KR20160090011A - 전극조립체 외경 측정 과정을 포함하는 전지셀 제조방법 - Google Patents

전극조립체 외경 측정 과정을 포함하는 전지셀 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전극조립체를 전해액과 함께 전지케이스의 내부에 밀봉한 구조의 전지셀을 제조하는 방법으로서, (a) 양극과 음극 사이에 분리막이 개재되어 있는 구조의 전극조립체들을 제조하여 전극조립체 수납부들이 형성되어 있는 트레이(Tray)에 장착하는 과정; (b) 상기 트레이에 장착된 전극조립체들 중에서 하나의 전극조립체에 대해서 척킹 로봇(chucking robot)을 이용하여 외경을 측정하는 과정; (c) 상기 과정(b)에서 외경의 측정 결과 양품으로 판정된 전극조립체를 척킹 로봇을 이용하여 이송용 컨베이어 벨트(Conveyer belt)로 이동시키는 과정; (d) 상기 과정(b) 및 (c)의 공정을 트레이에 장착된 전극조립체들에 대해 각각 순차적으로 수행하는 과정; 및 (e) 상기 컨베이어 벨트에 의해 이송되는 전극조립체들을 전지케이스에 장착하여 밀봉하는 과정;을 포함하는 전지셀 제조방법을 제공한다.

Description

전극조립체 외경 측정 과정을 포함하는 전지셀 제조방법 {Process of Manufacturing Battery cell Including Measurement Process for External Diameter of Electrode Assembly}
전극조립체 외경 측정 과정을 포함하는 전지셀 제조방법에 관한 것이다.
모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요의 증가로, 이차전지의 수요 또한 급격히 증가하고 있으며, 그 중에서도 에너지 밀도와 작동전압이 높고 보존과 수명 특성이 우수한 리튬 이차전지는 각종 모바일 기기는 물론 다양한 전자제품의 에너지원으로 널리 사용되고 있다.
이차전지는 전지케이스의 형상에 따라, 전극조립체가 원통형 또는 각형의 금속 캔에 내장되어 있는 원통형 전지 및 각형 전지와, 전극조립체가 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치형 케이스에 내장되어 있는 파우치형 전지로 분류된다.
또한, 전지케이스에 내장되는 상기 전극조립체는 양극/분리막/음극의 적층 구조로 이루어진 충방전이 가능한 발전소자로서, 활물질이 도포된 긴 시트형의 양극과 음극 사이에 분리막을 개재하여 권취한 젤리-롤형과, 소정 크기의 다수의 양극과 음극을 분리막이 개재된 상태에서 순차적으로 적층한 스택형으로 분류된다. 그 중 젤리-롤형 전극조립체는 제조가 용이하고 중량당 에너지 밀도가 높은 장점을 가지고 있다.
도 1에는 일반적인 원통형 이차전지의 구조가 수직 단면도로서 도시되어 있다.
도 1을 참조하면, 일반적으로 원통형 이차전지(10)는 원통형 캔(20), 캔(20)의 내부에 수용되는 젤리-롤형의 전극조립체(30), 캔(20)의 상부에 결합되는 캡 어셈블리(40), 캡 어셈블리(40)를 장착하기 위한 비딩부(21), 및 전지를 밀봉하기 위한 클림핑 부위(50)로 구성되어 있다.
전극조립체(30)는 양극(31)과 음극(32) 사이에 분리막(33)을 개재한 상태로 젤리-롤형으로 감은 구조로 되어 있으며, 양극(31)에는 양극 탭(34)이 부착되어 캡 어셈블리(40)에 접속되어 있고, 음극(32)에는 음극 탭(도시하지 않음)이 부착되어 캔(20)의 하단에 접속되어 있다.
캡 어셈블리(40)는 양극 단자를 형성하는 상단 캡(41), 전지 내부의 온도 상승시 전기저항이 크게 증가하여 전류를 차단하는 PTC 소자(positive temperature coefficient element: 42), 전지 내부의 압력 상승시 전류를 차단하거나 및/또는 가스를 배기하는 안전벤트(43), 특정 부분을 제외하고 안전벤트(43)를 캡 플레이트(45)로부터 전기적으로 분리시키는 절연부재(44), 양극(31)에 연결된 양극탭(34)이 접속되어 있는 캡 플레이트(45)가 순차적으로 적층되어 있는 구조로 이루어져 있다. 이러한 캡 어셈블리(40)는 가스켓(60)에 장착된 상태로, 캔(20)의 상단부를 비딩 가공함으로써 내측으로 형성된 비딩부(21) 상에 장착된다.
이러한 원통형 이차전지는 균일한 제품의 생산과 전지셀의 안정성을 유지하기 위하여, 캡 어셈블리를 설치하기 전 및 후의 공정 과정에서 원통형 캔의 가공형상을 정밀하게 측정할 필요가 있다.
원통형 캔의 가공형상을 측정하는 작업은 일반적으로 버니어 캘리퍼스로 이루어진다. 이러한 가공형상의 측정 위치는 필요에 따라 달라질 수 있으나, 일반적으로 원통형 캔의 비딩부 및 클림핑부의 전체 높이, 비딩부 및 클림핑부의 상부 및 하부 높이, 비딩부 및 클림핑부의 외경 및 내경 등을 측정한다.
그러나, 일반적으로 이러한 원통형 전지는 상기와 같이 원통형 캔의 가공형상을 측정하는 작업을 수행하여 균일한 제품의 생산을 도모하고 있으나, 단순히 원통형 캔의 가공형상의 크기에 따른 문제 뿐만 아니라, 전지의 제조과정에서 원통형 캔 내부에 수용되는 젤리-롤형 전극조립체의 일정하지 못한 크기에 따라 원통형 캔의 외형이 변형되거나, 설비 부동 및 전극조립체에 손상 등의 문제로 인하여 생산량이 저하되는 문제점 또한 발생한다.
따라서, 상기와 같은 문제점들을 해소하고, 원통형 전지 내부의 전극조립체에 대한 정확한 측정을 수행하여 작업의 공정성 및 효율성을 향상시킬 수 있는 기술에 대한 필요성이 높은 실정이다.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 목적은, 전지셀의 제조과정에서 척킹 로봇을 이용하여 전극조립체의 외경을 측정하고, 외경의 측정 결과 양품으로 판정된 전극조립체를 상기 척킹 로봇을 이용하여 이송용 컨베이어 벨트로 이동시키는 과정을 포함함으로써, 전지셀을 생산하는 과정에서 전극조립체의 외경에 따른 불량품을 판정하여 전지셀 제조 작업의 공정성 및 효율성을 향상 시킬 수 있는 전지셀 제조방법을 제공하는 것이다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전지셀 제조방법은, 전극조립체를 전해액과 함께 전지케이스의 내부에 밀봉한 구조의 전지셀을 제조하는 방법으로서,
(a) 양극과 음극 사이에 분리막이 개재되어 있는 구조의 전극조립체들을 제조하여 전극조립체 수납부들이 형성되어 있는 트레이(Tray)에 장착하는 과정;
(b) 상기 트레이에 장착된 전극조립체들 중에서 하나의 전극조립체에 대해서 척킹 로봇(chucking robot)을 이용하여 외경을 측정하는 과정;
(c) 상기 과정(b)에서 외경의 측정 결과 양품으로 판정된 전극조립체를 척킹 로봇을 이용하여 이송용 컨베이어 벨트(Conveyer belt)로 이동시키는 과정;
(d) 상기 과정(b) 및 (c)의 공정을 트레이에 장착된 전극조립체들에 대해 각각 순차적으로 수행하는 과정; 및
(e) 상기 컨베이어 벨트에 의해 이송되는 전극조립체들을 전지케이스에 장착하여 밀봉하는 과정;
을 포함하도록 구성되어 있다.
즉, 본 발명에 따른 전지셀 제조방법은, 전지셀의 제조과정에서 척킹 로봇을 이용하여 전극조립체의 외경을 측정하고, 외경의 측정 결과 양품으로 판정된 전극조립체를 상기 척킹 로봇을 이용하여 이송용 컨베이어 벨트로 이동시키는 과정을 포함함으로써, 전지셀을 생산하는 과정에서 전극조립체의 외경에 따른 불량품을 판정하여 전지셀 제조 작업의 공정성 및 효율성을 향상 시킬 수 있는 효과를 제공한다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 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 권취한 구조의 젤리-롤일 수 있다.
이러한 젤리-롤 전극조립체는 원통형 금속 캔으로 구성된 전지케이스에 수용되어 전해액과 함께 밀봉되는 구조로 전지셀을 완성한다.
한편, 본 발명의 전지셀 제조 과정에서 제조된 전극조립체는 트레이에 장착된 형태로 전지케이스에 삽입되기 전 공정을 거치게 되며, 구체적으로 상기 트레이의 전극조립체 수납부는, 전극단자 형성 위치에 대향하는 전극조립체 하단이 고정될 수 있도록, 전극조립체 하단의 형상에 대응하는 구조로 이루어질 수 있다.
상기 트레이에 장착된 전극조립체는 척킹 로봇에 의해 컨베이어 벨트로 이동하는 과정을 거치게 되며, 상기 척킹 로봇은 트레이에서 전극조립체를 컨베이어 벨트로 이동시키기 위해 상하 및 좌우 이동 가능한 구조로 이루어 질 수 있다.
또한, 상기 척킹 로봇은 전극조립체의 양 측면에 접촉하여 고정되는 제 1 척(first chuck) 및 제 2 척(second chuck)을 포함하는 구조로 구성되어 전극조립체를 고정하는 형태로 구성될 수 있다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 제 1 척 및 제 2 척은, 전극조립체의 외경보다 큰 거리로 상호 이격 상태를 유지하다가, 전극조립체의 양 측면에 접촉하여 고정하기 위하여 상호 이격 거리를 좁히는 동작을 수행하도록 구성될 수 있으며, 상기 제 1 척 및 제 2 척은 전극조립체의 외면에 대응하는 형상의 접촉 내면을 포함하고 있는 구조로 구성되어 전극조립체의 양측을 안정적으로 고정할 수 있고, 전극조립체의 외경을 좀더 정밀하게 측정할 수 있는 구조로 구성될 수 있다.
이러한 구조에서, 척킹 로봇에 고정된 전극조립체는 컨베이어 벨트로 이송되는 과정 전에 전극조립체의 외경을 측정하는 과정을 포함하며, 구체적으로, 제 1 척 및 제 2 척은 전극조립체의 양 측면에 접촉된 상태에서 상호 이격 거리를 검출하기 위한 센싱 부재를 포함하고 있고, 척킹 로봇이 전극조립체를 고정하는 과정에서 제 1 척 및 제 2 척은 검출된 상호 이격 거리에 의해 전극조립체의 외경을 측정하는 구조로 구성될 수 있다.
한편, 상기 과정(c)에서 전극조립체의 외경을 측정하고 양품을 판정하는 과정에서는 외경의 측정 결과 불량품으로 판정된 전극조립체를 분리하는 과정을 추가로 포함하고 있을 수 있으며, 구체적으로, 기준이 되는 전극조립체의 외경값의 - 0.5% 이상 내지 0.5% 이하의 범위의 전극조립체들을 양품으로 판정하고, 상기 범위를 벗어나는 경우에 불량품으로 판정하여 분리하는 구조일 수 있다.
상기 과정(c)의 이송은 척킹 로봇에 전극조립체가 고정된 상태에서 컨베이어 벨트로 이동하는 구조로 구성되어, 외경을 측정하는 과정 및 트레이로부터 컨베이어 벨트로 이동하는 과정이 동시에 수행되므로, 제조공정 시간을 단축하는 효과를 가진다.
한편, 컨베이어 벨트로 이동된 전극조립체들은 컨베이어 벨트에 의해 이송되어 전지케이스에 장착되는 과정을 거치게 되며, 작업 공정의 편의를 위하여 상기 컨베이어 벨트 상에는 전극조립체들이 각각 탑재되기 위한 캐리어(carrier)들이 위치하는 구조로 구성될 수 있다.
구체적으로, 상기 캐리어는 전극단자 형성 위치에 대향하는 전극조립체 하단의 형상에 대응하는 전극조립체 수납부를 포함하고 있는 구조로 구성될 수 있다.
본 발명은 또한 상기 제조방법으로 제조되는 것을 특징으로 하는 전지셀을 제공할 수 있다.
참고로, 상지 전지셀은 리튬 이차전지일 수 있으며, 일반적인 리튬 이차전지는 양극, 음극, 분리막, 및 리튬염 함유 비수 전해액으로 구성되어 있다.
상기 양극은, 예를 들어, 양극 집전체 상에 양극 활물질, 도전재 및 바인더의 혼합물을 도포한 후 건조하여 제조되며, 필요에 따라서는, 상기 혼합물에 충진제를 더 첨가하기도 한다.
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.
상기 음극은 음극 집전체 상에 음극 활물질을 도포, 건조하여 제작되며, 필요에 따라, 앞서 설명한 바와 같은 성분들이 선택적으로 더 포함될 수도 있다.
상기 음극 활물질로는, 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.
리튬염 함유 비수계 전해액은, 극성 유기 전해액과 리튬염으로 이루어져 있다. 전해액으로는 비수계 액상 전해액, 유기 고체 전해질, 무기 고체 전해질 등이 사용된다.
상기 비수계 액상 전해액으로는, 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 중합체 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, 비수계 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 있다.
본 발명은 또한, 상기 전지셀을 하나 이상 포함하고 있는 전지팩을 제공하며, 상기 전지팩을 전원으로 포함하고 있는 디바이스를 제공하는 바, 상기 디바이스는 휴대폰, 휴대용 컴퓨터, 웨어러블 전자기기, 태플릿 PC, 스마트 패드, 넷북, LEV(Light Electronic Vehicle), 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 플러그-인 하이브리드 전기자동차, 및 전력저장장치로 이루어진 군에서 선택되는 것일 수 있다.
이들 디바이스의 구조 및 그것의 제작 방법은 당업계에 공지되어 있으므로, 본 명세서에서는 그에 대한 자세한 설명은 생략한다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 전지셀 제조방법은 전지셀의 제조과정에서 척킹 로봇을 이용하여 전극조립체의 외경을 측정하고, 외경의 측정 결과 양품으로 판정된 전극조립체를 상기 척킹 로봇을 이용하여 이송용 컨베이어 벨트로 이동시키는 과정을 포함함으로써, 전지셀을 생산하는 과정에서 전극조립체의 외경에 따른 불량품을 판정하여 전지셀 제조 작업의 공정성 및 효율성을 향상 시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 원통형 전지셀의 대표적인 상부 구조를 보여주는 단면 모식도이다;
도 2 내지 4는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지셀 제조방법의 순서를 나타내는 모식도들이다;
도 5는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 척킹 로봇의 모식도이다.
이하에서는, 본 발명의 실시예에 따른 도면을 참조하여 설명하지만, 이는 본 발명의 더욱 용이한 이해를 위한 것으로, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.
도 2 내지 4에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지셀 제조방법의 순서를 나타내는 모식도들이 도시되어 있다.
이들 도면을 참조하여 본 발명의 전지셀 제조방법을 설명하면, 양극과 음극 사이에 분리막이 개재되어 있는 구조의 전극조립체(100)들을 제조하여 전극조립체 수납부(111)들이 형성되어 있는 트레이(110)에 장착하는 과정 및 트레이(110)에 장착된 전극조립체(100)들 중에서 하나의 전극조립체(100)에 대해서 척킹 로봇(120)을 이용하여 외경을 측정하는 과정을 거친다.
이때, 외경 측정은 도 3에서 보는 바와 같이, 제 1 척(121) 및 제 2 척(122)을 포함하는 척킹 로봇(120)에 의해 전극조립체(100)의 상단 양 측면에 접촉하여 고정하는 방식으로서, 상호 이격 거리를 좁히는 동작을 수행하여 외경을 측정하는 동시에 전극조립체(100)를 고정한다.
외경의 측정 결과, 측정된 외경이 기준 외경값의 - 0.5% 이상 내지 0.5% 이하의 범위에 속하는 전극조립체는 양품으로 판정하고, 상기 범위를 벗어나는 전극조립체는 불량품으로 판정하여 분류되며, 양품으로 판정된 전극조립체(100)를 척킹 로봇(120)을 이용하여 이송용 컨베이어 벨트(130)로 이동시키는 과정을 거친다.
상기 이동 과정을 위하여 척킹 로봇(120)은 트레이(100)에서 전극조립체(100)를 고정한 상태로 상하 및 좌우 이동 가능한 구조로 구성되어, 컨베이어 벨트(130) 상에 이동한 상태에서 다시 제 1 척(121) 및 제 2 척(122)의 상호 이격 거리 늘려 고정을 해제하는 구조로 구성된다.
이러한 외경 측정 및 이동 과정은 트레이(110) 장착된 전극조립체(100)들에 대해 각각 순차적으로 수행하고, 도 4에서 보는 바와 같이, 컨베이어 벨트(130)에 이동된 전극조립체(100)들은 컨베이어 벨트(130) 상에 위치한 캐리어(131)들에 각각 장착된 상태로 컨베이어 ?트(130) 상에서 이송되며, 원통형 금속 캔으로 이루어진 전지케이스(도시하지 않음)에 장착하여 밀봉하는 과정을 거쳐 전지셀을 완성한다.
도 5에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 척킹 로봇의 모식도가 도시되어 있다.
도 5를 참조하면, 앞서 설명한 바와 같이, 제 1 척(221) 및 제 2 척(222)을 포함하는 척킹 로봇(220)은 전극조립체의 상단 양 측면에 접촉하여 고정하는 방식으로서, 상호 이격 거리를 좁히는 동작을 수행하여 외경을 측정하는 동시에 전극조립체를 고정하는 방식으로 작동한다.
이때, 제 1 척(221) 및 제 2 척(222)은 전극조립체의 외면에 대응하는 형상의 접촉 내면들(241, 242)을 각각 포함하는 구조로 구성되어 전극조립체를 안정적으로 고정하는 역할을 한다.
또한, 제 1 척(221) 및 제 2 척(222)은 전극조립체의 양 측면에 접촉된 상태에서 상호 이격 거리를 검출하기 위한 센싱 부재들(251, 252)을 포함하는 구조로 구성되어 제 1 척(221) 및 제 2 척(222)은 센싱 부재들로부터 검출된 상호 이격 거리들(L1, L2)에 의해 전극조립체의 외경을 측정하는 방식으로 작동되어, 전극조립체의 고정과 동시에 전극조립체의 외경을 측정하고, 컨베이어 벨트로 이동 시키는 것이 가능하다.
따라서, 도 2 내지 5에서 보는 바와 같이, 본 발명에 따른 전지셀 제조방법은 전지셀의 제조과정에서 척킹 로봇을 이용하여 전극조립체의 외경을 측정하고, 외경의 측정 결과 양품으로 판정된 전극조립체를 상기 척킹 로봇을 이용하여 이송용 컨베이어 벨트로 이동시키는 과정을 포함함으로써, 전지셀을 생산하는 과정에서 전극조립체의 외경에 따른 불량품을 판정하여 전지셀 제조 작업의 공정성 및 효율성을 향상 시킬 수 있는 효과를 제공한다.
본 발명이 속한 분양에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주내에서 다양한 응용 및 변형을 수행하는 것이 가능할 것이다.

Claims (21)

  1. 전극조립체를 전해액과 함께 전지케이스의 내부에 밀봉한 구조의 전지셀을 제조하는 방법으로서,
    (a) 양극과 음극 사이에 분리막이 개재되어 있는 구조의 전극조립체들을 제조하여 전극조립체 수납부들이 형성되어 있는 트레이(Tray)에 장착하는 과정;
    (b) 상기 트레이에 장착된 전극조립체들 중에서 하나의 전극조립체에 대해서 척킹 로봇(chucking robot)을 이용하여 외경을 측정하는 과정;
    (c) 상기 과정(b)에서 외경의 측정 결과 양품으로 판정된 전극조립체를 척킹 로봇을 이용하여 이송용 컨베이어 벨트(Conveyer belt)로 이동시키는 과정;
    (d) 상기 과정(b) 및 (c)의 공정을 트레이에 장착된 전극조립체들에 대해 각각 순차적으로 수행하는 과정; 및
    (e) 상기 컨베이어 벨트에 의해 이송되는 전극조립체들을 전지케이스에 장착하여 밀봉하는 과정;
    을 포함하는 전지셀 제조방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 전극조립체는 권취형의 젤리-롤인 것을 특징으로 하는 전지셀 제조방법.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 젤리-롤의 수평 단면 형상은 원형인 것을 특징으로 하는 전지셀 제조방법.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 전지케이스는 원통형 금속 캔인 것을 특징으로 하는 전지셀 제조방법.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 트레이의 전극조립체 수납부는, 전극단자 형성 위치에 대향하는 전극조립체 하단이 고정될 수 있도록, 전극조립체 하단의 형상에 대응하는 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 전지셀 제조방법.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 척킹 로봇은 트레이에서 전극조립체를 컨베이어 벨트로 이동시키기 위해 상하 및 좌우 이동 가능한 구조로 이루어진 것을 특징으로 특징으로 하는 전지셀 제조방법.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 척킹 로봇은 전극조립체의 양 측면에 접촉하여 고정되는 제 1 척(first chuck) 및 제 2 척(second chuck)을 포함하는 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 전지셀 제조방법.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 제 1 척 및 제 2 척은, 전극조립체의 외경보다 큰 거리로 상호 이격 상태를 유지하다가, 전극조립체의 양 측면에 접촉하여 고정하기 위하여 상호 이격 거리를 좁히는 동작을 수행하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지셀 제조방법.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 제 1 척 및 제 2 척은 전극조립체의 외면에 대응하는 형상의 접촉 내면을 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 전지셀 제조방법.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 제 1 척 및 제 2 척은 전극조립체의 양 측면에 접촉된 상태에서 상호 이격 거리를 검출하기 위한 센싱 부재를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 전지셀 제조방법.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 제 1 척 및 제 2 척은 검출된 상호 이격 거리에 의해 전극조립체의 외경을 측정하는 것을 특징으로 하는 전지셀 제조방법.
  12. 제 1 항에 있어서, 상기 과정(c)에서 외경의 측정 결과 불량품으로 판정된 전극조립체를 분리하는 것을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 전지셀 제조방법.
  13. 제 12 항에 있어서, 측정된 외경이 기준 외경값의 - 0.5% 이상 내지 0.5% 이하의 범위를 벗어나는 경우에 불량품으로 판정하는 것을 특징으로 하는 전지셀 제조방법.
  14. 제 1 항에 있어서, 상기 과정(c)의 이송은 척킹 로봇에 전극조립체가 고정된 상태에서 컨베이어 벨트로 이동하는 것을 특징으로 하는 전지셀 제조방법.
  15. 제 1 항에 에 있어서, 상기 컨베이어 벨트 상에는 전극조립체들이 각각 탑재되기 위한 캐리어(carrier)들이 위치하는 것을 특징으로 하는 전지셀 제조방법.
  16. 제 15 항에 있어서, 상기 캐리어는 전극단자 형성 위치에 대향하는 전극조립체 하단의 형상에 대응하는 전극조립체 수납부를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 전지셀 제조방법.
  17. 제 1 항 내지 제 16 항 중 어느 하나에 따른 방법으로 제조되는 것을 특징으로 하는 전지셀.
  18. 제 1 항에 있어서, 상기 전지셀은 리튬 이차전지인 것을 특징으로 하는 전지셀.
  19. 제 1 항에 따른 전지셀을 하나 이상 포함하는 것을 특징으로 하는 전지팩.
  20. 제 19 항에 따른 전지팩을 전원으로 사용하는 것을 특징으로 하는 디바이스.
  21. 제 20 항에 있어서, 상기 디바이스는 휴대폰, 휴대용 컴퓨터, 웨어러블 전자기기, 태플릿 PC, 스마트 패드, 넷북, LEV(Light Electronic Vehicle), 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 플러그-인 하이브리드 전기자동차, 및 전력저장장치로 이루어진 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 디바이스.
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