WO2020149638A1 - 전극 조립체 제조장치와, 이를 통해 제조된 전극 조립체 및 이차전지 - Google Patents

전극 조립체 제조장치와, 이를 통해 제조된 전극 조립체 및 이차전지 Download PDF

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WO2020149638A1
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tension
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electrode
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정현철
김기웅
김현태
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Definitions

  • the present invention relates to an electrode assembly manufacturing apparatus, and an electrode assembly and a secondary battery manufactured therefrom.
  • a secondary battery is rechargeable and has been researched and developed in recent years due to its small size and high capacity.
  • demand for secondary batteries as an energy source is rapidly increasing.
  • Secondary batteries are classified into coin-type batteries, cylindrical batteries, prismatic batteries, and pouch-type batteries according to the shape of the battery case.
  • the electrode assembly mounted inside the battery case is a power planter capable of charging and discharging consisting of a stacked structure of electrodes and separators.
  • the electrode assembly is a jelly-roll type wound by separating a separator between a positive electrode and a negative electrode of a sheet-type coated with an active material, and a stack type in which a plurality of positive and negative electrodes are sequentially stacked with a separator interposed.
  • stack-type unit cells can be roughly classified into a stack & folding type, which is wound with a separation film of a long length.
  • the electrodes when the electrodes are stacked between the separators and folded by folding the separators to the left and right, there is a problem that the tension applied to the separators is not constant and wrinkles are generated in the separators. Accordingly, the electrode and the separator were stacked non-uniformly, so that the air permeability and impregnating dispersion of the electrode assembly were high. As a result, the impregnation property and the air permeability of the electrode assembly are high and the performance of the secondary battery charged and discharged while moving lithium ions between the electrode and the separator is significantly reduced.
  • Patent Document Korean Patent Publication No. 10-2013-0132230
  • One aspect of the present invention is to provide an electrode assembly manufacturing apparatus capable of maintaining a constant tension of a folded separator when manufacturing an electrode assembly by zigzag folding of the separator, and an electrode assembly and a secondary battery manufactured therefrom.
  • an electrode and a separator are alternately stacked on a stack table, and the separator is zigzag, and the electrodes are positioned between the separators to manufacture the electrode assembly.
  • a separation membrane supply unit for supplying a separation membrane to the stack table and a separation membrane tension control unit for constantly adjusting the tension (Tension) of the separation membrane supplied to the stack table
  • the separation membrane supply unit is a separation membrane winding roll (Roll)
  • the separation membrane tension control unit may control the feed height of the separation membrane winding roll and control the tension of the separation membrane.
  • the tension of the separator can be constantly controlled through the separator tension control unit, thereby causing wrinkles in the separator to be zigzag folded. It can be prevented from occurring.
  • the electrode and the separator are uniformly stacked, so that the impregnation and air permeability of the electrode assembly can be reduced.
  • the tension of the separator can be measured through a tension meter, and the tension value of the separator can be kept constant through the separator tension control unit by reflecting the measured tension value by the control unit. Accordingly, the electrode and the separator are more uniformly stacked, so that impregnation and air permeability of the electrode assembly can be significantly reduced, and performance of the secondary battery including the electrode assembly can be significantly improved.
  • FIG. 1 is a front view showing an electrode assembly manufacturing apparatus according to an embodiment of the present invention by way of example.
  • Figure 2 is a perspective view showing the concept of stacking the electrode assembly in the electrode assembly manufacturing apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • FIG 3 is a perspective view showing a state in which an electrode assembly is stacked in an electrode assembly manufacturing apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a side view exemplarily showing main parts of an electrode assembly manufacturing apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view showing a screw rod and a nut block in an electrode assembly manufacturing apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a perspective view showing a concept of zigzag folding a separator on a stack table in an electrode assembly manufacturing apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a front view exemplarily showing an electrode assembly manufacturing apparatus according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a perspective view showing a separator tension adjusting unit in an electrode assembly manufacturing apparatus according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view showing a secondary battery according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a front view showing an electrode assembly manufacturing apparatus according to an embodiment of the present invention by way of example
  • Figure 2 is a perspective view showing the concept of stacking the electrode assembly in the electrode assembly manufacturing apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • the electrode assembly manufacturing apparatus 100 is an electrode assembly 10 by alternately stacking the electrodes 13 and the separator 14 on the stack table 110 As a device for manufacturing ), the separation membrane supply unit 120 for supplying the separation membrane 14 to the stack table 110 and the separation membrane tension control unit for constantly adjusting the tension of the separation membrane 14 supplied to the stack table 110 ( 140).
  • the electrode assembly manufacturing apparatus 100 includes a tension meter 130 for measuring the tension of the separator 14, a control unit 150 and an electrode for controlling the separator tension adjusting unit 140 (13) and a fixing jig for fixing the separator 14 to the stack table 110 may be further included.
  • FIG 3 is a perspective view showing a state in which an electrode assembly is stacked in an electrode assembly manufacturing apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • the electrode assembly manufacturing apparatus 100 alternately stacks the electrodes 13 and the separator 14 on the stack table 110.
  • It is a device for manufacturing the electrode assembly 10 by folding the separator 14 in a zigzag manner and placing the electrode 13 between the separators 14.
  • the electrode 13 includes a first electrode 11 and a second electrode 12, and the electrode assembly manufacturing apparatus 100 includes a first electrode 11, a separator 14, and a second electrode 12 ) May be stacked to manufacture the electrode assembly 10.
  • the electrode assembly 10 is a power generator capable of charging and discharging, in which the first electrode 11, the separator 14, and the second electrode 12 are alternately stacked and aggregated. It can be formed of.
  • the separator 14 is folded in a zigzag form, and the first electrode 11 and the second electrode 12 are alternately disposed between the folded separator 14. It can be in the form.
  • first electrode 11 may be provided with a first electrode tab 11a
  • second electrode 12 may be provided with a second electrode tab 12a.
  • the first electrode 11 may be composed of an anode
  • the second electrode 12 may be composed of a cathode, but the present invention is not necessarily limited thereto, for example, the first electrode 11 is composed of a cathode. It goes without saying that the second electrode 12 may be configured as an anode.
  • the positive electrode may include a positive electrode current collector (not shown) and a positive electrode active material (not shown) applied to the positive electrode current collector.
  • the positive electrode current collector may be made of, for example, aluminum foil, and the positive electrode active material may include, for example, lithium manganese oxide, lithium cobalt oxide, lithium nickel oxide, lithium iron phosphate, or one or more of them. And compounds and mixtures.
  • the negative electrode may include a negative electrode current collector (not shown) and a negative electrode active material (not shown) applied to the negative electrode current collector.
  • the negative electrode current collector may be made of, for example, a foil made of copper (Cu) or nickel (Ni).
  • the negative electrode active material may be made of, for example, artificial graphite, lithium metal, lithium alloy, carbon, petroleum coke, activated carbon, graphite, silicon compounds, tin compounds, titanium compounds, or alloys thereof.
  • the negative electrode active material may be made of, for example, non-graphite-based SiO (silica, silica) or SiC (silicon carbide, silicon carbide).
  • the separator 14 may be made of an insulating material and a ductile material. At this time, the separation membrane 14 may be formed of, for example, a polyolefin resin membrane such as polyethylene or polypropylene having microporousity.
  • the stack table 110 is a first type in which the first electrode 11 and the second electrode 12 are alternately disposed between the folding membranes 14.
  • the electrode 11, the separator 14, and the second electrode 12 may be stacked.
  • the stack table 110 may move in the left and right directions and fold the separator 14 into a zigzag.
  • Figure 4 is a side view showing a main portion of the electrode assembly manufacturing apparatus according to an embodiment of the present invention by way of example
  • Figure 5 is a cross-sectional view showing a screw rod and a nut block in the electrode assembly manufacturing apparatus according to an embodiment of the present invention
  • 6 is a perspective view showing the concept of zigzag folding of the separator on the stack table 110 in the electrode assembly manufacturing apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • the separator supply unit 120 may supply the separator 14 to the stack table 110.
  • the separator supply unit 120 may include a separator winding roll 121 on which the separator 14 is wound.
  • the separator supply unit 120 may further include a support roll 122 supporting the separator 14 that is released from the separator winding roll 121 and moved to the stack table 110.
  • the support roll 122 may be provided in a pair to support both sides of the separation membrane 14.
  • the pair of support rolls 122 are arranged side by side in the left and right directions, and may be positioned at a predetermined distance apart in the upper direction of the stack table 110.
  • the separator tension adjusting unit 140 may constantly adjust the tension of the separator 14 supplied to the stack table 110.
  • the separation membrane tension adjusting unit 140 may adjust the supply height of the separation membrane winding roll 121 and the tension of the separation membrane 14.
  • the separator tension adjusting unit 140 may include a support shaft 144 on which the separator winding roll 121 is mounted, and move the support shaft 144 to adjust the tension of the separator 14.
  • the separation membrane tension adjusting unit 140 has a support shaft 144 mounted on one side, and a nut block 143 (Nut block) having a screw hole 143a formed on an inner circumferential surface.
  • a motor 141 for rotating the screw rod 142 and the screw rod 142 the screw portion 142a is formed on the outer peripheral surface to be screwed to the screw hole 143a of the nut block 143.
  • the motor 141 may be, for example, a sub-motor (Servo motor) or a step motor (Step motor).
  • the separator tension adjusting unit 140 rotates, for example, the motor 141 in one direction
  • the nut block 143 may be moved downward along the threaded rod 142. have.
  • the support shaft 144 mounted on the nut block 143 is moved downward, and the separator winding roll 121 mounted on the support shaft 144 is moved downward and the supply height can be lowered.
  • the separator tension adjusting unit 140 for example, if the motor 141 is rotated in the other direction, the nut block 143 may be moved upward along the threaded rod 142. At this time, the support shaft 144 mounted on the nut block 143 is moved upward, and the separator winding roll 121 mounted on the support shaft 144 is moved upward and the supply height can be increased.
  • the separator tension adjusting unit 140 controls the rotation direction and the amount of rotation of the motor 141 and moves the separator winding roll 121 in the vertical direction (H) to adjust the supply height of the separator 14. .
  • the tension meter 130 can measure the tension at the portion of the separator 14 positioned between the stack table 110 and the separator winding roll 121.
  • the tension meter 130 may be provided on the support roll 122 of the separator supply unit 120.
  • the tension meter 130 measures the force that the separator 14 applies to the support roll 122 when the separator 14 is zigzag folded through the pair of support rolls 122 to the stack table 110. By doing so, the tension value of the separation membrane 14 can be measured.
  • the tension meter 130 may be made of, for example, a dancer position sensor.
  • the dancer position sensor uses Montal Bosa's DSP-P1, and a synchro transmitter is installed on the dancer roll (support roll). By doing so, the displacement can be converted to an electrical signal from the center of operation and pulled out to measure tension.
  • control unit 150 controls the separation membrane tension control unit 140 according to the tension value of the separation membrane 14 measured from the tension measuring device 130 to control the tension of the separation membrane 14 Can be adjusted.
  • control unit 150 determines the tension measurement value of the separator 14 at an interval of 0.01 seconds or less, and controls the rotation amount of the motor 141 of the separator tension adjusting unit 140, so that the separator winding roll 121 Supply height can be adjusted.
  • control unit 150 controls the amount of rotation in one direction and the amount of rotation in the other direction of the motor 141 in the separation tension adjusting unit 140, and moves the separation membrane winding roll 121 in the vertical direction (H) to separate the separation membrane ( 14)
  • the feeding height can be adjusted.
  • the controller 150 may include a memory (not shown) in which the tension reference value is stored. Accordingly, the control unit 150 may compare the tension reference value stored in the memory with the tension measurement value measured from the tension meter 130 and control the separator tension control unit 140 to adjust the supply height of the separator 14.
  • control unit 150 moves the separator winding roll 121 upward when the tension measurement value of the separator 14 is smaller than the tension reference value stored in the memory, and the tension measurement value of the separator 14 is memory, for example. If it is larger than the tension reference value stored in the separation membrane winding roll 121 may be moved downward.
  • the control unit 150 measures the tension of the separator 14 through the tension meter 130 and adjusts the supply height of the separator 14 through the separator tension adjusting unit 140, thereby controlling the separator 14.
  • the separator 14 may have a constant tension.
  • the tension of the separator 14 fluctuates and wrinkles are prevented from occurring, and the separator L2 is generated.
  • the fixing jig 160 presses the electrode 13 and the separator 14 whenever the electrode 13 and the separator 14 are stacked on the stack table 110, thereby stacking the stack table ( 110).
  • the fixing jig 160 is fixed by pressing the upper surface of the first electrode 11 stacked on the top side of the stack table 110 when stacking the first electrode 11 on the stack table 110 (Stack) ,
  • the upper surface of the second electrode 12 stacked on the top side of the stack table 110 may be pressed and fixed.
  • the fixing jig 160 is composed of four can press the four corners of the first electrode 11 and the second electrode 12.
  • the fixing jig 160 is a first jig (161,162) for pressing one side of the first electrode 11 and the second electrode 12 or the other side of the first electrode 11 and the second electrode 12. It may include a second jig (163,164) for pressing.
  • the first jig (161,162) and the second jig (163,164) alternately stack the first electrode 11 and the second electrode 12 alternately with the first electrode 11 and the second electrode 12 It can be pressurized.
  • the first electrode supply unit 170 may supply the first electrode 11 to the stack table 110.
  • the first electrode supply unit 170 includes a first electrode roll 171 in which the first electrode 11 is wound in the form of a sheet, and a first electrode in the form of a sheet wound in the first electrode roll 171.
  • the first cutter (cutter) 172 to form a first electrode 11 of a predetermined size by cutting at regular intervals when it is released and supplied, and the first electrode cut by the first cutter 172 ( 11) a first conveyor belt (173) for moving, and a first electrode stacked on the stack table (110) by vacuum suction of the first electrode (11) transferred by the first conveyor belt (173)
  • Supply head 174 may be further included.
  • the first cutter 172 may be cut so that the first electrode tab 11a protrudes at the end when cutting the sheet-shaped first electrode 11.
  • the second electrode supply unit 180 may supply the second electrode 12 to the stack table 110.
  • the second electrode supply unit 180 includes a second electrode roll 181 in which the second electrode 12 is wound in the form of a sheet, and a second electrode in the form of a sheet wound in the second electrode roll 181.
  • the second conveyor belt 183 to be moved and the second electrode supply head 184 to stack the second electrode 12 conveyed by the second conveyor belt 183 by vacuum adsorption on the stack table 110 are further added. It can contain.
  • the second cutter 182 may be cut so that the second electrode tab 12a protrudes at an end when cutting the sheet-shaped second electrode 12.
  • the separation membrane 14 wound on the separation membrane winding roll 121 is released, passes through a pair of separation membrane support rolls 122, is supplied to the stack table 110, and the stack table ( 110) is moved to the left and right, and the separator 14 is folded in a zigzag manner.
  • the stack table 110 moves to the left and right, the first electrode 11 and the second electrode 12 supplied from the first electrode supply unit 170 and the second electrode supply unit 180 are between the separators 14. Stacked between.
  • the first electrode 11 is supplied to the first electrode supply unit 170 as a stack table 110 to be stacked and fixed.
  • the jig 160 may press the first electrode 11 to fix it on the stack table 110.
  • the separation membrane 14 wound on the separation membrane winding roll 121 is released, and is positioned on the first electrode 11 stacked on the stack table 110, and is second.
  • the second electrode 12 is stacked so that the first electrode 11 and the second electrode 12 are positioned between the separator 14 by supplying the first electrode 11 from the electrode supply unit to the stack table 110,
  • the fixing jig 160 may press the second electrode 12 to fix it on the stack table 110.
  • the stack table 110 is alternately moved from left to right, and the separator 14 is folded in a zigzag manner such that the first electrode 11 and the second electrode 12 are positioned between the separators 14, and the electrode assembly 10 ).
  • the tension meter 130 measures the tension of the separator 14 positioned between the separator winding roll 121 and the stack table 110, and the measured tension value According to the separation membrane tension adjusting unit 140, the separation membrane winding roll 121 is moved up and down, and the separation height of the separation membrane 14 can be adjusted to constantly control the tension of the separation membrane 14.
  • FIG. 7 is a front view exemplarily showing an electrode assembly manufacturing apparatus according to another embodiment of the present invention.
  • the electrode assembly manufacturing apparatus 200 manufactures the electrode assembly 10 by alternately stacking the electrodes 13 and the separator 14 on the stack table 110.
  • the separator supply unit 120 for supplying the separator 14 to the stack table 110 and the separator tension adjusting unit 240 for constantly adjusting the tension of the separator 14 supplied to the stack table 110
  • the tension meter 130 for measuring the tension of the separation membrane 14, and the control unit 150 and the electrode 13 and the separation membrane 14 for controlling the separation tension control unit 240 fixed to the stack table 110 It includes a fixing jig 160 (see Fig. 6).
  • the electrode assembly manufacturing apparatus 200 has a difference in the configuration of the separator tension adjusting unit 240 when compared with the electrode assembly manufacturing apparatus according to the above-described embodiment. Therefore, in this embodiment, contents overlapping with one embodiment are briefly described, and the differences are described.
  • FIG. 8 is a perspective view showing a separator tension adjusting unit in an electrode assembly manufacturing apparatus according to another embodiment of the present invention.
  • the separator tension control unit 240 tensions the separator 14 supplied to the stack table 110. (Tension) can be adjusted constantly.
  • the separation membrane tension adjusting unit 240 may adjust the supply height of the separation membrane winding roll 121 and control the tension of the separation membrane 14.
  • the separation membrane tension adjusting unit 240 is a support shaft 244 on which the separation membrane winding roll 121 is mounted, and a support shaft 244 is mounted on one side, and a nut block 243 having a screw hole formed on an inner circumferential surface.
  • It may include a screw 24 formed on the outer peripheral surface to be screwed to the screw hole of the nut block 243, and a motor 241 for rotating the screw rod 242.
  • the motor 241 may be, for example, a sub-motor (Servo motor) or a step motor (Step motor).
  • the separation membrane tension control unit 240 is a base (Base) 246, a guide rail (Guide rail) 247 provided on one surface of the base 246, and the guide rail 247 can be sliding (sliding)
  • the first support part coupled so as to be fixed to the other side of the nut block 243, the block guide part 245, and the base 246, rotatably supporting the upper and lower sides of the screw bar 242 ( 248) and a second support 249.
  • the base 246 may provide a support to which each device of the separator tension adjusting unit 240 is supported.
  • the guide rails 247 may be provided as a pair and fixed to one surface of the base 246 in a parallel direction. At this time, the guide rail 247 may be located in a direction parallel to the screw rod 242.
  • the block guide unit 245 is guided by the guide rail 247 and may be moved in the vertical direction along the outer surface of the guide rail 247.
  • the first support portion 248 can rotatably support the upper portion of the screw rod 242, and the second support portion 249 can rotatably support the lower portion of the screw rod 242.
  • the electrode assembly manufacturing apparatus 200 further comprises a base 246, a guide rail 247, and a block guide portion 245, winding the separator through the nut block 243
  • the support shaft 244 on which the roll 121 is mounted can be moved more precisely in the vertical direction. That is, when the nut block 243 on which the support shaft 244 is mounted moves up and down along the screw rod 242, it moves along the guide rail 247 through the block guide portion, and when the screw rod 242 rotates, the nut block (243) can be prevented from rotating, it is possible to maintain a constant amount of up and down movement. Therefore, the separation membrane tension adjusting unit 240 can stably adjust the supply height of the separation membrane winding roll 121 to maintain the tension of the separation membrane 14 more consistently.
  • an electrode electrode assembly according to an embodiment of the present invention relates to an electrode assembly manufacturing apparatus according to one embodiment described above and an electrode assembly manufactured through an electrode assembly manufacturing apparatus according to another embodiment.
  • the present embodiment will omit the overlapping contents with the electrode assembly manufacturing apparatus according to one embodiment and the electrode assembly manufacturing apparatus according to another embodiment.
  • the electrode assembly 10 is a power generator capable of charging and discharging, and the first electrode 11, the separator 14, and the second electrode 12 may be alternately stacked and formed in a collective form.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view showing a secondary battery according to an embodiment of the present invention.
  • a secondary battery 1 according to an embodiment of the present invention includes an electrode assembly 10 and a battery case 20 accommodating the electrode assembly 10.
  • An electrode secondary battery according to an embodiment of the present invention relates to a secondary battery 1 including an electrode assembly manufacturing apparatus according to one embodiment described above and an electrode assembly manufactured through an electrode assembly manufacturing apparatus according to another embodiment. Accordingly, the present embodiment omits or briefly describes the overlapping information with the electrode assembly manufacturing apparatus according to the above-described embodiment and the electrode assembly manufacturing apparatus according to another embodiment, and focuses on differences.
  • the electrode assembly 10 is an electrode assembly 10 manufactured through the above-described electrode assembly manufacturing apparatus, in which the electrodes 13 and the separator 14 are alternately stacked, and the separator 14 is folded in a zigzag manner.
  • the electrode 13 is positioned between the separators 14.
  • the electrode 13 includes the first electrode 11 and the second electrode 12, and the first electrode 11 and the second electrode 12 are alternately arranged between the folding membranes 14 to be folded. Can be.
  • the battery case 20 may be formed with a receiving portion to accommodate the electrode assembly 10 therein.

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Abstract

본 발명은 전극 조립체 제조장치에 관한 것으로, 본 발명에 따른 전극 조립체 제조장치는, 전극 및 분리막을 스택 테이블(Stack Table) 상에 교대로 적층하되, 분리막을 지그재그로 폴딩하며 분리막 사이사이에 전극을 위치시켜 전극 조립체를 제조하는 장치로서, 상기 스택 테이블로 분리막을 공급하는 분리막 공급부 및 상기 스택 테이블로 공급되는 상기 분리막의 텐션(Tension)을 일정하게 조절하는 분리막 텐션 조절부를 포함하고, 상기 분리막 공급부는 상기 분리막이 권취된 분리막 권취 롤(Roll)을 포함하고, 상기 분리막 텐션 조절부는 상기 분리막 권취 롤의 공급 높이를 조절하며 상기 분리막의 텐션을 조절한다.

Description

전극 조립체 제조장치와, 이를 통해 제조된 전극 조립체 및 이차전지
관련출원과의 상호인용
본 출원은 2019년 01월 17일자 한국특허출원 제10-2019-0006172호에 기초한 우선권의 이익을 주장하며, 해당 한국특허출원의 문헌에 개시된 모든 내용은 본 명세서의 일부로서 포함된다.
기술분야
본 발명은 전극 조립체 제조장치와, 이를 통해 제조된 전극 조립체 및 이차전지에 관한 것이다.
이차 전지는 일차 전지와는 달리 재충전이 가능하고, 또 소형 및 대용량화 가능성으로 인해 근래에 많이 연구 개발되고 있다. 모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서의 이차 전지의 수요가 급격하게 증가하고 있다.
이차 전지는 전지 케이스의 형상에 따라, 코인형 전지, 원통형 전지, 각형 전지, 및 파우치형 전지로 분류된다. 이차 전지에서 전지 케이스 내부에 장착되는 전극 조립체는 전극 및 분리막의 적층 구조로 이루어진 충방전이 가능한 발전소자이다.
전극 조립체는 활물질이 도포된 시트형의 양극과 음극 사이에 분리막을 개재(介在)하여 권취한 젤리 롤(Jelly-roll)형, 다수의 양극과 음극을 분리막이 개재된 상태에서 순차적으로 적층한 스택형, 및 스택형의 단위 셀들을 긴 길이의 분리필름으로 권취한 스택 앤 폴딩(Stack & Folding)형으로 대략 분류할 수 있다.
여기서, 스택 앤 폴딩형의 전극 조립체에서 분리막이 지그 재그로 폴딩(Folding)될때, 분리막의 위치별 텐션이 다르기 때문에 통기도 및 함침(wetting)성 산포에 영향을 미치는 문제가 있다.
보다 상세히, 분리막 사이사이로 전극을 스택시키며 분리막을 좌,우로 접어 폴딩하면, 분리막의 가해지는 텐션이 일정하지 않게 되어 분리막에 주름이 발생되는 문제가 있어왔다. 이에 따라, 전극 및 분리막이 불균일하게 적층되어 전극 조립체의 통기도 및 함침성 산포가 높게 되었다. 결국, 전극 조립체의 함침성 및 통기도 산포가 높아 전극 및 분리막 사이를 리튬이온 이동하며 충방전되는 이차전지의 성능이 현저히 저하되는 문제가 있다
[선행기술문헌] 특허문헌: 한국 공개특허 제10-2013-0132230호
본 발명의 하나의 관점은 분리막을 지그재그 폴딩하여 전극 조립체를 제조 시, 폴딩되는 분리막의 텐션을 일정하게 유지할 수 있는 전극 조립체 제조장치와, 이를 통해 제조된 전극 조립체 및 이차전지를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 전극 조립체 제조장치는, 전극 및 분리막을 스택 테이블(Stack Table) 상에 교대로 적층하되, 분리막을 지그재그로 폴딩하며 분리막 사이사이에 전극을 위치시켜 전극 조립체를 제조하는 장치로서, 상기 스택 테이블로 분리막을 공급하는 분리막 공급부 및 상기 스택 테이블로 공급되는 상기 분리막의 텐션(Tension)을 일정하게 조절하는 분리막 텐션 조절부를 포함하고, 상기 분리막 공급부는 상기 분리막이 권취된 분리막 권취 롤(Roll)을 포함하고, 상기 분리막 텐션 조절부는 상기 분리막 권취 롤의 공급 높이를 조절하며 상기 분리막의 텐션을 조절할 수 있다.
본 발명에 따르면, 분리막을 지그재그로 폴딩하며 분리막 사이사이에 전극을 위치시켜 전극 조립체를 제조할 때, 분리막 텐션 조절부를 통해 분리막의 텐션을 일정하게 조절할 수 있고, 이로 인해 지그재그 폴딩되는 분리막에 주름이 발생되는 것을 방지할 수 있다. 결국, 전극 및 분리막이 균일하게 적층되어 전극 조립체의 함침성 및 통기도 산포가 작아질 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 텐션 측정기를 통해 분리막의 텐션을 측정하고, 측정된 텐션값을 제어부가 반영하여 분리막 텐션 조절부를 통해 분리막의 텐션을 일정하게 유지할 수 있다. 따라서, 전극 및 분리막이 보다 균일하게 적층되어 전극 조립체의 함침성 및 통기도 산포가 현저히 작아질 수 있고, 전극 조립체를 포함하는 이차전지의 성능이 현저히 향상될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체 제조장치를 예시적으로 나타낸 정면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체 제조장치에서 전극 조립체를 적층시키는 개념을 나타낸 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체 제조장치에서 전극 조립체를 적층한 상태를 나타내는 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체 제조장치의 요부를 예시적으로 나타낸 측면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체 제조장치에서 나사봉과 너트 블록을 나타낸 단면도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체 제조장치에서 스택 테이블에 분리막을 지그재그 폴딩하는 개념을 나타낸 사시도이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전극 조립체 제조장치를 예시적으로 나타낸 정면도이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전극 조립체 제조장치에서 분리막 텐션 조절부를 나타낸 사시도이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 이차전지를 나타낸 단면도이다.
본 발명의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되어지는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예들로부터 더욱 명백해질 것이다. 본 명세서에서 각 도면의 구성요소들에 참조번호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 번호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다. 또한, 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고, 본 발명을 설명함에 있어서, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 관련된 공지 기술에 대한 상세한 설명은 생략하도록 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체 제조장치를 예시적으로 나타낸 정면도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체 제조장치에서 전극 조립체를 적층시키는 개념을 나타낸 사시도이다.
도 1 및 도 2를 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체 제조장치(100)는 전극(13) 및 분리막(14)을 스택 테이블(110) 상에 교대로 적층하여 전극 조립체(10)를 제조하는 장치로서, 스택 테이블(110)로 분리막(14)을 공급하는 분리막 공급부(120) 및 스택 테이블(110)로 공급되는 분리막(14)의 텐션을 일정하게 조절하는 분리막 텐션 조절부(140)를 포함한다. 또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체 제조장치(100)는 분리막(14)의 텐션을 측정하는 텐션 측정기(130)와, 분리막 텐션 조절부(140)를 제어하는 제어부(150) 및 전극(13) 및 분리막(14)을 스택 테이블(110)에 고정하는 고정 지그를 더 포함할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체 제조장치에서 전극 조립체를 적층한 상태를 나타내는 사시도이다.
이하에서, 도 1 내지 도 6을 참조하여, 본 발명의 일 실시예인 전극 조립체 제조장치에 대해 보다 상세히 설명하기로 한다.
도 1 및 도 2를 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체 제조장치(100)는 전극(13) 및 분리막(14)을 스택 테이블(Stack Table)(110) 상에 교대로 적층하되, 분리막(14)을 지그재그로 폴딩하며 분리막(14) 사이사이에 전극(13)을 위치시켜 전극 조립체(10)를 제조하는 장치이다.
여기서, 전극(13)은 제1 전극(11) 및 제2 전극(12)을 포함하여, 전극 조립체 제조장치(100)는 제1 전극(11), 분리막(14), 및 제2 전극(12)을 적층시켜 전극 조립체(10)를 제조할 수 있다.
도 2 및 도 3을 참고하면, 전극 조립체(10)는 충방전이 가능한 발전소자로서, 제1 전극(11), 분리막(14), 및 제2 전극(12)이 교대로 적층되어 결집된 형태로 형성될 수 있다. 여기서, 전극 조립체(10)는 예를 들어 분리막(14)이 지그 재그 형태로 폴딩되고, 폴딩되는 분리막(14) 사이사이에 제1 전극(11) 및 제2 전극(12)이 교대로 배치되는 형태일 수 있다.
한편, 제1 전극(11)은 제1 전극 탭(11a)이 구비되고, 제2 전극(12)은 제2 전극 탭(12a)이 구비될 수 있다.
제1 전극(11)은 양극으로 구성되고, 제2 전극(12)은 음극으로 구성될 수 있지만, 본 발명이 여기에 반드시 한정되는 것은 아니며, 예를 들어 제1 전극(11)이 음극으로 구성되고, 제2 전극(12)이 양극으로 구성될 수 있음은 물론이다.
양극은 양극 집전체(미도시) 및 양극 집전체에 도포된 양극 활물질(미도시)을 포함할 수 있다. 양극 집전체는 예를 들어 알루미늄 재질의 포일(Foil)로 이루어질 수 있고, 양극 활물질은 예를 들어 리튬망간산화물, 리튬코발트산화물, 리튬니켈산화물, 리튬인산철, 또는 이들 중 1종 이상이 포함된 화합물 및 혼합물 등으로 이루어질 수 있다.
음극은 음극 집전체(미도시) 및 음극 집전체에 도포된 음극 활물질(미도시)을 포함할 수 있다. 음극 집전체는 예를 들어 구리(Cu) 또는 니켈(Ni) 재질로 이루어진 포일(foil)로 이루어질 수 있다. 음극 활물질은 예를 들어 인조흑연, 리튬금속, 리튬합금, 카본, 석유코크, 활성화 카본, 그래파이트, 실리콘 화합물, 주석 화합물, 티타늄 화합물 또는 이들의 합금으로 이루어질 수 있다. 이때, 음극 활물질은 예를 들어 비흑연계의 SiO(silica, 실리카) 또는 SiC(silicon carbide, 실리콘카바이드) 등이 더 포함되어 이루어질 수 있다.
분리막(14)은 절연 재질 및 연성이 있는 재질로 이루어질 수 있다. 이때, 분리막(14)은 예를 들어 미다공성을 가지는 폴리에칠렌, 폴리프로필렌 등 폴리올레핀계 수지막으로 형성될 수 있다.
도 1 및 도 2를 참고하면, 스택 테이블(Stack table)(110)은 폴딩되는 분리막(14) 사이사이에 제1 전극(11) 및 제2 전극(12)이 교대로 배치되는 형태로 제1 전극(11), 분리막(14), 및 제2 전극(12)이 적층될 수 있다.
또한, 도 1을 참고할 때, 스택 테이블(110)은 좌,우 방향으로 이동하며 분리막(14)을 지그재그(Zig zag)로 폴딩할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체 제조장치의 요부를 예시적으로 나타낸 측면도이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체 제조장치에서 나사봉과 너트 블록을 나타낸 단면도이며, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체 제조장치에서 스택 테이블(110)에 분리막을 지그재그 폴딩하는 개념을 나타낸 사시도이다.
도 1을 참고하면, 분리막 공급부(120)는 스택 테이블(110)로 분리막(14)을 공급할 수 있다.
분리막 공급부(120)는 분리막(14)이 권취된 분리막 권취 롤(Roll)(121)을 포함할 수 있다. 또한, 분리막 공급부(120)는 분리막 권취 롤(121)로부터 풀어지며 스택 테이블(110)로 이동되는 분리막(14)을 지지하는 지지롤(122)을 더 포함할 수 있다.
지지롤(122)은 분리막(14)의 양면을 지지하도록 한 쌍으로 구비될 수 있다. 여기서, 한 쌍의 지지롤(122)은 좌,우 방향으로 나란하게 배치되고, 스택 테이블(110)의 상부 방향으로 일정거리 이격되어 위치될 수 있다.
도 1 및 도 4를참고하면, 분리막 텐션 조절부(140)는 스택 테이블(110)로 공급되는 분리막(14)의 텐션(Tension)을 일정하게 조절할 수 있다. 여기서, 분리막 텐션 조절부(140)는 분리막 권취 롤(121)의 공급 높이를 조절하며 분리막(14)의 텐션을 조절할 수 있다.
또한, 분리막 텐션 조절부(140)는 분리막 권취 롤(121)이 장착되는 지지축(144)을 포함하고, 지지축(144)을 이동시키며 분리막(14)의 텐션을 조절할 수 있다.
아울러, 도 4 및 도 5를 참고하면, 분리막 텐션 조절부(140)는 지지축(144)이 일측부에 장착되고, 내주면에 나사홀(143a)이 형성된 너트 블록(143)(Nut block)과, 너트 블록(143)의 나사홀(143a)에 나사결합되도록 외주면에 나사부(142a)가 형성된 나사봉(142) 및 나사봉(142)을 회전시키는 모터(141)를 더 포함할 수 있다.
모터(141)는 예를 들어 서브 모터(Servo motor) 또는 스텝 모터(Step motor)로 이루어질 수 있다.
여기서, 도 1 및 도 4를 참고하면, 분리막 텐션 조절부(140)는 예를 들어 모터(141)를 일방향으로 회전시키면 너트 블록(143)이 나사봉(142)을 따라 하방향으로 이동될 수 있다. 이때, 너트 블록(143)에 장착된 지지축(144)이 하방향으로 이동되며 지지축(144)에 장착된 분리막 권취 롤(121)이 하방향으로 이동되며 공급 높이를 낮출 수 있다.
한편, 분리막 텐션 조절부(140)는 예를 들어 모터(141)를 타방향으로 회전시키면 너트 블록(143)이 나사봉(142)을 따라 상방향으로 이동될 수 있다. 이때, 너트 블록(143)에 장착된 지지축(144)이 상방향으로 이동되며 지지축(144)에 장착된 분리막 권취 롤(121)이 상방향으로 이동되며 공급 높이를 높일 수 있다.
따라서, 분리막 텐션 조절부(140)는 모터(141)의 회전방향 및 회전량을 조절하며 분리막 권취 롤(121)을 상하방향(H)으로 이동시켜, 분리막(14)의 공급 높이를 조절할 수 있다.
결국, 분리막 텐션 조절부(140)를 통해 분리막(14)의 공급 높이를 조절하여 스택 테이블(110)이 좌우로 이동될 때 분리막(14)의 주름 부위가 발생되는 것을 최소화 또는 방지할 수 있다.
텐션 측정기(130)는 스택 테이블(110)과 분리막 권취 롤(121) 사이에 위치된 분리막(14) 부분에서의 텐션을 측정할 수 있다. 여기서, 텐션 측정기(130)는 분리막 공급부(120)의 지지롤(122)에 구비될 수 있다.
또한, 텐션 측정기(130)는 분리막(14)이 한 쌍의 지지롤(122) 사이를 통과하여 스택 테이블(110)에 지그재그 폴딩될때, 분리막(14)이 지지롤(122)에 가하는 힘을 측정하여 분리막(14)의 텐션값을 측정할 수 있다.
아울러, 텐션 측정기(130)는 예를 들어 댄서 포지션 센서(Dancer position sensor)로 이루어질 수 있다.(댄서 포지션 센서는 몬탈보사의 DSP-P1을 사용하고, 댄서롤(지지롤)에 싱크로 발신기를 취부하여, 동작 중심위치로부터 변위량을 전기신호로 변환하여 인출하여 텐션을 측정할 수 있다.)
도 1, 도 4 및 도 6을 참고하면, 제어부(150)는 텐션 측정기(130)로부터 측정된 분리막(14)의 텐션값에 따라 분리막 텐션 조절부(140)를 제어하여 분리막(14)의 텐션을 조절할 수 있다.
또한, 제어부(150)는 분리막(14)의 텐션 측정값을 0.01초 이하의 간격으로 판별하며 분리막 텐션 조절부(140)의 모터(141)의 회전량을 조절하여, 분리막 권취 롤(121)의 공급 높이를 조절할 수 있다.
여기서, 제어부(150)는 분리막 텐션 조절부(140)에서 모터(141)의 일방향 회전량 및 타방향 회전량을 조절하며, 분리막 권취 롤(121)을 상하방향(H)으로 이동시켜, 분리막(14)의 공급 높이를 조절할 수 있다.
아울러, 제어부(150)는 텐션 기준값이 저장된 메모리(미도시)를 포함할 수 있다. 이에 따라, 제어부(150)는 메모리에 저장된 텐션 기준값과 텐션 측정기(130)로부터 측정된 텐션 측정값을 비교하며 분리막 텐션 조절부(140)를 제어하여 분리막(14)의 공급 높이를 조절할 수 있다.
이때, 제어부(150)는 예를 들어 분리막(14)의 텐션 측정값이 메모리에 저장된 텐션 기준값 보다 작으면 분리막 권취 롤(121)을 상방향으로 이동시키고, 분리막(14)의 텐션 측정값이 메모리에 저장된 텐션 기준값 보다 크면 분리막 권취 롤(121)을 하방향으로 이동시킬 수 있다.
따라서, 제어부(150)는 텐션 측정기(130)를 통해 분리막(14)의 텐션을 측정하여, 분리막 텐션 조절부(140)를 통해 분리막(14)의 공급 높이를 조절함에 따라, 분리막(14)을 스택 테이블(110)에 적층 시, 분리막(14)이 일정한 텐션을 갖도록 할 수 있다. 결국, 도 1 및 도 6을 참고할 때, 제어부(150)에서 스택 테이블(110)이 좌우로 이동될 때 분리막(14)의 텐션이 변동되며 주름이 생기는 구간(L2)의 발생을 방지하고, 분리막(14)의 텐션이 일정한 구간(L1)을 유지시키도록 0.01초 이하의 간격으로 분리막 텐션 조절부(140)를 제어하여, 전극 조립체(10)의 함침성 및 통기도 산포를 현저히 최소화 시킬 수 있다.
도 1 및 도 6을 참고하면, 고정 지그(160)는 스택 테이블(110)에 전극(13) 및 분리막(14)이 적층될 때마다 전극(13) 및 분리막(14)을 가압하여 스택 테이블(110)에 고정할 수 있다.
또한, 고정 지그(160)는 스택 테이블(110)에 제1 전극(11)을 스택(Stack) 시 스택 테이블(110)의 최상측에 적층된 제1 전극(11)의 상면을 가압하여 고정하고, 스택 테이블(110)에 제2 전극(12)을 스택 시 스택 테이블(110)의 최상측에 적층된 제2 전극(12)의 상면을 가압하여 고정할 수 있다.
아울러, 고정 지그(160)는 4개로 이루어져 제1 전극(11) 및 제2 전극(12)의 4 모서리부를 가압할 수 있다.
그리고, 고정 지그(160)는 제1 전극(11) 및 제2 전극(12)의 일측부를 가압하는 제1 지그(161,162) 또는 제1 전극(11) 및 제2 전극(12)의 타측부를 가압하는 제2 지그(163,164)를 포함할 수 있다. 여기서, 제1 지그(161,162) 및 제2 지그(163,164)는 제1 전극(11) 및 제2 전극(12)의 적층 시 교대로 제1 전극(11) 및 제2 전극(12)을 교대로 가압할 수 있다.
도 1 및 도 2를 참고하면, 제1 전극 공급부(170)는 제1 전극(11)을 스택 테이블(110)로 공급할 수 있다.
또한, 제1 전극 공급부(170)는 제1 전극(11)이 시트(Sheet) 형태로 권취되는 제1 전극 롤(171)과, 제1 전극 롤(171)에 권취된 시트 형태의 제1 전극(11)이 풀어지며 공급될 때 일정간격으로 절단하여 소정 크기의 제1 전극(11)을 형성시키는 제1 커터(cutter)(172)와, 제1 커터(172)에 절단된 제1 전극(11)을 이동시키는 제1 컨베이어 벨트(conveyer belt)(173)와, 제1 컨베이어 벨트(173)에 의해 이송되는 제1 전극(11)을 진공 흡착하여 스택 테이블(110)에 적층시키는 제1 전극 공급 헤드(174)를 더 포함할 수 있다. 여기서, 제1 커터(172)는 시트(Sheet) 형태의 제1 전극(11)을 절단 시 단부에 제1 전극 탭(11a)이 돌출형성되도록 커팅 할 수 있다.
제2 전극 공급부(180)는 제2 전극(12)을 스택 테이블(110)로 공급할 수 있다.
또한, 제2 전극 공급부(180)는 제2 전극(12)이 시트(Sheet) 형태로 권취되는 제2 전극 롤(181)과, 제2 전극 롤(181)에 권취된 시트 형태의 제2 전극(12)이 풀어지며 공급될 때 일정간격으로 절단하여 소정 크기의 제2 전극(12)을 형성시키는 제2 커터(182)와, 제2 커터(182)에 절단된 제2 전극(12)을 이동시키는 제2 컨베이어 벨트(183)와, 제2 컨베이어 벨트(183)에 의해 이송되는 제2 전극(12)을 진공 흡착하여 스택 테이블(110)에 적층시키는 제2 전극 공급 헤드(184)를 더 포함할 수 있다. 여기서, 제2 커터(182)는 시트 형태의 제2 전극(12)을 절단 시 단부에 제2 전극 탭(12a)이 돌출형성되도록 커팅 할 수 있다.
이하에서 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체 제조장치(100)의 작동을 설명하기로 한다.
도 1 및 도 6을 참고하면, 분리막 권취 롤(121)에 권취된 분리막(14)이 풀어지며 한 쌍의 분리막 지지롤(122) 사이를 통과하며 스택 테이블(110)로 공급되고, 스택 테이블(110)이 좌,우로 이동하며 분리막(14)을 지그재그로 폴딩시킨다. 또한, 스택 테이블(110)이 좌,우로 이동 시 제1 전극 공급부(170) 및 제2 전극 공급부(180)로부터 공급되는 제1 전극(11) 및 제2 전극(12)이 분리막(14) 사이사이에 적층된다.
보다 상세히, 도 1 및 도 2를 참고할 때, 스택 테이블(110)이 좌측으로 이동되면, 제1 전극 공급부(170)에 스택 테이블(110)로 제1 전극(11)을 공급하여 적층시키고, 고정 지그(160)가 제1 전극(11)을 가압하여 스택 테이블(110)에 고정할 수 있다. 이후, 스택 테이블(110)이 우측으로 이동되면 분리막 권취 롤(121)에 권취된 분리막(14)이 풀어지며 스택 테이블(110)에 적층된 제1 전극(11)의 상부에 위치되고, 제2 전극 공급부에서 스택 테이블(110)로 제1 전극(11)을 공급하여 분리막(14)을 사이로 제1 전극(11) 및 제2 전극(12)이 위치되도록 제2 전극(12)을 적층하면, 고정 지그(160)가 제2 전극(12)을 가압하여 스택 테이블(110)에 고정할 수 있다. 이후, 스택 테이블(110)을 좌,우로 번갈아 이동시키며 분리막(14) 사이사이에 제1 전극(11) 및 제2 전극(12)이 위치되도록 분리막(14)을 지그재그로 폴딩하며 전극 조립체(10)를 형성시킬 수 있다.
여기서, 스택 테이블(110)이 좌,우로 이동 시, 분리막 권취 롤(121)과 스택 테이블(110) 사이에 위치된 분리막(14)의 텐션을 텐션 측정기(130)가 측정하고, 측정된 텐션값에 따라 분리막 텐션 조절부(140)가 분리막 권취 롤(121)을 상하 이동시키며 분리막(14) 공급 높이를 조절하여 분리막(14)의 텐션을 일정하게 조절할 수 있다.
이하에서 본 발명의 다른 실시예에 따른 전극 조립체 제조장치를 설명하기로 한다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전극 조립체 제조장치를 예시적으로 나타낸 정면도이다.
도 7을 참고하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 전극 조립체 제조장치(200)는 전극(13) 및 분리막(14)을 스택 테이블(110) 상에 교대로 적층하여 전극 조립체(10)를 제조하는 장치로서, 스택 테이블(110)로 분리막(14)을 공급하는 분리막 공급부(120)와, 스택 테이블(110)로 공급되는 분리막(14)의 텐션을 일정하게 조절하는 분리막 텐션 조절부(240)와, 분리막(14)의 텐션을 측정하는 텐션 측정기(130)와, 분리막 텐션 조절부(240)를 제어하는 제어부(150) 및 전극(13) 및 분리막(14)을 스택 테이블(110)에 고정하는 고정 지그(160)를 포함한다.(참조 도 6)
본 발명의 다른 실시예에 따른 전극 조립체 제조장치(200)는 전술한 일 실시예에 따른 전극 조립체 제조장치와 비교할 때, 분리막 텐션 조절부(240)의 구성에 차이가 있다. 따라서, 본 실시예는 일 실시예와 중복되는 내용은 간략히 기술하고, 차이점을 중심으로 기술하도록 한다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전극 조립체 제조장치에서 분리막 텐션 조절부를 나타낸 사시도이다.
보다 상세히, 도 7 및 도 8을 참고하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 전극 조립체 제조장치(200)에서 분리막 텐션 조절부(240)는 스택 테이블(110)로 공급되는 분리막(14)의 텐션(Tension)을 일정하게 조절할 수 있다. 여기서, 분리막 텐션 조절부(240)는 분리막 권취 롤(121)의 공급 높이를 조절하며 분리막(14)의 텐션을 조절할 수 있다.
또한, 분리막 텐션 조절부(240)는 분리막 권취 롤(121)이 장착되는 지지축(244)과, 지지축(244)이 일측부에 장착되고, 내주면에 나사홀이 형성된 너트 블록(243)과, 너트 블록(243)의 나사홀에 나사결합되도록 외주면에 나사부가 형성된 나사봉(242) 및 나사봉(242)을 회전시키는 모터(241)를 포함할 수 있다. 여기서, 모터(241)는 예를 들어 서브 모터(Servo motor) 또는 스텝 모터(Step motor)로 이루어질 수 있다.
아울러, 분리막 텐션 조절부(240)는 베이스(Base)(246)와, 베이스(246)의 일면에 구비된 가이드 레일(Guide rail)(247)과, 가이드 레일(247)에 슬라이딩(sliding) 가능하도록 결합되고, 너트 블록(243)의 타측부가 고정되는 블록 가이드부(245), 및 베이스(246)에 고정되어, 나사봉(242)의 상,하측을 회전가능하게 지지하는 제1 지지부(248) 및 제2 지지부(249)를 더 포함할 수 있다.
베이스(246)는 분리막 텐션 조절부(240)의 각 장치들이 지지되는 지지체를 제공할 수 있다.
가이드 레일(247)은 한 쌍으로 구비되어 베이스(246)의 일면에 나란한 방향으로 고정될 수 있다. 이때, 가이드 레일(247)은 나사봉(242)과 나란한 방향으로 위치될 수 있다.
블록 가이드부(245)는 가이드 레일(247)의 안내를 받으며 가이드 레일(247)의 외면을 따라 상하 방향으로 이동될 수 있다.
제1 지지부(248)는 나사봉(242)의 상측부를 회전가능하게 지지하고, 제2 지지부(249)는 나사봉(242)의 하측부를 회전가능하게 지지할 수 있다.
결국, 본 발명의 다른 실시예에 따른 전극 조립체 제조장치(200)는 베이스(246), 가이드 레일(247), 및 블록 가이드부(245)를 더 포함하여, 너트 블록(243)을 통해 분리막 권취 롤(121)이 장착되는 지지축(244)을 상하 방향으로 보다 정밀하게 이동시킬 수 있다. 즉, 지지축(244)이 장착된 너트 블록(243)이 나사봉(242)을 따라 상하 이동 시, 블록 가이드 부를 통해 가이드 레일(247)을 따라 이동되며 나사봉(242)의 회전 시 너트 블록(243)이 회전되는 것을 방지할 수 있고, 상하 이동량을 일정하게 유지시킬 수 있다. 따라서, 분리막 텐션 조절부(240)는 안정적으로 분리막 권취 롤(121)의 공급 높이를 조절하여 분리막(14)의 텐션을 보다 일정하게 유지시킬 수 있다.
이하에서 본 발명의 실시예에 따른 전극 조립체를 설명하기로 한다.
도 3을 참고하면, 본 발명의 실시예에 따른 전극 전극 조립체는 전술한 일 실시예에 따른 전극 조립체 제조장치 및 다른 실시예에 따른 전극 조립체 제조장치를 통해 제조된 전극 조립체에 대한 것이다.
따라서, 본 실시예는 전술한 일 실시예에 따른 전극 조립체 제조장치 및 다른 실시예에 따른 전극 조립체 제조장치와 중복되는 내용을 생략하기로 한다.
전극 조립체(10)는 충방전이 가능한 발전소자로서, 제1 전극(11), 분리막(14), 및 제2 전극(12)이 교대로 적층되어 결집된 형태로 형성될 수 있다.
이하에서 본 발명의 실시예에 따른 이차전지를 설명하기로 한다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 이차전지를 나타낸 단면도이다.
도 9를 참고하면, 본 발명의 실시예에 따른 이차전지(1)는 전극 조립체(10) 및 전극 조립체(10)를 수용하는 전지 케이스(20)를 포함한다.
본 발명의 실시예에 따른 전극 이차전지는 전술한 일 실시예에 따른 전극 조립체 제조장치 및 다른 실시예에 따른 전극 조립체 제조장치를 통해 제조된 전극 조립체를 포함하는 이차전지(1)에 대한 것이다. 따라서, 본 실시예는 전술한 일 실시예에 따른 전극 조립체 제조장치 및 다른 실시예에 따른 전극 조립체 제조장치와 중복되는 내용은 생략하거나 간략히 기술하고, 차이점을 중심으로 기술하도록 한다.
보다 상세히, 전극 조립체(10)는 전술한 전극 조립체 제조장치를 통해 제조된 전극 조립체(10)로서, 전극(13) 및 분리막(14)이 교대로 적층되되, 분리막(14)을 지그재그로 폴딩하며 분리막(14) 사이사이에 전극(13)을 위치된다.
이때, 전극(13)은 제1 전극(11) 및 제2 전극(12)을 포함하여, 폴딩되는 분리막(14) 사이사이에 제1 전극(11) 및 제2 전극(12)이 교대로 배치될 수 있다.
전지 케이스(20)는 전극 조립체(10)를 내부에 수용하도록 수용부가 형성될 수 있다.
이상 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세히 설명하였으나, 이는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명에 따른 전극 조립체 제조장치와, 이를 통해 제조된 전극 조립체 및 이차전지는 이에 한정되지 않는다. 본 발명의 기술적 사상 내에서 당해 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 실시가 가능하다고 할 것이다.
또한, 발명의 구체적인 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의하여 명확해질 것이다.

Claims (14)

  1. 전극 및 분리막을 스택 테이블(Stack Table) 상에 교대로 적층하되, 분리막을 지그재그로 폴딩하며 분리막 사이사이에 전극을 위치시켜 전극 조립체를 제조하는 장치로서,
    상기 스택 테이블로 분리막을 공급하는 분리막 공급부; 및
    상기 스택 테이블로 공급되는 상기 분리막의 텐션(Tension)을 일정하게 조절하는 분리막 텐션 조절부;를 포함하고,
    상기 분리막 공급부는 상기 분리막이 권취된 분리막 권취 롤(Roll)을 포함하고,
    상기 분리막 텐션 조절부는 상기 분리막 권취 롤의 공급 높이를 조절하며 상기 분리막의 텐션을 조절하는 전극 조립체 제조장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 스택 테이블과 상기 분리막 권취 롤 사이에 위치된 상기 분리막 부분에서의 텐션을 측정하는 텐션 측정기를 더 포함하는 전극 조립체 제조장치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 분리막 공급부는
    상기 분리막 권취 롤로부터 풀어지며 상기 스택 테이블로 이동되는 상기 분리막을 지지하는 지지롤을 더 포함하고,
    상기 텐션 측정기는 상기 지지롤에 구비되는 전극 조립체 제조장치.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 지지롤은 상기 분리막의 양면을 지지하도록 한 쌍으로 구비되고,
    상기 텐션 측정기는,
    상기 분리막이 한 쌍의 상기 지지롤 사이를 통과하여 상기 스택 테이블에 지그재그 폴딩될때, 상기 분리막이 상기 지지롤에 가하는 힘을 측정하여 상기 분리막의 텐션값을 측정하는 전극 조립체 제조장치.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 스택 테이블은 좌,우 방향으로 이동하며 상기 분리막을 지그 재그로 폴딩하고,
    한 쌍의 상기 지지롤은 좌,우 방향으로 나란하게 배치되고, 상기 스택 테이블의 상부 방향으로 일정거리 이격되어 위치되는 전극 조립체 제조장치.
  6. 청구항 2에 있어서,
    상기 텐션 측정기로부터 측정된 상기 분리막의 텐션값에 따라 상기 분리막 텐션 조절부를 제어하여 상기 분리막의 텐션을 조절하는 제어부를 더 포함하는 전극 조립체 제조장치.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 스택 테이블에 상기 전극 및 상기 분리막이 적층될 때마다 상기 전극 및 상기 분리막을 가압하여 상기 스택 테이블에 고정하는 고정 지그를 더 포함하는 전극 조립체 제조장치.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 분리막 텐션 조절부는
    상기 분리막 권취 롤이 장착되는 지지축을 포함하고,
    상기 지지축을 이동시키며 상기 분리막의 텐션을 조절하는 전극 조립체 제조장치.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 분리막 텐션 조절부는,
    상기 지지축이 일측부에 장착되고, 내주면에 나사홀이 형성된 너트 블록;
    상기 너트 블록의 상기 나사홀에 나사결합되도록 외주면에 나사부가 형성된 나사봉; 및
    상기 나사봉을 회전시키는 모터;를 더 포함하고,
    상기 모터에 의해 상기 나사봉이 회전되면, 상기 너트 블록이 상기 나사봉을 따라 직선 이동되며 상기 지지축을 상,하 이동시키는 전극 조립체 제조장치.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 분리막에서 상기 스택 테이블과 상기 분리막 권취 롤 사이에 위치된 부분의 텐션을 측정하는 텐션 측정기; 및 상기 텐션 측정기로 부터 측정된 상기 분리막의 텐션값에 따라 상기 분리막 텐션 조절부를 통해 상기 분리막의 텐션을 조절하는 제어부를 더 포함하고,
    상기 제어부는 상기 분리막의 텐션 측정값을 0.01초 이하의 간격으로 판별하며 상기 분리막 텐션 조절부의 상기 모터의 회전량을 조절하여, 상기 분리막 권취 롤의 공급 높이를 조절하는 전극 조립체 제조장치.
  11. 청구항 9에 있어서,
    상기 분리막 텐션 조절부는,
    베이스;
    상기 베이스의 일면에 구비된 가이드 레일; 및
    상기 가이드 레일에 슬라이딩 가능하도록 결합되고, 상기 너트 블록의 타측부가 고정되는 블록 가이드부;를 더 포함하는 전극 조립체 제조장치.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 분리막 텐션 조절부는,
    상기 베이스에 고정되어, 상기 나사봉의 상,하측을 회전가능하게 지지하는 제1 지지부 및 제2 지지부를 더 포함하는 전극 조립체 제조장치.
  13. 청구항 1 내지 청구항 12 중 어느 한 항에 기재된 전극 조립체 제조장치를 통해 제조된 전극 조립체.
  14. 청구항 1 내지 청구항 12 중 어느 한 항에 기재된 전극 조립체 제조장치를 통해 제조된 전극 조립체를 포함하는 이차전지.
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