KR102540145B1 - 이차 전지용 전극 절단 투입 장치 및 이를 갖는 이차 전지 제조 장치 - Google Patents

이차 전지용 전극 절단 투입 장치 및 이를 갖는 이차 전지 제조 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명의 다양한 실시예는 이차 전지용 전극 절단 투입 장치 및 이를 갖는 이차 전지 제조 장치에 관한 것으로, 해결하고자 하는 기술적 과제는 이차 전지의 제조 시 릴 형태로 공급되는 양극 및/또는 음극을 고속 이송 중 절단하여 낱장 형태로 만든 후, 절단된 전극을 연속적으로 그리고/또는 가속하여 다음 공정으로 신속하게 투입할 수 있는 이차 전지용 전극 절단 가속 투입 장치 및 이를 갖는 이차 전지 제조 장치를 제공하는데 있다.
이를 위해 본 발명은 전극을 절단하여 공급하는 절단부; 상기 절단부에서 절단된 전극을 공급받아 연속적으로 다음 공정에 투입하는 공급 롤러부; 및 상기 공급 롤러부에 상기 전극을 밀착시켜주는 푸시 벨트부를 포함하는 이차 전지용 전극 절단 가속 투입 장치 및 이를 갖는 이차 전지 제조 장치를 개시한다.

Description

이차 전지용 전극 절단 투입 장치 및 이를 갖는 이차 전지 제조 장치{Electrode cutting inserting device for secondary battery and secondary battery manufacturing apparatus having the same}
본 발명의 다양한 실시예는 이차 전지용 전극 절단 투입 장치 및 이를 갖는 이차 전지 제조 장치에 관한 것이다.
일반적으로 이차 전지의 제조 공정 중 전극 절단, 가속 및 투입 방법은, 예를 들면, 그립(grip)에 의한 투입(insert) 방식으로서, 커터(그립)(cutter) 가속 단계와, 전극 그립 및 절단 단계와, 커터(그립) 재 가속 단계와, 전극 투입(가속 투입) 단계와, 그립 해제 단계와, 커터(그립) 후진 및 복귀 단계를 포함한다.
이러한 그립에 의한 투입 방식은 투입되는 전극의 위치 정밀도를 확보하기에 용이하나, 전극의 이송 속도가 빨라 질수록 전극 절단 후 고속으로 재 가속 및 투입 시에 커터(그립)의 급격한 가속 및 감속과 이송 방향 변경을 필요로 하여 생산 속도 향상에 한계가 있다.
더욱이, 이러한 종래의 방법은 전극의 이송 속도가 빨라 질수록 장비 및 유닛의 진동 현상이 커지며, 장비의 수명이 저하되고, 또한 전극의 투입 정밀도가 저하되는 부작용이 발생한다.
이러한 발명의 배경이 되는 기술에 개시된 상술한 정보는 본 발명의 배경에 대한 이해도를 향상시키기 위한 것뿐이며, 따라서 종래 기술을 구성하지 않는 정보를 포함할 수도 있다.
본 발명의 다양한 실시예는 이차 전지의 제조 시 릴(reel) 형태로 공급되는 양극 및/또는 음극을 고속 이송 중 절단하여 낱장 형태로 만든 후, 절단된 전극을 연속적으로 그리고/또는 가속하여 다음 공정으로 신속하게 투입할 수 있는 이차 전지용 전극 절단 투입 장치 및 이를 갖는 이차 전지 제조 장치를 제공한다.
즉, 본 발명의 다양한 실시예는, 그립 투입 방식의 한계를 극복하기 위해, 커터(그립)의 전진 및 후진에 의한 불연속적인 가속 투입 방식 대신, 롤러를 이용한 전극의 연속적인 가속 투입 방식을 갖는 이차 전지용 전극 절단 투입 장치 및 이를 갖는 이차 전지 제조 장치를 제공한다.
구체적으로, 본 발명의 다양한 실시예는 커터(그립)에 의한 전극의 절단, 가속 및 투입 방식을 변경하여, 커터(그립)는 전극의 절단만을 수행하고, 공급 롤러와 푸시 벨트가 절단된 전극을 연속적으로 투입하는 방식 및/또는 공급 롤러와 푸시 벨트가 절단된 전극을 가속하여 투입하는 방식으로, 커터(그립)의 가속량 및 감속량을 축소하여 기구적인 부하를 감소시키고 또한 기구적인 부하의 안정성을 향상시키며, 동작 사이클 상의 단계를 절감하고, 동작 속도를 향상하여 생산성을 향상시킬 수 있는 이차 전지용 전극 절단 투입 장치 및 이를 갖는 이차 전지 제조 장치를 제공한다.
본 발명의 다양한 실시예에 따른 이차 전지용 전극 절단 투입 장치는 전극을 절단하여 공급하는 절단부; 상기 절단부에서 절단된 전극을 공급받아 연속적으로 다음 공정에 투입하는 공급 롤러부; 및 상기 공급 롤러부에 상기 전극을 밀착시켜주는 푸시 벨트부를 포함한다.
상기 공급 롤러부는 공급된 상기 전극이 상기 공급 롤러부의 일부 영역에만 접촉하도록 하고, 상기 전극의 접촉 부위에 진공이 형성되도록 하여, 상기 전극이 상기 공급 롤러부에 진공 흡착된 상태에서 투입되도록 한다.
상기 공급 롤러부는 원형의 원주면과 평평한 현을 갖는 내륜; 및 상기 내륜을 감싸며 다수의 관통홀이 형성된 원통 형태의 외륜을 포함하고, 상기 내륜은 회전하지 않고 고정된 상태에서 상기 현을 통해 진공 영역이 형성되도록 하고, 상기 외륜은 상기 내륜을 중심으로 회전하여 상기 현에 형성된 진공에 의해 상기 전극이 상기 외륜에 접촉되어 다음 공정으로 투입되도록 한다.
상기 푸시 벨트부는 상기 공급 롤러부에 상기 전극이 공급되면 상기 전극을 상기 공급 롤러부에 접촉되도록 하고, 상기 공급 롤러부는 진공으로 상기 전극을 흡착하며, 이때 발생된 마찰력으로 미끄러짐없이 상기 전극을 가속한다.
상기 절단부는 제1속도로 가속하여 상기 전극을 절단하고, 절단된 상기 전극을 상기 공급 롤러부에 공급하며, 이어서 상기 공급 롤러부는 상기 전극을 제1속도보다 높은 제2속도로 가속하고, 가속된 상기 전극을 다음 공정으로 투입한다. 상기 공급 롤러부는 상기 절단부가 절단된 상기 전극을 상기 공급 롤러부에 공급할 때 상기 제1속도로 감속한다.
상기 푸시 벨트부는 푸시 롤러의 형태로 존재할 수도 있으나, 전극판을 안정적으로 고정하여 공급할 수 있도록, 상호간 이격된 상태로 상기 공급 롤러부의 표면에 밀착된 제1,2롤러; 상기 제1,2롤러로부터 이격되어 설치된 제3롤러; 및 상기 제1,2,3롤러를 따라 결합된 푸시 벨트를 포함하고, 상기 제1,2롤러 사이의 상기 푸시 벨트가 상기 공급 롤러부의 표면에 밀착된다.
본 발명의 다양한 실시예에 따른 이차 전지용 제조 장치는 이차 전지용 전극을 공급하는 전극 공급부; 상술한 전극 절단 투입 장치; 상기 전극 절단 투입 장치의 후단에 배치되어 절단된 상기 전극을 로딩하는 전극 로딩부; 상기 전극 로딩부 상에서 상기 전극의 상면과 하면에 각각 세퍼레이터를 공급하는 세퍼레이터 공급부; 상기 세퍼레이터가 상기 전극을 백 형태로 감싸도록 상기 세퍼레이터의 주변에 실링 영역을 형성하는 실링부; 상기 세퍼레이터의 실링 영역을 컷팅하여 전극을 포함하는 낱개의 세퍼레이터 백을 제공하는 세퍼레이터 컷팅부; 및 상기 세퍼레이터 백의 일측에 상기 전극의 극성과 다른 극성의 전극을 스택하는 스택부를 포함한다.
상기 전극 공급부 및 상기 전극 절단 투입 장치는 세트를 이루며, 상기 세트는 한쌍이 구비된다.
상기 한쌍의 세트는 상호간 교대로 동작하여, 상기 전극 로딩부에 의한 전극의 이송 속도가 상기 세트에 의한 전극의 이송 속도보다 2배 빠르다.
본 발명의 실시예는 이차 전지의 제조 시 릴(reel) 형태로 공급되는 양극 및/또는 음극을 고속 이송 중 절단하여 낱장 형태로 만든 후, 절단된 전극을 연속적으로 그리고/또는 가속하여 다음 공정으로 신속하게 투입할 수 있는 이차 전지용 전극 절단 투입 장치 및 이를 갖는 이차 전지 제조 장치를 제공한다.
즉, 본 발명의 실시예는, 그립 투입 방식의 한계를 극복하기 위해, 커터(그립)의 전진 및 후진에 의한 불연속적인 가속 투입 방식 대신, 롤러를 이용한 전극의 연속적인 투입 방식을 갖는 이차 전지용 전극 절단 투입 장치 및 이를 갖는 이차 전지 제조 장치를 제공한다.
구체적으로, 본 발명의 실시예는 커터(그립)에 의한 전극의 절단, 가속 및 투입 방식을 변경하여, 커터(그립)는 전극의 절단만을 수행하고, 공급 롤러와 푸시 벨트가 절단된 전극을 연속적으로 투입하는 방식 및/또는 공급 롤러와 푸시 벨트가 절단된 전극을 가속하여 투입하는 방식으로, 커터(그립)의 가속량 및 감속량을 축소하여 기구적인 부하를 감소시키고 또한 기구적인 부하의 안정성을 향상시키며, 동작 사이클 상의 단계를 절감하고, 동작 속도를 향상하여 생산성을 향상시킬 수 있는 이차 전지용 전극 절단 투입 장치 및 이를 갖는 이차 전지 제조 장치를 제공한다.
도 1은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 이차 전지용 전극 절단 투입 장치를 포함하는 이차 전지 제조 장치의 일례를 도시한 개념도이다.
도 2a는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 이차 전지용 전극 절단 투입 장치를 도시한 개략도이고, 도 2b는 공급 롤러부와 푸시 벨트부 사이의 관계를 도시한 개략도이며, 도 2c는 공급 롤러부와 전극 사이의 접촉 면적을 도시한 개략도이다.
도 3a는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 이차 전지용 전극 절단 투입 장치 중에서 분리형 절단부와 공급 롤러부의 시간별 가속 및 감속 상태를 도시한 그래프이고, 도 3b는 종래 절단부의 시간별 가속 및 감속 상태를 도시한 그래프이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려, 이들 실시예는 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다.
또한, 이하의 도면에서 각 층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장된 것이며, 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 "및/또는"은 해당 열거된 항목 중 어느 하나 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다. 또한, 본 명세서에서 "연결된다"라는 의미는 A 부재와 B 부재가 직접 연결되는 경우뿐만 아니라, A 부재와 B 부재의 사이에 C 부재가 개재되어 A 부재와 B 부재가 간접 연결되는 경우도 의미한다.
본 명세서에서 사용된 용어는 특정 실시예를 설명하기 위하여 사용되며, 본 발명을 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 단수 형태는 문맥상 다른 경우를 분명히 지적하는 것이 아니라면, 복수의 형태를 포함할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 경우 "포함한다(comprise, include)" 및/또는 "포함하는(comprising, including)"은 언급한 형상들, 숫자, 단계, 동작, 부재, 요소 및/또는 이들 그룹의 존재를 특정하는 것이며, 하나 이상의 다른 형상, 숫자, 동작, 부재, 요소 및 /또는 그룹들의 존재 또는 부가를 배제하는 것이 아니다.
본 명세서에서 제1, 제2 등의 용어가 다양한 부재, 부품, 영역, 층들 및/또는 부분들을 설명하기 위하여 사용되지만, 이들 부재, 부품, 영역, 층들 및/또는 부분들은 이들 용어에 의해 한정되어서는 안 됨은 자명하다. 이들 용어는 하나의 부재, 부품, 영역, 층 또는 부분을 다른 영역, 층 또는 부분과 구별하기 위하여만 사용된다. 따라서, 이하 상술할 제1부재, 부품, 영역, 층 또는 부분은 본 발명의 가르침으로부터 벗어나지 않고서도 제2부재, 부품, 영역, 층 또는 부분을 지칭할 수 있다.
"하부(beneath)", "아래(below)", "낮은(lower)", "상부(above)", "위(upper)"와 같은 공간에 관련된 용어가 도면에 도시된 한 요소 또는 특징과 다른 요소 또는 특징의 용이한 이해를 위해 이용될 수 있다. 이러한 공간에 관련된 용어는 본 발명의 다양한 공정 상태 또는 사용 상태에 따라 본 발명의 용이한 이해를 위한 것이며, 본 발명을 한정하기 위한 것은 아니다. 예를 들어, 도면의 요소 또는 특징이 뒤집어지면, "하부" 또는 "아래"로 설명된 요소 또는 특징은 "상부" 또는 "위에"로 된다. 따라서, "하부"는 "상부" 또는 "아래"를 포괄하는 개념이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 다양한 실시예에 따른 이차 전지용 전극 절단 투입 장치(120A,120B)를 포함하는 이차 전지 제조 장치(100)의 일례에 대한 개략도가 도시되어 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 이차 전지 제조 장치(100)는 제1전극 공급부(110)와, 제1전극 절단 투입 장치(120A)와, 제1전극 로딩부(130)와, 세퍼레이터 공급부(140)와, 세퍼레이터 실링부(150)와, 세퍼레이터 커팅부(160)와, 제2전극 공급부(170)와, 제2전극 절단 투입 장치(120B)와, 제2전극 로딩부(180)와, 스택부(미도시)와, 스테이지(190)를 포함할 수 있다.
제1전극 공급부(110)는, 예를 들면, 한정하는 것은 아니지만, 제1전극(111)이 권취된 제1전극 릴(112)을 포함할 수 있으며, 이로부터 제1전극(111)을 권출하여 제1전극 절단 투입 장치(120A)로 공급할 수 있다. 제1전극 공급부(110)는, 예를 들면, 한정하는 것은 아니지만, 적어도 한쌍 이상 구비될 수 있다.
제1전극 절단 투입 장치(120A)는 제1전극 공급부(110)로부터 공급된 제1전극(111)을 낱개로 절단하고, 절단된 제1전극(111)을 연속적으로 그리고/또는 가속하여 제1전극 로딩부(130)에 투입할 수 있다. 이를 위해, 제1전극 절단 투입 장치(120A)는 절단부, 공급 롤러부(또는 가속 롤러부) 및 푸시 벨트부 등을 포함할 수 있으며, 이는 아래에서 다시 상세하게 설명하기로 한다.
여기서, 제1전극 공급부(110)와 제1전극 절단 가속 투입 장치(120A)는 하나의 세트를 이루며, 이러한 세트는 한쌍이 구비될 수 있다. 도 1에서, 이러한 세트는 좌측 상부와 좌측 하부에 각각 도시되어 있다. 이와 같이 하여, 상술한 한쌍의 세트는 상호간 교대로 동작하면서 절단된 제1전극(111)을 제1전극 로딩부(130)에 공급 및 투입하게 된다.
제1전극 로딩부(130)는, 예를 들면, 한정하는 것은 아니지만, 상호 이격된 한쌍의 로딩 롤러(131)와, 한쌍의 로딩 롤러(131)에 결합된 로딩 벨트(132)를 포함할 수 있다. 이러한 제1전극 로딩부(130)의 상부에는 상술한 절단된 제1전극(111)이 세퍼레이터와 함께 로딩될 수 있다.
한편, 제1전극 로딩부(130)에 의한 제1전극(111)의 이송 속도는 제1전극 공급부(110) 및 제1전극 절단 가속 투입 장치(120A)에 의한 제1전극(111)의 이송 속도보다 대략 2배 빠를 수 있다. 예를 들면, 한정하는 것은 아니지만, 제1전극 로딩부(130)에 의한 제1전극(111)의 이송 속도는 대략 700 mm/s이고, 제1전극 공급부(110) 및 제1전극 절단 가속 투입 장치(120A)에 의한 제1전극(111)의 이송/투입 속도는 대략 350 mm/s 일 수 있다. 이는 상술한 바와 같이 한쌍의 세트(제1전극 공급부(110)와 제1전극 절단 가속 투입 장치(120A))가 상호간 교대로 동작하기 때문이다. 물론, 상술한 한쌍의 제1전극 절단 투입 장치(120A)가 교대로 동작하기 때문에, 절단된 제1전극(111)이, 상호간 간섭 현상없이, 순차적으로 제1전극 로딩부(130)에 투입/로딩될 수 있다.
세퍼레이터 공급부(140)는 제1전극 로딩부(130) 상에 로딩되는 제1전극(111)의 상면과 하면에 각각 제1세퍼레이터(141) 및 제2세퍼레이터(145)를 공급할 수 있다. 즉, 세퍼레이터 공급부(140)는 제1전극(111)의 상면에 제1세퍼레이터(141)를 공급하고, 제1전극(111)의 하면에 제2세퍼레이터(145)를 공급한다. 여기서, 제1,2세퍼레이터(141,145)는, 예를 들면, 한정하는 것은 아니지만, PE(polyethylene), PP(polypropylene), 또는 이들의 층으로 구성된 베이스 필름을 포함할 수 있다. 더불어, 이러한 제1,2세퍼레이터는 표면에 알루미나 또는 보헤마이트와 같은 무기물이 코팅된 내열 절연층을 더 포함할 수도 있다.
이러한 세퍼레이터 공급부(140)는, 예를 들면, 한정하는 것은 아니지만, 제1세퍼레이터(141)가 권취된 제1세퍼레이터 릴(142)과, 제2세퍼레이터(145)가 권취된 제2세퍼레이터 릴(146)을 포함할 수 있다. 더불어, 세퍼레이터 공급부(140)는, 예를 들면, 한정하는 것은 아니지만, 제1세퍼레이터 릴(142)로부터 권출되는 제1세퍼레이터(141)를 제1전극(111)의 상면에 가이드하는 제1가이드 롤러(143,144)와, 제2세퍼레이터 릴(146)로부터 권출되는 제2세퍼레이터(145)를 제1전극(111)의 하면에 가이드하는 제2가이드 롤러(147)를 포함할 수 있다.
세퍼레이터 실링부(150)는 제1전극 로딩부(130) 상에서 제1전극(111) 주변의 세퍼레이터에 실링 영역(148)을 형성할 수 있다. 즉, 세퍼레이터 실링부(150)는, 예를 들면, 한정하는 것은 아니지만, 열 융착 부재를 이용하여, 제1전극(111)의 상면과 하면에 위치된 제1세퍼레이터(141)와 제2세퍼레이터(145)에 실링 영역(148)을 형성함으로써, 제1전극(111)이 세퍼레이터 백(bag)(149)의 내부에 위치되도록 할 수 있다.
여기서, 세퍼레이터 실링부(150)는 다수의 제1전극(111)에 대하여 동시에 실링 영역(148)을 형성함으로써, 다수의 세퍼레이터 백(149)이 동시에 형성되도록 하고, 이에 따라 생산성이 향상되도록 할 수 있다.
세퍼레이터 커팅부(160)는 제1전극 로딩부(130) 상에서 세퍼레이터 백(149)의 실링 영역(148)을 컷팅함으로써, 제1전극(111)을 포함하는 낱개의 세퍼레이터 백(149)이 구비되도록 한다.
여기서, 세퍼레이터 백(149)의 컷팅 후, 세퍼레이터 백(149)의 외관이 외관 검사부(165)에 의해 검사될 수 있다.
제2전극 공급부(170)는, 예를 들면, 한정하는 것은 아니지만, 제1전극(111)의 극성과 다른 극성을 갖는 제2전극(171)이 권취된 제2전극 릴(172)을 포함할 수 있으며, 이로부터 제2전극(171)을 권출하여 제2전극 절단 투입 장치(120B)로 공급할 수 있다. 제2전극 공급부(170)는, 예를 들면, 한정하는 것은 아니지만, 적어도 한쌍 이상 구비될 수 있다.
제2전극 절단 투입 장치(120B)는 제2전극 공급부(170)로부터 공급된 제2전극(171)을 낱개로 절단하고, 절단된 제2전극(171)을 연속적으로 그리고/또는 가속하여 제2전극 로딩부(180)에 투입할 수 있다. 이를 위해, 제2전극 절단 투입 장치(120B)는 절단부, 공급 롤러부(또는 가속 롤러부) 및 푸시 벨트부 등을 포함할 수 있으며, 이는 아래에서 다시 상세하게 설명하기로 한다.
여기서, 제2전극 공급부(170) 및 제2전극 절단 투입 장치(120B)는 하나의 세트를 이루며, 이러한 세트는 한쌍이 구비될 수 있다. 도 1에서, 이러한 세트는 우측 상부와 우측 하부에 각각 도시되어 있다. 이와 같이 하여, 상술한 한쌍의 세트는 상호간 교대로 동작하면서 절단된 제2전극(171)을 제2전극 로딩부(180)에 공급 및 투입하게 된다.
제2전극 로딩부(180)는, 예를 들면, 한정하는 것은 아니지만, 상호 이격된 한쌍의 로딩 롤러(181)와, 한쌍의 로딩 롤러(181)에 결합된 로딩 벨트(182)를 포함할 수 있다. 여기서, 제2전극(171)에는 세퍼레이터가 공급되지 않는다.
한편, 제2전극 로딩부(180)에 의한 제2전극(171)의 이송 속도는 제2전극 공급부(170) 및 제2전극 절단 투입 장치(120B)에 의한 제2전극(171)의 이송 속도보다 대략 2배 빠를 수 있다. 예를 들면, 한정하는 것은 아니지만, 제2전극 로딩부(180)에 의한 제2전극(171)의 이송 속도는 대략 700 mm/s이고, 제2전극 공급부(170) 및 제2전극 절단 투입 장치(120B)에 의한 제2전극(171)의 이송/투입 속도는 대략 350 mm/s 일 수 있다. 이는 상술한 바와 같이 한쌍의 세트(제2전극 공급부(170)와 제2전극 절단 가속 투입 장치(120B))가 상호간 교대로 동작하기 때문이다. 물론, 상술한 한쌍의 제2전극 절단 투입 장치(120B)가 교대로 동작하기 때문에, 절단된 제2전극(171)이, 상호간 간섭 현상없이, 순차적으로 제2전극 로딩부(180)에 투입/로딩될 수 있다.
스택부(미도시됨)는, 예를 들면, 한정하는 것은 아니지만, 픽앤플레이스 로봇(pick and place robot)일 수 있다. 스택부는 예를 들면, 제1전극(111)을 포함하는 세퍼레이터 백(149)을 스테이지(190) 상으로 픽앤플레이스하는 제1픽앤플레이스 로봇과, 제2전극(171)을 스테이지(190) 위의 세퍼레이터 백(149) 위에 픽앤플레이스하는 제2픽앤플레이스 로봇을 포함할 수 있다. 이러한 스택부는 당업자에게 주지 기술이므로 이에 대한 설명은 생략한다.
스테이지(190)는, 예를 들면, 한정하는 것은 아니지만, 제1전극판(111)을 갖는 세퍼레이터 백(149) 및 제2전극(171)이 순차적으로 스택되는 대략 평평한 다이 일 수 있다. 즉, 스택부에 의해 스테이지(190) 위에 이차 전지를 위한 스택(191)이 형성된다.
여기서, 스테이지(190)는 생산성 향상을 위해 다수개가 구비될 수 있다. 도면에서는 일례로 6개의 스테이지(190)가 도시되어 있으나, 이로서 본 발명이 한정되지 않는다.
이와 같이 하여, 본 발명의 실시예에 따른 이차 전지용 제조 장치(100)는 빠른 속도로 제1전극(111)을 포함하는 세퍼레이터 백(149)을 구비하고, 이러한 세퍼레이터 백(149) 위에 신속하게 제2전극(171)을 적층함으로써, 스택 타입 이차 전지의 제조 생산성을 크게 향상시킬 수 있게 된다.
이하에서는, 상술한 이차 전지용 제조 장치(100) 중에서 전극 절단 투입 장치(120A,120B)에 대해 설명한다. 여기서, 상술한 제1전극 절단 투입 장치(120A) 및 제2전극 절단 투입 장치(120B)는 일괄적으로 전극 절단 투입 장치(120)로 지칭하고, 또한 제1전극(111) 및 제2전극(171) 역시 일괄적으로 전극으로 지칭한다.
도 2a를 참조하면, 본 발명의 다양한 실시예에 따른 이차 전지용 전극 절단 투입 장치(120)에 대한 개략도가 도시되어 있고, 도 2b를 참조하면, 공급 롤러부(124)와 푸시 벨트부(127) 사이의 관계에 대한 개략도가 도시되어 있으며, 도 2c를 참조하면, 공급 롤러부(124)와 전극 사이의 접촉 면적에 대한 개략도가 도시되어 있다.
도 2a 및 도 2b에 도시된 바와 같이, 이차 전지용 전극 절단 투입 장치(120)는 절단부(121), 공급 롤러부(124) 및 푸시 벨트부(127)를 포함할 수 있다.
절단부(121)(또는 커터(그립))는 전극을 절단하여 공급 롤러부(124)에 공급할 수 있다. 이러한 절단부(121)는 전극의 진행 방향에 대하여 대략 평행하게 왕복 운동하면서 전극의 진행 방향에 대하여 대략 수직 방향으로 일정 길이의 전극을 절단한다. 더불어, 절단부(121)는 절단된 전극을 공급 롤러부(124)와 푸시 벨트부(127)의 사이에 공급한다.
이를 위해, 절단부(121)는 다수의 커터(122)와, 그립퍼(123)를 포함할 수 있다.(도 2b에는 절단부(121) 중에서 다수의 커터(122)만 도시되어 있다.) 즉, 절단부(121)에 구비된 다수의 커터(122)가 전극을 일정 형태로 절단하고, 이어서 그립퍼(123)가 절단된 전극을 그립하여 공급 롤러부(124)와 푸시 벨트부(127)의 사이에 공급한다.
이러한 절단부(121)는 당업자에게 주지된 내용이므로 이에 대한 상세 설명은 생략하기로 한다.
공급 롤러부(124)는 절단부(121)에 인접하여 설치될 수 있다. 이러한 가속부는 절단부(121)에서 절단된 전극을 연속적으로 공급받아 가속한 후에 다음 공정으로 투입하는 역할을 한다.
이를 위해 공급 롤러부(124)는 내륜(125)과 외륜(126)을 포함할 수 있다.
내륜(125)은 대략 원형의 원주(125a)와 대략 평평한 현(125b)을 포함할 수 있다. 내륜(125)은 회전하지 않고 고정된 상태를 유지하며, 현(125b)을 통해 진공 영역이 형성되도록 한다. 즉, 현(125b)과 마주보는 외륜(126)의 사이에 진공 파이프(미도시)가 연결됨으로써, 현(125b)과 마주보는 외륜(126) 사이의 영역에 진공 영역이 형성된다.
외륜(126)은 내륜(125)을 감싸며 다수의 관통홀(126a)이 형성된 대략 원통 형태를 한다. 이러한 외륜(126)은 내륜(125)을 중심으로 회전하여 현(125b)과 마주보는 영역에 형성된 진공 영역에 의해 전극이 외륜(126)의 표면에 접촉되도록 한다. 물론, 외륜(126)은 고속으로 회전하므로, 외륜(126)의 표면에 접촉된 전극은 다음 공정으로 가속되어 투입될 수 있다. 여기서, 외륜(126)의 고속 회전을 위해, 외륜(126)에 전동 모터가 결합될 수 있다.
이와 같이 하여, 공급 롤러부(124)는 공급된 전극이 공급 롤러부(124)의 일부 영역에만 접촉하도록 하고, 전극의 접촉 부위에 진공이 형성되도록 하여, 전극이 공급 롤러부(124)에 진공 흡착된 상태에서 가속되도록 한다. 실질적으로, 도 2c를 참조하면, 공급 롤러부(124)의 외륜(126) 중에서 빗금친 부분에만 전극이 접촉/밀착될 수 있다.
푸시 벨트부(127)는 공급 롤러부(124)에 전극을 밀착시켜, 전극이 슬립되지 않고 전극 로딩부(130)로 가속 및 투입되도록 한다. 즉, 푸시 벨트부(127)는 공급 롤러부(124)에 전극이 공급되면 전극을 공급 롤러부(124)에 접촉되도록 함으로써, 공급 롤러부(124)가 전극을 진공으로 흡착하며, 이때 발생된 마찰력으로 미끄러짐없이 전극을 가속하여 전극 로딩부(130)에 투입되도록 한다.
도면 중 미설명 부호 133은 공급 롤러부(124)의 외륜(126) 및 전극 로딩부(130)의 로딩 벨트(133)에 밀착/회전되어, 전극이 전극 로딩부(130) 상에 용이하게 투입되도록 하는 보조 롤러이다.
푸시 벨트부(127)는 제1롤러(127a), 제2롤러(127b), 제3롤러(127c) 및 푸시 벨트(127d)를 포함할 수 있다. 제1,2롤러(127a,127b)는 상호간 일정 거리 이격된 채 대체로 공급 롤러부(124)의 외륜(126)에 밀착될 수 있다. 제3롤러(127c)는 제1,2롤러(127a,127b)부터 일정 거리 이격된 채 위치될 수 있다. 즉, 제1,2,3롤러(127a,127b,127c)는 대체로 삼각 형태로 배열될 수 있다. 또한, 푸시 벨트(127d)는 제1,2,3롤러(127a,127b,127c)를 따라 결합됨으로써, 대략 삼각 형태일 수 있다. 더불어, 제1,2롤러(127a,127b) 사이의 푸시 벨트(127d)가 공급 롤러부(124) 즉, 외륜(126)의 표면에 밀착될 수 있다.
여기서, 공급 롤러부(124), 즉, 외륜(126)이 대략 반시계 방향으로 회전하면, 제1,2,3롤러(127a,127b,127c) 및 푸시 벨트(127d)는 대략 시계 방향으로 회전한다. 따라서, 절단부(121)로부터 절단되어 공급된 전극은 공급 롤러부(124)의 외륜(126)과 푸시 벨트부(127)의 푸시 벨트(127d) 사이에 공급됨으로써, 연속적으로 가속되어 전극 로딩부(130)에 투입될 수 있다.
도 3a를 참조하면, 본 발명의 다양한 실시예에 따른 이차 전지용 전극 절단 투입 장치(120) 중에서 분리형 절단부(121)와 공급 롤러부(124)의 시간별 가속 및 감속 상태에 대한 그래프가 도시되어 있고, 도 3b를 참조하면, 종래 절단부의 시간별 가속 및 감속 상태에 대한 그래프가 도시되어 있다.
여기서, X축은 시간을 의미하고, Y축은 속도를 의미한다. 또한, 도 2a 내지 도 2c를 함께 참조하여, 본 발명의 실시예에 따른 이차 전지용 전극 절단 투입 장치(120)의 동작을 설명한다.
먼저, 절단부(121)가 전극 공급 속도인 제1속도(예를 들면, 350 mm/s)로 가속한 후 전극 공급 속도와 등속 상태에서 전극을 절단하고, 절단된 전극을 공급 롤러부(124)에 공급한다. 즉, 절단부(121)가 전극 공급 속도와 동일 속도로 이동하면서, 전극을 적절한 크기로 절단한다.
이때, 공급 롤러부(124)는 절단된 전극이 공급 롤러부(124)에 용이하게 공급될 수 있도록 상술한 제1속도로 감속한다. 즉, 절단부(121)에 의해 절단된 전극이 공급 롤러부(124)와 푸시 벨트부(127) 사이의 간극으로 공급될 때, 공급 롤러부(124)의 회전 속도가 일정 시간동안 전극의 공급 속도 또는 절단부의 이동 속도와 동일해질 수 있다.
이어서, 절단부(121)에 의한 전극의 절단이 완료되었으므로, 절단부(121)는 전극의 이송 방향과 반대 방향으로 감속하며 복귀한다. 여기서, X축을 중심으로 상부 영역은 예를 들면 정방향 속도를 의미하고, 하부 영역은 예를 들면 역방향 속도를 의미한다.
계속해서, 공급 롤러부(124)는 진공으로 전극을 흡착한 상태에서 제1속도보다 높은 제2속도(예를 들면, 700 mm/s)로 가속하여, 전극을 전극 로딩부(130) 위에 로딩한다. 여기서, 실질적으로 제2속도는 전극 로딩부(130) 중에서 로딩 벨트(132)의 이송 속도이다.
더불어, 이때 절단부(121)는 원래의 위치로 복귀하여, 다음의 전극 절단을 준비한다.
이와 같은 동작이 계속 반복됨으로써, 결국 다수의 전극이 전극 로딩부(130)에 순차적으로 로딩된다.
이와 같이 하여, 본 발명의 실시예에 따른 이차 전지용 전극 절단 투입 장치(120)는 전극을 절단하는 절단부(121)와, 전극을 가속하여 투입하는 공급 롤러부(124)가 서로 분리됨으로써, 전극의 절단, 가속 및 투입 공정이 원활하게 수행된다. 일례로, 절단부(121)의 속도는 대략 0~500 mm/s일 수 있고, 공급 롤러부(124)의 속도는 대략 500~1000 mm/s일 수 있다. 이때, 절단부(121) 및 공급 롤러부(124)의 필요 가/감속 속도는 대략 1G 이하일 수 있다. 따라서, 절단부(121) 및 공급 롤러부(124)의 가/감속 시 이송 질량이 상대적으로 작게 된다. 더불어, 절단된 전극이 공급 롤러부(124)에 진공 흡착됨으로써 전극의 슬립 현상이 발생하지 않는다. 더불어, 절단부(121)에 의한 전극 절단 이후, 절단부(121)의 복귀 거리가 상대적으로 짧고 또한 공급 롤러부(124)는 일방향으로 계속 회전하므로 복귀가 불필요하며, 이에 따라 장비의 진동 현상이 감소한다. 여기서, 장비의 진동이 심해지면, 전극이 전극 로딩부(130)의 정확한 위치에 투입되지 않게 된다.
한편, 도 3b에 도시된 바와 같이, 종래에는 절단부가 전극의 절단, 가속 및 투입을 모두 수행하였다. 따라서, 절단부는 가속, 등속/절단, 재가속 및 전극판 투입, 그리고 감속/복귀 공정을 수행하게 되는데, 이때 절단부에 의한 속도 변화량 및 절단부에 의한 이동 변화량이 본 발명의 실시예에 따른 속도 변화량 및 이동 변화량보다 큼을 볼 수 있다.
즉, 종래에는 절단부의 속도가 대략 0~1000 mm/s 이나, 절단부의 필요 가/감속 속도가 대략 2G 이상이었다. 따라서, 가속 이동 질량이 상대적으로 크고, 특히, 절단부의 전극 투입 후 복귀 거리가 장거리이기 때문에, 장비의 진동 현상이 크게 나타났다.
결론적으로, 본 발명의 실시예에 따른 이차 전지용 전극 절단 투입 장치(120)는, 그립 투입 방식의 한계를 극복할 수 있도록, 절단부(121)의 전진 및 후진에 의한 불연속적인 가속 투입 방식 대신, 공급 롤러부(124)를 이용한 전극의 연속적인 가속 투입 방식을 채택하였다.
구체적으로, 본 발명의 실시예에 따른 이차 전지용 전극 절단 투입 장치(120)는 절단부(121)에 의한 전극의 절단, 가속 및 투입 방식을 변경하여, 절단부(121)는 전극의 절단만을 수행하고, 공급 롤러부(124)가 절단된 전극을 연속적으로 가속하여 투입하는 방식으로, 절단부(121)의 가속량 및 감속량을 축소하여 기구적인 부하를 감소시키고 또한 기구적인 부하의 안정성을 향상시키며, 동작 사이클 상의 단계를 절감하고, 동작 속도를 향상하여 생산성을 향상시킬 수 있도록 한다.
이상에서 설명한 것은 본 발명에 따른 이차 전지용 전극 절단 투입 장치 및 이를 갖는 이차 전지 제조 장치를 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.
100; 이차 전지용 제조 장치
110; 제1전극 공급부 111; 제1전극
112; 제1전극 릴 120A; 제1전극 절단 투입 장치
121; 절단부 122; 커터
123; 그립퍼 124; 공급 롤러부
125; 내륜 125a; 원주
125b; 현 126; 외륜
126a; 관통홀 127; 푸시 벨트부
127a; 제1롤러 127b; 제2롤러
127c; 제3롤러 127d; 푸시 벨트
130; 제1전극 로딩부 131; 로딩 롤러
132; 로딩 벨트 140; 세퍼레이터 공급부
141; 제1세퍼레이터 142; 제1세퍼레이터 릴
143,144; 가이드 롤러 145; 제2세퍼레이터
146; 제2세퍼레이터 릴 147; 가이드 롤러
148; 실링 영역 149; 세퍼레이터 백
150; 세퍼레이터 실링부 160; 세퍼레이터 커팅부
165; 비전 검사부 170; 제2전극 공급부
171; 제2전극 172; 제2전극 릴
120B; 제2전극 절단 투입 장치
180; 제2전극 로딩부 181; 로딩 롤러
182; 로딩 벨트 190; 스테이지
191; 스택

Claims (10)

  1. 전극을 절단하여 공급하는 절단부;
    상기 절단부에서 절단된 전극을 공급받아 연속적으로 다음 공정에 투입하는 공급 롤러부; 및
    상기 공급 롤러부에 상기 전극을 밀착시켜주는 푸시 벨트부를 포함하는 이차 전지용 전극 절단 투입 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 공급 롤러부는 공급된 상기 전극이 상기 공급 롤러부의 일부 영역에만 접촉하도록 하고, 상기 전극의 접촉 부위에 진공이 형성되도록 하여, 상기 전극이 상기 공급 롤러부에 진공 흡착된 상태에서 투입되도록 하는 이차 전지용 전극 절단 투입 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 공급 롤러부는
    원형의 원주면과 평평한 현을 갖는 내륜; 및
    상기 내륜을 감싸며 다수의 관통홀이 형성된 원통 형태의 외륜을 포함하고,
    상기 내륜은 회전하지 않고 고정된 상태에서 상기 현을 통해 진공 영역이 형성되도록 하고, 상기 외륜은 상기 내륜을 중심으로 회전하여 상기 현에 형성된 진공에 의해 상기 전극이 상기 외륜에 접촉되어 다음 공정으로 투입되도록 하는 이차 전지용 전극 절단 투입 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 푸시 벨트부는 상기 공급 롤러부에 상기 전극이 공급되면 상기 전극을 상기 공급 롤러부에 접촉되도록 하고,
    상기 공급 롤러부는 진공으로 상기 전극을 흡착하며, 이때 발생된 마찰력으로 미끄러짐없이 상기 전극을 투입하는 이차 전지용 전극 절단 투입 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 절단부는 제1속도로 가속하여 상기 전극을 절단하고, 절단된 상기 전극을 상기 공급 롤러부에 공급하며, 이어서
    상기 공급 롤러부는 상기 전극을 제1속도보다 높은 제2속도로 가속하고, 가속된 상기 전극을 다음 공정으로 투입하는 이차 전지용 전극 절단 투입 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 공급 롤러부는 상기 절단부가 절단된 상기 전극을 상기 공급 롤러부에 공급할 때 상기 제1속도로 감속하는 이차 전지용 전극 절단 투입 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 푸시 벨트부는
    상호간 이격된 상태로 상기 공급 롤러부의 표면에 밀착된 제1,2롤러;
    상기 제1,2롤러로부터 이격되어 설치된 제3롤러; 및
    상기 제1,2,3롤러를 따라 결합된 푸시 벨트를 포함하고,
    상기 제1,2롤러 사이의 상기 푸시 벨트가 상기 공급 롤러부의 표면에 밀착되는 이차 전지용 전극 절단 투입 장치.
  8. 이차 전지용 전극을 공급하는 전극 공급부;
    상기 전극 공급부로부터 상기 전극을 공급받아 절단 후 다음 공정에 투입하는 제1항 내지 제7항 중 어느 하나에 기재된 전극 절단 투입 장치;
    상기 전극 절단 투입 장치의 후단에 배치되어 절단된 상기 전극을 로딩하는 전극 로딩부;
    상기 전극 로딩부 상에서 상기 전극의 상면과 하면에 각각 세퍼레이터를 공급하는 세퍼레이터 공급부;
    상기 세퍼레이터가 상기 전극을 백 형태로 감싸도록 상기 세퍼레이터의 주변에 실링 영역을 형성하는 실링부;
    상기 세퍼레이터의 실링 영역을 컷팅하여 전극을 포함하는 낱개의 세퍼레이터 백을 제공하는 세퍼레이터 컷팅부; 및
    상기 세퍼레이터 백의 일측에 상기 전극의 극성과 다른 극성의 전극을 스택하는 스택부를 포함하는 이차 전지 제조 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 전극 공급부 및 상기 전극 절단 투입 장치는 세트를 이루며, 상기 세트는 한쌍이 구비되는 이차 전지 제조 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 한쌍의 세트는 상호간 교대로 동작하여, 상기 전극 로딩부에 의한 전극의 이송 속도가 상기 세트에 의한 전극의 이송 속도보다 2배 빠른 이차 전지 제조 장치.
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