KR20230083890A - 지그재그 스태킹 장치 - Google Patents

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KR20230083890A
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이정한
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주식회사 엘지에너지솔루션
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Abstract

개시되는 발명은, 지그재그 형태로 접힌 분리막에 양극판과 음극판을 교번으로 적층하여 전극 조립체로 스태킹하는 지그재그 스태킹 장치에 관한 것으로서, 양극판과 분리막 및 음극판이 적층되고, 승강가능하게 설치되는 스택 테이블; 스택 테이블의 상부에 구비되어 좌, 우 이동에 의해 분리막을 스택 테이블에 지그재그 형태로 공급하는 스윙롤; 지그재그 형태로 접힌 분리막 접힘 구간에 양극판을 공급하는 양극 언와인더; 양극 언와인더에 대향되게 배치되어 양극판이 공급된 분리막 접힘 구간의 다음 접힘 구간에 교호되게 음극판을 공급하는 음극 언와인더; 스윙롤의 상부에 승강가능하게 설치되어 스택 테이블 상의 분리막을 가압하여 실링하는 실러; 및 스택 테이블 및 실러의 작동을 제어하는 제어부; 를 포함하고, 제어부는, 양극판 상에 분리막의 적층 시마다 분리막에 대해 실링을 수행한다.

Description

지그재그 스태킹 장치{ZIGZAG STACKING APPARATUS FOR BATTERY ELECTRODE}
본 발명은 지그재그 스태킹 장치에 관한 것이다.
보다 상세하게는, 전극의 지그재그 스태킹 공정 시 전극이 분리막 사이에서 유동되는 것을 방지하기 위한 지그재그 스태킹 장치에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 스태킹 공정에서 양극판 상에 분리막 적층 시마다 실링 공정을 병행하여 스태킹된 전극 조립체에서 양극판을 안정적으로 정렬할 수 있는 지그재그 스태킹 장치에 관한 것이다.
최근, 충방전이 가능한 이차전지는 와이어리스 모바일 기기의 에너지원으로 광범위하게 사용되고 있다.
또한, 이차전지는, 핸드폰, 노트북, 캠코더 등과 같은 휴대용 기기뿐만 아니라, 화석 연료를 사용하는 기존의 가솔린 차량, 디젤 차량 등의 대기오염 등을 해결하기 위한 방안으로 제시되고 있는 전기자동차, 하이브리드 전기자동차 등의 에너지원으로서도 주목받고 있다.
따라서, 이차전지를 사용하는 애플리케이션의 종류는 이차전지의 장점으로 인해 매우 다양화되고 있으며, 향후에는 지금보다는 많은 분야와 제품들에 이차전지가 적용될 것으로 예상된다.
이러한 이차전지는 전극과 전해액의 구성에 따라 리튬이온 전지, 리튬이온 폴리머 전지, 리튬 폴리머 전지 등으로 분류되며, 전해액의 누액 가능성이 적고, 제조가 용이한 리튬이온 폴리머 전지의 사용량이 증가하고 있다.
일반적으로, 이차전지는 전지 케이스의 형상에 따라, 전극조립체가 원통형과 각형의 금속 캔에 각각 내장되는 원통형 전지 및 각형 전지와 전극조립체가 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치형 케이스에 내장되는 파우치형 전지로 분류된다.
그리고, 전지케이스에 내장되는 전극조립체는 양극, 음극 및 양극과 음극 사이에 개재된 분리막의 구조로 이루어져 충방전이 가능한 발전소자로서, 활물질이 도포된 긴 시트형의 양극과 음극 사이에 분리막을 개재하여 권취한 젤리롤 형태, 및 소정 크기로 형성되는 다수의 양극과 음극을 분리막에 개재한 상태에서 순차적으로 적층하는 스택형으로 분류된다.
여기서, 전기 자동차 등은 고출력의 전기 에너지가 사용되기 때문에 다수의 배터리 모듈이 요구되며, 이러한 배터리 모듈은 내부에 다수의 전지셀이 직렬 또는 병렬로 연결된다.
한편, 전지셀의 제조 시 양극판과 분리막 및 음극판을 순차적으로 적층하여 스태킹 공정을 수행한다.
여기서, 스태킹 공정은 와인딩 방식과 스태킹 앤 폴딩 방식 및 지그재그 스태킹 방식 등으로 나뉜다.
와인딩 방식은 하나의 셀을 둥글게 말아 각형이나, 원통형 케이스에 넣어 전지셀을 제조하는 방식이고, 스태킹 앤 폴딩 방식은 양극재와 분리막 및 음극제를 젤리 롤 타입으로 말아 원통형 하우징 또는 각형 하우징에 넣어 전지셀을 제조하는 방식이다.
그리고, 지그재그 스태킹 방식은 양극판과 분리막 및 음극판을 적층하여 제조하는 방식으로서, 분리막은 자르지 않고 지그재그 형태로 쌓고, 그 사이 사이에 음극판과 양극판을 교번으로 쌓는 방식으로서, 양극판과 음극판은 접히지 않고 분리막만 접힘으로써 내구성이 향상된다.
상술한 바와 같은 지그재그 스태킹 방식은, 도 1 및 도 2에 도시하고 있는 바와 같이, 분리막 언와인더(103)에 권취된 분리막(121)이 제1 댄서롤(104)과 피딩롤(105), 그리고 버퍼롤(106)과 제2 댄서롤(107) 및 공급롤(107)을 통해 스윙롤(120)로 공급되고, 스윙롤(120)의 좌, 우 이동에 의해 스택 테이블(110) 상에 분리막(121)이 지그재그 형태로 적층된다.
이렇게, 스태킹 장치(100) 상에 지그재그 형태로 접힌 분리막(121)에 양극판(131)과 음극판(141)을 교번으로 적층하여 전극 조립체(101)로 스태킹하고, 스태킹 공정이 완료된 후 전극 바인더를 도포하고, 핫 프레스(201)로 넓은 면의 전면을 가압하여 접착한다.
여기서, 지그재그 형태로 접힌 분리막에 공급된 양극판 및 음극판은 커터를 통해 커팅되고, 커팅된 양극판과 음극판은 분리막 접힘 구간과 그 다음 접힘 구간에 순차적, 반복적으로 적층된다.
통상, 양극판은 음극판에 비하여 크기가 작기 때문에 분리막의 접힘 구간에 적층해놓으면 이어지는 스태킹 공정 중에 미끄러져 양극판과 분리막 사이에 유동이 발생되고, 이로 인해 양극판의 정렬이 불량해짐으로 인해 스태킹된 전극 조립체에 불량이 발생되는 문제점이 있었다.
따라서, 전극판의 지그재그 스태킹 시 분리막의 접힘 구간에 적층된 양극판이 유동되어 정렬 불량되는 것을 방지하고, 이를 통해 제품의 품질을 향상시킬 수 있는 개선된 스태킹 장치가 요구되고 있는 실정이다.
대한민국 등록특허 제10-1531234호
본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 만들어진 것으로서, 지그재그 형태로 수행되는 전극의 스태킹 공정 시 전극이 분리막 사이에서 유동되는 것을 방지할 수 있는 지그재그 스태킹 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
그리고, 스태킹 공정에서 양극판 상에 분리막의 적층 시마다 실링 공정을 병행하여 스태킹된 전극 조립체에서 양극판이 유동되는 것을 방지할 수 있는 지그재그 스태킹 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기한 바와 같은 과제를 실현하기 위하여 본 발명은, 지그재그 형태로 접힌 분리막에 양극판과 음극판을 교번으로 적층하여 전극 조립체로 스태킹하는 지그재그 스태킹 장치에 있어서, 양극판과 분리막 및 음극판이 적층되고, 승강가능하게 설치되는 스택 테이블; 스택 테이블의 상부에 구비되어 좌, 우 이동에 의해 분리막을 스택 테이블에 지그재그 형태로 공급하는 스윙롤; 지그재그 형태로 접힌 분리막 접힘 구간에 양극판을 공급하는 양극 언와인더; 양극 언와인더에 대향되게 배치되어 양극판이 공급된 분리막 접힘 구간의 다음 접힘 구간에 교호되게 음극판을 공급하는 음극 언와인더; 스윙롤의 상부에 승강가능하게 설치되어 스택 테이블 상의 분리막을 가압하여 실링하는 실러; 및 스택 테이블 및 실러의 작동을 제어하는 제어부; 를 포함하고, 제어부는, 양극판 상에 분리막의 적층 시마다 분리막에 대해 실링을 수행하는 것을 특징으로 한다.
구체적인 예로서, 스택 테이블은, 발열가능하게 이루어진다.
구체적인 예로서, 스윙롤은, 양극 언와인더 또는 음극 언와인더 중 어느 하나의 와인더 측을 향하여 편향되게 배치된다.
하나의 예로서, 제어부는, 양극판 위에 분리막이 적층된 것을 감지하는 감지부와, 감지부를 통하여 분리막의 적층 시마다 스택 테이블과 실러를 구동시키는 제1 구동부, 및 실러를 통하여 양극판 둘레의 분리막 중첩 부분에 대해 실링하는 제2 구동부를 포함한다.
구체적인 예로서, 제어부는, 스택 테이블 상의 양극판에 분리막의 적층 시마다 스택 테이블을 상승시킴과 함께 실러를 하강시키고, 실러로 분리막을 가압하여 실링한다.
구체적인 예로서, 제어부는, 실러가 분리막의 가압 실링 후 스택 테이블을 하강시킴과 함께 실러를 상승시키고, 실링된 분리막의 접힘 구간에 음극판 및 양극판을 순차적으로 교호되게 적층시킨다.
구체적인 예로서, 실러는, 분리막을 가압하는 가압면에 돌출형성되어 발열하는 발열체, 및 발열체에 부착되는 내열성 우레탄 시트를 포함한다.
하나의 예로서, 실러는, 바 형태로 형성되고, 적어도 하나 이상으로 구비되어 양극판 둘레의 분리막 중첩 부분에 대해 실링한다.
다른 하나의 예로서, 실러는, 직사각 프레임 형태로 형성되어 양극판 둘레의 분리막 중첩 부분에 대해 실링한다.
또 다른 하나의 예로서, 실러는, 직육면체 형태로 형성되어 양극판 둘레의 분리막 중첩 부분에 대해 실링한다.
본 발명에 의하면, 지그재그 형태로 이루어지는 전극의 스태킹 공정 시 전극이 분리막 사이에서 유동되는 것을 방지할 수 있다.
그리고, 스태킹 완료 후 진행되는 실링 공정을 양극판 상에 분리막의 적층 시마다 병행함으로써 스태킹된 전극 조립체에서 양극판이 슬립되어 유동되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 스태킹된 전극 조립체에서 전극이 유동되는 것을 초기부터 방지하여 전극 조립체에서 전극판의 정렬 불량을 방지하고, 제품의 품질을 향상시킬 수 있다.
도 1은 종래기술에 따른 지그재그 스태킹 장치를 개략적으로 나타내는 구성도이다.
도 2는 종래기술에 따른 지그재그 스태킹 장치를 통해 스태킹된 전극 조립체를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 지그재그 스태킹 장치를 개략적으로 나타내는 구성도이다.
도 4는 본 발명에 따른 지그재그 스태킹 장치의 일 실시형태에 의한 실러를 개략적으로 나타내는 저면 사시도이다.
도 5는 본 발명에 따른 지그재그 스태킹 장치의 제어부를 개략적으로 나타내는 구성도이다.
도 6 내지 도 12는 본 발명에 따른 지그재그 스태킹 장치의 일 실시형태에 의한 실러에 의해 전극 조립체를 실링하는 실링과정을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 13은 본 발명에 따른 지그재그 스태킹 장치의 다른 실시형태에서의 실러를 개략적으로 나타내는 저면 사시도이다.
도 14는 본 발명에 따른 지그재그 스태킹 장치의 또 다른 실시형태에서의 실러를 개략적으로 나타내는 저면 사시도이다.
이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 특허청구범위에 사용된 용어 또는 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
본 발명의 명세서 전체에서 사용되는, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
또한, 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "상에" 있다고 할 경우, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "하에" 있다고 할 경우, 이는 다른 부분 "바로 아래에" 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 또한, 본 발명의 명세서에서 "상에" 배치된다고 하는 것은 상부뿐 아니라 하부에 배치되는 경우도 포함하는 것일 수 있다.
또한, 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "상에" 있다고 할 경우, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "하에" 있다고 할 경우, 이는 다른 부분 "바로 아래에" 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 또한, 본 출원에서 "상에" 배치 된다고 하는 것은 상부뿐 아니라 하부에 배치되는 경우도 포함하는 것일 수 있다.
(제1 실시형태)
도 3은 본 발명에 따른 지그재그 스태킹 장치를 개략적으로 나타내는 구성도이다. 도 4는 본 발명에 따른 지그재그 스태킹 장치의 일 실시형태에 의한 실러를 개략적으로 나타내는 저면 사시도이다. 도 5는 본 발명에 따른 지그재그 스태킹 장치의 제어부를 개략적으로 나타내는 구성도이다. 도 6 내지 도 12는 본 발명에 따른 지그재그 스태킹 장치의 일 실시형태에 의한 실러에 의해 전극 조립체를 실링하는 실링과정을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 3에서 도시하고 있는 바와 같이, 본 발명에 의한 지그재그 스태킹 장치(1)는 분리막(21)이 지그재그 형태로 접혀 적층되고, 분리막(21)의 접힘 구간에 양극판(31)과 음극판(41)을 교호로 적층하여 전극 조립체로 스태킹하기 위한 것이다.
이를 위하여, 상기 지그재그 스태킹 장치(1)는, 양극판(31)과 음극판(41) 및 분리막(21)이 적층되는 스택 테이블(10)과, 상기 스택 테이블(10)의 상부에 구비되어 스택 테이블(10)로 분리막(21)을 공급하는 스윙롤(20)과, 상기 스택 테이블(10)에 양극판(31)을 공급하는 양극 와이어(30)와, 상기 스택 테이블(10)에 음극판(41)을 공급하는 음극 와이어(40)와, 상기 스윙롤(20)의 상부에 구비되는 실러(50), 및 상기 스택 테이블(10) 및 실러(50)의 작동을 제어하는 제어부(70)를 포함하고, 상기 제어부(70)는, 양극판(31) 상에 분리막(21)의 적층 시마다 상기 분리막(21)에 대하여 실링을 수행한다.
여기서, 상기 스택 테이블(10) 및 실러(50)의 이동은 통상의 선형이동기구에 의해 구현될 수 있으므로, 이하에서 이동구조에 대한 자세한 설명은 생략하기로 한다.
상기 스택 테이블(10)은 상부면에 분리막(21)이 지그재그 형태로 공급되고, 상기 지그재그 형태로 접혀서 공급되는 분리막(21)의 접힘 구간에는 양극판(31)과 음극판(41)이 교번으로 적층되어 전극 조립체를 형성한다.
여기서, 상기 스택 테이블(10)은 판체로 형성되되, 수직방향으로 승강가능하게 설치된다.
그리고, 상기 스택 테이블(10)에는 발열부재(미도시)가 구비되어 소정의 온도로 발열가능하게 이루어진다.
이렇게, 상기 스택 테이블(10)이 발열가능하게 이루어짐으로써 스택 테이블(10)의 상부면에 적층되는 분리막(21)은 소정 온도로 가열되어 별도의 접착제 없이 분리막(21)끼리 접착될 수 있는 분위기를 조성한다.
상기 스윙롤(20)은 상기 스택 테이블(10)의 상부에 구비되고, 진자운동과 같은 좌, 우 왕복이동에 의해 분리막(21)을 스택 테이블(10) 상에 지그재그 형태로 공급한다.
이를 위하여, 상기 스윙롤(20)은 한 쌍의 좌, 우 롤러를 포함하며, 상기 한 쌍의 좌, 우 롤러 사이의 공간을 통해 분리막(21)을 스택 테이블(10) 상에 공급할 때, 스윙롤(20)의 좌, 우 이동에 의해 분리막(21)은 스택 테이블(10) 상에 지그재그 형태로 공급된다.
상기한 바와 같은 구조에 의하여, 분리막 언와인더(3)에 권취된 분리막(21)이 제1 댄서롤(4)과 피딩롤(5), 그리고 버퍼롤(6)과 제2 댄서롤(7) 및 공급롤(8)을 통해 스윙롤(20)로 공급되고, 상기 스윙롤(20)의 좌, 우 이동에 의해 스택 테이블(10) 상에 분리막(21)이 지그재그 형태로 공급된다.
상기 양극 언와인더(30)는 스택 테이블(10)에 인접하게 구비되어 지그재그 형태로 접힌 분리막(21)의 접힘 구간에 양극판(31)을 공급한다.
여기서, 상기 양극 언와인더(30)는 롤 형태로서, 외주연에 양극판(31)이 권취되어 있고, 스택 테이블(10) 상에 지그재그 형태로 접힌 분리막(21)의 접힘 구간에 권취된 양극판(31)을 공급한다.
이를 위하여, 상기 양극 언와인더(30)는 양극판(31)을 픽업하는 픽업유닛(미도시) 또는 픽업된 양극판(31)을 분리막(21)의 접힘 구간에 개재하는 이송유닛(미도시)을 더 포함할 수 있고, 상기 양극 언와인더(30)에는 양극판(31)을 커팅하는 양극 커터(33)가 포함된다.
여기서, 상기 픽업유닛과 이송유닛 및 양극 커터(33)는 공지된 구성이므로, 이하에서 자세한 설명은 생략하기로 한다.
상기 음극 언와인더(40)는 지그재그 형태로 접힌 분리막(21)의 접힘 구간에 음극판(41)을 공급한다.
여기서, 상기 음극 언와인더(40)는 상기 양극 언와인더(30)에 대향되게 배치되어 양극판(31)이 공급된 분리막(21)의 접힘 구간의 다음 접힘 구간에 교호되게 음극판(41)을 공급한다.
상기한 바와 같은 구조에 의하여, 지그재그 형태로 접힌 분리막(21)의 접힘 구간에 양극 언와인더(30)를 통해 양극판(31)이 공급되어 개재되고, 양극판(31)이 개재된 분리막(21)의 접힘 구간의 다음 접힘 구간에 음극 언와인더(40)를 통해 음극판(41)이 공급되어 개재되는 등 분리막(21)의 접힘 구간에 양극판(31)과 음극판(41)을 순차적으로 교호로 공급하여 전극 조립체를 제조할 수 있다.
이때에도, 상기 음극 언와인더(40)는 음극판(41)을 픽업하는 픽업유닛(미도시) 또는 픽업된 음극판(41)을 분리막(21)의 접힘 구간에 개재하는 이송유닛(미도시)을 더 포함할 수 있고, 상기 음극 언와인더(40)에는 음극판(41)을 커팅하는 음극 커터(43)가 포함된다.
상기 실러(50)는 상기 스윙롤(20)의 상부에 수직방향으로 승강가능하게 설치되고, 상기 스택 테이블(10) 상의 분리막(21)을 가압하여 실링한다.
여기서, 상기 실러(50)는 분리막(21)을 가압하는 가압면에 돌출형성되어 발열하는 발열체(51) 및 상기 발열체(51)에 부착되는 내열성 우레탄 시트(53)를 포함한다.
즉, 상기 실러(50)는 분리막(21)과 맞닿는 하부면에 발열체(51)가 돌출형성되고, 상기 발열체(51)의 발열 및 가압에 의해 분리막(21)이 손상되는 것을 방지하기 위하여 발열체(51)에는 내열성 우레탄 시트(53)가 설치된다.
한편, 상기 내열성 우레탄 시트(53)는 고온, 저온 및 고하중 등 가혹한 조건에서도 안정성을 보여주며, 내마모성, 내구성 및 내유성이 우수한 불코란 시트가 적용될 수 있다.
이렇게, 상기 실러(50)가 분리막(21)에 맞닿아 가압하는 가압면에 발열체(51)가 구비되어 가압 및 가열에 의해 분리막(21)끼리 접착시킴으로써 분리막(21)의 접착을 위한 별도의 접착제가 요구되지 않는다.
한편, 상기 스택 테이블(10)의 상부에서 스택 테이블(10)을 향하여 수직방향으로 승강하면서 분리막(21)을 가압하여 실링하는 실러(50)와, 상기 스택 테이블(10)의 상부에 구비되어 좌, 우 이동에 의해 스택 테이블(10) 상에 지그재그 형태로 분리막(21)을 공급하는 스윙롤(20) 간의 간섭을 방지하기 위하여, 상기 스윙롤(20)은 스택 테이블(10)의 상부에서 양극 언와인더(30) 또는 음극 언와인더(40) 중 어느 하나의 언와인더 측으로 편향되게 배치될 수 있다.
상기한 바와 같은 구조에 의하여, 상기 스윙롤(20)이 좌, 우로 반복 이동하면서 스택 테이블(10) 상에 분리막(21)을 지그재그 형태로 공급할 경우, 상기 실러(50)는 스윙롤(20)의 상부에 위치 및 대기하고, 상기 스윙롤(20)이 상기 양극 언와인더(30) 또는 음극 언와인더(40) 중 어느 하나의 와인더 측을 향하여 편향되게 위치할 경우, 상기 실러(50)는 스택 테이블(10) 상으로 하강하거나, 상승할 수 있다.
한편, 도 4에 도시하고 있는 일 실시형태와 같이, 상기 실러(50a)는 바 형태로 형성되고, 이러한 실러(50a)가 적어도 하나 이상으로 구비되어 상기 양극판(31) 둘레의 분리막(21) 중첩 부분에 대해 실링을 수행한다.
상기한 바와 같이, 상기 실러(50a)가 바 형태로 형성됨으로써 분리막(21)을 가압하는 가압면인 하부면에는 길이방향으로 발열체(51a)가 돌출형성되어 발열하며, 상기 발열체(51a)에도 길이방향으로 내열성 우레탄 시트(53a)가 설치된다.
그리고, 상기 실러(50a)에는 발열체(51a)에 전기적으로 접속되는 전원케이블(미도시)이 삽입설치되는 위한 연결구(55)가 형성된다.
이때, 상기 내열성 우레탄 시트(53a)는 발열체(51a)의 길이에 대응되게 하나의 시트로 부착되거나, 일정 길이를 갖는 여러 개의 시트로 분할되어 발열체(51a) 상에 부착될 수 있다.
한편, 상기 실러(50a)는 양극판(31) 둘레를 빙 둘러서 중첩되는 분리막(21)의 중첩 부위를 한번에 가압하도록 4개의 실러(50a)가 직사각 형태로 배치되는 것이 바람직하나, 상기 실러(50a)가 하나 또는 2개로 배치되어 양극판(31) 둘레에 중첩되는 분리막(21)의 중첩 부위를 이동하면서 실링하도록 이루어지는 것도 가능하며, 기타 다양하게 변경실시가능하다.
상기 제어부(70)는 상기 스택 테이블(10) 및 실러(50)의 작동을 제어하되, 상기 양극판(31) 상에 분리막(21)이 적층될 때마다 분리막(21)에 대해 실링을 수행한다.
통상, 양극판(31)은 음극판(41) 보다 작기 때문에 양극판(31)과 분리막(21), 그리고 음극판(41)을 적층하여 전극 조립체로 스태킹 시 양극판(31)의 위치가 변경되어 정렬 불량이 발생될 수 있다. 따라서, 본 발명은 양극판(31) 상에 분리막(21)의 적층 시 양극판(31)의 위치가 변경되는 것을 방지하기 위하여, 상기 양극판(31) 상에 분리막(21)의 적층 시마다 양극판(31) 둘레의 분리막(21) 중첩 부분에 대해 실링을 수행한다.
도 5를 참조하여 설명하면, 상기 제어부(70)는 감지부(71)와 제1 구동부(72) 및 제2 구동부(73)를 포함하여 구성된다.
상기 감지부(71)는 양극판(31) 위에 분리막(21)이 적층된 것을 감지한다. 이를 위하여, 상기 양극 언와인더(30)에는 양극 언와인더(30)의 회동을 감지하기 위한 회동감지센서(미도시)가 구비될 수 있으며, 상기 스윙롤(20)에는 스윙롤(20)의 좌, 우 이동을 감지하기 위한 이동감지센서(미도시)가 구비될 수 있다.
상기 제1 구동부(72)는 상기 감지부(71)를 통하여 양극판(31) 상에 분리막(21)이 적층된 것이 감지될 경우, 분리막(21)의 적층 시마다 스택 테이블(10)을 구동하여 상방으로 이동시킴과 함께 상기 실러(50)를 구동하여 스택 테이블(10)을 하방으로 이동시킨다.
상기한 바와 같은 구조에 의하여, 상기 감지부(71)는 회동감지센서를 통해 양극 언와인더(30)의 회동을 감지한 후 상기 이동감지센서에 의해 분리막(21)의 적층이 감지되면, 상기 제1 구동부(72)는 스택 테이블(10)과 실러(50)를 구동시킨다.
한편, 상기 제어부(70)는 상기 회동감지센서에 의해 감지된 감지값과 상기 이동감지센서에 의해 감지된 감지값의 순서를 판단하기 위한 판단부(74)가 더 포함될 수 있다.
이를 통해, 음극판(41) 상에 분리막(21)의 적층 시에는 스택 테이블(10) 및 실러(50)를 구동시키지 않고, 양극판(31) 상에 분리막(21)의 적층 시마다 스택 테이블(10) 및 실러(50)를 구동시킴으로써 장비의 오작동을 방지할 수 있다.
또한, 상기 제어부(70)는 양극 언와인더(30)의 회동 및 스윙롤(20)의 이동을 카운팅하기 위한 카운팅부(75)를 더 포함할 수 있다.
이를 통해, 상기 양극판(31)과 분리막(21) 및 음극판(41)이 스태킹된 전극 조립체의 양극판(31) 및 음극판(41)의 개수를 기 설정된 개수로서 제조할 수 있다.
상기 제2 구동부(73)는 상기 실러(50)를 통하여 양극판(31) 둘레의 분리막(21) 중첩 부분에 대해 실링을 수행한다.
즉, 상기 제1 구동부(72)에 의해 구동되어 분리막(21)을 가압하는 실러(50)에 대해, 상기 제2 구동부(73)는 실러(50)의 발열체(51)을 구동하여 발열시킴으로써 상기 양극판(31) 둘레의 분리막(21) 중첩 부분에 대해 실링을 수행한다.
이렇게, 상기 실러(50)가 양극판(31)의 상부에 적층된 분리막(21)을 가압하면서 발열함으로써 양극판(31) 상부의 분리막(21)과 양극판(31)의 하부에 적층된 분리막(21)이 상호 접착하고, 이에 따라 양극판(31) 둘레의 중첩되는 분리막(21)의 중첩 부분이 실링된다.
한편, 상기 실러(50)에는 분리막(21)과의 접촉을 감지하기 위한 접촉감지센서(미도시) 또는 가압감지센서(미도시)가 더 포함될 수 있으며, 상기 접촉감지센서 또는 가압감지센서에 의해 분리막(21)을 가압하는 실러(50)의 이동을 정지시킬 수 있다. 이를 통해, 분리막(21)의 가압력을 일정하게 유지시키거나, 분리막(21)을 가압하는 가압력이 설정된 기준값 이상으로 가압되지 않도록 할 수 있다.
상기한 바와 같은 구조에 의하여, 상기 제어부(70)는 스택 테이블(10) 및 실러(50)의 작동을 제어하되, 스택 테이블(10) 상의 양극판(31)에 분리막(21)의 적층 시마다 스택 테이블(10)을 상승시킴과 함께 실러(50)를 하강시키고, 상기 실러(50)로 분리막(21)을 가압하여 실링할 수 있다.
즉, 상기 제어부(70)는 스택 테이블(10) 상에 지그재그 형태로 공급되는 분리막(21)의 접힘 구간에 양극판(31)이 개재된 후 개재된 양극판(31) 상에 분리막(21)의 적층 시마다 스택 테이블(10)을 상승시킴과 함께 실러(50)를 하강시키고, 하강된 실러(50)로 분리막(21)을 가압하여 실링한다.
그리고, 상기 제어부(70)는 실러(50)로 분리막(21)의 가압 실링 후 상기 스택 테이블(10)을 하강시킴과 함께 실러(50)를 상승시키고, 상기 실링된 분리막(21)의 다음 접힘 구간에 음극판(41) 및 양극판(31)을 순차적으로 교호되게 적층시킨다.
즉, 상기 제어부(70)는 실러(50)로 분리막(21)을 가압하여 실링한 후 스택 테이블(10)을 최초 위치로 하강시킴과 함께 실러(50)를 최초 위치로 상승시킨다.
그리고, 다시 스윙롤(20)을 좌, 우 이동시켜 스택 테이블(10) 상에 분리막(21)을 지그재그 형태로 공급하되, 실링된 분리막(21)의 후속되는 접힘 구간에 음극판(41) 및 양극판(31)을 순차적으로 교호로 적층시킨다.
본 발명의 일 실시형태에서는, 상기 양극판(31) 상에 분리막(21)의 적층 시마다 양극판(31) 둘레의 분리막(21) 중첩 부분에 대해 실링을 반복적으로 수행하도록 이루어져 있으나, 상기 양극판(31)과 음극판(41) 상에 분리막(21)의 적층 시마다 양극판(31) 둘레의 분리막(21) 중첩 부분 및 음극판(41) 둘레의 분리막(21) 중첩 부분에 대해 실링을 반복적으로 수행하는 것도 가능하나, 이에 한정하지 아니한다.
이하, 본 발명의 일 실시형태에 의한 지그재그 스태킹 장치의 동작과정을 도 6 내지 도 12를 참조하여 간략하게 설명한다.
먼저, 분리막 언와인더(3)에 권취된 분리막(21)이 제1 댄서롤(4)과 피딩롤(5), 그리고 버퍼롤(6)과 제2 댄서롤(7) 및 공급롤(8)을 통해 상기 공급롤(8) 하부의 스윙롤(20)로 공급되며, 상기 스윙롤(20)의 좌, 우 왕복이동에 의해 스택 테이블(10) 상에 분리막(21)이 지그재그 형태로 공급된다.
그리고, 상기 음극 언와인더(40)에 권취된 음극판(41)을 스택 테이블(10)의 분리막(21) 상부에 배치하고, 상기 스윙롤(20)이 이동하여 음극판(41) 상부에 분리막(21)을 지그재그 형태로 적층한다. 그리고, 상기 지그재그 형태로 적층된 분리막(21) 상부에 양극판(31)을 배치하고, 상기 스윙롤(20)을 이동하여 양극판(31) 상부에 분리막(21)을 지그재그 형태로 적층한다.
즉, 상기 음극 언와인더(40)에 권취된 음극판(41)이 스택 테이블(10) 상에 지그재그 형태로 공급되는 분리막(21)의 접힘 구간에 공급되고, 상기 양극 언와인더(30)에 권취된 양극판(31)이 스택 테이블(10) 상에 지그재그 형태로 공급되는 분리막(21)의 다른 접힘 구간에 공급된다.
이때, 상기 분리막(21)의 접힘 구간에 일정 길이의 양극판(31) 및 음극판(41)을 공급한 후 양극 커터(33) 및 음극 커터(43)로 양극판(31) 및 음극판(41)을 각각 커팅한다.
이렇게, 상기 양극판(31)의 상부에 분리막(21)의 적층 시 상기 스택 테이블(10)은 스윙롤(20)을 향하여 상부로 이동하고, 상기 실러(50a)는 스택 테이블(10)을 향하여 하부로 이동하여 분리막(21)을 가압한다.
그리고, 상기 양극판(31)의 상부에 적층된 분리막(21)에 실러(50a)의 가압면이 맞닿아 가압하면서 상기 실러(50a)의 가압면에 구비되는 발열체(51a)가 발열하여 양극판(31) 둘레의 분리막(21) 중첩 부분에 대해 실링한다.
이때, 상기 스택 테이블(10)은 70℃ 내지 90℃의 온도 범위 내에서 발열되고, 상기 실러(50a)의 발열체(51a) 또한 소정 온도로 가열됨으로써 양극판(31) 둘레를 기준으로 양극판(31)의 상, 하부에 적층된 분리막(21)들이 실링된다.
한편, 상기 실러(50a)로 분리막(21)을 가압하여 실링한 후 상기 스택 테이블(10)을 하강시킴과 함께 실러(50a)를 상승시켜 최초 위치로 복귀시키고, 다시 스윙롤(20)의 좌, 우 이동에 의해 분리막(21)의 접힘 구간에 음극판(41) 및 양극판(31)을 순차적으로 교호되게 적층시킨다. 이후 양극판(31)의 상부에 분리막(21)이 적층되면, 그때마다 스택 테이블(10) 및 실러(50a)를 이동시켜 양극판(31) 둘레의 분리막(21) 중첩 부분에 대한 실링을 수행한다.
(제2 실시형태)
도 13은 본 발명에 따른 지그재그 스태킹 장치의 다른 실시형태에서의 실러를 개략적으로 나타내는 저면 사시도이다.
도 13에 도시하고 있는 바와 같이, 본 실시형태에 따른 실러(50b)는 직사각 프레임 형태로 형성되어 상기 양극판(31) 둘레의 분리막(21) 중첩 부분에 대해 실링을 수행한다.
상기한 바와 같이, 상기 실러(50b)가 중공을 갖는 직사각 프레임 형태로 형성됨으로써 분리막(21)을 가압하는 가압면인 하부면에도 직사각 프레임 형태의 발열체(51b)가 돌출형성되어 발열하고, 상기 발열체(51b)에도 직사각 프레임 형태의 내열성 우레탄 시트(53b)가 설치된다.
이때에도, 상기 실러(50b)에는 발열체(51b)에 전기적으로 접속되는 전원케이블(미도시)이 삽입설치되는 위한 연결구(55)가 형성된다.
또한, 상기 내열성 우레탄 시트(53b)는 발열체(51b)의 길이에 대응되게 하나의 시트로 부착되거나, 일정 길이를 갖는 여러 개의 시트로 분할되어 발열체(51b) 상에 부착될 수 있다.
이렇게, 상기 실러(50b)가 직사각 프레임 형태로 형성됨으로써 한 번의 동작에 의해 양극판(31) 둘레의 분리막(21) 중첩 부분에 대해 일괄적으로 실링을 수행할 수 있다.
(제3 실시형태)
도 14는 본 발명에 따른 지그재그 스태킹 장치의 또 다른 실시형태에 의한 실러를 개략적으로 나타내는 저면 사시도이다.
도 14에서 도시하고 있는 바와 같이, 본 실시형태에 의한 따른 실러(50c)는 직육면체 형태로 형성되어 상기 양극판(31) 둘레의 분리막(21) 중첩 부분에 대해 실링을 수행한다.
상기한 바와 같이, 상기 실러(50c)가 직육면체 형태의 판체로 형성됨으로써 분리막(21)을 가압하는 가압면인 하부면에 직사각 프레임 형태의 발열체(51c)가 돌출형성되어 발열하고, 상기 발열체(51c)에는 직사각 프레임 형태의 내열성 우레탄 시트(53c)가 설치된다.
이때에도, 상기 실러(50c)에는 발열체(51c)에 전기적으로 접속되는 전원케이블이 삽입설치되는 위한 연결구(55)가 형성된다.
또한, 상기 내열성 우레탄 시트(53c)는 발열체(51c)의 길이에 대응되게 하나의 시트로 부착되거나, 일정 길이를 갖는 여러 개의 시트로 분할되어 발열체(51c) 상에 부착될 수 있다.
이렇게, 상기 실러(50c)가 직육면체 형태로 형성됨으로써 양극판(31) 둘레의 분리막(21) 중첩 부분에 대한 실링을 한 번의 동작으로 수행할 수 있다.
이상, 본 발명은 특정의 실시예와 관련하여 도시 및 설명하지만, 첨부 특허청구의 범위에 나타난 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 개조 및 변화가 가능하다는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 쉽게 알 수 있을 것이다.
1 : 지그재그 스태킹 장치
3 : 분리막 언와인더
4 : 제1 댄서롤
5 : 피딩롤
6 : 버퍼롤
7 : 제2 댄서롤
8 : 공급롤
10 : 스택 테이블
20 : 스윙롤
21 : 분리막
30 : 양극 언와인더
31 : 양극판
33 : 양극 커터
40 : 음극 언와인더
41 : 음극판
43 : 음극 커터
50 : 실러
51 : 발열체
53 : 우레탄 시트
55 : 연결구
70 : 제어부
71 : 감지부
72 : 제1 구동부
73 : 제2 구동부
74 : 판단부
75 : 카운팅부

Claims (10)

  1. 지그재그 형태로 접힌 분리막에 양극판과 음극판을 교번으로 적층하여 전극 조립체로 스태킹하는 지그재그 스태킹 장치에 있어서,
    양극판과 분리막 및 음극판이 적층되고, 승강가능하게 설치되는 스택 테이블;
    상기 스택 테이블의 상부에 구비되어 좌, 우 이동에 의해 분리막을 스택 테이블에 지그재그 형태로 공급하는 스윙롤;
    상기 지그재그 형태로 접힌 분리막 접힘 구간에 양극판을 공급하는 양극 언와인더;
    상기 양극 언와인더에 대향되게 배치되어 양극판이 공급된 분리막 접힘 구간의 다음 접힘 구간에 교호되게 음극판을 공급하는 음극 언와인더;
    상기 스윙롤의 상부에 승강가능하게 설치되어 상기 스택 테이블 상의 분리막을 가압하여 실링하는 실러; 및
    상기 스택 테이블 및 실러의 작동을 제어하는 제어부; 를 포함하고,
    상기 제어부는, 상기 양극판 상에 분리막의 적층 시마다 상기 분리막에 대해 실링을 수행하는 것을 특징으로 하는 지그재그 스태킹 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 스택 테이블은,
    발열가능하게 이루어지는 것을 특징으로 하는 지그재그 스태킹 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 스윙롤은,
    상기 양극 언와인더 또는 음극 언와인더 중 어느 하나의 와인더 측을 향하여 편향되게 배치되는 것을 특징으로 하는 지그재그 스태킹 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    양극판 위에 분리막이 적층된 것을 감지하는 감지부와, 상기 감지부를 통하여 분리막의 적층 시마다 스택 테이블과 실러를 구동시키는 제1 구동부, 및 상기 실러를 통하여 양극판 둘레의 분리막 중첩 부분에 대해 실링하는 제2 구동부를 포함하는 것을 특징으로 하는 지그재그 스태킹 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제어부는,
    스택 테이블 상의 양극판에 분리막의 적층 시마다 스택 테이블을 상승시킴과 함께 실러를 하강시키고, 상기 실러로 분리막을 가압하여 실링하는 것을 특징으로 하는 지그재그 스태킹 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제어부는,
    실러가 분리막의 가압 실링 후 상기 스택 테이블을 하강시킴과 함께 실러를 상승시키고, 상기 실링된 분리막의 접힘 구간에 음극판 및 양극판을 순차적으로 교호되게 적층시키는 것을 특징으로 하는 지그재그 스태킹 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 실러는,
    분리막을 가압하는 가압면에 돌출형성되어 발열하는 발열체, 및 상기 발열체에 부착되는 내열성 우레탄 시트를 포함하는 것을 특징으로 하는 지그재그 스태킹 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 실러는,
    바 형태로 형성되고, 적어도 하나 이상으로 구비되어 상기 양극판 둘레의 분리막 중첩 부분에 대해 실링하는 것을 특징으로 하는 지그재그 스태킹 장치.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 실러는,
    직사각 프레임 형태로 형성되어 상기 양극판 둘레의 분리막 중첩 부분에 대해 실링하는 것을 특징으로 하는 지그재그 스태킹 장치.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 실러는,
    직육면체 형태로 형성되어 상기 양극판 둘레의 분리막 중첩 부분에 대해 실링하는 것을 특징으로 하는 지그재그 스태킹 장치.
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