KR101903367B1 - 이차전지의 절연필름 패키징장치 - Google Patents

이차전지의 절연필름 패키징장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 이차전지의 전극조립체의 외면에 절연필름을 자동으로 패키징(packaging)하는 이차전지의 절연필름 패키징장치에 관한 것으로, 본 발명에 따른 이차전지의 절연필름 패키징장치는, 베이스프레임; 상기 베이스프레임에 상하로 이동 가능하게 설치되어 이차전지의 전극조립체의 하단부를 지탱하는 리프팅부재; 상기 리프팅부재의 양측에서 베이스프레임에 수평한 축을 중심으로 상하방향으로 회전하도록 설치되어 절연필름의 양측을 동시에 상측으로 접어서 전극조립체의 전방면과 후방면 각각에 포개어지게 하는 제1폴딩지그 및 제2폴딩지그; 상기 제1폴딩지그 및 제2폴딩지그의 상측으로 절연필름을 공급하는 필름공급유닛; 상기 리프팅부재의 상측으로 전극조립체를 이송하며, 제1폴딩지그 및 제2폴딩지그가 상측으로 회전하여 절연필름의 양측을 접는 동안 전극조립체를 고정하는 전지이송유닛;을 포함할 수 있다.

Description

이차전지의 절연필름 패키징장치{Protection Film Packaging Apparatus for Secondary Cell}
본 발명은 이차전지의 제조 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 이차전지의 전극조립체의 외면에 절연필름을 자동으로 패키징(packaging)하는 이차전지의 절연필름 패키징장치에 관한 것이다.
이차전지(secondary cell)는 충전이 불가능한 일차전지와는 달리 충전 및 방전이 가능한 전지를 칭하는 것으로서, 셀룰라폰, 노트북컴퓨터, 캠코더 등의 첨단전자기기분야에서 널리 사용되고 있다. 특히, 리튬이차전지는 작동전압이 3.6V로서, 전자장비전원으로 많이 사용되고 있는 니켈-카드뮴전지나, 니켈-수소전지보다 3배나 높고, 단위중량당 에너지밀도가 높다는 측면에서 급속하게 신장되고 있는 추세이다.
이러한 리튬이차전지는 주로 양극 활물질로 리튬계 산화물, 음극 활물질로는 탄소재를 사용하고 있다. 일반적으로 전해액의 종류에 따라 액체전해질 전지와, 고분자전해질 전지로 분류되며, 액체전해질을 사용하는 전지를 리튬이온전지라 하고, 고분자전해질을 사용하는 전지를 리튬폴리머전지라고 한다. 또한, 리튬이차전지는 여러가지 형상으로 제조되고 있는데, 대표적인 형상으로는 원통형과, 각형과, 파우치형을 들 수 있다.
일반적으로 각형 리튬이차전지는 양극판, 세퍼레이터, 음극판이 젤리-롤형(jelly-roll type)으로 권취되어 있는 구조의 전극조립체의 상단에 전극조립체의 양극 리드 및 음극 리드와 전기적으로 연결되는 캡조립체가 조립되고, 전극조립체가 직육면체로 된 캔 내부에 삽입된 후 캡조립체와 캔이 용접된 다음, 캡조립체를 통해 전해액이 주입되는 공정으로 제조된다.
상기 전극조립체를 캔에 삽입하기 전에 전극조립체의 외면을 절연필름으로 감싸는 공정을 수행하게 된다.
기존에는 절연필름 위에 전극조립체를 안착시키고, 일면에서부터 전후좌우 순으로 순차적으로 절연필름을 접어서 전극조립체의 외면을 감싸는 방식으로 전극조립체의 외면을 절연필름으로 패키징하고 있는데, 이러한 방식은 절연필름의 패키징에 많은 시간이 소요되고, 절연필름을 접기 위한 구성요소의 수가 많아져서 구조적으로 복잡하고 크기도 증가하는 문제가 있다.
등록특허 제10-1400826호(2014.05.22. 등록) 공개특허 제10-2017-0012912호(2017.02.06. 공개)
본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 전극조립체의 외면에 절연필름을 신속하게 패키징할 수 있으며, 구조 및 크기를 대폭 축소할 수 있는 이차전지의 절연필름 패키징장치를 제공함에 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 이차전지의 절연필름 패키징장치는, 베이스프레임; 상기 베이스프레임에 상하로 이동 가능하게 설치되어 이차전지의 전극조립체의 하단부를 지탱하는 리프팅부재; 상기 리프팅부재의 양측에서 베이스프레임에 수평한 축을 중심으로 상하방향으로 회전하도록 설치되어 절연필름의 양측을 동시에 상측으로 접어서 전극조립체의 전방면과 후방면 각각에 포개어지게 하는 제1폴딩지그 및 제2폴딩지그; 상기 제1폴딩지그 및 제2폴딩지그의 상측으로 절연필름을 공급하는 필름공급유닛; 상기 리프팅부재의 상측으로 전극조립체를 이송하며, 제1폴딩지그 및 제2폴딩지그가 상측으로 회전하여 절연필름의 양측을 접는 동안 전극조립체를 고정하는 전지이송유닛;을 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면 제1폴딩지그와 제2폴딩지그를 동시에 회전시켜 절연필름을 전극조립체의 전면에 패키징할 수 있으므로 패키징 작업이 신속하게 이루어질 수 있다.
또한 절연필름의 패키징에 필요한 구성을 콤팩트하게 할 수 있고, 전체 크기를 줄일 수 있게 되어 설치공간을 축소할 수 있고, 제작 및 유지관리가 용이한 효과도 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지의 절연필름 패키징장치 구성을 나타낸 정면도이다.
도 2a 내지 도 2d는 도 1에 도시된 절연필름 패키징장치의 구성 및 작동례를 나타낸 요부 종단면도이다.
도 3은 도 1에 도시된 절연필름 패키징장치의 사시도이다.
도 4는 도 1에 도시된 절연필름 패키징장치의 주요 구성을 나타낸 분해 사시도이다.
도 5는 도 4에 도시된 절연필름 패키징장치의 주요 구성에 대한 사시도로, 절연필름의 폴딩 동작 이전 상태를 나타낸 도면이다.
도 6은 도 4에 도시된 절연필름 패키징장치의 주요 구성에 대한 사시도로, 절연필름의 폴딩 동작 이후 상태를 나타낸 도면이다.
도 7은 도 4에 도시된 절연필름 패키징장치의 폴딩 동작 이후 상태를 나타낸 정면도이다.
본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 개시된 발명의 바람직한 일 예에 불과할 뿐이며, 본 출원의 출원시점에 있어서 본 명세서의 실시예와 도면을 대체할 수 있는 다양한 변형 예들이 있을 수 있다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 이차전지의 절연필름 패키징장치를 후술된 실시예들에 따라 구체적으로 설명하도록 한다. 도면에서 동일한 부호는 동일한 구성 요소를 나타낸다.
도 1 내지 도 7은 이차전지의 전극조립체(C)의 외면을 일명 'Mylar' 필름이라고 절연필름(F)으로 감싸는 패키징장치의 일 실시예로서, 본 발명의 패키징장치는 베이스프레임(10), 베이스프레임(10)에 상하로 이동 가능하게 설치되어 이차전지의 전극조립체(C)의 하단부를 지탱하는 리프팅부재(20), 리프팅부재(20)의 양측에서 그 위에 안착된 절연필름(F)의 양측을 동시에 상측으로 접어서 전극조립체(C)의 전방면과 후방면 각각에 포개어지게 하는 제1폴딩지그(31) 및 제2폴딩지그(32), 제1폴딩지그(31) 및 제2폴딩지그(32)의 상측으로 절연필름(F)을 공급하는 필름공급유닛, 리프팅부재(20)의 상측으로 전극조립체(C)를 이송하여 안착시키는 전지이송유닛을 포함한다.
베이스프레임(10)은 사각형의 평판 형태로 이루어지며, 패키징장치의 본체(1)에 가이드레일(3)을 따라 측방으로 수평 왕복 이동 가능하게 설치되는 가동프레임(2)에 상하로 이동 가능하게 설치되어, 필름공급유닛에 의해 절연필름(F)을 전달받는 제1위치와 전극조립체(C)를 전달받는 제2위치로 교대로 이동한다.
베이스프레임(10)에는 제1폴딩지그(31) 및 제2폴딩지그(32) 쌍이 적어도 1개 이상 설치될 수 있는데 이 실시예에서는 하나의 베이스프레임(10)에 2 쌍의 제1폴딩지그(31) 및 제2폴딩지그(32)가 설치된다.
리프팅부재(20)는 베이스프레임(10)에 상하로 이동 가능하게 설치되어, 베이스프레임(10)과 대체로 동일한 위치에서부터 하측으로 일정 거리만큼 상하로 이동한다. 리프팅부재(20)는 이차전지의 전극조립체(C)와 대체로 일치하는 폭과 너비를 갖는 직사각형의 평판 형태를 갖도록 되어 전지이송유닛에 의해 이송된 전극조립체(C)를 지탱한다. 리프팅부재(20)는 공압실린더, 또는 볼스크류와 서보모터를 구비한 선형운동장치 등 공지의 선형운동장치에 의해 상하로 이동한다.
리프팅부재(20)의 양측에는 절연필름(F)의 양측을 동시에 접어 올리기 위한 제1폴딩지그(31) 및 제2폴딩지그(32)가 쌍을 이루면서 설치된다. 제1폴딩지그(31)와 제2폴딩지그(32)는 서로 동일한 형태를 가지며, 리프팅부재(20)를 기준으로 대칭되게 구성된다. 제1폴딩지그(31)와 제2폴딩지그(32)는 대략 'U'자형의 평판 형태를 가지며, 양측 가장자리 부분에는 90도로 절곡된 측면폴딩부(31a, 32a)가 형성되어, 제1폴딩지그(31)와 제2폴딩지그(32)가 상측으로 회전하여 절연필름(F)을 접을 때 절연필름(F)의 양측 가장자리가 전극조립체(C)의 양측 가장자리에 대해 접혀지면서 포개어질 수 있다.
제1폴딩지그(31)와 제2폴딩지그(32)에는 절연필름(F)을 진공 흡착하기 위한 공기 흡입력을 발생시키는 복수의 진공홀(34)이 형성된다. 제1폴딩지그(31)와 제2폴딩지그(32)의 진공홀(34)은 제1폴딩지그(31)와 제2폴딩지그(32)의 내부를 관통하도록 형성되며, 일단부가 제1폴딩지그(31)와 제2폴딩지그(32)의 하단부에 결합되는 연결포트(34a)를 통해 외부의 공기흡입장치(미도시)와 연결되고, 다른 일단부가 제1폴딩지그(31)와 제2폴딩지그(32)의 일면을 통해 외부로 연통되어 절연필름(F)을 진공 흡착한다.
제1폴딩지그(31)와 제2폴딩지그(32)의 양측 하단부는 각각 힌지브라켓(33)을 매개로 베이스프레임(10)에 회전 가능하게 연결된다. 힌지브라켓(33)은 제1폴딩지그(31)와 제2폴딩지그(32)의 양측에서 베이스프레임(10)에 고정되게 설치되는 고정블록(35)에 일단이 회전 가능하게 연결되고, 다른 일단이 제1폴딩지그(31)와 제2폴딩지그(32)의 양측 하단부에 결합된다.
제1폴딩지그(31)와 제2폴딩지그(32)를 베이스프레임(10)에 대해 회전시키기 위한 구동수단으로서 공압 액추에이터(40)가 사용될 수 있다. 공압 액추에이터(40)는 일단이 베이스프레임(10)에 회전 가능하게 연결되며 외부로부터 공압이 인가되는 실린더(41)와, 일단이 제1폴딩지그(31) 또는 제2폴딩지그(32)의 일측 가장자리의 중간부분에 상대 회전 가능하게 연결되어 실린더(41)에 인가되는 공압에 따라 실린더(41)에 대해 신장 및 수축되는 피스톤(42)을 포함한다. 따라서 공압 액추에이터(40)의 피스톤(42)이 실린더(41) 내측으로 수축되면 제1폴딩지그(31) 또는 제2폴딩지그(32)가 힌지브라켓(33)을 중심으로 상측으로 90°로 회전하고, 공압 액추에이터(40)의 피스톤(42)이 실린더(41) 외측으로 신장되면 제1폴딩지그(31) 또는 제2폴딩지그(32)가 힌지브라켓(33)을 중심으로 하측으로 90°로 회전하게 된다.
필름공급유닛은 베이스프레임(10)이 설치되어 있는 본체(1)의 제1위치 상측에서 절연필름(F)이 적재되어 있는 위치로 수평 이동하면서 절연필름(F)을 이송하여 제1폴딩지그(31) 및 제2폴딩지그(32) 상으로 공급한다. 필름공급유닛은 본체(1)의 상측에 선형운동장치에 의해 수평 이동 가능하게 설치되는 제1이동프레임(51), 제1이동프레임(51)에 선형운동장치에 의해 상하로 이동하면서 절연필름(F)을 진공 흡착하여 고정하는 필름픽커(52)를 포함한다. 선형운동장치로는 리니어모터, 또는 공압실린더, 또는 서보모터와 볼스크류를 이용한 선형운동장치 등 다양한 공지의 선형운동장치가 적용될 수 있다.
전지이송유닛은 본체(1)의 제2위치 상측에서 전극조립체(C)가 적재되어 있는 위치로 수평 이동하면서 절연필름(F)을 이송하여 제1폴딩지그(31) 및 제2폴딩지그(32) 상으로 공급한다. 전지이송유닛은 본체(1)의 상측에 선형운동장치에 의해 수평 이동 가능하게 설치되는 제2이동프레임(61), 제2이동프레임(61)에 선형운동장치에 의해 상하로 일정 거리만큼 이동하도록 설치된 승강프레임(62), 승강프레임(62)의 하단부에 전후방향으로 이동하면서 오므려져 전극조립체(C)의 상단부 전후방면을 파지하는 그립퍼(63)와, 승강프레임(62)에 승강수단(66)에 의해 상하로 이동 가능하게 설치되며 하단부가 그립퍼(63)에 파지된 전극조립체(C)의 상단부 양측을 하측으로 가압하여 전극조립체(C)를 하강시키는 하강작동바아(65)를 포함한다.
제2이동프레임(61) 및 승강프레임(62)을 각각 수평 운동 및 승강 운동시키기 위한 선형운동장치로는 리니어모터, 또는 공압실린더, 또는 서보모터와 볼스크류를 이용한 선형운동장치 등 다양한 공지의 선형운동장치가 적용될 수 있다. 그리고 그립퍼(63)는 승강프레임(62)의 하부에 설치되는 공압실린더(64)에 의해 전후방향으로 오므려지거나 펴지면서 전극조립체(C)의 상단부를 파지하거나 고정 해제한다.
하강작동바아(65)를 상하로 이동시키기 위한 승강수단(66)은 공압실린더가 적용될 수 있으나, 이외에도 볼스크류와 서보모터, 또는 리니어모터 등 공지의 다양한 선형운동장치가 적용될 수 있다.
이러한 구성을 갖는 이차전지의 절연필름 패키징장치의 작동에 대해 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 2a 및 도 5에 도시한 것과 같이 제1폴딩지그(31)와 제2폴딩지그(32)가 펼쳐지고, 베이스프레임(10)이 본체(1)의 제1위치로 이동하여 대기한 상태에서 필름공급유닛의 제1이동프레임(51) 및 필름픽커(52)가 절연필름(F)이 적재되어 있는 매거진에서 절연필름(F)을 진공 흡착하여 제1폴딩지그(31)와 제2폴딩지그(32)의 상면에 안착시킨다.
제1폴딩지그(31)와 제2폴딩지그(32)에 절연필름(F)이 안착되면, 제1폴딩지그(31)와 제2폴딩지그(32)의 진공홀(34)을 통해 공기가 흡입되면서 음압(陰壓)이 발생하여 절연필름(F)이 제1폴딩지그(31)와 제2폴딩지그(32)의 상면에 단단히 부착되어 절연필름(F)의 위치가 틀어지지 않는다.
이어서 가동프레임(2)이 가이드레일(3)을 따라 수평 이동하여 베이스프레임(10)이 본체(1)의 제1위치로 이동한다. 이 때 전지이송유닛은 그립퍼(63)가 전극조립체(C)의 상단부 전후방면을 파지한 상태로 제1위치의 상측에 대기하고 있다가 베이스프레임(10)이 본체(1)의 제1위치에 도달하여 대기하면, 전지이송유닛의 승강프레임(62)이 하강하여 이차전지의 전극조립체(C)를 베이스프레임(10)의 리프팅부재(20) 상의 절연필름(F) 위에 안착시킨다(도 2b 참조).
전극조립체(C)가 리프팅부재(20) 상의 절연필름(F) 위에 안착되면, 도 6에 도시한 것과 같이 공압 액추에이터(40)의 피스톤(42)이 수축되면서 제1폴딩지그(31)와 제2폴딩지그(32)가 동시에 상측으로 90°로 회전한다.
이에 따라 도 2c 및 도 6에 도시된 것처럼 절연필름(F)의 양측이 리프팅부재(20) 상에 안착된 전극조립체(C)의 하단부를 기점으로 상측으로 접혀지면서 전극조립체(C)의 전방면과 후방면에 밀착되어 포개어진다. 이 때 제1폴딩지그(31)와 제2폴딩지그(32)의 양측 단부에 형성되어 있는 측면폴딩부(31a, 32a)가 전극조립체(C)의 양측 단부의 모서리 부분에 연접하게 되어 절연필름(F)의 양측 단부가 전극조립체(C)의 양측면부에도 포개어진다.
이와 같이 제1폴딩지그(31)와 제2폴딩지그(32)가 상측으로 회전하여 절연필름(F)을 전극조립체(C)의 전방면과 후방면, 양측면 모두를 둘러싸면서 밀착되면, 전지이송유닛의 하강작동바아(65)가 승강수단(66)에 의해 이동하면서 전극조립체(C)의 상부면 양측을 하측으로 가압함과 동시에 리프팅부재(20)가 하강하게 된다(도 2d 참조).
이에 따라서 전극조립체(C)가 하강하여 그립퍼(63)에서 이탈한 후 베이스프레임(10)의 하측에 대기하고 있는 언로딩부에 재치된다. 이 후 언로딩부에 구성되어 있는 테이프자동공급유닛이 절연필름(F)의 양측부로 테이프를 공급하여 절연필름(F)이 풀어지지 않게 테이프를 부착한다.
이러한 일련의 과정을 연속 반복적으로 수행하여 이차전지의 전극조립체(C)의 상부면을 제외한 전면을 절연필름(F)으로 덮을 수 있다. 따라서 절연필름(F)을 한 번만 접어서 전극조립체(C)의 전면에 패키징할 수 있으므로 패키징 작업이 신속하게 이루어질 수 있다.
이상에서 본 발명은 실시예를 참조하여 상세히 설명되었으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기에서 설명된 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 부가 및 변형이 가능할 것임은 당연하며, 이와 같은 변형된 실시 형태들 역시 아래에 첨부한 특허청구범위에 의하여 정하여지는 본 발명의 보호 범위에 속하는 것으로 이해되어야 할 것이다.
1 : 본체 2 : 가동프레임
10 : 베이스프레임 20 : 리프팅부재
31 : 제1폴딩지그 32 : 제2폴딩지그
33 : 힌지브라켓 34 : 진공홀
40 : 공압 액추에이터 41 : 실린더
42 : 피스톤 51 : 제1이동프레임
52 : 필름픽커 61 : 제2이동프레임
62 : 승강프레임 63 : 그립퍼
64 : 공압실린더 65 : 하강작동바아
66 : 승강수단 C : 전극조립체
F : 절연필름

Claims (6)

  1. 베이스프레임(10);
    상기 베이스프레임(10)에 상하로 이동 가능하게 설치되어 이차전지의 전극조립체(C)의 하단부를 지탱하는 리프팅부재(20);
    상기 리프팅부재(20)의 양측에서 베이스프레임(10)에 수평한 축을 중심으로 상하방향으로 회전하도록 설치되어 절연필름의 양측을 동시에 상측으로 접어서 전극조립체(C)의 전방면과 후방면 각각에 포개어지게 하는 제1폴딩지그(31) 및 제2폴딩지그(32);
    상기 제1폴딩지그(31) 및 제2폴딩지그(32)의 상측으로 절연필름(F)을 공급하는 필름공급유닛;
    상기 리프팅부재(20)의 상측으로 전극조립체(C)를 이송하며, 제1폴딩지그(31) 및 제2폴딩지그(32)가 상측으로 회전하여 절연필름(F)의 양측을 접는 동안 전극조립체(C)를 고정하는 전지이송유닛;
    을 포함하는 이차전지의 절연필름 패키징장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1폴딩지그(31)와 제2폴딩지그(32)의 양측 가장자리 부분에 90도로 절곡된 측면폴딩부(31a, 32a)가 형성되어, 제1폴딩지그(31)와 제2폴딩지그(32)가 상측으로 회전하여 절연필름(F)을 접을 때 절연필름(F)의 양측 가장자리가 전극조립체(C)의 양측 가장자리에 대해 접혀지면서 포개어지게 한 이차전지의 절연필름 패키징장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1폴딩지그(31)와 제2폴딩지그(32)에는 상기 절연필름(F)을 진공 흡착하기 위한 공기 흡입력을 발생시키는 복수의 진공홀(34)이 형성된 이차전지의 절연필름 패키징장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1폴딩지그(31)와 제2폴딩지그(32)는 일단이 상기 베이스프레임(10)에 회전 가능하게 연결되고 타단이 상기 제1폴딩지그(31)와 제2폴딩지그(32)에 각각 연결되는 공압 액추에이터에 의해 베이스프레임(10)에 대해 90°로 회전하는 이차전지의 절연필름 패키징장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 필름공급유닛은, 베이스프레임(10)의 상측에 선형운동장치에 의해 수평 이동 가능하게 설치되는 제1이동프레임(51), 및 상기 제1이동프레임(51)에 선형운동장치에 의해 상하로 이동하면서 절연필름(F)을 진공 흡착하는 필름픽커(52)를 포함하는 이차전지의 절연필름 패키징장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 전지이송유닛은,
    베이스프레임(10)의 상측에 선형운동장치에 의해 수평 이동 가능하게 설치되는 제2이동프레임(61), 상기 제2이동프레임(61)에 전후방향으로 이동하도록 설치되어 전극조립체(C)의 전후방면 상단부를 파지하는 그립퍼(63), 상기 제2이동프레임(61)에 선형운동장치에 의해 상하로 일정 거리만큼 이동하도록 설치된 승강프레임(62), 승강프레임(62)의 하단부에 전후방향으로 이동하면서 오므려져 전극조립체(C)의 상단부 전후방면을 파지하는 그립퍼(63), 및 승강프레임(62)에 승강수단(66)에 의해 상하로 이동 가능하게 설치되며 하단부가 그립퍼(63)에 파지된 전극조립체(C)의 상단부 양측을 하측으로 가압하여 전극조립체(C)를 하강시키는 하강작동바아(65)를 포함하는 이차전지의 절연필름 패키징장치.
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