KR20220145704A - 전극 조립체 제조 방법 및 전극 조립체 제조 시스템 - Google Patents

전극 조립체 제조 방법 및 전극 조립체 제조 시스템 Download PDF

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김태수
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박정호
설동희
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Abstract

전극 조립체 제조 방법 및 전극 조립체 제조 시스템을 개시한다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 전극 조립체 제조 방법으로서, 전극의 형상이 형성되지 않은 전극 시트를 미리 설정된 커팅 도면에 따라 레이저로 커팅하여, 상기 전극 시트로부터 복수 개의 전극들을 획득하는 공정; 지그재그 스택킹(zigzag stacking) 방식에 따라, 상기 전극들과 분리막을 교차하여 적층하는 공정; 및 상기 분리막을 상기 전극들의 형상에 맞추어 커팅하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법을 제공한다.

Description

전극 조립체 제조 방법 및 전극 조립체 제조 시스템{METHOD AND SYSTEM FOR MANUFACTURING ELECTRODE ASSEMBLY}
본 발명은 전극 조립체를 제조하는 방법 및 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 전극 시트의 노칭과 전극 시트의 커팅을 하나의 공정으로 단일화하여 전극 조립체를 제조하는 방법 및 시스템에 관한 것이다.
모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라, 이차전지(배터리)의 수요 또한 급격하게 증가하고 있다. 이차전지 중에서도 에너지 밀도와 작동전압이 높고 보존과 수명 특성이 우수한 리튬 이차전지는 모바일 기기는 물론 다양한 전자제품의 에너지원으로 널리 사용되고 있다.
리튬 이차전지는 일반적으로 전지 케이스 내부에 전극 조립체와 전해질을 밀봉하는 구조로 형성된다. 리튬 이차전지는 그 외형에 따라 크게 원통형 전지, 각형 전지, 파우치형 전지 등으로 분류될 수 있으며, 전해액의 형태에 따라서는 리튬이온 전지, 리튬이온 폴리머 전지, 리튬 폴리머 전지 등으로 분류될 수 있다.
파우치형 리튬이온 전지의 전극 조립 방식은 크게 세 가지로 구분될 수 있다.
첫 번째는 스택 앤 폴딩(stack & folding) 방식이다. 스택 앤 폴딩 방식에서는, A 타입과 C 타입의 Bi-cell을 2쌍씩 순차적으로 분리막에 배치하고, 이 분리막을 폴딩한 후에 적층 및 압착하여 전지 셀이 조립된다.
두 번째는 라미네이션 앤 스택킹(lamination & stacking) 방식이다. 도 1a에 나타낸 바와 같이, 라미네이션 앤 스택킹 방식에서는, 전극 시트에 전극(10)의 형상을 형성하는 노칭(notching) 공정(도 1a의 (a)), 도 1a의 (a)의 일점 쇄선에 따라 전극 시트를 커팅하여 전극(10)을 전극 시트로부터 분리하는 커팅(cutting) 공정(도 1a의 (b)), 분리막(점선으로 표현된 영역)과 전극(10)들을 결합하여 단일의 셀(mono cell)을 형성하는 라미네이션(lamination) 공정(도 1a의 (c)), 분리막을 전극(10)의 형상에 맞추어 커팅하는 공정(도 1a의 (d)) 및, 단일의 셀들을 적층하고 압착하는 공정(도 1a의 (e))이 수행된다.
이와 같은 라미네이션 앤 스택킹 방식에서는 폴딩 공정이 배제되므로, 스택 앤 폴딩 방식에 비해 공정이 단순화되어 있다고 할 수 있다. 다만, 스택 앤 폴딩 방식과 라미네이션 앤 스택킹 방식은 라미네이션 공정, 분리막 커팅 공정, 적층 공정, 압착 공정 등으로 이어지는 복잡한 다단계 공정들로 구성되므로, 여러 가지 문제들이 발생할 수 있다.
예를 들어, 어느 공정으로부터 다른 공정으로 옮겨가는 사이에 발생하는 align 공차를 고려하여, 전극(10)의 설계 시에 음극과 양극 간에 오버행(overhang) 공차를 충분히 크게 만들어 주어야 하므로, 각 공정 단계마다 수율이 저하되는 문제가 발생할 수 있다. 또한, 단일 셀의 비대칭 구조에 의해 활성화 공정 중에 전지 셀이 휘어지는 문제가 발생할 수도 있다.
따라서, 전극 조립 방식을 구성하는 공정을 단순화시킬수록 유리하다고 할 수 있다. 스택 앤 폴딩 방식과 라미네이션 앤 스택킹 방식의 복잡도 문제를 해결하기 위한 전극 조립 방식이 세 번째인 지그재그 스택킹(zigzag stacking) 방식이다.
도 1b에 나타낸 바와 같이, 지그재그 스택킹 방식에서는, 전극(10)이 낱장으로 재단되고(도 1b의 (a) 및 (b)), 재단된 전극(10)들이 분리막(점선)과 번갈아가면서 쌓인 후(도 1b의 (c))에 압착 및 분리막 커팅되어 전지 셀이 조립된다(도 1b의 (d)). 지그재그 스택킹 방식에서는 라미네이션 공정이 제외되며 전극들과 분리막이 서로 압착된 상태에서 분리막이 한 번에 커팅되므로, 공정이 단순화될 수 있다.
최근 친환경 이슈 및 에너지 문제 등이 대두됨에 따라, 모바일 기기는 물론 전기차 산업에서도 배터리 수요가 급격하게 늘고 있으나, 공급은 이를 따라가지 못하고 있는 실정이다.
배터리 산업에서 수율과 생산속도는 사업 경쟁력에 그대로 직결되는 중요한 이슈이므로, 수율과 생산속도를 향상시키기 위한 새로운 전극 조립 방식의 개발이 요구된다.
전술한 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명의 일 실시예는 전극 시트의 노칭과 전극 시트의 커팅을 하나의 공정으로 단일화하여 전극 조립체를 제조함으로써, 배터리 제조 공정을 단순화하여 배터리 제조 공정의 속도와 수율을 개선시키는 방법 및 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명의 다른 일 실시예는 전극 시트의 커팅에 이용되는 레이저의 주파수와 패스를 조절함으로써, 전극 시트의 커팅 품질을 향상시키는 방법 및 시스템을 제공하는 것을 다른 목적으로 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 전극 조립체 제조 방법으로서, 전극의 형상이 형성되지 않은 전극 시트를 미리 설정된 커팅 도면에 따라 레이저로 커팅하여, 상기 전극 시트로부터 복수 개의 전극들을 획득하는 공정; 지그재그 스택킹(zigzag stacking) 방식에 따라, 상기 전극들과 분리막을 교차하여 적층하는 공정; 및 상기 분리막을 상기 전극들의 형상에 맞추어 커팅하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법이 제공된다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 전극 조립체 제조 시스템으로서, 전극의 형상이 형성되지 않은 전극 시트를 미리 설정된 커팅 도면에 따라 레이저로 커팅하여, 상기 전극 시트로부터 복수 개의 전극들을 획득하는 커팅 장치; 지그재그 스택킹(zigzag stacking) 방식에 따라, 상기 전극들과 분리막을 교차하여 적층하는 스택킹 장치; 및 상기 분리막을 상기 전극들의 형상에 맞추어 커팅하는 분리막 커팅 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템이 제공된다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 전극 시트의 노칭과 전극 시트의 커팅이 하나의 공정으로 단일화되므로, 배터리 제조 공정의 속도와 수율이 개선될 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 의하면, 고가의 금형 노칭 설비가 불필요하게 되어 배터리의 가격 경쟁력도 확보할 수 있으며, 커팅 도면 변경을 통해 전극 디자인 변경에 대해 즉각적으로 대응할 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 일 실시예에 의하면, 전극 시트를 정확하게 커팅할 수 있는 레이저의 주파수와 패스를 적용하므로, 전극 시트의 커팅 품질을 향상시킬 수 있다.
본 개시에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급된 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 개시가 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1a은 라미네이션 앤 스택킹 방식의 일 예를 설명하기 위한 예시도이다.
도 1b는 지그재그 스택킹 방식의 일 예를 설명하기 위한 예시도이다.
도 2a는 전극 조립체 제조 시스템의 일 예를 설명하기 위한 블록도이다.
도 2b은 전극 조립체 제조 방법의 일 예를 설명하기 위한 순서도이다.
도 2c는 전극 조립체 제조 방법의 일 예를 설명하기 위한 예시도이다.
도 3a는 커팅 장치의 일 예를 설명하기 위한 예시도이다.
도 3b는 커팅 장치의 동작을 설명하기 위한 순서도이다.
도 3c 및 도 3d는 커팅 장치에 의해 전극 시트가 커팅되는 예를 설명하기 위한 예시도이다.
도 4, 도 5a, 도 5b 및 도 5c는 커팅 품질을 향상시키기 위한 본 발명의 예들을 설명하기 위한 실험 자료이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 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 발명에서 사용되는 용어는 본 발명에서의 기능을 고려하면서 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어들이나, 이는 당 분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 판례, 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다. 또한, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 발명의 설명 부분에서 상세히 그 의미를 기재할 것이다. 따라서 본 발명에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌, 그 용어가 가지는 의미와 본 발명의 전반에 걸친 내용을 토대로 정의되어야 한다.
명세서 전체에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있음을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "...부", "모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어 또는 소프트웨어로 구현되거나 하드웨어와 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다. 또한, 명세서 전체에서 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, "그 중간에 다른 소자를 사이에 두고"연결되어 있는 경우도 포함한다.
이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.
도 2a는 전극 조립체 제조 시스템(이하 '제조 시스템'이라 한다)(200)의 일 예를 설명하기 위한 블록도이고, 도 2b은 전극 조립체 제조 방법(이하 '제조 방법'이라 한다)의 일 예를 설명하기 위한 순서도이다.
도 2a에 도시된 바와 같이, 제조 시스템(200)은 커팅 장치(210), 스택킹 장치(220), 분리막 커팅 장치(230) 및 분리막 공급 장치(240)를 포함하여 구성될 수 있다.
커팅 장치(210)는 외부로부터 공급되는 전극 시트(20)를 레이저를 이용하여 커팅함으로써, 전극 시트(20)로부터 복수 개의 전극(10)들을 획득할 수 있다(커팅 공정 또는 획득 공정, S210). 여기서, 커팅 장치(210)로 공급되는 전극 시트(20)에는 전극의 형상이 형성되어 있지 않으며, 커팅 공정은 미리 설정된 커팅 도면에 따라 수행된다.
커팅 장치(210)는 양극의 전극 시트(22)를 커팅하여 양극의 전극(12)을 획득하는 양극 커팅 장치(212) 및, 음극의 전극 시트(24)를 커팅하여 음극의 전극(14)을 획득하는 음극 커팅 장치(214)를 포함하여 구성될 수 있다.
커팅 장치(210)는 커팅이 완료된 전극(10)들을 일정한 방향(전극 시트가 공급된 방향과 같은 방향 또는, 스택킹 장치가 위치하는 방향)으로 이송할 수 있다(이송 공정).
분리막 공급 장치(240)는 전극들과 교차하여 적층되기 위한 분리막을 공급할 수 있다. 분리막 공급 장치(240)는 필름 형태의 분리막(30)이 감겨진 롤(roll)이 회전 가능하게 장착되는 샤프트를 포함할 수 있다. 또한, 분리막 공급 장치(240)는 지그재그 스택킹 공정이 완료되었을 때에 분리막(30)을 절단하는 분리막 커터(미도시)를 포함할 수 있다.
스택킹 장치(220)는 커팅 장치(210)로부터 공급된 전극(10)들과 분리막 공급 장치(240)로부터 공급된 분리막(30)을 지그재그 스택킹 방식에 따라 교차하여 적층할 수 있다(스택킹 공정, S220). 분리막 커팅 장치(230)는 전극들(10)과 함께 적층된 분리막(30)을 전극들(10)의 형상에 맞추어 커팅할 수 있다(분리막 커팅 공정, S230).
이러한 공정들을 통하여, 양극의 전극(12), 음극의 전극(14) 및 분리막(30)으로 구성된 전극 조립체가 제조될 수 있다.
본 발명의 제조 방법의 일 예를 설명하기 위한 예시도가 2c에 나타나 있다.
도 2c의 (a)에 나타낸 바와 같은 전극의 형상이 형성되지 않은 전극 시트(20)는 커팅 장치(210)로 공급되며, 커팅 공정에 의해 커팅된다. 커팅 공정에 의하여, 도 2c의 (b)에 나타낸 바와 같은 전극(10)들이 전극 시트(20)로부터 획득된다.
커팅된 전극(10)들은 커팅 장치(210)로부터 스택킹 장치(220)로 공급되고, 분리막(30)도 분리막 공급 장치(240)로부터 스택킹 장치(220)로 공급된다. 공급된 전극(10)들과 공급된 분리막(30)은 스택킹 공정에 의해 서로 교차하여 적층된다(도 2c의 (c)).
서로 교차하여 적층된 전극(10)들과 분리막(30)은 스택킹 장치(220)로부터 분리막 커팅 장치(230)로 공급되고, 분리막 커팅 공정에 의해 분리막이 전극(10)들의 형상에 맞추어 커팅된다(도 2c의 (d)).
이상에서 설명된 본 발명의 제조 방법에 의하면, 노칭 공정(노칭을 위한 언와인딩(unwinding), 와인딩(winding), 노칭 및 커팅 공정으로의 공급)이 제외되므로, 전극 조립체의 제조 공정이 단순화될 수 있게 된다.
따라서, 본 발명의 제조 방법에 의하면, 전극 조립체 제조 공정의 속도가 향상될 수 있으며, 노칭 공정에서 발생하는 align 공차가 제거되므로 수율이 향상될 수 있다. 또한, 노칭 공정을 위한 고가의 금형 설비가 불필요하게 되므로, 전극 조립체 제조를 위한 비용이 낮아지며, 배터리의 원가를 감소시켜 가격 경쟁력을 확보할 수 있게 된다.
도 3a는 커팅 장치(210)의 일 예를 설명하기 위한 예시도이며, 도 3b는 커팅 장치(210)의 동작을 설명하기 위한 순서도이고, 도 3c 및 도 3d는 커팅 장치(210)에 의해 전극 시트가 커팅되는 예를 설명하기 위한 예시도이다. 이하에서는, 도 3a 내지 도 3d를 참조하여 전극 시트(20)의 커팅 공정에 대해 구체적으로 설명하도록 한다.
도 3a에 도시된 바와 같이, 커팅 장치(210)는 커팅 유닛(310) 및 이송 유닛(320)을 포함하여 구성될 수 있다.
일 예로, 커팅 유닛(310)은 레이저를 방출하는 레이저 발진기(미도시), 레이저 발진기로부터 방출되는 레이저 빔을 집속하여 전극 시트(20)에 조사하는 집속 렌즈(미도시) 및, 레이저 발진기와 집속 렌즈까지 이어지는 광로 상에 배치되는 하나 이상의 미러들(미도시)을 포함하여 구성될 수 있다.
일 예로, 이송 유닛(320)은 전극 시트(20)를 풀어주는 언와인더(322) 및 언와인더(322)에 의해 풀린 전극 시트(20)를 되감아주는 와인더(324)를 포함하여 구성될 수 있다.
먼저, 도 3c (a)에 나타낸 바와 같이, 이송 유닛(320)은 외부로부터 공급된 전극 시트(20) 즉 전극의 형상이 형성되지 않은 전극 시트(20)를 커팅 위치(C)로 이송할 수 있다. 커팅 유닛(310)은 이송된 전극 시트(20)를 미리 설정된 커팅 도면에 따라 레이저로 커팅하여 전극 시트(20)에 제1전극(10-1)의 형상을 형성할 수 있다(도 3c의 (b), S310). 여기서, 제1전극(10-1) 또는 후술되는 제2전극(10-2)의 형상을 형성한다는 것은 제1전극(10-1)의 전체 형상들 중에서 전부 또는 일부를 전극 시트(20)에 형성하는 것을 의미할 수 있다.
미리 설정된 커팅 도면에는 전극(10)의 형상을 형성하기 위한 커팅 방향 및 커팅 길이가 포함될 뿐만 아니라, 어느 전극과 다른 전극을 분리하기 위한 커팅 방향 및 커팅 길이가 포함된다.
예를 들어, 도 3c의 (a)에서 ①, ② 및 ③ 모두는 전극(10)의 형상을 형성하기 위한 커팅 방향 및 커팅 길이에 해당할 수 있으며, ①은 어느 전극(제1전극)과 다른 전극(후술되는 제2전극)을 분리하기 위한 커팅 방향 및 커팅 길이에 해당할 수 있다. 즉, 커팅 공정에 의해 전극(10)의 형상이 형성됨은 물론 전극(10)의 분리가 구현될 수 있다.
제1전극(10-1)의 형상이 형성되면, 이송 유닛(320)은 (제1전극의 형상이 형성된) 전극 시트(20)를 커팅 위치(C)로 이송시킬 수 있다(도 3c의 (c), S320). 여기서, 이송 유닛(320)이 전극 시트(20)를 커팅 위치(C)로 이송시킨다는 것은, 이송 유닛(320)이 전극 시트(20)를 미리 설정된 거리(예를 들어, 전극의 가로 방향 길이)만큼 이동시키는 것을 의미할 수 있다.
커팅 유닛(310)은 이송된 전극 시트(20)를 미리 설정된 커팅 도면에 따라 레이저로 커팅하여 전극 시트(20)에 제2전극(10-2)의 형상을 형성할 수 있다(도 3c의 (d) 및 (e), S330).
S330 과정을 통해 전극 시트(20)에 제2전극(10-2)의 형상이 형성됨은 물론, 제1전극(10-1)이 전극 시트(20)로부터 분리될 수 있다. 구체적으로, ①, ② 및 ③ 모두의 커팅에 의해 전극 시트(20)에 제2전극(10-2)의 형상이 형성되며, ①의 커팅에 의해 제1전극(10-1)이 전극 시트(20)로부터 분리될 수 있다.
즉, 커팅 유닛(310)은 동일한 커팅 도면(미리 설정된 커팅 도면)에 따른 레이저 커팅을 전극 시트(20)에 반복적으로 적용함으로써, 전극 시트(20)에 전극(10)의 형상을 형성하는 공정(노칭 공정)과 전극 시트(20)로부터 전극(10)을 분리하는 공정(커팅 공정)을 단일화할 수 있다.
따라서, 본 발명의 제조 방법에 의하면, 배터리 제조 공정의 속도와 수율이 개선되고, 고가의 금형 노칭 설비가 불필요하게 되어 배터리의 가격 경쟁력도 확보할 수 있으며, 커팅 도면(미리 설정된 커팅 도면) 변경을 통해 전극 디자인 변경에 대해 즉각적으로 대응할 수 있다.
도 4는 레이저의 주파수와 패스(pass)를 달리하여 양극의 전극 시트(양극 시트)를 커팅한 실험 자료이다.
도 4의 (a) 및 (b)은 1MHz의 주파수를 가지는 나노 펄스 IR(infrared radiation) 레이저를 적용하여 커팅된 양극 시트의 표면과 단면을 각각 나타낸다. 도 4의 (c) 및 (d)는 1MHz의 주파수를 가지는 나노 펄스 IR(infrared radiation) 레이저를 2-패스 적용하여 커팅된 양극 시트의 표면과 단면을 각각 나타낸다. 도 4의 (e) 및 (f)는 200kHz의 주파수를 가지는 나노 펄스 IR(infrared radiation) 레이저를 2-패스 적용하여 커팅된 양극 시트의 표면과 단면을 각각 나타낸다.
도 4의 (a), (c) 및 (e)를 서로 비교하면, 200kHz 주파수를 가지는 나노 펄스 IR 레이저를 적용하는 경우에 양극 시트의 커팅 품질이 우수함을 알 수 있다. 또한, 나노 펄스 IR 레이저를 2-패스 적용한 경우에 양극 시트의 커팅 품질이 우수함을 알 수 있다.
1MHz 주파수를 가지는 나노 펄스 IR 레이저를 적용하는 경우에 커팅 품질이 저하되는 문제점은 양극 시트의 알루미늄의 높은 IR 반사도 때문에 발생한다. 구체적으로, 양극 시트의 알루미늄은 높은 IR 반사도(알루미늄의 반응 매커니즘)로 인하여, 커팅 시에 커팅 면에서 dross가 크게 발생하게 되고, 이로 인하여 커팅 면이 매끄럽지 못하게 된다.
양극 시트의 이러한 특성이 착안하여, 본 발명에서는 200kHz 이하의 주파수를 가지는 나노 펄스 IR 레이저를 적용하여 양극 시트를 커팅하는 방법을 제안한다. 또한, 본 발명에서는 나노 펄스 IR 레이저를 2-패스 이상 적용하여 양극 시트를 커팅하는 방법도 제안한다.
커팅 장치 구체적으로, 양극 커팅 장치)(210)는 두 개의 방법들 중에서 어느 하나만을 구현하도록 구성되거나, 두 개의 방법 모두를 구현하도록 구현될 수 있다. 예를 들어, 커팅 장치(210)는 200kHz 이하의 주파수를 가지는 나노 펄스 IR 레이저를 적용하여 양극 시트를 커팅할 수도 있고, 나노 펄스 IR 레이저를 2-패스 이상 적용하여 양극 시트를 커팅할 수도 있다. 다른 예로, 커팅 장치(210)는 200kHz 이하의 주파수를 가지는 나노 펄스 IR 레이저를 2-패스 이상 적용하여 양극 시트를 커팅할 수 있다.
도 5a, 도 5b 및 도 5c는 커팅 품질을 향상시키기 위한 본 발명의 예들을 설명하기 위한 실험 자료이다.
도 5a의 (a) 및 (c)는 나노 펄스 IR 레이저를 이용하여 양극 전극에 존재하는 활물질 코팅부를 커팅한 표면 및 단면을 각각 나타내며, 도 5a의 (b) 및 (d)는 나노 펄스 IR 레이저를 이용하여 양극 전극에 존재하는 PVDF 절연막을 커팅한 표면 및 단면을 각각 나타낸다.
양극 시트는 무지부와 활물질 코팅부 사이에 PVDF(Poly Vinylidene Di-Fluoride) 절연막이 코팅되어 있다. PVDF는 그 특성 상 IR 파장에서 흡수가 없으므로, 도 5a에 나타낸 바와 같이, 나노 펄스 IR 레이저를 이용하여 양극 시트를 커팅하는 경우에는 커팅 품질이 저하될 수 있다.
도 5b에 나타낸 바와 같이, 피코(pico) 펄스 레이저(초단파 레이저)를 이용하여 양극 시트를 커팅하거나(도 5b의 (a) 및 (c)) 펨토(femto) 펄스 레이저(초단파 레이저)를 이용하여 양극 시트를 커팅하면(도 5b의 (b) 및 (d)), 이러한 문제를 극복할 수 있으나, 설비 가격이 상승하는 다른 문제가 발생할 수 있고, 고출력 레이저 소스가 부재함으로 인하여 원하는 공정 속도를 얻기가 어려울 수 있다.
한편, PVDF 절연막은 이산화탄소(CO2) 레이저의 파장에서 높은 흡수율을 가진다. 따라서, 이산화탄소 레이저를 이용하여 PVDF 절연막을 먼저 제거한 후에 나노 펄스 IR 레이저를 적용하여 양극 시트를 커팅하면, 커팅 품질을 향상시킬 수 있다.
도 5c의 (a) 및 (b)는 이산화탄소 레이저를 이용한 PVDF 절연막 제거 없이 나노 펄스 IR 레이저를 적용하여 양극 시트를 커팅한 표면 및 단면을 각각 나타낸다. 도 5c의 (c) 및 (d)는 양극 시트의 단면에만 이산화탄소 레이저를 적용하여 PVDF 절연막을 제거한 후에 나노 펄스 IR 레이저를 적용하여 양극 시트를 커팅한 표면 및 단면을 각각 나타낸다. 도 5c의 (e) 및 (f)는 양극 시트의 양면 모두에 이산화탄소 레이저를 적용하여 PVDF 절연막을 제거한 후에 나노 펄스 IR 레이저를 적용하여 양극 시트를 커팅한 표면 및 단면을 각각 나타낸다.
도 5c를 통해 알 수 있는 바와 같이, 이산화탄소 레이저를 이용하여 양극 시트로부터 PVDF 절연막을 제거한 후에 나노 펄스 IR 레이저를 적용하여 양극 시트를 커팅하는 방법이, 이산화탄소 레이저를 적용하지 않은 경우에 비해 더욱 높은 커팅 품질을 달성할 수 있다.
이러한 이점을 반영하기 위하여, 커팅 장치(구체적으로, 양극 커팅 장치)(210)는 이산화탄소 레이저를 양극 시트의 단면 또는 양면에 조사하여 양극 시트로부터 절연막(PVDF 절연막)을 제거하고, 절연막이 제거된 양극 시트를 나노 펄스 IR 레이저로 커팅하여 양극 시트로부터 전극들(구체적으로, 양극 전극)(10)을 획득하도록 구성될 수 있다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로, 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며, 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
10: 전극 12: 양극 전극
14: 음극 전극 20: 전극 시트
22: 양극 시트 24: 음극 시트
30: 분리막 240: 분리막 공급 장치
310: 커팅 유닛 320: 이송 유닛
322: 언와인더 324: 와인더

Claims (8)

  1. 전극 조립체 제조 방법으로서,
    전극의 형상이 형성되지 않은 전극 시트를 미리 설정된 커팅 도면에 따라 레이저로 커팅하여, 상기 전극 시트로부터 복수 개의 전극들을 획득하는 공정;
    지그재그 스택킹(zigzag stacking) 방식에 따라, 상기 전극들과 분리막을 교차하여 적층하는 공정; 및
    상기 분리막을 상기 전극들의 형상에 맞추어 커팅하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 획득하는 공정은,
    상기 전극 시트를 상기 미리 설정된 커팅 도면에 따라 상기 레이저로 커팅하여, 상기 전극 시트에 제1전극의 형상을 형성하는 공정;
    상기 제1전극의 형상이 형성된 전극 시트를 커팅 위치로 이송하는 공정; 및
    상기 이송된 전극 시트를 상기 미리 설정된 커팅 도면에 따라 상기 레이저로 커팅하여, 상기 이송된 전극 시트로부터 상기 제1전극을 분리하며 상기 이송된 전극 시트에 제2전극의 형상을 형성하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 획득하는 공정은,
    상기 전극 시트가 양극 시트인 경우에, 상기 양극 시트를 200kHz 이하의 주파수를 가지는 나노 펄스 IR(infrared radiation) 레이저로 2-패스(pass) 이상 커팅하여, 상기 양극 시트로부터 상기 복수 개의 전극들을 획득하는 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 획득하는 공정은,
    상기 전극 시트가 양극 시트인 경우에, 이산화탄소 레이저를 상기 양극 시트에 조사하여 상기 양극 시트로부터 절연막을 제거하는 공정; 및
    상기 절연막이 제거된 양극 시트를 나노 펄스 IR 레이저로 커팅하여, 상기 양극 시트로부터 상기 복수 개의 전극들을 획득하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 전극 조립체 제조 시스템으로서,
    전극의 형상이 형성되지 않은 전극 시트를 미리 설정된 커팅 도면에 따라 레이저로 커팅하여, 상기 전극 시트로부터 복수 개의 전극들을 획득하는 커팅 장치;
    지그재그 스택킹(zigzag stacking) 방식에 따라, 상기 전극들과 분리막을 교차하여 적층하는 스택킹 장치; 및
    상기 분리막을 상기 전극들의 형상에 맞추어 커팅하는 분리막 커팅 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 커팅 장치는,
    상기 전극 시트를 상기 미리 설정된 커팅 도면에 따라 상기 레이저로 커팅하여, 상기 전극 시트에 제1전극의 형상을 형성하는 커팅 유닛; 및
    상기 제1전극의 형상이 형성된 전극 시트를 커팅 위치로 이송시키는 이송 유닛을 포함하고,
    상기 커팅 유닛은,
    상기 이송된 전극 시트를 상기 미리 설정된 커팅 도면에 따라 상기 레이저로 커팅하여, 상기 이송된 전극 시트로부터 상기 제1전극을 분리하며 상기 이송된 전극 시트에 제2전극의 형상을 형성하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 커팅 장치는,
    상기 전극 시트가 양극 시트인 경우에, 상기 양극 시트를 200kHz 이하의 주파수를 가지는 나노 펄스 IR(infrared radiation) 레이저로 2-패스(pass) 이상 커팅하여, 상기 양극 시트로부터 상기 복수 개의 전극들을 획득하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 커팅 장치는,
    상기 전극 시트가 양극 시트인 경우에, 이산화탄소 레이저를 상기 양극 시트에 조사하여 상기 양극 시트로부터 절연막을 제거하고,
    상기 절연막이 제거된 양극 시트를 나노 펄스 IR 레이저로 커팅하여, 상기 양극 시트로부터 상기 복수 개의 전극들을 획득하는 것을 특징으로 하는 시스템.
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