KR20120060705A - 전극조립체의 폴딩 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 판상형 유닛셀들이 분리필름으로 권취되어 있는 구조의 스택/폴딩형 전극조립체의 제조를 위한 연속 공정에서, 유닛셀들을 배열하여 폴딩 장치로 이송하기 위한 장치로서, 상기 유닛셀을 순차적으로 공급하는 유닛셀 공급부; 상기 유닛셀 공급부의 유닛셀 위치를 촬영하여 취득한 화상 신호를 하기 제어부로 보내는 위치 검사부; 상기 위치 검사부로부터 수신된 화상신호를 바탕으로 유닛셀의 배열 상태를 확인하여 하기 그립퍼들의 작동을 제어하는 제어부; 상기 셀 공급부로부터 공급된 유닛셀들을 일 단위씩 인취하여, 상기 제어부의 위치보정 신호에 따른 유닛셀의 위치 보정 후 하기 이송부로 전달하는 둘 이상의 그립퍼들; 및 상기 유닛셀들을 폴딩 장치로 전달하는 유닛셀 이송부;를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 유닛셀 이송 장치를 제공한다.

Description

전극조립체의 폴딩 장치 {Device for Folding Electrode Assembly}
본 발명은 전극조립체의 폴딩 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 판상형 유닛셀들이 분리필름으로 권취되어 있는 구조의 스택/폴딩형 전극조립체의 제조를 위한 연속 공정에서, 유닛셀들을 배열하여 폴딩 장치로 이송하기 위한 장치로서, 상기 유닛셀을 순차적으로 공급하는 유닛셀 공급부; 상기 유닛셀 공급부의 유닛셀 위치를 촬영하여 취득한 화상 신호를 하기 제어부로 보내는 위치 검사부; 상기 위치 검사부로부터 수신된 화상신호를 바탕으로 유닛셀의 배열 상태를 확인하여 하기 그립퍼들의 작동을 제어하는 제어부; 상기 셀 공급부로부터 공급된 유닛셀들을 일 단위씩 인취하여, 상기 제어부의 위치보정 신호에 따른 유닛셀의 위치 보정 후 하기 이송부로 전달하는 둘 이상의 그립퍼들; 및 상기 유닛셀들을 폴딩 장치로 전달하는 유닛셀 이송부;를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 유닛셀 이송 장치에 관한 것이다.
모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서의 이차전지에 대해 수요가 급격히 증가하고 있고, 그러한 이차전지 중에서도 높은 에너지 밀도와 작동 전위를 나타내고, 사이클 수명이 길며, 자기방전율이 낮은 리튬 이차전지가 상용화되어 널리 사용되고 있다.
이차전지를 구성하는 양극/분리막/음극 구조의 전극조립체는 그것의 구조에 따라 크게 젤리-롤형(권취형)과 스택형(적층형)으로 구분된다. 젤리-롤형 전극조립체는, 집전체로 사용되는 금속 호일에 전극 활물질 등을 코팅하고 건조 및 프레싱한 후, 소망하는 폭과 길이의 밴드 형태로 재단하고 분리막을 사용하여 음극과 양극을 격막한 후 나선형으로 감아 제조된다. 젤리-롤형 전극조립체는 원통형 전지에는 적합하지만, 각형 또는 파우치형 전지에 적용함에 있어서는 전극 활물질의 박리 문제, 낮은 공간 활용성 등의 단점을 가지고 있다. 반면에, 스택형 전극조립체는 다수의 양극 및 음극 단위체들을 순차적으로 적층한 구조로서, 각형의 형태를 얻기가 용이한 장점이 있지만, 제조과정이 번잡하고 충격이 가해졌을 때 전극이 밀려서 단락이 유발되는 단점이 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여 상기 젤리-롤형과 스택형의 혼합 형태인 진일보한 구조의 전극조립체로서, 일정한 단위 크기의 양극/분리막/음극 구조의 풀셀(full cell) 또는 양극(음극)/분리막/음극(양극)/분리막/양극(음극) 구조의 바이셀(bicell)을 긴 길이의 연속적인 분리막 필름을 이용하여 폴딩한 구조의 전극조립체가 개발되었고, 이는 본 출원인의 한국 특허출원공개 제2001-82058호, 제2001-82059호, 제2001-82060호 등에 개시된 바가 있다. 본 출원에서는 이러한 구조의 전극조립체를 스택/폴딩형 전극조립체로서 칭한다.
상기와 같은 스택형 또는 스택/폴딩형 전극조립체를 전지케이스에 내장한 구조의 이차전지는 다양한 형태일 수 있으며, 그것의 대표적인 예가 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치형 케이스를 사용하는 리튬이온 폴리머 전지(LiPB)이다.
리튬이온 폴리머 전지(LiPB)는 전극(양극 및 음극)과 분리막을 열융착시킨 전극조립체에 전해액을 함침시킨 구조로서, 주로 스택형 또는 스택/폴딩형 전극조립체를 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치형 케이스에 밀봉한 형태로서 많이 사용되고 있다. 따라서, 리튬이온 폴리머 전지를 종종 파우치형 전지로 칭하기도 한다.
상기와 같은 스택형 또는 스택/폴딩형 전극조립체를 제조하기 위해서는 각각의 유닛셀(풀셀 또는 바이셀)을 정렬하여 분리필름으로 권취하는 것이 필요하다. 일정한 규격으로 만들어지는 유닛셀들이 적층될 때 미세하게라도 정렬(alignment)이 흐트러지게 되면, 전지 제조가 완료된 후 검수 단계에서 불량이 발생할 가능성이 있으며, 또는 검수 후에 충방전을 하는 과정에서 개로 전압 강하가 발생하는 문제점이 있다.
따라서, 이러한 문제점을 해결하기 위한 기술에 대한 필요성이 높은 실정이다.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.
본 출원의 발명자들은 심도 있는 연구와 다양한 실험을 거듭한 끝에, 이후 설명하는 바와 같이, 판상형 유닛셀들이 분리필름으로 권취되어 있는 구조의 스택/폴딩형 전극조립체의 제조를 위한 연속 공정에서, 이후 설명하는 바와 같이, 유닛셀 공급부, 위치 검사부, 제어부, 둘 이상의 그립퍼들 및 유닛셀 이송부를 포함하는 특정한 구성의 유닛셀 이송 장치를 개발하기에 이르렀고, 이러한 유닛셀 이송 장치를 스택/폴딩형 전극조립체의 제조를 위한 연속 공정에 사용하는 경우, 간소한 작업 공정에 의해서도 유닛셀의 폴딩시 정렬이 잘 이루어지는 것을 확인하고, 본 발명을 완성하기에 이르렀다.
따라서, 본 발명은 판상형 유닛셀들이 분리필름으로 권취되어 있는 구조의 스택/폴딩형 전극조립체의 제조를 위한 연속 공정에서, 유닛셀들을 배열하여 폴딩 장치로 이송하기 위한 장치로서,
상기 유닛셀을 순차적으로 공급하는 유닛셀 공급부;
상기 유닛셀 공급부의 유닛셀 위치를 촬영하여 취득한 화상 신호를 하기 제어부로 보내는 위치 검사부;
상기 위치 검사부로부터 수신된 화상신호를 바탕으로 유닛셀의 배열 상태를 확인하여 하기 그립퍼들의 작동을 제어하는 제어부;
상기 셀 공급부로부터 공급된 유닛셀들을 일 단위씩 인취하여, 상기 제어부의 위치보정 신호에 따른 유닛셀의 위치 보정 후 하기 이송부로 전달하는 둘 이상의 그립퍼들; 및
상기 유닛셀들을 폴딩 장치로 전달하는 유닛셀 이송부;
를 포함하는 구성의 유닛셀 이송 장치를 제공한다.
본 발명에 있어서, 상기 유닛셀은 예를 들어 풀셀 또는 바이셀일 수 있다.
상기 유닛셀로서의 풀셀은 양극/분리막/음극의 단위 구조로 이루어져 있는 셀로서, 셀의 양측에 각각 양극과 음극이 위치하는 셀이다. 이러한 풀셀은 가장 기본적인 구조의 양극/분리막/음극 셀과 양극/분리막/음극/분리막/양극/분리막/음극 등을 들 수 있다.
또한, 유닛셀로서의 바이셀은 양극/분리막/음극/분리막/양극의 단위 구조 및 음극/분리막/양극/분리막/음극의 단위구조와 같이 셀의 양측에 동일한 전극이 위치하는 셀이다. 본 명세서에서는 양극/분리막/음극/분리막/양극 구조의 셀을 "C형 바이셀"로서 칭하고, 음극/분리막/양극/분리막/음극 구조의 셀을 "A형 바이셀"로서 칭한다. 즉, 양측에 양극이 위치하는 셀을 C형 바이셀이라 하고, 양측에 음극이 위치하는 셀을 A형 바이셀이라 한다.
이러한 바이셀들은 셀 양측의 전극이 동일한 구조라면 그것을 이루는 양극 및 음극과 분리막의 수가 특별히 제한되는 것은 아니다.
풀셀과 바이셀은 양극 및 음극을 그 사이에 분리막을 개재시킨 상태에서 상호 결합시켜 제조된다. 이러한 결합 방법의 바람직한 예로는 열융착 방식을 들 수 있다.
풀셀과 바이셀에서 양극은, 예를 들어, 양극 집전체 상에 양극 활물질, 도전재 및 바인더의 혼합물을 도포한 후 건조 및 프레싱하여 제조되며, 필요에 따라서는 상기 혼합물에 충진제를 더 첨가하기도 한다.
상기 양극 집전체는 일반적으로 3 ~ 500 ㎛의 두께로 만든다. 이러한 양극 집전체는, 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 높은 도전성을 가지는 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 스테인레스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소, 또는 알루미늄이나 스테리인레스 스틸의 표면에 카본, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면처리한 것 등이 사용될 수 있다. 집전체는 그것의 표면에 미세한 요철을 형성하여 양극 활물질의 접착력을 높일 수도 있으며, 필름, 시트, 호일, 네트, 다공질체, 발포체, 부직포체 등 다양한 형태가 가능하다.
상기 양극 활물질은 리튬 코발트 산화물(LiCoO2), 리튬 니켈 산화물(LiNiO2) 등의 층상 화합물이나 1 또는 그 이상의 전이금속으로 치환된 화합물; 화학식 Li1 + xMn2 - xO4 (여기서, x 는 0 ~ 0.33 임), LiMnO3, LiMn2O3, LiMnO2 등의 리튬 망간 산화물; 리튬 동 산화물(Li2CuO2); LiV3O8, LiFe3O4, V2O5, Cu2V2O7 등의 바나듐 산화물; 화학식 LiNi1-xMxO2 (여기서, M = Co, Mn, Al, Cu, Fe, Mg, B 또는 Ga 이고, x = 0.01 ~ 0.3 임)으로 표현되는 Ni 사이트형 리튬 니켈 산화물; 화학식 LiMn2-xMxO2 (여기서, M = Co, Ni, Fe, Cr, Zn 또는 Ta 이고, x = 0.01 ~ 0.1 임) 또는 Li2Mn3MO8 (여기서, M = Fe, Co, Ni, Cu 또는 Zn 임)으로 표현되는 리튬 망간 복합 산화물; 화학식의 Li 일부가 알칼리토금속 이온으로 치환된 LiMn2O4; 디설파이드 화합물; Fe2(MoO4)3 등을 들 수 있지만, 이들만으로 한정되는 것은 아니다.
상기 도전재는 통상적으로 양극 활물질을 포함한 혼합물 전체 중량을 기준으로 1 내지 30 중량%로 첨가된다. 이러한 도전재는 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 천연 흑연이나 인조 흑연 등의 흑연; 카본블랙, 아세틸렌 블랙, 케첸 블랙, 채널 블랙, 퍼네이스 블랙, 램프 블랙, 서머 블랙 등의 카본블랙; 탄소 섬유나 금속 섬유 등의 도전성 섬유; 불화 카본, 알루미늄, 니켈 분말 등의 금속 분말; 산화아연, 티탄산 칼륨 등의 도전성 위스키; 산화 티탄 등의 도전성 금속 산화물; 폴리페닐렌 유도체 등의 도전성 소재 등이 사용될 수 있다.
상기 바인더는 활물질과 도전재 등의 결합과 집전체에 대한 결합에 조력하는 성분으로서, 통상적으로 양극 활물질을 포함하는 혼합물 전체 중량을 기준으로 1 내지 30 중량%로 첨가된다. 이러한 바인더의 예로는, 폴리불화비닐리덴, 폴리비닐알코올, 카르복시메틸셀룰로우즈(CMC), 전분, 히드록시프로필셀룰로우즈, 재생 셀룰로우즈, 폴리비닐피롤리돈, 테트라플루오로에틸렌, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 에틸렌-프로필렌-디엔 테르 폴리머(EPDM), 술폰화 EPDM, 스티렌 브티렌 고무, 불소 고무, 다양한 공중합체 등을 들 수 있다.
상기 충진제는 양극의 팽창을 억제하는 성분으로서 선택적으로 사용되며, 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 섬유상 재료라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등의 올리핀계 중합체; 유리섬유, 탄소섬유 등의 섬유상 물질이 사용된다.
반면에, 음극은 음극 집전체 상에 음극 활물질을 도포, 건조 및 프레싱하여 제조되며, 필요에 따라 상기에서와 같은 도전재, 바인더, 충진제 등이 선택적으로 더 포함될 수 있다.
상기 음극 집전체는 일반적으로 3 ~ 500 ㎛의 두께로 만들어진다. 이러한 음극 집전체는, 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 구리, 스테인레스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소, 구리나 스테인레스 스틸의 표면에 카본, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면처리한 것, 알루미늄-카드뮴 합금 등이 사용될 수 있다. 또한, 양극 집전체와 마찬가지로, 표면에 미세한 요철을 형성하여 음극 활물질의 결합력을 강화시킬 수도 있으며, 필름, 시트, 호일, 네트, 다공질체, 발포체, 부직포체 등 다양한 형태로 사용될 수 있다.
상기 음극 활물질은, 예를 들어, 난흑연화 탄소, 흑연계 탄소 등의 탄소; LixFe2O3(0≤x≤1), LixWO2(0≤x≤1), SnxMe1 - xMe'yOz (Me: Mn, Fe, Pb, Ge; Me': Al, B, P, Si, 주기율표의 1족, 2족, 3족 원소, 할로겐; 0<x≤1; 1≤y≤3; 1≤z≤8) 등의 금속 복합 산화물; 리튬 금속; 리튬 합금; 규소계 합금; 주석계 합금; SnO, SnO2, PbO, PbO2, Pb2O3, Pb3O4, Sb2O3, Sb2O4, Sb2O5, GeO, GeO2, Bi2O3, Bi2O4, and Bi2O5 등의 금속 산화물; 폴리아세틸렌 등의 도전성 고분자; Li-Co-Ni 계 재료 등을 사용할 수 있다.
상기 분리막은 양극과 음극 사이에 개재되며, 높은 이온 투과도와 기계적 강도를 가지는 절연성의 얇은 박막이 사용된다. 분리막의 기공 직경은 일반적으로 0.01 ~ 10 ㎛이고, 두께는 일반적으로 5 ~ 300 ㎛이다. 이러한 분리막으로는, 예를 들어, 내화학성 및 소수성의 폴리프로필렌 등의 올레핀계 폴리머; 유리섬유 또는 폴리에틸렌 등으로 만들어진 시트나 부직포 등이 사용된다. 전해질로서 폴리머 등의 고체 전해질이 사용되는 경우에는 고체 전해질이 분리막을 겸할 수도 있다. 본 발명에서 사용되는 분리막 필름은 상기 분리막과 동일한 소재일 수도 있고 그렇지 않을 수도 있다.
본 발명에 있어서, 상기 유닛셀 공급부는 순차적으로 유닛셀을 공급해 줄 수 있는 장치 또는 구조라면 어느 것이든 상관없으나, 하나의 바람직한 예로, 컨베이어 벨트를 들 수 있다. 상기 컨베이어 벨트로 유닛셀을 공급하는 경우, 유닛셀이 컨베이어 벨트의 상부면에 탑재된 상태에서 연속적으로 공급될 수 있다.
상기 검사부는, 예를 들어, 유닛셀 공급부의 상부에 설치되어 유닛셀이 이송되기 전 위치를 촬영하는 카메라일 수 있다. 상기 카메라는 유닛셀의 상부면 전체를 촬영하는 것으로 구성될 수도 있고, 일부를 촬영하는 것으로 구성될 수도 있다.
유닛셀이 일정한 규격을 가지고 있으므로, 일부분만을 촬영하여도 보정에 필요한 정보를 얻을 수 있기 때문에, 바람직하게는 유닛셀의 일부분 만을 촬영하는 것으로 구성될 수 있다. 이는, 유닛셀이 일부 오버랩(overlap)되어 있는 상황에서도 상기 검사부가 일부가 가려져있는 유닛셀의 위치를 화상 신호로 생성할 수 있으므로, 공정의 설계에 유연성을 제공하다. 즉, 해당 공정에서 유닛셀들이 상호간에 일부 오버랩 되도록 하여 유닛셀의 이동 거리의 단축에 의해 생산성을 향상시키고자 하는 경우에도, 유용한 위치 정보 신호를 생성할 수 있다.
하나의 바람직한 예에서, 상기 검사부는 유닛셀의 일측면의 양쪽 모서리를 촬영하여 취득한 화상 신호를 생성하는 것을 들 수 있다.
상기 제어부는, 바람직하게는, 화상 신호의 유닛셀 배열을 기설정 배열과 비교하여, 유닛셀 배열이 기설정 배열과 차이가 있는 경우, 상기 차이를 보상하는 위치보정 신호를 그립퍼로 송부하는 것으로 구성될 수 있다.
예를 들어, 화상 신호의 유닛셀 배열이 기설정 배열과 비교하여 일측 방향으로 편향되어 있는 경우, 상기 제어부는 그립퍼에 반대측 방향으로 편향된 길이만큼 보상하는 신호를 보낼 수 있다.
상기 기설정 배열이란 특정 유닛셀에 대해 해당 공정에 표준화된 정배열에 대한 정보를 의미하는 바, 제어부는 화상 신호에서 취득된 유닛셀의 배열을 상기 정배열과 중첩시켜 비교하는 방식으로, 유닛셀의 배열이 정배열에서 어긋나는 위치 편차를 계산할 수 있다. 앞서 설명한 바와 같이, 검사부가 유닛셀의 일측면의 양쪽 모서리를 촬영하여 화상 신호를 만드는 경우에는, 제어부에는 그러한 양측 모서리에 대한 정배열 정보가 저장되어 있어서, 이를 검사부로부터의 유닛셀 배열과 비교하게 된다.
한편, 상기 그립퍼들은 유닛셀들을 상기 제어부에서 제공하는 위치보정 신호에 따라 위치보정 하면서 유닛셀 이송부로 이송할 수 있는 것이라면 그 구조에 있어서 특별한 제한은 없다.
바람직하게는, 상기 그립퍼들이 유닛셀들을 교대로 인취하기 위한 제 1 그립퍼와 제 2 그립퍼로 이루어져 있고, 상기 제 1 그립퍼가 유닛셀을 인취하여 유닛셀 이송부로 전달하는 동안, 상기 제 2 그립퍼는 인취를 위한 위치로 돌아와 제 1 그립퍼의 전달 과정이 끝나는 시점에 연속하여 유닛셀을 이송하는 것을 들 수 있다.
또한, 상기와 같은 동작이 가능하기 위하여, 예를 들어, 상기 제 1 그립퍼와 제 2 그립퍼는 유닛셀 이송부로의 진행 방향에 대해 좌측과 우측에 각각 위치하는 구조일 수 있다.
상기 유닛셀 이송부는 상기 그립퍼로부터 유닛셀을 공급받아 폴딩 장치로 전달하는 역할을 하며, 예를 들어, 컨베이어 벨트로 이루어질 수 있다. 하나의 구체적인 예에서, 상기 유닛셀 이송부는 서로 반대방향으로 회전하면서 대면하도록 배치되어 있는 한 쌍의 컨베이어 벨트들로 구성되어 있을 수 있고, 이 경우 유닛셀은 상기 컨베이어 벨트들 사이로 삽입되어 이송되게 된다.
하나의 바람직한 예에서, 상기 유닛셀 공급부와 유닛셀 이송부는 서로 인접해 있고, 유닛셀 공급부의 유닛셀이 수직 이동하여 유닛셀 이송부로 전달될 수 있도록, 유닛셀 공급부와 유닛셀 이송부의 인접 부위는 수직 단차를 갖는 구조로 이루어질 수 있다.
상기와 같이 수직 단차를 둘 경우, 수직 이송 중에 유닛셀의 위치를 보정함으로써 길이 방향의 이송 시간을 줄일 수 있다.
구체적으로, 유닛셀 공급부와 유닛셀 이송부가 수직 단차를 가지는 구조에 의해, 첫번째 유닛셀이 이송을 위하여 수직 방향으로 이동하는 사이에 두번째 유닛셀이 촬영 위치까지 공급될 수 있다. 즉, 상기 수직 단차에 대응하여, 첫번째 유닛셀이 수직 이동하여 유닛셀 공급부로 전달되는 과정에서, 두번째 유닛셀은 첫번째 유닛셀의 하부에서 오버랩되는 위치로 이동할 수 있다.
이 경우, 앞에서 설명한 바와 같이 상기 검사부는 유닛셀의 일부분만을 촬영하여 취득한 화상 신호를 생성하여 제어부로 전달할 수 있으므로 공정 속도를 보다 개선할 수 있다.
바람직하게는, 상기 유닛셀 이송부에 인접한 유닛셀 공급부의 구동 롤러 외면에는 그립퍼의 인취시 상기 두번째 유닛셀의 전단부에 접촉하여 유닛셀의 이동을 정지시키기 위한 걸림턱이 형성되어 있는 것을 들 수 있다.
검사부의 카메라에서 상기 유닛셀을 촬영하기 위해서는 유닛셀이 정지하는 것이 필요하게 된다. 또한, 유닛셀 공급부의 이송 속도는 상기 정지 시간을 상쇄하기 위하여 유닛셀 이송부의 이송 속도보다 빠른 것이 바람직하다.
하나의 바람직한 예에서, 상기 첫번째 유닛셀이 제 1 그립퍼에 의해 수직으로 이송되는 동안 두번째 유닛셀이 공급부 상에서 검사부의 촬영 위치까지 진행하여 첫번째 유닛셀과 두번째 유닛셀이 수직 방향으로 일부 오버랩되고, 상기 오버랩된 상태에서 검사부의 카메라가 두번째 유닛셀의 오버랩되지 않은 일측면의 양쪽 모서리를 촬영하여 취득한 화상 신호를 생성하여 제어부에 전송하며, 상기 제어부에서 판단하여 전송하는 위치보정 신호를 받은 제 2 그립퍼가 두번째 유닛셀을 이송하며, 제 1 그립퍼는 제 2 그립퍼가 두번째 유닛셀을 이송하는 동안 원래 위치로 돌아오는, 일련의 과정을 반복하게 된다.
상기 수직 단차가 너무 낮으면 유닛셀 상호간에 스크래치가 발생할 염려가 있고, 너무 높으면 수직 이송 거리가 늘어나게 되어 공정 속도 향상에 도움을 주지 못하게 된다. 따라서, 상기 유닛셀 공급부와 유닛셀 이송부의 수직 단차는 3 내지 10 mm 범위인 것이 바람직하고, 상기와 같은 이유로 4 내지 7 mm 범위인 것이 더욱 바람직하다.
상기 수직 단차는 유닛셀 이송부가 유닛셀 공급부의 상부에 위치하는 구성일 수도 있고, 하부에 위치하는 구성일 수도 있다. 유닛셀 공급부가 컨베이어 벨트인 경우에는 유닛셀이 컨베이어 벨트의 상부면에 탑재된 상태로 공급되므로 유닛셀 이송부가 유닛셀 공급부의 상부에 위치하는 것이 그립퍼의 움직임 간소화를 위하여 효율적일 수 있다.
본 발명은 또한, 상기에서 설명한 장치를 사용하여 제조되는 스택-폴딩형 전극조립체를 제공하고, 상기 전극조립체와 리튬염 함유 비수 전해액으로 구성된 리튬 이차전지를 제공한다.
상기 리튬염 함유 비수계 전해액은 전해액과 리튬염으로 이루어져 있으며, 상기 전해액으로는 비수계 유기용매, 유기 고체 전해질, 무기 고체 전해질 등이 사용된다.
상기 비수계 유기용매로는, 예를 들어, N-메틸-2-피롤리디논, 프로필렌 카르보네이트, 에틸렌 카르보네이트, 부틸렌 카르보네이트, 디메틸 카르보네이트, 디에틸 카르보네이트, 감마-부틸로 락톤, 1,2-디메톡시 에탄, 테트라히드록시 프랑(franc), 2-메틸 테트라하이드로푸란, 디메틸술폭시드, 1,3-디옥소런, 포름아미드, 디메틸포름아미드, 디옥소런, 아세토니트릴, 니트로메탄, 포름산 메틸, 초산메틸, 인산 트리에스테르, 트리메톡시 메탄, 디옥소런 유도체, 설포란, 메틸 설포란, 1,3-디메틸-2-이미다졸리디논, 프로필렌 카르보네이트 유도체, 테트라하이드로푸란 유도체, 에테르, 피로피온산 메틸, 프로피온산 에틸 등의 비양자성 유기용매가 사용될 수 있다.
상기 유기 고체 전해질로는, 예를 들어, 폴리에틸렌 유도체, 폴리에틸렌 옥사이드 유도체, 폴리프로필렌 옥사이드 유도체, 인산 에스테르 폴리머, 폴리 에지테이션 리신(agitation lysine), 폴리에스테르 술파이드, 폴리비닐 알코올, 폴리 불화 비닐리덴, 이온성 해리기를 포함하는 중합제 등이 사용될 수 있다.
상기 무기 고체 전해질로는, 예를 들어, Li3N, LiI, Li5NI2, Li3N-LiI-LiOH, LiSiO4, LiSiO4-LiI-LiOH, Li2SiS3, Li4SiO4, Li4SiO4-LiI-LiOH, Li3PO4-Li2S-SiS2 등의 Li의 질화물, 할로겐화물, 황산염 등이 사용될 수 있다.
상기 리튬염은 상기 비수계 전해질에 용해되기 좋은 물질로서, 예를 들어, LiCl, LiBr, LiI, LiClO4, LiBF4, LiB10Cl10, LiPF6, LiCF3SO3, LiCF3CO2, LiAsF6, LiSbF6, LiAlCl4, CH3SO3Li, CF3SO3Li, (CF3SO2)2NLi, 클로로 보란 리튬, 저급 지방족 카르본산 리튬, 4 페닐 붕산 리튬, 이미드 등이 사용될 수 있다.
또한, 전해액에는 충방전 특성, 난연성 등의 개선을 목적으로, 예를 들어, 피리딘, 트리에틸포스파이트, 트리에탄올아민, 환상 에테르, 에틸렌 디아민, n-글라임(glyme), 헥사 인산 트리 아미드, 니트로벤젠 유도체, 유황, 퀴논 이민 염료, N-치환 옥사졸리디논, N,N-치환 이미다졸리딘, 에틸렌 글리콜 디알킬 에테르, 암모늄염, 피롤, 2-메톡시 에탄올, 삼염화 알루미늄 등이 첨가될 수도 있다. 경우에 따라서는, 불연성을 부여하기 위하여, 사염화탄소, 삼불화에틸렌 등의 할로겐 함유 용매를 더 포함시킬 수도 있고, 고온 보존 특성을 향상시키기 위하여 이산화탄산 가스를 더 포함시킬 수도 있으며, FEC(Fluoro-Ethylene carbonate), PRS(Propene sultone), FEC(Fluoro-Ethlene carbonate) 등을 더 포함시킬 수 있다.
본 발명에 따른 이차전지는 소형 디바이스의 전원으로 사용되는 전지셀에 사용될 수 있을 뿐만 아니라, 중대형 디바이스의 전원으로 사용되는 다수의 전지셀들을 포함하는 중대형 전지모듈에 단위전지로도 바람직하게 사용될 수 있다.
상기 중대형 디바이스의 바람직한 예로는 전지적 모터에 의해 동력을 받아 움직이는 파워 툴(power tool); 전기자동차(Electric Vehicle, EV), 하이브리드 전기자동차(Hybrid Electric Vehicle, HEV), 플러그-인 하이브리드 전기자동차(Plug-in Hybrid Electric Vehicle, PHEV) 등을 포함하는 전기차; 전기 자전거(E-bike), 전기 스쿠터(E-scooter)를 포함하는 전기 이륜차; 전기 골프 카트(electric golf cart) 등을 들 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 유닛셀 이송 장치는 효과적으로 유닛셀을 정렬할 수 있고, 공정 속도를 향상시킬 수 있어, 공정 효율성을 증진시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 유닛셀 이송 장치의 공정 모식도이다;
도 2는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 유닛셀 이송 장치의 평면 모식도이다;
도 3은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 유닛셀 이송 장치의 구성도이다.
이하에서는, 본 발명의 도면을 참조하여 설명하지만, 이는 본 발명의 더욱 용이한 이해를 위한 것으로, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.
도 1에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 유닛셀 이송 장치의 공정 모식도가 개시되어 있고, 도 2에는 상기 장치의 평면 모식도가 개시되어 있으며, 도 3에는 상기 장치의 구성도가 개시되어 있다.
상기 도면들을 참조하면, 유닛셀(10)을 순차적으로 공급하는 유닛셀 공급부(100)는 양단에 롤러로 구동하는 컨베이어 벨트로 구성되어 있고, 유닛셀(10)이 상기 컨베이어 벨트의 상면에 위치한 상태로 공급된다.
유닛셀 공급부(100)는 진행 방향으로 유닛셀(10)을 연속적으로 공급하며, 유닛셀 이송부(500)에 인접한 유닛셀 공급부(100)의 구동 롤러 외면에 형성되어 있는 걸림턱(도시하지 않음)에 의해 유닛셀(10)의 이동이 일정 시간 동안 정지된다.
이와 같이, 유닛셀(10)이 일정 시간 정지된 상태에서, 검사부(200)는 카메라로 유닛셀(10)의 위치 정보를 촬영하고 그로부터 취득한 화상신호를 제어부(300)로 송부한다.
제어부(300)는 이러한 화상신호를 그것에 저장되어 있는 기설정 배열과 비교하게 되고, 배열 상의 편차가 확인되는 경우, 이를 보상하는 위치보정 신호를 그립퍼(400)로 송부하게 된다.
그립퍼(400)는 제 1 그립퍼(410), 제 2 그립퍼(420) 및 위치보정 신호를 수신하고 제 1 그립퍼(410) 및 제 2 그립퍼(420)를 구동하는 구동부(430)로 구성되어 있다. 경우에 따라서는, 구동부(430)가 별도로 포함되지 않고 제 1 그립퍼(410) 및 제 2 그립퍼(420)가 구동부의 역할까지 하는 구조일 수도 있다.
그립퍼(400)는 일정 시간 정지된 상태의 유닛셀(10)을 취하여, 제어부(300)의 작동 지시에 따라 위치보정을 하면서 유닛셀 공급부(100)에서 유닛셀 이송부(500)로 이송하게 된다.
도면들에서, 그립퍼(400)는 제 2 그립퍼(420)가 유닛셀 공급부(100)로부터 유닛셀(10)을 인취하여 유닛셀 이송부(500)로 이송시키는 과정을 보여주고 있으며, 제 2 그립퍼(420)는 다음 유닛셀을 제 1 그립퍼(410)가 인취하여 이송시키는 동안 그 다음 유닛셀을 인취하기 위한 위치로 복귀한다.
유닛셀 이송부(500)는 유닛셀 공급부(100)에 대하여 수직 단차를 가지고, 서로 반대 방향으로 회전하면서 대면하도록 배치되어 있는 한 쌍의 컨베이어 벨트들로 구성되어 있고, 그립퍼(400)에 의해 인취된 유닛셀(10)은 상기 컨베이어 벨트들 사이로 삽입되어 이송된다.
상기 한 쌍의 컨베이어 벨트는 양단에 롤러가 구성되어 있고, 상기 롤러가 시계 방향으로 회전하여 컨베이어 벨트를 구동하는 하단 컨베이어 벨트(510)과 양단에 롤러가 구성되어 있고, 상기 롤러가 반시계 방향으로 회전하여 컨베이어 벨트를 구동하는 상단 컨베이어 벨트(520)으로 구성되어 있다.
상기 검사부(200)와 제어부(300)는 유닛셀(10)의 일부분, 예를 들어, 일측면의 양쪽 모서리를 촬영하여 위치 정보를 분석할 수 있다. 따라서, 임의의 첫번째 유닛셀이 그립퍼(400)에 의하여 수직방향으로 들어올려질 때, 유닛셀 공급부(100)는 계속적으로 유닛셀들을 이동시키므로 두번째 유닛셀이 첫번째 유닛셀 수직 아래에 위치하여 상부에서 보았을 때 일부 오버랩(overlap) 된다. 상기 오버랩되지 않은 부분에 대하여 검사부(200)의 카메라가 촬영을 하고 그립퍼(400)가 유닛셀 이송부(500)로 이송하는 과정에서 위치 보정이 진행된다.
따라서, 유닛셀들(10)이 오버랩된 상태에서 정렬(alignment)을 할 수 있으므로, 공정 속도를 보다 빠르게 할 수 있다.
본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주 내에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다.

Claims (15)

  1. 판상형 유닛셀들이 분리필름으로 권취되어 있는 구조의 스택/폴딩형 전극조립체의 제조를 위한 연속 공정에서, 유닛셀들을 배열하여 폴딩 장치로 이송하기 위한 장치로서,
    상기 유닛셀을 순차적으로 공급하는 유닛셀 공급부;
    상기 유닛셀 공급부의 유닛셀 위치를 촬영하여 취득한 화상 신호를 하기 제어부로 보내는 위치 검사부;
    상기 위치 검사부로부터 수신된 화상신호를 바탕으로 유닛셀의 배열 상태를 확인하여 하기 그립퍼들의 작동을 제어하는 제어부;
    상기 셀 공급부로부터 공급된 유닛셀들을 일 단위씩 인취하여, 상기 제어부의 위치보정 신호에 따른 유닛셀의 위치 보정 후 하기 이송부로 전달하는 둘 이상의 그립퍼들; 및
    상기 유닛셀들을 폴딩 장치로 전달하는 유닛셀 이송부;
    를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 유닛셀 이송 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 유닛셀은 바이셀 또는 풀셀인 것을 특징으로 하는 유닛셀 이송 장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 유닛셀 공급부는 컨베이어 벨트이고 유닛셀이 컨베이어 벨트의 상부면에 탑재된 상태에서 공급되는 것을 특징으로 하는 유닛셀 이송 장치.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 검사부는 유닛셀 공급부의 상부에 설치된 카메라이고, 유닛셀의 일부분만을 촬영하여 취득한 화상 신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 유닛셀 이송 장치.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 검사부는 유닛셀의 일측면의 양쪽 모서리를 촬영하여 취득한 화상 신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 유닛셀 이송 장치.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 제어부는 화상 신호의 유닛셀 배열을 기설정 배열과 비교하여, 유닛셀 배열이 기설정 배열과 차이가 있는 경우, 상기 차이를 보상하는 위치보정 신호를 그립퍼로 송부하는 것을 특징으로 하는 유닛셀 이송 장치.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 그립퍼들은 유닛셀들을 교대로 인취하기 위한 제 1 그립퍼와 제 2 그립퍼로 이루어져 있고, 상기 제 1 그립퍼가 유닛셀을 인취하여 유닛셀 이송부로 전달하는 동안, 상기 제 2 그립퍼는 인취를 위한 위치로 돌아와 제 1 그립퍼의 전달 과정이 끝나는 시점에 연속하여 유닛셀의 이송하는 것을 특징으로 하는 유닛셀 이송 장치.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 제 1 그립퍼와 제 2 그립퍼는 유닛셀 이송부로의 진행 방향에 대해 좌측과 우측에 각각 위치하는 것을 특징으로 하는 유닛셀 이송 장치.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 유닛셀 이송부는 서로 반대방향으로 회전하면서 대면하도록 배치되어 있는 한 쌍의 컨베이어 벨트들로 구성되어 있고, 유닛셀은 상기 컨베이어 벨트들 사이로 삽입되어 이송되는 것을 특징으로 하는 유닛셀 이송 장치.
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 유닛셀 공급부와 유닛셀 이송부는 서로 인접해 있고, 유닛셀 공급부의 유닛셀이 수직 이동하여 유닛셀 이송부로 전달될 수 있도록, 유닛셀 공급부와 유닛셀 이송부의 인접 부위는 수직 단차를 갖는 것을 특징으로 하는 유닛셀 이송 장치.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 수직 단차에 대응하여, 첫번째 유닛셀이 수직 이동하여 유닛셀 공급부로 전달되는 과정에서, 두번째 유닛셀은 첫번째 유닛셀의 하부에서 오버랩 된 위치로 이동하는 것을 특징으로 하는 유닛셀 이송 장치.
  12. 제 11 항에 있어서, 유닛셀 이송부에 인접한 유닛셀 공급부의 구동 롤러 외면에는 그립퍼의 인취시 상기 두번째 유닛셀의 전단부에 접촉하여 유닛셀의 이동을 정지시키기 위한 걸림턱이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 유닛셀 이송 장치.
  13. 제 10 항에 있어서, 상기 수직 단차는 3 내지 10 mm 범위인 것을 특징으로 하는 유닛셀 이송 장치.
  14. 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 하나의 장치를 사용하여 제조되는 것을 특징으로 하는 스택/폴딩형 전극조립체.
  15. 제 14 항에 따른 스택/폴딩형 전극조립체를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지.
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