KR101500513B1 - 가이드 롤 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 전지 생산 공정에서 피딩 롤에 감겨있던 원단을 풀어서 소정의 공정을 수행한 후 와인딩 롤에 권취하는 리와인딩 공정에 사용되는 가이드 롤 장치로서, 상기 원단을 안내하는 가이드 롤; 및 상기 가이드 롤과 연동하여 상기 원단을 귄취하고, 원단에 발생하는 주름이나 꼽침을 방지하기 위하여, 길이방향으로 외경이 다른 보빈으로 구성되는 리와인더;를 포함하는 것을 특징으로 하는 가이드 롤 장치를 제공한다.

Description

가이드 롤 장치 {Guide Roll Device}

본 발명은 가이드 롤 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 전지 생산 공정에서 피딩 롤에 감겨있던 원단을 풀어서 소정의 공정을 수행한 후 와인딩 롤에 권취하는 리와인딩 공정에 사용되는 가이드 롤 장치로서, 상기 원단을 안내하는 가이드 롤; 및 상기 가이드 롤과 연동하여 상기 원단을 귄취하고, 원단에 발생하는 주름이나 꼽침을 방지하기 위하여, 길이방향으로 외경이 다른 보빈으로 구성되는 리와인더;를 포함하는 것을 특징으로 하는 가이드 롤 장치에 관한 것이다.

최근, 충방전이 가능한 이차전지는 와이어리스 모바일 기기의 에너지원 또는 보조 전력장치 등으로 광범위하게 사용되고 있다. 또한, 이차전지는 화석 연료를 사용하는 기존의 가솔린 차량, 디젤 차량 등의 대기오염 등을 해결하기 위한 방안으로 제시되고 있는 전기자동차(EV), 하이브리드 전기자동차(HEV), 플러그-인 하이브리드 전기자동차(Plug-In HEV) 등의 동력원으로서도 주목받고 있다.

이러한 이차전지는 전극조립체가 전해액과 함께 전지케이스에 내장되는 형태로 제조된다. 상기 전극조립체는 제조 방법에 따라 스택형, 폴딩형 및 스택-폴딩형 등으로 구분된다. 스택형 또는 스택-폴딩형 전극조립체의 경우, 단위 조립체가 양극과 음극이 분리막을 사이에 두고 순차적으로 적층되는 구조로 이루어져 있다. 이러한 전극조립체를 만들기 위해서는 양극과 음극을 먼저 제조하는 것이 필요하다.

즉, 양극과 음극 같은 단위 전극을 제조하기 위해서는 먼저 일면 또는 양면에 전극 활물질이 도포되어 있는 연속적인 전극 시트를 단위 전극 간격으로 노칭하는 과정이 필요하다. 이러한 노칭 과정은 일반적으로 프레스를 사용하여 전극 시트의 일부에 노칭하는 방식이 사용되고 있다.

한편, 전지 생산 공정에서 피딩 롤에 감겨있던 원단을 풀어서 노칭, 전극합제 도포, 코팅제 도포 등과 같은 소정의 공정을 수행한 후 와인딩 롤에 권취하는 리와인딩 공정은 전체적인 전지 생산 과정에서 여러 번 반복적으로 사용되고 있다. 그러나, 상기 리와인딩 공정에서, 코팅된 전극을 압연하는 과정에서 전극이나 호일의 부위별 압연율 및 연신율의 차이로 인하여 전극 및 호일에 너울이 발생하게 되고, 압연 밀도를 증가시키면 특정 압연 밀도 이상에서 리와인딩시에 도 1과 같이 압연된 전극은 부위별로 장력이 일정하게 유지되지 못하고 너울이 발생된다. 즉, 너울이 심하게 발생된 양단부(A)가 보빈에 밀착하지 못하고, 그 옆부분(B)이 보빈(1)과 밀착되므로, 상기 너울이 발생된 부위(A)에 힘이 집중되어 주름이나 꼽치는 현상을 초래한다.

따라서, 이러한 문제점을 근본적으로 해결할 수 있는 가이드 롤 장치에 대한 필요성이 매우 높은 실정이다.

본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.

본 출원의 발명자들은 심도 있는 연구와 다양한 실험을 거듭한 끝에, 이후 설명하는 바와 같이, 특정 구조의 보빈을 사용하여 원단을 균일한 압력으로 팽팽하게 감을 수 있는 있는 가이드 롤 장치를 개발하여, 본 발명을 완성하기에 이르렀다.

따라서, 본 발명의 목적은 리와인딩 공정에서 특정 구조의 보빈에 의해 주름이나 꼽침이 발생되는 너울 부분에 힘이 집중되는 것을 방지함으로써, 원단 사이에 공기가 포획되거나 원단의 사행을 방지하여 리와인딩되는 원단의 품질을 균일화할 수 있는 특정 구조의 가이드 롤 장치를 제공하는 것이다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 가이드 롤 장치는, 전지 생산 공정에서 피딩 롤에 감겨있던 원단을 풀어서 소정의 공정을 수행한 후 와인딩 롤에 권취하는 리와인딩 공정에 사용되는 가이드 롤 장치로서,

상기 원단을 안내하는 가이드 롤;

상기 가이드 롤과 연동하여 상기 원단을 귄취하고, 원단에 발생하는 주름이나 꼽침을 방지하기 위하여, 길이방향으로 외경이 다른 보빈(Bobbin)으로 구성되는 리와인더;

를 포함하고 있는 구조로 이루어져 있다.

일반적으로, 전지 생산 공정의 리와인딩 공정에서 주름이나 꼽침 현상이 발생한 전극은 폐기가 불가피하여 작업성을 저하하고 작업시간의 증가를 초래하지만, 본 발명에 따르면, 상기 리와인딩 공정에서 특정 구조의 보빈을 적용하여 너울이 발생되는 부분에 힘이 집중되는 것을 방지할 수 있으므로, 제품의 불량(loss)이나 작업성 저하를 방지할 수 있다.

하나의 바람직한 예에서, 상기 보빈은 엔타시스(Entasis) 타입으로 이루어져 있어서, 길이 방향에서 보빈의 중앙부의 외경이 크고 보빈의 양단부로 갈수록 외경이 작아지는 구조일 수 있다. 이러한 구조는, 압연 밀도가 높은 너울이 발생된 부분에 집중되는 힘이 양쪽 측면으로 발산되어 주름이나 꼽침 현상을 방지할 수 있다.

상기 구조의 보빈은 특정 크기, 즉, 권취되는 원단의 폭보다 크거나 같은 구조로 이루어져 있어서, 원단의 너울을 방지할 수 있으며, 전자(前者)의 경우, 원단의 폭을 기준으로 120% 이내의 크기로 이루어지는 것이 바람직하다.

한편, 상기 보빈의 양단부는 바람직하게는 상기 원단과 접촉되지 않고 일정거리 이격되어 권취되는 구조일 수 있다. 즉, 상기 보빈의 중앙부의 외경과 양단부의 외경의 차이만큼의 원단과 상기 양단부가 서로 이격되어 권취되는 구조일 수 있으며, 원단과 상기 보빈의 양단부가 서로 1 mm 이상 이격되는 구조일 수 있다. 상기 원단과 보빈의 양단부의 이격 거리가 1 mm이면, 권취되는 원단에 집중되는 힘을 효과적으로 분산시킬 수 없어 바람직하지 않다. 다만, 상기 이격 거리가 지나치게 큰 경우에는 오히려 중앙부에 권취되는 원단에 큰 응력을 유발할 수 있으므로, 5 mm 이하인 것이 바람직하고, 4 mm 이하인 것이 더욱 바람직하다.

앞서 언급한 바와 같이, 리와인딩 공정은 전체적인 전지 생산 과정에서 반복적으로 자주 사용되는 공정이다. 따라서, 원단을 풀어서 수행하는 소정의 공정은 다양한 공정일 수 있으며, 예를 들어, 하기와 같다.

하나의 예로서, 상기 공정은 금속 시트에 전극 합제를 도포하는 공정일 수 있다. 이 경우, 상기 공정을 수행한 후 와인딩 롤에 권취되는 원단은 금속 시트(전극 집전체)의 일면 또는 양면에 전극 합제(전극 활물질 포함)가 도포되어 있는 전극 시트일 수 있다.

또 다른 예로서, 상기 공정은 분리막에 코팅제를 도포하는 공정일 수 있다.

상기 가이드 롤과 리와인더는 원단의 권취 직경에 따라 상호간에 일정한 거리가 유지될 수 있다. 즉, 리와이딩 공정이 진행될수록 전극의 권취 직경이 증가하므로, 상기 가이드 롤은 상기 전극의 권취 직경이 증가하는 만큼 리와인더와의 거리가 보상되는 범위내에서 이동되는 구조일 수 있다.

본 발명은 또한, 상기 가이드 롤 장치를 사용하여 제조되는 전극조립체를 제공한다.

상기 전극조립체는 권취형, 스택형 또는 스택/폴딩형 구조일 수 있지만, 이들 만으로 한정되는 것은 아니다. 바람직하게는 스택형 또는 스택/폴딩형 구조일 수 있다. 스택/폴딩형 구조는 양면이 동일한 전극으로 이루어진 적층 구조의 바이셀 또는 양면이 서로 다른 전극으로 이루어진 풀셀의 단위셀 다수 개를 분리필름으로 권취한 구조이다.

본 발명은 또한, 상기 전극조립체가 전해액과 함께 전지케이스의 내부에 밀봉되어 있는 이차전지를 제공한다.

상기 이차전지는 바람직하게는 높은 에너지 밀도, 방전 전압, 및 출력 안정성의 리튬 이차전지일 수 있다. 본 발명에 따른 리튬 이차전지의 기타 구성 요소들에 대하여 이하에서 상세히 설명한다.

일반적으로 리튬 이차전지는 양극, 음극, 분리막, 리튬염 함유 비수 전해액 등으로 구성되어 있다.

양극은, 예를 들어, 양극 집전체 상에 양극 활물질, 도전재 및 바인더의 혼합물을 도포한 후 건조하여 제조되며, 필요에 따라서는, 충진제를 더 첨가하기도 한다. 음극은 또한 음극 집전체 상에 음극 재료를 도포, 건조하여 제작되며, 필요에 따라, 앞서 설명한 바와 같은 성분들이 더 포함될 수도 있다.

상기 분리막은 음극과 양극 사이에 개재되며, 높은 이온 투과도와 기계적 강도를 가지는 절연성의 얇은 박막이 사용된다.

리튬염 함유 비수계 전해액은, 비수 전해액과 리튬염으로 이루어져 있으며, 비수 전해액으로는 액상 비수 전해액, 고체 전해질, 무기 고체 전해질 등이 사용된다.

상기 집전체, 전극 활물질, 도전재, 바인더, 충진제, 분리막, 전해액, 리튬염 등은 당업계에 공지되어 있으므로, 그에 대한 자세한 설명은 본 명세서에서 생략한다.

본 발명에 따른 리튬 이차전지는 당업계에 공지되어 있는 통상적인 방법에 의해 제조될 수 있다. 즉, 양극과 음극 사이에 다공성 분리막을 삽입하고 거기에 전해액을 주입하여 제조할 수 있다.

양극은, 예를 들어, 앞서 설명한 리튬 전이 금속 산화물 활물질과 도전재 및 결합제를 함유한 슬러리를 집전체 위에 도포한 후 건조하여 제조할 수 있다. 마찬가지로 음극은, 예를 들어, 앞서 설명한 탄소 활물질과 도전재 및 결합제를 함유한 슬러리를 얇은 집전체 위에 도포한 후 건조하여 제조할 수 있다.

본 발명은 또한, 상기 이차전지를 단위전지로서 둘 또는 그 이상 포함하는 전지팩을 제공한다.

본 발명에 따른 전지팩은 장착 효율성, 구조적 안정성 등을 고려할 때, 한정된 장착공간을 가지며 잦은 진동과 강한 충격 등에 노출되는 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 플러그-인 하이브리드 전기자동차, 또는 전력 저장장치의 전원으로 바람직하게 사용될 수 있다.

상기에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 가이드 롤 장치는, 특정 구조의 보빈이 적용된 리와인더를 사용하여 원단을 균일한 압력으로 팽팽하게 권취할 수 있다.

또한, 본 발명의 가이드 롤 장치는, 리와인딩 공정에서 특정한 구조의 보빈에 의해 주름이나 꼽침이 발생되는 너울 부분에 힘이 집중되는 것을 방지함으로써, 원단 사이에 공기가 포획되거나 사행을 방지할 수 있다.

도 1은 종래의 리와인딩 공정에서 원단이 사행된 상태를 나타내는 사진이다;
도 2는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 가이드 롤 장치의 측면도이다;
도 3은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 보빈의 측면도이다.
도 4는 본 발명에 따른 전극이 권취된 보빈의 수직 단면도이다.

이하에서는, 본 발명의 실시예에 따른 도면을 참조하여 설명하지만, 이는 본 발명의 더욱 용이한 이해를 위한 것으로, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.

도 2에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 가이드 롤 장치의 측면도가 모식적으로 도시되어 있고, 도 3에는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 보빈의 측면도가 모식적으로 도시되어 있다.

이들 도면을 참조하면, 가이드 롤 장치(100)는 전지 생산 공정에서 피딩 롤(도시하지 않음)에 감겨있던 전극(30)을 풀어서 노칭 공정(도시하지 않음)을 수행한 후 가이드 롤(50)을 경유하여 리와인더(20)에 권취하는 리와인딩 공정에서, 전극 사이에 발생하는 너울이나 주름에 의한 사행을 방지하기 위해 엔타시스(Entasis) 타입의 보빈(200)이 포함되어 있다.

엔타시스 타입의 보빈(200)은 원단에 발생하는 주름이나 꼽침을 방지하기 위하여, 길이방향으로 외경이 다른 구조이다.

구체적으로, 보빈의 중앙부(210)의 외경과 양단부(220)의 외경의 차이만큼의 원단과 양단부(220)는 서로 이격되어 권취됨으로써, 리와인딩 시에 너울이 발생된 부분에 힘이 집중되는 것을 방지할 수 있다. 엔타시스 타입의 보빈(200)은, 전극이 권취되면서 너울이나 주름을 효과적으로 방지하면서 리와인더 공정에 영향을 미치지 않는 범위에서, 적절히 결정될 수 있다. 이러한 엔타시스 타입의 보빈(200)의 구조에 대하여는 이하에서 상세히 설명한다.

도 4에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전극이 권취된 보빈의 수직 단면도가 모식적으로 도시되어 있다.

도 4를 참조하면, 종래의 보빈은 외경이 일정한 원통형 형태의 구조이나, 본 발명에 따른 엔타시스 타입의 보빈(200)은 중앙 부위가 볼록하게 돌출된 구조이며, 길이 방향에서 보빈의 중앙부(210)의 외경(H)이 크고 보빈의 양단부(220)로 갈수록 외경(h₁)이 작아지는 구조로 이루어져 있다.

또한, 전극(30)이 권취된 보빈(200)은 중앙부(210)와 양단부(220)의 외경 차이로 인하여, 권취된 전극(30)과 보빈(200)의 양측 부위에는 1 mm 이상의 이격부(h₂)가 형성되며, 보빈(200)의 길이(W₁)는 권취되는 전극의 폭(W₂)보다 크다.

따라서, 리와인딩 공정에서 이격부(h₂)가 형성된 엔타시스 타입의 보빈에 의해, 너울이 발생되는 부분에 집중되는 힘이 양측으로 전달(양측 화살표 방향) 되도록 함으로써, 주름이나 꼽침 현상을 방지할 수 있으므로 제품의 불량(loss)이나 작업성 저하를 방지할 수 있다.

이상 본 발명의 실시예에 따른 도면을 참조하여 설명하였지만, 본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주 내에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다.

Claims (12)

1. 전지 생산 공정에서 피딩 롤에 감겨있던 원단을 풀어서 소정의 공정을 수행한 후 와인딩 롤에 권취하는 리와인딩 공정에 사용되는 가이드 롤 장치로서,
   상기 원단을 안내하는 가이드 롤; 및
   상기 가이드 롤과 연동하여 상기 원단을 귄취하고, 원단에 발생하는 주름이나 꼽침을 방지하기 위하여, 길이방향으로 외경이 다르고, 권취되는 원단의 폭보다 큰 엔타시스(Entasis) 형태의 보빈(Bobbin)으로 구성되는 리와인더;
   를 포함하고, 상기 보빈의 양단부는 상기 원단과 접촉되지 않고 일정거리 이격되어 권취되며, 상기 가이드 롤과 상기 리와인더는 원단의 권취 직경에 따라 상호간에 일정 거리가 유지되는 것을 특징으로 하는 가이드 롤 장치.
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 제 1 항에 있어서, 상기 전지 생산 공정은 금속 시트에 전극 합제를 도포하는 공정인 것을 특징으로 하는 가이드 롤 장치.
6. 제 1 항에 있어서, 상기 전지 생산 공정은 분리막에 코팅제를 도포하는 공정인 것을 특징으로 하는 가이드 롤 장치.
7. 삭제
8. 제 1 항 및 제 5 항 내지 제 6 항 중 어느 하나에 따른 가이드 롤 장치를 사용하여 제조되는 것을 특징으로 하는 전극조립체.
9. 제 8 항에 있어서, 상기 전극조립체는 권취형, 스택형 또는 스택/폴딩형 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 이차전지.
10. 제 8 항에 있어서, 상기 전극조립체가 전해액과 함께 전지케이스의 내부에 밀봉되어 있는 것을 특징으로 하는 이차전지.
11. 제 9 항에 따른 이차전지를 단위전지로서 둘 또는 그 이상 포함하는 것을 특징으로 하는 전지팩.
12. 제 11 항에 있어서, 상기 전지팩은 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 플러그-인 하이브리드 전기자동차, 또는 전력 저장장치의 전원으로 사용되는 것을 특징으로 하는 전지팩.
    

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