KR102629066B1 - 브러싱 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

원통 형상 롤러; 원주를 따라 일정 간격으로 형성된 복수 개의 홈을 구비하되, 상기 롤러와 회전 방향으로 구속되도록 연결된 원판 형상 부재 －상기 복수 개의 홈들 중 서로 이웃한 두 홈 간의 각도를 1피치로 정의함－; 상기 원판 형상 부재의 복수 개의 홈들 중 하나에 맞물리도록 구성된 종동자; 및 상기 롤러의 적어도 한 단부와 연결된 액추에이터를 포함하고, 상기 액추에이터의 작동시 상기 롤러가 1피치씩 회전하도록 이루어진 브러싱 장치가 제공된다.

Description

브러싱 방법 및 장치{BRUSHING METHOD AND APPARATUS}

본 발명은 각형 배터리 셀 제조 장치에서 극판 적층체 외곽을 분리막으로 감싸서 본딩하기 위한 브러싱 방법 및 장치에 관한 것이다.

일반적으로 화학전지는 양극판과 음극판의 전극 한 쌍과 전해질로 구성되어 있는 전지로서, 전극과 전해질을 구성하는 물질에 따라 저장할 수 있는 에너지의 양이 달라진다. 이러한 화학전지는 충전 반응이 매우 느려서 1회 방전 용도로만 쓰이는 일차전지와, 반복적인 충방전을 통해 재사용이 가능한 이차전지로 구분되는데, 최근 들어서는 충방전이 가능한 장점으로 인해 이차전지의 사용이 늘고 있다.

이차전지는 그 장점으로 인해 산업 전반에 걸친 다양한 기술분야에 적용되고 있는데, 스마트폰과 같은 이동 통신 장치의 에너지원으로 광범위하게 사용되고 있을 뿐아니라, 전기 자동차의 에너지원으로도 주목받고 있다.

이러한 이차전지는 양극판, 분리막, 음극판이 순차적으로 적층되어 전해액에 담가진 형태로 이루어지는데, 이와 같은 이차전지의 내부 셀을 제작하는 방식은 크게 두 가지로 나뉜다.

소형 이차전지의 경우 음극판과 양극판을 분리막 상에 배치하고 이를 말아서(winding) 젤리-롤(jelly-roll) 형태로 제작하는 방식이 많이 사용되는 반면, 보다 많은 전기 용량을 가지는 중대형 이차전지의 경우에는 음극판과 양극판을 분리막과 적절한 순서로 적층(stacking)하여 제작하는 방식이 많이 사용된다.

중대형 이차전지, 즉 각형 이차전지의 내부 셀을 제작하는데 사용되는 적층 방식 중 하나인 지그재그(zigzag) 타입('z-폴딩' 타입이라고도 함)의 적층 방식에서는, 분리막이 지그재그로 접힌 형태를 이루며 그 사이에 음극판과 양극판이 교번되어 삽입된 형태로 적층된다.

각형 이차 전치 양산 제조공정 중 하나로, 음극재와 양극재 사이에 분리막을 위치 적층하여, 여분의 분리막으로 적층 외곽을 일정 텐션으로 감싸고, 분리막의 끝단을 본딩으로 고정하여 일정 형태의 렐리-롤을 만드는 공정이 알려져 있다.

이같은 공정에서 분리막의 끝단을 접착제에 부착시키는 것은 통상 원형 롤러를 이용하여 이루어진다. 그러나, 롤러를 일정 회수 이상 사용하면 오염이 발생하기 쉽고, 롤러의 특정 부위가 마모될 우려가 있다.

본 발명은 롤러의 오염을 최소화하고 롤러의 표면을 균일하게 사용할 수 있는 브러싱 유닛을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 롤러를 자동으로 관리할 수 있는 브러싱 유닛을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 위 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 브러싱 방법 및 장치는 다음 양태들 및 이들의 임의의 조합을 포함한다.

본 발명의 일 양태는, 원통 형상 롤러; 원주를 따라 일정 간격으로 형성된 복수 개의 홈을 구비하되, 상기 롤러와 회전 방향으로 구속되도록 연결된 원판 형상 부재 －상기 복수 개의 홈들 중 서로 이웃한 두 홈 간의 각도를 1피치로 정의함－; 상기 원판 형상 부재의 복수 개의 홈들 중 하나에 맞물리도록 구성된 종동자; 및 상기 롤러의 적어도 한 단부와 연결된 액추에이터를 포함하고, 상기 액추에이터의 작동시 상기 롤러가 1피치씩 회전하도록 이루어진 브러싱 장치이다.

본 발명의 다른 양태는, 상기 종동자는 상기 롤러가 1피치 회전할 때마다 N개의 홈씩 이동하도록 이루어진 브러싱 장치이다.

본 발명의 다른 양태는, 상기 종동자는 상기 롤러가 N피치 회전할 때마다 1개의 홈씩 이동하도록 이루어진 브러싱 장치이다.

본 발명의 다른 양태는, 상기 액추에이터가 일직선으로 전진 또는 후진 동작을 하도록 이루어진 실린더이고, 상기 롤러는 상기 실린더의 전진 동작 또는 후진 동작 중 어느 한 동작에 대해서만 회전하고 다른 한 동작에 대해서는 회전하지 않도록 구성되어, 일방향으로만 회전하도록 이루어진 브러싱 장치이다.

본 발명의 다른 양태는, 상기 롤러의 적어도 한 단부에 연결된 원웨이 베어링을 포함하는 브러싱 장치이다.

본 발명의 다른 양태는, 극판 적층체의 외곽을 분리막으로 감싸는 단계; 상기 분리막에 접착제를 도포하는 단계; 상기 접착제가 도포된 부위에 상기 분리막의 끝단을 접착시키는 단계 ―이 단계는 원통 형상 롤러를 구비한 브러싱 장치가 상기 롤러로 분리막의 끝단을 브러싱하는 것에 의해 이루어짐―; 및 상기 브러싱 장치가 소정의 회수만큼 브러싱을 실시할 때마다 상기 롤러를 일정 각도씩 회전시키는 단계를 포함하는 배터리 셀 제조 방법으로서, 상기 브러싱 장치는, 원주를 따라 일정 간격으로 형성된 복수 개의 홈을 구비하되, 상기 롤러와 서로 회전되지 않게 연결된 원판 형상 부재; 상기 원판 형상 부재의 복수 개의 홈들 중 하나에 맞물리도록 구성된 종동자; 및 상기 롤러의 적어도 한 단부에 연결된 액추에이터를 포함하는 것인 배터리 셀 제조 방법.

본 발명에 따르면, 일정 형태의 젤리-롤로 형성된 극판 적층체를 감싸는 분리막의 오염을 줄일 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면 브러싱 유닛에 구비된 롤러의 수명이 늘어날 수 있다.

본 발명의 효과는 이상에서 언급된 효과로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 다른 효과들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

아래의 설명은 첨부된 도면들과 함께 볼 때 더 잘 이해될 수 있을 것이다. 서로 다른 도면에서 동일한 도면 부호를 가지는 구성요소는 유사한 기능을 가지므로 발명의 이해를 위하여 필요하지 않는다면 반복하여 설명되지 않으며, 공지의 구성요소는 간략하게 설명이 되거나 생략이 되지만 본 발명의 실시예에서 제외되는 것으로 이해되지 않아야 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 브러싱 유닛의 사시도를 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 브러싱 유닛의 우측면도를 나타낸 것이다.
도 3은 도 1 및 2에 도시된 브러싱 유닛에서 일부 구성요소를 생략한 것이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 원통형 롤러를 나타낸 것이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라, 원통형 롤러와 맞물리는 부품들을 나타낸 것이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 원판 모양의 중간 부재를 나타낸 것이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 중간 부재와 롤러의 연결 부품들을 나타낸 것이다.

본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 다양한 변경을 가할 수 있고 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있다. 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위하여 제공되는 것이다. 따라서 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라, 어느 하나의 실시예의 구성과 다른 실시예의 구성을 서로 치환하거나 부가하는 것은 물론 본 발명의 기술적 사상과 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 도면에서 구성요소들은 이해의 편의 등을 고려하여 크기나 두께가 과장되게 크거나 작게 표현될 수 있으나, 이로 인해 본 발명의 보호범위가 제한적으로 해석되어서는 아니될 것이다.

본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 구현예나 실시예를 설명하기 위해 사용되는 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 그리고 단수의 표현은, 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 명세서에서 ~포함하다, ~이루어진다 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이다. 즉 명세서에서 ~포함하다, ~이루어진다 등의 용어는 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들이 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소의 "상부에 있다"거나 "하부에 있다"고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소의 바로 위에 배치되어 있는 것뿐만 아니라 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

각형 배터리 셀을 제조하기 위해 적층되는 극판들이 미리 정해진 수량만큼 적층되면 해당 적층체를 둘러쌀 만큼의 분리막을 남기고 분리막을 커팅한다. 그런 다음, 적층체를 와인딩시켜 적층체의 외곽이 분리막에 의해 일정 텐션으로 감싸지도록 한다. 이 과정에서 분리막 상의 적절한 위치, 즉 적층체를 감싸고 남은 분리막의 끝단에 의해 덮히게 되는 부위에 접착제를 도포해 둔다. 이후, 접착제가 도포되어 있는 부위와 분리막의 끝단이 서로 접하도록 롤러 등으로 가압해 주면 극판 적층체의 분리막 래핑(wrapping)이 완료된다. 이상과 같은 공정을 각각, 분리막 커팅 공정, 와인딩 공정, 본딩 공정, 그리고 브러싱 공정이라 한다. 본 발명은 이들 중 브러싱 공정에 사용되는 브러싱 유닛에 관한 것이다.

이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명을 상세히 설명한다.

도 1 및 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 브러싱 유닛(10)을 나타낸 것이다.

브러싱 유닛(10)은 원통 형상의 롤러(30)와 이를 지지 프레임(11)에 연결하기 위한 암(16, 17) 및 지지대(14) 등을 포함한다. 암(16, 17)은 롤러(30)의 양단부(32, 33)에 하나씩 배열되고, 롤러(30) 반대쪽에서 샤프트(15)를 통해 지지대(14)에 연결될 수 있다. 암(16, 17)은 샤프트 상에서 좌우로 위치 변경될 수 있어서, 다양한 폭의 롤러를 수용할 수 있다. 지지대(14)는 세로 방향으로 배열된 레일(12, 13)을 따라 이동될 수 있다.

도 3을 참고하면, 실린더-타입 액추에이터(28), 연결 요소(27), 복수 개의 홈(21)이 형성된 원판 형상의 중간 요소(20), 홈(21)들 중 하나 내로 안착되는 종동자(25)와 종동 모듈(26)이 한 쪽 암(17)에 장착되어 있다. 종동 모듈(26)은 종동자(25)가 홈(21) 내측으로 상시 일정 압력을 가하도록 구성된다. 이 압력은 중간 요소(20)의 회전시 종동자(25)가 홈(21)과 홈(21) 사이의 마루를 넘어가기 위한 상승력보다는 낮은 압력으로 설정된다.

한편, 중간 요소(20)의 복수 개의 홈(21)들 중 서로 이웃한 두 홈 간의 각도를 1피치로 정의한다.

중간 요소(20)는 연결 요소(27)를 통해 액추에이터(28)에 연결되어 있다. 이 실시예에서 액추에이터(28)는 실린더 타입으로서 전진(즉, 연장 동작) 및 후진(즉, 수축 동작) 가능하다. 도면에서는 액추에이터(28)가 후진된 상태로 나타나 있는데, 이 상태에서 액추에이터(28)가 전진 작동을 하면 연결 요소(27)가 중간 부재(27)에 회전력을 전달할 수 있다.

도 4 및 5를 참고하면, 중간 요소(20)와 롤러(30) 간 연결 구성이 나타나 있다. 먼저, 롤러(30)는 한쪽 단부(35)에 연결구(34)를 구비하고, 연결구(34)에는 리세스(35)가 형성되어 있다. 이에 대응되는 중간 부재(32) 측에는 상기 연결구(34)와 매칭되는 형상의 돌출 요소(23)가 구비되어 있다. 돌출 요소(23)가 연결구(34)에 삽입되면, 중간 요소(20)와 롤러(30)가 서로 회전 불가능하게 연결될 수 있다. 중간 부재(20)에는 키홈(22)이 형성될 수 있다(도 6 참조).

도 7에서와 같이, 중간 부재(20)와 롤러(30) 사이에 원웨이 베어링(one-way bearing; 24)이 제공될 수 있다. 원웨이 베어링(24)으로 인해, 중간 요소(20) 및 이에 회전 방향으로 구속된 롤러(30)는 일방향으로만 회전 가능하게 된다.

이상과 같은 구성에 따라, 본 발명의 일 실시예에 따른 브러싱 유닛의 작동을 설명하면 다음과 같다.

먼저, 오염이나 마모 등의 인자를 감안하여 롤러(30)의 적정 브러싱 회수를 설정한다. PLC와 같은 제어기를 이용하여, 설정 회수만큼 롤러(30)의 브러싱이 이루어지면 액추에이터(28)가 작동하도록 구성한다. 한편, 본 발명에서는 브러싱 동작 중에 롤러(30)가 회전하지 않도록 구성된다.

액추에이터(28)는 평상시 후진 상태에 놓여있다가, 상술한 설정 회수가 달성될 때마다 전진 작동한다. 그 전진 거리는 중간 요소(20)가 1피치만큼 회전할 수 있도록 하는 거리인 것이 바람직하다. 중간 요소(20)가 1피치 회전할 때마다 그 회전 방향으로 구속된 롤러(30)가 동일 각도만큼 회전하고, 종동자(25)는 이웃한 홈(20) 내로 안착된다. 이런 식으로, 롤러(30)의 표면(31) 중 브러싱 공정시 극판 적층체와 접촉하는 부위를 주기적으로 변경시킬 수 있다.

전진 작동한 액추에이터(28)가 다시 후진 상태로 복귀할 때는, 원웨이 베어링(24)에 의해 롤러(30)가 역방향으로 회전하지 않도록 구성된다.

현장 상황이나 브러싱 대상에 따라 롤러(30)의 특정 표면 부위의 적정 브러싱 회수에 관한 설정을 수정할 수 있다.

이상, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로, 이상에서 기술한 실시예들은 예시적인 것이며 제한적이 아닌 것으로 이해되어야 한다. 본 발명의 보호범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

10: 브러싱 유닛
11: 지지 프레임 12, 13: 레일
14: 지지대 15: 샤프트
16, 17: 암 20: 중간 부재
21: 홈 22: 키홈
23: 돌출 요소 24: 원웨이 베어링
25: 종동자 26: 종동 모듈
27: 연결 요소 28: 액추에이터
30: 롤러 31: 표면
32, 33: 단부 34: 연결구
35: 리세스

Claims (6)

1. 원통 형상 롤러;
   원주를 따라 일정 간격으로 형성된 복수 개의 홈을 구비하되, 상기 롤러와 회전 방향으로 구속되도록 연결된 원판 형상 부재 －상기 복수 개의 홈들 중 서로 이웃한 두 홈 간의 각도를 1피치로 정의함－;
   상기 원판 형상 부재의 복수 개의 홈들 중 하나에 맞물리도록 구성된 종동자; 및
   상기 롤러의 적어도 한 단부와 연결된 액추에이터;
   를 포함하고,
   상기 액추에이터의 작동시 상기 롤러가 1피치씩 회전하도록 이루어진
   브러싱 장치.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 종동자는 상기 롤러가 1피치 회전할 때마다 N개의 홈씩 이동하도록 이루어진
   브러싱 장치.
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 종동자는 상기 롤러가 N피치 회전할 때마다 1개의 홈씩 이동하도록 이루어진
   브러싱 장치.
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 액추에이터가 일직선으로 전진 또는 후진 동작을 하도록 이루어진 실린더이고,
   상기 롤러는 상기 실린더의 전진 동작 또는 후진 동작 중 어느 한 동작에 대해서만 회전하고 다른 한 동작에 대해서는 회전하지 않도록 구성되어, 일방향으로만 회전하도록 이루어진
   브러싱 장치.
5. 청구항 4에 있어서,
   상기 롤러의 적어도 한 단부에 연결된 원웨이 베어링을 포함하는
   브러싱 장치.
6. 극판 적층체의 외곽을 분리막으로 감싸는 단계;
   상기 분리막에 접착제를 도포하는 단계;
   상기 접착제가 도포된 부위에 상기 분리막의 끝단을 접착시키는 단계 ―이 단계는 원통 형상 롤러를 구비한 브러싱 장치가 상기 롤러로 분리막의 끝단을 브러싱하는 것에 의해 이루어짐―; 및
   상기 브러싱 장치가 소정의 회수만큼 브러싱을 실시할 때마다 상기 롤러를 일정 각도씩 회전시키는 단계;를 포함하는 배터리 셀 제조 방법으로서,
   상기 브러싱 장치는,
   원주를 따라 일정 간격으로 형성된 복수 개의 홈을 구비하되, 상기 롤러와 회전 방향으로 구속되도록 연결된 원판 형상 부재;
   상기 원판 형상 부재의 복수 개의 홈들 중 하나에 맞물리도록 구성된 종동자; 및
   상기 롤러의 적어도 한 단부에 연결된 액추에이터를 포함하는 것인
   배터리 셀 제조 방법.

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