WO2023195725A1 - 전극 조립체의 제조 방법 및 전극 조립체의 제조 장치 - Google Patents

전극 조립체의 제조 방법 및 전극 조립체의 제조 장치 Download PDF

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WO2023195725A1
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stack
separator
stack table
gripper
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설동희
성기은
민기홍
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주식회사 엘지에너지솔루션
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    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Definitions

  • the present invention relates to an electrode assembly manufacturing method and an electrode assembly manufacturing apparatus.
  • secondary batteries can be recharged and have been extensively researched and developed in recent years due to their small size and high capacity.
  • technology development and demand for mobile devices increase, the demand for secondary batteries as an energy source is rapidly increasing.
  • Secondary batteries are classified into coin-shaped batteries, cylindrical batteries, square-shaped batteries, and pouch-shaped batteries, depending on the shape of the battery case.
  • the electrode assembly mounted inside the battery case is a power generating element capable of charging and discharging consisting of a stacked structure of electrodes and a separator.
  • the electrode assembly is a jelly-roll type that is wound with a separator interposed between a sheet-like positive and negative electrode coated with an active material, and a stack type in which multiple positive and negative electrodes are stacked sequentially with a separator interposed. and a stack-and-fold type in which stacked unit cells are wound with a long separation film.
  • a stacked product in which the separator is folded in a zigzag manner and electrodes are positioned in between is fixed with a gripper and heated and pressed to manufacture a stack-and-fold type electrode assembly.
  • the present invention is intended to provide a method and device for manufacturing an electrode assembly.
  • one embodiment of the present invention is a device for manufacturing an electrode assembly by stacking a first electrode, a separator, and a second electrode, wherein the first electrode and the second electrode are alternately disposed between the folded separators.
  • a stack table on which the first electrode, separator, and second electrode are stacked in a stacked form; a first gripper for gripping a first region of the stack and fixing the stack to the stack table; a second gripper for gripping a second region of the stack and fixing the stack to the stack table;
  • a press unit located between the first gripper and the second gripper, and heating and pressurizing only the first or second region of the laminate to adhere the first electrode, the separator, and the second electrode, The first region and the second region partially overlap or are different from each other.
  • the electrode assembly manufacturing method and manufacturing apparatus can reduce the problem of wrinkles in the separator or misalignment of the electrode position during the manufacturing process of the electrode assembly manufactured by stacking electrodes and separators.
  • the electrode assembly manufacturing method and manufacturing apparatus can manufacture an electrode assembly with uniform performance, and can align and fix the electrodes so that they are not misaligned, thereby improving energy density and It is possible to prevent the electrode from protruding into the exterior of the battery.
  • FIG. 1 is a plan view illustrating an electrode assembly manufacturing apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 2 is a front view showing the concept of an electrode assembly manufacturing apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 3 is a cross-sectional view exemplarily showing an electrode assembly manufactured through an electrode assembly manufacturing apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 4 is a perspective view showing a press unit in the electrode assembly manufacturing apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 5 is a perspective view exemplarily showing a state in which a press unit presses a laminate in a conventional electrode assembly manufacturing apparatus.
  • Figure 6 is a perspective view showing a stack table in the electrode assembly manufacturing apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 7 is a perspective view showing the separator supply part of the electrode assembly manufacturing apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 8 is a perspective view showing a first electrode seating table in the electrode assembly manufacturing apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 9 is a perspective view showing a second electrode seating table in the electrode assembly manufacturing apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 10 is a perspective view showing a first suction head in the electrode assembly manufacturing apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 11 is a bottom view showing a first suction head in the electrode assembly manufacturing apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 12 is a plan view showing a gripper and a stack table in the electrode assembly manufacturing apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 13 is a front view showing the concept of an electrode assembly manufacturing apparatus according to another embodiment of the present invention.
  • stacking the first electrode and the second electrode in an alternating manner between the folded separators is called zig zag stacking.
  • the folded separator may refer to a separator in which the separators are stacked while overlapping in a zigzag shape. More specifically, the separator is folded in a form that alternately reciprocates to the left side of the stacking axis and the right side of the stacking axis with respect to the stacking axis, and is stacked in a zigzag shape. And, it means that first electrodes and second electrodes are stacked alternately between the stacked separators.
  • the stacking axis is parallel to the direction in which the first electrode, separator, and second electrode are stacked, and refers to a virtual axis passing through the center of the stack in which the electrode and separator are stacked.
  • heating may be used in the same sense as heating.
  • the “laminated body” may correspond to an unfinished electrode assembly.
  • the step of heating and pressurizing the laminate when the step of heating and pressurizing the laminate is completed, it can be expressed as a completed electrode assembly.
  • the electrode assembly refers to the completed electrode assembly. it means.
  • first region and the second region are formed in a laminate in which first electrodes and second electrodes are alternately arranged between folded separators, and are formed by a first gripper or a second gripper. It refers to the area of the fixed laminate.
  • the separator, the first electrode, and the second electrode can be fixed by the grip of the first gripper.
  • the fixed area is defined as the first area
  • the laminate is held by the second gripper.
  • the separator, the first electrode, and the second electrode can be fixed by gripping, and at this time, the fixed area is defined as the second area.
  • the present invention is an electrode assembly that separates a certain area for heating and pressurizing the stack in which the first electrode and the second electrode are alternately arranged between the separators to prevent heating and pressurization over the gripper. is to manufacture.
  • the partial overlap of the first region and the second region means that the first region and the second region are formed in the process of heating and pressing a laminate in which the first electrodes and the second electrodes are alternately arranged. This means that some overlapping parts may occur at the boundary of .
  • the fact that the first region and the second region are different from each other means that the first region and the second region are formed in the process of heating and pressing a laminate in which the first electrodes and the second electrodes are alternately arranged. This is completely different, while heating and pressurizing the first area, the second area is not heated and pressurized, and conversely, while the second area is heated and pressurized, the first area is not heated and pressurized. It means no.
  • the first area and the second area may be different from each other. That is, when the first area and the second area are different from each other, heating and pressurization over the gripper does not occur, and no area where heating and pressurization overlaps occurs, so there is no risk of damage to the electrode or separator or of the separator. Wrinkles can be prevented more effectively.
  • the step of manufacturing a laminate by stacking on top of the stack includes continuously supplying a separator supplied to the stack table to the stack table; When stacking the first electrode on the stack table, rotating the stack table to one side to face the first electrode; and rotating the stack table to one side to face the first electrode when stacking the second electrode, rotating the stack table to one side to face the first electrode, and rotating the stack table to one side to face the first electrode.
  • the steps of rotating the stack table to the other side to face the second electrode may be alternately performed.
  • supplying the first electrode to the stack table; supplying the second electrode to the stack table; And the step of supplying the separator to the stack table may include heating the first electrode, the second electrode, and the separator, respectively, and supplying them to the stack table. That is, the first electrode, the second electrode, and the separator may be supplied while being heated, respectively.
  • the step of supplying the first electrode to the stack table may include heating the first electrode and supplying it to the stack table.
  • the step of supplying the second electrode to the stack table may include heating the second electrode and supplying it to the stack table.
  • the step of supplying the separator to the stack table may include heating the separator and supplying it to the stack table.
  • the step of heating and pressurizing only the first or second region of the laminate includes heating the stack table body and heating the laminate; And it may include the step of moving a pair of pressure blocks in a direction facing each other and pressing only the first or second area of the laminate.
  • the step of heating and pressurizing only the first region or the second region of the laminate is performed under temperature conditions of 30°C or higher and 100°C or lower, preferably 35°C or higher and 95°C or lower. It may proceed, but is not limited to this.
  • the step of heating and pressurizing only the first region or the second region of the laminate may be performed under pressure conditions of 1Mpa or more and 5Mpa or less, preferably 1.5Mpa or more and 5Mpa or less. .
  • the step of heating and pressurizing only the first region or the second region of the laminate may be performed for 5 seconds or more and 60 seconds or less, preferably 5 seconds or more and 30 seconds or less. .
  • the step of heating and pressurizing only the first region or the second region of the laminate is performed for 5 to 60 seconds under a temperature condition of 30°C to 100°C and a pressure condition of 1Mpa to 5Mpa. , preferably by heating and pressurizing the laminate for 5 to 30 seconds under temperature conditions of 35°C to 95°C and pressure conditions of 1.5Mpa to 5Mpa, but is not limited thereto.
  • FIG. 1 is a plan view illustrating an electrode assembly manufacturing apparatus according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a front view showing the concept of an electrode assembly manufacturing apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • the separator supply unit 120 shown in FIG. 2 is omitted in FIG. 1
  • the gripper 170 shown in FIG. 1 is omitted in FIG. 2
  • the press unit 180 located on the rear side in the plan view is shown.
  • dotted line is shown as a dotted line.
  • the electrode assembly manufacturing apparatus 100 includes a stack table 110, a separator supply unit 120 that heats and supplies the separator 14, and a first A first electrode supply unit 130 that heats and supplies the electrode 11, a second electrode supply unit 140 that heats and supplies the second electrode 12, and a stack table 110 for supplying the first electrode 11.
  • the first electrode stack 150 to be stacked on the stack table 110, the second electrode stack 160 to be stacked on the second electrode 12, the first electrode 11, the separator 14, and the It includes a press part 180 that bonds two electrodes 12 together.
  • the electrode assembly manufacturing apparatus 100 according to an embodiment of the present invention further includes a gripper 170 that secures the first electrode 11 and the second electrode 12 when they are stacked on the stack table 110. can do.
  • the gripper is composed of a first gripper for fixing the first region of the laminate and a second gripper for fixing the second region of the laminate.
  • the first gripper and the second gripper may have the same construction material or operating method, except that the fixing area is different.
  • Figure 3 is a cross-sectional view illustrating an electrode assembly manufactured through an electrode assembly manufacturing method according to an embodiment of the present invention.
  • one embodiment of the present invention is a device for manufacturing an electrode assembly by stacking a first electrode, a separator, and a second electrode, wherein the first electrode and the second electrode are alternately disposed between the folded separators.
  • a stack table on which the first electrode, separator, and second electrode are stacked in a stacked form; a first gripper for gripping a first region of the stack and fixing the stack to the stack table; a second gripper for gripping a second region of the stack and fixing the stack to the stack table;
  • a press unit located between the first gripper and the second gripper, and heating and pressing only the first or second region of the laminate to adhere the first electrode and the second electrode, The first region and the second region partially overlap or are different from each other.
  • the first area and the second area of the electrode assembly manufacturing apparatus may be different from each other. That is, even in the case of the electrode assembly manufacturing apparatus, when the first area and the second area are different from each other, heating and pressurization over the gripper does not occur, and no area where heating and pressurization overlaps occurs, so the electrode Alternatively, damage to the separator or wrinkles in the separator can be prevented more effectively.
  • a first electrode supply unit supplying the first electrode; And a second electrode supply unit that supplies the second electrode may heat and supply the first electrode and the second electrode, respectively.
  • the first electrode supply unit may supply the first electrode while heating it.
  • the second electrode supply unit may supply the second electrode while heating it.
  • the electrode assembly manufacturing apparatus 100 stacks the first electrode 11, the separator 14, and the second electrode 12 to produce the electrode assembly 10.
  • the electrode assembly manufacturing apparatus 100 is a device that produces
  • the electrode assembly 10 is a power generating element capable of charging and discharging, and may be formed in a form in which the first electrode 11, the separator 14, and the second electrode 12 are alternately stacked and assembled.
  • the electrode assembly 10 is, for example, the separator 14 is folded in a zigzag shape, and the first electrode 11 and the second electrode 12 are alternately disposed between the folded separators 14. It may be in the form.
  • the electrode assembly 10 may be provided in a form where the outermost layer is surrounded by a separator 14.
  • Figure 7 is a perspective view showing the separator supply part of the electrode assembly manufacturing apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • the separator supply unit 120 may supply the separator 14 to the stack table 110 while heating the separator 14 . Additionally, the separator supply unit 120 may include a separator heating unit 121 that forms a passage through which the separator 14 passes and heats the separator 14 through which it passes.
  • the separator heating unit 121 may include a pair of bodies 121a and a separator heater 121b that heats the body 121a.
  • the pair of bodies 121a may be positioned at a certain distance apart from each other so that the separator 14 can pass through.
  • the separator 14 passes through the separator heating unit 121 in a non-contact manner, for example, so that the separator 14 can be heated in a non-contact manner.
  • the body 121a may be formed, for example, in the shape of a square block.
  • the separator supply unit 120 may further include a separator roll 122 on which the separator 14 is wound.
  • the separator 14 wound on the separator roll 122 is gradually unwound and may be supplied to the stack table 110 while passing through the separator heating unit 121.
  • the stack table includes a heater for heating the stack table body to heat the stack
  • the press unit includes a pair of surfaces capable of pressing the stack. It may include a pressurizing block. Surface pressing of the laminate is performed only on the first or second region of the laminate, and the first region and the second region are not pressed at the same time.
  • the first region of (S) is gripped and fixed by the first gripper 171, and the laminate is gripped and fixed by the press unit 180 located between the first gripper 171 and the second gripper 172.
  • the press unit 180 located between the first gripper 171 and the second gripper 172.
  • the press unit located between the first gripper 171 and the second gripper 172 heats and presses only the second region of the laminate to form the first electrode 11, the separator 14, and the second region of the first region.
  • the electrodes 12 can be bonded together. Through this, it is possible to avoid the process of directly heating and pressurizing the gripper.
  • the press unit 180 may be composed of a pair of pressing blocks 181 and 182, as will be described later. At this time, a process of moving the stacked material from the stack table 110 to the press unit 180 may be included.
  • the electrode assembly manufacturing method using the existing electrode assembly manufacturing apparatus directly heats and pressurizes the portions corresponding to the first gripper 171 and the second gripper 172. In this case, less pressure is applied to the gripper portion than to other areas, which is likely to cause wrinkles in the separator.
  • the description of FIG. 4 can be applied in terms of configuration, except that the parts corresponding to the first gripper 171 and the second gripper 172 are directly heated and pressed.
  • the electrodes of the laminate in which the first electrode and the second electrode are alternately arranged between the folded separators are fixed so as not to be distorted, and the separator is not wrinkled. It is possible to manufacture it so that it does not occur.
  • the press unit may include a heater. More specifically, the press unit 180 further includes press heaters 183 and 184 that heat a pair of pressing blocks 181 and 182, so that the pair of pressing blocks 181 and 182 are connected to the first electrode 11 and the separator ( 14) and the laminate S of the second electrode 12 can be heated and pressed. Accordingly, when the laminate S is pressed by the press unit 180, heat fusion between the first electrode 11, the separator 14, and the second electrode 12 can be better achieved, thereby enabling more robust adhesion. .
  • the press unit itself includes a heater and directly heats and presses the stacked first electrode, separator, and second electrode to create a space between the first electrode, separator, and second electrode 12. It can be glued.
  • the press unit 180 includes a pair of pressure blocks 181 and 182, and the pair of pressure blocks 181 and 182 are moved in directions facing each other and the stacked first electrode 11 and separator
  • the laminate (S) of (14) and the second electrode 12 can be surface-pressed.
  • the separator 14 when the separator 14 is configured to surround the outer surface of the stack S, the outer portion of the separator 14 located at the outermost part of the stack S and the first electrode 11 and the second electrode facing this. Adhesion may also be achieved between the electrode 12 and the inner portion of the separator 14. Accordingly, when forming the electrode assembly 10 by stacking the first electrode 11, the separator 14, and the second electrode 12, the first electrode 11, the second electrode 12, and the separator 14 ) can be more effectively prevented from being dislocated and the stacked form being released.
  • a pair of pressing blocks 181 and 182 has a flat pressing surface, and the horizontal and vertical lengths of the pressing surface are a stack of the first electrode 11, the separator 14, and the second electrode 12 (S). ) can be formed to be longer than the horizontal and vertical lengths of.
  • the pair of pressure blocks 181 and 182 includes a first pressure block 181 and a second pressure block 182, and the first pressure block 181 and the second pressure block 182 have a rectangular parallelepiped shape. It can be provided as a square block.
  • a first electrode supply unit supplying the first electrode; a second electrode supply unit supplying the second electrode; a first electrode stack unit that stacks the first electrode supplied from the first electrode supply unit on the stack table; and a second electrode stack unit that stacks the second electrode supplied from the second electrode supply unit on the stack table.
  • the first electrode supply unit includes a first electrode seating table on which the first electrode is placed before being stacked on the stack table by the first electrode stack unit
  • the two-electrode supply unit may include a second electrode seating table on which the second electrode is placed before being stacked on the stack table by the second electrode stack unit.
  • the first electrode stack unit includes a first suction head for vacuum suctioning the first electrode mounted on the first electrode mounting table
  • the second electrode stack unit includes the second electrode. It may include a second suction head that vacuum-suctions the second electrode seated on the seating table.
  • it further includes a rotating part that rotates the stack table, and one side of the rotating part is configured to enable zigzag folding in such a way that the separator is positioned between the first electrode and the second electrode.
  • the first electrode stack part is provided on the other side of the rotating part
  • the second electrode stack part is provided on the other side of the rotating part, and when the rotating part stacks the first electrode, the stack table is connected to the first suction head of the first electrode stack part. Rotating to one side to face each other, and rotating the stack table to the other side to face the second suction head of the second electrode stack when stacking the second electrode may be alternately performed.
  • Figure 6 is a perspective view showing a stack table in the electrode assembly manufacturing apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • the stack table 110 has first electrodes 11 and second electrodes 12 alternately arranged between folded separators 14.
  • the electrode 11, the separator 14, and the second electrode 12 may be stacked.
  • the stack table 110 heats the table body 111 and the table body 111 on which the first electrode 11, the separator 14, and the second electrode 12 are stacked, and the stacked product (S ) may include a stack table heater 112 for heating.
  • the first electrode 11 may be composed of an anode
  • the second electrode 12 may be composed of a cathode, but the present invention is not necessarily limited thereto.
  • the first electrode 11 may be composed of a cathode.
  • the second electrode 12 may be composed of an anode.
  • Figure 8 is a perspective view showing a first electrode seating table in the electrode assembly manufacturing apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • the first electrode supply unit 130 includes a first electrode seating table 131 and a first electrode on which the first electrode 11 is placed before being stacked on the stack table 110 by the first electrode stack unit 150. It may include a first electrode heater 132 that heats the first electrode 11 by heating the seating table 131.
  • the first electrode supply unit 130 includes a first electrode roll 133 in which the first electrode 11 is wound in the form of a sheet, and a first electrode in the form of a sheet wound on the first electrode roll 133.
  • a first cutter 134 that cuts at regular intervals when the (11) is released and supplied to form a first electrode 11 of a predetermined size, and a first electrode cut by the first cutter 134 ( 11), which moves the first conveyor belt 135 and the first electrode 11 transported by the first conveyor belt 135 by vacuum suction and seating it on the first electrode seating table 131. It may further include a first electrode supply head 136.
  • the first cutter 134 can cut the sheet-shaped first electrode 11 so that the first electrode tab 11a protrudes at the end.
  • Figure 9 is a perspective view showing a second electrode seating table in the electrode assembly manufacturing apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • the second electrode supply unit 140 includes a second electrode seating table 141 and a second electrode on which the second electrode 12 is placed before being stacked on the stack table 110 by the second electrode stack unit 160. It may include a second electrode heater 142 that heats the second electrode 12 by heating the seating table 141.
  • the second electrode supply unit 140 includes a second electrode roll 143 on which the second electrode 12 is wound in the form of a sheet, and a second electrode in the form of a sheet wound on the second electrode roll 143.
  • the second cutter 144 is cut at regular intervals to form the second electrode 12 of a predetermined size, and the second electrode 12 cut by the second cutter 144 is cut.
  • a second conveyor belt 145 that moves, and a second electrode supply head 146 that vacuum-adsorbs the second electrode 12 transported by the second conveyor belt 145 and places it on the second electrode seating table 141. ) may further be included.
  • the second cutter 144 can cut the sheet-shaped second electrode 12 so that the second electrode tab 12a protrudes at the end.
  • Figure 10 is a perspective view showing a first suction head in the electrode assembly manufacturing apparatus according to an embodiment of the present invention
  • Figure 11 is a bottom view showing the first suction head in the electrode assembly manufacturing apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • the first electrode stack unit 150 may include a first suction head 151, a first head heater 152, and a first moving unit 153.
  • the first suction head 151 can vacuum suction the first electrode 11 mounted on the first electrode seating table 131.
  • the first suction head 151 has a vacuum suction port 151a formed on the bottom surface 151b, and suctions the first electrode 11 through the vacuum suction port 151a. It can be fixed to the bottom surface (151b) of the head 151.
  • the first suction head 151 may have a passage connecting the vacuum suction port 151a and the vacuum suction device (not shown) formed therein.
  • the first head heater 152 may heat the first suction head 151 and the first electrode 11 sucked into the first suction head 151 .
  • the first moving part 153 is a first suction head 151 so that the first suction head 151 can stack the first electrode 11 seated on the first electrode seating table 131 on the stack table 110. ) can be moved to the stack table 110.
  • the second electrode stack unit 160 may stack the second electrode 12 on the stack table 110 .
  • the second electrode stack unit 160 may have the same structure as the above-described first electrode stack unit 150.
  • the second electrode stack unit 160 may include a second suction head 161, a second head heater (not shown), and a second moving unit 163.
  • the second suction head 161 may vacuum suction the second electrode 12 mounted on the second electrode seating table 141.
  • the second moving unit 163 is a second suction head 161 so that the second suction head 161 can stack the second electrode 12 mounted on the first electrode seating table 141 on the stack table 110. ) can be moved to the stack table 110.
  • the electrode assembly manufacturing apparatus holds the first electrode or the second electrode and fixes it to the stack table when the first electrode or the second electrode is stacked on the stack table. It may include a gripper.
  • the gripper 170 presses and fixes the upper surface of the first electrode 11 stacked on the uppermost side of the stack table 110 when stacking the first electrode 11 on the stack table 110, When stacking the second electrode 12 on the stack table 110, the upper surface of the second electrode 12 stacked on the uppermost side of the stack table 110 can be pressed and fixed.
  • the gripper 170 includes the first gripper 171 and the second gripper 172 and can secure both sides of the first electrode 11 or the second electrode 12.
  • the gripper 170 includes the first gripper 171 and the second gripper 172. Instead of fixing it, only one side is fixed and heated and pressurized.
  • the separator 14 is rotated in proportion to the amount of rotation of the stack table 110. It may be unwound from the roll 122 and supplied to the stack table 110.
  • the separator 14 wound on the separator roll 122 passes through the separator heating unit 121 and It is heated and supplied and stacked on the stack table 110, and the separator 14 is heated by the heated stack table 110.
  • the first electrode 11 is heated from the first electrode supply unit 130 and supplied to the first electrode stack unit 150, the first electrode 11 is placed on the stack table ( It is heated and laminated on the upper surface of the separator 14 laminated on 110).
  • the gripper 170 presses the upper surface of the first electrode 11 and fixes it so that the first electrode 11 does not come off the stack table 110.
  • the separator 14 is continuously supplied and covers the upper surface of the first electrode 11.
  • the second electrode 12 heated and supplied from the second electrode supply unit 140 is stacked on the portion of the separator 14 that covers the upper surface of the first electrode 11 by the second electrode stack unit 160.
  • the second suction head 161 in the second electrode stack unit 160 presses and heats the second electrode 12 to continuously heat the second electrode 12.
  • the laminate is moved to the press unit 180, and the press unit 180 applies heat and pressurizes the laminate to form a space between the heated first electrode 11, separator 14, and second electrode 12.
  • the electrode assembly 10 can be manufactured by adhesion. At this time, heat is applied and pressed between the heated first electrode 11, the separator 14, and the second electrode 12 through the press unit 180, so that they can be heat-sealed.
  • the electrode assembly manufacturing apparatus 100 heats and stacks the first electrode 11, the separator 14, and the second electrode 12, and uses the press unit 180 to stack the first electrode 11, the separator 14, and the second electrode 12.
  • the electrode assembly 10 is prevented from being folded and unfolded, and the first electrode 11 and the second electrode are bonded together. (12) can prevent the stacking position in the electrode assembly 10 from being distorted.
  • the electrode assembly manufacturing apparatus 200 includes a stack table 110, a separator supply unit 120 that supplies the separator 14, and a first electrode supply unit 130 that supplies the first electrode 11. ), a second electrode supply unit 140 for supplying the second electrode 12, a first electrode stack unit 150 for stacking the first electrode 11 on the stack table 110, and a second electrode ( 12) on the stack table 110, the second electrode stack part 160, the first electrode 11, the separator 14, and the press part 180 for bonding the second electrode 12, and the first It includes a gripper 170 that fixes the electrode 11 and the second electrode 12 when they are stacked on the stack table 110 (see FIG. 12), a rotating part (R) that rotates the stack table 110, and a second It may further include a vision device 290 that performs a vision inspection of the first and second electrodes 11 and 12.
  • the electrode assembly manufacturing apparatus 200 of FIG. 13 is different from the electrode assembly manufacturing apparatus 100 according to the above-described embodiment in that it further includes a rotating unit (R) and a vision device 290.
  • R rotating unit
  • vision device 290 vision device
  • the vision device 290 may include a first camera 291 and a second camera 292.
  • the first camera 291 can photograph the first electrode 11 seated on the first electrode mounting table 131 from the first electrode supply unit 130, and the second camera 292 can photograph the second electrode supply unit 140. ), the second electrode 12 mounted on the second electrode mounting table 141 can be photographed.
  • the stacking quality of the first electrode 11 and the second electrode 12 can be inspected through image information obtained through shooting by the first camera 291 and the second camera 292. At this time, the seating position, size, stacking state, etc. of the first electrode 11 and the second electrode 12 can be inspected.
  • the rotation unit (R) can rotate the stack table 110 in one direction (r1) and the other direction (r2).
  • the first electrode stack unit 150 may be provided on one side of the rotating unit (R), and the first electrode stack unit 150 may be provided on the other side of the rotating unit (R).
  • the separator 14 wound on the separator roll 122 is heated and supplied as it passes through the separator heating unit 121, and is stacked on the stack table 110, and the heated stack table 110 ) The separator 14 is heated.
  • the heated first electrode 11 is supplied to the first electrode stack unit 150, the first electrode 11 is transferred from the first electrode stack unit 150 to the separator 14 laminated on the stack table 110. ) is laminated on the upper surface.
  • the first gripper 170 presses the upper surface of the first electrode 11 to fix the stacked material so that the first electrode 11 does not come off the stack table 110 .
  • the second electrode 12 is supplied and placed on the second seating table 141 of the second electrode supply unit 140, the stacking quality of the second electrode 12 is inspected through the vision device 290. At this time, the second electrode 12 is heated through the second electrode seating table 141 heated by the second electrode heater.
  • the second electrode 12 is supplied from the second electrode stack unit 160 to the separator 14 laminated on the stack table 110. ) is laminated on the upper surface.
  • the separator 14 is zigzag folded and the first electrode 11 and the second electrode (12) It is possible to form a laminate in which the separator 14 is positioned between the layers.
  • the laminate is moved to the press unit 180, and the press unit 180 applies heat and pressurizes the laminate to form a space between the heated first electrode 11, separator 14, and second electrode 12.
  • the electrode assembly 10 can be manufactured by adhesion. At this time, heat is applied and pressed between the heated first electrode 11, the separator 14, and the second electrode 12 through the press unit 180, so that the space can be heat-sealed. (Reference FIG. 3)
  • the first area and the second area may partially overlap at the boundary, but it may be more preferable that there is no overlapping area because they are different from each other.
  • the electrode assembly manufacturing apparatus 200 the electrode assembly is manufactured by dividing the area for fixing the laminate and the area for heating and pressing in the same manner as the above-described method, except that there is a vision device.
  • the description of the electrode assembly manufacturing device according to the present invention and the configuration of the manufacturing device can also be applied to the manufacturing method according to the present invention and the electrode assembly manufactured by the manufacturing method according to the present invention.

Abstract

본 출원은 전극 조립체 제조 방법 및 전극 조립체 제조 장치에 관한 것으로, 본 출원의 실시상태에 따른 전극 조립체 제조 방법 및 제조 장치는 전극 및 분리막을 적층하여 제조되는 전극 조립체의 제조 과정에서 분리막의 주름 발생 또는 전극의 위치가 틀어지는 문제를 감소시킬 수 있고, 균일한 성능의 전극 조립체를 제조할 수 있으며, 전극의 위치가 틀어지지 않도록 정렬시켜 고정할 수 있어 에너지 밀도가 향상되고, 전극 조립체에서 전극이 돌출되어 전지 외관까지 돌출 형성되는 것을 방지할 수 있다.

Description

전극 조립체의 제조 방법 및 전극 조립체의 제조 장치
본 출원은 2022년 04월 04일에 각각 한국특허청에 제출된 한국 특허 출원 제10-2022-0041550호의 출원일의 이익을 주장하며, 그 내용 전부는 본 명세서에 포함된다.
본 발명은 전극 조립체 제조 방법 및 전극 조립체 제조 장치에 관한 것이다.
이차 전지는 일차 전지와는 달리 재충전이 가능하고, 또 소형 및 대용량화 가능성으로 인해 근래에 많이 연구 개발되고 있다. 모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서의 이차 전지의 수요가 급격하게 증가하고 있다.
이차 전지는 전지 케이스의 형상에 따라, 코인형 전지, 원통형 전지, 각형 전지 및 파우치형 전지로 분류된다. 이차 전지에서 전지 케이스 내부에 장착되는 전극 조립체는 전극 및 분리막의 적층 구조로 이루어진 충방전이 가능한 발전소자이다.
전극 조립체는 활물질이 도포된 시트형의 양극과 음극 사이에 분리막을 개재(介在)하여 권취한 젤리 롤(Jelly-roll)형, 다수의 양극과 음극을 분리막이 개재된 상태에서 순차적으로 적층한 스택형 및 스택형의 단위 셀들을 긴 길이의 분리필름으로 권취한 스택 앤 폴딩형으로 대략 분류할 수 있다.
여기서, 분리막이 지그 재그로 폴딩되어 전극이 사이사이에 위치된 형태를 가지는 적층물을 그리퍼로 고정하고, 가열 및 가압을 하여 스택 앤 폴딩형의 전극 조립체를 제조하게 된다.
이처럼, 다수의 양극과 음극을 분리막이 개재된 상태에서 순차적으로 적층한 적층물을 그리퍼로 고정하고, 가열 및 가압하는 과정에서 그리퍼에 대응되는 부분에 압력이 가해지지 않아서, 분리막의 주름이 발생하는 문제가 있어 왔다.
<선행기술문헌>
한국 공개특허 제10-2013-0132230호
본 발명은 전극 조립체 제조 방법 및 장치를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 일 실시상태는, 폴딩되는 분리막 사이사이에 제1 전극 및 제2 전극이 교대로 배치되는 형태로 상기 제1 전극, 분리막 및 제2 전극을 스택 테이블 위에 적층하여 적층물을 제조하는 단계; 제1 그리퍼로 상기 적층물의 제1 영역을 파지하며 상기 스택 테이블에 적층물을 고정하는 단계; 상기 제1 그리퍼로 고정된 적층물의 제2 영역만을 가열 및 가압하는 단계; 상기 적층물의 제2 영역의 가열 및 가압을 완료한 후, 상기 제1 그리퍼의 파지를 중단하여 상기 적층물의 제1 영역의 고정을 해제하는 단계; 제2 그리퍼로 상기 적층물의 상기 제2 영역을 파지하며 상기 스택 테이블에 적층물을 고정하는 단계; 및 상기 제2 그리퍼로 고정된 적층물의 상기 제1 영역만을 가열 및 가압하는 단계를 포함하는 전극 조립체 제조 방법으로서, 상기 제1 영역 및 제2 영역은 일부 중복되거나 서로 상이한 것인 전극 조립체 제조 방법을 제공한다.
또한, 본 발명의 일 실시상태는, 제1 전극, 분리막 및 제2 전극을 적층시켜 전극 조립체를 제조하는 장치로서, 폴딩되는 상기 분리막 사이사이에 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극이 교대로 배치되는 적층물 형태로 상기 제1 전극, 분리막 및 제2 전극이 적층되는 스택 테이블; 상기 적층물의 제1 영역을 파지하며 상기 스택 테이블에 적층물을 고정하기 위한 제1 그리퍼; 상기 적층물의 제2 영역을 파지하며 상기 스택 테이블에 적층물을 고정하기 위한 제2 그리퍼; 및 상기 제1 그리퍼 및 상기 제2 그리퍼 사이에 위치하고, 상기 적층물의 제1 영역 또는 제2 영역만을 가열 및 가압하여 상기 제1 전극, 상기 분리막 및 상기 제2 전극 사이를 접착시키는 프레스부를 포함하고, 상기 제1 영역 및 제2 영역은 일부 중복되거나 서로 상이한 것인 전극 조립체 제조 장치를 제공한다.
본 출원의 실시상태에 따른 전극 조립체 제조 방법 및 제조 장치는 전극 및 분리막을 적층하여 제조되는 전극 조립체의 제조 과정에서 분리막의 주름 발생 또는 전극의 위치가 틀어지는 문제를 감소시킬 수 있다.
본 출원의 실시상태에 따른 전극 조립체 제조 방법 및 제조 장치는 균일한 성능의 전극 조립체를 제조할 수 있으며, 전극의 위치가 틀어지지 않도록 정렬시켜 고정할 수 있어, 에너지 밀도가 향상되고, 전극 조립체에서 전극이 돌출되어 전지 외관까지 돌출 형성되는 것을 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체 제조 장치를 예시적으로 나타낸 평면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체 제조 장치의 개념을 나타낸 정면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체 제조 장치를 통해 제조되는 전극 조립체를 예시적으로 나타낸 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체 제조 장치에서 프레스부를 나타낸 사시도이다.
도 5는 기존의 전극 조립체 제조 장치에서 프레스부가 적층물을 가압하는 상태를 예시적으로 나타낸 사시도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체 제조 장치에서 스택 테이블을 나타낸 사시도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체 제조 장치의 분리막 공급부를 나타낸 사시도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체 제조 장치에서 제1 전극 안착 테이블을 나타낸 사시도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체 제조 장치에서 제2 전극 안착 테이블을 나타낸 사시도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체 제조 장치에서 제1 석션 헤드를 나타낸 사시도이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체 제조 장치에서 제1 석션 헤드를 나타낸 저면도이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체 제조 장치에서 그리퍼 및 스택 테이블을 나타낸 평면도이다.
도 13은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전극 조립체 제조 장치의 개념을 나타낸 정면도이다.
<부호의 설명>
10: 전극 조립체
11: 제1 전극
11a: 제1 전극 탭
12: 제2 전극
12a: 제2 전극 탭
14: 분리막
100, 200: 전극 조립체 제조 장치
110: 스택 테이블
111: 테이블 몸체
112: 스택 테이블 히터
120: 분리막 공급부
121: 분리막 히팅부
121a: 몸체
121b: 분리막 히터
122: 분리막 롤
130: 제1 전극 공급부
131: 제1 전극 안착 테이블
132: 제1 전극 히터
133: 제1 전극 롤
134: 제1 커터
135: 제1 컨베이어 벨트
136: 제1 전극 공급 헤드
140: 제2 전극 공급부
141: 제2 전극 안착 테이블
142: 제2 전극 히터
143: 제2 전극 롤
144: 제2 커터
145: 제2 컨베이어 벨트
146: 제2 전극 공급 헤드
150: 제1 전극 스택부
151: 제1 석션 헤드
151a: 진공 흡입구
151b: 바닥면
152: 제1 헤드 히터
153: 제1 이동부
160: 제2 전극 스택부
161: 제2 석션 헤드
162: 제2 헤드 히터
163: 제2 이동부
170: 그리퍼
171: 제1 그리퍼
172: 제2 그리퍼
180: 프레스부
181: 제1 가압블럭
182: 제2 가압블럭
183,184: 프레스 히터
290: 비젼장치
291: 제1 카메라
292: 제2 카메라
R: 회전부
S: 적층물
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명에 대하여 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 구성에만 한정되지 않는다.
본 명세서에서 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 '포함'한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다.
본 명세서에서 'p 내지 q'는 'p 이상, q 이하'를 의미한다.
본 명세서에 있어서 폴딩되는 상기 분리막 사이사이에 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극이 교대로 배치되는 형태로 적층되는 것을 지그 재그 스태킹(Zig Zag stacking)이라고 한다.
상기 폴딩되는 분리막은 분리막이 지그재그 형태로 겹치면서 적층되는 형태의 분리막을 의미할 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 분리막은 적층축을 기준으로 상기 적층축의 좌측과 상기 적층축의 우측을 교대로 왕복하는 형태로 폴딩되면서 지그 재그 형태로 적층이 된다. 그리고, 상기 적층된 분리막 사이에 제1 전극 및 제2 전극이 교대로 배치되는 형태로 적층되는 것을 의미한다. 여기서 상기 적층축은 제1 전극, 분리막 및 제2 전극이 적층되는 방향과 평행하고, 상기 전극 및 분리막이 적층된 적층물의 중심을 통과하는 가상의 축을 의미한다.
본 명세서에 있어서 "히팅(heating)"은 가열과 같은 의미로 사용될 수 있다.
본 명세서에 있어서, 상기 "적층물"은 미완성 전극 조립체에 대응될 수 있다. 또한, 본 명세서에 있어서, 상기 적층물을 가열 및 가압하는 단계를 완료한 경우에 해당하는 경우 이를 완성된 전극 조립체로 표현할 수 있으며, 특별한 언급이 없는 한 본 명세서에서 전극 조립체는 완성된 전극 조립체를 의미한다.
그리고, 본 발명을 설명함에 있어서, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 관련된 공지 기술에 대한 상세한 설명은 생략하도록 한다.
본 발명의 일 실시상태는, 폴딩되는 분리막 사이사이에 제1 전극 및 제2 전극이 교대로 배치되는 형태로 상기 제1 전극, 분리막 및 제2 전극을 스택 테이블 위에 적층하여 적층물을 제조하는 단계; 제1 그리퍼로 상기 적층물의 제1 영역을 파지하며 상기 스택 테이블에 적층물을 고정하는 단계; 상기 제1 그리퍼로 고정된 적층물의 제2 영역만을 가열 및 가압하는 단계; 상기 적층물의 제2 영역의 가열 및 가압을 완료한 후, 상기 제1 그리퍼의 파지를 중단하여 상기 적층물의 제1 영역의 고정을 해제하는 단계; 제2 그리퍼로 상기 적층물의 상기 제2 영역을 파지하며 상기 스택 테이블에 적층물을 고정하는 단계; 및 상기 제2 그리퍼로 고정된 적층물의 상기 제1 영역만을 가열 및 가압하는 단계를 포함하는 전극 조립체 제조 방법으로서, 상기 제1 영역 및 제2 영역은 일부 중복되거나 서로 상이한 것인 전극 조립체 제조 방법을 제공한다.
본 명세서에 있어서, 상기 제1 영역 및 제2 영역은 폴딩되는 분리막 사이사이에 제1 전극 및 제2 전극이 교대로 배치되는 형태로 적층된 적층물에 있어서, 제1 그리퍼 또는 제2 그리퍼에 의해 고정된 적층물의 영역을 의미한다.
구체적으로, 상기 적층물은 제1 그리퍼의 파지에 의해서 분리막, 제1 전극 및 제2 전극이 고정될 수 있으며, 이 때 고정된 영역을 제1 영역이라 정의하고, 상기 적층물은 제2 그리퍼의 파지에 의해서 분리막, 제1 전극 및 제2 전극이 고정될 수 있으며, 이 때 고정된 영역을 제2 영역이라 정의한다.
즉, 본 발명은 분리막 사이사이에 제1 전극 및 제2 전극이 교대로 배치되는 형태로 적층된 적층물의 가열 및 가압하는 일정 영역을 구분하여, 그리퍼 위로 가열 및 가압하는 일이 발생하지 않도록 전극 조립체를 제조하는 것이다.
이를 통해서, 분리막이 제1 전극 및 제2 전극 사이에 위치되는 방식으로 지그 재그 폴딩(Zig Zag Folding)하는 과정에서 분리막의 주름 발생 또는 전극의 위치가 틀어지는 문제를 감소시킬 수 있다. 이를 통해 균일한 성능의 전극 조립체를 제조할 수 있으며, 에너지 밀도가 향상되고, 전극 조립체에서 전극이 돌출되어 전지 외관까지 돌출 형성되는 것을 방지할 수 있다.
본 명세서에 있어서, 상기 제1 영역 및 제2 영역이 일부 중복된다는 것은 제1 전극 및 제2 전극이 교대로 배치되는 형태로 적층된 적층물의 가열 및 가압하는 과정에서 상기 제1 영역과 제2 영역의 경계 부분에서 일부 중복되는 부분이 발생할 수 있음을 의미한다.
본 명세서에 있어서, 상기 제1 영역 및 제2 영역이 서로 상이하다는 것은 제1 전극 및 제2 전극이 교대로 배치되는 형태로 적층된 적층물의 가열 및 가압하는 과정에서 상기 제1 영역과 제2 영역이 전혀 상이하여, 상기 제1 영역을 가열 및 가압하는 동안에는 상기 제2 영역은 가열 및 가압이 진행되지 않고, 반대로 상기 제2 영역을 가열 및 가압하는 동안에는 상기 제1 영역은 가열 및 가압이 진행되지 않음을 의미한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제1 영역 및 제2 영역은 서로 상이한 것일 수 있다. 즉, 상기 제1 영역 및 제2 영역이 서로 상이할 경우, 그리퍼 위로 가열 및 가압하는 일이 발생하지 않을 뿐 아니라, 가열 및 가압이 중복되는 영역이 발생하지 않으므로, 전극 또는 분리막의 손상 또는 분리막의 주름 발생을 더욱 효과적으로 방지할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제1 전극을 상기 스택 테이블에 공급하는 단계; 상기 제2 전극을 상기 스택 테이블에 공급하는 단계; 및 상기 분리막을 상기 스택 테이블에 공급하는 단계를 더 포함하고, 상기 폴딩되는 분리막 사이사이에 제1 전극 및 제2 전극이 교대로 배치되는 형태로 상기 제1 전극, 분리막 및 제2 전극을 스택 테이블 위에 적층하여 적층물을 제조하는 단계는 상기 스택 테이블에 공급되는 분리막을 스택 테이블에 연속적으로 공급하는 단계; 상기 제1 전극을 상기 스택 테이블에 적층 시 상기 스택 테이블을 상기 제1 전극과 마주보도록 일측으로 회전시키는 단계; 및 상기 제2 전극을 적층 시 상기 스택 테이블을 상기 제2 전극과 마주보도록 타측으로 회전시키는 단계를 포함하고, 상기 스택 테이블을 상기 제1 전극과 마주보도록 일측으로 회전시키는 단계 및 상기 제2 전극을 적층 시 상기 스택 테이블을 상기 제2 전극과 마주보도록 타측으로 회전시키는 단계를 교대로 번갈아 진행하는 것일 수 있다.
즉, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제1 전극을 상기 스택 테이블에 공급하는 단계; 상기 제2 전극을 상기 스택 테이블에 공급하는 단계; 및 상기 분리막을 상기 스택 테이블에 공급하는 단계를 더 포함할 수 있다.
이 때, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제1 전극을 상기 스택 테이블에 공급하는 단계; 상기 제2 전극을 상기 스택 테이블에 공급하는 단계; 및 상기 분리막을 상기 스택 테이블에 공급하는 단계는 상기 제1 전극, 상기 제2 전극 및 상기 분리막을 각각 히팅(Heating)시키며 상기 스택 테이블에 공급하는 것 일 수 있다. 즉, 상기 제1 전극, 상기 제2 전극 및 상기 분리막을 각각 가열하면서 공급하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제1 전극을 스택 테이블에 공급하는 단계는 상기 제1 전극을 히팅시키며 상기 스택 테이블에 공급하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제2 전극을 스택 테이블에 공급하는 단계는 상기 제2 전극을 히팅시키며 상기 스택 테이블에 공급하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 분리막을 상기 스택 테이블에 공급하는 단계는 상기 분리막을 히팅시키며 상기 스택 테이블에 공급하는 것일 수 있다.
이처럼 상기 제1 전극, 상기 제2 전극 및 상기 분리막을 각각 히팅(Heating)시키며 상기 스택 테이블에 공급할 경우, 적층물을 가열 및 가압하는 공정을 보다 효율적으로 진행할 수 하여 공정 비용 및 시간을 절약할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 적층물의 제1 영역 또는 제2 영역만을 가열 및 가압하는 단계는 상기 스택 테이블 몸체를 가열하여, 상기 적층물을 히팅하는 단계; 및 한 쌍의 가압블럭이 상호 마주보는 방향으로 이동되며 상기 적층물의 제1 영역 또는 제2 영역만을 면 가압하는 단계를 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 적층물의 상기 제1 영역 또는 상기 제2 영역만을 가열 및 가압하는 단계는 30℃ 이상, 100℃ 이하, 바람직하게는 35℃ 이상, 95℃ 이하의 온도 조건에서 진행될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 적층물의 상기 제1 영역 또는 상기 제2 영역만을 가열 및 가압하는 단계는 1Mpa 이상, 5Mpa 이하, 바람직하게는 1.5Mpa 이상, 5Mpa 이하의 압력 조건에서 진행될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 적층물의 상기 제1 영역 또는 상기 제2 영역만을 가열 및 가압하는 단계는 5초 이상, 60초 이하, 바람직하게는 5초 이상, 30초 이하로 진행될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 적층물의 상기 제1 영역 또는 상기 제2 영역만을 가열 및 가압하는 단계는 는 30℃ 내지 100℃의 온도 조건 및 1Mpa 내지 5Mpa의 압력 조건으로 5초 내지 60초, 바람직하게는 35℃ 내지 95℃의 온도 조건 및 1.5Mpa 내지 5Mpa의 압력 조건으로 5초 내지 30초동안 적층물을 히팅 시키며 가압하는 것일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 온도, 압력 및 시간 조건을 만족시키는 경우, 전극 조립체를 구성하는 단위 전극의 손상을 최소화면서도 전극 조립체를 구성하는 전극과 분리막의 적절한 수준의 접착력과 통기도를 동시에 확보할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체 제조 장치를 예시적으로 나타낸 평면도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체 제조 장치의 개념을 나타낸 정면도이다. 여기서, 편의상 도 1에서는 도 2에 도시된 분리막 공급부(120)를 생략하여 도시하였고, 도 2에서는 도 1에 도시된 그리퍼(170)를 생략하였으며, 평면도 상으로 후방측에 위치된 프레스부(180)를 점선으로 도시하였다.
도 1 및 도 2를 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체 제조 장치(100)는 스택 테이블(110)과, 분리막(14)을 히팅시키며 공급하는 분리막 공급부(120)와, 제1 전극(11)을 히팅시키며 공급하는 제1 전극 공급부(130)와, 제2 전극(12)을 히팅시키며 공급하는 제2 전극 공급부(140)와, 제1 전극(11)을 스택 테이블(110)에 적층시키는 제1 전극 스택부(150)와, 제2 전극(12)을 스택 테이블(110)에 적층시키는 제2 전극 스택부(160) 및 제1 전극(11), 분리막(14) 및 제2 전극(12) 사이를 접착시키는 프레스부(180)를 포함한다. 또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체 제조 장치(100)는 제1 전극(11) 및 제2 전극(12)이 스택 테이블(110)에 적층될 때 고정하는 그리퍼(170)를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 그리퍼는 상기 적층물의 제1 영역을 고정하는 제1 그리퍼 및 상기 적층물의 제2 영역을 고정하는 제2 그리퍼로 구성되어 있다. 상기 제1 그리퍼 및 제2 그리퍼는 고정하는 영역이 상이한 것을 제외하고, 구성하는 재료나 작동 방법은 동일할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체 제조 방법을 통해 제조되는 전극 조립체를 예시적으로 나타낸 단면도이다.
또한, 본 발명의 일 실시상태는, 제1 전극, 분리막 및 제2 전극을 적층시켜 전극 조립체를 제조하는 장치로서, 폴딩되는 상기 분리막 사이사이에 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극이 교대로 배치되는 적층물 형태로 상기 제1 전극, 분리막 및 제2 전극이 적층되는 스택 테이블; 상기 적층물의 제1 영역을 파지하며 상기 스택 테이블에 적층물을 고정하기 위한 제1 그리퍼; 상기 적층물의 제2 영역을 파지하며 상기 스택 테이블에 적층물을 고정하기 위한 제2 그리퍼; 및 상기 제1 그리퍼 및 상기 제2 그리퍼 사이에 위치하고, 상기 적층물의 제1 영역 또는 제2 영역만을 가열 및 가압하여 상기 제1 전극, 상기 상기 제2 전극 사이를 접착시키는 프레스부를 포함하고, 상기 제1 영역 및 제2 영역은 일부 중복되거나 서로 상이한 것인 전극 조립체 제조 장치를 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체 제조 장치의 상기 제1 영역 및 제2 영역은 서로 상이한 것일 수 있다. 즉, 전극 조립체 제조 장치의 경우에도 상기 제1 영역 및 제2 영역이 서로 상이할 경우, 그리퍼 위로 가열 및 가압하는 일이 발생하지 않을 뿐 아니라, 가열 및 가압이 중복되는 영역이 발생하지 않으므로, 전극 또는 분리막의 손상 또는 분리막의 주름 발생을 더욱 효과적으로 방지할 수 있다.
본 발명에 따른 상기 전극 조립체 제조 장치를 이용할 경우, 분리막 사이사이에 제1 전극 및 제2 전극이 교대로 배치되는 형태로 적층된 적층물의 가열 및 가압하는 일정 영역을 구분하여, 그리퍼 위로 가열 및 가압하는 일이 발생하지 않도록 전극 조립체를 제조할 수 있다. 이를 통해서, 분리막이 제1 전극 및 제2 전극 사이에 위치되는 방식으로 지그 재그 폴딩(Zig Zag Folding)하는 과정에서 분리막의 주름 발생 또는 전극의 위치가 틀어지는 문제를 감소시킬 수 있다. 이를 통해 균일한 성능의 전극 조립체를 제조할 수 있으며, 에너지 밀도가 향상되고, 전극 조립체에서 전극이 돌출되어 전지 외관까지 돌출 형성되는 것을 방지할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 있어서, 상기 제1 전극을 공급하는 제1 전극 공급부; 및 상기 제2 전극을 공급하는 제2 전극 공급부는 각각 제1 전극 및 제2 전극을 히팅시키며 공급하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 있어서, 상기 제1 전극 공급부는 제1 전극을 히팅시키며 공급하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 있어서, 상기 제2 전극 공급부는 제2 전극을 히팅시키며 공급하는 것일 수 있다.
이하에서, 도 1 내지 도 12를 참조하여, 본 발명의 일 실시예인 전극 조립체 제조 장치에 대해 보다 상세히 설명하기로 한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체 제조 장치를 통해 제조되는 전극 조립체를 예시적으로 나타낸 단면도이다.
도 1 내지 도 3을 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체 제조 장치(100)는 제1 전극(11), 분리막(14) 및 제2 전극(12)을 적층시켜 전극 조립체(10)를 제조하는 장치이다.
전극 조립체(10)는 충방전이 가능한 발전소자로서, 제1 전극(11), 분리막(14) 및 제2 전극(12)이 교대로 적층되어 결집된 형태로 형성될 수 있다. 여기서, 전극 조립체(10)는 예를 들어 분리막(14)이 지그 재그 형태로 폴딩되고, 폴딩되는 분리막(14) 사이사이에 제1 전극(11) 및 제2 전극(12)이 교대로 배치되는 형태일 수 있다. 이때, 전극 조립체(10)는 최외각을 분리막(14)이 감싼 형태로 구비될 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체 제조 장치의 분리막 공급부를 나타낸 사시도이다.
도 2 및 도 7을 참고하면, 분리막 공급부(120)는 분리막(14)을 히팅시키며 스택 테이블(110) 측으로 분리막(14)을 공급할 수 있다. 또한, 분리막 공급부(120)는 분리막(14)이 통과되는 통로가 형성되고, 통과되는 분리막(14)을 히팅(heating)하는 분리막 히팅부(121)를 포함할 수 있다.
분리막 히팅부(121)는 한 쌍의 몸체(121a)와 몸체(121a)를 가열하는 분리막 히터(121b)를 포함할 수 있다. 한 쌍의 몸체(121a)는 분리막(14)이 통과될 수 있도록 일정 거리 상호 이격되어 위치될 수 있다. 여기서, 분리막(14)은 예를 들어 분리막 히팅부(121)를 비접촉되며 통과하여, 분리막(14)이 비접촉 방식으로 히팅될 수 있다. 한편, 몸체(121a)는 예를 들어 사각형 블록(block) 형태로 형성될 수 있다.
한편, 분리막 공급부(120)는 분리막(14)이 권취되는 분리막 롤(122)을 더 포함할 수 있다. 여기서, 분리막 롤(122)에 권취된 분리막(14)은 점점 풀어지며 분리막 히팅부(121)를 통과하며 스택 테이블(110)로 공급될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 스택 테이블은 상기 스택 테이블 몸체를 가열하여 상기 적층물을 히팅시키기 위한 히터(heater)를 포함하고, 상기 프레스부는 상기 적층물을 면 가압할 수 있는 한 쌍의 가압블럭을 포함하는 것일 수 있다. 상기 적층물의 면 가압은 상기 적층물의 제1 영역 또는 제2 영역에 대해서만 진행되며, 상기 제1 영역 및 상기 제2 영역을 동시에 면 가압하지 않는다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체 제조 장치를 이용한 전극 조립체 제조 방법을 나타낸 도면이고, 도 5는 기존의 전극 조립체 제조 장치를 이용한 전극 조립체 제조 방법을 나타낸 도면이다.
즉, 도 4를 참고하면, 상기 제1 그리퍼(171)를 이용하여 폴딩되는 상기 분리막(14) 사이사이에 상기 제1 전극(11) 및 상기 제2 전극(12)이 교대로 배치되는 적층물(S)의 제1 영역을 상기 제1 그리퍼(171)로 파지하여 고정하고, 상기 제1 그리퍼(171) 및 상기 제2 그리퍼(172) 사이에 위치하는 프레스부(180)로 상기 적층물의 제1 영역만을 가열 및 가압하여 제 1 영역의 제1 전극(11), 분리막(14) 및 제2 전극(12) 사이를 접착시킬 수 있다. 이 후, 상기 제1 그리퍼의 파지를 풀어서 상기 적층물의 제1 영역의 고정을 중지하고, 상기 적층물의 제2 영역을 상기 제2 그리퍼(172)로 고정한다. 상기 제1 그리퍼(171) 및 상기 제2 그리퍼(172) 사이에 위치하는 프레스부로 상기 적층물의 제2 영역만을 가열 및 가압하여 제 1 영역의 제1 전극(11), 분리막(14) 및 제2 전극(12) 사이를 접착시킬 수 있다. 이를 통해서, 그리퍼에 직접적으로 가열 및 가압하는 과정이 발생하는 것을 피할 수 있다. 상기 프레스부(180)는 후술하는 바와 같이 한 쌍의 가압블럭(181,182)으로 구성될 수 있다. 이 때, 스택 테이블(110)에서 프레스부(180)로 적층물을 이동시키는 과정이 포함될 수 있다.
반면, 도 5에 나타난 바와 같이 기존의 전극 조립체 제조 장치를 이용한 전극 조립체 제조 방법은 상기 제1 그리퍼(171) 및 상기 제2 그리퍼(172)에 해당하는 부분에 직접적으로 가열 및 가압을 하게 된다. 이 경우, 그리퍼 부분에는 다른 영역에 비해서 압력이 적게 가해지고, 이로 인해 분리막의 주름이 발생할 가능성이 높다. 참고로, 상기 제1 그리퍼(171) 및 상기 제2 그리퍼(172)에 해당하는 부분에 직접적으로 가열 및 가압하는 것을 제외하고, 구성상 도 4의 설명이 적용될 수 있다.
즉, 본 발명의 전극 조립체 제조 장치 및 전극 조립체 제조 방법을 이용하는 경우, 폴딩되는 분리막 사이사이에 제1 전극 및 제2 전극이 교대로 배치되는 적층물의 전극이 틀어지지 않도록 고정하면서도 상기 분리막의 주름이 발생하지 않도록 제조하는 것이 가능하다.
본 발명의 일 실시예에 따르면 상기 프레스부는 히터를 포함할 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 프레스부(180)는 한 쌍의 가압블럭(181,182)을 가열하는 프레스 히터(183,184)를 더 포함하여, 한 쌍의 가압블럭(181,182)이 제1 전극(11), 분리막(14) 및 제2 전극(12)의 적층물(S)을 가열 및 가압할 수 있다. 이에 따라, 적층물(S)을 프레스부(180)로 가압 시 제1 전극(11), 분리막(14) 및 제2 전극(12) 사이의 열융착이 보다 잘 이루어져 보다 견고한 접착이 가능할 수 있다.
즉, 스텍 테이블 몸체가 가열되는 것 이외에도 프레스부 자체가 히터를 포함하여 적층된 제1 전극, 분리막 및 제2 전극을 직접적으로 가열하면서 가압하여 제1 전극, 분리막 및 제2 전극(12) 사이를 접착시킬 수 있다.
또한, 상술한 바와 같이 프레스부(180)는 한 쌍의 가압블럭(181,182)을 포함하여, 한 쌍의 가압블럭(181,182)이 상호 마주보는 방향으로 이동되며 적층된 제1 전극(11), 분리막(14) 및 제2 전극(12)의 적층물(S)을 면 가압할 수 있다.
이때, 적층물(S)의 외면을 분리막(14)이 둘러싸도록 구성되는 경우 적층물(S)의 최외각에 위치되는 분리막(14) 외측 부분과 이에 대면되는 제1 전극(11) 및 제2 전극(12) 및 분리막(14) 내측 부분 사이도 접착될 수 있다. 이에 따라, 제1 전극(11), 분리막(14) 및 제2 전극(12)를 적층하여 전극 조립체(10)를 형성 시, 제1 전극(11) 및 제2 전극(12) 및 분리막(14)의 위치가 이탈되며 적층 형태가 해제되는 것을 보다 효과적으로 방지할 수 있다.
한 쌍의 가압블럭(181,182)은 가압면이 평면으로 형성되고, 가압면의 가로 및 세로 길이는 제1 전극(11), 분리막(14) 및 제2 전극(12)이 적층된 적층물(S)의 가로 및 세로 길이보다 더 길게 형성될 수 있다.
그리고, 한 쌍의 가압블럭(181, 182)은 제1 가압블럭(181) 및 제2 가압블럭(182)을 포함하고, 제1 가압블럭(181) 및 제2 가압블럭(182)은 직육면체 형태의 사각형 블록으로 구비될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제1 전극을 공급하는 제1 전극 공급부; 상기 제2 전극을 공급하는 제2 전극 공급부; 상기 제1 전극 공급부로부터 공급되는 상기 제1 전극을 상기 스택 테이블에 적층시키는 제1 전극 스택부; 및 상기 제2 전극 공급부로부터 공급되는 상기 제2 전극을 상기 스택 테이블에 적층시키는 제2 전극 스택부를 더 포함하는 것일 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제1 전극 공급부는 상기 제1 전극이 상기 제1 전극 스택부에 의해 상기 스택 테이블에 적층되기 전에 안착되는 제1 전극 안착 테이블을 포함하고, 상기 제2 전극 공급부는 상기 제2 전극이 상기 제2 전극 스택부에 의해 상기 스택 테이블에 적층되기 전에 안착되는 제2 전극 안착 테이블을 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제1 전극 스택부는 상기 제1 전극 안착 테이블에 안착된 상기 제1 전극을 진공 흡입하는 제1 석션 헤드를 포함하고, 상기 제2 전극 스택부는 상기 제2 전극 안착 테이블에 안착된 상기 제2 전극을 진공 흡입하는 제2 석션 헤드를 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 스택 테이블을 회전시키는 회전부를 더 포함하고, 상기 분리막이 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 사이에 위치되는 방식으로 지그 재그 폴딩이 가능하도록, 상기 회전부의 일측에 상기 제1 전극 스택부가 구비되고, 상기 회전부의 타측에 상기 제2 전극 스택부가 구비되며, 상기 회전부는 상기 제1 전극을 적층 시 상기 스택 테이블을 상기 제1 전극 스택부의 상기 제1 석션 헤드와 마주보도록 일측으로 회전시키고, 상기 제2 전극을 적층 시 상기 스택 테이블을 상기 제2 전극 스택부의 상기 제2 석션 헤드와 마주보도록 타측으로 회전시키는 것을 교대로 번갈아 진행하는 것일 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체 제조 장치에서 스택 테이블을 나타낸 사시도이다.
도 2 및 도 6을 참고하면, 스택 테이블(Stack table)(110)은 폴딩되는 분리막(14) 사이사이에 제1 전극(11) 및 제2 전극(12)이 교대로 배치되는 형태로 제1 전극(11), 분리막(14) 및 제2 전극(12)이 적층될 수 있다.
또한, 스택 테이블(110)은 제1 전극(11), 분리막(14) 및 제2 전극(12)이 적층되는 테이블 몸체(111) 및 테이블 몸체(111)를 가열하여, 적층되는 적층물(S)을 히팅(Heating)하는 스택 테이블 히터(112)를 포함할 수 있다.
제1 전극(11)은 양극으로 구성되고, 제2 전극(12)은 음극으로 구성될 수 있지만, 본 발명이 여기에 반드시 한정되는 것은 아니며, 예를 들어 제1 전극(11)이 음극으로 구성되고, 제2 전극(12)이 양극으로 구성될 수 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체 제조 장치에서 제1 전극 안착 테이블을 나타낸 사시도이다.
도 2 및 도 8을 참고하면, 제1 전극 공급부(130)는 제1 전극(11)을 히팅(Heating)시키며 제1 전극 스택부(150)로 공급할 수 있다.
또한, 제1 전극 공급부(130)는 제1 전극(11)이 제1 전극 스택부(150)에 의해 스택 테이블(110)에 적층되기 전에 안착되는 제1 전극 안착 테이블(131) 및 제1 전극 안착 테이블(131)을 가열하여 제1 전극(11)을 히팅시키는 제1 전극 히터(132)를 포함할 수 있다.
한편, 제1 전극 공급부(130)는 제1 전극(11)이 시트(Sheet) 형태로 권취되는 제1 전극 롤(133)과, 제1 전극 롤(133)에 권취된 시트 형태의 제1 전극(11)이 풀어지며 공급될 때 일정간격으로 절단하여 소정 크기의 제1 전극(11)을 형성시키는 제1 커터(cutter)(134)와, 제1 커터(134)에 절단된 제1 전극(11)을 이동시키는 제1 컨베이어 벨트(conveyer belt)(135)와, 제1 컨베이어 벨트(135)에 의해 이송되는 제1 전극(11)을 진공 흡착하여 제1 전극 안착 테이블(131)에 안착시키는 제1 전극 공급 헤드(136)를 더 포함할 수 있다. 여기서, 제1 커터(134)는 시트 형태의 제1 전극(11)을 절단 시 단부에 제1 전극 탭(11a)이 돌출형성되도록 커팅 할 수 있다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체 제조 장치에서 제2 전극 안착 테이블을 나타낸 사시도이다.
도 2 및 도 9를 참고하면, 제2 전극 공급부(140)는 제2 전극(12)을 히팅시키며 제2 전극 스택부(160)로 공급할 수 있다.
또한, 제2 전극 공급부(140)는 제2 전극(12)이 제2 전극 스택부(160)에 의해 스택 테이블(110)에 적층되기 전에 안착되는 제2 전극 안착 테이블(141) 및 제2 전극 안착 테이블(141)을 가열하여 제2 전극(12)을 히팅시키는 제2 전극 히터(142)를 포함할 수 있다.
한편, 제2 전극 공급부(140)는 제2 전극(12)이 시트(Sheet) 형태로 권취되는 제2 전극 롤(143)과, 제2 전극 롤(143)에 권취된 시트 형태의 제2 전극(12)이 풀어지며 공급될 때 일정간격으로 절단하여 소정 크기의 제2 전극(12)을 형성시키는 제2 커터(144)와, 제2 커터(144)에 절단된 제2 전극(12)을 이동시키는 제2 컨베이어 벨트(145)와, 제2 컨베이어 벨트(145)에 의해 이송되는 제2 전극(12)을 진공 흡착하여 제2 전극 안착 테이블(141)에 안착시키는 제2 전극 공급 헤드(146)를 더 포함할 수 있다. 여기서, 제2 커터(144)는 시트 형태의 제2 전극(12)을 절단 시 단부에 제2 전극 탭(12a)이 돌출형성되도록 커팅 할 수 있다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체 제조 장치에서 제1 석션 헤드를 나타낸 사시도이고, 도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체 제조 장치에서 제1 석션 헤드를 나타낸 저면도이다.
도 2, 도 10 및 도 11을 참고하면, 제1 전극 스택부(150)는 제1 전극(11)을 스택 테이블(110)에 적층시킬 수 있다.
또한, 제1 전극 스택부(150)는 제1 석션 헤드(151)와, 제1 헤드 히터(152) 및 제1 이동부(153)를 포함할 수 있다.
제1 석션 헤드(151)는 제1 전극 안착 테이블(131)에 안착된 제1 전극(11)을 진공 흡입할 수 있다. 이때, 제1 석션 헤드(151)는 바닥면(151b)에 진공 흡입구(151a)가 형성되어 진공 흡입구(151a)를 통해 제1 전극(11)을 흡입하여 제1 전극(11)을 제1 석션 헤드(151)의 바닥면(151b)에 고정시킬 수 있다. 여기서, 제1 석션 헤드(151)는 진공 흡입구(151a)와 진공흡입 장치(미도시)를 연결하는 통로가 내부에 형성될 수 있다.
제1 헤드 히터(152)는 제1 석션 헤드(151) 및 제1 석션 헤드(151)를 가열하여 제1 석션 헤드(151)에 흡입되는 제1 전극(11)을 히팅할 수 있다.
제1 이동부(153)는 제1 석션 헤드(151)가 제1 전극 안착 테이블(131)에 안착된 제1 전극(11)을 스택 테이블(110)에 적층시킬 수 있도록 제1 석션 헤드(151)를 스택 테이블(110)로 이동시킬 수 있다.
한편, 도 2를 참고하면, 제2 전극 스택부(160)는 제2 전극(12)을 스택 테이블(110)에 적층시킬 수 있다. 여기서, 제2 전극 스택부(160)는 전술한 제1 전극 스택부(150)와 동일한 구조로 이루어질 수 있다. 이때, 제2 전극 스택부(160)는 제2 석션 헤드(161)와, 제2 헤드 히터(미도시) 및 제2 이동부(163)를 포함할 수 있다.
제2 석션 헤드(161)는 제2 전극 안착 테이블(141)에 안착된 제2 전극(12)을 진공 흡입할 수 있다.
제2 헤드 히터는 제2 석션 헤드(161) 및 제2 석션 헤드(161)를 가열하여 제2 석션 헤드(161)에 흡입되는 제2 전극(12)을 히팅할 수 있다.
제2 이동부(163)는 제2 석션 헤드(161)가 제1 전극 안착 테이블(141)에 안착된 제2 전극(12)을 스택 테이블(110)에 적층시킬 수 있도록 제2 석션 헤드(161)를 스택 테이블(110)로 이동시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 전극 조립체 제조 장치는 상기 스택 테이블에 상기 제1 전극 또는 상기 제2 전극이 적층될 때 상기 제1 전극 또는 상기 제2 전극을 파지하며 상기 스택 테이블에 고정하는 그리퍼를 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 그리퍼는 상기 스택 테이블에 상기 제1 전극을 스택 시 상기 스택 테이블의 최상측에 적층된 상기 제1 전극의 상면을 가압하여 고정하고, 상기 스택 테이블에 상기 제2 전극을 스택 시 상기 스택 테이블의 최상측에 적층된 상기 제2 전극의 상면을 가압하여 고정하는 것일 수 있다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체 제조 장치에서 그리퍼 및 스택 테이블을 나타낸 평면도이다.
도 1 및 도 12를 참고하면, 그리퍼(170)는 스택 테이블(110)에 제1 전극(11) 또는 제2 전극(12)이 적층될 때, 제1 전극(11) 또는 제2 전극(12)을 파지하며 스택 테이블(110)에 고정할 수 있다.
또한, 그리퍼(170)는 스택 테이블(110)에 제1 전극(11)을 스택(Stack) 시 스택 테이블(110)의 최상측에 적층된 제1 전극(11)의 상면을 가압하여 고정하고, 스택 테이블(110)에 제2 전극(12)을 스택 시 스택 테이블(110)의 최상측에 적층된 제2 전극(12)의 상면을 가압하여 고정할 수 있다.
즉, 분리막(14) 사이사이에 제1 전극(11) 및 제2 전극(12)이 위치되며 적층되며 적층물을 형성 시, 그리퍼(170)는 적층물에서 최상위에 위치되는 면을 스택 테이블(110) 방향으로 가압하는 방식으로 파지하여 적층물이 스택 테이블(110)에서 이탈되는 것을 방지할 수 있다.
본 명세서에 있어서, 상기 그리퍼는 상기 적층물이 고정되는 영역에 따라서 제1 그리퍼 및 제2 그리퍼로 표현할 수 있으며, 상기 제1 그리퍼 및 상기 제2 그리퍼의 기능 및 작동 원리는 상술한 그리퍼의 설명이 적용될 수 있다.
즉, 그리퍼(170)는 제1 그리퍼(171) 및 제2 그리퍼(172)를 포함하여, 제1 전극(11) 또는 제2 전극(12)의 양측을 고정할 수 있으나, 본 발명에서는 이를 양측을 고정하지 않고, 한측만 고정하여 가열 및 가압하게 된다.
또한, 그리퍼(170)가 제1 전극(11) 또는 제2 전극(12)을 파지한 후 스택 테이블(110)이 회전되면, 분리막(14)이 스택 테이블(110)의 회전량에 비례하여 분리막 롤(122)에서 풀어지며 스택 테이블(110) 측으로 공급될 수 있다.
한편, 예를 들어 그리퍼(170) 및 스택 테이블(110)은 회전장치(미도시)와 연결 또는 결합될 수 있다. 이때, 회전장치는 예를 들어 맨드릴(mandrel)로 구성될 수 있다. 여기서, 그리퍼(170)가 제1 전극(11)을 또는 제2 전극(12)을 파지하면 회전장치가 그리퍼(170)와 스택 테이블(110)을 회전시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체 제조 장치(100)의 작동에 대해서 도 1 내지 도 3을 참고하면, 분리막 롤(122)에 권취된 분리막(14)이 분리막 히팅부(121)를 통과하며 히팅되어 공급되어 스택 테이블(110)에 적층되고, 가열된 스택 테이블(110)에 의해 분리막(14)이 히팅된다.
그리고, 제1 전극 공급부(130)로부터 제1 전극(11)이 히팅되어 제1 전극 스택부(150)로 공급되면, 제1 전극 스택부(150)에서 제1 전극(11)을 스택 테이블(110)에 적층된 분리막(14)의 상면에 가열하며 적층시킨다.
이때, 제1 전극(11)의 상면을 그리퍼(170)가 가압하여 스택 테이블(110)에서 제1 전극(11)이 이탈되지 않도록 고정한다.
이후, 스택 테이블(110)이 제2 전극 스택부(160) 방향으로 회전되면, 분리막(14)이 계속적으로 공급되며 제1 전극(11)의 상면을 덮게된다.
그리고, 제2 전극 공급부(140)로부터 히팅되어 공급되는 제2 전극(12)을 제2 전극 스택부(160)가 제1 전극(11)의 상면을 덮고 있는 분리막(14) 부분에 적층시킨다. 여기서, 제2 전극 스택부(160)에서 제2 석션 헤드(161)가 제2 전극(12)을 가압하며 가열하여 제2 전극(12)을 계속적으로 가열시킨다.
이때, 제1 전극(11)의 상면을 가압하고 있는 그리퍼(170)가 가압부위에서 이탈된 후 제2 전극(12)의 상면을 가압하여 제2 전극(12)을 포함하는 적층물이 스택 테이블(110)에서 이탈되지 않도록 한다.
이후, 제1 전극(11) 및 제2 전극(12)을 적층하는 과정을 반복하며 분리막(14)이 지그 재그(Zig Zag) 폴딩되며 제1 전극(11) 및 제2 전극(12) 사이에 분리막(14)이 위치되는 적층물을 형성시킬 수 있다.
그리고, 적층물을 프레스부(180)로 이동시키고, 프레스부(180)에서 적층물을 열을 가하며 가압하여 가열된 제1 전극(11), 분리막(14) 및 제2 전극(12) 사이를 접착시켜 전극 조립체(10)를 제조할 수 있다. 이때, 가열된 제1 전극(11), 분리막(14) 및 제2 전극(12) 사이가 프레스부(180)를 통해 열이 가해지며 가압되어 열융착될 수 있다.
상기와 같이 구성된 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체 제조 장치(100)는 제1 전극(11), 분리막(14) 및 제2 전극(12)을 가열하며 적층시키고, 프레스부(180)로 열을 가하며 가압하여 제1 전극(11), 분리막(14) 및 제2 전극(12) 사이를 접착시킴으로써, 전극 조립체(10)의 폴딩 풀어짐을 방지하고, 제1 전극(11) 및 제2 전극(12)이 전극 조립체(10)에서 적층 위치가 틀어지는 것을 방지할 수 있다.
또 하나의 본 발명의 다른 실시예에 따른 전극 조립체 제조 장치는 제1 전극 또는 제2 전극을 검사하는 비젼장치를 더 포함할 수 있다. 도 13은 상기 비젼장치를 더 포함하는 전극 조립체 제조 장치의 개념을 나타낸 정면도이다.
도 13에서 그리퍼를 편의상 생략하였으며, 평면도 상으로 후방측에 위치된 프레스부(180)를 점선으로 도시하였다.
도 13을 참고하면, 전극 조립체 제조 장치(200)는 스택 테이블(110)과, 분리막(14)을 공급하는 분리막 공급부(120)와, 제1 전극(11)을 공급하는 제1 전극 공급부(130)와, 제2 전극(12)을 공급하는 제2 전극 공급부(140)와, 제1 전극(11)을 스택 테이블(110)에 적층시키는 제1 전극 스택부(150)와, 제2 전극(12)을 스택 테이블(110)에 적층시키는 제2 전극 스택부(160), 제1 전극(11), 분리막(14) 및 제2 전극(12) 사이를 접착시키는 프레스부(180) 및 제1 전극(11) 및 제2 전극(12)이 스택 테이블(110)에 적층될 때 고정하는 그리퍼(170)를 포함(참고 도 12)하고, 스택 테이블(110)을 회전시키는 회전부(R) 및 제1,2 전극(11,12)을 비젼(Vision) 검사하는 비젼장치(290)를 더 포함할 수 있다.
즉, 도 13의 전극 조립체 제조 장치(200)는 전술한 일 실시예에 따른 전극 조립체 제조 장치(100)와 비교할 때, 회전부(R) 및 비젼장치(290)를 더 포함하는 차이가 있다.
보다 상세히, 본 발명의 다른 실시예에 따른 전극 조립체 제조 장치(200)에서 비젼장치(290)는 제1 카메라(291) 및 제2 카메라(292)를 포함할 수 있다.
제1 카메라(291)는 제1 전극 공급부(130)에서 제1 전극 안착 테이블(131)에 안착된 제1 전극(11)을 촬영할 수 있고, 제2 카메라(292)는 제2 전극 공급부(140)에서 제2 전극 안착 테이블(141)에 안착된 제2 전극(12)을 촬영할 수 있다.
제1 카메라(291) 및 제2 카메라(292)의 촬영을 통해 획득된 영상 정보를 통해 제1 전극(11) 및 제2 전극(12)의 적층품질을 검사할 수 있다. 이때, 제1 전극(11) 및 제2 전극(12)의 안착 위치와, 크기, 적층상태 등을 검사할 수 있다.
회전부(R)는 스택 테이블(110)을 일방향(r1) 및 타방향(r2)으로 회전시킬 수 있다. 여기서, 회전부(R)의 일측에 제1 전극 스택부(150)가 구비되고, 회전부(R)의 타측에 제1 전극 스택부(150)가 구비될 수 있다.
또한, 회전부(R)는 제1 전극(11)을 스택 시 스택 테이블(110)을 제1 석션 헤드(151)와 마주보도록 일측으로 회전시키고, 제2 전극(12)을 스택 시 스택 테이블(110)을 제2 석션 헤드(161)와 마주보도록 타측으로 회전시킬 수 있다.
아울러, 회전부(R)는 스택 테이블(110)을 제1 전극 스택부(150) 방향 및 제2 전극 스택부(160) 방향으로 교대로 번갈아 회전시켜, 분리막(14)이 제1 전극(11) 및 제2 전극(12) 사이에 위치되는 방식으로 지그 재그 폴딩(Zig Zag Folding)이 가능할 수 있다.
이하에서 본 발명의 다른 실시예에 따른 전극 조립체 제조 장치(200)의 작동을 설명하기로 한다.
도 1 및 도 13을 참고하면, 분리막 롤(122)에 권취된 분리막(14)이 분리막 히팅부(121)를 통과하며 히팅되어 공급되어 스택 테이블(110)에 적층되고, 가열된 스택 테이블(110)에 의해 분리막(14)이 히팅된다.
또한, 제1 전극 공급부(130)의 제1 전극 안착 테이블(131)에 제1 전극(11)이 공급되어 안착되면 비젼장치(290)를 통해 제1 전극(11)의 적층 품질을 검사한다. 이때, 제1 전극(11)은 제1 전극 히터(132)에 의해 가열된 제1 전극 안착 테이블(131)을 통해 히팅된다.
그리고, 히팅된 제1 전극(11)이 제1 전극 스택부(150)로 공급되면, 제1 전극 스택부(150)에서 제1 전극(11)을 스택 테이블(110)에 적층된 분리막(14)의 상면에 적층시킨다.
이때, 제1 전극(11)의 상면을 제1 그리퍼(170)가 가압하여 상기 적층물이 스택 테이블(110)에서 제1 전극(11)이 이탈되지 않도록 고정한다.
이후, 회전부(R)가 스택 테이블(110)을 제2 전극 스택부(160) 방향으로 회전시키면, 분리막(14)이 계속적으로 공급되며 제1 전극(11)의 상면을 덮게된다.
한편, 제2 전극 공급부(140)의 제2 안착 테이블(141)에 제2 전극(12)이 공급되어 안착되면 비젼장치(290)를 통해 제2 전극(12)의 적층 품질을 검사한다. 이때, 제2 전극(12)은 제2 전극 히터에 의해 가열된 제2 전극 안착 테이블(141)을 통해 히팅된다.
그리고, 히팅된 제2 전극(12)이 제2 전극 스택부(160)로 공급되면, 제2 전극 스택부(160)에서 제2 전극(12)을 스택 테이블(110)에 적층된 분리막(14)의 상면에 적층시킨다.
이때, 제1 전극(11)의 상면을 가압하고 있는 그리퍼(170)가 가압부위에서 이탈된 후 제2 전극(12)의 상면을 가압하여 제2 전극(12)을 포함하는 적층물이 스택 테이블(110)에서 이탈되지 않도록 한다.
이후, 스택 테이블(110)을 회전시키며 제1 전극(11) 및 제2 전극(12)을 적층하는 과정을 반복함으로써, 분리막(14)이 지그 재그 폴딩되며 제1 전극(11) 및 제2 전극(12) 사이에 분리막(14)이 위치되는 적층물을 형성시킬 수 있다.
그리고, 적층물을 프레스부(180)로 이동시키고, 프레스부(180)에서 적층물을 열을 가하며 가압하여 가열된 제1 전극(11), 분리막(14) 및 제2 전극(12) 사이를 접착시켜 전극 조립체(10)를 제조할 수 있다. 이때, 가열된 제1 전극(11), 분리막(14) 및 제2 전극(12) 사이가 프레스부(180)를 통해 열이 가해지며 가압되어 열융착될 수 있다.(참고 도 3)
이 때, 폴딩되는 상기 분리막 사이사이에 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극이 교대로 배치되는 적층물의 제1 영역만을 제1 그리퍼로 고정하고, 상기 적층물의 제2 영역만을 가열 및 가압한다. 이 후, 상기 적층물의 제2 영역만을 제2 그리퍼로 고정하고, 상기 적층물의 제1 영역만을 가열 및 가압한다.
상술한 바와 같이 상기 제1 영역 및 제2 영역은 경계 부분에서 일부 중복될 수 있으나, 서로 상이하여 중복되는 영역이 없는 것이 더욱 바람직할 수 있다.
즉, 전극 조립체 제조 장치(200)의 경우에도 비젼 장치가 있는 것을 제외하고, 상술한 방법과 동일하게 상기 적층물의 고정하는 영역과 가열 및 가압하는 영역을 구분하여 전극 조립체를 제조한다.
또한, 본 발명에 따른 전극 조립체 제조 장치 및 상기 제조 장치의 구성에 관한 설명은 본 발명에 따른 제조 방법 및 본 발명에 따른 제조 방법에 의해 제조된 전극 조립체에도 적용할 수 있다.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것은 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게는 자명할 것이다.

Claims (11)

  1. 폴딩되는 분리막 사이사이에 제1 전극 및 제2 전극이 교대로 배치되는 형태로 상기 제1 전극, 분리막 및 제2 전극을 스택 테이블 위에 적층하여 적층물을 제조하는 단계;
    제1 그리퍼로 상기 적층물의 제1 영역을 파지하며 상기 스택 테이블에 적층물을 고정하는 단계;
    상기 제1 그리퍼로 고정된 적층물의 제2 영역만을 가열 및 가압하는 단계;
    상기 적층물의 제2 영역의 가열 및 가압을 완료한 후, 상기 제1 그리퍼의 파지를 중단하여 상기 적층물의 제1 영역의 고정을 해제하는 단계;
    제2 그리퍼로 상기 적층물의 상기 제2 영역을 파지하며 상기 스택 테이블에 적층물을 고정하는 단계; 및
    상기 제2 그리퍼로 고정된 적층물의 상기 제1 영역만을 가열 및 가압하는 단계를 포함하는 전극 조립체 제조 방법으로서,
    상기 제1 영역 및 제2 영역은 일부 중복되거나 서로 상이한 것인 전극 조립체 제조 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 전극을 상기 스택 테이블에 공급하는 단계;
    상기 제2 전극을 상기 스택 테이블에 공급하는 단계; 및
    상기 분리막을 상기 스택 테이블에 공급하는 단계를 더 포함하고,
    상기 폴딩되는 분리막 사이사이에 제1 전극 및 제2 전극이 교대로 배치되는 형태로 상기 제1 전극, 분리막 및 제2 전극을 스택 테이블 위에 적층하여 적층물을 제조하는 단계는
    상기 스택 테이블에 공급되는 분리막을 스택 테이블에 연속적으로 공급하는 단계;
    상기 제1 전극을 상기 스택 테이블에 적층 시 상기 스택 테이블을 상기 제1 전극과 마주보도록 일측으로 회전시키는 단계; 및
    상기 제2 전극을 적층 시 상기 스택 테이블을 상기 제2 전극과 마주보도록 타측으로 회전시키는 단계를 포함하고,
    상기 스택 테이블을 상기 제1 전극과 마주보도록 일측으로 회전시키는 단계 및 상기 제2 전극을 적층 시 상기 스택 테이블을 상기 제2 전극과 마주보도록 타측으로 회전시키는 단계를 교대로 번갈아 진행하는 것인 전극 조립체 제조 방법.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 제1 전극을 상기 스택 테이블에 공급하는 단계; 상기 제2 전극을 상기 스택 테이블에 공급하는 단계; 및 상기 분리막을 상기 스택 테이블에 공급하는 단계는
    상기 제1 전극, 상기 제2 전극 및 상기 분리막을 각각 히팅(Heating)시키며 상기 스택 테이블에 공급하는 것인 전극 조립체 제조 방법.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 적층물의 제1 영역 또는 제2 영역만을 가열 및 가압하는 단계는
    상기 스택 테이블 몸체를 가열하여, 상기 적층물을 히팅하는 단계; 및
    한 쌍의 가압블럭이 상호 마주보는 방향으로 이동되며 상기 적층물의 제1 영역 또는 제2 영역만을 면 가압하는 단계를 포함하는 것인 전극 조립체 제조 방법.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 적층물의 제1 영역 또는 제2 영역만을 가열 및 가압하는 단계는
    30℃ 내지 100℃의 온도 조건 및 1Mpa 내지 5Mpa의 압력 조건으로 5초 내지 60초 동안 이루어지는 것인 전극 조립체 제조 방법.
  6. 제1 전극, 분리막 및 제2 전극을 적층시켜 전극 조립체를 제조하는 장치로서,
    폴딩되는 상기 분리막 사이사이에 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극이 교대로 배치되는 적층물 형태로 상기 제1 전극, 분리막 및 제2 전극이 적층되는 스택 테이블;
    상기 적층물의 제1 영역을 파지하며 상기 스택 테이블에 적층물을 고정하기 위한 제1 그리퍼;
    상기 적층물의 제2 영역을 파지하며 상기 스택 테이블에 적층물을 고정하기 위한 제2 그리퍼; 및
    상기 제1 그리퍼 및 상기 제2 그리퍼 사이에 위치하고, 상기 적층물의 제1 영역 또는 제2 영역만을 가열 및 가압하여 상기 제1 전극, 상기 분리막 및 상기 제2 전극 사이를 접착시키는 프레스부를 포함하고,
    상기 제1 영역 및 제2 영역은 일부 중복되거나 서로 상이한 것인 전극 조립체 제조 장치.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 스택 테이블은 상기 스택 테이블 몸체를 가열하여 상기 적층물을 히팅시키기 위한 히터(heater)를 포함하고,
    상기 프레스부는 상기 적층물을 면 가압할 수 있는 한 쌍의 가압블럭을 포함하는 것인 전극 조립체 제조 장치.
  8. 청구항 6에 있어서,
    상기 제1 전극을 공급하는 제1 전극 공급부;
    상기 제2 전극을 공급하는 제2 전극 공급부;
    상기 제1 전극 공급부로부터 공급되는 상기 제1 전극을 상기 스택 테이블에 적층시키는 제1 전극 스택부; 및
    상기 제2 전극 공급부로부터 공급되는 상기 제2 전극을 상기 스택 테이블에 적층시키는 제2 전극 스택부를 더 포함하는 것인 전극 조립체 제조 장치.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 제1 전극 공급부는 상기 제1 전극이 상기 제1 전극 스택부에 의해 상기 스택 테이블에 적층되기 전에 안착되는 제1 전극 안착 테이블을 포함하고,
    상기 제2 전극 공급부는 상기 제2 전극이 상기 제2 전극 스택부에 의해 상기 스택 테이블에 적층되기 전에 안착되는 제2 전극 안착 테이블을 포함하는 전극 조립체 제조 장치.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 제1 전극 스택부는 상기 제1 전극 안착 테이블에 안착된 상기 제1 전극을 진공 흡입하는 제1 석션 헤드를 포함하고,
    상기 제2 전극 스택부는 상기 제2 전극 안착 테이블에 안착된 상기 제2 전극을 진공 흡입하는 제2 석션 헤드를 포함하는 전극 조립체 제조 장치.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 스택 테이블을 회전시키는 회전부를 더 포함하고,
    상기 분리막이 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 사이에 위치되는 방식으로 지그재그 폴딩이 가능하도록,
    상기 회전부의 일측에 상기 제1 전극 스택부가 구비되고, 상기 회전부의 타측에 상기 제2 전극 스택부가 구비되며,
    상기 회전부는 상기 제1 전극을 적층 시 상기 스택 테이블을 상기 제1 전극 스택부의 상기 제1 석션 헤드와 마주보도록 일측으로 회전시키고,
    상기 제2 전극을 적층 시 상기 스택 테이블을 상기 제2 전극 스택부의 상기 제2 석션 헤드와 마주보도록 타측으로 회전시키는 것을 교대로 번갈아 진행하는 전극 조립체 제조 장치.
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