KR20020089717A - 자동화된 리튬 2차전지 제조 시스템용 라미네이션 장치 - Google Patents

자동화된 리튬 2차전지 제조 시스템용 라미네이션 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 자동화된 리튬 2차전지 제조 시스템용 라미네이션 장치에 관한 것으로서, 프레임; 다수의 양극판이 각각 저장되며, 소정 간격으로 배치된 복수의 양극판 저장부와, 다수의 음극판을 각각 저장하며 소정 간격으로 배치되고 소정 패턴으로 접착제가 도포된 세퍼레이터를 기준으로 양극판 저장부에 대해 비대칭적으로 (asymmetrically) 위치되도록 프레임에 설치된 복수의 음극판 저장부가 마련된 스태킹부재; 양극판 저장부 및 음극판 저장부에 각각 대면되도록 프레임에 회동 가능하게 각각 설치된 한 쌍의 회동부재; 및 스태킹부재에 저장된 복수의 양극판 및 복수의 양극판을 세퍼레이터에 부착시키기 위해, 스태킹부재 및 세퍼레이터에 각각 접근 가능하도록 회동부재에 대해 왕복 이동 가능하게 설치된 푸시부재를 구비한다.

Description

자동화된 리튬 2차전지 제조 시스템용 라미네이션 장치 {Lamination apparatus for automated manufacturing system of lithium secondary cell}
본 발명은 자동화된 리튬 2차전지 제조 시스템용 라미네이션 장치에 관한 것으로서, 상세하게는 수평 상태로 공급되는 필름 형태의 세퍼레이터의 양면에 규격화되고 매거진에 축적된 다수개의 양극판과 음극판을 1배치 형태로 동시에 부착하고 라미네이션 시키기 위한 자동화된 리튬 2차전지 제조 시스템용 라미네이션 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 비디오 카메라, 휴대용 전화기, 휴대용 PC 등과 같은 휴대용 전자제품의 구조가 경량화 또는 고기능화됨으로써 이러한 전자제품의 전원으로 사용되는 전지에 대해서 많은 연구가 진행되고 있다. 이러한 전지는 충방전에 의해 연속적으로 사용할 수 있다. 통상적으로 전지는 니켈 카드늄 전지, 니켈 수소전지, 니켈 아연전지, 리튬 2차전지 등이 전자제품의 전원으로 사용되고 있으며, 이중에서 수명과 용량을 고려하면 리튬 2차전지가 범용화 되고 있다.
상기 리튬 2차전지는 전해질의 종류에 따라 액체 전해질을 사용하는 리튬 금속전지, 리튬 이온전지, 및 고분자 고체 전해질을 사용하는 리튬 폴리머 전지로 구분된다. 리튬 폴리머 전지는 고분자 고체 전해질의 종류에 따라 유기 전해액이 전혀 함유되어 있지 않은 완전 고체형 리튬 폴리머 전지, 유기 전해액을 함유하는 겔형 고분자 전해질을 사용하는 리튬 이온 폴리머 전지로 구분된다.
상기 리튬 2차전지는 전극과 격리막의 구조를 갖는 여러 개의 단위 셀을 용량에 맞도록 적층시켜 나란히 연결하고 그것을 전지 캔에 삽입한 후 원통형 또는 각형 전지를 제조한다.
그러나, 종래의 방식에 따른 전극판의 배치방법은 과충전시 전압이 급격히 상승되어 발화됨으로써 전지의 성능 및 안정성을 저하시키고 단위 셀을 전기적으로연결시켜 주는 전극 탭 부착공정이 복잡한 문제점이 있었다.
본 발명은 상기 문제점을 감안하여 착상된 것으로서, 다수의 양극판을 세퍼레이터의 일면에만 순차적으로 부착시키고 다시 다수의 음극판을 순차적으로 부착시키는 작업을 거쳐 라미네이션 시키는 종래의 작업을 일괄작업에 의해 세퍼레이터의 양면에 필요한 개수의 양극판 및 음극판을 한꺼번에 부착시킴과 동시에 라미네이션 시킬 수 있도록 구조가 개선된 자동화된 리튬 2차전지 제조 시스템용 라미네이션 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 자동화된 리튬 2차전지 제조 시스템용 라미네이션 장치를 개략적으로 도시한 사시도.
도 2는 도 1의 정면도.
도 3은 도 1의 평면도.
도 4는 도 1의 우측면도.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
311...세퍼레이터 313...주행경로 102...양극판
104...음극판 106,108...밀착플레이트 110...스택킹부재
112,114...극판 저장부 116,118...극판 매거진 120...회동부재
131,133...탄성부재 136,138...밀착돌기 135,137...밀착판
141,143...정렬바아 142,144...정렬부재 152,154...이동부재
상기 목적들을 달성하기 위한 본 발명은, 프레임; 다수의 양극판이 각각 저장되며, 소정 간격으로 배치된 복수의 양극판 저장부와, 다수의 음극판을 각각 저장하며 소정 간격으로 배치되고 소정 패턴으로 접착제가 도포된 세퍼레이터를 기준으로 상기 양극판 저장부에 대해 비대칭적으로(asymmetrically) 위치되도록 상기 프레임에 설치된 복수의 음극판 저장부가 마련된 스태킹부재; 상기 양극판 저장부 및 상기 음극판 저장부에 각각 대면되도록 상기 프레임에 회동 가능하게 각각 설치된 한 쌍의 회동부재; 및 상기 스태킹부재에 저장된 복수의 양극판 및 복수의 양극판을 상기 세퍼레이터에 부착시키기 위해, 상기 스태킹부재 및 상기 세퍼레이터에 각각 접근 가능하도록 상기 회동부재에 대해 왕복 이동 가능하게 설치된 푸시부재를 구비한다.
본 발명에 따른 자동화된 리튬 2차전지 제조 시스템용 라미네이션 장치에있어서, 상기 스태킹부재는: 상기 양극판 저장부 및 상기 음극판 저장부에 저장된 양극판 및 음극판을 상기 회동부재 측으로 각각 밀착시키기 위한 밀착수단을 더 구비한다.
본 발명에 따른 자동화된 리튬 2차전지 제조 시스템용 라미네이션 장치에 있어서, 상기 밀착수단은: 상기 양극판 저장부 및 상기 음극판 저장부의 단위 저장부에 각각 마련된 장공; 및 상기 장공에 각각 삽입되는 다수의 밀착돌기를 가지며 이동부재에 의해 상기 프레임에 왕복이동 가능하게 설치된 밀착플레이트를 구비한다.
본 발명에 따른 자동화된 리튬 2차전지 제조 시스템용 라미네이션 장치는, 상기 양극판 또는 상기 음극판에 탄성력을 부여할 수 있도록 상기 밀착돌기에 설치된 탄성부재를 더 구비한다.
본 발명에 따른 자동화된 리튬 2차전지 제조 시스템용 라미네이션 장치에 있어서, 상기 푸시부재는: 상기 스택킹부재에 저장된 상기 양극판 또는 상기 음극판을 흡착력에 의해 한 줄씩 흡착하여 상기 세퍼레이터에 부착시키기 위해, 흡입부재에 연통되도록 내부에 흡착통로가 마련되고 양극판 또는 음극판과 대응되는 쿠션부재를 더 구비한다.
본 발명에 따른 자동화된 리튬 2차전지 제조 시스템용 라미네이션 장치는, 상기 스택킹부재에 저장된 상기 양극판 또는 상기 음극판을 정렬시키기 위해 상기 스택킹부재에 대해 왕복 이동 가능하게 설치된 정렬부재를 더 구비한다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 자동화된 리튬 2차전지 제조 시스템용 라미네이션 장치를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 자동화된 리튬 2차전지 제조 시스템용 라미네이션 장치를 개략적으로 도시한 사시도이고, 도 2는 도 1의 정면도이고, 도 3은 도 1의 평면도이고, 도 4는 도 1의 우측면도이다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 라미네이션 장치(330)는 롤러(미도시)에 권취된 세퍼레이터(311)가 풀려나가 주행경로(313) 상에서 주행되면서 접착제가 양면에 각각 소정 패턴으로 도포된 세퍼레이터(311)의 일면에는 다수의 양극판을, 타면에는 다수의 음극판을 소정 패턴에 대응되도록 동시에 부착 및 라미네이션 시키기 위한 것이다.
상기 라미네이션 장치(100)는 프레임(301)과, 다수의 양극판(102) 및 음극판(104)이 각각 저장된 복수의 양극판 저장부(112) 및 음극판 저장부(114)를 가지며, 서로 비대칭적으로 위치된 스태킹부재(110)와, 양극판 저장부(112) 및 음극판 저장부(114)에 각각 대면되도록 프레임(301)에 회동 가능하게 각각 설치된 양극판 회동부재(122) 및 음극판 회동부재(124)로 구성되는 회동부재(120)와, 스태킹부재(110)에 저장된 복수의 양극판(102) 및 복수의 양극판(104)을 각각 세퍼레이터 (311)에 부착 및 라미네이션 시키기 위해, 양극판 회동부재(122) 및 음극판 회동부재(124)에 대해 각각 왕복 이동 가능하게 설치된 양극판 푸시부재(132) 및 음극판 푸시부재(134)를 구비한다.
상기 프레임(301)은 지면에 대해 라미네이션 장치(330)를 지지할 수 있는 지지대(309)가 설치되는 하부 프레임과 장치의 많은 구성요소들이 안착되는 상부 프레임으로 구분할 수 있다. 상기 하부 프레임에는 장치를 구동하기 위한 각종 구동모터들과, 진공 시스템, 에어 시스템, 전자 시스템 등이 설비된다. 상기 상부 시스템은 수평 형태를 이루도록 위치 조정이 되어 있는 것이 바람직하다. 프레임(301)의 전방에는 세퍼레이터(311)를 소정 속도 및 소정 길이로 공급해주기 위한 공급유니트(미도시)와 에어인젝터(미도시) 등에 의해 세퍼레이터(311)의 양면에 소정 패턴으로 접착제를 도포 시키기 위한 접착 유니트(미도시)가 설비된다. 프레임(301)의 후방에는 양극판과 음극판이 부착된 세퍼레이터(311)를 폴딩하여 팩킹하기 위한 팩킹 유니트(미도시) 및 언로딩유니트(미도시) 등이 설비된다.
상기 스태킹부재(110)는 전지가 필요로 하는 수(예를 들어, 양극판이 5개인 경우에는 음극판 6개가 되도록 음극판의 수가 양극판의 수보다 하나 더 많이 형성되도록 배치)만큼의 양극판과 음극판을 동시에 세퍼레이터(311)에 부착시키는 과정에서 양극판과 음극판을 다수 정렬하여 저장하는 저장소로서 각각 양극판과 음극판을 각각 저장하기 위한 양극판 매거진(116)과 음극판 매거진(118)으로 구분된다. 상기 양극판 매거진(116)과 음극판 매거진(118)은 세퍼레이터(311)의 수평 주행경로(313)에 대해 비대칭적으로 위치된다. 즉, 양극판 매거진(116)이 프레임(301)에 대해 1계단에 위치하면 음극판 매거진(118)은 2계단에 위치한다. 물론, 그 반대의 경우도 가능하다. 양극판 매거진(116)과 음극판 매거진(118)은 서로 위치와 방향만 다를 뿐 그 구조가 동일하다. 다만, 상기 양극판(102)은 알루미늄과 같은 포일 (foil) 금속판의 표면에 스피넬 혹은 층상구조를 가진 LiCO2, LiMn2O2등과 같은 양극활 물질을 도포 건조하여 소정 사이즈로 절단하고 소정 부위에 양극탭이 마련된규격화된 제품이고, 상기 음극판(104)은 구리와 같은 포일 금속판의 표면에 전기 화학적 특성을 가지도록 처리된 흑연계 또는 탄소계열의 재료 예컨대, 메조 카본 마이크로비드(mesocarbon microbeads, MCMB)와 메조-페이스 피치카본필름(meso-phase pitch carbon film) 계열의 탄소재 등과 같은 음극활 물질을 도포, 건조하여 소정 사이즈로 절단하고 소정 부위에 음극탭이 마련된 규격화된 제품이다.
상기 양극판 매거진(116)과 음극판 매거진(118)은 각각 규격화된 다수의 양극판(102) 및 음극판(104)이 저장되고, 일정 간격("Z"자 형태로 접을 경우 양극판, 음극판의 두께와 세퍼레이터의 접히는 길이를 고려)으로 배치된 12개의 양극판 저장부(112) 및 음극판 저장부(114)를 각각 구비한다. 양극판 저장부(112) 및 음극판 저장부(114)의 바닥에는 소정 형태의 장공(113)이 형성된다. 이 장공(113)에는 프레임(301)에 왕복이동 가능하도록 설치된 양극판 밀착플레이트(106) 및 음극판 밀착플레이트(108)의 양극판 밀착돌기(136) 및 음극판 밀착돌기(138)가 각각 삽입된다. 장공(113)과 밀착돌기(136)(138)는 양극판 저장부(112) 및 음극판 저장부(114)에 각각 저장된 양극판 및 음극판을 주행경로(313) 측으로 밀착시키기 위한 밀착수단을 구성한다.
상기 밀착수단은 양극판 탄성부재(131)와 음극판 탄성부재(133)를 구비한다. 탄성부재(131)(133)는 양극판 저장부(112) 및 음극판 저장부(114)에 저장된 양극판(102) 및 음극판(104)에 탄성력을 부여하기 위한 것으로서, 밀착돌기 (136)(138)에 설치된다. 상기 탄성부재(131)(133)는 양극판(102) 및 음극판(104)에 각각 접촉되도록 설치되는 밀착판(135)(137)과, 밀착판(135)(137) 및 밀착돌기(136)(138) 사이에 개재된 가이드봉과, 가이드봉의 외주면에 설치된 스프링을 구비한다.
상기 양극판 매거진(116)과 음극판 매거진(118)은 양극판(102) 또는 음극판(104)을 선택적으로 정렬시키기 위해 스택킹부재(110)에 대해 왕복 이동 가능하게 설치되는 양극판 정렬부재(142) 및 음극판 정렬부재(144)를 구비한다.
상기 양극판 정렬부재(142) 및 음극판 정렬부재(144)는 양극판 매거진(116) 및 음극판 매거진(118)의 선단에 각각 평행하도록 소정 간격 이격되어 정렬 실린더(146)에 의해 상,하 왕복 이동되는 양극판 정열바아(141) 및 음극판 정열바아(143)와, 양극판(102) 및 음극판(104)의 양 모서리에 접촉되도록 양극판 정렬바아(141) 및 음극판 정열바아(143)의 길이 방향으로 설치된 다수의 정렬돌기(148)를 구비한다. 정렬돌기(148)의 선단에는 양극판(102) 및 음극판(104)에 손상을 주지 않기 위해 부드러운 재질의 텃치패드가 설치되는 것이 바람직하다.
상기 양극판 밀착플레이트(106) 및 음극판 밀착플레이트(108)는 각각 양극판 이동부재(152) 및 음극판 이동부재(154)에 의해 프레임(301)에 대해 왕복 이동된다. 상기 이동부재(152)(154)는, 프레임(301)에 설치되고 컨트롤유니트에 의해 제어되는 이동모터(156)의 회전축에 마련된 타이밍 풀리(158)와, 프레임(301)에 회전 가능하도록 밀착플레이트(106)(108)를 관통하여 설치된 볼스크류(151)의 일단에 마련된 타이밍 풀리(158), 타이밍 풀리(158)를 연결하는 타이밍벨트(153)를 구비한다.
상기 회동부재(120)는 주행경로(313)와 양극판 매거진(116) 및 음극판 매거진(108) 사이에서 90도 회동된다. 상기 양극판 회동부재(122) 및 음극판 회동부재 (124)는 프레임(301)에 설치된 회동 브라켓(121)과, 주행경로(313)와 평행하도록 회동 브라켓(121)에 설치된 로타리 샤프트(123)와, 로터리 샤프트(123)를 각각 서로 반대 방향으로 90도 회전시키기 위해 회동 브라켓(121)에 설치되고 컨트롤유니트에 의해 제어되는 회동 실린더(125)를 구비한다.
상기 푸시부재(130)는 양극판 매거진(116)과 음극판 매거진(118)에 각각 저장된 한 줄의 양극판(102)과 음극판(104)을 각각 흡착력에 의해 흡착하여 세퍼레이터(311)의 양면에 각각 부착시키기 위해, 스태킹부재(110) 및 세퍼레이터(311)에 각각 접근 및 이격 가능하도록 양극판 회동부재(122) 및 음극판 회동부재(124)에 대해 왕복 이동 가능하게 설치된다.
상기 푸시부재(130)는 흡입부재(139)에 연통되도록 내부에 흡착통로가 마련되는 푸시바아(331)와, 양극판(102) 또는 음극판(104)에 각각 접촉되도록 푸시바아 (31)에 설치되는 쿠션부재(333)를 구비한다.
상기 구성을 가진 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 자동화된 리튬 2차전지 제조 시스템용 라미네이션 장치의 동작을 설명한다.
먼저, 장치(100)의 전원을 온시켜 컨트롤유니트에 필요한 데이터를 셋팅한다. 이어서, 컨트롤유니트의 시작 버튼을 누르게 되면 이송유니트(미도시)에 의해 양면에 접착제가 도포된 세퍼레이터(311)가 주행경로(313)를 통해 공급되어 부착 위치에서 정지하게 된다.
이 상태에서, 컨트롤유니트는 스태킹부재(110)를 가동시킨다. 그러면, 양극판 밀착플레이트(106) 및 음극판 플레이트(108)는 각각 양극판(102) 및 음극판 (104) 방향으로 이동되어 양극판(102) 및 음극판(104)을 밀착하게 된다. 이와 동시에, 양극판 회동부재(122) 및 음극판 회동부재(124)는 각각 주행경로(313)에 대면된 상태에서 양극판 매거진(116) 및 음극판 매거진(118)에 대면되도록 90도 회동된다. 그리고, 양극판 푸시부재(132) 및 음극판 푸시부재(134)는 각각 양극판(102) 및 음극판(104) 방향으로 이동되어 양극판 매거진(116)과 음극판 매거진(118)에 각각 저장된 한 줄의 양극판(102)과 음극판(104)을 각각 흡착력에 의해 흡착한다.
다음, 흡착이 완료된 상태에서는 양극판 밀착플레이트(106) 및 음극판 밀착플레이트(108)에 가해지는 밀착력은 해제되고, 양극판 회동부재(122) 및 음극판 회동부재(124)는 각각 주행경로(313)에 대면되도록 반대방향으로 회동된다. 그리고, 양극판 푸시부재(132) 및 음극판 푸시부재(134)는 주행경로(313)에 위치되는 세퍼레이터(311)의 양면에 각각 양극판(102)과 음극판(104)을 한꺼번에 밀착시킨다. 그러면, 세퍼레이터(311)의 양면에 도포된 접착력에 의해 양극판(102)과 음극판(104)은 세퍼레이터(311)의 양면에 각각 부착되고, 이와 동시에 양극판 푸시부재(122) 및 음극판 푸시부재(124)에 적용되는 흡착력을 해제시킨다.
그러면, 이송유니트에 의해 양극판(102)과 음극판(104)이 부착된 세퍼레이터 (311)는 이동하게 되고, 접착제가 부착된 새로운 세퍼레이터(311)가 연속적으로 공급된다.
이러한 과정을 거치는 동안, 양극판 저장부(112) 및 음극판 저장부(114)에 각각 저장된 양극판(102)과 음극판(104)은 양극판 밀착플레이트(106) 및 음극판 밀착플레이트(108)의 밀착력과 양극판 푸시부재(122) 및 음극판 푸시부재(124)의 가압력에 의해 그 정렬 상태가 불량해 질 수도 있다. 이러한 경우에는 각각 양극판 정렬부재(142) 및 음극판 정렬부재(144)를 작동시켜 양극판 정열바아(141) 및 음극판 정열바아(143)에 의해 양극판 매거진(116) 및 음극판 매거진(118)의 선단에 위치된 양극판(102)과 음극판(104)을 정렬시킨다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 자동화된 리튬 2차전지 제조 시스템용 라미네이션 장치는 다음과 같은 효과를 가진다.
첫째, 자동화된 생산 설비를 이용함으로써 전체적인 생산효율의 향상을 기대할 수 있으며, 2차전지의 불량률을 낮출 수 있다.
둘째, 세퍼레이터의 주행경로를 수평 방식으로 배치하고, 세퍼레이터의 양면에서 각각 한 줄의 양극판과 음극판을 동시에 부착하고 동시에 라미네이션 시키기 때문에 작업효율 및 생산성을 향상시킬 수 있다.
셋째, 규격화되고 정렬화 된 매거진을 사용함으로써 라미네이션할 때 극판들이 삐뚤어지는 현상을 방지하여 2차전지의 생산성과 품질을 향상시킬 수 있다.

Claims (6)

  1. 프레임;
    다수의 양극판이 각각 저장되며, 소정 간격으로 배치된 복수의 양극판 저장부와, 다수의 음극판을 각각 저장하며 소정 간격으로 배치되고 소정 패턴으로 접착제가 도포된 세퍼레이터를 기준으로 상기 양극판 저장부에 대해 비대칭적으로(asymmetrically) 위치되도록 상기 프레임에 설치된 복수의 음극판 저장부가 마련된 스태킹부재;
    상기 양극판 저장부 및 상기 음극판 저장부에 각각 대면되도록 상기 프레임에 회동 가능하게 각각 설치된 한 쌍의 회동부재; 및
    상기 스태킹부재에 저장된 복수의 양극판 및 복수의 양극판을 상기 세퍼레이터에 부착시키기 위해, 상기 스태킹부재 및 상기 세퍼레이터에 각각 접근 가능하도록 상기 회동부재에 대해 왕복 이동 가능하게 설치된 푸시부재를 구비하는 것을 특징으로 하는 자동화된 리튬 2차전지 제조 시스템용 라미네이션 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 스태킹부재는:
    상기 양극판 저장부 및 상기 음극판 저장부에 저장된 양극판 및 음극판을 상기 회동부재 측으로 각각 밀착시키기 위한 밀착수단을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 자동화된 리튬 2차전지 제조 시스템용 라미네이션 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 밀착수단은:
    상기 양극판 저장부 및 상기 음극판 저장부의 단위 저장부에 각각 마련된 장공; 및
    상기 장공에 각각 삽입되는 다수의 밀착돌기를 가지며 이동부재에 의해 상기 프레임에 왕복이동 가능하게 설치된 밀착플레이트를 구비하는 것을 특징으로 하는 자동화된 리튬 2차전지 제조 시스템용 라미네이션 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 양극판 또는 상기 음극판에 탄성력을 부여할 수 있도록 상기 밀착돌기에 설치된 탄성부재를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 자동화된 리튬 2차전지 제조 시스템용 라미네이션 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 푸시부재는:
    상기 스택킹부재에 저장된 상기 양극판 또는 상기 음극판을 흡착력에 의해 한 줄씩 흡착하여 상기 세퍼레이터에 부착시키기 위해, 흡입부재에 연통되도록 내부에 흡착통로가 마련되고 양극판 또는 음극판과 대응되는 쿠션부재를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 자동화된 리튬 2차전지 제조 시스템용 라미네이션 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 스택킹부재에 저장된 상기 양극판 또는 상기 음극판을 정렬시키기 위해 상기 스택킹부재에 대해 왕복 이동 가능하게 설치된 정렬부재를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 자동화된 리튬 2차전지 제조 시스템용 라미네이션 장치.
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