KR102096934B1 - 각형 이차전지의 극판 적층 장치용 버큠 벨트 컨베이어 - Google Patents

Abstract

각형 이차전지의 극판 적층 장치용 버큠 벨트 컨베이어로서, 이송 라인을 따라 극판을 이송하되, 극판을 별도의 정렬 테이블상에서 정렬시킬 필요없이, 이송되는 극판이 놓인 상기 버큠 벨트 컨베이어 자체의 위치를 조정하는 것에 의해, 버큠 벨트 컨베이어 상에서 극판을 정렬하도록 이루어진 극판 정렬 유닛을 포함하는 각형 이차전지의 극판 적층 장치용 버큠 벨트 컨베이어가 제공된다.

Description

각형 이차전지의 극판 적층 장치용 버큠 벨트 컨베이어{VACUUM BELT CONVEYOR FOR APPARATUS FOR STACKING ELECTRODE PLATE OF PRISMATIC SECONDARY BATTERY}

본 발명은 각형 이차전지의 셀을 제조하는 장치에 관한 것으로, 상세하게는 분리막(separator) 위에 음극판과 양극판이 교대로 놓여지는 셀 스택을 제조하기 위한 장치에 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) 타입('z-폴딩' 타입이라고도 함)의 적층 방식에서는, 분리막이 지그재그로 접힌 형태를 이루며 그 사이에 음극판과 양극판이 교번되어 삽입된 형태로 적층된다.

지그재그 타입 적층 방식에서 셀 스택의 제조 속도는 매거진으로부터 극판을 가져오는데 걸리는 시간, 극판을 정렬하는데 걸리는 시간, 정렬된 극판을 스택 베이스에 적층하는데 걸리는 시간, 음극판 및 양극판을 번갈아 적층하는데 걸리는 시간 등 다양한 스테이지에서 소요되는 시간들의 총합에 의해 결정된다. 따라서, 각 스테이지별로 작업 시간을 단축하기 위한 노력이 경주되어 왔다.

등록특허 제10-1730469호(2017. 4. 27. 공고)는 매거진에 적재된 극판을 관절식 연결구조의 로딩픽커로 흡착하여 정렬 테이블에 내려놓고, 정렬된 극판을 다시 회전식 전달픽커로 스택 베이스상에 적층하는 셀 스택 제조장치를 개시하고 있다.

이에 따르면, 극판을 매거진에서 정렬 테이블로 먼저 전달하고, 정렬 테이블에서 다시 스택 베이스로 전달해야 하는데, 각 전달 방식이 상이하다는 점, 로딩픽커의 복귀 소요시간이 길다는 점 등으로 인해, 매거진에서 스택 베이스까지의 전달 시간을 단축하는데 한계가 있었다.

등록특허 제10-1662179호(2016. 10. 11. 공고)는 극판 적재 매거진에서 극판을 들어올릴 때 여러장의 극판이 함께 들려지는 것을 방지하기 위해, 복수 개의 픽업 아암이 방사 방향으로 배치된 아암 분할 회전체와 석션 컨베이어를 포함한 구성을 개시하고 있다. 아암 분할 회전체의 중심부에 모터축이 연결된 모터를 90도씩 회전시킴으로써 여러장의 극판이 함께 들려진 경우 회전 관성에 의해 픽업 아암에 한 장의 극판만이 남아 있도록 하고, 이를 석션 컨베이어의 하부에 옮겨붙도록 하여 이송이 시작된다. 이후, 석션 컨베이어의 궤도 운동에 의해 극판이 석션 컨베이어의 하부에서 상부측으로 올라오게 되고, 이를 흡착 패드 등의 픽업 수단으로 들어서 다음 공정으로 이송하게 된다.

이와 같은 구성에 의하면, 석션 컨베이어에서 극판을 픽업한 다음, 정렬 테이블에서의 정렬 단계를 거쳐 스택 베이스까지 전달해야 하므로, 극판의 전달 시간을 단축하는 것과는 무관하다.

이상과 같이, 셀 스택의 제조 속도는 극판이 적재된 매거진으로부터 셀 스택의 적층이 이루어지는 스택 베이스까지 극판을 얼마나 빨리 옮기느냐가 관건이므로, 극판의 전달 경로가 짧고 전달 방식이 공통되며 복귀 동작이 간결한 메커니즘을 제공하는 것이 가장 효율적일 것임에도, 선행기술들은 그러한 방법이나 장치를 제시하지 못하였다.

본 발명은 극판이 수납된 매거진에서 극판을 적층하는 스택 베이스까지 극판을 빠르고 안정적으로 전달할 수 있는 각형 이차전지의 극판 적층 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 다른 목적은 극판을 전달하는데 관여하는 기구들의 복귀 소요시간이 불필요하거나 또는 최소로 단축된 각형 이차전지의 극판 적층 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 둘 이상의 극판 전달 스테이지에서 동일한 극판 전달 메카니즘이 채용된 각형 이차전지의 극판 적층 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 스택 베이스의 이동 속도가 극대화되는 한편, 극판이 안정적으로 적층되는 방법으로 이동할 수 있는 스택 베이스를 구비한 각형 이차전지의 극판 적층 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 한 양태는, 양극판과 음극판을 스택 베이스 상에 교대로 공급받되 상기 양극판과 음극판 사이에 분리막이 공급되는 각형 이차전지의 극판 적층 장치에 있어서, 이송 라인을 따라 극판을 이동시키기 위한 버큠 벨트 컨베이어, 수평면에 평행한 축선을 중심으로 스윙 모션 가능하고, 상기 버큠 벨트 컨베이어로부터 극판을 언로딩하여 스택 베이스 상에 로딩하도록 이루어진 제1 스윙 유닛을 포함하고, 상기 제1 스윙 유닛이 스윙 모션의 양 말단에서 극판을 로딩 또는 언로딩 할 수 있도록, 상기 버큠 벨트 컨베이어와 상기 스택 베이스 중 어느 하나가 수평면에 대해 경사를 이루도록 구성되는 각형 이차전지의 극판 적층 장치이다.

본 발명의 다른 양태는, 상기 제1 스윙 유닛의 축선과 동일하거나 평행한 축선을 중심으로 스윙 모션 가능한 제2 스윙 유닛을 더 포함하고, 상기 제2 스윙 유닛은 극판 매거진으로부터 극판을 언로딩하여 상기 버큠 벨트 컨베이어 위에 로딩하도록 이루어진 각형 이차전지의 극판 적층 장치이다.

본 발명의 다른 양태는, 상기 버큠 벨트 컨베이어가, 상기 이송 라인을 따라 연장하되 적어도 상기 매거진과 마주한 위치로부터 상기 스택 베이스와 마주한 위치까지 연장된 단일 버큠 벨트 컨베이어 또는 복수의 버큠 벨트 컨베어어인 각형 이차전지의 극판 적층 장치이다.

본 발명의 다른 양태는, 상기 버큠 벨트 컨베이어의 위치를 조정하는 것에 의해 극판을 정렬할 수 있는 극판 정렬 유닛을 더 포함하는 각형 이차전지의 극판 적층 장치이다.

본 발명의 다른 양태는, 상기 극판 정렬 유닛이 상기 버큠 벨트 컨베이어의 위치를 조정하도록 이루어진 XYθ 이동 모듈을 포함하는 각형 이차전지의 극판 적층 장치이다.

본 발명의 다른 양태는, 상기 극판 정렬 유닛이 극판 정위치 인식 모듈을 포함하는 각형 이차전지의 극판 적층 장치이다.

본 발명의 다른 양태는, 상기 버큠 벨트 컨베이어가 상기 이송 라인을 따라 일렬로 배열된 제1 버큠 벨트 컨베이어와 제2 버큠 벨트 컨베이어를 포함하고, 상기 제1 스윙 유닛이 상기 제1 버큠 벨트 컨베이어와 상기 스택 베이스 사이에서 스윙 모션 가능하고, 상기 제2 스윙 유닛이 상기 제2 버큠 벨트 컨베이어와 상기 매거진 사이에서 스윙 모션 가능한 각형 이차전지의 극판 적층 장치이다.

본 발명의 다른 양태는, 상기 제1 버큠 벨트 컨베이어와 제2 버큠 벨트 컨베이어는 이송 동작과 정지 동작을 반복하고, 서로 동기화되어 작동가능한 각형 이차전지의 극판 적층 장치이다.

본 발명의 다른 양태는, 상기 스택 베이스를 이동시키는 이동 수단을 더 포함하고, 상기 이동 수단은 상기 스택 베이스를 U자형 궤적으로 이동시킬 수 있는 것인 각형 이차전지의 극판 적층 장치이다.

본 발명의 다른 양태는, 상기 스택 베이스를 이동시키는 이동 수단을 더 포함하고, 상기 이동 수단은 상기 스택 베이스를 하반원형 궤적으로 이동시킬 수 있는 것인 각형 이차전지의 극판 적층 장치이다.

본 발명에 따르면 각형 이차전지용 셀 스택의 제조 속도가 단축된다. 따라서, 셀 스택의 단위 시간당 생산량이 증가하고, 생산 장비의 수가 감축될 수 있다.

각형 이차전지용 셀 스택의 생산 공정은 미세먼지, 온도, 습도 등의 유지관리에 상당한 비용이 요구되므로, 생산 장비가 차지하는 공간의 감소로 인해 비용이 절감될 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 본 발명의 일 실시예에 따른 극판 적층 장치의 평면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 극판 적층 장치의 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 버큠 벨트 컨베이어와 스윙 유닛의 정면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 극판 정렬 모듈과 연동되는 버큠 벨트 컨베이어와 스윙 유닛의 사시도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 극판 적층 장치의 평면도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 극판 정렬 모듈과 연동되는 버큠 벨트 컨베이어와 스윙 유닛의 사시도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따라 스택 베이스가 이동하는 궤적을 나타낸 것이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따라 스택 베이스가 두 개의 극판 공급 위치 사이에서 왕복하는 것을 개략적으로 나타낸 것이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 스택 베이스의 이동 경로를 순차적으로 나타낸 개념도이다.

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.

각형 이차전지의 지그재그 타입 적층 방식에서, 극판이 적층되는 스택 베이스가 음극판이 적층되는 위치와 양극판이 적층되는 위치 사이에서 왕복하거나, 또는 정지형(stationary) 스택 베이스의 위쪽에서 분리막 공급부가 좌우로 왕복할 수 있다.

이 경우, 스택 베이스 또는 분리막 공급부가 양 위치 사이에서 한 번 이동할 때마다, 스택 베이스에 적층된 극판 위로 분리막이 덮이도록 구성된다. 따라서, 새로 적층되는 극판들은 항상 분리막 위에 놓이게 되며, 후속적으로 스택 베이스가 이동할 때 방금 적층된 극판 위로 분리막이 덮이게 된다. 본 발명에서 이용될 수 있는 스택 베이스의 신속하고 안정적인 이동 방법에 관하여 후술한다.

이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명에 따른 각형 이차전지의 극판 적층 장치의 실시예를 상세히 설명한다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 극판 적층 장치(100)가 분리막(S)의 양쪽, 즉 도 1의 아래와 위에서 각각 음극판(1)과 양극판(2)을 이송하는 버큠 벨트 컨베이어(10, 10a), 극판(1, 2)이 적재되어 있는 매거진(4, 4a), 그리고 극판(1, 2)의 적층이 이루어지는 스택 베이스(5)를 포함한다. 본 실시예에서는 스택 베이스(5)가 음극판(1) 적층 위치와 양극판(2) 적층 위치 사이에서 왕복하는 타입이다. 각 버큠 벨트 컨베이어(10, 10a)는 벨트 진행 방향이 양극판(2)과 음극판(1)의 이송 라인과 정합되도록 설치된다.

버큠 벨트 컨베이어(10, 10a)는 벨트 표면(12)에 일정 간격으로 형성된 다수 개의 버큠 홀(13)을 통해 인가되는 흡착력으로 극판(1, 2)을 벨트 표면(12)에 흡착한 상태로 이송할 수 있다. '벨트 컨베이어'란 연속식 운반기계의 일종으로, 벨트 풀리 사이에 고리모양의 벨트를 구동시키면서 그 위에 물건을 올려 연속적으로 운반하는 장치를 의미한다. '버큠(vacuum)'이란 용어는 유입구를 통해 공기 흡입력을 발생시킴으로써 유입구 근방에 있는 재료 또는 물체를 흡입하도록 작동하는 기구를 지칭하도록 사용되었다. 여기에서, 유입구에 공기 흡입력을 발생시키는 것을 진공을 인가한다고도 표현하였다.

상기 극판 적층 장치는 버큠 벨트 컨베이어(10, 10a)에서 극판(1, 2)을 픽업(언로딩)하여 스택 베이스(5)에 공급(로딩)하는 제1 스윙 유닛(20, 20a)과, 매거진(4, 4a)에서 극판(1, 2)을 픽업하여 버큠 벨트 컨베이어(10, 10a)로 전달하는 제2 스윙 유닛(21, 21a)을 포함한다. 양극판(2) 이송 라인측 스윙 유닛(20, 21)은 스윙 축선(25)을 중심으로, 음극판(1) 이송 라인측 스윙 유닛(20a, 21a)은 스윙 축선(25a)을 중심으로 (도 3의 양방향 화살표와 같이) 스윙 모션 가능하다. 만일, 제1 스윙 유닛(20, 20a)과 제2 스윙 유닛(21, 21a)의 길이 또는 연장 범위를 달리 구성할 필요가 있는 경우, 스윙 축선이 서로 동일하지 않더라도 서로 평행하게 구성할 수 있을 것이다.

각 스윙 유닛의 스윙 축선 반대편에는 극판(1, 2)을 흡착할 수 있는 패드(22, 23; 도 3 참조)가 구비되어 극판을 로딩하거나 언로딩할 수 있다. 이때, 흡착 패드(22, 23)는 스윙 축선(25, 25a)으로부터 멀리 연장되거나 가까이 수축되도록, 패드(22, 23)의 흡착면에 수직으로 상하 이동 가능하도록 구성된다.

상기 버큠 벨트 컨베이어(10, 10a)는 그 벨트 표면(12)이 상기 스윙 유닛(20, 21; 20a, 21a)의 흡착 패드(22, 23)의 표면에 나란히 대면할 수 있도록 기울어져 있다. 즉, 벨트 표면(12)이 수평면에 대해 벨트 진행방향을 가로지르는 방향으로 경사를 이루도록 배열된다. 이러한 구성에 의해 스윙 유닛(20, 21; 20a, 21a)의 스윙 모션의 한 말단에서, 스윙 유닛의 흡착 패드(22)가 버큠 벨트 컨베이어(10, 10a)의 벨트 표면(12)에 실질적으로 수평으로 대면한 상태에서 극판(1, 2)의 로딩 또는 언로딩이 이루어질 수 있다(도 3 참조).

극판 적층 장치(100)는 스택 베이스(5)에 적층되기 직전의 극판을 정렬하기 위한 극판 정렬 유닛(30)을 포함한다. 상기 극판 정렬 유닛(30)은 버큠 벨트 컨베이어(10, 10a)에 연결된 XYθ 이동 모듈을 포함하는데, 이 모듈의 작동에 의해 버큠 벨트 컨베이어(10, 10a)가 XYθ 방향으로 이동 가능하다. 본 실시예에서는, 버큠 벨트 컨베이어(10, 10a)와 함께 가이드 레일(37)을 따라 X방향으로 이동 가능한 지지 프레임(31), 버큠 벨트 컨베이어(10, 10a)와 함께 Y방향으로 이동 가능한 지지판(32), 버큠 벨트 컨베이어(10, 10a)와 함께 θ방향으로 이동 가능한 샤프트(33) 및 XYθ 각 방향으로의 이동을 위한 액추에이터를 포함한다. 샤프트(33)는 호스(36) 아래쪽으로 일부만 드러나 있다. XYθ 각 방향은 도 1에 나타나 있는데, Y방향은 벨트 표면(12)과 평행하고 θ는 회전방향이다.

극판 정렬 유닛(30)은 카메라(35, 35a)와 그에 대응하는 백라이트(34)를 포함한 극판 정위치 인식 모듈을 더 포함할 수 있다. 상기 XYθ 이동 모듈은 상기 극판 정위치 인식 모듈을 통해 인식된 극판의 위치에 따라 극판이 정위치에 놓일 때까지 필요한 이동을 한다. 극판의 정위치 인식은 극판의 모서리나 극판의 전극탭 등의 위치를 감지하여 이루어질 수 있는데, 이를 위해 백라이트와 카메라를 사용할 수 있다. 도 1에는 극판의 모서리마다 하나씩 총 4개의 백라이트와 2개의 카메라(35, 35a)가 사용된 것으로 도시되었다. 그러나, 대각선으로 2개의 백라이트를 사용하거나, 하나의 큰 백라이트를 사용하고 그에 상응하게 카메라를 배치하는 것도 가능할 것이다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 버큠 벨트 컨베이어(10)와 스윙 유닛(20, 21)의 정면도이다.

제1 스윙 유닛(20)은 도 3의 양방향 화살표로 표시된 것처럼 스윙 모션을 실행하고, 양 말단 사이, 즉 버큠 벨트 컨베이어(10)와 대면하게 되는 하나의 말단(도 3에 도시된 위치)과, 스택 베이스(5; 도 3에는 미도시)와 대면하게 되는 다른 말단 사이에서 스윙 모션을 하도록 이루어진다. 마찬가지로, 제2 스윙 유닛(21)은 버큠 벨트 컨베이어(10)와 대면하는 하나의 말단과 매거진(4)과 대면하는 다른 말단(도 3에 도시된 위치) 사이에서 스윙 모션을 실행하도록 이루어진다.

도 3은 제1 스윙 유닛(20)의 흡착 패드(22)가 버큠 벨트 컨베이어(10)의 표면상에 있는 극판을 흡착하고, 제2 스윙 유닛(21)의 흡착 패드(23)가 매거진(4) 내의 극판을 흡착하는 상태이다. 스윙 유닛(20, 21)이 극판을 흡착하고 이송하기 위해 흡착 패드(22, 23)가 적절한 액추에이터에 의해 스윙 모션의 중심으로부터 멀리 연장되거나 가까이 수축될 수 있다.

도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 극판 적층 장치(200)의 평면도이다.

도 5에는 분리막(S)을 중심으로 아래 위로 음극판(1)과 양극판(2)의 이송 라인들을 따라 각각 복수의 버큠 벨트 컨베이어(10, 11; 10a, 11a)가 배열된 극판 적층 장치(200)가 도시되어 있다. 버큠 벨트 컨베이어가 각 이송 라인별로 복수 개라는 점이 도 1에 도시된 실시예와 상이하다.

양극판(2) 이송 라인을 따라 제1 버큠 벨트 컨베이어(10)와 제2 버큠 벨트 컨베이어(11)가 일렬로 배치되고, 음극판(1) 이송 라인을 따라 제1 버큠 벨트 컨베이어(10a)와 제2 버큠 벨트 컨베이어(11a)가 일렬로 배치된다. 도 5에서는 제1 버큠 벨트 컨베이어(10, 10a)에 벨트가 제거된 상태로 도시하였다.

스택 베이스(5)는, 도 1에서와 마찬가지로, 음극판 적층 위치와 양극판 적층 위치 사이를 왕복하는 하나의 스택 베이스인데, 이해를 돕고자 양쪽 적층 위치에 모두 도시하였다. 스택 베이스(5)의 네 가장자리에는 스택 그리퍼(6a, 6b, 7a, 7b)가 배치되어 스택 베이스 상에서 극판을 고정한다.

극판들(1, 2)은 도 5에서 우측으로부터 좌측으로 버큠 벨트 컨베이어(10, 11; 10a, 11a)에 의해 이송되는데, 매거진(4)으로부터 버큠 벨트 컨베이어(11, 11a)로 제2 스윙 유닛(21, 21a)에 의해 로딩되고, 이송 라인을 따라 버큠 벨트 컨베이어(10, 10a)로 이송된 다음, 제1 스윙 유닛(20, 20a)에 의해 스택 베이스(5) 상에 적층된다.

이하에서는 본 발명의 실시예들에 따른 극판 적층 장치(100, 200)의 작동에 대해 설명한다.

단일 버큠 벨트 컨베이어(10a)를 나타낸 도 4를 참고하면, 극판(1)이 제2 스윙 유닛(21a)에 의해 매거진(4)으로부터 픽업되어 버큠 벨트 컨베이어(10a)의 벨트 표면(12)상에 로딩된다. 이때, 제2 스윙 유닛(21a)의 흡착 패드가 z축, 즉 수직 액추에이터에 의해 매거진(4) 내로 연장되어 진공 흡착력으로 극판(1)을 픽업하고, 다시 수직 액추에이터에 의해 수축된 다음, 스윙 모션을 하여 버큠 벨트 컨베이어(10a)의 벨트 표면(12)과 평행하게 대면한다. 그런 다음, 제2 스윙 유닛(21a)의 흡착 패드가 벨트 표면(12)으로 연장되어 극판(1)을 벨트 표면(12)상에 로딩시킨다.

흡착 패드(22, 23)와 벨트 표면(12)은 진공 흡착력으로 극판을 흡착할 수 있으므로, 이들 사이에서의 극판 전달은 각 흡착력의 세기를 조절하거나 진공 흡착을 끊는다던지 파기(air blowing)하는 등에 의해 달성될 수 있다. 예를 들어, 벨트 표면(12)에 인가되는 흡착력은 유지시키되, 흡착 패드(22, 23)의 통공(미도시)으로 파기(air blowing)함으로써 흡착 패드에 붙어있던 극판을 벨트 표면으로 로딩시킬 수 있다.

반대로, 벨트 표면(12)으로부터 흡착 패드(22, 23)로 극판을 가져가는 경우에는, 흡착 패드(22, 23)상의 흡착력이 일반적으로 더 강하므로, 벨트 표면(12)의 흡착력을 유지시킨 상태에서 흡착 패드(22, 23)를 벨트 표면(12)으로 접근시키는 것만으로 극판이 전달될 수 있다. 이때 벨트는 정지상태를 유지한다.

이후 벨트가 이송 방향으로 진행하고(도 4에서 이송 방향을 점선 화살표로 표시함. 참고로, 도 1과는 반대 방향으로 도시됨.), 제1 스윙 유닛(20a)과의 대면 위치에서 정지한다. 이 위치에서 극판(1)의 정렬 작업이 이루어진다. 백라이트(34)와 카메라(35; 도 3 참조)를 포함한 극판 정위치 인식 모듈을 이용하여 극판이 정위치에 있는지 확인되고, 정위치가 아닌 경우 전술한 XYθ 이동 모듈을 이용하여 버큠 벨트 컨베이어(10a)의 위치를 조정함으로써 극판(1)을 정위치로 정렬한다. 이러한 위치 조정에 따라 극판(1)이 정위치에 놓인 것이 극판 정위치 인식 모듈에 의해 확인되면 제1 스윙 유닛(20a)에 의해 극판(1)이 픽업(언로딩)된다.

구체적으로, 제1 스윙 유닛(20a)의 흡착 패드가 벨트 표면(12)과 대면한 상태에서 극판(1)을 픽업하여 스윙 모션에 의해 스택 베이스(5)와 대면하게 되고, 극판을 스택 베이스(5)상에 내려 놓는다. 이후, 스택 그리퍼(6a, 6b, 7a, 7b)가 스택 베이스(5)상에 놓인 극판, 가령 음극판을 고정하면 스택 베이스(5)가 나머지 극판, 즉 양극판의 적층 위치로 이동한다.

복수의 버큠 벨트 컨베이어(10a, 11a)를 나타낸 도 6을 참고하면, 버큠 벨트 컨베이어(11a)가 매거진(4) 측에, 버큠 벨트 컨베이어(10a)가 스택 베이스(5) 측에 배열되어 있고, 버큠 벨트 컨베이어(10a)는 벨트가 장착되지 않은 상태로 도시되어 있다. 극판이 제2 스윙 유닛(21a)에 의해 매거진(4)에서 버큠 벨트 컨베이어(11a)로 이송되고, 버큠 벨트 컨베이어들(10a, 11a)의 궤도 운동에 의해 스택 베이스(5)와의 대면 위치로 이송된다. 이후, 제1 스윙 유닛(20a)에 의해 극판이 스택 베이스(5) 상에 적층된다.

이제, 본 발명에서 이용될 수 있는 스택 베이스(5)의 U자형 이동 방법에 관해 도 7 내지 9를 이용하여 설명한다.

도 7의 (a)에는 스택 베이스(5)가 도면의 우측 상단에 있는데, 이는 양극판과 음극판 중 어느 한 극판이 분리막(S) 위에 적층되는 위치를 포착한 것으로, 극판이 막 적층된 상태이다. 극판이 스택 베이스(5) 상에 놓이면 스택 그리퍼(7a)가 해당 극판과 그 아래에 있는 분리막을 한꺼번에 파지하게 된다. 스택 베이스(5)의 수평 방향 이동을 위해서는 수평 이동 기구(50)가, 수직 방향 이동을 위해서는 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 7(b)는 스택 베이스(5)가 좌측으로 그리고 하강한 상태를 나타낸 것이고, 도 7(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 7(a)부터 (c)까지의 이동에 의해 분리막이 한겹 더 쌓이게 되며, 도 7(c)의 위치에 도달 후 두 종류의 극판 중 나머지 극판이 분리막 위에 적층되면 스택 그리퍼(6a)가 해당 극판 및 그 아래의 분리막을 파지한 다음, 반대방향 즉, 도 7(c)에서 (b)를 거쳐 (a)의 상태로 U자형 또는 하반원형 궤적을 따라 이동한다.

도 8은 도 7에 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(S)이 되먹임되지 않는다는 것이다. 다시 말해, 가이드 롤러(8)들 중 하단에 위치한 롤러(이하, '엔드 롤러'라 함)로부터 스택 그리퍼(7a)가 파지한 부분까지의 길이에 해당하는 분리막(S) 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 액추에이터(40) 및 수평 이동 기구(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(8)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 8의 (a)에서와 반대방향으로 스택 베이스(5)의 하반원형 궤적의 이동을 나타낸 (b)에서도, 마찬가지로, 스택 베이스(5)의 이동중에 분리막(S) 부분이 L1'-L2'-L3'-L4'로 점점 증가하게 된다.

도 9에서, (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 스택 그리퍼(7a)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 스택 그리퍼(6a)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 스택 그리퍼(7a)에 의해 분리막(S)에 적은 힘이 가해진다는 것을 알 수 있다. 단계(4)를 비교해보면, 이동 경로 (a)에서는 가속방향(즉, 좌측)으로 스택 그리퍼(7a)에 의한 힘이 전체적으로 분리막(S)에 전달되고 있는데 반해, 이동 경로 (b)에서는 가속방향(즉, 좌측 위)으로 스택 그리퍼(7a)에 의한 힘이 부분적으로만 분리막(S)에 전달되고 있으며, 나아가, 단계(5)를 비교해보면, 이동 경로 (a)에서는 가속방향이 좌측이므로 스택 그리퍼(7a)의 날부분이 분리막(S)의 좁은 영역에 힘을 가하게 되는 반면, 이동 경로 (b)에서는 가속방향이 위쪽이므로 스택 그리퍼(7a)의 면부분이 분리막(S)의 상대적으로 넓은 영역에 힘을 가하게 된다.

따라서, 본 발명에 따른 스택 베이스의 반원형 또는 U자형 이동을 채용함에 의해 분리막(S)의 손상 위험이 현저히 낮아지게 된다.

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
S: 분리막 4, 4a: 매거진
5: 스택 베이스 6a, 6b, 7a, 7b: 스택 그리퍼
10, 10a, 11, 11a: 버큠 벨트 컨베이어
12: 벨트 표면 13: 버큠 홀
20, 20a: 제1 스윙 유닛 21, 21a: 제2 스윙 유닛
22, 23: 흡착 패드 25, 25a: 스윙 축선
30: 극판 정렬 유닛 31: 지지 프레임
32: 지지판 33: 샤프트
34: 백라이트 35, 35a: 카메라

Claims (5)

1. 각형 이차전지의 극판 적층 장치용 버큠 벨트 컨베이어로서,
   이송 라인을 따라 극판을 이송하되,
   극판을 별도의 정렬 테이블상에서 정렬시킬 필요없이, 이송되는 극판이 놓인 상기 버큠 벨트 컨베이어 자체의 위치를 조정하는 것에 의해, 버큠 벨트 컨베이어 상에서 극판을 정렬하도록 이루어진 극판 정렬 유닛을 포함하는
   각형 이차전지의 극판 적층 장치용 버큠 벨트 컨베이어.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 극판 정렬 유닛이 상기 버큠 벨트 컨베이어의 위치를 조정하도록 이루어진 XYθ 이동 모듈을 포함하는
   각형 이차전지의 극판 적층 장치용 버큠 벨트 컨베이어.
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 극판 정렬 유닛이 극판 정위치 인식 모듈을 포함하는
   각형 이차전지의 극판 적층 장치용 버큠 벨트 컨베이어.
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 버큠 벨트 컨베이어가 수평면에 대해 경사를 이루도록 구성된
   각형 이차전지의 극판 적층 장치용 버큠 벨트 컨베이어.
5. 제 4 항에 있어서,
   상기 버큠 벨트 컨베이어의 벨트 표면이 벨트 진행방향을 가로지는 방향으로 경사진
   각형 이차전지의 극판 적층 장치용 버큠 벨트 컨베이어.

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