KR20220108316A - 상하 이동 가능한 스택 테이블을 포함하는 전극조립체 제조장치, 이를 이용하여 제조된 전극조립체, 및 상기 전극조립체를 포함하는 이차전지 - Google Patents

상하 이동 가능한 스택 테이블을 포함하는 전극조립체 제조장치, 이를 이용하여 제조된 전극조립체, 및 상기 전극조립체를 포함하는 이차전지 Download PDF

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윤세현
박동혁
홍정우
이충희
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주식회사 엘지에너지솔루션
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Abstract

본 발명은 긴 시트형의 분리막이 지그재그로 절곡되고 상기 분리막의 절곡부와 절곡부 사이에 한 개의 양극 또는 한 개의 음극이 배치되는 형태의 전극조립체 제조장치, 상기 전극조립체 제조장치를 이용하여 제조된 지그재그 스택형 전극조립체 및 상기 지그재그 스택형 전극조립체를 포함하는 이차전지에 대한 것으로, 상기 전극조립체 제조장치는, 상기 전극조립체가 제조되는 스택 테이블, 상기 스택 테이블로 분리막을 공급하는 분리막 공급부, 상기 분리막을 지그재그로 절곡시키기 위해 이동하는 절곡 유닛, 상기 분리막이 절곡되는 부분으로서 상기 전극의 일측 외주변부에서 전극과 분리막을 고정하는 맨드릴, 및 상기 분리막의 장력을 유지시켜주는 텐션 롤러를 포함하고, 상기 스택 테이블은 상하 이동이 가능한 형태로 이루어지는 바, 제조과정에서 분리막의 장력이 일정하게 유지될 수 있으므로, 분리막의 파단 위험이 감소될 수 있다.

Description

상하 이동 가능한 스택 테이블을 포함하는 전극조립체 제조장치, 이를 이용하여 제조된 전극조립체, 및 상기 전극조립체를 포함하는 이차전지 {Electrode Assembly Manufacturing Apparatus Comprising Vertically Movable Stack Table, Electrode Assembly Manufactured Using the Same, and Secondary Battery Comprising the Electrode Assembly}
본원발명은 상하 이동 가능한 스택 테이블을 포함하는 전극조립체 제조장치 및 이를 이용하여 제조된 전극조립체에 대한 것이다. 구체적으로, 지그재그 형태로 적층된 전극조립체를 제조할 때 분리막의 장력을 일정하게 유지하여 분리막의 손상을 방지할 수 있도록 상하 이동 가능한 스택 테이블을 포함하는 전극조립체 제조장치 및 이를 이용하여 제조된 전극조립체에 대한 것이다.
화석연료의 사용에 따라 환경 오염 문제가 빠른 속도로 증가하고 있는 바, 이에 대한 대체 에너지원으로서 원자력, 태양광, 수력, 풍력 등을 이용하기 위한 연구가 활발히 진행되고 있다.
상기 대체 에너지원의 하나로서 이차전지가 제시되고 있다. 상기 이차전지는 반복적인 충방전이 가능하여 사용 수명이 연장되는 효과를 얻을 수 있고, 이산화탄소 배출량을 크게 감소시킬 수 있는 장점이 있다.
상기 이차전지는 전극재의 종류에 따라 분류될 수 있는데, 에너지 밀도가 높고 출력이 높은 리튬 이차전지가 다양한 디바이스에 적용되어 사용되고 있다.
상기 리튬 이차전지는 양극에서 이동한 리튬 이온이 음극에 가역적으로 삽입 및 탈리되는 과정에서 충전과 방전이 이루어지며, 상기 양극과 음극 사이에 분리막이 개재되도록 적층되어 전극조립체를 구성하게 된다.
상기 전극조립체는 제조방법에 따라 크게 두 가지로 분류될 수 있다.
소형 이차전지의 경우에는 양극시트, 분리막시트 및 음극시트를 배치한 상태로 권취하는 젤리-롤(jelly-roll)형 전극조립체가 많이 사용되고, 중대형 이차전지의 경우에는 양극 및 음극 사이에 분리막을 배치하여 적층하는 스택(stack)형 전극조립체가 많이 사용된다.
상기 스택형 전극조립체는 분리막의 절곡 형태에 따라 다양한 방법으로 제조될 수 있으며, 분리막을 지그재그 형태로 절곡하면서, 절곡부와 절곡부 사이에 양극과 음극이 교대로 삽입되는 형태를 Z 폴딩형 전극조립체 또는 지그재그(zigzag) 폴딩형 전극조립체라고 한다.
도 1은 종래의 전극조립체 제조장치의 정면도를 도시하고 있다.
도 1을 참조하면, 종래의 전극조립체 제조장치(100)는 분리막(103)을 지그재그로 절곡하면서 양극(101)과 음극(102)이 교대로 적층되는 Z 폴딩형 전극조립체 제조장치이다.
전극조립체 제조장치(100)의 스택 테이블(110) 상에서 분리막(103)과 양극(101) 및 음극(102)이 적층되면서 전극조립체가 제조되는 바, 분리막(103)의 장력이 팽팽한 상태로 일정하게 유지되지 않는 경우, 분리막이 손상될 수 있기 때문에, 전체 과정에서 분리막을 팽팽하게 유지하는 것이 중요하다.
이를 위해 절곡 유닛(130)의 이동 방향을 고려하여 회전 가능한 형태로 이루어진 텐션 롤러(140)가 배치되고, 전극의 일측 외주변 상면에 배치되는 맨드릴(120)이 분리막을 고정시켜 주는 바, 분리막(103)의 장력이 낮아지는 것을 방지할 수 있다.
그러나, 도 1 (a)에서는 분리막(103)이 팽팽한 상태이나, 도 1 (b)와 같이 절곡 유닛(130)이 분리막을 절곡하기 위해 이동하면서 맨드릴(120)과의 거리가 가까워지는 경우, 절곡 유닛(130)에 포함된 가이드 롤러(131)는 분리막의 접힘을 방지하기 위한 기능을 발휘할 뿐, 분리막의 공급 속도를 제어하기 어려운 바, 분리막(103)이 느슨해지면서 분리막의 장력이 순간적으로 감소하게 되는 현상이 발생한다.
이와 같이 분리막의 장력이 감소한 상태에서 절곡 유닛(130)이 이동하여 (c) 상태가 되면 분리막(103)이 갑자기 팽팽하게 당겨지기 때문에, 분리막(103)이 파단될 수 있다.
또한, 전극조립체 제조 속도를 높이는 경우, 텐션 롤러(140)만으로는 분리막의 장력을 일정하게 유지하기 어렵기 때문에 전극조립체의 제조속도를 높이는 데에도 한계가 있다.
특허문헌 1은 분리막을 지그재그로 폴딩하며 분리막 사이사이에 전극을 위치시켜 전극조립체를 제조하는 장치에 대한 것으로서, 전극 및 분리막이 적층되는 스택 테이블로 분리막을 공급하는 분리막 공급부, 상기 스택 테이블로 공급되는 분리막의 텐션을 일정하게 조절하는 분리막 텐션 조절부를 포함하고, 상기 분리막 텐션 조절부는 분리막 권취 롤의 공급 높이를 조절하며 상기 분리막의 텐션을 조절한다.
특허문헌 1은 분리막 권취 롤의 공급 높이를 조절하여 분리막의 텐션을 일정하게 유지시킨다. 그러나, 특허문헌 1은 스택 테이블에 전극을 배치한 후 분리막이 절곡될 때 분리막을 팽팽하게 유지하기 위한 구조를 포함하지 않고 있다. 또한 권취 롤은 그 무게가 많이 나갈 수 있고, 귄취 롤을 이동할 경우 이동 자체에 의해서 분리막이 손상될 우려가 있다.
특허문헌 2는 지그재그 형태로 접힌 분리막의 접힘 구간에 양극판과 음극판이 순차적으로 교번되게 적층된 이차전지용 전극조립체 제조장치에 대한 것으로, 지그재그 형태로 접힌 분리막의 접힘 부분을 나이프부재를 통해 펀칭하는 펀치 어셈블리를 포함한다.
특허문헌 2는 지그재그형 전극조립체의 전해액 함침성을 향상시키기 위한 기술을 제시하고 있으나, 분리막의 장력이 일정하게 유지되기 위한 기술은 제시하지 못하고 있다.
이와 같이 지그재그형 전극조립체 제조시, 분리막의 장력이 일정하게 유지될 수 있도록 제어함으로써 분리막이 제조 과정에서 파단되는 것을 방지하기 위한 기술에 대한 필요성이 높은 실정이다.
한국 공개특허공보 제2020-0089452호 (2020.07.27) ('특허문헌 1') 한국 공개특허공보 제2020-0092760호 (2020.08.04) ('특허문헌 2')
본원발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위한 것으로서, 지그재그형 전극조립체를 제조하는 과정에서 양극과 음극 사이에 개재되는 분리막이 지그재그로 이동할 때 분리막에 작용하는 장력이 일정한 크기로 유지될 수 있도록 상하 이동 가능한 스택 테이블을 포함하는 전극조립체 제조장치 및 이를 이용하여 제조된 전극조립체를 제공하는 것을 목적으로 한다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본원발명은, 긴 시트형의 분리막이 지그재그로 절곡되고 상기 분리막의 절곡부와 절곡부 사이에 한 개의 양극 또는 한 개의 음극이 배치되는 형태의 전극조립체 제조장치로서, 상기 전극조립체가 제조되는 스택 테이블, 상기 스택 테이블로 분리막을 공급하는 분리막 공급부, 상기 분리막을 지그재그로 절곡시키기 위해 이동하는 절곡 유닛, 상기 분리막이 절곡되는 부분으로서 전극의 일측 외주변부에서 전극과 분리막을 고정하는 맨드릴, 및 상기 분리막의 장력을 유지시켜주는 텐션 롤러를 포함하고, 상기 스택 테이블은 상하 이동이 가능한 형태로 이루어질 수 있다.
상기 스택 테이블의 상하 이동을 위한 서보 모터를 더 포함할 수 있다.
상기 절곡 유닛은 상기 분리막을 지그재그로 절곡하기 위해 제1위치와 제2위치를 왕복 이동할 수 있다.
상기 절곡 유닛은 상기 분리막의 이동을 가이드하는 가이드 롤러를 포함할 수 있다.
상기 가이드 롤러는 상기 분리막의 양면을 지지하도록 상기 분리막의 양면 각각에 배치되는 한 쌍의 롤러로 구성되고, 상기 절곡 유닛은 상기 가이드 롤러를 두 쌍 이상 포함할 수 있다.
상기 텐션 롤러는 상기 분리막 공급부에 배치될 수 있다.
상기 분리막 공급부는, 상측 끝단에 있는 회전축을 기준으로 회전하는 지지부, 및 상기 지지부의 하측 끝단에 결합하는 텐션 롤러를 포함할 수 있다.
상기 절곡 유닛은 상기 스택 테이블 상부의 전극 적층부를 기준으로 제1위치와 제2위치를 왕복하고, 상기 절곡 유닛이 제1위치에서 제2위치로 이동할 때 상기 스택 테이블은 하향 이동하고, 상기 절곡 유닛이 제2위치에서 제1위치로 이동할 때 상기 스택 테이블은 상향 이동할 수 있다.
상기 절곡 유닛이 상기 제1위치와 제2위치를 왕복할 때 상기 절곡 유닛과 맨드릴 사이에 있는 분리막의 길이는, 상기 절곡 유닛의 이동에 의해 상기 분리막의 절곡 각도가 수직이 될 때의 분리막 길이가 상기 절곡 유닛이 제1위치에 있을 때 보다 더 길거나 동일할 수 있다.
상기 스택 테이블은 상기 전극조립체의 높이가 증가함에 따라 상하 이동 거리가 짧아질 수 있다.
상기 서보 모터는 상기 절곡 유닛의 위치에 따라 상기 스택 테이블의 상하 이동을 제어할 수 있다.
본 발명은, 상기 전극조립체 제조장치를 이용하여 제조된 지그재그 스택형 전극조립체를 제공하며, 또한, 상기 지그재그 스택형 전극조립체를 포함하는 이차전지를 제공한다.
본원발명은 또한, 상기 과제의 해결 수단을 다양하게 조합한 형태로도 제공이 가능하다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본원발명에 따른 전극조립체 제조장치는 맨드릴과 절곡 유닛 사이에 있는 분리막의 길이에 따라 스택 테이블을 상하 이동할 수 있는 구조로 이루어지는 바, 분리막의 느슨해져서 장력이 줄어드는 것을 방지할 수 있다.
또한, 지그재그로 이동하는 분리막의 이동 방향을 고려하여 좌우로 이동 가능한 텐션 롤러를 포함하기 때문에, 상기 절곡 유닛 및 스택 테이블로 공급되는 분리막의 장력을 일정하게 유지할 수 있다.
또한, 전극과 분리막을 고정하는 맨드릴을 포함하는 바, 상기 스택 테이블에 적층되는 양극 및 음극 사이에 개재되는 분리막의 절곡 위치를 일정하게 할 수 있고, 절곡된 분리막을 팽팽하게 잡아줄 수 있다.
이와 같이, 본원발명은 분리막이 지그재그로 절곡되는 과정에서 맨드릴과 절곡 유닛 사이에 있는 분리막의 길이가 짧아지는 것을 방지할 수 있는 바, 장력 변화에 의해 분리막이 파단되는 문제를 해결할 수 있다.
또한, 좌우로 이동 가능한 텐션 롤러와 상하 이동 가능한 스택 테이블을 구비함으로써 전극조립체의 제조 속도를 증가하더라도 분리막의 장력을 일정하게 유지할 수 있다.
도 1은 종래의 전극조립체 제조장치의 정면도이다.
도 2는 본원발명의 제1실시예에 따른 전극조립체 제조장치의 정면도이다.
도 3은 본원발명의 제2실시예에 따른 전극조립체 제조장치의 정면도이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본원발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본원발명을 쉽게 실시할 수 있는 실시예를 상세히 설명한다. 다만, 본원발명의 바람직한 실시예에 대한 동작 원리를 상세하게 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본원발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.
또한, 도면 전체에 걸쳐 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 사용한다. 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 연결되어 있다고 할 때, 이는 직접적으로 연결되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고, 간접적으로 연결되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 어떤 구성요소를 포함한다는 것은 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라, 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
또한, 구성요소를 한정하거나 부가하여 구체화하는 설명은, 특별한 제한이 없는 한 모든 발명에 적용될 수 있으며, 특정한 발명에 대한 설명으로 한정되지 않는다.
또한, 본원의 발명의 설명 및 청구범위 전반에 걸쳐서 단수로 표시된 것은 별도로 언급되지 않는 한 복수인 경우도 포함한다.
또한, 본원의 발명의 설명 및 청구범위 전반에 걸쳐서 "또는"은 별도로 언급되지 않는 한 "및"을 포함하는 것이다. 그러므로 "A 또는 B를 포함하는"은 A를 포함하거나, B를 포함하거나, A 및 B를 포함하는 상기 3가지 경우를 모두 의미한다.
본원발명을 도면에 따라 상세한 실시예와 같이 설명한다.
본원발명은 긴 시트형의 분리막이 지그재그로 절곡되고 상기 분리막의 절곡부들 사이에 한 개의 양극 또는 한 개의 음극이 배치되는 지그재그 스택형 전극조립체를 제조하는 전극조립체 제조장치이다.
상기 지그재그 스택형 전극조립체는, 시트형 분리막의 제1면 상에 제1전극을 배치하고, 상기 분리막을 180도 절곡하여 분리막의 제1면이 상기 제1전극의 상면과 대면하도록 배치하고, 상기 분리막의 제1면의 반대면인 제2면 상에 제2전극을 배치한 후, 상기 분리막을 180도 절곡하여 분리막의 제2면이 제2전극의 상면과 대면하도록 배치하는 과정을 반복 진행하여 제조할 수 있다.
도 2는 본원발명의 제1실시예에 따른 전극조립체 제조장치의 정면도이다.
도 2를 참조하면, 본원발명에 따른 전극조립체 제조장치(200)는 전극조립체가 제조되는 스택 테이블(210), 스택 테이블(210)로 분리막(203)을 공급하는 분리막 공급부(240), 분리막(203)을 지그재그로 절곡시키기 위해 이동하는 절곡 유닛(230), 분리막이 절곡되는 부분으로서 전극의 일측 외주변부에서 전극과 분리막을 고정하는 맨드릴(220), 및 분리막의 장력을 유지시켜주는 텐션 롤러(242)를 포함한다.
스택 테이블(210)은 y축 방향을 따라 상하 이동이 가능한 형태인 바, 분리막 공급부(240)에서 공급되는 분리막(203)의 장력(텐션)이 일정하게 유지되도록, 즉, 분리막이 느슨해지지 않고 항상 팽팽하게 당겨진 상태가 유지되도록 상하 이동한다.
예를 들어, 분리막이 느슨해지는 것을 방지하기 위하여 스택 테이블(210)은 하향 이동할 수 있고, 분리막이 너무 팽팽해지는 것을 방지하기 위하여 스택 테이블(210)은 상향 이동할 수 있다.
또한, 분리막 공급부(240)에 배치되는 텐션 롤러(242)는 x축 방향으로 이동할 수 있는 바, 절곡 유닛의 위치에 따라 x축 방향인 좌측 또는 우측으로 이동하면서 분리막의 텐션이 일정하게 유지될 수 있도록 한다.
이와 같이, 본원발명은 상하 이동가능한 스택 테이블(210)과 좌우 이동 가능한 텐션 롤러(242)를 포함하기 때문에, 전극조립체 제조 속도를 빠르게 증가시키더라도 분리막의 텐션이 일정하게 유지될 수 있는 바, 제조 공정 속도를 높임으로써 생산성을 향상시킬 수 있다.
상기 스택 테이블의 상하 이동은 서보 모터(servo-motor)(250)에 의해 이루어질 수 있다.
본 발명은 분리막의 장력을 지속적으로 모니터링할 수 있는 장력 센서를 구비할 수 있는 바, 상기 서보 모터는 상기 장력 센서에서 측정된 값에 따라 스택 테이블의 상하 방향 위치를 조절할 수 있다. 또는 상기 서보 모터는 상기 절곡 유닛이 스택 테이블의 중심부를 기준으로 좌측 또는 우측으로 이동한 이동 거리에 따라 스택 테이블의 상하 방향 위치를 조절할 수 있다.
절곡 유닛(230)은 분리막(203)을 지그재그로 절곡하기 위해 제1위치(211)와 제2위치(212)를 왕복 이동할 수 있다.
도 2의 (a)는 절곡 유닛(230)이 제1위치(211)에 있는 상태이고, (c)는 절곡 유닛(230)이 제2위치(212)에 있는 상태이다.
절곡 유닛은 (a)와 같이 제1위치(211)에서 (b)를 거쳐 (c)와 같이 제2위치(212)로 이동하고, 다시, 제2위치(212)에서 제1위치(211)로 이동하는 바, 제1위치에서 제2위치로 이동하고 양극(201)을 배치하고, 다시 제2위치에서 제1위치로 이동한 후 음극(202)을 배치하는 과정을 반복적으로 수행한다. 또는, 제1위치에서 제2위치로 이동하고 음극(202)을 배치하고, 다시 제2위치에서 제1위치로 이동한 후 양극(201)을 배치하는 과정을 반복적으로 수행할 수 있음은 물론이다.
절곡 유닛(230)은 분리막의 이동을 가이드하는 가이드 롤러(231)를 포함한다. 가이드 롤러(231)는 분리막의 공급 속도를 조절하는 기능은 없고, 공급되는 분리막의 주행 방향을 가이드 하거나 분리막이 접히거나 휘는 것을 방지할 수 있다.
가이드 롤러(231)는 분리막(203)의 양면을 지지하도록 분리막(203)의 양면 각각에 배치되는 한 쌍의 롤러로 구성되고, 절곡 유닛(230)은 가이드 롤러(231)를 두 쌍 이상 포함할 수 있다.
도 2에서는, 분리막이 절곡 유닛(230)을 통과하도록 배치되고, 절곡 유닛(230)의 입구와 출구 인접부 각각에 한 쌍의 가이드 롤러(231)가 배치되어 있다.
가이드 롤러의 개수는 도 2에 도시된 것으로 한정되지 않으며, 분리막 공급부에서 절곡 유닛까지 공급되는 분리막의 이송 경로에 따라 가이드 롤러의 개수를 변경하여 적용 가능하다.
하나의 구체적인 예에서, 절곡 유닛(230)이 제1위치(211)와 제2위치(212)를 왕복할 때 절곡 유닛(230)과 맨드릴(220) 사이에 있는 분리막(203)의 길이는, 절곡 유닛(230)의 이동에 의해 분리막(203)의 각도가 수직이 될 때의 분리막 길이(L2)가 상기 절곡 유닛(230)이 제1위치(211)에 있을 때의 분리막 길이(L1)보다 더 길거나 동일할 수 있다.
도 2의 (b)와 같이, 절곡 유닛(230)과 맨드릴(220)의 거리가 가까워져서 분리막(203)의 각도가 수직이 되는 순간에, 절곡 유닛(230)과 맨드릴(220) 사이에 있는 분리막의 길이(L2)는, 도 2의 (a)와 같이 절곡 유닛(230)이 제1위치(211)에 있을 때 절곡 유닛(230)과 맨드릴(220) 사이에 있는 분리막의 길이(L1)와 동일하거나 더 길어질 수 있다.
구체적으로, 절곡 유닛(230)이 제1위치(211)에서 제2위치(212)로 이동할 때, 맨드릴(220)은 전극의 우측 외주변부에 배치되는 바, 절곡 유닛(230)과 맨드릴(220) 사이의 분리막이 수직이 될 때까지 스택 테이블(210)은 하향 이동한다. 절곡 유닛(230)과 맨드릴(220) 사이의 분리막이 수직이 된 후 절곡 유닛(230)이 제2위치(212)를 향해 이동할 때 스택 테이블(210)은 상향 이동한다.
다시 절곡 유닛이 제2위치(212)에서 제1위치(211)로 이동할 때, 맨드릴(220)은 전극의 좌측 외주변부에 배치되는 바, 절곡 유닛(230)과 맨드릴(220) 사이의 분리막이 수직이 될 때까지 스택 테이블(210)은 하향 이동한다. 절곡 유닛(230)과 맨드릴(220) 사이의 분리막이 수직이 된 후 절곡 유닛(230)이 제1위치(211)를 향해 이동할 때 스택 테이블(210)은 상향 이동한다.
이와 같이, 분리막 공급부(240)에서 분리막의 공급이 지속적으로 이루어지고 절곡 유닛(230)의 위치가 반복적으로 변경되더라도, 스택 테이블이 상하로 이동하고 텐션 롤러가 좌우로 이동하면서 텐션 롤러와 절곡 유닛 사이의 분리막이 팽팽한 상태가 유지되도록 제어할 수 있다.
분리막을 스택 테이블 방향으로 일정한 속도로 공급하는 분리막 공급부(240)는 지지부(241)와 텐션 롤러(242)로 구성될 수 있다.
지지부(241)는 막대 형태로 이루어지고 상측 끝단에 있는 회전축을 기준으로 회전하는 부분이고, 지지부(241)의 하측 끝단에 텐션 롤러(242)가 결합될 수 있다.
텐션 롤러(241)는 지지부(241)의 회전에 의해 x축 방향으로 이동하면서 분리막의 장력을 일정하게 유지시킬 수 있다.
도 2 (c)와 같이 절곡 유닛(230)이 제2위치(212)에 있는 경우, 절곡 유닛(230)과 맨드릴(220) 사이에 있는 분리막의 길이(L3)는 최대가 되며, 스택 테이블(210)은 가장 높은 상태가 되고, 텐션 롤러(242)는 상기 회전축을 통과하며 지면에 대해 수직이 되는 기준축(점선으로 도시함)을 기준으로 우측으로 치우쳐지도록 회전하는 바, 지속적으로 분리막의 텐션이 일정하게 유지될 수 있다.
도 2에 도시된 제1실시예에 따른 전극조립체 제조장치는, 스택 테이블의 상하 이동 범위가 일정하게 유지되는 형태인 바, 전극들이 적층되어 전극조립체의 높이가 증가할수록 절곡 유닛(230)의 위치가 함께 상승하는 형태이다. 따라서, 텐션 롤러의 회전 각도는 전극조립체의 높이가 증가할수록 점점 커질 수 있다.
도 3은 제2실시예에 따른 전극조립체 제조장치의 정면도이다.
도 3을 참조하면, 제2실시예에 따른 전극조립체 제조장치(300)는 절곡 유닛(330)의 y축 방향 위치가 일정하게 유지되는 형태이다. 따라서, 전극들이 적층되어 전극조립체의 높이가 증가함에 따라 스택 테이블(310)의 상하 이동 거리가 짧아지는 형태이다.
도 3 (a)은 1개의 음극(302)과 1개의 양극(301)이 적층된 상태이고, 분리막(303)은 1개의 음극(302)을 감싸고 음극(302) 위에 양극(301)이 적층되어 있다
도 3 (b)는 2개의 음극(302)과 1개의 양극(301)이 적층된 상태이고, 분리막(303)은 1개의 음극(302)과 1개의 양극(301)을 감싸고 양극(301) 위에 음극(302)이 적층되어 있다.
도 3 (d)는 2개의 음극(302)과 1개의 양극(301)이 적층된 상태이고, 분리막(303)은 2개의 음극(302)과 1개의 양극(301)을 감싸고 양극(301) 위에 음극(302)이 적층되어 있다.
도 3 (a)에 도시된 스택 테이블(310)의 높이는 도 3 (b)에 도시된 스택 테이블(310) 보다 높은 상태이고, 도 3 (b)에 도시된 스택 테이블(310)의 높이는 도 3 (d)에 도시된 스택 테이블(310) 보다 높은 상태인 바, 전극들이 적층되어 전극조립체의 높이가 증가할수록 스택 테이블(310)의 상하 이동거리가 짧아지게 된다.
전극조립체의 높이가 증가함에 따라 제2실시예에 따른 전극조립체 제조장치(300)의 스택 테이블의 상하 이동 거리가 짧아지는 형태인 점을 제외하고, 제2실시예에 따른 전극조립체 제조장치(300)에 대한 설명은 제1실시예에 따른 전극조립체 제조장치(200)에 대한 설명을 동일하게 적용할 수 있다. 또한, 도 3에 도시된 제2실시예에 따른 전극조립체 제조장치(300)의 도면 번호는 발명의 설명 중 부호의 설명에 기재된 설명을 참조할 수 있다.
본 발명은 또한, 상기 전극조립체 제조장치를 이용하여 제조된 지그재그 스택형 전극조립체를 제공한다.
상기 지그재그 스택형 전극조립체는 제조과정에서 분리막이 파단될 가능성이 낮기 때문에, 불량율을 감소시킴으로써 생산성이 향상될 수 있다.
또한, 본 발명은, 상기 지그재그 스택형 전극조립체를 포함하는 이차전지를 제공하는 바, 상기 이차전지는 분리막의 안전성이 확보되기 때문에, 분리막 결함에 의한 화재 등 위험을 방지할 수 있다.
본원발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본원발명의 범주내에서 다양한 응용 및 변형을 수행하는 것이 가능할 것이다.
100, 200, 300: 전극조립체 제조장치
101, 201, 301: 양극
102, 202, 302: 음극
103, 203, 303: 분리막
110, 210, 310: 스택 테이블
120, 220, 320: 맨드릴
130, 230, 330: 절곡 유닛
131, 231, 331: 가이드 롤러
140, 242, 342: 텐션 롤러
211: 제1위치
212: 제2위치
240: 분리막 공급부
241: 지지부
250, 350: 서보 모터

Claims (13)

  1. 긴 시트형의 분리막이 지그재그로 절곡되고 상기 분리막의 절곡부와 절곡부 사이에 한 개의 양극 또는 한 개의 음극이 배치되는 형태의 전극조립체 제조장치에 있어서,
    상기 전극조립체가 제조되는 스택 테이블;
    상기 스택 테이블로 분리막을 공급하는 분리막 공급부;
    상기 분리막을 지그재그로 절곡시키기 위해 이동하는 절곡 유닛;
    상기 분리막이 절곡되는 부분으로서 전극의 일측 외주변부에서 전극과 분리막을 고정하는 맨드릴; 및
    상기 분리막의 장력을 유지시켜주는 텐션 롤러;
    를 포함하고,
    상기 스택 테이블은 상하 이동이 가능한 형태로 이루어진 전극조립체 제조장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 스택 테이블의 상하 이동을 위한 서보 모터를 더 포함하는 전극조립체 제조장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 절곡 유닛은 상기 분리막을 지그재그로 절곡하기 위해 제1위치와 제2위치를 왕복 이동하는 전극조립체 제조장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 절곡 유닛은 상기 분리막의 이동을 가이드하는 가이드 롤러를 포함하는 전극조립체 제조장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 가이드 롤러는 상기 분리막의 양면을 지지하도록 상기 분리막의 양면 각각에 배치되는 한 쌍의 롤러로 구성되고,
    상기 절곡 유닛은 상기 가이드 롤러를 두 쌍 이상 포함하는 전극조립체 제조장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 텐션 롤러는 상기 분리막 공급부에 배치되는 전극조립체 제조장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 분리막 공급부는, 상측 끝단에 있는 회전축을 기준으로 회전하는 지지부, 및 상기 지지부의 하측 끝단에 결합하는 텐션 롤러를 포함하는 전극조립체 제조장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 절곡 유닛은 상기 스택 테이블 상부의 전극 적층부를 기준으로 제1위치와 제2위치를 왕복하고,
    상기 절곡 유닛이 제1위치에서 제2위치로 이동할 때 상기 스택 테이블은 하향 이동하고,
    상기 절곡 유닛이 제2위치에서 제1위치로 이동할 때 상기 스택 테이블은 상향 이동하는 전극조립체 제조장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 절곡 유닛이 상기 제1위치와 제2위치를 왕복할 때 상기 절곡 유닛과 맨드릴 사이에 있는 분리막의 길이는, 상기 절곡 유닛의 이동에 의해 상기 분리막의 각도가 수직이 될 때의 분리막 길이가 상기 절곡 유닛이 제1위치에 있을 때 보다 더 길거나 동일한 전극조립체 제조장치.
  10. 제1항에 있어서, 상기 스택 테이블은 상기 전극조립체의 높이가 증가함에 따라 상하 이동 거리가 짧아지는 전극조립체 제조장치.
  11. 제2항에 있어서, 상기 서보 모터는 상기 절곡 유닛의 위치에 따라 상기 스택 테이블의 상하 이동을 제어하는 전극조립체 제조장치.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 따른 전극조립체 제조장치를 이용하여 제조된 지그재그 스택형 전극조립체.
  13. 제12항에 따른 지그재그 스택형 전극조립체를 포함하는 이차전지.
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