KR20160076139A - 전극 시트를 고정하는 구조의 롤러를 포함하는 노칭 장치 - Google Patents

전극 시트를 고정하는 구조의 롤러를 포함하는 노칭 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전지셀의 생산 공정에서 집전체의 일면 또는 양면에 전극 활물질이 도포되어 있는 연속적인 전극 시트에 전극 탭을 형성하기 위한 노칭 장치로서, 상기 전극 시트의 일부에 전극 탭이 형성될 수 있도록 전극 시트를 타발하는 프레스; 상기 프레스에 의해 타발된 스크랩이 배출될 수 있도록, 상기 프레스에 대응하는 형상의 개구가 형성되어 있는 다이; 및 상기 프레스의 동작에 동기화 되어 프레스로 전극 시트를 이송하는 롤러;를 포함하고, 상기 롤러는, 전극 시트의 이송 방향에 평면상 수직인 방향으로 전극 시트가 이탈하는 것을 방지할 수 있도록, 전극 시트를 고정하면서 이송하는 구조로 이루어져 있는 것을 특징으로 하는 노칭 장치를 제공한다.

Description

전극 시트를 고정하는 구조의 롤러를 포함하는 노칭 장치 {Notching Device Having Roller Fixing Electrode Sheet}
본 발명은 전극 시트를 고정하는 구조의 롤러를 포함하는 노칭 장치 에 관한 것이다.
최근, 충방전이 가능한 이차전지는 와이어리스 모바일 기기의 에너지원 또는 보조 전력장치 등으로 광범위하게 사용되고 있다. 또한, 이차전지는 화석 연료를 사용하는 기존의 가솔린 차량, 디젤 차량 등의 대기오염 등을 해결하기 위한 방안으로 제시되고 있는 전기자동차(EV), 하이브리드 전기자동차(HEV), 플러그-인 하이브리드 전기자동차(Plug-In HEV) 등의 동력원으로서도 주목받고 있다.
이러한 이차전지는 전극조립체가 전해액과 함께 전지케이스에 내장되는 형태로 제조된다. 상기 전극조립체는 제조 방법에 따라 스택형, 폴딩형, 스택-폴딩형 등으로 구분된다. 스택형 또는 스택-폴딩형 전극조립체의 경우, 단위 조립체가 양극과 음극이 분리막을 사이에 두고 순차적으로 적층되는 구조로 이루어져 있다. 이러한 전극조립체를 만들기 위해서는 전극 탭이 형성된 양극과 음극을 먼저 제조하는 것이 필요하다.
즉, 전극 탭이 형성된 단위 전극을 제조하기 위해서는 먼저 일면 또는 양면에 전극 활물질이 도포되어 있는 연속적인 전극 시트에 전극 탭을 형성하는 노칭 과정이 필요하다. 상기 노칭 과정은 일반적으로 다이 상에 전극 시트를 위치시키고, 프레스를 사용하여 전극 시트의 일부를 타발하는 공정으로 이루어진다.
여기서, 전극 시트는 프레스의 동작에 동기화 되어 주행하는 롤러에 의해 이송되고, 순차적으로 타발되어 전극 탭들을 형성한다.
도 1에는 이와 같은 공정에 사용되는 종래의 일반적인 전극 시트와 롤러의 사시도가 도시되어 있다.
도 1의 참조하면, 전극 시트(10)의 표면은 활물질이 도포되어 있는 코팅부(11)와 활물질이 도포되어 있지 않은 무지부(12)로 이루어져 있고, 롤러(20)는 원통형으로 이루어져 있다.
전극 시트(10)가 원통형의 롤러(20)를 주행할 때, 전극 시트(10) 표면의 코팅부(11)와 무지부(12)는 각각 마찰 계수가 상이하므로, 롤러(20)와의 장력에 있어서 차이가 발생한다.
즉, 무지부(12)에 장력이 집중 됨으로써, 전극 시트(10)가 롤러(20)를 따라 정주행 하지 못하고, 주행 방향의 수직하는 방향으로 이탈하는 사행 현상이 발생하게 된다.
따라서, 상기와 같은 문제점들을 해결하기 위한 새로운 노칭 장치의 개발이 필요한 실정이다.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 목적은 노칭 공정에서 전극 시트가 롤러로부터 이탈되지 않도록 정주행 시켜 안정적으로 전극 시트에 전극 탭을 형성할 수 있는 노칭 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 상기와 같은 노칭 장치를 사용하여 우수한 작동 특성을 발휘하는 이차전지를 제공하는 것이다.
따라서, 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 노칭 장치는,
전지셀의 생산 공정에서 집전체의 일면 또는 양면에 전극 활물질이 도포되어 있는 연속적인 전극 시트에 전극 탭을 형성하기 위한 노칭 장치로서,
상기 전극 시트의 일부에 전극 탭이 형성될 수 있도록 전극 시트를 타발하는 프레스;
상기 프레스에 의해 타발된 스크랩이 배출될 수 있도록, 상기 프레스에 대응하는 형상의 개구가 형성되어 있는 다이; 및
상기 프레스의 동작에 동기화 되어 프레스로 전극 시트를 이송하는 롤러;
를 포함하고 있을 수 있고,
상기 롤러는, 전극 시트의 이송 방향에 평면상 수직인 방향으로 전극 시트가 이탈하는 것을 방지할 수 있도록, 전극 시트를 고정하면서 이송하는 구조로 이루어져 있을 수 있다.
즉, 본 발명에 따른 노칭 장치는, 전극 시트의 이송 방향에 평면상 수직인 방향으로 전극 시트가 이탈하는 것을 방지할 수 있도록, 롤러가 전극 시트를 고정하면서 이송하는 구조로 이루어져 있음으로써, 전극 시트의 사행을 방지하여 안정적으로 전극 시트에 전극 탭을 형성할 수 있다.
상기 전극 시트의 하나의 실시예로서, 상기 전극 시트는, 이송 방향을 따라 중앙에 위치하며 전극 활물질이 도포되어 있지 않은 전극 탭 형성부, 상기 전극 탭 형성부의 일측 단부로부터 전극 시트의 제 1 변까지 전극 활물질이 코팅되어 있는 제 1 코팅부, 및 상기 전극 탭 형성부의 타측 단부로부터 전극 시트의 제 2 변까지 전극 활물질이 코팅되어 있는 제 2 코팅부를 포함하고 있을 수 있으며, 상기 제 1 변은 제 2 변의 대향 변으로 이루어져 있는 구조일 수 있다.
구체적으로, 상기 제 1 코팅부로부터 복수의 제 1 극판들이 절취되고, 제 2 코팅부로부터 복수의 제 2 극판들이 절취되며, 상기 제 1 극판의 전극 탭과 제 2 극판의 전극 탭은 전극 탭 형성부로부터 절취되는 구조일 수 있다.
더욱 구체적으로, 상기 전극 탭 형성부의 폭은 제 1 극판의 전극 탭 길이와 제 2 극판의 전극 탭 길이의 합보다 작으며, 제 1 극판의 전극 탭들과 제 2 극판의 전극 탭들이 교변 배열 형태로 전극 탭 형성부로부터 절취되는 구조일 수 있다.
상기 롤러의 하나의 실시예로서, 상기 롤러는 전극 시트의 양 변에 대한 밀착을 위한 단차 구조를 포함하고 있을 수 있다.
구체적으로, 상기 롤러는, 전극 시트의 일면이 접촉되어 이송되는 주행부와, 전극 시트의 이송 방향으로부터의 이탈을 방지할 수 있도록 상기 주행부의 양단에 형성되어 있고 전극 시트의 양 변에 밀착되어 있는 단차 가이드부로 이루어져 있을 수 있다.
더욱 구체적으로, 상기 단차 가이드부의 직경은 주행부의 직경의 1.1 내지 1.5배의 구조로 이루어져 있을 수 있다. 단차 가이드부의 직경이 주행부의 직경보다 크게 형성되어 있음으로써, 롤러는 수직 단면 상 'H'자 형상으로 이루어져 있을 수 있고, 그에 따라, 전극 시트의 양 변에 밀착되어 전극 시트를 정방향으로 유도할 수 있다. 단차 가이드부의 직경이 주행부의 직경의 1.1 배 미만일 경우에는, 전극 시트가 주행 중 롤러를 이탈할 수도 있다. 반면에, 단차 가이드부의 직경이 주행부의 직경의 1.5배를 초과하는 경우에는 노칭 장치 안에서 불필요하게 많은 공간을 차지할 수 있다.
상기 전극 시트의 또 하나의 실시예로서, 상기 롤러는, 전극 시트의 일면과 접촉하는 제 1 롤러와, 전극 시트의 타면과 접촉하는 제 2 롤러로 구성되어 있을 수 있다.
구체적으로, 상기 제 1 롤러와 제 2 롤러는 전극 시트로의 주행방향에 수직인 동일 선상에서 대면하여 위치해 있을 수 있다.
더욱 구체적으로, 상기 제 1 롤러와 제 2 롤러의 전극 시트와 접촉하는 부위에는 전극 시트의 두께에 대응하는 깊이로 홈이 형성되어 있을 수 있다. 이 같은 홈은 전극 시트의 폭 및 두께와 일치하여 전극 시트가 제 1 롤러 및 제 2 롤러 사이에서 주행하는 동안 정방향으로부터 이탈되지 않도록 유도하는 기능을 할 수 있다.
본 발명은 또한 상기 노칭 장치를 사용하여 제조되는 전극조립체를 제공한다. 상기 전극조립체는 양극, 음극 및 양극과 음극 사이에 분리막이 개재되어 있는 구조일 수 있다. 구체적으로, 스택형 전극조립체, 폴딩형(젤리-롤형) 전극조립체, 또는 스택/폴딩형 전극조립체일 수 있다.
본 발명은 또한 상기 전극조립체가 전해액과 함께 전지케이스의 내부에 밀봉되어 있는 구조의 전지셀을 제공한다. 상기 전지셀은 파우치형 전지셀, 원통형 전지셀 또는 각형 전지셀일 수 있다.
본 발명은 또한 상기 전지셀을 하나 이상 포함하는 구성으로 이루어져 있는 전지팩을 제공한다. 구체적으로, 상기 전지팩은 복수의 전지셀을 직렬 및/또는 병렬로 연결하고, 이에 안전 장치들은 부가하여 이루어진 구성일 수 있다.
본 발명은 또한 상기 전지팩을 전원으로 포함하고 있는 디바이스를 제공한다.
상기 디바이스는 구체적으로, 휴대폰, 휴대용 컴퓨터, 스마트폰, 스마트 패드, 넷북, 웨어러블 전자기기, LEV(Light Electronic Vehicle), 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 플러그-인 하이브리드 전기자동차, 및 전력저장장치로 이루어진 군에서 선택될 수 있다.
이러한 디바이스의 구조 및 제작 방법은 당업계에 공지되어 있으므로, 본 명세서에서는 그에 대한 자세한 설명을 생략한다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 노칭 장치는 전극 시트의 이송 방향에 평면상 수직인 방향으로 전극 시트가 이탈하는 것을 방지할 수 있도록, 롤러가 전극 시트를 고정하면서 이송하는 구조로 이루어져 있음으로써, 전극 시트의 사행을 방지하여 안정적으로 전극 시트에 전극 탭을 형성할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 노칭 장치로 제조된 전극조립체는 우수한 작동 특성을 발휘할 수 있다.
도 1은 종래의 전극 시트와 노칭 장치의 롤러의 사시도이다;
도 2는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 노칭 장치의 측면도이다;
도 3은 도 2의 노칭 장치의 롤러의 사시도이다;
도 4는 본 발명의 또 하나의 실시예에 따른 노칭 장치의 측면도이다;
도 5는 본 발명의 노칭 장치의 프레스에 의해 타발된 전극 시트의 평면도이다.
이하에서는, 본 발명의 실시예에 따른 도면을 참조하여 설명하지만, 이는 본 발명의 더욱 용이한 이해를 위한 것으로, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.
도 2에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 노칭 장치의 측면도가 모식적으로 도시되어 있고, 도 3에는 도 2의 노칭 장치의 롤러의 사시도가 모식적으로 도시되어 있다.
도 2를 도 3과 함께 참조하면, 노칭 장치(100)는 프레스(110), 다이(120) 및 롤러(130)로 이루어져 있고, 집전체의 양면에 전극 활물질이 도포되어 있는 연속적인 전극 시트(200)가 노칭 장치(100)의 롤러(130) 위로 주행하게 된다.
프레스(110)는 전극 시트(200)에 전극 탭이 형성될 수 있도록 전극 시트(200)를 일정 간격으로 타발하고, 롤러(130)는 프레스의 동작에 동기화 되어 프레스(110)로 전극 시트를 이송하는 기능을 수행한다.
또한, 다이(120)는 프레스(110)에 의해 타발된 스크랩이 배출될 수 있도록, 프레스(110)에 대응하는 형상의 개구(121)가 형성되어 있다.
롤러(130)는 전극 시트(200)의 양 변에 대한 밀착을 위한 단차 구조로 이루어져 있다. 구체적으로, 롤러(130)는 전극 시트(200)의 하면이 접촉되어 이송되는 주행부(131)와, 전극 시트(200)의 이송 방향으로부터의 이탈을 방지할 수 있도록 주행부(131)의 양단에 형성되어 있고 전극 시트(200)의 양변에 밀착되는 단차 가이드부(132)로 이루어져 있다.
단차 가이드부(132)의 직경(D2)은 주행부(131)의 직경(D1)의 1.2배의 크기로 이루어져 있다.
도 4에는 본 발명의 또 하나의 실시예에 따른 노칭 장치의 측면도가 모식적으로 도시되어 있다.
도 4를 참조하면, 롤러(330)는 전극 시트의 하면과 접촉하는 제 1 롤러(331)와, 전극 시트의 상면과 접촉하는 제 2 롤러(332)로 구성되어 있다. 제 1 롤러(331)와 제 2 롤러(332)는 전극 시트의 주행 방향에 수직인 동일 선상에서 대면하여 위치해 있다.
제 1 롤러(331) 및 제 2 롤러(332)는 전극 시트(200)의 두께만큼의 거리로 인접하여 위치해 있다. 그에 따라 전극 시트(200)가 제 1 롤러(331) 및 제 2 롤러(332) 사이로 도입되어 이송되면 제 1 롤러(331) 및 제 2 롤러(332)의 전극 시트(200)에 대한 압력에 의해 주행방향으로부터 이탈하지 않고 정방향으로 이송될 수 있다.
또한, 제 1 롤러(331)와 제 2 롤러(332)의 전극 시트(200)와 접촉하는 부위에는 전극 시트(200)의 두께에 대응하는 깊이로 홈(도시하지 않음)이 형성되어 있다. 이 같은 홈은 전극 시트(200)의 폭 및 두께와 일치하여 전극 시트(200)가 제 1 롤러(331) 및 제 2 롤러(332) 사이에서 주행하는 동안 정방향으로부터 이탈되지 않도록 안정적으로 유도하는 기능을 수행한다. 이러한 제 1 롤러(331) 및 제 2 롤러(332) 구조를 제외한 나머지 구조는 도 2에 언급한 노칭 장치의 실시예의 구조와 동일하므로, 이에 관한 기타 자세한 설명은 생략 하기로 한다.
도 5에는 본 발명의 노칭 장치의 프레스에 의해 타발된 전극 시트의 평면도가 도시되어 있다.
도 5를 참조하면, 전극 시트(200)는 이송 방향을 따라 중앙에 위치하며 전극 활물질이 도포되어 있지 않은 전극 탭 형성부(210), 전극 탭 형성부(210)의 상측 단부로부터 전극 시트의 제 1 변(221)까지 전극 활물질이 코팅되어 있는 제 1 코팅부(220), 및 상기 전극 탭 형성부의 타측 단부로부터 전극 시트의 제 2 변까지 전극 활물질이 코팅되어 있는 제 2 코팅부(230)를 포함하고 있으며, 제 1 변(221)은 제 2 변(231)의 대향 변인 구조로 이루어져 있다.
제 1 코팅부(220)로부터 복수의 제 1 극판들(240)이 절취되고, 제 2 코팅부(230)로부터 복수의 제 2 극판들(250)이 절취되며, 상기 제 1 극판(240)의 전극 탭(241)과 제 2 극판(250)의 전극 탭(251)은 전극 탭 형성부(210)로부터 절취되는 구조이다.
또한, 전극 탭 형성부(210)의 폭(W)은 제 1 극판(240)의 전극 탭(241)의 길이(L1)와 제 2 극판(250)의 전극 탭(251)의 길이(L2)의 합보다 작으며, 제 1 극판(240)의 전극 탭들(241)과 제 2 극판(250)의 전극 탭들(251)은 교변 배열 형태로 전극 탭 형성부(210)로부터 절취되는 구조이다.
이상 본 발명의 실시예에 따른 도면을 참조하여 설명하였지만, 본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주 내에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다.

Claims (15)

  1. 전지셀의 생산 공정에서 집전체의 일면 또는 양면에 전극 활물질이 도포되어 있는 연속적인 전극 시트에 전극 탭을 형성하기 위한 노칭 장치로서,
    상기 전극 시트의 일부에 전극 탭이 형성될 수 있도록 전극 시트를 타발하는 프레스;
    상기 프레스에 의해 타발된 스크랩이 배출될 수 있도록, 상기 프레스에 대응하는 형상의 개구가 형성되어 있는 다이; 및
    상기 프레스의 동작에 동기화 되어 프레스로 전극 시트를 이송하는 롤러;
    를 포함하고,
    상기 롤러는, 전극 시트의 이송 방향에 평면상 수직인 방향으로 전극 시트가 이탈하는 것을 방지할 수 있도록, 전극 시트를 고정하면서 이송하는 구조로 이루어져 있는 것을 특징으로 하는 노칭 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 전극 시트는, 이송 방향을 따라 중앙에 위치하며 전극 활물질이 도포되어 있지 않은 전극 탭 형성부, 상기 전극 탭 형성부의 일측 단부로부터 전극 시트의 제 1 변까지 전극 활물질이 코팅되어 있는 제 1 코팅부, 및 상기 전극 탭 형성부의 타측 단부로부터 전극 시트의 제 2 변까지 전극 활물질이 코팅되어 있는 제 2 코팅부를 포함하고 있으며, 상기 제 1 변은 제 2 변의 대향 변인 것을 특징으로 하는 노칭 장치.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 제 1 코팅부로부터 복수의 제 1 극판들이 절취되고, 제 2 코팅부로부터 복수의 제 2 극판들이 절취되며, 상기 제 1 극판의 전극 탭과 제 2 극판의 전극 탭은 전극 탭 형성부로부터 절취되는 것을 특징으로 하는 노칭 장치.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 전극 탭 형성부의 폭은 제 1 극판의 전극 탭 길이와 제 2 극판의 전극 탭 길이의 합보다 작으며, 제 1 극판의 전극 탭들과 제 2 극판의 전극 탭들이 교변 배열 형태로 전극 탭 형성부로부터 절취되는 것을 특징으로 하는 노칭 장치.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 롤러는 전극 시트의 양 변에 대한 밀착을 위한 단차 구조를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 노칭 장치.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 롤러는, 전극 시트의 일면이 접촉되어 이송되는 주행부와, 전극 시트의 이송 방향으로부터의 이탈을 방지할 수 있도록 상기 주행부의 양단에 형성되어 있고 전극 시트의 양 변에 밀착되어 있는 단차 가이드부로 이루어져 있는 것을 특징으로 하는 노칭 장치.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 단차 가이드부의 직경은 주행부의 직경의 1.1 내지 1.5배인 것을 특징으로 하는 노칭 장치.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 롤러는, 전극 시트의 일면과 접촉하는 제 1 롤러와, 전극 시트의 타면과 접촉하는 제 2 롤러로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 노칭 장치.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 제 1 롤러와 제 2 롤러는 전극 시트로의 주행방향에 수직인 동일 선상에서 대면하여 위치하는 것을 특징으로 하는 노칭 장치.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 제 1 롤러와 제 2 롤러의 전극 시트와 접촉하는 부위에는 전극 시트의 두께에 대응하는 깊이로 홈이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 노칭 장치.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 하나에 따른 노칭 장치를 사용하여 제조되는 것을 특징으로 하는 전극조립체.
  12. 제 11 항에 따른 전극조립체가 전해액과 함께 전지케이스의 내부에 밀봉되어 있는 것을 특징으로 하는 전지셀.
  13. 제 12 항에 따른 전지셀을 하나 이상 포함하는 것을 특징으로 하는 전지팩.
  14. 제 13 항에 따른 전지팩을 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 디바이스.
  15. 제 14 항에 있어서, 상기 디바이스는 휴대폰, 휴대용 컴퓨터, 스마트폰, 스마트 패드, 넷북, 웨어러블 전자기기, LEV(Light Electronic Vehicle), 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 플러그-인 하이브리드 전기자동차, 및 전력저장장치로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 디바이스.
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