KR100199210B1 - 일차 밧데리용 리튬 절단장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 초경량연속 박판의 리튬릴로부터 균일하고도 정확한 길이의 리튬을 고속으로 절단할 수 있는 간단한 구조의 일차밧데리용 리튬 절단장치를 제공한다.

본 발명은, 리튬릴(102)로부터 초경량박판인 리튬(102a)을 소정의 길이(L)로 절단하기 위한 일차밧데리용 리튬절단장치(100)에 있어서; 상기 리튬릴(102)을 회전가능하게 지지하는 릴지지수단(110); 그 리튬릴(102)로부터 직선상으로 리튬(102a)을 단속적으로 이송시키며, 리튬(102a)을 레벨링(levelling)시키는 다수의 롤러를 지니는 레벨러수단(120); 상기 레벨러수단(120)에서 레벨링되어 이송되는 리튬(102a)을 절단하기 위한 절단수단(130); 그리고 그 절단수단(130)의 절단위치로부터 소정의 거리(L)를 두고 이송되는 리튬(102a)을 감지하여 상기 레벨러수단(120)을 정지시키고 절단수단(130)을 작동시켜 리튬(102a)을 소정의 길이(L)로 절단시키도록 전기적신호를 발생하는 광검출수단(150)을 구비하는 것을 특징으로 한다.

이에 따라, 균일하고도 정확한 길이로 그 길이를 자유롭게 조절하면서 연속적이고도 고속으로 리튬(102a)을 절단할 수 있는 등의 효과가 있다.

Description

일차밧데리용 리튬절단장치

제1도는 스파이럴 원통형 리튬전지의 분해사시도.

제2도는 제1도의 리튬전지의 단면도.

제3도는 본 발명에 따른 리튬절단장치의 전체구성을 개략적으로 도시한 정면도.

제4도는 절단수단의 구성을 도시한 상세단면도.

제5도는 광검출수단과 컨베어수단의 구성을 도시한 상세단면도.

제6도는 본 발명에 따른 리튬절단장치의 작동을 설명하기 위한 동작흐름도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10 : 캡 20 : 피티씨(PTC)소자

30 : 커버 40 : 가스킷

50 : 극판군 51 : 애노드단자

52 : 캐소드단자 53 : 격리판

54 : 음극판 55 : 양극판

60 : 케이스 61 : 요홈부

100 : 리튬절단장치 102 : 리튬 릴(reel)

110 : 릴지지수단 112 : 베이스

120 : 레벨러(leveller)수단 130 : 절단수단

131 : 다이 132 : 펀치

133 : 솔레노이드 134 : 슬리이딩 안내부재

135 : 리튬안내판 135a : 가동안내판

136 : 가동핀 137 : 가동핀헤드

140 : 이송 및 안내수단 141 : 지지대

142 : 롤러(또는 벨트) 150 : 광검출수단

151 : 광전판 152 : 광센서

153 : 광속 154 : 지지부재

155 : 고정부재

본 발명은 일차밧데리용 리튬절단장치에 관한 것으로, 더 상세히는 초경량 연속 소재의 리튬릴로부터 직선상의 소정길이의 리튬으로 연속적으로 절단하기위한 리튬절단장치에 관한 것이다.

리튬(Li)금속은 이산화망간 리튬전지의 경우 에너지 밀도가 377mWh/cell로서 알카리망간전지의 87mWh/cell보다 훨씬 높고 초경량이기 때문에 전지용 극판소재로 최근에 많이 개발되었다.

1차 밧데리로서는 리튬금속이 음극으로 사용되며, 양극으로는 플로오르화 흑연((CF)n), 이산화망간(MnO₂) 등 할로겐화합물이나 산화물이 사용되고, 전해액으로는 프로필렌 카보네이트 등 유기용매에 리튬염을 용해시켜 사용되어 다음과 같은 반응에 의해 기전력이 얻어진다.

그 전지의 구조형태로는 코인형이나 원통형 모두 개발되고 있으며, 원통형으로서는 인사이드 아우트(inside out)형뿐만 아니라 스파이럴(spiral)형도 개발되어 있다.

일차밧데리로서의 스파이럴 원통형 리튬전지의 분해사시도가 제1도에 도시되며, 제2도에는 그 조립상태의 길이방향단면도가 도시된다.

제1도 및 제2도에서 리튬전지는 그 케이스(60)내부에 극판군(50)과 커버(30)가 수납되고, 그 극판군(50)에는 전해액(70)이 충전된다. 그 극판군(50)은 분리절연판 즉 격리판(53)에 의해 격리된 채, 양극판(55)과 음극판(54)이 롤형태로 권취되어 케이스(60)의 개구부(62)를 통해 수납된 후, 요홈부(61)가 형성되고, 그 요홈부(61)의 상부에 파열판(33)과 링플레이트(32)가 조립된 커버(30)가 40을 개재하여 삽입되며 그 위에 캡(10)이 삽입된 후 케이스(60)의 상단부가 컬링(curling)등에 의해 제2도에 도시된 바와 같이 리튬전지의 조립이 완료된다.

상기 극판군(50)의 양극판(55)과 음극판(54)에는 상,하로 돌출되게 애노드단자(51)와 캐소드단자(520)의 일단이 부착되고, 타단이 커버(30)와 케이스(60)의 내측바닥부에 접촉하여 양극판(55)과 음극판(54)사이의 전기화학적 반응에 의한 기전력이 외부단자인 캡(10)과 케이스(60)에 전달된다.

상술한 음극판(54)으로는 리튬이 초경량이면서도 높은 에너지 밀도를 지니기 때문에 높은 기전력과 소형화측면에서 1차밧데리로서 상당한 관심하에 상용화되고 있다.

그런데, 이러한 리튬은 초경량 박판의 연속재료인 리튬릴로부터 소정의 길이로 정확하게 전달됨으로써 일차밧데리로서의 성능도 최대로 발휘할 수 있고, 또한 그 절단작업이후의 공정 중에서도 작업성과 생산성이 향상될 수 있는 데도, 초경량 박판 소재이기 때문에 그 취급이 용이하기 아니하다. 즉, 일반적으로 널리 사용되는 리미트스위치나 마이크로스위치 등만에 의해서는 정확한 길이를 설정할 수 없으므로 여타의 보조적이고도 복잡한 길이측정장치들이 사용되고 있으며, 이에 의해서도 균일하고도 정확한 길이로 절단하는 것이 용이하지 아니한 문제점이 있다.

또한, 절단수단 역시 통상의 것으로는 초경량 박판의 리튬을 고속으로 정밀하게 절단하는 데에는 적합하지 아니하다. 즉, 종래의 절단작업에 사용되는 크랭크기구 또는 에어실린더 등에 의한 펀치의 왕복운동에는 그 구조가 복잡할 뿐만 아니라, 모터의 회전수 등에 의해 분당 왕복운동수가 제한되어 고속절단에는 부적합하며 또한 다른 이송기구와 연동시키는 데에 있어서도 그 펀치의 하강,상승의 시점을 검출하여야 하는 등 여러 가지 문제점이 있다.

따라서, 본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 초경량 연속 박판의 리튬릴로부터 균일하고도 정확한 길이의 리튬을 고속으로 절단할 수 있는 간단한 구조의 일차밧데리용 리튬절단장치를 제공하는데에 그 목적이 있다.

이러한 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 리튬릴로부터 초경량박판인 리튬을 소정의 길이로 절단하기 위한 일차밧데리용 리튬절단장치에 있어서: 상기 리튬릴을 회전가능하게 지지하는 릴지지수단; 그 리튬릴로부터 직선상으로 리튬을 단속적으로 이송시키며, 리튬을 레벨링(levelling)시키는 다수의 롤러를 지니는 레벨러수단; 상기 레벨러수단에서 레벨링되어 이송되는 리튬을 절단하기 위한 절단수단; 그리고 그 절단수단의 절단위치로부터 소정의 거리를 두고 이송되는 리튬을 감지하여 상기 레벨러수단을 정지시키고 절단수단을 작동시켜 리튬을 소정의 길이로 절단시키도록 전기적신호를 발생시키며, 절단수단의 절단위치로부터의 소정의 길이를 변화시키도록 이동가능하게 고정되는 광검출수단을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 일차밧데리용 리튬절단장치를 제공한다.

상기 절단수단이, 펀치 및 다이를 구비하고, 상기 광검출수단의 전기적 신호에 의하여 펀치를 상승 및 하강시키도록 펀치를 안내하여 승강시키는 솔레노이드를 포함하며 구성되고, 상기 광검출수단을 전후하여 리튬을 안내하고 절단후에는 그 리튬을 다음 공정으로 이송 내지는 언로딩시키는 이송 및 안내수단을 추가로 구비한다.

상기 리튬릴로부터 절단수단을 거쳐 광검출수단으로 이송되는 리튬을 직선상으로 이송되도록 안내하기 위한 가동안내판과 리튬안내판을 추가로 구비한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예가 설명된다.

제3도에서 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 리튬절단장치(100)는, 릴지지수단(110), 레벨러수단(120), 절단수단(130), 이송 및 안내수단(140), 그리고 광검출수단(150)을 구비하며, 리튬안내판(135)과 가동안내판(135a)과 같은 리튬의 이송을 안내하는 수단을 구비하는 것이 바람직하다.

릴지지수단(110)은 초경량 연속 소재의 리튬이 권취된 리튬릴(102)을 회전가능하게 지지하며, 그 리튬릴(102)을 단속적으로 회전시키는 회전수단이 부가될 수 있다.

상기 레벨러수단(120)은 단속적으로 회전하는 다수의 상부 및 하부의 롤러에 의해서 리륨(102a)을 단속적으로 이송시킬 뿐만 아니라 그 리튬(102a)의 평면도를 향상시키는 레벨링작업을 수행하도록 구성된다.

절단수단(130)은 상기 레벨러수단(120)에 이어서 설치되며, 광검출수단(150)은 그 절단수단(130)의 절단위치로부터 소정의 길이(L)를 두고 설치되는데, 그 소정의 길이(L)를 변화시키기 위해서는 광검출수단(150)이 리튬(102a)의 이송방향을 따라서 좌우로 이동가능하게 고정, 설치되는 것이 바람직하다. 제3도 및 제5도의 실시예에서는 이송 및 안내수단(140)의 지지대(141)의 일측에 따라 광검출수단(150)이 이동되고 지지되며, 그 지지대(141)의 일측에 형성된 길이방향의 긴 T형 홈(141a)을 따라 광검출수단(150)이 그 고정부재(155)에 의해 절단길이를 변화시키기 위한 소정의 검출위치에서 고정되게 된다.

또, 광속(153)에 의한 리튬(102a)의 이송전단부의 검출을 정확하고도 용이하게 하기 위해 광전관(151)과 광센서(152)를 ㄷ자형 지지부재(154)로 리튬(102a)의 폭이 중앙부에 연장, 설치하고, 이송 및 안내수단(140)의 롤러 내지는 벨트(142)의 중앙부를 분리시킨 구성이 제5도에 도시된다.

절단수단(130)은 제4도에 상세히 그 일예가 도시되는 바, 펀치(132)가 솔레노이드(133)에의 전류인가 방향에 따라 다이(131)에 대해 승강운동을 하게 되며, 펀치(132)가 직접 아마츄어의 역할을 하여 슬라이딩 안내부재(134)에 의해 그 승강운동이 안내되고 펀치(132)의 상부와 하부는 그 안내부에 비해 돌출되게 턱을 형성시킴으로써 승강운동의 행정이 제한되도록 구성하였으나, 이러한 구성은 일예에 불과하고 솔레노이드(133)를 이용하여 펀치(132)를 승강시키는 구조는 여러 가지로 변경시킬 수 있다.

상술한 릴지지수단(110), 레벨러수단(120) 및 절단수단(130)은 도시된 바와 같이 하나의 베이스(112)상에 형성 내지는 설치될 수도 있다. 또한, 제3도에서 릴지지수단(110), 레벨러수단(120), 절단수단(130), 그리고 이송 및 안내수단(140)사이에도 리튬(102a)이 원활하게 이송될 수 있도록 리튬안내판(135)이 설치되는 것이 바람직하다. 한편, 절단수단(130)의 펀치(132)아래의 리튬안내판은 제4도에 일예로 도시된 바와 같이 펀치(132)의 승강작동이 가능하도록 가동안내판(135a)이 설치될 수 있다. 그 가동안내판(135a)은 펀치(132)의 하강으로 하강하며, 펀치(132)의 상승시 스프링(138)에 의해 상승하고 그 가동핀(136)에 의해 지지, 안내되며, 그 가동핀헤드(137)에 의해 상승스트로크가 제한되어 리튬(102a)의 이송을 직선상으로 안내하도록 구성된다.

상술한 바와 같이 구성되는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 리튬절단장치(100)의 작동은 제6도와 함께 설명하면, 다음과 같다.

먼저, 리튬릴(102)이 릴지지수단(110)에 장착되고 수동 또는 릴지지수단(110)의 회전으로 리튬(102a)이 레벨러수단(120)의 상,하롤러사이에 삽입되면, 단계 S1에서 레벨러수단(120)이 작동하여 리튬릴(102a)의 레벨링작업과 함께 리튬(102a)을 이송시킨다. 리튬(102a)이 광검출수단(150)에 의해 제5도에서 광속(153)이 차단되어 그 전단부가 검출되면(단계 S2), 그 광검출수단(150)의 전기적신호에 의하여 단계 S3에서 레벨러수단(120)은 그 회전이 정지되고 절단수단(130)이 작동한다. 즉 제4도에 솔레노이드(133)에 전류가 인가되어 이점쇄선의 위치로부터 실선의 위치 펀치(132)가 하강하여 다이(131)와의 사이에서 리튬(102a)이 소정의 길이(L)로 절단되며, 그 솔레노이드(133)에의 전압극성이 반대로 인가되면, 다시 펀치(132)가 상승하여 이점쇄선의 위치로 복귀한다.

이와같은 펀치(132)의 작동은 상승운동을 스프링에 의하고 하강운동은 소정의 솔레노이드(133)에 전류를 인가함으로써 수행될 수도 있다.

상술한 바와 같은 리튬(102a)의 절단 작동후에는 단계 S4에서 절단된 리튬(102a)을 언로딩 내지는 다음 공정으로 이송시키기 위해 이송 및 안내수단(140)이 작동하고 완전히 절단된 리튬(102a)이 이송된 후, 단계 S5에서 광검출수단(150)에 의해 리튬(102a)이 검출되지 아니하면, 단계 S1으로 귀환하여 레벨러수단(120)을 가동시켜 상술한 단계들을 되풀이함으로써, 연속적이고도 고속으로 균일하고도 정확한 길이로 리튬(102a)을 절단할 수 있게 된다.

또한, 밧데리의 크기에 따라 리튬(102a)의 길이를 변화시키고자 하는 경우에는 제5도에서 고정부재(155)를 해체, 광검출수단(150)을 소망의 위치로 이동시키고 다시 고정부재(155)를 체결함으로써 쉽게 절단길이를 변화시킬 수 있게 된다.

상술한 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 구성과 작동에 의하면, 좌우로 이동가능한 광검출수단(150)과 솔레노이드(133)에 의해 승강작동되는 절단수단(130)에 의하여 균일하고도 정확한 길이로 그 길이를 자유롭게 조절하면서 연속적이고도 고속으로 리튬(102a)을 절단할 수 있어 생산성과 그 후의 작업성이 향상될 뿐만 아니라, 일차밧데리의 성능의 균일성과 그 향상을 도모할 수 있는 등의 효과가 있다.

Claims (3)

1. 리튬릴(102)로부터 초경량박판인 리튬(102a)을 소정의 길이(L)로 절단하기 위한 일차밧데리용 리튬절단장치(100)에 있어서: 상기 리튬릴(102)을 회전가능하게 지지하는 릴지지수단(110); 그 리튬릴(102)로부터 직선상으로 리튬(102a)을 단속적으로 이송시키며, 리튬(102a)을 레벨링(levelling)시키는 다수의 롤러를 지니는 레벨러수단(120); 상기 레벨러수단(120)에서 레벨링되어 이송되는 리튬(102a)을 절단하기 위한 절단수단(130); 그리고 그 절단수단(130)의 절단위치로부터 소정의 거리(L)를 두고 이송되는 리튬(102a)을 감지하여 상기 레벨러수단(120)을 정지시키고 절단수단(130)을 작동시켜 리튬(120a)을 소정의 길이(L)로 절단시키도록 전기적신호를 발생시키며, 절단수단(130)의 절단위치로부터의 소정의 길이(L)를 변화시키도록 이동가능하게 고정되는 광검출수단(150)을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 일차밧데리용 리튬절단장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 절단수단(130)이, 펀치(132) 및 다이(131)를 구비하고, 상기 광검출수단(150)의 전기적 신호에 의하여 펀치(132)를 상승 및 하강시키도록 펀치(132)를 안내하여 승강시키는 솔레노이드(133)를 포함하여 구성되고, 상기 광검출수단(150)을 전후하여 리튬(102a)을 안내하고 절단후에는 그 리튬(102a)을 다음 공정으로 이송 내지는 언로딩시키는 이송 및 안내수단(140)을 추가로 구비하는 것을 특징으로 하는 일차밧데리용 리튬절단장치.
3. 제1항에 있어서, 상기 리튬릴(102)로부터 절단수단(130)을 거쳐 광검출수단(150)으로 이송되는 리튬(102a)을 직선상으로 이송되도록 안내하기 위한 가동안내판(135a)과 리튬안내판(135)을 추가로 구비하는 것을 특징으로 하는 일차밧데리용 리튬절단장치.