KR20050017908A - 와인딩 타입의 셀 스태킹머신과 이를 이용한 와인딩 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 화학적 에너지를 전기적 에너지로 변환시키는 전지의 아노드, 캐소드 및 아노드와 캐소드 사이의 세퍼레이터를 롤 형태로 말아 제작하는 와인딩 타입의 셀 스태킹머신과 셀와인딩 방법에 관한 것으로, 구체적으로는 전지극판들을 일정 간격으로 배치하는 매거진들과 센터링 장치가 불필요하고, 와인딩을 하면서 전지극판들을 적절히 접착할 수 있는 장치 및 방법에 관한 것이다.

Description

와인딩 타입의 셀 스태킹머신과 이를 이용한 와인딩 방법{Winding type cell stacking machine and winding method using thereof}

본 발명은 와인딩 타입의 셀 스태킹머신에 관한 것으로, 구체적으로는 화학적 에너지를 전기적 에너지로 변환시키는 전지의 아노드, 캐소드 및 아노드와 캐소드 사이의 세퍼레이터를 롤 형태로 말아 제작하는 와인딩 타입의 셀 스태킹머신과 셀와인딩 방법에 관한 것이다.

종래에는 이와 같은 전지를 제작할 경우, 아노드와 캐소드를 커팅된 상태로 낱장씩 트레이에 다수 준비해놓고, 또한 아노드와 캐소드 사이사이에 세퍼레이터라는 필름을 삽입시키는 방식으로 셀을 제작하는 것이 일반적이었다. 그러나, 이와 같이 셀을 제조할 경우에는 셀을 한장씩 제작할 수 밖에 없어 그 생산성이 극히 떨어지는 문제가 있었다.

한편, 이런 문제를 극복하기 위해 세퍼레이터 필름을 연속적으로 권출하고, 이 필름에 아노드와 캐소드를 일정한 순서와 간격으로 배열하고 접착한 다음 세퍼레이터 필름과 극판들을 권취하여 전지를 제조하는 방법이 제시되었다. 이와 같이 전지를 제작할 경우, 연속공정으로 전지를 생산할 수 있어서 생산성과 수율이 획기적으로 향상될 수 있다.

따라서, 본 출원인은 이런 방법을 이용해 전지를 와인딩 타입으로 제조할 수 있는 장치를 개발한 바 있다.

도 1에는 본 출원인이 개발한 종래의 셀스태킹 머신이 도시되어 있고, 도 2에는 이런 장치를 이용해 와인딩된 셀의 측면도가 도시되어 있다. 이와 같은 종래의 와인딩 타입의 셀 스태킹머신은, 사전에 아노드/캐소드 극판들을 정확하게 센터링한 다음, 세퍼레이터 필름 위에 캐소드극판과 아노드 극판들을 적절한 간격으로 배치해야만 하고, 그 배치 간격도 와인딩이 진행됨에 따라 점점 넓어져야만 하기 때문에 적절한 간격으로 아노드/캐소드 극판들을 배치해야만 하는 번거로움이 있었다.

본 발명은 종래의 이와 같은 문제점을 감안하여 안출된 것으로서, 사전에 아노드/캐소드 극판들을 센터링한 다음 미리 적당한 간격으로 배치하는 것이 아니라, 세퍼레이터 필름을 와인딩하면서 항상 동일한 위치에 아노드/캐소드 극판들을 접착시키기만 하면 와인딩이 완료되도록 함으로써, 생산성을 획기적으로 향상시키는 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 이와 같은 목적은, 화학적 에너지를 전기적 에너지로 변환시키는 전지의 아노드, 캐소드 및 아노드와 캐소드 사이의 세퍼레이터를 롤 형태로 말아 제작하는 와인딩 타입의 셀 스태킹머신에 있어서:

세퍼레이터 필름이 롤 형태로 말려있고, 세퍼레이터가 풀리면서 연속적으로 세퍼레이터를 필름 형태로 이송하기 위한 언와인더(10);

상기 언와인더(10) 하류측에 배치되고, 언와인더에서 풀린 세퍼레이터를 인장상태로 클램핑하고 절단하기 위한 클램핑/커팅부(20);

캐소드 극판(C)과 아노드 극판(A)을 세퍼레이터에 적층하기 위해 캐소드 극판과 아노드 극판이 교대로 적층 배치되어 있는 인덱싱 부(30);

상기 인덱싱부(30)에서 캐소드 극판과 아노드 극판을 순서에 맞게 인출하여 상기 절단된 세퍼레이터에 로딩하기 위한 셀로더(40);

캐소드 극판 및/또는 아노드 극판이 정위치되어 있는 세퍼레이터 필름을 이들 극판과 함께 홀딩하여 와인딩하기 위한 와인딩부(50);

상기 와인딩부(50)에서 회전되는 세퍼레이터 필름이 360도 또는 180도 회전할 때마다 한번씩 세퍼레이터 필름 윗면에 접착제를 도포하기 위한 디스펜싱부(60); 및

와인딩이 완료된 세퍼레이터를 절단하여 후공정으로 배출하기 위한 배출부(70)를 포함하는 것을 특징으로 하는 와인딩타입의 셀 스태킹 머신에 의해 달성된다.

본 발명에 따른 장치에 있어서, 상기 인덱싱부(30)에는 탭의 방향이 서로 다른 2종류의 캐소드극판(C-1,C-2)과 2종류의 아노드극판(A-1,A-2)의 총 4종류의 극판이 서로 대략 직각의 각도로 배치되어 있고, 인덱싱부(30)가 세퍼레이터에 적층될 해당 극판을 배치하기 위해 대략 90도씩 회전하는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명은 화학적 에너지를 전기적 에너지로 변환시키는 전지의 아노드, 캐소드 및 아노드와 캐소드 사이의 세퍼레이터를 롤 형태로 말아 제작하고, 언와인더(10), 클램핑/커팅부(20), 인덱싱 부(30), 셀로더(40), 와인딩부(50), 접착제 디스펜싱부(60) 및 배출부(70)를 포함하는 셀 스태킹머신을 이용해 셀을 와인딩하는 방법에 있어서:

언와인더(10)에서 절단된 일정 길이의 세퍼레이터(S)를 클램프(22)로 클램핑한채 소정 길이 전진시키는 단계(S1);

전진된 세퍼레이터(S)의 후단부 부근의 밑면에, 인덱싱부(30)에 적재된 4종류의 극판중 캐소드 극판(C-1)을 인출하여 부착하는 단계(S2);

캐소드 극판(C-1)이 부착되어 있는 세퍼레이터(S)의 윗면에 캐소드 극판(C-1)에 대응되게 인덱싱부(30)로부터 아노드극판(A-1)을 인출하여 부착하는 단계(S3);

상기 2개의 극판(C-1,A-1)의 외측면을 와인더로 파지하고, 세퍼레이터(S)를 긴장시킨 상태에서 360도 회전시키는 단계(S4);

상기 회전된 상태에서, 세퍼레이터(S) 윗면에 접착제를 도포한 다음, 접착제 도포 부위에 캐소드극판(C-1)을 접착하는 단계(S5);

세퍼레이터를 180도 회전시키고, 세퍼레이터 윗면에 접착제를 도포한 다음, 다른 종류의 아노드극판(A-2)을 접착하는 단계(S6);

세퍼레이터를 180도 회전시키고, 세퍼레이터 윗면에 접착제를 도포한 다음, 다른 종류의 아노드극판(A-2)을 접착하는 단계(S7);

세퍼레이터를 180도 회전시키고, 세퍼레이터 윗면에 접착제를 도포한 다음, 다른 종류의 캐소드극판(C-2)을 접착하는 단계(S8);

원하는 셀이 형성될 때까지 상기 S5-S8 단계를 반복하는 단계(S9); 및

완성된 셀을 후공정으로 배출하는 단계(S10);를 포함하는 셀와인딩 방법을 제공한다.

본 발명에 따른 와인딩방법에 있어서, 상기 S10 단계에서 완성된 셀에 마무리로 부착될 세퍼레이터는 셀이 어떤 각도로 배치되든 항상 일정한 길이로 절단된 다음 접착제로 셀에 부착되는 것이 바람직하다.

이하, 첨부 도면들을 참조하여 본 발명에 대해 자세히 설명하면 다음과 같다.

도 3은 본 발명에 따른 셀스태킹 머신의 전체적인 사시도이고, 도 4는 본 발명에 따른 장치의 블록도이다.

도 3, 4에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 장치는 대략 언와인더(10), 클램핑/커팅부(20), 인덱싱부(30), 셀로더(40), 와인딩부(50), 디스펜싱부(60), 배출부(70)로 구성된다.

언와인더(10)에는 세퍼레이터(S)가 롤 형태로 말려있고, 언와인더(10)에서 세퍼레이터가 풀리면서 연속적으로 필름 형태로 이송된다. 이런 세퍼레이터(S)는 긴장상태로 풀리는 것이 바람직하다. 클램핑/커팅부(20)는 언와인더(10) 하류측에 배치되고, 언와인더에서 풀린 세퍼레이터를 인장상태로 클램핑하고 절단하기 위한 것이다.

또, 이렇게 언와인더(10)에서 풀린 세퍼레이터(S)의 이송로 옆에는 인덱싱부(30)가 배치된다. 인덱싱부(30)에 대해서는 도 5, 6을 참조하여 뒤에 자세히 설명하겠지만, 캐소드 극판(C)과 아노드 극판(A)을 세퍼레이터에 적층하기 위해 캐소드 극판과 아노드 극판이 교대로 인덱싱부(30)에 적층 배치되어 있다. 이런 인덱싱부(30)에서 캐소드 극판과 아노드 극판을 순서에 맞게 인출하여 상기 절단된 세퍼레이터에 로딩하기 위한 셀로더(40)가 구비된다.

캐소드 극판 및/또는 아노드 극판이 정위치되어 있는 세퍼레이터 필름은 와인딩부(50)에서 감기게 된다. 와인딩부(50)에서는 소정의 와인더가 세퍼레이터 필름과 캐소드극판 및 아노드극판을 함께 파지한 상태로 일정 각도로 회전시키게 되고, 상기 와인딩부(50)에서 회전되는 세퍼레이터 필름이 360도 또는 180도 회전할 때마다 한번씩 세퍼레이터 필름 윗면에 디스펜싱부(60)에 의해 접착제가 도포된다. 이렇게 접착제가 도포된 세퍼레이터 필름 윗면에는 셀로더(40)에 의해 인덱싱부(30)에서 인출된 아노드 또는 캐소드 극판이 순서에 맞게 접착되게 된다. 이렇게 하여 와인딩이 완료된 셀은 배출부(70)에서 적당한 길이로 세퍼레이터를 절단하고 접착시킨 뒤 후공정으로 배출된다.

도 5에는 인덱싱부(30)의 사시도가 도시되어 있다.

도시된 바와 같이, 인덱싱부(30)는 원반형의 회전체와 그 밑에 이 회전체를 회전시키기 위한 구동부분으로 이루어져 있으며, 원반형 회전체 위에는 아노드/캐소드 극판들이 대략 90도 각도로 배치되어 적층된다.

도 6에는 인덱싱부(30)에 적층되는 아노드극판과 캐소드극판의 배치상태가 도시되어 있다.

도시된 바와 같이, 인덱싱부(30)에는 2종류의 아노드극판(A-1,A-2)과 2종류의 캐소드극판(C-1,C-2)이 배치된다. 2종류의 아노드극판(A-1,A-2)은 동일한 아노드극판이지만, 탭의 배치가 서로 다르고, 이것은 캐소드극판의 경우도 마찬가지이다. 이렇게 인덱싱부(30)에 배치된 4종류의 극판은 인덱싱부가 90도로 인덱싱되면서, 셀로더(40)에 의해 취출되어 세퍼레이터(S)에 적절히 접착되면서 와인딩되는 것이다.

다음, 와인딩 방법에 대해 설명한다.

도 7에는 언와인더(10)에서 세퍼레이터(S)가 절단되고 최초로 와인딩되기 직전의 상태가 도시되어 있다.

도시된 바와 같이, 언와인더(10)에서 풀린 세퍼레이터는 아이들롤러(12)를 거쳐 클램핑/커팅부(20)에서 클램프(22)에 의해 고정된 다음 그 하류측에서 커터(24)로 절단된다. 이렇게 절단된 적당한 길이의 세퍼레이터(S)는 전단부가 또다른 클램프(26)에 물린채 일정 길이 앞으로 전진된다. 이렇게 절단되어 전진된 세퍼레이터(S)의 후단부 부근의 밑면에는 극판, 바람직하게는 캐소드극판(C)이 실린더에 의해 상승되어 부착되게 된다. 다음, 도 8에 도시된 바와 같이, 캐소드극판(C)에 대응되게 세퍼레이터(S) 윗면에 아노드극판(A)이 부착되고, 이렇게 세퍼레이터(S)를 사이에 두고 맞닿은 두개의 극판을 집게 형태의 언와인더(W)가 상하로 맞물은 상태로 회전하게 된다.

따라서, 두개의 극판 좌측에 돌출된 세퍼레이터(S)의 잔류물은 자연스럽게 와인딩되는 세퍼레이터 필름사이에 접히게 되므로(도 9 참조), 종래와 같이 세퍼레이터의 가장자리를 별도로 처리하는 구성이 전혀 불필요하게 된다. 이렇게 360도 회전시킨 다음, 세퍼레이터 윗면에 접착제(a)를 도포한다. 최초의 두개의 극판은 와인더(w)가 맞물고 있으므로, 접착제를 도포할 필요가 없지만, 이후에 부착되는 극판을 위해서는 항상 세퍼레이터(S) 윗면에 접착제(a)를 도포해야만 한다. 이렇게 접착제가 도포된 세퍼레이터 윗면에 다시 캐소드극판(C)을 접착한다.

다음, 도 10을 참조하여, 아노드/캐소드 극판들을 와인딩하는 순서에 대해 더 구체적으로 설명한다. 이후의 설명에서는 전술한 인덱싱부(30)에 배치된 4종류의 극판들을 기준으로 설명하고, 도면중 검게 표시된 부분은 극판에 돌출된 탭을 의미한다.

먼저 전술한 바와 같이, 세퍼레이터 후단부 부근에 두개의 극판(A-1,C-1)이 부착되고(도 10a), 이 상태로 180도 회전시킨 다음, 다시 180도 회전시킨다(도 10b, 10c). 즉, 360도 회전시킨 다음 전술한 바와 같이, 세퍼레이터 윗면에 접착제를 도포하고, 캐소드극판(C-1)을 접착한다. 다음, 세퍼레이터를 180도 회전시키고, 세퍼레이터 윗면에 접착제를 도포한 다음, 다른 종류의 아노드극판(A-2)을 접착한다(도 10d). 이어서, 세퍼레이터를 180도 회전시키고, 세퍼레이터 윗면에 접착제를 도포한 다음, 다른 종류의 아노드극판(A-2)을 접착한다(도 10e). 또, 세퍼레이터를 180도 회전시키고, 세퍼레이터 윗면에 접착제를 도포한 다음, 다른 종류의 캐소드극판(C-2)을 접착한다(도 10f). 다음, 세퍼레이터를 180도 회전시킨 다음 세퍼레이터 윗면에 접착제를 도포하고 이곳에 극판(C-1)을 접착하고, 같은 식으로 180도 회전시킨 다음 아노드극판(A-2)을, 또 같은 방식으로 아노드극판(A-1)을 접착한다(도 10g, 10h, 10i). 이렇게 하여 원하는 셀을 완성한다.

다음, 도 11을 참조하여 셀의 와인딩작업 마무리 공정에 대해 설명한다.

본 발명에 따른 셀의 제조방법에 의하면, 별도로 극판들을 센터링한 다음 적당한 간격으로 극판들을 배치하는 작업이 불필요하기 때문에, 셀의 종류에 맞게 다양한 사이즈의 극판들을 모두 적용할 수 있다. 따라서, 어떤 사이즈의 극판으로 셀을 형성하는가에 따라, 와인딩이 종료된 상황에서 세퍼레이터의 자투리의 길이가 달라질 수 있다. 이 경우, 자투리 세퍼레이터의 길이가 너무 길거나 짧으면 셀 완성체에 마무리로 접착하는 작업에 곤란이 생길 수 있으므로, 본 발명은 이를 감안하여, 어떤 사이즈의 극판으로 셀을 제작하든지간에, 최종적으로 남는 자투리 세퍼레이터의 길이를 항상 일정하게 하는 것이 바람직하다.

즉, 도 11a에 도시된 바와 같이, 최종적으로 와인딩이 완료된 셀 완성체(C)에 접착될 세퍼레이터의 자투리의 길이는 셀완성체(C)의 한쪽 변에 접착될 길이로 최종적으로 커터에 의해 절단되는 것이 바람직하다. 물론, 극판의 크기에 따라, 도 11b와 같이 셀완성체(C)가 기울어질 수도 있다. 그러나, 이 경우 후술하는 세퍼레이터 자투리 접착작업이 곤란하므로, 자투리 세퍼레이터와 셀완성체(C)가 이루는 각도는 항상 예각인 것이 바람직하다.

도 11c에는 바람직한 자투리 세퍼레이터 절단상태가 도시되어 있다. 즉, 자투리 세퍼레이터와 셀완성체(C)가 예각을 이루는 상태로, 자투리 세퍼레이터의 길이가 항상 적당한 길이로 절단되도록 커터를 배치하고, 셀완성체(C)의 대응면에는 접착제를 도포한다.

도 12에는 이렇게 자투리 세퍼레이터(S)를 절단한 상태로 셀완성체(C)에 접착하는 상태가 개략적으로 도시되어 있다. 셀완성체(C) 한쪽면에 접착제(a)를 도포하고 자투리 세퍼레이터를 절단한 뒤, 브러시클램프(B)가 양쪽에서 셀완성체(C)를 잡아주면서 하강하면서, 세퍼레이터(S)를 완전히 접착한다. 이렇게 되면 와인딩이 완료된 셀이 완성되게 되고, 이렇게 완성된 셀은 후공정으로 이동하여 마무리 절단작업, 즉 극판 양측의 세퍼레이터 절단작업을 실시하여 셀이 완성되게 된다.

이와 같이 구성된 본 발명에 따른 와인딩타입 셀스태킹머신과 와인딩 방법에 의하면, 종래와 달리 별도의 극판 센터링 장치가 불필요함은 물론, 다수의 극판들을 사전에 적당한 간격으로 배치할 필요가 없으므로, 장치의 구성과 작업도가 종래에 비해 획기적으로 단순화될 수 있다. 또한, 극판을 적재하기 위한 매거진들이 불필요하므로, 다양한 사이즈의 극판들을 적용할 수 있으므로, 하나의 장치로 다양한 모델의 셀을 제작할 수 있게 된다. 즉, 셀 제작공정에 있어서의 생산성과 수율이 종래에 비해 대폭적으로 향상된다.

도 1은 종래의 기술에 따른 셀스태킹 머신의 정면도;

도 2는 종래의 셀스태킹 머신에 따라 와인딩된 셀의 측면도;

도 3은 본 발명에 따른 셀스태킹 머신의 사시도;

도 4는 도 4의 장치의 블록도;

도 5는 인덱싱부의 사시도;

도 6은 인덱싱부에 배치되는 전지극판의 배치도;

도 7은 세퍼레이터에 전지극판이 부착되는 초기상태의 개략도;

도 8은 세퍼레이터에 캐소드와 아노드 극판이 하나씩 부착된 상태의 상세도;

도 9는 도 8 다음의 상태를 보여주는 상세도;

도 10은 와인딩 단계별의 상태를 보여주는 순서도;

도 11은 와인딩된 셀의 마무리 상태를 보여주는 상세도;

도 12는 와인딩된 셀의 세퍼레이터 마감상태를 보여주는 상세도.

Claims (4)

1. 화학적 에너지를 전기적 에너지로 변환시키는 전지의 아노드, 캐소드 및 아노드와 캐소드 사이의 세퍼레이터를 롤 형태로 말아 제작하는 와인딩 타입의 셀 스태킹머신에 있어서:

   세퍼레이터 필름이 롤 형태로 말려있고, 세퍼레이터가 풀리면서 연속적으로 세퍼레이터를 필름 형태로 이송하기 위한 언와인더(10);

   상기 언와인더(10) 하류측에 배치되고, 언와인더에서 풀린 세퍼레이터를 인장상태로 클램핑하고 절단하기 위한 클램핑/커팅부(20);

   캐소드 극판(C)과 아노드 극판(A)을 세퍼레이터에 적층하기 위해 캐소드 극판과 아노드 극판이 교대로 적층 배치되어 있는 인덱싱 부(30);

   상기 인덱싱부(30)에서 캐소드 극판과 아노드 극판을 순서에 맞게 인출하여 상기 절단된 세퍼레이터에 로딩하기 위한 셀로더(40);

   캐소드 극판 및/또는 아노드 극판이 정위치되어 있는 세퍼레이터 필름을 이들 극판과 함께 홀딩하여 와인딩하기 위한 와인딩부(50);

   상기 와인딩부(50)에서 회전되는 세퍼레이터 필름이 360도 또는 180도 회전할 때마다 한번씩 세퍼레이터 필름 윗면에 접착제를 도포하기 위한 디스펜싱부(60); 및

   와인딩이 완료된 세퍼레이터를 절단하여 후공정으로 배출하기 위한 배출부(70)를 포함하는 것을 특징으로 하는 와인딩타입의 셀 스태킹 머신.
2. 제1항에 있어서, 상기 인덱싱부(30)에는 탭의 방향이 서로 다른 2종류의 캐소드극판(C-1,C-2)과 2종류의 아노드극판(A-1,A-2)의 총 4종류의 극판이 서로 대략 직각의 각도로 배치되어 있고, 인덱싱부(30)가 세퍼레이터에 적층될 해당 극판을 배치하기 위해 대략 90도씩 회전하는 것을 특징으로 하는 셀스태킹 머신.
3. 화학적 에너지를 전기적 에너지로 변환시키는 전지의 아노드, 캐소드 및 아노드와 캐소드 사이의 세퍼레이터를 롤 형태로 말아 제작하고, 언와인더(10), 클램핑/커팅부(20), 인덱싱 부(30), 셀로더(40), 와인딩부(50), 접착제 디스펜싱부(60) 및 배출부(70)를 포함하는 셀 스태킹머신을 이용해 셀을 와인딩하는 방법에 있어서:

   언와인더(10)에서 절단된 일정 길이의 세퍼레이터(S)를 클램프(22)로 클램핑한채 소정 길이 전진시키는 단계(S1);

   전진된 세퍼레이터(S)의 후단부 부근의 밑면에, 인덱싱부(30)에 적재된 4종류의 극판중 캐소드 극판(C-1)을 인출하여 부착하는 단계(S2);

   캐소드 극판(C-1)이 부착되어 있는 세퍼레이터(S)의 윗면에 캐소드 극판(C-1)에 대응되게 인덱싱부(30)로부터 아노드극판(A-1)을 인출하여 부착하는 단계(S3);

   상기 2개의 극판(C-1,A-1)의 외측면을 와인더로 파지하고, 세퍼레이터(S)를 긴장시킨 상태에서 360도 회전시키는 단계(S4);

   상기 회전된 상태에서, 세퍼레이터(S) 윗면에 접착제를 도포한 다음, 접착제 도포 부위에 캐소드극판(C-1)을 접착하는 단계(S5);

   세퍼레이터를 180도 회전시키고, 세퍼레이터 윗면에 접착제를 도포한 다음, 다른 종류의 아노드극판(A-2)을 접착하는 단계(S6);

   세퍼레이터를 180도 회전시키고, 세퍼레이터 윗면에 접착제를 도포한 다음, 다른 종류의 아노드극판(A-2)을 접착하는 단계(S7);

   세퍼레이터를 180도 회전시키고, 세퍼레이터 윗면에 접착제를 도포한 다음, 다른 종류의 캐소드극판(C-2)을 접착하는 단계(S8);

   원하는 셀이 형성될 때까지 상기 S5-S8 단계를 반복하는 단계(S9); 및

   완성된 셀을 후공정으로 배출하는 단계(S10);를 포함하는 것을 특징으로 하는 셀와인딩 방법.
4. 제3항에 있어서, 상기 S10 단계에서 완성된 셀에 마무리로 부착될 세퍼레이터는 셀이 어떤 각도로 배치되든 항상 일정한 길이로 절단된 다음 접착제로 셀에 부착되는 것을 특징으로 하는 셀와인딩 방법.