KR101576864B1 - 젤리-롤형 전극조립체 제조용 권심 - Google Patents

Abstract

본 발명은 양극/분리막/음극 구조를 포함하는 시트형의 적층체로 젤리-롤형 전극조립체의 제조를 위한 권취 공정에 사용되는 권심으로서, 상기 권심은 회전 중심축에 대한 수직 단면 상으로 장축과 단축을 가진 형상이고, 시트형 적층체의 단부가 삽입 고정되는 중앙부에 대해 장축 방향으로 각각 가변 되도록 일 측에 위치한 제 1 권심부와 대향 측에 위치한 제 2 권심부를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 권심을 제공한다.

Description

젤리-롤형 전극조립체 제조용 권심 {Mandrel for Preparation of Jelly-roll Type Electrode Assembly}

본 발명은 젤리-롤형 전극조립체 제조용 권심에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 양극/분리막/음극 구조를 포함하는 시트형의 적층체로 젤리-롤형 전극조립체의 제조를 위한 권취 공정에 사용되는 권심으로서, 상기 권심은 회전 중심축에 대한 수직 단면 상으로 장축과 단축을 가진 형상이고, 시트형 적층체의 단부가 삽입 고정되는 중앙부에 대해 장축 방향으로 각각 가변 되도록 일 측에 위치한 제 1 권심부와 대향 측에 위치한 제 2 권심부를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 권심에 관한 것이다.

이차전지는 전지케이스의 형상에 따라, 전극조립체가 원통형 또는 각형의 금속 캔에 내장되어 있는 원통형 전지 및 각형 전지와, 전극조립체가 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치형 케이스에 내장되어 있는 파우치형 전지로 분류된다.

또한, 전지케이스에 내장되는 상기 전극조립체는 양극/분리막/음극의 적층 구조로 이루어진 충방전이 가능한 발전소자로서, 활물질이 도포된 긴 시트형의 양극과 음극 사이에 분리막을 개재하여 권취한 젤리-롤형과, 소정 크기의 다수의 양극과 음극을 분리막에 개재된 상태에서 순차적으로 적층한 스택형, 및 스택형의 단위셀들을 긴 길이의 분리필름으로 권취한 스택/폴딩형으로 대략 분류된다. 그 중 젤리-롤형 전극조립체는 제조가 가장 용이하고 중량당 에너지 밀도가 높은 장점을 가지고 있다.

이러한 젤리-롤형 전극조립체는 양극 활물질이 알루미늄 호일에 도포되어 있는 양극 시트와 음극 활물질이 구리 호일에 도포되어 있는 음극 시트 사이에 분리막을 개재한 후 둥글게 권취하여 제조하게 된다. 상기 권취는 권심(mandrel)에 분리막을 우선 감은 후 양극 시트와 음극 시트를 함께 감는 과정으로 수행하게 된다.

한편, 도 1에는 종래의 권심에 대한 수직 단면도가 도시되어 있다.

도 1을 참조하면, 종래의 전극조립체 제조용 권심(10)의 경우, 전극조립체의 권취가 완료된 후에 분리하는 공정 중에서, 젤리-롤형 전극조립체와 면접촉되어 있던 양측 권심부들(20, 30) 중에서 회전 중심축(11)을 기준으로 일측 권심부(30)만 측면으로 이동(d)하면서 권심(10)의 취출 과정이 수행되었다. 따라서, 분리과정에서 전극조립체가 용이하게 분리되지 못하고 꽁지 빠짐 현상 등으로 인한 불량률이 증가하는 문제점이 있다.

구체적으로, 일반적으로 젤리-롤형 전극조립체의 제조에는 양극/분리막/음극의 적층체의 단부에 권심(mandrel)을 끼워 원통형으로 권취한 후 권심을 제거하는 공정이 포함되어 있다. 그러나, 상기 권심을 제거하는 공정시 최내층에 위치하는 분리막과 권심 사이의 마찰력에 의해 전극 또는 분리막을 포함한 시트의 일부가 권취된 전극조립체 밖으로 누락되는 현상('꽁지 빠짐 현상') 등의 불량이 발생하여 생산 효율이 저하되거나, 전극의 단선 및 내부 단락(short) 등 전지의 안전성을 저하시키는 문제가 발생한다.

따라서, 이러한 문제점들을 근본적으로 해결할 수 있는 기술에 대한 필요성이 높은 실정이다.

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

본 발명의 목적은 젤리-롤형 전극조립체를 권취한 후, 분리하는 과정에서 권심과 전극조립체 사이에 여유 공간이 확보되도록 함으로써, 권심과 전극조립체 사이의 마찰력을 감소시켜 전극조립체를 분리하는 과정에서 발생되는 꽁지 빠짐 현상 등에 의한 불량률을 크게 감소시킬 수 있는 공정성이 향상된 권심을 제공하는 것이다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 권심은,

양극/분리막/음극 구조를 포함하는 시트형의 적층체로 젤리-롤형 전극조립체의 제조를 위한 권취 공정에 사용되는 권심으로서,

상기 권심은 회전 중심축에 대한 수직 단면 상으로 장축과 단축을 가진 형상이고, 시트형 적층체의 단부가 삽입 고정되는 중앙부에 대해 장축 방향으로 각각 가변 되도록 일 측에 위치한 제 1 권심부와 대향 측에 위치한 제 2 권심부를 포함하는 구조일 수 있다.

따라서, 젤리-롤형 전극조립체 권취 종료 후에 취출하는 과정에서 제 1 권심부 및 제 2 권심부가 동시에 양측으로 이동함으로써, 권심과 전극조립체의 사이에 마찰력이 감소되어 전극조립체가 용이하게 분리될 수 있다.

상기 권심은 장축 방향에서 양측 단부 쪽으로 폭이 좁아지는 형상으로 이루어진 구조일 수 있다.

하나의 구체적인 예에서, 상기 제 1 권심부와 제 2 권심부는 회전 중심축을 기준으로 2 내지 4 mm 이내에서 가변 범위를 갖는 구조일 수 있다.

따라서, 젤리-롤형 전극조립체와 권심과의 사이에 여유 공간이 형성되어 분리 공정이 용이하게 수행된다.

바람직하게는, 상기 제 1 권심부와 제 2 권심부는 권취가 완료된 후, 각각 시트형 적층체가 삽입되어 맞물린 상태에서 회전 중심축 방향으로 동시에 이동하여 시트형 적층체가 권취된 전극조립체를 분리하는 구조일 수 있다.

경우에 따라서는, 상기 권취된 전극조립체는 상기 제 1 권심부 및 제 2 권심부와 비접촉 상태에서 분리되는 구조일 수도 있다.

본 발명은, 상기 권심을 사용하여 제조된 젤리-롤형 전극조립체와 이러한 전극조립체가 전해액과 함께 전지케이스에 내장되어 있는 전지셀을 제공하며, 바람직하게는, 상기 전지셀은 리튬 이차전지일 수 있다.

권심은 양극, 분리막 및 음극의 시트형 적층체를 권취한 후 제거되며, 이렇게 권취된 젤리-롤형 전극조립체는 원통형 금속 캔에 내장되거나 또는 각형 금속 캔 또는 알루미늄 라미네이트의 파우치형 케이스에 내장된다. 리튬 이차전지는 이러한 전극조립체에 리튬 전해질을 주입한 후 밀봉함으로써 제조된다.

전지의 기타 구성 및 그것의 구체적인 제조방법은 당업계에 공지되어 있으므로 그에 대한 설명을 본 명세서에서는 생략한다.

본 발명은 또한, 상기 리튬 이차전지를 전원으로 사용하는 디바이스를 제공한다.

본 발명에 따른 각형 이차전지에 사용될 수 있는 디바이스의 구체적인 예로는, 휴대폰, 스마트 패드, 노트북 컴퓨터, 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 플러그-인 하이브리드 전기자동차, 또는 전력저장장치 등을 들 수 있다.

휴대폰, 스마트 패드, 노트북 컴퓨터, 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 플러그-인 하이브리드 전기자동차, 전력저장 장치 등은 당업계에 공지되어 있으므로, 그에 대한 자세한 설명은 본 명세서에서 생략한다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 젤리-롤형 전극조립체를 제조하기 위한 권심은, 젤리-롤형 전극조립체를 권취한 후, 분리하는 과정에서 권심과 전극조립체 사이에 여유 공간이 확보되도록 함으로써, 권심과 전극조립체 사이의 마찰력을 감소시켜 전극조립체를 분리하는 과정에서 발생되는 꽁지 빠짐 등으로 인한 불량을 크게 감소시킬 수 있다. 또한, 간단히 권심의 내부 구조만의 변경으로 기존 설비들의 별도의 구조 변경 없이 확대 적용이 가능하다는 장점이 있다.

도 1은 종래의 권심의 단면도이다;
도 2는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 권심의 단면도이다;
도 3은 도 2의 권심의 사시도이다.

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 권심의 단면도가 모식적으로 도시되어 있고, 도 3에는 도 2의 권심의 사시도가 모식적으로 도시되어 있다.

이들 도면을 참조하면, 권심(100)은 회전 중심축(150)에 대한 수직 단면이 장축과 단축을 가진 형상이고, 시트형 적층체(도시하지 않음)의 단부가 삽입 고정되는 중앙부위를 중심으로 좌측에 위치한 제 1 권심부(110)와 우측에 위치한 제 2 권심부(120)로 분리되어 있다.

제 1 권심부(110)와 제 2 권심부(120)는, 시트형 적층체의 단부가 권심(100)의 중앙부위에 삽입되어 권취될 때, 권심(100)의 회전 중심축(150)에 대한 수직 단면이 장축과 단축을 가진 형상으로서 권심(100)의 회전 중심축(30)에 대한 수직 단면 형상에서, 장축의 길이(2L)가 단축 길이(H)의 약 4배로 이루어져 있다.

제 1 권심부(110)와 제 2 권심부(20)는 회전 중심축(30)에 대해 전방과 후방 부위에, 전방과 후방으로 각각 돌출된 체결부들(60, 62)이 권심 회전 장치(도시하지 않음)에 장착되어 있는 구조로 이루어진다.

권심 회전 장치(도시하지 않음)에 의한 권취 과정 종료 후, 회전 중심축(150)을 중심으로 제 1 권심부(110)와 제 2 권심부(120)가 좌측 및 우측으로 가변 범위(D) 만큼인 1.5mm 씩 각각 동시에 이동함으로써, 시트형 적층체(도시하지 않음)와 권심(100) 사이에 유동 공간이 확보되어 권심(100) 제거가 용이하게 이루어진다.

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

Claims (10)

1. 양극/분리막/음극 구조를 포함하는 시트형의 적층체로 젤리-롤형 전극조립체의 제조를 위한 권취 공정에 사용되는 권심으로서,
   상기 권심은 회전 중심축에 대한 수직 단면 상으로 장축과 단축을 가진 형상이고, 시트형 적층체의 단부가 삽입 고정되는 중앙부에 대해 장축 방향으로 각각 가변 되도록 일 측에 위치한 제 1 권심부와 대향 측에 위치한 제 2 권심부를 포함하고 있으며,
   상기 제 1 권심부와 제 2 권심부는 권취가 완료된 후, 각각 시트형 적층체가 삽입되어 맞물린 상태에서 회전 중심축 방향으로 동시에 이동하여 시트형 적층체가 권취된 전극조립체를 분리하는 것을 특징으로 하는 권심.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 권심은 장축 방향에서 양측 단부 쪽으로 폭이 좁아지는 형상으로 이루어진 것을 특징으로 하는 권심.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 권심부와 제 2 권심부는 회전 중심축을 기준으로 2 내지 4 mm 이내에서 가변 범위를 갖는 것을 특징으로 하는 권심.
4. 삭제
5. 제 1 항에 있어서, 상기 권취된 전극조립체는 상기 제 1 권심부 및 제 2 권심부와 비접촉 상태에서 분리되는 것을 특징으로 하는 권심.
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7. 삭제
8. 삭제
9. 삭제
10. 삭제

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