KR101878506B1 - 원통형 이차전지의 전극조립체 제조를 위한 권심 구조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 원통형 이차전지의 전극조립체 제조를 위한 와인딩 장치에 사용되는 것으로서, 길이방향으로 가면서 제1 구간과 상기 제1 구간과는 둘레 형상이 상이한 제2 구간을 포함하는 로드 형태의 권심 본체를 구비하고, 상기 제1 구간의 둘레 형상은 상기 전극조립체를 젤리-롤 형태로 권취할 수 있는 원형이고, 상기 제2 구간의 둘레 형상은 상기 전극조립체와 점접촉을 이루도록 비원형인 것을 특징으로 하는 원통형 이차전지의 전극조립체 제조를 위한 권심 구조를 개시한다.

Description

원통형 이차전지의 전극조립체 제조를 위한 권심 구조{MANDREL STRUCTURE FOR FABRICATING ELECTRODE ASSEMBLY OF CYLINDERICAL SECONDARY BATTERY}

본 발명은 원통형 이차전지의 전극조립체 제조를 위한 권심 구조에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 젤리-롤(Jelly-roll) 형태의 전극조립체를 제조하기 위한 권심 구조에 관한 것이다.

일반적으로 원통형 이차전지는 원통형의 전지 케이스와, 상기 전지 케이스의 상부에 밀봉 결합된 캡 조립체와, 전해액과 함께 상기 전지 케이스에 수용된 전극조립체를 포함한다.

전극조립체는 양극, 분리막 및 음극이 교대로 적층된 것으로서, 긴 시트형의 양극들과 음극들이 분리막이 개재된 상태에서 권심에 의해 권취되어 실질적으로 젤리-롤 형태를 이룬다.

이차전지용 전극조립체의 제조를 위한 권심과 관련된 기술은 한국공개특허 제2009-0037552호에 개시되어 있다.

한국공개특허 제2009-0037552호는 유/무기 복합층은 이차전지의 충방전시 부피 변화를 완충할 수 있는 미세 기공을 포함하고 있고, 복합 분리막과 권심 사이의 계면 마찰계수(μ)가 0.28 이하인 것을 특징으로 하는, 젤리-롤형 전극조립체의 변형을 억제하기 위한 제조방법을 개시하고 있다.

한국공개특허 제2009-0037552호에 따르면 유/무기 복합층에 형성된 미세 기공에 의해 충방전시 전극의 부피 변화를 완충할 수 있어서 젤리-롤의 변형을 방지할 수 있다.

통상적으로 원통형 이차전지의 전극조립체 제조를 위한 권심은 도 1의 (a) 내지 (b)에 도시된 바와 같이 상호 독립적으로 전,후진 가능하게 설치된 제1 권심부재(11)와 제2 권심부재(12)로 이루어진 권심 본체(10)를 구비하고, 젤리-롤 타입의 전극조립체(1)의 배출 시 제1 권심부재(11)와 제2 권심부재(12)는 각각 차례대로 후진하도록 동작된다.

그런데, 종래의 권심은 귄취 장치의 테일 센터 핀(Tail center pin)(20)이 삽입되는 구간을 비롯한 모든 구간의 둘레 형상이 도 2에 도시된 바와 같이 실질적으로 원형을 이루는 구조로 인해, 전극조립체(1)의 배출 시 후진하는 제1/제2 권심부재(11,12)에 의해 분리막이 태극 무늬 형상을 이루면서 젤리-롤의 외부로 끌려나오는 문제가 빈번히 발생하는 취약점이 있다.

일반적으로 젤리-롤 타입의 전극조립체 제조공정은 양극/분리막/음극의 적층체의 단부에 권심을 끼워 원통형으로 권취한 후 전극조립체에서 권심을 제거하는 공정을 포함한다. 그러나, 권심을 제거하는 공정 시 전극조립체의 최내층에 위치하는 분리막과 권심 사이의 마찰력에 의해 분리막이 손상되거나 전극조립체 밖으로 끌려나오는 불량이 발생하여 생산 효율이 저하되거나, 전극의 단선 및 내부 단락 등 전지의 안전성을 저하시키는 문제가 발생한다. 특히, 근래에 검토되고 있는 신규 저가 분리막의 경우 마찰계수가 높고 기계적 강도가 낮아 권심과의 마찰에 의해 분리막 밀림, 끌려나오는 현상으로 인한 분리막 손상이 매우 심각해지는 문제가 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 고려하여 창안된 것으로서, 권심과 전극조립체 사이의 마찰력을 최소화하여 젤리-롤 권취 구조에 불량이 발생하는 것을 방지하는 원통형 이차전지의 전극조립체 제조를 위한 권심 구조를 제공하는 데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명은 원통형 이차전지의 전극조립체 제조를 위한 와인딩 장치에 사용되는 것으로서, 길이방향으로 가면서 제1 구간과 상기 제1 구간과는 둘레 형상이 상이한 제2 구간을 포함하는 로드 형태의 권심 본체를 구비하고, 상기 제1 구간의 둘레 형상은 상기 전극조립체를 젤리-롤 형태로 권취할 수 있는 원형이고, 상기 제2 구간의 둘레 형상은 비원형인 것을 특징으로 하는 원통형 이차전지의 전극조립체 제조를 위한 권심 구조를 제공한다.

상기 권심 본체는 둘레 중심을 기준으로 서로 분리된 제1 권심부재 및 제2 권심부재의 쌍으로 이루어지고, 상기 제1 권심부재 및 제2 권심부재는 각각 종방향으로 전,후진 가능하게 설치될 수 있다.

상기 제2 구간의 둘레 형상은 상기 전극조립체의 최내층과 2점 접촉을 이루도록 타원형인 것이 바람직하다.

상기 제2 구간의 타원형 둘레의 장축 지름은 상기 제1 구간의 원형 둘레의 지름과 일치하는 것이 바람직하다.

상기 권심 본체에 있어서, 상기 제1 구간에 비해 상기 제2 구간이 상대적으로 앞부분에 위치하는 것이 바람직하다.

상기 제2 구간은 상기 권취 장치에 구비된 테일 센터 핀이 상기 권심 본체에 삽입되는 구간인 것이 바람직하다.

바람직하게, 상기 제2 구간은 상기 권심 본체의 선단으로부터 20mm 이내의 구간에 해당할 수 있다.

상기 권심 본체에 있어서 상기 제1 구간의 외주면 일부에는 평탄 가공부가 마련될 수 있다.

본 발명에 따르면 권심에 형성된 타원형 구간에 의해 권심과 전극조립체 간에 점접촉이 이루어짐으로써 마찰력을 최소화할 수 있으므로 젤리-롤 권취 구조에 손상이나 분리막을 이루는 시트의 일부가 권취된 전극조립체 밖으로 끌려나오는 현상 등의 불량이 발생하는 것을 방지할 수 있다.

따라서, 본 발명을 적용할 경우 원통형 이차전지에 사용되는 젤리-롤 형태의 전극조립체의 생산성을 높일 수 있다.

또한, 본 발명을 적용할 경우 폴리프로필렌(PP) 소재의 건식 분리막이 전극조립체에 사용되더라도 권심과 전극조립체 간의 마찰에 의한 분리막 손상을 방지할 수 있다.

본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술되는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니된다.
도 1은 종래기술에 따른 원통형 이차전지의 전극조립체 제조를 위한 권심의 구성도,
도 2는 도 1에서 권심의 둘레 형상을 개략적으로 보여주는 구성도,
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 원통형 이차전지의 전극조립체 제조를 위한 권심의 구성도,
도 4는 도 3에서 권심의 둘레 형상을 개략적으로 보여주는 구성도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 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 3 및 도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 원통형 이차전지의 전극조립체 제조를 위한 권심 구조를 도시한 구성도이다.

도 3 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 권심 구조는 둘레 형상이 상이한 제1 구간(A)과 제2 구간(B)을 포함하는 로드(Rod) 형태의 권심 본체(100)를 구비한다. 여기서, 제1 구간(A)과 제2 구간(B)의 길이나 비율은 도면에 도시된 예에 한정되지 않음은 물론이다.

권심 본체(100)의 앞쪽 단부는 시트형 적층체의 단부가 삽입될 수 있도록 벌어진 형태로 구성된다. 또한, 권심 본체(100)는 그 둘레 중심을 기준으로 서로 분리된 제1 권심부재(101) 및 제2 권심부재(102)의 쌍으로 이루어진다. 제1 권심부재(101)와 제2 권심부재(102)는 각각 그에 대응하는 지지부재(110,111)와 결합된다.

제1 권심부재(101) 및 제2 권심부재(102)는 각각 소정의 액츄에이터(미도시)에 의해 구동되어 차례대로 종방향으로 전,후진 동작을 하게 된다. 이러한 동작에 의하면 젤리-롤 형태의 전극조립체(1)가 완성되었을 때 권심에서 전극조립체(1)를 편리하게 배출할 수 있다.

권심 본체(100)에 있어서 제1 구간(A)의 둘레 형상은 전극조립체(1)를 젤리-롤 형태로 권취할 수 있도록 실질적으로 원형을 이룬다. 즉, 제1 구간(A)에 속한 제1 권심부재(101)와 제2 권심부재(102)는 각각 실질적으로 반원 형상의 둘레를 갖도록 구성되고 전체적으로 원형을 이루도록 상호 대향하게 배치된다.

제2 구간(B)의 둘레 형상은 전극조립체(1)와의 접촉 면적을 최소화할 수 있도록 비원형으로 구성된다. 더욱 바람직하게, 제2 구간(B)의 둘레 형상은 전극조립체(1)와 2점 접촉을 이루도록 도 4에 도시된 바와 같이 타원형으로 구성된다. 여기서, 제2 구간(B)의 타원형 둘레의 장축 지름은 제1 구간(A)의 원형 둘레의 지름과 일치하는 것이 바람직하다. 이와 같은 구성에 의하면 전극조립체(1)의 배출 시 타원형의 제2 구간(B)과 전극조립체(1)의 최내층 간에 점접촉이 이루어지게 되므로 마찰력을 최소화할 수 있어 젤리-롤의 손상이나 분리막을 이루는 시트의 일부가 권취된 전극조립체 밖으로 끌려나오는 현상 등을 효과적으로 방지할 수 있다.

전극조립체(1)의 배출 시 권심이 후진하는 것을 고려할 때, 권심 본체(100)의 제2 구간(B)은 제1 구간(A)에 비해 상대적으로 앞부분에 위치하는 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게, 제2 구간(B)은 권취 장치에 구비된 통상의 테일 센터 핀(도 1의 20 참조)이 권심 본체(100)에 삽입되는 구간인 것이 바람직하다. 통상의 테일 센터 핀의 사양을 고려할 때, 제2 구간(B)은 권심 본체(100)의 선단으로부터 20mm 이내의 구간인 것이 바람직하다.

권심 본체(100)와 전극조립체(1) 간의 마찰을 더욱 줄이기 위해서는 권심 본체(100)에 있어서 제1 구간(A)은 외주면 일부에는 길이방향을 따라 연장된 평탄 가공부(103)가 마련되는 것이 바람직하다.

상기와 같은 구성을 가진 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 권심은 원통형 이차전지의 젤리-롤 타입 전극조립체 제조를 위한 전극조립체 와인딩 장치에 적용된다. 젤리-롤 타입 전극조립체 제조공정에서 권심은 전극조립체(1)의 단부에 끼워져서 회전하도록 구동되어, 권심 본체(100)의 제1 구간(A)에서 전극조립체(1)를 원통형으로 권취한다.

전극조립체(1)의 권취가 완료된 후에 권심을 이루는 제1 권심부재(101)와 제2 권심부재(102)는 차례대로 종방향으로 후퇴하도록 구동되는 과정을 거쳐서 전극조립체(1)를 배출한다.

전극조립체(1)의 배출 공정에서 권심 본체(100)는 그 앞부분에 위치한 제2 구간(B)의 둘레가 타원형이므로 전극조립체(1)의 최내층과 2점 접촉을 하게 되어 분리막을 이루는 시트의 일부가 권취된 전극조립체 밖으로 끌려나오는 현상 등의 발생 없이 전극조립체(1)를 원활하게 배출시킬 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.

A: 제1 구간 B: 제2 구간
1: 전극조립체 100: 권심 본체
101: 제1 권심부재 102: 제2 권심부재
103: 평탄 가공부 110,111: 지지부재

Claims (8)

1. 원통형 이차전지의 전극조립체 제조를 위한 와인딩 장치에 사용되는 권심 구조에 있어서,
   길이방향으로 가면서 제1 구간과 상기 제1 구간과는 둘레 형상이 상이한 제2 구간을 포함하는 로드 형태의 권심 본체를 구비하고,
   상기 제1 구간의 둘레 형상은 상기 전극조립체를 젤리-롤 형태로 권취할 수 있는 원형이고, 상기 제2 구간의 둘레 형상은 비원형이고,
   상기 권심 본체에 있어서, 상기 제1 구간에 비해 상기 제2 구간이 상대적으로 앞부분에 위치하고,
   상기 제2 구간은 상기 와인딩 장치에 구비된 테일 센터 핀이 상기 권심 본체에 삽입되는 구간인 것을 특징으로 하는 원통형 이차전지의 전극조립체 제조를 위한 권심 구조.
2. 제1항에 있어서,
   상기 권심 본체는 둘레 중심을 기준으로 서로 분리된 제1 권심부재 및 제2 권심부재의 쌍으로 이루어지고,
   상기 제1 권심부재 및 제2 권심부재는 각각 종방향으로 전,후진 가능하게 설치된 것을 특징으로 하는 원통형 이차전지의 전극조립체 제조를 위한 권심 구조.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 제2 구간의 둘레 형상은 상기 전극조립체의 최내층과 2점 접촉을 이루도록 타원형인 것을 특징으로 하는 원통형 이차전지의 전극조립체 제조를 위한 권심 구조.
4. 제3항에 있어서,
   상기 제2 구간의 타원형 둘레의 장축 지름이 상기 제1 구간의 원형 둘레의 지름과 일치하는 것을 특징으로 하는 원통형 이차전지의 전극조립체 제조를 위한 권심 구조.
5. 삭제
6. 삭제
7. 제1항에 있어서,
   상기 제2 구간은 상기 권심 본체의 선단으로부터 20mm 이내의 구간인 것을 특징으로 하는 권심 구조.
8. 제1항에 있어서,
   상기 권심 본체에 있어서 상기 제1 구간의 외주면 일부에 평탄 가공부가 마련된 것을 특징으로 하는 권심 구조.

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