KR20210001077A - 가공속도가 향상된 레이저 노칭장치 - Google Patents

Abstract

가공속도가 향상된 레이저 노칭장치에 관한 것으로, 미가공 상태의 전극시트가 롤 형상으로 권취되고, 권취되어 있는 상기 전극시트를 풀어 제1 방향으로 이송하는 이송부, 상기 이송부에 의해 이송되는 상기 전극시트를 향해 레이저를 조사하여 레이저 어블레이션(laser ablation)하는 제1 레이저, 상기 전극시트의 제2 방향 일 단부에서 상기 레이저 어블레이션된 부위까지 일정 간격의 시간에 따라 부분적으로 노칭하여 전극 탭을 형성하는 제2 레이저 및 상기 제2 레이저에 의해 노칭된 상기 전극시트를 권취하여 회수하는 회수부로 구성되어 가공속도를 향상시킬 수 있다.

Description

가공속도가 향상된 레이저 노칭장치{Laser notching device with improved processing speed}

본 발명은 레이저 노칭장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 전극시트를 노칭하기 전에, 레이저 어블레이션을 수행하여 가공면의 두께를 줄임으로써, 노칭 시 가공 속도를 향상시킬 수 있는 가공속도가 향상된 레이저 노칭장치에 관한 것이다.

일반적으로, 이차전지는 화학적 에너지를 전기적 에너지로 변환시켜 외부의 회로에 전원을 공급하기도 하고, 방전되었을 때 외부의 전원을 공급받아 전기적 에너지를 화학적 에너지로 바꾸어 전기를 저장할 수 있는 전지로서, 니켈-카드뮴, 리튬이온, 니켈-수소 및 리튬 폴리머 등 다양한 종류가 있다.

이러한 이차전지는 전극 집전체의 표면에 활물질을 도포하여 양극과 음극을 구성하고, 그 사이에 분리막을 개재하여 전극조립체를 만든 후, 원통형 또는 각형의 금속 캔이나 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치형 케이스 내부에 장착되며, 상기 전극 조립체에 주로 액체 전해질을 주입 또는 함침 시키거나, 고체 전해질을 사용하여 제조된다.

여기서, 전극조립체는 외형 케이스의 크기 및 형태와, 사용되는 분야에서 요구되는 용량에 따라 다양한 크기로 제조되는데, 이를 위해 전극조립체를 구성하는 전극 및 분리막을 소정의 크기로 재단하는 노칭 공정이 필수적이다.

이러한 노칭 공정은 전극시트를 공급하는 공급롤러부에 레이저를 조사하여 전극시트를 재단하는 것으로, 예컨대 하기 특허문헌 1에 개시되어 있다.

특허문헌 1은 일면 또는 양면에 전극 활물질이 도포된 전극시트를 노칭(notching)하는 레이저 노칭장치에 관한 것으로, 상기 전극시트를 공급하는 공급 롤러부와; 상기 공급 롤러부에 의해 공급되는 상기 전극시트를 노칭하는 레이저를 구비하는 재단부와; 상기 재단된 전극시트를 되감기하는 권취 롤러부; 및 상기 레이저에 의해 재단된 스크랩을 권취하여 회수하는 회수 롤러부를 포함하여 구성된다.

여기서 특허문헌 1에 개시된 노칭장치는 노칭된 스크랩을 회수 롤러부를 통해 권취하여 회수함으로써 작업의 연속성을 향상시킬 수 있고, 스크랩의 회수가 용이하다는 장점이 있으나, 노칭 시 전극의 재단 속도 즉, 가공속도가 낮아 작업 효율이 좋지 않은 단점이 있다.

대한민국 등록특허 제10-1761973호(2017년 07월 20일)

본 발명은 상기와 같은 종래기술에서 발생하는 제반 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 전극시트를 노칭하기 전에, 레이저 어블레이션을 수행하여 가공면의 두께를 줄임으로써, 노칭 시 가공 속도를 향상시킬 수 있는 가공속도가 향상된 레이저 노칭장치를 제공한다.

상기한 바와 같은 과제를 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 가공속도가 향상된 레이저 노칭장치는 미가공 상태의 전극시트가 롤 형상으로 권취되고, 권취되어 있는 상기 전극시트를 풀어 제1 방향으로 이송하는 이송부; 상기 이송부에 의해 이송되는 상기 전극시트를 향해 레이저를 조사하여 레이저 어블레이션(laser ablation)하는 제1 레이저; 상기 전극시트의 제2 방향 일 단부에서 상기 레이저 어블레이션된 부위까지 일정 간격의 시간에 따라 부분적으로 노칭하여 전극 탭을 형성하는 제2 레이저; 및 상기 제2 레이저에 의해 노칭된 상기 전극시트를 권취하여 회수하는 회수부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 가공속도가 향상된 레이저 노칭장치에 의하면, 노칭 작업을 수행하는 제2 레이저뿐만 아니라, 레이저 어블레이션을 수행하는 제1 레이저를 더 구비하여 두번의 레이저 가공을 통해 가공속도를 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 가공속도가 향상된 레이저 노칭장치의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 가공속도가 향상된 레이저 노칭장치의 평면도이다.
도 3은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 가공속도가 향상된 레이저 노칭장치의 사시도이다.
도 4는 도 3에 따른 가공속도가 향상된 레이저 노칭장치의 일부 구성을 나타내기 위한 도면이다.

본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 예시적인 실시 예를 설명하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

도 1은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 가공속도가 향상된 레이저 노칭장치의 사시도이고, 도 2는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 가공속도가 향상된 레이저 노칭장치의 평면도이다.

본 발명에 따른 레이저 노칭장치는 노칭 작업 전에 전극시트의 일부분을 레이저 어블레이션 하여 두께를 줄임으로써, 노칭 작업 시 원활한 노칭 작업이 이루어지게 함에 따라 가공속도를 향상시킬 수 있도록 한 것이다.

이러한 본 발명의 제1 실시 예에 따른 레이저 노칭장치는 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 이송부(10), 제1 레이저(20), 제2 레이저(30) 및 회수부(40)를 포함한다. 이 외에도 노칭된 전극시트를 커팅하는 커팅 공정과, 커팅된 전극시트의 패턴 및 치수와 같은 상태를 검사하는 검사 공정이 더 포함될 수 있으나, 이와 같은 커팅 공정 및 검사 공정은 해당 분야의 기술자가 쉽게 적용할 수 있고, 본 발명의 대상은 아니므로, 본 발명에서는 노칭 후 회수하는 공정까지만 설명하기로 한다.

이송부(10)는 미가공 상태의 전극시트(F1)가 롤 형상으로 권취되고, 권취되어 있는 전극시트(F1)를 풀어 제1 방향으로 이송하는 역할을 한다. 구체적으로, 이송부(10)는 롤러로 이루어지고, 일 방향 회전함에 따라 감겨진 전극시트(F1)를 풀어 제1 방향으로 이송한다.

이때, 제1 방향은 전극시트(F1)가 이송되는 방향일 수 있다.

한편, 이송부(10)에 의해 이송되는 전극시트(F1)는 일면 또는 양면에 전극 활물질이 도포되어 있는 전극시트일 수 있다.

구체적으로, 전극시트(F1)는 알루미늄(Al) 또는 구리(Cu)로 이루어진 시트(Sheet)나 포일(Foil)일 수 있다. 그러나, 본 발명에서는 알루미늄(Al)으로 이루어진 시트(Sheet)를 예로들어 설명하기로 한다.

이러한 전극시트(F1)는 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 제2 방향으로 서로 이격되어 형성된 복수의 무지부(1)와, 복수의 무지부(1) 사이에 형성된 전극 활물질층(2)을 포함할 수 있다. 여기서, 전극 활물질층(2)은 전극시트(F1)에 전극 활물질이 도포된 것으로, 두께가 134㎛ ~ 150㎛일 수 있다. 이때, 전극 활물질은 예컨대 알루미늄일 수 있으며, 복수의 무지부(1)보다 넓게 형성될 수 있다.

또한, 여기서 제2 방향은 제1 방향에서 수직인 방향 즉, 도 2를 기준으로 하측에서 상측으로 향하는 방향일 수 있다.

또한, 무지부(1)는 전극시트(F1) 상에서 전극 활물질층(2)이 도포되지 않고 전극시트(F1)가 노출된 부분이다. 무지부(1)는 예컨대 탄소가 노출된 부분일 수 있다.

이와 같은 전극시트(F1)는 이송부(10)에 의해 회수부(40)가 구비된 방향으로 이송된다.

제1 레이저(20)는 이송부(10)에 의해 이송되는 전극시트(F1)를 향해 레이저를 조사하여 레이저 어블레이션(Laser ablation)을 수행하는 역할을 한다.

구체적으로, 제1 레이저(20)는 IR 레이저로 이루어질 수 있고, 전극시트(F1)의 상측 즉, 전극시트(F1)의 상면으로부터 일정간격 이격된 위치에 배치된다. 이러한 제1 레이저(20)는 복수의 무지부(1) 중 어느 하나에 수직으로 레이저를 조사하여 레이저 어블레이션을 수행한다.

이때, 레이저 어블레이션이란 해당 분야의 기술자에겐 자명한 사실이지만, 쉽게 말하자면 복수의 무지부(1) 중 어느 하나의 일측을 레이저로 연마하여 두께를 줄이는 작업을 의미할 수 있다.

한편, 제1 레이저(20)는 IR 레이저를 사용하는 것으로 설명하였는데, 이러한 이유는 IR 레이저의 출력 용량으로는 무지부(1)를 한번에 가공할 수 없어 레이저 어블레이션을 수행하기에 적합하고, 다른 레이저에 비해 가격이 저렴하기 때문이다.

그러나, 제1 레이저(20)는 IR 레이저에 한정되지 않는다. 제1 레이저(20)는 후술할 제2 레이저(20)와 동일한 레이저로 이루어질 수 있다. 즉, 제1 레이저(20)는 그린레이저(Green laser)로 이루어질 수 있고, 그린레이저로 이용되는 경우, 출력을 조절함에 따라 레이저 어블레이션을 수행하여 전극시트(F1)의 두께를 줄일 수 있다.

한편, 제1 레이저(20)가 IR 레이저 또는 그린레이저 중 적어도 하나로 이루어져 레이저 어블레이션을 수행하는 경우, 무지부(1)의 레이저 어블레이션된 부위의 두께는 알루미늄이 보이지 않는 두께까지 깎이는 것이 바람직하다.

따라서, 본 발명은 노칭 작업을 수행하는 제2 레이저(30)뿐만 아니라, 레이저 어블레이션을 수행하는 제1 레이저(20)를 더 구비하여 두번의 레이저 가공을 하는 것이다. 즉, 제1 레이저(20)가 레이저 어블레이션을 수행함에 따라 제2 레이저(30)에 의한 노칭 작업 전에 무지부(1)의 두께를 줄여 추후 노칭 작업 시 가공속도를 향상시킬 수 있게 된다.

제2 레이저(30)는 도 2를 기준으로, 전극시트(F1)의 제2 방향 일 단부에서 레이저 어블레이션된 부위까지 일정 간격의 시간에 따라 부분적으로 노칭하여 전극 탭(3)을 형성하는 역할을 한다.

구체적으로 설명하면, 제2 레이저(30)는 그린 레이저로 이루어질 수 있고, 전극시트(F1)의 상면으로부터 일정간격 이격된 위치에 배치된다. 여기서, 그린 레이저를 사용하는 이유는, 전극시트(F2)에 발생하는 스패터를 억제할 수 있을 뿐만 아니라, 높은 에너지 밀도를 확보할 수 있어 고속 주행에 적합하기 때문이다.

이때, 스패터는 전극시트에 포함된 물질과 그린 레이저의 파장 흡수율에 따라 억제되는 것이다.

이러한 제2 레이저(30)는 전극에 대응되는 형상 및 크기로 전극시트(F1)의 상면에 레이저를 조사하여 노칭함에 따라, 전극 탭(3)을 형성한다. 여기서, 전극 탭(3)의 형상은 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 사각형 형상일 수 있으나, 이는 일례일 뿐, 전극을 효율적으로 제조하기 위한 형상 및 크기이면 어떠한 형상 및 크기이던 문제가 되지 않는다.

또한, 도면에는 도시되어 있지 않으나, 제2 레이저(30)의 조사 위치와 대응 되는 전극시트(F2)의 하부에는 수거부가 구비될 수 있다. 이러한 수거부는 제2 레이저(30)로부터 노칭되어 절단된 부분(이하 스크랩)이 수직으로 낙하되는 경우, 상기 낙하되는 스크랩을 수거할 수 있도록 예컨대 상측이 개방된 하우징 형태로 형성될 수 있다.

한편 상술한 제1 레이저(20) 및 제2 레이저(30)의 구성은 공지된 구성을 통해 이루어질 수 있다. 예컨대, 일반적인 DPSS 레이저 타입을 사용할 수 있다. 즉, 하우징의 내부에 케이블을 통하여 투입되는 레이저를 반사시키는 구성과, 반사된 레이저를 증폭시킬 수 있는 구성과, 증폭된 레이저를 외부로 조사 가능하게 하는 구성을 포함하여 이루어질 수 있다. 이러한 구성은 해당 분야의 기술자에겐 자명한 사실이므로 상세한 설명은 생략하기로 한다.

또한, 상술한 제1 레이저(20) 및 제2 레이저(30)는 미리 정해진 값에 의해 동작하여 레이저 어블레이션 및 노칭 작업을 실시할 수 있다. 구체적으로, 제1 레이저(20) 및 제2 레이저(30)에 초당 나가는 펄스 카운트를 미리 지정하여 레이저 어블레이션 및 노칭 작업을 수행하도록 할 수 있다.

회수부(40)는 제2 레이저(30)에 의해 노칭된 전극시트(F2)를 권취하여 회수하는 역할을 한다. 이러한 회수부(40)는 통상적인 롤러로 이루어지고, 일 방향 회전함에 따라 상기 전극시트(F2)를 되감아 권취하는 것이다. 회수부(40)에 권취된 전극시트(F2)는 추후 커팅되어, 전극으로 제조된다.

이상 본 발명자에 의해서 이루어진 발명을 상기 실시 예에 따라 구체적으로 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시 예에 한정되는 것은 아니고, 그 요지를 이탈하지 않는 범위에서 여러 가지로 변경 가능하다.

즉, 상기의 실시 예에서는 전극시트(F1, F2)가 수평으로 이송되고, 수평으로 이송되는 전극시트(F1, F2)를 상측에서 하측으로 레이저 어블레이션 및 노칭을 수행하는 것으로 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되지 않는다.

예를 들어, 본 발명은 전극시트가 수평이 아닌 수직으로 이송될 수 있도록 이송부의 구성을 변형하고, 레이저가 수직이 아닌 수평으로 빔을 조사할 수 있도록 변형될 수도 있다.

레이저 방향이 수직인 경우, 노칭 시 절단 작업이 원활하게 수행되지 않는 현상이 생기므로, 이를 방지하기 위해 전극시트를 수평이 아닌 수직방향으로 공급하고, 레이저 방향을 수직이 아닌 수평방향으로 하는 것이다.

이러한 내용에 대해 도 3 및 도 4를 참조하여 본 발명의 제2 실시 예에 따른 가공속도가 향상된 레이저 노칭장치를 설명하기로 한다.

도 3은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 가공속도가 향상된 레이저 노칭장치의 사시도이고, 도 4는 도 3에 따른 가공속도가 향상된 레이저 노칭장치의 일부 구성을 나타내기 위한 도면이다.

본 발명의 제2 실시 예를 설명함에 있어서 전술한 제1 실시 예와 동일한 구성 또는 도 1 및 도 2를 참조하여 용이하게 이해될 수 있는 부분에 대하여 상세한 설명은 생략하기로 한다.

또한, 이하에서는 홈(112)이 구비된 방향을 '전방', 그 반대 방향을 '후방'으로 가정하여 설명하기로 한다.

도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제2 실시 예에 따른 가공속도가 향상된 레이저 노칭장치는 제1 실시 예와는 달리, 전극시트(F3)를 이송하기 전에 레이저 어블레이션을 수행하고, 레이저 어블레이션된 전극시트(F3)를 신속하게 노칭하기 위한 것이다.

구체적으로, 상기 노칭장치는 일면 양측이 사전에 레이저 어블레이션 되어 레이저 어블레이션 영역(A)이 형성된 전극시트(F3)를 수직으로 이송시키는 구성과, 수직으로 이송되는 전극시트(F3)의 일면 일단 또는 양단 중 적어도 하나를 수평방향으로 레이저 노칭하는 구성을 포함한다.

이를 위해, 상기 노칭장치는 미리 레이저 어블레이션된 전극시트(F3)를 수직으로 이송시키는 이송부(100)와, 이송부(100)에 의해 이송되는 전극시트(F3)의 양단을 노칭하는 제2 레이저(300a, 300b)를 포함할 수 있다.

여기서, 이송부(100)는 지지부(110) 및 롤러부(120)로 구성된다.

지지부(110)는 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 복수 구비되고, 사이에 롤러부(120)가 설치되며, 고정축(111)을 통해 외부 프레임(미도시)에 고정되도록 설치된다. 이러한 지지부(110)는 롤러부(120)가 회전하더라도 회전되지 않으며, 롤러부(120)의 양측에서 롤러부(120)를 지지하는 역할을 한다.

또한, 지지부(110)는 전극시트(F3)가 상측에서 하측으로 원활하게 이송될 수 있도록, 전방 및 후방이 볼록하게 돌출된 형상으로 이루어질 수 있다.

이때, 지지부(110)의 전방 및 후방이 볼록하게 돌출된 부분은 롤러부(120)의 외주면과 대응되는 형태로 형성되는 것이 바람직하다.

또한, 지지부(110)의 전방 일측에는 제2 레이저(300a, 300b)에서 조사되는 빔(B)을 받기 위한 홈(112)이 구비된다. 지지부(110)의 전방 일측에 홈(112)을 형성한 이유는, 제2 레이저(300a, 300b)에서 조사되는 레이저(B)를 바로 받게되면 이송되는 전극시트(F3)가 찢어지기 때문에, 이를 방지하기 위함이다.

이러한 홈(112)은 도면에 사각형 형상으로 도시하였으나, 이는 설명의 편의를 위한 일례일 뿐, 특별한 형상에 제한되지 않는다. 즉, 제2 레이저(300a, 300b)에서 조사되는 빔(B)을 원활하게 받기 위한 형상이면 어떠한 형상이던 문제가 되지 않는다.

롤러부(120)는 지지부(110) 사이에 구비되되, 일 방향 회전함에 따라 상측에서 하측으로 전극시트(F3)를 이송하는 역할을 한다.

구체적으로, 롤러부(120)는 일반적인 롤러로 구성될 수 있고, 지지부(110)의 고정축(112)에 회전축(121)이 회동 가능하게 결합되어 일 방향 회전함에 따라 미리 어블레이션 된 전극시트(F3)를 상측에서 하측으로 이송하는 것이다.

또한, 롤러부(120)는 크기가 지지부(110)의 전방에 볼록한 부분과 대응되는 형태로 형성되는 것이 바람직하다.

따라서, 본 발명의 제2 실시 예에 따른 가공속도가 향상된 레이저 노칭장치는 롤러부(120)의 회전에 의해 미리 레이저 어블레이션된 전극시트(F3)가 수직으로 이송되고, 지지부(110)에 형성된 홈(112)으로 제2 레이저(300a, 300b)가 레이저를 조사하여 수직으로 이송되는 전극시트(F3)를 노칭하는 것이다.

이때, 제2 레이저(300a, 300b)는 제1 실시 예와 같은 그린 레이저로 이루어질 수 있으며, 이에 대한 설명은 제1 실시 예와 동일하므로 상세한 설명은 생략하기로 한다.

한편, 제2 실시 예에서 제2 레이저(300a, 300b)가 노칭 작업을 수행하는 것으로 설명하였으나, 이는 설명의 편의를 위한 일례일 뿐, 제2 레이저(300a, 300b)에서 조사되는 빔(B)을 전달받아 노칭하고자 하는 크기 및 형태로 빔(B)을 변환하는 스캐너(미도시)가 구비되는 것이 바람직하다. 즉, 제2 레이저(300a, 300b)가 레이저를 조사하면 스캐너(미도시)가 이를 받아 노칭 작업을 실시할 수 있다.

이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.

1: 무지부 2: 전극 활물질층
3: 전극탭 10: 이송부
20: 제1 레이저 30: 제2 레이저
40: 회수부 F1: 미가공 전극시트
F2: 노칭된 전극시트

Claims (4)

1. 미가공 상태의 전극시트가 롤 형상으로 권취되고, 권취되어 있는 상기 전극시트를 풀어 제1 방향으로 이송하는 이송부;
   상기 이송부에 의해 이송되는 상기 전극시트를 향해 레이저를 조사하여 레이저 어블레이션(laser ablation)하는 제1 레이저;
   상기 전극시트의 제2 방향 일 단부에서 상기 레이저 어블레이션된 부위까지 일정 간격의 시간에 따라 부분적으로 노칭하여 전극 탭을 형성하는 제2 레이저; 및
   상기 제2 레이저에 의해 노칭된 상기 전극시트를 권취하여 회수하는 회수부를 포함하는 것을 특징으로 하는 가공속도가 향상된 레이저 노칭장치.
2. 청구항 1에서, 상기 전극시트는
   제2 방향으로 서로 이격되어 형성된 복수의 무지부; 및
   상기 복수의 무지부 사이에 형성된 전극 활물질층을 포함하고,
   상기 제1 레이저는
   상기 전극시트 상측에 구비되고, 상기 복수의 무지부 중 어느 하나에 레이저 어블레이션 하는 것을 특징으로 하는 가공속도가 향상된 레이저 노칭장치.
3. 청구항 1 또는 청구항 2에서, 상기 제1 레이저 및 상기 제2 레이저는
   동일한 레이저인 것을 특징으로 하는 가공속도가 향상된 레이저 노칭장치.
4. 청구항 1 또는 청구항 2에서, 상기 제1 레이저 및 상기 제2 레이저는
   각각 다른 레이저를 사용하는 것을 특징으로 하는 가공속도가 향상된 레이저 노칭장치.

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