KR102517823B1 - 지그재그형 이차전지의 극판 고속 적층 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 적층형 이차전지 제조 장치에 관한 것이다. 본 발명에 따른 이차전지 제조 장치는 스태킹 테이블이 고정되며, 양극판과 음극판을 스태킹 테이블로 이송하는 과정에서 분리막의 경로에 변화를 주어 분리막의 지그재그 적층 및 극판의 적층이 동시에 수행될 수 있다. 또한 이때 급변하는 분리막의 장력 및 이송속도를 능동적으로 제어할 수 있도록 구성된다.
본 발명에 따른 지그재그형 이차전지의 극판 고속 적층 장치는 스태킹 테이블을 고정하면서 적층할 수 있어 스태킹 테이블의 이동시 발생하는 관성에 의한 문제점을 원천적으로 방지할 수 있다. 또한 연속적으로 제공되는 분리막의 장력을 전극픽커의 동작에 대응하여 능동적으로 조절할 수 있어 정밀도를 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

Description

지그재그형 이차전지의 극판 고속 적층 장치{ZIG-ZAG STACKING APPRATUS FOR ELECRODE PLATE OF SECONDARY BATTERY}

본 발명은 지그재그형 이차전지의 극판 고속 적층 장치 관한 것이며, 보다 상세하게는 소정크기의 양극판과 음극판을 분리막과 함께 적층하여 이차전지를 제조할 수 있는 장치에 관한 것이다.

이차 전지(secondary battery)는 화학적 에너지를 전기적 에너지로 변환하여 외부에 전원을 공급하고, 방전시 외부로부터 전원을 공급받아 화학적 에너지로 저장하는 전지를 뜻한다. 외부의 회로에 전원을 공급하기도 하고, 방전되었을 때 외부의 전원을 공급받아 전기적 에너지를 화학적 에너지로 바꾸어 전기를 저장할 수 있는 전지를 가리킨다.

이차전지는 형태에 따라 권취형과 적층형으로 구분될 수 있다. 권취형은 양극판, 음극판 및 분리막을 함께 연속적으로 권취하여 하나의 전극조립체(젤리롤)를 제조하여 생성될 수 있다. 적층형은 소정크기로 절단된 양극판과 음극판을 분리막을 사이에 두고 교대로 적층해가면서 생성된다.

종래에는 적층형 이차전지의 제조시 스태커를 소정 거리로 왕복해가면서 양극판과 음극판을 교대로 쌓아올리는 방법을 주로 이용하였다. 이와 관련하여 대한민국 등록특허 제1280069 호가 개시되어 있다. 그러나 이러한 종래의 방식은 극판이 점점 쌓여감에 따라 스태커의 왕복운동에 의한 관성 및 반복운동에 따른 누적오차가 발생하여 쌓여있는 극판 적층체의 위치가 틀어지는 문제점이 있었다. 이러한 경향은 극판의 대형화 및 셀 길이가 증가에 따른 관성이 커지고 결국 적층되어 있는 극판의 위치 불량 또한 커지게 된다.

또한 스태커가 왕복운동함에 따라 방향을 전환하는 지점에서 분리막에 작용하는 장력의 방향이 반전되고 분리막의 장력을 순간적으로 잃을 수 있다. 이에 따라 분리막의 펄럭임이 발생하여 위치가 고정되어 있어야 할 적층된 극판의 위치에 변화가 발생한다. 결과적으로 극판 위치오차에 따른 품질 저하의 문제 또한 발생하게 된다.

대한민국 등록특허 제1280069 호

본 발명은 종래의 적층형 이차전지 제조 장치의 문제점을 해결하기 위한 지그재그형 이차전지의 극판 고속 적층 장치를 제공하는 것에 그 목적이 있다.

상기 과제의 해결 수단으로서, 복수의 양극판이 적재될 수 있도록 구성되는 제1 매거진 안착부, 복수의 음극판이 적재될 수 있도록 구성되는 제2 매거진 안착부, 제1 매거진 안착부와 제2 매거진 안착부 사이에 구비되는 스태킹 테이블, 권취된 분리막을 풀어가면서 스태킹 테이블에 공급할 수 있도록 구성되는 분리막 공급부, 양극판을 픽업하여 스태킹 테이블로 안착시킬 수 있도록 구성되는 제1 전극픽커, 음극판을 픽업하여 스태킹 테이블로 안착시킬 수 있도록 구성되는 제2 전극픽커, 제1 전극픽커는 양극판을 제1 방향으로 이송하는 과정 중 분리막을 밀어내면서 스태킹 테이블의 최상면에 안착시키며, 제2 전극픽커는 음극판을 제1 방향과 반대인 제2 방향으로 이송하는 과정 중 분리막을 밀어내면서 스태킹 테이블에서 적층되는 전극조립체의 최상면에 안착시키도록 구성되는 지그재그형 이차전지의 극판 고속 적층 장치가 제공될 수 있다.

한편, 분리막의 이송경로에 구비되며, 제1 전극픽커 또는 제2 전극픽커가 분리막을 밀어냄에 대응하여 분리막의 장력을 조절할 수 있도록 구성되는 세파피더를 포함할 수 있다.

한편, 세파피더는 제1 전극픽커가 제1 방향으로 이동 또는 제2 전극픽커가 제2 방향으로 이동함에 따라 분리막의 이송방향으로 견인할 수 있도록 구성될 수 있다.

또한, 세파피더는, 분리막을 선택적으로 클램핑할 수 있도록 구성되는 제1 클램프 및 제2 클램프를 더 포함할 수 있다.

나아가, 제1 클램프 및 제2 클램프는 분리막의 견인 방향을 따라 독립적으로 왕복이동 가능하게 구성될 수 있다.

한편, 제1 클램프 및 제2 클램프는 서로 교대로 분리막을 클램핑하여 견인할 수 있도록 구성될 수 있다.

한편, 제1 클램프 및 제2 클램프는 상하 방향으로 분리막을 견인할 수 있도록 구성될 수 있다.

한편, 제1 클램프 및 제2 클램프는 좌우 방향으로 분리막을 견인할 수 있도록 구성될 수 있다.

또한, 제1 클램프 및 제2 클램프는 1회 견인 동작 내에서 초기 견인 속도보다 말기 견인 속도가 더 빠르게 제어될 수 있다.

한편, 분리막의 이송경로 중 세파피더 이후의 지점에 구비되며, 분리막의 이송경로와 수직한 방향으로 이동거리를 조절하여 분리막의 장력을 조절할 수 있도록 구성되는 장력조절부를 포함할 수 있다.

한편, 스태킹 테이블은 하측이 고정되어 구비되며, 제1 전극픽커 및 제2 전극픽커가 스태킹 테이블의 상측에 구비된 플레이싱 영역에 양극판 또는 음극판을 안착시키도록 제어될 수 있다.

또한, 제1 전극픽커 및 제2 전극픽커 각각은 분리막과 접촉되는 지점에 구비되는 롤러를 포함할 수 있다.

한편, 제1 전극픽커의 롤러는 제2 전극픽커의 롤러는 서로 반대 방향으로 분리막을 밀어내도록 구성될 수 있다.

한편, 제1 매거진 안착부와 스태킹 테이블 사이에 구비되는 제1 위치 정렬부 및 제2 매거진 안착부와 스태킹 테이블 사이에 구비되는 제2 위치 정렬부를 더 포함할 수 있다.

한편, 제1 전극픽커는 한 쌍의 픽업 모듈을 포함하며, 한 쌍의 픽업 모듈 중 하나는 제1 매거진 안착부로부터 제1 위치 정렬부로 양극판을 이송하며, 한 쌍의 픽업 모듈 중 다른 하나는 제1 위치 정렬부로부터 양극판을 스태킹 테이블로 이송하며, 한 쌍의 픽업 모듈에서 이송되는 한 쌍의 양극판은 동시에 이송될 수 있다.

한편, 제1 전극픽커는 상하 방향으로 소정거리 이동가능하게 구성되며, 한 쌍의 픽업 모듈에서 동시에 양극판의 픽업 또는 플레이싱을 수행하도록 구성될 수 있다.

또한, 스태킹 테이블에서 적층이 완료된 젤리롤을 파지할 수 있도록 구성되며, 젤리롤을 분리막으로 외부를 감쌀 수 있도록 젤리롤을 파지한 상태에서 회전가능하게 구성되는 와인더를 더 포함할 수 있다.

또한, 와인더는 스태킹 테이블의 플레이싱 영역으로부터 젤리롤을 파지하여 이동시킬 수 있도록 구성되는 한 쌍의 와인더 링크, 양측이 한 쌍의 와인더 링크의 단부에 회전가능하게 연결되며, 젤리롤을 파지한 상태에서 회전가능하게 구성되는 젤리롤 그리퍼를 더 포함할 수 있다.

한편, 와인더가 젤리롤을 파지하여 스태킹 테이블의 플레이싱 영역에서 이탈시킬 때 분리막을 임시로 지지할 수 있도록 구성되는 가이드 롤러를 더 포함할 수 있다.

한편, 가이드 롤러는, 분리막의 폭 방향으로 이동하여 스태킹 테이블의 상측으로 위치가능하게 구성될 수 있다.

본 발명에 따른 지그재그형 이차전지의 극판 고속 적층 장치는 스태킹 테이블을 고정하면서 적층할 수 있어 스태킹 테이블의 이동시 발생하는 관성에 의한 문제점을 원천적으로 방지할 수 있다. 또한 연속적으로 제공되는 분리막의 장력을 전극픽커의 동작에 대응하여 능동적으로 조절할 수 있어 정밀도를 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 일 실시예인 지그재그형 이차전지의 극판 고속 적층 장치의 정면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 일 실시예인 지그재그형 이차전지의 극판 고속 적층 장치에서 세파피더, 전극픽커 및 스태킹 테이블을 모듈별로 분해한 분해사시도이다.
도 3은 도 2에 도시된 세파피더 및 장력조절부의 확대사시도이다.
도 4는 도 2에 도시된 전극픽커의 확대사시도이다.
도 5는 도 2에 도시된 스태킹 테이블을 중심으로 한 확대사시도이다.
도 6은 도 2에 도시된 스태킹 테이블을 중심으로 한 모듈별 분해사시도이다.
도 7은 세파피더 및 장력조절부의 정면도이다.
도 8은 세파피더의 작동상태도이다.
도 9는 전극픽커의 픽업모듈 및 롤러를 확대하여 도시한 사시도이다.
도 10은 세파피더의 변형예를 도시한 정면도이다.
도 11a, 11b, 11c, 11d, 11e 및 도 11f는 스태킹 테이블에서 전극판을 적층하는 동작에 대한 개념을 도시한 개념도이다.
도 12a, 12b, 12c 및 12d는 세파피더의 분리막 견인동작의 개념을 도시한 도면이다.
도 13a는 1회 전극픽커의 전극 적층동작에 따른 분리막 지지 롤러의 위치 및 분리막의 상태를 도시한 도면이다.
도 13b는 스태킹 테이블에서 적층시 인출되는 분리막의 속도를 도시한 그래프이다.
도 14a, 14b, 14c 및 14d는 전극픽커의 작동에 따른 제1 장력조절부의 작동속도를 나타낸 개념도이다.
도 15a 및 도 15b는 장력조절부의 작동개념을 도시한 개념도이다.
도 16a, 16b, 16c 및 16d는 와인더의 작동상태도이다.

이하, 본 발명의 실시 예에 따른 지그재그형 이차전지의 극판 고속 적층 장치에 대하여 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 그리고 이하의 실시예의 설명에서 각각의 구성요소의 명칭은 당업계에서 다른 명칭으로 호칭될 수 있다. 그러나 이들의 기능적 유사성 및 동일성이 있다면 변형된 실시예를 채용하더라도 균등한 구성으로 볼 수 있다. 또한 각각의 구성요소에 부가된 부호는 설명의 편의를 위하여 기재된다. 그러나 이들 부호가 기재된 도면상의 도시 내용이 각각의 구성요소를 도면내의 범위로 한정하지 않는다. 마찬가지로 도면상의 구성을 일부 변형한 실시예가 채용되더라도 기능적 유사성 및 동일성이 있다면 균등한 구성으로 볼 수 있다. 또한 당해 기술 분야의 일반적인 기술자 수준에 비추어 보아, 당연히 포함되어야 할 구성요소로 인정되는 경우, 이에 대하여는 설명을 생략한다.

도 1은 본 발명에 따른 일 실시예인 지그재그형 이차전지의 극판 고속 적층 장치의 정면도이며, 도 2는 본 발명에 따른 일 실시예인 지그재그형 이차전지의 극판 고속 적층 장치에서 세파피더, 전극픽커 및 스태킹 테이블을 모듈별로 대한 분해사시도이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 지그재그형 이차전지의 극판 고속 적층 장치는 스태킹 테이블(600)이 고정된 상태에서 한 쌍의 전극픽커에 의해 전극판을 이송함과 동시에 지그재그 동작으로 분리막(1100)을 밀어내면서 이차전지를 적층할 수 있도록 구성될 수 있다. 여기서 ‘지그재그’란 분리막(1100)을 기준으로 좌측과 우측에서 전극픽커에 의해 교대로 분리막(1100)을 밀어내는 동작을 뜻한다.

본 발명에 따른 일 실시예인 지그재그형 이차전지의 극판 고속 적층 장치는 프레임(100), 수직 플레이트(300), 분리막 공급부, 전극픽커, 스태킹 테이블(600), 매거진 안착부, 프리게이징 테이블, 위치조절부, 세파피더(710), 장력조절부(720) 및 와인더를 포함하여 구성될 수 있다.

프레임(100)은 지그재그형 이차전지의 극판 고속 적층 장치가 고정될 수 있는 기반이 된다. 프레임(100)은 소정 크기로 연장되어 형성되며, 복수의 부재를 포함하여 구성될 수 있다. 프레임(100)의 일측에는 베이스(200)가 형성되며, 베이스(200)의 상면에는 스태킹 테이블(600), 위치조절부, 극판 매거진이 구비될 수 있다.

수직 플레이트(300)는 프레임(100)의 일측에서 수직방향으로 연장되어 형성될 수 있다. 수직 플레이트(300)는 연장되는 평면에서 직교하는 방향으로 구비되는 분리막 공급부가 설치될 수 있다.

분리막 공급부는 권취되어 있는 분리막 롤(410)로부터 분리막(1100)을 인출하여 스태킹 테이블(600)로 공급할 수 있도록 구성될 수 있다. 분리막 공급부는 분리막 롤 거치부, 드라이빙 롤러, 아이들 롤러를 포함하여 구성될 수 있다.

분리막 롤 거치부(420)는 분리막(1100)을 풀어내어 공급할 수 있도록 구성된다. 분리막 롤 거치부(420)는 일측이 수직 플레이트(300)와 회전가능하게 연결되며, 수직 플레이트(300)의 타측에는 분리막 롤 거치부(420)를 회전시키기 위한 모터가 구비될 수 있다. 분리막 롤 거치부(420)는 전극이 적층되는 동안 분리막 롤(410)을 소정속도로 풀어서 공급할 수 있다. 이때 분리막 롤 거치부(420)는 분리막(1100)이 사용됨에 따라 작아지는 직경에 대응하여 회전속도가 제어되어 적절한 선속도로 분리막(1100)을 풀어낼 수 있다.

드라이빙 롤러(driving rolloer) 및 아이들 롤러(idle roller)는 함께 분리막(1100)이 이송되는 경로를 결정할 수 있다. 드라이빙 롤러 및 아이들 롤러는 일측이 수직 플레이트와 회전 가능하게 연결될 수 있다. 드라이빙 롤러는 회전하면서 분리막(1100)의 선속을 능동적으로 조절할 수 있도록 구성된다. 아이들 롤러는 마찰저항을 최소로하며, 분리막(1100)을 두께 방향으로 지지하면서 수동적으로 회전할 수 있도록 구성된다. 아이들 롤러는 분리막(1100)이 이송경로를 따라 이송될 수 있도록 지지하게 된다. 한편, 도시되지는 않았으나, 드라이빙 롤러 및 아이들 롤러 중 적어도 하나는 수직 플레이트(300)와 상대적인 각도가 조절될 수 있도록 구성된다. 드라이빙 롤러 및 아이들 롤러 중 적어도 하나는 분리막(1100)이 이송되는 경로상에서 위치가 어긋나는 경우 이를 바로잡기 위하여 각도를 조절하며, 이때 각도를 기울이게 되면 이송되는 분리막(1100)은 중력에 의해 자연스럽게 폭 방향의 위치가 조절되면서 이송이 이루어질 수 있다.

한편, 분리막 롤(410)은 분리막(1100)과 보호필름(1110)이 함께 권취되어 있는 상태로 공급될 수 있다. 이때 분리막 롤(410)에서 분리막(1100)과 보호필름(1110)은 분리되어 서로 다른 경로로 이동할 수 있다. 분리막(1100)은 전술한 바와 같이 최종적으로 스태킹 테이블(600)로 이송되고, 보호필름(1110)은 보호필름 릴 유닛(430)으로 이송되어 권취된다. 다만, 이러한 보호필름(1110)의 회수와 관련된 사항은 분리막 릴(430)에 보호필름이 포함되었을 때 적용가능하며, 분리막(1100)이 보호필름(1110)을 포함하지 않은 경우에는 생략될 수 있다.

분리막(1100) 이송부의 최종단은 스태킹 테이블(600)의 연직 상방에서 분리막(1100)을 공급하도록 구성될 수 있다. 즉 적절하게 선속과 장력이 조절된 상태의 분리막(1100)을 연속적으로 스태킹 테이블(600)을 항하여 인출할 수 있다.

한편, 도시되지는 않았으나, 복수의 지점에서 분리막(1100)의 선속도를 측정하기 위한 센서를 포함할 수 있다. 제어부(미도시)는 센서로부터 수신된 값을 기반으로 분리막 롤 거치부(420) 및/또는 드라이빙 롤러와 연결된 모터를 구동하여 분리막(1100)이 인출되는 선속을 조절하거나 일정하게 유지할 수 있다.

전극픽커는 한 쌍으로 구성되며, 각각 극판을 픽업하여 이송할 수 있도록 구성될 수 있다. 한 쌍의 전극픽커는 후술할 스태킹 테이블(600)을 중심으로 좌우측에 구비될 수 있다. 한편 이하에서는 도 1 상에서 좌측의 전극픽커를 제1 전극픽커(510), 우측의 전극픽커를 제2 전극픽커라 하고 설명하도록 한다.

제1 전극픽커(510)는 양극판(1200)을 픽업하여 스태킹 테이블(600)로 이송할 수 있도록 구성될 수 있으며, 제2 전극픽커는 음극판(1300)을 픽업하여 스태킹 테이블(600)로 이송할 수 있다. 제1 전극픽커(510)와 제2 전극픽커는 스태킹 테이블(600)을 중심으로 대칭적으로 구비될 수 있다. 한편 제1 전극픽커(510)와 제2 전극픽커는 서로 마주보는 방향의 단부를 이용하여 분리막(1100)을 서로 반대방향으로 밀어내면서 작동할 수 있도록 구성된다. 한편, 이러한 전극픽커의 작동에 대하여는 차후 도 10a 및 도 10b를 참조하여 상세히 설명하도록 한다.

스태킹 테이블(600)은 전극을 적층할 수 있도록 구성된다. 스태킹 테이블(600)은 상면의 상측이 플레이싱 영역이 되며, 전극픽커에 이송되어 온 극판들이 하나씩 교대로 안착되면서 스태킹이 이루어질 수 있게 된다. 이때 스태킹 테이블(600)의 하측은 프레임(100)에 고정된 상태를 유지할 수 있다.

매거진 안착부(211, 212)는 외부로부터 절단되어 온 극판이 적재된 매거진이 안착될 수 있도록 구성된다. 매거진에는 두께 방향으로 복수의 극판이 적재될 수 있다. 매거진 안착부는 양극판 매거진이 안착되는 제1 매거진 안착부(211)와 음극판 매거진이 안착되는 제2 매거진 안착부(212)를 포함할 수 있다.

프리게이징 테이블(221, 222)은 매거진 안착부로부터 픽업된 극판을 임시로 안착시키고 1차로 극판의 위치를 보정할 수 있도록 구성될 수 있다. 프리게이징 테이블에 안착된 극판은 이후 위치 정렬부로 이송될 수 있다. 프리게이징 테이블 또한 양극판(1200)의 이송경로상에 구비되는 제1 프리게이징 테이블(221)과 음극판(1300)의 이송경로상에 구비되는 제2 프리게이징 테이블(222)을 포함할 수 있다.

위치조절부는 극판의 위치를 조절할 수 있도록 구성된다. 위치조절부는 2축 및 소정각도로 회전이 가능하게 구성되며, 이송되어 온 극판이 상측에 안착된 상태에서 위치 정렬을 위하여 테이블의 상면의 x축 위치, y 축 위치 및 theta 각을 조절할 수 있게 된다. 한편 도시되지는 않았으나 극판의 위치 오차를 확인할 수 있도록 위치조절부의 상면을 바라보는 비전 카메라가 구비될 수 있다. 한편, 위치조절부는 양극판(1200)의 위치를 조절하기 위한 제1 위치조절부(231), 음극판(1300)의 위치를 정렬하기 위한 제2 위치조절부(232)를 포함하여 구성될 수 있다.

세파피더(710)는 분리막(1100)의 이송경로상에서 분리막(1100)의 장력을 조절할 수 있도록 구성될 수 있다. 세파피더(710)는 스태킹 테이블(600)의 상측에서 분리막(1100)이 제1 전극픽커(510) 및 제2 전극픽커(520)에 의해 밀려나면서 인출될 때 급격하게 변화되는 장력을 일정하게 유지시킬 수 있도록 기능한다.

장력조절부(720)는 이송중인 분리막(1100)을 분리막(1100)의 두께방향으로 밀어내면서 장력을 조절할 수 있도록 구성된다.

와인더(800)는 스태킹 테이블(600)에서 적층이 완료된 전극조립체(1000)(젤리롤)을 파지한 상태에서 분리막(1100)으로 외면을 감는 동작을 수행하도록 구성된다. 와인더(800)는 스태킹 테이블(600)의 상측에 안착된 상태에서 파지하고, 젤리롤의 외측을 분리막(1100)으로 감쌀 수 있도록 젤리롤을 스태킹 테이블(600)의 상면으로부터 이탈시키며, 간섭이 없는 공간에서 젤리롤의 외부를 분리막(1100)으로 감쌀 수 있게 된다.

한편, 전술한 프레임(100), 수직 플레이트(300), 분리막 공급부의 구성은 일반적으로 사용되는 지그재그형 이차전지의 극판 고속 적층 장치의 구성이 채택될 수 있으므로 더 이상의 상세한 설명은 생략하도록 한다.

이하에서는 세파피더(710), 장력조절부(720), 전극픽커(510, 520), 스태킹 테이블(600) 및 와인더(800)에 대하여 상세히 설명하도록 한다.

도 3은 도 2에 도시된 세파피더 및 장력조절부의 확대사시도이다.

도 3을 참조하면, 본 발명에서 세파피더(710)는 스태킹 테이블(600)로 공급되는 분리막(1100)의 장력을 조절할 수 있도록 구성된다. 세파피더(710)는 분리막(1100)의 이동속도를 조절하기 위하여 분리막(1100)을 클램핑하고 이동방향을 따라 견인할 수 있도록 구성될 수 있다. 세파피더(710)는 고정형 스태킹 테이블(600)을 사용함에 따라 분리막(1100)이 지그재그로 적층되어 전극조립체(1000)를 형성할 때 발생되는 장력변화를 최소화할 수 있도록 구성된다. 고정형 스태킹 테이블(600)을 이용하는 경우 분리막(1100)의 이송방향과 적층되는 방향은 실질적으로 수직한 방향이 될 수 있으며, 이 경우 1회 적층 과정에 따라 분리막(1100)의 이송 선속 또한 달라지게 된다. 세파피더(710)는 분리막(1100)의 초기 이송 속도에서 보다 빨라질 수 있도록 분리막(1100)을 잡아서 견인할 수 있다.

세파피더(710)는 분리막(1100)의 이송경로를 따라 분리막(1100)을 클램핑하여 견인할 수 있도록 제1 클램프(711) 및 제2 클램프(713)를 포함할 수 있다. 제1 클램프(711)와 제2 클램프(713)는 서로 교대로 분리막(1100)을 클램핑하여 소정거리를 견인할 수 있도록 구성될 수 있다. 제1 클램프(711)와 제2 클램프(713)는 소정거리를 왕복할 수 있도록 구성된다.

본 실시예에서 세파피더(710)의 제1 클램프(711)와 제2 클램프(713)는 수평방향으로 왕복이동 가능하도록 구성될 수 있다. 제1 클램프(711) 또는 제2 클램프(713) 중 어느 하나는 좌측에서 분리막(1100)을 클램핑하고 우측으로 소정거리 이동하여 분리막(1100)을 견인할 수 있도록 구성된다. 이때 분리막(1100)을 클램핑하지 않은 제1 클램프(711) 또는 제2 클램프(713)는 분리막(1100)을 클램핑하지 않은 상태에서 좌측으로 이동하여 다음 견인을 준비하게 된다. 제1 클램프(711)와 제2 클램프(713)는 서로 간섭이 발생되지 않도록 구성될 수 있다. 제1 클램프(711)와 제2 클램프(713)는 분리막(1100)을 사이에 두고 분리막(1100)의 폭 방향의 양측에서부터 서로를 바라보는 방향으로 연장되어 형성될 수 있다.

제1 클램프(711)는 제1 클램프 구동부(712)에 의해 작동하며, 제1 클램프 구동부(712)는 제1 클램프(711)의 좌우 방향의 이동 및 제1 클램프(711)의 클램핑 동작을 수행하도록 구성될 수 있다. 이때 제1 클램프 구동부(712)는 복수의 요소로 구비될 수 있으며, 리니어 액추에이터, 공압 액추에이터 등 복수의 구동요소를 포함하여 구성될 수 있다.

제2 클램프(713) 또한 제1 클램프(711)와 유사하게 제2 클램프 구동부(714) 에 의해 작동할 수 있다. 제2 클램프 구동부(714) 는 제1 클램프 구동부(712)와 유사하게 구비될 수 있다.

한편, 제1 클램프(711) 및 제2 클램프(714)는 좌우 방향으로 왕복이동 가능하도록 구비되며, 이와 같이 구성된 경우 왕복이동시 중력의 영향으로 발생되는 위치 오차 및 속도의 오차를 최소화하거나 제거할 수 있게 된다.

또한 제1 클램프 구동부(712), 제2 클램프 구동부(714)가 리니어 모터로 구성되는 경우 제1 클램프(711)와 제2 클램프(713)가 수평 방향으로 이동되도록 구성되면 전원이 차단되었을 때 갑작스럽게 중력에 의해 최하단의 위치로 이동되는 것을 방지할 수 있다. 이 경우 제어되지 않은 위치로 제1 클램프(711)와 제2 클램프(713)가 이동하는 경우 서로 충돌하는 것 또한 방지할 수 있게 된다.

장력조절부(720)는 세파피더(710)를 통과한 분리막(1100)에 대하여 장력을 미세하고 정밀하게 조절할 수 있도록 구성된다. 장력조절부(720)는 분리막(1100)의 두께 방향으로 분리막(1100)을 밀어내어 분리막(1100)의 장력을 조절할 수 있다. 한편, 장력조절부(720)는 초기 위치를 분리막(1100)을 소정거리 밀어낸 위치로 설정하는 경우 현재 분리막(1100)에 작용하는 장력을 증가시키거나 감소시킬 수 있다.

장력조절부(720)는 장력조절부 롤러(721) 및 장력조절부 구동부(722)를 포함할 수 있다.

장력조절부 롤러(721)는 분리막(1100)의 이동속도에 영향을 미치지 않고 장력을 조절할 수 있도록 분리막(1100)이 접촉되는 단부에 구비되어 분리막(1100)의 이동에 따라 자연스럽게 회전할 수 있도록 구성된다.

장력조절부 구동부(722)는 도 3에서 장력조절부 롤러(721)의 수평위치를 조절하여 장력조절부 롤러(721)가 분리막(1100)을 가압하는 힘을 조절할 수 있도록 구성될 수 있다. 장력조절부 구동부(722)는 일 예로서 리니어 액추에이터 또는 공압 액추에이터로 구비되어 소정거리를 왕복할 수 있도록 구성되며, 제어부에 의해 구동량이 제어될 수 있다.

도 4는 도 2에 도시된 전극픽커의 확대사시도이다.

도 4를 참조하면 본 발명에서 전극픽커는 전극판을 픽업하여 스태킹 테이블(600)로 이송할 수 있도록 구성된다. 또한 극판의 이송과 함께 분리막(1100)을 밀어내어 지그재그 경로를 따라 분리막(1100)이 배치될 수 있도록 구성된다.

전극픽커는 제1 전극픽커(510) 및 제2 전극픽커를 포함할 수 있다. 제1 전극픽커(510)와 제2 전극픽커는 스태킹 테이블(600)을 기준으로 서로 좌우 대칭형으로 구성될 수 있다. 이하에서는 설명의 편의상 제1 전극픽커(510)가 양극판(1200)을 이송하며, 제2 전극픽커가 음극판(1300)을 이송하는 것으로 전제하고 설명하도록 한다. 다만 본 발명에서 각각의 핸드가 픽업하는 극판의 종류를 한정하는 것은 아니며, 양극판 및 음극판의 공급 및 이송은 사용자의 선택에 따라 변경될 수 있다. 즉, 이하의 실시예와 달리 음극판이 제1 으며, 제1 핸드가 음극판을, 제2 핸드가 양극판을 이송하도록 변형될 수 있다. 이 경우 또한 도 1에서 제1 매거진 안착부 (211), 제1 프리게이징 테이블(221) 및 제1 위치조절부(231)에 음극판이 공급되며, 제1 전극픽커(510)가 음극판을 이송할 수 있다. 이때 반대로 제2 매거진 안착부 (212), 제2 프리게이징 테이블(222) 및 제2 위치조절부(232)에 양극판이 공급되며, 제2 전극픽커(520)가 양극판을 이송할 수 있다

제1 전극픽커(510)는 양극판(1200)을 양극판(1200) 매거진으로부터 한 장씩 픽업하여 최종적으로 스태킹 테이블(600)로 이송할 수 있도록 구성될 수 있다. 제1 전극픽커(510)는 2축 방향으로 이동가능하게 구성되며, 양극판(1200)의 픽업 및 플레이싱 동작을 수행하도록 구성된다.

제1 전극픽커(510) 및 제2 전극픽커(520)는 베이스로부터 상측으로 소정거리연장된 전극픽커 지지부(501)에 구비될 수 있다.

제1 전극픽커(510)는 제1 전극픽커 수평 구동부(511), 제1 전극픽커 프레임(512), 연장부(513), 픽업 모듈(514)을 포함할 수 있다.

제1 전극픽커 수평 구동부(511)는 전극픽커 지지부(510)에서 제1 전극픽커(510)의 수평위치를 조절할 수 있도록 구성된다. 제1 전극픽커 수평 구동부(511)는 일 예로서 리니어 액추에이터로 구성되어 수평위치를 정밀하게 조절할 수 있다.

제1 전극픽커 프레임(512)은 제1 전극픽커 수평 구동부(511)와 일측이 연결되며, 전극픽커 지지부(510) 상에서 수평으로 이동할 수 있도록 구성될 수 있다. 제1 전극픽커 프레임은 상하방향으로 소정길이로 연장되어 형성될 수 있다.

연장부(513)는 제1 전극픽커 프레임의 일측으로부터 소정길이로 연장되어 형성되며 복수로 구성될 수 있다.

제1 전극픽커 프레임(512)의 이동에 따라 후술할 제1 픽업 모듈(514)을 동시에 수평이동시킬 수 있다. 한편, 제1 전극픽커 프레임(512)은 구동부, 제1 연장부(513)는 복수로 구성되며, 각각 픽업 모듈이 구비될 수 있도록 구성된다. 제1 연장부(513)의 일측은 전술한 제1 전극픽커 프레임(512)과 연결되며, 타측은 수평방향으로 연장되어 형성될 수 있다. 각각의 제1 연장부(513)의 하측에는 픽업 모듈이 구비될 수 있다. 본 실시예에서는 3개의 제1 연장부(513)가 개시되어 있다. 3개의 제1 연장부(513) 각각은 제1 매거진 안착부(211), 제1 프리게이징 테이블(221) 제1 위치조절부(231) 및 스태킹 테이블(600)의 이격된 간격에 대응하여 이격거리가 결정될 수 있다. 일 예로서 3개의 제1 연장부(513)는 서로 동일한 거리로 이격될 수 있다.

제1 픽업 모듈(514)은 복수로 구성되며, 각각 제1 연장부(513)의 하측에 구비될 수 있다. 각각의 제1 픽업 모듈(514)은 양극판(1200)을 하나씩 픽업할 수 있도록 구성될 수 있다. 각각의 제1 픽업 모듈(514)은 진공포트가 구비되어 음압을 제공받고 극판을 흡착할 수 있도록 구성된다.

제2 전극픽커는 양극판(1200)의 이송경로와 반대 방향으로 음극판(1300)을 이송할 수 있도록 구성된다. 제2 전극픽커는 제1 전극픽커(510)와 유사하게 구성되며, 제1 전극픽커(510)의 구성요소를 모두 포함할 수 있다.

한편 전술한 제1 전극픽커(510)가 양극판(1200)을 픽업하며, 제2 전극픽커(520)가 음극판(1300)을 픽업하는 구성은 일 예일 뿐, 제1 전극픽커(510)가 음극판(1300)을 픽업하며, 제2 전극픽커가 양극판(1200)을 픽업하는 구성으로 구성될 수 있다. 이 경우 제1 전극픽커(510)와 제2 전극픽커의 위치가 서로 바뀔 수 있다. 즉 제1 전극픽커(510) 및 제2 전극픽커는 서로의 구별을 위해 명명한 것일 뿐 이송하는 대상은 양극판(1200) 또는 음극판(1300)이 될 수 있다.

도 5는 도 2에 도시된 스태킹 테이블(600)을 중심으로 한 확대사시도이다.

도 5를 참조하여 양극판(1200)의 이송에 대하여 설명하면, 제1 매거진 안착부(211), 제1 프리게이징 테이블(221), 제1 위치조절부(231)는 양극판(1200)의 이송경로를 따라 직선상으로 배치되며 서로 소정간격으로 이격되어 배치될 수 있다. 전술한 바와 같이 제1 전극픽커(510)는 3개의 픽업 모듈을 포함하고 있으며, 동시에 양극판(1200)을 흡착하여 이동할 수 있도록 구성된다. 제1 전극픽커(510)는 제1 위치조절부(231)로부터 스태킹 테이블(600)로 양극판(1200)을 이송하는 거리만큼 왕복이동할 수 있도록 구성된다. 이때 제1 전극픽커(510)에 의해 3개의 기판이 동시에 이송될 수 있다. 구체적으로 제1 매거진 안착부(211)로부터 제1 프리게이징 테이블(221)로, 제1 프리게이징 테이블(221)에서 제1 위치조절부(231)로, 제1 위치조절부(231)에서 스태킹 테이블(600)로 각각 3개의 극판이 동시에 이동될 수 있다.

한편, 음극판(1300)의 이송도 양극판(1200)의 이송과 유사하게 이루어질 수 있다. 다만 이송 방향은 서로 반대방향으로 이송돌 수 있다. 한편 제1 전극픽커(510)와 제2 전극픽커는 서로 교대로 스태킹 테이블(600) 측으로 이동하면서 양극판(1200)과 음극판(1300)을 스태킹 테이블(600)로 공급할 수 있다.

도 6은 도 2에 도시된 스태킹 테이블(600)을 중심으로 한 모듈별 분해사시도이다.

스태킹 테이블(600)은 안착면이 구비되며, 안착면 상에서 적층되어가는 전극조립체(1000)를 가압하여 임시로 고정할 수 있는 전극 그리퍼(610)를 포함할 수 있다. 전극 그리퍼(610)는 스태킹 테이블(600)에서 전극조립체(1000)의 최상면에 분리막(1100)이 배치된 후 분리막(1100)의 상측에 안착되는 극판을 가압하여 임시로 고정할 수 있도록 구성된다. 이후 다음 극판의 적층 과정에서 분리막(1100)이 최상면에 배치되고 극판이 안착될 때 전극 그리퍼(610)는 안착면의 외부로 이동한뒤 극판의 안착이 완료되면 다시 최상면의 극판을 가압하여 임시로 고정한다. 이러한 전극 그리퍼(610)의 동작은 전극조립체(1000)가 완성될 때까지 반복적으로 수행될 수 있다.

와인더(800)는 제1 와인더 링크(810), 제2 와인더 링크(820) 및 젤리롤 그리퍼(830)를 포함할 수 있다. 제1 와인더 링크(810) 및 제2 와인더 링크(820)는 스태킹 테이블(600)과 상대적으로 이동가능하게 구성되며, 젤리롤 그리퍼(830)가 젤리롤을 파지한 상태에서 젤리롤을 스태킹 테이블(600)의 상면으로부터 이탈시키도록 이동시킨다. 일 예로서, 제1 와인더 링크(810)는 베이스(200)로부터 y축 방향으로 이동 가능하게 구성될 수 있다. 제2 와인더 링크(820)는 제1 와인더 링크(810) 상에서 x 및 z 축 방향으로 이동가능하게 구성될 수 있다. 한편, 제1 와인더 링크(810)와 제2 와인더 링크(820)는 각각 한 쌍으로 구성될 수 있으며, 동시에 제어될 수 있다.

한편, 스태킹 테이블(600)의 일측에는 와인더(800)가 구비될 수 있다. 와인더(800)는 적층이 완료된 전극조립체(1000)(젤리롤)를 파지하고 외부를 분리막(1100)으로 와인딩하여 적층과정을 마무리할 수 있도록 구성된다. 와인더(800)는 전극조립체(1000)를 파지할 수 있도록 구성되는 젤리롤 그리퍼(830), 젤리롤 그리퍼(830)를 이동시킬 수 있도록 구성되는 한 쌍의 와인더(800) 링크를 포함할 수 있다. 와인더(800) 링크는 젤리롤 그리퍼(830)를 스태킹 테이블(600)의 상측으로 이동시키거나, 스태킹 테이블(600)의 안착면에서 이탈시킬 수 있도록 구성될 수 있다. 젤리롤 그리퍼(830)는 한 쌍으로 구성되며, 한 쌍의 와인더(800) 링크의 단부 각각에 회전가능하게 연결될 수 있다.

젤리롤 그리퍼(830)는 적층완료된 젤리롤을 파지할 수 있도록 구성된다. 와인더(800) 링크는 한 쌍으로 구성되며, 각각의 일측이 스태킹 테이블(600)에 연결되며, 타측에는 젤리롤 그리퍼(830)와 연결될 수 있다. 이후 젤리롤 그리퍼(830)는 제1 와인더 링크(810)와 상대적으로 회전하면서 젤리롤을 회전시킨다. 따라서 와인더(800)는 젤리롤을 파지한 상태에서 3축 방향으로 이동이 가능하며, 또한 회전이 가능하므로 젤리롤을 스태킹 테이블(600)에서 픽업하여 외측을 분리막(1100)으로 감싸는 동작을 수행할 수 있게 된다.

한편, 가이드 롤러(900)는 와인더(800)의 동작과 연계하여 젤리롤의 마무리 과정에서 분리막(1100)을 임시로 고정할 수 있도록 구성된다. 가이드 롤러(900)는 분리막(1100)의 폭 방향으로 이동하여 스태킹 테이블(600)의 상측으로 진입될 수 있도록 구성된다. 가이드 롤러(900)가 스태킹 테이블(600)의 상면에 진입하여 일측으로 분리막(1100)을 임시 고정하면 와인더(800)가 젤리롤을 파지하여 분리막(1100)으로 외부를 감싸는 동작을 수행하여 마무리작업을 수행한다.

이후 커터가 분리막(1100)을 절단하면서 1회 젤리롤 제작 사이클이 완료될 수 있다.

한편, 이와같은 젤리롤 제작의 마무리 단계에 대하여는 차후 도 16a 내지 도 16d를 참조하여 상세히 설명하도록 한다.

도 7은 세파피더 및 장력조절부의 정면도이다.

도 7을 참조하면, 세파피더(710)는 수직 프레임(100) 상에서 수평방향으로 분리막을 견인할 수 있도록 구성되며, 장력조절부(720)는 수평방향으로 분리막을 가압할 수 있도록 구비될 수 있다. 분리막(1100)은 세파피더(710)에 의해 견인된 이후 장력조절부(720)에서 최종적으로 장력이 조절된 후 스태킹 테이블(600)로 공급될 수 있다. 장력조절부(720)는 세파피더(710)에 의해 장력이 조절된 이후 세파피더(710)와 전극픽커(510, 520) 사이에서 2차적으로 미세하게 장력을 조절하는 기능을 갖는다.

도 8은 세파피더의 작동상태도이다.

도 8을 참조하면 세파피더(710)의 제1 클램프(711)가 분리막(1100)을 파지하여 우측 방향으로 견인(또는 인출)할 때 제2 클램프(713)는 수직간격을 벌린 상태에서 좌측으로 이동한다. 이때 제2 클램프(713)의 사이로 제1 클램프(711)가 분리막(1100)을 파지한 상태로 이동하게 된다. 따라서 간섭을 회피하면서 제1 클램프(711)와 제2 클램프(713)가 교대로 분리막(1100)을 견인할 수 있게 된다.

도 9는 전극픽커의 픽업모듈 및 롤러를 확대하여 도시한 사시도이다.

도 9를 참조하면 제1 전극픽커(510)와 제2 전극픽커(520)는 서로 마주보는 방향에 각각 롤러가 구비될 수 있다. 제1 전극픽커(510)에는 제2 전극픽커(520)에 인접한 단부에 제1 분리막 지지 롤러(516)가 구비될 수 있다. 이와 유사하게 제2 전극픽커(520)에는 제1 전극픽커(510)과 인접한 단부에 제2 분리막 지지 롤러(526)가 구비될 수 있다.

제1 분리막 지지 롤러(516, 526)는 수평방향으로 이동하는 과정에서 분리막과 접촉되었을 때 분리막에 스트레스를 주지 않고 안정적으로 밀어낼 수 있게 된다.

각각의 전극픽커(510, 520)는 극판을 위치조절부로부터 픽업하여 스태킹 테이블(600)로 이송하는 과정에서 분리막 지지 롤러에 의해 분리막을 밀어낼 수 있도록 구성된다. 이때 제1 전극픽커(510)와 제2 전극픽커(520)는 분리막을 밀어내는 방향이 서로 반대가 될 수 있다. 일 예로서 제1 전극픽커(510)가 분리막을 밀어내는 방향은 도 9 상에서 x 방향이 되며, 제2 전극픽커(520)가 분리막을 밀어내는 방향은 -x 방향이 될 수 있다.

한편 각각의 전극픽커(510, 520)에 구비된 픽업 모듈(513,514,516)은 각각 승강될 수 있도록 구성되며, 하강하여 극판을 픽업하거나 플레이싱 할 수 있도록 구성된다.

한편, 분리막 지지롤러(516, 526)은 각각의 전극 픽커에 하나씩 구비된 실시예를 설명하였으나, 이는 일 예일 뿐 하나의 전극픽커에 복수의 분리막 지지롤러가 구비되는 구성으로 변형되어 실시될 수 있다.

도 10은 세파피더의 변형예를 도시한 정면도이다.

도 10을 참조하면, 세파피더(710)는 수직방향으로 분리막(1100)을 견인하여 장력을 조절할 수 있도록 구성될 수 있다. 이 경우 세파피더(710)의 제1 클램프(711) 및 제2 클램프(713)은 수직 방향으로 왕복이동하면서 교대로 분리팍을 파지하여 견인할 수 있다. 한편 장력조절부(720)는 세파피더(710)로부터 인출된 분리막(1100)을 분리막(1100)의 이송방향과 직교하는 방향으로 밀어내어 장력을 조절할 수 있다.

도 11a, 11b, 11c, 11d, 11e 및 도 11f는 스태킹 테이블에서 전극판을 적층하는 동작에 대한 개념을 도시한 개념도이다.

도 11a, 11b, 11c, 11d, 11e 및 도 11f에는 설명의 편의를 위하여 양극판(1200)의 이송을 시작하는 상태로부터 음극판(1300)의 이송이 완료되는 상태가 개략적으로 도시되어 있다.

도 11a를 참조하면, 하나의 음극판의 적층이 완료된 상태가 도시되어 있다.

이후 도 11b를 참조하면, 초기상태 이후 제1 전극픽커(510)는 제1 위치조절부(231)에 안착된 양극판(1200)을 픽업한 상태에서 스태킹 테이블(600)로 이송할 수 있도록 우측으로 이동한다. 이때 제2 전극픽커(520)는 새로운 음극판(1300)의 픽업을 위해 우측으로 이동한다. 한편, 제1 전극픽커(510)가 우측으로 이동함에 따라 제1 전극픽커(510)에 구비된 롤러에 의해 분리막(1100)이 지지되면서 분리막(1100)이 인출되고, 전극조립체(1000)의 최상면에 배치되어 있던 음극판(1300)을 분리막(1100)이 덮게 된다. 한편 도시되지는 않았으나, 이때 전극조립체의 최상단은 전극 그리퍼(610)에 의해 지지된 상태로 유지된다.

도 11c를 참조하면, 이후 제1 전극픽커(510)의 픽업모듈은 소정거리 하강하며, 전극 그리퍼가 후퇴함과 동시에 제1 전극픽커(510)가 픽업된 양극판(1200)을 분리막(1100)의 상면에 안착시킨다. 이때 제2 전극픽커(520)의 픽업모듈은 소정거리 하강하여 새로운 음극판(1300)을 픽업한다.

도 11d를 참조하면, 이후 제1 전극픽커(510)의 제1 픽업 모듈(514)은 소정거리 상승하게 된다. 이때 전극 그리퍼(610)가 전진하여 제1 픽업 모듈(514)이 이송한 양극판(1200)의 상단을 가압하여 지지한다. 이때 제2 전극픽커(520)는 제2 픽업모듈(523)이 새로운 음극판(1300)을 픽업한 상태에서 좌측으로 이동하면서 제1 전극픽커(510)와 인접한 위치로 이동한다.

도 11e를 참조하면, 이후 제1 전극픽커(510)와 제2 전극픽커(520)가 동시에 좌측으로 이동한다. 이때 분리막(1100)은 제2 전극픽커(520)에 구비된 제2 분리막 지지 롤러(526)에 의해 지지되면서 도 10에서 적층되는 방향과 반대로 지그재그 경로를 따라 적층된다.

도 11f를 참조하면, 이후 제2 전극픽커(520)의 제2 픽업 모듈(523)은 소정거리 하강하며, 이때 전극 그리퍼가 후퇴함과 동시에 제2 전극픽커(520)는 음극판(1300)을 분리막(1100)의 상면에 안착시킨다. 이때 제1 전극픽커(510)의 제1 픽업 모듈(514)은 소정거리 하강하여 새로운 양극판(1200)을 픽업한다.

한편, 전극조립체(1000)는 도 10a 내지 도 10f의 동작이 반복수행되면서 제조될 수 있다.

한편, 전극조립체(1000)가 설정되어 있는 적층 수의 극판이 쌓여 적층이 완료된 경우 전극조립체(1000)의 배출을 위한 동작이 수행될 수 있다. 이에 대하여는 차후 도 16a 내지 도 16d를 참조하여 상세히 설명하도록 한다.

한편 도시되지는 않았으나, 양극판(1200) 또는 음극판(1300)이 분리막(1100)의 최상면에 안착되었을 때 전술한 전극 그리퍼(610)가 전극조립체(1000)를 스태킹 테이블(600) 측으로 가압하여 안정적으로 지지할 수 있게 된다.

도 12a, 12b, 12c 및 12d는 세파피더의 분리막 견인동작의 개념을 도시한 도면이다. 본 도면에서는 이해를 돕기 위하여 분리막(1100)의 일 지점(P)이 표시되어 있다.

도 12a를 참조하면, 제1 클램프(711)가 분리막(1100)을 클램핑하며, 제2 클램프는 분리막(1100)을 클램핑하지 않고 제2 클램프(713)사이로 제1 클램프가 통과할 수 있도록 소정거리로 이격될 수 있다.

도 12b를 참조하면, 이후 제1 클램프는 분리막(1100)을 클램핑하고 소정거리 우측으로 이동하면 분리막(1100)은 제1 클램프에 의해 견인되어 이동한다. 이때 2 클램프는 다음 견인을 위하여 좌측으로 이동된다.

도 12c를 참조하면, 제1 클램프는 분리막(1100)의 견인동작을 마치게 되며, 제1 클램프는 분리막(1100)의 클램핑 동작을 해제하고 서로 이격된다. 이와 동시에 제2 클램프는 분리막(1100)을 잡는 클램핑 동작이 이루어진다.

도 12d를 참조하면, 이후 도 11a에서의 제1 클램프와 같이 제2 클램프는 분리막(1100)을 견인한 상태로 우측으로 이동하여 분리막(1100)을 소정길이로 인출할 수 있다.

한편, 도 12a 내지 도 12d를 참조하여 설명한 세파피더(710)의 동작은 전극픽커의 동작과 동기화되어 제어될 수 있으며, 전극조립체(1000)의 적층이 완료된 이후 임시 정지될 수 있다. 한편, 이러한 정지 동작은 도 10에서 도시한 수직방향으로 왕복하는 클램프가 구비된 세파피더에 대하여도 동일하게 적용될 수 있다.

도 13a는 1회 전극픽커의 전극 적층동작에 따른 분리막 지지 롤러의 위치 및 분리막의 상태를 도시한 도면이다.

도 13a를 참조하면, 전극픽커의 이동 중 전반부에서는 제1 길이(L1)은 짧아지며, 제2 길이(L2)의 길이는 길어지게 된다. 이때 제1 길이(L1)의 변화량보다 제2 길이(L2)의 변화량이 커서 분리막의 인출속도는 점차 증가된다.

이후 전극픽커의 이동 중 후반부에서는 제1 길이(L1)의 길이는 점차 길어지며, 제2 길이(L2) 또한 점차 길어지게 된다. 따라서 분리막의 인출속도는 더욱 증가된다.

도 13b는 스태킹 테이블에서 적층시 인출되는 분리막의 속도를 도시한 그래프이다.

도 13b를 참조하면, 2회 전극 적층 사이클과정에서 분리막(1100)의 인출속도가 있으며, 1회 전극 적층 사이클에서 분리막의 인출속도는 말기로 갈수록 점차 증가하게 된다. 이때 장력을 조절하지 않으면 속도와 비례하여 분리막(1100)에 장력이 작용하게 되어 전극조립체(1000)의 품질에 영향을 미치게 된다. 따라서 전술한 세파피더에서 능동적으로 분리막(1100)의 인출속도를 증가시켜 장력을 일정하게 유지할 수 있게 된다.

도 14a, 14b, 14c, 14d 및 14e는 전극픽커의 작동에 따른 세파피더(710)의 작동속도를 나타낸 개념도이다.

도 14a 내지 도 14e를 참조하면, 하나의 극판을 이송하는 1회 동작이 이루어지는 과정에서 제1 분리막 지지 롤러(516) 및 제2 분리막 지지 롤러(526)의 위치와 세파피더(710)에서 제1 클램프(711)의 위치를 각각 확인할 수 있다.

분리막(1100)의 인출속도는 1회 적층 과정 중 초기에서 말기로 갈수록 증가되는 경향을 갖는다. 구체적으로 전극픽커의 수평이동 속도가 일정하게 유지되어 단위 시간동안 동일한 거리(d)로 이동하더라도 분리막의 인출 속도는 달라지게 된다. 이때 세파피더(710)는 이러한 분리막(1100)의 인출 속도에 대응하여 분리막(1100)을 견인할 수 있도록 말기의 속도(v2)가 초기의 속도(v1)보다 빠르게 제어될 수 있다.

한편, 도 14a 내지 도 14e 에서는 전극픽커의 이동속도가 일정한 경우 제1 장력조절부의 분리막 견인 속도를 조절하는 개념이 도시되어 있으나, 반대로 제1 장력조절부의 분리막 견인속도를 일정하게 유지하고 전극픽커의 속도를 조절하는 제어를 통하여 분리막의 장력을 일정하게 유지할 수 있다. 이 경우 전극픽커의 이동 속도는 1회의 극판 이송에 따라 초기에서 말기로 갈 수 록 점차 이동속도가 느려질 수 있다. 또한 제1 장력조절부의 견인속도 및 전극픽커의 이동속도를 모두 조절하는 제어를 통하여 분리막의 장력을 일정하게 유지하도록 제어될 수 있다.

도 15는 장력조절부의 작동개념을 도시한 개념도이다.

도 15를 참조하면 장력조절부(720)는 세파피더(710)의 분리막(1100) 인출 속도 조절 이후 정밀하게 분리막(1100)의 장력을 조절할 수 있게 된다. 이때 장력조절부(720) 또는 별도로 구비된 센서로부터 분리막(1100)의 장력을 측정하고 정밀하게 장력을 조절할 수 있게 된다.

이하에서는 도 16a 내지 도 16d를 참조하여 전극조립체(1000) 제조의 마무리 과정에 대하여 설명하도록 한다.

도 16a, 16b, 16c 및 16d는 와인더(800)의 작동상태도이다.

와인더(800)는 전극픽커의 작동에 의해 전극조립체(1000)의 적층이 완료된 이후 젤리롤의 외면을 분리막(1100)으로 감쌀 수 있게 된다.

도 16a를 참조하면, 전극조립체(1000)은 스태킹 테이블(600)의 안착면 상에서 적층이 완료된 상태로 대기하고 있으며, 이때 전극 그리퍼(610)에 의해 지지되어 위치가 고정된 상태를 유지할 수 있다.

도 16b를 참조하면, 와인딩 동작의 시작으로서, 분리막(1100)을 임시로 거치할 수 있도록 가이드 롤러(미도시)가 분리막(1100) 이동경로상으로 인출되어 분리막(1100)을 지지할 수 있다. 이후 한 쌍의 젤리롤 그리퍼(830)는 서로의 단부가 가까워질 수 있도록 위치가 조절된다. 즉 젤리롤 그리퍼(830)는 전극조립체(1000)을 파지할 수 있는 위치로 y 축 방향의 위치가 조절될 수 있다.

이후 도 16c를 참조하면, 전극 그리퍼(610)는 후퇴하여 젤리롤의 지지를 해제하며, 젤리롤 그리퍼(800)가 전극조립체(1000)을 파지하여 x 방향으로 이동시킨다. 이때 분리막(1100)은 젤리롤의 위치가 변경됨에 따라 잡아당겨지면서 인출될 수 있다. 이때 와인더(800)는 젤리롤 그리퍼(830)의 위치를 전극조립체의 회전시 다른 구성요소와 간섭이 발생하지 않는 위치로 조절할 수 있다. 일 예로서 x 방향으로 스태킹 테이블(600)의 안착면의 x 방향 폭 보다 긴 길이로 이동시킬 수 있다.

이후 도 16d를 참조하면, 젤리롤 그리퍼(830)가 전극조립체(1000)을 파지한 상태에서 회전시킨다. 젤리롤 그리퍼(830)가 전극조립체을 회전시키는 경우 젤리롤의 외면은 분리막(1100)으로 둘러쌓이게 된다. 이때 전극조립체의 외면을 분리막(1100)이 둘러쌓는 횟수는 복수로 설정될 수 있다.

이후 도시되지는 않았으나, 이후 블레이드에 의해 분리막(1100)이 절단되면서 전극조립체(1000)의 1회 적층 과정이 완료될 수 있다. 이때, 스태킹 테이블(600)의 전극 지지부가 분리막(1100)을 지지하여 고정한 상태에서 블레이드에 의해 분리막(1100)의 절단이 이루어지므로, 바로 다음 전극조립체(1000)를 적층할 수 있는 준비를 마치게 된다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 지그재그형 이차전지의 극판 고속 적층 장치는 스태킹 테이블을 고정하면서 적층할 수 있어 스태킹 테이블의 이동시 발생하는 관성에 의한 문제점을 원천적으로 방지할 수 있다. 또한 연속적으로 제공되는 분리막의 장력만을 조절하는 종래의 dancer 타입과 달리 세파피더에 의해 분리막의 이동속도의 조절(motion control) 및 장력조절이 가능하므로 전극픽커의 동작에 대응하여 능동적으로 조절할 수 있어 정밀도를 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

또한 본 발명에 따른 지그재그형 이차전지의 극판 고속 적층 장치는 종래의 왕복형 Z-stacking 적층장치와 달리 좌우 한 쌍의 전극 픽커가 동시에 동작하고 스태커의 이동/회전이 생략되므로 이차전지 생산 속도를 획기적으로 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

1: 지그재그형 이차전지의 극판 고속 적층 장치
1000: 전극조립체
1100: 분리막 1200: 양극판
1300: 음극판
100: 프레임 200: 베이스
211: 제1 매거진 안착부 212: 제2 매거진 안착부
221: 제1 프리게이징 테이블 222: 제2 프리게이징 테이블
231: 제1 위치조절부 232: 제2 위치조절부
300: 수직 플레이트
400: 분리막 공급부 410: 분리막 롤
420: 분리막 롤 거치부
501: 전극픽커 지지부
510: 제1 전극픽커 511: 제1 전극픽커 수평 구동부
512: 제1 전극픽커 프레임 513: 연장부
514: 제1 픽업 모듈 516: 제1 분리막 지지 롤러
520: 제2 전극픽커 524: 제2 픽업 모듈
600: 스태킹 테이블 610: 전극 그리퍼
710: 세파피더 711: 제1 클램프
712: 제1 클램프 구동부 713: 제2 클램프
714: 제2 클램프 구동부
720: 장력조절부
721: 장력조절부 롤러 722: 장력조절부 구동부
800: 와인더
810: 제1 와인더 링크 820: 제2 와인더 링크
830: 젤리롤 그리퍼 900: 가이드 롤러

Claims (20)

1. 복수의 양극판이 적재될 수 있도록 구성되는 제1 매거진 안착부;
   복수의 음극판이 적재될 수 있도록 구성되는 제2 매거진 안착부;
   상기 제1 매거진 안착부와 상기 제2 매거진 안착부 사이에 구비되는 스태킹 테이블;
   권취된 분리막을 풀어가면서 상기 스태킹 테이블에 공급할 수 있도록 구성되는 분리막 공급부;
   상기 양극판을 픽업하여 상기 스태킹 테이블로 안착시킬 수 있도록 구성되는 제1 전극픽커;
   상기 음극판을 픽업하여 상기 스태킹 테이블로 안착시킬 수 있도록 구성되는 제2 전극픽커;
   상기 제1 전극픽커는 상기 양극판을 제1 방향으로 이송하는 과정 중 상기 분리막을 밀어내면서 상기 스태킹 테이블의 최상면에 안착시키며,
   상기 제2 전극픽커는 상기 음극판을 상기 제1 방향과 반대인 제2 방향으로 이송하는 과정 중 상기 분리막을 밀어내면서 상기 스태킹 테이블에서 적층되는 전극조립체의 최상면에 안착시키도록 구성되며,
   상기 분리막 공급부와 상기 스태킹 테이블 사이의 상기 분리막의 이송경로에 구비되며, 상기 제1 전극픽커 또는 상기 제2 전극픽커가 상기 분리막을 밀어냄에 대응하여 상기 분리막의 장력을 조절할 수 있도록 구성되는 세파피더를 포함하며,
   상기 세파피더는,
   상기 제1 전극픽커가 제1 방향으로 이동 또는 상기 제2 전극픽커가 상기 제2 방향으로 이동함에 따라 상기 분리막의 이송방향으로 상기 분리막을 클램핑하여 소정길이로 견인할 수 있도록 구성되는 지그재그형 이차전지의 극판 고속 적층 장치.
2. 삭제
3. 삭제
4. 제1 항에 있어서,
   상기 세파피더는,
   상기 분리막을 선택적으로 클램핑할 수 있도록 구성되는 제1 클램프 및 제2 클램프를 더 포함하는 지그재그형 이차전지의 극판 고속 적층 장치.
5. 제4 항에 있어서,
   상기 제1 클램프 및 상기 제2 클램프는 상기 분리막의 견인 방향을 따라 독립적으로 왕복이동 가능하게 구성되는 지그재그형 이차전지의 극판 고속 적층 장치.
6. 제5 항에 있어서,
   상기 제1 클램프 및 상기 제2 클램프는 서로 교대로 상기 분리막을 클램핑하여 견인할 수 있도록 구성되는 지그재그형 이차전지의 극판 고속 적층 장치.
7. 제6 항에 있어서,
   상기 제1 클램프 및 상기 제2 클램프는 상하 방향으로 상기 분리막을 견인할 수 있도록 구성되는 지그재그형 이차전지의 극판 고속 적층 장치.
8. 제6 항에 있어서,
   상기 제1 클램프 및 상기 제2 클램프는 좌우 방향으로 상기 분리막을 견인할 수 있도록 구성되는 지그재그형 이차전지의 극판 고속 적층 장치.
9. 제6 항에 있어서,
   상기 제1 클램프 및 상기 제2 클램프는 1회 견인 동작 내에서 초기 견인 속도보다 말기 견인 속도가 더 빠르게 제어되는 지그재그형 이차전지의 극판 고속 적층 장치.
10. 제9 항에 있어서,
    상기 분리막의 이송경로 중 상기 세파피더를 통과한 이후의 지점에 구비되며, 상기 분리막의 이송경로와 수직한 방향으로 이동거리를 조절하여 상기 분리막의 장력을 조절할 수 있도록 구성되는 제2 장력조절부를 포함하는 지그재그형 이차전지의 극판 고속 적층 장치.
11. 제1 항에 있어서,
    상기 스태킹 테이블은 하측이 고정되어 구비되며,
    상기 제1 전극픽커 및 상기 제2 전극픽커가 상기 스태킹 테이블의 상측에 구비된 플레이싱 영역에 상기 양극판 또는 상기 음극판을 안착시키는 지그재그형 이차전지의 극판 고속 적층 장치.
12. 제11 항에 있어서,
    상기 제1 전극픽커 및 상기 제2 전극픽커 각각은 상기 분리막과 접촉되는 지점에 구비되는 롤러를 포함하는 지그재그형 이차전지의 극판 고속 적층 장치.
13. 제12 항에 있어서,
    상기 제1 전극픽커의 상기 롤러는 상기 제2 전극픽커의 상기 롤러는 서로 반대 방향으로 상기 분리막을 밀어내도록 구성되는 지그재그형 이차전지의 극판 고속 적층 장치.
14. 제13 항에 있어서,
    상기 제1 매거진 안착부와 상기 스태킹 테이블 사이에 구비되는 제1 위치 정렬부; 및
    상기 제2 매거진 안착부와 상기 스태킹 테이블 사이에 구비되는 제2 위치 정렬부;를 더 포함하는 지그재그형 이차전지의 극판 고속 적층 장치.
15. 제14 항에 있어서,
    상기 제1 전극픽커는 한 쌍의 픽업 모듈을 포함하며,
    상기 한 쌍의 픽업 모듈 중 하나는 상기 제1 매거진 안착부로부터 상기 제1 위치 정렬부로 상기 양극판을 이송하며,
    상기 한 쌍의 픽업 모듈 중 다른 하나는 상기 제1 위치 정렬부로부터 상기 양극판을 상기 스태킹 테이블로 이송하며,
    상기 한 쌍의 픽업 모듈에서 이송되는 한 쌍의 양극판은 동시에 이송되는 지그재그형 이차전지의 극판 고속 적층 장치.
16. 제15 항에 있어서,
    상기 제1 전극픽커는 상하 방향으로 소정거리 이동가능하게 구성되며,
    상기 한 쌍의 픽업 모듈에서 동시에 상기 양극판의 픽업 또는 플레이싱을 수행하도록 구성되는 지그재그형 이차전지의 극판 고속 적층 장치.
17. 제1 항에 있어서,
    상기 스태킹 테이블에서 적층이 완료된 젤리롤을 파지할 수 있도록 구성되며,
    상기 젤리롤을 상기 분리막으로 외부를 감쌀 수 있도록 상기 젤리롤을 파지한 상태에서 회전가능하게 구성되는 와인더를 더 포함하는 지그재그형 이차전지의 극판 고속 적층 장치.
18. 제17 항에 있어서,
    상기 와인더는,
    상기 스태킹 테이블의 플레이싱 영역으로부터 상기 젤리롤을 파지하여 이동시킬 수 있도록 구성되는 한 쌍의 와인더 링크;
    양측이 상기 한 쌍의 와인더 링크의 단부에 회전가능하게 연결되며, 상기 젤리롤을 파지한 상태에서 회전가능하게 구성되는 젤리롤 그리퍼를 더 포함하는 지그재그형 이차전지의 극판 고속 적층 장치.
19. 제18 항에 있어서,
    상기 와인더가 상기 젤리롤을 파지하여 상기 스태킹 테이블의 상기 플레이싱 영역에서 이탈시킬 때 상기 분리막을 임시로 지지할 수 있도록 구성되는 가이드 롤러를 더 포함하는 지그재그형 이차전지의 극판 고속 적층 장치.
20. 제19 항에 있어서,
    상기 가이드 롤러는,
    상기 분리막의 폭 방향으로 이동하여 상기 스태킹 테이블의 상측으로 위치가능하게 구성되는 지그재그형 이차전지의 극판 고속 적층 장치.
    

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