KR20200137927A - 이차전지 전극용 고속 노칭 시스템 - Google Patents

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KR20200137927A
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Abstract

개시되는 이차전지 전극용 고속 노칭 시스템은, 필름 롤에서 띠 형태의 전극필름이 권출되는 권출부; 권출된 상기 전극필름을 이송하는 피딩부; 이송되는 상기 전극필름을 노칭하는 노칭부; 노칭된 상기 전극필름을 절단하는 컷팅부; 및 절단된 상기 전극필름을 적재하는 적재부;를 포함하고, 상기 적재부는, 절단된 상기 전극필름을 이송하는 운반수단; 절단된 상기 전극필름이 상하 방향으로 정렬되어 적재되는 매거진; 및 상기 운반수단 및 상기 매거진 상측에 배치되고, 상기 전극필름을 양중하는 복수개의 양중수단 및 상기 복수개의 양중수단을 특정한 방향으로 무한 회전시키는 회전수단을 포함하여, 상기 운반수단이 운반하는 절단된 상기 전극필름을 양중하고 상기 매거진 상측으로 이송한 후 낙하시켜 적재하는 회전이송 컨베이어;를 포함한다.

Description

이차전지 전극용 고속 노칭 시스템{High Speed Electrode Nothing System for Secondary Battery}
본 발명(Disclosure)은, 이차전지 전극용 고속 노칭 시스템에 관한 것으로서, 구체적으로 전극필름을 높은 정밀도로 고속 적재할 수 있으며, 적재 불량 발생을 최소화하고, 적재 품질을 일정하게 유지할 수 있는, 이차전지 전극용 고속 노칭 시스템에 관한 것이다.
여기서는, 본 발명에 관한 배경기술이 제공되며, 이들이 반드시 공지기술을 의미하는 것은 아니다(This section provides background information related to the present disclosure which is not necessarily prior art).
이차전지 전극용 노칭 시스템(notching system)은, 롤에 감긴 전극필름을 권출하여, 노칭형상을 형성하는 노칭 공정용 장치이다.
노칭 공정은, 띠 형태의 전극필름의 폭 방향 양측 단부에, 그 길이방향으로 특정한 피치(pitch)를 주기로 노칭형상을 형성한다. 일반적으로 노칭형상은 전극탭(electrode tab) 및 컷팅 마커를 포함한다.
한편 최근 이차전지 수요량이 증가함에 따라서 고속 노칭 시스템에 대한 수요가 증가하고 있다.
일반적인 노칭 시스템은, 프레스 타발 또는 레이저 컷팅 방식을 사용한다.
레이저 컷팅 방식은, 변형이 적고 정밀도가 높지만, 공정 시간이 길고 장치의 부피가 큰 단점이 있다. 반면에, 프레스 타발 방식은, 공정시간이 짧고 장치의 부피가 작은 장점이 있으므로, 고속 노칭 시스템에 적합하다.
한편, 노칭형상이 형성된 띠 형태의 전극필름은 다시 롤에 권취된 상태, 또는 컷팅되어 낱개로 적재된 매거진 상태로 이차전지 셀 조립공정에 투입될 수 있다. 이들 두 가지 방법중에 매거진에 적재된 상태로 이차전지 셀 조립공정에 투입되기 위해서는, 컷팅공정은 물론이고 적재 공정까지 거쳐야한다.
이와 같이 낱개의 전극필름을 매거진에 적재된 상태로 제조하기 위해서는, 권출, 노칭 공정 뿐만 아니라 컷팅 및 적재 공정까지 연속적으로 동일공간에서 수행되는 인시츄(in-situ process)방식의 고속 노칭 시스템이 필요하다.
인시츄 방식의 고속 노칭 시스템을 구현하기 위해서는, 각 단위 공정의 품질과 동작 속도 개선 및 단위 공정간의 유기적인 동기화가 요구된다.
그러나 종래의 노칭 시스템은 권출-노칭 공정만 수행되는 개별 장비 형태인 경우가 많다. 또한, 노칭 공정 이외의 단위공정이 더 융합된 구조의 노칭 시스템에서도, 각 공정 동작이 상호 유기적으로 동기화 되지않아, 고속 노칭 시스템을 구현하기 어려운 문제점이 있다.
특히 적재 공정은, 인시츄 방식의 노칭 시스템의 마지막 공정으로서, 낱개로 분할된 전극필름을 미리 정해진 수량으로 적재한다.
수십 ㎛ 두께의 박막인 전극필름을 적재하는 과정에서는, 정렬 불량이나 접힘등의 적재 불량이 발생할 수 있다.
또한, 노칭 공정과 컷팅 공정이 완료된 전극필름은, 이차전지의 셀 조립공정에 그대로 투입될 수 있는 준비(Ready)상태이다. 따라서 적재 불량 발생시, 적재 불량이 발생한 전극필름을 선별하기 어려우며, 특히 적재 불량 발생된 전극필름 묶음은, 전량 폐기될 수도 있다.
적재 공정에서 적재 불량이 발생하면, 제조비용과 시간을 포함하여, 대량의 완제품 손실이 발생하는 문제점이 있다.
인시츄 방식 노칭 시스템의 고속화를 위해서는 적재 공정 역시 고속 작동 가능하도록 개선되어야 한다.
또한, 낱개로 컷팅된 전극필름의 특성상, 적재 공정과 컷팅 공정과 분리할 수 없다. 따라서, 인시츄 방식 노칭 시스템에서는, 무리없이 고속동작할 수 있는 적재 장치 및 적재 장치와 컷팅 장치의 동기화에 대한 개발이 요구된다.
1. 한국등록특허공보 제10-1329073호
본 발명(Disclosure)은, 특정한 방향으로 무한 회전하는 회전수단과 양중수단을 결합함으로써, 높은 정밀도의 적재 동작을 고속으로 수행할 수 있는, 이차전지 전극용 고속 노칭 시스템의 제공을 일 목적으로 한다.
본 발명(Disclosure)은, 승하강하는 매거진과 회전이송 컨베이어를 이용하여, 전극필름 적재시 낙하거리를 최소화함으로써, 적재 불량 발생을 최소화할 수 있는, 이차전지 전극용 고속 노칭 시스템의 제공을 일 목적으로 한다.
여기서는, 본 발명의 전체적인 요약(Summary)이 제공되며, 이것이 본 발명의 외연을 제한하는 것으로 이해되어서는 아니 된다(This section provides a general summary of the disclosure and is not a comprehensive disclosure of its full scope or all of its features).
상기한 과제의 해결을 위해, 본 발명을 기술하는 여러 관점들 중 어느 일 관점(aspect)에 따른 이차전지 전극용 고속 노칭 시스템은, 필름 롤에서 띠 형태의 전극필름이 권출되는 권출부; 권출된 상기 전극필름을 이송하는 피딩부; 이송되는 상기 전극필름을 노칭하는 노칭부; 노칭된 상기 전극필름을 절단하는 컷팅부; 및 절단된 상기 전극필름을 적재하는 적재부;를 포함하고, 상기 적재부는, 절단된 상기 전극필름을 운반하는 운반수단; 절단된 상기 전극필름이 상하 방향으로 정렬되어 적재되는 매거진; 및 상기 운반수단 및 상기 매거진 상측에 배치되고, 상기 전극필름을 양중하는 복수개의 양중수단 및 상기 복수개의 양중수단을 특정한 방향으로 무한회전시키는 회전수단을 포함하여, 상기 운반수단이 운반하는 절단된 상기 전극필름을 양중하고 상기 매거진 상측으로 이송한 후 낙하시켜 적재하는 회전이송 컨베이어;를 포함한다.
본 발명의 일 관점(aspect)에 따른 이차전지 전극용 고속 노칭 시스템에서, 상기 양중수단은, 상기 전극필름의 상면을 진공압으로 흡착하여 양중하며, 상기 회전수단은, 그 외주면에 상기 양중수단이 결합되고 특정한 방향으로 무한 회전하는 컨베이어 장치일 수 있다.
본 발명의 다른 일 관점(aspect)에 따른 이차전지 전극용 고속 노칭 시스템은, 상기 회전이송 컨베이어를 상하 방향으로 이동시키는 컨베이어 승강수단을 더 포함한다.
본 발명의 또 다른 일 관점(aspect)에 따른 이차전지 전극용 고속 노칭 시스템에서, 상기 회전이송 컨베이어가 하강할 때, 상기 운반수단 상측에 위치하는 상기 양중수단이 상기 운반수단이 운반한 상기 전극필름을 양중하는 양중동작 및 상기 매거진 상측에 위치하는 상기 양중수단이 이미 양중한 상기 전극필름을 낙하시키는 낙하동작이 동시에 수행될 수있다.
본 발명의 또 다른 일 관점(aspect)에 따른 이차전지 전극용 고속 노칭 시스템에서, 상기 회전이송 컨베이어는, 회전하는 상기 양중수단에 상기 진공압을 공급하는 에어 로터리 조인트(air rotary joint)를 더 포함할 수 있다.
본 발명을 기술하는 여러 관점들 중 일 관점(aspect)에 따른 이차전지 전극용 고속 노칭 시스템에서, 상기 적재부는, 상기 매거진을 상향방향으로 이동시키는 매거진 승강수단을 더 포함한다.
본 발명의 다른 일 관점(aspect)에 따른 이차전지 전극용 고속 노칭 시스템에서, 상기 매거진 승강수단은, 상기 전극필름의 적재 수량에 따라 상기 매거진의 상하 위치를 제어할 수 있다.
본 발명에 따르면, 특정한 방향으로 무한 회전하는 회전수단과 양중수단을 결합함으로써, 높은 정밀도의 적재 동작이 고속으로 수행될 수 있다.
본 발명에 따르면, 승하강하는 매거진과 회전이송 컨베이어를 이용함으로써, 적재 불량 발생을 최소화하며, 균일한 적재 품질을 유지할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 이차전지 전극용 고속 노칭 시스템의 일 실시형태를 보인 사시도.
도 2는 도 1의 이차전지 전극용 고속 노칭 시스템의 A 영역이 확대된 정면도.
이하, 본 발명에 따른 이차전지 전극용 고속 노칭 시스템을 구현한 실시형태를 도면을 참조하여 자세히 설명한다.
다만, 본 발명의 본질적인(intrinsic) 기술적 사상은 이하에서 설명되는 실시형태에 의해 그 실시 가능 형태가 제한된다고 할 수는 없고, 본 발명의 본질적인(intrinsic) 기술적 사상에 기초하여 통상의 기술자에 의해 이하에서 설명되는 실시형태를 치환 또는 변경의 방법으로 용이하게 제안될 수 있는 범위를 포섭함을 밝힌다.
또한, 이하에서 사용되는 용어는 설명의 편의를 위하여 선택한 것이므로, 본 발명의 본질적인(intrinsic) 기술적 사상을 파악하는 데 있어서, 사전적 의미에 제한되지 않고 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 의미로 적절히 해석되어야 할 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 이차전지 전극용 고속 노칭 시스템의 일 실시형태를 보인 사시도이고, 도 2는 도 1의 이차전지 전극용 고속 노칭 시스템의 A 영역이 확대된 정면도이다.
도 1 내지 도 2을 참조하면, 본 실시형태에 따른 이차전지 전극용 고속 노칭 시스템은, 권출부(10)와 피딩부(20)와 노칭부(30)와 컷팅부(40) 및 적재부(50)를 포함한다.
권출부(10)는, 필름 롤(1)에서 띠 형태의 전극필름(2)이 권출되며, 피딩부(20)는 권출된 전극필름(2)을 이송한다.
노칭부(30)는 이송되는 전극필름(2)을 노칭하고, 컷팅부(40)는 노칭된 전극필름(2)을 절단한다.
적재부(50)는 절단된 전극필름(2)을 적재한다.
적재부(50)는 운반수단(51)과 매거진(53) 및 회전이송 컨베이어(52)를 포함한다.
운반수단(51)은 절단된 전극필름(2)을 매거진(53) 측으로 운반한다.
매거진(53)은, 절단된 전극필름(2)이 상하 방향으로 정렬되어 적재된다.
회전이송 컨베이어(52)는 복수개의 양중수단(52b) 및 복수개의 양중수단(52b)을 회전수단(52a)을 포함하고, 운반수단(51) 및 매거진(53) 상측에 배치된다. 양중수단(52b)은 낱개의 전극필름(2)을 양중하고, 회전수단(52a)는 복수개의 양중수단(52b)을 특정한 방향으로 무한 회전시킨다.
회전이송 컨베이어(52)는, 운반수단(51)이 운반하는 절단된 전극필름(2)을 양중하고 매거진(53) 상측으로 이송한 후 낙하시켜 적재한다.
운반수단(51)은, 바람직하게는, 전극필름(2)의 하면을 흡착하여, 운반중에 전극필름(2)의 이동이나 자세 틀어짐을 최소화한다..
양중수단(52b)은, 바람직하게는, 전극필름(2)의 상면을 진공압으로 흡착하여 양중한다. 또한, 회전수단(52a)은, 그 외주면에 양중수단(52b)이 결합되고 특정한 방향으로 회전하는 컨베이어 벨트장치이다.
또한 양중수단(52b)은, 바람직하게는, 매거진(53) 상측에서 전극필름(2)을 낙하시킬 때, 에어 블로잉(air blowing)함으로써, 전극필름(2)의 낙하를 용이하게 하며, 낙하시에 회전 또는 자세 틀어짐을 최소화 한다.
또한, 매거진(53)은 그 상측에 호퍼(hopper)를 더 구비함으로써, 낙하하는 전극필름(2)을 안내하여 정렬 불량으로 인한 적재 불량을 최소화 할 수 있다.
도 1 내지 도 2을 참조하면, 본 실시형태에 따른 이차전지 전극용 고속 노칭 시스템의 회전이송 컨베이어(52)에서, 복수개의 양중수단(52b)은, 특정한 간격으로 이격되어 회전수단(52a)에 고정되며, 특정한 방향으로 무한 회전한다.
각각의 양중수단(52b)은 하나의 전극필름(2)을 양중한 후, 회전수단(52a)이 회전함으로써 매거진(53) 상측으로 이동한다.
특정한 방향으로 무한 순환 회전하는 회전수단(52a)과, 특정한 간격으로 고정된 양중수단(52b)을 결합하면, 전극필름(2)을 양중하는 위치와 낙하시키는 위치 제어가 용이하다.
만약에, 하나의 양중수단(52b)이 운반수단(51)과 매거진(53) 사이를 왕복운동하면, 정확한 위치에서 급격한 방향 전환해야 한다.
반면, 본 발명에 따른 회전이송 컨베이어는, 특정한 방향으로 회전하는 회전수단(52a)의 회전 피치만 조절함으로써, 정확한 양중 및 낙하 위치가 자동으로 유지될 수 있다.
이러한 정확한 위치 조절은, 전극필름(2)을 고속으로 적재할 수 있다.
또한, 본 실시형태에 따른 이차전지 전극용 고속 노칭 시스템의 적재부는, 회전이송 컨베이어(52)를 상하 방향으로 이동시키는 컨베이어 승강수단(52c)을 더 포함한다.
컨베이어 승강수단(52c)이 하강하면, 운반수단(51)이 운반한 전극필름(2)의 상면을 양중수단(52b)이 흡착하는 양중동작이 쉽게 수행될 수 있다.
또한, 컨베이어 승강수단(52c)이 하강할 때, 매거진(53) 상측에 위치한 양중수단(52b)이, 이미 흡착한 전극필름(2)을 배출하는 배출동작이 수행된다. 이때 배출되는 전극필름(2)은, 낙하 거리를 최소화하여 적재 불량 발생 가능성을 낮출 수 있다.
따라서, 본 실시형태에 따른 이차전지 전극용 고속 노칭 시스템은, 회전수단(52a)이 하강할 때, 양중동작과, 배출동작이 동시에 수행된다.
또한 본 실시형태에 따른 이차전지 전극용 고속 노칭 시스템의 회전이송 컨베이어는, 회전하는 상기 양중수단에 상기 진공압을 공급하는 에어 로터리 조인트(air rotary joint, 52d)를 더 포함할 수 있다.
에어 로터리 조인트(52d)는, 무한 회전하는 양중수단에 끊김 없이 진공압을 제공한다.
또한 본 발명에 따른 이차전지 전극용 고속 노칭 시스템에서, 매거진(53)은, 매거진(53)을 상향방향으로 이동시키는 매거진 승강수단(54)을 더 포함한다.
매거진 승강수단(54)은, 전극필름(2)의 적재 수량에 따라 매거진(53)의 상하 위치를 제어한다.
매거진(53)이 적재되는 전극필름(2)의 수량에 따라 승하강하면, 낙하하는 전극필름(2) 낙하거리를 최소화할 수 있다.
또한, 낙하하는 모든 전극필름(2)의 낙하거리를 일정하게 유지함으로써, 적재 불량 발생 가능성을 일정하게 유지할 수 있다.
불량 발생은 그 빈도가 변할때, 불량 원인 파악이 어렵다. 조건에 상관없이 동일한 불량 발생률을 나타내면, 불량 원인 파악이 용이하며, 개선 가능성이 높다. 따라서 전극필름(2)의 낙하거리를 일정하게하여 불량 발생 가능성을 일정하게 유지하면, 불량 개선에 효과적인 장점이 있다.
또한, 본 발명에 따른 이차전지 전극용 고속 노칭 시스템의 또 다른 일 실시예에서, 회전이송 컨베이어(52)는, 상술한 양중동작이 수행되는 위치의, 운반수단(51) 상측에 전극필름(2)이 위치하는지 여부를 감지하는 필름 감지수단을 더 구비할 수 있다.
또한, 필름 감지수단의 감지 결과를 기반으로 운반수단(51) 및 회전이송 컨베이어(52)의 동작을 제어하는 적재 제어부를 더 포함할 수 있다.
상술한 바와 같이 인접하는 양중수단(52b) 사이의 이격거리는 일정하게 유지된다. 따라서 운반수단(51)에 의해 운반되는 전극필름(2)이 양중동작이 수행되는 위치까지 정확하게 이송된 후에, 컨베이어 승강수단(52c)이 하강하여 양중동작이 수행되어야 한다.
한편, 공정이 진행되는 동안에, 운반수단(51)에 의해 운반되는 낱개의 전극필름(2) 사이의 이격거리가 동일하지 않을 수 있다.
적재 제어부 및 필름 감지수단은, 운반수단(51)으로 운반되는 낱개의 전극필름(2) 사이의 이격거리에 따라, 회전이송 컨베이어(52)의 양중동작의 개시 여부 및 운반수단(51)의 운반속도를 제어한다.
또한 본 발명에 따른 이차전지 전극용 고속 노칭 시스템의 또 다른 일 실시형태에서 적재 제어부는, 양중동작과 배출동작을 노칭부의 노칭동작 및 컷팅부의 컷팅동작과 동기화한다.
이때, 운반수단(51)의 운반동작은 양중동작과 배출동작과 노칭동작 및 컷팅동작과 동기화되어, 이송-정지를 반복한다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 회전이송 컨베이어(52)는, 이격거리가 동일하게 배치된 복수의 양중수단(52b)이 특정한 방향으로 무한회전한다.
이때, 양중수단(52b)간의 이겨거리는, 배출동작이 수행되는 위치와 양중동작이 수행되는 위치에 대응하며, 배출동작이 수행되는 위치에 매거진(53)이 위치한다.
따라서, 노칭부의 노칭동작과 컷팅부의 컷팅동작 및 적재부의 양중 및 배출동작의 개시 시점을 모두 동기화 함으로써, 노칭-컷팅-적재의 단위 공정 속도를 획기적으로 향상시킬 수 있다.

Claims (1)

  1. 필름 롤에서 띠 형태의 전극필름이 권출되는 권출부;
    권출된 상기 전극필름을 이송하는 피딩부;
    이송되는 상기 전극필름을 노칭하는 노칭부;
    노칭된 상기 전극필름을 절단하는 컷팅부; 및
    절단된 상기 전극필름을 적재하는 적재부;를 포함하고,
    상기 적재부는,
    절단된 상기 전극필름을 운반하는 운반수단;
    절단된 상기 전극필름이 상하 방향으로 정렬되어 적재되는 매거진; 및
    상기 운반수단 및 상기 매거진 상측에 배치되고, 상기 전극필름을 양중하는 복수개의 양중수단 및 상기 복수개의 양중수단을 특정한 방향으로 무한 회전시키는 회전수단을 포함하여, 상기 운반수단이 운반하는 절단된 상기 전극필름을 양중하여 상기 매거진 상측으로 이송한 후 낙하시켜 적재하는 회전이송 컨베이어;를 포함하는 이차전지 전극용 고속 노칭 시스템.
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