KR20220011029A

KR20220011029A - 단위 셀 제조 장치 및 방법

Info

Publication number: KR20220011029A
Application number: KR1020200089911A
Authority: KR
Inventors: 윤세현; 박동혁; 권춘호
Original assignee: 주식회사 엘지에너지솔루션
Priority date: 2020-07-20
Filing date: 2020-07-20
Publication date: 2022-01-27
Also published as: US20230148346A1; EP4120410A4; CN115461901A; EP4120410A1; WO2022019599A1

Abstract

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 단위 셀 제조 장치는 하부 분리막 시트가 권출되는 하부 분리막 릴; 상기 하부 분리막 시트를 제1 방향으로 이동시키는 제1 피딩 롤러; 제1 전극을 상기 제1 방향과 평행한 제2 방향으로 이동시키는 제1 컨베이어; 상기 제1 전극을 상기 제1 컨베이어로부터 이송하여, 상기 하부 분리막 시트의 상면에 안착시키는 제1 헤더; 상부 분리막 시트가 권출되는 상부 분리막 릴; 상기 하부 분리막 시트, 상기 제1 전극 및 상기 상부 분리막 시트가 순서대로 적층된 제1 적층체를 상기 제1 방향으로 이동시키는 제2 피딩 롤러; 제2 전극을 상기 제2 방향으로 이동시키는 제2 컨베이어; 상기 제2 전극을 상기 제2 컨베이어로부터 이송하여, 상기 상부 분리막 시트의 상면에 안착시키는 제2 헤더; 및 상기 하부 분리막 시트, 상기 제1 전극, 상기 상부 분리막 시트 및 상기 제2 전극이 순서대로 적층되어 형성된 제2 적층체를 일정 간격으로 절단하는 커터를 포함한다.

Description

단위 셀 제조 장치 및 방법{The Apparatus And The Method For Manufacturing Unit Cell}

본 발명은 단위 셀 제조 장치 및 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 전극과 분리막 시트를 적층하여 단위 셀을 제조할 때, 전극이 정위치에서 이탈하는 것을 용이하게 확인하고 이를 보정할 수 있는 단위 셀 제조 장치 및 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 이차 전지의 종류로는 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 리튬 이온 전지 및 리튬 이온 폴리머 전지 등이 있다. 이러한 이차 전지는 디지털 카메라, P-DVD, MP3P, 휴대폰, PDA, Portable Game Device, Power Tool 및 E-bike 등의 소형 제품뿐만 아니라, 전기 자동차나 하이브리드 자동차와 같은 고출력이 요구되는 대형 제품과 잉여 발전 전력이나 신재생 에너지를 저장하는 전력 저장 장치와 백업용 전력 저장 장치에도 적용되어 사용되고 있다.

이러한 이차 전지를 제조하기 위해, 먼저 전극 활물질 슬러리를 양극 집전체 및 음극 집전체에 도포하여 양극과 음극을 제조하고, 이를 분리막(Separator)의 양 측에 적층함으로써 소정 형상의 전극 조립체를 형성한다. 그리고 전지 케이스에 전극 조립체를 수납하고 전해액 주입 후 실링한다.

전극 조립체는 다양한 종류로 분류된다. 예를 들어, 단위 셀을 제조하지 않고 단순히 양극, 분리막, 음극들을 교차하여 계속 적층하는 단순 스택형(Simple Stack Type), 양극, 분리막, 음극들을 이용하여 단위 셀을 먼저 제조한 후 이러한 단위 셀들을 적층하는 라미네이션 앤 스택형(L&S, Lamination & Stack Type), 길이가 일측으로 긴 분리막 시트의 일면에 복수의 전극 또는 단위 셀을 이격시켜 부착하고 분리막 시트를 일단으로부터 동일한 방향으로 반복적으로 폴딩해 나가는 스택 앤 폴딩형(S&F, Stack & Folding Type), 길이가 일측으로 긴 분리막 시트의 일면과 타면에 복수의 전극 또는 단위 셀을 각각 교번하여 부착하고 분리막 시트를 일단으로부터 특정 방향으로 폴딩한 후 반대 방향으로 폴딩하는 방식을 번갈아가며 반복하는 Z-폴딩형(Z-Folding Type) 등이 있다.

이 중에서 라미네이션 앤 스택형, 스택 앤 폴딩형 또는 Z-폴딩형 전극 조립체를 제조하기 위해서는, 먼저 단위 셀을 제조할 수 있다. 일반적으로 단위 셀을 제조하기 위해서는, 중앙 전극이 컨베이어 벨트 등에 의해 일측으로 이동하는 동안에, 중앙 전극의 상하면에 각각 분리막이 적층되고, 그 이후에 최상단에 상부 전극이 더 적층된다. 경우에 따라 최하단에 하부 전극이 더 적층될 수도 있다. 그리고 전극과 분리막이 적층된 적층체에 열 및 압력을 인가하는 라미네이팅 공정이 수행된다. 이러한 라미네이팅 공정을 수행함으로써, 전극과 분리막 사이가 접착되어 단위 셀이 견고하게 형성될 수 있다.

그런데, 종래에는 복수의 분리막 시트와 전극 시트가 모두 하나의 라인에서 각각 모두 동일한 방향을 향해 이동하였다. 그리고 커터를 이용하여 전극 시트를 일정 간격으로 절단하여 전극을 제조하면, 전극을 곧바로 분리막 시트에 안착하였다. 따라서, 전극 시트를 절단한 후 전극의 정위치 이탈 여부를 확인하기가 용이하지 않았고, 만약 전극이 정위치에서 이탈하더라도 이를 보정하는 것도 용이하지 않았다.

또한, 두 분리막 시트의 사이에 적층된 중앙 전극의 위치를 센서로 인식한 후에 나머지 전극의 투입 타이밍을 결정하였다. 그런데 중앙 전극이 두 분리막 시트의 사이에 적층되어 은폐되므로, 중앙 전극의 위치를 인식하기 위해서는 분리막의 일측으로 돌출된 중앙 전극의 전극 탭의 위치를 센서로 인식하였다. 이 때, 전극 탭의 일부가 파손되거나 접히거나 구부러진 경우에는, 센서가 중앙 전극의 위치를 정확하게 인식하지 못하여 단위 셀의 불량이 발생하는 문제도 있었다. 나아가, 이러한 전극을 연속으로 투입한다면, 단위 셀의 불량도 연속으로 발생하는 문제도 있었다.

일본공개공보 제2019-139961호

본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 전극과 분리막 시트를 적층하여 단위 셀을 제조할 때, 전극이 정위치에서 이탈하는 것을 용이하게 확인하고 이를 보정할 수 있는 단위 셀 제조 장치 및 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

또한, 상기 하부 분리막 시트와 상기 제1 컨베이어의 사이에 배치되어, 상기 제1 전극이 상기 하부 분리막 시트의 상면에 안착하기 전에 상기 제1 전극을 촬영하는 제1 비전 센서를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 제1 적층체와 상기 제2 컨베이어의 사이에 배치되어, 상기 제2 전극이 상기 상부 분리막 시트의 상면에 안착하기 전에 상기 제2 전극을 촬영하는 제2 비전 센서를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 제1 컨베이어의 상방에 배치되어 상기 제1 전극을 촬영하는 제3 비전 센서를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 제2 컨베이어의 상방에 배치되어 상기 제2 전극을 촬영하는 제4 비전 센서를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 제1 헤더는, 상기 제1 방향 및 상기 제2 방향과 수직한 제3 방향으로 상기 제1 전극을 이송하고, 상기 제2 헤더는, 상기 제1 방향 및 상기 제2 방향과 수직하고 상기 제3 방향과 평행한 제4 방향으로 상기 제2 전극을 이송할 수 있다.

또한, 상기 하부 분리막 시트의 상면에 상기 제1 전극이 안착하면, 상기 하부 분리막 시트 및 상기 제1 전극의 양 면에 각각 배치되어, 회전하면서 상기 하부 분리막 시트 및 상기 제1 전극에 압력을 인가하는 제1 닙 롤을 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 제2 적층체의 양 면에 각각 배치되어, 회전하면서 상기 제2 적층체에 압력을 인가하는 제2 닙 롤을 더 포함할 수 있다.

또한, 복수의 상기 단위 셀을 순차적으로 수용하면서 적층시키는 매거진을 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 제1 컨베이어 및 상기 제2 컨베이어는, 상기 제2 방향을 따라 일렬로 배치될 수 있다.

또한, 상기 제1 전극이 형성되는 제1 전극 시트가 권출되는 제1 전극 릴; 및 상기 제2 전극이 형성되는 제2 전극 시트가 권출되는 제2 전극 릴을 더 포함할 수 있다.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 단위 셀 제조 방법은 하부 분리막 시트가 하부 분리막 릴로부터 권출되어 제1 방향으로 이동하는 단계; 제1 컨베이어가 제1 전극을 상기 제1 방향과 평행한 제2 방향으로 이동시키는 단계; 제1 헤더가 상기 제1 전극을 상기 제1 컨베이어로부터 이송하여, 상기 하부 분리막 시트의 상면에 안착시키는 단계; 상부 분리막 시트가 상부 분리막 릴로부터 권출되어 상기 제1 방향으로 이동하는 단계; 상기 하부 분리막 시트 및 상기 제1 전극의 상면에 상기 상부 분리막 시트가 적층되어 제1 적층체를 형성하는 단계; 제2 컨베이어가 제2 전극을 상기 제2 방향으로 이동시키는 단계; 제2 헤더가 상기 제2 전극을 상기 제2 컨베이어로부터 이송하여, 상기 상부 분리막 시트의 상면에 안착시켜 제2 적층체를 형성하는 단계; 및 커터가 제2 적층체를 일정 간격으로 절단하여 단위 셀을 제조하는 단계를 포함한다.

또한, 상기 제1 전극을 상기 하부 분리막 시트의 상면에 안착시키는 단계에 있어서, 상기 하부 분리막 시트와 상기 제1 컨베이어의 사이에 배치된 제1 비전 센서가, 상기 제1 전극이 상기 하부 분리막 시트의 상면에 안착하기 전에, 상기 제1 전극을 촬영한다.

또한, 상기 제2 전극을 상기 상부 분리막 시트의 상면에 안착시키는 단계에 있어서, 상기 제1 적층체와 상기 제2 컨베이어의 사이에 배치된 제2 비전 센서가, 상기 제2 전극이 상기 상부 분리막 시트의 상면에 안착하기 전에, 상기 제2 전극을 촬영할 수 있다.

또한, 상기 제1 전극을 상기 제2 방향으로 이동시키는 단계에 있어서, 상기 제1 컨베이어의 상방에 배치된 제3 비전 센서가, 상기 제1 전극을 촬영할 수 있다.

또한, 상기 제2 전극을 상기 제2 방향으로 이동시키는 단계에 있어서, 상기 제2 컨베이어의 상방에 배치된 제4 비전 센서가, 상기 제2 전극을 촬영할 수 있다.

본 발명의 기타 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.

본 발명의 실시예들에 의하면 적어도 다음과 같은 효과가 있다.

전극을 별도의 헤더로 이동시키므로, 전극이 정위치에서 이탈하더라도 이를 용이하게 보정할 수 있다.

또한, 전극 탭을 통해 전극의 위치를 간접적으로 확인하는 것이 아니라 비전 센서로 전극 자체의 위치를 직접 확인하므로, 전극의 정위치 이탈 여부를 용이하게 확인할 수 있고 단위 셀의 불량이 발생하는 것을 방지할 수 있다.

또한, 제1 컨베이어가 제1 전극의 투입 위치에 근접하게 배치되고, 제2 컨베이어가 제2 전극의 투입 위치에 근접하게 배치되므로, 제1 전극 및 제2 전극을 적절한 투입 위치에 최단 거리로 이동시킬 수 있어 불필요한 이동을 감소시키고 효율적으로 단위 셀을 제조할 수 있다.

또한, 전극을 이송시켜 공급하는 컨베이어들이 분리막 시트의 일측에 평행하게 배치되므로, 장치 전체의 부피도 감소시킬 수 있다.

본 발명에 따른 효과는 이상에서 예시된 내용에 의해 제한되지 않으며, 더욱 다양한 효과들이 본 명세서 내에 포함되어 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 단위 셀 제조 방법의 흐름도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 단위 셀 제조 장치(1)의 개략도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 단위 셀 제조 장치(1)를 자세히 나타낸 평면 개략도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 단위 셀 제조 장치(1a)의 개략도이다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.

다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.

본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소 외에 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 단위 셀 제조 방법의 흐름도이다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 전극을 별도의 헤더로 이동시키므로, 전극이 정위치에서 이탈하더라도 이를 용이하게 보정할 수 있다. 또한, 전극 탭을 통해 전극의 위치를 간접적으로 확인하는 것이 아니라 비전 센서로 전극 자체의 위치를 직접 확인하므로, 전극의 정위치 이탈 여부를 용이하게 확인할 수 있고 단위 셀(2)의 불량이 발생하는 것을 방지할 수 있다. 또한, 제1 컨베이어(31)가 제1 전극(1112)의 투입 위치에 근접하게 배치되고, 제2 컨베이어(32)가 제2 전극(1122)의 투입 위치에 근접하게 배치되므로, 제1 전극(1112) 및 제2 전극(1122)을 적절한 투입 위치에 최단 거리로 이동시킬 수 있어 불필요한 이동을 감소시키고 효율적으로 단위 셀(2)을 제조할 수 있다. 또한, 전극을 이송시켜 공급하는 컨베이어들이 분리막 시트의 일측에 평행하게 배치되므로, 장치 전체의 부피도 감소시킬 수 있다.

이를 위해, 본 발명의 일 실시예에 따른 단위 셀 제조 방법은 하부 분리막 시트(1211)가 하부 분리막 릴(121)로부터 권출되어 제1 방향(D1)으로 이동하는 단계; 제1 컨베이어(31)가 제1 전극(1112)을 상기 제1 방향(D1)과 평행한 제2 방향(D2)으로 이동시키는 단계; 제1 헤더(141)가 상기 제1 전극(1112)을 상기 제1 컨베이어(31)로부터 이송하여, 상기 하부 분리막 시트(1211)의 상면에 안착시키는 단계; 상부 분리막 시트(1221)가 상부 분리막 릴(122)로부터 권출되어 상기 제1 방향(D1)으로 이동하는 단계; 상기 하부 분리막 시트(1211) 및 상기 제1 전극(1112)의 상면에 상기 상부 분리막 시트(1221)가 적층되어 제1 적층체(21)를 형성하는 단계; 제2 컨베이어(32)가 제2 전극(1122)을 상기 제2 방향(D2)으로 이동시키는 단계; 제2 헤더(142)가 상기 제2 전극(1122)을 상기 제2 컨베이어(32)로부터 이송하여, 상기 상부 분리막 시트(1221)의 상면에 안착시켜 제2 적층체(22)를 형성하는 단계; 및 커터(17)가 제2 적층체(22)를 일정 간격으로 절단하여 단위 셀(2)을 제조하는 단계를 포함한다.

이하, 도 1의 흐름도에 도시된 각 단계를 도 2 및 도 3을 참고하여 구체적으로 설명한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 단위 셀 제조 장치(1)의 개략도이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 단위 셀 제조 장치(1)는 도 2에 도시된 바와 같이, 하부 분리막 시트(1211)가 권출되는 하부 분리막 릴(121); 상기 하부 분리막 시트(1211)를 제1 방향(D1)으로 이동시키는 제1 피딩 롤러(131); 제1 전극(1112)을 상기 제1 방향(D1)과 평행한 제2 방향(D2)으로 이동시키는 제1 컨베이어(31); 상기 제1 전극(1112)을 상기 제1 컨베이어(31)로부터 이송하여, 상기 하부 분리막 시트(1211)의 상면에 안착시키는 제1 헤더(141); 상부 분리막 시트(1221)가 권출되는 상부 분리막 릴(122); 상기 하부 분리막 시트(1211), 상기 제1 전극(1112) 및 상기 상부 분리막 시트(1221)가 순서대로 적층된 제1 적층체(21)를 상기 제1 방향(D1)으로 이동시키는 제2 피딩 롤러(132); 제2 전극(1122)을 상기 제2 방향(D2)으로 이동시키는 제2 컨베이어(32); 상기 제2 전극(1122)을 상기 제2 컨베이어(32)로부터 이송하여, 상기 상부 분리막 시트(1221)의 상면에 안착시키는 제2 헤더(142); 및 상기 하부 분리막 시트(1211), 상기 제1 전극(1112), 상기 상부 분리막 시트(1221) 및 상기 제2 전극(1122)이 순서대로 적층되어 형성된 제2 적층체(22)를 일정 간격으로 절단하는 커터(17)를 포함한다.

하부 분리막 릴(121)은 하부 분리막 시트(1211)가 권취된 릴이며, 하부 분리막 시트(1211)가 상기 하부 분리막 릴(121)로부터 권출된다. 그리고 제1 피딩 롤러(131)가 하부 분리막 시트(1211)를 제1 방향(D1)으로 이동시킨다. 한편, 하부 분리막 시트(1211)가 이동하는 제1 방향(D1)과 평행한 방향인 제2 방향(D2)으로, 제1 컨베이어(31)가 제1 전극(1112)을 이동시킨다. 따라서, 제1 전극(1112)과 하부 분리막 시트(1211)는 평행하게 이동한다.

그 후에, 제1 헤더(141)는 이러한 제1 전극(1112)을 흡착하고 제1 컨베이어(31)로부터 이송하여, 하부 분리막 시트(1211)의 상면에 안착시킨다. 이러한 과정을 반복하여, 하부 분리막 시트(1211)에 복수의 제1 전극(1112)이 하부 분리막 시트(1211)의 길이 방향으로 일렬로 이격 배치되며 적층될 수 있다.

제1 닙 롤(151)은 복수로 형성되어, 하부 분리막 시트(1211) 및 제1 전극(1112)의 양 면에 각각 배치될 수 있다. 그리고 하부 분리막 시트(1211)의 상면에 제1 전극(1112)이 안착하면, 제1 닙 롤(151)이 회전하면서 상기 하부 분리막 시트(1211) 및 상기 제1 전극(1112)에 압력을 인가할 수 있다. 그럼으로써, 하부 분리막 시트(1211)와 제1 전극(1112)의 사이가 더욱 강력하게 접착될 수 있다.

한편, 상부 분리막 릴(122)은 상부 분리막 시트(1221)가 권취된 릴이며, 상부 분리막 시트(1221)가 상기 상부 분리막 릴(122)로부터 권출된다. 그리고 상부 분리막 시트(1221)가 상기 제1 전극(1112)의 상면에 적층된다. 그럼으로써, 하부 분리막 시트(1211), 제1 전극(1112) 및 상부 분리막 시트(1221)가 순서대로 적층된 제1 적층체(21)가 형성된다. 이러한 제1 적층체(21)는 분리막 시트(1211, 1221)의 사이에 복수의 제1 전극(1112)이 분리막 시트(1211, 1221)의 길이 방향으로 일렬로 이격 배치되며 적층됨으로써 형성될 수 있다. 그리고 제2 피딩 롤러(132)가 제1 적층체(21)를 제1 방향(D1)으로 이동시킨다. 한편, 제1 적층체(21)가 이동하는 제1 방향(D1)과 평행한 방향인 제2 방향(D2)으로, 제2 컨베이어(32)가 제2 전극(1122)을 이동시킨다. 따라서, 제2 전극(1122)과 제1 적층체(21)는 평행하게 이동한다.

제1 컨베이어(31)와 제2 컨베이어(32)는 각각 제1 전극(1112) 및 제2 전극(1122)을, 모두 제2 방향(D2)으로 이동시킨다. 따라서, 제1 컨베이어(31)와 제2 컨베이어(32)는 상기 제2 방향(D2)을 따라 일렬로 배치될 수 있다. 특히, 제1 전극(1112)이 제2 전극(1122)보다 분리막 시트에 먼저 안착되므로, 제1 컨베이어(31)가 제2 컨베이어(32)보다 먼저 배치될 수 있다. 이와 같이, 전극을 이송시켜 공급하는 컨베이어들이 분리막 시트의 일측에, 진행 방향과 일렬로 배치되는 것이 아니라 평행하게 배치되므로, 장치 전체의 부피도 감소시킬 수 있다.

그 후에, 제2 헤더(142)는 이러한 제2 전극(1122)을 흡착하고 제2 컨베이어(32)로부터 이송하여, 상부 분리막 시트(1221)의 상면에 안착시킨다. 그럼으로써, 하부 분리막 시트(1211), 제1 전극(1112), 상부 분리막 시트(1221) 및 제2 전극(1122)이 순서대로 적층된 제2 적층체(22)가 형성된다. 이러한 제2 적층체(22)는 상부 분리막 시트(1221)에 복수의 제2 전극(1122)이 상부 분리막 시트(1221)의 길이 방향으로 일렬로 이격 배치되며 적층됨으로써 형성될 수 있다. 제1 전극(1112) 및 제2 전극(1122)은 서로 크기가 다르므로 이격되는 간격이 상이할 수 있다. 다만, 제1 전극(1112) 및 제2 전극(1122)들은 모두 중심이 일치하도록 정렬되며 배치되는 것이 바람직하다.

이와 같이 제1 전극(1112) 및 제2 전극(1122)을 곧바로 투입하는 것이 아니라 별도의 헤더를 통해 이동시키므로, 전극이 정위치에서 이탈하더라도 이를 용이하게 확인하고 보정할 수 있다.

제1 전극(1112) 및 제2 전극(1122)은 전극 집전체 상에 전극 활물질, 도전재 및 바인더의 슬러리를 도포한 다음에 이를 건조하고 프레싱하여 제조될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 별도의 전극 제조 공정에서 제1 전극(1112) 및 제2 전극(1122)이 제조될 수 있다. 그리고 제1 전극(1112)은 하부 분리막 시트(1211)의 일측에 마련된 제1 전극 매거진(311) 또는 제1 전극 테이블(미도시)로 공급된 후에 제1 컨베이어(31)로 이동할 수 있다. 또한 제2 전극(1122)도 제1 적층체(21)의 일측에 마련된 제2 전극 매거진(321) 또는 제2 전극 테이블(미도시)로 공급된 후에 제2 컨베이어(32)로 이동할 수 있다. 여기서, 제1 전극(1112)과 제2 전극(1122)은 서로 다른 극성을 가지는 전극(11)일 수 있다. 즉, 제1 전극(1112)이 양극이라면 제2 전극(1122)은 음극이고, 제1 전극(1112)이 음극이라면 제2 전극(1122)은 양극일 수 있다.

제2 닙 롤(152)은 복수로 형성되어, 제2 적층체(22)의 양 면에 각각 배치될 수 있다. 그리고, 회전하면서 상기 제2 적층체(22)에 압력을 인가할 수 있다. 그럼으로써, 제2 적층체(22)의 내부가 더욱 강력하게 접착될 수 있다.

라미네이터는 전극(1112, 1122) 및 분리막 시트(1211, 1221)가 적층되어 형성된 제2 적층체(22)에 열 및 압력을 인가하여 라미네이팅한다. 라미네이팅이란, 적층체(20)에 열 및 압력을 인가하여 전극(1112, 1122)과 분리막 시트(1211, 1221)를 접착시키는 것을 지칭한다. 라미네이터는 도 2에 도시된 바와 같이, 회전하면서 상기 적층체(20)에 열 및 압력을 인가하는 히팅 롤러(16)를 포함할 수 있고, 상기 적층체(20)의 전면에 균일하게 열 및 압력을 인가하는 히터(미도시)를 포함할 수도 있다.

이와 같은 단위 셀 제조 장치(1)를 사용하여 본 발명의 일 실시예에 따른 단위 셀 제조 방법을 다음과 같이 수행할 수 있다.

도 2에 도시된 바와 같이, 먼저 하부 분리막 시트(1211)가 하부 분리막 릴(121)로부터 권출되어 제1 방향(D1)으로 이동한다(S101). 그리고 별도의 전극 제조 공정에서 제조된 제1 전극(1112)이 하부 분리막 시트(1211)의 일측에 마련된 제1 전극 매거진(311) 또는 제1 전극 테이블(미도시)로 공급된다. 그 후에, 제1 컨베이어(31)가 제1 전극(1112)을 상기 제1 방향(D1)과 평행한 제2 방향(D2)으로 이동시킨다(S102). 그러면 제1 헤더(141)가 제1 전극(1112)을 흡착하고 제1 컨베이어(31)로부터 이송하여, 하부 분리막 시트(1211)의 상면에 안착시킨다(S103).

한편, 상부 분리막 시트(1221)가 상부 분리막 릴(122)로부터 권출되어 상기 제1 방향(D1)으로 이동한다(S104). 이러한 상부 분리막 시트(1221)가 상기 제1 전극(1112)의 상면에 적층됨으로써, 제1 적층체(21)가 형성된다. 그리고 별도의 전극 제조 공정에서 제조된 제2 전극(1122)이 제1 적층체(21)의 일측에 마련된 제2 전극 매거진(321) 또는 제2 전극 테이블(미도시)으로 공급된다. 그 후에, 제2 컨베이어(32)가 제2 전극(1122)을 상기 제1 방향(D1)과 평행한 제2 방향(D2)으로 이동시킨다(S105). 그러면, 제2 헤더(142)가 제2 전극(1122)을 흡착하고 제2 컨베이어(32)로부터 이송하여, 상부 분리막 시트(1221)의 상면에 제2 전극(1122)을 안착시킨다(S106). 그럼으로써, 제2 적층체(22)가 형성된다. 그리고, 커터(17)가 제2 적층체(22)를 일정 간격으로 절단함으로써, 단위 셀(2)이 제조될 수 있다.

한편, 매거진(18)은 제2 적층체(22)가 절단되어 형성된 단위 셀(2)들을, 순차적으로 수용하면서 적층시킨다. 즉, 상기 단위 셀(2)이 형성되면, 단위 셀(2)이 매거진(18)에 하나씩 삽입되며 순차적으로 적층될 수 있다. 그럼으로써 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체(10)가 제조될 수 있다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 단위 셀 제조 장치(1)를 자세히 나타낸 평면 개략도이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 단위 셀 제조 장치(1)는 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 하부 분리막 시트(1211)와 상기 제1 컨베이어(31)의 사이에 배치되어, 상기 제1 전극(1112)이 상기 하부 분리막 시트(1211)의 상면에 안착하기 전에 상기 제1 전극(1112)을 촬영하는 제1 비전 센서(191); 상기 제1 적층체(21)와 상기 제2 컨베이어(32)의 사이에 배치되어, 상기 제2 전극(1122)이 상기 상부 분리막 시트(1221)의 상면에 안착하기 전에 상기 제2 전극(1122)을 촬영하는 제2 비전 센서(192); 상기 제1 컨베이어(31)의 상방에 배치되어 상기 제1 전극(1112)을 촬영하는 제3 비전 센서(193); 및 상기 제2 컨베이어(32)의 상방에 배치되어 상기 제2 전극(1122)을 촬영하는 제4 비전 센서(194)를 더 포함한다.

제1 내지 제4 비전 센서(191, 192, 193, 194)는 특정 영역을 촬영하여 특정 영역에 대한 이미지 신호를 수신함으로써 영상을 획득한다. 이를 위해 일반적으로 비전 센서에는, CCD(Charge Coupled Device)나 CMOS(Complementary　Metal-Oxide Semiconductor) 등의 촬상 소자가 포함된다. 특히, 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 내지 제4 비전 센서(191, 192, 193, 194)는, 각각 하부 분리막 시트(1211)에 안착하기 전의 제1 전극(1112), 상부 분리막 시트(1221)의 상면에 안착하기 전의 제2 전극(1122), 제1 컨베이어(31)로 이동하는 제1 전극(1112) 및 제2 컨베이어(32)로 이동하는 제2 전극(1122)을 촬영하여, 영상을 획득할 수 있다.

한편 도면에 도시되지는 않았으나, 본 발명의 일 실시예에 따른 단위 셀 제조 장치(1)는 이러한 제1 전극(1112) 및 제2 전극(1122)의 영상을 통해, 제1 전극(1112) 및 제2 전극(1122)의 불량 여부를 판단할 수 있는 제어부(미도시)를 더 포함할 수도 있다. 제어부는 상기 획득한 영상과 미리 저장된 양품의 제1 전극(1112) 및 제2 전극(1122)의 영상을 비교하여, 제1 전극(1112) 및 제2 전극(1122)의 크기, 모양, 위치의 불량 여부 또는 파손 여부 등을 파악할 수 있다.

제1 비전 센서(191)는 제1 전극(1112)이 하부 분리막 시트(1211)의 상면에 안착하기 전에, 제1 전극(1112)을 촬영한다. 이러한 제1 비전 센서(191)는 하부 분리막 시트(1211)와 제1 컨베이어(31)의 사이에 배치되어, 제1 전극(1112)이 제1 헤더(141)에 흡착되어 이송되는 모습을 촬영할 수 있다. 그럼으로써, 제1 전극(1112)의 위치 불량 여부를 용이하게 파악하고, 만약 위치 불량인 경우에는 하부 분리막 시트(1211)에 안착되기 전에 제1 전극(1112)의 위치를 보정할 수 있다. 다만, 이에 제한되지 않고 하부 분리막 시트(1211)의 상방에 배치되어, 하부 분리막 시트(1211)에 안착된 제1 전극(1112)을 촬영할 수도 있다.

제2 비전 센서(192)는 제2 전극(1122)이 상부 분리막 시트(1221)의 상면에 안착하기 전에, 제2 전극(1122)을 촬영한다. 이러한 제2 비전 센서(192)는 제1 적층체(21)와 제2 컨베이어(32)의 사이에 배치되어, 제2 전극(1122)이 제2 헤더(142)에 흡착되어 이송되는 모습을 촬영할 수 있다. 그럼으로써, 제2 전극(1122)의 위치 불량 여부를 용이하게 파악하고, 만약 위치 불량인 경우에는 상부 분리막 시트(1221)에 안착되기 전에 제2 전극(1122)의 위치를 보정할 수 있다. 다만, 이에 제한되지 않고 제1 적층체(21)의 상방에 배치되어, 상부 분리막 시트(1221)에 안착된 제2 전극(1122)을 촬영할 수도 있다.

제3 비전 센서(193)는 제1 컨베이어(31)의 상방에 배치되어, 제1 헤더(141)가 제1 전극(1112)을 흡착하기 전에, 제1 컨베이어(31)로 이동하고 있는 제1 전극(1112)을 촬영한다. 그럼으로써, 제1 전극(1112)의 품질 및 위치 불량 여부 등을 용이하게 파악하고, 만약 불량인 경우에는 제1 헤더(141)가 흡착하기 전에 제거할 수 있다. 다만, 이에 제한되지 않고 제1 전극 매거진(311)의 상방에 배치되어, 제1 컨베이어(31)로 이동하기 전의 제1 전극(1112)을 촬영할 수도 있다.

제4 비전 센서(194)는 제2 컨베이어(32)의 상방에 배치되어, 제2 헤더(142)가 제2 전극(1122)을 흡착하기 전에, 제2 컨베이어(32)로 이동하고 있는 제2 전극(1122)을 촬영한다. 그럼으로써, 제2 전극(1122)의 품질 및 위치 불량 여부 등을 용이하게 파악하고, 만약 불량인 경우에는 제2 헤더(142)가 흡착하기 전에 제거할 수 있다. 다만, 이에 제한되지 않고 제2 전극 매거진(321)의 상방에 배치되어, 제2 컨베이어(32)로 이동하기 전의 제2 전극(1122)을 촬영할 수도 있다.

이와 같이, 전극 탭을 통해 전극의 위치를 간접적으로 확인하는 것이 아니라 비전 센서로 전극 자체의 위치를 직접 확인하므로, 전극 탭의 일부가 파손되거나 접히거나 구부러지더라도 전극의 위치를 정확하게 확인할 수 있어 단위 셀(2)의 불량이 발생하는 것을 방지할 수 있다.

한편 본 발명의 일 실시예에 따르면 도 3에 도시된 바와 같이, 제1 컨베이어(31)가 제1 전극(1112)의 투입 위치에 근접하게 배치되고, 제2 컨베이어(32)가 제2 전극(1122)의 투입 위치에 근접하게 배치된다. 따라서, 제1 헤더(141)는 제1 방향(D1) 및 제2 방향(D2)과 수직한 제3 방향(D3)으로 제1 전극(1112)을 이송하고, 제2 헤더(142)는 제1 방향(D1) 및 제2 방향(D2)과 수직하고 상기 제3 방향(D3)과 평행한 제4 방향(D4)으로 상기 제2 전극(1122)을 이송한다. 즉, 제1 헤더(141) 및 제2 헤더(142)는 모두 제1 방향(D1) 및 제2 방향(D2)과 수직으로 이동하므로, 제1 전극(1112) 및 제2 전극(1122)을 적절한 투입 위치에 최단 거리로 이동시킬 수 있어 불필요한 이동을 감소시키고 효율적으로 단위 셀(2)을 제조할 수 있다.

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 단위 셀 제조 장치(1a)의 개략도이다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 제1 전극(1112) 및 제2 전극(1122)이 별도의 전극 제조 공정에서 제조된 후 공급된다. 그러나, 본 발명의 다른 실시예에 따른 단위 셀 제조 장치(1a)는 상기 제1 전극(1112)이 형성되는 제1 전극 시트(1111)가 권출되는 제1 전극 릴(111) 및 상기 제2 전극(1122)이 형성되는 제2 전극 시트(1121)가 권출되는 제2 전극 릴(112)을 더 포함한다. 즉, 제1 전극(1112) 및 제2 전극(1122)이 단위 셀 제조 장치(1a)에서 제1 전극 시트(1111) 및 제2 전극 시트(1121)를 절단함으로써 곧바로 제조될 수 있다.

제1 전극 릴(111)은 제1 전극 시트(1111)가 권취된 릴이며, 제1 전극 시트(1111)가 상기 제1 전극 릴(111)로부터 권출된다. 그리고, 제2 전극 릴(112)은 제2 전극 시트(1121)가 권취된 릴이며, 제2 전극 시트(1121)가 상기 제2 전극 릴(112)로부터 권출된다. 이러한 제1 전극 시트(1111)가 절단되어 복수의 제1 전극(1112)이 형성되고, 제2 전극 시트(1121)가 절단되어 복수의 제2 전극(1122)이 형성된다.

본 발명의 다른 실시예에 따르면 도 4에 도시된 바와 같이, 제1 전극 시트(1111)가 제1 전극 릴(111)로부터 권출되고, 제1 커터(171)가 제1 전극 시트(1111)를 절단하여 제1 전극(1112)이 형성된다. 그러면, 제1 전극(1112)이 제1 컨베이어(31)에 안착하고, 제1 컨베이어(31)의 상방에 배치된 제3 비전 센서(193)가 제1 전극(1112)을 촬영한다. 그리고 제2 전극 시트(1121)가 제2 전극 릴(112)로부터 권출되고, 제2 커터(172)가 제2 전극 시트(1121)를 절단하여 제2 전극(1122)이 형성된다. 그러면, 제2 전극(1122)이 제2 컨베이어(32)에 안착하고, 제2 컨베이어(32)의 상방에 배치된 제4 비전 센서(194)가 제2 전극(1122)을 촬영한다. 따라서, 헤더가 전극을 흡착하기 전에, 제1 전극(1112) 및 제2 전극(1122)의 크기, 모양, 위치의 불량 여부 또는 파손 여부 등을 용이하게 파악할 수 있다.

본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 다양한 실시 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

1: 단위 셀 제조 장치 2: 단위 셀
16: 히팅 롤러 17: 커터
18: 매거진 21: 제1 적층체
22: 제2 적층체 31: 제1 컨베이어
32: 제2 컨베이어 111: 제1 전극 릴
112: 제2 전극 릴 1111: 제1 전극 시트
1121: 제2 전극 시트 1112: 제1 전극
1122: 제2 전극 121: 하부 분리막 릴
122: 상부 분리막 릴 1211: 하부 분리막 시트
1221: 상부 분리막 시트 131: 제1 피딩 롤러
132: 제2 피딩 롤러 141: 제1 헤더
142: 제2 헤더 151: 제1 닙 롤
152: 제2 닙 롤 171: 제1 커터
172: 제2 커터 191: 제1 비전 센서
192: 제2 비전 센서 193: 제3 비전 센서
194: 제4 비전 센서 311: 제1 전극 매거진
321: 제2 전극 매거진

Claims

하부 분리막 시트가 권출되는 하부 분리막 릴;
상기 하부 분리막 시트를 제1 방향으로 이동시키는 제1 피딩 롤러;
제1 전극을 상기 제1 방향과 평행한 제2 방향으로 이동시키는 제1 컨베이어;
상기 제1 전극을 상기 제1 컨베이어로부터 이송하여, 상기 하부 분리막 시트의 상면에 안착시키는 제1 헤더;
상부 분리막 시트가 권출되는 상부 분리막 릴;
상기 하부 분리막 시트, 상기 제1 전극 및 상기 상부 분리막 시트가 순서대로 적층된 제1 적층체를 상기 제1 방향으로 이동시키는 제2 피딩 롤러;
제2 전극을 상기 제2 방향으로 이동시키는 제2 컨베이어;
상기 제2 전극을 상기 제2 컨베이어로부터 이송하여, 상기 상부 분리막 시트의 상면에 안착시키는 제2 헤더; 및
상기 하부 분리막 시트, 상기 제1 전극, 상기 상부 분리막 시트 및 상기 제2 전극이 순서대로 적층되어 형성된 제2 적층체를 일정 간격으로 절단하는 커터를 포함하는 단위 셀 제조 장치.
제1항에 있어서,
상기 하부 분리막 시트와 상기 제1 컨베이어의 사이에 배치되어, 상기 제1 전극이 상기 하부 분리막 시트의 상면에 안착하기 전에 상기 제1 전극을 촬영하는 제1 비전 센서를 더 포함하는 단위 셀 제조 장치.
제1항에 있어서,
상기 제1 적층체와 상기 제2 컨베이어의 사이에 배치되어, 상기 제2 전극이 상기 상부 분리막 시트의 상면에 안착하기 전에 상기 제2 전극을 촬영하는 제2 비전 센서를 더 포함하는 단위 셀 제조 장치.
제1항에 있어서,
상기 제1 컨베이어의 상방에 배치되어 상기 제1 전극을 촬영하는 제3 비전 센서를 더 포함하는 단위 셀 제조 장치.
제1항에 있어서,
상기 제2 컨베이어의 상방에 배치되어 상기 제2 전극을 촬영하는 제4 비전 센서를 더 포함하는 단위 셀 제조 장치.
제1항에 있어서,
상기 제1 헤더는,
상기 제1 방향 및 상기 제2 방향과 수직한 제3 방향으로 상기 제1 전극을 이송하고,
상기 제2 헤더는,
상기 제1 방향 및 상기 제2 방향과 수직하고 상기 제3 방향과 평행한 제4 방향으로 상기 제2 전극을 이송하는 단위 셀 제조 장치.
제1항에 있어서,
상기 하부 분리막 시트의 상면에 상기 제1 전극이 안착하면, 상기 하부 분리막 시트 및 상기 제1 전극의 양 면에 각각 배치되어, 회전하면서 상기 하부 분리막 시트 및 상기 제1 전극에 압력을 인가하는 제1 닙 롤을 더 포함하는 단위 셀 제조 장치.
제1항에 있어서,
상기 제2 적층체의 양 면에 각각 배치되어, 회전하면서 상기 제2 적층체에 압력을 인가하는 제2 닙 롤을 더 포함하는 단위 셀 제조 장치.
제1항에 있어서,
복수의 상기 단위 셀을 순차적으로 수용하면서 적층시키는 매거진을 더 포함하는 단위 셀 제조 장치.
제1항에 있어서,
상기 제1 컨베이어 및 상기 제2 컨베이어는,
상기 제2 방향을 따라 일렬로 배치되는 단위 셀 제조 장치.
제1항에 있어서,
상기 제1 전극이 형성되는 제1 전극 시트가 권출되는 제1 전극 릴; 및
상기 제2 전극이 형성되는 제2 전극 시트가 권출되는 제2 전극 릴을 더 포함하는 단위 셀 제조 장치.
하부 분리막 시트가 하부 분리막 릴로부터 권출되어 제1 방향으로 이동하는 단계;
제1 컨베이어가 제1 전극을 상기 제1 방향과 평행한 제2 방향으로 이동시키는 단계;
제1 헤더가 상기 제1 전극을 상기 제1 컨베이어로부터 이송하여, 상기 하부 분리막 시트의 상면에 안착시키는 단계;
상부 분리막 시트가 상부 분리막 릴로부터 권출되어 상기 제1 방향으로 이동하는 단계;
상기 하부 분리막 시트 및 상기 제1 전극의 상면에 상기 상부 분리막 시트가 적층되어 제1 적층체를 형성하는 단계;
제2 컨베이어가 제2 전극을 상기 제2 방향으로 이동시키는 단계;
제2 헤더가 상기 제2 전극을 상기 제2 컨베이어로부터 이송하여, 상기 상부 분리막 시트의 상면에 안착시켜 제2 적층체를 형성하는 단계; 및
커터가 제2 적층체를 일정 간격으로 절단하여 단위 셀을 제조하는 단계를 포함하는 단위 셀 제조 방법.
제12항에 있어서,
상기 제1 전극을 상기 하부 분리막 시트의 상면에 안착시키는 단계에 있어서,
상기 하부 분리막 시트와 상기 제1 컨베이어의 사이에 배치된 제1 비전 센서가, 상기 제1 전극이 상기 하부 분리막 시트의 상면에 안착하기 전에, 상기 제1 전극을 촬영하는 단위 셀 제조 방법.
제12항에 있어서,
상기 제2 전극을 상기 상부 분리막 시트의 상면에 안착시키는 단계에 있어서,
상기 제1 적층체와 상기 제2 컨베이어의 사이에 배치된 제2 비전 센서가, 상기 제2 전극이 상기 상부 분리막 시트의 상면에 안착하기 전에, 상기 제2 전극을 촬영하는 단위 셀 제조 방법.
제12항에 있어서,
상기 제1 전극을 상기 제2 방향으로 이동시키는 단계에 있어서,
상기 제1 컨베이어의 상방에 배치된 제3 비전 센서가, 상기 제1 전극을 촬영하는 단위 셀 제조 방법.
제12항에 있어서,
상기 제2 전극을 상기 제2 방향으로 이동시키는 단계에 있어서,
상기 제2 컨베이어의 상방에 배치된 제4 비전 센서가, 상기 제2 전극을 촬영하는 단위 셀 제조 방법.