KR20200033022A - 전극 조립체 제조용 권취 장치 - Google Patents

전극 조립체 제조용 권취 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 본체부, 전극과 분리막을 권취하는 귄심, 및 상기 본체부에 연결되고, 이물을 제거하는 이물 제거부를 포함하고, 상기 이물 제거부는 권심으로부터 이격된 상태로 상기 권심의 주변을 감싸는 구조의 전극 조립체 제조용 권취 장치에 관한 것이다.

Description

전극 조립체 제조용 권취 장치{WINDING DEVICE FOR PREPARING ELECTRODE ASSEMBLY}
본 발명은 전극 조립체 제조용 권취 장치에 관한 것이다.
최근, 화석 연료의 고갈에 의한 에너지원의 가격 상승, 환경 오염의 관심이 증폭되며, 친환경 대체 에너지원에 대한 요구가 미래 생활을 위한 필수 불가결한 요인이 되고 있다. 이에 원자력, 태양광, 풍력, 조력 등 다양한 전력 생산 기술들에 대한 연구가 지속되고 있으며, 이렇게 생산된 에너지를 더욱 효율적으로 사용하기 위한 전력 저장 장치 또한 지대한 관심이 이어지고 있다.
더욱이, 모바일 기기와 전지 자동차에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서의 전지의 수요가 급격히 증가하고 있고, 그에 따라 다양한 요구에 부응할 수 있는 전지에 대한 많은 연구가 행해지고 있다. 특히, 재료 면에서는 높은 에너지 밀도, 방전 전압, 출력 안정성 등의 장점을 가진 리튬 이온 전지, 리튬 이온 폴리머 전지 등과 같은 리튬 이차 전지에 대한 수요가 높다.
이차 전지는 양극, 음극, 및 양극과 음극 사이에 개재되는 분리막이 적층된 구조의 전극 조립체가 어떠한 구조로 이루어져 있는지에 따라 분류된다. 대표적으로는, 긴 시트형의 양극과 음극을 분리막이 개재된 상태에서 권취한 구조의 젤리-롤형(권취형) 전극 조립체, 소정 크기의 단위로 절취한 다수의 양극과 음극들을 분리막을 개재한 상태로 순차적으로 적층한 스택형(적층형) 전극조립체 등을 들 수 있으며, 최근에는, 상기 젤리-롤형 전극 조립체 및 스택형 전극 조립체가 갖는 문제점을 해결하기 위해, 상기 젤리-롤형과 스택형의 혼합 형태인 진일보한 구조의 전극 조립체로서, 소정 단위의 양극과 음극들을 분리막을 개재한 상태로 적층한 단위셀들을 분리필름 상에 위치시킨 상태에서 순차적으로 권취한 구조의 스택/폴딩형 전극 조립체가 개발되었다.
이러한 전극 조립체들 중에서, 젤리-롤형 전극 조립체는 제조가 용이하고 중량당 에너지 밀도가 높은 장점을 가지고 있어, 휴대용 컴퓨터에서 전지 자동차에 이르기까지 다양한 기기들의 에너지원으로 사용되고 있다.
도 1은 종래의 젤리-롤형 전극 조립체 제조 장치의 권취부를 나타낸 모식도이다.
도 1을 참조하면, 권취부(10)에서 양극(11), 음극(12), 및 분리막(13)이 권심(15)으로 유입되어 권취됨으로써 젤리-롤이 만들어 진다. 젤리-롤형 전극 조립체 제조 장치는 권취부(10) 이외에 도시하지 않았으나 전극 융착부, 전극 절단부, 및 롤러 구동부 등의 다양한 설비들을 포함하고, 이들 설비들의 작동에 의해 다양한 금속 및 비금속 이물들이 발생한다. 이러한 이물들이 권심(15)으로 유입되는 양극(11)과 음극(12)의 표면에 위치하여 함께 권취됨으로써, 저전압 및 단락과 같은 문제점을 야기한다.
이러한 문제점을 해결하기 위해 권심(15)으로 유입되는 양극(11)과 음극(12) 부위에 이물 제거 장치(14)를 배치하여 금속 이물들을 제거하는 방법이 사용되고 있다.
그러나, 앞서 언급한 이물들은 양극(11), 음극(12), 및 분리막(13)이 유입되는 부위 이외에도 다양한 곳으로부터 유입되므로 전극 및 분리막 주위에 국부적으로 설치된 이물 제거 장치로는 상기 이물들을 효과적으로 제거할 수 없는 문제점이 있다.
따라서, 이러한 문제점을 근본적으로 해결할 수 있는 기술에 대한 필요성이 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.
본 출원의 발명자들은 심도 있는 연구와 다양한 실험을 거듭한 끝에, 이후 설명하는 바와 같이, 전극 조립체 제조용 권취 장치가 권심의 주변을 감싸는 구조의 이물 제거부를 포함하고, 이물 제거부의 내면에는 흡입구를 형성함으로써 이물들을 효과적으로 제거할 수 있음을 확인하고 본 발명을 완성하기에 이르렀다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전극 조립체 제조용 권취 장치는, 본체부, 전극과 분리막을 권취하는 귄심, 및 상기 본체부에 연결되고, 이물을 제거하는 이물 제거부를 포함하고, 상기 이물 제거부는 권심으로부터 이격된 상태로 상기 권심의 주변을 감싸는 구조로 형성될 수 있다.
상기 이물 제거부에는 상기 전극과 상기 분리막이 유입되는 유입부를 포함할 수 있다.
상기 이물 제거부는 원통 구조로 형성될 수 있다.
상기 원통의 직경은 적어도 상기 전극 조립체의 직경보다 크게 형성될 수 있다.
상기 이물 제거부는 내면에 형성된 흡입구를 포함할 수 있다.
상기 흡입구를 통해서 흡입된 상기 이물은 상기 본체부를 통해서 외부로 방출될 수 있다.
상기 이물 제거부는 상기 본체부에서 분리될 수 있다.
상기 이물 제거부는 자석을 더 포함할 수 있다.
상기 자석은 상기 유입부가 형성된 상기 이물 제거부 부위에 형성될 수 있다.
상기 이물 제거부의 개구부를 덮는 덮개부를 더 포함할 수 있다.
상기 덮개부는 상기 본체부에서 분리되는 전극 조립체 제조용 권취 장치.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 전극 조립체 제조용 권취 장치는 권심의 주변을 감싸는 구조의 이물 제거부를 포함하고, 이물 제거부의 내면에는 흡입구를 형성함으로써 이물들의 유입을 방지할 수 있을 뿐만 아니라 유입된 이물들을 효과적으로 제거할 수 있다.
도 1은 종래의 젤리-롤형 전극 조립체 제조 장치의 권취부를 나타낸 모식도이다.
도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 전극 조립체 제조용 권취 장치를 나타낸 모식도이다.
도 3은 도 2의 전극 조립체 제조용 권취 장치의 단면도이다.
도 4는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 전극 조립체 제조용 권취 장치를 나타낸 모식도이다.
도 5는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 전극 조립체 제조용 권취 장치를 나타낸 모식도이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 여러 실시예들에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예들에 한정되지 않는다.
또한, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
또한, 명세서 전체에서, "단면도"라 할 때, 이는 대상 부분을 수직으로 자른 단면을 옆에서 보았을 때를 의미한다.
도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 전극 조립체 제조용 권취 장치를 나타낸 모식도이다. 도 3은 도 2의 전극 조립체 제조용 권취 장치의 단면도이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 전극 조립체 제조용 권취 장치(100)는 본체부(101), 권심(102), 및 이물 제거부(103)를 포함한다. 이물 제거부(103)에는 전극(도시하지 않음)과 분리막(도시하지 않음)이 유입되는 유입부(104)가 형성되어 있다. 전극과 분리막은 유입부(104)을 통해서 권심(102)으로 유입되어 권취된다. 유입부(104)의 형상은 전극과 분리막의 형상에 따라 다양하게 형성될 수 있으나, 유입부(104)를 통한 이물의 유입을 최소화하기 위해 전극과 분리막이 간섭되지 않고 유입될 수 있는 최소한의 크기로 형성되는 것이 바람직하다. 일반적으로 전극과 분리막은 일정한 두께를 가지는 폭 대비 길이가 긴 시트 형상이므로, 유입부(104)는 시트가 유입될 수 있는 형상일 수 있다.
이물 제거부(103)의 형상은 특별히 한정되지 않고, 소망하는 전극 조립체의 형상 및 제조 설비 등을 고려하여 다양하게 형성될 수 있으나, 권심(102)으로부터 일정한 이격 거리를 유지하며 권심(102)을 감싸는 원통 구조로 형성하는 것이 바람직하다. 도 2에 도시된 이물 제거부(103)는 원통 구조로 형성되어 있다. 이물 제거부(103)의 직경은 적어도 권취가 완료된 전극 조립체의 직경보다 클 수 있다. 그리고, 이물 제거부(103)의 길이는 적어도 권심(102)의 길이보다 같거나 길다. 여기서, 이물 제거부(103)의 길이란, 권심(102)이 뻗어 있는 방향을 따라 정의되는 길이를 의미한다. 이러한 구조에 의해서 전극과 분리막이 권취될 때, 이물이 권심으로 유입되는 것이 효과적으로 방지될 수 있다.
이물 제거부(103)의 내면(109)에는 다수의 흡입구(105)들이 형성되어 있다. 흡입구(105)들이 형성되는 위치는 특별히 한정되지 않으나, 이물 제거부(103)의 내면(109)에 소정의 간격을 유지하며 형성될 수 있다. 작업자의 필요에 따라, 흡입구(105)들은 특정한 부위에 상대적으로 많이 형성될 수 있다. 하나의 예로서, 흡입구(105)들은 이물 제거부(103)의 개구부(106)에 인접한 이물 제거부(103) 내면에 집중적으로 배치되어 개구부(106)을 통해서 유입되는 이물을 효과적으로 제거할 수 있다. 여기서, 개구부(106)는 외부 공간과 원통 구조의 이물 제거부(105) 내부 공간 사이의 경계에 해당하는 부분일 수 있다. 또는 흡입구(105)들은 유입부(104)들에 인접한 이물 제거부(103) 내면(109)에 집중적으로 배치되어 유입부(104)들을 통해서 유입되는 이물들을 효과적으로 제거할 수 있다. 흡입구(105)들을 통해서 유입된 이물들은 이물 제거부(103)의 내면(109)과 외면(110) 사이의 내부 이동 통로(121)를 통해서 본체부(101)로 이동하여 외부로 방출된다. 본체부(101)에는 공기 흡입 펌프(120)가 형성될 수 있고, 이러한 공기 흡입 펌프(120)에 의해 흡입구(105)들을 통해 이물 제거부(103)로 이물들이 유입되어 본체부(101)를 통해 외부로 방출될 수 있다.
이러한 구조를 통해서, 전극과 분리막이 권취될 때, 이물이 권심(102)으로 유입되는 것을 방지할 수 있을 뿐만 아니라, 유입된 이물도 흡입구(105)을 통해서 효과적으로 제거할 수 있다.
이물 제거부(103)는 본체부(101)에 연결되어 있으나, 필요에 따라 분리 가능하다.
도 4는 본 발명에 따른 다른 일 실시예에 따른 전극 조립체 제조용 권취 장치를 나타낸 모식도이다.
도 4를 참조하면, 전극 조립체 제조용 권취 장치(200)는 유입부(104)가 형성된 이물 제거부(103) 부위에 자석(107)을 더 포함하고 있다. 설명의 편의를 위해, 다수의 자석(107)들 중에서 대표로 하나의 자석만을 지시선으로 표시하였다. 자석(107)은 유입부(104)로 유입되는 전극에 붙어 있는 금속 이물들을 자력으로 분리 제거한다. 상기 금속 이물들은 상기 전극의 절단 가공 과정에서 발생하고, 비금속 이물의 중량보다 무거워 흡입구(105)을 통해서 흡입되지 않는 경우가 있다. 제거되지 않은 상기 금속 이믈들이 상기 전극들과 함께 권취될 경우 전극 조립체의 변형뿐만 아니라 단락을 유발한다.
이물 제거부(103)에서 자석(107)이 형성될 수 있는 부위는 특별히 한정되지 않는다. 이물 제거부(103)의 외면(110)뿐 아니라 내면(109)에도 형성될 수 있으며, 필요할 경우, 이물 제거부(103)의 일부 또는 전부를 자석으로 형성할 수 있다.
도 5는 본 발명에 따른 다른 한 실시예에 따른 전극 조립체 제조용 권취 장치를 나타낸 모식도이다.
도 5를 참조하면, 전극 조립체 제조용 권취 장치(300)는 덮개부(108)를 더 포함할 수 있다. 덮개부(108)는 개구부(106)를 덮는 형태로 이물 제거부(103)에 연결된다. 전극 조립체의 권취 과정 동안 덮개부(108)는 이물 제거부(103)에 결합되어 있어 개구부(106)을 통해 이물이 유입되는 것을 방지한다. 상기 전극 조립체의 권취가 완료되면 덮개부(108)를 이물 제거부(103)에서 분리하고 상기 전극 조립체를 권심(102)에서 분리할 수 있다.
본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면, 상기 내용을 바탕을 본 발명의 범주 내에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다.

Claims (11)

  1. 본체부;
    전극과 분리막을 권취하는 귄심; 및
    상기 본체부에 연결되고, 이물을 제거하는 이물 제거부;
    를 포함하고,
    상기 이물 제거부는 권심으로부터 이격된 상태로 상기 권심의 주변을 감싸는 구조로 형성된 전극 조립체 제조용 권취 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 이물 제거부에는 상기 전극과 상기 분리막이 유입되는 유입부를 포함하는 전극 조립체 제조용 권취 장치.
  3. 제1항에 있어서
    상기 이물 제거부는 원통 구조로 형성된 전극 조립체 제조용 권취 장치.
  4. 제3항에 있어서
    상기 원통의 직경은 적어도 상기 전극 조립체의 직경보다 큰 전극 조립체 제조용 권취 장치.
  5. 제1항에 있어서
    상기 이물 제거부는 내면에 형성된 흡입구를 포함하는 전극 조립체 제조용 권취 장치.
  6. 제5항에 있어서
    상기 흡입구를 통해서 흡입된 상기 이물은 상기 본체부를 통해서 외부로 방출되는 전극 조립체 제조용 권취 장치.
  7. 제1항에 있어서
    상기 이물 제거부는 상기 본체부에서 분리되는 전극 조립체 제조용 권취 장치.
  8. 제2항에 있어서,
    상기 이물 제거부는 자석을 더 포함하는 전극 조립체 제조용 권취 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 자석은 상기 유입부가 형성된 상기 이물 제거부 부위에 형성된 전극 조립체 제조용 권취 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 이물 제거부의 개구부를 덮는 덮개부를 더 포함하는 전극 조립체 제조용 권취 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 덮개부는 상기 본체부에서 분리되는 전극 조립체 제조용 권취 장치.
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