JP2021509756A - バッテリーセルの電極リード切断装置 - Google Patents

バッテリーセルの電極リード切断装置 Download PDF

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Abstract

本発明の一実施例は、バッテリーセルを固定するセル固定ユニット、バッテリーセルの電極リードにエアを供給して切断地点を固定する電極リード固定ユニット、及び前記電極リードの切断地点を切断する電極リード切断ユニットを含むバッテリーセルの電極リード切断装置を提供する。

Description

本発明はバッテリーセルの電極リードを設定長に切断するための電極リード切断装置に関するものである。
最近、モバイル機器に対する技術開発と需要が増加するにつれてエネルギー源としての充電及び放電の可能な二次電池の需要が急激に増加しており、それにより多様な要求に応えることができる二次電池に対する多くの研究が行われている。
また、二次電池は、化石燃料を使う既存のガソリン車両、ディーゼル車両などの大気汚染などを解決するための方案として提示されている電気自動車（ＥＶ）、ハイブリッド電気自動車（ＨＥＶ）、プラグインハイブリッド電気自動車（Ｐｌｕｇ−Ｉｎ ＨＥＶ）などの動力源としても注目されている。
このような二次電池のうち、高いエネルギー密度及び放電電圧のリチウム二次電池に対して多くの研究が行われ、そして常用化して広く使われている。代表的に、電池の形状の面では、小さな厚さを有し、積層配列が容易であり、形状が一部変形可能なパウチ型バッテリーセルに対する需要が高い。
パウチ型バッテリーセルは、電極組立体を収納することができるパウチ型のラミネートシートに電極組立体と電解液とが内蔵された構造を有している。このようなラミネートシートを狭い意味で‘パウチ型電池ケース’ということもあり、ラミネートシートの樹脂層は熱による融着が可能な特徴がある。
パウチ型バッテリーセルは、特に電極組立体が外部に露出されないように、ラミネートシートが電極組立体を包む構造を有する。ここで、電池ケースの外周部位で互いに重畳しているラミネートシートの密封予定部に熱と圧力とを印加することにより、シートが密封処理される構造を有している。
例えば、バッテリーセルは、電極リードが電池ケースの外側に突出した状態で電池ケースの外周が密封された構造を有している。ここで、電極リードとは、電気伝導性の金属素材からなるバー（ｂａｒ）形状を有し、平面上でコーナー部が角張っている多角形構造を有し、通常には細長い長方形構造を有している。
電極リードは、互いに上下に交差するように構成されたカッティングジグに挿入された状態で、所定の長さ、例えば、ＰＣＢ（Ｐｒｉｎｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ Ｂｏａｒｄ）（図示せず）又は外部電気デバイス（図示せず）に連結し易い長さに切削される。
ところで、既存には、電極リードを切断するとき、電極リードのフレキシブル（Ｆｌｅｘｉｂｌｅ）な特徴によってカッティングポジション（Ｃｕｔｔｉｎｇ Ｐｏｓｉｔｉｏｎ）がチルト（Ｔｉｌｔ）される場合がある。したがって、電極リードの正確な切断地点を切断することが難しく、よって切断される電極リードの切断長が互いに異なって工程不良を引き起こす可能性がある。
韓国公開特許第１０−２０１８−０３７４８８号公報
本発明の実施例は、電極リードの切断地点で正確な切断が可能なバッテリーセルの電極リード切断装置を提供する。
本発明の目的は前述したものに制限されず、言及しない本発明の他の目的及び利点は下記の説明によって理解可能である。
本発明の実施例によるバッテリーセルの電極リード切断装置は、バッテリーセルを固定するセル固定ユニットと、バッテリーセルの電極リードにエアを供給して切断地点を固定する電極リード固定ユニットと、前記電極リードの切断地点を切断する電極リード切断ユニットと、を含むことができる。
本発明の実施例において、前記セル固定ユニットは、バッテリーセルを真空で吸着する吸着プレートを含むことができる。
本発明の実施例において、前記電極リード切断ユニットは、前記電極リードの切断地点に接触して電極リードを切断するカッティングブレードを含み、前記カッティングブレードは、前記電極リードの切断地点の上側に位置する第１カッティングブレード及び前記電極リードの切断地点の下側に位置する第２カッティングブレードを含むことができる。前記電極リード切断ユニットは、ガイドブロックをさらに含み、前記第１カッティングブレード及び前記第２カッティングブレードの少なくとも一つは前記ガイドブロックに昇降可能に結合されることができる。
本発明の実施例において、前記電極リード切断ユニットは、電極リードの切断地点にレーザービームを照射するレーザー発振器を含むことができる。
本発明の実施例において、前記電極リードの下側に配置されて前記電極リードを支持する電極リード支持ユニットをさらに含むことができる。前記電極リード支持ユニットは、前記電極リードを磁力で固定する磁性体ブロックを含むことができる。
また、本発明の実施例によるバッテリーセルの電極リード切断方法は、電極リードが露出されたバッテリーセルをローディングする段階と、前記電極リードの上側からエアを提供して電極リードの切断地点を固定する段階と、前記固定された電極リードの切断地点を切断する段階と、を含むことができる。
本発明の実施例で、前記電極リードのカッティングの際、電極リードの下側から磁力を提供して電極リードを磁力で固定する段階をさらに含むことができる。
本明細書に添付する次の図面は本発明の好適な実施例を例示するものであり、後述する発明の詳細な説明とともに本発明の技術思想を一層易しく理解させる役割を果たすものである。よって、本発明はこのような図面に記載された事項にだけ限定されて解釈される必要はない。
本発明の第１実施例による電極リード切断装置を概略的に示す図である。 本発明の第１実施例による電極リード切断方法を概略的に示すフローチャートである。 本発明の第２実施例による電極リード切断装置を概略的に示す図である。 本発明の第３実施例による電極リード切断装置を概略的に示す図である。
以下、添付図面を参照して本発明の実施例について詳細に説明する。本発明はさまざまな相異なる形態に具現されることができ、ここで説明する実施例に限定されない。
本発明を明確に説明するために、本発明の本質と関係ない部分はそれについての詳細な説明を省略することができ、明細書全般にわたって同一又は類似の構成要素に対しては同じ参照符号を付与することができる。
また、ある部分がある構成要素を“含む”というとき、これは特に反対の記載がない限り、他の構成要素を除くものではなく、他の構成要素をさらに含むことができることを意味する。ここで使われる用語はただ特定の実施例を言及するためのもので、本発明を限定しようとするものではなく、本明細書で他に定義しない限り、本発明が属する技術分野で通常の知識を有する者によって理解される概念に解釈されることができる。
図１は本発明の第１実施例による電極リード切断装置を概略的に示す図である。
図１を参照すると、電極リード切断装置５０は、セル固定ユニット１００、電極リード切断ユニット２００、及び電極リード固定ユニット３００を含む。本発明の実施例で、電極リードが延びる長手方向をＸ軸方向、Ｘ軸方向に垂直な電極リードの幅方向をＹ軸方向、Ｘ軸及びＹ軸方向に垂直な方向をＺ軸方向に設定する。
本発明の実施例に適用されるバッテリーセル１０は、電極組立体と電解液がパウチ外装材１１に収納された形態に構成されることができる。例えば、バッテリーセル１０はパウチ型バッテリーセルであり得る。また、バッテリーセルは充電及び放電動作を行う二次電池であり得る。
パウチ外装材１１の外部には電極リード１２が突出した形態に構成されることができる。電極リード１２は、一端が電極組立体と電気的に連結され、他端がパウチ外装材１１の外部に露出されることによってバッテリーセル１０の連結端子として機能することができる。
セル固定ユニット１００は処理対象物であるバッテリーセル１０を固定する。セル固定ユニット１００は、バッテリーセル１０を真空で吸着する吸着プレート１１０を含むことができる。吸着プレート１１０は、バッテリーセル１０の一面が着座するように、平板状に形成されることができる。バッテリーセル１０は吸着プレート１１０上に水平方向に配置されることができる。例えば、電極組立体の外部に露出された電極リード１２がＸ軸方向に延びる状態でバッテリーセル１０が吸着プレート１１０上に着座されることができる。
吸着プレート１１０には少なくとも一つの真空ホール１１１が形成されることができる。真空ホール１１１は吸着プレート１１０のＺ軸方向に貫設されることができる。吸着プレート１１０は真空ホール１１１に対応して位置するバッテリーセルを吸着することができる。それ故に、バッテリーセルが吸着プレート１１０上に真空で吸着されることにより、電極リード１２の切断過程でバッテリーセルが安定的に固定されることができる。
バッテリーセル１０が着座する吸着プレート１１０の一面、例えば、吸着プレート１１０の上面には着座溝１１２が形成されることができる。着座溝１１２は吸着プレート１１０の上面から下方に凹むように陥没して形成される。着座溝１１２はバッテリーセル１０の外観に対応するように形成される。それ故に、バッテリーセル１０が着座溝１１２に着座されることにより、Ｘ軸又はＹ軸方向への遊動が防止されることができる。よって、電極リード１２の切断の際に正確性を向上させることができる。
セル固定ユニット１００としては、吸着プレート１１０以外にグリッパーなどが適用されることもできる。ただ、グリッパーなどによってバッテリーセル１０が固定される場合、グリッパーによって押圧されて固定されるバッテリーセル１０部位の変形や破損が発生し得る。よって、セル固定ユニット１００としては吸着プレート１１０が適用されることが好ましい。
電極リード切断ユニット２００は電極リード１２を切断する。電極リード切断ユニット２００は、電極リード１２に接触して切断するカッティングブレード２１０を含むことができる。カッティングブレード２１０は電極リード１２の切断地点を切断する。
カッティングブレード２１０は、第１カッティングブレード２１１及び第２カッティングブレード２１２を含むことができる。第１カッティングブレード２１１は電極リード１２の切断地点の上側に位置し、第２カッティングブレード２１２は電極リード１２の切断地点の下側に位置することができる。第１カッティングブレード２１１と第２カッティングブレード２１２とは互いに交差しながら電極リード１２を切断するように配置されることができる。
電極リード切断ユニット２００は、ガイドブロック２２０を含むことができる。ガイドブロック２２０はカッティングブレード２１０を支持するとともにカッティングブレード２１０のＺ軸方向への移動、すなわち昇降作動を案内することができる。例えば、第１カッティングブレード２１１及び第２カッティングブレード２１２はガイドブロック２２０に結合され、第１カッティングブレード２１１及び第２カッティングブレード２１２の少なくとも一つはガイドブロック２２０に昇降可能に結合されることができる。ガイドブロック２２０には、カッティングブレード２１０の昇降作動を案内するためのガイドレール（図示せず）が設けられることができる。
電極リード固定ユニット３００は、電極リード１２の切断の際に電極リード１２を固定する。電極リード固定ユニット３００としては、バッテリーセル１０の電極リード１２にエアを供給して電極リード１２の切断地点を固定するエアブロワー（Ａｉｒ ｂｌｏｗｅｒ）が適用されることができる。エアブロワーは電極リード１２の上側に位置するようにガイドブロック２２０に装着されることができる。エアブロワーは電極リード１２の端部に対応する位置に配置されることができる。すなわち、バッテリーセル１０の一側にカッティングブレード２１０が配置され、カッティングブレード２１０の一側にエアブロワーが配置されることができる。
電極リード１２の切断の際にエアブロワーから提供されたエアは電極リード１２を押圧し、よってＸ軸方向に延びる電極リード１２は水平状態をなし、電極リード１２に対してカッティングブレード２１０の軸方向が直角を成すことになるので、電極リード１２の正確な切断地点を提供することができる。
一方、電極リード１２がいずれか一方向にチルトされた状態で電極リード１２を切断する場合、カッティングブレード２１０の軸方向に対して電極リード１２の長手方向が直角を成なさなくなる。この状態で電極リード１２を切断すれば、電極リード１２の設定長に誤差が発生し得る。
図２は本発明の第１実施例によるバッテリーセルの電極リードを切断する方法を示す図である。
図１及び図２を参照すると、電極リード切断方法は、セル着座段階Ｓ１０、セル固定段階Ｓ２０、電極リード固定段階Ｓ３０、及び電極リード切断段階Ｓ４０を含む。
セル着座段階Ｓ１０では、バッテリーセル１０を吸着プレート１１０上にローディングする。バッテリーセル１０はロボットアームなどの移送ユニットによって吸着プレート１１０にローディングされることができる。切断対象の電極リード１２は吸着プレート１１０の外部に露出されることができる。
バッテリーセル１０の電極リード１２としては特に制限されないが、電池に化学的変化を引き起こさないながらも高い導電性を有する金属が適用されることができる。例えば、電極リード１２は、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、ニッケル（Ｎｉ）、鉄（Ｆｅ）、炭素（Ｃ）、クロム（Ｃｒ）、マンガン（Ｍｎ）及びこれらの中で２種以上を含む合金からなる群から選択されることができ、厚さ０．１ｍｍ〜１．０ｍｍの薄板から形成されることができる。
セル固定段階Ｓ２０では、バッテリーセル１０を固定する。吸着プレート１１０にはバッテリーセル１０の外観に対応するように着座溝１１２が形成されているので、吸着プレート１１０にローディングされたバッテリーセル１０はＸ軸又はＹ軸方向への遊動が防止されることができる。これに加えて、バッテリーセル１０は真空ホール１１１が形成された吸着プレート１１０によって真空で吸着されることにより、切断工程の際に安定的に固定されることができる。
電極リード固定段階Ｓ３０では、電極リード１２の切断前に電極リード１２の切断地点を固定する。すなわち、電極リード１２はおよそ０．１ｍｍ〜１．０ｍｍ程度の厚さを有するので、所定の柔軟性を有することができる。よって、電極リード１２はその端部がチルトされた状態で切断作業が進むことができる。例えば、電極リード１２は上方にチルトされた状態であり得る。このような状態で電極リード１２を切断する場合、切断長と設定長との間には差が発生し得る。これを防止するために、電極リード１２の上側に配置されたエアブロワーからエアを噴射する。エアが供給されれば、電極リード１２は下方に押圧され、押圧された電極リード１２は水平状態を維持することになる。よって、電極リード１２の切断地点が安定的に確保されることができる。
電極リード切断段階Ｓ４０では、電極リード１２を設定長だけ切断する。すなわち、エアブロワーによって電極リード１２が水平状態に維持された状態で、第１カッティングブレード２１１及び第２カッティングブレード２１２の少なくとも一つが昇降して電極リード１２を切断する。このように、電極リード１２が水平状態に維持されて電極リード１２の切断地点が固定された状態で切断作業が進むので、電極リード１２の切断の際、設定長との誤差を最小化することができる。
図３は本発明の第３実施例による電極リード切断装置を概略的に示す図である。
図３を参照すると、電極リード切断装置５０は、セル固定ユニット１００、電極リード切断ユニット２００、電極リード固定ユニット３００、及び電極リード支持ユニット４００を含むことができる。
セル固定ユニット１００、電極リード切断ユニット２００、電極リード固定ユニット３００の構成は第１実施例と同一又は類似であるので詳細な説明は省略する。
電極リード支持ユニット４００は、電極リード１２の下側に配置されて電極リード１２を支持する。電極リード支持ユニット４００は、電極リード１２の切断の際、電極リード１２の垂れの発生を防止することができる。例えば、電極リード１２の上側に位置するエアブロワーから下方にエアが供給されれば、エアが供給される圧力によって電極リード１２が下側に垂れることができる。電極リード支持ユニット４００は電極リード１２の下側で電極リード１２を支持するので、電極リード１２の垂れを防止することができる。これにより、電極リード１２の切断の際に正確な切断地点を確保することができる。
電極リード支持ユニット４００は磁性体ブロックを含むことができる。磁性体ブロックは電極リード１２を磁力で固定することができる。これにより、電極リード１２の上側からエアを供給するエアブロワー及び電極リード１２の下側を磁力で支持する磁性体ブロックによって電極リード１２がより正確に固定されることができる。電極リード１２の固定状態が堅固になることにより、電極リード１２の切断地点を容易に確保することができる。よって、電極リード１２の切断の際、設定長との誤差を最小化することができる。
図４は本発明の第３実施例による電極切断装置を概略的に示す図である。
図４を参照すると、 電極リード切断装置５０は、セル固定ユニット１００、電極リード切断ユニット、及び電極リード固定ユニット３００を含むことができる。
セル固定ユニット１００、及び電極リード固定ユニット３００の構成は第１実施例と同一又は類似であるので詳細な説明は省略する。
第１実施例のように、カッティングブレード２１０を用いて電極リード１２を切断する場合、電極リード１２の端面にバリ（Ｂｕｒｒ）又は電極粉塵が発生し得る。電極リード１２の端面で発生したバリ又は電極粉塵はバッテリーセル１０に混入してバッテリーセル１０の性能を低下させる要因として作用することができる。
よって、第３実施例の電極リード切断ユニットは、レーザー発振器２３０を含むことができる。レーザー発振器２３０は、電極リード１２の切断地点にレーザービームを照射して電極リード１２を切断する。これにより、電極リード１２の切断の際に電極リード１２の切断面で発生し得るバリ（Ｂｕｒｒ）又は電極粉塵を最小化することができる。
本発明が属する技術分野の当業者は本発明がその技術的思想や必須特徴を変更せずに他の具体的な形態に実施できるので、以上で記述した実施例は全ての面で例示的なものであり、限定的なものではないことを理解しなければならない。
本発明の範囲は詳細な説明よりは後述する特許請求範囲によって規定され、特許請求範囲の意味及び範囲そしてその等価概念から導出される全ての変更又は変形形態が本発明の範囲に含まれるものに解釈されなければならない。
本発明の実施例によれば、電極リードの切断の際、エアブロワーから電極リードの切断地点にエアを提供することにより、電極リードが水平状態を維持することができ、よって電極リードの切断の際に切断長の誤差を最小化することができる。
また、電極リードの切断の際、電極リードの下側に磁性体ブロックなどの支持ユニットを配置することにより、エアブロワーによるエア供給の際に電極リードの切断地点が下方に傾くことを防止することができる。
本発明の効果は前述した効果に限定されるものではなく、本発明の詳細な説明又は特許請求範囲に記載された発明の構成から推論可能な全ての効果を含むものに理解されなければならない。
５０ 電極リード切断装置
１００ セル固定ユニット
１１０ 吸着プレート
１１１ 真空ホール
２００ 電極リード切断ユニット
２１０ カッティングブレード
２１１ 第１カッティングブレード
２１２ 第２カッティングブレード
２２０ ガイドブロック
２３０ レーザー発振器
３００ 電極リード固定ユニット
４００ 電極リード支持ユニット

Claims (11)

  1. バッテリーセルを固定するセル固定ユニットと、
    バッテリーセルの電極リードにエアを供給して切断地点を固定する電極リード固定ユニットと、
    前記電極リードの切断地点を切断する電極リード切断ユニットと、
    を含む、バッテリーセルの電極リード切断装置。
  2. 前記セル固定ユニットは、バッテリーセルを真空で吸着する吸着プレートを含む、請求項１に記載のバッテリーセルの電極リード切断装置。
  3. 前記電極リード切断ユニットは、前記電極リードの切断地点に接触して電極リードを切断するカッティングブレードを含み、
    前記カッティングブレードは、前記電極リードの切断地点の上側に位置する第１カッティングブレード及び前記電極リードの切断地点の下側に位置する第２カッティングブレードを含む、請求項１又は２に記載のバッテリーセルの電極リード切断装置。
  4. 前記電極リード切断ユニットは、ガイドブロックをさらに含み、
    前記第１カッティングブレード及び前記第２カッティングブレードの少なくとも一つは前記ガイドブロックに昇降可能に結合される、請求項３に記載のバッテリーセルの電極リード切断装置。
  5. 前記電極リード切断ユニットは、電極リードの切断地点にレーザービームを照射するレーザー発振器を含む、請求項１又は２に記載のバッテリーセルの電極リード切断装置。
  6. 前記電極リードの下側に配置されて前記電極リードを支持する電極リード支持ユニットをさらに含む、請求項１〜５のいずれか１項に記載のバッテリーセルの電極リード切断装置。
  7. 前記電極リード支持ユニットは、前記電極リードを磁力で固定する磁性体ブロックを含む、請求項６に記載のバッテリーセルの電極リード切断装置。
  8. 電極リードが露出されたバッテリーセルをローディングする段階と、
    前記電極リードの上側からエアを提供して電極リードの切断地点を固定する段階と、
    前記固定された電極リードの切断地点を切断する段階と、
    を含む、電極リード切断方法。
  9. 前記電極リードのカッティングの際、電極リードの下側から磁力を提供して電極リードを磁力で固定する段階をさらに含む、請求項８に記載の電極リード切断方法。
  10. 請求項１〜７のいずれか一項に記載の電極リード切断装置によって切断された電極リードを備える、バッテリーセル。
  11. 請求項１０に記載のバッテリーセルを複数含む、バッテリーパック。
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