KR102068273B1 - 전기 에너지 저장 복합체의 스트립을 생산하기 위한 시스템 및 방법 - Google Patents
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Abstract
전기 에너지 저장 복합체를 생산하기 위한 시스템 및 방법. 본 발명은 전기 에너지 저장 복합체의 스트립을 생산하기 위한 방법으로, - 연속적인 소재의 스트립을 권출하는 단계(100), - 소재 스트립으로부터 적어도 두 개의 소재 스트랜드들을 형성하도록 소재 스트립을 종방향으로 절단하는 단계(200), - 소재 스트랜드들의 권취 평면에서 소재 스트랜드들의 권취 방향과 직교하게 연장하는 분리 방향으로 소재 스트랜드들을 횡으로 분리하는 단계(300), - 복합체를 얻기 위하여 분리된 소재 스트랜드들 위에 적어도 한 개의 전해질층을 형성하는 단계(400), 및 - 복합체를 종방향으로 절단하여 전기 에너지 저장 복합체의 스트립을 얻는 단계(500)를 포함하는 방법에 관한 것이다.
Description
본 발명은 전기 에너지 저장 유닛을 생산하는 일반 기술 분야에 관한 것이다. 구체적으로, 본 발명은 전기 에너지 저장 유닛의 생산을 위한 전기 에너지 저장 복합체의 리본의 생산에 관한 것이다.
본 발명에서 "전기 에너지 저장 유닛(electrical energy storage unit)"은 커패시터(즉, 두 개의 전극들과 절연체를 포함하는 수동 시스템), 슈퍼커패시터(즉, 적어도 두 개의 전극들, 전해질 및 적어도 한 개의 스페이서를 포함하는 시스템) 또는 리튬 배터리(즉, 적어도 한 개의 애노드, 적어도 한 개의 캐소드 및 애노드와 캐소드 사이의 전해질 용액을 포함하는 시스템)를 의미하는 것으로 이해된다.
전기 에너지 저장 복합체의 리본을 생산하기 위한 시스템과 방법은 공지되어 있다. 이러한 리본은 리튬 배터리와 같은 에너지 저장 복합체를 만드는 데 사용된다.
이러한 시스템과 방법은,
- 두 개의 캐소드층들 사이에 콜렉터층이 포함되어 있는 "콜렉터/캐소드"로 알려진 필름의 릴과,
- 전해질층을 포함하는 "전해질 필름"으로 알려진 필름 릴 두 개를 조립하는 것에 의해 복합체의 리본을 생산하는 것을 가능하게 한다.
콜렉터/캐소드 필름 릴들과 전해질 필름 릴들의 생산 속도를 높이기 위해, 필름들 각각의 폭은 일반적으로, 최종적으로 얻기를 희망하는 전기 에너지 저장 복합체의 리본의 폭보다 대략 "n"배(n은 영이 아닌 정수임) 크다.
따라서 콜렉터/캐소드 릴과 전해질 필름 릴들을, 저장 유닛을 생산하는 데 사용되는 저장 복합체의 리본의 희망하는 폭과 동일한 폭으로, 종방향으로 절단할 필요가 있다. 서로 다른 필름들의 이러한 절단은 이들의 조립 전에 일어난다.
이러한 절단 단계는, 작업 인원과 많은 처리 공수를 요구하여 시간 및 자원 측면에서 비싸고 생산량을 감소시킨다는 단점이 있다.
본 발명의 일 목적은, 상술한 단점들을 해결할 수 있는, 전기 에너지 저장 유닛들을 생산하기 위한 전기 에너지 저장 복합체의 리본을 생산하기 위한 시스템 및 방법을 제안하는 것이다.
이러한 목적을 위하여 본 발명은 전기 에너지 저장 유닛들을 생산하기 위한 리본을 생산하기 위한 방법에 있어서,
- 소재 스트립을 연속적으로 이송하는 단계,
- 소재 스트립으로부터 적어도 두 개의 소재 스트랜드들을 형성하도록 소재 스트립을 종방향으로 절단하는 단계,
- 소재 스트랜드들의 이송 평면에서 연장하는 분리 방향을 따라 소재 스트랜드들을 횡으로 분리하는 단계,
- 분리된 소재 스트랜드들 위에 적어도 한 개의 기능층을 형성하여 복합체를 얻는 단계, 및
- 복합체를 종방향으로 절단하여 적어도 두 개의 전기 에너지 저장 복합체의 리본을 얻는 단계를 포함하는 방법을 제안한다.
특히, 소재 스트립은 캐소드이고, 기능층은 적어도 한 개의 전해질층을 포함한다.
따라서 본 발명은 예를 들어 이중폭을 갖는 필름 릴들로부터 단일폭을 갖는 복합체의 리본을 얻는 것을 가능하게 한다.
분리 단계는 층들 각각에 대해 서로 다른 폭들을 얻는 것을 가능하게 한다. 이에 따라 전해질층은 캐소드층보다 폭이 더 클 수 있고 상기 캐소드층의 가장자리들을 지나서 연장할 수 있는데, 이는 캐소드와 애노드 두 전극들 간의 접촉을 방지하는 것에 의해 캐소드와 (후속해서 스택에 부가될) 애노드 사이의 최적의 절연을 보장하기 때문에 바람직하다.
이 복합체 리본은 이러한 리본을 포함하는 전기 에너지 저장 유닛들을 생산하기 위해 사용될 수 있다.
본 발명에 따른 방법의 바람직하지만 비한정적인 태양은 다음과 같다.
- 본 발명의 방법은 분리 단계 후에, 분리된 소재 스트랜드들을 한 개의 동일한 이송 평면에서 그리고 평행한 이송 방향을 따라 이송하는 단계를 더 포함한다.
이에 따라 인접한 두 개의 분리된 소재 스트랜드들을 분리시키는 거리(d)를 일정하게 유지시키는 것이 가능해진다.
- 적어도 한 개의 기능층을 형성하는 단계가,
○ 적어도 한 개의 기능 필름을 연속적으로 이송하는 단계, 및
○ 상기 기능 필름 또는 적어도 한 개의 기능 필름을 분리된 소재 스트랜드에 포개는 단계를 포함하며,
기능 필름들 중 상기 기능 필름 또는 적어도 한 기능 필름의 폭은 바람직하게는 두 개의 소재 스트랜드를 완전히 덮기 위하여 소재 스트랜드들의 폭들과 인접한 분리된 스트랜드들 사이의 거리(d)의 합보다 크거나 동일하다.
이에 따라, 특히 전해질 필름을 분리된 두 개의 소재 스트랜드들 위에 동시에 침착시키는 것에 의해, 포개진 층들로 이루어지는 복합체를 얻는 속도를 증가시키는 것이 가능해진다.
- 적어도 한 개의 기능 필름을 분리된 소재 스트랜드들 위에 포개는 단계가,
○ 분리된 소재 스트랜드들을 기능 필름들 중 상기 기능 필름 또는 적어도 한 기능 필름과 접촉시키는 서브 단계, 및
○ 소재 스트랜드들을 기능 필름들 중 상기 기능 필름 또는 적어도 한 기능 필름과 복합화시켜서 복합체를 얻는 서브 단계를 포함한다.
본 발명의 명세서 내에서, "복합화(complexing)"는 소재 스트랜드들과 상기 적어도 한 개의 전해질층으로 이루어진 스택을 가압하여 접착하는 단계를 의미하는 것으로 이해된다.
이러한 가압은 예를 들어 스택이 사이로 이송되는 실린더들을 이용하여 소재 스트랜드들을 전해질 필름에 대해 누르는 것에 의해 얻어진다.
- 본 발명의 방법은, 기능 필름들 중 상기 기능 필름 또는 적어도 한 기능 필름을 분리된 소재 스트랜드에 포개는 단계 전에, 상기 적어도 한 개의 기능 질 필름 및/또는 소재 스트랜드들을 가열하는 단계를 더 포함한다.
이에 따라, 소재 스트랜드들과 상기 적어도 한 개의 기능 필름, 특히 전해질 필름의 복합화 품질을 향상시키는 것이 가능해진다.
- 본 발명의 방법은, 분리된 소재 스트랜드들 위에 기능 필름들 중 상기 필름 또는 적어도한 개의 필름을 포개는 단계 후에, 스택을 냉각시키는 단계를 더 포함할 수 있다.
- 본 발명의 방법은, 포개기 단계 전에, 기능 필름들 중 상기 기능 필름 또는 적어도 한 기능 필름을 준비하는 단계를 더 포함하며,
상기 기능 필름을 준비하는 단계가,
○ 소재 스트랜드들과 접촉하게 되는 기능 필름들 중 상기 기능 필름 또는 적어도 한 기능 필름 위에서 연장하는 보호 필름을 제거하는 서브 단계, 및
○ 상기 보호 필름을 방향전환시켜서 회수하는 서브 단계를 포함한다.
보호 필름을 사용하면 기능 필름, 특히 전해질 필름이 열화될 위험을 방지하는 것이 가능해지고, 보호 필름은 또한 기능 필름이 소재 스트랜드에 조립되기 전에 기능 필름을 지지하는 역할도 한다. 보호 필름을 회수하는 서브 단계는 보호 필름을 재사용할 수 있게 한다.
- 유리하게는,
○ 보호 필름을 제거하는 서브 단계가 보호 필름을 탈접착하는 것을 포함하고,
○ 보호 필름을 회수하는 서브 단계가 보호 필름을 권취 스테이션에 권취하는 것을 포함한다.
- 포개기 단계가,
○ 제1 기능 필름을 분리된 소재 스트랜드들의 상면에 포개는 서브 단계, 및
○ 제2 기능 필름을 분리된 소재 스트랜드들의 하면에 포개는 서브 단계를 포함하며,
제1 기능 필름과 제2 기능 필름을 포개는 서브 단계들이 바람직하게는 동시에 실시된다.
이에 따라, 두 개의 전해질 필름들 사이에서 연장하는 분리된 소재 스트랜드들로 이루어진 복합체를 얻는 것이 가능해진다.
- 본 발명의 방법은, 기능 필름을 소재 스트랜드들에 포개는 단계 후에, 분리 필름을 복합체의 일면에 침착시키는 단계를 더 포함한다.
분리 필름을 사용하면, 특히 생산된 리본이 저장의 용이함을 위해 권취되어 있는 경우, 생산된 리본이 열화될 위험을 피할 수 있다.
분리 필름을 사용하면, 특히 생산된 리본이 저장의 용이함을 위해 권취되어 있는 경우, 생산된 리본이 열화될 위험을 피할 수 있다.
- 본 발명의 방법은, 복합체 처리 단계를 더 포함하며, 이 복합체 처리 단계는,
○ 복합체의 일면 위에서 연장하는 보호 필름을 제거하는 서브 단계(1050), 및
○ 상기 보호 필름을 방향전환시켜서 회수하는 서브 단계(1060)을 포함하고,
상기 처리 단계가 분리 필름을 침착시키는 단계 전에 실시된다.
기능 필름이 전해질 필름인 경우에 지지 기능을 가질 수 있는 보호 필름과 달리 분리 필름은 지지 기능을 수행할 필요가 없기 때문에, 분리 필름의 가격이 보호 필름의 가격보다 훨씬 저렴하다. 따라서 보호 필름을 분리 필름으로 대체하는 것이 바람직하다.
- 복합체를 종방향으로 절단하는 단계가 분리된 두 개의 소재 스트랜드들 사이에 위치된 영역에서 복합체를 절단하는 것을 포함한다.
- 본 발명의 방법은, 분리된 소재 스트랜드들에 가해지는 견인력들을 측정하는 단계를 더 포함한다.
이에 따라, 소재 스트랜드들을 이송하기 위해 소재 스트랜드들에 가해지는 견인력들을 제어하는 것이 가능해진다.
- 본 발명의 방법은, 상기 견인력들을 서로 동일하게 유지하도록, 측정된 견인력들의 함수로서 구동 요소에 의해 각각의 소재 스트랜드에 유도되는 구동 속도를 변경하는 단계를 더 포함한다.
이에 따라, 견인력들을 서로 동일하게 유지하기 위하여 소재 스트랜드들에 가해지는 견인력들을 변경하는 것이 가능해진다.
- 소재 스트립을 종방향으로 절단하는 단계와 소재 스트랜드들을 횡으로 분리하는 단계는 서로 다른 이송 평면들에서 실시된다.
이에 따라, 소재 스트랜드들의 분리에 의해 발생되고, 스트립의 절단 영역까지 전파되면 스트립의 찢어짐을 유도할 수 있는 응력들이 종방향으로 전파될 위험을 제한하는 것이 가능해진다.
또한, 본 발명은 전기 에너지 저장 유닛들을 생산하기 위한 전기 에너지 저장 복합체의 리본을 생산하기 위한 시스템에 있어서, 위에서 설명한 방법을 실시하기 위한 수단들을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법에 관한 것이다.
이러한 수단들은 다음과 같다.
- 소재 스트립을 연속적으로 이송하기 위한 수단.
- 소재 스트립으로부터 적어도 두 개의 소재 스트랜드들을 형성하도록 소재 스트립을 종방향으로 절단하는 절단 수단.
- 소재 스트랜드들의 이송 평면에서 연장하는 분리 방향을 따라 소재 스트랜드들을 횡으로 분리하는 분리 수단.
- 복합체를 얻기 위하여 분리된 소재 스트랜드들 위에 적어도 한 개의 기능층을 형성하는 수단.
- 적어도 두 개의 전기 에너지 저장 복합체의 리본을 얻도록 복합체를 종방향으로 절단하는 절단 수단.
본 발명의 명세서 내에서, "복합체"는 적어도 두 개의 분리된 층들, 특히 캐소드층 및 전해질층을 포함하는 스택을 의미하는 것으로 이해된다.
본 발명의 다른 특징들, 목적들 및 장점들은 하기의 상세한 설명을 읽으면 더욱 명확히 알 수 있을 것인데, 하기의 상세한 설명은 순전히 예시적이고 비한정적이며, 첨부 도면을 참조하여 읽어야 한다.
도 1과 도 2는 전기 에너지 저장 복합체(complex)의 리본을 생산하기 위한 방법의 실시예들을 도시한다.
도 3은 복합화 장치(complexing device)를 도시한다.
도 4와 도 8은 전기 에너지 저장 복합체의 리본을 생산하기 위한 시스템의 실시예들을 도시한다.
도 5와 도 6은 분리 장치를 도시한다.
도 7은 복합화 장치의 압축 실린더들을 도시한다.
도 1과 도 2는 전기 에너지 저장 복합체(complex)의 리본을 생산하기 위한 방법의 실시예들을 도시한다.
도 3은 복합화 장치(complexing device)를 도시한다.
도 4와 도 8은 전기 에너지 저장 복합체의 리본을 생산하기 위한 시스템의 실시예들을 도시한다.
도 5와 도 6은 분리 장치를 도시한다.
도 7은 복합화 장치의 압축 실린더들을 도시한다.
이제 도면들을 참조하여 본 발명의 여러 실시예들을 설명한다. 여러 도면들에서, 균등한 요소들에 대해서는 동일한 도면 부호를 부여한다.
1. 생산 방법
1.1. 일반 원리
도 1을 참조하면, 전기 에너지 저장 복합체의 리본을 생산하기 위한 방법의 주요 단계들이 도시되어 있다.
전기 에너지 저장 복합체의 리본은 에너지 저장을 가능하게 하는 요소의 전부 또는 일부일 수 있다. 하기에서 설명하는 실시예들에서는, 예를 들어, 배터리의 전해질과 캐소드가 조립되고, 다음 단계에서 다른 장치를 이용하여 애노드가 부가된다. 그러나, 위에서 설명한 방법과 장치를 이용하여 에너지 저장 요소를 그 전체로서 생산하는 것이 가능할 것이다.
획득되고 나면, 이 리본은, 선택적으로 권취되거나 혹은 접힌 상태로 전기 에너지 저장 유닛의 수밀성 보호 재킷의 하우징에 배치되는, 이 리본의 일부분을 포함하는 상기 저장 유닛을 생산하는 데 사용될 수 있다.
1.1.1. 이송 단계
리본을 생산하기 위한 방법은 소재의 스트립(11, 12, 13)을 연속적으로 이송하는 단계(100)를 포함한다. 이 소재 스트립(11, 12, 13)은 바람직하게는 롤의 형태로 저장된다. 이 소재 스트립은 예를 들어,
- 캐소드 필름(12)
- 콜렉터 필름(11) 위에 겹쳐져 있는 캐소드 필름(12), 또는
- 두 개의 캐소드 필름들(12, 13) 사이에서 연장하는 콜렉터 필름(11)으로 이루어진 스택(stack)
중 어느 하나로 이루어질 수 있다.
도 1에 도시된 예에서, 소재 스트립은,
- 제1 캐소드 필름(13),
- 제1 캐소드 필름 위에 있는 콜렉터 필름(11) 및
- 콜렉터 필름(11) 위에 있는 제2 캐소드 필름(12)으로 이루어진 스택을 포함한다.
1.1.2. 절단 단계
방법의 다른 단계(200)에서는, 연속적으로 이송되는 소재 스트립이 종방향으로 절단된다. 이는 초기 소재 스트립으로부터 두 개의 소재 스트랜드들(11a, 12a, 13a 및 11b, 12b, 13b)을 획득할 수 있게 한다.
소재 스트립의 전달은 예를 들어 나중에 더 상세하게 설명하는 절단 장치에서 실시된다.
폭이 동일한 두 개의 소재 스트랜드들을 획득하도록 절단은 소재 스트립의 중앙에서 수행될 수 있다. 변형예에서는, 폭이 서로 다른 두 개의 소재 스트랜드들을 획득하도록 절단이 스트립의 중앙에 대해 편위된 상태에서 행해질 수 있다.
물론, 소재 스트립은 다수의 소재 스트랜드들(예를 들어, 네 개의 소재 스트랜드들)을 획득하도록 그 폭을 가로질러 몇 개의 구역들(예를 들어, 세 개의 구역들)로 절단될 수 있다.
1.1.3. 분리 단계
또한, 방법은 평행하게 구동되는 소재 스트랜드들을 분리하는 단계(300)를 포함한다. 구체적으로, 소재 스트랜드들(11a, 12a, 13a 및 11b, 12b, 13b)은 소재 스트랜드들의 이송 평면에서 연장하는 분리 방향을 따라 서로 분리된다.
하기에서 상세하게 설명하는 분리 단계 후에, 거리(d)만큼 횡방항으로 서로 이격된 두 개의 소재 스트랜드들(11a, 12a, 13a 및 11b, 12b, 13b)이 획득된다.
바람직하게는, 이 소재 스트랜드들은, 분리되고 나면 하나의 동일한 평면에서 연장한다.
1.1.4. 복합체 형성 단계
한 개(또는 몇 개)의 전해질층(들)(14, 15)이 분리된 소재 스트랜드들 위에 형성되거나 혹은 도포된다(단계(400)). 이에 따라 복합체가 획득된다.
어떤 변형 실시예에들에서는, 전해질층(14)이 분리된 소재 스트랜드들의 한 하나의 면 위에만 형성된다.
도 1에 도시된 실시예에서는, 각각의 전해질층(14, 15)이 분리된 소재 스트랜드들의 면들 각각에 형성된다.
전해질층(들)(14, 15)은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공지된 임의의 기법에 의해 형성될 수 있다.
예를 들어, 전해질층은 적어도 한 개의 전해질 필름을 평행하게 (즉, 동시에 그리고 동기되어) 구동되는 두 개의 소재 스트랜드들 위에 전해질 필름이 소재 스트랜들 각각의 전체 표면을 덮도록 침착(deposition)시키는 것에 의해 형성될 수 있다.
이 경우, 전해질 필름의 폭은, 단락의 위험을 방지하도록 콜렉터 필름과 접촉하지 않으면서도 캐소드에 전기적으로 접속이 가능하게 하도록 콜렉터의 충분한 부분이 접근할 수 있게 하면서, 두 개의 분리되어 있는 소재 스트랜드들의 서로 반대쪽에 있는 단부들을 부분적으로 덮는다.
1.1.5. 복합체 절단 단계
전해질층(들)이 형성되었으면, 복합체가 종방향으로 절단(단계(500))되어, 전기 에너지 저장 복합체의 두 개의 리본들이 획득되는데, 이들은 에너지 저장 요소들에 배치되는 것에 의해 후속해서 사용될 것이다.
이 절단 단계는 소재 스트립을 종방향으로 절단하는 데 사용되는 것과 유사한 절단 장치를 이용하여 실시될 수 있다.
이렇게 해서, 도 1에 도시된 예에서, 단일폭을 갖는 두 개의 복합체 리본들이 이중폭을 갖는 필름 릴들로부터 획득된다.
1.2. 소재 스트립의 준비
도 2를 참조하면, 단일폭을 갖는 두 개의 리본들을 이중폭을 갖는 소재 및 전해질 필름들의 스트립으로부터 획득하는 예가 도시되어 있다. 이 방법은 도 3 내지 도 8을 참조하여 설명할 생산 시스템을 이용하여 실시될 수 있다.
방법은 소재 스트립을 전해질 필름들과 조립하기 전에,
- 소재 스트립을 준비하는 단계(600), 및
- 전해질 필름들을 준비하는 두 개의 단계들(700, 800)의
세 개의 준비 단계들(600, 700, 800)을 포함한다.
전기 에너지 저장 복합체를 리본의 생산 시간을 단축하기 위하여 이 세 개의 준비 단계들은 병렬로 실시될 수 있다.
1.2.1. 소재 스트립의 준비
소재 스트립을 준비하는 단계(600)는 소재 스트립을 연속적으로 이송하는 단계(610)를 포함한다. 이 이송 단계(610)는 예를 들어 회전 릴로부터 소재 스트립을 권출하는 것에 의해 이루어진다.
유리하게는, 준비 단계는 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공지된 결합 장치를 이용한 단부-대-단부(end-to-end) 결합을 행하는 선택적인 단계(620)를 포함할 수 있다. 결합 단계에 의하면,
- 릴의 이른바 "스트립 시작" 단부를,
- 이미 권출되어 본 발명의 방법에서 사용된 다른 릴의 이른바 "스트립 종료부"에 부착하는 것이 가능하다.
이는 본 발명의 방법과 관련된 생산 시스템의 중단이 길어지게 하지 않으면서 소재 스트립들의 릴들을 교체하는 것을 가능하게 한다.
준비 단계는 또한, 이중폭을 갖는 스트립으로부터 단일 폭을 갖는 소재 스트랜드들, 특히 두 개의 소재 스트랜드들을 획득하도록, 소재 스트립을 종방향으로 절단하는 단계(630)를 포함한다. 이 단계는 절단 장치에서 실시되는데, 소재 스트립이 그것을 두 개의 소재 스트랜드들로 분할하는 절단 장치를 지나간다.
준비 단계는 또한 절단 장치의 출구에서 획득되는 소재 스트랜드들을 분리하는 단계(640)도 포함한다. 소재 스트랜드들은 분리 장치에 도달할 때까지 이송된다. 이 분리 장치는 횡방향을 따라 소재 스트랜드들을 이격시킨다. 이 횡방향은 소재 스트랜드들의 이송 평면에서 소재 스트랜드들의 이송 방향과 직교하게 연장한다. 이러한 작업을 수행하기 위한 분리 장치를 하기에서 상세하게 설명한다.
바람직하게는, 스트립을 절단하는 단계(630)와 스트랜드들을 분리하는 단계(640)는, 예를 들면 서로 평행한, 서로 다른 이송 평면들에서 수행된다. 달리 말하면, 절단 단계(630)에서의 스트립의 이송 평면은 분리 단계(640)에서의 스트랜드들의 이송 평면과 다르다.
이에 따라 소재 스트랜드들의 분리에 의해 발생되는 기계적 응력들이 종방향으로 전파되는 것을 방지할 수 있게 된다. 구체적으로, 소재 스트립의 절단 영역에서의 이러한 응력들의 전파로 인해서, 소재 스트립이, 특히 찢어짐에 의해, 그 품질이 저하될 수 있다.
분리된 소재 스트랜드들은 그것들이 전해질 필름들과 조립될 시스템의 복합화 장치에 도달할 때까지 이송된다.
1.2.2. 전해질 필름들의 준비
두 개의 전해질 필름들을 준비하는 단계들(700, 800)은 동일한 단계들을 포함한다. 이 단계들은 전해질 필름들 중 하나에 대해서 단지 한번만 설명할 것이다.
본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는, 단일의 전해질 필름이 분리된 소재 스트랜드들에 부착되는 경우 본 발명의 방법이 단일의 전해질 필름 준비 단계를 포함할 수 있다는 것을 이해할 것이다.
전해질 필름을 분리하는 단계(700, 800)는,
- 전해질 필름을, 예를 들어 회전 릴로부터 전해질 필름을 권출하는 것에 의해, 이송하는 단계(710),
- 앞에서 설명한 것처럼 전해질 필름의 릴의 이른바 시작 단부를 다른 전해질 필름 릴의 마지막 단부에 부착하는 선택적인 단계(720),
- 선택적으로,
○ 소재 스트랜드들과 접촉하도록 의도된 전해질 필름의 면 위를 연장하는 보호 필름을 - 예를 들어, 특히 탈접착날(debonding edge)을 포함하는 박리 나이프(delaminating knife)를 이용하여 탈접착시키는 것에 의해 - 제거하는 단계(730), 및
○ 보호 필름을 복합체의 주 생산 경로로부터 다른 경로로 돌리고, 보호 필름을 - 예를 들어 보호 필름을 릴 스테이션에 권취하는 것에 의해 - 회수하는 단계(740),
- 전해질 필름을 가열하는 단계(750)를 포함한다.
그 다음에, 준비된 각각의 전해질 필름이 소재 스트랜드들과 조립될 시스템의 복합화 장치 장치에 도달할 때까지 이송된다.
1.2.3. 복합화
그 다음에, 전해질 필름들을 분리된 소재 스트랜드들에 포개는 단계가 시스템의 복합화 장치에서 수행된다.
도 3에 도시된 것처럼, 각각의 전해질 필름(14, 15)은 분리된 소재 스트랜드(12)들의 각각의 면과 접촉되게 된다. 바람직하게는, 각각의 전해질 필름의 폭은 소재 스트랜드들의 폭들과 스트랜드들 간의 거리(d)의 합보다 크다. 이에 따라, 각각의 전해질 필름은, 도 1(단계(400))에 도시된 바와 같이, 분리된 소재 스트랜드들의 서로 반대쪽에 있는 가장자리들의 길이 너머로 연장한다.
접촉되고 나면, 전해질 필름들(14, 15)과 분리된 소재 스트랜드(12)들이 함께 복합화되어 복합체를 형성한다.
복합화 단계(900)는 예를 들어 소재 스트랜드(12)들과 전해질 필름들(14, 15)이 사이를 이동하는 압착 실린더들을 이용하여 소재 스트랜드들을 전해질 필름들에 가압하는 것에 의해서 전해질 필름들을 소재 스트랜드들에 부착시키는 것으로 이루어진다. 압착 실린더들에 의해 발생된 압력의 작용 하에서, 실린더들 사이의 압착 지점에서, 가열 단계로 인해 이미 부분적으로 용해된 고온 용해 폴리머를 포함하는 필름(들)(및 전해질 필름(들) 각각)이 소재 스트랜드들에(각각이 캐소드 필름에)에 부착된다.
복합화 장치의 출구에서 복합체가 획득된다. 이 복합체는 두 개의 전해질 필름들 사이에 개재되어 있는 분리된 두 개의 소재 스트랜드들을 포함한다.
1.2.4. 복합화 후에 수행되는 기타 단계들
전해질 필름이 가열되었으면, 본 발명의 방법은 복합체를 냉각시키는 단계(1000)를 포함할 수 있다.
복합체는, 특히 전해질 필름들이 분리된 소재 스트랜드들에 접착된 면들의 반대쪽 면들에 보호 필름을 포함하는 경우에, 그 외면들에 보호 필름을 포함할 수 있다.
이 경우, 방법은 복합체 면들 중 한 면의 보호 필름들 중 한 개를 제거하는 단계(1010)를 선택적으로 포함할 수 있다. 그 다음에, 제거된 보호 필름은, 복합체의 주 경로로부터 다른 경로로 돌려진 후에, 나중의 사용을 위해 재권취되어 보관될 수 있다(1020).
방법은 또한 분리 필름을 권출하는 단계(1030)와 분리 필름을 보호 필름(단계(1010)에서 상기 면으로부터 막 제거된 보호 필름)을 더 이상 포함하지 않는 복합체의 면에 포개는 단계(1040)를 포함할 수 있다. 이 분리 필름에 의해서 복합체가 릴을 형성하도록 권취될 때 복합체의 턴(turn)들이 서로 접착될 위험을 방지하는 것이 가능해진다.
분리 필름(분리 기능만 가짐)은 보호필름(분리 기능과 전해질 필름을 지지하는 기능 둘 다 가짐)보다 덜 비싸다.
구체적으로, 보호 필름은 예를 들어 그 면들 중 한 면에 비점착 처리(non-stick treatment)가 된 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)로 만들어지는 반면에, 분리 필름은 예를 들어 양면이 비점착 처리된 종이, 또는 폴리에틸렌(PE)나 폴리프로필렌(PP)과 같은 덜 비싸면서 자연적으로 비점착성인 플라스틱으로 만들어진다.
따라서, 전기 에너지 저장 복합체의 리본을 생산하는 것과 관련된 비용을 제한하기 위해서 보호 필름을 분리 필름으로 대체하는 것이 바람직할 수 있다.
분리 필름을 복합체 위에 포개는 단계(1040)는 복합화에 의해 실시될 수 있다. 즉, 복합체와 분리 필름이 예를 들어 복합체 위에 분리 필름이 동시 권취될 수 있게 하는 압착 실린더들 사이를 이동한다. 이 경우, 후속하는 필름과 복합체의 분리를 훨씬 어렵게 만들 수 있는 적층(lamination)이 일어나는 것을 방지하기 위하여 복합체와 분리 필름 둘 다 가열되지 않는다.
분리 필름이 복합체 면 위에 포개지고 나면, 복합체의 다른 면을 덮고 있는 보호 필름이 제거(1050)되어, 복합체의 주 경로로부터 다른 경로로 돌려진 후에, 나중에 재사용될 수 있게 릴 스테이션에 회수(1060)될 수 있다.
그 다음에, 복합체는 전기 에너지 저장 복합체로 된 두 개의 리본을 형성하도록 스택의 중앙(도 1의 단계 500에 도시됨)에서 절단된다(1070).
이 리본들은 분리되고(1080) 릴에 감겨(1090) 전기 에너지 저장 복합체 리본으로 된 두 개의 릴을 형성한다.
이 리본들은 분리되고(1080) 릴에 감겨(1090) 전기 에너지 저장 복합체 리본으로 된 두 개의 릴을 형성한다.
2. 생산 시스템
이제, 하기에서 전기 에너지 저장 복합체의 리본을 제조하기 위한 방법을 실시하기 위한 시스템들의 어떤 예들을 설명한다.
2.1. 일반 원리
도 4를 참조하면, 전기 엔지 저장 복합체의 리본을 생산하기 위한 시스템의 변형 실시예가 도시되어 있다.
시스템은,
- 제1 절단 장치(20),
- 제1 절단 장치(20)의 하류에 있는 분리 장치(30),
- 분리 장치(30)의 하류에 있는 복합화 장치(40), 및
- 복합화 장치(40)의 하류에 있는 제2 절단 장치(50)를 포함한다.
2.1.1. 절단 장치
제1 절단 장치(20)는 소재 스트립(12)을 두 개(또는 두 개 이상)의 소재 스트랜드들(12a, 12b)로 절단한다.
이 절단 장치(20)는,
- 소재 스트립(12)을 이송하기 위한 안내 수단(21), 및
- 소재 스트랜드들을 형성하기 위하여 소재 스트립을 종방향으로 절단하는 분할 수단(slicing means)(22)을 포함한다.
안내 수단(21)은 예를 들어 소재 스트립(12)이 그 사이에서 가압되는 두 개의 실린더들로 이루어질 수 있다. 안내 수단이 원래는(a priori) 소재 스트랜드들을 구동하도록 구성되어 있지 않다는 점에 유의하자. 스트립의 이송은, 나중에 더 설명하는, 역시 시스템에 속하고 실린더들(21, 22)의 하류에 위치되어 있는 구동 실린더들(41, 42)에 의해 이루어진다.
분할 수단(22)은, 두 개(또는 다수)의 소재 스트랜드들(12a, 12b)을 획득하기 위하여 소재 스트립을 종방향으로 절단하도록 소재 스트립(12)의 진행 경로 상에 배치되어 있는 한 개(또는 그 이상)의 고정 블레이드 또는 회전 블레이드를 포함할 수 있다.
제2 절단 장치(50)는 전기 에너지 저장 복합체의 리본들을 획득하도록 복합체를 절단하는 것을 가능하게 한다. 이 제2 절단 장치를 형성하는 요소들은 제1 절단 장치의 요소들과 동일할 수 있다.
2.1.2. 분리 장치
2.1.2.1. 분리 장치에 대한 일반적인 설명
도 5와 도 6에 도시되어 있는 분리 장치(30)는 제1 절단 장치(20)에 의해 절단된 소재 스트랜드들(12a, 12b)을 분리하는 것을 가능하게 한다.
도 5에 도시된 바와 같은 분리 장치는,
- 두 개의 소재 스트랜드들(12a, 12b)을 나란히 안내하는 적어도 한 개의 상류측 안내 요소(31),
- 적어도 두 개의 분리 암들(32, 33)을 병렬로 포함하는 스페이서로서, 각각의 분리 암들(23, 33)이 두 개의 소재 스트랜드들(12a, 12b) 중 한 개를 특정한 안내 방향을 따라 안내하도록 위치되고, 두 개의 분리 암들의 안내 방향은 발산되도록, 즉 분리 암들 사이의 각도가 영이 아니도록 구성된, 스페이서, 및
- 두 개의 소재 스트랜드들(12a, 12b)이 분리되고 나면 두 개의 소재 스트랜드들(12a, 12b)을 동일한 안내 방향을 따라 안내하기 위한 적어도 한 개의 하류측 안내 요소(34)를 포함한다.
도 4에 도시된 실시예에서, 각각의 분리 암(32, 33)에 의해 유도되는 안내 방향은 상류측 안내 요소(31)에 의해 유도되는 안내 방향과 다르다. 변형예에서, 분리 암들 중 한 개는 소재 스트랜드를 상류측 안내 요소와 동일한 안내 방향으로 안내할 수 있다.
바람직하게는, 도 5b에 도시된 바와 같이, 한편으로 각각의 소재 스트랜드(12a, 12b)가 상류측 안내 요소(31)와 스페이서로의 진입 사이에서 보이는 이송 평면(P1)과, 다른 한편으로 각각의 소재 스트랜드(12a, 12b)가 스페이서를 통과할 때에 보이는 이송 평면(P2)은 동일하지 않으며, 특히 영이 아닌 각도를 형성하고, 바람직하게는 직교한다.
유사하게, 한편으로 각각의 소재 스트랜드(12a, 12b)가 스페이서를 통과할 때에 보이는 이송 평면(P2)과, 다른 한편으로 각각의 소재 스트랜드(12a, 12b)가 스페이서로부터의 배출과 하류측 안내 요소(34) 사이에서 보이는 이송 평면(P3)은 동일하지 않으며, 특히 영이 아닌 각도를 형성하고, 바람직하게는 직교한다.
이에 따라 분리 암에 의해 가해지는 응력들이 소재 스트립을 따라 전파되는 것이 방지될 수 있는데, 이러한 응력 전파는 절단 장치(20)에서 소재 스트립에 특히 찢어짐을 발생시킬 수 있다.
바람직하게는, 소재 스트랜드들(12a, 12b)은 각각의 분리 암들을 통과할 때에는 한 개의 동일한 평면에서 연장한다.
각각의 분리 암은 축선들이 평행한 두 개의 연속 실린더들을 포함한다. 이 두 개의 실린더들은, 각각의 암에 대해, 상응하는 소재 스트랜드의 안내 방향을 규정한다.
바람직하게는, 각각의 분리 암(32, 33)은 실린더 축선들의 평행성과 안내 방향의 안정성을 보장하는 것을 더 용이하게 만드는 스탠드를 포함한다.
각각의 분리 암의 위치는 각각의 소재 스트랜드(12a, 12b)의 안내 방향을 변화시키도록 조정될 수 있다. 이에 따라, 특히 시스템이 시동될 때, 소재 스트랜드들(12a, 12b)에 원치 않는 기계적 응력들이 발생하는 것을 방지하는 것이 가능하다. 이를 방지하기 위해, 예를 들어 시스템이 시동될 때는 두 개의 분리 암들을 평행하게 정렬(실린더들에 의해 유도되는 분리 간격의 값이 영이 되고 그러면 실린더들의 축선들이 평행함)하고 각각의 분리 암의 위치를 점진적으로 수정하여 각각의 소재 스트랜드(12a, 12b)에 대한 희망하는 안내 방향을 달성하는 것이 가능하다.
바람직하게는, 분리 암들을 마주보는 실린더들은 그들의 단부에서 서로 접촉된다. 이에 따라 소재 스트랜드들이 (소재 스트립의 절단 영역에 상응하는) 중앙 가장자리에서 손상되는 것을 방지하는 것이 가능하다. 이를 위해, 탄성 수단이 암 및 실린더들 중 적어도 한 실린더의 (일 단부 근처에 위치되어 있는) 암과 인접한 실린더 베어링 사이에 개재되어, 실린더를 다른 암에 연결되어 있는 인접한 실린더를 향해 밀어낸다.
2.1.2.2. 분리 장치의 예들
도 5와 도 6에 도시된 실시예들을 이제 설명한다.
두 실시예들에서, 상류측 안내 수단(31)은 절단 장치(20)에 의해 절단된 소재 스트랜드들을 수용하는 것을 가능하게 한다. 이 수단은 이송 실린더를 포함하며, 그 폭은 소재 스트립의 폭보다 크거나 동일하다.
또한, 두 실시예들에서, 하류측 안내 수단(34)은 스페이서에 의해 이격되게 분리된 소재 스트랜드들(12a, 12b)을 하나의 동일한 평면에서, 그리고 바람직하게는 동기시켜서 다시 평행하게 만들어, 스트랜드들(12a, 12b)을 이송하는 것을 가능하게 한다.
또한, 이 수단(34)은 스페이서에 의해 이격된 인접한 소재 스트랜드들 사이의 거리(d)를 일정하게 유지시키는 것을 가능하게 한다.
이 수단은 이송 실린더를 포함한다. 이 이송 실린더의 치수는 바람직하게는 스페이서에 의해 이격되는 소재 스트랜드들을 수용하기에 적합하다. 정확히는, 이송 실린더의 길이는 분리된 소재 스트랜드들의 폭들과 스트랜드들 사이의 거리(d)의 합보다 크거나 동일하다.
하류측 안내 수단 역시 회전 축선들이 평행한 몇 개의 실린더들을 포함할 수 있음에 유의하자.
스페이서
스페이서는 소재 스트랜드들(12a, 12b; 12a, 12b+12c, 12d)을 소재 스트랜드들이 이송 평면에서 기본적으로 소재 스트랜드의 이송 방향과 직교하는 횡방향(v)으로 이격시키는 것을 가능하게 한다.
스페이서는 소재 스트랜드들 중 적어도 한 스트랜드와 접촉하는 지지부를 포함하는데, 분리될 두 개의 소재 스트랜드는 분리된 두 개의 지지부들에 배치된다.
특히, 도 5의 스페이서는 인접한 두 개의 지지부들을 포함하는데, 각각의 지지부는 각각의 소재 스트랜드(12a, 12b)를 각각 안내하는 분리 안내 수단을 포함한다.
지지부는 소재 스트랜드들(12a, 12b)을 이송 평면에서 유지하는 것을 가능하게 하는데, 각각의 소재 스트랜드는 그 각각의 이송 방향을 따라 안내된다. 스페이서에서의 소재 스트랜드들의 각각의 이송 방향은 주 이송 방향과 다른다.
도 5a를 참조하면, 각각의 지지부가 스탠드를 형성하고 서로의 연장부들에 위치하고 축선이 평행한 두 개의 연속된 분리 안내 실린더들(32a, 32b; 33a, 33b)을 지탱하는 암을 포함한다. 지지부의 암들 중 적어도 한 암, 특히 두 개의 암들이 스페이서에서의 스트랜드들의 이송 평면과 직교하는 축선을 중심으로 회전이동 가능하다는 것에 유의하자. 이에 따라 기계가 시동될 때 필름의 기계적 특성들을 확실하게 교정할 수 있다(구체적으로, 암들은 점진적으로 분리되어 필름들을 점진적으로 발산되게 함).
암들 각각의 회전 축선은 소재 스트랜드들의 이송 평면과 직교하고, 바람직하게는 상기 암과 연관된 제1 실린더가 평행한 정렬 위치에 있을 때 이 실린더를 지나가는 지점 근처에서 소재 스트랜드의 폭의 중앙과 일치된다. 이렇게 해서, 비틀림 응력으로 인한 스트랜드의 일부분의 신장이 방지되고, 스트랜드가 찢어질 위험이 제한된다.
한 암에 장착되어 있는 32a와 같은 각각의 분리 안내 실린더는 다른 암에 장착되어 있는 33a와 같은 안내 실린더를 마주보며, 이에 따라 이들은 인접하게 되고, 특히 이들의 단부들이 접촉된다. 서로 마주보는 이 실린더들의 회전 축선들은 일치하고, 소재 스트랜드들의 이송 평면과 평행한 평면에 포함되어 있다. 회전 축선들은 평행하게 정렬되어 있는 경우(분리되지 않은 경우) 시동 시에 180°의 각도(α)를 형성하는데, 이 각도는 분리 상황에서 점진적으로 축소된다. 적용 시에 사용되는 각도는 대략 179°이지만 이 값보다 작을 수 있다.
실린더들 각각은 물론 그 축선을 중심으로 회전 이동될 수 있어, 두 개의 서로 다르고 발산되는 안내 방향들로 스트랜드들을 각각 안내한다.
인접한 분리 실린더들(32a, 33a)은 단부들 중 하나가 접촉되어, 앞에서 언급한 것처럼 소재 스트랜드들이 그 중앙 가장자리에서 품질 저하가 발생되는 것을 방지한다.
도 6에 도시된 바와 같이, 베어링부는 두 개 이상의 지지부들(32, 33, 35)을 포함할 수 있다. 이 실시예에서, 베어링부는 세 개의 소재 스트랜드들(12a, 12b+12c, 12d)을 서로 이격시키도록 세 개의 지지부들(32, 33, 35)을 포함한다. 각각의 지지부에 각각 배치된 분리 안내 실린더들의 회전 축선들은 그들 사이에 영이 아닌 각도를 형성한다. 정확히는, 제1 지지부(35) 위에 위치되어 있는 제1 분리 실린더(35a)의 회전 축선은 상류측 실린더(31)의 회전 축선과 평행한 반면, 다른 인접한 두 개의 분리 안내 실린더들(32a, 33a)의 회전 축선들은 제1 실린더(35a)의 회전 축선과 영이 아닌 각도를 형성한다. 다른 두 실린더들(32a, 33a)의 회전 축선들의 방향들 역시 그들 사이에 영이 아닌 각도를 형성한다.
도 6의 실시예에서 각각의 지지부에 의해 지지되는 실린더들의 수는 도 5의 수와 다르다. 각각의 지지부(32, 33, 35)는 구체적으로 축선들이 평행한 세 개의 분리 안내 실린더들을 포함한다. 소재 스트랜드들이, 도 6에 도시된 바와 같이, 스페이서의 실린더들 위 또는 이들 중 적어도 일부의 아래를 지나갈 수 있음에 유의하자.
도시된 두 실시예들에서, 상류측 안내 수단(31)과 하류측 안내 수단(34)은 동일한 레벨(또는 동일한 높이)에 위치되지만, 반드시 그러할 필요는 없다. 예를 들어, 상류측 안내 수단과 하류측 안내 수단이 각각 스페이서의 별도의 사이드에 측면에 위치되게 할 수도 있다.
앞에서 언급한 바와 같이, 실린더들(32a, 33a 또는 33a, 35a)은 단부들 중 한 단부에서 접촉된다. 이에 따라 소재 스트랜드들이 손상되는 것을 방지하는 것이 가능하다. 도 5a에 도시된 실린더들(32a, 33a)이 그 단부들 중 한 단부에서 접촉하는 것이 바람직하지만, 장치가 그 경사가 가변될 수 있게 구성되어 있기 때문에 이는 쉽게 달성하기 어렵다. 따라서, 암과 실린더의 베어링 사이에 개재되어 실린더를 다른 암에 연결되어 있는 반대쪽 실린더를 향해 밀어 붙이는 탄성 수단, 특히 압축 스프링(36, 37)이 실린더를 유지하는 스핀들에 배치된다.
2.1.3. 복합화 장치
복합화 장치는 전해질 필름들을 분리 장치에 의해 이격된 소재 스트랜드들과 조립시키는 것을 가능하게 한다.
복합화 장치는 투입물로서,
- 분리 장치에 의해 배출되는 분리된 두 개의 소재 스트랜드들(12a, 12b),
- 분리된 소재 스트랜드들(12a, 12b) 위에 배치하기 위한 제1 전해질 필름(14),
- 분리된 소재 스트랜드들(12a, 12b) 아래에 배치하기 위한 제2 전해질 필름(15)을 받아들인다.
복합화 장치는 층들이 서로 부착되어 있는 복합체를 획득하도록 전해질 필름들과 소재 스트랜드들을 압력 하에서 적층하는 것을 가능하게 한다.
도 4에 도시된 바와 같이, 복합화 장치는 전해질 필름들을 이격된 소재 스트랜드들의 면들 각각에 포개어 조립하기 위한 가압 수단을 포함한다.
가압 수단은 예를 들어 지지체(41)와 압착 실린더(42)를 포함하며, 이들 사이에서 전해질 필름들(14, 15)과 이격된 소재 스트랜드들(12a, 12b)이 이송된다. 지지체는 그 자체로 한 개(또는 그 이상)의 지지 실린더로 이루어질 수 있다.
이 경우, 도 3과 도 4에 도시된 바와 같이, 복합화는 각각의 축선들을 중심으로 회전 이동될 수 있고 포개지는 두 개의 실린더들(41, 42)에 의해 수행되며, 두 개의 실린더들 사이에서 전해질 필름들(14, 15)과 분리된 소재 스트랜드들(12a, 12b)이 이송되고, 전해질 필름은 실린더들 각각의 위를 지나간다.
또한, 실린더들(41, 42)은 소재 스트립 및 소재 스트립으로부터 만들어지는 스트랜드들을 시스템으로 구동하기 위한 수단을 형성한다. 이에 따라 실린더들 중 적어도 한 개의 실린더가 모터에 연결된다. 또한 실린더들(41, 42)을 모터 구동하는 것에 의해 이중 구동을 사용하는 것이 가능하다.
유리하게는, 복합화 장치의 실린더들 중 한 개의 실린더(예를 들어 압착 실린더)가 평형화 수단(43)에 결합될 수 있다.
도 7에 도시된 바와 같이, 이 평형화 수단은 서로 다른 힘들(F1, F2)을 실리더(42)의 두 단부들(42 a, 42b)에 인가하는 것을 가능하게 한다. 이에 따라 실린더의 회전 축선을 약간 경사지게 할 수 있는 토크를 발생시키는 것이 가능하다. 따라서, 두 개의 실린더들 사이의 공간은 (제1 소재 스트랜드가 순환하는) 실린더의 제1 단부에서 (제2 소재 스트랜드가 순환하는) 제2 단부에서보다 더 좁을 수 있다.
실린더 재킷이 고무로 만들어지기 때문에, 여전히 필름이 통과할 수 있지만 필름은 변형되고, 이에 따라 한 스트랜드의 구동 반경이 다른 것과 비교하여 변형된다.
이는 소재 스트랜드들의 경로 및 이들의 선 속도(linear speed)가 다르다는 것을 의미한다. 이에 따라, 한 소재 스트랜드의 장력을 다른 소재 스트랜드의 장력과 비교하여 변경하는 것이 가능하다.
유리하게는, 평형화 수단은 소재 스트랜드들의 장력을 측정하는 장치(44)에 의해 전송되는 데이터에 따라 제어될 수 있다.
이에 따라, 복합화 장치에 형성되고 난 복합체에 결함(주름(crease), 구김(crimp))이 발생하는 것을 방지하기 위하여 소재 스트랜드들에 가해지는 견인력들을 조정하여 동일하게 만드는 것이 가능하다.
2.2. 도 2에 도시된 방법을 실시하기 위한 시스템
도 8을 참조하면, 도 2에 도시된 방법을 실시하기 위한 리본 생산 시스템의 예가 도시되어 있다.
시스템은 캐소드와 전해질 릴들(71 내지 76)이 배치되는 릴 스탠드들(61 내지 66)을 포함한다. 도 8에서 시스템이 콜렉터/캐소드 소재 스트립들의 두 개의 릴들(73, 74)이 배치되는 두 개의 릴 스탠드들(63, 64)을 포함하는 것에 유의하자. 시스템은 전해질 필름들과 보호 필름((71, 72 및 75, 76)이 배치되는 두 배의 두 개의 릴 스탠드들(61, 62, 65, 66)을 포함한다.
릴 스탠드들 중 전해질과 관련이 있는 두 개(61, 62)는 전해질 필름(71, 72)을 소재 스트립의 제1 면(73, 74)에 침작시키는 것을 가능하게 하고, 나머지 두 개(65, 66)는 전해질 필름(75, 76)을 소재 스트립의 제2 면(73, 74)에 침착시키는 것을 가능하게 한다.
그러나, 시스템은 전해질 필름을 소재 스트립의 단일 면에 침착시키도록 필름들 각각의 단일 릴 또는 단 한 개 또는 두 개의 릴를 포함할 수 있다. 소재 스트립(73, 74)은 또한 단 한 개의 캐소드 소재층, 또는 캐소드 및 콜렉터의 단일층을 포함할 수 있고, 전해질 필름이 한 개 이상의 보호 필름(들)에 의해 회수되지 않는 것도 가능하다.
또한, 시스템은, 동일한 성질의 필름들/스트립들을 보유하는 릴들을 위한, 통상의 종류의 단부-대-단부 결합 장치(77, 78. 79)를 포함하며, 릴들 중 한 릴의 종료부 스트립에 다른 릴의 시작부를 부착시키는 것이 가능하다.
단부-대-단부 결합 장치는 선택적이지만 최적의 시간에 릴들을 교체할 수 있을 것이다.
그 다음에, 시스템은 릴들로부터 권출되는 여러 필름들/스트립들에 장력을 부여하는 많은 장력 인가 장치를 포함한다. 이 장치들은 통상적인 것이며, 여기서 더 설명하지 않을 것이다.
또한, 시스템은 소재 스트립 릴들(73, 74)의 배출구에 배치되어 있는 소재 스트립을 예열하기 위한 선택적인 장치(미도시)를 포함할 수 있다. 이러한 예를 장치는 예를 들어 가열 실린더들을 포함할 수 있고, 소재 스트랜드들은 반드시 그 사이를 통과해야 한다.
또한, 시스템은 앞에서 설명한 바와 같은 소재 스트립을 절단하기 위한 장치(81)를 포함한다.
또한, 시스템은 소재 스트립의 폭의 중앙에서 절단이 수행되는 것을 보장하도록 절단 장치(81)의 상류에 정렬 장치(미도시)를 포함할 수 있다. 이 정렬 장치는 측정 요소를 이용하여 조정될 수 있고, 소재 스트립을 기준 위치에 정렬하는 것을 가능하게 한다. 이는 공지된 종류의 장치이며, 여기서는 더 이상 상세하게 설명하지 않을 것이다.
또한, 시스템은 절단 장치의 하류에 앞에서 설명한 분리 장치(82)를 포함한다.
분리 장치는,
- 절단된 두 개의 소재 스트랜드들이 나란히 지나가는 상류측 안내 실린더(83),
- 수평인 평면에 위치되는 두 개의 암들로서, 암들 각각이 평행한 두 개의 실린더(84)들을 지지하며, 선회 수단이 암들 각각에 결합되어 각각의 암의 실린더들의 위치를 수정하는 것이 가능하도록 된 두 개의 암들(스페이서),
- 절단된 두 개의 소재 스트랜드들이 분리되고 나서 절단된 두 개의 소재 스트랜드들이 지나가는 제2의 하류측 안내 실린더(85)로서, 그 안내 방향이 두 개의 필름 스트랜드들이 종료 지점에서 다시 평행하게 구동되도록 제1 안내 실린더(83)의 안내 방향과 기본적으로 평행한 하류측 안내 실린더를 포함한다.
또한, 시스템은 분리 장치(82)의 하류에 측정 장치(86)를 포함한다. 측정 장치(86)는 분리 장치를 빠져나가는 두 개의 소재 스트랜드들 각각에 각각 가해지는 견인력들을 측정하는 것을 가능하게 한다.
위에서 설명한 모든 요소들은 설명 순서대로 하나가 다른 하나의 하류에 일렬로 배치되고, 소재 스트립과 관련되어 있다.
전해질 필름과 관련된 부분에서는, 시스템은 소재 스트랜드들과 접촉되는 전해질 필름의 면 위로 연장하는 보호 필름을 제거하기 위한 장치(91)를 포함한다.
제거 스테이션(91)을 통과한 후에, 보호 필름은 방향 전환이 되고 회수 릴(92)에 재권취된다. 그 다음에, 보호 필름은 다른 전해질 필름에 재사용될 수 있다.
그 다음에, 보호 필름으로부터 분리된 전해질 필름은 가열 실린더(93)들을 통과하고, 이에 따라 전해질 필름이 소재 스트랜드들에 더 잘 접착된다.
또한, 시스템은 앞에서 설명한 복합화 장치(94)를 포함하는데, 이 복합화 장치로 두 개의 소재 스트랜드들, 소재 스트랜드들 위에 배치되는 제1 전해질 필름, 및 소재 스트랜드들 아래에 배치되는 제2 전해질 필름이 들어간다.
복합화 장치의 출구에서 복합체가 획득된다.
시스템은 복합화 장치의 하류에, 복합체가 지나가는 한 개 이상의 냉각 실린더들을 포함하는 통상의 냉각 실린더들을 포함할 수 있다.
또한, 시스템은 복합체의 양면에 잔류하는 보호 필름을 제거할 수 있는 두 개의 제거 장치(96)들을 포함한다. 그 다음에, 보호 필름들은, 보호 필름들을 재권취하여 후속해서 재사용하도록 회수하는 것을 가능하게 하는 권취기(97)들을 향해 방향 전환된다.
유리하게는, 시스템은 또한 분리 필름을 복합화에 의해 복합체 위에 놓기 위한 장치(98)를 포함한다. 이 분리 필름은 복합체가 릴에 권취될 때 그 자신에 접착되는 것을 방지한다. 이 장치(98)는 특히 복합체와 분리 필름이 그 사이로 이송되는 두 개의 단일 실린더들을 포함한다.
또한, 시스템은 앞에서 설명한 것과 같은 절단 장치(99)를 포함하고, 이 절단 장치는 이중폭의 복합체를 그 중앙에서(포개는 것이 어떤 소재 스트랜드도 포함하지 않는 곳에서는, 두 스트랜드들 사이의 분리 공간에서) 종방향으로 절단하는 것을 가능하게 한다. 앞서와 마찬가지로, 이 절단 장치는 사용자가 희망하는 영역에서 절단이 행해지도록 기준 위치에 대해 정렬하기 위한 정렬 장치와 조합될 수 있다.
그 다음에, 조립 장치는 절단 후에 얻어진 두 개의 단일 폭 복합체 리본들의 방향을 전환시키는 안내 실린더(101)들을 포함한다.
단일 폭 복합체 리본들 중 한 개는 그것이 재권취되는 제1 릴(102)을 향해 제1 경로에서 구동되고, 다른 복합체 리본은 그것이 재권취되는 제2 릴(103)을 향해 제2 경로에서 구동된다.
또한, 복합화 장치는 완성된 필름의 상태를 표시하기 위한 수단과, 상태 표시 수단이 결함을 검출한 경우 이러한 결함을 알리는 신호를 보내기 위한 수단을 포함할 수 있다.
이러한 표시 수단은 비디오 카메라를 포함할 수 있고, 신호 수단은 라벨 도포 장치를 포함하는데, 라벨 도포 장치는 결함을 포함하는 영역의 시작부에 라벨을 그리고 그 영역의 종료부에 라벨을 도포할 수 있다. 라벨 도포 장치는 또한 또는 대안적으로 정보를 RFID 칩에 입력하거나 혹은 잉크 젯을 방출하여 결함을 알리는 신호를 보낼 수 있다.
따라서, 위에서 설명한 시스템과 방법은 희망하는 폭의 전기 에너지 저장 복합체의 리본을 더 큰 폭의 필름들로부터 자동으로 생산하는 한편, 인간의 관여해야 할 필요가 있는 양을 제한하는 것이 가능하고, 이에 따라 리본의 제조 비용을 감소시키고 생산 속도를 증가시키는 것이 가능하다.
3. 대안들
본 명세서를 읽으면 본 명세서에서 설명한 신규한 교시로부터 실질적으로 벗어나지 않으면서 위에서 설명한 방법과 시스템에 대해 많은 변형들이 행해질 수 있음을 이해할 것이다.
결과적으로, 이러한 종류의 모든 변형예들은 첨부된 특허청구범위의 범위 내에 포함되는 것으로 생각된다.
Claims (15)
- 전기 에너지 저장 유닛들을 생산하기 위한 복합체의 리본을 생산하기 위한 방법으로,
- 소재 스트립(11, 12, 13)을 연속적으로 이송하는 단계(100),
- 소재 스트립으로부터 적어도 두 개의 소재 스트랜드들(11a, 12a, 13a 및 11b, 12b, 13b)을 형성하도록 소재 스트립을 종방향으로 절단하는 단계(200),
- 소재 스트랜드들의 이송 평면에서 연장하는 분리 방향을 따라 소재 스트랜드들을 횡으로 분리하는 단계(300)를 포함하는 방법에 있어서,
- 분리 단계 후에, 분리된 소재 스트랜드들을 한 개의 동일한 이송 평면에서 그리고 서로 평행한 이송 방향들을 따라 이송하는 단계,
- 적어도 한 개의 기능 필름(14, 15)을 연속적으로 이송하는 것(710)에 의해 상기 분리된 소재 스트랜드들 위에 적어도 한 개의 기능 필름을 형성하는 단계(400),
- 분리된 소재 스트랜드들을 기능 필름들 중 상기 기능 필름 또는 적어도 한 기능 필름과 접촉시키는 것에 의해 상기 기능 필름 또는 적어도 한 개의 기능 필름을 분리된 소재 스트랜드에 포개는 단계,
- 복합체를 얻기 위하여 소재 스트랜드들을 기능 필름들 중 상기 기능 필름 또는 적어도 한 기능 필름과 복합화시키는 단계(900), 및
- 먼저 분리된 소재 스트랜드 사이의 분리 공간에서 복합체를 종방향으로 절단하여 적어도 두 개의 전기 에너지 저장 복합체의 리본을 얻는 단계(500)를 포함하고,
기능 필름들 중 상기 기능 필름 또는 적어도 한 기능 필름의 폭은 소재 스트랜드들의 폭들과 인접한 분리된 스트랜드들 사이의 거리의 합보다 크거나 동일한 것을 특징으로 하는 방법. - 청구항 1에 있어서,
소재 스트립이 캐소드이고, 기능 필름은 적어도 한 개의 전해질층을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법. - 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
기능 필름들 중 상기 기능 필름 또는 적어도 한 기능 필름을 분리된 소재 스트랜드에 포개는 단계 전에, 상기 적어도 한 개의 기능 필름 및/또는 분리된 소재 스트랜드들을 가열하는 단계(750)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법. - 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
포개기 단계 전에, 기능 필름들 중 상기 기능 필름 또는 적어도 한 기능 필름을 준비하는 단계(700, 800)를 더 포함하며,
상기 기능 필름을 준비하는 단계가,
- 소재 스트랜드들과 접촉하게 되는 기능 필름들 중 상기 기능 필름 또는 적어도 한 기능 필름 위에서 연장하는 보호 필름을 제거하는 서브 단계(730, 830), 및
- 상기 보호 필름을 방향전환시켜서 회수하는 서브 단계(740, 840)를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법. - 청구항 4에 있어서,
- 보호 필름을 제거하는 서브 단계가 보호 필름을 탈접착하는 것을 포함하고,
- 보호 필름을 회수하는 서브 단계가 보호 필름을 권취 스테이션에 권취하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법. - 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
포개기 단계가,
- 제1 기능 필름(14)을 분리된 소재 스트랜드들(12a, 12b)의 상면에 포개는 서브 단계, 및
- 제2 기능 필름(15)을 분리된 소재 스트랜드들(12a, 12b)의 하면에 포개는 서브 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법. - 청구항 6에 있어서,
제1 기능 필름과 제2 기능 필름을 포개는 서브 단계들이 동시에 실시되는 것을 특징으로 하는 방법. - 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
기능 필름을 소재 스트랜드들에 포개는 단계 후에, 분리 필름을 복합체의 일면에 침착시키는 단계(1030, 1040)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법. - 청구항 8에 있어서,
복합체 처리 단계를 더 포함하며, 이 복합체 처리 단계는,
- 복합체의 일면 위에서 연장하는 보호 필름을 제거하는 서브 단계(1050), 및
- 상기 보호 필름을 방향전환시켜서 회수하는 서브 단계(1060)을 포함하고,
상기 처리 단계가 분리 필름을 침착시키는 단계 전에 실시되는 것을 특징으로 하는 방법. - 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
분리된 소재 스트랜드들에 가해지는 견인력들을 측정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법. - 청구항 10에 있어서,
상기 견인력들을 서로 동일하게 유지하도록, 측정된 견인력들의 함수로서 구동 요소에 의해 각각의 소재 스트랜드에 유도되는 구동 속도를 변경하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법. - 전기 에너지 저장 유닛들을 생산하기 위한 전기 에너지 저장 복합체의 리본을 생산하기 위한 시스템으로,
- 소재 스트립(11, 12, 13)을 연속적으로 이송하기 위한 수단,
- 소재 스트립으로부터 적어도 두 개의 소재 스트랜드들(11a, 12a, 13a 및 11b, 12b, 13b)을 형성하도록 소재 스트립을 종방향으로 절단하는 절단 수단(20; 81),
- 소재 스트랜드들의 이송 평면에서 연장하는 분리 방향을 따라 소재 스트랜드들을 횡으로 분리하는 분리 수단(30; 82)을 포함하는 시스템에 있어서,
- 분리 단계 후에, 분리된 소재 스트랜드들을 한 개의 동일한 이송 평면에서 그리고 서로 평행한 이송 방향들을 따라 이송하는 이송 수단,
- 적어도 한 개의 기능 필름(14, 15)을 연속적으로 이송하기 위한 수단,
- 상기 기능 필름 또는 적어도 한 개의 기능 필름을 분리된 소재 스트랜드에 포개기 위한 수단,
- 분리된 소재 스트랜드들을 기능 필름들 중 상기 기능 필름 또는 적어도 한 기능 필름과 접촉시키기 위한 수단,
- 복합체를 얻기 위하여 소재 스트랜드들을 기능 필름들 중 상기 기능 필름 또는 적어도 한 기능 필름과 복합화(900)시키기 위한 수단, 및
- 적어도 두 개의 전기 에너지 저장 복합체의 리본을 얻도록 먼저 분리된 소재 스트랜드 사이의 분리 공간에서 복합체를 종방향으로 절단하는 절단 수단(50; 99)을 포함하고,
기능 필름들 중 상기 기능 필름 또는 적어도 한 기능 필름의 폭은 소재 스트랜드들의 폭들과 인접한 분리된 스트랜드들 사이의 거리의 합보다 크거나 동일한 것을 특징으로 하는 시스템. - 삭제
- 삭제
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