KR100670455B1

KR100670455B1 - 이차 전지용 권취장치

Info

Publication number: KR100670455B1
Application number: KR1020050034218A
Authority: KR
Inventors: 박경일; 시게끼 하시모토; 김경우
Original assignee: 삼성에스디아이 주식회사
Priority date: 2005-04-25
Filing date: 2005-04-25
Publication date: 2007-01-16
Also published as: KR20060111835A

Abstract

본 발명의 이차 전지용 권취장치는 각각 제1,2전극탭이 부착된 제1,2전극판과 세퍼레이터를 권취하여 전극 조립체를 형성하는 맨드릴부와, 맨드릴부에서 권취된 전극 조립체의 불량여부를 검출하는 검출부를 포함하므로, 전극 조립체가 이차 전지로 완성되기 전에 불량인 전극 조립체를 검출할 수 있는 이점이 있다.

이차 전지, 전극판, 전극탭, 권취장치

Description

이차 전지용 권취장치 { Rolling Device for Secondary battery }

도 1은 본 발명에 따른 이차 전지의 일실시예를 도시한 도면,

도 2a는 본 발명에 따른 이차 전지용 권취장치의 일실시예를 개략적으로 도시한 도면,

도 2b는 본 발명에 따른 이차 전지용 권취장치의 일실시예에 따른 저항값을 도시한 그래프,

도 3은 본 발명에 따른 이차 전지용 권취장치의 다른 실시예를 개략적으로 도시한 도면,

도 4는 본 발명에 따른 이차 전지용 권취장치의 또 다른 실시예를 개략적으로 도시한 도면,

도 5는 본 발명에 따른 이차 전지용 권취장치의 작동순서를 도시한 순서도이다.

< 도면의 주요 부호에 대한 간단한 설명 >

100 : 맨드릴 101 : 삽지홈

150 : 고정테이프 170 : 커터부

200 : 전극 조립체 210 : 제1전극판

215 : 제2전극탭 220 : 제2전극판

225 : 제2전극탭 230 : 세퍼레이터

400 : 검출부 410 : 저항측정기

420 : 방전용량 측정기 430 : 전원

450 : 표시기 460 : 알람발생기

본 발명은 전극판 권취장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 이차 전지에 수용되는 전극 조립체를 구성하는 전극판을 권취시키는 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 전지와, 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 제1,2전극판 그리고, 제1전극판 및 제2전극판 사이에 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.

양극 또는 음극을 띠는 제1,2전극판은 기판상에 활물질을 도포한 후, 이를 건조하여 압연한 다음 일정 크기에 맞추어 절단되고, 절단된 제1,2전극판은 세퍼레이터와 함께 권취되어 전극 조립체를 이룬다. 이때, 극성을 갖는 제1,2전극판에는 전극 조립체의 외측으로 인출되는 제1,2전극탭이 부착되어 제1,2전극판이 갖는 극성을 전달시킨다.

이에, 권취장치는 제1,2전극판에 각각 제1,2전극탭을 부착시키고, 맨드릴의 외면에 제1,2전극판 및 세퍼레이터를 권취시키켜 전극 조립체를 완성한다. 권취장치에 의해 완성된 전극 조립체는 케이스에 수납되어 캡 조립체로 마감되어 이차 전지를 완성한다.

그런데, 종래의 이러한 권취장치는 전극 조립체가 형성된 후 이차 전지로 완성되기 전에 전극 조립체의 불량여부를 알 수 없는 문제점이 있다.

즉, 전극 조립체는 형성과정에서 불량이 발생된 상태로 케이스에 수납되어 이차 전지가 완성되게 되므로 완성된 이차 전지 역시 불량이 된다.

본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해소시키기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 전극 조립체의 불량여부를 조기에 검출할 수 있는 검출부가 마련된 이차 전지용 권취장치를 제공하는 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 각각 제1,2전극탭이 부착된 제1,2전극판과 세퍼레이터를 권취하여 전극 조립체를 형성하는 맨드릴부와, 상기 맨드릴부에서 권취된 상기 전극 조립체의 불량 여부를 검출하기 위해 상기 전극 조립체에 전력을 인가하는 전원과, 상기 전원에서 인가된 전력이 공급된 상태로 상기 전극 조립체의 저항을 측정하는 저항측정기와, 상기 저항측정기에서 측정된 측정값을 표시하는 표시기를 포함하는 이차 전지용 전극판 권취장치를 제공한다.

삭제

상기 검출부는 상기 저항측정기에서 측정된 측정값을 표시한 표시기가 추가로 구비되는 것이 좋다.

상기 표시기에는 상기 저항측정기에서 측정된 저항측정값이 기준저항값을 벗어나면 알람을 발생시키는 알람발생기가 추가로 더 구비된 것이 좋다.

상기 기준저항값은 상기 전극 조립체가 작동가능하되, 상기 전극 조립체가 정상적으로 작동되는 표준저항값과 상기 전극 조립체가 불량처리되는 불량저항값 사이의 오차범위에 포함된 값인 것이 좋다.

상기 전원에서 인가되는 전압은 250~1000V 일 수 있다.

삭제

본 발명은 또한, 각각 제1,2 전극탭이 부착된 제1,2 전극판과 세퍼레이터를 권취하여 전극 조립체를 형성하는 맨드릴부와, 상기 맨드릴부에서 권취된 상기 전극 조립체의 불량 여부를 검출하기 위해 상기 전극 조립체에 전력을 인가하는 전원과, 상기 전원에서 공급된 전력에 의해 충전된 후 상기 전극 조립체에서 방전되는 방전용량을 측정하는 방전용량 측정기와, 상기 방전용량 측정기에서 측정된 측정값을 표시하는 표시기를 포함하는 이차 전지용 전극판 권취장치를 제공한다.
상기 검출부는 상기 전력공급체에서 인가된 전력에 의해 발생되는 상기 전극 조립체의 저항을 측정하는 저항측정기가 추가로 구비된 것일 수 있다.

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

도 1은 본 발명에 따른 이차 전지의 일실시예를 도시한 도면이고, 도 2a는 본 발명에 따른 이차 전지용 권취장치의 일실시예를 개략적으로 도시한 도면이며, 도 2b는 본 발명에 따른 이차 전지용 권취장치의 일실시예에 따른 저항값을 도시한 그래프이다.

도 3은 본 발명에 따른 이차 전지용 권취장치의 다른 실시예를 개략적으로 도시한 도면이고, 도 4는 본 발명에 따른 이차 전지용 권취장치의 또 다른 실시예를 개략적으로 도시한 도면이며, 도 5는 본 발명에 따른 이차 전지용 권취장치의 작동순서를 도시한 순서도이다.

이들 도면을 참조하면, 이차 전지는 일측이 개구된 케이스(201)와, 케이스(201)의 내부에 수용되는 전극 조립체(200)와, 케이스(201)의 개구부에 결합되어 케이스(201)를 마감하는 캡 조립체(300)로 이루어진다.

여기서, 케이스(201)는 원통형이나 각형 또는 파우치형으로 형성될 수 있다.

전극 조립체(200)는 제1전극탭(215)이 부착된 제1전극판(210), 제2전극탭(225)이 부착된 제2전극판(220) 및 상기 제1전극판(210)과 제2전극판(220) 사이에 개재된 세퍼레이터(230)가 권취장치에 의해 권취되어 이루어진다.

권취장치는 전극 조립체(200)를 형성하기 위한 것이다. 전극 조립체(200)는 제1전극판(210), 제2전극판(220) 및 세퍼레이터(230)가 각각 한 장의 스트립(strip)으로 이루어져, 세퍼레이터(230), 제1전극판(210), 세퍼레이터(230), 제2전극판(220)의 순으로 배치되어, 젤리-롤형(jelly-roll type)으로 권취된다. 제1,2전극판(210,220)에는 각각의 무지부에 제1,2전극탭(215,225)이 부착된다. 전극 조립체(200)의 최외곽면에는 고정테이프(150)가 부착되어 젤리롤 형으로 권취된 전극 조립체(200)가 풀리지 않도록 전극 조립체(200)를 고정시킨다.

제1전극판(210)은 양극일 수 있으며, 도전성이 우수한 금속 박판, 예를 들면, 알루미늄(Al) 호일(foil)로 이루어진 제1전극집전체의 양면에 제1활물질층(217)이 코팅된다. 이때, 제1전극판(210)은 제1활물질층(217)이 코팅되지 않는 제1 무지부(219)를 가지며, 제1무지부(219)에는 소정의 위치에 부착되되 소정의 길이로 제1전극판(210)의 외측에 돌출되게 제1전극탭(215)이 부착된다.

제2전극판(220)은 음극일 수 있으며, 전도성 금속 박판, 예를 들면, 구리(Cu) 또는 니켈(Ni) 호일로 이루어진 제2전극집전체의 양면에 코팅된 제2활물질층(227)을 포함하고 있다. 제2전극판(220)은 제1전극판(210)과 같이 제2활물질층(227)이 코팅되지 않는 제2무지부(229)를 가지며, 제2무지부(229)에는 소정의 위치에 부착되되 소정의 길이로 제2전극판(20)의 외측에 돌출되게 제2전극탭(225)이 부착된다.

상기 세퍼레이터(230)는 제1전극판(210)과 제2전극판(220)의 쇼트(short)를 방지하고 리튬 이차 전지(100)의 전하(charge), 예를 들면 리튬 이온의 이동만 가능하게 한다. 세퍼레이터(230)는 제1전극판(210) 및 제2전극판(220)보다 폭을 넓게 하여 형성하는 것이 제1전극판(210) 및 제2전극판(220) 간의 단락을 방지하는데 유리하다.

이러한 전극 조립체(200)를 형성하는 권취장치는 전극 조립체(200)를 구성하는 제1,2전극판(210,220) 및 세퍼레이터(230)가 공급되는 각각의 공급부(210a,220a,230a)와, 제1,2전극판(210,220)에 제1,2전극탭(215,225)을 부착시키는 전극탭 부착부(215a,225a)와, 제1,2전극탭(215,225)이 부착된 제1,2전극판(210,220)과 세퍼레이터(230)를 그 외면에 권취시키는 맨드릴부(100)와, 권취된 제1,2전극판(210,220) 및 세퍼레이터(230)를 소정의 길이로 커팅시키는 커터부(170)와, 맨드릴부(100)에서 분리된 제1,2전극판(210,220) 및 세퍼레이터(230)를 이송시 키는 이송부(미도시) 그리고, 전극 조립체(200)의 불량여부를 검출하는 검출부(400)를 포함한다.

공급부(210a,220a,230a)는 제1,2전극판(210,220)이 권취된 제1전극판 공급부(210a)와, 제2전극판(220)이 권취된 제2전극판 공급부(220a) 및 세퍼레이터 공급부(230a)로 이루어진다. 이때, 각각의 공급부(210a,220a,230a)는 제1전극판(210)과 제2전극판(220) 사이에 세퍼레이터(230)가 개재되도록 배치된다.

제1전극판 공급부(210a)와 제2전극판 공급부(220a)에는 소정의 간격을 두고 공급부(210a,220a)에 권취된 제1,2전극판(210,220)들이 권출될 때 제1,2전극탭(215,225)이 부착될 수 있도록 제1,2전극탭 부착부(215a,225a)가 설치된다.

커터부(170)는 각각의 공급부(210a,220a,230a)에서 권출되는 제1,2전극판(210,220) 및 세퍼레이터(230)들을 소정의 길이로 커팅한다. 즉, 커터부(170)는 제1,2전극탭(215,225)이 부착된 제1,2전극판(210,220)과 세퍼레이터(230)들을 하나의 전극 조립체(200)를 구성하기 위한 길이로 커팅한다.

커터부(170)의 일측에는 제1,2전극판(210,220)의 커팅된 면을 고정시키기 위한 고정테이프(150)가 설치된다.

맨드릴부(100)는 회전하면서 제1,2전극판(210,220) 및 세퍼레이터(230)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(210,220) 및 세퍼레이터(230)들의 끝단이 삽입되게 형성된 삽지홈(101)을 포함한다.

이송부는 제1,2전극판(210,220) 및 세퍼레이터(230)가 맨드릴부(100)에서 권취된 후 분리되면 이를 후술될 검출부(400)로 이송하기 위한 것이다.

검출부(400)는 도 2a에 도시된 바와 같이, 전극 조립체(200)에 소정의 전력을 인가하는 전원(430)과, 전원(430)에서 인가된 전력에 의해 발생되는 전극 조립체(200)의 저항을 측정하는 저항측정기(410)가 구비될 수 있다. 이에, 전극 조립체(200)의 제1,2전극탭(215,225)에는 전원(430)이 연결되어 전력이 인가된다. 전극 조립체(200)에 전력이 인가되면 저항측정기(410)는 전력이 인가되는 동안 전극 조립체(200)에서 발생하는 저항을 측정한다. 이때, 전력 공급기(430)에 인가되는 전압은 약 250~1000V일 수 있다.

여기서, 검출부(400)는 저항측정기(410)에서 측정된 저항값을 표시하는 표시기(450)가 구비된다. 또한, 표시기(450)에는 저항측정기(410)에서 측정된 저항값이 기준 저항값(B)을 벗어나면 작동되는 알람발생기(460)가 추가로 구비되는 것이 바람직하다.

이때, 기준 저항값(B)은 전극 조립체(200)가 정상적으로 작용하는 표준저항값(A)과 전극 조립체(200)가 불량처리 되는 불량저항값(C) 사이의 오차범위에 포함되는 것이다. 도 2b는 검출부(400)의 저항측정기(410)를 통해 측정되는 전극 조립체(200)의 저항값이 표시기를 통해 그래프의 형태로써 표시되는 상태를 예시한 것으로서, A구간은 전극 조립체(200)가 정상적으로 작용하는 표준저항값으로써 측정되고 있는 상태를 나타내고, C구간은 전극 조립체(200)가 불량 처리되는 불량저항값으로써 측정되고 있는 상태를 나타내며, B구간은 상기 표준저항값과 불량저항값 사이의 기준저항값으로써 측정되고 있는 상태를 나타내고 있다. 여기서 상기 기준저항값은 전극 조립체가(200)가 불량 처리될 정도의 저항값은 아니므로 전극 조립체(200)의 정상적인 작동은 가능하지만 바람직한 표준저항값이라 볼 수 없으며, 전극 조립체(200)가 사용 시간이 지남에 따라 불량 상태로 전환될 가능성이 높은 저항값이라 볼 수 있다. 따라서, 이와 같은 기준 저항값을 불량 저항값에 가까운 수치로 설정하면 제작되는 전극 조립체(200)가 빠른 기간 내에 불량 상태로 전환될 우려가 있으므로, 표준저항값에 근접하는 수치로써 설정함이 바람직할 것이다. 또한, 이와 같은 표준저항값, 기준저항값, 불량저항값의 범위는 전극 조립체의 정전 용량 등을 고려하여 적정한 기준으로 설정하면 될 것이며, 이러한 저항값을 표시하는 표시기로는 오실로스코프 등 통상의 측정 장비를 활용할 수 있다.
검출부(400)의 다른 실시예는 도 3에 도시된 바와 같이, 도 2a의 저항측정기(410) 대신 방전용량 측정기(420)가 구비될 수 있다. 또한, 방전용량 측정기(420)는 표시기(450) 및 알람발생기(460)를 구비함은 물론이다. 즉, 방전용량 측정기(420)는 전극 조립체(200)에 전력이 인가되어 전극 조립체(200)가 충전된 후, 방전되는 방전용량을 측정하여 방전용량값이 기준용량값을 벗어나면, 알람발생기(460)가 작동될 수 있다.

삭제

검출부(400)의 또 다른 실시예는 도 4에 도시된 바와 같이 저항측정기(410)와 방전용량 측정기(420)가 모두 구비된 것이다.

이하에서는 본 발명에 따른 이차 전지용 전극판 권취장치의 작동을 설명한다.

먼저, 각각의 공급부(210a,220a,230a)는 제1,2전극판(210,220)과 세퍼레이터(230)를 권출시킨다.

권출된 제1,2전극판(210,220) 및 세퍼레이터(230)는 제1,2전극탭 부착부(215a,225a)에 의해 제1,2무지부(219,229)에 각각 제1,2전극탭(215,225)이 부착된다.

제1,2전극탭(215,225)이 부착된 제1,2전극판(210,220)과 세퍼레이터(230)는 커터부(170)측을 지나 맨드릴(100)측으로 인입된다.

제1,2전극판(210,220) 및 세퍼레이터(230)의 끝단은 맨드릴(100)의 장축에 형성된 삽지홈(101)에 삽입되어 맨드릴(100)이 회전구동부에 의해 회전되면 그 외면에 권취된다.

맨드릴(100)에 의해 권취된 제1,2전극판(210,220) 및 세퍼레이터(230,230a)는 커터부(400)에 의해 소정의 길이를 갖도록 커팅된다.

제1,2전극판(210,220) 및 세퍼레이터(230,230a)가 권취되어 커터부(170)에 의해 커팅되면, 권취된 제1,2전극판(210,220) 및 세퍼레이터(230,230a)의 커팅된 부분은 일측에 배치된 고정테이프 공급부(150)에서 공급된 고정테이프(150)가 부착되어 전극 조립체(200)를 이룬다.(S500)

다음, 전극 조립체(200)는 이송부에 의해 검출부(400)로 이송된다. 전원(430)은 전극 조립체(200)의 제1,2전극탭(215,225)를 통해 250~1000V의 전력이 인가된다.(S510)

전력이 인가되면, 저항측정기(410)는 전극 조립체(200)에서 발생하는 저항을 측정한다.(S520a)

또한, 전극 조립체(200)는 전원(430)에서 인가된 전력에 의해 충전된 후 방전될 때, 방전용량 측정기(420)에 의해 방전용량이 측정된다.(S520b)

이때, 표시기(450)는 저항측정기(410)에서 측정된 저항값과 방전용량 측정기(420)에서 측정된 방전용량값을 표시한다.(S530)

다음, 표시기(450)에 표시된 저항값 또는 방전용량값이 기준값을 초과하면 알람발생기(460)가 작동된다.(S550)

알람발생기(460)가 작동되면 작업자는 전극 조립체(200)를 별도로 분리하여 불량 처리한다.(S560)

한편, 측정된 저항값 및 방전용량값이 기준값을 초과하지 않으면, 전극 조립체(200)는 케이스(201)에 수납된 후, 캡 조립체(300)에 의해 마감되어 이차 전지를 완성한다.(S570)

본 발명에 따르면, 이차 전지용 권취장치는 전극 조립체의 불량유무를 검출하는 검출부가 구비됨에 따라 전극 조립체가 이차 전지로 완성되기 전에 불량인 전극 조립체를 검출할 수 있는 이점이 있다.

따라서, 검출부가 구비된 이차 전지용 권취장치는 이차 전지의 생산 수율을 향상시킬 수 있는 이점이 있다.

Claims

각각 제1,2전극탭이 부착된 제1,2전극판과 세퍼레이터를 권취하여 전극 조립체를 형성하는 맨드릴부와;

상기 맨드릴부에서 권취된 상기 전극 조립체의 불량 여부를 검출하기 위해 상기 전극 조립체에 전력을 인가하는 전원과;

상기 전원에서 인가된 전력이 공급된 상태로 상기 전극 조립체의 저항을 측정하는 저항측정기와;

상기 저항측정기에서 측정된 측정값을 표시하는 표시기를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차 전지용 전극판 권취장치.
삭제
삭제
제 1 항에 있어서,

상기 표시기에는 상기 저항측정기에서 측정된 저항측정값이 기준저항값을 벗어나면 알람을 발생시키는 알람발생기가 추가로 더 구비된 것을 특징으로 하는 이차 전지용 전극판 권취장치.
제 4항에 있어서,

상기 기준저항값은 상기 전극 조립체가 작동가능하되, 상기 전극 조립체가 정상적으로 작동되는 표준저항값과 상기 전극 조립체가 불량처리되는 불량저항값 사이의 오차범위에 포함된 값인 것을 특징으로 하는 전극판 권취장치.
제 1항에 있어서,

상기 전원에서 인가되는 전압은 250~1000V 인 것을 특징으로 하는 이차 전지용 전극판 권취장치.
각각 제1,2 전극탭이 부착된 제1,2 전극판과 세퍼레이터를 권취하여 전극 조립체를 형성하는 맨드릴부와;

상기 맨드릴부에서 권취된 상기 전극 조립체의 불량 여부를 검출하기 위해 상기 전극 조립체에 전력을 인가하는 전원과;

상기 전원에서 공급된 전력에 의해 충전된 후 상기 전극 조립체에서 방전되는 방전용량을 측정하는 방전용량 측정기와;

상기 방전용량 측정기에서 측정된 측정값을 표시하는 표시기를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차 전지용 전극판 권취장치.
제 7항에 있어서,

상기 검출부는 상기 전력공급체에서 인가된 전력에 의해 발생되는 상기 전극 조립체의 저항을 측정하는 저항측정기가 추가로 구비된 것을 특징으로 하는 이차 전지용 전극판 권취장치.