KR20190091746A - 전극 조립체 제조방법 및 이차전지 제조방법 - Google Patents

전극 조립체 제조방법 및 이차전지 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전극 조립체 제조방법 및 이차전지 제조방법에 관한 것으로, 본 발명에 따른 전극 조립체 제조방법은, 분리필름에 안착된, 전극 및 분리막을 포함하는 단위셀들을 폴딩하여 전극 조립체를 제조하는 방법으로서, 하나의 상기 전극 조립체를 형성하는 상기 단위셀들 중에서 초도에 위치되는 제1 단위셀의 위치를 제1 비젼장치로 측정하는 제1 비젼측정단계와, 상기 제1 비젼측정단계를 통해 측정된 상기 제1 단위셀의 위치값을 반영하여 이동 그리퍼를 통해 상기 제1 단위셀을 폴딩위치로 이동시키는 단위셀 이동단계와, 폴딩위치로 이동된 상기 제1 단위셀을 제2 비젼장치로 측정하여 상기 제1 단위셀의 중심축을 검출하는 제2 비젼측정단계와, 상기 제2 비젼측정단계를 통해 검출된 상기 제1 단위셀의 중심축에 폴딩장치의 회전축이 일치되도록 상기 폴딩장치를 이동시키는 폴딩장치 이동단계 및 상기 폴딩장치가 상기 단위셀들 사이에 상기 분리필름이 위치되도록 상기 제1 단위셀을 잡고 회전하면서 상기 단위셀들이 순차적으로 적층되도록 폴딩하는 폴딩단계를 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 양극과 음극 사이에 분리막을 개재(介在)하여 권취한 젤리 롤(Jelly-roll)형, 다수의 양극과 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 단위셀들 사이의 거리가 일정하지 않는 경우 단위셀들을 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 폴딩을 위해 투입되는 단위셀의 실제 전폭값을 반영하여 폴딩위치를 보정함으로써 폴딩 정확도를 향상시킬 수 있는 전극 조립체 제조방법 및 이차전지 제조방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 전극 조립체 제조방법은, 분리필름에 안착된, 전극 및 분리막을 포함하는 단위셀들을 폴딩하여 전극 조립체를 제조하는 방법으로서, 하나의 상기 전극 조립체를 형성하는 상기 단위셀들 중에서 초도에 위치되는 제1 단위셀의 위치를 제1 비젼장치로 측정하는 제1 비젼측정단계와, 상기 제1 비젼측정단계를 통해 측정된 상기 제1 단위셀의 위치값을 반영하여 이동 그리퍼를 통해 상기 제1 단위셀을 폴딩위치로 이동시키는 단위셀 이동단계와, 폴딩위치로 이동된 상기 제1 단위셀을 제2 비젼장치로 측정하여 상기 제1 단위셀의 중심축을 검출하는 제2 비젼측정단계와, 상기 제2 비젼측정단계를 통해 검출된 상기 제1 단위셀의 중심축에 폴딩장치의 회전축이 일치되도록 상기 폴딩장치를 이동시키는 폴딩장치 이동단계 및 상기 폴딩장치가 상기 단위셀들 사이에 상기 분리필름이 위치되도록 상기 제1 단위셀을 잡고 회전하면서 상기 단위셀들이 순차적으로 적층되도록 폴딩하는 폴딩단계를 포함할 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 이차전지 제조방법은, 분리필름에 안착된, 전극 및 분리막을 포함하는 단위셀들을 폴딩하여 전극 조립체를 제조하고, 제조된 상기 전극 조립체를 전지 케이스에 수용하여 이차전지를 제조하는 방법으로서, 하나의 상기 전극 조립체를 형성하는 상기 단위셀들 중에서 초도에 위치되는 제1 단위셀의 위치를 제1 비젼장치로 측정하는 제1 비젼측정단계와, 상기 제1 비젼측정단계를 통해 측정된 상기 제1 단위셀의 위치값을 반영하여 이동 그리퍼를 통해 상기 제1 단위셀을 폴딩위치로 이동시키는 단위셀 이동단계와, 폴딩위치로 이동된 상기 제1 단위셀을 제2 비젼장치로 측정하여 상기 제1 단위셀의 중심축을 검출하는 제2 비젼측정단계와, 상기 제2 비젼측정단계를 통해 검출된 상기 제1 단위셀의 중심축에 폴딩장치의 회전축이 일치되도록 상기 폴딩장치를 이동시키는 폴딩장치 이동단계와, 상기 폴딩장치가 상기 단위셀들 사이에 상기 분리필름이 위치되도록 상기 제1 단위셀을 잡고 회전하면서 상기 단위셀들이 순차적으로 적층되도록 폴딩하여 전극 조립체를 형성시키는 폴딩단계 및 폴딩된 상기 전극 조립체를 전지 케이스에 수용하는 수용단계를 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 단위셀들을 폴딩(Folding)시켜 전극 조립체 제조 시, 단위셀의 전폭을 비젼장치를 통해 측정한 후 이를 반영하여 폴딩위치를 보정하여 폴딩 정확도를 향상시킬 수 있다. 특히, 미리 설정된 단위셀의 전폭값이 아니라 비젼장치로 실시간으로 분리필름의 초도에 위치되는 제1 단위셀의 실제 전폭을 측정하여 보정함으로써, 단위셀들을 정확한 위치에 스택(Stack) 및 폴딩할 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 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체 제조방법에서 제1 비젼측정단계를 예시적으로 나타낸 측면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체 제조방법에서 제1 비젼측정단계를 예시적으로 나타낸 평면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체 제조방법에서 단위셀의 일례를 예시적으로 나타낸 측면도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체 제조방법에서 단위셀의 다른 예를 예시적으로 나타낸 측면도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체 제조방법에서 단위셀 이동단계를 예시적으로 나타낸 측면도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체 제조방법에서 단위셀 이동단계를 예시적으로 나타낸 평면도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체 제조방법에서 제2 비젼측정단계를 예시적으로 나타낸 측면도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체 제조방법에서 제2 비젼측정단계를 예시적으로 나타낸 평면도이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체 제조방법에서 폴딩단계를 예시적으로 나타낸 측면도이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체 제조방법에서 폴딩단계를 예시적으로 나타낸 평면도이다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체 제조방법에서 절단단계를 예시적으로 나타낸 측면도이다.
도 14는 종래기술에 따라 제조된 전극 조립체 및 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체 제조방법으로 제조된 전극 조립체의 공정능력을 나타낸 그래프이다.
도 15는 본 발명의 다른 실시예에 따른 전극 조립체 제조방법에서 단위셀 이동단계에서 이동 전 상태를 나타낸 측면도이다.
도 16은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전극 조립체 제조방법에서 단위셀 이동단계에서 이동 후 상태를 나타낸 측면도이다.
도 17은 본 발명의 일 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 블록도이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체 제조방법에서 제1 비젼측정단계를 예시적으로 나타낸 측면도이다.
도 1 내지 도 3을 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체 제조방법은 분리필름(R)에 안착된 단위셀(110,120,130,140,150)들을 폴딩하여 전극 조립체(100)를 제조하는 방법으로서, 제1 단위셀(110)의 위치를 측정하는 제1 비젼측정단계(S10)와, 제1 단위셀(110)을 폴딩위치(P)로 이동시키는 단위셀 이동단계(S20)와, 제1 단위셀(110)의 중심축(C1)을 검출하는 제2 비젼측정단계(S30)와, 폴딩장치(50,60)를 이동시키는 폴딩장치 이동단계(S40) 및 단위셀(110,120,130,140,150)들을 폴딩하는 폴딩단계(S50)를 포함한다. 또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체 제조방법은 절단단계를 더 포함할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체 제조방법에서 제1 비젼측정단계를 예시적으로 나타낸 평면도이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체 제조방법에서 단위셀의 일례를 예시적으로 나타낸 측면도이며, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체 제조방법에서 단위셀의 다른 예를 예시적으로 나타낸 측면도이다.
이하에서, 도 1 내지 도 14를 참조하여, 본 발명의 일 실시예인 전극 조립체 제조방법에 대해 보다 상세히 설명하기로 한다.
도 1 내지 도 4를 참고하면, 제1 비젼측정단계(S10)는 하나의 전극 조립체(100)를 형성하는 단위셀(110,120,130,140,150)들 중에서 초도에 위치되는 제1 단위셀(110)의 위치를 제1 비젼장치(10)로 측정할 수 있다. 여기서, 제1 비젼장치(10)는 예를 들어 카메라(Camera), 엑스레이(X-ray) 또는 CT(Computer Tomography) 중에서 어느 하나로 이루어질 수 있다.
또한, 제1 비젼측정단계(S10)는 예를들어 제1 단위셀(110)의 전폭방향으로 최외각 전극의 끝단 위치를 비젼측정할 수 있다. 이때, 제1 비젼측정단계(S10)는 보다 구체적으로 예를 들어 전극에서 전극 집전체의 끝단 위치를 비젼 측정할 수 있다.
여기서, 도 4 및 도 5를 참고하면, 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.
전극탭(115)은 일측부가 전극(113)에 구비되어 전기적으로 전극(113)에 연결된다.
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.
또한, 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(g1,g2)(Gap)을 형성하며 분리필름에 위치될 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체 제조방법에서 단위셀 이동단계를 예시적으로 나타낸 측면도이고, 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체 제조방법에서 단위셀 이동단계를 예시적으로 나타낸 평면도이다.
도 1, 도 2, 도 7 및 도 8을 참고하면, 단위셀 이동단계(S20)는 제1 비젼측정단계(S10)를 통해 측정된 상기 제1 단위셀(110)의 위치값을 반영하여 이동 그리퍼(30)를 통해 상기 제1 단위셀(110)을 폴딩위치(P)로 이동시킬 수 있다.
또한, 단위셀 이동단계(S20)는 제1 비젼측정단계(S10)를 통해 측정된 제1 단위셀(110)의 위치값을 제어부(70)가 전달받아 이동 그리퍼(30)의 이동량을 연산하고, 연산된 이동량을 반영하여 제어부(70)가 이동 그리퍼(30)의 이동을 제어할 수 있다. 여기서, 제어부(70)는 연산부(71) 및 메모리(72)를 포함할 수 있다. 이때, 예를들어 제1 단위셀(110)의 전폭방향으로 최외각 전극의 끝단 위치값이 제어부(70)에 수신되면 메모리(72)에 저장된 데이터를 기준으로 연산부(71)가 이동 그리퍼(30)의 이동량을 연산할 수 있다. 이에 따라, 미리 설정된 제1 단위셀(110)의 전폭(a) 값이 아니라 실시간으로 측정되는 실제 제1 단위셀(110)의 전폭(a) 값을 검출하고, 검출된 실제 전폭(a) 값에 대응되도록 이동 그리퍼(30)의 이동량을 보정함으로써, 단위셀 제조과정에서 제1 단위셀(110)의 전폭(a) 오차가 발생되어 단위셀(110,120,130,140,150)들을 폴딩하여 적층 시 제1 단위셀(110)의 위치불량으로 인해 와인딩(Winding) 불량이 발생되는 것을 방지하거나 현저히 감소시킬 수 있다. 즉, 제1 단위셀(110)을 폴딩장치(50,60)가 잡고 회전시키면서 단위셀(110,120,130,140,150)들이 순차적으로 적층시키며 폴딩시킬 때, 기준이 되는 제1 단위셀(110)을 위치를 실제 전폭(a) 값을 반영하여 보정함으로써, 정확한 위치에 단위셀(110,120,130,140,150)들이 적층되도록 폴딩할 수 있다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체 제조방법에서 제2 비젼측정단계를 예시적으로 나타낸 측면도이고, 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체 제조방법에서 제2 비젼측정단계를 예시적으로 나타낸 평면도이다.
도 1, 도 9 및 도 10을 참고하면, 제2 비젼측정단계(S30)는 폴딩위치(P)로 이동된 제1 단위셀(110)을 제2 비젼장치(20)로 측정하여 제1 단위셀(110)의 중심축(C1)을 검출할 수 있다.
또한, 제2 비젼측정단계(S30)는 제1 단위셀(110)의 전폭방향으로 전극의 양끝단 위치를 검출할 수 있다.
제2 비젼장치(20)는 예를 들어 카메라(Camera), 엑스레이(X-ray) 또는 CT(Computer Tomography) 중에서 어느 하나로 이루어질 수 있다.
폴딩장치 이동단계(S40)는 제2 비젼측정단계(S30)를 통해 검출된 제1 단위셀(110)의 중심축(C1)에 폴딩장치(50,60)의 회전축(C2)이 일치되도록 폴딩장치(50,60)를 이동시킬 수 있다. 여기서, 폴딩장치(50,60)는 제1 단위셀(110)을 파지하는 고정 그리퍼(52,62)와, 고정 그리퍼(52,62)를 지지하며 회전되는 회전부(51,61)를 포함할 수 있다. 이때, 폴딩장치(50,60)의 회전축(C2)은 회전부(51,61)의 회전 중심축일 수 있다.
또한, 폴딩장치 이동단계(S40)에서 제어부(70)는 제2 비젼측정단계(S30)를 통해 검출된 제1 단위셀(110)의 양끝단 위치 검출값을 전달받아 연산하여 중심축(C1) 값을 추출하고, 추출된 제1 단위셀(110)의 중심축(C1) 값이 폴딩장치(50,60)의 회전축(C2) 값과 대응되도록 제어부(70)가 폴딩장치(50,60)를 이동시킬 수 있다.
아울러, 폴딩장치 이동단계(S40)에서 제어부(70)는 폴딩장치(50,60)를 X,Y,Z축 방향으로의 이동을 제어하며, 제1 단위셀(110)의 전폭방향의 중심축(C1)과 폴딩장치(50,60)의 회전축(C2)을 일치시킬 수 있다. 이때, 폴딩단계(S50)는 폴딩장치 이동단계(S40)에서 1 단위셀(110)의 전폭방향의 중심축(C1)과 폴딩장치(50,60)의 회전축(C2)을 일치시킨 후 단위셀(110,120,130,140,150)들을 폴딩시킬 수 있다.
이에 따라, 제1 단위셀(110)을 잡고 회전시키는 폴딩장치(50,60)의 회전축(C2)과, 제1 단위셀(110)의 실제 중심축(C1)이 일치되도록 폴딩장치(50,60)의 위치를 보정하여, 단위셀(110,120,130,140,150)들을 정확한 위치에 적층시키며 폴딩시킬 수 있다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체 제조방법에서 폴딩단계를 예시적으로 나타낸 측면도이고, 도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체 제조방법에서 폴딩단계를 예시적으로 나타낸 평면도이다.
도 1, 도 11 및 도 12를 참고하면, 폴딩단계(S50)는 폴딩장치(50,60)가 단위셀(110,120,130,140,150)들 사이에 분리필름(R)이 위치되도록 제1 단위셀(110)을 잡고 회전하면서 단위셀(110,120,130,140,150)들이 순차적으로 적층되도록 폴딩할 수 있다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체 제조방법에서 절단단계를 예시적으로 나타낸 측면도이다.
도 1 및 도 13을 참고하면, 절단단계는 폴딩단계(S50)를 거친 후 폴딩된 전극 조립체(100)에 위치된 분리필름(R)의 단부를 절단할 수 있다.
절단단계는 커터(40)(Cutter)를 통해 분리필름(R)을 절단할 수 있다.
한편, 절단단계 이후, 폴딩된 전극 조립체(100)를 이동 그리퍼(30)를 통해 이동시키고, 이후 또 다른 단위셀들(210,20,230,240,250)을 폴딩시켜 또 다른 전극 조립체를 계속적으로 제조할 수 있다.
한편, 도 1을 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체 제조방법은 제1 비젼측정단계(S10)와, 단위셀 이동단계(S20)와, 제2 비젼측정단계(S30)와, 폴딩장치 이동단계(S40)와, 폴딩단계(S50) 및 절단단계를 거치는 사이클(cycle)을 반복하면서 다수개의 전극 조립체(100)를 제조할 수 있다.
이때, 도 1 및 도 7을 참고하면, 단위셀 이동단계(S20)는 예를 들어 분리필름(R)에서 폴딩 진행방향(PD)에 대해 제1 단위셀(110)의 전방에 안착된 폴딩 완료된 완성 전극 조립체(100')를 이동 그리퍼(30)가 잡아 당기면, 분리필름(R)이 이동되어, 분리필름(R)에서 완성 전극 조립체(100')의 후방에 안착된 제1 단위셀(110)을 폴딩위치(P)로 이동시킬 수 있다. 즉, 분리필름(R)의 선,후에 안착된 완성 전극 조립체(100') 및 제1 단위셀(110)에서 완성 전극조립체(100')가 안착된 분리필름(R) 부분을 이동 그리퍼(30)가 파지한 후 폴딩 진행방향(PD)으로 잡아당기면, 분리필름(R)이 이동되며 분리필름(R)에서 완성 전극조립체(100')의 후방 부분에 안착된 제1 단위셀(110)도 함께 이동될 수 있다.
도 14는 종래기술에 따라 제조된 전극 조립체 및 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체 제조방법으로 제조된 전극 조립체의 공정능력을 나타낸 그래프이다.
도 14에 나타나 있는 그래프는 종래기술에 따라 단위셀의 전폭 실측값에 따라 보정없이 제조한 전극 조립체(A)와, 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체 제조방법으로 제조되어 단위셀의 전폭 실측값에 따라 보정된 전극 조립체(B)의 공정능력지수(Process Capability Index, CPK)를 나타낸다. 이때, 종래기술에 따라 제조된 전극 조립체(A) 및 본 발명의 전극 조립체 제조방법으로 제조된 전극 조립체(B)에 대하여 각각 10개를 측정하였고, 폴딩기준 X축(폴딩 회전축)에 대하여 CT로 각각 180회(Point) 측정하여 박스플롯(Boxplot) 형태로 나타내었다.
도 14의 그래프에서, 종래의 방법으로 제조된 전극 조립체(A)는 공정능력의 평균값이 약 0.53에 가까운 반면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체 제조방법으로 제조된 전극 조립체(B)는 공정능력의 평균값이 약 1.23으로 현저히 개선된 것을 알 수 있다.
따라서, 도 14에 나타난 그래프를 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체 제조방법으로 제조된 전극 조립체(B)가 종래기술에 따라 제조된 전극 조립체(A)에 비해 X축 오버행(Overhang) 공정능력이 현저히 우수한 것을 알 수 있다.
이하에서 본 발명의 다른 실시예에 따른 전극 조립체 제조방법을 설명하기로 한다.
도 1을 참고하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 전극 조립체 제조방법은 전술한 일 실시예에 따른 전극 조립체 제조방법과 비교할 때, 단위셀 이동단계(S20)에서 단위셀(110,120,130,140,150)을 이동시키는 방법에 차이가 있다. 따라서, 본 실시예는 일 실시예와 중복되는 내용은 간략히 기술하고, 차이점을 중심으로 기술하도록 한다.
도 15는 본 발명의 다른 실시예에 따른 전극 조립체 제조방법에서 단위셀 이동단계에서 이동 전 상태를 나타낸 측면도이고, 도 16은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전극 조립체 제조방법에서 단위셀 이동단계에서 이동 후 상태를 나타낸 측면도이다.
보다 상세히, 도 1, 도 15 및 도 16를 참고하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 전극 조립체 제조방법에서 단위셀 이동단계(S20)는 이동 그리퍼(30)가 제1 단위셀(110)의 상면 및 제1 단위셀(110)이 안착된 분리필름(R) 부분의 하면을 가압하며 파지한 후 폴딩위치(P)로 이동시킨다.
따라서, 단위셀 이동단계(S20)에서 이동 그리퍼(30)가 제1 단위셀(110)을 직접 파지하여 폴딩위치(P)로 이동시킬 수 있어, 제1 단위셀(110)을 보다 정확한 폴딩위치(P)에 위치시킬 수 있고, 이로인해 단위셀(110,120,130,140,150)들을 정확한 위치에 적층시키며 폴딩시킬 수 있다.
또한, 단위셀 이동단계(S20)는 파지면에 플랙서블(Flexible) 재질로 이루어진 코팅층이 형성된 이동 그리퍼(30)를 사용하여 제1 단위셀(110)을 이동시킬 수 있다. 이에 따라, 이동 그리퍼(30)가 제1 단위셀(110)을 파지할 때 제1 단위셀(110) 및 제1 단위셀(110)이 안착된 분리필름(R) 부분의 손상을 방지할 수 있다. 여기서, 코팅층은 실리콘(Silcon) 재질로 이루어질 수 있다.
이하에서 본 발명의 실시예에 따른 이차전지 제조방법을 설명하기로 한다.
도 17은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지 제조방법에서 수용단계를 나타낸 측면도이다.
도 17을 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 도 17을 참고하면, 본 발명의 실시예에 따른 이차전지 제조방법은 분리필름(R)에 안착된 단위셀(110,120,130,140,150)들을 폴딩하여 전극 조립체(100)를 제조하고, 제조된 전극 조립체(100)를 전지 케이스(1a)에 수용하여 이차전지(1)를 제조하는 방법으로서, 제1 단위셀(110)의 위치를 측정하는 제1 비젼측정단계(S10)와, 제1 단위셀(110)을 폴딩위치(P)로 이동시키는 단위셀 이동단계(S20)와, 제1 단위셀(110)의 중심축(C1)을 검출하는 제2 비젼측정단계(S30)와, 폴딩장치(50,60)를 이동시키는 폴딩장치 이동단계(S40)와, 단위셀(110,120,130,140,150)들을 폴딩하는 폴딩단계(S50) 및 폴딩된 전극 조립체(100)를 전지 케이스(1a)에 수용하는 수용단계를 포함한다. (참고 도 3)
수용단계는 수용부(1b)가 내측에 형성된 전지 케이스(1a)에 전극 조립체(100)를 수용시킨다.
또한, 수용단계는 전지 케이스(1a)에 전극 조립체(100)를 수용시킨후 전지 케이스(1a)의 외주면을 열융착을 통해 실링(Sealing)하여 밀봉하는 실링단계를 포함할 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: 제1 비젼장치
20: 제2 비젼장치
30: 이동 그리퍼
40: 커터
50,60: 폴딩장치
51,61 : 회전부
52,62 : 고정 그리퍼
70: 제어부
71: 연산부
72: 메모리
100,100': 전극 조립체
110,120,130,140,150, 210,220,223,240,250 : 단위셀
115: 전극탭
a : 전폭
C1 : 중심축
C2 : 회전축
g1, g2 : 갭
P : 폴딩위치
R : 분리필름
PD : 폴딩 진행방향

Claims (11)

  1. 분리필름에 안착된, 전극 및 분리막을 포함하는 단위셀들을 폴딩하여 전극 조립체를 제조하는 방법으로서,
    하나의 상기 전극 조립체를 형성하는 상기 단위셀들 중에서 초도에 위치되는 제1 단위셀의 위치를 제1 비젼장치로 측정하는 제1 비젼측정단계;
    상기 제1 비젼측정단계를 통해 측정된 상기 제1 단위셀의 위치값을 반영하여 이동 그리퍼를 통해 상기 제1 단위셀을 폴딩위치로 이동시키는 단위셀 이동단계;
    폴딩위치로 이동된 상기 제1 단위셀을 제2 비젼장치로 측정하여 상기 제1 단위셀의 중심축을 검출하는 제2 비젼측정단계;
    상기 제2 비젼측정단계를 통해 검출된 상기 제1 단위셀의 중심축에 폴딩장치의 회전축이 일치되도록 상기 폴딩장치를 이동시키는 폴딩장치 이동단계; 및
    상기 폴딩장치가 상기 단위셀들 사이에 상기 분리필름이 위치되도록 상기 제1 단위셀을 잡고 회전하면서 상기 단위셀들이 순차적으로 적층되도록 폴딩하는 폴딩단계를 포함하는 전극 조립체 제조방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 비젼측정단계는
    상기 제1 단위셀의 전폭방향으로 최외각 전극의 끝단 위치를 비젼측정하는 전극 조립체 제조방법.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 단위셀 이동단계는
    상기 제1 비젼측정단계를 통해 측정된 상기 제1 단위셀의 위치값을 제어부가 전달받아 상기 이동 그리퍼의 이동량을 연산하고, 연산된 이동량을 반영하여 상기 제어부가 상기 이동 그리퍼의 이동을 제어하는 전극 조립체 제조방법.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 제2 비젼측정단계는 상기 제1 단위셀의 전폭방향으로 전극의 양끝단 위치를 검출하고,
    상기 폴딩장치 이동단계에서 제어부는 상기 제2 비젼측정단계를 통해 검출된 제1 단위셀의 양끝단 위치 검출값을 전달받아 연산하여 중심축 값을 추출하고, 추출된 상기 제1 단위셀의 중심축 값이 상기 폴딩장치의 회전축 값과 대응되도록 상기 제어부가 상기 폴딩장치를 이동시키는 전극 조립체 제조방법.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 폴딩장치 이동단계에서 상기 제어부는 상기 폴딩장치를 X,Y,Z축 방향으로의 이동을 제어하며, 상기 제1 단위셀의 전폭방향의 중심축과 상기 폴딩장치의 회전축을 일치시킨 후,
    상기 폴딩단계에서 상기 단위셀들을 폴딩시키는 전극 조립체 제조방법.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 폴딩단계를 거친 후 폴딩된 전극 조립체에 위치된 분리필름의 단부를 절단하는 절단단계를 더 포함하는 전극 조립체 제조방법.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 제1 비젼측정단계와, 상기 단위셀 이동단계와, 상기 제2 비젼측정단계와, 상기 폴딩장치 이동단계와, 상기 폴딩단계 및 상기 절단단계를 거치는 사이클(cycle)을 반복하면서 다수개의 전극 조립체를 제조하는 전극 조립체 제조방법.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 단위셀 이동단계는
    상기 분리필름에서 폴딩 진행방향에 대해 상기 제1 단위셀의 전방에 안착된 폴딩 완료된 완성 전극 조립체를 상기 이동 그리퍼가 잡아 당기면 상기 분리필름이 이동되어, 상기 분리필름에서 상기 완성 전극 조립체의 후방에 안착된 상기 제1 단위셀을 폴딩위치로 이동시키는 전극 조립체 제조방법.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 단위셀 이동단계는 상기 이동 그리퍼가 상기 제1 단위셀의 상면 및 상기 제2 단위셀이 안착된 상기 분리필름 부분의 하면을 가압하며 파지한 후 폴딩위치로 이동시키는 전극 조립체 제조방법.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 단위셀 이동단계는
    파지면에 플랙서블 재질로 이루어진 코팅층이 형성된 상기 이동 그리퍼를 사용하여 상기 제1 단위셀을 이동시키는 전극 조립체 제조방법.
  11. 분리필름에 안착된, 전극 및 분리막을 포함하는 단위셀들을 폴딩하여 전극 조립체를 제조하고, 제조된 상기 전극 조립체를 전지 케이스에 수용하여 이차전지를 제조하는 방법으로서,
    하나의 상기 전극 조립체를 형성하는 상기 단위셀들 중에서 초도에 위치되는 제1 단위셀의 위치를 제1 비젼장치로 측정하는 제1 비젼측정단계;
    상기 제1 비젼측정단계를 통해 측정된 상기 제1 단위셀의 위치값을 반영하여 이동 그리퍼를 통해 상기 제1 단위셀을 폴딩위치로 이동시키는 단위셀 이동단계;
    폴딩위치로 이동된 상기 제1 단위셀을 제2 비젼장치로 측정하여 상기 제1 단위셀의 중심축을 검출하는 제2 비젼측정단계;
    상기 제2 비젼측정단계를 통해 검출된 상기 제1 단위셀의 중심축에 폴딩장치의 회전축이 일치되도록 상기 폴딩장치를 이동시키는 폴딩장치 이동단계;
    상기 폴딩장치가 상기 단위셀들 사이에 상기 분리필름이 위치되도록 상기 제1 단위셀을 잡고 회전하면서 상기 단위셀들이 순차적으로 적층되도록 폴딩하여 전극 조립체를 형성시키는 폴딩단계; 및
    폴딩된 상기 전극 조립체를 전지 케이스에 수용하는 수용단계를 포함하는 이차전지 제조방법.
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