KR102346497B1 - Laser processing equipment for lithium metal battery using chamber - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 챔버를 이용한 리튬금속전지의 레이저 가공장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 리튬금속전지의 레이저 가공에 사용되는 챔버에 온습도조절장치가 구비되도록 하여 챔버 내부에 구비되는 리튬금속전지가 레이저 가공에 알맞은 최적의 컨디션으로 유지되도록 하고, 챔버 내부에 에어커튼이 구비되도록 하여 레이저 가공시 발생되는 금속 파편 등과 같은 이물질이 작업공간 외부로 배출되지 않도록 하며, 집진장치가 구비되도록 하여 발생된 이물질의 처리가 용이하게 이루어지도록 하는 레이저 가공장치에 관한 것이다.The present invention relates to a laser processing apparatus for a lithium metal battery using a chamber, and more particularly, to a chamber used for laser processing of a lithium metal battery, a temperature and humidity control device is provided, so that a lithium metal battery provided in the chamber is laser processed It is maintained in an optimal condition suitable for this purpose, and an air curtain is provided inside the chamber to prevent foreign substances such as metal fragments generated during laser processing from being discharged to the outside of the work space, and a dust collector is provided to handle the generated foreign substances. It relates to a laser processing apparatus to be easily made.
이차전지는 이온화 경향의 차이가 큰 두 전극의 전해질을 통한 가역적 산화 환원반응에 따른 전자의 이동 현상을 이용하는 에너지 저장장치이다. 여러 이차전지 가운데 에너지 밀도가 가장 우수한 리튬 이온 이차전지는 탄소계 음극, 유기전해질 그리고 리튬산화물 양극으로 구성되는 것이 일반적이다.A secondary battery is an energy storage device that uses the movement of electrons according to a reversible redox reaction through the electrolyte of two electrodes with a large difference in ionization tendency. A lithium ion secondary battery with the highest energy density among various secondary batteries is generally composed of a carbon-based negative electrode, an organic electrolyte, and a lithium oxide positive electrode.
리튬 이온 이차전지는 화학반응을 이용하여 충전 시에는 양극재료에서 리튬이온이 빠져 나와서 전해질을 통하여 층상구조를 이루는 탄소계 음극으로 이동하고, 방전 과정은 충전 과정의 역으로 진행된다. 즉, 리튬 이온 이차전지는 양극과 음극을 오고 가는 원리를 이용하여 충방전을 여러 번 할 수 있는 대표적인 이차전지 기술이다.Lithium ion secondary batteries use a chemical reaction to release lithium ions from the positive electrode material and move to the carbon-based negative electrode forming a layered structure through the electrolyte during charging, and the discharging process is the reverse of the charging process. That is, the lithium ion secondary battery is a representative secondary battery technology that can be charged and discharged multiple times using the principle of moving between the positive and negative electrodes.
리튬 이온 이차전지는 기존의 충방전이 가능한 이차전지보다 2∼3배 정도 더 높은 에너지 밀도를 가지고 있다. 또한 자가 방전이나 기억 효과가 다른 배터리보다 적기 때문에 노트북, 디지털 카메라, 핸드폰과 같은 전자기기에서 광범위하게 사용되는 큰 성공을 거두고 있다.A lithium ion secondary battery has an energy density that is two to three times higher than that of a conventional rechargeable battery. In addition, because it has less self-discharge and memory effect than other batteries, it is widely used in electronic devices such as notebooks, digital cameras and cell phones with great success.
최근에 들어서는 화석 연료 고갈, 이산화탄소 감소 목적으로 전기자동차와 신재생 에너지의 에너지 저장장치 기능이 있는 스마트 그리드가 큰 관심을 받으면서, 리튬 이온 이차전지는 이와 같은 응용 수단의 에너지 저장장치의 후보로 떠오르고 있다. 하지만 전기자동차나 스마트 그리드의 원활하고 효율적인 사용을 위해서는 기존의 리튬 이온 이차전지의 5배 정도의 에너지 밀도와 출력 밀도 그리고 개선된 안정성이 요구되며, 이에 대한 많은 연구가 진행되고 있다.In recent years, as smart grids with energy storage functions for electric vehicles and new and renewable energy for the purpose of depleting fossil fuels and reducing carbon dioxide, lithium ion secondary batteries are emerging as candidates for energy storage devices for such applications. . However, for smooth and efficient use of electric vehicles or smart grids, about five times the energy density and output density of conventional lithium-ion secondary batteries and improved stability are required, and many studies are being conducted on this.
이러한 리튬 이온 이차전지는 견고한 밀폐 구조를 필요로 하기 때문에, 구성 부품을 용접 결합하는 것이 일반적이다. 리튬 이온 이차전지의 구성 부품을 용접하는 기술은 공개특허공보 제2003-0058009호(2003. 07. 07 공개), 등록특허공보 제0284034호(2000. 04. 06 공개), 등록특허공보 제0624898호(2006. 06. 02 공개) 등에 개시되어 있다.Since such a lithium ion secondary battery requires a strong sealed structure, it is common to weld the component parts. The technique of welding the components of a lithium ion secondary battery is disclosed in Patent Publication No. 2003-0058009 (published on Jul. 07, 2003), Patent Publication No. 0284034 (published on Apr. 06, 2000), and Patent Publication No. 0624898. (published on 2006. 06. 02) and the like.
그러나, 종래의 선행기술의 경우, 레이저 가공시 발생되는 이물질 등에 의해 작업공간이 오염되었고, 이와 같은 오염에 의해 부품성능이 저하됨에 따라 레이저 가공이 올바르게 이루어지지 못하게 되는 문제점이 있었다.However, in the case of the prior art, the work space was contaminated by foreign substances generated during laser processing, and as the performance of the parts was deteriorated due to such contamination, there was a problem that the laser processing could not be performed correctly.
본 발명은 상기한 바와 같은 제반 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 그 목적은, 리튬금속전지의 레이저 가공이 가능하도록 하여, 종래의 전단금형을 이용한 가공에 비해 안전성과 정확도를 확보하고, 리튬금속전지의 제조가 용이하게 이루어지도록 하여, 리튬금속전지의 생산성을 높이도록 하는 레이저 가공장치를 제공하는데 있다.The present invention has been devised to solve the various problems as described above, and its purpose is to enable laser processing of lithium metal batteries, secure safety and accuracy compared to processing using a conventional shearing mold, and lithium metal An object of the present invention is to provide a laser processing apparatus for increasing the productivity of a lithium metal battery by making it easy to manufacture a battery.
또한, 진공상태로 구성되는 챔버 및 챔버 내부에 구비되는 온습도조절장치를 통해 리튬금속전지의 산화가 방지되고, 리튬금속전지의 컨디션이 유지되도록 하고, 챔버 내부에 에어커튼이 구비되어, 레이저 가공시 금속 파편 등의 이물질이 작업공간 외부로 배출되는 것이 방지되도록 하는 레이저 가공장치를 제공하는데 다른 목적이 있다.In addition, oxidation of the lithium metal battery is prevented through a chamber configured in a vacuum state and a temperature and humidity control device provided inside the chamber, and the condition of the lithium metal battery is maintained, and an air curtain is provided inside the chamber, so that when laser processing is performed Another object of the present invention is to provide a laser processing apparatus that prevents foreign substances such as metal fragments from being discharged to the outside of the work space.
상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명의 레이저 가공장치는, 레이저빔을 발생시키는 레이저빔 발생기(110), 상기 레이저빔 발생기에서 발생된 레이저를 조사하는 레이저 조사 헤드(120) 및 상기 레이저빔 발생기에서 발생된 레이저빔을 상기 레이저 조사 헤드로 안내하는 광케이블(130)을 포함하는 레이저 조사장치(100); 및 상기 레이저 조사장치(100)의 하부에 구비되며, 내부가 진공상태로 형성되고, 상부에 상기 레이저 조사장치(100)에서 조사되는 레이저빔이 투과되는 투과창(210)이 구비된 챔버(200)을 포함하고, 상기 챔버(200)의 내부에는 상기 챔버 내부의 온도 및 습도를 피가공물(300)의 레이저 가공이 이루어지는 조건에 맞게 조절하거나, 온도 및 습도가 일정하게 유지되도록 하는 온습도조절장치(240)가 구비되며, 상기 챔버(200) 내부의 하부 일측에는 집진장치(250)가 구비되어 레이저 가공시 발생되는 슬래그 및 이물질이 상기 집진장치(250)로 집진되며, 상기 챔버(200)의 내부 중앙에는 상기 피가공물이 안착되는 클램프(220)가 구비되고, 상기 클램프(220)는 지지플레이트(222), 상기 지지플레이트(222)의 높이방향으로 일정간격 이격되어 설치되는 상부플레이트(221) 및 상기 지지플레이트(222)와 상기 상부플레이트(221)를 서로 연결하여 수직하게 설치되어 상부플레이트(221)의 위치가 조절되도록 하는 위치조절장치(223)를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하였다.In order to achieve the above object, the laser processing apparatus of the present invention includes a
또한, 상기 챔버(200)의 내측 상부에는 불활성 기체가 배출되도록 하는 에어분사노즐(230)이 구비되는 것을 특징으로 하였다.In addition, it was characterized in that an
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또한, 상기 에어분사노즐(230)에서 분사되는 불활성 기체는 질소, 헬륨, 네온 및 아르곤 중 어느 하나인 것을 특징으로 하였다.In addition, the inert gas injected from the
또한, 상기 챔버(200)의 하부에는 일측에서 타측방향으로 향하면서 경사지게 형성되는 경사부(260)가 형성되는 것을 특징으로 하였다.In addition, the lower portion of the
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또한, 상기 투과창(210)은 실리카(sillica)를 포함하는 석영유리로 구성되는 것을 특징으로 하였다.In addition, the
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또한, 상기 챔버(200)의 외측에는 상기 챔버(200) 내부가 진공상태가 되도록 하는 컴프레셔 및 상기 컴프레셔와 상기 챔버(200)를 연결하는 진공파이프(270)가 구비되는 것을 특징으로 하였다.In addition, it was characterized in that a compressor for making the inside of the
본 발명의 의하면, 리튬금속전지의 레이저 가공이 가능하도록 하여, 종래의 전단금형을 이용한 가공에 비해 안전성과 정확도를 확보하고, 리튬금속전지의 제조가 용이하게 이루어지도록 하여, 리튬금속전지의 생산성을 높이는 효과가 있다.According to the present invention, by enabling laser processing of a lithium metal battery, safety and accuracy are secured compared to processing using a conventional shearing mold, and the production of a lithium metal battery is facilitated, thereby increasing the productivity of the lithium metal battery. heightening effect.
또한, 진공상태로 구성되는 챔버 및 챔버 내부에 구비되는 온습도조절장치를 통해 리튬금속전지의 산화가 방지되고, 리튬금속전지의 컨디션이 유지되도록 하고, 챔버 내부에 에어커튼이 구비되어, 레이저 가공시 금속 파편 등이 작업공간 외부로 배출되는 것이 방지되도록 하는 효과가 있다.In addition, oxidation of the lithium metal battery is prevented through a chamber configured in a vacuum state and a temperature and humidity control device provided inside the chamber, and the condition of the lithium metal battery is maintained, and an air curtain is provided inside the chamber, so that when laser processing is performed It has the effect of preventing metal fragments from being discharged to the outside of the work space.
또한, 챔버 내부에 집진장치가 구비되어, 금속파편 등의 이물질을 일정한 곳으로 모이도록 하여, 이물질 처리가 용이하게 이루어지도록 하는 효과가 있다.In addition, a dust collector is provided inside the chamber to collect foreign substances such as metal fragments in a certain place, thereby making it easier to process the foreign substances.
도 1은 본 발명이 레이저 가공장치의 개략적인 측단면도
도 2는 본 발명의 피가공물의 단면도
도 3은 본 발명의 레이저 가공장치의 실시예를 나타낸 개략적인 측면도
도 4는 본 발명의 레이저 가공장치를 통해 가공이 이루어지는 단계를 나타낸 순서도.1 is a schematic side cross-sectional view of a laser processing apparatus according to the present invention;
2 is a cross-sectional view of an object to be processed according to the present invention;
Figure 3 is a schematic side view showing an embodiment of the laser processing apparatus of the present invention
Figure 4 is a flow chart showing the step of the processing is made through the laser processing apparatus of the present invention.
본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 안되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.The terms or words used in the present specification and claims should not be construed as being limited to their ordinary or dictionary meanings, and the inventor may appropriately define the concept of the term in order to best describe his invention. Based on the principle, it should be interpreted as meaning and concept consistent with the technical idea of the present invention.
도 1은 본 발명이 레이저 가공장치의 개략적인 측단면도이고, 도 2는 본 발명의 피가공물의 단면도이다.1 is a schematic side cross-sectional view of a laser processing apparatus according to the present invention, and FIG. 2 is a cross-sectional view of a workpiece according to the present invention.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 챔버를 이용한 리튬금속전지의 레이저 가공장치(10)(이하, 레이저 가공장치이라 함.)은 레이저 조사장치(100), 상기 레이저 조사장치(100)의 하부에 구비되는 챔버(200)를 포함하여 이루어진다.1 and 2, the laser processing apparatus 10 (hereinafter referred to as a laser processing apparatus) of a lithium metal battery using the chamber of the present invention is a
그리고, 레이저 가공장치(10)에 의해 가공되는 피가공물(300)은 상기 챔버(200) 내부에 구비되어 레이저 조사장치(100)에서 조사되는 레이저에 의해 가공이 이루어지게 된다.In addition, the
상기 레이저 조사장치(100)는 레이저빔을 발생시키는 레이저빔 발생기(110), 상기 레이저빔 발생기(110)에서 발생된 레이저를 조사하는 레이저 조사 헤드(120) 및 상기 레이저빔 발생기(110)에서 발생된 레이저빔을 상기 레이저 조사 헤드(120)로 안내하는 광케이블(130)을 포함하여 이루어진다.The
또한, 상기 레이저 조사 헤드(120)의 내부에는 상기 레이저빔 발생기(110)에서 발생된 레이저빔을 평행하게 하는 조준(調準)렌즈(121) 및 상기 조준렌즈(121)를 통과한 레이저빔이 타겟지점으로 주사되도록 하는 주사(走射)렌즈(122)를 포함한다.In addition, a laser beam passing through a collimating
이에 따라, 상기 레이저빔 발생기(110)에서 발생된 레이저빔은 도 1에 도시된 바와 같이 하부로 갈수록 폭이 넓어지는 분산레이저빔(131) 상태로 출사되고, 이와 같은 분산레이저빔(131)이 상기 조준렌즈(121)를 통과하면 상부와 하부의 폭이 일정한 평행레이저빔(132) 상태로 조사된다Accordingly, the laser beam generated by the
그리고, 평행레이저빔(132)이 상기 주사렌즈(122)를 통과하게 되면 하부로 갈수록 폭이 좁아지는 레이저빔(133) 상태가 되어, 레이저빔(133)의 하부가 피가공물(300)의 타겟지점에 정확하게 조사됨에 따라, 레이저 가공이 정확하게 이루어지게 된다.In addition, when the
다만, 상기 레이저 조사장치(100)는 상기한 구성에 한정되지 않으며, 레이저빔을 사용하여 피가공물(300)의 레이저 가공이 이루어지도록 하는 구성 내에서 다양한 구성 및 형상으로 구현될 수 있으며, 본 발명의 레이저 조사장치에 포함되는 레이저빔 발생기, 레이저 조사 헤드 및 광케이블 또한 다양한 구성 및 형상으로 구현될 수 있다.However, the
상기 챔버(200)는 상기 피가공물(300)이 수용되는 곳으로, 리튬금속을 포함하는 음전극이 수용됨에 따라, 상기 챔버(200) 내부는 진공상태가 되는 것이 바람직하다.The
이는 리튬금속의 경우, 공기에 노출되면 산소와 반응하여 부식이 매우 빠르게 진행되므로, 리튬금속의 레이저 가공이 용이하게 이루어지기 위해서는, 리튬금속과 산소와의 접촉이 차단되도록 해야 하기 때문이다.This is because, in the case of lithium metal, when exposed to air, it reacts with oxygen and corrosion proceeds very quickly. In order to facilitate laser processing of lithium metal, contact between lithium metal and oxygen must be blocked.
따라서, 상기 챔버(200) 내부를 진공상태로 형성함으로써, 상기 챔버(200) 내부에 구비되는 리튬금속이 공기 중의 산소와 반응하는 것이 방지되도록 하여, 리튬금속의 부식이 발생되는 것이 방지되도록 하여, 리튬금속의 레이저 가공이 용이하게 이루어지도록 하는 것이다.Therefore, by forming the inside of the
상기 챔버(200)는, 상부에 구비되는 투과창(210), 내부 중앙에 구비되는 클램프(220), 상부 내측에 구비되는 에어분사노즐(230), 상기 에어분사노즐(230)의 하부에 형성되는 온습도조절장치(240), 상기 온습도조절장치(240)의 하부에 구비되는 집진장치(250)를 포함하여 이루어진다.The
또한, 상기 챔버(200)의 외측에 형성되어 상기 챔버(200) 내부가 진공상태가 되도록 하는 컴프레셔(미도시) 및 상기 컴프레셔와 상기 챔버(200)를 연결하는 진공파이프(270)를 더 포함한다.In addition, it further includes a compressor (not shown) formed outside the
상기 투과창(210)은 상기 레이저 조사장치(100)에서 조사되는 레이저빔이 상기 챔버(200) 내부의 작업공간으로 투과되도록 형성된다.The
상기 투과창(210)은 실리카(sillica)를 포함하는 석영유리로 구성되어, 내열ㆍ내열충격 등의 성질을 가지면서 레이저빔의 통과가 용이하게 이루어지도록 하여, 레이저 가공 작업이 용이하게 이루어질 수 있도록 하는 것이 바람직하다.The
상기 클램프(220)는 상기 챔버(200) 내부 중앙에 구비되어 상기 피가공물(300)의 안착이 이루어지도록 제공된다.The
상기 클램프(220)는 지지플레이트(222), 상기 지지플레이트(222)의 높이방향으로 일정간격 이격되어 설치되는 상부플레이트(221) 및 상기 지지플레이트(222)와 상기 상부플레이트(221)를 서로 연결하여 수직하게 설치되는 위치조절장치(223)를 포함하여 이루어진다.The
상기 지지플레이트(222)는 상기 클램프(220)의 하부에 구비되어 상기 피가공물(300)이 상기 지지플레이트(222)의 상부에 안착되도록 제공된다.The
상기 지지플레이트(222)는 레이저빔 등에 반응하지 않는 스테인레스 등과 같은 재질로 이루어지거나 표면이 도금처리되어, 상기 레이저 조사장치(100)에서 조사된 레이저빔에 의해 상기 지지플레이트(222)의 손상 등이 방지되도록 하는 것이 바람직하다.The
상기 상부플레이트(221)는 상기 지지플레이트(222)의 상부에 일정간격 이격되어 설치된다.The
상기 상부플레이트(221)는 상기 클램프(220)에 안착되는 상기 피가공물(300)의 레이저 가공이 이루어지도록, 레이저빔이 투과되는 재질로 이루어지는 것이 바람직하다.The
이를 위해 상기 상부플레이트(221)는 실리카(sillica)를 포함하는 석영유리로 구성되는 상기 투과창(210)과 동일한 재질로 형성될 수 있다.To this end, the
이와 같은 상기 지지플레이트(222)와 상기 상부플레이트(221)에 의해, 상기 피가공물(300)은 상기 지지플레이트(222)와 상기 상부플레이트(221)의 사이에 위치되어, 상기 피가공물(300)의 바닥면은 상기 지지플레이트(222)의 상면에 위치되고, 상기 피가공물(300)의 상부면은 상기 상부플레이트(221)의 하면에 위치되게 된다.By such a
상기 위치조절장치(223)는, 상기 지지플레이트(222)와 상기 상부플레이트(221)의 사이에 설치되어, 상기 지지플레이트(222)로부터 상기 상부플레이트(221)의 위치가 조절될 수 있도록 제공된다.The
또한, 상기 위치조절장치(223)를 통해 상기 지지플레이트(222)와 상기 상부플레이트(221)의 위치가 고정되도록 하여, 상기 클램프(220)에 구비된 상기 피가공물(300)의 위치가 고정되도록 할 수 있다.In addition, the positions of the
상기 위치조절장치(223)는 나사를 이용한 회전방식으로 위치가 조절되도록 구성되거나, 잠금수단에 의해 위치가 고정되고, 풀림수단에 의해 위치가 조절되도록 구성될 수 있으며, 이러한 구성에 한정되지 않고 상기 상부플레이트(221)의 높이가 조절되도록 하는 구성 내에서 다양한 형상으로 구현될 수 있다. The
한편, 상기 에어분사노즐(230)은 상기 챔버(200) 내부 일측 상부에 구비되어, 일방향을 향해 기체가 분사되도록 이루어진다.On the other hand, the
즉, 상기 챔버(200) 내부 일측에 구비된 상기 에어분사노즐(230)에서 분사되는 기체는 상기 챔버(200) 내부 타측까지 전달되어 상기 에어분사노즐(230)에서 분사되는 기체에 의해 상기 챔버(200) 상부에는 일정한 에어커튼이 형성되도록 이루어지는 것이다.That is, the gas injected from the
이와 같은 에어커튼은 상기 클램프(220) 내에 안착된 상기 피가공물(300)의 레이저 가공이 이루어질 때 발생될 수 있는 이물질(debris) 등이 상기 클램프(220) 외부로 배출되는 것이 방지되도록 하는 역할을 한다.Such an air curtain serves to prevent foreign substances, etc. that may be generated when laser processing of the
즉, 상기 에어커튼은 상기 레이저 조사장치(100)에서 발생되는 레이저빔은 통과하도록 하되, 레이저 가공시 발생되는 이물질 등이 통과하지 못하도록 함으로써, 레이저 가공 시 발생되는 이물질 등에 의해 챔버(200) 내부가 오염되거나, 투과창(210) 등에 이물질 등이 흡착되어 레이저 가공의 효율성이 감소되는 것이 방지되도록 하는 것이다.That is, the air curtain allows the laser beam generated by the
이를 위해 상기 에어분사노즐(230)이 형성되는 위치는 상기 클램프(220)의 상부플레이트(221)가 형성되는 위치보다 높게 형성되어, 레이저 가공시 발생되는 이물질 등이 에어커튼에 의해 커버될 수 있는 범위 내에 존재할 수 있도록 하는 것이 바람직하다. For this purpose, the position where the
또한, 상기 에어분사노즐(230)에서 분사되는 기체는 불활성 기체인 질소, 헬륨, 네온 및 아르곤 중 어느 하나로 이루어지는 것이 바람직하다.In addition, the gas injected from the
이는, 상기 에어분사노즐(230)에서 분사되는 기체가 산소와 같은 기체일 경우, 상기 챔버(200)내에 산소가 공급되게 됨에 따라, 상기 피가공물(300)의 부식이 발생될 수 있기 때문이다.This is because, when the gas injected from the
즉, 본원발명에서는 상기 에어분사노즐(230)에서 불활성 기체가 분사되도록 함으로써, 에어커튼을 형성하여 레이저 가공시 발생되는 이물질의 배출을 방지하면서, 챔버(200) 내부에 진공상태가 계속 유지될 수 있도록 하는 것이다.That is, in the present invention, by allowing the inert gas to be injected from the
상기 온습도조절장치(240)는 상기 챔버(200)의 일측에 구비되어, 상기 챔버(200) 내부의 온도 및 습도가 조절되도록 제공된다.The temperature and
이와 같이, 상기 온습도조절장치(240)를 통해 상기 챔버(200) 내부의 온도 및 습도가 일정하게 유지되도록 하거나, 상기 피가공물(300)의 레이저 가공이 이루어지는 조건에 맞게 온도 및 습도가 조절되도록 함으로써, 레이저 가공의 효율성을 높이도록 하는 것이다.In this way, the temperature and humidity inside the
도시되진 않았으나, 이와 같은 상기 온습도조절장치(240)는 상기 챔버(200) 내부의 온도 및 습도를 측정하는 측정센서, 상기 챔버(200) 내부의 온도를 조절하는 온도조절수단 및 상기 챔버(200) 내부의 습도를 조절하는 습도조절수단 등을 포함하여 이루어질 수 있으며, 특정 공간 내부의 온도 및 습도를 일정하게 유지시키도록 하거나, 특정 공간 내부의 온도 및 습도를 조절하는 수단 내에서 다양한 형상으로 구현될 수 있다.Although not shown, the temperature and
상기 집진장치(250)는 상기 챔버(200)의 내부 일측 하부에 형성되어, 상기 챔버(200) 내부에서 발생된 슬래그 등이 상기 집진장치(250)로 집진될 수 있도록 제공된다.The
상기 집진장치(250)가 챔버(200)의 외부로 연결되는 덕트와 같은 구성으로 이루어질 경우, 외부와 연결되는 덕트의 구조에 의해 상기 챔버(200) 내부에 공기가 출입됨에 따라, 챔버(200) 내부가 진공상태로 유지되지 못하게 되므로, 상기 집진장치(250)는 레이저 가공 시 발생되는 슬래그 등이 어느 일정한 공간으로 모일 수 있도록 하는 역할을 한다.When the
따라서, 상기 집진장치(250)를 설치하기 위해서는 챔버(200)의 하부에 일정간격 경사지게 형성되는 경사부(260)를 형성하여, 상기 경사부(260)를 통해 슬래그 등이 미끄러짐 이동되도록 하여 상기 집진장치(250)로 모이도록 구성된다.Therefore, in order to install the
또한, 상기 집진장치(250)는 슬래그 등이 흡입되도록 하는 구성이 아니라 슬래그 등이 챔버(200) 내부의 어느 일정한 곳으로 모이도록 하는 구성으로 이루어지는 것이 바람직하다.In addition, it is preferable that the
도 2는 본 발명의 피가공물의 단면도이다.2 is a cross-sectional view of a to-be-processed object of the present invention.
상기 피가공물(300)은 상기 레이저 조사장치(100)에 의해 가공이 이루어지는 것으로, 본원발명에서는 집전체(集電體)층과 리튬금속층(320)을 포함하는 음전극으로 구성될 수 있다.The
즉. 상기 피가공물(300)은 상기 레이저 조사장치(100)에 의해 상기 집전체층(310)과 상기 리튬금속층(320)이 일체로 되는 용접작업 공정이 이루어지게 되거나, 상기 레이저 조사장치(100)에 의한 삭마, 절단, 드릴 가공등이 이루어질 수 있다.In other words. The
이와 같은 상기 피가공물은 리튬금속전지의 음극을 형성하는 구성과 동일하게 구현될 수 있으며, 이에 대한 자세한 구성은 공지되어 있는 기술로 대체될 수 있다.Such a workpiece may be implemented in the same way as the configuration for forming the negative electrode of the lithium metal battery, and the detailed configuration thereof may be replaced by a known technique.
도 3은 본 발명의 레이저 가공장치(10)의 실시예를 나타낸 개략적인 측면도이다.Figure 3 is a schematic side view showing an embodiment of the
앞서 설명한 바와 같이, 상기 에어분사노즐(230)에서 불활성 기체가 분사됨에 따라, 상기 챔버(200)의 상부에는 에어커튼이 형성 된다.As described above, as the inert gas is injected from the
이와 같은 에어커튼은 상기 챔버(200)의 상부에 형성되어 상기 클램프(220)에 안착된 피가공물(300)의 레이저 가공이 이루어질 때, 발생되는 이물질 등이 상기 챔버(200)의 상부, 이를테면 투과창(210) 등에 흡착됨에 따라 챔버(200)가 오염되는 것이 방지되도록 하는 역할을 한다.Such an air curtain is formed on the upper portion of the
다만, 본 발명의 구성에 따라 상부플레이트로 구성될 경우, 레이저 가공시 발생되는 이물질 등의 배출은 상기 상부플레이트에 의해 일차적으로 막아지도록 이루어지나, 레이저 가공 조건에 따라, 상부플레이트가 없는 상태에서 레이저 가공이 이루어질 수 있다.However, when the upper plate is configured according to the configuration of the present invention, the discharge of foreign substances generated during laser processing is primarily blocked by the upper plate. However, depending on the laser processing conditions, the laser Processing may take place.
이러한 경우, 에어커튼에 의해 이물질 등이 작업공간, 즉 상기 클램프(220)의 외부로 배출되는 것이 방지되도록 이루어지게 된다.In this case, it is made to prevent foreign substances from being discharged to the outside of the work space, that is, the
또한, 상기 챔버(200) 및 상기 클램프(220)의 설계구조에 따라, 상기 에어분사노즐(230)이 상기 클램프(220)의 상부플레이트(221)보다 하부쪽에 위치될 수 있다.In addition, depending on the design structure of the
이와 같이 상기 에어분사노즐(230)이 상기 클램프(220)의 상부플레이트(221)보다 하부쪽에 위치될 경우, 상기 상부플레이트(221)에 이물질 등이 흡착되는 것이 방지되도록 할 수 있다.As described above, when the
그리고, 상기 챔버(200)의 하부로 배출되는 슬래그 등은 상기 챔버(200)의 하부에 형성된 경사부(260)를 따라 상기 집진장치(250)로 모여짐에 따라, 슬래그의 처리가 용이하게 이루어지게 된다.And, as the slag discharged to the lower part of the
도 4는 본 발명의 레이저 가공장치를 통해 가공이 이루어지는 단계를 나타낸 순서도이다.Figure 4 is a flow chart showing the steps in which the processing is made through the laser processing apparatus of the present invention.
도 4에 도시된 바와 같이, 상기 레이저 가공장치(1)를 통해 이루어지는 레이저 가공은, 챔버에 피가공물을 안착하는 피가공물 안착단계(S10), 상기 피가공물 안착단계(S10) 후 챔버 내부의 환경을 조절하는 챔버 내부환경 조절단계(S20) 및 상기 챔버 내부환경 조절단계(S20) 후, 챔버 내부에 구비된 피가공물에 레이저가 조사되도록 하는 레이저 조사단계(S30)를 포함하여 이루어진다.As shown in FIG. 4 , the laser processing performed through the laser processing device 1 is a workpiece seating step (S10) of seating the workpiece in the chamber, and the environment inside the chamber after the workpiece seating step (S10) After the chamber internal environment control step (S20) and the chamber internal environment control step (S20) for controlling the , a laser irradiation step (S30) of irradiating a laser to the workpiece provided in the chamber is included.
상기 피가공물 안착단계(S10)는 상기 챔버(200) 내부에 구비된 클램프(240)에 피가공물(300)이 안착되도록 하는 단계이다.The step of seating the workpiece ( S10 ) is a step of allowing the
상기 피가공물(300)은 상기 클램프(240)의 지지플레이트(222)의 상부에 위치됨에 따라, 상기 레이저 조사 헤드(120)와 상기 피가공물(300)이 적정거리를 유지하도록 이루어지며, 이때, 상기 위치조절장치(223)를 통해 상기 피가공물(300)의 상하높이가 조절될 수 있다.As the
또한, 상기 지지플레이트(222)의 상부에 위치된 상기 피가공물(300)의 상부에는 상기 상부플레이트(221)가 위치될 수 있는데, 이와 같은 상기 상부플레이트(221)의 경우 상기 피가공물(300)의 가공종류(삭마, 용접, 절단 등)에 따라 선택적으로 구비될 수 있다.In addition, the
상기 챔버 내부환경 조절단계(S20)는 상기 챔버(300) 내부가 상기 피가공물(300)의 레이저 가공이 용이하게 이루어질 수 있는 조건이 되도록 상기 챔버(300)의 내부환경을 조절하는 단계이다.The chamber internal environment control step (S20) is a step of adjusting the internal environment of the
상기 챔버(300)의 내부환경은 챔버내부의 진공상태, 온도 및 습도를 포함할 뿐만 아니라 상기 챔버(300)에 구비된 상기 에어분사노즐(230)에 의해 에어커튼이 올바르게 형성되는지에 대한 여부를 포함할 수 있다.The internal environment of the
따라서, 상기 챔버 내부환경 조절단계(S20)는, 상기 온습도조절장치(240)를 이용하여 챔버(300) 내부의 온도 및 습도가 상기 피가공물(300)의 레이저 가공이 용이하게 이루어질 수 있는 최적의 조건으로 유지 및 조절되도록 하고, 상기 에어분사노즐(230)에서 기체가 분사되도록 하여, 상기 챔버(300)의 상부에 에어커튼이 올바르게 형성되도록 하며, 컴프레셔를 이용하여 상기 챔버(300)의 내부가 진공상태로 유지되도록 하는 것이다.Therefore, in the chamber internal environment control step (S20), the temperature and humidity inside the
이와 같은 상기 챔버 내부환경 조절단계(S20)를 통해, 상기 챔버(300) 내부가 레이저 가공이 용이하게 이루어지는 조건이 되도록 할 뿐만 아니라 레이저 가공시 발생되는 이물질 등에 의해 챔버 내부가 오염되는 것이 방지될 수 있도록 에어분사노즐(230)을 통해 에어커튼을 형성하는 것이다.Through this process of controlling the internal environment of the chamber ( S20 ), the inside of the
상기 레이저 조사단계(S30)는 상기 챔버 내부환경 조절단계(S20) 후, 상기 피가공물(300)에 레이저를 조사하는 단계이다.The laser irradiation step (S30) is a step of irradiating a laser to the
상기 레이저 조사단계(S30)에서는 상기 레이저 조사장치(100)를 통해 상기 피가공물(300)에 레이저를 조사하여 피가공물의 삭마, 절단, 드릴 가공 등이 이루어지도록 하는 단계로, 통상적인 레이저 가공을 위해 피가공물에 레이저를 조사하는 단계와 동일하게 이루어질 수 있다.In the laser irradiation step (S30), a laser is irradiated to the
본 발명의 의하면, 리튬금속전지의 레이저 가공이 가능하도록 하여, 종래의 전단금형을 이용한 가공에 비해 안전성과 정확도를 확보하고, 리튬금속전지의 제조가 용이하게 이루어지도록 하여, 리튬금속전지의 생산성을 높이는 효과가 있다.According to the present invention, by enabling laser processing of a lithium metal battery, safety and accuracy are secured compared to processing using a conventional shearing mold, and the production of a lithium metal battery is facilitated, thereby increasing the productivity of the lithium metal battery. heightening effect.
또한, 진공상태로 구성되는 챔버(200) 및 챔버(200) 내부에 구비되는 온습도조절장치(240)를 통해 리튬금속전지의 산화가 방지되고, 리튬금속전지의 컨디션이 유지되도록 하고, 챔버(200) 내부에 에어커튼이 구비되어, 레이저 가공시 금속 파편 등이 작업공간 외부로 배출되는 것이 방지되도록 하는 효과가 있다.In addition, oxidation of the lithium metal battery is prevented through the
또한, 챔버(200) 내부에 집진장치(250)가 구비되어, 금속파편 등의 이물질을 일정한 곳으로 모이도록 하여, 이물질 처리가 용이하게 이루어지도록 하는 효과가 있다.In addition, a
이상과 같이 본 발명에 대해서 예시한 도면을 참조로 하여 설명하였으나, 본 명세서에 개시된 실시예와 도면에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술사상의 범위 내에서 당업자에 의해 다양한 변형이 이루어질 수 있음은 물론이다.As described above, the present invention has been described with reference to the illustrated drawings, but the present invention is not limited by the embodiments and drawings disclosed herein, and various modifications may be made by those skilled in the art within the scope of the technical spirit of the present invention. Of course it can be done.
10 : 레이저 가공장치 100 : 레이저 조사장치
110 : 레이저빔 발생기 120 : 레이저 조사 헤드
121 : 조준렌즈 122 : 주사렌즈
130 : 광케이블 200 : 챔버
210 : 투과창 220 : 클램프
221 : 상부플레이트 222 : 지지플레이트
223 : 위치조절장치 230 : 에어분사노즐
240 : 온습도조절장치 250 : 집진장치
260 : 경사부 270 : 진공파이프
300 : 피가공물 310 : 집전체층
320 : 리튬금속층10: laser processing device 100: laser irradiation device
110: laser beam generator 120: laser irradiation head
121: collimating lens 122: scanning lens
130: optical cable 200: chamber
210: transmission window 220: clamp
221: upper plate 222: support plate
223: positioning device 230: air injection nozzle
240: temperature and humidity control device 250: dust collector
260: inclined portion 270: vacuum pipe
300: object 310: current collector layer
320: lithium metal layer
Claims (10)
상기 레이저 가공장치(10)는,
레이저빔을 발생시키는 레이저빔 발생기(110), 상기 레이저빔 발생기에서 발생된 레이저를 조사하는 레이저 조사 헤드(120) 및 상기 레이저빔 발생기에서 발생된 레이저빔을 상기 레이저 조사 헤드로 안내하는 광케이블(130)을 포함하는 레이저 조사장치(100); 및
상기 레이저 조사장치(100)의 하부에 구비되며, 내부가 진공상태로 형성되고, 상부에 상기 레이저 조사장치(100)에서 조사되는 레이저빔이 투과되는 투과창(210)이 구비된 챔버(200)을 포함하고,
상기 챔버(200)의 내부에는 상기 챔버 내부의 온도 및 습도를 피가공물(300)의 레이저 가공이 이루어지는 조건에 맞게 조절하거나, 온도 및 습도가 일정하게 유지되도록 하는 온습도조절장치(240)가 구비되며,
상기 챔버(200) 내부의 하부 일측에는 집진장치(250)가 구비되어 레이저 가공시 발생되는 슬래그 및 이물질이 상기 집진장치(250)로 집진되며,
상기 챔버(200)의 내부 중앙에는 상기 피가공물이 안착되는 클램프(220)가 구비되고,
상기 클램프(220)는 지지플레이트(222), 상기 지지플레이트(222)의 높이방향으로 일정간격 이격되어 설치되는 상부플레이트(221) 및 상기 지지플레이트(222)와 상기 상부플레이트(221)를 서로 연결하여 수직하게 설치되어 상부플레이트(221)의 위치가 조절되도록 하는 위치조절장치(223)를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 챔버를 이용한 리튬금속전지의 레이저 가공장치.
In the laser processing apparatus 10 for processing the to-be-processed object 300 consisting of the collector layer 310 and the lithium metal layer 320,
The laser processing apparatus 10,
A laser beam generator 110 for generating a laser beam, a laser irradiation head 120 for irradiating the laser generated from the laser beam generator, and an optical cable 130 for guiding the laser beam generated from the laser beam generator to the laser irradiation head ) including a laser irradiation device 100; and
The chamber 200 is provided in the lower part of the laser irradiation apparatus 100, the inside is formed in a vacuum state, and the upper part is provided with a transmission window 210 through which the laser beam irradiated from the laser irradiation apparatus 100 is transmitted. including,
A temperature and humidity control device 240 is provided in the chamber 200 to adjust the temperature and humidity inside the chamber according to the conditions in which the laser processing of the workpiece 300 is performed, or to keep the temperature and humidity constant. ,
A dust collector 250 is provided on one lower side of the chamber 200 so that slag and foreign substances generated during laser processing are collected by the dust collector 250,
A clamp 220 on which the workpiece is seated is provided in the inner center of the chamber 200,
The clamp 220 includes a support plate 222, an upper plate 221 spaced apart from each other in a height direction of the support plate 222, and connecting the support plate 222 and the upper plate 221 to each other. A laser processing apparatus for a lithium metal battery using a chamber, characterized in that it is installed vertically and includes a position adjusting device 223 for adjusting the position of the upper plate 221 .
상기 챔버(200)의 내측 상부에는 불활성 기체가 배출되도록 하는 에어분사노즐(230)이 구비되는 것을 특징으로 하는 챔버를 이용한 리튬금속전지의 레이저 가공장치.
The method according to claim 1,
A laser processing apparatus for a lithium metal battery using a chamber, characterized in that an air injection nozzle 230 for discharging an inert gas is provided on the inner upper portion of the chamber 200 .
상기 에어분사노즐(230)에서 분사되는 불활성 기체는 질소, 헬륨, 네온 및 아르곤 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 챔버를 이용한 리튬금속전지의 레이저 가공장치.
4. The method according to claim 3,
The laser processing apparatus of a lithium metal battery using a chamber, characterized in that the inert gas injected from the air injection nozzle 230 is any one of nitrogen, helium, neon and argon.
상기 챔버(200)의 하부에는 일측에서 타측방향으로 향하면서 경사지게 형성되는 경사부(260)가 형성되는 것을 특징으로 하는 챔버를 이용한 리튬금속전지의 레이저 가공장치.
The method according to claim 1,
A laser processing apparatus for a lithium metal battery using a chamber, characterized in that the inclined portion 260 formed to be inclined from one side to the other side is formed in the lower portion of the chamber 200 .
상기 투과창(210)은 실리카(sillica)를 포함하는 석영유리로 구성되는 것을 특징으로 하는 챔버를 이용한 리튬금속전지의 레이저 가공장치.
The method according to claim 1,
The transmission window 210 is a laser processing apparatus for a lithium metal battery using a chamber, characterized in that composed of quartz glass containing silica (silica).
상기 챔버(200)의 외측에는 상기 챔버(200) 내부가 진공상태가 되도록 하는 컴프레셔 및 상기 컴프레셔와 상기 챔버(200)를 연결하는 진공파이프(270)가 구비되는 것을 특징으로 하는 챔버를 이용한 리튬금속전지의 레이저 가공장치.
The method according to claim 1,
Lithium metal using a chamber, characterized in that a compressor for making the inside of the chamber 200 into a vacuum state and a vacuum pipe 270 connecting the compressor and the chamber 200 are provided on the outside of the chamber 200 Battery laser processing equipment.
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GRNT | Written decision to grant | ||
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