KR100624939B1 - 이차 전지용 극판 권취장치 - Google Patents

Abstract

본 발명의 이차 전지용 극판 권취장치는 극판을 공급받아 권취시키는 맨드릴과, 극판이 맨드릴에 권취되도록 그 이송을 안내하는 이송롤러 및 극판이 맨드릴에 빗감기게 권취되는 것을 방지하는 빗감김 방지유닛을 포함하므로, 맨드릴에 권취되는 극판이 빗감기는 것을 방지하는 이점이 있다.

맨드릴, 권취장치

Description

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

도 1은 본 발명에 따른 이차 전지용 극판 권취장치를 도시한 개략도,

도 2는 본 발명에 따른 이차 전지용 극판 권취장치의 동작을 도시한 개략도,

도 3은 본 발명에 따른 이차 전지용 극판 권취장치의 이송롤러를 도시한 도면,

도 4는 본 발명에 따른 이차 전지용 극판 권치장치의 작동 순서를 도시한 순서도이다.

< 도면의 주요 부호에 대한 간단한 설명 >

100 : 극판 200 : 맨드릴

210 : 이송롤러 220 : 위치보정기

221 : 구동부 223 : 구동축

225 : 축끼움 너트 230 : 거리측정센서

230a : 거리측정확인센서 240 : 제어부

본 발명은 이차 전지용 극판 권취장치에 관한 것으로서 보다 상세하게는 이차 전지에서 전극 조립체를 구성하는 극판을 권취시키는 이차 전지용 극판 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 전극 조립체와, 전극 조립체를 수용하는 리튬 이차 전지용 케이스와, 리튬 이차 전지용 케이스 내측에 주입되어 리튬 이온의 이동을 가능하게 하는 전해액 및 케이스를 마감하는 캡 조립체를 포함한다.

전극 조립체는 양극판과 음극판, 그리고 양극판과 음극판 사이에 개재되어 쇼트를 방지하며 전해액 또는 이온의 이동이 가능한 세퍼레이터를 권취시켜 이루어진다.

이러한, 전극 조립체는 중심부에 삽지홈이 형성되어 회전하는 맨드릴에 의해 권취된다. 즉, 전극 조립체를 구성하는 극판들은 그 끝단이 삽지홈에 삽입되고, 이송롤러의 안내를 받으면서 맨드릴의 외면에 권취된다.

이때, 극판들은 이송과정에서 극판의 이송을 안내하는 이송롤러에 접촉되는 위치가 일정하지 않으면 전극판이나 세퍼레이터는 이송롤러에 빗감기게 된다.

따라서, 전극판이나 세퍼레이터는 맨드릴에 권취될 때에도 빗감기게 되어 그 커팅면이 고르지 않게 되거나 권취된 전극 조립체의 측면이 고르지 않게 된다. 즉, 커터부에서 커팅된 전극판은 빗감긴 상태에서 커팅되므로 그 길이가 일정하지 않다. 또한, 이차 전지를 구성하는 전극 조립체는 권취맨드릴에 빗감기게 권취되어 상/하면이 고르지 않으면, 음극판 또는 양극판이 접촉되어 쇼트가 발생할 수 있으 므로 전지의 성능이 저하되는 문제점이 있다.

본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해소시키기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 맨드릴에 의해 권취되는 극판의 빗감김을 방지하는 이차 전지용 극판 권취장치를 제공하는 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 극판을 공급받아 권취시키는 맨드릴과, 상기 극판이 상기 맨드릴에 권취되도록 그 이송을 안내하는 이송롤러 및 상기 극판이 맨드릴에 빗감기게 권취되는 것을 방지하는 빗감김 방지유닛을 포함하는 이차 전지용 극판 권취장치를 제공한다.

상기 빗감김 방지유닛은 상기 이송롤러의 일측과 타측에 상기 극판과 소정의 거리를 유지하도록 설치되어 상기 극판과의 거리를 측정하는 거리측정센서와, 상기 거리측정센서와 연결되어 상기 거리측정센서에서 측정된 거리를 전송받는 제어부와, 상기 제어부에 연결되어 상기 제어부로부터 전송받은 작동신호에 따라 상기 극판의 위치를 보정하는 위치보정기가 구비될 수 있다.

상기 위치보정기는 상기 제어부에 연결된 구동부와, 상기 구동부와 연결되어 상기 이송롤러를 일측 또는 타측으로 이동시키는 볼 스크류가 구비될 수 있다.

상기 구동부는 스텝 모터일 수 있다.

상기 볼 스크류는 상기 구동부에 의해 구동되며 그 외면에 나사산이 형성된 구동축과, 상기 이송롤러의 중심축과 연장되게 설치되며 상기 구동축의 나사산과 나합되는 나사산이 형성된 축끼움 너트일 수 있다.

상기 거리측정센서는 초음파 센서일 수 있다.

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명에 따른 이차 전지의 극판 권취용 맨드릴을 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 이차 전지용 극판 권취장치를 도시한 개략도이고, 도 2는 본 발명에 따른 이차 전지용 극판 권취장치의 동작을 도시한 개략도이며, 도 3은 본 발명에 따른 이차 전지용 극판 권취장치의 이송롤러를 도시한 도면이다.

이들 도면을 참조하면, 이차 전지용 극판 권취장치는 이차 전지의 케이스(미도시)에 수용되는 전극 조립체를 형성하기 위한 것으로서, 한장의 스트립으로 이루어진 제1,2전극판 및 세퍼레이터(이하 "극판"이라 칭함.: 100)를 순차적으로 배치하여 젤리-롤형(jelly-roll type)으로 권취시킨 후, 최외곽면에 고정테이프를 부착하여 젤리-롤 형으로 권취된 전극 조립체가 풀리지 않도록 고정시킨다.

이에 권취장치는 도 1에 도시된 바와 같이, 극판 공급부(110)와, 극판 공급부로 부터 극판(100)을 공급받아 전극 조립체를 형성하기 위해 극판(100)을 권취시키는 맨드릴(200)과, 극판 공급부(110)와 맨드릴(200) 사이에 설치되는 이송롤러(210) 및 극판(100)이 맨드릴(200)에 빗감기는 것을 방지하는 빗감김 방지유닛을 포함한다.

극판 공급부(110)는 전극 조립체를 구성하는 극판(100)이 권취된 것으로서 권취된 극판(100)을 권출시켜 맨드릴(200)로 공급된다. 맨드릴(200)은 회전하면서 극판(100)을 권취시키는 것으로서, 통상적으로 그 횡단면이 타원형으로 형성된다. 맨드릴(200)에는 그 횡단면의 장축에 극판(100)의 끝단이 삽입되는 삽지홈(201)이 형성된다.

극판 공급부(110)와 맨드릴(200) 사이에는 이송롤러(210)가 설치된다. 이송롤러(210)는 일정한 위치에 극판(100)이 접촉되게 하여 극판 공급부(110)에서 권출되는 극판(100)이 항상 일정하게 맨드릴(200)에 권취되도록 안내한다.

여기서, 맨드릴(200)의 일측에는 도시되지 않은 커터부와 고정테입부가 설치된다. 커터부는 맨드릴(200)에 권취된 극판(100)이 전극 조립체를 구성하는 소정의 길이를 갖도록 극판(100)을 커팅시키고, 고정테입부는 권취된 극판(100)의 최외곽면에 고정테이프를 부착하여 권취된 극판(100)이 풀리는 것을 방지한다.

빗감김 방지유닛은 극판(100)의 일측에 극판(100)과 소정의 거리를 두고 설치된 거리측정센서(230)와, 극판(100)의 위치를 보정하기 위한 위치보정기(220)를 포함한다.

거리측정센서(230)는 대표적으로 초음파 센서가 적용되며, 극판(100)과 거리측정센서(230) 까지의 거리가 항상 일정하게 유지되도록 극판(100)의 에지부와 거리측정센서(230) 까지의 거리를 측정한다.

위치보정기(220)는 거리측정센서(230)에서 측정된 극판(100)과 거리측정센서(230)와의 거리가 초기 설치상태에서의 거리와 동일하지 않은 경우 이송롤러(210)를 조절하여 극판(100)과 거리측정센서(230)와의 거리를 일정하게 유지하기 위한 것이다.

위치보정기(220)는 구동부(221)와 구동부(221)와 연결되게 설치되며 외면에 나사산이 형성된 구동축(223), 그리고, 이송롤러(210)의 중심축과 연장되게 설치되며 구동축(223)이 삽입되도록 나사산이 형성된 축끼움 너트(225)로 이루어진 볼 스크류를 포함한다. 또한, 구동부(221)는 펄스로 인해 동작하여 제어가 용이한 스텝모터가 사용될 수 있다.

이에, 구동부(221)가 구동되면, 이송롤러(210)에 연장되게 설치된 축끼움 너트(225)에 끼워진 구동축(223)이 이동하면서 이송롤러(210)를 상측 또는 하측으로 이동시킬 수 있으며, 구동부(221)로 스텝모터가 사용되면, 정밀한 제어가 가능하다.

한편, 이송롤러(210)의 타측에는 거리측정확인센서(230a)가 설치되는 것이 바람직하다. 거리측정확인센서(230a)는 이송롤러(210)에 의해 이송되기 전 극판(100)과 이송롤러(210) 사이의 거리가 측정된 후, 위치가 보정된 이송롤러(210)에 의해 이송된 극판(100)과 거리측정확인센서(230a)와의 거리를 측정한다. 따라서, 거리측정확인센서(230a)는 이송롤러(210)를 통과한 극판(100)의 위치가 일정한지 여부를 측정하는 것이다.

빗감김 방지유닛에는 제어부(240)가 추가로 설치된다.

제어부(240)는 거리측정센서(230)와 거리측정확인센서(230a)에서 측정된 거리를 초기 설정값과 비교한다. 즉, 거리측정센서(230)에서 측정된 거리를 전송받아 초기 설정값과 비교한 후, 위치보정기(220)로 작동신호를 전송하고, 거리측정확인센서(230a)에서 측정된 거리를 전송받아 맨드릴(200)에서 권취된 전극조립체의 폐기 여부를 판단한다.

이하에서는 상술한 구성에 의한 본 발명의 이차 전지용 극판 권취장치의 작동을 도 4를 참조하여 설명한다.

먼저, 극판공급부(110)는 극판(100)을 권출시킨다.

권출된 극판(100)은 이송롤러(210)의 안내를 받으면서 맨드릴(200)의 삽지홈(201)에 그 끝단이 삽입된 후 맨드릴(200)에 권취된다.

이때, 극판(100)은 이송롤러(210)로 인입되기 전에 이송롤러(210)의 일측에 설치된 거리측정센서(230)에 의해 극판(100)과 거리측정센서(230)와의 거리를 측정하여 측정값을 제어부(240)로 전송한다.

제어부(240)는 극판(100)과 거리측정센서(230)와의 거리가 초기 설정값과 동일한지 여부를 판단한다.(S400)

극판(100)과 거리측정센서(230)와의 거리가 초기설정값과 동일하지 않으면, 제어부(240)는 위치보정기(220)로 구동신호를 전송한다.

위치보정기(220)의 구동부(221)는 제어부(240)로부터 구동신호를 전송받아 구동된다. 구동부(221)가 구동되면, 이송롤러(210)의 회전축과 연장되게 설치된 축끼움 너트(225)는 외면에 축끼움 너트(225)와 나합되는 나사산이 형성된 구동축(223)이 끼워지므로 축끼움 너트(225)가 이동된다.

여기서, 축끼움 너트(225)는 이송롤러(210)의 회전축과 연장되게 설치되고, 구동부(221)는 스텝모터로서 미세한 간격제어가 가능하므로 이송롤러(210)의 회전축과 연장되게 설치된 축끼움 너트(225)는 스텝모터가 구동됨에 따라, 축끼움 너트(225)와 연결된 이송롤러(210)가 상측 또는 하측으로 이동된다.

따라서, 위치보정기(220)는 극판(100)이 초기 상태의 위치에 위치되지 않으면, 이송롤러(210)의 위치를 상측 또는 하측으로 미세하게 이동시켜 극판(100)의 위치가 항상 초기 상태의 위치에 위치되게 한다.(S410)

한편, 극판(100)과 거리측정센서(230)와의 거리가 초기설정값과 동일하면, 극판(100)은 이송롤러(210)로 인입된다.(S430)

이송롤러(210)를 통과한 극판(100)은 맨드릴(200)에 인입되기 전에 거리측정확인센서(230a)에 의해 극판(100)과 거리측정확인센서(230a)와의 거리를 측정한다.(S440)

극판(100)과 거리측정확인센서(230a)와의 거리가 일정하면 극판(100)은 초기 상태의 위치에 위치되거나 위치보정기(220)에 의해 정확하게 보정된 것이므로 극판(100)의 끝단은 맨드릴(200)의 삽지홈(201)에 삽입되어 권취된 후, 전극 조립체를 형성한다.(S450)

극판(100)과 거리측정확인센서(230a)와의 거리가 일정하지 않으면, 극판(100)은 초기 상태의 위치를 벗어나게 되므로 맨드릴(200)에 빗감기게 권취된다. 따라서, 거리측정확인센서(230a)는 제어부(240)로 불량신호를 전송하고, 제어부(240)는 빗감기게 권취된 극판(100)을 불량으로 처리한다.(S460)

본 발명에 따르면, 이차 전지용 극판 권취장치는 극판 공급부에서 공급되는 극판과 거리측정센서와의 거리를 항상 일정하게 유지하여 맨드릴에 권취되는 극판이 빗감기는 것을 방지하는 이점이 있다.

또한, 거리측정확인센서는 극판의 위치가 일정하지 않을 때 극판을 이송하는 이송롤러의 위치보정이 정확한지 확인할 수 있으므로 극판의 위치보정이 정확하지 않아 극판이 맨드릴에 빗감기게 권취될 경우 미리 찾아내어 폐기할 수 있는 이점이 있다.

따라서, 이차 전지는 극판이 빗감기게 권취되어 불량 처리된 전극조립체로 전지가 생산되는 것을 방지할 수 있 수 있으므로 생산 수율이 증대되는 이점이 있다.

Claims (7)

1. 극판을 공급받아 권취시키는 맨드릴;

   상기 극판이 상기 맨드릴에 권취되도록 그 이송을 안내하는 이송롤러; 및

   상기 극판이 상기 맨드릴에 빗감기게 권취되는 것을 방지하는 빗감김 방지유닛;을 포함하는 이차 전지용 극판 권취장치.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 빗감김 방지유닛은 상기 이송롤러의 일측에 상기 극판과 소정의 거리를 유지하도록 설치되어 상기 극판과의 거리를 측정하는 거리측정센서;와

   상기 거리측정센서와 연결되어 상기 거리측정센서에서 측정된 거리를 전송받는 제어부;와

   상기 제어부에 연결되어 상기 제어부로부터 전송받은 작동신호에 따라 상기 극판의 위치를 보정하는 위치보정기;가 구비된 것을 특징으로 하는 이차 전지용 극판 권취장치.
3. 제 2항에 있어서,

   상기 위치보정기는 상기 제어부에 연결된 구동부;와

   상기 구동부와 연결되어 상기 이송롤러를 일측 또는 타측으로 이동시키는 볼 스크류;가 구비된 것을 특징으로 하는 이차 전지용 극판 권취장치.
4. 제 3항에 있어서,

   상기 구동부는 스텝 모터인 것을 특징으로 하는 이차 전지용 극판 권취장치.
5. 제 3항에 있어서,

   상기 볼 스크류는 상기 구동부에 의해 구동되며 그 외면에 나사산이 형성된 구동축;과

   상기 이송롤러의 중심축과 연장되게 설치되며 상기 구동축의 나사산과 나합되는 나사산이 형성된 축끼움 너트;로 된 것을 특징으로 하는 이차 전지용 극판 권취장치.
6. 제 2항에 있어서,

   상기 이송롤러의 타측에는 거리측정확인센서가 추가로 설치된 것을 특징으로 하는 이차 전지용 극판 권취장치.
7. 제 2항에 있어서,

   상기 거리측정센서는 초음파 센서인 것을 특징으로 하는 이차 전지용 극판 권취장치.

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