KR20040079528A - 전지 극판 적층 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 리튬이온 폴리머전지의 제조공정중 적층방식으로 셀을 만드는 전지극판 적층장치 및 그 방법에 관한 것으로, 구체적으로는 아노드와 캐소드를 필름 롤 형태로 공급되는 세퍼레이터 사이사이에 끼우면서 적층과 커팅공정 등을 거쳐 셀을 연속적으로 제조하는 장치 및 방법에 관한 것이고, 세퍼레이터를 아노드와 캐소드 사이사이에 삽입하고, 필요할 때마다 마일러를 벗겨내는 작업을 하나의 이송라인을 따라 연속적으로 이루어지고, 또한 아노드와 캐소드도 이송라인을 따라 연속적으로 공급되게 되므로, 셀 제작작업이 불연속적이 아닌 연속적으로 이루어지게 된다. 따라서, 캐소드, 아노드, 세퍼레이터를 낱장씩 공급하던 종래의 방법이나 장치에 비해, 생산성이 획기적으로 향상될 수 있다.

Description

전지 극판 적층 장치 및 방법{Apparatus and method for cell polar sheet lamination}

본 발명은 리튬이온 폴리머전지의 제조공정중 적층방식으로 셀을 만드는 전지극판 적층장치 및 그 방법에 관한 것으로, 구체적으로는 듀얼셀 형태의 아노드와 캐소드 및 세퍼레이터를 필름 형태로 연속적으로 공급하면서 아노드와 캐소드 사이사이에 세퍼레이터를 끼우면서 적층과 커팅공정 등을 거쳐 셀을 연속적으로 제조하는 장치 및 방법에 관한 것이다.

종래에는 리튬이온 폴리머전지를 제조하기 위해서, 아노드와 캐소드를 커팅된 상태로 낱장씩 트레이에 다수 준비해놓고, 또한 아노드와 캐소드 사이사이에 삽입되는 세퍼레이터도 마찬가지로 낱장씩 커팅된 상태에서 트레이에 다수 준비한 상태로 한장씩 차례로 적층하여 셀을 제작하는 것이 일반적이었다.

그러나, 이와 같이 셀을 제조할 경우에는 셀을 한장씩 제작할 수 밖에 없어 그 생산성이 극히 떨어지는 문제가 있었다.

본 발명은 종래의 이와 같은 문제점을 감안하여 안출된 것으로서, 아노드와 캐소드는 전극판(Al, Cu 또는 Ni)에 전극물질을 코팅한 상태에서 각각 이열씩 배열하여 와인딩된 롤 형태로 공급하고 아노드와 캐소드 사이사이에 삽입되는 세퍼레이터 역시 롤 형태로 공급하면서 극판의 적층과 커팅 등을 통해 셀을 연속적으로 제조하는 장치와 그 방법을 제공함으로써, 생산성을 대폭 향상시키는 것을 목적으로 한다.

도 1은 본 발명에 따른 장치중 아노드 부착부의 상세도;

도 2는 본 발명에 따른 장치중 캐소드 부착부의 상세도;

도 4는 본 발명에 따른 장치중 절단적재부의 상세도;

도 4는 제작되어 적재된 상태의 전지의 평면도와 측면도.

이와 같은 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따르면, 휴대폰이나 PDA 등에 사용되는 폴리머리튬 이온전지의 극판적층장치에 있어서:

아노드가 2열로 나란히 배열되어 있는 아노드필름이 롤 형태로 말려있는 아노드 언와인더(1), 아노드 언와인더(1)의 하류측에 배치되어 아노드 언와인더(1)의 아노드필름을 하류측으로 운반하는 극판피더(2), 극판피더(2)의 하류측에 배치되어 아노드필름에서 2열의 아노드를 2개 한쌍씩 분리하기 위한 펀칭기(3), 펀칭기(3) 하류에 배치되어 분리된 한쌍의 아노드를 들어올리기 위한 제1 아노드로더(4), 아노드로더(4) 하부에 배치되어 아노드로더(4)에서 놓인 아노드들을 운반하기 위한 컨베이어(5), 컨베이어(5)의 상부 하류측에 배치되어 컨베이어에서 운반되는 아노드들을 3쌍씩 픽업하기 위한 제2 아노드로더(6), 제2 아노드로더(6) 하류측에 배치되고 세퍼레이터가 롤 형태로 감겨있으며 아노드로더(6)에서 연속적으로 놓이는 아노드들을 양측면에서 덮기위해 세퍼레이터가 풀리는 2개의 세퍼레이터 언와인더들(7,8), 세퍼레이터로 감싸인 아노드필름이 통과하면서 양쪽에서 필름을 압착하기 위한 프레스유니트(9), 프레스유니트(9) 하류측에 배치되어 세퍼레이터/아노드/세퍼레이터 필름을 당겨주면서 이송하기 위한 피더(10)로 이루어지는 아노드 부착부;

상기 피더(10) 하류측에 배치되고 필름이 통과하면서 필름을 예열하기 위한 예열기(11), 상기 예열기 하류측의 양측에 각각 배치되어 필름의 상하단에서 마일러를 벗겨내기 위한 2개의 마일러 리와인더(12,13), 마일러가 벗겨진 필름의 이송로를 중심으로 양측에 대칭으로 배치되고 캐소드가 2열로 나란히 배열되어 있는 캐소드필름이 롤 형태로 말려있는 2개의 캐소드 언와인더(14,16), 각각의 캐소드 언와인더(14,16)의 하류측에 각각 배치되어 캐노드필름에서 2열의 캐소드를 2개 한쌍씩 분리하기 위한 2개의 펀칭기(15,17), 펀칭기에 의해 분리된 각쌍의 캐소드들이 운반되는 2개의 컨베이어에서 운반되는 아노드들을 3쌍씩 픽업하여 상기 아노드 필름의 세퍼레이터 겉면에 양측에서 가접하기 위한 2개의 캐소드로더(R), 캐소드들이 양측에 가접된 필름 양측면에 마일러를 부착하기 위해 마일러가 롤 형태로 감겨있는 두개의 마일러 언와인더(18,19), 마일러가 부착된 필름을 양측에서 압착하기 위한 프레스 유니트(20), 프레스 유니트(20)를 통과한 필름을 이송하기 위한 피더(21)로 이루어지는 캐소드 부착부;

상기 피더(21)를 통과한 필름을 전진시키기 위한 피더(22), 상기 피더(22) 하류측에 배치되어 전진하는 필름의 각쌍의 극판의 중앙선(C)을 따라 필름을 절단하기 위한 커터(23), 상기 커터(23)의 하류측 양측에 배치되어 이송중인 필름의 양측면에서 마일러를 벗겨내기 위한 2개의 마일러 리와인더(24,25), 마일러가 벗겨진 필름을 일정 길이로 절단하기 위한 필름커터(26), 절단된 필름을 픽업한 다음 소정 각도로 회전하여 팰릿(28)에 적재하기 위한 필름로더(27)로 이루어지는 절단적재부;로 구성되고,

아노드, 캐소드, 세퍼레이터를 롤 형태로 공급하면서 아노드와 캐소드를 각각 두개 한쌍씩 연속적으로 제작할 수 있는 것을 특징으로 하는 극판적층장치가 제공된다.

또, 본 발명에 따르면, 휴대폰이나 PDA 등에 사용되는 폴리머리튬 이온전지의 극판적층방법에 있어서:

아노드가 2열로 나란히 배열되어 있는 아노드필름이 롤 형태로 말려있는 아노드 언와인더로부터 2개 한쌍씩 아노드를 펀칭하여 분리하는 단계;

펀치되어 분리되어 컨베이어를 통해 운반되는 아노드들을 3쌍씩 픽업한 다음 이들을 양측면에서 세퍼레이터로 덮어 필름형태로 형성하는 단계;

세퍼레이터로 감싸인채 이동하는 아노드필름을 압착하는 단계;

압착된 필름을 예열하는 단계;

예열된 필름 상하단으로부터 마일러를 제거하는 단계;

마일러가 벗겨진채 이동하는 필름 양측에 아노드와 대응되게 캐소드들을 3쌍씩 가접하는 단계;

캐소드들이 양측에 가접된 필름 양측면에 마일러를 부착하는 단계;

마일러가 부착된 필름을 양측에서 압착하는 단계;

압착되어 전진하는 필름의 각쌍의 극판의 중앙선(C)을 따라 필름을 절단하여 극판을 분리하고, 극판이 분리되어 있는 필름에서 마일러를 벗겨낸 다음, 이 필름을 일정 길이로 절단하는 단계;

절단된 필름을 픽업한 다음 소정 각도로 회전하여 팰릿에 적재하는 단계;로 구성되고,

아노드, 캐소드, 세퍼레이터를 롤 형태로 공급하면서 아노드와 캐소드를 각각 두개 한쌍씩 연속적으로 제작할 수 있는 것을 특징으로 하는 극판적층방법도 제공된다.

이하, 첨부도면들을 참조하여 본 발명에 대해 자세히 설명하면 다음과 같다.

한편, 이하 설명하는 용어에서 세퍼레이터는 캐소드와 아노드 사이사이에 삽입되는 필름으로서 기본적으로 마일러(M; mylar)가 같이 적층된 상태의 필름을 의미하고, 마일러(M)란 캐소드와 세퍼레이터 또는 아노드와 세퍼레이터를 제작공정중에 작용하는 열로부터 보호하기 위한 필름으로서 대개 비닐로 구성되며, 이들 세퍼레이터와 마일러는 본 발명이 관련된 셀 분야에서는 일반적인 것이므로 더이상의 설명은 생략한다.

본 발명에 따른 장치는 크게 아노드 부착부, 캐소드 부착부 및 절단적재부로 이루어진다.

도 1은 본 발명에 따른 장치의 아노드 부착부의 측면도이다.

도시된 바와 같이, 아노드 부착부는 아노드 언와인더(1), 아노드 언와인더(1) 하류측에 배치된 극판피더(2), 극판피더(2)의 하류측에 배치된 펀칭기(3), 펀칭기(3) 하류에 배치된 제1, 제2 아노드 로더(4,6), 이들 아노드로더(4,6) 하부에 배치된 컨베이어(5), 아노드로더(6) 하류측에 배치된 2개의 세퍼레이터 언와인더(7,8), 그 하류에 배치된 프레스유니트(9), 프레스유니트(9) 하류에 배치된 피더(10)로 구성된다.

아노드 언와인더(1)에는 아노드가 2열로 나란히 배열되어 있는 아노드필름이 롤 형태로 말려있고, 이곳에서 아노드필름이 피더(2)에 의해 풀리면서 이동된다. 이동되는 아노드필름으로부터 펀칭기(3)에 의해 아노드들이 2개 한쌍씩 분리되고, 각 쌍의 아노드들은 로더(4)에 의해 픽업된 다음 로더(4)가 90도 회전하여 컨베이어(5)에 아노드를 놓게 된다. 이와 같은 작업은 연속적으로 이루어지므로, 컨베이어(5)를 통해 아노드쌍들이 계속적으로 운반된다.

이렇게 컨베이어에서 운반되는 아노드쌍들은 아노드로더(6)에 의해 3쌍씩 픽업되고, 세퍼레이터 언와인더(7)에서 풀리는 세퍼레이터에 가접 상태로 놓인다. 아노드가 가접된 세퍼레이터는 하류로 이동하고 세퍼레이터 언와인더(8)에서 풀리는 세퍼레이터가 가접된 아노드들을 덮는다. 이렇게 아노드 양측에 세퍼레이터가 덮인 필름은 프레스 유니트(9)를 통과하면서 압착되고, 피더(10)에 의해 다음 공정으로 이동한다.

도 2는 본 발명에 따른 장치의 캐소드 부착부의 측면도이다.

도시된 바와 같이, 캐소드 부착부는 피더(10) 하류측에 배치된 예열기(11), 예열기 하류측에 배치된 2개의 마일러 리와인더(12,13), 중앙 종축선을 중심으로 양측에 각각 대칭으로 배치된 캐소드 언와인더(14,16), 각각의 캐소드 언와인더 하류측에 배치된 캐소드 펀칭기(15,17), 그 하류측에 각각 배치된 마일러 언와인더(18,19), 그 하류측에 배치된 하나의 프레스유니트(20), 그 하류측의 피더(21), 및 예열기(11) 하류측에 이송라인 양측에 각각 배치된 2개의 캐소드로더(R)를 포함한다.

피더(10)에서부터 이동하는 필름은 예열기(11)를 통과하면서 예열된 다음, 2개의 마일러 리와인더(12,13)에 의해 필름의 상하단에서 마일러가 벗겨진다. 마일러가 벗겨진 필름의 이송로를 중심으로 양측에 캐소드 이송시스템이 각각 대칭으로 배치되어 있다.

전술한 아노드필름과 마찬가지로, 2개의 캐소드 언와인더(14,16)에는 캐소드가 2열로 나란히 배열되어 있는 캐소드필름이 롤 형태로 말려있고, 이곳에서부터 풀리는 캐소드필름으로부터 펀칭기(15,17)에 의해 2열의 캐소드가 2개 한쌍씩 분리되어 각각의 컨베이어를 통해 로더(R) 쪽으로 연속적으로 운반된다. 각각의 로더(R)는 각각의 컨베이어에서 운반되는 캐소드들을 3쌍씩 픽업한 다음, 90도 회전하여 예열기(11)를 통과한 아노드 필름의 세퍼레이터 겉면에 양측에서 가접한다. 캐소드들이 양측에 가접된 필름 양측면에는 각각의 마일러 언와인더(18,19)에서 풀리는 마일러들이 부착되고, 마일러가 부착된 필름은 프레스 유니트(20)를 통과하면서 압착된다. 프레스 유니트(20)를 통과한 필름은 피더(21)에 의해 다음 단계로 이동한다.

도 3은 본 발명에 따른 장치의 절단적재부의 측면도이다.

도시된 바와 같이, 절단적재부는 피더(21) 하류측의 피더(22), 피더(22) 하류측의 커터(23), 커터(23) 하류측으로 양측에 배치된 2개의 마일러 리와인더(24,25), 그 하류측의 필름커터(26), 그 하류측의 필름로더(27)로 구성된다.

피더(21)를 통과한 필름은 피더(22)에 의해 앞으로 전진하고, 이렇게 전진된 필름은 커터(23)에 의해 각쌍의 극판의 중앙선(C)을 따라 절단된다(도 4 참조). 중앙성(C)을 따라 절단된 필름으로부터, 2개의 마일러 리와인더(24,25)에 의해 마일러가 벗겨지고, 마일러가 벗겨진 필름은 필름커터(26)에 의해 일정 길이로 절단된다. 일반적으로 절단 길이는 필요에 따라 임의로 조정할 수 있지만, 15쌍의 셀의 길이로 절단하는 것이 바람직하다. 절단된 필름은 필름로더(27)에 의해 픽업되고, 필름로더(27)는 적당한 각도로 회전하여 대기중인 팰릿(28)에 필름을 적재한다.

도 4에는 이렇게 팰릿(28)에 적당한 갯수 적재된 필름의 평면도와 측면도가 도시되어 있고, 전술한 커터(23)에 의해 절단될 필름의 중앙선(C)이 명백히 표시되어 있다.

따라서, 본 발명에 의하면, 아노드, 캐소드, 세퍼레이터를 롤 형태로 공급하면서 아노드와 캐소드를 각각 두개 한쌍씩 연속적으로 제작할 수 있다.

한편, 본 발명은 전술한 장치를 이용해, 폴리머배터리용 아노드와 캐소드 사이사이에 세퍼레이터를 끼우면서 적층과 커팅공정 등을 거쳐 폴리머배터리를 연속적으로 생산하는 전지극판 적층방법도 제공한다.

본 발명에 따른 전지극판 적층방법은 다음과 같은 단계로 차례대로 이루어진다.

아노드가 2열로 나란히 배열되어 있는 아노드필름이 롤 형태로 말려있는 아노드 언와인더로부터 2개 한쌍씩 아노드를 펀칭하여 분리하는 단계;

펀치되어 분리되어 컨베이어를 통해 운반되는 아노드들을 3쌍씩 픽업한 다음 이들을 양측면에서 세퍼레이터로 덮어 필름형태로 형성하는 단계;

세퍼레이터로 감싸인채 이동하는 아노드필름을 압착하는 단계;

압착된 필름을 예열하는 단계;

예열된 필름 상하단으로부터 마일러를 제거하는 단계;

마일러가 벗겨진채 이동하는 필름 양측에 아노드와 대응되게 캐소드들을 3쌍씩 가접하는 단계;

캐소드들이 양측에 가접된 필름 양측면에 마일러를 부착하는 단계;

마일러가 부착된 필름을 양측에서 압착하는 단계;

압착되어 전진하는 필름의 각쌍의 극판의 중앙선(C)을 따라 필름을 절단하여 극판을 분리하고, 극판이 분리되어 있는 필름에서 마일러를 벗겨낸 다음, 이 필름을 일정 길이로 절단하는 단계;

절단된 필름을 픽업한 다음 소정 각도로 회전하여 팰릿에 적재하는 단계.

이상과 같이 구성된 본 발명에 따른 장치와 방법에 의하면, 세퍼레이터를 아노드와 캐소드 사이사이에 삽입하고, 필요할 때마다 마일러를 벗겨내는 작업을 하나의 이송라인을 따라 연속적으로 이루어지고, 또한 아노드와 캐소드도 이송라인을 따라 연속적으로 공급되게 되므로, 셀 제작작업이 불연속적이 아닌 연속적으로 이루어지게 된다. 따라서, 캐소드, 아노드, 세퍼레이터를 낱장씩 공급하던 종래의 방법이나 장치에 비해, 생산성이 획기적으로 향상될 수 있다.

Claims (2)

1. 휴대폰이나 PDA 등에 사용되는 폴리머리튬 이온전지의 극판적층장치에 있어서:

   아노드가 2열로 나란히 배열되어 있는 아노드필름이 롤 형태로 말려있는 아노드 언와인더(1), 아노드 언와인더(1)의 하류측에 배치되어 아노드 언와인더(1)의 아노드필름을 하류측으로 운반하는 극판피더(2), 극판피더(2)의 하류측에 배치되어 아노드필름에서 2열의 아노드를 2개 한쌍씩 분리하기 위한 펀칭기(3), 펀칭기(3) 하류에 배치되어 분리된 한쌍의 아노드를 들어올리기 위한 제1 아노드로더(4), 아노드로더(4) 하부에 배치되어 아노드로더(4)에서 놓인 아노드들을 운반하기 위한 컨베이어(5), 컨베이어(5)의 상부 하류측에 배치되어 컨베이어에서 운반되는 아노드들을 3쌍씩 픽업하기 위한 제2 아노드로더(6), 제2 아노드로더(6) 하류측에 배치되고 세퍼레이터가 롤 형태로 감겨있으며 아노드로더(6)에서 연속적으로 놓이는 아노드들을 양측면에서 덮기위해 세퍼레이터가 풀리는 2개의 세퍼레이터 언와인더들(7,8), 세퍼레이터로 감싸인 아노드필름이 통과하면서 양쪽에서 필름을 압착하기 위한 프레스유니트(9), 프레스유니트(9) 하류측에 배치되어 세퍼레이터/아노드/세퍼레이터 필름을 당겨주면서 이송하기 위한 피더(10)로 이루어지는 아노드 부착부;

   상기 피더(10) 하류측에 배치되고 필름이 통과하면서 필름을 예열하기 위한 예열기(11), 상기 예열기 하류측의 양측에 각각 배치되어 필름의 상하단에서 마일러를 벗겨내기 위한 2개의 마일러 리와인더(12,13), 마일러가 벗겨진 필름의 이송로를 중심으로 양측에 대칭으로 배치되고 캐소드가 2열로 나란히 배열되어 있는 캐소드필름이 롤 형태로 말려있는 2개의 캐소드 언와인더(14,16), 각각의 캐소드 언와인더(14,16)의 하류측에 각각 배치되어 캐노드필름에서 2열의 캐소드를 2개 한쌍씩 분리하기 위한 2개의 펀칭기(15,17), 펀칭기에 의해 분리된 각쌍의 캐소드들이 운반되는 2개의 컨베이어에서 운반되는 아노드들을 3쌍씩 픽업하여 상기 아노드 필름의 세퍼레이터 겉면에 양측에서 가접하기 위한 2개의 캐소드로더(R), 캐소드들이 양측에 가접된 필름 양측면에 마일러를 부착하기 위해 마일러가 롤 형태로 감겨있는 두개의 마일러 언와인더(18,19), 마일러가 부착된 필름을 양측에서 압착하기 위한 프레스 유니트(20), 프레스 유니트(20)를 통과한 필름을 이송하기 위한 피더(21)로 이루어지는 캐소드 부착부;

   상기 피더(21)를 통과한 필름을 전진시키기 위한 피더(22), 상기 피더(22) 하류측에 배치되어 전진하는 필름의 각쌍의 극판의 중앙선(C)을 따라 필름을 절단하기 위한 커터(23), 상기 커터(23)의 하류측 양측에 배치되어 이송중인 필름의 양측면에서 마일러를 벗겨내기 위한 2개의 마일러 리와인더(24,25), 마일러가 벗겨진 필름을 일정 길이로 절단하기 위한 필름커터(26), 절단된 필름을 픽업한 다음 소정 각도로 회전하여 팰릿(28)에 적재하기 위한 필름로더(27)로 이루어지는 절단적재부;로 구성되고,

   아노드, 캐소드, 세퍼레이터를 롤 형태로 공급하면서 아노드와 캐소드를 각각 두개 한쌍씩 연속적으로 제작할 수 있는 것을 특징으로 하는 극판적층장치.
2. 휴대폰이나 PDA 등에 사용되는 폴리머리튬 이온전지의 극판적층방법에 있어서:

   아노드가 2열로 나란히 배열되어 있는 아노드필름이 롤 형태로 말려있는 아노드 언와인더로부터 2개 한쌍씩 아노드를 펀칭하여 분리하는 단계;

   펀치되어 분리되어 컨베이어를 통해 운반되는 아노드들을 3쌍씩 픽업한 다음 이들을 양측면에서 세퍼레이터로 덮어 필름형태로 형성하는 단계;

   세퍼레이터로 감싸인채 이동하는 아노드필름을 압착하는 단계;

   압착된 필름을 예열하는 단계;

   예열된 필름 상하단으로부터 마일러를 제거하는 단계;

   마일러가 벗겨진채 이동하는 필름 양측에 아노드와 대응되게 캐소드들을 3쌍씩 가접하는 단계;

   캐소드들이 양측에 가접된 필름 양측면에 마일러를 부착하는 단계;

   마일러가 부착된 필름을 양측에서 압착하는 단계;

   압착되어 전진하는 필름의 각쌍의 극판의 중앙선(C)을 따라 필름을 절단하여 극판을 분리하고, 극판이 분리되어 있는 필름에서 마일러를 벗겨낸 다음, 이 필름을 일정 길이로 절단하는 단계;

   절단된 필름을 픽업한 다음 소정 각도로 회전하여 팰릿에 적재하는 단계;로 구성되고,

   아노드, 캐소드, 세퍼레이터를 롤 형태로 공급하면서 아노드와 캐소드를 각각 두개 한쌍씩 연속적으로 제작할 수 있는 것을 특징으로 하는 극판적층방법.