KR20210032150A - 이차 전지 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 이차 전지 제조 방법에 관한 것으로, 분리막/음극셀/분리막/양극셀/분리막/음극셀/분리막 순서로 형성된 바이셀이 제1위치에 준비되고, 양극의 전극셀이 바이셀과 마주하도록 제2위치에 준비되는 단계와, 바이셀과 전극셀 사이를 왕복이동하는 스테이지가 배치되는 단계와, 스테이지 위에 바이셀이 적층되는 단계와, 바이셀 위에 전극셀이 적층되는 단계를 포함하며, 바이셀과 전극셀 준비 과정에서 불량품을 사전에 제거할 수 있으며, 재작업 빈도를 줄일 수 있는, 이차 전지 제조 방법을 제공한다.

Description

이차 전지 제조 방법{secondary battery manufacturing method}
본 발명은 이차 전지 제조 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 바이셀과 전극셀이 왕복 이동하는 스테이지에 교차 적재되는 이차 전지 제조방법에 관한 것이다.
재충전이 가능한 이차 전지는 모바일 기기의 에너지원으로 광범위하게 사용되고 있다. 또한, 이차 전지는 내연 기관의 배출가스 문제 및 화석연료 고갈 문제를 해결하기 위한 방안으로 제시되고 있는 전기자동차 등의 에너지 저장 수단으로 사용되고 있다.
이차 전지는 외부 및 내부의 구조적 특징에 따라 원통형 전지, 각형 전지 및 파우치형 전지로 분류된다.
이차 전지를 구성하는 양극/분리막/음극 구조의 전극 조립체는 그 구조에 따라 크게 젤리-롤형(권취형)과 스택형(적층형)으로 구분된다. 젤리-롤형 전극조립체는, 집전체로 사용되는 금속 호일에 전극 활물질 등을 코팅하고 건조 및 프레싱한 후, 소망하는 폭과 길이의 밴드 형태로 재단하고 분리막을 사용하여 음극과 양극을 격막한 후 나선형으로 감아 제조된다.
이러한 젤리-롤형 전극조립체는 원통형 전지에는 바람직하게 사용될 수 있지만, 각형 또는 파우치형 전지에 적용함에 있어서는, 국부적으로 응력이 집중되어 전극 활물질이 박리되거나 충방전 과정에서 반복되는 수축 및 팽창 현상에 의해 전지의 변형을 유발한다.
반면에, 스택형 전극 조립체는 다수의 양극 및 음극 단위셀들을 순차적으로 적층한 구조로서, 각형의 형태를 얻기가 용이한 장점이 있지만, 제조 과정이 번잡하고 충격이 가해졌을 때 전극이 밀려서 단락이 유발되는 단점이 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여, 종래 일부 선행 기술에서는 젤리-롤형과 스택형의 혼합 형태인 전극 조립체로서, 일정한 단위 크기의 양극/분리막/음극 구조의 풀셀(full cell) 또는 양극(음극)/분리막/음극(양극)/분리막/양극(음극) 구조의 바이셀(bicell)을 긴 길이의 연속적인 분리 필름을 이용하여 폴딩한 구조의 스택/폴딩형 전극 조립체가 개발되었다.
그러나 긴 시트형의 분리막에 단위셀들을 일일이 배열해야 하고, 양단에서 단위셀 및 분리막을 잡고 폴딩해야 하는 등 제조 공정을 위한 내부 공간 내지 시스템이 필수적으로 요구되고 그 공정 과정이 매우 복잡하며, 결과적으로 설비 투자 비용이 높은 단점이 있다. 더욱이, 단위셀들이 증가할 수록, 단위셀들이 일렬로 배열되어 권취되기 어려우므로, 전극 조립체의 불량률이 높아질 수 있다.
대한민국 등록특허공보 제10-1837724호(2018.03.06.)
이에 상기와 같은 점을 감안해 발명된 본 발명의 목적은, 준비된 바이셀과 전극셀을 교차로 적층하여 하나의 전극 조립체를 이루게 함으로서 제조 공정을 간소화하고, 전극셀의 불량으로 인한 재작업을 최소화할 수 있으며 초기 투자 비용을 최소화할 수 있는 이차 전지 제조방법을 제공하는 것이다.
위와 같은 목적을 달성하기 위해서 본 발명의 일실시예의 이차 전지 제조 방법은, 분리막/음극셀/분리막/양극셀/분리막/음극셀/분리막 순서로 형성된 바이셀이 제1위치에 준비되고, 양극의 전극셀이 바이셀과 마주하도록 제2위치에 준비되는 단계와, 바이셀과 전극셀 사이에 스테이지가 배치되는 단계와, 스테이지 위에 바이셀이 적층되는 단계와, 바이셀 위에 전극셀이 적층되는 단계를 포함한다.
위와 같은 목적을 달성하기 위해서 본 발명의 일실시예의 이차 전지 제조 방법은, 분리막/양극셀/분리막/음극셀/분리막/양극셀/분리막 순서로 형성된 바이셀이 제1위치에 준비되고, 음극의 전극셀이 바이셀과 마주하도록 제2위치에 준비되는 단계와, 바이셀과 전극셀 사이에 스테이지가 배치되는 단계와, 스테이지 위에 바이셀이 적층되는 단계와, 바이셀 위에 전극셀이 적층되는 단계를 포함한다.
또한, 스테이지는 제1위치, 제2위치를 향해 일정각도 교차로 틸팅 될 수 있다.
또한, 바이셀, 전극셀이 스테이지 위로 적층되는 것은 로봇암에 의해 이뤄질 수 있다.
또한, 스테이지는 경로를 따라 이동하고, 제1위치와 제2위치는 스테이지가 이동하는 경로를 중심으로 마주보도록 위치될 수 있다.
또한, 스테이지에 목표횟수만큼 바이셀 및 전극셀이 교차 적층되면, 스테이지는 경로를 따라 하역위치로 이동할 수 있다.
또한, 경로를 따라 제1위치 및 제2위치가 2 군데 이상 형성되고, 경로 상에 스테이지가 2개 이상 배치될 수 있다.
위와 같이 구성되는 본 발명의 일실시예의 이차 전지 제조 방법에 따르면, 바이셀과 전극셀 준비 과정에서 불량품을 사전에 제거할 수 있으며, 재작업 빈도를 줄일 수 있다.
또한, 틸팅되는 스테이지 및 로봇암을 통해 바이셀과 전극셀이 정위치에 적재되므로 전극 조립체의 불량률을 감소시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예의 이차 전지 제조 방법의 절차도이다.
도 2 내지 도 3은 도 1의 이차 전지 제조 방법에 따라 적층된 전극 조립체의 예시도이다.
도 4 내지 도 5는 도 1의 절차도에 따라 이차 전지를 제조하는 시스템의 예시도이다.
도 6은 도 4의 이차 전지를 제조하는 시스템에 구비되는 스테이지의 예시도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 일실시예의 이차 전지 제조방법을 설명한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예의 이차 전지 제조 방법은, 바이셀(100)이 제1위치(P1)에 준비되고, 전극셀(200)이 바이셀(100)과 마주하도록 제2위치(P2)에 준비되는 단계와, 바이셀(100)과 전극셀(200) 사이에 스테이지(300)가 배치되는 단계와, 스테이지(300) 위에 바이셀(100)이 적층되는 단계와, 바이셀(100) 위에 전극셀(200)이 적층되는 단계를 포함한다.
일예에 따르면, 도 2에 도시된 바와 같이, 바이셀(100)은 분리막(110)/음극셀(120)/양극셀(130)/분리막(110)/음극셀(120)/분리막(110) 순서로 형성된다. 바이셀(100)을 형성하는 음극셀(120)은 음극의 극성을 가진 전극체로써 음극 집전체의 양면에 음극 물질이 코팅되고, 바이셀(100)을 형성하는 양극셀(130)은 양극의 극성을 가진 전극체로서 양극 집전체의 양면에 양극 물질이 코팅된다. 분리막(110), 음극셀(120), 양극셀(130)은 단계별 열융착을 통하여 하나의 바이셀(100)을 구성한다. 전극셀(200)은 양극의 극성을 가진 전극체로서 양극 집전체의 양면에 양극 물질이 코팅된 전기화학소자로 구성된다.
바이셀(100)이 제1 위치에 준비되고, 전극셀(200)이 제2위치(P2)에 준비되는 단계에서, 바이셀(100)과 전극셀(200)의 하자를 검증한다. 바이셀(100) 또는 전극셀(200)의 하자가 검증되므로, 적층된 전극 조립체의 불량률을 감소시킬 수 있다.
도 4 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 스테이지(300)는 경로(310)를 따라 이동한다. 제1위치(P1)와 제2위치(P2)는 스테이지(300)가 이동하는 경로(310)를 중심으로 마주보도록 위치된다. 제1위치(P1) 및 제2위치(P2)에 위치된 매거진에 바이셀(100) 및 전극셀(200)이 적층된 상태로 준비된다.
경로(310)는 적층이 완료된 전극 조립체가 하역되는 하역위치(P3)와 스테이지(300)에 바이셀(100) 및 전극셀(200)이 적층되는 제1위치(P1) 및 제2위치(P2)를 연결한다. 스테이지(300)는 목표로하는 횟수만큼 바이셀(100)과 전극셀(200)이 적층되면, 경로(310)를 따라서, 제1위치(P1) 및 제2위치(P2)로부터 하역위치(P3)로 이동한다.
경로(310) 상에는 제1위치(P1) 및 제2위치(P2)가 2군데 이상 형성된다. 경로(310) 상에는 2개 또는 그 이상의 스테이지(300)가 배치된다. 특정 스테이지(300)가 하역위치(P3)로 이동하게 되면, 하역위치(P3)에 위치된 스테이지(300)가 특정 제1위치(P1) 또는 제2위치(P2)로 이동하게 된다. 경로(310)는 지면에 직선, 곡선, 타원 또는 원 형태로 형성된다. 경로(310)는, 스테이지(300)의 전진방향이 서로 반대인 복선구조일 수 있다.
도 6은 도 4의 이차 전지를 제조하는 시스템에 구비되는 스테이지(300)의 예시도이다. 도 6에 도시된 바와 같이, 스테이지(300)는 제1위치(P1) 또는 제2위치(P2)를 향해 일정각도 교차로 틸팅 가능하게 제작된다. 스테이지(300)는, 경로(310)를 따라 이동하는 몸체부(320)와, 몸체부(320) 상면에 위치하고, 지면과 수평한 힌지(331)를 중심으로 좌측 또는 우측으로 틸팅되는 틸팅안착부(330)를 포함한다.
몸체부(320)에는 경로(310)를 따라 구동하는 휠(321) 및 휠(321)을 회전시키는 구동기가 장착된다. 틸팅안착부(330)에는 바이셀(100)과 전극셀(200)이 정위치에 안착되도록 하는 가이드(332)가 구비된다. 틸팅안착부(330)에는 안착된 바이셀(100)과 전극셀(200)을 고정하는 클램핑 유닛(333)이 구비된다.
다시 도 4를 참조하면, 바이셀(100)과 전극셀(200)이 스테이지(300) 위로 적층되는 것은 로봇암(311)에 의해 이뤄진다. 로봇암(311)은 제1위치(P1), 제2위치(P2) 일측에 각각 배치될 수 있다. 경로(310)가 회전경로일 경우, 스테이지(300)에 로봇암(311)이 장착될 수도 있다.
한편, 다른 일예에 따르면, 도 3에 도시된 바와 같이, 바이셀(100)은, 분리막(110)/양극셀(130)/분리막(110)/음극셀(120)/분리막(110)/양극셀(130)/분리막(110) 순서로 형성되고, 전극셀(200)은 음극의 극성을 가진 전극체로서 음극 집전체의 양면에 음극 물질이 코팅된 전기화학소자로 구성될수도 있다.
위와 같이 구성되는 본 발명의 일실시예의 이차 전지 제조 방법에 따르면, 바이셀(100)과 전극셀(200) 준비 과정에서 불량품을 사전에 제거할 수 있으며, 재작업 빈도를 줄일 수 있다. 또한, 틸팅되는 스테이지(300) 및 로봇암(311)을 통해 바이셀(100)과 전극셀(200)이 정위치에 적재되므로 전극 조립체의 불량률을 감소시킬 수 있다.
100: 바이셀 110: 분리막 120: 음극셀
130: 양극셀 200: 전극셀 300: 스테이지
310: 경로 311: 로봇암 320: 몸체부
321: 휠 330: 틸팅안착부 331: 힌지
332: 가이드 333: 클램핑 유닛 P1: 제1위치
P2: 제2위치 P3: 하역위치

Claims (7)

  1. 분리막/음극셀/분리막/양극셀/분리막/음극셀/분리막 순서로 형성된 바이셀이 제1위치에 준비되고, 양극의 전극셀이 상기 바이셀과 마주하도록 제2위치에 준비되는 단계;
    상기 바이셀과 상기 전극셀 사이에 스테이지가 배치되는 단계;
    상기 스테이지 위에 상기 바이셀이 적층되는 단계;
    상기 바이셀 위에 상기 전극셀이 적층되는 단계를 포함하는 왕복 이동하는 이차 전지 제조 방법.
  2. 분리막/양극셀/분리막/음극셀/분리막/양극셀/분리막 순서로 형성된 바이셀이 제1위치에 준비되고, 음극의 전극셀이 상기 바이셀과 마주하도록 제2위치에 준비되는 단계;
    상기 바이셀과 상기 전극셀 사이에 스테이지가 배치되는 단계;
    상기 스테이지 위에 상기 바이셀이 적층되는 단계;
    상기 바이셀 위에 상기 전극셀이 적층되는 단계를 포함하는 이차 전지 제조 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 스테이지는 상기 제1위치, 상기 제2위치를 향해 일정각도 교차로 틸팅 가능한 것을 특징으로 하는 이차 전지 제조 방법.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 바이셀, 상기 전극셀이 상기 스테이지 위로 적층되는 것은 로봇암에 의해 이뤄지는 것을 특징으로 하는 이차 전지 제조 방법.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 스테이지는 경로를 따라 이동하고,
    상기 제1위치와 상기 제2위치는 상기 스테이지가 이동하는 경로를 중심으로 마주보도록 위치되는 것을 특징으로 하는 이차 전지 제조 방법.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 스테이지에 목표횟수만큼 상기 바이셀 및 상기 전극셀이 교차 적층되면, 상기 스테이지는 상기 경로를 따라 하역위치로 이동하는 것을 특징으로 하는 이차 전지 제조 방법.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 경로를 따라 상기 제1위치 및 상기 제2위치가 2 군데 이상 형성되고,
    상기 경로 상에 상기 스테이지가 2개 이상 배치된 것을 특징으로 하는 이차 전지 제조 방법.
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