KR20220099887A - 이차전지의 고속 셀 스택 제조장치 - Google Patents

Abstract

본 발명의 목적은 이차전지의 대형화에도 고속화, 고정밀화가 가능하며 설비세팅 및 유지관리가 편리한 이차전지 고속 셀 스택 제조장치를 제공한다.
이러한 본 발명은 세퍼레이터를 일정한 길이로 지그재그로 접어 포개면서 그 사이 사이로 양극판과 음극판을 교대로 적층하여 이차전지 셀을 제작하는 장치로써, 상기 세가지 소재(세퍼레이터, 양극판, 음극판)가 적층되는 스택스테이지를 중간에 두고 좌/우로 대칭되게 [양극판 공급장치(전극 커팅 & 이동장치 혹은 매거진)]-[양극판 정렬장치]-[스택스테이지]-[음극판 정렬장치]-[음극판 공급장치(전극 커팅 & 이동장치 혹은 매거진)]를 배열하고, 세퍼레이터를 스택스테이지의 상부로부터 연속으로 공급하되, 스택스테이지는 좌/우 직선 왕복운동이나 회전 왕복운동을 하지 않으며 스택스테이지 좌/우에 각각 설치된 전극이송장치를 통해 전극을 적층한다.

Description

이차전지의 고속 셀 스택 제조장치{Method and apparatus for stacking secondary battery cell elements}

본 발명은 이차전지의 고속 셀(cell) 스택 제조장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 이차전지의 대형화에도 고속화 및 고정밀화가 가능하며, 설비세팅 및 유지관리가 편리한 이차전지 셀 고속 스택 제조장치에 관한 것이다.

일반적으로 화학전지는 대면하는 음극판과 양극판 및 음극판과 양극판 사이에 위치하는 세퍼레이터(분리막), 그리고 전해질로 구성되어 있는 전지로서, 상기 전극과 전해질을 구성하는 물질에 따라 저장할 수 있는 에너지의 양이 달라진다. 이러한 화학전지는 충전반응이 매우 느려서 1회 방전 용도로만 쓰이는 1차전지와, 반복적인 충방전을 통해 재사용이 가능한 이차전지로 구분되며, 최근 들어서는 충방전이 가능한 장점으로 인해 이차전지의 사용이 급격히 늘고 있는 추세에 있다.

상기 이차전지는 그 장점으로 인해 산업 전반에 걸쳐 다양한 기술분야에 적용되고 있으며, 일례로 와이어리스 모바일 기기와 같은 첨단전자기기의 에너지원으로 광범위하게 사용되고 있을 뿐만 아니라 화석연료를 사용하는 기존의 가솔린 및 디젤 내연기관의 대기오염과 화석연료 고갈 문제를 해결하기 위한 방안으로 제시되고 있는 전기자동차 등의 에너지원으로도 주목받고 있다.

이러한 이차전지는 양극판, 세퍼레이터(분리막), 음극판이 순차적으로 적층되어 전해질 용액에 담가진 형태로 이루어지는데, 이와 같은 이차전지의 내부 셀 스택을 제작하는 방식은 크게 두 가지로 나뉜다.

첫번째는 음극판, 세퍼레이터, 양극판, 세퍼레이터 순으로 겹치게 한 후 같이 말아서(winding) 젤리-롤(jelly-roll) 형태로 제작하는 방식이며, 두번째는 음극판과 양극판을 필요한 크기로 절단하여 음극판, 세퍼레이터, 양극판, 세퍼레이터를 교차로 적층(Stacking)하는 방식이다. 고용량 혹은 대형 이차전지를 제작하기에는 위의 두번째 적층(Stacking)하는 방식이 전지의 수명과 공간효율 측면에서 유리하여 전기차용으로 채택하는 사례가 증가하는 추세이다.

적층방식으로 이차전지의 내부 셀(Cell, 전극과 세퍼레이터의 조립체)을 제작하는 방식은 여러 가지가 있는데, 그 중에서 도 1과 같이 연속된 세퍼레이터(분리막)(3)를 지그재그(Zigzag) 형태로 접어가면서 접힌 세퍼레이터 사이사이에 음극판(1)과 양극판(2)을 번갈아 적층하는 방식을 Z-폴딩 스택(Z-folding & stacking) 혹은 줄여서 Z-스택(Z-stacking)이라 한다.

이와 같이 Z-스택 방식으로 이차전지 내부 셀을 제조하는 장치는 등록특허 제10-1140447호에 개시되어 있는 것처럼 전극판과 세퍼레이터 등의 소재가 적층되는 장치와 전극판을 적층 위치까지 이송하는 장치가 직선왕복운동 및 수직승강운동을 반복적으로 수행하면서 소재들을 스택하는 셀 제조장치들이 종래에 가장 많이 사용되어 왔다.

이러한 Z-폴딩 스택 제조장치들은 도 2 및 도 3에 도시된 것과 같이, 좌우로 이격된 개별 테이블(T)에 음극판(1) 및 양극판(2)을 각각 쌓아 두고, 상기 개별 테이블(T) 사이에 음극판(1)과 양극판(2)이 놓여지는 스테이지(4)를 좌우로 수평 왕복 이동하게 설치하고, 로봇(5)이 상기 테이블(T) 상의 음극판(1) 및 양극판(2)을 교대로 픽업 및 이송하여 스테이지(4) 상에 폴딩되면서 펼쳐진 세퍼레이터(3) 위에 적층시킬 수 있도록 하고 있다.

그런데, 이와 같은 종래의 Z-스택킹 방식은 스테이지(4)의 좌우 이동 거리가 길기 때문에 작업 시간이 많이 소요되고, 이에 따라 생산성이 저하되는 문제가 발생하였다. 또한, 작업 시간을 단축하기 위해 장치의 운전속도를 높이면 진동과 소음이 급격히 증가하여 장치의 위치정밀도가 확보되지 않고, 스테이지(4)가 왕복과 정지를 반복하는 중에 적층된 소재가 흔들려 셀 내부의 전극간 적층정밀도가 확보되지 않는 문제가 있었다.

이에, 근자에 들어 상기의 문제를 개선하기 위해서 고안된 대한민국등록특허 제10-1730469호 및 대한민국특허등록공보 제10-1933550호, 대한민국특허등록공보 제10-1956758호의 이차전지의 고속 셀 스택 제조장치를 통해 전극을 교대로 적층하기 위해서 스테이지(테이블)를 틸팅(회전왕복)시킴으로서 세퍼레이터 폴딩을 위한 동작 단계가 줄어 들고, 전극의 이송거리도 다소 단축시켰다.

그러나, 상기와 같은 셀 스택 제조장치는 육중한 적층스테이지를 틸팅(회전왕복)시킴으로서 구동 과정에서의 충격이 발생하게 되어 틸팅(회전왕복)구동에 사용되는 부품들의 피로도가 높아 수명이 단축되는 문제가 있으며, 이 문제는 고속으로 구동할수록 심해지는 부작용이 발생하였다. 또한, 소재가 적층되는 스테이지가 직선왕복운동에서 회전왕복(틸팅)운동으로 바뀌었을 뿐 여전히 이송과 정지를 반복하면서 적층이 이루어지기 때문에 전극간 적층정밀도가 손상되는 우려는 여전히 해소되지 않고 있다.

대한민국특허등록공보 제10-1730469호가 개시된 이후 대한민국특허등록공보 제10-2003728호와 같이 전극이송장치를 회전왕복(틸팅)하여 고속화를 시도하거나, 대한민국특허등록공보 제10-2003737호, 대한민국특허등록공보 제10-2049468호와 같이 스택스테이지가 직선이 아닌 곡선운동을 함으로써 고속구동에서 셀 품질 손상을 방지하려는 선행기술들이 시도되었으나, 스택스테이지가 왕복운동을 해야 하는 문제를 해결하지 못 했고, 대한민국특허등록공보 제10-2044363호, 대한민국특허등록공보 제10-2044367호와 같이 스택스테이지를 고정하고 전극이송장치와 전극정렬장치를 회전왕복(틸팅)하는 선행기술이 개시되었으나, 고속화와 스택정밀도를 동시에 확보하기는 어렵다는 우려가 여전히 남아 있다.

한편, 전기차 시장의 팽창에 따라 이차전지 제조업체들은 대수가 많이 필요하여 넓은 공간을 차지하고 투자비중이 높은 Z-STACK MACHINE(Z-스택 장비)의 고속화 및 고성능화를 원하고 있으며, 이차전지의 크기가 커지면서 생산성이 낮아지는 문제를 해결하고자 노력하고 있다.

또한, 전기차 제조사들은 주행시간을 점점 늘리기 위해서 같은 공간에 더 높은 전기충전용량을 확보하기 위해 이차전지의 대형화를 주문하고 있으며, 이에 따라 이차전지제조사들은 전지가 대형화되면서 셀 스택장비의 생산속도가 떨어지고, 제품 정밀도가 낮아지는 문제를 해결할 수 있는 장비를 요구하고 있다. 또한, 생산량의 증대에 따라 장비대수가 많아지면서 관리시야가 잘 확보되고, 설비정밀도를 쉽게 유지 및 관리할 수 있는 장비의 개발을 필요로 하고 있다.

대한민국특허등록공보 제10-1140447호. 대한민국특허등록공보 제10-1730469호. 대한민국특허등록공보 제10-1933550호. 대한민국특허등록공보 제10-1956758호. 대한민국특허등록공보 제10-2003728호. 대한민국특허등록공보 제10-2003737호. 대한민국특허등록공보 제10-2049468호. 대한민국특허등록공보 제10-2044363호. 대한민국특허등록공보 제10-2044367호.

본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 이차전지 셀의 전극을 스택하기 위한 전극이송장치(Pick & Place)의 동작과 세퍼레이터 폴딩을 위한 동작을 단순화시켜 고속화를 용이하게 하고, 고속으로 스택할 경우 스택정밀도 손상의 원인이 되는 스택스테이지의 왕복운동을 제거하고, 셀이 대형화되어 감에 따라 전극이송장치(Pick & Place)의 중량이 급증하거나 진동에 취약해져서 생산속도가 저하되고 스택정밀도 확보가 불리해지는 문제를 해소하며, 설비세팅 및 유지관리가 편리한 이차전지의 고속 셀 스택 제조장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따르면, 세퍼레이터를 일정한 길이만큼 지그재그로 접어 포개면서 그 사이 사이에 양극판과 음극판을 교대로 적층할 수 있는 스택테이블과 적층된 전극을 눌러 고정하는 전극 프레서(Presser)를 포함하는 스택스테이지; 상기 스택스테이지의 상부에서 세퍼레이터를 연속으로 공급하며, 세퍼레이터를 일정한 길이만큼 지그재그로 접어 포개어지도록 선회왕복운동하는 세퍼레이터 폴딩장치; 상기 세퍼레이터 폴딩장치에 의해 지그재그로 접어 포개어지는 세퍼레이터의 사이 사이에 양극판과 음극판을 교대로 적층할 수 있도록 상기 스택스테이지를 중간에 두고 좌,우로 대칭되게 설치되며, 상기 스택스테이지로부터 각각 소정 간격을 이루게 설치되는 양극판 정렬장치 및 음극판 정렬장치로 이루어진 전극 정렬장치; 상기 전극 정렬장치로부터 각각 소정 간격을 이루며 좌,우로 대칭되게 설치되는 양극판 공급장치 및 음극판 공급장치로 이루어진 전극 공급장치; 상기 양극판 공급장치와 양극판 정렬장치의 사이, 상기 음극판 공급장치와 음극판 정렬장치 사이, 상기 양극판 정렬장치와 스택스테이지의 사이, 상기 음극판 정렬장치와 스택스테이지의 사이에 각각 설치되어 양극판과 음극판을 흡착 및 적층 위치로 이송하여 공급하는 양극판 이송장치 및 음극판 이송장치로 이루어진 전극 이송장치; 및 상기 전극 이송장치의 전극 흡착판의 승강운동과 스택스테이지의 전극 프레서(Presser)를 연동시키는 연동장치;를 포함하고, 상기 연동장치는, 캠축; 상기 캠축에 설치되는 제1 캠; 상기 제1 캠에 연동되게 설치되어 전극 프레서를 업/다운시키는 캠팔로우와 링크로 이루어지는 제1 연동부; 상기 캠축에 설치되는 제2 캠; 상기 제2 캠에 연동되게 설치되어 전극 프레서를 왕복(전후진)운동시키는 캠팔로우와 링크로 이루어지는 제2 연동부; 및 상기 캠축의 회전력을 벨트로 전달하여 양극판 및 음극판이 적층될 때 양극판 흡착판 또는 음극판 흡착판을 하강시키는 동력전달부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지의 고속 셀 스택 제조장치를 제공할 수 있다.

여기서, 상기 연동장치는, 상기 전극 프레서의 승강 및 전후진 동작과 양극판 및 음극판 이송장치의 전극흡착판의 업/다운 동작이 연동되어 작동되게 할 수 있다.

또한, 상기 전극 이송장치는, 셀이 적층되는 수직 위치 혹은 전극의 이송 궤적보다 아래쪽에 하부를 지지하는 힌지축을 두고 상부가 소정 각도만큼 선회왕복운동하면서 상기 전극 공급장치에서 상기 전극 정렬장치로 양극판 및 음극판을 이송하여 공급하고, 상기 전극 정렬장치에서 상기 스택스테이지로 양극판 및 음극판을 교대로 이송하여 공급할 수 있다.

본 발명에 따른 이차전지의 고속 셀 스택 제조장치에 의하면, 생산성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다. 즉, 본 발명에 포함된 전극이송장치(Pick & Place)와 세퍼레이터 폴딩장치(Separator Folding Apparatus)는 선행기술들보다 장치의 동작단계를 줄여서 고속화를 통한 제품생산성을 향상시키는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 따른 이차전지의 고속 셀 스택 제조장치에 의하면, 정밀도를 향상시킬 수 있는 효과가 있다. 즉, 본 발명을 통한 장치의 구성은 전극정렬테이블과 스택테이블이 모두 지면과 평행하게 고정되어 있으므로, 전극을 이송하고 적층하는 동작의 설정이 쉬워 정밀도 확보가 용이하고 또한 스택테이블이 전후/좌우운동이나 회전운동을 하지 않아 적층된 전극이 흔들려 전극적층정밀도가 훼손되는 문제가 없으므로 선행기술보다 높은 제품정밀도를 확보할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 따른 이차전지의 고속 셀 스택 제조장치에 의하면, 롱셀(Long Cell)의 대응력(생산성, 정밀도)을 향상시킬 수 있는 효과가 있다. 즉, 선행기술들은 이차전지 셀이 길어지면 생산속도가 떨어지거나, 적층정밀도가 낮아지지만 본 발명에서 제안하는 전극이송장치와 세퍼레이터 폴딩장치는 길이가 긴 셀을 생산할 때 생산속도나 적층정밀도를 확보하기가 선행기술들보다 유리한 효과가 있다.

또한, 본 발명에 따른 이차전지의 고속 셀 스택 제조장치에 의하면, 설비관리의 편리성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다. 즉, 본 발명에서 제안하는 전극이송장치와 세퍼레이터 폴딩장치는 전극이송경로의 아래쪽에 동력발생장치들이 위치해 있어서 작업상황을 관찰할 시야확보가 용이하고, 설비에 문제발생시 조치하기가 유리하여 설비유지관리가 편리한 장점을 제공하는 효과가 있다.

도 1은 Z-스택킹 방식으로 제조된 이차전지 내부 셀 스택을 나타낸 간략도.
도 2는 종래 이차전지의 Z-스택킹 방식 셀 스택 제조장치를 나타낸 평면도.
도 3은 종래 이차전지의 Z-스택킹 방식 셀 스택 제조장치의 작동례를 나타낸 간략도.
도 4는 본 발명에 따른 이차전지의 고속 셀 스택 제조장치를 개략적으로 나타낸 도면.
도 5 내지 도 6은 본 발명에 따른 이차전지 고속 셀 스택 제조장치의 작동례를 나타낸 도면으로, 도 5는 좌우측 끝단에 전극공급장치가 구비되는 도면, 도 6은 좌우측 끝단에 전극 공급을 위한 매거진이 구비된 예를 보인 도면.
도 7은 본 발명에 따른 이차전지 고속 셀 스택 제조장치에 구비되는 양극판 이송장치(Pick ＆ Place) 및 음극판 이송장치(Pick ＆ Place)의 기구학적 원리를 나타낸 도면.
도 8 내지 도 9는 본 발명에 따른 이차전지 고속 셀 스택 제조장치에 구비되는 양극판 이송장치 및 음극판 이송장치를 선행기술과 비교하여 나타낸 도면.
도 10은 본 발명에 따른 이차전지 고속 셀 스택 제조장치에 구비되는 양극판 이송장치 및 음극판 이송장치를 나타낸 도면.
도 11은 본 발명에 따른 이차전지 고속 셀 스택 제조장치에 구비되는 양극판 이송장치 및 음극판 이송장치에 의해 이송되는 셀이 길이가 긴 롱셀 및 크기가 작은 셀을 각각 이송할 수 있는 구조를 나타낸 도면.
도 12는 본 발명에 따른 이차전지 고속 셀 스택 제조장치에 구비되는 양극판 이송장치 및 음극판 이송장치의 실시예의 실시예를 나타낸 도면.
도 13은 본 발명에 따른 이차전지 고속 셀 스택 제조장치에 구비되는 양극판 이송장치 및 음극판 이송장치의 또 다른 실시예를 나타낸 도면.
도 14는 본 발명에 따른 이차전지 고속 셀 스택 제조장치에 구비되는 세퍼레이터 폴딩장치를 나타낸 도면.
도 15는 본 발명에 따른 이차전지 고속 셀 스택 제조장치에 구비되는 세퍼레이터 폴딩장치를 선행기술과 비교하여 나타낸 도면.
도 16은 본 발명에 따른 이차전지 고속 셀 스택 제조장치에 구비되는 세퍼레이터 폴딩장치의 실시예들을 나타낸 도면.
도 17은 본 발명에 따른 이차전지 고속 셀 스택 제조장치에 구비되어 전극을 고정하는 전극 프레서가 캠과 벨트로 연동되어 작동되는 구조를 나타낸 도면.
도 18 내지 도 19는 본 발명에 따른 이차전지 고속 셀 스택 제조장치에 구비되어 전극을 고정하는 전극 프레서가 캠과 벨트로 연동되어 작동되는 상태로서, 전극 프레서의 상승 및 하강된 상태의 도면.
도 20은 본 발명에 따른 이차전지 고속 셀 스택 제조장치에 구비되어 전극을 고정하는 전극 프레서와 캠 장치의 작동 위치를 순차적으로 나타낸 도면.
도 21 내지 도 22는 본 발명에 따른 이차전지 고속 셀 스택 제조장치에 구비되어 전극을 고정하는 전극 프레서가 캠과 벨트로 연동되어 작동되는 상태를 나타낸 도면.
도 23은 본 발명에 따른 이차전지 고속 셀 스택 제조장치에 구비되는 양극판 이송장치 및 음극판 이송장치의 전극흡착판 승강장치구조를 나타낸 도면.
도 24는 본 발명에 따른 이차전지 고속 셀 스택 제조장치에 구비되는 양극판 이송장치 및 음극판 이송장치의 전극흡착판 승강장치에 동력을 전달하는 실시예를 나타낸 도면.
도 25는 본 발명에 따른 이차전지 고속 셀 스택 제조장치에 구비되는 순차적 진공흡착을 이용한 전극평탄화 기능을 갖춘 컨베이어의 원리 및 구조를 나타낸 도면.
도 26은 본 발명에 따른 이차전지 고속 셀 스택 제조장치에서 양극판 및 음극판을 매거진으로부터 이송하는 과정에서 처짐이 있는 경우 적층정밀도에 악영향을 미치는 과정을 묘사하고, 이를 방지하기 위해서 전극 평탄화 기능 갖춘 컨베이어를 매거진과 전극정렬장치 사이에 설치한 예를 나타낸 도면.
도 27은 본 발명에 따른 이차전지 고속 셀 스택 제조장치에 구비되는 전극평탄화용 컨베이어가 저속 장비 및 고속 장비에 각각 적용되는 예를 나타낸 도면.
도 28은 본 발명에 따른 이차전지 고속 셀 스택 제조장치에 구비되는 세퍼레이터 정량공급 감지장치를 나타낸 도면.

이하에서는, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하기로 한다.

본 발명의 설명에 앞서, 이하의 특정한 구조 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 개념에 따른 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며, 본 명세서에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니된다.

또한, 본 발명의 개념에 따른 실시예는 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본 명세서에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명의 개념에 따른 실시예들을 특정한 개시 형태에 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경물, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

또한, 본 발명의 구성들은 직접적인 접촉이나 연결뿐만 아니라 구성과 구성 사이에 다른 구성을 통해 접촉이나 연결된 것도 같은 범위로 해석하도록 한다.

도 4는 본 발명에 따른 이차전지의 고속 셀 스택 제조장치를 개략적으로 나

타낸 도면이고, 도 5 내지 도 6은 본 발명에 따른 이차전지 고속 셀 스택 제조장치의 작동례를 나타낸 도면이다.

도 4 내지 도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 이차전지의 고속 셀 스택 제조장치는, 세퍼레이터(3)를 일정한 길이로 지그재그로 접어 포개면서 그 사이 사이로 양극판(1)과 음극판(2)을 교대로 적층하여 이차전지 셀을 제작하는 장치로써, 상기 세가지 소재(세퍼레이터, 양극판, 음극판)가 적층되는 스택스테이지(100)를 중간에 두고 좌/우로 대칭되게 [음극판 공급장치(전극커팅 후 전달장치 혹은 매거진)]-[음극판 정렬장치]-[스택스테이지]-[양극판 정렬장치]-[양극판 공급장치(전극커팅 후 전달장치 혹은 매거진)]을 배열하고, 세퍼레이터(3)를 스택스테이지(100)의 상부로부터 연속으로 공급하되, 스택스테이지(100)는 좌/우 직선 왕복운동이나 회전 왕복운동을 하지 않으며 스택스테이지(100)의 좌/우에 각각 설치된 전극 이송장치(500A, 500B)를 통해 전극을 적층한다.

이때, 전극 이송장치(Pick & Place, 양극판 이송장치(500B) 및 음극판 이송장치(500A))의 구조는 스택테이블(110)의 상면과 전극 정렬테이블의 상면보다 아래에 음극판 정렬장치(300A) 및 양극판 정렬장치(300B)와 나란한 방향(TD방향)으로 구비된 회동축(510)에 전극 정렬장치의 상면보다 위로 연장된 작동바(520)(링크바 혹은 레버(DRIVER))를 고정하여 회동축(510)이 왕복회전하면, 작동바(520)가 회동축(510)을 중심으로 회전왕복 운동을 하게 구성한 후, 작동바(520)의 끝단(상단)에 회동축(510)과 평행하게 회전축(530)을 설치하고, 이 회전축(530)에 전극흡착판을 고정하며, 이 회전축(530)을 4절 링크 메커니즘(Four-Bar-Link Mechanism)을 이용하여 작동바(520)가 회전왕복하는 중에도 전극흡착판이 항상 정렬장치의 전극안착표면 및 스택테이블(110)의 적층표면과 평행상태를 유지하도록 한 것을 특징으로 한다.

본 발명에서 설명하는 전극 이송장치(500A, 500B)는, 메트로놈 진자운동(Metronome Pendulum Motion)처럼 회동축(510)이 장치의 하부측에 구비되어 전극(양극판 및 음극판)을 이송 공급하는 장치로서, 음극판 공급장치(400A)와 음극판 정렬장치(300A) 사이, 음극판 정렬장치(300A)와 스택스테이지(100) 사이에 구성되며, 또한, 양극판 공급장치(400B)와 양극판 정렬장치(300B) 사이, 양극판 정렬장치(300B)와 스택 스테이지(100) 사이에 구성되어 전극을 다음 단계로 이송하는 기능을 수행한다.

또한, 세퍼레이터 폴딩장치(Separator Folding Apparatus, 200)로서 스택테이블(110)의 상면보다 아래에 스택테이블의 길이방향(TD방향)과 나란한 방향으로 구비된 왕복회전축(210)에 스택테이블의 상면보다 위로 연장된 선회왕복운동작동바(220)(링크바 혹은 레버(DRIVER))를 고정하여 왕복회전축(210)이 왕복회전하면, 선회왕복운동작동바(220)가 왕복회전축(210)을 중심으로 회전왕복 운동을 하게 구성한 후, 선회왕복운동작동바 끝단(상단)에 한 쌍의 세퍼레이터 가이드롤러(230)를 설치하여 한 쌍의 가이드롤러(230)의 사이로 세퍼레이터가 공급되며, 한 쌍의 가이드롤러(230)는 스택테이블(110)에 전극이 적층되는 면의 아래쪽 왕복회전축(210)을 통해 스택테이블 위를 선회왕복하면서 세퍼레이터를 폴딩해 주는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서 설명하는 세퍼레이터 폴딩장치는, 메트로놈 진자(Metronome Pendulum)처럼 장치의 하부측에 왕복회전축(210)이 구비되고, 그 왕복회전축(210)이 스택스테이지(100)에 내장되어 스택테이블 위에 세퍼레이터를 지그재그로 접어 포개는 장치이다.

본 발명은 캠과 벨트를 이용한 전극흡착판 승강장치(Vacuum Pad Up-down Apparatus)와 전극 프레서(Presser) 장치간의 동작동기장치(Motion Synchronizing Apparatus)를 포함한다. 또한, 캠 운동을 이용한 전극흡착판(Electrode Absorption Plate)의 승강장치(Vacuum Pad Up-down Apparatus)를 포함한다.

본 발명에서 설명하는 전극 평탄화 컨베이어(Electrode Spreading Conveyor)는 굴곡진 전극(양극판, 음극판)을 펴주는 기능을 갖는 전극 이송 컨베이어로서, 이송 컨베이어는 점진적 흡착영역 확대(Progressive Increase of Suction Area)를 이용한다.

본 발명에서 설명하는 세퍼레이터 정량공급 감지장치(Separator Feeding Length Sensing Apparatus)는 학습기능을 구비한 것으로, 한 쌍의 세퍼레이터 가이드 롤러(쌍둥이 댄서 롤러(Twin Dancer Roller))의 각도변화를 이용하여 세퍼레이터의 공급량을 측정한다.

도 7은 본 발명에 따른 이차전지 고속 셀 스택 제조장치에 구비되는 양극판 이송장치 및 음극판 이송장치의 원리를 나타낸 도면이고, 도 8 내지 도 9는 본 발명에 따른 이차전지 고속 셀 제조장치에 구비되는 양극판 이송장치 및 음극판 이송장치를 선행기술과 비교하여 나타낸 도면이고, 도 10은 본 발명에 따른 이차전지 고속 셀 제조장치에 구비되는 양극판 이송장치 및 음극판 이송장치를 나타낸 도면이고, 도 11은 본 발명에 따른 이차전지 고속 셀 제조장치에 구비되는 양극판 이송장치 및 음극판 이송장치에 의해 이송되는 셀이 길이가 긴 롱셀 및 크기가 작은 셀을 각각 이송할 수 있는 구조를 나타낸 도면이고, 도 12 내지 도 13은 본 발명에 따른 이차전지 고속 셀 제조장치에 구비되는 양극판 이송장치 및 음극판 이송장치의 실시예를 나타낸 도면이다.

도 7 내지 도 13에 도시된 바와 같이, 양극판 이송장치(500B) 및 음극판 이송장치(500A)는 메트로놈 진자(METRONOME PENDULUM)와 같이 작동바(520)의 하부에 회동축(510)을 작동바(520)와 고정후 모터에 연결하고, 작동바의 상부에 회전축(530)을 두어, 이 회전축(530)에 전극 흡착판(양극판 흡착판 및 음극판 흡착판)을 고정하여, 하부의 회동축(510)과 상부의 회전축(530)에 피치원지름(P.C.D)이 같은 상부풀리(541)와 하부풀리(542)를 각각 설치하고 벨트(543)로 연결한 후, 하부 회동축(510)에 설치된 하부풀리(542)는 베어링을 삽입하여 회동축과 별개로 회전 가능하게 하고, 상부 회전축(530)에 설치된 상부풀리(541)는 회전축에 결합하여 회전축과 같이 회전하게 고정한다. 이후, 하부 회동축의 하부풀리(542)를 회동축과 별개로 지면에 고정시키면 상부 회전축 및 그에 고정된 전극 흡착판의 회전각도는 작동바(520)의 각도와 관계없이 항상 초기에 설정한 각도를 유지하게 된다.

이때, 상부 회전축에 전극 흡착판을 전극 흡착면이 지면과 마주보며 평행이 되도록 고정하면, 작동바의 회전각도와 관계없이 전극 흡착면은 항상 지면과 평행이 유지된다. 본 발명이 제안하는 전극 이송장치는 전극 흡착판이 전극을 집는 곳(전극 정렬테이블의 표면)과 전극을 적층하는 곳(전극 스택테이블의 표면)의 상부로 선회운동하므로, 회동축 하나의 회전만으로도 X, Y방향으로 이동하며 전극을 이동시킬 수 있어서 전극 이송 중 “Y방향이동(승강운동) 후 신호를 받고 X방향이동”과 같은 순차동작이 필요 없어서 고속 전극 이송이 가능한 장점을 갖는다.

따라서, 본 발명은 고속화가 가능하다. 구체적으로, 도 8의 선행기술들의 일예를 나타낸 도면에서와 같이, 본 발명은 선행기술들의 ①, ③과 같은 동작을 ②의 동작 하나로 수행할 수도 있고, 필요에 의해서 ①, ③의 동작을 수행하더라도 전극 정렬장치 및 전극 스택스테이지와 충돌의 염려가 없으므로, ①, ②, ③ 동작간의 신호전달 시간을 생략할 수 있어서 선행기술들보다 고속화가 가능하다.

또한, 본 발명은 적층 정밀도를 향상시킬 수 있다. 본 발명은 스택스테이지와 정렬장치가 수평방향 이동없이 고정되어 있어서 전극 이송거리 및 적층위치의 설정에 편리하다. 이에 반해, 선행기술들은 KR101730469B1, KR101933550B1, KR101956758B1와 같이 스택테이블이 회전운동을 하거나, 선행기술들 KR102003728B1, KR102003737B1와 같이 스택테이블이 왕복운동하면서 적층중인 셀 내부의 전극이 흔들려 전극간 적층정밀도 오차가 발생하는 문제점이 있다.

특히, 선행기술들 KR101730469B1, KR101933550B1, KR101956758B1와 같이 스택테이블이 경사지거나, 선행기술들 KR102044363B1, KR102044367B1와 같이 전극 정렬스테이지의 테이블이 경사진 경우 전극 흡착장치의 표면과 스택테이블 혹은 전극 정렬스테이지의 테이블 표면간 평행도 오차가 추가되어 전극 적층 정밀도 확보에 불리해 진다.

한편, 본 발명은 롱셀의 생산성을 향상시킬 수 있다. 구체적으로, 선행기술 중 전극 흡착장치가 외팔보구조인 경우 고속 작동하면 장치에 진동이 발생하여 적층정밀도 저하 및 모터 안정화 시간이 필요하게 되고, 전극이송장치 2개가 하나로 묶여 있는 경우 전극의 길이가 증가할수록 장치가 무게가 가중되어 고속구동이 어렵게 된다.

그러나 본 발명에서 제안하는 전극 이송장치는 도 10에 도시된 바와 같이, 양단 지지구조이며, 전극의 길이가 길어져도 장치의 이동부분 하중의 증가가 선행기술들에 비해 크지 않아 롱셀(Long Cell)의 고속스택에 있어서 유리하다. 또한, 전극 흡착판과 지지용 구조물 외에는 왕복이동 부분의 하중이 증가하는 부분이 없어서 롱셀 생산시 운동관성의 증가량이 적다.

구체적으로, 전극의 길이가 긴 경우에는 도 11의 좌측에 도시된 바와 같이, 전극 흡착장치의 길이를 전극의 길이에 맞게 키우고, 전극 흡착장치의 양측에 레버를 설치하되, 레버 사이의 간격을 넓게 하여 제작하면 장치의 진동 및 이송하중의 큰 증가 없이 대응이 가능하다.

또한, 전극의 길이가 짧은 경우에는 도 11의 우측에 도시된 바와 같이, 전극 흡착장치의 길이를 전극의 길이에 맞게 짧게 줄이고, 전극 흡착장치의 일측에만 레버를 설치하면 간단하게 소형제품 생산에 대응이 가능하다.

또한, 본 발명은 설비보전 용이성을 확보할 수 있다. 구체적으로, 본 발명의 전극 이송장치는 전극 정렬장치를 가리지 않아 작업자가 눈으로 설비의 문제발생을 확인하고, 설비를 관리하기 쉬운 장점이 있다. 이에 반해 선행기술의 장비는 전극 이송장치의 구조물이 전극 정렬장치를 가리고 있어서 전극 정렬장치에서 문제 발생시 육안으로 확인하고, 조치를 취하기 어려운 단점이 있다.

본 발명에서 제안하는 양극판 이송장치(500B) 및 음극판 이송장치(500A)의 실시예는, 4절 링크의 원리를 장치의 소형화, 진동저감, 설치 편리성 등을 고려하여 작동바와 벨트장치를 결합한 형태로 진화시킨 것이므로, 도 12에 도시된 바와 같이 기본적인 4절 링크 기구에 전극 흡착판을 부착하여 활용 가능하다. 또한, 도 12의 우측에 도시된 바와 같이, 하부 링크에 설치된 풀리를 회전시키는 모터를 추가할 경우 임의의 위치에서 전극 흡착판의 표면방향을 원하는 방향으로 변경이 가능하다.

또한, 본 발명의 또 다른 실시예는, 도 13과 같이 전극 진공흡착판에 모터를 추가하여 작동바의 회전운동에 맞춰 진공 흡착판을 원하는 각도로 회전시켜 벨트 없이 진공 흡착판이 전극 정렬테이블 혹은 스택테이블과 평행하게 유지시키는 동작을 구현하는 것이 가능하다. 즉, 벨트와 풀리 대신에 모터를 추가로 설치하여 모터에 의해 직접 전극 흡착판을 원하는 각도로 유지시키도록 할 수 있다.

도 14는 본 발명에 따른 이차전지 고속 셀 스택 제조장치에 구비되는 세퍼레이터 폴딩장치를 나타낸 도면이고, 도 15는 본 발명에 따른 이차전지 고속 셀 스택 제조장치에 구비되는 세퍼레이터 폴딩장치를 선행기술과 비교하여 나타낸 도면이고, 도 16은 본 발명에 따른 이차전지 고속 셀 스택 제조장치에 구비되는 세퍼레이터 폴딩장치의 실시예들을 나타낸 도면이다.

도 14 내지 도 16에 도시된 바와 같이, 본 발명에서 제공하는 세퍼레이터 폴딩장치(200)는, 메트로놈 진자(METRONOME PENDULUM)와 같이 선회왕복운동작동바(220)의 하부에 왕복회전축(210)을 구비하고, 상부 힌지축에 한 쌍의 세퍼레이터 가이드 롤러(230)(Twin Guide Roller)를 가진 세퍼레이터 폴딩장치(Separator Folding Apparatus)를 스택스테이지(Stack Stage)에 내장시킨 구조를 갖는다. 즉, 왕복회전축(210)이 스택테이블 내부에 위치하는 세퍼레이터 폴딩장치는, 전극 적층 두께에 맞추어 단계적으로 하강하는 스택테이블과 별도로 스택스테이지에 설치한다.

본 발명에서 제공하는 세퍼레이터 폴딩장치는, 고속화를 가능하게 할 수 있다. 구체적으로, 본 발명에서 제안한 세퍼레이터 폴딩장치는 작동바의 회전왕복운동만으로 폴딩용 한 쌍의 세퍼레이터 가이드 롤러(쌍둥이 가이드 롤러)가 적층된 제품 및 전극 프레서 장치와 부딪히지 않고 왕복 이동이 가능하여 세퍼레이터를 폴딩할 때마다 매번 스택테이블이 업/다운하는 승강운동을 해야 하는 선행기술들에 비해 동작의 단계가 적고, 세퍼레이터 폴딩장치와 스택스테이지간의 충돌을 방지하기 위해 매 X, Y방향 동작마다 완료여부를 확인할 필요가 없어서 세퍼레이터 고속 폴딩이 가능하다.

또한, 본 발명에서 제공하는 세퍼레이터 폴딩장치는 적층 정밀도를 향상시킬 수 있다. 선행기술들 KR101730469B1, KR101933550B1, KR101956758B1와 같이 스택테이블이 회전(틸팅)운동하거나 혹은 선행기술들 KR102003728B1, KR102003737B1, KR102049468, KR102096934B1과 같이 스택테이블이 왕복운동하면서 전극을 적층할 경우 적층 높이가 높아짐에 따라 왕복 중 발생하는 운동관성에 의해 적층된 전극간에 미끄럼(Slip)이 발생하여 셀 내부에 적층이 완료된 전극간 위치가 흐트러지는 문제가 있었다.

그러나 본 발명에서 제공하는 세퍼레이터 폴딩장치는, 스택스테이지가 고정된 상태에서 세퍼레이터를 폴딩하므로 적층된 셀을 흔드는 외력이 발생하지 않아 적층정밀도를 유지하는데 있어 선행기술들 중 스택테이블이 회전(KR101730469B1, KR101933550B1, KR101956758B1)하거나, 스택테이블이 왕복하는 구조(KR102003728B1, KR102003737B1, KR102049468, KR102096934B1)보다 적층 정밀도 향상에 유리하게 된다.

또한, 본 발명에서 제공하는 세퍼레이터 폴딩장치는, 한 쌍의 세퍼레이터 가이드롤러(230)를 작동바(220) 끝에 고정하여 회전왕복운동만으로 결과를 구현할 수도 있고, 도 16에 도시된 실시예와 같이, 4절 링크를 적용하여도 같은 결과를 구현할 수 있다. 또한, 도 16의 우측에 도시된 실시예와 같이, 고정된 풀리의 피치원지름(P.C.D)이 회동하는 풀리의 피치원지름(P.C.D)보다 2배 이내로 큰 것을 사용하여 작동바가 회전할 때 한 쌍의 세퍼레이터 가이드롤러도 회전하게 할 수도 있다.

이때, 세퍼레이터가 셀의 적층표면에 밀착되게 하기 위해서는 도 16의 좌측도면에서 우측도면으로 갈수록 작동바의 회전각도가 작아지는 특징이 있다. 따라서, 고속으로 세퍼레이터를 폴딩하기 위해서는 레버의 왕복각도를 줄이기 위해서 실시예와 같은 구조를 도입할 수도 있다.

도 17은 본 발명에 따른 이차전지 고속 셀 스택 제조장치에 구비되어 전극을 고정하는 전극 프레서(120)가 캠과 벨트로 연동되어 작동되는 구조를 나타낸 도면이고, 도 18 내지 도 19는 본 발명에 따른 이차전지 고속 셀 스택 제조장치에 구비되어 전극을 고정하는 전극 프레서(120)가 캠과 벨트로 연동되어 작동되는 상태로서, 전극 프레서(120)의 상승 및 하강된 상태의 도면이고, 도 20은 본 발명에 따른 이차전지 고속 셀 스택 제조장치에 구비되어 전극을 고정하는 전극 프레서(120)의 작동 위치를 순차적으로 나타낸 도면이고, 도 21 내지 도 22는 본 발명에 따른 이차전지 고속 셀 스택 제조장치에 구비되어 전극을 고정하는 전극 프레서가 캠과 벨트에 의해 전극 이송장치의 전극 흡착판의 승강운동과 연동되어 작동되는 상태를 나타낸 도면이다.

도 17 내지 도 22에 도시된 바와 같이, 본 발명은 적층한 전극이 움직이지 않게 고정하는 전극 프레서(Presser)의 승강 및 전후진 운동과 전극 이송장치(Pick & Place)의 전극 흡착판의 업/다운 동작을 캠과 벨트로 연결하여 작동시키면 동작간 충돌을 방지하고, 단위 동작마다 완료 여부를 확인하는 통신이 필요 없어져 고속생산이 가능하다. 또한, 전극 프레서의 5가지 위치이동과 전극 이송장치에 구비된 전극 흡착판의 승강 동작을 모터 한 개로 작동시킬 수 있어서 제작비 절감에도 유리하다.

본 실시예와 같이, 전극 이송장치의 회동위치 혹은 전극 흡착판의 승강위치와 전극 프레서가 전극을 눌러 고정하는 동작을 연동시키면 동작간 통신시간을 줄일 수 있다.

도시된 바와 같이, 상기 스택스테이지(100)는 세퍼레이터와 양극판 및 음극판을 적층할 수 있는 스택테이블(110)이 구비되고, 상기 스택테이블에 적층되는 양극판 및 음극판을 움직이지 않게 고정하는 전극 프레서(Presser)(120)가 설치되며, 이러한 스택스테이지(100)에는 상기 전극 프레서의 승강 및 전후진 동작, 양극판 흡착판 또는 음극판 흡착판의 업/다운 동작이 연동되어 작동되게 하는 캠과 벨트를 포함하는 연동장치(130)가 연결된다.

본 실시예의 연동장치(130)는, 양극용 및 음극용 각각, 전극 프레서의 수평운동용 캠 1개와 수직운동용 캠 1개를 구비하고, 벨트와 링크 및 모터로 전극 프레서와 전극 흡착장치를 연결하여 작동시킬 수 있다. 구체적으로, 상기 연동장치(130)는, 캠축(131); 상기 캠축(131)에 설치되는 제1 캠(132); 상기 제1 캠(132)에 연동되게 설치되어 전극 프레서(120)를 왕복운동시키는 캠팔로우와 링크로 이루어지는 제1 연동부(133); 상기 캠축(311)에 설치되는 제2 캠(134); 상기 제2 캠(134)에 연동되게 설치되어 전극 프레서(120)를 업/다운시키는 캠팔로우와 링크로 이루어지는 제2 연동부(135); 및 상기 캠축(131)의 회전력을 벨트로 전달하여 양극판 및 음극판이 적층될 때 양극판 흡착판 또는 음극판 흡착판을 하강시키는 동력전달부(136);를 포함하는 것이 바람직하다.

도 19에 도시된 바와 같이, 캠축에서 벨트를 통해 전극 이송장치의 회전축을 거쳐 전극 흡착판으로 동력이 전달된다. 이때 전극 이송장치의 회전축에 추가된 2개의 풀리는 내부에 베어링이 설치되어 있어서 전극 이송장치의 회전축과 별도로 회전이 가능하지만, 두 풀리가 서로 결합되어 같이 회전하게 구성하도록 한다. 실제 전극을 적층할 때는 전극 이송장치는 전극 정렬테이블에 도달하거나, 스택테이블에 도달했을 때만 하강시킨다.

따라서, 본 발명은 고속화를 가능하게 할 수 있다. 구체적으로, 적층을 진행하면서 전극의 위치를 고정하기 위해 전극 프레서(Presser)로 전극을 눌렀다가 다음 전극이 적층되면 빼서 다시 누르는 동작을 반복한다.

도 20에 도시된 바와 같이, 전극 프레서는 수직으로 3위치, 수평으로 2위치로 반복 이동하는데, 이를 수평운동용 캠 1개, 수직운동용 캠 1개씩을 구비하여 전극 적층동작과 연동시키면 각 동작완료 신호를 주고받는 통신을 생략할 수 있어서 고속 적층이 가능하다.

또한, 전극 프레서의 작동은 다음과 같은 5개의 순서를 반복한다.

첫째, 전극 프레서(Presser)로 전극을 눌러 고정한다.

둘째, 전극 프레서를 전극에서 미세하게 띄운다.(이때를 전후로 세퍼레이터 폴딩이 이루어진다.

셋째, 전극 프레서(Presser)를 후진시킨다.

네째, 전극 프레서를 상승시킨다.

다섯째, 전극 프레서를 전진시킨다.(이때, 전극 흡착판이 하강하여 전극을 적층시킨다.)

따라서, 본 발명은 양극용, 음극용 각각 전극 흡착판의 승강운동과 전극 프레서의 전후진 운동 및 승강 운동을 결합하여 구동시키는 한쌍 씩의 캠을 구비하여 각기 연동동작을 시킬 수 있다.

도 23은 본 발명에 따른 이차전지 고속 셀 스택 제조장치에 구비되는 양극판 이송장치 및 음극판 이송장치의 전극 흡착판 승강장치의 작동을 묘사한 도면이고, 도 24는 본 발명에 따른 이차전지 고속 셀 스택 제조장치에 구비되어 전극을 고정하는 전극 프레서가 연동되어 작동되는 또 다른 실시예를 나타낸 도면이다.

도 23 내지 도 24에 도시된 바와 같이, 본 발명은 전극 흡착판을 승강시키는 모터 구동장치를 전극 이송장치의 이동부가 아닌, 고정부에 설치하여 이동하중을 낮춤으로써 고속화에 유리한 구조를 제공 한다. 전극 이송장치의 회동축에 그 회동축과 별도로 회전이 가능하게 동축으로 모터와 풀리를 추가하고, 전극 흡착판의 내부에 편심축을 설치하여 이 편심축에 의해 전극 흡착판이 승강할 수 있도록 장치를 구성함으로써 전극 이송장치의 이송하중을 낮추어 전극 이송장치의 왕복운동을 고속화하는데 유리한 조건을 제공할 수 있다.

따라서, 본 발명은 생산성을 향상시킬 수 있다. 구체적으로, 전극 흡착판(Electrode Absorption Plate)은 [전극흡착]-[2매가 붙은 전극을 분리]-[매거진 높이를 벗어나 이동 준비]를 하거나, 전극 정렬테이블과 전극 스택테이블의 높이가 상이할 경우 수직으로 3위치 이상으로 높이조절이 필요할 경우가 있다. 이를 위해서 일반적으로 에어실린더가 아닌 모터로 승강운동을 시키는 경우가 많다. 그러나, 모터로 승강운동을 시킬 경우 모터, 볼스크류, 볼너트, 볼스크류 지지용 하우징, 커플링 등의 부품이 왕복하는 전극이송장치에 추가되어 이동하중을 증가시켜 고속화에 장애요소가 된다.

본 발명은 전극 흡착판을 승강시키는 모터 구동장치를 전극 이송장치의 이동부가 아닌, 고정부에 설치하여 이동하중을 낮춤으로써 고속화에 유리한 조건을 제공한다. 또한, 전극 흡착판을 승강시키는 편심축은 도 23 및 도 24의 좌측 도면에 도시된 바와 같은 경로를 거처 외부 모터의 회전력을 전달받아 구동시킬 수도 있다.

도 24의 좌측 도면은 전극 이송용모터로 구동되는 전극 이송장치의 회전축과 동축으로 전극 흡착판 승강용 모터를 설치한 예이고, 도 24의 우측 면은 외부축(전극 프레서 구동용 캠축) 모터 → 전극 이송장치의 회전축 → 전극 흡착판 승강용 편심축으로 동력을 전달한 예이다.

도 25는 본 발명에 따른 이차전지 고속 셀 스택 제조장치에 구비되는 전극 평탄화용 컨베이어의 원리 및 구조를 나타낸 도면이고, 도 26은 본 발명에 따른 이차전지 고속 셀 스택 제조장치에서 양극판 및 음극판을 매거진으로부터 이송하는 과정에서 전극의 처짐이 있는 경우 적층 정밀도에 악영향을 미치는 과정을 묘사하고, 이를 방지하기 위해서 전극 평탄화 기능 갖춘 컨베이어를 매거진과 전극 정렬장치 사이에 설치한 예를 나타낸 도면이다.

도 25 내지 도 27에 도시된 바와 같이, 본 발명에서 제공하는 양극판 공급장치(400B) 및 음극판 공급장치(400A)에는 평탄기능을 갖춘 이송 컨베이어가(410)가 구비된다. 이송 컨베이어(410)는 굴곡진 양극판 및 음극판을 펴주는 기능을 갖도록 양극판 및 음극판을 진공 흡착할 수 있도록 열과 행을 이루며 관통홀(422)들이 형성된 진공흡착벨트(420)(평벨트 컨베이어)와, 상기 진공흡착벨트(420)의 관통홀(422)들에 대응되며, 관통홀(422)들을 통해 진공흡착패드(420)에서 진공을 형성할 수 있도록 복수의 진공홀(432)들이 형성된 진공챔버(430)로 이루어진다.

이때, 전극을 흡착하는 진공홀(432)들의 분포는 진행방향으로 갈수록 중간을 기준으로 넓게 형성되어 전극이 중간부터 좌우로 순차적으로 흡착되게 함으로서 전극을 평탄하게 만들어 주는 기능을 갖는다.

따라서, 본 발명은 적층 정밀도를 향상시킬 수 있다. 도 26에 도시된 바와 같이, 절단된 전극을 매거진에 쌓아서 공급하는 경우 쌓아진 전극 표면이 고르지 않고, 담겨진 높이가 정확하지 않아 쿠션 기능이 있는 다수의 진공흡착 패드를 사용하여 전극을 흡착 및 이송하는 경우가 많다. 그런데, 진공흡착패드에 부착되지 않은 전극부분은 자중에 의해 처지게 되고 이 상태로 전극 정렬테이블에 진공 흡착이 되면 전극을 이송할 때와 반대로 진공흡착패드가 잡고있던 부분이 먼저 정렬테이블에 흡착이 되고 나머지 부분이 위로 솟아 오른 채 펴지지 않는 현상이 종종 발생한다. 이런 상태로 정렬된 전극을 플레이트 형태의 전극흡착판이 잡으려고 누르면, 누르는 순간 전극의 솟아 올랐던 부분이 랜덤한 방향으로 펴지게 된다. 이대로 전극이 스택되면 전극의 위치산포가 많이 발생하여 셀 품질이 나빠지는 결과를 초래하게 되는데, 본 발명은 이 문제를 해결할 수 있다.

도 26에서, 상부 좌측의 도면은 전극 적층을 위해 이송장치가 정렬테이블상의 전극을 잡는 순간 휘어진 부분이 비대칭으로 펴지면서 전극이 불규칙적으로 좌우로 치우쳐 적층된 상태이고, 상부 가운데 도면은 먼저 정렬장치에 닿은 부분이 먼저 흡착되면서 휘어진 부분이 펴지지 않고 정렬작업이 진행된 상태이며, 상부 우측의 도면은 진공흡착패드가 잡지 못하는 전극 부분이 처진 상태이다.

도 26의 아래 부분은 상기의 전극 처짐에 의한 적층 정밀도 저하를 방지하기 위해 전극 정렬장치와 전극 매거진공급장치 사이에 전극 평탄화 기능이 있는 진공흡착벨트를 갖춘 전극 공급장치를 추가한 것을 묘사한 도면이다.

본 발명은 진공흡착벨트에 안착된 전극의 중심부터 진공흡착하여 벨트가 전진할수록 점차 중간에서 외곽쪽으로 진공흡착영역을 넓혀가면 솟아오른 전극을 평탄하게 만들 수 있다. 전극과 벨트사이의 마찰로 인해 솟아 오른 부분이 펴지는데 시간이 필요하므로 저속장비에서는 벨트 길이를 짧게, 고속장비에서는 벨트의 길이를 길게 선택적으로 구성할 수 있다.

도 27의 좌측 도면은 저속장비를 위해 길이가 짧은 벨트를 적용한 예로서, 저속장비인 경우 위의 대기위치별 전극이 머무는 시간이 길어서 구간의 개수가 적어도 전극을 평탄하게 펴 줄 수 있다.

도 27의 우측 도면은 고속장비를 위해 길이가 긴 벨트를 적용한 예로서, 고속장비인 경우 위의 대기위치별 전극이 머무는 시간이 짧은 대신 구간의 개수를 늘려서 전극을 빠짐없이 평탄하게 펴 줄 수 있다.

도 28은 본 발명에 따른 이차전지 고속 셀 스택 제조장치에 구비되는 세퍼레이터 정량공급 감지장치를 나타낸 도면이다.

도 28에 도시된 바와 같이, 본 발명에서 제공하는 세퍼레이터 정량공급 감지장치(600)는 신규제품을 처음 생산하고자 할 때 제품의 폭에 맞춰 한 셀 내에서도 매번 폴딩할 때마다 적정한 세퍼레이터 길이가 얼마인지를 확인할 수 있다.

이러한 세퍼레이터 정량공급 감지장치(600)는, 한 쌍의 세퍼레이터 가이드 롤러(230)의 양단에 각각 가이드 롤러(230)의 간격을 고정하는 브라켓을 두고, 그 브라켓 대칭중심에 회전가능한 지지축을 두며, 그 지지축에 각도센서(610)를 설치하여 상기 각도센서(610)에서 한 쌍의 가이드 롤러(230)에 대한 각도변화를 측정하여 세퍼레이터의 공급량을 측정할 수 있도록 한다.

본 실시예는, 한 쌍의 롤러로 구성된 가이드 롤러(230) 사이로 세퍼레이터를 공급하게 하고, 두 가이드 롤러(230)를 장비에 거치시키는 지지축을 두 롤러의 축보다 양간 상부로 편심되게 설치하면, 통과하는 세퍼레이터의 길이가 짧은 정도에 따라 지지축의 회전량에 변하게 된다. 가이드 롤러(230)의 지지축에 각도센서(610)를 설치하면 세퍼레이터의 부족한 길이를 측정할 수 있다.

이 장치를 이용해 신규제품의 생산 레시피를 작성할 때, 매 폴딩시 필요한 세퍼레이터의 길이를 저장해 두었다가, 실제 생산시 저장된 세퍼레이터의 길이만큼 세퍼레이터를 공급하는 소위 학습기능(Learning Function)을 구현할 수 있고, 생산중에 적층되는 세퍼레이터의 길이가 비정상적으로 짧을 경우 장비나 제품의 손상이 발생하기 전에 이를 감지하여 장비를 정지시키는 센서의 기능 제공할 수 있다.

본 발명에 따르면, 이차전지에 사용하는 세퍼레이터는 두께가 20㎛ 전후로 얇은 다공질의 폴리머 필름으로 구성되어 있어서 장력을 받으면 쉽게 늘어나거나, 주름이 발생하는 등의 손상을 입기 쉽다. 본 발명은 일반적인 세퍼레이터 장력조절장치(Dancer Roll)로 설정하기 어려운 아주 낮은 장력에도 각도변화가 발생하는 한 쌍의 가이드롤러를 이용해 보다 정확하게 필요한 세퍼레이터 길이를 쉽게 확인하여 작업중 세퍼레이터에 손상이 발생하는 것을 방지하도록 할 수 있다.

또한, 신규제품 레시피 작성용 센서로도 사용할 수 있다. 신규제품을 생산하기 전에 저속으로 적층하면서 필요한 세퍼레이터의 길이를 쉽게 산출할 수 있다. 생산중 세퍼레이터 장력의 이상발생 감지 센서로 사용할 수 있다. 생산 중 이상조건에 의해 세퍼레이터의 장력이 급격하게 증가할 경우 이를 감지하여 장비의 손상이 발생하기 전에 생산을 정지시키게 하는 센서로 사용할 수 있다.

이상에서와 같은 기술적 구성에 의해 본 발명의 기술적 과제가 달성되는 것이며, 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나 여기에 한정되지 않고 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능한 것임은 물론이다.

100 - 스택스테이지 200 - 세퍼레이터 폴딩장치
300A - 음극판 정렬장치 300B - 양극판 정렬장치
400A - 음극판 공급장치 400B - 양극판 공급장치
500A - 음극판 이송장치 500B - 양극판 이송장치
600 - 세퍼레이터 정량공급 감지장치

Claims (3)

1. 세퍼레이터를 일정한 길이만큼 지그재그로 접어 포개면서 그 사이 사이에 양극판과 음극판을 교대로 적층할 수 있는 스택테이블과 적층된 전극을 눌러 고정하는 전극 프레서(Presser)를 포함하는 스택스테이지;
   상기 스택스테이지의 상부에서 세퍼레이터를 연속으로 공급하며, 세퍼레이터를 일정한 길이만큼 지그재그로 접어 포개어지도록 선회왕복운동하는 세퍼레이터 폴딩장치;
   상기 세퍼레이터 폴딩장치에 의해 지그재그로 접어 포개어지는 세퍼레이터의 사이 사이에 양극판과 음극판을 교대로 적층할 수 있도록 상기 스택스테이지를 중간에 두고 좌,우로 대칭되게 설치되며, 상기 스택스테이지로부터 각각 소정 간격을 이루게 설치되는 양극판 정렬장치 및 음극판 정렬장치로 이루어진 전극 정렬장치;
   상기 전극 정렬장치로부터 각각 소정 간격을 이루며 좌,우로 대칭되게 설치되는 양극판 공급장치 및 음극판 공급장치로 이루어진 전극 공급장치;
   상기 양극판 공급장치와 양극판 정렬장치의 사이, 상기 음극판 공급장치와 음극판 정렬장치 사이, 상기 양극판 정렬장치와 스택스테이지의 사이, 상기 음극판 정렬장치와 스택스테이지의 사이에 각각 설치되어 양극판과 음극판을 흡착 및 적층 위치로 이송하여 공급하는 양극판 이송장치 및 음극판 이송장치로 이루어진 전극 이송장치; 및
   상기 전극 이송장치의 전극 흡착판의 승강운동과 스택스테이지의 전극 프레서(Presser)를 연동시키는 연동장치;를 포함하고,
   상기 연동장치는,
   캠축;
   상기 캠축에 설치되는 제1 캠;
   상기 제1 캠에 연동되게 설치되어 전극 프레서를 업/다운시키는 캠팔로우와 링크로 이루어지는 제1 연동부;
   상기 캠축에 설치되는 제2 캠;
   상기 제2 캠에 연동되게 설치되어 전극 프레서를 왕복(전후진)운동시키는 캠팔로우와 링크로 이루어지는 제2 연동부; 및
   상기 캠축의 회전력을 벨트로 전달하여 양극판 및 음극판이 적층될 때 양극판 흡착판 또는 음극판 흡착판을 하강시키는 동력전달부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지의 고속 셀 스택 제조장치.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 연동장치는, 상기 전극 프레서의 승강 및 전후진 동작과 양극판 및 음극판 이송장치의 전극흡착판의 업/다운 동작이 연동되어 작동되게 하는 것을 특징으로 하는 이차전지의 고속 셀 스택 제조장치.
   
3. 제1항에 있어서,
   상기 전극 이송장치는,
   셀이 적층되는 수직 위치 혹은 전극의 이송 궤적보다 아래쪽에 하부를 지지하는 힌지축을 두고 상부가 소정 각도만큼 선회왕복운동하면서 상기 전극 공급장치에서 상기 전극 정렬장치로 양극판 및 음극판을 이송하여 공급하고, 상기 전극 정렬장치에서 상기 스택스테이지로 양극판 및 음극판을 교대로 이송하여 공급하는 것을 특징으로 하는 이차전지의 고속 셀 스택 제조장치.

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