KR101623716B1 - 프레싱 암을 포함하는 가이드 롤 장치 - Google Patents

프레싱 암을 포함하는 가이드 롤 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 전지 생산 공정에서 피딩 롤에 감겨있던 원단을 풀어서 소정의 공정을 수행한 후 와인딩 롤에 권취하는 리와인딩 공정에 사용되는 가압 장치로서, 상기 원단을 안내하는 가이드 롤, 상기 가이드 롤과 연동하여 상기 원단을 귄취하는 리와인더, 이물질의 제거를 위해, 상기 리와인더의 진입 전에 이송 방향을 따라 원단에 공기를 인가하는 에어 블로어, 및 상기 원단에 발생하는 주름이나 꼽침을 방지하기 위하여, 상기 에어 블로어의 공기 인가 과정에서 전극 시트의 너비 방향으로 하나 이상의 측단부를 가압하는 프레싱 암을 포함하는 가이드 롤 장치를 제공한다.

Description

프레싱 암을 포함하는 가이드 롤 장치{Guide Roll Device Having Pressing Arms}
본 발명은 원단의 주름 또는 접힘을 방지하는 프레싱 암을 포함하는 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, 전극 합제 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 공정을 통해 제조된 전극 시트를 롤러에 의해 리와인딩하면서 전극 시트의 무지부의 접힘 현상으로 길게 주름이 잡히는 문제점이 발생한다.
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, 전극 시트를 롤러에 의해 리와인딩하면서 무지부의 접힘을 방지하면서 불량 및 작업성을 향상시킬 수 있는 가이드 롤 장치를 개발하여, 본 발명을 완성하기에 이르렀다.
또한, 본 발명의 목적은 리와인딩 공정에서 원단을 가압하는 프레싱 암의 롤러에 의해 원단에 발생하는 주름이나 꼽침을 방지함으로써 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 가압 장치로서,
상기 원단을 안내하는 가이드 롤;
상기 가이드 롤과 연동하여 상기 원단을 귄취하는 리와인더;
이물질의 제거를 위해, 상기 리와인더의 진입 전에 이송 방향을 따라 원단에 공기를 인가하는 에어 블로어; 및
상기 원단에 발생하는 주름이나 꼽침을 방지하기 위하여, 상기 에어 블로어의 공기 인가 과정에서 전극 시트의 너비 방향으로 하나 이상의 측단부를 가압하는 프레싱 암;
을 포함하고 있는 구조로 구성될 수 있다.
즉, 본 발명에 따른 가이드 롤 장치는, 원단을 풀어서 소정의 공정을 수행한 후 와인딩 롤에 권취하는 리와인딩 공정에 사용되는 가압 장치로서, 프레싱 암이 전극 시트의 너비 방향으로 측단부에 형성된 무지부를 가압하여 주름이나 꼽침을 방지하여 품질을 균일화할 수 있다.
앞서 언급한 바와 같이, 리와인딩 공정은 전체적인 전지 생산 과정에서 반복적으로 자주 사용되는 공정이다. 따라서, 원단을 풀어서 수행하는 소정의 공정은 다양한 공정일 수 있다.
하나의 예로서, 상기 공정은 금속 시트에 전극 합제를 도포하는 코팅 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 프레싱 암을 통해 일정한 두께로 압착해 평평하게 만든 뒤, 전극 사이즈에 맞게 자르는 슬리팅 공정일 수 있다.
또 다른 예로서, 전지 생산 공정에서 피딩 롤에 감겨있던 원단을 풀어서 소정의 공정을 수행한 후 와인딩 롤에 권취하는 리와인딩 공정일 수 있다.
상기 리와인딩 공정 중, 전극 시트에 전극 합제를 도포하고 와인딩 롤에 권취하는 과정에서는 원단의 압연 연신 과정에서 원단에 주름이나 접힘이 발생되는 문제점이 발생한다.
이러한 문제점을 해결하기 위해 원단에 주름이나 접힘이 발생하지 않도록 방지하는 기술이 더욱 필요하게 된다.
상기와 같이 발생되는 문제점을 해결하기 위해, 본 발명에 따른 가이드 롤 장치는 프레싱 암을 구비하고 있다. 상기 프레싱 암은 이물질의 제거를 위해 리와인더의 진입 전에 이송 방향을 따라 원단에 공기를 인가하는 에어 블로어와 리와인더 사이에 배치될 수 있다.
상기 프레싱 암은 전극합제가 도포되어 있지 않은 무지부가 형성되는 원단의 측단부를 가압하기 위하여, 원단에 대응하는 측단부의 위치에서 너비 방향으로 구비되어 한 쌍의 아치형태로 이루어질 수 있고, 상기 프레싱 암의 일 단부에는 원단의 측단부와 접촉하여 가압하는 롤러가 구비될 수 있다.
경우에 따라서, 상기 롤러는 원단과 롤러를 보호하기 위해 원단에 대응하는 롤러의 외주면에 탄성 부재가 구비될 수 있다.
상기 롤러는 원단의 접힘 두께에 따라 가압력을 달리하여 가압하는 하나 이상의 롤러를 포함하는 구조일 수 있다. 구체적으로 상기 롤러는 하나의 롤러일 수 있지만, 다수개가 구비될 수 도 있다. 즉, 리와인딩 과정에서 원단의 주름이나 접힘의 정도, 두께, 및 발생되는 크기도 불규칙하므로, 원단의 접힘 두께에 따라 가압력을 달리하여 가압하는 다수의 롤러가 구비될 수 있다.
또한, 상기와 같이 원단의 측단부를 가압하기 위한 구조로서, 롤러를 대신하여 탄성 부재가 구비될 수 있다. 구체적으로, 상기 프레싱 암은 원단에 대응하는 측단부의 위치에서 너비 방향으로 구비되어 한 쌍의 아치형태로 이루어질 수 있고, 상기 프레싱 암의 일 단부에는 탄성 부재가 구비될 수 있다.
상기 롤러는 예를 들어 평 롤러 또는 크라운 롤러일수 있으나 다른 다양한 롤러들도 사용될 수 있다. 상기 평 롤러는 롤러의 길이 방향에서 롤러의 중앙부와 양단부의 직경이 동일한 롤러이고, 크라운 롤러는 길이 방향에서 롤러의 중앙부의 직경이 크고 롤러의 양단부로 갈수록 직경이 작아지는 롤러를 의미한다. 그러나, 롤러의 종류가 상기의 예들로 한정되지 않는 것은 물론이다.
상기 롤러는 원단을 고르게 가압하기 위하여, 그것의 길이가 권취되는 원단의 폭보다 크거나 같은 구조로 이루어질 수 있다. 따라서, 상기 롤러에 의해 원단이 너비 방향으로 고른 가압력을 받게 되어 주름이나 접힘이 발생이 억제되는 구조일 수 있다.
경우에 따라서, 상기 롤러는 마모 방지를 위하여 롤러의 표면에 티타늄 또는 티타늄 합금이 코팅되어 있을 수 도 있다.
상기 에어 블로어는 원단의 와인딩 공정 중에 이물질의 제거를 위해, 상기 리와인더의 진입 전에 이송 방향을 따라 원단에 공기를 인가하는 부품으로서, 예를 들어, 상기 원단에 대응하는 위치에서 너비 방향으로 구비되어 있는 긴 막대형태로 이루어져 있고, 상기 막대형태의 길이방향으로 노즐이 형성되어 있으며, 그것의 일측에는 공기 배출구가 구비된 구조로 형성될 수 있다. 이 때, 상기 노즐은 공기의 이속을 상승시키기 위하여 길고 좁은 립(lip) 구조로 이루어 질 수 있다.
상기 가이드 롤과 리와인더는 원단의 권취 직경에 따라 상호간에 일정 거리가 유지될 수 있다. 상기 에어 블로어의 공기압은 1 bar 이상인 것이 바람직하다.
본 발명은 또한, 상기 가이드 롤 장치를 사용하여 제조되는 전극조립체를 제공한다. 상기 전극조립체는 권취형, 스택형 또는 스택/폴딩형 구조로 형성될 수 있다.
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 수 도 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 발명은 또한, 상기 이차전지를 단위전지로서 둘 또는 그 이상 포함하는 전지팩을 제공하며, 상기 전지팩은 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 플러그-인 하이브리드 전기자동차, 또는 전력 저장장치의 전원으로 사용될 수 있지만 이에 한정되지는 않는다.
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, 원단을 풀어서 소정의 공정을 수행한 후 와인딩 롤에 권취하는 리와인딩 공정에 사용되는 가압 장치로서, 프레싱 암이 전극 시트의 너비 방향으로 측단부에 형성된 무지부를 가압하여 주름이나 꼽침을 방지하여 원단의 품질을 균일화할 수 있다.
도 1은본 발명의 실시예에 따른 가이드 롤 장치에 따른 공정의 모식도이다;
도 2는 원단에 발생하는 주름을 나타내는 사진이다;
도 3은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 프레싱 암의 모식도이다;
도 4는 본 발명의 다른 하나의 실시예에 따른 프레싱 암의 모식도이다.
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 1에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 가이드 롤 장치의 모식도가 도시되어 있고, 도 2에는 종래에 원단에 발생되는 주름을 나타내는 사진이 도시되어 있다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 가이드 롤 장치(100)는 피딩 롤(110), 프레싱 롤러(130), 노칭 공정부(140), 에어 블로어(150), 및 프레싱 암(160)을 포함하는 구조로 구성되어 있다. 구체적으로, 원단(120)을 권취하는 피딩 롤(110), 권취되어 있는 원단을 가이드 롤 장치에 공급하여 프레싱하는 프레싱 롤러(130), 노칭 공정을 수행하는 노칭 공정부(140), 이물질의 제거를 위해 원단(120)에 공기를 인가하는 에어 블로어(150), 및 전극 시트의 무지부에 주름이 발생하는 것을 방지하는 프레싱 암(160)으로 구성되어 있다.
가이드 롤 장치(100)는 전지 생산 공정에서 피딩 롤(110)에 감겨있던 원단(120)을 풀어서 전극합제 및 코팅제 도포 공정(도시 생략)을 수행하여 전극 시트를 제조한다. 그 후, 노칭 공정부(140)에서 전극에 대한 노칭을 수행한 다음, 에어 블로어(150) 및 프레싱 암(160)에 의한 이물질 제거 및 무지부의 주름(A)방지 공정 이후 리와인더(170)에 다시 권취되는 구조로 이루어져 있다.
즉, 원단(120)은 리와인딩 전에 에어 블로어(150)에 의해 이물질이 제거된 후에 프레싱 암(160)에 의한 공정을 적용하도록 구성되어 있다. 프레싱 암(160)은 이물질의 제거를 위해 리와인더(170)의 진입 전에 이송 방향을 따라 원단(120)에 공기를 인가하는 에어 블로어(150)와 리와인더(170) 사이에 배치되어 있다.
도 3에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 프레싱 암의 모식도가 도시되어 있다.
도 3을 참조하면, 프레싱 암(160)의 일 단부에는 롤러(162)가 구비되어 있다. 구체적으로, 프레싱 암(160)은 에어 블로어(150)에 의해 이물질이 제거된 전극 시트(121)의 무지부(122)를 가압하도록 무지부(122)에 대응하는 측단부의 위치에서 너비 방향으로 구비되어 한 쌍의 아치형태로 장착되어 있다. 프레싱 암(160)의 일 단부에는 전극 시트(121)의 무지부(122)와 접촉하여 가압하는 롤러(162)가 구비되어 있다.
도 4에는 본 발명의 다른 하나의 실시예에 따른 프레싱 암의 모식도가 도시되어 있다.
도 4를 참조하면, 프레싱 암(260)의 일 단부에는 롤러 장착부(261)가 구비되어 있다. 구체적으로, 프레싱 암(260)은 에어 블로어(250)에 의해 이물질이 제거된 전극 시트(221)의 무지부(222)의 접힘 두께에 따라 가압력을 달리하여 가압하도록 프레싱 암(260)의 일 단부에 장착되는 롤러 장착부(261) 내부에 하나 이상의 롤러를 포함하고 있다. 따라서, 전극 시트(221)의 무지부(222)에 발생되는 주름 두께에 따라 가해지는 가압력을 달리하여 과도한 가압력이 가해지는 것을 방지한다. 전극 시트에 대응하는 롤러의 길이는 권취되는 전극 시트(221)의 폭보다 크고, 롤러의 표면은 마모 방지를 위해 티타늄이 코팅되어 있다.
본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주 내에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다.

Claims (19)

  1. 전지 생산 공정에서 피딩 롤에 감겨있던 원단을 풀어서 소정의 공정을 수행한 후 와인딩 롤에 권취하는 리와인딩 공정에 사용되는 가압 장치로서,
    상기 원단을 안내하는 가이드 롤;
    상기 가이드 롤과 연동하여 상기 원단을 귄취하는 리와인더;
    이물질의 제거를 위해, 상기 리와인더의 진입 전에 이송 방향을 따라 원단에 공기를 인가하는 에어 블로어; 및
    상기 원단에 발생하는 주름이나 꼽침을 방지하기 위하여, 상기 에어 블로어의 공기 인가 과정에서 전극 시트의 너비 방향으로 하나 이상의 측단부에 형성되어 있는 무지부를 가압하는 프레싱 암;
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 가이드 롤 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 프레싱 암은 원단에 대응하는 측단부에 형성되어 있는 무지부의 위치에서 너비 방향으로 구비되어 한 쌍의 아치형태로 이루어져 있고, 상기 프레싱 암의 일 단부에 원단의 측단부에 형성되어 있는 무지부와 접촉하여 가압하는 롤러가 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 가이드 롤 장치.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 롤러는 원단에 대응하는 롤러의 외주면에 탄성 부재가 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 가이드 롤 장치.
  4. 제 2 항에 있어서, 상기 롤러는 원단의 접힘 두께에 따라 가압력을 달리하여 가압하는 하나 이상의 롤러를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 가이드 롤 장치.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 프레싱 암은 원단에 대응하는 측단부에 형성되어 있는 무지부의 위치에서 너비 방향으로 구비되어 한 쌍의 아치형태로 이루어져 있고, 상기 프레싱 암의 일 단부에 원단의 측단부에 형성되어 있는 무지부와 접촉하여 가압하는 탄성 부재가 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 가이드 롤 장치.
  6. 제 2 항에 있어서, 상기 롤러는 평 롤러 또는 크라운 롤러인 것을 특징으로 하는 가이드 롤 장치.
  7. 제 2 항에 있어서, 상기 롤러의 길이는 권취되는 원단의 폭보다 크거나 같은 것을 특징으로 하는 가이드 롤 장치.
  8. 제 2 항에 있어서, 상기 롤러의 표면은 마모 방지를 위해 티타늄이 코팅되어 있는 것을 특징으로 하는 가이드 롤 장치.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 에어 블로어는 상기 원단에 대응하는 위치에서 너비 방향으로 구비되어 있는 긴 막대형태로 이루어져 있고, 상기 막대형태의 길이방향으로 노즐이 형성되어 있으며, 그것의 일측에는 공기 배출구가 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 가이드 롤 장치.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 노즐은 길고 좁은 립(lip) 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 가이드 롤 장치.
  11. 제 1 항에 있어서, 상기 가이드 롤과 리와인더는 원단의 권취 직경에 따라 상호간에 일정 거리가 유지되는 것을 특징으로 하는 가이드 롤 장치.
  12. 제 1 항에 있어서, 상기 에어 블로어의 공기압은 1 bar 이상인 것을 특징으로 하는 가이드 롤 장치.
  13. 제 1 항에 있어서, 상기 전지 생산 공정은 금속 시트에 전극 합제를 도포하는 공정인 것을 특징으로 하는 가이드 롤 장치.
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