KR101684301B1

KR101684301B1 - 비 접촉성 리폼 핀

Info

Publication number: KR101684301B1
Application number: KR1020150000108A
Authority: KR
Inventors: 한우리; 배관홍; 이정규; 남상봉; 이수민; 김명섭; 최승훈; 김민재
Original assignee: 주식회사 엘지화학
Priority date: 2015-01-02
Filing date: 2015-01-02
Publication date: 2016-12-08
Also published as: KR20160083685A

Abstract

본 발명은 전극 조립체의 중심부에 형성되는 태극 무늬의 분리막을 제거 시, 분리막 및 분리막을 포함하는 전극 조립체의 손상을 최소하하며, 이를 통해 전극 조립체를 수납하는 이차전지의 불량률을 낮추기 위한 리폼 핀을 제안한다.

Description

비 접촉성 리폼 핀{Non-contact type Reform pin}

본 발명은 리폼 공정에 적용되어 분리막 손상을 최소화하는 비 접촉성 리폼 핀에 관한 것이다.

충전 및 방이 가능하면서 에너지 밀도와 출력 밀도가 높은 리튬 배터리는 휴대 단말기의 배터리에서 전기 자동차의 배터리까지 다양한 장치에서 동력원으로 이용되고 있다. 리튬 배터리는 수용하는 전해질의 종류에 따라 액상 전해질을 사용하는 리튬이온 배터리와 고분자 전해질을 사용하는 리튬 폴리머 배터리로 분류되며, 전극 조립체가 수용되는 외장재의 형상에 따라 원통형, 각형 또는 파우치형으로 분류된다. 통상적으로, 각형 또는 원통형에 채용되는 전극 조립체는 양극판, 분리막, 음극판을 적층하고, 이를 권취한 젤리-롤 형태를 갖는다.

여기서, 양극판 및 음극판 사이에 분리막을 삽입하고 권취 기계로 양극판, 음극판 및 분리막을 권취하여 젤리-롤 형태를 형성하는데, 젤리-롤을 권취할 때, 분리막을 잡아주는 핀에 의해 젤리-롤 형태의 전극 조립체 중심부에는 분리막이 태극 무늬 형상을 이룬다.

이러한 태극 무늬 형상을 제거하고 전극 조립체의 중심부를 원형으로 복원하기 위해서는 젤리-롤 형태로 전극 조립체를 형성 후, 후공정을 통해 중심부를 정리하여야 한다. 이러한 후 공정은 도 1과 도 2을 참조하여 설명하도록 한다.

먼저, 도 1을 참조하면, 종래의 후 공정은 종단이 예리한 리폼 핀(10)을 젤리-롤 형태의 전극 조립체(20) 중심부(21)로 진입시켜 전극 조립체(20)의 중심부(21)에 위치하는 태극 무늬 형상의 분리막을 중심부(21) 테두리로 밀어내고 있다. 리폼 핀(10)은 중심부(21)를 향해 전진 또는 후진하면서 중심부(21)에 위치하는 분리막을 테두리로 밀어내는데, 이때, 리폼 핀(10)의 종단은 분리막을 밀어내는 과정에서 도 2에 도시된 바와 같은 전극 조립체의 불량을 유발할 수 있다.

도 2의 (a)는 전극 조립체가 리폼 핀(10)의 종단에 찍힌 상태를 나타내고, 도 2의 (b)는 리폼 핀(10)이 중심부(21)로 진입 시, 전극 조립체가 리폼 핀(10)에 말려들어간 상태를 나타내고, 도 2의 (c)는 리폼 핀(10)이 중심부(21)를 향해 전진할 때, 리폼 핀(10)에 의해 분리막이 밀려 전극 조립체의 반대편이 돌출되는 상태는 나타내며, 도 2의 (d)는 불량이 발생한 전극 조립체에 저항 용접봉 삽입 공정 또는 센터 핀 삽입 공정 시, 저항 용접봉이나 센터 핀이 중심부(21)에서 걸리는 현상을 나타내고 있다. 이처럼, 리폼 핀(10)을 이용하여 전극 조립체(20)의 중심부(21)에 태극 무늬를 형성하는 분리막을 제거하는 리폼 공정에서 상당수의 전극 조립체가 불량을 유발하고 있다.

한국공개특허 1998-0068890호

본 발명의 목적은 전극 조립체의 중심부에 마련되는 태극 무늬 형상의 분리막을 제거 시, 전극 조립체의 불량을 최소화하는 리폼 핀을 제공함에 있다.

상기한 목적은 본 발명에 따라, 젤리-롤 중심부에 위치하는 분리막을 상기 젤리-롤 테두리로 밀어 봉합하는 리폼 핀에 있어서, 원통형의 핀 몸체, 핀 몸체의 종단부에 형성되며, 핀 몸체의 일 측면에서 종단부의 첨두 중심을 향해 절단면을 형성하는 핀 경사면 및 핀 경사면의 배면에 형성되는 요철구조물에 의해 달성된다.

여기서, 핀 몸체는, 핀 경사면을 제외한 나머지 영역에 대해 요철구조물이 연장되어 형성될 수 있다.

이에 더하여, 비 접촉성 리폼 핀은, 핀 경사면에서 핀 몸체의 외주연 방향으로 연장되는 부 경사면을 더 포함하며, 길이방향 중심선이 핀 경사면의 길이방향 중심선과 일치할 수 있다.

이때, 핀 경사면과 부 경사면의 길이방향 중심선 길이는, 2:1 내지 4:1의 비율일 수 있다.

여기서, 핀 경사면과 부 경사면은, 라운딩 처리된 경계면을 구비할 수 있다.

여기서, 요철구조물은, 핀 몸체에서 돌출되는 돌출부와 핀 몸체를 향해 함몰되는 함몰부가 교번되게 배치될 수 있다.

본 발명에 따른 리폼 핀은 전극 조립체의 중심부에 형성되는 분리막을 제거 시, 분리막 및 분리막을 포함하는 전극 조립체의 손상을 최소하 하며, 실시예에 따른 전극 조립체를 구비하는 이차전지의 불량률을 낮출 수 있다.

도 1과 도 2는 종래의 리폼 공정에 대한 참조도면을 도시한다.
도 3은 실시예에 따른 리폼 공정을 수행하는 리폼 공정장비의 일 예를 도시한다.
도 4는 도 3의 리폼 공정 장비에 적용되는 신규 리폼 핀의 일 예에 대한 사시도를 도시한다.
도 5와 도 6은 실시예에 따른 리폼 핀을 이용하여 분리막을 제거하는 과정을 설명하기 위한 참조도면을 도시한다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 리폼 핀의 사시도를 도시한다.
도 8은 도 7의 핀 경사면과 부 경사면의 경계면 구조에 대한 다른 실시예를 도시한다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하도록 한다.

도 3은 실시예에 따른 리폼 공정을 수행하는 리폼 공정장비의 일 예를 도시하고, 도 4는 도 3의 리폼 공정 장비에 적용되는 신규 리폼 핀의 일 예에 대한 사시도를 도시하고, 도 5와 도 6은 실시예에 따른 리폼 핀을 이용하여 분리막을 제거하는 과정을 설명하기 위한 참조도면을 도시한다.

도 3 내지 도 6을 함께 참조하면, 실시예에 따른 리폼 핀(100)은 리폼 공정장비에 전극 조립체(50)가 장착되면, 전극 조립체의 중심부(51)를 향해 전진 또는 후퇴하면서 중심부(51)에 위치하는 태극 무늬 형상의 분리막(52)을 제거하는데 이용된다.

도 3에서, 리폼 공정을 진행하기 위해서는, 지그(11)에서 전극 조립체(50)를 고정시키고, 지그(11)에 의해 고정된 전극 조립체(50)의 중심부(51)를 향해 리폼 핀(100)이 전진(D0 방향) 또는 후퇴하여 중심부(51) 내측에 위치하는 분리막(52)을 중심부(51) 내측 면으로 밀쳐내어 중심부(51) 내측에 형성되는 태극 무늬의 분리막(52)을 제거할 수 있다.

이러한 리폼 공정에서 리폼 핀(100)은 중심부(51) 내측에 형성되는 분리막(52)과의 접촉 및 마찰을 최소화하면서 분리막(52)을 제거하여야 하며, 이를 위해, 실시예에 따른 리폼 핀(100)은 하나 또는 두 개의 경사면과 요철구조를 포함하여 구성될 수 있다. 이하, 도 4를 참조하여 상술하도록 한다.

도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 리폼 핀(100)은 핀 몸체(110), 핀 경사면(S2) 및 요철 구조물(110a)을 포함하여 구성될 수 있다.

핀 몸체(110)는 원통형으로 형성되며, 표면에는 요철 구조물(110a)이 형성되고, 표면 일 측에서 종단부(120)의 첨두(P1)를 향해 절단면을 형성하는 핀 경사면(S2)을 구비할 수 있다.

핀 경사면(S2)은 리폼 핀(100)이 전극 조립체의 중심부(51)를 향해 진입 또는 진입 이후 후퇴할 때, 중심부(51)에 위치하는 태극 무늬의 분리막(52)과의 접촉과 마찰을 최소화화기 위해 마련된다. 이러한 핀 경사면(S2)에 의해 실시예에 따른 리폼 핀(100)은 첨두(P1)는 단면이 점에 가깝고, D1 방향을 향할수록 단면의 면적이 증가하는 형태를 갖는다. 이에 더하여, 리폼 핀(100)이 분리막(52)과 접촉하는 경우 리폼 핀(100)과 분리막(52)의 마찰계수를 최소화하기 위해, 핀 몸체(110)와 종단부(120)의 배면(S2)에는 요철 구조물(110a)이 형성될 수 있다.

요철 구조물(110a)은 핀 몸체(110)에서 돌출되는 돌출부(111) 및 핀 몸체(110) 방향으로 함몰되는 함몰부(112)로 구성되며, 돌출부(111)와 함몰부(112)는 교번되게 배열되어 핀 몸체(110)의 외주연에 형성될 수 있다.

돌출부(111)와 함몰부(112)는 각각 A2 - A2' 단면이 사다리꼴과 삼각형을 이룰 수 있는데, 돌출부(111)에서 노출되어 분리막(52)과 접촉하는 접촉면(S3)이 함몰부(112)의 접촉면(S4) 보다 더 길게 형성된다. 이는 돌출부(111)의 접촉면(S3)이 분리막(52)과 접촉을 이루면서 분리막(52)과 돌출부(111)의 마찰계수를 감소시키기 위한 것이다. 만일, 돌출부(111)의 단면 구조와 함몰부(112)의 단면 구조가 반대로 되어 있다고 가정하면, 돌출부(111)의 A2 - A2' 단면의 형상이 삼각을 이룸에 따라 분리막(52)을 찢거나 분리막(52)이 날카로운 단면에 걸릴 우려가 있다.

이에 따라, 돌출부(111)의 접촉면(S3) 길이(d1)는 원호를 이루는 핀 몸체(110)의 외주연 길이(d3) 대비 50% 내지 80%로 형성될 수 있다.

요철 구조물(110a)은 핀 몸체(110) 외주연에 형성되며, 핀 경사면(S2)을 제외한 전 영역에 걸쳐 형성될 수 있다. 다만, 요철 구조물(110a)은 핀 몸체(110)에서 분리막(52)으로 진입하는 영역에 대해서만 형성될 수 있으며, 분리막(52)과 접촉하지 않는 영역에는 형성되지 않을 수 있다.

상기한 리폼 핀(100)은 도 5에 도시된 바와 같이 전극 조립체(50)의 하단부에 첨두(P1)가 삽입되고 첨두(P1)가 전극 조립체(50)의 중심부로 점차 진입하면서 도 6에 도시된 바와 같이 첨두(P1)에 비해 면적이 더 큰 핀 몸체(110)가 진입함에 따라, D7 방향으로 분리막(52)을 밀어올려 S5 영역과 S6 영역으로 분리막(52)을 밀착시키게 된다. 이때, S5 영역과 S6 영역은 전극 조립체(50)의 중심부(51)의 내측면에 해당할 수 있다. 이러한 분리막(52) 밀착에 따라 전극 조립체(50)의 중심부(51)는 분리막(52)이 태극 무늬를 형성하지 않은 원형을 유지하며, 이후의 공정인 저항 용접봉 삽입공정 또는 센터 핀 삽입공정을 진행 시, 전극 조립체(50)의 불량을 유발하지 않을 수 있다.

도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 리폼 핀의 사시도를 도시한다.

도 7을 참조하면, 실시예에 따른 리폼 핀(200)은 핀 몸체(210), 핀 경사면(S12), 부 경사면(S11)을 포함하여 구성될 수 있다.

핀 몸체(210)는 원통형으로 형성되며, 표면에는 요철 구조물(210a)이 형성될 수 있다. 요철 구조물(210a)은 도 4에 도시된 요철 구조물(110a)과 동일한 것으로, 요철 구조물(201a)에 대한 설명은 도 4를 통해 설명된 요철 구조물(110a)에 대한 설명을 준용하도록 하며, 중복되는 설명은 생략하도록 한다.

도 7의 실시예에서, 핀 몸체(210)에 형성되는 경사면은 서로 다른 각도로 형성될 수 있다. 종단부에는 핀 경사면(S12)이 형성되고, 핀 경사면(S12)에서 핀 몸체(110)의 외주연을 향해 부 경사면(S11)이 형성될 수 있다. 핀 경사면(S12)에서 연장되는 부 경사면(S11)은 핀 경사면(S12)과 평행을 이루지 않고 각도(θ1)로 꺽여 올라가는 형태를 가질 수 있다. 이는 핀 경사면(S12)에 의해 종단부(220)가 전극 조립체(50)의 중심부(51)로 진입한 이후, 중심부(51)에 위치하는 분리막(52)이 D7 방향으로 확실히 리프트-업(Lift up)되도록 하는데 따른다. 이때, 핀 경사면(S12)의 기준선(221)과 부 경사면(S11)의 기준선(211)은 각도의 차이는 가지나, A1 방향에서 볼 때는 하나의 직선으로 보일 수 있다. 이는, 핀 경사면(221)과 부 경사면(211)은 핀 몸체(210)에서 동일한 외주연에 형성됨을 의미하고 있다.

A1 방향에서 핀 경사면(S12)의 기준선(221)과 부 경사면(S11)의 기준선(211)이 하나의 직선으로 보일 때, 핀 경사면(S12)과 부 경사면(S11)의 기준선(221, 211)의 길이 비는 2:1 내지 4:1 을 이룰 수 있다. 이는 핀 경사면(S12)이 길게 형성되고, 부 경사면(S11)이 짧게 형성되도록 함을 의미하며, 부 경사면(S11)은 핀 경사면(S12)와 이루는 각도(θ1)에 의해 넓어지는 면적을 이용하여 핀 경사면(S12)이 중심부(51)에 진입한 이후, 중심부(51)에 위치하는 분리막(52)을 중심부(51)의 테두리 면을 향해 밀어내도록 한다. 이후, 부 경사면(S11)과 이어지는 핀 몸체(210)가 더욱 넓은 단면을 이용하여 분리막(52)DL 중심부(51)의 테두리 면에 밀착되도록 할 수 있다.

도 8은 도 7의 핀 경사면(S12)과 부 경사면(S11)의 경계면 구조에 대한 다른 실시예를 도시한다.

도 8을 참조하면, 도시된 리폼 핀은 도 7에 도시된 것과 동일하되, 다만 핀 경사면(S12)과 부 경사면(S11) 사이의 경계선(RS)이 라운드 처리되어 도시된 리폼 핀(200)이 전극 조립체(50)의 중심부(51)로 진입 시, 중심부(51)에 위치하는 분리막(52)과의 마찰을 최소화한다.

전술한 바와 같은 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시예에 관해 설명하였다. 그러나 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서는 여러 가지 변형이 가능하다. 본 발명의 기술적 사상은 본 발명의 기술한 실시예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

100 : 핀 몸체 110 : 요철 구조물
110a : 돌출부 110b : 함몰부
120 : 종단부 S2 : 핀 경사면

Claims

젤리-롤 중심부에 위치하는 분리막을 상기 젤리-롤 테두리로 밀어 봉합하는 리폼 핀에 있어서,
원통형의 핀 몸체;
상기 핀 몸체의 종단부에 형성되며, 상기 핀 몸체의 일 측면에서 상기 종단부의 첨두 중심을 향해 절단면을 형성하는 핀 경사면; 및
상기 핀 경사면의 배면에 형성되는 요철구조물;을 포함하는 것을 특징으로 하는 비 접촉성 리폼 핀.
제1항에 있어서,
상기 핀 몸체는,
상기 핀 경사면을 제외한 나머지 영역에 대해 상기 요철구조물이 연장되어 형성되는 것을 특징으로 하는 비 접촉성 리폼 핀.
제1항에 있어서,
상기 핀 경사면에서 상기 핀 몸체의 외주연 방향으로 연장되는 부 경사면;을 더 포함하며,
길이방향 중심선이 상기 핀 경사면의 길이방향 중심선과 일치하는 것을 특징으로 하는 비 접촉성 리폼 핀.
제3항에 있어서,
상기 핀 경사면과 상기 부 경사면의 길이방향 중심선 길이는, 2:1 내지 4:1의 비율인 것을 특징으로 하는 비 접촉성 리폼 핀.
제3항에 있어서,
상기 핀 경사면과 상기 부 경사면은,
라운딩 처리된 경계면을 구비하는 것을 특징으로 하는 비 접촉성 리폼 핀.
제1항에 있어서,
상기 요철구조물은,
상기 핀 몸체에서 돌출되는 돌출부와 상기 핀 몸체를 향해 함몰되는 함몰부가 교번되게 배치되는 것을 특징으로 하는 비 접촉성 리폼 핀.