KR20220126634A - 배터리 셀 제조 방법 및 장치 - Google Patents

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KR20220126634A
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최길용
김주형
김형준
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에스케이온 주식회사
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Abstract

배터리 셀을 이송하는 캐리어를 포함하고, 캐리어는 배터리 셀의 일면을 가압하는 제1 플레이트; 배터리 셀의 일면과 반대되는 타면을 가압하는 제2 플레이트; 제1 플레이트 및 제2 플레이트를 서로 마주보는 방향으로 가압하는 클램핑 부재; 및 제1 플레이트 및 제2 플레이트 중 적어도 하나에 배치되며, 제1 플레이트 및 제2 플레이트 중 적어도 하나의 위치를 조정하는 위치 조정부를 포함하는 배터리 셀 제조 장치가 제공된다.

Description

배터리 셀 제조 방법 및 장치{Method and Apparatus for Manufacturing Battery Cell}
본 발명은 배터리 셀 제조 방법 및 제조 장치에 관한 기술이다.
최근, 충방전이 가능한 이차전지는 와이어리스 모바일 기기의 에너지원으로 광범위하게 사용되고 있다. 또한, 이차전지는 화석연료를 사용하는 기존의 가솔린 차량, 디젤 차량 등의 대기오염 등을 해결하기 위한 방안으로 제시되고 있는 전기자동차(EV), 하이브리드 전기자동차(HEV) 등의 동력원으로서도 주목받고 있다.
한편, 배터리 셀은 외장재의 접합부(또는 실링부)를 폴딩하는 공정을 거치게 된다. 배터리 셀은 이송장치를 통해 특정 위치에서 다른 위치로 이동한다. 종래 이송장치는 배터리 셀을 진공으로 흡착한 상태에서 배터리 셀을 이동시킨다. 그런데, 배터리 셀의 표면의 평탄도가 고르지 않은 경우 배터리 셀이 이송장치에 안정적으로 흡착되지 않는 문제가 생길 수 있다. 이에 따라 배터리 셀이 정확한 위치로 이동되지 못하는 경우가 생기며, 나아가 설비 가동률이 저하되는 문제가 생길 수 있다.
본 발명은 배터리 셀의 제조과정의 효율성과 신뢰성을 높이는데 그 목적이 있다. 구체적으로 본 발명은 배터리 셀의 외장재를 접는 공정이 안정적으로 이뤄지게 하는데 그 목적이 있다.
실시예들에서, 배터리 셀을 이송하는 캐리어를 포함하고, 캐리어는 배터리 셀의 일면을 가압하는 제1 플레이트; 배터리 셀의 일면과 반대되는 타면을 가압하는 제2 플레이트; 제1 플레이트 및 제2 플레이트를 서로 마주보는 방향으로 가압하는 클램핑 부재; 및 제1 플레이트 및 제2 플레이트 중 적어도 하나에 배치되며, 제1 플레이트 및 제2 플레이트 중 적어도 하나의 위치를 조정하는 위치 조정부를 포함하는 배터리 셀 제조 장치가 제공된다.
실시예들에서, 제1 플레이트 및 제2 플레이트는 제1 방향으로 서로 마주보며, 제1 플레이트 및 제2 플레이트는 배터리 셀의 적어도 일부가 제1 플레이트 및 제2 플레이트보다 제1 방향과 수직한 제2 방향으로 더 돌출되도록 형성할 수 있다.
실시예들에서, 위치 조정부는 제1 플레이트의 일측면에 배치되는 제1 정렬홈; 제1 플레이트의 일측면과 반대되는 타측면에 배치되는 제2 정렬홈을 포함할 수 있다.
실시예들에서, 제1 정렬홈 및 제2 정렬홈은 제1 플레이트 및 제2 플레이트가 서로 마주보는 방향과 수직한 방향을 따라 배열될 수 있다.
실시예들에서, 단부가 제1 정렬홈에 삽입되는 제1 정렬부재; 및 단부가 제2 정렬홈에 삽입되는 제2 정렬부재를 더 포함하며, 제1 정렬부재의 단부와 제2 정렬부재의 단부는 서로 다른 형상을 가질 수 있다.
실시예들에서, 제1 정렬부재의 단부는 서로 맞닿아 제1 각도를 이루는 두 개의 제1 경사면을 포함하고, 제1 정렬홈은 서로 맞닿아 제1 각도를 이루는 두 개의 제2 경사면을 포함하며, 두 개의 제1 경사면은 두 개의 제2 경사면에 각각 맞닿을 수 있다.
실시예들에서, 제2 정렬부재의 단부는 곡면을 포함할 수 있다.
실시예들에서, 클램핑 부재는 제1 플레이트에서 연장되어 제2 플레이트를 관통하는 가이드 샤프트; 및 가이드 샤프트에 연결되며, 제2 플레이트를 제1 플레이트를 향해 가압하는 탄성부재를 포함할 수 있다.
실시예들에서, 클램핑 부재는 제2 플레이트와 가이드 샤프트 사이에 배치되는 마찰저감부재를 더 포함할 수 있다.
실시예들에서, 마찰저감부재의 외면은 제2 플레이트에 결합되며, 마찰저감부재의 내면은 가이드 샤프트와 접촉될 수 있다.
실시예들에서, 클램핑 부재는 가이드 샤프트의 단부에 배치되는 스토퍼를 더 포함하며, 탄성부재는 스토퍼와 제2 플레이트 사이에 배치될 수 있다.
실시예들에서, 제1 플레이트와 배터리 셀 사이 및 제2 플레이트와 배터리 셀 사이 중 적어도 하나에 배치되어, 배터리 셀에 접촉되는 완충패드를 더 포함할 수 있다.
실시예들에서, 완충패드는 발포성 스폰지를 포함할 수 있다.
실시예들에서, 캐리어와 제2 방향으로 나란히 배치되며, 배터리 셀의 외장재 중 적어도 일부를 절곡하는 폴딩 장치를 더 포함할 수 있다.
실시예들에서, 캐리어는 제1 플레이트 및 제2 플레이트 사이에 배치되며 폴딩 장치가 배터리 셀의 전극 조립체가 수용된 바디부와 충돌하는 것을 방지하는 보호부재를 더 포함할 수 있다.
실시예들에서, 보호부재는 배터리 셀의 적어도 일측에 배치되며, 보호부재의 제2 방향의 길이는 제1 플레이트 및 제2 플레이트의 제2방향의 길이와 같거나 더 클 수 있다.
본 발명에 따르면, 배터리 셀의 제조과정의 효율성과 신뢰성을 높이는데 그 목적이 있다. 구체적으로 본 발명은 파우치형 배터리 셀의 외장재 중 접합부를 접는 공정이 정확하고 안정적으로 이뤄지게 하는데 그 목적이 있다.
도 1은 일 실시 예에 따른 배터리 셀의 폴딩 공정을 개략적으로 도시한 것이다.
도 2는 파우치형 배터리 셀을 도시한 것이다.
도 3은 일 실시 예에서 폴딩 공정에 따른 배터리 셀의 접합부가 변형되는 과정을 나타낸 것이다.
도 4는 일 실시 예에 따른 캐리어의 정면도이다.
도 5는 일 실시 예에 따른 캐리어의 분해도이다.
도 6은 일 실시 예에 따른 캐리어의 측면도이다.
도 7은 일 실시 예에 따른 캐리어의 상면도이다.
도 8은 일 실시 예에 따른 캐리어의 배면도이다.
도 9는 일 실시 예에서 캐리어가 작업대에 정렬되기 전의 상태를 도시한 것이다.
도 10은 일 실시 예에서 캐리어가 작업대에 정렬된 상태를 도시한 것이다.
이하에서 설명되는 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념으로 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 실시예에 불과할 뿐, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 형태들을 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시 형태로 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명의 실시형태는 당해 기술분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 도면에서 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.
또한, 본 명세서에서 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함하며, 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소 또는 대응하는 구성요소를 지칭하는 것으로 한다.
또한, 본 명세서에서 상측, 상부, 하측, 하부, 측면, 전면, 후면 등의 표현은 도면에 도시된 방향을 기준으로 표현한 것이며, 해당 대상의 방향이 변경되면 다르게 표현될 수 있음을 미리 밝혀둔다.
또한, 본 명세서에서 사용한 "제1", "제2" 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않으며, 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.
도 1은 일 실시 예에 따른 배터리 셀(10)의 폴딩 공정을 개략적으로 도시한 것이다. 도 2는 파우치형 배터리 셀(10)을 도시한 것이다. 도 3은 일 실시 예에서 폴딩 공정에 따른 배터리 셀(10)의 접합부가 변형되는 과정을 나타낸 것이다. 이하 도 1 내지 도 3을 참고하여, 배터리 셀(10)의 폴딩 공정을 설명한다.
먼저 도 2를 참고하면, 배터리 셀(10)은 전극조립체(11) 및 전극조립체(11)를 감싸는 외장재(12)(또는 파우치)를 포함한다. 전극조립체(11)는 양극판, 음극판, 및 전해질이 순차적으로 적층된 형태로 제공되며, 양극판과 음극판 사이에 분리막을 더 포함할 수 있다.
외장재(12)는 전극조립체(11)를 감싸는 형태로 제공되어 배터리 셀(10)의 외관을 구성하며, 전극조립체(11)를 외부 충격으로부터 보호할 수 있다. 또 외장재(12)는 전극조립체(11)를 외부로부터 밀봉시킬 수 있다. 배터리 셀(10)은 길이방향으로 연장하는 전극 탭을 포함하며, 전극 탭은 전극조립체(11)의 전극판(양극판 또는 음극판)에 연결된다.
외장재(12)는 전극조립체(11)를 양면에서 샌드위치처럼 감싸는 형태로 제공될 수 있다. 예를 들어, 외장재(12)는 전극조립체(11)의 상부를 감싸는 제1 외장재(12a), 하부를 감싸는 제2 외장재(12b)를 포함할 수 있다. 외장재(12)의 내측부분은 전극조립체(11)를 감싸고, 주변부분은 반대편 외장재(12)의 주변부분에 접합될 수 있다. 예를 들어, 제1 외장재(12a)와 제2 외장재(12b)는 테두리 부분에서 서로 접합된다.
일 실시 예에서 제1 외장재(12a)와 제2 외장재(12b)는 하나의 외장재(12)로 제공될 수 있다. 예를 들어, 외장재(12)는 접힘부(12c)를 포함할 수 있고, 접힘부(12c)를 경계로 제1 외장재(12a) 제2 외장재(12b)로 구분될 수 있다.
일 실시 예에서 배터리 셀(10)은 바디부(10a)와 접합부(10b)로 구분될 수 있다. 바디부(10a)는 전극조립체(11)에 대응하는 두께를 가지는 부분을 의미한다. 바디부(10a)의 단면은 전극조립체(11) 및 전극조립체(11)의 양측을 커버하는 외장재(12)로 구성될 수 있다. 접합부(10b)는 바디부(10a)에서 길이방향(또는 적층방향과 수직인 방향)으로 연장하는 얇은 부분을 의미한다. 예를 들어, 접합부(10b)의 단면은 서로 접합된 2겹의 외장재들(예: 제1 외장재(12a) 및 제2 외장재(12b))으로 구성될 수 있다.
도 1을 참고하면, 폴딩 공정은 배터리 셀(10)이 폴딩 공정에 대응하는 작업대 및 폴딩 장치에 의해 수행된다. 접합부(10b)의 폴딩은 둘 이상의 폴딩 공정을 통해 이뤄질 수 있다. 도 1을 참고하면, 배터리 셀(10)은 4번의 폴딩 공정들을 거치게 되며, 각각의 폴딩 공정들은 대응하는 작업대(210, 220, 230, 240) 및 폴딩 장치에 의해 수행된다.
예를 들어, 도 3을 참고하면, 접합부(10b)는 여러 단계를 거쳐 바디부(10a)에 가깝게 제1 폴딩 공정에서 90도 가량 접히고, 제2 폴딩 공정에서 다시 90도 접혀 180도 접힌 상태가 될 수 있다. 최종적으로 접합부(10b)는 바디부(10a)의 측벽(14)에 인접하게 위치될 수 있다.
도 1에서 폴딩 공정은 4개의 폴딩 공정들을 포함하는 것으로 도시되나, 이는 예시에 지나지 않고, 폴딩공정은 2개의 폴딩 공정들 또는 5개 이상의 폴딩 공정들을 포함할 수 있다.
도 1을 참고하면, 일 실시 예에서 배터리 셀(10)은 캐리어(100)에 클램프된 상태로 폴딩 공정을 거친다. 그리고 이송장치는 배터리 셀(10)을 직접 이송하지 않고, 캐리어(100)를 이송함으로써 간접적으로 배터리 셀(10)을 이송한다. 캐리어(100)는 진공흡착 패드, 클램핑 장치 등 다양한 방식으로 이송장치에 결합할 수 있다. 이에 따라 배터리 셀(10)은 비교적 안정적으로 이송될 수 있다.
도 1을 참고하면, 배터리 셀(10)의 폴딩 공정은 캐리어(100)를 준비하는 제1 단계, 배터리 셀(10)을 캐리어(100)에 클램프 하는 제2 단계, 캐리어(100)에 클램프된 배터리 셀(10)의 접합부(10b)를 적어도 한차례 폴딩하는 제3 단계, 및 폴딩 공정 완료 후에 캐리어(100)로부터 배터리 셀(10)을 분리시키는 제4 단계를 포함한다.
일 실시 예에서 캐리어(100)는 배터리 셀(10)을 양측에서 잡아주는 두 개의 플레이트들(110, 120)을 포함하고, 배터리 셀(10)은 두 개 플레이트들(110, 120) 사이에 끼인 채로 폴딩 공정을 거친다. 캐리어(100)의 구조에 대한 상세한 사항은 도 4 내지 도 8에서 설명한다. 두 개 플레이트들(110, 120) 사이의 간격이 벌어진 상태에서 배터리 셀(10)이 두 개 플레이트들 사이에 배터리 셀(10)이 위치되고, 이후 플레이트들(110, 120) 사이의 간격이 줄어들면서 배터리 셀(10)이 캐리어(100)에 클램프(또는 고정)된다.
일 실시 예에서 캐리어(100)에 배터리 셀(10)을 위치시키는 제2 단계는, 캐리어(100)의 두 개 플레이트들(110, 120)의 간격을 벌리는 단계, 두 개 플레이트들(110, 120) 사이에 배터리 셀(10)을 위치시키는 단계, 및 두 개 플레이트들(110, 120)의 간격을 다시 좁혀 배터리 셀(10)을 클램프하는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시 예에서 제2 단계는 캐리어(100) 및 배터리 셀(10)을 설비 또는 장비 내에 정렬하는 과정을 포함할 수 있다. 일 실시 예에서 제2 단계는 캐리어(100)를 작업대(200)의 특정 위치에 정렬하는 단계를 더 포함할 수 있다. 캐리어(100)의 작업대(200)에 대한 정렬과정은 도 9 및 도 10에서 상세히 설명된다.
일 실시 예에서 제2 단계는 캐리어(100)의 특정 위치에 배터리 셀(10)을 정렬시키는 단계를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 배터리 셀(10)의 중심이 캐리어(100)의 중심에 위치되도록 정렬하는 과정이 수행될 수 있다. 다른 예를 들어, 도 6 또는 도 7을 참고하면, 배터리 셀(10)은, 배터리 셀(10)의 접합부(10b)가 플레이트들(110, 120)로부터 바깥으로 돌출되도록 캐리어(100) 내에 정렬될 수 있다.
일 실시 예에서 제3 단계에서 접합부(10b)가 여러 차례 폴딩되는 경우, 제3 단계는 각각의 폴딩에 대응하는 작업대로 이송되는 과정을 더 포함한다. 예를 들어, 제1 폴딩 공정이 완료된 후에 제2 폴딩 공정이 수행되는 경우 캐리어(100)에 클램프된 배터리 셀(10)은 제1 작업대(210)에서 제2 작업대(220)로 이송된다. 배터리 셀(10)이 다른 작업대로 이송된 후에는 배터리 셀(10)이 작업대의 특정 위치로 정렬되는 단계가 수행된다. 캐리어(100)의 정렬과정은 도 9 및 도 10에서 상세히 설명된다.
배터리 셀(10)은 캐리어(100)에 고정되어 있기 때문에 캐리어(100)의 위치를 조정함으로써 배터리 셀(10)은 작업대의 특정 위치에 정렬될 수 있다. 예를 들어, 제2 폴딩 공정 내지 제4 폴딩 공정은 본격적인 폴딩 공정 전에 배터리 셀(10)(즉, 캐리어(100))을 작업대의 특정 위치에 배치시키는 단계를 포함할 수 있다. 이에 따라 배터리 셀(10)이 폴딩 장치에 대해 정확한 위치에 배치될 수 있고, 접합부(10b)가 비교적 정확하게 폴딩될 수 있다.
일 실시 예에서 캐리어(100)로부터 배터리 셀(10)을 분리시키는 제4 단계는, 캐리어(100)의 두 개 플레이트들(110, 120)의 간격을 벌리는 단계, 배터리 셀(10)을 두 개 플레이트들(110, 120) 사이에서 빼내는 단계를 포함할 수 있다.
도 1은 폴딩 설비를 개략적으로 도시한 것이다. 폴딩 설비는 상부 설비와 하부 설비로 구분될 수 있다. 상부 설비에서는 캐리어(100)에 클램프된 배터리 셀(10)에 대한 폴딩공정이 수행되며, 하부 설비를 통해 빈 캐리어(100)가 폴딩 공정의 시작 위치로 이송된다.
상부 설비에서 수행되는 과정은, 배터리 셀(10)을 캐리어(100)에 클램프하는 셀 테이크 인(Cell Take In) 과정, 캐리어(100)를 통해 배터리 셀(10)을 이송하면서 배터리 셀(10)을 폴딩하는 과정(Folding Work), 및 폴딩 완료후 캐리어(100)에서 배터리 셀(10)을 빼내는 셀 테이크 아웃(Cell Take Out) 과정을 포함한다. 빈 캐리어(100)는 하부 설비로 하강하고, 하부 설비의 전방으로 회수(또는 이송)된다. 빈 캐리어(100)는 상부 설비로 상승하고, 빈 캐리어(100)에 다시 새로운 배터리 셀(10)이 들어간다.
도 4 내지 도 8은 일 실시 예에서 도 1에서 설명된 폴딩 공정에서 배터리 셀(10)을 클램프하는 캐리어(100)를 도시한 것이다. 도 4는 일 실시 예에 따른 캐리어(100)의 정면도이다. 도 5는 일 실시 예에 따른 캐리어(100)의 분해도이다. 도 6은 일 실시 예에 따른 캐리어(100)의 측면도이다. 도 7은 일 실시 예에 따른 캐리어(100)의 상면도이다. 도 8은 일 실시 예에 따른 캐리어(100)의 배면도이다.
일 실시 예에서 캐리어(100)는 배터리 셀(10)을 클램프하도록 구성된다. 캐리어(100)가 배터리 셀(10)을 클램프하면 배터리 셀(10)은 캐리어(100)에 고정될 수 있다.
일 실시 예에서 캐리어(100)는 베이스 플레이트(110)(또는 제1 플레이트), 베이스 플레이트(110)와 이격된 가압 플레이트(120)(또는 제2 플레이트), 및 클램핑 부재(130)를 포함할 수 있다. 베이스 플레이트(110)와 가압 플레이트(120) 사이에 배터리 셀(10)이 위치된 상태에서 클램핑 부재(130)에 의해 두 개 플레이트들(110, 120)이 배터리 셀(10)을 양면에서 누른다. 배터리 셀(10)의 표면과 플레이트들(110, 120) 사이의 마찰력에 의해 배터리 셀(10)이 캐리어(100)에 고정될 수 있다.
일 실시 예에서 클램핑 부재(130)는 가압 플레이트(120)와 베이스 플레이트(110)가 이들 사이에 배치된 배터리 셀(10)을 적층 방향(즉, Z 방향)으로 누르도록 구성될 수 있다. 일 실시 예에서 클램핑 부재(130)는 베이스 플레이트(110)에서 연장하는 가이드 샤프트(131), 가압력을 제공하는 탄성부재(132)를 포함할 수 있다. 탄성부재(132)는 예를 들어, 코일 스프링 형태로 제공될 수 있다.
가이드 샤프트(131)는 베이스 플레이트(110)에 고정적으로 결합할 수 있다. 가이드 샤프트(131)는 가압 플레이트(120)의 홀에 끼워지고, 가압 플레이트(120)는 베이스 플레이트(110)에 대해 가이드 샤프트(131)의 연장방향(예를 들어, Z축 방향)으로 이동할 수 있다.
일 실시 예에서 가이드 샤프트(131)의 단부에는 코일 스프링이 가이드 샤프트(131)에서 빠지지 않도록 구성된 스토퍼(133)가 배치된다. 예를 들어, 스토퍼(133)는 가이드 샤프트(131)보다 큰 외경을 가지는 디스크 형태로 제공될 수 있다. 탄성부재(132)는 일단이 스토퍼(133)에 지지되고, 타단이 가압 플레이트(120)를 가압하도록 구성될 수 있다.
일 실시 예에서 캐리어(100)는 가압 플레이트(120)와 가이드 샤프트(131) 사이에 베어링 역할을 하는 마찰저감부재가 배치될 수 있다. 예를 들어, 도 4에 도시된 바와 같이, 마찰저감부재는 가이드 부싱(134)을 포함할 수 있다. 다만, 마찰저감부재의 구성은 도면에 도시된 바에 한정되는 것은 아니며, 가압 플레이트(120)와 가이드 샤프트(131) 사이의 마찰력을 저감할 수 있는 것이라면 어떠한 것으로도 가능하다.
일 실시 예에서 가이드 부싱(134)은 중공을 포함하는 실린더 형태로 제공되고, 가이드 부싱(134)의 중공에 가이드 샤프트(131)가 끼워진다. 가이드 부싱(134)이 실린더 형태로 제공되는 경우, 외주면은 가압 플레이트(120)에 결합되고, 내주면은 가이드 샤프트(131)에 접촉되도록 구성될 수 있다.
가이드 부싱(134)은 가압 플레이트(120)가 가이드 샤프트(131)를 따라 움직일 때 양자 사이에 생기는 마찰력을 줄일 수 있다. 가이드 부싱(134)의 내주면에 그리스 같은 윤활제가 도포될 수 있다. 이 경우 탄성부재(132)의 하단은 가이드 부싱(134) 상단에 위치될 수 있다.
도 5를 참고하면, 가이드 부싱(134)은 가이드 샤프트(131)가 끼워지는 실린더부(134a) 및 실린더부(134a)의 단부에서 반경방향으로 연장하는 플랜지부(134b)를 더 포함할 수 있다. 플랜지부(134b)는 실린더부(134a)보다 더 큰 외경을 가질 수 있다. 실린더부(134a)가 가압 플레이트(120)의 홀에 끼워지고, 플랜지부(134b)가 가압 플레이트(120)의 상면(121)에 안착될 수 있다. 한편, 가이드 부싱(134)은 두개 플레이트들(110, 120) 사이의 상대적인 움직임을 보다 원활하게 하기 위한 구성으로서 다른 실시 예에서 생략될 수 있다.
일 실시 예에서 캐리어(100)는 배터리 셀(10)과 접촉하는 부분에 완충패드(140)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 배터리 셀(10)과 마주보는 베이스 플레이트(110)의 상면(111) 및/또는 가압 플레이트(120)의 배면(122)에 완충패드(140)가 배치될 수 있다.
베이스 플레이트(110) 및 가압 플레이트(120) 중 적어도 하나는 완충패드(140)를 매개로 하여 배터리 셀(10)을 가압할 수 있다.
일 실시 예에서 완충패드(140)는 발포성 스폰지를 포함할 수 있다.다만, 완충패드(140)의 재료는 이에 한정되는 것은 아니다. 완충패드(140)는 배터리 셀(10)의 표면에 대응하는 형태로 변형될 수 있다. 완충패드(140)는 배터리 셀(10) 표면에 대응하여 그 변형되어 배터리 셀에 밀착될 수 있다. 따라서 배터리 셀(10)의 표면이 고르지 않더라도 배터리 셀(10)이 캐리어(100) 내부에 안정적으로 고정될 수 있다
일 실시 예에서 캐리어(100)는 셀보호부재(150)를 포함할 수 있다. 셀보호부재(150)는 배터리 셀(10)의 적어도 일측에 위치될 수 있다.
셀보호부재(150)는 폴딩 장치(500)가 배터리 셀(10)의 바디부(10a)에 부딪치는 것을 방지할 수 있다.
도 6을 참고하면, 폴딩 장치(500)는 캐리어(100)의 적어도 일측에 배치될 수 있다. 예를 들어, 폴딩 장치(500)는 베이스 플레이트(110) 및 가압 플레이트(120)가 서로 마주보는 방향과 수직한 방향으로 캐리어(100)와 나란히 배치될 수 있다.
폴딩 장치(500)는 배터리 셀(10)의 외장재의 적어도 일부(예를 들어, 접합부)를 절곡하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 폴딩 장치는 배터리 셀(10)의 접합부(10b)를 잡고 시계 방향 또는 반시계 방향으로 회전하여 접합부를 절곡시킬 수 있다.
폴딩 장치(500)가 배터리 셀(10)의 접합부(10b)를 절곡하는 과정에서 배터리 셀(10)의 바디부(10a)와 충돌하는 것을 방지하기 위해, 폴딩 장치(500)가 바디부(10a)와 충돌하기 전에 셀보호부재(150)와 먼저 충돌하도록 구성될 수 있다. 즉, 셀보호부재(150)는 폴딩 장치(500)의 구동 범위를 제한하여, 폴딩 장치(500)에 의해 바디부(10a)에 충격이 가해지는 것을 방지할 수 있다.
셀보호부재(150)의 폭은 배터리 셀(10)의 바디부(10a)의 폭과 같거나 또는 더 클 수 있다. 또는 셀보호부재(150)의 폭은 베이스 플레이트(110) 및 가압 플레이트(120)의 폭과 같거나 더 클 수 있다. 여기서 말하는 '폭'은 도 6의 Y축 방향의 길이를 의미할 수 있다.
배터리 셀(10)을 클램핑하는 과정에서 간섭이 발생하지 않도록, 셀보호부재(150)의 높이는 배터리 셀(10)의 바디부(10a)의 두께와 같거나 또는 더 작게 형성될 수 있다. 여기서 말하는 '높이'나 '두께'는 도 6의 Z축 방향의 길이를 의미할 수 있다. 배터리 셀(10)의 접합부(10b)는 폴딩 장치(500)를 지나면서 화살표 방향(A)으로 접히게 되는데, 폴딩 장치(500)가 배터리 셀(10)의 바디부(10a)에 충돌하는 경우 배터리 셀(10)이 손상될 수 있다. 일 실시 예에서 폴딩 장치(500)는 폴딩 과정에서 배터리 셀(10)의 전방에 위치된 셀보호부재(150)에 먼저 부딪치도록 구성될 수 있으며, 이상이 있는 경우 배터리 셀(10)이 손상되기 전에 조치가 취해질 수 있다. 예를 들어, 폴딩 장치(500)와 셀보호부재(150)가 간섭되는 경우 폴딩 장치(500)의 Y축 방향 위치가 조정된다거나, 폴딩 공정에 이상이 있다는 알림을 생성할 수 있다.
도 7 및 도 8을 참고하면, 일 실시 예에서 캐리어(100)는 배터리 셀(10)의 접합부(10b)를 외측으로 노출시키도록 구성될 수 있다. 도 6을 참고하면, 폴딩 장치(500)가 배터리 셀(10)의 접합부(10b)를 폴딩하기 위해서 접합부(10b)가 캐리어(100) 바깥으로 노출될 수 있다.
도 7에 도시된 바와 같이, 캐리어(100)의 가압 플레이트(120)의 폭은 배터리 셀(10)의 바디부(10a)의 폭과 대략 일치할 수 있다. 도 8에 도시된 바와 같이, 캐리어(100)의 베이스 플레이트(110)의 폭은 배터리 셀(10)의 바디부(10a)의 폭과 대략 일치할 수 있다. 여기서 말하는 '폭'은 도 7 또는 도 8의 Y축 방향의 길이를 의미할 수 있다.
일 실시 예에서 배터리 셀(10)이 캐리어(100)에 수납됐을 때, 캐리어(100)를 Z축 방향으로 바라보면 배터리 셀(10)의 접합부(10b)가 양측 플레이트들(110, 120) 바깥으로 돌출될 수 있다. 그리고 배터리 셀(10)의 바디부(10a)는 양측 플레이트들(110, 120) 바깥으로 돌출되지 않을 수 있다. 캐리어(100) 바깥으로 돌출된 접합부(10b)가 폴딩 공정을 통해 바디부(10a) 측으로 접히게 된다.
도 1을 참고할 때, 배터리 셀(10)이 최초로 캐리어(100)에 수납되는 단계는 배터리 셀(10)은 캐리어(100)에 대해 정렬되는 단계를 더 포함하는데, 이때 배터리 셀(10)은 캐리어(100)에 대해 도 6 또는 도 7과 같은 형태로 배치되도록 정렬될 수 있다.
일 실시 예에서, 캐리어(100)는 베이스 플레이트(110) 및 가압 플레이트(120) 중 적어도 하나의 위치 정렬을 가이드하는 위치 조정부를 포함할 수 있다. 위치 조정부는 폴딩 공정을 수행되는 동안 캐리어가 정확한 위치에 정렬될 수 있도록 가이드할 수 있다.
일 실시 예에서, 위치 조정부는 베이스 플레이트(110) 및 가압 플레이트(120) 중 적어도 하나에 배치되는 정렬홈(113, 114)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 8에 도시된 바와 같이, 캐리어(100)의 베이스 플레이트(110)의 적어도 일측에는 하나 이상의 정렬홈(113, 114)이 배치될 수 있다.
정렬홈(113, 114)은 베이스 플레이트(110)의 측면(112a, 112b)에서 내측으로 함몰된 쐐기형 홈일 수 있다. 다만, 정렬홈(113, 114)의 형상은 이에 한정되는 것은 아니다.
정렬홈(113, 114)은 베이스 플레이트(110)의 양 측면(112a, 112b)에 각각 하나 이상 배치되는 제1 정렬홈(113) 및 제2 정렬홈(114)을 포함할 수 있다. 제1 정렬홈(113) 및 제2 정렬홈(114)은 서로 베이스 플레이트(110)의 폭 방향을 따라 정렬될 수 있다.
정렬홈(113, 114)은 폴딩 공정 진행시 캐리어(100)의 정확한 위치를 가이드할 수 있다. 이하에서는 도 9 내지 도 10을 참고하여, 캐리어(100)의 위치 정렬에 관해 상세히 설명한다.
도 9는 일 실시 예에서 캐리어(100)가 작업대(200)에 정렬되기 전의 상태를 도시한 것이다. 도 10은 일 실시 예에서 캐리어(100)가 작업대(200)에 정렬된 상태를 도시한 것이다. 도 9 및 도 10에서 베이스 플레이트(110) 상에 배치되는 배터리 셀(10), 클램핑 부재(130), 및 가압 플레이트(120)는 도시되지 않았으나 이는 설명의 편의를 위해 생략된 것이다.
도 9 내지 도 10을 참고하면, 캐리어(100)는 정렬홈(113, 114)을 포함할 수 있다. 일 실시 예에서 정렬홈(113, 114)은 베이스 플레이트(110)의 측면(112a, 112b)에 제공되어 폴딩 공정에서 캐리어(100)가 정확한 위치에 정렬되도록 해준다. 다만, 정렬홈(113, 114)의 위치는 도시된 바에 한정되는 것은 아니며, 예를 들어, 베이스 플레이트(110)의 다른 측면(112c)에 배치될 수도 있다.
도 9 및 도 10을 참고하면 일 실시 예에서 캐리어(100) 정렬 과정은, 제1 정렬부재(300)가 지정된 위치로 이동하는 제1 단계, 및 제2 정렬부재(400)로 캐리어(100)를 밀어서 캐리어(100)가 제1 정렬부재(300)에 밀착되도록 하는 제2 단계를 포함할 수 있다. 일 실시 예에서 제1 단계와 제2 단계는 동시에 수행될 수 있다. 예를 들어, 제1 정렬부재(300)가 지정된 위치로 이동함과 동시에 제2 정렬부재(400)가 캐리어(100)를 밀 수 있다.
예를 들어, 제1 정렬부재(300)가 지정된 위치로 이동한 상태에서, 제2 정렬부재(400)가 제2 정렬홈(114)에 일부 수용된 상태로 캐리어(100)를 +Y 방향로 민다. 이에 따라 캐리어(100)는 제1 정렬홈(113)이 제1 정렬부재(300)의 단부(301)에 맞닿을 때까지 +Y방향으로 이동하고, 최종적으로 지정된 위치에 정렬된다.
일 실시 예에서 제1 정렬홈(113)은 제1 정렬부재(300)의 단부(301)와 대응하는 형태로 제공될 수 있다. 일 실시 예에서 Z축 방향에서 바라볼 때, 제1 정렬부재(300)의 단부(301)는 제1 각도를 가지는 브이(V)자 형태로 마련되고, 제1 정렬홈(113)은 제1 각도를 가지는 브이(V)자 형태로 제공될 수 있다. 예를 들어, 제1 정렬부재(300)의 단부(301)는 제1 각도를 이루는 제1 경사면(301a)과 제2 경사면(301b)을 포함하고, 제1 정렬홈(113)은 제1 각도를 이루는 제3 경사면(113a)과 제4 경사면(113b) 사이의 공간으로 정의될 수 있다.
일 실시 예에서 제2 정렬부재(400)의 단부는 제2 정렬홈(114)과 다른 형태로 제공될 수 있다. 일 실시 예에서 제2 정렬부재(400)의 단부(401)는 곡면을 가지는 유(U)자형으로 제공되고, 제2 정렬홈(114)은 브이(V)자 형태로 제공될 수 있다. 예를 들어, 제2 정렬홈(114)은 제5 경사면(114a)과 제6 경사면(114b) 사이의 공간으로 정의될 수 있다.
일 실시 예에서 제1 정렬부재(300)와 제1 정렬홈(113)은 면접촉하고, 제2 정렬부재(400)와 제2 정렬홈(114)은 점접촉(또는 선접촉)할 수 있다.
실시예들에서, 사용자는 제1 정렬부재(300)의 위치를 조정하여 캐리어(100)를 원하는 위치에 정확히 배치시킬 수 있다. 즉, 제1 정렬부재(300)의 Y축 및 X축 위치를 제1 기준 라인(RP1) 및 제2 기준 라인(PR2)을 기준으로 조정시킨 후, 캐리어의 제1 정렬홈(113)을 제1 정렬부재(300)와 맞추면, 캐리어의 X축 및 Y축 위치가 기준 라인(RP1, RP2)에 정확히 정렬될 수 있다. 이에 따라, 캐리어(100)는 항상 일정한 위치에 정렬될 수 있으며, 폴딩 공정이 배터리 셀의 일정한 위치에서 이루어질 수 있다.
상기에서는 본 발명에 따른 실시 예를 기준으로 본 발명의 구성과 특징을 설명하였으나 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 사상과 범위 내에서 다양하게 변경 또는 변형할 수 있음은 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 기술자에게 명백한 것이며, 따라서 이와 같은 변경 또는 변형은 첨부된 특허청구범위에 속함을 밝혀둔다.
10: 배터리 셀
100: 캐리어
110: 베이스 플레이트
120: 가압 플레이트
130: 클램핑 부재
140: 완충패드
150: 셀보호부재
113: 제1 정렬홈
114: 제2 정렬홈
200: 작업대
300: 제1 정렬부재
400: 제2 정렬부재
500: 폴딩 장치

Claims (16)

  1. 배터리 셀을 이송하는 캐리어를 포함하고,
    상기 캐리어는
    배터리 셀의 일면을 가압하는 제1 플레이트;
    상기 배터리 셀의 상기 일면과 반대되는 타면을 가압하는 제2 플레이트;
    상기 제1 플레이트 및 상기 제2 플레이트를 서로 마주보는 방향으로 가압하는 클램핑 부재; 및
    상기 제1 플레이트 및 상기 제2 플레이트 중 적어도 하나에 배치되며, 상기 제1 플레이트 및 상기 제2 플레이트 중 적어도 하나의 위치를 조정하는 위치 조정부를 포함하는 배터리 셀 제조 장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 플레이트 및 상기 제2 플레이트는 제1 방향으로 서로 마주보며,
    상기 제1 플레이트 및 상기 제2 플레이트는 상기 배터리 셀의 적어도 일부가 상기 제1 플레이트 및 상기 제2 플레이트보다 상기 제1 방향과 수직한 제2 방향으로 더 돌출되도록 형성되는 배터리 셀 제조 장치.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 위치 조정부는
    상기 제1 플레이트의 일측면에 배치되는 제1 정렬홈;
    상기 제1 플레이트의 상기 일측면과 반대되는 타측면에 배치되는 제2 정렬홈을 포함하는 배터리 셀 제조 장치.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 제1 정렬홈 및 상기 제2 정렬홈은 상기 제1 플레이트 및 상기 제2 플레이트가 서로 마주보는 방향과 수직한 방향을 따라 배열되는 배터리 셀 제조 장치.
  5. 제3 항에 있어서,
    단부가 상기 제1 정렬홈에 삽입되는 제1 정렬부재; 및
    단부가 상기 제2 정렬홈에 삽입되는 제2 정렬부재를 더 포함하며,
    상기 제1 정렬부재의 상기 단부와 상기 제2 정렬부재의 상기 단부는 서로 다른 형상을 가지는 배터리 셀 제조 장치.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 제1 정렬부재의 상기 단부는 서로 맞닿아 제1 각도를 이루는 두 개의 제1 경사면을 포함하고,
    상기 제1 정렬홈은 서로 맞닿아 상기 제1 각도를 이루는 두 개의 제2 경사면을 포함하며,
    상기 두 개의 제1 경사면은 상기 두 개의 제2 경사면에 각각 맞닿는 배터리 셀 제조 장치.
  7. 제5 항에 있어서,
    상기 제2 정렬부재의 상기 단부는 곡면을 포함하는 배터리 셀 제조 장치.
  8. 제1 항에 있어서,
    상기 클램핑 부재는
    상기 제1 플레이트에서 연장되어 상기 제2 플레이트를 관통하는 가이드 샤프트; 및
    상기 가이드 샤프트에 연결되며, 상기 제2 플레이트를 상기 제1 플레이트를 향해 가압하는 탄성부재를 포함하는 배터리 셀 제조 장치.
  9. 제8 항에 있어서,
    상기 클램핑 부재는 상기 제2 플레이트와 상기 가이드 샤프트 사이에 배치되는 마찰저감부재를 더 포함하는 배터리 셀 제조 장치.
  10. 제9 항에 있어서,
    상기 마찰저감부재의 외면은 상기 제2 플레이트에 결합되며,
    상기 마찰저감부재의 내면은 상기 가이드 샤프트와 접촉되는 배터리 셀 제조 장치.
  11. 제8 항에 있어서,
    상기 클램핑 부재는 상기 가이드 샤프트의 단부에 배치되는 스토퍼를 더 포함하며,
    상기 탄성부재는 상기 스토퍼와 상기 제2 플레이트 사이에 배치되는 배터리 셀 제조 장치.
  12. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 플레이트와 상기 배터리 셀 사이 및 상기 제2 플레이트와 상기 배터리 셀 사이 중 적어도 하나에 배치되어, 상기 배터리 셀에 접촉되는 완충패드를 더 포함하는 배터리 셀 제조 장치.
  13. 제12 항에 있어서,
    상기 완충패드는 발포성 스폰지를 포함하는 배터리 셀 제조 장치.
  14. 제2 항에 있어서,
    상기 캐리어와 상기 제2 방향으로 나란히 배치되며, 상기 배터리 셀의 외장재 중 적어도 일부를 절곡하는 폴딩 장치를 더 포함하는 배터리 셀 제조 장치.
  15. 제14 항에 있어서,
    상기 캐리어는
    상기 제1 플레이트 및 상기 제2 플레이트 사이에 배치되며, 상기 폴딩 장치가 상기 배터리 셀의 전극 조립체가 수용된 바디부와 충돌하는 것을 방지하는 보호부재를 더 포함하는 배터리 셀 제조 장치.
  16. 제15 항에 있어서,
    상기 보호부재는 상기 배터리 셀의 적어도 일측에 배치되며,
    상기 보호부재의 상기 제2 방향의 길이는 상기 제1 플레이트 및 상기 제2 플레이트의 상기 제2 방향의 길이와 같거나 더 큰 배터리 셀 제조 장치.
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