KR20120117634A - Cutting method and cutting apparatus of laser transmission member and manufacturing method of electrode - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 레이저 투과 부재의 절단 방법 및 절단 장치와 전극 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for cutting a laser transmitting member and a method for manufacturing a cutting device and an electrode.
특허문헌 1은 소재를 레이저 컷트해서 리튬 2차 전지용 전극을 제조하는 방법을 개시한다.
본건 발명자들도 소재를 레이저 컷트해서 전지용 전극을 제조하는 방법을 개발하고 있다. 그리고 본건 발명자들이 개발을 진행시켜 가는 중에, 소재(피절단물)의 재료에 따라서는, 어떠한 고안을 하지 않으면 잘 컷트할 수 없는 경우가 있다는 것을 알게 되었다.The present inventors also develop the method of manufacturing a battery electrode by laser cutting a raw material. And while the present inventors progressed development, it turned out that depending on the material of a raw material (cut material), it may not be able to cut well without any design.
본 발명은, 이러한 종래의 문제점에 착안되어 이루어진 것이며, 본 발명의 목적은, 통상은 레이저 컷트할 수 없는 소재라도, 컷트가 가능하게 되어 양산성이 우수한 레이저 투과 부재의 절단 방법 및 절단 장치 및 전극 제조 방법을 제공하는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of such a conventional problem, and an object of the present invention is to cut a laser transmission member, a cutting device, and an electrode, which are capable of cutting even when a material which is not normally laser cut can be cut and have excellent mass productivity. It is to provide a manufacturing method.
본 발명은 아래와 같은 해결 수단에 의해 상기 과제를 해결한다.This invention solves the said subject by the following solving means.
본 발명은, 레이저 절단 가능 부재에 마련된 레이저 투과 부재를 절단하는 방법이다. 그리고 상기 레이저 투과 부재가 마련된 영역의 레이저 절단 가능 부재에 레이저를 조사하는 조사 공정과, 상기 조사 공정에서 레이저가 조사된 궤적을 사이에 끼고 펼쳐지는 2개의 영역에 힘을 가해서 떼어내는 절단 공정을 포함하는 것을 특징으로 한다.The present invention is a method of cutting a laser transmitting member provided in a laser cutable member. And an irradiation step of irradiating a laser to a laser cutable member in an area where the laser transmission member is provided, and a cutting step of applying a force to two areas that are unfolded with a trace irradiated by the laser in the irradiation step. Characterized in that.
본 발명에 따르면, 레이저가 조사된 궤적을 사이에 끼고 펼쳐지는 2개의 영역에 힘을 가함으로써, 양쪽 영역을 떼어내어 절단할 수 있고, 통상은 레이저 컷트할 수 없는 소재라도, 컷트가 가능하게 되어서 양산성이 우수하다.According to the present invention, by applying a force to two areas spread by the laser-radiated trajectory between them, both areas can be separated and cut, and even a material that cannot be laser cut can be cut. Mass production is excellent.
본 발명의 실시 형태, 본 발명의 이점에 대해서는, 첨부된 도면을 참조하면서 이하에 상세하게 설명한다.EMBODIMENT OF THE INVENTION Embodiment of this invention and the advantage of this invention are described in detail below, referring an accompanying drawing.
도 1은 리튬 이온 2차 전지를 설명하는 도면.
도 2는 양산성이 우수한 전극 제조 방법을 설명하는 도면.
도 3은 전극 소재 시트로부터 전극을 제조하기 위한 커트 라인을 도시하는 도면.
도 4는 레이저 조사의 권장 조건을 도시하는 맵.
도 5는 레이저 투과 부재 절단 장치의 개요를 도시하는 도면.
도 6은 레이저 헤드의 상세도.
도 7은 절단대의 구조 및 작동을 설명하는 도면.
도 8은 레이저 및 절단대의 작동 타이밍 챠트.
도 9는 절단대의 가동부의 작동을 설명하는 도면.
도 10은 커트 라인 Ⅱ에 있어서의 절단 상태를 설명하는 도면.1 illustrates a lithium ion secondary battery.
2 is a view for explaining an electrode manufacturing method excellent in mass productivity.
3 shows a cut line for manufacturing an electrode from an electrode material sheet.
4 is a map showing recommended conditions for laser irradiation.
5 is a diagram showing an outline of a laser transmitting member cutting device.
6 is a detailed view of a laser head.
7 is a view for explaining the structure and operation of the cutting table.
8 is an operation timing chart of a laser and a cutting board.
9 is a view for explaining the operation of the movable part of the cutting table.
10 is a diagram illustrating a cutting state in cut line II.
먼저 본 발명의 이해를 용이하게 하기 위해서, 발명자들의 기술 착상에 대해서 설명한다.First, in order to facilitate understanding of the present invention, the technical concept of the inventors will be described.
도 1은 리튬 이온 2차 전지를 설명하는 도면으로서, 도 1의 (A)는 리튬 이온 2차 전지의 셀 팩의 외관을 도시하는 사시도이며, 도 1의 (B)는 셀 팩에 수납되는 단위 전지의 평면도이다.1 is a view for explaining a lithium ion secondary battery, Figure 1 (A) is a perspective view showing the appearance of the cell pack of the lithium ion secondary battery, Figure 1 (B) is a unit housed in the cell pack Top view of the battery.
여기에서는, 전지로서 리튬 이온 2차 전지를 일례로 채택하여 설명한다.Here, a lithium ion secondary battery is taken as an example and demonstrated as a battery.
리튬 이온 2차 전지의 셀 팩(10)은 외장재(11)에, 소정수 적층되어 전기적으로 접속된 단위 전지(12)가 내장되어 있다. 또한, 단위 전지(12)에 대해서는 도 1의 (B)를 참조해서 후술한다. 또한, 도시는 생략하지만, 이 리튬 이온 2차 전지의 셀 팩(10)이 소정수 적층되어서, 알루미늄 등으로 형성된 박스(하우징)에 담겨져 리튬 이온 2차 전지 패키지로 된다.In the
외장재(11)는 적층된 단위 전지(12)를 수용한다. 외장재(11)의 재료는 다양하게 생각할 수 있지만, 예를 들면 알루미늄을 폴리프로필렌 필름으로 피복한 고분자-금속 복합 라미네이트 필름의 시트재가 있다. 외장재(11)는, 우선 적층된 단위 전지(12)를 수용한 상태에서, 1변이 개방되도록 3변이 열 융착된다. 그리고 전해액이 주액된 후에 나머지의 1변도 열융착된다. 외장재(11)는, 단위 전지(12)의 전력을 외부로 취출하기 위한 정극 탭(111a) 및 부극 탭(111b)을 구비한다.The packaging material 11 accommodates the stacked
정극 탭(111a)은, 일단부가 외장재(11)의 내부에서 정극 집전부에 접속되고, 타단부가 외장재(11)의 밖으로 나온다.One end of the
부극 탭(111b)은, 일단부가 외장재(11)의 내부에서 부극 집전부에 접속되고, 타단부가 외장재(11)의 밖으로 나온다.One end of the
도 1의 (B)에 도시된 바와 같이, 단위 전지(12)는 정극(121a)과, 부극(121b)과, 세퍼레이터(122)를 포함한다.As shown in FIG. 1B, the
세퍼레이터(122)는 유동성이 있는 전해질(전해액)을 보유 지지하는 전해질층이다. 세퍼레이터(122)는 폴리아미드제 부직포, 폴리에틸렌 부직포, 폴리프로필렌 부직포, 폴리이미드 부직포, 폴리에스테르 부직포, 아라미드 부직포 등의 부직포이다. 또한, 세퍼레이터(122)는 필름이 연신되어서 세공이 형성된 미세다공막 필름이라도 좋다. 이러한 필름은 기존의 리튬 이온 전지용 세퍼레이터로서 사용된다. 또한, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리이미드 필름이나 혹은 이것들을 적층한 것이라도 좋다. 세퍼레이터(122)의 두께는 특별히 한정되지 않는다. 그러나, 얇은 쪽이 전지가 콤팩트해진다. 따라서, 세퍼레이터(122)는 성능을 확보할 수 있는 범위에서, 가능한 한 얇은 것이 바람직하다. 일반적으로는 세퍼레이터(122)의 두께는 10 내지 100㎛ 정도이다. 단, 일정한 두께가 아니어도 좋다.The
전해질(전해액)은, 예를 들어 폴리머 골격 중에 수 중량% 내지 99중량% 정도 전해액을 보유 지지시킨 겔 전해질이다. 특히, 고분자 겔 전해질이 좋다. 고분자 겔 전해질은, 예를 들어 이온 도전성을 갖는 고체 고분자 전해질에, 통상 리튬 이온 전지에서 사용되는 전해액을 포함한 것이다. 또한, 리튬 이온 도전성을 갖지 않는 고분자의 골격 중에, 통상 리튬 이온 전지에서 사용되는 전해액을 보유 지지시킨 것이라도 좋다.The electrolyte (electrolyte) is, for example, a gel electrolyte in which an electrolyte solution is held in the polymer skeleton by about several percent by weight to about 99 percent by weight. In particular, a polymer gel electrolyte is preferable. The polymer gel electrolyte is, for example, a solid polymer electrolyte having ion conductivity, and contains an electrolyte solution usually used in lithium ion batteries. Moreover, what hold | maintained the electrolyte solution normally used in a lithium ion battery in the skeleton of the polymer which does not have lithium ion conductivity.
고분자 겔 전해질은, 고분자 전해질 100%로 된 것 이외의 것이며, 전해액을 폴리머 골격에 포함시킨 것이면 된다. 특히, 전해액과 폴리머의 비율(질량비)은 20:80 내지 98:2 정도가 바람직하다. 이러한 비율이면, 전해질에 의한 유동성과, 전해질로서의 성능이 양립된다.The polymer gel electrolyte may be other than 100% of the polymer electrolyte, and may contain an electrolyte solution in the polymer skeleton. In particular, the ratio (mass ratio) of the electrolyte solution and the polymer is preferably about 20:80 to 98: 2. If it is such a ratio, fluidity | liquidity by electrolyte and performance as electrolyte will be compatible.
폴리머 골격은 열경화성 폴리머 및 열가소성 폴리머의 어느 것이라도 좋다. 구체적으로는, 예를 들어 폴리에틸렌옥시드를 주쇄 또는 측쇄에 갖는 고분자(PEO), 폴리아크릴로니트릴(PAN), 폴리메타크릴산에스테르, 폴리불화비닐리덴(PVDF), 폴리불화비닐리덴과 헥사플루오로프로필렌의 공중합체(PVDF-HFP), 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA)등이 있다. 단, 이들로 한정되지는 않는다.The polymer backbone may be any of a thermosetting polymer and a thermoplastic polymer. Specifically, for example, polymer (PEO), polyacrylonitrile (PAN), polymethacrylic acid ester, polyvinylidene fluoride (PVDF), polyvinylidene fluoride and hexafluorine having polyethylene oxide in a main chain or side chain Copolymers of low propylene (PVDF-HFP), polymethyl methacrylate (PMMA), and the like. However, the present invention is not limited to these.
고분자 겔 전해질에 포함되는 전해액(전해질염 및 가소제)은, 통상 리튬 이온 전지에서 사용되는 것이다. 예를 들어, LiPF6, LiBF4, LiClO4, LiAsF6, LiTaF6, LiAlCl4, Li2B10Cl10 등의 무기산 음이온염, LiCF3SO3, Li(CF3SO2)2N, Li(C2F5SO2)2N 등의 유기산 음이온염 중에서 선택되는, 적어도 1종류의 리튬염(전해질염)을 포함하고, 프로필렌카보네이트, 에틸렌카보네이트 등의 환형상 카보네이트류이다. 디메틸카보네이트, 메틸에틸카보네이트, 디에틸카보네이트 등의 사슬 형상 카보네이트류라도 좋다. 테트라히드로푸란, 2-메틸테트라히드로푸란, 1,4-디옥산, 1,2-디메톡시에탄, 1,2-디부톡시에탄 등의 에테르류라도 좋다. γ-부티롤락톤 등의 락톤류라도 좋다. 아세토니트릴 등의 니트릴류라도 좋다. 프로피온산 메틸 등의 에스테르류라도 좋다. 디메틸포름아미드 등의 아미드류라도 좋다. 아세트산 메틸 및 포름산 메틸 중에서 선택되는 적어도 1종류 이상을 혼합한 비프로톤성 용매 등의 유기 용매(가소제)를 사용한 것이라도 좋다. 단, 이들에 한정되지는 않는다.The electrolyte solution (electrolyte salt and plasticizer) contained in the polymer gel electrolyte is usually used in a lithium ion battery. For example, inorganic acid anion salts such as LiPF 6 , LiBF 4 , LiClO 4 , LiAsF 6 , LiTaF 6 , LiAlCl 4 , Li 2 B 10 Cl 10 , LiCF 3 SO 3 , Li (CF 3 SO 2 ) 2 N, Li a (C 2 F 5 SO 2) 2 N and so on of the organic acid anion, and at least one of lithium salts selected from the salts containing the (electrolyte salt), and propylene carbonate, ring-like carbonate such as ethylene carbonate. Chain carbonates, such as dimethyl carbonate, methyl ethyl carbonate, and diethyl carbonate, may be sufficient. Ethers such as tetrahydrofuran, 2-methyltetrahydrofuran, 1,4-dioxane, 1,2-dimethoxyethane and 1,2-dibutoxyethane may be used. Lactones, such as (gamma) -butyrolactone, may be sufficient. Nitriles, such as acetonitrile, may be sufficient. Ester, such as methyl propionate, may be sufficient. Amides, such as dimethylformamide, may be sufficient. The organic solvent (plasticizer), such as an aprotic solvent which mixed at least 1 sort (s) chosen from methyl acetate and methyl formate, may be used. However, it is not limited to these.
정극(121a)은 정극 집전박과, 그 양면에 형성된 정극 활물질층을 갖는다. 정극(121a)은 세퍼레이터(122)의 한쪽 면[도 1의 (B)에서는 세퍼레이터(122)의 하면]에 배치된다.The
정극 집전박은, 예를 들어 알루미늄, 구리, 티탄, 니켈, 스테인리스강(SUS), 이들의 합금 등에 의한 박이다. 정극 집전박의 두께는 특별히 한정되지 않지만, 통상은 1 내지 100㎛ 정도이다.The positive electrode current collector foil is, for example, a foil made of aluminum, copper, titanium, nickel, stainless steel (SUS), an alloy thereof, or the like. Although the thickness of a positive electrode collector foil is not specifically limited, Usually, it is about 1-100 micrometers.
정극 활물질층의 정극 활물질은, 특히 리튬-천이 금속 복합 산화물이 바람직하다. 구체적으로는, 예를 들어 스피넬 LiMn2O4 등의 Li?Mn계 복합 산화물, LiCoO2 등의 Li?Co계 복합 산화물, LiNiO2 등의 Li?Ni계 복합 산화물, LiFeO2 등의 Li?Fe계 복합 산화물 등이다. 또한, LiFePO4 등의 천이 금속과 리튬의 인산 화합물이나 황산 화합물이라도 좋다. 또한, V2O5, MnO2, TiS2, MoS2, MoO3 등의 천이 금속 산화물이나 황화물이라도 좋다. 또한, PbO2, AgO, NiOOH 등이라도 좋다. 이러한 정극 활물질은 전지 용량, 출력 특성이 우수한 전지를 구성할 수 있다.The positive electrode active material of the positive electrode active material layer is particularly preferably a lithium-transition metal composite oxide. Specifically, for example, Li? Mn-based composite oxides such as spinel LiMn 2 O 4 and LiCoO 2 Li-Co composite oxides, such as LiNiO 2 Such as Li? A Ni-based composite oxide, such as LiFeO 2 Li? Such as Fe-based composite oxide. In addition, LiFePO 4 Phosphoric acid compounds and sulfuric acid compounds of transition metals, such as lithium, etc. may be sufficient. In addition, transition metal oxides or sulfides such as V 2 O 5 , MnO 2 , TiS 2 , MoS 2 , and MoO 3 may be used. Moreover, PbO2 , AgO, NiOOH, etc. may be sufficient. Such a positive electrode active material can constitute a battery excellent in battery capacity and output characteristics.
정극 활물질의 입경(粒徑)은, 정극 재료를 페이스트화해서 스프레이 코트 등으로 제막할 수 있을 정도면 좋지만, 작은 쪽이 전극 저항을 저감할 수 있다. 구체적으로는, 정극 활물질의 평균 입경이 0.1 내지 10㎛이면 좋다.The particle diameter of the positive electrode active material is good enough to be able to paste the positive electrode material into a film by spray coating or the like, but the smaller one can reduce the electrode resistance. Specifically, the average particle diameter of the positive electrode active material may be 0.1 to 10 µm.
정극 활물질은, 이 밖에도 이온 전도성을 높이기 위해서, 전해질, 리튬염, 도전조제 등을 포함해도 좋다. 도전조제는, 일 예를 들면, 아세틸렌 블랙, 카본 블랙, 그패파이트 등이다.In addition, the positive electrode active material may contain an electrolyte, a lithium salt, a conductive aid, or the like in order to increase ion conductivity. Examples of the conductive aid include acetylene black, carbon black, and graphite.
정극 활물질, 전해질(바람직하게는 고체 고분자 전해질), 리튬염, 도전조제의 배합량은, 전지의 사용 목적(출력 중시, 에너지 중시 등), 이온 전도성이 고려되어 설정된다. 예를 들면, 전해질, 특히 고체 고분자 전해질의 배합량이 너무 적으면, 활물질층 내에서의 이온 전도 저항이나 이온 확산 저항이 커지고, 전지 성능이 저하된다. 한편, 전해질, 특히 고체 고분자 전해질의 배합량이 너무 많으면, 전지의 에너지 밀도가 저하된다. 따라서, 이것을 고려하여, 구체적인 배합량이 설정된다. 정극 활물질층의 두께는 특별히 한정되지 않는다. 전지의 사용 목적(출력 중시, 에너지 중시 등), 이온 전도성 등이 고려되어서 설정된다. 일반적인 정극의 두께는 1 내지 500㎛ 정도이다.The compounding quantity of a positive electrode active material, electrolyte (preferably solid polymer electrolyte), a lithium salt, and a conductive support agent is set in consideration of the purpose of use of a battery (focusing on output, focusing on energy, etc.) and ion conductivity. For example, when the compounding quantity of electrolyte, especially a solid polymer electrolyte is too small, the ion conduction resistance and ion diffusion resistance in an active material layer will become large, and battery performance will fall. On the other hand, when the compounding quantity of electrolyte, especially a solid polymer electrolyte is too large, the energy density of a battery will fall. Therefore, in consideration of this, a specific compounding amount is set. The thickness of the positive electrode active material layer is not particularly limited. The purpose of use (output emphasis, energy importance, etc.), ion conductivity, etc. of a battery are considered and set. The thickness of a general positive electrode is about 1 to 500 mu m.
부극(121b)은 부극 집전박과, 그 양면에 형성된 부극 활물질층을 갖는다. 부극(121b)은 세퍼레이터(122)의 다른 한쪽의 면[도 1의 (B)에서는 세퍼레이터(122)의 상면]에 배치된다.The
부극 집전박은 정극 집전박과 동일한 것을 사용해도, 다른 것을 사용해도 좋다.The negative electrode current collector foil may use the same one as the positive electrode current collector foil or may use a different one.
부극 활물질층의 부극 활물질은, 구체적으로는 금속 산화물, 리튬 금속 복합 산화물 금속, 카본, 티탄 산화물, 리튬-티탄 복합 산화물 등이다. 특히, 카본, 천이 금속 산화물, 리튬-천이 금속 복합 산화물이 바람직하다. 그 중에서도, 카본 또는 리튬 천이 금속 복합 산화물은 전지를 고전지 용량화, 고출력화할 수 있다. 이들이 1종 단독으로 사용되어도 좋고, 2종 이상 병용되어도 좋다.Specifically, the negative electrode active material of the negative electrode active material layer is a metal oxide, a lithium metal composite oxide metal, carbon, titanium oxide, a lithium-titanium composite oxide, or the like. In particular, carbon, transition metal oxides, and lithium-transition metal composite oxides are preferable. Especially, carbon or a lithium transition metal composite oxide can make a high battery capacity and high output battery. These may be used individually by 1 type and may be used together 2 or more types.
이와 같은 단위 전지(12)가 소정수 적층되어 각 정극 집전박이 하나로 집합되어서 전기적으로 병렬 접속된다. 이 집합 부분이 정극 집전부이며, 이 정극 집전부에 정극 탭(111a)이 접속된다. 또한, 각 부극 집전박이 하나로 집합되어서 전기적으로 병렬 접속된다. 이 집합 부분이 부극 집전부이며, 이 부극 집전부에 부극 탭(111b)이 접속된다.A predetermined number of
정극(121a) 및 부극(121b)은 세퍼레이터(122)를 사이에 두도록 배치되지만, 만일 위치가 어긋나면, 정극(121a) 및 부극(121b)이 단락될 우려가 있다. 특히, 정극(121a) 및 부극(121b)이 교차하는 도 1의 (B)에 일점 파선원으로 둘러싸인 A부에서 단락할 우려가 있다는 것이 본건 발명자들에 의해 발견되었다. 따라서, 본건 발명자들은 적어도 정극(121a) 및 부극(121b)의 어느 한쪽 전극의 A부를 포함하는 영역에 절연성의 점착 테이프를 부착하는 것을 착상했다. 한편, 이 절연성의 점착 테이프는 정극(121a) 및 부극(121b)의 단락을 방지하는 것이므로, 어느 한쪽에 부착하면 좋고, 양쪽에 부착해도 좋다. 또한, 이하의 설명에서는, 정극/부극으로 특정하지 않고, 전극으로서 설명한다.Although the
도 2는 양산성이 우수한 전극 제조 방법을 설명하는 도면이다.It is a figure explaining the electrode manufacturing method excellent in mass productivity.
구체적인 다양한 방법을 검토하는 도중에, 본건 발명자들은 양산성을 고려하여, 절연성의 점착 테이프(1213)를 전극 소재 시트(1210)에 부착한 상태로 레이저를 조사해서 컷트함으로써 전극을 제조하는 방법에 생각이 미쳤다. 한편, 전극 소재 시트(1210)는, 전극 집전박(1211)의 소정 영역에 전극 활물질층(1212)이 형성되어 있다. 또한, 절연성의 점착 테이프(1213)는, 예를 들면 폴리프로필렌(polypropylene; PP) 등의 수지 테이프이다.In the course of studying various specific methods, the inventors have considered the method of manufacturing the electrode by cutting and irradiating a laser in a state where the insulating
전극 소재 시트(1210)에, 수지 테이프(1213)를 부착한 상태가 도 2에 도시되어 있다. 도 2의 (B)로부터 알 수 있는 바와 같이, 전극 집전박(1211)의 소정 영역에 전극 활물질층(1212)이 형성되어 있다. 그리고, 수지 테이프(1213)는 전극 집전박(1211)에 형성된 전극 활물질층(1212)과, 전극 활물질층(1212)이 형성되어 있지 않는 전극 집전박(1211)에 걸쳐 부착되어 있다.The state which attached the
도 3은 전극 소재 시트로부터 전극을 제조하기 위한 커트 라인을 도시하는 도면이다.3 is a diagram showing a cut line for producing an electrode from an electrode material sheet.
상술한 바와 같이, 본건 발명자들은 양산성을 고려하여, 수지 테이프(1213)를 전극 소재 시트(1210)에 부착한 상태로 레이저를 조사해서 컷트함으로써 전극을 제조하는 방법에 생각이 미쳤다. 수지 테이프(1213)가 부착된 전극 소재 시트(1210)를 1점 파선으로 나타낸 커트 라인을 따라 컷트한다. 이와 같이 하면, 양산성이 우수한 방법으로 원하는 전극(121)을 제조할 수 있다.As mentioned above, the inventors considered the method of manufacturing an electrode by irradiating and cutting a laser in the state which attached the
그러나, 수지 테이프(1213)는 레이저를 투과시켜 버리므로, 어떠한 고안을 하지 않으면, 잘 컷트할 수 없다는 것이 본건 발명자들에 의해 발견되었다.However, since the
즉, 도 3의 커트 라인 Ⅰ 및 커트 라인 Ⅱ에 존재하는 수지 테이프(1213)는 레이저를 투과시켜 버리므로, 어떠한 고안을 하지 않으면, 컷트할 수 없다. 또한, 커트 라인 Ⅲ에는, 수지 테이프(1213)가 부착되어 있지 않고, 전극 집전박(1211)이 노출되어 있다. 따라서, 여기에 대해서는 통상의 방법으로 레이저 커트를 할 수 있다.That is, since the
그래서 발명자들은 다양한 실험을 반복하여, 커트 라인 Ⅰ에 대해서는, 수지 테이프(1213)가 부착된 전극 활물질층(1212)에 소정의 파워 밀도의 레이저를 조사함으로써 전극 활물질에 함유되는 성분이 증발하고, 이 증발 가스의 열이나 압력 등에 의해 수지 테이프(1213)가 절단되는 것을 발견했다. 한편, 커트 라인 Ⅱ에 대해서는, 도 3의 (B)에 도시되어 있는 것 같이, 수지 테이프(1213)가 전극 활물질층(1212)이 아니라 전극 집전박(1211)에 부착되어 있다. 그로 인해, 전극 활물질층의 증발 현상이 발생하지 않기 때문에, 수지 테이프(1213)는 컷트되지 않는다. 그러나, 레이저 컷트될 때의 전극 집전박(1211)의 열을 받아, 수지 테이프(1213)도 군데군데서 용융되고, 강도가 약해지는 것을 발견했다. 이 상태에서 커트 라인(레이저 조사 궤적)을 사이에 끼운 전극(121) 및 잉여 부재(125)를 보유 지지해서 양자를 떼어냄으로써, 커트 라인 Ⅱ에 있어서의 수지 테이프(1213)를 절단할 수 있다. 단, 레이저로부터의 입열량이 너무 작으면, 수지 테이프(1213)의 강도는 약해지지 않는다. 또, 레이저로부터의 입열량이 너무 크면, 전극 집전박(1211)이 과잉으로 컷트되어 버린다. 이러한 것으로부터 도 4에 도시하는 것 같은 권장 조건 맵을 얻었다. 이 도 4를 사용하면, 커트 라인(레이저 조사 궤적)을 사이에 끼운 전극(121) 및 잉여 부재(125)를 떼어내는 것이 가능한 강도로부터, 레이저의 출력 및 절단 속도를 구할 수 있다. 또한, 커트 라인 Ⅰ에 대해서도 상기 소정의 파워 밀도보다도 작은 레이저를 조사함으로써, 수지 테이프(1213)가 군데군데서 용융되어 강도가 약해지지만 절단은 되지 않는 상태로 된다. 이러한 상태에서 커트 라인(레이저 조사 궤적)을 사이에 끼운 전극(121) 및 잉여 부재(125)를 보유 지지해서 양자를 떼어냄으로써 커트 라인 Ⅰ에 있어서 수지 테이프(1213)를 절단하는 것도 가능하다.Thus, the inventors repeated various experiments, and, for the cut line I, a component contained in the electrode active material evaporated by irradiating a laser of a predetermined power density to the electrode
이하에서는, 이와 같은 기술 사상을 구현하는 레이저 투과 부재 절단 장치에 대해서 설명한다.Hereinafter, a laser transmitting member cutting device for implementing the technical idea will be described.
도 5는 레이저 투과 부재 절단 장치의 개요를 도시하는 도면이다.It is a figure which shows the outline | summary of the laser transmitting member cutting device.
레이저 투과 부재 절단 장치(20)는 레이저 발진부(21)와, 레이저 헤드(22)와, 레이저 헤드 위치 결정부(23)와, 워크 반송대(24)를 포함한다.The laser transmission
레이저 발진부(21)는 레이저를 발생시킨다. 레이저는 예를 들어 파장이 1㎛대의 레이저이다. 이러한 레이저라면, 전극 소재 시트(1210)를 절단했을 때에 발생하는 절삭 칩을 적게 할 수 있다. 따라서, 전지의 내부에 절삭 칩이 남기 어렵게 된다. 또한, 고속으로 컷트할 수 있다. 따라서, 양산성이 우수하다. 또한, 파장이 1㎛대의 레이저로서는, YAG 레이저나 파이버 레이저가 있다. 보다 구체적으로는, 파장 1.07㎛ 싱글 모드 파이버 레이저 등이 있다.The
레이저 헤드(22)는 파이버 케이블(261)을 통해 레이저 발진부(21)에 접속된다. 레이저 헤드(22)는 레이저를 발사한다. 또한, 레이저 헤드(22)는 가스 튜브(262)를 통해 가스 공급부(25)에 접속된다. 가스 튜브(262)의 도중에는, 전자기 밸브(263)가 설치되어 있고, 가스의 공급 또는 정지를 전환할 수 있다. 레이저 헤드(22)의 그 밖의 상세에 대해서는 후술한다.The
레이저 헤드 위치 결정부(23)는 레이저 헤드(22)를 지지하는 동시에, 전후 방향(X 방향) 및 좌우 방향(Y 방향)으로 레이저 헤드(22)를 이동시킨다.The laser
워크 반송대(24)는, 전극 소재 시트(1210)를 소정의 위치까지 반송하는 동시에, 레이저 커트시에 위치가 어긋나지 않도록 전극 소재 시트(1210)를 보유 지지한다. 구체적으로는, 워크 반송대(24)는, 시트 반송 컨베이어(241)와, 절단대(242)와, 전극 반송 컨베이어(243)를 포함한다.The workpiece conveyance stand 24 conveys the
시트 반송 컨베이어(241)는 전극 소재 시트(1210)를 적재해서 반송하는 벨트 컨베이어이다.The
절단대(242)는 시트 반송 컨베이어(241)에서 반송되어 온 전극 소재 시트(1210)를 흡인해서 위치가 어긋나지 않도록 보유 지지한다. 이 상태에서, 레이저 헤드(22)가 전극 소재 시트(1210)에 레이저를 조사한다. 또한, 절단대(242)는, 고정부(2421)와, 가동부(2422)를 포함한다. 고정부(2421) 및 가동부(2422)에는 모두 에어 흡인구가 설치되어 있다. 가동부(2422)의 작동에 대해서는 후술한다.The cutting table 242 sucks the
전극 반송 컨베이어(243)는, 절단대(242)에 있어서 전극 소재 시트(1210)로부터 잘라진 전극(121)을 적재해서 반송하는 벨트 컨베이어이다.The
도 6은 레이저 헤드의 상세도이다.6 is a detailed view of the laser head.
레이저 헤드(22)는 말단(221)에 파이버 커넥터를 구비한다. 이 파이버 커넥터에 파이버 케이블(261)이 접속된다. 레이저 헤드(22)는 파이버 커넥터로부터 레이저를 도입한다. 레이저 헤드(22)는 선단부(222)가 노즐 칩이다. 노즐 칩의 선단 구경은, 일 예를 들면 φ0.8 내지 1.5㎜이다. 레이저 헤드(22)는 노즐 칩으로부터 레이저를 조사한다. 또한, 레이저 헤드(22)는 가스 취입부(223)를 구비한다. 이 가스 취입부(223)에 가스 튜브(262)가 접속된다. 레이저 헤드(22)는, 가스 공급부(25)로부터 공급된 가스를 가스 취입부(223)로부터 취입한다. 그리고, 이 가스는 노즐 칩의 선단구로부터 레이저와 동축으로 분사된다. 또한, 레이저 헤드(22)는 카메라(224)를 구비한다. 이 카메라(224)는 노즐 칩의 선단구의 위치 확인용이다.The
도 7은 절단대의 구조 및 작동을 설명하는 도면이다.It is a figure explaining the structure and operation | movement of a cutting board.
상술한 바와 같이, 절단대(242)는 고정부(2421)와, 가동부(2422)를 포함한다.As described above, the cutting table 242 includes a fixing
고정부(2421)에는, 전극 소재 시트(1210)로부터 잘라내는 전극(121)의 외형 형상을 따라 에어 흡인구(2421a)가 설치되어 있다.The
가동부(2422)에는, 전극 소재 시트(1210)로부터 제거하는 잉여 부재(125)가 적재되는 영역에 에어 흡인구(2422a)가 설치되어 있다. 또한, 가동부(2422)는, 축 방향이 X축 방향(전후 방향)인 피봇(2422b)을 중심으로 하여, 수평 상태로부터 하강한다.In the
도 8은 레이저 및 절단대의 작동 타이밍 챠트이다.8 is an operation timing chart of the laser and the cutting table.
또한, 이 타이밍 챠트는 각 부분의 작동의 전후관계를 설명하는 것에 그치고, 횡축의 일정 간격이라도 일정 시간을 나타내는 것은 아니다.In addition, this timing chart is only for demonstrating the back and forth relationship of the operation | movement of each part, and does not represent a fixed time even if it is a fixed space | interval of a horizontal axis.
타이밍 t1까지는, 레이저는 정지하고 있다. 또한, 고정부(2421)는 에어 흡인을 정지하고 있다. 또한, 가동부(2422)는 에어 흡인을 정지하고 있는 동시에 하강 상태이다. 이 상태에서 시트 반송 컨베이어(241)가 전극 소재 시트(1210)를 반송한다. 가동부(2422)가 하강 상태이므로, 전극 소재 시트(1210)를 반송하기 쉽다.The laser is stopped until timing t1. In addition, the
전극 소재 시트(1210)가 소정 위치에 도달한 타이밍 t1이 되면, 고정부(2421) 및 가동부(2422)가 에어 흡인을 개시한다. 그리고 타이밍 t2가 되면 가동부(2422)가 수평 상태로 된다. 이들에 의해, 전극 소재 시트(1210)가 위치 어긋남을 발생하지 않도록 보유 지지된다.When the
타이밍 t3이 되면, 레이저 조사를 개시한다. 또한, 타이밍 t3으로부터 타이밍 t4까지가 커트 라인 Ⅰ을 따른 레이저 조사를 나타낸다. 타이밍 t4로부터 타이밍 t5까지가 커트 라인 Ⅱ를 따른 레이저 조사를 나타낸다. 타이밍 t5로부터 타이밍 t6까지가 커트 라인 Ⅲ을 따른 레이저 조사를 나타낸다. 또한, 이 공정이 조사 공정(#101)이며, 도 9의 (A-1), (A-2)에 도시되어 있다.When timing t3 is reached, laser irradiation is started. Further, timing t3 to timing t4 represent laser irradiation along cut line I. FIG. Timing t4 to timing t5 represent laser irradiation along cut line II. Timing t5 to timing t6 represent laser irradiation along cut line III. In addition, this process is an irradiation process (# 101), and is shown by (A-1) and (A-2) of FIG.
타이밍 t7이 되면, 고정부(2421)가 에어 흡인을 정지한다.When timing t7 is reached, the
타이밍 t8이 되면, 가동부(2422)가 하강한다. 이에 의해, 전극 소재 시트(1210)로부터 잉여 부재(125)가 잡아당겨져 찢어진다. 또한, 이 공정이 절단 공정(#102)이며, 도 9의 (B-1), (B-2)에 도시되어 있다.When the timing t8 is reached, the
타이밍 t9가 되면, 가동부(2422)가 에어 흡인을 정지한다. 이에 의해, 잉여 부재(125)가 가동부(2422)로부터 떨어져 하방으로 폐기된다. 또한, 이 공정이 폐기 공정(#103)이며, 도 9의 (C-1), (C-2)에 도시되어 있다.When the timing t9 is reached, the
도 10은 커트 라인 Ⅱ에 있어서의 절단 상태를 설명하는 도면이다. 또한, 상측이 평면도, 하측이 종단면도이다.It is a figure explaining the cutting | disconnection state in cut line II. Moreover, the upper side is a top view, and the lower side is a longitudinal cross-sectional view.
도 10의 (A)에 도시된 바와 같이, 전극 소재 시트(1210)에 대하여 커트 라인 Ⅱ를 따라 레이저(L)를 조사하면, 레이저는 수지 테이프(1213)를 투과해 전극 집전박(1211)에 흡수된다.As shown in FIG. 10A, when the laser L is irradiated to the
그리고, 도 10의 (B)에 도시된 바와 같이, 전극 집전박(1211)은 절단된다. 이 때 수지 테이프(1213)는 전극 집전박(1211)의 열을 받아서 온도 상승하여 부분적으로는 절단되지만, 가교 상태로 절단되지 않은 곳이 발생한다.Then, as shown in FIG. 10B, the electrode
그러나, 강도가 저하되어 있기 때문에, 도 10의 (C)에 도시된 바와 같이, 잉여 부재(125)를 떼어내면, 도 10의 (D)에 도시된 바와 같이, 잉여 부재(125)가 절단된다. 절단이 완료되면, 수지 테이프(1213)는 수축해서 원래로 돌아가므로, 절단면이 과도하게 오염될 일은 없다.However, since the strength is lowered, as shown in FIG. 10C, when the
레이저를 투과시켜 버리는 수지 테이프는 레이저 컷트할 수 없다. 본 실시 형태에서는, 수지 테이프가 부착된 전극 소재 시트(1210)에 레이저를 조사한다. 그러면 수지 테이프(1213)는 전극 소재 시트(1210)의 열을 받아서 온도가 상승한다. 그러나, 발생하는 열량이 작으면, 수지 테이프(1213)는 부분적으로는 절단되지만, 가교 상태로 절단되지 않는 곳이 발생해 버린다. 특히 전극 소재 시트(1210)의 전극 집전박(1211)과 같은 금속박에서는, 레이저의 흡수 정도가 적기 때문에 발생 열량이 작다. 그로 인해, 거기에 부착된 수지 테이프(1213)가 절단되기 어렵다. 따라서, 본 실시 형태에서는, 가교 상태로 절단되지 않고 남은 상태에서 커트 라인(레이저 조사 궤적)을 사이에 끼운 전극(121) 및 잉여 부재(125)를 보유 지지해서 양자를 떼어내도록 했다. 이렇게 함으로써, 수지 테이프(1213)를 절단할 수 있게 되었다. 이렇게 본 실시 형태에 따르면, 레이저를 투과시켜 버려 레이저 컷트할 수 없는 수지 테이프라도 절단할 수 있다. 그리고 수지 테이프를 사용할 수 있으므로, 양산성이 우수하다.The resin tape which permeates a laser cannot be laser cut. In this embodiment, a laser is irradiated to the
또한, 수지 테이프(1213)가 부착된 전극 활물질층(1212)에 소정의 파워 밀도의 레이저를 조사함으로써 전극 활물질에 함유되는 성분이 증발하고, 이 증발 가스의 열이나 압력 등에 의해 수지 테이프(1213)가 절단되지만, 그것보다도 작은 레이저를 조사했을 때에는, 수지 테이프(1213)가 군데군데 용융해서 강도가 약해지지만 절단은 되지 않는 상태로 된다. 이러한 상태에서 커트 라인(레이저 조사 궤적)을 사이에 끼운 전극(121) 및 잉여 부재(125)를 보유 지지해서 양자를 떼어냄으로써도, 수지 테이프(1213)를 절단하는 것도 가능하다.Moreover, the component contained in an electrode active material evaporates by irradiating the electrode
또한, 전극 소재 시트(1210)에 레이저를 조사한 후, 전극 소재 시트(1210)를 이동시키지 않고 절단하도록 했기 때문에, 공정이 불필요하게 길어져 버리는 것을 방지할 수 있다. 또한, 레이저 조사 직후에 반송하면, 절단되지 않고 남은 곳이 주변 설비에 걸려서 반송 이상으로 될 우려가 있지만, 본 실시 형태에 따르면, 그러한 이상도 발생하지 않는다. 이와 같이, 라인이 불필요하게 길어지는 것 및 반송 이상을 회피할 수 있는 동시에, 설비비를 절감할 수 있다.In addition, since the
또한, 잡아당겨 절단한 후, 전극 소재 시트(1210)를 이동시키는 일 없이 쓸모없는 잉여 부재를 폐기하도록 했으므로, 별도로 폐기 기구를 설치할 필요가 없어지기 때문에, 설비비를 절감할 수 있는 동시에, 라인 택트 타임을 향상할 수 있다.In addition, since the unnecessary surplus member is disposed of without pulling the
또한, 전극 소재 시트(1210)를 에어 흡인해서 보유 지지하지만, 이러한 설비는 다른 설비를 이용할 수 있어, 설비비의 상승을 초래하지 않는다.Moreover, although the
또한, 잉여 부재(125)를 떼어낼 때에는 회전 또는 슬라이드시킴으로써 확실하게 절단할 수 있다.In addition, when removing the
또한, 본 실시 형태에 따르면, 수지 테이프를 특수한 재질로 할 필요가 없고, 또한 레이저도 보통 사용되는 범용적인 것이 사용 가능하므로, 부재 변경에 의해 직접 재료비가 늘어나게 되어 버리는 것이나, 절단 품질이 열화되어 버리는 것이나, 가공 시간이 늘어나 버리는 것을 회피할 수 있다.In addition, according to the present embodiment, since the resin tape does not need to be made of a special material, and a general purpose laser is usually used, it is possible to directly increase the material cost due to the change of the member, and the quality of the cut is degraded. However, it can avoid that processing time increases.
이상, 본 발명의 실시 형태에 대해서 설명했지만, 상기 실시 형태는 본 발명의 적용예의 일부를 나타낸 것에 불과하고, 본 발명의 기술적 범위를 상기 실시 형태의 구체적 구성에 한정하는 취지는 아니다.As mentioned above, although embodiment of this invention was described, the said embodiment only showed a part of application example of this invention, and it is not the intention to limit the technical scope of this invention to the specific structure of the said embodiment.
예를 들어, 상기 설명에 있어서는, 절단대의 가동부(2422)는, 축 방향이 X축 방향(전후 방향)인 피봇(2422b)을 중심으로 하여, 수평 상태로부터 회전해서 하강하는 것이라고 했지만, 상승해도 좋다. 또한, 피봇의 축 방향이 Y축 방향(좌우 방향)이거나, Z축 방향(상하 방향)이여도 좋다. 또한, 절단대의 가동부(2422)가 전후 또는 좌우 또는 상하로 슬라이드(평행 이동)해도 좋다.For example, in the said description, although the
또한, 상기 설명에 있어서는, 절단대의 고정부(2421) 및 가동부(2422)는, 전극 소재 시트(1210)를 흡인해서 보유 지지하지만, 파지함으로써 보유 지지해도 좋다.In addition, in the said description, although the fixing |
또한, 상기 설명에 있어서는, 전극 소재 시트(1210)의 상하 양면에 수지 테이프(1213)가 부착되어 있었지만, 어느 한면에 부착되어 있어도 된다.In addition, in the said description, although the
10 : 리튬 이온 2차 전지의 셀 팩
11 : 외장재
12 : 단위 전지
121 : 전극(121a : 정극, 121b : 부극)
1210 : 전극 소재 시트
1211 : 전극 집전박
1212 : 전극 활물질층
1213 : 절연성의 점착 테이프(수지 테이프; 수지 부재)
122 : 세퍼레이터
125 : 잉여 부재
20 : 레이저 투과 부재 절단 장치
21 : 레이저 발진부
22 : 레이저 헤드
23 : 레이저 헤드 위치 결정부
24 : 워크 반송대
241 : 시트 반송 컨베이어
242 : 절단대
2421 : 고정부
2422 : 가동부
243 : 전극 반송 컨베이어
#101 : 조사 공정
#102 : 절단 공정
#103 : 폐기 공정10: cell pack of lithium ion secondary battery
11: exterior material
12 unit battery
121: electrode (121a: positive electrode, 121b: negative electrode)
1210: Electrode Material Sheet
1211: electrode current collector foil
1212: electrode active material layer
1213: insulating adhesive tape (resin tape; resin member)
122: separator
125: surplus member
20: laser transmission member cutting device
21: laser oscillation unit
22: laser head
23: Laser head positioning unit
24: work carrier
241: sheet conveying conveyor
242: cutting table
2421: fixed part
2422: moving parts
243: electrode conveying conveyor
# 101: investigation process
# 102: cutting process
# 103: Disposal Process
Claims (8)
상기 절단 공정은, 상기 조사 공정에서 레이저가 조사된 후, 상기 2개의 영역을 보유 지지해서 힘을 가하여 떼어내는, 레이저 투과 부재 절단 방법.The method of claim 1, wherein the laser transmitting member is a resin member,
The said cutting process is a laser beam transmission member cutting method which, after a laser is irradiated in the said irradiation process, hold | maintains the said 2 area | regions, and removes it by applying a force.
상기 레이저 투과 부재가 형성된 영역의 상기 전극 소재 시트에 레이저를 조사하는 조사 공정과, 상기 조사 공정에서 레이저가 조사된 궤적을 사이에 끼고 펼쳐지는 2개의 영역에 힘을 가하여 떼어내는 절단 공정을 구비하는, 전극 제조 방법.It is a method of manufacturing an electrode from the electrode material sheet in which the laser transmission member was formed,
And a cutting step of irradiating a laser to the electrode material sheet in the area where the laser transmitting member is formed, and a cutting step of applying force to two areas that are unfolded with the trace irradiated by the laser in the irradiation step. , Electrode manufacturing method.
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- 2012-03-02 KR KR1020120021576A patent/KR101414281B1/en not_active IP Right Cessation
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