KR101287416B1 - 전극판 적층장치 - Google Patents

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KR101287416B1
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Abstract

본 발명에 의한 전극판 적층장치는, 분리막의 공급방향을 하향으로 가이드하는 분리막 안내수단과, 상기 분리막의 일측면으로부터 이격된 지점으로 양극판을 하향 공급하는 제1 전극판 공급수단과, 상기 분리막의 타측면으로부터 이격된 지점으로 음극판을 하향 공급하는 제2 전극판 공급수단과, 상기 분리막과 상기 양극판 및 음극판이 상면에 안착될 수 있는 안착대를 구비하여 상기 안착대가 상면에 상기 분리막이 안착된 상태로 상기 양극판 공급지점과 상기 음극판 공급지점에 교번으로 위치되도록 왕복됨으로써 분리막을 사이에 두고 양극판과 음극판이 교번으로 적층되는 구조의 전극판 적층체가 상기 안착대 상에서 제작되도록 하는 안착부와, 상기 안착대의 상면에 안착된 물체를 하향 가압하여 고정시키는 고정수단을 포함하여 구성된다. 본 발명에 의한 전극판 적층장치를 이용하면, 양극판 및 음극판의 크기가 크더라도 양극판과 음극판을 휘어질 우려 없이 교번으로 적층시킬 수 있고, 별도의 접착제를 사용하지 아니하더라도 양극판과 음극판 사이마다 분리막을 삽입시켜 고정시킬 수 있으며, 양극판 및 음극판의 적층을 보다 빠르게 할 수 있다는 장점이 있다.

Description

전극판 적층장치 {Apparatus for stacking electrode plate}
본 발명은 분리막을 사이에 두고 양극판과 음극판을 교번으로 적층시킬 수 있도록 구성되는 전극판 적층장치에 관한 것으로, 더 상세하게는 양극판 및 음극판 휘어질 우려 없이 양극판과 음극판과 분리막을 적층할 수 있고, 생산성을 향상시킬 수 있도록 구성되는 전극판 적층장치에 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 연축전지의 등장 이래 100년 이상 개량을 거듭하여 고출력화, 고성능화, 경량화, 소형화, 신뢰성 향상등에 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 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 양극판이 교번으로 적층되는 구조체를 통상적으로 전극판 적층체라 하고, 전극판 적층체를 분리막으로 수회에 걸쳐 감싼 구조체를 통상적으로 전극조립체라고 하는데, 전극판 적층체를 제작하는 방법으로는 여러 종류의 방법이 현재까지 제안 및 활용되고 있다. 근래 들어서는 분리막을 사이에 두고 한 쌍의 음극판과 양극판을 적층시킨 단위 전극판 적층체를 먼저 제작한 후, 상기 단위 전극판 적층체를 또 다른 단위 전극판 적층체 상에 적층시키는 방법이 많이 활용되고 있는 실정이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 종래의 전극판 적층체 제조공정에 관하여 상세히 설명한다.
도 1 내지 도 3은 종래의 전극판 적층체 제조공정을 순차적으로 도시하는 개략도이다.
이차전지용 전극판 적층체를 제조하고자 하는 경우에는, 먼저 도 1에 도시된 바와 같이 분리막(10)를 수평방향으로 연속적으로 공급하되, 한 쌍의 접착제분사수단(30)을 이용하여 분리막(10)의 양면에 접착제를 분사한다. 접착제가 도포된 분리막(10)의 양면에는 각각 양극판(22)과 음극판(24)이 부착되며, 최초로 적층된 양극판(22)과 음극판(24)은 클램프(40)에 의해 물려 위치가 고정되고, 뒤 이어 적층되는 양극판(22)과 음극판(24)은 도 2에 도시된 바와 같이 최초에 적층되었던 양극판(22)과 음극판(24) 상측으로 이동된 후 적층된다. 이때, 양극판(22)과 음극판(24) 사이에 삽입되는 분리막(10)은 Z자 형상으로 접혀지게 되는데, 상측에 위치하는 양극판(22)과 음극판(24)이 최대한 우측으로 이동되는 과정에서 분리막(10)의 하부 좌측단이 도 3의 확대도에 도시된 바와 같이 상향으로 들어 올려지는바, 분리막(10) 일부가 음극판(24)으로부터 분리되고 양극판(22)의 일부가 휘어지는 문제가 발생될 수 있다.
또한, 이와 같은 제트스태킹 방법을 이용하는 경우에는 뒤 이어 적층되는 양극판(22) 및 음극판(24)을 최초 적층된 양극판(22) 및 음극판(24) 상부에 위치시키는 과정이 필수적으로 포함되는바, 양극판(22) 및 음극판(24)을 분리막(10) 측으로 이동시키기 위한 장치뿐만 아니라 분리막(10)을 사이에 두고 적층된 양극판(22) 및 음극판(24)을 이송시키기 위한 별도의 이송수단이 필수적으로 요구되어야 하므로, 장치의 구조 및 제조 공정이 복잡해지고 이에 따라 생산성 향상에 한계가 있다는 단점이 있다. 특히, 양극판(22) 및 음극판(24)의 크기가 큰 경우에는, 분리막(10)을 사이에 두고 적층된 양극판(22) 및 음극판(24)의 양측을 잡아 이동시킬 때 양극판(22) 및 음극판(24)이 자중에 의해 휘어지게 되므로, 양극판(22) 및 음극판(24)의 손상이 우려될 뿐만 아니라 양극판(22)과 음극판(24)과 분리막(10)의 적층구조가 흐트러지게 된다는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 양극판 및 음극판 휘어질 우려 없이 양극판과 음극판을 교번으로 적층시키면서 양극판과 음극판 사이마다 분리막을 삽입시킬 수 있고, 양극판과 음극판을 적층시키기 위한 동작을 최소화시켜 생산성을 향상시킬 수 있도록 구성되는 전극판 적층장치를 제공하는데 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 전극판 적층장치는, 분리막의 공급방향을 하향으로 가이드하는 분리막 안내수단; 상기 분리막의 일측면으로부터 이격된 지점으로 양극판을 하향 공급하는 제1 전극판 공급수단; 상기 분리막의 타측면으로부터 이격된 지점으로 음극판을 하향 공급하는 제2 전극판 공급수단; 상기 분리막과 상기 양극판 및 음극판이 상면에 안착될 수 있는 안착대를 구비하며, 상기 안착대가 상면에 상기 분리막이 안착된 상태로 상기 양극판 공급지점과 상기 음극판 공급지점에 교번으로 위치되도록 왕복됨으로써, 분리막을 사이에 두고 양극판과 음극판이 교번으로 적층되는 구조의 전극판 적층체가 상기 안착대 상에서 제작되도록 하는 안착부; 상기 안착대의 상면에 안착된 물체를 하향 가압하여 고정시키는 고정수단;을 포함하여 구성된다.
상기 분리막 안내수단은, 회전축이 평행하도록 배열되는 한 쌍의 안내롤러를 구비하여, 상기 분리막이 상기 한 쌍의 안내롤러 사이를 지나도록 구성된다.
상기 제1 전극판 공급수단은, 양극판 흡착을 위한 흡착홀이 저면에 형성되는 제1 흡착대와, 상기 제1 흡착대가 결합되는 제1 흡착대 승강블록과, 상기 분리막의 폭방향으로 이송 가능하도록 구성되며 상기 제1 흡착대 승강블록이 승강 가능한 구조로 구성되는 제1 흡착대 이송블록을 포함하여 구성된다.
상기 제2 전극판 공급수단은, 음극판 흡착을 위한 흡착홀이 저면에 형성되는 제2 흡착대와, 상기 제2 흡착대가 결합되는 제2 흡착대 승강블록과, 상기 분리막의 폭방향으로 이송 가능하도록 구성되며 상기 제2 흡착대 승강블록이 승강 가능한 구조로 구성되는 제2 흡착대 이송블록을 포함하여 구성된다.
상기 안착부는, 상기 분리막의 두께방향으로 이동 가능한 종방향 이송블록과, 상기 안착대가 장착되며 승강 가능한 구조로 상기 종방향 이송블록에 결합되는 승강블록을 포함하며, 상기 승강블록은, 상기 안착대가 상기 제1 전극판 공급수단 및 제2 전극판 공급수단의 하측에 위치될 때보다 상기 안착대가 상기 분리막 안내수단의 하측을 지날 때 하강되도록 구성된다.
상기 승강블록은, 상기 분리막 안내수단과 상기 안착대 사이의 분리막에 사전에 설정된 범위 이내의 인장력이 유지되도록 아래로 볼록한 원호 형상의 경로를 따라 이동된다.
상기 고정수단은, 상기 분리막의 폭방향으로 이동 가능한 구조로 상기 승강블록에 결합되는 횡방향 이송블록과, 상기 횡방향 이송블록에 승강 가능한 구조로 결합되어 상기 안착대의 상측으로 이송된 후 하강될 때 상기 안착대 상에 안착된 물체를 하향 가압하는 고정바를 포함하여 구성된다.
상기 고정바는 상기 종방향 이송블록의 이송방향으로 병렬 배열되는 제1 고정바와 제2 고정바로 구성되며, 상기 제1 고정바는 상기 제2 전극판 공급수단에 의해 상기 안착대 상에 음극판이 제공되었을 때부터 상기 안착대가 상기 제1 전극판 공급수단의 하측으로 이송되는 동안 상기 안착대에 제공된 음극판을 하향 가압하고, 상기 제2 고정바는 상기 제1 전극판 공급수단에 의해 상기 안착대 상에 음극판이 제공되었을 때부터 상기 안착대가 상기 제2 전극판 공급수단의 하측으로 이송되는 동안 상기 안착대에 제공된 양극판을 하향 가압하도록 구성된다.
상기 종방향 이송블록은 상기 분리막의 폭방향으로 상기 안착대의 양측에 각각 구비되고, 상기 제1 고정바와 제2 고정바는 상기 한 쌍의 종방향 이송블록에 각각 구비된다.
상기 고정수단은, 사전에 설정된 거리만큼 승강 가능한 구조로 상기 횡방향 이송블록에 결합되고 상기 제1 고정바와 제2 고정바가 각각 승강 가능한 구조로 장착되며 저면이 일측으로 경사지게 형성되는 한 쌍의 고정바 블록과, 상기 한 쌍의 고정바 블록 저면에 각각 접촉되며 상기 고정바 블록 저면의 높이가 변화되는 방향으로 수평 왕복 이송되는 한 쌍의 가압블록을 더 포함한다.
상기 가압블록은, 상기 고정바 블록의 저면과 접촉되는 부위에 상기 고정바 블록의 저면을 타고 구를 수 있는 가압롤러가 구비된다.
본 발명에 의한 전극판 적층장치를 이용하면, 양극판 및 음극판의 크기가 크더라도 양극판과 음극판을 휘어질 우려 없이 교번으로 적층시킬 수 있고, 별도의 접착제를 사용하지 아니하더라도 양극판과 음극판 사이마다 분리막을 삽입시켜 고정시킬 수 있으며, 양극판 및 음극판의 적층을 보다 빠르게 할 수 있다는 장점이 있다.
도 1 내지 도 3은 종래의 전극판 적층체 제조공정을 순차적으로 도시하는 개략도이다.
도 4는 본 발명에 의한 전극판 적층장치의 사시도이다.
도 5 내지 도 9는 분리막을 사이에 두며 양극판과 음극판을 교번으로 적층하여 전극판 적층체를 제작하는 과정을 순차적으로 도시한다.
도 10 및 도 11은 본 발명에 의한 전극판 적층장치에 포함되는 횡방향 이송블록과 고정바 간의 결합구조를 도시한다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 의한 전극판 적층장치의 실시예를 상세히 설명한다.
도 4는 본 발명에 의한 전극판 적층장치의 사시도이다.
전극판 적층체를 제작하기 위해서는, 먼저 분리막(10)을 사이에 두고 양극판과 음극판을 교번으로 적층해야 하는데, 양극판과 음극판의 좌우 양측만을 잡고 양극판과 음극판을 이송시키게 되면 양극판과 음극판의 중단 부위가 아래로 처지게 되므로 양극판과 음극판의 손상이 발생될 수 있을 뿐만 아니라 적층 구조가 비틀어질 수 있다는 단점이 있다.
본 발명에 의한 전극판 적층장치는 상기와 같은 문제점을 해결할 수 있도록 안출된 것으로서, 분리막(10)의 공급방향을 하향으로 가이드하는 분리막 안내수단(100)과, 상기 분리막(10)의 일측면으로부터 이격된 지점(도 4에서는 분리막(10)의 앞면으로부터 앞쪽으로 이격된 지점)으로 양극판을 하향 공급하는 제1 전극판 공급수단(200)과, 상기 분리막(10)의 타측면으로부터 이격된 지점(도 4에서는 분리막(10)의 뒷면으로부터 뒤쪽으로 이격된 지점)으로 음극판을 하향 공급하는 제2 전극판 공급수단(300)과, 상기 분리막(10)과 상기 양극판 및 음극판이 상면에 안착될 수 있는 안착대(410)를 구비하여 상기 양극판 공급지점과 상기 음극판 공급지점에 교번으로 위치되도록 왕복 이송되는 안착부(400)와, 안착대(410)의 상면에 분리막(10)이나 양극판이나 음극판이 안착된 상태에서 안착대(410)가 이동할 때 상기 안착대(410)의 상면에 안착된 분리막(10)이나 양극판이나 음극판이 움직이지 아니하도록 상기 안착대(410)의 상면에 안착된 물체(즉, 분리막(10)과 양극판과 음극판 중 어느 하나 이상)를 하향 가압하여 고정시키는 고정수단(500)을 포함하여 구성된다.
이때, 상기 안착대(410)는 상면에 상기 분리막(10)이 안착된 상태로 양극판 공급지점으로 이송된 후 양극판을 전달 받게 되므로, 제1 전극판 공급수단(200)으로부터 공급되는 양극판은 안착대(410)의 상면에 안착된 분리막(10) 위에 적층된다. 또한, 양극판이 적층된 이후 상기 안착대(410)는 음극판 공급지점으로 이동하게 되는데, 이때 분리막 안내수단(100)으로부터 공급되는 분리막(10)은 상기 양극판을 덮게 되므로, 제2 전극판 공급수단(300)으로부터 공급되는 음극판은 양극판을 덮은 분리막(10) 위에 적층된다. 또한, 음극판이 적층된 이후 상기 안착대(410)가 양극판 공급지점으로 이동하게 되면 상기 음극판 위에 분리막(10)이 덮여지게 되므로, 새롭게 공급되는 양극판은 음극판을 덮는 분리막(10) 위에 적층된다.
이와 같이 본 발명에 의한 전극판 적층장치는, 양극판과 음극판을 교번으로 적층시키고자 할 때 상기 양극판과 음극판을 이동시키는 것이 아니라, 양극판과 음극판이 안착되는 안착대(410)가 왕복 이동하면서 양극판과 음극판을 전달받도록 구성되는바, 양극판 및 음극판을 이동하는 과정에서 발생될 수 있는 양극판 및 음극판의 손상을 최소화시킬 수 있다는 장점이 있다. 또한, 분리막(10)이 안착대(410)에 연결되어 있는 상태에서 상기 안착대(410)가 분리막 안내수단(100)의 앞쪽과 뒤쪽으로 왕복 이송되면, 새롭게 전달 받은 양극판 또는 음극판의 상면에 분리막(10)이 자동으로 덮이게 되므로, 양극판과 음극판 사이로 분리막(10)을 삽입시키기 위한 별도의 장치가 필요 없게 된다는 장점이 있다.
또한, 이차전지에 사용되는 분리막(10)은 일반적으로 얇은 필름 형태로 제작되는바, 이송과정에서 일측으로 틀어지거나 구겨지는 현상이 발생될 수 있다. 따라서 본 발명에 의한 전극판 적층장치에 포함되는 분리막 안내수단(100)은 도 4에 도시된 바와 같이 회전축이 평행하도록 배열되는 한 쌍의 안내롤러(110)를 구비하고, 상기 분리막(10)은 한 쌍의 안내롤러(110) 사이를 지나 하향으로 공급된다. 이와 같이 분리막(10)이 한 쌍의 안내롤러(110)를 지나도록 공급되면, 분리막(10)이 일측으로 틀어지거나 구겨지는 현상을 방지할 수 있다는 장점이 있다. 이때, 상기 한 쌍의 안내롤러(110)는 분리막(10)의 전면과 후면에 접촉된 상태에서 상기 분리막(10)의 전면과 후면을 타고 구를 수 있도록 회전 가능한 구조로 장착되어야 할 것이며, 상기 한 쌍의 안내롤러(110)가 분리막(10)의 전면과 후면을 향해 밀착될 수 있도록 상기 한 쌍의 안내롤러(110)를 분리막(10) 측으로 탄성 가압하는 별도의 탄성부재(미도시)가 구비될 수도 있다.
한편 종래와 같이 양극판 및 음극판의 측단을 잡아 이송하게 되면 양극판 및 음극판의 가운데 부위가 아래로 처질 수 있고, 양극판 및 음극판의 측단을 잡는 과정에서 양극판 및 음극판이 손상될 우려가 있다. 따라서 본 발명에 포함되는 제1 전극판 공급수단(200)은, 양극판 흡착을 위한 흡착홀이 저면에 형성되는 제1 흡착대(210)와, 상기 제1 흡착대(210)가 결합되는 제1 흡착대 승강블록(220)과, 상기 분리막(10)의 폭방향으로 이송 가능하도록 구성되며 상기 제1 흡착대 승강블록(220)이 승강 가능한 구조로 구성되는 제1 흡착대 이송블록(230)을 포함하여, 양극판을 한 장씩 분리막(10)의 앞면 측으로 이송시킬 수 있도록 구성된다. 마찬가지로 제2 전극판 공급수단(300) 역시, 음극판 흡착을 위한 흡착홀이 저면에 형성되는 제2 흡착대(310)와, 상기 제2 흡착대(310)가 결합되는 제2 흡착대 승강블록(320)과, 상기 분리막(10)의 폭방향으로 이송 가능하도록 구성되며 상기 제2 흡착대 승강블록(320)이 승강 가능한 구조로 구성되는 제2 흡착대 이송블록(330)을 포함하여 구성된다. 이때, 본 실시예에서는 양극판을 제공하기 위한 제1 전극판 공급수단(200)이 분리막(10)의 앞면 측에 위치되고 음극판을 제공하기 위한 제2 전극판 공급수단(300)이 분리막(10)의 뒷면 측에 위치되는 경우만을 도시하고 있으나, 상기 제1 전극판 공급수단(200)과 제2 전극판 공급수단(300)의 위치는 상호 바뀔 수 있다.
또한 제1 전극판 공급수단(200) 및 제2 전극판 공급수단(300)으로부터 양극판 및 음극판을 전달받기 위한 안착부(400)는, 분리막(10)의 두께방향(본 실시예에서는 전후 방향)으로 길이를 갖는 종방향레일(R)을 따라 이동되는 종방향 이송블록(420)과, 분리막(10)과 양극판과 음극판이 적층되는 안착대(410)가 장착되어 종방향 이송블록(420)에 결합되는 승강블록(430)을 포함하여, 상기 종방향 이송블록(420)이 종방향레일(R)을 따라 왕복됨에 따라 상기 안착대(410)가 양극판 공급지점과 분리막 안내수단(100) 하측과 음극판 공급지점을 지나도록 구성된다. 이때, 상기 안착대(410)의 높이가 언제나 일정하게 유지되면, 상기 안착대(410)가 양극판 공급지점이나 음극판 공급지점에 위치되었을 때 분리막 안내수단(100)과 안착대(410) 간의 거리보다 상기 안착대(410)가 분리막 안내수단(100)의 하측을 지날 때 분리막 안내수단(100)과 안착대(410) 간의 거리가 더 짧으므로, 상기 안착대(410)가 분리막 안내수단(100)의 하측을 지날 때 분리막(10)(더 명확하게는 분리막 안내수단(100)과 안착대(410) 사이의 분리막(10))이 구겨질 수 있다. 따라서 안착대(410)가 장착된 승강블록(430)은, 상기 안착대(410)가 상기 제1 전극판 공급수단(200) 및 제2 전극판 공급수단(300)의 하측에 위치될 때보다 상기 안착대(410)가 상기 분리막 안내수단(100)의 하측을 지날 때 하강됨으로서, 상기 언급한 바와 같이 분리막(10)이 구겨지는 현상을 방지할 수 있도록 구성됨이 바람직하다.
한편, 분리막 안내수단(100)과 안착대(410) 사이의 분리막(10)에 인가되는 인장력의 크기가 너무 작으면 상기 분리막(10)이 비틀어지거나 구겨질 수 있고, 분리막 안내수단(100)과 안착대(410) 사이의 분리막(10)에 인가되는 인장력의 크기가 너무 크면 상기 분리막(10)이 찢어지는 등의 파손이 발생될 수 있다. 따라서 상기 안착대(410)가 장착된 승강블록(430)은, 상기 안착대(410)가 어느 위치에 있더라도 분리막 안내수단(100)과 안착대(410) 사이의 분리막(10)에 사전에 설정된 범위 이내의 인장력이 유지될 수 있도록, 상기 종방향 이송블록(420)이 종방향레일(R)을 따라 이송되는 동안 서서히 하강되었다가 서서히 상승되어 아래로 볼록한 원호 형상의 경로를 따라 이동되도록 구성됨이 바람직하다.
또한 안착대(410) 상에 적층 구조로 안착되는 분리막(10)과 양극판과 음극판을 안착대(410)에 고정시키기 위한 고정수단(500)은, 상기 분리막(10)의 폭방향으로 이동 가능한 구조로 상기 승강블록(430)에 결합되는 횡방향 이송블록(510)과, 상기 횡방향 이송블록(510)에 승강 가능한 구조로 결합되어 상기 안착대(410)의 상측으로 이송된 후 하강될 때 상기 안착대(410) 상에 안착된 물체(분리막(10)과 양극판과 음극판 중 하나 이상이 적층된 전극판 적층체)를 하향 가압하는 고정바(520)를 포함하여 구성된다. 이와 같이 상기 고정바(520)가 분리막(10)의 폭방향으로 이동 가능한 횡방향 이송블록(510)에 승강 가능한 구조로 결합되면, 전극판 적층체의 상면을 하향으로 가압하고 있는 고정바(520)의 상측에 분리막(10)과 양극판 또는 음극판이 추가적으로 적층되었을 때 안착대(410)와 멀어지는 수평방향 즉, 분리막(10)의 폭방향을 따라 후진하여 전극판 조립체로부터 완전히 이격된 후, 일정 높이 상승한 다음 다시 추가적으로 적층된 분리막(10)과 양극판 또는 음극판의 상측에 위치되도록 전진하여 추가적으로 적층된 분리막(10)과 양극판 또는 음극판을 하향으로 가압할 수 있으므로, 분리막(10)과 양극판과 음극판의 적층이 반복되는 동안 안착대(410) 상에 적층된 전극판 적층체를 안정적으로 안착대(410)에 고정시킬 수 있다는 장점이 있다.
한편, 안착대(410)의 상측에 안착된 전극판 적층체를 하향 가압하여 고정시키는 고정바(520)가 하나만 구비되는 경우에는, 상기 고정바(520)가 전극판 적층체를 하향 가압하고 있는 상태에서 상기 고정바(520)의 상측에 분리막(10)과 양극판이 추가적으로 적층되었을 때 상기 고정바(520)가 전극판 적층체로부터 이격되도록 후진하는 동작과, 일정 높이 상승하는 동작과, 추가적으로 적층된 분리막(10)과 양극판의 상측에 위치되도록 전진하는 동작과, 다시 추가적으로 적층된 분리막(10)과 양극판을 하향으로 가압하는 동작이 모두 이루어진 후, 상기 안착대(410)가 음극판 공급지점으로 이송되어야 한다. 즉, 고정바(520)가 하나만 구비되는 경우에는 상기 언급한 4가지의 동작이 완료된 이후에야 안착대(410)가 이송될 수 있으므로, 많은 시간이 소요된다는 단점이 있다.
따라서 본 발명에 포함되는 고정수단(500)에는, 분리막(10)과 음극판이 추가로 적층되었을 때 이들을 하향 가압하여 고정시키는 제1 분리바와, 분리막(10)과 양극판이 추가로 적층되었을 때 이들을 하향 가압하여 고정시키는 제2 분리바가 각각 별도로 구비될 수 있다. 즉, 상기 제1 고정바(522)는 상기 제2 전극판 공급수단(300)에 의해 상기 안착대(410) 상에 음극판이 제공되었을 때부터 상기 안착대(410)가 상기 제1 전극판 공급수단(200)의 하측으로 이송되는 동안 상기 안착대(410)에 제공된 음극판을 하향 가압하고, 상기 제2 고정바(524)는 상기 제1 전극판 공급수단(200)에 의해 상기 안착대(410) 상에 음극판이 제공되었을 때부터 상기 안착대(410)가 상기 제2 전극판 공급수단(300)의 하측으로 이송되는 동안 상기 안착대(410)에 제공된 양극판을 하향 가압하도록 구성된다. 이와 같이 고정바(520)가 제1 고정바(522)와 제2 고정바(524)로 구성되면, 제1 고정바(522)가 전극판 적층체로부터 빠지도록 후진하는 동안 제2 고정바(524)가 전극판 적층체를 하향 가압하도록 전진하고, 제2 고정바(524)가 전극판 적층체로부터 빠지도록 후진하는 동안 제1 고정바(522)가 전극판 적층체를 하향 가압하도록 전진하게 되므로, 분리막(10)과 양극판과 음극판을 다수 개 적층시키는데 소요되는 시간을 현저히 줄일 수 있다는 장점이 있다.
또한, 상기 제1 고정바(522)와 제2 고정바(524)는 전극판 적층체의 좌우측(분리막(10) 폭방향을 따르는 방향의 양측)을 모두 하향 가압할 수 있도록, 2개씩 구비될 수 있다. 즉, 상기 종방향 이송블록(420)은 상기 분리막(10)의 폭방향으로 상기 안착대(410)의 양측에 각각 구비되고, 상기 제1 고정바(522)와 제2 고정바(524)는 상기 한 쌍의 종방향 이송블록(420)에 각각 구비되도록 구성될 수 있다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 의한 전극판 적층장치의 동작에 대하여 상세히 설명한다.
도 5 내지 도 9는 분리막(10)을 사이에 두며 양극판과 음극판을 교번으로 적층하여 전극판 적층체를 제작하는 과정을 순차적으로 도시한다.
본 발명에 의한 전극판 적층장치를 이용하여 전극조립체를 제조하고자 하는 경우에는, 먼저 도 5에 도시된 바와 같이 분리막 안내수단(100)을 통해 공급되는 분리막(10)의 끝단을 안착대(410)의 상면에 고정시킨 후, 종방향 이송블록(420)과 승강블록(430)을 작동시켜 상기 안착대(410)를 양극판 공급지점으로 이동시킨다. 이때, 상기 분리막(10)의 끝단은 고정바(520)에 의해 안착대(410) 상면에 고정되는데, 본 실시예에 도시된 바와 같이 제1 고정바(522)만으로 분리막(10) 끝단을 안착대(410) 상면에 고정시킬 수도 있고, 제1 고정바(522)와 제2 고정바(524)를 모두 사용하여 분리막(10) 끝단을 안착대(410) 상면에 고정시킬 수도 있다.
안착대(410)가 양극판 공급지점에 위치되면, 도 6에 도시된 바와 같이 제1 흡착대(210)를 안착대(410) 상면으로 이동시켜 상기 제1 흡착대(210)의 저면에 흡착된 양극판을 분리막(10) 및 제1 고정바(522)의 상측에 안착시키고, 제1 고정바(522)를 분리막(10) 폭방향으로 이동시켜 양극판과 분리막(10) 사이에서 빠지도록 함과 동시에 제2 고정바(524)를 양극판의 상면으로 이송시킨 후 하강시켜 상기 양극판 및 분리막(10)이 제2 고정바(524)에 의해 안착대(410)의 상면에 고정되도록 한다.
제1 고정바(522)가 양극판의 상면을 하향 가압하게 되면 제1 흡착대(210)는 원위치로 복귀되고, 도 7에 도시된 바와 같이 안착대(410)는 음극판 공급지점으로 이송된다. 이때, 안착대(410)가 수평방향으로 이동하게 되면 상기 안착대(410)가 분리막 안내수단(100)의 하측을 지날 때 안착대(410)와 분리막 안내수단(100) 간의 거리가 안착대(410)와 분리막 안내수단(100) 사이의 분리막(10) 길이보다 짧으므로, 상기 분리막(10)이 접히거나 구겨질 우려가 있다. 따라서 상기 안착대(410)는 음극판 공급지점으로 이송되는 동안 분리막(10)에 어느 정도의 인장력이 유지될 수 있도록 즉, 분리막(10)이 팽팽하게 잡아 당겨진 상태를 유지할 수 있도록, 하향으로 볼록한 원호방향의 경로를 따라 이송된다.
한편, 안착대(410)가 음극판 공급지점으로 이송되면 제2 흡착대(310)가 안착대(410)의 상측으로 이송되어 저면에 흡착된 음극판을 안착대(410)에 추가적으로 적층시키게 되는데, 안착대(410)가 분리막 안내수단(100)의 하측을 지나 음극판 공급지점으로 이송되는 과정에서 양극판의 상면은 분리막(10)으로 덮여지게 되므로, 상기 음극판은 분리막(10)을 사이에 두고 양극판 상측에 적층된다. 이와 같이 양극판 및 음극판이 적층되는 안착대(410)가 분리막 안내수단(100)을 가운데에 두고 전후 방향으로 왕복하게 되면, 새롭게 안착된 양극판 또는 음극판의 상면에 분리막(10)이 자동으로 추가 적층되므로, 양극판과 음극판 사이로 분리막(10)을 삽입시키기 위한 별도의 장치가 필요 없게 된다는 장점이 있다.
또한, 제2 흡착대(310)에 의해 음극판이 추가적으로 적층되면, 양극판을 하향 가압하고 있던 제2 고정바(524)는 분리막(10) 폭방향으로 이동하여 양극판과 음극판 사이로부터 빠지게 되고, 제1 고정바(522)는 가장 상측에 위치하는 음극판의 상면으로 이동한 후 하향 가압함으로써 새롭게 적층된 분리막(10)과 음극판을 포함한 전극판 조립체 전체를 안착대(410)에 고정시키게 된다. 이와 같이 안착대(410)에 안착된 전극조립체를 하향 가압하여 고정시키기 위한 고정바(520)가 제1 고정바(522)와 제2 고정바(524)로 구분되도록 구성되면, 도 9에 도시된 바와 같이 제1 고정바(522)가 분리막(10)과 양극판 사이로부터 빠지는 동안 제2 고정바(524)가 새롭게 적층된 분리막(10) 및 양극판을 포함한 전극판 조립체를 안착대(410)에 고정시킬 수 있고, 도 8에 도시된 바와 같이 제2 고정바(524)가 양극판과 분리막(10) 사이로부터 빠지는 동안 제1 고정바(522)가 새롭게 적층된 분리막(10) 및 음극판을 포함한 전극판 조립체를 안착대(410)에 고정시킬 수 있으므로, 생산성을 현저히 향상시킬 수 있다는 장점이 있다.
제2 고정바(524)가 새롭게 적층된 음극판의 상면을 하향 가압하게 되면 제2 흡착대(310)는 원위치로 복귀되고, 도 9에 도시된 바와 같이 안착대(410)는 양극판 공급지점으로 이송된다. 이와 같이 안착대(410)가 음극판 공급지점으로부터 양극판 공급지점으로 이송될 때에도, 분리막(10)이 접히거나 구겨지는 현상을 방지할 수 있도록 하향으로 볼록한 원호방향의 경로를 따라 이송된다.
도 5 내지 도 9에 도시된 양극판 및 음극판 적층과정이 수차례 반복되어 양극판과 음극판이 사전에 설정된 개수만큼 적층되면, 이차전지에 사용될 수 있는 전극판 조립체가 완성된다.
이와 같이 본 발명에 의한 전극판 적층장치를 이용하면, 양극판과 음극판을 집어 들어 이송시키는 조작 없이 상기 양극판과 음극판이 적층된 안착대(410)를 이송시키는 조작만으로 새롭게 공급되는 양극판과 음극판을 교번으로 적층시킬 수 있으므로 양극판 및 음극판의 손상을 방지할 수 있고, 상기 안착대(410)가 분리막 안내수단(100)을 사이에 두고 앞뒤로 이송될 때마다 분리막(10)이 자동으로 적층되므로 분리막(10) 적층을 위한 별도의 장치가 필요 없게 되며, 상기 안착대(410)가 하향으로 볼록한 원호를 따라 이송되므로 분리막(10)이 항상 팽팽한 상태를 유지하게 되고 이에 따라 분리막(10)이 접히거나 구겨지는 등의 현상이 방지된다는 장점이 있다.
도 10 및 도 11은 본 발명에 의한 전극판 적층장치에 포함되는 횡방향 이송블록(510)과 고정바(520) 간의 결합구조를 도시한다.
제1 고정바(522)와 제2 고정바(524)는 안착대(410)의 상면에 안착된 물체 즉, 양극판과 음극판이 적층된 전극판 적층체를 상기 안착대(410)에 고정시키기 위하여 큰 힘으로 하향 가압하게 되므로, 도 6 및 도 8에 도시된 상태에서 제1 고정바(522) 및 제2 고정바(524)가 수평방향으로 이동하여 전극판 적층체로부터 빠져 나오게 되면, 제1 고정바(522) 및 제2 고정바(524)의 저면과 접촉되어있던 분리막(10)이나 양극판이나 음극판이 제1 고정바(522) 및 제2 고정바(524)에 의해 긁혀 손상될 우려가 있다.
따라서 전극판 적층체를 하향 가압하고 있던 제1 고정바(522) 및 제2 고정바(524)는 상향으로 살짝 들어 올려진 후 전극판 적층체로부터 빠져나오도록 구성됨이 바람직하다. 이때, 제1 고정바(522)가 전극판 적층체로부터 빠질 때에는 제2 고정바(524)가 전극판 적층체를 하향 가압하고, 제2 고정바(524)가 전극판 적층체로부터 빠질 때에는 제1 고정바(522)가 전극판 적층체를 하향 가압하게 되므로, 전극판 적층체로부터 빠져야할 어느 하나의 고정바(520)를 살짝 들어 올리기 위하여 승강블록(430)을 상승시키게 되면 전극판 적층체를 하향 가압해야 할 다른 하나의 고정바(520)까지 들어 올려지게 되므로, 전극판 적층체가 안착대(410)로부터 이탈될 우려가 있다.
본 발명에 의한 전극판 적층장치는 상기와 같은 문제를 해결할 수 있도록, 사전에 설정된 거리만큼 승강 가능한 구조로 상기 횡방향 이송블록(510)에 결합되고 상기 제1 고정바(522)와 제2 고정바(524)가 각각 승강 가능한 구조로 장착되며 저면이 일측으로 경사지게 형성되는 한 쌍의 고정바블록(530)과, 상기 한 쌍의 고정바블록(530) 저면에 각각 접촉되며 상기 고정바블록(530) 저면의 높이가 변화되는 방향으로 수평 왕복 이송되는 한 쌍의 가압블록(540)을 추가로 구비하도록 구성될 수 있다. 따라서 도 10에 도시된 상태에서 가압블럭이 좌측으로 이송되면, 상기 고정바블록(530)은 가압블럭이 접촉되는 지점의 저면 높이차만큼 상향 이송되고, 고정바블록(530)에 결합된 제1 고정바(522) 및 제2 고정바(524) 역시 상향으로 들어올려지게 된다. 이때, 상기 고정바블록(530)과 가압블록(540)은 제1 고정바(522)와 제2 고정바(524)에 각각 마련되는바, 제1 고정바(522)와 제2 고정바(524) 중 어느 하나만을 선택적으로 들어 올릴 수 있으므로, 제1 고정바(522)와 제2 고정바(524)를 전극판 적층체로부터 빼낼 때 분리막(10)이나 양극판이나 음극판의 손상을 방지할 수 있으면서도 전극판 적층체가 안착대(410)로부터 이탈되는 현상을 방지할 수 있다는 장점이 있다.
또한 상기 가압블록(540)은 상기 고정바블록(530)과의 마찰을 최소화할 수 있도록, 고정바블록(530)의 저면과 접촉되는 부위에 고정바블록(530)의 저면을 타고 구를 수 있는 가압롤러(542)가 구비됨이 바람직하다.
이상, 본 발명을 바람직한 실시 예를 사용하여 상세히 설명하였으나, 본 발명의 범위는 특정 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 첨부된 특허청구범위에 의하여 해석되어야 할 것이다. 또한, 이 기술분야에서 통상의 지식을 습득한 자라면, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않으면서도 많은 수정과 변형이 가능함을 이해하여야 할 것이다.
10 : 분리막 100 : 분리막 안내수단
110 : 안내롤러 200 : 제1 전극판 공급수단
210 : 제1 흡착대 220 : 제1 흡착대 승강블록
230 : 제1 흡착대 이송블록 300 : 제2 전극판 공급수단
310 : 제2 흡착대 320 : 제2 흡착대 승강블록
330 : 제2 흡착대 이송블록 400 : 안착부
410 : 안착대 412 : 제1 안착대
414 : 제2 안착대 415 : 슬릿
420 : 종방향 이송블록 430 : 승강블록
500 : 고정수단 510 : 횡방향 이송블록
520 : 고정바 522 : 제1 고정바
524 : 제2 고정바 R : 종방향레일

Claims (11)

  1. 분리막의 공급방향을 하향으로 가이드하는 분리막 안내수단;
    상기 분리막의 일측면으로부터 이격된 지점으로 양극판을 하향 공급하는 제1 전극판 공급수단;
    상기 분리막의 타측면으로부터 이격된 지점으로 음극판을 하향 공급하는 제2 전극판 공급수단;
    상기 분리막과 상기 양극판 및 음극판이 상면에 안착될 수 있는 안착대를 구비하며, 상기 안착대가 상면에 상기 분리막이 안착된 상태로 상기 양극판 공급지점과 상기 음극판 공급지점에 교번으로 위치되도록 왕복됨으로써, 분리막을 사이에 두고 양극판과 음극판이 교번으로 적층되는 구조의 전극판 적층체가 상기 안착대 상에서 제작되도록 하는 안착부;
    상기 안착대의 상면에 안착된 물체를 하향 가압하여 고정시키는 고정수단;
    을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 전극판 적층장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 분리막 안내수단은,
    회전축이 평행하도록 배열되는 한 쌍의 안내롤러를 구비하여, 상기 분리막이 상기 한 쌍의 안내롤러 사이를 지나도록 구성되는 것을 특징으로 하는 전극판 적층장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 전극판 공급수단은,
    양극판 흡착을 위한 흡착홀이 저면에 형성되는 제1 흡착대와, 상기 제1 흡착대가 결합되는 제1 흡착대 승강블록과, 상기 분리막의 폭방향으로 이송 가능하도록 구성되며 상기 제1 흡착대 승강블록이 승강 가능한 구조로 구성되는 제1 흡착대 이송블록을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 전극판 적층장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제2 전극판 공급수단은,
    음극판 흡착을 위한 흡착홀이 저면에 형성되는 제2 흡착대와, 상기 제2 흡착대가 결합되는 제2 흡착대 승강블록과, 상기 분리막의 폭방향으로 이송 가능하도록 구성되며 상기 제2 흡착대 승강블록이 승강 가능한 구조로 구성되는 제2 흡착대 이송블록을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 전극판 적층장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 안착부는,
    상기 분리막의 두께방향으로 이동 가능한 종방향 이송블록과, 상기 안착대가 장착되며 승강 가능한 구조로 상기 종방향 이송블록에 결합되는 승강블록을 포함하며,
    상기 승강블록은, 상기 안착대가 상기 제1 전극판 공급수단 및 제2 전극판 공급수단의 하측에 위치될 때보다 상기 안착대가 상기 분리막 안내수단의 하측을 지날 때 하강되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 전극판 적층장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 승강블록은, 상기 분리막 안내수단과 상기 안착대 사이의 분리막에 사전에 설정된 범위 이내의 인장력이 유지되도록 아래로 볼록한 원호 형상의 경로를 따라 이동되는 것을 특징으로 하는 전극판 적층장치.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 고정수단은,
    상기 분리막의 폭방향으로 이동 가능한 구조로 상기 승강블록에 결합되는 횡방향 이송블록과, 상기 횡방향 이송블록에 승강 가능한 구조로 결합되어 상기 안착대의 상측으로 이송된 후 하강될 때 상기 안착대 상에 안착된 물체를 하향 가압하는 고정바를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 전극판 적층장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 고정바는 상기 종방향 이송블록의 이송방향으로 병렬 배열되는 제1 고정바와 제2 고정바로 구성되며, 상기 제1 고정바는 상기 제2 전극판 공급수단에 의해 상기 안착대 상에 음극판이 제공되었을 때부터 상기 안착대가 상기 제1 전극판 공급수단의 하측으로 이송되는 동안 상기 안착대에 제공된 음극판을 하향 가압하고, 상기 제2 고정바는 상기 제1 전극판 공급수단에 의해 상기 안착대 상에 음극판이 제공되었을 때부터 상기 안착대가 상기 제2 전극판 공급수단의 하측으로 이송되는 동안 상기 안착대에 제공된 양극판을 하향 가압하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 전극판 적층장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 종방향 이송블록은 상기 분리막의 폭방향으로 상기 안착대의 양측에 각각 구비되고,
    상기 제1 고정바와 제2 고정바는 상기 한 쌍의 종방향 이송블록에 각각 구비되는 것을 특징으로 하는 전극판 적층장치.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 고정수단은,
    사전에 설정된 거리만큼 승강 가능한 구조로 상기 횡방향 이송블록에 결합되고 상기 제1 고정바와 제2 고정바가 각각 승강 가능한 구조로 장착되며 저면이 일측으로 경사지게 형성되는 한 쌍의 고정바 블록과, 상기 한 쌍의 고정바 블록 저면에 각각 접촉되며 상기 고정바 블록 저면의 높이가 변화되는 방향으로 수평 왕복 이송되는 한 쌍의 가압블록을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전극판 적층장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 가압블록은, 상기 고정바 블록의 저면과 접촉되는 부위에 상기 고정바 블록의 저면을 타고 구를 수 있는 가압롤러가 구비되는 것을 특징으로 하는 전극판 적층장치.
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