KR20190091745A

KR20190091745A - 전극 조립체 제조방법 및 이차전지 제조방법

Info

Publication number: KR20190091745A
Application number: KR1020180010691A
Authority: KR
Inventors: 김현태; 이신화; 이우용
Original assignee: 주식회사 엘지화학
Priority date: 2018-01-29
Filing date: 2018-01-29
Publication date: 2019-08-07
Also published as: EP3731322A4; US11749841B2; WO2019146947A1; KR102287768B1; US20210050626A1; CN111566862A; EP3731322A1; CN111566862B

Abstract

본 발명은 전극 조립체 제조방법 및 이차전지 제조방법에 관한 것으로, 본 발명에 따른 전극 조립체 제조방법은, 전극 및 분리막을 포함하는 단위셀들을 분리필름에 소정 간격으로 안착시킨 후, 폴딩하여 전극 조립체를 제조하는 방법으로서, 이동 그리퍼가 이동하여 상기 단위셀을 파지하는 단위셀 파지단계와, 상기 단위셀의 전폭을 비젼 측정하는 비젼측정단계 및 상기 이동 그리퍼가 상기 단위셀을 파지 후 상기 비젼측정단계를 통해 측정된 상기 단위셀의 전폭값에 대응되도록 상기 단위셀을 이동시켜 상기 분리필름에 안착시키는 투입단계를 포함한다.

Description

전극 조립체 제조방법 및 이차전지 제조방법{ELECTRODE ASSEMBLY MANUFACTURING METHOD AND RECHARGEABLE BATTERY MANUFACTURING METHOD}

본 발명은 전극 조립체 제조방법 및 이차전지 제조방법에 관한 것이다.

이차 전지는 일차 전지와는 달리 재충전이 가능하고, 또 소형 및 대용량화 가능성으로 인해 근래에 많이 연구 개발되고 있다. 모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서의 이차 전지의 수요가 급격하게 증가하고 있다.

이차 전지는 전지 케이스의 형상에 따라, 코인형 전지, 원통형 전지, 각형 전지, 및 파우치형 전지로 분류된다. 이차 전지에서 전지 케이스 내부에 장착되는 전극 조립체는 전극 및 분리막의 적층 구조로 이루어진 충방전이 가능한 발전소자이다.

전극 조립체는 활물질이 도포된 시트형의 양극(11)과 음극 사이에 분리막을 개재(介在)하여 권취한 젤리 롤(Jelly-roll)형, 다수의 양극(11)과 음극을 분리막이 개재된 상태에서 순차적으로 적층한 스택형, 및 스택형의 단위 셀들을 긴 길이의 분리필름으로 권취한 스택/폴딩형으로 대략 분류할 수 있다.

하지만, 종래의 스택/폴딩형의 경우 언폴딩(Unfolding) 상태에서 분리필름에 위치된 단위 셀들 사이의 거리가 일정하지 않는 경우 단위 셀들을 폴딩하여 적층시 적층된 상,하 위치된 단위셀들 간에 상호 어긋난 위치 오차가 발생되어, 어긋난 오버행(Overhang) 부분 마다 미충전 또는 과량 충전에 의한 석출을 야기하는 문제가 있어왔다.

한국 공개특허 제10-2013-0132230호

본 발명의 하나의 관점은 단위셀들 사이의 폴딩(Folding) 갭(Gap) 공차가 발생되는 것을 방지하도록 단위셀의 실제 전폭값을 반영하여 단위셀들을 투입시킬 수 있는 전극 조립체 제조방법 및 이차전지 제조방법을 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 실시예에 따른 전극 조립체 제조방법은, 전극 및 분리막을 포함하는 단위셀들을 분리필름에 소정 간격으로 안착시킨 후, 폴딩하여 전극 조립체를 제조하는 방법으로서, 이동 그리퍼가 이동하여 상기 단위셀을 파지하는 단위셀 파지단계와, 상기 단위셀의 전폭을 비젼 측정하는 비젼측정단계 및 상기 이동 그리퍼가 상기 단위셀을 파지 후 상기 비젼측정단계를 통해 측정된 상기 단위셀의 전폭값에 대응되도록 상기 단위셀을 이동시켜 상기 분리필름에 안착시키는 투입단계를 포함할 수 있다.

한편, 본 발명의 실시예에 따른 이차전지 제조방법은, 전극 및 분리막을 포함하는 단위셀들을 분리필름에 소정 간격으로 안착시킨 후, 폴딩하여 전극 조립체를 제조하고, 제조된 상기 전극 조립체를 전지 케이스에 수용하여 이차전지를 제조하는 방법으로서, 이동 그리퍼가 이동하여 상기 단위셀을 파지하는 단위셀 파지단계와, 상기 단위셀의 전폭을 비젼 측정하는 비젼측정단계와, 상기 이동 그리퍼가 상기 단위셀을 파지 후 상기 비젼측정단계를 통해 측정된 상기 단위셀의 전폭값에 대응되도록 상기 단위셀을 이동시켜 상기 분리필름에 안착시키는 투입단계와, 상기 분리필름에 안착된 상기 단위셀들을 라미네이션을 통해 상호 부착시키는 라미네이션 단계와, 상기 라미네이션 단계를 거친 후, 상기 상기 단위셀들 사이에 상기 분리필름이 위치되도록 상기 단위셀들 폴딩하여 적층하는 폴딩단계 및 폴딩된 상기 전극 조립체를 전지 케이스에 수용하는 수용단계를 포함할 수 있다.

본 발명에 따르면, 다수개의 단위셀을 폴딩(Folding)시켜 전극 조립체 제조 시, 단위셀들의 실제 투입공차를 비젼장치를 통해 측정하여 보정할 수 있다. 특히, 미리 설정된 설계값이 아니라 비젼장치로 실시간으로 측정한 단위셀들의 실제 전폭을 반영하여 단위셀들을 투입하여 분리필름에 안착시킴으로써, 단위셀들 사이에 갭 공차가 발생되는 방지할 수 있다. 이에 따라, 단위셀들을 폴딩하며 적층 시, 기존의 폴딩 갭 공차에 따라 오버행(Overhang)이 발생되는 현상을 방지할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전극 조립체 제조방법을 나타낸 순서도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 전극 조립체 제조방법을 나타낸 블럭도이다.
도 3는 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체 제조방법을 예시적으로 나타낸 평면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체 제조방법에서 단위셀의 일례를 예시적으로 나타낸 측면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체 제조방법에서 단위셀의 다른 예를 예시적으로 나타낸 측면도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체 제조방법에서 투입단계를 예시적으로 나타낸 측면도이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전극 조립체 제조방법을 예시적으로 나타낸 평면도이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전극 조립체 제조방법에서 라미네이션 단계를 예시적으로 나타낸 측면도이다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 전극 조립체 제조방법에서 폴딩단계를 예시적으로 나타낸 측면도이다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 이차전지 제조방법에서 수용단계를 나타낸 측면도이다.

본 발명의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되어지는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예들로부터 더욱 명백해질 것이다. 본 명세서에서 각 도면의 구성요소들에 참조번호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 번호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다. 또한, 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고, 본 발명을 설명함에 있어서, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 관련된 공지 기술에 대한 상세한 설명은 생략하도록 한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전극 조립체 제조방법을 나타낸 순서도이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 전극 조립체 제조방법을 나타낸 블럭도이며, 도 3는 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체 제조방법을 예시적으로 나타낸 평면도이다.

도 1 내지 도 3을 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체 제조방법은 전극(113) 및 분리막(114)을 포함하는 단위셀(110,120,130,140,150)들을 분리필름(R)에 소정 간격으로 안착시킨 후, 폴딩하여 전극 조립체를 제조하는 방법으로서, 이동 그리퍼(Gripper)(50,60)가 단위셀(110,120,130,140,150)을 파지하는 단위셀 파지단계(S10)와, 단위셀(110,120,130,140,150)의 전폭(a)을 비젼 측정하는 비젼측정단계(S20) 및 단위셀(110,120,130,140,150)을 이동시켜 분리필름(R)에 안착시키는 투입단계(S30)를 포함한다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체 제조방법에서 단위셀의 일례를 예시적으로 나타낸 측면도이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체 제조방법에서 단위셀의 다른 예를 예시적으로 나타낸 측면도이다.

이하에서, 도 1 내지 도 7을 참조하여, 본 발명의 일 실시예인 전극 조립체 제조방법에 대해 보다 상세히 설명하기로 한다.

도 1 내지 도 3을 참고하면, 단위셀 파지단계(S10)는 이동 그리퍼(50,60)가 이동하여 단위셀(110,120,130,140,150)을 파지할 수 있다.

여기서, 컨베이어 벨트(Conveyor belt)(10)를 통해 단위셀(110,120,130,140,150)들이 공급되면, 이동 그리퍼(50,60)가 공급되는 단위셀(110,120,130,140,150)들을 파지할 수 있다. 이때, 이동 그리퍼(50,60)는 예를들어 단위셀(110,120,130,140,150)들을 이동시켜 공급하는 컨베이어 벨트(10)의 단부 상면에 안착된 단위셀(110,120,130,140,150)을 파지하러 이동될 수 있다.

단위셀(110,120,130,140,150)은 충방전이 가능한 발전소자로서, 전극(113) 및 분리막(114)이 교대로 적층된 형태로 형성될 수 있다.

전극(113)은 양극(111)과 음극(112)을 포함할 수 있다. 그리고, 분리막(114)은 양극(111)과 음극(112)을 분리하여 전기적으로 절연시킨다.

따라서, 단위셀(110,120,130,140,150)들 중에서 하나의 단위셀(110,120,130,140,150)은 적어도 하나의 양극(111)과, 적어도 하나의 음극(112), 적어도 하나의 분리막(114)을 포함할 수 있다.

양극(111)은 양극 집전체(111a) 및 양극 집전체(111a)에 도포된 양극 활물(11b.11c)을 포함할 수 있다. 양극 집전체(111a)는 예를 들어 알루미늄 재질의 포일(Foil)로 이루어질 수 있고, 양극 활물질(111b.111c)은 리튬망간산화물, 리튬코발트산화물, 리튬니켈산화물, 리튬인산철, 또는 이들 중 1종 이상이 포함된 화합물 및 혼합물 등으로 이루어질 수 있다.

음극(112)은 음극 집전체(112a) 및 음극 집전체(112a)에 도포된 음극 활물질(112b,112c)을 포함할 수 있다. 음극 집전체(112a)는 예를 들어 구리(Cu) 또는 니켈(Ni) 재질로 이루어진 포일(foil)로 이루어질 수 있다. 음극 활물질(112b,112c)은 예를 들어 인조흑연, 리튬금속, 리튬합금, 카본, 석유코크, 활성화 카본, 그래파이트, 실리콘 화합물, 주석 화합물, 티타늄 화합물 또는 이들의 합금으로 이루어질 수 있다. 이때, 음극 활물질(112b,112c)은 예를 들어 비흑연계의 SiO(silica, 실리카) 또는 SiC(silicon carbide, 실리콘카바이드) 등이 더 포함되어 이루어질 수 있다.

분리막(114)은 절연 재질로 이루어져 양극(111) 및 음극(112)과 교대로 적층된다. 또한, 분리막(114)은 일례로 양극(111) 및 음극(112) 사이에 위치될 수 있다. 아울러, 분리막(114)은 다른 예로 양극(111) 및 음극(112) 사이에 위치되고, 양극(111) 및 음극(112)의 외측면에 위치될 수 있다. 한편, 분리막(114)은 예를 들어 미다공성을 가지는 폴리에칠렌, 폴리프로필렌 또는 이들의 조합에 의해 제조되는 다층 필름이나, 폴리비닐리덴 플루오라이드, 폴리에틸렌 옥사이드, 폴리아크릴로니트릴 또는 폴리비닐리덴 플루오라이드 헥사플루오로프로필렌 공중합체와 같은 고체 고분자 전해질용 또는 겔형 고분자 전해질용 고분자 필름일 수 있다.

한편, 단위셀(110,120,130,140,150)은 같은 종류의 전극(113)이 셀의 양측에 위치하는 바이셀(Bi-cell) 또는 다른 종류의 전극(113)이 셀의 양측에 위치하는 풀셀(Full-cell)로 구성될 수 있다.

여기서, 단위셀(110,120,130,140,150)은 보다 구체적으로 예를 들어 양극(111), 분리막(114), 음극(112), 분리막(114) 및 양극(111)이 순차적으로 적층된 A 타입(type) 단위셀(110')(참고 도 5) 또는 음극(112), 분리막(114), 양극(111), 분리막(114), 음극(112)이 순차적으로 적층된 C 타입(type) 단위셀(110")(참고 도 6) 중에서 어느 하나 이상으로 구성될 수 있다.

이때, 분리필름(R)에 단위셀(110,120,130,140,150)들은 예를들어 A, C, C, A, A, C, C, A 및 A 타입 순으로 안착될 수 있지만, 본 발명의 일 실시예인 전극 조립체 제조방법에서 분리필름(R)에 단위셀(110,120,130,140,150)들이 안착된 구성이 여기에 반드시 한정되는 것은 아니며, 다양한 형태의 바이셀 및 풀셀들로 구성된 단위셀(110,120,130,140,150)들을 분리필름(R)에 안착될 수 있음은 물론이다.

이때, 단위셀(110,120,130,140,150)은 상호 소정 간격 이격된 갭(Gap)(g)을 형성하며 분리필름(R)에 위치될 수 있다.

전극탭(115)은 일측부가 전극(113)에 구비되어 전기적으로 전극(113)에 연결된다.

비젼측정단계(S20)는 단위셀(110,120,130,140,150)의 전폭(a)을 비젼장치(40)를 통해 비젼(Vision) 측정할 수 있다. 여기서, 비젼장치(40)는 예를 들어 카메라(Camera), 엑스레이(X-ray) 또는 CT(Computer Tomography)중에서 어느 하나로 이루어질 수 있다. 이때, 비젼장치(40)는 예를들어 단위셀(110,120,130,140,150)의 측면 방향, 상측 방향 또는 대각선 방향 중에서 어느 한 방향에 위치되어 단위셀(110,120,130,140,150)의 전폭(a)을 비젼 측정할 수 있다.

또한, 비젼측정단계(S20)는 단위셀(110,120,130,140,150)의 전폭방향으로 최외각 전극(113)의 끝단 위치를 검출할 수 있다.

아울러, 비젼측정단계(S20)는 단위셀(110,120,130,140,150)의 전폭방향으로 최외각 전극(113)의 끝단 위치 및 단위셀(110,120,130,140,150)의 각도를 측정할 수 있다. 여기서, 비젼측정단계(S20)는 예를들어 단위셀(110,120,130,140,150)의 전폭방향으로 전극(113)의 끝단 라인과 폴딩 진행방향에 대해 직각의 축 사이의 각도를 측정할 수 있다. 이때, 비젼측정단계(S20)는 보다 구체적으로 예를들어 폴딩 진행방향을 X축이라고할 때, Y축에 대한 단위셀(110,120,130,140,150)의 전폭방향으로 전극(113) 끝단 라인(Line)의 각도를 측정할 수 있다. 여기서, 비젼측정단계(S20)는 Y축에 대한 단위셀(110,120,130,140,150)의 전폭방향으로 전극 끝단 각도를 검출하기 위해, 예를들어 X축과, 단위셀(110,120,130,140,150)의 전폭방향 전극 끝단 라인 사이에 형성되는 각도(α)를 측정하는 것을 통해 검출할 수 도 있다.

그리고, 비젼측정단계는 단위셀 파지단계(S10)에서 이동 그리퍼(50,60)에 파지된 단위셀(110,120,130,140,150)을 비젼측정 장치의 시야각에 해당되는 곳으로 이동 그리퍼(50,60)에 의해 이동되어 단위셀(110,120,130,140,150)을 비젼 측정할 수 있다.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체 제조방법에서 투입단계를 예시적으로 나타낸 측면도이다.

도 1 내지 도 3 및 도 6을 참고하면, 투입단계(S30)는 이동 그리퍼(50,60)가 단위셀(110,120,130,140,150)을 파지 후 비젼측정단계(S20)를 통해 측정된 단위셀(110,120,130,140,150)의 전폭값에 대응되도록 단위셀(110,120,130,140,150)을 이동시켜 분리필름(R)에 안착시킬 수 있다.

또한, 투입단계(S30)는 제어부(70)에서 이동 그리퍼(50,60)의 이동을 제어할 수 있다. 여기서, 제어부(70)는 연산부(71) 및 메모리(memory)(72)를 포함할 수 잇다.

아울러, 투입단계(S30)는 측정된 단위셀(110,120,130,140,150)의 전폭값을 통해 단위셀(110,120,130,140,150)을 분리필름(R)에 안착시키기 위해 이동되는 이동 그리퍼(50,60)의 투입 이동량을 제어부(70)의 연산부(71)에서 연산할 수 있다. 그리고, 제어부(70)에서 연산된 투입 이동량을 반영하여 이동 그리퍼(50,60)를 이동시켜 단위셀(110,120,130,140,150)을 분리필름(R)에 안착시키도록 제어할 수 있다.

또한, 투입단계(S30)는 비젼측정단계(S20)에서 비젼 측정된 이미지 신호를 제어부(70)가 전달받아 단위셀(110,120,130,140,150)을 전폭값을 추출하고, 추출된 단위셀(110,120,130,140,150)의 전폭값을 제어부(70)가 메모리(72)에 저장된 설정값과 비교하여 이동 그리퍼(50,60)의 투입 이동량을 보정할 수 있다. 그리고, 보정된 투입 이동량에 따라 이동 그리퍼(50,60)의 이동을 제어부(70)가 제어할 수 있다.

아울러, 투입단계(S30)에서 제어부(70)는 단위셀(110,120,130,140,150)들의 투입 시 마다 투입되는 각각의 단위셀(110,120,130,140,150)의 전폭값에 대응되도록 이동 그리퍼(50,60)의 투입 이동량을 각각 보정할 수 있다. 그리고, 메모리(72)에 저장된 단위셀(110,120,130,140,150)들의 갭값과 대응되는 갭(g)이 형성되도록 단위셀(110,120,130,140,150)을 투입부에 투입시켜 분리필름(R)에 안착시킬 수 있다. 이때, 투입부는 분리필름(R)이 안착되어 분리필름(R)을 이동시키는 컨베이어 벨트(20) 및 컨베이어 벨트(20)의 단부에서 일정거리 상부로 이격된 거리에 위치된 닙 롤러(Lip roller)(80)를 포함할 수 있다. 여기서, 투입단계(S30)는 컨베이어 벨트(20) 및 닙 롤러(80) 사이로 단위셀(110,120,130,140,150)들을 투입하며 분리필름(R)에 안착시킬 수 있다.

한편, 투입단계(S30)는 비젼측정단계(S20)를 통해 측정한 Y축에 대한 단위셀(110,120,130,140,150)의 틀어진 각도를 반영하여 단위셀(110,120,130,140,150)이 Y축과 나란하도록 이동 그리퍼(50,60)를 통해 보정할 수 있다.

즉, 투입단계(S30)에서 제어부(70)는 이동 그리퍼(50,60)를 통해 단위셀(110,120,130,140,150)의 폴딩 진행방향인 X축 이동량과, Y축에 대한 단위셀(110,120,130,140,150)의 각도를 조정하며 단위셀(110,120,130,140,150)들을 투입부에 투입시킬 수 있다. 이때, 제어부(70)가 단위셀이 Y축에 대한 각도가 어긋난 것으로 판별하면, 이동 그리퍼(50,60)를 통해 단위셀(110,120,130,140,150)의 각도를 Y축과 일치되도록 보정할 수 있다.

한편, 투입단계(S30)에서 이동 그리퍼(50,60)의 폴딩 진행방향(PD)에 대한 투입 이동량은 일례로 단위셀(110,120,130,140,150)이 이동 그리퍼(50,60)에 파지되는 곳에서 단위셀(110,120,130,140,150)이 분리필름(R)에 안착되기위해 투입되는 투입부의 입구까지 단위셀(110,120,130,140,150)이 이동되는 전체 거리(d1)로 산정할 수 있다.

또한, 투입단계(S30)에서 이동 그리퍼(50,60)의 폴딩 진행방향(PD)에 대한 투입 이동량은 다른 예로 단위셀(110,120,130,140,150)을 비젼장치(40)를 통해 비젼 측정한 한 곳에서 투입부의 입구까지의 단위셀(110,120,130,140,150)이 이동되는 거리(d3)로 산정할 수 있다. 즉, 투입 이동량은 단위셀(110,120,130,140,150)이 이동 그리퍼(50,60)에 파지된 후 투입부까지 이동한 전체 거리(d1)에서, 단위셀(110,120,130,140,150)이 이동 그리퍼(50,60)에 파지된 후 비젼 장치의 측정위치까지 이동된 거리(d2)를 제외한, 단위셀(110,120,130,140,150)의 나머지 이동 거리(d3)로 산정할 수 있다.

따라서, 단위셀(110,120,130,140,150)이 미리 설정된 설정값과 다른 크기로 제조되거나 다른 각도로 공급되면, 이동 그리퍼(50,60)의 X축 이동거리 및 이동각도를 보정하며 단위셀(110,120,130,140,150)을 투입부를 통해 분리필름(R)에 안착시킴으로써, 실제 단위셀(110,120,130,140,150)의 전폭값 편차에 따라 분리필름(R)에 안착된 단위셀(110,120,130,140,150)들 사이의 갭 공차(오차)가 발생되는 것을 방지할 수 있다. 즉, 제어부(70)는 단위셀(110,120,130,140,150)의 제조과정에서 전폭(a)의 공차가 발생되면, 메모리(72)에 저장된 단위셀(110,120,130,140,150)들 사이의 설정 갭값으로 단위셀(110,120,130,140,150)들이 분리필름(R)에 안착되도록 단위셀(110,120,130,140,150)들의 공차 발생량 만큼 이동 그리퍼(50,60)의 이동을 보정하여 단위셀(110,120,130,140,150)들 사이의 갭 공차가 발생되지 않도록 할 수 있다. 결국, 단위셀(110,120,130,140,150)을 폴딩하며 적층 시, 나란한 적층을 위해 필요한 단위셀(110,120,130,140,150) 간의 적정 폴딩 갭이 형성되어 X축 방향(전폭방향)의 오버행(Overhang)을 방지 또는 현저히 감소시킬 수 있다.

한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지 제조방법은 비젼측정단계(S20)와, 단위셀 파지 단계 및 투입단계(S30)를 반복하며 단위셀(110,120,130,140,150,210,220,230)들을 분리필름(R)에 순차적으로 안착시킬 수 있다.

이하에서 본 발명의 다른 실시예에 따른 전극 조립체 제조방법을 설명하기로 한다.

도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전극 조립체 제조방법을 예시적으로 나타낸 평면도이고, 도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전극 조립체 제조방법에서 라미네이션 단계를 예시적으로 나타낸 측면도이며, 도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 전극 조립체 제조방법에서 폴딩단계를 예시적으로 나타낸 측면도이다.

도 1, 도 7 내지 도 9를 참고하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 전극 조립체 제조방법은 전극(113) 및 분리막(114)을 포함하는 단위셀(110,120,130,140,150)들을 분리필름(R)에 소정 간격으로 안착시킨 후, 폴딩하여 전극 조립체를 제조하는 방법으로서, 이동 그리퍼(50,60)가 단위셀(110,120,130,140,150)을 파지하는 단위셀 파지단계(S10)와, 단위셀(110,120,130,140,150)의 전폭(a)을 비젼 측정하는 비젼측정단계(S20)와, 단위셀(110,120,130,140,150)을 이동시켜 분리필름(R)에 안착시키는 투입단계(S30)와, 분리필름(R)에 안착된 단위셀(110,120,130,140,150)들을 상호 부착시키는 라미네이션 단계 및 단위셀(110,120,130,140,150)들 폴딩하여 적층하는 폴딩단계를 포함할 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 전극 조립체 제조방법은 전술한 일 실시예에 따른 전극 조립체 제조방법과 비교할 때, 라미네이션 단계 및 폴딩단계를 더 포함하고, 단위셀(110,120,130,140,150)들의 전장 방향의 실측값을 더 반영하며 단위셀(110,120,130,140,150)들을 투입시키는 차이가 있다. 따라서, 본 실시예는 일 실시예와 중복되는 내용은 간략히 기술하고, 차이점을 중심으로 기술하도록 한다.

보다 상세히, 도 1, 도 7을 참고하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 전극 조립체 제조방법에서 비젼측정단계(S20)는 단위셀(110,120,130,140,150)의 전폭(a) 및 전장(b)을 비젼장치(40)를 통해 비젼 측정할 수 있다. 이때, 비젼장치(40)는 예를들어 단위셀(110,120,130,140,150)의 상측 방향 또는 대각선 방향 중에서 어느 한 방향에 위치되어 단위셀(110,120,130,140,150)의 전폭(a)을 비젼 측정할 수 있다.

또한, 비젼측정단계(S20)는 단위셀(110,120,130,140,150)의 전폭방향 및 전장방향으로 최외각 전극(113)의 끝단 위치를 각각 검출할 수 있다.

투입단계(S30)는 이동 그리퍼(50,60)가 단위셀(110,120,130,140,150)을 파지 후 비젼측정단계(S20)를 통해 측정된 단위셀(110,120,130,140,150)의 전폭값 및 전장값에 대응되도록 단위셀(110,120,130,140,150)을 이동시켜 분리필름(R)에 안착시킬 수 있다. 이때, 투입단계(S30)에서 제어부(70)는 이동 그리퍼(50,60)를 통해 단위셀(110,120,130,140,150)의 폴딩 진행방향인 X축 이동량과, Y축 이동량, 및 Y축에 대한 단위셀(110,120,130,140,150)의 각도를 조정하며 단위셀(110,120,130,140,150)들을 닙 롤러(80)와 컨베이어 벨트(20)로 구성된 투입부에 투입시킬 수 있다. 즉, 투입단계(S30)에서 제어부(70)는 메모리(72)에 저장된 단위셀(110,120,130,140,150)의 전폭값과, 전장값 및 Y축에 대한 각도값과, 비젼측정단계(S20)에 비젼측정된 실제 단위셀(110,120,130,140,150)의 전폭값과, 전장값 및 Y축에 대한 각도값의 편차를 검출하여, 편차가 보정되도록 이동 그리퍼를 통해 단위셀(110,120,130,140,150)을 이동시킬 수 있다.

따라서, 단위셀(110,120,130,140,150)이 미리 설정된 설정값과 다른 크기로 제조되거나 다른 각도로 공급되면, 이동 그리퍼의 X축, Y축 이동거리 및 이동각도를 보정하며 단위셀(110,120,130,140,150)을 투입부를 통해 분리필름(R)에 안착시킬 수 있다.

이에 따라, 실제 단위셀(110,120,130,140,150)의 전폭값 공차(오차)에 따라 분리필름(R)에 안착된 단위셀(110,120,130,140,150)들 사이의 갭 공차가 발생되는 것을 방지할 수 있어, 단위셀(110,120,130,140,150)을 폴딩하며 적층 시, 단위셀(110,120,130,140,150)의 X축 방향(전폭방향)의 오버행(Overhang)을 방지할 수 있다. 또한, 실제 단위셀(110,120,130,140,150)의 전장값 공차에 따라 단위셀(110,120,130,140,150)을 폴딩하며 적층 시, Y축 방향(전장방향)의 오버행을 방지 또는 현저히 감소시킬 수 있다.

도 7 및 도 8을 참고하면, 라미네이션 단계는 투입단계(S30)를 통해 투입부를 통해 투입되어 분리필름(R)에 안착된 단위셀(110,120,130,140,150)들을 라미네이션(Lamination)을 통해 상호 부착시킬 수 있다.

또한, 라미네이션 단계는 투입단계(S30)를 통해 분리필름(R)에 안착된 단위셀(110,120,130,140,150)들을 가압 롤러(91,92)를 통해 가압하여 분리필름(R)에 단위셀(110,120,130,140,150)들을 고정할 수 있다. 여기서, 라미네이션 단계는 예를들어 폴딩 진행방향(PD)을 따라 이동되는 분리필름(R) 및 단위셀(110,120,130,140,150)들의 상,하부에 한 쌍의 가압 롤러(91,92)를 위치시키고, 분리필름(R) 및 단위셀(110,120,130,140,150)들을 한 쌍의 가압 롤러(91,92) 사이를 통과시키며 가압하여 압착할 수 있다. 이때, 가압 롤러(91,92)의 양측에는 각각 컨베이버 벨트(20,30)가 구비되어 단위셀(110,120,130,140,150)들을 이동시킬 수 있다.

아울러, 라미네이션 단계는 한 쌍의 가압 롤러(91,92)와 히터(Heater)가 연결되어 분리필름(R) 및 단위셀(110,120,130,140,150)들에 열을 가하며 압착할 수 있다.

도 9를 참고하면, 폴딩단계는 라미네이션 단계를 거친 후, 단위셀(110,120,130,140,150)들 사이에 분리필름(R)이 위치되도록 단위셀(110,120,130,140,150)들 폴딩하여 적층할 수 있다.

또한, 폴딩단계는 하나의 전극 조립체(100)를 형성하는 단위셀(110,120,130,140,150)들 중에서 분리필름(R)의 초도에 위치되는 제1 바이셀(110)을 회전 그리퍼(미도시)가 파지한 후 회전하면서, 단위셀(110,120,130,140,150)들을 폴딩할 수 있다.

이하에서 본 발명의 실시예에 따른 이차전지 제조방법을 설명하기로 한다.

도 10은 본 발명의 실시예에 따른 이차전지 제조방법에서 수용단계를 나타낸 측면도이다.

도 10을 참고하면, 본 발명의 실시예에 따른 이차전지 제조방법은 전술한 일 실시예에 따른 전극 조립체 제조방법 및 다른 실시예에 따른 전극 조립체 제조방법에 따라 제조된 전극 조립체(100)를 포함하여 이차전지(1)를 제조하는 이차전지 제조방법에 관한 것이다. 따라서, 본 실시예는 전술한 실시예들과 중복되는 내용은 간략히 기술하고, 차이점을 중심으로 기술하도록 한다.

도 1 및 10을 참고하면, 본 발명의 실시예에 따른 이차전지 제조방법은 전극(113) 및 분리막(114)을 포함하는 단위셀(110,120,130,140,150)들을 분리필름(R)에 소정 간격으로 안착시킨 후, 폴딩하여 전극 조립체(100)를 제조하고, 제조된 전극 조립체(100)를 전지 케이스(1a)에 수용하여 이차전지(1)를 제조하는 방법으로서, 이동 그리퍼(50,60)가 단위셀(110,120,130,140,150)을 파지하는 단위셀 파지단계(S10)와, 단위셀(110,120,130,140,150)의 전폭(a)을 비젼 측정하는 비젼측정단계(S20)와, 단위셀(110,120,130,140,150)을 이동시켜 분리필름(R)에 안착시키는 투입단계(S30)와, 분리필름(R)에 안착된 단위셀(110,120,130,140,150)들을 상호 부착시키는 라미네이션 단계 및 단위셀(110,120,130,140,150)들 폴딩하여 적층하는 폴딩단계 및 전극 조립체(100)를 전지 케이스(1a)에 수용하는 수용단계를 포함할 수 있다.(참조 도 3)

본 발명의 실시예에 따른 이차전지 제조방법에서 수용단계는 수용부(1b)가 내측에 형성된 전지 케이스(1a)에 전극 조립체(100)를 수용시켜 이차전지(1)를 제조할 수 있다.

또한, 수용단계는 전지 케이스(1a)에 전극 조립체(100)를 수용시킨 후 전지 케이스(1a)의 외주면을 열융착을 통해 실링(Sealing)하여 밀봉하는 실링단계를 포함할 수 있다.

아울러, 수용단계는 전지 케이스(1a)의 수용부(1b)에 전극 조립체(100)와 함께 전해액을 더 수용시킬 수 있다.

이상 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세히 설명하였으나, 이는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명에 따른 전극 조립체 제조방법 및 이차전지 제조방법은 이에 한정되지 않는다. 본 발명의 기술적 사상 내에서 당해 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 실시가 가능하다고 할 것이다.

또한, 발명의 구체적인 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의하여 명확해질 것이다.

1 : 이차전지
1a : 전지 케이스
1b : 수용부
10,20,30: 컨베이어 벨트
40: 비젼장치
50,60: 이동 그리퍼
70: 제어부
71: 연산부
72: 메모리
80: 닙 롤러
91,92: 가압 롤러
100 : 전극 조립체
110,110',110",120,130,140,150,210,220,230: 단위셀
111: 양극
111a: 양극 집전체
111b.111c: 양극 활물질
112: 음극
112a: 음극 집전체
112b,112c: 음극 활물질
113: 전극
114: 분리막
115: 전극탭
a : 전폭
g : 갭
R : 분리필름
PD : 폴딩 진행방향

Claims

전극 및 분리막을 포함하는 단위셀들을 분리필름에 소정 간격으로 안착시킨 후, 폴딩하여 전극 조립체를 제조하는 방법으로서,
상기 단위셀의 전폭을 비젼 측정하는 비젼측정단계;
이동 그리퍼가 이동하여 상기 단위셀을 파지하는 단위셀 파지단계; 및
상기 이동 그리퍼가 상기 단위셀을 파지 후 상기 비젼측정단계를 통해 측정된 상기 단위셀의 전폭값에 대응되도록 상기 단위셀을 이동시켜 상기 분리필름에 안착시키는 투입단계를 포함하는 포함하는 전극 조립체 제조방법.
청구항 1에 있어서,
상기 비젼측정단계는 상기 단위셀의 전폭방향으로 최외각 전극의 끝단 위치를 검출하는 전극 조립체 제조방법.
청구항 1에 있어서,
상기 투입단계에서,
제어부는 측정된 상기 단위셀의 전폭값을 통해 상기 단위셀을 상기 분리필름에 안착시키기 위해 이동되는 상기 이동 그리퍼의 투입 이동량을 연산하고, 연산된 상기 투입 이동량을 반영하여 상기 이동 그리퍼를 이동시켜 상기 단위셀을 상기 분리필름에 안착시키도록 제어하는 전극 조립체 제조방법.
청구항 3에 있어서,
상기 투입단계는,
상기 비젼측정단계에서 비젼 측정된 이미지 신호를 상기 제어부가 전달받아 상기 단위셀을 전폭값을 추출하고,
추출된 상기 단위셀의 전폭값을 상기 제어부가 메모리에 저장된 설정값과 비교하여 상기 이동 그리퍼의 투입 이동량을 보정하며,
보정된 상기 투입 이동량에 따라 상기 이동 그리퍼의 이동을 상기 제어부가 제어하는 전극 조립체 제조방법.
청구항 4에 있어서,
상기 투입단계에서,
상기 제어부는 상기 단위셀들의 투입 시 마다 투입되는 각각의 상기 단위셀의 전폭값에 대응되도록 상기 이동 그리퍼의 투입 이동량을 각각 보정하여,
상기 메모리에 저장된 상기 단위셀들의 갭값과 대응되는 갭(Gap)이 형성되도록 상기 단위셀을 상기 분리필름에 안착시키는 전극 조립체 제조방법.
청구항 1에 있어서,
상기 비젼측정단계와, 상기 단위셀 파지 단계 및 상기 투입단계를 반복하며 상기 단위셀들을 상기 분리필름에 순차적으로 안착시키고,
상기 분리필름에 안착된 상기 단위셀들을 라미네이션을 통해 상호 부착시키는 라미네이션 단계; 및
상기 라미네이션 단계를 거친 후, 상기 상기 단위셀들 사이에 상기 분리필름이 위치되도록 상기 단위셀들 폴딩하여 적층하는 폴딩단계를 더 포함하는 전극 조립체 제조방법.
청구항 1에 있어서,
상기 단위셀 파지단계에서,
제어부는 측정된 상기 단위셀의 전폭값을 통해 상기 단위셀을 파지하기 위해 이동되는 상기 이동 그리퍼의 파지 이동량을 연산하여, 연산된 상기 파지 이동량을 반영하여 상기 이동 그리퍼를 이동시켜 상기 단위셀을 파지하도록 제어하는 전극 조립체 제조방법.
청구항 1에 있어서,
상기 단위셀 파지단계에서,
제어부는 측정된 상기 단위셀의 전폭값을 통해 상기 단위셀을 파지하기 위해 이동되는 상기 이동 그리퍼의 파지 이동량을 연산하여, 연산된 상기 파지 이동량을 반영하여 상기 이동 그리퍼를 이동시켜 상기 단위셀을 파지하도록 제어하는 전극 조립체 제조방법.
전극 및 분리막을 포함하는 단위셀들을 분리필름에 소정 간격으로 안착시킨 후, 폴딩하여 전극 조립체를 제조하고, 제조된 상기 전극 조립체를 전지 케이스에 수용하여 이차전지를 제조하는 방법으로서,
상기 단위셀의 전폭을 비젼 측정하는 비젼측정단계;
이동 그리퍼가 이동하여 상기 단위셀을 파지하는 단위셀 파지단계;
상기 이동 그리퍼가 상기 단위셀을 파지 후 상기 비젼측정단계를 통해 측정된 상기 단위셀의 전폭값에 대응되도록 상기 단위셀을 이동시켜 상기 분리필름에 안착시키는 투입단계;
상기 분리필름에 안착된 상기 단위셀들을 라미네이션을 통해 상호 부착시키는 라미네이션 단계;
상기 라미네이션 단계를 거친 후, 상기 상기 단위셀들 사이에 상기 분리필름이 위치되도록 상기 단위셀들 폴딩하여 적층하는 폴딩단계; 및
폴딩된 상기 전극 조립체를 전지 케이스에 수용하는 수용단계를 포함하는 이차전지 제조방법.