KR20220010413A - 분리막 실링 장치 및 이를 이용한 단위셀 제조 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 분리막 실링 장치 및 이를 이용한 단위셀 제조 장치에 관한 것으로서, 전극과 전극 사이의 분리막 부분을 정확하고 효율적이며 향상된 품질로 실링할 수 있고, 변형에 의한 문제 발생 없이 지속적이고 경제적으로 사용할 수 있는 분리막 실링 장치 및 이를 이용한 단위셀 제조 장치에 관한 것이다.
본 발명에 따른 분리막 실링 장치는 외면에 분리막을 가압하도록 돌출된 형상을 가지는 실링 팁을 구비하고, 제1 회전축을 기준으로 회전하는 제1 실링 유닛; 및 둘레에 실링 팁과 함께 마주하여 분리막을 가압하는 가압면을 구비하고, 제2 회전축을 기준으로 회전하는 제2 실링 유닛;을 포함하고, 제1 실링 유닛과 제2 실링 유닛이 회전 시, 실링 팁과 가압면은 제1 실링 유닛과 제2 실링 유닛 사이에 위치되는 분리막을 가압하여 분리막의 실링이 이루어진다.
본 발명에 따른 단위셀 제조 장치는 전극과 분리막이 교대로 적층된 단위셀을 제조하는 단위셀 제조 장치로서, 시트형 분리막과 복수의 전극이 교대로 적층된 전극 적층체를 열과 압력으로 라미네이션 하는 라미네이션 장치; 라미네이션 장치를 통과한 전극 적층체에서 시트형 분리막 상에 시트형의 분리막의 길이방향으로 배열되어 있는 복수의 전극들 사이 부분을 실링하는 분리막 실링 장치; 분리막 실링 장치가 실링 작업을 수행한 이후 실링되어 있는 복수의 전극들 사이 부분을 커팅하는 커팅 장치를 포함한다.

Description

분리막 실링 장치 및 이를 이용한 단위셀 제조 장치{SEPARATOR SEALING DEVICE AND UNIT CELL MANUFACTURING DEVICE USING THE SAME}

본 발명은 분리막 실링 장치 및 이를 이용한 단위셀 제조 장치에 관한 것으로서, 전극과 전극 사이의 분리막 부분을 정확하고 효율적이며 향상된 품질로 실링할 수 있고, 변형에 의한 문제 발생 없이 지속적이고 경제적으로 사용할 수 있는 분리막 실링 장치 및 이를 이용한 단위셀 제조 장치에 관한 것이다.

모바일 기기에 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.

이차 전지는 일차 전지와는 달리 재충전이 가능하고, 또 소형 및 대용량화 가능성으로 인해 근래에 많이 연구 개발되고 있다. 모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서의 이차 전지의 수요가 급격하게 증가하고 있다.

이차 전지 내부에는 양극, 분리막, 음극이 교대로 적층된 전극 조립체 또는 단위셀이 삽입될 수 있는데, 이에 사용되는 전기 화학 전지용 분리막은 전지 내에서 양극과 음극을 격리하면서 이온 전도도를 지속적으로 유지시켜 주어 전지의 충전과 방전이 가능하게 하는 중간막이다.

그런데 전지가 비이상적인 거동으로 인해 고온의 환경에 노출되 면, 분리막은 낮은 온도에서의 용융 특성으로 인해 기계적으로 수축되거나 손상을 입게 된다. 이 경우 양극과 음극이 서로 접촉하여 전지가 발화되는 현상이 일어나기도 한다. 이러한 문제를 극복하기 위해 분리막의 수축을 억제하고 전지의 안정성을 확보할 수 있는 기술이 필요하다.

이러한 문제를 해결하기 위한 하나의 방법으로 복수의 분리막의 사이드 부를 실링하여 서로 부착하는 형태가 가능할 수 있다. 그런데 이러한 전극과 전극이 배열되는 형태를 가지고 있어서 전극과 전극 사이의 분리막을 실링하는 경우 통상의 방법으로는 분리막 실링이 제대로 되지 않는 문제가 있었다.

본 발명은 위와 같은 문제를 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 과제는 전극과 전극 사이의 분리막 부분을 정확하고 효율적이며 향상된 품질로 실링할 수 있고, 변형에 의한 문제 발생 없이 지속적이고 경제적으로 사용할 수 있는 분리막 실링 장치 및 이를 이용한 단위셀 제조 장치를 제공하는 것이다.

본 발명에 따른 분리막 실링 장치는 외면에 분리막을 가압하도록 돌출된 형상을 가지는 실링 팁을 구비하고, 제1 회전축을 기준으로 회전하는 제1 실링 유닛; 및 둘레에 실링 팁과 함께 마주하여 분리막을 가압하는 가압면을 구비하고, 제2 회전축을 기준으로 회전하는 제2 실링 유닛;을 포함하고, 제1 실링 유닛과 제2 실링 유닛이 회전 시, 실링 팁과 가압면은 제1 실링 유닛과 제2 실링 유닛 사이에 위치되는 분리막을 가압하여 분리막의 실링이 이루어진다.

제1 실링 유닛은 분리막의 상부에 위치되어 반시계 방향으로 회전하고, 제1 회전축은 제1 실링 유닛의 중심부에 위치되며, 제2 실링 유닛은 분리막의 하부에 위치되어 시계 방향으로 회전하고, 제2 회전축은 제2 실링 유닛의 중심부에 위치될 수 있다.

제1 실링 유닛은, 원통형의 형상을 가지며, 표면에 만입부가 형성되어 있는 제1 몸체; 만입부에 장착되는 클램프 블록; 및 클램프 블록에 의하여 제1 몸체에 장착 및 고정되는 실링 팁을 포함할 수 있다.

실링 팁은 제1 실링 유닛의 외면에 구비되되, 등간격으로 적어도 하나 이상 구비될 수 있다.

실링 팁은 제1 실링 유닛의 외면에 1개 이상 ~ 10개 이하로 구비될 수 있다.

실링 팁은 제1 실링 유닛의 외면에 3개 이상 ~ 6개 이하로 구비될 수 있다.

제1 실링 유닛과 제2 실링 유닛 사이에 위치되는 분리막은 시트형 분리막이고 일방향으로 이송되며, 실링 팁과 가압면은 시트형 분리막 상에 시트형 분리막의 길이방향으로 배열되어 있는 복수의 전극들 사이 부분을 실링 할 수 있다.

분리막과 닿는 부분에서 실링 팁의 폭(W)은 복수의 전극들 사이 너비의 크기(G)보다 작은 크기를 가질 수 있다.

실링 팁의 폭(W)은 1.6mm 이상 2.15mm 이하이고, 복수의 전극들 사이 너비의 크기(G)는 2.15mm 초과 3.25mm 이하일 수 있다.

실링 팁은 시트형 분리막의 폭방향을 따라 연장하되, 서로간에 간격을 두고 이격되어 있는 복수의 실링 팁 단위체를 포함할 수 있다.

실링 팁 단위체 사이의 이격 거리는 0.5mm~10mm일 수 있다.

실링 팁이 분리막의 길이방향으로 배열되어 있는 복수의 전극들 사이 부분의 정확한 위치를 가압하여 실링하도록 하기 위하여, 제1 실링 유닛은 제1 회전축을 기준으로 회전하는 제1 회전 속도가 가감속 제어되며 회전할 수 있다.

제2 실링 유닛은 제2 회전축을 기준으로 일정한 속도로 회전할 수 있다.

제1 실링 유닛 및 제2 실링 유닛이 장착되는 프레임 유닛을 더 포함하고, 프레임 유닛에는 분리막의 길이방향으로 배열되어 있는 복수의 전극들 사이 부분의 갭(Gap)을 측정하는 갭 측정 센서가 장착될 수 있다.

프레임 유닛은, 제1 실링 유닛 및 제2 실링 유닛의 양 단부가 장착되는 측벽부; 및 측벽부의 하단부를 서로 연결하는 바닥부를 포함하고, 갭 측정 센서는 바닥부에 설치될 수 있다.

갭 측정 센서는 다음 실링될 부분을 경계로 두고 있는 두 전극 사이 부분의 갭 정보를 측정하고, 제1 실링 유닛은 전극의 전폭 방향 경계선에서 일정 거리 떨어진 지점인 기준 위치를 지나면서 제1 회전 속도가 가감속되기 시작하며, 기준 위치와 갭 정보를 바탕으로 갭의 중심과 제1 실링 유닛의 실링 팁의 중심이 일치되어 실링되도록 제1 실링 유닛은 제1 회전 속도가 가감속 제어 될 수 있다.

본 발명에 따른 단위셀 제조 장치는 전극과 분리막이 교대로 적층된 단위셀을 제조하는 단위셀 제조 장치로서, 시트형 분리막과 복수의 전극이 교대로 적층된 전극 적층체를 열과 압력으로 라미네이션 하는 라미네이션 장치; 라미네이션 장치를 통과한 전극 적층체에서 시트형 분리막 상에 시트형의 분리막의 길이방향으로 배열되어 있는 복수의 전극들 사이 부분을 실링하는 분리막 실링 장치; 분리막 실링 장치가 실링 작업을 수행한 이후 실링되어 있는 복수의 전극들 사이 부분을 커팅하는 커팅 장치를 포함한다.

라미네이션 장치는 전극 적층체 상하면에 PET 시트를 덧댄 상태에서 라이네이션 작업을 수행하고, 분리막 실링 장치 이후 PET 시트를 회수하는 PET 시트 회수 장치를 더 포함한다.

커팅 장치가 커팅 작업을 수행하기 이전에, 시트형 분리막의 이동 방향과 수직한 방향인 시트형 분리막의 폭방향을 기준으로 시트형 분리막의 양단부를 실링하는 양단부 실링 장치를 더 포함한다.

본 발명에 따른 분리막 실링 장치 및 단위셀 제조 장치는 전극과 전극 사이의 분리막 부분을 정확하고 효율적이며 향상된 품질로 실링할 수 있고, 변형에 의한 문제 발생 없이 지속적이고 경제적으로 사용할 수 있습니다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 분리막 실링 장치를 도시하는 사시도이다.
도 2는 도 1에서 A-A'에 따른 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 분리막 실링 장치에 의하여 실링되는 분리막을 도시하는 평면도이다.
도 4는 도 3의 B-B'에 따른 단면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 분리막 실링 장치에서 실링 팁을 아래에서 바라본 저면도이다.
도 6은 제1 실링 유닛과 제2 실링 유닛이 회전하는 회전 속도를 나타낸 그래프이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 단위셀 제조 장치를 도시하는 개념도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 분리막 실링 장치의 다른 예를 도시하는 단면도이다.

이하에서는 첨부의 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 이하의 실시예에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다.

본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분 또는 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 관련 공지 기술에 대한 상세한 설명은 생략하였으며, 본 명세서에서 각 도면의 구성요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서는, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일 또는 유사한 참조 부호를 붙이도록 한다

또한, 본 명세서 및 특허청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정하여 해석되어서는 안되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

일 실시예 - 분리막 실링 장치

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 분리막 실링 장치를 도시하는 사시도이다. 도 2는 도 1에서 A-A'에 따른 단면도이다. 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 분리막 실링 장치에 의하여 실링되는 분리막을 도시하는 평면도이다. 도 4는 도 3의 B-B'에 따른 단면도이다. 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 분리막 실링 장치에서 실링 팁을 아래에서 바라본 저면도이다.

도 1 내지 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 분리막 실링 장치(100)는 제1 실링 유닛(110) 및 제2 실링 유닛(130)을 포함할 수 있다.

제1 실링 유닛(110)은 외면에 실링 대상인 분리막(S)을 가압하도록 돌출된 형상을 가지는 실링 팁(111)을 구비하고, 제1 회전축(112)을 기준으로 회전할 수 있다. 제2 실링 유닛(130)은 둘레에 실링 팁(111)과 함께 마주하여 실링 대상인 분리막(S)을 가압하는 가압면(131)을 구비하고, 제2 회전축(132)을 기준으로 회전하는 제2 실링 유닛(130);을 포함할 수 있다.

제1 실링 유닛(110)은 분리막(S)의 상부에 위치되어 반시계 방향으로 회전할 수 있다. 제1 회전축(112)은 제1 실링 유닛(110)의 중심부에 위치될 수 있다. 같은 방식으로 제2 실링 유닛(130)은 분리막(S)의 하부에 위치되어 시계 방향으로 회전하고, 제2 회전축(132)은 제2 실링 유닛(130)의 중심부에 위치될 수 있다.

이와 같은 방식으로 제1 실링 유닛(110)과 제2 실링 유닛(130)이 회전 시, 실링 팁(111)과 가압면(131)은 제1 실링 유닛(110)과 제2 실링 유닛(130) 사이에 위치되는 분리막(S)을 가압하여 분리막의 실링이 이루어질 수 있다.

전극(E)과 적층되어 있는 분리막(S)에서 전극(E)의 사이드에 있는 분리막 부분은 나풀거리거나 접힐 수 있고, 때때로 열에 의해 수축할 수 있다. 이러한 문제를 해결하기 위하여 분리막 사이드부를 열과 압력으로 실링하여 분리막들끼리 서로 부착할 수 있다. 그런데 이러한 분리막 사이드 부 실링의 경우 실링 되는 분리막의 폭이 좁아서 실링이 어려운 문제가 있었다. 특히 전극(E)과 전극(E)이 배열되는 형태를 가지고 있어서 전극(E)과 전극(E) 사이의 분리막(S)을 실링하는 경우 통상의 방법으로는 분리막 실링이 제대로 되지 않는 문제가 있었다

본원발명은 이러한 문제를 해결할 수 있는 발명으로 돌출하는 팁을 가지는 제1 실링 유닛(110)의 실링 팁(111)이 상부에서 분리막 실링부를 가압하도록 하고, 하부에서는 원통형상의 롤 형태인 제2 실링 유닛(130)이 마주하여 실링을 하므로 좁은 폭을 가지는 영역인 전극(E)과 전극(E) 사이의 분리막 실링부가 정확하고 효과적으로 실링될 수 있다.

그에 따라 본 발명에 따른 분리막 실링 장치(100)는 전극(E)과 전극(E) 사이의 분리막(S) 부분을 정확하고 효율적이며 향상된 품질로 실링할 수 있다.

좀 더 구체적으로, 도 2를 참조하면 본 발명의 일 실시예에 따른 분리막 실링 장치(100)에서, 제1 실링 유닛(110)은, 제1 몸체(113), 클램프 블록(114), 및 실링 팁(111)을 포함할 수 있다. 제1 몸체(113)는 원통형의 형상을 가지며, 표면에 만입부(113-1)가 형성되어 있을 수 있다. 클램프 블록(114)은 만입부(113-1)에 장착되어 고정 및 지지 역할을 할 수 있다.

실링 팁(111)은 클램프 블록(114)에 의하여 제1 몸체(113)에 장착 및 고정될 수 있다. 클램프 블록(114)은 실링 팁(111)을 단단하게 지지하고 고정하는 역할을 할 수 있다. 실링 팁(111)을 잡아주는 역할을 할 수 있다. 그리고 클램프 블록(114)을 탈착 가능하게 결합하는 형태로 만들 경우 추후 실링 팁(111)을 교체하여야 하는 경우 용이하게 실링 팁(111)을 교체할 수 있다.

제2 실링 유닛(130)도 제2 몸체(133)와 가압면(131)을 포함할 수 있다. 제2 몸체(133)의 둘레면에 가압면(131)이 형성될 수 있다.

실링 팁(111)은 기본적으로 스틸로 제작될 수 있으며, 또 다른 예로는 스틸 팁을 실리콘 러버로 덮은 형태가 제작될 수 있다. 그리고 실리콘 러버 대신에 불코란 시트가 사용될 수도 있다. 불코란 시트는 폴리 우레탄 계열의 열전도가 잘되는 것일 수 있다. 재질과 관련해서는 제2 실링 유닛(130)도 같은 방식으로 제작될 수 있다. 즉, 제2 실링 유닛(130)은 기본적으로 기본적으로 스틸로 제작될 수 있으며, 또 다른 예로는 스틸 팁을 실리콘 러버로 덮은 형태가 제작될 수 있다. 실리콘 러버가 사용되는 이유는 스틸이 분리막(S)을 직접 가하는 과정에서 일부 분리막의 손상 우려를 방지하기 위함이다. 제2 실링 유닛(130)에서도 실리콘 러버 대신에 불코란 시트가 사용 될 수도 있다.

여기서 실링 팁(111)은 제1 실링 유닛(110)의 외면에 구비되고, 등간격으로 적어도 하나 이상 구비될 수 있다. 구체적으로 실링 팁(111)은 상기 제1 실링 유닛(110)의 외면에 1개 이상 ~ 10개 이하로 구비될 수 있다. 더 바람직하게 실링 팁(111)은 상기 제1 실링 유닛(110)의 외면에 3개 이상 ~ 6개 이하로 구비될 수 있다.

도 2에서는, 본 발명의 일 실시예에 따른 분리막 실링 장치(100)의 일례로, 실링 팁(111)이 120도 등간격으로 3개가 구비되는 모습이 도시되고 있다.

실링 팁(111)과 실링 팁(111)의 간격 거리는 전극(E) 하나의 폭 거리에 대응하는 거리로 구비될 수 있다. 이렇게 할 경우 하나의 팁이 어느 한 전극(E)과 전극(E) 사이 실링부를 실링할 경우 바로 다음 팁이 바로 다음에 위치하는 전극(E)과 전극(E) 사이 실링부를 실링할 수 있다. 이렇게 되면 실링이 순차로 연달아 일어나게 되므로 효율적인 실링을 할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 분리막 실링 장치(100)의 다른 예로 실링 팁(111)이 제1 실링 유닛(110)의 외면에 구비되되, 60도 등간격으로 6개가 구비될 수 있다. 이 경우의 모습은 도 8에서 도시되고 있다. 전극의 사이즈, 전극의 간격과, 실링 유닛의 사이즈, 전극의 이송 속도, 실링 유닛의 회전 속도 등을 고려할 때, 실험적으로 실링 팁(111)의 개수가 60도 등간격으로 6개가 구비될 때 가장 효율적인 결과가 얻어질 수 있다.

도 8에서는, 실링 팁(111)이 6개인 경우에 있어서 실험적으로 가장 효율적인 결과를 도출하도록 하는 실링 유닛(110, 130)의 구체적인 실시 형태가 도시되고 있다.

도 8을 참조하면, 제1 실링 유닛(110)의 제1 몸체(113)의 직경(d1)은 145mm ~ 155mm 일 수 있고, 바람직하게 150mm 일 수 있다. 이때, 제1 몸체(113)의 재질은 스틸일 수 있다.

그리고 제2 실링 유닛(130)의 제2 몸체의 직경(d2)은 145mm ~ 155mm 일 수 있고, 바람직하게 150mm 일 수 있다. 제2 몸체(133)의 재질도 스틸일 수 있다. 다만, 제2 몸체(133)의 외표면에는 두께 4mm ~ 6mm 두께의 실리콘고무 코팅(134)이 되어 있을 수 있다. 실리콘고무 코팅(134)의 두께는 바람직하게 5mm일 수 있다.

균형 있고, 안정적인 작동을 위해서, 제1 몸체의 직경(d1)과 제2 몸체의 직경(d2)은 같을 수 있다.

실링 팁(111)은 높이(A)가 12mm ~ 14mm일 수 있고, 바람직하게 13mm이일 수 있다. 실링 팁(111)의 폭(W)은 1.6mm이상 2.15mm 이하일 수 있고, 바람직하게 1.73mm일 수 있다.

한편, 몸체의 중심부로는 열선이 삽입될 수 있다. 열선은 실링 팁(111)의 온도를 올리기 위해 삽입될 수 있다.

도 2, 도 3, 및 도 4를 참조하면, 제1 실링 유닛(110)과 제2 실링 유닛(130) 사이에 위치되는 분리막(S)은 시트형 분리막이고 일방향(F)으로 이송되며, 실링 팁(111)과 가압면(131)은 시트형 분리막(S) 상에 시트형 분리막(S)의 길이방향으로 배열되어 있는 복수의 전극(E)들 사이 부분을 실링 할 수 있다.

분리막(S)과 닿는 부분에서 실링 팁(111)의 폭(W)은 복수의 전극(E)들 사이 너비의 크기(G)보다 작은 크기를 가질 수 있다. 이렇게 될 경우 실링 팁(111)이 전극(E)을 가압하지 않고 분리막 만을 가압할 수 있다. 실링 팁(111)이 만약 전극을 가압한다고 하면, 전극(E)이 훼손되어 불량 전지가 될 수 있다. 따라서 본원발명에 따른 실링 장치는 제품의 우수한 품질을 확보하는데 유리할 수 있다.

구체적으로, 도 4를 참조하면, 실링 팁(111)의 폭(W)은 1.6mm 이상 2.15mm 이하이고, 복수의 전극(E)들 사이 너비의 크기(G)는 2.15mm 초과 3.25mm 이하일 수 있다.

실링 팁(111)의 폭(W)이 1.6mm미만이 되면 커팅 시 실링부가 양쪽으로 나뉘어 지지 않는 문제가 있을 수 있고, 실링 팁(111)의 폭(W)이 2.15mm보다 초과되면 전극이 파손되는 문제가 있을 수 있다. 따라서 실링 팁(111)의 폭(W)은 1.6mm 이상 2.15mm 이하일 수 있으며, 복수의 전극(E)들 사이 너비의 크기(G)는 이보다 큰 값을 가질 수 있다.

실링 팁(111)의 폭(W)이 1.6mm미만인 경우에 있어, 커팅 시 실링부가 양쪽으로 나뉘어 지지 않는 문제가 있을 수 있다는 것의 의미는, 전극(E)과 전극(E) 사이 영역에서 추후 커팅 작업이 이루어 지는데, 실링 팁(111)에 의해 실링된 분리막의 폭(W와 같음)이 좁을 경우 커팅 위치에 약간의 오차가 발생하더라도 분리막 실링부가 양쪽 전극 방향으로 나뉘어 지지않고 한쪽으로 몰려 커팅될 수 있다는 것을 의미한다. 이 경우 실링부를 가져간 전극 쪽의 경우 문제가 없을 수 있지만, 실링부를 가져가지 못한 전극 쪽은 분리막 단부가 실링되어 있지 않아 분리막 수축으로 단락이 발생하는 등 문제가 발생할 수 있다.

그리고, 실링 팁(111)의 폭(W)이 2.15mm보다 초과되면 전극이 파손되는 문제가 있다는 것의 의미는, 실링 팁(111)의 폭이 너무 커서 실링 팁(111)의 단부가 전극(E)을 직접적으로 가압하는 결과가 되어 전극(E)이 파손될 수 있다는 것을 의미한다.

도 5를 참조하면, 실링 팁(111)은 시트형 분리막(S)의 폭방향(Y)을 따라 연장하되, 서로간에 간격을 두고 이격되어 있는 복수의 실링 팁(111) 단위체(111-1)를 포함할 수 있다. 이를 통해서 실링 팁(111)은 분리막(S)에 점선 형태의 실링(I)을 수행할 수 있다(도 3 참조). 도 5에서는 3개의 실링 팁(111) 단위체(111-1)가 도시되고 있으며, 그에 따라서 실링되는 형상이 점선 형태임을 보여주고 있다. 즉, 3개의 이격된 선분(I)으로(즉, 점선 형태의 실링으로) 분리막 실링 수행됨을 도시하고 있다. 실링 팁(111) 단위체(111-1)의 이격 거리가 곧 점선 실링 선분들 사이의 이격 거리(D)와 같다. 도 5에서는 선분들 사이의 이격거리가 D로 도시되고 있으며, 이 경우 실링 팁(111) 단위체(111-1)끼리의 이격 거리도 D와 같다.

실링 팁(111) 단위체(111-1)들끼리 이격된 형태로 구성하여 점선 실링이 되도록 하면 여러가지 장점을 가질 수 있다. 먼저 전극(E)과 전극(E) 사이의 폭이 좁은 경우에 유리한 형상일 수 있다. 즉 실링 팁(111) 단위체(111-1)가 하나의 긴 형상을 가질 경우 일측에서 아주 작은 각도로 틀어지는 일이 발행하면 타측에서는 큰 거리만큼 오차가 발생 할 수 있다. 시작점에서는 작은 각도만 들어져 나가아도 먼 거리를 가면 벌어진 거리는 현저히 커지는 원리가 적용되기 때문이다.

본원발명의 경우 상대적으로 짧은 실링 팁(111) 단위체(111-1)가 서로 이격되어 형성되기 때문에 하나의 실링 팁(111) 단위체(111-1)가 일부 틀어지더라도 나머지 실링 팁(111) 단위체(111-1)에는 영향이 없을 수 있다. 그렇기 때문에 오차가 누적되지 않아 오차 발생이 현저히 줄어 들 수 있다.

다음으로 실링 팁(111) 단위체(111-1)들끼리 이격된 형태로 구성하면, 실링 팁(111)이 하중에 의해 아래로 처지는 정도를 현저히 완화 시킬 수 있다. 기다란 봉을 양쪽에서 잡고 있을 때 중력에 의하여 봉의 가운데가 아래로 처지는 량은 크게 되지만, 짧은 봉을 양쪽에서 잡고 있을 때 하중에 의하여 봉의 가운데가 아래로 처지는 양은 작은 것과 같은 원리이다. 따라서 실링 팁(111) 불량 발생 빈도를 현저히 줄일 수 있고, 변형에 의한 문제 발생 없이 지속적이고 경제적으로 사용할 수 있다.

또한 실링 팁(111) 단위체(111-1)들끼리 이격되어 점선 형태 실링이 이루어지면 비젼 검사시 유리할 수도 있다. 점선 사이는 실링이 이루어지지 않아 비전 왜곡 등이 발생하지 않기 때문이다.

본원발명에서는 실링 팁(111) 단위체(111-1) 사이의 이격 거리(D)가 0.5mm~10mm일 수 있다. 이격 거리(D)가 0.5mm보다 작을 경우 열팽창으로 인하여 이격 거리가 사라져 버릴 수 있다. 즉, 열팽창으로 인하여 실링 팁(111) 단위체(111-1)들끼리 서로 붙어버릴 수 있다. 그리고 이격 거리(D)가 10mm보다 클 경우 이격 거리에 위치하는 분리막(S) 부분이 접혀 단락을 발생시킬 수 있어 바람직하지 않을 수 있다. 즉, 너무 먼 거리를 떨어져서 분리막(S)이 실링되면 실링되지 않은 분리막 부분이 상대적으로 자유롭게 되어 움직일 수 있어 문제가 발생할 소지가 있다.

도 3과 도 6을 참조하면, 실링 팁(111)이 분리막의 길이방향(L)으로 배열되어 있는 복수의 전극(E)들 사이 부분의 정확한 위치를 가압하여 실링하도록 하기 위하여, 제1 실링 유닛(110)은 제1 회전축(112)을 기준으로 회전하는 제1 회전 속도가 가감속 제어되며 회전할 수 있다.

그리고, 제2 실링 유닛(130)은 제2 회전축(132)을 기준으로 일정한 속도로 회전할 수 있다. 도 6은 제1 실링 유닛(110)과 제2 실링 유닛(130)의 회전 속도를 그래프로 도시하고 있다. 그래프 상에서 제1 회전속도는 처음에는 제2 실링 유닛(130)과 같은 속도록 회전하다가 제2 실링 유닛(130)보다 느리게 감속되면서 제어되고, 다음으로는 제2 실링 유닛(130)보다 빠르게 가속되면서 제어되고, 그 다음으로는 다시 제2 실링 유닛(130)보다 느리게 감속되면서 제어되는 모습이 도시되고 있다. 그래프 상에서 분리막 접착 위치(화살표)를 보면 속도 제어는 실링 팁(111)이 분리막(S)을 접착하기 직전에 제어되는 것을 알 수 있다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 분리막 실링 장치(100)는 제1 실링 유닛(110) 및 제2 실링 유닛(130)이 장착되는 프레임 유닛(150)을 더 포함하고, 프레임 유닛(150)에는 분리막(S)의 길이방향으로 배열되어 있는 복수의 전극(E)들 사이 부분의 갭(Gap)(G)을 측정하는 갭 측정 센서(170)가 장착될 수 있다.

구체적으로 프레임 유닛(150)은, 제1 실링 유닛(110) 및 제2 실링 유닛(130)의 양 단부가 장착되는 측벽부(151), 및 측벽부(151)의 하단부를 서로 연결하는 바닥부(152)를 포함하고, 갭 측정 센서(170)는 바닥부(152)에 설치될 수 있다.

도 1, 도 2, 및 도 3를 참조하면, 갭 측정 센서(170)는 다음 실링될 부분을 경계로 두고 있는 두 전극(E) 사이 부분의 갭(G) 정보(갭 거리)를 측정하고, 제1 실링 유닛(110)은 전극(E)의 전폭 방향(V) 경계선에서 일정 거리(H) 떨어진 지점인 기준 위치(C)를 지나면서 제1 회전 속도가 가감속되기 시작하며, 기준 위치(C)와 갭 정보를 바탕으로 갭(G)의 중심과 제1 실링 유닛(110)의 실링 팁(111)의 중심이 일치되어 실링되도록 제1 실링 유닛(110)은 제1 회전 속도가 가감속 제어될 수 있다. 정확도를 더욱 기하기 위하여 제1 실링 유닛은 속도단위가 deg/sec 단위로 제어될 수 있고, 제2 실링 유닛은 속도단위가 mm/sec 단위로 제어될 수 있다.

이를 통해 실링 팁(111)이 제 위치를 가압하지 못하는 것을 방지 할 수 있다. 또한 전극을 가압하여 불량이 발생하는 것을 방지할 수 있다.

다른 실시예 - 단위셀 제조 장치

도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 단위셀 제조 장치(200)를 도시하는 개념도이다.

도 7을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 단위셀 제조 장치(200)는, 전극과 분리막이 교대로 적층된 단위셀을 제조하는 단위셀 제조 장치(200)일 수 있다.

구체적으로 단위셀 제조 장치(200)는 시트형 분리막과 복수의 전극이 교대로 적층된 전극 적층체를 열과 압력으로 라미네이션 하는 라미네이션 장치(210), 라미네이션 장치(210)를 통과한 전극 적층체에서 시트형 분리막 상에 시트형의 분리막의 길이방향으로 배열되어 있는 복수의 전극들 사이 부분을 실링하는 분리막 실링 장치(100), 분리막 실링 장치(100)가 실링 작업을 수행한 이후 실링되어 있는 복수의 전극들 사이 부분을 커팅하는 커팅 장치(240)를 포함할 수 있다.

여기서 라미네이션 장치(210)는 분리막을 가열하는 히팅 유닛(210-1)과, 분리막 상하를 가압하여 라미네이션하는 라미네이션 롤러(210-2)를 포함할 수 있다.

또한, 본원발명의 단위셀 제조 장치(200)에서 라미네이션 장치(210)는 전극 적층체 상하면에 PET((폴리에틸렌 테레프랄레이트)) 시트(P)를 덧댄 상태에서 라이네이션 작업을 수행할 수 있다. PET를 덧대고 수행하면 분리막 또는 전극이 보호될 수 있다. 그리고 본원발명의 단위셀 제조 장치(200)는 분리막 실링 장치(100) 이후 PET 시트를 회수하는 PET 시트 회수 장치(220)를 더 포함할 수 있다.

분리막 실링 장치(100)가 분리막 실링을 수행하는 동안 PET 시트(P)를 덧대는 이유는 분리막이 접착력을 가지는 코팅 물질로 코팅되어 있기 때문에 PET 시트 없이 분리막 실링 장치(100)의 실링 팁(111)이 분리막을 가압할 경우 실링 팁(111)이 분리막에 눌러 붙을 수 있다. 따라서 이를 방지하기 위해서 PET 시트를 사용하는 것인데, 실링이 다 끝나면 PET 시트 회수 장치(220)를 통해 PET 시트를 회수할 수 있다.

또한, 커팅 장치(240)가 커팅 작업을 수행하기 이전에, 시트형 분리막의 이동 방향(F)과 수직한 방향인 시트형 분리막의 폭방향(Y)을 기준으로 시트형 분리막의 양단부를 실링하는 양단부 실링 장치(230)를 더 포함할 수 있다. 즉, 도 3을 참조하면 양단부 실링 장치(230)는 시트형 분리막의 폭방향(Y)을 기준으로 양 단부에 있는 전극 탭(E-1) 부위에서 분리막을 실링할 수 있다.

본원발명의 단위셀 제조 장치(200)는 가장 구체화 된 형태로, 히팅 유닛(210-1)과 라미네이션 롤러(210-2)를 포함할 라미네이션 장치(210), 분리막 실링 장치(100), PET 시트 회수 장치(220), 양단부 실링 장치(230), 커팅 장치(240)를 포함할 수 있다. 커팅 장치 이후 제조된 단위셀들은 이후 스택(stack) 공정으로 넘어갈 수 있다.

이상에서 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 실시가 가능하다.

100: 분리막 실링 장치
110: 제1 실링 유닛
111: 실링 팁
111-1: 실링 팁 단위체
112: 제1 회전축
113: 제1 몸체
113-1: 만입부
114: 클램프 블록
130: 제2 실링 유닛
131: 가압면
132: 제2 회전축
133: 제2 몸체
134: 실리콘고무 코팅
150: 프레임 유닛
151: 측벽부
152: 바닥부
170: 갭 측정 센서
200: 단위셀 제조 장치
210: 라미네이션 장치
210-1: 히팅 유닛
210-2: 라미네이션 롤러
220: PET 시트 회수 장치
230: 양단부 실링 장치
240: 커팅 장치
S: 분리막
E: 전극
E-1: 전극 탭
D: 이격 거리
G: 갭
C: 기준 위치
P: PET(폴리에틸렌 테레프랄레이트) 시트
F: 분리막이 이송되는 일방향
L: 분리막 길이방향
Y: 시트형 분리막의 폭방향
I: 점선 형태의 실링

Claims (19)

1. 외면에 분리막을 가압하도록 돌출된 형상을 가지는 실링 팁을 구비하고, 제1 회전축을 기준으로 회전하는 제1 실링 유닛; 및
   둘레에 상기 실링 팁과 함께 마주하여 상기 분리막을 가압하는 가압면을 구비하고, 제2 회전축을 기준으로 회전하는 제2 실링 유닛;을 포함하고,
   상기 제1 실링 유닛과 상기 제2 실링 유닛이 회전 시,
   상기 실링 팁과 상기 가압면은 상기 제1 실링 유닛과 상기 제2 실링 유닛 사이에 위치되는 상기 분리막을 가압하여 상기 분리막의 실링이 이루어지는 분리막 실링 장치.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 제1 실링 유닛은 상기 분리막의 상부에 위치되어 반시계 방향으로 회전하고,
   상기 제1 회전축은 상기 제1 실링 유닛의 중심부에 위치되며,
   상기 제2 실링 유닛은 상기 분리막의 하부에 위치되어 시계 방향으로 회전하고,
   상기 제2 회전축은 상기 제2 실링 유닛의 중심부에 위치되는 분리막 실링 장치.
   
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 제1 실링 유닛은,
   원통형의 형상을 가지며, 표면에 만입부가 형성되어 있는 제1 몸체;
   상기 만입부에 장착되는 클램프 블록; 및
   상기 클램프 블록에 의하여 상기 제1 몸체에 장착 및 고정되는 상기 실링 팁을 포함하는 것을 특징으로 하는 분리막 실링 장치.
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 실링 팁은 상기 제1 실링 유닛의 외면에 구비되되,
   등간격으로 적어도 하나 이상 구비되는 것을 특징으로 하는 분리막 실링 장치.
5. 청구항 4에 있어서,
   상기 실링 팁은 상기 제1 실링 유닛의 외면에 1개 이상 ~ 10개 이하로 구비되는 것을 특징으로 하는 분리막 실링 장치.
6. 청구항 4에 있어서,
   상기 실링 팁은 상기 제1 실링 유닛의 외면에 3개 이상 ~ 6개 이하로 구비되는 것을 특징으로 하는 분리막 실링 장치.
7. 청구항 1에 있어서,
   제1 실링 유닛과 상기 제2 실링 유닛 사이에 위치되는 상기 분리막은 시트형 분리막이고 일방향으로 이송되며,
   상기 실링 팁과 상기 가압면은 상기 시트형 분리막 상에 상기 시트형 분리막의 길이방향으로 배열되어 있는 복수의 전극들 사이 부분을 실링 하는 것을 특징으로 하는 분리막 실링 장치.
8. 청구항 7에 있어서,
   상기 분리막과 닿는 부분에서 상기 실링 팁의 폭(W)은 상기 복수의 전극들 사이 너비의 크기(G)보다 작은 크기를 가지는 것을 특징으로 하는 분리막 실링 장치.
9. 청구항 8에 있어서,
   상기 실링 팁의 폭(W)은 1.6mm 이상 2.15mm 이하이고, 상기 복수의 전극들 사이 너비의 크기(G)는 2.15mm 초과 3.25mm 이하인 것을 특징으로 하는 분리막 실링 장치.
10. 청구항 7에 있어서,
    상기 실링 팁은 상기 시트형 분리막의 폭방향을 따라 연장하되, 서로간에 간격을 두고 이격되어 있는 복수의 실링 팁 단위체를 포함하는 것을 특징으로 하는 분리막 실링 장치.
11. 청구항 110에 있어서,
    상기 실링 팁 단위체 사이의 이격 거리(D)는 0.5mm~10mm인 것을 특징으로 하는 분리막 실링 장치.
12. 청구항 7에 있어서,
    상기 실링 팁이 상기 분리막의 길이방향으로 배열되어 있는 상기 복수의 전극들 사이 부분의 정확한 위치를 가압하여 실링하도록 하기 위하여, 상기 제1 실링 유닛은 상기 제1 회전축을 기준으로 회전하는 제1 회전 속도가 가감속 제어되며 회전하는 것을 특징으로 하는 분리막 실링 장치.
13. 청구항 12에 있어서,
    상기 제2 실링 유닛은 상기 제2 회전축을 기준으로 일정한 속도로 회전하는 것을 특징으로 하는 분리막 실링 장치.
14. 청구항 12에 있어서,
    상기 제1 실링 유닛 및 상기 제2 실링 유닛이 장착되는 프레임 유닛을 더 포함하고,
    상기 프레임 유닛에는 상기 분리막의 길이방향으로 배열되어 있는 상기 복수의 전극들 사이 부분의 갭(Gap)(G)을 측정하는 갭 측정 센서가 장착되는 것을 특징으로 하는 분리막 실링 장치.
15. 청구항 14에 있어서,
    상기 프레임 유닛은,
    제1 실링 유닛 및 상기 제2 실링 유닛의 양 단부가 장착되는 측벽부; 및
    상기 측벽부의 하단부를 서로 연결하는 바닥부를 포함하고,
    상기 갭 측정 센서는 상기 바닥부에 설치되는 것을 특징으로 하는 분리막 실링 장치.
16. 청구항 15에 있어서,
    상기 갭 측정 센서는 다음 실링될 부분을 경계로 두고 있는 두 전극 사이 부분의 갭 정보를 측정하고,
    상기 제1 실링 유닛은 상기 전극의 전폭 방향 경계선에서 일정 거리 떨어진 지점인 기준 위치(C)를 지나면서 상기 제1 회전 속도가 가감속되기 시작하며,
    상기 기준 위치(C)와 상기 갭 정보를 바탕으로 상기 갭의 중심과 상기 제1 실링 유닛의 상기 실링 팁의 중심이 일치되어 실링되도록 상기 제1 실링 유닛은 상기 제1 회전 속도가 가감속 제어 되는 것을 특징으로 하는 분리막 실링 장치.
    
17. 전극과 분리막이 교대로 적층된 단위셀을 제조하는 단위셀 제조 장치에 있어서,
    시트형 분리막과 복수의 전극이 교대로 적층된 전극 적층체를 열과 압력으로 라미네이션 하는 라미네이션 장치;
    상기 라미네이션 장치를 통과한 전극 적층체에서 상기 시트형 분리막 상에 상기 시트형의 분리막의 길이방향으로 배열되어 있는 복수의 전극들 사이 부분을 실링하는 분리막 실링 장치;
    상기 분리막 실링 장치가 실링 작업을 수행한 이후 실링되어 있는 상기 복수의 전극들 사이 부분을 커팅하는 커팅 장치를 포함하는 단위셀 제조 장치.
18. 청구항 17에 있어서,
    상기 라미네이션 장치는 상기 전극 적층체 상하면에 PET 시트를 덧댄 상태에서 라이네이션 작업을 수행하고,
    상기 분리막 실링 장치 이후 상기 PET 시트를 회수하는 PET 시트 회수 장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 단위셀 제조 장치.
19. 청구항 17에 있어서,
    상기 커팅 장치가 커팅 작업을 수행하기 이전에,
    상기 시트형 분리막의 이동 방향과 수직한 방향인 상기 시트형 분리막의 폭방향을 기준으로 상기 시트형 분리막의 양단부를 실링하는 양단부 실링 장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 단위셀 제조 장치.
    

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