KR101287415B1 - 소형 폴리머 이차전지의 전극조립체 제조장치 - Google Patents

소형 폴리머 이차전지의 전극조립체 제조장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 소형 폴리머 이차전지의 전극조립체 제조장치에 관한 것으로, 권선된 분리막을 상하 방향으로 공급하며, 상기 분리막의 장력을 유지하는 복수개의 텐션 롤러를 구비한 분리막 공급부; 수평 방향으로 제공되어 상기 분리막 및 상기 분리막의 상하면에 각각 접착되는 제1전극 및 제2전극을 이송하는 컨베이어 이송부; 상기 컨베이어 이송부의 이송방향에 대해 일측에 제공되며, 상기 제1전극을 상기 컨베이어 이송부의 상면에 공급하는 제1전극 공급부; 상기 컨베이어 이송부의 상부에 제공되며, 상기 분리막의 상면 및 하면에 접착제를 공급하는 본딩 공급부; 상기 분리막의 이송방향을 따라 상기 제1전극 공급부의 일측에 제공되며, 상기 분리막의 상면에 상기 제2전극을 공급하는 제2전극 공급부; 상기 제1전극 및 상기 제2전극이 부착된 상기 분리막을 일정한 길이로 절단하는 분리막 절단부; 상기 분리막 절단부에 의해 절단된 상기 분리막의 양단을 파지하는 분리막 파지부; 및 상기 분리막 절단부의 일측에 제공되며, 상기 제1전극 및 상기 제2전극을 스택(stack)되도록 상기 분리막의 폭 방향 양단을 파지하여 상기 분리막을 폴딩(folding)하는 분리막 폴딩부;를 포함하여 전극조립체의 생산성을 향상시킬 수 있다.

Description

소형 폴리머 이차전지의 전극조립체 제조장치 {APPARATUS FOR MANUFACTURING ELECTRODE ASSEMBLY OF SMALL POLYMER SECONDARY BATTERY}
본 발명은 소형 폴리머 이차전지의 전극조립체 제조장치에 관한 것으로, 더 상세하게는 전극을 분리막에 접착시키고 전극이 부착된 분리막을 접어서 양극과 음극이 교대로 적층된 전극조립체를 제조하는 과정에서 전극의 들뜸이나 손상이 발생되지 않도록 하는 소형 폴리머 이차전지의 전극조립체 제조장치에 관한 것이다.
전지는 내부에 들어있는 활물질의 화학에너지를 전기화학적 산화환원반응에 의해 전기에너지로 변환하는 장치이다. 이를 위하여 전지는 화학반응 대신에 전기화학적 반응이 일어나 전자가 도선을 통하여 외부로 빠져나갈 수 있도록 특별한 구조로 이루어져 있으며, 도선을 통하여 흐르는 전자는 전기에너지가 되어서 우리생활에 유용하게 사용되고 있다.
오늘날의 전지기술은 1860년 축전지의 등장 이래 100년 이상 개량을 거듭하여 고출력화, 고성능화, 경량화, 소형화, 신뢰성 향상 등에 대한 연구개발이 진행되어서 그 기술이 크게 진보되어 왔다. 최근 전자 장비의 소형화 및 경량화가 실현되고 휴대용 전자 기기의 사용이 일반화됨에 따라, 고에너지 밀도를 갖는 리튬 이온 전지에 대한 연구가 활발히 이루어지고 있다. 리튬 이온 전지는, 리튬 이온의 삽입 및 탈리가 가능한 재료로 제작되어 상호 교번으로 적층되는 음극판 및 양극판과, 상기 양극판과 음극판이 직접 접촉되지 아니하도록 상기 양극판과 음극판 사이에 삽입되는 분리막과, 상기 음극판, 양극판, 분리막(separator) 적층부재가 내부로 인입되는 케이스와, 상기 케이스 내부로 주입되는 유기 전해액 또는 폴리머 전해액을 포함하여 구성된다. 따라서 리튬 이온 전지는, 리튬 이온이 상기 양극판 및 음극판에서 삽입 및 탈리될 때의 산화, 환원 반응에 의하여 전기적 에너지를 생성하도록 구성된다. 이러한 리튬 이온 전지는 소용량의 핸드폰 밧데리로부터 대용량의 전기자동차용 밧데리에 이르기까지 다양하게 사용되고 있으며, 현재 시중에 일반적으로 유통되는 전극집전체의 면적도 1 내지 70㎠에 이르기까지 다양한 규격으로 제작되고 있다.
한편, 분리막을 사이에 두면서 음극판과 양극판을 적층시키는 방법으로는 여러 종류의 방법이 현재까지 제안 및 활용되고 있는데, 근래 들어서는 분리막을 사이에 두고 한 쌍의 음극판과 양극판을 적층시킨 단위 적층체를 먼저 제작한 후, 상기 단위 적층체를 또 다른 단위 적층체 상에 적층시키는 방법이 많이 활용되고 있는 실정이다.
그러나, 종래의 적층 장치 또는 방법은 양극판 및 음극판을 분리막 쪽으로 이동시키기 위한 장치뿐만 아니라 분리막을 사이에 두고 적층된 양극판 및 음극판을 이송시키기 위한 별도의 이송수단이 필수적으로 요구되어야 하므로, 장치의 구조 및 제조 공정이 복잡해지고 이에 따라 생산성 향상에 한계가 있다는 단점이 있다.
특히, 소형 폴리머 이차전지의 경우에는 분리막의 양면에 크기가 작은 양극 및 음극을 위치시키고 양극 및 음극을 교대로 적층해야 하는데 전극의 크기가 작기 때문에 자동 생산하기 어려운 문제가 있다. 또한, 분리막을 접는 과정에서 분리막이 완전히 접히지 않아서 분리막에 의해 전극이 일부 손상되는 문제도 있다.
본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로, 본 발명은 전극이 분리막에서 분리되거나 손상되는 현상을 방지할 수 있고, 장치 구조 및 제조 공정을 단순화시킬 수 있으며, 생산성을 향상시킬 수 있는 소형 폴리머 이차전지의 전극조립체 제조장치를 제공한다.
본 발명은 소형 전극을 분리막의 양면에 접착시킨 상태에서 Z-폴딩을 구현할 수 있는 소형 폴리머 이차전지의 전극조립체 제조장치를 제공한다.
상기와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 소형 폴리머 이차전지의 전극조립체 제조장치는 권선된 분리막을 상하 방향으로 공급하며, 상기 분리막의 장력을 유지하는 복수개의 텐션 롤러를 구비한 분리막 공급부; 수평 방향으로 제공되어 상기 분리막 및 상기 분리막의 상하면에 각각 접착되는 제1전극 및 제2전극을 이송하는 컨베이어 이송부; 상기 컨베이어 이송부의 이송방향에 대해 일측에 제공되며, 상기 제1전극을 상기 컨베이어 이송부의 상면에 공급하는 제1전극 공급부; 상기 컨베이어 이송부의 상부에 제공되며, 상기 분리막의 상면 및 하면에 접착제를 공급하는 본딩 공급부; 상기 분리막의 이송방향을 따라 상기 제1전극 공급부의 일측에 제공되며, 상기 분리막의 상면에 상기 제2전극을 공급하는 제2전극 공급부; 상기 제1전극 및 상기 제2전극이 부착된 상기 분리막을 일정한 길이로 절단하는 분리막 절단부; 상기 분리막 절단부에 의해 절단된 상기 분리막의 양단을 파지하는 분리막 파지부; 및 상기 분리막 절단부의 일측에 제공되며, 상기 제1전극 및 상기 제2전극을 스택(stack)되도록 상기 분리막의 폭 방향 양단을 파지하여 상기 분리막을 폴딩(folding)하는 분리막 폴딩부;를 포함한다.
상기와 같이 구성함으로써, 소형 폴리머 이차전지의 양극판 및 음극판을 신속하게 적층할 수 있고 생산 수율을 높일 수 있다.
여기서, 상기 본딩 공급부는 상기 컨베이어 이송부의 상면에 공급된 상기 제1전극이 상기 분리막의 하면에 접착되도록 상기 분리막의 하면에 일정한 간격으로 제1접착제를 공급하는 제1본딩 공급부; 및 상기 제2전극이 상기 분리막의 상면에 접착되도록 상기 제1본딩 공급부의 접착제 공급방향과 교차하는 방향으로 상기 분리막의 상면에 일정한 간격으로 제2접착제를 공급하는 제2본딩 공급부;를 포함할 수 있다.
상기 제1본딩 공급부 및 상기 제2본딩 공급부는 동일한 간격으로 각각 상기 제1접착제 및 상기 제2접착제를 공급할 수 있다.
상기 제1전극 및 상기 제2전극은 상기 분리막의 하면 및 상면에 대해서 서로 마주 보는 위치에 접착될 수 있다.
상기 컨베이어 이송부는 스틸 컨베이어 벨트 및 상기 스틸 컨베이어 벨트의 양단을 지지하는 구동 롤러를 포함하며, 상기 스틸 컨베이어 벨트에는 상기 제1전극 및 상기 분리막이 상기 스틸 컨베이어에 접촉된 상태로 이송되게 하는 다수개의 흡착공이 형성될 수 있다.
상기 흡착공의 간격은 상기 제1본딩 공급부 및 상기 제2본딩 공급부에서 각각 공급된 제1접착제 및 제2접착제의 간격과 동일하게 형성될 수 있다.
상기 제1전극 공급부 및 상기 제2전극 공급부는 각각 다수개의 상기 제1전극 및 상기 제2전극을 동시에 공급하며, 상기 제1전극 공급부 및 상기 제2전극 공급부가 공급하는 상기 제1전극 및 상기 제2전극의 개수는 동일하게 형성될 수 있다.
상기 제1전극 공급부 및 상기 제2전극 공급부는 상기 분리막의 이송 방향을 따라 나란하게 제공되며, 상기 컨베이어 이송부에 대해 상기 제1전극 공급부 및 상기 제2전극 공급부는 동일한 일측에 형성될 수 있다.
상기 제2전극 공급부의 일측에 제공되며 상기 분리막의 상하면에 접착된 상기 제1전극 및 상기 제2전극을 가압하는 전극 가압부를 포함할 수 있다.
상기 분리막 파지부는 상기 제1전극 공급부와 마주 보도록 상기 컨베이어 이송부의 이송방향 일단에 제공되며, 상기 컨베이어 이송부에 의해 이송되는 상기 제1전극 및 상기 제2전극이 접착된 상기 분리막의 길이방향 일단을 파지하는 제1분리막 파지부; 및 상기 컨베이어 이송부와 상기 제1분리막 파지부 사이에 제공되며, 상기 분리막 절단부에 의해 절단되는 상기 분리막의 길이방향 타단을 파지하는 제2분리막 파지부;를 포함할 수 있다.
상기 제1분리막 파지부는 상기 분리막의 이송방향을 따라 전진하여 상기 분리막의 일단을 파지한 후 전진 반대방향으로 후퇴하고, 상기 제1분리막 파지부의 후퇴가 완료되면 상기 제2분리막 파지부가 상기 분리막의 타단을 파지할 수 있다.
상기 분리막 폴딩부가 상기 분리막을 폴딩하는 동안 상기 제1분리막 파지부 및 상기 제2분리막 파지부는 상기 분리막의 양단을 파지한 상태로 서로를 향해 전진할 수 있다.
상기 분리막 절단부는 상기 컨베이어 이송부와 상기 제2분리막 파지부의 사이에 제공되며, 상기 제2분리막 파지부가 상기 분리막의 타단을 파지한 후 상기 분리막을 절단할 수 있다.
상기 분리막 절단부는 경사지게 형성되며 승강 가능한 칼날을 포함할 수 있다.
상기 분리막 폴딩부는 상기 제1분리막 파지부 및 상기 제2분리막 파지부의 운동 방향과 교차하도록 상기 제1분리막 파지부 및 상기 제2분리막 파지부 사이에 대칭적으로 형성되며, 상기 분리막의 폭 방향 양단을 파지하는 제1폴딩부재 및 제2폴딩부재를 포함할 수 있다.
상기 제1폴딩부재 및 상기 제2폴딩부재는 상기 분리막을 교대로 파지하며, 상기 제1폴딩부재는 상기 분리막을 향해 상기 분리막의 폭 방향을 따라 전진 및 후퇴하고, 상기 분리막을 폴딩하기 위한 회전 운동을 할 수 있다.
상기 제2분리막 파지부와 상기 분리막 폴딩부 사이에 제공되며, 폴딩이 완료된 상기 분리막의 일단을 접착하여 마감하는 전극조립체 마감부를 포함할 수 있다.
상기 전극조립체 마감부와 마주 보도록 상기 분리막 폴딩부의 일측에 제공되며, 마감된 상기 분리막을 파지하여 이동시키는 전극조립체 이동부를 포함할 수 있다.
상기 전극조립체 이동부는 마감된 상기 분리막이 상기 제2폴딩부재에 파지된 상태에서 상기 분리막을 파지하며, 상기 제2폴딩부재에 파지된 상기 분리막을 향하여 승강 및 회전 운동을 할 수 있다.
상기 전극조립체 이동부의 일측에 제공되어 상기 전극조립체 이동부에 의해 파지된 상기 분리막을 반출하는 컨베이어 반출부를 포함할 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 소형 폴리머 이차전지의 전극조립체 제조장치는 전극이 분리막에서 분리되거나 전극의 끝단이 휘어지는 등의 손상을 방지할 수 있고, 전극조립체를 제조하는 공정 단순화를 통해 생산성을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 소형 폴리머 이차전지의 전극조립체 제조장치는 전극의 크기가 작은 경우에도 신속하고 정확하게 전극조립체를 형성할 수 있으며, 분리막을 Z-폴딩 방식으로 접기 때문에 전극 손상을 최소화할 수도 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 소형 폴리머 이차전지의 전극조립체 제조장치를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전극조립체 제조장치의 컨베이어 이송부의 일부를 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전극조립체 제조장치의 전극 공급부를 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전극조립체 제조장치의 컨베이어 이송부에 제1전극이 놓인 상태를 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 전극조립체 제조장치의 제2본딩 공급부에 의한 접착제 공급 상태를 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 전극조립체 제조장치의 컨베이어 이송부에 제2전극이 부착된 분리막이 놓인 상태를 도시한 도면이다.
도7은 본 발명의 일 실시예에 따른 전극조립체 제조장치의 전극가압부를 도시한 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 전극조립체 제조장치의 전극 파지부가 분리막을 파지한 상태를 도시한 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 전극조립체 제조장치의 분리막 절단부를 도시한 도면이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 전극조립체 제조장치의 분리막 폴딩부를 도시한 도면이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 전극조립체 제조장치의 전극조립체 이동부를 도시한 도면이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 전극조립체 제조장치의 컨베이어 반출부를 도시한 도면이다.
이하에서, 본 발명에 따른 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 그러나, 본 발명이 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 소형 폴리머 이차전지의 전극조립체 제조장치를 도시한 도면, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전극조립체 제조장치의 컨베이어 이송부의 일부를 도시한 도면, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전극조립체 제조장치의 전극 공급부를 도시한 도면, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전극조립체 제조장치의 컨베이어 이송부에 제1전극이 놓인 상태를 도시한 도면, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 전극조립체 제조장치의 제2본딩 공급부에 의한 접착제 공급 상태를 도시한 도면, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 전극조립체 제조장치의 컨베이어 이송부에 제2전극이 부착된 분리막이 놓인 상태를 도시한 도면, 도7은 본 발명의 일 실시예에 따른 전극조립체 제조장치의 전극가압부를 도시한 도면, 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 전극조립체 제조장치의 전극 파지부가 분리막을 파지한 상태를 도시한 도면, 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 전극조립체 제조장치의 분리막 절단부를 도시한 도면, 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 전극조립체 제조장치의 분리막 폴딩부를 도시한 도면, 도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 전극조립체 제조장치의 전극조립체 이동부를 도시한 도면, 도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 전극조립체 제조장치의 컨베이어 반출부를 도시한 도면이다.
도 1 내지 도 7을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 소형 폴리머 이차전지의 전극조립체 제조장치(100)는 권선된 분리막(SP)을 상하 방향으로 공급하며 분리막(SP)의 장력을 유지하는 복수개의 텐션 롤러(102)를 구비한 분리막 공급부(101)를 포함할 수 있다. 본 발명에 따른 소형 폴리머 이차전지의 전극조립체 제조장치(100)의 분리막 공급부(101)는 수직 방향으로 설치되고 일정한 면적을 가지는 평평한 형상의 지지플레이트(104)의 전면부에 회전 가능하게 설치된 권선 롤러(103)에 감긴 분리막(SP)을 상하 방향 또는 수직 방향으로 공급할 수 있다. 권선 롤러(103)에서 풀린 분리막(SP)은 지지플레이트(104)에 복수개 설치된 텐션롤러(102)에 의해 팽팽한 상태가 유지된 상태로 공급 방향이 바뀌면서 상하 방향으로 공급될 수 있다. 분리막(SP)은 그 양면에 양극 전극판 및 음극 전극판이 각각 부착되는 부분으로서 소형 폴리머 이차전지 전극조립체의 핵심 부분이라 할 수 있다.
분리막 공급부(101)에 의해서 권선 상태에서 공급되는 분리막(SP)은 지지플레이트(104)의 하부에 수평 방향으로 제공된 컨베이어 이송부(105)에 의해서 수평 방향으로 이송될 수 있다. 컨베이어 이송부(105)는 일정한 면적을 가지면서 수평으로 설치된 지지프레임(F) 상에 설치되어 있다. 지지프레임(F)은 소형 폴리머 이차전지의 전극조립체 제조장치(100)의 각종 부품들이 설치되는 부분이며, 작업자가 작업을 하는데 필요한 공구 등도 거치할 수 있다.
컨베이어 이송부(105)는 지지프레임(F)의 상면에 수평방향으로 제공되어 분리막(SP) 및 분리막(SP)의 상하면에 각각 접착된 상태로 제1전극(E1) 및 제2전극(E2)을 이송할 수 있다.
여기서, 컨베이어 이송부(105)는 스틸 컨베이어 벨트(steel conveyor belt, 106) 및 스틸 컨베이어 벨트(106)의 양단을 지지하며 스틸 컨베이어 벨트(106)를 순환 구동시키는 구동 롤러(107)를 포함할 수 있다. 스틸 컨베이어 벨트(106)는 금속 재질로 형성되기 때문에 장시간 사용하더라도 분리막(SP)과의 접촉으로 인한 마모가 발생할 가능성이 낮고 파손의 우려가 적기 때문에 반영구적으로 사용할 수 있다. 스틸 컨베이어 벨트(106)를 순환 구동시키는 구동 롤러(107)와 스틸 컨베이어 벨트(106) 사이의 정확한 구동력 전달을 위해 구동 롤러(107)와 스틸 컨베이어 벨트(106)의 접촉면에는 일정한 마찰력이 유지되는 것이 바람직하다. 이를 위해, 구동 롤러(107)의 둘레에 미세한 기어치(미도시)를 형성하고 스틸 컨베이어 벨트(106)의 접촉면에는 상기 기어치와 맞물리는 기어홈(미도시)을 형성할 수도 있다.
또한, 분리막(SP)은 컨베이어 이송부(105)의 끝단과 일치한 위치로 공급되는 것이 아니라 컨베이어 이송부(105)의 스틸 컨베이어 벨트(106)의 좌측단에서 이격된 위치에서부터 공급된다. 따라서, 도 2에 도시된 바와 같이 스틸 컨베이어 벨트(106)의 좌측단 일정 부분에는 분리막(SP)이 놓이지 않게 되는데, 이 부분에는 제1전극(E1)이 놓이게 된다. 즉, 도 4를 참조하면, 분리막(SP)이 놓이지 않는 스틸 컨베이어 벨트(106)의 좌측 일정부분에는 6개의 제1전극(E1)이 스틸 컨베이어 벨트(106)에 직접 놓이는 것을 알 수 있다.
한편, 스틸 컨베이어 벨트(106)의 표면이 비교적 매끈하기 때문에 스틸 컨베이어 벨트(106)와 접촉된 상태로 이송되는 분리막(SP)이 스틸 컨베이어 벨트(106)에서 미끄러지는 슬립(slip) 현상이 발생할 수도 있다. 이를 방지하기 위해, 스틸 컨베이어 벨트(106)에는 다수개의 흡착공(108)이 형성될 수 있다. 스틸 컨베이어 벨트(106)에 형성된 흡착공(108)은 스틸 컨베이어 벨트(106)의 하부에 형성된 진공형성부재(미도시)에 작동에 의해 스틸 컨베이어 벨트(106) 상에 놓여진 전극 또는 분리막을 아래쪽으로 끌어 당겨 스틸 컨베이어 벨트(106)에 접착 내지 밀착된 상태로 이송되게 해 준다.
특히, 도 2에 도시된 바와 같이, 흡착공(108)은 스틸 컨베이어 벨트(106)의 전체에 걸쳐 동일한 간격으로 형성되는 것이 바람직하다. 도 2를 참조하면, 스틸 컨베이어 벨트(106)의 폭 방향으로 2개 또는 3개씩 천공된 흡착공(108)이 일정한 간격으로 형성되어 있음을 알 수 있다. 여기서 2개씩 형성된 흡착공(108)은 후술할 제1전극(E1)이 놓여지는 부분으로서, 분리막(SP)에 부착되는 제1전극(E1)과 동일한 개수만큼 반복 형성되는 것이 바람직하다. 즉, 도 2에는 2개씩 천공된 흡착공(108)이 스틸 컨베이어 벨트(106)의 길이 방향을 따라 5군데 형성되고 그 양측에는 3개씩 천공된 흡착공(108)이 형성되어 있는데, 2개씩 천공된 흡착공(108)의 반복 횟수 즉, 5번은 공급되는 제1전극(E1)의 개수와 동일하다. 후술할 제1전극 공급부(110)는 동시에 6개의 제1전극(E1)을 스틸 컨베이어 벨트(106) 상에 공급하는데, 이 때 2개씩 형성된 흡착공(108) 위에 각각 1개의 제1전극(E1)이 놓여진다. 따라서, 공급된 제1전극(E1)은 흡착공(108)에 의해서 스틸 컨베이어 벨트(106)와 밀착 내지 접착된 상태를 유지하면서 이송될 수 있다.
한편, 도 3을 참조하면, 지지플레이트(104)의 좌측단 하부측 및 중앙부 하단에는 분리막(SP)의 하면 및 상면에 접착제를 공급하는 본딩공급부(120)가 형성될 수 있다. 즉, 지지플레이트(104)의 좌측단 하부에는 제1본딩 공급부(121)가 제공되어 좌우 방향으로 제1접착제(B1)를 분사하여 분리막(SP)의 하면에 제1접착제(B1)가 묻게 하며, 지지플레이트(104)의 중앙부 하단에는 제2본딩 공급부(126)가 제공되어 상하 방향으로 제2접착제(B2)를 분사하여 분리막(SP)의 상면에 제2접착제(B2)가 묻게 한다.
여기서, 본딩 공급부(120)는 컨베이어 이송부(105)의 상면에 공급된 제1전극(E1)이 분리막(SP)의 하면에 접착되도록 분리막(SP)의 하면에 일정한 간격으로 제1접착제(B1)를 공급하는 제1본딩 공급부(121) 및 제2전극(E2)이 분리막(SP)의 상면에 접착되도록 제1본딩 공급부(121)의 접착제 공급방향과 교차하는 방향으로 분리막(SP)의 상면에 일정한 간격으로 제2접착제(B2)를 공급하는 제2본딩 공급부(126)를 포함할 수 있다.
도 6에 도시된 바와 같이, 분리막(SP)의 하면 및 상면에 각각 부착되는 제1전극(E1) 및 제2전극(E2)은 각각 분리막(SP)에 대해서 서로 마주보는 동일한 위치에 부착 내지 접착되어야 하기 때문에, 제1본딩 공급부(121) 및 제2본딩 공급부(126)는 동일한 간격으로 각각 제1접착제(B1) 및 제2접착제(B2)를 공급하는 것이 바람직하다. 또한, 도 5에 도시된 바와 같이, 제1본딩 공급부(121) 및 제2본딩 공급부(126)에서 공급되는 제1 및 제2접착제(B1,B2)는 대략 점(spot) 형태로 분리막(SP)의 하면 및 상면에 각각 묻을 수 있으면 충분하다.
한편, 스틸 컨베이어 벨트(106)에 형성된 흡착공(108)의 간격은 본딩 공급부(120)의 제1본딩 공급부(121) 및 제2본딩 공급부(126)에서 공급되는 제1접착제(B1) 및 제2접착제(B2)의 간격과 동일한 것이 바람직하다.
도 4에 도시된 바와 같이, 스틸 컨베이어 벨트(106)의 좌측 일정 부분에 다수개의 제1전극(E1)을 동시에 공급하는 제1전극 공급부(110)는 컨베이어 이송부(105)의 이송방향에 대해 일측에 제공될 수 있다. 제1전극 공급부(110)는 제1전극(E1)을 컨베이어 이송부(105) 또는 스틸 컨베이어 벨트(106)의 상면에 공급할 수 있다. 또한, 제2전극 공급부(130)는 분리막(SP)의 이송방향 또는 컨베이어 이송부(105)의 구동 방향을 따라 제1전극 공급부(110)의 일측에 제공되며, 분리막(SP)의 상면에 제2전극(E2)을 공급할 수 있다.
여기서, 제1전극 공급부(110) 및 제2전극 공급부(130)는 각각 다수개의 제1전극(E1) 및 제2전극(E2)을 동시에 공급하며, 제1전극 공급부(110) 및 제2전극 공급부(130)가 공급하는 제1전극(E1) 및 제2전극(E2)의 개수는 동일하게 형성될 수 있다. 제1전극 공급부(110) 및 제2전극 공급부(130)는 분리막(SP)의 이송방향 또는 컨베이어 이송부(105)의 구동 방향을 따라서 동일한 일측에 배치되는 것이 바람직하다. 다시 말하면, 제1전극 공급부(110) 및 제2전극 공급부(130)는 분리막(SP)의 이송 방향을 따라 나란하게 제공되며, 컨베이어 이송부(105)에 대해 제1전극 공급부(110) 및 제2전극 공급부(130)는 동일한 일측에 형성될 수 있다.
이와 같이, 분리막(SP)은 상하 방향으로 공급되고 전극(E1,E2)은 분리막(SP)의 공급 방향과 교차되도록 전후 방향으로 공급되게 장치를 구성함으로써, 전극조립체 제조장치(100)의 전체 크기를 작게 할 수 있고 장치 설치에 필요한 공간을 최소화할 수도 있다.
도 2 내지 도 5를 참조하면, 제1전극 공급부(110) 및 제2전극 공급부(130)는 각각 공급되는 제1전극(E1) 및 제2전극(E2)의 개수와 동일한 개수로 형성된 진공 흡착부재(111,131) 및 컨베이어 이송부(105)와 교차하는 방향으로 형성되어 진공 흡착부재(111,131)를 컨베이어 이송부(105)를 향하여 전후 방향으로 움직이게 하는 가이드 레일(112,132)을 포함할 수 있다. 여기서, 제1전극 공급부(110)와 제2전극 공급부(130)의 구성은 동일하게 형성된다. 따라서, 이하에서는 설명의 편의를 위해 도면을 참조하면서 도시된 제1전극 공급부(110) 또는 제2전극 공급부(130)의 해당 부분을 예로서 설명한다.
도 3을 참조하면, 진공흡착 부재(111)는 공급하고자 하는 전극의 개수와 동일한 개수로 형성되며, 상하 방향으로 승강할 수 있는 구조를 가지는 것이 바람직하다. 진공흡착 부재(111)의 상단부는 각각 진공을 형성하거나 흡입을 위한 튜브(미도시)와 연결될 수 있다.
또한, 진공 흡착부재(111,131)의 하부에는 다수개의 전극이 적층되는 전극 매거진(미도시)을 놓기 위한 매거진 거치부(113)가 형성될 수 있다. 매거진 거치부(113)의 바닥면에는 금속 재질로 형성된 상기 전극 매거진이 매거진 거치부(113)에 안정적으로 놓일 수 있도록 다수개의 자석(114)이 형성될 수 있다. 도 3에서 도면 부호 133 및 134는 각각 제2전극 공급부(130)의 매거진 거치부 및 자석이다.
진공흡착 부재(111)는 컨베이어 이송부(105)의 일측에 설치된 매거진 거치부(113)에 놓인 상기 전극 매거진에 적층된 제1전극을 흡착하기 위해 하강하며 제1전극을 흡착한 한 후에는 상승한다. 진공흡착 부재(111)는 제1전극을 흡착한 상태에서 컨베이어 이송부(105) 쪽으로 움직여야 하는데, 이를 위해 가이드 레일(112)이 제공될 수 있다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 제1전극 공급부(110)의 가이드 레일(112)이 도시되어 있는데, 가이드 레일(112)은 컨베이어 이송부(105)까지 연결되어 있으며 대략 수직이 되도록 형성되는 것이 바람직하다. 이와 같이 형성된 가이드 레일(112) 상에서 진공흡착 부재(111)가 전후방향으로 직선운동을 함으로써 제1전극(E1)을 컨베이어 이송부(105)에 공급할 수 있다. 가이드 레일(112)을 따라 컨베이어 이송부(105)의 상부까지 이동한 진공흡착 부재(111)는 하강하여 제1전극(E1)을 컨베이어 이송부(105)에 놓은 후 진공을 해제하게 된다. 이 때부터는 컨베이어 이송부(105)의 스틸 컨베이어 벨트(106)에 형성된 흡착공(108)에 의해서 제1전극(E1)과 스틸 컨베이어 벨트(106)의 밀착 상태가 유지될 수 있다.
제2전극 공급부(130)도 동일하게 가이드 레일(132)을 따라 진공흡착 부재가 전후 직선운동을 하면서 제2전극을 컨베이어 이송부(105)에 놓인 분리막(SP)의 상면에 공급할 수 있다.
상기에서 설명한 제1 및 제2본딩 공급부(121,126)와 제1 및 제2전극 공급부(110,130)에 의해 도 6에 도시된 바와 같이 제1전극(E1) 및 제2전극(E2)이 분리막(SP)의 하면 및 상면에 각각 부착될 수 있고, 제1전극(E1) 및 제2전극(E2)이 분리막(SP)을 사이에 두고 서로 마주보는 위치에 부착될 수 있다. 이 때, 분리막(SP)의 하면에 부착된 제1전극(E1) 사이의 간격은 제1전극(E1)의 폭과 동일하거나 조금 큰 것이 바람직하며, 이는 제2전극(E2)의 경우에도 마찬가지이다.
한편, 도 7을 참조하면, 제2전극 공급부(130)의 일측에는 전극 가압부(146)가 형성될 수 있다. 전극 가압부(146)는 분리막(SP)의 상면 및 하면에 각각 접착된 제1전극(E1) 및 제2전극(E2)이 분리막(SP)과의 접착 상태를 확실히 하기 위해 전극(E1,E2) 및 분리막(SP)을 가압하는 부분이다. 이와 같이, 전극 가압부(146)를 이용하여 전극(E1,E2)과 분리막(SP)을 서로 프레스(press)함으로써 접착제(B1,B2)의 양이 충분하지 않은 경우에도 분리막(SP)과 전극(E1,E2)의 접착 상태를 견고하게 만들 수 있다.
이하에서는 도면을 참조하여, 일정한 반복 패턴으로 제1전극(E1) 및 제2전극(E2)이 부착된 분리막(SP)을 일정한 길이고 절단하고, 제1전극(E1) 및 제2전극(E2)을 교대로 적층 또는 스택(stack)하는 구조에 대해서 설명한다.
도 8 내지 도 12을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 소형 폴리머 이차전지의 전극조립체 제조장치(100)는 제1전극(E1) 및 제2전극(E2)이 부착된 분리막(SP)을 일정한 길이로 절단하는 분리막 절단부(140), 분리막 절단부(140)에 의해 절단된 분리막(SP)의 길이방향 양단을 파지하는 분리막 파지부(150) 및 분리막 절단부(140)의 일측에 제공되며 제1전극(E1) 및 제2전극(E2)이 스택(stack)되도록 분리막(SP)의 폭 방향 양단을 파지하여 분리막(SP)을 폴딩(folding)하거나 접는 분리막 폴딩부(170)를 포함할 수 있다.
상기와 같이 구성함으로써, 소형 폴리머 이차전지의 제1전극 및 제2전극을 신속하게 적층할 수 있고 생산 수율을 높일 수 있다. 여기서, 제1전극 및 제2전극은 각각 양극판 및 음극판이 되거나 그 반대가 될 수 있다.
우선 도 8을 참조하면, 분리막(SP)에 부착된 제1전극(E1) 및 제2전극(E2)이 일정한 패턴으로 반복됨을 알 수 있다. 즉, 제1전극(E1) 및 제2전극(E2)이 각각 분리막(SP)의 하면 및 상면에 6개씩 부착된 패턴이 반복되고 있으며, 6개씩의 전극 사이에 위치하는 소정 길이의 분리막(SP)에는 전극(E1,E2)이 부착되지 않음을 알 수 있다. 여기서, 6개씩 부착된 제1전극(E1) 및 제2전극(E2)을 교대로 적층하여 1개의 전극조립체를 형성할 수 있다.
전극조립체를 형성하기 위해서는 반복되는 패턴에 대해 분리막(SP)을 절단해야 한다. 이를 위해, 도 9에 도시된 바와 같은 분리막 절단부(140)가 컨베이어 이송부(105)의 우측단과 이격되어 설치될 수 있다. 분리막 절단부(140)는 경사지게 형성되며 승강 가능한 칼날(141)을 포함할 수 있다. 분리막 절단부(140)를 절단하고자 하는 부위의 분리막(SP)이 이송되어 오면, 칼날(141)을 하강시켜 분리막(SP)을 절단하게 되고 칼날(141)은 상승하여 원래의 위치에 복귀하게 된다. 도 9를 참조하면, 분리막 절단부(140)의 칼날(141)은 마름모 형태를 가지며 상부와 하부에 각각 칼날부가 형성되어 있음을 알 수 있다. 분리막 절단부(140)를 장시간 사용하여 칼날부가 마모된 경우에는 상부와 하부를 바꾸어서 사용할 수 있다.
여기서, 분리막 절단부(140)에 의해서 절단된 분리막(SP)은 절단하기 전에 절단하고자 하는 분리막(SP)의 길이방향 양단을 잡아 주어야만 일정한 길이로 반복적으로 분리막(SP)이 절단될 수 있다. 이를 위해서 분리막 파지부(150)가 제공될 수 있다.
분리막 파지부(150)는 제1전극 공급부(110)와 마주 보도록 컨베이어 이송부(105)의 이송방향 일단에 제공되며 컨베이어 이송부(105)에 의해 이송되는 제1전극(E1) 및 제2전극(E2)이 접착된 분리막(SP)의 길이방향 일단을 파지하는 제1분리막 파지부(151) 및 컨베이어 이송부(105)와 제1분리막 파지부(151) 사이에 제공되며 분리막 절단부(140)에 의해 절단되는 분리막(SP)의 길이방향 타단을 파지하는 제2분리막 파지부(156)를 포함할 수 있다.
즉, 분리막 파지부(150)는 도 9에 도시된 바와 같이 컨베이어 이송부(105)의 이송방향을 따라 분리막 절단부(140)의 앞쪽에 위치하고 절단된 분리막(SP)의 좌측단을 파지(把持)하거나 물게 되는 제2분리막 파지부(156) 및 분리막(SP)의 이송방향을 따라 제2분리막 파지부(156)와 이격 설치되며 절단된 분리막(SP)의 우측단을 파지하거나 물게 되는 제1분리막 파지부(151)를 포함할 수 있다.
여기서, 제1분리막 파지부(151) 및 제2분리막 파지부(156)는 분리막(SP)의 상부 및 하부에서 작동하여 분리막(SP)을 파지하거나 무는 집게 구조물을 포함할 수 있다.
도 8을 참조하면, 제1분리막 파지부(151)는 분리막(SP)의 이송방향을 따라 컨베이어 이송부(105)의 우측단까지 전진하여 분리막(SP)의 일단(즉, 우측단)을 파지한 후 전진했던 방향과 반대방향으로 후퇴하는 동작을 할 수 있다. 제1분리막 파지부(151)가 분리막(SP)의 우측단을 물고 분리막(SP)의 이송방향을 따라 우측으로 이동해서 분리막(SP)의 팽팽한 상태가 유지되면 제2분리막 파지부(156)가 일정하게 반복되는 패턴을 가지는 분리막(SP)의 좌측을 물게 된다. 도 8을 참조하여 설명하면, 제1분리막 파지부(151)는 6개의 전극이 부착된 분리막(SP)의 우측단을 물게 되고 제2분리막 파지부(156)는 6개의 전극이 부착된 분리막(SP)의 좌측 중에서 전극이 없는 부분까지 포함하여 분리막(SP)의 좌측을 파지한다. 즉, 제2분리막 파지부(156)는 2번째로 반복되는 6개의 전극이 부착된 분리막(SP)의 우측단을 파지한다고 할 수 있다.
여기서, 제1분리막 파지부(151)의 후퇴가 완료되면 제2분리막 파지부(156)가 분리막(SP)의 타단(즉, 좌측단)을 파지할 수 있다. 제2분리막 파지부(156)가 분리막(SP)의 좌측단을 파지하게 되면, 분리막 절단부(140)의 칼날(141)이 하강하여 컨베이어 이송부(105)의 우측단과 제2분리막 파지부(156) 사이의 분리막(SP)을 절단하게 된다.
이와 같이 분리막 절단부(140)에 의해 절단된 분리막(SP)은 전극이 부착된 형태가 일정한 반복 패턴을 가지게 된다. 즉, 절단된 분리막(SP)의 우측단에서 근접하여 일정한 간격을 두고 6개의 전극(E1,E2)이 분리막(SP)의 하면 및 상면에 부착되고 분리막(SP)의 좌측단에서부터 일정 거리 만큼에는 전극이 부착되지 않는 패턴이 반복된다. 이러한 패턴을 가지는 분리막(SP)의 우측단 및 좌측단을 각각 제1분리막 파지부(151) 및 제2분리막 파지부(156)가 파지한 상태에서 분리막 폴딩부(170)가 분리막(SP)의 폭방향 양측에서 전진하여 분리막(SP)을 폴딩(folding)하거나 접게 된다.
분리막 폴딩부(170)가 분리막(SP)을 폴딩하는 과정 동안 제1분리막 파지부(151) 및 제2분리막 파지부(156)는 분리막(SP)의 양단을 파지한 상태로 서로를 향해 전진하게 된다. 분리막 폴딩부(170)가 분리막(SP)을 폴딩하게 되면 분리막(SP)의 길이가 짧아지게 되는데, 만약 제1 및 제2분리막 파지부(151,156)가 서로를 향하여 전진하지 않으면 분리막(SP)의 양단이 제1 및 제2분리막 파지부(151,156)에서 분리되어 분리막(SP)의 폴딩이 정확하게 이루어지지 않을 수 있다.
도 8을 참조하면, 분리막 폴딩부(170)는 제1분리막 파지부(151) 및 제2분리막 파지부(156)의 운동 방향과 교차하도록 제1분리막 파지부(151) 및 제2분리막 파지부(156) 사이에 대칭적으로 형성되며, 분리막(SP)의 폭 방향 양단을 파지하는 제1폴딩부재(171) 및 제2폴딩부재(176)를 포함할 수 있다. 즉, 도 8에 도시된 바와 같이, 제1분리막 파지부(151) 및 제2분리막 파지부(156)는 분리막(SP)의 이송방향으로 제공됨에 반하여, 제1폴딩부재(171) 및 제2폴딩부재(176)는 분리막(SP)의 이송방향과 수직 방향 또는 교차하는 방향으로 제공된다고 할 수 있다. 이 때, 제1 및 제2폴딩부재(171,176)는 제1분리막 파지부(151)와 제2분리막 파지부(156)의 사이에 위치하는 것이 바람직하다.
여기서, 제1 및 제2폴딩부재(171,176)는 제1 및 제2분리막 파지부(151,156)와 마찬가지로 분리막(SP)을 파지하거나 무는 집게 구조물을 포함할 수 있다. 제1폴딩부재(171)는 분리막(SP)을 기준으로 앞쪽에 위치하며 제2폴딩부재(176)는 뒤쪽에 위치한다고 할 수 있으나, 그 반대도 가능하다.
제1폴딩부재(171) 및 제2폴딩부재(176)는 분리막(SP)을 향해 분리막(SP)의 폭 방향을 따라 교대로 분리막(SP)을 파지할 수 있다. 즉, 먼저 분리막(SP)의 폭 방향에 대해 앞쪽에 위치하는 제1폴딩부재(171)가 분리막(SP) 쪽으로 전진하여 분리막을 파지하게 되며, 분리막을 파지한 상태에서 제1전극(E1)과 제2전극(E2)이 서로 적층 또는 스택(stack)되도록 분리막(SP)을 폴딩하게 된다. 제1폴딩부재(171)는 분리막(SP)을 폴딩하기 위해서 분리막(SP)을 파지한 상태에서 회전 운동을 하게 된다. 이 때, 제1폴딩부재(171)는 시계방향 회전과 반시계방향 회전을 교대로 수행하게 된다.
한편, 분리막(SP)을 폴딩하기 위해 제1폴딩부재(171)가 분리막(SP)을 파지한 상태로 분리막(SP)을 회전시키는 동안 제2폴딩부재(176)는 분리막(SP)의 파지를 해제할 수 있다. 즉, 제1폴딩부재(171)가 분리막(SP)을 파지하여 폴딩하는 동안 제2폴딩부재(176)는 집게 구조물을 상하 방향으로 벌려서 분리막(SP)을 물고 있지 않은 상태를 유지하게 된다.
이와 같이, 제1폴딩부재(171)와 제2폴딩부재(176)는 서로 교대로 분리막(SP)을 물게 된다. 제1폴딩부재(171)는 분리막(SP)을 물거나 파지한 상태에서 시계방향 및 반시계방향으로 회전할 수 있으나, 분리막(SP)을 폴딩하는 동안 제2폴딩부재(176)는 전진 및 후퇴를 하고 분리막(SP)을 물었다 놓는 동작만 할 뿐 분리막(SP)을 문 상태로 회전하는 동작은 하지 않는다.
제2폴딩부재(176)는 제1폴딩부재(171)에 의해 폴딩된 분리막(SP)의 폴딩 상태 또는 접힌 상태를 유지하기 위해 폴딩된 분리막(SP)을 가압하기 위해 분리막(SP)을 파지하는 구조물이라 할 수 있다. 이와 같이, 제2폴딩부재(176)는 제1폴딩부재(171)에 의해 폴딩된 분리막(SP)의 접힌 상태를 강화하거나 보다 확실하게 하여 분리막에 의해 전극의 가장자리 등이 손상되는 것을 방지할 수 있다.
도 8과 도 10을 비교하면, 도 8에 도시된 분리막에 비하여 도 10에 도시된 분리막(SP)은 제1폴딩부재(171)에 의해서 분리막이 한 차례 폴딩된 상태를 보여준다. 도 10을 참조하면, 제1폴딩부재(171)는 분리막(SP)을 물고 있으나 제2폴딩부재(176)는 집게 구조물을 벌려서 분리막(SP)을 물고 있지 않은 상태임을 알 수 있다.
도 10에 도시된 상태는 도 8에 도시된 분리막(SP)을 제1폴딩부재(171)가 파지하고 시계방향으로 180도 회전하여 첫 번째로 분리막을 폴딩한 상태이다. 이와 같이 제1폴딩부재(171)가 시계방향으로 회전하여 첫 번째로 분리막을 폴딩한 상태에서 제2폴딩부재(176)는 접힌 상태의 분리막을 물게 된다. 제2폴딩부재(176)가 접힌 상태의 분리막을 문 상태에서 제1폴딩부재(171)는 분리막을 놓고 후퇴하게 된다. 이러면 제2폴딩부재(176)만 분리막을 물고 있는 상태가 된다. 이 상태에서 제1폴딩부재(171)가 전진하여 첫 번째 접힌 분리막을 다시 물게 된다. 제1폴딩부재(171)가 접힌 분리막을 문 상태가 되면 제2폴딩부재(176)는 물었던 분리막을 놓게 된다. 이 상태에서 제1폴딩부재(171)는 반시계방향으로 180도 회전하여 분리막을 두 번째 폴딩하게 된다. 제1폴딩부재(171)의 두 번째 폴딩이 완료되면 다시 제2폴딩부재(176)가 두 번째 폴딩된 상태의 분리막을 물게 된다. 그 상태에서 제1폴딩부재(171)는 분리막을 물고 있던 상태를 해제하고 후퇴하게 된다. 이와 같은 과정을 반복함으로써 분리막을 완전히 폴딩하여 제1전극과 제2전극이 적층된 전극조립체를 제조할 수 있다.
제1 및 제2전극(E1,E2)이 각각 하면 및 상면에 부착된 분리막(SP)을 폴딩하여 전극조립체를 만드는 과정을 간단히 설명하면 다음과 같다.
우선 제1폴딩부재(171)가 분리막을 문 상태에서 시계방향으로 180도 회전하고 이 상태를 제2폴딩부재(176)가 물게 되고, 이 상태에서 다시 제1폴딩부재(171)가 1차례 접힌 분리막(SP)을 문 상태에서 반시계 방향으로 180도 회전하고 이 상태를 제2폴딩부재(176)가 물어서 2차례 접힌 분리막(SP)을 얻을 수 있다. 이러한 과정을 반복 수행함으로써 분리막(SP)을 완전히 접어 전극조립체를 얻을 수 있다.
여기서, 제1폴딩부재(171)가 분리막(SP)을 접은 상태에서 제2폴딩부재(176)도 분리막(SP)을 물게 되는 경우가 있다. 즉, 제1 및 제2폴딩부재(171,176) 모두 분리막(SP)을 물게 되는 경우가 있는데, 이 때 제1폴딩부재(171)와 제2폴딩부재(176)가 서로 접촉하거나 간섭하지 않도록 제1 및 제2폴딩부재(171,176)가 파지하는 부분이 겹치지 않는 것이 바람직하다. 즉, 제1폴딩부재(171)는 분리막(SP)의 폭방향 앞쪽을 물고, 제2폴딩부재(176)는 분리막(SP)의 폭방향 뒤쪽을 물도록 제1 및 제2폴딩부재(171,176)의 직선 운동 거리를 조정할 수 있다.
한편, 제1폴딩부재(171)는 분리막(SP)에 접착된 제1전극(E1) 및 제2전극(E2)에 대해 대칭이 되도록 분리막(SP)의 가운데 부분을 파지하여 분리막(SP)을 폴딩할 수 있다. 왜냐하면 제1폴딩부재(171)가 시계 방향 및 반시계 방향으로 교대로 회전하면서 분리막(SP)을 폴딩하기 때문에 제1폴딩부재(171)가 분리막(SP)이 대칭이 되는 가운데 부분을 파지해야 분리막(SP)이 고르게 폴딩될 수 있다. 즉, 제1폴딩부재(171)가 분리막(SP)이 대칭이 되는 가운데 부분을 파지해야 분리막(SP)을 Z-폴딩할 수 있다. 여기서, Z-폴딩은 분리막(SP)이 지그재그 형태로 교대로 접히는 구조를 의미한다.
도 11에는 제2분리막 파지부(156)와 분리막 폴딩부(170) 사이에 제공되며, 폴딩이 완료된 분리막(SP)의 일단(즉, 절단된 분리막의 좌측단)을 접착하여 마감하는 전극조립체 마감부(180)가 도시되어 있다. 전극조립체 마감부(180)는 분리막(SP)의 하부에서부터 상승하고 분리막(SP)의 이송방향을 따라 전진 및 후퇴하면서 분리막(SP)의 일단(즉, 절단된 분리막의 좌측단)을 눌러 주는 마감롤러(181)를 포함할 수 있다. 전극조립체 마감부(180)는 도 8에 도시된 6개의 전극 좌측에 있는 분리막(SP) 즉, 전극이 부착되지 않은 분리막(SP) 부분을 폴딩된 분리막 둘레로 감기 위한 구성이다.
전극조립체 마감부(180)는 도 11에 도시된 바와 같이 분리막(SP)의 폴딩이 완료된 상태에서 제2폴딩부재(176)가 폴딩된 분리막을 수직 방향으로 잡고 있는 상태에서 상승 및 우측으로 움직여 분리막(SP)의 좌측단을 마감처리하는 동작을 할 수 있다. 이 때, 마감롤러(181)가 분리막과 접촉한 상태에서 분리막의 좌측단을 눌러 주어서 폴딩된 분리막의 외면과 접착되게 한다.
이와 같이, 전극조립체 마감부(180)에 의해서 끝단이 마감되는 전극조립체(EA)가 완성된다. 완성된 전극조립체(EA)는 전극조립체 이동부(190)에 의해서 파지된 상태에서 컨베이어 반출부(196)로 이동되고, 컨베이어 반출부(196)에 놓인 전극조립체(EA)는 자동으로 이송될 수 있다.
여기서, 전극조립체 이동부(190)는 전극조립체 마감부(180)와 마주 보도록 분리막 폴딩부(170)의 일측에 제공되며, 마감 처리된 분리막(SP) 또는 전극조립체(EA)를 파지하여 이동시킬 수 있다. 이를 위해, 전극조립체 이동부(190)는 마감 처리된 분리막 또는 전극조립체(EA)가 제2폴딩부재(176)에 파지된 상태에서 분리막 또는 전극조립체(EA)를 물게 되며, 제2폴딩부재(176)에 파지된 분리막 또는 전극조립체(EA)로 접근할 수 있도록 승강 및 회전 운동을 할 수 있다. 또한, 전극조립체 이동부(190)도 폴딩이 완료된 분리막 또는 전극조립체(EA)를 파지하거나 물 수 있도록 집게 구조물(191)을 포함할 수 있다.
컨베이어 반출부(196)는 전극조립체 이동부(190)의 일측에 제공되며 전극조립체 이동부(190)에 의해 파지된 폴딩 완료된 분리막 또는 전극조립체(EA)를 반출할 수 있다. 이 때, 컨베이어 반출부(196)는 우레탄 컨베이어 벨트를 포함하여 반출되는 전극조립체(EA)가 컨베이어 반출부(196)에서 미끄러지거나 떨어지는 것을 방지할 수 있다.
이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 소형 폴리머 이차전지의 전극조립체 제조장치(100)를 사용하여 전극조립체(EA)를 제조하는 방법에 대해서 설명한다.
우선 분리막(SP)을 상하 방향으로 공급하는 단계, 상하 방향으로 공급되는 분리막(SP)의 좌측에서 분리막(SP)의 하면에 제1접착제를 공급하는 단계, 제1접착제가 공급된 분리막을 컨베이어 이송부(105)의 스틸 컨베이어 벨트(106) 상면에 접촉하도록 공급하는 단계, 스틸 컨베이어 벨트(106)의 좌측단에 다수개의 제1전극(E1)을 공급하는 단계, 제1접착제에 의해서 제1전극(E1)을 분리막(SP)의 하면에 접착시키는 단계, 분리막(SP)의 상면에 제2접착제를 공급하는 단계, 제2접착제가 공급된 분리막의 상면에 다수개의 제2전극(E2)을 공급하여 분리막의 상면에 제2전극을 접착시키는 단계, 제1 및 제2전극(E1,E2)이 접착된 분리막(SP)의 우측단을 제1분리막 파지부(151)가 파지하는 단계, 제1분리막 파지부(151)가 분리막의 이송방향을 따라 직선 운동하면서 분리막을 당기는 단계, 제2분리막 파지부(156)가 분리막이 절단될 길이에 해당하는 좌측단을 파지하는 단계, 분리막 절단부(140)에 의해 제2분리막 파지부의 일측에서 분리막을 절단하는 단계, 제1폴딩부재(171) 및 제2폴딩부재(176)에 의해 절단된 분리막(SP)을 폴딩하는 단계, 폴딩이 완료된 분리막(SP)의 좌측단을 마감 처리하여 전극조립체(EA)를 형성하는 단계, 전극조립체(EA)를 전극조립체 이동부(190)가 파지하여 컨베이어 반출부(196)로 옮기는 단계 및 컨베이어 반출부(196)에 의해 전극조립체(EA)를 반출하는 단계를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 제1폴딩부재(171) 및 제2폴딩부재(176)에 의해 절단된 분리막(SP)을 폴딩하는 단계는 제1폴딩부재(171)가 분리막(SP)을 파지한 상태에서 각각 시계방향 및 반시계방향으로 교대로 180도 회전하여 분리막(SP)을 폴딩하는 단계 및 제2폴딩부재(176)가 폴딩된 분리막(SP)을 파지하여 폴딩 상태를 강화하는 단계를 포함할 수 있다.
상기와 같은 소형 폴리머 이차전지의 전극조립체 제조장치 및 제조방법에 의하면 전극의 크기가 작은 경우에도 신속하고 정확하게 전극조립체를 형성할 수 있으며, 분리막을 Z-폴딩 방식으로 접기 때문에 전극 손상을 최소화할 수도 있다.
이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
100: 소형 폴리머 이차전지의 전극조립체 제조장치
105: 컨베이어 이송부 110: 제1전극 공급부
120: 본딩 공급부 121: 제1본딩 공급부
126: 제2본딩 공급부 130: 제2전극 공급부
140: 분리막 절단부 150: 분리막 파지부
151: 제1분리막 파지부 156: 제2분리막 파지부
170: 분리막 폴딩부 171: 제1폴딩부재
176: 제2폴딩부재 180: 전극조립체 마감부
190: 전극조립체 이동부 196: 컨베이어 반출부
E1: 제1전극 E2: 제2전극
B1: 제1접착제 B2: 제2접착제

Claims (20)

  1. 삭제
  2. 권선된 분리막을 상하 방향으로 공급하며, 상기 분리막의 장력을 유지하는 복수개의 텐션 롤러를 구비한 분리막 공급부;
    수평 방향으로 제공되어 상기 분리막 및 상기 분리막의 상하면에 각각 접착되는 제1전극 및 제2전극을 이송하는 컨베이어 이송부;
    상기 컨베이어 이송부의 이송방향에 대해 일측에 제공되며, 상기 제1전극을 상기 컨베이어 이송부의 상면에 공급하는 제1전극 공급부;
    상기 컨베이어 이송부의 상부에 제공되며, 상기 분리막의 상면 및 하면에 접착제를 공급하는 본딩 공급부;
    상기 분리막의 이송방향을 따라 상기 제1전극 공급부의 일측에 제공되며, 상기 분리막의 상면에 상기 제2전극을 공급하는 제2전극 공급부;
    상기 제1전극 및 상기 제2전극이 부착된 상기 분리막을 일정한 길이로 절단하는 분리막 절단부;
    상기 분리막 절단부에 의해 절단된 상기 분리막의 양단을 파지하는 분리막 파지부; 및
    상기 분리막 절단부의 일측에 제공되며, 상기 제1전극 및 상기 제2전극을 스택(stack)되도록 상기 분리막의 폭 방향 양단을 파지하여 상기 분리막을 폴딩(folding)하는 분리막 폴딩부;를 포함하며,
    상기 본딩 공급부는,
    상기 컨베이어 이송부의 상면에 공급된 상기 제1전극이 상기 분리막의 하면에 접착되도록 상기 분리막의 하면에 일정한 간격으로 제1접착제를 공급하는 제1본딩 공급부; 및 상기 제2전극이 상기 분리막의 상면에 접착되도록 상기 제1본딩 공급부의 접착제 공급방향과 교차하는 방향으로 상기 분리막의 상면에 일정한 간격으로 제2접착제를 공급하는 제2본딩 공급부;를 포함하는, 소형 폴리머 이차전지의 전극조립체 제조장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1본딩 공급부 및 상기 제2본딩 공급부는 동일한 간격으로 각각 상기 제1접착제 및 상기 제2접착제를 공급하는, 소형 폴리머 이차전지의 전극조립체 제조장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 제1전극 및 상기 제2전극은 상기 분리막의 하면 및 상면에 대해서 서로 마주 보는 위치에 접착되는, 소형 폴리머 이차전지의 전극조립체 제조장치.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 컨베이어 이송부는 스틸 컨베이어 벨트 및 상기 스틸 컨베이어 벨트의 양단을 지지하는 구동 롤러를 포함하며,
    상기 스틸 컨베이어 벨트에는 상기 제1전극 및 상기 분리막이 상기 스틸 컨베이어에 접촉된 상태로 이송되게 하는 다수개의 흡착공이 형성되는, 소형 폴리머 이차전지의 전극조립체 제조장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 흡착공의 간격은 상기 제1본딩 공급부 및 상기 제2본딩 공급부에서 각각 공급된 제1접착제 및 제2접착제의 간격과 동일하게 형성된, 소형 폴리머 이차전지의 전극조립체 제조장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제1전극 공급부 및 상기 제2전극 공급부는 각각 다수개의 상기 제1전극 및 상기 제2전극을 동시에 공급하며, 상기 제1전극 공급부 및 상기 제2전극 공급부가 공급하는 상기 제1전극 및 상기 제2전극의 개수는 동일한 것을 특징으로 하는 소형 폴리머 이차전지의 전극조립체 제조장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제1전극 공급부 및 상기 제2전극 공급부는 상기 분리막의 이송 방향을 따라 나란하게 제공되며,
    상기 컨베이어 이송부에 대해 상기 제1전극 공급부 및 상기 제2전극 공급부는 동일한 일측에 형성되는, 소형 폴리머 이차전지의 전극조립체 제조장치.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 제2전극 공급부의 일측에 제공되며 상기 분리막의 상하면에 접착된 상기 제1전극 및 상기 제2전극을 가압하는 전극 가압부를 포함하는, 소형 폴리머 이차전지의 전극조립체 제조장치.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 분리막 파지부는,
    상기 제1전극 공급부와 마주 보도록 상기 컨베이어 이송부의 이송방향 일단에 제공되며, 상기 컨베이어 이송부에 의해 이송되는 상기 제1전극 및 상기 제2전극이 접착된 상기 분리막의 길이방향 일단을 파지하는 제1분리막 파지부; 및
    상기 컨베이어 이송부와 상기 제1분리막 파지부 사이에 제공되며, 상기 분리막 절단부에 의해 절단되는 상기 분리막의 길이방향 타단을 파지하는 제2분리막 파지부;를 포함하는, 소형 폴리머 이차전지의 전극조립체 제조장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 제1분리막 파지부는 상기 분리막의 이송방향을 따라 전진하여 상기 분리막의 일단을 파지한 후 전진 반대방향으로 후퇴하고, 상기 제1분리막 파지부의 후퇴가 완료되면 상기 제2분리막 파지부가 상기 분리막의 타단을 파지하는, 소형 폴리머 이차전지의 전극조립체 제조장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 분리막 폴딩부가 상기 분리막을 폴딩하는 동안 상기 제1분리막 파지부 및 상기 제2분리막 파지부는 상기 분리막의 양단을 파지한 상태로 서로를 향해 전진하는, 소형 폴리머 이차전지의 전극조립체 제조장치.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 분리막 절단부는 상기 컨베이어 이송부와 상기 제2분리막 파지부의 사이에 제공되며, 상기 제2분리막 파지부가 상기 분리막의 타단을 파지한 후 상기 분리막을 절단하는, 소형 폴리머 이차전지의 전극조립체 제조장치.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 분리막 절단부는 경사지게 형성되며 승강 가능한 칼날을 포함하는, 소형 폴리머 이차전지의 전극조립체 제조장치.
  15. 제10항에 있어서,
    상기 분리막 폴딩부는 상기 제1분리막 파지부 및 상기 제2분리막 파지부의 운동 방향과 교차하도록 상기 제1분리막 파지부 및 상기 제2분리막 파지부 사이에 대칭적으로 형성되며, 상기 분리막의 폭 방향 양단을 파지하는 제1폴딩부재 및 제2폴딩부재를 포함하는, 소형 폴리머 이차전지의 전극조립체 제조장치.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 제1폴딩부재 및 상기 제2폴딩부재는 상기 분리막을 교대로 파지하며, 상기 제1폴딩부재는 상기 분리막을 향해 상기 분리막의 폭 방향을 따라 전진 및 후퇴하고, 상기 분리막을 폴딩하기 위한 회전 운동이 가능한, 소형 폴리머 이차전지의 전극조립체 제조장치.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 제2분리막 파지부와 상기 분리막 폴딩부 사이에 제공되며, 폴딩이 완료된 상기 분리막의 일단을 접착하여 마감하는 전극조립체 마감부를 포함하는, 소형 폴리머 이차전지의 전극조립체 제조장치.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 전극조립체 마감부와 마주 보도록 상기 분리막 폴딩부의 일측에 제공되며, 마감된 상기 분리막을 파지하여 이동시키는 전극조립체 이동부를 포함하는, 소형 폴리머 이차전지의 전극조립체 제조장치.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 전극조립체 이동부는 마감된 상기 분리막이 상기 제2폴딩부재에 파지된 상태에서 상기 분리막을 파지하며,
    상기 제2폴딩부재에 파지된 상기 분리막을 향하여 승강 및 회전 운동이 가능한, 소형 폴리머 이차전지의 전극조립체 제조장치.
  20. 제18항에 있어서,
    상기 전극조립체 이동부의 일측에 제공되어 상기 전극조립체 이동부에 의해 파지된 상기 분리막을 반출하는 컨베이어 반출부를 포함하는, 소형 폴리머 이차전지의 전극조립체 제조장치.
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