KR20180108269A - 결함 검사 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 결함 검사 장치에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 와인딩 수행 전 와인딩 수행 상태와 동일한 조건에서 전극의 결함을 검사하는 결함 검사 장치에 관한 것이다.

Description

결함 검사 장치{APPARATUS FOR DETECTING DEFECTS}
본 발명은 결함 검사 장치에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 와인딩 수행 전 와인딩 수행 상태와 동일한 조건에서 전극의 결함을 검사하는 결함 검사 장치에 관한 것이다.
배터리를 구성하는 단위전지로서의 파우치형 리튬 이차전지는 유연성을 가져 그 형상이 비교적 자유로우며 무게가 가볍고 안전성도 우수하여 휴대폰, 캠코더, 노트북 컴퓨터와 같은 휴대용 전자기기 전원으로 수요가 증가하고 있다.
또한, 상기 배터리 셀은 복수 개의 양극전극(알루미늄 호일)과 음극전극(구리 호일)을 분리막을 사이에 두고 적층함과 아울러, 양극전극에 양극 탭을, 음극전극에 음극 탭을 용접한 후, 알루미늄 파우치로 감싸 밀봉한 구조를 갖는다.
이러한 배터리 셀의 제조 공정은 전극, 조립, 활성화 등 크게 3개 공정으로 나뉘며, 전극공정은 양극과 음극을 만드는데 재료를 적당한 비율로 섞어(믹싱ㆍMixing), 양극은 알루미늄, 음극은 동박(Copper foil)으로 코팅(coating)하고, 롤 프레스(Roll Press)를 통해 일정한 두께로 압착해 평평하게 만든 뒤, 전극 사이즈에 맞게 자르는 슬리팅(slitting) 공정이다.
또한, 조립공정은 양극, 분리막 및 음극 순서로 둘둘 마는 와인딩(winding) 과정을 수행하고, 알루미늄 필름 포장재로 포장한 뒤, 전해질을 투입하고 진공상태로 밀봉하는 공정이다.
마지막 활성화(formation) 공정은 조립된 배터리 셀의 충/방전을 반복하면서 배터리 셀을 활성화시키고, 활성화 시 배터리 셀에 발생된 가스를 배출시키는 탈기(degassing) 과정을 수행하는 공정이다.
일반적으로 이러한 공정 중 조립공정에서의 와인딩 과정 시 전극(양극 및 음극)을 검사하여 결함을 검출한다.
그러나 와인딩 과정 시 결함을 검사하면 하나의 전극에서 결함이 검출되는 경우에도 양극, 분리막 및 음극이 조립된 전극 조립체를 폐기하여 제작 비용 및 시간의 손실이 발생된다.
따라서 이를 해결하기 위하여 종래에는 도 1과 같은 결함 검사 장치를 사용하였다.
도 1은 종래의 결함 검사 장치의 개략적인 구조도이다.
도 1을 참고하면, 종래의 결함 검사 장치는 간략하게 검사 대상체인 전극, 전극을 이동시키는 롤러 및 전극의 결함을 검출하는 결함 검출기로 구성되어 있다.
이는 결함 검출기 아래에 전극을 통과시켜 전극 표면의 결함을 검사하는 장치로서, 롤러를 계속 움직여 전극을 이동시킴에 따라 검사속도는 빨라 검사시간이 단축된다.
그러나 결함이 검출되는 경우, 전극은 롤러를 통해 이미 이동하여 결함이 발견된 전극의 정확한 위치를 확인하는 것이 어렵고 재확인을 위하여 전극을 롤백시키면 전극이 구겨지거나 접힘이 발생되는 문제가 있다.
또한, 상기 종래의 결함 검사 장치는 와인딩 수행 시 전극에 가해지는 장력이 고려되지 않으므로 결함이 검출되지 않은 전극에도 와인딩 수행 시 결함이 발생될 수 있다.
따라서 와인딩 수행 전 전극의 결함을 검사하는 결함 검사 장치의 정확성이 증대되는 기술 개발이 요구된다.
KR 1330527 B
본 발명은 와인딩 수행 전 전극의 결함 검사의 정확성을 증대시키는 결함 검사 장치를 제공한다.
본 발명의 실시 예에 따른 결함 검사 장치는 와인딩 수행 전 전극롤의 내결함성을 검증하는 결함 검증 장치에 있어서, 상기 전극롤의 일 측에 연결되어 와인딩 공정에서의 권심의 권취 조건과 동일하게 롤러의 운동조건을 설정하는 롤러 설정부, 상기 전극롤의 타 측에 연결되어 상기 롤러 설정부에서 설정된 롤러의 운동조건으로부터 전극롤에 가해지는 장력과 와인딩 공정에서의 전극에 가해지는 장력과의 차이를 보상하는 장력 조정부 및 상기 장력 조정부 상부에 이격되어 위치하여 전극롤의 표면 결함을 검출하는 결함 검출부를 포함하여 구성된다.
상기 롤러 설정부는, 와인딩 공정 시 상기 전극롤을 와인딩하는 권심의 지름과 동일하게 롤러의 지름을 설정하는 지름 설정부 및 와인딩 공정 시 전극롤이 권심에 감기는 속도와 동일하게 롤러의 속도를 설정하는 속도 설정부를 포함하여 구성된다.
상기 롤러 설정부는, 상기 결함 검출부가 통과한 전극롤을 다시 감는 회수부를 추가로 포함하여 구성된다.
상기 장력 조정부는, 상기 롤러 설정부로부터 전극롤에 가해지는 장력을 측정하는 장력 측정부, 상기 장력 측정부에서 측정된 장력과 메모리에 기 저장된 와인딩 공정 시 전극롤에 가해지는 장력 간의 힘의 차이를 연산하는 장력 차 연산부 및 상기 장력 차 연산부에서 연산된 힘의 차이를 근거로 하여 전극롤에 힘을 더하거나 빼는 장력 보상부를 포함하여 구성된다.
상기 결함 검출부는, 상기 전극롤 표면을 스캔하는 스캔부 및 상기 스캔부를 통해 스캔된 전극롤 표면의 정보가 결함 정보를 포함하는지 판단하는 정보연산부를 포함하여 구성된다.
상기 스캔부는 이동구조를 가진다.
상기 결함 검출부는, 결함 검출부에서 결함이 검출되는 경우, 결함 부분에 결함을 표시하는 표시부를 추가로 포함하여 구성된다.
본 발명의 실시 예에 따른 배터리 셀 제조 방법은 와인딩 수행 전 전극롤을 검사하여 배터리 셀을 제조하는 방법에 있어서, 전극 공정을 통해 전극롤을 생성하는 전극롤 생성단계, 상기 전극롤 생성단계에서 생성된 전극롤의 표면에 결함 유무를 검사하는 결함 검사단계 및 상기 결함 검사단계에서 결함이 발견되지 않은 경우, 해당 전극롤을 이용하여 와인딩 공정을 수행하는 와인딩 수행단계를 포함하여 구성된다.
상기 결함 검사단계는, 와인딩 공정과 동일한 전극롤의 권취 조건을 롤러의 운동조건으로 설정하는 롤러 조건 설정단계, 상기 롤러 조건 설정단계에서 설정된 롤러의 운동조건에 따라 가해지는 장력과 와인딩 공정 시 전극에 가해지는 장력 간의 차이가 보상되도록 장력을 조정하는 장력 조정단계 및 와인딩 공정 시와 동일한 장력이 가해지는 상태에서 전극롤의 결함을 측정하는 결함 측정단계를 포함하여 구성된다.
상기 결함 검사단계는, 상기 결함 측정단계에서 상기 전극롤에 결함이 측정된 경우, 결함 부분에 결함을 표시하는 결함 표시단계를 추가로 포함하여 구성된다.
상기 롤러 조건 설정단계는, 메모리에 기 저장된 와인딩 시 권취 조건 정보를 읽어서 롤러의 조건으로 설정한다.
상기 롤러 조건 설정단계는, 와인딩 시 상기 전극롤을 와인딩하는 권심의 지름과 동일하게 롤러의 지름을 설정하는 지름 설정단계 및 와인딩 시 상기 전극롤을 와인딩하는 권심의 속도와 동일하게 롤러의 속도를 설정하는 속도 설정단계를 포함하여 구성된다.
상기 장력 조정단계는, 롤러 조건 설정단계에서 설정된 롤러의 운동조건에 따라 상기 전극롤에 발생되는 장력을 측정하는 장력 측정단계, 상기 장력 측정단계에서 측정된 장력과 메모리에 기 저장된 와인딩 공정 시 전극롤에 가해지는 장력 간의 힘의 차이를 연산하는 장력 차 연산단계 및 상기 장력 차 연산단계에서 연산된 힘의 차이를 장력 보상부의 장력 조정 값으로 설정하는 장력 조정 값 설정단계를 포함하여 구성된다.
본 발명의 실시 예에 따른 결함 검사 장치는 전극을 고정시켜 검사하고, 와인딩 수행 시 전극에 가해지는 장력과 동일하게 가해질 수 있는 구성을 형성하여 전극의 결함이 정확하게 검사될 수 있도록 한다.
도 1은 종래의 결함 검사 장치의 개략적인 구조도.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 결함 검사 장치의 구조도.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 결함 검사 장치 내 장력 조정부의 블록도.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 결함 검사 장치 내 결함 검출부의 블록도.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 셀 제조 방법의 순서도.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 셀 제조 방법 중 결함 검사단계의 순서도.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 셀 제조 방법 중 롤러 조건 설정단계의 순서도.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 셀 제조 방법 중 장력 조정단계의 순서도.
도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 셀 제조 방법 중 결함 측정단계의 순서도.
이하, 첨부된 도면들에 기재된 내용들을 참조하여 본 발명에 실시 예를 상세하게 설명한다. 다만, 본 발명이 실시 예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 단지 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다.
또한, 제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 식별하는 목적으로만 사용된다. 예컨대, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 발명에서 사용되는 용어는 본 발명에서의 기능을 고려하면서 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어들을 선택하였으나, 이는 당 분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 판례, 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다. 또한, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 발명의 설명 부분에서 상세히 그 의미를 기재할 것이다. 따라서 본 발명에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌, 그 용어가 가지는 의미와 본 발명의 전반에 걸친 내용을 토대로 정의되어야 한다.
<실시 예 1>
다음으로 본 발명의 실시 예에 따른 결함 검사 장치에 대하여 설명한다.
본 발명의 실시 예에 따른 결함 검사 장치는 전극롤의 내결함성을 검증하는 롤러 설정부, 장력 조정부 및 결함 검출부로 구성되어 와인딩 수행 전 전극롤 결함 측정의 정확도가 증대될 수 있도록 한다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 결함 검사 장치의 구조도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 결함 검사 장치(100)는 상기 전극롤(140)의 일측에 연결되어 배터리 제작 시 와인딩 공정에서의 권심의 권취조건과 동일하게 롤러의 운동조건을 설정하는 롤러 설정부(110), 상기 전극롤(140)의 타측에 연결되어 상기 롤러 설정부(110)에서 설정된 롤러의 운동조건으로부터 전극롤에 가해지는 장력과 와인딩 공정에서의 전극에 가해지는 장력과의 차이를 보상하는 장력 조정부(120) 및 상기 장력 조정부(120) 상부에 이격되어 위치하여 전극롤의 표면 결함을 검출하는 결함 검출부(130)를 포함하여 구성된다.
이러한 구성은 와인딩 수행 전 전극롤의 내결함성을 정확하게 검증할 수 있도록 한다.
또한, 하기에서 결함 검사 장치의 각 구성을 더욱 상세하게 설명한다.
또한, 상기 롤러 설정부(110)는 상기 전극롤(140)의 일측에 연결되어 배터리 제작 시 와인딩 공정에서의 권심의 권취 조건과 동일하게 롤러의 운동조건을 설정하는 구성으로서, 와인딩 공정 시 전극롤에 가해지는 장력으로 인하여 결함이 발생될 수 있으므로 와인딩 공정과 동일한 조건 아래에서 전극롤의 표면 결함을 검사할 수 있도록 한다.
또한, 상기 롤러 설정부(110)는 상기 결함 검출부(130)를 통과한 전극롤(140)을 다시 감는 회수부를 추가로 포함하여 구성되며, 회수부는 상기 결함 검출부(130)를 수행한 전극롤(140) 면의 반대편이 위로 오도록 감는다. 즉, 결함 검사의 정확성 향상을 위해 다시 결함 검사를 수행할 수 있도록 결함 검사를 받지 않는 면이 위로 오게 감는다.
또한, 상기 롤러 설정부(110)는 와인딩 공정 시 상기 전극롤을 와인딩하는 권심의 지름과 동일하게 롤러의 지름을 설정하는 지름 설정부(111) 및 와인딩 공정 시 전극롤이 권심에 감기는 속도와 동일하게 롤러의 속도를 설정하는 속도 설정부(112)를 포함하여 구성된다.
이러한 구성은 롤러를 제어하는 MCU(Micro Controller Unit) 내 제어부의 구성으로서, 롤러와 연결되어 지름 및 속도를 제어할 수 있도록 한다.
상세하게 설명한다면, 상기 지름 설정부(111)는 와인딩 공정 시 상기 전극롤을 와인딩하는 권심의 지름과 동일하게 롤러의 지름을 설정하는데, 이는 롤러 설정부(110)에 구성되는 롤러를 두 개 이상으로 구성하여 와인딩 공정 시의 권심 지름과 동일한 크기로 롤러의 지름이 조절될 수 있도록 한다.
좀 더 엄밀히 말하자면, 상기 MCU 내에는 별도의 메모리가 구비되어 있으며, 메모리에는 와인딩 공정 시 사용되는 다양한 배터리의 권심 지름 값이 기 저장되어 있다. 따라서 메모리로부터 제작하는 배터리 셀의 와인딩 권심 지름 값을 불러와 롤러의 지름을 설정할 수 있도록 한다.
또한, 상기 속도 설정부(112)는 와인딩 공정 시 전극롤이 권심에 감기는 속도와 동일하게 롤러의 속도를 설정하는데, 이는 롤러의 속도를 설정하거나 상기 회수부의 속도를 설정하여 와인딩 공정 시 권심의 속도에 의한 장력을 상기 전극롤(140)이 받을 수 있도록 한다.
상기 장력 조정부(120)는 상기 전극롤(140)의 타측에 연결되어 상기 롤러 설정부(110)에서 설정된 롤러의 운동조건으로부터 전극롤(140)에 가해지는 장력과 와인딩 공정에서의 전극에 가해지는 장력과의 차이를 보상하는 구성으로서, 본 발명의 결함 검사 장치(100)가 와인딩 공정에서와 같이 전극롤(140)이 이동하는 것이 아니므로 동일한 롤러의 운동조건에서 발생되는 장력의 차가 보상될 수 있도록 한다.
상기 장력 조정부(120)는 도3을 들어 상세하게 설명하도록 한다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 결함 검사 장치 내 장력 조정부의 블록도이다.
도 3을 참고하면, 상기 장력 조정부(120)는 상기 롤러 설정부(110)로부터 전극롤에 가해지는 장력을 측정하는 장력 측정부(121), 장력 측정부(121)에서 측정된 장력과 메모리에 기 저장된 와인딩 공정 시 전극롤에 가해지는 장력 간의 힘의 차이를 연산하는 장력 차 연산부(122), 장력 차 연산부(122)에서 연산된 힘의 차이를 근거로 하여 전극롤에 힘을 더하거나 빼는 장력 보상부(123)를 포함하여 구성된다.
또한, 이러한 장력 조정부(120)도 또한, MCU로 구성되어 있으므로, 상기 롤러 설정부(110)와 하나의 MCU로 구성되어 같이 제어기능을 처리할 수도 있다.
이는 MCU에 구성된 메모리에 상기 롤러의 운동조건뿐만 아니라 와인딩 공정 시 전극롤에 가해지는 장력도 저장되어 있음을 의미한다.
또한, 상기 장력 조정부(120)에 별도의 MCU를 구성하여 장력을 제어할 수 있다.
상기 장력 보상부(123)는 상기 전극롤이 감겨있는 롤러를 제어하는 장치로 구성되거나 전극롤을 약간 땡기거나 밀어서 고정할 수 있는 별도의 장치로 구성될 수 있다.
또한, 상기 결함 검출부(130)는 상기 장력 조정부(120) 상부에 이격되어 위치하여 전극롤의 표면 결함을 검출하는 구성으로서 초음파 탐상법(Ultrasonic Test), 누설자속 탐상법(Magnetic Flux Leakage), 자분 탐상법(Magnetic Particle Inspection), 와전류 탐상법 및 광학법 등을 이용하여 결함을 검출한다.
또한, 상기 결함 검출부는(130) 결함 검출부(130)에서 결함이 검출되는 경우, 결함 부분에 결함을 표시하는 표시부를 추가로 포함하여 구성된다.
이러한 표시부는 쉽게 지워지는 성분을 이용하여 표시하거나 배터리 성능에 영향을 미치지 않는 성분을 이용한다.
또한, 표시부는 표시가 손쉽게 보일 수 있도록 상기 전극롤(140) 측면에 표시할 수 있다.
또한, 표시부 외에 별도의 외부장치(관리자용 컴퓨터 및 관리패널)와 연결되어 외부장치로 해당 전극롤(140)에 결함이 있는 것을 표시한다.
또한, 상기 결함 검출부(130)의 구성은 도 4를 이용하여 더욱 상세하게 설명한다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 결함 검사 장치 내 결함 검출부의 블록도이다.
도 4를 참고하면, 상기 결함 검출부(130)는 상기 전극롤(140) 표면을 스캔하는 스캔부(131) 및 상기 스캔부(131)를 통해 스캔된 전극롤(140) 표면의 정보가 결함 정보를 포함하는지 판단하는 정보 연산부(132)를 포함하여 구성된다.
상세하게 설명하자면, 상기 스캔부(131)는 이동 가능한 구조로 구성되어 상기 장력 조정부(120)로 고정된 전극롤(140)의 표면을 스캔한다.
이러한 스캔부(131)는 결함을 검출하는 기법에 따라 센서나 카메라등과 같은 표면의 정보를 읽어 들이는 장치로 구성될 수 있다.
또한, 상기 스캔부(131)는 상기 장력 조정부(120) 상부에 이격되어 레일과 함께 구성됨에 따라 장력 조정부(120)에 고정된 소정범위의 전극롤(140)의 표면을 검사할 수 있다.
또한, 상기 레일의 길이는 상기 장력 조정부(120)에서부터 상기 롤러 설정부(110)까지의 길이로 설정하여 소정 범위만큼 전극롤(140)이 검사 될 수 있도록 한다. 여기서 소정 범위는 사용자가 용이하게 변경할 수 있다.
또한, 상기 정보 연산부(132)는 상기 스캔부(131)를 통해 스캔된 전극롤(140) 표면의 정보가 결함 정보를 포함하는지 판단하는 구성으로서, 이는 상기 롤러 설정부(110)에 있는 MCU에서 결함을 판단하거나 결함 검출부(130)에 별도의 MCU를 구성하여 결함을 판단한다.
또한, 이는 각 검출 기법에 따라 MCU 내에 결함을 판단하는 연산 알고리즘이 기 저장되어 있고, 상기 스캔부(131)를 통해 입력되는 정보를 연산 알고리즘에 적용하여 결함여부를 판단한다.
또한, 상기 전극롤(140)은 상기 장력 조정부(120)에 고정되어 있으므로 검출된 부분의 위치가 정확하게 파악되며, 결함이 검출된 경우, 상기 표시부는 정확한 해당위치에 결함을 표시한다.
<실시 예 2>
다음으로 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 셀 제조 방법에 대하여 설명한다.
본 발명의 실시 예에 따른 배터리 셀 제조 방법은 와인딩 수행 전 전극롤의 결함 유무를 검사하여 배터리 셀을 제조함에 따라 종래의 와인딩 수행 시 전극롤을 검사하던 방법보다 생산효율이 증대될 수 있도록 한다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 셀 제조 방법의 순서도이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 셀 제조 방법은 전극 공정을 통해 전극롤(140)을 생성하고(전극롤 생성단계: S100), 생성된 전극롤의 표면에 결함 유무를 검사한다(결함 검사단계: S200).
상기 결함 검사단계(S200)에서 결함이 발견되지 않은 경우, 해당 전극롤을 이용하여 와인딩 공정을 수행한다(와인딩 수행단계: S300).
또한, 상기 배터리 셀 제조방법의 각 단계는 하기에서 더욱 상세하게 설명한다.
상기 전극롤 생성단계(S100)는 전극 공정을 통해 전극롤(140)을 생성하는 단계로서, 양극 및 음극을 생성하는 것을 의미한다.
더욱 구체적으로 설명하자면, 전극공정은 양극과 음극을 만드는데 재료를 적당한 비율로 섞는 믹싱(Mixing)공정을 수행하고, 양(+)극은 알루미늄, 음(-)극은 동박(Copper foil)으로 코팅(coating)한다.
그 후, 롤 프레스(Roll Press)를 통해 일정한 두께로 압착해 평평하게 만든 뒤, 슬리팅(slitting) 공정에 따라 전극 사이즈에 맞게 자른다.
전극 사이즈에 맞게 잘려진 전극들은 둘둘 감아 전극롤로 형성되고, 이러한 전극롤을 양극, 분리막 및 음극 순서로 둘둘 마는 와인딩(winding)을 수행하였다.
종래에는 와인딩 과정 중에 결함 유무를 검사하였는데 와인딩 과정 시 결함이 발생되는 경우, 결함이 발생된 전극 중합체 전체가 폐기되고 제작된 전극 중합체의 와인딩 공정까지의 제작 시간이 낭비되는 문제가 발생된다.
따라서 본 발명은 배터리 셀 제작시간 및 비용을 효율적으로 사용하기 위하여 상기 전극롤 생산단계(S100) 이후, 전극롤 표면을 검사하는 결함 검사단계(S200)를 수행한다.
상기 결함 검사단계(S200)는 생성된 전극롤의 표면에 결함 유무를 검사하는 단계로서, 도 6을 들어 설명한다.
또한, 도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 셀 제조 방법 중 결함 검사단계의 순서도이다.
도 6을 참고하면, 상기 결함 검사단계(S200)는 와인딩 공정과 동일한 전극롤(140)의 권취조건을 롤러의 운동조건으로 설정하고(롤러 조건 설정단계: S210), 설정된 롤러의 운동조건에 따라 가해지는 장력과 와인딩 공정 시 전극에 가해지는 장력 간의 차이가 보상되도록 장력을 조정한다(장력 조정단계: S220).
이와 같이 와인딩 공정 시와 동일한 장력이 가해지는 상태에서 전극롤의 결함을 측정한다(결함 측정단계: S230).
또한, 상기 결함 검사단계(S200)의 각 단계는 아래에서 좀 더 상세하게 설명한다.
상기 롤러 조건 설정단계(S210)는 와인딩 공정과 동일한 전극롤(140)의 권취 조건을 롤러의 운동조건으로 설정하는 단계로서, 와인딩 공정 시 전극롤(140)에 가해지는 장력으로 인하여 결함이 발생될 수 있으므로 와인딩 공정과 동일한 조건 아래에서 전극롤(140)의 표면 결함을 검사할 수 있도록 롤러의 조건을 설정한다.
또한, 상기 롤러의 조건은 메모리에 기 저장되어 있어 메모리로부터 읽어서 설정하고, 메모리에는 다양한 배터리 셀의 권취 조건 값이 저장되어 있으므로 다양한 배터리 셀 제작조건에서 전극롤 표면의 결함을 검사할 수 있다.
또한, 상기 롤러 조건 설정단계(S210)는 도7을 들어 상세하게 설명할 수 있는데, 도7은 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 셀 제조 방법 중 롤러 조건 설정단계의 순서도이다.
도7을 참고하면, 상기 롤러 조건 설정단계(S210)는 와인딩 시 상기 전극롤(140)을 와인딩하는 권심의 지름과 동일하게 롤러의 지름을 설정하고(지름 설정단계: S211), 와인딩 시 상기 전극롤(140)을 와인딩하는 권심의 속도와 동일하게 롤러의 속도를 설정한다(속도 설정단계: S212).
좀 더 엄밀히 말하자면 상기 메모리로부터 해당 롤러 조건 값을 읽어, 읽은 롤러 운동조건의 지름과 동일한 지름이 되도록 두 개 이상의 롤러의 위치를 조절시키고, 읽은 롤러 운동조건의 속도 값을 롤러에 적용시킨다. 여기서 속도는 지름을 조절하는 롤러에 적용할 수 있고, 해당 전극롤(140)을 회수하는 롤러에 적용할 수도 있다.
또한, 상기 장력 조정단계(S220)는 상기 롤러 조건 설정단계(S210)에서 설정된 롤러의 운동조건에 따라 가해지는 장력과 와인딩 공정 시 전극에 가해지는 장력 간의 차이가 보상되도록 장력을 조정하는 단계로서, 도 8을 들어 상세하게 설명한다.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 셀 제조 방법 중 장력 조정단계의 순서도이다.
도 8을 참고하면, 상기 장력 조정단계(S220)는 상기 롤러 조건 설정단계(S210)에서 설정된 롤러의 운동조건에 따라 상기 전극롤(140)에 발생되는 장력을 측정하고(장력 측정단계: S221), 측정된 장력과 메모리에 기 저장된 와인딩 공정 시 전극롤에 가해지는 장력 간의 힘의 차이를 연산한다(장력 차 연산단계: S222).
또한, 상기 장력 차 연산단계(S222)에서 연산된 힘의 차이를 장력 보상부(120)의 장력 조정 값으로 설정한다(장력 조정 값 설정단계: S223).
상기 장력 차 연산단계(S222)에서의 장력 차 연산방법은 상기 메모리에 기 저장된 와인딩 공정 시 전극롤에 가해지는 장력에서 상기 장력 측정단계(S221)에서 측정된 장력을 빼는 방법으로 연산하며, 이는 (식1)로 나타낸다.
(식1) 장력 차 = (메모리에 기 저장된 장력)- (측정된 장력)
또한, 상기 장력 조정 값 설정단계(S223)는 만약 상기 장력 차 연산단계(S222)에서 연산된 장력 차가 10[N/M^2]인 경우, 상기 장력 보상부(120)에 10[N/M^2]만큼의 장력이 추가적으로 가해질 수 있도록 설정한다.
또한, 만약 상기 장력 차 연산단계(S222)에서 연산된 장력 차가 -10[N/M^2]인 경우, 상기 장력 보상부(120)에 -10[N/M^2]만큼의 장력이 덜 가해질 수 있도록 설정한다.
또한, 상기 결함 측정단계(S230)는 와인딩 공정 시와 동일한 장력이 가해지는 상태에서 전극롤의 결함을 측정하는 단계로서, 도9를 들어 상세하게 설명한다.
도9는 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 셀 제조 방법 중 결함 측정단계의 순서도이다.
도9를 참고하면, 상기 결함 측정단계(S220)는 전극롤(140)의 표면을 스캔하고(스캔단계: S231), 스캔된 전극롤(140) 표면의 정보가 결함 정보를 포함하는지 판단한다(결함 판단단계: S232).
그런 후, 상기 결함 판단단계(S232)에서 전극롤(140) 표면에 결함이 있는 것으로 판단한 경우, 해당 결함 부분에 결함을 표시한다(결함 표시단계: S233).
좀 더 상세하게 설명하자면, 상기 결함 판단단계(S232)는 상기 스캔단계(S231)로부터 들어오는 표면정보를 실시간 처리할 수 있도록 처리시간을 설정한다.
또한, 상기 결함 측정단계(S230)는 상기 결함 측정단계(S230) 후, 결함이 검사된 면을 회수부로 회수하며 다른 검사할 면을 상기 스캔단계(S231)의 스캔 영역으로 이동시키는 전극롤 회수단계; 및 전체 전극롤 표면에 검사가 수행된 경우, 상기 회수부로 회수된 전극롤의 반대면에도 결함 측정단계(S230)를 수행하여 전극롤 반대면의 표면을 검사하는 반대면 결함 측정단계; 를 추가로 포함하여 구성된다.
또한, 상기 와인딩 수행단계(S300)는 상기 결함 검사단계(S200)에서 결함이 발견되지 않은 경우, 해당 전극롤을 이용하여 와인딩 공정을 수행하는 단계이다.
일반적으로 상기 결함 검사단계(S200)를 수행한 전극(양극 및 음극)을 이용하여 양극, 분리막 및 음극 순서로 적층한 후, 둘둘 마는 과정이 와인딩(winding) 과정이다.
그런 후, 와인딩 과정을 수행한 전극 중합체를 알루미늄 필름 포장재로 포장하고, 포장된 필름 포장재 내에 전해질을 투입하고 진공상태로 밀봉하면 배터리 셀 조립이 완성된다.
한편, 본 발명의 기술적 사상은 상기 실시 예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 상기 실시 예는 그 설명을 위한 것이며, 그 제한을 위한 것이 아님을 주지해야 한다. 또한, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 서술한 특허청구범위 기술 내에서 다양한 실시 예가 가능할 수 있을 것이다.
100: 결함 검사 장치
110: 롤러 설정부
111: 지름 설정부
112: 속도 설정부
120: 장력 조정부
121: 장력 측정부
122: 장력 차 연산부
123: 장력 보상부
130: 결함 검출부
131: 스캔부
132: 정보 연산부
140: 전극롤

Claims (13)

  1. 와인딩 수행 전 전극롤의 내결함성을 검증하는 결함 검증 장치에 있어서,
    상기 전극롤의 일 측에 연결되어 와인딩 공정에서의 권심의 권취 조건과 동일하게 롤러의 운동조건을 설정하는 롤러 설정부;
    상기 전극롤의 타 측에 연결되어 상기 롤러 설정부에서 설정된 롤러의 운동조건으로부터 전극롤에 가해지는 장력과 와인딩 공정에서의 전극에 가해지는 장력과의 차이를 보상하는 장력 조정부; 및
    상기 장력 조정부 상부에 이격되어 위치하여 전극롤의 표면 결함을 검출하는 결함 검출부;
    를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 결함 검사 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 롤러 설정부는,
    와인딩 공정 시 상기 전극롤을 와인딩하는 권심의 지름과 동일하게 롤러의 지름을 설정하는 지름 설정부; 및
    와인딩 공정 시 전극롤이 권심에 감기는 속도와 동일하게 롤러의 속도를 설정하는 속도 설정부;
    를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 결함 검사 장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 롤러 설정부는, 상기 결함 검출부가 통과한 전극롤을 다시 감는 회수부; 를 추가로 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 결함 검사 장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 장력 조정부는,
    상기 롤러 설정부로부터 전극롤에 가해지는 장력을 측정하는 장력 측정부;
    상기 장력 측정부에서 측정된 장력과 메모리에 기 저장된 와인딩 공정 시 전극롤에 가해지는 장력 간의 힘의 차이를 연산하는 장력 차 연산부; 및
    상기 장력 차 연산부에서 연산된 힘의 차이를 근거로 하여 전극롤에 힘을 더하거나 빼는 장력 보상부;
    를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 결함 검사 장치.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 결함 검출부는,
    상기 전극롤 표면을 스캔하는 스캔부; 및
    상기 스캔부를 통해 스캔된 전극롤 표면의 정보가 결함 정보를 포함하는지 판단하는 정보연산부;
    를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 결함 검사 장치.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 스캔부는 이동구조를 가지는 것을 특징으로 하는 결함 검사 장치.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 결함 검출부는, 결함 검출부에서 결함이 검출되는 경우, 결함 부분에 결함을 표시하는 표시부; 를 추가로 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 결함 검사 장치.
  8. 와인딩 수행 전 전극롤을 검사하여 배터리 셀을 제조하는 방법에 있어서,
    전극 공정을 통해 전극롤을 생성하는 전극롤 생성단계;
    상기 전극롤 생성단계에서 생성된 전극롤의 표면에 결함 유무를 검사하는 결함 검사단계; 및
    상기 결함 검사단계에서 결함이 발견되지 않은 경우, 해당 전극롤을 이용하여 와인딩 공정을 수행하는 와인딩 수행단계;
    를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 배터리 셀 제조 방법.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 결함 검사단계는,
    와인딩 공정과 동일한 전극롤의 권취조건을 롤러의 운동조건으로 설정하는 롤러 조건 설정단계;
    상기 롤러 조건 설정단계에서 설정된 롤러의 운동조건에 따라 가해지는 장력과 와인딩 공정 시 전극에 가해지는 장력 간의 차이가 보상되도록 장력을 조정하는 장력 조정단계; 및
    와인딩 공정 시와 동일한 장력이 가해지는 상태에서 전극롤의 결함을 측정하는 결함 측정단계;
    를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 배터리 셀 제조 방법.
  10. 청구항 8에 있어서,
    상기 결함 검사단계는,
    상기 결함 측정단계에서 상기 전극롤에 결함이 측정된 경우, 결함 부분에 결함을 표시하는 결함 표시단계; 를 추가로 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 배터리 셀 제조 방법.
  11. 청구항 9에 있어서,
    상기 롤러 조건 설정단계는, 메모리에 기 저장된 와인딩 시 권취조건 정보를 읽어서 롤러의 조건으로 설정하는 것을 특징으로 하는 배터리 셀 제조 방법.
  12. 청구항 9에 있어서,
    상기 롤러 조건 설정단계는,
    와인딩 시 상기 전극롤을 와인딩하는 권심의 지름과 동일하게 롤러의 지름을 설정하는 지름 설정단계; 및
    와인딩 시 상기 전극롤을 와인딩하는 권심의 속도와 동일하게 롤러의 속도를 설정하는 속도 설정단계;
    를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 배터리 셀 제조 방법.
  13. 청구항 9에 있어서,
    상기 장력 조정단계는,
    롤러 조건 설정단계에서 설정된 롤러의 운동조건에 따라 상기 전극롤에 발생되는 장력을 측정하는 장력 측정단계;
    상기 장력 측정단계에서 측정된 장력과 메모리에 기 저장된 와인딩 공정 시 전극롤에 가해지는 장력 간의 힘의 차이를 연산하는 장력 차 연산단계; 및
    상기 장력 차 연산단계에서 연산된 힘의 차이를 장력 보상부의 장력 조정 값으로 설정하는 장력 조정 값 설정단계;
    를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 배터리 셀 제조 방법.
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