KR20220122400A - 원통형 전극 조립체의 고정 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 원통형 전극 조립체의 고정 장치는, 권심에 권취된 원통형 전극 조립체에서 상기 권심을 제거하기 위하여 상기 원통형 전극 조립체를 고정하는 고정 장치로서, 상기 고정 장치는 몸체부, 및 상기 몸체부에 고정되고, 상기 전극 조립체와 접촉하여 상기 전극 조립체를 고정하는 한 쌍의 그리퍼를 포함하고, 상기 그리퍼는 상기 전극 조립체와 접촉하는 제1 코팅층 및 상기 제1 코팅층 하부에 배치되는 제2 코팅층을 포함하고, 상기 제1 코팅층의 경도는 상기 제2 코팅층의 경도보다 작다.

Description

원통형 전극 조립체의 고정 장치{HOLDING DEVICE FOR CYLINDRICAL ELECTRODE ASSEMBLY}

본 발명은 원통형 전극 조립체의 고정 장치에 관한 것으로서, 상세하게는, 권심 분리 공정시 원통형 전극 조립체를 안정적으로 지지할 수 있는 원통형 전극 조립체의 고정 장치에 관한 것이다

근래에 노트북, 비디오 카메라, 휴대용 전화기 등과 같은 휴대용 전자 제품의 수요가 급격하게 증대되고, 전기 자동차, 에너지 저장용 축전지, 로봇, 위성 등의 개발이 본격화됨에 따라, 그 구동 전원으로 사용되는 이차 전지에 대해서 많은 연구가 이루어지고 있다.

이차 전지는 전지 케이스의 형상에 따라, 전극 조립체가 원통형 금속 캔에 내장되어 있는 원통형 전지, 전극 조립체가 각형의 금속 캔에 내장되어 있는 각형 전지 및 전극 조립체가 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치형 케이스에 내장되어 있는 파우치형 전지로 분류된다. 그 중 원통형 전지는 상대적으로 용량이 크고 구조적으로 안정하다는 장점을 가진다.

전지 케이스에 내장되는 상기 전극 조립체는 양극/분리막/음극의 적층 구조로 이루어진 충방전이 가능한 발전소자로서, 젤리-롤형, 스택형 및 스택/폴딩형으로 분류된다. 젤리-롤형은 활물질이 도포된 긴 시트형의 양극과 음극 사이에 분리막을 개재하여 권취한 형태이고, 스택형은 소정 크기의 다수의 양극과 음극을 분리막이 개재된 상태에서 순차적으로 적층한 형태이며, 스택/폴딩형은 젤리-롤형과 스택형의 복합 구조이다. 그 중 젤리-롤형(원통형) 전극 조립체는 제조가 용이하고 중량당 에너지 밀도가 높은 장점을 가지고 있다.

젤리-롤형 전극 조립체는 전극 시트를 권취하여 형성되고, 이 때 권심을 중심으로 권취된 후 권취 완료된 전극 조립체를 고정한 상태에서 권심을 제거하는 공정을 거치게 되는데, 이 때 전극 조립체를 고정하기 위한 장치가 이용된다.

도 1은 종래의 원통형 전극 조립체의 고정 장치를 이용하여 전극 조립체를 고정한 상태를 나타낸 도면이다.

도 1을 참조하면, 권심(12)을 중심으로 전극 시트(양극 시트 및 음극 시트)가 권취되어 형성된 원통형 전극 조립체(10)는, 전기적 연결을 위해 복수의 전극 탭(11)을 포함한다. 권취가 완료된 후에는 권심(12)을 제거한 후 후속 공정(케이스 수납 및 전해액 주입)이 진행되게 된다.

권심(12)을 제거하기 위하여, 원통형 전극 조립체(10)는 고정 장치(1)에 의해 고정된다. 고정 장치(1)는 몸체부(20) 및 몸체부(20)에 고정된 한 쌍의 그리퍼(21)를 포함할 수 있다. 원통형 전극 조립체(10)는 한 쌍의 그리퍼(21) 사이에 고정될 수 있다.

그런데, 원통형 전극 조립체(10)의 경우, 전극 탭(11)이 존재하는 부분에서, 확대부인 A, B에 도시한 바와 같이, 전극 탭(11)의 존재에 의해 외부로 다소 돌출된 부분을 포함하게 된다. 이와 같이 돌출된 부분은 전극 조립체(10)의 형태를 비대칭한 형태로 만들게 되고 이러한 비대칭이 발생할 경우 그리퍼(21)로 고정시 마찰 면적이 감소하여 백 슬라이딩(back sliding) 현상이 발생하게 되어 권심(12) 제거시 전극 조립체가 함께 후진하는 문제가 발생한다. 백 슬라이딩 현상은, 권심 후진(제거) 고정시 그리퍼(21)와 전극 조립체(10)간 슬립이 발생하여 전극 조립체(20)가 권심(12)과 함께 후진하여 와인더와 충돌하게 되는 현상이다. 이를 방지하기 위하여, 그리퍼(21)가 전극 탭(11)을 회피하도록 배치하는 것을 고려할 수 있으나, 랜덤으로 배치되는 전극 탭(11)의 위치가 바뀔 때 마다 전극 조립체(10)의 위치를 바꾸어 그리퍼(21)에 고정시키는 번거로움이 있을 뿐만 아니라 복수의 탭을 갖는 모델에 적용될 경우 전극 탭(11)을 회피하여 그리퍼(21)를 배치할 수 있는 포인트가 거의 없기 때문에, 권심 제거시 발생하는 백슬라이딩 현상을 방지할 수 없는 경우가 빈번하게 발생하는 문제가 있었다.

본 발명의 실시예들은, 원통형 전극 조립체의 권취 후 권심 제거를 위한 고정시 전극 탭에 의한 비대창에 따른 마찰 면적 감소에 의해 백슬라이딩 현상이 발생하는 것을 방지하여 안정적으로 권심 제거가 가능한 원통형 전극 조립체의 고정 장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

다만, 본 발명의 실시예들이 해결하고자 하는 과제는 상술한 과제에 한정되지 않고 본 발명에 포함된 기술적 사상의 범위에서 다양하게 확장될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 원통형 전극 조립체의 고정 장치는, 권심에 권취된 원통형 전극 조립체에서 상기 권심을 제거하기 위하여 상기 원통형 전극 조립체를 고정하는 고정 장치로서, 상기 고정 장치는 몸체부, 및 상기 몸체부에 고정되고, 상기 전극 조립체와 접촉하여 상기 전극 조립체를 고정하는 한 쌍의 그리퍼를 포함하고, 상기 그리퍼는 상기 전극 조립체와 접촉하는 제1 코팅층 및 상기 제1 코팅층 하부에 배치되는 제2 코팅층을 포함하고, 상기 제1 코팅층의 경도는 상기 제2 코팅층의 경도보다 작다.

상기 제1 코팅층 및 상기 제2 코팅층은 실리콘 재질로 이루어질 수 있다.

상기 제1 코팅층의 쇼어 경도(shore hardness)는 10 내지 50도일 수 있다.

상기 제2 코팅층의 경도는 30 내지 90도일 수 있다.

상기 제1 코팅층의 두께는 상기 제2 코팅층의 두께보다 두꺼울 수 있다.

상기 제1 코팅층의 두께는 1 mm 내지 10mm 일 수 있다.

상기 제2 코팅층의 두께는 0.5mm 내지 10mm 일 수 있다.

상기 한 쌍의 그리퍼는 상기 제1 코팅면이 서로 마주하도록 배치되고, 상기 한 쌍의 그리퍼 각각은 상기 원통형 전극 조립체를 향해 오목한 V자 형태를 가질 수 있다.

상기 원통형 전극 조립체와 마주하는 상기 그리퍼의 중심각은, 90도 이상180도 미만 일 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 원통형 전극 조립체의 제조 방법은, 전극 시트를 권심에 권취하여 원통형 전극 조립체를 제조하는 단계, 및 상기 원통형 전극 조립체를 고정한 상태에서 상기 권심을 제거하는 단계를 포함하고, 상기 권심을 제거하는 단계에서 상기 원통형 전극 조립체는 상술의 원통형 전극 조립체의 고정 장치에 의해 고정된다.

본 발명의 실시예들에 따르면, 원통형 전극 조립체의 권취 후 권심 제거를 위한 고정시, 전극 탭에 의한 비대칭이 존재하더라도, 마찰 면적 감소 없이 안정적으로 전극 조립체를 고정한 상태에서 권심 제거가 가능한 원통형 전극 조립체의 고정 장치를 제공할 수 있다.

본 발명의 효과가 상술한 효과들로 제한되는 것은 아니며, 언급되지 아니한 효과들은 본 명세서 및 첨부된 도면으로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확히 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 종래의 원통형 전극 조립체의 고정 장치를 이용하여 전극 조립체를 고정한 상태를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 원통형 전극 조립체의 고정 장치를 이용하여 전극 조립체를 고정한 상태를 나타낸 도면이다.
도 3은 도 2의 III 부분을 확대하여 도시한 도면이다.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 여러 실시예들에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예들에 한정되지 않는다.

본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.

또한, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다. 도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 그리고 도면에서, 설명의 편의를 위해, 일부 층 및 영역의 두께를 과장되게 나타내었다.

또한, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 “포함”한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

또한, 명세서 전체에서, "평면상"이라 할 때, 이는 대상 부분을 위에서 보았을 때를 의미하며, "단면상"이라 할 때, 이는 대상 부분을 수직으로 자른 단면을 옆에서 보았을 때를 의미한다.

이하에서는, 도 2 및 도 3을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 원통형 전극 조립체의 고정 장치에 대해 설명하고자 한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 원통형 전극 조립체의 고정 장치를 이용하여 전극 조립체를 고정한 상태를 나타낸 도면이다. 도 3은 도 2의 III 부분을 확대하여 도시한 도면이다.

도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 원통형 전극 조립체의 고정 장치(100, 이하 단지 고정 장치라고도 한다)는, 몸체부(200) 및 몸체부(200)에 고정된 한 쌍의 그리퍼(210)를 포함한다. 또한 고정 장치(100)가 고정하는 원통형 전극 조립체(110, 이하 단지 전극 조립체라고도 한다)는, 권심(120)에 전극 시트가 권취된 상태의 전극 조립체(110)로서, 젤리-롤 형 전극 조립체(110)이며, 복수의 전극 탭(111)을 포함한다.

한 쌍의 그리퍼(210)는, 전극 조립체(110)를 사이에 두고 서로 마주보도록 배치되며, 전극 조립체(110)와 마주하는 부분은, 전극 조립체(110)를 향해 오목한 V자 형태를 갖도록 형성된다. 이에 의해 한 쌍의 그리퍼(210)가 서로 마주하는 공간 내에 전극 조립체(110)가 고정될 수 있다.

한 쌍의 그리퍼(210) 각각에서, 전극 조립체(110)와 접촉하는 부분은 제1 코팅층(211)을 포함하고, 제1 코팅층(211)의 하부에는 제2 코팅층(212)이 배치된다. 즉, 몸체부(200)에 고정된 그리퍼(210)는 금속 등의 재질로 형성된 기재부(213)를 포함하고, 그 위에 순차로 형성된 제2 코팅층(212) 및 제1 코팅층(211)을 포함한다.

제1 및 제2 코팅층(211, 212)은 서로 다른 경도를 갖는 실리콘 재질로 이루어질 수 있다. 즉, 제1 코팅층(211)은, 제2 코팅층(212)보다 작은 경도를 갖는다. 여기서 경도는, 일반적으로 실리콘 등의 경도를 측정할 때 사용되는 쇼어 경도(shore hardness)일 수 있다. 전극 조립체(110)와 직접 접촉하는 제1 코팅층(211)이 작은 경도를 갖도록 하는 것에 의해 전극 조립체(110)에서 전극 탭(111)에 의해 발생하는 형상의 비대칭을, 제1 코팅층(211)이 완충하여, 전극 탭(111)에 대응하는 부분에서 돌출된 부분 등이 발생하더라도 이에 의해 마찰 면적의 감소가 발생하지 않을 수 있다. 즉, 종래 기술의 설명 부분에서 도시한 바와 같은 형상의 비대칭이 발생하더라도, 낮은 경도의 제1 코팅층(211)과 접촉하는 것에 의해, 제1 코팅층(211)의 형상이 변형되어 전극 조립체(110)와 밀착할 수 있는바, 안정적인 고정이 가능하다.

특히, 종래에는, 앞서 설명한 바와 같이 권심 후퇴시 전극 조립체(110)가 함께 후진하는 백 슬라이딩 현상을 방지하기 위하여, 그리퍼(210)와 전극 탭(111)이 회피하도록 전극 조립체(110)의 위치를 조정해야하는 공정상 손실이 있었고, 특히 이와 같은 위치 조정 후에도 전극 두께 공차로 인해 탭 위치가 변동될 경우 지속적으로 백슬라이딩 현상이 발생하여 전극 조립체(110)에 손상이 발생하는 문제가 있었다. 그러나, 본 실시 형태에 의하면 낮은 경도의 제1 코팅층(211)을 전극 조립체(110)와 접촉하게 함으로써, 모든 각도에서 전극 탭(111)에 의한 비대칭 형상을 완충하는 것이 가능하여, 충분한 마찰 면적을 확보할 수 있는바, 백 슬라이딩 현상을 방지할 뿐만 아니라, 이를 방지하기 위해 소모되었던 추가 공정(위치 조정)도 생략 가능한바, 공정성을 향상시킬 수 있다.

또한, 실리콘 재질의 코팅층 전체를 저경도 재질로 형성하지 않고, 제1 코팅층(211)에 비해 경도가 높은 제2 코팅층(212)을 제1 코팅층(211) 하부에 배치함으로써, 고정 부재(100)의 내구성도 확보할 수 있다.

이 때, 제1 코팅층(211)의 쇼어 경도는 10도 내지 50도 일 수 있고, 제2 코팅층(212)의 쇼어 경도는, 30도 내지 90도 일 수 있다. 특히, 제1 코팅층(211)의 경도가 너무 낮을 경우, 안정적으로 전극 조립체(110)를 지지할 수 없고, 너무 높을 경우, 전극 탭(111)에 의한 비대칭 형상의 완충 효과를 얻을 수 없어서 바람직하지 않다.

아울러, 제1 코팅층(211)의 두께는, 제2 코팅층(212)의 두께보다 두꺼울 수 있다. 이 때, 제1 코팅층(211)의 두께는 1 mm 내지 10mm일 수 있고, 제2 코팅층(212)의 두께는 0.5mm 내지 10mm일 수 있다. 제1 코팅층(211)의 두께가 너무 얇으면 전극 탭(111)에 의한 비대칭 형상의 완충 효과를 얻을 수 없고, 제1 코팅층(211)의 두께가 너무 두꺼우면 안정적으로 전극 조립체(110)를 지지할 수 없어서 바람직하지 않다.

한편, 한 쌍의 그리퍼(210)는 서로 마주하도록 배치되며, 전극 조립체(110)를 향해 오목한 V자 형태를 갖도록 형성된다. 이 때, V자 형태의 중심각(C)은, 고정 대상이 되는 전극 조립체(110)의 크기에 따라 적절히 결정될 수 있다. 바람직하게는, 중심각(C)이 90도 이상 180도 미만일 수 있다. 그 각도가 너무 작거나 너무 크면, 전극 조립체(110)를 고정하기 위한 충분한 공간이 확보되지 않아 바람직하지 않다.

이와 같이, 본 발명의 일 실시예에 의하면, 전극 탭(111)이 어떠한 위치에 존재하더라도 전극 탭(111)에 의한 비대칭 형상을 코팅층(211, 212)에 의해 완충 가능하여 어떠한 각도로 전극 조립체(110)가 그리퍼(210)에 고정되더라도 마찰 면적의 감소 없이 안정적으로 전극 조립체(110)를 고정할 수 있다.

한편, 본 발명의 다른 실시예에 의하면, 전극 시트를 권심(120)에 권취하여 원통형 전극 조립체(110)를 제조하는 단계, 및 원통형 전극 조립체(110)를 고정한 상태에서 권심(120)을 제거하는 단계를 포함하는 원통형 전극 조립체(110)의 제조 방법을 제공할 수 있다. 이 때, 권심(120)을 제거하는 단계에서 원통형 전극 조립체(110)는 앞서 설명한 원통형 전극 조립체(110)의 고정 장치(100)에 의해 고정될 수 있다.

이러한 원통형 전극 조립체(110)의 제조 방법에 의하면, 다수의 전극 탭(111)이 어떠한 방향에서 전극 조립체(110)에 포함되어 있더라도, 2개의 서로 다른 경도를 갖는 코팅층(211, 212)을 포함하는 그리퍼(210)에 의해 전극 조립체(110)가 고정되기 때문에, 비대칭 형상에 따른 마찰 면적의 감소가 발생하지 않고 그리퍼(210)가 전극 조립체(110)에 밀착될 수 있다. 따라서, 권심(120) 제거 시 전극 조립체(110)가 슬라이딩하여 함께 후퇴하는 현상을 방지할 수 있고 따라서 추가의 조정 공정 없이도 백 슬라이딩 현상을 방지하여 공정상 효율을 향상시키고 전극 조립체(110)의 손상을 방지할 수 있다.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 상세하게 설명하였으나, 본 발명의 권리 범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리 범위에 속하는 것이다.

100: 원통형 전극 조립체의 고정 장치
110: 전극 조립체
120: 권심
111: 전극 탭
210: 그리퍼
211: 제1 코팅층
212: 제2 코팅층

Claims (10)

1. 권심에 권취된 원통형 전극 조립체에서 상기 권심을 제거하기 위하여 상기 원통형 전극 조립체를 고정하는 고정 장치로서,
   상기 고정 장치는 몸체부, 및
   상기 몸체부에 고정되고, 상기 전극 조립체와 접촉하여 상기 전극 조립체를 고정하는 한 쌍의 그리퍼를 포함하고,
   상기 그리퍼는 상기 전극 조립체와 접촉하는 제1 코팅층 및 상기 제1 코팅층 하부에 배치되는 제2 코팅층을 포함하고,
   상기 제1 코팅층의 경도는 상기 제2 코팅층의 경도보다 작은 원통형 전극 조립체의 고정 장치.
2. 제1항에서,
   상기 제1 코팅층 및 상기 제2 코팅층은 실리콘 재질로 이루어지는 원통형 전극 조립체의 고정 장치.
3. 제1항에서,
   상기 제1 코팅층의 쇼어 경도(shore hardness)는 10 내지 50도인 원통형 전극 조립체의 고정 장치.
4. 제1항에서,
   상기 제2 코팅층의 경도는 30 내지 90도인 원통형 전극 조립체의 고정 장치.
5. 제1항에서,
   상기 제1 코팅층의 두께는 상기 제2 코팅층의 두께보다 두꺼운 원통형 전극 조립체의 고정 장치.
6. 제5항에서,
   상기 제1 코팅층의 두께는 1 mm 내지 10mm인 원통형 전극 조립체의 고정 장치.
7. 제5항에서,
   상기 제2 코팅층의 두께는 0.5mm 내지 10mm인 원통형 전극 조립체의 고정 장치.
8. 제1항에서,
   상기 한 쌍의 그리퍼는 상기 제1 코팅면이 서로 마주하도록 배치되고,
   상기 한 쌍의 그리퍼 각각은 상기 원통형 전극 조립체를 향해 오목한 V자 형태를 갖는 원통형 전극 조립체의 고정 장치.
9. 제8항에서,
   상기 원통형 전극 조립체와 마주하는 상기 그리퍼의 중심각은, 90도 이상180도 미만인 원통형 전극 조립체의 고정 장치.
10. 전극 시트를 권심에 권취하여 원통형 전극 조립체를 제조하는 단계; 및
    상기 원통형 전극 조립체를 고정한 상태에서 상기 권심을 제거하는 단계를 포함하고,
    상기 권심을 제거하는 단계에서 상기 원통형 전극 조립체는 제1항의 원통형 전극 조립체의 고정 장치에 의해 고정되는 원통형 전극 조립체의 제조 방법.
    

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