KR101757381B1 - 원통형 젤리롤 전극조립체 제조용 권심 - Google Patents

Abstract

본 발명은 원통형 젤리롤 전극조립체 제조용 권심을 개시한다. 본 발명에 따른 원통형 젤리롤 전극조립체 제조용 권심은, 양극/분리막/음극 구조를 포함하는 긴 시트형의 적층체로 원통형 젤리롤 전극조립체의 제조를 위한 권취 공정에 사용되는 권심에 있어서, 상기 권심은 회전 중심축에 대한 수직 단면 형상이 원형이고, 시트형 적층체가 삽입되는 중앙부위를 중심으로, 일측에 위치한 제1 권심부와, 타측에 위치한 제2 권심부로 분리되어 있고, 상기 제1 권심부와 제2 권심부 중 적어도 어느 하나에는 길이방향을 따라 부분적으로 단면 형상이 일부 만입되어 있는 적어도 하나 이상의 마찰 회피부가 형성된 것을 특징으로 한다.

Description

원통형 젤리롤 전극조립체 제조용 권심{Mandrel for preparation of cylindrical-jelly roll type electrode assembly}

본 발명은 원통형 젤리롤 전극조립체 제조용 권심에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 양극/분리막/음극 구조를 포함하는 긴 시트형의 적층체로 원통형 젤리롤 전극조립체의 제조를 위한 권취 공정에 사용되는 권심으로서, 전극조립체의 배출시 권심과 분리막의 사이의 공간 확보를 통해 권취 공정에서 전극조립체의 배출이 원활히 이루어지도록 할 수 있는 원통형 젤리롤 전극조립체 제조용 권심에 관한 것이다.

모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서의 이차전지의 수요가 급격히 증가하고 있고, 그러한 이차전지 중 높은 에너지 밀도와 방전 전압의 리튬 이차전지에 대해 많은 연구가 행해졌고 또한 상용화되어 널리 사용되고 있다.

이차전지는 전지 케이스의 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, 전지 케이스에 내장되는 상기 전극조립체는 양극/분리막/음극의 적층 구조로 이루어진 충방전이 가능한 발전소자로서, 활물질이 도포된 긴 시트형의 양극과 음극 사이에 분리막을 개재하여 권취한 젤리롤형과, 소정 크기의 다수의 양극과 음극을 분리막에 개재된 상태에서 순차적으로 적층한 스택형, 및 스택형의 단위 셀들을 긴 길이의 분리필름으로 권취한 스택/폴딩형으로 대략 분류된다. 그 중 젤리롤형 전극조립체는 제조가 가장 용이하고 중량당 에너지 밀도가 높은 장점을 가지고 있다.

이러한 젤리롤형 전극조립체는 양극 활물질이 알루미늄 호일에 도포되어 있는 양극과 음극 활물질이 구리 호일에 도포되어 있는 음극 사이에 분리막을 개재한 후 원통형으로 권취하여 제조하게 된다. 상기 권취는 권심에 분리막을 우선 감은 후 양극과 음극을 함께 감아 원통형으로 권취한 후 권심을 제거하는 과정으로 수행하게 된다.

그런데, 상기 권심을 제거하는 공정시 최내층에 위치하는 분리막과 권심 사이의 마찰력에 의해 전극 또는 분리막의 일부가 권취된 전극조립체 밖으로 누락되는 현상('꽁지 빠짐 현상') 등의 불량이 발생하여 생산 효율이 저하되거나, 전극의 단선 및 내부 단락 등 전지의 안전성을 저하시키는 문제가 발생한다. 특히, 마찰계수가 높고 기계적 강도가 낮은 신규 소재의 분리막을 적용할 경우, 권심과의 마찰력에 의해 분리막의 밀림 또는 전극조립체 외부로 분리막이 끌려오는 현상이 매우 심각해 지는 문제가 있다.

따라서, 전극조립체의 변형을 효과적으로 방지하면서도 전극조립체의 제조 공정시 분리막의 손상 및 생산 효율의 저하를 방지하고 전지의 안전성을 향상시켜 전지 수명을 연장시킬 수 있는 기술이 필요한 실정이다.

본 발명은 상술한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로서, 권심의 구조 변경을 통해 권심과 분리막 사이의 공간을 확보할 수 있도록 함으로써, 권심과 분리막 사이의 마찰력을 감소시켜 권취 공정에서 전극조립체의 배출이 원활히 이루어지도록 할 수 있는 원통형 젤리롤 전극조립체 제조용 권심을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 원통형 젤리롤 전극조립체 제조용 권심은, 양극/분리막/음극 구조를 포함하는 긴 시트형의 적층체로 원통형 젤리롤 전극조립체의 제조를 위한 권취 공정에 사용되는 권심에 있어서, 상기 권심은 회전 중심축에 대한 수직 단면 형상이 원형이고, 시트형 적층체가 삽입되는 중앙부위를 중심으로, 일측에 위치한 제1 권심부와, 타측에 위치한 제2 권심부로 분리되어 있고, 상기 제1 권심부와 제2 권심부 중 적어도 어느 하나에는 길이방향을 따라 부분적으로 단면 형상이 일부 만입되어 있는 적어도 하나 이상의 마찰 회피부가 형성된 것을 특징으로 한다.

바람직하게, 상기 마찰 회피부는 상기 시트형 적층체가 권취되는 부위에 배치된다.

바람직하게, 상기 마찰 회피부는 상기 시트형 적층체가 권취되는 최외곽 부위에는 배치되지 않는다.

바람직하게, 상기 마찰 회피부는 상기 권심의 원형의 외주면 일부에 평탄하게 만입된 형상으로 형성되거나, 상기 권심의 원형의 외주면에 다각형으로 만입된 형상으로 형성되거나, 상기 권심의 원형의 외주면 반경보다 작은 반경의 원형으로 만입된 형상으로 형성될 수 있다.

바람직하게, 상기 제1 권심부와 상기 제2 권심부는 각각이 서로 개별적인 전진과 후진이 가능하게 설치된다.

바람직하게, 상기 권심으로부터 상기 시트형 적층체가 권취된 전극조립체의 배출시 상기 제2 권심부가 선 후진되어 제거되고, 이후 제1 권심부가 후진되어 상기 전극조립체의 배출이 이루어진다.

바람직하게, 상기 마찰 회피부는 상기 전극조립체의 배출시 선 후진되는 제2 권심부에 형성된다.

바람직하게, 상기 제1 권심부와 제2 권심부 중 적어도 어느 하나의 외주면에는 길이방향을 따라 평탄부가 형성된다.

바람직하게, 상기 제1 권심부에는 상기 평탄부가 형성되고, 제2 권심부에는 상기 마찰 회피부가 형성된다.

본 발명의 다른 기술적 과제는 상술한 원통형 젤리롤 전극조립체 제조용 권심을 사용하여 제조된 원통형 젤리롤 전극조립체를 포함하고 있는 원통형 리튬 이차전지에 의해 달성될 수 있다.

본 발명에 따르면, 원통형 젤리롤 전극조립체의 제조를 위한 권취 공정에 사용되는 권심의 구조를 개선함으로써, 권심과 분리막 사이의 공간을 확보시켜 권심과 분리막 사이의 마찰력을 감소시킬 수 있으므로 원통형 젤리롤 전극조립체의 배출을 용이하게 할 수 있다. 이를 통해, 기계적 강도가 낮은 신규 소재의 저가 분리막을 전극조립체에 사용되더라도 권심과 분리막 간의 마찰에 의한 분리막 손상을 방지할 수 있다.

본 명세서에 첨부되는 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 발명의 후술되는 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니된다.
도 1은 본 발명에 따른 원통형 젤리롤 전극조립체 제조용 권심의 구성을 도시한 도면이다.
도 2는 도 1의 A-A' 단면을 도시한 단면도이다.
도 3은 도 1의 B-B' 단면을 도시한 단면도이다.
도 4는 도 1의 B-B' 단면으로 다른 예를 도시한 단면도이다.
도 5는 도 1의 B-B' 단면으로 또 다른 예를 도시한 단면도이다.
도 6a 내지 도 6c는 본 발명에 따른 원통형 젤리롤 전극조립체 제조용 권심으로부터 권취된 전극조립체를 배출하는 과정을 설명하기 위해 도시한 도면들이다.

이하 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

도 1은 본 발명에 따른 원통형 젤리롤 전극조립체 제조용 권심의 구성을 도시한 도면이고, 도 2는 도 1의 A-A' 단면을 도시한 단면도이고, 도 3은 도 1의 B-B' 단면을 도시한 단면도이고, 도 4는 도 1의 B-B' 단면으로 다른 예를 도시한 단면도이고, 도 5는 도 1의 B-B' 단면으로 또 다른 예를 도시한 단면도이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 원통형 젤리롤 전극조립체 제조용 권심은, 전체적으로 대략 원통형이며, 회전 중심축에 대한 수직 단면 형상이 원형으로 이루어져 양극/분리막/음극 구조를 포함하는 긴 시트형의 적층체를 원통형의 젤리롤 전극조립체로 권취하기 위한 것으로, 시트형 적층체가 삽입되는 중앙부위를 중심으로, 일측에 위치한 제1 권심부(110)와 타측에 위치한 제2 권심부(120)로 분리되어 있고, 상기 제1 권심부(110)와 제2 권심부(120) 중 적어도 어느 하나에는 길이방향을 따라 부분적으로 단면 형상이 일부 만입되어 있는 적어도 하나 이상의 마찰 회피부(140)가 형성된다.

상기 제1 권심부(110)와 제2 권심부(120)의 앞쪽 단부에는 시트형 적층체의 단부가 삽입되는 삽입부(130)가 형성되어 있고, 제1 권심부(110)의 외주면에는 길이방향을 따라 평탄부(115)가 형성되어 시트형 적층체와 함께 개재되는 전극 탭이나 보호테이프를 수용할 수 있도록 할 수 있다. 또한, 제1 및 제2 권심부(110, 120)는 각각 그에 대응하는 지지부재(111, 112)와 결합되고, 이 지지부재(111, 112)에는 구동부(미도시)가 결합되어 제1 및 제2 권심부(110, 120)에 회전력을 인가할 수 있고, 또한, 각각이 소정의 액추에이터(미도시)에 의해 상기 제1 권심부(110)와 상기 제2 권심부(120)를 서로 개별적인 전진과 후진 동작을 가능하게 한다. 이러한 동작에 의하면 원통형 젤리롤 전극조립체(10)가 완성되었을 때 권심에서 전극조립체(10)를 편리하게 배출할 수 있다.

즉, 권심으로부터 상기 시트형 적층체가 권취된 전극조립체의 배출시 상기 제2 권심부(120)가 선 후진되어 제거되고, 이후 제1 권심부(110)가 후진되어 상기 전극조립체의 배출이 이루어지게 된다.

이와 같은 구성에서, 상기 마찰 회피부(140)는 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 전극조립체의 배출시 선 후진되는 제2 권심부(120)에 형성되며, 제2 권심부(120)의 길이방향을 따라 부분적으로 단면 형상이 일부 만입된 형상으로 적어도 하나 이상의 개소에 형성된다. 또한, 상기 마찰 회피부(140)의 단면 형상은 도 3에 도시된 바와 같이, 권심의 원형의 외주면 일부에 평탄하게 만입된 형상으로 형성된다. 또한, 상기 마찰 회피부(140)는 상기 전극조립체가 권취되는 부위에 배치되며, 이때, 전극조립체의 최외곽 부위에는 마찰 회피부(140)가 배치되지 않도록 하는 것이 바람직하다.

이와 같은 구성에 의하면, 권심의 배출시 제2 권심부(120)에 형성된 마찰 회피부(140)와 전극조립체의 최내층 사이에 공간을 확보할 수 있게 함으로써 마찰력을 줄일 수 있어 전극조립체의 손상이나 꽁지 빠짐 현상 등을 효과적으로 방지할 수 있다. 한편, 도 1에는 상기 마찰 회피부(140)가 상기 제2 권심부(120)에 형성된 것으로 설명되었으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 제1 권심부(110)에 형성되거나, 제1 및 제2 권심부(110, 120) 모두에 형성될 수 있음은 자명하다.

한편, 상기 마찰 회피부(140)의 단면 형상은 도 3에 도시된 형태에 의해 한정되는 것은 아니며, 도 4에 도시된 바와 같이, 마찰 회피부(140a)가 권심의 원형의 외주면에 다각형으로 만입된 형상으로 형성되거나, 도 5에 도시된 바와 같이, 마찰 회피부(140b)가 권심의 원형의 외주면 반경보다 작은 반경의 원형으로 만입된 형상으로 형성될 수도 있다.

이하, 도 6a 내지 도 6c를 참조하여 본 발명에 따른 원통형 젤리롤 전극조립체 제조용 권심으로부터 권취된 전극조립체를 배출하는 과정을 설명한다.

도 6a 내지 도 6c는 본 발명에 따른 원통형 젤리롤 전극조립체 제조용 권심으로부터 권취된 전극조립체를 배출하는 과정을 설명하기 위해 도시한 도면들이다.

먼저, 도 6a에 도시된 바와 같이, 상기 제1 및 제2 권심부(110, 120)를 권취 위치에 위치시키고, 시트형 적층체의 단부를 삽입부(130)를 통해 끼워져서 회전 구동되어 원통형의 젤리롤 전극조립체(10)를 권취한다. 이때, 상기 전극조립체(10)가 권취된 부위의 제2 권심부(120)에는 마찰 회피부(140)가 배치되어 있다.

상기 전극조립체(10)의 권취가 완료된 후, 권심의 제거는 도 6b에 도시된 바와 같이, 우선적으로 제2 권심부(120)를 후진시켜 전극조립체(10)로부터 제2 권심부(120)를 제거한다. 이때, 상기 제2 권심부(120)에는 적어도 하나 이상의 마찰 회피부(140)가 형성되어 있음으로 마찰 회피부(140)와 전극조립체(10)의 최내층 사이에 공간을 확보할 수 있게 된다.

그런 다음, 도 6c에 도시된 바와 같이, 제1 권심부(110)를 후진시켜 전극조립체(10)로부터 제1 권심부(110)를 제거한다.

이와 같이, 전극조립체(10)의 배출 공정에서 선 후진되는 제2 권심부(120)에 마찰 회피부(140)를 형성됨에 따라 상대적으로 큰 마찰력을 받게 되는 제2 권심부(120)의 배출시 전극조립체(10)의 최내층 사이에 공간을 확보하여 마찰력을 줄일 수 있게 되므로 꽁지 빠짐 현상 등의 불량 발생을 유발하지 않고 전극조립체(10)의 배출을 원활히 이루어지게 할 수 있다.

이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.

10: 전극조립체
110: 제1 권심부 115: 평탄부
120: 제2 권심부 130: 삽입부
140: 마찰 회피부

Claims (12)

1. 양극/분리막/음극 구조를 포함하는 긴 시트형의 적층체로 원통형 젤리롤 전극조립체의 제조를 위한 권취 공정에 사용되는 권심에 있어서,
   상기 권심은 회전 중심축에 대한 수직 단면 형상이 원형이고, 시트형 적층체가 삽입되는 중앙부위를 중심으로, 일측에 위치한 제1 권심부와, 타측에 위치한 제2 권심부로 분리되어 있고,
   상기 제1 권심부와 제2 권심부 중 적어도 어느 하나에는 길이방향을 따라 부분적으로 단면 형상이 일부 만입되어 있는 적어도 하나 이상의 마찰 회피부가 형성되고,
   상기 제1 권심부와 상기 제2 권심부는 각각이 서로 개별적인 전진과 후진이 가능하게 설치된 것을 특징으로 하는 원통형 젤리롤 전극조립체 제조용 권심.
2. 제1항에 있어서,
   상기 마찰 회피부는 상기 시트형 적층체가 권취되는 부위에 배치되는 것을 특징으로 하는 원통형 젤리롤 전극조립체 제조용 권심.
3. 제2항에 있어서,
   상기 마찰 회피부는 상기 시트형 적층체가 권취되는 최외곽 부위에는 배치되지 않는 것을 특징으로 하는 원통형 젤리롤 전극조립체 제조용 권심.
4. 제1항에 있어서,
   상기 마찰 회피부는 상기 권심의 원형의 외주면 일부에 평탄하게 만입된 형상으로 형성된 것을 특징으로 하는 원통형 젤리롤 전극조립체 제조용 권심.
5. 제1항에 있어서,
   상기 마찰 회피부는 상기 권심의 원형의 외주면에 다각형으로 만입된 형상으로 형성된 것을 특징으로 하는 원통형 젤리롤 전극조립체 제조용 권심.
6. 제1항에 있어서,
   상기 마찰 회피부는 상기 권심의 원형의 외주면 반경보다 작은 반경의 원형으로 만입된 형상으로 형성된 것을 특징으로 하는 원통형 젤리롤 전극조립체 제조용 권심.
7. 삭제
8. 제1항에 있어서,
   상기 권심으로부터 상기 시트형 적층체가 권취된 전극조립체의 배출시 상기 제2 권심부가 선 후진되어 제거되고, 이후 제1 권심부가 후진되어 상기 전극조립체의 배출이 이루어지는 것을 특징으로 하는 원통형 젤리롤 전극조립체 제조용 권심.
9. 제8항에 있어서,
   상기 마찰 회피부는 상기 전극조립체의 배출시 선 후진되는 제2 권심부에 형성된 것을 특징으로 하는 원통형 젤리롤 전극조립체 제조용 권심.
10. 제1항에 있어서,
    상기 제1 권심부와 제2 권심부 중 적어도 어느 하나의 외주면에는 길이방향을 따라 평탄부가 형성된 것을 특징으로 하는 원통형 젤리롤 전극조립체 제조용 권심.
11. 제10항에 있어서,
    상기 제1 권심부에는 상기 평탄부가 형성되고, 제2 권심부에는 상기 마찰 회피부가 형성된 것을 특징으로 하는 원통형 젤리롤 전극조립체 제조용 권심.
12. 삭제

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