KR102667004B1 - 2차 전지용 전극 생산 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 코팅부와 비코팅부를 포함하는 전극을 풀어 공급하는 언와인딩부(UW)와, 상기 언와인딩부(UW)의 후방에 배치되어, 상기 전극을 노칭하여 전극탭을 형성시키는 노칭부(1)를 포함하는 2차 전지용 전극 생산 시스템으로서, 상기 언와인딩부(UW)와 상기 노칭부(1) 사이에 배치되어 상기 전극의 주행방향을 조절하는 제1 사행조정부(2); 상기 언와인딩부(UW)와 상기 노칭부(1) 사이에 배치되어 상기 노칭부(1)로 공급되는 전극의 장력을 조절하는 덴서부(DC); 상기 노칭부(1)의 후방에 배치되는 피딩부(300);및 상기 피딩부(300)의 후방에 배치되어 노칭된 전극을 되감는 리와인딩부(RW)를 포함하고, 상기 노칭부(1)는, 제1 빔(V1)을 조사하는 제1 레이저(110)와, 제2 빔(V2)을 조사하는 제2 레이저(120)와. 상기 제1 빔(V1) 및 상기 제2 빔(V2)의 경로를 형성하는 광학부재(130)를 포함하는 레이저 조사부(100); 및 상기 레이저 조사부(100)의 반사미러(133)를 전극(10)의 노칭라인(NL)을 따라 이동시키는 제어부(200)를 포함하고, 상기 광학부재(130)는, 상기 노칭라인(NL) 상에서, 상기 제1 빔(V1)의 제1 스팟(S1)과 상기 제2 빔(V2)의 제2 스팟(S2)이 제1 거리로 이격되어 배치되며, 상기 제1 스팟(S1)의 크기가 상기 제2 스팟(S2)의 크기보다 크도록 상기 제1 빔(V1)의 경로 및 상기 제2 빔(V2)의 경로를 형성하고, 상기 제어부(200)는, 상기 제2 빔(V2)의 스팟이 선행하는 상기 제1 빔(V1)의 스팟의 이동궤적을 따라가도록 상기 반사미러(133)를 이용하여 상기 제1 빔(V1) 및 제2 빔(V2)의 경로 형성을 동시에 제어하고, 상기 노칭부(1)에는 상기 전극이 연속적으로 공급되는 2차 전지용 전극 생산 시스템을 제공할 수 있다.

Description

2차 전지용 전극 생산 시스템{SYSTEM FOR PRODUCING ELECTRODES OF BATTERY}

본 발명은 2차 전지용 전극 생산 시스템에 관한 것이다.

2차 전지용 전극은 집전체(Current collector)에 양극 또는 음극 활물질을 도포한 후 건조되어 형성된다. 전극은 활물질이 도포된 영역과 활물질이 도포되지 않은 영역으로 구분될 수 있는데, 활물질이 도포되지 않은 영역과 함께 활물질이 도포된 영역을 노칭부를 통해 노칭하여, 전극탭을 형성시킬 수 있다.

노칭부는 상하 이동하는 프레스를 통해 전극을 노칭한다. 다만, 프레스를 활용한 노칭은 노칭이 진행되는 동안 전극의 이송이 멈춰야 하는 문제점이 있다. 따라서, 전극을 멈추지 않고 노칭을 수행하기 위하여, 레이저를 활용한 노칭부가 마련될 수 있다.

레이저를 활용한 노칭부는 전극에 빔을 조사하여 전극탭을 형성시킨다. 전극탭을 형성시킬 때, 빔이 활물질에 조사되면, 활물질이 열을 흡수하여 집전체에 전달할 수 있다. 집전체가 녹는 점이 낮은 물질인 경우(예를 들어, 알루미늄) 레이저 노칭 시, 활물질에서 전달되는 열로 인하여 집전체가 녹아 절단면 밖으로 돌출되는 문제가 발생한다. 전극이 적층될 경우 이러한 집전체의 돌출부분이 적층된 다른 집전체의 돌출부분과 접촉하여 쇼트가 발생하는 문제점이 있다.

대한민국 공개 특허 제10-2021-0001077호(2021.01.06. 공개)에는 제1 레이저를 통해 먼저 노칭이 되는 영역의 활물질을 제거한 후, 제2 레이저를 통해 활물질이 제거된 영역을 노칭하여 전극탭을 생성하는 구성이 기재되어 있다. 그러나, 노칭 장치의 전극 이송 속도가 빠르고 또한 전극 절단시 전극이 물리적으로 고정되지 않은데, 활물질을 제거하는 부분(제1레이저 조사 스팟)과 전극을 커팅하는 부분(제2레이저 조사 스팟)이 물리적으로 한곳에서 동시에 이루어 지지 않고 일정한 간격이상 떨어져 있어서 활물질이 제1레이저에 의해서 제거된 라인을 제2레이저에 의한 커팅 라인이 정확히 따라 가지 못해서 노칭불량이 발생하는 문제가 있다.

또한, 상기 레이저 노칭 방법은 제1레이저를 발생시키고 제어하는 광학계와 제2레이저를 발생시키고 제어하는 광학계가 별도로 구성되어 있어 두개의 레이저를 각각 제어해야하고 각각의 광학계 내의 스캐너도 별도로 구비되어 있어 레이저 노칭장비 구성에 상당한 비용이 드는 문제가 있다.

대한민국 공개 특허 제10-2021-0001077호(2021.01.06. 공개)

이에, 실시예는 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 전극을 멈추지 않고, 노칭을 수행하며, 한 장소에서 어블레이션과 전극절단을 동시에 수행함으로써 어블레이션 라인을 절단 라인과 일치시키는 것을 용이하게 하여 어블레이션 영역내에서 전극절단라인이 안정적으로 형성되게 하는 2차 전지용 전극 생산 시스템을 제공하는 것을 과제로 삼는다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급된 과제에 국한되지 않으며 여기서 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

실시예는, 코팅부와 비코팅부를 포함하는 전극을 풀어 공급하는 언와인딩부와, 상기 언와인딩부의 후방에 배치되어, 상기 전극을 노칭하여 전극탭을 형성시키는 노칭부를 포함하는 2차 전지용 전극 생산 시스템으로서, 상기 언와인딩부와 상기 노칭부 사이에 배치되어 상기 전극의 주행방향을 조절하는 제1 사행조정부와, 상기 언와인딩부와 상기 노칭부 사이에 배치되어 상기 노치부로 공급되는 전극의 장력을 조절하는 덴서부와, 상기 노칭부의 후방에 배치되는 피딩부 및 상기 피딩부의 후방에 배치되어 노칭된 전극을 되감는 리와인딩부를 포함하고, 상기 노칭부는, 제1 빔을 조사하는 제1 레이저와, 제2 빔을 조사하는 제2 레이저와. 상기 제1 빔 및 상기 제2 빔의 경로를 형성하는 광학부재를 포함하는 레이저 조사부 및 상기 레이저 조사부의 반사미러를 전극의 노칭라인을 따라 이동시키는 제어부를 포함하고, 상기 광학부재는, 상기 노칭라인 상에서, 상기 제1 빔의 제1 스팟과 상기 제2 빔의 제2 스팟이 제1 거리로 이격되어 배치되며, 상기 제1 스팟의 크기가 상기 제2 스팟의 크기보다 크도록 상기 제1 빔의 경로 및 상기 제2 빔의 경로를 형성하고, 상기 제어부는, 상기 제2 빔의 스팟이 선행하는 상기 제1 빔의 스팟의 이동궤적을 따라가도록 상기 반사미러를 이용하여 상기 제1 빔 및 제2 빔의 경로 형성을 동시에 제어하고, 상기 노칭부에는 상기 전극이 연속적으로 공급되는 2차 전지용 전극 생산 시스템을 제공할 수 있다.

상기 피딩부의 후방에 배치되어, 노칭된 전극을 검사하는 검사부 및 상기 검사부와 상기 리와인딩부 사이에 배치되어, 상기 검사부에서 불량으로 판단된 전극을 펀칭하여 마킹하는 마킹부를 더 포함할 수 있다.

상기 덴서부는 상기 언와인더부와 상기 제1 사행조정부 사이에 배치되고, 상기 제1 사행조정부는 상기 언와인딩부와 상기 노칭부 사이에 배치될 수 있다.

상기 제1 사행조정부는 상기 언와인딩부와 상기 덴서부 사이에 배치되고, 상기 덴서부는 상기 제1 사행조정부와 상기 노칭부 사이에 배치될 수 있다.

상기 피딩부는 상기 전극의 상면과 접촉하는 상부벨트와 상기 전극의 하면과 접촉하는 하부벨트를 포함하는 벨트부와, 상기 벨트부와 연결되는 베이스와, 상기 베이스와 결합하는 제2 사행조정부를 포함하고, 상기 제2 사행조정부는, 제1 레일과, 상기 베이스와 결합하여 상기 제1 레일에 상기 전극의 이송방향과 수직인 전극의 폭방향을 따라 슬라이드 가능하게 결합하는 제1 블록과, 상기 제1 블록과 연결되는 제1 구동부를 포함하고, 상기 제1 구동부는 상기 측정부와 연결되어, 상기 측정부에서 측정된 제1 높이가 기준값과 일치하도록, 상기 벨트부의 폭방향 위치를 피드백 제어할 수 있다.

상기 마킹부는, 펀칭부와 상기 펀칭부와 연결되는 에어공급부를 포함하고, 상기 에어공급부는 상기 펀칭부를 제1 라인을 통해 에어를 공급하여 상기 펀칭부를 하강시키고, 상기 제1 라인에서 분기된 분기라인으로 배출된 공기를 통해, 상기 펀칭부에 의해 펀칭된 상기 전극의 스크랩을 밀어낼 수 있다.

상기 전극은 집전체와 상기 집전체에 적층되는 활물질층을 포함하고, 상기 제1 빔은 상기 활물질층을 어블레이션하고, 상기 제2 빔은 상기 제1 빔의 어블레이션에 의해 노출되는 상기 집전체를 커팅할 수 있다.

상기 광학부재는, 상기 제1 빔의 초점거리 및 상기 제2 빔의 초점거리 중 어느 하나를 조절하여, 상기 제1 스팟의 크기를 상기 제2 스팟의 크기보다 크게 설정할 수 있다.

상기 광학부재는, 상기 제1 빔의 경로 및 상기 제2 빔의 경로 상에 배치되어, 상기 노칭라인 상에 상기 제1 빔의 스팟과 상기 제2 빔의 스팟을 형성시키는 렌즈부와, 상기 제2 빔의 경로상에서 상기 제2 레이저와 상기 광학부재 사이에 배치되는 빔 익스팬더를 포함하고, 상기 빔 익스팬더는 상기 렌즈부를 통과하는 상기 제2 빔의 초점거리를 조절하여, 상기 제1 스팟의 크기를 상기 제2 스팟의 크기보다 크게 설정할 수 있다.

상기 광학부재는, 상기 제1 빔의 경로 및 상기 제2 빔의 경로 상에 배치되어, 상기 노칭라인 상에 상기 제1 빔의 스팟과 상기 제2 빔의 스팟을 형성시키는 렌즈부와, 상기 제1 빔의 경로 상에 배치되는 광굴절부를 포함하고, 상기 광굴절부는 상기 렌즈부에 대한 상기 제1 빔의 입사각과 상기 렌즈부에 대한 상기 제2 빔의 입사각이 상이하도록 상기 제1 빔을 굴절시킬 수 있다.

실시예는, 전극을 멈추지 않고, 노칭을 수행하여, 고속으로 전극을 생산할 수 있는 이점이 있다.

실시예는, 제1 레이저와 제2 레이저가 구조적으로 함께 움직이되, 광학부재를 통해, 제1 스팟과 제2 스팟의 이격거리를 크게 줄이고, 제1 스팟의 궤적을 제2 스팟이 바로 따라 가도록 구성하여, 노칭영역에서 어블레이션을 수행하여 활물질을 제거하는 공정과 어블레이션된 영역을 노칭하는 공정이 아주 가까운 거리에서 (약 10mm 이내) 함께 진행되는 이점이 있다.

또한 제1 스팟과 제2 스팟의 이격거리를 줄여 어블레이션을 수행하여 활물질을 제거하는 공정과 어블레이션된 영역을 노칭하는 공정이 아주 가까운 거리에서 진행됨으로써 활물질 제거영역과 노칭을 위한 절단선을 일치시키는 것이 매우 용이하다.

실시예에 따르면, 노칭이 수행되는 영역에서 미리 활물질을 제거하기 때문에, 녹는점이 낮은 소재를 포함하는 집전체를 이용하더라도 활물질에서 전달되는 열로 인하여 집전체가 녹아 버(burr)가 발생하고 발생된 버(burr)가 활물질과 접촉하여 쇼트가 발생하는 것을 방지할 수 있는 이점이 있다.

실시예에 따르면, 노칭을 수행하는 제2 빔의 초점거리를 조절하여, 용이하게 제1 스팟의 크기와 제2 스팟의 크기를 달리 할 수 있는 이점이 있다.

실시예에 따르면, 어블레이션을 수행하는 제1 빔의 형태를 변경하여, 제1 스팟의 형상을 사각형으로 구성함으로써, 제1 스팟이 중첩되는 것을 방지하고, 집전체가 제1 빔에 의해 손상되는 것을 방지할 수 있는 이점이 있다.

실시예에 따르면, 두개의 레이저 빔의 이동을 하나의 스캐너로 제어함으로써 광학계 구성을 용이하게 하고 가격경쟁력을 가질 수 있는 장점이 있다.

또한 실시예에 따르면 제1빔 또는 제2빔 중 하나의 확산각을 조절함으로써 포커싱거리를 서로 다르게 하여 제1스팟과 제2스팟의 크기를 서로 다르게 하여 크기가 큰 스팟을 어블레이션에 이용하고 크기가 작은 스팟을 노칭에 이용할 수 있는 장점이 있다.

또한 실시예에 따르면 광굴절부를 회전하여 제1빔이 스캐너로 입사하는 각을 변화시킴으로써 제1빔의 제1스팟이 제2빔의 제2스팟을 중심으로 동일한 간격으로 회전하게 하여 항상 일정한 거리를 유지할 수 있게 하고 또한 제1스팟과 제2스팟의 이격거리를 매우 근접하게 유지할수 있어서 어블레이션과 노칭이 거의 동일한 지점에서 동시에 수행될 수 있게 하는 장점이 있다.

도 1은 실시예에 따른 2차 전지용 전극 생산 시스템을 도시한 정면도,
도 2는 도 1에서 도시한 노칭부의 개략도,
도 3은 전극의 측면도를 도시한 도면,
도 4는 도 2에서 도시한 전극의 평면도,
도 5는 전극의 노칭라인의 일례를 도시한 도면,
도 6은 전극의 노칭라인을 다른례를 도시한 도면,
도 7은 어블레이션이 수행된 전극의 측면도,
도 8은 제1 스팟과 제2 스팟을 도시한 도면,
도 9는 광굴절부에서 소정의 각도로 굴절되는 제1 빔을 도시한 도면,
도 10은 도 5에서 도시한 (1) 구간에서 (2) 구간으로 진입하는 노칭라인을 따라 이동하는 제1 스팟과 제2 스팟을 도시한 도면,
도 11은 도 10에서 도시한 제1 영역에서 제1 스팟과 제2 스팟의 상대적 위치를 도시한 도면,
도 12는 도 10에서 도시한 제2 영역에서 제1 스팟과 제2 스팟의 상대적 위치를 도시한 도면,
도 13은 도 10에서 도시한 제3 영역에서 제1 스팟과 제2 스팟의 상대적 위치를 도시한 도면,
도 14는 도 5에서 도시한 (2) 구간에서 (3) 구간으로 진입하는 노칭라인을 따라 이동하는 제1 스팟과 제2 스팟을 도시한 도면,
도 15는 도 14에서 도시한 제4 영역(NL4)에서 제1 스팟과 제2 스팟의 상대적 위치를 도시한 도면,
도 16은 도 14에서 도시한 제5 영역(NL)에서 제1 스팟과 제2 스팟의 상대적 위치를 도시한 도면,
도 17은 제2 빔의 초점거리를 조절하여, 제1 빔의 제1 스팟의 크기를 확보하는 과정을 도시한 도면,
도 18은 빔 세이퍼에 의해, 제1 빔의 형상을 변경하는 과정을 도시한 도면,
도 19는 도 18에서 도시한 빔 세이퍼에 의해 형상이 변경된 제1 빔으로 어블레이션을 수행한 상태의 전극의 측면도,
도 20은 도 18에서 도시한 빔 세이퍼에 의해 형상이 변경된 제1 빔의 제1 스팟의 형상을 도시한 도면,
도 21은 전극을 도시한 평면도,
도 22는 전극의 캠버량을 도시한 도면,
도 23은 도 22에서 도시한 전극보다 상대적으로 캠버량이 작은 전극을 도시한 도면,
도 24에서 도시한 전극보다 상대적으로 캠버량이 큰 전극(S)을 도시한 도면,
도 25는 전극탭이 형성된 전극을 도시한 도면,
도 26은 피딩부의 측면도,
도 27은 전극의 폭방향으로 움직이는 피딩부를 도시한 도면,
도 28은 전극탭에서, 코팅부의 제1 높이를 나타낸 도면,
도 29는 전극의 이송방향으로 이동하는 베이스의 구성을 도시한 도면,
도 30은 마킹부를 도시한 도면이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

다만, 본 발명의 기술 사상은 설명되는 일부 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있고, 본 발명의 기술 사상 범위 내에서라면, 실시 예들간 그 구성 요소들 중 하나 이상을 선택적으로 결합, 치환하여 사용할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에서 사용되는 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는, 명백하게 특별히 정의되어 기술되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 일반적으로 이해될 수 있는 의미로 해석될 수 있으며, 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥상의 의미를 고려하여 그 의미를 해석할 수 있을 것이다.

또한, 본 발명의 실시예에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다.

본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함할 수 있고, "A 및(와) B, C 중 적어도 하나(또는 한 개 이상)"로 기재되는 경우 A, B, C로 조합할 수 있는 모든 조합 중 하나 이상을 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제1, 제2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다.

이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등으로 한정되지 않는다.

그리고, 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 '연결', '결합' 또는 '접속'된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성 요소에 직접적으로 연결, 결합 또는 접속되는 경우뿐만 아니라, 그 구성 요소와 그 다른 구성 요소 사이에 있는 또 다른 구성 요소로 인해 '연결', '결합' 또는 '접속' 되는 경우도 포함할 수 있다.

또한, 각 구성 요소의 "상(위) 또는 하(아래)"에 형성 또는 배치되는 것으로 기재되는 경우, 상(위) 또는 하(아래)는 두 개의 구성 요소들이 서로 직접 접촉되는 경우뿐만 아니라 하나 이상의 또 다른 구성 요소가 두 개의 구성 요소들 사이에 형성 또는 배치되는 경우도 포함한다. 또한, "상(위) 또는 하(아래)"으로 표현되는 경우 하나의 구성 요소를 기준으로 위쪽 방향뿐만 아니라 아래쪽 방향의 의미도 포함할 수 있다.

2차 전지용 전극 생산시스템은 2차 전지에 사용되는 전극(electrode)을 자동으로 연속 생산하기 위한 장치이다.

도 1은 실시예에 따른 2차 전지용 전극 생산 시스템을 나타낸 정면도이다. 이하. 도면의 x축 방향은, 전극의 이송방향이며, 도면의 y축 방향은 2차 전지용 전극 생산 시스템의 전후방향을 나타낸 것으로, 전극의 폭방향을 나타내며, 도면의 z축 방향은 2차 전지용 전극 생산 시스템의 높이방향을 나타낸다. 이하, 실시예를 설명함에 있어서, '전방','후방'은 전극의 이송방향을 기준으로 하고, '상측','하측'은 높이방향을 기준으로 한다.

실시예에 따른 2차 전지용 전극 생산시스템은, 노칭 과정에서, 전극을 멈추지 않기 위하여, 레이저를 활용한 노칭부(1)를 포함하는 특징이 있다. 그리고, 실시예에 따른 2차 전지용 전극 생산시스템은 언와인딩부(UW)에서 풀린 전극이 노칭부(1)에 노칭 후, 리와인딩부(RW)에 다시 감기는 롤 투 롤(roll-to-roll) 방식일 수 있다.

이러한, 2차 전지용 전극 생산시스템은, 도 1에 도시된 바와 같이, 제1 사행조정부(2)와, 피딩부(300)와, 검사부(400)와, 마킹부(500)를 더 포함할 수 있다.

제1 사행조정부(2)와 노칭부(1) 사이에는 노칭부(1)로 공급되는 전극의 장력을 조절하는 덴서부(DC)가 배치될 수 있다. 그러나 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 덴서부(DC)가 언와인딩부(UW)와 제1 사행조정부(2) 사이에 배치될 수 있다.

언와인딩부(UW)는 띠형의 금속판으로 형성되는 전극을 연속공급한다. 입측의 언와인딩부(UW)로부터 가로로 길게 이어지는 띠형의 금속판으로 형성되는 전극이 제1 사행조정부(2)로 공급된다.

제1 사행조정부(2)는, 전극의 코팅부와 비코팅부의 경계를 검출하여, 전극의 사행을 조절할 수 있다. 코팅부는 집전체에 활물질층이 도포된 영역에 해당하고, 비코팅부는 집전체에 활물질층이 도포되지 않은 영역에 해당한다.

덴서부(DC)은 전극의 공급속도의 변화에 대응하여 노칭부(1)로 전극이 연속적으로 공급될 수 있도록 전극의 장력을 조절한다.

노칭부(1)는 덴서부(DC)의 후방에 배치되어, 전극에 전극 탭을 형성시킨다. 노칭부(1)는 전극을 멈추지 않고, 노칭을 수행하기 위하여, 금형이 아닌 레이저를 통해 노칭을 진행한다.

피딩부(300)는 노칭부(1)의 후방에 배치되어, 노칭된 전극을 검사부(400)로 안내하는 역할을 한다.

검사부(400)는 피딩부(300)의 후방에 배치되어, 전극의 영상정보를 통해 노칭된 전극에 불량이 있는지 판별할 수 있다.

마킹부(500)는 검사부(400)의 후방에 배치되어, 검사부(400)에서 불량으로 판단된 전극에 대하여, 마킹을 수행한다.

도 2는 도 1에서 도시한 노칭부(1)의 개략도이다.

도 1을 참조하면, 노칭부(1)는, 레이저 조사부(100)와 제어부(200)를 포함할 수 있다. 레이저 조사부(100)는 전극에 대한 어블레이션(ablation)과 노칭을 수행하는 빔을 생성시키고, 생성된 빔을 전극에 전달하는 장치이다. 제어부(200)는 전극의 노칭라인을 따라 레이저 조사부(100)의 반사미러(133)를 이동시키는 장치이다.

그리고 레이저 조사부(100)는 제1 레이저(110)와 제2 레이저(120)와 광학부재(130)를 포함할 수 있다. 제1 레이저(110)는 제1 빔(V1)을 생성한다. 제1 빔(V1)은 IR 레이저일 수 있다. 제1 빔(V1)은 전극의 노칭영역에 어블레이션(ablation)을 수행하여 활물질을 제거한다. 제2 레이저(120)는 제2 빔(V2)을 생성한다. 제2 빔(V2)은 Green 레이저일 수 있다. 제2 빔(V2)은 어블레이션되어 활물질이 제거된 집전체 영역에서 노칭을 수행한다.

제1 레이저(110)의 조사방향과 제2 레이저(120)의 입사방향은 서로 상이할 수 있다. 예를 들어, 제1 레이저(110)의 조사방향과 제2 레이저(120)의 입사방향은 서로 수직일 수도 있고, 광학계를 구성하기에 따라 입사방향이 서로 다양하게 구성될 수 있다.

광학부재(130)는 전극까지 도달하는 제1 빔(V1)의 경로 및 제2 빔(V2)의 경로를 생성한다. 광학부재(130)는 렌즈부(131)와, 광굴절부(132)와, 움직이는 반사 미러(133)와, 다이크로익(Dichronic) 미러(134)를 포함할 수 있다. 제1 빔(V1)의 경로를 기준으로, 광굴절부(132), 다이크로익 미러(134)와, 움직이는 반사 미러(133)와, 렌즈부(131) 순으로 배치될 수 있다. 제2 빔(V2)의 경로를 기준으로, 다이크로익 미러(134)와 움직이는 반사 미러(133)와, 렌즈부(131) 순으로 배치될 수 있다.

스캐너(160)는 반사미러(133)와 렌즈부(131)로 구성되며, 본 발명의 실시예에서는 하나의 스캐너(160)로 2개의 레이저-제1빔(V1) 및 제2빔(V2)-를 동시에 제어하여 제1스팟(S1)과 제2스팟(S2)이 노칭라인을 따라 움직이도록 한다.

스캐너(160)는 제어부(200)에 의해서 움직인다. 구체적으로, 제어부(200)는 스캐너(160)의 반사미러(133)를 움직인다. 반사미러(133)는 x축과 y축으로 움직이는 2개의 미러로 구성된다.

렌즈부(131)는 제1 빔(V1)의 제1 스팟(S1)을 형성시키고, 제2 빔(V2)의 제2 스팟(S2)을 형성시킨다. 렌즈부(131)는 전극의 위치를 나타내는 기준면(T)에서 제1 스팟(S1)과 제2 스팟(S2)을 서로 이격시킨다. 이러한 렌즈부(131)는 에프세타(F-theta) 렌즈, 텔레센트릭(telecentric) 렌즈, 스캔 렌즈 중 어느 하나일 수 있다.

광굴절부(132)는 제1 레이저(110)의 전방에 배치되어, 제1 빔(V1)의 제1 스팟(S1)이 제2 스팟(S2)과 기준면(T)에서 이격되도록 제1 빔(V1)을 소정의 각도로 굴절시키는 장치이다. 이러한 광굴절부(132)는 프리즘(옵티컬 웨지)이나 광학변조기(Acousto-Optic Modulator)일 수 있다. 또한, 광굴절부(132)로 빔의 출사각을 굴절시킬 수 있는 다양한 광학장치가 이용될 수 있다.

움직이는 반사 미러(133)는 다이크로익 미러(134)와 렌즈부(131) 사이에 배치되어 다이크로익 미러(134)에서 전달되는 제1 빔(V1)과 제2 빔(V2)을 렌즈부(131)로 안내하는 역할을 한다. 이러한 움직이는 반사 미러(133)는 반사 방향이 상이한 2개의 미러로 구성될 수 있다.

다이크로익(Dichronic) 미러(134)는 광굴절부(132)의 전방에 배치되고 제2 레이저(120)의 전방에 배치되어, 광굴절부(132)에서 굴절된 제1 빔(V1)을 투과시켜 반사 미러(133) 측으로 전달하고, 제2 레이저(120)에서 조사된 제2 빔(V2)은 반사시켜 반사 미러(133) 측으로 전달시킬 수 있다. 즉 다이크로익미러(134)는 제1빔(V1)은 투과시키고 제2빔(V2)은 반사시키는 기능을 하며, 선택적으로 입사되는 빔을 투과 또는 반사시킬 수 있다. 이런 기능을 수행하는 다양한 미러가 다이크로익 미러(134)로 이용될 수 있다.

이러한 광학부재(130)에서, 렌즈부(131)를 투과한 제2 빔(V2)의 제2 스팟(S2)은 렌즈부(131)의 광축에 배치되며, 렌즈부(131)의 초점에 위치할 수 있다. 제1빔(V1)은 광굴절부(132)에 의해 각도가 굴절되고 반사미러(133)에 의해 반사되어 렌즈부(131)를 투과하여 기준면(T) 상에서 제2 스팟(S2)과 이격되어 제1 스팟(S1)으로서 배치된다. 제2 빔(V2)의 경우, 빔익스팬더(135)를 지나면서 제2빔(V2)의 발산각이 조절되어 초점이 기준면(T)에 맺히도록 조절된다. 즉 초점거리가 기준면(T)으로 디포커싱(defocusing)되어, 결국 기준면(T)을 기준으로 할 때 제1스팟(S1)의 크기가 제2 스팟(S2)보다 크게 되는 것이다. 크기가 큰 제1 스팟(S1)에서 전극에 대한 어블레이션이 수행되고, 크기가 작은 제2 스팟(S2)에서 노칭이 수행된다.

도 3은 전극의 측면도를 도시한 도면이고, 도 4는 도 3에서 도시한 전극의 평면도이다.

도 3 및 도 4를 참조하면, 전극(10)은 집전체(11)와, 집전체(11)와 일면과 타면에 각각 적층되는 활물질층(12)을 포함할 수 있다. 집전체(11)는 활물질층(12)으로 전류를 전달하거나 활물질층(12)에서 전류를 전달받도록 구성된 것으로서, 구리나 알루미늄으로 이루어질 수 있다. 실시예에서, 알루미늄으로 이루어진 집전체(11)를 기준으로 설명한다.

전극(10)은 활물질층(12)이 위치하는 유지부(10A)와, 활물질층(12)이 없고 집전체(11)만 있는 무지부(10B)로 구분할 수 있다. 노칭 과정에서 유지부(10A)의 일부와 무지부(10B)의 일부가 노칭되어 제거될 수 있다. 노칭 후, 남는 무지부(10B)가 전극(10)탭으로 활용될 수 있다.

도 5는 전극(10)의 노칭라인(NL)의 일례를 도시한 도면이다.

도 5를 참조하면, 전극(10)의 노칭라인(NL)은 방향이 상이한 여러 구간이 존재할 수 있다. 예를 들어, 전극(10)의 노칭라인(NL)은 도 5의 (1)과 같이, 무지부(10B)의 에지에서 시작하여 유지부(10A)를 향하여 전방으로 형성된 다음, 도 5의 (2)와 같이, 유지부(10A)에서 전극(10)의 좌우방향을 따라 형성되고, 도 5의 (C)와 같이, 유지부(10A)에서 무지부(10B)의 에지를 향하여 후방으로 형성되는 연속적인 라인일 수 있다.

도 6은 전극(10)의 노칭라인(NL)을 다른례를 도시한 도면이다.

도 6을 참조하면, 전극(10)의 노칭라인(NL)의 다른례로서, 도 6의 (1)과 같이, 무지부(10B)의 에지에서 시작하여 전방으로 형성된 다음, 도 6의 (2)와 같이, 유지부(10A)에서 전극(10)의 좌우방향을 따라 형성되고, 도 6의 (C)와 같이, 유지부(10A)에서 무지부(10B)의 에지를 향하여 후방으로 형성된 후, 도 6의 (D)와 같이, 무지부(10B)에서 다음 전극(10)의 노칭라인(NL)까지 전극(10)의 좌우방향을 따라 형성될 수 있다.

제어부(200)는 도 5에서 도시한 노칭라인(NL) 또는 도 6에서 도시한 노칭라인(NL)을 따라 스캐너(160)의 반사미러(133)를 이동시킬 수 있다. 반사미러(133)가 움직이면서 제1빔(V1)과 제2빔(V2)이 노칭라인(NL)을 따라 이동된다.

도 7은 어블레이션이 수행된 전극(10)의 측면도이다.

도 7을 참조하면, 제1 스팟(S1)에서 어블레이션이 수행되면, 제1 빔(V1)에 의해 집전체(11)의 일면의 활물질층(12)이 제거된다. 활물질층(12)이 제거된 영역을 제2 스팟(S2)이 지나가면서 제2 빔(V2)에 의해 노칭이 진행된다. 이렇게 노칭이 수행될 영역을 제1 빔(V1)을 통해 먼저 활물질층(12)을 제거하면, 활물질층(12)에서 전달되는 열로 인하여 집전체(11)가 녹아 절단면 밖으로 돌출되는 버(bur)가 발생되고 복수개의 전극들이 상하로 적층될 때 버끼리 접촉하여 쇼트가 발생하는 문제를 방지할 수 있다.

도 8은 제1 스팟(S1)과 제2 스팟(S2)을 도시한 도면이다.

도 8을 참조하면, 제1 스팟(S1)과 제2 스팟(S2)은 제1 거리로 이격되어 배치된다. 그리고 제1 스팟(S1)의 중심(C1)과 제2 스팟(S2)의 중심(C2)이 각각 노칭라인(NL) 상에 배치될 수 있다. 제1 거리(L1)는 노칭라인(NL) 상에서 제1 스팟(S1)과 제2 스팟(S2)의 중심사이의 거리로 정의될 수 있다.

제1 거리(L1)는 0.5mm 내지 10mm 이내일 수 있다. 제1 레이저(110)와 제2 레이저(120)가 물리적으로 상당히 떨어져 있지만. 노칭라인(NL) 상에서 제1 스팟(S1)이 지난 영역을 제2 스팟(S2)이 바로 지날 수 있도록, 광학부재(130)를 통해 제1 거리(L1)를 사용자가 설정할 수 있다. 즉, 광굴절부(132)를 이용하여 제1빔(V1)의 출사각을 조절하여 제1스팟(S1)과 제2스팟(S2)의 거리를 사용자가 설정할 수 있다.

제1 스팟(S1)의 크기는 0.3mm 내지 1.5mm 이내일 수 있다. 제2 스팟(S2)의 크기는 0.1mm 보다 작을 수 있다.

도 9는 광굴절부(132)에서 소정의 각도로 굴절되는 제1 빔(V1)을 도시한 도면이다.

도 9를 참조하면, 광굴절부(132)는 광축(OA)을 기준으로 제1 빔(V1)을 소정의 각도(R1)로 굴절시킨다. 이는 렌즈부(131)에 대한 제1 빔(V1)의 입사각을 렌즈부(131)의 광축과 경사지게 형성하여, 제1 스팟(S1)과 제2 스팟(S2)의 제1 거리(L1)를 확보하기 위함이다.

또한, 광굴절부(132)는 광축(OA)을 기준으로 회전하도록 형성할 수 있다. 이는 노칭라인(NL)의 방향이 전후방향에서 좌우방향으로 전환될 수 있는데, 이에 대응하여, 제1 스팟(S1)과 제2 스팟(S2)의 이격방향이 노칭라인(NL)과 정렬되도록 제1 스팟(S1)의 위치를 변경하기 위한 것이다. 광굴절부(132)는 광축(OA)을 기준으로 회전함으로써 제1빔(V1)의 제1스팟이 제2스팟을 중심으로 원을 그리며 회전하여 노칭라인(NL)을 따라 전후에 배치되도록 조정할 수 있다. 광굴절부(132)를 회전시키기 위하여 모터(미도시)를 구비할 수 있다. 광굴절부(132)는 굴절을 일으킬 수 있는 광학소자인 프리즘, 옵티컬 웨지, 음향 광학 모듈레이터 (acoustic optic modulator) 등이 이용될 수 있다.

도 10은 도 5에서 도시한 (1) 구간에서 (2) 구간으로 진입하는 노칭라인(NL)을 따라 이동하는 제1 스팟(S1)과 제2 스팟(S2)을 도시한 도면이고, 도 11은 도 10에서 도시한 제1 영역(NL1)에서 제1 스팟(S1)과 제2 스팟(S2)의 상대적 위치를 도시한 도면이다.

도 9 내지 도 11을 참조하면, 도 5에서 도시한 (1) 구간에서, 무지부(10B)의 에지에서 유지부(10A)를 향하여 전방으로 직진하는 노칭라인(NL)의 제1 영역(NL1)에서 전후방향으로 제1 스팟(S1)과 제2 스팟(S2)이 나란히 정렬되도록 광굴절부(132)의 회전이 조절될 수 있다. 예를 들어, 제1 영역(NL1)에서는 광굴절부(132)가 회전 원점에 위치할 수 있다. 제1 영역(NL1)에서는 제1 스팟(S1)이 제2 스팟(S2)보다 선행하여 전진하며, 제1 스팟(S1)과 제2스팟(S2)의 이동방향은 반사미러(133)에 의해 조절된다. 제1 영역(NL1)은 무지부(10B)에 해당하여, 제1 영역(NL1)에서는 제1 레이저(110)가 오프(Off)상태일 수 있다.

도 5에서 도시한 (1) 구간에서 (2) 구간으로 전환하는 곡선 구간이 노칭라인(NL)의 제2 영역(NL2)에 해당한다. 제2 영역(NL2)은 유지부(10A)에 대응될 수 있다. 따라서, 제2 영역(NL2)에서는 제1 레이저(110)가 온(On)상태일 수 있다. 반사미러(133)를 조절하여 곡선구간인 제2 영역(NL2)을 따라 제1스팟(S1)과 제2스팟(S2)이 이동하게 하고, 광굴절부(132)가 회전하여 제1 스팟(S1)의 위치가 변경된다.

도 12는 도 10에서 도시한 제2 영역(NL2)에서 제1 스팟(S1)과 제2 스팟(S2)의 상대적 위치를 도시한 도면이다.

도 10 및 도 12를 참조하면, 광굴절부(132)가 회전함에 따라, 제2 스팟(S2)이 지나가는 영역을 제1 스팟(S1)이 미리 지나도록, 제1 스팟(S1)이 제2 스팟(S2)을 중심으로 하는 원형 궤도(O)를 따라 이동하기 시작한다.

도 13은 도 10에서 도시한 제3 영역(NL3)에서 제1 스팟(S1)과 제2 스팟(S2)의 상대적 위치를 도시한 도면이다.

도 5에서 도시한 (2) 구간에 해당하는 것으로 좌우방향을 따라 이동하는 직선구간이 노칭라인(NL)의 제3 영역(NL3)에 해당한다. 제3 영역(NL3)은 유지부(10A)에 대응될 수 있다. 따라서, 제3 영역(NL3)에서는 제1 레이저(110)가 온(On)상태일 수 있다. 직선구간인 제3 영역(NL3)을 따라 제1스팟(S1)과 제2스팟(S2)이 이동함에 따라 이에 대응하여 광굴절부(132)가 회전을 계속하여 제1 스팟(S1)의 위치가 원점에서 90° 회전한 위치로 변경될 수 있다.

도 14는 도 5에서 도시한 (2) 구간에서 (3) 구간으로 진입하는 노칭라인(NL)을 따라 이동하는 제1 스팟(S1)과 제2 스팟(S2)을 도시한 도면이고, 도 15는 도 14에서 도시한 제4 영역(NL4)에서 제1 스팟(S1)과 제2 스팟(S2)의 상대적 위치를 도시한 도면이다.

도 14 및 도 15를 참조하면, 도 5에서 도시한 (2) 구간에서 (3) 구간으로 전환하는 곡선 구간이 노칭라인(NL)의 제4 영역(NL4)에 해당한다. 제4 영역(NL4)은 유지부(10A)에 대응될 수 있다. 따라서, 제4 영역(NL4)에서는 제1 레이저(110)가 온(On)상태일 수 있다. 곡선구간인 제4 영역(NL4)을 따라 제1스팟(S1)과 제2스팟(S2)이 이동함에 따라 이에 대응하여 광굴절부(132)가 회전하여 제1 스팟(S1)의 위치가 변경된다.

광굴절부(132)가 회전함에 따라, 제2 스팟(S2)이 지나가는 영역을 제1 스팟(S1)이 미리 지나도록, 제1 스팟(S1)이 제2 스팟(S2)을 중심으로 하는 원형 궤도(O)를 따라 다시 이동하기 시작한다.

도 16은 도 14에서 도시한 제5 영역(NL)에서 제1 스팟(S1)과 제2 스팟(S2)의 상대적 위치를 도시한 도면이다.

도 5에서 도시한 (3) 구간에서, 유지부(10A)에서 무지부(10B)를 향하여 후방으로 직진하는 노칭라인(NL)의 제5 영역(NL5)에서 전후방향으로 제1 스팟(S1)과 제2 스팟(S2)이 나란히 정렬되도록 광굴절부(132)의 회전이 조절될 수 있다. 예를 들어, 제1 스팟(S1)의 위치가 원점에서 180° 회전한 위치로 변경될 수 있다. 제5 영역(NL5)은 무지부(10B)에 해당하기 때문에 제1 레이저(110)가 오프(Off)상태일 수 있다.

도 17은 제2 빔(V2)의 초점거리를 조절하여, 제1 빔(V1)의 제1 스팟(S1)의 크기를 확보하는 과정을 도시한 도면이다.

도 2 및 도 17을 참조하면, 제2 빔(V2)의 초점거리를 조절하여, 제2 스팟(S2)의 크기보다 큰 크기를 갖는 제1 스팟(S1)을 확보할 수 있다.

이를 위해, 광학부재(130)는 빔 익스팬더(135)(Beam Expander)를 포함할 수 있다. 빔 익스팬더(135)는 제2 빔(V2)의 경로 상에서 제2 레이저(120)와 다이크로익 미러(134) 사이에 배치될 수 있다. 빔 익스팬더(135)는 렌즈부(131)를 통과하는 상기 제2 빔(V2)의 초점거리를 조절할 수 있다. 빔익스팬더(135)는 제2빔(V2)의 발산각을 변경하여 제2빔(V2)의 초점 위치를 변화시킨다. 본 실시예에서는 초점 위치를 S2'에서 S2로 변화시키는 것이다. 그래서 S2의 위치를 기준면(T)으로 할 경우 제1빔(V1)의 제1스팟도 S1'가 아닌 S1이 되고 크기가 커지게 되는 것이다.

다시 설명하면, 렌즈부(131)의 초점거리(FL1)에서는 제1 빔(V1)의 초점(S1')과 제2 빔(V2)의 초점(S2')이 맞기 때문에, 제1 스팟(S1)과 제2 스팟(S2)의 크기 차이가 크지 않다. 빔 익스팬더(135)를 통해, 제2 빔(V2)의 초점거리를 FL1에서 FL2로 변경하면, 변경된 초점거리(FL2)에서는 제2 빔(V2)은 초점이 맞지만, 제1 빔(V1)의 경우 제1 스팟(S1)의 크기로 늘릴 수 있다. 변경된 제2 초점거리(FL2)에 기준면(T)이 위치하도록 광학부재(130)를 설계할 수 있다.

도 18은 빔 세이퍼에 의해, 제1 빔(V1)의 형상을 변경하는 과정을 도시한 도면이다.

도 18을 참조하면, 제1 빔(V1)의 형상을 변경하여, 노칭에 용이한 제1 스팟(S1)의 형상을 구현할 수 있다. 이를 위해, 광학부재(130)는 빔 세이퍼(136)(Beam Shaper)를 포함할 수 있다. 빔 세이퍼(136)는 제1 빔(V1)의 경로 상에서 제1 레이저(110)와 광굴절부(132) 사이에 배치될 수 있다. 빔 세이퍼(136)는 가우시안 빔 형상인 제1 빔(V1')을 플랫 탑(FT)(Flat Top) 형상으로 변환하여 일정한 폭(w)을 갖는 사각형의 스팟 형상을 구현할 수 있다.

도 19는 도 18에서 도시한 빔 세이퍼(136)에 의해 형상이 변경된 제1 빔(V1)으로 어블레이션을 수행한 상태의 전극(10)의 측면도이다.

도 19를 참조하면, 가우시안 빔 형상의 제1 빔(V1')에 의하면, 활물질층(12)을 제거할 때, 어블레이션 영역에 위치한 활물질층(12)에 열을 미치는 영역(HA)이 상당히 크고, 가우시안 형상의 제1빔(V1')에서 뾰족한 중앙부분은 에너지 측면으로 볼 때 평균에너지를 넘는 잉여에너지가 되어 그 잉여에너지가 집전체에도 데미지(DA)를 주게 된다.(도 19의 위쪽 그림참조)

빔 세이퍼(136)에 의해 제1 빔(V1)을 플랫 탑(Flat Top) 형상으로 변환한 경우, 어블레이션 영역에 위치한 활물질층(12)에 열을 미치는 영역(HA)도 정밀하게 할 수 있고, 또한 에너지 측면에서 잉여에너지 부분도 크게 줄어들게 되므로 집전체에도 데미지를 주지 않는 이점이 있다. 즉, 가우시안 빔 형상의 제1 빔(V1')에 의하면, 집전체(11)에 과도한 에너지 조사로 손실영역이 발생할 수 있는데 제1 빔(V1)을 플랫 탑(Flat Top) 형상으로 변환한 경우, 집전체가 손상되는 것을 방지할 수 있다.(도 19의 아래쪽 그림 참조)

도 20은 도 18에서 도시한 빔 세이퍼(136)에 의해 형상이 변경된 제1 빔(V1)의 제1 스팟(S1)의 형상을 도시한 도면이다.

도 20을 참조하면, 가우시안 빔 형상인 제1 빔(V1)은 제1 스팟(S1)의 형상이 원형이다. 따라서, 어블레이션이 진행되는 영역의 에지가 울퉁불퉁한 단점이 있으며 제1 스팟(S1)이 중첩될 수 밖에 없는 구조이다. 반면에, 플랫 탑(Flat Top) 형상으로 변환된 제1 빔(V1)의 제1 스팟(S1)의 형상은 사각형이기 때문에 어블레이션이 진행되는 영역의 에지가 일직선으로 깔끔한 이점이 있으며, 제1 스팟(S1)이 중첩되지 않는 장점이 있다.

본 발명의 실시예에서, 제1빔(V1)과 제2빔(V2)에 의해서 노칭이 수행될 때 전극은 순간적으로 정지상태에 있을 수 있다. 즉, 전극을 이동시키는 컨베이어가 이동과 정지를 반복하며, 전극이 정지한 상태에서 제1빔(V1)과 제2빔(V2)에 의해 노칭이 이루어질 수 있다.

반대로, 전극이 계속하여 움직이는 상태에서 제1빔(V1)과 제2빔(V2)을 이용하여 레이저 노칭이 수행될수도 있다.

전극이 움직이는 상태에서 노칭이 되는 것은 보통 롤투롤(roll to roll: 전극이 롤에서 풀려서 노칭된 후 다시 롤에 감기는 구조) 구조에서 이용되는데, 노칭을 하기 위해서 전극을 세우지 않고 이동하는 상태에서 이동 속도를 측정하고 그 정보를 레이저의 이동을 제어하는 장치에 피드백 함으로써 전극의 이동 속도에 따라 레이저의 움직임을 조정하여 원하는 전극 패턴을 얻어낸다. 때문에 고속 동작이 가능한 이점이 있다.

도 21은 전극(S)를 도시한 평면도이다.

도 21을 참조하면, 전극(S)은 코팅부(Sa)와 비코팅부(Sb)로 구분될 수 있다. 코팅부(Sa)는 활물질층이 위치하는 부분이고, 비코팅부(Sb)는 활물질층이 없는 부분으로서, 코팅부(Sa)의 일부와 비코팅부(Sb)는 전극탭(Sc)으로 활용될 수 있다.

노칭부(1)의 바로 앞에 센서(S2)가 배치될 수 있다. 센서(S2)는 코팅부(Sa)와 비코팅부(Sb)의 경계(Q)를 검출한다. 제1 사행조정부(2)는 센서(K2)를 통해 경계(Q)가 기준선에 벗어나 있는 것으로 확인되면, 전극(S)이 사행하는 것으로 판단하여, 경계(Q)가 기준선에 정렬되도록 전극(S)의 주행방향을 조절한다.

한편, 측정부(S1)는 노칭부(1)의 바로 뒤에 위치하여, 전극탭(Sc)에서 코팅부(Sa)의 제1 높이(도 25의 W)를 센싱한다. 측정부(S1)는 전극(S)의 캠버량에 차이에 의해. 노칭에 오류가 있는 지 판단하기 위한 것이다.

도 22는 전극(S)의 캠버량을 도시한 도면이고, 도 23은 도 22에서 도시한 전극(S)보다 상대적으로 캠버량이 작은 전극(S)을 도시한 도면이고, 도 24에서 도시한 전극(S)보다 상대적으로 캠버량이 큰 전극(S)을 도시한 도면이다.

캠버량이 상이한 다양한 전극(S)이 공급될 수 있다. 예를 들어, 도 23에서 도시한 전극(S)의 캠버량(CB')은 도 22에서 도시한 전극(S)의 캠버량(CB) 보다 상대적으로 작은 반면에 도 24에서 도시한 전극(S)의 캠버량(CB'')은 도 23에서 도시한 전극(S)의 캠버량(CB)보다 상대적으로 클 수 있다. 여기서, 캠버량은 전극(S)의 만곡정도를 나타낸 것으로, 전극(S)의 끝단에서 비코팅부(Sb)의 위치와 만곡이 없는 비코팅부(Sb)의 정상적인 위치와의 차이값으로 나타낼 수 있다. 이러한 캠버량은 전극(S)의 폭방향(y)을 기준으로 나타낼 수 있다.

이렇게 전극(S)마다 캠버량이 상이한 경우, 전극(S)마다 코팅부(Sa)와 비코팅부(Sb)의 경계(Q)가 달라지기 때문에 센서(K2)에서 전극(S)의 정주행이 확인되더라도 노칭과정에서 전극탭(Sc)에 불량이 발생할 수 있다.

측정부(K1)는 코팅부(Sa)와 비코팅부(Sb)의 경계(Q)에 배치되고 이송방향(x)을 따라 길게 배치된 전극(S) 전체의 길이를 고려할 때, 센서(K2)가 위치한 지점은 한점에 지나지 않기 때문에 센서(K2)에서 코팅부(Sa)와 비코팅부(Sb)의 경계(Q)가 정위치에 있다 하더라도 노칭과정에서 전극(S)은 사행할 수도 있다.

측정부(K1)는 이러한 문제점을 해결하게 위하여 노칭부(1)의 바로 뒤에 배치되어, 캠버량이 상이한 전극(S)에 대응하여 피딩부(300)의 제2 사행조정부(330)에 제어정보를 제공한다.

도 25는 전극탭(Sc)이 형성된 전극(S)을 도시한 도면이다.

도 25를 참조하면, 측정부(S1)는 노칭부(30)에서 나오는 전극(S)의 영상을 획득할 수 있다. 측정부(K1)는 획득된 영상에서 전극(S)의 폭방향(y)을 기준으로 전극탭(Sc)에서 코팅부(Sa)의 제1 높이(W)를 측정한다. 노칭 시, 전극탭(Sc)에는 비코팅부(Sb)와 함께 코팅부(Sa)의 일부 영역이 제1 높이(W)만큼 형성되도록 노칭된다. 전극(S)의 캠버량의 차이로 인하여, 제1 높이(W)가 기준값과 차이가 있으면, 전극탭(Sc)에 불량이 발생할 수 있다. 측정부(K1)는 비젼카메라나 센서를 포함할 수 있다.

도 26은 피딩부(300)의 측면도이고, 도 27은 전극(S)의 폭방향(y)으로 움직이는 피딩부(300)를 도시한 도면이다.

도 25 내지 도 27를 참조하면, 피딩부(300)에 제2 사행조정부(330)가 배치될 수 있다. 피딩부(300)는 노칭부(1)를 통과하는 전극(S)을 연속적으로 끌어당기는 견인방식으로 연속이동시켜 검사부(400)에 전극(S)을 연속적으로 공급한다. 피딩부(300)는 전극(S)을 주기적으로 반복되는 서로 다른 속도 또는 장력으로 견인할 수 있다.

이러한 피딩부(300)는 노칭부(1)의 후방에 배치되어, 전극(S)을 연속적으로 견인하기 때문에, 전극(S)의 주행방향을 조절하기가 매우 용이하다. 특히, 측정부(K1)와 피딩부(300)가 전극(S)의 이송방향(x) 기준으로 매우 가깝기 때문에 전극(S)의 위치를 작게 변경하여도 전극(S)의 사행을 정주행으로 신속하게 변경할 수 있는 이점이 있다.

피딩부(300)는 벨트부(310)와 베이스(320)와 제2 사행조정부(330)를 포함할 수 있다.

벨트부(310)는 상부벨트(311)와 하부벨트(312)를 포함할 수 있다.

상부벨트(311)는 전극(S)의 상면과 접촉한다, 상부벨트(311)는 삼각형의 꼭지 지점에 각각 배치되는 전방롤러(F1)와, 후방롤러(R1)와 모터와 연결된 구동롤러(C1)에 장착되어 구동될 수 있다. 전방롤러(F1)는 구동롤러(C1)의 전방에 배치되고, 후방롤러(R1)는 구동롤러(C1)의 후방에 배치될 수 있다.

하부벨트(312)는 전극(S)의 상면과 접촉한다, 하부벨트(312)는, 역삼각형의 꼭지 지점에 각각 배치되는 전방롤러(F2)와, 후방롤러(R2)와 모터와 연결된 구동롤러(C2)에 장착되어 구동될 수 있다. 전방롤러(F2)는 구동롤러(C2)의 전방에 배치되고, 후방롤러(R2)는 구동롤러(C2)의 후방에 배치될 수 있다.

베이스(320)는 벨트부(310)를 지지한다.

제2 사행조정부(330)는 베이스(320)의 하측에 배치될 수 있다. 제2 사행조정부(330)는 전극(S)의 폭방향(y)으로, 베이스(320)를 이동시켜, 벨트부(310)의 폭방향(y) 위치를 변경함으로써, 피딩부(300)에 의한 전극(S)의 견인방향을 조절하는 역할을 한다.

이러한 제2 사행조정부(330)는 제1 레일(331)과 제1 블록(332)과 제1 구동부(333)를 포함할 수 있다. 제1 블록(332)은 제1 레일(331)에 슬라이드 가능하게 결합될 수 있다. 제1 레일(331)은 전극(S)의 폭방향(y)을 따라 배치된다. 그리고 제1 블록(332)은 제1 구동부(333) 및 베이스(320)와 연결된다. 제1 구동부(333)는 모터와 같은 구동원과, 모터에 연결된 스크류와 같은 동력전달부재들이 조합되어 이루어질 수 있다. 제1 구동부(333)가 작동하면, 제1 블록(332)이 제1 레일(331)을 따라 이동하면, 벨트부(310)의 폭방향(y) 위치가 변경되어, 전극(S)의 견인방향이 변경된다.

한편, 제1 레일(331)은 상대적으로 전방에 배치되는 제1-1 레일(331a)과 상대적으로 후방에 배치되는 제1-2 레일(331b)을 포함할 수 있다. 그리고 제1 블록(332)은 제1-1 레일(331a)에 결합하는 제1-1 블록(322a)과 제1-2 레일(331b)에 결합하는 제1-2 블록(322b)을 포함할 수 있다.

도 28은 전극탭(Sc)에서, 코팅부(Sa)의 제1 높이(W)를 나타낸 도면이다.

도 26 내지 도 28을 참조하면, 제2 사행조정부(330)는 측정부(K1)에서 측정된 제1 높이(W)를 전달받는다. 전달받은 제1 높이(W)가 기준값(W')과 상이하면, 차이값(W1)이 보상되어 제1 높이(W)가 기준값(W')과 일치할 때까지, 피드백 제어하여 벨트부(310)의 폭방향(y) 위치를 변경한다.

도 29는 전극(S)의 이송방향으로 이동하는 베이스(320)의 구성을 도시한 도면이다.

도 29를 참조하면, 베이스(320)는 플레이트(321)와, 제2 레일(322)과, 제2 블록(323)과, 제2 구동부(324)를 포함할 수 있다. 플레이트(321)는 벨트부(310)와 연결되어 벨트부(310)를 지지한다. 제2 블록(323)은 제2 레일(322)에 슬라이드 가능하게 결합한다. 제2 레일(322)은 전극(S)의 이송방향을 따라 배치될 수 있다. 그리고 제2 블록(323)은 제2 구동부(324) 및 플레이트(321)와 연결된다. 제2 구동부(324)는 모터와 같은 구동원과, 모터에 연결된 스크류와 같은 동력전달부재들이 조합되어 이루어질 수 있다. 제2 구동부(324)가 작동하면, 제2 블록(323)이 제2 레일(322)을 따라 이동하면, 벨트부(310)의 이송방향(x) 위치가 변경된다. 벨트부(310)의 이송방향(x) 위치가 변경되면, 이송방향(x)으로 측정부(K1)와 벨트부(310)의 거리(L)가 조절될 수 있다. 이때, 측정부(K1)와 벨트부(310)의 거리(L)의 기준은 벨트부(310)의 전방롤러(F1,F2)의 선단(P)일 수 있다.

작업자는 사행 조건에 대응하여, 측정부(K1)와 벨트부(310)의 거리(L)를 다양하게 조절할 수 있다.

도 30은 마킹부(500)를 도시한 도면이다.

도 30을 참조하면, 마킹부(500)는 검사부(400)의 후방에 배치되어 불량으로 판단된 전극(S)을 펀칭하여 마킹하는 역할을 한다.

마킹부(500)는 펀칭부(510)와, 펀칭부(510)와 연결되는 에어공급부(520)를 포함할 수 있다. 에어공급부(520)는 제1 라인(L1)을 통해 에어를 공급하여, 공압으로, 펀칭부(510)를 하향 이동시킨다. 펀칭부(510)는 전극(S)과 접촉하여, 전극(S)의 일부영역을 타공함으로써, 불량전극을 마킹한다. 마킹부(500)는 제1 라인(L1)에서 분기된 분기라인(L2)이 펀칭부(510)까지 연장될 수 있다. 분기라인(L2)을 통해, 배촐된 에어는 펀칭으로 발생된 스크랩(Sa)을 불어내어 스크랩(Sa)에 대한 석션을 용이하게 하는 역할을 한다.

이상으로 본 발명의 바람직한 하나의 실시예에 따른 2차 전지용 전극 생산 시스템에 관하여 첨부된 도면을 참조하여 구체적으로 살펴보았다.

전술된 본 발명의 일 실시예는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로 이해되어야 하며, 본 발명의 범위는 전술된 상세한 설명보다는 후술될 특허청구범위에 의해 나타내어질 것이다. 그리고 이 특허청구범위의 의미 및 범위는 물론 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형 가능한 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

1: 노칭부 2: 제1 사행조정부
100: 레이저 조사부 110: 제1 레이저
120: 제2 레이저 130: 광학부재
131: 렌즈부 132: 광굴절부
133: 반사 미러 134: 다이크로익 미러
135: 빔 익스팬더 136: 빔 세이퍼
200: 제어부 300: 피딩부
400: 검사부 500: 마킹부

Claims (10)

1. 코팅부와 비코팅부를 포함하는 전극을 풀어 공급하는 언와인딩부(UW)와, 상기 언와인딩부(UW)의 후방에 배치되어, 상기 전극을 노칭하여 전극탭을 형성시키는 노칭부(1)를 포함하는 2차 전지용 전극 생산 시스템으로서,
   상기 언와인딩부(UW)와 상기 노칭부(1) 사이에 배치되어 상기 전극의 주행방향을 조절하는 제1 사행조정부(2);
   상기 언와인딩부(UW)와 상기 노칭부(1) 사이에 배치되어 상기 노칭부(1)로 공급되는 전극의 장력을 조절하는 덴서부(DC);
   상기 노칭부(1)의 후방에 배치되는 피딩부(300);및
   상기 피딩부(300)의 후방에 배치되어 노칭된 전극을 되감는 리와인딩부(RW)를 포함하고,
   상기 노칭부(1)는,
   제1 빔(V1)을 조사하는 제1 레이저(110)와, 제2 빔(V2)을 조사하는 제2 레이저(120)와. 상기 제1 빔(V1) 및 상기 제2 빔(V2)의 경로를 형성하는 광학부재(130)를 포함하는 레이저 조사부(100); 및
   상기 레이저 조사부(100)의 반사미러(133)를 전극(10)의 노칭라인(NL)을 따라 이동시키는 제어부(200)를 포함하고,
   상기 광학부재(130)는, 상기 노칭라인(NL) 상에서, 상기 제1 빔(V1)의 제1 스팟(S1)과 상기 제2 빔(V2)의 제2 스팟(S2)이 제1 거리로 이격되어 배치되며, 상기 제1 스팟(S1)의 크기가 상기 제2 스팟(S2)의 크기보다 크도록 상기 제1 빔(V1)의 경로 및 상기 제2 빔(V2)의 경로를 형성하고,
   상기 제어부(200)는, 상기 제2 빔(V2)의 스팟이 선행하는 상기 제1 빔(V1)의 스팟의 이동궤적을 따라가도록 상기 반사미러(133)를 이용하여 상기 제1 빔(V1) 및 제2 빔(V2)의 경로 형성을 동시에 제어하고,
   상기 피딩부(300)는
   상기 전극의 상면과 접촉하는 상부벨트(311)와 상기 전극의 하면과 접촉하는 하부벨트(312)를 포함하는 벨트부(310)와, 상기 벨트부(310)와 연결되는 베이스(320)와, 상기 베이스(320)와 결합하는 제2 사행조정부(330)를 포함하고,
   상기 제2 사행조정부(330)는, 제1 레일(331)과, 상기 베이스(320)와 결합하여 상기 제1 레일(331)에 상기 전극의 이송방향과 수직인 전극의 폭방향을 따라 슬라이드 가능하게 결합하는 제1 블록(332)과, 상기 제1 블록(332)과 연결되는 제1 구동부(333)를 포함하고,
   상기 제1 구동부(333)는 측정부(K1)와 연결되어, 상기 측정부(K1)에서 측정된 제1 높이가 기준값과 일치하도록, 상기 벨트부(310)의 폭방향 위치를 피드백 제어하고,
   상기 노칭부(1)에는 상기 전극이 연속적으로 공급되는 2차 전지용 전극 생산 시스템.
2. 제1 항에 있어서,
   상기 피딩부(300)의 후방에 배치되어, 노칭된 전극을 검사하는 검사부(400);및
   상기 검사부(400)와 상기 리와인딩부(RW) 사이에 배치되어, 상기 검사부(400)에서 불량으로 판단된 전극을 펀칭하여 마킹하는 마킹부(500)를 더 포함하는 2차 전지용 전극 생산 시스템.
3. 제2 항에 있어서,
   상기 덴서부(DC)는 상기 언와인딩부(UW)와 상기 제1 사행조정부(2) 사이에 배치되고,
   상기 제1 사행조정부(2)는 상기 언와인딩부(UW)와 상기 노칭부(1) 사이에 배치되는 2차 전지용 전극 생산 시스템.
4. 제2 항에 있어서,
   상기 제1 사행조정부(2)는 상기 언와인딩부(UW)와 상기 덴서부(DC) 사이에 배치되고,
   상기 덴서부(DC)는 상기 제1 사행조정부(2)와 상기 노칭부(1) 사이에 배치되는 2차 전지용 전극 생산 시스템.
5. 삭제
6. 제2 항에 있어서,
   상기 마킹부(500)는, 펀칭부(510)와 상기 펀칭부(510)와 연결되는 에어공급부(520)를 포함하고,
   상기 에어공급부(520)는 상기 펀칭부(510)를 제1 라인을 통해 에어를 공급하여 상기 펀칭부(510)를 하강시키고, 상기 제1 라인에서 분기된 분기라인으로 배출된 공기를 통해, 상기 펀칭부(510)에 의해 펀칭된 상기 전극의 스크랩을 밀어내는 것을 특징으로 하는 2차 전지용 전극 생산 시스템.
7. 제1 항에 있어서,
   상기 전극(10)은 집전체(11)와 상기 집전체(11)에 적층되는 활물질층(12)을 포함하고,
   상기 제1 빔(V1)은 상기 활물질층(12)을 어블레이션하고,
   상기 제2 빔(V2)은 상기 제1 빔(V1)의 어블레이션에 의해 노출되는 상기 집전체(11)를 커팅하는 2차 전지용 전극 생산 시스템.
8. 제7 항에 있어서,
   상기 광학부재(130)는, 상기 제1 빔(V1)의 초점거리 및 상기 제2 빔(V2)의 초점거리 중 어느 하나를 조절하여, 상기 제1 스팟(S1)의 크기를 상기 제2 스팟(S2)의 크기보다 크게 설정하는 2차 전지용 전극 생산 시스템.
9. 제7 항에 있어서,
   상기 광학부재(130)는, 상기 제1 빔(V1)의 경로 및 상기 제2 빔(V2)의 경로 상에 배치되어, 상기 노칭라인(NL) 상에 상기 제1 빔(V1)의 스팟과 상기 제2 빔(V2)의 스팟을 형성시키는 렌즈부(131)와, 상기 제2 빔(V2)의 경로상에서 상기 제2 레이저와 상기 광학부재 사이에 배치되는 빔 익스팬더를 포함하고,
   상기 빔 익스팬더는 상기 렌즈부를 통과하는 상기 제2 빔(V2)의 초점거리를 조절하여, 상기 제1 스팟(S1)의 크기를 상기 제2 스팟(S2)의 크기보다 크게 설정하는 2차 전지용 전극 생산 시스템.
10. 제7 항에 있어서,
    상기 광학부재(130)는, 상기 제1 빔(V1)의 경로 및 상기 제2 빔(V2)의 경로 상에 배치되어, 상기 노칭라인(NL) 상에 상기 제1 빔(V1)의 스팟과 상기 제2 빔(V2)의 스팟을 형성시키는 렌즈부(131)와, 상기 제1 빔(V1)의 경로 상에 배치되는 광굴절부(132)를 포함하고,
    상기 광굴절부(132)는 상기 렌즈부(131)에 대한 상기 제1 빔(V1)의 입사각과 상기 렌즈부(131)에 대한 상기 제2 빔(V2)의 입사각이 상이하도록 상기 제1 빔(V1)을 굴절시키는 2차 전지용 전극 생산 시스템.

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