KR102884635B1 - 집전체 이탈을 최소화하는 리튬이온 이차전지 제조 시스템 및 방법 - Google Patents

집전체 이탈을 최소화하는 리튬이온 이차전지 제조 시스템 및 방법

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Abstract

본 발명에 따른 집전체 이탈을 최소화하는 리튬이온 이차전지 제조 시스템은 언와인더로부터 공급되어 롤을 통해 이동하는 상기 집전체 또는 코팅된 집전체가 롤의 중앙으로 이동하는지를 확인하기 위해 상기 집전체 또는 코팅된 집전체의 위치를 센싱하는 하나 이상의 센서부; 외주면에 복수의 관통홀이 형성되어 상기 관통홀로 공기가 공급되며, 상기 집전체 또는 코팅된 집전체가 롤의 중앙을 통과하도록 상기 집전체 또는 코팅된 집전체의 위치를 조정하는 CPC(Center Position Control)롤; 상기 CPC롤의 위치는 변경시키는 구동부; 상기 CPC롤에 공기를 공급하는 공기 공급부; 및 상기 센서부에서 센싱된 집전체 또는 코팅된 집전체의 위치에 기반하여 상기 공기 공급부를 작동시켜 상기 CPC롤과 상기 집전체 간의 마찰력의 조정하고, 상기 구동부를 작동시켜 상기 CPC롤의 위치를 변경시켜 상기 집전체 또는 코팅된 집전체가 롤의 중앙에서 이탈하는 것을 방지하는 컨트롤러;를 포함할 수 있다.

Description

집전체 이탈을 최소화하는 리튬이온 이차전지 제조 시스템 및 방법{SYSTEM AND METHOD OF MANUFACTURING LITHIUM ION SECONDARY BATTERY FOR MINIMIZING CURRENT COLLECTOR SEPARATION}
본 발명은 집전체 이탈을 최소화하는 리튬이온 이차전지 제조 시스템 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 전극의 코팅 및 건조 공정에서 롤을 이동하는 집전체가 롤의 중앙에서 벗어나지 않도록 함으로써 집전체가 주행경로를 이탈하거나 손상되는 것을 최소화할 수 있는 집전체 이탈을 최소화하는 리튬이온 이차전지 제조 시스템 및 방법에 관한 것이다.
리튬이온 이차전지의 제조 공정 중 전극의 코팅 공정에서는 집전체의 연신에 의한 불균형, 코팅산포, 코팅 위치 옵셋, 기계적 오차 등에 의해 발생하는 집전체 주행산포를 제어하기 위해 센터링 장치 CPC (center position control) 장치를 사용하고 있다.
그러나, 건조실 내부에서 앞에서 서술한 이유 등으로 건조유체에 의해 집전체가 한쪽으로 쏠림 현상이 발생하는 경우, 종래와 같이 CPC 장치만을 사용할 시 집전체가 주행경로를 이탈하는 현상이 발생하여, 불량률 증가, 라인 가동률 저하 등의 원인이 되고 있다.
이에 따라, 전극의 코팅 공정에서 집전체가 주행 경로를 이탈하거나 손상되는 것을 최소화할 수 있는 기술 개발이 필요한 실정이다.
KR 10-2019-0007333
상술한 문제점을 해결하기 위해 제안된 본 발명은 센서부를 통해 집전체 또는 코팅된 집전체의 주행산포를 감지하고, 감지된 주행산포에 기반하여 공기 공급부를 작동시켜 CPC롤과 집전체 간의 마찰력의 조정하고, 구동부를 작동시켜 CPC롤의 위치를 변경시켜 집전체 또는 코팅된 집전체가 롤의 중앙을 통과하도록 조정함으로써, 집전체의 안정적인 주행성을 확보하고, 집전체가 주행 경로를 이탈하거나 손상되는 것을 최소화할 수 있는 집전체 이탈을 최소화하는 리튬이온 이차전지 제조 시스템 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 집전체 이탈을 최소화하는 리튬이온 이차전지 제조 시스템은 언와인더로부터 공급되어 롤을 통해 이동하는 상기 집전체 또는 코팅된 집전체가 롤의 중앙으로 이동하는지를 확인하기 위해 상기 집전체 또는 코팅된 집전체의 위치를 센싱하는 하나 이상의 센서부; 외주면에 복수의 관통홀이 형성되어 상기 관통홀로 공기가 공급되며, 상기 집전체 또는 코팅된 집전체가 롤의 중앙을 통과하도록 상기 집전체 또는 코팅된 집전체의 위치를 조정하는 CPC(Center Position Control)롤; 상기 CPC롤의 위치를 변경시키는 구동부; 상기 CPC롤에 공기를 공급하는 공기 공급부; 및 상기 센서부에서 센싱된 집전체 또는 코팅된 집전체의 위치에 기반하여 상기 공기 공급부를 작동시켜 상기 CPC롤과 상기 집전체 간의 마찰력의 조정하고, 상기 구동부를 작동시켜 상기 CPC롤의 위치를 변경시켜 상기 집전체 또는 코팅된 집전체가 롤의 중앙에서 이탈하는 것을 방지하는 컨트롤러;를 포함할 수 있다.
상기 CPC 롤은,
외주면을 따라 복수의 관통홀이 형성된 외부롤; 상기 외부롤 내측에 위치하고 외주면에 복수의 관통홀 및 격리막이 구비되며 상기 복수의 관통홀을 통해 외부롤과 연통되는 내부롤; 및 상기 내부롤 내측에 위치하며 외주면에 형성된 복수의 관통홀에 의해 상기 내부롤과 연통되며, 상기 외부롤을 이동하는 상기 집전체 또는 코팅된 집전체에 상기 외부롤에 형성된 관통홀을 통해 상기 공기 공급부로부터 공급된 공기가 공급되도록 하는 연결부;를 포함할 수 있다.
상기 공기 공급부로부터 공급되는 공기의 압력을 조정하는 밸브를 더 포함하며,
상기 컨트롤러는, 상기 센서부에서 센싱된 집전체 또는 코팅된 집전체의 위치에서 이상이 감지되면 상기 공기 공급부를 작동시켜 상기 연결부를 통해 상기 외부롤을 이동하는 상기 집전체 또는 코팅된 집전체 상에 공기를 공급함으로써 상기 외부롤과 상기 집전체 또는 코팅된 집전체 상의 마찰력을 감소시키고, 상기 구동부를 작동시켜 상기 CPC롤을 특정방향으로 회전시킴으로써 상기 집전체 또는 코팅된 집전체가 롤의 중앙에 위치되도록 할 수 있다.
상기 센서부는,
기 설정된 위치의 좌우 양측에 각각 설치되며 상기 설정된 위치에서 상기 롤을 통해 이동하는 상기 집전체 또는 코팅된 집전체의 위치를 센싱하는 제1 센서부, 제2 센서부 및 제3 센서부를 포함하며,
상기 컨트롤러는, 상기 제1 센서부, 제2 센서부 및 제3 센서부를 통해 센싱된 정보에 기반하여 상기 롤을 통해 이동하는 상기 집전체 또는 코팅된 집전체의 휨 여부와 휨량을 판단할 수 있다.
상기 컨트롤러는,
상기 제1 센서부, 제2 센서부 및 제3 센서부의 좌측 출력 값의 평균값과 우측 출력 값의 평균 값에 기반하여 상기 롤을 통해 이동하는 상기 집전체 또는 코팅된 집전체의 휨 여부를 판단할 수 있다.
상기 컨트롤러는,
상기 제1 센서부 및 상기 제3 센서부의 출력의 평균값과 상기 제2 센서부의 출력 값의 차이에 기반하여 상기 롤을 통해 이동하는 상기 집전체 또는 코팅된 집전체의 휨량을 판단할 수 있다.
상기 센서부의 출력 값에 대응하는 집전체의 실제 휨 여부 및 실제 휨량의 정보가 저장된 저장부;를 더 포함할 수 있다.
상기 컨트롤러는 상기 집전체 또는 코팅된 집전체의 휨량 따라 일반 제어 또는 슬립 제어를 수행할 수 있다.
상기 슬립 제어 모드를 수행할 시, 상기 컨트롤러는 상기 공기 공급부로부터 CPC롤에 정해진 압력의 공기가 연속적으로 공급되도록 할 수 있다.
상기 슬립 제어 모드를 수행할 시, 상기 컨트롤러는 상기 공기 공급부로부터 CPC롤에 공기가 간헐적으로 공급되도록 할 수 있다.
상기 언와인더로부터 공급된 집전체 상에 코팅액으로 코팅을 하는 코팅장치; 내측에 상기 센서부를 포함하며 상기 코팅장치를 통해 코팅된 집전체를 건조시키는 건조장치; 및 상기 건조장치를 통과한 집전체를 다시 감는 리와인더; 중 하나 이상을 더 포함할 수 있다.
상술한 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 집전체 이탈을 최소화하는 리튬이온 이차전지 제조 방법은 (1) 센서부를 통해 건조 장치 내를 이동하는 집전체의 위치를 센싱하고, 센싱된 정보에 기반하여 상기 집전체의 휨 여부 및 휨량을 판단하는 단계;
(2) 상기 집전체의 휨 여부 및 휨량에 기반하여 제어모드를 선택하는 단계; 및
(3) 상기 집전체가 휘고 휨량이 일정 수준 이상인 경우, 상기 공기 공급부를 작동시켜 상기 연결부를 통해 CPC롤을 이동하는 집전체 상에 공기를 공급함으로써 상기 CPC롤과 상기 집전체 상의 마찰력을 감소시켜 상기 CPC롤과 상기 집전체 간 슬립을 발생시키고, 상기 구동부를 작동시켜 상기 CPC롤을 회전시킴으로써 상기 집전체의 위치를 조정하는 단계;를 포함할 수 있다.
상기 단계 (2) 이후에,
상기 집전체의 휨량이 일정 수준 이하인 경우, 상기 집전체의 휨 방향에 기반하여 상기 CPC롤을 회전시킴으로써 상기 집전체의 위치가 상기 CPC롤의 중앙으로 조정되도록 하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면 센서부를 통해 집전체 또는 코팅된 집전체의 주행산포를 감지하고, 감지된 주행산포에 기반하여 공기 공급부를 작동시켜 CPC롤과 집전체 간의 마찰력의 조정하고, 구동부를 작동시켜 CPC롤의 위치를 변경시켜 집전체 또는 코팅된 집전체가 롤의 중앙을 통과하도록 조정함으로써, 집전체의 안정적인 주행성을 확보하고, 집전체가 주행 경로를 이탈하거나 손상되는 것을 최소화하여 제품의 불량률 및 가동율을 향상시킬 수 있다.
또한, 집전체와 CPC 롤 간의 마찰력 제어를 통해 광폭 기재를 사용한 경우, 작업 초기 집전체가 CPC롤에 접촉할 시 급냉에 의한 집전체의 수축에 따라 CPC 롤 상에서 집전체에 주름이 발생하는 것을 최소화함으로써, 광폭 기재 사용시 불량률 및 가동율을 향상시킬 수 있다.
아울러, 전극의 센터링을 위해 CPC롤의 과다 동작에 따른 전극의 좌우측 연신량이 불균일해지는 것을 포함한 전극 변형을 최소화함으로써, 전체적인 상품성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 집전체 이탈을 최소화하는 리튬이온 이차전지 제조 시스템의 전체 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 집전체 이탈을 최소화하는 리튬이온 이차전지 제조 시스템의 세부 구성을 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 집전체 이탈을 최소화하는 리튬이온 이차전지 제조 시스템에서, CPC롤의 단면도를 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 집전체 이탈을 최소화하는 리튬이온 이차전지 제조 시스템에서, CPC롤의 측면도를 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 집전체 이탈을 최소화하는 리튬이온 이차전지 제조 시스템에서, 집전체가 우측으로 이동한 경우, CPC롤을 시계 방향으로 회전시켜 집전체 좌측의 장력이 증대되도록 하는 것을 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 집전체 이탈을 최소화하는 리튬이온 이차전지 제조 방법의 흐름도이다.
이하, 본 발명에 대해 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다. 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 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.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 기재된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 집전체 이탈을 최소화하는 리튬이온 이차전지 제조 시스템의 전체 구성을 개략적으로 나타내는 도면이고, 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 집전체 이탈을 최소화하는 리튬이온 이차전지 제조 시스템의 세부 구성을 나타내는 도면이며, 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 집전체 이탈을 최소화하는 리튬이온 이차전지 제조 시스템에서, CPC롤의 단면도를 나타내는 도면이고, 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 집전체 이탈을 최소화하는 리튬이온 이차전지 제조 시스템에서, CPC롤의 측면도를 나타내는 도면이며, 도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 집전체 이탈을 최소화하는 리튬이온 이차전지 제조 시스템에서, 집전체가 우측으로 이동한 경우, CPC롤을 시계 방향으로 회전시켜 집전체 좌측의 장력이 증대되도록 하는 것을 나타내는 도면이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 집전체 이탈을 최소화하는 리튬이온 이차전지 제조 시스템은, 언와인더(100), 센서부(200), CPC롤(300), 구동부(400), 공기 공급부(500) 및 컨트롤러(600)를 포함하고, 공기 공급부로부터 공급되는 공기의 압력을 조정하는 밸브(700), 코팅장치(800), 건조장치(900), 리와인더(910), 제1 장력제어장치(920), 제2 장력제어장치(930), 제3 장력제어장치(940) 및 보조롤(950) 중 하나 이상을 더 포함할 수 있다.
언와인더(100)는 롤에 감겨있는 집전체 또는 코팅된 집전체를 언와인딩시키는 역할을 한다. 아울러, 도면에 상세히 도시하지는 않았으나 언와인더(100)는 롤에 감겨있는 집전체 또는 코팅된 집전체를 언와인딩시키는 액츄에이터를 포함할 수 있다. 또한, 언와인더(100)는 롤에 감겨있는 집전체 또는 코팅된 집전체가 일정한 장력으로 일정한 위치로 언와인딩되도록 할 수 있다.
센서부(200)는 언와인더(100)로부터 공급되어 롤을 통해 이동하는 집전체 또는 코팅된 집전체가 롤의 중앙으로 이동하는지를 확인하기 위해 집전체 또는 코팅된 집전체의 위치를 센싱하는 센서일 수 있다. 실시예에 따라, 센서부(200)는 포토센서일 수 있다. 하지만, 이는 일 실시예일 뿐 집전체의 위치를 센싱하는 역할을 할 수 있다면 이 외의 다양한 센서들이 본 발명에서의 센서부로 사용될 수 있다.
구체적으로, 도 2를 참조하면 센서부(200)는, 기 설정된 위치의 좌우 양측에 각각 설치되며, 설정된 위치에서 롤을 통해 이동하는 집전체 또는 코팅된 집전체의 위치를 센싱하는 제1 센서부(210), 제2 센서부(220) 및 제2 센서부(230)를 포함할 수 있다. 실시예에 따라, 센서부(200)는 제4 센서부 및 제5 센서부를 더 포함할 수도 있다. 센서부(200)에서 센싱된 집전체 또는 코팅된 집전체의 위치는 추후 설명할 컨트롤러(600)로 전달되며, 컨트롤러(600)에서는 전달된 센싱 정보에 기반하여 집전체 또는 코팅된 집전체의 휨 여부와 휨량을 판단할 수 있다.
CPC롤(300)은 외주면에 복수의 관통홀이 형성되어 해당 관통홀로 공기가 공급되며, 집전체 또는 코팅된 집전체가 롤의 중앙으로 이동하도록 집전체 또는 코팅된 집전체의 위치가 조정되도록 하는 역할을 한다.
예를 들어, 도 1과 같이 롤을 이동하는 코팅된 집전체가 우측으로 휘어진 경우, CPC롤(300)은 추후 설명할 구동부(400)에 의해 도 5와 같이 시계 방향으로 회전되고, 이 결과 집전체 좌측의 장력이 증대되어 집전체가 좌측으로 이동될 수 있다. 이처럼, CPC롤(300)은 롤을 이동하는 집전체가 중앙을 벗어나 좌측 또는 우측으로 휘어진 경우, 위치를 조정하여 해당 집전체가 중앙으로 위치하도록 할 수 있다.
구체적으로, 도 3 및 도 4를 참조하면 CPC롤(300)은 외부롤(310), 내부롤(320) 및 연결부(330)를 포함할 수 있다.
구체적으로, 외부롤(310)은 외주면을 따라 복수의 관통홀이 형성되고, 내부롤(320)은 외부롤(310) 내측에 위치하고 외주면에 복수의 관통홀 및 격리막(340)이 구비되며, 복수의 관통홀을 통해 외부롤(310)과 연통된다.
또한, 연결부(330)는 내부롤(320) 내측에 위치하며 외주면에 형성된 복수의 관통홀에 의해 내부롤(320)과 연통되며, 외부롤(310)을 이동하는 집전체 또는 코팅된 집전체에 추후 설명할 공기 공급부(500)로부터 공급된 공기가 외부롤의 외주면에 형성된 관통홀을 통해 공급되도록 하는 역할을 한다.
구동부(400)는 CPC롤(300)의 위치는 변경시키는 역할을 한다. 구동부(400)는 추후 설명할 컨트롤러(600)의 제어를 받아 CPC롤(300)을 시계방향 또는 반시계 방향으로 회전시켜 CPC롤의 위치를 변경시킬 수 있다.
공기 공급부(500)는 CPC롤(300)에 공기를 공급하는 역할을 한다. 공기 공급부(500)에서 공급된 공기는 CPC롤(300)의 연결부(330)를 통해 외부롤(310)에 형성된 관통홀을 통해 CPC롤(300)을 이동하는 집전체에 공급되어, CPC롤(300)과 집전체 간 마찰력을 감소시켜 CPC롤 상에서 집전체의 슬립이 일어나도록 할 수 있다.
한편, 공기 공급부(500)를 통해 CPC롤(300)에 가해지는 공기의 압력은 CPC롤과 집전체 간의 마찰을 감소시키기 위해 집전체가 CPC롤에 가하는 압력보다는 큰 것이 바람직하다. 아울러, 추후 설명할 컨트롤러(600)에 의해 공기 공급부(500)를 통해 CPC롤에 가해지는 공기의 압력을 조정하여 CPC롤과 집전체 간의 마찰력을 조정할 수 있다.
컨트롤러(600)는 센서부(200)에서 센싱된 집전체 또는 코팅된 집전체의 위치에 기반하여 공기 공급부(500)를 작동시켜 CPC롤(300)과 집전체 또는 코팅된 집전체 간의 마찰력을 조정하고, 구동부(400)를 작동시켜 CPC롤(300)의 위치를 변경시켜 집전체 또는 코팅된 집전체가 롤의 중앙에서 이탈되는 것을 방지하는 역할을 한다.
구체적으로, 컨트롤러(600)는 센서부(200)에서 센싱된 집전체 또는 코팅된 집전체의 위치에서 이상이 감지되면 공기 공급부(500)를 작동시켜 연결부(330)를 통해 외부롤(310)을 이동하는 집전체 또는 코팅된 집전체 상에 공기를 공급함으로써, 외부롤과 집전체 또는 코팅된 집전체 상의 마찰력을 감소시키고, 구동부(400)를 작동시켜 CPC롤(300)을 특정방향으로 회전시킴으로써 집전체 또는 코팅된 집전체가 롤의 중앙에 위치되도록 할 수 있다.
종래의 경우, 도 1과 같이 롤을 이동하는 집전체가 우측으로 휘어진 경우, CPC롤을 시계 방향으로 회전하여 집전체 좌측의 장력을 증대시킴으로써 집전체를 좌측으로 이동시켜 집전체가 CPC롤의 중앙에 위치하도록 할 수 있었다. 하지만, 종래와 같이, CPC롤을 회전시켜 집전체 장력을 변경하는 것만으로 집전체를 중앙에 위치하도록 하는 경우에는, 집전체가 우측으로 많이 휘어진 경우, CPC롤을 시계 방향으로 많이 회전하여 집전체의 좌측으로 장력을 증대시켜 집전체를 좌측으로 많이 이동시키는데, 이때 집전체가 중앙에 위치하지 않고 좌측의 장력으로 인해 좌측으로 많이 휘게되는 경우, CPC롤을 반시게 방향으로 회전하여 집전체의 우측으로 장력을 증대시켜 집전체를 우측으로 이동시켜야만 한다. 하지만, 이와 같이 CPC롤을 시계방향 및 반시계방향으로 반복하여 회전시키는 과정에서 집전체가 롤을 이탈할 수 있는 문제가 있었다.
본 발명에서는 상술한 문제를 해결하기 위해, 롤을 이동하는 집전체가 좌측 또는 우측으로 휘어진 경우, CPC롤(300)의 위치 변경 제어뿐만 아니라 CPC롤(300)과 집전체 간의 마찰력을 조정하여 집전체가 CPC롤 상에서 슬립되도록하는 슬립 제어를 동시에 함으로써, 집전체를 롤의 중앙으로 재위치 시키는 과정에서 집전체가 이탈되는 것을 방지할 수 있고, 집전체의 안정적인 주행이 가능하게 하고 이를 통해 전체적인 불량률 등을 향상시킬 수 있다.
본 발명에 따른 CPC롤의 위치변경 및 슬립제어에 대해 보다 상세히 설명하면 아래와 같다.
도 1과 같이, 센서부를 통해 건조장치 내의 집전체가 우측 휜 경우, 컨트롤러(600)는 공기 공급부(500)를 작동시켜 CPC롤(300)에 공기를 공급하고 구동부(400)를 통해 CPC롤(300)을 시계 방향으로 회전시킬 수 있다. 여기서, CPC롤(300)을 시계 방향으로 회전시키는 이유는 전술한 바와 같이 시계방향으로 CPC롤을 회전시킴으로써 집전체 좌측의 장력을 증대시켜 집전체를 좌측으로 이동시키기 위함이다.
상술한 바와 같이, CPC롤(300)을 시계 방향으로 회전시키면 좌측 장력이 상승함에 따라 집전체가 좌측 이동을 하게 되는데, CPC롤(300)에 공기가 공급됨에 따라 CPC롤(300)과 집전체 간의 마찰력이 감소되어 CPC롤과 집전체 간에 슬립이 발생하여 집전체가 우측으로 슬립되게 된다. CPC롤과 집전체 간 슬립으로 인해 기재가 다시 우측으로 이동하여 CPC롤을 다시 시계방향으로 회전시키면 좌측 장력이 상승하여 집전체가 다시 좌측으로 이동하고, 상술한 바와 같이 CPC롤에 공급된 공기에 의해 CPC롤과 집전체 간의 슬립으로 인해 집전체가 다시 우측으로 이동하게 된다.
본 발명에서는 상술한 과정과 같이 CPC롤의 회전에 따른 집전체 장력을 변경하는 것뿐만 아니라 CPC롤과 집전체 간의 마찰력을 조정하여 CPC롤과 집전체 간의 슬립이 일어나도록 하는 슬립 제어를 동시에 함으로써, 집전체를 롤의 중앙으로 재위치 시키는 과정에서 집전체가 이탈되는 것을 방지할 수 있고, 집전체의 안정적인 주행이 가능하게 하고 이를 통해 전체적인 불량률 등을 향상시킬 수 있다.
한편, 본 발명에서 컨트롤러(600)는 CPC롤을 제어함에 있어서 CPC롤을 회전시키는 회전 각도가 일정 각도 이상인 경우, 공기 공급부(500)를 통해 CPC롤에 공급되는 공기압을 조절하여 CPC롤과 집전체 간의 마찰력을 낮추도록 하고, 이를 통해 CPC롤의 회전 각도가 감소되도록 할 수 있다. 여기서, CPC롤의 회전 각도가 크면 좌우 장력의 차이가 과대하게 발생하여 장력이 높은 쪽의 집전체 또는 전극이 연신으로 인해 손상되거나 영구 변형이 발생할 수 있는 문제점이 있다.
상술한 문제점을 해결하기 위해, 본 발명의 컨트롤러(600)는 CPC롤을 회전시키는 회전 각도가 일정 각도 이상인 경우, CPC롤에 공급되는 공기압을 조절하여 CPC롤과 집전체 간의 마찰력을 낮춰 CPC롤의 회전각도가 감소되도록 하는 것이다.
한편, 컨트롤러(600)는 제1 센서부(210), 제2 센서부(220) 및 제3 센서부(230)의 좌측 출력 값의 평균값과 우측 출력 값의 평균 값에 기반하여 롤을 통해 이동하는 집전체 또는 코팅된 집전체의 휨 여부를 판단할 수 있다. 예를 들어, 센서부(200)가 포토센서이고, 제1 센서부(210), 제2 센서부(220) 및 제3 센서부(230)의 좌측 출력 값의 평균값이 특정값 이상이며 우측 출력 값의 평균 값이 특정값 미만인 경우, 컨트롤러(600)는 롤을 통해 이동하는 집전체 또는 코팅된 집전체가 좌측으로 휘어 있다고 판단할 수 있다.
또한, 컨트롤러(600)는 제1 센서부(310) 및 제3 센서부(330)의 출력의 평균값과 제2 센서부(320)의 출력 값의 차이에 기반하여 롤을 통해 이동하는 집전체 또는 코팅된 집전체의 휨량을 판단할 수 있다. 예를 들어, 센서부(200)가 포토센서인 경우, 컨트롤러(600)는 제1 센서부(310) 및 제3 센서부(330)의 출력의 평균값과 제2 센서부(320)의 출력 값의 차이가 클수록 롤을 통해 이동하는 집전체 또는 코팅된 집전체의 휨량이 크다고 판단할 수 있다.
저장부(960)는 센서부(200)의 출력 값에 대응하는 집전체의 실제 휨 여부 및 실제 휨량의 정보를 저장할 수 있다.
컨트롤러(600)는 센서부(200)에서 센싱된 출력 값과 저장부(960)에 기 저장되어 있는 실제 휨 여부 및 실제 휨량 정보에 기반하여 롤을 이동하는 집전체의 실제 휨 여부와 휨량을 판단할 수 있고, 이에 따라 구동부를 통한 CPC롤의 회전 각도와 공기 공급부를 통한 CPC롤에 공급되는 공기 량을 조절할 수 있다.
한편, 컨트롤러(600)는 집전체 또는 코팅된 집전체의 휨량에 따라 일반 제어 또는 슬립 제어를 수행할 수 있다. 구체적으로, 집전체 또는 코팅된 집전체의 휨량이 일정 값 이하인 경우에는 일반 제어를 수행하고, 일정 값을 초과하는 경우 슬립 제어를 수행할 수 있다. 실시예에 따라, 일반제어는 종래와 같이 CPC롤을 회전시켜 집전체 또는 코팅된 집전체를 롤의 중앙에 재위치키는 것이고, 슬립 제어는 CPC롤의 회전과 함께 CPC롤과 집전체 간의 마찰력을 조정하여 슬립이 일어나도록 하는 것일 수 있다.
보다 구체적으로, 실시예에 따라, 컨트롤러(600)는 슬립 제어 모드를 수행할 시, 공기 공급부(500)로부터 CPC롤(300)에 정해진 압력의 공기가 연속적으로 공급되도록 할 수 있다. 이처럼, 공기 공급부(500)로부터 CPC롤에 정해진 압력의 공기를 연속적으로 공급해주는 경우 CPC롤과 집전체 간에 슬립이 계속 이루어질 수 있다.
아울러, 다른 실시예에 따라, 컨트롤러(600)는 슬립 제어 모드를 수행할 시, 공기 공급부(500)로부터 CPC롤(300)에 공기가 간헐적으로 공급되도록 할 수 있다. 이처럼, 공기 공급부(500)로부터 CPC에 공기가 간헐적으로 공급되는 경우, 공기가 공급될 시에만 CPC롤과 집전체 간에 슬립이 될 수 있어 보다 안정적으로 집전체의 위치를 제어할 수 있다.
코팅장치(800)는 언와인더(100)로부터 공급된 집전체(10) 상에 코팅액으로 코팅을 하는 장치이며, 건조장치(900)는 내측에 복수의 센서부(200)를 포함하며 코팅장치(800)를 통해 코팅된 집전체를 건조시키는 역할을 하는 장치이다.
또한, 리와인더(910)는 건조장치를 통과한 집전체를 다시 감는 역할을 하는 장치일 수 있다.
아울러, 제1 장력제어장치(920)는 언와인더와 코팅장치 사이에 위치하며 상기 언와인더로부터 일정 크기로 집전체가 공급되도록 집전체의 장력을 제어하는 역할을 하고, 제2 장력제어장치(930)는 코팅장치와 건조장치 사이에 위치하며 코팅장치로부터 일정 크기로 집전체가 공급되도록 집전체의 장력을 제어하는 역할을 하며, 제3 장력제어장치(940)는 CPC롤과 리와인더 사이에 위치하며 CPC롤로부터 일정 크기로 집전체가 공급되도록 집전체의 장력을 제어하는 역할을 한다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 집전체 이탈을 최소화하는 리튬이온 이차전지 제조 방법의 흐름도이다. 도 6을 참조하면 본 발명의 일실시예에 따른 집전체 이탈을 최소화하는 리튬이온 이차전지 제조 방법은 (1) 센서부를 통해 건조 장치 내를 이동하는 집전체의 위치를 센싱하고, 센싱된 정보에 기반하여 상기 집전체의 휨 여부 및 휨량을 판단하는 단계 (2) 집전체의 휨 여부 및 휨량에 기반하여 제어모드를 선택하는 단계 및 (3) 집전체가 휘고 휨량이 일정 수준 이상인 경우, 공기 공급부를 작동시켜 연결부를 통해 CPC롤을 이동하는 집전체 상에 공기를 공급함으로써 상기 CPC롤과 집전체 상의 마찰력을 감소시켜 CPC롤과 집전체 간 슬립을 발생시키고, 구동부를 작동시켜 CPC롤을 회전시킴으로써 집전체의 위치를 조정하는 단계;를 포함할 수 있다.
아울러, 단계 (2) 이후에, 집전체의 휨량이 일정 수준 이하인 경우, 집전체의 휨 방향에 기반하여 CPC롤을 회전시킴으로써 집전체의 위치가 CPC롤의 중앙으로 조정되도록 하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
10: 집전체
100: 언와인더 200: 센서부
210: 제1 센서부 220: 제2 센서부
230: 제3 센서부
300: CPC롤 310: 외부롤
320: 내부롤 330: 연결부
340: 격리막
400: 구동부 500: 공기 공급부
600: 컨트롤러 700: 밸브
800: 코팅장치 900: 건조장치
910: 리와인더 920: 제1 장력제어장치
930: 제2 장력제어장치 940: 제3 장력제어장치
950: 보조롤 960: 저장부

Claims (13)

  1. 언와인더로부터 공급되어 롤을 통해 이동하는 집전체 또는 코팅된 집전체가 롤의 중앙으로 이동하는지를 확인하기 위해 상기 집전체 또는 코팅된 집전체의 위치를 센싱하는 하나 이상의 센서부;
    외주면에 복수의 관통홀이 형성되어 상기 관통홀로 공기가 공급되며, 상기 집전체 또는 코팅된 집전체가 롤의 중앙을 통과하도록 상기 집전체 또는 코팅된 집전체의 위치를 조정하는 CPC(Center Position Control)롤;
    상기 CPC롤의 위치를 변경시키는 구동부;
    상기 CPC롤에 공기를 공급하는 공기 공급부; 및
    상기 센서부에서 센싱된 집전체 또는 코팅된 집전체의 위치에 기반하여 상기 공기 공급부를 작동시켜 상기 CPC롤과 상기 집전체 간의 마찰력의 조정하고, 상기 구동부를 작동시켜 상기 CPC롤의 위치를 변경시켜 상기 집전체 또는 코팅된 집전체가 롤의 중앙에서 이탈하는 것을 방지하는 컨트롤러;를 포함하는 집전체 이탈을 최소화하는 리튬이온 이차전지 제조 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 CPC 롤은,
    외주면을 따라 복수의 관통홀이 형성된 외부롤;
    상기 외부롤 내측에 위치하고 외주면에 복수의 관통홀 및 격리막이 구비되며 상기 복수의 관통홀을 통해 외부롤과 연통되는 내부롤; 및
    상기 내부롤 내측에 위치하며 외주면에 형성된 복수의 관통홀에 의해 상기 내부롤과 연통되며, 상기 외부롤을 이동하는 상기 집전체 또는 코팅된 집전체에 상기 외부롤에 형성된 관통홀을 통해 상기 공기 공급부로부터 공급된 공기가 공급되도록하는 연결부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 집전체 이탈을 최소화하는 리튬이온 이차전지 제조 시스템.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 공기 공급부로부터 공급되는 공기의 압력을 조정하는 밸브를 더 포함하며,
    상기 컨트롤러는, 상기 센서부에서 센싱된 집전체 또는 코팅된 집전체의 위치에서 이상이 감지되면 상기 공기 공급부를 작동시켜 상기 연결부를 통해 상기 외부롤을 이동하는 상기 집전체 또는 코팅된 집전체 상에 공기를 공급함으로써 상기 외부롤과 상기 집전체 또는 코팅된 집전체 상의 마찰력을 감소시키고, 상기 구동부를 작동시켜 상기 CPC롤을 특정방향으로 회전시킴으로써 상기 집전체 또는 코팅된 집전체가 롤의 중앙에 위치되도록 하는 것을 특징으로 하는 집전체 이탈을 최소화하는 리튬이온 이차전지 제조 시스템.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 센서부는,
    기 설정된 위치의 좌우 양측에 각각 설치되며 상기 설정된 위치에서 상기 롤을 통해 이동하는 상기 집전체 또는 코팅된 집전체의 위치를 센싱하는 제1 센서부, 제2 센서부 및 제3 센서부를 포함하며,
    상기 컨트롤러는, 상기 제1 센서부, 제2 센서부 및 제3 센서부를 통해 센싱된 정보에 기반하여 상기 롤을 통해 이동하는 상기 집전체 또는 코팅된 집전체의 휨 여부와 휨량을 판단하는 것을 특징으로 하는 집전체 이탈을 최소화하는 리튬이온 이차전지 제조 시스템.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 컨트롤러는,
    상기 제1 센서부, 제2 센서부 및 제3 센서부의 좌측 출력 값의 평균값과 우측 출력 값의 평균 값에 기반하여 상기 롤을 통해 이동하는 상기 집전체 또는 코팅된 집전체의 휨 여부를 판단하는 것을 특징으로 하는 집전체 이탈을 최소화하는 리튬이온 이차전지 제조 시스템.
  6. 청구항 4에 있어서,
    상기 컨트롤러는,
    상기 제1 센서부 및 상기 제3 센서부의 출력의 평균값과 상기 제2 센서부의 출력 값의 차이에 기반하여 상기 롤을 통해 이동하는 상기 집전체 또는 코팅된 집전체의 휨량을 판단하는 것을 특징으로 하는 집전체 이탈을 최소화하는 리튬이온 이차전지 제조 시스템.
  7. 청구항 5 또는 청구항 6에 있어서,
    상기 센서부의 출력 값에 대응하는 집전체의 실제 휨 여부 및 실제 휨량의 정보가 저장된 저장부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 집전체 이탈을 최소화하는 리튬이온 이차전지 제조 시스템.
  8. 청구항 4에 있어서,
    상기 컨트롤러는 상기 집전체 또는 코팅된 집전체의 휨량 따라 일반 제어 또는 슬립 제어를 수행하는 것을 특징으로 하는 집전체 이탈을 최소화하는 리튬이온 이차전지 제조 시스템.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 슬립 제어 모드를 수행할 시, 상기 컨트롤러는 상기 공기 공급부로부터 CPC롤에 정해진 압력의 공기가 연속적으로 공급되도록 하는 것을 특징으로 하는 집전체 이탈을 최소화하는 리튬이온 이차전지 제조 시스템.
  10. 청구항 8에 있어서,
    상기 슬립 제어 모드를 수행할 시, 상기 컨트롤러는 상기 공기 공급부로부터 CPC롤에 공기가 간헐적으로 공급되도록 하는 것을 특징으로 하는 집전체 이탈을 최소화하는 리튬이온 이차전지 제조 시스템.
  11. 청구항 1에 있어서,
    상기 언와인더로부터 공급된 집전체 상에 코팅액으로 코팅을 하는 코팅장치;
    내측에 상기 센서부를 포함하며 상기 코팅장치를 통해 코팅된 집전체를 건조시키는 건조장치; 및
    상기 건조장치를 통과한 집전체를 다시 감는 리와인더; 중 하나 이상을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 집전체 이탈을 최소화하는 리튬이온 이차전지 제조 시스템.
  12. (1) 센서부를 통해 건조 장치 내를 이동하는 집전체의 위치를 센싱하고, 센싱된 정보에 기반하여 상기 집전체의 휨 여부 및 휨량을 판단하는 단계;
    (2) 상기 집전체의 휨 여부 및 휨량에 기반하여 제어모드를 선택하는 단계; 및
    (3) 상기 집전체가 휘고 휨량이 일정 수준 이상인 경우, CPC롤에 공기를 공급하는 공기 공급부를 작동시켜 상기 CPC롤을 이동하는 집전체 상에 공기를 공급함으로써 상기 CPC롤과 상기 집전체 상의 마찰력을 감소시켜 상기 CPC롤과 상기 집전체 간 슬립을 발생시키고, 상기 CPC롤의 위치를 변경시키는 구동부를 작동시켜 상기 CPC롤을 회전시킴으로써 상기 집전체의 위치를 조정하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 집전체 이탈을 최소화하는 리튬이온 이차전지 제조 방법.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 단계 (2) 이후에,
    상기 집전체의 휨량이 일정 수준 이하인 경우,상기 집전체의 휨 방향에 기반하여 상기 CPC롤을 회전시킴으로써 상기 집전체의 위치가 상기 CPC롤의 중앙으로 조정되도록 하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 집전체 이탈을 최소화하는 리튬이온 이차전지 제조 방법.
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