KR102234730B1

KR102234730B1 - 에너지 저장 장치용 전극 스택의 제조 방법, 그리고 스태킹 시스템

Info

Publication number: KR102234730B1
Application number: KR1020190007326A
Authority: KR
Inventors: 데니스 뵘
Original assignee: 폭스바겐 악티엔 게젤샤프트
Priority date: 2018-01-22
Filing date: 2019-01-21
Publication date: 2021-04-02
Also published as: EP3514863A2; EP3514863B1; CN110071321B; EP3514863A3; US20190229360A1; DE102018200958A1; CN110071321A; US11127970B2; EP3828967B1; KR20190089750A; EP3828967A1

Abstract

본 발명은 자동차의 에너지 저장 장치를 위한 전극 스택(20)을 제조하기 위한 방법에 관한 것이며, 전극들로서는 캐소드들(6) 및 애노드들(4)이 사이에 분리판 스트립(2)이 개재된 상태에서 교호적으로 서로 겹침 적층되며, 분리판 스트립(2)은 맨 처음 캐소드들(6) 및 애노드들(4)로 덮이며, 그럼으로써 전극 스트립(1)이 형성되며, 그런 후에 전극 스트립(1)은 캐소드들(6) 및 애노드들(4)을 겹침 적층하기 위해 서로 수회 절첩된다. 본 발명에 따라서, 전극 스트립(1)은 절첩을 위해 수평 평면에 정렬되고 그로부터 출발하여 일부 섹션에서 전체적으로 전극들 사이에서 절첩된다.

Description

에너지 저장 장치용 전극 스택의 제조 방법, 그리고 스태킹 시스템{METHOD FOR PRODUCING AN ELECTRODE STACK FOR ENERGY STORES, AND STACKING SYSTEM}

본 발명은 자동차의 에너지 저장 장치를 위한 전극 스택을 제조하기 위한 방법에 관한 것이며, 전극들로서는 캐소드들 및 애노드들이 사이에 분리판이 개재된 상태에서 교호적으로 서로 겹침 적층(stacking)되며, 분리판은 맨 처음 캐소드들 및 애노드들로 덮이며, 그럼으로써 전극 스트립(electrode strip)이 형성되며, 그런 후에 전극 스트립은 캐소드들 및 애노드들을 겹침 적층하기 위해 서로 수회 절첩(folding)된다.

또한, 본 발명은, 특히 전술한 방법의 실행을 위한, 전극 스택을 제조하기 위한 스태킹 시스템에도 관한 것이며, 상기 스태킹 시스템은 전극들로서의 애노드들 및 캐소드들로 덮인 분리판 스트립을 포함하는 전극 스트립을 전극 스택으로 절첩하기 위한 절첩 장치를 포함하며, 전극 스택에서는 애노드들 및 캐소드들이 사이에 분리판이 개재된 상태에서 교호적으로 서로 겹침 적층되어 있다.

자동차용 에너지 저장 장치는 통상, 서로 겹침 적층되고 각각 하나의 분리판을 통해 서로 분리되어 있는 애노드들 및 캐소드들을 포함한다. 이로써, 에너지 저장 장치를 형성하기 위해 서로 전기 연결되는 배터리 셀들이 형성된다. 개별 요소들(element)을 서로 겹침 적층하는 것을 통해 상기 유형의 전극 스택을 제조하는 점은 공지되어 있다. 이 경우, 캐소드, 애노드 및 분리판은 서로 독립적으로 제조되어 차례로 서로 겹침 적층된다. 스태킹 방법은 보통 개별 요소들을 파지(gripping)하여 정확한 위치에 서로 겹침 적층하는 로봇들을 통해 실행된다. 이를 위해 필요한 복잡한 파지 이동으로 인해, 단지 제한되는 조립 속도만이 달성될 수 있고 구조적으로 높은 비용이 요구된다.

개별 구성요소들의 겹침 적층을 수월하게 하기 위해, 독일 공개 공보 DE 10 2010 055 617 A1호에서는, 전극들이 분리판 스트립 상에 배열되며, 그리고 분리판 스트립에서부터 전극 스택을 형성하기 위해, 전극들을 구비한 분리판 스트립은 z자 형태로 절첩되는 점이 제안된다. 그러나 절첩이 정확히 어떻게 수행되어야 하는지는 개시되어 있지 않다. 도면들에서는, 오직 전극 스트립이 수직 이동을 통해 하향 절첩된다는 점만이 추론된다. 이는, 국제 공개 공보 WO 2016/192717 A1호를 통해서도 박판 재료(sheet material)를 절첩하기 위한 방법으로서 제안된다. 여기서, 전극 스택 역시도 제조된다고 되어 있다. 이 경우, 절첩 시스템은 공급되는 전극 스트립을 단계별로 z자 형태로 접히게 하며, 전극 스트립은 절첩 시스템의 상부로부터 공급된다.

본 발명의 과제는, 간단한 유형 및 방식으로 전극 스택으로 전극 스트립을 바람직하게 절첩하도록 허용하는 개량된 방법, 그리고 개량된 절첩 또는 스태킹 시스템을 각각 제공하는 것에 있으며, 특히 스태킹 시스템 및 절첩 과정 각각의 공정은 전극 스트립의 하나의 제조 공정에 통합될 수 있도록 하는 것에 있다.

본 발명의 기초가 되는 과제는, 청구항 제1항의 특징들을 갖는 방법을 통해 해결된다. 이는, 전극 스트립의 제조에서 출발하여 전극 스트립이 곧바로 이어서 스태킹 시스템 또는 절첩부로 공급된다는 장점을 갖는다. 그 결과, 전극 스트립의 절첩 공정 및 제조는 바람직하게 서로 조합된다. 이는, 본 발명에 따라서, 전극 스트립이 절첩을 위해 수평 평면에 정렬되고 그로부터 출발하여 일부 섹션에서, 또는 전체적으로 전극들 사이에서 절첩되는 것을 통해 달성된다. 종래 기술에서처럼, 전극들 사이의 절첩은, 전극들을 구비한 영역에 비해 더 유연하고 그에 따라 쉽게 변형되거나 절첩되는 분리판 스트립의 전극 없는 영역에서 수행되며, 특히 그렇게 하여 전극들은 손상되지 않는다. 그러나 공지된 해결책들과 달리, 전극 스트립은 절첩될 때 수평 평면에 존재하며, 그럼으로써 예컨대 선행 작업 단계에서 전극들로 덮였던 전극 스트립은 곧바로 이어서 절첩 과정으로 수평 방향으로 공급될 수 있는 점이 달성된다.

본 발명의 바람직한 개선예에 따라서, 전극 스트립은 절첩 전에 적층(lamination)된다. 적층하는 것을 통해, 바람직한 방식으로 전극들은 분리판 스트립 상에 고정되어 지속적으로 파지된다. 특히 전극 스트립은, 한번은 특히 분리판 스트립의 제1 면 상에 캐소드들로 덮은 후에, 그리고 다른 한번은 특히 분리판 스트립의 타측 면 또는 후면 상에 애노드들로 덮은 후에 적층된다. 분리판 스트립이 맨 먼저 캐소드들로 덮이면, 맨 처음 캐소드들로 적층되고, 분리판 스트립이 맨 먼저 애노드들로 덮이면, 상기 애노드들이 역시 맨 먼저 적층된다. 2회 적층하는 것을 통해, 한번 적층된 전극들 내지 애노드들 또는 캐소드들이 확실하게 전극 스트립 상에 고정되고, 그런 후에 다른 전극들, 특히 캐소드들 또는 애노드들이 분리판 스트립 상에, 특히 분리판 스트립의 후면 상에 배열되는 점이 보장된다. 이로써, 절첩 과정에서, 적층된 전극 스트립; 혹은 애노드들, 캐소드들 및 분리판 스트립으로 구성되는 적층된 복합 구조(laminated composite structure);가 절첩되게 된다.

또한, 바람직하게는, 전극 스트립은 절첩하기 위해 자신의 길이방향 측면들에서 복수의 그리퍼들에 의해 각각의 제2 전극 사이의 서로 대향하는 위치들에서 파지되고 인장 상태로 횡방향으로 인장되어 상승된다. 각각의 제2 전극 사이의 자신의 길이방향 측면들에서 전극 스트립을 인장시키는 것을 통해, 절첩선(fold line)이 형성되는 방식으로 분리판 스트립은 인접한 전극들 사이에서 예압되며, 상기 절첩선은, 그리퍼들을 상호 간에 평행하게 간단히 상승시키는 것을 통해, 전극 스트립이 그 자체로 (특히 절첩선의 양측에 위치하는 전극들의 중량 힘을 기반으로) 절첩선을 따라 절첩되게 한다. 이로써, 분리판 스트립; 및 전극들을 포함한 전극 스트립; 각각의 간단하면서도 에너지를 절약하는 절첩이 보장된다.

또한, 바람직하게는, 전극 스트립은, 각각의 타측의 제2 전극 사이에서, 그리퍼들을 상승시킬 때 하부에 파지된다. 이로써, 그리퍼들을 상승시킬 때 분리판 스트립이 절첩선들 중 하나를 따라서 꺾이거나 절첩되기에 전극들의 고유 중량이 충분하지 않을 정도로 분리판 스트립이 강성일 때에도 절첩 과정이 실행될 수 있는 점이 보장된다. 특히 바람직하게는, 각각의 타측의 제2 전극 사이에서, 다시 말하면 그들 사이에서 그리퍼들이 파지하지 않는 전극들 사이에서 전극 스트립은 압축 공기에 의해 하부에 파지된다. 그 결과, 하부 파지는 비접촉 방식으로, 그리고 특히 전극 스트립을 보호하면서 수행된다.

본 발명의 바람직한 개선예에 따라서, 그리퍼들은 절첩하기 위해 동시에 상승되어 서로를 향해 접근 이동되며, 그럼으로써 전극 스트립은 z자 형태로 절첩된다. 동시에 상승시키면서 서로를 향해 접근 이동시키는 것을 통해, 복수의 절첩선들이 동시에 형성되며, 그리고 전극 스트립, 특히 분리판 스트립은 복수의 위치들에서 자신의 종방향 연장부를 따라서 동시에 절첩된다. 이로써, 절첩 과정은 특히 짧은 시간에 수행된다. 그 대안으로, 그리퍼들을 차례로 상승시키는 점도 생각해볼 수 있으며, 2개의 대향하는 그리퍼들은, 전극 스트립을 단계별로 z자 형태로 접히게 하기 위해, 항상 동시에 상승되거나 이동된다.

또한, 전극 스트립은 바람직하게는 홀더(holder)의 방향으로 이송되어 단계별로 홀더 안쪽으로 절첩된다. 홀더의 방향으로 이송하는 것을 통해, 전극 스트립 상으로 압축력이 가해지며, 이 압축력은 홀더 안쪽으로 전극 스트립을 절첩할 때 특히 전술한 그리퍼들에 의해 완화된다. 또한, 홀더의 방향으로 전극 스트립을 이송하는 것을 통해, 전극 스트립이 이미 절첩 시 홀더 내에 배치됨으로써, 절첩 과정에 이어서, 예컨대 홀더가 전극 스트립과 함께 추가 이동되면서, 또는 전극 스트립이 홀더에서부터 패키지로서 인출되면서, 전극 스트립이 간단하게 취급될 수 있는 점이 달성된다.

또한, 바람직하게는, 2개 이상의 대향하는 그리퍼들은, 전극 스트립의 연장부에 대해 적어도 실질적으로 수직으로 정렬되어 있는 곡선 경로를 따라서, 전극 스트립을 단계별로 각각의 제2 전극 사이에서 파지하여 곡선 이동을 통해 홀더 안쪽에 절첩하는 방식으로 안내된다. 특히 원형 경로인 곡선 경로를 따르는 이동을 통해, 전극 스트립은 그리퍼들에 의해 동시에 상승되어 홀더의 방향으로 이송된다. 그 결과, 홀더 안쪽에 전극 스트립의 자동 절첩이 수행된다. 바람직하게는, 이미 홀더 안쪽에 절첩된 전극 스트립의 섹션은 홀더 내에 파지되거나 또는 유지되며, 그럼으로써 상기 섹션은 홀더에서부터 다시 떨어져 나오지 않게 된다. 이는, 그렇지 않은 경우, 전극 스트립이 수평 경로를 따라서 연장되기 때문에, 전극들의 고유 중량으로 인해 발생할 수도 있다. 이 경우, 특히 전극 스트립은 단지 자신의 상단부에서 홀더 내에서 유지되며, 그럼으로써 홀더 안쪽에 절첩된 전극 스트립의 섹션의 특히 간단하면서도 확실한 정착(anchorage)이 보장된다.

또한, 바람직하게는, 전극 스트립을 절첩하기 위한 홀더는, 곡선 경로를 따라서 안내되는 그리퍼들에 추가로, 또는 그 대안으로, 수직으로 상하 이동된다. 전극 스트립이 홀더의 방향으로 이송되고 홀더가 상하 이동된다면, 전극 스트립은 홀더를 상하로 이동시키는 것을 통해 절첩된다. 홀더가 수직으로 이동되는 반면, 전극 스트립은 수평으로 이송되는 것을 통해, 왕복 이동을 통해 전극 스트립은 특히 수평 경로의 단부에서 한번은 상향으로, 그리고 한번은 하향으로 이동되며, 그럼으로써 절첩선들/위치들이 형성되고 전극 스트립은 자동으로 접히게 된다. 목적에 적합한 방식으로, 홀더의 상하 이동은 전극 스트립의 이송 이동에 매칭되며, 그럼으로써 전극 스트립은 항상 2개의 인접한 전극들 사이에서 절첩되게 된다.

청구항 제9항의 특징들을 갖는 본 발명에 따른 스태킹 시스템은, 절첩 과정 동안 전극 스트립의 안내 또는 배열을 위한 수평으로 정렬된 경로를 포함하는 것을 특징으로 한다. 이로써, 이미 언급한 장점들이 달성된다. 또 다른 장점들 및 바람직한 특징들과 특징 조합들은 특히 앞에서 기재한 내용에서, 그리고 특허청구범위에서 분명하게 제시된다.

특히 절첩 장치는, 전극 스트립의 길이방향 측면들 또는 경로에 할당되어 있는 2개 이상, 특히 2개보다 많은 개수, 또는 복수의 그리퍼들을 구비한 파지 장치(gripping device)를 포함하며, 그럼으로써 각각 2개의 그리퍼들은 서로 대향하여 위치하되, 대향하는 그리퍼들은 각각의 제2 전극 사이에서 전극 스트립을 파지하고 인장 상태로 횡방향으로 인장시켜 상승시키도록 형성된다. 그 결과, 앞에서 기재한 절첩 과정은 간단하게 실행될 수 있으며, 그리고 이미 언급한 장점들도 달성된다.

또한, 바람직하게는, 파지 장치는 수평 경로 상에서 각각의 타측의 제2 전극 사이에서 전극 스트립을 하부에 파지하기 위한 하부 파지 장치를 포함한다. 그에 따라, 상기 하부 파지 장치를 통해, 그리퍼들이 각각의 제2 전극 사이에서 전극 스트립을 상승시키는 동안, 전극 스트립은 각각의 타측의 제2 전극 사이에서 하부에 파지된다. 이로써, z자 형태로 전극 스트립의 확실한 절첩 또는 접힘이 가능해진다.

또한, 하부 파지 장치는 바람직하게는 압축 공기 생성 장치와 연결되어 있거나 연결될 수 있는 하나 이상의 압축 공기 노즐을 포함한다. 이로써, 전극 스트립의 비접촉식 하부 파지 또는 내리누름은 간단한 유형 및 방식으로 가능해진다.

또한, 스태킹 시스템은 바람직하게는 절첩된 전극 스트립의 수용을 위한 홀더를 포함하며, 홀더는 경로의 일측 단부에 배치된다. 홀더 내에서는, 앞에서 이미 기재한 것처럼, 전극 스트립이 예컨대 단계별로 그 안쪽으로 절첩될 수 있다.

특히 바람직하게는, 파지 장치는 서로 대향하여 위치하는 2개의 그리퍼들을 포함하며, 이들 그리퍼는, 전극 스트립을 상승시켜 홀더 내로 이송하기 위해, 곡선 경로, 특히 원형 경로를 따라서 안내된다. 이런 경우, 앞에서 이미 언급한 장점들이 달성된다. 그리퍼들의 원형 경로 안내를 통해, 그리퍼들을 이동시키기 위한 복잡한 로봇 공학 또는 제어를 방지하는 단순한 운동학이 보장된다. 그에 따라, 파지 장치 및 절첩 장치의 비용 효과적인 실현이 제공된다.

특히 바람직하게는, 스태킹 시스템은 경로에 할당되어 홀더 쪽으로 전극 스트립을 이송하기 위한 하나 이상의 이송 장치를 포함하되, 전극 스트립이 이송 장치를 통해 홀더 내로 이송되는 동안, 홀더는 전극 스트립을 절첩하기 위해 수직으로 이동될 수 있다. 이를 통해서도, 이미 언급한 장점들이 달성된다.

하기에서 본 발명은 도면에 따라서 더 상세하게 설명된다.

도 1은 전극 스택의 제조를 위한 전극 스트립을 간소화하여 도시한 상면도이다.
도 2는 전극 스트립을 전극 스택으로 절첩하기 위한 스태킹 시스템의 제1 실시예를 간소화하여 도시한 상면도이다.
도 3은 스태킹 시스템을 제1 상태에서 간소화하여 도시한 측면도이다.
도 4는 스태킹 시스템을 제2 상태에서 간소화하여 도시한 측면도이다.
도 5는 스태킹 시스템을 제3 상태에서 간소화하여 도시한 측면도이다.
도 6은 스태킹 시스템의 제2 실시예를 간소화하여 도시한 측면도이다.
도 7은 스태킹 시스템의 제3 실시예를 간소화하여 도시한 측면도이다.

도 1에는, 전극 스택으로 절첩되어야 하는 전극 스트립(1)이 간소화된 상면도로 도시되어 있다. 이를 위해, 전극 스트립(1)은 연속 재료로서 존재하거나, 또는 길이에 맞게 사전에 절단되어 존재하는 분리판(2)을 포함한다. 분리판 스트립(2)의 상면(3) 상에는 복수의 전극들, 본 실시예에서는 애노드들(4)이 균일하게 상호 간에 이격되어 배열된다. 분리판 스트립(2)의 일측 단부에는 2개의 애노드들(4)이 직접 서로 나란히 배열된다. 그 밖의 경우, 분리판 스트립(2)의 하면(5) 상에는 복수의 전극들, 본 실시예에서는 캐소드들(6)이 균일하게 서로 이격되어 배열되며, 그럼으로써 2개의 애노드들(4) 사이의 단부 영역을 제외하고, 각각 하나의 캐소드(6)가 분리판 스트립(2)의 후면 상에 위치하게 된다. 전극들은 접촉 요소들(7)을 포함하며, 이 접촉 요소들은 캐소드들(6) 및 애노드들(4)의 간단한 전기 접촉을 보장하기 위해 분리판 스트립(2)보다 더 측면으로 돌출되어 있다. 이 경우, 캐소드들(6) 및 애노드들(4)은, 애노드들의 접촉 요소들(7)이 제1 방향으로 향하고 캐소드들(6)의 접촉 요소들(7)은 제1 방향의 반대되는 제2 방향으로 향하는 방식으로, 분리판 스트립(2) 상에 위치한다. 그 결과, 모든 캐소드(6)는 전극 스택 또는 전극 스트립(1)의 일측의 측면에서부터, 그리고 모든 애노드(4)는 그 타측의 길이방향 측면에서부터 전기 접촉될 수 있다.

바람직한 방식으로, 분리판 스트립(1)의 제조를 위해, 우선 분리판 스트립(2)은 제1 적층 시스템(lamination system) 내로 삽입 고정된다. 분리판(2)은, 특히 압력 및 열 영향을 통해 그 자체이고 각각의 전극(4, 6)을 포함하는 견고한 복합 구조를 형성하는 복수의 층, 특히 분리층, 세라믹층 및 AFL층(AFL = 접착 기능층; adhesive functional layer)을 포함한다.

분리판 스트립(2)은 만곡되어 진공 테이블에 의해 적층 유닛(lamination unit) 쪽으로 안내된다. 분리판(2)이 공급되는 동안, 제1 파지 암(gripping arm)은 매거진에서 애노드들(4)을 개별적으로 빼내어 이 애노드들을 앞에서 언급한 정의된 이격 간격으로 분리판 스트립(2) 상에 내려놓는다. 보통의 분리판(2) 및 애노드들(4)은, 보호 필름과 함께, 0.8 내지 1.2MPa의 압력 및 75℃ 내지 95℃의 온도에서 적층 과정(lamination process)을 실행하는 가열된 적층 프레스(lamination press)를 통과하여 안내된다. 그에 이어서, 분리판(2)은 그곳에 위치하는 애노드들(4)과 함께 선택적으로 다시 권취(winding)된다.

그에 이어서, 분리판 스트립(2)은 다시 삽입 고정되거나, 또는 제2 적층 시스템 내에 삽입 고정되며, 동일한 한계 조건하에서 후면(5) 상에 이제는 캐소드들이 개별적으로 제1 또는 제2 파지 암을 통해, 앞에서 기재한 것처럼, 포지셔닝된다. 그에 이어서, 분리판 스트립(2)은, 캐소드들 및 애노드들과 함께, 제2 적층 공정에서, 캐소드들(6) 역시도 적층하기 위해 적층 프레스 또는 추가 적층 프레스를 통과하여 안내된다.

이와 같이 형성된 전극 스트립(1)은 추후 이용을 위해 권취되거나, 또는 수평으로 정렬된 경로(8) 상에 직접적으로 배열된다. 절첩 과정 전에, 전극 스트립(1)은 선택적으로 의도되는 길이로 재단된다. 경로(8)는 스태킹 시스템(9)의 구성요소이며, 스태킹 시스템은 그 외에 전극 스트립(1)을 전극 스택(20)으로 절첩하기 위한 절첩 장치(10)도 포함한다.

도 2에는, 스태킹 시스템(9)의 제1 실시예가 상면도로 도시되어 있다. 본 실시예에 따라서, 절첩 장치(10)는 파지 장치(11)를 포함하며, 이 파지 장치는, 특히 개별적으로 이동될 수 있는 복수의 파지 부재(12)(gripping element)들을 포함한다. 이 경우, 파지 부재들(12)은 각각 전극 스트립(1)의 길이방향 측면들에 할당되며, 각각 2개의 파지 부재들(12)은 서로 대향하여 위치하여 하나의 파지 부재 쌍(13)을 형성한다. 이 경우, 파지 부재들(12)은, 각각의 제2 전극(4, 6) 사이에 위치하는 방식으로, 서로 분리되어 분리판 스트립(2)의 종방향 연장부 내지 경로(8)를 따라서 배치된다. 파지 부재들(12)은, 전극들 사이의 분리판 필름(2)을 파지할 수 있는 방식으로, 실 모양(filigree)으로 형성된다. 분리판 필림들(2)이 파지되면, 그 즉시, 파지 부재들(12)의 각각의 쌍(13)의 파지 부재들(12)은 서로 이격 이동되며, 그럼으로써 상기 파지 부재들은 분리판 필름의 종방향 연장부에 대해 횡방향으로 분리판 필름(2) 상에 인장력을 가하게 된다. 이런 인장력을 통해, 분리판 필름 내에서는 높은 장력을 갖는 선형 섹션들이 형성되고, 이 선형 섹션들은 절첩선들(14)을 형성한다.

이와 함께, 도 3에는, 경로(8) 상에 안착되는 전극 스트립(1)을 포함하는 스태킹 시스템(9)의 측면도가 도시되어 있다. 파지 부재들(12)은, 본 실시예에 따라서, 경로 또는 전극 스트립(1)의 위쪽에서, 파지 부재들(12)을 안내하면서 액추에이터들을 통해 의도되는 것처럼 이동되는 파지 헤드(15)(gripping head)를 통해 파지된다. 분리판 스트립(2)의 측면 파지 후에, 파지 부재들(12)은, 도 3에서의 화살표들을 통해 도시된 것처럼, 경로(8)로부터 상향 이격 이동된다. 그 결과, 전극 스트립(1)은, 각각의 제2 전극 사이에서, 도 4에서 간소화된 측면도에 도시된 것처럼, 그리퍼들(12)에 의해 상승되며, 그럼으로써 전극 스트립(1)의 z자 형태 또는 지그재그 형태의 프로파일이 형성되게 된다. 이와 동시에, 그리퍼들(12)은, 도 1에서 예시로서 화살표들을 통해 도시된 것처럼, 서로를 향해 예컨대 중심으로 접근 이동되며, 그럼으로써 애노드들 및 캐소드들이 교호적으로 서로 포개어져 있거나 또는 겹쳐 있으면서 분리판 스트립(2)을 통해 각각 서로 분리되어 있는 것인 전극 스택(20)이 형성되게 된다. 이로써, 전극 스트립(1)의 간단하면서도 비용 효과적인 절첩이 보장된다.

생성된 절첩선들(14)을 통해, 분리판 스트립(2)은 그리퍼들(12)을 상승시킬 때 바람직하게 꺾이며, 그럼으로써 의도되는 절첩이 형성된다. 이 경우, 이미 전극들의 고유 중량이 충분하게 절첩을 보장할 수 있게 한다. 그러나 그에 추가로, 선택적으로, 도 4에 도시된 것처럼, 각각의 타측의 제2 전극 사이에서 전극 스트립(1) 또는 분리판 스트립(2)을 하부에 파지하기 위한 하부 파지 장치가 경로(8) 상에 제공된다. 상기 하부 파지 장치(16)는 예컨대 본 실시예에 따라서 압축 공기 생성 장치(17)를 포함하며, 이 압축 공기 생성 장치는 압축 공기 노즐들(18)을 이용하여 분리판 스트립(2) 상으로 압축 공기 유량을 가하기 위해 복수의 압축 공기 노즐들(18)과 유체공학적으로 연결된다. 이 경우, 압축 공기 노즐들(18)은 균일하게 배치되며, 그럼으로써 각각의 타측의 제2 전극 사이에서 압축 공기가 분리판 스트립(2) 상으로 가해지며, 그럼으로써 이런 섹션에서 분리판 스트립은 압축 공기를 통해 경로(8)에 접하여 하부에 파지된다.

그에 따라, 압축 공기 및 중력의 상호작용을 통해, 분리판 스트립(2) 상에 바람직한 절첩 패턴을 달성하는 하부 절첩 에지가 생성된다. 단부 상에서는 z자 형태로 겹침 절첩된 전극 스택(20)이 형성되며, 그리고 전극 스택(20)이 인출 그리퍼 또는 홀더를 통해 자신의 절첩 위치에서 고정되면, 그 즉시 파지 부재들(12)은 분리판 스트립(2)으로부터 분리되어 절첩부의 바깥쪽으로 측면으로 이동한다. 인출 그리퍼는, 파지 장치(11)에서 전극 스택을 인출하기 위해, 예컨대 측면으로, 또는 하부로부터 전극 스택(20)으로 공급된다.

이와 함께, 도 5에는, 인출 그리퍼(19)가 간소화된 도면으로 도시되어 있으며, 인출 그리퍼는 도 5에 도시되어 있고 앞에서 기재한 절첩 과정에서 형성되는 전극 스택(20)을 파지하여 프레스 장치(21)로 공급하며, 이 프레스 장치는 도 5에서 화살표들을 통해 도시된 것처럼 전극 스택(20)을 압착한다. 그에 이어서, 전극 스택(20)은 바람직하게는 접착 테이프 등을 통해 자신의 형성과 관련하여 특히 개방 에지부들 상에 고정되며, 그리고 공정 체인(process chain)에서 에너지 저장 장치에서의 이용을 위해 전달된다. 프레스 장치(21)를 통해, 스택은 이미 언급한 것처럼 압착되며, 그리고 추가로 바람직하게는 미세 함유물들의 유무에 대해 점검된다. 이를 위해, 스택은 바람직하게는 전압을 인가받으며, 그리고 병행되어 오옴 저항이 측정된다. 오옴 저항이 기설정 가능한 한계값보다 더 낮다면, 예컨대 5 메가 오옴보다 더 낮다면, 인가된 전압이, 표면 상에 입자가 있는 위치들에서 분리판 또는 분리판 스트립을 파괴(puncture)했음을 나타낸다. 그에 상응하게, 스택(20)은 폐기된다. 인가된 전압은 바람직하게는 각각의 분리판에 따라서 25V와 1kV 사이에서 가변한다. 성공적인 점검 후에 비로소, 전극 스택(20)은 전달된다.

선택적으로, 전극들(4, 6) 및 분리판 돌출 단부들과 접착 촉진제의 결합을 실현하기 위해, 프레스 장치(21)의 프레스 툴의 온도 조절이 제공되며, 그럼으로써 접착 테이프를 이용한 고정은 필요하지 않게 된다.

도 6에는, 스택 시스템(9)의 또 다른 실시예가 측면도로 도시되어 있으며, 선행 실시예들에서 이미 공지된 요소들에는 동일한 도면부호들이 부여되며, 이런 점에 한해 전술한 기재내용이 참조된다. 하기에서는, 실질적으로 단지 차이점만이 다루어진다.

선행 실시예와 달리, 전극 스트립(1)은 동시에 절첩되는 것이 아니라, 단계별로 절첩된다. 이를 위해, 전극 스트립(1)은 경로(8) 상에서 이송 장치(22)에 의해 경로 단부(23)의 방향으로 이송된다. 이송 장치(22)는, 예컨대 2개의 측면들에서부터 전극 스트립(1)을 가압하며, 그리고 전극 스트립을 경로 단부(23)의 방향으로 수평으로 이송하기 위해 서로 반대 방향으로 구동되는 이송 롤러들 또는 롤들(24)을 포함한다.

경로 단부(23)에는 홀더(25)가 할당된다. 홀더(25)는 하부 지지부(26)와 상부 홀딩다운 장치(27)를 포함하며, 이 지지부와 홀딩다운 장치 사이에서 전극 스택(20)이 형성될 수 있다. 이 경우, 홀더(25)는 강성 하우징(28) 등 상에서 파지된다. 이 경우, 홀딩다운 장치(27)는 특히 양방향 화살표(29)를 통해 도시된 것처럼 높이와 관련하여 조정될 수 있다.

또한, 경로 단부(23)에는 파지 장치(11)의 변형예가 할당된다. 선행 실시예와 달리, 파지 장치(11)는 서로 대향하여 위치하는 2개의 그리퍼들(12)을 구비한 그리퍼 쌍(13)을 포함하며, 상기 2개의 그리퍼들은 경로(8) 또는 전극 스트립(1)의 각각의 가로방향 측면 상에서 각각 곡선 경로(30)를 따라서 이동된다. 이 경우, 곡선 경로(30)는 원형 경로로서 형성되며, 그리고 대략 홀더(25)의 높이에 자신의 중심점을 보유한다. 이 경우, 그리퍼들(12)은, 경로(8)에서 하부에서부터 전극 스트립(1)을 상승시켜 곡선 안내를 통해 홀더(25)의 방향으로 이동시키는 방식으로 이동된다. 그 결과, 전극 스트립은 그리퍼들(12)이 곡선 경로(18)를 따라서 매번 회전할 때마다 홀더 안쪽으로 절첩된다. 이 경우, 특히 그리퍼 쌍(13)이 전극 스트립(1)을 홀더(25) 안쪽으로 이동시키면 홀딩다운 장치(27)는 상승되며, 그리고 재절첩 또는 펼쳐짐이 방지되도록 하기 위해 전극 스트립이 홀더(25) 안쪽에 절첩된 후에 홀딩다운 장치는 하강된다. 또한, 그리퍼들(12)의 이동과 홀딩다운 장치(27)의 상호작용은 상기 두 구성요소의 기계적 결합을 통해서도 달성된다. 바람직하게, 그리퍼들(12)은, 여기서도, 전극 스트립 또는 분리판 스트립이 하중을 받아 횡방향으로 인장 상태가 됨으로써 절첩을 수월하게 하는 절첩선이 형성되는 방식으로, 전극 스트립 또는 분리판 스트립(2)을 파지한다.

이처럼 전극 스택(20)의 단계별 절첩을 통해, 적은 공간에서도 복수의 서로 겹침 적층되는 전극들을 포함하는 전극 스택(20)을 제조할 수 있는 연속 절첩 공정이 보장된다. 제2 실시예는 단지 하나의 그리퍼 쌍(13)만으로 기재된 반면에, 선택적으로, 곡선 경로(30)를 따라서 안내되는 복수의 그리퍼 쌍(13)이 제공되며, 그럼으로써 분리 후에 분리된 그리퍼 쌍(13)이 원형 경로에서 계속 안내될 때, 이미 다른 그리퍼 쌍(13)이 다시 분리판 스트립(2)을 파지하여 홀더(25)의 방향으로 이동한 상태가 된다. 특히 파지 장치(11)는, 바람직한 클록 제어(clocking)를 보장하기 위해 상기 유형의 그리퍼 쌍(13)을 4개 포함한다.

선택적으로, 홀딩다운 장치(27) 및 하부 지지부(26)는, 이미 홀더(25) 내에 있는 전극 스택 부분을 하우징(28) 쪽에 압착시키고 그에 따라 매번 절첩 과정이 수행된 후에 전극 스택(20)의 사전 압착을 실행하기 위해, 축 방향으로, 또는 수평으로 이동될 수 있다.

도 7에는, 절첩 과정이 파지 장치(11)를 통해 달성되는 것이 아니라, 실질적으로 오직 앞에서 언급한 홀더(25)의 상하 이동 또는 수직 이동을 통해서만 달성된다는 점에서 도 6의 선행 실시예와 구분되는 스태킹 시스템(9)의 제3 실시예가 도시되어 있다. 이를 위해, 상기 홀더는, 양방향 화살표(31)를 통해 예시된 것처럼, 하우징(28) 상에 전체적으로 수직으로 이동 가능하게 장착된다.

앞에서 기재한 것처럼, 전극 스트립(1)은 특히 연속적으로 홀더(25)의 방향으로 이송 장치(22)를 통해 이송된다. 대차(carriage) 유형으로 형성되어 수직 이동 가능한 홀더(25)와 조합되는 이송 롤들(24)을 포함한 이송 장치(22)를 통해, 전극 스트립(1)의 전술한 절첩부위들이 형성된다. 이 경우, 롤들(24)의 전방에 있는 전극 스트립(1)의 절첩부위가 형성된다. 상부 홀딩다운 장치(27)는 그 뒤를 따르면서 앞에서 기재한 것처럼 형성된 절첩부위를 고정한다. 그에 이어서, 홀더(25)는 다시 상향 이동하고 전극 스트립(1)을 다시 절첩한다. 이 경우, 점차로, 전극들은 펼쳐지거나, 또는 서로 겹침 절첩된다.

앞에서 기재한 실시예들의 공통점은, 전극 스트립(1)의 이송이 수평 방향으로 수행되고 그 결과 전극 스트립(1)의 제조 공정 내에 스태킹 시스템(9)의 통합이 바람직하게 포함될 수 있다는 점에 있다. 그러나 본원에 도시하지 않은 또 다른 실시예에 따라서, 전극 스트립은 수평 방향이 아니라, 수직 방향으로, 또는 수직 평면에 정렬되어 이송될 수도 있다.

앞에서 기재한 제조된 전극 스택(20), 또는 전극 스택(20)에 의해 제조된 에너지 저장 장치는 바람직하게는 자동차에서 특히 트랙션 배터리(traction battery)의 기능으로 이용된다. 그러나 예컨대 이동 전화기 또는 휴대용 컴퓨터와 같은 다른 모바일 적용 분야들에서도 전극 스택(20) 또는 에너지 저장 장치의 이용이 적용될 수 있다.

1: 전극 스트립
2: 분리판 스트립
3: 상면
4: 애노드
5: 하면
6: 캐소드
7: 접촉 요소
8: 경로
9: 스태킹 시스템
10: 절첩 장치
11: 파지 장치
12: 그리퍼
13: 그리퍼 쌍
14: 절첩선
15: 파지 헤드
16: (하부 파지) 장치
17: 압축 공기 생성 장치
18: 압축 공기 노즐
19: 인출 그리퍼
20: 전극 스택
21: 프레스 장치
22: 이송 장치
23: 경로 단부
24: 롤
25: 홀더
26: 지지부
27: 홀딩다운 장치
28: 하우징
29: 양방향 화살표
30: 곡선 경로
31: 양방향 화살표

Claims

자동차의 에너지 저장 장치를 위한 전극 스택(20)을 제조하기 위한 방법이며, 전극들로서는 캐소드들(6) 및 애노드들(4)이 사이에 분리판 스트립(2)이 개재된 상태에서 교호적으로 서로 겹침 적층되며, 분리판 스트립(2)은 맨 처음 캐소드들(6) 및 애노드들(4)로 덮이며, 그럼으로써 전극 스트립(1)이 형성되며, 그런 후에 전극 스트립(1)은 캐소드들(6) 및 애노드들(4)을 겹침 적층하기 위해 서로 수회 절첩되는, 상기 자동차의 에너지 저장 장치용 전극 스택의 제조 방법에 있어서,
전극 스트립(1)은 절첩을 위해 수평 평면에 정렬되고 그로부터 출발하여 일부 섹션에서, 또는 전체적으로 전극들 사이에서 절첩되고, 전극 스트립(1)은 절첩되기 위해 자신의 길이방향 측면들에서 복수의 그리퍼들(12)에 의해 각각의 제2 전극(4, 6) 사이의 서로 대향하는 위치들에서 파지되고 인장 상태로 횡방향으로 인장되어 상승되는 것을 특징으로 하는, 자동차의 에너지 저장 장치용 전극 스택의 제조 방법.
제1항에 있어서, 상기 전극 스트립은, 절첩 전에, 한번은 캐소드들 또는 애노드들로 덮은 후에, 그리고 다른 한번은 애노드들 또는 캐소드들로 덮은 후에 적층되는 것을 특징으로 하는, 자동차의 에너지 저장 장치용 전극 스택의 제조 방법.
제1항에 있어서, 전극 스트립(1)은, 각각의 타측의 제2 전극 사이에서, 그리퍼들(12)을 상승시킬 때 압축 공기에 의해 하부에 파지되는 것을 특징으로 하는, 자동차의 에너지 저장 장치용 전극 스택의 제조 방법.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 그리퍼들은 절첩하기 위해 동시에 상승되어 수평으로 서로를 향해 접근 이동되며, 그럼으로써 전극 스트립(1)은 z자 형태로 절첩되는 것을 특징으로 하는, 자동차의 에너지 저장 장치용 전극 스택의 제조 방법.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전극 스트립은 홀더(25)의 방향으로 이송되어 단계별로 홀더(25) 안쪽에 절첩되는 것을 특징으로 하는, 자동차의 에너지 저장 장치용 전극 스택의 제조 방법.
제5항에 있어서, 2개 이상의 대향하는 그리퍼들(12)은, 전극 스트립(1) 또는 경로(8)의 연장부에 대해 적어도 수직으로 정렬되어 있는 곡선 경로(30)를 따라서, 전극 스트립(1)을 단계별로 각각의 제2 전극(4, 6) 사이에서 파지하여 곡선 이동을 통해 홀더(25) 안쪽에 절첩하는 방식으로 안내되는 것을 특징으로 하는, 자동차의 에너지 저장 장치용 전극 스택의 제조 방법.
제5항에 있어서, 홀더(25)는 전극 스트립(1)을 절첩하기 위해 수직으로 상하 이동되는 것을 특징으로 하는, 자동차의 에너지 저장 장치용 전극 스택의 제조 방법.
애노드들(4) 및 캐소드들(6)로 덮인 분리판 스트립(2)을 포함하는 전극 스트립(1)을 전극 스택(20)으로 절첩하기 위한 절첩 장치를 포함하는, 전극 스택(20)을 제조하기 위한 스태킹 시스템(9)이며, 전극 스택에서는 애노드들(4) 및 캐소드들(6)이 사이에 분리판 스트립(2)이 개재된 상태에서 교호적으로 서로 겹침 적층되어 있는, 상기 전극 스택의 제조를 위한 스태킹 시스템에 있어서,
절첩 과정 동안 전극 스트립(1)의 안내 또는 배열을 위한 수평으로 정렬된 하나 이상의 경로를 갖고,
전극 스트립(1)의 길이방향 측면들에 할당되어 있거나 할당될 수 있는 2개 이상의 그리퍼들(12)을 구비한 파지 장치(11)가 제공되며, 그럼으로써 각각 2개의 그리퍼들은 서로 대향하여 위치하되, 그리퍼들(12)은, 각각의 제2 전극(4, 6) 사이에서 전극 스트립(1)을 파지하고 인장 상태로 횡방향으로 인장시켜 상승시키도록 형성되는 것을 특징으로 하는, 전극 스택의 제조를 위한 스태킹 시스템.
제8항에 있어서, 파지 장치(11)는 수평 경로(8) 상에서 각각의 타측의 제2 전극(4, 6) 사이에서 전극 스트립(1)을 하부에 파지하기 위한 하부 파지 장치(16)를 포함하는 것을 특징으로 하는, 전극 스택의 제조를 위한 스태킹 시스템.
제8항 또는 제9항에 있어서, 하부 파지 장치(16)는 압축 공기 생성 장치(17)와 연결되어 있거나 연결될 수 있는 하나 이상의 압축 공기 노즐(18)을 포함하는 것을 특징으로 하는, 전극 스택의 제조를 위한 스태킹 시스템.
제8항 또는 제9항에 있어서, 경로(8)의 일측 경로 단부(23)에는 절첩된 전극 스트립(1)의 수용을 위한 홀더(25)가 할당되는 것을 특징으로 하는, 전극 스택의 제조를 위한 스태킹 시스템.
제11항에 있어서, 파지 장치(11)의 서로 대향하여 위치하는 2개의 그리퍼들(12)은, 전극 스트립(1)을 상승시켜 홀더(25) 내로 이송하기 위해, 곡선 경로(30)를 따라서 안내되는 것을 특징으로 하는, 전극 스택의 제조를 위한 스태킹 시스템.
제8항 또는 제9항에 있어서, 경로(8)는 홀더(25) 쪽으로 전극 스트립(1)을 이송하기 위한 하나 이상의 이송 장치(22)를 포함하되, 상기 전극 스트립이 상기 이송 장치를 통해 홀더(25) 내로 이송되는 동안, 홀더(25)는 전극 스트립(1)을 절첩하기 위해 수직으로 이동될 수 있는 것을 특징으로 하는, 전극 스택의 제조를 위한 스태킹 시스템.
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