KR102523115B1 - 이차전지용 전극조립체의 제조공법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 이차전지용 전극조립체의 제조공법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 이차전지의 음극판과 양극판의 사이에 분리막이 배치되는 전극조립체를 권취하는 방식을 통해 공정을 단순화하고, 제작시간을 현저히 단축할 수 있는 이차전지용 전극조립체의 제조공법에 관한 것이다.

Description

이차전지용 전극조립체의 제조공법{Manufacturing method of electrode assembly for secondary batteries}
본 발명은 이차전지용 전극조립체의 제조공법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 이차전지의 음극판과 양극판의 사이에 분리막이 배치되는 전극조립체를 권취하는 방식을 통해 공정을 단순화하고, 제작시간을 현저히 단축할 수 있는 이차전지용 전극조립체의 제조공법에 관한 것이다.
일반적으로 이차전지는 음극 활물질이 코팅된 음극 전극과 양극 활물질이 코팅된 양극 전극을 복수개 제조한다. 그 후, 상기 복수의 음극 전극과 복수의 양극 전극을 세퍼레이터(separator)를 개재하여 적층한 전극조립체를 제조한다. 그 후, 전극조립체를 알루미늄 파우치 내에 내장시킨 후 실링하고, 다시 전극조립체가 내장된 알루미늄 파우치를 케이스 등에 내장한 후, 전해액을 주입하여 최종 밀봉하면 2차 전지의 제조가 완료된다.
이러한 이차전지는 휴대형 전화, 텔레비전 카메라, 노트북 컴퓨터, 전기 자동차(예를 들어, 하이브리드 자동차)용 배터리 등의 전원은 소형경량화, 대용량, 대전압의 전원이 요구되고 있다. 이러한 전원으로 예를 들어, 리튬이온 폴리머전지 또는 리튬전지 등의 2차전지가 사용되고 있다.
이때, 이차전지의 내부 셀 스택을 제작하는 방식은 여러가지가 있는데, 그 중 Z-스태킹(Z-stacking, Z-folding, zigzagfolding 또는 accordion folding이라고도 함)방식으로 분리막이 지그재그로 접힌 형태를 이루며 그 사이에 음극판 및 양극판이 교번되어 삽입된 형태로 적층되도록 한다.
이러한 종래기술로 "리튬 2차 전지"가 제시된바 있다.
종래기술은 단일의 격리막; 격리막의 한쪽 면에 서로 소정 간격을 가지도록 접착되고, 일정한 크기로 절단된 다수의 양극판; 및 격리막의 다른쪽 면에 양극판과 대응되는 위치에 접착되고, 일정한 크기로 절단된 다수의 음극판을 구비하고; 양극판 및 음극판이 서로 교호되게 적층될 수 있도록 격리막이 지그재그 형태로 연속적으로 접혀진다.
하지만, 종래기술은 정렬 상태와 관련해서는 적절히 우수한 결과를 얻을 수 있으나, 한 층씩 적층이 이루어지기 때문에 하나의 셀 스택을 완성하는데 걸리는 시간이 매우 길어지고, 이에 따라 생산성이 현저히 저하되는 문제점이 있다.
또한, 시간을 단축하기 위해 이동속도를 높이면 세퍼레이터가 찢어지거나, 팽팽하게 펼쳐지지 않아 주름에 의해 사행이 발생하여 품질이 저하되는 문제가 있다.
마지막으로, 세퍼레이터는 얇은 층으로 이루어져 일정속도 이상 빠르게 이동시킬 수 없어 지그재그방식으로 접치는 Z-폴딩 방식은 적층을 위해 이동하는 시간이 발생하여 적층시간을 단축하는데 구조적으로 한계가 가지는 방식으로 이루어진 문제점이 있다.
한국등록특허 제10-0309604호(2001.09.10.)
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은, 이차전지의 셀-스택을 권취하는 방법을 통해 전체 공정시간을 현저하게 단축할 수 있는 이차전지용 전극조립체의 제조공법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, 셀-스택을 권취하여 제조할 수 있도록 셀을 용이하게 배치할 수 있어 불필요한 공정을 제거하여 단순한 공정을 가지고 있으며, 순차적인 진행을 통해 셀-스택을 제조할 수 있는 이차전지용 전극조립체의 제조공법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, 셀-스택의 손상이 발생하지 않도록 열융착을 통해 분리막과 셀을 융착시켜, 융착되는 시간을 단축하여 공정을 신속하게 진행할 수 있으며, 이동 중 셀이 분리막에서 이탈되는 것을 방지할 수 있는 이차전지용 전극조립체의 제조공법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, 양극판 및 음극판을 셀-스택의 규격에 맞춰 셀로 커팅하고, 셀에 형성된 전극을 다양한 방향에 위치하도록 노칭하여 셀-스택에 다양한 방향에서 전극을 연결할 수 있는 이차전지용 전극조립체의 제조공법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, 제조된 셀-스택을 검사하여 불량상태를 판정하며, 불량 판정된 셀-스택을 분리배출하여 완성도를 향상시킨 이차전지용 전극조립체의 제조공법을 제공하는 데 있다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 양극셀 및 음극셀을 교차시켜 분리막에 배치하여 셀-모듈을 형성하는 배치공정; 상기 배치공정에서 형성된 셀-모듈을 권취시켜 상기 음극셀과 상기 양극셀이 적층된 셀-모듈을 제조하는 와인딩공정으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기 배치단계에서, 상기 셀-모듈은 상기 분리막의 시작지점에 상기 양극셀 또는 상기 음극셀 중 어느 하나를 배치하고, 배치된 셀에 반대되는 전극을 가지도록 교차시켜 연속적으로 상기 음극셀과 상기 양극셀을 배치하는 교차지점으로 이루어지되, 상기 교차지점은, 같은 전극의 상기 양극셀 및 상기 음극셀이 두개가 한쌍으로 이루어져 배치되는 것이 바람직하다.
상기 배치단계에서 형성되는 상기 셀-모듈은 상기 와인딩공정에서 권취되어 점차적으로 늘어나는 셀-스택의 두께에 맞춰 상기 양극셀과 상기 음극셀의 이격간격을 조절하며, 상기 분리막의 일측단은 상기 양극셀 및 상기 음극셀을 덮을 수 있도록 돌출된 내부여백이 형성되고, 타측단은 권취된 상기 양극셀 및 음극셀을 권취할 수 있는 외부여백이 형성되는 것이 바람직하다.
상기 양극셀 및 상기 음극셀은, 권취된 양극판과 음극판을 절단 및 노칭하여 상기 배치공정으로 이동하는 가공공정이 포함되되, 가공공정은, 권취된 상기 양극판 및 상기 음극판을 각각 공급하는 공급단계와, 공급된 상기 양극판 및 상기 음극판의 끝단에 전극이 돌출되도록 노칭하고 간격에 맞춰 절단하여 상기 양극셀 및 상기 음극셀을 각각 제조하는 절단단계와, 상기 절단단계에서 제조된 각각의 상기 양극셀 및 상기 음극셀을 상기 분리막으로 이동하는 이동단계로 이루어지는 것이 바람직하다.
상기 전극은 다수개의 상기 양극셀 및 상기 음극셀의 끝단에서 좌측과 우측에서 돌출되도록 교번시켜 형성되는 것이 바람직하다.
상기 전극은 상기 양극셀의 일끝단 또는 타끝단 중 어느 하나의 끝단에 형성되고, 상기 음극셀은 상기 양극셀의 반대쪽 끝단에 형성되는 것이 바람직하다.
상기 배치공정에서 제조된 상기 셀-모듈은 가압 및 열융착을 통해 상기 양극셀 및 상기 음극셀을 상기 분리막에 부착시켜 상기 와인딩공정으로 이동하는 라미네이션공정이 포함되되, 상기 라미네이션공정은, 상기 셀-모듈의 상단과 하단에 상기 코팅필름을 공급하는 필름유입단계와, 상기 필름유입단계에서 상기 코팅필름이 배치된 셀-모듈을 가압하여 상기 코팅필름, 상기 양극셀 및 상기 음극셀을 상기 분리막에 밀착시키는 가압단계와, 상기 가압단계에서 상기 코팅필름이 가압된 상기 셀-모듈을 히팅하여 상기 양극셀 및 상기 음극셀을 상기 분리막에 열융착하는 융착단계와, 상기 융착단계에서 상기 셀-모듈에 부착된 상기 코팅필름을 제거하는 제거단계로 이루어지는 것이 바람직하다.
상기 배치공정에서 형성된 셀-모듈을 길이에 맞춰 커팅하여 상기 와인딩공정으로 이동하는 커팅공정이 포함되는 것이 바람직하다.
상기 와인딩공정에서 제조된 상기 셀-스택의 외부면에 권취된 상기 분리막을 탭핑하여 끝단을 마감하는 탭핑공정이 포함되는 것이 바람직하다.
상기 셀-모듈 및 상기 셀-스택을 검사하는 검사공정이 포함되되, 상기 검사공정은, 상기 분리막에 배치된 상기 양극셀과 상기 음극셀의 형상 및 배치상태를 검출하여 불량을 제거하는 비젼검사단계와, 상기 셀-스택의 전력을 공급하여 내전압을 측정하여 불량을 제거하는 내전압검사단계로 이루어지는 것이 바람직하다.
셀-스택을 제조하는 상기 배치공정 및 상기 와인딩공정을 유기적으로 작동할 수 있도록 제어하는 제어부가 포함되는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 이차전지용 전극조립체의 제조공법에 따르면, 이차전지의 셀-스택을 권취하는 방법을 통해 전체 공정시간을 현저하게 단축할 수 있는 효과가 있다.
본 발명에 따르면, 셀-스택을 권취하여 제조할 수 있도록 셀을 배치하여, 불필요한 공정을 제거하여 단순한 공정을 순차적으로 진행하면서 통해 셀-스택을 신속하게 제조할 수 있는 이점이 있다.
본 발명에 따르면, 셀-스택의 손상을 방지하며, 열융착을 통해 고정하여 융착시간을 단축함에 따라, 하나의 공정에서 발생되는 시간을 단축할 수 있고, 분리막에서 셀이 이탈되는 것을 방지할 수 있는 장점이 있다.
본 발명에 따르면, 양극판 및 음극판을 셀-스택의 규격에 맞춰 커팅하면서 전극을 다양한 방향에 형성시켜 제작된 셀-스택이 다양한 방향에서 전극을 연결할 수 있는 이점이 있다.
본 발명에 따르면, 제조되는 셀-스택을 검사하여 불량상태를 판정하며, 불량 판정된 셀-스택을 분리배출하여 완성도를 향상시킨 이차전지용 전극조립체의 제조공법을 제공하는 데 있다.
도 1은 본 발명에 따른 이차전지용 전극조립체의 제조공법을 도시한 블록도,
도 2는 본 발명에 따른 이차전지용 전극조립체의 제조공법을 도시한 개략도,
도 3은 본 발명에 따른 셀-스택을 도시한 단면도,
도 4는 본 발명에 따른 양극셀 및 음극셀의 가공 및 배치를 도시한 개념도,
도 5는 본 발명에 따른 음극셀 및 양극셀의 전극 배치를 도시한 개념도,
도 6은 본 발명에 따른 제어부의 제어상태를 도시한 개념도이다.
이하에서는 본 발명에 따른 이차전지용 전극조립체의 제조공법에 관하여 첨부된 도면과 함께 더불어 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명에 따른 이차전지용 전극조립체의 제조공법을 도시한 블록도이며, 도 2는 본 발명에 따른 이차전지용 전극조립체의 제조공법을 도시한 개략도이고, 도 3은 본 발명에 따른 셀-스택을 도시한 단면도이며, 도 4는 본 발명에 따른 양극셀 및 음극셀의 가공 및 배치를 도시한 개념도이며, 도 5는 본 발명에 따른 음극셀 및 양극셀의 전극 배치를 도시한 개념도이고, 도 6은 본 발명에 따른 제어부의 제어상태를 도시한 개념도이다.
도 1 내지 도 6에 도시된 바와 같이 본 발명은 이차전지용 전극조립체의 제조공법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 이차전지의 음극판과 양극판의 바이셀 사이에 분리막이 배치되는 전극조립체를 신속하게 적층할 수 있는 이차전지용 전극조립체의 제조공법을 제공하는 데 있다.
이를 위해 본 발명은, 양극판과 음극판을 분리막에 교차되게 배치한 후 마는 방식을 이용하여 권취하여 빠르게 적층할 수 있도록 배치공정(S10) 및 와인딩공정(S20)으로 이루어진다.
상기 배치공정(S10)은 양극셀(11) 및 음극셀(12)을 교차시켜 분리막(13)에 배치하여 셀-모듈(10)을 형성한다.
상기 와인딩공정(S20)은 상기 배치공정(S10)에서 형성된 셀-모듈(10)을 권취시켜 상기 음극셀(12)과 상기 양극셀(11)이 적층된 셀-모듈(10)을 제조한다.
따라서 배치공정(S10)에서 상기 분리막(13)의 상단에 교차적으로 안착된 상기 양극셀(11)과 상기 음극셀(12)은 상기 와인딩공정(S20)을 통해 권취한다.
이를 통해 상기 셀-스택(20)을 마는 방식을 통해 권취하여 빠르게 제작할 수 있다.
이를 위해 각 공정에 대하여 자세히 설명하면 다음과 같이 이루어진다.
먼저, 상기 배치공정(S10)은 상기 분리막(13)의 상면에 상기 양극셀(11) 및 상기 음극셀(12)을 배치하여 상기 셀-모듈(10)을 형성한다.
이때, 상기 셀-모듈(10)은 상기 분리막(13)의 시작지점(18)에 상기 양극셀(11) 또는 상기 음극셀(12) 중 어느 하나를 배치하고, 배치된 셀에 반대되는 전극(14)을 가지도록 교차시켜 연속적으로 상기 음극셀(12)과 상기 양극셀(11)을 배치하는 교차지점(19)으로 이루어지되, 상기 교차지점(19)은, 같은 전극(14)의 상기 양극셀(11) 및 상기 음극셀(12)이 두개가 한쌍으로 이루어져 배치된다.
따라서 상기 분리막(13)의 처음에 배치된 셀의 전극(14)에 맞춰 반대돼는 전극(14)을 연속적으로 두개 배치하고 이에 반대되는 전극(14)을 두개 배치하여 교차되는 패턴으로 이루어진다.
즉, 도 4의 도시된 바와 같이 상기 양극셀(11)과 상기 음극셀(12)이 교차배치된다.
이를 통해 상기 와인딩공정(S20)을 통해 상기 셀-모듈(10)을 권취될 때, 상기 양극판(15)과 상기 음극판(16)이 교차되어 위치할 수 있도록 이루어진다.
그리고 상기 배치단계에서 형성되는 상기 셀-모듈(10)은 상기 와인딩공정(S20)에서 권취되어 점차적으로 늘어나는 셀-스택(20)의 두께(T)에 맞춰 상기 양극셀(11)과 상기 음극셀(12)의 이격간격(DS)을 조절한다.
따라서 도 3에 도시된 상기 셀-스택(20)의 제작시 셀-모듈(10)이 권취되면서 서서히 두꺼워지는 두께(T)에 맞춰 연속적으로 배치되는 상기 양극셀(11) 및 상기 음극셀(12)의 간격을 서서히 넓혀 원활하게 권취될 수 있도록 한다.
또한, 상기 분리막(13)의 일측단은 상기 양극셀(11) 및 상기 음극셀(12)을 덮을 수 있도록 돌출된 내부여백(13a)이 형성되고, 타측단은 권취된 상기 양극셀(11) 및 음극셀(12)을 권취할 수 있는 외부여백(13b)이 형성된다.
즉, 상기 내부여백(13a)은 상기 분리막(13)의 시작지점(18)에 배치되는 상기 양극셀(11) 또는 상기 음극셀(12)이 상부면을 덮어 권취되는 셀에 의해 직접적으로 접촉되는 것을 방지할 수 있도록 이루어지고, 상기 외부여백(13b)은 상기 셀-모듈(10)의 권취가 완료되면, 셀이 배치되지 않은 상기 분리막(13)을 권취하여 마감이 이루어진다.
여기서 상기 분리막(13)의 시작지점(18)에 배치되는 상기 음극셀(12) 또는 상기 양극셀(11)과 상기 내부여백(13a)은 위치를 상호 변경하여 배치가 가능하다.
이를 통해 상기 셀-모듈(10)의 권취시 다양한 방향으로 권취하여 셀-스택(20)의 제조가 가능하다.
다음으로 상기 와인딩공정(S20)은 유입되는 상기 셀-모듈(10)의 시작지점(18)을 기준으로 권취시켜 적층이 이루어진다.
따라서 상기 와인딩공정(S20)은 시작지점(18)에 위치한 상기 양극셀(11) 또는 음극셀(12)을 기준으로 두루마리 형태로 가지도록 상기 셀-모듈(10)을 권취시킨다.
이때, 권취시 상기 내부여백(13a)은 상기 시작지점(18)에 위치한 셀이 일면을 덮어 양면에 상기 분리막(13)이 접촉된다.
그리고 상기 와인딩공정(S20)은 상기 시작지점(18)을 기준으로 시계방향 또는 반시계방향으로 회전시켜, 상기 양극셀(11)과 상기 음극셀(12) 사이에 상기 분리막(13)이 배치되면서 빠르게 적층이 이루어진다.
이를 통해, 분리막(13)에 큰 무리 없이 권취속도의 조절에 따라 빠르게 상기 셀-스택(20)을 제조할 수 있다.
또한, 상기 셀-모듈(10)의 초기 권취시 내부여백(13a)을 통해 상기 양극셀(11)과 상기 음극셀(12)이 적층되는 사이에 상기 분리막(13)이 간편하게 배치되어 별도의 공정을 생략시켜 공정을 신속하게 진행할 수 있어 가공시간을 단축할 수 있다.
다음으로는 상기 배치공정(S10)에서 상기 분리막(13)에 안착되는 상기 양극셀(11) 및 상기 음극셀(12)의 가공하는 가공공정(S30) 대하여 설명하기로 한다.
이러한 상기 가공공정(S30)은 상기 배치공정(S10) 이전에 배치되어 상기 양극셀(11) 및 상기 음극셀(12)은, 권취된 양극판(15)과 음극판(16)을 절단 및 노칭하여 상기 배치공정(S10)으로 이동시킨다.
따라서 상기 배치공정(S10)은 상기 양극셀(11)과 상기 음극셀(12)을 가공할 수 있도록 공급단계(S31), 절단단계(S32) 및 이동단계(S33)로 이루어진다.
이때, 상기 배치공정(S10)은 상기 양극셀(11)과 상기 음극셀(12)에 맞춰 두개의 장비를 각각 구비하며, 동일한 공급단계(S31), 절단단계(S32) 및 이동단계(S33)를 통해 가공이 이루어진다.
상기 공급단계(S31)는 권취된 상기 양극판(15) 및 상기 음극판(16)을 각각 공급한다.
즉, 상기 공급단계(S31)는 상기 양극판(15)과 상기 음극판(16)이 각각 권취된 상태에서 개별적으로 공급이 이루어진다.
상기 절단단계(S32)는 공급된 상기 양극판(15) 및 상기 음극판(16)의 끝단에 전극(14)이 돌출되도록 노칭하고 간격에 맞춰 절단하여 상기 양극셀(11) 및 상기 음극셀(12)을 각각 제조한다.
즉, 상기 절단단계(S32)는 권취된 상기 양극판(15) 및 음극판(16)의 측면을 노칭하여 전극(14)이 돌출되도록 가공하고, 권취된 상기 양극판(15) 및 음극판(16)을 길이방향을 따라 절단하여 상기 양극셀(11) 및 상기 음극셀(12)의 크기에 맞춰 가공이 이루어지되, 절단장치가 상기 양극판(15) 및 음극판(16)이 서로 상하로 겹쳐지는 위치의 상부 및 하부에 각각 배치되어 절단가공이 이루어지도록 한다.
아울러 노칭과 절단은 동시에 가공이 가능하다.
그리고 상기 양극판(15) 및 음극판(16)에 가공되는 상기 전극(14)은 셀-스택(20) 제작시 용도에 맞춰 전력을 흐를 수 있도록 다양하게 이루어진다.
따라서 상기 전극(14)이 형성된 일예로, 다수개의 상기 양극셀(11) 및 상기 음극셀(12)의 끝단에서 좌측과 우측에서 돌출되도록 교번시켜 형성된다.
이러한 상기 전극(14)은 인출되는 상기 양극판(15)이 절단된 상태에서 순차적으로 상기 양극셀(11)의 일면의 좌측과 우측에 번갈아 가면서 돌출되도록 가공이 이루어진다.
아울러, 상기 음극판(16)도 상기 양극판(15)과 동일하게 이루어진다.
따라서 상기 양극셀(11) 및 상기 음극셀(12)은 끝단에 형성되는 상기 전극(14)이 좌측과 우측에 번갈아가면서 형성된 상태에서 교차되어 상기 분리막(13)에 안착될 수 있도록 공급된다.
이를 통해 상기 셀-스택(20)은 일면 끝단에 형성된 양극과 음극의 전극(14)을 통해 일면에서 전기가 흐를 수 있도록 이루어진다.
그리고 상기 전극(14)이 형성된 일예로, 상기 전극(14)은 상기 양극셀(11)의 일끝단 또는 타끝단 중 어느 하나의 끝단에 형성되고, 상기 음극셀(12)은 상기 양극셀(11)의 반대쪽 끝단에 형성된다.
따라서 인출되는 상기 양극판(15)의 양측면 중 어느 한면에 노칭을 통해 전극(14)을 형성하고, 인출되는 음극판(16)에는 상기 양극판(15)의 반대쪽면에 노칭을 통해 전극(14)을 형성한다.
이를 통해 상기 셀-스택(20)은 일면 끝단에서 양극의 전력이 흐르고, 타면 끝단에서 음극의 전력이 흘러 양측에서 전력이 흐를 수 있도록 이루어진다.
상기 이동단계(S33)는 상기 절단단계(S32)에서 제조된 각각의 상기 양극셀(11) 및 상기 음극셀(12)을 상기 분리막(13)으로 이동한다.
따라서 상기 이동단계(S33)는 상기 절단간계에서 제조된 상기 양극셀(11) 및 상기 음극셀(12)을 각각 이동시켜 상기 분리막(13)에 교차시켜 배치할 수 있도록 이루어진다.
이를 통해 상기 가공장치는 상기 셀-모듈(10)에 안착되는 상기 양극셀(11)과 상기 음극셀(12)을 가공하여 신속하게 공급한다.
그리고 상기 배치공정(S10)에서 제조된 상기 셀-모듈(10)은 가압 및 열융착을 통해 상기 양극셀(11) 및 상기 음극셀(12)을 상기 분리막(13)에 부착시켜 상기 와인딩공정(S20)으로 이동하는 라미네이션공정(S40)이 포함된다.
따라서 상기 라미네이션공정(S40)은 상기 분리막(13)에 안착된 상기 양극셀(11) 및 상기 음극셀(12)을 가압 및 융착을 통해 고정한다.
이를 위해 상기 라미네이션공정(S40)은 필름유입단계(S41), 가압단계(S42), 융착단계(S43) 및 제거단계(S44)로 이루어진다.
상기 필름유입단계(S41)는 상기 셀-모듈(10)의 상단과 하단에 상기 코팅필름(17)을 공급한다.
따라서 상기 코팅필름(17)은 상기 분리막(13)의 상단과 하단에 권취된 상태로 배치되며, 유입되는 상기 분리막(13)에 공급한다.
이를 통해 상기 셀-모듈(10)은 상기 코팅필름(17)에 의해 보호되어 후술되는 가압단계(S42) 및 융착단계(S43)에서 셀-모듈(10)이 손상되는 것을 방지한다.
상기 가압단계(S42)는 상기 필름유입단계(S41)에서 상기 코팅필름(17)이 배치된 셀-모듈(10)을 가압하여 상기 코팅필름(17), 상기 양극셀(11) 및 상기 음극셀(12)을 상기 분리막(13)에 밀착시킨다.
여기서 상기 가압단계(S42)는 상기 필름유입단계(S41)에서 상기 분리막(13)의 상하단에 부착된 필름을 가압하여 상기 양극셀(11) 및 상기 음극셀(12)이 상기 분리막(13)에 밀착시킨다.
이를 통해 상기 분리막(13)과 상기 양극셀(11) 및 음극셀(12) 사이의 기포를 배출하고 배치된 위치에 고정시킨다.
상기 융착단계(S43)는 상기 가압단계(S42)에서 상기 코팅필름(17)이 가압된 상기 셀-모듈(10)을 히팅하여 상기 양극셀(11) 및 상기 음극셀(12)을 상기 분리막(13)에 열융착한다.
따라서 상기 융착단계(S43)는 상기 코팅필름(17)이 부착된 상태에서 히팅하여 상기 양극셀(11) 및 상기 음극셀(12)을 가열한 후, 가압을 통해 열융착시킨다.
상기 제거단계(S44)는 상기 융착단계(S43)에서 상기 셀-모듈(10)에 부착된 상기 코팅필름(17)을 제거한다.
이를 통해 상기 셀-모듈(10)에 코팅된 상기 코팅필름(17)에 의해 상기 융착단계(S43)에서 상기 양극셀(11) 및 상기 음극셀(12)을 상기 분리막(13)에 융착시, 손상이 발생하지 않도록 보호하며, 안전하게 융착이 가능하다.
또한, 열융착에 의해 상기 양극셀(11) 및 상기 음극셀(12)이 상기 분리막(13)에 고정되어, 상기 와인딩공정(S20)으로 이동 및 권취시에 상기 양극셀(11)과 상기 음극셀(12)이 상기 분리막(13)의 정위치에 배치된 상태에서 이탈하는 것을 방지하고, 용이하게 권취가 가능하다.
그리고 상기 배치공정(S10)에서 형성된 셀-모듈(10)을 길이에 맞춰 커팅하여 상기 와인딩공정(S20)으로 이동하는 커팅공정(S50)이 포함된다.
따라서 상기 커팅공정(S50)에 의해 하나의 셀-스택(20)의 규격 및 크기에 맞춰 절단하여 상기 와인딩공정(S20)으로 셀-모듈(10)이 이동할 수 있도록 커팅한다.
이때, 상기 커팅공정(S50)은 상기 분리막(13)의 내부여백(13a) 및 외부여백(13b)을 가지도록 이루어진다.
그리고 상기 와인딩공정(S20)에서 제조된 상기 셀-스택(20)의 외부면에 권취된 상기 분리막(13)을 탭핑하여 끝단을 마감하는 탭핑공정(S60)이 포함된다.
즉, 상기 탭핑공정(S60)은 상기 셀-모듈(10)을 권취되어 제작된 셀-스택(20)의 외부를 감싸는 상기 외부여백(13b)의 끝단을 테이핑하여 마감처리가 이루어진다.
이러한 상기 탭핑공정(S60)을 통해 상기 셀-스택(20)으로 권취된 후 상기 분리막(13)이 풀리는 것을 방지한다.
그리고 상기 셀-모듈(10) 및 상기 셀-스택(20)을 검사하는 검사공정(S70)이 포함된다.
이러한 상기 검사공정(S70)은 비젼검사단계(S71)와 내전압검사단계(S72)로 이루어진다.
상기 비젼검사단계(S71)는 상기 분리막(13)에 배치된 상기 양극셀(11)과 상기 음극셀(12)의 형상 및 배치상태를 검출하여 불량을 제거한다.
따라서 상기 비젼검사단계(S71)는 상기 와인딩공정(S20)으로 유입되는 상기 셀-모듈(10)을 검사한 후, 불량으로 판정된 상기 셀-모듈(10)은 상기 와인딩공정(S20) 전의 상기 셀-모듈(10) 또는 상기 와인딩공정(S20)을 거친 상기 셀-스택(20)을 분리배출한다.
이때, 비젼검사를 통해 상기 양극셀(11), 상기 음극셀(12) 및 상기 양극셀(11)의 형상, 배치, 손상 등을 검사하여 불량을 판단한 후 분리배출한다.
여기서 상기 셀-모듈(10)은 공정상 상기 커팅단계에서 커팅된 셀-모듈(10)을 검사 후 바로 배출하거나, 상기 와인딩공정(S20)을 통해 셀-스택(20)을 제작 후 배출이 가능하나.
이는, 각 공정에 맞춰 설치되는 장치의 공간 및 설치비용 등에 따라 원활하게 배출할 수 있는 위치에 설치한다.
상기 내전압검사단계(S72)는 상기 셀-스택(20)의 전력을 공급하여 내전압을 측정하여 불량을 제거한다.
따라서 상기 와인딩공정(S20) 및 탭핑공정(S60)을 통해 완성된 상기 셀-스Å스택의 전극(14)에 전력을 공급하여 불량 및 이상유무를 확인할 후 분리배출이 가능하다.
이를 통해 상기 셀-스택(20)은 각 공정에 의한 불량을 검출하고, 제작된 상기 셀-스택(20)의 성능을 검사하여 불량상태를 판단한 후, 불량 판정을 받은 셀-스택(20)을 별도로 분리배출이 가능하다.
따라서 상기 셀-모듈(10) 및 상기 셀-스택(20)의 불량을 검출하여 상기 셀-스택(20)의 안정성 및 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
그리고 셀-스택(20)을 제조하는 상기 배치공정(S10) 및 상기 와인딩공정(S20)을 유기적으로 작동할 수 있도록 제어하는 제어부(30)가 포함된다.
이러한 상기 제어부(30)는 상기 배치공정(S10) 및 상기 와인딩공정(S20)을 통해 제작되는 셀-스택(20)이 원활하게 이동할 수 있도록 제어한다.
따라서 상기 제어부(30)는 상기 배치공정(S10), 상기 와인딩공정(S20) 이외에, 상기 가공공정(S30), 상기 라미네이션공정(S40), 상기 커팅공정(S50), 상기 탭핑공정(S60) 및 상기 검사공정(S70)을 전반적으로 제어가 가능하다.
이러한 상기 제어부(30)를 통해 상기 가공공정(S30)에 상기 음극셀(12) 및 상기 양극셀(11)을 형상에 맞춰 가공되도록 제어와 가공하는 속도를 조절하고, 상기 배치공정(S10)에서 상기 양극셀(11) 및 상기 음극셀(12)이 교차되어 상기 분리막(13)에 배치하는 속도와 상기 양극셀(11)과 상기 음극셀(12)의 간격을 조절하고, 상기 라미네이션공정(S40)에서 상기 코팅필름(17)이 유입되는 속도와, 가압롤러의 회전속도, 열융착 시간을 제어하며, 커팅공정(S50)에서 상기 셀-모듈(10)을 설정된 길이에 맞춰 커팅할 수 있도록 제어하고, 상기 와인딩공정(S20)에서 상기 셀-모듈(10)이 권취되는 속도를 제어하고, 상기 탭핑공정(S60)에서 상기 셀-모듈(10)의 마감처리 되는 속도를 제어하여 유기적으로 작동할 수 있도록 이루어진다.
이를 통해, 다수개의 공정이 유기적으로 작동하여 빠르게 상기 셀-스택(20)을 제조할 수 있다.
다음을 본 발명에 따른 셀-스택(20)의 제조하는 각 공정의 작동상태에 대하여 설명하기로 한다.
상기 가공공정(S30), 상기 배치공정(S10), 상기 라미네이션공정(S40), 상기 커팅공정(S50), 상기 와인딩공정(S20) 및 상기 검사공정(S70)이 순차적으로 배치되어 상기 제어부(30)에 의해 제어된다.
따라서 상기 가공공정(S30)에서는 상기 양극판(15) 및 상기 음극판(16)을 가공하여 상기 양극셀(11) 및 상기 음극셀(12)을 가공하며, 가공된 상기 양극셀(11) 및 상기 음극셀(12)은 상기 배치공정(S10)으로 이동한다.
그리고 상기 배치공정(S10)은 유입되는 상기 분리막(13)에 상기 양극셀(11) 및 음극셀(12)을 교번되게 배치한다.
이때, 상기 배치공정(S10)은 상기 기재된 바와 같이 상기 양극셀(11)과 상기 음극셀(12)의 배치된 일예로, 시작부분에 +극이 배치하고 -, -, +, +, -, -, +, + 극의 교번되는 패턴으로 배치가 이루어진다.
여기서 시작부분에 -극이 먼저 배치되면, 다음에 +극이 배치되는 패턴으로 이루어진다.
아울러 상기 배치공정(S10)은, 상기 셀-스택(20)의 적층되는 셀의 개수에 맞춰 배치하되, 상기 커팅공정(S50)을 통해 커팅 시 상기 분리막(13)의 내부여백(13a) 및 외부여백(13b)을 가질 수 있도록 충분한 공간을 가지도록 이루어진다.
또한, 상기 셀-스택(20)의 적층시 두께(T)에 의해 상기 양극셀(11)과 상기 음극셀(12)의 이격간격(DS)이 서서히 넓어지도록 제어하여 배치가 이루어진다.
이는, 상기 제어부(30)에 의해 제어되며, 상기 양극셀(11) 및 상기 음극셀(12)의 두께(T)와 상기 분리막(13)의 두께(T)를 계산한 후, 적층되는 층수에 맞춰 이격간격(DS)을 조절한다.
이를 통해 상기 배치공정(S10)은 셀-스택(20)을 권취시 전극(14)이 교차되도록 상기 분리막(13)에 상기 양극셀(11) 및 상기 음극셀(12)이 배치된 셀-모듈(10)이 형성된다.
이와 같이 상기 배치공정(S10)에서 상기 셀-모듈(10)이 배치되면, 상기 라미네이션공정(S40)을 통해 상기 분리막(13)과 상기 양극셀(11) 및 상기 음극셀(12)을 융착시켜 고정한다.
이때, 상기 라미네이션공정(S40)에서는 상기 코팅필름(17)을 배치하여 상기 셀-모듈(10)이 열융착시 손상이 발생하는 것을 방지한다.
그리고 상기 라미네이션공정(S40)에서 열융착된 상기 셀-모듈(10)은 상기 커팅공정(S50)을 통해 설정된 길이로 커팅한다.
이때, 상기 커팅공정(S50)은 상기 분리막(13)의 양측단에 내부여백(13a) 및 외부여백(13b)을 고려하여 커팅이 이루어진다.
이렇게 커팅된 상기 셀-모듈(10)은 상기 와인딩공정(S20)을 통해 권취하여 상기 셀-스택(20)을 제조하고, 상기 탭핑공정(S60)을 통해 테이핑하여 상기 분리막(13)이 이탈되는 것을 방지한다.
이와 같이 각 공정을 통해 상기 양극셀(11) 및 상기 음극셀(12)을 제조한 후, 상기 분리막(13)의 사이에 배치된 셀-스택(20)을 신속하게 제조할 수 있다.
그리고 상기 셀-모듈(10) 및 상기 셀-스택(20)은 상기 검사공정(S70)을 통해 불량을 검출하며, 불량으로 판정된 셀-스택(20)은 분리배출이 가능하다.
이를 통해, 상기 셀-스택(20)의 상품성과 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
이상에서와 같이 본 발명의 권리는 위에서 설명된 실시예에 한정되지 않고 청구범위에 기재된 바에 의해 정의되며, 본 발명의 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 청구범위에 기재된 권리범위 내에서 다양한 변형과 개작을 할 수 있다는 것은 자명하다.
10: 셀-모듈 11: 양극셀 12: 음극셀
13: 분리막 13a: 내부여백
13b: 외부여백 14: 전극
15: 양극판 16: 음극판
17: 코팅필름 18: 시작지점
19: 교차지점
20: 셀-모듈
30: 제어부
T: 두께
DS: 이격거리

Claims (11)

  1. 양극셀(11) 및 음극셀(12)을 교차시켜 분리막(13)에 배치하여 셀-모듈(10)을 형성하는 배치공정(S10);
    상기 배치공정(S10)에서 형성된 셀-모듈(10)을 권취시켜 상기 음극셀(12)과 상기 양극셀(11)이 적층된 셀-모듈(10)을 제조하는 와인딩공정(S20);으로 이루어지고,
    상기 양극셀(11) 및 상기 음극셀(12)은, 권취된 양극판(15)과 음극판(16)을 절단 및 노칭하여 상기 배치공정(S10)으로 이동하는 가공공정(S30)이 포함되되,
    상기 가공공정(S30)은,
    권취된 상기 양극판(15) 및 상기 음극판(16)을 각각 공급하는 공급단계(S31)와,
    공급된 상기 양극판(15) 및 상기 음극판(16)의 끝단에 전극(14)이 돌출되도록 노칭하고 간격에 맞춰 절단하여 상기 양극셀(11) 및 상기 음극셀(12)을 각각 제조하되, 절단장치가 상기 양극판(15) 및 상기 음극판(16)이 서로 상하로 겹쳐지는 위치의 상부 및 하부에 각각 배치되어 절단가공이 이루어지도록 하는 절단단계(S32)와,
    상기 절단단계(S32)에서 제조된 각각의 상기 양극셀(11) 및 상기 음극셀(12)을 상기 분리막(13)으로 이동하는 이동단계(S33)로 이루어지고,
    상기 배치공정(S10)에서 제조된 상기 셀-모듈(10)은 가압 및 열융착을 통해 상기 양극셀(11) 및 상기 음극셀(12)을 상기 분리막(13)에 부착시켜 상기 와인딩공정(S20)으로 이동하는 라미네이션공정(S40)이 포함되되,
    상기 라미네이션공정(S40)은,
    상기 셀-모듈(10)의 상단과 하단에 코팅필름(17)을 공급하는 필름유입단계(S41)와,
    상기 필름유입단계(S41)에서 상기 코팅필름(17)이 배치된 셀-모듈(10)을 가압하여 상기 코팅필름(17), 상기 양극셀(11) 및 상기 음극셀(12)을 상기 분리막(13)에 밀착시키는 가압단계(S42)와,
    상기 가압단계(S42)에서 상기 코팅필름(17)이 가압된 상기 셀-모듈(10)을 히팅하여 상기 양극셀(11) 및 상기 음극셀(12)을 가열한 후 가압을 통해 상기 분리막(13)에 열융착하는 융착단계(S43)와,
    상기 융착단계(S43)에서 상기 셀-모듈(10)에 부착된 상기 코팅필름(17)을 제거하는 제거단계(S44)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 이차전지용 전극조립체의 제조공법.
  2. 제 1항에 있어서
    상기 배치공정(S10)에서,
    상기 셀-모듈(10)은 상기 분리막(13)의 시작지점(18)에 상기 양극셀(11) 또는 상기 음극셀(12) 중 어느 하나를 배치하고, 배치된 셀에 반대되는 전극(14)을 가지도록 교차시켜 연속적으로 상기 음극셀(12)과 상기 양극셀(11)을 배치하는 교차지점(19)으로 이루어지되,
    상기 교차지점(19)은 같은 전극(14)의 상기 양극셀(11) 및 상기 음극셀(12)이 두개가 한쌍으로 이루어져 배치되는 것을 특징으로 하는 이차전지용 전극조립체의 제조공법.
  3. 제 1항에 있어서
    상기 배치공정(S10)에서 형성되는 상기 셀-모듈(10)은 상기 와인딩공정(S20)에서 권취되어 점차적으로 늘어나는 셀-스택(20)의 두께(T)에 맞춰 상기 양극셀(11)과 상기 음극셀(12)의 이격간격(DS)을 조절하며,
    상기 분리막(13)의 일측단은 상기 양극셀(11) 및 상기 음극셀(12)을 덮을 수 있도록 돌출된 내부여백(13a)이 형성되고, 타측단은 권취된 상기 양극셀(11) 및 음극셀(12)을 권취할 수 있는 외부여백(13b)이 형성되는 것을 특징으로 하는 이차전지용 전극조립체의 제조공법.
  4. 삭제
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 전극(14)은 다수개의 상기 양극셀(11) 및 상기 음극셀(12)의 끝단에서 좌측과 우측에서 돌출되도록 교번시켜 형성되는 것을 특징으로 하는 이차전지용 전극조립체의 제조공법.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 전극(14)은 상기 양극셀(11)의 일끝단 또는 타끝단 중 어느 하나의 끝단에 형성되고, 상기 음극셀(12)은 상기 양극셀(11)의 반대쪽 끝단에 형성되는 것을 특징으로 하는 이차전지용 전극조립체의 제조공법.
  7. 삭제
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 배치공정(S10)에서 형성된 셀-모듈(10)을 길이에 맞춰 커팅하여 상기 와인딩공정(S20)으로 이동하는 커팅공정(S50)이 포함되는 것을 특징으로 하는 이차전지용 전극조립체의 제조공법.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 와인딩공정(S20)에서 제조된 셀-스택(20)의 외부면에 권취된 상기 분리막(13)을 탭핑하여 끝단을 마감하는 탭핑공정(S60)이 포함되는 것을 특징으로 하는 이차전지용 전극조립체의 제조공법.
  10. 제 1항에 있어서,
    상기 셀-모듈(10) 및 셀-스택(20)을 검사하는 검사공정(S70)이 포함되되,
    상기 검사공정(S70)은,
    상기 분리막(13)에 배치된 상기 양극셀(11)과 상기 음극셀(12)의 형상 및 배치상태를 검출하여 불량을 제거하는 비젼검사단계(S71)와,
    상기 셀-스택(20)의 전력을 공급하여 내전압을 측정하여 불량을 제거하는 내전압검사단계(S72)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 이차전지용 전극조립체의 제조공법.
  11. 제 1항에 있어서,
    셀-스택(20)을 제조하는 상기 배치공정(S10) 및 상기 와인딩공정(S20)을 유기적으로 작동할 수 있도록 제어하는 제어부(30)가 포함되는 것을 특징으로 하는 이차전지용 전극조립체의 제조공법.
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