KR100813831B1 - 전극롤 권취용 맨드릴 - Google Patents

Abstract

본 발명은 이차전지의 전극롤 권취용 맨드릴에 관한 것으로, 보다 상세하게는 전극롤의 두께를 최소화하여 전극롤의 형태를 최적화할 수 있도록 형상과 구조를 개선한 전극롤 권취용 맨드릴에 관한 것이다.

본 발명에 따른 전극롤 권취용 맨드릴은, 소정의 폭을 가지는 판상의 부재들이 폭방향으로 일렬로 나란히 소정간격 이격되어 설치되고, 양극판, 음극판, 상기 양극판과 상기 음극판 사이에 개재되는 세퍼레이터를 교대로 겹쳐 감아 돌려 전극롤을 형성하는 제1,2본체와; 상기 제1본체와 제2본체 사이에 삽입되어 상기 세퍼레이터를 고정하는 심봉과; 상기 제1,2 본체의 일단과 상기 심봉의 일단이 삽입되도록 지지홈이 형성되고, 상기 제1,2본체와 상기 심봉을 상기 지지홈에 고정 및 이탈시키는 지지수단;을 구비하는 것을 특징으로 하고, 전극롤의 두께를 최소화하여 전극롤의 형태를 최적화할 수 있도록 형상과 구조를 개선한 전극롤 권취용 맨드릴을 제공한다.

Description

전극롤 권취용 맨드릴{Mandrel for winding electrode roll}

도 1은 종래의 전극롤 권취용 맨드릴의 구조를 개략적으로 도시한 사시도,

도 2는 종래의 전극롤 권취용 맨드릴을 사용하여 전극롤을 형성한 것을 개략적으로 도시한 평면도,

도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 전극롤 권취용 맨드릴의 구조를 개략적으로 도시한 사시도,

도 4는 도 3의 전극롤 권취용 맨드릴을 사용하여 전극롤을 형성한 것을 개략적으로 도시한 평면도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1,3...전극롤 권취용 맨드릴 2,4...전극롤

11,31...제1본체 12,32...제2본체

21,41...전극조립체 22,42...권취중심부

33...심봉 14,34...지지수단

본 발명은 이차전지의 전극롤 권취용 맨드릴에 관한 것으로, 보다 상세하게 는 전극롤의 두께를 최소화하여 전극롤의 형태를 최적화할 수 있도록 형상과 구조를 개선한 전극롤 권취용 맨드릴에 관한 것이다.

통상적으로, 이차전지는 충전 및 방전이 가능하고 소형 및 대용량화가 가능한 전지로서, 휴대폰, 노트북, 컴퓨터, 캠코더등의 첨단 전자기기분야에서 널리 사용되고 있다. 이러한 이차전지는 니켈카드뮴(Ni-Cd)전지, 니켈수소(Ni-MH)전지, 리튬 및 리튬이온(Li-ion)전지로 분류되고 있으며, 그 적용되는 외형에 따라 원통형 전지와 각형 전지로 분류된다.

이러한 이차전지는 종류에 따라 다소 차이가 있으나 일반적으로 다음과 같은 과정을 거쳐 만든다. 먼저 전극 기재에 활물질을 도포 충전하고 이를 건조 및 롤 프레싱한 후 원하는 크기로 절단하여 양극판과 음극판을 만든다. 그리고 상기 양극판과 음극판 사이에 세퍼레이터를 개재하여 전극조립체를 형성한 후, 이를 권취하여 원통형 전극롤을 만든 다음 이를 프레싱하여 타원형의 전극롤을 형성한다. 이렇게 형성된 전극롤에서 가소제를 추출하고 건조공정을 거치고 다시 이에 전해액을 충전하고 케이스에 수용하여 이차전지를 만든다. 이때, 상기와 같이 형성된 전극조립체를 전극롤 권취용 맨드릴에 끼우고 이를 회전시켜 원통형 전극롤을 만들게 된다.

종래의 전극롤 권취용 맨드릴이 국내 실용신안공개 제2000-0018833에 개시되어 있다.

도 1은 종래의 전극롤 권취용 맨드릴의 구조를 개략적으로 도시한 사시도이다.

도면을 참조하면, 종래의 전극롤 권취용 맨드릴(1)은 타원형의 횡단면을 갖는 제1, 2본체(11, 12)를 구비하여 이루어지며, 상기 제1본체(11)와 상기 제2본체(12)의 사이에는 길이방향으로 상부가 개구된 삽입홈(13)이 형성된다. 또한, 상기 제1, 2본체(11,12)의 일단이 지지수단(14)에 의해 고정되고, 상기 지지수단(14)이 도시 생략된 회전수단과 결합된다.

도 2는 종래의 전극롤 권취용 맨드릴을 사용하여 전극롤을 형성한 것을 개략적으로 도시한 평면도이다.

도면을 참조하면, 전극롤(2)은 상기 전극조립체(21)를 상기 제1, 2본체(11, 12)의 주위에 감아 돌려 형성된다. 이때, 상기 전극조립체(21)는 양극판, 음극판, 및 상기 양극판과 음극판 사이에 개재되는 세퍼레이터를 세퍼레이터, 양극판, 세퍼레이터, 음극판의 순서로 교대로 겹쳐 형성된다. 또한 상기 전극조립체의 권취시에 상기 전극조립체(21)의 선단부인 권취 중심부(22)가 상기 제1, 2본체(11,12)의 사이에 형성된 상기 삽입홈에 적당한 여유를 가지고 끼워진다. 또한, 도시 생략된 회전수단을 회전시켜 상기 제1, 2본체(11,12) 주위에 상기 전극조립체(21)를 감아돌려 상기 전극롤이 형성된다. 또한, 테이프(23)가 상기 전극롤이 형성된 후에 상기 전극조립체(21)의 다른 선단부에 부착된다.

이때, 상기 전극롤의 상기 권취 중심부(22)는 횡방향으로 폭이 큰 'S' 형태를 이루게 된다. 또한, 상기 전극롤 권취용 맨드릴(1)이 상기 전극롤(2)에서 빼내어 제거되고, 상기 전극롤(2)이 프레싱 작업에 의하여 눌려지면, 눌려진 상기 전극롤(2)의 상기 권취 중심부(22)는 상기 'S'자 형상이 펴져 상기 전극롤의 다른 부분 과 나란한 형상을 가지게 된다.

하지만, 전극롤을 제작하는데 사용하는 상기와 같은 종래의 전극롤 권취용 맨드릴은 아래와 같은 문제점들이 있다.

상기한 바와 같이, 종래의 맨드릴은 2개의 짝이 겹쳐지고, 그 사이에 소정간격 이격되어 선단 전극부가 삽입되는 삽입홈을 포함하여 하나의 조립체를 형성한다. 그런데, 상기 맨드릴이 전극조립체를 감아 돌려 상기 전극롤을 형성할 때 맨드릴의 상기 본체와 그 사이의 상기 삽입홈이 형성하는 맨드릴의 두께가 두꺼울수록 권취 후의 전극롤 형상이 나빠진다.

또한 종래의 맨드릴의 기본적인 두께로 인하여 전극롤의 두께를 최소화시키는 데 한계가 있다.

또한, 실제 권취시에는 권취되는 전극조립체의 장력에 의하여 상기 맨드릴이 힘을 받게되므로 맨들릴 사이의 공간이 실제 권취시의 값과 차이가 발생한다. 그로 인하여, 상기와 같은 방법에 의하여 만들어진 전극롤의 원주가 줄어들어, 완성된 전극롤의 원주가 필요로 하는 원주의 크기와 달라지게 된다.

또한, 종래의 맨드릴에 의하여 만들어진 전극롤의 경우, 전극롤 성형 후에 프레스 작업에 의하여 눌려지면 내부 세퍼레이터가 접히거나, 극판의 당김으로 인한 접힘이 발생하여, 완성된 전극의 성능을 저하시킨다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 전극롤의 두께를 최소화하여 전극롤의 형태를 최적화할 수 있도록 형상과 구조를 개선한 전극롤 권 취용 맨드릴을 제공하는 데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 전극롤 권취용 맨드릴은,

소정의 폭을 가지는 판상의 부재들이 폭방향으로 일렬로 나란히 소정간격 이격되어 설치되고, 양극판, 음극판, 상기 양극판과 상기 음극판 사이에 개재되는 세퍼레이터를 교대로 겹쳐 감아 돌려 전극롤을 형성하는 제1,2본체와;

상기 제1본체와 제2본체 사이에 삽입되어 상기 세퍼레이터를 고정하는 심봉과;

상기 제1,2 본체의 일단과 상기 심봉의 일단이 삽입되도록 지지홈이 형성되고, 상기 제1,2본체와 상기 심봉을 상기 지지홈에 고정 및 이탈시키는 지지수단;을 구비하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 심봉의 단면이 타원형으로 되어 된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 심봉이 길이 방향으로 테이퍼가 형성되어 된 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 전극롤 권취용 맨드릴의 구조를 개략적으로 도시한 사시도이다.

도면을 참조하면, 전극롤 권취용 맨드릴(3)은 제1, 2본체(31,32)와 상기 제1 본체(31)와 상기 제2본체(32) 사이에 삽입되는 심봉(33)이 지지수단(34)에 고정되어 이루어진다. 상기 지지수단(34)에는 상기 제1, 2본체(31,32)의 일단과 상기 심봉(33)의 일단이 삽입되도록 지지홈이 형성된다. 그리고, 상기 제1, 2본체(31,32)는 소정의 폭을 가지는 얇은 판상의 부재들이 폭방향으로 일렬로 나란히 소정간격 이격되어 상기 지지수단(34)에 형성된 지지홈에 지지된다. 또한, 상기 심봉(33)은 상기 제1부재(31)와 상기 제2부재(32) 사이에 소정 간격 이격되어 형성된 공간에 삽입되어 고정된다. 이때, 상기 제1, 2본체(31,32)와 상기 심봉(33)은 상기 전극롤 권취용 맨드릴에 의한 전극롤 권취 작업 전, 후에는 상기 지지수단(34)으로부터 분리되어 있고, 권취 작업시에만 상기 지지수단(34)에 형성된 지지홈에 고정되어 있다.

이때, 상기 제1, 2본체(31,32)는 같은 크기와 모양을 가지는 얇은 판상의 부재가 나란히 배열될 수 있으며, 양측면의 끝단은 주위에 권취되는 전극조립체가 자연스럽게 타원형을 이루며 전극롤을 형성할 수 있도록 라운드 처리되는 것이 바람직할 것이다. 또한, 가능한 두께가 얇은 전극롤을 형성할 수 있도록, 본 발명의 맨드릴은 두께에 대비하여 폭이 훨씬 넓은 평면상의 형상을 가지도록 구성되는 것이 바람직할 것이다. 또한, 소정의 폭을 가지는 전극조립체가 균일하게 권취될 수 있도록, 상기 제1, 2본체(31,32)는 상기한 바와 같은 평면상의 형상이 균일하게 길이 방향으로 연장되도록 형성되는 것이 바람직할 것이다.

상기 심봉(33)은 도시된 바와 같이 얇은 원통형의 형상을 가질 수 있다. 또한, 권취가 완성된 전극롤로부터 상기 맨드릴(3)을 용이하게 분리할 수 있도록, 상 기 심봉(33)은 타원형의 단면 형상을 가질 수도 있다. 또한, 상기 심봉(33)이 길이 방향으로 테이퍼가 형성되도록 만들어질 수도 있을 것이다. 이때, 상기 전극롤의 권취 작업이 끝난 후에 상기 심봉(33)을 상기 지지수단(34)으로부터 분리시키거나 회전시킬 수 있도록, 상기 심봉(33)이 상기 지지수단(34)에 결합되었을 때 상기 심봉(33)의 끝단이 상기 제1, 2본체(31,32)보다 돌출 되도록 형성될 수 있을 것이다.

상기 지지수단(34)에는 상기한 바와 같이 상기 제1, 2본체(31,332)와 상기 심봉(33)이 결합될 수 있도록, 상기 제1, 2본체(31,32)와 상기 심봉(33) 각각을 위하여 삽입홈이 형성될 수 있는데, 상기 삽입홈은 상기 제1, 2본체(31,32)와 상기 심봉(33)이 상기 지지수단(34)으로부터 용이하게 고정 및 이탈될 수 있는 적당한 깊이와 모양을 가지는 구조로 이루어질 수 있다.

도 4는 도 3의 전극롤 권취용 맨드릴을 사용하여 전극롤을 형성한 것을 개략적으로 도시한 평면도이다.

도면을 참조하면, 전극롤(4)은 전극조립체(41)를 상기 제1, 2본체(31, 32)와 그 사이에 개재되는 상기 심봉(33)의 주위에 감아 돌려 형성된다. 이때, 상기 전극조립체(41)는 양극판, 음극판, 및 상기 양극판과 음극판 사이에 개재되는 세퍼레이터를 세퍼레이터, 양극판, 세퍼레이터, 음극판의 순서로 교대로 겹쳐 형성된다. 이때, 상기 전극조립체(41)의 권취시에 상기 제1, 2본체(31,32)와 상기 심봉(33) 사이에 끼워지는 권취 중심부(42)를 형성하기 위하여 양극판과 음극판이 적층되지 않는 선단 세퍼레이터가 존재할 수 있다. 또한, 테이프(43)가 상기 전극롤이 형성된 후에 상기 전극조립체(41)의 다른 선단부에 부착된다.

상기한 바와 같은 상기 전극롤 권취용 맨드릴(3)을 이용하여 상기 전극조립체(41)를 상기 제1, 2본체(31,32)와 상기 심봉(33)의 주위를 감아 돌려 상기 전극롤(4)을 형성하면, 도시한 바와 같은 형상을 가지게 된다. 종래의 전극롤 권취용 맨드릴을 이용한 전극롤에 비하여 두께가 얇고 폭이 긴 전극롤이 형성된다.

상기 전극롤(4)을 형성하는 과정에서 상기 전극롤 권취용 맨들릴의 작용을 설명하면 다음과 같다.

양극판, 음극판, 및 상기 양극판과 음극판 사이에 개재되는 세퍼레이터를 세퍼레이터, 양극판, 세퍼레이터, 음극판의 순서로 교대로 겹쳐, 양극판과 음극판이 적층되지 않는 선단 세퍼레이터를 가지도록 상기 전극조립체가 형성된다.

상기 지지수단(34)이 소정의 회전수단(미도시)에 결합되어 있고, 상기 선단 세퍼레이터가 상기 제1, 2본체(31,32)와 상기 심봉(33)이 끼워지는 상기 지지수단(34)의 삽입홈이 형성된 면에 대하여 수직하도록, 상기 전극조립체(41)가 위치된다.

상기 제1, 2본체(31,32)와 상기 심봉(33)이 상기 지지수단(34)의 방향으로 상기 선단 세퍼레이터를 물고 들어와, 상기 제1, 2본체(31,32)와 상기 심봉(33)의 일단이 상기 지지수단(34)에 형성된 삽입홈에 고정된다. 이때, 상기 전극조립체(41)가 미끄러짐 없이 상기 제1, 2본체(31,32)와 상기 심봉(33) 주위에 감겨 전극롤(4)이 형성될 수 있도록, 상기 선단 세퍼레이터가 상기 제1, 2본체(31,32)와 심봉(33) 사이에 끼워 맞춰 고정된다. 또한, 상기 선단 세퍼레이터가 적당한 여유 길이를 가지도록 고정된다.

상기 회전수단을 회전시켜, 상기 제1, 2본체(31,32)와 상기 심봉(33)을 회전시켜 그 주위에 상기 전극조립체(41)를 권취시킨다. 상기 전극롤(4)의 권취가 끝나면 테이프(43) 등의 접착수단을 사용하여 감겨진 전극롤을 고정하여 마감처리 한다. 그리고, 상기 권취된 전극롤(4)을 외부에서 척으로 고정한다.

먼저 상기 심봉(33)을 상기 지지수단(34)으로부터 분리시키고, 다음에 상기 제1, 2본체(31,32)를 상기 지지수단(34)으로부터 분리시킨다. 이때, 상기 심봉(33)이 다른 형상을 가지는 경우에는 다른 방법에 의하여 상기 전극롤 권취용 맨드릴(3)로부터 상기 전극롤(4)을 분리시킬 수 있다.

상기 심봉(33)이 타원형의 단면 형상을 가지는 경우에는, 전극롤의 권취시에는 평면상 장축이 상기 제1, 2본체(31,32)의 방향으로 되어 있다가, 권취가 끝난 후에는 상기 심봉(33)을 소정 방향 회전시킨다. 상기 심봉이 소정방향 회전되면 상기 전극롤(4) 내부에 상기 제1, 2본체(31,32)와 상기 심봉(33)이 차지하는 공간이 줄어들어 상기 제1, 2본체(31,32)와 상기 심봉(33)이 상기 전극롤(4)로부터 쉽게 분리될 수 있을 것이다.

또한, 상기 심봉(33)이 길이 방향으로 테이퍼가 형성되도록 만들어질 수도 있을 것이다. 이때, 상기 전극롤(4)의 권취가 끝난 후에, 상기 심봉(33)을 약간만 빼더라도 상기 제1, 2본체 사이의 간격이 줄어들어, 상기 전극롤로부터 상기 제1, 2본체(31,32)와 상기 심봉(33)을 용이하게 분리시킬 수 있을 것이다.

상기 전극롤 권취용 맨드릴(3)이 상기 전극롤(4)에서 빼내어 제거되고, 상기 전극롤(4)이 프레싱 작업에 의하여 눌려지면 상기 전극롤(4)이 완성된다.

상기의 설명에서는 선단 세퍼레이터를 가지도록, 양극판, 음극판, 및 세퍼레이터를 교대로 적층한 후에 한꺼번에 전극조립체가 공급되면서, 전극롤을 권취하는 방법에 대해서 언급하였으나, 다른 권취 방법이 적용될 수 도 있을 것이다. 예를 들면, 먼저 소정의 길이를 가지는 세퍼레이터의 중간부가 상기 전극롤 권취용 맨드릴(3)에 고정되고, 상기 맨드릴(3)을 지지하는 상기 지지수단(34)을 고정한 회전수단을 회전시켜 상기 선단 세퍼레이터를 고정한 상기 맨드릴(3)이 회전되도록 하고, 양쪽에서 각각 양극판과 음극판이 공급되면서 상기 전극롤(4)이 권취되는 방법이 있을 수 있다. 이러한 권취 방법을 사용하는 경우에도 마찬가지로 본 발명의 구성을 가지는 전극롤 권취용 맨드릴(3)이 적용될 수 있을 것이다.

이상에서 설명한 본 발명의 이차전지의 전극롤 권취용 맨드릴은 다음과 같은 효과를 갖는다.

상기 맨드릴 본체가 일렬로 나란히 배열되어 두 겹의 상기 본체를 가지는 종래 맨드릴에 비하여 두께가 얇아져, 본 발명에 의한 전극롤 권취용 맨드릴을 사용하여 제작되는 전극롤의 두께를 최소화시킬 수 있다.

또한, 전극롤의 두께가 최소화되어 완성된 전극롤의 형태가 좋아질 수 있다.

또한, 전극롤의 두께가 최소화되어 프레스 작업 후에 발생하는 내부 세퍼레이터가 접히거나, 극판의 당김으로 인한 접힘을 최소화시킬 수 있다.

또한, 상기 맨드릴과 맨드릴 사이에 존재하는 공간을 줄여, 전극조립체를 감아 돌릴 때 상기 전극조립체의 장력에 의해 발생하는 원주의 변화를 최소화시킬 수 있다.

또한, 상기와 같은 이유로 인하여, 완성된 전지의 성능을 향상시킬 수 있다.

본 발명은 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

Claims (3)

1. 소정의 폭을 가지는 판상의 부재들이 폭방향으로 일렬로 나란히 소정간격 이격되어 설치되고, 양극판, 음극판, 상기 양극판과 상기 음극판 사이에 개재되는 세퍼레이터를 교대로 겹쳐 감아 돌려 전극롤을 형성하는 제1,2본체와;

   상기 제1본체와 제2본체 사이에 삽입되어 상기 세퍼레이터를 고정하는 심봉과;

   상기 제1,2 본체의 일단과 상기 심봉의 일단이 삽입되도록 지지홈이 형성되고, 상기 제1,2본체와 상기 심봉을 상기 지지홈에 고정 및 이탈시키는 지지수단;을 구비하는 것을 특징으로 하는 전극롤 권취용 맨드릴.
2. 제1항에 있어서,

   상기 심봉의 단면이 타원형으로 되어 된 것을 특징으로 하는 전극롤 권취용 맨드릴.
3. 제1항에 있어서,

   상기 심봉이 길이 방향으로 테이퍼가 형성되어 된 것을 특징으로 하는 전극롤 권취용 맨드릴.

Images