KR102253132B1 - 2차 전지용 단위 셀 제조 방법, 장치 및 시스템 - Google Patents

2차 전지용 단위 셀 제조 방법, 장치 및 시스템 Download PDF

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KR102253132B1
KR102253132B1 KR1020210000774A KR20210000774A KR102253132B1 KR 102253132 B1 KR102253132 B1 KR 102253132B1 KR 1020210000774 A KR1020210000774 A KR 1020210000774A KR 20210000774 A KR20210000774 A KR 20210000774A KR 102253132 B1 KR102253132 B1 KR 102253132B1
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Abstract

본 발명은 2대량생산이 가능할 뿐만 아니라 불량률을 낮춰 생산수율을 높일 수 있는 2차 전지용 단위 셀 제조 방법, 장치 및 시스템에 관한 것으로, 상기 2차 전지용 단위 셀 제조 장치는, 하부분리막, 음극셀, 상부분리막, 양극셀, 제1 및 제2 보호필름이 각각 권취된 다수 개의 피드 롤; 상기 하부분리막이 권취된 피드 롤, 상기 음극셀이 권취된 피드 롤 및 상기 상부분리막이 권취된 피드 롤로부터 권출되는 하부분리막, 음극셀 및 상부분리막 각각을 정해진 위치에 정렬하도록 유도하는 다수 개의 EPC 센서; 권출되는 하부분리막, 음극셀 및 상부분리막이 순서대로 적층되도록 일체화하는 제1롤러; 상기 하부분리막, 음극셀, 상부분리막이 순서대로 적층된 적층체에 상기 양극셀이 권취된 피드 롤로부터 권출된 양극셀이 상기 상부분리막 위에 적층되도록 일체화하는 제2롤러; 상기 하부분리막, 음극셀, 상부분리막 및 양극셀이 순서대로 적층된 단위셀 적층체의 상부 및 하부를 예열하는 히팅기; 및 상기 히팅기를 경유하여 이송되는 예열된 단위셀 적층체의 상부 및 하부에 상기 제1 보호필름이 권취된 피드 롤과 제2 보호필름이 권취된 피드 롤 각각으로부터 권출되는 제1 보호필름 및 제2 보호필름을 각각 일체화시키는 라미롤러;를 포함한다.

Description

2차 전지용 단위 셀 제조 방법, 장치 및 시스템 {Method For Manufacturing Unit Cell of Secondary Cell And The Apparatus And System Using the Same}
본 발명은 2차 전지용 단위 셀 제조 기술에 관한 것으로, 특히, 대량생산이 가능할 뿐만 아니라 불량률을 낮춰 생산수율을 높일 수 있는 2차 전지용 단위 셀 제조 방법, 장치 및 시스템에 관한 것이다.
2차전지란 한 번 쓰고 버리는 1차전지와 달리 충전해서 반영구적으로 사용하는 전지다. 친환경 부품으로 주목받고 있으며, 니켈-카드뮴, 리튬이온, 니켈-수소, 리튬폴리머 등 다양한 종류가 있다.
1차전지가 재사용이 불가능하고 전지의 수거나 재활용 등에 드는 비용이 많다는 단점이 있는 반면, 2차전지는 여러 번 충전을 할 수 있다는 장점을 가지고 있다.
또한 2차전지는 노트북 컴퓨터와 휴대전화, 캠코더 등 들고 다니는 전자기기뿐만 아니라 전기자동차 및 ESS(에너지 저장시스템)의 핵심소재이며, 부가가치가 높아 반도체 및 디스플레이와 함께 21C ‘3대 전자부품’으로 꼽힌다.
이러한 2차전지는 외부 및 내부의 구조적 특징에 따라 대략 원통형 전지, 각형 전지 및 파우치형 전지로 분류되며, 그 중에서도 높은 집적도로 적층될 수 있고, 길이 대비 작은 폭을 가진 각형 전지와 파우치형 전지가 특히 주목받고 있다.
각형 전지와 파우치형 전지의 경우, 양극(Cathode), 분리막(Separator) 및 음극(Anode)이 적층되어 형성된 단위 셀(Unit Cell)들이 모여 하나의 전극조립체가 형성되고, 이러한 전극 조립체가 특정 케이스에 수용됨으로써 리튬 이차 전지가 제조된다.
이러한 단위 셀은 풀셀(Full-Cell)과 바이셀(Bi-Cell)이 있다. 풀셀은 셀의 최외부 양측에 양극과 음극이 각각 위치하는 셀이다. 이러한 풀셀의 가장 기본적인 구조로서, 양극/분리막/음극 또는 양극/분리막/음극/분리막/양극/분리막/음극 등이 있다. 바이셀은 셀의 최외부 양측에 동일한 극성의 전극이 위치하는 셀이다. 이러한 바이셀의 가장 기본적인 구조로서, 양극/분리막/음극/분리막/양극 구조의 A형 바이셀 또는 음극/분리막/양극/분리막/음극 구조의 C형 바이셀 등이 있다. 즉, 최외부 양측에 양극이 위치하는 셀을 A형 바이셀이라 하고, 양측에 음극이 위치하는 셀을 C형 바이셀이라 한다.
일반적으로 이러한 단위 셀을 제조하기 위해서는, 중앙 전극이 컨베이어 벨트 등에 의해 일측으로 이동하는 동안에, 중앙 전극의 상하면에 각각 분리막이 적층되고, 그 이후에 상부 전극과 하부 전극이 더 적층된다.
그런데, 중앙 전극이 원래 정렬되어야 할 정위치에서 회전이동 또는 직선이동 등으로 이탈하는 경우가 있다. 만약, 중앙 전극의 상하면에 분리막이 적층되기 전이라면, 중앙 전극의 상태를 외부에서 용이하게 파악할 수 있다.
그러나 중앙 전극의 상하면에 각각 분리막이 적층되면서 중앙 전극이 정위치에서 이탈하는 경우에는, 분리막이 중앙 전극을 은폐하므로 중앙 전극의 상태를 외부에서 파악하는 것이 용이하지 않다는 문제가 있었다.
마찬가지로, 분리막이 위치가 변경되면서 공급되면서 중앙 전극을 완전히 덮지 못하는 경우가 있다.
이처럼, 중앙 전극이 정위치에서 이탈한 상태나 분리막이 중앙 전극을 완전히 덮지 못한 상태로 단위 셀이 제조되면, 이를 포함하는 이차 전지에서 용량 감소, 단락 발생 등의 문제가 발생할 위험이 있다.
KR1020090030175 (2009.03.24)
이에 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명은, 권취된 전극 및 분리막이 권출되면서 공급될 때 정위치에서 정렬한 상태로 공급될 수 있도록 하는 2차 전지용 단위 셀 제조 방법, 장치 및 시스템을 제공하고자 한다.
또한, 본 발명은, 롤투롤에 의한 작업방식으로 연속적인 작업을 가능하게 하여 대량생산이나 생산수율을 높여 양산성을 만족시킬 수 있는 2차 전지용 단위 셀 제조 방법, 장치 및 시스템을 제공하고자 한다.
또한, 본 발명은, 제작된 단위셀에 예열 처리를 통한 보호필름의 코팅을 수행하여 보호필름의 코팅 효율을 높일 수 있는 2차 전지용 단위 셀 제조 방법, 장치 및 시스템을 제공하고자 한다.
본 발명의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 과제를 해결하기 위한 수단으로서, 본 발명은, 하부분리막, 음극셀, 상부분리막, 양극셀, 제1 및 제2 보호필름이 각각 권취된 다수 개의 피드 롤; 상기 하부분리막이 권취된 피드 롤, 상기 음극셀이 권취된 피드 롤 및 상기 상부분리막이 권취된 피드 롤로부터 권출되는 하부분리막, 음극셀 및 상부분리막 각각을 정해진 위치에 정렬하도록 유도하는 다수 개의 EPC 센서; 권출되는 하부분리막, 음극셀 및 상부분리막이 순서대로 적층되도록 일체화하는 제1롤러; 상기 하부분리막, 음극셀, 상부분리막이 순서대로 적층된 적층체에 상기 양극셀이 권취된 피드 롤로부터 권출된 양극셀이 상기 상부분리막 위에 적층되도록 일체화하는 제2롤러; 상기 하부분리막, 음극셀, 상부분리막 및 양극셀이 순서대로 적층된 단위셀 적층체의 상부 및 하부를 예열하는 히팅기; 및 상기 히팅기를 경유하여 이송되는 예열된 단위셀 적층체의 상부 및 하부에 상기 제1 보호필름이 권취된 피드 롤과 제2 보호필름이 권취된 피드 롤 각각으로부터 권출되는 제1 보호필름 및 제2 보호필름을 각각 일체화시키는 라미롤러;를 포함하는 2차 전지용 단위셀 제조 장치를 제공한다.
상기 2차 전지용 단위셀 제조 장치는, 제2 보호필름/하부분리막/음극셀/상부분리막/제1 보호필름의 순서로 적층되어 일체화된 단위셀 적층체가 권취되는 리와인더; 상기 리와인더로부터 권출되어 이송 공급되는 단위셀 적층체의 제1 보호필름 및 제2 보호필름을 박리하여 권취하는 보호필름 제거기; 및 제1 및 제2 보호필름이 박리되어 연속으로 이송 공급되는 단위셀 적층체를 하나의 단위셀 크기로 절단하는 단위셀 커터;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 라미롤러는 상기 적층체를 사이에 두고 수직 방향으로 일직선상에 위치하며 상기 제1 보호필름을 가압하는 상부 라미롤러 및 상기 제2 보호필름을 가압하는 하부 라미롤러를 포함하며, 상기 2차 전지용 단위셀 제조 장치는, 상기 제1 보호필름이 권취된 피드 롤과 상기 상부 라미롤러 사이에 배치되되, 상기 제1 보호필름이 권취된 피드 롤로부터 권출되는 제1 보호필름을 공급 이송시키는 다수 개의 제1 가이드롤; 상기 제2 보호필름이 권취된 피드 롤과 상기 하부 라미롤러 사이에 배치되되, 상기 제2 보호필름이 권취된 피드 롤로부터 권출되는 제2 보호필름을 공급 이송시키는 다수 개의 제2 가이드롤; 상기 다수 개의 제1 가이드롤 중 하나와 마주보도록 배치되되, 상기 제1 보호필름의 표면 중 상기 양극셀과의 접착면에 잔존하는 이물질을 제거하도록 점착력을 갖는 제1 이물질제거기; 상기 다수 개의 제2 가이드롤 중 하나와 마주보도록 배치되되, 상기 제2 보호필름의 표면 중 상기 하부분리막과의 접착면에 잔존하는 이물질을 제거하도록 점착력을 갖는 제2 이물질제거기; 상기 제1 가이드롤과 상기 라미롤러 사이에 배치되며 상기 제1 보호필름을 예열하는 제1 히팅기; 및 상기 제2 가이드롤과 상기 라미롤러 사이에 배치되며 상기 제2 보호필름을 예열하는 제2 히팅기; 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 전극 및 분리막의 위치 이탈을 방지할 수 있고, 이를 통해 단위 셀의 불량을 감소시켜 이차 전지의 용량 감소, 단락 발생 등의 문제를 방지할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 롤투롤에 의한 작업방식으로 연속적인 작업을 가능하게 하여 단위 셀의 대량생산이 가능하게 할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 보호필름의 오염물질을 제거함으로써 코팅 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 예열처리를 통한 열융착 방식의 보호필름 코팅을 통해 코팅 효율을 향상시킬 수 있다.
도 1은, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 2차 전지용 단위 셀 제조 장치를 개략적으로 나타낸 구성도이다.
도 2는, 본 발명의 다른 실시 형태에 따른 2차 전지용 단위 셀 제조 장치를 개략적으로 나타낸 구성도이다.
도 3은, 본 발명의 또 다른 실시 형태에 따른 2차 전지용 단위 셀 제조 장치를 개략적으로 나타낸 구성도이다.
도 4는, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 2차 전지용 단위 셀 제조 장치에 있어서 단위셀을 제조하는 방법을 나타낸 흐름도이다.
본 발명의 목적 및 효과, 그리고 그것들을 달성하기 위한 기술적 구성들은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 본 발명을 설명함에 있어서 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다.
그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다.
그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있다. 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
이하 본 발명에 대해서 도면을 참조하여 상세하게 설명하도록 한다.
도 1은, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 2차 전지용 단위 셀 제조 장치를 개략적으로 나타낸 구성도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 2차 전지용 단위 셀 제조 장치는, 하부분리막, 음극셀, 상부분리막, 양극셀 및 보호필름이 권취된 다수 개의 피드 롤(Feed Roll)(10, 20, 30, 40, 90, 100)과, 피드 롤(10, 20, 30)로부터 권출(풀림)되는 하부분리막, 음극셀, 상부분리막 순서대로 일체화되도록 하는 제1롤러(60)와, 일체화된 하부분리막, 음극셀 및 상부분리막과 양극셀이 순서대로 적층되어 일체화되도록 하는 제2롤러(70)와, 하부분리막, 음극셀, 상부분리막 및 양극셀이 순서대로 적층된 적층체를 예열하는 히팅기(80)와, 예열된 적층체의 상부 및 하부에 제1 및 제2 보호필름이 각각 일체화되도록 하는 라미롤러(110)를 포함하여 구성될 수 있다. 여기서, 하부분리막 및 상부분리막은 양극셀과 음극셀의 단락을 방지하도록 적층된다.
그리고, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 2차 전지용 단위 셀 제조 장치는, 하부분리막, 음극셀 및 상부분리막을 각각 공급하는 피드 롤(10, 20, 30)과 제1롤러(60) 사이에 EPC(Edge Point Controller) 센서(50)를 구비하며, EPC 센서(50)는 피드 롤(10, 20, 30)로부터 권출되는 원자재 필름을 원하는 위치에 정렬시키기 위한 구성으로, 원자재 필름의 엣지 포지션을 제어하여 원자재 필름의 이탈을 방지할 수 있다. 이를 통해 본 발명의 2차 전지용 단위 셀 제조 장치는 원자재 필름들에 대한 주행방향으로의 편주행을 방지할 수 있어 이후에 제조되는 단위셀의 불량을 방지할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 2차 전지용 단위 셀 제조 장치는, 하부분리막, 음극셀 및 상부분리막을 각각 공급하는 피드 롤(10, 20, 30)과 EPC 센서(50) 사이, EPC 센서(50)와 제1롤러(60) 사이, 양극셀을 공급하는 피드 롤(40))과 제2롤러(70) 사이, 제1 및 제2 보호필름을 공급하는 피드 롤(90, 100)과 라미롤러(110) 사이 각각에 원자재 필름을 진행방향으로 이송하도록 돕는 다수 개의 가이드 롤(미도시)을 더 구비할 수 있다.
구제척으로, 다수 개의 피드 롤(10, 20, 30, 40, 90, 100)은, 하부분리막 피드 롤(10), 음극셀 피드 롤(20), 상부분리막 피드 롤(30), 양극셀 피드 롤(40), 제1 및 제2 보호필름 피드 롤(90, 100)일 수 있으며, 각 피드 롤(10, 20, 30, 40, 90, 100)은 원자재 필름을 연속적으로 공급하기 위한 공급 롤의 구성으로서, 원자재 필름이 권취된 상태에서 권출(풀림)되면서 공급하는 구성이며, 원자재 필름의 공급이 시작되는 부분이다.
각 피드 롤(10, 20, 30, 40, 90, 100)에서는 미리 설정된 일정한 운전속도로 원자재 필름을 공급할 수 있도록 회전 구동함이 바람직하며, 이를 위해 각 피드 롤(10, 20, 30, 40, 90, 100)은 모터와 연결되어 구동되며, 이를 제어하기 위한 구성을 포함하여 구비될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 하부분리막, 음극셀 및 상부분리막 각각의 피드 롤(10, 20, 30)과 EPC 센서(50) 사이에 다수 개의 가이드롤(미도시)을 더 구비하며, 다수 개의 가이드롤은, 각 하부분리막 피드 롤(10), 음극셀 피드 롤(20), 상부분리막 피드 롤(30)을 통해 공급되는 원자재 필름을 주행방향으로 용이하게 이송 처리하기 위한 구성으로서, 원자재 필름의 이송 공급시 텐션 제어 및 주름 방지를 수행하는 구성일 수 있다.
이러한 다수 개의 가이드롤은 원자재 필름을 주행방향으로 이송하도록 업/다운 배치된 다수의 롤을 포함하는 구성이 바람직하다. 즉, 다수의 업/다운 롤러가 배치되어 원자재 필름의 안정된 이송을 가이드함으로써 고속에 의한 작업시 원활한 연속작업을 가능하게 하는 구성이다.
그리고, EPC 센서(50)는, 원자재 필름이 피드 롤을 통해 고속으로 공급될 때 이동중인 원자재 필름이 정해진 일정한 위치에서 벗어날 경우 이를 감지하여 원자재 필름을 정위치로 되돌림으로써 원자재 필름이 항상 일정한 위치로 이송될 수 있도록 한다.
이를 위해 EPC 센서(50)는, 도시하지 않았지만, EPC 롤러와 EPC 롤러와 연결된 모터를 더 구비하고, EPC 롤러의 축선방향을 조정함으로써 원자재 필름의 위치를 조절한다. 즉, EPC 센서(50)가 원자재 필름의 일측 끝단에 배치되어 원자재 필름의 끝단위치를 감지하며, 원자재 필름이 정해진 끝단위치를 벗어난 경우, 이를 감지한 EPC 센서(50)의 감지 신호에 의해 모터가 회전하면서 EPC 롤러를 통과하는 원자재 필름의 끝단위치를 조정함으로써 원자재 필름이 항상 정확한 위치로 공급될 수 있도록 한다.
이러한 EPC 센서(50)는, 위치 감지가 가능한 압력 센서, 초음파 센서, 레이저 센서 등의 센서 중 하나로 구성될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며 원자재 필름의 끝단위치를 감지할 수 있도록 다양한 형태로 구현될 수 있다.
그리고, 제1롤러(60)는, 이송 공급되는 하부분리막, 음극셀 및 상부분리막을 가압하여 일체화시킨다. 이를 위해 제1롤러(60)는 한 쌍의 상하부 롤러로 구성될 수 있으며, 예를 들어, 하부분리막 아래에 위치한 하부롤러와 상부분리막 위에 위치한 상부롤러를 구비하여 하부분리막, 음극셀 및 상부분리막의 순서대로 적층된 적층체를 압착하여 일체화할 수 있다.
그리고, 제2롤러(70)는, 하부분리막, 음극셀 및 상부분리막의 순서대로 적층된 적층체와 양극셀 피드 롤(40)로부터 공급되는 양극셀을 가압하여 일체화시킨다. 이를 위해 제2롤러(70)는 제1롤러(60)와 마찬가지로, 한 쌍의 상하부 롤러로 구성될 수 있으며, 예를 들어, 적층체의 하부분리막 아래에 위치한 하부롤러와 양극셀 위에 위치한 상부롤러를 구비하여 하부분리막/음극셀/상부분리막의 적층체와 양극셀을 압착하여 일체화할 수 있다.
여기서, 제1 및 제2롤러(60, 70)는 한 쌍의 롤러가 원자재 필름을 사이에 두고 수직 방향으로 일직선 상에 형성되어 원자재 필름을 동시에 가압할 수 있도록 구성되는 것이 바람직하며 이로써 일체화가 용이하도록 한다.
도시하지는 않았지만, 양극셀 피드 롤(40)과 제2롤러(70) 사이에 EPC 센서를 더 구비하여 이송되는 양극셀 필름이 정해진 위치로 공급될 수 있도록 제어할 수 있다. 여기서, EPC 센서는 하부분리막 피드 롤(10), 음극셀 피드 롤(20) 및 상부분리막 피드 롤(30)과 제1롤러(60) 사이에 구비된 EPC 센서(50)와 동일한 구성이므로, 상세한 설명은 생략하도록 한다.
그리고, 히팅기(80)는, 이송 공급되는 하부분리막/음극셀/상부분리막/양극셀의 적층체로 열을 가하여 열전도율을 높여줌으로써 이후 제1 및 제2 보호필름의 적층시 코팅효율을 높여줄 수 있도록 하는 전처리를 위한 구성이다.
즉, 히팅기(80)는 제1 및 제2 보호필름을 부착영역에 견고하게 열융착시키기 위해 접착력을 높여줄 수 있도록 하부분리막/음극셀/상부분리막/양극셀의 적층체의 상하부에 구비되어 하부분리막과 양극셀에 예열을 수행한다. 이때, 히팅기(80)는 단위셀의 변형이 발생하지 않으면서 보호필름을 용이하게 열융착시킬 수 있는 적정한 온도로 예열되는 것이 바람직하다.
그리고, 제1 및 제2 보호필름 피드 롤(90, 100)은, 제1 및 제2 보호필름을 공급하되, 제1 보호필름 피드 롤(90)은 하부분리막/음극셀/상부분리막/양극셀의 적층체 상부에, 제2 보호필름 피드 롤(100)은 하부분리막/음극셀/상부분리막/양극셀의 적층체 하부에 위치하여 적층체의 상하부면에 각각 보호필름이 코팅될 수 있도록 보호필름을 진행방향으로 공급하여 이송한다.
그리고, 라미롤러(110)는, 제1 및 제2 보호필름 피드 롤(90, 100)로부터 공급되어 이송되는 제1 및 제2 보호필름을 하부분리막/음극셀/상부분리막/양극셀의 적층체에 열융착하도록 가압하여 코팅을 수행하는 구성이다. 이를 위해 라미롤러(110)는 적층체의 상하부에 위치하는 한 쌍의 롤러를 구비할 수 있으며, 상하부에 위치한 한 쌍의 롤러가 제2 보호필름, 적층체 및 제1 보호필름을 가압하여 열융착되도록 한다. 즉, 라미롤러(110)는 한 쌍의 롤러가 원자재 필름을 사이에 두고 수직 방향으로 일직선 상에 형성되어 원자재 필름을 동시에 가압할 수 있도록 하여 열융착을 용이하도록 하는 것이 바람직하다.
그리고, 제1 및 제2 보호필름 피드 롤(90, 100)과 라미롤러(110) 사이에 다수 개의 가이드롤(미도시)을 더 구비하며, 다수 개의 가이드롤은, 제1 보호필름 피드 롤 및 제2 보호필름 피드 롤을 통해 공급되는 보호필름을 주행방향으로 용이하게 이송 처리하기 위한 구성으로서, 보호필름의 이송 공급시 텐션 제어 및 주름 방지를 수행하는 구성이다.
이러한 가이드롤은 보호필름을 주행방향으로 이송하도록 업/다운 배치된 다수의 롤을 포함하는 구성이 바람직하다. 즉, 다수의 업/다운 롤러가 배치되어 보호필름의 안정된 이송을 가이드함으로써 고속에 의한 작업시 원활한 연속작업을 가능하게 하는 구성이다.
여기서, 제1 및 제2 보호필름은, 투명한 재질인 것이 바람직하며 이로 인해 단위셀의 건전성을 확인하기 용이하며, PP, PE 등 다양한 고분자 소재를 이용하여 열융착뿐만 아니라 접착제에 의해 접합시킬 수 있다. 이러한 보호필름은, 외부의 물리적 충격이나 이물질에 대해서는 강한 내성을 가지는 재질을 이용하여 만들 수 있다. 이를 통해 제조된 단위셀을 외부의 충격이나 이물질로부터 효과적으로 보호할 수 있다
그리고, 본 발명의 일 실시예에 있어서, 도시하지는 않았지만, 제2 보호필름/하부분리막/음극셀/상부분리막/양극셀/제1 보호필름으로 이루어진 단위셀 적층체를 연속으로 이송하여 권취하는 리와인더를 더 포함할 수 있으며, 이후 리와인더로부터 권취된 단위셀 적층체 필름이 연속적으로 공급 이송되면 제1 및 제2 보호필름을 제거한 후 하나의 단위셀 크기로 절단될 수 있다. 이를 위해 리와인더로부터 권출되어 이송 공급되는 단위셀 적층체의 제1 보호필름 및 제2 보호필름을 박리하여 권취하는 보호필름 제거기와, 제1 및 제2 보호필름이 박리되어 연속으로 이송 공급되는 단위셀 적층체를 하나의 단위셀 크기로 절단하는 단위셀 커터를 더 구비할 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 있어서, 도시하지는 않았지만, 음극셀 및 양극셀은 음극셀 필름 및 양극셀 필름을 연속적으로 이송하면서 일정 크기로 절단하여 음극셀 및 양극셀로 가공된 후 분리막 사이에 적층될 수 있다. 이를 위해, 본 발명은 제1롤러(60) 앞단에 음극셀 커터를 구비하고, 제2롤러(70) 앞단에 양극셀 커터를 구비하는 구성을 포함할 수 있다. 하지만 본 발명은 이에 한정되지 않으며 원하는 이차전지 용량 등을 고려하여 연속된 음극셀 필름 및 양극셀 필름을 그대로 사용할 수도 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 있어서, 피드 롤(10, 20, 30, 40, 90, 100), 가이드롤, 제1 및 제2 롤러(60, 70), 라미롤러(110)는 각각의 회전축들이 서로 평행하게 위치하도록 구성된다. 이를 통해 피드 롤(10, 20, 30, 40, 90, 100), 가이드롤, 제1 및 제2 롤러(60, 70), 라미롤러(110)는 동일한 방향 및 동일한 속도로 회전할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 피드 롤로부터 원자재 필름들이 이송되는 중에 EPC 센서에 의해 자동으로 엣지의 위치오류 검사를 할 수 있으며, 롤투롤 방식으로 소재 이송, 정렬, 적층 및 보호필름 적층까지 일련의 제조 과정이 수행됨으로써 공정의 자동성이 높아 단위셀의 생산성 및 작업성이 좋고, 이로 인해 양산화가 가능하게 할 수 있다.
도 2는, 본 발명의 다른 실시 형태에 따른 2차 전지용 단위 셀 제조 장치를 개략적으로 나타낸 구성도이다. 도 2에 도시된 2차 전지용 단위 셀 제조 장치는, 도 1에 도시된 2차 전지용 단위 셀 제조 장치와 비교하여 제1 및 제2 보호필름을 예열하는 구성만 차이가 있을 뿐 다른 구성은 동일하므로 동일한 구성에 대한 설명은 생략하도록 한다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 2차 전지용 단위 셀 제조 장치는, 제1 및 제2 보호필름의 적층시 열융착이 용이하도록 예열하기 위한 구성으로, 제1 보호필름 피드 롤(90)과 라미롤러(110) 사이에 제1 히팅기(210)를 더 구비되며, 제2 보호필름 피드 롤(100)과 라미롤러(110) 사이에 제2 히팅기(220)를 더 구비할 수 있다.
제1 및 제2 히팅기(210, 220)는 도 1에서 설명된 히팅기(80)와 동일한 구성으로, 보호필름을 사이에 두고 진행방향과 수직 방향으로 일직선 상에 한 쌍으로 배치되어 단위셀의 변형이 발생하지 않으면서 보호필름을 용이하게 열융착시킬 수 있는 적정한 온도로 예열을 수행하는 것이 바람직하다.
따라서 본 발명에 따르면, 히팅기(80)와 더불어 제1 및 제2 히팅기(210, 220)를 구비함으로써 보호필름의 열융착이 더욱 용이해지고, 이로 인해 보호필름의 접착이 견고해지므로 단위셀의 이송, 선적 및 보관시 보호필름이 박리되는 것을 방지할 수 있다.
도 3은, 본 발명의 다른 실시 형태에 따른 2차 전지용 단위 셀 제조 장치를 개략적으로 나타낸 구성도이다. 도 3에 도시된 2차 전지용 단위 셀 제조 장치는, 도 1에 도시된 2차 전지용 단위 셀 제조 장치와 비교하여 제1 및 제2 보호필름의 이물질을 제거하는 구성만 차이가 있을 뿐 다른 구성은 동일하므로 동일한 구성에 대한 설명은 생략하도록 한다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 2차 전지용 단위 셀 제조 장치는, 제1 및 제2 보호필름의 적층시 이물질 제거를 위한 구성으로, 제1 보호필름 피드 롤(90)과 라미롤러(110) 사이에 제1 이물질제거기(310)를 더 구비되며, 제2 보호필름 피드 롤(100)과 라미롤러(110) 사이에 제2 이물질제거기(320)를 더 구비할 수 있다.
그리고, 제1 및 제2 보호필름 피드 롤(90, 100)과 라미롤러(110) 사이에 다수 개의 가이드 롤(300)을 더 구비할 수 있으며, 가이드 롤(300)은 보호필름의 이송 방향을 상방 수직 방향 또는 하방 수직 방향으로 변경하도록 배치된다. 이러한 가이드 롤(300)의 배치를 통해 보호필름의 이송 방향이 변경될 때마다 보호필름에 잔존하는 이물질들이 진동에 의해 자연스럽게 탈리될 수 있다.
그리고, 제1 및 제2 이물질제거기(310, 320)는 회전하면서 이물질을 흡착하도록 점착층이 형성된 이물질 제거 롤러일 수 있다. 이때, 이물질 제거 롤러는, 제1 및 제2 보호필름을 진행방향으로 이송 공급하는 다수 개의 가이드 롤(300) 중 하나와 마주보도록 배치되고 점착층의 점착력에 의해 먼지 및 이물질을 제거할 수 있다. 예를 들어, 제1 이물질제거기(310)는 상부에 위치한 다수 개의 가이드롤 중 하나와 마주보도록 배치되되, 제1 보호필름의 표면 중 양극셀과의 접착면에 잔존하는 이물질을 제거하며, 제2 이물질제거기(320)는 하부에 위치하는 다수 개의 가이드롤 중 하나와 마주보도록 배치되되, 제2 보호필름의 표면 중 상기 하부분리막과의 접착면에 잔존하는 이물질을 제거할 수 있다.
한편, 제1 및 제2 이물질제거기(310, 320)는 보호필름의 접착면으로 공기를 분사함으로써, 이물질 중 큰 입자들을 제거할 수 있는 에어 컴프레셔일 수 있다. 에어 컴프레셔는 제1 및 제2 보호필름이 이송될 때, 이송중인 보호필름에 에어를 강하게 분사함으로써, 보호필름 상에 잔존하는 이물질을 제거하도록 배치될 수 있다.
또한, 제1 및 제2 이물질제거기(310, 320)는 보호필름의 접착면의 이물질을 흡입함으로써 이물질을 제거할 수 있는 에어 흡입기일 수 있다.
이와 같이 본 발명의 제1 및 제2 이물질제거기(310, 320)는 보호필름의 이물질을 제거할 수 있도록 다양한 형태로 구현될 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시 형태에 있어서, 이물질제거기가 보호필름에 대한 이물질 제거를 위한 구성으로 설명하였지만, 이에 한정되는 것은 아니며, 하부분리막, 음극셀, 상부분리막 및 양극셀에 대한 이물질 제거를 위해 설치될 수도 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따르면 보호필름의 이물질을 제거함으로써 이물질에 의한 보호필름의 접착 불량을 방지할 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 있어서, 제1 및 제2 히팅기를 포함하는 구성과 제1 및 제2 이물질제거기를 포함하는 구성을 별도의 실시예로 설명하였지만, 제1 및 제2 히팅기와 제1 및 제2 이물질제거기를 모두 포함하는 구성으로 구현될 수도 있다.
도 4는, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 2차 전지용 단위 셀 제조 장치에 있어서 단위셀을 제조하는 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 2차 전지용 단위 셀 제조 장치에 있어서 단위셀을 제조하는 방법은, 먼저, 피드 롤들로부터 권취된 원자재 필름들이 권출되면서 시작된다.
즉, 피드 롤들로부터 권취된 하부분리막, 음극셀, 상부분리막이 각각 권출되어 이송 공급되고, 이송 공급된 하부분리막, 음극셀 및 상부분리막이 아래부터 순서대로 적층된 구성으로 제1롤러를 통해 일체화된다(S310).
그런 다음, 하부분리막/음극셀/상부분리막의 적층체가 이송 공급되면, 적층체의 상부분리막 위에 적층되도록 피드 롤로부터 권취된 양극셀이 권출되어 이송 공급되고, 제2롤러를 통해 일체화된다(S320).
이어서, 일체화된 하부분리막/음극셀/상부분리막/양극셀의 적층체를 예열한다(S330).
그런 다음, 예열된 하부분리막/음극셀/상부분리막/양극셀의 적층체가 이송 공급되면, 권취된 제1 및 제2 보호필름이 권출되어 예열된 하부분리막/음극셀/상부분리막/양극셀의 적층체의 상부 및 하부에 각각 적층되도록 이송 공급되고 라미롤러를 통해 열융착됨으로써 코팅된다(S340).
이로써 제2 보호필름/하부분리막/음극셀/상부분리막/양극셀/제1 보호필름으로 이루어진 단위셀 필름이 제조된다.
이후, 하나의 단위셀 제작을 위해 단위셀 필름을 단위셀 단위로 절단하는 공정이 수행될 수 있다.
이를 위해 먼저, 단위셀 필름의 제1 및 제2 보호필름을 제거하고(S350), 제1 및 제2 보호필름이 제거된 하부분리막/음극셀/상부분리막/양극셀의 적층체를 단위셀 단위로 절단한다(S360). 이때, 제1 및 제2 보호필름은 일측이 리와인더에 연결되어 권취됨으로써 하부분리막 및 양극셀로부터 박리되어 제거될 수 있다. 리와인더에 권취된 제1 및 제2 보호필름은 재사용이 가능할 수 있으며, 재사용을 위해 박리시 이물질 제거 공정을 추가로 수행한 후 권취되도록 구성할 수 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
10. 하부분리막 피드 롤 20. 음극셀 피드 롤
30. 상부분리막 피드 롤 40. 양극셀 피드 롤
50. EPC 센서 60. 제1롤러
70. 제2롤러 80. 히팅기
90. 제1 보호필름 100. 제2 보호필름
110. 라미롤러 210. 제1 히팅기
220. 제2 히팅기 300. 가이드롤
310. 제1 이물질제거기 320. 제2 이물질제거기

Claims (3)

  1. 하부분리막, 음극셀, 상부분리막, 양극셀, 제1 및 제2 보호필름이 각각 권취된 다수 개의 피드 롤;
    상기 하부분리막이 권취된 피드 롤, 상기 음극셀이 권취된 피드 롤 및 상기 상부분리막이 권취된 피드 롤로부터 권출되는 하부분리막, 음극셀 및 상부분리막 각각의 일측 끝단을 정해진 위치에 정렬하도록 유도하는 다수 개의 EPC 센서;
    권출되는 하부분리막, 음극셀 및 상부분리막이 순서대로 적층되도록 일체화하는 제1롤러;
    상기 하부분리막, 음극셀, 상부분리막이 순서대로 적층된 적층체에 상기 양극셀이 권취된 피드 롤로부터 권출된 양극셀이 상기 상부분리막 위에 적층되도록 일체화하는 제2롤러;
    상기 하부분리막, 음극셀, 상부분리막 및 양극셀이 순서대로 적층된 적층체의 상부 및 하부를 예열하는 히팅기;
    상기 히팅기를 경유하여 이송되는 예열된 적층체의 상부 및 하부에 상기 제1 보호필름이 권취된 피드 롤과 제2 보호필름이 권취된 피드 롤 각각으로부터 권출되는 제1 보호필름 및 제2 보호필름을 각각 일체화시키되, 상기 적층체를 사이에 두고 수직 방향으로 일직선상에 위치하며 상기 제1 보호필름을 가압하는 상부 라미롤러 및 상기 제2 보호필름을 가압하는 하부 라미롤러를 포함하는 라미롤러;
    상기 제1 보호필름이 권취된 피드 롤과 상기 상부 라미롤러 사이에 배치되되, 상기 제1 보호필름이 권취된 피드 롤로부터 권출되는 제1 보호필름을 공급 이송시키는 다수 개의 제1 가이드롤;
    상기 제2 보호필름이 권취된 피드 롤과 상기 하부 라미롤러 사이에 배치되되, 상기 제2 보호필름이 권취된 피드 롤로부터 권출되는 제2 보호필름을 공급 이송시키는 다수 개의 제2 가이드롤;
    상기 다수 개의 제1 가이드롤 중 하나와 마주보도록 배치되되, 상기 제1 보호필름의 표면 중 상기 양극셀과의 접착면에 잔존하는 이물질을 흡입하여 제거하는 제1 이물질제거기;
    상기 다수 개의 제2 가이드롤 중 하나와 마주보도록 배치되되, 상기 제2 보호필름의 표면 중 상기 하부분리막과의 접착면에 잔존하는 이물질을 흡입하여 제거하는 제2 이물질제거기;
    상기 제1 가이드롤과 상기 상부 라미롤러 사이에 배치되며 상기 제1 보호필름을 사이에 두고 상기 제1 보호필름의 진행방향과 수직 방향으로 일직선 상에 한 쌍으로 배치되어 상기 제1 보호필름을 예열하는 제1 히팅기; 및
    상기 제2 가이드롤과 상기 하부 라미롤러 사이에 배치되며 상기 제2 보호필름을 사이에 두고 상기 제2 보호필름의 진행방향과 수직 방향으로 일직선 상에 한 쌍으로 배치되어 상기 제2 보호필름을 예열하는 제2 히팅기;를 포함하고,
    상기 다수 개의 EPC 센서는 상기 권출되는 하부분리막, 음극셀 및 상부분리막 각각의 일측 끝단에 배치되어 상기 권출되는 하부분리막, 음극셀 및 상부분리막 각각의 끝단위치를 감지하며, 상기 권출되는 하부분리막, 음극셀 및 상부분리막 각각의 끝단이 설정된 끝단위치를 벗어난 경우 상기 하부분리막, 음극셀 및 상부분리막 각각의 끝단을 정위치로 공급되도록 조정하여 주행방향으로의 편주행을 방지하는 것을 특징으로 하는 2차 전지용 단위셀 제조 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 2차 전지용 단위셀 제조 장치는, 제2 보호필름/하부분리막/음극셀/상부분리막/제1 보호필름의 순서로 적층되어 일체화된 단위셀 적층체가 권취되는 리와인더;
    상기 리와인더로부터 권출되어 이송 공급되는 단위셀 적층체의 제1 보호필름 및 제2 보호필름을 박리하여 권취하는 보호필름 제거기; 및
    제1 및 제2 보호필름이 박리되어 연속으로 이송 공급되는 단위셀 적층체를 하나의 단위셀 크기로 절단하는 단위셀 커터;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 2차 전지용 단위셀 제조 장치.
  3. 삭제
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