KR20220018889A - 이차전지 셀의 테라스를 폴딩하기 위한 폴딩 설비 - Google Patents

이차전지 셀의 테라스를 폴딩하기 위한 폴딩 설비 Download PDF

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KR20220018889A
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최승용
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Abstract

본 개시의 일 실시예에 따른 파우치형의 이차전지 셀을 배터리 팩에 실장하기 위해 이차전지 셀의 테라스를 폴딩하기 위한 폴딩 설비에 있어서, 복수의 롤러를 포함하는 상부 롤러부 및 하부 롤러부를 포함하는 폴딩 장치; 및 상기 이차전지 셀 고정장치에 의해 고정된 상기 이차전지 셀의 테라스가 상기 상부 롤러부 및 상기 하부 롤러부 사이에 개재되도록 상기 폴딩 장치를 상기 테라스의 길이방향을 따라 직선 이동시키는 롤러 이송 장치를 포함할 수 있다. 그 밖의 다양한 실시예가 가능하다.

Description

이차전지 셀의 테라스를 폴딩하기 위한 폴딩 설비{FOLDING SYSTEM FOR FOLDING TERRACE OF SECONDARY BATTERY CELL}
본 개시는 이차전지 셀의 테라스를 폴딩하기 위한 폴딩 장치에 관한 것이다.
여기에서 달리 언급하지 않으면 본 섹션에서 기술되는 내용은 본 출원에서의 청구범위의 선행 기술이 아니며, 본 섹션에 기재하였다는 이유로 선행 기술로 인정되어서는 안 된다.
화석연료 사용이 경제적, 환경적인 문제를 야기하면서 신재생에너지에 대한 관심과 수요가 급증했다. 이와 함께, 신재생에너지를 저장해 둘 수 있는 이차전지의 필요성도 커지고 있다. 특히, 리튬 이차전지는 에너지 밀도가 높고 수명이 길며 자가 방전율이 낮아 휴대용 전자기기와 에너지 저장장치(ESS) 및 전기자동차의 핵심 부품으로 널리 활용되고 있다. 리튬 이차전지는 크게 각형전지와 폴리머전지 및 원통형 전지로 크게 3가지 형태로 사용되고 있다.
여기에서 폴리머 전지는 전극적층체를 알루미늄 박막(이를 통상 파우치라 함)으로 감싸기 때문에 파우치형 이차전지라고도 불리우며, 그 두께를 박막화하고 경량화할 수 있어, 사용량이 계속 증가추세에 있다. 이러한 파우치형 이차전지는 전극적층체를 파우치로 감싼 뒤 테두리 부분을 실링해야하고 실링된 폴리머전지의 양측에는 소정 폭의 테라스(terrace)가 형성될 수 있다. 이차전지 배터리 팩에는 파우치형 이차전지가 복수개 실장되도록 구성되기 때문에, 실장 효율성을 위하여 파우치형 이차전지의 양측 테라스를 폴딩하여 실장 크기를 줄이는 방식이 이용된다.
예를 들어, 선행문헌(한국 공개 특허 제10-2018-0010563호, 이차전지 파우치의 사이드 연속폴딩장치)에 개시된 폴딩 장치는 연속하는 롤러에 파우치의 사이드를 통과하게 하여 파우치를 실링하는 동시에, 90도 및 180도 폴딩하도록 구성되어 있다.
하지만 선행문헌에 개시된 폴딩 장치는 고정된 롤러에 이차전지를 이동시키게 되는데, 이차전지의 이동에 따라 롤러와 이차전지 사이의 거리관계가 각각의 공정을 거칠 때마다 달라질 수 있으며, 이는 이차전지 셀의 크기, 치수에서의 균일성을 해칠 수 있는 문제점이 남아있다.
공개특허 제10-2018-0010563호 2차전지 파우치의 사이드 연속폴딩장치
본 개시는 위 문제점을 해결하여 제품의 품질이 일정한 폴딩 공정에서 이차전지 셀의 테라스에 대한 손상을 방지할 수 있는 폴딩 장치를 제공하고자 한다.
또한, 본 개시는 유지, 보수 및 관리가 용이하며, 장비 설치 공간이 절약될 수 있는 폴딩 장치를 제공하고자 한다.
본본 개시의 일 실시예에 따른 파우치형의 이차전지 셀을 배터리 팩에 실장하기 위해 이차전지 셀의 테라스를 폴딩하기 위한 폴딩 설비에 있어서, 복수의 롤러를 포함하는 상부 롤러부 및 하부 롤러부를 포함하는 폴딩 장치; 및 상기 이차전지 셀 고정장치에 의해 고정된 상기 이차전지 셀의 테라스가 상기 상부 롤러부 및 상기 하부 롤러부 사이에 개재되도록 상기 폴딩 장치를 상기 테라스의 길이방향을 따라 직선 이동시키는 롤러 이송 장치를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 상부 롤러부 및 하부 롤러부는, 상기 이차전지 셀의 테라스를 180도로 폴딩하는 제1 폴딩 유닛, 및 상기 180도 폴딩된 이차전지 셀의 테라스를 90도 더 폴딩하는 제2 폴딩 유닛을 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 이차전지 셀 고정장치에 상기 이차전지 셀을 전달하고, 상기 폴딩 장치에 의한 폴딩 공정이 이뤄진 후에 상기 셀 고정장치로부터 상기 이차전지 셀을 분리하도록 구성된 셀 이송 장치를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 이차전지 셀 고정장치는 상기 이차전지 셀의 일 면이 접하도록 놓이는 베이스를 포함하며, 상기 베이스는 상기 전달 장치에 의해 상기 이차전지 셀이 전달되면 상기 이차전지 셀을 고정하고, 상기 폴딩 장치에 의한 폴딩 공정이 이뤄진 후에 상기 이차전지 셀에 대한 고정을 해제하도록 구성될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 이차전지 셀 고정장치는 프레스를 더 포함하며, 상기 베이스에 상기 이차전지 셀이 상기 이차전지 셀의 일 면이 접하도록 놓이면, 상기 프레스가 하강하여 상기 이차전지 셀의 타 면을 가압하여 상기 이차전지 셀을 고정하도록 구성될 수 있다.
이상의 간단한 요약 및 효과에 관한 설명은 단순히 예시적인 것으로서 본 개시에서 의도한 기술적 사항을 제한하기 위한 것이 아니다. 이하의 상세한 설명과 첨부된 도면을 참조함으로써, 전술한 예시적인 실시예들과 기술적 특징들에 더하여, 추가적인 실시예와 기술적 특징들이 이해될 수 있을 것이다.
앞서 설명한 본 개시의 특징들과 기타 추가적인 특징들에 대해서는 첨부된 도면을 참조하여 이하에서 자세하게 설명한다. 이러한 도면들은 본 개시에 따르는 단지 몇 가지의 실시예만을 도시한 것이며, 본 개시의 기술적 사상의 범위를 제한하는 것으로 간주되어서는 안 된다. 본 개시의 기술적 사상은 첨부된 도면을 사용하여 더 구체적이고 상세하게 기술될 것이다.
도 1은 본 개시의 일 실시예에 따른 폴딩 설비에 의해 폴딩되기 전의 이차전지 셀의 일 예를 도시한 사시도이다.
도 2는 본 개시의 일 실시예에 따른 폴딩 설비에서 폴딩된 후의 이차전지 셀의 일 예를 도시한 사시도이다.
도 3은 본 개시의 일 실시예에 따른 이차전지 셀의 테라스를 폴딩하기 위한 폴딩 설비를 도시한 사시도이다.
도 4a 및 도 4b는 본 개시의 일 실시예에 따른 이차전지 셀의 테라스를 폴딩하기 위한 폴딩 설비에 포함된 폴딩 장치를 도시한 사시도이다.
도 5는 본 개시의 일 실시예에 따른 폴딩 설비에 포함된 폴딩 장치의 프리 폴딩 장치의 단면도이다.
도 6은 일 실시예에 따른 이차전지 셀의 테라스를 폴딩하기 위한 폴딩 설비에 포함된 폴딩 장치의 측면도이다.
도 7은 본 개시의 일 실시예에 따른 이차전지 셀의 테라스를 폴딩하기 위한 폴딩 설비에 포함된 폴딩 장치의 확대 측면도이다.
본 개시에서 사용되는 용어들은 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 다른 실시 예의 범위를 한정하려는 의도가 아닐 수 있다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함할 수 있다. 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 용어들은 본 개시에 기재된 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가질 수 있다. 본 개시에 사용된 용어들 중 일반적인 사전에 정의된 용어들은, 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 동일 또는 유사한 의미로 해석될 수 있으며, 본 개시에서 명백하게 정의되지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다. 경우에 따라서, 본 개시에서 정의된 용어일지라도 본 개시의 실시예들을 배제하도록 해석될 수 없다.
앞서 설명한 본 개시의 특징들과 기타 추가적인 특징들에 대해서는 첨부된 도면을 참고하여 이하에서 자세하게 설명한다. 이러한 도면들은 본 개시에 따르는 단지 몇 가지의 실시예만을 도시한 것이며, 본 개시의 기술적 사상의 범위를 제한하는 것으로 간주되어서는 안 된다. 본 개시의 기술적 사상은 첨부된 도면을 사용하여 더 구체적이고 상세하게 기술될 것이다.
도 1은 본 개시의 일 실시예에 따른 폴딩 장치를 포함하는 폴딩 설비에 의해 폴딩되기 전의 이차전지 셀의 일 예를 도시한 사시도이다. 도 2는 본 개시의 일 실시예에 따른 폴딩 장치를 포함하는 폴딩 설비에서 폴딩된 후의 이차전지 셀의 일 예를 도시한 사시도이다. 도 1 및 도 2를 참조하여, 폴딩 전의 이차전지 셀 및 폴딩 후의 이차전지 셀에 대하여 설명하기로 한다.
먼저, 도 1을 참조하면, 이차전지 셀(100)은 전극 조립체(110) 및 파우치 외장재(120)로 구성되어 있다.
전극 조립체(110)는 소정의 크기의 단위로 절단한 다수의 양극판과 음극판들을 세퍼레이터를 개재한 상태로 순차적으로 적층한 스택형(적층형) 전극 조립체 일 수 있다. 전극 조립체(110)의 양극 리드(111)와 음극 리드(112)는 서로 대향하여 파우치 외장재(120)의 양측에 돌출될 수 있다. 다른 실시예의 이차전지 셀(100)은 전극 조립체(110)의 양극 리드(111)와 음극 리드(112)가 동일한 측면에서 돌출될 수도 있다.
파우치 외장재(120)는 전극 조립체(110)와 전해액을 수용하고 둘레에서 실링하도록 구성될 수 있다. 파우치 외장재(120)의 둘레는 실링부라고 지칭될 수 있으며, 파우치 외장재(120)에서 양극 리드(111) 및 음극 리드(112)가 배치되지 않은 양쪽 측면의 실링부는 테라스(121)라고 지칭될 수 있다. 폴딩 전의 이차전지 셀(100)의 테라스(121)는 파우치 외장재(120)가 전극 조립체(110)와 전해액을 수용하고 둘레를 실링한 다음, 소정의 크기만큼 재단되어 제조될 수 있다.
이차전지 셀(100)의 테라스(121)는 본 개시의 일 실시예에 따른 폴딩 장치를 포함하는 폴딩 설비에서 폴딩 공정을 거침에 따라, 모서리의 일부가 절단선(122)을 따라 절단될 수 있고, 제1 폴딩선(123)을 따라 180도 폴딩되고, 제2 폴딩선(124)을 따라 90도 폴딩될 수 있다. 도 2를 참조하면, 본 개시의 일 실시예에 따른 폴딩 장치를 포함하는 폴딩 설비를 통과한 이차전지 셀(100)을 확인할 수 있다.
이차전지 셀(100)이 일 실시예예 따른 폴딩 장치를 포함하는 폴딩 설비에 의해 폴딩 공정을 거침에 따라 폴딩 전보다 일정 길이(d)만큼 작은 폭을 가질 수 있다. 즉, 이차전지 셀(100)은 본 개시의 일 실시예에 따른 폴딩 장치를 포함하는 폴딩 설비를 통과하면 파우치 외장재(120)의 테라스(121)가 폴딩되어, 이차전지 셀(100)의 크기를 줄여 이차전지 배터리 팩에 실장될 때의 공간 효율성을 향상시킬 수 있다.
도 3은 본 개시의 일 실시예에 따른 이차전지 셀의 테라스를 폴딩하기 위한 폴딩 설비를 도시한 사시도이다.
도 3을 참조하면, 본 개시의 일 실시예에 따른 폴딩 설비(300)는 폴딩 장치(310), 이송 장치(320), 이차전지 셀 고정장치(330)를 포함할 수 있다.
폴딩 장치(310)는 이차전지 셀(100)의 테라스(121)를 폴딩하는 복수의 롤러를 포함할 수 있다. 폴딩 장치(310)의 복수의 롤러는 복수의 상부 롤러와 복수의 하부 롤러를 포함할 수 있다. 이차전지 셀(100)의 테라스(121)가 복수의 상부 롤러 및 하부 롤러 사이에 개재되고 롤러의 회전과 이차전지 셀(100)의 이동에 의해 이차전지 셀(100)의 테라스(121)가 폴딩되도록 구성될 수 있다.
이송 장치(320)는 폴딩 장치(310)를 이송하도록 구성될 수 있다. 본 개시의 일 실시예에서 이송 장치(320)는 이차전지 셀(100)의 테라스(121)의 길이방향(화살표)을 따라 왕복 직선 운동하도록 구성될 수 있다. 이송 장치(320)에 의한 직선 운동에 따라 폴딩 장치(310)에 포함된 복수의 롤러들이 고정되어 있는 이차전지 셀(100)의 테라스(121)를 폴딩할 수 있다.
이차전지 셀 고정장치(330)는 테라스(121)가 폴딩 전의 이차전지 셀(100)에 폴딩 장치(310)가 폴딩 공정을 수행할 수 있도록 이차전지 셀(100)을 고정하도록 구성될 수 있다. 이차전지 셀 고정장치(330)는 베이스(331)와 프레스(332)를 포함할 수 있다. 베이스(331)에 이차전지 셀(100)의 일 면이 맞닿도록 놓이면, 프레스(332)가 이차전지 셀(100)의 타면을 가압하여, 이차전지 셀(100)을 고정할 수 있다. 일 실시예에 따른 폴딩 설비(300)는 이차전지 셀 고정장치(330)에 폴딩 전의 이차전지 셀(100)을 전달하고, 폴딩 후의 이차전지 셀(100)을 가져오기 위한 로봇 암(robot arm)과 같은 셀 이송 장치(미도시)를 더 포함할 수 있다.
본 개시의 일 실시예에 따르면, 폴딩 전의 이차전지 셀(100)은 이차전지 셀 고정장치(330)의 베이스(331)와 프레스(332) 사이에 개재되어 고정될 수 있다. 고정된 이차전지 셀(100)에 대하여, 폴딩 장치(310)가 이송 장치(320)에 의하여 직선 운동하여 테라스(121)를 폴딩할 수 있다. 도시된 바와 같이, 본개시의 일 실시예에서, 한 번의 직선 운동으로 두 개의 이차전지 셀(100)이 폴딩될 수 있다. 한 번의 직선 운동으로 폴딩될 수 있는 이차전지 셀(100)의 수는 두 개 이상일 수 있다.
일 실시예에 있어서, 베이스(331)는 이차전지 셀(100)을 베이스(331)에 고정하기 위한 흡착 장치를 더 포함할 수 있다. 흡착 장치는 셀 이송 장치 및 폴딩 장치(310)와 연동하여 작동할 수 있다. 예를 들어, 이차전지 셀(100)이 셀 이송 장치에 의하여 베이스(331)에 놓이면 흡착 장치가 작동하여 이차전지 셀(100)을 베이스(331)에 고정할 수 있다. 흡착 장치에 의해 고정된 이차전지 셀(100)에 대하여 폴딩 장치(310)에 직선 운동하여 테라스(121)를 폴딩할 수 있다.
폴딩된 이차전지 셀(100)은 다음 공정을 이차전지 셀 고정장치(330)로부터 위해 분리될 수 있다. 이차전지 셀(100)이 이차전지 셀 고정장치(330)로부터 분리됨과 동시에 이송 장치(320)는 폴딩 장치(310)를 복귀시킬 수 있다. 본 개시의 폴딩 설비(300)와 같이 이차전지 셀(100)이 고정되어 있고, 폴딩 장치(310)가 이동하여 이차전지 셀(100)의 테라스는 폴딩하는 방식은, 기존에 테라스를 폴딩하는 장치가 고정되어 있고, 이차전지 셀이 직접 이동되어 테라스를 폴딩하는 방식에 비하여, 제품의 품질을 균일하게 유지할 수 있다. 이차전지 셀이 직접 이동하는 방식은 이차전지 셀의 테라스의 폴딩은 한번에 이뤄지는 것이 아니고 여러 번의 폴딩 및 압축 공정을 거치는 것이기 때문에, 각각의 공정마다 이차전지 셀과 폴딩 장치 사이의 위치관계가 달라질 수 있고, 이는 폴딩된 이차전지 셀의 크기나 폴딩 정도의 비 균성일성을 야기할 수 있기 때문이다.
또한, 본 개시의 방식은 폴딩 설비(300)의 구축 공간을 절약할 수 있고, 장비 운용의 리소스(예: 전기료, 압축 공기 소모량 등)를 절감할 수 있는 효과 또한 가질 수 있다.
추가 실시예에서 도시되진 않았지만, 폴딩 설비(300)는 테라스 사이드 절단 장치를 더 포함할 수 있다. 테라스 사이드 절단 장치는 이차전지 셀(100)의 테라스를 지정한 길이로 절단하는 장치일 수 있다. 테라스 사이드 절단 장치는 실린더에 의해 각각 상승 이동 및 하강 이동하도록 구성된 하도와 상도를 이용하여 이차전지 셀(100)의 테라스를 지정된 치수로 절단할 수 있다. 테라스 사이드 절단 장치(320)에 의해 테라스가 절단된 이차전지 셀(100)이 이차전지 셀 고정장치(330)로 이송될 수 있다.
도 4a 및 도 4b는 본 개시의 일 실시예에 따른 이차전지 셀의 테라스를 폴딩하기 위한 폴딩 설비에 포함된 폴딩 장치를 도시한 사시도이다.
도 4a 및 4b를 참조하면, 폴딩 장치(310)는 제1 폴딩 유닛(312), 제2 폴딩 유닛(314), 및 유닛 이송부(317)를 포함할 수 있다. 일 실시예에 따른 폴딩 장치(310)는 프리 폴딩 유닛(311), 제1 히터프레스 유닛(313), 제2 히터프레스 유닛(315), 및 사이징 롤러 유닛(316) 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 프리 폴딩 유닛(311), 제1 폴딩 유닛(312), 제1 히터프레스 유닛(313), 제2 폴딩 유닛(314), 제2 히터프레스 유닛(315), 사이징 롤러 유닛(316)은 각각 유닛 이송부(317)에 고정될 수 있다. 도시된 바와 달리, 유닛 이송부(317)의 개수는 여러 개 일 수 있다. 폴딩 장치(310)에 포함된 프리 폴딩 유닛(311), 제1 폴딩 유닛(312), 제1 히터프레스 유닛(313), 제2 폴딩 유닛(314), 제2 히터프레스 유닛(315), 사이징 롤러 유닛(316)은 유닛 이송부(317)의 개수에 따라 나뉘어 유닛 이송부(317)에 고정될 수 있다. 유닛 이송부(317)는 이송 장치(320)에 연결되고 이송 장치(320)의 구동에 따라 왕복 직선 운동할 수 있다. 본 개시에 따른 폴딩 장치(310)는 폴딩 장치(310)를 구성하는 단위 유닛(예: 311 내지 316)들을 유닛 이송부(317)에 선택적으로 고정될 수 있도록 구성됨으로써, 유지 보수의 개소에 대한 선택을 부여함으로써 장치의 유지 보수 및 관리에 편의성을 제공할 수 있다.
폴딩 장치(310)는 복수의 롤러를 포함할 수 있다. 복수의 롤러는 상부 롤러부(U) 및 하부 롤러부(D)로 구분될 수 있다. 이차전지 셀(100)의 테라스는 상부 롤러(U) 및 하부 롤러(D) 사이에 개재될 수 있고, 롤러의 형상에 따라 폴딩될 수 있다. 폴딩 장치(310)에 포함된 프리 폴딩 유닛(311), 제1 폴딩 유닛(312), 제1 히터프레스 유닛(313), 제2 폴딩 유닛(314), 제2 히터프레스 유닛(315), 및 사이징 롤러 유닛(316) 각각은 복수의 롤러의 일부일 수 있다. 예를 들어, 도시된 바와 같이, 프리 폴딩 유닛(311)은 두 개의 상부 롤러부(U)와 두 개의 하부 롤러부(D)의 조합으로 구성될 수 있다.
프리 폴딩 유닛(311)은 이차전지 셀(100)의 폴딩되는 선을 미리 긋도록 구성된 유닛일 수 있다. 예를 들어 프리 폴딩 유닛(311)을 통과한 이차전지 셀(100)은 제1 폴딩선(예: 도 1의 123)을 따라 접는 선이 형성될 수 있다. 프리 폴딩 유닛(311)에 대해서는 구체적으로 후술하기로 한다.
제1 폴딩 유닛(312) 이차전지 셀(100)의 테라스를 일차적으로 180도 각도로 폴딩하도록 구성된 유닛일 수 있다. 제1 폴딩 유닛(312)에서 이차전지 셀(100)은 제1 폴딩선(예: 도 1의 123)을 따라 180도 폴딩될 수 있다. 제1 폴딩선은 프리 폴딩 유닛(311)에 의해 접는 선이 형성되었기 때문에 제1 폴딩 유닛(312)에 의해 쉽고 균일한 크기로 180도 폴딩될 수 있다.
제1 히터프레스 유닛(313)은 상기 제1 폴딩 유닛(312)에 의해 180도 각도로 폴딩된 이차전지 셀(100)의 테라스가 스프링백 현상에 의해 다시 펼쳐지지 않도록 견고하게 밀착시키기 위해 가열과 동시에 가압하도록 구성될 수 있다. 제1 히터프레스 유닛(313)에 의해 가열 및 가압된 테라스의 180도 폴딩된 부분은 상온에서 냉각되고 이로써, 스프링백 현상의 원인이 되는 테라스 내의 내부응력이 제거될 수 있다.
제2 폴딩 유닛(314)은 상기 제1 히터프레스 유닛(313)의 공정을 거친 이차전지 셀(100)의 테라스를 90도 각도로 폴딩하도록 구성된 유닛일 수 있다. 제2 폴딩 유닛(314)에서 이차전지 셀(100)은 제2 폴딩선(예: 도 1의 124)을 따라 90도 폴딩될 수 있다. 제2 폴딩 유닛(314)에 의해 90도 더 폴딩된 이차전지 셀(100)의 테라스는 제2 히터프레스 유닛(315)에 의해 가열과 동시에 가압되어, 90도 폴딩된 부분에 대한 스프링백 현상의 원인이 되는 내부응력을 제거할 수 있다.
사이징 롤러 유닛(316)은 제2 폴딩 유닛(314)과 제2 히터프레스 유닛(315)에 의해 90도 폴딩이 완료된 이차전지 셀(100)의 테라스를 사이즈 및 폴딩 각도를 교정해주는 유닛일 수 있다. 이차전지 셀(100)의 테라스는 사이징 롤러 유닛(316)을 의해 규정된 사이즈 및 폴딩 각도를 가지는 것이 보장될 수 있다. 즉, 사이징 롤러 유닛(316)은 스프링백 현상으로 인해 폴딩 공정을 거친 이차전지 셀(100)의 사이즈와 폴딩 각도가 서로 달라지는 상황을 방지할 수 있다.
도 5는 본 개시의 일 실시예에 따른 폴딩 설비에 포함된 폴딩 장치의 프리 폴딩 장치의 단면도이다.
도 5를 참조하면 프리 폴딩 유닛(311)은 상부 롤러(510), 하부 롤러(520), 및 기준대(530)를 포함할 수 있다. 기준대(530)에 상부 롤러(510) 및 하부 롤러(520)가 연결될 수 있다. 일부 실시예에서, 기준대(530)에는 프리 폴딩 유닛(311)의 롤러뿐 만 아니라 다른 유닛, 예를 들어 제1 폴딩 유닛(312), 및 제1 히터프레스 유닛(313)이 더 연결될 수 있다. 일 실시예에서 하나의 기준대(530)가 하나의 유닛 이송부(317)에 연결될 수 있다.
상부 롤러(510)는 롤러 헤드(511), 축, 및 풀리를 포함할 수 있고, 하부 롤러(520)는 롤러 헤드(521), 축, 및 풀리를 포함할 수 있다. 풀리는 기준대(530)를 기준으로 롤러 헤드(511, 521)와 대향하도록 배치되며, 축에 의해 롤러 헤드(511, 521)와 풀리가 연결될 수 있다. 이하 롤러의 설명은 하부 롤러(520)를 기준으로 설명하기로 한다.
일 실시예에 따르면, 하부 롤러(520)의 롤러 헤드(521)와 축은 일체로 성형될 수 있다. 하부 롤러(520)는 기준대(530)에 형성된 개구에 축(522)이 끼워질 수 있다. 일 실시예에서, 기준대(530)의 개구에는 하부 롤러(520)가 기준대(530)에 대하여 회전이 용이하도록 베어링을 더 포함할 수 있다. 본 개시에서, 롤러 헤드(521)와 축이 일체로 형성되어 축이 기준대(530)에 대하여 회전하도록 구성되는 경우, 롤러 헤드(521)가 축과의 동축도가 확보될 수 있다. 롤러 헤드(521)가 동축도를 확보되는 것은 프리 폴딩 유닛(311)의 공정 신뢰성이 확보되는 것을 의미한다. 본 개시의 폴딩 장치(310)에서 롤러 헤드와 축이 일체로 성형되어 동축도를 확보하는 것은 프리 폴딩 유닛(311)에만 국한되는 것이 아니라 다른 유닛, 예를 들어, 제1 폴딩 유닛(312), 제1 히터프레스 유닛(313)에도 적용될 수 있다.
일 실시예에서, 하부 롤러(420)는 롤러 헤드(521)의 반대편에서 풀리가 기준대(530)의 개구를 관통한 축에 고정되는 방식으로, 기준대(530)에 고정될 수 있다.
일 실시예에서, 기준대(530)는 열 전달 부재를 포함할 수 있다. 열 전달 부재는 예를 들어, 열 선 또는 히트 파이프를 포함하고 기준대(530) 내부에 길이방향(또는 이차전지 진행방향)을 따라 배치될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 기준대(530)는 열 전달 부재의 온도를 확인할 수 있는 온도 센서(531)을 더 포함할 수 있다.
열 전달 부재는 열 전달률이 높은 금속을 재질로 할 수 있다. 열 전달 부재는 프리 폴딩 유닛(311)의 롤러 헤드(511, 521)에 열을 전달할 수 있다. 열 전달 부재(533)로부터 전달되는 열은, 기준대(530) 및 축을 통과하여 롤러 헤드(511, 521)에 전달될 수 있다. 롤러 헤드(511, 521)는 열 전달 부재로부터 전달받은 열에 의해 롤러 헤드(511, 521) 사이에 개재된 이차전지 셀의 테라스를 적절한 온도로 프리 폴딩 공정을 수행할 수 있다. 본 개시의 폴딩 장치(310)에서 열 전달 부재(533)로부터 열을 전달받는 것은 프리 폴딩 유닛(311)에만 국한되는 것이 아니라 다른 유닛, 예를 들어, 제1 폴딩 유닛(312), 제1 히터프레스 유닛(313)에도 적용될 수 있다. 특히, 제1 히터프레스 유닛(313) 또는 제2 히터프레스 유닛(315)에는 더 많은 열이 전달되도록 구성될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상부 롤러(510) 또는 하부 롤러(520)는 돌출부(540)를 포함할 수 있다. 도시된 실시예에서는 상부 롤러(510)의 롤러 헤드(511)가 돌출부(550)를 포함한다. 돌출부(550)는 이차전지 셀의 제 1 폴딩선(예: 도 1의 123)에 대응하는 위치에 형성될 수 있다. 롤러 헤드(511, 522) 사이에 개재된 이차전지 셀의 테라스는 돌출부(550)에 의해 가압되어, 제1 폴딩 선(예: 도 1의 123)을 형성할 수 있다. 돌출부(550)에 의해 가압된 제1 폴딩선은 테라스의 다른 부위보다 두께가 얇아질 수 있다. 따라서, 이어지는 180도 폴딩공정에서 이차전지 셀의 테라스는 제1 폴딩선을 따라 180도 폴딩되게 될 수 있다. 즉 본 개시의 폴딩 장치(310)는 프리 폴딩 유닛(311)을 가짐으로써, 첫번째 폴딩되는 위치의 신뢰도를 확보할 수 있는 특유의 효과를 가진다.
도 6은 일 실시예에 따른 이차전지 셀의 테라스를 폴딩하기 위한 폴딩 설비에 포함된 폴딩 장치의 측면도이다.
프리 폴딩 유닛(311), 제1 폴딩 유닛(312), 제1 히터프레스 유닛(313), 제2 폴딩 유닛(314), 제2 히터프레스 유닛(315), 사이징 롤러 유닛(316)은 각각 유닛 이송부(317)에 고정될 수 있다. 도 6을 참조하면, 프리 폴딩 유닛(311), 제1 폴딩 유닛(312), 제1 히터프레스 유닛(313)은 제1 유닛 이송부(610)에 고정될 수 있다. 제2 폴딩 유닛(314), 제2 히터프레스 유닛(315), 사이징 롤러 유닛(316)은 제2 유닛 이송부(620)에 고정될 수 있다. 유닛 이송부(317)는 이송 장치(예: 도 3의 320)에 연결되고 이송 장치(320)의 구동에 따라 왕복 직선 운동할 수 있다. 본 개시에 따른 폴딩 장치(310)는 폴딩 장치(310)를 구성하는 단위 유닛(예: 311 내지 316)들을 유닛 이송부(317)에 선택적으로 고정될 수 있도록 구성됨으로써, 유지 보수의 개소에 대한 선택을 부여함으로써 장치의 유지 보수 및 관리에 편의성을 제공할 수 있다.
또한, 본 개시의 일 실시예에 따른 폴딩 장치(310)는 유닛 이송부(317)의 높이를 달리할 수 있다. 도 6을 참조하면, 제1 히터프레스 유닛(313)이 고정된 제1 유닛 이송부(610)와 제1 히터프레스 유닛(313)의 다음 공정인 제2 폴딩 유닛(314)이 고정된 제2 유닛 이송부(620)는 다른 높이를 가질 수 있다. 다시 말하면, 제1 히터프레스 유닛(313)의 롤러 사이로부터 이차전지 셀이 나오는 위치보다 제2 폴딩 유닛(314)의 롤러 사이에 이차전지 셀이 들어가는 위치보다 일정 차이(d)만큼 높도록, 유닛 이송부(317)가 설치될 수 있다. 본 개시의 발명자는 180도 폴딩된 이차전지 셀을 다시 90도 폴딩하는 공정을 수행할 때, 보다 낮은 위치에서 폴딩 유닛에 이차전지 셀이 삽입되는 것을 실험을 통해 확인하였으며, 유닛 이송부(317)를 복수개 구현함으로써, 복수의 롤러로 구성된 단위 유닛 간에 이차전지 셀이 전달되는 높이를 다르게 설정할 수 있는 효과를 실현했다. 일 실시예에 있어서, 유닛 이송부(317)들 간의 일정 차이(d)는 임의로 설정될 수 있으며, 도 6에서는 유닛 이송부(317)가 제1 유닛 이송부(610) 및 제2 유닛 이송부(620) 두 개의 구성으로 구현되었지만, 유닛 이송부가 더 포함될 수 있고, 단위 유닛이 더 나뉘어 유닛 이송부에 고정될 수 있음은 당연하다.
도 7은 본 개시의 일 실시예에 따른 이차전지 셀의 테라스를 폴딩하기 위한 폴딩 설비에 포함된 폴딩 장치의 확대 측면도이다.
본 개시의 일 실시예에 따른 폴딩 장치(310)의 상부 롤러(710) 및 하부 롤러(720)를 포함할 수 있고, 상부 롤러(710) 및 하부 롤러(720)는 각각 벨트를 통해 동시에 회전하도록 구성될 수 있다. 이하에서는 대표적으로 상부 롤러(710)가 이웃하는 롤러와 동시에 회전하도록 구성되는 구조에 대하여 설명하기로 한다.
도 7을 참조하면, 상부 롤러(710)가 롤러 헤드(711), 축(712), 풀리(713)를 포함할 수 있다. 롤러 헤드(711), 축(712), 및 풀리(713)는 동시에 회전하도록 연결될 수 있다. 풀리(713)는 이웃하는 롤러의 풀리와 벨트(730)로 연결될 수 있다. 일 실시예에서, 풀리는 제1 풀리(741) 및 제2 풀리(742)를 포함할 수 있다. 제1 풀리(741)가 일측에 이웃하는 롤러의 풀리와 제1 벨트(751)를 통해 연결되면, 제2 풀리(742)는 타측에 이웃하는 롤러의 풀리와 제2 벨트(752)를 통해 연결될 수 있다. 즉, 풀리(713)는 두 개의 풀리를 포함함에 따라 양 옆에 이웃하는 롤러와 벨트를 통해 연결될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상부 롤러(710)는 상부 롤러(710)끼리 벨트를 통해 연결될 수 있다. 상부 롤러(710)와 하부 롤러(720)는 반대방향으로 회전 해야하기 때문이다. 상부 롤러(710) 또는 하부 롤러(720)가 동시에 회전하도록 구성되면, 이차전지 셀의 테라스가 롤러들 사이에 개재되어 이동될 때 일 롤러에서 다음 롤러와 접촉하게 될 때, 이차전지 셀의 테라스에 가해지는 마찰력이 감소되어 이차전지 셀의 손상을 방지할 수 있다.
전술한 상세한 설명에서는 블록도, 흐름도 및/또는 기타 예시를 통해 장치 및/또는 프로세스의 다양한 실시예를 설명하였다. 그러한 블록도, 흐름도, 및/또는 기타 예시는 하나 이상의 기능 및/또는 동작을 포함하게 되며, 당업자라면 블록도, 흐름도 및/또는 기타 예시 내의 각각의 기능 및/또는 동작이 하드웨어, 소프트웨어, 펌웨어, 또는 이들의 임의의 조합에 의해 개별적으로 혹은 집합적으로 구현될 수 있다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 일 실시예에서, 본 개시에 기재된 대상의 몇몇 부분은 ASIC(Application Specific Integrated Circuit), FPGA(Field Programmable Gate Array), DSP(Digital Signal Processor) 또는 다른 집적의 형태를 통해 구현될 수 있다. 이와 달리, 본 개시의 실시예의 일부 양상은 하나 이상의 컴퓨터 상에 실행되는 하나 이상의 컴퓨터 프로그램(예를 들어, 하나 이상의 컴퓨터 시스템 상에 실행되는 하나 이상의 프로그램), 하나 이상의 프로세서 상에서 실행되는 하나 이상의 프로그램(예를 들어, 하나 이상의 마이크로프로세서 상에서 실행되는 하나 이상의 프로그램), 펌웨어 또는 이들의 실질적으로 임의의 조합으로써 전체적으로 또는 부분적으로 균등하게 집적 회로에서 구현될 수도 있으며, 소프트웨어 및/또는 펌웨어를 위한 코드의 작성 및/또는 회로의 설계는 본 개시에 비추어 당업자의 기술 범위 내에 속하는 것이다. 또한, 당업자라면, 본 개시의 대상의 매커니즘들이 다양한 형태의 프로그램 제품으로 분배될 수 있음을 이해할 것이며, 본 개시의 대상의 예시는 분배를 실제로 수행하는데 사용되는 신호 베어링 매체의 특정 유형과 무관하게 적용됨을 이해할 것이다.
특정 예시적 기법이 다양한 방법 및 시스템을 이용하여 여기에서 기술되고 도시되었으나, 당업자라면, 청구된 대상에서 벗어남이 없이, 다양한 기타의 수정 또는 등가물로의 치환 가능성을 이해할 수 있다. 추가적으로, 여기에 기술된 중심 개념으로부터 벗어남이 없이 특정 상황을 청구된 대상의 교시로 적응시키도록 많은 수정이 이루어질 수 있다. 따라서, 청구된 대상이 개시된 특정 예시로 제한되지 않으나, 그러한 청구된 대상은 또한 첨부된 청구범위 및 그 균등의 범위 내에 들어가는 모든 구현예를 포함할 수 있음이 의도된다.
본 개시 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 본 개시 전체에서, 어떤 부재가 다른 부재 "상에" 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다. 나아가, 본 개시 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 본 개시에서 사용되는 정도의 용어 "약," "실질적으로" 등은 언급된 의미에 고유한 제조 및 물질 허용오차가 제시될 때 그 수치에서 또는 그 수치에 근접한 의미로 사용되고, 본원의 이해를 돕기 위해 정확하거나 절대적인 수치가 언급된 개시 내용을 비양심적인 침해자가 부당하게 이용하는 것을 방지하기 위해 사용된다.
본 개시의 범위는 전술한 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위, 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본원의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (5)

  1. 파우치형 이차전지 셀의 테라스를 폴딩하기 위한 폴딩 설비에 있어서,
    복수의 롤러를 포함하는 상부 롤러부 및 하부 롤러부를 포함하는 폴딩 장치;
    상기 이차전지 셀을 고정하는 이차전지 셀 고정장치; 및
    상기 이차전지 셀 고정장치에 의해 고정된 상기 이차전지 셀의 테라스가 상기 상부 롤러부 및 상기 하부 롤러부 사이에 개재되도록 상기 폴딩 장치를 상기 테라스의 길이방향을 따라 직선 이동시키는 롤러 이송 장치를 포함하는, 폴딩 설비.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 상부 롤러부 및 하부 롤러부는, 상기 이차전지 셀의 테라스를 180도로 폴딩하는 제1 폴딩 유닛, 및 상기 180도 폴딩된 이차전지 셀의 테라스를 90도 더 폴딩하는 제2 폴딩 유닛을 포함하는 것인, 폴딩 설비.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 이차전지 셀 고정장치에 상기 이차전지 셀을 전달하고, 상기 폴딩 장치에 의한 폴딩 공정이 이뤄진 후에 상기 셀 고정장치로부터 상기 이차전지 셀을 분리하도록 구성된 셀 이송 장치를 더 포함하는, 폴딩 설비.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 이차전지 셀 고정장치는 상기 이차전지 셀의 일 면이 접하도록 놓이는 베이스를 포함하며, 상기 베이스는 상기 전달 장치에 의해 상기 이차전지 셀이 전달되면 상기 이차전지 셀을 고정하고, 상기 폴딩 장치에 의한 폴딩 공정이 이뤄진 후에 상기 이차전지 셀에 대한 고정을 해제하도록 구성되는, 폴딩 설비.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 이차전지 셀 고정장치는 흡착 장치를 더 포함하며, 상기 베이스에 상기 이차전지 셀이 상기 이차전지 셀의 일 면이 접하도록 놓이면, 상기 흡착 장치가 작동하여 이차전지 셀의 일 면을 흡착하여 상기 이차전지 셀을 고정하도록 구성되는, 폴딩 설비.
KR1020210033835A 2020-08-07 2021-03-16 이차전지 셀의 테라스를 폴딩하기 위한 폴딩 설비 KR20220018889A (ko)

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