KR20140088039A - 2차전지 제조용 다층프레스 - Google Patents

2차전지 제조용 다층프레스 Download PDF

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KR20140088039A
KR20140088039A KR1020130169272A KR20130169272A KR20140088039A KR 20140088039 A KR20140088039 A KR 20140088039A KR 1020130169272 A KR1020130169272 A KR 1020130169272A KR 20130169272 A KR20130169272 A KR 20130169272A KR 20140088039 A KR20140088039 A KR 20140088039A
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fixing
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신경현
김육중
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주식회사 에이치와이티씨
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Abstract

본 발명은 2차전지 제조용 다층프레스에 관한 것으로서, 2차전지용 부품을 올리는 플레이트가 다수개의 층으로 형성되어 있으며 각각의 층에는 다관절로 이루어진 클립이 형성되어 플레이트의 어느 위치에서나 전극작업이 가능하도록 되어 있으며 플레이트는 위아래로 길쭉한 형상으로 형성된 제1고정부가 형성되고 제1고정부는 제1고정부와 같은 폭의 본체와 연결부에 의해 연결이 되는데 연결부는 본체로부터 제1고정부에 이르기까지 폭이 줄어드는 형태로 경사져 형성되어 있다.

Description

2차전지 제조용 다층프레스{MULTI LAYER PRESS}
본 발명은 2차전지 제조용 다층프레스에 관한 것이다.
본 발명은 2차전지 제조에 사용하는 다층으로된 프레스에 관한 것으로서,
전지는 내부에 들어있는 활물질의 화학에너지를 전기화학적 산화환원반응에 의해 전기에너지로 변환하는 장치이며 이를 위하여 전지는 화학반응 대신에 전기화학적 반응이 일어나 전자가 도선을 통하여 외부로 빠져나갈 수있도록 특별한 구조로 이루어져 있으며, 도선을 통하여 흐르는 전자는 전기에너지가 되어서 우리생활에 유용하게 사용되고 있다.
리튬 이온 전지는 리튬 이온의 삽입 및 탈리가 가능한 물질을 음극부 및 양극부으로 사용하고, 양극부과 음극부 사이에 유기 전해액 또는 폴리머 해액을 충전시켜 제조하며, 리튬 이온이 양극부 및 음극부에서 삽입 및 탈리될 때의 산화, 환원 반응에 의하여 전기적 에너지를 생성한다
이러한 리튬이온전지는 소용량의 핸드폰 밧데리로부터 대용량의 전기자동차용 밧데리에 이르기까지 다양하게 사용되고 있으며 현재 시중에 일반적으로 유통되는 리튬이온전지의 면적도 1 내지 70Cm2에 이르기까지 다양하게존재하고 있는 상황이다.
대한민국 특허 공개번호 제10-2008-0107291호 ' 2차전지 및 그 제조방법'은 고용량의 2차전지를 제공하는 방법을 제시하고 있는데 이러한 2차 전지는 양극판, 분리막, 음극판이 순차적으로 적층되어 전해질 용액에 담가진 형태로 이루어지는데 이와 같은 2차 전지 내부 셀 스택을 제작하는 방식은 크게 두 가지로 나뉜다.
스택폴딩 방법은 크게 단위셀 제조공정과 폴딩공정으로 나누어지는데, 단위셀 제조공정은 비교적 신속하게 진행할 수 있으며 공정의 불량율도 낮은 장점이 있다. 그러나, 폴딩공정은 폴딩과정에서 개개의 단위셀들의 위치상의 미스매치로 인하여 불량이 발생할 가능성이 높으며, 특히 면적이 60Cm를 초과하면 폴딩과정을 거치면서 미스매치에 의한 불량이 발생할 가능성이 상당히 높으며, 이로 인하여 공정의 진행속도가 상대적으로 느리다는 단점이 있다.
소형 2차 전지의 경우 음극판 및 양극판을 분리막 상에 배치하고 이를 말아서(winding) 젤리-롤(jelly-roll) 형태로 제작하는 방식이 많이 사용되며, 보다 많은 전기 용량을 가지는 중대형 2차 전지의 경우에는 음극판, 양극판 및 분리막을 적절한 순서로적층하여(stacking) 제작하는 방식이 많이 사용된다
적층식으로 2차 전지 내부 셀 스택을 제작하는 방식은 여러가지가 있는데 미국 공개특허 제2005/0048361호 등에 개시되어 있으며 도1에 도시되어 있는데 그 중 Z-폴딩(Z-folding, zigzagfolding 또는 accordion folding) 방식에서는 도 1에 도시되어 있는 바와 같이 분리막(3)이 지그재그로 접힌 형태를 이루며 그 사이에 음극판(1) 및 양극판(2)이 교번되어 삽입된 형태로 적층되도록 한다
그런데 이러한 방법은 개개의 전극들의 상대적인 위치를 정확하게 유지하는 것이 어렵고 이로 인하여 개개의 전극들의 미스매치(mismatch)로 인하여 불량이 발생할가능성이 높으며, 또한 개개의 전극들 사이에 분리필름을 끼워 놓아야 하므로 상대적으로 공정의 진행속도가 느린 단점이 있었다. 특히 여러가지 크기와 종류의 2차전지를 이용하여 작업을 할때에는 각각의 전극들이 미스매치될 가능성이 더욱 크기 때문에 더욱 작업하기 어려웠다.
본 발명은 상기한 바와 같은 단점을 극복하기 위하여 안출된것으로서 여러가지 품종, 크기의 2차전지에 대한 작업이 가능한 프레스 장치를 제공하는것을 목적으로 한다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여 2차전지 제조용 다층프레스를 제공하는데 상기 프레스는 평판형의 플레이트가 다수개의 층으로 형성되어 있으며 각각의 층에는 다관절로 이루어진 클립이 형성되어 플레이트의 어느 위치에서나 전극작업이 가능하도록 한것일 수 있다.
상기 플레이트는 위아래로 길쭉한 형상으로 형성된 제1고정부를 가지며 제1고정부는 제1고정부와 같은 폭의 본체와 연결부에 의해 연결이 되는데 연결부는 본체로부터 제1고정부에 이르기까지 폭이 줄어드는 형태로 경사져 있는 것일 수 있다.
상기 플레이트는 본체에는 제2고정부가 형성되며 제1고정부와 제2고정부에는 다층으로 쌓여진 플레이트를 고정시키기 위한 지지봉과 다관절로 이루어진 클립이 부착되는 것일 수 있다.
상기 다관절 클립은 플레이트로부터 클립을 이격시키기 위한 제1관절이 제1고정부와 제2고정부중 어느 하나에 플레이트의 평면방향으로 회전가능하게 결합되며 제1관절의 다른쪽 끝단에는 제2관절이 결합되는 것일 수 있다.
각 층마다 상기 플레이트는 한개이상이 일렬로 배치된 것일 수 있다.
상기 클립은 전면에 2개가 배치되며 후면에 1개가 배치되는 것일 수 있다.
상기한 바와 같은 발명에 의하여 다품종의 2차전지 생산에 용이한 프레스를 제공하는 효과를 갖는다.
도1은 2차전지의 구조를 도시하는 도면
도2는 본발명에 따른 다층프레스를 도시하는 도면
도3은 다층프레스에서 사용하는 플레이트를 도시하는 도면
도4는 다층프레스의 한개층의 평면도
도5는 다층프레스의 정면도
도6은 다층프레스의 일부를 확대한 도면
이하, 첨부된 도면을 참고로 하여 본 발명을 상세하게 설명한다. 도2는 본 발명에 따른 2차전지의 적층프레스기를 도시하며 도3은 적층프레스기의 각층에 형성되어 있는 플레이트를 도시한다.
본 발명에 따르는 프레스기는 플레이트(11) 가 수직한 방향으로 쌓여서 수직방향으로 일렬로 배치되어 있는 형상이며 2개의 플레이트가 마주보면서 1개층을 형성하며 1개층의 플레이트의 끝단에는 한개이상의 아암이 형성되어 있다. 아암은 제1관절, 제2관절, 제3관절로 형성된다. 도2,6에 이러한 플레이트의 적층구조가 도시된다.
플레이트(11)는 2차전지의 음극판, 양극판, 분리막을 설치한후 프레싱할 수 있도록 플레이트(11)간의 간격을 조절할 수 있게 되어 있다. 플레이트(11)위에 2차전지의 구성부분들을 올려놓고 프레싱하는 구성은 이미 공지되어 있는 것으로 이에 관한 자세한 설명은 생략한다.
도3에서 플레이트(11)는 보이는 화면을 기준으로 했을때 좌우로 그은 수평선을 중심으로 위아래로 대칭이 되게 형성이 되어 있으며 플레이트(11)한쪽에 다층의 플레이트를 고정시키기 위한 제1고정부(21)가 형성이 되어 있으며 제1고정부(21)는 위아래로 길쭉한 형상으로 플레이트(11)의 본체(22)와 연결이 되는데 플레이트(11)의 본체(22)의 폭은 제1고정부(21)와 같은데 본체(22)와 제1고정부(21)를 연결하는 부분은 제1고정부(21)쪽으로 갈수록 조금씩 폭이 조금씩 줄어드는 형태인데 제1고정부의 끝단이 아닌 중간부분에 연결되는 연결부(23)가 형성되어 있다. 따라서 연결부(23)와 제1고정부(21)의 연결부분에는 안쪽으로 함입되어 보이는 목부분이 형성된다. 특히 , 이러한 목부분이 형성됨으로써 목부분이 없는 경우 다양한 크기,모양에 적용 불가능하게 되지만 목부분이 있어 다양한 크기, 모양에 적용하는 것이 가능하게 된다.
즉, 플레이트(11)는 한쪽에 길다란 막대형의 제1고정부(21)가 있고 제1고정부의 중간부분에서 조금씩 폭이 넓어지는 연결부(23)가 형성되어 있으며 연결부(23)의 끝단에는 사각형 형상의 본체(22)가 형성되어 있다.
플레이트를 이와 같은 형상으로 한것은 다양한 크기와 폭을 갖는 2차전지에 대응하여 사용하기 위함이다. 본체(22)에는 제2고정부(24)가 형성된다.
도3에는 또한 이러한 사용예가 도시되어 있는데 도3에 도시된것과 같이 플레이트에는 다양한 크기의 제품을 올려놓을 수 있다. 도3의 첫번째줄에 있는 1,2번의 그림에서는 제품을 플레이트(11)의 본체부분에 올려놓은 형태이며 이 경우에도 전극은 한쪽변 모두에 형성될 수도 있으며 양쪽변에 하나씩 형성될 수도 있다. 두번째 줄에 있는 그림3은 플레이트(11)의 오른쪽 하단면에 올려서 사용하는 형태이며 4번그림은 제1고정부(21)와 연결부(23)의 연결부위에 해당하는 부분에 제품을 올린 형태를 도시한다. 각각의 경우에 위, 아래 어느 쪽에나 전극을 형성할 수 있다.
또한, 제1고정부와 본체 사이에 형성된 연결부(23)는 경사진 형태의 옆면을 가지고 있기 때문에 본체보다 크기 않은 정도의 폭을 가진 것이라면 어느 것이나 올려놓고 작업할 수 있기 때문에 다양한 크기의 2차전지에 대해 반영이 가능하다. 또한, 위아래 어느 쪽에나 한개이상의 전극을 설치하는 것이 가능하여 다양한 용도로 사용하는 것이 가능하다.
제1고정부와 제2고정부에는 플레이트(11)를 층층이 고정시키기 위한 제1지지(42)봉과 다관절클립을 고정시키기 위한 제2지지봉(41)이 연속적으로 형성되어 고정된다. 다관절클립은 제1고정부 또는 제2고정부를 관통하는 제1지지봉(42)에 제1관절(31)의 한쪽 끝단이 고정되며 제1관절(31)의 다른쪽 끝단에 제2지지봉(41)이 연결되는데 제2지지봉(42)을 축으로 하여 회전운동을 하며 제2관절(32)또한 제2지지봉(41)에 결합되어 회전운동을 한다. 즉, 제2관절(32)은 제1관절과 제2관절을 연결하는 제2지지봉(41)을 축으로 하여 회전운동을 하며 제1관절도 제2지지봉을 축으로 하여 회전운동을 한다. 또한, 제2관절의 다른쪽 끝단에는 제3관절(33)이 형성되며 제3관절(33)의 끝단에는 클립이 형성되어 있다.
제1관절(31)은 플레이트와 클립사이에 어느 정도의 이격을 두기 위한 것이기 때문에 제1관절과 제2관절사이에는 제2지지봉(41)이 회전축방향으로 형성될 수 있으며 제2관절(32)및 제3관절(33)이 차례로 연결이 된다.
본체지지봉(43)은 다수개의 플레이트를 고정시키기 위한 것으로서 플레이트의 측면마다 한개이상 형성될 수 있다.
이러한 형태의 다관절클립은 플레이트 마다 전면, 후면에 각각 1개이상 형성될 수 있으며 플레이트가 마주보고 형성되는 경우 전면에만 2개 이상의 다관절 클립이 존재하게 된다.
이와 같은 구성에 의하여 2차전지의 구성부분이 플레이트위의 어느 부분에 올려져 있게 된다고 하여도 클립은 플레이트의 어느 부분에나 접근가능하기 때문에 어떤 크기의 2차전지도 제작이 가능하게 된다.
도4에는 한개층에 형성된 플레이트와 제1관절 제2관절의 평면도를 도시한다. 관절의 갯수는 필요에 따라 조정이 가능하며 클립의 갯수또한 조절이 가능하다. 도4는 제1관절(31),제2관절(32),제3관절(33)의 작동예를 도시한다. 일자로 펴져 있던 제2관절 및 제3관절이 굽혀지면서 플레이트 위에 놓여져 있는 전극쪽으로 움직이는 것을 볼 수 있다.
도5에는 본 발명에 따른 다층프레스의 정면도를 도시한다.
또한, 전면부인지 후면부인지에 따라 결합되는 관절부에 결합되는 수를 달리할 수 있기 때문에 다양한 품종의 전지에 대응가능하다.
종래에는 단일크기의 전지에 전극의 방향이 미리 정해져있는 경우에만 작업이 가능하였지만 본 발명의 경우에는 본체와 제1고정부가 연결부에 의해 결합된 플레이트를 사용하기 때문에 어떠한 형태, 크기인 경우에도 작업이 가능하고 다관절로 형태로 이루어진 클립을 사용하여 전극 작업을 플레이트의 어느 부분에서나 할 수 있기 때문에 어떠한 품종의 전극에도 작업이 가능하다.
11:플레이트 21:제1고정부
22: 본체 23: 연결부
24: 제2고정부 31: 제1관절
32: 제2관절 33: 제3관절
41: 제2지지봉 42: 제1지지봉
43: 본체지지봉

Claims (5)

  1. 2차전지 제조용 다층프레스로서,
    2차전지용 부품을 올리는 플레이트가 다수개의 층으로 형성되어 있으며 각각의 층에는 다관절로 이루어진 클립이 형성되어 플레이트의 어느 위치에서나 전극작업이 가능하도록 한것을 특징으로 하는, 2차전지 제조용 다층프레스
  2. 제1항에 있어서, 상기 플레이트는 위아래로 길쭉한 형상의 제1고정부가 형성되며 제1고정부는 제1고정부와 같은 폭의 본체와 연결부에 의해 연결이 되는데 연결부는 본체로부터 제1고정부에 이르기까지 폭이 줄어드는 형태로 경사져 형성되는 것을 특징으로 하는, 2차전지 제조용 다층프레스
  3. 제2항에 있어서, 상기 플레이트의 본체에는 제2고정부가 형성되며 제1고정부와 제2고정부에는 다층으로 쌓여진 플레이트를 고정시키기 위한 본체지지봉과 다관절로 이루어진 클립이 부착되는 것을 특징으로 하는, 2차전지 제조용 다층프레스
  4. 제3항에 있어서, 상기 다관절 클립은 플레이트로부터 클립을 이격시키기 위한 제1관절이 플레이트의 평면방향과 평행하게 형성된 제1지지봉을 축으로 하여 제1고정부와 제2고정부중 어느 하나에 회전가능하게 결합되며 제1관절의 다른쪽 끝단에는 제2관절이 결합되는데 제1관절과 제2관절은 제2지지봉을 축으로 하여 회전가능하게 결합하며 제2지지봉은 플레이트의 평면방향과 평행하며
    제2관절의 끝단에는 제3관절이 회전가능하게 결합하는 것을 특징으로 하는, 2차전지 제조용 다층프레스
  5. 제1항에 있어서, 상기 클립은 전면에 2개가 배치되며 후면에 1개가 배치되는 것을 특징으로 하는, 2차전지 제조용 다층프레스

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