KR20220113054A - 분리막 커팅 및 융착장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 적어도 2장이 중첩된 분리막들의 최상면에 배치되는 상도, 및 상기 분리막들의 최하면에 배치되는 하도를 포함하고, 상기 상도는 수직 이동시 상기 하도와 단차없이 접촉하는 제1절단면, 상기 제1절단면을 기준으로 제1단차만큼 단차를 두고 상기 제1절단면에 평행인 면으로 구성된 제1융착부, 상기 분리막들과 대면하는 하면, 및 상기 하면과 상기 제1융착부를 연결하는 곡면 형태의 모서리인 제1연결부를 포함하며, 상기 하도는 수직 이동시 상기 상도와 단차없이 접촉하는 제2절단면, 상기 제2절단면을 기준으로 제2단차만큼 단차를 두고 상기 제2절단면에 평행인 면으로 구성된 제2융착부, 상기 분리막들과 대면하는 상면, 및 상기 상면과 상기 제2융착부를 연결하는 곡면 형태의 모서리인 제2연결부를 포함하는 분리막 커팅 및 융착장치에 대한 것으로, 전극이 이격되도록 배치된 분리막에서 전극과 전극 사이의 분리막을 커팅할 뿐 아니라 커팅된 분리막 외주변을 융착시킬 수 있는 구조를 포함한다.

Description

분리막 커팅 및 융착장치{Cutting and Fusing Device for Separator}
본원발명은 분리막 커팅 및 융착장치에 대한 것이다. 구체적으로, 두 겹 이상의 분리막들의 커팅과 융착이 동시에 이루어질 수 있도록 상도와 하도에 단차가 형성된 구조를 포함하는 분리막 커팅 및 융착장치에 대한 것이다.
리튬 이차전지는 양극/분리막/음극이 순차적으로 적층되는 형태의 전극조립체를 전지케이스에 수납하여 밀봉하는 방법으로 제조될 수 있다.
상기 전극조립체는 제1전극/분리막이 적층된 형태로 이루어지는 싱글셀(single-cell), 제1전극/분리막/제2전극이 적층된 형태로 이루어지는 모노셀(mono-cell), 및 제1전극/분리막/제2전극/분리막/제3전극이 적층된 형태로 이루어지는 바이셀(bi-cell)을 포함한다. 또한, 상기 모노셀의 제1전극 또는 제2전극의 외측면에 분리막이 추가로 부가되거나, 상기 바이셀의 제1전극 또는 제3전극의 외측면에 분리막이 추가로 부가될 수 있다.
상기 전극조립체를 구성하는 전극들은 구리, 알루미늄, 니켈 등으로 이루어진 박판 형태의 전극시트의 일면 또는 양면에 전극합제를 도포한 후, 건조 및 가압한 후 단위 전극으로 커팅하여 제조된다.
이와 같이 제조된 단위 전극은 분리막을 양극과 음극 사이에 개재한 상태로 적층하고 라미네이션되어 단위셀이 된다.
상기 모노셀의 경우 제1전극과 제2전극 사이에 분리막이 개재되고, 상기 제1전극 또는 제2전극 중 상기 분리막들과 대면하는 반대면에 다른 분리막이 위치하는 형태를 포함한다.
이와 같이 2개의 전극과 2개의 분리막이 적층된 단위셀 또는 2개의 전극과 2개 또는 3개의 분리막이 적층된 단위셀을 제조하기 위하여, 제1전극이 배치된 제1분리막과 제2전극이 배치된 제2분리막을 상기 제1전극과 제2전극이 중첩되도록 배치한 후 라미네이션하고, 상기 제1분리막과 제2분리막을 커팅한다.
상기 제1분리막과 제2분리막이 커팅된 상태로 공정의 다음 단계로 이동하게 되는데, 상기 제1분리막과 제2분리막이 접히거나 원위치에서 이탈되는 경우 전극이 노출될 수 있다. 이는 전지셀의 단락을 유발할 뿐 아니라, 전지셀의 사용 과정에서 발화의 원인이 되는 등 안전성과 관련된 심각한 문제를 야기할 수 있다.
이와 관련하여, 도 1은 종래기술에 따른 분리막 커팅 장치에 대한 모식도이고, 도 2는 종래기술에 따른 분리막 커팅 장치에 의한 분리막 커팅의 순서를 나타내는 단면도이며, 도 3은 종래기술에 따른 분리막 커팅 장치를 2개의 분리막에 적용할 경우 상도와 하도의 구성을 나타내는 모식도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 2겹으로 중첩된 분리막들(30) 가운데 상부 분리막에는 제1전극(10)이 배치되고, 하부 분리막에는 제2전극(20)이 배치되어 있다.
분리막들(30)의 최상면과 최하면 각각에는 분리막들을 커팅하기 위한 상도(40)와 하도(50)가 각각 배치된다.
상도(40)는 하도(40)와 중첩되면서 분리막들(30)을 절단하는 면인 제1절단면(43), 분리막들(30)과 평행하게 대면하는 하면(44), 및 분리막에 대해 경사진 면인 경사부(45)를 포함한다. 하도(50)는 상도(30)와 중첩되면서 분리막들(30)을 절단하는 면인 제2절단면(53) 및 분리막들(30)과 평행하게 대면하는 상면(54)을 포함한다.
상도(40)는 하면(44)과 제1절단면(43)이 수직으로 만나고, 상도(50)는 상면(54)과 제2절단면(53)이 수직으로 만나는 형태인 바, 제1절단면(43)과 제2절단면(53)이 교차할 때 분리막들(30)이 절단된다.
따라서, 도 1 내지 도 3에 도시된 분리막 커팅 장치를 이용하는 경우 분리막들의 커팅은 이루어질 수 있으나, 전극의 외주변 보다 연장된 분리막의 잉여부가 고정되지 않은 상태로 다음 공정으로 이송될 수 있다. 이 때, 분리막 잉여부가 접히거나 분리막의 이탈이 일어날 수 있다.
이와 관련하여, 특허문헌 1은 상호 거리를 두고 차례로 전극이 놓이는 세퍼레이터를 절단하기 위하여, 한 쌍의 반대로 회전하는 블레이드를 개시한다. 특허문헌 1은 2개의 분리막을 포함하는 모노셀 및 바이셀을 제조하기 위하여 두 겹의 분리막을 커팅하는 블레이드를 개시하고 있으나, 상기 블레이드는 분리막을 커팅하는 기능만을 발휘한다.
특허문헌 2는 분리막 절단 장치에 대한 것으로, 분리막 원단을 용융 온도 이상으로 가열하여 분리막을 커팅하기 위하여, 분리막 원단을 절단하는 커터 부재, 상기 커터 부재를 가열하는 가열 부재를 구비하는 열전달 유닛을 개시한다.
특허문헌 2는 용융되었던 분리막 기재가 굳으면서 매끄러운 표면을 갖는 보강부가 분리막의 절단면에 형성되는 효과를 위하여 분리막을 용융시키는 것이며, 한 겹의 분리막의 절단 만을 개시하고 있다. 따라서, 두 겹 이상의 분리막이 이동 과정에서 접히는 것을 방지하기 위한 기술을 인식하지 못하고 있다.
특허문헌 3은 분리막 시트를 절단하는 슬리터에 대한 것으로, 분리막 시트를 절단하는 제1슬리팅 나이프들과 제2슬리팅 나이프들은 분리막 시트의 절단면을 수축시키기 위하여 가열부를 포함하고 있다.
특허문헌 3은 분리막 시트의 절단면을 수축하기 위한 목적으로 가열부를 포함하고 있으나, 제1슬리팅 나이프들과 제2슬리팅 나이프들은 슬리팅 과정에서 사용되는 것이다. 즉, 특허문헌 3은 두겹 이상 적층된 분리막들의 위치 이탈을 방지하기 위한 기술은 개시하지 못하고 있다.
이와 같이, 전극이 적층된 상태의 분리막이 커팅된 상태로 이후의 전극 제조 공정으로 이동하는 과정에서, 커팅된 분리막이 접히거나 위치가 변경됨으로써 전극이 노출되는 것을 방지할 수 있으면서, 전극 제조과정을 변화시키지 않을 수 있는 기술이 필요하다.
한국 등록특허공보 제2169008호 (2020.10.16) ('특허문헌 1') 한국 등록특허공보 제2003471호 (2019.07.18) ('특허문헌 2') 한국 등록특허공보 제1608634호 (2016.03.29) ('특허문헌 3')
본원발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위한 것으로서, 전극의 제조 공정 단계를 증가시키지 않으면서, 단위셀의 분리막이 커팅된 상태로 다음 공정으로 이송되는 과정에서, 상기 분리막이 안정적으로 고정된 상태가 유지될 수 있도록, 분리막의 커팅과 융착이 동시에 이루어질 수 있는 분리막 커팅 및 융착장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기와 같은 문제를 해결하기 위해서 본원발명은 적어도 2장이 중첩된 분리막들의 최상면에 배치되는 상도, 및 상기 분리막들의 최하면에 배치되는 하도를 포함하고, 상기 상도는 수직 이동시 상기 하도와 단차없이 접촉하는 제1절단면, 상기 제1절단면을 기준으로 제1단차만큼 단차를 두고 상기 제1절단면에 평행인 면으로 구성된 제1융착부, 상기 분리막들과 대면하는 하면, 및 상기 하면과 상기 제1융착부를 연결하는 곡면 형태의 모서리인 제1연결부를 포함하며,
상기 하도는 수직 이동시 상기 상도와 단차없이 접촉하는 제2절단면, 상기 제2절단면을 기준으로 제2단차만큼 단차를 두고 상기 제2절단면에 평행인 면으로 구성된 제2융착부, 상기 분리막들과 대면하는 상면, 및 상기 상면과 상기 제2융착부를 연결하는 곡면 형태의 모서리인 제2연결부를 포함하는 분리막 커팅 및 융착장치를 제공한다.
상기 상도와 하도는 가열이 가능한 구조를 포함할 수 있다.
상기 상도 및/또는 상기 하도는 상기 제1절단면과 상기 제2절단면이 단차없이 서로 접촉하도록 이동하고, 상기 제1절단면과 상기 제2절단면의 교차에 의한 압착, 전단력, 또는 용융에 의해서 상기 분리막이 커팅될 수 있다.
또는, 상기 상도 및/또는 상기 하도는 상기 제1절단면과 상기 제2절단면이 서로 겹치도록 이동하고, 상기 제1융착부와 상기 제2융착부에 의한 압착, 전단력, 또는 용융에 의해서 상기 분리막이 커팅될 수 있다.
또는, 상기 상도 및/또는 상기 하도는 상기 제1절단면과 상기 제2절단면이 서로 겹치도록 이동하고, 상기 제1단차와 상기 제2단차에 의한 압착, 전단력, 또는 용융에 의해서 상기 분리막이 커팅될 수 있다.
상기 분리막이 제1절단면과 제2절단면 사이, 제1융착부와 제2융착부 사이, 제1단차와 제2단차 사이 중 어느 하나에 배치될 때 상기 분리막의 융착이 이루어질 수 있다.
상기 제1절단면, 제1융착부, 제2절단면 및 제2융착부의 온도는 동일하고, 이들의 온도는 상기 제1단차 및 제2단차의 온도보다 낮을 수 있다.
상기 상도가 상기 분리막들의 최상면에 배치되고, 상기 하도가 상기 분리막들의 최하면에 배치되며, 상기 상도의 하면과 상기 하도의 상면은 상기 분리막과 평행한 형태로 이루어질 수 있다.
또는, 상기 상도가 상기 분리막들의 최상면에 배치되고, 상기 하도가 상기 분리막들의 최하면에 배치되며, 상기 상도의 하면과 상기 하도의 상면은 상기 분리막에 대해 경사진 형태로 이루어질 수 있다.
상기 분리막은, 사이에 전극을 개재한 상태로 적층된 제1분리막과 제2분리막을 포함하고, 상기 적층된 전극과 다른 적층된 전극은 일정한 간격을 유지하도록 배치되며, 상기 일정한 간격은, 상기 제1연결부에서 상기 제1절단면까지의 길이와 상기 제2연결부에서 상기 제2절단면까지의 길이의 합보다 길이가 긴 형태일 수 있다.
상기 제1단차와 제2단차의 높이는, 적어도 2장이 중첩된 분리막의 두께와 동일하거나 더 작은 크기로 이루어질 수 있다.
본원발명은 또한 상기 분리막 커팅 및 융착장치로 분리막이 커팅되어 제조된 단위셀에 있어서, 상기 단위셀은 분리막, 제1전극, 분리막 및 제2전극이 적층된 형태인 모노셀, 또는 제1전극, 분리막, 제2전극, 분리막 및 제1전극이 적층된 형태인 바이셀이며, 상기 모노셀과 상기 바이셀은 서로 평행한 일방향 외주변의 분리막들이 열융착된 형태인 단위셀을 제공할 수 있다.
본원발명은 또한, 상기 과제의 해결 수단을 다양하게 조합한 형태로도 제공이 가능하다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본원발명에 따른 분리막 커팅 및 융착장치는 적어도 2장이 중첩된 분리막의 커팅과 함께 상기 분리막의 외주변을 융착시킬 수 있는 바, 전극 제조를 위한 이송 과정에서 분리막이 접히거나 분리막에 주름이 생기는 것을 방지할 수 있다.
또한, 분리막을 커팅하는 상도와 하도의 구조를 변경함으로써 분리막의 커팅과 융착을 함께 진행할 수 있는 바, 한 번의 공정을 통해 분리막의 커팅과 융착을 동시에 진행할 수 있다.
따라서, 분리막의 융착을 위한 별도의 장치나 공간이 필요하지 않다.
또한, 상도와 하도의 단차면이 접할 때 분리막을 용융시켜서 절단시킬 수 있는 바, 이와 같은 경우에는 상도와 하도의 평행도 공차 관리의 필요성이 낮아지고, 상도와 하도의 마모에 의한 교체 주기가 길어질 수 있는 바, 전극 제조공정의 관리가 쉬워진다.
또한, 전극 제조공정의 정지 횟수가 줄어들 수 있기 때문에, 수율이 향상될 수 있다.
도 1은 종래기술에 따른 분리막 커팅 장치에 대한 모식도이다.
도 2는 종래기술에 따른 분리막 커팅 장치에 의한 분리막 커팅의 순서를 나타내는 단면도이다.
도 3은 종래기술에 따른 분리막 커팅 장치를 2개의 분리막에 적용할 경우 상도와 하도의 구성을 나타내는 모식도이다.
도 4는 본원발명의 제1실시예에 따른 분리막 커팅 및 융착장치이다.
도 5는 본원발명의 제2실시예에 따른 분리막 커팅 및 융착장치이다.
도 6은 본원발명의 제2실시예에 따른 분리막 커팅 및 융착장치를 이용하여 분리막을 커팅 및 융착하는 과정을 나타낸다.
도 7는 본원발명의 제3실시예에 따른 분리막 커팅 및 융착장치를 이용하여 분리막을 커팅 및 융착하는 과정을 나타낸다.
도 8은 본원발명의 분리막 커팅 및 융착장치를 사용하여 제조된 단위셀이다.
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.
도 4는 본원발명의 제1실시예에 따른 분리막 커팅 및 융착장치이다.
도 4를 참조하면, 중첩된 분리막 중 상부 분리막(30)의 상면에 제1전극(10)들이 서로 일정한 간격(W)으로 이격되어 배치되고, 중첩된 분리막 중 하부 분리막(30)의 상면에 제2전극(20)들이 서로 일정한 간격(W)으로 이격되어 배치된다.
제1전극(10)과 제2전극(20)은 적층 방향인 y축 기준으로 완전히 중첩되도록 배치된 상태에서 상도(100)와 하도(200)로 이루어진 분리막 커팅 및 융착장치를 통과하는 바, 2중으로 중첩된 분리막들(30)의 외주변이 열융착에 의해 접착되면서 분리막들(30)의 절단이 이루어질 수 있다.
구체적으로, 제1실시예에 따른 분리막 커팅 및 융착장치는 적어도 2장이 중첩된 분리막들(30)의 최상면에 배치되는 상도(100), 및 상기 분리막들(30)의 최하면에 배치되는 하도(200)를 포함하고, 상도(100)는 수직 이동시 하도(200)와 단차없이 접촉하는 제1절단면(130), 제1절단면(130)을 기준으로 제1단차(110)만큼 단차를 두고 제1절단면(130)에 평행인 면으로 구성된 제1융착부(120), 분리막들(30)과 대면하는 하면(140), 및 하면(140)과 제1융착부(120)를 연결하는 곡면 형태의 모서리인 제1연결부(150)를 포함한다.
하도(200)는 수직 이동시 상도(100)와 단차없이 접촉하는 제2절단면(230), 제2절단면(230)을 기준으로 제2단차(210)만큼 단차를 두고 제2절단면(230)에 평행인 면으로 구성된 제2융착부(220), 분리막들(30)과 대면하는 상면(240), 및 상면(240)과 제2융착부(220)를 연결하는 곡면 형태의 모서리인 제2연결부(250)를 포함한다.
본원발명에 따른 분리막 커팅 및 융착장치는 분리막의 커팅과 분리막의 외주변을 열융착하는 과정이 동시에 진행된다. 구체적으로, 제1절단면(130)의 제1융착부(120)와 하면(140)을 연결하는 제1연결부(150)와 제2절단면(230)의 제2융착부(220)와 상면(240)을 연결하는 제2연결부(250)가 곡면 형태로 이루어진다.
또한, 제1절단면(130)과 제1융착부(120) 사이에는 단차가 형성되고, 제2절단면(230)과 제2융착부(220) 사이에는 단차가 형성되며, 제1절단면(130)과 제2절단면(230)이 중첩되지 않도록 이동한다.
따라서, 상도의 최하단과 하부의 최상단이 인접하게 교차되더라도 이들 사이에 빈 공간이 형성되기 때문에 분리막이 커팅되지 않는다.
또한, 상도와 하도는 가열이 가능한 구조를 포함한다.
즉, 상도와 하도의 온도를 분리막이 용융되는 온도까지 증가시키는 것이 가능한 형태일 수 있다.
이와 같이 분리막의 용융 온도까지 온도가 증가한 상도와 하도를 이용하여 분리막을 커팅하는 경우, 절단선의 양쪽에, 용융된 분리막들이 서로 부착된 분리막 접착부가 형성된다.
상도(100) 및/또는 하도(200)는 제1절단면(130)과 제2절단면(230)이 단차없이 서로 접촉하도록 이동하고, 제1절단면(130)과 제2절단면(230)의 교차에 의한 압착, 전단력 또는 용융에 의해서 분리막(30)이 커팅될 수 있다.
도 4에 도시된 분리막 커팅 및 융착장치는, 상도(100)가 분리막(30)의 상면에 배치되고, 하도(200)가 분리막의 하면에 배치된 상태에서, 상도(100)의 하면(140)과 하도(200)의 상면(240)은 분리막(30)과 평행한 형태로 이루어진다.
따라서, 상도와 하도 사이로 이동하는 전극들과 분리막들을 하부에서 지지할 수 있다.
도 5는 본원발명의 제2실시예에 따른 분리막 커팅 및 융착장치이다.
도 5를 참조하면, 중첩된 분리막 중 상부 분리막(30)의 상면에 제1전극(10)이 서로 일정한 간격(W)으로 이격되어 배치되고, 중첩된 분리막 중 하부 분리막(30)의 상면에 제2전극(20)이 서로 일정한 간격(W)으로 이격되어 배치된다.
제1전극(10)과 제2전극(20)은 적층 방향인 y축 기준으로 완전히 중첩되도록 배치된 상태에서 상도(300)와 하도(400)로 이루어진 분리막 커팅 및 융착장치를 통과하는 바, 2중으로 중첩된 분리막들(30)의 외주변이 열융착에 의해 접착되면서 분리막들(30)의 절단이 이루어질 수 있다.
구체적으로, 제2실시예에 따른 분리막 커팅 및 융착장치는 적어도 2장이 중첩된 분리막들(30)의 최상면에 배치되는 상도(300), 및 분리막들(30)의 최하면에 배치되는 하도(400)를 포함하고, 상도(300)는 수직 이동시 하도(400)와 단차없이 접촉하는 제1절단면(330), 제1절단면(330)을 기준으로 제1단차(310)만큼 단차를 두고 제1절단면(330)에 평행인 면으로 구성된 제1융착부(320), 분리막들(30)과 대면하는 하면(340), 및 하면(340)과 제1융착부(320)를 연결하는 곡면 형태의 모서리인 제1연결부(350)를 포함한다.
하도(400)는 수직 이동시 상도(300)와 단차없이 접촉하는 제2절단면(430), 제2절단면(430)을 기준으로 제2단차(410)만큼 단차를 두고 제2절단면(430)에 평행인 면으로 구성된 제2융착부(420), 분리막들(30)과 대면하는 상면(440), 및 상면(440)과 제2융착부(420)를 연결하는 곡면 형태의 모서리인 제2연결부(450)를 포함한다.
본원발명에 따른 분리막 커팅 및 융착장치는 분리막의 커팅과 분리막의 외주변을 열융착하는 과정이 동시에 진행된다. 구체적으로, 제1절단면(330)의 제1융착부(320)와 하면(340)을 연결하는 제1연결부(350)와 제2절단면(430)의 제2융착부(420)와 상면(440)을 연결하는 제1연결부(450)가 곡면 형태로 이루어진다.
또한, 제1절단면(330)과 제1융착부(320) 사이에는 단차가 형성되고, 제2절단면(430)과 제2융착부(420) 사이에는 단차가 형성되며, 제1절단면(330)과 제2절단면(430)이 중첩되지 않도록 이동한다.
따라서, 상도의 최하단과 하부의 최상단이 인접하게 교차되더라도 이들 사이에 빈 공간이 형성되기 때문에 분리막이 커팅되지 못한다.
또한, 상도와 하도는 가열이 가능한 구조를 포함한다.
즉, 상도와 하도의 온도를 분리막이 용융되는 온도까지 증가시키는 것이 가능한 형태일 수 있다.
이와 같이 분리막의 용융 온도까지 온도가 증가한 상도와 하도를 이용하여 분리막을 커팅하는 경우, 절단선을 기준으로 양쪽에 용융된 분리막들이 서로 부착된 분리막 접착부가 형성된다.
도 5에 도시된 분리막 커팅 및 융착장치는, 상도(300)가 분리막(30)의 상면에 배치되고, 하도(400)가 분리막(30)의 하면에 배치된 상태에서, 상도(300)의 하면(340)과 하도(400)의 상면(440)은 분리막(30)에 대해 경사진 형태로 이루어진다.
도 6은 본원발명의 제2실시예에 따른 분리막 커팅 및 융착장치를 이용하여 분리막을 커팅 및 융착하는 과정을 나타낸다.
도 6을 참조하면, 분리막(30)은 제1절단면(330)과 제2융착부(420) 사이, 및 제2절단면(430)과 제1융착부(320) 사이에 중첩된 상태로 개재되었을 때, 가열된 상도(300)와 하도(400)에 의해 분리막이 용융되어 열융착부(370)가 형성된다.
상도(300)는, 제1절단면(330)과 제2절단면(430)이 밀착 대면하도록 하향 이동하고, 제1절단면(330)와 제2절단면(430)의 교차가 일어나기 전에는 분리막이 용융되어 접착이 일어나고, 제1절단면(330)와 제2절단면(430)의 교차가 일어날 때 분리막(30)이 커팅된다.
따라서, 분리막들은 두 겹이 중첩되어 외주변이 열융착으로 결합된 상태에서 커팅이 이루어진다.
2겹의 분리막들이 상도의 제1절단면과 하도의 제2융착부 사이, 및 상도의 제1융착부와 하도의 제2절단면 사이에서 밀착된 상태로 부착이 이루어지는 점을 고려할 때, 제1단차(310)과 제2단차(410)의 높이(H)는, 적어도 2장이 중첩된 분리막의 두께와 동일하거나 더 작은 크기로 이루어질 수 있다.
도 5와 도 6을 함께 참조하면, 분리막은, 사이에 전극을 개재한 상태로 적층된 제1분리막과 제2분리막을 포함하고, 전극은 일정한 간격(W)을 유지하도록 배치되며, 간격(W)은 제1연결부(350)에서 제1절단면(330)까지의 길이와 제2연결부(450)에서 제2절단면(430)까지의 길이의 합보다 길이가 긴 형태이다. 이와 같이 전극과 전극 사이의 간격(W)을 형성함으로써, 상도와 하도가 교차되면서 전극을 가압하지 않게 되는 바, 전극이 손상되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 전극이 제1연결부와 제2연결부에 배치되지 않을 수 있는 바, 분리막으로부터 전극이 탈리되는 것을 방지할 수 있다.
도 7는 본원발명의 제3실시예에 따른 분리막 커팅 및 융착장치를 이용하여 분리막을 커팅 및 융착하는 과정을 나타낸다.
도 7을 참조하면, 상도(500)의 제1절단면(530)과 하도(600)의 제2절단면(630)이 서로 겹치도록 상도(500)가 하향 이동하는 바, 상도(500)의 제1절단면(530)과 하도(600)의 제2절단면(630)은 교차되지 못하고, 제1단차(510)가 제2단차(610)와 분리막을 사이에 두고 밀착될 때까지 상도가 하향 이동한다.
두 겹의 분리막들(30)은 상도의 제1절단면(530)과 하도의 제2융착부(620) 사이, 및 상도의 제1융착부(520)와 하도의 제2절단면(630) 사이에서 밀착된 상태로 부착되어 열융착부(370)가 형성된다.
상도(500)가 더욱 하향 이동하여, 제1단차(510)와 제2단차(610)의 적어도 일부가 밀착 대면할 때 분리막(30)이 커팅된다.
도 7과 같은 구조의 분리막 커팅 및 융착장치의 경우, 제1단차(510)와 제2단차(610)에 의한 압착, 전단력, 또는 용융에 의해 분리막(30)이 절단될 수 있다. 따라서, 제1단차(510)와 제2단차(610)에 날카로운 커터와 같은 구조가 구비되지 않더라도 절단된 분리막의 단면이 식으면서 매끄러운 절단면이 형성될 수 있다.
이와 같이 제1단차(510)와 제2단차(610)에서 분리막이 용융되어 분리될 수 있고, 제1절단면(530)과 제2융착부(620), 및 제2절단면(630)과 제1융착부(520) 사이에서 밀착된 분리막은 용융되어 접착이 이루어질 수 있도록, 제1절단면(530), 제1융착부(520), 제2절단면(630) 및 제2융착부(620)의 온도는 동일하게 형성되고, 제1절단면(530), 제1융착부(520), 제2절단면(630) 및 제2융착부(620)의 온도는 제1단차(510)와 제2단차(610)의 온도 보다 낮게 형성될 수 있다.
예를 들어, 본원발명에 따른 분리막은 폴리에틸렌 및 폴리프로필렌을 포함하는 폴리올레핀계 소재로 이루어진 분리막 기재의 일면 또는 양면에 무기물 코팅층이 형성된 형태일 수 있다. 상기 무기물 코팅층은 내열성을 향상시킬 수 있는 무기물과 이들의 결합을 위한 바인더가 혼합된 형태로 이루어질 수 있다.
예를 들어, 제1절단면(530), 제1융착부(520), 제2절단면(630) 및 제2융착부(620)의 온도는 80 ℃ 내지 150 ℃의 범위로 설정될 수 있고, 제1단차(510)과 제2단차(610)의 온도는 160 ℃ 내지 200 ℃의 범위로 설정될 수 있다.
상도(300) 및/또는 하도(400)는 제1절단면(330)과 제2절단면(430)이 서로 겹치도록 이동하고, 제1융착부(320)와 제2융착부(430)에 의한 압착, 전단력, 또는 용융에 의해서 상기 분리막이 융착될 수 있으며, 또는, 상기 분리막이 커팅될 수 있다.
도 4 내지 도 7에 도시된 분리막 커팅 및 융착장치를 사용하는 경우, 분리막이 제1절단면과 제2절단면 사이, 제1융착부와 제2융착부 사이, 제1단차와 제2단차 사이 중 어느 하나에 배치될 때 상기 분리막의 융착이 이루어질 수 있다.
도 8은 본원발명의 분리막 커팅 및 융착장치를 사용하여 제조된 단위셀이다.
도 8을 참조하면, 단위셀은 제1전극(10), 분리막(30), 제2전극(20), 분리막(30) 및 제1전극(10)이 적층된 형태인 바이셀이며, 상기 바이셀은 서로 평행한 일방향 외주변의 분리막들이 열융착되어 열융착부(370)가 형성되어 있다.
따라서, 상기 바이셀을 이후 전극 제조공정으로 이송할 때 분리막이 안정적으로 부착된 상태가 유지될 수 있는 바, 전극의 노출로 인한 단락 내지 발화 등을 방지할 수 있다.
본원발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본원발명의 범주내에서 다양한 응용 및 변형을 수행하는 것이 가능할 것이다.
10: 제1전극
20: 제2전극
30: 분리막
40, 100, 300, 500 : 상도
110, 310, 510 : 제1단차
120, 320, 520 : 제1융착부
43, 130, 330, 530: 제1절단면
44, 140, 340 : 하면
150, 350, 550 : 제1연결부
45 : 경사부
50, 200, 400, 600: 하도
210, 410, 610: 제2단차
220, 420, 620: 제2융착부
53, 230, 430, 630: 제2절단면
54, 240, 440: 상면
250, 450, 650: 제2연결부
370: 열융착부
W: 간격

Claims (12)

  1. 적어도 2장이 중첩된 분리막들의 최상면에 배치되는 상도, 및 상기 분리막들의 최하면에 배치되는 하도를 포함하고,
    상기 상도는,
    수직 이동시 상기 하도와 단차없이 접촉하는 제1절단면;
    상기 제1절단면을 기준으로 제1단차만큼 단차를 두고 상기 제1절단면에 평행인 면으로 구성된 제1융착부;
    상기 분리막들과 대면하는 하면; 및
    상기 하면과 상기 제1융착부를 연결하는 곡면 형태의 모서리인 제1연결부;
    를 포함하며,
    상기 하도는,
    수직 이동시 상기 상도와 단차없이 접촉하는 제2절단면;
    상기 제2절단면을 기준으로 제2단차만큼 단차를 두고 상기 제2절단면에 평행인 면으로 구성된 제2융착부;
    상기 분리막들과 대면하는 상면; 및
    상기 상면과 상기 제2융착부를 연결하는 곡면 형태의 모서리인 제2연결부;
    를 포함하는 분리막 커팅 및 융착장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 상도와 하도는 가열이 가능한 구조를 포함하는 분리막 커팅 및 융착장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 상도 및/또는 상기 하도는 상기 제1절단면과 상기 제2절단면이 단차없이 서로 접촉하도록 이동하고, 상기 제1절단면과 상기 제2절단면의 교차에 의한 압착, 전단력, 또는 용융에 의해서 상기 분리막이 커팅되는 분리막 커팅 및 융착장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 상도 및/또는 상기 하도는 상기 제1절단면과 상기 제2절단면이 서로 겹치도록 이동하고, 상기 제1융착부와 상기 제2융착부에 의한 압착, 전단력, 또는 용융에 의해서 상기 분리막이 커팅되는 분리막 커팅 및 융착장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 상도 및/또는 상기 하도는 상기 제1절단면과 상기 제2절단면이 서로 겹치도록 이동하고, 상기 제1단차와 상기 제2단차에 의한 압착, 전단력, 또는 용융에 의해서 상기 분리막이 커팅되는 분리막 커팅 및 융착장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 분리막이 제1절단면과 제2절단면 사이, 제1융착부와 제2융착부 사이, 제1단차와 제2단차 사이 중 어느 하나에 배치될 때 상기 분리막의 융착이 이루어지는 분리막 커팅 및 융착장치.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 제1절단면, 제1융착부, 제2절단면 및 제2융착부의 온도는 동일하고, 이들의 온도는 상기 제1단차 및 제2단차의 온도보다 낮은 분리막 커팅 및 융착장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 상도가 상기 분리막들의 최상면에 배치되고, 상기 하도가 상기 분리막들의 최하면에 배치되며,
    상기 상도의 하면과 상기 하도의 상면은 상기 분리막과 평행한 형태로 이루어진 분리막 커팅 및 융착장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 상도가 상기 분리막들의 최상면에 배치되고, 상기 하도가 상기 분리막들의 최하면에 배치되며,
    상기 상도의 하면과 상기 하도의 상면은 상기 분리막에 대해 경사진 형태로 이루어진 분리막 커팅 및 융착장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 분리막은, 사이에 전극을 개재한 상태로 적층된 제1분리막과 제2분리막을 포함하고,
    상기 적층된 전극과 다른 적층된 전극은 일정한 간격을 유지하도록 배치되며,
    상기 일정한 간격은, 상기 제1연결부에서 상기 제1절단면까지의 길이와 상기 제2연결부에서 상기 제2절단면까지의 길이의 합보다 길이가 긴 형태인 분리막 커팅 및 융착장치.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 제1단차와 제2단차의 높이는, 적어도 2장이 중첩된 분리막의 두께와 동일하거나 더 작은 크기로 이루어진 분리막 커팅 및 융착장치.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 따른 분리막 커팅 및 융착장치로 분리막이 커팅되어 제조된 단위셀에 있어서,
    상기 단위셀은 분리막, 제1전극, 분리막 및 제2전극이 적층된 형태인 모노셀, 또는 제1전극, 분리막, 제2전극, 분리막 및 제1전극이 적층된 형태인 바이셀이며,
    상기 모노셀과 상기 바이셀은 서로 평행한 일방향 외주변의 분리막들이 열융착된 형태인 단위셀.
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