KR20130137230A - 전극 위치 검출 장치 및 전극 위치 검출 방법 - Google Patents

전극 위치 검출 장치 및 전극 위치 검출 방법 Download PDF

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Abstract

주머니 형상으로 형성된 세퍼레이터(40) 내에 정극(24)이 배치된 포장 정극(20)과, 부극(30)이 교대로 적층될 때, 정극(24) 및 부극(30)의 상대적인 위치 관계를 검출하는 전극 위치 검출 장치. 당해 장치는, 세퍼레이터(40)에는 투과하고 정극(24) 및 부극(30)에 반사하는 광을 투사하는 광원(76)과, 최상층에 포장 정극(20)이 위치하는 경우에는 정극(24)에 반사한 광을 수광하고, 최상층에 부극(30)이 위치하는 경우에는 부극(30)에 반사한 광을 수광하는 카메라(84)와, 최상층에 포장 정극(20)이 위치한 경우의 카메라(84)에 의한 수광 결과와 최상층에 부극(30)이 위치한 경우의 카메라(84)에 의한 수광 결과에 기초하여, 정극(24) 및 부극(30)의 상대적인 위치 관계를 검출하는 검출기(160)를 갖는다.

Description

전극 위치 검출 장치 및 전극 위치 검출 방법{ELECTRODE POSITION DETECTION DEVICE AND ELECTRODE POSITION DETECTION METHOD}
본 발명은 전극 위치 검출 장치 및 전극 위치 검출 방법에 관한 것이다.
최근 들어, 여러가지 제품에서 2차 전지가 사용되고 있다. 2차 전지는 정극, 세퍼레이터, 부극이 적층된 전지 요소를 포함한다. 전지 요소에 있어서, 정극 및 부극이 세퍼레이터를 개재하여 위치 어긋남 없이 적층되는 것이 중요하다. 적층 어긋남이 있으면, 전지 성능이나 전지 수명의 악화의 요인이 되기 때문이다.
따라서, 정극과 부극의 위치 어긋남을 방지하기 위해서, 미리 2매의 세퍼레이터를 주머니 형상으로 형성하여 당해 주머니 내에 정극을 배치한 포장 정극과, 부극을 적층함으로써, 고속이면서 정확하게 정극과 부극을 적층하는 기술이 제안되어 있다(특허문헌 1 참조). 특허문헌 1에 의하면, 부극과 세퍼레이터를 위치 결정하여 적층함으로써, 부극과 세퍼레이터 내의 정극도 정확하게 위치 결정할 수 있다. 이 기술에서는, 세퍼레이터와 부극이 대략 동일한 크기로 형성되어 있고, 외형변을 정렬시켜서 적층함으로써, 부극과 세퍼레이터 내의 정극을 위치 정렬할 수 있다.
일본특허 제3380935호 공보
그러나, 특허문헌 1에 기재된 발명에서는, 세퍼레이터와 부극의 외형변을 정렬시키는 것은 기재되어 있지만, 구체적으로 정렬시키는 방법은 기재되어 있지 않다. 외형을 정렬시키는 것이 애당초 어렵고, 외형을 잘 정렬할 수 없는 경우, 정극과 부극이 정확하게 위치 정렬되어서 적층되어 있을 보증은 없다.
또한, 특허문헌 1에 기재된 발명에서는, 주머니 형상의 세퍼레이터와 부극의 크기가 상이한 경우에서는 정극과 부극의 위치 정렬을 보증할 수 없다.
본 발명은 상기 사정을 감안하여 이루어진 것이며, 포장 전극과 다른 전극을 적층할 때, 포장된 전극 및 다른 전극의 위치를 검출할 수 있는 전극 위치 검출 장치 및 전극 위치 검출 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 제1 형태는, 주머니 형상으로 형성된 세퍼레이터 내에 제1 전극이 배치된 포장 전극과, 제1 전극과는 상이한 극성의 제2 전극이 교대로 적층될 때, 제1 전극 및 제2 전극의 상대적인 위치 관계를 검출하는 전극 위치 검출 장치이다. 이 전극 위치 검출 장치는 투광기, 수광기 및 검출기를 갖는다. 투광기는, 상기 세퍼레이터에는 투과하여 제1 전극 및 제2 전극에 반사하는 광을 투사한다. 수광기는, 최상층에 포장 전극이 위치하는 경우에는 제1 전극에 반사한 광을 수광하고, 최상층에 제2 전극이 위치하는 경우에는 제2 전극에 반사한 광을 수광한다. 검출기는, 최상층에 포장 전극이 위치한 경우의 수광기에 의한 수광 결과와 최상층에 제2 전극이 위치한 경우의 수광기에 의한 수광 결과에 기초하여 제1 전극 및 제2 전극의 상대적인 위치 관계를 검출한다.
본 발명의 제2 형태는, 주머니 형상으로 형성된 세퍼레이터 내에 제1 전극이 배치된 포장 전극과, 상기 제1 전극과는 상이한 극성의 제2 전극이 교대로 적층될 때, 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극의 상대적인 위치 관계를 검출하는 전극 위치 검출 방법이다. 이 전극 위치 검출 방법은 투광 공정, 수광 공정 및 검출 공정을 포함한다. 투광 공정은, 세퍼레이터에는 투과하여 제1 전극 및 제2 전극에 반사하는 광을 투사한다. 수광 공정은, 최상층에 포장 전극이 위치하는 경우에는 제1 전극에 반사한 광을 수광하고, 최상층에 제2 전극이 위치하는 경우에는 제2 전극에 반사한 광을 수광한다. 검출 공정은, 최상층에 포장 전극이 위치한 경우의 수광 공정에 의한 수광 결과와 최상층에 제2 전극이 위치한 경우의 수광 공정에 의한 수광 결과에 기초하여 제1 전극 및 제2 전극의 상대적인 위치 관계를 검출한다.
도 1은 리튬 이온 2차 전지의 외관을 도시한 사시도이다.
도 2는 리튬 이온 2차 전지의 분해 사시도이다.
도 3은 부극 및 포장 정극의 평면도이다.
도 4는 포장 정극에 부극을 겹친 모습을 도시하는 평면도이다.
도 5는 시트 적층 장치를 도시하는 개략 평면도이다.
도 6은 시트 적층 장치를 도시하는 사시도이다.
도 7은 도 6의 화살표 방향에서 본 정극 공급 테이블의 정면도이다.
도 8은 정극 공급 테이블의 평면도이다.
도 9는 적층 로봇에 의한 부극 및 포장 정극의 적층 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 적층 로봇에 의한 부극 및 포장 정극의 적층 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 11은 적층 로봇에 의한 부극 및 포장 정극의 적층 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 12는 적층 스테이지 상의 카메라를 도시하는 도면이다.
도 13은 카메라의 구조를 도시하는 도면이다.
도 14는 포장 정극 내의 정극의 위치를 확인하는 모습을 도시하는 개념도이다.
도 15는 변의 위치가 특정된 정극의 모습을 도시하는 개념도이다.
도 16은 부극의 위치를 확인하는 모습을 도시하는 개념도이다.
도 17은 변의 위치가 특정된 부극의 모습을 도시하는 개념도이다.
도 18은 정극과 부극의 상대 위치를 도시하는 개념도이다.
도 19는 세퍼레이터의 투과 특성을 도시하는 개략도이다.
도 20은 세퍼레이터에 젖혀짐이 발생하고 있는 모습의 일례를 도시하는 개략도이다.
이하, 첨부의 도면을 참조하여 본 발명의 실시 형태를 설명한다. 또한, 도면의 치수 비율은 설명의 사정상 과장되어 있으며, 실제의 비율과는 상이한 경우가 있다.
본 발명은 2차 전지의 제조 공정의 일부에 적용되는 전극 위치 검출 장치에 관한 것이다. 본 발명의 일실시 형태인 전극 위치 검출 장치를 설명하기 전에 전지의 구조 및 전지의 발전 요소를 조립하는 구성인 시트 적층 장치에 대하여 설명한다.
(전지)
우선, 도 1을 참조하여 시트 적층 장치에 의해 형성되는 리튬 이온 2차 전지(적층형 전지)에 대하여 설명한다. 도 1은 리튬 이온 2차 전지의 외관을 도시한 사시도, 도 2는 리튬 이온 2차 전지의 분해 사시도, 도 3은 부극 및 포장 정극의 평면도, 도 4는 포장 정극에 부극을 겹친 모습을 도시하는 평면도이다.
도 1에 도시하는 바와 같이, 리튬 이온 2차 전지(10)는 편평한 직사각형 형상을 갖고 있으며, 정극 리드(11) 및 부극 리드(12)가 외장재(13)의 동일 단부로부터 도출되어 있다. 외장재(13)의 내부에는 충방전 반응이 진행하는 발전 요소(전지 요소)(15)가 수용되어 있다. 도 2에 도시한 바와 같이, 발전 요소(15)는 포장 정극(20)과 부극(30)이 교대로 적층 방향으로 적층되어서 형성된다.
포장 정극(20)은, 도 3의 (A)에 도시한 바와 같이, 시트 형상의 정극 집전체의 양면에 정극 활물질층(22)이 형성되어 이루어지는 정극(24)이 세퍼레이터(40)에 의해 끼워 넣어져서 이루어진다. 2매의 세퍼레이터(40)는 단부에 있어서 접합부(42)에 의해 서로 접합되어 주머니 형상으로 형성되어 있다. 정극(24)은 탭 부분(26)이 세퍼레이터(40)의 주머니로부터 인출되어 있다. 정극(24)은 탭 부분(26) 이외의 부분에 정극 활물질층(22)이 형성되어 있다.
부극(30)은, 도 3의 (B)에 도시한 바와 같이, 지극히 얇은 시트 형상의 부극 집전체의 양면에 부극 활물질층(32)이 형성되어 이루어진다. 부극(30)은 탭 부분(34) 이외의 부분에 부극 활물질층(32)이 형성되어 있다.
포장 정극(20)에 부극(30)을 겹치면 도 4에 도시한 바와 같이 된다. 도 4에 도시한 바와 같이, 부극 활물질층(32)은 정극(24)의 정극 활물질층(22)보다도 평면에서 볼 때 한층 크게 형성되어 있다.
또한, 포장 정극(20)과 부극(30)을 교대로 적층하여 리튬 이온 2차 전지를 제조하는 방법 자체는 일반적인 리튬 2차 전지의 제조 방법이므로, 상세한 설명은 생략한다.
(시트 적층 장치)
이어서, 상기 발전 요소(15)를 조립하기 위한 시트 적층 장치에 대하여 설명한다.
도 5는 시트 적층 장치를 도시하는 개략 평면도, 도 6은 시트 적층 장치를 도시하는 사시도, 도 7은 도 6의 화살표 방향에서 본 정극 공급 테이블의 정면도, 도 8은 정극 공급 테이블의 평면도이다.
도 5 및 도 6에 도시한 바와 같이, 시트 적층 장치(100)는 적층 로봇(110), 정극 공급 테이블(120), 부극 공급 테이블(130), 적층 스테이지(140), 기억부(150) 및 제어부(160)를 갖는다. 적층 로봇(110), 정극 공급 테이블(120), 부극 공급 테이블(130) 및 적층 스테이지(140)는 제어부(160)에 의해 제어된다. 또한, 제어부(160)의 제어 프로그램이나 각종 데이터는 기억부(150)에 기억된다.
적층 로봇(110)은 포장 정극(20) 및 부극(30)을 교대로 적층하여 발전 요소(적층체)(15)를 형성한다. 적층 로봇(110)은 L자 형상 아암(112)과, L자 형상 아암(112)의 단부에 설치된 제1 및 제2의 흡착 핸드(114, 116)를 갖는다. L자 형상 아암(112)은 수평 방향으로 소정 각도, 예를 들어 본 실시 형태에서는 90° 회전한다. 또한, L자 형상 아암(112)은 연직 방향으로 소정량 이동할 수 있다. 제1 흡착 핸드(114)는 L자 형상 아암(112)의 한쪽의 단부에 설치되고, 포장 정극(20)을 흡착 보유 지지 또는 해방한다. 제2 흡착 핸드(116)는 L자 형상 아암(112)의 다른 쪽의 단부에 설치되고, 부극(30)을 흡착 보유 지지 또는 해방한다.
정극 공급 테이블(120)은, L자 형상 아암(112)에 포장 정극(20)을 전달하기 위한 테이블이다. 정극 공급 테이블(120)은, 전공정에서 제작되어 흡착 컨베이어(60)에 의해 운반되어 온 포장 정극(20)을 1매씩 수취하여 적재한다. 정극 공급 테이블(120)도 흡착 컨베이어이며, 흡착 컨베이어(60)로부터의 부압이 개방된 포장 정극(20)을 흡착해서 대략 중앙까지 운반하여 부압에 의해 고정한다. 또한, 정극 공급 테이블(120)은 포장 정극(20)의 평면 위치를 조절할 수 있도록 평면 방향으로 이동 및 회전 가능하다. 정극 공급 테이블(120)은, 예를 들어 XY 스테이지(122) 상에 설치되어 있고, XY 스테이지(122)가 X, Y방향으로 이동 또는 평면 방향으로 회전함으로써 평면 위치가 조정된다. XY 스테이지(122)는 3개의 모터에 의해 평면 방향의 이동 및 회전이 실현된다.
정극 공급 테이블(120)은 흡착 컨베이어(60)보다도 폭이 좁고, 포장 정극(20)의 측방이 밀려 나오도록 구성되어 있다. 도 5에서는 도시를 생략하고 있지만, 도 7 및 도 8에 도시한 바와 같이, 정극 공급 테이블(120)의 양측에는 투명한 지지대(124)가 설치되어 있다. 지지대(124)는 정극 공급 테이블(120)로부터 밀려 나와 있는 포장 정극(20)의 단부를 지지한다. 또한, 지지대(124)와 대응하는 위치에 클램퍼(126)가 설치된다. 클램퍼(126)는 지지대(124)와 함께 포장 정극(20)의 단부를 끼워서 고정한다. 지지대(124) 및 클램퍼(126)는 모두 가동식이며, 정극 공급 테이블(120) 상에 포장 정극(20)이 적재되면, 포장 정극(20)의 단부를 지지 및 고정하도록 포장 정극(20)에 접근한다.
또한, 정극 공급 테이블(120)의 하방에는 광원(70)이, 상방에는 카메라(80)가 배치되어 있다. 광원(70)은 투명한 지지대(124)의 하방에 설치되고, 포장 정극(20)의 단부에 광을 조사한다. 조사되는 광은, 세퍼레이터(40)를 소정의 투과율 이상으로 투과하고, 정극(24)에 반사하는 파장의 광이다. 카메라(80)는, 광원(70)으로부터 투광되어 정극(24)에 차단되면서도 세퍼레이터(40)를 투과한 광을 수광하고, 정극(24)의 위치를 촬상한다. 즉, 정극(24)의 그림자에 기초하여 정극(24)의 위치를 촬상한다. 카메라(80)에 의해 촬상된 정극(24)의 위치에 기초하여 정극(24)(포장 정극(20))의 수평 위치가 조정된다. 이 조정에 의해, 흡착 핸드(114)는 정극(24)의 위치가 정확하게 위치 결정된 포장 정극(20)을 매회 픽업할 수 있다.
또한, 정극 공급 테이블(120)의 상방에는 광원(74)도 설치되어 있다. 광원(74)은 포장 정극(20)에 광을 조사한다. 조사되는 광은, 세퍼레이터(40)에 반사하는 파장의 광이다. 카메라(80)는, 세퍼레이터(40)로부터 반사된 광을 수광하고, 세퍼레이터(40)의 위치를 촬상한다. 촬상된 세퍼레이터(40)의 위치는, 정극(24)의 위치와 비교되고, 세퍼레이터(40) 내에 있어서의 정극(24)의 위치가 판정된다.
도 5 및 도 6으로 돌아가서, 부극 공급 테이블(130)은, L자 형상 아암(112)에 부극(30)을 전달하기 위한 테이블이다. 부극 공급 테이블(130)은, 전공정에서 제작되어 흡착 컨베이어(62)에 의해 운반되어 온 부극(30)을 1매씩 수취하여 적재한다. 부극 공급 테이블(130)도 흡착 컨베이어이며, 흡착 컨베이어(62)로부터의 부압이 개방된 부극(30)을 흡착해서 대략 중앙까지 운반하여 부압에 의해 고정한다. 부극(30)이 제2 흡착 핸드(116)에 흡착될 때는, 부극 공급 테이블(130)은 흡착을 개방한다. 또한, 부극 공급 테이블(130)은 부극(30)의 평면 위치를 조절할 수 있도록 평면 방향으로 이동 및 회전 가능하다. 부극 공급 테이블(130)은, 예를 들어 XY 스테이지(132) 상에 설치되어 있고, XY 스테이지(132)가 X, Y방향으로 이동 또는 평면 방향으로 회전함으로써 평면 위치가 조정된다. XY 스테이지(132)는 3개의 모터에 의해 평면 방향의 이동 및 회전이 실현된다.
또한, 부극 공급 테이블(130)의 상방에는 광원(72) 및 카메라(82)가 배치되어 있다. 광원(72)은, 부극(30)에 반사하는 파장의 광을 부극(30)에 조사한다. 카메라(82)는, 광원(72)으로부터 투광되어 부극(30)에 반사한 광을 수광하여 부극(30)의 위치를 촬상한다. 부극 공급 테이블(130)은, 카메라(82)에 의해 촬상된 부극(30)의 위치에 기초하여 부극(30)의 수평 위치가 조정된다. 이 조정에 의해, 흡착 핸드(116)는 정확하게 위치 결정된 부극을 매회 픽업할 수 있다.
적층 스테이지(140)는 포장 정극(20) 및 부극(30)이 교대로 적층되는 팔레트를 적재하는 적재부(142)와, 적재부(142)를 승강하는 구동부(144)와, 적재부(142)의 주연부에 배치되는 4개의 클램퍼(146)를 갖는다.
적재부(142)는, 포장 정극(20) 및 부극(30)이 소정 매수 적층되어 발전 요소(15)가 완성될 때까지는 적층체(15)를 보유 지지하고, 완성되면, 발전 요소(15)를 컨베이어(64)에 불출한다. 구동부(144)는 적재부(142)의 높이를 조정한다. 상세하게는, 포장 정극(20) 및 부극(30)이 교대로 적층되고, 적층체(15)의 높이가 변동해도 적층체(15)의 최상면의 높이가 변함없도록 적층의 진행에 수반하여 적재부(142)의 위치를 하강시킨다. 이에 의해, 적층 로봇(110)은 적층의 진행에 관계없이 동일한 동작을 반복하는 것만으로 발전 요소(15)의 적층이 가능하다. 클램퍼(146)는, 적층체(15)가 어긋나지 않도록 부극(30) 또는 포장 정극(20)을 적층할 때마다 적층체(15)의 4 코너를 고정한다. 적층의 진행을 따라서 적재부(142)의 높이가 낮게 조정되므로, 클램퍼(146)도 매회 동일한 스트로크로 클램프를 반복할 수 있다.
(적층 동작)
이상과 같이 구성되는 시트 적층 장치(100)에 의하면, 정극 공급 테이블(120) 및 부극 공급 테이블(130) 상에 위치 조정하여 적재되는 포장 정극(20) 및 부극(30)이 적층 로봇(110)에 의해 픽업되고, 적층 스테이지(140)에 교대로 제공된다. 이하, 도 9 내지 도 11을 참조하여 시트 적층 장치(100)의 적층 동작에 대하여 설명한다.
도 9 내지 도 11은 적층 로봇에 의한 부극 및 포장 정극의 적층 동작을 설명하기 위한 도면이다. 또한, 이하에서는 적층 로봇(110)에 의해 적층 스테이지(140)에 포장 정극(20)을 적층할 때의 동작부터 설명한다.
도 9의 (A)에 도시한 바와 같이, 적층 스테이지(140)에는 포장 정극(20) 및 부극(30)이 적재되어 있고, 적층 스테이지(140)의 상방에는 흡착 핸드(114)가 위치하고 있다. 포장 정극(20) 및 부극(30)의 적층체의 최상층에는 부극(30)이 배치되어 있고, 흡착 핸드(114)는 포장 정극(20)을 흡착 보유 지지하고 있다. 한편, 흡착 핸드(116)는 부극 공급 테이블(130)의 상방에 위치하고 있다. 부극 공급 테이블(130) 상에는 부극(30)이 적재되어 있다.
계속해서, 적층 로봇(110)의 L자 형상 아암(112)이 소정량만큼 하강한다(도 9의 (B) 참조). L자 형상 아암(112)의 하강에 수반하여 흡착 핸드(116) 및 흡착 핸드(114)는 부극 공급 테이블(130) 및 적층 스테이지(140) 상에 각각 강하한다. 이 때, 흡착 핸드(116)의 저면에는 부압이 작용하고, 흡착 핸드(116)는 부극(30)을 흡착 보유 지지한다. 한편, 흡착 핸드(114)에는 부압이 해제되고, 포장 정극(20)을 해방한다.
계속해서, 적층 로봇(110)의 L자 형상 아암(112)이 소정량만큼 상승한다(도 10의 (C) 참조). L자 형상 아암(112)의 상승에 따라, 흡착 핸드(116)는 테이블(120)로부터 부극(30)을 들어올린다. 또한, 흡착 핸드(116) 및 흡착 핸드(114)는 부극 공급 테이블(130)상 및 적층 스테이지(140)의 상방으로 이동한다.
계속해서, 적층 로봇(110)의 L자 형상 아암(112)이 소정량만큼 회전한다(도 10의 (D) 참조). L자 형상 아암(112)이 수평 방향으로 90° 회전함으로써, 흡착 핸드(116)가 적층 스테이지(140)의 상방에 위치하고, 흡착 핸드(114)가 테이블(130)의 상방에 위치하게 된다.
계속해서, 적층 로봇(110)의 L자 형상 아암(112)이 소정량만큼 하강한다(도 11의 (E) 참조). L자 형상 아암(112)의 하강에 따라, 흡착 핸드(116) 및 흡착 핸드(114)는 적층 스테이지(140) 및 정극 공급 테이블(120) 상에 각각 도달한다. 이 때, 흡착 핸드(116)의 부압이 해제되고, 흡착 핸드(116)는 적층 스테이지(140) 상의 적층체의 최상면에서 부극(30)을 해방한다. 한편, 흡착 핸드(114)의 저면에는 부압이 발생하고, 흡착 핸드(114)는 테이블(120) 상의 포장 정극(20)을 흡착 보유 지지한다.
계속해서, 적층 로봇(110)의 L자 형상 아암(112)이 소정량만큼 상승한다(도 11의 (F) 참조). L자 형상 아암(112)의 상승에 따라, 흡착 핸드(116)는 적층 스테이지(140)의 상방으로 이동한다. 한편, 흡착 핸드(114)는 테이블(120)로부터 포장 정극(20)을 들어올린다.
계속해서, 적층 로봇(110)의 L자 형상 아암(112)이 소정량만큼 회전한다. L자 형상 아암(112)이 수평 방향으로 -90° 회전함으로써, 흡착 핸드(116)가 테이블(130)의 상방에 위치하고, 흡착 핸드(114)가 적층 스테이지(140)의 상방에 위치하게 된다(도 9의 (A) 참조).
이상의 동작이 반복됨으로써 적층 스테이지(140) 상에서 포장 정극(20) 및 부극(30)이 교대로 적층된다. 포장 정극(20) 및 부극(30)이 소정 매수 적층됨으로써 발전 요소(15)로서의 적층체가 형성된다.
(전극 위치 검출 장치)
이어서, 상기 시트 적층 장치(100)에 적용되는 전극 위치 검출 장치(200)의 구성에 대하여 설명한다.
도 12는 적층 스테이지 상의 카메라를 도시하는 도면, 도 13은 카메라의 구조를 도시하는 도면이다.
도 5, 도 12, 도 13을 참조하여 전극 위치 검출 장치(200)에 대하여 설명한다.
전극 위치 검출 장치(200)는 광원(76), 카메라(84) 및 제어부(160)를 갖는다. 광원(76) 및 카메라(84)는 도 6에서는 도시가 생략되어 있지만, 적층 스테이지(140)의 상방에 설치되어 있다. 광원(76) 및 카메라(84)는 각각 제어부(160)에 접속되고, 제어부(160)에 의해 동작이 제어된다.
광원(76)은 투광기로서, 적층 스테이지(140)의 상방에 배치된다. 광원(76)은 적층체(15)의 최상층에 적재된 포장 정극(20) 또는 부극(30)을 향하여 세퍼레이터(40)는 투과하고, 정극(24) 및 부극(30)에는 반사하는 파장의 광, 예를 들어 근적외광을 투광한다. 또한, 광의 파장이 길어질수록 투과율이 높아지는 것이 알려져 있지만, 투과율은 재료에 따라서도 상이하다. 세퍼레이터(40)의 재료에 기초하여 투광하는 광의 파장은 적절히 설정할 필요가 있다. 투광하는 광의 파장을 어떻게 설정할지에 대해서 상세한 것은 후술한다.
본 실시 형태에서는, 광원(76)은, 도 13에 도시한 바와 같이, 카메라(84)의 주위에 링 형상으로 설치되어 있다. 광원(76)은 적어도 대응하는 정극(24)(포장 정극(20)) 또는 부극(30)의 4코너를 향하여 투광한다.
카메라(84)는, 도 12에 도시한 바와 같이, 수광기로서, 적층 스테이지(140)의 상방에 배치되고, 적층 스테이지(140) 상에서 형성되는 발전 요소(15)를 적층 방향 바로 위로부터 촬상한다. 본 실시 형태에서는, 카메라(84)는 4대 설치되고, 정극(24)(포장 정극(20)) 또는 부극(30)의 4코너를 각각 촬상한다.
제어부(160)는 검출기로서, 카메라(84)에 의한 촬상에 기초하여 정극(24) 및 부극(30)의 위치를 검출한다.
(전극 위치 검출 장치의 작용)
정극(24) 및 부극(30)의 위치를 검출할 때의 전극 위치 검출 장치(200)의 작용(전극 검출 방법)에 대하여 설명한다.
도 14는 포장 정극 내의 정극의 위치를 확인하는 모습을 도시하는 개념도, 도 15는 변의 위치가 특정된 정극의 모습을 도시하는 개념도이다. 도 16은 부극의 위치를 확인하는 모습을 도시하는 개념도, 도 17은 변의 위치가 특정된 부극의 모습을 도시하는 개념도, 도 18은 정극과 부극의 상대 위치를 도시하는 개념도이다. 또한, 도 14의 (A)는 포장 전극의 정극의 위치를 확인할 때의 적층체를 정면에서 본 개념도이며, 도 14의 (B)는 적층체를 평면에서 본 개념도이다. 도 16의 (A)는 부극의 위치를 확인할 때의 적층체를 정면에서 본 개념도이며, 도 16의 (B)는 적층체를 평면에서 본 개념도이다.
적층 스테이지(140)에 있어서, 상기 시트 적층 장치(100)에 의해 포장 정극(20) 및 부극(30)이 교대로 적층된다. 전극 위치 검출 장치(200)는, 적층체(15)의 최상층에 있는 포장 정극(20) 또는 부극(30)에 광원(76)으로부터 광을 투사한다.
도 14의 (A)에 도시한 바와 같이, 적층체(15)의 최상층에 포장 정극(20)이 적층되면, 전극 위치 검출 장치(200)는 광원(76)에 의해 포장 정극(20)에 투광한다. 투광된 광은 포장 정극(20)의 세퍼레이터(40)를 투과하여 정극(24)에 반사한다. 카메라(84)는 정극(24)을 개재하여 반사광을 수광한다. 4대의 카메라(84)는, 예를 들어 도 14의 (B)에 점선으로 나타내는 영역을 촬상한다. 점선으로 나타내는 영역 내의 화상이 얻어지면, 제어부(160)는 화상을 해석하고, 도면 중 양쪽 화살표로 나타내는 범위의 정극(24)의 변의 일부를 특정한다. 제어부(160)는, 특정된 정극(24)의 변의 일부를 연장하고, 정극(24)의 도포 시공 부분인 정극 활물질층(22)의 변의 위치를 특정한다. 이에 의해, 특정된 변의 위치는 도 15에 도시한 바와 같이 직사각형으로 표현된다. 특정된 정극 활물질층(22)의 변의 위치 정보는, 정극(24)의 위치를 표시하는 정보로서 기억부(150)에 기억된다. 또한, 카메라(84)는 광원(76)의 광이 없는 상태에서 포장 정극(20)을 촬영함으로써, 세퍼레이터(40)의 위치도 마찬가지로 특정할 수 있다. 특정된 세퍼레이터(40)의 변의 위치 정보도 기억부(150)에 기억해도 된다. 이에 의해, 세퍼레이터(40)를 기준으로 한 정극(24)의 상대 위치도 특정할 수 있다. 또한, 투광된 광의 일부는, 정극(24)의 외측 주변부에서 세퍼레이터(40)를 투과하고, 또한, 세퍼레이터(40)를 투과하여 부극(30)에 반사한다. 이 경우, 카메라(84)는 반사광을 수광하지만, 정극(24)에 반사한 반사광을 수광함에 비해 약한 광을 수광하게 된다. 따라서, 촬상으로 얻어진 화상은 정극(24)의 경우에 비하여 얇아진다. 따라서, 부극(30)은 정극(24)과 화상 상태에서 확실하게 비교 가능해진다.
계속하여, 도 16의 (A)에 도시한 바와 같이, 적층체(15)의 최상층에 부극(30)이 적층되면, 전극 위치 검출 장치(200)는 광원(76)에 의해 부극(30)에 투광한다. 투광된 광은 부극(30)에 반사한다. 카메라(84)는 부극(30)을 개재하여 반사광을 수광한다. 4대의 카메라(84)는, 예를 들어 도 16의 (B)에 점선으로 나타내는 영역을 촬상한다. 점선으로 나타내는 영역 내의 화상이 얻어지면, 제어부(160)는 화상을 해석하고, 도면 중 양쪽 화살표로 나타나는 범위의 부극(30)의 변의 일부를 특정한다. 제어부(160)는, 특정된 부극(30)의 변의 일부를 연장하고, 부극(30)의 도포 시공 부분인 부극 활물질층(32)의 변의 위치를 특정한다. 이에 의해 특정된 변의 위치는 도 17에 도시한 바와 같이 직사각형으로 표현된다. 특정된 부극 활물질층(32)의 변의 위치 정보는 부극(30)의 위치를 표시하는 정보로서 기억부(150)에 기억된다. 또한, 카메라(84)는 광원(76)의 광이 없는 상태에서 부극(30)의 밑에 적층된 포장 정극(20)의 단부를 촬영함으로써, 세퍼레이터(40)의 위치도 특정할 수 있다. 세퍼레이터(40)는 부극(30)보다도 크므로, 위에 부극(30)이 적층되어 있어도 단부만이라면 카메라(84)에 의해 촬영할 수 있다. 촬영에 의해 특정된 세퍼레이터(40)의 변의 위치 정보도 기억부(150)에 기억해도 된다. 이에 의해, 세퍼레이터(40)를 기준으로 한 부극(30)의 상대 위치도 특정할 수 있다.
제어부(160)는 상기한 바와 같이 정극(24) 및 부극(30)의 위치(세퍼레이터(40)에 대한 정극(24)의 상대 위치 및 세퍼레이터(40)에 대한 부극(30)의 상대 위치)를 순차 검출하고, 기억부(150)에 기억해 간다. 제어부(160)는, 적층체(15)가 전지 요소로서 완성한 후, 또는, 적층체(15)의 적층 내에, 부극(30)과 정극(24)에 적층 어긋남이 없는지 판정한다.
적층 어긋남을 판정하는 경우, 제어부(160)는 기억부(150)로부터 정극(24) 및 부극(30)의 변의 위치 정보를 판독하고, 양자의 상대적인 위치 관계를 검출한다. 검출 시에는 도 15 및 도 17이 특정한 정극(24) 및 부극(30)의 위치를 중첩한다. 중첩한 개념도는 도 18에 도시한 바와 같다. 제어부(160)는 중첩한 결과를 해석하여 정극(24) 및 부극(30)의 상대적인 위치 관계를 판정한다. 상세하게는, 정극(24) 및 부극(30)의 변의 위치를 확인하고, 대응하는 변이 소정의 범위 내에 있는지를 확인한다. 예를 들어, 세퍼레이터(40)와 겹치는 범위에서 정극(24)쪽이 부극(30)보다도 작은 경우, 정극(24)의 각 변이 대응하는 부극(30)의 각 변보다도 내측에 있는지 여부를 확인한다. 그리고, 제어부(160)는, 정극(24)의 전체 변이 부극(30)보다도 내측에 있는 경우, 적층 어긋남이 없다고 판정한다. 변이 내측인지 외측인지뿐만 아니라, 변의 거리를 산출하여 거리의 범위에서 적층 어긋남을 판정해도 된다.
이상과 같이, 본 실시 형태에서는, 정극(24) 및 부극(30)의 위치를 검출하고, 정극(24) 및 부극(30)의 상대적인 위치 관계를 검출한다. 따라서, 검출한 정극(24) 및 부극(30)의 상대적인 위치 관계에 기초하여 적층 어긋남을 판단할 수 있다. 결과적으로, 발전 요소(15)에 있어서 부극(30)과 정극(24)의 적층 어긋남이 일어나고 있음에도 불구하고, 그대로 출하되는 것을 방지할 수 있다. 전지 성능에 특히 영향을 미치는 정극 활물질층(22) 및 부극 활물질층(32)의 변을 특정하여 상대 위치를 검출하고 있으므로, 적층 어긋남에 의한 실질적인 전지 성능으로의 영향의 관점에서 검사할 수 있다.
부극(30)의 내측에 정극(24)이 위치하고 있는지 여부로 적층 어긋남을 판정하므로, 용이한 판단으로 적층 어긋남을 판정할 수 있다.
이어서, 투광하는 광의 파장에 대하여 설명한다.
도 19는 세퍼레이터의 투과 특성을 도시하는 개략도이다. 도 20은 횡축이 광의 파장(nm)을 나타내고, 종축이 광의 투과율(％)을 나타낸다.
도 19에서는 3종류의 세퍼레이터, 즉, 폴리프로필렌 세퍼레이터, 폴리에틸렌 세퍼레이터, 세라믹 세퍼레이터의 투과 특성을 나타낸다. 폴리프로필렌 세퍼레이터, 폴리에틸렌 세퍼레이터는 각각 폴리프로필렌, 폴리에틸렌으로 형성된 중합체 골격이다. 또한, 세라믹 세퍼레이터는, 폴리프로필렌의 기재 상에 실리카, 알루미나, 지르코늄 산화물, 티타늄 산화물 등의 세라믹 입자와 바인더의 결합에 의해 형성되는 다공막을 코트한 것이다.
도 19를 참조하면, 세퍼레이터(40)는 재료에 따라 투과 경향이 상이하다. 그러나, 어느 재료에 대해서도 장파장의 광일수록 투과율이 높아지는 것을 알 수 있다. 상기 실시 형태에서는, 정극(24)을 검출할 경우, 광원(70)으로부터는 세퍼레이터(40)를 투과하는 파장의 광을 투광할 필요가 있다. 카메라(80)의 감도에도 따르지만, 적어도 세퍼레이터의 투과율이 50％ 이상이 되는 바와 같은 파장의 광이 광원(70)으로부터 투광되는 것이 바람직하다. 투과율이 50％ 이상이면, 확실하게 세퍼레이터(40)를 투과시켜서 정극(24)을 검출할 수 있다.
또한, 정극(24)은 알루미늄이나 구리 등의 금속으로 형성되어 있으므로, 광은 거의 투과하지 않는다. 따라서, 세퍼레이터(40)만 투과하는 파장 이상이면, 상한은 특별히 없다.
이상과 같이, 세퍼레이터(40)의 재료에 관계없이, 세퍼레이터(40)에 대한 투과율에 기초하여 투광하는 광의 파장을 설정할 수 있다. 즉, 세퍼레이터(40)에 대한 투과율(50％ 이상)에 따라 파장의 하한을 설정할 수 있다.
예를 들어, 도 19의 투과 특성을 갖는 세라믹 세퍼레이터를 채용한 경우, 약 1300nm 이상의 파장의 광, 예를 들어 근적외광을 사용할 수 있다. 세라믹 세퍼레이터는, 폴리프로필렌 세퍼레이터나 폴리에틸렌 세퍼레이터에 비하여 광이 투과하기 어렵지만, 근적외광을 사용함으로써 투과시킬 수 있다.
(변형예)
상기 실시 형태에서는, 포장 정극(20)으로서, 세퍼레이터(40)에 정극(24)이 포장된 형태에 대하여 설명하였다. 그러나, 포장되는 것은 부극(30)이어도 된다. 이 경우, 포장 전극으로서, 포장 부극에 대해서, 세퍼레이터를 투과하여 부극의 위치가 검출된다.
또한, 상기 실시 형태에서는, 정극(24) 및 부극(30)의 변의 위치를 기준으로 상대 위치를 특정하였다. 그러나, 정극(24) 및 부극(30)의 상대 위치의 기준은 이것에 한정되지 않는다. 예를 들어, 정극(24), 부극(30)의 변의 위치로부터 각각의 4코너의 모서리의 좌표를 산출하여, 모서리의 평균 위치로부터 각각의 중심 위치를 산출하고, 중심 위치끼리의 상대 위치에 기초하여 정극(24) 및 부극(30)의 상대 위치를 검출해도 된다.
또한, 상기 실시 형태에서는, 광원(76) 및 카메라(84)를 사용하여 정극(24) 및 부극(30)의 위치를 검출하였다. 그러나, 광원(76) 및 카메라(84)를 사용하여 세퍼레이터(40)의 위치를 검출해도 된다. 상술한 바와 같이, 광원(76)으로부터는 세퍼레이터(40)를, 예를 들어 50％ 이상 투과하는 광이 조사되어 있다. 100％의 투과가 아니면, 조금은 세퍼레이터(40)에도 광이 반사되게 된다. 그 반사광을 카메라(84)에 의해 검출함으로써 세퍼레이터(40)의 위치도 검출할 수 있다. 카메라(84)가 4코너를 보고 있으므로, 상기 정극(24) 및 부극(30)과 마찬가지로, 각 근방의 변의 부분으로부터 변 전체 길이를 검출할 수 있다.
또한, 상기 실시 형태에서는, 카메라(84)를 4대 설치하고 있다. 그러나, 시야가 넓은 카메라이면, 예를 들어 1대만 설치해도 된다.
또한, 상기 실시 형태에서는, 세퍼레이터(40)와 겹치는 범위에서 부극(30)쪽이 정극(24)보다도 큰 경우에 대하여 설명하였다. 그러나, 반대로 정극(24)쪽이 커도 된다.
또한, 상기 실시 형태에서는, 도 1에 도시한 바와 같이, 정극 리드(11) 및 부극 리드(12)가 외장재(13)의 동일 단부로부터 도출되어 있는 경우에 대하여 설명하였다. 그러나, 이것에 한정되지 않는다. 정극 리드(11) 및 부극 리드(12)가, 예를 들어 반대의 단부로부터 도출되어도 된다. 이 경우, 2차 전지(10)의 발전 요소(15)를 형성할 때는, 탭 부분(26, 34)이 서로 반대 방향이 되도록 부극(30)과 포장 정극(20)이 적층된다.
또한, 상기 실시 형태에서는, 정극(24) 및 부극(30)에 반사하는 파장의 광을 투사하고 있었지만, 정극(24) 및 부극(30)에 흡수되는 파장의 광을 투사해도 된다. 이 경우, 카메라(84)는 광이 흡수되어서 검게 보이는 범위를 촬상한다. 제어부(160)는 검게 보이는 범위를 최상층에 있는 정극(24) 또는 부극(30)의 위치로서 검출한다.
(세퍼레이터의 젖혀짐 검출)
도 20은 세퍼레이터에 젖혀짐이 발생하고 있는 모습의 일례를 도시하는 개략도이다.
상기 실시 형태 외에, 세퍼레이터(40)가 정상인지 여부도 판정해도 된다.
이 경우, 적층 스테이지(140) 상방에 새로운 광원을 추가한다. 추가하는 광원은, 세퍼레이터(40)에 예를 들어 50％ 이상 반사하는 광을 조사한다. 새로운 광원으로부터 포장 정극(20)에 광을 투사한다. 투사된 광은 세퍼레이터(40)에 반사한다. 카메라(84)는, 세퍼레이터(40)를 통해 반사광을 수광하고, 세퍼레이터(40)를 촬상할 수 있다. 따라서, 세퍼레이터(40) 자체의 촬상 결과에 기초하여 세퍼레이터(40)가 정상인지 여부도 판정할 수 있다.
제어부(160)는, 도 20에 도시한 바와 같이, 세퍼레이터(40)의 도면 중 좌측 하방의 모서리가 젖혀져 있는 경우, 세퍼레이터(40)가 이상하다고 검출할 수 있다.
젖혀짐의 발생은 다음과 같이 검출할 수 있다. 제어부(160)는, 광원(76)으로부터 광을 조사하고, 세퍼레이터(40)에 반사한 광을 카메라(84)에 의해 수광한다. 제어부(160)는, 카메라(84)에 의한 촬상을 분석하고, 하야스름하게 보이는 세퍼레이터(40)와, 거무스름하게 보이는 정극(24)을 구별한다. 예를 들어, 화상의 명도의 차이에 따라 정극(24)을 검출한다. 세퍼레이터(40)가 있을 범위에 검은 정극(24)이 검출된 경우, 세퍼레이터(40)가 젖혀져서 정극(24)이 노출되어 있는 것을 검출할 수 있다.
상기 구성에 의해, 세퍼레이터(40)의 젖혀짐도 검출하여 포장 정극(20)의 불량을 보다 고정밀도로 검출할 수 있다.
또한, 세퍼레이터(40)의 젖혀짐의 검출은, 정극 공급 테이블(120) 상에 있어서, 세퍼레이터(40)를 카메라(80)로 촬영할 때 실행될 수도 있다.
이상, 본 발명의 실시 형태에 대하여 설명했지만, 이들 실시 형태는 본 발명의 이해를 용이하게 하기 위하여 기재된 단순한 예시에 지나지 않고, 본 발명은 당해 실시 형태에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 기술적 범위는, 상기 실시 형태 등에서 개시한 구체적인 기술 사항에 한하지 않고, 거기에서 용이하게 유도할 수 있는 여러가지 변형, 변경, 대체 기술 등도 포함하는 것이다.
본 출원은 2011년 4월 7일에 출원된 일본특허출원 제2011-085791호 및 2012년 3월 23일에 출원된 일본특허출원 제2012-067852호에 기초하는 우선권을 주장하고 있으며, 이들 출원의 전체 내용이 여기에 원용된다.
본 발명의 전극 위치 검출 장치 및 전극 위치 검출 방법에 의하면, 주머니 형상의 세퍼레이터 내에 가려져 있는 제1 전극의 위치를 본 상태에서, 제1 전극과 제2 전극의 상대적인 위치 관계를 검출할 수 있으므로, 당해 위치 관계를 이용하여 적층 어긋남이 발생하고 있지 않은지 판정할 수 있다.
10 : 2차 전지
15 : 발전 요소
20 : 포장 정극
22 : 정극 활물질층
24 : 정극
26 : 탭 부분
30 : 부극
32 : 부극 활물질층
34 : 탭 부분
40 : 세퍼레이터
42 : 접합부
60, 62, 64 : 흡착 컨베이어
70, 72, 74, 76 : 광원
80, 82, 84 카메라
100 : 시트 적층 장치
110 : 적층 로봇
112 : L자 형상 아암
114, 116 : 흡착 핸드
120 : 정극 공급 테이블
122 : XY 스테이지
124 : 지지대
126 : 클램퍼
130 : 부극 공급 테이블
132 : XY 스테이지
140 : 적층 스테이지
142 : 적재부
144 : 구동부
146 : 클램퍼
150 : 기억부
160 : 제어부
200 : 전극 위치 검출 장치

Claims (5)

  1. 주머니 형상으로 형성된 세퍼레이터 내에 제1 전극이 배치된 포장 전극과, 상기 제1 전극과는 상이한 극성의 제2 전극이 교대로 적층될 때, 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극의 상대적인 위치 관계를 검출하는 전극 위치 검출 장치이며,
    상기 세퍼레이터에는 투과하고 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극에 반사하는 광을 투사하는 투광기와,
    최상층에 상기 포장 전극이 위치하는 경우에는 상기 제1 전극에 반사한 광을 수광하고, 최상층에 상기 제2 전극이 위치하는 경우에는 상기 제2 전극에 반사한 광을 수광하는 수광기와,
    최상층에 상기 포장 전극이 위치한 경우의 상기 수광기에 의한 수광 결과와 최상층에 상기 제2 전극이 위치한 경우의 상기 수광기에 의한 수광 결과에 기초하여, 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극의 상대적인 위치 관계를 검출하는 검출기를 갖는, 전극 위치 검출 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 세퍼레이터는 세라믹 세퍼레이터이며, 상기 투광기로부터 투사되는 광은 근적외광인, 전극 위치 검출 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 검출기는, 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극의 적층 방향에서 볼 때, 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극의 한쪽이 상기 세퍼레이터와 겹치는 범위에서, 다른 쪽의 내측에 위치하는지 여부를 판단하는, 전극 위치 검출 장치.
  4. 주머니 형상으로 형성된 세퍼레이터 내에 제1 전극이 배치된 포장 전극과, 상기 제1 전극과는 상이한 극성의 제2 전극이 교대로 적층될 때, 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극의 상대적인 위치 관계를 검출하는 전극 위치 검출 방법이며,
    상기 세퍼레이터에는 투과하고 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극에 반사하는 광을 투사하는 투광 공정과,
    최상층에 상기 포장 전극이 위치하는 경우에는 상기 제1 전극에 반사한 광을 수광하고, 최상층에 상기 제2 전극이 위치하는 경우에는 상기 제2 전극에 반사한 상기 광을 수광하는 수광 공정과,
    최상층에 상기 포장 전극이 위치한 경우의 상기 수광 공정에 의한 수광 결과와 최상층에 상기 제2 전극이 위치한 경우의 상기 수광 공정에 의한 수광 결과에 기초하여, 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극의 상대적인 위치 관계를 검출하는 검출 공정을 갖는, 전극 위치 검출 방법.
  5. 제4항에 있어서, 상기 세퍼레이터는 세라믹 세퍼레이터이며, 상기 투광 공정에서 투사되는 광은 근적외광인, 전극 위치 검출 방법.
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