(57)【要約】  本発明は活物質が塗布された電極を移動させる固定ローラ、前記電極を圧延する圧延機、および前記固定ローラと前記圧延機との間に位置し、前記電極が断線した時、断線した前記電極を移動させるストッパを含む電池製造装置に関するものである。
2021516432.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
活物質が塗布された電極を移動させる固定ローラ、
前記電極を圧延する圧延機、および
前記固定ローラと前記圧延機との間に位置し、前記電極が断線した時、断線した前記電極を移動させるストッパ、
を含む、電池製造装置。
【請求項２】
前記電池製造装置は、前記電極の張力変化を感知する張力センサをさらに含む、請求項１に記載の電池製造装置。
【請求項３】
前記張力センサは、張力異常感知信号を前記ストッパに伝送する、請求項２に記載の電池製造装置。
【請求項４】
前記ストッパは、前記張力異常感知信号に反応して前記電極側に移動する、請求項３に記載の電池製造装置。
【請求項５】
前記ストッパは、断線した前記電極を移動させる移動ローラを含む、請求項３に記載の電池製造装置。
【請求項６】
前記ストッパは、第１ストッパ、第２ストッパ、第３ストッパ、および第４ストッパを含む、請求項５に記載の電池製造装置。
【請求項７】
前記張力センサが前記電極の張力異常を感知しないと、前記第１ストッパと前記第３ストッパは前記電極の上面で上方に離隔して位置し、前記第２ストッパと前記第４ストッパは前記電極の下面で下方に離隔して位置する、請求項６に記載の電池製造装置。
【請求項８】
前記張力センサが前記電極の張力異常を感知すると、前記第１ストッパ、前記第２ストッパ、前記第３ストッパ、および前記第４ストッパが前記電極側に移動し、前記第１ストッパと前記第３ストッパは前記電極の上面に接触し、前記第２ストッパと第４ストッパは断線した前記電極の下面に接触して断線した前記電極を固定する、請求項６に記載の電池製造装置。
【請求項９】
前記固定ローラは、アンワインダユニットとワインダユニットを含む、請求項６に記載の電池製造装置。
【請求項１０】
前記第３ストッパと前記第４ストッパとの間の断線した前記電極が前記圧延機側に移動する時、前記ワインダユニットは前記電池製造装置が正常に作動している時に回転する方向と逆方向に回転する、請求項９に記載の電池製造装置。
【請求項１１】
前記第１ストッパと前記第２ストッパとの間の断線した前記電極が前記圧延機側に移動する時、前記アンワインダユニットは前記電池製造装置が正常に作動している時に回転する方向に回転する、請求項９に記載の電池製造装置。
【請求項１２】
固定ローラを利用して活物質が塗布された電極を圧延機に流入する段階、
張力センサを作動して前記電極の張力を測定する段階、
前記張力センサがストッパに張力異常感知信号を伝送する段階、
前記ストッパが前記電極に移動して断線した前記電極を捕捉する段階、
前記ストッパが断線した前記電極を連結するために断線した前記電極を移動させる段階、および
前記電極の断線部位を連結する段階を含む、電池製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、２０１８年１１月２０日付韓国特許出願第１０−２０１８−０１４３８３９号に基づいた優先権の利益を主張し、当該韓国特許出願の文献に開示されたすべての内容は本明細書の一部として含まれる。
【０００２】
本発明は、電池製造装置およびそれを用いた電池製造方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
最近、化石燃料の枯渇によるエネルギー源の価格上昇と、環境汚染の関心が増すにつれ、環境に優しい代替エネルギー源に対する要求が未来生活のための必須不可欠な要因になっている。そこで原子力、太陽光、風力、潮力など多様な電力生産技術に対する研究が持続しており、このように生産されたエネルギーをより一層効率的に使うための電力貯蔵装置にも多大な関心が寄せられている。
【０００４】
特に、モバイル機器に対する技術開発と需要の増加につれエネルギー源としての電池の需要が急激に増加しており、そのために多様な要求に応じる電池に対する多くの研究が行われている。
【０００５】
代表的に電池の形状面では薄い厚さで携帯電話などのような製品に適用され得る角形二次電池とパウチ型二次電池に対する需要が高く、材料面では高いエネルギー密度、放電電圧、出力安定性などの長所を有するリチウムイオン電池、リチウムイオンポリマー電池などのようなリチウム二次電池に対する需要が高い。
【０００６】
このような二次電池は、陽極、陰極、および陽極と陰極との間に介在する分離膜が積層された構造の電極組立体が電池ケースに収納されて製造される。
【０００７】
図１には二次電池の電極に活物質が塗布されていることを示す平面図である。図２は図１のＡ方向から見た側面図である。図３は図１の電極を圧延する工程で電極が断線することを示す模式図である。
【０００８】
図１ないし図３を参照すると、一般的に二次電池の電極１０は金属集電体１１の両面に活物質１２が塗布され、塗布された活物質の単位体積当たり密度を高めるために圧延工程を経る。しかし、金属集電体１１に活物質１２が塗布された部位と活物質１２が塗布されなかった無地部との間に段差が形成され、電極１０の圧延工程で前記段差部位に応力が集中して無地部側に電極１０が曲がったり断線Ｂが発生したりする。
【０００９】
このように圧延工程で電極１０に断線が発生する場合、断線した電極１０が本来の移動経路を離脱し、作業者は断線した電極１０を再び連結するために製造装置と関連設備をすべて停止させなければならないため製造設備の稼動率および生産性が顕著に低下する問題がある。
【００１０】
したがって、このような問題を根本的に解決できる技術が必要とされている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明の実施形態が解決しようとする課題は、上記のような問題を解決するためのものとして、圧延工程で断線した電極が離脱することを防止し、電池製造装置の稼動を中止することなく断線した電極を連結できる電池製造装置およびそれを用いた電池製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
このような目的を達成するための本発明による電池製造装置は、活物質が塗布された電極を移動させる固定ローラ、前記電極を圧延する圧延機、および前記固定ローラと前記圧延機との間に位置し、前記電極が断線した時、断線した前記電極を移動させるストッパを含み得る。
【００１３】
前記電池製造装置は、前記電極の張力変化を感知する張力センサをさらに含み得る。
【００１４】
前記張力センサは、張力異常感知信号を前記ストッパに伝送し得る。
【００１５】
前記ストッパは、前記張力異常感知信号に反応して前記電極側に移動し得る。
【００１６】
前記ストッパは、断線した前記電極を移動させる移動ローラを含み得る。
【００１７】
前記ストッパは、第１ストッパ、第２ストッパ、第３ストッパ、および第４ストッパを含み得る。
【００１８】
前記張力センサが前記電極の張力異常を感知しないと、前記第１ストッパと前記第３ストッパは前記電極の上面で上方に離隔して位置し、前記第２ストッパと前記第４ストッパは前記電極の下面で下方に離隔して位置し得る。
【００１９】
前記張力センサが前記電極の張力異常を感知すると、前記第１ストッパ、前記第２ストッパ、前記第３ストッパ、および前記第４ストッパが前記電極側に移動し、前記第１ストッパと前記第３ストッパは前記電極の上面に接触し、前記第２ストッパと第４ストッパは断線した前記電極の下面に接触して断線した前記電極を固定し得る。
【００２０】
前記固定ローラは、アンワインダユニットとワインダユニットを含み得る。
【００２１】
前記第３ストッパと前記第４ストッパとの間の断線した前記電極が前記圧延機側に移動する時、前記ワインダユニットは前記電池製造装置が正常に作動している時に回転する方向と逆方向に回転し得る。
【００２２】
前記第１ストッパと前記第２ストッパとの間の断線した前記電極が前記圧延機側に移動する時、前記アンワインダユニットは前記電池製造装置が正常に作動している時に回転する方向に回転し得る。
【００２３】
本発明による前記電池製造装置を利用した電池製造方法は、
固定ローラを利用して活物質が塗布された電極を圧延機に流入する段階；
張力センサを作動して前記電極の張力を測定する段階；
前記張力センサがストッパに張力異常感知信号を伝送する段階；
前記ストッパが前記電極に移動して断線した前記電極を捕捉する段階；
前記ストッパが断線した前記電極を連結するために断線した前記電極を移動させる段階；および
前記電極の断線部位を連結する段階を含み得る。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】二次電池の電極に活物質が塗布されていることを示す平面図である。
【図２】図１のＡ方向から見た側面図である。
【図３】図１の電極を圧延する工程で電極が断線することを示す模式図である。
【図４】本発明の一実施形態による電池製造装置を示す模式図である。
【図５】本発明の他の一実施形態による電池製造方法を示す図である。
【図６】本発明の他の一実施形態による電池製造方法を示す図である。
【図７】本発明の他の一実施形態による電池製造方法を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、添付する図面を参照して本発明の様々な実施形態について本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者が容易に実施できるように詳細に説明する。本発明は様々な異なる形態に実現することができ、ここで説明する実施形態に限定されない。
【００２６】
また、明細書全体において、ある部分がある構成要素を「含む」という時、これは特に反対の意味を示す記載がない限り、他の構成要素を除くのではなく他の構成要素をさらに含み得ることを意味する。
【００２７】
また、明細書全体において、「平面図」という時、これは対象部分を上から見た時を意味する。
【００２８】
また、明細書全体において、「側面図」という時、これは対象部分を側面から見た時を意味する。
【００２９】
また、明細書全体において、電極の「上面」という時、地面を基準に重力が作用する逆方向に位置する面を意味し、電極の「下面」は前記上面の反対側に位置する面を意味する。
【００３０】
図４は本発明の一実施形態による電池製造装置を示す模式図である。
【００３１】
図４を参照すると、電池製造装置１００はアンワインダユニット１０１、ワインダユニット１０２、圧延機１０９、第１ストッパ１０３、第２ストッパ１０４、第３ストッパ１０５および第４ストッパ１０６を含む。圧延機１０９はアンワインダユニット１０１とワインダユニット１０２との間に位置してアンワインダユニット１０１からワインダユニット１０２に移動する電極１０を圧延することができる。圧延機１０９の構造は特に限定されないが、例えば、電極１０の表面を加圧できるローラでありうる。
【００３２】
製造装置１００が正常に作動している間はアンワインダユニット１０１とワインダユニット１０２との間の電極１０に一定の張力が維持され得る。製造装置１００は前記張力を感知する第１張力センサ１０７と第２張力センサ１０８を含み得る。
【００３３】
前記張力の変化を正確に感知できるならば特に制限されないが、例えば、第１張力センサ１０７はアンワインダユニット１０１と第１ストッパ１０３および第２ストッパ１０４の間に位置し得、第２張力センサ１０８はワインダユニット１０２と第３ストッパ１０５および第４ストッパ１０６の間に位置し得る。
【００３４】
第１張力センサ１０７は前記張力が臨界範囲を超える場合、張力異常感知信号を第１ストッパ１０３と第２ストッパ１０４に伝送し得る。同様に、第２張力センサ１０８は張力異常感知信号を第３ストッパ１０５と第４ストッパ１０６に伝送し得る。前記張力異常感知信号は有線または無線で第１ストッパ１０３、第２ストッパ１０４、第３ストッパ１０５、および第４ストッパ１０６に伝達され得る。
【００３５】
前記張力の変化を正確に感知できるならば特に制限されないが、例えば、第１張力センサ１０７と第２張力センサ１０８はロードセルでありうる。ロードセルの作動原理は当業界にすでに公知された技術であるため、これに関する説明は省略する。作業者は電極１０に維持される張力の範囲を考慮して適切なロードセルを選択して第１張力センサ１０７および第２張力センサ１０８として使うことができる。
【００３６】
第１ストッパ１０３と第２ストッパ１０４はアンワインダユニット１０１と圧延機１０９との間で、圧延機１０９に流入する電極１０部位に形成され得る。第３ストッパ１０５と第４ストッパ１０６はワインダユニット１０２と圧延機１０９との間で、圧延機１０９から排出される電極１０部位に形成され得る。
【００３７】
電極１０に断線が発生せず電池製造装置１００が正常に作動している時、第１ストッパ１０３は電極１０の上面で上方に離隔して位置し得る。第２ストッパ１０４は電極１０の下面で下方に離隔して位置し得る。同様に、第３ストッパ１０５は電極１０の上面で上方に離隔して位置し得る。第４ストッパ１０６は電極１０の下面で下方に離隔して位置し得る。
【００３８】
また、第１張力センサ１０７および第２張力センサ１０８で張力異常感知信号を受信すると第１ストッパ１０３、第２ストッパ１０４、第３ストッパ１０５、および第４ストッパ１０６はそれぞれ電極１０側に移動し得る。また、第１ストッパ１０３、第２ストッパ１０４、第３ストッパ１０５、および第４ストッパ１０６はそれぞれ電極１０を加圧して移動させられるように移動ローラ１１０を含み得る。
【００３９】
以下では前記説明した本実施形態による電池製造装置を利用して電池を製造する方法、具体的に電極活物質を圧延する過程を説明する。
【００４０】
図５ないし図７は本発明の他の一実施形態による電池製造方法を示す図である。図５は図４で電極に断線が発生した時ストッパが電極側に移動したことを示す模式図であり、図６は図５でストッパのローラが作動して電極を移動させることを示す模式図であり、図７は電極の断線部位が連結されたことを示す模式図である。
【００４１】
図５を参照すると、電極１０の張力が臨界範囲を超えたり断線が発生したりすると第１張力センサ１０７と第２張力センサ１０８が異常張力を感知し、張力異常感知信号を第１ストッパ１０３、第２ストッパ１０４、第３ストッパ１０５、および第４ストッパ１０６に伝達し得る。そして、前記張力異常感知信号に反応し、第１ストッパ１０３、第２ストッパ１０４、第３ストッパ１０５、および第４ストッパ１０６は電極１０側に移動し得る。
【００４２】
具体的には、第１ストッパ１０３は下方に移動して断線した電極１０の上面に接触し、第２ストッパ１０４は上方に移動して断線した電極１０の下面に接触し、断線した電極１０が移動経路から離脱しないように固定することができる。同様に、第３ストッパ１０５は下方に移動して断線した電極１０の上面に接触し、第２ストッパ１０４は上方に移動して断線した電極１０の下面に接触して断線した電極１０が移動経路で離脱しないように固定することができる。
【００４３】
図６および図７を参照すると、第１ストッパ１０３、第２ストッパ１０４、第３ストッパ１０５、および第４ストッパ１０６が断線した電極１０を固定した状態で、第１ストッパ１０３、第２ストッパ１０４、第３ストッパ１０５、および第４ストッパ１０６に形成された移動ローラ１１０が作動して断線した電極１０を圧延機１０９側に移動させることができる。
【００４４】
この時、第１ストッパ１０３の移動ローラ１１０と第４ストッパ１０６の移動ローラ１１０は時計回りに回転し、第３ストッパ１０５の移動ローラ１１０と第４ストッパ１０６の移動ローラ１１０は反時計回りに回転することによって、第１ストッパ１０３の移動ローラ１１０と第２ストッパ１０４の移動ローラ１１０との間の断線した電極１０が圧延機１０９側に移動し、第３ストッパ１０５の移動ローラ１１０と第４ストッパ１０６の移動ローラ１１０との間の断線した電極１０が圧延機１０９側に移動し得る。第３ストッパ１０５の移動ローラ１１０と第４ストッパ１０６の移動ローラ１１０との間の断線した電極１０を圧延機１０９側に移動する時、ワインダユニット１０２は製造装置１００が正常に作動している時に回転する方向と逆方向に回転して電極１０を移動させることができる。
【００４５】
第１ストッパ１０３の移動ローラ１１０と第２ストッパ１０４の移動ローラ１１０との間の断線した電極１０が圧延機１０９側に移動する時、アンワインダユニット１０１は製造装置１００が正常に作動している時に回転する方向に回転し得る。
【００４６】
変形例として、第３ストッパ１０５の移動ローラ１１０と第４ストッパ１０６の移動ローラ１１０との間の断線した電極１０を圧延機１０９側に移動する時、第１ストッパ１０３の移動ローラ１１０と第２ストッパ１０４の移動ローラ１１０との間の断線した電極１０は移動しない。
【００４７】
作業者は移動した電極１０の断線部位Ｃを連結部材１１１を利用して再び連結することができる。ここで、連結部材１１１は絶縁テープなどでありうる。
【００４８】
このような構造によって、作業者は電極１０の断線した部位Ｃを連結するために電池製造装置１００の作動を中止する必要がないだけでなく、断線による電極１０の離脱を防止できるので製造生産性を高めることができる。
【００４９】
本発明が属する分野における通常の知識を有する者であれば、上記の内容に基づいて本発明の範疇内で多様な応用および変形を行うことが可能であろう。
【００５０】
以上で説明したように、本発明による電池製造装置はストッパを利用して圧延工程で断線した電極が離脱することを防止し、電池製造装置の稼動を中止することなく断線した電極を連結できるので、製造設備の稼動率と生産性を向上させることができる。
【符号の説明】
【００５１】
１０  電極
１１  金属集電体
１２  活物質
１００  電池製造装置
１０１  アンワインダユニット
１０２  ワインダユニット
１０３  第１ストッパ
１０４  第２ストッパ
１０５  第３ストッパ
１０６  第４ストッパ
１０７  第１張力センサ
１０８  第２張力センサ
１０９  圧延機
１１０  移動ローラ
１１１  連結部材
【図１】
2021516432.tif 000003
【図２】
2021516432.tif 000004
【図３】
2021516432.tif 000005
【図４】
2021516432.tif 000006
【図５】
2021516432.tif 000007
【図６】
2021516432.tif 000008
【図７】
2021516432.tif 000009
【国際調査報告】
2021516432.tif 000010
2021516432.tif 000011
2021516432.tif 000012
2021516432.tif 000013