KR20180071481A - 자동화된 전지셀의 마감 공정장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 전지셀의 표면에 밀착된 상태로 전지셀을 흡착하여 고정시키도록 구성되어 있고, 고정된 전지셀을 상하 및 좌우로 이동시키는 셀 핸들링 부; 및 상기 전지셀 표면에 절연성 마감재가 부가되도록, 셀 핸들링 부에 고정되어 있는 전지셀 위치로 상기 절연성 마감재를 공급하는 공급부;
를 포함하고 있는 마감공정 장치를 제공한다.

Description

자동화된 전지셀의 마감 공정장치 {Automated Finishing Process Apparatus for Battery Cell}
본 발명은 자동화된 전지셀의 마감 공정장치에 관한 것이다.
최근, 충방전이 가능한 이차전지는 와이어리스 모바일 기기의 에너지원으로 광범위하게 사용되고 있다.
이차전지는 그것이 사용되는 외부기기의 종류에 따라, 단일 전지의 형태로 사용되기도 하고, 또는 다수의 단위 전지들을 전기적으로 연결한 전지팩의 형태로 사용되기도 한다. 예를 들어, 휴대폰과 같은 소형 디바이스는 전지 1개의 출력과 용량으로 소정의 시간 동안 작동이 가능한 반면에, 노트북 컴퓨터, 휴대용 DVD(portable DVD), 소형 PC, 전기자동차, 하이브리드 전기자동차 등과 같은 중형 또는 대형 디바이스는 출력 및 용량의 문제로 전지팩의 사용이 요구된다.
이러한 전지셀의 외면 및 전지팩의 내면 또는 외면에는 제조사, 모델명, 제품 번호, 각종 규격이나 품질 표시, 사용상 주의사항 등의 각종 정보가 문자 또는 마크의 형태로 표시된다. 이러한 정보는 전지의 외장 케이스에 미리 인쇄된 형태로 표시되기도 하지만, 휴대 전화나 노트북 컴퓨터와 같은 외부기기에 전지팩을 장착하는 경우에는 완성된 전지팩의 외면에 이러한 정보를 인쇄한 라벨 스티커를 부착하기도 하며, 상기 라벨 스티커를 부착 하기 위하여 접착 테이프를 사용한다.
또한, 결합된 복수 개의 전지셀에 대해 하나의 보호회로 부재가 장착되어 하나의 전지팩을 구성할 경우, 실질적으로 동일한 구조와 형상을 구비한 전지셀들은 서로 밀착하여 결합시키는 바, 이때 전지셀들 간의 접착 방법으로, 양면 접착 테이프를 사용하는 경우가 있다.
또한, 하나의 전지셀을 사용하여 전지팩을 제조할 때, 전지셀을 팩 케이스에 부착할 때도 일면 또는 접착 테이프를 사용하여 안정적으로 고정시켜 전지팩을 형성한다.
이와 관련하여 도 1을 참조하면, 전지팩은 양극, 음극 및 분리막의 전극조립체와 전해액이 밀봉된 상태로 내장 되어 있는 파우치형 전지 본체(10), 전지본체(10)를 수납할 수 있는 내부 공간을 가진 하부 케이스(20)와, 전지 본체(10)가 수납되어 있는 하부 케이스(20) 위에 결합되어 전지 본체(10)를 밀봉하는 상부 케이스(30)로 이루어 져 있다. 또한, 전지 본체(10)와 상부 및 하부 케이스(20, 30) 사이에는 양면 접착 테이프(40)가 개재되어 케이스(20, 30) 내부 공간에 전지 본체(10)를 안정적으로 고정될 수 있다.
더욱이, 전지셀의 하단면에 양면 접착 테이프를 부착하여 절연성의 하단 캡을 추가로 탑재시킬 때에도 접착 테이프를 사용한다.
이러한 테이프를 전지셀의 외면이나 전지팩 케이스의 외면 또는 내면에 부착하기 위해서는, 일정 크기로 절단된 테이프를 작업자가 직접 이형지에서 박리하여 해당 부위에 부착하는데 많은 작업 시간과 작업 인원이 소요된다. 더욱이, 50 ㎛ 이하의 얇은 테이프를 박리하고자 하는 경우에, 통상적으로 사용되는 박리 나이프를 이용한 방법으로는 박리할 수 없는 문제점이 있다.
따라서, 매우 얇은 테이프까지 박리 가능하고, 자동화 장치로 부착할 수 있으며, 상기 자동화 장치를 통해 작업 시간 및 부착 불량을 감소하여 생산성을 향상시키고 원가 절감이 향상된 테이프 부착 장치에 대한 필요성이 높은 실정이다.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.
구체적으로, 본 발명의 목적은, 테이프 부착 등의 전지셀 마감 공정의 전반을 자동화하여 수행할 수 있는 전지셀 마감 공정장치를 제공하는 것이다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 공정장치는,
제조된 전지셀들을 출하 상태로 마감하기 위한 공정 장치로서,
전지셀의 표면에 밀착된 상태로 전지셀을 흡착하여 고정시키도록 구성되어 있고, 고정된 전지셀을 상하 및 좌우로 이동시키는 셀 핸들링 부; 및
상기 전지셀 표면에 절연성 마감재가 부가되도록, 셀 핸들링 부에 고정되어 있는 전지셀 위치로 상기 절연성 마감재를 공급하는 공급부;
를 포함하고 있고,
상기 공급부는 전지셀과 대면하도록 절연성 마감재를 공급하며,
상기 절연성 마감재와 전지셀이 대면한 상태에서, 전지셀이 절연성 마감재에 밀착되도록 셀 핸들링 부가 이동하면서 전지셀 표면에 절연성 마감재를 부가하도록 작동하는 것을 특징으로 한다.
즉, 본 발명에 따른 공정장치는, 전지셀 표면에 마감재를 자동적으로 부가하도록 공급부와 셀 핸들링 부가 유기적으로 작동하도록 구성되어 있는 바, 상기 마감 공정에 투입되는 인력이 최소화할 수 있으며, 그에 따라 높은 공정 효율을 제공할 수 있다.
이하에서는 비 제한적인 예들을 통해 본 발명에 따른 공정장치의 구체적인 구조를 더욱 상세하게 설명한다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 공급부는,
이형지 상에서 점착제와 함께 부착되어 있는 절연성 마감재 시트를 연속적으로 공급하는 시트 공급부;
상기 마감재 시트에서 이형지를 제외한 절연성 마감재만을 소정의 크기로 커팅하는 커팅 지그; 및
커팅된 절연성 마감재가 전지셀에 부가된 상태에서 잔존하는 이형지 만을 권취하는 이형지 권취부;를 포함하고 있고,
상기 셀 핸들링 부가 커팅된 절연성 마감재에 전지셀을 밀착시킬 때, 전지셀 표면에 점착제와 함께 절연성 마감재가 부착되면서 이형지로부터 절연성 마감재가 분리되는 구조로 이루어져 있다.
여기서 공급부는, 마감재 시트가 시트 공급부로부터 이형지 권취부 쪽으로 이동할 때, 커팅된 절연성 마감재들을 전지셀과 인접한 부위로 연속적으로 공급하도록 작동할 수 있다.
이와 연계하여, 셀 핸들링 부는, 전지셀에 인접하도록 절연성 마감재들이 위치하면, 전지셀이 절연성 마감재에 밀착되도록 이동하면서 전지셀 표면에 절연성 마감재를 부가시킬 수 있다.
이에 따라 본 발명에 따른 공정장치는, 전지셀의 외면에 마감재 시트를 부착함에 있어서, 종래와 같이 작업자가 직접 이형지에서 테이프를 박리하여 부착하는 비효율적인 방식을 개선할 수 있다.
또한, 인력과 비교하여, 공급부에 의한 일련의 과정에 의해 마감재 시트의 부착 부위의 균일성이 도모되고, 접착 경계선 부근의 마감 처리가 개선될 수 있으므로, 부착 불량을 감소하여 생산성을 향상시키고, 제조 원가를 크게 절감할 수 있다.
본 발명에서 상기 절연성 마감재 시트는, 이형지에 대면하는 일면과, 상기 일면의 반대면인 대향면에, 각각 점착제가 부가되어 있는 구조일 수 있다.
상기 절연성 마감재는 두께가 1 밀리미터 내지 30 밀리미터인 절연성 패드, 또는 두께가 10 마이크로미터 내지 999 마이크로미터인 절연성 필름이고;
상기 절연성 패드 또는 필름은 양면에 점착제가 부가되어 있는 양면 접착성 부재일 수 있다.
즉, 본 발명에서 마감재 시트는 실질적으로 동일한 구조와 형상을 구비한 전지셀들은 서로 밀착하여 결합시키기 위해 전지셀들 간의 접착을 위한 양면 접착 테이프일 수 있다.
한편, 하나의 구체적인 예에서, 상기 셀 핸들링 부는,
전지셀 표면에 밀착된 상태로 전지셀과의 사이에 흡입력을 형성하여 전지셀을 흡착시키는 흡착부;
상기 흡착부에 연결되어 있으며, 흡착부를 상하 및 좌우 운동시키도록 구성되어 있는 다관절 로봇; 및
상기 다관절 로봇이 360도 선회 가능하도록 다관절 로봇을 고정하고 있는 베이스 플레이트;를 포함하는 구조일 수 있다.
따라서, 셀 핸들링 부는, 다관절 로봇에 의해 흡착된 전지셀을 다 방향으로 이동시킬 수 있는 바, 전지셀의 마감 공정을 다양한 방식으로 수행하도록 할 수 있다.
상기 흡착부는, 전지셀 표면에 대해 흡입압 형성이 가능하도록 구성되어 있으며, 전지셀은 흡착되되 전지셀 이동간에 이것이 파손되지 않는 0.1bar 내지 50bar의 진공압을 형성하는 장치일 수 있다.
본 발명에서 상기 흡착부는 복수의 진공 패드들을 포함하고 있고, 상기 진공 패드에는 압축 필름(compression film)이 부가되어 있다.
본 발명의 발명자들이 확인한 바에 따르면, 압축 필름의 미 부가 시, 전지셀의 이동 과정에서 전지셀이 흡착부로부터 이탈되었으며, 이에 따라 전지셀을 다양한 방향으로 이동시키기 위해서는 상기 압축 필름이 필수적임을 확인하였다.
이는 압축 필름이 진공 패드와 전지셀 표면 사이에서 보다 높은 마찰력을 제공함으로써, 이들의 긴밀한 밀착을 가능하게 하면서도 전지셀의 슬라이딩을 방지함으로써, 전지셀의 이동 과정에서 인가되는 관성이나 중력에도 흡착부로부터 전지셀이 이탈되는 것이 방지되는 것으로 이해될 수 있다.
상기 압축 필름은 폴리 우레탄 폼일 수 있으나 이것만으로 한정되는 것은 아니다.
본 발명에서 상기 셀 핸들링 부는,
전지셀을 상향 또는 하향으로 움직이면서 전지셀 표면에 절연성 마감재를 부가하는 제 1 상태;
상기 절연성 마감재가 부착된 전지셀을 좌측 또는 우측으로 이동시키는 제 2 상태; 및
상기 제 2 상태에서 전지셀을 하향으로 움직이면서 전지셀을 소정의 위치에 집하하는 제 3 상태;를 수행하도록 작동할 수 있다.
상기 셀 핸들링 부는 또한, 상기 제 1 상태로부터 제 3 상태까지 작동을 반복하면서 소정의 위치에서 전지셀들을 지면을 기준으로 상향 적층시키는 적층 상태를 추가로 수행 할 수 있다.
따라서, 본 발명에서 셀 핸들링 부는 공급부와 연계하여 절연성 마감재를 전지셀에 부가시킬 수 있고, 전지셀을 소정의 위치로 이동시킨 후, 전지셀을 적층 시킬 수 있으며, 이에 따라 적층된 전지셀들은 이들 사이에 양면 접착이 가능한 절연성 마감재가 부가되어 있어, 동일한 구조와 형상을 구비한 전지셀들이 서로 밀착하여 결합된 구조의 전지팩 제조를 자동화 시킬 수 있다.
상기 셀 핸들링 부는,
상기 제 1 상태로부터 제 3 상태까지의 작동을 n회 수행할 때마다 상기 소정의 위치에 적층된 전지셀들 상에 폼 패드(foam pad)를 적층시키는 제 4 상태를 더 포함할 수 있다.
상기 폼 패드는 상호 부착된 전지셀 접합체들 사이에 위치하게 되는데, 이들 사이에서 충격을 완화하면서도 이들을 상호 격리시킬 수 있다.
상기 소정의 위치는 전지셀 트레이 또는 모듈 제조용 지그일 수 있으며, 상기 전지셀 트레이 또는 모듈 제조용 지그에는 전지셀 내부의 전해액 함침을 원활하게 하기 위해 전지셀 가열 수단을 포함할 수 있다,
이러한 가열 수단은 예를 들어, 전지셀 트레이나 지그 내부에 형성된 열선이나 온수 튜브일 수 있으나, 이들 만으로 한정되는 것은 아니다.
본 발명에서 정의하는 전지셀은 종류가 특별히 한정되는 것은 아니지만, 구체적인 예로서, 높은 에너지 밀도, 방전 전압, 출력 안정성 등의 장점을 가진 리튬 이온(Li-ion) 이차전지, 리튬 폴리머(Li-polymer) 이차전지, 또는 리튬 이온 폴리머(Li-ion polymer) 이차전지 등과 같은 리튬 이차전지일 수 있다.
일반적으로, 리튬 이차전지는 양극, 음극, 분리막, 및 리튬염 함유 비수 전해액으로 구성되어 있다.
상기 양극은, 예를 들어, 양극 집전체 및/또는 연장 집전부 상에 양극 활물질, 도전재 및 바인더의 혼합물을 도포한 후 건조하여 제조되며, 필요에 따라서는, 상기 혼합물에 충진제를 더 첨가하기도 한다.
상기 양극 집전체 및/또는 연장 집전부는 일반적으로 3 내지 500 마이크로미터의 두께로 만든다. 이러한 양극 집전체 및 연장 집전부는, 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 높은 도전성을 가지는 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 스테인리스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소, 또는 알루미늄이나 스테인리스 스틸의 표면에 카본, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면처리한 것 등이 사용될 수 있다. 양극 집전체 및 연장 집전부는 그것의 표면에 미세한 요철을 형성하여 양극활물질의 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.
상기 음극은 음극 집전체 및/또는 연장 집전부 상에 음극 활물질을 도포, 건조하여 제작되며, 필요에 따라, 앞서 설명한 바와 같은 성분들이 선택적으로 더 포함될 수도 있다.
상기 음극 집전체 및/또는 연장 집전부는 일반적으로 3 내지 500 마이크로미터의 두께로 만들어진다. 이러한 음극 집전체 및/또는 연장 집전부는, 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 구리, 스테인리스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소, 구리나 스테인리스 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 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 마이크로미터이고, 두께는 일반적으로 5 ~ 300 마이크로미터다. 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.
상기 전해액은 리튬염 함유 비수계 전해액일 수 있고, 비수 전해액과 리튬염으로 이루어져 있다. 비수 전해액으로는 비수계 유기용매, 유기 고체 전해질, 무기 고체 전해질 등이 사용되지만 이들만으로 한정되는 것은 아니다.
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 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, 비수 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) 등을 더 포함시킬 수 있다.
하나의 구체적인 예에서, LiPF6, LiClO4, LiBF4, LiN(SO2CF3)2 등의 리튬염을, 고유전성 용매인 EC 또는 PC의 환형 카보네이트와 저점도 용매인 DEC, DMC 또는 EMC의 선형 카보네이트의 혼합 용매에 첨가하여 리튬염 함유 비수계 전해질을 제조할 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 공정장치는, 전지셀 표면에 마감재를 자동적으로 부가하도록 공급부와 셀 핸들링 부가 유기적으로 작동하도록 구성되어 있는 바, 상기 마감 공정에 투입되는 인력이 최소화할 수 있으며, 그에 따라 높은 공정 효율을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 공정장치의 모식도이다;
도 2는 셀 핸들링 부가 전지셀에 절연성 마감재를 부가시키는 형태를 나타낸 모식도이다;
도 3는 셀 핸들링 부가 전지셀을 이동시키는 형태를 나타낸 모식도이다;
도 4는 셀 핸들링 부의 작동을 나타낸 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 1에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 공정장치(100)가 모식적을 도시되어 있다.
도 1을 참조하면, 공정장치(100)는 전지셀(10)의 표면에 밀착된 상태로 전지셀(10)을 흡착하여 고정시키도록 구성되어 있고, 고정된 전지셀(10)을 상하 및 좌우로 이동시키는 셀 핸들링 부(120), 및 전지셀(10) 표면에 절연성 마감재(2)가 부가되도록, 셀 핸들링 부(120)에 고정되어 있는 전지셀(10) 위치로 상기 절연성 마감재(2)를 공급하는 공급부(110);를 포함한다.
이러한 구조에서 공급부(110)는 전지셀(10)과 대면하도록 절연성 마감재(2)를 공급하며, 셀 핸들링 부(120)는 절연성 마감재(2)와 전지셀(10)이 대면하면, 전지셀(10)이 절연성 마감재(2)에 밀착되도록 전지셀(10)을 이동시키며 전지셀(10) 표면에 절연성 마감재(2)를 부가시킬 수 있다.
공급부(110)는, 이형지(3) 상에서 점착제와 함께 부착되어 있는 절연성 마감재 시트(1)를 연속적으로 공급하는 시트 공급부(112), 마감재 시트(1)에서 이형지(3)를 제외한 절연성 마감재(2) 만을 소정의 크기로 커팅하는 커팅 지그(114), 및 커팅된 절연성 마감재(2)가 전지셀(10)에 부가된 상태에서 잔존하는 이형지(3) 만을 권취하는 이형지 권취부(116)를 포함한다.
공급부(110)는 또한, 마감재 시트(1)가 시트 공급부(112)로부터 이형지 권취부(116) 쪽으로 이동할 때, 커팅된 절연성 마감재들(2)을 전지셀(10)과 인접한 부위로 연속적으로 공급하도록 작동하도록 구성되어 있다.
이때, 셀 핸들링 부(120)는, 전지셀(10)에 인접하도록 절연성 마감재들(2)이 위치하면, 전지셀(10)이 절연성 마감재(2)에 밀착되도록 이동하면서 전지셀(10) 표면에 절연성 마감재(2)를 부가시킬 수 있다.
이에 따라 본 발명에 따른 공정장치(100)는, 전지셀(10)의 외면에 마감재 시트(1)를 부착함에 있어서, 종래와 같이 작업자가 직접 이형지(3)에서 테이프를 박리하여 부착하는 비효율적인 방식을 개선할 수 있다.
또한, 인력과 비교하여, 공급부(110)에 의한 일련의 과정에 의해 절연성 마감재(10)의 부착 부위의 균일성이 도모되고, 접착 경계선 부근의 마감 처리가 개선될 수 있으므로, 부착 불량을 감소하여 생산성을 향상시키고, 제조 원가를 크게 절감할 수 있다.
도면에 별도로 도시하지는 않았지만 상기 절연성 마감재 시트(1)는, 이형지(3)에 대면하는 일면과, 상기 일면의 반대면인 대향면에, 각각 점착제가 부가되어 있는 구조로 이루어져 있다.
셀 핸들링 부(120)는, 전지셀(10) 표면에 밀착된 상태로 전지셀(10)과의 사이에 흡입력을 형성하여 전지셀(10)을 흡착시키는 흡착부(122), 흡착부(122)에 연결되어 있으며, 흡착부(122)를 상하 및 좌우 운동시키도록 구성되어 있는 다관절 로봇(124) 및 다관절 로봇(124)이 360도 선회 가능하도록 다관절 로봇(124)을 고정하고 있는 베이스 플레이트(126)를 포함하는 구조일 수 있다.
따라서, 셀 핸들링 부(120)는, 다관절 로봇(124)에 의해 흡착된 전지셀(10)을 다 방향으로 이동시킬 수 있는 바, 전지셀(10)의 마감 공정을 다양한 방식으로 수행하도록 할 수 있다.
도면에 별도로 도시하지는 않았지만, 흡착부(122)는 복수의 진공 패드들을 포함하고 있고, 진공 패드에는 압축 필름(compression film)이 부가되어 있다.
셀 핸들링 부(120)는 또한, 도 2에서와 같이, 전지셀(10)을 하향(또는 상향)으로 움직이면서 전지셀(10) 표면에 절연성 마감재(2)를 부가하는 제 1 상태, 절연성 마감재(2)가 부착된 전지셀(10)을 좌측 또는 우측으로 이동시키는 제 2 상태 및 도 3에서와 같이, 전지셀(10)을 하향으로 움직이면서 전지셀(10)을 전지셀 트레이(4)에 집하하는 제 3 상태를 수행할 수 있으며, 제 1 상태로부터 제 3 상태까지 작동을 반복하면서 전지셀 트레이(4)에서 전지셀(10)들을 지면을 기준으로 상향 적층시키는 적층 상태를 연속적으로 수행할 수 있다.
따라서, 본 발명에서 셀 핸들링 부(120)는 공급부(110)와 연계하여 절연성 마감재(2)를 전지셀(10)에 부가시킬 수 있고, 전지셀(10)을 전지셀 트레이(4)로 이동시킨 후, 전지셀(10)을 적층 시킬 수 있으며, 이에 따라 적층된 전지셀(10)들은 이들 사이에 양면 접착이 가능한 절연성 마감재(2)가 부가되어 있어, 동일한 구조와 형상을 구비한 전지셀(10)들이 서로 밀착하여 결합된 구조의 전지팩 제조를 자동화 시킬 수 있다.
한편, 도 4에서와 같이, 셀 핸들링 부(120)는, 제 1 상태로부터 제 3 상태까지의 작동을 n회(도 4에서는 2회) 수행할 때마다 전지셀 트레이(4)에 적층된 전지셀(10)들 상에 폼 패드(foam pad)를 적층시키는 제 4 상태를 더 수행할 수 있다.
한편, 이하에서는 셀 핸들링 부의 이동에 대한 실험을 실시예와 비교예를 통해 구체적으로 설명한다.
<실시예>
도 1 내지 도 4에 따른 셀 핸들링 부를 이용하였다.
여기서, 셀 핸들링 부의 흡착부에는 총 네 개의 진공 패드들이 형성되어 있으며, 진공 패드에는 폴리 우레탄 폼으로 이루어진 압축 필름이 부가되어 있다.
<비교예>
진공 패드에 압축 필름이 부가되지 않은 점을 제외하면, 실시예와 동일한 구조의 셀 핸들링 부를 이용하였다.
<실험예>
실시예와 비교예의 셀 핸들링 부들로 전지셀을 10회 흡착하였다.
그 결과, 실시예에 따른 셀 핸들링 부에서는 10회 모두 전지셀이 안정적으로 흡착되었으나, 압축 필름을 포함하지 않는 비교예의 셀 핸들링 부에서는 총 7회 전지셀이 흡착되었으나, 나머지 3회에서는 전지셀이 흡착부에 고정되지 않고 이탈되었다.
따라서, 실시예에 따른 셀 핸들링 부가 전지셀에 대한 안정적 흡착이 가능한 것을 알 수 있다.
본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주내에서 다양한 응용 및 변형을 수행하는 것이 가능할 것이다.

Claims (11)

  1. 제조된 전지셀들을 출하 상태로 마감하기 위한 공정 장치로서,
    전지셀의 표면에 밀착된 상태로 전지셀을 흡착하여 고정시키도록 구성되어 있고, 고정된 전지셀을 상하 및 좌우로 이동시키는 셀 핸들링 부; 및
    상기 전지셀 표면에 절연성 마감재가 부가되도록, 셀 핸들링 부에 고정되어 있는 전지셀 위치로 상기 절연성 마감재를 공급하는 공급부;
    를 포함하고 있고,
    상기 공급부는 전지셀과 대면하도록 절연성 마감재를 공급하며,
    상기 절연성 마감재와 전지셀이 대면한 상태에서, 전지셀이 절연성 마감재에 밀착되도록 셀 핸들링 부가 이동하면서 전지셀 표면에 절연성 마감재를 부가하도록 작동하는 것을 특징으로 하는 마감공정 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 공급부는,
    이형지 상에서 점착제와 함께 부착되어 있는 절연성 마감재 시트를 연속적으로 공급하는 시트 공급부;
    상기 마감재 시트에서 이형지를 제외한 절연성 마감재만을 소정의 크기로 커팅하는 커팅 지그; 및
    커팅된 절연성 마감재가 전지셀에 부가된 상태에서 잔존하는 이형지 만을 권취하는 이형지 권취부;
    를 포함하고 있고,
    상기 셀 핸들링 부가 커팅된 절연성 마감재에 전지셀을 밀착시킬 때, 전지셀 표면에 점착제와 함께 절연성 마감재가 부착되면서 이형지로부터 절연성 마감재가 분리되는 것을 특징으로 하는 마감 공정장치.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 공급부는, 마감재 시트가 시트 공급부로부터 이형지 권취부 쪽으로 이동할 때, 커팅된 절연성 마감재들을 전지셀과 인접한 부위로 연속적으로 공급하도록 작동하는 것을 특징으로 하는 마감 공정장치.
  4. 제 2 항에 있어서, 상기 절연성 마감재 시트는, 이형지에 대면하는 일면과, 상기 일면의 반대면인 대향면에, 각각 점착제가 부가되어 있는 구조인 것을 특징으로 하는 마감 공정장치.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 절연성 마감재는 두께가 1 밀리미터 내지 30 밀리미터인 절연성 패드, 또는 두께가 10 마이크로미터 내지 999 마이크로미터인 절연성 필름이고;
    상기 절연성 패드 또는 필름은 양면에 점착제가 부가되어 있는 양면 접착성 부재인 것을 특징으로 하는 마감 공정장치.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 셀 핸들링 부는,
    전지셀 표면에 밀착된 상태로 전지셀과의 사이에 흡입력을 형성하여 전지셀을 흡착시키는 흡착부;
    상기 흡착부에 연결되어 있으며, 흡착부를 상하 및 좌우 운동시키도록 구성되어 있는 다관절 로봇; 및
    상기 다관절 로봇이 360도 선회 가능하도록 다관절 로봇을 고정하고 있는 베이스 플레이트;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 마감 공정장치.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 흡착부는 복수의 진공 패드들을 포함하고 있고, 상기 진공 패드에는 압축 필름(compression film)이 부가되어 있는 것을 특징으로 하는 마감 공정장치.
  8. 제 6 항에 있어서, 상기 셀 핸들링 부는,
    전지셀을 상향 또는 하향으로 움직이면서 전지셀 표면에 절연성 마감재를 부가하는 제 1 상태;
    상기 절연성 마감재가 부착된 전지셀을 좌측 또는 우측으로 이동시키는 제 2 상태; 및
    상기 제 2 상태에서 전지셀을 하향으로 움직이면서 전지셀을 소정의 위치에 집하하는 제 3 상태;
    를 수행하도록 작동하는 것을 특징으로 하는 마감 공정장치.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 셀 핸들링 부는, 상기 제 1 상태로부터 제 3 상태까지 작동을 반복하면서 소정의 위치에서 전지셀들을 지면을 기준으로 상향 적층시키는 것을 특징으로 하는 마감 공정장치.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 셀 핸들링 부는,
    상기 제 1 상태로부터 제 3 상태까지의 작동을 n회 수행할 때마다 상기 소정의 위치에 적층된 전지셀들 상에 폼 패드(foam pad)를 적층시키는 제 4 상태를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 마감 공정장치.
  11. 제 8 항에 있어서, 상기 소정의 위치는 전지셀 트레이 또는 모듈 제조용 지그인 것을 특징으로 하는 마감 공정장치.








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