KR102449676B1 - 이차전지의 사이드 프레스장치 - Google Patents

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최철규
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Abstract

본 발명의 이차전지의 사이드 프레스장치는 수평 프레임(20)을 따라서 좌,우방향으로 이동하는 이동블럭(30)과; 지지 플레이트(35)를 승,하강시키는 가이드 실린더(50)와; 지지 플레이트(35)와 복수개의 상부날 고정부재(62)에 의해 서로 연결되는 상부날(70)과; 상기 수평 프레임(20)과 간격을 두고 배치된 지지 프레임(60)의 상부에 배치되며, 파우치형 이차전지(P)를 고정하는 셀 고정부재(80)와; 상기 셀 고정부재(80)의 일측에 배치되고, 상부날(70)과 대향되게 배치되는 하부날(90)과; 상기 한 쌍의 수직 프레임(10)과 간격을 두고 배치된 이동 테이블(114)에 배치되는 적어도 한 개 이상의 초음파 접합장치(120)로 구성되게 된다.

Description

이차전지의 사이드 프레스장치{Side press apparatus of secondary battery}
본 발명은 이차전지의 사이드 프레스장치에 관한 것으로, 특히 이차전지의 사이드 폴딩시 초음파 융착기를 이용하여 스프링백 현상을 보상하고 아울러, 절연저항을 예정된 기준값으로 유지할 수 있는 이차전지의 사이드 프레스장치에 관한 것이다.
일반적으로, 리튬 이차전지는 각형전지, 폴리머전지 및 원통형 전지로 크게 3가지 종류로 대별된다.
상기 폴리머전지는 전극적층체를 알루미늄 박막(통상, 파우치라고도 함)으로 감싸고 있기 때문에 그 두께를 박막화하고 경량화시킬 수 있으므로 사용량이 증가 추세에 있다. 이러한 종류의 파우치형 이차전지는 적층체를 파우치로 감싼 뒤 사이드(테두리) 부분을 실링해야 하고 실링된 파우치형 이차전지의 양측에는 소정 폭의 테라스(Terrace)가 형성될 수 있다. 이차전지 배터리 팩에는 파우치형 이차전지가 복수개 실장되도록 구성되므로 실장 효율을 높이기 위하여 파우치형 이차전지의 양측 테라스를 폴딩하여 실장 크기를 줄이는 것이 요구된다.
이러한 이차전지 셀의 테라스 자동 폴딩장치에 관련된 기술이 한국등록특허공보 제10-1974443호(특허문헌 1)에 공지되어 있다. 특허문헌 1은 이차전지 셀을 캐리어에 안착시키고 이송하면서 이차전지 셀의 테라스를 90도, 180도, 270도로 순차적으로 최종 각도를 나누어 폴딩하는 공정을 수행하게 된다. 그러나, 이차전지 셀의 테라스를 임의의 각도로 폴딩하게 되면 스프링백(Spring back) 현상 때문에 폴딩한 부분이 다시 펼쳐지는 문제가 발생할 수 있다. 특허문헌 1은 복수의 폴딩 장치로 최종 각도를 임의의 각도로 나누어 복수번 폴딩하는 공정을 거치게 되는 경우, 하나의 폴딩 장치에서 예정된 각도로 폴딩되지 않는 다면, 다음 공정에서도 폴딩 공정이 정확하게 수행할 수 없게 되므로 전체적인 폴딩 공정의 효율성이 떨어지는 문제점을 내포하고 있다.
한편, 이차전지 셀의 테라스를 열 가압하는 히터프레스 장치와 관련된 기술이 한국등록특허공보 제10-2104319호(특허문헌 2)에 공지되어 있다.
특허문헌 2는 파우치형의 이차전지 셀의 폴딩된 테라스를 열 가압하기 위한 히터프레스 장치에 있어서, 상기 폴딩된 테라스가 안착되는 하부 가압면, 및 상기 하부 가압면을 가열하는 하부 히터를 포함하는 하부 지지부; 및 상기 하부 가압면과 마주보는 상부 가압면, 및 상기 상부 가압면을 가열하는 상부 히터를 포함하는 상부 스윙암을 포함하며, 상기 상부 스윙암은, 상기 하부 가압면에 상기 폴딩된 테라스가 안착되면, 일방향으로 스윙 운동하여 상기 상부 가압면과 상기 하부 가압면이 밀착되게 함으로써, 상기 상부 가압면과 상기 하부 가압면 사이에 개재된 상기 폴딩된 테라스가 열 가압되게 구성되어 있다.
그런데, 특허문헌 2는 하부 지지부에 하부 히터를 배치하고 상부 스윙암에 상부 히터를 배치하여 폴딩된 테라스를 열 가압하도록 구성되지만, 상부 스윙암의 회전 운동을 장시간 수행하게 되면 이차전지 파우치의 테라스를 정확한 밀착하여 히팅하는 작업이 용이하지 않고 아울러, 단순히 프레스의 이동블럭(상부 스윙암)이나 고정블럭(하부 지지부)에 히터만을 적용하여 예정된 온도로 가열하여 스프링백을 줄이는 것도 용이하지 않은 문제점을 내포하고 있습니다.
: 한국등록특허공보 제10-1974443호 : 한국등록특허공보 제10-2104319호
본 발명의 목적은 파우치형 이차전지의 셀의 폴딩시 폴딩된 테라스 부분에 초음파 접합장치를 이용하여 열 가압함으로써 스프링백 현상을 방지할 수 있고 아울러, 폴딩 품질을 개선할 수 있는 이차전지의 사이드 프레스장치를 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 파우치형 이차전지의 셀의 폴딩시 히터 대신 초음파 접합장치로 열 가압을 수행함으로써 히팅(가열) 시간을 줄일 수 있어 공정시간을 감소시킬 수 있는 이차전지의 사이드 프레스장치를 제공함에 있다.
본 발명의 이차전지의 사이드 프레스장치는, 파우치형 이차전지의 셀의 폴딩된 테라스를 열 가압하기 위한 이차전지의 사이드 프레스장치에 있어서, 한 쌍의 수직 프레임의 사이에 배치된 수평 프레임의 일측에 배치되며, 수평 프레임(20)을 따라서 좌,우방향으로 이동하는 이동블럭과; 상기 이동블럭과 연결되고, 지지 플레이트를 승,하강시키는 가이드 실린더와; 상기 지지 플레이트의 일측에 배치되고, 지지 플레이트와 복수개의 상부날 고정부재에 의해 서로 연결되는 상부날과; 상기 수평 프레임과 간격을 두고 배치된 지지 프레임의 상부에 배치되며, 파우치형 이차전지를 고정하는 셀 고정부재와; 상기 셀 고정부재의 일측에 배치되고, 상부날과 대향되게 배치되는 하부날과; 상기 한 쌍의 수직 프레임과 간격을 두고 배치된 이동 테이블에 배치되는 적어도 한 개 이상의 초음파 접합장치를 포함하게 된다.
본 발명의 이차전지의 사이드 프레스장치는 파우치형 이차전지의 셀의 폴딩시 폴딩된 테라스 부분에 초음파 접합장치를 이용하여 열 가압함으로써 스프링백 현상을 방지할 수 있고 아울러, 폴딩 품질을 개선할 수 있는 이점이 있다.
본 발명의 이차전지의 사이드 프레스장치는 초음파 접합장치로 열 가압을 수행함으로써 종래 히터를 이용하여 열 가압을 수행하는 것에 비하여 히팅(가열) 시간을 줄일 수 있어 전체적인 공정시간을 감소시킬 수 있는 이점이 있다.
도 1은 본 발명의 이차전지의 사이드 프레스장치의 개략적인 사시도,
도 2는 도 1의 측면도,
도 3은 본 발명의 이차전지의 사이드 프레스장치를 다른 방향에서 본 사시도,
도 4는 본 발명의 요부인 초음파 접합장치를 나타낸 사시도.
이하, 본 발명의 이차전지의 사이드 프레스장치의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 이차전지의 사이드 프레스장치(100)는 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 이동블럭(30)과, 가이드 실린더(50)와, 상부날(70)과, 셀 고정부재(80)와, 하부날(90) 및 초음파 접합장치(120)로 구성된다.
상기 이동블럭(30)은 한 쌍의 수직 프레임(10)의 사이에 배치된 수평 프레임(20)의 일측에 배치되며, 수평 프레임(20)을 따라서 좌,우방향으로 이동할 수 있게 구성된다. 상기 이동블럭(30)은 수평 프레임(20)에 배치된 엘엠 레일(도시되지 않음)을 따라 이동하는 엘엠 가이드와 같은 역할을 수행하는 것으로 이해하기 바란다(참고로, 상기 이동블럭(30)은 도시되지 않았지만 볼스크류나 리니어 모터를 적용한 직선 이송기구에도 적용할 수도 있다).
상기 가이드 실린더(50)는 도 1 및 도 3에 도시된 바와 같이, 이동블럭(30)과 연결되고, 지지 플레이트(35)를 승,하강시키는 역할을 수행하게 된다.
상기 가이드 실린더(50)는 가이드 블럭(40)과, 상기 가이드 블럭(40)의 양측에 간격을 두고 배치된 복수개의 연결로드(44)와, 상기 복수개의 연결로드(44)에 연결된 가이드 플레이트(46)로 구성된다. 그리고, 상기 가이드 실린더(50)의 에어 포트(도시되지 않음)에 에어를 공급하게 되면, 상기 복수개의 연결로드(44)가 승,하강할 수 있으므로 연결로드(44)와 연결된 가이드 플레이트(46)에 지지 플레이트(35)를 승,하강시킬 수 있게 된다. 따라서, 상기 지지 플레이트(25)의 승,하강 동작에 따라 지지 플레이트(35)와 연결된 상부날(70)도 승,하강할 수 있게 구성된다.
상기 상부날(70)은 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 지지 플레이트(35)의 일측에 배치되고, 지지 플레이트(35)와 복수개의 상부날 고정부재(62)에 의해 서로 연결되게 구성된다. 그리고, 상기 상부날(70)은 파우치형 이차전지(P)의 폴딩된 테라스(T)의 내측으로 삽입되도록 일측에 일부 경사지게 형성된 경사부(72)와, 상기 경사부(72)와 연장된 평탄부(74)가 형성되게 된다. 또한, 상기 상부날(70)의 날끝부(76)는 초경합금이나 고속도강으로 구성되게 된다.
상기 셀 고정부재(80)는 수평 프레임(20)과 간격을 두고 배치된 지지 프레임(60)의 상부에 배치되며, 파우치형 이차전지(P)를 고정하는 역할을 수행하게 된다. 상기 지지 프레임(60)은 수직 프레임(10)의 사이에 배치된 수평 프레임(20)과 간격을 두고 배치되는 것을 일예로 나타내었지만, 수평 프레임(20)과 유사한 형태로 구성하여 측면에 셀 고정부재(80)를 설치(배치)시킬 수도 있다. 상기 셀 고정부재(80)는 프레스 공정(작업)시, 도시되지 않은 구동원(서보모터나 공압원)을 이용하여 승,하강 구동하여 파우치형 이차전지(P)를 고정하게 된다.
상기 하부날(90)은 도 2에 도시된 바와 같이, 셀 고정부재(80)의 일측에 배치되고, 상부날(70)과 대향되게 배치된다. 그리고, 상기 하부날(90)은 파우치형 이차전지(P)의 폴딩된 테라스(T)의 하부측을 지지하도록 일측에 일부 경사지게 형성된 경사부(92)와, 상기 경사부(92)와 단부에 형성된 지지부(94)가 형성되게 된다. 그리고, 상기 지지부(94)는 파우치형 이차전지(P)의 폴딩된 테라스(T)의 하부측을 보다 용이하게 지지하도록 굴곡형이나 다단 굴곡형으로 구성하게 된다.
상기 초음파 접합장치(120)는 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 한 쌍의 수직 프레임(10)의 일측에 배치된 베이스 테이블(110)에 배치되며, 셀 고정부재(80)에 배치된 파우치형 이차전지(P)측으로 이동하여 파우치형 이차전지(P)의 테라스(T)를 초음파 접합하는 역할을 수행하게 된다. 그리고, 상기 초음파 접합장치(120)는 파우치형 이차전지(P)의 테라스(T)에 상응하여 그 개수를 조정하여 사용하게 되며, 여기서는 3개를 적용하는 것을 나타냈지만 사용자의 요구에 따라 그 개수를 조절할 수 있다.
상기 초음파 접합장치(120)는 이동 테이블(114)에 간격을 두고 배치된 복수개의 브라켓(116)에 삽설되며, 일측에 배치되는 혼(122)과, 타측에 상기 혼(122)과 연결되는 초음파 진동자(124)를 구비하게 된다. 그리고, 상기 초음파 접합장치(120)는 파우치형 이차전지(P)의 테라스(T)의 초음파 접합을 수행할 때 테라스(T)가 혼(122)의 소정각도로 경사지게 형성되므로 혼(122)에 부착되는 현상을 억제하여 작업효율을 향상시키게 된다(즉, 혼(122)의 일단부를 소정의 각도로 아치형태로 구성하는 것이 바람직하다).
상기 초음파 진동자(124)는 내측에 도시되지 않았지만 부스터와 컨버터로 구성되고, 상기 초음파 진동자(124)는 파워 공급기(도시되지 않음)와 연결되게 된다. 상기 파워 공급기(초음파 발진기)는 50~60Hz와 같은 낮은 헤르쯔의 전원을 파워 공급기를 통하여 15,000~50,000 Hz의 높은 헤르쯔의 전기 에너지로 변환시키는 역할을 수행하게 된다. 또한, 초음파 접합장치(120)의 동작시 과열을 방지하기 위하여 상기 혼(122)의 상부에 송풍팬(126)을 배치하게 된다.
상기 초음파 접합장치(120)는 도 2에 도시된 바와 같이, 혼(122)을 구동하는 실린더(170)의 일측에 배치되며 혼(122)의 가압력을 측정하는 가압력 측정기구(130)와, 상기 실린더(170) 및 가압력 측정기구(130)에 각각 연결되는 제어기(140)를 더 포함하게 된다. 그리고, 상기 제어기(140)는 혼(122)의 가압력이 예정된 가압력과 다를 경우 실린더(170)의 구동을 보상하여 예정된 가압력으로 조정하는 가압력 조정부(150)을 포함하게 된다.
상기 가압력 측정기구(130)는 일 예로 적어도 한 개 이상의 로드셀(load cell: 도시되지 않음)등을 이용하여 구성하게 되지만, 압력 트랜스듀서, 압력 센서 등을 이용하여 구성할 수도 있다.
한편, 상기 이동 테이블(114)은 도 2에 도시된 바와 같이, 베이스 테이블(110)상에 간격을 두고 배치된 복수개의 엘엠 레일(102)에 각각 연결된 한 쌍의 엘엠 가이드(104)에 연결되고, 상기 엘엠 레일(102)을 따라 좌,우로 이동하게 구성된다(즉, 상기 이동 테이블(114)은 하부에 배치된 실린더(170)의 동작에 따라 로드(172)와 연결된 연결 조인트(174)가 브라켓(184)을 이동시키게 되므로 브라켓(184)과 연결된 이동 테이블(114)도 이동하게 된다).
상기와 같이 구성된 본 발명의 이차전지의 사이드 프레스장치의 동작관계에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 설명하기로 한다.
먼저, 소정각도로 폴딩된 파우치형 이차전지(P)를 사용자나 도시되지 않은 로봇핸드에 의해 셀 고정부재(80)에 배치하게 된다. 여기서, 상기 소정각도는 일예로 270도로 폴딩된 각도를 나타내지만 사용자의 요구에 따라 다양한 각도에 적용할 수도 있다.
상기 셀 고정부재(80)에 소정각도로 폴딩된 파우치형 이차전지(P)가 고정되게 되면, 상부날(70)을 하강시키게 된다. 상기 상부날(70)은 수평 프레임(20)에 배치된 이동블럭(30)을 동작시키게 되면, 이동블럭(30)에 배치된 연결로드(44)가 하강하게 되고 상기 연결로드(44)와 연결된 가이드 플레이트(46)도 하강하게 된다. 이때, 상기 가이드 플레이트(46)는 상부날(70)이 연결된 지지 플레이트(35)와 연결되므로 가이드 플레이트(46)의 하강에 의해 상부날(70)도 하강하게 된다. 그리고, 상기 이동블럭(30)은 도시되지 않았지만 구동원으로 공압이나 모터(서보 모터)를 적용하게 된다.
상기 상부날(70)이 하강하게 되면, 하부날(90)이 상승하여 파우치형 이차전지(P)의 하부를 지지하게 된다. 여기서, 하부날(90)의 구동원은 상부날을 구동시키는 구동원과 동일한 것을 적용하게 된다. 여기서는 상부날(70)과 하부날(90)의 작동관계를 단계별로 설명하였지만, 사용자의 요구에 따라 상부날(70)의 하강동작과 하부날(90)의 상승동작을 동시에 수행할 수도 있다.
이와 같이, 폴딩된 파우치형 이차전지(P)에 상부날(70)과 하부날(90)이 배치되게 되면 초음파 접합장치(120)를 동작시키게 된다.
상기 초음파 접합장치(120)는 베이스 테이블(110)의 엘엠 레일(102)에 배치된 복수개의 엘엠 가이드(104)와 연결된 이동 테이블(114)에 배치되므로 상기 이동 테이블(114)을 이동시키게 된다(즉, 상기 초음파 접합장치(120)를 셀 고정부재(80)측으로 이동시키게 된다).
상기 초음파 접합장치(120)가 셀 고정부재(80)측으로 이동하여 파우치형 이차전지(P)의 테라스(T)를 열 가압하게 된다. 상기 초음파 접합장치(120)의 혼(122)은 초음파 진동자(124)에서 발생된 초음파 진동을 파우치형 이차전지(P)의 테라스(T)에 전달하여 열 가압을 수행하게 된다(즉, 상기 초음파 진동자(124)에서 발생된 초음파 진동에 해당하는 양을 구동원(도시되지 않은 공압이나 모터)을 이용하여 테라스(T)에 전달하여 열 가압을 수행하게 된다). 여기서, 히팅 온도는 185도 내지 195도 정도이고, 프레스 시간은 1초 내지 2초내에서 수행되게 된다.
한편, 상기 파우치형 이차전지(P)의 테라스(T)를 초음파 접합장치(120)로 접착시 가압력을 실시간으로 가압력 측정기구(130)를 이용하여 측정하고 측정된 가압력과 예정된 가압력을 비교하여 증가하거나 감소하게 되면 제어기(140)의 가압력 조정부(150)를 이용하여 실린더(170)의 구동을 보상하여 예정된 가압력으로 조정하게 된다.
따라서, 본 발명의 이차전지의 사이드 프레스 장치는 초음파 접합장치를 이용하여 폴딩된 파우치형 이차전지(P)의 테라스(T)의 스프링백 현상을 줄일 수 있고 아울러, 히팅 프레스 대비 공정 시간도 절약할 수 있으므로 전체적으로 원가절감을 수행할 수 있는 이점이 있다.
본 발명의 이차전지의 사이드 프레스장치는 파우치형 이차전지의 테라스를 열 가압하는 이차전지 제조분야에 널리 적용될 수 있다.
10: 수직 프레임 20: 수평 프레임
30: 이동 블럭 40: 가이드 블럭
50: 가이드 실린더 60: 지지 프레임
70: 상부날 80: 셀 고정부재
90: 하부날 120: 초음파 접합장치

Claims (7)

  1. 파우치형 이차전지의 셀의 폴딩된 테라스를 열 가압하기 위한 이차전지의 사이드 프레스장치에 있어서,
    한 쌍의 수직 프레임(10)의 사이에 배치된 수평 프레임(20)의 일측에 배치되며, 수평 프레임(20)을 따라서 좌,우방향으로 이동하는 이동블럭(30)과;
    상기 이동블럭(30)과 연결되고, 지지 플레이트(35)를 승,하강시키는 가이드 실린더(50)와;
    상기 지지 플레이트(35)의 일측에 배치되고, 지지 플레이트(35)와 복수개의 상부날 고정부재(62)에 의해 서로 연결되는 상부날(70)과;
    상기 수평 프레임(20)과 간격을 두고 배치된 지지 프레임(60)의 상부에 배치되며, 파우치형 이차전지(P)를 고정하는 셀 고정부재(80)와;
    상기 셀 고정부재(80)의 일측에 배치되고, 상부날(70)과 대향되게 배치되는 하부날(90)과;
    상기 한 쌍의 수직 프레임(10)과 간격을 두고 배치된 이동 테이블(114)에 배치되는 적어도 한 개 이상의 초음파 접합장치(120);를 포함하며,
    상기 초음파 접합장치(120)는 이동 테이블(114)에 간격을 두고 배치된 복수개의 브라켓(116)에 삽설되며, 일측에 배치되는 혼(122)과, 타측에 상기 혼(122)과 연결되는 초음파 진동자(124)와, 상기 혼(122)을 구동하는 실린더(170)의 일측에 배치되며 혼(122)의 가압력을 측정하는 가압력 측정기구(130)와, 상기 실린더(170) 및 가압력 측정기구(130)에 각각 연결되는 제어기(140)를 포함하고,
    상기 제어기(140)는 혼(122)의 가압력이 예정된 가압력과 다를 경우 실린더(170)의 구동을 보상하여 예정된 가압력으로 조정하는 가압력 조정부(150)를 포함하며,
    상기 초음파 접합장치(120)는 셀 고정부재(80)에 배치된 파우치형 이차전지(P)측으로 이동하여 파우치형 이차전지(P)의 테라스(T)를 초음파 접합하는 이차전지의 사이드 프레스장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 가이드 실린더(50)는 가이드 블럭(40)과, 상기 가이드 블럭(40)의 양측에 간격을 두고 배치된 복수개의 연결로드(44)와, 상기 복수개의 연결로드(44)에 연결된 가이드 플레이트(46)를 포함하고,
    상기 가이드 실린더(50)는 가이드 실린더(50)의 동작에 상응하여 상부날(70)과 연결된 지지 플레이트(35)를 승,하강하도록 구성되는 이차전지의 사이드 프레스장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 상부날(70)은 파우치형 이차전지(P)의 폴딩된 테라스(T)의 내측으로 삽입되도록 일측에 일부 경사지게 형성된 경사부(72)와, 상기 경사부(72)와 연장된 평탄부(74)가 형성되는 이차전지의 사이드 프레스장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 하부날(90)은 파우치형 이차전지(P)의 폴딩된 테라스(T)의 하부측을 지지하도록 일측에 일부 경사지게 형성된 경사부(92)와, 상기 경사부(92)와 단부에 형성된 지지부(94)가 형성되는 이차전지의 사이드 프레스장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 혼(122)의 상부에는 송풍팬(126)을 배치하여 초음파 접합장치의 동작시 과열을 방지하는 이차전지의 사이드 프레스장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 이동 테이블(114)은 베이스 테이블(110)상에 간격을 두고 배치된 복수개의 엘엠 레일(102)에 각각 연결된 한 쌍의 엘엠 가이드(104)에 연결되고, 상기 엘엠 레일(102)을 따라 좌,우로 이동하게 구성되는 이차전지의 사이드 프레스장치.
  7. 삭제
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