KR20210151631A - 식각 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 식각 장치에 관한 것으로서, 다층 구조를 갖는 가공 대상물에 포함된 미리 정해진 목표 식각층을 선택적으로 식각하기 위한 레이저빔을 발진하는 레이저 발진기와, 상기 레이저빔을 상기 목표 식각층에 조사하여 상기 목표 식각층을 선택적으로 식각하는 레이저 노즐을 구비하는 식각 유닛; 및 세정 물질을 상기 목표 식각층의 식각면에 분사하여, 상기 식각면에 부착된 이물질을 제거하는 세정 노즐을 구비하는 세정 유닛을 포함한다.

Description

식각 장치{ETCHING APPARATUS}

본 발명은 식각 장치에 관한 것이다.

근래에 노트북, 비디오 카메라, 휴대용 전화기 등과 같은 휴대용 전자 제품의 수요가 급격하게 증가하고, 전기 자동차, 에너지 저장용 축전지, 로봇, 위성 등의 개발이 본격화됨에 따라, 반복적인 충방전이 가능한 고성능 이차 전지에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.

이러한 이차 전지는 복수의 전극들과 복수의 분리막들이 교대로 배치된 전극 조립체와, 전극 조립체를 전해액과 함께 밀봉 수납하는 외장재, 즉 전지 케이스 등을 포함한다. 또한, 전극은, 전극 집전체와, 전극 집전체의 일면에 도포된 전극 활물질로 이루어진 전극 활물질층 등을 구비한다.

일반적으로 전극 활물질층은, 슬롯 다이 코터를 이용해 전극 집전체의 일면에 전극 활물질 슬러리를 도포하여 전극 활물질층을 형성하는 코팅 공정과, 전극 활물질층이 형성된 전극을 압연하는 압연 공정 등을 통해 형성한다. 특히, 압연 공정은, 전극을 지지하는 히팅 플레이트와, 전극이 히팅 플레이트에 의해 지지된 상태에서 전극을 가압하여 전극 활물질층을 전극 집전체에 점착하는 압연 롤러 등을 이용해 진행한다.

한편, 전극 집전체의 전체 영역 중 전극 활물질이 도포되지 않아 외부로 노출된 영역을 무지부라고 한다. 이러한 무지부를 전단 가공(shearing)하는 노칭 공정을 통해, 이차전지를 외부의 전원, 기타 부재와 전기적으로 연결하기 위한 전극 탭을 무지부에 형성할 수 있다.

그런데, 일반적으로 코팅 공정 및 압연 공정은, 공급롤로부터 권출되어 공급된 후 회수롤에 권취되어 회수되는 전극 집전체 원단을 대상으로 전극 활물질의 코팅 및 압연을 진행하는 롤투롤(Roll-to-Roll) 방식을 통해 실시한다. 이러나 롤투롤 방식으로 코팅 공정 및 압연 공정을 실시하면, 전극 집전체 원단의 휘어짐(curl), 외부로부터 인가되는 진동, 기타 원인으로 인해, 전극 활물질층의 표면이 고르지 못하는 경우가 발생한다. 이처럼 전극 활물질층의 표면이 고르지 못하면, 전극 집전체의 단부에서 전극 활물질층의 경계까지의 거리 즉, 무지부의 어깨선까지의 거리에 오차가 발생한다. 이로 인해, 종래의 전극은, 무지부의 어깨선이 일정하게 형성되지 않아, 전극 및 전극을 이용해 제조한 제품에 불량이 발생한다는 문제점이 있었다.

본 발명은 상술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 레이저빔을 이용해 가공 대상물의 목표 식각층을 선택적으로 식각할 수 있도록 개선한 식각 장치에 관한 것이다.

나아가, 본 발명은, 목표 식각층의 식각 과정에서 형성된 이물질을 가공 대상물로부터 제거할 수 있도록 개선한 식각 장치에 관한 것이다.

상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 식각 장치는, 다층 구조를 갖는 가공 대상물에 포함된 미리 정해진 목표 식각층을 선택적으로 식각하기 위한 레이저빔을 발진하는 레이저 발진기와, 상기 레이저빔을 상기 목표 식각층에 조사하여 상기 목표 식각층을 선택적으로 식각하는 레이저 노즐을 구비하는 식각 유닛; 및 세정 물질을 상기 목표 식각층의 식각면에 분사하여, 상기 식각면에 부착된 이물질을 제거하는 세정 노즐을 구비하는 세정 유닛을 포함한다.

바람직하게, 상기 레이저 노즐은, 상기 식각면이 상기 식각 예정 라인을 따라 형성되도록, 상기 레이저빔을 상기 식각 예정 라인을 따라 조사한다.

바람직하게, 상기 식각 예정 라인은, 상기 목표 식각층의 일측 단부면이 상기 식각 예정 라인을 따라 식각되도록 설정된다.

바람직하게, 상기 세정 노즐은, 상기 세정 물질의 승화성을 갖는 고상의 세정 입자를 상기 식각면에 충돌시키도록 마련된다.

바람직하게, 상기 세정 물질은, 이산화탄소이고, 상기 고상의 세정 입자는, 드라이아이스 미세입자이다.

바람직하게, 상기 세정 노즐은, 상기 식각면을 향해 분사된 액상의 세정 물질이 상기 식각면에 도달하는 과정에서 상기 고상의 세정 입자로 상전이 되도록, 상기 식각면으로부터 미리 정해진 거리만큼 이격되게 설치된다.

바람직하게, 상기 가공 대상물은, 상기 목표 식각층이 일면에 적층된 베이스 기재층을 더 포함하고, 상기 레이저 발진기는, 상기 목표 식각층의 레이저 흡수율이 상기 베이스 기재층의 레이저 흡수율에 비해 높은 레이저빔을 생성하여 발진한다.

바람직하게, 상기 베이스 기재층이 메탈 소재로 구성되고 상기 목표 식각층이 카본 소재로 구성된 경우에, 상기 레이저 발진기는 적외선 레이저빔을 생성하여 발진한다.

바람직하게, 상기 식각 유닛은, 상기 레이저 발진기로부터 발진된 원형 레이저빔을 타원형 레이저빔으로 정형하는 빔 정형 부재를 더 갖고, 상기 레이저 노즐은, 상기 타원형 레이저빔을 당해 타원형 레이저빔의 장축 방향을 따라 상기 목표 식각층에 조사한다.

바람직하게, 상기 가공 대상물을 미리 정해진 공급 경로를 따라 상기 장축 방향으로 공급하는 공급 유닛을 더 포함하고, 상기 레이저 노즐은 상기 공급 경로 상의 미리 정해진 식각 구간을 통과하는 상기 목표 식각층에 상기 레이저빔을 조사하도록 설치된다.

바람직하게, 상기 세정 노즐은, 상기 식각 구간에 비해 상기 공급 경로의 하류 측에 위치하도록 미리 정해진 세정 구간을 통과하는 상기 가공 대상물의 상기 식각면을 향해 상기 세정 물질을 분사하도록 설치된다.

바람직하게, 상기 레이저 노즐은, 상기 타원형 레이저빔의 빔 스팟들이 상기 장축 방향으로 미리 정해진 중첩률만큼 상호 중첩되도록, 상기 타원형 레이저빔을 상기 목표 식각층에 조사한다.

바람직하게, 상기 빔 정형 부재는, 상기 원형 레이저빔의 광로에 미리 정해진 간격을 두고 설치되는 복수의 원주 렌즈들을 구비하고, 상기 원주 렌즈들은 각각, 당해 원주 렌즈에 구비된 원주면의 중심선이 상기 장축 방향과 평행하도록 설치된다.

바람직하게, 상기 원주 렌즈들은 각각, 당해 원주 렌즈의 중심축이 상기 원형 레이저빔의 광축과 일치하도록 설치된다.

바람직하게, 상기 세정 유닛은, 상기 세정 입자에 의해 상기 식각면으로부터 분리된 상기 이물질을 흡입하여 제거하는 석션을 더 구비한다.

상기 세정 유닛은, 상기 식각면을 향해 이온을 방사하여 상기 식각면을 중화시키는 이오나이저를 더 구비한다.

본 발명은, 식각 장치에 관한 것으로서, 다음과 같은 효과를 갖는다.

첫째, 본 발명은, 레이저빔을 이용해 가공 대상물의 목표 식각층을 식각하여 목표 식각층을 미리 정해진 형상을 갖도록 정형함으로써, 가공 대상물 및 이를 이용해 제조한 제품의 품질을 향상시킬 수 있다.

둘째, 본 발명은, 레이저빔을 미리 정해진 기준 식각 방향과 장축이 평행한 타원형 레이저빔으로 정형한 후, 이처럼 형성한 타원형 레이저빔을 기준 식각 방향을 따라 가공 대상물의 목표 식각층에 조사해 목표 식각층을 식각할 수 있다. 이를 통해, 본 발명은, 목표 식각층의 식각 속도를 향상시킬 수 있고, 목표 식각층의 식각에 소요되는 시간 및 에너지를 줄일 수 있다.

셋째, 본 발명은, 목표 식각층의 식각면에 부착된 이물질에 세정 물질을 분사하여 이물질을 제거함으로써, 식각면에 부착된 이물질로 인해 가공 대상물 및 이를 이용해 제조한 제품의 품질에 이상이 발생하는 것을 방지할 수 있다.

넷째, 본 발명은, 목표 식각층의 식각면에 부착된 이물질에 승화성을 갖는 고상의 세정 입자를 충돌시켜 이물질을 제거함으로써, 이물질을 세정 부재를 이용해 긁어내어 제거하거나 화학 물질로 처리하여 제거하는 경우에 비해 세정에 따른 식각면의 손상을 최소화할 수 있고, 목표 식각층을 구성하는 소재의 입자, 유분, 수분, 기타 다양한 이물질을 식각면으로부터 용이하게 제거할 수 있다.

도 1은 가공 대상물의 다층 구조를 설명하기 위한 측면도.
도 2는 가공 대상물의 다층 구조를 설명하기 위한 평면도.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 식각 장치의 개략적인 구성을 나타내는 측면도.
도 4는 식각 유닛에 구비된 광학 부재의 개략적인 구성을 나타내는 도면.
도 5 및 도 6은 원형 레이저빔이 광학 부재에 의해 타원형 레이저빔으로 정형되는 양상을 나타내는 도면.
도 7은 원형 레이저빔이 광학 부재에 의해 타원형 레이저빔으로 정형된 상태를 나타내는 도면.
도 8은 목표 식각층에 식각 예정 라인을 설정하는 방법을 설명하기 위한 도면.
도 9는 타원형 레이저빔을 이용해 목표 식각층을 식각하는 양상을 나타내는 도면.
도 10은 목표 식각층이 식각된 상태를 나타내는 가공 대상물의 측면도.
도 11은 목표 식각층이 식각된 상태를 나타내는 가공 대상물의 평면도.
도 12는 원형 레이저빔을 이용해 목표 식각층을 식각하는 양상을 나타내는 도면.
도 13은 가공 대상물이 미리 정해진 세정 구간에 도달된 상태를 나타내는 식각 장치의 측면도.
도 14는 일 형태에 따른 세정 유닛의 개략적인 구성을 나타내는 정면도.
도 15는 다른 형태에 따른 세정 유닛의 개략적인 구성을 나타내는 측면도.
도 16은 본 발명의 다른 바람직한 실시예에 따른 식각 장치가 설치된 전극 제조 시스템의 개략적인 구성을 나타내는 측면도.
도 17은 도 16에 도시된 식각 장치의 개략적인 구성을 나타내는 측면도.

이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명의 실시예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 실시예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.

본 발명의 실시예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 또한, 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가진 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

도 1은 가공 대상물의 다층 구조를 설명하기 위한 측면도이고, 도 2는 가공 대상물의 다층 구조를 설명하기 위한 평면도이다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따른 식각 장치(1)은, 다층 구조를 갖는 가공 대상물(P)의 미리 정해진 목표 식각층(T)을 선택적으로 식각 가공하기 위한 장치이다.

가공 대상물(P)의 종류는 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어, 가공 대상물(P)은 이차전지의 전극으로서 사용하기 위한 단위 전극 시트일 수 있다.

가공 대상물(P)의 층상 구조는 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어, 가공 대상물(P)은 베이스 기재층(S)과, 베이스 기재층(S)의 일면에 적층된 목표 식각층(T) 등을 포함하는 복층 구조를 가질 수 있다. 특히, 가공 대상물(P)이 단위 전극 시트인 경우에, 베이스 기재층(S)은 전극 집전체에 해당하는 층으로서 메탈 소재로 구성될 수 있고, 목표 식각층(T)은 전극 집전체의 일면에 코팅된 전극 활물질에 해당하는 층으로서 카본 소재로 구성될 수 있다.

또한, 가공 대상물(P)이 단위 전극 시트인 경우에, 목표 식각층(T)은, 베이스 기재층(S)의 전체 영역 중 일부 영역에만 선택적으로 코팅될 수 있다. 예를 들어, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 목표 식각층(T)은 베이스 기재층(S)의 일측 단부(Sa)가 외부로 노출되도록 베이스 기재층(S)의 일영역에 선택적으로 코팅될 수 있다. 이하에서는, 베이스 기재층(S)의 전체 영역 중 목표 식각층(T)이 코팅된 영역을 코팅부(C)라고 명명하고, 베이스 기재층(S)의 전체 영역 중 목표 식각층(T)이 코팅되지 않아 외부로 노출된 영역을 무지부(N)라고 명명하기로 한다.

도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 식각 장치의 개략적인 구성을 나타내는 측면도이다.

식각 장치(1)는 레이저빔(LB)을 목표 식각층(T)에 조사해 목표 식각층(T)을 깎아내는 레이저 스크라이빙 기법(Laser scribing process)을 이용해 목표 식각층(T)을 선택적으로 식각할 수 있도록 마련된다. 예를 들어, 도 3에 도시된 바와 같이, 식각 장치(1)는, 가공 대상물(P)을 미리 정해진 공급 경로를 따라 공급하는 공급 유닛(10)과, 레이저빔(LB)을 목표 식각층(T)에 조사해 목표 식각층(T)을 스크라이빙하여, 목표 식각층(T)을 선택적으로 식각하는 식각 유닛(20)과, 세정 물질을 목표 식각층(T)의 식각면(S)에 분사하여, 목표 식각층(T)의 식각면(S)에 부착된 이물질(R)을 제거하는 세정 유닛(30) 등을 포함할 수 있다.

먼저, 공급 유닛(10)은, 가공 대상물(P)을 미리 정해진 공급 경로를 따라 공급하기 위한 장치이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 공급 유닛(10)은, 가공 대상물(P)이 안착되는 지지 블록(12)과, 지지 블록(12)이 공급 경로를 따라 이동 가능하게 설치되는 가이드 레일(14)과, 지지 블록(12)을 가이드 레일(14)의 안내 하에 공급 경로를 따라 이송하는 구동 부재(미도시) 등을 구비할 수 있다. 가공 대상물(P)의 공급 경로는, 특별히 한정되지 않으며, 지지 블록(12)을 미리 정해진 기준 식각 방향으로 미리 정해진 거리만큼 이송할 수 있도록 정해진다.

이러한 공급 유닛(10)은, 지지 블록(12)에 안착된 가공 대상물(P)을 공급 경로 상에서 기준 식각 방향을 따라 공급할 수 있다.

도 4는 식각 유닛에 구비된 광학 부재의 개략적인 구성을 나타내는 도면이고, 도 5 및 도 6은 원형 레이저빔이 광학 부재에 의해 타원형 레이저빔으로 정형되는 양상을 나타내는 도면이며, 도 7은 원형 레이저빔이 광학 부재에 의해 타원형 레이저빔으로 정형된 상태를 나타내는 도면이다.

또한, 도 8은 목표 식각층에 식각 예정 라인을 설정하는 방법을 설명하기 위한 도면이고, 도 9는 타원형 레이저빔을 이용해 목표 식각층을 식각하는 양상을 나타내는 도면이며, 도 10은 목표 식각층이 식각된 상태를 나타내는 가공 대상물의 측면도이고, 도 11은 목표 식각층이 식각된 상태를 나타내는 가공 대상물의 평면도이며, 도 12는 원형 레이저빔을 이용해 목표 식각층을 식각하는 양상을 나타내는 도면이다.

다음으로, 식각 유닛(20)은 목표 식각층(T)을 스크라이빙하여 목표 식각층(T)을 선택적으로 식각하기 위한 장치이다.

도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 식각 유닛(20)은, 레이저빔(LB)을 생성하여 발진하는 레이저 발진기(21)와, 레이저 발진기(21)로부터 발진된 레이저빔(LB)을 타원의 단면 형상을 갖도록 정형하는 빔 정형 부재(22)와, 빔 정형 부재(22)에 의해 타원의 단면 형상을 갖도록 정형된 레이저빔(LB)을 목표 식각층(T)에 조사해 목표 식각층(T)을 스크라이빙하여, 목표 식각층(T)을 선택적으로 식각하는 레이저 노즐(23) 등을 구비할 수 있다.

레이저 발진기(21)는 목표 식각층(T)을 선택적으로 식각하기 위한 레이저빔(LB)을 생성하여 발진하도록 마련된다.

일반적으로, 특정 소스 및 파장의 레이저빔에 대한 레이저 흡수율은, 소재 별로 상이하다. 여기서, 레이저 흡수율은 레이저빔의 전체 에너지 중 소재에 흡수되는 에너지의 비율을 말한다. 이에, 특정 종류의 레이저빔에 대한 소재의 레이저 흡수율이 높을수록, 소재는 당해 레이저빔에 의해 원활히 가공될 수 있다.

이러한 레이저빔의 특성에 의하면, 레이저 발진기(21)는, 레이저빔(LB)을 이용해 목표 식각층(T)을 선택적으로 식각하기 위하여, 목표 식각층(T)의 레이저 흡수율이 베이스 기재층(S)의 레이저 흡수율에 비해 높은 파장 및 소스를 갖는 레이저빔(LB)을 생성하여 발진하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 베이스 기재층(S)이 메탈 소재이고 목표 식각층(T)이 카본 소재인 경우에, 레이저 발진기(21)는 카본 소재의 레이저 흡수율이 메탈 소재의 레이저 흡수율에 비해 높은 적외선 레이저빔(Infrared ray laser beam)을 생성하여 발진할 수 있다.

빔 정형 부재(22)는, 레이저 발진기(21)로부터 발진된 레이저빔(LB)을 타원의 단면 형상을 갖도록 정형할 수 있게 마련된다.

일반적으로 레이저빔은 원형의 단면 형상을 갖도록 생성되는 바, 레이저 발진기(21)에서 생성되어 발진된 레이저빔(LB) 역시 원형의 단면 형상을 갖게 된다. 이에, 빔 정형 부재(22)는, 레이저 발진기(21)로부터 전달된 원형의 단면 형상을 갖는 레이저빔(LB)을 타원의 단면 형상을 갖도록 정형 가능한 구조를 갖는다. 여기서, 레이저빔(LB)의 단면 형상이란, 가공점에 조사된 레이저빔(LB)의 빔스팟의 형상을 말한다. 설명의 편의를 위해 이하에서는, 레이저 발진기(21)로부터 발진된 원형의 단면 형상을 갖는 레이저빔(LB)을 원형 레이저빔(LBc)이라고 명명하고, 빔 정형 부재(22)에 의해 타원의 단면 형상을 갖도록 정형된 레이저빔(LB)을 타원형 레이저빔(LBe)이라고 명명하기로 한다.

빔 정형 부재(22)의 구조는 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어, 빔 정형 부재(22)는, 도 4에 도시된 바와 같이, 원형 레이저빔(LBc)의 광로에 미리 정해진 간격을 두고 순차적으로 설치되어, 원형 레이저빔(LBc)을 타원형 레이저빔(LBe)으로 순차적으로 정형하는 복수의 원주 렌즈들(26, 27)을 가질 수 있다. 설명의 편의를 위해 이하에서는, 제1 원주 렌즈(26), 제2 원주 렌즈(27) 등 한 쌍의 원주 렌즈들(26, 27)이 원형 레이저빔(LBc)의 광로에 설치되는 경우를 예로 들어 원형 레이저빔(LBc)을 타원형 레이저빔(LBe)으로 정형하는 방법을 설명하기로 한다.

원주 렌즈(Cylindrical Lens)는, 앞뒤의 면들이 서로 평행한 모선을 가지는 원주면인 렌즈를 말한다. 원주 렌즈는, 모선을 포함한 면 내에서는 굴절 작용이 없지만, 모선과 수직인 면 내에서는 굴절 작용을 일으키며, 이로 인해 원주 렌즈를 통과하는 레이저빔의 상은 모선과 평행한 직선이 된다. 이러한 원주 렌즈의 윗면은 원통의 일부를 원통의 길이 방향으로 잘라 놓은 것과 유사하게 볼록한 원주면으로 이루어지며, 아랫면은 평면으로 이루어진다. 따라서, 원주 렌즈를 통과하는 레이저빔은, 원주 렌즈의 아랫면과 평행을 이루며 레이저빔의 광축이 그 중심부를 수직으로 관통하는 원주면의 중심선을 기준으로 미리 정해진 비율로 대칭적으로 집속됨으로써, 장축이 원주면의 중심선과 평행을 이루는 타원 형태가 된다.

제1 원주 렌즈(26) 및 제2 원주 렌즈(27)는, 전술한 원주 렌즈의 특성을 이용해, 원형 레이저빔(LBc)을 타원형 레이저빔(LBe)으로 정형할 수 있도록 설치된다.

예를 들어, 도 4에 도시된 바와 같이, 제1 원주 렌즈(26)는, 미리 정해진 제1 초점 거리(f1)를 갖고, 목표 식각층(T)으로부터 제1 초점 거리(f1)만큼 이격되도록 설치될 수 있다. 특히, 제1 원주 렌즈(26)는, 레이저빔(LB)의 광축(O)과 제1 원주 렌즈(26)의 중심축이 일직선을 이루도록 레이저빔(LB)의 광로 상에 설치되되, 원주면(26a)의 중심선(26b)의 연장 방향과 기준 식각 방향이 평행하도록 설치될 수 있다.

또한, 제2 원주 렌즈(27)는, 제1 원주 렌즈(26)의 제1 초점 거리(f1)에 비해 짧은 제2 초점 거리(f2)를 갖고, 가공 대상물(P)로부터 제2 초점 거리(f2)만큼 이격되도록 가공 대상물(P)과 제1 원주 렌즈(26) 사이에 설치될 수 있다. 특히, 제2 원주 렌즈(27)는, 레이저빔(LB)의 광축(O)과 제2 원주 렌즈(27)의 중심축이 일직선을 이루도록 레이저빔(LB)의 광로 상에 설치되되, 원주면(27a)의 중심선(27b)의 연장 방향과 기준 식각 방향이 평행하도록 설치될 수 있다.

위와 같이 제1 원주 렌즈(26) 및 제2 원주 렌즈(27)를 설치함에 따라, 도 5에 도시된 바와 같이, 원형 레이저빔(LBc)은 제1 원주 렌즈(26)를 통과할 때 원주면(26a)의 중심선(26b)을 기준으로 원주면(26a)의 중심선(26b)과 수직을 이루는 방향 즉, 타원형 레이저빔(LBe)의 단축 방향으로 대칭적으로 집속됨으로써, 타원형으로 1차 정형된다. 이후에, 도 5에 도시된 바와 같이, 타원형으로 1차 정형된 원형 레이저빔(LBc)은 제2 원주 렌즈(27)를 통과할 때 원주면(27a)의 중심선(27b)을 기준으로 원주면(27a)의 중심선(27b)과 수직을 이루는 방향 즉, 타원형 레이저빔(LBe)의 단축 방향으로 대칭적으로 집속됨으로써, 타원형으로 2차 정형된다.

또한, 도 6에 도시된 바와 같이, 원형 레이저빔(LBc)은 제1 원주 렌즈(26) 및 제2 원주 렌즈(27)를 통과할 때 당해 원주 렌즈(26, 27)의 중심선(26b, 27b)과 평행한 방향 즉, 타원형 레이저빔(LBe)의 장축 방향으로는 집속되지 않는다. 이로 인해, 도 7에 도시된 바와 같이, 제1 원주 렌즈(26) 및 제2 원주 렌즈(27)를 순차적으로 통과한 원형 레이저빔(LBc)은 장축 직경(L1)이 단축 직경(L2)에 비해 소정의 비율만큼 긴 타원형의 빔스팟(BSe)을 갖는 타원형 레이저빔(LBe)으로 정형된다.

위와 같이 빔 정형 부재(22)는, 복수의 원주 렌즈들(26, 27)을 이용해 원형 레이저빔(LBc)을 다수의 차수에 걸쳐 타원형 레이저빔(LBe)으로 정형한다. 이를 통해, 빔 정형 부재(22)는, 하나의 원주 렌즈만 선택적으로 이용해 원형 레이저빔을 타원형 레이저빔으로 정형하는 경우에 비해, 단축 직경(L2)에 대한 장축 직경(L1)의 비율이 높은 타원형 레이저빔(LBe)을 생성할 수 있다.

이러한 빔 정형 부재(22)의 설치 위치는 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어, 빔 정형 부재(22)는, 레이저 노즐(23)로 전송된 원형 레이저빔(LBc)이 입사될 수 있도록, 레이저 노즐(23)의 내부에 설치될 수 있다.

레이저 노즐(23)은 레이저 발진기(21)로부터 발진된 레이저빔(LB)을 가공 대상물(P)의 목표 식각층(T)에 조사할 수 있도록 마련된다. 이를 위하여, 도 3에 도시된 바와 같이, 레이저 발진기(21)와 레이저 노즐(23) 사이에는, 레이저 발진기(21)로부터 발진된 원형 레이저빔(LBc)의 광로를 전환하는 반사 미러(24a)와, 레이저 발진기(21)로부터 발진된 원형 레이저빔(LBc)을 평행광으로 정형하는 콜리메이터(미도시)와, 원형 레이저빔(LBc)의 직경을 확대하는 빔 익스펜더(미도시) 등 레이저 발진기(21)로부터 발진된 원형 레이저빔(LBc)을 미리 정해진 상태로 레이저 노즐(23)로 전송하기 위한 적어도 하나의 광학 부재들(24)이 설치될 수 있다. 이에, 원형 레이저빔(LBc)은, 광학 부재들(24)에 의해 레이저 노즐(23)에 미리 정해진 상태로 전송된 후, 레이저 노즐(23)의 내부에 설치된 빔 정형 부재(22)에 의해 타원형 레이저빔(LBe)으로 정형될 수 있다.

이러한 레이저 노즐(23)은, 타원형 레이저빔(LBe)을 목표 식각층(T)에 미리 정해진 식각 예정 라인(L)을 따라 조사할 수 있도록 설치되는 것이 바람직하다. 여기서, 식각 예정 라인(L)은 타원형 레이저저빔(LBe)을 조사하기 위한 가상선으로서, 미리 정해진 기준 식각 방향을 따라 연장되도록 설정되는 것이 바람직하다.

일반적인 이차전지용 전극 제조 공정에 있어서, 전극 활물질을 전극 집전체에 도포하는 코팅 공정과, 전극 집전체에 도포된 전극 활물질을 가압하여 전극 집전체에 점착하는 압연 공정은, 공급롤로부터 권출되어 공급된 후 회수롤에 권취되어 회수되는 전극 집전체 원단을 대상으로 전극 활물질의 코팅 및 압연을 진행하는 롤투롤(Roll-to-Roll) 방식을 통해 실시한다. 이러한 롤투롤 방식에 의하면, 도 8에 도시된 바와 같이, 전극 집전체 원단의 휘어짐(curl), 외부로부터 인가되는 진동, 기타 원인으로 인해, 목표 식각층(T)의 일측 단부(Ta)에 의해 형성된 무지부(N)의 어깨선(D)은, 불규칙한 비직선 형태를 갖게 된다. 여기서, 무지부(N)의 어깨선(D)이란, 무지부(N)와 코팅부(C)의 경계를 구획하는 경계선에 해당된다.

무지부(N)의 어깨선(D)이 불규칙한 비직선 형태를 가지면, 단위 전극 시트 및 단위 전극 시트를 이용해 제조한 제품의 품질에 이상이 발생할 수 있다. 이에, 도 8에 도시된 바와 같이, 가공 대상물(P)이 단위 전극 시트인 경우에, 식각 예정 라인(L)은, 무지부(N)의 어깨선(D)을 형성하는 목표 식각층(T)의 일측 단부(Ta)를 직선 형태로 식각 가공할 수 있도록, 목표 식각층(T)의 일측 단부(Ta)와 미리 정해진 여유 간격(L3)을 두고 기준 식각 방향을 따라 설정될 수 있다. 이 경우에, 가공 대상물(P)은, 타원형 레이저빔(LBe)의 장축 방향과 기준 식각 방향이 평행하도록 지지 블록(12)의 미리 정해진 위치에 안착되는 것이 바람직하다.

레이저 노즐(23)을 이용해 타원형 레이저빔(LBe)을 식각 예정 라인(L)을 따라 목표 식각층(T)에 조사하는 방법은 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어, 도 3에 도시된 바와 같이, 레이저 노즐(23)로부터 방출된 타원형 레이저빔(LBe)이 미리 정해진 식각 구간(A)을 통과하는 가공 대상물(P)의 식각 예정 라인(L)에 조사될 수 있도록, 레이저 노즐(23)을 미리 정해진 식각 구간(A)에 미리 배치한 상태에서, 레이저 발진기(21)를 구동할 수 있다. 이를 위하여, 식각 유닛(20)은, 레이저 노즐(23)를 가공 대상물(P)의 길이 방향과 폭 방향 중 적어도 일 방향으로 이송하는 레이저 노즐 이송기(미도시)를 더 구비할 수 있다.

이처럼 레이저 노즐(23)을 식각 구간(A)에 미리 배치한 상태에서 레이저 발진기(21)를 구동하면, 도 9에 도시된 바와 같이, 레이저 노즐(23)로부터 방출된 타원형 레이저빔(LBe)이 식각 예정 라인(L)을 따라 목표 식각층(T)에 조사됨으로써, 목표 식각층(T)은 식각 예정 라인(L)을 따라 식각될 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니며, 레이저 노즐(23)은 레이저 노즐 이송기(미도시)에 의해 기준 식각 방향으로 이송되면서 식각 예정 라인(L)을 따라 타원형 레이저빔(LBe)을 목표 식각층(T)에 조사할 수도 있다.

또한, 도 9에 도시된 바와 같이, 타원형 레이저빔(LBe)은 빔스팟들(BSe)이 타원형 레이저빔(LBe)의 장축 방향 즉, 기준 식각 방향을 따라 미리 정해진 중첩률만큼 상호 중첩되도록, 목표 식각층(T)에 조사되는 것이 바람직하다. 여기서, 빔스팟들(BSe)의 중첩률은, 레이저빔(LB)의 발진 주기, 가공 대상물(P)의 이송 속도 등을 변경하여 조절할 수 있다.

빔스팟들(BSe)이 기준 식각 방향으로 중첩되도록 타원형 레이저빔(LBe)이 목표 식각층(T)에 조사되면, 도 10 및 도 11에 도시된 바와 같이, 식각 예정 라인(L)에 대응하는 목표 식각층(T)의 특정 영역은 타원형 레이저빔(LBe)으로부터 전달된 에너지에 의해 식각되어 제거된다. 이로 인해, 상기 목표 식각층(T)의 특정 영역의 경계에는 식각면(Tc)이 식각 예정 라인(L)과 평행을 이루도록 형성되고, 상기 목표 식각층(T)의 특정 영역에 의해 커버된 상태였던 베이스 기재층(S)의 특정 영역은 외부로 노출된다.

예를 들어, 식각 예정 라인(L)이 무지부(N)의 어깨선(D)을 형성하는 목표 식각층(T)의 일측 단부(Ta)와 미리 정해진 여유 간격(L3)을 두고 형성되는 경우에, 목표 식각층(T)의 일측 단부면(Tb)은 식각되어 제거되고, 목표 식각층(T)의 일측 단부면(Tb)이 식각되어 형성된 식각면(Tc)이 목표 식각층(T)의 새로운 일측 단부면으로서 기능하게 된다. 그런데, 식각 예정 라인(L)은 기준 식각 방향을 따라 연장된 직선 형태를 갖는 바, 목표 식각층(T)의 식각면(Tc)은 기준 식각 방향을 따라 연장된 직선 형태를 갖도록 일정하게 형성된다. 그러면, 무지부(N)의 어깨선(D)도 직선 형태를 갖도록 일정하게 형성되는 바, 이를 통해 식각 장치(1)는 가공 대상물(P) 및 가공 대상물(P)을 이용해 제조한 제품의 품질을 향상시킬 수 있다.

한편, 도 9 및 도 12에 도시된 바와 같이, 기준 식각 방향으로 길게 연장된 타원형 레이저빔(LBe)을 이용해 목표 식각층(T)을 식각하면, 원형 레이저빔(LBo)을 이용해 목표 식각층(T)을 식각하는 경우에 비해, 목표 식각층(T)의 식각에 필요한 빔스팟(BSe, BSc)의 개수 즉, 레이저 펄스의 개수가 감소된다.

이에, 타원형 레이저빔(LBe)을 이용해 목표 식각층(T)을 식각하면, 목표 식각층(T)의 식각에 소요되는 시간 및 에너지를 줄일 수 있다. 또한, 타원형 레이저빔(LBe)은 방향성 없이 에너지가 고르게 분포되는 원형 레이저빔(Lbc)과 달리 장축을 중심으로 에너지가 집중적으로 분포된다. 이에, 타원형 레이저빔(LBe)을 이용해 목표 식각층(T)을 식각하면, 원형 레이저빔(LBc)을 이용해 목표 식각층(T)을 식각하는 경우에 비해 레이저빔(LB)의 에너지를 목표 식각층(T)의 식각 영역에 집중시킬 수 있는 바, 목표 식각층(T)의 식각 영역과 인접한 주변부가 레이저빔(T)에 변형되는 것을 방지할 수 있고, 식각면(Tc)이 매끄럽고 완만하도록 목표 식각층(T)을 원활하게 식각할 수 있다.

도 13은 가공 대상물이 미리 정해진 세정 구간에 도달된 상태를 나타내는 식각 장치의 측면도이고, 도 14는 일 형태에 따른 세정 유닛의 개략적인 구성을 나타내는 정면도이다.

다음으로, 세정 유닛(30)은 목표 식각층(20)의 식각면(Tc)에 부착된 이물질(R)을 제거하기 위한 장치이다.

레이저빔(LB)을 이용해 목표 식각층(T)을 식각하면, 목표 식각층(T)의 식각면(Tc) 및 목표 식각층(T)의 식각에 의해 외부로 노출된 베이스 기재층(S)의 노출면 등(이하, '목표 식각층(T)의 식각면(Tc) 등'이라고 함)에는, 목표 식각층(T)을 구성하는 카본 소재의 입자, 기타 목표 식각층(T)의 식각 시 발생한 이물질(R)이 부착될 수 있다. 이러한 이물질(R)에 의하면, 가공 대상물(P) 및 가공 대상물(P)을 이용해 제조한 제품의 품질에 이상이 발생할 수 있다.

이를 해결하기 위하여, 도 13 및 도 14에 도시된 바와 같이, 세정 유닛(30)은, 세정 물질을 공급하는 세정 물질 공급원(34)과, 캐리어 가스(G)를 공급하는 캐리어 가스 공급원(35)과, 세정 물질 공급원(34)으로부터 공급된 세정 물질 및 캐리어 가스 공급원(35)으로부터 공급된 캐리어 가스(G)를 혼합하여 목표 식각층(T)의 식각면(Tc) 등을 향해 분사하는 세정 노즐(31)을 구비할 수 있다.

세정 물질로서 사용할 수 있는 물질은 특별히 한정되지 않으며, 상온에서 승화성을 갖는 물질이 세정 물질로서 사용되는 것이 바람직하다. 예를 들어, 세정 물질은, 이산화탄소(C02)일 수 있다. 이 경우에, 세정 물질 공급원(34)은 액상의 세정 물질을 세정 노즐(31)에 공급하는 것이 바람직하나, 이에 한정되는 것은 아니다.

캐리어 가스(G)로서 사용 가능한 가스의 종류는 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어, 캐리어 가스(G)는, 고순도의 에어 또는 질소(N0₂)일 수 있다. 캐리어 가스 공급원(35)은, 이러한 캐리어 가스(G)를 미리 정해진 기준 압력(예를 들어, 6 bar) 이상으로 가압하여 세정 노즐(31)에 공급한다.

세정 노즐(31)은, 세정 물질 공급원(34)으로부터 공급된 액상의 세정 물질 및 캐리어 가스 공급원(35)으로부터 공급된 캐리어 가스(G)를 혼합하여 목표 식각층(T)의 식각면(Tc) 등을 향해 분사할 수 있도록 마련된다. 이를 위하여, 도 13 및 도 14에 도시된 바와 같이, 세정 노즐(31)은, 액상의 세정 물질 및 캐리어 가스(G)를 혼합하여 목표 식각층(T)의 식각면(Tc) 등을 향해 각각 토출하는 복수의 토출구들(31a)을 구비할 수 있다. 토출구들(31a)은, 기준 식각 방향을 따라 미리 정해진 간격을 두고 설치되는 것이 바람직하나, 이에 한정되는 것은 아니다.

일반적으로, C0₂와 같이 승화성을 갖는 물질은, 액상의 상태로 대기 중에 소정의 시간 이상만큼 노출되면 고상으로 상전이된 후, 기상으로 승화되는 성질을 갖는다. 이에, 세정 노즐(31)은, 세정 노즐(31)로부터 분사된 액상의 세정 물질이 목표 식각층(T)의 식각면(Tc) 등에 도달하는 과정에서 고상의 세정 입자(C)로 상전이되도록, 목표 식각층(T)의 식각면(Tc) 등으로부터 미리 정해진 거리만큼 이격된 위치에서 세정 물질을 분사 가능하게 설치되는 것이 바람직하다.

예를 들어, 세정 물질이 C0₂인 경우에, 세정 노즐(31)은, 세정 노즐(31)로부터 분사된 액상의 C0₂가 목표 식각층(T)의 식각면(Tc) 등에 도달하는 과정에서 드라이아이스 미세 입자(snow & pellet)로 상전이되도록, 목표 식각층(T)의 식각면(Tc) 등으로부터 미리 정해진 거리만큼 이격되도록 설치될 수 있다.

세정 유닛(30)은, 이러한 세정 노즐(31)을 목표 식각층(T)의 식각면(Tc) 등에 근접되거나 목표 식각층(T)의 식각면(Tc) 등으로부터 이격되도록 왕복 이송 가능한 세정 노즐 이송기(미도시)를 더 구비할 수 있다.

세정 노즐(31)의 설치 위치 및 세정 노즐(31)을 이용한 목표 식각층(T)의 식각면(Tc)의 세정 시기는 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어, 도 13에 도시된 바와 같이, 세정 노즐(31)은, 토출구들(31a)이 상기 공급 경로 상의 미리 정해진 세정 구간(B)을 통과하는 가공 대상물(P)의 목표 식각층(T)의 식각면(Tc)을 향하도록 세정 구간(B)에 설치될 수 있다. 여기서, 세정 구간(B)은, 식각 구간(A)에 비해 상기 공급 경로의 하류측에 위치하도록, 식각 구간(A)으로부터 기준 식각 방향으로 미리 정해진 거리만큼 이격되게 설정되는 것이 바람직하다. 그러면, 도 14에 도시된 바와 같이, 세정 노즐(31)은, 식각 구간(A)에서 식각된 상태로 공급 유닛(10)에 의해 세정 구간(B)으로 진입된 목표 식각층(T)의 식각면(Tc) 등을 향해 세정 물질 및 캐리어 가스(G)를 분사할 수 있다.

이하에서는, 세정 물질이 CO₂이고, 고상의 세정 입자(C)가 드라이아이스 미세입자인 경우를 예로 들어, 목표 식각층(T)의 식각면(Tc) 등이 세정 입자(C)에 의해 세정되는 양상을 설명하기로 한다.

고속 고압의 캐리어 가스(G)의 안내 하에 의해 목표 식각층(T)의 식각면(Tc) 등에 도달한 드라이아이스 미세입자는, 목표 식각층(T)의 식각면(Tc) 등에 부착된 이물질(R)과 충돌되어, 이물질(R)에 물리적 충격력을 인가한다. 이로 인해, 목표 식각층(T)의 식각면(Tc) 등에 부착된 이물질(R)은 목표 식각층(T)의 식각면(Tc) 등으로부터 분리된다. 이와 함께, 드라이아이스 미세입자와 이물질(R)의 충돌 시, 저온 기류에 의한 열 충격으로 인해 이물질(R)이 냉각 및 수축됨으로써 이물질(R)에 균열이 발생하고, 드라이아이스 미세입자가 승화되어 부피가 현저히 팽창함으로 인해 이물질(R)이 목표 식각층(T)의 식각면(Tc) 등으로부터 박리된다. 또한, 이물질(R)에 포함된 유기물은 드라이아이스에 용해되어 제거되고, 이물질(R)에 포함된 수분은 드라이아이스에 의해 얼어 고상으로 상전이된 후 승화되어 제거된다.

이러한 과정을 통해, 드라이아이스 미세입자는 목표 식각층(T)의 식각면(Tc) 등에 부착된 카본 소재의 입자, 기타 이물질(R)을 제거하여, 목표 식각층(T)의 식각면(Tc) 등을 세정할 수 있다.

그런데, 목표 식각층(T)의 식각면(Tc) 등에 충돌되는 드라이아이스 미세입자의 크기가 적정 수준에 비해 커지면, 목표 식각층(T)의 식각면(Tc) 등에 부착된 이물질(R) 상의 수분이 드라이아이스 미세입자로부터 전달된 에너지로 인해 신속하게 승화되지 못하고 액상의 상태로 소정 시간 이상만큼 잔류될 우려가 있다. 이에, 세정 노즐(31)은, 드라이아이스 미세입자가 미리 정해진 기준 크기 이하의 직경을 갖도록 마련되는 것이 바람직하다.

한편, 목표 식각층(T)의 식각면(Tc) 등을 세정할 때, 목표 식각층(T)의 식각면(Tc) 등으로부터 분리된 이물질(R)의 잔여 입자가 목표 식각층(T)의 식각면(Tc) 등에 재부착되는 경우가 있다. 특히, 목표 식각층(T)의 식각면(Tc) 등이 세정 입자(C)에 의해 대전되면, 이물질(R)의 잔여 입자가 목표 식각층(T)의 식각면(Tc) 등에 더욱 빈번하게 재부착될 수 있다. 이처럼 목표 식각층(T)의 식각면(Tc) 등에 재부착된 이물질(R)의 잔여 입자는, 세정 입자(C)를 이용한 이물질(R)의 제거 효율을 감소시키고, 가공 대상물(P) 및 이를 이용해 제조한 제품의 품질을 저하시킬 수 있다.

이를 해결하기 위하여, 세정 유닛(30)은, 목표 식각층(T)의 식각면(Tc) 등을 향해 이온(I)을 방사하여, 세정 입자(C)에 의해 대전된 목표 식각층(T)의 식각면(Tc) 등을 중화시키는 이오나이저(32)와, 세정 입자(C)에 의해 목표 식각층(T)의 식각면(Tc) 등으로부터 분리된 이물질(R)의 잔여 입자를 흡입하여 제거하는 석션(33) 등을 더 구비할 수 있다.

이오나이저(32)는 목표 식각층(T)의 식각면(Tc) 등을 향해 양이온/음이온 등의 이온(I)을 방사 가능하도록 마련된다. 이오나이저(32)의 설치 위치 및 구동 시기는 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어, 도 14에 도시된 바와 같이, 이오나이저(32)는, 토출구(32a)가 세정 구간(B)을 통과하는 가공 대상물(P)의 목표 식각층(T)의 식각면(Tc) 등을 향하되 세정 노즐(31)로부터 미리 정해진 거리만큼 이격되도록, 세정 구간(B)에 설치될 수 있다. 그러면, 이오나이저(32)는, 식각 구간(A)에서 세정 구간(B)으로 진입된 목표 식각층(T)의 식각면(Tc) 등을 향해 이온(I)을 방사할 수 있다. 이를 통해, 이오나이저(32)는 세정 입자(C)에 의해 대전된 목표 식각층(T)의 식각면(Tc) 등을 중화시킬 수 있다.

석션(33)은 석션 배관(33a)을 통해 외부로부터 인가된 음압을 이용해 목표 식각층(T)의 식각면(Tc) 등으로부터 분리된 이물질(R)의 잔여 입자를 진공 흡입하여 제거할 수 있도록 마련된다. 석션(33)의 설치 위치 및 구동 시기는 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어, 도 14에 도시된 바와 같이, 석션(33)은, 흡입구(33b)가 세정 구간(B)을 통과하는 가공 대상물(P)의 목표 식각층(T)의 식각면(Tc) 등을 향하되 세정 노즐(31)과 미리 정해진 거리만큼 이격되도록, 세정 구간(B)에 설치될 수 있다. 그러면, 석션(33)은, 세정 구간(B)에서 세정 입자(C)에 의해 목표 식각층(T)의 식각면(Tc) 등으로부터 분리된 이물질(R)의 잔여 입자를 흡입하여 제거할 수 있다.

위와 같이, 세정 유닛(30)은, 드라이아이스 미세입자, 기타 승화성을 갖는 고상의 세정 입자(C)를 이용해, 목표 식각층(T)의 식각면(Tc) 등을 세정할 수 있다. 이처럼 승화성을 갖는 고상의 세정 입자(C)를 이용해 목표 식각층(T)의 식각면(Tc) 등을 세정하면, 목표 식각층(T)의 식각면(Tc) 등을 세정 부재를 이용해 물리적으로 긁어 내어 세정하거나 화학 물질로 화학 처리하여 세정하는 경우에 비해, 목표 식각층(T)의 식각면(Tc) 등의 손상을 최소화할 수 있고, 목표 식각층(T)을 구성하는 카본 소재의 입자, 기타 다양한 종류의 이물질(R)을 목표 식각층(T)의 식각면(Tc) 등으로부터 용이하게 제거할 수 있다.

도 15는 다른 형태에 따른 세정 유닛의 개략적인 구성을 나타내는 측면도이다.

전술한 바와 같이, 세정 유닛(30)은, 복수의 토출구들(31a)을 갖는 세정 노즐(31)을 포함하는 것으로 설명하였으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 도 15에 도시된 바와 같이, 세정 유닛(30)은, 세정 노즐(31) 대신에 또는 세정 노즐(31)에 부가하여, 하나의 토출구(36a)를 갖는 세정 노즐(36)을 포함할 수 있다. 이 경우에, 도 15에 도시된 바와 같이, 세정 노즐(36)은, 목표 식각층(T)의 식각면(Tc)이 식각된 직후에 목표 식각층(T)의 식각면(Tc) 등을 향해 세정 물질을 분사할 수 있도록, 레이저 노즐(23)과 미리 정해진 간격을 두고 식각 구간(A)에 설치될 수 있다. 이 경우에, 이오나이저(32)는 목표 식각층(T)이 식각된 직후에 목표 식각층(T)의 식각면(Tc) 등을 향해 이온(I)을 방사할 수 있도록 레이저 노즐(23)과 미리 정해진 각격을 두고 식각 구간(A)에 설치될 수 있고, 석션(33)은 세정 입자(C)에 의해 목표 식각층(T)의 식각면(Tc) 등으로부터 분리된 이물질(R)의 잔여 입자를 흡입할 수 있도록 레이저 노즐(23)과 미리 정해진 간격을 두고 식각 구간(A)에 설치될 수 있다.

도 16은 본 발명의 다른 바람직한 실시예에 따른 식각 장치가 설치된 전극 제조 시스템의 개략적인 구성을 나타내는 측면도이고, 도 17은 도 16에 도시된 식각 장치의 개략적인 구성을 나타내는 측면도이다.

본 발명의 다른 바람직한 실시예에 따른 식각 장치(2)는 스트립 형상을 갖는 전극 원단(F)을 롤루롤 방식으로 제조하는 전극 제조 시스템(3)에 설치된다는 점에서, 시트 형상으로 미리 가공된 가공 대상물(P)을 식각 가공할 수 있도록 마련된 전술한 식각 장치(1)와 차이점을 갖는다. 설명의 편의를 위해 이하에서는, 전극 제조 시스템(3)에 대해서 먼저 설명한 후 식각 장치(2)에 대해 설명하기로 한다.

먼저, 전극 제조 시스템(3)은, 전극 집전체 원단(F1)을 공급하는 공급 유닛(40)과, 공급 유닛(40)에 의해 공급된 전극 집전체 원단(F1)의 일면에 전극 활물질을 코팅하여 전극 원단(F)을 형성하는 코팅 유닛(50)과, 전극 집전체 원단(F1)에 코팅된 전극 활물질층(F2)을 가압하여 전극 집전체 원단(F1)에 점착하는 압연 유닛(60)과, 전극 원단(F)을 회수하는 회수 유닛(70)과, 전극 집전체 원단(F1) 또는 전극 원단(F)이 미리 정해진 공급 경로를 따라 공급되도록 전극 집전체 원단(F1) 또는 전극 원단(F)을 안내하는 적어도 하나의 안내 롤러들(80) 등을 포함할 수 있다. 여기서, 전극 원단(F)이란, 전극 집전체 원단(F1)과, 전극 활물질이 전극 집전체 원단(F1)의 일면에 코팅되어 형성된 전극 활물질층(F2)을 포함하는 원단을 말한다.

공급 유닛(40)의 구성은 특별히 ㅊ한정되지 않는다. 예를 들어, 공급 유닛(40)은, 미리 권취된 전극 집전체 원단(F1)을 권출하여 상기 공급 경로를 따라 공급하는 공급롤(42)을 구비할 수 있다.

코팅 유닛(50)의 구성은 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어, 코팅 유닛(50)은, 상기 공급 경로 중 미리 정해진 코팅 구간에 도달된 전극 집전체 원단(F1)의 일면에 전극 활물질 슬러리를 코팅하여 전극 원단(F)을 형성하는 슬롯 다이 코터(52)를 구비할 수 있다.

압연 유닛(60)의 구성은 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어, 압연 유닛(60)은, 상기 공급 경로 중 미리 정해진 압연 구간에 도달된 전극 집전체 원단(F1)에 코팅된 전극 활물질을 가열하는 히팅 플레이트(62)와, 상기 압연 구간을 따라 주행하면서 전극 집전체 원단(F1)에 코팅된 전극 활물질을 가압하여 전극 집전체 원단(F1)에 점착하는 압연 롤러(64) 등을 구비할 수 있다.

회수 유닛(70)의 구성은 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어, 회수 유닛(70)은, 전극 활물질층(F1)의 코팅 및 압연 공정이 완료된 전극 원단(F)을 권취하여 회수하는 회수롤(72)을 구비할 수 있다.

다음으로, 식각 장치(2)는, 전극 원단(F)의 전극 활물질층(F2)을 식각 가공할 수 있도록 마련된다. 즉, 식각 장치(2)의 경우에, 전극 원단(F)이 가공 대상물에 해당하고, 전극 집전체 원단(F1)이 베이스 기재층에 해당하고, 전극 활물질층(F2)이 목표 식각층에 해당한다.

식각 장치(2)는, 전극 활물질의 코팅 및 압연 공정이 완료된 전극 원단(F)을 대상으로 식각 가공을 실시할 수 있도록 설치되는 것이 바람직하다. 이 경우에, 도 16에 도시된 바와 같이, 식각 장치(2)는, 압연 유닛(60)과, 회수 유닛(70) 사이에 설치될 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니며, 식각 장치(2)는, 전극 활물질의 코팅만 완료된 전극 원단(F)을 대상으로 식각 공정을 실시할 수 있게 설치될 수도 있다.

이러한 식각 장치(2)의 구성은 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어, 도 17에 도시된 바와 같이, 식각 장치(2)는, 전술한 공급 유닛(10)을 포함하지 않는다는 점을 제외하고는, 전술한 식각 장치(10와 동일한 구성을 가질 수 있다. 즉, 전극 집전체 원단(F1) 또는 전극 원단(F)은 전극 제조 시스템(3)의 공급롤(42)에 의해 미리 정해진 공급 경로를 따라 공급되는 바, 이를 고려해 식각 장치(2)가 자체적으로 포함하는 공급 유닛(10)은 생략되는 것이다.

이 경우에, 도 17에 도시된 바와 같이, 식각 유닛(20)은, 상기 공급 경로 중 미리 정해진 식각 구간(A)을 통과하는 전극 원단(F)의 전극 활물질층(F2)을 식각할 수 있도록 설치될 수 있다. 이에 대응하여, 세정 유닛(30)은, 상기 공급 경로 중 미리 정해진 세정 구간(B)을 통과하는 전극 원단(F)의 전극 활물질층(F2)의 식각면 및 전극 활물질층(F2)의 식각에 의해 노출된 전극 집접체 원단(F1)의 노출면 등을 세정할 수 있도록 설치될 수 있다.

이처럼 식각 장치(2)는 가공 대상물의 형상 및 공급 방식이 변경되었다는 점을 제외하고는 전술한 식각 장치(1)와 동일한 바, 식각 장치(2)에 대한 더욱 자세한 설명은 생략하기로 한다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다.

따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

1, 2 : 식각 장치
3 : 전극 제조 시스템
10 : 공급 유닛
12 : 지지 블록
14 : 가이드 레일
20 : 식각 유닛
21 : 레이저 발진기
22 : 빔 정형 부재
23 : 레이저 노즐
24 : 광학부재
24a : 반사 미러
26 : 제1 원주 렌즈
26a : 원주면
26b : 중심선
27 : 제2 원주 렌즈
27a : 원주면
27b : 중심선
30 : 세정 유닛
31, 36 : 세정 노즐
32 : 이오나이저
33 : 석션
34 : 세정 입자 공급원
35 : 가스 공급원
40 : 공급 유닛
42 : 공급롤
50 : 코팅 유닛
52 : 슬롯 다이 코터
60 : 압연 유닛
62 : 히팅 플레이트
64 : 압연 롤러
70 : 안내 롤러
LB : 레이저빔
LBc : 원형 레이저빔
BSc : 원형 빔스팟
LBe : 타원형 레이저빔
BSe : 타원형 빔스팟
P : 가공 대상물
S : 베이스 기재층
Sa : 일측 단부
T : 목표 식각층
Ta : 일측 단부
Tb : 일측 단부면
Tc : 식각면
L : 식각 예정 라인
D : 어깨선
N : 무지부
C : 코팅부
A : 식각 구간
B : 세정 구간
C : 세정 입자
I : 이온
G : 캐리어 가스
R : 이물질
F : 전극 원단
F1 : 전극 집전체 원단
F2 : 전극 활물질층

Claims (16)

1. 다층 구조를 갖는 가공 대상물에 포함된 미리 정해진 목표 식각층을 선택적으로 식각하기 위한 레이저빔을 발진하는 레이저 발진기와, 상기 레이저빔을 상기 목표 식각층에 조사하여 상기 목표 식각층을 선택적으로 식각하는 레이저 노즐을 구비하는 식각 유닛; 및
   세정 물질을 상기 목표 식각층의 식각면에 분사하여, 상기 식각면에 부착된 이물질을 제거하는 세정 노즐을 구비하는 세정 유닛을 포함하는, 식각 장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 레이저 노즐은, 상기 식각면이 상기 식각 예정 라인을 따라 형성되도록, 상기 레이저빔을 상기 식각 예정 라인을 따라 조사하는, 식각 장치.
3. 제2항에 있어서,
   상기 식각 예정 라인은, 상기 목표 식각층의 일측 단부면이 상기 식각 예정 라인을 따라 식각되도록 설정되는, 식각 장치.
4. 제1항에 있어서,
   상기 세정 노즐은, 상기 세정 물질의 승화성을 갖는 고상의 세정 입자를 상기 식각면에 충돌시키도록 마련되는, 식각 장치.
5. 제4항에 있어서,
   상기 세정 물질은, 이산화탄소이고,
   상기 고상의 세정 입자는, 드라이아이스 미세입자인, 식각 장치.
6. 제4항에 있어서,
   상기 세정 노즐은, 상기 식각면을 향해 분사된 액상의 세정 물질이 상기 식각면에 도달하는 과정에서 상기 고상의 세정 입자로 상전이 되도록, 상기 식각면으로부터 미리 정해진 거리만큼 이격되게 설치되는, 식각 장치.
7. 제1항에 있어서,
   상기 가공 대상물은, 상기 목표 식각층이 일면에 적층된 베이스 기재층을 더 포함하고,
   상기 레이저 발진기는, 상기 목표 식각층의 레이저 흡수율이 상기 베이스 기재층의 레이저 흡수율에 비해 높은 레이저빔을 생성하여 발진하는, 식각 장치.
8. 제7항에 있어서,
   상기 베이스 기재층이 메탈 소재로 구성되고 상기 목표 식각층이 카본 소재로 구성된 경우에, 상기 레이저 발진기는 적외선 레이저빔을 생성하여 발진하는, 식각 장치.
9. 제1항에 있어서,
   상기 식각 유닛은, 상기 레이저 발진기로부터 발진된 원형 레이저빔을 타원형 레이저빔으로 정형하는 빔 정형 부재를 더 갖고,
   상기 레이저 노즐은, 상기 타원형 레이저빔을 당해 타원형 레이저빔의 장축 방향을 따라 상기 목표 식각층에 조사하는, 식각 장치.
10. 제9항에 있어서,
    상기 가공 대상물을 미리 정해진 공급 경로를 따라 상기 장축 방향으로 공급하는 공급 유닛을 더 포함하고,
    상기 레이저 노즐은 상기 공급 경로 상의 미리 정해진 식각 구간을 통과하는 상기 목표 식각층에 상기 레이저빔을 조사하도록 설치되는, 식각 장치.
11. 제10항에 있어서,
    상기 세정 노즐은, 상기 식각 구간에 비해 상기 공급 경로의 하류 측에 위치하도록 미리 정해진 세정 구간을 통과하는 상기 가공 대상물의 상기 식각면을 향해 상기 세정 물질을 분사하도록 설치되는, 식각 장치.
12. 제9항에 있어서,
    상기 레이저 노즐은, 상기 타원형 레이저빔의 빔 스팟들이 상기 장축 방향으로 미리 정해진 중첩률만큼 상호 중첩되도록, 상기 타원형 레이저빔을 상기 목표 식각층에 조사하는, 식각 장치.
13. 제9항에 있어서,
    상기 빔 정형 부재는, 상기 원형 레이저빔의 광로에 미리 정해진 간격을 두고 설치되는 복수의 원주 렌즈들을 구비하고,
    상기 원주 렌즈들은 각각, 당해 원주 렌즈에 구비된 원주면의 중심선이 상기 장축 방향과 평행하도록 설치되는, 식각 장치.
14. 제13항에 있어서,
    상기 원주 렌즈들은 각각, 당해 원주 렌즈의 중심축이 상기 원형 레이저빔의 광축과 일치하도록 설치되는, 식각 장치.
15. 제1항에 있어서,
    상기 세정 유닛은, 상기 세정 입자에 의해 상기 식각면으로부터 분리된 상기 이물질을 흡입하여 제거하는 석션을 더 구비하는, 식각 장치.
16. 제15항에 있어서,
    상기 세정 유닛은, 상기 식각면을 향해 이온을 방사하여 상기 식각면을 중화시키는 이오나이저를 더 구비하는, 식각 장치.

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