KR102430866B1 - 전극 조립체 제조장치와, 이를 통해 제조된 전극 조립체 및 이차전지 - Google Patents

전극 조립체 제조장치와, 이를 통해 제조된 전극 조립체 및 이차전지 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전극 조립체 제조장치에 관한 것으로, 본 발명에 따른 전극 조립체 제조장치는, 전극 및 분리막을 스택 테이블(Stack Table) 상에 교대로 적층하되, 분리막을 지그재그로 폴딩하며 분리막 사이사이에 전극을 위치시켜 전극 조립체를 제조하는 장치로서, 상기 스택 테이블로 분리막을 공급하는 분리막 공급부 및 상기 스택 테이블로 공급되는 상기 분리막의 텐션(Tension)을 일정하게 조절하는 분리막 텐션 조절부를 포함하고, 상기 분리막 공급부는 상기 분리막이 권취된 분리막 권취 롤(Roll)을 포함하고, 상기 분리막 텐션 조절부는 상기 분리막 권취 롤의 공급 높이를 조절하며 상기 분리막의 텐션을 조절한다.

Description

전극 조립체 제조장치와, 이를 통해 제조된 전극 조립체 및 이차전지{ELECTRODE ASSEMBLY MANUFACTURING EQUIPMENT, ELECTRODE ASSEMBLY MANUFACTURED FROM THEREOF AND RECHARGEABLE BATTERY}
본 발명은 전극 조립체 제조장치와, 이를 통해 제조된 전극 조립체 및 이차전지에 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 폴딩(Stack & Folding)형으로 대략 분류할 수 있다.
여기서, 스택 앤 폴딩형의 전극 조립체에서 분리막이 지그 재그로 폴딩(Folding)될때, 분리막의 위치별 텐션이 다르기 때문에 통기도 및 함침(wetting)성 산포에 영향을 미치는 문제가 있다.
보다 상세히, 분리막 사이사이로 전극을 스택시키며 분리막을 좌,우로 접어 폴딩하면, 분리막의 가해지는 텐션이 일정하지 않게 되어 분리막에 주름이 발생되는 문제가 있어왔다. 이에 따라, 전극 및 분리막이 불균일하게 적층되어 전극 조립체의 통기도 및 함침성 산포가 높게 되었다. 결국, 전극 조립체의 함침성 및 통기도 산포가 높아 전극 및 분리막 사이를 리튬이온 이동하며 충방전되는 이차전지의 성능이 현저히 저하되는 문제가 있다.
한국 공개특허 제10-2013-0132230호
본 발명의 하나의 관점은 분리막을 지그재그 폴딩하여 전극 조립체를 제조 시, 폴딩되는 분리막의 텐션을 일정하게 유지할 수 있는 전극 조립체 제조장치와, 이를 통해 제조된 전극 조립체 및 이차전지를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 전극 조립체 제조장치는, 전극 및 분리막을 스택 테이블(Stack Table) 상에 교대로 적층하되, 분리막을 지그재그로 폴딩하며 분리막 사이사이에 전극을 위치시켜 전극 조립체를 제조하는 장치로서, 상기 스택 테이블로 분리막을 공급하는 분리막 공급부 및 상기 스택 테이블로 공급되는 상기 분리막의 텐션(Tension)을 일정하게 조절하는 분리막 텐션 조절부를 포함하고, 상기 분리막 공급부는 상기 분리막이 권취된 분리막 권취 롤(Roll)을 포함하고, 상기 분리막 텐션 조절부는 상기 분리막 권취 롤의 공급 높이를 조절하며 상기 분리막의 텐션을 조절할 수 있다.
본 발명에 따르면, 분리막을 지그재그로 폴딩하며 분리막 사이사이에 전극을 위치시켜 전극 조립체를 제조할 때, 분리막 텐션 조절부를 통해 분리막의 텐션을 일정하게 조절할 수 있고, 이로 인해 지그재그 폴딩되는 분리막에 주름이 발생되는 것을 방지할 수 있다. 결국, 전극 및 분리막이 균일하게 적층되어 전극 조립체의 함침성 및 통기도 산포가 작아질 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 텐션 측정기를 통해 분리막의 텐션을 측정하고, 측정된 텐션값을 제어부가 반영하여 분리막 텐션 조절부를 통해 분리막의 텐션을 일정하게 유지할 수 있다. 따라서, 전극 및 분리막이 보다 균일하게 적층되어 전극 조립체의 함침성 및 통기도 산포가 현저히 작아질 수 있고, 전극 조립체를 포함하는 이차전지의 성능이 현저히 향상될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체 제조장치를 예시적으로 나타낸 정면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체 제조장치에서 전극 조립체를 적층시키는 개념을 나타낸 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체 제조장치에서 전극 조립체를 적층한 상태를 나타내는 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체 제조장치의 요부를 예시적으로 나타낸 측면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체 제조장치에서 나사봉과 너트 블록을 나타낸 단면도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체 제조장치에서 스택 테이블에 분리막을 지그재그 폴딩하는 개념을 나타낸 사시도이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전극 조립체 제조장치를 예시적으로 나타낸 정면도이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전극 조립체 제조장치에서 분리막 텐션 조절부를 나타낸 사시도이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 이차전지를 나타낸 단면도이다.
본 발명의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되어지는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예들로부터 더욱 명백해질 것이다. 본 명세서에서 각 도면의 구성요소들에 참조번호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 번호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다. 또한, 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고, 본 발명을 설명함에 있어서, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 관련된 공지 기술에 대한 상세한 설명은 생략하도록 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체 제조장치를 예시적으로 나타낸 정면도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체 제조장치에서 전극 조립체를 적층시키는 개념을 나타낸 사시도이다.
도 1 및 도 2를 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체 제조장치(100)는 전극(13) 및 분리막(14)을 스택 테이블(110) 상에 교대로 적층하여 전극 조립체(10)를 제조하는 장치로서, 스택 테이블(110)로 분리막(14)을 공급하는 분리막 공급부(120) 및 스택 테이블(110)로 공급되는 분리막(14)의 텐션을 일정하게 조절하는 분리막 텐션 조절부(140)를 포함한다. 또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체 제조장치(100)는 분리막(14)의 텐션을 측정하는 텐션 측정기(130)와, 분리막 텐션 조절부(140)를 제어하는 제어부(150) 및 전극(13) 및 분리막(14)을 스택 테이블(110)에 고정하는 고정 지그를 더 포함할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체 제조장치에서 전극 조립체를 적층한 상태를 나타내는 사시도이다.
이하에서, 도 1 내지 도 6을 참조하여, 본 발명의 일 실시예인 전극 조립체 제조장치에 대해 보다 상세히 설명하기로 한다.
도 1 및 도 2를 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체 제조장치(100)는 전극(13) 및 분리막(14)을 스택 테이블(Stack Table)(110) 상에 교대로 적층하되, 분리막(14)을 지그재그로 폴딩하며 분리막(14) 사이사이에 전극(13)을 위치시켜 전극 조립체(10)를 제조하는 장치이다.
여기서, 전극(13)은 제1 전극(11) 및 제2 전극(12)을 포함하여, 전극 조립체 제조장치(100)는 제1 전극(11), 분리막(14), 및 제2 전극(12)을 적층시켜 전극 조립체(10)를 제조할 수 있다.
도 2 및 도 3을 참고하면, 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.
한편, 제1 전극(11)은 제1 전극 탭(11a)이 구비되고, 제2 전극(12)은 제2 전극 탭(12a)이 구비될 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 있음은 물론이다.
양극은 양극 집전체(미도시) 및 양극 집전체에 도포된 양극 활물질(미도시)을 포함할 수 있다. 양극 집전체는 예를 들어 알루미늄 재질의 포일(Foil)로 이루어질 수 있고, 양극 활물질은 예를 들어 리튬망간산화물, 리튬코발트산화물, 리튬니켈산화물, 리튬인산철, 또는 이들 중 1종 이상이 포함된 화합물 및 혼합물 등으로 이루어질 수 있다.
음극은 음극 집전체(미도시) 및 음극 집전체에 도포된 음극 활물질(미도시)을 포함할 수 있다. 음극 집전체는 예를 들어 구리(Cu) 또는 니켈(Ni) 재질로 이루어진 포일(foil)로 이루어질 수 있다. 음극 활물질은 예를 들어 인조흑연, 리튬금속, 리튬합금, 카본, 석유코크, 활성화 카본, 그래파이트, 실리콘 화합물, 주석 화합물, 티타늄 화합물 또는 이들의 합금으로 이루어질 수 있다. 이때, 음극 활물질은 예를 들어 비흑연계의 SiO(silica, 실리카) 또는 SiC(silicon carbide, 실리콘카바이드) 등이 더 포함되어 이루어질 수 있다.
분리막(14)은 절연 재질 및 연성이 있는 재질로 이루어질 수 있다. 이때, 분리막(14)은 예를 들어 미다공성을 가지는 폴리에칠렌, 폴리프로필렌 등 폴리올레핀계 수지막으로 형성될 수 있다.
도 1 및 도 2를 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, 도 1을 참고할 때, 스택 테이블(110)은 좌,우 방향으로 이동하며 분리막(14)을 지그재그(Zig zag)로 폴딩할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체 제조장치의 요부를 예시적으로 나타낸 측면도이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체 제조장치에서 나사봉과 너트 블록을 나타낸 단면도이며, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체 제조장치에서 스택 테이블(110)에 분리막을 지그재그 폴딩하는 개념을 나타낸 사시도이다.
도 1을 참고하면, 분리막 공급부(120)는 스택 테이블(110)로 분리막(14)을 공급할 수 있다.
분리막 공급부(120)는 분리막(14)이 권취된 분리막 권취 롤(Roll)(121)을 포함할 수 있다. 또한, 분리막 공급부(120)는 분리막 권취 롤(121)로부터 풀어지며 스택 테이블(110)로 이동되는 분리막(14)을 지지하는 지지롤(122)을 더 포함할 수 있다.
지지롤(122)은 분리막(14)의 양면을 지지하도록 한 쌍으로 구비될 수 있다. 여기서, 한 쌍의 지지롤(122)은 좌,우 방향으로 나란하게 배치되고, 스택 테이블(110)의 상부 방향으로 일정거리 이격되어 위치될 수 있다.
도 1 및 도 4를참고하면, 분리막 텐션 조절부(140)는 스택 테이블(110)로 공급되는 분리막(14)의 텐션(Tension)을 일정하게 조절할 수 있다. 여기서, 분리막 텐션 조절부(140)는 분리막 권취 롤(121)의 공급 높이를 조절하며 분리막(14)의 텐션을 조절할 수 있다.
또한, 분리막 텐션 조절부(140)는 분리막 권취 롤(121)이 장착되는 지지축(144)을 포함하고, 지지축(144)을 이동시키며 분리막(14)의 텐션을 조절할 수 있다.
아울러, 도 4 및 도 5를 참고하면, 분리막 텐션 조절부(140)는 지지축(144)이 일측부에 장착되고, 내주면에 나사홀(143a)이 형성된 너트 블록(143)(Nut block)과, 너트 블록(143)의 나사홀(143a)에 나사결합되도록 외주면에 나사부(142a)가 형성된 나사봉(142) 및 나사봉(142)을 회전시키는 모터(141)를 더 포함할 수 있다.
모터(141)는 예를 들어 서브 모터(Servo motor) 또는 스텝 모터(Step motor)로 이루어질 수 있다.
여기서, 도 1 및 도 4를 참고하면, 분리막 텐션 조절부(140)는 예를 들어 모터(141)를 일방향으로 회전시키면 너트 블록(143)이 나사봉(142)을 따라 하방향으로 이동될 수 있다. 이때, 너트 블록(143)에 장착된 지지축(144)이 하방향으로 이동되며 지지축(144)에 장착된 분리막 권취 롤(121)이 하방향으로 이동되며 공급 높이를 낮출 수 있다.
한편, 분리막 텐션 조절부(140)는 예를 들어 모터(141)를 타방향으로 회전시키면 너트 블록(143)이 나사봉(142)을 따라 상방향으로 이동될 수 있다. 이때, 너트 블록(143)에 장착된 지지축(144)이 상방향으로 이동되며 지지축(144)에 장착된 분리막 권취 롤(121)이 상방향으로 이동되며 공급 높이를 높일 수 있다.
따라서, 분리막 텐션 조절부(140)는 모터(141)의 회전방향 및 회전량을 조절하며 분리막 권취 롤(121)을 상하방향(H)으로 이동시켜, 분리막(14)의 공급 높이를 조절할 수 있다.
결국, 분리막 텐션 조절부(140)를 통해 분리막(14)의 공급 높이를 조절하여 스택 테이블(110)이 좌우로 이동될 때 분리막(14)의 주름 부위가 발생되는 것을 최소화 또는 방지할 수 있다.
텐션 측정기(130)는 스택 테이블(110)과 분리막 권취 롤(121) 사이에 위치된 분리막(14) 부분에서의 텐션을 측정할 수 있다. 여기서, 텐션 측정기(130)는 분리막 공급부(120)의 지지롤(122)에 구비될 수 있다.
또한, 텐션 측정기(130)는 분리막(14)이 한 쌍의 지지롤(122) 사이를 통과하여 스택 테이블(110)에 지그재그 폴딩될때, 분리막(14)이 지지롤(122)에 가하는 힘을 측정하여 분리막(14)의 텐션값을 측정할 수 있다.
아울러, 텐션 측정기(130)는 예를 들어 댄서 포지션 센서(Dancer position sensor)로 이루어질 수 있다.(댄서 포지션 센서는 몬탈보사의 DSP-P1을 사용하고, 댄서롤(지지롤)에 싱크로 발신기를 취부하여, 동작 중심위치로부터 변위량을 전기신호로 변환하여 인출하여 텐션을 측정할 수 있다.)
도 1, 도 4 및 도 6을 참고하면, 제어부(150)는 텐션 측정기(130)로부터 측정된 분리막(14)의 텐션값에 따라 분리막 텐션 조절부(140)를 제어하여 분리막(14)의 텐션을 조절할 수 있다.
또한, 제어부(150)는 분리막(14)의 텐션 측정값을 0.01초 이하의 간격으로 판별하며 분리막 텐션 조절부(140)의 모터(141)의 회전량을 조절하여, 분리막 권취 롤(121)의 공급 높이를 조절할 수 있다.
여기서, 제어부(150)는 분리막 텐션 조절부(140)에서 모터(141)의 일방향 회전량 및 타방향 회전량을 조절하며, 분리막 권취 롤(121)을 상하방향(H)으로 이동시켜, 분리막(14)의 공급 높이를 조절할 수 있다.
아울러, 제어부(150)는 텐션 기준값이 저장된 메모리(미도시)를 포함할 수 있다. 이에 따라, 제어부(150)는 메모리에 저장된 텐션 기준값과 텐션 측정기(130)로부터 측정된 텐션 측정값을 비교하며 분리막 텐션 조절부(140)를 제어하여 분리막(14)의 공급 높이를 조절할 수 있다.
이때, 제어부(150)는 예를 들어 분리막(14)의 텐션 측정값이 메모리에 저장된 텐션 기준값 보다 작으면 분리막 권취 롤(121)을 상방향으로 이동시키고, 분리막(14)의 텐션 측정값이 메모리에 저장된 텐션 기준값 보다 크면 분리막 권취 롤(121)을 하방향으로 이동시킬 수 있다.
따라서, 제어부(150)는 텐션 측정기(130)를 통해 분리막(14)의 텐션을 측정하여, 분리막 텐션 조절부(140)를 통해 분리막(14)의 공급 높이를 조절함에 따라, 분리막(14)을 스택 테이블(110)에 적층 시, 분리막(14)이 일정한 텐션을 갖도록 할 수 있다. 결국, 도 1 및 도 6을 참고할 때, 제어부(150)에서 스택 테이블(110)이 좌우로 이동될 때 분리막(14)의 텐션이 변동되며 주름이 생기는 구간(L2)의 발생을 방지하고, 분리막(14)의 텐션이 일정한 구간(L1)을 유지시키도록 0.01초 이하의 간격으로 분리막 텐션 조절부(140)를 제어하여, 전극 조립체(10)의 함침성 및 통기도 산포를 현저히 최소화 시킬 수 있다.
도 1 및 도 6을 참고하면, 고정 지그(160)는 스택 테이블(110)에 전극(13) 및 분리막(14)이 적층될 때마다 전극(13) 및 분리막(14)을 가압하여 스택 테이블(110)에 고정할 수 있다.
또한, 고정 지그(160)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.
아울러, 고정 지그(160)는 4개로 이루어져 제1 전극(11) 및 제2 전극(12)의 4 모서리부를 가압할 수 있다.
그리고, 고정 지그(160)는 제1 전극(11) 및 제2 전극(12)의 일측부를 가압하는 제1 지그(161,162) 또는 제1 전극(11) 및 제2 전극(12)의 타측부를 가압하는 제2 지그(163,164)를 포함할 수 있다. 여기서, 제1 지그(161,162) 및 제2 지그(163,164)는 제1 전극(11) 및 제2 전극(12)의 적층 시 교대로 제1 전극(11) 및 제2 전극(12)을 교대로 가압할 수 있다.
도 1 및 도 2를 참고하면, 제1 전극 공급부(170)는 제1 전극(11)을 스택 테이블(110)로 공급할 수 있다.
또한, 제1 전극 공급부(170)는 제1 전극(11)이 시트(Sheet) 형태로 권취되는 제1 전극 롤(171)과, 제1 전극 롤(171)에 권취된 시트 형태의 제1 전극(11)이 풀어지며 공급될 때 일정간격으로 절단하여 소정 크기의 제1 전극(11)을 형성시키는 제1 커터(cutter)(172)와, 제1 커터(172)에 절단된 제1 전극(11)을 이동시키는 제1 컨베이어 벨트(conveyer belt)(173)와, 제1 컨베이어 벨트(173)에 의해 이송되는 제1 전극(11)을 진공 흡착하여 스택 테이블(110)에 적층시키는 제1 전극 공급 헤드(174)를 더 포함할 수 있다. 여기서, 제1 커터(172)는 시트(Sheet) 형태의 제1 전극(11)을 절단 시 단부에 제1 전극 탭(11a)이 돌출형성되도록 커팅 할 수 있다.
제2 전극 공급부(180)는 제2 전극(12)을 스택 테이블(110)로 공급할 수 있다.
또한, 제2 전극 공급부(180)는 제2 전극(12)이 시트(Sheet) 형태로 권취되는 제2 전극 롤(181)과, 제2 전극 롤(181)에 권취된 시트 형태의 제2 전극(12)이 풀어지며 공급될 때 일정간격으로 절단하여 소정 크기의 제2 전극(12)을 형성시키는 제2 커터(182)와, 제2 커터(182)에 절단된 제2 전극(12)을 이동시키는 제2 컨베이어 벨트(183)와, 제2 컨베이어 벨트(183)에 의해 이송되는 제2 전극(12)을 진공 흡착하여 스택 테이블(110)에 적층시키는 제2 전극 공급 헤드(184)를 더 포함할 수 있다. 여기서, 제2 커터(182)는 시트 형태의 제2 전극(12)을 절단 시 단부에 제2 전극 탭(12a)이 돌출형성되도록 커팅 할 수 있다.
이하에서 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체 제조장치(100)의 작동을 설명하기로 한다.
도 1 및 도 6을 참고하면, 분리막 권취 롤(121)에 권취된 분리막(14)이 풀어지며 한 쌍의 분리막 지지롤(122) 사이를 통과하며 스택 테이블(110)로 공급되고, 스택 테이블(110)이 좌,우로 이동하며 분리막(14)을 지그재그로 폴딩시킨다. 또한, 스택 테이블(110)이 좌,우로 이동 시 제1 전극 공급부(170) 및 제2 전극 공급부(180)로부터 공급되는 제1 전극(11) 및 제2 전극(12)이 분리막(14) 사이사이에 적층된다.
보다 상세히, 도 1 및 도 2를 참고할 때, 스택 테이블(110)이 좌측으로 이동되면, 제1 전극 공급부(170)에 스택 테이블(110)로 제1 전극(11)을 공급하여 적층시키고, 고정 지그(160)가 제1 전극(11)을 가압하여 스택 테이블(110)에 고정할 수 있다. 이후, 스택 테이블(110)이 우측으로 이동되면 분리막 권취 롤(121)에 권취된 분리막(14)이 풀어지며 스택 테이블(110)에 적층된 제1 전극(11)의 상부에 위치되고, 제2 전극 공급부에서 스택 테이블(110)로 제1 전극(11)을 공급하여 분리막(14)을 사이로 제1 전극(11) 및 제2 전극(12)이 위치되도록 제2 전극(12)을 적층하면, 고정 지그(160)가 제2 전극(12)을 가압하여 스택 테이블(110)에 고정할 수 있다. 이후, 스택 테이블(110)을 좌,우로 번갈아 이동시키며 분리막(14) 사이사이에 제1 전극(11) 및 제2 전극(12)이 위치되도록 분리막(14)을 지그재그로 폴딩하며 전극 조립체(10)를 형성시킬 수 있다.
여기서, 스택 테이블(110)이 좌,우로 이동 시, 분리막 권취 롤(121)과 스택 테이블(110) 사이에 위치된 분리막(14)의 텐션을 텐션 측정기(130)가 측정하고, 측정된 텐션값에 따라 분리막 텐션 조절부(140)가 분리막 권취 롤(121)을 상하 이동시키며 분리막(14) 공급 높이를 조절하여 분리막(14)의 텐션을 일정하게 조절할 수 있다.
이하에서 본 발명의 다른 실시예에 따른 전극 조립체 제조장치를 설명하기로 한다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전극 조립체 제조장치를 예시적으로 나타낸 정면도이다.
도 7을 참고하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 전극 조립체 제조장치(200)는 전극(13) 및 분리막(14)을 스택 테이블(110) 상에 교대로 적층하여 전극 조립체(10)를 제조하는 장치로서, 스택 테이블(110)로 분리막(14)을 공급하는 분리막 공급부(120)와, 스택 테이블(110)로 공급되는 분리막(14)의 텐션을 일정하게 조절하는 분리막 텐션 조절부(240)와, 분리막(14)의 텐션을 측정하는 텐션 측정기(130)와, 분리막 텐션 조절부(240)를 제어하는 제어부(150) 및 전극(13) 및 분리막(14)을 스택 테이블(110)에 고정하는 고정 지그(160)를 포함한다.(참조 도 6)
본 발명의 다른 실시예에 따른 전극 조립체 제조장치(200)는 전술한 일 실시예에 따른 전극 조립체 제조장치와 비교할 때, 분리막 텐션 조절부(240)의 구성에 차이가 있다. 따라서, 본 실시예는 일 실시예와 중복되는 내용은 간략히 기술하고, 차이점을 중심으로 기술하도록 한다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전극 조립체 제조장치에서 분리막 텐션 조절부를 나타낸 사시도이다.
보다 상세히, 도 7 및 도 8을 참고하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 전극 조립체 제조장치(200)에서 분리막 텐션 조절부(240)는 스택 테이블(110)로 공급되는 분리막(14)의 텐션(Tension)을 일정하게 조절할 수 있다. 여기서, 분리막 텐션 조절부(240)는 분리막 권취 롤(121)의 공급 높이를 조절하며 분리막(14)의 텐션을 조절할 수 있다.
또한, 분리막 텐션 조절부(240)는 분리막 권취 롤(121)이 장착되는 지지축(244)과, 지지축(244)이 일측부에 장착되고, 내주면에 나사홀이 형성된 너트 블록(243)과, 너트 블록(243)의 나사홀에 나사결합되도록 외주면에 나사부가 형성된 나사봉(242) 및 나사봉(242)을 회전시키는 모터(241)를 포함할 수 있다. 여기서, 모터(241)는 예를 들어 서브 모터(Servo motor) 또는 스텝 모터(Step motor)로 이루어질 수 있다.
아울러, 분리막 텐션 조절부(240)는 베이스(Base)(246)와, 베이스(246)의 일면에 구비된 가이드 레일(Guide rail)(247)과, 가이드 레일(247)에 슬라이딩(sliding) 가능하도록 결합되고, 너트 블록(243)의 타측부가 고정되는 블록 가이드부(245), 및 베이스(246)에 고정되어, 나사봉(242)의 상,하측을 회전가능하게 지지하는 제1 지지부(248) 및 제2 지지부(249)를 더 포함할 수 있다.
베이스(246)는 분리막 텐션 조절부(240)의 각 장치들이 지지되는 지지체를 제공할 수 있다.
가이드 레일(247)은 한 쌍으로 구비되어 베이스(246)의 일면에 나란한 방향으로 고정될 수 있다. 이때, 가이드 레일(247)은 나사봉(242)과 나란한 방향으로 위치될 수 있다.
블록 가이드부(245)는 가이드 레일(247)의 안내를 받으며 가이드 레일(247)의 외면을 따라 상하 방향으로 이동될 수 있다.
제1 지지부(248)는 나사봉(242)의 상측부를 회전가능하게 지지하고, 제2 지지부(249)는 나사봉(242)의 하측부를 회전가능하게 지지할 수 있다.
결국, 본 발명의 다른 실시예에 따른 전극 조립체 제조장치(200)는 베이스(246), 가이드 레일(247), 및 블록 가이드부(245)를 더 포함하여, 너트 블록(243)을 통해 분리막 권취 롤(121)이 장착되는 지지축(244)을 상하 방향으로 보다 정밀하게 이동시킬 수 있다. 즉, 지지축(244)이 장착된 너트 블록(243)이 나사봉(242)을 따라 상하 이동 시, 블록 가이드 부를 통해 가이드 레일(247)을 따라 이동되며 나사봉(242)의 회전 시 너트 블록(243)이 회전되는 것을 방지할 수 있고, 상하 이동량을 일정하게 유지시킬 수 있다. 따라서, 분리막 텐션 조절부(240)는 안정적으로 분리막 권취 롤(121)의 공급 높이를 조절하여 분리막(14)의 텐션을 보다 일정하게 유지시킬 수 있다.
이하에서 본 발명의 실시예에 따른 전극 조립체를 설명하기로 한다.
도 3을 참고하면, 본 발명의 실시예에 따른 전극 전극 조립체는 전술한 일 실시예에 따른 전극 조립체 제조장치 및 다른 실시예에 따른 전극 조립체 제조장치를 통해 제조된 전극 조립체에 대한 것이다.
따라서, 본 실시예는 전술한 일 실시예에 따른 전극 조립체 제조장치 및 다른 실시예에 따른 전극 조립체 제조장치와 중복되는 내용을 생략하기로 한다.
전극 조립체(10)는 충방전이 가능한 발전소자로서, 제1 전극(11), 분리막(14), 및 제2 전극(12)이 교대로 적층되어 결집된 형태로 형성될 수 있다.
이하에서 본 발명의 실시예에 따른 이차전지를 설명하기로 한다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 이차전지를 나타낸 단면도이다.
도 9를 참고하면, 본 발명의 실시예에 따른 이차전지(1)는 전극 조립체(10) 및 전극 조립체(10)를 수용하는 전지 케이스(20)를 포함한다.
본 발명의 실시예에 따른 전극 이차전지는 전술한 일 실시예에 따른 전극 조립체 제조장치 및 다른 실시예에 따른 전극 조립체 제조장치를 통해 제조된 전극 조립체를 포함하는 이차전지(1)에 대한 것이다. 따라서, 본 실시예는 전술한 일 실시예에 따른 전극 조립체 제조장치 및 다른 실시예에 따른 전극 조립체 제조장치와 중복되는 내용은 생략하거나 간략히 기술하고, 차이점을 중심으로 기술하도록 한다.
보다 상세히, 전극 조립체(10)는 전술한 전극 조립체 제조장치를 통해 제조된 전극 조립체(10)로서, 전극(13) 및 분리막(14)이 교대로 적층되되, 분리막(14)을 지그재그로 폴딩하며 분리막(14) 사이사이에 전극(13)을 위치된다.
이때, 전극(13)은 제1 전극(11) 및 제2 전극(12)을 포함하여, 폴딩되는 분리막(14) 사이사이에 제1 전극(11) 및 제2 전극(12)이 교대로 배치될 수 있다.
전지 케이스(20)는 전극 조립체(10)를 내부에 수용하도록 수용부가 형성될 수 있다.
이상 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세히 설명하였으나, 이는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명에 따른 전극 조립체 제조장치와, 이를 통해 제조된 전극 조립체 및 이차전지는 이에 한정되지 않는다. 본 발명의 기술적 사상 내에서 당해 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 실시가 가능하다고 할 것이다.
또한, 발명의 구체적인 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의하여 명확해질 것이다.
1: 이차전지
10: 전극 조립체
11: 제1 전극
11a: 제1 전극 탭
12: 제2 전극
12a: 제2 전극 탭
13: 전극
14: 분리막
20: 전지 케이스
100,200: 전극 조립체 제조장치
110: 스택 테이블
120: 분리막 공급부
121: 분리막 권취 롤
122: 지지롤
130: 텐션 측정기
140,240: 분리막 텐션 조절부
141,241: 모터
142,242: 나사봉
142a: 나사부
143,243: 너트 블록
143a: 나사홀
144,244: 지지축
150: 제어부
160: 고정 지그
161,162: 제1 지그
163,164: 제2 지그
170: 제1 전극 공급부
171: 제1 전극 롤
172: 제1 커터
173: 제1 컨베이어 벨트
174: 제1 전극 공급 헤드
180: 제2 전극 공급부
181: 제2 전극 롤
182: 제2 커터
183: 제2 컨베이어 벨트
184: 제2 전극 공급 헤드
245: 블록 가이드부
246: 베이스
247: 가이드 레일
248: 제1 지지부
249: 제2 지지부

Claims (14)

  1. 전극 및 분리막을 스택 테이블(Stack Table) 상에 교대로 적층하되, 분리막을 지그재그로 폴딩하며 분리막 사이사이에 전극을 위치시켜 전극 조립체를 제조하는 장치로서,
    상기 스택 테이블로 분리막을 공급하는 분리막 공급부; 및
    상기 스택 테이블로 공급되는 상기 분리막의 텐션(Tension)을 일정하게 조절하는 분리막 텐션 조절부;를 포함하고,
    상기 분리막 공급부는 상기 분리막이 권취된 분리막 권취 롤(Roll)을 포함하고,
    상기 분리막 텐션 조절부는 상기 분리막 권취 롤의 공급 높이를 조절하며 상기 분리막의 텐션을 조절하며;
    상기 분리막 텐션 조절부는
    상기 분리막 권취 롤이 장착되는 지지축을 포함하고,
    상기 지지축을 이동시키며 상기 분리막의 텐션을 조절하고;
    상기 분리막 텐션 조절부는,
    상기 지지축이 일측부에 장착되고, 내주면에 나사홀이 형성된 너트 블록;
    상기 너트 블록의 상기 나사홀에 나사결합되도록 외주면에 나사부가 형성된 나사봉; 및
    상기 나사봉을 회전시키는 모터;를 더 포함하고,
    상기 모터에 의해 상기 나사봉이 회전되면, 상기 너트 블록이 상기 나사봉을 따라 직선 이동되며 상기 지지축을 상,하 이동시키는 전극 조립체 제조장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 스택 테이블과 상기 분리막 권취 롤 사이에 위치된 상기 분리막 부분에서의 텐션을 측정하는 텐션 측정기를 더 포함하는 전극 조립체 제조장치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 분리막 공급부는
    상기 분리막 권취 롤로부터 풀어지며 상기 스택 테이블로 이동되는 상기 분리막을 지지하는 지지롤을 더 포함하고,
    상기 텐션 측정기는 상기 지지롤에 구비되는 전극 조립체 제조장치.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 지지롤은 상기 분리막의 양면을 지지하도록 한 쌍으로 구비되고,
    상기 텐션 측정기는,
    상기 분리막이 한 쌍의 상기 지지롤 사이를 통과하여 상기 스택 테이블에 지그재그 폴딩될때, 상기 분리막이 상기 지지롤에 가하는 힘을 측정하여 상기 분리막의 텐션값을 측정하는 전극 조립체 제조장치.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 스택 테이블은 좌,우 방향으로 이동하며 상기 분리막을 지그 재그로 폴딩하고,
    한 쌍의 상기 지지롤은 좌,우 방향으로 나란하게 배치되고, 상기 스택 테이블의 상부 방향으로 일정거리 이격되어 위치되는 전극 조립체 제조장치.
  6. 청구항 2에 있어서,
    상기 텐션 측정기로부터 측정된 상기 분리막의 텐션값에 따라 상기 분리막 텐션 조절부를 제어하여 상기 분리막의 텐션을 조절하는 제어부를 더 포함하는 전극 조립체 제조장치.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 스택 테이블에 상기 전극 및 상기 분리막이 적층될 때마다 상기 전극 및 상기 분리막을 가압하여 상기 스택 테이블에 고정하는 고정 지그를 더 포함하는 전극 조립체 제조장치.
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 청구항 1에 있어서,
    상기 분리막에서 상기 스택 테이블과 상기 분리막 권취 롤 사이에 위치된 부분의 텐션을 측정하는 텐션 측정기; 및 상기 텐션 측정기로 부터 측정된 상기 분리막의 텐션값에 따라 상기 분리막 텐션 조절부를 통해 상기 분리막의 텐션을 조절하는 제어부를 더 포함하고,
    상기 제어부는 상기 분리막의 텐션 측정값을 0.01초 이하의 간격으로 판별하며 상기 분리막 텐션 조절부의 상기 모터의 회전량을 조절하여, 상기 분리막 권취 롤의 공급 높이를 조절하는 전극 조립체 제조장치.
  11. 청구항 1에 있어서,
    상기 분리막 텐션 조절부는,
    베이스;
    상기 베이스의 일면에 구비된 가이드 레일; 및
    상기 가이드 레일에 슬라이딩 가능하도록 결합되고, 상기 너트 블록의 타측부가 고정되는 블록 가이드부;를 더 포함하는 전극 조립체 제조장치.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 분리막 텐션 조절부는,
    상기 베이스에 고정되어, 상기 나사봉의 상,하측을 회전가능하게 지지하는 제1 지지부 및 제2 지지부를 더 포함하는 전극 조립체 제조장치.
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