WO2023121297A1 - 전극 조립체 및 이의 제조 방법 - Google Patents

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WO2023121297A1
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stacked
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윤성민
공태윤
권현정
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LG Energy Solution Ltd
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    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Definitions

  • the present invention relates to an electrode assembly and a method for manufacturing the electrode assembly.
  • Secondary batteries unlike primary batteries, can be recharged, and have recently been extensively researched and developed due to their small size and high capacity. As technology development and demand for mobile devices increase, demand for secondary batteries as an energy source is rapidly increasing.
  • Secondary batteries are classified into coin-type batteries, cylindrical batteries, prismatic batteries, and pouch-type batteries according to the shape of a battery case.
  • an electrode assembly installed inside a battery case is a power generating device capable of charging and discharging, consisting of a laminated structure of electrodes and separators.
  • the electrode assembly is a jelly-roll type in which a separator is interposed between a sheet-type positive electrode and a negative electrode coated with an active material, and a stack type in which a plurality of positive and negative electrodes are sequentially stacked with a separator interposed therebetween.
  • stack-type unit cells can be roughly classified into stack-and-folding types in which long-length separation films are wound.
  • the separator is folded in a zigzag pattern and the electrodes are placed between the electrodes.
  • the adhesion between the electrode and the separator in the initial stage is weak, causing the separator to be pushed inward, resulting in the electrode being exposed.
  • the present invention is to provide an electrode assembly and a method for manufacturing the electrode assembly.
  • An exemplary embodiment of the present invention is a method of manufacturing an electrode assembly in which a first electrode and a second electrode are alternately disposed between folded separators, comprising: supplying the first electrode to a stack table; supplying the second electrode to a stack table; supplying the separator to a stack table; winding the first electrode firstly stacked on the stack table with the separator one or more times after the separator is first stacked on the stack table; And after the step of winding the first electrode with the separator one or more times, while stacking the second electrode, the first electrode and the second electrode are alternately disposed between the folded separators. It provides a method for manufacturing an electrode assembly comprising the step of manufacturing a laminate by stacking a first electrode, a separator, and a second electrode on a stack table.
  • an exemplary embodiment of the present invention is an electrode assembly manufactured by the manufacturing method, wherein the electrode assembly has a form in which the first electrode and the second electrode are alternately disposed between the folded separators, and the assembly All surfaces of the lowermost electrode of provide an electrode assembly provided in a form surrounded by a separator.
  • the electrode assembly and the manufacturing method according to the exemplary embodiment of the present application can increase the stability of the battery.
  • the electrode assembly manufacturing method can manufacture an electrode assembly with uniform performance, and can align and fix the electrode and separator so that the positions are not distorted, so that the energy density is improved, and the electrode assembly in the electrode assembly can be fixed. It is possible to prevent the protruding to the exterior of the battery.
  • 1 to 3 exemplarily illustrate a method for manufacturing an electrode assembly according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a plan view exemplarily showing an electrode assembly manufacturing apparatus capable of carrying out the electrode assembly manufacturing method according to an embodiment according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a front view showing the concept of an electrode assembly manufacturing apparatus capable of carrying out the electrode assembly manufacturing method according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view exemplarily showing an electrode assembly manufactured through a method for manufacturing an electrode assembly according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a perspective view illustrating a press unit in an electrode assembly manufacturing apparatus capable of carrying out the electrode assembly manufacturing method according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a perspective view illustratively showing a state in which a press unit presses a laminate in the electrode assembly manufacturing apparatus capable of carrying out the electrode assembly manufacturing method according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 9 (a) is a perspective view showing a first press unit 50 according to an embodiment of the present invention
  • Figure 9 (b) shows a second press unit 60 according to an embodiment of the present invention It is a perspective view.
  • FIG. 10 is a perspective view showing a stack table in an electrode assembly manufacturing apparatus capable of carrying out the electrode assembly manufacturing method according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 11 is a perspective view illustrating a separator supply unit of an electrode assembly manufacturing apparatus capable of carrying out the electrode assembly manufacturing method according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 12 is a perspective view showing a first electrode seating table in an electrode assembly manufacturing apparatus capable of carrying out the electrode assembly manufacturing method according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 13 is a perspective view showing a second electrode seating table in an electrode assembly manufacturing apparatus capable of carrying out the electrode assembly manufacturing method according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 14 is a perspective view showing a first suction head in an electrode assembly manufacturing apparatus capable of carrying out the electrode assembly manufacturing method according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 15 is a bottom view illustrating a first suction head in an electrode assembly manufacturing apparatus capable of carrying out the electrode assembly manufacturing method according to an embodiment of the present invention.
  • 16 is a plan view illustrating a holding mechanism and a stack table in an electrode assembly manufacturing apparatus capable of carrying out the electrode assembly manufacturing method according to an embodiment of the present invention.
  • 17 is a front view showing the concept of an electrode assembly manufacturing apparatus capable of carrying out an electrode assembly manufacturing method according to another embodiment of the present invention.
  • 'folding the separator to cover all surfaces of the electrode' means that the separator is wound one or more times so as to surround the electrode in contact with it.
  • 'heating' a specific object means heating the specific object
  • 'heating and pressing' a specific object means heating and pressurizing the specific object
  • An exemplary embodiment of the present invention is an electrode assembly manufacturing method in which a first electrode and a second electrode are alternately disposed between folded separators, comprising: supplying the first electrode to a stack table; supplying the second electrode to a stack table; supplying the separator to a stack table; winding the first electrode firstly stacked on the stack table with the separator one or more times after the separator is first stacked on the stack table; And after the step of winding the first electrode with the separator one or more times, while stacking the second electrode, the first electrode and the second electrode are alternately disposed between the folded separators. It provides a method for manufacturing an electrode assembly comprising the step of manufacturing a laminate by stacking a first electrode, a separator, and a second electrode on a stack table.
  • the first electrode supplied first to the stack table is wound one or more times so that the separator wraps.
  • stacking in a form in which the first electrode and the second electrode are alternately disposed between the folded separators is referred to as zigzag folding.
  • the step of winding the first electrode, which is firstly stacked on the stack table, with the separator one or more times after the separator is first stacked on the stack table is the first step on the stack table.
  • the method may further include winding the first electrode stacked on the first-stacked separator with the separator one or more times. That is, the separator may be stacked on the stack table before the first electrode and the second electrode.
  • the step of winding the first electrode, which is firstly stacked on the stack table, with the separator one or more times after the separator is first stacked on the stack table is the first step on the stack table.
  • the method may further include winding the first electrode stacked on the first-stacked separator with the separator one or more times. That is, the second electrode may be stacked on the stack table before the separator.
  • the step of winding the first electrode with the separator one or more times may mean folding all surfaces of the first electrode so that the separator covers. That is, in the present specification, the step of winding the first electrode with the separator one or more times may be expressed as a step of folding the electrode so that the separator covers all surfaces.
  • 'folding the separator so that all surfaces of the electrode are covered by the separator' means that the separator is wound one or more times so as to cover the surface of the electrode while being in contact with it.
  • all surfaces of the electrode refer to the upper and lower surfaces of the electrode and the surface of the electrode corresponding to the direction perpendicular to the supply direction of the separator.
  • the "lower surface” means a surface on which the electrode faces the stack table
  • the "upper surface” means a surface opposite to the surface on which the electrode faces the stack table.
  • the surface of the electrode corresponding to the direction perpendicular to the supply direction of the separator is in contact with the surface on which the separator is folded in the process of general zigzag folding of the laminate along the stacking axis and the surface of the electrode in which the separator is folded. means the surface opposite to the surface of the electrode in contact with the surface.
  • all surfaces of the electrode refer to surfaces that can contact the electrode during the lamination process of the separator.
  • the separator is the first electrode
  • a pull back phenomenon which is a phenomenon in which the electrode and the separator are separated and the position of the electrode or separator is pushed back in the process of manufacturing the electrode assembly to be zigzag folded in a manner positioned between the second electrode. problems can be reduced.
  • the electrodes and the separator can be aligned and fixed so that the positions of the electrodes and the separator are not distorted, thereby improving the energy density and preventing the electrodes from protruding from the electrode assembly to the exterior of the battery.
  • the step of winding the first electrode one or more times may be winding the first electrode once.
  • the process speed can be increased.
  • the first electrode and the second electrode are placed between the folded separators.
  • the first electrode last supplied to the stack table is wound around the separator one or more times. Further steps may be taken.
  • the first electrode and the second electrode are placed between the folded separators.
  • the first electrode last supplied to the stack table is wound around the separator one or more times. taking steps; and stacking the second electrode on the separator that has been wound one or more times.
  • the electrode assembly manufacturing method is a method in which the separator is positioned between the first electrode and the second electrode by folding all surfaces of the first supplied electrode as well as the last supplied electrode so that the separator covers. In the process of manufacturing the electrode assembly to be zig zag folding, the problem of separation of the electrode and the separator and the pull back phenomenon, which is a phenomenon in which the position of the electrode or separator is pushed back, can be more effectively reduced. .
  • supplying the first electrode to a stack table; supplying the second electrode to a stack table; And supplying the separator to the stack table may include supplying the separator to the stack table while heating the first electrode, the second electrode, and the separator, respectively.
  • the first electrode, the separator, and the second electrode are stacked on a stack table in a form in which the first electrode and the second electrode are alternately disposed between the folded separators.
  • the separator may be supplied in the form of a separator sheet. That is, the additionally supplied separator may be supplied in a continuous form.
  • the "upper surface” may refer to a surface opposite to a surface on which a separator or electrode faces the stack table.
  • the (S3) step of additionally supplying the separator to cover the upper surface of the first electrode; And (S5) additionally supplying the separator to cover the upper surface of the second electrode is one of the method of moving the stack table left and right, the method of moving the separator from side to side, and the method of rotating the stack table, respectively. It may be the way it goes.
  • a method in which the stack table moves left and right, a method in which the separator moves left and right, or a method in which the stack table rotates may be used, and a conventional technique in the related field may be applied to this.
  • a method in which the stack table rotates may be used.
  • the winding one or more times may be winding only one time.
  • a heat press step of heating and pressurizing the laminate may be further included.
  • the heat press step of heating and pressurizing the laminate may include heating the laminate by heating the stack table body; and moving the pair of pressing blocks in opposite directions along the lamination axis, and pressing the lamination body to the surface.
  • a pair of press blocks including press fitters are moved in opposite directions along the laminate axis, and the laminate is Pressing the surface; and heating the laminate with the press heater while the laminate is surface-pressed.
  • the heat press step of heating and pressurizing the laminate may further include transferring the laminate to heat and press the laminate. More specifically, gripping the laminates stacked on the stack table with a gripper; and transferring the laminate to heat and pressurize the laminate gripped by the gripper.
  • the step of heating the laminate in the heat press step may be performed at a temperature condition of 30 ° C. or more and 100 ° C. or less, preferably 35 ° C. or more and 95 ° C. or less, but is limited thereto. it is not going to be
  • the step of pressurizing the laminate in the heat press step may be performed under a pressure condition of 1 Mpa or more and 5 Mpa or less, preferably 1.5 Mpa or more and 5 Mpa or less.
  • the step of heating and pressing the laminate in the heat press step may be performed for 5 seconds or more and 60 seconds or less, preferably 5 seconds or more and 30 seconds or less.
  • the heat press step of heating and pressurizing the laminate is 5 seconds to 60 seconds, preferably 35 ° C.
  • the laminate may be heated and pressurized for 5 seconds to 30 seconds under a temperature condition of 95° C. or less and a pressure condition of 1.5 Mpa to 5 Mpa, but is not limited thereto.
  • the heat press step of heating and pressurizing the laminate may include a first heat press step of gripping the laminate with a gripper and heating and pressurizing the laminate; and a second heat pressing step of stopping gripping of the gripper and heating and pressurizing the laminate after the first heat pressing step.
  • the first heat pressing step may include pressing and fixing an upper surface of the laminate using a gripper; moving the laminate fixed by the gripper between a pair of press blocks including press heaters; pressing the surface of the fixed laminate by moving the pair of pressing blocks in opposite directions along the laminate axis of the laminate; and heating the laminate fixed by the press heater.
  • the second heat pressing step may include stopping heating and pressing of the laminate after the first heat pressing step; spacing the gripper away from the stack; moving the stack with the gripper spaced apart between a pair of press blocks including press heaters; moving the pair of pressing blocks along the stacking axes of the stacks from which the grippers are spaced apart in directions facing each other and pressing the stacks; and heating the multilayer body by the press heater.
  • the pressing block used in the first heat pressing step may have a groove corresponding to the gripper.
  • the step of separating the gripper from the laminate may include stopping pressing the top surface of the laminate using the gripper; and separating the gripper from the laminate.
  • the step of moving the laminate between a pair of press blocks including press heaters is performed not only when the laminate itself is moved, but also when the laminate itself is moved. It may also include a case where water is moved together while being placed on the stack table.
  • the object to be heated and pressed by the pair of pressing blocks and the press heater may mean a laminate and a stack table.
  • the temperature, pressure, and time conditions of the first and second heat press steps may satisfy the ranges of the temperature, pressure, and time conditions of the heat press step described above.
  • the first electrode may be an anode
  • the second electrode may be a cathode
  • the first electrode may be a cathode
  • the second electrode may be an anode
  • the "holding mechanism” refers to a structure in which the first electrode, the separator, and the second electrode are stacked in a manner in which the first electrode and the second electrode are alternately disposed between the separators folded on the stack table.
  • the laminate In the process of manufacturing the laminate, it performs a function of holding the laminate stacked on the stack table in order to laminate the first electrode or the second electrode, and in the process of heating and pressurizing the laminate, the laminate Its function is different from that of the gripper for gripping.
  • FIG. 1 is a diagram exemplarily showing a method of manufacturing an electrode assembly according to an embodiment of the present invention. More specifically, it is a diagram showing a case where the first electrode is the first electrode. 1, 4, and 5, the separator 14 is supplied to the stack table 111 before the first electrode 11 or the second electrode 12, and the separator 14 is placed on the stack table 111. ) are stacked.
  • a first electrode 11 is supplied to a stack table to stack the first electrode 11 on the stacked separator 14, and the separator 14 is formed on the first electrode 11 All surfaces of (the upper and lower surfaces of the first electrode 11 and the surface of the first electrode 11 corresponding to the supply direction and the vertical direction of the separator 14) are wound and wrapped one or more times to stack All surfaces of the first electrode supplied to the table 111 are folded so that the separator covers them. Thereafter, the electrode assembly 10 is manufactured by stacking the first electrode 11 and the second electrode 12 in an alternate arrangement between the separators 14 folded on the stack table 111. do. As can be seen in FIG. 1 , all surfaces of the first electrode 11 are in contact with the separator, and other electrodes have a shape in which one surface of the electrode does not contact the separator.
  • FIG. 2 is a diagram exemplarily showing a manufacturing method of an electrode assembly according to another embodiment of the present invention. 2, 4, and 5, in the manufacturing method of the electrode assembly according to the embodiment of the present invention shown in FIG. 2, the second electrode 12 is first stacked on the stack table 111, and then the separator ( 14) is laminated. That is, compared to FIG. 1 , after the second electrode 12 and the separator 14 are first stacked on the stack table 111, the first electrode 11 supplied first is placed on the separator 14. by winding one or more times to cover all surfaces of the first electrode (the top and bottom surfaces of the first electrode 11 and the surface of the first electrode 11 corresponding to the supply direction and the vertical direction of the separator 14). It proceeds in the same way as in FIG. 1, except that it is wrapped while touching.
  • the second electrode 12 is stacked at the bottom of the manufactured electrode assembly 10, and only in the case of the first electrode 11 stacked thereafter, all surfaces are in contact with the separator. In other electrodes, one side of the electrode does not come into contact with the separator.
  • FIG. 3 is a diagram exemplarily illustrating a manufacturing method of an electrode assembly according to another embodiment of the present invention. 3 to 5, in the manufacturing method of the electrode assembly according to the embodiment of the present invention shown in FIG. 3, as in FIG. 2, the second electrode 12 is first stacked on the stack table 111, and then the separator (14) shows the case where it is laminated.
  • FIG. 3 shows not only the first electrode 11 stacked on the stack table 111 for the first time, but also the first electrode 11 stacked last.
  • All surfaces of the stacked first electrodes 11 are also brought into contact while There is a difference in winding more than once with the separation membrane 14 to be wrapped.
  • the first electrode 11 stacked at the bottom of the manufactured electrode assembly 10 and the first electrode 11 stacked at the top of the manufactured electrode assembly 10 are the separator 14 ) and all surfaces of the first electrode 11 are in contact with the separator, and the electrodes have a shape in which one surface of the electrode does not contact the separator.
  • second electrodes 12 are stacked on the lowermost and uppermost ends of the electrode assembly 10, respectively.
  • FIG. 4 is a plan view illustrating an electrode assembly manufacturing apparatus capable of carrying out the electrode assembly manufacturing method according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 5 is a plan view showing an electrode assembly manufacturing method according to an embodiment of the present invention. It is a front view showing the concept of the electrode assembly manufacturing apparatus that can be.
  • the separation membrane supply unit 120 shown in FIG. 5 is omitted
  • the holding mechanism 170 shown in FIG. 4 is omitted.
  • the press part 180 is shown as a dotted line.
  • the electrode assembly manufacturing apparatus 100 includes a stack table 110, a separator supply unit 120 for supplying a separator 14, and a first electrode ( 11), a first electrode supplying unit 130 supplying a second electrode 12, a second electrode supplying unit 140 supplying a second electrode 12, and a first electrode stacking the first electrode 11 on the stack table 110
  • the stack unit 150 and the second electrode stack unit 160 stacking the second electrode 12 on the stack table 110, the first electrode 11, the separator 14, and the second electrode 12 ) and a press unit 180 for bonding between them.
  • the electrode assembly manufacturing apparatus 100 includes a holding mechanism 170 for fixing the first electrode 11 and the second electrode 12 when they are stacked on the stack table 110. ) may further include.
  • the supply of the first electrode, the second electrode and the separator may be supplied while heating each.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view exemplarily showing an electrode assembly manufactured through a method for manufacturing an electrode assembly according to an embodiment of the present invention. Specifically, it shows the electrode assembly 10 manufactured by the method shown in FIG. 1 . As described above, all surfaces of the first electrode are in contact with the separator, and other electrodes have one surface of the electrode that does not contact the separator.
  • FIGS. 1 to 17 relate to an electrode assembly manufacturing apparatus capable of carrying out the electrode assembly manufacturing method, and are not limited thereto as corresponding to exemplary views.
  • the electrode assembly manufacturing apparatus is an apparatus for manufacturing an electrode assembly by stacking a first electrode, a separator, and a second electrode, wherein the first electrode and the second electrode are alternately disposed between the folded separators a stack table in which the first electrode, the separator, and the second electrode are stacked in a form; a separation membrane supply unit supplying a separation membrane; a first electrode supply unit supplying the first electrode; a second electrode supply unit supplying the second electrode; a first electrode stack unit stacking the first electrode supplied from the first electrode supply unit on the stack table; a second electrode stack unit stacking the second electrode supplied from the second electrode supply unit on the stack table; and a press unit for bonding the first electrode, the separator, and the second electrode to each other by heating and pressurizing the laminated first electrode, the separator, and the second electrode.
  • the separator supply unit, the first electrode supply unit, and the second electrode supply unit may perform a function of heating and supplying the separator, the first electrode, and the second electrode, respectively.
  • the electrode assembly manufacturing apparatus 100 stacks a first electrode 11, a separator 14, and a second electrode 12 to form an electrode assembly ( 10) is a device for manufacturing.
  • the electrode assembly 10 is a power generating element capable of charging and discharging, and may be formed in an aggregated form in which a first electrode 11, a separator 14, and a second electrode 12 are alternately stacked.
  • the separator 14 is folded in a zigzag form, and the first electrode 11 and the second electrode 12 are alternately disposed between the folded separators 14. can be in the form
  • the electrode assembly 10 may be provided in the form of a separator 14 wrapped around the outermost shell.
  • all surfaces of the lowermost first electrode 11 of the electrode assembly 10 may be provided in a form surrounded by a separator 14 .
  • the uppermost first electrode 11 of the electrode assembly 10 may be additionally provided in a form in which all surfaces of the first electrode 11 are wrapped by a separator 14 .
  • FIG. 11 is a perspective view showing a separator supply unit of an electrode assembly manufacturing apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • the separation membrane supply unit 120 may supply the separation membrane 14 toward the stack table 110 while heating the separation membrane 14 . More specifically, the separation membrane supply unit 120 may include a separation membrane heating unit 121 in which a passage through which the separation membrane 14 passes is formed and which heats the separation membrane 14 passing therethrough.
  • the separator heating unit 121 may include a pair of bodies 121a and a separator heater 121b for heating the body 121a.
  • the pair of bodies 121a may be spaced apart from each other by a predetermined distance so that the separator 14 may pass therethrough.
  • the separation membrane 14 passes through, for example, the separation membrane heating unit 121 in a non-contact manner, so that the separation membrane 14 can be heated in a non-contact manner.
  • the body 121a may be formed in a rectangular block shape, for example.
  • the separator supply unit 120 may further include a separator roll 122 on which the separator 14 is wound.
  • the separator 14 wound around the separator roll 122 is gradually unwound and passed through the separator heater 121 to be supplied to the stack table 110 .
  • the separation membrane wound around the separation membrane roll may be continuously supplied to the stack table while passing through a passage through which the separation membrane passes.
  • the press unit further includes a pair of pressing blocks and a press heater for heating the pressing blocks, so that the pair of pressing blocks are moved in a direction facing each other and the stacked It may be to press the surface while heating the laminate. That is, the manufacturing method of the electrode assembly may further include the step of heating and pressurizing the multilayer body as described above by the press unit.
  • FIG. 7 is a perspective view showing a press unit in an electrode assembly manufacturing apparatus capable of carrying out an electrode assembly manufacturing method according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 8 is a perspective view showing an electrode assembly manufacturing method according to an embodiment of the present invention. It is a perspective view exemplarily showing a state in which the press unit presses the laminate in the electrode assembly manufacturing apparatus.
  • the press unit 180 is heated and presses the stacked first electrode 11, separator 14, and second electrode 12 to form the first electrode 11, the separator ( 14), and the second electrode 12 may be bonded.
  • the press unit 180 includes a pair of pressing blocks 181 and 182, and the pair of pressing blocks 181 and 182 are moved in a direction facing each other, and the stacked first electrode 11, separator 14 and The multilayer body S of the second electrode 12 may be surface-pressed.
  • the separator 14 when the separator 14 is configured to surround the outer surface of the laminate (S), the outer portion of the separator 14 located at the outermost part of the laminate (S) and the first electrode 11 facing it, the second An inner portion of the electrode 12 and the separator 14 may also be bonded. Accordingly, when the electrode assembly 10 is formed by stacking the first electrode 11, the separator 14, and the second electrode 12, the first electrode 11, the second electrode 12, and the separator 14 ) and the release of the stacked form can be more effectively prevented.
  • the press unit 180 further includes press heaters 183 and 184 for heating the pair of press blocks 181 and 182, so that the pair of press blocks 181 and 182 cover the first electrode 11, the separator 14, And the laminated body S of the second electrode 12 may be heated and pressed. Accordingly, when the laminate (S) is pressed by the press unit 180, thermal fusion between the first electrode 11, the separator 14, and the second electrode 12 may be better performed so that more robust adhesion may be possible. there is.
  • the pair of pressing blocks 181 and 182 have a flat pressing surface, and the horizontal and vertical lengths of the pressing surface are a laminate (S) in which the first electrode 11, the separator 14, and the second electrode 12 are stacked. ) may be formed longer than the horizontal and vertical lengths of
  • the pair of pressing blocks 181 and 182 include a first pressing block 181 and a second pressing block 182, and the first pressing block 181 and the second pressing block 182 have a rectangular parallelepiped shape. It may be provided as a block.
  • the press unit may include a first press unit and a second press unit.
  • the first press part may be used in the first heat press step
  • the second press part may be used in the second heat press step.
  • Figure 9 (a) is a perspective view showing a first press unit 50 according to an embodiment of the present invention
  • Figure 9 (b) shows a second press unit 60 according to an embodiment of the present invention It is a perspective view.
  • the first press unit 50 may heat and press the laminate S in a state where the laminate S is fixed by the gripper 51.
  • the first press part 50 is composed of a pair of first pressing blocks 50a and 50b, and the pair of first pressing blocks 50a and 50b are fixed parts 51b of the gripper 51. ) and the corresponding groove, all of the pressing surfaces for pressing are provided with a flat surface.
  • the gripper 51 corresponds to the length (x) and height (y) of the laminate (S) or has a body (51a) wider than the length (x) and height (y) of the laminate (S) and A plurality of fixing parts 51b provided on one side of the main body 51a and provided in a column or plate shape along the width z direction of the laminate S may be included.
  • the length (x) of the laminate (S) means the longest part of the distance from one end to the other end of the laminate (S)
  • the height (y) means the distance in the stacking direction of the laminate (S).
  • the width (z) may mean a distance horizontally crossing the upper surface of the laminate (S).
  • the fixing part 51b is position-adjustable along the height direction of the main body 51a, so that the fixing part 51b comes into contact with the top and bottom surfaces of the laminate S and the laminate S, the laminate ( S) can be fixed. After that, the pair of first pressing blocks 50a and 50b included in the first press unit 50 are moved in opposite directions and face one or more of the laminate S and the gripper 51. By pressing, it is possible to bond between the electrode and the separator included in the laminate (S).
  • the second press unit 60 may finally heat and press the laminate S, which is primarily heated and pressed by the first press unit 50 .
  • the second press unit 60 includes a pair of second pressing blocks 60a and 60b, and the pair of pressing blocks 61 and 62 are moved in opposite directions to face the stacked product S. can be pressurized.
  • the pair of second pressing blocks 60a and 60b included in the second press unit 60 may have all flat surfaces for pressing in contact with the laminate S.
  • the step of supplying the first electrode to the stack table may include placing the first electrode on a first electrode seating table before being stacked on the stack table; and transferring the seated first electrode to a stack table by vacuum suction, wherein the step of supplying the second electrode to the stack table is performed before the second electrode is stacked on the stack table. settling in; and transferring the seated second electrode to a stack table by vacuum suction.
  • the first electrode supply unit includes a first electrode seating table on which the first electrode is seated before being stacked on the stack table by the first electrode stack unit, and the second electrode supplier The unit may include a second electrode seating table on which the second electrode is seated before being stacked on the stack table by the second electrode stack unit.
  • the first electrode stack unit includes a first suction head for vacuum suctioning the first electrode seated on the first electrode seating table
  • the second electrode stack unit includes the second electrode seating table. It may include a second suction head that vacuum-sucks the second electrode seated therein. That is, the electrode may be vacuum-sucked by the suction head and transferred to the stack table.
  • the separator is formed between the first electrode and the second electrode.
  • the stack table is rotated to one side to face the stacked portion of the first electrode, and when the second electrode is stacked, the stack table is It may be to alternately rotate the second electrode to the other side so as to face the stacked portion.
  • the manufacturing apparatus further includes a rotation unit for rotating the stack table, and the separator is positioned between the first electrode and the second electrode.
  • a first electrode stack unit is provided on one side of the rotation unit and a second electrode stack unit is provided on the other side of the rotation unit, and when the first electrode is stacked, the rotation unit moves the stack table to the first electrode stack. Rotating the electrode stack part to one side to face the first suction head, and rotating the stack table to the other side to face the second electrode stack part to face the second suction head when the second electrode is stacked are alternately performed. it may be
  • rotating to face the suction head means rotating to face the stacked portion of the electrode in the manufacturing method.
  • FIG. 10 is a perspective view showing a stack table of an electrode assembly manufacturing apparatus capable of carrying out the electrode assembly manufacturing method according to the present invention.
  • the stack table 110 has a form in which first electrodes 11 and second electrodes 12 are alternately disposed between the folded separators 14.
  • first electrode 11, the separator 14, and the second electrode 12 may be stacked.
  • the stack table 110 heats the table body 111 and the table body 111 on which the first electrode 11, the separator 14, and the second electrode 12 are stacked to form a stacked stack ( S) may include a stack table heater 112 for heating.
  • the first electrode 11 may be composed of an anode and the second electrode 12 may be composed of a cathode, but the present invention is not necessarily limited thereto, and for example, the first electrode 11 is composed of a cathode. And, the second electrode 12 may be configured as an anode.
  • FIG. 12 is a perspective view showing a first electrode seating table in an electrode assembly manufacturing apparatus capable of carrying out the electrode assembly manufacturing method of the present invention.
  • the first electrode supply unit 130 heats the first electrode 11 and supplies it to the first electrode stack unit 150 .
  • the first electrode supply unit 130 includes a first electrode seating table 131 on which the first electrode 11 is placed before being stacked on the stack table 110 by the first electrode stack unit 150 and the first electrode A first electrode heater 132 for heating the seating table 131 to heat the first electrode 11 may be included.
  • the first electrode supply unit 130 includes a first electrode roll 133 in which the first electrode 11 is wound in a sheet form, and a first electrode in a sheet form wound around the first electrode roll 133.
  • a first electrode supply head 136 may be further included.
  • the first cutter 134 may cut the first electrode 11 in the form of a sheet so that the first electrode tab 11a protrudes from an end portion of the first electrode 11 .
  • FIG. 13 is a perspective view showing a second electrode seating table in the electrode assembly manufacturing apparatus capable of carrying out the electrode assembly manufacturing method of the present invention.
  • the second electrode supply unit 140 heats the second electrode 12 and supplies it to the second electrode stack unit 160 .
  • the second electrode supply unit 140 includes a second electrode seating table 141 on which the second electrode 12 is placed before being stacked on the stack table 110 by the second electrode stack unit 160 and the second electrode A second electrode heater 142 for heating the second electrode 12 by heating the seating table 141 may be included.
  • the second electrode supply unit 140 includes a second electrode roll 143 in which the second electrode 12 is wound in a sheet form, and a second electrode in a sheet form wound around the second electrode roll 143.
  • a second electrode supply head 146 that vacuums the moving second conveyor belt 145 and the second electrode 12 transported by the second conveyor belt 145 and places it on the second electrode seating table 141 ) may further include.
  • the second cutter 144 may cut the sheet-shaped second electrode 12 so that the second electrode tab 12a protrudes from an end portion of the second electrode 12 .
  • FIG. 14 is a perspective view showing a first suction head in the electrode assembly manufacturing apparatus
  • FIG. 15 is a bottom view showing the first suction head in the electrode assembly manufacturing apparatus.
  • the first electrode stack unit 150 may stack the first electrode 11 on the stack table 110 .
  • the first electrode stack unit 150 may include a first suction head 151 , a first head heater 152 , and a first moving unit 153 .
  • the first suction head 151 may vacuum the first electrode 11 seated on the first electrode seating table 131 .
  • the first suction head 151 has a vacuum suction port 151a formed on the bottom surface 151b to suck the first electrode 11 through the vacuum suction port 151a and to perform a first suction on the first electrode 11. It can be fixed to the bottom surface (151b) of the head (151).
  • a passage connecting the vacuum suction port 151a and a vacuum suction device may be formed inside the first suction head 151 .
  • the first head heater 152 may heat the first suction head 151 and the first electrode 11 sucked into the first suction head 151 by heating the first suction head 151 .
  • the first moving unit 153 is configured to allow the first suction head 151 to stack the first electrode 11 seated on the first electrode seating table 131 on the stack table 110. ) can be moved to the stack table 110.
  • the second electrode stack unit 160 may stack the second electrode 12 on the stack table 110 .
  • the second electrode stack unit 160 may have the same structure as the first electrode stack unit 150 described above.
  • the second electrode stack unit 160 may include a second suction head 161, a second head heater (not shown), and a second moving unit 163.
  • the second suction head 161 may vacuum the second electrode 12 seated on the second electrode seating table 141 .
  • the second head heater may heat the second suction head 161 and the second electrode 12 sucked into the second suction head 161 by heating the second suction head 161 .
  • the second moving unit 163 is configured to allow the second suction head 161 to stack the second electrode 12 seated on the first electrode seating table 141 on the stack table 110. ) can be moved to the stack table 110.
  • the first electrode or The manufacturing method of the electrode assembly may further include holding the second electrode with a holding mechanism and fixing the second electrode to the stack table.
  • the holding mechanism presses and fixes the upper surface of the first electrode stacked on the uppermost side of the stack table, and the stack
  • an upper surface of the second electrode stacked on an uppermost side of the stack table may be pressed and fixed.
  • 16 is a plan view showing a holding mechanism and a stack table in an electrode assembly manufacturing apparatus capable of carrying out the electrode assembly manufacturing method of the present invention.
  • the holding mechanism 170 is the first electrode 11 ) or holding the second electrode 12 and fixing it to the stack table 110 .
  • the holding mechanism 170 presses the upper surface of the first electrode 11 stacked on the uppermost side of the stack table 110 when the first electrode 11 is stacked on the stack table 110.
  • the upper surface of the second electrode 12 stacked on the uppermost side of the stack table 110 may be pressed and fixed.
  • the first electrode 11 and the second electrode 12 are positioned and stacked between the separators 14, and when forming a stack, the holding mechanism 170 is located on the uppermost surface in the stack. It is possible to prevent the laminate from being separated from the stack table 110 by gripping the stack table 110 in a way of pressing the stack table 110 .
  • the holding mechanism 170 includes, for example, a first holding mechanism 171 and a second holding mechanism 172, the first electrode 11 or the second electrode ( Both sides of 12) can be fixed.
  • the separator 14 moves along the stack table 110. In proportion to the amount of rotation of , it can be released from the separator roll 122 and supplied to the stack table 110 side.
  • the holding mechanism 170 and the stack table 110 may be connected or combined with a rotating device (not shown).
  • the rotating device may be composed of, for example, a mandrel.
  • the rotating device can rotate the holding mechanism 170 and the stack table 110. .
  • the holding mechanism 170 is the first electrode 11 ) or holding the second electrode 12 and fixing it to the stack table 110 .
  • the separator 14 wound around the separator roll 122 is the separator heating unit 121 ) passing through, heated and supplied, stacked on the stack table 110, and the separator 14 is heated by the heated stack table 110.
  • the first electrode 11 is heated from the first electrode supply unit 130 and supplied to the first electrode stack unit 150, the first electrode 11 is stored in the stack table ( 110) is heated and laminated on the upper surface of the separator 14.
  • the holding mechanism 170 presses the upper surface of the first electrode 11 to fix the first electrode 11 from the stack table 110 so as not to be separated.
  • the separator 14 is continuously supplied and covers the upper surface of the first electrode 11 .
  • the second electrode 12 heated and supplied from the second electrode supply unit 140 is stacked on the portion of the separator 14 covering the upper surface of the first electrode 11 with the second electrode stack unit 160 .
  • the second suction head 161 pressurizes and heats the second electrode 12 in the second electrode stack unit 160 to continuously heat the second electrode 12 .
  • the holding mechanism 170 pressing the upper surface of the first electrode 11 is released from the pressing portion, it presses the upper surface of the second electrode 12 to form a stacked layer including the second electrode 12. Water is prevented from escaping from the stack table 110.
  • a laminate in which the separator 14 is positioned may be formed.
  • the laminate is moved to the press unit 180, and the press unit 180 heats and presses the laminate to form a space between the heated first electrode 11, the separator 14, and the second electrode 12
  • the electrode assembly 10 may be manufactured by bonding. At this time, heat is applied and pressed through the press unit 180 between the heated first electrode 11 , the separator 14 , and the second electrode 12 so that they can be heat-sealed.
  • the electrode assembly manufacturing apparatus 100 capable of carrying out the electrode assembly manufacturing method of the present invention configured as described above heats and laminates the first electrode 11, the separator 14, and the second electrode 12, and presses By applying heat and pressurizing the unit 180 to bond the first electrode 11, the separator 14, and the second electrode 12, unfolding of the electrode assembly 10 is prevented, and the first electrode ( 11) and the second electrode 12 may be prevented from being shifted in stacking positions in the electrode assembly 10.
  • the electrode assembly manufacturing apparatus capable of carrying out the electrode assembly manufacturing method of the present invention may further include a vision device for inspecting the first electrode or the second electrode. 17 is a front view showing the concept of an electrode assembly manufacturing apparatus further including the vision device.
  • FIG. 17 the holding mechanism is omitted for convenience, and the press unit 180 located on the rear side in a plan view is shown as a dotted line.
  • the electrode assembly manufacturing apparatus 200 includes a stack table 110, a separator supply unit 120 supplying a separator 14, and a first electrode supply unit 130 supplying a first electrode 11. ), the second electrode supply unit 140 for supplying the second electrode 12, the first electrode stack unit 150 for stacking the first electrode 11 on the stack table 110, and the second electrode ( 12) on the stack table 110, the second electrode stack unit 160, the first electrode 11, the separator 14, and the press unit 180 for bonding between the second electrode 12, and It includes a holding mechanism 170 for fixing the first electrode 11 and the second electrode 12 when they are stacked on the stack table 110 (see FIG. 12), and rotates the stack table 110.
  • a vision device 290 for inspecting the rotating part R and the first and second electrodes 11 and 12 by vision may be further included.
  • the vision device 290 may include a first camera 291 and a second camera 292.
  • the first camera 291 may capture the first electrode 11 seated on the first electrode seating table 131 in the first electrode supply unit 130, and the second camera 292 may capture the second electrode supply unit 140. ), the second electrode 12 seated on the second electrode seating table 141 may be photographed.
  • the lamination quality of the first electrode 11 and the second electrode 12 may be inspected through image information acquired through photography by the first camera 291 and the second camera 292 . At this time, the seating position, size, stacking state, etc. of the first electrode 11 and the second electrode 12 can be inspected.
  • the rotating unit R may rotate the stack table 110 in one direction r1 and the other direction r2.
  • the first electrode stack unit 150 may be provided on one side of the rotation unit R, and the first electrode stack unit 150 may be provided on the other side of the rotation unit R.
  • the rotation unit R rotates the stack table 110 to one side so as to face the first suction head 151 when the first electrode 11 is stacked, and when the second electrode 12 is stacked, the stack table 110 ) may be rotated to the other side to face the second suction head 161.
  • the rotation unit R alternately rotates the stack table 110 in the direction of the first electrode stack unit 150 and the direction of the second electrode stack unit 160, so that the separator 14 moves along the first electrode 11 And zigzag folding (Zig Zag Folding) may be possible in a manner positioned between the second electrode (12).
  • the electrode assembly has a form in which the first electrode and the second electrode are alternately disposed between the folded separators, and the assembly All surfaces of the lowermost electrode provide an electrode assembly provided in a form surrounded by a separator.
  • the description of the electrode assembly according to the present invention and the configuration of the manufacturing apparatus capable of carrying out the electrode assembly manufacturing method of the present invention is also applied to the manufacturing method according to the present invention and the electrode assembly manufactured by the manufacturing method according to the present invention. can be applied

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Abstract

본 출원의 전극 조립체 및 이의 제조 방법은 전극 및 분리막을 적층해 제조하는 전극 조립체 제조 과정에서 분리막이 안 쪽으로 밀리는 현상으로 인하여 전극이 노출됨으로써 쇼트(short) 위험성이 커지는 풀 백(pull back) 현상이 발생하는 문제를 감소시킬 수 있으며, 전지의 안정성을 높여줄 수 있다. 또한, 상기 제조 방법을 통해 균일한 성능의 전극 조립체를 제조할 수 있으며, 전극 및 분리막의 위치가 틀어지지 않도록 정렬시켜 고정할 수 있어, 에너지 밀도가 향상되고, 전극 조립체에서 전극이 돌출되어 전지 외관까지 돌출 형성되는 것을 방지할 수 있다.

Description

전극 조립체 및 이의 제조 방법
본 출원은 2021년 12월 23일에 각각 한국특허청에 제출된 한국 특허 출원 제10-2021-0185877호의 출원일의 이익을 주장하며, 그 내용 전부는 본 명세서에 포함된다.
본 발명은 전극 조립체 및 전극 조립체 제조 방법에 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 폴딩형으로 대략 분류할 수 있다.
여기서, 스택 앤 폴딩형의 전극 조립체에서 분리막이 지그 재그로 폴딩되어 전극이 사이사이에 위치된 형태에서 초기 단계의 전극과 분리막의 접착력이 취약하여 분리막이 안 쪽으로 밀리는 현상이 발생하여 전극이 노출되어 쇼트(short)의 위험성이 커지는 풀 백(pull back)현상이 발생하는 문제가 있어왔다.
<선행기술문헌>
한국 공개특허 제10-2013-0132230호
본 발명은 전극 조립체 및 전극 조립체 제조 방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 일 실시상태는, 폴딩되는 분리막 사이사이에 제1 전극 및 제2 전극이 교대로 배치되는 형태인 전극 조립체 제조 방법으로서,상기 제1 전극을 스택 테이블에 공급하는 단계; 상기 제2 전극을 스택 테이블에 공급하는 단계; 상기 분리막을 스택 테이블에 공급하는 단계; 상기 분리막이 스택 테이블에 처음으로 적층된 이 후 상기 스택 테이블에 첫 번째로 적층되는 상기 제1 전극을 상기 분리막으로 1회 이상 권취하는 단계; 및 상기 제1 전극을 상기 분리막으로 1회 이상 권취하는 단계 이후, 상기 제2 전극을 적층하면서, 상기 폴딩되는 상기 분리막 사이사이에 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극이 교대로 배치되는 형태로 상기 제1 전극, 분리막, 및 제2 전극을 스택 테이블 위에 적층하여 적층물을 제조하는 단계를 포함하는 전극 조립체의 제조 방법을 제공한다.
또한, 본 발명의 일 실시상태는, 상기 제조 방법으로 제조된 전극 조립체로서, 상기 전극 조립체는 폴딩되는 상기 분리막 사이사이에 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극이 교대로 배치되는 형태이고, 상기 조립체의 최하단의 전극의 모든 면은 분리막에 의해 감싼 형태로 구비된 것인 전극 조립체를 제공한다.
본 출원의 실시상태에 따른 전극 조립체 및 이의 제조 방법은 전극 및 분리막을 적층하여 제조되는 전극 조립체의 제조 과정에서 분리막이 안 쪽으로 밀리는 현상이 발생하여 전극이 노출되어 쇼트(short)의 위험성이 커지는 풀 백(pull back)현상이 발생하는 문제를 감소시킬 수 있다.
즉, 본 출원의 실시상태에 따른 전극 조립체 및 이의 제조 방법은 전지의 안정성을 높여 줄 수 있다.
본 출원의 실시상태에 따른 전극 조립체 제조 방법은 균일한 성능의 전극 조립체를 제조할 수 있으며, 전극 및 분리막의 위치가 틀어지지 않도록 정렬시켜 고정할 수 있어, 에너지 밀도가 향상되고, 전극 조립체에서 전극이 돌출되어 전지 외관까지 돌출 형성되는 것을 방지할 수 있다.
도 1 내지 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체 제조 방법을 예시적으로 나타낸 도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 일 실시예에 따른 전극 조립체 제조 방법을 실시할 수 있는 전극 조립체 제조장치를 예시적으로 나타낸 평면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체 제조 방법을 실시할 수 있는 전극 조립체 제조장치의 개념을 나타낸 정면도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체 제조 방법을 통해 제조되는 전극 조립체를 예시적으로 나타낸 단면도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체 제조 방법을 실시할 수 있는 전극 조립체 제조장치에서 프레스부를 나타낸 사시도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체 제조 방법을 실시할 수 있는 전극 조립체 제조장치에서 프레스부가 적층물을 가압하는 상태를 예시적으로 나타낸 사시도이다.
도 9(a)는 본 발명의 일 실시상태에 따른 제1 프레스부(50)를 도시한 사시도이고, 도 9(b)는 본 발명의 일 실시상태에 따른 제2 프레스부(60)를 도시한 사시도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체 제조 방법을 실시할 수 있는 전극 조립체 제조장치에서 스택 테이블을 나타낸 사시도이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체 제조 방법을 실시할 수 있는 전극 조립체 제조장치의 분리막 공급부를 나타낸 사시도이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체 제조 방법을 실시할 수 있는 전극 조립체 제조장치에서 제1 전극 안착 테이블을 나타낸 사시도이다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체 제조 방법을 실시할 수 있는 전극 조립체 제조장치에서 제2 전극 안착 테이블을 나타낸 사시도이다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체 제조 방법을 실시할 수 있는 전극 조립체 제조장치에서 제1 석션 헤드를 나타낸 사시도이다.
도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체 제조 방법을 실시할 수 있는 전극 조립체 제조장치에서 제1 석션 헤드를 나타낸 저면도이다.
도 16은 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체 제조 방법을 실시할 수 있는 전극 조립체 제조장치에서 홀딩(holding)기구 및 스택 테이블을 나타낸 평면도이다.
도 17은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전극 조립체 제조 방법을 실시할 수 있는 전극 조립체 제조장치의 개념을 나타낸 정면도이다.
<부호의 설명>
10: 전극 조립체
11: 제1 전극
11a: 제1 전극 탭
12: 제2 전극
12a: 제2 전극 탭
14: 분리막
100,200: 전극 조립체 제조장치
110: 스택 테이블
111: 테이블 몸체
112: 스택 테이블 히터
120: 분리막 공급부
121: 분리막 히팅부
121a: 몸체
121b: 분리막 히터
122: 분리막 롤
130: 제1 전극 공급부
131: 제1 전극 안착 테이블
132: 제1 전극 히터
133: 제1 전극 롤
134: 제1 커터
135: 제1 컨베이어 벨트
136: 제1 전극 공급 헤드
140: 제2 전극 공급부
141: 제2 전극 안착 테이블
142: 제2 전극 히터
143: 제2 전극 롤
144: 제2 커터
145: 제2 컨베이어 벨트
146: 제2 전극 공급 헤드
150: 제1 전극 스택부
151: 제1 석션 헤드
151a: 진공 흡입구
151b: 바닥면
152: 제1 헤드 히터
153: 제1 이동부
160: 제2 전극 스택부
161: 제2 석션 헤드
162: 제2 헤드 히터
163: 제2 이동부
170: 홀딩(holding)기구
171: 제1 홀딩(holding)기구
172: 제2 홀딩(holding)기구
180: 프레스부
181: 제1 가압블럭
182: 제2 가압블럭
183,184: 프레스 히터
290: 비젼장치
291: 제1 카메라
292: 제2 카메라
R: 회전부
S: 적층물
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명에 대하여 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 구성에만 한정되지 않는다.
본 명세서에서 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 '포함'한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다.
본 명세서에서 '전극의 모든 면을 상기 분리막이 감싸도록 폴딩'한다는 것은 분리막이 상기 전극과 접하면서 감싸도록 1 회 이상 권취한 것을 의미한다.
본 명세서에서 특정 대상을'히팅(heating)시킨다'는 것은 상기 특정 대상을 가열하는 것을 의미하며, 특정 대상을 '히팅시키며 가압한다'는 것은 상기 특정 대상을 가열 및 가압한다는 것을 의미한다.
그리고, 본 발명을 설명함에 있어서, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 관련된 공지 기술에 대한 상세한 설명은 생략하도록 한다.
본 발명의 일 실시상태는, 폴딩되는 분리막 사이사이에 제1 전극 및 제2 전극이 교대로 배치되는 형태인 전극 조립체 제조 방법으로서, 상기 제1 전극을 스택 테이블에 공급하는 단계; 상기 제2 전극을 스택 테이블에 공급하는 단계; 상기 분리막을 스택 테이블에 공급하는 단계; 상기 분리막이 스택 테이블에 처음으로 적층된 이 후 상기 스택 테이블에 첫 번째로 적층되는 상기 제1 전극을 상기 분리막으로 1회 이상 권취하는 단계; 및 상기 제1 전극을 상기 분리막으로 1회 이상 권취하는 단계 이후, 상기 제2 전극을 적층하면서, 상기 폴딩되는 상기 분리막 사이사이에 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극이 교대로 배치되는 형태로 상기 제1 전극, 분리막, 및 제2 전극을 스택 테이블 위에 적층하여 적층물을 제조하는 단계를 포함하는 전극 조립체의 제조 방법을 제공한다.
즉, 본 발명에 따른 전극 조립체 제조 방법은 상기 분리막이 스택 테이블에 공급된 이 후 상기 스택 테이블에 첫 번째로 공급되는 상기 제1 전극을 상기 분리막이 감싸도록 1회 이상 권취하는 것을 특징으로 한다.
본 명세서에 있어서 폴딩되는 상기 분리막 사이사이에 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극이 교대로 배치되는 형태로 적층되는 것을 지그 재그 폴딩(Zig Zag Folding)이라고 한다.
본 발명의 일 실시상태에 있어서, 상기 분리막이 스택 테이블에 처음으로 적층된 이 후 상기 스택 테이블에 첫 번째로 적층되는 상기 제1 전극을 상기 분리막으로 1회 이상 권취하는 단계는 상기 스택 테이블 위에 처음으로 적층되는 것은 상기 분리막이 되도록 상기 분리막을 상기 스택 테이블에 적층하는 단계; 상기 처음으로 적층된 분리막 위에 상기 제1 전극을 적층하는 단계; 상기 처음으로 적층된 분리막 위에 적층된 상기 제1 전극을 상기 분리막으로 1회 이상 권취하는 단계를 포함할 수 있다. 즉, 스택 테이블에 제1 전극 및 제2 전극보다 분리막이 먼저 적층되는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 있어서, 상기 분리막이 스택 테이블에 처음으로 적층된 이 후 상기 스택 테이블에 첫 번째로 적층되는 상기 제1 전극을 상기 분리막으로 1회 이상 권취하는 단계는 상기 스택 테이블 위에 처음으로 적층되는 것은 상기 제2 전극이 되도록 상기 제2 전극을 상기 스택 테이블에 적층하는 단계; 상기 적층된 상기 제2 전극 위에 상기 분리막을 처음으로 적층하는 단계; 상기 처음으로 적층된 분리막 위에 상기 제1 전극을 적층하는 단계; 상기 처음으로 적층된 분리막 위에 적층된 상기 제1 전극을 상기 분리막으로 1회 이상 권취하는 단계를 포함할 수 있다. 즉, 스택 테이블에 제2 전극이 분리막보다 먼저 적층되는 것일 수 있다.
본 명세서에 있어서, 상기 제1 전극을 상기 분리막으로 1회 이상 권취하는 단계는 상기 제1 전극의 모든 면을 상기 분리막이 감싸도록 폴딩하는 것을 의미할 수 있다. 즉, 본 명세서에 있어서, 제1 전극을 상기 분리막으로 1회 이상 권취하는 단계는 전극의 모든 면을 상기 분리막이 감싸도록 폴딩하는 단계로 표현될 수 있다.
다시 말해서, '전극의 모든 면을 상기 분리막이 감싸도록 폴딩'한다는 것은 상기 분리막이 상기 전극의 면과 접하면서 감싸도록 1 회 이상 권취하는 것을 의미한다.
이 때, 상기 전극의 모든 면은 상기 전극의 상면 및 하면과 상기 분리막의 공급방향과 수직 방향에 해당하는 전극의 면을 의미한다. 이 때, 상기 "하면"은 상기 전극이 상기 스택 테이블을 바라보는 면을 의미하고, 상기 "상면"은 상기 전극이 상기 스택 테이블을 바라보는 면의 반대면을 의미한다. 또한, 상기 분리막의 공급방향과 수직 방향에 해당하는 전극의 면은 상기 적층물이 적층축을 따라서 일반적인 지그 재그 폴딩을 진행하는 과정에서 분리막이 폴딩되는 면과 접촉하는 전극의 면과 상기 분리막이 폴딩되는 면과 접촉하는 전극의 면의 반대면을 의미한다.
즉, 상기 전극의 모든 면은 상기 분리막이 적층 과정에서 상기 전극과 접촉이 가능한 면들을 의미한다.
본 출원의 전극 조립체의 제조 방법과 같이 상기 분리막이 스택 테이블에 공급된 이 후 상기 스택 테이블에 첫 번째로 공급되는 전극의 모든 면을 상기 분리막이 감싸도록 1회 이상 권취함으로써, 분리막이 제1 전극 및 제2 전극 사이에 위치되는 방식으로 지그 재그 폴딩(Zig Zag Folding)되도록 전극 조립체를 제조하는 과정에서 전극과 분리막의 분리 및 전극 또는 분리막의 위치가 뒤로 밀리는 현상인 풀 백(pull back)현상이 발생하는 문제를 감소시킬 수 있다. 이는 전극 및 분리막의 위치가 틀어지지 않도록 정렬시켜 고정할 수 있어, 에너지 밀도가 향상되고, 전극 조립체에서 전극이 돌출되어 전지 외관까지 돌출 형성되는 것을 방지할 수 있음을 의미한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제1 전극을 1회 이상 권취하는 단계는 상기 제1 전극을 1회 권취하는 것일 수 있다. 권취 회수를 1회로 제한하는 경우, 공정상 속도를 높일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제1 전극을 상기 분리막으로 1회 이상 권취하는 단계 이후, 상기 제2 전극을 적층하면서, 상기 폴딩되는 상기 분리막 사이사이에 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극이 교대로 배치되는 형태로 상기 제1 전극, 분리막, 및 제2 전극을 스택 테이블 위에 적층하여 적층물을 제조하는 단계는 상기 스택 테이블에 마지막으로 공급되는 제1 전극을 상기 분리막으로 1회 이상 권취하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제1 전극을 상기 분리막으로 1회 이상 권취하는 단계 이후, 상기 제2 전극을 적층하면서, 상기 폴딩되는 상기 분리막 사이사이에 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극이 교대로 배치되는 형태로 상기 제1 전극, 분리막, 및 제2 전극을 스택 테이블 위에 적층하여 적층물을 제조하는 단계는 상기 스택 테이블에 마지막으로 공급되는 제1 전극을 상기 분리막으로 1회 이상 권취하는 단계; 및 상기 1 회 이상 권취된 분리막 상에 상기 제2 전극을 적층하는 단계를 더 포함할 수 있다.
일반적으로 첫 번째로 공급되는 전극과 마지막으로 공급되는 전극의 외측 부는 분리막과의 접착력이 가장 취약한 곳에 해당하여 전극 조립체를 제조하는 과정에서 전극과 분리막의 분리 및 전극 또는 분리막의 위치가 뒤로 밀리는 현상인 풀 백(pull back)현상의 주요 원인이 된다. 따라서 본 발명에 따른 전극 조립체 제조 방법은 첫 번째로 공급되는 전극뿐만 아니라 마지막으로 공급되는 전극의 모든 면을 상기 분리막이 감싸도록 폴딩함으로써, 분리막이 제1 전극 및 제2 전극 사이에 위치되는 방식으로 지그 재그 폴딩(Zig Zag Folding)되도록 전극 조립체를 제조하는 과정에서 전극과 분리막의 분리 및 전극 또는 분리막의 위치가 뒤로 밀리는 현상인 풀 백(pull back)현상이 발생하는 문제를 더욱 효과적으로 감소시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제1 전극을 스택 테이블에 공급하는 단계; 상기 제2 전극을 스택 테이블에 공급하는 단계; 및 상기 분리막을 스택 테이블에 공급하는 단계는 상기 제1 전극, 제2 전극 및 분리막을 각각 가열하면서 스택 테이블에 공급하는 것일 수 있다
본 출원의 일 실시상태에 있어서, 상기 폴딩되는 상기 분리막 사이사이에 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극이 교대로 배치되는 형태로 상기 제1 전극, 분리막, 및 제2 전극을 스택 테이블 위에 적층하여 적층물을 제조하는 단계는
(S1) 상기 스택 테이블 위에 상기 분리막을 적층하는 단계;
(S2) 상기 분리막 상면에 제1 전극을 적층하는 단계;
(S3) 상기 분리막을 추가로 공급하여 상기 제1 전극의 상면을 덮는 단계;
(S4) 상기 제1 전극의 상면을 덮고 있는 상기 분리막의 상기 제1 전극과 닿는 면의 반대면에 상기 제2 전극을 적층하는 단계; 및,
(S5) 상기 분리막을 추가로 공급하여 상기 제2 전극의 상면을 덮는 단계를 포함하며, 상기 (S1) 내지 (S5)의 단계를 1회 이상 반복하는 것일 수 있다.
본 출원의 일 실시상태에 있어서, 상기 분리막은 분리막 시트의 형태로 공급되는 것일 수 있다. 즉, 추가로 공급되는 분리막은 연속적인 형태로 공급되는 것일 수 있다. 또한, 상기 "상면"은 분리막 또는 전극이 상기 스택 테이블을 바라보는 면의 반대면을 의미할 수 있다.
이 때, 상기 (S3) 상기 분리막을 추가로 공급하여 상기 제1 전극의 상면을 덮는 단계; 및 (S5) 상기 분리막을 추가로 공급하여 상기 제2 전극의 상면을 덮는 단계는 각각 상기 스택 테이블이 좌우로 이동하는 방식, 분리막이 좌우로 이동하는 방식 및 상기 스택 테이블이 회전하는 방식 중 1개의 방식으로 진행되는 것일 수 있다.
즉, 본 출원의 일 실시상태에 있어서, 상기 폴딩되는 상기 분리막 사이사이에 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극이 교대로 배치되는 형태로 상기 제1 전극, 분리막 및 제2 전극이 적층하기 위해서 상기 스택 테이블이 좌우로 이동하는 방식, 분리막이 좌우로 이동하는 방식 또는 상기 스택 테이블이 회전하는 방식이 사용될 수 있으며, 이에 대해서는 해당 분야의 통상적인 기술이 적용될 수 있다. 바람직하게는 상기 스택 테이블이 회전하는 방식이 사용될 수 있다. 상기 스택 테이블이 회전하는 방식이 사용될 경우 상기 제1 전극을 분리막으로 1 회 이상 권취하기 더욱 용이한 이점이 있으므로 공정상의 효율을 높일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 1 회 이상 권취하는 단계는 1회만 권취하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 적층물을 가열 및 가압하는 히트 프레스 단계를 더 포함하는 것일 수 있다.
보다 구체적으로, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 적층물을 가열 및 가압하는 히트 프레스 단계는 상기 스택 테이블 몸체를 가열하여, 적층물을 가열하는 단계; 및 한 쌍의 가압블럭이 적층축을 따라서 상호 마주보는 방향으로 이동되며 상기 적층물을 면 가압하는 단계를 포함하는 것일 수 있다.
보다 구체적으로, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 적층물을 가열 및 가압하는 히트 프레스 단계는 프레스 피터를 포함하는 한 쌍의 가압블럭이 적층축을 따라서 상호 마주보는 방향으로 이동되며 상기 적층물을 면 가압하는 단계; 및 상기 적층물을 면 가압되는 동안 상기 프레스 히터로 상기 적층물을 가열하는 단계를 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 적층물을 가열 및 가압하는 히트 프레스 단계는 적층물을 가열 및 가압하기 위해서 상기 적층물을 이송하는 단계를 더 포함할 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 스택 테이블에 적층된 적층물을 그리퍼로 파지하는 단계; 및 상기 그리퍼로 파지된 적층물을 가열 및 가압하기 위해서 상기 적층물을 이송하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 히트 프레스 단계의 상기 적층물을 가열하는 단계는 30℃ 이상, 100℃ 이하, 바람직하게는 35℃ 이상, 95℃ 이하의 온도 조건에서 진행될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 히트 프레스 단계의 상기 적층물을 가압하는 단계는 1Mpa 이상, 5Mpa 이하, 바람직하게는 1.5Mpa 이상, 5Mpa 이하의 압력 조건에서 진행될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 히트 프레스 단계의 상기 적층물을 가열 및 가압하는 단계는 5초 이상, 60초 이하, 바람직하게는 5초 이상, 30초 이하로 진행될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 적층물을 가열 및 가압하는 히트 프레스 단계는 30℃ 이상, 100℃ 이하의 온도 조건 및 1Mpa 내지 5Mpa의 압력 조건으로 5초 내지 60초, 바람직하게는 35℃ 이상, 95℃ 이하의 온도 조건 및 1.5Mpa 내지 5Mpa의 압력 조건으로 5초 내지 30초동안 적층물을 히팅 시키며 가압하는 것일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 적층물을 가열 및 가압하는 히트 프레스 단계는 상기 적층물을 그리퍼로 파지하고 적층물을 가열 및 가압하는 제1 차 히트 프레스 단계; 및 상기 제1 차 히트 프레스 단계 이 후, 상기 그리퍼의 파지를 중지하고, 상기 적층물을 가열 및 가압하는 제2 차 히트 프레스 단계를 포함할 수 있다.
본 출원의 일 실시상태에 있어서, 상기 제1 차 히트 프레스 단계는 상기 적층물을 그리퍼를 이용하여 상기 적층물의 상면을 가압하여 고정시키는 단계; 상기 그리퍼로 고정된 적층물을 프레스 히터를 포함하는 한 쌍의 가압 블록 사이로 이동시키는 단계; 상기 한 쌍의 가압블럭이 상기 적층물의 적층축을 따라서 상호 마주보는 방향으로 이동되며 고정된 상기 적층물을 면 가압하는 단계; 및 상기 프레스 히터에 의해 고정된 상기 적층물을 가열하는 단계를 포함할 수 있다.
본 출원의 일 실시상태에 있어서, 상기 제2 차 히트 프레스 단계는 상기 제1 차 히트 프레스 단계 이 후 상기 적층물의 가열 및 가압을 중지하는 단계; 상기 그리퍼를 상기 적층물로부터 이격시키는 단계; 상기 그리퍼가 이격된 적층물을 프레스 히터를 포함하는 한 쌍의 가압 블록 사이로 이동시키는 단계; 상기 한 쌍의 가압블럭이 상기 그리퍼가 이격된 적층물의 적층축을 따라서 상호 마주보는 방향으로 이동되며 상기 적층물을 가압하는 단계; 및 상기 프레스 히터에 의해 상기 적층물을 가열하는 단계를 포함할 수 있다.
본 출원의 일 실시상태에 있어서, 상기 제1 차 히트 프레스 단계에서 사용되는 가압블럭의 경우, 그리퍼에 대응되는 홈을 가질 수 있다.
본 출원의 일 실시상태에 있어서, 상기 그리퍼를 상기 적층물로부터 이격시키는 단계는 상기 그리퍼를 이용하여 상기 적층물의 상면을 가압하는 것을 중지하는 단계; 및 상기 그리퍼를 상기 적층물로부터 이격시키는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 히트 프레스 단계(제1 차 및 제2 차 히트프레스 단계 포함)에서 상기 적층물을 프레스 히터를 포함하는 한 쌍의 가압블럭 사이로 이동시키는 단계는 상기 적층물 자체만 이동하는 경우뿐 아니라 상기 적층물이 스택 테이블에 놓여진 상태로 함께 이동하는 경우도 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 한 쌍의 가압블럭 및 상기 프레스 히터에 가열 및 가압되는 대상은 적층물 및 스택 테이블을 의미할 수 있다.
본 출원의 일 실시상태에 있어서, 상기 제1 차 및 제2 차 히트프레스 단계의 온도, 압력 및 시간 조건을 상술한 히트프레스 단계의 온도, 압력 및 시간 조건의 범위를 만족하는 것일 수 있다.
상기 온도, 압력 및 시간 조건을 만족시키는 경우, 전극 조립체를 구성하는 단위 전극의 손상을 최소화면서도 전극 조립체를 구성하는 전극과 분리막의 적절한 수준의 접착력과 통기도를 동시에 확보할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제1 전극은 양극이고, 상기 제2 전극은 음극일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제1 전극은 음극이고, 상기 제2 전극은 양극일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 스택 테이블에 적층된 제1 전극 또는 상기 제2 전극을 홀딩(holding)기구를 이용하여 상기 제1 전극 또는 상기 제2 전극을 파지하며 상기 스택 테이블에 고정하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 명세서에 있어서, "홀딩기구"는 상기 스택 테이블 상에서 폴딩되는 상기 분리막 사이사이에 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극이 교대로 배치되는 형태로 상기 제1 전극, 분리막 및 제2 전극이 적층된 적층물을 제조하는 과정에서 제1 전극 또는 제2 전극을 적층하기 위해서 상기 스택 테이블에 적층된 적층물을 파지하는 기능을 수행하는 것으로, 상기 적층물을 가열 및 가압을 하는 과정에서 상기 적층물을 파지하는 그리퍼와는 그 기능이 상이한 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체의 제조 방법을 예시적으로 나타낸 도이다. 보다 구체적으로는 제1 전극이 상기 첫 번째 전극인 경우를 나타내는 도이다. 도 1과 도 4 및 도 5를 참고하면, 스택 테이블(111)에 제1 전극(11) 또는 제2 전극(12)보다 분리막(14)을 먼저 공급하여 스택 테이블 상(111)에 분리막(14)을 적층한다. 첫 번째 제1 전극(11)을 스택 테이블에 공급하여 상기 적층된 분리막(14) 위에 상기 첫 번째 제1 전극(11)을 적층하고, 상기 분리막(14)이 상기 첫 번째 제1 전극(11)의 모든 면(상기 제1 전극(11)의 상면 및 하면과 상기 분리막(14)의 공급방향과 수직 방향에 해당하는 제1 전극(11)의 면)을 접하면서 감싸도록 1 회 이상 권취하여 스택 테이블(111)에 첫 번째로 공급되는 전극의 모든 면을 상기 분리막이 감싸도록 폴딩한다. 이후, 스택 테이블(111) 위에 폴딩되는 상기 분리막(14) 사이사이에 상기 제1 전극(11) 및 상기 제2 전극(12)이 교대로 배치되는 형태로 적층하여 전극 조립체(10)를 제조하게 된다. 도 1에서 확인할 수 있듯이, 상기 첫 번째 제1 전극(11)의 경우에만 모든 면이 분리막과 접촉하고 있으며, 그 외 전극들은 전극의 일면은 분리막과 접촉하지 않는 모습을 가지게 된다.
도 2는 또 다른 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체의 제조 방법을 예시적으로 나타낸 도이다. 도 2와 도 4 및 도 5를 참고하면, 도 2에 나타난 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체의 제조 방법은 제2 전극(12)이 우선 스택 테이블(111) 위에 적층된 후, 분리막(14)이 적층되는 경우를 나타내는 것이다. 즉, 도 1과 비교하면, 상기 제2 전극(12) 및 상기 분리막(14)이 상기 스택 테이블(111) 위에 먼저 적층된 후, 처음으로 공급되는 제1 전극(11)을 상기 분리막(14)으로 1 회 이상 권취하여 상기 제1 전극의 모든 면(상기 제1 전극(11)의 상면 및 하면과 상기 분리막(14)의 공급방향과 수직 방향에 해당하는 제1 전극(11)의 면)을 접하면서 감싸도록 하는 것을 제외하면 도 1과 동일한 방법으로 진행되는 것이다. 그 결과 도 2에서 확인할 수 있듯이 제조된 전극 조립체(10)의 최하단에는 제2 전극(12)이 적층되어 있고, 그 이후 적층된 첫 번째 제1 전극(11)의 경우에만 모든 면이 분리막과 접촉하고 있으며, 그 외 전극들은 전극의 일면은 분리막과 접촉하지 않는 모습을 가지게 된다.
도 3은 또 다른 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체의 제조 방법을 예시적으로 나타낸 도이다. 도 3 내지 도 5를 참고하면, 도 3에 나타난 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체의 제조 방법은 도 2와 마찬가지로 제2 전극(12)이 우선 스택 테이블(111) 위에 적층된 후, 분리막(14)이 적층되는 경우를 나타내고 있다. 다만, 도 2와 비교할 때, 도 3은 처음으로 스택 테이블(111)에 적층된 제1 전극(11)뿐만 아니라, 마지막으로 적층되는 제1 전극(11)도 상기 분리막(14)이 상기 마지막으로 적층되는 제1 전극(11)의 모든 면(상기 제1 전극(11)의 상면 및 하면과 상기 분리막(14)의 공급방향과 수직 방향에 해당하는 제1 전극(11)의 면)도 접하면서 감싸도록 하는 상기 분리막(14)으로 1 회 이상 권취하는 차이가 있다. 그 결과 도 3에서 확인할 수 있듯이 제조된 전극 조립체(10)의 최하단에는 적층된 제1 전극(11) 및 제조된 전극 조립체(10)의 최상단에는 적층된 제1 전극(11)은 상기 분리막(14)과 상기 제1 전극(11)의 모든 면이 분리막과 접촉하는 형태를 가지고 있으며, 전극들은 전극의 일면은 분리막과 접촉하지 않는 모습을 가지게 된다. 또한, 전극 조립체(10)의 최하단 및 최상단에는 각각 제2 전극(12)이 적층되어 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체 제조 방법을 실시할 수 있는 전극 조립체 제조장치를 예시적으로 나타낸 평면도이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체 제조 방법을 실시할 수 있는 전극 조립체 제조장치의 개념을 나타낸 정면도이다. 여기서, 편의상 도 4에서는 도 5에 도시된 분리막 공급부(120)를 생략하여 도시하였고, 도 5에서는 도 4에 도시된 홀딩(holding)기구(170)를 생략하였으며, 평면도 상으로 후방측에 위치된 프레스부(180)를 점선으로 도시하였다.
도 1 내지 도 6을 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체 제조장치(100)는 스택 테이블(110)과, 분리막(14)을 공급하는 분리막 공급부(120)와, 제1 전극(11)을 공급하는 제1 전극 공급부(130)와, 제2 전극(12)을 공급하는 제2 전극 공급부(140)와, 제1 전극(11)을 스택 테이블(110)에 적층시키는 제1 전극 스택부(150)와, 제2 전극(12)을 스택 테이블(110)에 적층시키는 제2 전극 스택부(160), 및 제1 전극(11), 분리막(14), 및 제2 전극(12) 사이를 접착시키는 프레스부(180)를 포함한다. 또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체 제조장치(100)는 제1 전극(11) 및 제2 전극(12)이 스택 테이블(110)에 적층될 때 고정하는 홀딩(holding)기구(170)를 더 포함할 수 있다.
이 때, 상술한 바와 같이 상기, 제1 전극, 제2 전극 및 분리막의 공급은 각각을 가열하면서 공급될 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체 제조 방법을 통해 제조되는 전극 조립체를 예시적으로 나타낸 단면도이다. 구체적으로 도 1에 나타난 방법으로 제조된 전극 조립체(10)를 보여주는 것이다. 상술한 바와 같이 상기 첫 번째 전극의 경우에만 모든 면이 분리막과 접촉하고 있으며, 그 외 전극들은 전극의 일면은 분리막과 접촉하지 않는 모습을 가지게 된다.
이하에서, 본 발명의 일 실시예인 전극 조립체 제조 방법을 실시할 수 방법을 도 1 내지 도 17에 기재된 전극 조립체 제조장치를 예로 하여 상세히 설명하기로 한다. 즉, 도 1 내지 도 17은 전극 조립체 제조 방법을 실시할 수 있는 전극 조립체 제조장치에 관한 것으로서, 예시적인 모습에 해당하는 것으로 이에 한정되는 것은 아니다.
구체적으로, 상기 전극 조립체 제조장치는 제1 전극, 분리막, 제2 전극을 적층시켜 전극 조립체를 제조하는 장치로서, 폴딩되는 상기 분리막 사이사이에 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극이 교대로 배치되는 형태로 상기 제1 전극, 분리막, 제2 전극이 적층되는 스택 테이블; 분리막을 공급하는 분리막 공급부; 상기 제1 전극을 공급하는 제1 전극 공급부; 상기 제2 전극을 공급하는 제2 전극 공급부; 상기 제1 전극 공급부로부터 공급되는 상기 제1 전극을 상기 스택 테이블에 적층시키는 제1 전극 스택부; 상기 제2 전극 공급부로부터 공급되는 상기 제2 전극을 상기 스택 테이블에 적층시키는 제2 전극 스택부; 및 적층된 상기 제1 전극, 상기 분리막, 및 상기 제2 전극을 히팅시키면서 가압하여 상기 제1 전극, 상기 분리막, 및 상기 제2 전극 사이를 접착시키는 프레스부를 포함할 수 있다.
이 때, 상기 분리막 공급부, 제1 전극 공급부 및 제2 전극 공급부는 각각 분리막, 제1 전극 및 제2 전극을 히팅시키면서 공급하는 기능을 수행할 수 있다.
도 1 내지 도 6을 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체 제조장치(100)는 제1 전극(11), 분리막(14), 및 제2 전극(12)을 적층시켜 전극 조립체(10)를 제조하는 장치이다.
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. 이때, 전극 조립체(10)는 최외각을 분리막(14)이 감싼 형태로 구비될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 전극 조립체(10)의 경우, 상기 전극 조립체(10)의 최하단의 제1 전극(11)의 모든 면은 분리막(14)에 의해 감싼 형태로 구비될 수 있다. 그 외에도 상기 전극 조립체(10)의 최상단의 제1 전극(11)도 추가로 제1 전극(11)의 모든 면은 분리막(14)에 의해 감싼 형태로 구비될 수 있다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체 제조장치의 분리막 공급부를 나타낸 사시도이다.
도 5 및 도 11을 참고하면, 분리막 공급부(120)는 분리막(14)을 히팅시키며 스택 테이블(110) 측으로 분리막(14)을 공급할 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 분리막 공급부(120)는 분리막(14)이 통과되는 통로가 형성되고, 통과되는 분리막(14)을 히팅하는 분리막 히팅부(121)를 포함할 수 있다.
분리막 히팅부(121)는 한 쌍의 몸체(121a)와 몸체(121a)를 가열하는 분리막 히터(121b)를 포함할 수 있다. 한 쌍의 몸체(121a)는 분리막(14)이 통과될 수 있도록 일정 거리 상호 이격되어 위치될 수 있다. 여기서, 분리막(14)은 예를 들어 분리막 히팅부(121)를 비접촉되며 통과하여, 분리막(14)이 비접촉 방식으로 히팅될 수 있다. 한편, 몸체(121a)는 예를 들어 사각형 블록(block) 형태로 형성될 수 있다.
한편, 분리막 공급부(120)는 분리막(14)이 권취되는 분리막 롤(122)을 더 포함할 수 있다. 여기서, 분리막 롤(122)에 권취된 분리막(14)은 점점 풀어지며 분리막 히팅부(121)를 통과하며 스택 테이블(110)로 공급될 수 있다.
즉, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 분리막을 스택 테이블에 공급하는 단계는 분리막 롤에 권취된 분리막이 상기 분리막이 지나가도록 형성된 통로를 통과하며 계속적으로 스택 테이블에 공급되는 것일 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 프레스부는 한 쌍의 가압블럭 및 상기 가압블럭을 가열하는 프레스 히터를 더 포함하여, 한 쌍의 상기 가압블럭이 상호 마주보는 방향으로 이동되며 적층된 상기 적층물을 히팅시키며 면 가압하는 것일 수 있다. 즉, 상기 프레스부에 의해서 상술한 바와 같이 상기 적층물을 히팅시키며 가압하는 단계를 더 포함하는 전극 조립체의 제조 방법을 실시할 수 있다.
도 7는 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체 제조 방법을 실시할 수 있는 전극 조립체 제조장치에서 프레스부를 나타낸 사시도이고, 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체 제조 방법을 실시할 수 있는 전극 조립체 제조장치에서 프레스부가 적층물을 가압하는 상태를 예시적으로 나타낸 사시도이다.
도 1 내지 도 8을 참고하면, 프레스부(180)는 가열되며 적층된 제1 전극(11), 분리막(14), 및 제2 전극(12)을 가압하여 제1 전극(11), 분리막(14), 및 제2 전극(12) 사이를 접착시킬 수 있다.
또한, 프레스부(180)는 한 쌍의 가압블럭(181,182)을 포함하여, 한 쌍의 가압블럭(181,182)이 상호 마주보는 방향으로 이동되며 적층된 제1 전극(11), 분리막(14) 및 제2 전극(12)의 적층물(S)을 면 가압할 수 있다.
이때, 적층물(S)의 외면을 분리막(14)이 둘러싸도록 구성되는 경우 적층물(S)의 최외각에 위치되는 분리막(14) 외측 부분과 이에 대면되는 제1 전극(11), 제2 전극(12) 및 분리막(14) 내측 부분 사이도 접착될 수 있다. 이에 따라, 제1 전극(11), 분리막(14) 및 제2 전극(12)를 적층하여 전극 조립체(10)를 형성 시, 제1 전극(11), 제2 전극(12) 및 분리막(14)의 위치가 이탈되며 적층 형태가 해제되는 것을 보다 효과적으로 방지할 수 있다.
아울러, 프레스부(180)는 한 쌍의 가압블럭(181,182)을 가열하는 프레스 히터(183,184)를 더 포함하여, 한 쌍의 가압블럭(181,182)이 제1 전극(11), 분리막(14), 및 제2 전극(12)의 적층물(S)을 히팅시키며 가압 수 있다. 이에 따라, 적층물(S)을 프레스부(180)로 가압 시 제1 전극(11), 분리막(14), 및 제2 전극(12) 사이의 열융착이 보다 잘 이루어져 보다 견고한 접착이 가능할 수 있다.
한 쌍의 가압블럭(181,182)은 가압면이 평면으로 형성되고, 가압면의 가로 및 세로 길이는 제1 전극(11), 분리막(14) 및 제2 전극(12)이 적층된 적층물(S)의 가로 및 세로 길이보다 더 길게 형성될 수 있다.
그리고, 한 쌍의 가압블럭(181,182)은 제1 가압블럭(181) 및 제2 가압블럭(182)을 포함하고, 제1 가압블럭(181) 및 제2 가압블럭(182)은 직육면체 형태의 사각형 블록으로 구비될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 프레스부는 제1 프레스부 및 제2 프레스부를 포함할 수 있다. 상기 제1 프레스부는 상기 제1 차 히트 프레스 단계에 사용되는 것이고, 상기 제2 프레스부는 상기 제2 차 히트 프레스 단계에 사용되는 것일 수 있다.
도 9(a)는 본 발명의 일 실시상태에 따른 제1 프레스부(50)를 도시한 사시도이고, 도 9(b)는 본 발명의 일 실시상태에 따른 제2 프레스부(60)를 도시한 사시도이다.
도 9(a)를 참고하면 제1 프레스부(50)는 그리퍼(51)로 적층물(S)을 고정한 상태로 가열 및 가압할 수 있다. 상기 제1 프레스부(50)는 한 쌍의 제1 가압블럭(50a. 50b)으로 구성되어 있고, 상기 한 쌍의 제1 가압블럭(50a. 50b)은 상기 그리퍼(51)의 고정부(51b)와 대응되는 형태의 홈을 제외하면 가압하는 가압면이 모두 평면으로 구비되어 있다.
상기 그리퍼(51)는 상기 적층물(S)의 길이(x) 및 높이(y)와 대응되거나, 적층물(S)의 길이(x) 및 높이(y) 보다 넓게 구비된 본체(51a)와 본체(51a)의 일면에 복수개가 구비되고 적층물(S)의 폭(z) 방향을 따라 기둥 또는 판 형태로 구비되는 고정부(51b)를 포함할 수 있다. 여기서, 적층물(S)의 길이(x)는 적층물(S)의 한 끝에서 다른 끝까지 거리가 가장 긴 부분을 의미하고, 높이(y)는 적층물(S)의 적층 방향의 거리를 의미하고, 폭(z)은 적층물(S)의 상면을 가로로 건너지른 거리를 의미할 수 있다.
상기 고정부(51b)는 상기 본체(51a)의 높이 방향을 따라 위치 조절이 가능하여 상기 고정부(51b)는 적층물(S)의 상면 및 하면과 접촉하여 적층물(S), 적층물(S) 을 고정할 수 있다. 이 후, 상기 제1 프레스부(50)에 포함된 한 쌍의 제1 가압블럭(50a. 50b)은 상호 마주보는 방향으로 이동되며 적층물(S) 및 그리퍼(51) 중 어느 하나 이상을 면 가압하여, 상기 적층물(S)에 포함된 전극 및 분리막 사이를 접착시킬 수 있다.
도 9(b)를 참고하면 제2 프레스부(60)는 상기 제1 프레스부(50)에 의해 1차적으로 가열 및 가압된 적층물(S)을 최종적으로 가열 및 가압할 수 있다. 상기 제2 프레스부(60)는 한 쌍의 제2 가압블럭(60a. 60b)을 포함하며, 한 쌍의 가압블럭(61, 62)은 상호 마주보는 방향으로 이동되며 적층물(S)을 면 가압할 수 있다. 또한, 상기 제2 프레스부(60)에 포함된 한 쌍의 제2 가압블럭(60a. 60b)은 적층물(S)과 접촉하여 가압하는 가압면이 모두 평면으로 구비될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제1 전극을 스택 테이블에 공급하는 단계는 상기 제1 전극이 상기 스택 테이블에 적층되기 전에 제1 전극 안착 테이블에 안착시키는 단계; 및 상기 안착된 제1 전극을 진공 흡입하여 스택 테이블로 이송하는 단계를 포함하고, 상기 제2 전극을 스택 테이블에 공급하는 단계는 상기 제2 전극이 상기 스택 테이블에 적층되기 전에 제2 전극 안착 테이블에 안착시키는 단계; 및 상기 안착된 제2 전극을 진공 흡입하여 스택 테이블로 이송하는 단계를 포함하는 전극 조립체의 제조 방법을 제공할 수 있다.
이는 상기 제조 장치를 기준으로, 상기 제1 전극 공급부는 상기 제1 전극이 상기 제1 전극 스택부에 의해 상기 스택 테이블에 적층되기 전에 안착되는 제1 전극 안착 테이블을 포함하고, 상기 제2 전극 공급부는 상기 제2 전극이 상기 제2 전극 스택부에 의해 상기 스택 테이블에 적층되기 전에 안착되는 제2 전극 안착 테이블을 포함하는 것일 수 있다.
또한, 상기 제조 장치에서, 상기 제1 전극 스택부는 상기 제1 전극 안착 테이블에 안착된 상기 제1 전극을 진공 흡입하는 제1 석션 헤드를 포함하고, 상기 제2 전극 스택부는 상기 제2 전극 안착 테이블에 안착된 상기 제2 전극을 진공 흡입하는 제2 석션 헤드를 포함하는 것일 수 있다. 즉, 상기 석션 헤드에 의해서 전극을 진공 흡입하여 스택 테이블로 이송할 수 있다.
본 발명에 따른 전극 조립체의 제조 방법의 일 실시예에 따르면, 상기 첫 번째로 공급되는 전극의 모든 면을 상기 분리막이 감싸도록 폴딩하는 단계 이후, 상기 분리막이 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 사이에 위치되는 방식으로 지그재그 폴딩이 가능하도록, 상기 제1 전극을 적층 시 상기 스택 테이블을 상기 제1 전극의 적층되는 부분과 마주보도록 일측으로 회전시키고, 상기 제2 전극을 적층 시 상기 스택 테이블을 상기 제2 전극의 적층되는 부분과 마주보도록 타측으로 회전시키는 것을 교대로 번갈아 진행하는 것일 수 있다.
상기 제조장치를 예로 하여 상기 제조 방법을 보다 구체적으로 설명하면, 상기 제조장치는 상기 스택 테이블을 회전시키는 회전부를 더 포함하고, 상기 분리막이 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 사이에 위치되는 방식으로 지그 재그 폴딩이 가능하도록, 상기 회전부의 일측에 제1 전극 스택부가 구비되고, 상기 회전부의 타측에 제2 전극 스택부가 구비되며, 상기 회전부는 상기 제1 전극을 적층 시 상기 스택 테이블을 상기 제1 전극 스택부의 상기 제1 석션 헤드와 마주보도록 일측으로 회전시키고, 상기 제2 전극을 적층 시 상기 스택 테이블을 상기 제2 전극 스택부의 상기 제2 석션 헤드와 마주보도록 타측으로 회전시키는 것을 교대로 번갈아 진행하는 것일 수 있다.
여기서, 석션 헤드와 마주보도록 회전시키는 것이 제조 방법에서 전극의 적층되는 부분과 마주보도록 회전하는 것을 의미한다.
도 10은 본 발명에 따른 전극 조립체 제조 방법을 실시할 수 있는 전극 조립체 제조장치의 스택 테이블을 나타낸 사시도이다.
도 1 내지 도 6 및 도 10을 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, 스택 테이블(110)은 제1 전극(11), 분리막(14), 및 제2 전극(12)이 적층되는 테이블 몸체(111) 및 테이블 몸체(111)를 가열하여, 적층되는 적층물(S)을 히팅(Heating)하는 스택 테이블 히터(112)를 포함할 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 있다.
도 12는 본 발명의 전극 조립체 제조 방법을 실시할 수 있는 전극 조립체 제조장치에서 제1 전극 안착 테이블을 나타낸 사시도이다.
도 1 내지 도 6 및 도 12를 참고하면, 제1 전극 공급부(130)는 제1 전극(11)을 히팅(Heating)시키며 제1 전극 스택부(150)로 공급할 수 있다.
또한, 제1 전극 공급부(130)는 제1 전극(11)이 제1 전극 스택부(150)에 의해 스택 테이블(110)에 적층되기 전에 안착되는 제1 전극 안착 테이블(131) 및 제1 전극 안착 테이블(131)을 가열하여 제1 전극(11)을 히팅시키는 제1 전극 히터(132)를 포함할 수 있다.
한편, 제1 전극 공급부(130)는 제1 전극(11)이 시트(Sheet) 형태로 권취되는 제1 전극 롤(133)과, 제1 전극 롤(133)에 권취된 시트 형태의 제1 전극(11)이 풀어지며 공급될 때 일정간격으로 절단하여 소정 크기의 제1 전극(11)을 형성시키는 제1 커터(cutter)(134)와, 제1 커터(134)에 절단된 제1 전극(11)을 이동시키는 제1 컨베이어 벨트(conveyer belt)(135)와, 제1 컨베이어 벨트(135)에 의해 이송되는 제1 전극(11)을 진공 흡착하여 제1 전극 안착 테이블(131)에 안착시키는 제1 전극 공급 헤드(136)를 더 포함할 수 있다. 여기서, 제1 커터(134)는 시트 형태의 제1 전극(11)을 절단 시 단부에 제1 전극 탭(11a)이 돌출형성되도록 커팅 할 수 있다.
도 13은 본 발명의 전극 조립체 제조 방법을 실시할 수 있는 전극 조립체 제조장치에서 제2 전극 안착 테이블을 나타낸 사시도이다.
도 1 내지 도 6 및 도 13을 참고하면, 제2 전극 공급부(140)는 제2 전극(12)을 히팅시키며 제2 전극 스택부(160)로 공급할 수 있다.
또한, 제2 전극 공급부(140)는 제2 전극(12)이 제2 전극 스택부(160)에 의해 스택 테이블(110)에 적층되기 전에 안착되는 제2 전극 안착 테이블(141) 및 제2 전극 안착 테이블(141)을 가열하여 제2 전극(12)을 히팅시키는 제2 전극 히터(142)를 포함할 수 있다.
한편, 제2 전극 공급부(140)는 제2 전극(12)이 시트(Sheet) 형태로 권취되는 제2 전극 롤(143)과, 제2 전극 롤(143)에 권취된 시트 형태의 제2 전극(12)이 풀어지며 공급될 때 일정간격으로 절단하여 소정 크기의 제2 전극(12)을 형성시키는 제2 커터(144)와, 제2 커터(144)에 절단된 제2 전극(12)을 이동시키는 제2 컨베이어 벨트(145)와, 제2 컨베이어 벨트(145)에 의해 이송되는 제2 전극(12)을 진공 흡착하여 제2 전극 안착 테이블(141)에 안착시키는 제2 전극 공급 헤드(146)를 더 포함할 수 있다. 여기서, 제2 커터(144)는 시트 형태의 제2 전극(12)을 절단 시 단부에 제2 전극 탭(12a)이 돌출형성되도록 커팅 할 수 있다.
도 14는 상기 전극 조립체 제조장치에서 제1 석션 헤드를 나타낸 사시도이고, 도 15는 상기 전극 조립체 제조장치의 제1 석션 헤드를 나타낸 저면도이다.
도 1 내지 도 6, 도 14 및 도 15를 참고하면, 제1 전극 스택부(150)는 제1 전극(11)을 스택 테이블(110)에 적층시킬 수 있다.
또한, 제1 전극 스택부(150)는 제1 석션 헤드(151)와, 제1 헤드 히터(152) 및 제1 이동부(153)를 포함할 수 있다.
제1 석션 헤드(151)는 제1 전극 안착 테이블(131)에 안착된 제1 전극(11)을 진공 흡입할 수 있다. 이때, 제1 석션 헤드(151)는 바닥면(151b)에 진공 흡입구(151a)가 형성되어 진공 흡입구(151a)를 통해 제1 전극(11)을 흡입하여 제1 전극(11)을 제1 석션 헤드(151)의 바닥면(151b)에 고정시킬 수 있다. 여기서, 제1 석션 헤드(151)는 진공 흡입구(151a)와 진공흡입 장치(미도시)를 연결하는 통로가 내부에 형성될 수 있다.
제1 헤드 히터(152)는 제1 석션 헤드(151) 및 제1 석션 헤드(151)를 가열하여 제1 석션 헤드(151)에 흡입되는 제1 전극(11)을 히팅할 수 있다.
제1 이동부(153)는 제1 석션 헤드(151)가 제1 전극 안착 테이블(131)에 안착된 제1 전극(11)을 스택 테이블(110)에 적층시킬 수 있도록 제1 석션 헤드(151)를 스택 테이블(110)로 이동시킬 수 있다.
한편, 도 1 내지 도 6을 참고하면, 제2 전극 스택부(160)는 제2 전극(12)을 스택 테이블(110)에 적층시킬 수 있다. 여기서, 제2 전극 스택부(160)는 전술한 제1 전극 스택부(150)와 동일한 구조로 이루어질 수 있다. 이때, 제2 전극 스택부(160)는 제2 석션 헤드(161)와, 제2 헤드 히터(미도시) 및 제2 이동부(163)를 포함할 수 있다.
제2 석션 헤드(161)는 제2 전극 안착 테이블(141)에 안착된 제2 전극(12)을 진공 흡입할 수 있다.
제2 헤드 히터는 제2 석션 헤드(161) 및 제2 석션 헤드(161)를 가열하여 제2 석션 헤드(161)에 흡입되는 제2 전극(12)을 히팅할 수 있다.
제2 이동부(163)는 제2 석션 헤드(161)가 제1 전극 안착 테이블(141)에 안착된 제2 전극(12)을 스택 테이블(110)에 적층시킬 수 있도록 제2 석션 헤드(161)를 스택 테이블(110)로 이동시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 첫 번째로 공급되는 전극을 상기 분리막이 완전히 감싸도록 폴딩하는 단계 이후, 상기 스택 테이블에 상기 제1 전극 또는 상기 제2 전극이 적층될 때 상기 제1 전극 또는 상기 제2 전극을 홀딩(holding)기구로 파지하여 상기 스택 테이블에 고정하는 단계를 더 포함하는 전극 조립체의 제조 방법을 제공할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 홀딩(holding)기구는 상기 스택 테이블에 상기 제1 전극을 스택 시 상기 스택 테이블의 최상측에 적층된 상기 제1 전극의 상면을 가압하여 고정하고, 상기 스택 테이블에 상기 제2 전극을 스택 시 상기 스택 테이블의 최상측에 적층된 상기 제2 전극의 상면을 가압하여 고정하는 것일 수 있다.
도 16은 본 발명의 전극 조립체 제조 방법을 실시할 수 있는 전극 조립체 제조장치에서 홀딩(holding)기구 및 스택 테이블을 나타낸 평면도이다.
도 1 내지 도 6 및 도 16을 참고하면, 홀딩(holding)기구(170)는 스택 테이블(110)에 제1 전극(11) 또는 제2 전극(12)이 적층될 때, 제1 전극(11) 또는 제2 전극(12)을 파지하며 스택 테이블(110)에 고정할 수 있다.
또한, 홀딩(holding)기구(170)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.
즉, 분리막(14) 사이사이에 제1 전극(11) 및 제2 전극(12)이 위치되며 적층되며 적층물을 형성 시, 홀딩(holding)기구(170)는 적층물에서 최상위에 위치되는 면을 스택 테이블(110) 방향으로 가압하는 방식으로 파지하여 적층물이 스택 테이블(110)에서 이탈되는 것을 방지할 수 있다.
한편, 홀딩(holding)기구(170)는 예를 들어 제1 홀딩(holding)기구 (171) 및 제2 홀딩(holding)기구(172)를 포함하여, 제1 전극(11) 또는 제2 전극(12)의 양측을 고정할 수 있다.
그리고, 예를 들어 홀딩(holding)기구(170)가 제1 전극(11) 또는 제2 전극(12)을 파지한 후 스택 테이블(110)이 회전되면, 분리막(14)이 스택 테이블(110)의 회전량에 비례하여 분리막 롤(122)에서 풀어지며 스택 테이블(110) 측으로 공급될 수 있다.
한편, 예를 들어 홀딩(holding)기구(170) 및 스택 테이블(110)은 회전장치(미도시)와 연결 또는 결합될 수 있다. 이때, 회전장치는 예를 들어 맨드릴(mandrel)로 구성될 수 있다. 여기서, 홀딩(holding)기구(170)가 제1 전극(11)을 또는 제2 전극(12)을 파지하면 회전장치가 홀딩(holding)기구(170)와 스택 테이블(110)을 회전시킬 수 있다.
도 1 내지 도 6 및 도 16을 참고하면, 홀딩(holding)기구(170)는 스택 테이블(110)에 제1 전극(11) 또는 제2 전극(12)이 적층될 때, 제1 전극(11) 또는 제2 전극(12)을 파지하며 스택 테이블(110)에 고정할 수 있다.
본 발명의 전극 조립체 제조 방법을 실시할 수 있는 전극 조립체 제조장치(100)의 작동에 대해서 도 2 내지 도 4를 참고하면, 분리막 롤(122)에 권취된 분리막(14)이 분리막 히팅부(121)를 통과하며 히팅되어 공급되어 스택 테이블(110)에 적층되고, 가열된 스택 테이블(110)에 의해 분리막(14)이 히팅된다.
그리고, 제1 전극 공급부(130)로부터 제1 전극(11)이 히팅되어 제1 전극 스택부(150)로 공급되면, 제1 전극 스택부(150)에서 제1 전극(11)을 스택 테이블(110)에 적층된 분리막(14)의 상면에 가열하며 적층시킨다.
이때, 제1 전극(11)의 상면을 홀딩(holding)기구(170)가 가압하여 스택 테이블(110)에서 제1 전극(11)이 이탈되지 않도록 고정한다.
이후, 스택 테이블(110)이 제2 전극 스택부(160) 방향으로 회전되면, 분리막(14)이 계속적으로 공급되며 제1 전극(11)의 상면을 덮게된다.
그리고, 제2 전극 공급부(140)로부터 히팅되어 공급되는 제2 전극(12)을 제2 전극 스택부(160)가 제1 전극(11)의 상면을 덮고 있는 분리막(14) 부분에 적층시킨다. 여기서, 제2 전극 스택부(160)에서 제2 석션 헤드(161)가 제2 전극(12)을 가압하며 가열하여 제2 전극(12)을 계속적으로 가열시킨다.
이때, 제1 전극(11)의 상면을 가압하고 있는 홀딩(holding)기구(170)가 가압부위에서 이탈된 후 제2 전극(12)의 상면을 가압하여 제2 전극(12)을 포함하는 적층물이 스택 테이블(110)에서 이탈되지 않도록 한다.
이후, 제1 전극(11) 및 제2 전극(12)을 적층하는 과정을 반복하며 분리막(14)이 지그 재그(Zig Zag) 폴딩되며 제1 전극(11) 및 제2 전극(12) 사이에 분리막(14)이 위치되는 적층물을 형성시킬 수 있다.
그리고, 적층물을 프레스부(180)로 이동시키고, 프레스부(180)에서 적층물을 열을 가하며 가압하여 가열된 제1 전극(11), 분리막(14), 및 제2 전극(12) 사이를 접착시켜 전극 조립체(10)를 제조할 수 있다. 이때, 가열된 제1 전극(11), 분리막(14), 및 제2 전극(12) 사이가 프레스부(180)를 통해 열이 가해지며 가압되어 열융착될 수 있다.
상기와 같이 구성된 본 발명의 전극 조립체 제조 방법을 실시할 수 있는 전극 조립체 제조장치(100)는 제1 전극(11), 분리막(14), 및 제2 전극(12)을 가열하며 적층시키고, 프레스부(180)로 열을 가하며 가압하여 제1 전극(11), 분리막(14), 및 제2 전극(12) 사이를 접착시킴으로써, 전극 조립체(10)의 폴딩 풀어짐을 방지하고, 제1 전극(11) 및 제2 전극(12)이 전극 조립체(10)에서 적층 위치가 틀어지는 것을 방지할 수 있다.
본 발명의 전극 조립체 제조 방법을 실시할 수 있는 전극 조립체 제조장치는 제1 전극 또는 제2 전극을 검사하는 비젼장치를 더 포함할 수 있다. 도 17은 상기 비젼장치를 더 포함하는 전극 조립체 제조장치의 개념을 나타낸 정면도이다.
도 17에서 홀딩(holding)기구를 편의상 생략하였으며, 평면도 상으로 후방측에 위치된 프레스부(180)를 점선으로 도시하였다.
도 17을 참고하면, 전극 조립체 제조장치(200)는 스택 테이블(110)과, 분리막(14)을 공급하는 분리막 공급부(120)와, 제1 전극(11)을 공급하는 제1 전극 공급부(130)와, 제2 전극(12)을 공급하는 제2 전극 공급부(140)와, 제1 전극(11)을 스택 테이블(110)에 적층시키는 제1 전극 스택부(150)와, 제2 전극(12)을 스택 테이블(110)에 적층시키는 제2 전극 스택부(160), 제1 전극(11), 분리막(14), 및 제2 전극(12) 사이를 접착시키는 프레스부(180), 및 제1 전극(11) 및 제2 전극(12)이 스택 테이블(110)에 적층될 때 고정하는 홀딩(holding)기구(170)를 포함(참고 도 12)하고, 스택 테이블(110)을 회전시키는 회전부(R) 및 제1,2 전극(11,12)을 비젼(Vision) 검사하는 비젼장치(290)를 더 포함할 수 있다.
보다 상세히, 본 발명의 다른 실시예에 따른 전극 조립체 제조장치(200)에서 비젼장치(290)는 제1 카메라(291) 및 제2 카메라(292)를 포함할 수 있다.
제1 카메라(291)는 제1 전극 공급부(130)에서 제1 전극 안착 테이블(131)에 안착된 제1 전극(11)을 촬영할 수 있고, 제2 카메라(292)는 제2 전극 공급부(140)에서 제2 전극 안착 테이블(141)에 안착된 제2 전극(12)을 촬영할 수 있다.
제1 카메라(291) 및 제2 카메라(292)의 촬영을 통해 획득된 영상 정보를 통해 제1 전극(11) 및 제2 전극(12)의 적층품질을 검사할 수 있다. 이때, 제1 전극(11) 및 제2 전극(12)의 안착 위치와, 크기, 적층상태 등을 검사할 수 있다.
회전부(R)는 스택 테이블(110)을 일방향(r1) 및 타방향(r2)으로 회전시킬 수 있다. 여기서, 회전부(R)의 일측에 제1 전극 스택부(150)가 구비되고, 회전부(R)의 타측에 제1 전극 스택부(150)가 구비될 수 있다.
또한, 회전부(R)는 제1 전극(11)을 스택 시 스택 테이블(110)을 제1 석션 헤드(151)와 마주보도록 일측으로 회전시키고, 제2 전극(12)을 스택 시 스택 테이블(110)을 제2 석션 헤드(161)와 마주보도록 타측으로 회전시킬 수 있다.
아울러, 회전부(R)는 스택 테이블(110)을 제1 전극 스택부(150) 방향 및 제2 전극 스택부(160) 방향으로 교대로 번갈아 회전시켜, 분리막(14)이 제1 전극(11) 및 제2 전극(12) 사이에 위치되는 방식으로 지그 재그 폴딩(Zig Zag Folding)이 가능할 수 있다.
본 발명의 일 실시 상태에 있어서, 상기 제조 방법으로 제조된 전극 조립체로서, 상기 전극 조립체는 폴딩되는 상기 분리막 사이사이에 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극이 교대로 배치되는 형태이고, 상기 조립체의 최하단의 전극의 모든 면은 분리막에 의해 감싼 형태로 구비된 것인 전극 조립체를 제공한다.
또한, 본 발명에 따른 전극 조립체, 상기 본 발명의 전극 조립체 제조 방법을 실시할 수 있는 제조장치의 구성에 관한 설명은 본 발명에 따른 제조 방법 및 본 발명에 따른 제조 방법에 의해 제조된 전극 조립체에도 적용할 수 있다.
이상에서 본 명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것은 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게는 자명할 것이다.

Claims (11)

  1. 폴딩되는 분리막 사이사이에 제1 전극 및 제2 전극이 교대로 배치되는 형태인 전극 조립체 제조 방법으로서,
    상기 제1 전극을 스택 테이블에 공급하는 단계;
    상기 제2 전극을 스택 테이블에 공급하는 단계;
    상기 분리막을 스택 테이블에 공급하는 단계;
    상기 분리막이 스택 테이블에 처음으로 적층된 이 후 상기 스택 테이블에 첫 번째로 적층되는 상기 제1 전극을 상기 분리막으로 1회 이상 권취하는 단계; 및
    상기 제1 전극을 상기 분리막으로 1회 이상 권취하는 단계 이후, 상기 제2 전극을 적층하면서, 상기 폴딩되는 상기 분리막 사이사이에 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극이 교대로 배치되는 형태로 상기 제1 전극, 분리막, 및 제2 전극을 스택 테이블 위에 적층하여 적층물을 제조하는 단계를 포함하는 전극 조립체의 제조 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 전극을 스택 테이블에 공급하는 단계; 상기 제2 전극을 스택 테이블에 공급하는 단계; 및 상기 분리막을 스택 테이블에 공급하는 단계는
    상기 제1 전극, 제2 전극 및 분리막을 각각 가열하면서 스택 테이블에 공급하는 것인 전극 조립체의 제조 방법.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 스택 테이블에 적층된 제1 전극 또는 상기 제2 전극을 홀딩(holding)기구를 이용하여 상기 제1 전극 또는 상기 제2 전극을 파지하며 상기 스택 테이블에 고정하는 단계를 더 포함하는 것인 전극 조립체의 제조 방법.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 적층물을 가열 및 가압하는 히트 프레스 단계를 더 포함하는 것인 전극 조립체의 제조 방법.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 적층물을 가열 및 가압하는 히트 프레스 단계는
    상기 스택 테이블 몸체를 가열하여 적층물을 가열하는 단계; 및
    한 쌍의 가압블럭이 적층축을 따라서 상호 마주보는 방향으로 이동되며 상기 적층물을 면 가압하는 단계를 포함하는 것인 전극 조립체의 제조 방법.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 분리막을 스택 테이블에 공급하는 단계는
    분리막 롤에 권취된 분리막이 상기 분리막이 지나가도록 형성된 통로를 통과하며 계속적으로 스택 테이블에 공급되는 것인 전극 조립체의 제조 방법.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 전극을 스택 테이블에 공급하는 단계는 상기 제1 전극이 상기 스택 테이블에 적층되기 전에 제1 전극 안착 테이블에 안착시키는 단계; 및 상기 안착된 제1 전극을 진공 흡입하여 스택 테이블로 이송하는 단계를 포함하고,
    상기 제2 전극을 스택 테이블에 공급하는 단계는 상기 제2 전극이 상기 스택 테이블에 적층되기 전에 제2 전극 안착 테이블에 안착시키는 단계; 및 상기 안착된 제2 전극을 진공 흡입하여 스택 테이블로 이송하는 단계를 포함하는 전극 조립체의 제조 방법.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 첫 번째로 공급되는 전극의 모든 면을 상기 분리막이 감싸도록 폴딩하는 단계 이후, 상기 분리막이 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 사이에 위치되는 방식으로 지그재그 폴딩이 가능하도록,
    상기 제1 전극을 적층 시 상기 스택 테이블을 상기 제1 전극의 적층되는 부분과 마주보도록 일측으로 회전시키고,
    상기 제2 전극을 적층 시 상기 스택 테이블을 상기 제2 전극의 적층되는 부분과 마주보도록 타측으로 회전시키는 것을 교대로 번갈아 진행하는 것인 전극 조립체의 제조 방법.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 첫 번째로 공급되는 전극을 상기 분리막이 완전히 감싸도록 폴딩하는 단계 이후, 상기 스택 테이블에 상기 제1 전극 또는 상기 제2 전극이 적층될 때 상기 제1 전극 또는 상기 제2 전극을 홀딩(holding)기구로 파지하여 상기 스택 테이블에 고정하는 단계를 더 포함하는 전극 조립체의 제조 방법.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 홀딩(holding)기구는
    상기 스택 테이블에 상기 제1 전극을 스택 시 상기 스택 테이블의 최상측에 적층된 상기 제1 전극의 상면을 가압하여 고정하고,
    상기 스택 테이블에 상기 제2 전극을 스택 시 상기 스택 테이블의 최상측에 적층된 상기 제2 전극의 상면을 가압하여 고정하는 것인 전극 조립체의 제조 방법.
  11. 청구항 1 내지 10 중 어느 한 항에 따른 제조 방법으로 제조된 전극 조립체로서,
    상기 전극 조립체는 폴딩되는 상기 분리막 사이사이에 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극이 교대로 배치되는 형태이고,
    상기 조립체의 최하단의 전극의 모든 면은 분리막에 의해 감싼 형태로 구비된 것인 전극 조립체.
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