KR101926451B1

KR101926451B1 - 이차전지의 전극 가공장치

Info

Publication number: KR101926451B1
Application number: KR1020170098575A
Authority: KR
Inventors: 김기현
Original assignee: 김기현
Priority date: 2017-08-03
Filing date: 2017-08-03
Publication date: 2018-12-10

Abstract

본 발명의 예시적 실시예에 따른 이차전지의 전극 가공장치는, 회전에 의해 전극 시트를 노칭하는 칼날이 제공된 제1 상부 롤러, 상기 제1 상부 롤러의 하부에 배치되는 제1 하부 롤러, 상기 제1 상부 롤러와 제1 하부 롤러를 지지하는 제1 프레임을 포함하는 제1 노칭부; 회전에 의해 상기 전극 시트를 노칭하는 칼날이 제공된 제2 상부 롤러, 상기 제2 상부 롤러의 하부에 배치되는 제2 하부 롤러, 상기 제2 상부 롤러와 제2 하부 롤러를 지지하는 제2 프레임을 포함하며, 상기 제1 노칭부와 인접하여 배치되는 제2 노칭부; 및 상기 전극 시트가 상기 제1 노칭부와 제2 노칭부를 통과하여 이동하도록 상기 전극 시트의 장력을 제어하여 이동시키는 이송부;를 포함할 수 있다. 상기 제1 상부 롤러와 제2 상부 롤러는 각각 상기 칼날이 제공되어 노칭이 수행되는 노칭 구간과 상기 칼날이 제공되지 않아 노칭이 수행되지 않는 비노칭 구간을 가지며, 상기 노칭 구간에서의 회전 속도와 상기 비노칭 구간에서의 회전 속도가 상이할 수 있다.

Description

이차전지의 전극 가공장치{ELECTRODE PROCESSING APPARATUS FOR ELECTRODE OF SECONDARY BATTERY}

본 발명은 이차전지의 전극 가공장치에 관한 것이다.

이차전지는 양극/분리막/음극 구조의 전극 조립체가 어떠한 구조로 이루어지는지에 따라 분류될 수 있다. 스택형은 일정 크기로 절단된 양극과 음극들 사이에 분리막을 개재하는 상태로 순차적으로 적층한 구조이고, 권취형은 절단되지 않은 양극과 음극들 사이에 분리막을 개재한 상태로 동시에 감아서 적층한 구조이다. 두 가지 방식 모두 최근 고용량, 고출력의 이차전지 요구에 맞추어 전극의 전기를 이동할 수 있도록 양극과 음극에 탭(tab)을 구비하고 있다.

일반적으로, 권취형의 경우 전극 조립체를 만드는데 있어서 기재, 즉 전극 시트에 탭을 형성하는 방식으로 수직 타발 금형을 이용하거나 레이저 절단기를 이용하고 있다. 그러나, 수직 타발 금형을 이용한 수직 타발 방식은 전극 시트의 연속 이동과 동시에 노칭을 하는 것이 불가능하여 생산속도가 낮아 생산성 향상에 한계가 있다. 또한, 레이저 절단 방식은 버(burr) 발생과 같은 절단품질 문제와 초점, 출력 등의 변화에 따라 노칭품질의 심각한 불량을 초래할 수 있고, 레이저 설비가 고가여서 제조비용이 증가한다는 문제가 있다.

공개특허공보 제10-2013-0073294호 공개특허공보 제10-2015-0062839호

본 발명은 상술한 문제를 해결하기 위한 것으로, 우수한 품질의 이차전지용 전극을 연속하여 생산할 수 있어서 생산성을 향상시킬 수 있는 이차전지의 전극 가공장치를 제공하는 것이다.

다만, 본 발명의 목적은 이에만 제한되는 것은 아니며, 명시적으로 언급하지 않더라도 아래에서 설명하는 과제의 해결수단이나 실시 형태로부터 파악될 수 있는 목적이나 효과도 이에 포함된다고 할 것이다.

본 발명의 예시적 실시예에 따른 이차전지의 전극 가공장치는, 회전에 의해 전극 시트를 노칭하는 칼날이 제공된 제1 상부 롤러, 상기 제1 상부 롤러의 하부에 배치되는 제1 하부 롤러, 상기 제1 상부 롤러와 제1 하부 롤러를 지지하는 제1 프레임을 포함하는 제1 노칭부; 회전에 의해 상기 전극 시트를 노칭하는 칼날이 제공된 제2 상부 롤러, 상기 제2 상부 롤러의 하부에 배치되는 제2 하부 롤러, 상기 제2 상부 롤러와 제2 하부 롤러를 지지하는 제2 프레임을 포함하며, 상기 제1 노칭부와 인접하여 배치되는 제2 노칭부; 및 상기 전극 시트가 상기 제1 노칭부와 제2 노칭부를 통과하여 이동하도록 상기 전극 시트의 장력을 제어하여 이동시키는 이송부;를 포함하고, 상기 제1 상부 롤러와 제2 상부 롤러는 각각 상기 칼날이 제공되어 노칭이 수행되는 노칭 구간과 상기 칼날이 제공되지 않아 노칭이 수행되지 않는 비노칭 구간을 가지며, 상기 노칭 구간에서의 회전 속도와 상기 비노칭 구간에서의 회전 속도가 상이한 것을 특징으로 한다.

상기 제1 상부 롤러와 제2 상부 롤러는 상기 노칭 구간에서 제1 회전 속도로 회전하고 상기 비노칭 구간에서 제2 회전 속도로 회전하며, 상기 제1 회전 속도는 상기 전극 시트의 이송 속도와 동일할 수 있다.

상기 제2 회전 속도는 상기 제1 회전 속도보다 느리거나 빠르고, 상기 제1 상부 롤러와 제2 상부 롤러가 매번 회전할때마다 상기 제2 회전 속도는 점진적으로 느려지거나 빨라질 수 있다.

상기 전극 시트는 일측 외주변에 상기 제1 노칭부와 제2 노칭부에 의해 형성된 노치 사이에 정렬되는 다수의 탭을 가지며, 상기 다수의 탭에서 인접한 탭 사이의 간격은 상이할 수 있다.

상기 제1 상부 롤러의 칼날과 상기 제2 상부 롤러의 칼날에 대한 세정을 수행하는 세정부를 더 포함할 수 있다.

상기 세정부는 상기 칼날의 금속이물을 제거하는 세정 헤드, 상기 세정 헤드를 이동시키는 이동 수단 및 집진 수단을 포함할 수 있다.

상기 제1 하부 롤러와 제2 하부 롤러에서 상기 칼날과 마주하는 부분에 제공되는 보호 필름을 더 포함할 수 있다.

본 발명의 예시적 실시예에 따른 이차전지의 전극 가공장치는, 회전에 의해 전극 시트를 노칭하는 칼날이 제공된 제1 상부 롤러, 상기 제1 상부 롤러의 하부에 배치되는 제1 하부 롤러, 상기 제1 상부 롤러와 제1 하부 롤러를 지지하는 제1 프레임을 포함하는 제1 노칭부; 회전에 의해 상기 전극 시트를 노칭하는 칼날이 제공된 제2 상부 롤러, 상기 제2 상부 롤러의 하부에 배치되는 제2 하부 롤러, 상기 제2 상부 롤러와 제2 하부 롤러를 지지하는 제2 프레임을 포함하며, 상기 제1 노칭부와 인접하여 배치되는 제2 노칭부; 상기 전극 시트가 상기 제1 노칭부와 제2 노칭부를 통과하여 이동하도록 상기 전극 시트의 장력을 제어하여 이동시키는 이송부; 및 상기 전극 시트의 이송 방향을 따라 나란히 배치되며 상기 제1 및 제2 프레임과 연결되는 가이드 레일, 상기 제1 및 제2 프레임을 상기 가이드 레일을 따라 이동시키는 구동 수단을 포함하는 구동부;를 포함하고, 상기 제1 상부 롤러와 제2 상부 롤러는 각각 상기 칼날이 제공되어 노칭이 수행되는 노칭 구간과 상기 칼날이 제공되지 않아 노칭이 수행되지 않는 비노칭 구간을 가지며, 상기 제1 프레임과 제2 프레임은 상기 비노칭 구간에서 상기 가이드 레일을 따라 이동할 수 있다.

상기 제1 프레임은 상기 비노칭 구간에서 제1 거리만큼 이동하고, 상기 제2 프레임은 상기 비노칭 구간에서 제2 거리만큼 이동하며, 상기 제1 상부 롤러와 제2 상부 롤러가 매번 회전할때마다 상기 제1 거리와 제2 거리가 점진적으로 증가할 수 있다.

상기 노칭 구간에서의 회전 속도와 상기 비노칭 구간에서의 회전 속도가 상이할 수 있다.

본 발명의 일 실시 형태에 따르면, 우수한 품질의 이차전지용 전극을 연속하여 생산할 수 있어서 생산성을 향상시킬 수 있는 이차전지의 전극 가공장치가 제공될 수 있다.

본 발명의 다양하면서도 유익한 장점과 효과는 상술한 내용에 한정되지 않으며, 본 발명의 구체적인 실시 형태를 설명하는 과정에서 보다 쉽게 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명의 예시적 실시예에 따른 이차전지의 전극 가공장치를 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 2는 도 1의 이차전지의 전극 가공장치를 개략적으로 나타내는 측면도이다.
도 3a는 제1 상부 롤러와 제1 하부 롤러 및 제2 상부 롤러와 제2 하부 롤러를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 3b는 제1 및 제2 상부 롤러에서 노칭 구간과 비노칭 구간을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 4는 제1 및 제2 하부 롤러에 제공되는 보호 필름을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 5a 및 도 5b는 제1 및 제2 상부 롤러의 노칭 구간과 비노칭 구간에서의 회전을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 6은 하나의 전극을 형성하는 패턴닝 작업이 완료된 전극 시트를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 7a 내지 도 7f는 전극 형성을 위한 패터닝 작업을 단계별로 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 8은 세정부를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 9a 내지 도 9c는 세정부를 통해 세정을 수행하는 과정을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 10은 본 발명의 예시적 실시예에 따른 이차전지의 전극 가공장치를 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 11은 도 10의 이차전지의 전극 가공장치를 개략적으로 나타내는 측면도이다.
도 12는 제1 및 제2 노칭부의 이동 모습을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 13은 본 발명의 예시적 실시예에 따른 이차전지를 개략적으로 나타내는 분해사시도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 다만, 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 도면 전체에 걸쳐 동일한 부호를 사용한다.

덧붙여, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 '연결'되어 있다고 할 때, 이는 '직접적으로 연결'되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 '간접적으로 연결'되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 어떤 구성요소를 '포함'한다는 것은, 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다.

도 1 및 도 2를 참조하여 본 발명의 예시적 실시예에 따른 이차전지의 전극 가공장치를 설명한다. 도 1은 본 발명의 예시적 실시예에 따른 이차전지의 전극 가공장치를 개략적으로 나타내는 사시도이고, 도 2는 도 1의 이차전지의 전극 가공장치를 개략적으로 나타내는 측면도이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 예시적 실시예에 따른 이차전지의 전극 가공장치(10)는 제1 노칭부(100), 제2 노칭부(200), 이송부(300)를 포함할 수 있다. 그리고, 제1 노칭부(100)와 제2 노칭부(200)에 대해 세정을 수행하는 세정부(400)를 더 포함할 수 있다.

이송부(300)는 전극 시트(S)가 제1 노칭부(100)와 제2 노칭부(200)를 통과하여 이동하도록 전극 시트(S)의 장력을 제어하여 이동시킬 수 있다.

이송부(300)는 전극 시트(S)를 일방향, 예를 들어, 제1 노칭부(100)에서 제2 노칭부(200) 방향으로 연속적으로 이송하는 복수개의 이송롤러(310)를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 제1 노칭부(100)와 제2 노칭부(200)는 이송롤러(310) 사이에 배치될 수 있다. 또한, 제1 노칭부(100)와 제2 노칭부(200)는 상호간의 간격이 조절될 수 있도록 배치될 수 있다.

제1 노칭부(100)와 제2 노칭부(200)는 이동하는 전극 시트(S)의 일측 외주변을 노칭(notching)하여 노치를 형성할 수 있다. 본 실시예에서는 두 개의 노칭부가 구비되는 것으로 예시하고 있으나, 이에 한정하는 것은 아니다. 예를 들어, 세 개 이상으로 노칭부를 구비하는 것도 가능하다.

도 3a에서는 제1 상부 롤러와 제1 하부 롤러 및 제2 상부 롤러와 제2 하부 롤러를 개략적으로 나타내고 있고, 도 3b에서는 제1 및 제2 상부 롤러에서 노칭 구간과 비노칭 구간을 개략적으로 나타내고 있다.

도 1과 함께 도 3a 및 도 3b를 참조하면, 제1 노칭부(100)는 제1 상부 롤러(110), 제1 하부 롤러(120), 제1 프레임(130)을 포함할 수 있다.

제1 상부 롤러(110)는 대략 원통형 구조를 가지며, 회전에 의해 전극 시트(S)를 노칭하는 칼날(111)이 돌출된 구조로 제공될 수 있다. 칼날(111)은 제1 상부 롤러(110)의 외주면 둘레를 따라서 부분적으로 제공되며, 제1 상부 롤러(110)는 칼날(111)이 제공되어 노칭을 수행하는 노칭 구간(A)과 칼날(111)이 제공되지 않아 노칭을 수행하지 않는 비노칭 구간(B)을 가질 수 있다.

제1 하부 롤러(120)는 대략 원통형 구조를 가지며, 제1 상부 롤러(110)의 하부에 배치될 수 있다. 제1 하부 롤러(120)는, 예컨대 앤빌 롤(anvil roll)일 수 있다.

도 4를 참조하면, 제1 하부 롤러(120)에는 칼날(111)과 마주하는 부분에 보호 필름(121)이 제공될 수 있다. 보호 필름(121)은 칼날(111) 및 제1 하부 롤러(120)가 손상되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 절단 품질을 향상시킬 수 있다.

제1 프레임(130)은 제1 상부 롤러(110)와 제1 하부 롤러(120)를 지지할 수 있다. 제1 상부 롤러(110)와 제1 하부 롤러(120)는 제1 프레임(130)에 회전가능하게 체결될 수 있다.

제2 노칭부(200)는 제1 노칭부(100)와 인접하여 배치될 수 있다. 제1 노칭부(100)와의 간격은 제조될 이차전지에 따라서 적절하게 조절될 수 있다. 제2 노칭부(200)는 제2 상부 롤러(210), 제2 하부 롤러(220), 제2 프레임(230)을 포함할 수 있다.

제2 상부 롤러(210)는 대략 원통형 구조를 가지며, 회전에 의해 전극 시트(S)를 노칭하는 칼날(211)이 돌출된 구조로 제공될 수 있다. 칼날(211)은 제2 상부 롤러(210)의 외주면 둘레를 따라서 부분적으로 제공되며, 제2 상부 롤러(210)는 칼날(211)이 제공되어 노칭을 수행하는 노칭 구간(A)과 칼날(211)이 제공되지 않아 노칭을 수행하지 않는 비노칭 구간(B)을 가질 수 있다.

제2 하부 롤러(220)는 대략 원통형 구조를 가지며, 제2 상부 롤러(210)의 하부에 배치될 수 있다.

도 4를 참조하면, 제2 하부 롤러(220)에는 칼날(211)과 마주하는 부분에 보호 필름(221)이 제공될 수 있다.

제2 프레임(230)은 제2 상부 롤러(210)와 제2 하부 롤러(220)를 지지할 수 있다. 제2 상부 롤러(210)와 제2 하부 롤러(220)는 제2 프레임(230)에 회전가능하게 체결될 수 있다.

일 실시예에서, 제1 상부 롤러(110)와 제2 상부 롤러(210)는 각각 노칭 구간(A)에서의 회전 속도와 비노칭 구간(B)에서의 회전 속도가 상이할 수 있다.

도 5a 및 도 5b를 참조하면, 제1 상부 롤러(110)와 제2 상부 롤러(210)는 각각 노칭 구간(A)에서 제1 회전 속도(V1)로 회전하고, 비노칭 구간(B)에서 제2 회전 속도(V2)로 회전할 수 있다. 여기서, 제1 회전 속도(V1)는 전극 시트(S)의 이송 속도(VS)와 동일할 수 있다. 그리고, 제2 회전 속도(V2)는 제1 회전 속도(V1)보다 느리거나 빠를 수 있다.

예를 들어, 제1 상부 롤러(110)와 제2 상부 롤러(210)는 각각 노칭 구간(A)에서는 칼날(111, 211)이 전극 시트(S)와 맞닿고, 전극 시트(S)의 이송 속도(VS)와 같은 제1 회전 속도(V1)로 회전하며 노칭을 수행할 수 있다. 그리고, 제1 상부 롤러(110)와 제2 상부 롤러(210)는 각각 비노칭 구간(B)에서는 전극 시트(S)와 맞닿지 않고(칼날의 돌출 크기만큼 간격이 존재함), 전극 시트(S)의 이송 속도(VS)와 다른 제2 회전 속도(V2), 예컨대 제1 회전 속도(V1)보다 느린 속도로 회전할 수 있다.

또한, 제1 상부 롤러(110)와 제2 상부 롤러(210)가 매번 회전할때마다 제2 회전 속도(V2)는 점진적으로 느려질 수 있다. 예를 들어, 두 번째 회전에서의 제2 회전 속도(V22)는 첫 번째 회전에서의 제2 회전 속도(V21)보다 더 느리고, 세 번째 회전에서의 제2 회전 속도(V23)는 두 번째 회전에서의 제2 회전 속도(V22)보다 더 느릴 수 있다. 그리고, 제2 회전 속도(V2)는 제1 상부 롤러(110)와 제2 상부 롤러의 매 회전마다 점진적으로 감소할 수 있다.

제1 하부 롤러(120)와 제2 하부 롤러(220)는 전극 시트(S)의 이송 속도(VS)와 동일한 속도, 예컨대 제1 회전 속도로 회전할 수 있다.

제1 및 제2 상부 롤러(110, 210)와 제1 및 제2 하부 롤러(120, 220)의 회전 속도는 제어부(500)를 통해 제어될 수 있다. 제어부(500)는 전극 시트(S)의 이송 속도(VS)에 대응하여 제1 회전 속도(V1)와 제2 회전 속도(V2)를 제어하며, 제1 및 제2 상부 롤러(110, 210)의 회전을 검출하여 제2 회전 속도(V2)가 점진적으로 감소하도록 제어할 수 있다.

제어부(500)는 노칭을 통해서 하나의 전극을 형성하는 패터닝 작업이 완료되면 제1 및 제2 상부 롤러(110, 210)의 제2 회전 속도(V2)를 원상으로 복귀할 수 있다. 예컨대, 첫 번째 회전에서의 제2 회전 속도로 제어할 수 있다.

도 6에서는 하나의 전극을 형성하는 패턴닝 작업이 완료된 전극 시트를 개략적으로 나타내고 있다.

도 6을 참조하면, 전극 시트(S)는 일측 외주변에 제1 노칭부(100)와 제2 노칭부(200)에 의해 형성된 노치(N) 사이에 정렬되는 다수의 탭(T)을 가질 수 있다. 그리고, 다수의 탭(T)에서 인접한 탭(T) 사이의 간격(D1,D2,D3,D4,D5)은 상이할 수 있다.

구체적으로, 전극 시트(S)에서 다수의 탭(T)은 상호 동일한 크기를 가지되, 탭(T) 사이의 간격(D1,D2,D3,D4,D5)은 전극 시트(S)의 이송 방향과 반대 방향으로 점진적으로 증가하는 비대칭 구조를 가질 수 있다.

이러한 비대칭 구조는 제1 및 제2 상부 롤러(110, 210)를 노칭 구간(A)과 비노칭 구간(B)에서 각각 다른 회전 속도로 회전시킴으로써 구현될 수 있다. 즉, 제1 및 제2 상부 롤러(110, 210)를 노칭 구간(A)에서는 제1 회전 속도(V1)로 회전시키고, 비노칭 구간(B)에서는 제1 회전 속도(V1)보다 느린 제2 회전 속도(V2)로 회전시킨다. 그리고, 매 회전마다 제2 회전 속도(V2)가 점진적으로 감소되도록 함으로써 인접한 탭(T) 사이의 간격을 이루는 노치(N)의 크기가 점진적으로 증가되도록 하여 비대칭 구조를 얻을 수 있다.

패터닝 작업을 통해 다수의 탭(T)을 구비하는 전극(E)은 전극 시트(S)를 절단선(C)을 따라서 소정 길이로 절단하여 완성될 수 있다. 전극(E)은 추후 설명하는 전극 조립체(2)에서 양극 및 음극을 구성할 수 있다(도 13 참조).

본 실시예에서는 전극(E)이 6개의 탭(T)을 구비하고, 탭(T) 사이에 5개의 노치(N)가 구비되는 것으로 예시하고 있으나 이에 한정하는 것은 아니다.

패터닝 작업은 전극 시트(S)의 길이 방향을 따라서 연속적으로 반복해서 수행될 수 있으며, 각 패터닝 작업을 통해 형성된 전극(E)은 전극 시트(S)를 절단함으로써 대량으로 제조될 수 있다.

도 7a 내지 도 7f를 참조하여 전극 형성을 위한 패터닝 작업을 구체적으로 설명한다. 도 7a 내지 도 7f는 전극 형성을 위한 패터닝 작업을 단계별로 개략적으로 나타내는 도면이다.

도 7a에서와 같이, 첫 번째 회전에서 제1 상부 롤러(110)는 노칭 구간(A)에서 제1 회전 속도(Va1)로 회전하며 전극 시트(S)에 길이 d를 갖는 제1 노치(N1)를 형성할 수 있다.

도 7b에서와 같이, 제1 노치(N1) 형성 후 제1 상부 롤러(110)는 비노칭 구간(B)에서 제1 회전 속도(Va1)보다 느린 제2 회전 속도(Va21)로 회전한다.

전극 시트(S)의 이송에 따라서 제2 상부 롤러(210)는 제1 노치(N1) 상에 노칭 구간(A)이 위치하며, 노칭 구간(A)에서 제1 회전 속도(Vb1)로 회전하며 제1 노치(N1)가 형성된 전극 시트(S)에 길이 d를 갖는 제2 노치(N2)를 형성할 수 있다. 제2 노치(N2)는 제1 노치(N1)와 부분적으로 중첩되어 형성될 수 있으며, 제1 노치(N1)와 제2 노치(N2)의 중첩에 의해 길이 a1만큼 증가된 길이 D1을 갖는 Na 노치를 형성할 수 있다.

도 7c에서와 같이, 제1 상부 롤러(110)는 비노칭 구간(B)에서 제1 회전 속도(Va1)보다 느린 제2 회전 속도(Va21)로 회전하고, 전극 시트(S)는 제2 회전 속도(Va21)보다 빠른 이송 속도(VS)로 이송되므로 제1 상부 롤러(110)는 전극 시트(S)가 이송 방향으로 보다 더 이송된 위치에 노칭 구간(A)을 위치시키게 된다. 그리고, 두 번째 회전에서 다시 제1 회전 속도(Va1)로 회전하며 길이 d를 갖는 제3 노치(N3)를 형성할 수 있다. 이에 따라서, 길이 t를 갖는 탭(T)이 형성된다.

제2 상부 롤러(210)는 제2 노치(N2) 형성 후 비노칭 구간(B)에서 제1 회전 속도(Vb1)보다 느린 제2 회전 속도(Vb21)로 회전한다.

도 7d에서와 같이, 제3 노치(N3) 형성 후 제1 상부 롤러(110)는 비노칭 구간(B)에서 제1 회전 속도(Va1)보다 느린 제2 회전 속도(Va22)로 회전한다. 이때, 제2 회전 속도(Va22)는 첫 번째 회전에서의 제2 회전 속도(Va21)보다 더 느릴 수 있다. 즉, 두 번째 회전에서의 제2 회전 속도(Va22)는 첫 번째 회전에서의 제2 회전 속도(Va21)보다 느리다.

제2 노치(N2) 형성 후 제2 상부 롤러(220)는 비노칭 구간(B)에서 제1 회전 속도(Vb1)보다 느린 제2 회전 속도(Vb22)로 회전하고, 제2 상부 롤러(220)의 제2 회전 속도(Vb22)는 제1 상부 롤러(110)의 제2 회전 속도(Va21)보다 더 느릴 수 있으며, 전극 시트(S)는 제2 회전 속도(Vb22)보다 빠른 이송 속도(VS)로 이송되므로 제2 상부 롤러(220)는 제3 노치(N3)보다 Na 노치로부터 보다 더 멀리 떨어진 위치에 노칭 구간(A)을 위치시키게 된다. 그리고, 두 번째 회전에서 다시 제1 회전 속도(Vb1)로 회전하며 제3 노치(N3)가 형성된 전극 시트(S)에 길이 d를 갖는 제4 노치(N4)를 형성할 수 있다. 제3 노치(N3)와 제4 노치(N4)의 중첩에 의해 길이 a2만큼 증가된 길이 D2를 갖는 Nb 노치를 형성할 수 있다. 여기서, a2는 a1보다 더 크며, 따라서 D2는 D1보다 더 클 수 있다. 즉, Nb 노치의 크기가 Na 노치보다 더 클 수 있다. 이는 비노칭 구간(B)에서 제2 상부 롤러(220)가 제1 상부 롤러(110)보다 더 느리게 회전하고, 이에 따라 전극 시트(S)가 보다 더 멀리 이동된 상태에서 제4 노치(N4)가 형성되기 때문이다.

도 7e에서와 같이, 두 번째 회전에서 제1 상부 롤러(110)는 비노칭 구간(B)에서 첫 번째 회전에서의 제2 회전 속도(Va21)보다 더 느린 제2 회전 속도(Va22)로 회전한다. 반면, 전극 시트(S)는 제2 회전 속도(Va22)보다 빠른 이송 속도(VS)로 이송되므로 제1 상부 롤러(110)는 전극 시트(S)가 이송 방향으로 보다 더 이송된 위치에 노칭 구간(A)을 위치시키게 된다. 그리고, 제1 회전 속도(Va1)로 회전하며 길이 d를 갖는 제5 노치(N5)를 형성할 수 있다. 이에 따라서, 길이 t를 갖는 탭(T)이 형성된다. 즉, Nb 노치의 길이가 증가된 만큼 제1 상부 롤러(110)는 전극 시트(S)가 보다 더 이송된 위치에 제5 노치(N5)를 형성하기 때문에 탭(T)의 길이(t)는 일정하게 유지될 수 있다.

제2 상부 롤러(220)는 제4 노치(N4) 형성 후 비노칭 구간(B)에서 제1 회전 속도(Vb1)보다 느린 제2 회전 속도(Vb22)로 회전한다. 이때, 제2 회전 속도(Vb22)는 첫 번째 회전에서의 제2 회전 속도(Vb21)보다 더 느릴 수 있다. 즉, 두 번째 회전에서의 제2 회전 속도(Vb22)는 첫 번째 회전에서의 제2 회전 속도(Vb21)보다 느리다.

도 7f에서와 같이, 제5 노치(N5) 형성 후 제1 상부 롤러(110)는 비노칭 구간(B)에서 제1 회전 속도(Va1)보다 느린 제2 회전 속도(Va23)로 회전한다. 이때, 제2 회전 속도(Va23)는 두 번째 회전에서의 제2 회전 속도(Va22)보다 더 느릴 수 있다. 즉, 세 번째 회전에서의 제2 회전 속도(Va23)는 두 번째 회전에서의 제2 회전 속도(Va22)보다 느리다.

제4 노치(N4) 형성 후 제2 상부 롤러(220)는 비노칭 구간(B)에서 제1 회전 속도(Vb1)보다 느린 제2 회전 속도(Vb22)로 회전한다. 이때, 제2 회전 속도(Vb22)는 첫 번째 회전에서의 제2 회전 속도(Vb21)보다 더 느릴 수 있다. 또한, 제1 상부 롤러(110)의 제2 회전 속도(Va22)보다 더 느릴 수 있으며, 전극 시트(S)는 제2 회전 속도(Vb22)보다 빠른 이송 속도(VS)로 이송되므로 제2 상부 롤러(220)는 제5 노치(N5)보다 Nb 노치로부터 보다 더 멀리 떨어진 위치에 노칭 구간(A)을 위치시키게 된다. 그리고, 세 번째 회전에서 다시 제1 회전 속도(Vb1)로 회전하며 제5 노치(N5)가 형성된 전극 시트(S)에 길이 d를 갖는 제6 노치(N6)를 형성할 수 있다. 제5 노치(N5)와 제6 노치(N6)의 중첩에 의해 길이 a3만큼 증가된 길이 D3를 갖는 Nc 노치를 형성할 수 있다. 여기서, a3는 a2보다 더 크며, 따라서 D3는 D2보다 더 클 수 있다. 즉, Nc 노치의 크기가 Nb 노치보다 더 클 수 있다. 이는 비노칭 구간(B)에서 제2 상부 롤러(220)가 제1 상부 롤러(110)보다 더 느리게 회전하고, 이에 따라 전극 시트(S)가 보다 더 멀리 이동된 상태에서 제6 노치(N6)가 형성되기 때문이다.

이러한 방식으로 매 회전마다 제1 및 제2 상부 롤러(110, 210)의 제2 회전 속도(V2)를 점진적으로 감소되도록 하여 탭(T) 사이의 간격을 이루는 노치의 크기가 점진적으로 증가되도록할 수 있다.

본 실시예에서는 제1 및 제2 상부 롤러(110, 210)의 제2 회전 속도(V2)가 점진적으로 감소되도록 하여 탭(T) 간의 거리, 즉 노치(N)의 크기가 점차 증가되는 구조를 갖는 것으로 설명하고 있으나 이에 한정하는 것은 아니다. 예를 들어, 제2 회전 속도(V2)가 점진적으로 증가되도록 하여 탭(T) 간의 거리가 점진적으로 작아지도록 하는 것도 가능하다.

도 8에서는 세정부를 개략적으로 나타내고 있다.

세정부(400)는 제1 상부 롤러(110)의 칼날(111)과 제2 상부 롤러(210)의 칼날(211)에 대한 세정을 수행할 수 있다. 세정부(400)는 제1 및 제2 프레임(130, 230) 상에 각각 구비될 수 있다.

세정부(400)는 세정 헤드(410), 이동 수단(420), 집진 수단(430)을 포함할 수 있다.

세정 헤드(410)는 칼날(111, 211)과 접촉하여 금속이물을 제거할 수 있다. 세정 헤드(410)는, 예컨대 부직포, 펠트와 같은 재질로 이루어질 수 있다.

이동 수단(420)은 세정 헤드(410)가 칼날(111, 211)과 접촉하도록 세정 헤드(410)를 이동시킬 수 있다. 일 실시예에서, 이동 수단(420)은 세정 헤드(410)를 회전시킬 수 있고, 세정 효과를 높이기 위해 알코올과 같은 휘발성 물질을 세정 헤드(410)로 공급할 수 있다.

집진 수단(430)은 세정 시 금속이물 등이 전극 시트(S)로 낙하하는 것을 방지할 수 있다.

도 9a 내지 도 9c에서는 세정부를 통해 세정을 수행하는 과정을 개략적으로 나타내고 있다.

도 9a 내지 도 9c에서와 같이, 세정부(400)는 제1 및 제2 상부 롤러(110, 210)가 회전함에 따라서 칼날(111, 211)이 전극 시트(S)와 접촉하지 않는 비노칭 구간(B)에서 칼날(111, 211)에 대한 세정을 수행할 수 있다. 세정 헤드(410)는 이동 수단(420)에 의해 이동하며 칼날(111, 211)과 접촉하여 금속이물 등을 제거하며, 제거된 금속이물은 집진 수단(430)을 통해 집진될 수 있다.

세정부(400)를 통한 세정은 절단 품질에 따라서 연속적 또는 간헐적으로 수행될 수 있다.

도 10 및 도 11을 참조하여 본 발명의 예시적 실시예에 따른 이차전지의 전극 가공장치를 설명한다. 도 10은 본 발명의 예시적 실시예에 따른 이차전지의 전극 가공장치를 개략적으로 나타내는 사시도이고, 도 11은 도 10의 이차전지의 전극 가공장치를 개략적으로 나타내는 측면도이다.

도 10 및 도 11을 참조하면, 본 발명의 예시적 실시예에 따른 이차전지의 전극 가공장치(20)는 제1 노칭부(100), 제2 노칭부(200), 이송부(300), 세정부(400), 구동부(600)를 포함할 수 있다.

도 10 및 도 11에서 도시하는 실시예에 따른 이차전지의 전극 가공장치(20)를 구성하는 구성은 도 1 및 도 2에 도시된 실시예에 따른 이차전지의 전극 가공장치(10)와 기본적인 구성이 실질적으로 동일하다. 다만, 구동부(600)를 더 포함하는 점에서 도 1 및 도 2에 도시된 실시예와 차이가 있다. 따라서, 중복되는 구성들에 대한 구체적인 설명은 생략한다.

구동부(600)는 전극 시트(S)의 이송 방향을 따라 나란히 배치되는 한 쌍의 가이드 레일(610)과, 제1 및 제2 노칭부(100, 200)를 이동시키는 구동 수단(620)을 포함할 수 있다.

한 쌍의 가이드 레일(610)은 전극 시트(S)의 양 측에서 전극 시트(S)와 나란하게 배치될 수 있다. 한 쌍의 가이드 레일(610)은 전극 시트(S)의 이송 방향을 따라서 길게 연장될 수 있다. 제1 및 제2 노칭부(100, 200)의 제1 및 제2 프레임(130, 230)은 한 쌍의 가이드 레일(610)과 연결될 수 있다.

구동 수단(620)은 제1 및 제2 프레임(130, 230)을 가이드 레일(610)을 따라서 이동시킬 수 있다. 구동 수단(620)에 의해 제1 및 제2 노칭부(100, 200)는 전극 시트(S)의 이송 방향 또는 반대 방향으로 이동될 수 있다. 구동 수단(620)은, 예컨대 구동 모터, 유압 장치 등을 포함할 수 있으나 이에 한정하는 것은 아니다.

구동 수단(620)은 제1 상부 롤러(110)와 제2 상부 롤러(210)가 회전하는 과정에서 칼날(111, 211)이 제공되지 않아 노칭이 수행되지 않는 비노칭 구간(B)에서 제1 프레임(130)과 제2 프레임(230)을 가이드 레일(610)을 따라 이동시킬 수 있다. 즉, 전극 시트(S)에 대한 노칭이 수행되는 노칭 구간(A)에서는 제1 프레임(130)과 제2 프레임(230)을 이동시키지 않고, 비노칭 구간(B)에서만 제1 프레임(130)과 제2 프레임(230)을 이동시킬 수 있다.

일 실시예에서, 도 12를 참조하면, 구동 수단(620)은 제1 프레임(130)을 제1 거리(L1)만큼 이동시키고, 제2 프레임(230)은 제2 거리(L2)만큼 이동시킬 수 있다. 그리고, 제1 상부 롤러(110)와 제2 상부 롤러(210)가 매번 회전할때마다 제1 거리(L1)와 제2 거리(L2)는 변화할 수 있다. 예를 들어, 제1 거리(L1)와 제2 거리(L2)는 점진적으로 증가할 수 있다.

제어부(500)는 구동부(600)가 제1 프레임(130)과 제2 프레임(230)을 제1 거리(L1)와 제2 거리(L2)만큼 이동시키는 것을 제어할 수 있다. 또한, 제1 거리(L1)와 제2 거리(L2)를 점진적으로 증가시킬 수 있다.

제어부(500)는 노칭을 통해서 하나의 전극을 형성하는 패터닝 작업이 완료되면 제1 및 제2 노칭부(100, 200)의 위치를 원상으로 복귀하도록 구동부(620)를 제어할 수 있다.

본 실시예에서는, 노칭이 수행되지 않는 비노칭 구간(B)에서 제1 노칭부(100)와 제2 노칭부(200)를 전극 시트(S)의 이송 방향으로 이동시키되, 제1 상부 롤러(110)와 제2 상부 롤러(210)의 매 회전마다 제1 이동 거리(L1)와 제2 이동 거리(L2)를 점진적으로 증가되도록 하여 탭(T) 사이의 간격을 이루는 노치(N)의 크기가 점진적으로 증가되도록할 수 있다. 즉, 전극 시트(S)의 이송 방향으로 제1 및 제2 노칭부(100, 200)를 이동시키는 방식으로 탭(T) 간의 거리를 조정할 수 있다.

일 실시예에서, 제어부(500)는 추가적으로 제1 및 제2 상부 롤러(110, 210)와 제1 및 제2 하부 롤러(120, 220)의 회전 속도를 제어할 수 있다. 제어부(500)는 전극 시트(S)의 이송 속도(VS)에 대응하여 제1 회전 속도(V1)와 제2 회전 속도(V2)를 제어하며, 제1 및 제2 상부 롤러(110, 120)의 회전을 검출하여 제2 회전 속도(V2)가 점진적으로 감소하도록 제어할 수 있다.

제1 및 제2 상부 롤러(110, 210)의 회전 속도를 제어하는 사항은 도 1 내지 도 9에 도시된 실시예에서 구체적으로 설명하고 있으므로 이에 대한 설명은 생략한다.

도 13에서는 본 발명의 예시적 실시예에 따른 이차전지를 개략적으로 나타내고 있다. 도 13은 본 발명의 예시적 실시예에 따른 이차전지를 개략적으로 나타내는 분해사시도이다.

도 13을 참조하면, 본 발명의 예시적 실시예에 따른 이차전지(1)는 전극 조립체(2), 케이스(3), 캡플레이트(4)를 포함할 수 있다.

전극 조립체(2)는 도 1 내지 도 12에 도시된 실시예에 따라 제조된 전극 시트(S)를 소정 크기로 절단하여 얻어지는 전극(E)을 감아서 적층한 구조를 가질 수 있다. 구체적으로, 전극(E)은 양극과 음극으로 구성되고, 양극과 음극 사이에 분리막을 개재한 상태로 동시에 감아서 적층한 권취형 구조를 가질 수 있다.

본 실시예에서는 탭(T) 간의 거리가 일정하지 않고 점진적으로 변화하는 구조를 가지기 때문에 전극을 롤 형태로 감더라도 탭들(T)은 일정한 위치에 배치되어 어긋남이 없이 적층될 수 있다. 즉, 전극을 감아서 적층함으로써 반경이 증가하더라도 탭(T) 간의 간격이 점진적으로 증가하는 구조를 가지기 때문에 탭(T)의 위치는 일정하게 유지될 수 있다.

케이스(3)는 전극 조립체(2)를 수용하는 내부 공간을 가지며, 전극 조립체(2)가 내부에 수용된 상태에서 전극 조립체(2)를 보호할 수 있다. 케이스(3) 내에는 전극 조립체(2)와 함께 전해액이 포함될 수 있다.

캡플레이트(4)는 케이스(3)의 개구에 체결될 수 있다. 캡플레이트(4)는 전극 조립체(2)의 탭(T)을 외부로 인출시키는 홀(4a)을 가질 수 있다. 또한, 캡플레이트(4)는 내부 압력에 따라 파단될 수 있는 벤트 부재(4b)를 가질 수 있다.

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예에는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

1... 이차전지
10, 20... 이차전지의 전극 가공장치
100... 제1 노칭부
200... 제2 노칭부
300... 이송부
400... 세정부
500... 제어부
600... 구동부

Claims

회전에 의해 전극 시트를 노칭하는 칼날이 제공된 제1 상부 롤러, 상기 제1 상부 롤러의 하부에 배치되는 제1 하부 롤러, 상기 제1 상부 롤러와 제1 하부 롤러를 지지하는 제1 프레임을 포함하는 제1 노칭부;
회전에 의해 상기 전극 시트를 노칭하는 칼날이 제공된 제2 상부 롤러, 상기 제2 상부 롤러의 하부에 배치되는 제2 하부 롤러, 상기 제2 상부 롤러와 제2 하부 롤러를 지지하는 제2 프레임을 포함하며, 상기 제1 노칭부와 인접하여 배치되는 제2 노칭부; 및
상기 전극 시트가 상기 제1 노칭부와 제2 노칭부를 통과하여 이동하도록 상기 전극 시트의 장력을 제어하여 이동시키는 이송부;
를 포함하고,
상기 제1 상부 롤러와 제2 상부 롤러는 각각 상기 칼날이 제공되어 노칭이 수행되는 노칭 구간과 상기 칼날이 제공되지 않아 노칭이 수행되지 않는 비노칭 구간을 가지며,
상기 노칭 구간에서의 회전 속도와 상기 비노칭 구간에서의 회전 속도가 상이한 것을 특징으로 하는 이차전지의 전극 가공장치.
제1항에 있어서,
상기 제1 상부 롤러와 제2 상부 롤러는 상기 노칭 구간에서 제1 회전 속도로 회전하고 상기 비노칭 구간에서 제2 회전 속도로 회전하며,
상기 제1 회전 속도는 상기 전극 시트의 이송 속도와 동일한 것을 특징으로 하는 이차전지의 전극 가공장치.
제2항에 있어서,
상기 제2 회전 속도는 상기 제1 회전 속도보다 느리거나 빠르고,
상기 제1 상부 롤러와 제2 상부 롤러가 매번 회전할때마다 상기 제2 회전 속도는 점진적으로 느려지거나 빨라지는 것을 특징으로 하는 이차전지의 전극 가공장치.
제1항에 있어서,
상기 전극 시트는 일측 외주변에 상기 제1 노칭부와 제2 노칭부에 의해 형성된 노치 사이에 정렬되는 다수의 탭을 가지며,
상기 다수의 탭에서 인접한 탭 사이의 간격은 상이한 것을 특징으로 하는 이차전지의 전극 가공장치.
제1항에 있어서,
상기 제1 상부 롤러의 칼날과 상기 제2 상부 롤러의 칼날에 대한 세정을 수행하는 세정부를 더 포함하는 이차전지의 전극 가공장치.
제5항에 있어서,
상기 세정부는 상기 칼날의 금속이물을 제거하는 세정 헤드, 상기 세정 헤드를 이동시키는 이동 수단 및 집진 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지의 전극 가공장치.
제1항에 있어서,
상기 제1 하부 롤러와 제2 하부 롤러에서 상기 칼날과 마주하는 부분에 제공되는 보호 필름을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지의 전극 가공장치.
회전에 의해 전극 시트를 노칭하는 칼날이 제공된 제1 상부 롤러, 상기 제1 상부 롤러의 하부에 배치되는 제1 하부 롤러, 상기 제1 상부 롤러와 제1 하부 롤러를 지지하는 제1 프레임을 포함하는 제1 노칭부;
회전에 의해 상기 전극 시트를 노칭하는 칼날이 제공된 제2 상부 롤러, 상기 제2 상부 롤러의 하부에 배치되는 제2 하부 롤러, 상기 제2 상부 롤러와 제2 하부 롤러를 지지하는 제2 프레임을 포함하며, 상기 제1 노칭부와 인접하여 배치되는 제2 노칭부;
상기 전극 시트가 상기 제1 노칭부와 제2 노칭부를 통과하여 이동하도록 상기 전극 시트의 장력을 제어하여 이동시키는 이송부; 및
상기 전극 시트의 이송 방향을 따라 나란히 배치되며 상기 제1 및 제2 프레임과 연결되는 가이드 레일, 상기 제1 및 제2 프레임을 상기 가이드 레일을 따라 이동시키는 구동 수단을 포함하는 구동부;
를 포함하고,
상기 제1 상부 롤러와 제2 상부 롤러는 각각 상기 칼날이 제공되어 노칭이 수행되는 노칭 구간과 상기 칼날이 제공되지 않아 노칭이 수행되지 않는 비노칭 구간을 가지며,
상기 제1 프레임과 제2 프레임은 상기 비노칭 구간에서 상기 가이드 레일을 따라 이동하는 것을 특징으로 하는 이차전지의 전극 가공장치.
제8항에 있어서,
상기 제1 프레임은 상기 비노칭 구간에서 제1 거리만큼 이동하고, 상기 제2 프레임은 상기 비노칭 구간에서 제2 거리만큼 이동하며,
상기 제1 상부 롤러와 제2 상부 롤러가 매번 회전할때마다 상기 제1 거리와 제2 거리가 점진적으로 증가하는 것을 특징으로 하는 이차전지의 전극 가공장치.
제8항에 있어서,
상기 노칭 구간에서의 회전 속도와 상기 비노칭 구간에서의 회전 속도가 상이한 것을 특징으로 하는 이차전지의 전극 가공장치.