separator during the lamination process.
따라서 간단한 구성으로 셀 스택을 불량없이 적층할 수 있으며, 적층 속도도 기존보다 향상시킬 수 있는 이점이 있다.Therefore, it is possible to stack the cell stack without defects with a simple configuration, and there is an advantage that the stacking speed can be improved than before.
또한 분리막에 복수의 양극판과 음극판을 동시에 적층하는 공정을 수행할 때 양극판 공급부 및 음극판 공급부의 이전 공정 위치에서 양극판과 음극판의 가장자리 부분을 타발하여 전극단자를 형성하는 노칭 공정을 동시에 수행할 수 있으므로, 노칭 장비와 적층 장비를 일체형으로 구현할 수 있는 이점도 있다.In addition, when performing a process of simultaneously laminating a plurality of positive and negative plates on the separator, the notching process of forming electrode terminals by punching out the edges of the positive and negative plates at the previous process positions of the positive and negative plate supply units can be performed at the same time. There is also an advantage that notching equipment and lamination equipment can be implemented in one piece.
도 1은 본 발명의 셀 스택 적층 장치에 의해 적층되는 이차전지의 셀 스택(cell stack)의 구성의 일례를 나타낸 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지의 셀 스택 적층 장치의 구성을 개략적으로 나타낸 사시도이다.
도 3은 도 1에 도시한 셀 스택 적층 장치를 정면에서 본 구성도이다.
도 4는 도 1에 도시한 셀 스택 적층 장치에서 수행하는 적층 작동을 나타낸 도면이다.
도 5a 및 도 5b는 도 4의 적층 작동이 진행되는 상태를 나타낸 도면이다.
도 6a 내지 도 6e는 도 1에 도시한 셀 스택 적층 장치에 의한 셀 스택 적층 방법을 순차적으로 나타낸 도면이다.1 is a cross-sectional view showing an example of a configuration of a cell stack of a secondary battery stacked by the cell stack stacking apparatus of the present invention.
2 is a perspective view schematically showing the configuration of a cell stack stacking apparatus of a secondary battery according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a schematic view of the cell stack lamination apparatus shown in FIG. 1 as viewed from the front.
4 is a diagram illustrating a stacking operation performed in the cell stack stacking apparatus shown in FIG. 1.
5A and 5B are diagrams illustrating a state in which the stacking operation of FIG. 4 is in progress.
6A to 6E are views sequentially illustrating a cell stack stacking method using the cell stack stacking apparatus shown in FIG. 1.
본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 개시된 발명의 바람직한 일 예에 불과할 뿐이며, 본 출원의 출원시점에 있어서 본 명세서의 실시예와 도면을 대체할 수 있는 다양한 변형 예들이 있을 수 있다.The embodiments described in the present specification and the configurations shown in the drawings are only preferred examples of the disclosed invention, and there may be various modifications that may replace the embodiments and drawings of the present specification at the time of filing of the present application.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 이차전지의 셀 스택 적층 장치 및 방법을 후술된 실시예에 따라 구체적으로 설명하도록 한다. Hereinafter, an apparatus and method for stacking a cell stack of a secondary battery according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명의 셀 스택 적층 장치에 의해 적층되는 이차전지의 셀 스택(cell stack)의 구성의 일례를 나타낸 것으로, 셀 스택(1)은 지그재그로 접힌 형태로 형성된 분리막(2)과, 상기 분리막(2)이 접혀진 부분에 교대로 삽입되어 적층되는 복수의 음극판(3) 및 양극판(4)을 포함한다. 1 shows an example of a configuration of a cell stack of a secondary battery stacked by the cell stack stacking apparatus of the present invention, the
상기 분리막(2)은 이차전지 내 두 전극(양극판 및 음극판)을 격리시켜 물리적 접촉에 의한 전기적 단락을 차단하고, 미세기공 내에 담지된 전해액을 통해 이온이 두 전극 사이로 이동할 수 있는 통로를 제공하는 미세 다공 막이다. The
도 2 내지 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 셀 스택 적층 장치의 구성을 나타낸 것으로, 셀 스택 적층 장치는 분리막(2)을 공급하는 분리막 공급부(10)와, 상기 분리막 공급부(10)에서 공급되는 분리막(2)의 하단을 잡고 상하로 이송하는 분리막 핸들링유닛과, 상기 분리막(2)의 양측에서 복수의 양극판(3)과 음극판(4)을 각각 공급하는 양극판 공급부(30) 및 음극판 공급부(40)와, 상기 양극판 공급부(30)에서 공급되는 양극판(3) 및 음극판 공급부(40)에서 공급되는 음극판(4)을 분리막(2)의 양측에서 상하로 배열한 후 분리막(2) 쪽으로 밀어서 분리막(2)에 적층하는 양극판 핸들링유닛(50) 및 음극판 핸들링유닛(60)을 포함한다. 2 to 4 show the configuration of a cell stack stacking apparatus according to an embodiment of the present invention. The cell stack stacking apparatus includes a
상기 분리막 공급부(10)는 기다란 필름 형태의 분리막(2)이 감겨진 롤(roll)이 회전 가능하게 장착되는 샤프트를 포함하며, 분리막(2)을 하측으로 공급한다. 상기 분리막 공급부(10)의 일측에는 셀 스택 적층 공정이 완료되었을 때 분리막(2)을 절단하는 분리막 커터(미도시)가 구성된다. 상기 분리막 커터(미도시)는 공지의 분리막 커팅 장치를 적용하여 구성할 수 있으므로 그 상세한 구성 및 작용에 대한 설명은 생략한다. The separation
상기 분리막 핸들링유닛(20)은 분리막(2)의 하단부를 파지할 수 있도록 벌어졌다 오므려지는 분리막 그립퍼(21)를 구비한다. 분리막 그립퍼(21)는 리니어모터를 이용한 선형운동장치, 또는 서보모터와 볼스크류를 이용한 선형운동장치 등 공지의 선형운동장치에 의해 분리막 공급부(10)의 하측에서 상하로 이동하면서 분리막(2)을 상하로 이동시킨다. The separation
양극판 공급부(30)는 분리막 공급부(10)의 하측의 일측에서 분리막(2) 쪽으로 일정한 주기와 피치로 양극판(3)을 이송하도록 구성된다. 상기 양극판 공급부(30)는 컨베이어 장치를 이용하여 구성될 수 있다. The positive electrode
음극판 공급부(40)는 분리막(2)을 기준으로 양극판 공급부(30)의 반대편에 대칭되게 구성되어, 음극판(4)을 일정한 주기와 피치로 분리막(2) 쪽으로 이송한다. 음극판 공급부(40) 역시 양극판 공급부(30)와 마찬가지로 컨베이어 장치를 이용하여 구성될 수 있다. The cathode
양극판 핸들링유닛(50)과 음극판 핸들링유닛(60)은 각각 양극판 공급부(30) 및 음극판 공급부(40)의 최하류측의 하부에 상하 및 수평 이동하면서 복수의 양극판(3)과 음극판(4)을 분리막(2)의 양측에서 상하로 일정 간격으로 배열하고, 배열된 복수의 양극판(3)과 음극판(4)을 분리막(2) 쪽으로 밀어서 분리막(2)을 지그재그 형태로 접으면서 양극판(3)과 음극판(4)을 분리막(2)과 함께 적층한다. The positive electrode
상기 양극판 핸들링유닛(50)은 상기 양극판 공급부(30)의 끝단부와 분리막(2)의 일측 사이에 상하 및 수평 방향으로 이동 가능하게 설치되어 양극판 공급부(30)에서 공급된 양극판(3)을 안착하여 지지하는 복수의 양극판 지그(51)를 포함한다. 상기 양극판 지그(51)는 대략 'ㄷ'자 형태의 평판으로 이루어져 그 위에 양극판(3)이 안착되어 지지된다. 상기 양극판 지그(51)는 각각이 선형운동장치에 의해 상하 및 수평 이동 가능하게 설치되어, 양극판 공급부(30)로부터 공급되는 양극판(3)을 순차적으로 전달받아 하측의 지정된 위치로 이동하여 복수의 양극판(3)을 상하로 일정 간격으로 배열한다. The positive electrode
음극판 핸들링유닛(60)은 양극판 핸들링유닛(50)의 반대편에 대칭되게 구성되며, 음극판(4)을 개별적으로 안착하여 지지하는 복수의 음극판 지그(61)가 선형운동장치에 의해 상하 및 수평 방향으로 이동 가능하게 설치된다. 상기 음극판 지그(61) 역시 대략 'ㄷ'자 형태의 평판으로 이루어지며, 복수의 음극판(4)이 양극판(3)의 사이사이에 배치되도록 상기 음극판 공급부(40)에서 공급되는 음극판(4)을 전달받아 분리막(2)의 반대편 일측에서 상하로 일정 간격으로 배열한다. The negative electrode
한편 상기 양극판 핸들링유닛(50)과 음극판 핸들링유닛(60) 사이에는 양극판 지그(51)와 음극판 지그(61)의 수평 이동에 의해 분리막(2)과 양극판(3)과 음극판(4)의 적층 이 이루어져 셀 스택(1)이 만들어진 후, 적층된 셀 스택의 상단 및 하단을 파지하는 언로딩 그립퍼(70)가 설치된다(도 6d 참조). Meanwhile, between the positive electrode
상기 언로딩 그립퍼(70)는 상하로 벌어졌다 오므려질 수 있도록 구성되어, 셀 스택의 상단 및 하단의 중앙부를 파지함으로써 양극판 지그(51)와 음극판 지그(61)가 분리막(2)의 접혀진 부분 사이에서 분리될 때 양극판(3)과 음극판(4)이 함께 분리되지 않도록 지지하는 작용을 함과 더불어, 선형운동장치에 의해 이동 가능하게 구성되어 파지한 셀 스택을 다른 정해진 공정 위치(예를 들어 셀 스택 적재 위치 또는 셀 스택을 테이핑하는 테이핑 공정 위치 등)로 이송하는 작용을 한다. The unloading
이러한 구성으로 이루어진 셀 스택 적층 장치를 이용하여 셀 스택을 적층하는 방법에 대해 상세히 설명한다. A method of stacking a cell stack using a cell stack stacking apparatus having such a configuration will be described in detail.
분리막 핸들링유닛(20)의 분리막 그립퍼(21)가 분리막 공급부(10)에서 공급되는 분리막(2)의 하단을 파지하여 하측으로 일정 거리만큼 이동한다(도 2 참조). The
이 때 도 6a에 도시한 것과 같이 양극판 공급부(30)에서 분리막(2)의 일측으로 복수의 양극판(3)을 일정한 주기와 피치로 이송하여 공급함과 동시에 음극판 공급부(40)에서 분리막(2)의 반대편 일측으로 복수의 음극판(4)을 일정한 주기와 피치로 이송하여 공급한다. At this time, as shown in FIG. 6A, a plurality of
상기 양극판 공급부(30)의 끝단부에서는 양극판 핸들링유닛(50)을 구성하는 복수의 양극판 지그(51)가 양극판 공급부(30)에 의해 이송되는 양극판(3)을 하나씩 순차적으로 전달받아서 하측으로 이동하여, 복수의 양극판(3)을 분리막(2)의 일측에 상하로 일정 간격으로 배열한다. 이와 동시에 상기 음극판 공급부(40)의 끝단부에서도 음극판 핸들링유닛(60)의 음극판 지그(61)가 음극판 공급부(40)에 의해 이송되는 음극판(4)을 하나씩 순차적으로 전달받아서 하측으로 이동하여, 복수의 음극판(4)을 분리막(2)의 반대편 일측에 상하로 일정 간격으로 배열한다. At the end of the positive electrode
이 때, 도 5a 및 도 6b에 도시한 것과 같이 분리막(2)의 양측에 배열되는 양극판(3)과 음극판(4)은 서로 엇갈리게 배열되며, 분리막(2)의 양측에 배열되는 양극판(3)과 음극판(4) 사이의 간격(D1)은 양극판(3) 및 음극판(4)의 길이(L1)와 동일하다. At this time, as shown in FIGS. 5A and 6B, the
전술한 것과 같이 양극판 지그(51) 및 음극판 지그(61)에 의해 분리막(2)의 양측에 복수의 양극판(3)과 음극판(4)이 정해진 간격으로 모두 배열되면, 도 6c에 도시한 것과 같이 양극판 지그(51) 및 음극판 지그(61)가 서로 반대 방향으로 이동하여 양극판(3) 및 음극판(4)을 분리막(2) 쪽으로 밀어서 분리막(2)을 지그재그 형태로 접어서 적층한다. 이와 동시에 분리막 핸들링유닛(20)의 분리막 그립퍼(21)가 상승하여 분리막(2)의 하단을 상측으로 밀어올려 지그재그 형태로 접혀진 분리막(2)에 복수의 양극판(3)과 음극판(4)을 교번으로 적층하여 셀 스택을 적층한다. As described above, when a plurality of
이러한 본 발명의 셀 스택 적층 공정을 수행할 때, 도 5a 및 도 5b에 도시한 것처럼 분리막(2)의 양측에 배열되는 양극판(3)과 음극판(4) 사이의 간격(D1)이 양극판(3) 및 음극판(4)의 길이(L1)와 동일하게 정렬하고, 양극판 지그(51)와 음극판 지그(61)를 서로 반대방향으로 수평하게 교차 이동하여 분리막(2)을 지그재그 형태로 접을 때 분리막(2)이 접히는 양만큼 분리막 그립퍼(21)가 분리막(2)을 상승시키게 되면, 양극판(3) 및 음극판(4)의 끝단이 분리막(2)과 접촉하여 분리막(2)을 접을 때 양극판(3) 및 음극판(4)의 끝단과 분리막(2) 간의 접점이 변하지 않고 적층이 이루어지게 된다. 따라서 적층 과정에서 분리막(2)에 스크래치가 발생하지 않게 되어 분리막(2)의 손상을 방지할 수 있다. When performing the cell stack lamination process of the present invention, as shown in FIGS. 5A and 5B, the gap D1 between the
상술한 것과 같이 복수의 양극판(3)과 음극판(4)을 분리막(2)에 교차 이동시켜 적층함으로써 셀 스택을 완성하면, 도 6d에 도시한 것과 같이 언로딩 그립퍼(70)가 셀 스택(1)의 상단 및 하단의 중앙부를 파지하여 셀 스택의 분리막(2)과 양극판(3) 및 음극판(4)을 고정한다. 이 때 양극판 지그(51) 및 음극판 지그(61)는 'ㄷ'자 형태의 평판으로 되어 있기 때문에 양극판 지그(51) 및 음극판 지그(61)는 언로딩 그립퍼(70)에 의해 고정되지 않고 자유로운 상태에 있다. As described above, when the cell stack is completed by cross-moving and stacking the plurality of
따라서 언로딩 그립퍼(70)가 셀 스택(1)의 상단 및 하단을 고정한 상태에서 양극판 지그(51)와 음극판 지그(61)를 이전의 적층 공정과 반대 방향으로 수평 이동하면, 양극판 지그(51)와 음극판 지그(61)만 셀 스택에서 분리되고 양극판(3)과 음극판(4)은 분리되지 않게 된다. Therefore, when the
이어서 분리막 핸들링유닛(20)에 설치되어 있는 분리막 커터(미도시)가 셀 스택 상측의 분리막(2)을 절단하고, 상기 언로딩 그립퍼(70)는 파지한 셀 스택을 정해진 다음의 공정 위치로 이송하고, 도 6e에 도시한 것과 같이 분리막 핸들링유닛(20)의 분리막 그립퍼(21)가 상승하여 분리막(2)의 하단을 잡고 하강하여 다음 적층 공정을 수행할 준비를 한다. Subsequently, a separator cutter (not shown) installed in the
본 발명에 따르면, 분리막(2)을 지그재그 형태로 접으면서 양극판(3)과 음극판(4)을 교대로 적층할 때 분리막(2)을 지그재그로 접기 위한 별도의 장치를 필요로 하지 않고, 양극판(3)과 음극판(4)으로 직접 분리막(2)을 밀어서 지그재그 형태로 접으면서 적층을 하며, 분리막(2)의 양측에 배열되는 양극판(3)과 음극판(4)의 간격과 분리막(2)의 하단을 상측으로 상승시키는 분리막 핸들링유닛(20)의 상승 속도를 적절히 제어하여 적층 과정에서 분리막(2)에 스크래치가 발생하는 것을 방지할 수 있다.According to the present invention, when the
따라서 간단한 구성으로 셀 스택을 적층하여 제조할 수 있으며, 적층 속도도 기존보다 향상시킬 수 있는 이점이 있다.Therefore, it is possible to manufacture by stacking cell stacks with a simple configuration, and there is an advantage that the stacking speed can also be improved than before.
이상에서 본 발명은 실시예를 참조하여 상세히 설명되었으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기에서 설명된 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 부가 및 변형이 가능할 것임은 당연하며, 이와 같은 변형된 실시 형태들 역시 아래에 첨부한 특허청구범위에 의하여 정하여지는 본 발명의 보호 범위에 속하는 것으로 이해되어야 할 것이다.In the above, the present invention has been described in detail with reference to the embodiments, but those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains will be able to make various substitutions, additions, and modifications within the scope not departing from the technical idea described above. It is natural, and it should be understood that such modified embodiments also belong to the protection scope of the present invention defined by the appended claims below.
1 : 셀 스택 2 : 분리막
3 : 양극판 4 : 음극판
10 : 분리막 공급부 20 : 분리막 핸들링유닛
21 : 분리막 그립퍼 30 : 양극판 공급부
40 : 음극판 공급부 50 : 양극판 핸들링유닛
51 : 양극판 지그 60 : 음극판 핸들링유닛
61 : 음극판 지그 70 : 언로딩 그립퍼1: cell stack 2: separator
3: positive plate 4: negative plate
10: separation membrane supply unit 20: separation membrane handling unit
21: separator gripper 30: positive plate supply
40: negative plate supply unit 50: positive plate handling unit
51: positive plate jig 60: negative plate handling unit
61: negative plate jig 70: unloading gripper
Claims (7)
분리막을 공급하는 분리막 공급부;
상기 분리막 공급부에서 공급되는 분리막의 하단부를 파지할 수 있도록 벌어졌다 오므려지는 분리막 그립퍼와, 상기 분리막 그립퍼를 분리막 공급부의 하측에서 상하로 이동시키는 선형운동장치를 포함하는 분리막 핸들링유닛;
상기 분리막의 양측에서 복수의 양극판과 음극판을 각각 공급하는 양극판 공급부 및 음극판 공급부;
상기 양극판 공급부에서 공급되는 양극판을 분리막의 일측에 상하로 일정 간격으로 배열하고, 배열된 양극판을 분리막 쪽으로 밀어서 이송하는 양극판 핸들링유닛; 및,
음극판이 양극판 핸들링유닛에 의해 배열된 양극판의 사이사이에 배치되도록 상기 음극판 공급부에서 공급되는 음극판을 분리막의 반대편 일측에 상하로 일정 간격으로 배열하고, 배열된 음극판을 분리막 쪽으로 밀어서 이송하는 음극판 핸들링유닛;
를 포함하며,
상기 양극판 핸들링유닛과 음극판 핸들링유닛이 양극판과 음극판을 분리막에 대해 교차 이동시켜 분리막을 지그재그 형태로 접으면서 양극판과 음극판을 분리막에 적층하는 동안 상기 분리막 핸들링유닛의 분리막 그립퍼는 분리막의 하단부를 잡은 상태에서 상승하여 분리막의 하단부를 상측으로 밀어올리면서 분리막에 양극판과 음극판을 교대로 적층하는 이차전지의 셀 스택 적층장치.In the apparatus for stacking a cell stack of a secondary battery comprising a separator formed in a zigzag folded form, and a negative electrode plate and a positive electrode plate alternately inserted and stacked in the folded portion of the separator,
A separation membrane supply unit for supplying a separation membrane;
A separation membrane handling unit including a separation membrane gripper that opens and closes so as to grip the lower end of the separation membrane supplied from the separation membrane supply unit, and a linear motion device that moves the separation membrane gripper up and down from the lower side of the separation membrane supply unit;
A positive electrode plate supply unit and a negative electrode plate supply unit respectively supplying a plurality of positive and negative electrodes from both sides of the separator;
A positive electrode plate handling unit for arranging the positive electrode plates supplied from the positive electrode plate supply unit at regular intervals up and down on one side of the separator, and pushing and transferring the arranged positive electrode plates toward the separator; And,
A negative electrode plate handling unit for arranging the negative plate supplied from the negative plate supply unit at regular intervals up and down on the opposite side of the separator so that the negative plate is disposed between the positive plates arranged by the positive electrode plate handling unit, and pushing the arranged negative plate toward the separator for transport;
Including,
While the positive electrode plate handling unit and the negative electrode plate handling unit cross-moves the positive electrode plate and the negative electrode plate with respect to the separator to fold the separator in a zigzag shape and stack the positive plate and the negative electrode plate on the separator, the separator gripper of the separator handling unit holds the lower end of the separator. A cell stack stacking apparatus for a secondary battery in which a positive electrode plate and a negative electrode plate are alternately stacked on the separator while rising and pushing the lower end of the separator upward.
상기 음극판 핸들링유닛은 상기 음극판 공급부와 분리막의 반대편 일측 사이에 상하 및 수평 방향으로 이동 가능하게 설치되어 음극판 공급부에서 공급된 음극판을 안착하여 지지하는 복수의 음극판 지그를 포함하는 이차전지의 셀 스택 적층 장치.The method of claim 1, wherein the positive electrode plate handling unit comprises a plurality of positive electrode plate jigs installed so as to be movable vertically and horizontally between the positive electrode plate supply unit and one side of the separator to seat and support the positive electrode plate supplied from the positive electrode plate supply unit,
The negative electrode plate handling unit is installed to be movable vertically and horizontally between the negative electrode plate supply unit and the opposite side of the separator, and the cell stack stacking apparatus of a secondary battery including a plurality of negative electrode plate jigs seating and supporting the negative plate supplied from the negative plate supply unit .
(S1) 분리막 핸들링유닛이 분리막의 하단을 파지하여 하측으로 이동하는 단계;
(S2) 양극판 공급부에서 상기 분리막의 일측에 복수의 양극판을 공급함과 동시에 음극판 공급부에서 분리막의 반대편 일측에 복수의 음극판을 공급하는 단계;
(S3) 상기 양극판 공급부에서 공급되는 양극판을 양극판 핸들링유닛이 전달받아 분리막의 일측에 상하로 일정 간격으로 배열함과 동시에, 상기 음극판 공급부에서 공급되는 음극판을 음극판 핸들링유닛이 전달받아 음극판이 양극판의 사이사이에 배치되도록 분리막의 반대편 일측에 상하로 일정 간격으로 배열하는 단계;
(S4) 양극판 핸들링유닛 및 음극판 핸들링유닛이 서로 반대 방향으로 이동하여 양극판 및 음극판을 분리막 쪽으로 밀어서 분리막을 지그재그 형태로 접어서 적층함과 동시에 분리막 핸들링유닛이 분리막의 하단을 상측으로 밀어올리면서 분리막에 양극판과 음극판을 교대로 적층한 셀 스택을 제조하는 단계; 및,
(S5) 상기 양극판 핸들링유닛 및 음극판 핸들링유닛을 상기 (S4) 단계를 수행할 때와는 반대편으로 이송하여 양극판 핸들링유닛 및 음극판 핸들링유닛을 셀 스택에서 분리하는 단계;
를 포함하는 이차전지의 셀 스택 적층 방법.A method of manufacturing a cell stack using the cell stack stacking apparatus according to any one of claims 1 to 4,
(S1) the separation membrane handling unit gripping the lower end of the separation membrane and moving downward;
(S2) supplying a plurality of positive plates to one side of the separator from a positive electrode plate supply unit and simultaneously supplying a plurality of negative plates from a negative plate supply unit to one side opposite to the separator;
(S3) The positive plate supplied from the positive plate supply unit is delivered to the positive plate handling unit and arranged at regular intervals up and down on one side of the separator, and the negative plate handling unit receives the negative plate supplied from the negative plate supply unit, and the negative plate is placed between the positive plate. Arranging at regular intervals up and down on the opposite side of the separator so as to be disposed therebetween;
(S4) The positive electrode plate handling unit and the negative electrode plate handling unit move in opposite directions, pushing the positive plate and negative plate toward the separator, folding the separator in a zigzag shape, and stacking it, and at the same time, the separator handling unit pushes the lower end of the separator upward and the positive plate is placed on the separator. Manufacturing a cell stack in which a negative electrode plate is alternately stacked; And,
(S5) separating the positive plate handling unit and the negative plate handling unit from the cell stack by transferring the positive plate handling unit and the negative plate handling unit to the opposite side from when performing the step (S4);
Cell stack stacking method of a secondary battery comprising a.
The method of claim 5, wherein in the step (S5), the unloading gripper grips the top and bottom of the cell stack so that the positive plate and the negative plate are not separated together when the positive plate handling unit and the negative plate handling unit are separated between the folded portions of the separator. Cell stack lamination method of supporting secondary battery.
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|---|---|---|---|
| KR1020190034002A KR102192818B1 (en) | 2019-03-26 | 2019-03-26 | Apparatus And Method for Manufacturing Cell Stack of Secondary Battery |
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| KR1020190034002A KR102192818B1 (en) | 2019-03-26 | 2019-03-26 | Apparatus And Method for Manufacturing Cell Stack of Secondary Battery |
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