KR102940887B1 - 전고체 이차전지의 극판 제조 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 리튬 메탈 호일을 베이스 메탈 호일에 압착하여 전고체 이차전지용 극판을 제조하는 장치에 관한 것이다.

Description

전고체 이차전지의 극판 제조 장치{Electrode foil manufacturing apparatus for all-solid-state secondary battery}

본 발명은 포일로 구성되는 전고체 이차전지의 극판을 제조하는 장치에 관한 것이다.

전고체 배터리는 리튬 이온 배터리와 같은 일반적인 배터리 기술과는 다른 구조와 원리를 가지고 있다. 전고체 배터리는 전해질이 고체 상태로 존재하는 배터리로, 액체 전해질을 사용하는 전통적인 배터리와는 차별화된다. 이러한 고체 전해질은 일반적으로 이온을 운반할 수 있는 고분자 또는 세라믹으로 구성된다.

전고체 배터리의 극판은 전기적으로 양의 전하를 갖는 전극이다. 극판은 주로 극판 활물질 또는 극판 소재로 알려진 물질로 구성된다. 전고체 배터리에서는 리튬 이온 배터리와 마찬가지로 극판에 리튬이 사용되고 있다.

전고체 배터리의 극판 소재는 리튬 이온을 삽입하여 저장하고 반환이 가능한 재활용 가능한 물질이어 한다. 극판 소재는 전기적으로 활성화되어 리튬 이온을 받아들이고 방출할 수 있는 반응을 수행할 수 있어야 한다. 이러한 반응은 전극 소재의 화학적 특성에 의해 결정될 수 있다.

이와 같은 고체 전해질의 제조와 관련하여 대한민국 공개특허 제10-2022-0067385 호가 개시되어 있다. 그러나 이와 같은 종래 기술은 고체 전해질을 코팅하여 극판 활물질을 제조하나, 균일도와 코팅 편평도를 확보기에 어려운 문제가 있었다.

대한민국 공개특허 제10-2022-0067385 호

본 발명은 종래의 전고체 이차전지의 극판을 제조함에 있어 신속하게 대량생산이 가능한 프레스 접합형식의 극판 제조 장치를 제공하는 것에 그 목적이 있다.

상기 과제의 해결 수단으로서, 베이스 메탈 호일을 풀어서(unroll) 공급할 수 있도록 구성되는 베이스 메탈 호일 공급부, 제1 리튬 메탈 호일을 풀어서 공급할 수 있도록 구성되는 제1 리튬 메탈 호일 공급부, 제2 리튬 메탈 호일을 풀어서 공급할 수 있도록 구성되는 제2 리튬 메탈 호일 공급부, 베이스 메탈 호일, 제1 리튬 메탈 호일, 제2 리튬 메탈 호일이 경유하는 부착영역에 구비되며, 제1 리튬 메탈 호일, 제2 리튬 메탈 호일 및 베이스 메탈을 가압할 수 있도록 구성되는 가접 프레스 부 및 가접 프레스 부를 통과하여 가접된 극판 조립체를 가압하여 부착할 수 있도록 구성되는 본접 프레스 부를 포함하는 전고체 이차전지의 극판 제조 장치가 제공될 수 있다.

한편, 전극 조립체는 가접 프레스 부에 의해, 베이스 메탈 호일을 중심으로 양면에 각각 제1 리튬 메탈 호일과 제2 리튬 메탈 호일이 가접될 수 있다.

한편, 가접 프레스 부는 한 쌍으로 구성되며, 각각의 가접 프레스 부는, 부착영역에서 서로 대면하는 가접 롤러 및 본접 롤러를 이동시켜 호일들을 가압할 수 있도록 구성되는 가접 프레스 구동부를 포함할 수 있다.

또한, 본접 프레스 부는 한 쌍으로 구성되며, 각각의 본접 프레스 부는, 부착영역에서 서로 대면하는 본접 롤러 및 본접 롤러를 이동시켜 호일들을 가압할 수 있도록 구성되는 가접 프레스 구동부를 포함할 수 있다. 본접 롤러는 표면경도를 달리한 (쇼어 경도 기준 85~99 범위) 고무 소재로 코팅하여, 리튬 메탈 호일의 점착력을 최대화 할 수 있도록 구성할 수 있다.

한편, 부착영역에 진입하기 전 제1 리튬 메탈 호일의 이동량을 조절할 수 있도록 구성되는 제1 드라이빙 롤러 및 부착영역에 진입하기 전 제2 리튬 메탈 호일의 이동량을 조절할 수 있도록 구성되는 제2 드라이빙 롤러를 포함할 수 있다.

또한, 제1 드라이빙 롤러와 부착영역 사이에 구비되며, 제1 리튬 메탈 호일을 절단할 수 있도록 구성되는 제1 커터 및 제2 드라이빙 롤러와 부착영역 사이에 구비되며, 제2 리튬 메탈 호일을 절단할 수 있도록 구성되는 제2 커터를 포함할 수 있다.

한편, 제1 리튬 메탈 호일 및 제2 리튬 메탈 호일을 소정 길이로 절단할 수 있도록 제1 드라이빙 롤러, 제2 드라이빙 롤러, 제1 커터 및 제2 커터를 제어하는 제어부를 포함할 수 있다.

나아가, 제어부는 소정 길이로 절단된 제1 리튬 메탈 호일 및 제2 리튬 메탈 호일을 베이스 메탈 호일의 진행방향을 따라 소정 간격으로 떨어뜨려 반복적으로 부착시킬 수 있도록 제어할 수 있다.

한편, 제1 커터에 의해 절단된 제1 리튬 메탈 호일의 전방단부 및 제2 커터에 의해 절단된 제2 리튬 메탈 호일의 전방단부를 가접 프레스 부의 사이로 가이드할 수 있도록 구성되는 한 쌍의 가이드 롤러를 포함할 수 있다.

한편, 부착영역으로 진입하는 제1 리튬 메탈 호일의 폭 방향 위치를 조절할 수 있도록 구성되는 제1 위치조절부 및 부착영역으로 진입하는 제2 리튬 메탈 호일의 폭 방향 위치를 조절할 수 있도록 구성되는 제2 위치조절부를 더 포함할 수 있다.

한편, 권취된 제1 필름을 공급할 수 있도록 구성되는 제1 필름 공급부, 한 쌍의 본접 롤러 사이를 통과한 제1 필름을 회수할 수 있도록 구성되는 제1 필름 회수부, 권취된 제2 필름을 공급할 수 있도록 구성되는 제2 필름 공급부 및 한 쌍의 본접 롤러 사이를 통과한 제2 필름을 회수할 수 있도록 구성되는 제2 필름 회수부를 더 포함할 수 있다.

한편, 전극 조립체를 권취할 수 있도록 구성되는 극판 권취부를 더 포함할 수 있다.

한편, 리튬 메탈 호일간의 접촉을 방지할 수 있는 제3 필름을 공급하는 제3 필름 공급부를 더 포함하며, 제3 필름은 극판권취부에서 전극 조립체와 함께 권취될 수 있다.

한편, 제1 리튬 메탈 호일 공급부는 일 면에 제1 보호필름이 부착된 제1 리튬 메탈 호일을 풀어내며, 제1 보호필름을 제1 리튬 메탈 호일과 분리하여 회수할 수 있도록 구성되는 제1 보호필름 회수부 및 제2 리튬 메탈 호일 공급부는 일 면에 제2 보호필름이 부착된 제2 리튬 메탈 호일을 풀어내며, 제2 보호필름을 제2 리튬 메탈 호일과 분리하여 회수할 수 있도록 구성되는 제2 보호필름 회수부를 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 전고체 이차전지의 극판 제조 장치는 전고체 이차전지의 극판을 대량으로 생산할 수 있으며, 또한 신속하게 생산하는 것이 가능하다. 또한 미리 생산된 포일을 접합방식으로 제조하므로 극판의 균일도를 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따라 제조되는 극판을 도시한 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전고체 이차전지의 극판 제조 장치의 정면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에서 베이스 메탈 호일 공급부를 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에서 리튬 메탈 호일 공급부를 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에서 제1 필름 및 제2 필름 공급부를 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에서 극판권취부를 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에서 부착모듈을 나타낸 정면도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에서 부착모듈의 분해사시도이다.
도 9a, 9b, 9c, 9d 및 9e 는 본 발명의 일 실시예에서 부착모듈의 작동을 나타낸 개념도이다.
도 10은 도 9e에서 A 부분을 확대하여 도시한 도면이다.
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전고체 이차전지의 극판 외관 검사 장치의 평면도이다.
도 12는 본 발명의 다른 실시예에 따른 전고체 이차전지의 극판 외관 검사 장치의 분해사시도이다.
도 13a 및 13b는 본 발명의 다른 실시예에서 표시부의 동작을 나타낸 작동상태도이다.
도 14는 본 발명의 다른 실시예에 따른 전고체 이차전지의 극판 외관 검사 장치에 의해 생성된 마커를 포함하는 전극조립체에 대한 개념도이다.
도 15는 본 발명의 다른 실시예에 따른 전고체 이차전지의 극판 외관 검사 장치를 이용하여 검사된 전극조립체를 권취하는 개념을 도시한 개념도이다.

이하, 본 발명의 실시 예에 따른 전고체 이차전지의 극판 제조 장치에 대하여, 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 그리고 이하의 실시예의 설명에서 각각의 구성요소의 명칭은 당업계에서 다른 명칭으로 호칭될 수 있다. 그러나 이들의 기능적 유사성 및 동일성이 있다면 변형된 실시예를 채용하더라도 균등한 구성으로 볼 수 있다. 또한 각각의 구성요소에 부가된 부호는 설명의 편의를 위하여 기재된다. 그러나 이들 부호가 기재된 도면상의 도시 내용이 각각의 구성요소를 도면내의 범위로 한정하지 않는다. 마찬가지로 도면상의 구성을 일부 변형한 실시예가 채용되더라도 기능적 유사성 및 동일성이 있다면 균등한 구성으로 볼 수 있다. 또한 당해 기술 분야의 일반적인 기술자 수준에 비추어 보아, 당연히 포함되어야 할 구성요소로 인정되는 경우, 이에 대하여는 설명을 생략한다.

도 1은 본 발명에 따라 제조되는 극판을 도시한 사시도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따라 제조되는 극판은 베이스 메탈 호일(20)(foil)에 소정길이로 절단된 리튬 메탈 포일이 부착될 수 있다. 리튬 메탈 호일은 베이스 메탈 호일(20)의 양면에 부착되며, 베이스 메탈 호일(20)을 중심으로 대칭적으로 부착될 수 있다. 리튬 메탈 호일은 베이스 메탈 호일(20)의 길이방향을 따라 소정간격을 두어 연속적으로 배치될 수 있다. 본 발명에 따른 극판 제조 장치에서 제조된 극판(이하 ‘전극 조립체(10)’)은 별도의 전고체 이차전지 제조장치에서 소정 크기로 절단한 후 사용될 수 있다. 즉 본 발명에 따른 전고체 이차전지의 극판 제조 장치(1)는 전고체 이차전지의 제조 전단계로서 연속적으로 극판을 제조할 수 있다.

한편, 본 발명에서 베이스 메탈 호일(20)은 전고체 이차전지의 극판으로서, 다양한 금속 원소를 포함하여 구성될 수 있으며, 일 예로서 구리(Cu)를 포함하여 구성될 수 있다. 또한 리튬 메탈 호일(30)은 리튬(Li)을 포함하여 구성되며, 전고체 이차전지의 성능향상을 위한 다양한 원소들이 혼합되어 구성될 수 있다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전고체 이차전지의 극판 제조 장치의 정면도이다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전고체 이차전지의 극판 제조 장치(1)는 공급하거나 회수하는 대상에 따라 구분될 수 있다(점선). 본 발명에 따른 이차전지 극판 제조 장치(1)는 베이스 메탈 호일 공급부(200), 리튬 메탈 호일 공급부(300, 400), 제1 필름 공급부(600), 제2 필름 공급부(700), 제3 필름 공급부(800), 부착 모듈(500) 및 극판 권취부(900)를 포함하여 구성될 수 있다.

베이스 메탈 호일 공급부(200)는 베이스 메탈 호일(20)을 공급할 수 있도록 구성된다.

리튬 메탈 호일 공급부(300, 400)는 한 쌍으로 구성되며, 베이스 메탈 호일(20)의 양면에 부착되는 리튬 메탈 호일(31, 41)을 공급할 수 있도록 구성된다.

제1 필름 공급부(600) 및 제2 필름 공급부(700)는 제1 필름(51) 및 제2 필름(52)을 각각 후술할 부착 모듈(500)에 공급할 수 있도록 구성된다.

부착 모듈(500)은 부착 공간에서 베이스 메탈 호일(20)의 양면에 소정길이의 리튬 메탈 호일을 부착할 수 있도록 구성된다. 여기서 부착 공간은 메탈호일들이 공급되고, 절단이 되며, 서로 부착이 이루어지는 가상의 공간을 뜻한다. 부착 모듈(500)은 리튬 메탈 호일(31, 41)을 소정 간격으로 절단하고 연속하여 베이스 메탈 호일(20)에 부착할 수 있도록 구성된다.

제3 필름 공급부(800)는 극판 권취부(900)에서 권취되는 전극 조립체(10)를 보호할 수 있는 제3 필름(53)을 공급할 수 있도록 구성된다.

극판 권취부(900)는 부착 모듈(500)에서 제조되는 전극 조립체(10)를 권취할 수 있도록 구성된다.

한편, 이하에서는 전술한 구성에 대하여 도 1에 도시된 레이아웃을 기준으로 설명하나, 각 구성의 위치에 대한 한정을 하는 것은 아니다. 즉 각각의 요소들은 수직 방향으로 연장되는 메인 프레임 상에서 다양한 위치로 변형되어 구비될 수 있다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에서 베이스 메탈 호일 공급부(200)를 도시한 도면이다.

베이스 메탈 호일 공급부(200)는 베이스 메탈 호일(20)을 부착 모듈(500)로 공급하기 위하여 구성되며, 베이스 메탈 호일(20)은 부착 모듈(500)을 경유하여 최종적으로 극판 권취부(900)로 권취될 수 있다. 베이스 메탈 호일 공급부(200)에는 베이스 메탈 호일 공급부(210)이 거치될 수 있도록 구성된다.

베이스 메탈 호일 공급부(200)에서 풀려나온 베이스 메탈 호일(20)은 소정 경로를 통과하여 부착 모듈(500)로 공급될 수 있다.

한편, 도시되지는 않았으나, 본 개시에 따른 전고체 이차전지의 극판 제조 장치는 베이스 메탈 호일(20), 리튬 메탈 호일(31, 41), 필름(51, 52, 53) 및 전극 조립체(10)의 이송 경로상에 장력을 조절하기 위한 구성과 어긋남을 바로잡기 위한 여러 구성요소들을 포함하여 구성될 수 있다. 장력을 조절하기 위한 구성요소로서 널리 사용되고 있는 ‘댄서’, ‘드라이빙 롤러’, ‘버퍼’ 와 같은 요소들이 적용될 수 있다. 또한 이송속도를 유지하기 위한 버퍼가 구비될 수 있다. 버퍼는 고정 롤러와 이동 롤러를 포함하며, 호일 또는 필름이 거치되며, 고정 롤러와 이동 롤러를 경유하여 지그재그로 거치된다. 버퍼 내에서 이동 롤러가 고정 롤러와 가까워지는 경우 버퍼의 후방에 인출속도가 빨라진다. 반대로, 이동 돌러와 고정 롤러간의 거리가 멀어지는 경우 버퍼의 후방의 인출속도가 줄어들게 되며, 나아가 버퍼의 후방에서 호일 또는 필름이 정지될 수 있다.

또한 이송경로를 결정하기 위한 복수개의 아이들 롤러(idle roller)를 포함할 수 있다. 나아가, 호일, 필름, 전극 조립체(10)가 이송될 때 위치 어긋남을 바로잡기 위한 위치조절부로서 EPC 장치와 같은 널리 사용되는 구성들이 적용될 수 있다.

한편, 도시되지는 않았으나, 각각의 요소들을 제어할 수 있는 제어부를 포함하여 구성될 수 있다. 제어부는 각종 센서로부터 신호를 수신하고 구동요소들을 제어하여 호일 및 보호필름의 이동 속도를 유지 또는 조절할 수 있다.

전술한 바와 같이, 연속적으로 이송하는 호일, 필름 및 전극 조립체(10)에 대하여 장력과 이송속도를 조절하기 위한 다양한 구성이 적용될 수 있으므로 이하에서는 이에 대한 설명을 생략하도록 한다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에서 리튬 메탈 호일 공급부를 도시한 도면이다.

도 4를 참조하면 본 발명의 일 실시예에서 리튬 메탈 호일 공급부(300, 400)는 베이스 메탈 호일(20)의 양면에 각각 리튬 메탈 호일(31, 41)을 부착할 수 있도록 한 쌍으로 구성될 수 있다.

제1 리튬 메탈 호일 공급부(300)는 제1 리튬 메탈 호일 릴(310)과 제1 보호필름 회수부(320)를 포함할 수 있다. 리튬 메탈 호일은 제1 보호필름(32)과 함께 권취된 상태로 제1 리튬 메탈 호일 릴(310)에 거치될 수 있다. 제1 리튬 메탈 호일 릴(310)로부터 풀려나온 제1 리튬 메탈 호일(31)과 제1 보호필름(32)은 서로 분리될 수 있다. 제1 리튬 메탈 호일(31)은 부착 모듈(500)로 공급되며, 제1 리튬 메탈 호일(31)로부터 박리되는 제1 보호 필름은 제1 보호필름 회수부(320)에서 권취될 수 있다. 제1 리튬 메탈 호일 릴(310)과 제1 보호필름 회수부(320)의 회전속도는 각각의 권취량에 따라 서로 다르게 제어될 수 있다. 제1 리튬 메탈 호일 공급부는 권출되는 리튬 메탈 호일에 작용하는 장력을 소정 범위로 유지할 수 있다. 일 예로서 리튬 메탈 호일은 공급과정에서 릴의 회전 속도, 리튬 메탈 호일의 이송 경로상의 드라이빙 모터, 그리고 기타 장력조절부의 구동에 의해 장력이 100gf/inch로 유지될 수 있다.

제2 리튬 메탈 호일 공급부(400)는 제1 리튬 메탈 호일 공급부(300)와 유사하게 제2 리튬 메탈 호일(41)을 공급할 수 있도록 구성될 수 있다. 제2 리튬 메탈 호일 공급부(400)는 제2 리튬 메탈 호일 릴(410) 및 제2 보호필름 회수부(420)를 포함하여 구성될 수 있다.

한편 제1 리튬 메탈 호일(31)과 제2 리튬 메탈 호일(41)은 실질적으로 동일하게 구성될 수 있다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에서 제1 필름(51) 및 제2 필름 공급부(700)를 도시한 도면이다.

도 5를 참조하면, 제1 필름 공급부(600)는 제1 필름(51)을 풀어 부착 공간으로 공급하도록 구성될 수 있다. 제1 필름(51)은 후술할 제1 본접 롤러(561)와 제2 본접 롤러(562) 사이를 경유하여 제1 필름 회수부(610)에서 회수될 수 있다. 제어부는 제1 필름(51)의 이동속도를 제1 본접 롤러(561)의 표면에서의 선속과 동일해질 수 있도록 제1 필름 공급부(600)와 제1 필름 회수부(610)의 회전속도를 제어할 수 있다.

한편, 부착공간에서 제2 필름(52)을 제1 필름(51)과 대칭적으로 공급할 수 있도록 제2 필름 공급부(700)와 제2 필름 회수부(710)가 구비될 수 있다.

다만, 도 5에서 제1 필름 공급부(600)와 제2 필름 공급부(700)의 설치위치가 부착 모듈(500)을 중심으로 대칭적으로 구비되지 않았으나, 이에 한정하는 것은 아니며, 한 쌍의 본접 롤러(561, 562) 사이로 필름을 공급할 수 있는 다양한 위치로 변형되어 실시될 수 있다.

도 6은 본 발명의 일 실시예에서 극판 권취부(900)를 도시한 도면이다.

도 6을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에서 극판 권취부(900)는 전극 조립체(10)와 제3 필름(53)을 함께 권취할 수 있도록 구성될 수 있다. 리튬 메탈 호일(31, 41)은 반응성이 상대적으로 높은 리튬을 포함하고 있어 권취된 롤의 안정성을 향항시킬 필요가 있다. 극판 권취부(900)에서는 제3 필름 공급부(800)로부터 풀려나온 제3 필름(53)을 극판 권취부(900)의 전단에서 서로 밀착시키고 함께 권취할 수 있다.

이하에서는 도 7 및 도 8을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 전고체 이차전지의 극판 제조 장치의 부착 모듈(500)에 대하여 설명하도록 한다.

도 7은 본 발명의 일 실시예에서 부착 모듈(500)을 나타낸 정면도이며, 도 8은 본 발명의 일 실시예에서 부착 모듈(500)의 분해사시도이다.

도 7 및 도 8을 참조하면, 본 실시예에서 부착 모듈(500)은 베이스 메탈 호일(20)의 양측에 소정길이의 리튬 메탈 호일을 대칭적으로 부착할 수 있도록 구성된다. 부착 모듈(500)은 제1 리튬 메탈 호일(31)의 절단과 이송에 관여하는 제1 위치조절부(511), 제1 커터(541), 제1 드라이빙 롤러(531)를 포함할 수 있다. 또한 이와 대칭적으로 제2 리튬 메탈 호일(41)의 절단과 이송에 관여하는 제2 위치조절부(512), 제2 커터(542) 및 제2 드라이빙 롤러(532)를 포함할 수 있다.

제1 위치조절부(511)와 제2 위치조절부(512)는 공급되는 호일의 폭 방향 위치를 조절할 수 있도록 구성될 수 있다. 제1 위치조절부(511)와 제2 위치조절부(512)는 일 예로서 EPC 모듈로 구성될 수 있다.

제1 드라이빙 롤러(531)와 제2 드라이빙 롤러(532)는 리튬 메탈 호일(31, 41)들을 베이스 메탈 호일(20)에 부착할 때 동일한 선속으로 공급하기 위하여 구성된다. 각각의 드라이빙 롤러(531, 532)에는 드라이빙 모터(미도시)가 연결되며, 모터의 구동에 따라 리튬 메탈 호일(31, 41)의 선속을 조절할 수 있다.

제1 커터(541) 및 제2 커터(542)는 각각 리튬 메탈 호일(31, 41)을 절단할 수 있도록 구성된다. 제1 커터(541) 및 제2 커터(542)는 각각 구동부(미도시)와 연결되며, 구동부의 동작시 리튬 메탈 호일(31, 41)을 향하여 전진하여 절단할 수 있다.

부착 모듈(500)은 한 쌍의 가이드 롤러(521, 522), 가접 프레스 부(550), 본접 프레스 부(560)를 포함할 수 있다. 한 쌍의 리튬 메탈 호일(31, 41)은 가이드 롤러(521, 522), 가접 프레스 부(550) 및 본접 프레스 부(560)를 경유하여 베이스 메탈 호일(20)과 부착이 완료될 수 있다.

가이드 롤러(521, 522)는 한 쌍의 리튬 메탈 호일(31, 41)의 이동 경로가 점차 가까워지는 방향으로 가이드할 수 있다. 특히 가이드 롤러(521, 522)는 리튬 메탈 호일(31, 41)의 절단이 완료된 이후, 새롭게 진입하는 리튬 메탈 호일(31, 41)의 단부를 가접 프레스 부(550)의 사이로 유도할 수 있다. 리튬 메탈 호일(31, 41)의 안정적인 이동 경로의 확보를 위하여 가이드 롤러(521, 522)는 커터(541, 542)와 인접한 위치에 구비되는 것이 바람직하다.

가접 프레스 부(550)는 베이스 메탈 호일(20)에 리튬 메탈 호일들을 완벽하게 부착하기 전 임시로 위치가 고정된 가접 전극 조립체(11)를 제조하기 위하여 구비될 수 있다. 가접 프레스 부(550)는 베이스 메탈 호일(20)을 중심으로 좌우 대칭으로 구비되는 제1 가접 롤러(551)와 제2 가접 롤러(552)를 포함할 수 있다. 각각의 가접 롤러(551, 552)간의 간격은 가접 프레스 구동부(553)의 동작에 따라 결정될 수 있다. 가접 프레스 구동부(553)의 동작은 각각의 호일의 두께와 미리 설정한 가접력에 따라 달라질 수 있다.

본접 프레스 부(560)는 베이스 메탈 호일(20)과 리튬 메탈 호일(31, 41)들을 완전히 부착할 수 있도록 구성된다. 본접 프레스 부(560)는 가접 프레스 부(550)를 통과한 가접 전극 조립체(11)에 두께 방향으로 소정 압력을 가할 수 있도록 구성된다. 여기서 임시 전극 조립체(10)에 가해지는 압력은 본접 프레스 부(560)에 구비된 제1 본접 롤러(561)와 제2 본접 롤러(562) 사이의 간격에 의해 결정될 수 있다. 이때 본접 롤러(561, 562)들 간의 간격을 조절하기 위하여 제2 본접 롤러(562)의 위치는 고정하고 제1 본접 롤러(561)의 위치만 조절하는 방식이 적용될 수 있다. 다만 이는 일 예일 뿐 한 쌍의 본접 롤러(561, 562)의 위치를 동시에 조절하는 구성으로 적용될 수 있다. 본접 롤러(561, 562)들의 표면 경도는 쇼어 85~99 수준으로 코팅될 수 있다.

한편, 제어부(미도시)는 센서부(미도시)에 의해 수신되는 각각의 리튬 메탈 호일의 선속정보를 근거로 제1 드라이빙 모터(미도시)와 제2 드라이빙 모터(미도시)의 회전속도를 조절할 수 있다. 또한 가접 롤러(551, 552)와 본접 롤러(561, 562)들은 외면이 동일한 선속을 갖도록 회전이 유지되며, 드라이빙 롤러(531, 532)는 리튬 메탈 호일(31, 41)의 절단부분간의 간격을 떨어뜨리기 위하여 주기적으로 속도를 조절할 수 있다. 이때 드라이빙 모터는 절단이 이루어지면 소정시간 속도를 줄이거나, 공급을 멈춘 뒤 공급을 재개할 수 있다. 이때 드라이빙 모터의 구동에 따라 버퍼 및 댄서의 동작으로 리튬 메탈 호일 공급부의 동작은 멈추지 않고 계속 동작될 수 있다.

이하에서는 도 9a 내지 도 9e를 참조하여, 부착 모듈(500)의 동작에 대하여 설명하도록 한다. 이하의 도면에서는 설명의 편의를 위하여 일부 요소들이 과장되거나 축소되어 표현되어 있으며, 본 발명의 권리범위는 이에 한정하는 것은 아니다.

도 9a, 9b, 9c, 9d 및 9e 는 본 발명의 일 실시예에서 부착 모듈(500)의 작동을 나타낸 개념도이다.

도 9a를 참조하면, 제1 리튬 메탈 호일(31)과 제2 리튬 메탈 호일(41)은 가이드 롤러들(521, 522)과 가접 롤러(551, 552) 그리고 본접 롤러(561, 562)로 공급된다. 도 9a에는 리튬 메탈 호일(31, 41)이 연결된 상태로 공급될 수 있다. 설명의 편의를 위하여 베이스 메탈 호일(20)의 두 점 B1, B2를 나타내었으며, 제1 리튬 메탈 호일(31)의 두 점 L11, L12, 그리고 제2 리튬 메탈 호일(41)의 두 점 L21, L22를 나타내었다. L11 과 L12는 서로 인접한 두 지점이며, L21 과 L22는 서로 인접한 두 지점으로 이해될 수 있다.

도 9b를 참조하면, 본접 롤러들(561, 562), 가접 롤러들(551, 552)이 동일한 외면에서 동일한 선속을 갖도록 회전하게 되면 베이스 메탈 호일(20), 제1 리튬 메탈 호일(31), 제2 리튬 메탈 호일(41)은 소정거리 이동된다. 이때, 전극 조립체(10) 또한 소정길이로 본접 롤러(561, 562)를 통과하게 된다. 한편, 제1 필름(51)과 제2 필름(52)도 동일한 선속으로 본접 롤러들 사이에서 이동하며, 제1 피름과 제2 필름(52)은 전극 조립체(10)로부터 박리되어 각각 회수된다.

도 9c를 참조하면, 제1 커터(541)와 제2 커터(542)에 의해 리튬 메탈 호일들(31, 41)이 절단된다. 이때 L11과 L21 은 여전히 소정속도로 함께 이동하며, L12 와 L22는 정지되거나 속도가 느려질 수 있다. 이때에도 베이스 메탈 호일(20)은 소정속도로 계속 이동된다.

도 9d를 참조하면, L11, L21 과 B1은 가접 롤러(551, 552)를 통과하여 서로 가접합된 상태로 이동하게 된다. 한편, 제어부에서 각 리튬 메탈 호일(31, 41)의 절단부위가 소정 길이로 이격된 것으로 판단된 경우 다시 드라이빙 모터를 구동하여 제1 리튬 메탈 호일(31)과 제2 리튬 메탈 호일(41)을 공급한다. 즉 L11과 L12 간의 간격, 그리고 L21과 L22 간의 간격이 일정 수준을 만족하는 경우 다시 각 리튬 메탈 호일(31, 41)의 이송을 시작한다.

도 9e를 참조하면, 이후 L12, L22, B2가 동일한 속도로 이동하면서 가접 롤러들(551, 552) 사이와 본접 롤러들(561, 562) 사이를 통과하여 서로 부착된다. 여기서 a2은 L11, L21, B1이 부착된 점이며, a2는 L12, L22, B2가 부착된 점이다.

도 10은 도 9e에서 A 부분을 확대하여 도시한 도면이다.

도 10을 참조하면, 본접 롤러(561, 562)를 통과한 전극 조립체(10)는 양면에서 제1 필름(51)과 제2 필름(52)이 박리되어 배출된다. 전극 조립체(10) 중 a1 과 a2 사이에는 리튬 메탈 호일(31, 41)이 부착되지 않은 상태로 유지되며, a1 의 전방, a2의 후방에서 리튬 메탈 호일(31, 41)이 베이스 메탈 호일(20)에 부착된다. 한편, 전극 조립체(10)는 이와 같은 패턴으로 연속적으로 제조될 수 있다. 차후 이차전지의 제조시에는 a1 과 a2 사이를 절단하여 하나의 단위 전극 조립체로 분할하여 사용할 수 있게 된다.

이하에서는 도 11 내지 도 15를 참조하여 본 발명의 다른 실시예인 전고체 이차전지의 극판 외관 검사 장치에 대하여 설명하도록 한다. 이하의 실시예에서도 전술한 실시예와 동일한 구성요소를 포함할 수 있으며, 중복기재를 피하기 위하여 변경되거나 추가된 구성에 대하여만 설명하도록 한다.

도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전고체 이차전지의 극판 외관 검사 장치(1000)의 평면도이며, 도 12는 본 발명의 다른 실시예에 따른 전고체 이차전지의 극판 외관 검사 장치(1000)의 분해사시도이다.

도 11 및 도 12를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 전고체 이차전지 극판 외관 검사 장치(1000)는 베이스 메탈 호일의 양면에 리튬 메탈 호일이 부착된 전극 조립체(10)를 검사하고, 불량인 경우 마커를 생성할 수 있도록 구성된다.

본 발명에 따른 전고체 이차전지 극판 외관 검사 장치(1000)는 검사부, 결함 판단부(미도시) 및 표시부(1300)를 포함할 수 있다.

검사부(1100, 1200)는 부착 모듈(400)로부터 이송되며, 버퍼(120)를 통과한 전극 조립체(10)의 외관을 검사할 수 있도록 구성된다. 검사부는 일 예로서 카메라를 포함하여 구성되며, 비전 검사를 수행할 수 있다. 다른 실시예에서 검사부(1100, 1200)는 X선 등을 이용하여 촬영을 하고 획득된 이미지를 근거로 결함 유무를 판단할 수 있다. 검사부(1100, 1200)는 전극 조립체(10)의 측면을 각각 검사할 수 있도록 구성되는 제1 검사부(1100) 및 제2 검사부(1200)를 포함할 수 있다. 이때 각각의 검사부(1100, 1200)에는 촬영을 위한 조명부를 포함할 수 있다. 이때 전극 조립체(10)의 양면에 대한 검사를 수행하므로, 카메라가 반대측의 조명부에 의한 영향을 받지 않도록 제1 검사부(1100)와 제2 검사부(1200)는 서로 다른 위치에 구비될 수 있다. 즉, 전극 조립체(10)는 제1 검사부(1100)의 검사위치와 제2 검사부(1200)의 검사위치를 순차적으로 통과할 수 있다. 도 11 및 도 12 에는 제1 검사부(1100)가 전극 조립체(10)의 우측면을 검사하고, 이후 제2 검사부(1200)가 전극 조립체(10)의 우측면을 검사하는 구성이 나타나 있으나, 이는 일 예일 뿐 검사부들(1100, 1200)의 위치는 다양하게 변경될 수 있다.

결함 판단부(미도시)는 검사부(1100, 1200)로부터 획득된 정보를 기반으로 전극 조립체(10)의 결함 여부를 판단하도록 구성된다. 결함 판단부는 일 예로서 영상처리 기능을 가진 프로세서를 포함할 수 있다. 결함 판단부는 리튬 메탈 호일이 부착된 단위 전극 조립체(U)별로 결함 유무를 판단한다. 즉 본 장치에서 전극 조립체(10)가 제조된 이후 다른 공정에서는 전극을 단위길이로 절단하여 사용하게 된다. 따라서 결함 판단부는 각각의 단위 전극 조립체(U) 별로 결함여부를 판단하여 사용여부를 결정할 수 있게 된다.

결함 판단부에서 판단되는 결함은 예를 들어 위치오차(어긋남), 부착불량, 외관 손상, 외부 물질의 오염 등 물리적으로 확인 가능한 결함일 수 있다. 위치오차는 단위 전극 조립체(U)에 부착된 리튬 호일 메탈의 위치에 오차가 있거나, 양쪽면에 부착된 리튬 호일 메탈이 서로 어긋나게 부착되어 있는 경우일 수 있다. 부착불량은 부착 모듈(400)에서 가압했음에도 불구하고 베이스 메탈 호일에 리튬 메탈 호일이 부분적으로 부착되지 않은 경우일 수 있다. 또한 전극 조립체(10)의 생산시 가해지는 압력에 의해 전극 조립체(10)에 손상이 발생한 경우일 수 있다.

엔코더 롤러(1400)는 전극 조립체의 이송속도를 측정할 수 있또록 구성되며, 드라이빙 롤러(1500)는 검사부를 통과한 전극 조립체의 선속을 조절할 수 있도록 구성된다.

표시부(1300)는 단위 전극 조립체(U)별로 양품과 불량품을 구분하기 위한 표시를 수행할 수 있다. 일 예로서 표시부(1300)는 결함 판단부에서 어느 하나의 단위 전극 조립체(U)에 결함이 있는 것으로 판단된 경우, 불량인 단위 전극 조립체(U)의 표면에 마커를 생성할 수 있다.

마커(m)를 생성하는 방법은 물리적으로 단위 전극 조립체(U)에 영향을 줄 수 있는 다양한 방식이 이용될 수 있다. 다만, 후술하는 바와 같이, 단위 전극 조립체(U)들은 불량으로 판단 되더라도 양품과 함께 극판 권취부(900)에서 권취되므로 두께에 변화를 주지 않거나 최소화 하는 마커를 생성하는 것이 바람직하다. 일 예로서, 레이저를 이용하여 전극 조립체(10)에 표시를 할 수 있도록 레이저 발생부로 구성되거나, 기계적인 힘을 이용하여 펀칭하여 홀을 생성하거나, 불량 위치를 표시하기 위한 자동 스티커 부착장치 또는 노치를 생성하는 등의 방식이 이용될 수 있다. 이때 상대적으로 반응성이 높은 리튬 메탈 호일에 물리적인 변화는 지양하고, 베이스 메탈 호일에 표시를 하는 것이 바람직할 것이다. 또한 리튬 메탈 호일이 부착되지 않은 공간은 부착된 공간보다 미세하게 두께가 얇다. 따라서 리튬 메탈 호일이 부착되지 않은 공간에 마커를 생성함으로서 베이스 메탈 호일의 두께에 미세한 변화가 있더라도 권취시에 영향을 받지 않게 된다.

표시부(1300)는 일 예로서, 펀칭을 수행할 수 있도록 구성된다. 펀치부는 검사부를 통과하고 결함이 판단된 전극 조립체(10)가 경유할 수 있도록 구성된다. 표시부(1300)는 단위 전극 조립체(U)가 표시부(1300)를 통과할 때 펀칭을 수행하여 단위 전극 조립체(U) 내에 마커를 생성할 수 있게 된다.

도 13a 및 13b는 본 발명의 다른 실시예에서 표시부(1300)의 동작을 나타낸 작동상태도이다.

도 13a를 참조하면, 표시부(1300)가 단위 전극 조립체(U)에 펀칭을 수행하기 전 대기상태가 도시되어 있다. 단위 전극 조립체(U)들은 연속적으로 표시부(1300)를 통과한다. 표시부(1300)에는 펀칭툴(1320), 펀칭툴 구동부(1310) 및 지지부(1330)를 포함할 수 있다. 펀칭툴(1320)은 소정 직경의 구멍을 전극 조립체(10) 중 리튬 메탈 호일이 부착되지 않은 부분에 형성할 수 있도록 구성된다. 펀칭툴 구동부(1310)는 펀칭툴(1320)을 제어부의 신호에 따라 왕복운동시킬 수 있도록 구성된다. 지지부는 전극 조립체(10)를 지지하며, 펀칭툴(1320)이 전극 조립체(10)를 펀칭할 때 전단력에 의해 단부가 거칠어지는 것을 최소활 수 있도록 펀치 홀(미도시)이 형성돌 수 있다. 펀칭툴(1320)은 전극 조립체(10)를 관통하여 펀치 홀로 삽입될 수 있다.

도 14는 본 발명의 다른 실시예에 따른 전고체 이차전지의 극판 외관 검사 장치(1000)에 의해 생성된 마커를 포함하는 전극조립체에 대한 개념도이다.

도 14를 참조하면, 전극 조립체(10)는 한 방향으로 이어지는 단위 전극 조립체(U)로 구분될 수 있다. 본 발명의 다른 실시예인 극판의 외관 검사 장치(1000)는 각각의 단위 전극 조립체(U)의 외관의 결함을 검사하고, 표시부(1300)에 의해 리튬 메탈 호일이 부착되지 않은 베이스 메탈 호일(2)의 일측에 마커(m)를 생성한다. 한편, 전극 조립체(10)의 외관 검사와 표시는 단위 전극 조립체(U)별로 수행될 수 있다.

도 15는 본 발명의 다른 실시예에 따른 전고체 이차전지의 극판 외관 검사 장치(1000)를 이용하여 검사된 전극조립체를 권취하는 개념을 도시한 개념도이다.

도 15를 참조하면, 극판권취부에는 단위 전극 조립체(U)의 결함 여부를 불문하고 양품과 불량품을 함께 권취한다. 이때 권취되는 전극 조립체(10)의 리튬 메탈 호일(31, 32)간의 접촉을 방지할 수 있도록 제3 필름(53)이 함께 권취될 수 있다.

본 개시에 따라 전극 조립체(10)의 불량을 단위 전극 조립체(U)별로 표시함으로써 이후 공정에서 전극 조립체(10)를 단위 전극 조립체(U)로 절단한 뒤 마커(m)를 인식할 수 있으며, 불량인 단위 전극 조립체(U)는 선별하여 폐기하는 것이 용이해질 수 있다.

1: 극판 제조 장치
10: 전극 조립체 11: 가접 전극 조립체
U: 단위 전극 조립체
20: 베이스 메탈 호일
31: 제1 리튬 메탈 호일 32: 제1 보호필름
41: 제2 리튬 메탈 호일 42: 제2 보호 필름
51: 제1 필름 52: 제2 필름
53: 제3 필름
110: 댄서 120: 버퍼
100: 메인 프레임
200: 베이스 메탈 호일 공급부 210: 베이스 메탈 호일 릴
300: 제1 리튬 메탈 호일 공급부
310: 제1 리튬 메탈 호일 릴 320: 제1 보호필름 회수부
400: 제2 리튬 메탈 호일 공급부
410: 제2 리튬 메탈 호일 릴 420: 제2 보호필름 회수부
500: 부착 모듈
511: 제1 위치조절부 512: 제2 위치조절부
521: 제1 가이드 롤러 522: 제2 가이드 롤러
531: 제1 드라이빙 롤러 532: 제2 드라이빙 롤러
541: 제1 커터 542: 제2 커터
550: 가접 프레스 부
551: 제1 가접 롤러 552: 제2 가접 롤러
553: 가접 프레스 구동부
560: 본접 프레스 부
561: 제1 본접 롤러 562: 제2 본접 롤러
563: 본접 프레스 구동부
600: 제1 필름 공급부 610: 제1 필름 회수부
700: 제2 필름 공급부 710:제2 필름 회수부
800: 제3 필름 공급부
900: 극판권취부
1000: 검사장치
1100: 제1 검사부 1200: 제2 검사부
1300: 표시부

Claims (14)

1. 베이스 메탈 호일을 풀어서(unroll) 공급할 수 있도록 구성되는 베이스 메탈 호일 공급부;
   제1 리튬 메탈 호일을 풀어서 공급할 수 있도록 구성되는 제1 리튬 메탈 호일 공급부 ;
   제2 리튬 메탈 호일을 풀어서 공급할 수 있도록 구성되는 제2 리튬 메탈 호일 공급부;
   상기 베이스 메탈 호일, 상기 제1 리튬 메탈 호일, 상기 제2 리튬 메탈 호일이 경유하는 부착영역에 구비되며, 상기 제1 리튬 메탈 호일, 상기 제2 리튬 메탈 호일 및 상기 베이스 메탈을 가압할 수 있도록 구성되는 가접 프레스 부;
   상기 가접 프레스 부를 통과하여 가접된 전극 조립체를 가압하여 부착할 수 있도록 구성되는 본접 프레스 부;
   상기 부착영역에 진입하기 전 상기 제1 리튬 메탈 호일의 이동량을 조절할 수 있도록 구성되는 제1 드라이빙 롤러;
   상기 부착영역에 진입하기 전 상기 제2 리튬 메탈 호일의 이동량을 조절할 수 있도록 구성되는 제2 드라이빙 롤러;
   상기 제1 드라이빙 롤러와 상기 부착영역 사이에 구비되며, 상기 제1 리튬 메탈 호일을 절단할 수 있도록 구성되는 제1 커터;
   상기 제2 드라이빙 롤러와 상기 부착영역 사이에 구비되며, 상기 제2 리튬 메탈 호일을 절단할 수 있도록 구성되는 제2 커터;
   상기 제1 리튬 메탈 호일 및 상기 제2 리튬 메탈 호일을 소정 길이로 절단할 수 있도록 상기 제1 드라이빙 롤러, 상기 제2 드라이빙 롤러, 상기 제1 커터 및 상기 제2 커터를 제어하는 제어부;를 포함하며,
   상기 제어부는,
   상기 소정 길이로 절단된 상기 제1 리튬 메탈 호일 및 상기 제2 리튬 메탈 호일을 상기 베이스 메탈 호일의 진행방향을 따라 소정 간격으로 떨어뜨려 반복적으로 부착시킬 수 있도록 제어하는 전고체 이차전지의 극판 제조 장치.
2. 제1 항에 있어서,
   상기 전극 조립체는 상기 가접 프레스 부에 의해,
   상기 베이스 메탈 호일을 중심으로 양면에 각각 상기 제1 리튬 메탈 호일과 상기 제2 리튬 메탈 호일이 가접되는 전고체 이차전지의 극판 제조 장치.
3. 제2 항에 있어서,
   상기 가접 프레스 부는,
   상기 부착영역에서 서로 대면하며, 서로의 간격이 조절되어 상기 제1 리튬 메탈 호일과 상기 제2 리튬 메탈 호일을 가압하는 한 쌍의 가접 롤러;를 포함하는 전고체 이차전지의 극판 제조 장치.
4. 제3 항에 있어서,
   상기 본접 프레스 부는,
   상기 부착영역에서 서로 대면하며, 서로의 간격이 조절되어 상기 제1 리튬 메탈 호일과 상기 제2 리튬 메탈 호일을 가압하는 한 쌍의 본접 롤러;를 포함하는 전고체 이차전지의 극판 제조 장치.
5. 삭제
6. 삭제
7. 삭제
8. 삭제
9. 제1 항에 있어서,
   상기 제1 커터에 의해 절단된 상기 제1 리튬 메탈 호일의 전방단부 및
   상기 제2 커터에 의해 절단된 상기 제2 리튬 메탈 호일의 전방단부를 상기 가접 프레스 부의 사이로 가이드할 수 있도록 구성되는 한 쌍의 가이드 롤러를 포함하는 전고체 이차전지의 극판 제조 장치.
10. 제9 항에 있어서,
    상기 부착영역으로 진입하는 상기 제1 리튬 메탈 호일의 폭 방향 위치를 조절할 수 있도록 구성되는 제1 위치조절부 및
    상기 부착영역으로 진입하는 상기 제2 리튬 메탈 호일의 폭 방향 위치를 조절할 수 있도록 구성되는 제2 위치조절부를 더 포함하는 전고체 이차전지의 극판 제조 장치.
11. 제4 항에 있어서,
    권취된 제1 필름을 공급할 수 있도록 구성되는 제1 필름 공급부;
    한 쌍의 상기 본접 롤러 사이를 통과한 상기 제1 필름을 회수할 수 있도록 구성되는 제1 필름 회수부;
    권취된 제2 필름을 공급할 수 있도록 구성되는 제2 필름 공급부; 및
    한 쌍의 상기 본접 롤러 사이를 통과한 상기 제2 필름을 회수할 수 있도록 구성되는 제2 필름 회수부를 더 포함하는 전고체 이차전지의 극판 제조 장치.
12. 제11 항에 있어서,
    상기 전극 조립체를 권취할 수 있도록 구성되는 극판 권취부를 더 포함하는 전고체 이차전지의 극판 제조 장치.
13. 제12 항에 있어서,
    상기 리튬 메탈 호일간의 접촉을 방지할 수 있는 제3 필름을 공급하는 제3 필름 공급부를 더 포함하며,
    상기 제3 필름은 상기 극판 권취부에서 상기 전극 조립체와 함께 권취되는 전고체 이차전지의 극판 제조 장치.
14. 제4 항에 있어서,
    상기 제1 리튬 메탈 호일 공급부는 일 면에 제1 보호필름이 부착된 제1 리튬 메탈 호일을 풀어내며, 상기 제1 보호필름을 상기 제1 리튬 메탈 호일과 분리하여 회수할 수 있도록 구성되는 제1 보호필름 회수부; 및
    상기 제2 리튬 메탈 호일 공급부는 일 면에 제2 보호필름이 부착된 제2 리튬 메탈 호일을 풀어내며, 상기 제2 보호필름을 상기 제2 리튬 메탈 호일과 분리하여 회수할 수 있도록 구성되는 제2 보호필름 회수부를 포함하는 전고체 이차전지의 극판 제조 장치.