KR20220101570A

KR20220101570A - 커팅장치, 그를 포함하는 이차전지용 라미네이션 설비 및 방법

Info

Publication number: KR20220101570A
Application number: KR1020220003013A
Authority: KR
Inventors: 이범석; 김태수; 이혁수; 박정현
Original assignee: 주식회사 엘지에너지솔루션
Priority date: 2021-01-11
Filing date: 2022-01-07
Publication date: 2022-07-19

Abstract

본 발명의 이차전지용 라미네이션 설비는 분리시트에 설정간격으로 배치되는 전극을 공급하는 공급부와, 분리시트와 전극을 접합하여 기본단위시트를 제조하는 접합부를 구비한 라미네이션장치; 및 기본단위시트의 분리시트를 커팅하여 분리막과 전극으로 이루어진 기본단위체를 제조하는 커팅장치를 포함하며, 상기 커팅장치는, 기본단위시트를 이송하는 이송 컨베이어, 기본단위시트의 분리시트에 레이저를 조사하여 분리시트를 커팅함에 따라 기본단위체를 제조하는 레이저 커팅부, 상기 레이저 커팅부에 의해 커팅된 기본단위체를 이송하는 배출 컨베이어, 및 상기 이송 컨베이어와 상기 배출 컨베이어 사이의 이격된 거리에 따라 상기 레이저 커팅부를 통한 분리시트를 커팅하는 커팅속도를 조절하는 조절부를 포함한다.

Description

커팅장치, 그를 포함하는 이차전지용 라미네이션 설비 및 방법{CUTTING APPARATUS, LAMINATION FACILITY AND METHOD FOR SECONDARY BATTERY INCLUDING THE SAME}

본 발명은 커팅장치, 그를 포함하는 이차전지용 라미네이션 설비 및 방법에 관한 것으로서, 특히 본 발명은 분리막 커팅 품질을 개선할 수 있는 커팅장치, 그를 포함하는 이차전지용 라미네이션 설비 및 방법에 관한 것이다.

일반적으로 이차전지(secondary battery)는 충전이 불가능한 일차 전지와는 달리 충전 및 방전이 가능한 전지를 말하며, 이러한 이차 전지는 폰, 노트북 컴퓨터 및 캠코더 등의 첨단 전자 기기 분야에서 널리 사용되고 있다.

그리고 상기한 이차전지는 전극조립체가 금속 캔에 내장되는 캔형 이차전지와, 전극조립체가 파우치에 내장되는 파우치형 이차전지로 분류되며, 상기 파우치형 이차전지는 전극조립체, 전해액, 상기 전극조립체와 상기 전해액을 수용하는 파우치를 포함한다. 그리고 상기 전극조립체는 양극 및 음극이 분리막을 사이에 두고 배치된다. 그리고 상기 양극 및 음극의 각각에는 전극탭이 부착되며, 상기 전극탭에는 전극리드가 각각 결합된다.

한편, 상기한 이차전지는 양극, 분리막 음극으로 적층된 전극조립체의 접착성을 높이기 위해 라미네이션 공정을 진행한다.

즉, 라미네이션공정은, 전극과 분리시트를 공급하는 공급단계, 분리시트의 길이방향으로 복수개의 전극을 배치하는 배치단계, 전극과 분리시트를 압착하여 접합하는 접합단계, 상호 대응하는 전극 사이의 분리시트를 금형 나이프를 통해 커팅하여 전극과 분리막으로 구비되는 기본단위체를 제조하는 커팅단계, 하나 이상의 기본단위체를 적층하여 전극조립체를 완성하는 적층단계를 포함한다.

그러나 종래의 라미네이션공정에서 커팅단계는 금형 나이프가 분리막에 물리적으로 접촉한 상태로 커팅하기 때문에 분리막 접힘, 밀림 등의 불량이 발생하는 문제점이 있었다.

특허등록번호 제10-0958649호.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 본 발명은 레이저 커팅기를 적용하여 분리시트를 커팅함으로써 분리시트에 물리적 접촉이 없기 때문에 분리막 접힘, 밀림 등의 불량을 방지할 수 있고, 특히 커팅 품질과 커팅 정확도를 높일 수 있는 커팅장치, 그를 포함하는 이차전지용 라미네이션 설비 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 이차전지용 라미네이션 설비는 하나 이상의 분리시트와 하나 이상의 상기 분리시트에 설정간격으로 배치되는 전극을 공급하는 공급부와, 상기 공급부를 통과한 분리시트와 전극을 접합하여 기본단위시트를 제조하는 접합부를 구비한 라미네이션장치; 및 상기 라미네이션장치를 통과한 기본단위시트의 분리시트를 커팅하여 분리막과 전극으로 이루어진 기본단위체를 제조하는 커팅장치를 포함하며, 상기 커팅장치는, 상기 라미네이션장치를 통과한 기본단위시트를 이송하는 이송 컨베이어, 상기 이송 컨베이어를 통과한 기본단위시트의 분리시트에 레이저를 조사하되, 상기 분리시트의 폭방향 일단에서 타단까지 조사하여 분리시트를 커팅함에 따라 기본단위체를 제조하는 레이저 커팅부, 상기 이송 컨베이어와 이격되게 구비되고, 상기 레이저 커팅부에 의해 커팅된 기본단위체를 이송하는 배출 컨베이어, 및 상기 이송 컨베이어와 상기 배출 컨베이어 사이의 이격된 거리에 따라 상기 레이저 커팅부를 통한 분리시트를 커팅하는 커팅속도를 조절하는 조절부를 포함할 수 있다.

상기 조절부는, 상기 이송 컨베이어와 상기 배출 컨베이어 사이의 이격된 거리가 증대되면 상기 레이저 커팅부를 통한 분리시트의 커팅속도는 감소되게 조절하고, 상기 이송 컨베이어와 상기 배출 컨베이어 사이의 이격된 거리가 감소되면 상기 레이저 커팅부를 통한 분리시트의 커팅속도는 증대되게 조절할 수 있다.

상기 조절부는, 상기 이송 컨베이어의 주행속도에 따라 상기 레이저 커팅부를 통한 분리시트의 커팅속도를 더 조절하며, 상기 조절부는, 상기 이송 컨베이어의 주행속도가 증대되면 상기 레이저 커팅부를 통한 분리시트의 커팅속도도 함께 증대되게 조절하고, 상기 이송 컨베이어의 주행속도가 감소되면 상기 레이저 커팅부를 통한 분리시트의 커팅속도도 함께 감소되게 조절할 수 있다.

상기 조절부는, 기본단위시트를 제조하는 상기 라미네이션장치의 공정속도에 따라 상기 레이저 커팅부를 통한 분리시트의 커팅속도를 더 조절하며, 상기 조절부는, 상기 라미네이션장치의 공정속도가 증대되면 상기 레이저 커팅부를 통한 분리시트의 커팅속도도 함께 증대되게 조절하고, 상기 라미네이션장치의 공정속도가 감소되면 상기 레이저 커팅부를 통한 분리시트의 커팅속도도 함께 감소되게 조절할 수 있다.

상기 배출 컨베이어는 상기 이송 컨베이어 보다 설정속도 빠른 속도를 가질 수 있다.

상기 커팅장치는, 상기 레이저 커팅부에 의해 분리시트 커팅시 발생하는 이물질 또는 분진을 흡입하여 제거하는 석션부를 더 포함하며, 상기 석션부는, 상기 이송 컨베이어와 상기 배출 컨베이어 사이에 구비되고 상기 분리시트 커팅시 분리시트 하부에 발생하는 이물질 및 또는 분진을 흡입하여 제거하는 하부 석션과, 상기 배출 컨베이어 상부에 구비되면서 상기 배출 컨베이어에 의해 이송되는 기본단위체의 표면에 묻은 이물질 또는 분진을 흡입하여 제거하는 상부 석션을 포함할 수 있다.

한편, 본 발명의 이차전지용 라미네이션 방법은 하나 이상의 분리시트을 공급하고, 하나 이상의 상기 분리시트에 설정간격으로 배치되게 전극을 공급하는 공급공정과, 상기 공급공정을 통과한 분리시트와 전극을 접합하여 기본단위시트를 제조하는 접합공정을 구비한 라미네이션단계; 및 상기 라미네이션단계를 통과한 기본단위시트의 분리시트를 커팅하여 분리막과 전극으로 이루어진 기본단위체를 제조하는 커팅단계를 포함하며, 상기 커팅단계는, 상기 라미네이션단계를 통과한 기본단위시트를 이송 컨베이어를 이용하여 이송하는 이송공정, 레이저 커팅부를 이용하여 상기 기본단위시트의 분리시트에 레이저를 조사하되, 상기 분리시트의 폭방향 일단에서 타단까지 조사하여 분리시트를 커팅하고 기본단위체를 제조하는 레이저 커팅공정, 상기 레이저 커팅부에 의해 커팅된 기본단위체를 배출 컨베이어를 이용하여 이송하는 배출공정을 포함하고, 상기 커팅단계는, 조절부를 이용하여 상기 이송 컨베이어와 상기 배출 컨베이어 사이의 이격된 거리에 따라 상기 레이저 커팅부를 통한 분리시트의 커팅속도를 조절하는 조절공정을 더 포함할 수 있다.

상기 조절공정은, 상기 이송 컨베이어와 상기 배출 컨베이어 사이의 이격된 거리가 증대되면, 조절부를 이용하여 상기 레이저 커팅부를 통한 분리시트의 커팅 속도는 감속되게 조절하고, 상기 이송 컨베이어와 상기 배출 컨베이어 사이의 이격된 거리가 감소하면 조절부를 이용하여 상기 레이저 커팅부를 통한 분리시트의 커팅속도는 증대되게 조절할 수 있다.

상기 조절공정은, 상기 이송 컨베이어의 주행속도에 따라 상기 레이저 커팅부를 통한 분리시트의 커팅속도를 더 조절하며, 상기 조절공정은, 상기 이송 컨베이어의 속도가 증대되면 조절부를 이용하여 상기 레이저 커팅부를 통한 분리시트의 커팅속도도 함께 증대되게 조절하고, 상기 이송 컨베이어의 주행속도가 감소되면 조절부를 이용하여 상기 레이저 커팅부를 통한 분리시트의 커팅속도도 함께 감소되게 조절할 수 있다.

상기 조절공정은, 기본단위시트를 제조하는 상기 라미네이션단계의 공정속도에 따라 상기 레이저 커팅부를 통한 분리시트의 커팅속도를 더 조절하며, 상기 조절공정은, 상기 라미네이션단계의 공정속도가 증대되면 조절부를 이용하여 상기 레이저 커팅부를 통한 분리시트의 커팅속도도 함께 증대되게 조절하고, 상기 라미네이션단계의 공정속도가 감소되면 조절부를 이용하여 상기 레이저 커팅부를 통한 분리시트의 커팅속도도 함께 감소되게 조절할 수 있다.

상기 조절공정은, 상기 이송 컨베이어 보다 상기 배출 컨베이어가 설정속도 빠르게 주행하도록 조절할 수 있다.

상기 커팅단계 후, 상기 분리시트 커팅시 발생한 이물질 또는 분진을 흡입하여 제거하는 석션단계를 더 포함할 수 있다.

상기 석션단계는 하부 석션을 이용하여 상기 레이저 커팅부에 의해 분리시트 커팅시 분리시트 하부에 발생하는 이물질 및 또는 분진을 흡입하여 제거하는 하부 석션공정과, 상부 석션을 이용하여 상기 배출 컨베이어를 통해 이송되는 기본단위체의 상면에 묻은 이물질 또는 분진을 흡입하여 제거하는 상부 석션공정을 포함할 수 있다.

한편, 본 발명의 이차전지용 커팅장치는 하나 이상의 분리시트와 하나 이상의 상기 분리시트에 설정간격으로 배치된 전극을 포함하는 기본단위시트를 커팅하기 위한 것으로, 상기 기본단위시트를 이송하는 이송 컨베이어; 상기 이송 컨베이어를 통과한 기본단위시트의 분리시트에 레이저를 조사하되, 상기 분리시트의 폭방향 일단에서 타단까지 조사하여 분리시트를 커팅하고 기본단위체를 제조하는 레이저 커팅부; 상기 이송 컨베이어로부터 이격되게 배치되고, 상기 레이저 커팅부에 의해 커팅된 기본단위체를 이송하는 배출 컨베이어; 및 상기 이송 컨베이어와 상기 배출 컨베이어 사이의 이격된 거리에 따라 상기 레이저 커팅부를 통한 분리시트의 커팅속도를 조절하는 조절부를 포함할 수 있다.

본 발명의 이차전지용 라미네이션 설비는 라미네이션장치와 커팅장치를 포함하되, 상기 커팅장치는 이송컨베이어, 레이저 커팅부, 배출 컨베이어 및 조절부를 포함하는 것에 특징을 가진다. 이와 같은 특징으로 인해 분리막의 접힘 및 밀림 등의 불량 발생을 방지할 수 있고, 특히 상기 이송 컨베이어와 상기 배출 컨베이어 사이의 이격된 거리에 따라 상기 레이저 커팅부를 통한 분리시트 커팅속도를 조절할 수 있으며, 그 결과 분리시트의 커팅 정확도와 커팅 품질을 높일 수 있다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 이차전지용 라미네이션 설비를 대략적으로 도시한 공정도.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 이차전지용 라미네이션 설비의 커팅장치를 도시한 측면도.
도 3은 커팅장치에 구비된 레이저 커팅부를 도시한 측면도.
도 4는 레이저 커팅부의 3D 스캐너를 도시한 측면도.
도 5는 커팅장치에 구비된 레이저 커팅부의 커팅상태를 나타낸 사시도.
도 6은 본 발명의 제1 실시예에 따른 이차전지용 라미네이션 방법을 나타낸 순서도.
도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 커팅장치를 도시한 측면도.
도 8은 본 발명의 실험 결과를 기재한 표.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.

[본 발명의 제1 실시예에 따른 이차전지용 라미네이션 설비]

본 발명의 제1 실시예에 따른 이차전지용 라미네이션 설비는 도 1 내지 도 5에 도시되어 있는 것과 같이, 기본단위시트(10)를 제조하는 라미네이션장치(100)와, 상기 라미네이션장치(100)에 의해 제조된 기본단위시트(10)를 커팅하여 기본단위체(20)를 제조하는 커팅장치(200)를 포함한다.

라미네이션장치

라미네이션장치(100)는 하나 이상의 분리시트와 하나 이상의 상기 분리시트에 설정 간격으로 이격되게 배치되는 전극을 공급하는 공급부(110)와, 상기 공급부(110)를 통과한 분리시트와 전극을 접합하여 기본단위시트(10)를 제조하는 접합부(120)를 포함한다.

상기 공급부(110)는 하나 이상의 분리시트(11)를 공급하는 분리시트 공급롤러(111)와, 상기 분리시트(11)의 전장방향을 따라 순차적으로 배치되게 전극을 공급하는 전극 공급롤러를 포함한다.

여기서 상기 전극은 제1 전극(12)과 제2 전극(13)을 포함하고, 상기 전극 공급롤러는 분리시트(11)의 일측에 배치되게 제1 전극(12)을 공급하는 제1 전극 공급롤러(112)와, 상기 분리시트(11)의 타측에 배치되게 제2 전극(13)을 공급하는 제2 전극 공급롤러(113)를 포함한다. 한편, 제1 전극은 양극, 제2 전극은 음극일 수 있다. 물론 반대일 수도 있다.

상기 제1 전극 공급롤러(112)는 긴 시트 형태의 제1 전극시트를 제1 커터(114)를 통해 커팅하여 제1 전극(12)을 제조한 다음, 상기 분리시트(11)의 일측에 배치한다. 그리고 제2 전극 공급롤러(113)는 긴 시트 형태의 제2 전극시트를 제2 커터(115)를 통해 커팅하여 제2 전극(13)을 제조한 다음, 상기 분리시트(11)의 타면에 배치한다.

예를 들면, 상기 공급부(110)는 도 1에 도시되어 있는 것과 같이, 분리시트 공급롤러(111)를 통해 한 쌍의 분리시트(11)를 공급하고, 제1 전극 공급롤러(112)를 통해 제1 전극(12)을 한 쌍의 분리시트(11) 사이에 배치되게 연속으로 공급하며, 제2 전극 공급롤러(113)를 통해 제2 전극(13)을 한 쌍의 분리시트(11)의 외측면에 각각 배치되게 연속으로 공급한다. 그러면 제2 전극(13), 분리시트(11), 제1 전극(12), 분리시트(11) 및 제2 전극(13)이 상하방향으로 배치되는 적층체를 제조할 수 있다.

상기 접합부(120)는 상기 공급부(110)를 통과한 분리시트와 전극을 접합하여 기본단위시트(10)를 제조하는 역할을 한다. 즉, 상기 접합부(120)는 분리시트와 전극을 가열하는 라미네이터(121)와, 상기 분리시트와 전극을 압착하여 접합하는 압연롤러(122)를 포함한다.

일례로, 상기 접합부(120)는 상기 공급부(110)를 통과한 제2 전극(13), 분리시트(11), 제1 전극(12), 분리시트(11) 및 제2 전극(13)을 포함한 적층체를 라미네이터(121)로 가열한 다음, 상기 적층체를 압연롤러(122)로 압연하여 접합한다. 그러면, 제2 전극(13), 분리시트(11), 제1 전극(12), 분리시트(11) 및 제2 전극(13)을 포함한 5층 구조의 기본단위시트(10)를 제조할 수 있다.

커팅장치

상기 커팅장치(200)는 기본단위시트(10)를 커팅하여 기본단위체(20)를 제조하는 역할을 한다. 즉, 커팅장치(200)는 상기 라미네이션장치(100)를 통과한 기본단위시트(10)를 이송하는 이송 컨베이어(210), 상기 이송 컨베이어(210)를 통과한 기본단위시트(10)의 분리시트(11)에 레이저를 조사하고, 상기 분리시트(11)의 전폭방향(도 5에서 보았을 때 분리시트의 주행방향과 직교되는 상하방향) 일단에서 타단까지 조사하면서 분리시트(11)를 커팅함에 따라 기본단위체(20)를 제조하는 레이저 커팅부(220), 상기 이송 컨베이어(210)와 이격되게 구비되고 상기 레이저 커팅부(220)에 의해 커팅된 기본단위체(20)를 이송하는 배출 컨베이어(230)를 포함한다.

즉, 상기 커팅장치(200)는 이송 컨베이어(210)를 통해 이송된 기본단위시트(10)의 분리시트(11)가 이송 컨베이어(210)와 배출 컨베이어(230) 사이를 통과하면, 레이저 커팅부(220)에서 조사된 레이저를 통해 분리시트(11)를 전폭방향으로 커팅함에 따라 기본단위체(20)를 제조한다. 이에 따라 레이저 커팅부(220)는 상호 대응하는 전극과 전극 사이의 분리시트(11)를 커팅하여 분리막과 전극으로 이루어진 기본단위체(20)를 제조한다. 다음으로 배출 컨베이어(230)를 통해 상기 레이저 커팅부(220)에 의해 커팅된 기본단위체(20)를 설정된 장소까지 이송한다.

한편, 레이저 커팅부(220)는 레이저 빔을 발생시키는 레이저 발생기(221)와, 상기 레이저 발생기(221)에서 발생한 레이저 빔의 초점을 조절하는 렌즈(222), 렌즈(222)를 통과한 레이저 빔이 기본단위시트(10)의 분리시트(11)에 조사되도록 반사하는 제1 반사경과 제2 반사경(223), 및 기본단위시트의 분리시트에 조사되는 레이저 빔의 중앙부와 외곽부의 외곡을 최소화하여 분리시트에 조사되는 레이저 빔의 중앙부와 외곽부의 초점 위치를 동일하게 하는 에프-세타(F-THETA) 렌즈(224)를 포함한다.

보다 상세히 설명하면, 도 3에 도시되어 있는 것과 같이, 레이저 커팅부(220)는 레이저 발생기(221)에 의해 레이저 빔이 발생하면, 레이저 발생기(221)에서 발생한 레이저 빔이 렌즈(222)를 통과하면서 초점이 조절되고, 제1 반사경과 제2 반사경(223)에 의해 반사되면서 기본단위시트의 분리시트에 조사된다. 이때 도 4에 도시되어 있는 것과 같이, 제2 반사경(223)을 분리시트(11)의 폭방향으로 경사각을 조절하면, 도 5에 도시되어 있는 것과 같이, 제2 반사경(223)에 의해 반사된 레이저 빔이 분리시트(11)의 폭방향 일단에서 타단까지 이동하면서 분리시트(11)를 커팅한다. 여기서 제2 반사경(223)의 경사각을 조절하는 속도를 증대시키면, 분리시트(11)의 커팅속도를 증대시킬 수 있고, 제2 반사경(223)의 경사각을 조절하는 속도를 감소시키면, 분리시트(11)의 커팅속도를 감소시킬 수 있다. 즉, 제2 반사경(223)을 통해 분리시트의 커팅속도를 조절할 수 있다.

한편, 레이저 커팅부는 건 타입(Gun type)과 스캐너 타입(Scanner type)을 포함하며, 바람직하게는 레이저 커팅부는 도 4를 참조하면 절단 속도를 효과적으로 맞출 수 있는 스캐너 타입(Scanner type)을 사용한다. 일례로 레이저 커팅부는 분리막 절단 속도와 절단폭 대응을 위해 3D Scanner를 사용한다.

이와 같은 구성을 가진 커팅장치(200)는 레이저 커팅부(220)를 포함함으로써 비접촉식 레이저를 통해 분리시트를 효과적으로 커팅할 수 있고, 이에 따라 분리막의 접힘 및 밀림 등의 불량 발생을 방지할 수 있다.

한편, 본 발명의 제1 실시예에 따른 이차전지용 라미네이션 설비는 분리시트 커팅시 발생하는 이물질 및 분진을 흡입하기 위한 석션부(250)를 더 포함하며, 상기 석션부(250)는 상기 이송 컨베이어(210)와 상기 배출 컨베이어(230) 사이에 배치된다. 여기서 상기 이송 컨베이어(210)와 상기 배출 컨베이어(230)는 상기 석션부를 배치하기 위해 이격된 거리(α)를 가진다.

그러나, 상기 이송 컨베이어(210)와 상기 배출 컨베이어(230) 사이의 이격된 거리(α)가 크게 증대되면, 분리시트 커팅시 분리시트(11)의 커팅면이 상기 이송 컨베이어(210)와 상기 배출 컨베이어(230) 사이의 공간으로 접히면서 불량이 발생할 수 있다.

한편, 상기 이격된 거리(α)는 상호 대응하는 상기 이송 컨베이어(210)의 끝단과 상기 배출 컨베이어(230)의 끝단 사이의 직선 거리를 말한다.

이와 같은 문제점을 해결하기 위해 본 발명의 제1 실시예에 따른 이차전지용 라미네이션 설비는 상기 이송 컨베이어(210)와 상기 배출 컨베이어(230) 사이의 이격된 거리(α)가 증대되면, 레이저 커팅부의 커팅속도를 감속시켜서 분리시트가 완전히 커팅되는 시간을 증대시키며, 이에 따라 분리시트의 커팅면이 상기 이송 컨베이어(210)와 상기 배출 컨베이어(230) 사이의 공간으로 접히지 않고 배출 컨베이어(230)에 안정적으로 안착되게 유도할 수 있다.

일례로, 상기 커팅장치(200)는 상기 이송 컨베이어(210)와 상기 배출 컨베이어(230) 사이의 이격된 거리에 따라 상기 레이저 커팅부(220)를 통한 분리시트(11)의 커팅속도를 조절하는 조절부(240)를 포함할 수 있다.

즉, 상기 조절부(240)는 도 8의 표를 참조하면, 상기 이송 컨베이어(210)와 상기 배출 컨베이어(230) 사이의 이격된 거리가 증대되면 상기 레이저 커팅부(220)를 통한 분리시트(11)의 커팅속도는 감속되게 조절하고, 상기 이송 컨베이어(210)와 상기 배출 컨베이어(230) 사이의 이격된 거리가 감소하면 상기 레이저 커팅부(220)를 통한 분리시트(11)의 커팅속도는 증대되게 조절한다.

이에 따라 조절부(240)는 레이저 커팅부(220)의 커팅속도 조절을 통해 분리시트(11)가 완전히 커팅되는 시간을 조절할 수 있고, 이에 따라 상기 이송 컨베이어(210)와 상기 배출 컨베이어(230) 사이로 분리시트(11)의 커팅면이 접힘되는 것을 방지할 수 있다.

도 8은 레이저 커팅부의 커팅 속도를 나타낸 표이다.

한편, 도 8에서 공정속도는 라미네이션장치에 의해 기본단위시트가 제조되는 속도이고, 주행속도는 상기 이송 컨베이어(210)에 의해 이송되는 기본단위시트의 속도이며, 레이저 커팅부 속도는 레이저 커팅부를 통한 분리시트를 커팅하는 속도이다.

제1 실험예로, 도 8의 표를 참조하면, 공정속도가 80cpm이고, 주행속도가 135mm/s일 때 상기 이송 컨베이어(210)와 상기 배출 컨베이어(230) 사이의 이격된 거리가 10mm이면, 레이저 커팅부는 8.1m/s속도로 분리시트(11)를 커팅한다. 그리고 상기 이송 컨베이어(210)와 상기 배출 컨베이어(230) 사이의 이격된 거리만 50mm로 증대되면, 레이저 커팅부는 1.6m/s속도로 분리시트를 커팅한다. 즉, 상기 이송 컨베이어(210)와 상기 배출 컨베이어(230) 사이의 이격된 거리가 점진적으로 증대되면 레이저 커팅부의 커팅 속도는 점진적으로 감소되는 것을 알 수 있다. 이는 분리시트의 커팅속도를 지연시켜서 분리시트의 커팅면이 상기 이송 컨베이어(210)와 상기 배출 컨베이어(230) 사이로 접힘되는 것을 방지하기 위함이다.

한편, 조절부(240)는 상기 이송 컨베이어(210)를 통한 기본단위시트(10)의 주행속도에 따라 상기 레이저 커팅부(220)의 커팅속도를 조절할 수 있다.

즉, 상기 조절부(240)는, 상기 이송 컨베이어(210)의 주행속도가 증대되면 상기 레이저 커팅부(220)를 통한 분리시트(11)의 커팅속도도 함께 증대되게 조절하고, 상기 이송 컨베이어(210)의 주행속도가 감소되면 상기 레이저 커팅부(220)를 통한 분리시트(11)의 커팅속도도 함께 감소되게 조절한다.

제2 실험예로, 도 8의 표를 참조하면, 공정속도가 80cpm이고, 상기 이송 컨베이어(210)와 상기 배출 컨베이어(230) 사이의 이격된 거리가 10mm일 때, 주행속도가 135mm/s이면, 레이저 커팅부(220)는 8.1m/s속도로 분리시트(11)를 커팅한다. 그리고 주행속도만 506mm/s로 증대되면, 레이저 커팅부(220)는 30.3m/s속도로 분리시트를 커팅한다. 즉, 주행속도가 증대되면, 레이저 커팅부(220)의 커팅속도도 함께 증대되는 것을 알 수 있다.

이때 상기 조절부(240)는, 상기 이송 컨베이어(210)와 상기 배출 컨베이어(230) 사이의 이격된 거리가 50mm로 증대되면, 레이저 커팅부(220)의 커팅 속도는 6.1m/s로 감소되게 조절될 수 있다.

한편, 상기 조절부(240)는 기본단위시트(10)를 제조하는 상기 라미네이션장치의 공정속도에 따라 상기 레이저 커팅부를 통한 분리시트의 커팅속도를 조절할 수 있다.

즉, 상기 조절부(240)는, 상기 라미네이션장치(100)의 공정속도가 증대되면 상기 레이저 커팅부(220)를 통한 분리시트의 커팅속도도 함께 증대되게 조절하고, 상기 라미네이션장치(100)의 공정속도가 감소되면 상기 레이저 커팅부의 커팅 속도도 함께 감소되게 조절한다.

제3 실험예로, 도 8의 표를 참조하면, 공정속도가 80cpm이며, 주행속도가 135mm/s이고, 상기 이송 컨베이어(210)와 상기 배출 컨베이어(230) 사이의 이격된 거리가 10mm일 때, 레이저 커팅부(220)는 8.1m/s속도로 분리시트(11)를 커팅한다. 그리고 공정속도만 300cpm으로 증대되면, 레이저 커팅부(220)는 30.3m/s속도로 분리시트(11)를 커팅한다. 즉, 공정속도가 증대되면, 레이저 커팅부(220)의 커팅속도도 함께 증대되는 것을 알 수 있다.

한편, 상기 배출 컨베이어(230)는 상기 이송 컨베이어(210) 보다 빠른 이송 속도를 가진다. 일례로, 상기 배출 컨베이어(230)는 상기 이송 컨베이어(210) 보다 3~7mm/s, 바람직하게는 5mm/s 빠른 주행속도를 가진다. 이에 따라 이송 컨베이어(210)에 의해 이송되는 기본단위시트 보다 레이저 커팅부에 의해 커팅된 기본단위체를 정체되지 않고 상기 배출 컨베이어(230)를 통해 빠르게 이송할 수 있다.

따라서 본 발명의 제1 실시예에 따른 이차전지용 라미네이션 설비는 상기 이송 컨베이어(210)와 상기 배출 컨베이어(230) 사이의 이격된 거리, 기본단위시트의 주행속도, 라미네이션장치의 공정속도에 따라 레이저 커팅부의 커팅속도를 조절함으로써 분리시트를 보다 정확하게 커팅할 수 있다.

상기 석션부(250)는 상기 이송 컨베이어(210)와 상기 배출 컨베이어(230) 사이에 구비되면서 상기 레이저 커팅부(220)에 의해 분리시트(11)의 커팅시 분리시트(11) 하부에 발생하는 이물질 및 또는 분진을 흡입하여 제거하는 하부 석션(251)과, 상기 배출 컨베이어(230) 상부에 구비되면서 상기 배출 컨베이어(230)에 의해 이송되는 기본단위체(20)의 상면에 묻은 이물질 또는 분진을 흡입하여 제거하는 상부 석션(252)을 포함한다.

이에 따라 석션부(250)는 분리시트(11) 커팅시 분리시트(11)의 하부와 상부에 발생하는 이물질 또는 분진을 효과적으로 흡입하여 제거할 수 있다.

이하, 본 발명의 제1 실시예에 따른 이차전지용 라미네이션 설비를 이용한 라미네이션 방법을 설명한다.

[본 발명의 제1 실시예에 따른 이차전지용 라미네이션 방법]

본 발명의 제1 실시예에 따른 이차전지용 라미네이션 방법은 도 1, 도 3, 도 4 및 도 6에 도시되어 있는 것과 같이, 기본단위시트(10)를 제조하는 라미네이션단계(S10)와, 기본단위시트(10)의 분리시트(11)를 커팅하여 분리막과 전극을 포함하는 기본단위체(20)를 제조하는 커팅단계(S20)를 포함한다.

상기 라미네이션단계(S10)는 하나 이상의 분리시트와 하나 이상의 상기 분리시트(11)의 전장방향으로 배치되게 전극을 공급하는 공급공정과, 상기 공급공정을 통과한 분리시트(11)와 전극을 접합하여 기본단위시트(10)를 제조하는 접합공정을 포함한다.

상기 커팅단계(S20)는 상기 라미네이션단계를 통과한 기본단위시트(10)를 이송 컨베이어(210)를 이용하여 이송하는 이송공정, 레이저 커팅부(220)를 이용하여 상기 기본단위시트(10)의 분리시트(11)에 레이저 빔을 조사하되 상기 분리시트(11)의 폭방향 일단에서 타단까지 조사하여 분리시트(11)를 커팅함에 따라 기본단위체(20)를 제조하는 레이저 커팅공정, 상기 레이저 커팅부(220)에 의해 커팅된 기본단위체(20)를 배출 컨베이어(230)를 이용하여 이송하는 배출공정을 포함한다.

즉, 레이저 커팅부(220)는 도 3 및 도 4를 참조하면, 레이저 발생기(221)에 의해 레이저 빔이 발생하면, 레이저 발생기(221)에서 발생한 레이저 빔이 렌즈(222)를 통과하면서 초점이 조절되고, 제1 반사경과 제2 반사경(223)에 의해 반사되면서 기본단위시트(10)의 분리시트(11)에 조사된다. 이때 제2 반사경(223)을 분리시트(11)의 폭방향으로 경사각을 조절하면, 제2 반사경(223)에 의해 반사된 레이저 빔이 분리시트(11)의 폭방향 일단에서 타단까지 이동하면서 분리시트(11)를 커팅한다.

여기서 상기 커팅단계는, 상기 이송 컨베이어(210)와 상기 배출 컨베이어(230) 사이의 이격된 거리에 따라 상기 레이저 커팅부(220)를 통한 분리시트(11)의 커팅속도를 조절하는 조절공정을 더 포함한다. 이때 조절부(240)를 이용한다.

즉, 조절공정은 상기 이송 컨베이어(210)와 상기 배출 컨베이어(230) 사이의 이격된 거리가 증대되면, 조절부(240)를 이용하여 상기 레이저 커팅부(220)의 주행 속도가 감속되게 조절하고, 상기 이송 컨베이어(210)와 상기 배출 컨베이어(230) 사이의 이격된 거리가 감소하면 조절부(240)를 이용하여 상기 레이저 커팅부(220)의 주행 속도가 증대되게 조절한다.

또한, 상기 조절공정은, 상기 이송 컨베이어(210)의 주행속도에 따라 상기 레이저 커팅부(220)를 통한 분리시트(11)의 커팅속도를 더 조절할 수 있다. 즉, 상기 조절공정은, 상기 이송 컨베이어(210)의 주행속도가 증대되면 조절부(240)를 이용하여 상기 레이저 커팅부(220)를 통한 분리시트의 커팅속도도 함께 증대되게 조절하고, 상기 이송 컨베이어(210)의 속도가 감소되면 조절부(240)를 이용하여 상기 레이저 커팅부(220)를 통한 분리시트의 커팅속도도 함께 감소되게 조절할 수 있다.

또한, 상기 조절공정은, 기본단위시트(10)를 제조하는 상기 라미네이션 단계의 공정속도에 따라 상기 레이저 커팅부(220)를 통한 분리시트의 커팅속도를 더 조절할 수 있다. 즉, 상기 조절공정은, 상기 라미네이션단계의 공정속도가 증대되면 조절부(240)를 이용하여 상기 레이저 커팅부(220)를 통한 분리시트의 커팅속도도 함께 증대되게 조절하고, 상기 라미네이션단계의 공정속도가 감소되면 조절부(240)를 이용하여 상기 레이저 커팅부(220)를 통한 분리시트의 커팅속도도 함께 감소되게 조절할 수 있다.

한편, 상기 조절공정은, 상기 배출 컨베이어가 상기 이송 컨베이어 보다 빠른 속도를 주행하도록 조절할 수 있다.

한편, 상기 커팅단계 후, 상기 분리시트 커팅시 발생한 이물질 또는 분진을 석션부(250)를 통해 흡입하여 제거하는 석션단계를 더 포함할 수 있다. 상기 석션부(250)는 하부 석션(251)과 상부 석션(252)을 포함한다.

상기 석션단계는 상기 레이저 커팅부(220)에 의해 분리시트 커팅시 분리시트(11) 하부에 발생하는 이물질 및 또는 분진을 하부 석션(251)을 이용하여 흡입하여 제거하는 1차 석션작업과, 상기 배출 컨베이어(230)를 통해 이송되는 기본단위체(20)의 상면에 묻은 이물질 또는 분진을 상부 석션(252)으로 흡입하여 제거하는 제2 석션작업을 포함한다.

상기와 같은 단계가 완료되면, 완제품 기본단위체(20)를 제조할 수 있다.

이하, 본 발명의 다른 실시예를 설명함에 있어 전술한 실시예와 동일한 기능을 가지는 구성에 대해서는 동일한 구성부호를 사용하며, 중복되는 설명은 생략한다.

[본 발명의 제2 실시예에 따른 커팅장치]

앞에서 설명한 본 발명의 제1 실시예에 따른 이차전지용 라미네이션 설비 중 커팅장치만 별도로 제품화할 수 있다.

즉, 본 발명의 제2 실시예에 따른 커팅장치(200)는 도 7에 도시되어 있는 것과 같이, 기본단위시트(10)를 이송하는 이송 컨베이어(210), 상기 이송 컨베이어(210)를 통과한 기본단위시트(10)의 분리시트(11)를 커팅하여 기본단위체(20)를 제조하는 레이저 커팅부(220), 상기 이송 컨베이어(210)와 이격되게 구비되고, 상기 레이저 커팅부(220)에 의해 커팅된 기본단위체를 이송하는 배출 컨베이어(230) 및 상기 이송 컨베이어(210)와 상기 배출 컨베이어(230) 사이의 이격된 거리에 따라 상기 레이저 커팅부를 통한 분리시트의 커팅속도를 조절하는 조절부(240)를 포함할 수 있다.

본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 다양한 실시 형태가 가능하다.

10: 기본단위시트
11: 분리시트
12: 제1 전극
13: 제2 전극
20: 기본단위체
100: 라미네이션장치
110: 공급부
111: 분리시트 공급롤러
112: 제1 전극 공급롤러
113: 제2 전극 공급롤러
114: 제1 커터
115: 제2 커터120: 접합부
121: 라미네이터
122: 압연롤러200: 커팅장치
210: 이송 컨베이어
220: 레이저 커팅부
221: 레이저 발생기
222: 렌즈
223: 제2 반사경
224: 에프-세타(F-THETA) 렌즈
230: 배출 컨베이어
240: 조절부
250: 석션부
251: 하부 석션
252: 상부 석션

Claims

하나 이상의 분리시트와 하나 이상의 상기 분리시트에 설정간격으로 배치되는 전극을 공급하는 공급부와, 상기 공급부를 통과한 분리시트와 전극을 접합하여 기본단위시트를 제조하는 접합부를 구비한 라미네이션장치; 및
상기 라미네이션장치를 통과한 기본단위시트의 분리시트를 커팅하여 분리막과 전극으로 이루어진 기본단위체를 제조하는 커팅장치를 포함하며,
상기 커팅장치는,
상기 라미네이션장치를 통과한 기본단위시트를 이송하는 이송 컨베이어,
상기 이송 컨베이어를 통과한 기본단위시트의 분리시트에 레이저를 조사하되, 상기 분리시트의 폭방향 일단에서 타단까지 조사하여 분리시트를 커팅함에 따라 기본단위체를 제조하는 레이저 커팅부,
상기 이송 컨베이어와 이격되게 구비되고, 상기 레이저 커팅부에 의해 커팅된 기본단위체를 이송하는 배출 컨베이어, 및
상기 이송 컨베이어와 상기 배출 컨베이어 사이의 이격된 거리에 따라 상기 레이저 커팅부를 통한 분리시트를 커팅하는 커팅속도를 조절하는 조절부를 포함하는 이차전지용 라미네이션 설비.
청구항 1에 있어서,
상기 조절부는, 상기 이송 컨베이어와 상기 배출 컨베이어 사이의 이격된 거리가 증대되면 상기 레이저 커팅부를 통한 분리시트의 커팅속도는 감소되게 조절하고, 상기 이송 컨베이어와 상기 배출 컨베이어 사이의 이격된 거리가 감소되면 상기 레이저 커팅부를 통한 분리시트의 커팅속도는 증대되게 조절하는 이차전지용 라미네이션 설비.
청구항 1에 있어서,
상기 조절부는, 상기 이송 컨베이어의 주행속도에 따라 상기 레이저 커팅부를 통한 분리시트의 커팅속도를 더 조절하며,
상기 조절부는, 상기 이송 컨베이어의 주행속도가 증대되면 상기 레이저 커팅부를 통한 분리시트의 커팅속도도 함께 증대되게 조절하고, 상기 이송 컨베이어의 주행속도가 감소되면 상기 레이저 커팅부를 통한 분리시트의 커팅속도도 함께 감소되게 조절하는 이차전지용 라미네이션 설비.
청구항 3에 있어서,
상기 조절부는, 기본단위시트를 제조하는 상기 라미네이션장치의 공정속도에 따라 상기 레이저 커팅부를 통한 분리시트의 커팅속도를 더 조절하며,
상기 조절부는, 상기 라미네이션장치의 공정속도가 증대되면 상기 레이저 커팅부를 통한 분리시트의 커팅속도도 함께 증대되게 조절하고, 상기 라미네이션장치의 공정속도가 감소되면 상기 레이저 커팅부를 통한 분리시트의 커팅속도도 함께 감소되게 조절하는 이차전지용 라미네이션 설비.
청구항 1에 있어서,
상기 배출 컨베이어는 상기 이송 컨베이어 보다 설정속도 빠른 속도를 가지는 이차전지용 라미네이션 설비.
청구항 1에 있어서,
상기 커팅장치는, 상기 레이저 커팅부에 의해 분리시트 커팅시 발생하는 이물질 또는 분진을 흡입하여 제거하는 석션부를 더 포함하며,
상기 석션부는, 상기 이송 컨베이어와 상기 배출 컨베이어 사이에 구비되고 상기 분리시트의 커팅시 분리시트 하부에 발생하는 이물질 및 또는 분진을 흡입하여 제거하는 하부 석션과, 상기 배출 컨베이어 상부에 구비되면서 상기 배출 컨베이어에 의해 이송되는 기본단위체의 표면에 묻은 이물질 또는 분진을 흡입하여 제거하는 상부 석션을 포함하는 이차전지용 라미네이션 설비.
하나 이상의 분리시트을 공급하고, 하나 이상의 상기 분리시트에 설정간격으로 배치되게 전극을 공급하는 공급공정과, 상기 공급공정을 통과한 분리시트와 전극을 접합하여 기본단위시트를 제조하는 접합공정을 구비한 라미네이션단계; 및
상기 라미네이션단계를 통과한 기본단위시트의 분리시트를 커팅하여 분리막과 전극으로 이루어진 기본단위체를 제조하는 커팅단계를 포함하며,
상기 커팅단계는,
상기 라미네이션단계를 통과한 기본단위시트를 이송 컨베이어를 이용하여 이송하는 이송공정,
레이저 커팅부를 이용하여 상기 기본단위시트의 분리시트에 레이저를 조사하되, 상기 분리시트의 폭방향 일단에서 타단까지 조사하여 분리시트를 커팅하고 기본단위체를 제조하는 레이저 커팅공정,
상기 레이저 커팅부에 의해 커팅된 기본단위체를 배출 컨베이어를 이용하여 이송하는 배출공정을 포함하고,
상기 커팅단계는, 조절부를 이용하여 상기 이송 컨베이어와 상기 배출 컨베이어 사이의 이격된 거리에 따라 상기 레이저 커팅부를 통한 분리시트의 커팅속도를 조절하는 조절공정을 더 포함하는 이차전지용 라미네이션 방법.
청구항 7에 있어서,
상기 조절공정은, 상기 이송 컨베이어와 상기 배출 컨베이어 사이의 이격된 거리가 증대되면, 조절부를 이용하여 상기 레이저 커팅부를 통한 분리시트의 커팅 속도는 감속되게 조절하고, 상기 이송 컨베이어와 상기 배출 컨베이어 사이의 이격된 거리가 감소하면 조절부를 이용하여 상기 레이저 커팅부를 통한 분리시트의 커팅속도는 증대되게 조절하는 이차전지용 라미네이션 방법.
청구항 8에 있어서,
상기 조절공정은, 상기 이송 컨베이어의 주행속도에 따라 상기 레이저 커팅부를 통한 분리시트의 커팅속도를 더 조절하며,
상기 조절공정은, 상기 이송 컨베이어의 속도가 증대되면 조절부를 이용하여 상기 레이저 커팅부를 통한 분리시트의 커팅속도도 함께 증대되게 조절하고, 상기 이송 컨베이어의 주행속도가 감소되면 조절부를 이용하여 상기 레이저 커팅부를 통한 분리시트의 커팅속도도 함께 감소되게 조절하는 이차전지용 라미네이션 방법.
청구항 9에 있어서,
상기 조절공정은, 기본단위시트를 제조하는 상기 라미네이션단계의 공정속도에 따라 상기 레이저 커팅부를 통한 분리시트의 커팅속도를 더 조절하며,
상기 조절공정은, 상기 라미네이션단계의 공정속도가 증대되면 조절부를 이용하여 상기 레이저 커팅부를 통한 분리시트의 커팅속도도 함께 증대되게 조절하고, 상기 라미네이션단계의 공정속도가 감소되면 조절부를 이용하여 상기 레이저 커팅부를 통한 분리시트의 커팅속도도 함께 감소되게 조절하는 이차전지용 라미네이션 방법.
청구항 8에 있어서,
상기 조절공정은, 상기 이송 컨베이어 보다 상기 배출 컨베이어가 설정속도 빠르게 주행하도록 조절하는 이차전지용 라미네이션 방법.
청구항 8에 있어서,
상기 커팅단계 후, 상기 분리시트의 커팅시 발생한 이물질 또는 분진을 흡입하여 제거하는 석션단계를 더 포함하는 이차전지용 라미네이션 방법.
청구항 12에 있어서,
상기 석션단계는 하부 석션을 이용하여 상기 레이저 커팅부에 의해 분리시트 커팅시 분리시트 하부에 발생하는 이물질 및 또는 분진을 흡입하여 제거하는 하부 석션공정과, 상부 석션을 이용하여 상기 배출 컨베이어를 통해 이송되는 기본단위체의 상면에 묻은 이물질 또는 분진을 흡입하여 제거하는 상부 석션공정을 포함하는 이차전지용 라미네이션 방법.
하나 이상의 분리시트와 하나 이상의 상기 분리시트에 설정간격으로 배치된 전극을 포함하는 기본단위시트를 커팅하는 커팅장치로서,
상기 기본단위시트를 이송하는 이송 컨베이어;
상기 이송 컨베이어를 통과한 기본단위시트의 분리시트에 레이저를 조사하되, 상기 분리시트의 폭방향 일단에서 타단까지 조사하여 분리시트를 커팅하고 기본단위체를 제조하는 레이저 커팅부;
상기 이송 컨베이어로부터 이격되게 배치되고, 상기 레이저 커팅부에 의해 커팅된 기본단위체를 이송하는 배출 컨베이어; 및
상기 이송 컨베이어와 상기 배출 컨베이어 사이의 이격된 거리에 따라 상기 레이저 커팅부를 통한 분리시트의 커팅속도를 조절하는 조절부를 포함하는 커팅장치.
청구항 14에 있어서,
상기 조절부는, 상기 이송 컨베이어와 상기 배출 컨베이어 사이의 이격된 거리가 증대되면 상기 레이저 커팅부를 통한 분리시트의 커팅속도는 감소되게 조절하고, 상기 이송 컨베이어와 상기 배출 컨베이어 사이의 이격된 거리가 감소되면 상기 레이저 커팅부를 통한 분리시트의 커팅속도는 증대되게 조절하는 커팅장치.