KR20240035174A - 하프 셀 롤 제조 장치와 방법 및 전극 조립체 제조 장치와 방법 - Google Patents

하프 셀 롤 제조 장치와 방법 및 전극 조립체 제조 장치와 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20240035174A
KR20240035174A KR1020220114321A KR20220114321A KR20240035174A KR 20240035174 A KR20240035174 A KR 20240035174A KR 1020220114321 A KR1020220114321 A KR 1020220114321A KR 20220114321 A KR20220114321 A KR 20220114321A KR 20240035174 A KR20240035174 A KR 20240035174A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
cell
electrode
electrode assembly
roll
unit
Prior art date
Application number
KR1020220114321A
Other languages
English (en)
Inventor
황태민
조철균
이우원
금동연
소희영
Original Assignee
주식회사 엘지에너지솔루션
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사 엘지에너지솔루션 filed Critical 주식회사 엘지에너지솔루션
Priority to KR1020220114321A priority Critical patent/KR20240035174A/ko
Publication of KR20240035174A publication Critical patent/KR20240035174A/ko

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/04—Construction or manufacture in general
    • H01M10/0404—Machines for assembling batteries
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/04—Construction or manufacture in general
    • H01M10/0413—Large-sized flat cells or batteries for motive or stationary systems with plate-like electrodes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/04—Construction or manufacture in general
    • H01M10/0436—Small-sized flat cells or batteries for portable equipment
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/40—Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
    • H01M50/403—Manufacturing processes of separators, membranes or diaphragms
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/40—Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
    • H01M50/46—Separators, membranes or diaphragms characterised by their combination with electrodes

Abstract

본 발명에 따른 하프 셀 롤 제조 장치는 양극 또는 음극 중 어느 하나의 전극을 제공하는 전극 언와인더; 분리막을 제공하는 분리막 언와인더; 상기 전극과 상기 분리막을 접합하는 제1 가압 유닛; 상기 전극과 상기 분리막이 접합된 하프 셀이 위에 안착될 지지 기재를 제공하는 하프 셀 지지 기재 언와인더; 및 상기 하프 셀과 상기 지지 기재를 함께 롤 타입으로 권취하여 하프 셀 롤을 생성하는 하프 셀 와인더를 포함하고, 본 발명에 따른 하프 셀 롤을 이용한 전극 조립체 제조 장치는 하프 셀 롤을 제공하는 하프 셀 언와인더; 상기 하프 셀 롤에서 상기 지지 기재와 상기 하프 셀을 분리하는 분리 유닛; 및 상기 분리된 하프 셀을 제공받아 전극 조립체를 생산하는 전극 조립체 조립부를 포함한다.

Description

하프 셀 롤 제조 장치와 방법 및 전극 조립체 제조 장치와 방법{Method and Apparatus for Manufacturing a Half Cell-Roll and Method and Apparatus for Manufacturing an electrode assembly}
본 발명은 하프 셀 롤 제조 장치와 방법 및 전극 조립체 제조 장치와 방법에 관한 것으로써, 더욱 상세하게는 롤 타입으로 권취되는 하프 셀을 제조하는 장치와 방법 및 이를 이용하여 전극 조립체를 제조 장치와 방법에 관한 것이다.
화석 연료 사용의 급격한 증가로 인하여 대체 에너지, 청정 에너지의 사용에 대한 요구가 증가하고 있으며, 그 일환으로 가장 활발하게 연구되고 있는 분야가 전기화학을 이용한 발전, 축전 분야이다.
현재 이러한 전기 화학적 에너지를 이용하는 전기화학 소자의 대표적인 예로 이차전지를 들 수 있으며, 점점 더 그 사용 영역이 확대되고 있는 추세이다.
최근에는 휴대용 컴퓨터, 휴대용 전화기, 카메라 등의 휴대용 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서 이차전지의 수요가 급격히 증가하고 있고, 그러한 중 높은 에너지 밀도와 작동 전위를 나타내고 사이클 수명이 길며 자기 방전율이 낮은 리튬 이차전지에 대해 많은 연구가 행해져 왔고, 또한 상용화되어 널리 사용되고 있다.
또한, 환경 문제에 대한 관심이 커짐에 따라, 대기 오염의 주요 원인의 하나인 가솔린 차량, 디젤 차량 등 화석 연료를 사용하는 차량을 대체할 수 있는 전기 자동차, 하이브리드 전기 자동차 등에 대한 연구가 많이 진행되고 있다. 이러한 전기 자동차, 하이브리드 전기 자동차 등의 동력원으로는 주로 니켈 수소금속 이차전지가 사용되고 있지만, 높은 에너지 밀도와 방전 전압의 리튬 이차전지를 사용하는 연구가 활발히 진행되고 있으며, 일부 상용화 단계에 있다.
이러한 리튬 이차전지는 양극 또는 음극 활물질과, 바인더, 도전재를 슬러리의 형태로 집전체에 코팅 및 건조하여 전극 합제층을 형성시켜 양극과 음극을 제조하고, 상기 양극과 상기 음극 사이에 분리막을 개재시키고, 이를 라미네이션한 전극 조립체를 전해액과 함께 전지케이스에 내장시킴으로써 제조된다.
전지케이스에 내장되는 전극 조립체는 양극/분리막/음극의 적층 구조로 이루어진 충방전이 가능한 발전소자로서, 활물질이 도포된 긴 시트형의 양극과 음극 사이에 분리막을 개재하여 권취한 젤리-롤형과, 소정 크기의 다수의 양극과 음극을 분리막이 개재된 상태에서 순차적으로 적층한 스택형으로 분류된다.
이러한 젤리-롤형과 스택형의 혼합 형태인 진일보한 구조의 전극 조립체로서, 일정한 단위 크기의 양극/분리막/음극 구조의 풀 셀(full cell) 또는 양극(음극)/분리막/음극(양극)/분리막/양극(음극) 구조의 바이 셀(bi-cell)을 긴 길이의 연속적인 분리막 필름을 이용하여 폴딩한 구조의 스택/폴딩형 전극 조립체가 개발되었다.
또한, 기존 스택형 전극 조립체의 공정성을 향상시키고, 다양한 형태의 전지셀 수요를 충족시키기 위해, 전극과 분리막이 교대로 적층되어 접합(lamination)되어 있는 단위셀들을 적층한 구조의 라미네이션/스택형 전극 조립체도 개발되었다.
이차 전지는 전지 케이스(파우치, 캔 등)에 전극 조립체가 내장되어 구성된다. 전지 케이스의 내부에 장착되는 전극 조립체(C)는 양극/분리막/음극의 적층 구조로 이루어져 반복적인 충방전이 가능하다. 상술한 전극 조립체(C)를 생산하기 위해, 전극 조립체의 제조 공정에서, 하프 셀(H)을 미리 생산해두고 복수 개로 적층해 두었다가 해당 공정에서 하프 셀(H)을 이동시켜 공급하는 방식이 일반적이다.
도 1 및 도 2는 종래 기술에 따른 하프 셀 제조 및 공급 방식을 개략적으로 도시한다. 우선, 도 1을 참조하면, 하프 셀(6)을 제조하기 위하여 위에서부터 분리막(2), 전극(1), 분리막(2)이 각각 롤 형태로 권취된 상태에서 연속적으로 권출되어 공급되도록 구성된다.
이 때, 상기 분리막들(2)은 끊김 없이 연속적으로 공급되며, 상기 전극(1)은 분리막들(2) 사이로 공급되되 전극 커터(3)에 의해 미리 정해진 크기로 커팅이 이뤄진 상태로 공급된다. 따라서, 분리막들(2)은 계속적으로 이어지되 전극(1)은 이웃하는 전극(1)과 일정거리를 둔 상태로 한 쌍의 가압 유닛(4)를 통과하며 가압된다. 가압 유닛(4)를 통과한 후, 하프 셀 커터(5)를 통한 분리막들(2)의 커팅이 이뤄져서, 즉 단위체 별로 커팅이 이루어져, 하프 셀(6)로 제조된다. 제조된 하프 셀(6)들은 매거진(7)에 적재되어 보관된다. 도 2를 참조하면, 전극 조립체(C)의 제조 시, 하프 셀(6)들이 적재된 매거진(7)을 이동시켜 하프 셀(6)을 공급한다.
하지만, 위와 같은 종래의 방식에서는, 매거진(7)의 이동 시에, 하프 셀(6)이 유동하여 하프 셀(6)에 손상이 발생할 우려가 있을 수 있다. 또한, 하프 셀(6)을 픽업하여 공급 시에 이매 발생의 우려가 있을 수 있다. 즉, 두 장 이상의 하프 셀(6)이 한꺼번에 공급될 우려가 있을 수 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 종래의 하프 셀 롤 제조 장치와 전극 조립체 제조 장치 및 그에 따른 방법을 개선하여 제조 효율, 제품의 품질을 향상시킬 수 있도록 하는 것이다.
그러나, 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 하프 셀 롤 제조 장치는 양극 또는 음극 중 어느 하나의 전극을 제공하는 전극 언와인더; 분리막을 제공하는 분리막 언와인더; 상기 전극과 상기 분리막을 접합하는 제1 가압 유닛; 상기 전극과 상기 분리막이 접합된 하프 셀이 위에 안착될 지지 기재를 제공하는 하프 셀 지지 기재 언와인더; 및 상기 하프 셀과 상기 지지 기재를 함께 롤 타입으로 권취하여 하프 셀 롤을 생성하는 하프 셀 와인더를 포함할 수 있다.
상기 하프 셀 롤이 운반되어, 상기 하프 셀 롤로부터 분리되는 상기 하프 셀이 전극 조립체 제조 공정에 제공될 수 있다.
상기 전극 언와인더에서 제공되는 전극을 단위체로 커팅하는 전극 커터를 더 포함하고, 상기 분리막 언와인더는 상부 분리막 언와인더 및 하부 분리막 언와인더를 포함하고, 상기 전극 커터에 의하여 커팅된 전극은 한 쌍의 상부 및 하부 분리막들 사이에 제공될 수 있다.
상기 지지 기재는 PET, PP, 또는 PE 로 이루어진 필름 형태일 수 있다.
상기 하프 셀을 상기 지지 기재와 함께 권취하기 전에, 상기 전극과 상기 분리막이 접합된 상기 하프 셀을 단위체로 커팅하는 하프 셀 커팅 유닛을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체 제조 장치는 하프 셀 롤을 제공하는 하프 셀 언와인더; 상기 하프 셀 롤에서 상기 지지 기재와 상기 하프 셀을 분리하는 분리 유닛; 및 상기 분리된 하프 셀을 제공받아 전극 조립체를 생산하는 전극 조립체 조립부를 포함할 수 있다.
상기 하프 셀 롤로부터 분리된 상기 하프 셀을 단위체로 커팅하는 하프 셀 커팅 유닛을 더 포함할 수 있다.
상기 하프 셀 롤로부터 분리된 지지 기재를 리와인딩하는 지지 기재 리와인더를 더 포함할 수 있다.
상기 분리된 하프 셀을 상기 전극 조립체 조립부로 이송하는 이송 유닛을 더 포함할 수 있다.
상기 이송 유닛은 컨베이어 벨트 유닛 또는 픽업 유닛일 수 있다.
상기 분리된 하프 셀의 손상이나 오염 정도에 따라 상기 하프 셀이 전극 조립체의 생산에 제공될 수 있는지 여부를 적합/부적합으로 판정하는 검사 유닛을 더 포함할 수 있다.
상기 분리된 하프 셀의 손상이나 오염 정도에 따라 상기 하프 셀이 전극 조립체의 생산에 제공될 수 있는지 여부를 적합/부적합으로 판정하는 검사 유닛을 더 포함하고, 상기 검사 유닛은 상기 컨베이어 벨트 유닛 위에 배치되거나 상기 픽업 유닛 아래에 배치될 수 있다.
상기 검사 유닛에서 부적합으로 판정된 하프 셀을 수거하는 수거 유닛을 더 포함하고, 상기 검사 유닛에서 적합으로 판정되는 경우, 상기 하프 셀은 상기 전극 조립체 조립부로 제공되고, 상기 검사 유닛에서 부적합으로 판정되는 경우, 상기 하프 셀은 상기 수거 유닛으로 제공될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 하프 셀 롤을 제조하는 방법에 있어서: 전극 및 상부 및 하부 분리막들을 공급하는 단계로서, 상기 전극을 상기 상부 및 하부 분리막 기재들 사이로 제공하는, 상기 공급 단계; 상기 전극 및 상기 상부 및 하부 분리막들을 접합하는 단계; 및 상기 전극 및 상기 상부 및 하부 분리막들이 접합된 하프 셀을 상기 지지 기재 상에 안착시킨 후, 롤 타입으로 권취하여 상기 하프 셀 롤을 제조하는 단계를 포함할 수 있다.
하프 셀을 생성하도록 서로 이웃하는 전극들 사이의 지점에서 상부 및 하부 분리막 기재들을 커팅하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체를 제조하는 방법에 있어서: 상기 하프 셀을 공급하는 단계로서, 상기 하프 셀 롤에서 상기 지지 기재와 상기 하프 셀을 분리하는 단계를 포함하는, 상기 공급 단계; 및 상기 공급된 하프 셀을 사용하여 상기 전극 조립체를 생산하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 공급 단계는 상기 하프 셀 롤로부터 분리된 상기 하프 셀을 단위체로 커팅하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 하프 셀 롤로부터 분리된 상기 하프 셀을 검사하는 단계로서, 상기 하프 셀에 손상이나 오염 정도를 판별하여 그에 따라 상기 하프 셀이 상기 전극 조립체의 제조에 적합한지 여부를 판정하는 단계를 포함하는, 상기 검사 단계를 더 포함하고, 상기 전극 조립체를 생산하는 단계는, 상기 검사 단계에서 적합한 것으로 판정된 하프 셀을 사용하여 상기 전극 조립체를 생산하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 검사 단계에서 부적합한 것으로 판정된 하프 셀을 수거하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 하프 셀의 운반 과정에서 발생할 수 있는 하프 셀의 손상이나 오염 문제, 및 적재된 하프 셀에서 하프 셀을 낱장으로 분리할 때 복수 개의 하프 셀이 분리되지 않고 서로 붙어서 분리되는 이매 현상 등을 방지할 수 있다. 그에 따라 전극 조립체의 생산 효율을 극대화할 수 있다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1 및 도 2는 종래 기술에 따라 하프 셀 제조 공정이 이뤄지는 모습이 단순화되어 도시된 도면을 나타낸다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 하프 셀 제조 및 전극 조립체 제조 방식을 개략적으로 나타낸다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 하프 셀 롤 제조 장치를 나타낸다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체 제조 장치를 나타낸다.
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, 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 또는 “상에” 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다. 또한, 기준이 되는 부분 "위에" 또는 “상에” 있다고 하는 것은 기준이 되는 부분의 위 또는 아래에 위치하는 것이고, 반드시 중력 반대 방향을 향하여 “위에” 또는 “상에” 위치하는 것을 의미하는 것은 아니다.
또한, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 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, 본 발명의 일 실시예에 따른 하프 셀 롤 제조 장치(100)에 대해 및 전극 조립체 제조 장치(200)에 대해 각각 도 3 내지 도 5를 참조하여 설명한다.
우선, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른, 하프 셀 롤(R)을 이용한 전극 조립체(C)의 제조에 관한 개념도이다. 낱장의 하프 셀(H)을 제공하여 전극 조립체(C)를 제조하던 종래 기술과 달리, 하프 셀(H)을 롤 타입으로 권취하여 하프 셀 롤(R)을 제조하고, 하프 셀 롤(R)을 단위체로 커팅한 하프 셀(H)을 전극 조립체(C) 제조 공정에 제공하여 전극 조립체(C)를 생산한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 하프 셀 롤 제조 장치(100)를 나타낸다. 하프 셀 롤 제조 장치(100)는 크게 전극(10)을 제공하는 전극 언와인더(110) 및 분리막(20)을 전극(10)의 상부 및 하부에 각각 제공하는 상부 분리막 언와인더(120a) 및 하부 분리막 언와인더(120b), 전극 커터(130), 제1 가압 유닛(140), 및 하프 셀 지지 기재 언와인더(150)를 포함한다. 또한, 전극 기재(10), 분리막 기재(20), 하프 셀 지지 기재(30)를 피딩할 수 있는 피딩 부재(170)(예, 롤러(도 4) 또는 벨트(미도시) 등의 형태) 등도 추가로 포함한다. 또한, 제1 가압 유닛(140)의 전단에 구비된 가열 부재(180)를 추가로 포함한다. 전극(10)은 양극 또는 음극 중 어느 하나이다.
전극 언와인더(110)에 감겨 있던 전극(10)이 언와인딩되면서 전극 커터(130)에 의하여 단위체로 커팅되고, 단위체로 커팅된 전극(10)은 상부 분리막(20a) 및 하부 분리막(20b) 사이에 제공된다. 상부 분리막(20a) 및 하부 분리막(20b)은 각각 상부 분리막 언와인더(120a) 및 하부 분리막 언와인더(120b)에 의해 제공된다.
하부 분리막(20b), 커팅된 전극(10), 상부 분리막(20a)이 순서대로 적층된 적층체는 제1 가압 유닛(140) 사이를 통과한다. 제1 가압 유닛(140)은 예를 들면, 한 쌍의 닙 롤러일 수 있다. 또한, 한 쌍의 히팅 롤러일 수도 있다. 또는, 롤러와 별개로 구비된 히팅 유닛을 포함할 수도 있다.
제1 가압 유닛(140)으로 가압된 (커팅되기 전의) 하프 셀(H)은 하프 셀 지지 기재(30) 위에 안착된다. 이후, 하프 셀 와인더(160)에 의하여 하프 셀(H)은 하프 셀 지지 기재(30)와 함께 롤 타입으로 권취되어 하프 셀 롤(R)을 생산한다. 이러한 본 발명에 따르면, 하프 셀(H)은 롤 타입으로 권취되어, 즉 하프 셀 롤(R)로 제조되어, 종래 기술의 경우(도 1 및 도 2)보다 보관 및 운반이 더 용이하다.
하프 셀 지지 기재(30)는 하프 셀 지지 기재 언와인더(150)에 의하여 제공된다. 하프 셀 지지 기재(30)는 외부로부터의 충격이나 오염으로부터 하프 셀(H)을 보호한다. 하프 셀 지지 기재(30)는 예를 들면 PET, PP, 또는 PE, 등으로 이루어진 필름 형태(막 형태)일 수 있다.
종래 기술에서는, 하프 셀(H)은 매거진(7, 도 1 참조)에 순서대로 적재되고, 하프 셀(H)을 적재한 채로 매거진(7)을 이동시켜 다음 공정인 전극 조립체 제조 공정에 제공하였다. 그러나, 본 발명에 따르면, 상술한 바와 같은 방식으로 제조된 하프 셀 롤(R)(즉, 롤 타입으로 함께 권취된 하프 셀(H)과 하프 셀 지지 기재(30))가 다음 공정인 전극 조립체 제조 공정에 제공되므로, 하프 셀(H)의 이동이 보다 용이하고, 이동 중에 발생할 수 있는 하프 셀(H)의 손상 우려도 감소시키는 장점이 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체 제조 장치(200)를 나타낸다. 전극 조립체 제조 장치(200)는 크게 하프 셀 언와인더(210), 지지 기재 분리 유닛(220), 지지 기재 리와인더(230), 하프 셀 커터(240), 이송 유닛(250), 검사 유닛(260), 수거 유닛(270), 및 전극 조립체 조립부(280)를 포함한다. 또한, 분리된 하프 셀(H) 및 하프 셀 지지 기재(30)의 이동 방향을 가이드할 수 있는 가이드 부재(예, 롤러) 등도 추가로 포함할 수 있다.
롤 타입으로 함께 권취된 하프 셀(H)과 하프 셀 지지 기재(30)는 전극 조립체 제조 장치(200)에 제공된다. 하프 셀 언와인더(210)에서 하프 셀(H)과 하프 셀 지지 기재(30)가 언와인딩되고, 하프 셀 지지 기재(30)는 지지 기재 리와인더(230)에 의하여 리와인딩된다. 하프 셀 지지 기재(30)가 상술한 바와 같이, PET 등의 재질로 이루어지는 경우, 하프 셀 지지 기재(30)로부터 하프 셀(H)을 용이하게 다시 분리할 수 있으므로, 즉, 하프 셀(H)과 하프 셀 지지 기재(30)가 서로 분리가능하지 않게 접착된 것은 아니다. 따라서, 하프 셀 지지 기재(30)가 지지 기재 리와인더(230)에 의하여 리와인딩될 때, 별다른 도구 없이 자연스럽게 하프 셀(H)이 하프 셀 지지 기재(30)로부터 분리된다.
전극 조립체 제조 장치(200)는 분리된 하프 셀(H)이 이송 유닛(250)으로 이동할 때까지 이러한 띠형의 하프 셀(H)을 받쳐주는 받침 부재(220a) 및 이를 피딩하는 피딩 부재(220b)를 추가로 포함한다. 이후, 분리된 하프 셀(H)은 하프 셀 커터(240)에 의하여 단위체로 커팅된다. 이 때, 이송 유닛(250)에 안착되는 하프 셀(H)이 들뜨지 않도록 하프 셀(H)을 눌러주는 제2 가압 유닛(290)를 추가로 포함할 수 있다. 또한, 하프 셀(H)은 이송 유닛(250)에 의하여 이송되어 전극 조립체(C)의 제조를 위하여 제공된다. 이송 유닛(250)은 하프 셀(H)을 벨트 위에 놓고 운반하는 컨베이어 벨트 부재(250a)일 수도 있고, 하프 셀(H)을 픽업하여 운반하는 스카라 봇 또는 그리퍼와 같은 픽업 부재(250b)일 수도 있다. 또는 운반하는 컨베이어 벨트 부재(250a) 및 픽업 부재(250b) 둘 다를 포함할 수도 있다.
검사 유닛(260)은 하프 셀 지지 기재(30)로부터 분리된 하프 셀(H)에 손상이나 오염 등은 없는지 검사하여, 해당 하프 셀(H)이 전극 조립체(C)의 제조에 적합한지 여부를 판별한다. 검사 유닛(260)은 예를 들면 카메라, 센서 등을 이용하여 광학적으로 모니터링하는 비전 장치일 수 있다. 보다 구체적으로는, 검사 유닛(260)의 카메라 또는 센서에서 수신된 데이터가 프로세서(미도시)로 송신되고, 프로세서에서 하프 셀(H)의 손상이나 오염 정도에 따라 전극 조립체(C)에 사용될 수 있는지 여부를 적합/부적합으로 판정한다. 또한, 적합/부적합의 판정 결과에 따라 해당 하프 셀(H)을 후술할 수거 부재(270) 또는 전극 조립체 조립부(280)로 이송할 수 있도록 프로세서에서 이송 유닛(250)을 제어할 수 있다.
검사 유닛(260)으로서 도 5의 실시예에서는 컨베이어 벨트 부재(250a) 위에 배치되는 제1 검사 유닛(260a) 및 픽업 부재(250b) 아래에 배치되는 제2 검사 유닛(260b)을 도시한다. 그러나, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 제1 검사 유닛(260a) 및 2 검사 유닛(260b) 중 어느 하나만을 포함할 수도 있고, 또는 이들의 둘 다를 포함할 수 있고, 또는 별도의 제3 검사 유닛(미도시)을 포함할 수 있다. 가령 제3 검사 유닛은 지지 기재 분리 유닛(220) 근처의 후단에 구비되어 지지 기재 분리 유닛(220)에 의하여 하프 셀 지지 기재(30)로부터 분리된 하프 셀(H)을 바로 검사할 수도 있다.
검사 유닛(260)에서 부적합한 것으로 판정된 하프 셀(H)은 이송 유닛(250)에 의하여 수거 부재(270)로 이송되고, 적합한 것으로 판정된 하프 셀(H)은 전극 조립체 조립부(280)로 이송된다.
전극 조립체 조립부(280)에서는, 예를 들면, 모노 셀이 복수 개로 적층되고, 이후 분리막 - 음극 - 분리막이 적층된 또 다른 하프 셀(H)이 적층된 스택 셀들의 최상단에 제공되어, 전극 조립체(C)가 완성된다. 본 발명은 상술한 바에 한정되지 않고, 양극과 음극의 적층 순서를 반대로 하여 전극 조립체(C)를 생산할 수도 있는 등 전극 조립체(C)의 생산에 있어서 다양한 변형, 변경이 가능하다.
이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 하프 셀 롤 제조 장치(100)를 이용하여 하프 셀 롤(R)을 제조하는 방법 및 전극 조립체 제조 장치(200)를 이용하여 전극 조립체(C)를 제조하는 방법을 각각 도 3 내지 도 5를 참조하여 설명한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 하프 셀 롤(R)을 제조하는 방법은 공급 단계(S110), 접합 단계(S120), 권취 단계(S130)를 포함한다.
먼저 공급 단계(S110)에서는, 전극 기재(10), 상부 분리막 기재(20a), 및 하부 분리막 기재(20b)가 각각 전극 언와인더(110), 상부 분리막 언와인더(120a), 및 하부 분리막 언와인더(120b)로부터 언와인더되면서 공급된다. 이 때, 전극 기재(10)는 전극 커터(130)에 의하여 커팅되어 상부 분리막 기재(20a)와 하부 분리막 기재(20b) 사이에 공급된다.
접합 단계(S120)에서는, 상부 분리막 기재(20a), 커팅된 전극(10), 하부 분리막 기재(20b)가 제1 가압 유닛(140)을 통과하여 서로 접합된다.
권취 단계(S130)에서는, 하프 셀 지지 기재(30)가 하프 셀 지지 기재 언와인더(150)로부터 언와인더되면서 하프 셀(H)로 공급되어, 하프 셀(H)과 하프 셀 지지 기재(30)가 함께 롤 타입으로 권취된다. 그에 따라, 하프 셀 롤(R)이 제조되어 다음 공정인 전극 조립체(C)를 제조하는 공정에 제공될 수 있도록 보관되거나 해당 공정으로 바로 이송된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체(C)를 제조하는 방법은 공급 단계(S210), 검사 단계(S220), 전극 조립체 생산 단계(S230)를 포함한다.
공급 단계(S210)에서는, 하프 셀 언와인더(210)에서 롤 타입으로 권취되었던 하프 셀이 언와인딩 되면서 공급된다. 이 때, 지지 기재 분리 유닛(220)은 하프 셀(H)과 하프 셀 지지 기재(30) 사이에 배치되어 하프 셀 지지 기재(30)로부터 하프 셀(H)을 다시 분리한다. 하프 셀 지지 기재(30)는 지지 기재 리와인더(230)에 의하여 리와인딩된다. 또한, 언와인딩된 하프 셀(H)을 단위체로 커팅하는 단계를 더 포함한다.
이후, 하프 셀(H)을 검사 단계(S220)가 수행된다. 분리된 하프 셀(H)이 이송 유닛(250)에 의하여 이송되는 중에 검사 유닛(260)으로 손상이나 오염 등이 있는지를 검사하고, 그에 따라 해당 하프 셀(H)이 전극 조립체(C)의 제조에 적합한지 여부를 판정한다. 부적합으로 판정된 하프 셀(H)은 수거 부재(270)로 이송되어 수거된다.
전극 조립체 생산 단계(S230)에서는, 적합한 것으로 판정된 하프 셀(H)이 전극 조립체 조립부(280)로 이송되어 전극 조립체(C)를 최종적으로 제조한다.
이와 같이 본 발명의 실시예에 따른 하프 셀 롤 제조 장치(100) 및 전극 조립체 제조 장치(200)와 이들을 이용하여 하프 셀 롤(R)을 제조하는 방법 및 전극 조립체(C)를 제조하는 방법에 의하면, 하프 셀(H)을 롤 타입으로 권취한 상태로 즉, 하프 셀 롤(R)의 형태로 하프 셀 롤 제조 장치(100)로부터 전극 조립체 제조 장치(200)로 운반할 수 있기 때문에, 운반 과정에서 발생할 수 있는 하프 셀(H)의 손상이나 오염, 및 적재된 하프 셀(H)에서 하프 셀(H)을 낱장으로 분리할 때 2 매 이상이 같이 분리되는 이매 현상 등을 방지할 수 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
10: 전극
20: 분리막
30: 하프 셀 지지 기재
100, 100’: 하프 셀 롤 제조 장치
110: 전극 언와인더
120: 분리막 언와인더
130: 전극 커터
140: 제1 가압 유닛
150: 하프 셀 지지 기재 언와인더
160: 하프 셀 와인더170: 피딩 유닛
180: 가열 유닛
200: 전극 조립체 제조 장치
210: 하프 셀 언와인더
220a: 받침 부재
220b: 피딩 유닛
230: 지지 기재 리와인더
240: 하프 셀 커터
250: 이송 유닛
260: 검사 유닛
270: 수거 유닛
280: 전극 조립체 조립부
290: 제2 가압 유닛
H: 하프 셀
R: 하프 셀 롤
C: 전극 조립체

Claims (18)

  1. 양극 또는 음극 중 어느 하나의 전극을 제공하는 전극 언와인더;
    분리막을 제공하는 분리막 언와인더;
    상기 전극과 상기 분리막을 접합하는 제1 가압 유닛;
    상기 전극과 상기 분리막이 접합된 하프 셀이 위에 안착될 지지 기재를 제공하는 하프 셀 지지 기재 언와인더; 및
    상기 하프 셀과 상기 지지 기재를 함께 롤 타입으로 권취하여 하프 셀 롤을 생성하는 하프 셀 와인더를 포함하는, 하프 셀 롤 제조 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 하프 셀 롤이 운반되어, 상기 하프 셀 롤로부터 분리되는 상기 하프 셀이 전극 조립체 제조 공정에 제공되는, 하프 셀 롤 제조 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 전극 언와인더에서 제공되는 전극을 단위체로 커팅하는 전극 커터를 더 포함하고,
    상기 분리막 언와인더는 상부 분리막 언와인더 및 하부 분리막 언와인더를 포함하고,
    상기 전극 커터에 의하여 커팅된 전극은 한 쌍의 상부 및 하부 분리막들 사이에 제공되는, 하프 셀 롤 제조 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 지지 기재는 PET, PP, 또는 PE 로 이루어진 필름 형태인, 하프 셀 롤 제조 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 하프 셀을 상기 지지 기재와 함께 권취하기 전에, 상기 전극과 상기 분리막이 접합된 상기 하프 셀을 단위체로 커팅하는 하프 셀 커팅 유닛을 더 포함하는, 하프 셀 롤 제조 장치.
  6. 하프 셀 롤을 제공하는 하프 셀 언와인더;
    상기 하프 셀 롤로부터 분리된 지지 기재를 리와인딩하는 지지 기재 리와인더; 및
    상기 분리된 하프 셀을 제공받아 전극 조립체를 생산하는 전극 조립체 조립부를 포함하는, 전극 조립체 제조 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 하프 셀 롤로부터 분리된 상기 하프 셀을 단위체로 커팅하는 하프 셀 커팅 유닛을 더 포함하는, 전극 조립체 제조 장치.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 분리된 하프 셀을 상기 전극 조립체 조립부로 이송하는 이송 유닛을 더 포함하는, 전극 조립체 제조 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 이송 유닛은 컨베이어 벨트 유닛 또는 픽업 유닛인, 전극 조립체 제조 장치.
  10. 제6항에 있어서,
    상기 분리된 하프 셀의 손상이나 오염 정도에 따라 상기 하프 셀이 전극 조립체의 생산에 제공될 수 있는지 여부를 적합/부적합으로 판정하는 검사 유닛을 더 포함하는, 전극 조립체 제조 장치.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 분리된 하프 셀의 손상이나 오염 정도에 따라 상기 하프 셀이 전극 조립체의 생산에 제공될 수 있는지 여부를 적합/부적합으로 판정하는 검사 유닛을 더 포함하고,
    상기 검사 유닛은 상기 컨베이어 벨트 유닛 위에 배치되거나 상기 픽업 유닛 아래에 배치되는, 전극 조립체 제조 장치.
  12. 제10항 또는 제11항에 있어서,
    상기 검사 유닛에서 부적합으로 판정된 하프 셀을 수거하는 수거 유닛을 더 포함하고,
    상기 검사 유닛에서 적합으로 판정되는 경우, 상기 하프 셀은 상기 전극 조립체 조립부로 제공되고,
    상기 검사 유닛에서 부적합으로 판정되는 경우, 상기 하프 셀은 상기 수거 유닛으로 제공되는, 전극 조립체 제조 장치.
  13. 제1항에 따른 하프 셀 롤 제조 장치에서 상기 하프 셀 롤을 제조하는 방법에 있어서,
    전극 및 상부 및 하부 분리막들을 공급하는 단계로서, 상기 전극을 상기 상부 및 하부 분리막 기재들 사이로 제공하는, 상기 공급 단계;
    상기 전극 및 상기 상부 및 하부 분리막들을 접합하는 단계; 및
    상기 전극 및 상기 상부 및 하부 분리막들이 접합된 하프 셀을 상기 지지 기재 상에 안착시킨 후, 롤 타입으로 권취하여 상기 하프 셀 롤을 제조하는 단계를 포함하는, 하프 셀 롤 제조 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    하프 셀을 생성하도록 서로 이웃하는 전극들 사이의 지점에서 상부 및 하부 분리막 기재들을 커팅하는 단계를 더 포함하는, 하프 셀 롤 제조 방법.
  15. 제6항에 따른 전극 조립체 제조 장치에서 상기 전극 조립체를 제조하는 방법에 있어서,
    상기 하프 셀을 공급하는 단계로서, 상기 하프 셀 롤에서 상기 지지 기재와 상기 하프 셀을 분리하는 단계를 포함하는, 상기 공급 단계; 및
    상기 공급된 하프 셀을 사용하여 상기 전극 조립체를 생산하는 단계를 포함하는, 전극 조립체 제조 방법.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 공급 단계는 상기 하프 셀 롤로부터 분리된 상기 하프 셀을 단위체로 커팅하는 단계를 더 포함하는, 전극 조립체 제조 방법.
  17. 제15항에 있어서,
    상기 하프 셀 롤로부터 분리된 상기 하프 셀을 검사하는 단계로서, 상기 하프 셀에 손상이나 오염 정도를 판별하여 그에 따라 상기 하프 셀이 상기 전극 조립체의 제조에 적합한지 여부를 판정하는 단계를 포함하는, 상기 검사 단계를 더 포함하고,
    상기 전극 조립체를 생산하는 단계는, 상기 검사 단계에서 적합한 것으로 판정된 하프 셀을 사용하여 상기 전극 조립체를 생산하는 단계를 포함하는, 전극 조립체 제조 방법.
  18. 제16항에 있어서,
    상기 검사 단계에서 부적합한 것으로 판정된 하프 셀을 수거하는 단계를 더 포함하는, 전극 조립체 제조 방법.
KR1020220114321A 2022-09-08 2022-09-08 하프 셀 롤 제조 장치와 방법 및 전극 조립체 제조 장치와 방법 KR20240035174A (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020220114321A KR20240035174A (ko) 2022-09-08 2022-09-08 하프 셀 롤 제조 장치와 방법 및 전극 조립체 제조 장치와 방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020220114321A KR20240035174A (ko) 2022-09-08 2022-09-08 하프 셀 롤 제조 장치와 방법 및 전극 조립체 제조 장치와 방법

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20240035174A true KR20240035174A (ko) 2024-03-15

Family

ID=90272795

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020220114321A KR20240035174A (ko) 2022-09-08 2022-09-08 하프 셀 롤 제조 장치와 방법 및 전극 조립체 제조 장치와 방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR20240035174A (ko)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11101490B2 (en) Apparatus and method for manufacturing electrode assembly and electrode assembly manufactured using the same
KR102182307B1 (ko) 패턴 지그 및 스크랩 배출부를 포함하고 있는 전극 제조 장치
CN103298572B (zh) 连续式方形电池叠片系统和方法
US9768440B2 (en) Method of manufacturing electrode assembly
KR20210119787A (ko) 단위 셀 제조 장치 및 방법
TWI502787B (zh) 電極組、電極組之製備方法以及包含電極組之電化學電池
TWI517476B (zh) 電極組、電極組之製備方法、以及包含電極組之電化學電池
KR20200131181A (ko) 전극 조립체 제조방법과, 이를 통해 제조된 전극 조립체 및 이차전지
US20230148346A1 (en) Apparatus and Method for Manufacturing Unit Cells
KR101291063B1 (ko) 2차 전지 내부 셀 스택 적층 장치 및 방법
US6997228B2 (en) Lamination apparatus for automated manufacturing system of lithium secondary battery
KR20240035174A (ko) 하프 셀 롤 제조 장치와 방법 및 전극 조립체 제조 장치와 방법
KR102378979B1 (ko) 리튬메탈 배터리용 인라인 제조장치
KR20130120745A (ko) 이차전지용 전극의 롤프레스 시스템
KR102389191B1 (ko) 전지 팩 제조 장치 및 전지 팩 제조 방법
JP2013546146A (ja) シート状物体又はプレート状物体を製造するための方法及びシステム
KR20210076769A (ko) 단위 셀, 전극 조립체 및 그의 제조 방법
CN220290878U (zh) 制造单元电池的装置
US20230223509A1 (en) Electrode Assembly Comprising Anode Sheet and Anode Having Improved Stacking Characteristics of Electrode, and Method of Manufacturing the Same
JP2018107125A (ja) 電池セルのための電極スタックを製造する方法、及び、電池セル
KR102608542B1 (ko) 전극 조립체 제조 방법 및 전극 조립체 제조장치
KR20240033671A (ko) 전극 조립체 제조 장치 및 이를 사용한 제조 방법
KR20230153156A (ko) 전극 조립체의 제조장치 및 전극 조립체의 제조방법
KR20230094674A (ko) 젤리롤 전극 조립체의 제조방법 및 이로부터 제조된 젤리롤 전극 조립체를 포함하는 이차전지
KR20230148664A (ko) 라미네이션 장치, 단위 셀의 제조방법 및 단위 셀