KR100579382B1

KR100579382B1 - 이차 전지용 전극판 권취장치

Info

Publication number: KR100579382B1
Application number: KR1020050006306A
Authority: KR
Inventors: 박경일; 조자훈; 구교태
Original assignee: 삼성에스디아이 주식회사
Priority date: 2005-01-24
Filing date: 2005-01-24
Publication date: 2006-05-12

Abstract

본 발명에 따른 이차 전지용 전극판 권취장치는 전극판에 전극탭을 부착시키는 전극탭 부착부 및 전극탭을 평탄화시키는 전극탭 평탄화부를 포함하므로 부착된 전극탭의 버에 의해 세퍼레이터가 손상되는 것을 줄여주는 이점이 있다.

이차 전지, 전극판, 전극탭, 버

Description

이차 전지용 전극판 권취장치 { Electrode plate rolling Device for Secondary battery }

도 1은 본 발명에 따른 이차 전지용 전극판 권취장치를 개략적으로 도시한 도면,

도 2는 본 발명에 따른 전극탭 평탄부를 도시한 도면,

도 3은 본 발명에 따른 전극탭 평탄부를 도시한 일부 사시도이다.

< 도면의 주요 부호에 대한 간단한 설명 >

100 : 맨드릴 101 : 삽지홈

110 : 이송롤러 120 : 세퍼레이터

130 : 제1전극판 131 : 제1전극탭

131a : 제1전극탭 부착부 140 : 제2전극판

141 : 제2전극탭 141a : 제2전극탭부착부

200 : 전극탭 평탄화부 221 : 가압부재

223 : 승하강축 225 : 구동부

231 : 지지부재 240 : 흡입부

241 : 흡입하우징 243 : 흡입펌프

245 : 흡입라인 247 : 드레인라인

본 발명은 권취장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 전극판에 전극탭을 부착하여 전극 조립체를 형성하는 이차 전지용 전극판 권취장치에 관한 것이다.

최근에는 셀룰라 폰, 노트북 컴퓨터, 캠코더 등의 콤팩트하고 경량화 된 전기/전자 장치들이 활발하게 개발 및 생산되고 있다. 이러한 휴대용 전기/전자장치들은 별도의 전원이 구비되지 않은 장소에서도 작동될 수 있도록 전지 팩을 내장하고 있다. 내장된 전지 팩은 휴대용 전기/전자 장치를 일정기간 동안 구동시키기 위해 일정 레벨의 전압을 출력시킬 수 있도록 내부에 적어도 하나의 전지를 구비하고 있다.

전지 팩은 경제적인 측면을 고려하여 최근에는 충ㆍ방전이 가능한 이차전지를 채용하고 있다. 이차 전지에는 대표적으로, 니켈-카드뮴(Ni-Cd) 전지와 니켈-수소(Ni-MH)전지 및 리튬(Li) 전지와 리튬 이온(Li-ion) 전지 등의 리튬 이차 전지 등이 있다.

특히, 리튬 이차 전지는 작동 전압이 3.6V로서, 휴대용 전자 장비 전원으로 많이 사용되고 있는 니켈-카드뮴 전지나, 니켈-수소 전지보다 3배나 높고, 단위 중량당 에너지 밀도가 높다는 측면에서 급속도로 신장되고 있는 추세이다.

이러한 리튬 이차 전지는 주로 양극 활물질로 리튬계 산화물, 음극 활물질로는 탄소재를 사용하고 있다. 일반적으로는, 전해액의 종류에 따라 액체 전해질 전 지와, 고분자 전해질 전지로 분류되며, 액체 전해질을 사용하는 전지를 리튬 이온 전지라 하고, 고분자 전해질을 사용하는 전지를 리튬 폴리머 전지라고 한다. 또한, 리튬 이차 전지는 여러 가지 형상으로 제조되고 있는데, 대표적인 형상으로는 원통형과, 각형과, 파우치형을 들 수 있다.

통상적으로, 리튬 이차 전지는 양극판과, 음극판 그리고, 양극판 및 음극판사이에 위치되어 쇼트를 방지하고 리튬 이온(Li-ion)의 이동만을 가능하게 하는 세퍼레이터가 권취된 전극 조립체와, 전극 조립체를 수용하는 리튬 이차 전지용 케이스와, 리튬 이차 전지용 케이스 내측에 주입되어 리튬 이온의 이동을 가능하게 하는 전해액 등으로 이루어져 있다.

여기서, 양극 또는 음극을 띠는 전극판은 기판상에 활물질을 도포한 후, 이를 건조하여 압연한 다음 일정 크기에 맞추어 절단함으로써 이루어지게 된다. 여기서, 전극판에는 전극탭이 설치된다.

전극탭이 부착되느 전극판은 권취장치의 커팅부에서 절단되어 세퍼레이터와 함께 권취된다.

그런데, 이러한 종래의 권취장치에서 전극탭은 전극판에 부착될 때 커팅된 그 끝단 부분에 버(burr)가 형성된다.

즉, 전극탭은 전극판이 이송될 때 짧은 시간 내에 커팅되고 부착됨에 따라 커팅된 면이 깔끔하지 못하고, 그 커팅된 면이 들쭉날쭉하게 되어 날카롭고 거친 버가 형성된다.

극판의 버는 들쭉날쭉하게 형성된 극판의 커팅면에 커팅에 의한 이물질이 되 어 커터 주위에 잔존하게 되므로 커팅작업이 진행될 수록 이물질이 증가하게 되는 원인이 된다. 즉, 커팅에 의해 발생된 이물질은 극판을 권취하여 형성되는 전극 조립체로 유입되어 전극 조립체의 불량을 유발하는 문제점이 있다.

또한, 날카롭고 거친 버는 전극 조립체가 형성될 때 세퍼레이터와 접촉되어 세퍼레이터를 찌르게 되므로 세퍼레이터는 버에 의해 구멍이 발생되므로 불량이 발생된 세퍼레이터로 전극 조립체가 형성된 경우 음극판과 양극판은 절연되지 않아 단락되는 문제점이 있다.

본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해소시키기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 전극탭에 형성된 버에 의해 세퍼레이터가 손상되는 것을 방지하는 이차 전지용 전극판 권취장치를 제공한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 전극판에 전극탭을 부착시키는 전극탭 부착부와, 상기 전극탭을 평탄화시키는 전극탭 평탄화부 및 상기 전극탭이 부착된 상기 전극판을 권취시키는 맨드릴을 포함하는 이차 전지용 전극판 권취장치를 제공한다.

상기 전극탭 평탄화부에는 상기 전극탭 부착부에서 부착된 상기 전극탭의 상부를 가압하도록 승하강 유닛에 의해 승하강 가능한 가압부재 및 상기 가압부재 하강시, 상기 전극탭이 부착되도록 상기 전극판을 안착시키는 지지부재가 구비된다.

상기 승하강 유닛은 그 일단이 상기 가압부재와 연결된 승하강축과, 상기 승 하강축의 타단과 연결된 구동부를 포함한다.

상기 구동부는 에어실린더일 수 있다.

상기 지지부재는 승하강 유닛이 설치되어 승하강 가능한 것이 좋다.

상기 지지부재는 상기 가압부재와 동일하거나 크게 형성될 수 있다.

상기 전극탭 평탄화부의 일측에는 흡입부가 추가로 설치되는 것이 바람직하다.

상기 흡입부는 일측에 흡입구가 마련된 흡입하우징과, 그 일단이 상기 흡입하우징과 연결된 흡입라인 및 상기 흡입라인의 타단과 연결된 흡입펌프를 포함할 수 있다.

상기 흡입펌프는 일측에 드레인 라인이 추가로 설치될 수 있다.

상기 흡입하우징의 흡입구에는 흡입가이드부재가 설치될 수 있으며, 상기 흡입가이드부재는 상기 흡입하우징의 외측으로 갈수록 넓어지도록 테이퍼지게 형성된 것이 좋다.

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 이차 전지용 전극판 권취장치를 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 이차 전지용 전극판 권취장치를 개략적으로 도시한 도면이고, 도 2는 본 발명에 따른 전극탭 평탄부를 도시한 도면이며, 도 3은 본 발명에 따른 전극탭 평탄부를 도시한 일부 사시도이다. 이들 도면을 참조하면, 권취장치는 제1,2전극판(130,140)을 커팅한 후, 제1전극판(130)과 제2전극판(140) 사이에 세퍼레이터(120)를 개재하여 권취시켜 전극 조립체(170)를 형성한다.

즉, 전극 조립체(170)는 제1전극판(130), 제2전극판(140) 및 세퍼레이터(120)가 각각 한 장의 스트립(strip)으로 이루어져, 세퍼레이터(120), 제1전극판(130), 세퍼레이터(120), 제2전극판(140)의 순으로 배치되어, 젤리-롤형(jelly-roll type)으로 권취된다. 권취된 전극 조립체(170)의 최외곽면에는 고정테이프(150)가 부착되어 젤리롤 형으로 권취된 전극 조립체(170)가 풀리지 않도록 전극 조립체(170)의 끝단을 고정시킨다.

제1전극판(130)은 양극일 수 있으며, 도전성이 우수한 금속 박판, 예를 들면, 알루미늄(Al) 호일(foil)로 이루어진 제1전극집전체의 양면에 코팅된 제1활물질층을 포함하고 있다. 활물질로는 칼코게나이드(chalcogenide) 화합물이 사용되고 있으며, 그 예로 LiCoO2, LiMn2O4, LiNiO2, LiNi1-xCoxO2(0<x<1), LiMnO2 등의 복합 금속 산화물들이 사용되고 있으나, 본 실시예에서 그 물질을 한정하는 것은 아니다.

제2전극판(140)은 음극일 수 있으며, 전도성 금속 박판, 예를 들면, 구리(Cu) 또는 니켈(Ni) 호일로 이루어진 제2전극집전체의 양면에 코팅된 제2활물질층을 포함하고 있다. 제2활물질는 탄소(C) 계열 물질, Si, Sn, 틴 옥사이드, 틴 합금 복합체(composite tin alloys), 전이 금속 산화물, 리튬 금속 나이트라이드 또는 리튬 금속 산화물 등이 사용되고 있으나, 본 실시예에서 그 물질을 한정하는 것은 아니다.

상기 세퍼레이터(120)는 제1전극판(130)과 제2전극판(140)의 쇼트(short)를 방지하고 리튬 이차 전지의 전하(charge), 예를 들면 리튬 이온의 이동만 가능하게 하는 것으로, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 및 폴리에틸렌과 폴리플로필렌의 공중합체(co-polymer)로 이루어지는 군(group)에서 선택되는 어느 하나로 이루어져 있으나, 본 실시예에서 그 재질을 한정하는 것은 아니다. 세퍼레이터(120)는 제1전극판(130) 및 제2전극판(140)보다 폭을 넓게 하여 형성하는 것이 제1전극판(130) 및 제2전극판(140) 간의 단락을 방지하는데 유리하다.

여기서, 제1,2전극판(130,140)에는 전극단자(미도시)와 제1,2전극판(130,140)을 연결시키기 위한 제1,2전극탭(131,141)이 각각 설치된다.

이에 권취장치는 전극 조립체(170)를 구성하는 제1,2전극판(130,140) 및 세퍼레이터(120)가 공급되는 각각의 공급부(120a,130a,140a)와, 제1,2전극판(130,140)에 제1,2전극탭(131,141)을 부착시키는 전극탭 부착부(131a,141a)와, 부착된 제1,2전극탭(131,141)을 각각 평탄화 시키는 전극탭 평탄화부(200)와, 공급된 제1,2전극판(130,140) 및 세퍼레이터(120)를 소정의 길이로 커팅시키는 커터부(300)와, 제1,2전극판(130,140) 및 세퍼레이터(120)를 권취시키는 맨드릴(100) 그리고, 각각의 공급부(120a,130a,140a)에서 권출되는 제1,2전극판(130,140) 및 세퍼레이터(120)의 이송을 안내하는 이송롤러(110)를 포함한다.

공급부(120,130,130a,140)는 제1,2전극판(210,220)이 권취된 제1전극판 공급부(210)와, 제2전극판(220)이 권취된 제2전극판 공급부(140) 및 세퍼레이터 공급부(130,130a)로 이루어진다. 이때, 각각의 공급부(120a,130a,140a)는 제1전극판(130)과 제2전극판(140) 사이에 세퍼레이터(120)가 개재되도록 배치된다.

제1전극판 공급부(130a)와 제2전극판 공급부(140a)에는 각각의 공급부 (130a,140a)와 소정의 간격을 두고 공급부(130a,140a)에 권취된 제1,2전극판(130,140)들이 권출될 때 제1,2전극탭(131,141)이 부착될 수 있도록 제1,2전극탭 부착부(131a,141a)가 설치된다.

제1,2전극탭 부착부(131a,141a)의 일측에는 각각 전극탭 평탄화부(200)가 설치된다. 전극탭 평탄화부(200)는 제1,2전극탭(131,141)의 상부를 가압하는 가압부재(221)와 가압부재(221)와 이격되게 설치되며 제1,2전극판(130,140)의 저면에 접촉되어 가압부재(221)를 지지하는 지지부재(231)가 포함된다.

가압부재(221)는 승하강유닛에 의해 제1,2전극탭(131,141)의 상면과 접촉되도록 승하강된다. 승하강유닛은 일단이 가압부재(221)와 연결된 승하강축(223)과 승하강축(223)의 타단과 연결된 구동부(225)가 포함된다. 이때, 구동부(225)는 에어실린더가 될 수 있다.

또한, 승하강유닛은 지지부재(231)에도 설치되어 지지부재(231)를 승하강 시켜 평탄화작업이 진행될 때에만 지지부재(231)가 제1,2전극판(130,140)의 저면에 접촉되도록 할 수 있다.

지지부재(231)는 가압부재(221)와 동일하게 형성되거나 크게 형성될 수 있다. 즉, 지지부재(231)는 제1,2전극판(130,140)의 외측으로 그 일측이 돌출되게 설치되는 제1,2전극탭(131,141)을 평탄화 시키기 위해 가압부재(221)가 하강될 때 이를 지지하여야 하므로 가압부재(221)와 동일하거나 가압부재(221)보다 크게 형성되어야 한다.

한편, 전극탭 평탄화부(200)는 일측에 흡입부(240)가 추가로 설치된다.

흡입부(240)는 일측에 흡입구(241a)가 마련된 흡입하우징(241)과, 일단이 흡입하우징(241)과 연결된 흡입라인(245)과, 흡입라인(245)의 타단과 연결된 흡입펌프(243)을 포함하여 이루어진다.

흡입펌프(243)는 제1,2전극탭(131,141)가 부착되면서 그 끝단에 발생한 버가 가압부재(221)의 가압에 의해 제1,2전극탭(131,141)과 분리될 경우 분리된 버를 흡입한다. 이에, 이를 배출 시키기 위해 흡입펌프(243)는 일측에 드레인 라인(247)을 설치한다. 또한, 흡입하우징(241)은 흡입구(241a)측에 흡입가이드부재(249)를 설치하여 분리된 버가 흡입펌프(243)로 흡입되는 것을 안내한다.

흡입가이드부재(249)는 흡입하우징(241)의 흡입구(241a)측에 설치되며, 흡입하우징(241)의 외측으로 갈수록 넓어지도록 테이퍼지게 형성된다.

커터부(300)는 각각의 공급부(120a,130a,140a)에서 권출되는 제1,2전극판(130,140) 및 세퍼레이터(120)들을 소정의 길이로 커팅한다. 즉, 커터부(400)는 제1,2전극탭(131,141)이 부착된 제1,2전극판(210,220)와 세퍼레이터(230,230a)들을 하나의 전극 조립체(200)를 구성하기 위한 길이로 커팅한다.

맨드릴(100)은 회전하면서 제1,2전극판(130,140) 및 세퍼레이터(120)들을 권취시키는 것으로서, 그 횡단면이 대략 타원형을 이루는 몸체부(103)와, 몸체부(103)를 회전시키는 회전구동부(미도시)와, 몸체부(103)의 장축에 형성되어 제1,2전극판(130,140) 및 세퍼레이터(120)들의 끝단이 삽입되게 형성된 삽지홈(101)을 포함한다.

이송롤러(110)는 도시되지 않은 회전축과 이송구동부에 의해 회전되어 각각 의 공급부(120a,130a,140a)에서 권출되는 제1,2전극판(130,140) 및 세퍼레이터(120) 및 고정테이프(150)의 이송을 안내한다.

이하에서는 상술한 구성에 의한 본 발명의 이차 전지용 극판 권취장치의 작동을 설명한다.

먼저, 각각의 공급부(120a,130a,140a)는 제1,2전극판(130,140)과 세퍼레이터(120)를 권출시킨다.

권출된 제1,2전극판(130,140) 및 세퍼레이터(120)는 소정의 위치에 설치된 각각의 이송롤러(110)에 의해 커터부(300) 측으로 인입된다.

이때, 제1,2전극판(130,140)에는 소정의 위치에서 제1,2전극탭 부착부(131a,141a)에 의해 각각 제1,2전극탭(131,141)이 부착된다.

제1,2전극탭(131,141)이 부착된 제1,2전극판(130,140)은 각각 전극탭 평탄화부(200)로 이송된다.

제1,2전극판(130,140)이 각각 전극탭 평탄화부(200)로 이송되면, 가압부재(221)는 구동부(225)에 의해 하강하여 각각 제1,2전극탭(131,141)의 상면을 가압한다. 이때, 지지부재(231)는 상승하여 가압부재(221)에 의해 가압되는 제1,2전극탭(131,141)이 부착된 제1,2전극판(130,140)의 저면을 지지한다.

다음, 제1,2전극탭(131,141)이 평탄화되면, 가압부재(221) 및 지지부재(231)는 상승 및 하강하고, 흡입부(240)가 작동된다.

즉, 흡입부(240)는 테이퍼지게 형성된 흡입가이드부재(249)의 안내에 의해 평탄화된 제1,2전극탭(131,141)에서 분리된 버 등의 찌꺼기를 흡입구(241a)를 통해 흡입하우징(241)으로 흡입한다. 흡입하우징(241)으로 흡입된 찌꺼기는 흡입라인(243)을 통해 흡입펌프(243)로 유입되어 제거된다. 흡입펌프(243)로 흡입된 찌꺼기는 흡입펌프(243)가 작동을 멈추면 드레인 라인(247)을 통해 외부로 배출된다.

제1,2전극탭(131,141)의 평탄화 작업이 끝나면, 이송롤러(110)는 제1,2전극판(130,140)을 세퍼레이터(120)와 함께 그 끝단을 맨드릴(100)의 삽지홈(101)에 삽입되도록 이송한다.

맨드릴(100)은 회전하여 그 외면에 제1,2전극판(130,140) 및 세퍼레이터(120)를 권취시키고, 제1,2전극판(130,140)와 세퍼레이터(120)는 커터부(300)에 의해 소정의 길이를 갖도록 커팅된다.

제1,2전극판(130,140) 및 세퍼레이터(120)가 권취되면, 권취된 제1,2전극판(210,220) 및 세퍼레이터(230,230a)의 외부에는 일측에 배치된 고정테이프 공급부(150)에서 공급된 고정테이프(250)가 부착되어 전극 조립체(200)를 이룬다.

본 발명에 따르면, 이차 전지용 전극판 권취장치는 전극판에 부착된 전극탭을 가압하여 평탄화시킴으로서, 부착된 전극탭의 버에 의해 세퍼레이터가 손상되는 것을 줄여주는 이점이 있다.

또한, 권취장치는 세퍼레이터가 손상되는 것이 방지됨에 따라 전극조립체의 쇼트 가능성을 줄여주는 이점이 있다.

또한, 권취장치는 전극탭의 평탄화에 의해 전극탭과 분리된 버 등의 찌꺼기 를 흡입부에 의해 제거할 수 있으므로 이물질에 의해 이차 전지의 성능이 저하되는 것을 방지할 수 있는 이점이 있다.

Claims

전극판에 전극탭을 부착시키는 전극탭 부착부;

상기 전극탭을 평탄화시키는 전극탭 평탄화부; 및

상기 전극탭이 부착된 상기 전극판을 권취시키는 맨드릴;을 포함하는 이차 전지용 전극판 권취장치.
제 1항에 있어서,

상기 전극탭 평탄화부에는 상기 전극탭 부착부에서 부착된 상기 전극탭의 상부를 가압하도록 승하강 유닛에 의해 승하강 가능한 가압부재; 및

상기 가압부재 하강시, 상기 전극탭이 부착되도록 상기 전극판을 안착시키는 지지부재;가 구비된 것을 특징으로 하는 이차 전지용 전극판 권취장치.
제 2항에 있어서,

상기 승하강 유닛은 그 일단이 상기 가압부와 연결된 승하강축;과,

상기 승하강축의 타단과 연결된 구동부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차 전지용 전극판 권취장치.
제 3항에 있어서,

상기 구동부는 에어실린더인 것을 특징으로 하는 이차 전지용 전극판 권취장 치.
제 2항에 있어서,

상기 지지부재는 승하강 유닛이 설치되어 승하강 가능한 것을 특징으로 하는 이차 전지용 전극판 권취장치.
제 2항에 있어서,

상기 지지부재는 상기 가압부재와 동일하거나 크게 형성된 것을 특징으로 하는 이차 전지용 전극판 권취장치.
제 1항에 있어서,

상기 전극탭 평탄화부의 일측에는 흡입부가 추가로 설치된 것을 특징으로 하는 이차 전지용 전극판 권취장치.
제 7항에 있어서,

상기 흡입부는 일측에 흡입구가 마련된 흡입하우징;과

그 일단이 상기 흡입하우징과 연결된 흡입라인; 및

상기 흡입라인의 타단과 연결된 흡입펌프;를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차 전지용 전극판 권취장치.
제 8항에 있어서,

상기 흡입펌프는 일측에 드레인 라인이 추가로 설치된 것을 특징으로 하는 이차 전지용 전극판 권취장치.
제 8항에 있어서,

상기 흡입하우징의 흡입구에는 흡입가이드부재가 설치된 것을 특징으로 하는 이차 전지용 전극판 권취장치.
제 10항에 있어서,

상기 흡입가이드부재는 상기 흡입하우징의 외측으로 갈수록 넓어지도록 테이퍼지게 형성된 것을 특징으로 하는 이차 전지용 전극판 권취장치.