KR102087751B1 - 전극 조립체 제작 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 전극 조립체 제작 시스템에 관한 것으로서, 보다 자세하게는 전극 조립체의 정렬도를 향상시켜 우수한 품질의 전극 조립체를 효과적으로 제작할 수 있는 전극 조립체 제작 시스템에 관한 것이다.
본 발명에 따른 전극 조립체 제작 시스템은 복수 개의 전극 및 분리막을 교대로 적층하여 기본 단위체를 제작하는 기본 단위체 제작 장치, 기본 단위체 제작 장치에서 제작된 기본 단위체를 이송하는 이송 장치, 이송 장치로부터 전달 받은 기본 단위체를 가속하여 배출시키는 가속 배출 장치, 및 가속 배출 장치로부터 전달받은 기본 단위체를 수용하며, 기본 단위체가 적층 및 정렬되도록 기본 단위체를 가이드 하는 프레임 장치를 포함한다.

Description

전극 조립체 제작 시스템{SYSTEM FOR MANUFACTURING AN ELECTRODE ASSEMBLY}
본 발명은 전극 조립체 제작 시스템에 관한 것으로서, 보다 자세하게는 전극 조립체의 정렬도를 향상시켜 우수한 품질의 전극 조립체를 효과적으로 제작할 수 있는 전극 조립체 제작 시스템에 관한 것이다.
이차 전지는 일차 전지와는 달리 재충전이 가능하고, 또 소형 및 대용량화 가능성으로 인해 근래에 많이 연구 개발되고 있다. 모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서의 이차 전지의 수요가 급격하게 증가하고 있다.
이차 전지는 전지 케이스에 전극 조립체가 내장되어 구성될 수 있다. 전지 케이스의 내부에 장착되는 전극 조립체는 양극/분리막/음극의 적층 구조로 이루어진 충방전이 가능한 발전소자이다.
도 1은 전극 조립체의 구조를 도시하는 단면도이다. 도 2는 제작이 완료된 전극 조립체를 도시하는 사시도이다.
도 1을 참조하면, 전극 조립체(1)는 기본 단위체(10)가 적층되어 형성된 단위체 스택부(30)를 포함하여 형성될 수 있고, 추가로 단위체 스택부(30) 상에 추가로 적층되는 보조 단위체(20)를 더 포함할 수도 있다. 도 1에서는 단위체 스택부(30) 위에 보조 단위체(20)가 적층되어 형성되는 전극 조립체(1)가 도시되고 있다.
기본 단위체(10)는 전극과 분리막(15)이 교대로 배치되어 일체로 결합된 결합체일 수 있다. 도 1에서 도시되는 기본 단위체(10)는 양극(11), 분리막(15), 음극(13), 분리막(15)이 위에서 아래로 순차적으로 배치되어 형성되어 있다. 물론 기본 단위체(10)의 구성이 이에 한정되는 것은 아니고 양극(11), 분리막(15), 음극(13)의 다양한 조합이 가능할 수 있다. 이러한 기본 단위체(10)가 복수 개 적층되면 단위체 스택부(30)가 될 수 있다.
보조 단위체(20)는 단위체 스택부(30)에 추가로 적층될 수 있는 단위체로, 전극과 분리막(15)이 교대로 배치되어 결합된 형태일 수 있다. 도 1에서 도시되는 보조 단위체(20)는 분리막(15), 음극(13), 분리막(15)이 위에서 아래로 순차적으로 배치되어 형성되어 있다. 보조 단위체(20) 역시 필요에 따라 분리막(15), 음극(13), 분리막(15)의 순서 이외에 다른 구성을 가질 수 도 있다.
전극 조립체(1)는 기본 단위체(10)가 적층되어 형성되는 단위체 스택부(30)만을 포함하는 개념일 수도 있고, 단위체 스택부(30)와 단위체 스택부(30)에 추가로 적층되는 보조 단위체(20)를 포함하는 개념일 수 있다. 그리고 전극 조립체(1)는 측부에 부착되는 테이프(40)를 더 포함할 수 있다. 테이프(40)는 전극 조립체(1)의 각 구성들이 서로 떨어 지지 않도록 잡아주는 역할을 할 수 있다.
테이프(40)는 기본 단위체(10) 서로 간에 또는 기본 단위체(10)와 보조 단위체(20) 간에 서로 떨어지지 않도록 잡아주는 역할을 할 수 있다. 또 보조 단위체(20)와 단위체 스택부(30)가 서로 떨어지지 않도록 잡아주는 역할을 할 수도 있다.
도 2에서는 테이프(40)가 견고하게 부착되어 전극 조립체(1)가 제작 완료된 모습이 도시되고 있다. 도 2에서는 전극 조립체(1)의 일측으로 전극판에 부착된 전극 탭(50)에 돌출되어 나와 있는 모습이 도시되고 있다.
이러한 구조의 전극 조립체를 제조함에 있어서 적층되는 기본 단위체의 정렬도(alignment)는 중요한 문제일 수 있다. 정렬도가 우수한 경우 우수한 품질의 전극 조립체 및 이차 전지가 생산될 수 있는 반면에, 정렬도가 좋지 않은 경우 불량 전극 조립체 및 이차 전지가 생산될 수 있다. 이는 사용자의 안전과도 직결되는 문제이므로 매우 중요한 문제이다.
따라서 본 발명은 위와 같은 문제를 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 과제는 전극 조립체의 정렬도를 향상시켜 우수한 품질의 전극 조립체를 효과적으로 제작할 수 있는 전극 조립체 제작 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 전극 조립체 제작 시스템은 복수 개의 전극 및 분리막을 교대로 적층하여 기본 단위체를 제작하는 기본 단위체 제작 장치, 기본 단위체 제작 장치에서 제작된 기본 단위체를 이송하는 이송 장치, 이송 장치로부터 전달 받은 기본 단위체를 가속하여 배출시키는 가속 배출 장치, 및 가속 배출 장치로부터 전달받은 기본 단위체를 수용하며, 기본 단위체가 적층 및 정렬되도록 기본 단위체를 가이드 하는 프레임 장치를 포함한다.
본 발명에 따른 전극 조립체 제작 시스템은 기본 단위체 제작 장치, 이송 장치, 이송 장치로부터 전달 받은 기본 단위체를 가속하여 배출시키는 가속 배출 장치, 및 가속 배출 장치로부터 전달받은 기본 단위체를 수용하며, 기본 단위체가 적층 및 정렬되도록 기본 단위체를 가이드 프레임 장치를 포함함으로써, 전극 조립체의 정렬도를 향상시킬 수 있고, 그에 따라 우수한 품질의 전극 조립체를 효과적으로 제작할 수 있다.
도 1은 전극 조립체의 구조를 도시하는 단면도이다.
도 2는 제작이 완료된 전극 조립체를 도시하는 사시도이다.
도 3은 본 발명의 실시예 1에 따른 조립체 제작 시스템의 기본 단위체 제작 장치를 도시하는 사시도이다.
도 4는 본 발명의 실시예 1에 따른 조립체 제작 시스템을 도시하는 사시도이다.
이하에서는 첨부의 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다. 그러나 본 발명이 이하의 실시예에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
실시예 1
도 3은 본 발명의 실시예 1에 따른 조립체 제작 시스템의 기본 단위체 제작 장치를 도시하는 사시도이다. 도 4는 본 발명의 실시예 1에 따른 조립체 제작 시스템을 도시하는 사시도이다.
이하에서는 도 3 및 도 4를 참조하여 본 발명의 실시예 1에 따른 전극 조립체 제작 시스템에 대해 설명한다.
본 발명의 실시예 1에 따른 전극 조립체 제작 시스템(100)은 기본 단위체 제작 장치(110), 이송 장치(130), 가속 배출 장치(150), 프레임 장치(170)를 포함한다.
먼저 도 3을 참조하여 기본 단위체 제작 장치(110)를 설명한다. 기본 단위체 제작 장치(110)는 복수 개의 전극 및 분리막을 교대로 적층하여 기본 단위체(10)를 제작하는 장치이다.
먼저 롤 형태로 말려진 긴 시트 형의 제1 전극 재료(91), 제1 분리막 재료(93), 제2 전극 재료(95) 및 제2 분리막 재료(97)를 준비하고 이들을 이용하여 기본 단위체(10)를 제조할 수 있다. 여기서 제1 전극 재료는 양극 재료, 제2 전극 재료는 음극 재료일 수 있다. 제1 분리막 재료(93)와 제2 분리막 재료(97)는 서로 동일한 재료일 수 있다.
제1 전극 재료(91)를 커터(C1)를 통해 소정 크기로 절단하고, 제2 전극 재료(95)도 커터(C2)를 통해 소정 크기로 절단한다. 그런 다음 제1 전극 재료(91)를 제1 분리막 재료(93)에 적층하고, 제2 전극 재료(95)를 제2 분리막 재료(97)에 적층하게 된다.
그 다음 라미네이터(L1, L2)에서 전극 재료와 분리막 재료를 서로 접착시킬 수 있다. 이와 같은 접착으로 전극과 분리막이 일체로 결합된 기본 단위체(10)가 제조될 수 있다.
결합의 방법은 다양할 수 있다. 라미네이터(L1, L2)는 접착을 위해 재료에 압력을 가하거나 압력과 열을 가할 수 있다. 이와 같은 접착은 단위체 스택부(30)를 제조할 때 기본 단위체(10)의 적층을 보다 용이하게 할 수 있다. 또한 이와 같은 접착은 기본 단위체(10)의 정렬에도 유리하다. 이와 같은 접착 후에 제1 분리막 재료(93)와 제2 분리막 재료(97)를 커터(C3)를 통해 소정 크기로 절단하면, 기본 단위체(10)가 제조될 수 있다.
이와 같은 방식으로 제1 전극, 분리막, 제2 전극, 분리막이 순차로 적층되어 결합된 기본 단위체(10)가 제조될 수 있다. 편의상 제1 전극이 양극이고, 제2 전극은 음극일 수 있다. 물론 그 반대의 전극일 수도 있다.
한편, 이렇게 제조된 기본 단위체(10)는 이송 장치(130)에 의하여 이송될 수 있다. 이송 장치(130)는 기본 단위체(10)를 기본 단위체 제작 장치(110)로부터 전달 받아 이송하며, 그 다음 단계인 가속 배출 장치(150)로 기본 단위체(10)를 전달하는 역할을 할 수 있다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 이송 장치(130)는 기본 단위체(10)를 이송 장치(130)의 상부 면에 올려놓고 이동시킬 수 있는 컨베이어일 수 있다.
또는 이송 장치(130)는 진공을 이용하여 기본 단위체(10)를 흡착시킬 수 있는 흡입 컨베이어(suction conveyor)일 수도 있다. 진공을 이용하는 컨베이어일 경우 좀 더 안정적인 이동이 가능할 수 있다.
또한, 흡입 컨베이어를 사용을 경우 기본 단위체(10)를 하부 면에 매달고 이동시키는 형태일 수도 있다. 이 경우 기본 단위체(10)는 흡착력에 의하여 컨베이어에 매달려 있기 때문에 중력에 의하여 아래로 떨어지지 않을 수 있다.
도 4를 참조하면 가속 배출 장치(150)는 이송 장치(130)로부터 전달 받은 기본 단위체(10)를 가속하여 배출시키는 장치일 수 있다. 가속 배출 장치(150)는 기본 단위체(10)의 상부 면에 접하는 상부 롤(151)과 기본 단위체(10)의 하부 면에 접하는 하부 롤(153)을 포함할 수 있다. 기본 단위체(10)는 상부 롤(151)과 하부 롤(153) 사이로 들어가서 반대편으로 나올 수 있다. 이렇게 기본 단위체(10)는 가속 배출 장치(150)의 일측으로 들어가서 타측으로 배출될 수 있다. 이 과정에서 기본 단위체(10)는 이동 속도가 증가될 수 있으며, 또한 이동 에너지를 더 얻을 수도 있다.
가속 배출 장치(150)는 기본 단위체(10)를 가속함에 따라 기본 단위체(10)의 이동에 탄력을 부여할 수 있다. 가속 배출 장치(150)에 의해서 탄력 있게 배출되는 기본 단위체(10)는 프레임 장치(170) 내의 정위치로 좀 더 원활하게 들어갈 수 있다.
이송 장치(130)와 프레임 장치(170) 사이에는 설계 규격에 따른 정해진 거리가 있으므로, 단지 이송 장치(130)에서 프레임 장치(170)로 기본 단위체(10)를 그냥 떨어뜨릴 경우 힘없이 떨어져 기본 단위체(10)가 프레임 장치(170) 내 정위치에 들어가지 않을 수 있다.
이와 달리 가속 배출 장치(150)는 필요한 힘과 속도에 의하여 기본 단위체(10)를 배출하므로, 프레임 장치(170) 내의 정위치로 기본 단위체(10)를 원활하게 넣을 수 있게 된다.
가속 배출 장치(150)에서 상부 롤(151)은 분리된 복수 개의 롤부재(155)를 포함할 수 있다. 이처럼 서로 격리된 복수 개의 롤부재(155) 형태로 상부 롤(151)이 구비될 경우 롤의 무게 및 크기를 크게 감소시킬 수 있다. 또한 롤과 기본 단위체(10) 사이의 접촉 강도도 조절할 수 있으므로 더욱 효율적일 수 있다.
프레임 장치(170)는 가속 배출 장치(150)로부터 전달받은 기본 단위체(10)를 수용하는 구성이며, 기본 단위체(10)가 적층 및 정렬되도록 기본 단위체(10)를 가이드 하는 구성일 수 있다.
도 4를 참조하면, 프레임 장치(170)는 기본 단위체(10)의 테두리부를 가이드 할 수 있으며, 특히 기본 단위체(10)의 4군데 모서리부를 가이드 하는 구성일 수 있다.
프레임 장치(170)는 기본 단위체(10)의 네 모서리를 각각 가이드 하는 제1 프레임(171), 제2 프레임(173), 제3 프레임(175), 및 제4 프레임(177)을 포함할 수 있다. 제1 프레임(171), 제2 프레임(173), 제3 프레임(175), 및 제4 프레임(177)은 기본 단위체(10)의 둘레를 따라서 각 모서리에 인접하여 순차로 배치되는 구성일 수 있다.
도 4 기준으로 볼 때, 제1 프레임(171)부터 시계 방향으로 둘레를 따라서 제2 프레임(173), 제3 프레임(175), 제4 프레임(177)이 순서대로 배치될 수 있다. 이 경우 제1 프레임(171)과 제2 프레임(173)이 이웃하게 되고, 제2 프레임(173)과 제3 프레임(175)이 서로 이웃하게 될 수 있다. 또 제3 프레임은 제4 프레임과 서로 이웃하게 될 수 있다.
제1 프레임(171), 제2 프레임(173), 제3 프레임(175), 및 제4 프레임(177) 각각은 직각을 이루는 블록 형상을 가질 수 있고, 그에 따라 기본 단위체(10)의 4 모서리를 각각 지지하거나 가이드 할 수 있다. 프레임 장치(170)의 역할로 기본 단위체(10)는 잘 정렬된 상태로 적층될 수 있다.
본 발명의 실시예 1에 따른 전극 조립체 제작 시스템(100)은 프레임 장치(170)에서 적층되는 기본 단위체(10)를 정렬시키기 위하여 기본 단위체(10)를 타격하는 포지셔닝 유닛(190)을 더 포함할 수 있다.
도 4에서 도시되듯이, 포지셔닝 유닛(190)은 제1 프레임(171)과 제2 프레임(173) 사이에 배치되거나 또는 제1 프레임(171)과 제4 프레임(177) 사이에 배치될 수 있다. 포지셔닝 유닛(190)은 물론 제1 프레임(171)과 제2 프레임(173) 사이 및 제1 프레임(171)과 제4 프레임(177) 사이 모두에 배치될 수도 있다.
포지셔닝 유닛(190)은 양측에 한 쌍으로 배치될 수 도 있다. 이 경우 양쪽에서 정렬 작업이 짝을 이루어 진행되므로 더욱 균형 잡힌 정렬이 가능할 수 있다. 즉, 제1 프레임(171)과 제4 프레임(177) 사이에 배치되는 포지셔닝 유닛(190)에 짝을 이루어 제2 프레임(173)과 제3 프레임(175) 사이에 포지셔닝 유닛(190)이 배치될 수 있다.
포지셔닝 유닛(190)은 적층되는 기본 단위체(10)의 측부를 탁탁 쳐줄 수 있고, 그에 따라 기본 단위체(10)의 정렬도를 현저히 더 향상시킬 수 있다. 포지셔닝 유닛(190)은 평평한 플레이트 형상을 가질 수 있다. 도 4에서 도시되듯이 포지셔닝 유닛(190)은 좌측(L), 우측(R)으로 왕복 운동하면서 기본 단위체(10)의 측부를 타격할 수 있다.
또 다른 형태로 포지셔닝 유닛(190)은 적층되는 기본 단위체(10)의 측면 형상에 대응하는 형상을 가질 수 있다. 포지셔닝 유닛(190)이 적층된 복수개의 기본 단위체(10) 측부를 여러 차례 타격할 경우 기본 단위체(10)는 포지셔닝 유닛(190)의 형상에 맞아지도록 이동하게 되고 통일된 형상으로 가지런히 정렬될 수 있게 된다.
또한, 제1 프레임(171)과 제2 프레임(173) 사이에 배치되는 포지셔닝 유닛(190)은 기본 단위체(10)에서 돌출하는 전극 탭을 기준으로 양측에 배치될 수 있다(도 4 참조). 각각의 포지셔닝 유닛(190)은 전방(F) 및 후방(B)으로 왕복 운동하면서 기본 단위체(10)를 타격할 수 있다. 이것은 전극 탭이 훼손되지 않도록 하기 위한 형태일 수 있다. 이러한 형태는 제3 프레임(175)과 제4 프레임(177) 사이에 포지셔닝 유닛(190)이 배치되는 경우에서도 마찬가지일 수 있다. 즉, 또 다른 전극 탭에 돌출되는 방향인 경우 포지셔닝 유닛(190)은 전극 탭을 기준으로 양측에 배치될 수 있다.
실시예 2
본 발명의 실시예 2에 따른 전극 조립체 제작 시스템은 전술한 실시예 1에 따른 전극 조립체 제작 시스템과 유사한 구성을 가진다. 다만, 실시예 2는 테이핑 장치를 더 포함한다는 점에서 실시예 1과 차이가 있다.
본 발명의 실시예 2에 따른 전극 조립체 제작 시스템은 프레임 유닛 내부에서 적층되는 기본 단위체 적층체가 최종 정렬된 후, 기본 단위체 적층체의 측면부에 테이프를 부착하는 테이핑 장치(미도시)를 더 포함할 수 있다.
테이핑 장치는 기본 단위체 적층체(즉, 일종의 전극 조립체)의 상면으로부터 측면을 따라 하면까지 연장되어 기본 단위체 적층체를 고정하는 테이프를 기본 단위체 적층체에 부착할 수 있다.
이렇게 부착되는 테이프는 기본 단위체 서로 간에 서로 떨어지지 않도록 잡아주는 역할을 할 수 있다. 또, 만약 기본 단위체 적층체의 상부에 보조 단위체가 더 적층되는 경우는 기본 단위체와 보조 단위체 간에 서로 떨어지지 않도록 잡아주는 역할을 할 수도 있다.
테이핑 장치에 의하여 테이프가 부착되면, 향상된 정렬도로 적층된 기본 단위체 적층체의 정렬도를 그대로 잘 유지하여 최종 생산품인 이차 전지까지 만들 수 있다. 그러므로 지속적으로 우수한 품질의 이차 전지를 제작할 수 있게 된다.
이상에서 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
1: 전극 조립체
10: 기본단위체
11: 양극
13: 음극
15: 분리막
20: 보조 단위체
30: 단위체 스택부
40: 테이프
50: 전극 탭
91: 제1 전극 재료
93: 제1 분리막 재료
95: 제2 전극 재료
97: 제2 분리막 재료
100: 전극 조립체 제작 시스템
110: 기본 단위체 제작 장치
130: 이송 장치
150: 가속 배출 장치
151: 상부 롤
153: 하부 롤
155: 롤부재
170: 프레임 장치
171: 제1 프레임
173: 제2 프레임
175: 제3 프레임
177: 제4 프레임
190: 포지셔닝 유닛

Claims (10)

  1. 복수 개의 전극 및 분리막을 교대로 적층하여 기본 단위체를 제작하는 기본 단위체 제작 장치;
    상기 기본 단위체 제작 장치에서 제작된 상기 기본 단위체를 이송하는 이송 장치;
    상기 이송 장치로부터 전달 받은 상기 기본 단위체를 가속하여 배출시키는 가속 배출 장치; 및
    상기 가속 배출 장치로부터 전달받은 상기 기본 단위체를 수용하며, 상기 기본 단위체가 적층 및 정렬되도록 상기 기본 단위체를 가이드 하는 프레임 장치;를 포함하는 전극 조립체 제작 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 이송 장치는 진공을 이용하여 상기 기본 단위체를 흡착시킬 수 있는 흡입 컨베이어인 것을 특징으로 하는 전극 조립체 제작 시스템.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 가속 배출 장치는 상기 기본 단위체의 상부에 접하는 상부 롤과 상기 기본 단위체의 하부에 접하는 하부 롤을 포함하는 것을 특징으로 하는 전극 조립체 제작 시스템.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 상부 롤은 분리된 복수 개의 롤부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 전극 조립체 제작 시스템.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 프레임 장치는 상기 기본 단위체의 테두리부를 가이드 하는 것을 특징으로 하는 전극 조립체 제작 시스템.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 프레임 장치는 상기 기본 단위체의 모서리부를 가이드 하는 것을 특징으로 하는 전극 조립체 제작 시스템.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 프레임 장치에서 적층되는 상기 기본 단위체를 정렬시키기 위하여 상기 기본 단위체를 타격하는 포지셔닝 유닛을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전극 조립체 제작 시스템.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 프레임 장치는 상기 기본 단위체의 네 모서리를 각각 가이드 하는 제1 프레임, 제2 프레임, 제3 프레임, 및 제4 프레임을 포함하고,
    상기 제1 프레임, 제2 프레임, 제3 프레임, 및 제4 프레임은 상기 기본 단위체의 둘레를 따라서 순차로 배치되며,
    상기 포지셔닝 유닛은 상기 제1 프레임과 상기 제2 프레임 사이 또는 상기 제1 프레임과 상기 제4 프레임 사이 중 적어도 어느 한 곳에 배치되는 것을 특징으로 하는 전극 조립체 제작 시스템.
  9. 청구항 7에 있어서,
    상기 포지셔닝 유닛은 상기 기본 단위체에서 돌출하는 전극 탭을 기준으로 양측에 배치되는 것을 특징으로 하는 전극 조립체 제작 시스템.
  10. 청구항 7에 있어서,
    상기 프레임 장치 내부에서 적층되는 상기 기본 단위체 적층체가 상기 포지셔닝 유닛에 의하여 최종 정렬된 후, 상기 기본 단위체 적층체의 측면부에 테이프를 부착하는 테이핑 장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전극 조립체 제작 시스템.
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