KR102003712B1 - 전지 탭의 정위치 유도를 위한 가이드를 포함하는 전지 탭 피딩 장치 - Google Patents

전지 탭의 정위치 유도를 위한 가이드를 포함하는 전지 탭 피딩 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 모서리가 절취되어 있는 구조의 전극조립체 제조방법 및 이를 사용하여 제조되는 전극조립체에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 양극과 음극 사이에 분리막이 개재되어 있는 구조의 전극조립체를 제조하는 방법으로서, (a) 각각 하나 이상의 모서리부가 절취되어 있는 양극들 및 음극들과, 양극 및 음극 사이에 분리막을 개재하여 전극 적층체를 준비하는 과정; (b) 양극 및 음극의 절취 모서리에 대응하는 형상의 열융착 지지부가 상향 돌출되어 있는 제 1 열융착 플레이트에 전극 적층체를 안착하는 과정; (c) 열융착 지지부에 위치한 분리막들의 부위를 열융착 하기 위하여, 제 2 열융착 플레이트를 하강시켜 분리막들을 열융착하는 과정; 및 (d) 열융착에 의해 경화된 분리막들의 내측 단부를 커팅하는 과정;을 포함하는 것을 특징으로 하는 전극조립체 제조방법을 제공한다.

Description

전지 탭의 정위치 유도를 위한 가이드를 포함하는 전지 탭 피딩 장치 {Electrode Tab-Feeding Device Comprising Guide for Positioning Electrode Tab at Correct Point}
전지 탭의 정위치 유도를 위한 가이드를 포함하는 전지 탭 피딩 장치 에 관한 것이다.
이차전지는 휴대폰, 노트북, 캠코더 등 모바일 기기들의 전원으로 널리 사용되고 있다. 특히, 리튬 이차전지의 사용은 작동 전압이 높고 단위 중량당 에너지 밀도가 높다는 이점으로 인해 급속도로 증가되고 있는 추세이다.
이러한 이차전지는 전극과 전해액의 구성에 따라 리튬이온 전지, 리튬이온 폴리머 전지, 리튬 폴리머 전지 등으로 분류되기도 하며, 그 중 전해액의 누액 가능성이 적으며, 제조가 용이한 리튬이온 폴리머 전지의 사용량이 늘어나고 있다.
이 중, 전지의 고용량화로 인해 케이스의 대면적화 및 얇은 소재로의 가공이 많은 관심을 모으고 있고, 이에 따라, 스택형 또는 스택-폴딩형 전극조립체를 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치형 전지케이스에 내장한 구조의 파우치형 전지가, 낮은 제조비, 작은 중량, 용이한 형태 변형 등을 이유로, 사용량이 점차적으로 증가하고 있다.
이차전지는 양극, 음극 및 분리막으로 이루어진 전극조립체가 어떠한 구조로 이루어져 있는지에 따라 분류되기도 하는 바, 대표적으로는, 긴 시트형의 양극들과 음극들을 분리막이 개재된 상태에서 권취한 구조의 젤리-롤(권취형) 전극조립체, 소정 크기의 단위로 절취한 다수의 양극과 음극들을 분리막을 개재한 상태로 순차적으로 적층한 스택형(적층형) 전극조립체, 소정 단위의 양극과 음극들을 분리막을 개재한 상태로 적층한 바이셀(Bi-cell) 또는 풀셀(Full cell)들을 권취한 구조의 스택/폴딩형 전극조립체 등을 들 수 있다.
여기서, 단위 전극의 적층 구조를 포함하는 전극조립체의 제조 공정은, 양극과 음극 합제를 제조하는 공정, 양극 집전체와 음극 집전체에 각각의 합제를 도포하여 양극 및 음극으로 이루어진 시트 형태의 전극들을 각각 제조하는 공정, 전극 상에 전지 탭을 형성하는 공정, 전극들을 프레싱(Pressing)하는 공정, 전극들을 소망하는 크기로 소폭 절단(Slitting)하여 전극을 제조 하는 공정, 진공 건조 공정, 제조된 전극인 양극, 음극 및 분리막 구성된 전극조립체를 형성하는 공정 등을 포함한다.
이 중, 전지 탭을 형성하는 공정은, 전극에서 단부 부근에 설정된 탭 예정 부위를 따라 절삭이 가능한 장치로 가공하거나, 금속재질의 전지탭을 별도로 제조하여 이를 전극 합제가 도포되지 않은 전극판의 무지부 상에 융착시켜 가공하는 방법이 있다.
별도의 전지 탭을 제조하여 전극판에 융착시키는 공정에서 전지 탭 피딩 장치는 일정한 크기로 절단된 금속 소재의 전지 탭을 홀딩하여 전극판의 일측 단부로 이송시킨 뒤 전극판과 전지 탭 간의 용접을 통해 서로 융착시킨다.
종래의 전지 탭 피딩 장치는 전지 탭을 전극판의 일측 단부에 이송할 때 탭 이송부에 홀딩된 전지 탭이 좌우로 유동됨으로써 전극판 상에 비정상적으로 융착되어 불량이 발생되는 문제가 있다.
특히, 긴 시트형의 양극들과 음극들을 분리막이 개재된 상태에서 권취한 구조의 젤리-롤(권취형) 전극조립체는 탭이 비정상적으로 융착된 전극을 포함하여 제조하는 경우 권취 과정에서 사행 불량이 발생하는 문제가 있다.
따라서, 이러한 문제점들을 근본적으로 해소하여, 전지 탭의 이송 정확도를 전반적으로 개선할 수 있는 기술의 필요성이 높은 실정이다.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.
구체적으로, 본 발명의 목적은 전극판에 전지 탭을 융착하여 전극을 제작하는 과정에서 전지 탭의 이송 정확도를 개선함으로써, 전극 내지는 이차전지의 불량율을 감소시키는 전지 탭 피딩 장치를 제공하는 것이다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전지 탭 피딩 장치는, 전극판의 무지부에 전지 탭을 융착하여 전극을 제작하는 과정에서 전지 탭을 전극판의 무지부 상에 안착시키는 공정에 사용되는 전지 탭 피딩 장치로서,
전극판의 양면 중에서 일면이 노출되도록 전극판을 지지하는 극판 지지부;
전지 탭을 홀딩하여 전극판의 무지부로 이송하는 탭 이송부; 및
전지 탭의 일측 모서리가 전극판의 일측 모서리에 대해 수직을 이루도록 전지 탭의 이송을 유도하는 가이드부;
를 포함하는 구조로 이루어져 있을 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 전지 탭의 정위치 유도를 위한 가이드를 포함하는 전지 탭 피딩 장치는, 탭 이송부에 전지 탭의 일측 모서리가 전극판의 일측 모서리에 대해 수직을 이루도록 전지 탭의 이송을 유도하는 가이드부를 포함함으로써, 전지 탭이 융착된 전극의 불량율과 이를 포함하여 제조되는 이차전지의 불량율을 감소시킬 수 있다.
상기 극판 지지부는, 이를 구성하는 소재는 문제되지 않으며, 탭 이송부가 전지 탭을 이송하는 방향을 맞은 편에 위치한다.
본 발명의 하나의 실시예에서, 상기 극판 지지부는 전극판의 유동을 방지하는 극판 고정부를 추가로 포함할 수 있고, 상기 극판 고정부를 추가로 포함함으로써 이송 위치 및 방향을 정확히 컨트롤하여 전지 탭을 이송시킬 수 있다. 상기 극판 고정부의 구체적인 예로는, 극판을 고정할 수 있는 구성이면 크게 문제되지 않으나, 클립 또는 클램프일 수 있다.
상기 탭 이송부는 전지 탭의 상부 부위를 고정하는 상부 홀더와 전지 탭의 하부 부위를 고정하는 하부 홀더를 포함할 수 있다.
상기 가이드부는 전지 탭의 일측 모서리가 전극판의 일측 모서리에 대해 수직을 이루도록 전지 탭의 이송을 유도하는 것이면 그 위치 및 구체적인 구성이 문제되지 않으나, 탭 이송부가 전지 탭을 이송하는 방향으로 돌출된 형태로, 탭 이송부에 연결되어 있을 수 있다.
구체적으로, 탭 이송부의 상부 홀더에 가이드부가 연결되어 있을 수 있다. 또한, 상기 가이드부는 이송 과정에서 전지 탭의 좌우 유동을 방지함으로써 전지 탭이 정위치에 이송되도록 하는 구조일 수 있다.
상기 가이드부는 이송되는 전지 탭의 폭에 따라 간격이 조절되는 구조일 수 있다. 이송되는 전지 탭의 폭에 따라 가이드부의 간격이 조절될 수 있어 다양한 크기의 전지 탭을 이송시킬 수 있다. 또한, 상기 가이드부는 추가로 전자석 부재를 포함하여 탭의 홀딩, 유동방지 및 이송이 용이한 구조일 수 있다.
상기 전극판은 금속 시트의 집전체 상에 전극 활물질을 포함하는 전극 합제가 코팅되어 있는 코팅부와, 전극 합제가 코팅되어 있지 않고 금속 시트가 노출되어 있는 무지부로 이루어진 것일 수 있다.
본 발명은 또한, 상기 전지 탭 피딩 장치에 의해 제조된 이차전지용 전극을 제공한다. 구체적으로, 이차전지용 전극으로서 양극인 것일 수 있다.
본 발명은 또한, 상기 전지 탭 피딩 장치에 의해 제조된 이차전지용 전극을 포함하는 전극조립체를 제공한다. 구체적으로, 상기 전극조립체는 젤리-롤형 전극조립체일 수 있다.
본 발명은 또한 상기 전극조립체를 포함하는 이차전지 및 이를 포함하는 디바이스를 제공한다.
상기 디바이스는 휴대폰, 태블릿 컴퓨터, 노트북 컴퓨터, 파워 툴, 웨어러블 전자기기, 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 플러그-인 하이브리드 전기자동차, 및 전력저장 장치로 이루어진 군에서 선택되는 것일 수 있다.
이러한 디바이스의 구조 및 제작 방법은 당업계에 공지되어 있으므로, 본 명세서에서는 그에 대한 자세한 설명을 생략한다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 전지 탭의 정위치 유도를 위한 가이드를 포함하는 전지 탭 피딩 장치는, 전지 탭을 전극판의 일측 단부에 이송할 때 탭 이송부에 홀딩된 전지 탭이 좌우로 유동됨으로써 전극판 상에 비정상적으로 융착되어 불량이 발생되는 문제들을 해결하기 위해, 탭 이송부에 전지 탭의 일측 모서리가 전극판의 일측 모서리에 대해 수직을 이루도록 전지 탭의 이송을 유도하는 가이드부를 포함함으로써, 전지 탭이 융착된 전극의 불량율과 이를 포함하여 제조되는 이차전지의 불량율을 감소시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 전지 탭 피딩 장치는, 전극판에 전지 탭을 융착하여 전극을 제작하는 과정에서 전지 탭의 이송 정확도를 개선함으로써, 이차전지 생산 효율 및 생산 공정의 경제성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 종래의 전지 탭 피딩 장치의 일부 모식도이다;
도 2는 본 발명에 따른 가이드부를 구비한 전지 탭 피딩 장치의 일부 모식도이다;
도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 가이드부를 구비한 전지 탭 피딩 장치의 일부 모식도이다;
이하에서는, 본 발명의 실시예에 따른 도면을 참조하여 설명하지만, 이는 본 발명의 더욱 용이한 이해를 위한 것으로, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.
도 1에는 종래의 전지 탭 피딩 장치의 일부를 구성하는 상부 홀더(110) 및 하부 홀더(120)로 구성된 탭 이송부(100)의 모식도가 도시되어 있다.
도 1을 참조하면, 상부 홀더(110) 및 하부 홀더(120)의 일측 단부는 전지 탭 피딩 장치의 본체(도시하지 않음)에 연결되어 있고, 상부 홀더와 하부 홀더 간의 간격이 조절되며 전지 탭(300)을 홀딩한다. 전지 탭(300)을 홀딩하여 화살표 방향의 끝에 위치한 극판 지지부 상에 위치한 극판(도시하지 않음)으로 전지 탭(300)을 이송한다. 이 때, 종래의 전지 탭 피딩 장치는 전지 탭이 홀딩된 상태로 극판 쪽으로 이송되는 과정에서 좌우 유동이 발생하게 되고, 이에 따라 극판 상의 목적하는 위치와 방향을 조절하며 전지 탭을 이송시키는 것이 용이하지 않은 문제가 있다.
이는 전극, 나아가 상기 전극을 포함하는 이차전지의 불량 발생원인이 되며, 특히, 젤리-롤형 전극조립체에 있어서, 전지 탭이 극판에 비정상적으로 이송된 후 용접된 양극과 함께 음극 및 그 사이에 개재된 분리막을 권취하면, 이에 따라 제조된 전극조립체의 두께와 모양이 균일하지 않아 불량 제품으로 폐기되는 문제가 있다.
도 2에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 가이드부를 구비한 전지 탭 피딩 장치의 일부 모식도가 도시되어 있다.
도 2를 참조하면, 상부 홀더(110) 및 하부 홀더(120)로 구성된 탭 이송부(100)가 도시되어 있고, 홀더의 일측 단부는 전지 탭 피딩 장치의 본체(도시되지 않음)와 연결되어 있다. 상부 홀더에는 한 쌍의 가이드부(210, 220)가 상부 홀더(110)의 윗면에 설치되어 있다. 가이드부는 전지 탭(300)의 폭과 동일한 간격으로 설치되어 탭 이송부(100)가 전지 탭(300)을 홀딩한 상태로 화살표 방향으로 이송되는 과정에서 전지 탭(300)이 좌우로 유동되지 않으면서 극판에 이송되게 된다. 따라서, 탭 이송부(100)의 조절만으로도 목적하는 위치와 방향에 따른 정확한 극판 상의 위치에 전지 탭(300)을 이송시킬 수 있게 되어 전지 탭 사행 불량율 감소에 따른 생산 효율이 증대될 뿐만 아니라, 생산 공정 상의 신속한 전지 탭 융착이 가능하게 되어 생산 공정 상의 경제성이 도모된다.
또한, 전지 탭의 폭 넓이는 다양한 변형이 가능하므로, 바람직한 가이드의 형태로서 상부 홀더 상에서 설치 위치의 조절이 가능하여 전지 탭의 폭과 동일하게 가이드부의 간격이 조절 가능한 것 일 수 있다.
도 3에는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 가이드부를 구비한 전지 탭 피딩 장치의 일부 모식도가 도시되어 있다.
도 3을 참조하면, 상부 홀더(110) 및 하부 홀더(120)로 구성된 탭 이송부(100)가 도시되어 있고, 상부 홀더의 상면에 전자석 부재를 구비한 가이드부가 도시되어 있다. 전지 탭의 경우 금속재로 이루어지므로 가이드부에 구비된 전자석에 전류를 흘려주면 전지 탭은 가이드부에 고정되고, 좌우 흔들림이 없이 극판 방향으로 이송할 수 있게 된다. 전지 탭을 융착시킬 위치와 방향을 조절한 뒤 전자석의 전류를 끊어주어 원하는 위치에 전지 탭을 보다 쉽게 이송할 수 있다.
본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면, 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주 내에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다.

Claims (12)

  1. 전극판의 무지부에 전지 탭을 융착하여 전극을 제작하는 과정에서 전지 탭을 전극판의 무지부 상에 안착시키는 공정에 사용되는 전지 탭 피딩 장치로서,
    전극판의 양면 중에서 일면이 노출되도록 전극판을 지지하는 극판 지지부;
    전지 탭을 홀딩하여 전극판의 무지부로 이송하는 탭 이송부; 및
    전지 탭의 일측 모서리가 전극판의 일측 모서리에 대해 수직을 이루도록 전지 탭의 이송을 유도하는 가이드부;를 포함하고,
    상기 탭 이송부는 전지 탭의 상부 부위를 고정하는 상부 홀더와 전지 탭의 하부 부위를 고정하는 하부 홀더를 포함하며,
    상기 가이드부는, 탭 이송부가 전지 탭을 이송하는 방향으로 돌출된 형태로, 탭 이송부에 연결되어 있고,
    상기 상부 홀더에 가이드부가 연결되어 있으며,
    상기 가이드부는 전지 탭의 폭에 따라 간격이 조절되도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지 탭 피딩 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 극판 지지부는 전극판의 유동을 방지하는 극판 고정부를 추가로 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 전지 탭 피딩 장치.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 극판 고정부는 클립 또는 클램프인 것을 특징으로 하는 전지 탭 피딩 장치.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 가이드부는 금속 소재로 이루어진 것을 특징으로 하는 전지 탭 피딩 장치.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 가이드부는 이송 과정에서 전지 탭의 좌우 유동을 방지하는 것을 특징으로 하는 전지 탭 피딩 장치.
  9. 삭제
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 가이드부는 전자석 부재를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 전지 탭 피딩 장치.
  11. 제 1 항에 있어서, 상기 전극판은, 금속 시트의 집전체 상에 전극 활물질을 포함하는 전극 합제가 코팅되어 있는 코팅부와, 전극 합제가 코팅되어 있지 않고 금속 시트가 노출되어 있는 무지부로 이루어진 것을 특징으로 하는 전지 탭 피딩 장치.
  12. 제 1 항 내지 제 3 항, 제 7 항 내지 제 8 항, 제 10 항 내지 제 11 항 중 어느 하나에 따른 전지 탭 피딩 장치에 의해 제조된 이차전지용 전극.
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