KR20220090299A

KR20220090299A - 이차전지용 리드탭 가공 장치

Info

Publication number: KR20220090299A
Application number: KR1020200181353A
Authority: KR
Inventors: 이기옥; 한민규; 정행선
Original assignee: 주식회사 엔에스머티리얼즈
Priority date: 2020-12-22
Filing date: 2020-12-22
Publication date: 2022-06-29
Also published as: KR102647047B1

Abstract

본 발명은, 이차전지용 리드탭 가공 장치에 관한 것으로서, 리드탭을 공급하는 공급 유닛; 및 절연 필름을 융착 또는 접착하기 위한 리드탭의 미리 정해진 가공 영역에 레이저빔을 조사하여, 가공 영역의 표면에 가공 패턴을 레이저 마킹하는 마킹 유닛을 포함한다. 이러한 본 발명에 의하면, 리드탭의 가공 영역, 즉, 융착면 또는 접착면의 표면적을 증가시킴으로써, 절연 필름에 대한 가공 영역의 융착성 또는 접착성을 향상시킬 수 있다.

Description

이차전지용 리드탭 가공 장치{APPARATUS FOR PROCESSING LEAD TAB OF SECONDARY BATTERY}

본 발명은 이차전지에 구비되는 리드탭을 가공하기 위한 이차전지용 리드탭 가공 장치에 관한 것이다.

이차전지는 화학에너지를 전기에너지로 변환하는 방전과 역방향인 충전과정을 통하여 반복 사용이 가능한 전지이다. 이차전지의 종류로는 니켈-카드뮴(Ni-Cd) 전지, 니켈-수소(Ni-MH) 전지, 리튬-금속 전지, 리튬-이온(NLi-Ion) 전지 및 리튬-이온 폴리머 전지(Li-Ion Polymer Battery, 이하 "LIPB"라 함) 등이 있다.

이차전지 중 리튬 이차전지는 1970년대 초부터 연구개발이 진행되었고, 1990년 리튬 금속 대신 탄소를 음극으로 이용한 리튬 이온전지가 개발되면서 실용화되었다. 리튬 이차전지는, 500회 이상의 사이클 수명과 1 내지 2시간의 짧은 충전 시간을 특징으로 하여, 이차전지 중 가장 판매 신장률이 높고 니켈-수소 전지에 비해서 30 내지 40% 정도 가벼워 경량화가 가능하다. 또한, 리튬 이차전지는 현존하는 이차전지 중 단위전지 당 전압(3.0 내지 3.7 V)이 가장 높고 에너지 밀도가 우수하여, 이동 기기에 최적화된 특성을 가질 수 있다.

이러한 리튬 이차전지는 일반적으로 전해액의 종류에 따라 액체 전해질 전지, 고분자 전해질 전지로 분류되며, 액체 전해질을 사용하는 전지를 리튬 이온전지라 하고, 고분자 전해질을 사용하는 전지를 리튬 폴리머전지라 한다. 또한, 리튬 이차전지의 외장재는 여러가지 종류로 형성될 수 있고, 대표적인 외장재의 종류는 원통형(Cylindrical), 각형(Prismatic), 파우치(Pouch) 등이 있다.

상기 리튬 이차전지의 외장재 내부에는 양극, 음극 및 양극과 음극 사이에 개재되는 분리막(세퍼레이터, Separator)로 구성된 전극 조립체가 구비된다. 이러한 전극 조립체는 그것의 구조에 따라 크게 젤리-롤형(권취형), 스택형(적층형) 등으로 구분된다.

최근에는, 스택형 또는 스택/폴딩형 전극조립체를 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치형 전지케이스에 내장한 구조의 파우치형 전지가, 낮은 제조비, 작은 중량, 용이한 형태 변형 등을 이유로, 사용량이 점차적으로 증가하고 있다.

도 1은 종래의 파우치형 이차전지의 분리 사시도이고, 도 2는 종래의 파우치형 이차전지의 단면도이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 일반적으로 파우치형 이차전지는, 파우치형 외장재인 전지 케이스와, 전지 케이스에 수용되는 전극 조립체와, 전극 조립체에 구비된 전극들의 전극탭들에 전기적으로 연결되며, 전지 케이스의 외부로 인출되는 리드탭과, 리드탭을 전기적으로 절연하는 절연 필름을 포함한다.

특히, 절연 필름은, 일면이 리드탭에 융착되고, 일면과 반대되는 타면이 전극 케이스에 융착됨으로써, 리드탭과 전극 케이스 사이의 계면을 밀봉하는 기능을 수행할 수 있다.

그런데, 일반적으로 전극들은 알루미늄(Al), 구리(Cu) 등과 같은 금속 소재로 구성되고, 절연 필름은 폴리프로필렌(Polypropylene)과 같은 합성 수지로 구성된다. 또한, 전극 케이스는, 합성 수지로 구성되며 절연 필름과 융착되는 합성 수지층을 포함한다. 이에, 동종 소재로 구성되는 절연 필름과 합성 수지층은 견고하게 융착될 수 있으나, 이종 소재로 구성되는 리드탭과 절연 필름은 견고하게 융착되기 어렵다.

이를 해결하기 위하여, 종래에는 화학 약품을 이용해 리드탭의 표면을 처리하여, 절연 필름에 대한 리드탭의 융착성을 향상시키고 있었다. 그런데, 일반적으로 리드탭의 표면 처리를 위해 사용되는 화학 약품은 유해한 물질로 구성된다. 이에, 종래에는, 리드탭의 표면 처리로 인해 환경 오염이 야기되고, 리드탭의 표면 처리에 긴 시간이 소요되어 이차전지의 생산성이 저하되는 문제점이 있었다.

본 발명은, 상술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 레이저빔을 이용해 리드탭을 표면 처리할 수 있도록 구조를 개선한 이차전지용 리드탭 가공 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 이차전지용 리드탭 가공 장치는, 리드탭을 공급하는 공급 유닛; 및 절연 필름을 융착 또는 접착하기 위한 리드탭의 미리 정해진 가공 영역에 레이저빔을 조사하여, 가공 영역의 표면에 가공 패턴을 레이저 마킹하는 마킹 유닛을 포함한다.

바람직하게, 상기 가공 패턴은, 미리 정해진 간격을 두고 형성되는 다수의 도트 패턴들을 적어도 포함한다.

바람직하게, 상기 가공 패턴은, 미리 정해진 간격을 두고 형성되는 다수의 라인 패턴들을 적어도 포함한다.

바람직하게, 상기 라인 패턴들은 격자 형태를 이루도록 형성된다.

바람직하게, 상기 공급 유닛은, 롤 상태로 미리 권취된 리드탭을 공급하는 공급롤을 구비한다.

바람직하게, 상기 가공 패턴이 형성된 리드탭을 시트 형상을 갖도록 절단하는 절단 유닛; 및 상기 절단 유닛에 의해 절단된 리드탭이 적재되는 적재함을 더 포함한다.

바람직하게, 상기 마킹 유닛은, 상기 레이저빔을 생성하여 발진하는 레이저 발진기; 및 상기 레이저 발진기에서 발진된 레이저빔의 광경로를 조절하여 미리 정해진 스캔 영역에 조사 가능하도록 마련되며, 상기 가공 영역이 상기 스캔 영역 내에 위치하도록 설치되는 레이저 스캐너를 구비한다.

상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 다른 바람직한 실시예에 따른 이차전지용 리드탭 조립체는, 미리 정해진 가공 영역의 표면에 가공 패턴이 레이저 마킹된 리드탭; 및 상기 가공 영역의 표면에 융착 또는 접착된 절연 필름을 포함한다.

바람직하게, 상기 리드탭은 금속 소재로 구성되고, 상기 절연 필름을 합성 수지 소재로 구성된다.

바람직하게, 상기 가공 패턴은, 미리 정해진 간격을 두고 형성되는 다수의 도트 패턴들을 포함한다.

바람직하게, 상기 가공 패턴은, 미리 정해진 간격을 두고 형성되는 다수의 라인 패턴들을 포함한다.

바람직하게, 상기 절연 필름은 상기 리드탭을 가로지르되 상기 가공 패턴을 커버하도록 상기 리드탭에 융착된다.

바람직하게, 상기 가공 영역은 상기 절연 필름의 세로폭에 비해 미리 정해진 비율만큼 작은 세로폭을 갖고, 상기 절연 필름은 상기 가공 패턴을 밀폐하도록 상기 리드탭의 표면에 융착 또는 접착된다.

본 발명은, 이차전지용 리드탭 가공 장치에 관한 것으로서, 다음과 같은 효과를 갖는다.

첫째, 본 발명은, 절연 필름이 융착 또는 접착되는 리드탭의 가공 영역의 표면에 미리 정해진 가공 패턴을 레이저 마킹하여, 가공 영역, 즉, 융착면 또는 접착면의 표면적을 증가시킴으로써, 절연 필름에 대한 가공 영역의 융착성 또는 접착성을 향상시킬 수 있다.

둘째, 본 발명은, 절연 필름들의 융착 또는 접착시 절연 필름들과 가공 영역 사이의 계면에 발생한 기포들을 가공 패턴을 통해 외부로 배출시킴으로써, 상기 계면에 기포들이 내포되는 것을 방지할 수 있다.

도 1은 종래의 파우치형 이차전지의 분리 사시도.
도 2는 종래의 파우치형 이차전지의 단면도.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 이차전지용 리드탭 가공 장치의 개략적인 구조를 나타내는 정면도.
도 4는 도 3에 도시된 이차전지용 리드탭 가공 장치의 평면도.
도 5는 도 3에 도시된 마킹 유닛 및 절단 유닛에 의해 리드탭 원단이 가공되는 양상을 나타내는 도면.
도 6은 도 3에 도시된 이송 유닛에 의해 리드탭 원단 및 리드탭이 이송되는 양상을 나타내는 도면.
도 7은 도 3에 도시된 레이저 스캐너의 개략적인 구조를 나타내는 사시도.
도 8은 가공 영역의 설정 방법을 설명하기 위한 도면.
도 9는 가공 패턴의 개략적인 형태를 나타내는 도면도.
도 10 및 도 11은 절연 필름을 리드탭에 융착하는 방법을 설명하기 위한 도면.
도 12는 리드탭 조립체의 사시도.
도 13은 가공 패턴의 기능을 설명하기 위한 도면.

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 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 이차전지용 리드탭 가공 장치의 개략적인 구조를 나타내는 정면도이고, 도 4는 도 3에 도시된 이차전지용 리드탭 가공 장치의 평면도이며, 도 5는 도 3에 도시된 마킹 유닛 및 절단 유닛에 의해 리드탭 원단이 가공되는 양상을 나타내는 도면이고, 도 6은 도 3에 도시된 이송 유닛에 의해 리드탭 원단 및 리드탭이 이송되는 양상을 나타내는 도면이다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따른 이차전지용 리드탭 가공 장치(1)는, 절연 필름(F)이 융착되는 리드탭(L1)의 표면에 레이저빔(LB)을 이용해 가공 패턴(P)을 형성함으로써 리드탭(L1)을 표면 처리할 수 있도록 마련된다. 이를 위하여, 도 3 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 이차전지용 리드탭 가공 장치(1)는, 리드탭 원단(LO)을 공급하는 공급 유닛(10)과, 리드탭 원단(LO) 또는 리드탭(L1)을 이송하는 이송 유닛(20)과, 리드탭 원단(LO)에 가공 패턴(P)을 마킹하는 마킹 유닛(30)과, 리드탭 원단(LO)을 절단하여 리드탭(L1)을 분할 형성하는 절단 유닛(40)과, 리드탭(L1)이 적재되는 적재함(50) 등을 포함할 수 있다.

먼저, 공급 유닛(10)은, 리드탭 원단(LO)을 공급하기 위한 장치이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 공급 유닛(10)은, 롤 상태로 미리 정해진 권취된 리드탭 원단(LO)을 권출하여 공급하는 공급 롤(12)과, 공급 롤(12)에 의해 공급된 리드탭 원단(LO)을 미리 정해진 피치 길이만큼씩 단속적으로 공급하는 피딩 롤러(14) 등을 구비할 수 있다. 여기서, 피치 길이는 절단 유닛(40)을 이용해 리드탭 원단(LO)으로부터 분할 형성하고자 하는 리드탭(L1)의 길이(L)인 것이 바람직하나, 이에 한정되는 것은 아니다.

다음으로, 이송 유닛(20)은, 공급 유닛(10)에 의해 공급된 리드탭 원단(LO) 또는 리드탭 원단(LO)이 절단 유닛(40)에 의해 절단됨으로써 리드탭 원단(LO)으로부터 분할 형성된 리드탭(L1)을 이송하기 위한 장치이다.

이송 유닛(20)의 구조는 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어, 이송 유닛(20)은, 제1 컨베이어 벨트(22)와, 제2 컨베이어 벨트(24)와, 제3 컨베이어 벨트(26)와, 제4 컨베이어 벨트(28) 등을 구비할 수 있다.

제1 컨베이어 벨트(22)는, 피딩 롤러(14)에 의해 단속적으로 공급된 리드탭 원단(LO)이 안착되도록 피딩 롤러(14)로부터 리드탭 원단(LO)의 길이 방향으로 미리 정해진 거리만큼 이격되도록 설치된다. 또한, 제2 컨베이어 벨트(24)는, 제1 컨베이어 벨트(22)를 통과한 리드탭 원단(LO)이 안착되도록 제1 컨베이어 벨트(22)로부터 상기 길이 방향으로 미리 정해진 거리만큼 이격되도록 설치된다. 또한, 제3 컨베이어 벨트(26)는, 제2 컨베이어 벨트(24)를 통과한 리드탭 원단(LO)이 안착되도록 제2 컨베이어 벨트(24)로부터 상기 길이 방향으로 미리 정해진 거리만큼 이격되도록 설치된다. 이러한 제1 내지 3 컨베이어 벨트들(22, 24, 26, 28)은, 피딩 롤러(14)로부터 전달된 리드탭 원단(LO)을 후술할 마킹 유닛(30)의 제1 마킹기(32) 및 제2 마킹기(34)를 순차적으로 통과하도록 이송할 수 있다.

제4 컨베이어 벨트(28)는, 제3 컨베이어 벨트(26)를 통과한 리드탭 원단(LO)이 안착되도록 제3 컨베이어 벨트(26)로부터 상기 길이 방향으로 미리 정해진 거리만큼 이격되도록 설치된다. 도 6에 도시된 바와 같이, 이러한 제4 컨베이어 벨트(28)는, 절단 유닛(40)에 의해 리드탭 원단(LO)으로부터 분할 형성된 리드탭(L1)을 적재함(50)을 향해 이송할 수 있다.

도 7은 도 3에 도시된 제1 레이저 스캐너의 개략적인 구조를 나타내는 사시도이고, 도 8은 가공 영역의 설정 방법을 설명하기 위한 도면이다.

다음으로, 마킹 유닛(30)은, 리드탭 원단(LO)에 가공 패턴(P)을 레이저 마킹하기 위한 장치이다.

마킹 유닛(30)은 리드탭 원단(LO)에 대한 레이저 마킹 가공을 실시할 수 있도록 공급 유닛(10)과 절단 유닛(40) 사이에 설치된다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니며, 마킹 유닛(30)은 리드탭(L1)에 대한 레이저 마킹 가공을 실시할 수 있도록 절단 유닛(40)과 적재함(50) 사이에 설치될 수도 있다. 이하에서는, 리드탭 원단(LO)에 대한 레이저 마킹 가공을 실시할 수 있도록 마킹 유닛(30)이 설치되는 경우를 기준으로 본 발명을 설명하기로 한다.

마킹 유닛(30)의 리드탭 원단(LO)의 상면 및 하면 각각에 가공 패턴(P)을 레이저 마킹할 수 있도록 마련된다. 예를 들어, 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 마킹 유닛(30)은, 리드탭 원단(LO)의 미리 정해진 가공 영역(Ap)의 상면에 가공 패턴(P)을 레이저 마킹하기 위한 제1 마킹기(32)와, 리드탭 원단(LO)의 가공 영역(Ap)의 하면에 가공 패턴(P)을 레이저 마킹하기 위한 제2 마킹기(34) 등을 구비할 수 있다.

제1 마킹기(32)의 설치 위치는 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어, 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 제1 마킹기(32)는, 피딩 롤러(14)로부터 전달된 리드탭 원단(LO), 보다 구체적으로 제1 컨베이어 벨트(22)와 제2 컨베이어 벨트(24) 사이에 위치한 리드탭 원단(LO)의 미리 정해진 가공 영역(Ap)의 상면에 레이저빔(LB)을 조사할 수 있도록 설치될 수 있다.

또한, 제2 마킹기(34)의 설치 위치는 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어, 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 제2 마킹기(34)는, 제1 마킹기(32)를 통과한 리드탭 원단(LO), 보다 구체적으로 제2 컨베이어 벨트(24)와 제3 컨베이어 벨트(26) 사이에 위치한 리드탭 원단(LO)의 미리 정해진 가공 영역(Ap)의 하면에 레이저빔(LB)을 조사할 수 있도록 설치될 수 있다.

또한, 제1 마킹기(32)는, 레이저빔(LB)을 생성하여 발진하는 제1 레이저 발진기(32a)와, 제1 레이저 발진기(32a)로부터 전달된 레이저빔(LB)을 미리 정해진 스캔 영역(As)에 조사하는 제1 레이저 스캐너(32b)와, 제1 레이저 스캐너(32b)를 리드탭 원단(LO)의 폭 방향으로 왕복 이송하는 제1 스캐너 드라이버(32c)와, 제1 레이저 발진기(32a)로부터 발진된 레이저빔(LB)을 제1 레이저 스캐너(32b)에 전달하도록 제1 레이저 발진기(32a)와 제1 레이저 스캐너(32b) 사이에 설치되는 적어도 하나의 제1 반사 미러(32d) 등을 구비할 수 있다.

또한, 제2 마킹기(34)는, 레이저빔(LB)을 생성하여 발진하는 제2 레이저 발진기(34a)와, 제2 레이저 발진기(34a)로부터 전달된 레이저빔(LB)을 미리 정해진 스캔 영역(As)에 조사하는 제2 레이저 스캐너(34b)와, 제2 레이저 스캐너(34b)를 상기 폭 방향으로 왕복 이송하는 제2 스캐너 드라이버(34c)와, 제2 레이저 발진기(34a)로부터 발진된 레이저빔(LB)을 제2 레이저 스캐너(34b)에 전달하도록 제2 레이저 발진기(34a)와 제2 레이저 스캐너(34b) 사이에 설치되는 적어도 하나의 제2 반사 미러(34d) 등을 구비할 수 있다.

제1 마킹기(32)와 제2 마킹기(34)는, 레이저빔(LB)을 조사하는 위치만 서로 상이하도록 설치될 뿐 구조는 서로 동일하다. 이에, 이하에서는 제1 마킹기(32)를 예로 들어 마킹기들의 구조에 대해서 설명하기로 한다.

제1 레이저 발진기(32a)는 리드탭 원단(LO)을 레이저 가공할 수 있는 레이저빔(LB)을 생성하여 발진하다. 예를 들어, 리드탭 원단(LO)이 합성 수지 재질로 구성되는 경우에, 제1 레이저 발진기(32a)는 9.3㎛ 또는 10.6 ㎛의 파장을 갖는 CO₂ 레이저빔(LB)을 생성하여 발진할 수 있다.

제1 레이저 스캐너(32b)는, 제1 레이저 발진기(32a)로부터 제1 반사 미러(32d)를 통해 전달된 레이저빔(LB)의 광경로를 조절하여, 미리 정해진 스캔 영역(As)에 레이저빔(LB)을 조사할 수 있도록 마련된다. 예를 들어, 도 7에 도시된 바와 같이, 제1 레이저 스캐너(32b)는, X축 서보 모터(32F)에 의해 구동되며, 레이저빔(LB)의 광경로를 상기 폭 방향으로 변경 가능한 X축 미러(32E)와, Y축 서보 모터(32H)에 의해 구동되며, 레이저빔(LB)의 광경로를 상기 길이 방향으로 변경 가능한 Y축 미러(32G)를 포함할 수 있다. 또한, X축 미러(32E) 및 Y축 미러(32G)에 의해 광경로가 변경된 레이저빔(LB)은 제1 레이저 스캐너(32b)에 구비된 렌즈(32i)에 의해 집광되어 리드탭 원단(LO)에 조사될 수 있다. 렌즈(32i)는 에프-세타(f-θ)인 것이 바람직하나 이에 한정되는 것은 아니다.

가공 영역(Ap)은, 레이저 마킹 가공을 통해 표면 처리를 실시하기 위한 리드탭 원단(LO)의 일영역으로서, 리드탭(L1)과 전지 케이스 사이의 계면을 밀봉하기 위한 절연 필름(F)이 융착되는 위치에 설정된다. 이러한 가공 영역(Ap)은, 절단 유닛(40)에 의해 리드탭 원단(LO)으로부터 분할 형성된 리드탭(L1) 각각이 가공 패턴(P)을 포함할 수 있도록, 리드탭 원단(LO)에 미리 정해진 기준 간격을 두고 설정될 수 있다. 기준 간격은 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어, 기준 간격은 리드탭(L1)의 길이(L)일 수 있다.

도 8에 도시된 바와 같이, 제1 레이저 스캐너(32b)는, 제1 레이저 스캐너(32b)의 스캔 면적이 리드탭 원단(LO)의 미리 정해진 가공 영역(Ap)에 비해 넓은 면적을 갖도록 마련되는 것이 바람직하다. 이에 대응하여, 제1 스캐너 드라이버(32c)는, 제1 레이저 스캐너(32b)를 이용해 가공 영역(Ap)을 레이저 가공할 때, 제1 레이저 스캐너(32b)의 스캔 영역(As) 내에 리드탭 원단(LO)의 가공 영역(Ap)이 위치하도록 제1 레이저 스캐너(32b)를 이송할 수 있다.

도 8에 도시된 바와 같이, 가공 영역(Ap)은, 리드탭 원단(LO)의 가로폭과 동일한 가로폭을 갖되, 절연 필름(F)의 세로폭(Hf)에 비해 미리 정해진 비율만큼 작은 세로폭(Hp)을 갖는 것이 바람직하다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니며, 가공 영역(Ap)은 절연 필름(F)의 세로폭(Hf)과 동일한 세로폭(Hp)을 가질 수도 있다. 이하에서는, 가공 영역(Ap)이 절연 필름(F)의 세로폭(Hf)에 비해 미리 정해진 비율만큼 작은 세로폭(Hp)을 갖는 것을 기준으로 본 발명을 설명하기로 한다.

도 5에 도시된 바와 같이, 제1 레이저 스캐너(32b)는, 가공 영역(Ap)의 상면에 레이저빔(LB)을 조사하여, 가공 영역(Ap)의 상면을 표면 처리하기 위한 가공 패턴(P)을 가공 영역(Ap)의 상면에 마킹할 수 있다. 이에 대응하여, 제2 레이저 스캐너(34b)는, 가공 영역(Ap)의 하면에 레이저빔(LB)을 조사하여, 가공 영역(Ap)의 하면을 표면 처리하기 위한 가공 패턴(P)을 가공 영역(Ap)의 하면에 마킹할 수 있다.

도 1에 도시된 바와 같이, 제1 레이저 스캐너(32b)와 제2 레이저 스캐너(34b)는, 가공 영역(Ap)의 상면 및 하면에 가공 패턴(P)을 동시에 마킹할 수 있도록, 리드탭(L1)의 길이(L)만큼 서로 이격되도록 설치되는 것이 바람직하나, 이에 한정되는 것은 아니다.

이러한 가공 패턴(P)에 대한 더욱 자세한 내용은 후술하기로 한다.

다음으로, 절단 유닛(40)은, 리드탭 원단(LO)을 절단하여, 리드탭 원단(LO)으로부터 리드탭(L1)을 분할 형성하기 위한 장치이다.

도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 절단 유닛(40)은, 리드탭 원단(LO)을 상기 폭 방향으로 절단하여, 시트 형상을 갖는 리드탭(L1)을 리드탭 원단(LO)으로부터 분할 형성하는 나이프(42)와, 나이프(42)를 리드탭 원단(LO)에 접근되거나 리드탭 원단(LO)으로부터 이격되도록 왕복 이동하는 이송 부재(미도시)와, 나이프(42)에 의해 리드탭 원단(LO)이 절단될 때, 리드탭 원단(LO)의 절단 부위를 고정하는 적어도 하나의 클램프(44) 등을 구비할 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니며, 절단 유닛(40)은 레이저빔(LB)을 이용해 리드탭 원단(LO)을 절단 가능하게 구성될 수도 있다.

절단 유닛(40)의 설치 위치는 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어, 도 1에 도시된 바와 같이, 절단 유닛(40)은, 마킹 유닛(30)과 적재함(50) 사이, 보다 구체적으로 제3 컨베이어 벨트(26)와 제4 컨베이어 벨트(28) 사이에 설치될 수 있다. 이 경우에, 절단 유닛(40)은, 리드탭 원단(LO)의 선단부가 나이프(42)에 비해 적재함(50) 쪽으로 리드탭(L1)의 길이(L)만큼 더 가깝게 위치하도록 리드탭 원단(LO)이 공급된 상태에서, 나이프(42)를 이용해 상기 폭 방향으로 절단할 수 있다. 이러한 절단 유닛(40)은, 마킹기들(32, 34)이 피딩 롤러(14)에 의해 새로 공급된 리드탭 원단(LO)의 후구간에 새로 설정된 가공 영역(Ap)에 가공 패턴(P)을 형성할 때, 가공 영역(Ap)에 가공 패턴(P)이 이미 형성된 리드탭 원단(L0)의 선구간을 절단할 수 있도록 설치되는 것이 바람직하다. 이를 위하여, 도 1에 도시된 바와 같이, 절단 유닛(40)은, 제2 마킹기(34)에 비해 상기 길이 방향으로 리드탭 원단(L0)의 길이(L)에 비해 미리 정해진 여유 간격(α)만큼 더 이격되도록 설치될 수 있다.

도 5에 도시된 바와 같이, 이러한 절단 유닛(40)은 리드탭 원단(LO)으로부터 리드탭(L1)을 분할 형성할 수 있고, 이처럼 형성된 리드탭(L1)은 제4 컨베이어 벨트(28)에 안착된다. 도 6에 도시된 바와 같이, 제4 컨베이어 벨트(28)는 이처럼 안착된 리드탭(L1)을 적재함(50)을 향해 이송하여 적재함(50)에 적재시킬 수 있다.

도 9는 가공 패턴의 개략적인 형태를 나타내는 도면도이다.

가공 패턴(P)은, 절연 필름(F)에 대한 리드탭(L1)의 융착성을 향상시키거나, 리드탭(L1)과 절연 필름(F) 사이의 계면에 기포가 내포되는 것을 방지하도록, 미리 정해진 형상을 갖는다.

예를 들어, 도 9a에 도시된 바와 같이, 마킹 유닛(30)은, 가공 영역(Ap)의 상면 및 하면 각각에 다수의 도트 패턴들(PD)을 미리 정해진 간격을 두고 형성할 수 있다.

예를 들어, 도 9b에 도시된 바와 같이, 마킹 유닛(30)은, 가공 영역(Ap)의 상면 및 하면 각각에 다수의 제1 라인 패턴들(PL1)을 미리 정해진 간격을 두고 형성할 수 있다.

예를 들어, 도 9c에 도시된 바와 같이, 마킹 유닛(30)은, 가공 영역(Ap)의 상면 및 하면 각각에 다수의 제2 라인 패턴들(PL2)을 격자 형상을 이루도록 형성할 수 있다.

이러한 가공 패턴(P)은, 도트 패턴(PD), 제1 라인 패턴(PL1) 및 제2 라인 패턴(PL2) 중 적어도 하나의 패턴만으로 구성되거나, 상기 패턴들(PD, PL1, PL2) 중 적어도 하나의 패턴 및 상기 패턴들(PD, PL1, PL2)과는 다른 형상을 갖는 패턴들 중 적어도 하나의 패턴을 함께 포함하도록 구성되거나, 상기 다른 형상을 갖는 패턴들 중 적어도 하나의 패턴만으로 구성될 수 있다.

도 10 및 도 11은 절연 필름을 리드탭에 융착하는 방법을 설명하기 위한 도면이고, 도 12는 리드탭 조립체의 사시도이고, 도 13은 가공 패턴의 기능을 설명하기 위한 도면이다.

이하에서는, 도면을 참조하여, 리드탭(L1)과 절연 필름(F)을 융착하는 방법을 설명하기로 한다.

먼저, 도 10에 도시된 바와 같이, 한 쌍의 절연 필름들(F)을 준비한 후, 어느 하나의 절연 필름(F)은 가공 영역(Ap)의 상면에 형성된 가공 패턴(P)과 대면하도록 리드탭(L1)을 가로지르게 배치하고, 다른 하나의 절연 필름(F)은 가공 영역(Ap)의 하면에 형성된 가공 패턴(P)과 대면하도록 리드탭(L1)을 가로지르게 배치한다. 여기서, 가공 영역(Ap)이 리드탭 원단(LO) 및 리드탭(L1)과 동일한 가로폭을 갖되 절연 필름(F)의 세로폭(Hf)에 비해 작은 세로폭(Hp)을 갖도록 설정된 경우에, 절연 필름들(F)은 각각 가공 영역(Ap)의 상면 또는 하면을 커버하도록 배치될 수 있다.

다음으로, 도 11 및 도 12에 도시된 바와 같이, 필름 융착기(2)를 이용해, 절연 필름들(F)을 각각 가공 영역(Ap)의 상면과 하면 중 어느 일면을 커버하도록 리드탭(L1)의 상기 어느 일면에 밀착시킴과 함께, 가공 영역(Ap)의 외측으로 연장된 절연 필름들(F)의 단부들을 서로 밀착시킨 상태에서, 리드탭(L1) 및 절연 필름들(F)을 가열하여 절연 필름들(F)을 각각 리드탭(L1)의 상기 어느 일면에 융착시킴으로써, 한 쌍의 절연 필름들(F)이 리드탭(L1)을 가로지르도록 리드탭(L1)의 상면 및 하면에 융착된 리드탭 조립체L2)를 형성할 수 있다. 여기서, 필름 융착기(2)는 절연 필름(F)의 융착을 위해 통상적으로 사용되는 필름 융착기와 동일한 구성을 가지므로, 이에 대한 자세한 설명은 설명하기로 한다.

그런데, 가공 영역(Ap)의 상면 및 하면에는 각각 가공 패턴(P)이 레이저 마킹된바, 가공 패턴(P)은 가공 영역(Ap)의 상면 및 하면 즉, 절연 필름(F)이 융착되는 융착면의 표면적을 증가시킴으로써, 절연 필름(F)에 대한 리드탭(L1)의 융착성을 향상시킬 수 있다. 이에, 레이저 마킹에 의해 표면 처리된 가공 영역(Ap)의 상면 및 하면에는 절연 필름(F)이 원활하게 융착될 수 있다.

또한, 도 13에 도시된 바와 같이, 라인 형상을 갖는 라인 패턴(PL1, PL2)이 가공 영역(Ap)에 형성되면, 절연 필름들(F)을 리드탭(L1)에 융착할 때 절연 필름들(F)과 가공 영역(Ap)의 상면 또는 하면 사이의 계면에서 발생한 기포들이 라인 패턴(PL1, PL2)을 따라 상기 계면의 외부로 배출됨으로써, 상기 계면에 기포들이 내포되는 것을 방지할 수 있다. 이에, 이차전지용 리드탭 가공 장치(1)에 의하면, 리드탭(L1)과 절연 필름(F) 사이의 밀봉성이 향상되고 리드탭(L1)과 절연 필름(F) 사이에 내포되는 기포가 제거된 고품질의 리드탭 조립체(L2)를 확보할 수 있다.

이처럼 확보한 리드탭 조립체(L2)가 결합된 전극 조립체를 전지 케이스에 수납하여 파우치형 이차전지를 제조하는 경우에, 절연 필름(F)은 리드탭(L1)과 전지 케이스 사이의 계면을 밀봉하게 된다. 그런데, 가공 패턴(P)은 리드탭(L1)의 상면 및 하면을 레이저빔(LB)을 이용해 긁어내어 얇게 파인 홈 형상을 갖도록 형성하므로, 가공 패턴(P)이 전지 케이스의 내부에서 외부까지 연장되도록 형성되면, 가공 패턴(P)이 전지 케이스의 내부와 외부를 연결하는 통로로 작용함으로써 전지 케이스의 내부에 수용된 전해액이 가공 패턴(P)을 통해 외부로 누출되는 등의 이상 현상이 발생할 우려가 있다. 그러나, 도 13에 도시된 바와 같이, 가공 패턴(P)은 절연 필름(F)의 세로폭(Hf)에 비해 작은 세로폭(Hp)을 갖는 가공 영역(Ap)에 선택적으로 마킹되고, 절연 필름(F)은 이러한 가공 패턴(P)을 밀폐하도록 리드탭(L1)에 융착되는 바, 이를 통해 가공 패턴(P)이 전지 케이스의 내부와 외부를 연결 통로로서 작용하여 상기 이상 현상이 발생되는 것을 방지할 수 있다.

한편, 절연 필름(F)은 필름 융착기(2)에 의해 가열됨으로써 가공 패턴(P)을 밀폐하도록 리드탭(L1)에 융착되는 것으로 설명하였으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 즉, 절연 필름(F)은 접착제에 의해 가공 패턴(P)을 밀폐하도록 리드탭(L1)에 접착될 수도 있다. 이와 같이, 절연 필름(F)이 리드탭(L1)에 접착되는 경우에도, 가공 패턴(P)은 가공 영역(Ap)의 상면 및 하면 즉, 절연 필름(F)이 접착되는 접착면의 표면적을 증가시킴으로써, 절연 필름(F)에 대한 리드탭(L1)의 접착성을 향상시킬 수 있다.

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 : 이차전지용 리드탭 가공 장치
2 : 필름 융착기
10 : 공급 유닛
12 : 공급 롤
14 : 피딩 롤러
20 : 이송 유닛
22 : 제1 컨베이어 벨트
24 : 제2 컨베이어 벨트
26 : 제3 컨베이어 벨트
28 : 제4 컨베이어 벨트
30 : 마킹 유닛
32 : 제1 마킹기
32a : 제1 레이저 발진기
32b : 제1 레이저 스캐너
32c : 제1 스캐너 드라이버
32d : 제1 반사 미러
34 : 제2 마킹기
34a : 제2 레이저 발진기
34b : 제2 레이저 스캐너
34c : 제2 스캐너 드라이버
34d : 제2 반사 미러
40 : 절단 유닛
42 : 나이프
44 : 클램프
50 : 적재함
LO : 리드탭 원단
L1 : 리드탭
L2 : 리드탭 조립체
LB : 레이저빔
As : 스캔 영역
Ap : 가공 영역
F : 절연 필름

Claims

리드탭을 공급하는 공급 유닛; 및
절연 필름을 또는 접착하기 위한 리드탭의 미리 정해진 가공 영역에 레이저빔을 조사하여, 가공 영역의 표면에 가공 패턴을 레이저 마킹하는 마킹 유닛을 포함하는, 이차전지용 리드탭 가공 장치.
제1항에 있어서,
상기 가공 패턴은, 미리 정해진 간격을 두고 형성되는 다수의 도트 패턴들을 적어도 포함하는, 이차전지용 리드탭 가공 장치.
제1항에 있어서,
상기 가공 패턴은, 미리 정해진 간격을 두고 형성되는 다수의 라인 패턴들을 적어도 포함하는, 이차전지용 리드탭 가공 장치.
제3항에 있어서,
상기 라인 패턴들은 격자 형태를 이루도록 형성되는, 이차전지용 리드탭 가공 장치.
제1항에 있어서,
상기 공급 유닛은, 롤 상태로 미리 권취된 리드탭을 공급하는 공급롤을 구비하는, 이차전지용 리드탭 가공 장치.
제5항에 있어서,
상기 가공 패턴이 형성된 리드탭을 시트 형상을 갖도록 절단하는 절단 유닛; 및
상기 절단 유닛에 의해 절단된 리드탭이 적재되는 적재함을 더 포함하는, 이차전지용 리드탭 가공 장치.
제1항에 있어서,
상기 마킹 유닛은,
상기 레이저빔을 생성하여 발진하는 레이저 발진기; 및
상기 레이저 발진기에서 발진된 레이저빔의 광경로를 조절하여 미리 정해진 스캔 영역에 조사 가능하도록 마련되며, 상기 가공 영역이 상기 스캔 영역 내에 위치하도록 설치되는 레이저 스캐너를 구비하는, 이차전지용 리드탭 가공장치.
미리 정해진 가공 영역의 표면에 가공 패턴이 레이저 마킹된 리드탭; 및
상기 가공 영역의 표면에 융착 또는 접착된 절연 필름을 포함하는, 이차전지용 리드탭 조립체.
제8항에 있어서,
상기 리드탭은 금속 소재로 구성되고,
상기 절연 필름을 합성 수지 소재로 구성되는, 이차전지용 리드탭 조립체.
제8항에 있어서,
상기 가공 패턴은, 미리 정해진 간격을 두고 형성되는 다수의 도트 패턴들을 포함하는, 이차전지용 리드탭 조립체.
제8항에 있어서,
상기 가공 패턴은, 미리 정해진 간격을 두고 형성되는 다수의 라인 패턴들을 포함하는, 이차전지용 리드탭 조립체.
제11항에 있어서,
상기 라인 패턴들은 격자 형태를 이루도록 형성되는, 이차전지용 리드탭 조립체.
제8항에 있어서,
상기 절연 필름은 상기 리드탭을 가로지르되 상기 가공 패턴을 커버하도록 상기 리드탭에 융착되는, 이차전지용 리드탭 조립체.
제13항에 있어서,
상기 가공 영역은 상기 절연 필름의 세로폭에 비해 미리 정해진 비율만큼 작은 세로폭을 갖고,
상기 절연 필름은 상기 가공 패턴을 밀폐하도록 상기 리드탭의 표면에 융착 또는 접착되는, 이차전지용 리드탭 조립체.