KR20060106892A

KR20060106892A - 권회심 및 그 권회심을 이용한 전극체의 제조방법

Info

Publication number: KR20060106892A
Application number: KR1020060030155A
Authority: KR
Inventors: 미츠히로 치쿠와; 도모치카 다카하라; 히로시 핫토리
Original assignee: 히다치 막셀 가부시키가이샤
Priority date: 2005-04-04
Filing date: 2006-04-03
Publication date: 2006-10-12
Also published as: CN1848509A; JP4600926B2; CN100477368C; KR100935002B1; JP2006286492A

Abstract

본 발명은 구조가 비교적 간단하면서 세퍼레이터를 끼워 넣어 고정할 수 있는 권회심을 얻는 것이다.

이를 위하여 본 발명에서는 권회심(21)은 양극(6)과 음극(7)과 세퍼레이터(9)가 감기는 외축(22)과, 세퍼레이터(9)를 고정하기 위한 내축(25)과, 끼워 넣음부(35)가 내축(25)의 선단부(25b)에 밖으로부터 끼우는 받이축(26)을 포함한다. 외축(22)은 이것의 한쪽 끝에서 개방되는 공간(23)을 가지고, 내축(25)이 상기 공간(23) 내에 배치된다. 내축(25)은 이것의 선단에서 개방되는 내축 슬릿(29)을 가진다. 외축(22)은 내축 슬릿(29)과 대치하는 외축 슬릿(27)을 가진다. 2매 겹친 세퍼레이터(9·9)를 외축 슬릿(27)을 거쳐 내축 슬릿(29) 내로 도입하고, 받이축(26)의 끼워 넣음부(35)를 내축(25)의 선단부(25b)에 밖으로부터 끼웠을 때에는 폐쇄된 내축 슬릿(29)에 세퍼레이터(9)를 끼워 넣어 고정한다.

Description

권회심 및 그 권회심을 이용한 전극체의 제조방법{WINDING CORE AND MANUFACTURING METHOD OF ELECTRODE BODY USING THE SAME}

도 1은 권회심의 종단 정면도,

도 2는 권회심의 종단 측면도,

도 3은 밀폐 각형 전지의 주요부 단면도,

도 4는 밀폐 각형 전지의 분해 사시도,

도 5는 권회심의 동작을 설명하는 개략 단면도,

도 6은 권회심의 다른 실시예를 나타내는 종단 정면도이다.

※ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

2 : 전극체 6 : 양극

7 : 음극 9 : 세퍼레이터

21 : 권회심 22 : 외축

23 : 공간 25 : 내축

25a : 내축의 종단부 25b : 내축의 선단부

26 : 받이축 27 : 외축 슬릿

29 : 내축 슬릿 30 : 아래쪽 커트면

31 : 윗쪽 커트면 39 : 절단날

본 발명은 리튬 이온(lithium ion)전지의 전지캔 등에 내장되는 전극체를 제조하기 위한 권회심(捲回芯) 및 그 권회심을 이용한 전극체의 제조방법에 관한 것이다.

특허문헌 1∼5에는 권회심을 회전시킴으로써 띠형상의 양극과 띠형상의 음극과의 사이에 띠형상의 세퍼레이터를 개재시킨 상태에서 상기 권회심에 양극과 음극과 세퍼레이터를 권회하여 전극체를 제조하는 것이 개시되어 있다.

[특허문헌 1]

일본국 특개평8-153519호 공보(단락번호 0009-0010, 도 6 - 도 10)

[특허문헌 2]

일본국 특개2003-282136호 공보(단락번호 0017, 도 1)

[특허문헌 3]

일본국 특허 제3536391호 공보(단락번호 0046, 도 2)

[특허문헌 4]

일본국 특개2003-257475호 공보(단락번호 0008, 도 2)

[특허문헌 5]

일본국 특개2004-127860호 공보(단락번호 0008 - 0011, 도 1 - 도 3)

특허문헌 1, 2에서는 권회심의 지름방향으로 관통형상으로 설치한 슬릿에 세 퍼레이터를 통과시킨 상태에서 권회심에 세퍼레이터를 감고 있다. 특허문헌 3에서는 권회심의 바깥 둘레면에 양극과 음극과 세퍼레이터를 직접 감고 있다. 이 때문에 특허문헌 1 ∼ 3에서는 세퍼레이터가 권회시에 미끄러져 양극과 음극과의 위치관계가 어긋나 전극체의 품질 저하 등을 초래하는 경우가 있다.

이것에 대하여 특허문헌 4, 5에서는 분할한 권회심으로 세퍼레이터를 끼워 넣어 고정하여 상기한 세퍼레이터의 미끄러짐을 방지하고 있으나, 세퍼레이터를 끼워 넣을 때에 권회심의 분할면이 세퍼레이터의 면방향으로 움직이면서 가압되기 때문에 세퍼레이터가 끌어 당겨져 잡아 뜯길 염려가 있다. 또한 특허문헌 4, 5는 구조가 복잡하기 때문에 권회심의 비용상승(cost up)을 초래하기 쉽다.

따라서, 본 발명의 목적은 구조가 간단하면서 세퍼레이터의 면방향으로 움직이지 않게 세퍼레이터를 끼워 넣어 고정하는 권회심 및 그 권회심을 이용한 전극체의 제조방법을 제공하는 것에 있다.

본 발명이 대상으로 하는 권회심(21)은, 도 5에 나타내는 바와 같이 띠형상의 양극(6)과 띠형상의 음극(7)을 띠형상의 세퍼레이터(9)를 개재시킨 상태에서 권회하여 전극체(2)를 제조하는 데 이용한다. 본 발명의 권회심(21)은, 도 1 및 도 2에 나타내는 바와 같이 양극(6)과 음극(7)과 세퍼레이터(9)가 감기는 긴 막대형상의 외축(22)과, 세퍼레이터(9)를 고정하기 위한 긴 막대형상의 내축(25)과, 외축(22)의 한쪽 끝에 착탈 자유롭게 설치되는 받이축(26)을 포함한다. 외축(22)의 축심부분에는 외축(22)의 축심방향으로 연장되어 외축(22)의 한쪽 끝에서 개방되는 공간(23)을 형성하고 있고, 내축(25)은 내축(25)의 축심이 외축(22)의 축심을 따르는 자세로 공간(23) 내에 배치된다. 받이축(26)은 외축(22)의 한쪽 끝에 설치되었을 때에 내축(25)의 선단부(25b)에 착탈 자유롭게 밖으로부터 끼우는 끼워 넣음부(35)를 가지고 있다. 내축(25)은 내축(25)의 종단부(25a)가 공간(23)의 안쪽부에 고정됨과 동시에, 내축(25)의 축심방향으로 연장되어 내축(25)의 선단에서 개방되는 내축 슬릿(29)을 가지고 있고, 내축 슬릿(29)에 의하여 선단측이 두 갈래 형상으로 나뉘어져 있다. 외축(22)은 내축 슬릿(29)과 대치하는 외축 슬릿(27)을 가지고 있어, 세퍼레이터(9)가 외축 슬릿(27)을 거쳐 내축 슬릿(29) 내로 도입되도록 되어 있고, 받이축(26)의 끼워 넣음부(35)를 내축(25)의 선단부(25b)에 밖으로부터 끼웠을 때에는 끼워 넣음부(35)의 안 둘레면으로 내축(25)의 선단부(25b)의 바깥 둘레면이 내축 슬릿(29)의 간극의 폭 방향으로 눌려져 내축 슬릿(29)이 폐쇄되어 세퍼레이터(9)가 끼워 넣어진다. 여기서의 외축(22)은 능형, 타원형, 육각형 또는 팔각형 등의 단면형상으로 형성된다. 외축(22)은, 내축(25)의 종단부(25a)측이 선단부(25b)측보다도 외축 슬릿(27)의 간극의 폭방향으로 넓어지는 테이퍼(taper)형상으로 설정하여 두고, 받이축(26)을 내축(25)에 밖으로부터 끼웠을 때에 내축(25)의 선단부(25b)측이 바깥쪽으로 넓혀져서 내축(25)의 종단부(25a)측과 내축(25)의 선단부(25b)측에 있어서의 슬릿의 간극의 폭 방향의 치수가 대략 같아지도록 설정하여도 좋다.

외축 슬릿(27)은, 외축(22)의 축심방향으로 연장되어 외축(22)의 한쪽 끝에 서 개방됨으로써, 외축(22)의 한쪽 끝측이 두 갈래 형상으로 나뉘어져 있다. 받이축(26)의 끼워 넣음부(35)는 외축(22)의 한쪽 끝측으로부터 공간(23) 내로 끼워 넣어 내축(25)의 선단부(25b)에 밖으로부터 끼우도록 형성되어 있고, 받이축(26)의 끼워 넣음부(35)가 공간(23) 내로부터 빠졌을 때에는 외축(22)의 한쪽 끝이 자유롭게 되어 외축 슬릿(27)의 간극이 좁아진다.

내축(25)에는 내축 슬릿(29)에 면하는 한 쌍의 커트면(30·31)이 형성되어 있고, 한쪽의 커트면(30)에는 상기 커트면(30)의 길이방향으로 연장되는 돌기(32)가 돌출 설치되어 있으며, 다른쪽의 커트면(31)에는 상기 커트면(31)의 길이방향으로 연장되어 돌기(32)와 대치하는 오목부(33)가 형성되어 있다. 돌기(32)는 세퍼레이터(9)를 파단하지 않을 정도로 세퍼레이터(9)에 파고 드는 것이면 좋다. 돌기(32)의 단면형상은 원호형상이나 삼각형상 등이 바람직하다. 돌기(32)와 오목부(33)는, 2열 이상으로 설치하여도 좋고, 또 커트면(30·31)의 길이방향에 대하여 단속적으로 설치하여도 좋다.

본 발명의 제조방법은 상기한 권회심(21)을 이용한 전극체의 제조방법에 있어서, 도 5에 나타내는 바와 같이 내축(25)의 선단부(25b)로부터 받이축(26)을 빼내어 내축(25)의 내축 슬릿(29)의 간극을 넓힌 상태에서, 2매 겹친 세퍼레이터(9·9)를 외축(22)의 외축 슬릿(27) 및 내축 슬릿(29)에 삽입하는 제 1 단계와, 받이축(26)을 외축(22)의 한쪽 끝측으로부터 외축(22)의 공간(23) 내로 끼워 넣어 내축(25)의 선단부(25b)에 밖으로부터 끼움으로써 내축(25)의 내축 슬릿(29)에 면하는 한 쌍의 커트면(30·31)에 2매 겹친 세퍼레이터(9·9)를 끼워 넣어 고정하는 제 2 단계와, 권회심(21)을 회전시켜 2매 겹친 세퍼레이터(9·9)를 권회심(21)에 감고나서 2매 겹친 세퍼레이터(9·9)의 사이에 양극(6) 및 음극(7) 중 어느 한쪽의 전극을 배치함과 동시에 다른쪽의 전극을 한쪽의 세퍼레이터(9)를 끼워 한쪽의 전극과 대치시킨 상태로 배치하여, 양 전극(6·7)을 세퍼레이터(9)와 함께 권회심(21)에 감는 제 3 단계로 이루어진다.

또한 제 3 단계에서의 권회가 완료되었을 때에, 권회심(21)의 회전을 정지시키는 제 4 단계와, 내축(25)의 선단부(25b)로부터 받이축(26)을 빼내어 내축 슬릿(29)의 간극을 넓혀 한 쌍의 커트면(30·31)에의 2매 겹친 세퍼레이터(9·9)의 끼워 넣음을 해제함과 동시에, 외축(22)의 공간(23) 내로부터 받이축(26)을 빼내어 외축(22)의 한쪽 끝을 자유롭게 하여 외축 슬릿(27)의 간극을 좁히는 제 5 단계와, 권회가 완료된 전극체(2)를 권회심(21)으로부터 빼내는 제 6 단계를 가진다. 상기한 바와 같이 외축(22)이, 내축(25)의 종단부(25a)측이 선단부(25b)측보다도 외축 슬릿(27)의 간극의 폭방향으로 넓어지는 테이퍼형상의 경우에는, 제 5 단계에서 받이축(26)을 빼내었을 때에는 제 6 단계에서는 상기 테이퍼를 따라 용이하게 전극체(2)를 빼낼 수 있다.

외축(22)은, 외축 슬릿(27)에 의하여 한쪽 끝측이 두 갈래 형상으로 형성되고, 내축(25)은, 내축 슬릿(29)에 의하여 선단측이 두 갈래 형상으로 형성되어 있고, 제 3 단계에 앞서, 외축 슬릿(27) 및 내축 슬릿(29)의 간극으로부터 전극이 배치되는 측과는 반대측으로 인출된 2매 겹친 세퍼레이터(9·9)의 부분(9a)을 절단날(39)에 의하여 소정의 길이로 절단한다.

한 쌍의 커트면(30·31) 중의 한쪽의 커트면(30)에는 상기 커트면(30)의 길이 방향으로 연장되는 돌기(32)가 돌출 설치되고, 다른쪽의 커트면(31)에는 상기 커트면(31)의 길이방향으로 연장되어 돌기(32)와 대치하는 오목부(33)가 형성되어 있고, 제 2 단계에 있어서 한 쌍의 커트면(30·31)에 2매 겹친 세퍼레이터(9·9)를 끼워 넣을 때에는 돌기(32)가 세퍼레이터(9)에 파고 들도록 할 수 있다.

제 6 단계의 다음에는 전극체(2)를 단면 타원형상으로 눌러 찌끄러뜨림으로써 박형의 각진 통형상의 전지캔(1) 내에 수용할 수 있다.

도 3 및 도 4에 있어서, 본 발명에 관한 박형의 밀폐 각형 전지는, 상면에 좌우 가로로 긴 개구를 가지는 바닥이 있는 각진 통형상의 전지캔(1)과, 전지캔(1) 내에 수용된 전극체(2) 및 비수전해액과, 전지캔(1)의 개구 상면을 막는 좌우 가로로 긴 덮개(3)와, 덮개(3)의 안쪽에 배치되는 플라스틱제의 절연체(5)를 포함한다. 전지캔(1)은 니켈(nicke1)과 알루미늄(aluminum)으로 이루어지는 클래드(clad)재를 딥드로잉 가공하여 상하 세로로 긴 박형으로 형성한다. 전지캔(1)의 좌우 폭 치수는 34 mm, 상하 높이 치수는 50 mm, 전후 두께 치수는 3.8 mm로 하였다.

전극체(2)는 띠형상의 양극(6)과, 띠형상의 음극(7)과의 사이에 미세 다공성 폴리에틸렌 필름(plyethylene film)으로 이루어지는 띠형상의 세퍼레이터(9)를 개재시킨 상태에서 소용돌이형상으로 권회하여 제조된다. 전극체(2)는, 권회 후에 단면 타원형상으로 눌러 찌그러뜨려 성형된다. 양극(6)에는 양극 활성물질을 함유하는 도포막이 띠형상의 양극 집전체의 표리 양면에 배치되어 있다. 음극(7)에는 음극 활성물질을 함유하는 도포막이 띠형상의 음극 집전체의 표리 양면에 배치되어 있다. 양극(6)의 양극 집전체로부터는 박판형상의 양극 집전 리드(lead)(10)가 도출되어 있다. 음극(7)의 음극 집전체로부터는 박판형상의 음극 집전 리드(11)가 도출되어 있다. 양극(6)의 폭은 음극(7)보다도 작아져 있고, 양극(6)과 음극(7)의 폭 치수의 차는 0.6 mm 이다.

덮개(3)는 알루미늄합금 등의 판재의 프레스(press)성형품으로, 전지캔(1)의 개구 둘레 가장자리에 덮개(3)의 바깥 둘레 가장자리가 레이저(laser)로 심(semm)용접된다. 덮개(3)의 중앙에는 윗쪽의 절연 패킹(packing)(12) 및 아래쪽의 절연판(13)을 거쳐 음극 단자(15)를 관통형상으로 설치한다. 덮개(3)의 좌우방향의 오른쪽 끝 근처에는 전해액을 전지캔(1) 내에 주입하기 위한 원형의 주액 구멍(16)이 상하 관통형상으로 형성되어 있다. 주액 구멍(16)은 전해액의 주입 후에 마개(17)로 막아 입구를 봉한다.

음극 단자(15)의 하단에는 덮개(3)의 내면에 있어서 좌우 가로로 긴 박판으로 이루어지는 리드판(19)을 접속한다. 리드판(19)은 주액 구멍(16)의 반대측으로 연장되어 있고, 아래쪽의 절연판(13)으로 덮개(3)와 절연되어 있다. 이 리드판(19)의 하면에 음극 집전 리드(11)를 레이저 용접한다. 양극 집전 리드(10)는 덮개(3)의 이면에서 절연판(13)과 주액 구멍(16)과의 사이의 스페이스(space)에 레이저 용접한다. 이로써 양극 집전 리드(10)가 덮개(3) 및 전지캔(1)에 도통하여 덮개(3) 및 전지캔(1)이 양극 전위로 대전한다. 덮개(3)의 좌우방향의 한쪽 끝 근처(도 3의 왼쪽 끝)에는 개열 벤트(20)가 형성되어 있고, 개열 벤트(vent)(20)는 전지 내압이 이상 상승하였을 때에 개열하여 전지 내압을 해방한다.

전지의 조립시에는 덮개(3)에 대하여 상기한 바와 같이 음극 단자(15), 절연 패킹(12), 절연판(13) 및 리드판(19)을 설치하고, 또한 전극체(2)를 전지캔(1) 내에 수용한 후에, 음극 집전 리드(11)를 리드판(19)에, 양극 집전 리드(10)를 덮개(3)에 각각 상기한 요령으로 용접한다. 다음에 전지캔(1)의 개구 둘레 가장자리에 덮개(3)를 레이저로 심용접한 후, 전해액을 주액 구멍(16)으로 주입하여 주액 구멍(16)을 마개(17)로 막음으로써 전지가 완성된다.

양극(6)과 음극(7)과 세퍼레이터(9)는, 권회심(21)을 이용하여 권회된다. 그 권회심(21)은 도 2(a), 도 2(b)에 나타내는 바와 같이 양극(6)과 음극(7)과 세퍼레이터(9)가 감기는 긴 막대형상의 외축(22)과, 외축(22)의 축심부분에 형성된 공간(23) 내에 배치되어 세퍼레이터(9)를 고정하는 긴 막대형상의 내축(25)과, 외축(22)의 한쪽 끝(도 2의 왼쪽 끝)에 착탈 자유롭게 설치되는 받이축(26)을 포함한다.

외축(22)은 도 1에 나타내는 바와 같이 대략 능형의 단면형상으로 형성되어 있다. 도 2(a)에 나타내는 바와 같이 상기 공간(23)은 외축(22)의 축심방향으로 연장되어 외축(22)의 한쪽 끝에서 개방상태로 되어 있다. 내축(25)은 내축(25)의 축심이 외축(22)의 축심을 따르는 자세로 공간(23)에 내포된다.

외축(22)에는 세퍼레이터(9)를 공간(23) 내로 유도하기 위한 외축 슬릿(27)이 설치되어 있다. 외축 슬릿(27)은, 외축(22)의 단면에 있어서의 짧은 축 위를 지나도록 형성하고 있음과 동시에, 외축(22)의 축심방향으로 외축(22)의 한쪽 끝으로부터 다른쪽 끝 가까이에 까지 연장되어 외축(22)의 한쪽 끝에서 개방상태로 되 어 있다. 외축 슬릿(27)에 의하여 외축(22)은 두 갈래 형상으로 형성된다. 외축(22)의 다른쪽 끝부(도 2의 오른쪽 끝)는 도시 생략한 구동수단에 지지되도록 되어 있고, 상기 구동수단에 의하여 외축(22)이 회전 구동된다. 외축(22)의 길이는 세퍼레이터(9)의 폭보다 크다.

내축(25)은 이것의 종단부(25a)가 상기 공간(23)의 안쪽부에 고정된다. 내축(25)에는 세퍼레이터(9)를 끼워 넣기 위한 내축 슬릿(29)이 설치되어 있다. 내축 슬릿(29)은 내축(25)의 축심방향으로 상기 내축(25)의 선단으로부터 종단 가까이까지 연장되어 내축(25)의 선단(도 2의 왼쪽 끝)에서 개방상태로 되어 있다. 내축 슬릿(29)에 의하여 내축(25)은 두 갈래 형상으로 형성된다. 내축 슬릿(29)과 상기 외축 슬릿(27)이 대치한다.

내축(25)의 선단은 외축(22)의 공간(23)의 개방단보다도 상기 공간(23)의 안쪽측으로 치우쳐 있다. 내축(25)의 바깥 둘레면은 내축(25) 그 자체의 탄성력으로 공간(23)의 내면에 가압된다. 받이축(26)의 오목부(37)를 내축(25)의 선단부(25b)에 밖으로부터 끼우게 하기 위하여 내축(25)의 선단부(25b)의 외경은 내축(25)의 종단측의 외경보다 작다. 즉, 도 2(a)에 나타내는 바와 같이 내축(25)의 선단부(25b)와, 외축(22)의 공간(23)의 주위면과의 사이에는 간극이 형성되어 있다.

내축(25)에는 도 1에 나타내는 바와 같이 내축 슬릿(29)에 면하는 상하 한 쌍의 커트면(30·31)이 형성되어 있다. 아래쪽의 커트면(30)에는 이것의 길이방향으로 연장되는 단면 반원형상의 돌기(32)가 돌출 설치되어 있다. 위쪽의 커트면(31)에는 이것의 길이방향으로 연장되어 상기 돌기(32)와 대치하는 오목부(33)가 형성되어 있다. 즉, 내축 슬릿(29)을 폐쇄하면 돌기(32)가 오목부(33)에 끼워 맞춰진다.

받이축(26)은 외축(22)의 한쪽 끝에 설치되었을 때에 내축(25)의 선단부(25b)에 착탈 자유롭게 밖으로부터 끼우는 끼워 넣음부(35)와, 도시 생략한 지지부재에 회전 가능하게 지지되는 지지부(36)를 포함한다. 즉, 끼워 넣음부(35)의 선단면에 상기한 오목부(37)를 설치하고 있다.

도 2(b)에 나타내는 바와 같이 받이축(26)의 끼워 넣음부(35)를 외축(22)의 한쪽 끝측으로부터 공간(23) 내에 끼워 넣어 받이축(26)의 끼워 넣음부(35)의 오목부(37)에 내축(25)의 선단부(25b)를 끼워 넣은 때에는 끼워 넣음부(35)의 오목부(37)의 안 둘레면으로 내축(25)의 선단부(25b)의 바깥 둘레면이 내축 슬릿(29)의 간극의 폭방향으로 눌려 내축(25)의 상하의 커트면(30·31)끼리 접근하고, 내축 슬릿(29)이 폐쇄되어 2매 겹친 세퍼레이터(9·9)가 끼워 넣어진다. 오목부(37)의 개구부에는 테이퍼면이 형성되고, 내축(25)의 선단부(25b)의 선단에 테이퍼면이 형성되어 있어, 오목부(37)의 개구부에 내축(25)의 선단부(25b)가 용이하게 끼워 넣어지도록 되어 있다.

전극체(2)는 이하의 단계를 순서대로 거쳐 제조된다.

(제 1 단계)

내축(25)의 선단부(25b)로부터 받이축(26)을 빼내어 도 5(a)에 나타내는 바와 같이 내축(25) 자체의 탄성력으로 내축(25)의 내축 슬릿(29)의 간극을 넓힌 상태에서 2매 겹친 세퍼레이터(9·9)를 외축(22)의 외축 슬릿(27) 및 내축(25)의 내 축 슬릿(29)에 삽입한다. 또한 상기 세퍼레이터(9·9)는, 외축(22) 및 내축(25)이 상기 세퍼레이터(9·9)의 폭방향으로 이동함으로써 외축 슬릿(27) 및 내축 슬릿(29)에 삽입된다.

(제 2 단계)

받이축(26)의 끼워 넣음부(35)를 외축(22)의 한쪽 끝측으로부터 외축(22)의 공간(23) 내에 끼워 넣고, 끼워 넣음부(35)를 내축(25)의 선단부(25b)에 밖으로부터 끼움으로써 도 5(b)에 나타내는 바와 같이 내축(25)의 한 쌍의 커트면(30·31)에 2매 겹친 세퍼레이터(9·9)를 끼워 넣어 고정한다. 이때 아래쪽 커트면(30)의 돌기(32)가 2매 겹친 세퍼레이터(9·9)에 파고 든 상태에서 위쪽 커트면(31)의 오목부(33)에 끼워 맞춰지기 때문에 세퍼레이터(9·9)가 상하의 커트면(30·31) 사이에서 미끄러지는 일이 없다.

이어서 외축 슬릿(27) 및 내축 슬릿(29)의 간극으로부터 양 전극(6·7)이 배치되는 측과는 반대측으로 인출된 2매 겹친 세퍼레이터(9·9)의 부분(9a)은, 도 5(b)에 나타내는 바와 같이 절단날(39)로 권회심(21)의 축심으로부터의 치수가 소정의 길이가 되도록 절단한다. 절단날(39)은 권회심(21)과의 간섭 등을 고려하여 상기 소정의 길이가 5∼30 mm 정도가 되는 위치에 배치되어 있다.

(제 3 단계)

권회심(21)을 회전시켜, 도 5(c)에 나타내는 바와 같이 2매 겹친 세퍼레이터(9·9)를 권회심(21)에 반회전분만큼 감고 나서 2매 겹친 세퍼레이터(9·9)의 사이에 양극(6)을 배치함과 동시에, 음극(7)을 한쪽의 세퍼레이터(9)를 사이에 두고 양극(6)과 대치시킨 상태로 배치하여, 도 5(d)에 나타내는 바와 같이 양 전극(6·7)을 세퍼레이터(9)와 함께 권회심(21)에 감는다. 또한 음극(7)은 양극(6)보다도 먼저 권회심(21)에 감기도록 설정하고 있다. 2매 겹친 세퍼레이터(9·9) 사이에 음극(7)을 배치함과 동시에, 양극(6)을 한쪽의 세퍼레이터(9)를 사이에 두고 음극(7)과 대치시킨 상태로 배치하여도 좋다.

(제 4 단계)

도 2(b)에 나타내는 바와 같이 양극(6)과 음극(7)과 세퍼레이터(9)의 권회가 소정 횟수만큼 행하여져 권회가 완료되었을 때에 권회심(21)의 회전을 정지시킨다. 양극(6) 및 음극(7)은 소정 치수로 절단된다.

(제 5 단계)

내축(25)의 선단부(25b)로부터 받이축(26)을 빼내고, 외축(22)의 공간(23) 내로부터 받이축(26)을 빼내어, 내축(25) 자체의 탄성력으로 내축 슬릿(29)의 간극을 넓힌다. 이에 의하여 한 쌍의 커트면(30·31)에의 2매 겹친 세퍼레이터(9·9)의 끼워 넣음이 해제되어 전극체(2)를 외축(22)의 한쪽 끝측으로 이동시킬 수 있다.

(제 6 단계)

권회가 완료된 전극체(2)를 외축(22)의 한쪽 끝측으로부터 빼낸다. 또한 외축(22)이 내축(25)의 종단부(25a)측이 선단부(25b)측보다 외축 슬릿(27)의 간극의 폭방향으로 넓어지는 테이퍼형상의 경우에는, 제 5 단계에서의 전극체(2)의 이동과, 제6 단계에서 상기 테이퍼를 따라 용이하게 전극체(2)를 빼낼 수 있다.

이후 전극체(2)의 가장 바깥 둘레면이 접착 테이프(tape)로 접착 고정된다. 이어서 전극체(2)는 전지캔(1) 내에 수용할 수 있도록 도 4에 나타내는 바와 같이 단면 타원형상으로 눌러 찌그러뜨려 성형함으로써 전극체(2)가 완성된다. 양극(6)에는 양극 집전 리드(10), 음극(7)에는 음극 집전 리드(11)가 각각 용접된다.

외축(22)은 타원형, 육각형 또는 팔각형 등의 단면형상이어도 좋다. 전극체(2)의 안 둘레측에서 양극(6)과 음극(7)에 선행하여 권회심(21)에 감기는 세퍼레이터(9·9)의 권회 개시부분은, 길이 치수가 전극체(2)의 긴 지름 치수의 0.1∼1.5배인 것이 바람직하고, 0.2∼1.0배인 것이 더욱 바람직하다. 상기 권회 개시부분의 길이 치수가, 전극체(2)의 긴 지름 치수의 0.1배보다 작으면 세퍼레이터(9·9)를 절단하는 절단날(39)과 권회심(21)과의 거리가 지나치게 가까워지고, 전극체(2)의 긴 지름 치수의 1.5배보다 크면 권회 초기의 세퍼레이터(9·9)의 길이저감의 효과를 거의 얻을 수 없게 된다.

내축(25)에 의하여 세퍼레이터(9·9)를 끼워 넣는 폭 치수는, 전극체(2)의 짧은 지름 치수의 0.1∼0.5배인 것이 바람직하고, 0.2∼0.4배인 것이 더욱 바람직하다. 세퍼레이터(9·9)를 끼워 넣는 폭 치수가, 전극체(2)의 짧은 지름 치수의 0.1배보다 작으면 세퍼레이터(9·9)를 고정하는 것이 곤란해지고, 전극체(2)의 짧은 지름 치수의 0.5배보다 크면 공간(23)이 지나치게 작아지고, 내축 슬릿의 가동 폭이 작아져 세퍼레이터(9·9)를 끼워 넣기 어렵게 된다. 내축(25)의 커트면(30·31)에 배치되는 돌기(32)와 오목부(33)는 도 6에 나타내는 바와 같이 생략하여도 좋다.

본 발명에 의하면, 받이축(26)을 내축(25)의 선단부(25b)에 밖으로부터 끼우는 것만으로 받이축(26)으로 내축(25)이 내축 슬릿(29)의 간극의 폭방향으로 눌리어 내축 슬릿(29)이 세퍼레이터(9)의 표리면에 대하여 대략 수직방향으로 폐쇄되고, 세퍼레이터(9)가 내축(25)에 끼워 넣어져 고정되기 때문에, 상기 끼워 넣을 때에 내축 슬릿(29)에 면하는 내축(25)의 한 쌍의 커트면(30·31)이, 세퍼레이터(9)의 면방향으로는 거의 움직이지 않는다. 따라서 상기 끼워 넣을 때에 세퍼레이터(9)가 끌어 당겨져 잡아 뜯기기 어렵게 되고, 양극(6)과 음극(7)과 세퍼레이터(9)가 권회심(21)에 의해 확실하게 권회된다. 세퍼레이터(9)의 권회 개시부분에서의 손상을 억제할 수 있다. 권회시에 양극(6)과 음극(7)과의 위치관계가 어긋나 양극(6)이나 음극(7)의 활성물질이 벗겨지거나 하지 않아 전극체(2)의 품질저하 등을 잘 방지할 수 있다. 또한 권회심(21)의 구조가 그다지 복잡해지지 않아도 된다. 또 권회 개시단부의 세퍼레이터를 짧게 할 수 있어, 전극체(2)의 비용을 억제할 수 있다.

내축(25)의 한 쌍의 커트면(30·31)에 돌기(32)와 오목부(33)가 각각 설치되어 있으면, 돌기(32)가 세퍼레이터(9)에 확실하게 파고 들어 권회시에 권회심(21)에 대하여 세퍼레이터(9)가 미끄러지는 것을 더욱 확실하게 방지할 수 있다.

Claims

띠형상의 양극과 띠형상의 음극을, 띠형상의 세퍼레이터(separator)를 개재시킨 상태에서 권회하여 전극체를 제조하기 위한 권회심(捲回芯)에 있어서,

상기 양극과 상기 음극과 상기 세퍼레이터가 감기는 긴 막대형상의 외축과, 상기 세퍼레이터를 고정하기 위한 긴 막대형상의 내축과, 상기 외축의 한쪽 끝에 착탈 자유롭게 설치되는 받이축을 포함하고,

상기 외축의 축심부분에는, 상기 외축의 축심방향으로 연장되어 상기 외축의 한쪽 끝에서 개방되는 공간을 형성하고 있고, 상기 내축은, 상기 내축의 축심이 상기 외축의 축심을 따르는 자세로 상기 공간 내에 배치되어 있으며,

상기 받이축은, 상기 외축의 한쪽 끝에 설치되었을 때에 상기 내축의 선단부에 착탈 자유롭게 밖으로부터 끼우는 끼워 넣음부를 가지고 있고,

상기 내축은, 상기 내축의 종단부가 상기 공간의 안쪽부에 고정됨과 동시에, 상기 내축의 축심방향으로 연장되어 상기 내축의 선단에서 개방되는 내축 슬릿(slit)을 가지고 있고, 상기 내축 슬릿에 의하여 선단측이 두 갈래 형상으로 분리되어 있으며,

상기 외축은, 상기 내축 슬릿과 대치하는 외축 슬릿을 가지고 있고, 상기 세퍼레이터가 상기 외축 슬릿을 거쳐 상기 내축 슬릿 내로 도입되도록 되어 있으며,

상기 받이축의 상기 끼워 넣음부를 상기 내축의 선단부에 밖으로부터 끼웠을 때에는 상기 끼워 넣음부의 안 둘레면으로 상기 내축의 선단부의 바깥 둘레면이 상 기 내축 슬릿의 간극의 폭방향으로 눌려, 상기 내축 슬릿이 폐쇄되어 상기 세퍼레이터가 끼워 넣어지는 것을 특징으로 하는 권회심.
제 1항에 있어서,

상기 외축 슬릿이, 상기 외축의 축심방향으로 연장되어 상기 외축의 한쪽 끝에서 개방됨으로써 상기 외축의 한쪽 끝측이 두 갈래 형상으로 나뉘어져 있고,

상기 받이축의 상기 끼워 넣음부는, 상기 외축의 한쪽 끝측으로부터 상기 공간 내로 끼워 넣어 상기 내축의 선단부에 밖으로부터 끼우도록 형성되어 있고,

상기 받이축의 상기 끼워 넣음부가 상기 공간 내로부터 빠졌을 때에는 상기 외축의 한쪽 끝이 자유롭게 되어 상기 외축 슬릿의 간극이 좁아지는 것을 특징으로 하는 권회심.
제 2항에 있어서,

상기 내축에는, 상기 내축 슬릿에 면하는 한 쌍의 커트(cut)면이 형성되어 있고,

한쪽의 커트면에는, 상기 커트면의 길이방향으로 연장되는 돌기가 돌출 설치되어 있고,

다른쪽의 커트면에는, 상기 커트면의 길이방향으로 연장되어 상기 돌기와 대치하는 오목부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 권회심.
내축 슬릿을 가지는 내축과, 상기 내축을 내포하는 공간을 가짐과 동시에 상기 내축 슬릿과 대치하는 외축 슬릿을 가지는 외축과, 상기 외축의 한쪽 끝에 설치한 상기 공간의 개방단 내에 끼워 넣어져 상기 내축의 선단부에 착탈 자유롭게 밖으로부터 끼우는 받이축을 포함하고, 상기 내축 슬릿이 상기 내축의 선단에서 개방되고, 또한 상기 외축 슬릿이 상기 외축의 한쪽 끝에서 개방된 권회심을 이용하여 띠형상의 양극과 띠형상의 음극과의 사이에 띠형상의 세퍼레이터를 개재시킨 상태에서 권회하는 전극체의 제조방법에 있어서,

상기 내축의 선단부로부터 상기 받이축을 빼내어 상기 내축 슬릿의 간극을 넓힌 상태에서, 2매 겹친 상기 세퍼레이터를 상기 외축 슬릿 및 상기 내축 슬릿에 삽입하는 제 1 단계(step)와,

상기 받이축을 상기 외축의 한쪽 끝측으로부터 상기 공간 내에 끼워 넣어 상기 내축의 선단부에 밖으로부터 끼움으로써 상기 내축의 상기 내축 슬릿에 면하는 한 쌍의 커트면에 상기 2매 겹친 세퍼레이터를 끼워 넣어 고정하는 제 2 단계와,

상기 권회심을 회전시켜 상기 세퍼레이터를 상기 권회심에 감고 나서, 상기 2매 겹친 세퍼레이터의 사이에 상기 양극 및 상기 음극 중 어느 한쪽의 전극을 배치함과 동시에 다른쪽의 전극을 한쪽의 세퍼레이터를 사이에 두고 상기 한쪽의 전극과 대치시킨 상태로 배치하고, 상기 양 전극을 상기 세퍼레이터와 함께 상기 권회심에 감는 제 3 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 권회심을 이용한 전극체의 제조방법.
제 4항에 있어서,

상기 제 3 단계에서의 권회가 완료되었을 때에, 상기 권회심의 회전을 정지시키는 제 4 단계와,

상기 내축의 선단부로부터 상기 받이축을 빼내어 상기 내축 슬릿의 간극을 넓히고, 상기 한 쌍의 커트면에의 상기 2매 겹친 세퍼레이터의 끼워 넣음을 해제함과 동시에, 상기 외축의 상기 공간 내로부터 상기 받이축을 빼내어 상기 외축의 한쪽 끝을 자유롭게 하여 상기 외축 슬릿의 간극을 좁히는 제 5 단계와,

권회가 완료된 전극체를 상기 권회심으로부터 빼내는 제 6 단계를 가지는 것을 특징으로 하는 권회심을 이용한 전극체의 제조방법.
제 5항에 있어서,

상기 외축이 상기 외축 슬릿에 의하여 한쪽 끝측이 두 갈래 형상으로 형성되고, 상기 내축이 상기 내축 슬릿에 의하여 선단측이 두 갈래 형상으로 형성되어 있으며,

상기 제 3 단계에 앞서, 상기 외축 슬릿 및 상기 내축 슬릿의 간극으로부터 상기 전극이 배치되는 측과는 반대측으로 인출한 상기 2매 겹친 세퍼레이터의 부분을, 절단날에 의하여 소정 길이로 절단하는 것을 특징으로 하는 권회심을 이용한 전극체의 제조방법.
제 6항에 있어서,

상기 한 쌍의 커트면 중 한쪽의 커트면에는, 상기 커트면의 길이방향으로 연장되는 돌기가 돌출 설치되고, 다른쪽의 커트면에는, 상기 커트면의 길이방향으로 연장되어 상기 돌기와 대치하는 오목부가 형성되어 있으며,

상기 제 2 단계에서, 상기 한 쌍의 커트면에서 상기 2매 겹친 세퍼레이터를 끼워 넣었을 때에는 상기 돌기가 상기 세퍼레이터에 파고 드는 것을 특징으로 하는 권회심을 이용한 전극체의 제조방법.
제 7항에 있어서,

상기 제 6 단계 이후에, 얇고 각진 통형상의 전지캔 내에 수용할 수 있도록 상기 전극체를 단면 타원형상으로 눌러 찌그러뜨려 성형하는 것을 특징으로 하는 권회심을 이용한 전극체의 제조방법.