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WO2023277327A1 - 이차전지 전극조립체의 단면 전극 스택용 분리막 핸들링장치 및 이를 이용한 이차전지 전극조립체 제조 방법 - Google Patents

이차전지 전극조립체의 단면 전극 스택용 분리막 핸들링장치 및 이를 이용한 이차전지 전극조립체 제조 방법 Download PDF

Info

Publication number
WO2023277327A1
WO2023277327A1 PCT/KR2022/006204 KR2022006204W WO2023277327A1 WO 2023277327 A1 WO2023277327 A1 WO 2023277327A1 KR 2022006204 W KR2022006204 W KR 2022006204W WO 2023277327 A1 WO2023277327 A1 WO 2023277327A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
electrode
separator
stack
separation membrane
secondary battery
Prior art date
Application number
PCT/KR2022/006204
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
강전영
강상원
Original Assignee
주식회사 디에이테크놀로지
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사 디에이테크놀로지 filed Critical 주식회사 디에이테크놀로지
Publication of WO2023277327A1 publication Critical patent/WO2023277327A1/ko

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/04—Construction or manufacture in general
    • H01M10/0404—Machines for assembling batteries
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B65—CONVEYING; PACKING; STORING; HANDLING THIN OR FILAMENTARY MATERIAL
    • B65H—HANDLING THIN OR FILAMENTARY MATERIAL, e.g. SHEETS, WEBS, CABLES
    • B65H45/00—Folding thin material
    • B65H45/02—Folding limp material without application of pressure to define or form crease lines
    • B65H45/06—Folding webs
    • B65H45/10—Folding webs transversely
    • B65H45/101—Folding webs transversely in combination with laying, i.e. forming a zig-zag pile
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B65—CONVEYING; PACKING; STORING; HANDLING THIN OR FILAMENTARY MATERIAL
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    • B65H2701/10—Handled articles or webs
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    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Definitions

  • the present invention relates to an apparatus for manufacturing a secondary battery electrode assembly, and more particularly, to manufacture a secondary battery electrode assembly by alternately stacking a positive electrode, a separator, and a negative electrode while interposing a separator between a plurality of positive electrodes and negative electrodes
  • a separator handling device for a single-sided electrode stack of a secondary battery electrode assembly that handles a separator to stack single-sided electrodes coated with electrode active material on one surface of an electrode current collector at the top and bottom of the electrode assembly in the process, and a secondary battery electrode assembly using the same It's about manufacturing methods.
  • a chemical battery is a battery composed of a pair of positive and negative electrodes and an electrolyte, and the amount of energy that can be stored varies depending on the materials constituting the electrode and the electrolyte.
  • These chemical batteries are divided into primary batteries, which are used only for one-time discharge due to their very slow charging reaction, and secondary batteries, which can be reused through repeated charging and discharging. is on the rise.
  • 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, for example, as well as conventional gasoline using fossil fuels. It is also attracting attention as an energy source for hybrid electric vehicles, which are proposed as a solution to air pollution from diesel internal combustion engines.
  • Such a secondary battery is formed in a form in which a positive electrode, a separator, and a negative electrode are sequentially stacked and immersed in an electrolyte solution.
  • a method of arranging a negative electrode and a positive electrode on a separator and rolling them to form a jelly-roll is often used.
  • a method of manufacturing by stacking a cathode, an anode, and a separator in an appropriate order is widely used.
  • separators are folded in a zigzag pattern, and the negative electrode and the positive electrode alternate between them. to be stacked in an inserted form.
  • a secondary battery internal cell made of such a Z-stacking form is disclosed in various prior arts such as Registered Patent No. 10-0313119 and Registered Patent No. 10-1140447.
  • cathodes and anodes are stacked on a loading table spaced left and right, and the stage on which the cathode and anode are stacked is horizontally reciprocated between the loading tables. It is installed in such a way that the robot (manipulator) alternately picks up and transfers the cathode and anode on the loading table and alternately stacks them on the separator clamped on the stage.
  • the tilting table is reciprocally rotated at a predetermined angle in both directions around a horizontal axis with respect to the ground.
  • An electrode assembly is manufactured by alternately stacking a separator, a cathode, and an anode on the tilting table By doing so, an apparatus for manufacturing a secondary battery electrode assembly capable of reducing working time is disclosed.
  • the present invention is to solve the above conventional problems, and an object of the present invention is to place the uppermost layer of the stack table and the positive electrode-cathode-separator layer immediately before and after stacking the positive electrode, the negative electrode, and the separator on the stack table, respectively.
  • a separator handling device for a single-sided electrode stack of a secondary battery electrode assembly capable of reducing the manufacturing time of an electrode assembly in which single-sided electrodes are stacked at the bottom and top and improving work efficiency by supplying and stacking single-sided electrodes, and using the same It is to provide a method for manufacturing a secondary battery electrode assembly.
  • Separator handling device for single-sided electrode stack of a secondary battery electrode assembly for achieving the above object is a stack table in which a first electrode, a second electrode, and a separator are stacked, and the first electrode is stacked on top of the stack table.
  • a head unit installed to be reciprocally movable between a first position where the second electrode is stacked on the table and a second position where the second electrode is stacked on the stack table; a separation membrane holding unit installed in the head unit, holding an end of the separation membrane after the uppermost end-face electrode is stacked at a first position, and transferring the separation membrane onto the lowermost end-face electrode at a second position; and a separation membrane cutting unit cutting the separation membrane in a state where the separation membrane is held by the separation membrane holding unit at the first position.
  • the head unit may be moved to the first position and the second position while swinging at a predetermined angle around a rotation axis horizontal to the ground by a rotation unit.
  • the separation membrane holding unit includes a lifting bracket installed to be movable up and down by a linear motion device in the head part, a fixed suction plate fixedly installed to the lifting bracket to vacuum the separation membrane, and both sides of the fixed suction plate.
  • a movable adsorption plate disposed to be movable up and down on the elevating bracket to vacuum-adsorb the separation membrane, and an elevating actuator that moves the movable adsorption plate up and down with respect to the elevating bracket, wherein the movable adsorption plate has a lowermost end face at a second position Immediately after placing the separator on the electrode, it can be raised on the lifting bracket.
  • the head unit includes a swing block connected to a motor of the rotation unit and swinging at a certain angle, a swing guide member rotatably supporting the swing block and having an arc-shaped rail groove formed along the rotational trajectory of the swing block, It may include forward and backward brackets installed in the swing block to be movable toward the stack table, and forward and backward actuators that move the forward and backward brackets in directions approaching and away from the stack table.
  • the separator cutting unit includes a cutter mount block installed on the upper side of the first position, and is installed to be movable up and down on the cutter mount block, and descends while the separator is held by the separator holding part at the first position to cut the separator. It may include a cutter for cutting.
  • the stack table rotates reciprocally in a predetermined angular range in both directions about an axis perpendicular to the ground centered on a rotation axis horizontal to the ground, and the first electrode and the second electrode are positioned at the first and second positions. It is received from the picker unit, and a plurality of grippers for pressurizing and fixing both sides of the first and second electrodes stacked on the upper surface of the stack table and the separator may be installed on the upper surface of the stack table.
  • the stack table rotates reciprocally in a predetermined angular range in both directions about an axis perpendicular to the ground centered on a rotation axis horizontal to the ground, and the first electrode and the second electrode are positioned at the first and second positions. It is received from the picker unit, and the head unit can be moved to the first position and the second position while swinging at a predetermined angle around a rotational axis horizontal to the ground by a rotation unit.
  • the separator handling device grips and cuts the separator, and then , it swings to the second position on the opposite side, and at the second position, the separator held by the lowermost single-sided electrode on the stack table is transferred and stacked.
  • the electrode assembly can be manufactured by automatically stacking the lowermost end-face electrode and the uppermost end-face electrode on the stack table, the manufacture of the secondary battery electrode assembly having the end-face electrodes at the top and the bottom can be made very quickly and efficiently.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing an example of a secondary battery electrode assembly having single-sided electrodes at the uppermost and lowermost ends.
  • FIG. 2 is a front view showing an embodiment of a secondary battery electrode assembly manufacturing apparatus of the present invention for manufacturing a secondary battery electrode assembly as shown in FIG. 1 .
  • FIG. 3 is a front view schematically showing the main components of the apparatus for manufacturing a secondary battery electrode assembly shown in FIG. 2 .
  • 4A and 4B are diagrams illustrating an operation example in which electrodes are stacked in the secondary battery electrode assembly manufacturing apparatus shown in FIG. 2 .
  • FIG. 5 is a perspective view illustrating an embodiment of a separator handling device constituting the secondary battery electrode assembly manufacturing device shown in FIG. 2 .
  • 6A and 6B are front views showing configuration and operation examples of the separator handling device shown in FIG. 5 .
  • FIG. 7 is a view sequentially illustrating an operating method of the separator handling apparatus shown in FIG. 5 .
  • FIG. 8 is a schematic diagram sequentially explaining a method of manufacturing a secondary battery electrode assembly using the separator handling device shown in FIG. 5 .
  • FIG. 9 is a schematic view illustrating an operation example of a separator holding unit in the process of performing the method of manufacturing a secondary battery electrode assembly of FIG. 8 .
  • first electrode 1 and the second electrode 2 of the electrode assembly 10 are electrodes coated with an electrode active material on both surfaces, and the end electrodes 3a and 3b are electrodes coated with an electrode active material only on one surface.
  • the secondary battery electrode assembly manufacturing apparatus to which the separator handling apparatus according to an embodiment of the present invention is applied is centered on a rotational axis 111 horizontal to the ground with respect to the ground
  • a stack table 110 reciprocating in a constant angular range in both directions with respect to a vertical axis, and a first electrode 1 and a second electrode 2 on top of the stack table 110 on both sides of the stack table 110
  • the first picker unit 120 and the second picker unit 130 respectively deliver the , the separation membrane supply unit supplying the separation membrane 4 to the upper side of the stack table 110, and the lowermost single-sided electrode on the stack table 110 (3a) and the uppermost single-sided electrode 3b are laminated, and then supplying the separator 4 or cutting the separator 4 includes a separator handling device 200.
  • Separator 4 - first electrode 1 - separator 4 - second electrode 2 are continuously and repeatedly stacked on the upper surface of the stack table 110 to form a stack, and the lowermost and uppermost layers of the stacked body are formed.
  • the final secondary battery electrode assembly 10 is completed by stacking the single-sided electrodes 3a and 3b, respectively.
  • a plurality of vacuum holes are formed on the upper surface of the stack table 110 so as to be open upward so that the single-sided electrodes 3a and 3b and the separation membrane 4 can be fixed using a vacuum adsorption method.
  • the stack table 110 rotates reciprocally in a constant angular range in both directions about an axis perpendicular to the ground centered on the rotation shaft 111 by a rotation unit including a motor 216, and at the end point of the rotation range, the first stack table 110
  • the first electrode 1 and the second electrode 2 are alternately received from the picker unit 120 and the second picker unit 130 and stacked on the separator 4 .
  • the point at which the stack table 110 rotates in one direction to receive the first electrode 1 from the first picker unit 120 is referred to as the first position P1
  • the stack table 110 rotates in the opposite direction.
  • the point at which the second electrode 2 is received from the second picker unit 130 is defined as the second position P2 and will be described.
  • a plurality of grippers ( 112) is installed on the upper surface of the stack table 110.
  • the plurality of grippers 112 horizontally move in and out of the stack table 110, and while the first electrode 1, the second electrode 2, and the separator 4 are stacked on the upper surface of the stack table 110, It moves to the outside of the stack table 110 to prevent interference, and immediately after the first electrode 1, the second electrode 2, and the separator 4 are stacked on the upper surface of the stack table 110, the stack table ( 110), and then move downward to fix the first electrode 1, the second electrode 2, and the separator 4 by pressing them downward.
  • the first picker unit 120 and the second picker unit 130 transport the first electrode 1 and the second electrode 2 placed on a separate table for vision inspection and alignment onto the stack table 110. It is configured to be stacked by stacking, and can be configured by applying an electrode pick-up and place picker device used in a known secondary battery manufacturing apparatus.
  • the first picker unit 120 and the second picker unit 130 can be stacked by transferring the anode as the first electrode 1 and the cathode as the second electrode 2 onto the stack table 110, but in the opposite way A cathode as the first electrode 1 and an anode as the second electrode 2 may be transferred onto the stack table 110 and stacked.
  • the single-sided electrode 3a, 3b) can also be transferred and laminated.
  • the single-sided electrodes 3a and 3b may be single-sided positive electrodes or single-sided negative electrodes coated with an electrode active material on one surface.
  • the single-sided electrodes 3a and 3b stacked on the lowermost side of the stack table 110 and disposed on the lowermost side of the electrode assembly 10 are referred to as the lowermost single-sided electrodes 3a, and the stack table ( 110), the single-sided electrodes 3a and 3b stacked on the top of the electrode assembly 10 stacked on the top are referred to as the uppermost single-sided electrode 3b.
  • the separation membrane supply unit includes an unwinder 140 in which a separation membrane reel 4a on which a separation membrane 4 made of a long film is wound is rotatably installed, and a separation membrane reel disposed above the center of the stack table 110 and It includes a pair of membrane guide rolls 142 that guide the separation membrane 4 released in 4a) to the stack table 110.
  • the separator handling device 200 swings in a certain angular range between the first position P1 and the second position P2 on the upper side of the stack table 110 while moving After the head part 210 installed to be reciprocating and the uppermost single-sided electrode 3b installed on the head part 210 at the first position P1 are stacked, the end of the separator 4 is gripped,
  • the separation membrane holding unit 220 for transferring and stacking the separation membrane 4 on the lowermost single-sided electrode 3a at the second position P2, and the separation membrane 4 at the first position P1 on the separation membrane holding unit 220 It includes a separator cutting unit 250 that cuts the separator 4 in the gripped state.
  • the head part 210 is connected to the motor 216 constituting the rotation unit and swings at a certain angle, and the swing block 211 rotatably supports the swing block 211 and rotates the swing block 211
  • the separation membrane holding unit 220 includes a lifting bracket 221 installed to be movable up and down by a linear movement device such as a pneumatic cylinder 222 on the forward and backward bracket 215 of the head unit 210, and the lifting bracket A fixed adsorption plate 224 fixedly installed on the 221 to vacuum the separation membrane 4, and a separation membrane movable up and down on the lifting bracket 221 on both sides of the fixed adsorption plate 224 4) includes two movable adsorption plates 225 for vacuum adsorption and a lift actuator 226 for moving the movable adsorption plates 225 up and down with respect to the elevating bracket 221 .
  • a linear movement device such as a pneumatic cylinder 222 on the forward and backward bracket 215 of the head unit 210
  • the lifting bracket A fixed adsorption plate 224 fixedly installed on the 221 to vacuum the separation membrane 4
  • the fixed adsorption plate 224 and the movable adsorption plate 225 are connected to a vacuum generating means such as a vacuum pump (not shown) to fix the separation membrane 4 in a vacuum adsorption method.
  • a vacuum generating means such as a vacuum pump (not shown) to fix the separation membrane 4 in a vacuum adsorption method.
  • two movable adsorption plates 225 are disposed on both sides of the fixed adsorption plate 224, and are installed to be movable up and down with respect to the fixed adsorption plate 224, so that at the second position P2, the lowermost end-face electrode ( 3a)
  • the gripper 112 of the stack table 110 enters and fixes the separation membrane 4.
  • the separation membrane cutting unit 250 is configured to be separated from the head unit 210 and the separation membrane holding unit 220 and is installed above the first position P1.
  • the separator cutting unit 250 has a cutter mount block 251 fixedly installed on the upper side of the first position P1 and vertically movable on the cutter mount block 251 to be installed at the first position In (P1), the separation membrane 4 is lowered while being held by the separation membrane holding unit 220, and includes a cutter 252 cutting the separation membrane 4.
  • the cutter 252 is installed to move up and down at a certain distance by a linear motion device such as a pneumatic cylinder (not shown) installed on the cutter mount block 251, and a known cutter having a sharp blade formed at the lower end can be applied and configured.
  • the cutter 252 is perpendicular to the separator 4. It is preferable that the cutter 252 cuts the separator 4 while moving in a line inclined at a predetermined angle with respect to the ground so that the separator 4 can be cut while moving.
  • the stack table 110 In a state where nothing is stacked on the upper surface of the stack table 110, the stack table 110 is centered on the rotational axis 111 horizontal to the ground at a constant angle in one direction with respect to the axis perpendicular to the ground.
  • the first picker unit 120 or the second picker unit 130 moves from the first position (P1) or the second position (P2).
  • the lowermost single-sided electrode is seated on the upper surface of the stack table 110 (step S1).
  • step S2 the stack table 110 on which the lowermost single-sided electrode 3a is stacked is in the second position P2.
  • the separator 4 is stacked on the lowermost single-sided electrode 3a on the stack table 110 (step S2). This step may proceed as follows.
  • step S2-1 While the separation membrane 4 is vacuum-sucked by the fixed adsorption plate 224 and the movable adsorption plate 225 of the membrane holding unit 220, the lifting bracket 221 is moved downward to move the separation membrane 4 to the stack table 110. ) (step S2-1). Subsequently, the vacuum state of the movable adsorption plate 225 is broken and the movable adsorption plate 225 is raised a certain distance to separate it from the separation membrane 4 (step S2-2).
  • the gripper 112 of the stack table 110 approaches both sides of the fixed adsorption plate 224 to press and fix both sides of the separation membrane 4 (step S2-3).
  • step S2-4 the elevating bracket 221 is raised (step S2-4), and the movable adsorption plate 225 is lowered and returned to its original position (step S2-5).
  • the membrane holding unit 220 is constituted by being separated into a fixed adsorption plate 224 in the center and a movable adsorption plate 225 on both sides, and the movable adsorption plate 225 has a relative movement with respect to the fixed adsorption plate 224.
  • the separator 4 is stacked on the lowermost single-sided electrode 3a, the separator 4 is smoothly gripped by the gripper 112 of the stack table 110, so that a stable electrode assembly stacking operation can be performed.
  • the stack table 110 is rotated around the rotation shaft 111 to return to the first position P1. Then, at the first position P1, the first picker unit 120 places the first electrode 1 on the separator 4 and stacks them (step S3).
  • the stack table 110 is rotated to the opposite side and moved to the second position P2, and the second electrode 2 is seated on the separator 4 with the second picker unit 130 at the second position P2. and stacked (step S4).
  • the stack table 110 is continuously and repeatedly moved to the first position P1 and the second position P2 while rotating the stack table 110 left and right around the rotation shaft 111 in a certain angular range, and
  • the first electrode 1 and the second electrode 2 are delivered to the stack table 110 by the first picker unit 120 and the second picker unit 130, and are alternately stacked on the separator 4 (step S5 ).
  • the uppermost single-sided electrode 3b is stacked at the top of the stack at the first position P1 or the second position P2.
  • the electrode assembly 10 is completed by stacking on the separator 4 (step S6).
  • the head unit 210 of the separator handling device 200 swings by using the motor 216 of the rotation unit. and move it to the first position (P1). Subsequently, the forward and backward actuator 214 of the head unit 210 is operated to move the forward and backward bracket 215 toward the stack table 110, and then the pneumatic cylinder 222 of the membrane holding unit 220 is operated to lift the bracket 221 is raised to bring the fixed adsorption plate 224 and the movable adsorption plate 225 into contact with the separation membrane 4, and vacuum pressure is generated to vacuum the separation membrane 4 (step S7).
  • the cutter 252 of the separator cutting unit 250 is lowered to cut the separator 4 so that the electrode assembly 10 of the stack table 110 is separated from the separator 4 (step S8).
  • An external unloading robot (not shown) approaches the stack table 110, grabs the completed electrode assembly 10 on the stack table 110, and then moves to the outside and discharges it to a predetermined process location (step S9). Accordingly, the upper surface of the stack table 110 becomes empty.
  • the head part 210 of the separator handling device 200 is moved to the second position P2 by swinging again, and moves to the first position P1 or Steps (S1) to (S9) are sequentially and repeatedly performed while placing the lowermost single-sided electrode 3a on the stack table 110 at the second position (P2).
  • the separator handling device 200 of the present invention when the stack table 110 reciprocates at a predetermined angle and moves to the first position P1 and the second position P2, the stack table 110 moves from the first position P1 to the second position P1. After the electrode assembly 10 is completed on the 110, the separation membrane 4 is gripped and cut, and then swinging to the second position P2 on the opposite side to the stack table 110 at the second position P2. The separation membrane 4 held by the lowermost single-sided electrode 3a can be conveyed and stacked.
  • the electrode assembly 10 can be manufactured by automatically stacking the lowermost single-sided electrode 3a and the uppermost single-sided electrode 3b on the stack table 110, the electrode assembly 10 having the single-sided electrodes 3a and 3b Manufacturing can be done very quickly and efficiently.
  • the present invention relates to an apparatus for manufacturing a secondary battery electrode assembly, in the process of manufacturing an electrode assembly for a secondary battery by alternately stacking a positive electrode, a separator, and a negative electrode with a separator interposed between a plurality of positive electrodes and negative electrodes. It can be applied to a separator handling device for a single-sided electrode stack of a secondary battery electrode assembly that handles a separator so that single-sided electrodes coated with an electrode active material can be stacked on one surface of an electrode current collector at the top and bottom of the assembly.

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Abstract

본 발명은 스택테이블 상에 양극과 음극 및 분리막을 적층하기 직전과 적층 후에 각각 스택테이블 및 양극-음극-분리막의 적층체의 최상단에 단면 전극을 공급하여 적층할 수 있도록 함으로써 최하단과 최상단에 단면 전극이 적층된 전극조립체의 제조 시간을 단축시키고, 작업 효율을 향상시킬 수 있는 이차전지 전극조립체의 단면 전극 스택용 분리막 핸들링장치 및 이를 이용한 이차전지 전극조립체 제조 방법에 관한 것으로, 본 발명에 따른 이차전지 전극조립체의 단면 전극 스택용 분리막 핸들링장치는, 제1전극과 제2전극과 분리막(separator)이 적층되는 스택테이블의 상측에서 제1전극이 스택테이블에 적층되는 제1위치와 제2전극이 스택테이블에 적층되는 제2위치 사이에서 왕복 이동 가능하게 설치되는 헤드부; 상기 헤드부에 설치되어, 제1위치에서 최상단 단면 전극이 적층된 후 분리막의 끝단을 파지하고, 제2위치에서 최하단 단면 전극 상에 분리막을 전달하는 분리막 홀딩부; 및, 상기 제1위치에서 분리막 홀딩부에 분리막이 파지된 상태에서 분리막을 절단하는 분리막 커팅유닛;을 포함할 수 있다.

Description

이차전지 전극조립체의 단면 전극 스택용 분리막 핸들링장치 및 이를 이용한 이차전지 전극조립체 제조 방법
본 발명은 이차전지 전극조립체의 제조 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 복수의 양극과 음극 사이에 분리막(separator)을 개재하면서 양극, 분리막, 음극을 교대로 적층하여 이차전지의 전극조립체를 제조하는 과정에서 전극조립체의 최상단과 최하단에 전극 집전체의 일면에 전극 활물질이 도포된 단면 전극을 적층할 수 있도록 분리막을 핸들링하는 이차전지 전극조립체의 단면 전극 스택용 분리막 핸들링장치 및 이를 이용한 이차전지 전극조립체 제조 방법에 관한 것이다.
일반적으로 화학전지는 양극과 음극의 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.
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.
이러한 2차 전지는 양극, 분리막, 음극이 순차적으로 적층되어 전해질 용액에 담가진 형태로 이루어지는데, 이와 같은 2차 전지의 내부 셀(전극조립체)을 제작하는 방식은 크게 두 가지로 나뉜다.
소형 2차 전지의 경우 음극 및 양극을 분리막 상에 배치하고 이를 말아서(winding) 젤리-롤(jelly-roll) 형태로 제작하는 방식이 많이 사용되며, 보다 많은 전기 용량을 가지는 중대형 2차 전지의 경우에는 음극, 양극 및 분리막을 적절한 순서로 적층하여(stacking) 제작하는 방식이 많이 사용된다.
적층식으로 2차 전지 내부 셀을 제작하는 방식은 여러 가지가 있는데, 그 중 Z-스택킹(Z-stacking) 방식에서는 세퍼레이터(분리막)가 지그재그로 접힌 형태를 이루며 그 사이에 음극 및 양극이 교번으로 삽입된 형태로 적층되도록 한다.
이와 같은 Z-스택킹 형태로 이루어지는 2차 전지 내부 셀은 등록특허 제10-0313119호, 등록특허 제10-1140447호 등과 같은 여러 선행기술들에 개시되어 있다.
Z-스택킹 형태를 실제로 구현하기 위해서, 한국 등록특허 제10-0309604호와 같은 선행기술에서는 펼쳐진 상태의 분리막의 일측 면에 다수의 음극을, 타측 면에 다수의 음극을 배치한 후 접는 방식을 개시하고 있다. 이러한 방식은 젤리-롤 형태의 2차 전지 내부 셀을 제작할 때도 널리 사용되고 있는 방식이다. 그러나 이러한 방식을 사용할 경우 음극 및 양극을 정렬(alignment)시키기에 난해함이 있다.
이에 최근에는 Z-폴딩 적층 형태의 2차 전지 전극조립체를 제작함에 있어서 좌우로 이격된 적재테이블에 음극 및 양극을 각각 쌓아 두고, 적재테이블 사이에 음극과 양극이 적층되는 스테이지를 좌우로 수평 왕복 이동하게 설치하고, 로봇(매니퓰레이터)이 상기 적재테이블 상의 음극 및 양극을 교대로 픽업 및 이송하여 스테이지 상에 클램핑된 세퍼레이터 위에 교대로 적층시키는 방식을 사용하고 있다.
이러한 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.
이에 등록특허 제10-1956758호에 틸팅테이블을 지면(地面)에 대해 수평한 축을 중심으로 양방향으로 일정 각도씩 왕복 회전 운동시키면서 틸팅테이블 상에 분리막과 음극, 양극을 교대로 적층하여 전극조립체를 제조함으로써 작업 시간을 단축시킬 수 있는 이차전지 전극조립체 제조장치가 개시되어 있다.
한편 최근 들어 전극조립체의 최상단과 최하단에 전극 집전체의 일면에 전극 활물질이 도포된 단면 전극(단면 양극 또는 단면 음극)이 외부로 노출되게 적층된 구조의 전극조립체가 개발되어 상용화되고 있는데, 상기 등록특허 제10-1956758호의 전극조립체 제조장치와 같은 종래의 전극조립체 제조장치로는 분리막에 의해 감싸여진 전극조립체의 최상단과 최하단에 단면 전극을 적층하기가 불가능하여 단면 전극을 제외하고 전극조립체를 제조한 다음 수작업으로 전극조립체의 최상단과 최하단에 단면 전극을 적층하고 있는 실정이므로 작업 시간이 오래 걸리고, 작업 효율성도 현저하게 저하되는 문제가 있다.
본 발명은 상기한 종래의 문제를 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 스택테이블 상에 양극과 음극 및 분리막을 적층하기 직전과 적층 후에 각각 스택테이블 및 양극-음극-분리막의 적층체의 최상단에 단면 전극을 공급하여 적층할 수 있도록 함으로써 최하단과 최상단에 단면 전극이 적층된 전극조립체의 제조 시간을 단축시키고, 작업 효율을 향상시킬 수 있는 이차전지 전극조립체의 단면 전극 스택용 분리막 핸들링장치 및 이를 이용한 이차전지 전극조립체 제조 방법을 제공하는 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 이차전지 전극조립체의 단면 전극 스택용 분리막 핸들링장치는, 제1전극과 제2전극과 분리막(separator)이 적층되는 스택테이블의 상측에서 제1전극이 스택테이블에 적층되는 제1위치와 제2전극이 스택테이블에 적층되는 제2위치 사이에서 왕복 이동 가능하게 설치되는 헤드부; 상기 헤드부에 설치되어, 제1위치에서 최상단 단면 전극이 적층된 후 분리막의 끝단을 파지하고, 제2위치에서 최하단 단면 전극 상에 분리막을 전달하는 분리막 홀딩부; 및, 상기 제1위치에서 분리막 홀딩부에 분리막이 파지된 상태에서 분리막을 절단하는 분리막 커팅유닛;을 포함할 수 있다.
상기 헤드부는 회동유닛에 의해 지면(地面)에 대해 수평한 회전축을 중심으로 일정 각도로 스윙(swing)하면서 상기 제1위치와 제2위치로 이동할 수 있다.
상기 분리막 홀딩부는, 상기 헤드부에 선형운동장치에 의해 상하로 이동 가능하게 설치된 승강브라켓과, 상기 승강브라켓에 고정되게 설치되어 분리막을 진공 흡착하는 고정 흡착플레이트와, 상기 고정흡착플레이트의 양측에서 상기 승강브라켓에 상하로 이동 가능하게 배치되어 분리막을 진공 흡착하는 이동 흡착플레이트 및, 상기 이동 흡착플레이트를 승강브라켓에 대해 상하로 이동시키는 승강액추에이터를 포함하고, 상기 이동 흡착플레이트는 제2위치에서 최하단 단면 전극 상에 분리막을 내려 놓은 직후에 승강브라켓에 대해 상승할 수 있다.
상기 헤드부는 회동유닛의 모터와 연결되어 일정 각도로 스윙하는 스윙블록과, 상기 스윙블록을 회전 가능하게 지지하며 스윙블록의 회전 궤적을 따라 원호형의 레일홈이 형성되어 있는 스윙가이드부재와, 상기 스윙블록에 스택테이블 쪽으로 이동 가능하게 설치되는 전후진브라켓과, 상기 전후진브라켓을 스택테이블과 근접하는 방향과 멀어지는 방향으로 이동시키는 전후진액추에이터를 포함할 수 있다.
상기 분리막 커팅유닛은, 상기 제1위치의 상측에 설치되는 커터마운트블록과, 상기 커터마운트블록에 상하로 이동 가능하게 설치되어 제1위치에서 분리막이 분리막 홀딩부에 파지된 상태에서 하강하여 분리막을 커팅하는 커터를 포함할 수 있다.
상기 스택테이블은 지면(地面)에 대해 수평한 회전축을 중심으로 하여 지면에 대해 연직한 축에 대해 양방향으로 일정한 각도 범위로 왕복 회전하면서 제1위치와 제2위치에서 제1전극과 제2전극을 픽커유닛으로부터 전달받으며, 스택테이블의 상부면에는 스택테이블의 상부면에 적층되는 제1전극과 제2전극과 분리막의 양측부를 가압하여 고정하는 복수의 그립퍼가 설치될 수 있다.
본 발명에 따른 이차전지 전극조립체의 단면 전극 스택용 분리막 핸들링장치를 이용한 이차전지 전극조립체 제조 방법은,
(S1) 제1위치 또는 제2위치에서 스택테이블 상에 최하단 단면 전극을 안착시키는 단계;
(S2) 제2위치에서 상기 분리막 홀딩부에 파지된 분리막을 스택테이블 상의 최하단 단면 전극에 적층하는 단계;
(S3) 상기 스택테이블을 제1위치로 이동시키고, 제1위치에서 분리막 위에 제1전극을 안착시켜 적층하는 단계;
(S4) 상기 스택테이블을 제2위치로 이동시키고, 제2위치에서 분리막 위에 제2전극을 안착시켜 적층하는 단계;
(S5) 상기 (S3) 단계와 (S4) 단계를 정해진 회수만큼 연속 반복적으로 수행하여 제1전극과 제2전극을 분리막 위에 교대로 적층하는 단계;
(S6) 상기 (S5) 단계가 종료되면 제1위치에서 최상단 단면 전극을 분리막 위에 적층하여 전극조립체를 완성하는 단계;
(S7) 상기 헤드부를 제1위치로 이동시키고, 분리막 홀딩부로 분리막을 파지하는 단계;
(S8) 분리막 커팅유닛으로 분리막을 절단하는 단계;
(S9) 언로딩로봇이 스택테이블 상에서 완성된 전극조립체를 배출하는 단계; 및,
(S10) 상기 헤드부를 제2위치로 이동시키고, 상기 (S1) 단계 내지 (S9) 단계를 순차적으로 반복 수행하는 단계;
를 포함할 수 있다.
상기 스택테이블은 지면(地面)에 대해 수평한 회전축을 중심으로 하여 지면에 대해 연직한 축에 대해 양방향으로 일정한 각도 범위로 왕복 회전하면서 제1위치와 제2위치에서 제1전극과 제2전극을 픽커유닛으로부터 전달받으며, 상기 헤드부는 회동유닛에 의해 지면(地面)에 대해 수평한 회전축을 중심으로 일정 각도로 스윙(swing)하면서 상기 제1위치와 제2위치로 이동할 수 있다.
상기 (S2) 단계는,
(S2-1) 분리막 홀딩부의 고정 흡착플레이트 및 이동 흡착플레이트로 분리막을 진공 흡착한 상태에서 승강브라켓을 하측으로 이동하여 분리막을 스택테이블 상에 안착시키는 단계;
(S2-2) 상기 이동 흡착플레이트의 진공 상태를 파기하고 이동 흡착플레이트를 상승시키는 단계;
(S2-3) 상기 스택테이블의 그립퍼를 고정 흡착플레이트의 양측으로 접근시켜 분리막의 양측부를 가압하여 고정하는 단계;
(S2-4) 상기 고정 흡착플레이트의 진공 상태를 파기하고 승강브라켓을 상승시키는 단계; 및,
(S2-5) 상기 이동 흡착플레이트를 원위치로 하강시키는 단계;
를 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 스택테이블이 일정한 각도로 왕복 회전하여 제1위치와 제2위치로 이동할 때, 제1위치에서 스택테이블 상에 전극조립체가 완성된 후 분리막 핸들링장치가 분리막을 파지하여 커팅한 다음, 반대편의 제2위치로 스윙 운동하여 제2위치에서 스택테이블 상의 최하단 단면 전극에 파지하고 있던 분리막을 전달하여 적층할 수 있다.
따라서 스택테이블에 최하단 단면 전극과 최상단 단면 전극을 자동으로 적층하여 전극조립체를 제조할 수 있으므로, 최상단 및 최하단에 단면 전극을 갖는 이차전지 전극조립체의 제조가 매우 신속하고 효율적으로 이루어질 수 있게 된다.
도 1은 최상단 및 최하단에 단면 전극을 갖는 이차전지 전극조립체의 일례를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 2는 도 1에 도시한 것과 같은 이차전지 전극조립체를 제조하기 위한 본 발명의 이차전지 전극조립체 제조 장치의 일 실시예를 나타낸 정면도이다.
도 3은 도 2에 도시한 이차전지 전극조립체 제조 장치의 주요 구성을 개략적으로 나타낸 정면도이다.
도 4a 및 도 4b는 도 2에 도시한 이차전지 전극조립체 제조 장치에서 전극이 적층되는 작동례를 나타낸 도면이다.
도 5는 도 2에 도시한 이차전지 전극조립체 제조 장치를 구성하는 분리막 핸들링장치의 일 실시예를 나타낸 사시도이다.
도 6a 및 도 6b는 도 5에 도시한 분리막 핸들링장치의 구성 및 작동례를 나타낸 정면도이다.
도 7은 도 5에 도시한 분리막 핸들링장치의 작동 방법을 순차적으로 나타낸 도면이다.
도 8은 도 5에 도시한 분리막 핸들링장치를 이용한 이차전지 전극조립체 제조 방법을 순차적으로 설명하는 모식도이다.
도 9는 도 8의 이차전지 전극조립체 제조 방법을 수행하는 과정에서 분리막 홀딩부의 작동례를 설명하는 모식도이다.
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.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 이차전지 전극조립체의 단면 전극 스택용 분리막 핸들링장치 및 이를 이용한 이차전지 전극조립체 제조 방법을 후술된 실시예에 따라 구체적으로 설명하도록 한다. 도면에서 동일한 부호는 동일한 구성 요소를 나타낸다.
도 1은 최상단 및 최하단에 단면 전극을 갖는 이차전지 전극조립체의 일례를 나타낸 것으로, 이차전치 전극조립체(10)는 분리막(4)이 지그재그로 연속적으로 접히면서 적층되고, 지그재그로 접힌 분리막(separator)(4) 사이사이에 복수의 제1전극(1)과 제2전극(2)이 교대로 적층되며, 최상단과 최하단 각각에 단면 전극(3a, 3b)이 적층된 구조로 이루어진 적층체이다. 여기서 전극조립체(10)의 제1전극(1)과 제2전극(2)은 양면에 전극 활물질이 도포된 전극이며, 단면 전극(3a, 3b)은 일면에만 전극 활물질이 도포된 전극이다.
도 2 내지 도 4a를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 분리막 핸들링장치가 적용되는 이차전지 전극조립체 제조 장치는, 지면(地面)에 대해 수평한 회전축(111)을 중심으로 하여 지면에 대해 연직한 축에 대해 양방향으로 일정한 각도 범위로 왕복 회전하는 스택테이블(110)과, 스택테이블(110)의 양측 상부에서 스택테이블(110) 상으로 제1전극(1)과 제2전극(2)을 각각 전달하는 제1픽커유닛(120) 및 제2픽커유닛(130)과, 스택테이블(110)의 상측으로 분리막(4)을 공급하는 분리막 공급유닛, 스택테이블(110) 상에 최하단 단면 전극(3a)과 최상단 단면 전극(3b)이 적층된 후 분리막(4)을 공급하거나 분리막(4)을 절단하는 작업을 수행하는 분리막 핸들링장치(200)를 포함한다.
스택테이블(110)의 상부면에는 분리막(4)-제1전극(1)-분리막(4)-제2전극(2)이 연속 반복적으로 적층되어 적층체가 만들어지며, 상기 적층체의 최하단과 최상단 각각에 단면 전극(3a, 3b)이 적층됨으로써 최종적인 이차전지용 전극조립체(10)이 완성된다.
도면에 도시하지는 않았으나, 스택테이블(110)의 상부면에는 단면 전극(3a, 3b)과 분리막(4)을 진공 흡착 방식으로 고정할 수 있도록 복수의 진공홀이 상측으로 개방되게 형성되어 있다.
스택테이블(110)은 모터(216)를 포함하는 회동유닛에 의해 회전축(111)을 중심으로 하여 지면에 대해 연직한 축에 대해 양방향으로 일정한 각도 범위로 왕복 회전하면서 회전범위의 끝지점에서 제1픽커유닛(120) 및 제2픽커유닛(130)으로부터 제1전극(1)과 제2전극(2)을 교대로 전달받아 분리막(4) 위에 적층한다. 여기서 스택테이블(110)이 일방향으로 회전하여 제1픽커유닛(120)으로부터 제1전극(1)을 전달받는 지점을 제1위치(P1)라 하고, 스택테이블(110)이 반대편 일방향으로 회전하여 제2픽커유닛(130)으로부터 제2전극(2)을 전달받는 지점을 제2위치(P2)라고 정의하여 설명한다.
또한 스택테이블(110)의 상부면에는 스택테이블(110)의 상부면에 적층되는 제1전극(1)과 제2전극(2)과 분리막(4)의 양측부를 가압하여 고정하는 복수의 그립퍼(112)가 설치되어 있다. 상기 복수의 그립퍼(112)는 스택테이블(110)의 내외측으로 수평 이동하여 제1전극(1)과 제2전극(2)과 분리막(4)이 스택테이블(110)의 상부면에 적층되는 동안에는 스택테이블(110)의 외측으로 이동하여 간섭을 방지하고, 제1전극(1)과 제2전극(2)과 분리막(4)이 스택테이블(110)의 상부면에 적층된 후에 즉시 스택테이블(110)의 내측으로 이동한 후 하측으로 이동하여 제1전극(1)과 제2전극(2)과 분리막(4)을 하측으로 가압하여 고정한다.
상기 제1픽커유닛(120) 및 제2픽커유닛(130)은 별도의 비전검사 및 얼라인용 테이블 상에 놓여진 제1전극(1) 및 제2전극(2)을 스택테이블(110) 상으로 이송하여 적층하도록 구성된 것으로, 공지의 이차전지 제조 장치에 사용되고 있는 전극 픽업 및 플레이스용 픽커 장치를 적용하여 구성할 수 있다.
제1픽커유닛(120) 및 제2픽커유닛(130)은 제1전극(1)으로서 양극과 제2전극(2)으로서 음극을 스택테이블(110) 상으로 이송하여 적층할 수 있으나, 이와 반대로 제1전극(1)으로서 음극과 제2전극(2)으로서 양극을 스택테이블(110) 상으로 이송하여 적층할 수 있다. 또한 제1픽커유닛(120)과 제2픽커유닛(130) 중 어느 하나, 또는 제1픽커유닛(120) 및 제2픽커유닛(130) 모두는 스택테이블(110) 상으로 단면 전극(3a, 3b)도 이송하여 적층할 수 있다. 이 때 단면 전극(3a, 3b)은 일면에 전극활물질이 도포되어 있는 단면 양극 또는 단면 음극일 수 있다. 본 발명의 이해를 돕기 위하여, 이하에서 스택테이블(110)의 최하단에 적층되어 전극조립체(10)의 최하단에 배치되는 단면 전극(3a, 3b)을 최하단 단면 전극(3a)이라 하고, 스택테이블(110) 상에 적층된 전극조립체(10)의 최상단에 적층되는 단면 전극(3a, 3b)을 최상단 단면 전극(3b)이라 하여 설명한다.
분리막 공급유닛은 기다란 필름으로 된 분리막(4)이 권취되어 있는 분리막 릴(4a)이 회전가능하게 설치되는 언와인더(140)와, 상기 스택테이블(110)의 중심부 상측에 배치되어 분리막 릴(4a)에서 풀려져 나온 분리막(4)을 스택테이블(110)로 안내하는 한 쌍의 분리막가이드롤(142)을 포함한다.
도 5 내지 도 9를 참조하면, 분리막 핸들링장치(200)는 스택테이블(110)의 상측에서 상기 제1위치(P1)와 제2위치(P2) 사이에서 일정 각도 범위로 스윙(swing) 운동하면서 왕복 이동 가능하게 설치되는 헤드부(210)와, 상기 헤드부(210)에 설치되어 제1위치(P1)에서 최상단 단면 전극(3b)이 적층된 후 분리막(4)의 끝단을 파지하고, 제2위치(P2)에서 최하단 단면 전극(3a) 상에 분리막(4)을 전달하여 적층하는 분리막 홀딩부(220), 및 상기 제1위치(P1)에서 분리막 홀딩부(220)에 분리막(4)이 파지된 상태에서 분리막(4)을 절단하는 분리막 커팅유닛(250)을 포함한다.
헤드부(210)는 회동유닛을 구성하는 모터(216)와 연결되어 일정 각도로 스윙하는 스윙블록(211)과, 상기 스윙블록(211)을 회전 가능하게 지지하며 스윙블록(211)의 회전 궤적을 따라 원호형의 레일홈(213)이 형성되어 있는 스윙가이드부재(212)와, 상기 스윙블록(211)에 스택테이블(110) 쪽으로 이동 가능하게 설치되는 전후진브라켓(215)과, 상기 전후진브라켓(215)을 스택테이블(110)과 근접하는 방향과 멀어지는 방향으로 이동시키는 공압실린더와 같은 전후진액추에이터(214)를 포함한다.
분리막 홀딩부(220)는, 상기 헤드부(210)의 전후진브라켓(215)에 공압실린더(222)와 같은 선형운동장치에 의해 상하로 이동 가능하게 설치된 승강브라켓(221)과, 상기 승강브라켓(221)에 고정되게 설치되어 분리막(4)을 진공 흡착하는 고정 흡착플레이트(224)와, 상기 고정 흡착플레이트(224)의 양측에서 상기 승강브라켓(221)에 상하로 이동 가능하게 배치되어 분리막(4)을 진공 흡착하는 2개의 이동 흡착플레이트(225) 및, 상기 이동 흡착플레이트(225)를 승강브라켓(221)에 대해 상하로 이동시키는 승강액추에이터(226)를 포함한다.
상기 고정 흡착플레이트(224)와 이동 흡착플레이트(225)는 진공펌프(미도시)와 같은 진공발생수단과 연결되어 분리막(4)을 진공 흡착 방식으로 고정한다. 그리고 이동 흡착플레이트(225)는 2개가 고정 흡착플레이트(224)의 양측에 배치되며, 고정 흡착플레이트(224)에 대해 상하로 이동이 가능하게 설치되어, 제2위치(P2)에서 최하단 단면 전극(3a) 상에 분리막(4)을 내려 놓은 직후에 승강브라켓(221) 상에서 고정 흡착플레이트(224)에 대해 상승하여 스택테이블(110)의 그립퍼(112)가 진입하여 분리막(4)을 고정할 수 있도록 한다(도 9 참조).
분리막 커팅유닛(250)은 헤드부(210) 및 분리막 홀딩부(220)와는 분리되게 구성되어, 제1위치(P1)의 상측에 설치된다. 이 실시예에서 분리막 커팅유닛(250)은 제1위치(P1)의 상측에 고정되게 설치되는 커터마운트블록(251)과, 상기 커터마운트블록(251)에 상하로 이동 가능하게 설치되어 제1위치(P1)에서 분리막(4)이 분리막 홀딩부(220)에 파지된 상태에서 하강하여 분리막(4)을 커팅하는 커터(252)를 포함한다. 상기 커터(252)는 커터마운트블록(251)에 설치되는 공압실린더(미도시)와 같은 선형운동장치에 의해 일정 거리로 상하로 이동하도록 설치되며, 하단부에 날카로운 날이 형성되어 있는 공지의 커터를 적용하여 구성할 수 있다. 상기 스택테이블(110)은 제1위치(P1)에서 일정한 각도로 기울어진 상태로 분리막(4)과 제1전극(1)이 적층되므로, 상기 커터(252)가 분리막(4)에 대해 직각으로 이동하면서 분리막(4)을 커팅할 수 있도록 커터(252)가 지면(地面)에 대해 일정한 각도로 기울어진 선상으로 이동하면서 분리막(4)을 커팅하는 것이 바람직하다.
이러한 구성으로 이루어진 분리막 핸들링장치를 이용하여 이차전지 전극조립체를 제조하는 방법을 도 7 및 도 8을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
스택테이블(110)의 상부면에 아무것도 적층되지 않은 상태에서 스택테이블(110)이 지면(地面)에 대해 수평한 회전축(111)을 중심으로 하여 지면에 대해 연직한 축에 대해 일방향으로 일정한 각도로 회전하여 제1위치(P1) 또는 제2위치(P2)에 도달하게 되면, 제1픽커유닛(120) 또는 제2픽커유닛(130)이 제1위치(P1) 또는 제2위치(P2)에서 스택테이블(110)의 상부면에 최하단 단면 전극을 안착시킨다(단계 S1).
이 때, 분리막 핸들링장치(200)의 분리막 홀딩부(220)에서 분리막(4)의 끝단을 파지하고 있다가 최하단 단면 전극(3a)이 적층되어 있는 스택테이블(110)이 제2위치(P2)에 위치할 때, 분리막(4)을 스택테이블(110) 상의 최하단 단면 전극(3a) 상에 적층한다(단계 S2). 이 단계는 다음과 같이 진행될 수 있다.
분리막 홀딩부(220)의 고정 흡착플레이트(224) 및 이동 흡착플레이트(225)로 분리막(4)을 진공 흡착한 상태에서 승강브라켓(221)을 하측으로 이동하여 분리막(4)을 스택테이블(110) 상에 안착시킨다(단계 S2-1). 이어서 상기 이동 흡착플레이트(225)의 진공 상태를 파기하고 이동 흡착플레이트(225)를 일정 거리 상승시켜 분리막(4)과 이격시킨다(단계 S2-2).
그런 다음, 상기 스택테이블(110)의 그립퍼(112)를 고정 흡착플레이트(224)의 양측으로 접근시켜 분리막(4)의 양측부를 가압하여 고정한다(단계 S2-3).
그리고 고정 흡착플레이트(224)의 진공 상태를 파기하고 승강브라켓(221)을 상승시킨 다음(단계 S2-4), 이동 흡착플레이트(225)를 원위치로 하강하여 복귀시킨다(단계 S2-5).
이와 같이 분리막 홀딩부(220)를 중앙의 고정 흡착플레이트(224)와 양측의 이동 흡착플레이트(225)로 분리하여 구성하고, 이동 흡착플레이트(225)를 고정 흡착플레이트(224)에 대해 상대 이동이 가능하게 구성함으로써 최하단 단면 전극(3a) 상에 분리막(4)을 적층할 때 스택테이블(110)의 그립퍼(112)로 분리막(4)을 원활하게 파지하여 안정적인 전극조립체 적층 동작이 진행될 수 있다.
상술한 것과 같이 스택테이블(110) 상에 최하단 단면 전극(3a)과 분리막(4)을 적층한 다음, 상기 스택테이블(110)을 회전축(111)을 중심으로 회전시켜 제1위치(P1)로 이동시키고, 제1위치(P1)에서 제1픽커유닛(120)이 분리막(4) 위에 제1전극(1)을 안착시켜 적층한다(단계 S3).
이어서 다시 스택테이블(110)을 반대편으로 회전시켜 제2위치(P2)로 이동시키고, 제2위치(P2)에서 제2픽커유닛(130)으로 분리막(4) 위에 제2전극(2)을 안착시켜 적층한다(단계 S4).
이와 같이 스택테이블(110)을 회전축(111)을 중심으로 좌우로 일정 각도 범위로 회전시키면서 스택테이블(110)을 제1위치(P1)와 제2위치(P2)로 연속 반복적으로 이동시키고, 제1픽커유닛(120)과 제2픽커유닛(130)으로 스택테이블(110) 상에 제1전극(1)과 제2전극(2)을 전달하여 분리막(4) 위에 교대로 적층한다(단계 S5).
정해진 개수의 제1전극(1)과 제2전극(2)이 모두 적층되면, 제1위치(P1) 또는 제2위치(P2)에서 최상단 단면 전극(3b)을 적층체의 최상단에 적층되어 있는 분리막(4) 위에 적층하여 전극조립체(10)를 완성한다(단계 S6).
스택테이블(110) 상에 최상단 단면 전극(3b)이 안착되어 전극조립체(10)가 완성되면, 분리막 핸들링장치(200)의 헤드부(210)를 회동유닛의 모터(216)를 이용하여 스윙 운동시켜 제1위치(P1)로 이동시킨다. 이어서 헤드부(210)의 전후진액추에이터(214)를 작동시켜 전후진브라켓(215)을 스택테이블(110) 쪽으로 이동시킨 다음, 분리막 홀딩부(220)의 공압실린더(222)를 작동시켜 승강브라켓(221)을 상승시켜 고정 흡착플레이트(224)와 이동 흡착플레이트(225)를 분리막(4)에 연접하게 하고, 진공압을 발생시켜 분리막(4)을 진공 흡착한다(단계 S7).
이어서 분리막 커팅유닛(250)의 커터(252)를 하강시켜 분리막(4)을 절단하여 스택테이블(110)의 전극조립체(10)가 분리막(4)에서 분리되도록 한다(단계 S8).
외부로의 언로딩로봇(미도시)이 스택테이블(110)로 접근하여 스택테이블(110) 상에서 완성된 전극조립체(10)를 파지한 후 외부로 이동하여 정해진 공정 위치로 배출한다(단계 S9). 이에 따라 스택테이블(110)의 상부면은 빈 상태가 된다.
스택테이블(110)에서 전극조립체(10)가 배출되면, 상기 분리막 핸들링장치(200)의 헤드부(210)를 다시 스윙 운동시켜 제2위치(P2)로 이동시키고, 제1위치(P1) 또는 제2위치(P2)에서 스택테이블(110) 상에 최하단 단면 전극(3a)을 안착시키면서 상기 (S1) 단계 내지 (S9) 단계를 다시 순차적으로 반복 수행한다.
이와 같이 본 발명의 분리막 핸들링장치(200)는 스택테이블(110)이 일정한 각도로 왕복 회전하여 제1위치(P1)와 제2위치(P2)로 이동할 때, 제1위치(P1)에서 스택테이블(110) 상에 전극조립체(10)가 완성된 후 분리막(4)을 파지하여 커팅한 다음, 반대편의 제2위치(P2)로 스윙 운동하여 제2위치(P2)에서 스택테이블(110) 상의 최하단 단면 전극(3a)에 파지하고 있던 분리막(4)을 전달하여 적층할 수 있다.
따라서 스택테이블(110)에 최하단 단면 전극(3a)과 최상단 단면 전극(3b)을 자동으로 적층하여 전극조립체(10)를 제조할 수 있으므로 단면 전극(3a, 3b)을 갖는 전극조립체(10)의 제조가 매우 신속하고 효율적으로 이루어질 수 있게 된다.
이상에서는 본 발명에 대한 기술사상을 첨부 도면과 함께 서술하였지만 이는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 또한 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 이라면 누구나 본 발명의 기술적 사상의 범주를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변형 및 모방이 가능함은 명백한 사실이다.
본 발명은 이차전지 전극조립체를 제조하는 장치에 관한 것으로, 복수의 양극과 음극 사이에 분리막(separator)을 개재하면서 양극, 분리막, 음극을 교대로 적층하여 이차전지의 전극조립체를 제조하는 과정에서 전극조립체의 최상단과 최하단에 전극 집전체의 일면에 전극 활물질이 도포된 단면 전극을 적층할 수 있도록 분리막을 핸들링하는 이차전지 전극조립체의 단면 전극 스택용 분리막 핸들링장치 에 적용할 수 있다.

Claims (9)

  1. 제1전극과 제2전극과 분리막(separator)이 적층되는 스택테이블의 상측에서 제1전극이 스택테이블에 적층되는 제1위치와 제2전극이 스택테이블에 적층되는 제2위치 사이에서 왕복 이동 가능하게 설치되는 헤드부;
    상기 헤드부에 설치되어, 제1위치에서 최상단 단면 전극이 적층된 후 분리막의 끝단을 파지하고, 제2위치에서 최하단 단면 전극 상에 분리막을 전달하는 분리막 홀딩부; 및,
    상기 제1위치에서 분리막 홀딩부에 분리막이 파지된 상태에서 분리막을 절단하는 분리막 커팅유닛;
    을 포함하는 이차전지 전극조립체의 단면 전극 스택용 분리막 핸들링장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 헤드부는 회동유닛에 의해 지면(地面)에 대해 수평한 회전축을 중심으로 일정 각도로 스윙(swing)하면서 상기 제1위치와 제2위치로 이동하는 이차전지 전극조립체의 단면 전극 스택용 분리막 핸들링장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 분리막 홀딩부는, 상기 헤드부에 선형운동장치에 의해 상하로 이동 가능하게 설치된 승강브라켓과, 상기 승강브라켓에 고정되게 설치되어 분리막을 진공 흡착하는 고정 흡착플레이트와, 상기 고정흡착플레이트의 양측에서 상기 승강브라켓에 상하로 이동 가능하게 배치되어 분리막을 진공 흡착하는 이동 흡착플레이트 및, 상기 이동 흡착플레이트를 승강브라켓에 대해 상하로 이동시키는 승강액추에이터를 포함하고,
    상기 이동 흡착플레이트는 제2위치에서 최하단 단면 전극 상에 분리막을 내려 놓은 직후에 승강브라켓에 대해 상승하는 이차전지 전극조립체의 단면 전극 스택용 분리막 핸들링장치.
  4. 제2항에 있어서, 상기 헤드부는 회동유닛의 모터와 연결되어 일정 각도로 스윙하는 스윙블록과, 상기 스윙블록을 회전 가능하게 지지하며 스윙블록의 회전 궤적을 따라 원호형의 레일홈이 형성되어 있는 스윙가이드부재와, 상기 스윙블록에 스택테이블 쪽으로 이동 가능하게 설치되는 전후진브라켓과, 상기 전후진브라켓을 스택테이블과 근접하는 방향과 멀어지는 방향으로 이동시키는 전후진액추에이터를 포함하는 이차전지 전극조립체의 단면 전극 스택용 분리막 핸들링장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 분리막 커팅유닛은, 상기 제1위치의 상측에 설치되는 커터마운트블록과, 상기 커터마운트블록에 상하로 이동 가능하게 설치되어 제1위치에서 분리막이 분리막 홀딩부에 파지된 상태에서 하강하여 분리막을 커팅하는 커터를 포함하는 이차전지 전극조립체의 단면 전극 스택용 분리막 핸들링장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 스택테이블은 지면(地面)에 대해 수평한 회전축을 중심으로 하여 지면에 대해 연직한 축에 대해 양방향으로 일정한 각도 범위로 왕복 회전하면서 제1위치와 제2위치에서 제1전극과 제2전극을 픽커유닛으로부터 전달받으며, 스택테이블의 상부면에는 스택테이블의 상부면에 적층되는 제1전극과 제2전극과 분리막의 양측부를 가압하여 고정하는 복수의 그립퍼가 설치된 이차전지 전극조립체의 단면 전극 스택용 분리막 핸들링장치.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 따른 이차전지 전극조립체의 단면 전극 스택용 분리막 핸들링장치를 이용한 이차전지 전극조립체 제조 방법은,
    (S1) 제1위치 또는 제2위치에서 스택테이블 상에 최하단 단면 전극을 안착시키는 단계;
    (S2) 제2위치에서 상기 분리막 홀딩부에 파지된 분리막을 스택테이블 상의 최하단 단면 전극에 적층하는 단계;
    (S3) 상기 스택테이블을 제1위치로 이동시키고, 제1위치에서 분리막 위에 제1전극을 안착시켜 적층하는 단계;
    (S4) 상기 스택테이블을 제2위치로 이동시키고, 제2위치에서 분리막 위에 제2전극을 안착시켜 적층하는 단계;
    (S5) 상기 (S3) 단계와 (S4) 단계를 정해진 회수만큼 연속 반복적으로 수행하여 제1전극과 제2전극을 분리막 위에 교대로 적층하는 단계;
    (S6) 상기 (S5) 단계가 종료되면 제1위치에서 최상단 단면 전극을 분리막 위에 적층하여 전극조립체를 완성하는 단계;
    (S7) 상기 헤드부를 제1위치로 이동시키고, 분리막 홀딩부로 분리막을 파지하는 단계;
    (S8) 분리막 커팅유닛으로 분리막을 절단하는 단계;
    (S9) 언로딩로봇이 스택테이블 상에서 완성된 전극조립체를 배출하는 단계; 및,
    (S10) 상기 헤드부를 제2위치로 이동시키고, 상기 (S1) 단계 내지 (S9) 단계를 순차적으로 반복 수행하는 단계;
    를 포함하는 이차전지 전극조립체 제조 방법.
  8. 제7항에 있어서, 상기 스택테이블은 지면(地面)에 대해 수평한 회전축을 중심으로 하여 지면에 대해 연직한 축에 대해 양방향으로 일정한 각도 범위로 왕복 회전하면서 제1위치와 제2위치에서 제1전극과 제2전극을 픽커유닛으로부터 전달받으며,
    상기 헤드부는 회동유닛에 의해 지면(地面)에 대해 수평한 회전축을 중심으로 일정 각도로 스윙(swing)하면서 상기 제1위치와 제2위치로 이동하는 이차전지 전극조립체 제조 방법.
  9. 제8항에 있어서, 상기 (S2) 단계는,
    (S2-1) 분리막 홀딩부의 고정 흡착플레이트 및 이동 흡착플레이트로 분리막을 진공 흡착한 상태에서 승강브라켓을 하측으로 이동하여 분리막을 스택테이블 상에 안착시키는 단계;
    (S2-2) 상기 이동 흡착플레이트의 진공 상태를 파기하고 이동 흡착플레이트를 상승시키는 단계;
    (S2-3) 상기 스택테이블의 그립퍼를 고정 흡착플레이트의 양측으로 접근시켜 분리막의 양측부를 가압하여 고정하는 단계;
    (S2-4) 상기 고정 흡착플레이트의 진공 상태를 파기하고 승강브라켓을 상승시키는 단계; 및,
    (S2-5) 상기 이동 흡착플레이트를 원위치로 하강시키는 단계;
    를 포함하는 이차전지 전극조립체 제조 방법.
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