KR100238908B1 - 전지의 조립장치 및 조립방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전지의 조립장치 및 조립방법에 관한 것으로, 요동기구에 의해 외부케이스나 전극체의 중심축을 비평행하게 대향배치하고, 이동적재기구에 의해 전극체 측면부를 외부케이스 개구내 단부에 접촉시키고, 또한 이동의 압력과 요동기구를 이용해서 외부케이스와 전극체의 중심축이 평행하게 되도록 하고 전극체의 하부와 외부케이스의 개구부를 자동적으로 삽입해서 합체함으로써 외부케이스과 전극체를 원활하게 자동삽입할 수 있는 것을 특징으로 한다.

Description

전지의 조립장치 및 조립방법

전지의 기본구성 자체는 양전극과 음전극을 검출기를 통해 대향배치시키는 단순한 것이다. 이와 같은 전지의 출력특성은 양전극과 음전극과의 대향면적에 비례한다. 최근 출력특성이 가능한 크고, 고에너지 밀도이고, 수명이 길고 재중전이 가능하며, 환경적으로 공해의 원인이 되지 않는 전지가 요망되고 있다.

이를 위해서 일본특개소63-2999056호 공보 및 62-90863호 공보에 나타나 있는 바와 같이 양전극과 음전극을 검출기를 통해 적층시키거나 롤형상으로 감아 양전극과 음전극과의 대향면적을 크게하여 고출력화를 도모하고 있다.

또한, 이들의 요망에 적합한 것으로 양극활성물질로서 리튬복합산화물, 음극활성물질로서 탄소질재료를 사용하는 비수계 전해액 전지, 예를 들면 리튬이온 2차전지 등도 실용화되고 있다.

이들 전지에는 가능한 고출력화를 도모하기 위해서 전지의 대향면적을 최대한으로 크게 하고 또한 전극의 적층수를 최대한으로 늘린 설계로 되어있다. 이들 전극을 내장하는 외부케이스의 내부치수와 전극의 외형치수는 약간의 차를 두고 구성된다.

예를 들면 제 7 도에 나타낸 바와같이 외부케이스(12)이 각형상인 경우에 외부케이스(12)의 내형종치수(c) 7.5±0.1㎜에 대해 전극체(5)의 외형종치수(D)는 7.2±0.05㎜, 외부케이스(12)의 내형횡치수e33.0±0.1㎜에 대해 전극체(5)의 외형횡치수(F)는 32.7±0.05㎜와 같이 허용차가 불과 0.3㎜로 매우 정밀하게 설계되어 있다.

따라서 전지의 조립공정에 있어서는 다수의 전극을 정확하게 적층 또는 감아 전극체의 외형치수를 허용치수내로 관리하는 것과 전극체를 전지의 외부케이스내에 원활하게 삽입하는 것이 중요한 문제가 된다. 이들 전지의 조립공정시의 문제에 대해 예를 들면 일본특개평93-74424호 공보에서는 전극체의 바닥부에 절연판을 부착시켜 전극체의 외형치수를 허용값내로 억제하고 전극체를 외부케이스에 용이하게 삽입하는 것을 제안하고 있다.

그러나 이들 연구들도 전극체를 외부케이스내에 기계적으로 원활하게 삽입하는 데에 큰 문제를 가지고 있다. 즉 전극체를 외부케이스에 자동삽입하는 데는 우선 전극체와 외부케이스의 삽입중심축을 일치시켜 대향배치하고 기계적으로 자동삽입하면 좋다.

그런데 외부케이스의 내형치수와 전극체의 외형치수와의 허용차가 너무 작기 때문에 이와 같은 종래의 단순한 구성의 자동조립장치에서는 전극체의 하부와 외부케이스의 개구부를 정확하게 일치시키는 것이 곤란하고 전극체하부가 외부케이스의 개구부 모서리와 접촉하여 전극체 하부에 손상을 주거나 삽입 불량율이 매우 높아진다.

따라서 가장 확실한 삽입방법으로서 작업원의 손으로 하나하나 삽입하면 좋지만 작업속도에 한계가 있고 생산성이 낮으며 저비용화에 방해가 된다.

또한 로보트를 인간의 손으로 작동시켜 삽입시키는것도 가능하지만 비용 및 작업공간 등의 관점에서 문제의 여지가 있다.

본 발명은 허용차가 극히 작은 경우라도 전극체를 외부케이스내에서 원활하게 자동삽입할 수 있는 전지의 조립방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 전지의 조립장치 및 조립방법에 관한 것으로 특히 전지의 외부케이스내에 전극체를 자동삽입하는 조립장치 및 조립방법에 관한 것이다.

제1도는 본 발명의 실시예에 따른 조립장치를 설명하는 개략설명도,

제2도는 제1도의 전극체와 전극체 장착헤드를 나타낸 모식도,

제3도는 제1도의 외부케이스 장착헤드와 요동기구를 나타낸 모식도,

제4도는 내지 제7도는 외부케이스과 전극체의 삽입공정을 설명하기 위한 모식도이다.

본 발명은 한단에 개구부를 가지는 외부케이스의 중심축과 상기 외부케이스의 내형치수보다 작은 외형치수를 가지는 전극체의 중심축을 일치시키고 상기 외부케이스의 개구부로부터 외부케이스내에 상기 전극체를 삽입하는 전지의 조립장치에 있어서, 상기 전지의 조립장치는 상기 전극체를 소정 간격으로 이송하는 전극체 공급기구와, 상기 외부케이스을 소정 간격으로 이송하는 외부케이스 공급기구와, 상기 전극체와 상기 외부케이스를 대향 배치하고 상기 전극체와 상기 외부케이스의 중심축중 적어도 어느 한쪽의 중심축을 다른쪽의 중심축과 동일 평면상에서 비평행하게 되도록 소정의 각도로 경사지게하는 요동기구와, 상기 외부케이스의 개구부내 단면과 상기 전극체의 측면부를 접촉시킨후 상기 전극체와 상기 외부케이스의 중심축이 평행하게 될 때까지 상기 전극체와 상기 외부케이스중 적어도 어느 한쪽을 다른 쪽을 이동시키는 이동적재기구와, 상기 전극체를 상기 외부케이스내에 삽입하는 삽입기구를 적어도 구비하는 것을 특징으로 하는 전지의 조립장치이고, 또한, 한단에 개구부를 가지는 외부케이스의 중심축과 상기 외부케이스의 내형치수보다 작은 외형치수를 가지는 전극체의 중심축을 일치시켜 상기 외부케이스의 개구부로부터 외부케이스내에 상기 전극체를 삽입하는 전지의 조립방법에 있어서, 상기 전지의 조립방법은 전극체 공급기구에 의해 상기 전극체를 소정 간격으로 이송하는 공정과, 외부케이스 공급기구에 의해 상기 외부케이스을 소정 간격으로 이송하는 공정과, 상기 전극체와 상기 외부케이스를 대향배치하는 공정과, 요동기구에 의해 상기 전극체와 상기 외부 케이스의 중심축중 적어도 어느 한쪽의 중심축을 다른쪽의 중심축과 비평행하게 되도록 소정 각도로 경사지게 하는 공정과, 이동적재기구에 의해 상기 외부케이스의 개구부내 단면과 상기 전극체의 측면부를 접촉시킨 후 상기 전극체와 상기 외부케이스의 중심축이 평행하게 될 때까지 상기 전극체와 상기 외부케이스중 적어도 어느 한쪽을 다른쪽을 향해 이동시키고 외부케이스 개구부에 전극체 하부를 삽입하는 공정과, 삽입기구에 의해 상기 전극체를 상기 외부케이스내에 삽입하는 공정을 구비하는 것을 특징으로 하는 전지의 조립방법이다.

본 발명에 따른 전지의 외부케이스내에 전극체를 삽입하는 공정을 분석하면 다음과 같다. 1)우선 외부케이스과 전극체의 중심축을 삽입방향으로 일치시키도록 대향배치한다. 2)다음으로 외부케이스 개구부에 전극체 하부를 끼워 삽입시킨다. 3)최종적으로 전극체를 외부케이스내에 밀어 넣는다. 이중 자동화 공정에서 가장 문제가 되는 것은 상기 2)공정이다. 즉 외부케이스 개구부와 전극체 하부를 정확하게 일치시키는 것이 중요하다.

본 발명에서는 1)공정에서 요동기구에 의해 외부케이스과 전극체의 중심축중 적어도 어느 한쪽의 중심축을 다른쪽의 중심축과 동일평면상에서 비평행하게 되도록 소정 각도로 경사지게 하여 대향배치한다. 즉 외부케이스와 전극체중 적어도 어느 한쪽을 파지하는 장착헤드로서 샤프트를 축으로하여 작은 압력으로 용이하게 중심축을 경사지게 할 수 있는 요동기구를 사용하고 있다.

다음으로 상기 2)공정에 있어서 양자의 중심축이 비평행하게 파지되어 대향배치된 상태로 외부케이스과 전극체중 적어도 어느 한쪽을 양자가 접촉할때까지 이동시킨다. 여기서 양자가 최초로 접촉할 때 양자의 중심축이 비평행하게 파지되어 있기 때문에 외부케이스의 개구부내 단면과 전극체의 측면부가 접촉한다.

그리고 이 상태에서 이동을 계속하면 전극체의 접촉측면부 단면이 외부케이스 개구부의 내부단면 접촉부를 누른다. 요동기구는 작은 압력으로 용이하게 중심축이 요동하도록 이루어져 있기 때문에 양자 접촉후의 이동압력에 의해 양자의 중심축은 삽입방향으로 일치하도록 요동하고 외부케이스 개구부에 전극체 하부가 자동적으로 정확하게 삽입된다.

이와 같이 외부케이스 개구부에 전극체 하부가 자동적으로 정확하게 끼워지면 상기 3)의 공정의 전극체를 외부케이스내에 어느정도 밀어 넣는 것이 용이하게 된다. 이상과 같이 본 발명에 따른 전지의 조립장치 및 조립방법에 의하면 외부케이스와 전극체를 원활하게 삽입하여 전지를 조립할 수 있다.

이하 본 발명의 실시예에 대해 상세하게 설명한다.

제 1 도는 본 발명의 실시예에 따른 조립장치를 설명하기 위한 개략구성도이고, 제 2 도 내지 제 7도는 조립공정을 설명하기 위한 분해도이다.

제 1 도에 있어서 기판받침(1) 상부의 기판(2)상에는 이 조립장치를 구성하는 각 기구가 배치되어 있다. 전극체 공급기구(3)는 A캐리어홀더(4a)에 배치된 전극체(5)를 간헐적으로 순차적으로 이송하는 적극체 반송컨베이어(6)와, 이 전극체 반송컨베이어(6)에 의해 보내진 전극체(5)를 전극체 장착헤드(7)에 공급하는 전극체 공급 트랜스퍼(8)와 전극체 장착헤드(7)를 복수개 배치하고 A턴테이블(9)를 간헐적으로 순차적으로 이송하는 A구동기구(10)로 구성되어있다. 제2도는 전극체 장착헤드(7)와 전극체(5)의 상태를 나타내고 있다.

다음으로 외부케이스 공급기구(11)는 B케리어홀더(4b)에 놓여 있는 외부케이스(12)를 간헐적으로 순차적으로 이송하는 외부케이스 반송컨베이어(13)와 이 외부케이스 반송컨베이어(13)로 보내진 외부케이스(12)를 외부케이스장착헤드(14)에 공급하는 외부케이스공급트랜스퍼(15)와, 외부케이스 장착헤드(14)를 복수개 배치하고 B턴테이블(16)을 간헐적으로 순차적으로 이송하는 B구동기구(17)로 구성되어 있다.

여기서 외부케이스 장착헤드(14)에는 제 3 도에 나타낸 바와 같이 샤프트(19)를 지점으로 하여 요동가능하게 축받이되고 외부케이스(12)의 중심축을 소정각도로 경사지게 하는 요동기구(18)가 함께 설치되어 있다.

또한 전극체 이동기구(20)는 전극체 공급기구(3)와 외부케이스 공급기구(11) 사이에 배치되고 전극체(5)를 지지하는 척(chuck)(21)을 가지고 있으며, 상하 및 전후로 움직이도록 구성되어 있다. 또한 전극체 누름기구(22)는 전극체 이동적재기구(20)에서 전극체(5)와 외부케이스(12)를 결합하한후 외부케이스(12)의 하부까지 전극체(5)를 누르기 위해서 상하로 이동하도록 구성되어 있다.

다음으로 제 1 도의 조립장치의 조립동작에 대해 설명한다. 전극체 공급기구(3)에 있어서, 전극체 반송컨베이어(6)로 보내진 전극체(5)를 전극체공급트랜스퍼(8)에 의해 전극체 장착헤드(7)에 공급한 후 A구동기구(10)에 의해 전극체(5)의 이동적재위치까지 간헐적으로 순차적으로 보내진다.

한편, 외부케이스 공급기구(11)에 있어서, 외부케이스 반송컨베이어(13)에서 보내진 외부케이스(12)를 외부케이스공급트랜스퍼(15)에 의해 외부케이스 장착헤드(14)에 공급한 후, B구동기구(17)에 의해 외부케이스(12)의 이동적재위치까지 간헐적으로 순차적으로 보내진다. 그리고 이 위치에서의 외부케이스 장착헤드(14)는 제 4 도에 나타낸 바와 같이 요동기구(18)에서 외부케이스(12)의 중심축을 소정 각도록 경사진 상태로 전극체(5)와 대향배치되어있다.

다음으로 전극체 이동적재기구(20)에 전극체 장착헤드(7)내의 전극체(5)를 척(21)으로 끼워두고 외부케이스 공급기구(11)측으로 이동적재한다. 이 때 제4도에 나타낸 바와 같이 우선 전극체(5)의 측면 일부가 외부케이스 개구부의 내부단면과 접촉한다.

이 상태에서 전극체 이동적재기구(20)의 전진동작을 계속하면 외부케이스장착헤드(14)의 요동기구(18)가 제 4 도 및 제 5 도의 화살표로 나타낸 방향으로부터의 전진동작의 압력에 의해 요동하고 외부케이스(12)의 중심축과 전극체(5)의 중심축이 일치하도록 요동한다. 이와 같은 동작의 결과 제 6 도에 나타낸 바와 같이 전극체(5)의 하부와 외부케이스(12)의 개구부가 자동적으로 끼워저 합체(合體)된다.

예를 들면 제 5 도에 나타낸 바와 같이 외부케이스(12)는 각형상이고, 전극체(5)의 외부횡치수(F)는 30.0±0.05㎜, 외부케이스(12)의 내형횡치수(E)는 33.0±0.1㎜, 외부케이스 개구내단부가 전극체 측면과 M점에서 접촉하는 전극체 하부로부터의 거리(L)는 8.0㎜이다. 이때 전극체의 M-N거리는 31.05㎜이고, 외부케이스(12)의 내형횡치수(E)는 33.0±0.1㎜이므로 충분히 허용값내가 된다.

이와같이 전극체(5)의 하부와 외부케이스(12)의 개구부를 자동적으로 끼워 합체한 후 척(21)을 하강시켜 전극체(5)를 외부케이스(12)로 밀어 넣는다. 그리고 다음 위치에서 전극체 누름기구(22)에의해 전극체(5)를 외부케이스(12) 하부의 소정위치까지 밀어넣는다.

다음으로 전극체(5)의 삽입을 완료한 외부케이스(12)는 외부케이스 공급트랜지스퍼(15)에 의해 외부케이스 장착헤드(14)로 부터 B캐리어홀더(4b)로 이송적재되고 외부케이스 반송컨베이어(13)로 다음 공정으로 반송된다.

이상의 실시예에서는 외부케이스 및 전극체가 모두 각형인 경우에 대해 설명했지만 본 발명은 이에 한정되지 않고 원통형이나 타원형의 외부케이스및 전극체라도 좋다.

또한 이상의 실시예에서는 요동기구는 외부케이스 장착헤드측에 설치하고 이송적재기구는 전극체측에 설치한 예에 대해 나타냈지만 요동기구는 전극체측에 설치하고 이송적재기구는 외부케이스 장착헤드측에 설치해도 좋다. 또는 양자에 설치해도 좋다. 즉 이들 동작은 외부케이스와 전극체의 상대적인 것이기 때문에 적어도 어느 한측에 요동기구 및 또는 이동적재기구가 설치되어 있으면 좋다.

본 발명에 따른 전지의 조립장치 및 조립방법에 의하면 요동기구에 의해 외부케이스와 전극체의 중심축을 동일평면상에서 비평행하게 대향배치하고 이동적재기구에 의해 전극체 측면부를 외부케이스 단부에 접촉시키고 또한 이동의 압력과 요동기구를 이용해서 외부케이스과 전극체의 중심축과 평행하게 되도록 하고, 전극체의 하부와 외부케이스의 개구부를 자동적으로 끼워 합체할 수 있다.

이 자동삽입공정에 의해 외부케이스 내형치수와 전극체 외형치수와의 허용차가 극히 작은 경우라도 외부케이스의 개구부에 전극체의 하부를 원활하게 자동삽입할 수 있고 작업능률 및 생산성이 대폭 향상된다. 또한 전극체에 손상을 주지도 않는다.

따라서 본 발명에 의하면 자동화가 곤란한 전극체와 외부케이스의 삽입조립공정을 용이하게 실현하는 전지의 조립장치 및 조립방법을 제공할 수 있다.

Claims (2)

1. 한 단에 개구부를 가지는 외부케이스의 중심축과 상기 외부케이스의 내형치수보다 작은 외형 치수를 가지는 전극체의 중심축을 실질적으로 일치시켜 상기 외부케이스의 개구부로부터 외부케이스내에 상기 전극체를 삽입하는 전지의 조립장치에 있어서, 상기 전지의 조립장치는 상기 전극체를 소정 간격으로 이송하는 전극체 공급기구; 상기 외부케이스를 소정 간격 이송하는 외부케이스 공급기구; 상기 전극체와 상기 외부케이스를 대향 배치하고, 상기 전극체와 상기 외부케이스의 중심축중 적어도 어느 한쪽의 중심축을 다른쪽의 중심축과 동일 평면상에서 비평행하게 되도록 소정 각도로 경사지게 하는 요동기구; 상기 외부케이스의 개구부내 단면과 상기 전극체의 측면부를 접촉시킨 후 상기 전극체와 상기 외부케이스의 중심축이 평행하게 될 때까지 상기 전극체와 상기 외부케이스중 적어도 어느 한쪽을 다른 쪽을 향해 이동시키는 이동적재기구; 및 상기 전극체를 상기 외부케이스내에 삽입하는 삽입기구를 구비하는 것을 특징으로 하는 전지의 조립장치.
2. 한단에 개구부를 가지는 외부케이스의 중심축과 상기 외부케이스의 내형치수보다 작은 외형치수를 가지는 전극체의 중심축을 일치시켜 상기 외부케이스의 개구부로부터 외부케이스내에 상기 전극체를 삽입하는 전지의 조립방법에 있어서, 상기 전지의 조립방법은 전극체 공급기구에 의해 상기 전극체를 소정간격으로 이송하는 공정; 외부케이스 공급기구에 의해 상기 외부케이스를 소정 간격으로 이송하는 공정; 상기 전극체와 상기 외부케이스을 대향배치하는 공정; 요동기구에 의해 상기 전극체와 상기 외부케이스의 중심축중 적어도 어느 한쪽의 중심쪽을 다른쪽의 중심축과 비평행하게 되도록 소정 각도로 경시지게 하는 공정; 이동적재기구에 의해 상기 외부케이스의 개구부내 단면과 상기 전극체의 측면부를 접촉시킨 후 상기 전극체와 상기 외부케이스의 중심축이 평행하게 될 때까지 상기 전극체와 상기 외부케이스의 적어도 어느 한쪽을 다른쪽을 향해 이동시켜 외부케이스 개구부에 전극체 하부를 삽입하는 공정; 및 삽입기구에 의해 상기 전극체를 상기 외부케이스내에 삽입하는 공정을 구비하는 것을 특징으로 하는 전지의 조립방법.