WO2022139518A1 - 단위셀의 제조방법과 제조장치 - Google Patents

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WO2022139518A1
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separator
block
unit cell
manufacturing
separation film
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박동혁
이현진
김상욱
양기
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주식회사 엘지에너지솔루션
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    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Definitions

  • the present invention relates to a manufacturing method and a manufacturing apparatus for a unit cell, and more particularly, in a state in which bonding (sealing) between the lower layer separator and the upper layer separator is made, or the joining and cutting are made at the same time to prevent folding of the separator It relates to a manufacturing method and manufacturing apparatus of a unit cell that can be
  • Secondary batteries unlike primary batteries, are rechargeable, and have been widely researched and developed in recent years due to their miniaturization and large capacity. As technology development and demand for mobile devices increase, the demand for secondary batteries as an energy source is rapidly increasing.
  • a secondary battery is configured by embedding an electrode assembly in a battery case (pouch, can, etc.).
  • the electrode assembly mounted inside the battery case has a stacked structure of anode/separator/cathode, so that repeated charging and discharging is possible.
  • the electrode assembly is manufactured in a variety of ways, but a stacked type method in which the unit cells 4 are prepared in advance and then a plurality of the unit cells 4 are stacked to make the production is common.
  • the conventional manufacturing method for manufacturing the unit cell 4 is the positive electrode 1 and the upper separator 3a from above.
  • the negative electrode 2, and the lower separator 3b are each continuously unwound and supplied in a rolled-up state (however, the stacking positions of the positive electrode and the negative electrode may be different).
  • the separators 3: 3a, 3b are continuously supplied without interruption, the cathode 2 is supplied between the upper separator 3a and the lower separator 3b, and the anode 1 is the upper separator 3a ) is fed upwards.
  • the separators 3 are continuously supplied without being cut, while the positive electrode 1 and the negative electrode 2 are provided in a state cut to a predetermined size by the respective cutters 6 and 7 .
  • the positive electrode 1 and the negative electrode 2 are paired and stacked up and down with the upper separator 3a interposed therebetween. .
  • the separators 3 are continuously connected, but the negative electrode 2 and the positive electrode 1 are passed through the laminating device 9 with a predetermined distance from the neighboring negative electrode 2 and the positive electrode 1 .
  • adhesion is achieved at the point where the negative electrode 2 and the positive electrode 1 are in contact with the separators 3 .
  • the separator 3 is cut between the adjacent positive electrode 1 and the positive electrode 1 It is provided as an individual unit cell (4).
  • the separation membranes 3 are cut between adjacent electrodes to manufacture individual unit cells 4 .
  • the conventional cutter 8 since the conventional cutter 8 has a structure in which the separator 3 is cut by applying pressure up and down, if any one of the separators 3a and 3b is not properly cut, it is folded along the direction in which the pressure is applied. There was a possible problem.
  • the unit cell 4 After the unit cell 4 is manufactured, a plurality of the unit cells 4 are stacked to manufacture an electrode assembly, so when the separator 3 is folded and a part of the negative electrode 2 or the positive electrode 1 is exposed, , there was a problem that a short could occur inside the electrode assembly.
  • the main object of the present invention is to provide a method and apparatus for manufacturing a unit cell capable of preventing the folding of the upper separator and the lower separator when the separator is cut.
  • the lower separator and the upper separator continuously move along the longitudinal direction, and the electrode (positive and negative) between the lower separator and the upper separator and on the upper separator During the manufacturing process of unit cells provided in each of these stacked states (that is, stacked in the order of 'anode/upper layer separator/cathode/lower layer separator' or 'cathode/upper layer separator/positive/lower layer separator' from top to bottom) .
  • a device for manufacturing a unit cell that cuts a lower separator and an upper separator between neighboring electrodes (along the longitudinal direction of the separator), which is disposed under the lower separator and has protrusions formed on both sides with a ditch in the upper surface lower block; an upper block vertically aligned with the lower block on the upper separation membrane and formed with protrusions on both sides with a dimple on the lower surface thereof; and a hot wire cutter disposed in any one of the pit
  • the hot wire cutter includes a nichrome wire, and the nichrome wire generates resistance heat when a current is applied.
  • the hot wire cutter is heated in the range of 200 to 300 °C.
  • Each of the lower block and the upper block has a built-in heater for heating the protrusions, so that the separation membranes are sealed at the point where the protrusions are pressed against each other.
  • the lower block is formed by combining a lower sealing block in which a ditch groove and a protrusion are formed and disposed in a direction facing the lower separation membrane; and a lower heating block having a built-in heater;
  • the upper block has a ditch groove and a protrusion It is formed and is formed by combining an upper sealing block disposed in a direction facing the upper separation membrane and an upper heating block having a built-in heater.
  • the heaters built into the lower heating block and the upper heating block are sheath heaters.
  • the heater built into the lower heating block and the upper heating block heats the protrusion in the range of 70 to 110°C.
  • the lower sealing block and the upper sealing block are preferably made of a metal material.
  • the manufacturing method of the unit cell provided in the present invention is a method of manufacturing a unit cell in which electrodes are respectively stacked between the lower separator and the upper separator and on the upper separator, wherein the lower separator and the upper separator are continuously moved along the longitudinal direction, , providing an electrode and a separator in a state in which the electrode is stacked between the lower separator and the upper separator and on the upper separator, respectively; and cutting the lower separator and upper separator by applying heat to the lower separator and upper separator by a hot wire cutter in a state in which the lower separator and the upper separator are pressed up and down between neighboring electrodes.
  • Sealing is performed at a point where the lower separator and upper separator are pressed and fixed while the hot wire cutter applies heat to the lower separator and upper separator to cut or before cutting.
  • the hot wire cutter melts and cuts the separator with heat, the physical pressure is minimized and the possibility of folding of the separator can be significantly reduced.
  • each of the lower block and the upper block has a built-in heater for heating the protrusion, so that when the lower block and the upper block press the separator, the separation membranes are sealed at the point where the protrusions pressurize. Accordingly, since the cutting is performed in a state where the lower separator and the upper separator are adhered, the folding of the separator can be blocked.
  • Figure 1a is a simplified view showing a state in which a unit cell is manufactured according to a conventional method.
  • 1b is a simplified side view of a conventional cutter for cutting a separator
  • FIG. 2 is a simplified view of an apparatus for manufacturing a unit cell according to an embodiment of the present invention
  • FIG 3 is a view showing a front view and a bottom view of the upper sealing block.
  • FIG 4 is a view showing a state in which the device for manufacturing a unit cell according to an embodiment of the present invention is disposed between adjacent electrodes (between adjacent positive electrodes or adjacent negative electrodes).
  • FIG. 5 is a view showing a state in which the lower block is raised and the upper block is lowered in the state of FIG. 4 .
  • FIG. 6 is a view showing a state in which the heating wire cutter is lowered to cut the separation membrane in the state of FIG. 5 .
  • the present invention relates to a method and apparatus for manufacturing a unit cell 4 in which electrodes 1 and 2 are respectively stacked between the lower separator 3b and the upper separator 3a and on the upper separator 3a, Embodiments according to the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings.
  • the present invention provides an apparatus for manufacturing a unit cell as a first embodiment.
  • the apparatus for manufacturing a unit cell provided in this embodiment may replace the cutter 8 for cutting the pressure roller 5 and the separator 3 in the process shown in FIG. 1A or only the cutter 8. .
  • FIG. 2 is a simplified view of an apparatus for manufacturing a unit cell according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 3 is a front view and a bottom view of the upper sealing block.
  • the apparatus for manufacturing a unit cell according to the present invention is configured to include a lower block 10 , an upper block 20 and a hot wire cutter 30 .
  • the device for manufacturing a unit cell As the device for manufacturing a unit cell provided in this embodiment is provided at a position disposed in the conventional cutter 8, the lower separator 3b and the upper separator 3a continuously move along the longitudinal direction, and the lower layer
  • the positive electrode 1 and the negative electrode 2 are respectively stacked between the separator 3b and the upper separator 3a and on the upper separator 3a, that is, from top to bottom, 'positive/upper separator/cathode/lower separator' Alternatively, it is provided in a stacked state in the order of 'cathode/upper layer separator/positive electrode/lower layer separator'.
  • the lower block 10 is disposed under the lower separation membrane 3b, and has a structure in which protrusions 15 are formed on both sides with a ditch 14 interposed therebetween.
  • the lower block 10 has a ditch groove 14 and a protrusion 15 formed therein, and a lower sealing block 13 and a heater 12 are disposed in a direction facing the lower separation film 3b.
  • the blocks 11 are combined and formed.
  • the upper block 20 is vertically aligned with the lower block 10 on the upper separation film 3a, and has a structure in which protrusions 25 are formed on both sides with a ditch 24 interposed therebetween.
  • the upper block 20 preferably has a symmetrical structure having the same size as the lower block 10, but if the protrusion 25 formed at the bottom can be vertically aligned with the protrusion 15 of the lower block 10, various shapes can have
  • the upper block 20 is also formed with a dimple 24 and a protrusion 25, and the upper sealing block 23 and the heater 22 are disposed in a direction facing the upper separation film 3a.
  • the heating block 21 has a combined structure.
  • the heaters 12 and 22 built into the lower heating block 11 and the upper heating block 21 are preferably sheath heaters that use electricity but have high energy efficiency.
  • the heaters 12 and 22 built into the lower heating block 11 and the upper heating block 21 can heat each of the protrusions 15 and 25 in the range of 70 to 110° C.
  • the lower sealing block ( 13) and the upper sealing block 23 are made of a metal material to transfer heat generated by the heaters 12 and 22 to the respective protrusions 15 and 25.
  • the reason that the temperature is limited to the range of 70 to 110 ° C is that when it is less than 70 ° C, efficient thermal fusion of the separator 3 is difficult to achieve, and when it exceeds 110 ° C, the separator 3 is melted and sealing may be difficult. to be.
  • the hot wire cutter 30 is heated to melt and cut the separator 3 when it comes into contact with the separator 3 , and the pit 14 of the lower block 10 or the dent of the upper block 20 . It is disposed in any one of the grooves (24). That is, in FIG. 2 , it is disposed in the dent 24 of the upper block 20 and is shown to cut the separation membrane 3 when descending, but it is disposed in the dent 14 of the lower block 10 and moves upward. It may be configured to cut the separation membrane 3 when rising.
  • the hot wire cutter 30 includes a nichrome wire, and when a current is applied, the nichrome wire generates resistance heat to cut the separator, and is heated in a range of 200 to 300°C. As shown in FIG. 3 , the hot wire cutter 30 has a linear structure according to the width of the separator 3 , and although not shown in the drawing, is coupled with a lift device so that it can rise and fall and a current is supplied. It is also connected to cables and power supplies.
  • the hot wire cutter 30 descends (or rises) the lower separator 3b and the upper layer The separation membrane 3a is cut.
  • FIG. 4 is a view showing a state in which the manufacturing apparatus of a unit cell according to an embodiment of the present invention is disposed between adjacent electrodes
  • FIG. 5 is a state in which the lower block rises and the upper block descends in the state of
  • FIG. 6 is a view showing a state in which the hot wire cutter descends to cut the separation membrane in the state of FIG. 5 .
  • the apparatus for manufacturing a unit cell provided in this embodiment is provided at a position where the cutter 8 for cutting the separator 3 in the conventional structure is disposed.
  • the upper block 20 rises and the lower block 10 stands by in a lowered state so that no interference occurs.
  • each of the lower block 10 and the upper block 20 includes heaters 12 and 22 for heating the respective protrusions 15 and 25, so that the protrusions 15 and 25 are formed.
  • the silver separators 3a and 3b are pressed and heated at the same time.
  • the hot wire cutter 3 descends to cut between the sealed points. At this time, it is preferable that the separation membrane 3 be cut after sealing, but since the separation membrane 3 is in a fixed state between the protrusions 15 and 25, sealing and cutting may be performed at the same time.
  • a method for manufacturing a unit cell capable of manufacturing a unit cell using the above-described manufacturing apparatus is provided as a second embodiment.
  • the manufacturing method provided in this embodiment is configured to include a step in which the separator 3 and the electrodes 1 and 2 are stacked in a predetermined order, then laminated and provided, and the step of cutting the separator by applying heat.
  • the electrodes 1 and 2 are stacked, respectively, and the electrodes 1 and 2 and the separator 3 are provided.
  • the lower separator 3b and the upper separator 3b are pressed up and down between the neighboring electrodes 1 and 2 to be fixed by a hot wire cutter 30, the lower separator (3b) and the upper separation membrane (3a) are configured to be cut by applying heat.
  • the hot wire cutter 30 melts and cuts the separation membrane 3 with heat, the physical pressure is minimized to significantly reduce the possibility of folding the separation membrane 3 .
  • each of the lower block 10 and the upper block 20 includes heaters 12 and 22 for heating the protrusions 15 and 25, so that the lower block 10 and the upper block 20 are separated by separation membranes.
  • the sealing of the separation membranes (3a, 3b) is made at the point at which the protrusions (15, 25) are pressed. Accordingly, since the cutting is performed while the lower separator 3b and the upper separator 3a are attached to each other, folding of the separator can be blocked.

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Abstract

본 발명은, 아래층 분리막과 윗층 분리막이 길이방향을 따라 계속적으로 이동하고, 상기 아랫층 분리막과 윗층 분리막 사이 및 윗층 분리막 위에 전극이 각각 적층된 상태로 제공되는 단위셀의 제조공정 중, 이웃 하는 전극들 사이에서 아래층 분리막과 윗층 분리막을 커팅하는 단위셀의 제조장치로써, 아래층 분리막 아래에 배치되며, 상면에 파임홈을 사이에 두고 양측으로 돌출부가 형성된 하부블럭; 윗층 분리막 위에서 상기 하부블럭과 수직으로 정렬되고, 하면에 파임홈을 사이에 두고 양측으로 돌출부가 형성된 상부블럭; 및 상기 하부블럭의 파임홈 또는 상부블럭의 파임홈 중 어느 한 곳에 배치되며 분리막과 접촉하면 열로 분리막을 절단하는 열선커터;를 포함하고, 상기 하부블럭과 상부블럭이 아래층 분리막과 윗층 분리막을 가압할 때, 상기 열선커터가 분리막들에 접촉하여 절단하는 것을 특징으로 한다.

Description

단위셀의 제조방법과 제조장치
본 출원은 2020년 12월 23일자 한국특허출원 제10-2020-0182654호에 기초한 우선권의 이익을 주장하며, 해당 한국특허출원의 문헌에 개시된 모든 내용은 본 명세서의 일부로서 포함된다.
본 발명은 단위셀의 제조방법과 제조장치에 관한 것으로써, 더욱 상세하게는 아랫층 분리막과 윗층 분리막의 접합(실링)이 이뤄진 상태에서 절단이 이뤄지거나 또는 접합과 절단이 동시에 이뤄져 분리막의 접힘을 방지할 수 있는 단위셀의 제조방법과 제조장치에 관한 것이다.
이차 전지는 일차 전지와는 달리 재충전이 가능하고, 또 소형화 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 케이스(파우치, 캔 등)에 전극조립체가 내장되어 구성된다. 전지 케이스의 내부에 장착되는 전극조립체는 양극/분리막/음극의 적층 구조로 이루어져 반복적인 충방전이 가능하다. 전극조립체는 다양한 방식으로 제조가 이뤄지나, 단위셀(4)을 미리 제조한 후 상기 단위셀(4)을 복수 개 적층하여 제조가 이뤄지는 적층형 방식이 일반적이다.
즉, 종래의 방식에 따라 단위셀이 제조되는 모습이 단순화되어 도시된 도 1a 를 참조하면, 단위셀(4)을 제조하기 위한 종래의 제조 방식은 위에서부터 양극(1), 윗층 분리막(3a), 음극(2), 아래층 분리막(3b) 각각이 롤 형태로 권취된 상태에서 연속적으로 권출되어 공급되도록 구성된다(단, 양극과 음극의 적층 위치는 달라질 수 있다).
이때, 상기 분리막들(3: 3a, 3b)은 끊김 없이 연속적으로 공급되며, 상기 음극(2)은 윗층 분리막(3a)과 아랫층 분리막(3b) 사이로 공급되고 상기 양극(1)은 윗층 분리막(3a) 위로 공급된다.
이때, 분리막들(3)은 절단되지 않고 연속적으로 공급되는 반면, 양극(1)과 음극(2)은 각각의 커터들(6, 7)에 의해 일정한 크기로 절단된 상태로 투입되어 제공된다. 상기 양극(1)과 음극(2)은 짝을 이뤄 윗층 분리막(3a)을 사이에 두고 위아래로 적층되되, 이웃하여 짝을 이루는 양극(1) 및 음극(2)과는 일정거리를 두도록 배치된다.
즉, 분리막들(3)은 계속적으로 이어지되 음극(2)과 양극(1)은 이웃하는 음극(2) 및 양극(1)과 일정거리를 둔 상태로 라미네이팅 장치(9)를 통과하게 된다. 상기 라미네이팅 장치(9)에서는 열과 압력을 가함으로써 음극(2)과 양극(1)이 분리막들(3)과 접촉하는 지점에서는 접착이 이뤄진다.
상기 양극(1)과 음극(2)이 분리막(3)에 접착된 상태로 라미네이팅 장치(9)를 통과한 후에는 이웃하는 양극(1)과 양극(1) 사이에서 분리막(3)이 절단되어 개별 단위셀(4)로 제공된다.
즉, 분리막을 절단하는 종래의 커터(8)의 모습이 단순화되어 도시된 도 1b 에 나타난 바와 같이, 가열과 가압에 의해 전극(1, 2)과 분리막(3)의 라미네이팅(접착)이 이뤄진 후, 이웃하는 전극들 사이로 분리막들(3)의 절단이 이뤄져서 개별 단위셀(4)로 제조된다.
하지만, 종래의 커터(8)는 위아래로 압력을 가해 분리막(3)을 절단하는 구조인 관계로, 분리막들(3a, 3b) 중 어느 하나의 절단이 제대로 이뤄지지 않으면 압력이 가해지는 방향을 따라 접혀질 수 있는 문제가 있었다.
단위셀(4)로 제조된 후, 상기 단위셀(4)은 복수 개가 적층되어 전극조립체로 제조되므로, 분리막(3)의 접힘이 발생하여 음극(2) 또는 양극(1)의 일부가 노출되면, 전극조립체 내부에서 쇼트가 발생할 수 있는 문제가 있었다.
즉, 도 1a 를 참조하면, 라미네이팅 장치(9)를 통과하여 가압롤러(5)를 통과한 후에도 분리막(3)과 전극(1, 2)이 맞닿는 지점은 접착이 이뤄지나, 종래의 구조에서는 윗층 분리막(3a)과 아랫층 분리막(3b)은 도 1b 에 나타난 것처럼 접착되지 못하고 이격되어 절단 시 접혀질 수 있는 문제가 있었다.
따라서, 본 발명은 분리막의 절단 시 윗층 분리막 및 아래층 분리막의 접힘을 방지할 수 있는 단위셀의 제조방법과 제조장치를 제공하는 것에 주목적이 있다.
위와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 단위셀의 제조장치는, 아래층 분리막과 윗층 분리막이 길이방향을 따라 계속적으로 이동하고, 상기 아랫층 분리막과 윗층 분리막 사이 및 윗층 분리막 위에 전극(양극 및 음극)이 각각 적층된 상태(즉, 위에서부터 아래로 '양극/윗층 분리막/음극/아래층 분리막' 또는 '음극/윗층 분리막/양극/아래층 분리막' 순서로 적층된 상태)로 제공되는 단위셀의 제조공정 중, (분리막의 길이방향을 따라) 이웃 하는 전극들 사이에서 아래층 분리막과 윗층 분리막을 커팅하는 단위셀의 제조장치로써, 아래층 분리막 아래에 배치되며, 상면에 파임홈을 사이에 두고 양측으로 돌출부가 형성된 하부블럭; 윗층 분리막 위에서 상기 하부블럭과 수직으로 정렬되고, 하면에 파임홈을 사이에 두고 양측으로 돌출부가 형성된 상부블럭; 및 상기 하부블럭의 파임홈 또는 상부블럭의 파임홈 중 어느 한 곳에 배치되며 분리막과 접촉하면 열로 분리막을 절단하는 열선커터;를 포함하고, 상기 하부블럭과 상부블럭이 아래층 분리막과 윗층 분리막을 가압할 때, 상기 열선커터가 분리막들에 접촉하여 절단하는 것을 특징으로 한다.
상기 열선커터는 니크롬선을 포함하고, 상기 니크롬선은 전류가 인가되면 저항열을 발생시킨다.
상기 열선커터는 200 내지 300℃ 범위로 가열된다.
상기 하부블럭과 상부블럭 각각은 돌출부를 가열하는 히터를 내장하여, 상기 돌출부들끼리 가압하는 지점에서 분리막들의 실링이 이뤄진다.
상기 하부블럭은, 파임홈과 돌출부가 형성되며 아래층 분리막을 마주하는 방향으로 배치되는 하부실링블럭;과 히터를 내장하는 하부히팅블럭;이 결합되어 형성되고, 상기 상부블럭은, 파임홈과 돌출부가 형성되며 윗층 분리막을 마주하는 방향으로 배치되는 상부실링블럭;과 히터를 내장하는 상부히팅블럭;이 결합되어 형성된다.
상기 하부히팅블럭과 상부히팅블럭에 내장된 히터는 시즈히터(sheath heater)이다.
상기 하부히팅블럭과 상부히팅블럭에 내장된 히터는 돌출부를 70 내지 110℃ 범위로 가열한다. 상기 하부실링블럭과 상부실링블럭은 금속재로 제조되는 것이 바람직하다.
아울러, 본 발명에서 제공되는 단위셀의 제조방법은, 아랫층 분리막과 윗층 분리막 사이 및 윗층 분리막 위에 전극이 각각 적층된 단위셀의 제조방법으로써, 아래층 분리막과 윗층 분리막이 길이방향을 따라 계속적으로 이동하고, 상기 아랫층 분리막과 윗층 분리막 사이 및 윗층 분리막 위에 전극이 각각 적층된 상태로 전극과 분리막이 제공되는 단계; 및 이웃하는 전극들 사이에서 아랫층 분리막과 윗층 분리막을 위아래로 가압하여 고정시킨 상태에서 열선커터가 아랫층 분리막과 윗층 분리막에 열을 가해 절단하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 열선커터가 아랫층 분리막과 윗층 분리막에 열을 가해 절단하는 동안 또는 절단하기 이전에 아랫층 분리막과 윗층 분리막이 가압되어 고정되는 지점에서는 실링이 이뤄진다.
전술한 바와 같은 구성을 갖는 본 발명은, 열선커터가 열로 분리막을 용융시켜 절단하므로, 물리적인 압력이 최소화되어 분리막의 접힘 가능성을 현저하게 낮출 수 있다.
그리고, 상기 하부블럭과 상부블럭 각각은 돌출부를 가열하는 히터를 내장하여, 상기 하부블럭과 상부블럭이 분리막을 가압할 때, 상기 돌출부들이 가압하는 지점에서 분리막들의 실링이 이뤄진다. 따라서, 아래층 분리막과 윗층 분리막이 접착된 상태에서 커팅이 이뤄지므로 분리막의 접힘을 차단할 수 있다.
도 1a 는 종래의 방식에 따라 단위셀이 제조되는 모습이 단순화되어 도시된 도면.
도 1b 는 분리막을 절단하는 종래의 커터의 모습이 단순화되어 도시된 측면도.
도 2 는 본 발명의 실시예에 따른 단위셀의 제조장치가 단순화되어 도시된 도면.
도 3 은 상부실링블럭의 정면도와 저면도가 도시된 도면.
도 4 는 본 발명의 실시예에 따른 단위셀의 제조장치가 이웃하는 전극들 사이(이웃하는 양극들 사이 또는 이웃하는 음극들 사이)에 배치된 모습이 도시된 도면.
도 5 는 도 4 의 상태에서 하부블럭은 상승하고 상부블럭은 하강한 모습이 도시된 도면.
도 6 은 도 5 의 상태에서 열선커터가 하강하여 분리막을 절단하는 모습이 나타난 도면.
이하, 첨부된 도면에 의거하여 본 발명에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 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, 본 명세서 및 특허청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정하여 해석되어서는 안되며, 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 발명은 아랫층 분리막(3b)과 윗층 분리막(3a) 사이 및 윗층 분리막(3a) 위에 전극(1, 2)이 각각 적층된 단위셀(4)의 제조방법 및 제조장치에 관한 것으로써, 이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 실시예들을 더욱 상세히 설명한다.
제1실시예
본 발명에서는 단위셀의 제조장치를 제1실시예로써 제공한다. 이 실시예에서 제공되는 단위셀의 제조장치는 도 1a 에 도시된 공정에서 가압롤러(5)와 분리막(3)을 절단하는 커터(8)을 대신하거나 또는 상기 커터(8)만을 대신할 수 있다.
즉, 도 1a 의 구성에서 가압롤러(5)와 커터(8)가 제거되고 또는 커터(8)만 제거되고 이 실시예에서 제공되는 단위셀의 제조장치가 대신 설치될 수 있다.
도 2 는 본 발명의 실시예에 따른 단위셀의 제조장치가 단순화되어 도시된 도면이고, 도 3 은 상부실링블럭의 정면도와 저면도가 도시된 도면이다.
도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 단위셀의 제조장치는 하부블럭(10), 상부불럭(20) 및 열선커터(30)를 포함하여 구성된다.
이 실시예에서 제공되는 단위셀의 제조장치는 종래의 커터(8)에 배치되던 위치에 제공됨에 따라, 아래층 분리막(3b)과 윗층 분리막(3a)이 길이방향을 따라 계속적으로 이동하고, 상기 아랫층 분리막(3b)과 윗층 분리막(3a) 사이 및 윗층 분리막(3a) 위에 양극(1) 및 음극(2)이 각각 적층된 상태, 즉, 위에서부터 아래로 '양극/윗층 분리막/음극/아래층 분리막' 또는 '음극/윗층 분리막/양극/아래층 분리막' 순서로 적층된 상태로 제공된다.
상기 하부블럭(10)은 아래층 분리막(3b) 아래에 배치되며, 상면에 파임홈(14)을 사이에 두고 양측으로 돌출부(15)가 형성된 구조를 갖는다. 그리고, 상기 하부블럭(10)은 파임홈(14)과 돌출부(15)가 형성되며 아래층 분리막(3b)을 마주하는 방향으로 배치되는 하부실링블럭(13) 및 히터(12)를 내장하는 하부히팅블럭(11)이 결합되어 형성된다.
상기 상부블럭(20)은 윗층 분리막(3a) 위에서 상기 하부블럭(10)과 수직으로 정렬되고, 하면에 파임홈(24)을 사이에 두고 양측으로 돌출부(25)가 형성된 구조를 갖는다. 상기 상부블럭(20)은 하부블럭(10)과 동일한 크기를 갖는 대칭 구조인 것이 바람직하나, 하단에 형성된 돌출부(25)가 하부블럭(10)의 돌출부(15)와 상하로 정렬가능하다면 다양한 형상을 가질 수 있다.
아울러, 상기 상부블럭(20) 또한, 파임홈(24)과 돌출부(25)가 형성되며 윗층 분리막(3a)을 마주하는 방향으로 배치되는 상부실링블럭(23) 및 히터(22)를 내장하는 상부히팅블럭(21)이 결합된 구조를 갖는다.
이때, 상기 하부히팅블럭(11)과 상부히팅블럭(21)에 내장된 히터들(12, 22)는 전기를 이용하되 에너지효율성이 높은 시즈히터(sheath heater)인 것이 바람직하다.
상기 하부히팅블럭(11)과 상부히팅블럭(21)에 내장된 히터들(12, 22)은 각각의 돌출부(15, 25)를 70 내지 110℃ 범위로 가열할 수 있고, 상기 하부실링블럭(13)과 상부실링블럭(23)은 금속재로 제조되어 히터(12, 22)에서 발생한 열을 각각의 돌출부(15, 25)로 전달할 수 있다. 이때, 70 내지 110℃ 범위로 온도가 제한된 이유는 70℃ 미만인 경우에는 분리막(3)의 효율적인 열융착이 이뤄지기 어렵고 110℃ 를 초과하는 경우에는 분리막(3)이 용융되어 실링이 어려울 수 있기 때문이다.
한편, 열선커터(30)는 분리막(3)과 접촉하면 상기 분리막(3)을 용융시켜 절단할 수 있도록 가열되며, 상기 하부블럭(10)의 파임홈(14) 또는 상부블럭(20)의 파임홈(24) 중 어느 한 곳에 배치된다. 즉, 도 2 에서는 상부블럭(20)의 파임홈(24)에 배치되어 아래로 하강할 때 분리막(3)을 절단하는 것으로 도시되었으나, 하부블럭(10)의 파임홈(14)에 배치되어 위로 상승할 때 분리막(3)을 절단하게 구성될 수 있다.
상기 열선커터(30)는 니크롬선을 포함하고, 상기 니크롬선은 전류가 인가되면 저항열을 발생시켜 분리막을 절단하며, 200 내지 300℃ 범위로 가열된다. 도 3 에 도시된 바와 같이, 상기 열선커터(30)는 분리막(3)의 폭 크기에 맞춰 직선형태 구조를 가지며, 도면에는 미도시되었으나, 상승 및 하강이 가능하도록 리프트장치와 결합되며 전류가 공급되는 케이블 및 전원장치들과도 연결된다.
상기 열선커터(30)는 상기 하부블럭(10)과 상부블럭(20)이 아래층 분리막(3b)과 윗층 분리막(3a)을 가압하여 고정시키면, 하강(또는 상승하여) 아래층 분리막(3b)과 윗층 분리막(3a)을 커팅한다.
도 4 는 본 발명의 실시예에 따른 단위셀의 제조장치가 이웃하는 전극들 사이에 배치된 모습이 도시된 도면이고, 도 5 는 도 4 의 상태에서 하부블럭은 상승하고 상부블럭은 하강한 모습이 도시된 도면이며, 도 6 은 도 5 의 상태에서 열선커터가 하강하여 분리막을 절단하는 모습이 나타난 도면이다.
도 4 내지 6 을 참조하면, 전술한 바와 같이 이 실시예에서 제공되는 단위셀의 제조장치는 종래의 구조에서 분리막(3)을 절단하는 커터(8)가 배치되던 위치에 제공된다.
분리막들(3a, 3b)과 전극(1, 2)이 이송되는 동안에는 간섭이 발생하지 않도록 상기 상부블럭(20)은 상승하고 하부블럭(10)은 하강한 상태에서 대기된다.
이웃하는 양극(1)과 양극(1) 사이(또는 음극과 음극 사이)로 윗층 분리막(3a)과 아래층 분리막(3b)만 하부블럭(10)과 상부블럭(20) 사이에 놓이게 되면, 분리막들(3a, 3b)의 이동은 잠시 중단된다.
그리고, 상부블럭(20)은 하강하고 하부블럭(10)은 상승하여, 도 5 에 나타난 바와 같이 돌출부들(15, 25)은 윗층 분리막(3a)과 아래층 분리막(3b)을 압착시킨다. 이때, 전술한 바와 같이, 상기 하부블럭(10)과 상부블럭(20) 각각은 각각의 돌출부(15, 25)를 가열하는 히터(12, 22)를 내장하여, 상기 돌출부들(15, 25)은 분리막들(3a, 3b)을 가압함과 동시에 가열하게 된다.
따라서, 상기 하부블럭(10)의 돌출부(15)와 상부블럭(20)의 돌출부(25)가 분리막들(3a, 3b)을 위아래로 가압하는 지점에서는 열과 압력에 의해 분리막들(3a, 3b)의 실링이 이뤄진다.
분리막(3)의 실링이 이뤄진 후, 도 6 에 도시된 바와 같이 열선커터(3)가 하강하여 실링된 지점 사이를 절단한다. 이때, 분리막(3)의 실링 후 절단이 이뤄지는 것이 바람직하나, 상기 분리막(3)은 돌출부들(15, 25) 사이에서 고정된 상태이므로, 실링과 절단은 동시에 이뤄질 수도 있다.
제2실시예
본 발명에서는 위에서 설명된 제조장치를 이용하여 단위셀을 제조할 수 있는 단위셀의 제조방법을 제2실시예로써 제공한다.
이 실시예에서 제공되는 제조방법은, 분리막(3)과 전극(1, 2)이 정해진 순서데로 적층된 후 라미네이팅되어 제공되는 단계 및 열을 가해 분리막을 절단하는 단계를 포함하여 구성된다.
즉, 분리막(3)과 전극(1, 2)이 제공되는 단계에서는 아래층 분리막(3b)과 윗층 분리막(3a)이 길이방향을 따라 계속적으로 이동하고, 상기 아랫층 분리막(3b)과 윗층 분리막(3a) 사이 및 윗층 분리막(3a) 위에 전극(1, 2)이 각각 적층된 상태로 전극(1, 2)과 분리막(3)이 제공되도록 구성된다.
그리고, 분리막(3)을 절단하는 단계에서는 이웃하는 전극들(1, 2) 사이에서 아랫층 분리막(3b)과 윗층 분리막(3b)을 위아래로 가압하여 고정시킨 상태에서 열선커터(30)가 아랫층 분리막(3b)과 윗층 분리막(3a)에 열을 가해 절단하도록 구성된다.
이때, 상기 열선커터(30)가 아랫층 분리막(3b)과 윗층 분리막(3a)에 열을 가해 절단하는 동안 또는 그 이전에 아랫층 분리막(3b)과 윗층 분리막(3a)이 가압되어 고정되는 지점에서는 실링이 이뤄진다.
전술한 바와 같은 구성을 갖는 본 발명은, 열선커터(30)가 열로 분리막(3)을 용융시켜 절단하므로, 물리적인 압력이 최소화되어 분리막(3)의 접힘 가능성을 현저하게 낮출 수 있다.
그리고, 상기 하부블럭(10)과 상부블럭(20) 각각은 돌출부(15, 25)를 가열하는 히터(12, 22)를 내장하여, 상기 하부블럭(10)과 상부블럭(20)이 분리막들(3a, 3b)을 가압할 때, 상기 돌출부들(15, 25)이 가압하는 지점에서 분리막들(3a, 3b)의 실링이 이뤄진다. 따라서, 아래층 분리막(3b)과 윗층 분리막(3a)이 접착된 상태에서 커팅이 이뤄지므로 분리막의 접힘을 차단할 수 있다.
이상에서 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 실시가 가능하다.
[부호의 설명]
1 : 양극
2 : 음극
3 : 분리막(3a: 윗층 분리막, 3b: 아래층 분리막)
10 : 하부블럭
12, 22 : 히터
14, 24 : 파임홈
15, 25 : 돌출부
20 : 상부블럭
30 : 열선커터

Claims (10)

  1. 아래층 분리막과 윗층 분리막이 길이방향을 따라 계속적으로 이동하고, 상기 아랫층 분리막과 윗층 분리막 사이 및 윗층 분리막 위에 전극이 각각 적층된 상태로 제공되는 단위셀의 제조공정 중, 이웃 하는 전극들 사이에서 아래층 분리막과 윗층 분리막을 커팅하는 단위셀의 제조장치로써,
    아래층 분리막 아래에 배치되며, 상면에 파임홈을 사이에 두고 양측으로 돌출부가 형성된 하부블럭;
    윗층 분리막 위에서 상기 하부블럭과 수직으로 정렬되고, 하면에 파임홈을 사이에 두고 양측으로 돌출부가 형성된 상부블럭; 및
    상기 하부블럭의 파임홈 또는 상부블럭의 파임홈 중 어느 한 곳에 배치되며 분리막과 접촉하면 열로 분리막을 절단하는 열선커터;를 포함하고,
    상기 하부블럭과 상부블럭이 아래층 분리막과 윗층 분리막을 가압할 때, 상기 열선커터가 분리막들에 접촉하여 절단하는 단위셀의 제조장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 열선커터는 니크롬선을 포함하고, 상기 니크롬선은 전류가 인가되면 저항열을 발생시키는 것을 특징으로 하는 단위셀의 제조장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 열선커터는 200 내지 300℃ 범위로 가열되는 것을 특징으로 하는 단위셀의 제조장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 하부블럭과 상부블럭 각각은 돌출부를 가열하는 히터를 내장하여, 상기 돌출부들끼리 가압하는 지점에서 분리막들의 실링이 이뤄지는 것을 특징으로 하는 단위셀의 제조장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 하부블럭은, 파임홈과 돌출부가 형성되며 아래층 분리막을 마주하는 방향으로 배치되는 하부실링블럭;과 히터를 내장하는 하부히팅블럭;이 결합되어 형성되고,
    상기 상부블럭은, 파임홈과 돌출부가 형성되며 윗층 분리막을 마주하는 방향으로 배치되는 상부실링블럭;과 히터를 내장하는 상부히팅블럭;이 결합되어 형성된 것을 특징으로 하는 단위셀의 제조장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 하부히팅블럭과 상부히팅블럭에 내장된 히터는 시즈히터(sheath heater)인 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 하는 단위셀의 제조장치.
  7. 제 5 항 에 있어서,
    상기 하부히팅블럭과 상부히팅블럭에 내장된 히터는 돌출부를 70 내지 110℃ 범위로 가열하는 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 하는 단위셀의 제조장치.
  8. 제 5 항 에 있어서,
    상기 하부실링블럭과 상부실링블럭은 금속재로 제조된 것을 특징으로 하는 단위셀의 제조장치.
  9. 아랫층 분리막과 윗층 분리막 사이 및 윗층 분리막 위에 전극이 각각 적층된 단위셀의 제조방법에 있어서,
    아래층 분리막과 윗층 분리막이 길이방향을 따라 계속적으로 이동하고, 상기 아랫층 분리막과 윗층 분리막 사이 및 윗층 분리막 위에 전극이 각각 적층된 상태로 전극과 분리막이 제공되는 단계; 및
    이웃하는 전극들 사이에서 아랫층 분리막과 윗층 분리막을 위아래로 가압하여 고정시킨 상태에서 열선커터가 아랫층 분리막과 윗층 분리막에 열을 가해 절단하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 단위셀의 제조방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 열선커터가 아랫층 분리막과 윗층 분리막에 열을 가해 절단하는 동안 또는 절단하기 이전에 아랫층 분리막과 윗층 분리막이 가압되어 고정되는 지점에서는 실링이 이뤄지는 것을 특징으로 하는 단위셀의 제조방법.
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