KR20210045180A - 2차전지 적층장치의 분리막 장력 및 모서리 위치 제어 장치 - Google Patents

2차전지 적층장치의 분리막 장력 및 모서리 위치 제어 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 수직 방향으로 연장되어 형성되는 프레임, 프레임의 일면에서 수평방향으로 연장되어 형성되는 연장부, 일측이 연장부에 피벗 가능하게 연결되는 피벗 플레이트, 피벗 플레이트의 회전각을 조절할 수 있도록 구성되는 피벗 플레이트 구동부, 피벗 플레이트상에 구비되며, 거치된 분리막의 장력을 조절할 수 있도록 구성되는 댄서 및 피벗 플레이트로부터 진출하는 분리막의 모서리 위치를 측정할 수 있도록 구성되는 EPC센서를 포함하며, 피벗 플레이트 구동부의 구동시 댄서와 피벗 플레이트가 함께 피벗 동작이 이루어지는 것을 2차전지 적층장치의 분리막 장력 및 모서리 위치 제어 장치에 관한 것이다.
본 발명에 따른 2차전지 적층장치의 분리막 장력 및 모서리 위치 제어 장치는 분리막의 장력과 모서리 위치 제어를 동시에 수행하므로 정밀도를 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

Description

2차전지 적층장치의 분리막 장력 및 모서리 위치 제어 장치{SEPARATION FILM TENSION AND EDGE POSITION CONTROL OF SECONDARY BATTERY STACKING APPARATUS}
본 발명은 다기종 2차전지 적층장치에 관한 것이며, 보다 상세하게는 극판크기가 달라지더라도 생산효율을 극대활 수 있는 2차전지 적층장치에 관한 것이다.
일반적으로 이차전지는 화학에너지를 전기에너지로 변환하는 방전과 역방향인 충전과정을 통하여 반복 사용이 가능한 전지이며, 그 종류로는 니켈-카드뮴(Ni-Cd) 전지, 니켈-수소(Ni-MH) 전지, 리튬-금속 전지, 리튬-이온(Ni-Ion) 전지 및 리튬-이온 폴리머 전지(Li-Ion Polymer Battery) 등이 있다.
이차전지는 양극, 음극, 전해질, 분리막으로 구성되며, 서로 다른양극 및 음극 소재의 전압차이를 이용하여 전기를 저장 및 발생시킨다. 여기서, 방전이란 전압이 높은 음극에서 낮은 양극으로 전자를 이동시키는 것이며(양극의 전압 차이만큼 전기를 발생), 충전이란 전자를 다시 양극에서 음극으로 이동시키는 것으로 이때 양극물질은 전자와 리튬이온을 받아들여 원래의 금속산화물로 복귀하게 된다. 즉, 이차전지는 충전될 때 금속 원자가 분리막을 통하여 양극에서 음극으로 이동함에 따라 충전 전류가 흐르게 되고, 반대로 방전될 때 금속 원자는 음극에서 양극으로 이동하며 방전 전류가 흐르게 된다.
한편, 이러한 이차전지의 제조시 권취하여 제조하는 방식과 적층형 방식으로 구분될 수 있으며, 이 중 적층형 방식은 일정한 크기로 절단된 양극판과 음극판을 교대로 적층하여 전극조립체를 제작하는 방식이다. 이에 대하여 대한민국 등록특허 제1421847호(2012.05.31. 공개)가 개시되어 있다.
그러나 이러한 종래기술은 분리막의 장력과 모서리 컨트롤을 독립적으로 수행시 상호간에 영향을 미쳐 정확도가 떨어지는 문제점이 있었다.
대한민국 등록특허 제1421847호(2012.05.31. 공개)
본 발명은 전술한 종래의 2차전지 제조장치의 문제점을 해결하여 분리막의 장력과 위치제어를 동시에 수행하여 정밀도를 향상시키는 2차전지 적층장치의 분리막 장력 및 모서리 위치 제어 장치를 제공하는 것에 그 목적이 있다.
상기 과제의 해결 수단으로서, 수직 방향으로 연장되어 형성되는 프레임, 프레임의 일면에서 수평방향으로 연장되어 형성되는 연장부, 일측이 연장부에 피벗 가능하게 연결되는 피벗 플레이트, 피벗 플레이트의 회전각을 조절할 수 있도록 구성되는 피벗 플레이트 구동부, 피벗 플레이트상에 구비되며, 거치된 분리막의 장력을 조절할 수 있도록 구성되는 댄서 및 피벗 플레이트로부터 진출하는 분리막의 모서리 위치를 측정할 수 있도록 구성되는 EPC센서를 포함하며, 피벗 플레이트 구동부의 구동시 댄서와 피벗 플레이트가 함께 피벗 동작이 이루어지는 것을 2차전지 적층장치의 분리막 장력 및 모서리 위치 제어 장치가 제공될 수 있다.
한편, EPC 센서는 프레임상에 구비되며 피벗 플레이트에서 나온 분리막의 모서리 위치를 측정하도록 구성될 수 있다.
한편, 댄서는 일측을 회전중심으로 하여 소정각도로 회전운동할 수 있도록 구성될 수 있다.
또한, 피벗 플레이트상에 구비되며, 댄서를 경유하는 분리막의 장력을 측정할 수 있도록 구성되는 로드 셀을 더 포함할 수 있다.
나아가, 로드 셀은 피벗 플레이트상의 댄서와 소정거리 이격된 지점에 구비되며, 로드 셀은 댄서로부터 인출된 분리막이 거치될 수 있도록 구성될 수 있다.
한편, 댄서는 2개의 아이들 롤러를 포함하여 구성되며, 분리막은 댄서의 아이들 롤러 중 하나를 경유하고, 로드 셀을 경유한 뒤 댄서의 다른 하나의 아이들 롤러를 경유할 수 있도록 구성될 수 있다.
한편, 로드 셀의 값을 근거로 댄서의 회전각을 조절할 수 있도록 구성되는 댄서 구동부를 더 포함할 수 있다.
또한, 댄서 구동부는 서보 모터를 포함하여 구성될 수 있다.
나아가, 프레임은 XZ 평면상으로 연장되어 형성되며, 피벗 플레이트는 X 축과 평행한 축을 중심으로 피벗될 수 있도록 구성될 수 있다.
한편, 댄서는, Y축과 평행한 축을 중심으로 회전운동할 수 있도록 구성될 수 있다.
본 발명에 따른 2차전지 적층장치의 분리막 장력 및 모서리 위치 제어 장치는 분리막의 장력과 모서리 위치 제어를 동시에 수행하므로 정밀도를 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 2차전지 적층의 개념을 나타낸 도면이다.
도 2는 기종별로 다른 크기로 구성되는 전극조립체를 나타낸 사시도이다.
도 3은 장력 및 모서리 위치 제어장치의 사시도이다.
도 4는 도 3의 분해사시도이다.
도 5는 도 3에서 분리막이 거치되었을 때의 모습이 도시된 정면도이다.
도 6은 EPC 수행시의 작동상태도이다.
도 7 및 도 8은 장력조절시의 작동상태도이다.
이하, 본 발명의 실시 예에 따른 2차전지 적층장치의 분리막 장력 및 모서리 위치 제어 장치에 대하여, 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 그리고 이하의 실시예의 설명에서 각각의 구성요소의 명칭은 당업계에서 다른 명칭으로 호칭될 수 있다. 그러나 이들의 기능적 유사성 및 동일성이 있다면 변형된 실시예를 채용하더라도 균등한 구성으로 볼 수 있다. 또한 각각의 구성요소에 부가된 부호는 설명의 편의를 위하여 기재된다. 그러나 이들 부호가 기재된 도면상의 도시 내용이 각각의 구성요소를 도면내의 범위로 한정하지 않는다. 마찬가지로 도면상의 구성을 일부 변형한 실시예가 채용되더라도 기능적 유사성 및 동일성이 있다면 균등한 구성으로 볼 수 있다. 또한 당해 기술 분야의 일반적인 기술자 수준에 비추어 보아, 당연히 포함되어야 할 구성요소로 인정되는 경우, 이에 대하여는 설명을 생략한다.
도 1은 2차전지 적층의 개념을 나타낸 도면이다. 도시된 바와 같이 전극조립체(1000)(또는 젤리롤)의 생산은 하나의 분리막(5000)을 경계로 극판(2000)을 적층시켜 생산되며, 일측에는 양극판(3000)이, 타측에는 음극판(3000)이 배치하여 이루어진다. 2차전지 극판 적층장치는 예를 들어 양극판(3000)을 내려놓고 분리막(5000)을 덮고, 이후 음극판(3000)을 내려놓고 그 위로 분리막(5000)을 덮는 동작을 반복적으로 수행하여 수십 내지 수백 층으로 이루어진 전극 조립체를 생성할 수 있다.
도 2는 기종별로 다른 크기로 구성되는 2차전지 전극조립체(1000)을 나타낸 사시도이다. 본 발명은 도 2에 도시된 다양한 기종의 전극조립체(1000)를 생산할 수 있도록 구성된다. 각 기종은 극판(2000)의 크기, 특히 평면방향의 면적이 다르게 구성될 수 있다. 본 발명에 따른 2차전지 적층장치는 전극 조립체의 기종을 전환됨에 따라 극판(2000)의 크기 대응성을 갖추고 있어 생산효율을 극대화할 수 있게 된다.
한편, 도시되지는 않았으나, 2차전지 적층장치는 극판이 이송되는 순서를 기준으로 극판 픽업 앤 플레이스 장치, 비전 검사 장치, 스태커 테이블, 적재위치 검사부, 그리고 극판의 이송경로와 별도로 분리막 공급장치가 구비될 수 있으며, 또한, 분리막의 장력과 모서리 위치 제어장치가 구비될 수 있다.
이하에서는 도 3 내지 도 8을 참조하여 본 발명에 따른 분리막 장력 및 모서리 위치 제어장치(Edge Position Control)에 대하여 상세히 설명하도록 한다.
분리막 장력 및 모서리 위치 제어장치(800)는 분리막(5000)을 스태커 테이블(600)에 지속적으로 공급할 때 적절한 장력을 유지하면서 모서리 위치를 조절하여 정밀도를 향상시킬 수 있도록 구성된다. 분리막(5000) 장력 및 모서리 위치 제어장치는 분리막(5000)이 권취되어 공급되는 분리막(5000) 스풀(spool)과 스태커 테이블(600) 사이에서 분리막(5000)이 경유할 수 있도록 구성될 수 있다.
도 22는 장력 및 모서리 위치 제어장치의 사시도이며, 도 22은 도 3의 분해사시도이다. 도 22 및 도 3에는 설명의 편의를 위하여 프레임(10)의 일부와 장력 및 모서리 위치 제어장치(800)가 도시되어 있다. 도시된 바와 같이, 분리막 장력 및 모서리 위치 제어 장치(800)는 2차전지 적층 장치의 일측의 프레임(10)상에 구비될 수 있으며, 분리막(5000)의 장력을 조절하기 위한 댄서(820)와 분리막(5000)의 모서리의 위치를 조절하기 위한 피벗 플레이트(810)가 일체형으로 구성될 수 있다.
도 4를 살펴보면, 분리막 장력 및 모서리 위치 제어 장치(800)는 피벗 플레이트(810), EPC센서(812), 피벗 플레이트 구동부(820), 로드 셀(822), 댄서(820) 및 댄서 구동부(821)를 포함하여 구성될 수 있다.
피벗 플레이트(810)(Pivot plate)는 일측이 프레임(10)과 회전가능하게 연결되어 피벗 될 수 있도록 구성될 수 있다. 피벗 플레이트(810)는 x 방향의 회전축을 기준으로 피벗이 이루어질 수 있도록 구성될 수 있다. 피벗 플레이트(810)에는 복수의 아이들 롤러(830)와 댄서(820) 및 로드 셀(822)이 구비되어 이들 구성요소가 함께 피벗되도록 구성될 수 있다. 피벗이 이루어지면 피벗 플레이트(810) 상의 아이들 롤러(830)와 프레임(10)상의 아이들 롤러(830)와 각도가 달라지게 되어 각도에 따라 이동되는 분리막(5000)의 폭방향 위치가 조절된다.
EPC센서(812)(Edge position control sensor)는 연속적으로 이동하는 분리막(5000)의 모서리의 위치를 파악할 수 있도록 구성된다. EPC 센서(812)는 피벗 플레이트(810)에 인접한 프레임(10)상의 일 지점에 설치될 수 있다. EPC 센서(812)는 피벗 플레이트(810)로부터 인출되는 분리막(5000)의 경로상에서 분리막(5000)의 모서리의 위치를 측정하게 된다.
피벗 플레이트 구동부(820)는 EPC 센서(812)의 측정값에 의해 결정되는 피벗 구동값에 따라 피벗 플레이트(810)를 회전시킬 수 있도록 구성될 수 있다. 피벗 플레이트 구동부(820)는 일 예로 서보 모터로 구성될 수 있다.
로드 셀(822)은 분리막(5000)에 작용하는 장력(T)을 측정할 수 있도록 구성된다. 로드 셀(822)은 댄서(820)에 의해 조절되는 장력을 즉각적으로 측정할 수 있도록 댄서(820)로부터 인출되어 되돌아가는 분리막(5000)의 경로상에 구비될 수 있다. 즉 분리막(5000)은 댄서(820)의 아이들 롤러(830)와 로드 셀(822)의 아이들 롤러(830) 사이를 지그재그로 경유하는 경로로 이동될 수 있다. 로드 셀(822)은 장력을 측정한뒤 제어부로 송출할 수 있도록 구성된다.
댄서(820)는 분리막(5000)에 작용하는 장력이 조절될 수 있도록 구성될 수 있다. 댄서(820)는 일측을 중심으로 회전운동하여 분리막(5000)에 장력을 증가시키거나 또는 반대로 장력을 감소시킬 수 있도록 제어할 수 있다.
댄서 구동부(821)는 댄서(820)를 회전시킬 수 있도록 구성되며, 로드 셀(822)로부터 측정된 현재 장력을 근거로 목표 장력을 발생시킬 수 있는 회전각이 될 수 있도록 구동한다. 댄서 구동부(821)는 일 예로 서보 모터로 구성될 수 있다.
도 5는 도 3에서 분리막(5000)이 거치되었을 때의 모습이 도시된 정면도이다.
도시된 바와 같이, 분리막(5000)은 상측에서 스풀로부터 공급되어 진입하며, 프레임(10)상의 아이들 롤러(830)를 거치고, 피벗 플레이트(810) 상의 댄서(820)의 아이들 롤러(830)와 로드 셀(822), 댄서(820)의 아이들 롤러(830)와 피벗 플레이트(810)의 아이들 롤러(830)를 경유한 뒤 EPC 센서(812)를 통과하도록 구성된다.
도 6은 EPC 수행시의 작동상태도이다. 도시된 바와 같이, 피벗 플레이트(810)의 피벗 동작시 피벗 플레이트(810)에서 분리막(5000)이 최종적으로 경유하는 아이들 롤러(830)와 프레임(10)간의 각도(θ)가 조절되며, 중력에 의해 기울어진 방향으로 분리막(5000)이 이동하게 된다. 도 6 상에서 피벗 플레이트 구동부(811)에 의해 피벗 플레이트(810)가 프레임(10)과 상대적으로 시계 방향(도 6(a))으로 피벗 되거나, 반대로 시계 반대방향(도 6(b))으로 피벗될 수 있다. 결국 피벗 플레이트(810)의 각도를 조절하여 EPC를 수행할 수 있게 된다.
도 7 및 도 8은 장력조절시의 작동상태도이다. 도 7에 도시된 바와 같이, 장력의 증가가 필요한 경우 댄서(820)를 시계방향으로 회전시켜 분리막(5000)의 전체적인 장력(T)을 증가시킨다. 반대로 도 8에 도시된 바와 같이, 장력을 감소시킬 필요가 있는 경우 댄서(820)를 시계 반대방향으로 회전시켜 분리막(5000)의 전체적인 장력(T)을 감소시키게 된다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 분리막의 장력 및 모서리 위치 제어 장치는 하나의 장치에서 장력의 제어와 모서리 위치 제어를 동시에 수행할 수 있으므로 서로 의존적으로 영향을 미치는 제어를 일원화하여 정밀도를 향상시킬 수 있다.
1000: 전극조립체
2000: 극판
2100: tab
3000: 양극판
4000: 음극판
5000: 분리막
10: 프레임
800: 분리막 장력 및 모서리 위치 제어 장치
810: 피벗 플레이트
811: 피벗 플레이트 구동부
812: EPC 센서
820: 댄서
821: 댄서 구동부
822: 로드 셀
830: 아이들 롤러

Claims (10)

  1. 수직 방향으로 연장되어 형성되는 프레임;
    상기 프레임의 일면에서 수평방향으로 연장되어 형성되는 연장부;
    일측이 상기 연장부에 피벗 가능하게 연결되는 피벗 플레이트;
    상기 피벗 플레이트의 회전각을 조절할 수 있도록 구성되는 피벗 플레이트 구동부;
    상기 피벗 플레이트상에 구비되며, 거치된 분리막의 장력을 조절할 수 있도록 구성되는 댄서; 및
    상기 피벗 플레이트로부터 진출하는 상기 분리막의 모서리 위치를 측정할 수 있도록 구성되는 EPC센서를 포함하며,
    상기 피벗 플레이트 구동부의 구동시 상기 댄서와 상기 피벗 플레이트가 함께 피벗 동작이 이루어지는 것을 특징으로 하는 2차전지 적층장치의 분리막 장력 및 모서리 위치 제어 장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 EPC 센서는,
    상기 프레임상에 구비되며,
    상기 피벗 플레이트에서 나온 상기 분리막의 모서리 위치를 측정하도록 구성된 것을 특징으로 하는 2차전지 적층장치의 분리막 장력 및 모서리 위치 제어 장치.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 댄서는 일측을 회전중심으로 하여 소정각도로 회전운동할 수 있도록 구성되는 것을 특징으로 하는 2차전지 적층장치의 분리막 장력 및 모서리 위치 제어 장치.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 피벗 플레이트상에 구비되며,
    상기 댄서를 경유하는 상기 분리막의 장력을 측정할 수 있도록 구성되는 로드 셀을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 2차전지 적층장치의 분리막 장력 및 모서리 위치 제어 장치.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 로드 셀은 상기 피벗 플레이트상의 상기 댄서와 소정거리 이격된 지점에 구비되며,
    상기 로드 셀은 상기 댄서로부터 인출된 상기 분리막이 거치될 수 있도록 구성된 것을 특징으로 하는 2차전지 적층장치의 분리막 장력 및 모서리 위치 제어 장치.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 댄서는 2개의 아이들 롤러를 포함하여 구성되며,
    상기 분리막은 상기 댄서의 아이들 롤러 중 하나를 경유하고, 상기 로드 셀을 경유한 뒤 상기 댄서의 다른 하나의 아이들 롤러를 경유할 수 있도록 구성된 것을 특징으로 하는 2차전지 적층장치의 분리막 장력 및 모서리 위치 제어 장치.
  7. 제6 항에 있어서,
    상기 로드 셀의 값을 근거로 상기 댄서의 회전각을 조절할 수 있도록 구성되는 댄서 구동부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 2차전지 적층장치의 분리막 장력 및 모서리 위치 제어 장치.
  8. 제7 항에 있어서,
    상기 댄서 구동부는 서보 모터를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 2차전지 적층장치의 분리막 장력 및 모서리 위치 제어 장치.
  9. 제1 항에 있어서,
    상기 프레임은 XZ 평면상으로 연장되어 형성되며,
    상기 피벗 플레이트는 X 축과 평행한 축을 중심으로 피벗될 수 있도록 구성된 것을 특징으로 하는 2차전지 적층장치의 분리막 장력 및 모서리 위치 제어 장치.
  10. 제9 항에 있어서,
    상기 댄서는,
    Y축과 평행한 축을 중심으로 회전운동할 수 있도록 구성된 것을 특징으로 하는 2차전지 적층장치의 분리막 장력 및 모서리 위치 제어 장치.
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