KR102099290B1 - 라미네이팅으로 제작된 단위셀로 전극조립체를 형성하는 이차 전지 제조 시스템 - Google Patents

라미네이팅으로 제작된 단위셀로 전극조립체를 형성하는 이차 전지 제조 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 라미네이팅으로 제작된 단위셀로 전극조립체를 형성하는 이차 전지 제조 시스템에 관한 것으로, 권취된 분리막 롤, 음극셀 롤, 양극셀 롤로부터 분리막/음극셀/분리막/양극셀/분리막 순서로 적층된 단위셀을 형성하는 단위셀 형성 장치와, 단위셀 형성 장치에 의해 형성된 2개 이상의 단위셀 중 일부분을 전복시켜 분리막/양극셀/분리막/음극셀/분리막 순서로 적층된 역단위셀을 형성하는 전복 장치와, 단위셀/음극셀/역단위셀/양극셀 순서로 적층하는 적층 장치를 포함하며, 전극 조립체 제작을 위한 공정이 간소화 되고, 제작된 전극 조립체의 불량률이 감소되는, 라미네이팅으로 제작된 단위셀로 전극조립체를 형성하는 이차 전지 제조 시스템을 제공한다.

Description

라미네이팅으로 제작된 단위셀로 전극조립체를 형성하는 이차 전지 제조 시스템{Secondary Battery Manufacturing System}
본 발명은 라미네이팅으로 제작된 단위셀로 전극조립체를 형성하는 이차 전지 제조 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 단위셀과 역단위셀을 교차 적층하는 라미네이팅으로 제작된 단위셀로 전극조립체를 형성하는 이차 전지 제조 시스템에 관한 것이다.
재충전이 가능한 이차 전지는 모바일 기기의 에너지원으로 광범위하게 사용되고 있다. 또한, 이차 전지는 내연 기관의 배출가스 문제 및 화석연료 고갈 문제를 해결하기 위한 방안으로 제시되고 있는 전기자동차 등의 에너지 저장 수단으로 사용되고 있다.
이차 전지는 외부 및 내부의 구조적 특징에 따라 원통형 전지, 각형 전지 및 파우치형 전지로 분류된다.
이차 전지를 구성하는 양극/분리막/음극 구조의 전극 조립체는 그 구조에 따라 크게 젤리-롤형(권취형)과 스택형(적층형)으로 구분된다. 젤리-롤형 전극조립체는, 집전체로 사용되는 금속 호일에 전극 활물질 등을 코팅하고 건조 및 프레싱한 후, 소망하는 폭과 길이의 밴드 형태로 재단하고 분리막을 사용하여 음극과 양극을 격막한 후 나선형으로 감아 제조된다.
이러한 젤리-롤형 전극조립체는 원통형 전지에는 바람직하게 사용될 수 있지만, 각형 또는 파우치형 전지에 적용함에 있어서는, 국부적으로 응력이 집중되어 전극 활물질이 박리되거나 충방전 과정에서 반복되는 수축 및 팽창 현상에 의해 전지의 변형을 유발한다.
반면에, 스택형 전극 조립체는 다수의 양극 및 음극 단위셀들을 순차적으로 적층한 구조로서, 각형의 형태를 얻기가 용이한 장점이 있지만, 제조 과정이 번잡하고 충격이 가해졌을 때 전극이 밀려서 단락이 유발되는 단점이 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여, 종래 일부 선행 기술에서는 젤리-롤형과 스택형의 혼합 형태인 전극 조립체로서, 일정한 단위 크기의 양극/분리막/음극 구조의 풀셀(full cell) 또는 양극(음극)/분리막/음극(양극)/분리막/양극(음극) 구조의 바이셀(bicell)을 긴 길이의 연속적인 분리 필름을 이용하여 폴딩한 구조의 스택/폴딩형 전극 조립체가 개발되었다.
그러나 긴 시트형의 분리막에 단위셀들을 일일이 배열해야 하고, 양단에서 단위셀 및 분리막을 잡고 폴딩해야 하는 등 제조 공정을 위한 내부 공간 내지 시스템이 필수적으로 요구되고 그 공정 과정이 매우 복잡하며, 결과적으로 설비 투자 비용이 높은 단점이 있다. 더욱이, 단위셀들이 증가할 수록, 단위셀들이 일렬로 배열되어 권취되기 어려우므로, 전극 조립체의 불량률이 높아질 수 있다.
대한민국 등록특허공보 제10-1837724호(2018.03.06.)
이에 상기와 같은 점을 감안해 발명된 본 발명의 목적은, 전극 조립체 제작을 위한 공정을 간소화 시킬 수 있고, 라미네이팅으로 제작된 단위셀 및 단위셀로 형성된 전극 조립체의 불량률을 감소시킬 수 있는 라미네이팅으로 제작된 단위셀로 전극조립체를 형성하는 이차 전지 제조 시스템을 제공하는 것이다.
이에 상기와 같은 목적을 달성하기 위해서 본 발명의 일실시예의 라미네이팅으로 제작된 단위셀로 전극조립체를 형성하는 이차 전지 제조 시스템은, 권취된 분리막 롤, 음극셀 롤, 양극셀 롤로부터 분리막/음극셀/분리막/양극셀/분리막 순서로 적층된 단위셀을 형성하는 단위셀 형성 장치와, 단위셀 형성 장치에 의해 형성된 2개 이상의 단위셀 중 일부분을 전복시켜 분리막/양극셀/분리막/음극셀/분리막 순서로 적측된 역단위셀을 형성하는 전복 장치와, 단위셀/음극셀/역단위셀/양극셀 순서로 적층하는 적층 장치를 포함한다.
또한, 단위셀 형성 장치는, 분리막 롤, 음극셀 롤, 양극셀 롤로부터 풀려진 분리막, 음극셀, 양극셀이 중첩될 수 있도록 유도하는 가이드와, 음극셀을 단위 크기로 나눠 단위 음극셀을 형성하고, 적정한 간격으로 나열되도록 음극셀을 컷팅하는 음극셀커터와, 양극셀을 단위 크기로 나눠 단위 양극셀을 형성하고, 적정한 간격으로 나열되도록 양극셀을 컷팅하는 양극셀커터와, 분리막, 일정 간격으로 나열된 단위 음극셀, 분리막, 일정 간격으로 나열된 단위 양극셀, 분리막이 순서에 맞춰 적층되고, 일체화되는 라미네이터와, 라미네이터에서 일체화된 분리막, 일정 간격으로 나열된 단위 음극셀, 분리막, 일정 간격으로 나열된 단위 양극셀, 분리막을 단위셀 크기로 절단하는 단위셀커터를 포함할 수 있다.
또한, 일체화된 분리막, 일정 간격으로 나열된 단위 음극셀, 분리막, 일정 간격으로 나열된 단위 양극셀, 분리막을 라미네이터에서 단위셀커터로 인도하는 아이들 롤러가 라미네이터와 단위셀커터 사이에 위치될 수 있다.
또한, 전복 장치는, 단위셀이 연속적으로 공급되는 컨베이어벨트와, 컨베이어벨트 상면에 위치되고, 단위셀을 흡착하는 흡착드럼과, 흡착드럼 상부 일측에 위치되고, 흡착드럼으로부터 단위셀을 뒤집힌 상태로 인수하는 테이블과, 테이블로부터 뒤집힌 단위셀을 인수해 매거진으로 이송하는 상부운반기를 포함할 수 있다.
또한, 흡착드럼의 원주면에 1개 이상의 석션홀이 흡착드럼의 회전축과 평행한 길이 방향을 따라 배열된 석션부가 형성될 수 있다.
또한, 단위셀의 단부와 접촉함으로써 테이블 상면에서의 단위셀의 위치를 제한하는 블록이 테이블에 구비될 수 있다.
또한, 상부운반기는, 흡착드럼의 회전축과 평행하고, 길이방향을 따라 왕복 이동하도록 테이블 상부에 위치된 바디부와, 바디부의 길이방향 양측에 각각 구비된 제1 흡착부 및 제2 흡착부를 포함할 수 있다.
또한, 바디부가 길이방향을 따라 왕복 이동할 때, 제1 흡착부 및 제2 흡착부 중 어느 하나는 테이블에 위치된 뒤집힌 단위셀을 흡착하고, 제1 흡착부 및 제2 흡착부 중 다른 하나는 뒤집힌 단위셀을 매거진에 인계할 수 있다.
또한, 적층 장치는, 제1위치에 단위셀, 단위셀과 마주하도록 제2위치에 음극셀, 제3위치에 역단위셀, 역단위셀과 마주하도록 제4위치에 양극셀이 준비되는 플로워와, 단위셀과 음극셀 사이 및 역단위셀과 양극셀 사이를 왕복이동하는 스테이지와, 스테이지에 제1위치 내지 제4위치에 준비된 단위셀/음극셀/역단위셀/양극셀을 순서대로 적재하는 1개 이상의 로봇암을 포함한다.
또한, 스테이지는 제1위치, 제2위치, 제3위치 및 제4위치를 향해 일정각도 교차로 틸팅 가능하다.
또한, 제1위치 및 제3위치는 스테이지가 이동하는 경로의 일측에 위치하고, 제2위치 및 제4위치는 스테이지가 이동하는 경로의 타측에 위치할 수 있다.
또한, 제1위치와 제3위치 사이 및 제2위치와 제4위치 사이에 각각 로봇암이 위치될 수 있다.
위와 같이 구성되는 본 발명의 일실시예의 라미네이팅으로 제작된 단위셀로 전극조립체를 형성하는 이차 전지 제조 시스템에 의하면, 전극 조립체 제작을 위한 공정이 간소화 되고, 제작된 전극 조립체의 불량률이 감소된다.
특히, 라미네이팅 방법을 통해 단위셀이 제작되므로, 단위셀 제작이 매우 손쉽다. 그리고, 전극조립체 형성 방법으로서 단위셀과 전극셀을 교체 적재하는 방식이 적용되므로, 단위셀과 전극셀을 준비하는 과정이 간단하고 전극 불량품을 해당 준비 과정에서 사전 제거함으로써 재작업의 빈도를 현저히 줄일 수 있다.
또한, 틸팅되는 스테이지 및 로봇암을 통해 단위셀, 전극셀을 정위치에 안착시킬 수 있다. 궁극적으로, 전극 조립체의 불량률을 감소시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예의 라미네이팅으로 제작된 단위셀로 전극조립체를 형성하는 이차 전지 제조 시스템을 보여주는 블럭도이다.
도 2는 도 1의 라미네이팅으로 제작된 단위셀로 전극조립체를 형성하는 이차 전지 제조 시스템에 구비된 단위셀 형성 장치의 예시도이다.
도 3은 도 1의 라미네이팅으로 제작된 단위셀로 전극조립체를 형성하는 이차 전지 제조 시스템에 구비된 전복 장치의 예시도이다.
도 4는 도 3의 전복 장치의 작동을 설명하는 절차도이다.
도 5 내지 도 11은 도 4의 절차도에 따라 단위셀을 연속적으로 뒤집는 상태도이다.
도 12 내지 도 13은 도 1의 라미네이팅으로 제작된 단위셀로 전극조립체를 형성하는 이차 전지 제조 시스템에 구비된 적층 장치의 예시도이다.
도 14는 도 12의 적층 장치에 구비되는 스테이지의 예시도이다.
이하 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 일실시예의 라미네이팅으로 제작된 단위셀로 전극조립체를 형성하는 이차 전지 제조 시스템을 설명한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예의 라미네이팅으로 제작된 단위셀로 전극조립체를 형성하는 이차 전지 제조 시스템은, 권취된 분리막 롤(R1), 음극셀 롤(R2), 양극셀 롤(R3)로부터 분리막/음극셀/분리막/양극셀/분리막 순서로 적층된 단위셀(U1)을 형성하는 단위셀 형성 장치(1000)와, 단위셀 형성 장치(1000)에 의해 형성된 2개 이상의 단위셀(U1) 중 일부분을 전복시켜 분리막/양극셀/분리막/음극셀/분리막 순서로 적측된 역단위셀(U2)을 형성하는 전복 장치(2000)와, 단위셀/음극셀/역단위셀/양극셀 순서로 적층하는 적층 장치(3000)를 포함한다.
단위셀(U1)은 분리막/음극셀/분리막/양극셀/분리막으로 형성된 단위 풀셀(full cell)의 구조를 가진다. 음극셀은 음극의 극성을 가진 전극체로써 음극 집전체의 양면에 음극 물질이 코팅되고, 양극셀은 양극의 극성을 가진 전극체로서 양극 집전체의 양면에 양극 물질이 코팅된다. 역단위셀(U2)은 분리막/양극셀/분리막/음극셀/분리막 순서로 형성된 단위 풀셀(full cell)의 구조를 가진다.
도 2에 도시된 바와 같이, 단위셀 형성 장치(1000)는, 분리막 롤(R1), 음극셀 롤(R2), 양극셀 롤(R3)로부터 풀려진 분리막, 음극셀, 양극셀이 중첩될 수 있도록 유도하는 가이드(1100)와, 음극셀을 단위 크기로 나눠 1개 이상의 단위 음극셀을 형성하고, 적정한 간격으로 나열되도록 음극셀을 컷팅하는 음극셀커터(1200)와, 양극셀을 단위 크기로 나눠 1개 이상의 단위 양극셀을 형성하고, 적정한 간격으로 나열되도록 양극셀을 컷팅하는 양극셀커터(1300)와, 분리막, 일정 간격으로 나열된 1개 이상의 단위 음극셀, 분리막, 일정 간격으로 나열된 1개 이상의 단위 양극셀, 분리막이 순서에 맞춰 적층되고, 일체화되는 라미네이터(1400)와, 라미네이터(1400)에서 일체화된 분리막, 일정 간격으로 나열된 1개 이상의 단위 음극셀, 분리막, 일정 간격으로 나열된 1개 이상의 단위 양극셀, 분리막을 단위셀(U1) 크기로 절단하는 단위셀커터(1500)를 포함한다.
가이드(1100)는 분리막 롤(R1), 음극셀 롤(R2), 양극셀 롤(R3)로부터 풀려진 분리막, 음극셀, 양극셀에 처짐이 발생해 장력이 작은 것으로 판단되면, 상하좌우로 이동하며 분리막, 음극셀, 양극셀의 처짐을 보상한다. 처짐 감지를 위해서 각종 센서와 가이드(1100) 작동을 제어하기 위한 컨트롤 유닛 등이 구비될 수 있다.
분리막의 표면에는 접착제가 도포된다. 라미네이터(1400)는, 열과 압력을 발생시켜 분리막, 일정 간격으로 나열된 1개 이상의 단위 음극셀, 분리막, 일정 간격으로 나열된 1개 이상의 단위 양극셀, 분리막을 일체화시킨다.
일체화된 분리막, 일정 간격으로 나열된 1개 이상의 단위 음극셀, 분리막, 일정 간격으로 나열된 1개 이상의 단위 양극셀, 분리막을 라미네이터(1400)에서 단위셀커터(1500)로 인도하는 아이들 롤러(1600)가 라미네이터(1400)와 단위셀커터(1500) 사이에 위치된다. 단위셀커터(1500)는, 단위 음극셀 및 단위 양극셀이 존재하지 않는 간극 부위를 수직으로 절단한다. 단위셀커터(1500)는 상하에서 각각 날이 돌출하는 형태로 제공될 수 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 전복 장치(2000)는, 풀셀을 이루는 단위셀(U1)이 연속적으로 공급되는 컨베이어벨트(2100)와, 컨베이어벨트(2100) 상면에 위치되고, 단위셀(U1)을 흡착하는 흡착드럼(2200)과, 흡착드럼(2200) 상부 일측에 위치되고, 흡착드럼(2200)으로부터 단위셀(U1)을 뒤집힌 상태로 인수하는 테이블(2300)과, 테이블(2300)로부터 전복된 단위셀(U1)을 인수해 매거진(M1, M2)으로 이송하는 상부운반기(2400)를 포함한다.
흡착드럼(2200)은, 원기둥 형태로 제작된다. 흡착드럼(2200)의 중심에는 회전축이 위치된다. 회전축은 흡착드럼(2200) 측면에 위치된 기어박스로부터 회전력을 전달 받는다. 흡착드럼(2200)에는 1개 이상의 흡기파이프가 내장된다. 흡착드럼(2200)의 원주면에 1개 이상의 석션홀(2211)이 흡착드럼(2200)의 회전축과 평행한 너비 방향을 따라 배열된 석션부(2210)가 형성된다. 일예에 따르면, 흡착드럼(2200)의 원주면에 석션부(2210)가 4개 형성된다. 4개의 석션부(2210)는 흡착드럼(2200)의 원주면을 따라서 90도 간격으로 배열된다.
다른 실시예에 따르면, 흡착드럼(2200)에는 석션부(2210) 외에도 단위셀(U1)의 길이방향 양단을 순간적으로 파지하는 클램프 또는 핸드가 구비될 수도 있다. 또한, 흡착드럼(2200)이 원기둥 형태가 아니고, 삼각기둥 또는 사각기둥 형태로 제작될 수도 있다. 특히, 회전축이 흡착드럼(2200)의 중심을 지나지 않고, 편심될 수도 있다.
한편, 흡기파이프는 각각의 석션홀(2211)과 연결되거나, 석션부(2210)와 연결된다. 1개 이상의 흡기파이프는 진공펌프와 연결된다. 1개 이상의 흡기파이프에 석션부(2210)에 의한 단위셀(U1)의 흡입력을 조절하는 밸브류가 장착된다. 밸브류는 컨트롤밸브에 의해 작동이 조절된다. 컨트롤밸브는, 미리 준비된 로직, 제어맵, 공식 등에 의해서 석션부(2210)가 단위셀(U1)을 흡착하거나, 단위셀(U1)의 흡착을 해제하도록 밸브류의 작동을 제어한다. 또한, 흡착드럼(2200)의 라운드진 표면에 고무가 도포된다. 단위셀(U1)이 고무와 마찰됨으로써 흡착드럼(2200)으로부터 테이블(2300)로 밀려지게 된다.
테이블(2300)은, 지면과 평행한 플레이트이다. 단위셀(U1)의 단부와 접촉함으로써 테이블(2300) 상면에서의 단위셀(U1)의 위치를 제한하는 블록(2310)이 테이블(2300)에 구비된다. 블록(2310)에 의해서 단위셀(U1)이 테이블(2300)로부터 이탈되고, 컨베이어벨트(2100)로 낙하하는 것이 방지된다. 다른 실시예에 따르면, 단위셀(U1)이 정위치에 위치되도록 하는 가이드가 테이블(2300)에 구비될 수도 있다.
상부운반기(2400)는, 흡착드럼(2200)의 회전축과 평행하고, 길이방향을 따라 왕복 이동하도록 테이블(2300) 상부에 위치된 바디부(2410)와, 바디부(2410)의 길이방향 양측에 각각 구비된 제1 흡착부(2420) 및 제2 흡착부(2430)를 포함한다.
바디부(2410)는, 빔 형태로 제작된다. 바디부(2410)의 상부에 'ㄱ' 형태의 걸침부가 구비되고, 걸침부에 롤러가 구비된다. 컨베이어벨트(2100) 상부에 위치된 레일에 롤러가 안착되도록 걸침부가 걸쳐진다. 롤러에는 모터가 구비된다. 모터에 의해서 롤러가 회전하게 되고, 바디부(2410)가 길이방향을 따라서 왕복 이동하게 된다. 제1 흡착부(2420) 및 제2 흡착부(2430)는, 진공펌프와 연결된다. 진공펌프에서 발생된 흡입력에 의해 전복된 단위셀(U1)을 흡착한다.
일예에 따르면, 바디부(2410)가 길이방향을 따라 왕복 이동할 때, 제1 흡착부(2420) 및 제2 흡착부(2430) 중 어느 하나는 테이블(2300)에 위치된 전복된 단위셀(U1)을 흡착하고, 제1 흡착부(2420) 및 제2 흡착부(2430) 중 다른 하나는 전복된 단위셀(U1)을 매거진(M1, M2)에 인계하게 된다. 즉, 제1 흡착부(2420) 및 제2 흡착부(2430)가 순차적으로 전복된 단위셀(U1)을 흡착하고, 순차적으로 매거진(M1, M2)으로 인계하게 된다. 매거진(M1, M2)은 컨베이어벨트(2100)를 중심으로 대칭되도록 배치된다.
다른 실시예에 따르면, 매거진(M1, M2)은 컨베이어벨트(2100)를 중심으로 나눠져 배치되긴 하지만, 지면으로부터 이격된 높이 또는 컨베이어벨트(2100)로부터의 이격거리가 서로 상이할 수도 있다.
도 4는 전복 장치(2000)의 작동을 설명하는 절차도이다. 도 5 내지 도 11은 도 4의 절차도에 따라 단위셀(U1)을 연속적으로 뒤집는 상태도이다.
도 4 내지 도 11에 도시된 바와 같이, 전복 장치(2000)의 작동은, 컨베이어벨트(2100)에 의해 운반되는 1개 이상의 단위셀(U1) 중 어느 하나가 흡착위치에 도달하는 단계와, 흡착위치에 도달한 단위셀(U1)이 흡착드럼(2200)에 흡착되는 단계와, 흡착드럼(2200) 회전에 따라 컨베이어벨트(2100)와 가까운 흡착드럼(2200)의 하부에서 상부운반기(2400)와 가까운 흡착드럼(2200)의 상부로 흡착드럼(2200)에 흡착된 단위셀(U1)이 이동하며 뒤집히는 단계와, 단위셀(U1)이 뒤집힌 상태로 흡착드럼(2200)에서 테이블(2300)로 인계되는 단계와, 상부운반기(2400)가 전복된 단위셀(U1)을 테이블(2300)로부터 인수해 매거진(M1, M2)으로 이송하는 단계를 포함한다.
도 5에 도시된 바와 같이, 흡착위치에 도달하는 단계 및 흡착되는 단계를 통해서 컨베이어벨트(2100)에 의해 운반되던 1개 이상의 단위셀(U1) 중 어느 하나가 흡착드럼(2200)에 흡착된다.
도 6에 도시된 바와 같이, 단위셀(U1)이 이동하며 뒤집히는 단계에서, 흡착드럼(2200) 회전에 따라 흡착드럼(2200)에 흡착된 단위셀(U1)은 흡착드럼(2200)의 하부에서 흡착드럼(2200)의 상부로 이동된다. 이때, 흡착위치에 도달한 다른 단위셀(U1)이 흡착드럼(2200)에 흡착된다.
도 7 내지 도 8에 도시된 바와 같이, 상부운반기(2400)가 전복된 단위셀(U1)을 테이블(2300)로부터 인수해 매거진(M1, M2)으로 이송하는 단계에서, 상부운반기(2400)는, 길이방향 일측에 구비된 제1 흡착부(2420)가 전복된 단위셀(U1)을 흡착한 뒤 제1 흡착부(2420)가 매거진(M1, M2)에 도달하도록 길이방향을 따라 이동한다. 제1 흡착부(2420)가 매거진(M1, M2)에 도달하도록 길이방향을 따라 이동하면, 다른 단위셀(U1)이 흡착드럼(2200)의 하부에서 흡착드럼(2200)의 상부로 이동하며 뒤집히고, 흡착드럼(2200)에서 테이블(2300)로 인계된다.
도 9에 도시된 바와 같이, 제1 흡착부(2420)가 매거진(M1, M2)에 도달했을 때 제2 흡착부(2430)는 뒤집힌 다른 단위셀(U1)을 흡착한다. 제2 흡착부(2430)가 다른 단위셀(U1)을 흡착하고 제1 흡착부(2420)가 단위셀(U1)을 매거진(M1, M2)에 인계한 뒤에, 도 10에 도시된 바와 같이, 제2 흡착부(2430)가 컨베이어벨트(2100)를 중심으로 매거진(M1, M2)과 대칭을 이루도록 배치된 다른 매거진(M1, M2)을 향해 이동하도록 상부운반기(2400)가 길이방향을 따라 이동한다. 이때, 흡착드럼(2200) 회전에 따라 흡착드럼(2200)에 흡착된 뒤집힌 또 다른 단위셀(U1)이 흡착드럼(2200)의 하부에서 흡착드럼(2200)의 상부로 이동하며 뒤집히고, 흡착드럼(2200)에서 테이블(2300)로 인계된다.
도 11에 도시된 바와 같이, 제2 흡착부(2430)가 다른 매거진(M1, M2)에 도달했을 때 제1 흡착부(2420)는 테이블(2300)에 위치하는 뒤집힌 또 다른 단위셀(U1)을 흡착하게 된다.
위 기재한 바와 같이, 흡착드럼(2200)은 회전하며 반복적으로 단위셀(U1)을 흡착해 뒤집고, 전복된 단위셀(U1)을 테이블(2300)로 인계하게 된다. 상부운반기(2400)는 길이방향을 따라 반복적으로 왕복이동하며, 테이블(2300)에 위치된 전복된 단위셀(U1)을 두 매거진(M1, M2) 중 어느 하나로 이동시키고, 어느 하나의 매거진(M1, M2)에 인계하게 된다.
따라서, 위와 같이 구성되는 본 발명의 일실시예의 전복 장치(2000)에 따르면, 흡착드럼(2200)에 흡착된 단위셀(U1)이 흡착드럼(2200)의 하부에서 흡착드럼(2200)의 상부로 이동하면서 뒤집히므로, 단위셀(U1)을 손쉽게 뒤집을 수 있다.
특히, 매거진(M1, M2)에 전복된 단위셀(U1)을 연속적으로 적층하므로, 이차 전지 제작을 위한 전복된 단위셀(U1) 준비가 간편하다.
도 12에 도시된 바와 같이, 적층 장치(3000)는, 제1위치(P1)에 단위셀(U1), 단위셀(U1)과 마주하도록 제2위치(P2)에 음극셀(NC), 제3위치(P3)에 역단위셀(U2), 역단위셀(U2)과 마주하도록 제4위치(P4)에 양극셀(PC)이 준비되는 플로워(3100)와, 단위셀(U1)과 음극셀(NC) 사이 및 역단위셀(U2)과 양극셀(PC) 사이를 왕복이동하는 스테이지(3200)와, 스테이지(3200)에 제1위치(P1) 내지 제4위치(P4)에 준비된 단위셀/음극셀/역단위셀/양극셀을 순서대로 적재하는 1개 이상의 로봇암(3300)을 포함한다.
제1위치(P1) 및 제3위치(P3)는 스테이지(3200)가 이동하는 경로(3110)의 일측에 위치하고, 제2위치(P2) 및 제4위치(P4)는 스테이지(3200)가 이동하도록 플로워(3100)에 형성된 경로(3110)의 타측에 위치한다.
경로(3110)는 플로워(3100)에 직선, 곡선, 타원 또는 원 형태로 형성된다. 경로(3110)와 수직하도록 제1위치(P1), 제2위치(P2), 제3위치(P3), 제4위치(P4)가 배열된다. 도 12에 도시된 바와 같이, 경로(3110)가 직선인 경우, 스테이지(3200)가 전진 또는 후진하며 제1위치(P1) 및 제2위치(P2), 제3위치(P3) 및 제4위치(P4) 사이를 왕복 이동하게 된다. 도 13에 도시된 바와 같이, 경로(3110)가 타원 또는 원인 회전경로인 경우, 제1위치(P1) 및 제2위치(P2), 제3위치(P3) 및 제4위치(P4)가 반복적으로 형성되고, 스테이지(3200)는 원주를 따라서 특정 방향으로만 이동하게 된다.
도 14는 스테이지(3200)의 예시도이다. 도 14에 도시된 바와 같이, 스테이지(3200)는 제1위치(P1), 제2위치(P2), 제3위치(P3) 및 제4위치(P4)를 향해 일정각도 교차로 틸팅 가능하게 제작된다. 스테이지(3200)는, 경로(3110)을 따라 이동하는 몸체부(3210)와, 몸체부(3210) 상면에 위치하고, 지면과 수평한 힌지(3213)를 중심으로 좌측 또는 우측으로 틸팅되는 틸팅안착부(3212)를 포함한다.
몸체부(3210)에는 경로(3110)를 따라 구동하는 휠(3211) 및 휠(3211)을 회전시키는 구동기가 장착된다. 틸팅안착부(3212)에는 단위셀(U1), 역단위셀(U2), 음극셀(NC), 양극셀(PC)이 정위치에 안착되도록 하는 가이드(3214)가 구비된다. 틸팅안착부(3212)에는 안착된 단위셀(U1), 역단위셀(U2), 음극셀(NC), 양극셀(PC)을 고정하는 클램핑 유닛(3215)이 구비된다.
다시 도 12를 참조하면, 단위셀(U1), 음극셀(NC), 역단위셀(U2), 양극셀(PC)이 스테이지(3200) 위로 적층되는 것은 로봇암(3300)에 의해 이뤄진다. 로봇암(3300)은 제1위치(P1), 제2위치(P2), 제3위치(P3), 제4위치(P4) 일측에 각각 배치될 수 있다. 다른 예에 의하면, 로봇암(3300)은 제1위치(P1)와 제3위치(P3) 사이, 제2위치(P2)와 제4위치(P4) 사이에 각각 배치될 수도 있다. 이러한 경우, 로봇암(3300)은 제1위치(P1)와 제3위치(P3) 사이, 제2위치(P2)와 제4위치(P4) 사이를 이동하며, 단위셀(U1), 음극셀(NC), 역단위셀(U2), 양극셀(PC) 중 어느 하나를 스테이지(3200)로 이동시킬 수 있다. 경로(3110)가 회전경로일 경우, 스테이지(3200)에 로봇암(3300)이 장착될 수도 있다.
위와 같이 구성되는 본 발명의 일실시예의 라미네이팅으로 제작된 단위셀로 전극조립체를 형성하는 이차 전지 제조 시스템에 의하면, 전극 조립체 제작을 위한 공정이 간소화 되고, 제작된 전극 조립체의 불량률이 감소된다.
특히, 라미네이팅 방법을 통해 단위셀(U1)이 제작되므로, 단위셀(U1) 제작이 매우 손쉽다. 그리고, 전극조립체 형성 방법으로서 단위셀(U1)과 전극셀을 교체 적재하는 방식이 적용되므로, 단위셀(U1)과 전극셀을 준비하는 과정이 간단하고 전극 불량품을 해당 준비 과정에서 사전 제거함으로써 재작업의 빈도를 현저히 줄일 수 있다.또한, 틸팅되는 스테이지(3200) 및 로봇암(3300)을 통해 단위셀(U1), 전극셀을 정위치에 안착시킬 수 있다. 궁극적으로, 전극 조립체의 불량률을 감소시킬 수 있다.
1000: 단위셀 형성 장치 1100: 가이드
1200: 음극셀커터 1300: 양극셀커터
1400: 라미네이터 1500: 단위셀커터
1600: 아이들 롤러 2000: 전복 장치
2100: 컨베이어벨트 2200: 흡착드럼
2210: 석션부 2211: 석션홀
2300: 테이블 2310: 블록
2400: 상부운반기 2410: 바디부
2420: 제1 흡착부 2430: 제2 흡착부
M1: 매거진 M2: 매거진
3000: 적층 장치 3100: 플로워
3110: 경로 3200: 스테이지
3210: 몸체부 3211: 휠
3212: 틸팅안착부 3213: 힌지
3214: 가이드 3215: 클램핑 유닛
3300: 로봇암 P1: 제1위치
P2: 제2위치 P3: 제3위치
P4: 제4위치 R1: 분리막 롤
R2: 음극셀 롤 R3: 양극셀 롤
U1: 단위셀 U2: 역단위셀
NC: 음극셀 PC: 양극셀

Claims (12)

  1. 권취된 분리막 롤, 음극셀 롤, 양극셀 롤로부터 분리막/음극셀/분리막/양극셀/분리막 순서로 적층된 단위셀을 형성하는 단위셀 형성 장치;
    상기 단위셀 형성 장치에 의해 형성된 2개 이상의 단위셀 중 일부를 전복시켜 분리막/양극셀/분리막/음극셀/분리막 순서로 적층된 역단위셀을 형성하는 전복 장치;
    단위셀/음극셀/역단위셀/양극셀 순서로 적층하는 적층 장치;
    상기 전복 장치는,
    상기 단위셀이 연속적으로 공급되는 컨베이어벨트;
    상기 컨베이어벨트 상면에 위치되고, 상기 단위셀을 흡착하는 흡착드럼;
    상기 흡착드럼 상부 일측에 위치되고, 상기 흡착드럼으로부터 상기 단위셀을 뒤집힌 상태로 인수하는 테이블;
    상기 테이블로부터 뒤집힌 상기 단위셀을 인수해 매거진으로 이송하는 상부운반기를 포함하는,
    라미네이팅으로 제작된 단위셀로 전극조립체를 형성하는 이차 전지 제조 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 단위셀 형성 장치는,
    상기 분리막 롤, 상기 음극셀 롤, 상기 양극셀 롤로부터 풀려진 분리막, 음극셀, 양극셀이 중첩될 수 있도록 유도하는 가이드;
    상기 음극셀을 단위 크기로 나눠 단위 음극셀을 형성하고, 일정 간격으로 상기 음극셀을 컷팅하는 음극셀커터;
    상기 양극셀을 단위 크기로 나눠 단위 양극셀을 형성하고, 일정 간격으로 상기 양극셀을 컷팅하는 양극셀커터;
    상기 분리막, 일정 간격으로 나열된 상기 단위 음극셀, 상기 분리막, 일정 간격으로 나열된 상기 단위 양극셀, 상기 분리막이 순서에 맞춰 적층되고, 일체화되는 라미네이터;
    상기 라미네이터에서 일체화된 상기 분리막, 일정 간격으로 나열된 상기 단위 음극셀, 상기 분리막, 일정 간격으로 나열된 상기 단위 양극셀, 상기 분리막을 상기 단위셀 크기로 절단하는 단위셀커터를 포함하는,
    라미네이팅으로 제작된 단위셀로 전극조립체를 형성하는 이차 전지 제조 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    일체화된 상기 분리막, 일정 간격으로 나열된 상기 단위 음극셀, 상기 분리막, 일정 간격으로 나열된 상기 단위 양극셀, 상기 분리막을 상기 라미네이터에서 상기 단위셀커터로 인도하는 아이들 롤러가 상기 라미네이터와 상기 단위셀커터 사이에 위치된,
    라미네이팅으로 제작된 단위셀로 전극조립체를 형성하는 이차 전지 제조 시스템.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 흡착드럼의 원주면에 1개 이상의 석션홀이 상기 흡착드럼의 회전축과 평행한 길이 방향을 따라 배열된 석션부가 형성된,
    라미네이팅으로 제작된 단위셀로 전극조립체를 형성하는 이차 전지 제조 시스템..
  6. 제1항에 있어서,
    상기 단위셀의 단부와 접촉함으로써 상기 테이블 상면에서의 상기 단위셀의 위치를 제한하는 블록이 상기 테이블에 구비된,
    라미네이팅으로 제작된 단위셀로 전극조립체를 형성하는 이차 전지 제조 시스템.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 상부운반기는,
    상기 흡착드럼의 회전축과 평행하고, 길이방향을 따라 왕복 이동하도록 상기 테이블 상부에 위치된 바디부;
    상기 바디부의 길이방향 양측에 각각 구비된 제1 흡착부 및 제2 흡착부를 포함하는.
    라미네이팅으로 제작된 단위셀로 전극조립체를 형성하는 이차 전지 제조 시스템.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 바디부가 길이방향을 따라 왕복 이동할 때, 상기 제1 흡착부 및 상기 제2 흡착부 중 어느 하나는 상기 테이블에 위치된 뒤집힌 상기 단위셀을 흡착하고, 상기 제1 흡착부 및 상기 제2 흡착부 중 다른 하나는 뒤집힌 상기 단위셀을 상기 매거진에 인계하는,
    라미네이팅으로 제작된 단위셀로 전극조립체를 형성하는 이차 전지 제조 시스템.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 적층 장치는,
    제1위치에 상기 단위셀, 상기 단위셀과 마주하도록 제2위치에 음극셀, 제3위치에 상기 역단위셀, 상기 역단위셀과 마주하도록 제4위치에 양극셀이 준비되는 플로워;
    상기 단위셀과 상기 음극셀 사이 및 상기 역단위셀과 상기 양극셀 사이를 왕복이동하는 스테이지;
    상기 스테이지에 상기 제1위치 내지 상기 제4위치에 준비된 단위셀/음극셀/역단위셀/양극셀을 순서대로 적재하는 1개 이상의 로봇암을 포함하는,
    라미네이팅으로 제작된 단위셀로 전극조립체를 형성하는 이차 전지 제조 시스템.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 스테이지는 상기 제1위치, 상기 제2위치, 상기 제3위치 및 상기 제4위치를 향해 일정각도 교차로 틸팅 가능한,
    라미네이팅으로 제작된 단위셀로 전극조립체를 형성하는 이차 전지 제조 시스템.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 제1위치 및 상기 제3위치는 상기 스테이지가 이동하는 경로의 일측에 위치하고, 상기 제2위치 및 상기 제4위치는 상기 스테이지가 이동하는 경로의 타측에 위치하는,
    라미네이팅으로 제작된 단위셀로 전극조립체를 형성하는 이차 전지 제조 시스템.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 제1위치와 상기 제3위치 사이 및 상기 제2위치와 상기 제4위치 사이에 각각 상기 로봇암이 위치된,
    라미네이팅으로 제작된 단위셀로 전극조립체를 형성하는 이차 전지 제조 시스템.
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