KR200489619Y1 - 이차전지 분리막 절단장치용 커터 - Google Patents

Abstract

개시되는 이차전지 분리막 절단장치용 커터는, 상기 커터의 길이방향을 따라 첨단형상으로 돌출되어 마루를 형성하는 관통날부; 및 상기 관통날부와 인접하는 관통날부 사이에 배치되는 골을 형성하는 절단날부;를 포함한다.

Description

이차전지 분리막 절단장치용 커터{Cutter for a Cutting Device of Separator Film in Secondary Battery}

본 고안(Disclosure)은, 이차전지 분리막 절단장치용 커터에 관한 것으로서, 커터받침이 없는 상태에서 분리막을 용이하게 절단할 수 있으며, 절단 작동의 시간을 최소화 할 수 있는 이차전지 분리막 절단 장치용 커터에 관한 것이다.

여기서는, 본 고안에 관한 배경기술이 제공되며, 이들이 반드시 공지기술을 의미하는 것은 아니다(This section provides background information related to the present disclosure which is not necessarily prior art).

이차전지에 사용되는 분리막(saparator)은, 양극재와 음극재 사이에 위치하여 전극간 직접적인 전기 접촉을 막는 기능을 한다. 따라서, 양극재 및 음극재의 크기에 맞게 재단되어 사용된다. 분리막은 수십 ㎛ 두께의 박막으로서, 고분자물질을 이용한 일반적인 분리막은 인장 강도에 따라 탄성 특성을 나타내는 기계적 특징이 있다.

일반적으로 탄성 재질의 박막을 절단하기 위해서는, 절단을 위한 커터에 대응하는 커터받침(도마) 또는, 2개의 커터가 마주하여 배치되는 가위 구조 또는 겸자 구조가 요구된다.

그러나 이러한 구조의 절단장치는, 커터와 커터받침 또는 커터와 커터 사이의 정렬(alignment) 구조가 정밀하게 제어되어야 한다. 상술한 바와 같이 이차전지의 분리막은, 두께가 수mm 이하로 얇으며, 기계적 성질 또한 탄성을 가지고 있다. 따라서 분리막의 기계적 구조적 특수성으로, 커터 및 커터받침 또는 가위 또는 겸자구조의 두 개의 커터는 정밀하게 정렬되어야 하는 문제점이 있다. 또한, 절단 작동시, 커터 이외에 커터 받침 또는, 또 다른 커터가 유기적으로 작동해야 한다. 상술한 바와 같이 정밀하게 정렬된 상태에서 이들 구성이 유기적으로 작동하기 위해서는, 고속 절단 작업에 한계가 있다.

커터 받침 및 가위 구조를 적용하지 않고 분리막을 절단하기 위해서는, 커터가 길이방향으로 이동하여 분리막을 "썰어" 절단할 수 있다. 또는 커터의 칼날이 수평이 아니라 기울어짐으로써, 분리막에 순차적으로 닿아 절단을 용이하게 할 수 도 있다. 그러나 이 경우에는 커터의 작동이 복잡하여 제어가 용이하지 않는 문제점이 있다. 또한, 실제 이차전지 제작공정에서는 분리막에 인장이 가해지고 따라서 탄성을 가짐으로써, 상술한 바와 같은 방법으로 절단하면, 절단선이 일정하지 않는 문제점이 발생할 수 있다.

따라서, 커터 받침 또는 가위 구조에 따른 또 다른 커터가 필요없이, 커터 하나만으로 분리막을 절단할 수 있으며, 탄성을 갖는 분리막의 절단선을 일정하게 유지할 수 있는 새로운 구조의 이차전지 분리막 절단장치용 커터에 대해 개발이 요구되는 실정이다.

1. 한국공개특허 10-2016-0133264호

본 고안(Disclosure)은, 관통날부와 절단날부를 구비함으로써, 교차하는 또 다른 커터 또는 받침없이, 커터 하나의 슬라이딩 작동만으로 공중에 떠 있는 신축성 재질의 분리막을 절단할 수 있는 이차전지 분리막 절단장치용 커터의 제공을 일 목적으로 한다.

본 고안(Disclosure)은, 이차전지용 분리막 절단 시간을 최소화할 수 있는 이차전지 분리막 절단장치용 커터의 제공을 일 목적으로 한다.

여기서는, 본 고안의 전체적인 요약(Summary)이 제공되며, 이것이 본 고안의 외연을 제한하는 것으로 이해되어서는 아니 된다(This section provides a general summary of the disclosure and is not a comprehensive disclosure of its full scope or all of its features).

상기한 과제의 해결을 위해, 본 고안의 일 태양(aspect)에 따른 이차전지 분리막 절단장치용 커터는, 커터의 길이방향을 따라 첨단형상으로 돌출되어 마루를 형성하는 관통날부; 및 상기 관통날부와 인접하는 상기 관통날부 사이에 배치되는 골을 형성하는 절단날부;를 포함하고, 상기 절단날부의 절단날의 단면은 상기 관통날부의 관통날의 단면보다 더 예리하게 형성되며, 상기 관통날의 단면은, 서로 다른 두 개의 관통 직선이 예각으로 만나 형성되고, 상기 절단날의 단면은, 하나의 절단 직선과 상기 절단 직선을 향하여 만곡지는 절단 곡선이 예각으로 만나 형성되는 이차전지 분리막 절단장치용 커터.

본 고안의 일 태양(aspect)에 따른 이차전지 분리막 절단장치용 커터는, 상기 관통날부의 끝단부로 부터 상기 절단날부의 끝단부 사이의 깊이는 절단되는 상기 분리막의 두께에 비례하는 것을 특징으로 한다.

삭제

본 고안의 일 태양(aspect)에 따른 이차전지 분리막 절단장치용 커터는, 상기 절단날부의 절단날의 단면은 상기 관통날부의 관통날의 단면보다 더 예리하게 형성되는 것을 특징으로 한다.

본 고안의 일 태양(aspect)에 따른 이차전지 분리막 절단장치용 커터에서, 상기 절단날부는, 상측으로 만곡지는 아치형인 것을 특징으로 한다.

본 고안의 일 태양(aspect)에 따른 이차전지 분리막 절단장치용 커터에서, 상기 관통날의 단면은,서로 다른 두 개의 관통 직선이 예각으로 만나 형성되고, 상기 절단날의 단면은, 하나의 절단 직선과 상기 절단 직선을 향하여 만곡지는 절단 곡선이 예각으로 만나 형성된다.

본 고안의 일 태양(aspect)에 따른 이차전지 분리막 절단장치용 커터에서, 상기 절단 곡선은, 상기 관통날부에서 상기 절단날부의 중심으로 이동함에 따라, 그 곡률 반경이 작아진다.

본 고안에 따르면, 관통날부와 절단날부를 구비함으로써, 교차하는 또 다른 커터 또는 받침없이, 커터 하나의 슬라이딩 작동만으로 공중에 떠 있는 신축성 재질의 분리막을 절단할 수 있다.

본 고안에 따르면, 하나의 커터로 분리막을 절단함으로써, 절단 시간을 최소화할 수 있다.

도 1은 본 고안에 따른 이차전지 분리막 절단용 커터의 일 실시형태를 보인 사시도,
도 2는 도 1에 따른 커터의 정면도 및 측단면도,
도 3a 내지 도 3b는 도 1에 따른 커터의 절단 작동 단계별 정면도,
도 4는 본 고안의 일 실시형태에 따라 제작된 이치전지 분리막 절단용 커터의 실제 작동예를 보인 사진이다.

이하, 본 고안에 따른 이차전지 분리막 절단장치용 커터를 구현한 실시형태를 도면을 참조하여 자세히 설명한다.

다만, 본 고안의 사상은 이하에서 설명되는 실시형태에 의해 그 실시 가능 형태가 제한된다고 할 수는 없고, 본 고안의 사상을 이해하는 통상의 기술자는 본 개시와 동일한 기술적 사상의 범위 내에 포함되는 다양한 실시 형태를 치환 또는 변경의 방법으로 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본 고안의 기술적 사상에 포함됨을 밝힌다.

또한, 이하에서 사용되는 용어는 설명의 편의를 위하여 선택한 것이므로, 본 고안의 기술적 내용을 파악하는 데 있어서, 사전적 의미에 제한되지 않고 본 고안의 기술적 사상에 부합되는 의미로 적절히 해석되어야 할 것이다.

도 1은 본 고안에 따른 이차전지 분리막 절단용 커터의 일 실시형태를 보인 사시도이며, 도 2는 도 1에 따른 커터의 정면도이다.

도 1 내지 도 2를 참조하면, 본 실시형태에 따른 이차전지 분리막 절단장치용 커터는 관통날부(10) 및 절단날부(20)로 구성된다.

관통날부(10)는 커터(1)의 길이방향을 따라 첨단형상으로 돌출되어 마루를 형성하고, 절단날부(20)는 인접하는 두 개의 관통날부(10) 사이에 배치되어 골을 형성한다. 관통날부(10)와 절단날부(20)가 반복되어 배치됨으로써, 커터(1)는 요철형 칼날을 구비하게 된다.

여기서, 절단날부(20)의 절단날은 관통날부(10)의 관통날보다 더 예리하게 형성되는 것이 바람직하다. 관통날부(10)는 분리막(2)을 뚫어 절단날부(20)에 의한 절개를 용이하게 한다.

일반적인 커터의 칼날은 일자형 칼날을 이용하기 때문에, 절단시 칼날 전체가 분리막 표면에 닿아 가압한다. 칼날 전체가 분리막 표면에 닿으면, 압력이 칼날 전체에 인가되고, 칼날과 닿는 분리막 전체에 압력이 인가된다. 따라서, 인가되는 압력이 분산됨으로써, 칼날에 인가되는 압력만으로는 용이하게 절단할 수 없게된다.

이러한 문제를 해결하기 위하여, 본 고안에 따른 이차전지 분리막 절단용 커터(1)는, 관통날부(10)의 첨단형 끝단부를 이용하여, 절단작용이 용이하도록 분리막(2)을 뚫는다. 커터(1)에 인가되는 압력이 관통날부(10)의 첨단형 끝단부에 분산되어 집중됨으로써, 분리막(2)을 용이하게 뚫어 관통할 수 있다.

절단날부(20)는, 관통날부(10)에 의해 천공된 분리막(2)을 절단하며, 이때, 절단날부(20)는 분리막(2)과 각도를 이룸으로써, 절단 작용을 용이하게 한다. 도 2에 도시된 바와 같이 절단날부(20)는 반원형상일 수도 있으며, 삼각형 형상과 같이 커터(1)가 하방으로 이동함에 따라서, 분리막(2)과 경사를 이루는 것이 바람직하다.

즉, 관통날부(10)는 첨단형상으로 분리막(2)을 뚫어 절개를 용이하게 하며, 절단날부(20)는 분리막(2)을 절단한다. 따라서, 절단날부(20)의 절단날은 관통날부(10)의 관통날보다 더 예리하게 형성됨으로써, 절단 과정이 더 용이하게 수행 될 수 있다.

이때, 절단날부(20)는 바람직하게는, 상측으로 만곡지는 아치형이다.

또한, 본 고안에 따른 이차전지 분리막 절단 장치용 커터에서, 관통날의 단면은, 두 개의 관통 직선(10a, 10b)이 예각으로 만나 형성되고, 절단날의 단면은, 하나의 절단 직선(20a)과 절단 직선(20a)을 향하여 만곡지는 절단 곡선(20b)이 예각으로 만나 형성된다.

하나의 관통 직선(10a)과 절단 직선(20a)는 동일한 면을 형성할 수 있으며, 또 다른 관통 직선(10b)과 절단 곡선(20b)는 또 다른 동일한 면을 형성할 수 있다.

서로 다른 관통 직선(10a, 10b) 사이의 두께는 절단 직선(20a)와 절단 곡선(20b) 사이의 두께 보다 두껍다.

서로 다른 관통 직선(10a, 10b)이 형성하는 관통날은, 분리막을 관통한 후, 관통된 분리막을 커터의 두께 방향으로 벌려준다.

분리막이 커터의 두께 방향으로 벌려짐으로써, 절단날부(20)에 의한 절단 작용이 쉬워진다.

또한, 본 고안에 따른 이차전지 분리막 절단 장치용 커터에서 절단 곡선은, 관통날부(10)로부터 절단날부(20)의 중심(20c)으로 이동함에 따라, 그 곡률 반경이 작아지도록 형성된다.

이렇게 형성된 절단날부는, 커터의 길이 방향과 평행한 직선형 절단면을 갖도록 분막을 절단한다.

또한 관통날부(10)는, 분리막(2)에 삽입되어 관통한 후, 절단날부(20)의 절단날에 의해서 분리막(2)이 완전히 절단될때까지 분리막(2)의 수평이동을 방지하게 된다. 관통날부(10)에 의해서 분리막(2)이 고정됨으로써, 절단날부(20)에 의한 절단 작용이 더 용이할 뿐만 아니라, 절단선이 비뚤어지거나 휘어지지 않는다.

삭제

본 고안에 따른 이차전지 분리막(2) 절단용 커터(1)는, 절단날부(20)가 분리막(2)을 완전히 절단하기 전에, 관통날부(10)가 분리막(2)을 관통하는것이 바람직하다. 따라서 절단 대상이 되는 분리막(2)의 두께가 두꺼워지면, 깊이 D가 더 깊어지는 것이 바람직하다. 또한, 분리막(2)의 이동 속도 또는 수평 방향의 인장에 의핸 늘어짐에 따라 깊이 D는 작아지는 것이 바람직하다.

도 3a 내지 도 3c는 도 1에 따른 커터의 절단 작동 단계별 정면도이다.

도 3a 내지 도 3c를 참조하면, 먼저 관통날부(10)가 분리막(2)의 특정 부위에 삽입된다. 커터(1)에 인가되는 압력은, 복수의 관통날부(10)의 첨단형상 끝단부에 집중되며, 분리막(2)의 특정 부위에 인가된다. 관통날부(10)의 끝단부가 분리막(2)에 삽입되기 시작하면, 이어지는 절단날부(20)는 인접하는 두 개의 관통날부(10) 사이를 절단한다. 상술한 바와 같이 절단날부(20)는 분리막(2)과 각도를 이룸으로써, 하방으로 인가되는 압력으로도 분리막(2)을 용이하게 절단할 수 있다.

도 2 내지 도 3에서 확인할 수 있듯이, 본 고안에 따른 이차전지 분리막 절단 장치용 커터는, 분리막(2)이 공중 떠 있는 상태에서 직선으로 절단할 수 있다.

이차전지용 분리막(2)과 같은 신축성을 갖는 재질의 필름 형태의 막은, 서로 다른 칼날 또는 하나의 칼날과 받침대가 서로 교차함으로써 용이하게 절단할 수 있다.

그러나, 이러한 작동을 위해서는, 서로 다른 칼날 또는 하나의 칼날과 받침이 정확하게 정렬되어야 하므로, 절단 장치의 구조가 복잡하고 정밀 제어가 필요하다.

또한, 절단 작동에 소요되는 작동 시간이 길어지므로, 분리막을 이용하는 이차전지 제조 공전 전체의 작업 시간이 늘어나며, 시간단 생산량이 감소하여, 결국 제조 원가를 높이는 문제점이 있다.

본 고안에 따른 이차전지 분리막 절단 장치용 커터는, 관통날부와 절단날부의 복잡적인 작용으로, 하나의 커터로 공중에 뜬 상태의 분리막을 절단할 수 있다.

도 3에서 확인할 수 있듯이, 커터가 하측으로 이동하여 관통날부(10)의 끝단부가 분리막에 닿으면, 분리막의 신축성으로 인해서 분리막이 하측으로 휘어질 수 있다.

이때, 본 발명에 따른 관통날부(10)는, 첨단 형상으로 형성됨으로써 분리막(2)의 표면에 점으로 접촉하여 가압하기 때문에, 분리막을 쉽게 관통한다.

분리막(2)에 인가된 신축력과 텐션(tension)을 위한 장력은, 관통날부(10)에 의해 관통된 분리막(20)을 상측으로 복원시키며, 동시에 관통날부(10)에 연장되어 형성된 절단날부(20)가 분리막(2)을 절개한다.

즉, 관통날부(10)가 분리막(2)을 관통하기 시작하는 순간부터, 신축성이 있는 분리막이 하측으로 휘는 현상을 제거한다.

휨 현상이 제거되면, 분리막(2)에 인가된 장력에 의해 분리막(2)이 상측으로 복원되고, 이 복원력과 커터의 하측 방향 슬라이딩 이동으로 절단날부(20)에 의한 절단작용이 용이하게 수행될 수 있다.

결국 본 고안에 따른 이차전지 분리막 절단 장치용 커터는, 교차하는 또 다른 커터 또는 받침없이, 커터 하나의 슬라이딩 작동만으로, 공중에 떠 있는 신축성 재질의 분리막을, 직선으로 절단할 수 있다.

도 4는 본 고안의 일 실시형태에 따라 제작된 이치전지 분리막 절단장치용 커터의 실제 작동예를 보인 실제 사진이다.

도 4를 참조하면, 분리막(2)이 이동 방향으로 당겨진 상태(a)에서, 커터(1)가 내려와서 분리막(2)을 절단한다(b,c). 이때 분리막(2) 하측에는 커터(1) 받침(도마)이 없으며, 분리막(2)이 절단되는 부위는 공중에 떠 있는 상태를 유지하고 있다. 커터(1)만 수직으로 하강하여 분리막(2)을 절단하므로, 절단 작동이 간편하며, 절단 작동 시간이 최소화 될 수 있게 된다.

Claims (7)

1. 커터의 길이방향을 따라 첨단형상으로 돌출되어 마루를 형성하는 관통날부; 및
   상기 관통날부와 인접하는 상기 관통날부 사이에 배치되는 골을 형성하는 절단날부;를 포함하고,
   상기 절단날부의 절단날의 단면은 상기 관통날부의 관통날의 단면보다 더 예리하게 형성되며,
   상기 관통날의 단면은,
   서로 다른 두 개의 관통 직선이 예각으로 만나 형성되고,
   상기 절단날의 단면은,
   하나의 절단 직선과 상기 절단 직선을 향하여 만곡지는 절단 곡선이 예각으로 만나 형성되는 이차전지 분리막 절단장치용 커터.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 관통날부의 끝단부로 부터 상기 절단날부의 끝단부 사이의 깊이는 절단되는 상기 분리막의 두께에 비례하는 것을 특징으로 하는 이차전지 분리막 절단장치용 커터.
3. 삭제
4. 삭제
5. 청구항 1에 있어서,
   상기 절단날부는,
   상측으로 만곡지는 아치형인 것을 특징으로 하는 이차전지 분리막 절단장치용 커터.
6. 삭제
7. 청구항 1에 있어서,
   상기 절단 곡선은,
   상기 관통날부에서 상기 절단날부의 중심으로 이동함에 따라, 그 곡률 반경이 작아지는 것을 특징으로 하는 이차전지 분리막 절단장치용 커터.
   

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