KR102104875B1 - 간편한 결합 구조를 가지는 전지셀 위치 정렬 수단을 포함하는 셀 제조 장치 - Google Patents

간편한 결합 구조를 가지는 전지셀 위치 정렬 수단을 포함하는 셀 제조 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 자석과 금속 간의 자성 결합에 기반한 하나 이상의 제 1 체결 구조, 및 체결홈과 체결돌기 간의 기계적 결합에 기반한 하나 이상의 제 2 체결 구조를 함께 포함하는 조립체 구조의 위치 정렬 수단을 포함하는 셀 제조 장치를 제공한다.

Description

간편한 결합 구조를 가지는 전지셀 위치 정렬 수단을 포함하는 셀 제조 장치 {Cell Manufacturing Apparatus Comprising Alignment Means for Battery Cell Having Compact Coupling Structure}
본 발명은 간편한 결합 구조를 가지는 전지셀 위치 정렬 수단을 포함하는 셀 제조 장치에 관한 것이다.
IT(Information Technology) 기술이 눈부시게 발달함에 따라 다양한 휴대형 정보통신 기기의 확산이 이뤄짐으로써, 21세기는 시간과 장소에 구애 받지 않고 고품질의 정보서비스가 가능한 '유비쿼터스 사회'로 발전되고 있다.
이러한 유비쿼터스 사회로의 발전 기반에는, 리튬을 기반으로 하며 충방전이 가능한 전지셀이 중요한 위치를 차지하고 있다. 구체적으로, 리튬 전지셀은 와이어리스 모바일 기기의 에너지원으로 광범위하게 사용되고 있을 뿐만 아니라, 화석 연료를 사용하는 기존의 가솔린 차량, 디젤 차량 등의 대기오염 등을 해결하기 위한 방안으로 제시되고 있는 전기자동차, 하이브리드 전기자동차 등의 에너지원으로서도 사용되고 있다.
일반적으로 전지셀은 복수의 양극과 음극으로 구성된 전극조립체가 전지케이스에 장착되어 있는 구조로 이루어져 있으며, 전지셀의 전류가 외부로 전류가 흐를 수 있는 양극성과 음극성의 한 쌍의 리드를 포함한다.
이러한 전지셀은 일반적으로 반자동화된 제조 라인, 예를 들어, 전지셀의 이송이 가능한 컨베이어와, 이 컨베이어로 이송되는 전지셀을 수령하고 전지케이스를 밀봉 시키는 공정, 전극 탭과 전극 리드를 용접 시키는 공정 또는 전지셀 외면을 가공 성형 시키는 공정 등에서 출하 가능한 형태로 제조될 수 있다.
또한, 이러한 제조 라인에는 전극조립체의 조립이나 전지케이스의 성형 등의 셀 구성체를 제조 하는 장치 뿐만 아니라, 복수의 전지셀을 어셈블리 형태로 제조하는 장치 또한 포함될 수 있으며, 이와 같이, 전지셀 제조 대한 전반적인 공정이 수행되는 포괄적인 제조 라인을 넓은 의미에서 셀 제조 장치라 지칭할 수 있다.
이와 같은 셀 제조 장치에는, 각 공정에 요구되는 제반 부품들, 예를 들어, 전지셀을 픽업하여 컨베이어나 가공 장치로 운반하는 그립퍼들, 각 가공 장치들로 투입되는 전지셀의 방향을 소정의 위치로 정렬 시키는 부재 등이 다수 포함되어 있으며, 이러한 부품들은 각각 복수의 파츠들(parts)이 나사나 볼트 등의 기계적 체결 구조에 의해 조합된 구조로 이루어져 있다.
한편, 최근 다양한 디자인의 디바이스들이 개발되고 있고 이에 발맞춰 전지셀의 제반 성능, 형상, 크기 등이 다양하게 제조되고 있다.
따라서, 셀 제조 장치에는 그것을 구성하는 다수의 제반 부품들이 다양한 구조의 전지셀에 대응되도록 파츠들을 분리하고 이를 재조합 하는 사전 공정이 주기적으로 선행되고 있다.
그러나, 나사와 볼트에 기반한 제반 부품들의 결합 구조는 그것의 분리와 재조합에 많은 시간이 소요될 뿐만 아니라, 다수의 인력이 요구되어 셀 제조 장치의 관리적 측면과 제조 비용적 측면에서 매우 비효율적인 문제점이 있다.
따라서, 간편한 구조로 조립과 재조합이 가능하여 셀 제조 장치의 제조 효율과 비용을 절감할 수 있는 기술의 필요성이 높은 실정이다.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.
구체적으로, 본 발명의 목적은, 간편한 결합 구조를 가짐으로써, 조립과 분리가 용이한 조립체 구조의 전지셀 정렬 수단과 이를 포함하는 셀 제조 장치를 제공하는 것으로 상세하게는 정렬 수단의 간편한 결합 구조에 기반하여 다양한 상황 하에, 부품 교체가 신속하면서도 우수한 조립 구조로 전지셀의 전반적인 제조 공정성을 향상시킬 수 있는 기술을 제공하는 것이다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 셀 제조 장치는, 전지셀의 제조 과정에서, 전지셀 또는 전지셀을 구성하는 셀 구성체들을 소정의 위치에 정렬시키는 위치 정렬 수단을 하나 이상 포함하는 셀 제조 장치로서,
상기 위치 정렬 수단은, 하나 이상의 베이스 플레이트에, 하나 이상의 위치 정렬 부재가 분리 가능하게 결합되어 있는 조립체 구조로 이루어져 있고;
상기 조립체 구조는, 자석과 금속 간의 자성 결합에 기반한 하나 이상의 제 1 체결 구조, 및 체결홈과 체결돌기 간의 기계적 결합에 기반한 하나 이상의 제 2 체결 구조를 함께 포함하고 있는 것을 특징으로 한다.
이와 같은 셀 제조 장치의 구조에서는 제 1 체결 구조와 제 2 체결 구조에 기반하여 제반 부품으로서 위치 정렬 수단을 구성하는 각 파츠들인 베이스 플레이트와 위치 정렬 부재가 간편한 결합구조로 이루어져 있어, 분리가 쉽고 재조합이 용이한 점에 주목해야 한다.
일반적으로 나사나 볼트를 이용한 기계적 체결 방식은 각 파츠들간의 결합에 요구되는 나사나 볼트의 수량에 따라 조립 시간이 기하급수적으로 증가하는 바, 기존의 셀 제조 장치에 포함되었던 제반 부품들의 나사나 볼트를 이용한 분리와 조립 시간에 상당한 시간이 소요되었다. 이러한 시간 소요는 전지셀 제조 공정 전반의 공정성을 상당히 저해하는 원인으로 작용한다.
반면에 본 발명에 따른 셀 제조 장치에서는, 제반 부품으로서의 위치 정렬수단이 체결홈에 체결돌기가 삽입되는 매우 콤팩트한 결합 구조와 함께 자성 결합만으로 조립체 구조를 형성하기 때문에 나사와 볼트를 이용한 기계적 체결 방식과 비교하여 파츠들의 조립이 용이하고, 반대로 파츠들 각각으로 분리하고 이들을 재조합 하는 사전 공정 역시 신속하게 수행될 수 있다.
뿐만 아니라, 나사에 의한 결합 구조는 각 파츠들의 조립 시, 나사산과 골의 공차로 인하여 미세한 치수 오차를 가지며, 정밀한 치수 안정성이 요구되는 소형 전지셀의 제조에 불량을 유발할 수 있으나, 본 발명에서는 제 2 체결 구조를 구성하는 체결홈과 체결돌기의 결합에서는 미세한 공차가 존재하지 않기 때문에 위치 정렬 수단이 정밀한 치수 안정성을 가질 수 있는 장점 또한 제공할 수 있다.
본 발명에서 전지셀의 정렬이란, 전지셀 자체 뿐만 아니라 전지셀을 구성하는 셀 구성체들, 예를 들어 전지케이스, 리드, 전극조립체와 같은 단위체들에 대해 소망하는 형태로 가공 및 제조가 가능한 위치나 방향으로 조정하는 것을 의미하며, 마찬가지로 위치 정렬 수단이란, 전지셀 자체 뿐만 아니라 상기한 셀 구성체들에 대한 정렬 수행이 가능한 제반 부품들을 의미한다.
또한, 제반 부품들이란, 셀 제조 장치를 구성하는 다수의 구성체들을 의미하는 것으로, 이들 구성체들이 조립 및 조합되어 전지셀에 대한 전반적인 제조를 수행하는 셀 제조 장치를 구성하는 것으로 이해할 수 있다.
이하에서는 비제한적인 예들을 통해, 본 발명에 따른 셀 제조 장치와 이를 구성하는 제반 부품으로서의 위치 정렬 수단의 구체적인 구조를 상세하게 설명한다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 베이스 플레이트는, 일면으로부터 외향 돌출되어 있는 복수의 체결돌기들과, 상기 일면으로부터 내향 만입되어 있는 공간에 자석이 장착되어 있는 하나 이상의 자석 체결부를 포함하고;
상기 위치 정렬 부재는, 체결돌기들이 삽입되는 복수의 체결홈들과, 자성에 의해 자석 체결부에 고정되는 하나 이상의 금속 부재를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 베이스 플레이트와 위치 정렬 부재가 대면한 상태에서, 체결돌기들이 체결홈들에 삽입되어 제 2 체결 구조로 위치 정렬 수단의 조립체 구조를 형성하고,
상기 위치 정렬 부재와 베이스 플레이트가 제 2 체결 구조를 이룬 상태에서, 서로 밀착된 자석 체결부와 금속 부재가 자성으로 제 1 체결 구조를 형성하여, 베이스 플레이트와 위치 정렬 수단 간의 조립체 구조를 추가로 고정시킬 수 있다.
이러한 구조는 제 2 체결 구조를 통해 베이스 플레이트와 정렬 부재가 정 위치에서 정렬된 상태로 조립체 구조를 형성함과 동시에 자석 체결부와 금속 부재가 서로 대면된 상태로 자성 결합되어 조립체 구조를 더욱 공고히 고정시킬 수 있다.
다른 한편으로는 단순히 자성에 의한 결합 시, 외력에 의해 자석과 금속 간 결합 위치가 어긋날 수 있는 문제점을 해소할 수 있음을 이해할 수 있으며, 제 2 결합 구조의 달성 시, 제 1 결합 구조가 자연스럽게 달성되는 측면에서도, 본 발명의 정렬 수단은 더욱 신속하게 조립체 구조로 조립될 수 있는 점을 주목해야 한다.
본 발명에서 상기 자석 체결부는, 금속 부재와 대면하는 표면이 베이스 플레이트의 일면으로부터 0.1 mm 내지 0.3 mm 깊이로 만입된 구조로 자석이 상기 공간에 장착되어 있을 수 있다.
마찬가지로, 상기 금속 부재는 자석 체결부에 대면하는 외면이 위치 정렬 부재의 표면으로부터 0.1 mm 내지 0.3 mm 깊이로 만입된 구조로 위치 정렬 부재에 장착되어 있을 수 있다.
따라서, 베이스 플레이트와 정렬 부재가 조립체 구조를 형성한 상태에서, 자석과 금속 부재가 서로 완전히 밀착되지 않고 상기한 깊이들 만큼 서로 이격된 상태로 제 1 결합 구조를 유지하며, 이는 베이스 플레이트와 정렬 부재를 서로 분리하기 용이하게 하기 위함이다.
즉, 자석과 금속이 상호 완전히 대면된 상태로 자성 결합된 상태에서는 베이스 플레이트와 정렬 부재간 결합력은 증대될 수 있으나, 분리 시에는, 자석과 금속 부재의 상대적으로 강한 접합력에 의해 체결홈으로부터 체결돌기를 분리시키기 용이하지 않으며, 이 과정에서 체결돌기가 손상될 수 있으므로, 자석과 금속 부재간 접합력은 이들이 완전히 밀착된 수준 보다는 낮은 수준으로 유지되는 것이 바람직하다.
이에 본 발명에서 정의한 상기 깊이 범위는 제 1 결합 구조가 달성된 상태에서 베이스 플레이트와 정렬 부재 간 결합이 공고히 유지될 수 있는 자성이 형성되면서도 분리 시, 체결홈에 삽입된 체결돌기에 과도한 부하로 작용하지 않는 범위임을 이해할 수 있다.
본 발명의 발명자들이 확인한 바에 따르면, 상기 범위를 초과하는 깊이에서는 소망하는 자성 결합력이 형성되지 않았으며, 반대로 상기 범위 미만에서는 체결돌기의 분리가 용이하지 않음을 확인하였다.
또한 이와 연계하여 앞서 설명한 적정한 자성이 형성되도록 상기 자석의 자력은 3500 gauss 내지 4500 gauss 일 수 있으며, 이에 접합되는 금속 부재는 철 및/또는 니켈일 수 있다.
본 발명의 발명자들이 확인한 바에 따르면, 상기 3500 gauss 미만에서는, 낮은 외력에도 베이스 플레이트와 정렬 부재 간 결합이 해제되어 소망하는 형태로 셀 제조 장치를 구성할 수 없으며, 4500 gauss 초과의 상대적으로 높은 자력을 가지는 경우에는 분리 시, 체결홈 내측의 체결돌기에 부하가 형성되어 파손되기 용이한 단점을 확인하였다.
본 발명에서 상기 체결돌기들은 체결홈의 깊이 대비 100%미만일 있으며, 상세하게는 체결홈의 깊이 대비 60% 내지 99%의 돌출 길이를 가질 수 있다.
구체적으로 체결돌기와 체결홈이 서로 결합된 상태에서, 베이스 플레이트와 정렬 부재에 체결돌기의 돌출 방향으로 상당한 부하가 인가되는 경우에는, 체결홈 내면으로부터 체결돌기가 가압되면서 변형될 수 있으므로, 이를 방지하기 위하여, 상기와 같이 체결돌기를 체결홈의 깊이 대비 상대적으로 짧게 설계하는 것이 바람직하다. 다만 상기 범위 미만에서는 체결홈에 대한 체결돌기의 공고한 결합력을 기대할 수 없는 바, 적어도 체결홈의 깊이 대비 60% 이상의 돌출 길이를 가지는 것이 바람직하고, 상세하게는 체결돌기가 체결홈의 깊이 대비 70% 내지 80%의 돌출 길이를 가질 수 있다.
상기 체결돌기는 또한, 체결홈에 대한 억지 끼움이 가능하도록, 체결홈의 내부 체적 대비 101% 내지 110%의 체적을 가질 수 있다.
따라서, 상기 체결돌기가 체결홈에 삽입된 상태에서는 체결돌기의 외면과 체결홈의 내면이 상호 강하게 맞물리면서 서로에 대해 고정될 수 있다. 상기 체결돌기의 체적이 상기 범위 미만에서는 억지끼움이 가능하지 않으며, 상기 범위를 초과하는 경우에는 억지끼움 과정에서 체결돌기가 파손되거나 변형될 수 있으므로 바람직하지 않다.
본 발명에서 상기 위치 정렬 부재는, 셀 제조 장치에서 다양한 구조로 전지셀을 정렬시키는 구조로 이루어질 수 있다.
하나의 예에서, 상기 위치 정렬 부재는, 체결홈 및 금속 부재가 형성되어 있는 본체; 및 전지셀의 외주변 형상에 대응하는 내면 형상으로 본체 상에 천공되어 있으며, 전지셀의 외주면에 밀착되어 베이스 플레이트 상에서 전지셀을 정위치 정렬시키는 관통구;를 포함하는 구조로 이루어질 수 있다.
이러한 구조에서는 관통구를 기준으로 복수의 체결홈들이 본체의 양단과 인접한 표면에서 대칭적으로 형성되어 있거나, 또는 짝수 개의 체결홈들이 상기와 같이 대칭적으로 형성되어 있고 또 다른 하나 이상의 체결홈이 본체 상단이나 하단과 인접한 표면에 추가로 형성되어 있을 수 있다.
상기 위치 정렬 부재 본체의 형상은 평면상으로, 다각형 구조, 원형이나 타원 구조, 또는 모서리가 라운드 처리된 구조일 수 있으나 이러한 형상들만으로 한정되는 것은 아니다.
또한, 상기 위치 정렬 부재의 관통구는, 상술한 바와 같이 전지셀 외주변 형상과 대응하는 내면 형상을 가지는 바, 평면상으로 전지셀의 형성과 대응되는 형상으로 이루어질 수 있다.
상기 위치 정렬 부재는 전지셀이 관통구에 삽입된 상태에서 전지셀 외주변들이 관통구 내면에 밀착, 고정되면서 전지셀 위치가 고정되며, 전지셀의 하면이나 상면이 관통구와 대면하는 베이스 플레이트에 지지된다.
상기 위치 정렬 부재의 또 다른 예에서, 상기 위치 정렬 부재는, 체결홈 및 금속 부재가 형성되어 있는 본체; 및 전지셀의 외곽 형상에 대응하는 내면 형상으로 본체로부터 만입되어 있으며, 전지셀의 외면에 밀착되어 본체 상에 전지셀을 정위치 정렬시키는 만입부;를 포함하는 구조로 이루어질 수 있다.
이러한 구조에서는 만입부를 기준으로 복수의 체결홈들이 본체의 양단과 인접한 표면에서 대칭적으로 형성되어 있거나, 또는 짝수 개의 체결홈들이 상기와 같이 대칭적으로 형성되어 있고 또 다른 하나 이상의 체결홈이 본체 상단이나 하단과 인접한 표면에 추가로 형성되어 있을 수 있다.
상기 위치 정렬 부재 본체의 형상은 평면상으로, 다각형 구조, 원형이나 타원 구조, 또는 모서리가 라운드 처리된 구조일 수 있으나 이러한 형상들만으로 한정되는 것은 아니다.
또한, 상기 위치 정렬 부재의 만입부는, 상술한 바와 같이 전지셀 외곽 형상과 대응하는 내면 형상을 가지는 바, 평면상으로 전지셀의 형성과 대응되는 형상으로 이루어질 수 있다.
상기 위치 정렬 부재는 전지셀이 만입부에 삽입된 상태에서 전지셀 외면들이 만입부 내면에 밀착, 고정되면서 전지셀 위치가 고정됨과 동시에 만입부에 의해 지지된다.
상기 위치 정렬 부재의 또 다른 예에서, 상기 위치 정렬 부재는, 체결홈 및 금속 부재가 형성되어 있는 본체; 및 전지셀의 양 측면에만 밀착되어 전지셀을 정위치 정렬시키는 한 쌍의 그립퍼들;를 포함하는 구조로 이루어질 수 있다.
이러한 그립퍼들은 전지셀을 픽업하여 컨베이어나 가공 장치로 운반하는 위치 정렬 부재로서, 그립퍼들 각각이 전지셀의 양 측면에 밀착된 상태로 소정의 방향으로 전지셀을 정렬할 수 있다.
상기 위치 정렬 부재의 또 다른 예에서, 체결홈 및 금속 부재가 형성되어 있는 본체; 및 전지셀에서 전지케이스의 외주 실링부에 밀착되어, 외주 실링부의 위치를 정렬시키는 위치 조정부;를 포함하는 구조로 이루어질 수 있다.
상기 구조는 조정부가 전지케이스의 외주 실링부에 밀착된 상태로 외주 실링부를 가압하여 정렬 시키도록 구성되어 있다.
상기 위치 정렬 부재의 또 다른 예에서, 상기 위치 정렬 부재는, 체결홈 및 금속 부재가 형성되어 있는 본체; 및 전지셀 또는 셀 구성체의 외면에 밀착되는 부위에 복수의 슬릿들이 형성되어 있고, 상기 슬릿을 통해 진공압을 형성하는 진공장치가 장착되어 있으며, 상기 슬릿을 통한 진공압으로 전지셀 또는 셀 구성체를 그것 상에 정렬 및 고정 시키는 슬릿부;를 포함할 수 있다.
앞서 설명한 위치 정렬 부재들과 결합되는 베이스 플레이트의 구체적인 구조는, 하나의 구체적인 예에서, (a) 위치 정렬 부재가 결합된 상태에서, 위치 정렬 부재를 통해 전지셀이 안착되는 제 1 금속판; 및 (b) 위치 정렬 부재가 결합된 상태에서 셀 제조 장치, 또는 다른 위치 정렬 수단에 결합되는 제 2 금속판;에서 선택되는 적어도 하나 이상을 포함하는 구조일 수 있다.
즉, 베이스 플레이트는 위치 정렬 부재와 결합된 상태에서 위치 정렬 부재를 셀 제조 장치에 고정 및 위치 시킬 수 있으며, 경우에 따라서는 또 다른 위치 정렬 수단과 결합하여 그 구조를 확장시킬 수도 있다.
베이스 플레이트는 전반적으로 장방형 구조의 금속 또는 고분자 플레이트일 수 있으며, 복수의 베이스 플레이트들이 결합된 구조일 수도 있다.
또한 체결돌기와 자석 체결부 각각은, 위치 정렬 수단의 체결홈과 금속 부재에 정확하게 대응되는 위치의 베이스 플레이트 상에 형성되어 있을 수 있다.
이상 설명한 위치 정렬 부재들과 베이스 플레이트의 구조는 셀 제조 장치를 구성할 수 있는 다수의 부품들 중, 위치 정렬 수단에 대한 예시적인 구조들로서, 상기한 구조들 이외에도, 전지셀 제조에 관여하면서도 분리와 유지 보수가 필요한 셀 제조 장치의 제반 부품들이라면 제 1 결합 구조와 제 2 결합 구조가 적용될 수 있음은 물론이며, 이 또한 본 발명의 범주에 포함될 수 있다.
구체적으로, 탭-리드 용접 장치에서 소망하는 위치로 전지셀을 정렬하고 리드를 소망하는 위치로 정렬시킨 상태로 공급시키는 롤러나 지그 등 또한 셀 제조 장치를 구성하는 제반 부품들로서, 위치 정렬 부재와 베이스 플레이트에 기반한 조립체 구조가 적용될 수 있다.
또한, 전지케이스의 실링부를 폴딩시키는 장치나 단위셀과 분리 필름 등을 폴딩 시키는 장치에서도 소망하는 위치로 정렬시키는 다수의 부품들에도 상기 위치 정렬 부재와 베이스 플레이트에 기반한 조립체 구조가 적용될 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 셀 제조 장치는,
전지셀의 전지케이스에 대한 열융착 밀봉을 수행하는 밀봉 처리부;
전지셀의 전극 탭들에 전극 리드를 용접시키는 용접부;
전지셀의 외면에 열과 압력을 인가하여 전지셀 외면의 주름을 제거하는 셀 가공부; 및
전지셀이 안착된 상태로, 전지셀을 밀봉 처리부, 용접부 및 셀 가공부에서 선택되는 하나 이상의 제조 장치로 이송시키는 컨베이어;
를 더 포함하고 있고,
상기 위치 정렬 수단은 밀봉 처리부, 용접부 및 셀 가공부에서 선택되는 적어도 하나 이상의 제조 장치에서 전지셀을 소망하는 위치와 방향으로 정렬시키는 수단일 수 있다.
여기서, 상기 셀 제조 장치는,
(i) 시트 형태의 전극을 소정의 크기로 커팅시키는 제 1 장치;
(ii) 둘 이상의 전극과 전극들 사이에 분리막이 개재된 형태로 적층하고, 열과 압력으로 이들을 접착시켜 단위셀을 제조하는 제 2 장치;
(iii) 둘 이상의 단위셀들 사이에 분리막이 개재된 형태로 적층하고, 열과 압력으로 이들을 접착시켜 단위셀 적층체를 제조하는 제 3 장치;
(iv) 시트 형태의 분리필름 상에 단위셀들을 순차적으로 배치시키는 제 3 장치;
(v) 분리필름 상에 단위셀들이 배열된 상태에서 열과 압력으로 이들을 접착시켜 웹(web) 형태의 단위셀 배열체를 제조하는 제 4 장치; 및
(vi) 분리필름 상에 단위셀들이 소정의 간격으로 배열 및 접착된 상태에서, 첫 번째 단위셀을 고정하고 이를 기준으로 분리필름을 권취하는 제 5 장치;
에서 선택되는 하나 이상의 장치를 추가로 포함할 수도 있다.
이처럼, 본 발명에 따른 셀 제조 장치는, 전지셀을 구성하는 셀 구성체들로부터 전지셀까지 출하가 가능한 형태로 제조하는 각 장치들의 조합체로서, 이를 다른 의미에서 전지셀의 제조 라인이라 지칭할 수 있다.
본 발명은 또한, 상기 셀 제조 장치로 제조된 것을 특징으로 하는 전지셀과 이 전지셀을 포함하는 디바이스를 제공한다.
본 발명에서 전지셀은 그것의 종류가 특별히 한정되는 것은 아니지만, 구체적인 예로서, 높은 에너지 밀도, 방전 전압, 출력 안정성 등의 장점을 가진 리튬 이온(Li-ion) 이차전지, 리튬 폴리머(Li-polymer) 이차전지, 또는 리튬 이온 폴리머(Li-ion polymer) 이차전지 등과 같은 리튬 이차전지일 수 있다.
일반적으로, 리튬 이차전지는 양극, 음극, 분리막, 및 리튬염 함유 비수 전해액으로 구성되어 있다.
상기 양극은, 예를 들어, 양극 집전체 및/또는 연장 집전부 상에 양극 활물질, 도전재 및 바인더의 혼합물을 도포한 후 건조하여 제조되며, 필요에 따라서는, 상기 혼합물에 충진제를 더 첨가하기도 한다.
상기 양극 집전체 및/또는 연장 집전부는 일반적으로 3 내지 500 마이크로미터의 두께로 만든다. 이러한 양극 집전체 및 연장 집전부는, 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 높은 도전성을 가지는 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 스테인리스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소, 또는 알루미늄이나 스테인리스 스틸의 표면에 카본, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면처리한 것 등이 사용될 수 있다. 양극 집전체 및 연장 집전부는 그것의 표면에 미세한 요철을 형성하여 양극활물질의 접착력을 높일 수도 있으며, 필름, 시트, 호일, 네트, 다공질체, 발포체, 부직포체 등 다양한 형태가 가능하다.
상기 양극 활물질은 리튬 코발트 산화물(LiCoO2), 리튬 니켈 산화물(LiNiO2) 등의 층상 화합물이나 1 또는 그 이상의 전이금속으로 치환된 화합물; 화학식 Li1+xMn2-xO4 (여기서, x 는 0 ~ 0.33 임), LiMnO3, LiMn2O3, LiMnO2 등의 리튬 망간 산화물; 리튬 동 산화물(Li2CuO2); LiV3O8, LiFe3O4, V2O5, Cu2V2O7 등의 바나듐 산화물; 화학식 LiNi1-xMxO2 (여기서, M = Co, Mn, Al, Cu, Fe, Mg, B 또는 Ga 이고, x = 0.01 ~ 0.3 임)으로 표현되는 Ni 사이트형 리튬 니켈 산화물; 화학식 LiMn2-xMxO2 (여기서, M = Co, Ni, Fe, Cr, Zn 또는 Ta 이고, x = 0.01 ~ 0.1 임) 또는 Li2Mn3MO8 (여기서, M = Fe, Co, Ni, Cu 또는 Zn 임)으로 표현되는 리튬 망간 복합 산화물; 화학식의 Li 일부가 알칼리토금속 이온으로 치환된 LiMn2O4; 디설파이드 화합물; Fe2(MoO4)3 등을 들 수 있지만, 이들만으로 한정되는 것은 아니다.
상기 도전재는 통상적으로 양극 활물질을 포함한 혼합물 전체 중량을 기준으로 1 내지 30 중량%로 첨가된다. 이러한 도전재는 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 천연 흑연이나 인조 흑연 등의 흑연; 카본블랙, 아세틸렌 블랙, 케첸 블랙, 채널 블랙, 퍼네이스 블랙, 램프 블랙, 서머 블랙 등의 카본블랙; 탄소 섬유나 금속 섬유 등의 도전성 섬유; 불화 카본, 알루미늄, 니켈 분말 등의 금속 분말; 산화아연, 티탄산 칼륨 등의 도전성 위스키; 산화 티탄 등의 도전성 금속 산화물; 폴리페닐렌 유도체 등의 도전성 소재 등이 사용될 수 있다.
상기 바인더는 활물질과 도전재 등의 결합과 집전체에 대한 결합에 조력하는 성분으로서, 통상적으로 양극 활물질을 포함하는 혼합물 전체 중량을 기준으로 1 내지 30 중량%로 첨가된다. 이러한 바인더의 예로는, 폴리불화비닐리덴, 폴리비닐알코올, 카르복시메틸셀룰로우즈(CMC), 전분, 히드록시프로필셀룰로우즈, 재생 셀룰로우즈, 폴리비닐피롤리돈, 테트라플루오로에틸렌, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 에틸렌-프로필렌-디엔 테르 폴리머(EPDM), 술폰화 EPDM, 스티렌 브티렌 고무, 불소 고무, 다양한 공중합체 등을 들 수 있다.
상기 충진제는 양극의 팽창을 억제하는 성분으로서 선택적으로 사용되며, 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 섬유상 재료라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등의 올리핀계 중합체; 유리섬유, 탄소섬유 등의 섬유상 물질이 사용된다.
상기 음극은 음극 집전체 및/또는 연장 집전부 상에 음극 활물질을 도포, 건조하여 제작되며, 필요에 따라, 앞서 설명한 바와 같은 성분들이 선택적으로 더 포함될 수도 있다.
상기 음극 집전체 및/또는 연장 집전부는 일반적으로 3 내지 500 마이크로미터의 두께로 만들어진다. 이러한 음극 집전체 및/또는 연장 집전부는, 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 구리, 스테인리스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소, 구리나 스테인리스 스틸의 표면에 카본, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면처리한 것, 알루미늄-카드뮴 합금 등이 사용될 수 있다. 또한, 양극 집전체와 마찬가지로, 표면에 미세한 요철을 형성하여 음극 활물질의 결합력을 강화시킬 수도 있으며, 필름, 시트, 호일, 네트, 다공질체, 발포체, 부직포체 등 다양한 형태로 사용될 수 있다.
상기 음극 활물질로는, 예를 들어, 난흑연화 탄소, 흑연계 탄소 등의 탄소; LixFe2O3(0≤x≤1), LixWO2(0≤x≤1), SnxMe1-xMe'yOz (Me: Mn, Fe, Pb, Ge; Me': Al, B, P, Si, 주기율표의 1족, 2족, 3족 원소, 할로겐; 0<x≤1; 1≤y≤3; 1≤z≤8) 등의 금속 복합 산화물; 리튬 금속; 리튬 합금; 규소계 합금; 주석계 합금; SnO, SnO2, PbO, PbO2, Pb2O3, Pb3O4, Sb2O3, Sb2O4, Sb2O5, GeO, GeO2, Bi2O3, Bi2O4, and Bi2O5 등의 금속 산화물; 폴리아세틸렌 등의 도전성 고분자; Li-Co-Ni 계 재료 등을 사용할 수 있다.
상기 분리막은 양극과 음극 사이에 개재되며, 높은 이온 투과도와 기계적 강도를 가지는 절연성의 얇은 박막이 사용된다. 분리막의 기공 직경은 일반적으로 0.01 ~ 10 마이크로미터이고, 두께는 일반적으로 5 ~ 300 마이크로미터다. 이러한 분리막으로는, 예를 들어, 내화학성 및 소수성의 폴리프로필렌 등의 올레핀계 폴리머; 유리섬유 또는 폴리에틸렌 등으로 만들어진 시트나 부직포 등이 사용된다. 전해질로서 폴리머 등의 고체 전해질이 사용되는 경우에는 고체 전해질이 분리막을 겸할 수도 있다.
상기 전해액은 리튬염 함유 비수계 전해액일 수 있고, 비수 전해액과 리튬염으로 이루어져 있다. 비수 전해액으로는 비수계 유기용매, 유기 고체 전해질, 무기 고체 전해질 등이 사용되지만 이들만으로 한정되는 것은 아니다.
상기 비수계 유기용매로는, 예를 들어, N-메틸-2-피롤리디논, 프로필렌 카르보네이트, 에틸렌 카르보네이트, 부틸렌 카르보네이트, 디메틸 카르보네이트, 디에틸 카르보네이트, 감마-부틸로 락톤, 1,2-디메톡시 에탄, 테트라히드록시 프랑(franc), 2-메틸 테트라하이드로푸란, 디메틸술폭시드, 1,3-디옥소런, 포름아미드, 디메틸포름아미드, 디옥소런, 아세토니트릴, 니트로메탄, 포름산 메틸, 초산메틸, 인산 트리에스테르, 트리메톡시 메탄, 디옥소런 유도체, 설포란, 메틸 설포란, 1,3-디메틸-2-이미다졸리디논, 프로필렌 카르보네이트 유도체, 테트라하이드로푸란 유도체, 에테르, 피로피온산 메틸, 프로피온산 에틸 등의 비양자성 유기용매가 사용될 수 있다.
상기 유기 고체 전해질로는, 예를 들어, 폴리에틸렌 유도체, 폴리에틸렌 옥사이드 유도체, 폴리프로필렌 옥사이드 유도체, 인산 에스테르 폴리머, 폴리 에지테이션 리신(agitation lysine), 폴리에스테르 술파이드, 폴리비닐 알코올, 폴리 불화 비닐리덴, 이온성 해리기를 포함하는 중합체 등이 사용될 수 있다.
상기 무기 고체 전해질로는, 예를 들어, Li3N, LiI, Li5NI2, Li3N-LiI-LiOH, LiSiO4, LiSiO4-LiI-LiOH, Li2SiS3, Li4SiO4, Li4SiO4-LiI-LiOH, Li3PO4-Li2S-SiS2 등의 Li의 질화물, 할로겐화물, 황산염 등이 사용될 수 있다.
상기 리튬염은 상기 비수계 전해질에 용해되기 좋은 물질로서, 예를 들어, LiCl, LiBr, LiI, LiClO4, LiBF4, LiB10Cl10, LiPF6, LiCF3SO3, LiCF3CO2, LiAsF6, LiSbF6, LiAlCl4, CH3SO3Li, CF3SO3Li, (CF3SO2)2NLi, 클로로 보란 리튬, 저급 지방족 카르본산 리튬, 4 페닐 붕산 리튬, 이미드 등이 사용될 수 있다.
또한, 비수 전해액에는 충방전 특성, 난연성 등의 개선을 목적으로, 예를 들어, 피리딘, 트리에틸포스파이트, 트리에탄올아민, 환상 에테르, 에틸렌 디아민, n-글라임(glyme), 헥사 인산 트리 아미드, 니트로벤젠 유도체, 유황, 퀴논 이민 염료, N-치환 옥사졸리디논, N,N-치환 이미다졸리딘, 에틸렌 글리콜 디알킬 에테르, 암모늄염, 피롤, 2-메톡시 에탄올, 삼염화 알루미늄 등이 첨가될 수도 있다. 경우에 따라서는, 불연성을 부여하기 위하여, 사염화탄소, 삼불화에틸렌 등의 할로겐 함유 용매를 더 포함시킬 수도 있고, 고온 보존 특성을 향상시키기 위하여 이산화탄산 가스를 더 포함시킬 수도 있으며, FEC(Fluoro-Ethylene Carbonate), PRS(Propene sultone) 등을 더 포함시킬 수 있다.
하나의 구체적인 예에서, LiPF6, LiClO4, LiBF4, LiN(SO2CF3)2 등의 리튬염을, 고유전성 용매인 EC 또는 PC의 환형 카보네이트와 저점도 용매인 DEC, DMC 또는 EMC의 선형 카보네이트의 혼합 용매에 첨가하여 리튬염 함유 비수계 전해질을 제조할 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 셀 제조 장치는, 그것을 구성하는 제반 부품으로서의 위치 정렬수단이 체결홈에 체결돌기가 삽입되는 매우 콤팩트한 결합 구조와 함께 자성 결합만으로 조립체 구조를 형성하기 때문에 나사와 볼트를 이용한 기계적 체결 방식과 비교하여 파츠들의 조립이 용이하고, 반대로 파츠들 각각으로 분리하고 이들을 재조합 하는 사전 공정 역시 신속하게 수행될 수 있다.
또한, 셀 제조 장치는 제 2 체결 구조를 구성하는 체결홈과 체결돌기의 결합에서는 미세한 공차가 존재하지 않기 때문에 위치 정렬 수단이 정밀한 치수 안정성을 가질 수 있는 장점을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 셀 제조 장치의 모식도이다;
도 2는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 위치 정렬 수단의 모식도이다;
도 3은 위치 정렬 수단의 수직 단면도이다;
도 4 내지 도 6은 본 발명의 또 다른 실시예들에 따른 정렬 수단들 각각에 대한 모식도들이다;
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 베이스 플레이트 모식도이다;
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 셀 제조 장치의 모식도이다.
이하에서는, 본 발명의 실시예에 따른 도면을 참조하여 설명하지만, 이는 본 발명의 더욱 용이한 이해를 위한 것으로, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.
도 1에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 셀 제조 장치의 모식도가 도시되어 있다.
도 1을 참조하면, 셀 제조 장치(100)는, 그것을 구성하는 장치로서, 컨베이어(110), 밀봉 처리부(120), 용접부(130) 및 셀 가공부(140)들을 포함한다.
먼저 컨베이어(110)는 레일을 따라 전지셀(10)을 밀봉 처리부(120), 용접부(130) 및 셀 가공부(140)로 이송시키는 역할을 한다.
컨베이어(110)를 따라 전지셀(10)이 밀봉 처리부(120)에 도착하면 밀봉 처리부(120)는 전지케이스에 대한 밀봉을 수행한다.
이후, 전지셀(10)은 컨베이어(110)를 컨베이어(110)를 따라 용접부(130)로 이동된다.
용접부(130)에서는 전지셀(10)의 전극 탭과 대응되는 위치로 전극 리드를 공급하고, 이에 저항 용접 또는 초음파 용접을 이용하여 전극 탭과 전극 리드를 상호 접합시킨다.
용접이 완료된 전지셀(10)은 컨베이어(110)를 따라 셀 가공부(140)로 이송된다. 셀 가공부(140)에서는 전지셀(10) 외면인 전지케이스에 열과 압력을 인가하여 주름을 제거한다.
이와 같이, 각 장치들에서 전지셀(10)이 가공될 때, 전지셀(10)이 소정의 위치와 방향으로 정렬되도록 셀 제조 장치(100)는 이하 상술하는 위치 정렬 수단을 포함한다.
이와 관련하여, 본 발명의 하나의 실시예에 따른 위치 정렬 수단의 구조가 도 2와 도 3에 도시되어 있다.
이들 도면을 함께 참조하면, 위치 정렬 수단(200)은 베이스 플레이트(220)와 위치 정렬 부재(210)를 포함하고 있다.
베이스 플레이트(220)는 일면으로부터 외향 돌출되어 있는 체결돌기들(222)과 일면으로부터 내향 만입되어 있는 공간에 자석(224a)이 장착되어 있는 하나 이상의 자석 체결부(224)를 포함한다.
이에 대면하는 위치 정렬 부재(210)는 체결돌기들(222)이 삽입되는 체결홈들(212)과 자성에 의해 자석 체결부(224)에 고정되는 하나 이상의 금속 부재(214)를 포함한다.
여기서, 베이스 플레이트(220)와 위치 정렬 부재(210)가 대면한 상태로 체결돌기들(222)이 체결홈들(212)에 삽입되며, 이를 본 발명에서는 제 2 체결 구조라 정의한다. 또한, 위치 정렬 부재(210)와 베이스 플레이트(220)가 제 2 체결 구조를 이룬 상태에서, 서로 밀착된 자석 체결부(224)와 금속 부재(214)가 자성 체결되며, 이를 본 발명에서는 제 1 체결 구조라 정의한다.
이처럼, 제 1 체결 구조와 제 2 체결 구조를 통해 베이스 플레이트(220)와 위치 정렬 부재(210)가 조립체 구조를 형성한 상태가 하나의 위치 정렬 수단(200)이라 정의될 수 있다.
이러한 위치 정렬 수단(200)은 제 2 체결 구조를 통해 베이스 플레이트(220)와 정렬 부재가 정 위치에서 정렬된 상태로 조립체 구조를 형성함과 동시에 자석 체결부(224)와 금속 부재(214)가 서로 대면된 상태로 자성 결합되어 조립체 구조를 더욱 공고히 고정시킬 수 있다.
또한, 제 2 결합 구조의 달성 시, 제 1 결합 구조가 자연스럽게 달성되기 때문에 위치 정렬 수단(200)은 더욱 신속하게 조립체 구조로 조립될 수 있다.
위치 정렬 수단(200)은 또한, 상기한 제 1 결합 구조와 제 2 결합 구조의 콤팩트한 조립체 구조에 기반하여 나사와 볼트를 이용한 기계적 체결 방식과 비교하여 베이스 플레이트(220)와 위지 정렬 부재를 분리하고 재조합 하는 사전 공정이 신속하게 수행될 수 있다.
위치 정렬 수단(200)의 세부적인 구조에 있어서, 자석 체결부(224)는 금속 부재(214)와 대면하는 표면이 베이스 플레이트(220)의 일면으로부터 대략 0.1 mm 깊이(G2)로 만입된 구조로 자석(224a)이 공간에 장착된 구조로 이루어져 있다.
마찬가지로, 금속 부재(214)는 자석 체결부(224)에 대면하는 외면이 위치 정렬 부재(210)의 표면으로부터 대략 0.1 mm 깊이(G1)로 만입된 구조로 위치 정렬 부재(210)에 장착되어 있다.
이러한 구조는 베이스 플레이트(220)와 정렬 부재가 조립체 구조를 형성한 상태에서, 자석(224a)과 금속 부재(214)가 서로 완전히 밀착되지 않고 상기한 깊이들 만큼 서로 이격된 상태로 제 1 결합 구조를 유지하며, 이는 베이스 플레이트(220)와 정렬 부재를 서로 분리하기 용이하게 하기 위함이다.
또한, 체결돌기와 체결홈(212)이 서로 결합된 상태에서, 베이스 플레이트(220)와 정렬 부재에 체결돌기의 돌출 방향으로 상당한 부하가 인가되는 경우에 체결홈(212) 내면으로부터 체결돌기가 가압되면서 변형되는 문제점이 있으므로, 본 발명에서는 체결돌기들(222)은 체결홈(212)의 깊이 보다 상대적으로 짧은 돌출 길이를 가진다.
한편, 도 2에 도시된 위치 정렬 부재(210)는 체결홈(212) 및 금속 부재(214)가 형성되어 있는 본체(218) 및 전지셀(10)의 외주변 형상에 대응하는 내면 형상으로 본체(218) 상에 천공되어 있으며, 전지셀(10)의 외주면에 밀착되어 베이스 플레이트(220) 상에서 전지셀(10)을 정위치 정렬시키는 관통구(216)를 포함하는 구조로 이루어져 있다.
이러한 구조에서는 관통구(216)가 전지셀(10) 외주변 형상과 대응하는 내면 형상을 가지는 바, 전지셀(10)이 관통구(216)에 삽입된 상태에서 전지셀(10) 외주변들이 관통구(216) 내면에 밀착, 고정되면서 전지셀(10) 위치가 고정된다. 또한, 위치 정렬 부재(210)와 베이스 플레이트(220)가 조립체 구조를 형성한 상태에서는 전지셀(10)의 하면이 베이스 플레이트(220)에 밀착된 지지된다.
이와 같이 위치 정렬 수단(200)으로 전지셀(10)의 위치가 소정의 방향으로 정렬된 상태에서 도 1에 도시된 셀 제조 장치의 용접부, 셀 가공부 또는 밀봉 처리부 등의 장치들로 투입될 수 있으며, 경우에 따라서는 위지 정렬 수단에 전지셀(10)이 장착된 상태에서 각 장치들로부터 전지셀(10)에 대한 공정이 수행될 수도 있다.
도 4 내지 도 6에는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 위치 정렬 수단의 모식도가 도시되어 있다. 이하 도 3 내지 도 6을 설명함에 있어서, 제 1 체결 구조와 제 2 체결 구조를 포함하는 조립체 구조는 도 2 및 도 3의 구조와 동일하므로, 이에 대한 설명은 생략한다.
도 4을 참조하면, 위치 정렬 수단(300)은, 위치 정렬 부재(310)와 베이스 플레이트(320)를 포함하며, 위치 정렬 부재(310)는 체결홈 및 금속 부재가 형성되어 있는 본체(318) 및 전지셀의 외곽 형상에 대응하는 내면 형상으로 본체(318)로부터 만입되어 있으며, 전지셀의 외면에 밀착되어 본체(318) 상에 전지셀을 정위치 정렬시키는 만입부(318)를 포함하는 구조로 이루어져 있다.
이러한 만입부(318)는 전지셀 외곽 형상과 대응하는 내면 형상을 가지므로 전지셀이 만입부(318)에 삽입된 상태에서 전지셀 외면들이 만입부(318) 내면에 밀착, 고정되면서 전지셀 위치가 고정됨과 동시에 만입부(318)에 의해 지지된다.
도 5를 참조하면, 위치 정렬 수단(400)은, 위치 정렬 부재(410)와 베이스 플레이트(420)를 포함하며, 위치 정렬 부재(410)는 체결홈 및 금속 부재가 형성되어 있는 본체(416) 및 전지셀의 양 측면에만 밀착되어 전지셀을 정위치 정렬시키는 그립퍼(418)를 포함하는 구조로 이루어져 있다.
이러한 그립퍼(418)는 상호 대면하는 한 쌍으로 이루어질 수 있으며, 이들 사이에서 전지셀을 픽업하여 컨베이어나 가공 장치로 운반시킬 수 있다.
도 6을 참조하면, 위치 정렬 수단은, 위치 정렬 부재(510)와 베이스 플레이트(520)를 포함하며, 위치 정렬 부재(510)는, 체결홈 및 금속 부재가 형성되어 있는 본체(516) 및 전지셀 또는 셀 구성체의 외면에 밀착되는 부위에 복수의 슬릿(530)들이 형성되어 있고, 상기 슬릿(530)을 통해 진공압을 형성하는 진공장치(도시하지 않음)가 장착되어 있으며, 슬릿(530)을 통한 진공압으로 전지셀 또는 셀 구성체를 그것 상에 정렬 및 고정 시키는 슬릿(530)부를 포함하는 구조로 이루어져 있다.
.따라서, 슬릿(530) 상에 전지셀이 밀착된 상태에서 슬릿(530)을 통한 진공 흡입력에 의해 전지셀이 위치 정렬 부재(510) 상에 강하게 고정될 수 있으며, 경우에 따라서는 전지셀을 구성하는 셀 구성체, 예를 들어 전극조립체, 분리막 또는 전극 등의 단위체들이 고정 및 정렬될 수도 있다.
도 7에는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 베이스 플레이트(600)가 모식적으로 도시되어 있다.
도 7을 참조하면, 베이스 플레이트(600)는 위치 정렬 부재와 제 1 결합 구조 및 제 2 결합 구조를 형성하기 위한 복수의 체결돌기(612)와 자석 체결부(614)를 포함하며 위치 정렬 부재가 결합되는 제 1 금속판(610) 및 제 1 금속판(610)의 하부에 결합되어 있고, 위치 정렬 부재가 결합된 상태에서 셀 제조 장치 또는 다른 위치 정렬 수단에 결합되기 위한 제 2 금속판들(620, 630)을 포함하는 구조로 이루어져 있다.
제 2 금속판들(620, 630)에는 각각 체결홈(622)과 체결돌기(632)가 형성되어 있고, 자석 체결부(624, 634) 또한 포함되어 있는 바, 이에 대응하는 셀 제조 장치 또는 다른 위치 정렬 수단에 포함된 자석 체결부와 체결홈 및 체결돌기와 조립체 구조를 형성할 수 있다.
도 8에는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 셀 제조 장치(700)가 모식적으로 도시되어 있다.
도 8을 참조하면, 셀 제조 장치(700)는 셀 구성체로서 시트 형태의 분리필름(12) 상에 단위셀들(11)을 순차적으로 배치시키는 배열 장치(720), 분리필름(12) 상에 단위셀들(11)이 배열된 상태에서 열과 압력으로 이들을 접착시켜 웹(web) 형태의 단위셀 배열체를 제조하는 웹 제조 장치(730), 및 제조된 웹에서 첫 번째 단위셀을 고정하고 이를 기준으로 분리필름(12)을 권취하는 와인딩 장치(740)를 포함한다.
이와 같은 셀 제조 장치(700)에서, 배열 장치(720), 웹 제조 장치(730) 및 와인딩 장치(740) 등의 내부에는 도 2 내지 도 6에 도시된 위치 정렬 수단들의 구조를 응용하여 컨베이어(710)를 따라 이동되는 셀 구성체들을 소망하는 방향과 위치로 정렬 및 고정시킬 수 있음을 이해할 수 있다.
참고로, 셀 제조 장치(700)로서, 도 1과 도 8를 각각 분리하여 도시하였으나, 이는 다양한 셀 제조 장치(700)를 구성하는 장치들의 구조와 기능을 세부적으로 설명하기 위한 것으로 도 1과 도 8의 셀 제조 장치(700)가 서로 결합되어 하나의 제조 장치로 구성될 수 있음은 물론이다.
본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주내에서 다양한 응용 및 변형을 수행하는 것이 가능할 것이다.

Claims (20)

  1. 전지셀의 제조 과정에서, 전지셀 또는 전지셀을 구성하는 셀 구성체들을 소정의 위치에 정렬시키는 위치 정렬 수단을 하나 이상 포함하는 셀 제조 장치로서,
    상기 위치 정렬 수단은, 하나 이상의 베이스 플레이트에, 하나 이상의 위치 정렬 부재가 분리 가능하게 결합되어 있는 조립체 구조로 이루어져 있고;
    상기 조립체 구조는, 자석과 금속 간의 자성 결합에 기반한 하나 이상의 제 1 체결 구조, 및 체결홈과 체결돌기 간의 기계적 결합에 기반한 하나 이상의 제 2 체결 구조를 함께 포함하고,
    상기 베이스 플레이트는, 일면으로부터 외향 돌출되어 있는 복수의 체결돌기들과, 상기 일면으로부터 내향 만입되어 있는 공간에 자석이 장착되어 있는 하나 이상의 자석 체결부를 포함하고;
    상기 위치 정렬 부재는, 체결돌기들이 삽입되는 복수의 체결홈들과, 자성에 의해 자석 체결부에 고정되는 하나 이상의 금속 부재를 포함하고,
    상기 자석 체결부는, 금속 부재와 대면하는 표면이 베이스 플레이트의 일면으로부터 0.1 mm 내지 0.3 mm 깊이로 만입된 구조로 자석이 상기 공간에 장착되며,
    상기 금속 부재는 자석 체결부에 대면하는 외면이 위치 정렬 부재의 표면으로부터 0.1 mm 내지 0.3 mm 깊이로 만입된 구조로 위치 정렬 부재에 장착되어 있는 것을 특징으로 하는 셀 제조 장치.
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  3. 제 1 항에 있어서, 상기 베이스 플레이트와 위치 정렬 부재가 대면한 상태에서, 체결돌기들이 체결홈들에 삽입되어 제 2 체결 구조로 위치 정렬 수단의 조립체 구조를 형성하고,
    상기 위치 정렬 부재와 베이스 플레이트가 제 2 체결 구조를 이룬 상태에서, 서로 밀착된 자석 체결부와 금속 부재가 자성으로 제 1 체결 구조를 형성하여, 베이스 플레이트와 위치 정렬 수단 간의 조립체 구조를 추가로 고정시키는 것을 특징으로 하는 셀 제조 장치.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 자석의 자력은 3500 gauss 내지 4500 gauss 인 것을 특징으로 하는 셀 제조 장치.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 금속 부재는 니켈 및/또는 철인 것을 특징으로 하는 셀 제조 장치.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 체결돌기들은 체결홈의 깊이 대비 60% 내지 99%의 돌출 길이를 가지는 것을 특징으로 하는 셀 제조 장치.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 체결돌기는 체결홈에 대한 억지 끼움이 가능하도록, 체결홈의 내부 체적 대비 101% 내지 110%의 체적을 가지는 것을 특징으로 하는 셀 제조 장치.
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 위치 정렬 부재는,
    체결홈 및 금속 부재가 형성되어 있는 본체; 및
    전지셀의 외주변 형상에 대응하는 내면 형상으로 본체 상에 천공되어 있으며, 전지셀의 외주면에 밀착되어 베이스 플레이트 상에서 전지셀을 정위치 정렬시키는 관통구;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 셀 제조 장치.
  11. 제 1 항에 있어서, 상기 위치 정렬 부재는,
    체결홈 및 금속 부재가 형성되어 있는 본체; 및
    전지셀의 외곽 형상에 대응하는 내면 형상으로 본체로부터 만입되어 있으며, 전지셀의 외면에 밀착되어 본체 상에 전지셀을 정위치 정렬시키는 만입부;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 셀 제조 장치.
  12. 제 1 항에 있어서, 상기 위치 정렬 부재는,
    체결홈 및 금속 부재가 형성되어 있는 본체; 및
    전지셀의 양 측면에만 밀착되어 전지셀을 정위치 정렬시키는 한 쌍의 그립퍼들;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 셀 제조 장치.
  13. 제 1 항에 있어서, 상기 위치 정렬 부재는,
    체결홈 및 금속 부재가 형성되어 있는 본체; 및
    전지셀에서 전지케이스의 외주 실링부에 밀착되어, 외주 실링부의 위치를 정렬시키는 위치 조정부;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 셀 제조 장치.
  14. 제 1 항에 있어서, 상기 위치 정렬 부재는,
    체결홈 및 금속 부재가 형성되어 있는 본체; 및
    전지셀 또는 셀 구성체의 외면에 밀착되는 부위에 복수의 슬릿들이 형성되어 있고, 상기 슬릿을 통해 진공압을 형성하는 진공장치가 장착되어 있으며, 상기 슬릿을 통한 진공압으로 전지셀 또는 셀 구성체를 그것 상에 정렬 및 고정 시키는 슬릿부;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 셀 제조 장치.
  15. 제 1 항에 있어서, 상기 베이스 플레이트는,
    (a) 위치 정렬 부재가 결합된 상태에서, 위치 정렬 부재를 통해 전지셀이 안착되는 제 1 금속판; 및
    (b) 위치 정렬 부재가 결합된 상태에서 셀 제조 장치, 또는 다른 위치 정렬 수단에 결합되는 제 2 금속판;
    에서 선택되는 적어도 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 셀 제조 장치.
  16. 제 1 항에 있어서, 상기 셀 제조 장치는,
    전지셀의 전지케이스에 대한 열융착 밀봉을 수행하는 밀봉 처리부;
    전지셀의 전극 탭들에 전극 리드를 용접시키는 용접부;
    전지셀의 외면에 열과 압력을 인가하여 전지셀 외면의 주름을 제거하는 셀 가공부; 및
    전지셀이 안착된 상태로, 전지셀을 밀봉 처리부, 용접부 및 셀 가공부에서 선택되는 하나 이상의 제조 장치로 이송시키는 컨베이어;
    를 더 포함하고 있고,
    상기 위치 정렬 수단은 밀봉 처리부, 용접부 및 셀 가공부에서 선택되는 적어도 하나 이상의 제조 장치에서 전지셀을 소망하는 위치와 방향으로 정렬시키는 것을 특징으로 하는 셀 제조 장치.
  17. 제 16 항에 있어서, 상기 셀 제조 장치는,
    (i) 시트 형태의 전극을 소정의 크기로 커팅시키는 제 1 장치;
    (ii) 둘 이상의 전극과 전극들 사이에 분리막이 개재된 형태로 적층하고, 열과 압력으로 이들을 접착시켜 단위셀을 제조하는 제 2 장치;
    (iii) 둘 이상의 단위셀들 사이에 분리막이 개재된 형태로 적층하고, 열과 압력으로 이들을 접착시켜 단위셀 적층체를 제조하는 제 3 장치;
    (iv) 시트 형태의 분리필름 상에 단위셀들을 순차적으로 배치시키는 제 3 장치;
    (v) 분리필름 상에 단위셀들이 배열된 상태에서 열과 압력으로 이들을 접착시켜 웹(web) 형태의 단위셀 배열체를 제조하는 제 4 장치; 및
    (vi) 분리필름 상에 단위셀들이 소정의 간격으로 배열 및 접착된 상태에서, 첫 번째 단위셀을 고정하고 이를 기준으로 분리필름을 권취하는 제 5 장치;
    에서 선택되는 하나 이상의 장치를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 제조 장치.





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