KR101980226B1 - 이차전지 전극 롤 프레스 장치 - Google Patents

이차전지 전극 롤 프레스 장치 Download PDF

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김준섭
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(주)피엔티
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Abstract

일 방향으로 진행하는 이차전지 전극을 한 쌍의 롤러 사이를 통과시켜 압착하는 이차전지 전극 롤 프레스 장치가 개시된다. 개시된 이차전지 전극 롤 프레스 장치는, 각각 원통형의 압착 롤러 보디, 및 양 단부가 압착 롤러 보디의 길이 방향 양 측 말단을 관통하여 돌출된 압착 롤러 샤프트를 구비하고, 서로 평행하게 배치된 상부 및 하부 압착 롤러, 상부 및 하부 압착 롤러의 한 쌍의 압착 롤러 보디 사이 간격이 미리 정한 값이 되도록 상부 및 하부 압착 롤러 중 적어도 하나의 압착 롤러 샤프트의 양 단부를 가압하는 압착 롤러 가압 액추에이터, 및 이차전지 전극이 상부 및 하부 압착 롤러의 한 쌍의 압착 롤러 보디 사이를 통과할 때 한 쌍의 압착 롤러 보디 사이 간격이 미리 정한 값보다 벌어지지 않도록, 상부 압착 롤러의 압착 롤러 보디를 상측에서 밀착 지지하는 상부 지지 롤러, 및 하부 압착 롤러의 압착 롤러 보디를 하측에서 밀착 지지하는 하부 지지 롤러를 구비한다. 상부 지지 롤러 및 하부 지지 롤러는 각각, 대응되는 압착 롤러 보디에 밀착되는 원통형의 지지 롤러 보디를 구비한다. 상부 및 하부 지지 롤러 보디는 각각, 대응되는 압착 롤러 보디와 평행하게 연장되나 대응되는 압착 롤러 보디보다 길이는 짧으며, 대응되는 압착 롤러 보디의 길이 방향으로 중앙부에 배치된다.

Description

이차전지 전극 롤 프레스 장치{Apparatus for roll-pressing electrode of secondary battery}
본 발명은 일 방향으로 진행하는 이차전지 전극을 한 쌍의 롤러 사이를 통과시켜 압착하는 이차전지 전극 롤 프레스 장치에 관한 것이다.
이차전지는 재충전(recharging)이 가능한 전지로서, 전해질 중의 이온이 분리막(separator)에 의해 절연된 양극과 음극의 사이를 이동함으로써 충전 및 방전을 반복하도록 구성된다. 이차전지의 양극 및 음극과 같은 전극은 공통적으로, 금속 재질의 전극 집전체와, 전극 집전체 상에 전극 활물질이 도포되어 형성된 전극 활물질층을 구비한다. 전극 집전체는 예컨대, 알루미늄(Al) 또는 구리(Cu)로 이루어진 시트(sheet)나 포일(foil)일 수 있다.
이차전지 전극은 전극 활물질층이 전극 집전체 상에 도포된 후 견고하게 들러붙도록 한 쌍의 롤러를 구비한 롤 프레스 장치에 의해 가압된다. 상기 롤 프레스 장치는 전극 활물질층의 집적도를 높여 이차전지의 전기 용량이 증대되도록 상기 전극 활물질층을 고압으로 압착한다.
도 1은 종래의 이차전지 전극 롤 프레스 장치의 일 예를 도시한 구성도이다. 도 1을 참조하면, 종래의 이차전지 전극 롤 프레스 장치(1)는 서로 마주보게 배치된 상부 압착 롤러(2) 및 하부 압착 롤러(5)를 구비한다. 상부 압착 롤러(2)와 하부 압착 롤러(5)는 각각, 금속 소재로 된 원통형의 롤러 보디(roller body)(3, 6)와, 양 단부가 상기 롤러 보디(3, 6)의 길이 방향 양 측 말단을 관통하여 돌출된 롤러 샤프트(4, 7)를 구비한다. 상기 한 쌍의 롤러 샤프트(4, 7)의 축선은 서로 평행하고, 한 쌍의 롤러 보디(3, 6) 사이는 일정한 간격으로 이격된다. 도 1에서 상기 한 쌍의 롤러 보디(3, 6) 사이의 간격은 실제의 경우보다 과장되게 도시되어 있다. 상기 일정한 간격은 상기 한 쌍의 롤러 보디(3, 6) 사이를 통과하면서 압착되어 배출되는 이차전지 전극(10)의 두께에 대응된다. 도 1에서 이점 쇄선이 이차전지 전극(10)이 통과하지 않는 상태에서 일정한 간격을 유지하고 있는 한 쌍의 롤러 보디(3, 6)를 나타낸다.
예를 들어, 하부 압착 롤러(5)는 상하 방향, 즉 Z축과 평행한 방향으로는 움직이지 않게 고정되고, 상부 압착 롤러(2)는 상하 방향으로 움직일 수 있게 지지될 수 있다. 그리고, 상기 상부 압착 롤러(2)의 롤러 샤프트(4) 양 단부에 유압 실린더(미도시)의 압력이 전달되어 상기 한 쌍의 롤러 보디(3, 6) 사이의 간격이 미리 지정된 간격으로 유지되도록 구성된다. 그런데, 상기 이차전지 전극(10)에 포함된 금속 소재의 전극 집전체는 상기 한 쌍의 롤러 보디(3, 6)를 통과하기 전과 후에 두께 변화가 크지 않다. 또한, 상기 이차전지 전극(10)은 한 쌍의 롤러 보디(3, 6)의 길이 방향, 즉 X축과 평행한 방향을 따라 일 측으로 치우쳐서 한 쌍의 롤러 보디(3, 6) 사이를 통과하지 않고, 상기 한 쌍의 롤러 보디(3, 6)의 중앙부 영역으로 통과한다.
따라서, 이차전지 전극(10)이 한 쌍의 롤러 보디(3, 6) 사이를 통과할 때 한 쌍의 롤러 보디(3, 6)가 도 1에서 실선으로 도시된 바와 같이 휘어지게 변형된다. 즉, 한 쌍의 롤러 보디(3, 6)의 길이 방향으로 중앙부 사이의 간격이 양 단부 사이의 간격보다 커지게 된다. 이로 인해, 상기 한 쌍의 롤러 보디(3, 6) 사이를 통과한 이차전지 전극(10)의 두께가 폭 방향으로 균일하지 않게 되는 문제가 있다.
이러한 문제를 완화하기 위하여 롤러 보디의 직경이 큰 상부 압착 롤러와 하부 압착 롤러를 사용하는 경우도 있으나, 장치가 커져서 설치의 어려움이 발생하고 원가가 상승하며, 이차전지 전극이 한 쌍의 롤러 보디를 통과할 때 진동이 발생하여 이차전지 전극 두께를 균일하게 하는 효과가 여전히 만족스럽지 못하다.
대한민국 등록특허공보 제10-1756501호
본 발명은, 마스터 롤러의 직경을 확대하지 않고도 이차전지 전극을 고압으로 압착하고 두께를 균일하게 압착하는, 이차전지 전극 롤 프레스 장치를 제공한다.
본 발명은, 각각 원통형의 압착 롤러 보디(roller body), 및 양 단부가 상기 압착 롤러 보디의 길이 방향 양 측 말단을 관통하여 돌출된 압착 롤러 샤프트(roller shaft)를 구비하고, 서로 평행하게 배치된 상부 및 하부 압착 롤러, 상기 상부 및 하부 압착 롤러의 한 쌍의 압착 롤러 보디 사이 간격이 미리 정한 값이 되도록 상기 상부 및 하부 압착 롤러 중 적어도 하나의 압착 롤러 샤프트의 양 단부를 가압하는 압착 롤러 가압 액추에이터(actuator), 및 이차전지 전극이 상기 상부 및 하부 압착 롤러의 한 쌍의 압착 롤러 보디 사이를 통과할 때 상기 한 쌍의 압착 롤러 보디 사이 간격이 상기 미리 정한 값보다 벌어지지 않도록, 상기 상부 압착 롤러의 압착 롤러 보디를 상측에서 밀착 지지하는 상부 지지 롤러, 및 상기 하부 압착 롤러의 압착 롤러 보디를 하측에서 밀착 지지하는 하부 지지 롤러를 구비하고, 상기 상부 지지 롤러 및 하부 지지 롤러는 각각, 대응되는 압착 롤러 보디에 밀착되는 원통형의 지지 롤러 보디를 구비하고, 상기 상부 및 하부 지지 롤러 보디는 각각, 상기 대응되는 압착 롤러 보디와 평행하게 연장되나 상기 대응되는 압착 롤러 보디보다 길이는 짧으며, 상기 대응되는 압착 롤러 보디의 길이 방향으로 중앙부에 배치되는 이차전지 전극 롤 프레스 장치를 제공한다.
본 발명의 이차전지 전극 롤 프레스 장치는, 상기 상부 지지 롤러 보디가 상기 상부 압착 롤러 보디에 의해 밀려 상향 이동하지 않도록 상기 상부 지지 롤러를 가압하는 상부 지지 롤러 가압 액추에이터, 및 상기 하부 지지 롤러 보디가 상기 하부 압착 롤러 보디에 의해 밀려 하향 이동하지 않도록 상기 하부 지지 롤러를 가압하는 하부 지지 롤러 가압 액추에이터를 더 구비할 수 있다.
상기 상부 및 하부 지지 롤러는 각각, 양 단부가 자신의 지지 롤러 보디의 길이 방향 양 측 말단을 관통하여 돌출된 지지 롤러 샤프트를 구비하고, 본 발명의 이차전지 전극 롤 프레스 장치는, 상기 상부 및 하부 지지 롤러의 지지 롤러 샤프트 양 단부를 회전 가능하게 지지하는 상부 및 하부 지지 롤러 브라켓를 더 구비하고, 상기 상부 지지 롤러 가압 액추에이터는 상기 상부 지지 롤러 브라켓을 유압에 의해 가압하는 상부 지지 롤러용 유압 실린더(hydraulic cylinder)를 구비하고, 상기 하부 지지 롤러 가압 액추에이터는 상기 하부 지지 롤러 브라켓을 유압에 의해 가압하는 하부 지지 롤러용 유압 실린더를 구비할 수 있다.
상기 상부 지지 롤러 및 하부 지지 롤러는 각각 한 쌍씩 구비되고, 상기 한 쌍의 상부 지지 롤러 및 한 쌍의 하부 지지 롤러는 각각, 앞뒤로 서로 같은 높이에 배열될 수 있다.
본 발명의 이차전지 전극 롤 프레스 장치는, 상기 상부 및 하부 지지 롤러의 지지 롤러 보디 외주면에 뭍은 이물질을 제거하는 상부 및 하부 클리닝 롤러(cleaning roller)를 더 구비하고, 상기 상부 및 하부 클리닝 롤러는 상기 상부 및 하부 지지 롤러와 일대일 대응되게 상기 상부 및 하부 지지 롤러의 개수와 같은 개수로 구비되고, 상기 상부 및 하부 클리닝 롤러는 각각, 대응되는 지지 롤러 보디의 외주면에 접촉하여 회전하는 원통형의 클리닝 롤러 보디를 구비할 수 있다.
상기 클리닝 롤러 보디의 외주면에는 탈착 가능한 점착 테이프 및 부직포(nonwoven fabrics) 중의 하나가 부착될 수 있다.
상기 압착 롤러 가압 액추에이터는, 상기 상부 및 하부 압착 롤러 중 하나의 압착 롤러 샤프트의 양 단부를 각각 유압에 의해 가압하는 한 쌍의 압착 롤러용 유압 실린더를 구비하고, 상기 상부 및 하부 압착 롤러 중 나머지 하나는 자신의 압착 롤러 샤프트를 중심으로 회전은 할 수 있으나, 직선 이동은 할 수 없도록 지지될 수 있다.
상기 한 쌍의 압착 롤러용 유압 실린더 각각에 유입 및 유출되는 작동유의 유량은 서보 밸브(servo valve)에 의해 제어될 수 있다.
상기 지지 롤러 보디의 길이는 대응되는 압착 롤러 보디의 길이의 30 내지 70% 일 수 있다.
본 발명의 이차전지 전극 롤 프레스 장치는, 압착 롤러의 직경을 큰 것으로 변경하지 않고도 이차전지 전극을 고압으로 압착할 수 있고, 이차전지 전극의 두께를 폭 방향으로 균일하게 되도록 가압할 수 있다. 이에 따라, 이차전지 전극이 얇고 균일한 두께로 고밀도로 집적된다. 따라서, 상기 이차전지 전극을 적층하거나 겹쳐지게 접어서 고용량의 이차전지를 제조할 수 있으며, 상기 이차전지의 품질의 신뢰성이 향상된다. 즉, 상기 이차전지의 사용시에 쇼트(short circuit) 및 그로 인한 화재가 예방된다.
도 1은 종래의 이차전지 전극 롤 프레스 장치의 일 예를 도시한 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 이차전지 전극 롤 프레스 장치의 구성도로서, 전방에서 본 도면이다.
도 3은 도 2를 III-III에 따라 절개 도시한 단면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른, 이차전지 전극 롤 프레스 장치를 상세하게 설명한다. 본 명세서에서 사용되는 용어(terminology)들은 본 발명의 바람직한 실시예를 적절히 표현하기 위해 사용된 용어들로서, 이는 사용자 또는 운용자의 의도 또는 본 발명이 속하는 분야의 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 따라서, 본 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 이차전지 전극 롤 프레스 장치의 구성도로서 전방에서 본 도면이고, 도 3은 도 2를 III-III에 따라 절개 도시한 단면도이다. 도 2 및 도 3을 함께 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 이차전지 전극 롤 프레스 장치(20)는 이차전지 전극(10)이 롤투롤(roll-to-roll) 방식으로 끊김 없이 연속적으로 주행하는 도중에 상기 이차전지 전극(10)을 압착하는 장치이다. 이차전지 전극(10)은 예컨대, 알루미늄(Al) 또는 구리(Cu)로 이루어진 시트(sheet)나 포일(foil) 형태의 전극 집전체(11)와, 상기 전극 집전체(11)의 상하 측면에 적층된 전극 활물질층(12)을 구비한다. 상기 전극 활물질층(12)은 전극 활물질이 도포되어 형성된다. 이차전지 전극(10)은 상기 이차전지 전극 롤 프레스 장치(20)를 통과하면서 두께가 TH1에서 TH2로 감소한다. 이때, 금속 재질의 전극 집전체(11)의 두께는 거의 감소하지 않으며, 전극 활물질층(12)의 두께가 많이 감소하게 된다. 또한, 전극 활물질층(12)은 전극 집전체(11)에서 분리되지 않게 전극 집전체(11)의 양 측면에 견고하게 부착된다.
상기 이차전지 전극 롤 프레스 장치(20)는, 상부 및 하부 압착 롤러(21, 31), 압착 롤러 가압 액추에이터, 상부 및 하부 지지 롤러(37, 51), 상부 및 하부 클리닝 롤러(cleaning roller)(41, 55), 상부 및 하부 지지 롤러 브라켓(45, 59), 상부 및 하부 지지 롤러 가압 액추에이터를 구비한다.
상부 및 하부 압착 롤러(21, 31)는 각각 원통형의 압착 롤러 보디(roller body)(22, 32), 및 양 단부가 상기 압착 롤러 보디(22, 32)의 길이 방향 양 측 말단을 관통하여 돌출된 압착 롤러 샤프트(roller shaft)(23, 33)을 구비한다. 상부 및 하부 압착 롤러(21, 31)는 모두 X축과 평행하게 연장되고, 상부 압착 롤러(21)가 하부 압착 롤러(31)보다 상측에 배치된다. 상기 압착 롤러 보디(22, 32)는 예컨대, 알루미늄(Al), 스테인레스스틸(stainless steel) 등 금속 재질로 형성된다. 상기 압착 롤러 보디(22, 32)의 직경은 예컨대, 500mm 일 수 있다.
상부 및 하부 압착 롤러(21, 31)는 별개의 전동 모터(motor)의 동력에 의해 각각 회전하는 롤러일 수 있다. 또는, 하부 압착 롤러(31)는 전동 모터(미도시)의 동력에 의해 회전하는 롤러이고, 상부 압착 롤러(21)는 하부 압착 롤러(31)와의 사이에 이차전지 전극(10)을 개재한 채 하부 압착 롤러(31)의 압착 롤러 보디(32)에 밀착되어 종동 회전하는 롤러일 수 있다. 하부 압착 롤러(31)의 압착 롤러 샤프트(33) 양 단부는 베어링(bearing)(34)이 개재된 채 지지대(35)에 의해 지지된다. 이에 따라, 하부 압착 롤러(31)는 X축과 평행한 자신의 압착 롤러 샤프트(33)를 중심으로 회전할 수는 있으나, X축, Y축, 및 Z축과 평행한 방향으로 직선 이동할 수는 없다.
상기 압착 롤러 가압 액추에이터는 상부 및 하부 압착 롤러(21, 31)의 한 쌍의 압착 롤러 보디(22, 32) 사이 간격(GP)이 미리 정한 값이 되도록 상부 압착 롤러(21)의 압착 롤러 샤프트(23) 양 단부를 가압한다. 상기 압착 롤러 가압 액추에이터는, 상기 상부 압착 롤러(21)의 압착 롤러 샤프트(23) 양 단부를 각각 유압에 의해 가압하는 한 쌍의 압착 롤러용 유압 실린더(27)를 포함한다. 부연하면, 한 쌍의 압착 롤러용 유압 실린더(27)는 각각 실린더 보디(cylinder body)(28) 및 실린더 로드(rod)(29)를 구비한다. 상기 실린더 보디(28)의 외부에서 내부로 작동유가 유입되거나, 반대로 상기 실린더 보디(28) 내부에서 외부로 작동유가 유출될 수 있다. 상기 실린더 로드(29)는 상기 실린더 보디(28) 내부의 작동유의 압력으로 인해 상기 실린더 보디(28) 내부로 삽입되는 방향으로 이동하거나, 반대로 상기 실린더 보디(28)에서 돌출되는 방향으로 이동할 수 있다. 다시 말해, 상기 한 쌍의 실린더 로드(29)는 Z축 양(+)의 방향과 평행하게 상승하거나, Z축 음(-)의 방향과 평행하게 하강할 수 있다.
상기 상부 압착 롤러(21)의 압착 롤러 샤프트(23) 양 단부는 베어링(24)이 개재된 채 한 쌍의 압착 롤러 지지 브라켓(25)에 지지되고, 상기 한 쌍의 압착 롤러 지지 브라켓(25)은 한 쌍의 실린더 로드(29)의 말단에 결합된다. 이에 따라, 상기 한 쌍의 실린더 로드(29)가 상승하면 상기 한 쌍의 압착 롤러 보디(22, 32) 사이의 간격(GP)이 커지고, 반대로 상기 한 쌍의 실린더 로드(29)가 하강하면 상기 한 쌍의 압착 롤러 보디(22, 32) 사이의 간격(GP)이 작아진다. 이차전지 전극 롤 프레스 장치(20)를 이용한 작업시에 상기 간격(GP)은 목표로 하는 이차전지 전극(10)의 두께(TH2)와 동일하게 설정된다. 이해를 돕기 위하여 도 2 및 도 3에서 상기 간격(GP)은 실제의 한 쌍의 압착 롤러 보디 사이의 간격보다 과장되게 도시될 수 있다.
상기 한 쌍의 압착 롤러 보디(22, 32) 사이의 간격(GP)이 작업자가 미리 정한 값으로 정확하게 제어되도록, 한 쌍의 압착 롤러용 유압 실린더(27)의 실린더 보디(28)로 유입되고 상기 실린더 보디(28)로부터 유출되는 작동유의 유량은 서보 밸브(servo valve)(미도시)에 의해 정밀하게 제어된다.
상부 지지 롤러(37)는 상부 압착 롤러(21)의 압착 롤러 보디(22)를 상측에서 밀착 지지하고, 하부 지지 롤러(51)는 하부 압착 롤러(31)의 압착 롤러 보디(32)를 하측에서 밀착 지지한다. 이차전지 전극(10)이 상부 및 하부 압착 롤러(21, 31)의 한 쌍의 압착 롤러 보디(22, 32) 사이를 통과할 때 상기 한 쌍의 압착 롤러 보디(22, 32) 사이의 간격(GP)이 상기 미리 정한 값보다 벌어지지 않도록 하기 위함이다. 부연하면, 상부 및 하부 압착 롤러(21, 31)는 압착 롤러 샤프트(23, 33)의 양 단부만 승강하지 못하도록 직접 지지되고 있어서 이차전지 전극(10)이 상기 한 쌍의 압착 롤러 보디(22, 32) 사이를 통과할 때 상부 압착 롤러(21)는 중앙부가 상측으로 돌출되도록 휘어지고, 하부 압착 롤러(31)는 중앙부가 하측으로 돌출되도록 휘어질 수 있다. 그러므로, 상부 지지 롤러(37)가 상부 압착 롤러(21)의 압착 롤러 보디(22)를 상측에서 밀착하여 받쳐주고, 하부 지지 롤러(51)가 하부 압착 롤러(31)의 압착 롤러 보디(32)를 하측에서 밀착하여 받쳐줌으로써, 상부 및 하부 압착 롤러(21, 31)의 휘어짐이 억제된다.
상부 지지 롤러(37)와 하부 지지 롤러(51)는 각각 한 쌍씩 구비된다. 도 3에 도시된 바와 같이, 한 쌍의 상부 지지 롤러(37)는 앞뒤로 서로 같은 높이에 배열된다. 즉, Y축과 평행한 임의의 직선을 따라 일렬로 배열된다. 또한, 한 쌍의 하부 지지 롤러(51)도 앞뒤로 서로 같은 높이에 배열된다. 상부 및 하부 압착 롤러(21, 31)는 ZX 평면과 평행한 전후 대칭 기준 평면(CF)을 중심으로 전후 대칭되는 형상이다. 상기 한 쌍의 상부 지지 롤러(37)는 상기 전후 대칭 기준 평면(CF)을 중심으로 앞과 뒤에 하나씩 전후 대칭되게 배열된다. 상기 한 쌍의 하부 지지 롤러(51)도 또한 상기 전후 대칭 기준 평면(CF)을 중심으로 앞과 뒤에 하나씩 전후 대칭되게 배열된다. 이에 따라, 상기 상부 압착 롤러 보디(22)의 곡률에 무관하게 한 쌍의 상부 지지 롤러(37)가 균일하게 분산된 하중으로 상기 상부 압착 롤러 보디(22)를 지지할 수 있고, 상기 하부 압착 롤러 보디(32)의 곡률에 무관하게 한 쌍의 하부 지지 롤러(51)가 균일하게 분산된 하중으로 상기 하부 압착 롤러 보디(32)를 지지할 수 있다.
상부 및 하부 지지 롤러(37, 51)는 각각, 대응되는 상부 및 하부 압착 롤러 보디(22, 32)에 밀착되는 원통형의 지지 롤러 보디(38, 52), 및 양 단부가 상기 지지 롤러 보디(38, 52)의 길이 방향 양 측 말단을 관통하여 돌출된 지지 롤러 샤프트(39, 53)를 구비한다. 상기 지지 롤러 보디(38, 52)는 압착 롤러 보디(22, 32)와 마찬가지로 예컨대, 알루미늄(Al), 스테인레스스틸(stainless steel) 등 금속 재질로 형성된다. 상기 지지 롤러 보디(38, 52)의 직경은 예컨대, 200mm 일 수 있다.
상기 상부 및 하부 지지 롤러 보디(38, 52)는 각각, 대응되는 상부 및 하부 압착 롤러 보디(22, 32)와 평행하게 연장되나 상기 대응되는 상부 및 하부 압착 롤러 보디(22, 32)보다 길이는 짧으며, 상기 대응되는 상부 및 하부 압착 롤러 보디(22, 32)의 길이 방향으로 중앙부에 배치된다. 부연하면, 상부 및 하부 압착 롤러(21, 31)는 YZ 평면과 평행한 좌우 대칭 기준 평면(CW)을 중심으로 좌우 대칭되는 형상이다. 상기 한 쌍의 상부 지지 롤러 보디(38) 각각은 상기 좌우 대칭 기준 평면(CW)을 중심으로 좌우 대칭되게 배열된다. 상기 한 쌍의 하부 지지 롤러 보디(52) 각각도 상기 좌우 대칭 기준 평면(CW)을 중심으로 좌우 대칭되게 배열된다.
바람직하게는, 상부 및 하부 지지 롤러 보디(38, 52)의 길이(LS1, LS2)는 대응되는 상부 및 하부 압착 롤러 보디(22, 32)의 길이(LP1, LP2)의 30 내지 70% 일 수 있다. 상기 상부 및 하부 지지 롤러 보디(38, 52)의 길이(LS1, LS2)가 상기 상부 및 하부 압착 롤러 보디(22, 32)의 길이(LP1, LP2)의 30% 보다 작으면, 즉 너무 짧으면, 이차전지 전극(10)이 상부 및 하부 압착 롤러 보디(22, 32) 사이를 통과할 때 상부 및 하부 지지 롤러 보디(38, 52)에 의해 지지되지 않은 상부 및 하부 압착 롤러 보디(22, 32)의 부분이 휘어지고, 이에 따라 이차전지 전극(10)의 두께(TH2)가 폭 방향, 즉 X축과 평행한 방향을 따라 균일하지 않게 될 수 있다.
반면에, 상기 상부 및 하부 지지 롤러 보디(38, 52)의 길이(LS1, LS2)가 상기 상부 및 하부 압착 롤러 보디(22, 32)의 길이(LP1, LP2)의 70% 보다 크면, 즉 너무 길면, 이차전지 전극(10)이 상부 및 하부 압착 롤러 보디(22, 32) 사이를 통과할 때 상기 상부 및 하부 지지 롤러 보디(38, 52)가 한 쌍의 상부 및 하부 압착 롤러 보디(22, 32)를 견고하게 지지하지 못하고 상기 상부 및 하부 압착 롤러 보디(22, 32)와 함께 휘어져서, 이차전지 전극(10)의 두께(TH2)가 균일하지 않게 될 수 있다.
상기 상부 지지 롤러 가압 액추에이터는 한 쌍의 상부 지지 롤러(37)의 지지 롤러 보디(38)가 상부 압착 롤러 보디(22)에 의해 밀려 상향 이동하지 않도록 상기 한 쌍의 상부 지지 롤러(37)를 가압한다. 즉, 상기 상부 지지 롤러 가압 액추에이터가 없으면 상부 및 하부 압착 롤러(21, 31) 사이로 이차전지 전극(10)이 통과할 때 상부 압착 롤러 보디(22)가 휘어지면서 상부 지지 롤러(37)가 상측으로 밀릴 수 잇다.
상기 상부 지지 롤러 브라켓(45)은 상기 한 쌍의 상부 지지 롤러(37)의 지지 롤러 샤프트(39) 양 단부를 회전 가능하게 지지한다. 도 2 및 도 3에 명확히 도시되어 있지는 않지만, 한 쌍의 상부 지지 롤러 샤프트(39)의 양 단부는 베어링(미도시)이 개재된 채 상부 지지 롤러 브라켓(45)에 의해 지지된다. 따라서, 상기 한 쌍의 상부 지지 롤러(37)는 상부 압착 롤러(21)가 회전하면 접촉 마찰에 의해 종동 회전한다.
상기 상부 지지 롤러 가압 액추에이터는 상부 지지 롤러 브라켓(45)을 유압에 의해 가압하는 상부 지지 롤러용 유압 실린더(47)를 구비한다. 상부 지지 롤러용 유압 실린더(47)는 실린더 보디(48) 및 실린더 로드(49)를 구비한다. 상기 실린더 보디(48)의 외부에서 내부로 작동유가 유입되거나, 반대로 상기 실린더 보디(48) 내부에서 외부로 작동유가 유출될 수 있다. 상기 실린더 로드(49)의 말단, 즉 하단은 상기 상부 지지 롤러 브라켓(45)에 결합된다.
상기 실린더 로드(49)는 상기 실린더 보디(48) 내부의 작동유의 압력으로 인해 상기 실린더 보디(48) 내부로 삽입되는 방향으로 이동하거나, 반대로 상기 실린더 보디(48)에서 돌출되는 방향으로 이동할 수 있다. 다시 말해, 상기 실린더 로드(49)는 Z축 양(+)의 방향과 평행하게 상승하거나, Z축 음(-)의 방향과 평행하게 하강할 수 있다. 이에 따라, 상기 실린더 로드(49)가 하강하면 상부 지지 롤러 브라켓(45)에 지지된 한 쌍의 상부 지지 롤러(37)의 지지 롤러 보디(38)가 하강하여 상부 압착 롤러(21)의 압착 롤러 보디(22)에 밀착된다. 반대로, 상기 실린더 로드(49)가 상승하면 상부 지지 롤러 브라켓(45)에 지지된 한 쌍의 상부 지지 롤러(37)의 지지 롤러 보디(38)가 상승하여 상부 압착 롤러(21)의 압착 롤러 보디(22)에서 이격된다.
상기 하부 지지 롤러 가압 액추에이터는 한 쌍의 하부 지지 롤러(51)의 지지 롤러 보디(52)가 하부 압착 롤러 보디(32)에 의해 밀려 하향 이동하지 않도록 상기 한 쌍의 하부 지지 롤러(51)를 가압한다. 즉, 상기 하부 지지 롤러 가압 액추에이터가 없으면 상부 및 하부 압착 롤러(21, 31) 사이로 이차전지 전극(10)이 통과할 때 하부 압착 롤러 보디(32)가 휘어지면서 하부 지지 롤러(51)가 하측으로 밀릴 수 잇다.
상기 하부 지지 롤러 브라켓(59)은 상기 한 쌍의 하부 지지 롤러(51)의 지지 롤러 샤프트(53) 양 단부를 회전 가능하게 지지한다. 도 2 및 도 3에 명확히 도시되어 있지는 않지만, 한 쌍의 하부 지지 롤러 샤프트(53)의 양 단부는 베어링(미도시)이 개재된 채 하부 지지 롤러 브라켓(59)에 의해 지지된다. 따라서, 상기 한 쌍의 하부 지지 롤러(51)는 하부 압착 롤러(31)가 회전하면 접촉 마찰에 의해 종동 회전한다.
상기 하부 지지 롤러 가압 액추에이터는 하부 지지 롤러 브라켓(59)을 유압에 의해 가압하는 하부 지지 롤러용 유압 실린더(61)를 구비한다. 하부 지지 롤러용 유압 실린더(61)는 실린더 보디(62) 및 실린더 로드(63)를 구비한다. 상기 실린더 보디(62)의 외부에서 내부로 작동유가 유입되거나, 반대로 상기 실린더 보디(62) 내부에서 외부로 작동유가 유출될 수 있다. 상기 실린더 로드(63)의 말단, 즉 상단은 상기 상부 지지 롤러 브라켓(59)에 결합된다.
상기 실린더 로드(63)는 상기 실린더 보디(62) 내부의 작동유의 압력으로 인해 상기 실린더 보디(62) 내부로 삽입되는 방향으로 이동하거나, 반대로 상기 실린더 보디(62)에서 돌출되는 방향으로 이동할 수 있다. 다시 말해, 상기 실린더 로드(63)는 Z축 양(+)의 방향과 평행하게 상승하거나, Z축 음(-)의 방향과 평행하게 하강할 수 있다. 이에 따라, 상기 실린더 로드(63)가 상승하면 하부 지지 롤러 브라켓(59)에 지지된 한 쌍의 하부 지지 롤러(51)의 지지 롤러 보디(52)가 상승하여 하부 압착 롤러(31)의 압착 롤러 보디(32)에 밀착된다. 반대로, 상기 실린더 로드(63)가 하강하면 하부 지지 롤러 브라켓(59)에 지지된 한 쌍의 하부 지지 롤러(51)의 지지 롤러 보디(52)가 하강하여 하부 압착 롤러(31)의 압착 롤러 보디(32)에서 이격된다.
상부 및 하부 클리닝 롤러(41, 55)는 상부 및 하부 지지 롤러(37, 51)의 지지 롤러 보디(38, 52)) 외주면에 뭍은 이물질을 제거해준다. 상부 및 하부 압착 롤러(21, 31) 사이로 이차전지 전극(10)이 통과하면서 압착되면, 한 쌍의 압착 롤러 보디(22, 32) 외주면에 전극 활물질이 묻고, 상기 한 쌍의 압착 롤러 보디(22, 32)에 밀착된 상부 및 하부 지지 롤러 보디(38, 52)의 외주면도 상기 전극 활물질과 같은 이물질에 의해 오염될 수 있다. 상기 상부 및 하부 지지 롤러 보디(38, 52)의 오염은 상기 상부 및 하부 압착 롤러 보디(22, 32)를 재오염시킬 수도 있으므로, 상기 상부 및 하부 클리닝 롤러(41, 55)는 상기 상부 및 하부 지지 롤러 보디(38, 52) 외주면에 밀착하여 이물질을 제거한다.
상부 및 하부 클리닝 롤러(41, 55)는 상부 및 하부 지지 롤러(37, 51)와 대응되게 상부 및 하부 지지 롤러(37, 51)의 개수와 같은 개수로 구비된다. 즉, 상부 및 하부 클리닝 롤러(41, 55)는 각각 한 쌍씩 구비된다. 상부 및 하부 클리닝 롤러(41, 55)는 각각, 대응되는 상부 및 하부 지지 롤러 보디(38, 52)의 외주면에 접촉하여 회전하는 원통형의 클리닝 롤러 보디(42, 56), 및 양 단부가 상기 클리닝 롤러 보디(42, 56)의 길이 방향 양 측 말단을 관통하여 돌출된 클리닝 롤러 샤프트(44, 58)를 구비한다. 다시 말해서, 상기 한 쌍의 상부 클리닝 롤러(41)는 상기 한 쌍의 상부 지지 롤러 보디(38)의 외주면에 접촉하여 회전하는 한 쌍의 원통형의 클리닝 롤러 보디(42), 및 양 단부가 상기 한 쌍의 클리닝 롤러 보디(42)의 길이 방향 양 측 말단을 관통하여 돌출된 한 쌍의 클리닝 롤러 샤프트(44)를 구비한다. 또한, 상기 한 쌍의 하부 클리닝 롤러(55)는 상기 한 쌍의 하부 지지 롤러 보디(52)의 외주면에 접촉하여 회전하는 한 쌍의 원통형의 클리닝 롤러 보디(56), 및 양 단부가 상기 한 쌍의 클리닝 롤러 보디(56)의 길이 방향 양 측 말단을 관통하여 돌출된 한 쌍의 클리닝 롤러 샤프트(58)를 구비한다.
상기 상부 지지 롤러 브라켓(45)은 한 쌍의 상부 클리닝 롤러(41)의 클리닝 롤러 샤프트(44) 양 단부를 회전 가능하게 지지하고, 상기 하부 지지 롤러 브라켓(59)은 한 쌍의 하부 클리닝 롤러(55)의 클리닝 롤러 샤프트(58) 양 단부를 회전 가능하게 지지한다. 도 2 및 도 3에 명확히 도시되어 있지는 않지만, 한 쌍의 상부 클리닝 롤러 샤프트(44)의 양 단부는 베어링(미도시)이 개재된 채 상부 지지 롤러 브라켓(45)에 의해 지지되고, 한 쌍의 하부 클리닝 롤러 샤프트(58)의 양 단부는 베어링(미도시)이 개재된 채 하부 지지 롤러 브라켓(59)에 의해 지지될 수 있다. 따라서, 상기 한 쌍의 상부 클리닝 롤러(41) 및 한 쌍의 하부 클리닝 롤러(55)는 대응되는 한 쌍의 상부 지지 롤러(37) 및 한 쌍의 하부 지지 롤러(51)가 회전하면 접촉 마찰에 의해 종동 회전한다. 한편, 도 2 및 도 3에 도시되진 않았으나, 상부 및 하부 클리닝 롤러(41, 55) 각각은, 자신의 클리닝 롤러 보디(42, 56)가 대응되는 상부 및 하부 지지 롤러(37, 51)의 지지 롤러 보디(38, 52)에 밀착되는 방향으로 탄성 바이어스(elastic bias)될 수 있다.
상부 및 하부 클리닝 롤더 보디(42, 56)의 외주면에는 상부 및 하부 지지 롤러 보디(38, 52) 외주면의 이물질을 점착하여 제거하기 위한 점착 테이프(57)가 탈착 가능하게 부착될 수 있다. 도 3에는 하부 클리닝 롤러 보디(56)의 외주면에만 점착 테이프(57)가 부착된 것처럼 확대 도시되어 있으나, 상부 클리닝 롤러 보디(42)의 외주면에도 마찬가지로 점착 테이프가 부착된다. 상기 점착 테이프(57)에 점착 이전된 이물질의 밀도가 높아져 오염되면 오염된 점착 테이프(57)는 새 것으로 교체된다. 한편, 점착 테이프(57) 대신에 상기 상부 및 하부 클리닝 롤러 보디(42, 56) 외주면에는 상부 및 하부 지지 롤러 보디(38, 52) 외주면의 이물질을 정전기에 의해 흡착하여 제거하기 위한 부직포(nonwoven fabrics)가 탈착 가능하게 부착될 수도 있다.
이상에서 설명한 이차전지 전극 롤 프레스 장치(20)는, 상부 및 하부 압착 롤러 보디(22, 32)의 직경을 큰 것으로 변경하지 않고도 이차전지 전극(10)을 고압으로 압착할 수 있고, 이차전지 전극(10)의 두께(TH2)를 폭 방향, 즉 X축과 평행한 방향으로 균일하게 되도록 가압할 수 있다. 이에 따라, 이차전지 전극(10)이 얇고 균일한 두께로 고밀도로 집적된다. 따라서, 상기 이차전지 전극(10)을 적층하거나 겹쳐지게 접어서 고용량의 이차전지를 쉽고 제조할 수 있으며, 상기 이차전지의 품질의 신뢰성이 향상된다. 즉, 상기 이차전지의 사용시에 쇼트(short circuit) 및 그로 인한 화재가 예방된다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 보호범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.
10: 이차전지 전극 20: 이차전지 전극 롤 프레스 장치
21, 31: 상부, 하부 압착 롤러 27: 압착 롤러용 유압 실린더
37, 51: 상부, 하부 지지 롤러 47, 61: 지지 롤러용 유압 실린더
41, 55: 상부, 하부 클리닝 롤러 45, 59: 상부, 하부 지지 롤러 브라켓

Claims (9)

  1. 각각 원통형의 압착 롤러 보디(roller body), 및 양 단부가 상기 압착 롤러 보디의 길이 방향 양 측 말단을 관통하여 돌출된 압착 롤러 샤프트(roller shaft)를 구비하고, 서로 평행하게 배치된 상부 및 하부 압착 롤러; 상기 상부 및 하부 압착 롤러의 한 쌍의 압착 롤러 보디 사이 간격이 미리 정한 값이 되도록 상기 상부 및 하부 압착 롤러 중 적어도 하나의 압착 롤러 샤프트의 양 단부를 가압하는 압착 롤러 가압 액추에이터(actuator); 이차전지 전극이 상기 상부 및 하부 압착 롤러의 한 쌍의 압착 롤러 보디 사이를 통과할 때 상기 한 쌍의 압착 롤러 보디 사이 간격이 상기 미리 정한 값보다 벌어지지 않도록, 상기 상부 압착 롤러의 압착 롤러 보디를 상측에서 밀착 지지하며 상기 상부 압착 롤러의 압착 롤러 보디에 밀착되는 한 쌍의 원통형의 지지 롤러 보디를 구비한 한 쌍의 상부 지지 롤러, 및 상기 하부 압착 롤러의 압착 롤러 보디를 하측에서 밀착 지지하며 상기 하부 압착 롤러의 압착 롤러 보디에 밀착되는 한 쌍의 원통형의 지지 롤러 보디를 구비한 한 쌍의 하부 지지 롤러; 및, 상기 한 쌍의 상부 지지 롤러 보디의 외주면에 뭍은 이물질을 제거하는 한 쌍의 상부 클리닝 롤러, 및 상기 한 쌍의 하부 지지 롤러 보디의 외주면에 뭍은 이물질을 제거하는 한 쌍의 하부 클리닝 롤러;를 구비하고,
    상기 상부 및 하부 지지 롤러의 지지 롤러 보디는 각각, 상기 대응되는 압착 롤러 보디와 평행하게 연장되나 상기 대응되는 압착 롤러 보디보다 길이는 짧으며, 상기 대응되는 압착 롤러 보디의 길이 방향으로 중앙부에 배치되고,
    상기 한 쌍의 상부 클리닝 롤러는 상기 한 쌍의 상부 지지 롤러 보디의 외주면에 접촉하여 회전하는 한 쌍의 원통형의 클리닝 롤러 보디, 및 양 단부가 상기 한 쌍의 클리닝 롤러 보디의 길이 방향 양 측 말단을 관통하여 돌출된 한 쌍의 클리닝 롤러 샤프트를 구비하고,
    상기 한 쌍의 하부 클리닝 롤러는 상기 한 쌍의 하부 지지 롤러 보디의 외주면에 접촉하여 회전하는 한 쌍의 원통형의 클리닝 롤러 보디, 및 양 단부가 상기 한 쌍의 클리닝 롤러 보디의 길이 방향 양 측 말단을 관통하여 돌출된 한 쌍의 클리닝 롤러 샤프트를 구비하고,
    각각의 클리닝 롤러 보디의 외주면에는 탈착 가능한 점착 테이프가 부착된 것을 특징으로 하는 이차전지 전극 롤 프레스 장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 상부 지지 롤러 보디가 상기 상부 압착 롤러 보디에 의해 밀려 상향 이동하지 않도록 상기 상부 지지 롤러를 가압하는 상부 지지 롤러 가압 액추에이터; 및, 상기 하부 지지 롤러 보디가 상기 하부 압착 롤러 보디에 의해 밀려 하향 이동하지 않도록 상기 하부 지지 롤러를 가압하는 하부 지지 롤러 가압 액추에이터;를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 이차전지 전극 롤 프레스 장치.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 상부 및 하부 지지 롤러는 각각, 양 단부가 자신의 지지 롤러 보디의 길이 방향 양 측 말단을 관통하여 돌출된 지지 롤러 샤프트를 구비하고,
    상기 이차전지 전극 롤 프레스 장치는, 상기 상부 및 하부 지지 롤러의 지지 롤러 샤프트 양 단부를 회전 가능하게 지지하는 상부 및 하부 지지 롤러 브라켓;를 더 구비하고,
    상기 상부 지지 롤러 가압 액추에이터는 상기 상부 지지 롤러 브라켓을 유압에 의해 가압하는 상부 지지 롤러용 유압 실린더(hydraulic cylinder)를 구비하고, 상기 하부 지지 롤러 가압 액추에이터는 상기 하부 지지 롤러 브라켓을 유압에 의해 가압하는 하부 지지 롤러용 유압 실린더를 구비하는 것을 특징으로 하는 이차전지 전극 롤 프레스 장치.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 한 쌍의 상부 지지 롤러 및 한 쌍의 하부 지지 롤러는 각각, 앞뒤로 서로 같은 높이에 배열된 것을 특징으로 하는 이차전지 전극 롤 프레스 장치.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 압착 롤러 가압 액추에이터는, 상기 상부 및 하부 압착 롤러 중 하나의 압착 롤러 샤프트의 양 단부를 각각 유압에 의해 가압하는 한 쌍의 압착 롤러용 유압 실린더를 구비하고,
    상기 상부 및 하부 압착 롤러 중 나머지 하나는 자신의 압착 롤러 샤프트를 중심으로 회전은 할 수 있으나, 직선 이동은 할 수 없도록 지지된 것을 특징으로 하는 이차전지 전극 롤 프레스 장치.
  8. 제7 항에 있어서,
    상기 한 쌍의 압착 롤러용 유압 실린더 각각에 유입 및 유출되는 작동유의 유량은 서보 밸브(servo valve)에 의해 제어되는 것을 특징으로 하는 이차전지 전극 롤 프레스 장치.
  9. 제1 항에 있어서,
    상기 지지 롤러 보디의 길이는 대응되는 압착 롤러 보디의 길이의 30 내지 70% 인 것을 특징으로 하는 이차전지 전극 롤 프레스 장치.
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