KR102628794B1 - 공기 정화 기능을 구비한 전극 조립체 제조 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 공기 순환을 통해 이물을 제거하는 전극 조립체 제조 장치로서, 권취부, 전극 이송 라인, 상기 전극 조립체 제조 장치의 상부에 설치되어 상기 전극 조립체 제조 장치의 하부로 공기를 송풍하는 송풍기, 및 상기 송풍기에 의해 상기 하부로 이동된 공기가 배출되는 배출구를 포함하는 전극 조립체 제조 장치에 관한 것이다.

Description

공기 정화 기능을 구비한 전극 조립체 제조 장치{ELECTRODE ASSEMBLY MANUFACFURING DEVICE HAVING AIR PURIFICATION}
본 발명은 공기 정화 기능을 구비한 전극 조립체 제조 장치에 관한 것이다.
최근, 화석 연료의 고갈에 의한 에너지원의 가격 상승, 환경 오염의 관심이 증폭되며, 친환경 대체 에너지원에 대한 요구가 미래 생활을 위한 필수 불가결한 요인이 되고 있다. 이에 원자력, 태양광, 풍력, 조력 등 다양한 전력 생산 기술들에 대한 연구가 지속되고 있으며, 이렇게 생산된 에너지를 더욱 효율적으로 사용하기 위한 전력 저장 장치 또한 지대한 관심이 이어지고 있다.
더욱이, 모바일 기기와 전지 자동차에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서의 전지의 수요가 급격히 증가하고 있고, 그에 따라 다양한 요구에 부응할 수 있는 전지에 대한 많은 연구가 행해지고 있다. 특히, 재료 면에서는 높은 에너지 밀도, 방전 전압, 출력 안정성 등의 장점을 가진 리튬 이온 전지, 리튬 이온 폴리머 전지 등과 같은 리튬 이차 전지에 대한 수요가 높다.
이차 전지는 양극, 음극, 및 양극과 음극 사이에 개재되는 분리막이 적층된 구조의 전극 조립체가 어떠한 구조로 이루어져 있는지에 따라 분류된다. 대표적으로는, 긴 시트형의 양극과 음극을 분리막이 개재된 상태에서 권취한 구조의 젤리-롤형(권취형) 전극 조립체, 소정 크기의 단위로 절취한 다수의 양극과 음극들을 분리막을 개재한 상태로 순차적으로 적층한 스택형(적층형) 전극조립체 등을 들 수 있으며, 최근에는, 상기 젤리-롤형 전극 조립체 및 스택형 전극 조립체가 갖는 문제점을 해결하기 위해, 상기 젤리-롤형과 스택형의 혼합 형태인 진일보한 구조의 전극 조립체로서, 소정 단위의 양극과 음극들을 분리막을 개재한 상태로 적층한 단위셀들을 분리필름 상에 위치시킨 상태에서 순차적으로 권취한 구조의 스택/폴딩형 전극 조립체가 개발되었다.
이러한 전극 조립체들 중에서, 젤리-롤형 전극 조립체는 제조가 용이하고 중량당 에너지 밀도가 높은 장점을 가지고 있어, 휴대용 컴퓨터에서 전지 자동차에 이르기까지 다양한 기기들의 에너지원으로 사용되고 있다.
도 1은 종래의 젤리-롤형 전극 조립체 제조 장치의 정면도이다. 도 2는 도 1의 전극 조립체 제조 장치의 평면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 양극(11), 음극(12), 및 분리막(13)이 권취부(14)에서 권취됨으로써 젤리-롤이 만들어 진다. 이때, 양극(11), 음극(12), 및 분리막(13)의 표면에 외부 이물이 유입되어 함께 권취될 경우 저전압 및 단락과 같은 문제점을 야기하기 때문에 전극 조립체 제조 장치(10)는 외부의 공기가 차단된 밀폐된 공간에서 작동된다.
하지만, 전극 조립체 제조 장치(10)는 권취부(14) 이외에도 전극 이송 라인(19), 전극 융착부(15), 전극 절단부(16), 동력 전달부(17: 도 2에 표시됨), 및 동력 공급부(18: 도 2에 표시됨) 등의 다양한 설비들을 포함하고, 이들 설비들의 작동에 의해 다양한 이물들이 발생한다. 이러한 이물들이 권취부(14)로 유입되어 양극(11), 음극(12), 및 분리막(13)의 표면에 이물들이 남게 되면 양극(11), 음극(12) 및 분리막(13)과 함께 이물이 권취됨으로써, 앞서 언급한 저전압 및 단락과 같은 문제점을 야기한다.
또한, 전극 조립체 제조 장치(10)의 후면 부위에 위치한 동력 전달부(17: 도 2에 표시됨) 및 동력 공급부(18: 도 2에 표시됨)의 작동에 의해 발생한 이물들이 설비 베이스 홀(16)을 통해 정면 부위에 위치한 권취부(14)로 유입되는 문제점이 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해 전극 조립체 제조 장치(10)의 정면쪽에 송풍기를 설치하여 후면쪽으로 공기를 송풍하여 이물이 정면 부위로 유입되는 것을 막는 방법을 고려해 볼 수 있으나, 이 경우 작업자의 동선을 방해하고 재료 투입이 어려운 관계로 송풍기를 제조 장치(10)의 정면쪽에 설치하는 것을 바람직하지 않다.
따라서, 이러한 문제점을 근본적으로 해결할 수 있는 기술에 대한 필요성이 있다.
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, 전극 조립체 제조 장치의 상부에 송풍기를 설치하고, 상기 전극 조립체 제조 장치의 측면 하단 부위에 배출구를 설치함으로써 이물들이 권취부에 유입되는 것을 방지할 수 있음을 확인하고, 본 발명을 완성하기에 이르렀다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전극 조립체 장치는, 공기 순환을 통해 이물을 제거하는 전극 조립체 제조 장치로서, 권취부, 전극 이송 라인,
상기 전극 조립체 제조 장치의 상부에 설치되어 상기 전극 조립체 제조 장치의 하부로 공기를 송풍하는 송풍기, 및 상기 송풍기에 의해 상기 하부로 이동된 공기가 배출되는 배출구를 포함할 수 있다.
상기 송풍기는 상기 전극 이송 라인의 이송 방향을 따라 설치될 수 있다.
상기 송풍기는 상기 권취부에 대응하는 상기 상부 부위에 상기 전극 이송 라인이 이송하는 방향과 교차하는 방향을 따라 상기 송풍기에 중첩하도록 적어도 하나 이상의 송풍기가 더 설치될 수 있다.
상기 배출구는 상기 전극 이송 라인 아래에 설치될 수 있다.
상기 배출구는 상기 전극 조립체 제조 장치의 측면 하단 부위에 설치될 수 있다.
전극 조립체 제조 설비 시스템은 제1 전극 조립체 제조 장치와 제2 전극 조립체 제조 장치를 포함할 수 있고, 상기 제1 전극 조립체 제조 장치와 상기 제2 전극 조립체 제조 장치가 서로 마주 보며 설치될 수 있다.
상기 제1 전극 조립체 제조 장치의 권취부에 공기를 송풍하는 제1 송풍기와 상기 제2 전극 조립체 제조 장치의 권취부에 공기를 송풍하는 제2 송풍기가 정면에서 서로 마주 보며 설치될 수 있다.
상기 제1 송풍기와 상기 제2 송풍기 사이에 상기 전극 이송 라인이 이송하는 방향과 교차하는 방향을 따라 상기 제1 송풍기와 상기 제2 송풍기에 중첩하도록 적어도 하나 이상의 송풍기가 설치될 수 있다.
상기 제1 전극 조립체 제조 장치와 상기 제2 전극 조립체 제조 장치 사이 공간의 양측에 배출구가 설치될 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 전극 조립체 제조 장치는 상기 전극 조립체 제조 장치가 설치된 공간의 공기를 정화하여 이물들이 권취부로 유입되는 것을 방지할 수 있다.
도 1은 종래의 젤리-롤형 전극 조립체 제조 장치의 정면도이다.
도 2는 도 1의 전극 조립체 제조 장치의 평면도이다.
도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 전극 조립체 제조 장치를 나타낸 정면도이다.
도 4는 도 3의 전극 조립체 제조 장치의 평면도이다.
도 5는 도 3의 전극 조립체 제조 장치에서 공기의 흐름을 나타내는 정면도이다.
도 6는 도 3에 따른 전극 조립체 제조 장치 두 유닛들이 상호 마주 보며 설치되어 있는 전극 조립체 제조 설비 시스템을 나타내는 평면도이다.
도 7은 도 6의 변형예를 나타내는 평면도이다.
도 8은 도 7의 변형예를 나타내는 평면도이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 여러 실시예들에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예들에 한정되지 않는다.
또한, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
또한, 명세서 전체에서, "평면도"이라 할 때, 이는 대상 부분을 위에서 보았을 때를 의미하며, "정면도"이라 할 때, 이는 대상 부분을 앞에서 보았을 때를 의미한다.
도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 전극 조립체 제조 장치를 나타낸 정면도이다. 도 4는 도 3의 전극 조립체 제조 장치의 평면도이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 전극 조립체 제조 장치(100)는 권취부(130), 전극 이송 라인(140), 송풍기(101, 102, 103, 104), 및 배출구(120)를 포함한다. 송풍기(101, 102, 103, 104)는 전극 조립체 제조 장치(100)의 상부에 설치되어 전극 조립체 제조 장치(100)의 하부로 공기를 송풍한다. 배출구(120)는 전극 조립체 제조 장치(100)의 측면 하단에 설치되어 송풍기(101, 102, 103, 104)에서 송풍된 공기가 이물과 함께 배출된다. 설명의 편의를 위해, 전극 조립체 귄취 장치(100)에서 전극 융착부 및 전극 절단부 등의 설비들은 표시하지 않고 단순화하였다. 여기서, 전극 조립체 제조 장치(100)의 상부와 하부는 전극 조립체 제조 장치(100)가 지면과 닿는 부분을 하부로 하고, 중력 반대 방향으로 제조 장치(100)의 하부와 대응하는 부분을 상부로 볼 수 있다.
송풍기(101, 102, 103, 104)는 전극 이송 라인(140)이 이송하는 방향을 따라 설치되어 송풍기(101, 102, 103, 104)로부터 송풍된 공기에 의해 이물들이 전극에 안착되는 것을 방지한다. 또한, 송풍기(101, 102, 103, 104)를 권취부(130)의 위치에 대응하는 전극 조립체 제조 장치(100)의 상부에 집중적으로 배치하여 권취부(130) 주위의 공기 청정도를 높일 수 있다. 구체적으로, 송풍기(101, 102, 103, 104)와 동일 평면 상에 위치하고 전극 이송 라인(140)이 이송하는 방향과 교차하는 방향을 따라 송풍기(102)에 중첩하도록 적어도 하나 이상의 송풍기(102)가 추가 배치될 수 있다.
또한, 배출구(120)는 전극 이송 라인(140) 아래에 설치되어 이물이 전극 이송 라인(140)과 권취부(130)로 유입되는 것을 방지할 수 있다. 특히, 전극 조립체 제조 장치(100)의 후면 부위에 설치된 동력 전달부(150) 및 동력 공급부(160)에서 발생한 이물들이 설비 베이스 홀(180)을 통해서 전극 이송 라인(140)과 권취부(130)로 유입되는 것을 방지할 수 있다. 여기서, 전극 조립체 제조 장치(100)의 후면은 전극 조립체 제조 장치(100)를 뒤에서 바라보았을 때 전극 조립체 제조 장치(100)의 정면에 대응하는 면으로 볼 수 있다.
도 5는 도 3의 전극 조립체 제조 장치에서 공기의 흐름을 나타내는 정면도이다.
도 3 및 도 5를 참조하면, 화살표는 공기의 흐름을 나타낸다. 송풍기(101, 102, 103, 104)로부터 송풍된 공기는 전극 조립체 귄취 장치(100)의 상부에서 하부로 유동하여 전극 조립체 제조 장치(100)의 측면 하단에 설치된 배출구(120)로 배출된다.
권취부(130) 부위로 공기를 송풍하는 송풍기(102)는 상대적으로 높은 유속의 공기를 송풍하여 권취부(130)로 이물이 유입되는 것을 방지할 수 있다.
송풍기(101, 102, 103, 104)는 습도 조절 기능을 구비하여 건조한 공기를 송풍할 수 있고, 이물을 걸려낼 수 있는 필터 기능을 구비할 수 있다. 특히, 송풍기(101, 102, 103, 104)는 풍향을 조절하는 기능을 구비하여 전극 조립체 제조 장치(100)의 상부에서 하부로 송풍된 공기가 배출구(120) 쪽으로 배출될 수 있다. 또한, 송풍기(101, 102, 103, 104)는 풍속을 조절하는 기능을 구비하여 전극 조립체 제조 장치(100)의 특정 부위로 상대적으로 높은 풍속의 공기를 송풍하여 상기 부위에 이물의 유입을 막을 수 있다. 송풍기(101, 102, 103, 104)는 상기의 기능들을 구비하고 있다면 특별히 한정되지 않으나, 하나의 예로서, 기구 팬 필터 유닛(EQUIPMENT FAN FILTER UNIT)이 사용될 수 있다.
도 6는 도 4에 따른 전극 조립체 제조 장치 두 유닛들이 상호 마주 보며 설치되어 있는 전극 조립체 제조 설비 시스템을 나타내는 평면도이다.
도 4 및 도 6을 참조하면, 전극 조립체 제조 설비 시스템(200)은 두 유닛의 전극 조립체 제조 장치(100)들이 포함하고, 두 유닛의 전극 조립체 제조 장치(100)들은 서로 마주 보면 동일한 공간에 설치되어 있다. 이 경우, 각 유닛의 송풍기(101, 102, 103, 104)들이 적용되는 범위가 두 유닛의 전극 조립체 제조 장치(100)들 사이 공간에서 겹쳐지게 되어 공기 순환 효과가 증대된다. 또한, 두 유닛의 전극 조립체 제조 장치(100)들 사이 공간에서 작업자는 두 유닛의 전극 조립체 제조 장치(100)들을 동시에 관리할 수 있을 뿐만 아니라, 전극 조립체 제조 장치(100)가 설치되는 공간을 효율적으로 사용할 수 있는 이점이 있다.
도 7은 도 6의 변형예를 나타내는 평면도이다.
도 3, 도 6, 및 도 7을 참조하며, 전극 조립체 제조 설비 시스템(300)은 두 유닛의 전극 조립체 제조 장치(100)들이 서로 마주 보면서 동일한 공간에 설치되어 있으나, 권취부(130) 부위에 공기를 송풍하는 송풍기(102)가 정면에서 서로 마주 볼 수 있도록 설치되어 있다. 그리고, 서로 마주 보는 송풍기(102)들 사이 공간에 송풍기(102)들이 추가로 설치되어 있다. 구체적으로, 송풍기(101, 102, 103, 104)들과 동일 평면 상에 위치하고 전극 이송 라인(140)이 이송하는 방향과 교차하는 방향을 따라 송풍기(102)에 중첩하도록 적어도 하나 이상의 송풍기(102)가 추가 배치될 수 있다.
이러한 구조에 의해서 송풍기(102)들로부터 송풍된 공기가 권취부(101) 부위에 집중되어 권취부(101) 주변의 공기 청정도를 높일 수 있다.
도 8은 도 7의 변형예를 나타내는 평면도이다.
도 3, 도 7, 및 도 8을 참조하면, 전극 조립체 제조 설비 시스템(400)은 두 유닛의 전극 조립체 제조 장치(100)들 사이 공간의 양측에 배출구(120)가 설치되어 있는 것을 제외하고 도 7의 구조와 동일하다. 이러한 구조에 의해서, 권취부(101) 부위에 집중된 공기가 더욱 신속하게 배출구(120)을 통해서 배출될 수 있다.
본 발명에 따른 전극 조립체 제조 장치가 설치된 공간에서 이물의 직경별 발생 수준을 조사하였다.
(실시예 1)
도 5의 전극 조립체 제조 장치를 밀폐된 공간에 설치하고, 송풍기와 배출구가 켜져 있는 상태로 전극 조립체 제조 장치를 1 시간 동안 가동한 후, 권취부에서 반경 50 센터미터 이내에 이물 발생 수준을 조사하였다. 직경이 0.5 마이크로미터, 1 마이크로미터, 5 마이크로미터, 10 마이크로미터, 25 마이크로미터인 이물의 개수를 측정하였다. 분당 총 6회에 걸쳐 상기 직경 별로 이물의 개수를 측정하고 이들의 평균값을 구하였다. 이물의 개수는 입자 계수기(PARTLCLE COUNTER)를 사용하여 측정하였다. 이번 조사에서 사용된 입자 계수기는 PMS사에서 제조된 Aerosol Particle Counter Lasair III 310B을 사용하였다.
(비교예 1)
송풍기와 배출구가 꺼져 있는 상태로 전극 조립체 제조 장치가 1 시간 동안 가동한 것을 제외하고 실시예 1과 동일한 조건으로 측정되었다.
(비교예 2)
외부 공간에서 지면으로부터 약 1.5 미터의 높이(지면으로부터 권취부가 위치하는 높이에 해당함)에서 환경 입자의 개수를 측정하였다. 측정 방법은 실시예 1과 동일하다.
실시예 1의 이물의 총 개수는 비교예 1의 이물 총 개수에 비해 대략 2000 분의 1 수준으로 이물이 거의 발생하지 않는 것으로 확인되었다. 특히, 0.5 마이크로미터의 이물 개수에 있어, 실시예 1은 비교예 1에 비해 대략 3,300 분의 1 수준으로 발생하는 것으로 확인되었다. 0.5 마이크로미터의 이물은 전극 조립체의 제조 과정에서 단락 및 저전압을 야기하는 주요 이물로 간주되고 있으나, 본 발명에 따른 전극 조립체 제조 장치가 설치된 공간에서는 효과적으로 제거됨을 확인하였다.
비교예 1의 0.5 마이크로미터 이물 개수와 비교예 2의 0.5 마이크로미터 이물 개수 비교해 보면, 비교예 1은 비교예 2에 비해 대략 2배 가량 더 많이 이물이 발생하는 것으로 확인하였다. 이는 전극 조립체 제조 장치가 가동되는 과정에서 자체적으로 발생하는 이물이며, 이러한 이물들은 실시예 1에서 확인된 것처럼, 본 발명에 따른 송풍기과 배출구를 가동할 경우 효과적으로 제거되었다.
본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면, 상기 내용을 바탕을 본 발명의 범주 내에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다.

Claims (9)

  1. 공기 순환을 통해 이물을 제거하는 전극 조립체 제조 장치로서,
    권취부;
    전극 이송 라인;
    상기 전극 조립체 제조 장치의 상부에 설치되어 상기 전극 조립체 제조 장치의 하부로 공기를 송풍하는 송풍기; 및
    상기 전극 조립체 제조 장치의 하부에 설치되어 상기 송풍기에 의해 상기 하부로 이동된 공기가 배출되는 배출구;
    를 포함하는 전극 조립체 제조 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 송풍기는 상기 전극 이송 라인의 이송 방향을 따라 설치되어 있는 전극 조립체 제조 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 송풍기는 상기 권취부에 대응하는 상기 상부 부위에 상기 전극 이송 라인이 이송하는 방향과 교차하는 방향을 따라 상기 송풍기에 중첩하도록 적어도 하나 이상의 송풍기가 더 설치되어 있는 전극 조립체 제조 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 배출구는 상기 전극 이송 라인 아래에 설치되어 있는 전극 조립체 제조 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 배출구는 상기 전극 조립체 제조 장치의 측면 하단 부위에 설치되어 있는 전극 조립체 제조 장치.
  6. 제1항에 따른 전극 조립체 제조 장치는 제1 전극 조립체 제조 장치와 제2 전극 조립체 제조 장치를 포함하고, 상기 제1 전극 조립체 제조 장치와 상기 제2 전극 조립체 제조 장치가 서로 마주 보며 설치되어 있는 전극 조립체 제조 설비 시스템.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제1 전극 조립체 제조 장치의 권취부에 공기를 송풍하는 제1 송풍기와 상기 제2 전극 조립체 제조 장치의 권취부에 공기를 송풍하는 제2 송풍기가 정면에서 서로 마주 보며 설치되어 있는 전극 조립체 제조 설비 시스템.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제1 송풍기와 상기 제2 송풍기 사이에 상기 전극 이송 라인이 이송하는 방향과 교차하는 방향을 따라 상기 제1 송풍기와 상기 제2 송풍기에 중첩하도록 적어도 하나 이상의 송풍기가 설치되어 있는 전극 조립체 제조 설비 시스템.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 제1 전극 조립체 제조 장치와 상기 제2 전극 조립체 제조 장치 사이 공간의 양측에 배출구가 설치되어 있는 전극 조립체 제조 설비 시스템.
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