KR101774262B1 - 치수 안정성이 향상된 전극 탭 가공 장치 및 이를 이용하여 전극 탭을 가공하는 방법 - Google Patents

치수 안정성이 향상된 전극 탭 가공 장치 및 이를 이용하여 전극 탭을 가공하는 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 금속 집전체의 전극 탭 예정부를 포함하는 일측 변(side)을 연속적으로 노칭(notching)하여 전극 탭으로 가공하는 장치로서, 금속 집전체의 상면인 제 1 면에 밀착한 상태로, 상기 제 1 면을 가압하고, 금속 집전체의 일측인 제 1 방향에서, 타측인 제 2 방향으로 금속 집전체가 이동할 때, 함께 회전하는 하나 이상의 원통형 가압롤; 상기 제 1 면의 상부 방향에 고정되어 있고, 제 1 면에 대해 수직으로 레이저(laser)를 조사하여 전극 탭 예정부를 제외한 나머지 일측 변을 절삭하는 레이저 빔 노칭부; 금속 집전체의 하면인 제 2 면에서 일측 변에 밀착한 상태로 이를 지지하고, 금속 집전체를 제 1 방향에서 제 2 방향으로 이동시키는 컨베이어 부(conveyer part); 및 상기 원통형 가압롤, 레이저 빔 노칭부, 및 컨베이어 부의 작동을 제어하는 시스템;를 포함하는 전극 탭 가공 장치를 제공한다.

Description

치수 안정성이 향상된 전극 탭 가공 장치 및 이를 이용하여 전극 탭을 가공하는 방법 {Electrode Tab Fabricating Apparatus with Improved Dimensional Stability and Method for Fabricating Electrode Tab Utilizing the Same}
본 발명은 치수 안정성이 향상된 전극 탭 가공 장치 및 이를 이용하여 전극 탭을 가공하는 방법에 관한 것이다.
모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서의 전지의 수요가 급격히 증가하고 있고, 그에 따라 다양한 요구에 부응할 수 있는 전지에 대한 많은 연구가 행해지고 있다.
대표적으로 전지의 형상 면에서는 얇은 두께로 휴대폰 등과 같은 제품들에 적용될 수 있는 각형 이차전지와 파우치형 이차전지에 대한 수요가 높고, 재료 면에서는 높은 에너지 밀도, 방전 전압, 출력 안정성의 리튬이온 전지, 리튬이온 폴리머 전지 등과 같은 리튬 이차전지에 대한 수요가 높다.
또한, 이차전지는 양극, 음극 및 분리막으로 이루어진 전극조립체가 어떠한 구조로 이루어져 있는지에 따라 분류되기도 하는 바, 대표적으로는, 긴 시트형의 양극들과 음극들을 분리막이 개재된 상태에서 권취한 구조의 젤리-롤(권취형) 전극조립체, 소정 크기의 단위로 절취한 다수의 양극과 음극들을 분리막을 개재한 상태로 순차적으로 적층한 스택형(적층형) 전극조립체, 소정 단위의 양극과 음극들을 분리막을 개재한 상태로 적층한 바이셀(Bi-cell) 또는 풀셀(Full cell)들을 권취한 구조의 스택/폴딩형 전극조립체 등을 들 수 있다.
이러한 전극조립체의 제조 공정은, 양극과 음극 슬러리를 제조하는 공정, 양극 집전체와 음극 집전체에 각각의 슬러리를 도포하여 양극 및 음극 으로 이루어진 전극 시트들을 각각 제조하는 공정, 전극 시트들을 프레싱(Pressing)하는 공정, 전극 시트들을 셀의 규격에 맞게 소폭 절단(Slitting)하는 공정, 진공 건조 공정, 전극 시트 상에 전극 탭을 형성하여 전극을 제조하는 공정, 제조된 전극인 양극, 음극 및 분리막 구성된 전극조립체를 형성하는 공정 등을 포함한다.
이 중, 전극 탭을 형성하는 공정은, 금속 집전체에서 활물질이 도포되지 않는 단부의 일부를 전극 탭의 형상을 절삭하는 공정으로서, 상하 교차 운동하는 노칭 장치를 이용한 절삭 공정 또는 레이저를 조사하여 탭 형상으로 절삭하는 레이저 공정 등이 이용되고 있다.
레이저 공정은, 금속 집전체의 하단에 고정되어 있는 지그로 집전체를 고정시킨 상태에서, 지그로부터 돌출되어 있는 금속 집전체의 단부 부위인 일측 변(side)을 따라 레이저 빔 장치가 이동하면서 레이저를 조사하는 방법을 이용하며, 레이저 빔 장치는 전극 탭의 형상에 대응하는 경로를 따라 이동하며, 금속 집전체를 절삭시킨다.
그러나, 상기 공정은 지그가 고정되어 있어, 절삭된 금속 집전체 일측 변의 잔여물 또는 절삭 과정에서 발생하는 미세한 이물들이 지그에 축적되어, 지그의 고정력을 저하시킬 수 있고, 잔여물과 이물들에 의해, 금속 집전체 상에 레이저가 외란(disturbance)되어, 소망하는 전극 탭의 형상으로 절삭되지 않는 문제점이 있다.
더욱이, 지그로부터 돌출되어 있는 금속 집전체의 일측 변에 레이저가 조사될 때, 금속 집전체의 단부가 상하 유동하면서 레이저 빔 장치의 초점이 외란되어 소망하는 전극 탭의 치수로 절삭하기 힘든 단점이 있고, 도 1에 도시된 바와 같이, 레이저 빔 장치의 초점이 완전히 고정된 경우에도, 금속 집전체의 상하 유동 간격 만큼, 전극 탭의 길이가 증가하거나 감소된 상태로 절삭 공정이 진행되므로 소망하는 치수로 전극 탭을 가공하기 어렵다.
따라서, 상기와 같은 문제점과 단점을 해결할 수 있는 기술의 필요성이 매우 높은 실정이다.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.
본 출원의 발명자들은 심도 있는 연구와 다양한 실험을 거듭한 끝에, 이후 설명하는 바와 같이, 금속 집전체와 긴밀히 밀착하여 이를 고정시킨 상태로 이동하는 컨베이어 부 및 이에 대응하여 레이저를 조사하는 레이저 빔 노칭부를 이용하는 경우, 레이저 빔 노칭부의 초점을 방해하는 이물이나 잔여물을 효과적으로 제거하는 동시에, 금속 집전체의 유동을 방지하여 소망하는 치수로 전극 탭을 가공할 수 있음을 확인하고, 본 발명을 완성하기에 이르렀다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전극 탭 가공 장치는, 금속 집전체의 전극 탭 예정부를 포함하는 일측 변(side)을 연속적으로 노칭(notching)하여 전극 탭으로 가공하는 장치로서,
금속 집전체의 상면인 제 1 면에 밀착한 상태로, 상기 제 1 면을 가압하고, 금속 집전체의 일측인 제 1 방향에서, 타측인 제 2 방향으로 금속 집전체가 이동할 때, 함께 회전하는 하나 이상의 원통형 가압롤;
상기 제 1 면의 상부 방향에 고정되어 있고, 제 1 면에 대해 수직으로 레이저(laser)를 조사하여 전극 탭 예정부를 제외한 나머지 일측 변을 절삭하는 레이저 빔 노칭부;
금속 집전체의 하면인 제 2 면에서 일측 변에 밀착한 상태로 이를 지지하고, 금속 집전체를 제 1 방향에서 제 2 방향으로 이동시키는 컨베이어 부(conveyer part); 및
상기 원통형 가압롤, 레이저 빔 노칭부, 및 컨베이어 부의 작동을 제어하는 시스템;
를 포함하는 것을 특징으로 한다.
즉, 본 발명에 따른 전극 탭 가공 장치는, 컨베이어 부가 금속 집전체를 제 1 방향에서 제 2 방향으로 이송하면서 금속 집전체를 연속적으로 절삭시키는 동시에, 절삭된 잔여물 또는 이물들도 함께 이송하여 레이저 조사 위치로부터 제거하는 구조로 이루어져 있는 바, 절삭된 잔여물 또는 이물들이 레이저가 조사되는 제 1 위치에 잔존하지 않으며, 그에 따라, 잔여물이나 이물에 의해 레이저가 반사되어 발생하는 외란(disturbance) 현상을 최소화 할 수 있다.
뿐만 아니라, 본 발명에서 컨베이어 부는, 레이저 빔 노칭부가 정밀한 초점을 설정하도록 보조하고, 레이저가 조사되는 순간에, 금속 집전체가 유동하여 발생하는 치수 오차를 방지할 수 있도록 레이저가 조사되는 위치에서 금속 집전체의 유동을 방지하는 특별한 구조로 이루어질 수 있다.
구체적으로, 상기 컨베이어 부는,
금속 집전체의 제 2 면에서 일측 변을 고정 및 지지하고, 전극 탭과 대응하는 형상의 만입 홈이 형성되어 있는 둘 이상의 지그들;
상기 지그들이 장착되어 있고, 레이저 빔 노칭부가 위치한 제 1 위치를 기준으로, 지그가 제 1 방향에서 제 2 방향으로 이동한 후, 다시 제 1 위치로 이동하도록 반복 회전하는 무한궤도 컨베이어(conveyer);
상기 제 1 위치에 장착되어 있고, 컨베이어를 따라 제 1 위치로 이동하는 지그를 금속 집전체의 일측 변과 평행하도록 정렬시키는 정렬부(alignment); 및
상기 제 1 위치에 대향하는 컨베이어의 제 2 위치에서, 지그에 부착된 이물(異物) 및 노칭된 일측 변의 잔여물을 제거하는 클리너;
를 포함하며,
상기 제 1 위치에서, 레이저 빔 노칭부는, 지그의 만입 홈에 대면한 일측 변을 제외한 나머지 일측 변을 금속 집전체로부터 절삭하는 구조로 이루어져 있다.
이러한 절삭 구조는, 레이저 빔 노칭부의 레이저 조사와 컨베이어의 회전이 시스템에 입력된 프로그램에 의해 서로 동기화되어 있으며, 시스템은 프로그램을 통해 이들의 작동과 움직임을 제어할 수 있다. 상기 시스템에 입력된 프로그램은, 예를 들어, 금속 집전체의 일측 변이 고정된 컨베이어의 움직임을 기초로 레이저 빔 노칭부가 레이저 조사 초점을 설정하고, 이동하면서 레이저를 조사하는 조건을 포함할 수 있다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 컨베이어는, 제 1 위치에서 금속 집전체의 일측 변이 지그의 만입 홈에 위치할 때 회전을 중단하고, 제 1 위치에서 금속 집전체의 일측 변이 만입 홈에 위치하지 않을 때, 회전하여 지그를 제 1 방향에서 제 2 방향으로 이동시킬 수 있다.
이 때, 컨베이어가 회전을 중단하여 제 1 위치에서, 금속 집전체의 일측 변이 지그의 만입 홈에 위치할 때, 상기 레이저 빔 노칭부는 만입 홈의 내측 단부를 따라 이동하며 레이저를 조사하고, 컨베이어의 회전으로 지그가 이동하여 제 1 위치에서 금속 집전체의 일측 변이 만입 홈에 위치하지 않을 때, 상기 레이저 빔 노칭부는 이동을 중단한 상태로 레이저를 조사할 수 있다.
이러한 구성은, 컨베이어의 회전이 중단되어 제 1 위치에 지그의 만입 홈이 위치한 경우, 레이저 빔 노칭부는 만입 홈의 내측 단부를 레이저 초점 및 이동 경로로 설정한 상태로, 레이저를 조사하여 일측 변을 절삭시키는 것이며, 컨베이어가 회전하여 지그의 만입 홈이 제 1 위치에서 이탈한 경우, 레이저 빔 노칭부는 우선 레이저 조사를 중단한 상태로, 제 1 위치로 이동하여 제 1 위치에 고정된 상태로, 상기 제 1 위치에 대해 수직으로 위치하는 일측 변을 초점으로 설정하여 레이저를 조사를 시작한다. 이 때, 금속 집전체의 일측 변은, 컨베이어에 의해 제 1 방향에서 제 2 방향으로 이동하면서 조사되는 레이저에 의해 자연스럽게 절삭 될 수 있다.
여기서, 일측 변이란, 금속 집전체에서 전극 탭의 형성이 예정된 단부와 인접한 부위로서, 레이저 빔 노칭부가 만입 홈의 내측 단부 따라 절삭시킨 일측 변을 제외한 금속 집전체의 단부가 금속 탭으로 설정되며, 절삭된 일측 변은 잔여물이다.
이 후, 컨베이어가 회전하여, 제 1 위치에서 또 다른 지그의 만입 홈과 금속 집전체의 일측 변이 위치하면, 상기 구성이 반복되어, 가공 장치에 연속적으로 투입되는 금속 집전체의 일측 변에 전극 탭을 연속적으로 형성시킬 수 있다.
한편, 상기 전극 탭 가공 장치는, 컨베이어가 금속 집전체를 이송하면서 이를 연속적으로 가공하므로, 컨베이어와 함께 이동한 거리 만큼의 길이를 가지는 잔여물이 생성된다. 이러한 잔여물은 일부가 금속 집전체에 연결된 상태로, 금속 집전체와 함께 제 1 방향에서 제 2 방향으로 이동하게 되는데, 가공 공정이 지속되어 잔여물의 길이가 너무 길게 형성되는 경우, 절삭되어야 할 금속 집전체의 일측 변이 제 1 위치로부터 미세하게 이탈되거나, 레이저 빔 노칭부의 정밀한 초점 설정을 방해할 수 있으므로, 상기 잔여물을 일정 길이 마다 절삭하여 금속 집전체로부터 분리시키는 것이 바람직하다.
이를 위해, 상기 컨베이어는, 둘 또는 세 개의 서로 다른 지그가 제 1 위치를 지나 이동하는 경우, 상기 서로 다른 지그들 중에서 마지막으로 제 1 위치를 통과하는 지그의 외측 단부를 제 1 위치에 위치시킨 상태로, 회전을 중단할 수 있다.
이 때, 상기 레이저 빔 노칭부는, 둘 또는 세 개의 서로 다른 지그가 제 1 위치를 지나 이동하는 경우, 상기 서로 다른 지그들 중에서 마지막으로 제 1 위치를 통과하는 지그의 외측 단부를 따라 이동하며 레이저를 조사한 후, 제 1 위치로 복귀할 수 있다.
따라서, 둘 또는 세 개의 전극 탭들이 가공된 상태에서, 컨베이어가 지그들 중 두 번째 또는 세 번째 지그의 외측 단부가 제 1 위치와 나란히 위치하도록 회전을 중단하면, 레이저 빔 노칭부는 상기 외측 단부를 따라 이미 제 1 위치를 통과한 지그들에 고정되어 있는 잔여물을 절삭하여 금속 집전체로부터 분리시킬 수 있으며, 이 후, 레이저 빔 노칭부는 제 1 위치로 복귀하고, 컨베이어는 다음 지그를 제 1 위치로 이송시켜, 전극 탭 가공을 다시 수행한다.
이와 같이, 분리된 잔여물은 지그에 고정된 상태로 컨베이어를 따라 이동하고, 제 1 위치에 대향하는 컨베이어의 제 2 위치에서, 절삭 과정 중 발생한 이물들과 함께 클리너에 의해 제거될 수 있다.
상기 클리너는 지그에 밀착된 상태로 지그의 이동 방향으로 회전하는 회전롤, 및 상기 회전롤의 하단에 탈착이 가능하도록 장착되어 있는 수거부를 포함할 수 있으며, 상기 회전롤은, 지그에 밀착한 상태로 회전하면서, 지그의 표면으로부터 이물 또는 노칭된 일측 변의 잔여물을 제거한다.
또한, 수거부는 회전롤에 의해 지그로부터 제거된 이물 또는 일측 변의 잔여물을 내부에 수용하는 구조로 이루어질 수 있다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 지그는, 레이저 빔 노칭부의 외란을 방지하여 우수한 치수 안정성으로 전극 탭이 가공될 수 있도록 다양한 구성을 포함할 수 있으며, 이에 대해 하기에 상세히 설명한다.
상기 지그는,
컨베이어와 결합되어 있는 고정부;
상기 고정부의 상단에 형성되어 있고, 제 1 위치에서 정렬부와 밀착하는 기저부; 및
상기 기저부의 양측 단부로부터 전방으로 연장되어 있는 한 쌍의 요철부들;
을 포함하고, 상기 요철부들 사이와 기저부가 형성하는 내면이 지그의 만입 홈을 구성할 수 있다.
상기 요철부들 및 요철부들과 인접한 기저부 일부에는 상하 연통되어 있는 미세 기공들이 형성되어 있고, 상기 미세 기공들은, 요철부들 및 기저부가 금속 집전체의 일측 변과 밀착할 때, 기공 내부가 진공 상태로 전환되며, 진공 상태에 따른 진공 압력으로 일측 변을 지그 표면에 긴밀히 밀착시킬 수 있다. 상기 미세 기공들에 진공 환경을 형성하기 위해서, 상기 요철부들 및 요철부들과 인접한 기저부 일부는 진공 펌프와 연결될 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 전극 탭 가공 장치는, 금속 집전체의 일측 변이 상술한 미세 기공의 진공 압력에 의해 지그 표면에 긴밀히 밀착될 수 있고, 그에 따라, 레이저가 조사되는 과정에서, 금속 집전체의 상하 유동이 방지되는 바, 레이저 빔 노칭부의 초점이 일측 변 상에서 외란되지 않으며, 소망하는 전극 탭의 길이로 정밀한 노칭 공정을 수행할 수 있다.
상기 기저부는, 외측 벽에 대해 지그가 수평을 이루도록 컨베이어부의 정렬부와 상호 작용하는 구성이다.
여기서 상기 정렬부는 기저부의 상단과 하단과 각각 밀착하는 다수의 회전롤들을 포함할 수 있으며, 상기 회전롤들은, 기저부가 제 1 위치를 통과할 때, 기저부의 상단과 하단에서 이를 가압하고, 수평으로 조정하여, 지그가 탭 예정부에 대해 평행한 상태로 컨베이어를 따라 이동하도록 유도할 수 있다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 지그들은, 전극 탭들이 소망하는 길이로 이격된 상태로 금속 집전체에 형성될 수 있도록 상호 이격된 상태로 컨베이어 장착될 수 있으며, 상세하게는 만입 홈의 폭 대비 90% 내지 200%의 길이로 상호 이격된 상태로 컨베이어에 장착될 수 있다.
상기 컨베이어는 그것의 내측에 동일한 방향으로 함께 회전하는 둘 이상의 구동 모터들이 배치되어 있어, 컨베이어를 무한궤도 회전하도록 구성될 수 있다.
본 발명은 또한, 상기 전극 탭 가공 장치를 이용하여, 전극 탭을 가공하는 방법을 제공한다.
구체적으로 상기 방법은, (a) 전극 집전체를 가압롤과 컨베이어 부 사이로 공급하는 과정;
(b) 컨베이어 부의 지그에 전극 집전체의 일측 변을 밀착시키는 과정;
(c) 일측 변이 제 1 위치할 때까지 컨베이어 부의 컨베이어를 작동시키는 과정;
(d) 레이저 빔 노칭부가 제 1 위치의 일측 변에 레이저를 조사하여 일측 변을 전극 탭의 형상으로 가공하는 과정;
(e) 지그에 부착된 이물 및 노칭된 일측 변의 잔여물을 제 2 위치에서 클리너로 제거하는 과정; 및
(f) 상기 과정 (c) 내지 과정 (e)를 반복하는 과정;
을 포함할 수 있다.
상기 과정(b)은 지그의 요철부들 및 요철부들과 인접한 기저부 일부에 형성되어 있는 미세 기공에서 공기를 흡입하여, 일측 변과 미세 기공이 형성하는 공간에 진공 압력을 형성시키는 과정을 더 포함할 수 있으며, 그에 따라 금속 집전체의 일측 변은 지그의 표면에 강하게 밀착된 상태로, 과정(c)에서 컨테이너에 의해 제 1 위치까지 이동될 수 있다.
이 때, 상기 과정(c)은 제 1 위치에 배치되어 있는 정렬부가 지그의 기저부 상단과 하단을 정렬로 가압한 상태로, 지그가 탭 예정부에 대해 평행한 상태로 컨베이어를 따라 이동하도록 유도한다. 따라서, 정렬부는 금속 집전체의 일측 변이 기울어진 상태 또는 휘어진 상태로 노칭되는 것을 방지할 수 있으며, 결과적으로, 정렬부에 의해 정렬된 지그와 지그에 밀착된 일측 변은 우수한 치수 안전성을 가진 전극 탭으로 가공될 수 있다.
한편, 상기 방법은 과정(c)에서 제 1 위치에 금속 집전체의 일측 변이 지그의 만입 홈에 위치할 경우, 컨베이어가 회전을 중단하고, 상기 과정(d)에서 상기 레이저 빔 노칭부가 만입 홈의 내측 단부를 따라 이동하며 레이저를 조사할 수 있다.
상기 방법은 또한, 과정(c)에서 금속 집전체의 일측 변이 만입 홈에 위치하지 않을 경우, 컨베이어가 회전하여 지그를 제 1 방향에서 제 2 방향으로 이동시키고, 상기 과정(d)에서 레이저 빔 노칭부가 이동을 중단한 상태로 레이저를 조사할 수 있다.
이와는 달리, 상기 방법은 과정(c)에서 둘 또는 세 개의 서로 다른 지그가 제 1 위치를 지나 컨베이어를 통해 이동된 경우, 상기 컨베이어는 서로 다른 지그들 중에서 마지막으로 제 1 위치를 통과하는 지그의 외측 단부가 제 1 위치에 위치하도록 회전을 중단하며, 상기 과정(d)에서 레이저 빔 노칭부는 제 1 위치에 있는 지그의 외측 단부를 따라 이동하며 레이저를 조사한 후, 제 1 위치로 돌아가도록 구성될 수 있다.
본 발명은 또한, 상기 방법으로 제조된 전극 집전체, 상기 전극 집전체에 전극 활물질이 함유된 전극 합제가 코팅되어 있는 전극, 상기 전극을 포함하는 전극조립체 및 상기 전극 조립체가 전해액과 함께 전지케이스에 수납되어 있는 전지셀을 제공한다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 전극 탭 가공 장치는, 컨베이어 부가 금속 집전체를 제 1 방향에서 제 2 방향으로 이송하면서 금속 집전체를 연속적으로 절삭시키는 동시에, 절삭된 잔여물 또는 이물들도 함께 이송하고 제거하는 구조로 이루어져 있는 바, 절삭된 잔여물 또는 이물들이 레이저가 조사되는 제 1 위치에 잔존하지 않으며, 그에 따라, 잔여물이나 이물에 의해 레이저가 반사되어 발생하는 외란(disturbance) 현상을 최소화 할 수 있다.
뿐만 아니라, 본 발명에서 컨베이어 부는, 레이저 빔 노칭부가 정밀한 초점을 설정하도록 보조하고, 레이저가 조사되는 순간에, 금속 집전체가 유동하여 발생하는 치수 오차를 방지할 수 있도록 레이저가 조사되는 위치에서 금속 집전체의 유동을 방지할 수 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 레이저 빔 노칭의 문제점을 도시한 모식도이다;
도 2는 본 발명에 따른 전극 탭 가공 장치의 모식도이다;
도 3은 지그의 모식도이다;
도 4는 정렬부에 의해 정렬되는 지그의 모식도이다;
도 5 및 도 6은 제 1 위치에서, 레이저 빔 노칭부가 금속 집전체의 일측 변을 금속 탭의 형상으로 절삭시키는 과정을 도시한 모식도이다:
도 7 및 도 8은 제 1 위치에서, 레이저 빔 노칭부가 금속 집전체의 일측 변을 절삭시키는 과정을 도시한 모식도이다;
도 9 및 도 10은 제 1 위치에서, 레이저 빔 노칭부가 금속 집전체의 일측 변을 절삭시키는 또 다른 과정을 도시한 모식도이다.
이하에서는, 본 발명의 실시예에 따른 도면들을 참조하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명하지만, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.
도 2에는 본 발명에 따른 전극 탭 가공 장치의 모식도가 도시되어 있고, 도 3에는 지그의 모식도가 도시되어 있으며, 도 4에는 정렬부에 의해 정렬되는 지그가 모식적으로 도시되어 있다.
이들 도면을 참조하면, 전극 탭 가공 장치(100)는 레이저 빔 노칭부(120), 컨베이어 부(110), 한 쌍의 원통형 가압롤(141, 142) 및 레이저 빔 노칭부의 레이저 조사와 컨베이어 부의 작동을 제어하는 시스템(도시하지 않음)으로 구성되어 있다.
레이저 빔 노칭부(120)는 금속 집전체(200)의 상면인 제 1 면과 대면하도록, 제 1 면의 상부 방향에서 금속 집전체(200)에서 전극 탭(210)의 형성이 예정된 일측 변(210)과 대면한 상태로 고정되어 있으며, 금속 집전체(200) 상에, 수직으로 레이저(laser)를 조사할 수 있도록 제 1 면에 대해 수직으로 배치되어 있다. 또한, 레이저 빔 노칭부(120)는, 제 1 면의 상부 방향에서 이동이 가능하다.
여기서, 레이저 빔 노칭부(120)가 전극 탭(210)의 형성이 예정된 일측 변(210)과 대면한 상태로 고정된 위치가 제 1 위치로 설정된다.
금속 집전체(200)는, 일측인 제 1 방향에서, 타측인 제 2 방향으로 원통형 가압롤(141, 142)과 컨베이어 부(110) 사이로 투입되며, 투입된 상태에서 레이저 빔 노칭부(120)에 의해 일측 변(210)이 금속 탭(220)으로 가공된다.
원통형 가압롤(141, 142)은 제 1 방향과 제 2 방향에서 금속 집전체(200)의 제 1 면에 밀착한 상태로, 제 1 면을 가압하며 금속 집전체(200)가 이동할 때, 금속 집전체(200)와 함께 회전하도록 구성되어 있다. 이러한 원통형 가압롤(141, 142)은 금속 집전체(200) 원단에 장력이 유지되도록 가압하여 금속 집전체 상에 주름이 발행하는 방지한다. 원통형 가압롤(141, 142)은 또한, 금속 집전체(200)를 컨베이어 부(110) 방향으로 가압하여, 고정시키는 역할을 한다.
컨베이어 부(110)는 제 1 면의 타면인 제 2 면에서 일측 변(210)을 고정 및 지지하는 다수의 지그들(112), 지그들(112)이 장착되어 있고, 레이저 빔 노칭부(120)가 위치한 제 1 위치를 기준으로, 지그가 제 1 방향에서 제 2 방향으로 이동한 후, 다시 제 1 위치로 이동하도록 반복 회전하는 무한궤도 컨베이어(114), 제 1 위치에 장착되어 있는 정렬부(118); 제 1 위치에 대향하는 컨베이어(114)의 제 2 위치에서, 지그(112)에 부착된 이물 및 노칭된 일측 변(210)의 잔여물(17)을 제거하는 클리너(116)를 포함한다.
컨베이어(114)는 그것의 내측에 동일한 방향으로 함께 회전하는 구동 모터들(도시하지 않음)이 배치되어 있으며, 구동 모터가 회전하면서 무한궤도회전을 한다.
지그(112)는, 컨베이어(114)와 결합되어 있는 고정부(234), 고정부(234)의 상단에 형성되어 있고, 제 1 위치에서 정렬부(118)와 밀착하는 기저부(232), 및 기저부(232)의 양측 단부로부터 전방으로 연장되어 있는 한 쌍의 요철부들(230)로 포함 구성되어 있다.
여기서, 요철부들(230) 사이와 기저부(232)가 형성하는 내면이 지그(112)의 만입 홈(236)이 된다.
요철부들(230) 및 요철부들(230)과 인접한 기저부(232) 일부에는 상하 연통되어 있는 미세 기공들(240)이 형성되어 있다.
이러한 미세 기공들(240)은, 요철부들(230) 및 기저부가 금속 집전체(200)의 일측 변(210)과 밀착할 때, 기공(240) 내부가 진공 상태로 전환되어, 진공 압력으로 금속 집전체(200)의 일측 변(210)을 지그(112) 표면에 고정시킨다. 도면에 도시하지는 않았지만, 미세 기공들(240)은 진공 펌프와 연결될 수 있다.
기저부(232)는, 외측 벽에 대해 지그(112)가 수평을 이루도록 컨베이어부(110)의 정렬부(118)와 상호 작용하는 구성으로서, 컨베이어(114)를 따라 제 1 위치로 이동하는 지그(112)가 금속 집전체(200)의 일측 변(210)과 평행할 수 있도록 정렬부(118)가 기저부(232)를 정렬시킬 수 있다.
구체적으로, 정렬부(118)는 기저부(232)의 상단과 하단과 각각 밀착하는 상단 회전롤들(118a) 및 하단 회전롤들(118b)을 포함하며, 상단 회전롤들(118a)과 하단 회전롤들(118b) 사이에 기저부(232)가 삽입되면, 기저부(232)를 상단과 하단에서 가압하여 일측 변(210)에 대해 수평이 되도록 조정한다.
따라서, 정렬부(118)는 제 1 위치에 위치한 지그(112)가 일측 변(210)에 대해 기울어 지는 것을 방지하여, 일측 변(210)이 레이저 빔 노칭부(120)에 의해 정확한 치수로 절삭될 수 있도록 보조한다.
한편, 도 5 내지 도 10에는 금속 집전체를 노칭하는 과정이 모식적으로 도시되어 있다.
이들 도면을 도 2 내지 도 4와 함께 참조하여 노칭 과정을 하기에서 자세히 설명한다.
우선, 도 5 및 도 6을 참조하면, 컨베이어(114)는, 제 1 위치에서 금속 집전체(200)의 일측 변(210)이 지그의 만입 홈(236)에 위치한 상태라면, 회전을 중단한다. 이 때, 레이저 빔 노칭부(120)는 제 1 위치에서, 금속 집전체(200)의 일측 변(210)이 지그의 만입 홈(236)에 위치한 상태에 대한 정보를 시스템으로부터 수령하여, 만입 홈(236)의 내측 단부를 따라 이동하며 레이저를 조사하고, 일측 변(210)을 만입 홈(236) 내측 단부와 대응하도록 절삭시킨 상태에서 레이저 조사를 중단하고 제 1 위치로 복귀한다.
따라서, 컨베이어(114)의 회전이 중단되어 제 1 위치에 지그(112)의 만입 홈(236)이 위치한 경우, 레이저 빔 노칭부(120)는, 만입 홈(236)의 내측 단부를 레이저 초점 및 이동 경로로 설정한 상태로, 레이저를 조사하여 일측 변(210)을 절삭시킨다.
이와는 달리, 도 7 및 도 8에서와 같이, 컨베이어(114)는 제 1 위치에서 금속 집전체(200)의 일측 변(210)이 만입 홈(236)에 위치하지 않을 경우에는 회전하여, 금속 집전체(200)의 일측변과 지그(112)를 제 1 방향에서 제 2 방향으로 이동시킨다. 이 때, 레이저 빔 노칭부(120)는 컨베이어(114)의 회전으로 지그(112)가 이동하여 제 1 위치에서 금속 집전체(200)의 일측 변(210)이 만입 홈(236)에 위치하지 않는 정보를 시스템으로부터 수령하고, 이동을 중단한 상태로 레이저 조사를 다시 재개한다.
따라서, 금속 집전체(200)의 일측 변(210)은, 컨베이어(114)에 의해 제 1 방향에서 제 2 방향으로 이동하면서 레이저에 의해 자연스럽게 절삭 된다.
이 후, 도 5 및 6에 도시된 과정을 반복하여, 금속 집전체(200)에 전극 탭(210)을 연속적으로 가공시킨다.
한편, 도 9 및 도 10을 참조하면, 둘 또는 세 개의 서로 다른 지그가 제 1 위치를 지나 이동하는 경우, 컨베이어(114)는, 서로 다른 지그들 중에서 마지막으로 제 1 위치를 통과하는 지그(112a)의 외측 단부(112b)를 제 1 위치에 위치시킨 상태로, 회전을 중단한다.
이 때, 상기 레이저 빔 노칭부(120)는, 마지막으로 제 1 위치를 통과한 지그(112a)의 외측 단부(112b)를 따라 이동하며 레이저를 조사한 후, 제 1 위치로 복귀한다.
따라서, 둘 또는 세 개의 전극 탭(210)들이 가공된 상태에서, 컨베이어(114)가 지그들 중 두 번째 또는 세 번째 지그의 외측 단부가 제 1 위치와 나란히 위치하도록 회전을 중단하면, 레이저 빔 노칭부(120)는 상기 외측 단부를 따라 이미 제 1 위치를 통과한 지그들에 고정되어 있는 잔여물을 절삭하여 금속 집전체(200)로부터 분리시킬 수 있으며, 이 후, 레이저 빔 노칭부(120)는 제 1 위치로 복귀하고, 컨베이어(114)는 다음 지그를 제 1 위치로 이송시켜, 전극 탭(210) 가공을 다시 수행한다.
분리된 잔여물(17, 도 1 참조)은 지그(112)에 고정된 상태로 컨베이어(114)를 따라 이동하고, 제 1 위치에 대향하는 컨베이어(114)의 제 2 위치에서, 절삭 과정 중 발생한 이물들과 함께 클리너(116)에 의해 제거될 수 있다.
클리너(116)는 지그(112)에 밀착된 상태로 지그(112)의 이동 방향으로 회전하는 회전롤(12), 및 상기 회전롤(12)의 하단에 탈착이 가능하도록 장착되어 있는 수거부(14)를 포함할 수 있으며, 회전롤(12)은, 지그(112)에 밀착한 상태로 회전하면서, 지그(12)의 표면으로부터 이물 또는 노칭된 일측 변의 잔여물(17)을 제거한다.
수거부(14)는 회전롤(12)에 의해 지그(112)로부터 제거된 이물 또는 일측 변의 잔여물(17)을 내부에 수용하며, 사용자는 수거부(14)를 컨베이어 부(110)로부터 분리하여 잔여물(17)을 제거할 수 있다.
본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주내에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다.

Claims (23)

  1. 금속 집전체의 전극 탭 예정부를 포함하는 일측 변(side)을 연속적으로 노칭(notching)하여 전극 탭으로 가공하는 장치로서,
    금속 집전체의 상면인 제 1 면에 밀착한 상태로, 상기 제 1 면을 가압하고, 금속 집전체의 일측인 제 1 방향에서, 타측인 제 2 방향으로 금속 집전체가 이동할 때, 함께 회전하는 하나 이상의 원통형 가압롤;
    상기 제 1 면의 상부 방향에 고정되어 있고, 제 1 면에 대해 수직으로 레이저(laser)를 조사하여 전극 탭 예정부를 제외한 나머지 일측 변을 절삭하는 레이저 빔 노칭부;
    금속 집전체의 하면인 제 2 면에서 일측 변에 밀착한 상태로 이를 지지하고, 금속 집전체를 제 1 방향에서 제 2 방향으로 이동시키는 컨베이어 부(conveyer part); 및
    상기 원통형 가압롤, 레이저 빔 노칭부, 및 컨베이어 부의 작동을 제어하는 시스템;
    을 포함하는 전극 탭 가공 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 컨베이어 부는,
    금속 집전체의 제 2 면에서 일측 변을 고정 및 지지하고, 전극 탭과 대응하는 형상의 만입 홈이 형성되어 있는 둘 이상의 지그들;
    상기 지그들이 장착되어 있고, 레이저 빔 노칭부가 위치한 제 1 위치를 기준으로, 지그가 제 1 방향에서 제 2 방향으로 이동한 후, 다시 제 1 위치로 이동하도록 반복 회전하는 무한궤도 컨베이어(conveyer);
    상기 제 1 위치에 장착되어 있고, 컨베이어를 따라 제 1 위치로 이동하는 지그를 금속 집전체의 일측 변과 평행하도록 정렬시키는 정렬부(alignment); 및
    상기 제 1 위치에 대향하는 컨베이어의 제 2 위치에서, 지그에 부착된 이물(異物) 및 노칭된 일측 변의 잔여물을 제거하는 클리너;
    를 포함하며,
    상기 제 1 위치에서, 레이저 빔 노칭부는, 지그의 만입 홈에 대면한 일측 변을 제외한 나머지 일측 변을 금속 집전체로부터 절삭하는 것을 특징으로 하는 전극 탭 가공 장치.
  3. 제 2 항에 있어서, 제 1 위치에서, 금속 집전체의 일측 변이 지그의 만입 홈에 위치할 때, 상기 레이저 빔 노칭부는 만입 홈의 내측 단부를 따라 이동하며 레이저를 조사하고, 제 1 위치에서 금속 집전체의 일측 변이 만입 홈에 위치하지 않을 때, 상기 레이저 빔 노칭부는 이동을 중단한 상태로 레이저를 조사하는 것을 특징으로 하는 전극 탭 가공 장치.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 레이저 빔 노칭부는, 둘 또는 세 개의 서로 다른 지그가 제 1 위치를 지나 이동하는 경우, 상기 서로 다른 지그들 중에서 마지막으로 제 1 위치를 통과하는 지그의 외측 단부를 따라 이동하며 레이저를 조사한 후, 제 1 위치로 복귀하는 것을 특징으로 하는 전극 탭 가공 장치.
  5. 제 2 항에 있어서, 상기 컨베이어는, 제 1 위치에서 금속 집전체의 일측 변이 지그의 만입 홈에 위치할 때 회전을 중단하고, 제 1 위치에서 금속 집전체의 일측 변이 만입 홈에 위치하지 않을 때, 회전하여 지그를 제 1 방향에서 제 2 방향으로 이동시키는 것을 특징으로 하는 전극 탭 가공 장치.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 컨베이어는, 둘 또는 세 개의 서로 다른 지그가 제 1 위치를 지나 이동하는 경우, 상기 서로 다른 지그들 중에서 마지막으로 제 1 위치를 통과하는 지그의 외측 단부를 제 1 위치에 위치시킨 상태로, 회전을 중단하는 것을 특징으로 하는 전극 탭 가공 장치.
  7. 제 2 항에 있어서, 상기 지그는,
    컨베이어와 결합되어 있는 고정부;
    상기 고정부의 상단에 형성되어 있고, 제 1 위치에서 정렬부와 밀착하는 기저부; 및
    상기 기저부의 양측 단부로부터 전방으로 연장되어 있는 한 쌍의 요철부들;
    을 포함하고, 상기 요철부들 사이와 기저부가 형성하는 내면이 지그의 만입 홈을 구성하는 것을 특징으로 하는 전극 탭 가공 장치.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 요철부들 및 요철부들과 인접한 기저부 일부에는 상하 연통되어 있는 미세 기공들이 형성되어 있고, 상기 미세 기공들은, 요철부들 및 기저부가 금속 집전체의 일측 변과 밀착할 때, 기공 내부가 진공 상태로 전환되며, 진공 상태에 따른 진공 압력으로 일측 변을 지그 표면에 긴밀히 밀착시키는 것을 특징으로 하는 전극 탭 가공 장치.
  9. 제 7 항에 있어서, 상기 정렬부는 기저부의 상단과 하단과 각각 밀착하는 다수의 회전롤들을 포함하고, 상기 회전롤들은 기저부의 상단과 하단을 가압하고, 지그가 탭 예정부에 대해 평행한 상태로 컨베이어를 따라 이동하도록 유도하는 것을 특징으로 하는 전극 탭 가공 장치.
  10. 제 2 항에 있어서, 상기 지그들은, 만입 홈의 폭 대비 90% 내지 200%의 길이로 상호 이격된 상태로 컨베이어에 장착되어 있는 것을 특징으로 하는 전극 탭 가공 장치.
  11. 제 2 항에 있어서, 클리너는 지그에 밀착된 상태로 지그의 이동 방향으로 회전하는 회전롤, 및 상기 회전롤의 하단에 탈착이 가능하도록 장착되어 있는 수거부를 포함하는 것을 특징으로 하는 전극 탭 가공 장치.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 회전롤은, 지그에 의해 회전하면서 이물 또는 노칭된 일측 변의 잔여물을 지그로부터 제거하여 수거부로 전달하며, 수거부는 회전롤의 이물 또는 일측 변의 잔여물을 내부에 수용하는 것을 특징으로 하는 전극 탭 가공 장치.
  13. 제 2 항에 있어서, 상기 컨베이어는 그것의 내측에 동일한 방향으로 함께 회전하는 둘 이상의 구동 모터들이 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 전극 탭 가공 장치.
  14. 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 하나에 따른 전극 탭 가공 장치를 이용하여, 전극 탭을 가공하는 방법으로서,
    (a) 전극 집전체를 가압롤과 컨베이어 부 사이로 공급하는 과정;
    (b) 컨베이어 부의 지그에 전극 집전체의 일측 변을 밀착시키는 과정;
    (c) 일측 변이 제 1 위치할 때까지 컨베이어 부의 컨베이어를 작동시키는 과정;
    (d) 레이저 빔 노칭부가 제 1 위치의 일측 변에 레이저를 조사하여 일측 변을 전극 탭의 형상으로 가공하는 과정;
    (e) 지그에 부착된 이물 및 노칭된 일측 변의 잔여물을 제 2 위치에서 클리너로 제거하는 과정; 및
    (f) 상기 과정 (c) 내지 과정 (e)를 반복하는 과정;
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  15. 제 14 항에 있어서, 상기 과정(b)는 지그의 요철부들 및 요철부들과 인접한 기저부 일부에 형성되어 있는 미세 기공에서 공기를 흡입하여, 일측 변과 미세 기공이 형성하는 공간에 진공 압력을 형성시키는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  16. 제 14 항에 있어서, 상기 과정(c)는 제 1 위치에 배치되어 있는 정렬부가 지그의 기저부 상단과 하단을 정렬로 가압한 상태로, 지그가 탭 예정부에 대해 평행한 상태로 컨베이어를 따라 이동하도록 유도하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  17. 제 14 항에 있어서, 상기 방법은 과정(c)에서 제 1 위치에 금속 집전체의 일측 변이 지그의 만입 홈에 위치할 경우, 컨베이어가 회전을 중단하고, 상기 과정(d)에서 상기 레이저 빔 노칭부가 만입 홈의 내측 단부를 따라 이동하며 레이저를 조사하는 것을 특징으로 하는 방법.
  18. 제 14 항에 있어서, 상기 방법은 과정(c)에서 금속 집전체의 일측 변이 만입 홈에 위치하지 않을 경우, 컨베이어가 회전하여 지그를 제 1 방향에서 제 2 방향으로 이동시키고, 상기 과정(d)에서 레이저 빔 노칭부가 이동을 중단한 상태로 레이저를 조사하는 것을 특징으로 하는 방법.
  19. 제 14 항에 있어서, 상기 방법은 과정(c)에서 둘 또는 세 개의 서로 다른 지그가 제 1 위치를 지나 컨베이어를 통해 이동된 경우, 상기 컨베이어는 서로 다른 지그들 중에서 마지막으로 제 1 위치를 통과하는 지그의 외측 단부가 제 1 위치에 위치하도록 회전을 중단하며, 상기 과정(d)에서 레이저 빔 노칭부는 제 1 위치에 있는 지그의 외측 단부를 따라 이동하며 레이저를 조사한 후, 제 1 위치로 돌아가는 것을 특징으로 하는 방법.
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