KR101956931B1 - 조립형 권심을 구비하는 이차전지의 권취장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명에서는 롤 형태의 전극 조립체의 원주 변화에 대응하여 조립이 가능한 공용화된 권심을 사용함으로써, 권심의 제작기간을 단축하고, 가공비용을 절감할 수 있는 조립형 권심을 구비하는 이차전지의 권취장치가 개시된다.
일 예로, 제 1 및 제 2 전극판과 이들 두 전극판 사이에 개재된 세퍼레이터를 권취하는 권심을 구비하는 이차전지의 권취장치에 있어서, 권심은 중앙에 제 1, 2 전극판 및 세퍼레이터가 삽지되는 삽지홈을 갖는 한 쌍의 베이스 권심, 베이스 권심의 외측면에 각각 위치하는 적어도 하나의 스페이서 및 스페이서의 최외측면에 각각 위치하는 날개부를 포함하는 이차전지의 권취장치가 개시된다.

Description

조립형 권심을 구비하는 이차전지의 권취장치 {Rolling Device for Secondary Battery Having Assembly-Type Mandrel}
본 발명은 조립형 권심을 구비하는 이차전지의 권취장치에 관한 것이다.
통상적으로, 전지는 일차전지와 이차전지로 구분되며, 이차전지(secondary battery)는 충전이 불가능한 일차전지와는 달리, 충전 및 방전이 가능한 전지를 말하는 것으로서, 셀룰라 폰, 노트북 컴퓨터, 캠코더 등의 첨단 전지기기 분야에서 널리 사용되고 있다. 특히, 리튬 이차전지는 작동전압이 3.6V로서, 전자장비 전원으로 많이 사용되고 있는 니켈-카드뮴 전지나 니켈-수소 전지보다 3배나 높고, 단위중량당 에너지밀도가 높다는 측면에서 급속도로 신장되고 있는 추세이다.
이러한 리튬 이차전지는 주로 양극 활물질로 리튬계 산화물, 음극 활물질로는 탄소재를 사용하고 있다. 또한, 리튬 이차전지는 여러 가지 형상으로 제조되고 있는데, 대표적 형상으로는 원통형과, 각형과, 파우치형을 들 수 있다.
통상적으로, 리튬 이차전지는 전극 조립체와, 전극 조립체를 수용하는 리튬 이차전지용 케이스와, 리튬 이차전지용 케이스 내측에 주입되어 리튬 이온의 이동을 가능하게 하는 전해액을 포함한다.
전극 조립체는 양극판과 음극판, 그리고 양극판과 음극판 사이에 개재되어 쇼트를 방지하며 전해액 또는 이온의 이동이 가능한 세퍼레이터로 이루어진다.
본 발명은 롤 형태의 전극 조립체의 원주 변화에 대응하여 조립이 가능한 공용화된 권심을 사용함으로써, 권심의 제작기간 단축 및 가공비용 절감이 가능한 조립형 권심을 구비하는 이차전지의 권취장치를 제공한다.
본 발명에 따른 이차전지의 권취장치는 제 1 및 제 2 전극판과 이들 두 전극판 사이에 개재된 세퍼레이터를 권취하는 권심을 구비하는 이차전지의 권취장치에 있어서, 권심은 중앙에 제 1, 2 전극판 및 세퍼레이터가 삽지되는 삽지홈을 갖는 한 쌍의 베이스 권심, 베이스 권심의 외측면에 각각 위치하는 적어도 하나의 스페이서 및 스페이서의 최외측면에 각각 위치하는 날개부를 포함할 수 있다.
여기서, 날개부는 권심의 최외측면에 해당하는 부분이 다각 또는 곡면 형태로 형성될 수 있다.
그리고 스페이서는 0.05 내지 16.0mm 중 하나의 두께로 형성될 수 있다.
또한, 베이스 권심, 스페이서 및 날개부에는 베이스 권심, 스페이서 및 날개부를 볼트로 결합되기 위한 체결홀이 형성될 수 있다.
또한, 베이스 권심과 스페이서 사이 및 스페이서와 날개부 사이에는 각각을 결합하기 위한 레일이 더 형성되며, 베이스 권심, 스페이서 및 날개부에는 레일을 삽입하기 위한 삽입홈이 더 형성될 수 있다.
또한, 레일은 사다리꼴 형상으로 형성될 수 있다.
또한, 베이스 권심, 스페이서 및 날개부 각각에는 레일과 볼트로 결합되기 위한 체결홀이 형성될 수 있다.
또한, 베이스 권심, 스페이서 및 날개부는 SKD61의 재질로 형성될 수 있다.
또한, 베이스 권심, 스페이서 및 날개부의 표면은 습식 래핑(lapping) 처리될 수 있다.
본 발명에 따른 이차전지의 권취장치는 제 1 및 제 2 전극판과 이들 두 전극판 사이에 개재된 세퍼레이터를 권취하는 권심을 구비하는 이차전지의 권취장치에 있어서, 권심은 중앙에 제 1, 2 전극판 및 세퍼레이터가 삽지되는 삽지홈을 갖고, 외측면에 삽입홈이 형성되는 한 쌍의 베이스 권심, 베이스 권심의 삽입홈 각각에 삽입되고, 베이스 권심의 외측면으로 돌출되는 레일 및 돌출되는 레일이 삽입되는 삽입홈이 형성되며, 베이스 권심의 최외측면에 각각 위치하는 날개부를 포함할 수 있다.
여기서, 날개부는 권심의 최외측면에 해당하는 부분이 다각 또는 곡면 형태로 형성될 수 있다.
그리고 레일은 사다리꼴 형상으로 형성될 수 있다.
또한, 베이스 권심 및 날개부 각각에는 레일과 볼트로 결합되기 위한 체결홀이 형성될 수 있다.
또한, 베이스 권심 및 날개부 사이에는 베이스 권심 및 날개부와 접촉하는 면에 레일이 삽입되는 삽입홈이 형성된 스페이서가 더 형성될 수 있다.
또한, 스페이서에는 레일과 볼트로 결합되기 위한 체결홀이 형성될 수 있다.
또한, 베이스 권심, 스페이서 및 날개부는 SKD61의 재질로 형성될 수 있다.
또한, 베이스 권심, 스페이서 및 날개부의 표면은 습식 래핑(lapping) 처리될 수 있다.
본 발명에 의한 조립형 권심을 구비하는 이차전지의 권취장치는 롤 형태의 전극 조립체의 원주 변화에 대응하여 조립이 가능한 공용화된 권심을 사용함으로써, 권심의 제작기간을 단축하고, 가공비용을 절감할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 권취장치의 개략도이다.
도 2 내지 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 조립형 권심의 사시도이다.
도 5a 및 5b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 조립형 권심의 사시도이다.
도 5c는 본 발명의 다른 실시예에 따른 조립형 권심의 결합 관계를 설명하기 위한 단면도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 조립형 권심의 사시도이다.
본 발명이 속하는 기술분야에 있어서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있을 정도로 본 발명의 바람직한 실시예를 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
이하에서는 본 발명에 따른 이차전지의 극판 권취장치를 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 권취장치의 개략도이다. 도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 권취장치는 롤 형태의 전극 조립체(3000)를 구성하는 제 1 및 제 2 전극판(3100, 3200)과 세퍼레이터(3300a, 3300b)를 공급하는 각각의 공급부(2100, 2200, 2300a, 2300b)와, 공급된 제 1 및 제 2 전극판(3100, 3200)과 세퍼레이터(3300a, 3300b)를 권취시키는 권심(1000), 제 1 및 제 2 전극판(3100, 3200)과 세퍼레이터(3300a, 3300b)를 소정의 길이로 커팅시키는 커팅부(5000), 그리고 각각의 공급부(2100, 2200, 2300a, 2300b)에서 권출되는 제 1 및 제 2 전극판(3100, 3200)과 세퍼레이터(3300a, 3300b)의 이송을 안내하는 다수의 이송롤러(4000)를 포함한다. 또한, 권취된 전극 조립체(3000)가 풀리지 않도록 전극 조립체(3000)를 고정시키는 고정테이프(3400)를 공급하는 고정테이프 공급부(2400)를 더 포함할 수 있다.
상기 권심(1000)은 도시되지 않은 구동부에 의해 회전되어 각각의 공급부(2100, 2200, 2300a, 2300b)에서 권출된 제 1 및 제 2 전극판(3100, 3200)과 세퍼레이터(3300a, 3300b)를 소정의 순서대로 권취한다. 상기 권심(1000)은 삽지홈(101)에 의해 두 부분으로 나누어지며, 나누어진 두 부분 사이에, 즉 상기 삽지홈(101)에 상기 전극판(3100, 3200)과 세퍼레이터(3300a, 3300b)의 끝단이 삽입된다. 상기 권심(1000)의 구조에 관해서는 후술하기로 한다.
상기 공급부(2100, 2200, 2300a, 2300b, 2400)는 상기 제 1 전극판(3100)이 권취된 제 1 전극판 공급부(2100), 상기 제 2 전극판(3200)이 권취된 제 2 전극판 공급부(2200), 상기 제 1 및 제 2 세퍼레이터(3300a, 3300b)가 권취된 제 1 및 제 2 세퍼레이터 공급부(2300a, 2300b) 및 상기 고정테이프(3400)가 권취된 고정테이프 공급부(2400)를 포함한다. 이때, 상기 제 1 및 제 2 전극판 공급부(2100, 2200)와 제 1 및 제 2 세퍼레이터 공급부(2300a, 2300b)는 상기 제 1 전극판(3100)과 제 2 전극판(3200) 사이에 상기 세퍼레이터(3300a, 3300b)가 개재되도록 배치된다.
상기 제 1 전극판 공급부(2100)와 제 2 전극판 공급부(2200)에는 각각의 공급부(2100, 2200)와 소정의 간격을 두고 상기 공급부(2100,2200)에 권취된 제 1 및 제 2 전극판(3100, 3200)들이 권출될 때 제 1 및 제 2 전극탭이 부착될 수 있도록 제 1 및 제 2 전극탭 부착부(2150, 2250)가 설치된다. 상기 각각의 전극탭 부착부(2150, 2250)는 상기 제 1 및 제 2 전극판 공급부(2100, 2200)에서 권출된 제 1 및 제 2 전극판(3100, 3200)의 각 무지부에 제 1 및 제 2 전극탭을 부착시킨다.
상기 전극조립체(3000)는 상기 공급부(2100, 2200, 2300a, 2300b)에서 권출된 제 1 및 제 2 전극판(3100, 3200)과 제 1 및 제 2 세퍼레이터(3300a, 3300b)가 상기 권심(1000)에 의해 롤 형태로 권취되어 이루어진다. 즉, 상기 전극조립체(3000)는 제 1 전극판(3100), 제 2 전극판(3200) 및 세퍼레이터(3300a, 3300b)가 각각 한 장의 스트립(strip)으로 이루어져, 제 1 전극판(3100), 제 1 세퍼레이터(3300a), 제 2 전극판(3200), 제 2 세퍼레이터(3300b)의 순으로 배치되어, 젤리-롤형(jelly-roll type)으로 권취된다. 또한, 상기 전극조립체(3000)의 최외곽면에는 상기 고정테이프(3400)가 부착되어 젤리롤 형으로 권취된 전극조립체(3000)가 풀리지 않도록 전극조립체(3000)를 고정시킨다.
상기 제 1 전극판(3100)은 양극일 수 있으며, 도전성이 우수한 금속 박판, 예를 들면, 알루미늄(Al) 호일(foil)로 이루어진 제 1 전극집전체의 양면에 코팅된 제 1 활물질층을 포함하고 있다. 활물질로는 칼코게나이드(chalcogenide) 화합물이 사용되고 있으며, 그 예로 LiCoO2, LiMn2O4, LiNiO2, LiNi1 -xCoxO2(0<x<1), LiMnO2 등의 복합 금속 산화물들이 사용되고 있으나, 본 실시예에서 그 물질을 한정하는 것은 아니다.
상기 제 2 전극판(3200)은 음극일 수 있으며, 전도성 금속 박판, 예를 들면, 구리(Cu) 또는 니켈(Ni) 호일로 이루어진 제 2 전극집전체의 양면에 코팅된 제 2 활물질층을 포함하고 있다. 제 2 활물질로는 탄소(C) 계열 물질, Si, Sn, 틴 옥사이드, 틴 합금 복합체(composite tin alloys), 전이 금속 산화물, 리튬 금속 나이트라이드 또는 리튬 금속 산화물 등이 사용되고 있으나, 본 실시예에서 그 물질을 한정하는 것은 아니다.
상기 제 1 및 제 2 세퍼레이터(3300a, 3300b)는 제 1 전극판(3100)과 제 2 전극판(3200)의 쇼트(short)를 방지하고 리튬 이차 전지의 전하(charge), 예를 들면 리튬 이온의 이동만 가능하게 하는 것으로, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 및 폴리에틸렌과 폴리플로필렌의 공중합체(co-polymer)로 이루어지는 군(group)에서 선택되는 어느 하나로 이루어져 있으나, 본 실시예에서 그 재질을 한정하는 것은 아니다. 상기 세퍼레이터(3300a, 3300b)는 상기 제 1 및 제 2 전극판(3100, 3200)보다 폭을 넓게 하여 형성하는 것이 제 1 전극판(3100) 및 제 2 전극판(3200) 간의 단락을 방지하는데 유리하다.
상기 이송롤러(4000)는 도시되지 않은 회전축과 구동부에 의해 회전되어 각각의 공급부(2100, 2200, 2300a, 2300b, 2400)에서 권출되는 전극판(3100, 3200), 세퍼레이터(3300a, 3300b) 및 고정테이프(3400)의 이송을 안내한다.
상기 커팅부(5000)는 각각의 공급부(2100, 2200, 2300a, 2300b, 2400)에서 권출되는 전극판(3100, 3200) 및 세퍼레이터(3300a, 3300b)를 하나의 전극조립체(3000)로 구성하기 위한 길이로 커팅한다.
이하에서는 도 1을 함께 참조하여 본 발명에 따른 이차전지의 극판 권취장치의 작동을 설명한다.
먼저, 상기 각각의 공급부(2100, 2200, 2300a, 2300b, 2400)는 상기 제 1 및 제 2 전극판(3100, 3200)과 세퍼레이터(2300a, 2300b)를 권출시킨다.
권출된 상기 제 1, 2 전극판(3100, 3200) 및 세퍼레이터(3300a, 3300b)는 소정의 위치에 설치된 각각의 이송롤러(4000)에 의해 상기 커팅부(5000) 측으로 인입된다.
이송되는 상기 제 1, 2 전극판(3100,3200)에는 소정의 위치에서 상기 전극탭 부착부(2150, 2250)에 의해 각각 제 1 및 제 2 전극탭이 부착된다.
이와 같은 과정에 의해 상기 제 1 및 제 2 전극탭이 부착된 상기 제 1, 2 전극판(3100, 3200)은 그 사이에 개재되는 세퍼레이터(3300a, 3300b)와 함께 상기 권심(1000)의 삽지홈(101)에 삽입된다. 그리고 상기 삽지홈(101)에 삽입된 상기 전극판(3100, 3200) 및 세퍼레이터(3300a, 3300b)는 구동부에 의해 회전되는 권심(1000)의 외면에 권취된다.
상기 권심(1000)에 의해 권취된 상기 제 1, 2 전극판(3100,3200) 및 세퍼레이터(3300a, 3300b)는 상기 커팅부(5000)에 의해 소정의 길이를 갖도록 커팅된다.
상기 제 1, 2 전극판(3100, 3200) 및 세퍼레이터(3300a, 3300b)가 권취되면, 권취된 상기 제 1, 2 전극판(3100,3200) 및 세퍼레이터(3300a, 3300b)의 외부에는 일측에 배치된 상기 고정테이프 공급부(2400)에서 공급된 고정테이프(3400)가 부착되어 상기 전극 조립체(3000)를 고정시킨다.
이하에서는 본 발명의 실시예에 따른 권취장치에서, 권심의 구성을 설명하도록 한다.
도 2 내지 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 조립형 권심의 사시도이다.
상기 권심은 중앙에 제 1, 2 전극판 및 세퍼레이터가 삽지되는 삽지홈(101)을 갖는 한 쌍의 베이스 권심(110), 상기 베이스 권심(110)의 외측면에 각각 위치하는 적어도 하나의 스페이서(120a, 120b, 220, 320a, 320b, 이하에서는 120으로 표기) 및 상기 스페이서(120)의 최외측면에 각각 위치하는 날개부(130)를 포함하여 이루어진다. 또한, 상기 베이스 권심(110), 스페이서(120) 및 날개부(130)는 볼트(140)에 의해 체결된다.
상기 베이스 권심(110)은 상기 권심 중앙의 상기 제 1, 2 전극판 및 세퍼레이터가 삽지되는 삽지홈(101)을 기준으로 서로 마주보는 한 쌍으로 형성된다. 상기 베이스 권심(110) 내측면의 상기 삽지홈(101)이 형성된 영역의 대응면에는 도면에 도시되지 않았지만 클램프(clamp)가 형성될 수 있다. 상기 클램프는 상기 권심에 권취되는 상기 제 1 및 제 2 전극판 및 세퍼레이터의 끝단을 고정시키는 역할을 한다. 또한 상기 베이스 권심(110)에는 상기 스페이서(120) 및 날개부(130)와의 권심 조립을 위한 체결홀(115)이 형성된다.
한편, 상기 베이스 권심(110)은 장축 방향으로 연장된 연장부(117)를 더 포함한다. 상기 연장부(117)에는 권취장치의 회전부와 볼트로 결합되기 위한 체결홀이 형성된다. 따라서 상기 베이스 권심(110)은 상기 연장부(117)에 의해 권취장치의 회전부에 고정되어 회전하며 상기 제 1, 2 전극판 및 세퍼레이터를 권취시킬 수 있다. 그리고 상기 베이스 권심(110)은 장축 방향으로 연장부(117)의 반대편에 돌기부(118)가 더 형성될 수 있다. 상기 베이스 권심(110)이 연장부(117)에 의해 회전부에 고정되어 회전할 때, 상기 연장부(117)의 반대편 끝에는 회전에 의한 베이스 권심(110)의 흔들림이 발생한다. 이러한 흔들림은 상기 제 1, 2 전극판 및 세퍼레이터의 불균일한 권취를 유발할 수 있다. 따라서 상기 베이스 권심(110)에 돌기부(118)를 형성함으로써, 돌기부(118)에 의해 외부 고정부에 상기 베이스 권심(110)을 단단하게 고정시켜 롤 형태의 전극 조립체 제조시 불량을 방지할 수 있다.
상기 베이스 권심(110)은 대략 [표 1]과 같은 화학적 성분을 갖는 SKD61의 재질로 이루어질 수 있지만, 이러한 재질로 본 발명을 한정하는 것은 아니다.
성분 C Si Mn P S Cr W Mo V
함유율
(wt. %)		 0.35 ~ 0.42 0.80 ~ 1.20 0.30 ~ 0.50 ≤0.030 ≤0.010 4.80 ~ 5.50 - 1.20 ~ 1.60 0.50 ~ 1.10
또한, 상기 베이스 권심(110)의 표면은 습식 래핑(lapping)으로 가공될 수 있다. 상기 베이스 권심(110)의 표면을 습식 래핑 가공함으로써, 보다 정밀도 높은 표면을 얻을 수 있다.
상기 스페이서(120)는 상기 베이스 권심(110)의 외측면에 각각 위치한다. 상기 스페이서(120)는 0.05, 0.1, 0.2, 0.4, 0.8, 1.0, 2.0, 4.0, 8.0, 16.0mm 중 하나의 두께로 형성된다. 그러나, 이러한 두께로 본 발명을 한정하는 것은 아니며, 권취할 전극 조립체의 디자인에 따라 다양한 두께가 가능하다. 따라서, 상기 0.05 내지 16.0mm의 스페이서(120) 중 필요한 두께의 스페이서(120)를 선택하여 사용함으로써, 상기 전극조립체의 원주 변화에 대응하여 권심을 조립하여 사용할 수 있다. 또한, 전극조립체의 원주에 따라 여러 개의 스페이서를 조립하여 사용하는 것도 가능하다.
특히, 도 2를 참조하면, 2개의 제 1 및 제 2 스페이서(120a, 120b)를 사용하여 조립된 권심에 대해 도시되었다. 또한, 도 3에서는 하나의 스페이서(220)만을 사용하였으며, 도 4에서는 제 1 스페이서(320a) 및 상기 제 1 스페이서(320a)에 비해 두꺼운 제 2 스페이서(320b)를 사용하여 권심을 조립하였다.
상기 스페이서(120)에도 상기 베이스 권심(110)과 마찬가지로, 상기 베이스 권심(110)의 체결홀(115)과 대응되는 위치에 체결홀(125a, 125b, 이하 125로 표기)이 형성된다.
또한, 상기 스페이서(120)는 상기 베이스 권심(110)과 동일하게 SKD61 재질로 이루어질 수 있으며, 표면은 습식 래핑(lapping)으로 가공될 수 있다. 하지만 이것으로 본 발명을 한정하는 것은 아니다.
상기 날개부(130)는 상기 스페이서(120)의 외측면, 즉 상기 권심의 최외측면에 각각 위치한다. 상기 날개부(130)는 상기 권심의 최외측면에 해당되는 부분에 뾰족하게 튀어나온 돌출부(131)를 포함하여 형성된다. 상기 돌출부(131)의 단면은 대략 삼각형, 오각형, 원형 또는 타원형 형상일 수 있다. 그러나, 이러한 형상으로 본 발명을 한정하는 것은 아니며, 권취할 전극 조립체의 디자인에 따라 다양한 형상이 가능하다.
상기 권심의 돌출부(131)로 인해, 상기 제 1 및 제 2 전극판과 세퍼레이터가 권심에 권취시, 완만한 곡선을 갖도록 권취된다. 따라서 제 1 및 제 2 전극판의 깨짐으로 인한 전극조립체의 불량을 방지할 수 있다. 또한, 상기 날개부(130)는 상기 베이스 권심(110) 및 스페이서(120)와 마찬가지로, 상기 스페이서(120)의 체결홀(125)과 대응되는 위치에 체결홀(135)이 형성된다.
또한, 상기 날개부(120)는 상기 베이스 권심(110)과 동일하게 SKD61 재질로 이루어질 수 있으며, 표면은 습식 래핑(lapping)으로 가공될 수 있다. 하지만 이것으로 본 발명을 한정하는 것은 아니다.
상기 볼트(140)는 상기 베이스 권심(110), 스페이서(120) 및 날개부(130)의 체결홀(115, 125, 135)에 삽입되어 상기 베이스 권심(110), 스페이서(120) 및 날개부(130)를 단단하게 결합시킬 수 있다. 그리고 제 1, 2 전극판 및 세퍼레이터는 상기와 같이 조립된 권심에 권취되어 전극조립체를 형성한다.
이와 같이, 볼트 체결형으로 조립된 권심은 전극조립체의 원주 변화에 대응하여 필요한 두께의 스페이서로 권심을 조립하여 사용할 수 있다. 또한, 전극조립체의 원주에 따라 여러 개의 스페이서를 조립하여 사용하는 것도 가능하다. 따라서 공용화된 권심에 의해 원주별로 제작하는 부품을 생략함으로써, 이차전지 권취장치용 권심의 제작기간 단축 및 가공비용 절감이 가능하다.
도 5a 및 5b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 조립형 권심의 사시도이다. 또한, 도 5c는 본 발명의 다른 실시예에 따른 조립형 권심의 결합 관계를 설명하기 위한 단면도이다. 앞서 설명한 실시예와 동일한 구성 및 동작을 갖는 부분에 대해서는 동일한 도면부호를 붙였으며, 이하에서는 앞선 실시예와의 차이점을 위주로 설명하도록 한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 조립형 권심은 중앙에 제 1, 2 전극판 및 세퍼레이터가 삽지되는 삽지홈(101)을 갖고, 외측면에 삽입홈(416)이 형성되는 한 쌍의 베이스 권심(410), 상기 베이스 권심(410)의 삽입홈(416) 각각에 삽입되고, 상기 베이스 권심(410)의 외측면으로 돌출되는 레일(450) 및 상기 돌출되는 레일(450)이 삽입되는 삽입홈(436)이 형성되며, 상기 베이스 권심(410)의 최외측면에 각각 위치하는 날개부(430)를 포함하여 이루어진다. 또한, 상기 베이스 권심(410) 및 날개부(430) 각각에는 상기 레일(450)과 볼트(440)로 결합되기 위한 체결홀(415, 455)이 더 형성될 수 있다.
먼저, 상기 베이스 권심(410)에는 클램프(411)와 클램프 홈(411´)이 형성된다. 상기 클램프(411) 및 클램프 홈(411´)은 상기 베이스 권심(410)의 삽지홈(101)과 대응되는 면에 형성된다. 상기 클램프(411)는 상기 클램프 홈(411´)에 위치하며, 상기 권심에 권취되는 상기 제 1 및 제 2 전극판 및 세퍼레이터의 끝단을 고정시키는 역할을 한다.
상기 베이스 권심(410)의 외측면에는 삽입홈(416) 및 체결홀(415)이 형성된다. 상기 삽입홈(416)은 경사지도록 형성되어 상기 베이스 권심(410)의 중앙부를 향할수록 그 폭이 점차 좁아질 수 있다. 특히, 도 5c를 참조하면, 상기 삽입홈(416)의 단면은 대략 사다리꼴 형상으로 형성된다. 또한 상기 체결홀(415)은 상기 삽입홈(416)의 일부 영역에서 상기 삽입홈(416)보다 더욱 깊게 형성됨을 알 수 있다. 상기 삽입홈(416)에는 이후 설명될 레일(450)이 삽입되며, 상기 베이스 권심(410)과 레일(450)은 볼트(440)에 의해 체결된다.
상기 베이스 권심(410)은 SKD61 재질로 이루어질 수 있으며, 표면은 습식 래핑(lapping)으로 가공될 수 있다. 하지만 이것으로 본 발명을 한정하는 것은 아니다.
상기 날개부(430)는 상기 베이스 권심(410)의 외측면, 즉 상기 권심의 최외측면에 위치한다. 그리고 상기 날개부(430)의 내측면, 즉, 상기 베이스 권심(410)과 상기 날개부(430)의 접촉면에 대응하는 영역에는 상기 삽입홈(436)이 형성된다. 상기 삽입홈(436)은 경사지도록 형성되어 상기 날개부(430)의 외측면를 향할수록 그 폭이 점차 넓어질 수 있다. 특히, 도 5c를 참조하면, 상기 삽입홈(436)의 단면은 대략 사다리꼴 형상으로 형성된다. 상기 삽입홈(436)에는 이후 설명될 레일(450)이 삽입되며, 상기 날개부(430)와 레일(450)은 끼움 결합에 의해 체결된다.
상기 날개부(430)는 권취할 전극조립체의 원주에 따라 다양한 두께로 형성될 수 있다. 또한, 상기 날개부(430)는 SKD61 재질로 이루어질 수 있으며, 표면은 습식 래핑(lapping)으로 가공될 수 있다. 하지만 이것으로 본 발명을 한정하는 것은 아니다.
상기 레일(450)은 상기 베이스 권심(410)의 삽입홈(416) 및 상기 날개부(430)의 삽입홈(436)에 삽입되어 체결된다. 상기 레일(450)은 경사지도록 형성되어 상기 권심의 중앙을 향할수록 폭이 점차 좁아지는 형상일 수 있다. 특히, 도 5c를 참조하면, 상기 레일(450)의 단면은 대략 사다리꼴 형상으로 형성된다. 그리고 상기 레일(450)의 크기는 상기 삽입홈(416, 436)에 대응하는 크기로 형성될 수 있다. 이 때, 상기 레일(455)을 상기 삽입홈(416, 436)보다 다소 크게 형성하면, 상기 레일(455)이 상기 삽입홈(416, 436)에 억지끼움식으로 삽입되어 상기 권심을 더욱 단단하게 조립하는 것이 가능하다.
상기 레일(450)에는 상기 베이스 권심(410)과 볼트(440)로 결합되기 위한 체결홀(455)이 형성된다. 즉, 상기 레일(450)이 상기 베이스 권심(410)의 삽입홈(416)에 삽입되고, 상기 볼트(440)가 상기 레일(450)의 체결홀(455) 및 상기 베이스 권심(410)의 체결홀(415)에 체결됨으로써, 상기 베이스 권심(410) 및 상기 레일(450)이 단단하게 고정될 수 있다. 이 때, 상기 레일(450)은 상기 삽입홈(416)에 전부 삽입되지 않고, 일부가 상기 베이스 권심(410)의 외측면보다 돌출되어 삽입된다. 그리고 상기 레일(450)의 돌출된 영역은 상기 날개부(430)의 삽입홈(436)으로 삽입된다. 이 때, 상기 레일(450)의 돌출 영역 상부가 상기 삽입홈(436)의 입구보다 폭이 넓으므로 상기 레일(450)의 장축의 일면을 상기 날개부(430) 타면의 삽입홈(436)과 대응하도록 끼우고, 상기 레일(450)의 일면에서부터 타면 방향으로 상기 날개부(430)를 밀어넣어 결합시킨다.
이처럼 본 발명의 다른 실시예에 따른 조립형 권심은 베이스 권심 및 레일을 볼트로 결합함으로써 단단하게 고정시킬 수 있다. 또한, 상기 레일의 형상을 경사지도록 형성하여 날개부와 장축 방향으로 수평으로 밀어넣어 결합함으로써, 날개부가 레일 외측면으로부터 수직 방향으로 분리되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 전극 조립체의 원주에 대응하는 두께로 형성된 날개부를 베이스 권심에 결합된 레일에 탈부착하여 권심을 조립할 수 있다. 따라서, 날개부만을 따로 제작하여 조립하므로 부품의 교체가 편리하며, 전극 조립체의 원주별로 제작하는 부품을 생략함으로써 이차전지 권취장치용 권심의 제작기간 단축 및 가공비용 절감이 가능하다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 조립형 권심의 사시도이다. 앞서 설명한 실시예와 동일한 구성 및 동작을 갖는 부분에 대해서는 동일한 도면부호를 붙였으며, 이하에서는 앞선 실시예와의 차이점을 위주로 설명하도록 한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 조립형 권심은 베이스 권심(410) 및 날개부(430) 사이에 제 1 및 제 2 레일(550a, 550b)에 의해 결합되는 스페이서(520)를 더 포함하여 이루어진다.
상기 스페이서(520)의 내측면 및 외측면, 즉, 상기 스페이서(520)의 상기 베이스 권심(410)과 접촉하는 면 및 상기 날개부(430)와 접촉하는 면에는 제 1 삽입홈(550a) 및 제 2 삽입홈(550b)이 형성된다. 상기 제 1 삽입홈(550a)에는 상기 베이스 권심(410)과 볼트로 체결되고, 일부가 상기 베이스 권심(410)의 외측면으로 돌출되는 제 1 레일(550a)이 삽입된다. 이 때, 상기 제 1 레일(550a)의 외측면은 상기 제 1 삽입홈(550a)의 입구보다 폭이 넓으므로, 상기 제 1 레일(550a)과 상기 스페이서(520)는 장축 방향으로 수평으로 밀어넣어 결합된다. 그리고 상기 스페이서(520)의 제 2 삽입홈(550b)에는 상기 베이스 권심(410) 및 상기 제 1 레일(550a)의 볼트 체결과 동일한 방법으로 상기 제 2 레일(550b)이 체결된다. 이 때, 상기 제 2 레일(550b)은 상기 스페이서(520)의 외측면으로부터 돌출되도록 삽입되며, 상기 제 2 레일(550b)의 돌출된 영역은 상기 날개부(430)의 삽입홈과 장축 방향으로 수평으로 밀어넣어 결합된다.
여기서, 상기 스페이서(520)는 권취할 전극조립체의 원주에 따라 다양한 두께로 형성될 수 있다. 또한, 상기 스페이서(520)는 SKD61 재질로 이루어질 수 있으며, 표면은 습식 래핑(lapping)으로 가공될 수 있다. 하지만 이것으로 본 발명을 한정하는 것은 아니다.
이처럼 본 발명의 다른 실시예에 따른 조립형 권심은 베이스 권심 및 스페이서 각각의 외측면에서 베이스 권심 및 스페이서와 레일을 볼트로 결합함으로써 단단하게 고정시킬 수 있다. 또한, 상기 레일의 형상을 경사지도록 형성하여 스페이서 및 날개부 각각의 내측면에서 스페이서 및 날개부와 레일을 장축 방향으로 수평으로 밀어넣어 결합함으로써, 스페이서 및 날개부가 레일 외측면으로부터 수직 방향으로 분리되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 전극 조립체의 원주에 대응하는 두께로 형성된 스페이서를 베이스 권심 및 날개부와 레일에 의해 결합하여 권심을 조립할 수 있다. 따라서, 스페이서만을 따로 제작하여 조립하므로 부품의 교체가 편리하며, 전극 조립체의 원주별로 제작하는 부품을 생략함으로써 이차전지 권취장치용 권심의 제작기간 단축 및 가공비용 절감이 가능하다.
이상에서 설명한 것은 본 발명에 의한 조립형 권심을 구비하는 이차전지의 권취장치를 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.
110, 410; 베이스 권심
120, 220, 320, 420, 520; 스페이서
130, 430; 날개부 131; 돌출부
115, 125, 135, 415, 455; 체결홀
411; 클램프 416, 436; 삽입홈
140, 440; 볼트 450, 550; 레일
1000; 권심
2100, 2200, 2300a, 2300b, 2400 : 공급부
2150, 2250; 전극탭 부착부 3000; 전극조립체
3100, 3200; 전극판 3300a, 3300b; 세퍼레이터
3400; 고정테이프 4000; 이송롤러
5000; 커팅부

Claims (17)

  1. 제 1 및 제 2 전극판과 이들 두 전극판 사이에 개재된 세퍼레이터를 권취하는 권심을 구비하는 이차전지의 권취장치에 있어서,
    상기 권심은 중앙에 상기 제 1, 2 전극판 및 세퍼레이터가 삽지되는 삽지홈을 갖는 한 쌍의 베이스 권심;
    상기 베이스 권심의 외측면에 각각 위치하는 적어도 하나의 스페이서; 및
    상기 스페이서의 최외측면에 각각 위치하는 날개부를 포함함을 특징으로 하는 이차전지의 권취장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 날개부는 상기 권심의 최외측면에 해당하는 부분이 다각 또는 곡면 형태로 형성됨을 특징으로 하는 이차전지의 권취장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 스페이서는 0.05 내지 16.0mm 중 하나의 두께로 형성됨을 특징으로 하는 이차전지의 권취장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 베이스 권심, 스페이서 및 날개부에는 상기 베이스 권심, 스페이서 및 날개부를 볼트로 결합되기 위한 체결홀이 형성됨을 특징으로 하는 이차전지의 권취장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 베이스 권심과 스페이서 사이 및 상기 스페이서와 날개부 사이에는 각각을 결합하기 위한 레일이 더 형성되며, 상기 베이스 권심, 스페이서 및 날개부에는 상기 레일을 삽입하기 위한 삽입홈이 더 형성됨을 특징으로 하는 이차전지의 권취장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 레일의 단면은 사다리꼴 형상으로 형성됨을 특징으로 하는 이차전지의 권취장치.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 베이스 권심, 스페이서 및 날개부 각각에는 상기 레일과 볼트로 결합되기 위한 체결홀이 형성됨을 특징으로 하는 이차전지의 권취장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 베이스 권심, 스페이서 및 날개부는 SKD61의 재질로 형성됨을 특징으로 하는 이차전지의 권취장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 베이스 권심, 스페이서 및 날개부의 표면은 습식 래핑(lapping) 처리됨을 특징으로 하는 이차전지의 권취장치.
  10. 제 1 및 제 2 전극판과 이들 두 전극판 사이에 개재된 세퍼레이터를 권취하는 권심을 구비하는 이차전지의 권취장치에 있어서,
    상기 권심은 중앙에 상기 제 1, 2 전극판 및 세퍼레이터가 삽지되는 삽지홈을 갖고, 외측면에 삽입홈이 형성되는 한 쌍의 베이스 권심;
    상기 베이스 권심의 삽입홈 각각에 삽입되고, 상기 베이스 권심의 외측면으로 돌출되는 레일; 및
    상기 돌출되는 레일이 삽입되는 삽입홈이 형성되며, 상기 베이스 권심의 최외측면에 각각 위치하는 날개부를 포함함을 특징으로 하는 이차전지의 권취장치.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 날개부는 상기 권심의 최외측면에 해당하는 부분이 다각 또는 곡면 형태로 형성됨을 특징으로 하는 이차전지의 권취장치.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 레일의 단면은 사다리꼴 형상으로 형성됨을 특징으로 하는 이차전지의 권취장치.
  13. 제 10 항에 있어서,
    상기 베이스 권심 및 날개부 각각에는 상기 레일과 볼트로 결합되기 위한 체결홀이 형성됨을 특징으로 하는 이차전지의 권취장치.
  14. 제 10 항에 있어서,
    상기 베이스 권심 및 날개부 사이에는 상기 베이스 권심 및 날개부와 접촉하는 면에 상기 레일이 삽입되는 삽입홈이 형성된 스페이서가 더 형성됨을 특징으로 하는 이차전지의 권취장치.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 스페이서에는 상기 레일과 볼트로 결합되기 위한 체결홀이 형성됨을 특징으로 하는 이차전지의 권취장치.
  16. 제 14 항에 있어서,
    상기 베이스 권심, 스페이서 및 날개부는 SKD61의 재질로 형성됨을 특징으로 하는 이차전지의 권취장치.
  17. 제 14 항에 있어서,
    상기 베이스 권심, 스페이서 및 날개부의 표면은 습식 래핑(lapping) 처리됨을 특징으로 하는 이차전지의 권취장치.
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