KR101856819B1 - 전극 조립체 제작 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 전극 조립체 제작 시스템에 관한 것으로서, 보다 자세하게는 생산 속도를 향상 시켜 전극 조립체를 효율적으로 제작할 수 있는 전극 조립체 제작 시스템에 관한 것이다.
본 발명에 따른 전극 조립체 제작 시스템은 복수 개의 전극 및 분리막을 교대로 적층하여 기본 단위체를 제작하는 기본 단위체 제작 장치, 기본 단위체 복수 개를 정렬된 상태로 쌓아 올려 단위체 스택부를 제작하는 정렬 장치, 정렬 장치로부터 전달되는 단위체 스택부를 소정 경로의 가이드 레일을 따라 이송시키는 이송 장치, 및 가이드 레일을 따라 이송되는 단위체 스택부의 상면으로부터 단위체 스택부의 측면을 따라 단위체 스택부의 하면까지 연장되어 단위체 스택부를 고정하는 테이프를 단위체 스택부에 부착하는 테이핑 장치를 포함한다.

Description

전극 조립체 제작 시스템{SYSTEM FOR MANUFACTURING AN ELECTRODE ASSEMBLY}
본 발명은 전극 조립체 제작 시스템에 관한 것으로서, 보다 자세하게는 생산 속도를 향상 시켜 전극 조립체를 효율적으로 제작할 수 있는 전극 조립체 제작 시스템에 관한 것이다.
이차 전지는 일차 전지와는 달리 재충전이 가능하고, 또 소형 및 대용량화 가능성으로 인해 근래에 많이 연구 개발되고 있다. 모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서의 이차 전지의 수요가 급격하게 증가하고 있다.
이차 전지는 전지 케이스에 전극 조립체가 내장되어 구성될 수 있다. 전지 케이스의 내부에 장착되는 전극 조립체는 양극/분리막/음극의 적층 구조로 이루어진 충방전이 가능한 발전소자이다.
도 1은 전극 조립체의 구조를 도시하는 단면도이다. 도 2는 제작이 완료된 전극 조립체를 도시하는 사시도이다.
도 1을 참조하면, 전극 조립체(1)는 기본 단위체(10)가 적층되어 형성된 단위체 스택부(30)를 포함하여 형성될 수 있고, 추가로 단위체 스택부(30) 상에 추가로 적층되는 보조 단위체(20)를 더 포함할 수도 있다. 도 1에서는 단위체 스택부(30) 위에 보조 단위체(20)가 적층되어 형성되는 전극 조립체(1)가 도시되고 있다.
기본 단위체(10)는 전극과 분리막(15)이 교대로 배치되어 일체로 결합된 결합체일 수 있다. 도 1에서 도시되는 기본 단위체(10)는 양극(11), 분리막(15), 음극(13), 분리막(15)이 위에서 아래로 순차적으로 배치되어 형성되어 있다. 물론 기본 단위체(10)의 구성이 이에 한정되는 것은 아니고 양극(11), 분리막(15), 음극(13)의 다양한 조합이 가능할 수 있다. 이러한 기본 단위체(10)가 복수 개 적층되면 단위체 스택부(30)가 될 수 있다.
보조 단위체(20)는 단위체 스택부(30)에 추가로 적층될 수 있는 단위체로, 전극과 분리막(15)이 교대로 배치되어 결합된 형태일 수 있다. 도 1에서 도시되는 보조 단위체(20)는 분리막(15), 음극(13), 분리막(15)이 위에서 아래로 순차적으로 배치되어 형성되어 있다. 보조 단위체(20) 역시 필요에 따라 분리막(15), 음극(13), 분리막(15)의 순서 이외에 다른 구성을 가질 수 도 있다.
전극 조립체(1)는 기본 단위체(10)가 적층되어 형성되는 단위체 스택부(30)만을 포함하는 개념일 수도 있고, 단위체 스택부(30)와 단위체 스택부(30)에 추가로 적층되는 보조 단위체(20)를 포함하는 개념일 수 있다. 그리고 전극 조립체(1)는 측부에 부착되는 테이프(40)를 더 포함할 수 있다. 테이프(40)는 전극 조립체(1)의 각 구성들이 서로 떨어 지지 않도록 잡아주는 역할을 할 수 있다.
테이프(40)는 기본 단위체(10) 서로 간에 또는 기본 단위체(10)와 보조 단위체(20) 간에 서로 떨어지지 않도록 잡아주는 역할을 할 수 있다. 또 보조 단위체(20)와 단위체 스택부(30)가 서로 떨어지지 않도록 잡아주는 역할을 할 수도 있다.
도 2에서는 테이프(40)가 견고하게 부착되어 전극 조립체(1)가 제작 완료된 모습이 도시되고 있다.
종래에는 전극 조립체(1)를 제작하기 위하여는 기본 단위체(10), 보조 단위체(20)를 일일이 적층하는 과정을 통하여 제작하였다. 그러나 이러한 방식은 생산 속도가 빠르지 못한 한계가 있으므로 문제되었다.
따라서 본 발명은 위와 같은 문제를 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 과제는 생산 속도를 향상 시켜 전극 조립체를 효율적으로 제작할 수 있는 전극 조립체 제작 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 전극 조립체 제작 시스템은 복수 개의 전극 및 분리막을 교대로 적층하여 기본 단위체를 제작하는 기본 단위체 제작 장치, 기본 단위체 복수 개를 정렬된 상태로 쌓아 올려 단위체 스택부를 제작하는 정렬 장치, 정렬 장치로부터 전달되는 단위체 스택부를 소정 경로의 가이드 레일을 따라 이송시키는 이송 장치, 및 가이드 레일을 따라 이송되는 단위체 스택부의 상면으로부터 단위체 스택부의 측면을 따라 단위체 스택부의 하면까지 연장되어 단위체 스택부를 고정하는 테이프를 단위체 스택부에 부착하는 테이핑 장치를 포함한다.
본 발명에 따른 전극 조립체 제작 시스템은 기본 단위체 제작 장치, 기본 단위체를 쌓아 올려 단위체 스택부를 제작하는 정렬 장치, 단위체 스택부를 소정 경로의 가이드 레일을 따라 이송시키는 이송 장치, 및 테이프를 단위체 스택부에 부착하는 테이핑 장치를 포함함으로써, 전극 조립체의 생산 속도를 향상 시켜 전극 조립체를 효율적으로 제작할 수 있다.
도 1은 전극 조립체의 구조를 도시하는 단면도이다.
도 2는 제작이 완료된 전극 조립체를 도시하는 사시도이다.
도 3은 본 발명의 실시예 1에 따른 전극 조립체 제작 시스템을 도시하는 사시도이다.
도 4는 본 발명의 실시예 1에 따른 전극 조립체 제작 시스템의 기본 단위체 제작 장치를 도시하는 사시도이다.
도 5는 본 발명의 실시예 2에 따른 전극 조립체 제작 시스템을 도시하는 사시도이다.
이하에서는 첨부의 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다. 그러나 본 발명이 이하의 실시예에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
실시예 1
도 3은 본 발명의 실시예 1에 따른 전극 조립체 제작 시스템을 도시하는 사시도이다. 도 4는 본 발명의 실시예 1에 따른 전극 조립체 제작 시스템의 기본 단위체 제작 장치를 도시하는 사시도이다.
이하에서는 도 3 및 도 4를 참조하여 본 발명의 실시예 1에 따른 전극 조립체 제작 시스템에 대해 설명한다.
본 발명의 실시예 1에 따른 전극 조립체 제작 시스템(100)은 기본 단위체 제작 장치(110), 정렬 장치(130), 이송 장치(150), 및 테이핑 장치(170)를 포함한다.
먼저 기본 단위체 제작 장치(110)를 설명한다. 기본 단위체 제작 장치(110)는 도 4에서 자세히 도시되고 있다. 기본 단위체 제작 장치(110)는 복수 개의 전극 및 분리막을 교대로 적층하여 기본 단위체(10)를 제작하는 장치이다.
도 4를 참조하면, 먼저 롤 형태로 말려진 긴 시트 형의 제1 전극 재료(91), 제1 분리막 재료(93), 제2 전극 재료(95) 및 제2 분리막 재료(97)를 준비하고 이들을 이용하여 기본 단위체(10)를 제조할 수 있다. 여기서 제1 전극 재료는 양극 재료, 제2 전극 재료는 음극 재료일 수 있다. 제1 분리막 재료(93)와 제2 분리막 재료(97)는 서로 동일한 재료일 수 있다.
제1 전극 재료(91)를 커터(C1)를 통해 소정 크기로 절단하고, 제2 전극 재료(95)도 커터(C2)를 통해 소정 크기로 절단한다. 그런 다음 제1 전극 재료(91)를 제1 분리막 재료(93)에 적층하고, 제2 전극 재료(95)를 제2 분리막 재료(97)에 적층하게 된다.
그 다음 라미네이터(L1, L2)에서 전극 재료와 분리막 재료를 서로 접착시킬 수 있다. 이와 같은 접착으로 전극과 분리막이 일체로 결합된 기본 단위체(10)가 제조될 수 있다.
결합의 방법은 다양할 수 있다. 라미네이터(L1, L2)는 접착을 위해 재료에 압력을 가하거나 압력과 열을 가할 수 있다. 이와 같은 접착은 단위체 스택부(30)를 제조할 때 기본 단위체(10)의 적층을 보다 용이하게 할 수 있다. 또한 이와 같은 접착은 기본 단위체(10)의 정렬에도 유리하다. 이와 같은 접착 후에 제1 분리막 재료(93)와 제2 분리막 재료(97)를 커터(C3)를 통해 소정 크기로 절단하면, 기본 단위체(10)가 제조될 수 있다.
도 3을 참조하면, 이렇게 제작된 기본 단위체(10)는 정렬 장치(130)에 의하여 정렬될 수 있다. 기본 단위체 제작 장치(110)에서 정렬 장치(130)로 기본 단위체(10)를 이동시키고, 정렬 장치(130)로 이동된 기본 단위체(10)는 복수 개가 정렬된 상태로 쌓아 올려질 수 있다. 정렬 장치(130)는 바(bar) 형상의 가이드부(131)를 가지고 있으므로 복수 개의 기본 단위체(10)를 가지런하게 정렬 할 수 있다. 기본 단위체 제작 장치(110)에서 정렬 장치(130)로 기본 단위체(10)를 이동시킬 때에는 집게 형상의 클램핑 장치(미도시)를 이용하여 집어서 옮길 수 있다.
이렇게 정렬 장치(130)는 기본 단위체(10) 복수 개를 정렬된 상태로 쌓아 올려 단위체 스택부(30)를 제작할 수 있다.
이송 장치(150)는 단위체 스택부(30)를 정렬 장치(130)로부터 전달 받아 소정 경로의 가이드 레일(151)을 따라 이송시키는 장치이다.
이송 장치(150)는 트레이부(153) 및 구동부(155)를 포함할 수 있다. 트레이부(153)는 정렬 장치(130)로부터 전달 받은 단위체 스택부(30)가 올려지는 부분으로 플레이트 형상을 가질 수 있다. 트레이부(153)는 단위체 스택부(30)가 적재된 상태로 가이드 레일(151)에 의하여 안내되는 경로를 따라 이송될 수 있다.
가이드 레일(151)은 순환되는 경로를 가질 수 있다. 그에 따라 트레이부(153)가 가이드 레일(151)을 따라 L방향으로 한 바퀴 순환하여 이동하면 다시 원래의 자리로 돌아올 수 있다.
구동부(155)는 트레이부(153)에 구동력을 전달하는 구성으로, 이송벨트(157)와 롤러부재(159)를 포함할 수 있다. 이송벨트(157)에는 트레이부(153)가 장착되며, 가이드 레일(151)의 가이드를 받아서 가이드 레일(151)을 따라 이동할 수 있다. 이송벨트(157)는 폐쇄형의 벨트로 계속적으로 순환 이동할 수 있다.
롤러부재(159)는 이송벨트(157)에 결합되어 이송벨트(157)를 구동시키는 구성이다. 즉, 상호 이격되게 배치된 한 쌍의 롤러부재(159)가 회전하면서 동력을 공급하여 이송벨트(157)를 L방향으로 가이드 레일(151)을 따라 이동 시킬 수 있다. 이때, 이송 벨트에 부착된 트레이부(153) 역시 L방향으로 이동될 수 있다.
즉, 롤러부재(159)는 한 쌍이 상호 이격되게 배치된 상태로 회전하면서 이송벨트(157)에 구동력을 인가하고 그에 따라 이송벨트(157)가 L방향으로 이동할 수 있으며, 이송 벨트가 회전하면 이송벨트(157)에 부착된 트레이부(153) 역시 L방향으로 이송될 수 있는 것이다.
이때 트레이부(153)는 이송벨트(157)에 탈착 가능하게 결합될 수 있다. 그에 따라 이송벨트(157)에는 복수 개의 트레이부(153)가 장착될 수 있다.
단위체 스택부(30)는 트레이부(153)에 올려진 상태로 L 방향으로 가이드 레일(151)을 따라 이송되는데, 이때 테이핑 장치(170)는 가이드 레일(151)을 따라 이송되는 단위체 스택부(30)에 테이프를 부착할 수 있다.
테이핑 장치(170)는 단위체 스택부(30)의 상면으로부터 단위체 스택부(30)의 측면을 따라 단위체 스택부(30)의 하면까지 연장되어 단위체 스택부(30)를 고정하는 테이프를 단위체 스택부(30)에 부착할 수 있다.
이때 테이핑 장치(170)가 테이프를 부착하기 위해서는 소정의 시간이 필요할 수 있는데, 이를 위해 트레이부(153)는 소정의 거리 이동 후 소정의 시간 동안 정지하는 동작을 반복하며 이동할 수 있다.
이렇게 테이프까지 부착이 끝나게 되면 도 2에서 도시되는 것과 같은 전극 조립체(1)가 제작 완료될 수 있다.
이러한 방식으로 전극 조립체(1)를 생산하게 되면 전극 조립체(1)의 생산 속도가 획기적으로 증대될 수 있다. 복수 개의 정렬 장치(130)에서는 복수 개의 단위체 스택부(30)가 만들어지고, 이들이 한꺼번에 이송 장치(150)에 의하여 이송될 수 있기 때문이다.
그리고 계속적으로 순환하는 트레이부(153)에 의하여 이동하는 단위체 스택부(30)에 필요한 단계가 연속적으로 수행될 수 있고, 그에 따라 연속적으로 전극 조립체(1)가 제작될 수 있다. 이는 더욱 빠른 생산 속도를 가능하게 한다.
이상과 같이, 본 발명의 실시예 1에 따른 전극 조립체 제작 시스템(100)은 기본 단위체 제작 장치(110), 정렬 장치(130), 이송 장치(150), 및 테이핑 장치(170)를 포함함으로써, 전극 조립체(1)의 생산 속도를 향상 시켜 전극 조립체(1)를 효율적으로 제작할 수 있다.
실시예 2
도 5는 본 발명의 실시예 2에 따른 전극 조립체 제작 시스템을 도시하는 사시도이다.
본 발명의 실시예 2에 따른 전극 조립체 제작 시스템은 전술한 실시예 1에 따른 전극 조립체 제작 시스템과 유사한 구성을 가진다. 다만, 실시예 2는 보조 적층 장치를 더 포함한다는 점에서 실시예 1과 차이가 있다.
참고로 전술한 구성과 동일한 (또는 상당한) 부분에 대해서는 동일한 (또는 상당한) 도면 부호를 부여하고, 그에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.
이하에서는 도 5를 참조하여 본 발명의 실시예 2에 따른 전극 조립체 제작 시스템에 대해 설명한다.
도 5에서 도시되듯이, 본 발명의 실시예 2에 따른 전극 조립체 제작 시스템(200)은 트레이부(153)에 올려진 채 가이드 레일(151)을 따라 이송되는 단위체 스택부(30)에 보조 단위체(20)를 추가로 적층하는 보조 적층 장치(290)를 포함할 수 있다.
여기서 보조 단위체(20)는 단위체 스택부(30)에 추가로 적층될 수 있는 단위체로, 전극과 분리막이 교대로 적층된 형태일 수 있다. 보조 단위체(20)는 분리막, 음극, 분리막이 위에서 아래로 순차적으로 배치되어 형성될 수 있지만, 필요에 따라 분리막, 음극 분리막의 순서 이외에 다른 구성을 가질 수 도 있다.
보조 적층 장치(290)는 정렬 장치(130)와 테이핑 장치(170)의 중간 위치에 위치 될 수 있다.
이 경우 기본 단위체(10)가 정렬 장치(130)에 의하여 나란히 적층 되어 단위체 스택부(30)가 형성되고, 이 단위체 스택부(30)가 트레이부(153)에 실려 테이핑 장치(170)로 이송되는 중간에 보조 적층 장치(290)에 의하여 보조 단위체(20)가 단위체 스택부(30)의 상부에 추가로 적층될 수 있다. 그리고, 이후 보조 단위체(20)와 단위체 스택부(30)가 함께 테이핑 될 수 있다.
본 발명의 실시예 2에 따른 전극 조립체 제작 시스템(200)은 이러한 구성을 구비함으로 인하여 보조 단위체(20)를 포함하는 전극 조립체(1)를 인라인 형태(계속적인 형태)로 더욱 빠르게 제작할 수 있다.
이상에서 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.
1: 전극 조립체
10: 기본단위체
11: 양극
13: 음극
15: 분리막
20: 보조 단위체
30: 단위체 스택부
40: 테이프
91: 제1 전극 재료
93: 제1 분리막 재료
95: 제2 전극 재료
97: 제2 분리막 재료
100: 전극 조립체 제작 시스템
110: 기본 단위체 제작 장치
130: 정렬 장치
131: 가이드부
150: 이송 장치
151: 가이드 레일
153: 트레이부
155: 구동부
157: 이송벨트
159: 롤러부재
170: 테이핑 장치
290: 보조 적층 장치

Claims (6)

  1. 복수 개의 전극 및 분리막을 교대로 적층하여 기본 단위체를 제작하는 기본 단위체 제작 장치;
    복수 개의 상기 기본 단위체를 가지런하게 정열하는 바 형상의 가이드부와 상기 가이드부로 상기 기본 단위체를 이동시키는 집게 형상의 클램핑 장치를 포함하여 복수 개의 상기 기본 단위체를 정렬된 상태로 쌓아 올려 단위체 스택부를 제작하는 정렬 장치;
    상기 정렬 장치로부터 전달되는 단위체 스택부를 소정 경로의 가이드 레일을 따라 이송시키는 이송 장치;
    상기 이송 장치에 의해 상기 가이드 레일을 따라 이송되는 상기 단위체 스택부의 상부에 전극 및 분리막이 교대로 적층된 보조 단위체를 추가로 적층할 수 있는 보조 적층 장치; 및
    상기 가이드 레일을 따라 이송되는 상기 단위체 스택부의 상면으로부터 상기 단위체 스택부의 측면을 따라 상기 단위체 스택부의 하면까지 연장되어 상기 단위체 스택부 또는 상기 보조 단위체와 함께 상기 단위체 스택부를 고정하는 테이프를 상기 단위체 스택부에 부착하는 테이핑 장치; 를 포함하는 전극 조립체 제작 시스템.
  2. 삭제
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 이송 장치는,
    상기 단위체 스택부를 적재한 상태로 상기 가이드 레일에 의하여 안내되는 경로를 따라 이송되는 트레이부; 및
    상기 트레이부에 구동력을 전달하는 구동부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 전극 조립체 제작 시스템.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 구동부는,
    상기 트레이부가 장착되며, 동력을 공급받아 상기 트레이부를 이송시키는 이송벨트; 및
    상기 이송벨트와 결합하며, 상호 이격되게 배치된 상태로 회전함으로써 상기 이송벨트에 구동력을 인가하는 한 쌍의 롤러부재;를 포함하는 것을 특징으로 하는 전극 조립체 제작 시스템.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 트레이부는 플레이트 형상을 가지며, 상기 이송벨트에 탈착 가능하게 장착되는 것을 특징으로 하는 전극 조립체 제작 시스템.
  6. 청구항 3에 있어서,
    상기 트레이부는 소정의 거리 이동 후 소정의 시간 동안 정지하는 동작을 반복하며 이동 하는 것을 특징으로 하는 전극 조립체 제작 시스템.
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