KR101895967B1 - 2차전지 제조용 소재 연속 공급 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

롤 형태로 제공되고 2차전지 제조에 사용되는 소재를 공급하는 본 발명에 따른 2차전지 제조용 소재 연속 공급 장치는 상기 소재 롤을 지지하되, 복수의 소재 롤을 함께 지지하는 회전축 및 상기 복수의 소재 롤 중 어느 하나의 소재 롤에 감긴 소재의 소진시, 상기 회전축을 길이 방향으로 직선 이송하여 소진된 상기 소재 롤에 이웃하는 신규 소재 롤을 공급 위치에 정렬하는 회전축 이송유닛을 포함하므로, 2차전지 제조에 사용되는 극판, 분리막, 전극 탭 부착용 테이프 등과 같은 소재의 소진시 동일한 소재를 연속으로 공급하여 2차전지 제조공정의 연속성을 부여하여 생산효율을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

Description

2차전지 제조용 소재 연속 공급 장치 및 방법{Apparatus For Continuous Supplying Meterial Of Rechargeable Battery And Method Of Continuous Supplying Meterial Of Rechargeable Battery Using The Same}
본 발명은 2차전지 제조용 소재 연속 공급 장치 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 극판, 분리막, 전극 탭 부착용 테이프 등과 같은 2차전지 제조용 소재의 소진시, 새로운 소재를 연속해서 공급하는 2차전지 제조용 소재 연속 공급 장치 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로 2차전지는 화학에너지를 전기에너지로 변환하는 방전과 역방향인 충전과정을 통하여 반복 사용이 가능한 전지이며, 그 종류로는 니켈-카드뮴(Ni-Cd) 전지, 니켈-수소(Ni-MH) 전지, 리튬-금속 전지, 리튬-이온(Ni-Ion) 전지 및 리튬-이온 폴리머 전지(Li-Ion Polymer Battery, 이하 "LIPB"라 함) 등이 있다.
2차전지는 양극, 음극, 전해질, 분리막으로 구성되며, 서로 다른 양극 및 음극 소재의 전압차이를 이용하여 전기를 저장 및 발생시킨다. 여기서, 방전이란 전압이 높은 음극에서 낮은 양극으로 전자를 이동시키는 것이며(양극의 전압 차이만큼 전기를 발생), 충전이란 전자를 다시 양극에서 음극으로 이동시키는 것으로 이때 양극물질은 전자와 리튬이온을 받아들여 원래의 금속산화물로 복귀하게 된다. 즉, 2차전지는 충전될 때 금속 원자가 분리막을 통하여 양극에서 음극으로 이동함에 따라 충전 전류가 흐르게 되고, 반대로 방전될 때 금속 원자는 음극에서 양극으로 이동하며 방전 전류가 흐르게 된다.
최근 2차전지는 IT제품, 자동차분야 및 에너지 저장분야 등에서 널리 사용됨으로써 각광받는 에너지원으로 주목받고 있다. IT제품 분야에서 2차전지는 장시간 연속사용이 가능하며, 소형화, 경량화가 요구되고 있으며, 자동차 분야에서는 고출력, 내구성 및 폭발위험을 해소하기 위한 안정성 등을 요구하고 있다. 에너지 저장분야는 풍력, 태양광 발전 등으로 생산한 잉여전력을 저장하는 것으로, 고정형으로 사용됨에 따라 보다 완화된 조건의 2차전지를 적용할 수 있다.
특히, 리튬 2차전지는 1970년대 초부터 연구개발이 진행되었고, 1990년 리튬금속 대신 탄소를 음극으로 이용한 리튬 이온전지가 개발되면서 실용화되었으며, 500회 이상의 사이클 수명과 1 내지 2시간의 짧은 충전시간을 특징으로 하여 2차전지 중 가장 판매 신장률이 높고 니켈-수소 전지에 비해서 30 내지 40% 정도 가벼워 경량화가 가능하다. 또한, 리튬 2차전지는 현존하는 2차전지 중 단위전지 전압(3.0 내지 3.7V)이 가장 높고 에너지밀도가 우수하여, 이동기기에 최적화된 특성을 가질 수 있다.
이러한 리튬 2차전지는 일반적으로 전해액의 종류에 따라 액체 전해질 전지, 고분자 전해질 전지로 분류되며, 액체 전해질을 사용하는 전지를 리튬 이온전지라 하고, 고분자 전해질을 사용하는 전지를 리튬 폴리머전지라 한다. 또한, 리튬 2차전지의 외장재는 여러가지 종류로 형성될 수 있고, 대표적인 외장재의 종류는 원통형(Cylindrical), 각형(Prismatic), 파우치(Pouch) 등이 있다. 상기 리튬 2차전지의 외장재 내부에는 양극판, 음극판 및 그 사이에 개재되는 분리막(세퍼레이터, Separator)이 적층되거나 권취된 전극조립체가 구비된다.
한편, 양극판, 음극판, 분리막, 전극 탭 부착용 테이프 등 2차전지 제조에 사용되는 소재들은 연속 공정을 위하여 롤 형태로 제공되며, 2차전지 제조장치는 소재 롤을 지지하고 공급하는 스풀과, 스풀로부터 풀려나오는 소재를 권취하는 롤권취기를 포함하여 구성된다.
하지만 2차전지 제조공정이 진행됨에 따라, 2차전지 제조용 소재는 소진되기 마련이며, 스풀에 새로운 2차전지 제조용 소재를 교체하기 위해서는 2차전지 제조공정이 중단되어야 하므로, 생산효율이 저하되는 문제점이 있다.
대한민국 공개특허 제2015-0091828호 (2015. 08. 12. 공개)
본 발명의 목적은 2차전지 제조에 사용되는 극판, 분리막, 전극 탭 부착용 테이프 등과 같은 2차전지 제조용 소재의 소진시, 새로운 2차전지 제조용 소재를 연속적으로 공급하도록 한 2차전지 제조용 소재 연속 공급 장치 및 방법을 제공하는 데 있다.
롤 형태로 제공되고 2차전지 제조에 사용되는 소재를 공급하는 본 발명에 따른 2차전지 제조용 소재 연속 공급 장치는 상기 소재 롤을 지지하되, 복수의 소재 롤을 함께 지지하는 회전축 및 상기 복수의 소재 롤 중 어느 하나의 소재 롤에 감긴 소재의 소진시, 상기 회전축을 길이 방향으로 직선 이송하여 소진된 상기 소재 롤에 이웃하는 신규 소재 롤을 공급 위치에 정렬하는 회전축 이송유닛을 포함할 수 있다.
상기 2차전지 제조용 소재 연속 공급 장치는 상기 소재의 잔량을 감지하는 잔량 센서를 더 포함할 수 있다.
상기 2차전지 제조용 소재 연속 공급 장치는 상기 회전축의 이송거리를 나타내는 인디게이터를 더 포함할 수 있다.
상기 2차전지 제조용 소재 연속 공급 장치는 상기 복수의 소재 롤의 사이에 배치되어 상기 복수의 소재 롤 중 어느 하나의 소재 롤로부터 풀려나가는 상기 소재가 이웃하는 소재 롤에 간섭되는 것을 방지하는 이격링을 더 포함할 수 있다.
상기 2차전지 제조용 소재 연속 공급 장치는 상기 회전축을 회전시키는 공급 모터, 상기 공급 모터의 동력을 상기 회전축으로 전달하는 동력전달장치 및 상기 공급 모터와 상기 동력전달장치를 함께 지지하는 지지판을 더 포함할 수 있다.
상기 회전축 이송유닛은 상기 지지판으로부터 이격되고 상기 회전축이 결합되는 이격판, 상기 이격판에 나사 결합되는 볼 스크류, 상기 볼 스크류를 회전 구동시켜 상기 이격판이 상기 지지판에 대하여 직선 이송되도록 하는 이송 모터 및 상기 이격판의 직선 구동을 가이드하는 가이드 레일을 포함할 수 있다.
한편, 롤 형태로 제공되고 2차전지 제조에 사용되는 소재를 공급하는 본 발명에 따른 2차전지 제조용 소재 연속 공급방법은 상기 소재 롤을 지지하는 회전축에 복수의 소재 롤을 함께 지지하는 소재 롤 지지단계, 상기 복수의 소재 롤 중 어느 하나의 소재 롤에 감긴 소재를 공급하는 소재 공급단계 및 상기 소재가 소진됨에 따라 회전축 이송유닛이 상기 회전축을 길이 방향으로 직선 이송하여 소진된 상기 소재 롤에 이웃하는 신규 소재 롤을 공급 위치에 정렬하는 회전축 이송단계를 포함할 수 있다.
상기 소재 공급단계는 잔량 센서에 의해 상기 소재의 잔량을 감지될 수 있다.
상기 회전축 이송단계는 인디게이터에 의해 상기 회전축의 이송거리가 표시될 수 있다.
본 발명에 따른 2차전지 제조용 소재 연속 공급 장치 및 방법은 2차전지 제조에 사용되는 극판, 분리막, 전극 탭 부착용 테이프 등과 같은 소재의 소진시 동일한 소재를 연속으로 공급하여 2차전지 제조공정의 연속성을 부여하여 생산효율을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 실시예에 따른 2차전지 제조용 소재 연속 공급 장치를 나타낸 사시도이다.
도 2는 본 실시예에 따른 2차전지 제조용 소재 연속 공급 장치를 나타낸 배면 사시도이다.
도 3은 본 실시예에 따른 2차전지 제조용 소재 연속 공급 장치를 나타낸 평면도이다.
도 4는 본 실시예에 따른 2차전지 제조용 소재 연속 공급 방법을 나타낸 평면도이다.
도 5는 본 실시예에 따른 2차전지 제조용 소재 연속 공급 장치의 회전축 이송동작을 나타낸 평면도이다.
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 일실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
이하, 본 발명에 따른 2차전지 제조용 소재 연속 공급 장치 및 방법에 대해 첨부된 도면을 참조하여 설명하도록 한다.
도 1은 본 실시예에 따른 2차전지 제조용 소재 연속 공급 장치를 나타낸 사시도이며, 도 2는 본 실시예에 따른 2차전지 제조용 소재 연속 공급 장치를 나타낸 배면 사시도이며, 도 3은 본 실시예에 따른 2차전지 제조용 소재 연속 공급 장치를 나타낸 평면도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 2차전지의 제조에 사용되는 극판, 분리막, 전극 탭 부착용 테이프 등과 같은 소재는 롤 형태로 제공될 수 있다. 본 실시예에 따른 2차전지 제조용 소재 연속 공급 장치(1)는 소재 롤(10)을 지지하고, 소재 롤(10)로부터 소재(11)를 공급할 수 있다. 본 실시예에 따른 2차전지 제조용 소재 연속 공급 장치(1)는 지지판(100), 공급 모터(200), 동력전달장치(300), 회전축(400) 및 회전축 이송유닛(500)을 포함할 수 있다.
지지판(100)은 공급 모터(200), 동력전달장치(300) 및 회전축(400)을 함께 지지하며, 회전축 이송유닛(500)을 설치하기 위한 기반이 된다. 공급 모터(200)는 지지판(100)의 일면에 배치되고, 공급 모터(200)의 출력축은 지지판(100)을 관통하여 지지판(100)의 이면에 노출된다. 동력전달장치(300)는 지지판(100)의 이면에 배치된다. 동력전달장치(300)는 공급 모터(200)의 출력축과 회전축(400)을 연결하는 벨트(310)와, 벨트(310)의 장력을 조절할 수 있도록 하는 장력조절롤러(320)를 포함할 수 있다.
회전축(400)은 일단부가 지지판(100)의 일면에 노출되고, 지지판(100)을 관통하여 타단부가 지지판(100)의 이면에 노출될 수 있다. 회전축(400)의 일단부에는 소재 롤(10)이 지지될 수 있다. 회전축(400)의 일측에는 나사산이 형성될 수 있다. 회전축(400)의 일측에는 먼저 제 1너트부재(410)를 나사산에 체결하고, 소재 롤(10)을 회전축(400)에 삽입한 후 제 2너트부재(420)를 나사산에 체결할 수 있다. 따라서 소재 롤(10)은 회전축(400) 상에서 공급 위치에 정렬될 수 있으며, 제 1너트부재(410)와 제 2너트부재(420)의 압착에 의해 회전축(400)과 함께 회전될 수 있다.
2차전지 제조용 소재를 연속 공급하기 위하여, 회전축(400)에는 복수의 소재 롤(10)이 함께 지지될 수 있다. 물론, 복수의 소재 롤(10)은 어느 하나의 소재 롤(10)로부터 풀려나가는 소재(11)가 이웃하는 소재(11)에 간섭되는 것을 방지하기 위하여 복수의 소재 롤(10)의 사이를 이격시키는 이격링(30)이 배치될 수 있다.
회전축 이송유닛(500)은 회전축(400)을 길이 방향으로 이송하여 복수의 소재 롤(10) 중 공급되어야 하는 소재 롤(10)을 공급 위치로 정렬하기 위한 것으로, 이격판(510), 볼 스크류(520), 이송 모터(530), 가이드레일(540)을 포함할 수 있다.
이격판(510)은 지지판(100)의 이면으로부터 이격될 수 있다. 이격판(510)은 회전축(400)의 타단부에 결합된다. 이격판(510)에는 중공이 형성되고 중공의 내측면에는 나사산이 형성될 수 있다. 볼 스크류(520)는 중공에 삽입된다. 이송 모터(530)는 볼 스크류(520)를 회전시킨다. 가이드레일(540)은 이격판(510)을 관통하고 지지판(100)에 결합될 수 있다.
회전축 이송유닛(500)은 이송 모터(530)가 볼 스크류(520)를 회전시킨다. 볼 스크류(520)가 회전됨에 따라 이격판(510)이 직선 이송되고, 이격판(510)에 결합된 회전축(400)은 길이 방향으로 직선 이송될 수 있다. 가이드레일(540)은 회전축(400)의 직선 이송을 가이드한다.
한편, 소재 롤(10)의 주면에는 소재 롤(10)의 소재 잔량을 감지하기 위한 잔량 센서가 배치될 수 있다. 잔량 센서(20)는 소재 롤(10)을 향해 광을 조사하고, 소재 롤(10)을 투과 또는 반사되는 광을 수광하는 광 센서를 사용할 수 있다.
또한, 회전축(400)에는 인디게이터(430)가 설치될 수 있다. 인디게이터(430)는 회전축(400)의 이송거리를 표시하여 작업자가 회전축(400)의 이송 거리를 간편하게 확인할 수 있도록 한다.
이하, 본 실시예에 따른 2차전지 제조용 소재 연속 공급 방법에 대해 설명하도록 한다.
도 4는 본 실시예에 따른 2차전지 제조용 소재 연속 공급 방법을 나타낸 순서도이다.
도 4를 참조하면, 본 실시예에 따른 2차전지 제조용 소재 연속 공급 방법은 소재 롤 지지단계(S11), 소재 공급단계(S13) 및 회전축 이송단계(S15)를 포함할 수 있다.
소재 롤 지지단계(S11)는 회전축(400)에 복수의 소재 롤(10)을 함께 지지하는 단계이다. 즉, 작업자는 회전축(400)의 일측에 제 1너트부재(410)를 체결한다. 그리고 작업자는 회전축(400)에 복수의 소재 롤(10)를 삽입한다. 이때, 복수의 소재 롤(10)의 사이에는 이격링(30)을 삽입한다. 작업자는 복수의 소재 롤(10)이 삽입되면, 회전축(400)의 일측에 제 2너트부재(420)를 체결한다. 따라서 복수의 소재 롤(10)은 회전축(400)의 일측에 견고하게 지지되고, 회전축(400)고 함께 회전될 수 있다.
소재 공급단계(S13)는 복수의 소재 롤(10) 중 어느 하나의 소재 롤(10)에 감긴 소재를 공급하는 단계이다. 즉, 2차전지 제조 공정이 개시됨에 따라 복수의 소재 롤(10) 중 어느 하나, 바람직하게는 지지판(100)과 가장 가까운 측에 위치한 소재 롤(10)로부터 소재(11)가 풀려나가면서 소재(11)가 공급될 수 있다.
이와 같이 복수의 소재 롤(10) 중 어느 하나의 소재 롤(10)에 감긴 소재(11)가 공급됨에 따라 해당 소재 롤(10)의 소재가 소진될 수 있다. 이때, 잔량 센서(20)는 소재 롤(10)에 남은 소재(11)의 잔량을 감지하며, 소재 롤(10)이 소진되었을 때 2차전지 제조 공정을 중단할 수 있도록 한다.
회전축 이송단계(S15)는 소재가 소진됨에 따라 회전축 이송유닛(500)이 회전축(400)을 길이 방향으로 직선 이송하여 소진된 소재 롤(10)에 이웃하는 신규 소재 롤(10)을 공급 위치에 정렬하는 단계이다.
도 5는 본 실시예에 따른 2차전지 제조용 소재 연속 공급 장치의 회전축 이송동작을 나타낸 평면도이다.
도 5를 참조하면, 이송 모터(530)는 볼 스크류(520)를 회전시킨다. 볼 스크류(520)가 회전됨에 따라 이격판(510)이 직선 이송된다. 회전축(400)은 이격판(510)과 함께 길이 방향으로 직선 이송된다. 가이드레일(540)은 회전축(400)의 직선 이송을 가이드한다.
이와 같이 회전축(400)이 길이 방향으로 이송함에 따라, 소재(11)가 소진된 소재 롤(10)에 이웃하는 신규 소재 롤(10)이 공급 위치에 정렬된다.
이후, 2차전지 제조 공정이 재개되며, 신규 소재 롤(10)로부터 소재가 공급될 수 있다.
상술 한 바와 같이, 본 실시예에 따른 2차전지 제조용 소재 연속 공급 장치 및 방법은 소재를 공급하는 회전축에 복수의 소재 롤을 함께 지지하고, 복수의 소재 롤 중 어느 하나의 소재가 소진되면, 이웃하는 소재 롤을 공급 위치에 정렬할 수 있다. 따라서 본 실시예에 따른 2차전지 제조용 소재 연속 공급장치는 소진된 소재 롤을 교체에 따라 2차전지 제조 공정이 중단되는 시간을 현저하게 감축하여 생산 효율을 향상시킬 수 있다.
앞에서 설명되고, 도면에 도시된 본 발명의 실시예는 본 발명의 기술적 사상을 한정하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 발명의 보호범위는 청구범위에 기재된 사항에 의하여만 제한되고, 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상을 다양한 형태로 개량 변경하는 것이 가능하다. 따라서 이러한 개량 및 변경은 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것인 한 본 발명의 보호 범위에 속하게 될 것이다.
1 : 2차전지 제조용 소재 연속 공급 장치
10 : 소재 롤 11 : 소재
20 : 잔량 센서 30 : 이격링
100 : 지지판 200 : 공급 모터
300 : 동력전달장치 310 : 벨트
320 : 장력유지롤러 400 : 회전축
410 : 제 1너트부재 420 : 제 2너트부재
430 : 인디게이터 500 : 회전축 이송유닛
510 : 이격판 520 : 볼 스크류
530 : 이송 모터 540 : 가이드레일

Claims (9)

  1. 롤 형태로 제공되고 2차전지 제조에 사용되는 소재를 공급하는 2차전지 제조용 소재 연속 공급장치에 있어서,
    상기 소재 롤을 지지하되, 복수의 소재 롤을 함께 지지하는 회전축;및
    상기 복수의 소재 롤 중 어느 하나의 소재 롤에 감긴 소재의 소진시, 상기 회전축을 길이 방향으로 직선 이송하여 상기 소재가 소진된 소재 롤과, 상기 소재가 소진된 소재 롤에 이웃하는 신규 소재 롤을 함께 이송하여 상기 신규 소재 롤을공급 위치에 정렬하는 회전축 이송유닛;을 포함하는 것을 특징으로 하는 2차전지 제조용 소재 연속 공급 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 소재의 잔량을 감지하는 잔량 센서를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 2차전지 제조용 소재 연속 공급 장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 회전축의 이송거리를 나타내는 인디게이터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 2차전지 제조용 소재 연속 공급 장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 복수의 소재 롤의 사이에 배치되어 상기 복수의 소재 롤 중 어느 하나의 소재 롤로부터 풀려나가는 상기 소재가 이웃하는 소재 롤에 간섭되는 것을 방지하는 이격링을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 2차전지 제조용 소재 연속 공급 장치.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 회전축을 회전시키는 공급 모터;
    상기 공급 모터의 동력을 상기 회전축으로 전달하는 동력전달장치;및
    상기 공급 모터와 상기 동력전달장치를 함께 지지하는 지지판;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 2차전지 제조용 소재 연속 공급 장치.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 회전축 이송유닛은
    상기 지지판으로부터 이격되고 상기 회전축이 결합되는 이격판;
    상기 이격판에 나사 결합되는 볼 스크류;
    상기 볼 스크류를 회전 구동시켜 상기 이격판이 상기 지지판에 대하여 직선 이송되도록 하는 이송 모터;및
    상기 이격판의 직선 구동을 가이드하는 가이드 레일;을 포함하는 것을 특징으로 하는 2차전지 제조용 소재 연속 공급 장치.
  7. 롤 형태로 제공되고 2차전지 제조에 사용되는 소재를 공급하는 2차전지 제조용 소재 연속 공급방법에 있어서,
    상기 소재 롤을 지지하는 회전축에 복수의 소재 롤을 함께 지지하는 소재 롤 지지단계;및
    상기 복수의 소재 롤 중 어느 하나의 소재 롤에 감긴 소재를 공급하는 소재 공급단계;
    상기 소재가 소진됨에 따라 회전축 이송유닛이 상기 회전축을 길이 방향으로 직선 이송하여 상기 소재가 소진된 소재 롤과 상기 소재가 소진된 소재 롤에 이웃하는 신규 소재롤을 함께 이송하여 상기 신규 소재 롤을 공급 위치에 정렬하는 회전축 이송단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 2차전지 제조용 소재 연속 공급 방법.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 소재 공급단계는
    잔량 센서에 의해 상기 소재의 잔량을 감지되는 것을 특징으로 하는 2차전지 제조용 소재 연속 공급 방법.
  9. 제 7항에 있어서,
    상기 회전축 이송단계는
    인디게이터에 의해 상기 회전축의 이송거리가 표시되는 것을 특징으로 하는 2차전지 제조용 소재 연속 공급 방법.
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