KR102049468B1 - 현수식 스택 베이스 어셈블리를 구비한 각형 이차전지의 셀 스택 제조 장치 - Google Patents

Abstract

극판이 적층되는 스택 베이스, 스택 베이스 상에 적층된 극판을 고정시키기 위한 스택 그리퍼, 음극판 적층 위치와 양극판 적층 위치 사이에서 상기 스택 베이스를 이동시키는 이동 수단을 구비한 스택 베이스 어셈블리를 포함하고, 상기 스택 베이스가 고정 지지체에 대해 현수되어 있고, 상기 스택 베이스가 스윙 모션에 의해 U자형 궤적으로 이동할 수 있는 각형 이차전지의 셀 스택 제조 장치가 제공된다.

Description

현수식 스택 베이스 어셈블리를 구비한 각형 이차전지의 셀 스택 제조 장치{APPARATUS FOR MANUFACTURING CELL STACK OF PRISMATIC SECONDARY BATTERY HAVING SUSPENDED STACK BASE ASSEMBLY}

본 발명은 각형 이차전지용 셀 스택 제조장치의 스택 베이스 어셈블리에 관한 것이다.

일반적으로 화학전지는 양극판과 음극판의 전극 한 쌍과 전해질로 구성되어 있는 전지로서, 전극과 전해질을 구성하는 물질에 따라 저장할 수 있는 에너지의 양이 달라진다. 이러한 화학전지는 충전 반응이 매우 느려서 1회 방전 용도로만 쓰이는 일차전지와, 반복적인 충방전을 통해 재사용이 가능한 이차전지로 구분되는데, 최근 들어서는 충방전이 가능한 장점으로 인해 이차전지의 사용이 늘고 있다.

이차전지는 그 장점으로 인해 산업 전반에 걸친 다양한 기술분야에 적용되고 있는데, 스마트폰과 같은 이동 통신 장치의 에너지원으로 광범위하게 사용되고 있을 뿐아니라, 전기자동차의 에너지원으로도 주목받고 있다.

이러한 이차전지는 양극판, 분리막, 음극판이 순차적으로 적층되어 전해액에 담가진 형태로 이루어지는데, 이와 같은 이차전지의 내부 셀 스택을 제작하는 방식은 크게 두 가지로 나뉜다.

소형 이차전지의 경우 음극판과 양극판을 분리막 상에 배치하고 이를 말아서(winding) 젤리-롤(jelly-roll) 형태로 제작하는 방식이 많이 사용되는 반면, 보다 많은 전기 용량을 가지는 중대형 이차전지의 경우에는 음극판과 양극판을 분리막과 적절한 순서로 적층(stacking)하여 제작하는 방식이 많이 사용된다. 특히, 적층 방식의 경우 주로 타발된 극판이 사용되므로, 극판의 엣지(edge)와 분리막 사이에 전해액이 스며들 수 있는 공간이 상대적으로 넓어서 전지의 성능이 우수하다.

적층 방식으로 이차전지 셀 스택을 제작하는 방법 중 널리 사용되는 지그재그(zigzag) 타입의 적층 방식에서는, 도 1에 도시된 바와 같이 분리막(3)이 지그재그로 접힌 형태를 이루며 그 사이에 음극판(1)과 양극판(2)이 교번되어 삽입된 형태로 적층된다.

이러한 지그재그 타입의 적층 방법으로 최근에도 널리 사용되는 방식으로는 도 2에 도시된 바와 같이 스택 베이스(5)가 좌측의 음극판(1) 매거진과 우측의 양극판(2) 매거진 사이를 수평 이동하면서 적층하는 방식이 있다. 이 방식에 따르면 스택 베이스(5)가 음극판(1) 매거진쪽으로 이동될 때(도 2의 (A)), 음극판 매거진과 스택 베이스(5) 사이를 이동하는 음극판 로더(4a)가 음극판(1)을 분리막 위에 적층한다. 그런 다음, 스택 베이스(5)가 우측의 양극판(2) 매거진쪽으로 이동하고(도 2의 (B)), 양극판 로더(4b)가 마찬가지로 양극판(1)을 분리막(3) 위에 적층한다. 이러한 과정을 반복함으로써 음극판과 양극판 사이에 분리막이 지그재그로 접힌 형태의 셀 스택이 얻어진다.

이와 유사한 스택 베이스의 수평 이동에 의한 적층 방식이 등록특허 제10-1140447호(2012. 4. 30. 공고, 이하 '선행기술1'이라 함)에 개시되어 있다. 이에 따르면, 카트리지에 놓여있던 양극판과 음극판이 각각 이송 로봇에 의해 정렬 트레이로 이송되고, 정렬 트레이에서 정렬된 다음 적층 트레이로 이송된다. 상기 적층 트레이가 전술한 바와 같은 도 2에 도시된 방식으로 수평 이동함으로써 적층이 이루어진다.

등록특허 제10-1730469호(2017. 4. 27 공고, 이하 '선행기술2'라 함)는 음극판과 양극판이 교대로 놓여지는 틸팅 스테이지를 수평축을 중심으로 일정 각도로 왕복 회전 운동시키면서, 틸팅 스테이지 상에 연속적으로 공급되는 분리막에 음극판과 양극판을 교대로 적층하는 셀 스택 제조장치를 개시한다.

상기 선행기술1 및 2는 스택 베이스의 이동 속도에 있어서 다음과 같은 한계를 갖는다.

상기 선행기술1에서 수평으로 이동하는 적층 트레이의 이동 속도는 '수평 이동'이라는 이동 방식의 특성으로 인해 제한을 받는다. 그 이유는 다음과 같다.

첫째, 수평 이동하는 적층 트레이(또는 스택 베이스)의 이동 속도를 높일수록 스택 베이스 상에서 그리퍼에 의해 그립되어 있는 분리막 부분에 대한 손상이 커지게 된다. 그 이유는 스택 베이스가 두 위치 사이를 왕복하기 때문에 이동-정지-반대이동의 순으로 움직이게 되고, 속도가 높아질수록 가속에 의한 관성력이 커져서 정지시 그립된 분리막 부분에 가해지는 힘이 커지게 된다. 이는 분리막의 손상을 초래할 수 있으므로, 스택 베이스의 이동 속도가 일정한 속도 이하로 제한된다.

둘째, 스택 베이스의 수평 이동에 수반되는 분리막의 '되먹임 현상'을 보정하는데 소요되는 시간 때문에 이동 속도가 제한된다. 수평 이동하는 스택 베이스와 분리막의 전형적인 연결 구성을 도시한 도 3을 참고하면, 롤 형태로 감겨있는 분리막(3)이 릴 부재(6)와 가이드 롤러(7)를 거쳐 스택 베이스(5)까지 연장되어 있는데, 도면에서 우측에 위치한 스택 베이스(5)가 가이드 롤러(7)의 아래를 지나 좌측으로 수평 이동할 때 분리막이 접히지 않도록 분리막의 팽팽한 상태가 유지되어야 한다. 이는 가압 롤러(8)에 의해 달성된다. 즉, 스택 베이스(5)가 좌측으로 이동함에 따라 가압 롤러(8)가 하강하면서 분리막의 팽팽함이 유지된다. 이때 가이드 롤러(7)를 지나서 아래쪽으로 스택 베이스까지 풀려있던 분리막의 부분(L)이 가이드 롤러(7)를 지나 위쪽으로 되먹임되는 것을 피할 수 없게 된다. 일반적으로 폴리머 소재인 분리막이 되먹임되는 경우, 롤 타입 화장지를 풀었다가 되감으면 들쭉날쭉하게 되는 것과 유사하게, 풀릴 때의 위치에서 벗어나기 쉽다. 이를 보정하기 위해서는 되먹임시 릴 부재(6)와 가이드 롤러(7)를 앞뒤로 이동시키야 한다. 이러한 보정 작업에 소요되는 시간으로 인해 스택 베이스(5)의 수평 이동 속도가 제한된다.

따라서, 장비의 성능면에서는 스택 베이스의 이동 속도를 더 높일 수 있음에도 불구하고, 특정 속도 이상으로 주행시킬 수 없게 된다.

선행기술2에서도 마찬가지로, 틸팅 스테이지가 일정 각도로 왕복 회전할 때 그립된 분리막 부분의 손상을 방지하기 위한 속도의 한계와, 상술한 분리막의 되먹임 현상으로 인해 왕복 회전 속도가 제한될 수 있다.

본 발명은 양극판 적층 위치와 음극판 적층 위치 사이에서 왕복하는 스택 베이스의 이동 속도를 극대화하여 셀 스택의 제조 속도를 높이는 것을 목적을 한다.

본 발명의 다른 목적은 스택 베이스의 이동 속도가 극대화되는 한편, 극판의 손상을 줄일 수 있는 방법으로 이동하는 스택 베이스를 구비한 각형 이차전지의 셀 스택 제조 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 스택 베이스의 빠른 이동 속도를 보장하면서도, 컴팩트하고 안정적인 스택 베이스 어셈블리를 제공하는 것이다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 현수식 스택 베이스 어셈블리를 구비한 각형 이차전지의 셀 스택 제조 장치 및 현수식 스택 베이스 어셈블리는 다음 양태들 및 이들의 임의의 조합을 포함한다.

본 발명의 한 양태는, 극판이 적층되는 스택 베이스, 스택 베이스 상에 적층된 극판을 고정시키기 위한 스택 그리퍼, 음극판 적층 위치와 양극판 적층 위치 사이에서 상기 스택 베이스를 이동시키는 이동 수단을 구비한 스택 베이스 어셈블리를 포함하고, 상기 스택 베이스가 고정 지지체에 대해 현수되어 있고, 상기 스택 베이스가 스윙 모션에 의해 U자형 궤적으로 이동할 수 있는 각형 이차전지의 셀 스택 제조 장치이다.

본 발명의 다른 양태는, 상기 스택 베이스가 스윙 모션으로 이동할 때 수평을 유지할 수 있는 각형 이차전지의 셀 스택 제조 장치이다.

본 발명의 다른 양태는, 상기 스택 베이스 어셈블리가 상기 고정 지지체에 스윙 모션 가능하게 연결된 두 개의 스윙 암, 상기 두 개의 스윙 암 사이에서 연장되는 샤프트를 포함하고, 상기 이동 수단의 작동에 의해 상기 스윙 암이 스윙 모션을 하고, 상기 스윙 암의 스윙 모션시 상기 스택 베이스가 U자형 궤적으로 이동되도록 상기 스택 베이스가 상기 샤프트에 연결된 각형 이차전지의 셀 스택 제조 장치이다.

본 발명의 다른 양태는, 상기 스택 베이스 어셈블리가 연결 부재, 타이밍 벨트 및 타이밍 풀리를 구비한 타이밍 벨트 모듈을 더 포함하고, 상기 스택 베이스가 상기 연결 부재를 통해 상기 샤프트에 고정 연결되고, 상기 샤프트는 상기 타이밍 풀리에 고정 연결되어, 상기 스윙 암이 스윙한 각도만큼 상기 타이밍 풀리가 회전되도록 함으로써 상기 스택 베이스의 수평이 유지되는 것인 각형 이차전지의 셀 스택 제조 장치이다.

본 발명의 다른 양태는, 상기 스윙 모션시 상기 스택 베이스의 백래시를 방지하도록 구성된 공압 실린더를 더 포함하는 각형 이차전지의 셀 스택 제조 장치이다.

본 발명의 한 양태는, 극판이 적층되는 스택 베이스, 스택 베이스 상에 적층된 극판을 고정시키기 위한 스택 그리퍼, 음극판 적층 위치와 양극판 적층 위치 사이에서 상기 스택 베이스를 이동시키는 이동 수단을 포함하고, 상기 스택 베이스가 고정 지지체에 대해 현수되어 있고, 상기 스택 베이스가 스윙 모션에 의해 U자형 궤적으로 이동할 수 있는 각형 이차전지의 셀 스택 제조 장치용 스택 베이스 어셈블리이다.

본 발명의 다른 양태는, 상기 스택 베이스가 U자형 궤적으로 이동될 때 수평을 유지할 수 있는 각형 이차전지의 셀 스택 제조 장치용 스택 베이스 어셈블리이다.

본 발명의 다른 양태는, 상기 고정 지지체에 스윙 모션 가능하게 연결된 두 개의 스윙 암, 상기 두 개의 스윙 암 사이에서 연장되는 샤프트를 더 포함하고, 상기 이동 수단의 작동에 의해 상기 스윙 암이 스윙 모션을 하고, 상기 스윙 암의 스윙 모션시 상기 스택 베이스가 U자형 궤적으로 이동되도록 상기 스택 베이스가 상기 샤프트에 연결된 각형 이차전지의 셀 스택 제조 장치용 스택 베이스 어셈블리이다.

본 발명의 다른 양태는, 연결 부재, 타이밍 벨트 및 타이밍 풀리를 구비한 타이밍 벨트 모듈을 더 포함하고, 상기 스택 베이스가 상기 연결 부재를 통해 상기 샤프트에 고정 연결되고, 상기 샤프트는 상기 타이밍 풀리에 고정 연결되어, 상기 스윙 암이 스윙한 각도만큼 상기 타이밍 풀리가 회전되도록 함으로써 상기 스택 베이스의 수평이 유지되는 것인 각형 이차전지의 셀 스택 제조 장치용 스택 베이스 어셈블리이다.

본 발명의 다른 양태는, 상기 스윙 모션시 상기 스택 베이스의 백래시를 방지하도록 구성된 공압 실린더를 더 포함하는 각형 이차전지의 셀 스택 제조 장치용 스택 베이스 어셈블리이다.

본 발명에 따르면 각형 이차전지용 셀 스택의 제조 시간이 단축된다. 따라서, 단위 시간당 셀 스택 생산량이 증가하고 생산 설비를 감축할 수 있다.

각형 이차전지용 셀 스택의 생산 공정은 미세먼지, 온도, 습도 등의 유지관리에 상당한 비용이 들어가므로, 생산 설비가 차지하는 공간의 감소로 인해 비용이 절감될 수 있다.

본 발명의 스택 베이스 어셈블리에 의하면 스택 베이스가 극판의 손상을 최소화하면서도 진동없이 이동하는 것이 가능하다.

또한, 본 발명에 따르면 컴팩트한 스택 베이스 어셈블리를 낮은 비용으로 제작할 수 있다.

본 발명의 효과들은 이상에서 언급된 효과로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 지그재그 적층 방식으로 제조된 이차전지의 내부 셀 스택을 개략적으로 나타낸 측면도이다.
도 2는 종래의 지그재그 적층 방식의 개념도이다.
도 3은 종래의 지그재그 타입 스택 제조 장치의 측면도로서, 분리막이 스택 베이스에 공급되는 경로를 나타낸 것이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 각형 이차전지의 셀 스택 제조장치를 나타낸 것이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라 스택 베이스가 이동하는 궤적을 나타낸 것이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따라 스택 베이스가 두 개의 극판 공급 위치 사이에서 왕복하는 것을 개략적으로 나타낸 것이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 스택 베이스의 이동 경로를 순차적으로 나타낸 개념도이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 스택 베이스 어셈블리의 사시도이다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 스택 베이스 어셈블리의 정면도이다.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 스택 베이스 어셈블리의 배면도이다.
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 스택 베이스 어셈블리의 측면도이다.

첨부된 도면에 제시된 실시예는 본 발명의 명확한 이해를 위한 것으로 본 발명은 이에 제한되지 않는다. 아래의 설명에서 서로 다른 도면에서 동일한 도면 부호를 가지는 구성요소는 유사한 기능을 가지므로 발명의 이해를 위하여 필요하지 않는다면 반복하여 설명되지 않으며 공지의 구성요소는 간략하게 설명이 되거나 생략이 되지만 본 발명의 실시예에서 제외되는 것으로 이해되지 않아야 한다.

본 발명에서 '연결'되어 있다는 표현은 두 요소가 물리적으로 연결된 것은 물론 작동상 연결된 것도 포함하며, 직접적인 연결은 물론 간접적인 연결도 포함한다.

이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명에 따른 각형 이차전지의 셀 스택 제조 장치의 실시예를 상세히 설명한다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 각형 이차전지의 셀 스택 제조장치(100)를 나타낸 것이다.

이 장치(100)는 극판(예: 음극판)용 매거진(9a)과 다른 극판(예: 양극판)용 매거진(9b)으로부터 극판을 각각 극판 전달 유닛(11a)과 극판 전달 유닛(11b)를 거쳐 스택 베이스(5)상에 적층하도록 구성되어 있다. 스택 베이스(5)는 수직 액추에이터(40) 및 수평 액추에이터(50)를 이용하여 두 적층 위치 사이를 왕복하도록 구성되는데, 도 4에서는 좌측의 양극판 적층 위치에 있는 상태로 도시되어 있다. 스택 베이스(5)가 두 적층 위치 사이에서 한 번 이동할 때마다 분리막(3)이 스택 베이스에 적층된 극판 위로 덮이게 되므로, 스택 베이스(5)의 이동이 반복됨에 따라 분리막(3)이 지그재그 형태를 띄게 된다. 스택 베이스(5)의 가장자리에 복수의 스택 그리퍼(12a, 12b; 14a, 14b, 도 8 참조)가 배치되어 그 파지부(13a, 13b; 15a, 15b, 도 8 참조)로 극판을 고정시킨다.

도 5 내지 7을 참고하여, 본 발명의 일 실시예에 따라 스택 베이스(5)가 U자형으로 이동하는 방법에 관해 설명한다.

도 5의 (a)에는 스택 베이스(5)가 도면의 우측 상단에 있는데, 이는 양극판과 음극판 중 어느 한 극판이 분리막(3) 위에 적층되는 위치를 포착한 것으로, 극판이 막 적층된 상태이다. 극판이 스택 베이스(5) 상에 놓이면 스택 그리퍼의 파지부(15a)가 해당 극판과 그 아래에 있는 분리막을 한꺼번에 파지하게 된다. 스택 베이스(5)의 수평 방향 이동을 위해서는 수평 액추에이터(50)가, 수직 방향 이동을 위해서는 수직 액추에이터(40)가 작동할 수 있으므로, 이들의 조합된 작동에 의해 스택 베이스(5)가 U자형 또는 하반원(lower half circle)형으로 표시된 화살표 방향으로 이동한다. 이들의 조합된 작동은 PC 제어 또는 PLC 제어를 이용하여 구현할 수 있다. 도 5(b)는 스택 베이스(5)가 좌측으로 그리고 하강한 상태를 나타낸 것이고, 도 5(c)는 후속하여 스택 베이스(5)가 더 좌측으로 그리고 상승한 상태를 나타낸 것이다. 이와 같은 방식으로, 극판 적층 유닛에서 스택 베이스(5)가 U자형 또는 하반원형 궤적으로 이동하게 된다.

대안적으로, 스택 베이스(5)의 U자형 또는 하반원형 이동은 캠 유닛(미도시)을 이용하여 구현할 수도 있다. 예를 들어, 판상의 캠 원동체를 회전 또는 왕복시키고 캠 원동체에 연계되어 이것의 움직임에 따라 이동하는 종동체를 포함한 캠 유닛을 구비하고, 상기 스택 베이스(5)를 상기 종동체에 직접 또는 간접으로 커플링함으로써 U자형 또는 하반원형으로 이동하도록 할 수도 있을 것이다.

도 5(a)부터 (c)까지의 이동에 의해 분리막이 한겹 더 쌓이게 되며, 도 5(c)의 위치에 도달 후 두 종류의 극판 중 나머지 극판이 분리막 위에 적층되면 스택 그리퍼의 파지부(13a)가 해당 극판 및 그 아래의 분리막을 파지한 다음, 반대방향 즉, 도 5(c)에서 (b)를 거쳐 (a)의 상태로 U자형 또는 하반원형 궤적을 따라 이동한다.

도 6은 도 5에 도시된 스택 베이스(5)의 이동을 개념도로 나타낸 것이다. 도 8의 (a)를 보면, 스택 베이스(5)가 우측에서 좌측으로 U자형 또는 하반원형 궤적으로 이동하는 과정들이 한 도면에 표시되어 있다. 여기서 중요한 점은, 이러한 하반원형 궤적의 이동 동안 분리막(3)이 되먹임되지 않는다는 것이다. 다시 말해, 가이드 롤러(7)들 중 하단에 위치한 롤러(이하, '엔드 롤러'라 함)로부터 파지부(15a)가 파지한 부분까지의 길이에 해당하는 분리막(3) 부분이 L1-L2-L3-L4로 갈수록 점차 증가하게 된다. 이와 같이 분리막이 역방향으로 감기지 않고 계속 풀리기만 하므로, 분리막이 풀리는 경로 또는 분리막 롤이 흔들리지 않고 일정하게 유지되어, 분리막의 위치를 재정렬할 필요가 없다. 따라서, 재정렬을 기다릴 필요없이 스택 베이스(5)를 계속 이동시킬 수 있고, 그 이동 속도를 장비의 최대 성능까지 높일 수 있다.

이와 같은 스택 베이스의 반원형 또는 U자형 이동의 안정성을 더욱 높이기 위해 추가적인 구성을 부가할 수 있다. 예를 들어, 분리막의 장력을 일정하게 유지하기 위해 채용된 파우더 클러치(도시하지 않음)가 오작동할 경우, 분리막이 원하는 속도로 풀리지 않거나 심지어 역주행할 수 있다. 이를 포함하여 예기치 못한 오작동의 위험을 방지하기 위해, 또는 기타 요인에 의해 분리막의 진행이 원하는 바와 같이 이루어지지 않는 경우에 대비하여, 분리막의 진행 방향 및/또는 진행 속도를 감지하기 위한 센서(도시하지 않음)를 설치할 수 있다. 이와 같은 센서는 엔드 롤러 부근이나 기타 적절한 위치에 설치될 수 있을 것이다. 센서에 의한 감지 결과를 수직 액추에이터(40) 및 수평 액추에이터(50)의 작동을 제어하는 제어부에 피드백함으로써, 원하는 진행 방향과 진행 속도로 분리막이 진행하도록 제어 가능할 것이다. 센서 이외의 다른 방식으로도 분리막의 진행 상황을 모니터링할 수 있을 것인데, 예를 들어, 엔드 롤러를 포함한 가이드 롤러(7)나 별도의 롤러의 회전 방향과 속도를 감지하는 것에 의해서도 모니터링이 가능할 것이다. 이러한 모니티링 정보를 바탕으로 스택 베이스의 이동 속도 조절이 가능할 것이고, 이로 인해 분리막의 되먹임을 확실히 방지하고 분리막이 원하는 속도로 풀리게 할 수 있다.

도 6의 (a)에서와 반대방향으로 스택 베이스(5)의 하반원형 궤적의 이동을 나타낸 (b)에서도, 마찬가지로, 스택 베이스(5)의 이동중에 분리막(3) 부분이 L1'-L2'-L3'-L4'로 점점 증가하게 된다.

도 7에서, (a)는 수평으로 이동하는 스택 베이스의 이동 경로를 순차적으로 도시한 것이고, (b)는 본 발명에 따라 U자형 또는 하반원형으로 이동하는 스택 베이스의 이동 경로를 순차적으로 대비하여 도시한 것이다. 본 발명에 따른 스택 베이스의 이동 경로를 나타낸 (b)를 보면, 단계(1)에서 단계(2)로 가면서 극판(1)이 적층되었고 파지부(15a)가 극판(1)을 파지하였다. 이후, 단계(3)에서 단계(5)까지 스택 베이스(5)가 반원형 또는 U자형으로 이동하였고, 단계(6)에서 다른 극판(2)이 적층되고 파지부(13a)가 극판(2)을 파지하였다.

이동경로 (b)를 수평 이동 경로인 (a)와 비교해 보면, 단계(3) 내지 단계(5)에서 이동 경로 (b)가 (a)에 비해 파지부(15a)에 의해 분리막(3)에 적은 힘이 가해진다는 것을 알 수 있다. 단계(4)를 비교해보면, 이동 경로 (a)에서는 가속방향(즉, 좌측)으로 파지부(15a)에 의한 힘이 전체적으로 분리막(3)에 전달되고 있는데 반해, 이동 경로 (b)에서는 가속방향(즉, 좌측 위)으로 파지부(15a)에 의한 힘이 부분적으로만 분리막(3)에 전달되고 있으며, 나아가, 단계(5)를 비교해보면, 이동 경로 (a)에서는 가속방향이 좌측이므로 파지부(15a)의 날부분이 분리막(3)의 좁은 영역에 힘을 가하게 되는 반면, 이동 경로 (b)에서는 가속방향이 위쪽이므로 파지부(15a)의 면부분이 분리막(3)의 상대적으로 넓은 영역에 힘을 가하게 된다.

따라서, 본 발명에 따른 스택 베이스(5)의 반원형 또는 U자형 이동을 채용함으로써 스택 베이스(5)의 이동 속도를 최대로 높이면서도 분리막(3)의 손상 위험은 현저히 낮아지게 된다.

도 8 내지 11은 스택 베이스(5)를 U자형으로 이동시킬 수 있는 스택 베이스 어셈블리(10)의 다른 실시예를 나타낸 것이다.

스택 베이스(5)가 다양한 중간 부재들을 통해 고정 프레임(33)에 현수된다. 구체적으로, 스택 베이스(5)가 지지 로드 등에 의해 장착판(17)에 고정 연결되고, 장착판(17)은 스윙 샤프트(18)에 고정 연결된다. 장착판(17)은 양 끝부분이 90도 꺾인 형태이고, 꺾어진 부분에 형성된 통공을 통해 스윙 샤프트(18)와 활주(sliding) 불가능하게 고정되어 있다. 스윙 샤프트(18)는 스윙 암(20a, 20b) 및 타이밍 풀리(24a, 24b)를 관통하는데, 스윙 암(20a, 20b)과는 베어링에 의해 서로 활주 가능한 반면, 타이밍 풀리(24a, 24b)와는 파워락(25a, 25b)으로 고정되어 서로 활주 불가능하다. 타이밍 벨트(22a, 22b)가 궤도 운동 가능하도록 타이밍 풀리(24a, 24b) 및 내측 풀리(28a, 28b)에 서로 치면이 맞물리게 걸려 있다. 이러한 타이밍 벨트 모듈은 텐셔너(26a, 26b)를 포함한다.

고정 프레임(33)에 대해 구동 샤프트(36)가 활주 가능하게 연결되고, 구동 샤프트(36)는 스윙 암(20a, 20b) 및 내측 풀리(28a, 28b)를 관통하는데, 스윙 암(20a, 20b)과는 서로 활주 불가능하게 키로 고정되어 있다. 내측 풀리(28a, 28b)는 고정되어 있어 회전하지 않는다. 구동 샤프트(36)는 커플링(32)과 맞물려서 감속기(31)를 통해 서보 모터(30)에 연결되어 있다.

중공형으로 형성된 엔드 롤러(38)가 구동 샤프트(36)를 둘러싸고 서로 베어링 연결되어 있다. 엔드 롤러(38)를 통해 분리막(3)이 스택 베이스(5)로 공급될 수 있다.

스택 베이스(5)가 스윙 모션으로 이동할 때 스윙 모션의 말단에서 백래시(backlash)로 인한 흔들림을 방지하기 위해, 스윙 암(20a, 20b)에 공압 실린더(27a, 27b)가 연결되어 있다.

이상과 같이, 스택 베이스(5)가 다양한 부재들을 통해 고정 프레임(33)에 대해현수된다. 본 명세서에서 '현수된다'는 표현은 마치 그네처럼 고정축에 매달린 형태를 의미하는 것으로 사용하였고, 현수된 물체의 이동 방식을 '스윙 모션'한다고 표현하였다. 또한, '현수된다'는 것은 동력 전달축을 통해 연결되는 것을 포함하고, 따라서 스윙 모션의 궤적상 임의의 위치에 정지되어 있는 상태를 포함한다.

현수된 스택 베이스(5)가 스윙 모션을 통해 U자형 궤적으로 이동하는 방식은 다음과 같다.

서보 모터(30)에 의해 동력이 가해지면 감속기(31)와 커플링(32)을 통해 구동 샤프트(36)가 회전한다. 그러면 구동 샤프트(36)에 고정 연결된 스윙 암(20a, 20b)이 스윙 모션을 하게 되고, 이에 따라 스윙 암(20a, 20b)의 타단에 베어링 연결된 스윙 샤프트(18)가 스윙 모션한다. 이로 인해, 스윙 샤프트(18)에 장착판(17)을 통해 고정 연결된 스택 베이스(5)의 스윙 모션이 이루어진다.

스윙 샤프트(18)에는 타이밍 풀리(24a, 24b)가 고정 연결되어 있으므로 상기 스윙 모션에 따라 타이밍 풀리(24a, 24b)가 회전하는데, 스윙 암(20a, 20b)이 스윙 모션한 각도만큼 타이밍 풀리(24a, 24b)가 회전하게 된다. 즉, 스윙 암(20a, 20b)이 10도 스윙하면 타이밍 풀리(24a, 24b)도 10도 회전하게 된다.

이와 같은 타이밍 벨트 모듈에 의해 스택 베이스(5)가 스윙 모션시 스택 베이스(5)의 적층면이 수평을 유지할 수 있다.

전술한 바와 같이, 스윙 샤프트(18)를 스윙 암(20a, 20b)과 활주 가능하게 연결하는 한편 타이밍 풀리(24a, 24b)와 활주 불가능하게 고정 연결함으로써 스택 베이스(5)의 스윙 모션시 수평을 유지하는 것이 가능해진다.

스택 베이스(5)는 음극판 적층 위치 및 양극판 적층 위치에서 극판이 제위치에 놓일 수 있도록 스윙 모션을 멈춰야 한다. 그런데, 타이밍 풀리 모듈의 특성상 치면 사이의 공차로 인해, 스윙 모션의 양 말단에서 스택 베이스(5)가 정지할 때 백래시로 인한 흔들림을 동반할 수 있다.

스윙 암(20a, 20b)에 공압 실린더(27a, 28b)를 장착하여 스윙 모션에서 진동과 흔들림을 방지할 수 있다. 특히, 극판 적층 위치에서 스윙 암(20a, 20b)을 계속 밀어줌으로써 스택 베이스(5)의 흔들림을 잡을 수 있다.

이러한 현수식 스택 베이스 어셈블리는 크기가 컴팩트하고 중량이 적게 나가므로 비용은 물론 다양한 측면에서 장점을 갖는다.

이상과 같이, 본 발명의 스택 제조 장치에 따르면, 보다 신속한 극판의 이동이 가능하고, 극판의 적층 속도가 극대화될 수 있다. 이는 이차전지의 제조분야에서 획기적인 생산성 향상을 가져올 수 있다.

이상에서, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지의 극판 적층 방법 및 장치에 대해 설명하였다. 그러나, 본 발명은 상술한 실시예에 한정되지 아니하며, 특허청구의 범위에서 청구하는 본 발명의 요지와 사상을 벗어남이 없이 당해 발명에 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자라면 누구든지 다양한 수정과 변형실시가 가능할 것이다.

1: 음극판 2: 양극판 3: 분리막
4a: 음극판 로더 4b: 양극판 로더
5: 스택 베이스 7: 가이드 롤러
9a, 9b: 매거진 10: 스택 베이스 어셈블리
11a, 11b: 극판 전달 유닛 12a, 12b, 14a, 14b: 스택 그리퍼
13a, 13b, 15a, 15b: 파지부 17: 장착판
18: 스윙 샤프트 20a, 20b: 스윙 암
22a, 22b: 타이밍 벨트 24a, 24b: 타이밍 풀리
27a, 27b: 공압 실린더 30: 서보 모터
31: 감속기 33: 고정 프레임
36: 구동 샤프트 38: 엔드 롤러
100: 셀 스택 제조 장치

Claims (10)

1. 극판이 적층되는 스택 베이스, 스택 베이스 상에 적층된 극판을 고정시키기 위한 스택 그리퍼, 음극판 적층 위치와 양극판 적층 위치 사이에서 상기 스택 베이스를 이동시키는 이동 수단을 구비한 스택 베이스 어셈블리를 포함하고,
   상기 스택 베이스가 고정 지지체에 대해 현수되어 있고,
   상기 스택 베이스가 스윙 모션에 의해 U자형 궤적으로 이동할 수 있는
   각형 이차전지의 셀 스택 제조 장치.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 스택 베이스가 스윙 모션으로 이동할 때 수평을 유지할 수 있는
   각형 이차전지의 셀 스택 제조 장치.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 스택 베이스 어셈블리가
   상기 고정 지지체에 스윙 모션 가능하게 연결된 두 개의 스윙 암;
   상기 두 개의 스윙 암 사이에서 연장되는 샤프트;
   를 포함하고,
   상기 이동 수단의 작동에 의해 상기 스윙 암이 스윙 모션을 하고,
   상기 스윙 암의 스윙 모션시 상기 스택 베이스가 U자형 궤적으로 이동되도록 상기 스택 베이스가 상기 샤프트에 연결된
   각형 이차전지의 셀 스택 제조 장치.
4. 제 3 항에 있어서,
   상기 스택 베이스 어셈블리가
   연결 부재;
   타이밍 벨트 및 타이밍 풀리를 구비한 타이밍 벨트 모듈;
   을 더 포함하고,
   상기 스택 베이스가 상기 연결 부재를 통해 상기 샤프트에 고정 연결되고, 상기 샤프트는 상기 타이밍 풀리에 고정 연결되어,
   상기 스윙 암이 스윙한 각도만큼 상기 타이밍 풀리가 회전되도록 함으로써 상기 스택 베이스의 수평이 유지되는 것인
   각형 이차전지의 셀 스택 제조 장치.
5. 제 4 항에 있어서,
   상기 스윙 모션시 상기 스택 베이스의 백래시를 방지하도록 구성된 공압 실린더를 더 포함하는
   각형 이차전지의 셀 스택 제조 장치.
6. 극판이 적층되는 스택 베이스, 스택 베이스 상에 적층된 극판을 고정시키기 위한 스택 그리퍼, 음극판 적층 위치와 양극판 적층 위치 사이에서 상기 스택 베이스를 이동시키는 이동 수단을 포함하고,
   상기 스택 베이스가 고정 지지체에 대해 현수되어 있고,
   상기 스택 베이스가 스윙 모션에 의해 U자형 궤적으로 이동할 수 있는
   각형 이차전지의 셀 스택 제조 장치용 스택 베이스 어셈블리.
7. 제 6 항에 있어서,
   상기 스택 베이스가 U자형 궤적으로 이동될 때 수평을 유지할 수 있는
   각형 이차전지의 셀 스택 제조 장치용 스택 베이스 어셈블리.
8. 제 6 항 또는 제 7 항에 있어서,
   상기 고정 지지체에 스윙 모션 가능하게 연결된 두 개의 스윙 암;
   상기 두 개의 스윙 암 사이에서 연장되는 샤프트;
   를 더 포함하고,
   상기 이동 수단의 작동에 의해 상기 스윙 암이 스윙 모션을 하고,
   상기 스윙 암의 스윙 모션시 상기 스택 베이스가 U자형 궤적으로 이동되도록 상기 스택 베이스가 상기 샤프트에 연결된
   각형 이차전지의 셀 스택 제조 장치용 스택 베이스 어셈블리.
9. 제 8 항에 있어서,
   연결 부재;
   타이밍 벨트 및 타이밍 풀리를 구비한 타이밍 벨트 모듈;
   을 더 포함하고,
   상기 스택 베이스가 상기 연결 부재를 통해 상기 샤프트에 고정 연결되고, 상기 샤프트는 상기 타이밍 풀리에 고정 연결되어,
   상기 스윙 암이 스윙한 각도만큼 상기 타이밍 풀리가 회전되도록 함으로써 상기 스택 베이스의 수평이 유지되는 것인
   각형 이차전지의 셀 스택 제조 장치용 스택 베이스 어셈블리.
10. 제 9 항에 있어서,
    상기 스윙 모션시 상기 스택 베이스의 백래시를 방지하도록 구성된 공압 실린더를 더 포함하는
    각형 이차전지의 셀 스택 제조 장치용 스택 베이스 어셈블리.

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