WO2023182576A1 - 지그재그 적층형 이차전지 제조 장치 - Google Patents

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WO2023182576A1
WO2023182576A1 PCT/KR2022/008704 KR2022008704W WO2023182576A1 WO 2023182576 A1 WO2023182576 A1 WO 2023182576A1 KR 2022008704 W KR2022008704 W KR 2022008704W WO 2023182576 A1 WO2023182576 A1 WO 2023182576A1
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separator
electrode
picker
secondary battery
battery manufacturing
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PCT/KR2022/008704
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English (en)
French (fr)
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배일수
이진우
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주식회사 바에솔
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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/04—Construction or manufacture in general
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • 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 zigzag stacked secondary battery manufacturing device, and more specifically, to a device capable of manufacturing a secondary battery by stacking positive and negative electrode plates of a predetermined size together with a separator.
  • a secondary battery refers to a battery that converts chemical energy into electrical energy to supply external power, and when discharged, receives external power and stores it as chemical energy. It refers to a battery that supplies power to an external circuit and, when discharged, receives external power and converts electrical energy into chemical energy to store electricity.
  • Secondary batteries can be divided into wound type and stacked type depending on their shape.
  • the wound type can be produced by continuously winding the positive electrode plate, negative electrode plate, and separator together to manufacture one electrode assembly (jelly roll).
  • the stacked type is produced by alternately stacking positive and negative plates cut to a certain size with a separator in between.
  • the purpose of the present invention is to provide a zigzag stacked secondary battery manufacturing device to solve the problems of the conventional stacked secondary battery manufacturing device.
  • the dancer is configured to be angle-adjustable around the axis in the width direction of the separator and includes at least one dancer roller provided at a point spaced apart from the rotation center, and the separator is positioned on a vertical plate with at least one dancer roller. It can be transported via fixed rollers.
  • angle of the dancer may change in a direction in which the dancer roller approaches the fixed roller during the time the separator feeder transfers the separator.
  • the angle of the dancer may change in a direction where the dancer roller moves away from the fixed roller while the separator is stopped.
  • the stacking table is provided with a fixed lower side, and the first electrode picker and the second electrode picker can seat the positive or negative electrode plate in the placing area provided on the upper side of the stacking table.
  • each of the first electrode picker and the second electrode picker may include a roller provided at a point in contact with the separator.
  • the roller of the first electrode picker may be configured to push the separator in opposite directions to the roller of the second electrode picker.
  • it may further include a first position alignment unit provided between the first magazine seating unit and the stacking table, and a second position alignment unit provided between the second magazine seating unit and the stacking table.
  • the first electrode picker includes a pair of pickup modules, one of the pair of pickup modules transfers the positive electrode plate from the first magazine seating portion to the first position alignment portion, and the other of the pair of pickup modules transfers the positive electrode plate to the first position alignment portion.
  • the positive plate is transferred from the 1-position alignment unit to the stacking table, and a pair of positive plate transferred from a pair of pickup modules can be transferred simultaneously.
  • the first electrode picker is configured to be movable a predetermined distance in the vertical direction, and can be configured to simultaneously pick up or place the positive electrode plate in a pair of pickup modules.
  • the first electrode picker and the second electrode picker may start moving horizontally at a predetermined time interval.
  • the first electrode picker or the second electrode picker that is in contact with the separator in a stationary state may begin horizontal movement first.
  • the zigzag stacked secondary battery manufacturing device can stack while fixing the stacking table, thereby fundamentally preventing problems caused by inertia that occur when the stacking table moves.
  • the tension of the continuously provided separator can be actively adjusted in response to the operation of the electrode picker, improving the quality of the secondary battery and minimizing the defect rate.
  • FIG. 1 is a front view of a secondary battery manufacturing apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 2 is an exploded perspective view showing the base including the separator, separator compensation unit, electrode picker, and stacking table of the secondary battery manufacturing device according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 3 is an enlarged perspective view of the separator.
  • Figure 4 is an enlarged perspective view of the separator compensation unit.
  • Figure 5 is an enlarged perspective view of the electrode picker.
  • Figure 6 is a perspective view of a base equipped with a stacking table.
  • Figure 7 is a perspective view of the winder.
  • Figures 8a, 8b and 8c are diagrams showing the operating states of the separator and dancer.
  • Figures 9a, 9b, 9c, 9d, 9e, 9f, 9g, 9h, and 9i are diagrams conceptually showing the electrode stacking operation of the secondary battery manufacturing device according to an embodiment of the present invention.
  • Figures 10a, 10b, 10c, 10d, and 10e are diagrams conceptually showing the electrode stacking operation of the secondary battery manufacturing apparatus according to another embodiment of the present invention.
  • Figure 1 is a front view of a secondary battery manufacturing apparatus according to an embodiment of the present invention
  • Figure 2 is a separator, a separator compensation unit, an electrode picker, and a stacking table of the secondary battery manufacturing apparatus according to an embodiment of the present invention. This is an exploded perspective view showing the included base disassembled.
  • the secondary battery manufacturing apparatus transports the electrode plate by a pair of electrode pickers while the stacking table 600 is fixed and simultaneously moves the separator 1100 in a zigzag motion. It can be configured to stack secondary batteries while pushing them out.
  • zigzag refers to the action of pushing the separator 1100 alternately by the electrode picker from the left and right sides of the separator 1100.
  • a secondary battery manufacturing device includes a frame 100, a vertical plate 300, a separator supply unit 400, an electrode picker (510, 520), a stacking table 600, and a magazine seat unit (211, 212). ), pregauging table (221, 222), position control unit (231, 232), dancer (700), separator (810), separator compensation unit (820), and winder (900). there is.
  • the frame 100 serves as a base on which the secondary battery manufacturing device can be fixed.
  • the frame 100 is formed to extend to a predetermined size and may be composed of a plurality of members.
  • a base 200 is formed on one side of the frame 100, and a stacking table 600, a position adjuster, and a plate magazine may be provided on the upper surface of the base 200.
  • the vertical plate 300 may be formed to extend vertically from one side of the frame 100.
  • the vertical plate 300 may be installed with a separator supply unit provided in a direction perpendicular to the extending plane.
  • the separator supply unit may be configured to withdraw the separator 1100 from the wound separator roll 410 and supply it to the stacking table 600.
  • the separator supply unit may include a separator roll holder, a driving roller, and an idle roller.
  • the separator roll holder 420 is configured to unwrap and supply the separator 1100.
  • One side of the separator roll mount 420 is rotatably connected to the vertical plate 300, and a motor for rotating the separator roll mount 420 may be provided on the other side of the vertical plate 300.
  • the separator roll holder 420 can unwind and supply the separator roll 410 at a predetermined speed while the electrodes are stacked. At this time, the rotation speed of the separator roll holder 420 is controlled in response to the diameter that decreases as the separator 1100 is used, so that the separator 1100 can be released at an appropriate linear speed.
  • the driving roller and the idle roller may together determine the path along which the separator 1100 is transported.
  • One side of the driving roller and the idle roller may be rotatably connected to the vertical plate.
  • the driving roller is configured to actively adjust the linear speed of the separator 1100 while rotating.
  • the idle roller minimizes frictional resistance and is configured to passively rotate while supporting the separator 1100 in the thickness direction.
  • the idle roller supports the separator 1100 so that it can be transported along the transport path.
  • at least one of the driving roller and the idle roller is configured so that the angle relative to the vertical plate 300 can be adjusted.
  • At least one of the driving roller and the idle roller adjusts the angle to correct the position misalignment on the path along which the separator 1100 is transported. In this case, when the angle is tilted, the transported separator 1100 naturally moves in the width direction by gravity. Transfer can be accomplished while the position is adjusted.
  • the separator roll 410 may be supplied with the separator 1100 and the protective film 1110 wound together. At this time, the separator 1100 and the protective film 1110 are separated from the separator roll 410 and can move through different paths. As described above, the separator 1100 is finally transferred to the stacking table 600, and the protective film 1110 is transferred to the protective film reel unit 430 and wound. However, matters related to the recovery of the protective film 1110 are applicable when the separator reel 430 includes the protective film, and can be omitted when the separator 1100 does not include the protective film 1110. .
  • the control unit may drive the motor connected to the separator roll holder 420 and/or the driving roller based on the value received from the sensor to adjust or keep the line speed at which the separator 1100 is drawn out constant.
  • the electrode picker consists of a pair, and each can be configured to pick up and transport an electrode plate.
  • a pair of electrode pickers may be provided on the left and right sides of the stacking table 600, which will be described later. Meanwhile, in the following, the electrode picker on the left side of FIG. 1 will be referred to as the first electrode picker 510, and the electrode picker on the right side will be referred to as the second electrode picker 520.
  • the first electrode picker 510 may be configured to pick up the positive electrode plate 1200 and transfer it to the stacking table 600, and the second electrode picker may be configured to pick up the negative electrode plate 1300 and transfer it to the stacking table 600. You can.
  • the first electrode picker 510 and the second electrode picker may be provided symmetrically around the stacking table 600. Meanwhile, the first electrode picker 510 and the second electrode picker are configured to operate by pushing the separator 1100 in opposite directions using ends facing each other.
  • the stacking table 600 is configured to stack electrodes.
  • the upper side of the stacking table 600 becomes a placing area, and stacking can be performed as the electrode plates transferred to the electrode pickers 510 and 520 are alternately placed one by one. At this time, the lower side of the stacking table 600 may remain fixed to the frame 100.
  • the magazine seating portions 211 and 212 are configured to seat a magazine loaded with an electrode plate cut from the outside. A plurality of electrode plates may be loaded in the magazine in the thickness direction.
  • the magazine seating portion may include a first magazine seating portion 211 on which the positive plate magazine is seated and a second magazine seating portion 212 on which the negative plate magazine is seated.
  • the pregazing tables 221 and 222 may be configured so that the electrode plate picked up from the magazine seating portion can be temporarily seated. The electrode plate seated on the pregauging table can then be transferred to the position alignment unit.
  • the pregazing table may also include a first pregauging table 221 provided on the transport path of the positive electrode plate 1200 and a second pregazing table 222 provided on the transport path of the negative electrode plate 1300. there is.
  • the position adjusting units 231 and 232 are configured to adjust the position of the electrode plate.
  • the position control unit is configured to rotate along two axes and at a predetermined angle, and the upper surface of the table can be adjusted on the x and y planes for position alignment while the transferred electrode plate is seated on the upper side.
  • a vision camera that looks at the upper surface of the position control unit may be provided to check the position error of the electrode plate.
  • the position adjusting unit may be configured to include a first position adjusting unit 231 for adjusting the position of the positive electrode plate 1200 and a second position adjusting unit 232 for aligning the position of the negative electrode plate 1300.
  • the dancer 700 determines the transport path of the separator and is configured to adjust the tension of the separator.
  • the dancer 700 is connected to the vertical plate 300, and its angle may be adjusted around an axis in a direction perpendicular to the vertical plate 300, that is, the x direction.
  • the dancer 700 may include a plurality of idle rollers that are spaced apart from each other.
  • the separator may be transferred while passing between a plurality of fixed rollers 720 provided on one side of the vertical plate 300 and a plurality of idle rollers provided on the dancer 700.
  • the dancer 700 when the dancer 700 is closer to the roller 720 fixed to the vertical plate 300, the path of the separator through the dancer 700 becomes shorter, and conversely, the dancer 700 moves closer to the roller fixed to the vertical plate ( When the angle is adjusted in the direction away from 720), the path of the separator through the dancer 700 becomes longer.
  • the dancer 700 may be connected to an elastic element to apply an appropriate torque, or may be connected to a motor to actively adjust the angle. Meanwhile, the dancer 700 adjusts the length through which the separator passes in response to the difference between the supply speed of the separator from the separator supply unit 400 and the speed of withdrawing the separator from the separator 810, which will be described later, to appropriately maintain the tension of the separator. can be maintained. Meanwhile, tension adjustment between the separator 810 and the separator supply unit 400 will be described in detail later.
  • the separator 810 is configured to extract the length of the separator required when stacking electrodes on the stacking table 600.
  • One side of the separator 810 is connected in a direction perpendicular to the vertical plate, and is configured to periodically withdraw the separator that has passed through the dancer 700.
  • the separator is stacked on the stacking table 600 in a zigzag shape to form an electrode assembly together with the electrode plate.
  • the separator is supplied discontinuously, unlike the continuous separator required when producing a secondary battery by winding electrodes.
  • the separator 810 periodically withdraws a separator of the length required for one stacking operation of the electrode assembly.
  • the separator compensation unit 820 is configured to adjust the path of the separator between the separator 810 and the stacking table 600.
  • the separator compensation unit 820 is provided on the vertical plate 300,
  • the separator compensation unit 820 is configured to change the path of the separator first, preceding the electrode picker 510, 520 when the electrode picker 510, 520 moves to the upper side of the stacking table 600 while pushing the separator in the horizontal direction.
  • the separator compensation unit 820 is configured to be reciprocatable in the horizontal direction on the upper side of the stacking table, and the path of the separator controlled by the separator compensation unit 820 may be determined to be wider than the width of the stacking table.
  • the winder 900 is configured to perform an operation of winding the outer surface with the separator 1100 while holding the electrode assembly 1000 (jelly roll) that has been laminated on the stacking table 600.
  • the winder 900 holds the jelly roll while seated on the upper side of the stacking table 600 and separates the jelly roll from the upper surface of the stacking table 600 so that the outside of the jelly roll can be wrapped with the separator 1100, preventing interference. It is possible to wrap the outside of the jelly roll with the separator 1100 in an empty space.
  • Figure 3 is an enlarged perspective view of the separator.
  • the separator feeder 810 may include a separator frame 811, a roll filler, and a counter roller 814.
  • the separator frame 811 can be fixed to a vertical plate when viewed from one side.
  • the separator 810 may include a feeding roller 812 disposed in front of the vertical plate, that is, on the side of the area where the separator is transferred, and a rotation driver 813 provided at the rear of the vertical plate.
  • the rotation drive unit 813 has a shaft that extends through the vertical plate and is coaxially connected to the feeding roller 812 to actively rotate the feeding roller 812. Meanwhile, the rotation driver 813 is configured to rotate in the forward or reverse direction, and when excessive sagging of the separator occurs, it can be rotated in the reverse direction to recover part of it.
  • the counter roller 814 is configured to bring the separator into close contact with the outer peripheral surface of the feeding roller 812.
  • the counter roller 814 may be connected to the counter roller drive unit 815 provided on one side of the separator frame 811.
  • the counter roller driving unit 815 is configured to adjust the gap between the counter roller 814 and the feeding roller 812.
  • the counter roller 814 is not connected to a separate power source for rotation, and can be rotated by the separator pulled out as the feeding roller 812 rotates.
  • the counter roller 814 may be composed of a pair. That is, the separator may be provided in each of the feeding and pulling directions to the feeding roller 812. However, this is only an example and the number of counter rollers 814 can be adjusted in various ways.
  • Figure 4 is an enlarged perspective view of the separator compensation unit.
  • the separator compensation unit 820 is designed to minimize changes in separator tension that may occur as the consumption length of the separator becomes discontinuous when the separator is stacked in a zigzag direction on a stacking table. Compensate for the supply path of The separator compensation unit 820 may adjust the transport path of the separator in relation to the operations of the first electrode picker and the second electrode picker.
  • the separator compensation unit 820 may include a first frame 821, a second frame 822, a separator compensation unit driver 825, and a separator path control unit 823. At this time, the separator compensation unit 820 can minimize the remaining amount by controlling the path of the separator by switching the path when sagging occurs in the separator supplied by the separator, that is, when the remaining amount occurs.
  • the first frame 821 may be connected to the vertical plate.
  • the second frame 822 is configured to move relative to the first frame 821.
  • the first frame 821 and the second frame 822 are coupled through a movement direction restraining member such as a linear guide, and the second frame 822 is configured to slide in the horizontal direction on the first frame 821. You can.
  • the separator compensation unit driver 825 is configured to move the second frame 822 on the first frame 821.
  • the separation membrane compensation unit drive unit 825 is transformed into a mechanism that converts rotational-translational movement, such as a ball-screw, or a configuration that can ultimately reciprocate the second frame 822 a predetermined distance, such as a linear actuator (not shown). It can be applied.
  • the separator path control unit 823 is formed on the second frame 822 and extends in a direction perpendicular to the vertical plate.
  • the separator path control unit 823 may include a pair of idle rollers 824 spaced apart from each other.
  • the separator that has passed through the separator passes through a path between the separator path controllers 823 and can finally be transferred to the stacking table.
  • the position of the separator path controller 823 is adjusted in the horizontal direction by the separator compensation unit driver 825, and the path of the separator can be adjusted as the horizontal position of the separator path controller 823 changes.
  • a separator cutter 826 whose position can be adjusted in the vertical direction may be provided on one side of the separator compensation unit 820.
  • the separator cutter 826 cuts the separator during the finishing process after the stacking of the electrode assembly is completed.
  • the separator cutter 826 may include a driving unit that allows the blade to reciprocate a predetermined distance.
  • the separator cutter 826 is disclosed as a feature provided in the separator compensation unit 820, but this is only an example and may be directly fixed on a vertical plate.
  • Figure 5 is an enlarged perspective view of the electrode picker.
  • the electrode picker is configured to pick up the electrode plate and transfer it to the stacking table 600.
  • the separator 1100 is pushed out along with the transfer of the electrode plate so that the separator 1100 can be disposed along a zigzag path.
  • the electrode picker may include a first electrode picker 510 and a second electrode picker.
  • the first electrode picker 510 and the second electrode picker may be configured to be left-right symmetrical with respect to the stacking table 600.
  • the description will be made on the assumption that the first electrode picker 510 transfers the positive electrode plate 1200 and the second electrode picker transfers the negative electrode plate 1300.
  • the present invention does not limit the type of electrode plate that each hand picks up, and the supply and transfer of the positive and negative plates can be changed depending on the user's selection. That is, unlike the following embodiment, the negative electrode plate is the first, and the first hand can be modified to transfer the negative electrode plate and the second hand to transfer the positive electrode plate. In this case, also in FIG.
  • the negative electrode plate is supplied to the first magazine seating part 211, the first pregazing table 221, and the first position adjusting part 231, and the first electrode picker 510 transfers the negative electrode plate. can do.
  • the positive plate is supplied to the second magazine seating portion 212, the second pregazing table 222, and the second position adjusting portion 232, and the second electrode picker 520 can transfer the positive plate.
  • the first electrode picker 510 may be configured to pick up the positive electrode plates 1200 one by one from the positive plate 1200 magazine and finally transfer them to the stacking table 600.
  • the first electrode picker 510 is configured to be movable in two axes and is configured to perform a picking and placing operation of the positive electrode plate 1200.
  • the first electrode picker 510 and the second electrode picker 520 may be provided on the electrode picker support portion 501 that extends a predetermined distance upward from the base.
  • the first electrode picker 510 may include a first electrode picker horizontal driving unit 511, a first electrode picker frame 512, an extension part 513, and a pickup module 514.
  • the first electrode picker horizontal driving unit 511 is configured to adjust the horizontal position of the first electrode picker 510 on the electrode picker support unit 510.
  • the first electrode picker horizontal driving unit 511 is composed of a linear actuator and can precisely adjust the horizontal position.
  • the first electrode picker frame 512 is connected on one side to the first electrode picker horizontal driving unit 511, and may be configured to move horizontally on the electrode picker support unit 510.
  • the first electrode picker frame may be formed to extend a predetermined length in the vertical direction.
  • the extension portion 513 extends a predetermined length from one side of the first electrode picker frame and may be composed of a plurality of extension portions 513.
  • the first pickup module 514 As the first electrode picker frame 512 moves, the first pickup module 514, which will be described later, can be horizontally moved simultaneously. Meanwhile, the first electrode picker frame 512 consists of a driving unit and a plurality of first extension units 513, each of which is configured to be equipped with a pickup module. One side of the first extension portion 513 is connected to the above-described first electrode picker frame 512, and the other side may be formed to extend in the horizontal direction. A pickup module may be provided below each first extension part 513. In this embodiment, three first extension portions 513 are disclosed. Each of the three first extension parts 513 corresponds to the distance between the first magazine seating part 211, the first pregauging table 221, the first position adjusting part 231, and the stacking table 600. The separation distance can be determined. As an example, the three first extension parts 513 may be spaced apart from each other at the same distance.
  • the first pickup module 514 is comprised of a plurality, and each may be provided below the first extension portion 513. Each first pickup module 514 may be configured to pick up the positive electrode plates 1200 one by one. Each first pickup module 514 is provided with a vacuum port so that it can receive negative pressure and adsorb the electrode plate.
  • the second electrode picker is configured to transport the negative electrode plate 1300 in a direction opposite to the transfer path of the positive electrode plate 1200.
  • the second electrode picker is configured similarly to the first electrode picker 510 and may include all of the components of the first electrode picker 510.
  • the configuration in which the above-described first electrode picker 510 picks up the positive electrode plate 1200 and the second electrode picker 520 picks up the negative electrode plate 1300 is only an example, and the first electrode picker 510 is the negative electrode plate ( 1300), and the second electrode picker may be configured to pick up the positive electrode plate 1200.
  • the positions of the first electrode picker 510 and the second electrode picker may be changed. That is, the first electrode picker 510 and the second electrode picker are just named to distinguish each other, and the object to be transferred may be the positive electrode plate 1200 or the negative electrode plate 1300.
  • Figure 6 is a perspective view of a base equipped with a stacking table.
  • the first magazine seating unit 211, the first pregazing table 221, and the first position adjusting unit 231 are used to transport the positive electrode plate 1200. They are arranged in a straight line along the path and may be spaced apart from each other at predetermined intervals.
  • the first electrode picker 510 includes three pickup modules and is configured to simultaneously adsorb and move the positive electrode plate 1200. The first electrode picker 510 is configured to reciprocate by the distance for transporting the positive electrode plate 1200 from the first position adjusting unit 231 to the stacking table 600. At this time, three substrates can be transferred simultaneously by the first electrode picker 510.
  • the first position adjusting portion 231 Each of the three electrode plates can be moved simultaneously from to the stacking table 600.
  • the transfer of the negative electrode plate 1300 may also be performed similarly to the transfer of the positive electrode plate 1200.
  • the transfer direction can be transferred in opposite directions.
  • the first electrode picker 510 and the second electrode picker can supply the positive electrode plate 1200 and the negative electrode plate 1300 to the stacking table 600 while moving alternately toward the stacking table 600.
  • Figure 7 is a perspective view of the winder.
  • the stacking table 600 is provided with a seating surface and may include an electrode clamp 610 that can temporarily fix the electrode assembly being stacked on the seating surface by pressing it.
  • the electrode clamp 610 is configured to temporarily fix the electrode plate placed on the upper side of the separator after the separator is placed on the top surface of the electrode assembly on the stacking table 600 by pressing it. Afterwards, during the stacking process of the next electrode plate, the separator is placed on the top surface and when the electrode plate is seated, the electrode clamp 610 moves to the outside of the seating surface, and when seating of the electrode plate is completed, the electrode plate on the top surface is pressed again to temporarily fix it. This operation of the electrode clamp 610 can be performed repeatedly until the electrode assembly is completed.
  • the winders 900 are provided as a pair and may be provided on both sides of the stacking table 600 at a predetermined distance from each other.
  • the winder 900 is configured to complete the stacking process by holding the electrode assembly on which the stacking has been completed and winding the outside with a separator.
  • the winder 900 may include a jelly roll gripper 930 configured to grip the electrode assembly, and a pair of winder 900 links configured to move the jelly roll gripper 930.
  • the winder 900 link may be configured to move the jelly roll gripper 930 to the upper side of the stacking table 600 or to separate it from the seating surface of the stacking table 600.
  • the jelly roll gripper 930 consists of a pair and can be rotatably connected to each end of a pair of winder 900 links.
  • the winder 900 may include a first winder link 910, a second winder link 920, and a jelly roll gripper 930.
  • the first winder link 910 and the second winder link 920 are configured to be movable relative to the stacking table 600, and the jelly roll gripper 930 stacks the jelly roll while holding the jelly roll. It is moved to separate from the upper surface of the table 600.
  • the first winder link 910 may be configured to move from the base 200 in the y-axis direction.
  • the second winder link 920 may be configured to be movable in the x and z axes on the first winder link 910.
  • the jelly roll gripper 930 is configured to grip the laminated jelly roll.
  • the winder 900 link consists of a pair, one side of each of which is connected to the stacking table 600, and the other side of which may be connected to the jelly roll gripper 930. Thereafter, the jelly roll gripper 930 rotates the jelly roll while rotating relative to the first winder link 910. Therefore, the winder 900 can move in three axes while holding the jelly roll, and can also rotate, so it can pick up the jelly roll from the stacking table 600 and wrap the outside with a separator. do.
  • Figures 8a, 8b, and 8c are diagrams showing the operating states of the separator and dancer.
  • the separator 810, the dancer 700, and the separator compensation unit 820 are connected to the separator 1100 between the separator supply unit 400 and the stacking table. It is configured to control the path of the separator 1100 and adjust the tension.
  • the separator 1100 drawn at a constant speed from the separator supply unit 400 passes through the dancer 700, the separator 810, and the separator compensation unit 820 in that order.
  • the separator 810 is configured to rotate counterclockwise at a predetermined angle so that the length of the separator 1100 required when stacking one electrode in the electrode assembly can be extracted. At this time, the speed withdrawn by one operation of the separator 810 is faster than the speed supplied from the separator supply unit 400. However, while the separator 810 is stopped, the speed of the separator 1100 supplied from the separator supply unit 400 is fast. This difference in speed of the separator 1100 over time is compensated by adjusting the angle of the dancer 700. At this time, the angle adjustment of the dancer 700 can be done passively or actively.
  • the dancer 700 is configured to include a plurality of eye rollers 710, and may include a plurality of fixed rollers 720 on a vertical plate adjacent to the dancer 700.
  • the separator 1100 passes through the dancer 700 while alternately passing through the idle roller 710 and the fixed roller 720 of the dancer 700.
  • the dancer 700 moves between the dancer 700 and the fixed roller 720. Narrow the gap to shorten the transit distance. That is, the angle of the dancer 700 is adjusted to be close to the fixed roller 720 while the separator 810 transfers the separator 1100.
  • the angle of the dancer 700 is adjusted in a direction away from the fixed roller 720 so that the continuously supplied separator 1100 maintains appropriate tension. It is shown.
  • the dancer 700 adjusts the tension to the separator feeder 810 regardless of the position of the separator compensation unit 820. At this time, the angle is adjusted in a direction in which the dancer 700 approaches the fixed roller 720 again.
  • the electrode stacking operation of the secondary battery manufacturing apparatus according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 9A to 9H.
  • the following drawings are conceptually shown to help explain the operation, and some components may be exaggerated, but the embodiments according to the present invention are not limited thereto.
  • the electrode stacking operation of the secondary battery manufacturing device according to an embodiment of the present invention adapts the electrodes by reciprocating the first electrode picker 510 and the second electrode picker 520 in the left and right directions, starting from one point. It is not limited to this, and the start and end positions may be determined in various orders depending on the user's settings. That is, it should be noted that the operations described in the drawings below are part of a repeated stacking operation.
  • Figures 9a, 9b, 9c, 9d, 9e, 9f, 9g, and 9h are operating state diagrams showing the electrode stacking operation of the secondary battery manufacturing device according to an embodiment of the present invention.
  • the second electrode picker 520 places the negative electrode plate on the stacking table 600 and the clamp 610 presses the top surface of the electrode assembly 1000 on the stacking table 600.
  • the separator compensation unit 820 is at the first horizontal position (P1).
  • the first position P1 may be substantially aligned with the end of the second separator support roller 526 when the second electrode picker 520 places the negative electrode plate on the stacking table 600.
  • the second electrode picker 520 is controlled to move in a direction away from the stacking table 600, that is, in the first direction, to a position where it can pick up the negative electrode plate.
  • the separator between the separator compensation unit 820 and the stacking table 600 may be in a state where the tension is somewhat weakened.
  • the separator compensation unit 820 adjusts the path of the separator in advance before the first electrode picker 510 transfers the positive plate 1201 to the stacking table 600.
  • the separator compensation unit 820 moves in the first direction and moves to the second position P2 corresponding to the horizontal position when the first electrode picker 510 places the positive electrode plate 1201 on the stacking table 600.
  • the horizontal position of the separator compensation unit 820 may be set to be substantially the same as the position of the end of the first separator support roller 516 facing the second electrode picker 520.
  • the distance between the end of the electrode assembly 1000 and the separator compensation unit 820 may become long. Since the separator is stretched in the state of FIG. 9b, that is, the extra separator is supplied in advance, the separator compensation unit 820 By moving to this second position (P2), the sagging can be compensated.
  • the first electrode picker 510 that picks up the positive electrode plate moves in the first direction and enters the upper side of the stacking table 600.
  • the first separator support roller 516 may move in the first direction while pushing the separator. Since the separator transferred between the separator compensation unit 820 and the stacking table 600 is partially sagging (see FIG. 9c), even if the first separator support roller 516 moves in the horizontal direction and supports it, the tension acting on the separator Since the direction of forms an acute angle with the transport direction of the first separator support roller 516, sudden changes in tension can be minimized.
  • the separator simultaneously covers the cathode plate 1301 placed at the top of the stacking table 600.
  • the separator 810 rotates to transfer the separator by the required length of the separator.
  • the separator 810 stops rotating after supplying the separator once, and the first electrode picker 510 descends to place the positive electrode plate 1301 on the top of the electrode assembly 1000.
  • the path of the separator becomes slightly longer, allowing it to cover the top of the electrode assembly 1000 with more appropriate tension.
  • the clamp 610 releases the pressure of the electrode assembly 1000 as the top of the electrode assembly 1000 is pressed while the positive plate 1301 is seated by the first electrode picker 510.
  • the clamp 610 presses the top of the electrode assembly 1000 and stably supports it. Additionally, the second electrode picker 520 picks up the new negative electrode plate 1302 and rises.
  • the first electrode picker 510 moves in the second direction to pick up a new positive electrode plate.
  • the separator compensation unit 820 is then positioned at the first position P1 by moving in the second direction and operating as shown in FIG. 9C. Thereafter, the second electrode picker 520 may be horizontally moved to the upper side of the stacking table 600 while pushing the separator in the second direction.
  • the electrode assembly 1000 can be stacked by repeating the operations 9a to 9i described above. Afterwards, when a preset number of electrode plates are stacked, the electrode assembly 1000 is held and rotated a predetermined number of times so that the outside of the electrode assembly 1000 can be wrapped with a separator by the operation of the winder. Afterwards, the separator is cut and the electrode assembly 1000 is discharged for the next process.
  • the cut separator can be pulled to a stacking table for stacking the next electrode assembly.
  • Figures 10a, 10b, 10c, 10d, and 10e are diagrams conceptually showing the electrode stacking operation of the secondary battery manufacturing apparatus according to another embodiment of the present invention.
  • the separator compensation unit 820 may be controlled to move horizontally almost simultaneously with the horizontal movement of the electrode picker.
  • the separator support roller provided in the electrode picker enters in contact with the separator faster than when it contacts the separator in the above-described embodiment, thereby minimizing the rate of change in tension applied to the separator during the operation of pushing the separator. do.
  • the embodiment of the present invention is configured to manufacture stacked secondary batteries of various sizes, and the round trip distance (distance between P1 and P4) of the separator compensation unit 820 can be set larger than the width of the electrode assembly. .
  • the separator feeder's one-time separator supply length may be about 100 mm (+ thickness of the electrode).
  • the end of each separator support roller may be spaced a predetermined distance, for example, 25 mm, from the pickup module that stacks the electrodes on the stacking table. Therefore, the separator between the separator compensation unit 820 and the stacking table 600 has a margin of 25 mm or more drawn out so that the separator support roller can enter, and the separator compensation unit 820 is positioned at the end of the electrode picker (the end of the separator support roller). ) moves to a point about 25 mm ahead of the separator to adjust the path of the separator and compensate for the tension.
  • the electrode picker moves to the final position, thereby lowering the rate of change of tension acting on the separator.
  • the second electrode picker 520 is shown in a state in which one negative electrode plate has been stacked, similar to the above-described embodiment.
  • the second electrode picker 520 moves a predetermined distance in the first direction to pick up a new negative electrode plate.
  • the separator compensation unit 820 moves from the first position (P1) to the second position (P2) and adjusts the path of the separator.
  • the first electrode picker 510 also starts moving in the first direction.
  • the second electrode picker 520 may complete movement in the first direction.
  • the separator compensation unit 820 moves further in the first direction to adjust the transport path of the separator to pass through the third position P3, and the first electrode picker 510 also moves in the first direction. As it continues to move, it begins to push the separator in the first direction.
  • the separator compensation unit 820 moves to the fourth position (P4) and completes adjusting the path of the separator in the first direction, and the first electrode picker 510 performs stacking of the positive electrode plate 1201. Sorted by location.
  • the first electrode picker 510, the second electrode picker 520, and the separator compensation unit 820 may be moved in a direction opposite to that of FIGS. 10A to 10E.
  • the secondary battery manufacturing device operates the separator according to the length of the separator required discontinuously during stacking, and uses a separator compensation unit to minimize sudden tension changes and prevent damage to the separator.
  • the path of the separator is switched during zigzag stacking. Therefore, the tension of the separator can be appropriately adjusted.
  • by using a fixed stacking table when using a large electrode plate tilting due to inertia due to reciprocating movement can be prevented, thereby improving the quality of the secondary battery manufactured.
  • the present disclosure can be applied to secondary battery manufacturing equipment and has industrial applicability.

Abstract

본 개시는 스태킹 테이블이 고정된 상태에서 지그재그 형으로 전극을 이송하여 전극 조립체를 형성하는 이차전지 제조 장치에 관한 것이다. 본 개시에 따라 지그 재그 타입으로 적층시 주기적으로 발생하는 분리막의 장력 변화에 대응하여 분리막의 공급을 주기적으로 조절하는 세파피더와 주기적으로 분리막의 경로를 조절하는 분리막 보상 유닛을 포함하는 이차전지 제조 장치가 제공될 수 있다.

Description

지그재그 적층형 이차전지 제조 장치
본 발명은 지그재그 적층형 이차전지 제조 장치에 관한 것이며, 보다 상세하게는 소정크기의 양극판과 음극판을 분리막과 함께 적층하여 이차전지를 제조할 수 있는 장치에 관한 것이다.
이차 전지(secondary battery)는 화학적 에너지를 전기적 에너지로 변환하여 외부에 전원을 공급하고, 방전시 외부로부터 전원을 공급받아 화학적 에너지로 저장하는 전지를 뜻한다. 외부의 회로에 전원을 공급하기도 하고, 방전되었을 때 외부의 전원을 공급받아 전기적 에너지를 화학적 에너지로 바꾸어 전기를 저장할 수 있는 전지를 가리킨다.
이차전지는 형태에 따라 권취형과 적층형으로 구분될 수 있다. 권취형은 양극판, 음극판 및 분리막을 함께 연속적으로 권취하여 하나의 전극조립체(젤리롤)를 제조하여 생성될 수 있다. 적층형은 소정크기로 절단된 양극판과 음극판을 분리막을 사이에 두고 교대로 적층해가면서 생성된다.
종래에는 적층형 이차전지의 제조시 스태커를 소정 거리로 왕복해가면서 양극판과 음극판을 교대로 쌓아올리는 방법을 주로 이용하였다. 이와 관련하여 대한민국 등록특허 제1280069 호가 개시되어 있다. 그러나 이러한 종래의 방식은 극판이 점점 쌓여감에 따라 스태커의 왕복운동시 관성에 의한 영향을 받아 정밀도가 낮아지는 문제점이 있었다. 이러한 문제는 극판이 대형화 및 셀 길이가 증가됨에 따라 관성 또한 커지게 되어 더욱 심각해질 수 있다. 또한 스태커가 왕복운동함에 따라 방향을 전환하는 지점에서 분리막에 작용하는 장력이 급격하게 변화되어 품질이 저하되는 문제점이 있었다.
본 발명은 종래의 적층형 이차전지 제조 장치의 문제점을 해결하기 위한 지그재그 적층형 이차전지 제조 장치를 제공하는 것에 그 목적이 있다.
막의 이송경로 중 일부를 결정하며, 분리막 공급부의 공급속도와 세파피더의 주기적인 이송속도의 차이에 따라 장력을 보상할 수 있도록 구성되는 댄서를 더 포함할 수 있다.
한편, 댄서는 분리막의 폭 방향의 축을 중심으로 각도조절 가능하게 구성되며, 회전중심으로부터 이격된 지점에 구비되는 적어도 하나의 댄서 롤러를 포함하며, 분리막은 적어도 하나의 댄서 롤러와 수직 플레이트에 위치가 고정된 롤러를 경유하여 이송될 수 있다.
또한, 댄서는 세파피더가 분리막을 이송하는 시간동안 댄서 롤러가 고정된 롤러와 가까워지는 방향으로 각도가 변화될 수 있다.
한편, 댄서는 세파피더가 정지하는 동안 댄서 롤러가 고정된 롤러와 멀어지는 방향으로 각도가 변화돌 수 있다.
한편, 스태킹 테이블은 하측이 고정되어 구비되며, 제1 전극픽커 및 제2 전극픽커가 스태킹 테이블의 상측에 구비된 플레이싱 영역에 양극판 또는 음극판을 안착시킬수 있다.
한편, 제1 전극픽커 및 제2 전극픽커 각각은 분리막과 접촉되는 지점에 구비되는 롤러를 포함할 수 있다.
한편, 제1 전극픽커의 롤러는 제2 전극픽커의 롤러와 서로 반대 방향으로 분리막을 밀어내도록 구성될 수 있다.
한편, 제1 매거진 안착부와 스태킹 테이블 사이에 구비되는 제1 위치 정렬부 및 제2 매거진 안착부와 스태킹 테이블 사이에 구비되는 제2 위치 정렬부를 더 포함할 수 있다.
한편, 제1 전극픽커는 한 쌍의 픽업 모듈을 포함하며, 한 쌍의 픽업 모듈 중 하나는 제1 매거진 안착부로부터 제1 위치 정렬부로 양극판을 이송하며, 한 쌍의 픽업 모듈 중 다른 하나는 제1 위치 정렬부로부터 양극판을 스태킹 테이블로 이송하며, 한 쌍의 픽업 모듈에서 이송되는 한 쌍의 양극판은 동시에 이송될 수 있다.
한편, 제1 전극픽커는 상하 방향으로 소정거리 이동가능하게 구성되며, 한 쌍의 픽업 모듈에서 동시에 양극판의 픽업 또는 플레이싱을 수행하도록 구성될 수 있다.
한편, 제1 전극픽커와 제2 전극픽커는 소정시간 간격을 두어 수평 이동을 시작할 수 있다.
한편, 제1 전극픽커 또는 제2 전극픽커는 정지상태에서 분리막과 접촉되어 있는 전극픽커가 먼저 수평이동을 시작될 수 있다.
본 발명에 따른 지그재그 적층형 이차전지 제조 장치는 스태킹 테이블을 고정하면서 적층할 수 있어 스태킹 테이블의 이동시 발생하는 관성에 의한 문제점을 원천적으로 방지할 수 있다. 또한 연속적으로 제공되는 분리막의 장력을 전극픽커의 동작에 대응하여 능동적으로 조절할 수 있어 이차전지의 품질을 향상시키며 불량률을 최소화할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지 제조 장치의 정면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지 제조 장치의 세파피더, 분리막 보상 유닛, 전극픽커, 그리고 스테킹 테이블을 포함하는 베이스를 분해하여 도시한 분해사시도이다.
도 3은 세파피더의 확대사시도이다.
도 4는 분리막 보상 유닛의 확대사시도이다.
도 5는 전극픽커의 확대사시도이다.
도 6은 스테킹 테이블이 구비된 베이스의 사시도이다.
도 7은 와인더의 사시도이다.
도 8a 및, 8b 및 도 8c는 세파피더와 댄서의 작동상태도이다.
도 9a, 9b, 9c, 9d, 9e, 9f, 9g, 9h 및 9i는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지 제조 장치의 전극 적층 동작을 개념적으로 나타낸 도면이다.
도 10a, 10b, 10c, 10d 및 10e는 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차전지 제조 장치의 전극 적층 동작을 개념적으로 도시한 도면이다.
이하, 본 발명의 실시 예에 따른 지그재그 적층형 이차전지 제조 장치에 대하여 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 그리고 이하의 실시예의 설명에서 각각의 구성요소의 명칭은 당업계에서 다른 명칭으로 호칭될 수 있다. 그러나 이들의 기능적 유사성 및 동일성이 있다면 변형된 실시예를 채용하더라도 균등한 구성으로 볼 수 있다. 또한 각각의 구성요소에 부가된 부호는 설명의 편의를 위하여 기재된다. 그러나 이들 부호가 기재된 도면상의 도시 내용이 각각의 구성요소를 도면내의 범위로 한정하지 않는다. 마찬가지로 도면상의 구성을 일부 변형한 실시예가 채용되더라도 기능적 유사성 및 동일성이 있다면 균등한 구성으로 볼 수 있다. 또한 당해 기술 분야의 일반적인 기술자 수준에 비추어 보아, 당연히 포함되어야 할 구성요소로 인정되는 경우, 이에 대하여는 설명을 생략한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지 제조 장치의 정면도이며, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지 제조 장치의 세파피더, 분리막 보상 유닛, 전극픽커, 그리고 스테킹 테이블을 포함하는 베이스를 분해하여 도시한 분해사시도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 이차전지 제조 장치는 스태킹 테이블(600)이 고정된 상태에서 한 쌍의 전극픽커에 의해 전극판을 이송함과 동시에 지그재그 동작으로 분리막(1100)을 밀어내면서 이차전지를 적층할 수 있도록 구성될 수 있다. 여기서 ‘지그재그’란 분리막(1100)을 기준으로 좌측과 우측에서 전극픽커에 의해 교대로 분리막(1100)을 밀어내는 동작을 뜻한다.
본 발명에 따른 일 실시예인 이차전지 제조 장치는 프레임(100), 수직 플레이트(300), 분리막 공급부(400), 전극픽커(510, 520), 스태킹 테이블(600), 매거진 안착부(211, 212), 프리게이징 테이블(221, 222), 위치조절부(231, 232), 댄서(700), 세파피더(810), 분리막 보상 유닛(820) 및 와인더(900)를 포함하여 구성될 수 있다.
프레임(100)은 이차전지 제조 장치가 고정될 수 있는 기반이 된다. 프레임(100)은 소정 크기로 연장되어 형성되며, 복수의 부재를 포함하여 구성될 수 있다. 프레임(100)의 일측에는 베이스(200)가 형성되며, 베이스(200)의 상면에는 스태킹 테이블(600), 위치조절부, 극판 매거진이 구비될 수 있다.
수직 플레이트(300)는 프레임(100)의 일측에서 수직방향으로 연장되어 형성될 수 있다. 수직 플레이트(300)는 연장되는 평면에서 직교하는 방향으로 구비되는 분리막 공급부가 설치될 수 있다.
분리막 공급부는 권취되어 있는 분리막 롤(410)로부터 분리막(1100)을 인출하여 스태킹 테이블(600)로 공급할 수 있도록 구성될 수 있다. 분리막 공급부는 분리막 롤 거치부, 드라이빙 롤러, 아이들 롤러를 포함하여 구성될 수 있다.
분리막 롤 거치부(420)는 분리막(1100)을 풀어내어 공급할 수 있도록 구성된다. 분리막 롤 거치부(420)는 일측이 수직 플레이트(300)와 회전가능하게 연결되며, 수직 플레이트(300)의 타측에는 분리막 롤 거치부(420)를 회전시키기 위한 모터가 구비될 수 있다. 분리막 롤 거치부(420)는 전극이 적층되는 동안 분리막 롤(410)을 소정속도로 풀어서 공급할 수 있다. 이때 분리막 롤 거치부(420)는 분리막(1100)이 사용됨에 따라 작아지는 직경에 대응하여 회전속도가 제어되어 적절한 선속도로 분리막(1100)을 풀어낼 수 있다.
드라이빙 롤러(driving rolloer) 및 아이들 롤러(idle roller)는 함께 분리막(1100)이 이송되는 경로를 결정할 수 있다. 드라이빙 롤러 및 아이들 롤러는 일측이 수직 플레이트와 회전 가능하게 연결될 수 있다. 드라이빙 롤러는 회전하면서 분리막(1100)의 선속을 능동적으로 조절할 수 있도록 구성된다. 아이들 롤러는 마찰저항을 최소로하며, 분리막(1100)을 두께 방향으로 지지하면서 수동적으로 회전할 수 있도록 구성된다. 아이들 롤러는 분리막(1100)이 이송경로를 따라 이송될 수 있도록 지지하게 된다. 한편, 도시되지는 않았으나, 드라이빙 롤러 및 아이들 롤러 중 적어도 하나는 수직 플레이트(300)와 상대적인 각도가 조절될 수 있도록 구성된다. 드라이빙 롤러 및 아이들 롤러 중 적어도 하나는 분리막(1100)이 이송되는 경로상에서 위치가 어긋나는 경우 이를 바로잡기 위하여 각도를 조절하며, 이때 각도를 기울이게 되면 이송되는 분리막(1100)은 중력에 의해 자연스럽게 폭 방향의 위치가 조절되면서 이송이 이루어질 수 있다.
한편, 분리막 롤(410)은 분리막(1100)과 보호필름(1110)이 함께 권취되어 있는 상태로 공급될 수 있다. 이때 분리막 롤(410)에서 분리막(1100)과 보호필름(1110)은 분리되어 서로 다른 경로로 이동할 수 있다. 분리막(1100)은 전술한 바와 같이 최종적으로 스태킹 테이블(600)로 이송되고, 보호필름(1110)은 보호필름 릴 유닛(430)으로 이송되어 권취된다. 다만, 이러한 보호필름(1110)의 회수와 관련된 사항은 분리막 릴(430)에 보호필름이 포함되었을 때 적용가능하며, 분리막(1100)이 보호필름(1110)을 포함하지 않은 경우에는 생략될 수 있다.
한편, 도시되지는 않았으나, 복수의 지점에서 분리막(1100)의 선속도를 측정하기 위한 센서를 포함할 수 있다. 제어부(미도시)는 센서로부터 수신된 값을 기반으로 분리막 롤 거치부(420) 및/또는 드라이빙 롤러와 연결된 모터를 구동하여 분리막(1100)이 인출되는 선속을 조절하거나 일정하게 유지할 수 있다.
전극픽커는 한 쌍으로 구성되며, 각각 극판을 픽업하여 이송할 수 있도록 구성될 수 있다. 한 쌍의 전극픽커는 후술할 스태킹 테이블(600)을 중심으로 좌우측에 구비될 수 있다. 한편 이하에서는 도 1 상에서 좌측의 전극픽커를 제1 전극픽커(510), 우측의 전극픽커를 제2 전극픽커(520)라 하고 설명하도록 한다.
제1 전극픽커(510)는 양극판(1200)을 픽업하여 스태킹 테이블(600)로 이송할 수 있도록 구성될 수 있으며, 제2 전극픽커는 음극판(1300)을 픽업하여 스태킹 테이블(600)로 이송할 수 있다. 제1 전극픽커(510)와 제2 전극픽커는 스태킹 테이블(600)을 중심으로 대칭적으로 구비될 수 있다. 한편 제1 전극픽커(510)와 제2 전극픽커는 서로 마주보는 방향의 단부를 이용하여 분리막(1100)을 서로 반대방향으로 밀어내면서 작동할 수 있도록 구성된다.
스태킹 테이블(600)은 전극을 적층할 수 있도록 구성된다. 스태킹 테이블(600)은 상면의 상측이 플레이싱 영역이 되며, 전극픽커(510, 520)에 이송되어 온 극판들이 하나씩 교대로 안착되면서 스태킹이 이루어질 수 있게 된다. 이때 스태킹 테이블(600)의 하측은 프레임(100)에 고정된 상태를 유지할 수 있다.
매거진 안착부(211, 212)는 외부로부터 절단되어 온 극판이 적재된 매거진이 안착될 수 있도록 구성된다. 매거진에는 두께 방향으로 복수의 극판이 적재될 수 있다. 매거진 안착부는 양극판 매거진이 안착되는 제1 매거진 안착부(211)와 음극판 매거진이 안착되는 제2 매거진 안착부(212)를 포함할 수 있다.
프리게이징 테이블(221, 222)은 매거진 안착부로부터 픽업된 극판이 임시로 안착될 수 있도록 구성될 수 있다. 프리게이징 테이블에 안착된 극판은 이후 위치 정렬부로 이송될 수 있다. 프리게이징 테이블 또한 양극판(1200)의 이송경로상에 구비되는 제1 프리게이징 테이블(221)과 음극판(1300)의 이송경로상에 구비되는 제2 프리게이징 테이블(222)을 포함할 수 있다.
위치조절부(231, 232)는 극판의 위치를 조절할 수 있도록 구성된다. 위치조절부는 2축 및 소정각도로 회전이 가능하게 구성되며, 이송되어 온 극판이 상측에 안착된 상태에서 위치 정렬을 위하여 테이블의 상면을 x, y 평면상에 조절할 수 있게 된다. 한편 도시되지는 않았으나 극판의 위치 오차를 확인할 수 있도록 위치조절부의 상면을 바라보는 비전 카메라가 구비될 수 있다. 한편, 위치조절부는 양극판(1200)의 위치를 조절하기 위한 제1 위치조절부(231), 음극판(1300)의 위치를 정렬하기 위한 제2 위치조절부(232)를 포함하여 구성될 수 있다.
댄서(700)는 분리막의 이송경로를 결정하며, 분리막의 장력을 조절할 수 있도록 구성된다. 댄서(700)는 수직 플레이트(300)에 연결되며, 수직 플레이트(300)와 직교하는 방향, 즉 x 방향의 축을 중심으로 각도가 조절될 수 있다. 댄서(700)에는 서로 이격되어 구비되는 복수의 아이들 롤러를 포함할 수 있다. 분리막은 수직 플레이트(300)의 일측에 구비된 복수의 고정된 롤러(720)와 댄서(700)에 구비된 복수의 아이들 롤러 사이를 경유하면서 이송될 수 있다. 이때 댄서(700)가 수직 플레이트(300)에 고정된 롤러(720)와 거리가 가까워지면 댄서(700)를 경유하는 분리막의 경로가 짧아지고, 반대로 댄서(700)가 수직 플레이트에 고정된 롤러(720)로부터 멀어지는 방향으로 각도가 조절되면 댄서(700)를 경유하는 분리막의 경로가 길어진다. 이때 댄서(700)는 적절한 토크가 작용할 수 있도록 탄성 소자와 연결되거나, 능동적으로 각도가 조절되도록 모터 등과 연결될 수 있다. 한편, 이러한 댄서(700)는 분리막 공급부(400)에서 분리막의 공급 속도와 후술할 세파피더(810)에서 분리막을 인출하는 속도 차이에 대응하여 분리막이 경유하는 길이를 조절함으로써 분리막의 장력을 적절하게 유지할 수 있게 된다. 한편, 이러한 세파피더(810)와 분리막 공급부(400) 사이에서의 장력 조절은 차후 상세히 설명하도록 한다.
세파피더(810)는 스태킹 테이블(600)에서 전극의 적층시 필요한 분리막의 길이를 인출할 수 있도록 구성된다. 세파피더(810)는 일측이 수직 플레이트에 직교하는 방향으로 연결되며, 댄서(700)를 통과한 분리막을 주기적으로 인출할 수 있도록 구성된다. 스태킹 태이블(600)은 고정형으로 구성될 때 스테킹 테이블(600)에 분리막은 지그재그 형으로 쌓여지면서 극판과 함께 전극 조립체를 형성하게 된다. 이때 분리막은 전극을 권취하여 이차전지를 생산할 때 연속적으로 분리막을 필요로 하는 것과 달리 불연속적으로 공급되는 구간이 발생한다. 세파피더(810)는 주기적으로 분리막을 인출하여 전극 조립체의 1회 스태킹 동작에 필요한 길이의 분리막을 인출하게 된다.
분리막 보상 유닛(820)은 세파피더(810)와 스태킹 테이블(600) 사이에서 분리막의 경로를 조절할 수 있도록 구성된다. 분리막 보상 유닛(820)은 수직 플레이트(300)상에 구비되며,
분리막 보상 유닛(820)은 전극픽커(510, 520)가 수평방향으로 분리막을 밀어내면서 스태킹 테이블(600)의 상측으로 이동할 때 전극픽커에 선행하여 먼저 분리막의 경로를 변화시키도록 구성된다. 분리막 보상 유닛(820)은 스태킹 테이블의 상측에서 수평방향으로 왕복가능하게 구성되며, 분리막 보상 유닛(820)에 의해 조절되는 분리막의 경로는 스테킹 테이블의 폭 보다 넓게 결정될 수 있다.
와인더(900)는 스태킹 테이블(600)에서 적층이 완료된 전극조립체(1000)(젤리롤)을 파지한 상태에서 분리막(1100)으로 외면을 감는 동작을 수행하도록 구성된다. 와인더(900)는 스태킹 테이블(600)의 상측에 안착된 상태에서 파지하고, 젤리롤의 외측을 분리막(1100)으로 감쌀 수 있도록 젤리롤을 스태킹 테이블(600)의 상면으로부터 이탈시키며, 간섭이 없는 공간에서 젤리롤의 외부를 분리막(1100)으로 감쌀 수 있게 된다.
한편, 전술한 프레임(100), 수직 플레이트(300), 분리막 공급부(400)의 구성은 일반적으로 사용되는 이차전지 제조 장치의 구성이 채택될 수 있으므로 더 이상의 상세한 설명은 생략하도록 한다.
이하에서는 도 3을 참조하여 세파피더의 구성 및 기능에 대하여 상세히 설명하도록 한다.
도 3은 세파피더의 확대사시도이다.
도 3을 참조하면, 세파피더(810)는 세파피더 프레임(811), 롤 피러 및 카운터 롤러(814)를 포함할 수 있다. 세파피더 프레임(811)은 일측시 수직 플레이트에 고정될 수 있다.
세파피더(810)는 수직 플레이트의 전방, 즉 분리막이 이송되는 영역 측에 배치되는 피딩 롤러(812)와 수직 플레이트의 후방에 구비되는 회전 구동부(813)를 포함할 수 있다. 회전 구동부(813)는 수직 플레이트를 관통하여 축이 연장되며, 피딩 롤러(812)와 동축으로 연결되어 피딩 롤러(812)를 능동적으로 회전시킬 수 있도록 구성된다. 한편, 회전 구동부(813)는 정방향 또는 역방향으로 회전 가능하게 구성되며, 분리막의 지나친 쳐짐이 발생하는 경우 역방향으로 회전하여 일부를 회수할 수 있다.
카운터 롤러(814)는 분리막을 피딩 롤러(812)의 외주면에 밀착시킬 수 있도록 구성된다. 카운터 롤러(814)는 세파피더 프레임(811)의 일측에 구비된 카운터 롤러 구동부(815)에 연결될 수 있다. 카운터 롤러 구동부(815)는 카운터 롤러(814)와 피딩 롤러(812) 사이의 간격을 조절할 수 있도록 구성된다. 카운터 롤러(814)는 회전을 위해 별도의 동력이 연결되지 않으며, 피딩 롤러(812)가 회전함에 따라 인출되는 분리막에 의해 회전될 수 있다. 카운터 롤러(814)는 일 예로서 한 쌍으로 구성될 수 있다. 즉 분리막이 피딩 롤러(812)에 공급되는 방향과 인출되는 방향 각각에 구비될 수 있다. 다만 이는 일 예일 뿐 카운터 롤러(814)의 개수는 다양하게 조절될 수 있다.
이하에서는 도 4를 참조하여 분리막 보상 유닛의 구성과 기능에 대하여 상세히 설명하도록 한다.
도 4는 분리막 보상 유닛의 확대사시도이다.
도 4를 참조하면, 분리막 보상 유닛(820)은 분리막이 스태킹 테이블에서 지그재그 방향으로 분리막이 적층될 때 분리막의 소비 길이가 불연속적으로 이루어짐에 따라 발생할 수 있는 분리막 장력의 변화를 최소화할 수 있도록 분리막의 공급 경로를 보상한다. 분리막 보상 유닛(820)은 제1 전극픽커 및 제2 전극픽커의 동작과 연관되어 분리막의 이송 경로를 조절할 수 있다. 분리막 보상 유닛(820)은 제1 프레임(821), 제2 프레임(822), 분리막 보상 유닛 구동부(825) 및 분리막 경로 조절부(823)를 포함할 수 있다. 이때 분리막 보상 유닛(820)은 분리막의 경로를 조절함으로써 세파피더에 의해 공급되는 분리막에 쳐짐이 발생할 때, 즉 잔량이 발생할 때 경로를 전환하여 잔량을 최소화할 수 있다.
제1 프레임(821)은 수직 플레이트와 연결될 수 있다. 제2 프레임(822)은 제1 프레임(821)과 상대적으로 이동할 수 있도록 구성된다. 제1 프레임(821)과 제2 프레임(822)은 리니어 가이드와 같은 이동방향 구속 부재를 통하여 결합되며, 제2 프레임(822)은 제1 프레임(821)상에서 수평방향으로 슬라이딩 될 수 있도록 구성될 수 있다.
분리막 보상 유닛 구동부(825)는 제2 프레임(822)을 제1 프레임(821)상에서 이동시킬 수 있도록 구성된다. 분리막 보상 유닛 구동부(825)는 볼-스크류와 같이 회전-병진운동으로 변환하는 메커니즘 또는 도시되지는 않았으나 리니어 액추에이터와 같이 최종적으로 제2 프레임(822)을 소정거리 왕복이동시킬 수 있는 구성으로 변형되어 적용될 수 있다.
분리막 경로 조절부(823)는 제2 프레임(822)상에서 수직 플레이트와 직교하는 방향으로 연장되어 형성된다. 분리막 경로 조절부(823)는 서로 이격된 한 쌍의 아이들 롤러(824)를 포함할 수 있다. 세파피더를 통과한 분리막은 분리막 경로 조절부(823) 사이의 경로를 통과하여 최종적으로 스태킹 테이블로 이송될 수 있다. 이때 분리막 경로 조절부(823)는 분리막 보상 유닛 구동부(825)에 의해 수평 방향으로 위치가 조절되며, 분리막은 분리막 경로 조절부(823)의 수평위치가 변화됨에 따라 경로가 조절될 수 있다.
한편, 분리막 보상 유닛(820)의 일측에는 수직 방향으로 위치 조절이 가능한 분리막 커터(826)가 구비될 수 있다. 분리막 커터(826)는 전극 조립체의 적층이 완료된 이후 마무리 과정에서 분리막을 절단하게 된다. 분리막 커터(826)는 블레이드를 소정거리 왕복할 수 있도록 구동부를 포함할 수 있다. 다만 분리막 커터(826)는 분리막 보상 유닛(820)에 구비된 특징이 개시되어 있으나, 이는 일 예일 뿐 수직 플레이트상에 직접 고정될 수 있다.
도 5는 전극픽커의 확대사시도이다.
도 5를 참조하면 본 발명에서 전극픽커는 전극판을 픽업하여 스태킹 테이블(600)로 이송할 수 있도록 구성된다. 또한 극판의 이송과 함께 분리막(1100)을 밀어내어 지그재그 경로를 따라 분리막(1100)이 배치될 수 있도록 구성된다.
전극픽커는 제1 전극픽커(510) 및 제2 전극픽커를 포함할 수 있다. 제1 전극픽커(510)와 제2 전극픽커는 스태킹 테이블(600)을 기준으로 서로 좌우 대칭형으로 구성될 수 있다. 이하에서는 설명의 편의상 제1 전극픽커(510)가 양극판(1200)을 이송하며, 제2 전극픽커가 음극판(1300)을 이송하는 것으로 전제하고 설명하도록 한다. 다만 본 발명에서 각각의 핸드가 픽업하는 극판의 종류를 한정하는 것은 아니며, 양극판 및 음극판의 공급 및 이송은 사용자의 선택에 따라 변경될 수 있다. 즉, 이하의 실시예와 달리 음극판이 제1 으며, 제1 핸드가 음극판을, 제2 핸드가 양극판을 이송하도록 변형될 수 있다. 이 경우 또한 도 1에서 제1 매거진 안착부 (211), 제1 프리게이징 테이블(221) 및 제1 위치조절부(231)에 음극판이 공급되며, 제1 전극픽커(510)가 음극판을 이송할 수 있다. 이때 반대로 제2 매거진 안착부 (212), 제2 프리게이징 테이블(222) 및 제2 위치조절부(232)에 양극판이 공급되며, 제2 전극픽커(520)가 양극판을 이송할 수 있다
제1 전극픽커(510)는 양극판(1200)을 양극판(1200) 매거진으로부터 한 장씩 픽업하여 최종적으로 스태킹 테이블(600)로 이송할 수 있도록 구성될 수 있다. 제1 전극픽커(510)는 2축 방향으로 이동가능하게 구성되며, 양극판(1200)의 픽업 및 플레이싱 동작을 수행하도록 구성된다.
제1 전극픽커(510) 및 제2 전극픽커(520)는 베이스로부터 상측으로 소정거리연장된 전극픽커 지지부(501)에 구비될 수 있다.
제1 전극픽커(510)는 제1 전극픽커 수평 구동부(511), 제1 전극픽커 프레임(512), 연장부(513), 픽업 모듈(514)을 포함할 수 있다.
제1 전극픽커 수평 구동부(511)는 전극픽커 지지부(510)에서 제1 전극픽커(510)의 수평위치를 조절할 수 있도록 구성된다. 제1 전극픽커 수평 구동부(511)는 일 예로서 리니어 액추에이터로 구성되어 수평위치를 정밀하게 조절할 수 있다.
제1 전극픽커 프레임(512)은 제1 전극픽커 수평 구동부(511)와 일측이 연결되며, 전극픽커 지지부(510) 상에서 수평으로 이동할 수 있도록 구성될 수 있다. 제1 전극픽커 프레임은 상하방향으로 소정길이로 연장되어 형성될 수 있다.
연장부(513)는 제1 전극픽커 프레임의 일측으로부터 소정길이로 연장되어 형성되며 복수로 구성될 수 있다.
제1 전극픽커 프레임(512)의 이동에 따라 후술할 제1 픽업 모듈(514)을 동시에 수평이동시킬 수 있다. 한편, 제1 전극픽커 프레임(512)은 구동부, 제1 연장부(513)는 복수로 구성되며, 각각 픽업 모듈이 구비될 수 있도록 구성된다. 제1 연장부(513)의 일측은 전술한 제1 전극픽커 프레임(512)과 연결되며, 타측은 수평방향으로 연장되어 형성될 수 있다. 각각의 제1 연장부(513)의 하측에는 픽업 모듈이 구비될 수 있다. 본 실시예에서는 3개의 제1 연장부(513)가 개시되어 있다. 3개의 제1 연장부(513) 각각은 제1 매거진 안착부(211), 제1 프리게이징 테이블(221) 제1 위치조절부(231) 및 스태킹 테이블(600)의 이격된 간격에 대응하여 이격거리가 결정될 수 있다. 일 예로서 3개의 제1 연장부(513)는 서로 동일한 거리로 이격될 수 있다.
제1 픽업 모듈(514)은 복수로 구성되며, 각각 제1 연장부(513)의 하측에 구비될 수 있다. 각각의 제1 픽업 모듈(514)은 양극판(1200)을 하나씩 픽업할 수 있도록 구성될 수 있다. 각각의 제1 픽업 모듈(514)은 진공포트가 구비되어 음압을 제공받고 극판을 흡착할 수 있도록 구성된다.
제2 전극픽커는 양극판(1200)의 이송경로와 반대 방향으로 음극판(1300)을 이송할 수 있도록 구성된다. 제2 전극픽커는 제1 전극픽커(510)와 유사하게 구성되며, 제1 전극픽커(510)의 구성요소를 모두 포함할 수 있다.
한편 전술한 제1 전극픽커(510)가 양극판(1200)을 픽업하며, 제2 전극픽커(520)가 음극판(1300)을 픽업하는 구성은 일 예일 뿐, 제1 전극픽커(510)가 음극판(1300)을 픽업하며, 제2 전극픽커가 양극판(1200)을 픽업하는 구성으로 구성될 수 있다. 이 경우 제1 전극픽커(510)와 제2 전극픽커의 위치가 서로 바뀔 수 있다. 즉 제1 전극픽커(510) 및 제2 전극픽커는 서로의 구별을 위해 명명한 것일 뿐 이송하는 대상은 양극판(1200) 또는 음극판(1300)이 될 수 있다.
도 6은 스테킹 테이블이 구비된 베이스의 사시도이다.
도 6을 참조하여 양극판(1200)의 이송에 대하여 설명하면, 제1 매거진 안착부(211), 제1 프리게이징 테이블(221), 제1 위치조절부(231)는 양극판(1200)의 이송경로를 따라 직선상으로 배치되며 서로 소정간격으로 이격되어 배치될 수 있다. 전술한 바와 같이 제1 전극픽커(510)는 3개의 픽업 모듈을 포함하고 있으며, 동시에 양극판(1200)을 흡착하여 이동할 수 있도록 구성된다. 제1 전극픽커(510)는 제1 위치조절부(231)로부터 스태킹 테이블(600)로 양극판(1200)을 이송하는 거리만큼 왕복이동할 수 있도록 구성된다. 이때 제1 전극픽커(510)에 의해 3개의 기판이 동시에 이송될 수 있다. 구체적으로 제1 매거진 안착부(211)로부터 제1 프리게이징 테이블(221)로, 제1 프리게이징 테이블(221)에서 제1 위치조절부(231)로, 제1 위치조절부(231)에서 스태킹 테이블(600)로 각각 3개의 극판이 동시에 이동될 수 있다.
한편, 음극판(1300)의 이송또한 양극판(1200)의 이송과 유사하게 이루어질 수 있다. 다만 이송 방향은 서로 반대방향으로 이송돌 수 있다. 한편 제1 전극픽커(510)와 제2 전극픽커는 서로 교대로 스태킹 테이블(600) 측으로 이동하면서 양극판(1200)과 음극판(1300)을 스태킹 테이블(600)로 공급할 수 있다.
도 7은 와인더의 사시도이다.
스태킹 테이블(600)은 안착면이 구비되며, 안착면 상에서 적층되어가는 전극조립체를 가압하여 임시로 고정할 수 있는 전극 클램프(610)를 포함할 수 있다. 전극 클램프(610)는 스태킹 테이블(600)에서 전극조립체의 최상면에 분리막이 배치된 후 분리막의 상측에 안착되는 극판을 가압하여 임시로 고정할 수 있도록 구성된다. 이후 다음 극판의 적층 과정에서 분리막이 최상면에 배치되고 극판이 안착될 때 전극 클램프(610)는 안착면의 외부로 이동한뒤 극판의 안착이 완료되면 다시 최상면의 극판을 가압하여 임시로 고정한다. 이러한 전극 클램프(610)의 동작은 전극조립체가 완성될 때까지 반복적으로 수행될 수 있다.
와인더(900)는 한 쌍으로 구비되며, 서로 소정거리를 두고 스태킹 테이블(600)의 양측에 구비될 수 있다. 와인더(900)는 적층이 완료된 전극조립체를 파지하고 외부를 분리막으로 와인딩하여 적층과정을 마무리할 수 있도록 구성된다. 와인더(900)는 전극조립체를 파지할 수 있도록 구성되는 젤리롤 그리퍼(930), 젤리롤 그리퍼(930)를 이동시킬 수 있도록 구성되는 한 쌍의 와인더(900) 링크를 포함할 수 있다. 와인더(900) 링크는 젤리롤 그리퍼(930)를 스태킹 테이블(600)의 상측으로 이동시키거나, 스태킹 테이블(600)의 안착면에서 이탈시킬 수 있도록 구성될 수 있다. 젤리롤 그리퍼(930)는 한 쌍으로 구성되며, 한 쌍의 와인더(900) 링크의 단부 각각에 회전가능하게 연결될 수 있다.
와인더(900)는 제1 와인더 링크(910), 제2 와인더 링크(920) 및 젤리롤 그리퍼(930)를 포함할 수 있다. 제1 와인더 링크(910) 및 제2 와인더 링크(920)는 스태킹 테이블(600)과 상대적으로 이동가능하게 구성되며, 젤리롤 그리퍼(930)가 젤리롤을 파지한 상태에서 젤리롤을 스태킹 테이블(600)의 상면으로부터 이탈시키도록 이동시킨다. 일 예로서, 제1 와인더 링크(910)는 베이스(200)로부터 y축 방향으로 이동 가능하게 구성될 수 있다. 제2 와인더 링크(920)는 제1 와인더 링크(910) 상에서 x 및 z 축 방향으로 이동가능하게 구성될 수 있다.
젤리롤 그리퍼(930)는 적층완료된 젤리롤을 파지할 수 있도록 구성된다. 와인더(900) 링크는 한 쌍으로 구성되며, 각각의 일측이 스태킹 테이블(600)에 연결되며, 타측에는 젤리롤 그리퍼(930)와 연결될 수 있다. 이후 젤리롤 그리퍼(930)는 제1 와인더 링크(910)와 상대적으로 회전하면서 젤리롤을 회전시킨다. 따라서 와인더(900)는 젤리롤을 파지한 상태에서 3축 방향으로 이동이 가능하며, 또한 회전이 가능하므로 젤리롤을 스태킹 테이블(600)에서 픽업하여 외측을 분리막으로 감싸는 동작을 수행할 수 있게 된다.
도 8a, 도 8b 및 도 8c는 세파피더와 댄서의 작동상태도이다.
도 8a, 도 8b 및 도 8c에 도시된 바와 같이, 세파피더(810), 댄서(700), 그리고 분리막 보상 유닛(820)은 분리막 공급부(400)와 스태킹 테이블 사이에서 분리막(1100)의 인출길이의 조절, 분리막(1100)의 경로 조절 및 장력 조절을 수행할 수 있도록 구성된다. 분리막 공급부(400)로부터 정속으로 인출되어 온 분리막(1100)은 댄서(700), 세파피더(810) 및 분리막 보상 유닛(820)을 순서대로 경유하게 된다
도 8a를 참조하면, 세파피더(810)는 전극 조립체에서 1개의 전극의 적층시 필요한 분리막(1100)의 길이가 인출될 수 있도록 시계 반대방향으로 소정 각도로 회전하도록 구성된다. 이때 세파피더(810)의 1회 구동에 의해 인출되는 속도는 분리막 공급부(400)에서 공급되는 속도보다 더 빠르다. 그러나 세파피더(810)가 정지해 있는 시간동안 분리막 공급부(400)에서 공급되는 분리막(1100)의 속도가 빠르다. 이러한 시간에 따른 분리막(1100)의 속도차이는 댄서(700)의 각도가 조절되어 보상하게 된다. 이때 댄서(700)의 각도 조절은 패시브 또는 액티브하게 이루어질 수 있다.
댄서(700)는 복수의 아이를 롤러(710)를 포함하며 구성되며, 댄서(700)와 인접한 수직 플레이트 상에는 복수의 고정된 롤러(720)를 포함할 수 있다. 분리막(1100)은 댄서(700)의 아이들 롤러(710)와 고정된 롤러(720)를 교대로 경유하면서 댄서(700)를 통과하게 된다.
댄서(700)는 세파피더(810)에서 분리막(1100)의 1회 이송 길이가 분리막 공급부(400)에서 동일한 시간동안 공급되는 길이보다 길어지므로, 댄서(700)와 고정된 롤러(720) 사이의 간격을 좁게 하여 경유 거리를 짧아지게 한다. 즉 댄서(700)는 세파피더(810)가 분리막(1100)을 이송하는 동안 고정된 롤러(720)와 가까워지도록 각도가 조절된다.
도 8b를 참조하면, 세파피더(810)가 정지해 있을 때 계속 공급되는 분리막(1100)이 적절한 장력을 유지하도록 댄서(700)가 고정된 롤러(720)로부터 멀어지는 방향으로 각도가 조절되는 상태가 도시되어 있다.
도 8c를 참조하면, 다시 세파피더(810)가 1회 회전하면 댄서(700)는 분리막 보상 유닛(820)의 위치와 무관하게 세파피더(810)까지의 장력을 조절하게 된다. 이때에는 다시 댄서(700)가 고정된 롤러(720)와 가까워지는 방향으로 각도가 조절된다.
이하에서는 도 9a 내지 도 9h를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지 제조 장치의 전극 적층 동작에 대하여 상세히 설명하도록 한다. 이하의 도면은 작동의 설명을 돕기 위해 개념적으로 나타내었으며, 또한 일부의 구성요소는 과장되어 표시된 상태일 수 있으나, 본 발명에 따른 실시예는 그에 한정하는 것이 아니다. 또한 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지 제조 장치의 전극 적층 동작은 좌우 방향으로 제1 전극픽커(510)와 제2 전극픽커(520)가 왕복하면서 전극을 적응하는 것으로서, 일 지점부터 시작하는 것으로 한정하지 않으며, 사용자의 설정에 따라 다양한 순서로 시작위치와 종료 위치가 결정될 수 있다. 즉 이하의 도면에서 설명하는 동작은 반복되는 적층 동작 중 일부임을 밝혀둔다.
도 9a, 9b, 9c, 9d, 9e, 9f, 9g 및 9h는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지 제조 장치의 전극 적층 동작을 나타낸 작동상태도이다.
도 9a를 참조하면, 제2 전극픽커(520)가 음극판을 스태킹 테이블(600)에 안착시키고 클램프(610)가 전극 조립체(1000)의 최상면을 스태킹 테이블(600)상에서 가압한 상태가 도시되어 있다. 이때 분리막 보상 유닛(820)은 수평상의 제1 위치(P1)에 있다. 이때 제1 위치(P1)는 제2 전극픽커(520)가 음극판을 스태킹 테이블(600)에 안착시킬 때 제2 분리막 지지 롤러(526)의 단부와 실질적으로 동일하게 정렬될 수 있다.
도 9b를 참조하면, 제2 전극픽커(520)는 스태킹 테이블(600)과 멀어지는 방향, 즉 제1 방향으로 이동하여 음극판을 픽업할 수 있는 위치로 이동하도록 제어된다. 이때 분리막 보상 유닛(820)과 스태킹 테이블(600) 사이의 분리막은 다소 장력이 약해진 상태로 쳐져있을 수 있다.
도 9c를 참조하면, 분리막 보상 유닛(820)은 제1 전극픽커(510)가 양극판(1201)을 스태킹 테이블(600)에 이송하기 전 미리 분리막의 경로를 조절한다. 이때 분리막 보상 유닛(820)은 제1 방향으로 이동하며, 제1 전극픽커(510)가 양극판(1201)을 스태킹 테이블(600)에 안착시킬 때의 수평 위치에 대응하는 제2 위치(P2)로 이동할 수 있다. 구체적으로 분리막 보상 유닛(820)의 수평 위치는 제1 분리막 지지 롤러(516) 중 제2 전극픽커(520)를 마주하는 단부의 위치와 실질적으로 동일하게 설정될 수 있다. 이때 전극 조립체(1000)의 말단과 분리막 보상 유닛(820) 사이의 거리가 멀어질 수 있는데, 도 9b 상태에서 분리막이 쳐져 있으므로, 즉 여유분의 분리막이 미리 공급되어 있는 상태이므로 분리막 보상 유닛(820)이 제2 위치(P2)로 이동하게 되면 쳐짐을 보상할 수 있게 된다.
도 9d를 참조하면 양극판을 픽업한 제1 전극픽커(510)는 제1 방향으로 이동하여 스태킹 테이블(600)의 상측으로 진입한다. 이때 제1 분리막 지지 롤러(516)는 분리막을 밀어내면서 제1 방향으로 이동될 수 있다. 분리막 보상 유닛(820)과 스태킹 테이블(600) 사이에 이송된 분리막은 일부 쳐짐이 발생한 상태(도 9c 참조)이므로 제1 분리막 지지 롤러(516)가 수평방향으로 이동하면서 지지하더라도 분리막에 작용하는 장력의 방향이 제1 분리막 지지 롤러(516)의 이송 방향과 예각을 이루므로 급격한 장력 변화를 최소화할 수 있게 된다. 한편, 이때 제1 전극픽커(510)가 이송하면서 분리막을 밀어냄에 따라, 이와 동시에 스태킹 테이블(600)의 최상단에 배치되었던 음극판(1301)을 분리막이 덮게 된다. 이때 필요한 분리막의 길이만큼 세파피더(810)가 회전하여 분리막을 이송하게 된다.
도 9e를 참조하면, 세파피더(810)는 1회 분리막의 공급 이후 회전이 정지하고, 제1 전극픽커(510)는 하강하여 양극판(1301)을 전극 조립체(1000)의 최상단에 안착시킨다. 이때 제1 분리막 지지 롤러(516)가 하강함에 따라 분리막의 경로는 약간 길어지게 되어 보다 적절한 장력으로 전극 조립체(1000)의 상단을 덮을 수 있게 된다. 이때 클램프(610)는 제1 전극픽커(510)에 의해 양극판(1301)이 안착되면서 전극 조립체(1000)의 상단이 가압됨에 따라 전극 조립체(1000)의 가압을 해제한다.
도 9f를 참조하면, 제1 전극픽커(510)의 상승 전 클램프(610)는 전극 조립체(1000)의 최상단을 가압하여 안정적으로 지지한다. 또한 제2 전극픽커(520)는 새로운 음극판(1302)을 픽업하여 상승한다.
도 9g를 참조하면, 제1 전극픽커(510)는 새로운 양극판을 픽업하기 위하여 제2 방향으로 이동한다.
도 9h를 참조하면, 이후 분리막 보상 유닛(820)은 도 9c에서 도시된 작동과 제2 방향으로 이동하여 제1 위치(P1)로 위치된다. 이후 제2 전극픽커(520)가 제2 방향으로 분리막을 밀어내면서 스태킹 테이블(600)의 상측으로 수평이동될 수 있다.
이후 도 9i를 참조하면, 제2 전극픽커(520)가 하강하여 음극판을 전극 조립체(1000)에 적층을 완료하게 되면 도 9a와 같은 상태가 될 수 있다.
본 발명에 따른 일 실시예인 이차전지 제조 장치는 전술한 9a 내지 9i의 동작이 반복되면서 전극 조립체(1000)의 적층이 이루어질 수 있다. 이후 기 설정된 개수의 극판이 적층되면 와인더의 동작에 의해 전극 조립체(1000)의 외측을 분리막으로 감쌀 수 있도록 전극 조립체(1000)를 파지하여 소정횟수로 회전시킨다. 이후 분리막을 절단하고 전극 조립체(1000)는 다음 공정을 위하여 배출된다.
한편, 절단된 분리막은 다음 전극 조립체의 적층을 위하여 스태킹 테이블로 견인될 수 있다.
이하에서는 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차전지 제조 장치의 전극 적층동작에 대하여 설명하도록 한다.
도 10a, 10b, 10c, 10d 및 10e는 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차전지 제조 장치의 전극 적층 동작을 개념적으로 도시한 도면이다.
도 10a 내지 도 10e를 참조하면, 본 실시예에서는 분리막 보상 유닛(820)은 전극 픽커의 수평 이동과 거의 동시에 수평이동되도록 제어될 수 있다. 본 실시예에서는 전극 픽커에 구비된 분리막 지지 롤러가 전술한 실시예에서 분리막과 접촉되는 시기보다 빠르게 분리막과 접촉되면서 진입하게 되어 분리막을 밀어내는 동작에서 분리막에 작용되는 장력의 변화율을 최소화할 수 있게 된다.
한편, 본 발명의 실시예는 다양한 크기의 적층형 이차전지를 제조할 수 있도록 구성되며, 분리막 보상 유닛(820)의 왕복 거리(P1 과 P4 사이의 거리)는 전극 조립체의 폭 보다 크게 설정될 수 있다.
일 예로서, 전극 조립체의 폭이 100mm이며, 음극 전극이 98mm, 양극 전극은 96mm인 경우, 세파 피더의 1회 분리막 공급 길이는 100mm(+전극의 두께) 정도가 될 수 있다. 한편, 각 분리막 지지 롤러의 단부는 전극을 스태킹 테이블에 적층하는 픽업 모듈로부터 소정거리, 예를 들어 25mm로 이격될 수 있다. 따라서 분리막 보상 유닛(820)과 스태킹 테이블(600) 사이의 분리막은 분리막 지지 롤러가 진입될 수 있도록 25mm 이상의 여유분이 인출되어 있으며, 분리막 보상 유닛(820)는 전극 픽커의 단부(분리막 지지 롤러의 단부)보다 약 25mm 앞선 지점까지 이동하여 분리막의 경로를 조절하고 장력을 보상하게 된다.
즉 분리막 지지 롤러가 더 오랜 시간동안 분리막을 밀어내면서 전극 픽커가 최종 위치로 이동되므로 분리막에 작용하는 장력의 변화율을 낮출 수 있게 된다.
구체적으로 도 10a를 참조하면, 전술한 실시예와 동일하게 제2 전극 픽커(520)가 1회의 음극판을 적층완료한 상태가 도시되어 있다.
이후 도 10b를 참조하면, 제2 전극 픽거(520)가 새로운 음극판을 픽업하기 위하여 제1 방향으로 소정거리 이동한다.
이후 도 10c를 참조하면, 분리막 보상 유닛(820)이 제1 위치(P1)로부터 제2 위치(P2)로 이동하면서 분리막의 경로를 조절한다. 이와 동시에 제1 전극 픽커(510) 또한 제1 방향으로 이동을 시작한다. 이때 제2 전극 픽커(520)는 제1 방향으로의 이동을 완료될 수 있다.
이후 도 10d를 참조하면, 분리막 보상 유닛(820)은 제1 방향으로 더 이동하여 분리막의 이송 경로를 제3 위치(P3)을 경유하도록 조절하며, 제1 전극 픽커(510) 또한 제1 방향으로 계속 이동하면서 분리막을 제1 방향으로 밀어내기 시작한다.
이후 도 10e를 참조하면, 분리막 보상 유닛(820)은 제4 위치(P4)로 이동하여 제1 방향으로의 분리막의 경로 조절을 완료하고, 제1 전극 픽커(510)는 양극판(1201)의 스태킹 위치로 정렬된다.
이후 음극판의 적층시 제1 전극 픽커(510), 제2 전극 픽커(520) 및 분리막 보상 유닛(820)의 이동은 도 10a 내지 도 10e와 반대 방향으로 이루어질 수 있다.
한편, 본 실시예에서는 소정 시간동안 분리막 보상 유닛(820), 제1 전극 픽커(510) 및 제2 전극 픽커(520)가 동시에 작동하는 순간이 존재한다. 따라서 1회 사이클 시간을 단축시킬 수 있으며, 또한 분리막의 장력의 변화율을 낮출 수 있어 전극 조립체의 품질을 향상시킬 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 이차전지 제조 장치는 적층시 불연속적으로 필요한 분리막의 길이에 맞추어 세파피더를 가동하며, 급격한 장력 변화를 최소화하고 분리막의 손상을 방지할 수 있도록 분리막 보상 유닛을 이용하여 지그재그 적층시에 분리막의 경로를 전환한다. 따라서 분리막의 장력을 적절하게 조절할 수 있다. 또한 대형 극판의 이용시 고정형 스태킹 테이블을 이용함으로써 왕복 이동에 따른 관성에 의한 쏠림을 방지할 수 있어 제조되는 이차전지의 품질을 향상시킬 수 있다.
본 개시는 이차 전지 제조장치에 적용될 수 있어 산업상 이용가능성이 있다.

Claims (20)

  1. 복수의 양극판이 적재될 수 있도록 구성되는 제1 매거진 안착부;
    복수의 음극판이 적재될 수 있도록 구성되는 제2 매거진 안착부;
    상기 제1 매거진 안착부와 상기 제2 매거진 안착부 사이에 구비되는 스태킹 테이블;
    권취된 분리막을 풀어가면서 상기 스태킹 테이블에 공급할 수 있도록 구성되는 분리막 공급부;
    상기 양극판을 픽업하여 상기 스태킹 테이블로 안착시킬 수 있도록 구성되는 제1 전극픽커;
    상기 음극판을 픽업하여 상기 스태킹 테이블로 안착시킬 수 있도록 구성되는 제2 전극픽커;
    상기 제1 전극픽커는 상기 양극판을 제1 방향으로 이송하는 과정 중 상기 분리막을 밀어내면서 상기 스태킹 테이블의 최상면에 안착시키며,
    상기 제2 전극픽커는 상기 음극판을 상기 제1 방향과 반대인 제2 방향으로 이송하는 과정 중 상기 분리막을 밀어내면서 상기 스태킹 테이블에서 적층되는 전극조립체의 최상면에 안착시키도록 구성되며,
    상기 제1 전극픽커 또는 상기 제2 전극픽커가 상기 분리막을 밀어내는 길이에 대응하여 주기적으로 상기 분리막을 상기 스태킹 테이블 측으로 이송하는 세파피더를 포함하는 이차전지 제조 장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 세파피더와 상기 스태킹 테이블 사이에서 상기 분리막의 경로를 변화시킬 수 있도록 구성되는 분리막 보상 유닛을 더 포함하는 이차전지 제조 장치.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 분리막 보상 유닛은,
    상기 제1 전극픽커 또는 상기 제2 전극픽커가 상기 분리막을 밀어내는 동작에 선행하여 상기 분리막의 경로를 변화시킬 수 있도록 수평 이동되는 이차전지 제조 장치.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 분리막 보상 유닛은,
    수평방향으로 배치되는 한 쌍의 아이들 롤러(idle roller); 및
    상기 한 쌍의 아이들 롤러의 수평 위치를 조절할 수 있도록 구성되는 분리막 보상 유닛 구동부를 포함하며,
    상기 분리막은 상기 한 쌍의 아이들 롤러 사이를 통과하여 이송되는 이차전지 제조 장치.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 세파피더는,
    상기 전극 조립체에서 적층될 때 필요한 상기 분리막의 길이에 대응하여 주기적으로 회전하는 피딩 롤러를 포함하는 이차전지 제조 장치.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 세파피더는 상기 피딩 롤러를 주기적으로 회전시킬 수 있도록 구성되는 회전 구동부를 포함하는 이차전지 제조 장치.
  7. 제6 항에 있어서,
    상기 세파피더는,
    상기 분리막을 상기 피딩 롤러의 일측에 밀착시킬 수 있도록 구성되는 적어도 하나의 카운터 롤러를 포함하는 이차전지 제조 장치.
  8. 제6 항에 있어서,
    상기 회전 구동부는 상기 분리막을 정방향 또는 역방향으로 이송할 수 있도록 양방향 구동 가능하게 구성되는 이차전지 제조 장치.
  9. 제8 항에 있어서,
    상기 분리막 공급부와 상기 세파피더 사이에서 상기 분리막의 이송경로 중 일부를 결정하며,
    상기 분리막 공급부의 공급속도와 상기 세파피더의 주기적인 이송속도의 차이에 따라 장력을 보상할 수 있도록 구성되는 댄서를 더 포함하는 이차전지 제조 장치.
  10. 제9 항에 있어서,
    상기 댄서는,
    상기 분리막의 폭 방향의 축을 중심으로 각도조절 가능하게 구성되며,
    회전중심으로부터 이격된 지점에 구비되는 적어도 하나의 댄서 롤러를 포함하며,
    상기 분리막은 상기 적어도 하나의 댄서 롤러와 상기 수직 플레이트에 위치가 고정된 롤러를 경유하여 이송되는 이차전지 제조 장치.
  11. 제10 항에 있어서,
    상기 댄서는,
    상기 세파피더가 상기 분리막을 이송하는 시간동안 상기 댄서 롤러가 상기 고정된 롤러와 가까워지는 방향으로 각도가 변화되는 이차전지 제조 장치.
  12. 제11 항에 있어서,
    상기 댄서는,
    상기 세파피더가 정지하는 동안 상기 댄서 롤러가 상기 고정된 롤러와 멀어지는 방향으로 각도가 변화되는 이차전지 제조 장치.
  13. 제3 항에 있어서,
    상기 스태킹 테이블은 하측이 고정되어 구비되며,
    상기 제1 전극픽커 및 상기 제2 전극픽커가 상기 스태킹 테이블의 상측에 구비된 플레이싱 영역에 상기 양극판 또는 상기 음극판을 안착시키는 이차전지 제조 장치.
  14. 제13 항에 있어서,
    상기 제1 전극픽커 및 상기 제2 전극픽커 각각은 상기 분리막과 접촉되는 지점에 구비되는 롤러를 포함하는 이차전지 제조 장치.
  15. 제14 항에 있어서,
    상기 제1 전극픽커의 상기 롤러는 상기 제2 전극픽커의 상기 롤러와 서로 반대 방향으로 상기 분리막을 밀어내도록 구성되는 이차전지 제조 장치.
  16. 제15 항에 있어서,
    상기 제1 매거진 안착부와 상기 스태킹 테이블 사이에 구비되는 제1 위치 정렬부; 및
    상기 제2 매거진 안착부와 상기 스태킹 테이블 사이에 구비되는 제2 위치 정렬부;를 더 포함하는 이차전지 제조 장치.
  17. 제16 항에 있어서,
    상기 제1 전극픽커는 한 쌍의 픽업 모듈을 포함하며,
    상기 한 쌍의 픽업 모듈 중 하나는 상기 제1 매거진 안착부로부터 상기 제1 위치 정렬부로 상기 양극판을 이송하며,
    상기 한 쌍의 픽업 모듈 중 다른 하나는 상기 제1 위치 정렬부로부터 상기 양극판을 상기 스태킹 테이블로 이송하며,
    상기 한 쌍의 픽업 모듈에서 이송되는 한 쌍의 양극판은 동시에 이송되는 이차전지 제조 장치.
  18. 제17 항에 있어서,
    상기 제1 전극픽커는 상하 방향으로 소정거리 이동가능하게 구성되며,
    상기 한 쌍의 픽업 모듈에서 동시에 상기 양극판의 픽업 또는 플레이싱을 수행하도록 구성되는 이차전지 제조 장치.
  19. 제18 항에 있어서,
    상기 제1 전극픽커와 상기 제2 전극픽커는 소정시간 간격을 두어 수평 이동을 시작하는 이차전지 제조 장치.
  20. 제19 항에 있어서,
    상기 제1 전극픽커 또는 상기 제2 전극픽커는 정지상태에서 상기 분리막과 접촉되어 있는 전극픽커가 먼저 수평이동을 시작하는 이차전지 제조 장치.
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