KR20180094629A - 적층 매거진 - Google Patents

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KR20180094629A
KR20180094629A KR1020170021006A KR20170021006A KR20180094629A KR 20180094629 A KR20180094629 A KR 20180094629A KR 1020170021006 A KR1020170021006 A KR 1020170021006A KR 20170021006 A KR20170021006 A KR 20170021006A KR 20180094629 A KR20180094629 A KR 20180094629A
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정진국
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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 셀의 전극 조립체를 적층하기 위한 적층 매거진은, 전극 조립체를 순차적으로 적층할 수 있는 수납 공간이 형성되는 매거진 프레임 및 매거진 프레임 내부의 네 테두리 가까이에 각각 장착되며, 전극 조립체의 네 테두리를 지지하는 엣지 가이더를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

적층 매거진{STACK MAGAZINE}
본 발명은 적층 매거진에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 배터리 셀의 전극 조립체를 적층하기 위한 적층 매거진에 관한 것이다.
제품 군에 따른 적용 용이성이 높고, 높은 에너지 밀도 등의 전기적 특성을 가지는 이차 전지는 휴대용 기기뿐만 아니라 전기적 구동원에 의하여 구동하는 전기차량(EV, Electric Vehicle) 또는 하이브리드 차량(HEV, Hybrid Electric Vehicle) 등에 보편적으로 응용되고 있다. 이러한 이차 전지는 화석 연료의 사용을 획기적으로 감소시킬 수 있다는 일차적인 장점뿐만 아니라 에너지의 사용에 따른 부산물이 전혀 발생되지 않는다는 점에서 친환경 및 에너지 효율성 제고를 위한 새로운 에너지원으로 주목 받고 있다.
현재 널리 사용되는 이차 전지의 종류에는 리튬 이온 전지, 리튬 폴리머 전지, 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지 등이 있다. 이러한 단위 이차 전지 셀, 즉, 단위 배터리 셀의 작동 전압은 약 2.5V ~ 4.5V이다. 따라서, 이보다 더 높은 출력 전압이 요구될 경우, 복수 개의 배터리 셀을 직렬로 연결하여 배터리 팩을 구성하기도 한다. 또한, 배터리 팩에 요구되는 충방전 용량에 따라 다수의 배터리 셀을 병렬 연결하여 배터리 팩을 구성하기도 한다. 따라서, 상기 배터리 팩에 포함되는 배터리 셀의 개수는 요구되는 출력 전압 또는 충방전 용량에 따라 다양하게 설정될 수 있다.
이러한 배터리 셀은, 일반적으로, 전극 조립체, 이러한 전극 조립체를 수용하는 전지 케이스 및 전지 케이스 밖으로 돌출되며 전극 조립체와 연결되는 전극 리드들을 포함하여 구성된다.
여기서, 전극 조립체는 양극판과 음극판 및 양극판과 음극판 사이에 구비되는 세퍼레이터를 포함하여 구성된다. 여기서, 전극 조립체는 단일의 양극판, 세퍼레이터 및 음극판으로 구성되거나 또는 복수 개의 양극판들, 세퍼레이터들 및 음극판들의 조립체로서 구성된다. 이러한 전극 조립체의 제조 공정 라인에는, 적어도 하나 이상의 전극 조립체를 적층 수납하는 적층 매거진이 구비된다.
이러한 종래 적층 매거진의 내부 테두리에는, 일반적으로, 적층 매거진 내부에서 전극 조립체를 지지하며 볼트 등의 체결부재로 적층 매거진의 내부 테두리 상에 고정되는 위한 알루미늄 앵글이 장착된다.
그러나, 종래 적층 매거진에서는, 이러한 알루미늄 앵글의 장착을 위한 볼트 등의 체결부재와 전극 조립체 사이의 간섭으로 인해 전극 조립체의 손상이 발생할 위험이 큰 문제가 있다.
아울러, 종래 적층 매거진에서는, 추후 이러한 체결부재가 풀리거나 이탈될 경우, 체결부재로 인해 전극 조립체가 찢기는 등 전극 조립체의 손상 위험이 더 커질 수 있는 문제가 있다.
그러므로, 보다 근본적으로 적층 매거진에 수납되는 전극 조립체의 손상을 방지할 수 있는 방안의 모색이 요청된다.
따라서, 본 발명의 목적은 전극 조립체의 손상을 방지할 수 있는 적층 매거진을 제공하기 위한 것이다.
상기 목적을 해결하기 위해, 본 발명은, 배터리 셀의 전극 조립체를 적층하기 위한 적층 매거진으로서, 상기 전극 조립체를 순차적으로 적층할 수 있는 수납 공간이 형성되는 매거진 프레임; 및 상기 매거진 프레임 내부의 네 테두리 가까이에 각각 장착되며, 상기 전극 조립체의 네 테두리를 지지하는 엣지 가이더;를 포함하는 것을 특징으로 하는 적층 매거진을 제공한다.
상기 엣지 가이더는, 상기 매거진 프레임의 상하 방향을 따라 상기 매거진 프레임에 슬라이딩되면서 삽입될 수 있다.
상기 엣지 가이더는, 상기 매거진 프레임에 삽입되는 마운트 앵글; 및 상기 마운트 앵글로부터 연장되며, 상기 매거진 프레임의 내벽과 상기 전극 조립체 사이에 배치되는 가이드 앵글;을 포함할 수 있다.
상기 매거진 프레임에는, 상기 마운트 앵글이 슬라이딩 삽입되는 슬라이딩 홈;이 형성될 수 있다.
상기 마운트 앵글은, 상기 매거진 프레임의 길이 방향을 따라 소정 길이로 형성되는 제1 삽입바; 및 상기 제1 삽입바로부터 절곡되며, 상기 매거진 프레임의 폭 방향을 따라 소정 길이로 형성되는 제2 삽입바;를 포함할 수 있다.
상기 가이드 앵글은, 상기 전극 조립체의 각 테두리의 일측을 지지하는 제1 가이드바; 및 상기 제1 가이드바로부터 절곡되며, 상기 전극 조립체의 각 테두리의 타측을 지지하는 제2 가이드바;를 포함할 수 있다.
상기 제1 가이드바 및 상기 제2 가이드바는, 평탄한 플레이트 형상일 수 있다.
상기 마운트 앵글과 상기 가이드 앵글은, 일체로 형성될 수 있다.
상기 전극 조립체는, 집전체 및 활물질을 포함하는 양극판과 음극판; 및 상기 양극판과 상기 음극판 사이에 구비되며, 상기 양극판과 상기 음극판보다 큰 면적을 갖는 세퍼레이터;를 포함하며, 상기 가이드 앵글은, 상기 세퍼레이터의 네 테두리를 지지할 수 있다.
상기 배터리 셀은, 파우치형 이차 전지일 수 있다.
이상과 같은 다양한 실시예들에 따라, 전극 조립체의 손상을 방지할 수 있는 적층 매거진을 제공할 수 있다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술되는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 적층 매거진을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 도 1의 적층 매거진의 단면도이다.
도 3은 도 2의 적층 매거진에 적층되는 전극 조립체를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 도 2의 적층 매거진의 매거진 프레임을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 도 2의 적층 매거진의 엣지 가이더를 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 도 2의 적층 매거진의 A 부분의 확대도이다.
도 7 및 도 8은 도 1의 적층 매거진으로의 전극 조립체의 인입 및 인출을 설명하기 위한 도면이다.
본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명함으로써 더욱 명백해 질 것이다. 여기서 설명되는 실시예는 발명의 이해를 돕기 위하여 예시적으로 나타낸 것이며, 본 발명은 여기서 설명되는 실시예와 다르게 다양하게 변형되어 실시될 수 있음이 이해되어야 할 것이다. 또한, 발명의 이해를 돕기 위하여, 첨부된 도면은 실제 축척대로 도시된 것이 아니라 일부 구성요소의 치수가 과장되게 도시될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 적층 매거진을 설명하기 위한 도면이며, 도 2는 도 1의 적층 매거진의 단면도이며, 도 3은 도 2의 적층 매거진에 적층되는 전극 조립체를 설명하기 위한 도면이며, 도 4는 도 2의 적층 매거진의 매거진 프레임을 설명하기 위한 도면이며, 도 5는 도 2의 적층 매거진의 엣지 가이더를 설명하기 위한 도면이며, 도 6은 도 2의 적층 매거진의 A 부분의 확대도이다.
도 1 내지 도 6을 참조하면, 적층 매거진(10)은 배터리 셀의 전극 조립체(50) 제조 시 이용되는 제조 장치 중 하나로서, 제조 공정 중 상기 전극 조립체(50)를 내부에 적층시킬 수 있다. 여기서, 상기 배터리 셀은 파우치형 이차 전지일 수 있다.
상기 전극 조립체(50)는 상기 배터리 셀을 구성하는 일 구성 요소로서, 양극판(51), 음극판(53) 및 세퍼레이터(55)를 포함할 수 있다. 이러한 상기 전극 조립체(50)는 단일의 양극판(51), 음극판(53) 및 세퍼레이터(55)로 구성되거나 또는 복수 개의 양극판(51)들, 음극판(53)들 및 세퍼레이터(55)들의 조립체로서 구성될 수 있다.
상기 양극판(51)과 상기 음극판(53)은 각각 집전체 및 활물질을 포함할 수 있다. 상기 양극판(51)과 상기 음극판(53)에 대해서는 잘 알려져 있으므로, 이하, 자세한 설명을 생략한다.
상기 세퍼레이터(55)는 상기 양극판(51)과 상기 음극판(53) 사이에 구비되며, 상기 양극판(51)과 상기 음극판(53)을 상호 분리시킬 수 있다. 이러한 상기 세퍼레이터(55)는 상기 양극판(51)과 상기 음극판(53)보다 큰 면적을 가질 수 있다.
다시 상기 적층 매거진(10)을 살펴 보면, 상기 적층 매거진(10)은, 적어도 하나의 상기 전극 조립체(50)를 수납할 수 있으며, 매거진 프레임(100) 및 엣지 가이더(200)를 포함할 수 있다.
상기 매거진 프레임(100)는 상기 전극 조립체(50)를 수용할 수 있다. 이를 위해, 상기 매거진 프레임(100)에는 상기 전극 조립체(50)를 순차적으로 적층할 수 있는 수납 공간이 형성될 수 있다.
이러한 상기 매거진 프레임(100)에는 슬라이딩 홈(110)이 구비될 수 있다.
상기 슬라이딩 홈(110)은 후술하는 엣지 가이더(200)의 장착을 위한 것으로서, 상기 매거진 프레임(100)의 네 테두리 부근에 각각 마련될 수 있다. 후술하는 엣지 가이더(200)는 이러한 상기 슬라이딩 홈들(110)에 각각 슬라이딩 삽입될 수 있으며, 이에 대해서는 이하 관련 설명에서 자세히 살펴 본다.
상기 엣지 가이더(200)는 상기 매거진 프레임(100) 내부의 네 테두리 가까이에 각각 장착되며, 상기 전극 조립체(50)의 네 테두리를 지지할 수 있다. 상기 전극 조립체(50)의 경우, 상기 세퍼레이터(55)가 수평 방향(XY축 방향)에서 가장 큰 면적을 갖기에, 상기 엣지 가이더(200)는 상기 세퍼레이터(55)의 네 테두리를 지지할 수 있다.
이러한 상기 엣지 가이더들(200)은 상기 매거진 프레임(100)의 상하 방향(Z축 방향)을 따라 상기 매거진 프레임(100)에 슬라이딩되면서 삽입되어 고정될 수 있다.
구체적으로, 상기 엣지 가이더들(200)은 상기 매거진 프레임(100)의 상기 슬라이딩 홈들(110)에 각각 슬라이딩 삽입되어 고정될 수 있다. 본 실시예에서는, 상기 엣지 가이더들(200)의 고정이 상기 슬라이딩 홈들(110)의 삽입을 통해서만 이루어지기에, 상기 엣지 가이더들(200)의 고정 시 별도의 볼트 등의 체결부재가 요구되지 않는다.
이러한 상기 엣지 가이더들(200)에 대해 더 구체적으로 살펴 보면, 상기 엣지 가이더들(200)은, 각각, 마운트 앵글(210) 및 가이드 앵글(230)을 포함할 수 있다.
상기 마운트 앵글(210)은 상기 매거진 프레임(100), 구체적으로, 상기 매거진 프레임(100)의 상기 슬라이딩 홈(110)에 삽입될 수 있다. 이러한 상기 마운트 앵글(210)은, 제1 삽입바(212) 및 제2 삽입바(216)를 포함할 수 있다.
상기 제1 삽입바(212)는 상기 매거진 프레임(100)의 상하 방향(Z축 방향)을 따라 소정 높이를 가지며, 상기 매거진 프레임(100)의 길이 방향(Y축 방향)을 따라 소정 길이로 형성될 수 있다.
상기 제2 삽입바(216)는 상기 제1 삽입바(212)로부터 수직 절곡되며, 상기 매거진 프레임(100)의 폭 방향(X축 방향)을 따라 소정 길이로 형성될 수 있다. 이러한 제2 삽입바(216)와 상기 제1 삽입부(212)가 이루는 절곡 구조를 통해, 상기 마운트 앵글(210)은 상기 슬라이딩 홈(110) 내에서 보다 견고하게 고정될 수 있다.
상기 가이드 앵글(230)은 상기 매거진 프레임(100) 내에서 상기 전극 조립체(50)의 안정적인 지지를 위한 것으로서, 상기 마운트 앵글(210)로부터 연장되어 형성될 수 있다. 즉, 상기 가이드 앵글(230)은 상기 마운트 앵글(210)과 일체로 형성될 수 있다.
구체적으로, 상기 가이드 앵글(230)은 상기 마운트 앵글(210)의 상기 제2 삽입바(216)로부터 연장되며, 상기 전극 조립체(50)의 상기 매거진 프레임(100) 내부 수납 시 상기 매거진 프레임(100)의 내벽과 상기 전극 조립체(50) 사이에 배치되어 수평 방향(XY축 방향)에서 돌출되는 상기 전극 조립체(50)의 상기 세퍼레이터(55)의 네 테두리를 지지할 수 있다.
이러한 상기 가이드 앵글(230)은, 제1 가이드바(232) 및 제2 가이드바(236)를 포함할 수 있다.
상기 제1 가이드바(232)는 상기 전극 조립체(50)의 각 테두리의 일측을 지지할 수 있다. 구체적으로, 상기 제1 가이드바(232)는 상기 전극 조립체(50)의 상기 세퍼레이터(55)의 각 테두리의 일측을 지지할 수 있다.
상기 제2 가이드바(236)는 상기 제1 가이드바(232)로부터 절곡되며, 상기 전극 조립체(50)의 테두리의 타측을 지지할 수 있다. 구체적으로, 상기 제2 가이드바(236)는 상기 전극 조립체(50)의 상기 세퍼레이터(55)의 각 테두리의 타측을 지지할 수 있다.
이러한 상기 제2 가이드바(236) 및 상기 제1 가이드바(232)에서, 상기 전극 조립체(50)의 테두리를 마주 하는 일면은 평탄한 플레이트 형상으로 이루어질 수 있다. 즉, 상기 제1 가이드바(232) 및 상기 제2 가이드바(236)의 상기 전극 조립체(50)의 테두리를 마주 하는 일면은 요철이나 불규칙으로 돌출된 부분 없이 평평하게 형성될 수 있다. 이에 따라, 상기 매거진 프레임(100) 내에 상기 전극 조립체(50)의 수납 시 상기 세퍼레이터(55)의 테두리의 찢김 등의 손상 위험이 현저히 감소될 수 있다.
도 7 및 도 8은 도 1의 적층 매거진으로의 전극 조립체의 인입 및 인출을 설명하기 위한 도면이다.
도 7 및 도 8을 살펴 보면, 상기 전극 조립체(50)는 상기 제조 공정 중 이송 유닛(70)을 통해 상기 적층 매거진(10) 내에 상하 방향(Z축 방향)을 따라 적층될 수 있으며, 상기 적층 매거진(10) 내에서 인입되거나 또는 상기 적층 매거진(10) 밖으로 인출될 수 있다.
여기서 상기 이송 유닛(70)은 상기 전극 조립체(50)를 파지하여 이송할 수 있는 로봇 암이나 기타 다른 기구물로 마련될 수 있다. 상기 이송 유닛(70)에 대해서는 잘 알려져 있으므로, 이하, 자세한 설명을 생략한다.
이러한 상기 전극 조립체(50)의 상기 적층 매거진(10) 내의 인입, 적층 및 상기 적층 매거진(10) 밖으로의 인출 시, 상기 엣지 가이더(200, 도 1 내지 도 6 참조)는 상기 전극 조립체(50)의 네 테두리를 지지할 수 있다.
구체적으로, 앞서 살펴 본 바와 같이, 상기 엣지 가이더(200)는 상기 전극 조립체(50)의 테두리를 지지함과 아울러 상기 전극 조립체(50)의 인입, 적층 및 인출 시 발생할 수 있는 상기 전극 조립체(50)의 틀어짐 등도 방지할 수 있다.
본 실시예에서는 상기 엣지 가이더(200)가 상기 매거진 프레임(100)에 별도의 볼트 등의 체결부재 없이 상기 매거진 프레임(100)에 슬라이딩 삽입 장착되기에, 상기 전극 조립체(50)의 상기 인입, 상기 적층 및 상기 인출 시 야기될 수 있는 상기 전극 조립체(50)와 상기 체결부재 사이의 간섭 문제가 발생될 여지가 없다.
그러므로, 본 실시예에서는 종래와 같은 체결부재로 인한 상기 전극 조립체(50)의 손상이 발생되지 않으며, 추후 체결부재의 풀림이나 이탈에 따른 문제 또한 일어나지 않을 수 있다.
이처럼, 본 실시예에 따른 상기 적층 매거진(10)은 상기 매거진 프레임(100) 내의 상기 전극 조립체(50)의 인입, 적층 및 인출 시 상기 전극 조립체(50)의 손상 위험을 현저히 줄일 수 있다.
따라서, 본 실시예에서는 상기 전극 조립체(50)의 손상을 효과적으로 방지할 수 있는 상기 적층 매거진(10)을 제공할 수 있다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해돼서는 안 될 것이다.
10: 적층 매거진 50: 전극 조립체
51: 양극판 53: 음극판
55: 세퍼레이터 70: 이송유닛
100: 매거진 프레임 110: 슬라이딩 홈
200: 엣지 가이더 210: 마운트 앵글
212: 제1 삽입바 216: 제2 삽입부
230: 가이드 앵글 323: 제1 가이드바
236: 제2 가이드바

Claims (10)

  1. 배터리 셀의 전극 조립체를 적층하기 위한 적층 매거진에 있어서,
    상기 전극 조립체를 순차적으로 적층할 수 있는 수납 공간이 형성되는 매거진 프레임; 및
    상기 매거진 프레임 내부의 네 테두리 가까이에 각각 장착되며, 상기 전극 조립체의 네 테두리를 지지하는 엣지 가이더;를 포함하는 것을 특징으로 하는 적층 매거진.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 엣지 가이더는,
    상기 매거진 프레임의 상하 방향을 따라 상기 매거진 프레임에 슬라이딩되면서 삽입되는 것을 특징으로 하는 적층 매거진.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 엣지 가이더는,
    상기 매거진 프레임에 삽입되는 마운트 앵글; 및
    상기 마운트 앵글로부터 연장되며, 상기 매거진 프레임의 내벽과 상기 전극 조립체 사이에 배치되는 가이드 앵글;을 포함하는 것을 특징으로 하는 적층 매거진.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 매거진 프레임에는,
    상기 마운트 앵글이 슬라이딩 삽입되는 슬라이딩 홈;이 형성되는 것을 특징으로 하는 적층 매거진.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 마운트 앵글은,
    상기 매거진 프레임의 길이 방향을 따라 소정 길이로 형성되는 제1 삽입바; 및
    상기 제1 삽입바로부터 절곡되며, 상기 매거진 프레임의 폭 방향을 따라 소정 길이로 형성되는 제2 삽입바;를 포함하는 것을 특징으로 하는 적층 매거진.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 가이드 앵글은,
    상기 전극 조립체의 각 테두리의 일측을 지지하는 제1 가이드바; 및
    상기 제1 가이드바로부터 절곡되며, 상기 전극 조립체의 각 테두리의 타측을 지지하는 제2 가이드바;를 포함하는 것을 특징으로 하는 적층 매거진.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제1 가이드바 및 상기 제2 가이드바는,
    평탄한 플레이트 형상인 것을 특징으로 하는 적층 매거진.
  8. 제3항에 있어서,
    상기 마운트 앵글과 상기 가이드 앵글은,
    일체로 형성되는 것을 특징으로 하는 적층 매거진.
  9. 제3항에 있어서,
    상기 전극 조립체는,
    집전체 및 활물질을 포함하는 양극판과 음극판; 및
    상기 양극판과 상기 음극판 사이에 구비되며, 상기 양극판과 상기 음극판보다 큰 면적을 갖는 세퍼레이터;를 포함하며,
    상기 가이드 앵글은,
    상기 세퍼레이터의 네 테두리를 지지하는 것을 특징으로 하는 적층 매거진.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 배터리 셀은,
    파우치형 이차 전지인 것을 특징으로 하는 적층 매거진.
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