KR101578179B1 - 2차전지 권취시스템에서 전지롤 권취 과정에서의 발생되는 이물질 제거장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 2차전지 권취시스템에서 전지롤 권취 과정에서의 발생되는 이물질 제거장치에 관한 것이다.
2차전지의 전극 권취 과정을 포함하는 시스템에 있어서, 전극 및 분리막의 표면이 세라믹 코팅이 되어 있어서, 커팅 칼날이 세라믹 코팅면을 치면서 커팅하게 될 때 세라믹 가루가 날리게 된다. 극판의 권취기 구조상 전극의 후면으로 받침대를 구성하기 어려워 공간상에서 칼날이 치면서 극판을 커팅하게 됨에 따라서 반복적으로 커팅과정으로 진행하게 될 경우 많은 양의 세라믹 가루가 주변 기계,기구부에 쌓이게 된다. 따라서 기계의 동작에 문제가 발생하며, 자주 해당 부분을 해체하여 청소해줘야함으로써, 생산성을 저하시키는 요인이 된다.
본 발명은 전지롤(젤리롤)을 제작할 때 권취과정에서 비산되는 이물질을 제거하기 위한 것으로, 특히 분리막을 커팅작업하게 될 때, 전극 및 분리막 표면의 코팅물질이 비산될 때 코팅물질을 제거할 수 있도록 한 것으로, 권취부의 중앙축 상에 비산되는 코팅물질을 흡입하여 시스템 외부로 배출할 수 있도록 하는 흡입수단을 구성하여 시스템 내에 전극 및 분리막으로 부터 이탈된 코팅물질이 쌓이지 않도록 한 2차전지 권취시스템에서 2차전지 권취시스템에서 전지롤 권취 과정에서의 발생되는 이물질 제거장치를 제공하고자 한다.

Description

2차전지 권취시스템에서 전지롤 권취 과정에서의 발생되는 이물질 제거장치{DEVICE FOR REMOVING COATING MATERIALS WHEN CUTTING JELLY ROLLY IN THE JELLY ROLL WINDING SYSTEM OF ELECTRIC DOUBLE LAYER CAPACITORS}

본 발명은 일정 길이로 전극 및 분리막을 커팅하여 권취하는 2차전지 권취과정에서, 전극롤을 권취하는 과정에서 발생되는 이물질을 제거하기 위한 것으로 더 상세하게는 전극 및 분리막을 권출하는 과정 및 분리막을 커팅하는과정에서 이물질이 비산되어 장치 내 쌓이게 되는 것을 방지하기 위하여 비산되는 이물질을 흡입하여 장치 외부로 배출할 수 있도록 한 2차전지 권취시스템의 전극롤 권취과정에서의 발생되는 이물질 제거장치에 관한 것이다.

일반적으로 리튬 이온 전지는 다른 전지에 비하여 많은 장점을 가지고 있으나, 리튬의 반응성이 너무 커서 안정성 문제해결이 어려워 상용화되지 못하다가 근래에 들어서 상용화되기 시작하였다.

리튬 이온전지의 장점으로는,

첫째, 리튬 금속은 다른 어느 금속보다 가볍기 때문에 에너지 밀도가 매우 크고, 둘째 기전력이크며, 셋째 기억효과(memory effect:충전하기 전에 전지가 완전히 방전되어 있어야 하는 성질)가 없어 완전히 방전시키지 않고 어느 정도 충전 되어 있는 상태에서도 충전이 가능하며, 넷째 자가 방전에 의한 전력 손실이 매우 적다.

이와 같은 장점을 갖는 리튬이온 2차 전지는 음극의 충전반응이 비교적 빠르게 이루어지는 리튬이온의 유입(intercalation) 반응으로 급속충전이 가능하고 리튬이온의 상태로 존재하므로 안정성을 갖춘 고전압전지임으로써, 충전용량이 크고 소형화가 가능하다는 점에서 휴대폰이나 노트북컴퓨터와 같은 휴대용 전자기기에 주로 채택되고 있으며, 근래에는 전기자동차의 배터리에 사용되고 있다.

전기자동차의 배터리에 사용되는 리튬이온 2차 전지는 양극(Cathode), 음극(Anode) 활물질을 금속박(Al or Cu foil)에 도포하여 양극과 음극을 제조하고, 분리막(separator)을 양 전극사이에 넣고 감아서 제작된 젤리롤(JELLY ROLL)을 제작하고, 제작된 젤리롤을 원통형 또는 각형 금속 용기에 삽입하고, 전해액(electrolyte)을 충진 하고 밀봉하여 완성된다.

이와 같이 리튬이온 2차 전지의 제작공정은 전극 제조 공정과 조립공정으로 나눌 수 있으며, 여기서 전극제조공정은 교반, 도포, 건조, 압착 절단(슬리팅)으로 구분되고, 조립공정은 권취, 젤리롤 삽입 및 전해액 주입, 봉입공정으로 나눌 수 있다.

리튬이온 2차전지의 특성은 양극과 음극의 상태 및 적층, 권취 방법에 따라서 매우 달라지는 바, 본 출원인은 대한민국 등록특허공보 제 10-1359430을 통해, 상기와 같은 조립공정에 있어서 상기 제조된 전극을 권취하여 젤리롤을 제작하는 젤리롤 제작시스템 및 젤리롤 제작 방법을 출원한 바 있다.

이와 같이 젤리롤 제작시스템에서와 같이 2차전지의 전극 권취과정을 포함하는 시스템에 있어서, 권취길이에 맞추어 커팅 칼날을 이용하여 전극 및 분리막을 컷팅하게 된다.

여기서 전극 및 분리막의 표면은 세라믹 코팅이 되어 있는데, 상기 커팅 칼날이 세라믹이 코팅된 분리막을 치면서 커팅하게 될 때, 세라믹 가루가 날리게 된다.

이를 더 상세히 설명하면 전극롤(젤리롤)의 권취 과정에서 1차로 전극이 일정한길이로 공급되고 이후 분리막이 공급되면서 젤리롤로 완성하도록 하는 데, 분리막의 커팅과정에서 전극에 묻어있던 코팅물 및 이물질이 비산하고 또한 분리막 커팅 시에도 상기에서와 같이 세라믹 가루가 날리게 됨으로써, 반복적으로 커팅과정이 진행될 경우 많은 양의 세라믹 가루가 주변 기계 기구부에 쌓이게 된다.

특히 양극판과 음극판이 투입되고 분리막이 투입되어 젤리롤을 권취하는 권취기 구조상 분리막의 후면으로 받침대를 구성하기 어려워 공간 상에서 칼날이 치면서 분리막을 커팅하게 됨에 따라서 분리막의 세라믹 가루는 물론 인접된 극판의 묻어있던 이물질 및 세라믹가루가 더욱 심하게 비산될 수 있다.

따라서 기계의 동작에 문제가 발생하며, 자주 해당 부분을 해체하여 청소해줘야 함으로써, 생산성을 저하시키는 요인이 된다.

본 발명에서는 표면에 세라믹과 같은 별도의 물질로 코팅되어 있는 2차전지의 전극 및 분리막을 권취하여 전지롤을 제작하는 2차전지 제작시스템에서 전지롤의 최종 권취과정에서 발생되는 이물질은 물론 분리막 커팅과정시 전극 및 분리막으로 부터 이탈되는 코팅물질을 제거할 수 있도록 한 장치를 제공하고자 한 것이다.

본 발명은 분리막과 일정한 길이로 커팅되어 공급되는 전극을 권취하여 전지롤(젤리롤)을 제작할 때 권취과정에서 비산되는 이물질을 제거하기 위한 것으로, 특히 분리막을 커팅작업하게 될 때, 전극 및 분리막 표면의 코팅물질이 비산될 때 코팅물질을 제거할 수 있도록 한 것으로, 권취부의 중앙축 상에 비산되는 코팅물질을 흡입하여 시스템 외부로 배출할 수 있도록 하는 흡입수단을 구성하여 시스템 내에 전극 및 분리막으로 부터 이탈된 코팅물질이 쌓이지 않도록 한 2차전지 권취시스템에서 2차전지 권취시스템에서 전지롤 권취 과정에서의 발생되는 이물질 제거장치를 제공하고자 한 것이다.

본 발명 2차전지 권취시스템에서 전지롤 권취 과정에서의 발생되는 이물질 제거장치는,

전극부를 일정한 길이로 감아 전지롤을 제작하여 배출하기 위한 전극권취부와, 전극권취부를 통해 감기는 전극부에서 분리막을 커팅하여 일정한 길이로 전극롤을 구성하기 위한 커터부를 포함하여 구성되는 2차전지 권취 시스템에 있어서,

상기 전극권취부는 전극구성부로 부터 공급되는 전극부를 롤형태로 권취하는 권취부가 가루흡입수단을 중심으로 구성되도록 하여 커터부에 의해 전극부의 분리막이 커팅될 때 날리는 세라믹가루 및 권취부에 전극롤이 권취될 때 발생되는 이물질을 가루흡입수단에서 흡입하여 외부로 배출하도록 구성되되,

상기 가루흡입수단은 회전판에 구성되는 축으로 회전판의 회전에 따라 회전하여 권취부의 위치를 이동시키는 수단으로 구성되며 외부면으로는 주변 세라믹가루 및 이물질을 흡입하기 위한 흡입구멍이 구성되고 그 내부로는 흡입구멍으로 부터 연결되는 통로부가 구성되고 통로부는 외부의 흡입장치가 연결되는 흡입관이 구성되는 것을 특징으로 한다.

이와 같은 본 발명에 따르면, 전지롤 권취 과정에서 발생되는 이물질, 특히 분리막이 커팅될 때 전극에 묻어있던 세라믹 코팅물질 및 분리막으로 부터 떨어지는 코팅물질을 흡입하여 외부로 배출시킬 수 있음으로써, 전극 및 분리막의 코팅물질인 세라믹 가루에 의한 문제를 해결할 수 있어서, 생산성을 향상시킬 수 있으며, 장비의 유지보수에 유리하다.

도 1은 본 발명 2차전지 권취시스템에서 전지롤 권취 과정에서의 발생되는 이물질 제거장치 구조를 보인 사시도.
도 2는 본 발명 구조를 나타낸 단면도.
도 3 내지 도 4는 본 발명에 있어서, 전지롤 권취과정을 나타낸 도면으로, 도 3은 전극 권취후 제 2의 위치로 이동한 상태를 나타내고, 도 4는 분리막 커팅과정을 나타내며, 도 5는 분리막 커팅 후 전지롤의 배출 상태를 나타낸 도면.

본 발명 2차전지 권취시스템에서 전지롤 권취 과정에서의 발생되는 이물질 제거장치를 첨부된 도면 도 1 내지 도 5에 도시된 실시 예를 참조하여 그 구성 및 작용을 설명하면 다음과 같다.

일정한 길이로 절단된 양전극, 음전극을 공급받아 분리막과 일정한 길이로 권취하고 분리막을 절단하여 전지롤을 제작하는 전지롤 권취장치에 있어서,

상기 일정한 길이로 컷팅된 양전극, 음전극과 분리막을 공급받아 적층되는 전극부(300)를 구성하여 전극권취부(100)로 공급하는 전극구성부와, 전극구성부로 부터 모인 전극부(300)를 일정한 길이로 감아 전지롤을 제작하여 배출하기 위한 전극권취부(100)와, 전극권취부(100)를 통해 감기는 전극부(300)를 일정한 단위로 감기위해 분리막을 절단하기 위한 커터부(200)를 포함하여 구성되며,

상기 전극권취부(100)는 전극구성부로 부터 공급되는 전극부(300)를 롤형태로 권취하는 권취부(110)와, 전극롤 권취과정 및 커터부(200)에 의해 전극부(300)에서 분리막이 커팅될때 날리는 세라믹가루 및 기타 이물질을 흡입하여 외부로 배출하기 위한 가루흡입수단(120)을 포함하여 구성된다.

이와 같은 본 발명은 전극부를 권취하는 과정과 전극부를 권취과정에서 분리막을 커팅할 때 비산되는 세라믹 코팅가루 및 기타 이물질을 흡입하기 위한 가루흡입수단을 구성하여 커팅공정에서 세라믹가루가 비산되어 장치내에 떨어지지 않도록 한 것을 그 기술적 특징으로 한다.

상기 전극권취부(100)는 권취부(110)와 가루흡입수단(120)을 포함하여 구성되며, 상기 가루흡입수단(120)을 중심으로 그 외면을 따라 위치될 수 있도록 구성된다.

상기 가루흡입수단(120)은 지지패널(400)상에 구성된 회전판(410)에 구성되는 축으로 구성되어 회전판(410)의 회전에 따라 회전하는 수단으로 구성되며 외부면으로는 주변 세라믹가루를 흡입하기 위한 흡입구멍(121)이 구성되고 그 내부로는 흡입구멍(121)으로 부터 연결되는 통로부(122)가 구성되고 통로부(122)는 외부의 흡입장치가 연결되는 흡입관(123)이 구성된다.

그리고 그 상단으로는 권취부(110)가 끼워져 회전할 수 있도록 하며 회전판(410)의 회전에 따라서 권취부(110)를 이동시키는 권취가이드부(124)가 구성되고, 권취부(110) 회전시 권취가이드부(124)를 잡아 고정시키는 권취고정수단(125)을 포함하여 구성된다.

또한 가루흡입수단(120)의 외부 표면으로는 전극가이드(126)가 구성되어 권취부(110)가 이동하면서 전극부(300)가 가루흡입수단(120)의 표면에 접촉되지 않고 이동되어질 수 있도록 한다.

상기 회전판(410)은 권취부(110)가 출입하는 권취부출입구(411)가 구성되며, 상기 권취부(110)는 상기 권취부출입구(411)를 통해 출입하면서 가루흡입수단(120)의 상단에 구성된 권취가이드부(124)에 끼워져 회전하는 구조로 이루어진다.

그리고 상기 가루흡입수단(120)의 흡입구멍(121)은 전극부(300)의 이동위치에 따라서 축방향으로 표면상에 다수개의 구멍으로 이루어지며, 그 구멍의 사이드로는 상기 전극가이드(126)가 구성된다.

상기 전극가이드(126)는 권취부(110)를 통해 전극부(300)가 권취된 후 이동할때 아직 분리막이 커팅되지 않은 전극부(300)가 이동되면서 가루흡입수단(120)에 위치하게 되며 이때 전극부(300)를 받치도록 하도록 하는 수단이다.

상기 권취고정수단(125)은 상하이동하면서 권취가이드부(124)를 잡아 고정시켜 권취부(110)가 회전하여 전극부(300)의 권취가 이루어질 수 있도록 하고, 권취가이드부(124)의 고정을 해제하여 회전판(410)의 회전을 통해 권취가이드부(124)가 회전이동할 수 있도록 하는 수단으로, 권취고정부(125a)와, 권취고정부(125a)를 동작시키는 모터(125b)가 구성된다.

상기 커터부(200)는 전극권취부(100) 방향으로 이동하며 커터를 동작시켜 전극부(300)의 분리막을 커팅하여 전극부(300)의 길이를 완성시키기 위한 수단이다.

상기 전극부(300)는 상기에서 설명한 바와 같이 양전극, 분리막, 음전극이 적층된 것을 통칭한 것으로 분리막을 커팅하여 권취를 완료함으로써, 전극롤(젤리롤)의 권취가 완료된다.

이와 같은 구조로 이루어진 본 발명 2차전지 권취시스템의 전극 커팅과정에서 발생되는 전극코팅물질 제거장치의 동작을 설명하면 다음과 같다.

2차전지에 있어서, 양극, 음극, 그리고 이들의 분리막(seperate)은 각 장치부로 부터 전극구성부에 공급되며, 전극구성부에서는 이들 3장을 양극, 분리막, 음극의 순서로 접면시켜 모아 전극부(300)를 구성하여 권취부(110)로 공급한다.

이때 전극구성부로는 정해진 길이로 커팅된 양극, 음극이 공급되고, 분리막만 커팅이 이루어지지 않은 상태로 공급된다. 즉 분리막은 권취과정에서 커팅되는 것이다.

보다 상세히 설명하면, 권취부(110)에 걸리면서 권취부(110)의 회전에 따라서 전극부(300)는 권취되며 정해진 길이만큼 권취되면 권취가이드부(124)가 회전하면서 제 2의 위치로 이동하게 되고 이에 따라 도 3에서와 같이, 전극부(300)가 전극구성부로 부터 딸려간다.

그리고 현재 전극부(300)가 권취되어 제 2의 위치로 이동된 권취부(110)의 이전 권취부(110)가 권취부출입구(411) 내에 위치한 상태에서 회전판(411)의 이동에 따라서 권취 위치인 제 1의 위치로 이동해온다.

이후 도 4에서와 같이, 상기 권취부출입구(411)로 부터 권취부(110)가 도출되면서 전극부(300)를 끼워 잡아 고정하면서 상부의 권취가이드부(124) 내에 결합되어 회전 가능 하도록 된다.

그리고 상기 권취부(110)가 권취가이드부(124)에 결합되어 안정되게 회전할 수 있도록 상부의 권취가이드부(124)를 권취고정수단(125)이 위치를 고정시킨다.

이때 도 4에 나타낸 바와 같이, 권취부(110)의 제 2의 위치 이전 단에서 상기와 같이 딸려간 전극부(300)를 커팅하게 된다.

더욱 정확하게는 전극부(300)에서의 분리막을 커팅하게 된다.

상기와 같이 전극부(300)가 커팅되면 제 1의 위치에 있는 권취부(110)가 회전하면서 상기에서와 같이 전극부(300)를 권취 하게 되며 권취과정이 완료되면 상기 권취고정수단(125)이 권취가이드부(124)의 고정을 풀어 회전판(410)의 회전에 따라서 권취가이드부(124)가 회전함으로써, 권취부(110)가 이동하도록 한다.

이후 상기에서와 같이 권취부(110)가 제 2의 위치로 이동하면서 제 2의 위치로 이동하고, 제 2의 위치에 있던 권취부(110)가 제 3의 위치로 이동한다.

제 2의 위치에서 제 3의 위치로 이동할 때에 권취부(110)는 회전하면서 이동하여 커팅 되어 아직 감기지 않은 전극부(300) 부분이 완전히 감길 수 있도록 하여 완전한 전극롤을 완성시킨다.

제 3의 위치로 이동하면 도 5에 도시된 바와 같이, 홀딩부(500)가 전극롤을 홀딩할때, 상기 권취부(110)가 전극롤로 부터 빠져나오면서 권취부출입구(411) 내로 들어가고 홀딩부(500)가 완성된 전극롤을 장치외부로 배출시킨다.

이후 상기에서와 같이 반복이 이루어지면서, 전극롤을 완성시킨다.

외부 흡입장치와 연결된 흡입관(123)을 통해 흡입구멍(121)내로 흡입력이 작용함으로써, 전극롤 권취과정에서 발생되는 이물질 및 커터부(200)에 의해 전극부(300)의 분리막이 커팅될때 비산되는 세라믹 가루는 도 2에 도시된 바와 같이, 흡입구멍(121) 내로 흡입되고 그 내부 통로부(122)를 통해 외부 흡입장치로 전달되어 배출된다.

즉 분리막이 커팅되면서 분리막의 외부 코팅물질 및 양전극, 음전극에 묻어있던 코팅물질, 이물질이 비산되며 상기와 같이 흡입구멍(121) 내로 흡입된다.

이와 같이 다수개의 흡입구멍(121)이 전극부(300)의 절단면을 따라 구성되어 있어서, 커터부(200)에 의해 커팅이 이루어질 때, 흡입구멍(121) 내로 부터 작용하는 흡입력에 의해 흡입구멍(121)으로 빨려 들어가게 됨으로써, 장치 내에는 세라믹 가루가 떨어지지 않게 된다.

Claims (5)

1. 삭제
2. 전극부(300)를 일정한 길이로 감아 전지롤을 제작하여 배출하기 위한 전극권취부(100)와, 전극권취부(100)를 통해 감기는 전극부(300)에서 분리막을 커팅하여 일정한 길이로 전극롤을 구성하기 위한 커터부(200)를 포함하여 구성되는 2차전지 권취 시스템에 있어서,
   상기 전극권취부(100)는 전극구성부로 부터 공급되는 전극부(300)를 롤형태로 권취하는 권취부(110)가 가루흡입수단(120)을 중심으로 구성되도록 하여 커터부(200)에 의해 전극부(300)의 분리막이 커팅될 때 날리는 세라믹가루 및 권취부(110)에 전극롤이 권취될 때 발생되는 이물질을 가루흡입수단(120)에서 흡입하여 외부로 배출하도록 구성되되,
   상기 가루흡입수단(120)은 회전판(410)에 구성되는 축으로 회전판(410)의 회전에 따라 회전하여 권취부(110)의 위치를 이동시키는 수단으로 구성되며 외부면으로는 주변 세라믹가루 및 이물질을 흡입하기 위한 흡입구멍(121)이 구성되고 그 내부로는 흡입구멍(121)으로 부터 연결되는 통로부(122)가 구성되고 통로부(122)는 외부의 흡입장치가 연결되는 흡입관(123)이 구성되는 것을 특징으로 하는 2차전지 권취시스템에서 전지롤 권취 과정에서의 발생되는 이물질 제거장치.
3. 제 2항에 있어서, 상기 가루흡입수단(120)의 외부 표면으로는 전극가이드(126)가 구성되어 권취부(110)가 이동하면서 전극(300)이 가루흡입수단(120)의 표면에 접촉되지 않고 이동되어질 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 2차전지 권취시스템에서 전지롤 권취 과정에서의 발생되는 이물질 제거장치.
4. 제 2항에 있어서, 상기 가루흡입수단(120)의 흡입구멍(121)은 전극부(300)의 이동위치에 따라서 축방향으로 표면상에 일렬로 다수개의 구멍으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 2차전지 권취시스템에서 전지롤 권취 과정에서의 발생되는 이물질 제거장치.
5. 제 2항에 있어서, 상기 가루흡입수단(120)의 상부로는 권취부(110)가 끼워져 회전할 수 있도록 하며 회전판(410)의 회전에 따라서 권취부(110)를 이동시키는 권취가이드부(124)가 구성되고, 권취부(110) 회전 시 권취가이드부(124)를 잡아 고정시키는 권취고정수단(125)을 포함하여 구성되며, 상기 회전판(410)은 권취부(110)가 출입하는 권취부출입구(411)가 구성되며, 상기 권취부(110)는 상기 권취부출입구(411)를 통해 출입하면서 가루흡입수단(120)의 상단에 구성된 권취가이드부(124)에 끼워져 회전하는 구조로 이루어지고,
   상기 권취고정수단(125)은 상하이동하면서 권취가이드부(124)를 잡아 고정시켜 권취부(110)가 회전하여 전극부(300)의 권취가 이루어질 수 있도록 하고, 권취가이드부(124)의 고정을 해제하여 회전판(410)의 회전을 통해 권취가이드부(124)가 회전이동할 수 있도록 하는 수단으로 구성되는 것을 특징으로 하는 2차전지 권취시스템에서 전지롤 권취 과정에서의 발생되는 이물질 제거장치.
   
   
   
   
   
   

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