WO2022139520A2 - 단위셀, 단위셀의 제조방법과 제조장치 - Google Patents

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WO2022139520A2
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separator
block
unit cell
manufacturing
cutter
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박동혁
이현진
박성철
김상욱
양기
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주식회사 엘지에너지솔루션
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
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    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Definitions

  • the present invention relates to a method and an apparatus for manufacturing a unit cell, and to a unit cell that can be manufactured by the manufacturing apparatus, and more particularly, is cut in a state in which bonding (sealing) of a lower separator and an upper separator is made, or It relates to a manufacturing method, manufacturing apparatus, and unit cell of a unit cell capable of preventing folding of a separator by bonding and cutting at the same time.
  • 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 composed of an electrode assembly and an electrolyte in a case (pouch, can, etc.).
  • the electrode assembly mounted on the inside of the 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 3 are continuously unwound and supplied in a state in which they are wound in a roll form (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 present invention is to provide a method and a manufacturing apparatus for manufacturing a unit cell capable of preventing the folding of the upper and lower separation membranes and the resulting short circuit when the separation membrane is cut, and a unit cell that can be manufactured through the manufacturing apparatus.
  • a method and a manufacturing apparatus for manufacturing a unit cell capable of preventing the folding of the upper and lower separation membranes and the resulting short circuit when the separation membrane is cut, and a unit cell that can be manufactured through the manufacturing apparatus.
  • a device for manufacturing a unit cell that cuts a lower separator and an upper separator between adjacent electrodes (along the longitudinal direction of the separator), comprising: a lower block disposed under the lower separator; and an upper block vertically aligned with the lower block on the upper separation membrane and having the tip of the cutter installed so as to be able to enter and exit from the inside; and the upper block descends to press the separation membranes to the surface of the lower block, but the upper block and the lower At
  • the lower block may be heated to a predetermined temperature, and the upper block may be configured not to be heated.
  • the upper block may be heated to a predetermined temperature, and the lower block may be configured not to be heated.
  • both the upper block and the lower block may be heated to a predetermined temperature.
  • the separation membranes are pressurized by the upper and lower blocks, and after a predetermined time has elapsed to secure the time for thermal fusion, the cutter protrudes and cuts the thermal fusion point.
  • the lower block is formed with a groove on the upper surface so that the cutter is accommodated without abutting when protruding.
  • the cutter does not protrude from the upper block by the elastic force of the spring, but maintains a state accommodated therein, and is configured to protrude when the upper block presses the separators to the lower block. That is, the cutter may be configured to be slidable in a known solenoid method using a spring and an electromagnet.
  • the present invention provides a unit cell that can be manufactured through the apparatus for manufacturing a unit cell having the above configuration.
  • the unit cell provided in the present invention is a unit cell in which a lower electrode is stacked between a lower separator and an upper separator and an upper electrode is respectively stacked on an upper separator, and at the edge end of the lower separator protruding from the lower electrode and the lower electrode A sealing part formed by thermal fusion by applying heat and pressure to the edge end of the protruding upper layer separator, wherein one end of the upper separator is connected to the sealing part and the other end is connected to the upper side to form an arch. characterized by including.
  • connection part to which heat is applied may be stiffened than other parts to maintain the shape of the connection part, and accordingly, flapping of the sealing part may be prevented.
  • 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 passing the electrode and the separator between the lower block disposed under the lower separator and the upper block disposed to be vertically aligned with the lower block on the upper separator, wherein the upper block is formed between neighboring electrodes. It descends to press the separators on the surface of the lower block, and a cutter protrudes from the lower block to cut the separators. It is made, and the cutter is characterized in that it cuts the point where the thermal fusion is made.
  • the predetermined temperature at which the upper block or the lower block is heated is determined within the range of 70 to 110 °C.
  • the time for the upper block to press the separators on the lower block is set to 0.05 to 0.1 seconds.
  • the cutter cuts the upper separator and the lower separator in a state in which the upper separator and the lower separator are fixedly bonded between the upper block and the lower block, the possibility of folding of the separator can be reduced.
  • the cut portion of the upper separator and lower separator is adhered even after cutting is performed, thereby fundamentally blocking the possibility of folding of the separator.
  • the upper block as well as the lower block are heated, so that the thermal fusion of the separator can be performed more quickly.
  • the unit cell provided in the present invention can maintain a uniform shape of the manufactured unit cell by forming a connection part connected to the sealing part on the upper separation membrane.
  • the connection part may be hardened than other parts by applying heat to prevent folding, and heat and pressure may be applied to connect the heat-sealed sealing part and other parts to provide a function of buffering the hardness difference. That is, since the hardness of the sealing part is the highest, the hardness of the connection part is medium, and the hardness of the remaining part is the lowest, the connection part has an effect of providing a buffering function of hardness change.
  • 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 the manufacturing apparatus of a unit cell according to an embodiment of the present invention (left) and a bottom view of the upper block;
  • FIG. 3 is a view when the upper block is raised above the lower block ⁇ I>, when the upper block is lowered ⁇ II>, when the cutter protrudes from the upper block ⁇ III>, when the cutter returns to its original position
  • FIG. 4 shows that between neighboring electrodes (between neighboring anodes or between neighboring cathodes), the upper block descends to press the separators to the lower block, and a cutter protrudes from the upper block to achieve thermal fusion of the separators.
  • a drawing showing the state in which the cut is made in the part.
  • FIG. 5 is a view showing a side view of a unit cell according to an embodiment of the present invention.
  • 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, and to be manufactured with the manufacturing apparatus.
  • electrodes 1 and 2 are respectively stacked between the lower separator 3b and the upper separator 3a and on the upper separator 3a, and to be manufactured with the manufacturing apparatus.
  • 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 separation membrane 3 in the process shown in FIG. 1a or only the cutter 8 .
  • Figure 2 is a simplified view (left) and a bottom view of the upper block showing the manufacturing apparatus of the unit cell according to the embodiment of the present invention
  • Figure 3 is a view when the upper block rises above the lower block ⁇ I>, when the upper block descends ⁇ II>, when the cutter protrudes from the upper block ⁇ III>, when the cutter returns to its original position ⁇ IV>, and when the upper block returns to its original position
  • It is a diagram showing the appearance ⁇ V> when.
  • a lower separator 3b and an upper separator are disposed between adjacent electrodes 1 and 2 in the longitudinal direction of the separator 3 during the manufacturing process of the unit cell.
  • an apparatus for manufacturing a unit cell for cutting (3a) it is configured to include a lower block 10 and an upper block 20.
  • the device for manufacturing the unit cell provided in this embodiment is provided at the position disposed in the conventional cutter 8, the lower separator 3b and the upper separator 3a continuously move along the longitudinal direction,
  • the positive electrode 1 and the negative electrode 2 are respectively stacked between the lower separator 3b and the upper separator 3a and on the upper separator 3a, that is, from top to bottom, ‘anode/upper layer separator/cathode/lower layer’ It is provided in a stacked state in the order of 'separator' or 'cathode/upper layer separator/positive electrode/lower layer separator'.
  • the lower block 10 is disposed under the lower separation membrane 3b, and a heater 12 is built in so that the surface (especially, the upper surface) is heated to a predetermined temperature or heat transferred from a separately provided external heater. It is configured to be heated by
  • the lower block 10 has a structure in which a groove 11 is formed on the upper surface to be accommodated without contact when the end of the cutter 30 protrudes from the upper block 20 to be described later, and the upper surface is a lower separation membrane ( 3b) has a flat surface to support it flat.
  • the upper block 20 is vertically aligned with the lower block 10 on the upper separation membrane 3a, and has a structure in which the end of the cutter 30 is installed so as to be able to access the inside and outside.
  • the upper block 20 is also configured to be heated by heat transferred from a heater built-in or separately provided outside, like the lower block 10 .
  • the cutter 30 does not protrude from the bottom surface of the upper block 20 by the elastic force of a spring (not shown) and maintains a state accommodated therein, but when the upper block 20 descends, a physical device or an electric device, etc.
  • the end is configured to protrude out of the bottom surface of the upper block 20 by the
  • the cutter 30 has an upper end connected to a tension spring (not shown) to maintain a state accommodated in the upper block 20, but is connected to a solenoid device and when a current flows to the solenoid, electromagnetic force is applied to the tension spring. It can operate to overcome the elastic force and protrude the lower end to the outside of the upper block 20 .
  • the cutter 30 has a linear structure according to the width of the separator 3 , and although the end is shown as being blunt in the drawings, it may have a pointed shape in reality.
  • the device for protruding the cutter 30 can be implemented not only as a solenoid device using an electromagnet, but also as an electric device using a motor and a gear, a cylinder device using hydraulic pressure or pneumatic pressure, and the like.
  • the upper block 20 is connected to a lift device (not shown) so as to be able to move up and down, and as shown in FIG. 3 , can be spaced apart from the lower block 10 by a certain distance ( ⁇ I> state), and the lower block (10) It can descend to contact the upper surface ( ⁇ II> state), and in the lowered state, the lower end of the cutter 30 can protrude downward ( ⁇ III> state).
  • the upper block 20 When the upper block 20 is lowered, the upper block 20 may be pressurized with sufficient pressure so that thermal fusion of the separation membranes 3a and 3b can be achieved. At this time, at least one of the upper block 20 and the lower block 10 is in a pre-heated state to a predetermined temperature.
  • the surface of at least one of the upper block 20 and the lower block 10 is heated by a heater, and heat is concentrated on the surface that comes into contact with each of the upper separator 3a and the lower separator 3b. heated to become
  • a unit cell having the sealing portion 3d and the connecting portion 3c provided in the third embodiment below can be manufactured.
  • the lifting device for elevating the upper block 20 may be a motor or a hydraulic or pneumatic cylinder.
  • a separate control and measuring equipment may be added to precisely control the straightness of the upper block 20 when ascending and descending.
  • the lower block 10 as well as the upper block 20 may be made of non-ferrous/ferrous materials with high specific heat, such as NAK80 or Becu25, to achieve efficient heat transfer.
  • the heater 12 included in the lower block 10 and the heater included in the upper block 20 may be a well-known heating method such as a sheath heater or a heat oil heater.
  • the point where heat is applied to the separation membrane 3 may be heated in the range of 70 to 110 °C.
  • the reason that the temperature is limited to the range of 70 to 110 °C is that when the temperature 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.
  • the temperature range may be adjusted according to the pressure formed between the upper block 20 and the lower block 10 .
  • the upper block 20 descends to press the separators 3a and 3b to the upper surface of the lower block 10, and It is a view showing that the lower end of the cutter 30 protrudes from the upper block 20 and the cut is made at the portion where the separation membranes 3a and 3b are thermally fused.
  • the cutting may be configured to be thermally fused together with or after the thermal fusion is made.
  • the upper block 20 When the operating state of the manufacturing apparatus provided in this embodiment is described with reference to FIGS. 3 and 4 , the upper block 20 so that no interference occurs while the separators 3a and 3b and the electrodes 1 and 2 are transferred. ) waits while rising above the lower block 10 (see ⁇ I> in FIG. 3 ).
  • the lowering of the upper block 20 is made.
  • the area where the compression is performed in the separator 3 (shaded in FIG. 4 ) part) is heated. Since the pressurization is made by the heated upper block 20 in this way, thermal fusion (sealing) is performed at the portion where the upper separator 3a and the lower separator 3b contact each other.
  • the lower end of the cutter 30 protrudes and penetrates the heat-sealed portion to cut the separation membrane 3 .
  • the separation membrane 3 be cut after sealing, but since the separation membrane 3 is in a fixed state between the upper block 20 and the lower block 10, 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 separator 3 and the electrodes 1 and 2 are stacked in a predetermined order and then laminated to provide the separator 3 and the electrodes 1 and 2, and the lower block 10 ) and the upper block 20 between the electrodes 1 and 2 and the separator 3 passing through.
  • the lower separator 3b and the upper separator 3a continuously move in the longitudinal direction, and the lower separator 3b and the upper separator 3a ) in a state in which the electrodes 1 and 2 are stacked between and on the upper separator 3a, respectively, and the electrodes 1 and 2 and the separator 3 are provided.
  • the electrodes 1 and 2 and the separator 3 are configured to pass between the lower block 10 and the upper block 20 arranged to be vertically aligned.
  • the upper block 20 is lowered between the neighboring electrodes 1 and 2 to press the separators 3a and 3b to the surface of the lower block 10, and the cutter ( 30) protrudes to cut the separation membranes 3a and 3b.
  • the lower block 10 and the upper block 20 are heated to a predetermined temperature, and the upper block 20 is thermally fused between the separation films 3a and 3b. pressurized with the applied pressure.
  • the lower block 10 and/or the upper block 20 is heated in a range of 70 to 110° C., and the time for the upper block 20 to press the separators to the lower block 10 may be 0.05 to 0.1 seconds.
  • the upper block 20 presses the separators 3a and 3b to the surface of the lower block 10 to heat-seal, and at the same time, the cutter 30 protrudes or the cutter 30 protrudes after the heat-sealing is performed. This can be done.
  • the pressure at which the upper block 20 presses the lower block 10 may be set in the range of 5 to 50 kg per unit area (1 cm 2 or 1 m 2 ), and the sealing area is determined by the neighboring electrodes (1). , 2) can be set flexibly according to the interval between them.
  • a unit cell capable of manufacturing a unit cell using the above-described manufacturing apparatus and manufacturing method is provided as a third embodiment.
  • FIG. 5 is a view showing a side view of a unit cell according to an embodiment of the present invention.
  • the unit cell provided in this embodiment has a structure in which a lower electrode 2 is stacked between a lower separator 3b and an upper separator 3a, and an upper electrode 1 is stacked on the upper separator, respectively.
  • the lower electrode referred to herein refers to an electrode placed between the upper separator 3a and the lower separator 3b, which are relatively lower
  • the upper electrode refers to an electrode placed on the upper separator 3a, which is relatively upper.
  • the lower electrode 2 may be one of a cathode or an anode
  • the upper electrode 1 may be the other of a cathode or an anode.
  • the upper separator 3a and the lower separator 3b have edges joined to each other to form a sealing portion 3d.
  • the sealing portion 3d is formed by being pressed by the lower block 10 and the upper block 20 described above and cut by the cutter 30 .
  • the upper separation membrane 3a has a lower end connected to the sealing portion 3d and the other end is connected to the upper side to form a connecting portion 3c forming an arch.
  • the flat portion 20a is formed between the flat portion 10a of the lower block 10 and the upper layer separation membrane 3a.
  • the lower separation film 3b are thermally fused to form a sealing portion 3d.
  • the edge portion 20b of the upper block 20 that does not come into contact with the lower block 10 applies heat to the upper separator 3a.
  • a predetermined tension is also applied to the point where the connecting portion 3c is formed, and accordingly, the connecting portion 3c is subjected to tension and heat to form a corner shape of the upper block 30 . It is formed in an arc shape according to
  • connection part 3c may be stiffened than other parts (to which heat is not applied), such as the sealing part 3d to which heat and pressure are applied, and thus the shape may be maintained.
  • the unit cell provided in this embodiment is provided with a sealing part 3d and a connecting part 3c on each of both sides, manufacturing and cutting can be made in a uniform form.
  • connection part 3c is hardened than other parts by applying heat to prevent folding, and heat and pressure are applied to connect the heat-sealed sealing part and other parts to provide a function of buffering the hardness difference. That is, the hardness of the sealing part 3d where heat and pressure is concentrated is the highest, the hardness of the connection part 3c to which pressure and heat is relatively weakly applied is medium, and the hardness of the remaining part is the lowest. It has the effect of providing a buffering function of
  • the separator 3 can reduce the possibility of folding.
  • the lower block 10 and/or the upper block 20 is in a heated state and the upper block 20 is pressurized to achieve thermal fusion of the separator, even after the cut is made, the upper separator 3a and the lower separator (3a) The cut part of 3b) is adhered and can fundamentally block the possibility of folding.

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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 배치된 하부블럭; 및 윗층 분리막 위에서 상기 하부블럭과 수직 정렬되고, 아래쪽으로 커터의 끝단이 내외부를 출입가능하게 설치된 상부블럭;을 포함하고, 상기 상부블럭이 하강하여 분리막들을 하부블럭 표면에 가압하되 상기 상부블럭과 하부블럭 중 적어도 어느 하나 이상은 미리 정해진 온도로 가열되어 분리막들의 가압된 지점은 열융착이 이뤄지고, 상기 상부블럭에서 커터가 돌출되어 분리막들이 가압된 지점에서 커팅이 이뤄지는 것을 특징으로 한다.

Description

단위셀, 단위셀의 제조방법과 제조장치
본 출원은 2020년 12월 23일자 한국특허출원 제10-2020-0182656호 및 2021년 12월 21일자 한국특허출원 제10-2021-0184174호에 기초한 우선권의 이익을 주장하며, 해당 한국특허출원의 문헌에 개시된 모든 내용은 본 명세서의 일부로서 포함된다.
본 발명은 단위셀의 제조방법과 제조장치 및 상기 제조장치로 제조될 수 있는 단위셀에 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 제조장치 및 단위셀에 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 케이스(파우치, 캔 등)에 전극조립체 및 전해액이 내장되어 구성된다. 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(3) 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 접착은 이뤄지나, 종래의 구조에서는 윗층 분리막(3a)과 아랫층 분리막(3b)은 도 1b 에 나타난 것처럼 접착되지 못해 접혀질 수 있는 문제가 있었다.
따라서, 본 발명은 분리막의 절단 시 윗층 분리막 및 아래층 분리막의 접힘 및 그에 따른 쇼트 발생을 방지할 수 있는 단위셀의 제조방법과 제조장치 및 상기 제조장치를 통해 제조될 수 있는 단위셀을 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 배치된 하부블럭; 및 윗층 분리막 위에서 상기 하부블럭과 수직 정렬되고, 아래쪽으로 커터의 끝단이 내외부를 출입가능하게 설치된 상부블럭;을 포함하고, 상기 상부블럭이 하강하여 분리막들을 하부블럭 표면에 가압하되 상기 상부블럭과 하부블럭 중 적어도 어느 하나 이상은 미리 정해진 온도로 가열되어 분리막들의 가압된 지점은 열융착이 이뤄지고, 상기 상부블럭에서 커터가 돌출되어 분리막들이 가압된 지점에서 커팅이 이뤄지는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 하부블럭은 미리 정해진 온도로 가열되고, 상부블럭은 미가열되게 구성될 수 있다. 또는, 상기 상부블럭은 미리 정해진 온도로 가열되고, 하부블럭은 미가열되게 구성될 수 있다. 또는, 상기 상부블럭과 하부블럭 모두는 미리 정해진 온도로 가열될 수도 있다.
상기 상부블럭과 하부블럭에 의해 분리막들의 가압이 이뤄지고, 열융착이 이뤄지는 시간을 확보할 수 있도록 미리 정해진 시간이 지난 후 커터가 돌출되어 열융착이 이뤄진 지점을 커팅된다.
상기 하부블럭은 커터가 돌출될 때 맞닿지 않고 수용되도록 상면에 홈이 형성된다.
상기 커터는 스프링의 탄성력에 의해 상부블럭에서 돌출되지 않고 내부에 수용된 상태를 유지하되, 상기 상부블럭이 분리막들을 하부블럭으로 가압할 때 돌출되도록 구성된다. 즉, 상기 커터는 스프링과 전자석을 이용하는 공지의 솔레노이드 방식으로 활주 가능하게 구성될 수 있다.
아울러, 본 발명은 위와 같은 구성을 갖는 단위셀의 제조장치를 통해 제조될 수 있는 단위셀을 제공한다.
본 발명에서 제공하는 단위셀은, 아래층 분리막과 윗층 분리막 사이에 하부 전극이 적층되고 윗층 분리막 위에 상부 전극이 각각 적층된 단위셀로써, 상기 하부 전극에서 돌출된 아래층 분리막의 테두리 끝단과 상기 하부 전극에서 돌출된 윗층 분리막의 테두리 끝단에 열과 압력이 가해져 열융착됨으로써 형성된 실링부;를 포함하고, 상기 윗층 분리막은 일단이 상기 실링부로 연결되되 타단은 상측을 향하도록 이어져 호형(arch)을 형성하는 연결부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 상부블럭이 가열된 상태라면 상기 연결부는 열이 가해진다. 열이 가해진 연결부는 다른 부분 보다 경화(stiffening)되어 연결부의 모양이 유지될 수 있으며, 이에 따라, 실링부의 펄럭임이 방지될 수 있다.
또한, 본 발명에서 제공되는 단위셀의 제조방법을 제공한다.
본 발명에 따른 단위셀의 제조방법은, 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 아래층 분리막 아래에 배치된 하부블럭과 윗층 분리막 위에서 상기 하부블럭과 수직으로 정렬되도록 배치된 상부블럭 사이를 상기 전극과 분리막이 통과하는 단계;을 포함하고, 이웃하는 전극들 사이에서 상기 상부블럭이 하강하여 분리막들을 하부블럭 표면에 가압시키고 상기 하부블럭에서 커터가 돌출되어 분리막들을 커팅하되, 상기 상부블럭과 하부블럭 중 적어도 어느 하나 이상은 미리 정해진 온도로 가열되어 분리막들이 가압된 지점에는 열융착이 이뤄지고, 상기 커터는 열융착이 이뤄지는 지점을 커팅하는 것을 특징으로 한다.
상기 상부블럭 또는 하부블럭이 가열되는 미리 정해진 온도는 70 내지 110℃ 범위 내에서 정해진다.
상기 상부불럭이 하부블럭에 분리막들을 가압하는 시간은 0.05 내지 0.1 초로 정해진다.
전술한 바와 같은 구성을 갖는 본 발명은, 상부블럭과 하부블럭 사이에서 윗층 분리막과 아랫층 분리막이 고정접합된 상태에서 커터가 절단하므로, 분리막의 접힘 가능성을 낮출 수 있다.
또한, 상기 하부블럭은 가열된 상태이고 상부블럭은 분리막의 열융착이 이뤄지도록 가압하므로, 절단이 이뤄진 후에도 윗층 분리막과 아랫층 분리막의 절단부위는 접착되어 분리막의 접힘 가능성을 원천적으로 차단할 수 있다.
그리고, 하부블럭 뿐만아니라 상부블럭도 가열되어 분리막의 열융착이 더 신속하게 이뤄질 수 있다.
아울러, 본 발명에서 제공되는 단위셀은 윗층 분리막에 실링부와 연결되는 연결부가 형성되어 제조되는 단위셀의 균일한 모양을 유지할 수 있다. 상기 연결부는 열이 가해져 다른 부분 보다 경화되어 접힘을 방지할 수 있고, 열과 압력이 이뤄지며 열융착된 실링부과 다른 부분을 이어주며 경도 차이를 완충시키는 기능을 제공할 수 있다. 즉, 실링부의 경도가 가장 높고 연결부의 경도가 중간이고 나머지부분의 경도가 가장 낮으므로, 연결부가 경도 변화의 완충기능을 제공하는 효과를 갖는다.
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 모습(좌측) 및 상부블럭의 저면도가 도시된 도면,
도 3 은 하부블럭 위로 상부블럭이 상승하였을 때의 모습<I>, 상부블럭이 하강하였을 때의 모습<II>, 상부블럭에서 커터가 돌출되었을 때의 모습<III>, 커터가 원위치로 복귀하였을 때의 모습<IV> 및 상부블럭이 원위치로 복귀하였을 때의 모습<V>이 도시된 도면.
도 4 는 이웃하는 전극들 사이(이웃하는 양극들 사이 또는 이웃하는 음극들 사이)에서, 상부블럭이 하강하여 분리막들을 하부블럭으로 가압하고 상기 상부블럭으로부터 커터가 돌출되어 상기 분리막들의 열융착이 이뤄진 부분에서 절단이 이뤄지는 모습이 도시된 도면.
도 5 는 본 발명의 실시예에 따른 단위셀의 측면모습이 도시된 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 제조장치 및 상기 제조장치로 제조될 수 있는 단위셀에 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)를 대신하거나 또는 상기 커터(8)만을 대신할 수 있다.
도 2 는 본 발명의 실시예에 따른 단위셀의 제조장치가 단순화되어 도시된 모습(좌측) 및 상부블럭의 저면도가 도시된 도면이고, 도 3 은 하부블럭 위로 상부블럭이 상승하였을 때의 모습<I>, 상부블럭이 하강하였을 때의 모습<II>, 상부블럭에서 커터가 돌출되었을 때의 모습<III>, 커터가 원위치로 복귀하였을 때의 모습<IV> 및 상부블럭이 원위치로 복귀하였을 때의 모습<V>이 도시된 도면이다.
도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 단위셀의 제조장치는 단위셀의 제조공정 중, 분리막(3)의 길이방향을 따라 이웃 하는 전극들(1, 2) 사이에서 아래층 분리막(3b)과 윗층 분리막(3a)을 커팅하는 단위셀의 제조장치로써, 하부블럭(10)과 상부블럭(20)을 포함하여 구성된다.
즉, 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, 표면이(특히, 상면이) 소정의 온도로 가열되도록 내부에 히터(12)가 내장되거나 또는 별도로 외부에 마련된 히터로부터 전달된 열에 의해 가열될 수 있도록 구성된다.
상기 하부블럭(10)은 후술되어 설명할 상부블럭(20)에서 커터(30)의 끝단 돌출될 때 맞닿지 않고 수용될 수 있도록 홈(11)이 상면에 형성된 구조를 가지며, 상면은 아랫층 분리막(3b)을 평평하게 지지할 수 있도록 평면을 갖는다.
그리고, 상기 상부블럭(20)은 윗층 분리막(3a) 위에서 상기 하부블럭(10)과 수직 정렬되고, 아래쪽으로 커터(30)의 끝단이 내외부를 출입가능하게 설치된 구조를 갖는다.
아울러, 도면에는 도시되지 않았으나, 상기 상부블럭(20) 또한 하부블럭(10)과 같이 내부에 히터가 내장되거나 또는 별도로 외부에 마련된 히터로부터 전달된 열에 의해 가열될 수 있도록 구성된다.
상기 커터(30)는 스프링(미도시)의 탄성력에 의해 상부블럭(20)의 저면에서 돌출되지 않고 내부에 수용된 상태를 유지하되, 상부블럭(20)이 하강했을 때, 물리적 장치 또는 전기장치 등에 의해 끝단이 상부블럭(20)의 저면 외부로 돌출되도록 구성된다.
가령, 상기 커터(30)는 상단이 인장스프링(미도시)과 연결되어 상부블럭(20) 내에 수용된 상태를 유지하되, 솔레노이드(Solenoid)장치와 연결되어 상기 솔레노이드로 전류가 흐르면 전자기력이 인장스프링의 탄성력을 극복하고 상부블럭(20) 외부로 하측 끝단이 돌출되도록 작동할 수 있다. 상기 커터(30)는 분리막(3)의 폭 크기에 맞춰 직선형태 구조를 가지며, 도면에는 끝단이 뭉뚱한 것으로 도시되었으나 실제로는 뾰쪽한 모양을 가질 수 있다. 또는, 커터(30)를 돌출시키는 장치는 전자석을 이용한 솔레노이드 장치 뿐만아니라 모터와 기어를 이용한 전동장치, 유압이나 공압을 이용한 실린더 장치 등으로도 구현이 가능하다.
상기 상부블럭(20)은 위아래로 승강이 가능하도록 리프트장치(미도시)와 연결되어 도 3 에 나타난 바와 같이, 하부블럭(10) 위로 일정 거리만큼 이격될 수 있으며(<I> 상태), 하부블럭(10) 상면에 맞닿도록 하강할 수 있고(<II> 상태), 하강한 상태에서 커터(30)의 하단을 아래로 돌출시킬 수 있다(<III> 상태).
상기 상부블럭(20)이 하강할 때, 상기 상부블럭(20)은 분리막들(3a, 3b)의 열융착이 이뤄질 수 있도록 충분한 압력으로 가압할 수 있다. 이때, 상부블럭(20)과 하부블럭(10) 중 적어도 어느 하나 이상은 미리 정해진 온도로 미리 가열된 상태이다.
그리고, 커팅이 완료되면, 상기 커터(30)는 원위치로 복귀하고(<IV> 상태), 상부블럭(20) 또한 초기의 위치로 복귀한다(<V> 상태).
전술한 바와 같이, 상기 상부블럭(20) 및 하부블럭(10) 중 적어도 어느 하는 히터에 의해 표면이 가열되되, 윗층 분리막(3a)과 아랫층 분리막(3b) 각각에 맞닿게 되는 표면에 열이 집중될 수 있도록 가열된다. 특히, 상부블럭(20)이 가열된 상태로 절단이 이뤄지는 경우 아래의 제3실시예로 제공된 실링부(3d) 및 연결부(3c)를 구비한 단위셀이 제조될 수 있다.
참고적으로, 상기 상부블럭(20)을 승강시키는 리프트장치는 모터 또는 유압이나 공압 실린더일 수 있다. 그리고, 상부블럭(20)의 승강시 직진도를 정밀하게 제어하기 위해 별도의 제어계측장비가 추가될 수도 있다. 아울러, 상기 하부블럭(10)은 물론 상부블럭(20)은 효율적인 열전달이 이뤄질 수 있도록 NAK80 또는 Becu25 등과 같이 비열이 높은 비철/철류 등으로 제조될 수 있다.
또한, 하부블럭(10)에 포함된 히터(12) 및 상부블럭(20)에 포함되는 히터는 시즈히터(sheath heater), 열매유 히터 등과 같이 공지의 히팅방식이 적용될 수 있다.
이때, 분리막(3)에 열이 가해지는 지점은 70 내지 110℃ 범위로 가열될 수 있다. 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. 상기 온도 범위는 상부블럭(20)과 하부블럭(10) 사이에 형성되는 압력에 따라 조절될 수 있다.
도 4 는 이웃하는 전극들 사이(이웃하는 양극들 사이 또는 이웃하는 음극들 사이)에서, 상부블럭(20)이 하강하여 분리막들(3a, 3b)을 하부블럭(10)의 상면으로 가압하고 상기 상부블럭(20)으로부터 커터(30)의 하단이 돌출되어 상기 분리막들(3a, 3b)의 열융착이 이뤄진 부분에서 절단이 이뤄지는 모습이 도시된 도면이다. 이때, 절단은 열융착이 이뤄진 후, 또는 절단과 함께 열융착이 이뤄지도록 구성될 수 있다.
도 3 과 도 4 를 참조하여 이 실시예에서 제공되는 제조장치의 작동 상태를 설명하면, 분리막들(3a, 3b)과 전극(1, 2)이 이송되는 동안에는 간섭이 발생하지 않도록 상부블럭(20)은 하부블럭(10) 위로 상승한 상태로 대기한다(도 3 의 <I> 참조).
그리고, 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.
그 다음으로, 상부블럭(20)의 하강이 이뤄진다. 이때, 상기 하부블럭(10)만 또는 상기 하부블럭(10)과 상부블럭(20) 중 적어도 어느 하나 또는 모두는 가열된 상태이므로, 분리막(3)에서 압착이 이뤄진 영역(도 4 에서 음영이 표시된 부분)은 가열이 이뤄진다. 이와 같이 가열된 상태 상부블럭(20)에 의해 가압이 이뤄지므로, 윗층 분리막(3a)과 아래층 분리막(3b)이 맞닿는 부분에서는 열융착(실링)이 이뤄지게 된다.
마지막으로, 도 4 와 같이, 커터(30)의 하단이 돌출되어 열융착이 이뤄진 부분을 관통하여 분리막(3)의 절단이 이뤄진다.
이때, 분리막(3)의 실링 후 절단이 이뤄지는 것이 바람직하나, 상기 분리막(3)은 상부블럭(20)과 하부블럭(10) 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 분리막(3)과 전극(1, 2)이 제공되는 단계 및 하부블럭(10)과 상부블럭(20) 사이로 전극(1, 2)과 분리막(3)이 통과시키는 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, 하부블럭(10)과 상부블럭(20) 사이로 전극(1, 2)과 분리막(3)이 통과하는 단계는, 아래층 분리막(3b) 아래에 배치된 하부블럭(10)과 윗층 분리막(3a) 위에서 상기 하부블럭(10)과 수직방향으로 정렬되도록 배치된 상부블럭(20) 사이를 상기 전극(1, 2)과 분리막(3)이 통과하도록 구성된다.
이 단계에서는 이웃하는 전극들(1, 2) 사이에서 상기 상부블럭(20)이 하강하여 분리막들(3a, 3b)을 하부블럭(10) 표면에 가압시키고, 상기 상부블럭(20)에서 커터(30)의 하단이 돌출되어 분리막들(3a, 3b)을 커팅한다. 이때, 상기 하부블럭(10)와 상부블럭(20) 중 적어도 어느 하나 또는 두 개 모두는 미리 정해진 온도로 가열된 상태이며, 상기 상부블럭(20)은 분리막들(3a, 3b)의 열융착이 이뤄지는 압력으로 가압한다.
상기 하부블럭(10) 및/또는 상부블럭(20)은 70 내지 110℃ 범위로 가열되며, 상기 상부불럭(20)이 하부블럭(10)에 분리막들을 가압하는 시간은 0.05 내지 0.1 초일 수 있다. 상기 상부블럭(20)이 분리막들(3a, 3b)을 하부블럭(10) 표면에 가압하여 열융착시키는 것과 동시에 커터(30)의 돌출이 이뤄지거나 또는 열융착이 이뤄진 후에 커터(30)의 돌출이 이뤄질 수 있다.
참고로, 상기 상부블럭(20)이 하부블럭(10)을 가압하는 압력은 단위면적(1㎠ 또는 1㎡) 당 5 ~ 50 kg 범위로 정해질 수 있고, 실링면적은 이웃 하는 전극들(1, 2) 사이의 간격에 따라 유동적으로 설정될 수 있다.
제3실시예
본 발명에서는 위에서 설명된 제조장치 및 제조방법을 이용하여 단위셀을 제조할 수 있는 단위셀을 제3실시예로써 제공한다.
도 5 는 본 발명의 실시예에 따른 단위셀의 측면모습이 도시된 도면이다.
도 5 를 참조하면, 이 실시예에서 제공되는 단위셀은, 아래층 분리막(3b)과 윗층 분리막(3a) 사이에 하부 전극(2)이 적층되고 윗층 분리막 위에 상부 전극(1)이 각각 적층된구조를 갖는다.
참고로, 여기에서 말하는 하부 전극은 상대적으로 아랫쪽인 윗층 분리막(3a)과 아래층 분리막(3b) 사이에 놓이는 전극을 의미하고, 상부 전극은 상대적으로 윗쪽인 윗층 분리막(3a) 위에 놓이는 전극을 의미하며, 양극이나 음극을 특정하는 의미는 아니다. 즉, 상기 하부 전극(2)은 음극 또는 양극 중 하나이고, 상부 전극(1)은 음극 또는 양극 중 다른 하나가 될 수 있다.
그리고, 상기 윗층 분리막(3a)과 아래층 분리막(3b)은 테두리 부분이 서로 접합되어 실링부(3d)를 형성한다.
즉, 상기 하부 전극(2)에서 돌출된 아래층 분리막(3b)의 테두리 끝단과 상기 하부 전극(2)에서 돌출된 윗층 분리막(3a)의 테두리 끝단에 열과 압력이 가해져 열융착됨으로써 실링부(3d)가 양측변 각각에서 형성된다. 상기 실링부(3d)는 위에 설명된 하부블럭(10)과 상부블럭(20)에 의해 가압되고 커터(30)에 의해 절단되어 형성된다.
그리고, 상기 윗층 분리막(3a)은 아랫쪽 일단이 상기 실링부(3d)로 연결되되 타단은 상측을 향하도록 이어져 호형(arch)을 형성하는 연결부(3c)가 형성된다.
즉, 도 4 를 참조하면 제1실시예에서 제공된 제조장치에서 상기 상부블럭(20)이 가열되면 평평한 부분(20a)은 하부블럭(10)의 평평한 부분(10a)과의 사이에서 윗층 분리막(3a)과 아래층 분리막(3b)을 열융착시켜 실링부(3d)를 형성한다. 그리고, 상부블럭(20)에서 하부블럭(10)과 맞닿지 않는 테두리부분(20b)은 윗층 분리막(3a)에 열을 가하게 된다. 이때, 상부블럭(20)이 가압함에 따라 연결부(3c)가 형성되는 지점 또한 소정의 텐션이 작용하며, 이에 따라, 상기 연결부(3c)는 텐션과 열이 작용하여 상부블럭(30)의 모서리 모양에 맞춰 호형(arch)으로 형성된다.
이에 따라 상기 연결부(3c)는 열과 압력이 가해진 실링부(3d)와 같이 (열이 가해지지 않는) 다른 부분 보다 경화(stiffening)될 수 있고, 이에 따라 모양이 유지될 수 있다.
따라서, 이 실시예에서 제공되는 단위셀은 양측 각각에 실링부(3d)와 연결부(3c)가 구비됨에 따라, 균일한 형태로 제조 및 절단이 이뤄질 수 있다.
또한, 상기 연결부(3c)는 열이 가해져 다른 부분 보다 경화되어 접힘을 방지할 수 있고, 열과 압력이 이뤄지며 열융착된 실링부과 다른 부분을 이어주며 경도 차이를 완충시키는 기능을 제공할 수 있다. 즉, 열과 압력이 집중된 실링부(3d)의 경도가 가장 높고 상대적으로 압력과 열이 약하게 가해진 연결부(3c)의 경도가 중간이고 나머지부분의 경도가 가장 낮게 형성되어, 연결부(3c)가 경도 변화의 완충기능을 제공하는 효과를 갖는다.
전술한 바와 같은 구성을 갖는 본 발명은, 상부블럭(20)과 하부블럭(10) 사이에 분리막(3)이 고정된 상태에서 커터(30)가 분리막(3)을 절단하므로, 분리막(3)의 접힘 가능성을 낮출 수 있다.
또한, 상기 하부블럭(10) 및/또는 상부블럭(20)은 가열된 상태이고 상부블럭(20)은 분리막의 열융착이 이뤄지도록 가압하므로, 절단이 이뤄진 후에도 윗층 분리막(3a)과 아랫층 분리막(3b)의 절단부위는 접착되어 접힘 가능성을 원천적으로 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 : 히팅롤러
11 : 홈
12 : 히터
20 : 상부롤러
30 : 커터

Claims (12)

  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 배치된 하부블럭; 및
    윗층 분리막 위에서 상기 하부블럭과 수직 정렬되고, 아래쪽으로 커터의 끝단이 내외부를 출입가능하게 설치된 상부블럭;을 포함하고,
    상기 상부블럭이 하강하여 분리막들을 하부블럭 표면에 가압하되 상기 상부블럭과 하부블럭 중 적어도 어느 하나 이상은 미리 정해진 온도로 가열되어 분리막들의 가압된 지점은 열융착이 이뤄지고, 상기 상부블럭에서 커터가 돌출되어 분리막들이 가압된 지점에서 커팅이 이뤄지는 단위셀의 제조장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 하부블럭은 미리 정해진 온도로 가열되고, 상부블럭은 미가열된 것을 특징으로 하는 단위셀의 제조장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 상부블럭은 미리 정해진 온도로 가열되고, 하부블럭은 미가열된 것을 특징으로 하는 단위셀의 제조장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 상부블럭과 하부블럭 모두는 미리 정해진 온도로 가열되는 것을 특징으로 하는 단위셀의 제조장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 상부블럭과 하부블럭에 의해 분리막들의 가압이 이뤄지고, 미리 정해진 시간이 지난 후 커터가 돌출되어 열융착이 이뤄진 지점을 커팅하는 것을 특징으로 하는 단위셀의 제조장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 하부블럭은 커터가 돌출될 때 맞닿지 않고 수용되도록 상면에 홈이 형성된 것을 특징으로 하는 단위셀의 제조장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 커터는 스프링의 탄성력에 의해 상부블럭에서 돌출되지 않고 내부에 수용된 상태를 유지하되, 상기 상부블럭이 분리막들을 하부블럭으로 가압할 때 돌출되도록 구성된 것을 특징으로 하는 단위셀의 제조장치.
  8. 아래층 분리막과 윗층 분리막 사이에 하부 전극이 적층되고 윗층 분리막 위에 상부 전극이 각각 적층된 단위셀로써,
    상기 하부 전극에서 돌출된 아래층 분리막의 테두리 끝단과 상기 하부 전극에서 돌출된 윗층 분리막의 테두리 끝단에 열과 압력이 가해져 열융착됨으로써 형성된 실링부;를 포함하고,
    상기 윗층 분리막은 일단이 상기 실링부로 연결되되 타단은 상측을 향하도록 이어져 호형(arch)을 형성하는 연결부를 포함하는 단위셀.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 연결부는 열이 가해진 것을 특징으로 하는 단위셀.
  10. 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
    아래층 분리막 아래에 배치된 하부블럭과 윗층 분리막 위에서 상기 하부블럭과 수직으로 정렬되도록 배치된 상부블럭 사이를 상기 전극과 분리막이 통과하는 단계;을 포함하고,
    이웃하는 전극들 사이에서 상기 상부블럭이 하강하여 분리막들을 하부블럭 표면에 가압시키고 상기 하부블럭에서 커터가 돌출되어 분리막들을 커팅하되,
    상기 상부블럭과 하부블럭 중 적어도 어느 하나 이상은 미리 정해진 온도로 가열되어 분리막들이 가압된 지점에는 열융착이 이뤄지고, 상기 커터는 열융착이 이뤄지는 지점을 커팅하는 단위셀의 제조방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 상부블럭 또는 하부블럭이 가열되는 미리 정해진 온도는 70 내지 110℃ 범위 내에서 정해지는 것을 특징으로 하는 단위셀의 제조방법.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 상부불럭이 하부블럭에 분리막들을 가압하는 시간은 0.05 내지 0.1 초인 것을 특징으로 하는 단위셀의 제조방법.
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