KR102126764B1 - 비산 방지 구조를 포함하는 이물 제거 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전지셀에 포함되는 셀 구성체들의 제조 또는 가공 과정에서 발생된 이물을 제거하기 위한 이물 제거 장치로서, 셀 구성체들로부터 발생하여 낙하하는 이물을 수용하는 구조로 이물을 포집하는 본체부; 상기 본체부와 연통되는 구조로 본체부의 일측 단부에 장착되어 있고, 본체부에 포집된 이물을 흡입하는 흡입기; 상기 본체부 내에 포집된 이물에 풍력을 인가하여, 이물을 흡입기 방향으로 유도하는 하나 이상의 풍압기; 상기 본체부의 상단 방향에 장착되어 있고, 이물이 본체부의 내부 공간으로 낙하하도록 유도하는 개구들이 형성되어 있으며, 풍압기에서 발생된 기류에 의해 이물들이 외부로 비산되는 것을 방지하는 구조로 이루어진 커버; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 이물 제거 장치을 제공한다.

Description

비산 방지 구조를 포함하는 이물 제거 장치{Impurity Removing Device Having Structure of Antispattering }

본 발명은 비산 방지 구조를 포함하는 이물 제거 장치에 관한 것이다.

모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서의 이차전지('전지셀')에 대해 수요가 급격히 증가하고 있고, 그러한 이차전지셀 중에서도 높은 에너지 밀도와 작동 전위를 나타내고, 사이클 수명이 길며, 자기방전율이 낮은 리튬 이차전지셀이 상용화되어 널리 사용되고 있다.

전지셀은 전극조립체가 전해액과 함께 전지케이스에 내장된 일 단위의 이차전지 구조를 지칭하며, 양극과 음극 및 분리막 등의 셀 구성체들이 조립 및 조합된 구조를 넓은 의미에서 전극조립체라 지칭하기도 한다.

이러한 전극조립체의 종류는 구조에 따라 크게 전극들과 분리막 등의 셀 구성체들이 권취된 권취형과 상기 셀 구성체들이 적층된 스택형으로 구분된다. 권취형 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. 권취형 전극조립체는 원통형 전지에는 적합한 구조적 특징이 있다.

이와는 달리, 스택형 전극조립체는 단일 또는 복수의 양극 및 음극 단위체들을 순차적으로 적층한 구조로서, 각형의 형태를 얻기가 용이한 장점이 있다.

최근에는 권취형과 스택형의 혼합 형태인 진일보한 구조의 전극조립체로서, 일정한 단위 크기의 양극, 음극과 이들 사이에 분리막이 개재된 구조의 풀셀(full cell) 또는 양극(음극), 분리막, 음극(양극), 분리막, 양극(음극)이 순차적으로 적층된 구조의 바이셀(bicell) 등의 단위셀들을 긴 길이의 연속적인 분리필름을 이용하여 폴딩한 구조의 전극조립체가 개발되었다.

이러한 전극조립체는 일반적으로 반자동화된 제조 라인, 예를 들어, 전극조립체를 구성하는 셀 구성체들이 물체의 이송이 가능한 레일 또는 회전 롤 등의 가이드 부재를 따라 커팅 공정, 접착 공정, 적층 공정 및 권취 공정 등의 가공을 수행하는 장치들로 이송된 상태로, 상기 장치들에서 전극조립체 형태로 조합 또는 제조될 수 있다.

그러나, 상술한 제조 과정 전반에서, 전극 가루 또는 집전체로부터 유래되는 금속 가루 등의 이물들이 발생되는데, 이러한 이물들은 작업간의 레일 또는 회전 롤 등을 통해 이송하는 과정 또는 커팅 공정, 접착 공정, 적층 공정 및 권취 공정 등의 가공을 수행하는 과정에서 다량으로 낙하되면서 작업 환경을 오염시키고 일부 제조 장치에 유입된 이물들은 장치의 고장을 유발하는 등의 문제가 있었다.

따라서, 상기 과정에서 발생한 이물들을 제거하기 위하여, 작업 장치의 하단에서 이물받이를 설치하고, 이를 일정 시간 간격으로 작업자가 직접 청소기를 이용하여 청소를 실시하였고, 이러한 청소 작업 시간으로 인해 컨베이어 이송 작업이 일시적으로 중단됨에 따라 제조 시간이 길어지고, 청소를 위한 작업자의 작업 비용이 발생됨에 따라 제조비용이 상승하는 문제가 있었다.

따라서, 이러한 문제점을 근본적으로 해결할 수 있는 기술에 대한 필요성이 높은 실정이다.

본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.

본 출원의 발명자들은 심도 있는 연구와 다양한 실험을 거듭한 끝에, 이후 설명하는 바와 같이, 이물 제거 장치의 구조에서, 낙하는 하는 이물을 수용하는 본체부, 본체부에 포집되는 이물을 흡입하는 흡입기, 본체부 내에 포집된 이물을 흡입기 방향으로 유도하는 풍압기 및 본체부에 장착된 구조로 풍압기에서 발생된 기류에 의해 이물들이 외부로 비산되는 것을 방지하는 커버를 포함하는 경우, 제조 공정에서 불가피하게 발생되는 이물들이 비산되는 문제점 없이, 실시간으로 제거할 수 있고, 양품의 전극조립체를 제조가 가능하면서도, 이물들의 제거 효율이 우수하여 전극조립체 제조에 대한 전반적인 공정성을 향상시킬 수 있음을 확인하고, 본 발명을 완성하기에 이르렀다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 이물 제거 장치는, 전지셀에 포함되는 셀 구성체들의 제조 또는 가공 과정에서 발생된 이물을 제거하기 위한 이물 제거 장치로서,

셀 구성체들로부터 발생하여 낙하하는 이물을 수용하는 구조로 이물을 포집하는 본체부;

상기 본체부와 연통되는 구조로 본체부의 일측 단부에 장착되어 있고, 본체부에 포집된 이물을 흡입하는 흡입기;

상기 본체부 내에 포집된 이물에 풍력을 인가하여, 이물을 흡입기 방향으로 유도하는 하나 이상의 풍압기;

상기 본체부의 상단 방향에 장착되어 있고, 이물이 본체부의 내부 공간으로 낙하하도록 유도하는 개구들이 형성되어 있으며, 풍압기에서 발생된 기류에 의해 이물들이 외부로 비산되는 것을 방지하는 구조로 이루어진 커버;

를 포함하는 구조로 구성되어 있다.

따라서, 본 발명에 따른 이물 제거 장치는, 낙하는 하는 이물을 수용하는 본체부, 본체부에 포집되는 이물을 흡입하는 흡입기, 본체부 내에 포집된 이물을 흡입기 방향으로 유도하는 풍압기 및 본체부에 장착된 구조로 풍압기에서 발생된 기류에 의해 이물들이 외부로 비산되는 것을 방지하는 커버를 포함하는 구조로 구성됨으로써, 제조 공정에서 불가피하게 발생되는 이물들이 비산되는 문제점 없이, 실시간으로 제거할 수 있고, 양품의 전극조립체를 제조가 가능하면서도, 이물들의 제거 효율이 우수하여 전극조립체 제조에 대한 전반적인 공정성을 향상시킬 수 있는 효과를 제공한다.

하나의 구체적인 예에서, 상기 본체부는,

흡입기가 장착되도록 일측 하단 부위에 형성되어 있는 배출구;

상기 배출구의 형상에 대응하여 지면 방향으로 하향 경사져 있는 구조의 하단 플레이트;

상기 하단 플레이트로부터 상향 연장된 구조의 측벽들; 및

상기 배출구의 대향측 부위에 위치하고 풍압기에서 송풍된 기체가 공급되는 하나 이상의 송풍구;

를 포함하는 구조로 구성될 수 있다.

또 다른 구체적인 예에서, 상기 본체부는, 배출구, 송풍구 및 커버가 장착되는 개방 상부를 제외하고, 하단 플레이트 및 측벽들에 의해 감싸여 있는 구조일 수 있다.

이러한 구조는 본체부의 하단 플레이트가 측벽들에 의해 감싸여 있는 구조에서, 지면 방향으로 하향 경사져 있는 구조로 형성되어 있으므로, 낙하된 이물이 안정적으로 포집될 수 있고, 포집된 이물이 배출구를 통하여 쉽게 배출될 수 있다.

앞서 설명한 바와 같이, 본 발명의 이물 제거 장치는, 셀 구성체들로부터 발생하여 낙하하는 이물이 본체부에 수용되고, 수용된 이물이 본체부와 연통되어 구조로 본체부의 일측 단부에 장착된 흡입기를 통해서 배출되는 구조로 구성되어 있으며, 본체부 내에 포집된 이물에 풍력을 인가하여, 이물을 흡입기 방향으로 유도하는 풍압기를 포함하는 구조로 구성되어 있다.

이러한 구조는 이물이 풍력에 의해 본체부 내부에서 흡입기 방향으로 이동하게 되는 구조로서, 흡입기와 풍압기의 설치 위치가 이물이 쉽게 배출될 수 있는 배치 구조를 가지게 되며, 예를 들어, 풍압기에서 송풍된 기체가 공급되는 송풍구는 수직 단면을 기준으로 흡입기가 장착되는 배출구의 대향측 부위의 좌우 측부들 중에서 어느 하나 이상에 위치하는 것이 바람직하다.

한편, 본 발명에 따른 이물 제거 장치는, 풍압기에서 발생한 풍력과, 흡입기에서 흡입하는 기류가 본체부 내에 수용된 이물이 유동시키게 되고, 유동되는 이물은 본체부 상단 방향에 장착되어 있는 커버에 의해 외부로 비산되는 것을 방지해 주는 구조로 이루어져 있다.

상기 커버는 본체부의 길이 방향으로 연장된 둘 이상의 커버 플레이트들을 포함하고 있고;

상기 커버 플레이트들은 낙하하는 이물이 본체부의 내부 공간으로 도입되는 개구들을 형성하도록, 지면에 대해 수직으로 새워진 상태로 상호 이격되어 배열되어 있는 구조로 구성될 수 있다.

구체적으로, 상기 개구들은 각각의 폭이 1 mm 내지 50 mm의 크기로 구성될 수 있으며, 상기 간격이 지나치게 좁은 경우, 낙하는 이물이 커버를 통해 본체부로 낙하기 매우 어려우므로 바람직하지 않고, 반대로, 상기 간격이 너무 넓은 경우, 본체부 내부에서 발생한 비산 기류로 인하여, 포집된 이물들이 외부로 비산될 수 있으므로 바람직하지 않다.

즉, 상기 커버 플레이트들은, 낙하는 이물이 쉽게 통과될 수 있고, 본체부 내부에서는 커버를 통해 외부로 비산되지 않는 구조로 구성되는 것이 바람직하다.

하나의 구체적인 예에서, 상기 커버 플레이트들은,

수직 단면을 기준으로, 본체부의 상단으로부터 지면 방향으로 하향 경사져 있는 구조의 제 1 플레이트;

상기 제 1 플레이트에 인접하여 위치하고, 지면으로부터 본체부의 상단 방향으로 상향 경사져 있는 구조의 제 2 플레이트;

상기 제 2 플레이트에 인접하여 위치하고, 제 1 플레이트와 동일한 경사 구조를 가지는 제 3 플레이트; 및

상기 제 3 플레이트와 인접하여 위치하고, 제 2 플레이트와 동일한 경사 구조를 가지는 제 4 플레이트;

를 포함하는 구조로 구성될 수 있다.

이때, 상기 제 1 플레이트에서, 지면 방향에 위치하는 제 1 단부는, 제 2 플레이트에서, 지면 방향으로 위치하는 제 2 단부와 서로 이격된 상태로 인접하게 위치하는 슬릿 구조를 이루고 있을 수 있다.

또한, 상기 제 2 플레이트에서 본체부의 상단 방향으로 위치하는 제 3 단부는, 제 3 플레이트에서, 본체부의 상단 방향으로 위치하는 제 4 단부와 서로 접촉하는 구조로 위치할 수 있다.

마지막으로, 상기 제 3 플레이트에서, 지면 방향에 위치하는 제 5 단부는, 제 4 플레이트에서, 지면 방향으로 위치하는 제 6 단부와 서로 이격된 상태로 인접하여 위치하는 슬릿 구조를 이루고 있을 수 있다.

즉, 상기 구조는 수직 단면을 기준으로, 좌측에 위치한 측벽으로부터 제 1 플레이트가 하향 경사진 구조로 구성되고, 이어서 제 2 플레이트가 슬릿 구조를 이루기 위하여 상향 경사진 구조로 구성되며, 제 3 플레이트가 다시 제 2 플레이트와 접촉하는 구조로 하향 경사진 구조로 구성되고, 마지막으로 제 4 플레이트가 제 2 플레이트와 슬릿 구조를 이루기 위하여 상향 경사진 구조로 구성되어 우측에 위치한 측벽에 연결된 구조로 구성될 수 있다.

따라서, 수직 단면을 기준으로 커버 플레이트들이 상호간에 슬릿 구조의 개구들이 형성된 상태에서 지붕 또는 산 형상의 구조로 좌측 측벽으로부터 우측 측벽으로 연장되어 있는 형상을 이룬다.

또한, 상기 커버 플레이트들의 상향 경사 또는 하향 경사는 지면에 대해 30도 내지 75도의 각도의 경사로 이루어진 것이 바람직하다.

본 발명은 또한, 상기 이물 제거 장치;

전극, 분리막 및 분리필름으로 구성된 군에서 선택되는 적어도 하나의 제 1 셀 구성체와 복수의 전극과 분리막이 적층되어 있는 제 2 셀 구성체에서 선택되는 적어도 하나의 셀 구성체를 일 방향으로 이송시키는 이송장치; 및

상기 이송장치 상단에 위치하고, 이송된 셀 구성체들 중의 적어도 하나를 가공하거나, 또는 셀 구성체들을 조합하는 가공장치;

를 포함하며,

상기 이물 제거 장치가 이송 장치의 하단에 장착되어 있는 전지셀 제조 장치를 제공할 수 있다.

하나의 구체적인 예에서, 상기 이송 장치는 셀 구성체들이 이송되는 방향으로 상호 이격된 상태로 순차적으로 배열된 둘 이상의 이송 롤러들을 포함할 수 있다.

또한, 상기 이송장치는, 이송 롤러들을 상에서 이송되는 셀 구성체들을 정렬하기 위한 수단을 추가로 포함할 수 있으며, 이러한 수단의 예로서, 셀 구성체를 정위치 고정 시키는 그립, 브라우저 또는 크라운 구조로 회전 반경을 달리하는 보정 롤러 등의 정렬 수단일 수 있다.

또 다른 구체적인 예에서, 상기 가공장치는 셀 구성체들의 노칭 공정(notching process) 또는 접착 공정(lamination process)을 수행하는 장치일 수 있다.

이러한 가공장치는, 이송장치와 독립적으로 배치되어 있을 수 있으며, 이송장치에 의하여 이송되면서, 셀 구성체들의 노칭 공정을 수행한 이후에 연속적으로 접착 공정을 수행하도록 구성될 수 있다.

이와 같이, 본 발명의 이물 제거 장치는 다양한 셀 구성체의 제조 또는 가공 과정에서 이물을 제거하는 구조로 장착되기 때문에, 각 과정에서 유래되는 다양한 이물이 발생될 수 있으며, 이러한 이물이 이송장치의 하단에 연속적으로 배치된 이물 제거 장치를 통해 제거될 수 있다.

본 발명은 또한, 상기 전지셀 제조 장치로 제조되는 전지셀을 제공할 수 있다.

참고로, 상기 전지셀은 리튬이온 전지셀 또는 리튬이온 폴리머 전지셀일 수 있으며, 상기 전지셀은 양극, 음극, 분리막, 및 리튬염 함유 비수 전해액으로 구성될 수 있다.

상기 양극은, 예를 들어, 양극 집전체 상에 양극 활물질, 도전재 및 바인더의 혼합물을 도포한 후 건조하여 제조되며, 필요에 따라서는, 상기 혼합물에 충진제를 더 첨가하기도 한다.

상기 양극 활물질은 리튬 코발트 산화물(LiCoO₂), 리튬 니켈 산화물(LiNiO₂) 등의 층상 화합물이나 1 또는 그 이상의 전이금속으로 치환된 화합물; 화학식 Li_1+xMn_2-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 LiNi_1-xM_xO₂ (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 LiMn_2-xM_xO₂ (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 상에 음극 활물질을 도포, 건조하여 제작되며, 필요에 따라, 앞서 설명한 바와 같은 성분들이 선택적으로 더 포함될 수도 있다.

상기 음극 활물질로는, 예를 들어, 난흑연화 탄소, 흑연계 탄소 등의 탄소; Li_xFe₂O₃(0≤x≤1), Li_xWO₂(0≤x≤1), Sn_xMe_1-xMe'_yO_z (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 ㎛이고, 두께는 일반적으로 5 ~ 300 ㎛이다. 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.

리튬염 함유 비수계 전해액은, 극성 유기 전해액과 리튬염으로 이루어져 있다. 전해액으로는 비수계 액상 전해액, 유기 고체 전해질, 무기 고체 전해질 등이 사용된다.

상기 비수계 액상 전해액으로는, 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, 비수계 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 있다.

본 발명은 또한 상기 전지셀을 단위전지로 포함하는 전지팩을 제공할 수 있고, 상기 전지팩을 포함하는 디바이스를 제공할 수 있는 바, 상기 디바이스는 노트북 컴퓨터, 넷북, 태블릿 PC, 휴대폰, MP3, 웨어러블 전자기기, 파워 툴(power tool), 전기자동차(Electric Vehicle, EV), 하이브리드 전기자동차(Hybrid Electric Vehicle, HEV), 플러그-인 하이브리드 전기자동차(Plug-in Hybrid Electric Vehicle, PHEV), 전기 자전거(E-bike), 전기 스쿠터(E-scooter), 전기 골프 카트(electric golf cart), 또는 전력저장용 시스템일 수 있지만, 이들만으로 한정되지 않음은 물론이다.

이들 디바이스의 구조 및 그것의 제작 방법은 당업계에 공지되어 있으므로, 본 명세서에서는 그에 대한 자세한 설명은 생략한다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 전극조립체 제조방법은, 분리필름의 권취 개시 부위에 위치하는 제 1 유닛셀을 맨드렐(mandrel)로 고정하고, 제 1 유닛셀의 외측 단부 부위에서 극판의 외주변을 넘어 연장된 분리막 잉여부를 분리필름에 가열 압착하는 과정을 포함함으로써, 권취 공정에서 발생할 수 있는 내부 단락 및 그로 인한 전압 강하를 방지할 수 있고, 전지의 성능 저하를 방지하고 안전성을 확보할 수 있는 효과를 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 이물 제거 장치를 포함하는 전지셀 제조 장치의 측면도이다;
도 2 은 도 1의 이물 제거 장치의 구조를 나타내는 모식도이다;
도 3 는 도 2의 이물 제거 장치의 수직 단면도에서 이물의 낙하 및 이동 과정을 나타내는 모식도이다;
도 4 는 도 2의 이물 제거 장치의 수직 단면도에서 이물의 유동 방향을 나타내는 모식도이다;
도 5 는 도 4의 A 부위에 대한 확대도이다.

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 이물 제거 장치를 포함하는 전지셀 제조 장치의 측면도가 모식적으로 도시되어 있다.

도 1을 참조하면, 전지셀 제조 장치(100)는 셀 구성체들(1, 2, 3, 10)을 일 방향으로 이송시키는 이송 장치(110), 이송 장치(110)의 상단에 위치하고, 이송된 셀 구성체들(1, 2, 3, 10)을 가공하거나 조합하는 가공장치(121 122) 및 이송 장치(110) 하단에 장착되어 있으며, 가공장치(121, 122)에서 셀 구성체들(1, 2, 3, 10)의 가공 및 조합 시, 발생되는 이물을 제거하기 위한 이물 제거 장치(200)를 포함한다.

이송 장치(110)는 셀 구성체들(1, 2, 3, 10)이 이송되는 방향으로 상호 이격된 상태로 순차적으로 배열되어 있는 복수의 이송 롤러들(111)을 포함하고 있으며, 이송 롤러들(111)이 회전하면서, 셀 구성체들(1, 2, 3, 10)을 일 방향으로 이송시키는 구조로 구성되어 있으며, 각 셀 구성체들(1, 2, 3, 10)은 이송 장치(110)의 이송 롤러들(111)에 의해 이송되면서 가공장치(121, 122)에 도달하는 구조로 구성된다.

여기서 셀 구성체(1, 2, 3, 10)란, 전극조립체를 구성하고, 이송 장치(110)에 의해 이송되는 모든 요소들을 지칭하는 것으로, 도 1에서는 셀 구성체로서 전극(1, 3)과 분리막(2) 및 복수의 전극(1, 3)과 분리막(2)이 적층된 단위셀(10) 구조가 도시되어 있다.

본 발명에서는 셀 구성체는 구성 요소로서 상대적으로 작은 단위인 전극, 분리막 및 분리 필름을 제 1 셀 구성체(1, 2, 3, 20)라 정의하며, 전극과 분리막이 조합되어 조립체 단위를 구성하는 단위셀(10) 등을 제 2 셀 구성체라 정의한다.

한편, 가공장치(121, 122)는 시트 형태의 양극(1)과 음극(3) 및 분리막(2)을 제 1 셀 구성체로서의 단위 크기로 커팅시키는 노칭 장치(121) 및 노칭 장치(121) 커팅된 전극들(1, 3)과 분리막(2)을 수령하고 이들을 적층 배열하여 열과 압력으로 이들을 접착시켜 제 2 셀 구성체로서 단위셀(10)을 제조하는 접착 장치(122)를 포함한다.

이때, 노칭 장치(121) 및 접착 장치(122)는 이송 장치(110) 상단에 순차적으로 위치되어 있으므로, 제 1 셀 구성체의 가공과 제 1 셀 구성체의 조합으로 제 2 셀 구성체를 제조하는 과정이 연속적으로 수행될 수 있다.

구체적으로, 권취 롤에 권취되어 있는 분리막(2), 양극(1) 및 음극(1) 이 이송 장치(110)에 의해 각각 일 방향으로 유도되면서 노칭 장치(121)에 도달하고, 노칭 장치(121)는 이들을 소정의 크기로 각각 절단 하여, 단위 분리막(2), 단위 양극(1) 및 단위 음극(3)의 형태로 가공한다.

가공된 구성 제 1 셀 구성체들은 전극들 사이에 분리막(2)이 위치한 구조로 이송 장치(110)를 따라 접착 장치(122)까지 이송되며, 접착 장치(122)에서는 양극(1)과 음극(3) 사이에 분리막(2)이 개재된 적층 형태로 이들을 상하 나란히 배열 조정하며, 이 상태에서 열과 압력을 인가하여 전극들(1, 3)과 분리막(2)을 접착시켜 제 2 셀 구성체로서의 단위셀(10)을 제조한다.

앞서 설명한 바와 같이, 전극 가루 또는 집전체로부터 유래되는 금속 가루 등의 이물이 발생되는데, 이러한 이물은 작업간의 레일 또는 회전 롤 등을 통해 이송하는 과정 또는 커팅 공정, 접착 공정, 적층 공정 및 권취 공정 등의 가공을 수행하는 과정에서 다량으로 발생하게 된다.

구체적으로, 노칭 장치(121)의 커팅 과정에서 미세 전극가루와 금속 가루나 파편이 이물로서 발생되고 접착 장치(122)에서도 셀 구성체들의 이송간 및 압력 인가 과정에서 전극 가루나 금속 가루가 이물로서 발생될 수 있다.

이렇게 가공 장치(121, 122)에서 발생된 이물은 이송 장치(110)의 하단으로 낙하하게 되며, 이송 장치(110)의 하단에 장착되어 있는 이물 제거 장치(200)로 수용되는 방식으로 포집된 이후 제거된다.

도 2에는 도 1의 이물 제거 장치의 구조를 나타내는 모식도가 도시되어 있다.

도 2를 도 1과 함께 참조하면, 이물 제거 장치(200)는 제 1 셀 구성체(1, 2, 3, 20) 또는 제 2 셀 구성체(10)들로부터 발생하여 낙하하는 이물을 수용하는 구조로 이물을 포집하는 본체부(210)를 포함하고 있다.

구체적으로, 본체부(210)의 일측 단부에는, 본체부(210)에 포집된 이물을 흡입하기 위한 흡입기(도시하지 않음)가 장착되도록 배출구(220)가 형성되어 있고, 배출구(220)의 대향측 부위의 좌우 측부들(211)에는 본체부(210) 내에 포집된 이물에 풍력을 인가하여, 이물을 배출구(220) 방향으로 유도하는 풍압기(도시하지 않음)가 장착되는 송풍구(230)를 포함하고 있다.

본체부(210) 상단 방향에는 이물이 본체부(210)의 내부 공간으로 낙하하도록 유도하는 개구들(도 3 내지 5 참조)이 형성되어 있으며, 풍압기에서 발생된 기류에 의해 이물들이 외부로 비산되는 것을 방지하는 구조로 이루어진 커버(240)를 포함하고 있다.

한편, 본체부(210)는 배출구(220)의 형상에 대응하여 지면 방향으로 하향 경사져 있는 구조의 하단 플레이트(212), 하단 플레이트(212)로부터 상향 연장된 구조의 측벽들(213, 214)을 포함하는 구조로 구성되어 있는 바, 배출구(220), 송풍구(230) 및 커버(240)가 장착되는 개방 상부를 제외하고, 하단 플레이트(212) 및 측벽들(213, 214)에 의해 감싸여 있는 구조로 구성되어 있다.

도 3에는 도 2의 이물 제거 장치의 수직 단면도에서 이물의 낙하 및 이동 과정을 나타내는 모식도가 도시되어 있고, 도 4에는 도 2의 이물 제거 장치의 수직 단면도에서 이물의 유동 방향을 나타내는 모식도가 도시되어 있다.

먼저, 도 3을 도 1과 함께 참조하면, 가공 장치(121, 122)에서 발생된 이물은 화살표 방향으로 이송 장치(110)의 하단으로 낙하하게 되며, 이송 장치(110)의 하단에 장착되어 있는 이물 제거 장치(200)로 수용되는 방식으로 포집된다.

구체적으로, 커버(240)는 복수개의 커버 플레이트들(250)이 수직 단면을 기준으로 지면에 대해 수직으로 새워진 상태로 상호 이격되어 배열되어 있는 구조로 구성되어 있다.

따라서, 가공 장치(121, 122)에서 발생된 이물은 커버 플레이트들()이 상호 이격되어 배열되어 있는 개구를 지나 본체부(210)의 내부로 낙하되는 구조로 구성되어 있고, 포집된 이물은 화살표 방향으로 배출구(220)를 통해 외부로 제거된다.

앞서 설명한 바와 같이, 본 발명의 이물 제거 장치(200)는 본체부(210)에 포집된 이물을 흡입하기 위한 흡입기가 배출구(220)에 장착되는 구조로 구성되고, 본체부(210) 내에 포집된 이물에 풍력을 인가하여, 이물을 배출구(220) 방향으로 유도하는 풍압기가 송풍구(230)에 장착되는 구조로 구성되어 있다.

일반적으로, 도 4에 도시되어 있는 바와 같이, 송풍구(230)를 인가되는 풍력 및 배출구(220)를 통해 외부로 배출되는 연속적인 과정에서 발생한 기류는 본체부(210)에 포집된 이물들을 화살표 방향을 포함하여 다양한 방향으로 유동시키게 되는데, 이때, 커버(240)에 포함되는 복수개의 커버 플레이트들(250)의 배열 구조가 이물들을 본체부(210) 내부로부터 외부 공간으로 비산되는 것을 최소화 하고, 이물들이 배출구(220) 방향으로 유도하는 것이 가능하다.

즉, 상기 구조는 송풍구(230)를 통해 인가되는 풍속을 더욱더 빠르게 구성하고, 배출구(220)를 통해 외부로 배출 또는 흡입기가 흡입하는 풍속을 더욱더 빠르게 구성하더라도, 커버(240)에 포함되는 복수개의 커버 플레이트들(250)의 배열 구조로 인하여, 본체부(210) 내부가 사실상 폐쇄 구조에 가까운 구조로 형성될 수 있다.

도 5에는 도 4의 A 부위에 대한 확대도가 도시되어 있다.

도 5를 참조하여, 커버(240)의 구조를 더욱더 상세하게 설명하며, 커버 플레이트(250)는 수직 단면을 기준으로, 본체부(의 상단으로부터 지면 방향으로 하향 경사져 있는 구조의 제 1 플레이트(251), 제 1 플레이트(251)에 인접하여 위치하고, 지면으로부터 본체부의 상단 방향으로 상향 경사져 있는 구조의 제 2 플레이트(252), 제 2 플레이트(252)에 인접하여 위치하고, 제 1 플레이트(251)와 동일한 경사 구조를 가지는 제 3 플레이트(253) 및 제 3 플레이트(253)와 인접하여 위치하고, 제 2 플레이트(252)와 동일한 경사 구조를 가지는 제 4 플레이트(254)를 포함하는 구조로 구성되어 있다.

제 1 플레이트(251)에서, 지면 방향에 위치하는 단부는, 제 2 플레이트(252)에서, 지면 방향으로 위치하는 단부와 서로 이격된 상태로 인접하게 위치하는 슬릿 구조를 형성하여 대략적으로 1 mm 크기의 개구(261)를 형성하고 있다.

또한, 제 2 플레이트(252)에서 본체부의 상단 방향으로 위치하는 단부는, 제 3 플레이트(253)에서, 본체부의 상단 방향으로 위치하는 단부와 서로 접촉하는 구조로 위치하고 있다.

이어서, 제 3 플레이트(253)에서, 지면 방향에 위치하는 단부는, 제 4 플레이트(254)에서, 지면 방향으로 위치하는 단부와 서로 이격된 상태로 인접하게 위치하는 슬릿 구조를 형성하여 대략적으로 1 mm 크기의 개구(262)를 형성하고 있다.

도 5에는 4개의 커버 플레이트들(251, 252, 253, 254)만이 서로 이격 또는 접촉 구조를 이루고 있는 것으로 도시되어 있으나, 커버(240) 전체를 거쳐 상기와 같은 구조들이 반복되는 구조임을 이해할 수 있음은 물론이다.

제 1 내지 4 플레이트들(251, 252, 253, 254)이 상향 경사 또는 하향 경사는 지면에 대해 60 도 각도의 경사를 이루고 있으며, 상기 구조는 지면 방향으로 향하는 단부들이 매우 좁은 크기의 슬릿 구조로 개구들(261, 262)을 형성하고, 상단 방향으로 향하는 단부들이 서로 접촉하는 구조로서, 일종의 지붕 또는 산 형태의 구조를 이루고 있는 바, 이송 장치(220) 하단으로 낙하는 하는 이물들이 본체부(210) 내부 공간으로 도입될 수 있고, 본체부(210) 내부에서 외부로 비산되지 않게 만들어 준다.

따라서, 본 발명에 따른 이물 제거 장치(200)를 포함하여 전지셀을 제조하는 경우, 제조 공정에서 불가피하게 발생되는 이물들이 비산되는 문제점 없이, 실시간으로 제거할 수 있고, 양품의 전극조립체를 제조가 가능하면서도, 이물들의 제거 효율이 우수하여 전극조립체 제조에 대한 전반적인 공정성을 향상시킬 수 있는 효과를 제공할 수 있다.

본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주내에서 다양한 응용 및 변형을 수행하는 것이 가능할 것이다.

Claims (16)

1. 전지셀에 포함되는 셀 구성체들의 제조 또는 가공 과정에서 발생된 이물을 제거하기 위한 이물 제거 장치로서,
   셀 구성체들로부터 발생하여 낙하하는 이물을 수용하는 구조로 이물을 포집하는 본체부;
   상기 본체부와 연통되는 구조로 본체부의 일측 단부에 장착되어 있고, 본체부에 포집된 이물을 흡입하는 흡입기;
   상기 본체부 내에 포집된 이물에 풍력을 인가하여, 이물을 흡입기 방향으로 유도하는 하나 이상의 풍압기;
   상기 본체부의 상단 방향에 장착되어 있고, 이물이 본체부의 내부 공간으로 낙하하도록 유도하는 개구들이 형성되어 있으며, 풍압기에서 발생된 기류에 의해 이물들이 외부로 비산되는 것을 방지하는 구조로 이루어진 커버;
   를 포함하고,
   상기 커버는 본체부의 길이 방향으로 연장된 둘 이상의 커버 플레이트들을 포함하고 있고,
   상기 커버 플레이트들은,
   수직 단면을 기준으로, 본체부의 상단으로부터 지면 방향으로 하향 경사져 있는 구조의 제 1 플레이트;
   상기 제 1 플레이트에 인접하여 위치하고, 지면으로부터 본체부의 상단 방향으로 상향 경사져 있는 구조의 제 2 플레이트;
   상기 제 2 플레이트에 인접하여 위치하고, 제 1 플레이트와 동일한 경사 구조를 가지는 제 3 플레이트; 및
   상기 제 3 플레이트와 인접하여 위치하고, 제 2 플레이트와 동일한 경사 구조를 가지는 제 4 플레이트;
   를 포함하고 있고,
   상기 제 1 플레이트에서, 지면 방향에 위치하는 제 1 단부는, 제 2 플레이트에서, 지면 방향으로 위치하는 제 2 단부와 서로 이격된 상태로 인접하게 위치하는 슬릿 구조를 이루고 있고,
   상기 제 2 플레이트에서 본체부의 상단 방향으로 위치하는 제 3 단부는, 제 3 플레이트에서, 본체부의 상단 방향으로 위치하는 제 4 단부와 서로 접촉하는 구조로 위치하고,
   상기 제 3 플레이트에서, 지면 방향에 위치하는 제 5 단부는, 제 4 플레이트에서, 지면 방향으로 위치하는 제 6 단부와 서로 이격된 상태로 인접하여 위치하는 슬릿 구조를 이루고 있으며,
   상기 슬릿 구조 및 접촉하는 구조는 반복되는 것을 특징으로 하는 이물 제거 장치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 본체부는,
   흡입기가 장착되도록 일측 하단 부위에 형성되어 있는 배출구;
   상기 배출구의 형상에 대응하여 지면 방향으로 하향 경사져 있는 구조의 하단 플레이트;
   상기 하단 플레이트로부터 상향 연장된 구조의 측벽들; 및
   상기 배출구의 대향측 부위에 위치하고 풍압기에서 송풍된 기체가 공급되는 하나 이상의 송풍구;
   를 포함하는 구조인 것을 특징으로 하는 이물 제거 장치.
3. 제 2 항에 있어서, 상기 본체부는, 배출구, 송풍구 및 커버가 장착되는 개방 상부를 제외하고, 하단 플레이트 및 측벽들에 의해 감싸여 있는 구조인 것을 특징으로 하는 이물 제거 장치.
4. 제 2 항에 있어서, 상기 송풍구는 수직 단면을 기준으로 배출구의 대향측 부위의 좌우 측부들 중에서 어느 하나 이상에 위치하는 것을 특징으로 하는 이물 제거 장치.
5. 삭제
6. 제 1 항에 있어서, 상기 개구들 각각의 폭은 1 mm 내지 50 mm의 크기인 것을 특징으로 하는 이물 제거 장치.
7. 삭제
8. 삭제
9. 삭제
10. 삭제
11. 제 1 항에 있어서, 상기 커버 플레이트들의 상향 경사 또는 하향 경사는 지면에 대해 30도 내지 75도의 각도의 경사인 것을 특징으로 하는 이물 제거 장치.
12. 제 1 항에 따른 이물 제거 장치;
    전극, 분리막 및 분리필름으로 구성된 군에서 선택되는 적어도 하나의 제 1 셀 구성체와 복수의 전극과 분리막이 적층되어 있는 제 2 셀 구성체에서 선택되는 적어도 하나의 셀 구성체를 일 방향으로 이송시키는 이송장치; 및
    상기 이송장치 상단에 위치하고, 이송된 셀 구성체들 중의 적어도 하나를 가공하거나, 또는 셀 구성체들을 조합하는 가공장치;
    를 포함하며,
    상기 이물 제거 장치가 이송 장치의 하단에 장착되어 있는 것을 특징으로 하는 전지셀 제조 장치.
13. 제 12 항에 있어서, 상기 이송 장치는 셀 구성체들이 이송되는 방향으로 상호 이격된 상태로 순차적으로 배열된 둘 이상의 이송 롤러들을 포함하는 것을 특징으로 하는 전지셀 제조 장치.
14. 제 12 항에 있어서, 상기 가공장치는 셀 구성체들의 노칭 공정(notching process) 또는 접착 공정(lamination process)을 수행하는 장치인 것을 특징으로 하는 전지셀 제조 장치.
15. 삭제
16. 삭제

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