KR20180083060A - 전극시트를 고정하는 흡착 패드를 포함하는 노칭 장치 - Google Patents

전극시트를 고정하는 흡착 패드를 포함하는 노칭 장치 Download PDF

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Abstract

일렬(one-lane)로 이송되는 전극시트의 일부 외주변을 외향 돌출 구조의 전극탭 형상으로 가공하는 장치로서, 전극시트의 일측 단부에 인접한 외주변 부위 중에서, 전극탭 예정 부위를 제외한 나머지 부위들에 밀착된 상태로 이들을 절삭하는 노칭부(notching part)가 형성된 펀치(punch); 상기 펀치의 승강 운동을 위한 구동력을 제공하는 펀치 구동부; 및 상기 펀치에 의한 절삭을 위해 전극탭 예정 부위를 지지하도록 구성되어 있는 다이(die);를 포함하고 있고, 상기 펀치가 하강하여 다이에 도달하는 시점까지, 노칭부에 밀착된 전극시트의 부위가 정위치 고정 상태를 유지할 수 있도록, 노칭부의 하단면에 흡착 패드가 장착되어 있는 것을 특징으로 하는 노칭 장치에 관한 것이다.

Description

전극시트를 고정하는 흡착 패드를 포함하는 노칭 장치 {Notching Device Having Suction Pad for Fixing of Electrode Sheet}
본 발명은 전극시트를 고정하는 흡착 패드를 포함하는 노칭 장치에 관한 것이다.
모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서의 전지 수요가 급격히 증가하고 있고, 그에 따라 다양한 요구에 부응할 수 있는 전지에 대한 많은 연구가 행해지고 있다.
대표적으로 전지의 형상 면에서는 얇은 두께로 휴대폰 등과 같은 제품들에 적용될 수 있는 각형 이차전지와 파우치형 이차전지에 대한 수요가 높고, 재료 면에서는 높은 에너지 밀도, 방전 전압, 출력 안정성의 리튬이온 전지, 리튬이온 폴리머 전지 등과 같은 리튬 이차전지에 대한 수요가 높다.
또한, 이차전지는 양극, 음극 및 분리막으로 이루어진 전극조립체가 어떠한 구조로 이루어져 있는지에 따라 분류되기도 하는 바, 대표적으로는, 긴 시트형의 양극들과 음극들을 분리막이 개재한 상태에서 권취한 구조의 젤리-롤(권취형) 전극조립체, 소정 크기의 단위로 절취한 다수의 양극과 음극들을 분리막을 개재한 상태에서 순차적으로 적층한 스택형(적층형) 전극조립체, 소정 단위의 양극과 음극들을 분리막을 개재한 상태로 적층한 바이셀(Bi-cell) 또는 풀셀(Full cell)들을 권취한 구조의 스택/폴딩형 전극조립체 등을 들 수 있다.
여기서, 단위 전극의 적층 구조를 포함하는 전극조립체의 제조 공정은, 양극과 음극 합제를 제조하는 공정, 양극 시트와 음극 시트의 각각에 합제를 도포하여 양극 및 음극으로 이루어진 시트 형태의 전극들을 각각 제조하는 공정, 전극 상에 전극 탭을 형성하는 공정, 전극들을 프레싱(Pressing)하는 공정, 전극들을 소망하는 크기로 소폭 절단(Slitting)하여 전극을 제조하는 공정, 진공 건조 공정, 제조된 전극인 양극, 음극 및 분리막 구조로 구성된 전극조립체를 형성하는 공정 등을 포함한다.
이 중, 전극 탭을 형성하는 노칭(notching) 공정은, 전극시트의 단부에 인접한 외주변 부위 중에 설정된 탭 예정 부위를 따라 절삭이 가능한 장치로 가공하는 공정이다.
이와 같은 가공 장치는, 일반적으로 상하로 운동 가능한 펀치로 전극시트를 절삭하도록 구성되어 있으며, 구체적으로 펀치에는 전극 탭 예정 부위를 제외한 부위만을 가압 및 절삭하도록 특정 형태의 노칭 패턴(notching pattern)이 형성되어 있으며, 펀치의 하강 시, 이 노칭 패턴이 전극시트의 일측 단부에 인접한 외주변의 일부만을 절삭하는 장치로서, 절삭 이후에는 전극의 단부에서 외향 돌출된 형태로 잔존하는 부위가 전극탭으로 사용된다.
도 1에는 전극 합제가 양측 단부에 도포된 상태로 이송되는 일 단위의 전극시트가 모식적으로 도시되어 있으며, 도 2에는 전극 합제가 일측 단부에만 도포된 상태로 이송되는 일 단위의 전극시트가 모식적으로 도시되어 있다.
도 1을 참조하면, 화살표 방향으로 이송되는 전극시트(10)의 양 단부에는 전극 합제가 도포된 상태의 코팅부들(11, 12)이 형성되어 있고, 양 코팅부들(11, 12)의 사이에는 전극탭의 형성이 예정되어 있는 무지부(13)가 위치하고 있다.
도 2를 참조하면, 전극 합제가 전극시트(20)의 일측 단부에만 도포되어 있는 코팅부(21), 및 전극합제가 도포되지 않는 무지부(23)를 포함하는 전극시트(10)가 도시되어 있다.
이 때, 도 1을 참조하면, 2 열(two-lane)로 나란히 형성된 코팅부들(11, 12)의 사이에 위치하고 있는 무지부(13)는, 양측에 위치하고 있는 코팅부(11, 12)들에 의해 기계적 강성을 확보하여 흔들림이 없는 상태를 유지할 수 있게 되어 노칭 공정 시에 소망하는 전극탭의 형성이 가능하며, 이 경우에는 제조된 전극탭의 불량률이 문제되지 않는다.
그러나, 도 2를 참조하면, 일렬(one-lane)로 무지부(23)의 일측에만 코팅부(21)가 형성되어 있고 타측에 위치한 무지부(23)는, 기계적 강성을 보완하기 위해 양측에 코팅부가 형성된 구조가 아닌 바, 전극탭을 형성하기 위해 펀치와 다이가 접촉하여 절삭되는 과정에서 무지부(23)가 흔들리는 경우가 빈번히 발생하여 소망하는 전극탭의 제조가 어려운 문제점이 존재하였다.
따라서, 이러한 문제점을 해결하기 위한 새로운 노칭 장치에 대한 필요성이 높은 실정이다.
본 발명의 목적은, 일렬로 이송되는 전극시트에 전극탭 형상을 가공시, 펀치와 다이의 사이에 의해 절삭되는 무지부의 유동 현상을 억제하여 소망하는 형상 또는 크기의 전극탭을 형성할 수 있는 노칭 장치를 제공하는 것이다.
이러한 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 노칭 장치는,
일렬(one-lane)로 이송되는 전극시트의 일부 외주변을 외향 돌출 구조의 전극탭 형상으로 가공하는 장치로서,
전극시트의 일측 단부에 인접한 외주변 부위 중에서, 전극탭 예정 부위를 제외한 나머지 부위들에 밀착된 상태로 이들을 절삭하는 노칭부(notching part)가 형성된 펀치(punch);
상기 펀치의 승강 운동을 위한 구동력을 제공하는 펀치 구동부; 및
상기 펀치에 의한 절삭을 위해 전극탭 예정 부위를 지지하도록 구성되어 있는 다이(die);
를 포함하고 있고,
상기 펀치가 하강하여 다이에 도달하는 시점까지, 노칭부에 밀착된 전극시트의 부위가 정위치 고정 상태를 유지할 수 있도록, 노칭부의 하단면에 흡착 패드가 장착되어 있는 구조로 이루어져 있다.
따라서, 본 발명에 따른 노칭 장치는, 일측 단부에만 전극합제가 도포되어 타측에 전극탭 예정 부위가 형성된 전극시트의 노칭 수행시, 전극탭 예정 부위가 다이와 접촉하여 절삭되기까지 흡착 패드에 의해 무지부의 유동이 억제될 수 있으므로 불량률이 현저히 낮으면서, 소망하는 형태의 전극탭의 제조가 가능하다.
이러한 목적을 달성하기 위해, 상기 흡착 패드는 진공 흡착 방식에 의해 전극시트의 해당 부위를 고정시킬 수 있다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 노칭 장치는,
절삭 과정에서 발생한 전극의 스크랩을 제거하기 위한 스크랩 제거부; 및
상기 흡착 패드의 진공 흡착의 작동 상태를 제어하는 제어부;
를 더 포함하고 있고,
상기 제어부는 스크랩이 스크랩 제거부로 배출되는 시점에 흡착 패드의 작동 상태를 오프(Off) 상태로 변환시키도록 설정될 수 있다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 다이의 하부에는 펀치에 대향하는 위치에 흡입 집진기가 추가로 포함되어 있는 구조일 수 있는 바, 펀치가 하강하여 전극시트의 외주변 부위를 절삭하여 전극탭을 형성하는 동시에 흡입 집진기는 다이의 하부에서 절삭된 스크랩을 흡입함으로써, 스크랩을 제거하게 된다.
구체적으로, 상기 흡입 집진기와 연통하는 구조의 하나 이상의 벤트홀이 펀치에 추가로 형성되어 있을 수 있으며, 상기 벤트 홀은 절삭 시점에서 펀치 상부의 외기가 흡입 집진기로 유입될 수 있는 형상으로 공기 유로를 제공할 수 있도록 천공되어 있는 구조일 수 있다.
상기 흡착 패드는 적어도 하나 이상이며, 전극의 이송 방향에 평행하게 노칭부의 하단면에 일렬로 배열되어 있는 구조로 이루어질 수 있다.
이러한 구조는 전극탭의 형성이 예정된 무지부 상에서, 전극탭 예정 부위에 비하여 노칭부에 의해 절삭되어 제거되는 무지부의 면적이 넓음을 고려하여 형성된 것이며, 흡착 패드가 일렬로 배열된 형태란, 평면 상에서 흡착 패드들이 상호 간에 연결되지 않은 상태로 배열된 것을 의미한다.
상기 노칭부는 양각의 패턴을 이룰 수 있도록, 수직 단면상으로 펀치의 하단면으로부터 외향 돌출된 구조로 이루어질 수 있다.
본 발명에서 상기 흡착 패드는 노칭부로부터 분리 가능하도록 장착되어 있는 구조일 수 있다.
이러한 구조 하에서, 흡착 패드는 소망하는 전극탭의 크기, 형상 및 개수에 대응하여 노칭부의 하단면에 자유롭게 장착될 수 있고, 반복적인 절삭 과정에서 이물이 혼입된 경우에는, 혼입된 이물을 제거하기 위해 흡착 패드를 분리한 상태에서 상태를 점검하고 교체를 수행할 수 있다.
한편, 전극탭의 형성을 위한 절삭의 안정성을 고려하여, 상기 노칭부는 펀치와 일체를 이루는 구조로 이루어질 수 있다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 펀치 구동부는,
펀치와 연결된 상태로 승강 운동하도록 구성되어 있는 복수의 공압 실린더들; 및
상기 공압 실린더들을 지지하는 베이스 플레이트;
를 포함하는 구조로 이루어질 수 있으며, 상기 공압 실린더들은 에어 솔 벨브에 의해 개폐가 이루어지는 구조일 수 있다.
본 발명은 또한, 상기 노칭 장치를 사용하여 제조되는 전극조립체를 제공할 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 노칭 장치는, 일렬로 이송되는 전극시트 상에 전극탭 형상을 가공하기 위한 것으로서, 노칭부는, 흡착 패드에 의해 전극탭 예정 부위를 제외한 나머지 부위들과의 밀착 상태를 유지함으로써, 펀치가 하강하여 다이와 접촉하여 절삭이 이루어지는 시점까지 밀착된 부위의 유동 현상을 억제하여 전극탭을 형성함에 있어 불량률을 현저히 감소시켜 소망하는 형상, 크기의 전극탭의 형성이 가능하다.
도 1은 전극 합제가 양측 단부에 도포된 상태로 이송되는 일 단위의 전극시트의 모식도이다;
도 2는 전극 합제가 일측 단부에만 도포된 상태로 이송되는 일 단위의 모식도이다;
도 3은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 노칭 장치의 수직 단면에 대한 모식도이다;
도 4는 도 3에서 사용되는 펀치의 하단면의 모식도이다; 및
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 노칭 장치의 수직 단면에 대한 모식도이다;
이하에서는, 본 발명의 실시예에 따른 도면을 참조하여 설명하지만, 이는 본 발명의 더욱 용이한 이해를 위한 것으로, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다
도 3에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 노칭 장치의 수직 단면이 모식적으로 도시되어 있으며, 도 4에는 도 3에 사용되는 펀치의 하단면의 모습이 모식적으로 도시되어 있다.
도 3을 참조하면, 전극활물질이 적어도 일면에 도포되어 있는 상태의 전극시트(20)가 연속적으로 공급되는 과정에서 전극시트(20)를 노칭하는 장치(200)로서, 전극시트(20)가 감겨져 있는 롤러 형상의 권출기(50), 권출기(50)로부터 이송된 전극시트(20)의 전극탭 예정 부위(20a, 20b)를 제외한 나머지 부위를 절삭하기 위한 노칭부(120), 상기 노칭부(120)와 함께 승강 운동하도록 구성된 펀치(110), 전극탭 예정 부위(20a, 20b)를 지지하기 위한 다이(130), 및 노칭 후의 전극시트(20)를 되감는 롤러 형상의 권취기(60)를 포함한다.
노칭부(120)는 외향 돌출된 구조로 펀치(110)의 하단면에 위치하는 구조로 이루어져 있으므로, 펀치(110)가 상하로 승강 운동함에 따라 노칭부(120)의 승강 운동이 함께 이루어지며, 펀치(110)가 하강하여 다이(130)에 도달하여 접촉하는 과정에서 노칭부(120)가 전극시트(20)의 노칭 부위를 절삭하는 노칭 공정이 수행된다.
본 도면에서는 펀치(110)와 노칭부(120)가 별개의 부재로서 형성된 구성만을 도시하고 있으나, 경우에 따라서는, 양 부재는 일체로 이루어지는 구성일 수 있다.
도 3을 도 4와 함께 참조하면, 펀치(110)의 하단면(110')의 일측 부위에는 노칭부(120)가 위치하고 있으며, 노칭부(120)의 하단면에는 3개의 흡착패드들(120a, 120b, 120c)이 부착되어 있다.
흡착패드(120a, 120b, 120c)는, 펀치(120)가 하강 운동하여 다이(130)에 도달하기 까지 노칭부(120)의 하단면에 밀착되어 있는 전극시트(10)가 정위치 고정되어 있도록 사용되며, 흡착 패드에 의한 전극 유동 억제는 진공 흡착 방식에 의해 달성된다.
이러한 노칭 장치에 의해 절삭되어 발생하게 되는 전극시트의 일부 부위는 스크랩이라 지칭하며, 스크랩은 스크랩 제거부(도시하지 않음)를 통해 제거된다.
도 5에는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 노칭 장치의 수직 단면이 모식적으로 도시되어 있다.
도 5를 참조하면, 노칭 장치(300)는 펀치(210) 및 펀치(210)에 연결된 상태로 승강 운동하도록 구성되어 있는 펀치 구동부를 포함한다.
펀치 구동부는, 펀치(210)에 연결된 상태로 승강 운동하도록 구성되어 있는 복수 개의 공압 실린더들(211), 공압 실린더들(211)을 지지하는 베이스 플레이트(212) 및 전극탭 형성 예정 부위를 지지하는 다이(230)를 포함한다.
본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주내에서 다양한 응용 및 변형을 수행하는 것이 가능할 것이다.

Claims (13)

  1. 일렬(one-lane)로 이송되는 전극시트의 일부 외주변을 외향 돌출 구조의 전극탭 형상으로 가공하는 장치로서,
    전극시트의 일측 단부에 인접한 외주변 부위 중에서, 전극탭 예정 부위를 제외한 나머지 부위들에 밀착된 상태로 이들을 절삭하는 노칭부(notching part)가 형성된 펀치(punch);
    상기 펀치의 승강 운동을 위한 구동력을 제공하는 펀치 구동부; 및
    상기 펀치에 의한 절삭을 위해 전극탭 예정 부위를 지지하도록 구성되어 있는 다이(die);
    를 포함하고 있고,
    상기 펀치가 하강하여 다이에 도달하는 시점까지, 노칭부에 밀착된 전극시트의 부위가 정위치 고정 상태를 유지할 수 있도록, 노칭부의 하단면에 흡착 패드가 장착되어 있는 것을 특징으로 하는 노칭 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 흡착 패드는 진공 흡착 방식에 의해 전극시트의 해당 부위를 고정시키는 것을 특징으로 하는 노칭 장치.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 노칭 장치는,
    절삭 과정에서 발생한 전극의 스크랩을 제거하기 위한 스크랩 제거부; 및
    상기 흡착 패드의 진공 흡착의 작동 상태를 제어하는 제어부;
    를 더 포함하고 있고,
    상기 제어부는 스크랩이 스크랩 제거부로 배출되는 시점에 흡착 패드의 작동 상태를 오프(Off) 상태로 변환시키는 것을 특징으로 하는 노칭 장치.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 흡착 패드는 적어도 하나 이상이며, 전극의 이송 방향에 평행하게 노칭부의 하단면에 일렬로 배열되어 있는 것을 특징으로 하는 노칭 장치.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 노칭부는 수직 단면상으로 펀치의 하단면으로부터 외향 돌출된 구조인 것을 특징으로 하는 노칭 장치
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 흡착 패드는 노칭부로부터 분리 가능하도록 장착되어 있는 것을 특징으로 하는 노칭 장치.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 노칭부는 펀치와 일체를 이루는 것을 특징으로 하는 노칭 장치.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 펀치 구동부는,
    펀치와 연결된 상태로 승강 운동하도록 구성되어 있는 복수의 공압 실린더들; 및
    상기 공압 실린더들을 지지하는 베이스 플레이트;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 노칭 장치.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 공압 실린더는 에어 솔 벨브에 의해 개폐가 이루어지는 것을 특징으로 하는 노칭 장치.
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 다이의 하부에는 펀치에 대향하는 위치에 흡입 집진기를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 노칭 장치.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 흡입 집진기와 연통하는 하나 이상의 벤트 홀이 펀치에 추가로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 노칭 장치.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 벤트 홀은 절삭 시점에서 펀치 상부의 외기가 흡입 집진기로 유입될 수 있는 형상으로 공기 유로를 제공하도록 천공되어 있는 것을 특징으로 하는 노칭 장치.
  13. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 하나에 따른 장치를 사용하는 제조되는 것을 특징으로 하는 전극조립체.
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