KR20220152128A - 전지셀 제조 방법 및 제조 시스템 - Google Patents

전지셀 제조 방법 및 제조 시스템 Download PDF

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김민수
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Abstract

본 발명의 실시예에 따른 전지셀 제조방법은, 파우치에 전극 조립체가 수납된 전지셀에 실링부를 형성하는 실링 단계; 상기 전지셀을 이송하여, 서로 마주보게 배치된 제1공초점 센서 및 제2공초점 센서의 사이에 상기 실링부를 위치시키는 이송 단계; 및 상기 제1공초점 센서와 상기 제2공초점 센서에 의해 상기 실링부의 두께를 측정하는 측정 단계를 포함할 수 있다.

Description

전지셀 제조 방법 및 제조 시스템{MANUFACTURING METHOD AND MANUFACTURING SYSTEM OF BATTERY CELL}
본 발명은, 전지셀 제조 방법 및 제조 시스템에 관한 것으로서, 좀 더 상세히는 파우치형 전지셀의 제조 방법 및 제조 시스템에 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 조립체(Electrode Assembly)를 형성한다. 그리고 전지 케이스에 전극 조립체를 수납하고 전해질 주입 후 실링한다.
이차 전지는 전극 조립체를 수용하는 케이스의 재질에 따라, 파우치 형(Pouch Type) 전지 셀 및 캔 형(Can Type) 전지셀로 분류될 수 있다.
특히, 파우치 형 전지셀(이하, 전지셀)은 파우치에 전극 조립체 및 전해액이 수용된다.
그리고, 이러한 전지셀의 품질평가 중 하나로 상기 전지셀의 실링부 두께를 검사함이 일반적이다. 상기 실링부는, 파우치에서 서로 마주보는 부분이 용접에 의해 접합된 부분을 의미한다.
그러나 종래에는 작업자가 마이크로미터 등을 이용하여 수작업으로 실링부의 두께를 검사였다. 그에 따라, 전수 검사(Total Inspection)가 불가능하고 두께 측정의 정확성 및 신뢰성이 떨어지는 문제점이 있었다.
본 발명이 해결하고자 하는 일 과제는, 전지셀의 실링부 두께를 자동으로 검사함으로써 전수 검사가 가능한 전지셀 제조방법 및 제조 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는, 전지셀의 실링부 두께 측정에 대한 정확성 및 신뢰성이 향상되는 전지셀 제조방법 및 제조 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 전지셀 제조방법은, 파우치에 전극 조립체가 수납된 전지셀에 실링부를 형성하는 실링 단계; 상기 전지셀을 이송하여, 서로 마주보게 배치된 제1공초점 센서 및 제2공초점 센서의 사이에 상기 실링부를 위치시키는 이송 단계; 및 상기 제1공초점 센서와 상기 제2공초점 센서에 의해 상기 실링부의 두께를 측정하는 측정 단계를 포함할 수 있다.
상기 전지셀 제조방법은, 상기 이송 단계와 상기 측정 단계의 사이에 수행되며, 상기 실링부를 펼쳐진 상태로 고정하는 고정 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 측정 단계에서, 상기 제1공초점 센서 및 제2공초점 센서는, 상기 실링부의 길이 방향으로 이동하면서 상기 실링부의 두께를 연속적 또는 불연속적으로 측정할 수 있다.
상기 측정 단계에서, 상기 제1공초점 센서 및 제2공초점 센서는, 상기 실링부의 길이 방향으로 이동하면서 서로 다른 복수개 지점의 두께를 순차적으로 측정할 수 있다.
상기 복수개의 지점 중 적어도 하나는, 전극 리드에 대응되는 위치일 수 있다.
상기 제1공초점 센서와 상기 제2공초점 센서는 각각 한 쌍이 구비되고, 상기 전극 조립체를 사이에 두고 서로 반대편에 위치한 한 쌍의 상기 실링부의 두께를 동시에 측정할 수 있다.
상기 전지셀 제조방법은, 일 전지셀에 대해, 상기 측정 단계에서 측정된 상기 실링부의 두께가 임계 범위를 벗어나면, 상기 일 전지셀을 불량 판정하는 판정 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 임계 범위는, 복수개의 상기 전지셀로 이루어진 표본 집단에 대하여, 상기 측정 단계를 통해 수집된 복수개의 두께 데이터를 기반으로 도출될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 전지셀 제조 시스템은, 파우치에 전극 조립체가 수납된 전지셀에 실링부를 형성하는 실링 유닛; 서로 마주보게 배치된 제1공초점 센서 및 제2공초점 센서를 포함하는 측정 유닛; 상기 전지셀을 이송하여, 상기 제1공초점 센서 및 제2공초점 센서의 사이에 상기 실링부를 위치시키는 이송 유닛; 및 상기 제1공초점 센서에서 상기 실링부의 일면까지의 거리와, 상기 제2공초점 센서에서 상기 실링부의 타면까지의 거리를 기반으로, 상기 실링부의 두께를 산출하는 컨트롤러를 포함할 수 있다.
상기 전지셀 제조 시스템은, 상기 실링부의 두께 측정이 완료된 전지셀을 후공정 라인으로 배출하는 배출 유닛을 더 포함할 수 있다. 상기 후공정 라인은, 상기 전지셀에 전해액을 주입하는 공정을 포함할 수 있다.
상기 측정 유닛은, 상기 실링부를 펼쳐진 상태로 고정시키는 고정 부재를 더 포함할 수 있다.
상기 고정 부재에는, 상기 실링부의 적어도 일부를 상기 제1공초점 센서 및 제2공초점 센서에 대해 개방하는 개방부가 형성될 수 있다.
상기 측정 유닛은, 제1공초점 센서 및 제2공초점 센서를 상기 실링부의 길이 방향과 나란하게 이동시키는 이동 장치를 더 포함할 수 있다. 상기 제1공초점 센서 및 제2공초점 센서는 상기 이동 장치에 의해 이동하며 상기 실링부의 길이 방향에 대해 상기 실링부의 두께를 연속적 또는 불연속적으로 측정할 수 있다.
상기 측정 유닛은, 상기 실링부를 펼쳐진 상태로 고정시키는 고정 부재를 더 포함할 수 있다. 상기 고정 부재에는, 상기 실링부의 적어도 일부를 상기 제1공초점 센서 및 제2공초점 센서에 대해 개방하는 적어도 하나의 개방부가 형성될 수 있다.
상기 측정 유닛은, 제1공초점 센서 및 제2공초점 센서를 상기 실링부의 길이 방향과 나란하게 이동시키는 이동 장치를 더 포함할 수 있다. 상기 제1공초점 센서 및 제2공초점 센서는 상기 이동 장치에 의해 이동하며 상기 실링부의 길이 방향에 대해 서로 다른 복수개 지점의 두께를 순차적으로 측정할 수 있다.
상기 측정 유닛은, 상기 실링부를 펼쳐진 상태로 고정시키는 고정 부재를 더 포함할 수 있다. 상기 고정 부재에는, 상기 복수개 지점을 상기 제1공초점 센서 및 제2공초점 센서에 대해 개방하는 적어도 하나의 개방부가 형성될 수 있다.
상기 전지셀 제조 시스템은, 상기 컨트롤러에서 산출된 두께 데이터가 저장되는 스토리지를 더 포함할 수 있다. 상기 컨트롤러는, 복수개의 이차 전지로 이루어진 표본 집단에 대해, 상기 스토리지에 저장된 복수개의 두께 데이터를 기반으로 임계 범위를 도출하고, 일 이차 전지에 대해, 상기 실링부의 두께가 상기 임계 범위를 벗어나면, 상기 일 이차 전지를 불량 판정할 수 있다.
상기 제1공초점 센서와 상기 제2공초점 센서는 각각 한 쌍이 구비되고, 상기 전극 조립체를 사이에 두고 서로 반대편에 위치한 한 쌍의 상기 실링부의 두께를 측정하도록 구성될 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 공초점 센서에 의해 실링부의 두께를 자동으로 검사할 수 있다. 이로써, 전지셀의 실링부에 대한 전수 검사 및 자동 데이터화가 가능한 이점이 있다. 또한, 실링부 두께 측정에 대한 정확성 및 신뢰성이 향상되는 이점이 있다.
또한, 실링부가 펼쳐진 상태에서 두께 측정이 이뤄지며, 실링부의 길이 방향에 대해 실링부의 두께가 연속적 또는 불연속적으로 측정되므로, 실링부 두께 측정에 대한 정확성 및 신뢰성이 더욱 향상되는 이점이 있다.
또한, 전극 조립체를 사이에 두고 서로 반대편에 위치한 한 쌍의 실링부의 두께가 동시에 측정됨으로써, 측정 단계의 소요 시간을 단축할 수 있다.
도 1 은 본 발명의 일 실시예에 따른 전지셀 제조 시스템에 의해 제조되는 전지셀의 조립도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전지셀 제조 시스템의 개략도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전지셀 제조 시스템의 제어 블록도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 측정 유닛이 도시된 사시도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 고정 부재의 작용을 설명하기 위한 평면도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 제1공초점 센서 및 제2공초점 센서의 작용을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 전지셀 제조 방법의 순서도이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전지셀 제조 방법의 순서도이다.
이하에서는 첨부의 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 이하의 실시예에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분 또는 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 관련 공지 기술에 대한 상세한 설명은 생략하였으며, 본 명세서에서 각 도면의 구성요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서는, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일 또는 유사한 참조 부호를 붙이도록 한다
또한, 본 명세서 및 특허청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정하여 해석되어서는 안되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
도 1 은 본 발명에 따른 전지셀 제조 시스템에 의해 제조되는 전지셀의 조립도이다.
본 발명에 따른 전지셀 제조 시스템(이하, '제조 시스템')은 파우치 타입의 전지셀(1)을 제조할 수 있다.
좀 더 상세히, 전지셀(1)은, 양극 및 음극이 분리막을 사이에 두고 번갈아 적층된 전극 조립체(10)와, 상기 전극 조립체(10)를 수납하는 파우치(20)를 포함할 수 있다.
전극 조립체(10)에는 전극 탭(11)이 구비될 수 있다. 전극 탭(11)은 전극 조립체(10)의 양극 및 음극과 각각 연결되고, 전극 조립체(10)로부터 외부로 돌출되어, 전극 조립체(10)의 내부와 외부 사이에 전자가 이동할 수 있는 경로가 된다.
양극에 연결된 복수개의 전극 탭(11)과 음극에 연결된 복수개의 전극 탭(11)은 전극 조립체(10)에 대해 서로 다른 방향으로 돌출될 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니며, 양극에 연결된 복수개의 전극 탭(11)과 음극에 연결된 복수개의 전극 탭(11)이 전극 조립체(10)에 대해 동일한 방향으로 나란하게 돌출되는 것도 가능하다.
복수개의 전극 탭(11)에는 전지셀(1)의 외부로 전기를 공급하는 전극 리드(12)가 스팟(Spot) 용접 등으로 연결될 수 있다. 전극 리드(12)는 일단이 복수개의 전극 탭(11)과 연결되고 타단이 파우치(20)의 외부로 돌출될 수 있다.
전극 리드(12)의 일부는 절연부(14)로 주위가 포위될 수 있다. 예를 들어, 절연부(14)는 절연 테이프를 포함할 수 있다. 상기 절연부(14)는 파우치(20)의 후술할 한 쌍의 사이드(26)의 사이에 위치할 수 있고, 이러한 상태에서 한 쌍의 사이드(26)는 서로 열 융착될 수 있다. 이 경우, 상태에서 한 쌍의 사이드(26)의 일부는 절연부(14)와 열 융착될 수 있다. 따라서, 절연부(14)는 전극 조립체(10)로부터 생성되는 전기가 전극 리드(12)를 통해 파우치(20)로 흐르는 것을 방지하며, 파우치(20)의 실링을 유지시킬 수 있다.
한편, 파우치(20)는, 폴딩부(23)로 연결된 한 쌍의 케이스(21)(22)가 서로 실링되어 형성될 수 있다. 이하에서 설명하는 각 케이스(21)(22)의 구성은, 파우치(20)를 전개한 상태를 기준으로 설명한다. 파우치(20)를 전개한 상태는, 파우치(20)에 존재하던 소정의 접착이나 실링을 해제함으로써 파우치(20)를 펼친 상태를 의미한다.
각 케이스(21)(22)는, 만입된 형상을 갖는 컵부(24)와, 컵부(24)의 둘레에 위치한 테라스(25)를 포함할 수 있다.
컵부(24)는 테라스(25)로부터 소정의 깊이만큼 만입되어 만입 공간(S1)을 형성할 수 있다.
한 쌍의 케이스(21)(22)의 컵부(24)는 폴딩부(23)로 서로 연결될 수 있다. 즉, 폴딩부(23)는 한 쌍의 컵부(24)의 사이에 위치할 수 있으며, 파우치(20)가 전개된 상태에서 폴딩부(23)는 브릿지로 명명될 수 있다. 폴딩부(23)는 파우치(20)의 전장 방향과 나란하게 연장될 수 있다.
일 케이스(21)에 형성된 컵부(24)의 만입 공간(S1)에 전극 조립체(10)를 수납한 후에, 타 케이스(22)에 형성된 컵부(22)가 상기 전극 조립체(10)를 커버하도록 폴딩부(23)를 폴딩할 수 있다.
즉, 한 쌍의 컵부(24)의 만입 공간(S1)은 서로 연통될 수 있고, 전극 조립체(10)는 한 쌍의 컵부(24) 내에 수용될 수 있다.
다만, 파우치(20)의 구성이 이에 한정되는 것은 아니며, 일 케이스(21)에만 컵부(24)가 형성되고 타 케이스(22)에는 컵부(24)가 형성되지 않는 구성도 가능하다. 이 경우, 전극 조립체(10)는, 일 케이스(21)에 형성된 컵부(24)의 만입 공간 (S1)에 완전히 수용될 수 있고, 타 케이스(22)는 상기 만입 공간(S1)을 커버할 수 있다.
테라스(25)는 컵부(24)의 상단 둘레에 위치할 수 있다. 좀 더 상세히, 테라스(25)는, 컵부(24)에 대해 폴딩부(23)의 반대편에 위치한 확장부(27)와, 상기 폴딩부(23)와 상기 확장부(27)를 연결하는 한 쌍의 사이드(26)를 포함할 수 있다.
한 쌍의 사이드(26)는 파우치(20)의 전폭 방향과 나란하게 연장되며 컵부(24)에 대해 서로 반대편에 위치할 수 있다. 즉, 한 쌍의 사이드(26)는 컵부(24)의 전방 방향 양측에 위치할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전지셀 제조 시스템의 개략도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전지셀 제조 시스템의 제어 블록도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 제조 시스템은, 실링 유닛(100)과, 이송 유닛(200)과, 측정 유닛(300)과, 배출 유닛(400)을 포함할 수 있다.
실링 유닛(100)은, 전극 조립체(10)가 수납된 파우치(20)를 실링하여 전지셀(1)을 제조할 수 있다. 좀 더 상세히, 실링 유닛(100)은, 파우치(20)의 폴딩부(23)가 폴딩된 상태에서, 테라스(25)의 일부를 실링할 수 있다.
좀 더 상세히, 실링 유닛(100)에 의해 파우치(20)에 형성되는 실링부(30)(도 5 참조)는, 일 케이스(21)의 테라스(25)와, 타 케이스(22)의 테라스(25)가 서로 융착되어 형성될 수 있다.
상기 실링부(30)는, 전지셀(1)의 전장방향에 대한 양측 가장자리에 형성될 수 있다. 즉, 실링부(30)는 컵부(24)를 사이에 두고 서로 이격된 한 쌍이 형성될 수 있다.
각 실링부(30)는 전지셀(1)의 전폭 방향으로 연장될 수 있다. 좀 더 상세히, 각 실링부(30)의 일부는 한 쌍의 사이드(26)가 서로 융착되어 형성될 수 있고, 다른 일부는 한 쌍의 확장부(27)의 양측이 서로 융착되어 형성될 수 있다.
또한, 확장부(27)에서, 전지셀(1)의 전장 방향으로 연장된 가장자리는 미실링된 상태일 수 있다. 따라서, 후공정에서 한 쌍의 확장부(27)의 사이를 통해 전지셀(1) 내부로 전해액이 주입될 수 있다. 즉, 실링 유닛(100)에서 제조되는 전지셀(1)은 전해액이 미주입되고, 확장부(27)의 일부가 미실링된 상태일 수 있다.
이송 유닛(200)은, 실링 유닛(100)에서 제조된 전지셀(1)을 측정 유닛(300)으로 이송할 수 있다. 일례로, 이송 유닛(200)은 컨베이어 벨트를 포함할 수 있다. 다만 이에 한정되는 것은 아니며, 이송 유닛(200)의 구성은 필요에 따라 달라질 수 있다
측정 유닛(300)은, 실링 유닛(100)에 의해 파우치(20)에 형성된 실링부(30)(도 5 참조)의 두께를 측정할 수 있다. 측정 유닛(300)은, 실링 유닛(100)에서 제조된 모든 전지셀(1)의 실링부(30)의 두께를 측정할 수 있다. 즉, 측정 유닛(300)은 전수 검사(total inspection)를 수행할 수 있다.
측정 유닛(300)은, 이송 유닛(200)의 작동이 일시 중단된 상태에서 실링부(30)의 두께를 측정할 수 있다.
측정 유닛(300)의 상세한 구성에 대해서는 이후 자세히 설명한다.
배출 유닛(400)은, 측정 유닛(300)에서 실링부(30)의 두께 측정이 완료된 전지셀(11)을 배출하여 후공정 라인까지 이송할 수 있다. 일례로, 배출 유닛(400)은 컨베이어 벨트를 포함할 수 있다. 다만 이에 한정되는 것은 아니며, 배출 유닛(400)의 구성은 필요에 따라 달라질 수 있다
상기 후공정 라인은, 전지셀(1)에 전해액을 주입하는 공정과, 확장부(27)의 가장자리를 완전히 실링하는 공정과, 전지셀(1)의 충전을 완료하는 활성화 공정과, 활성화 공정에서 발생한 가스를 전지셀에서 배출하는 디가싱 공정을 수행할 수 있다. 이러한 각 공정은 주지 기술이므로 상세한 설명은 생략한다.
즉, 전지셀(1)의 실링부(30)의 두께 측정이 전해액의 주입 전에 이루어지므로, 불량인 전지셀(1)을 후술할 회수 유닛(500)에서 미리 회수하여 불필요한 전해액의 소모를 방지할 수 있다.
한편, 제조 시스템은 회수 유닛(500)을 더 포함할 수 있다.
회수 유닛(500)은, 측정 유닛(300)에 의해 불량으로 검사된 전지셀(1)이 배출 유닛(400)으로 배출되지 않도록 회수할 수 있다. 일례로, 회수 유닛(500)는 불량 판정된 전지셀(1)을 이동시키는 로봇팔을 포함할 수 있다. 다만 이에 한정되는 것은 아니며, 회수 유닛(500)의 구성은 필요에 따라 달라질 수 있다
제조 시스템은, 컨트롤러(600) 및 스토리지(700)를 더 포함할 수 있다.
컨트롤러(600)는 적어도 하나의 프로세서를 포함할 수 있다. 컨트롤러(600)는 제조 시스템의 작동 전반을 제어할 수 있다. 즉, 컨트롤러(600)는 실링 유닛(100)과, 이송 유닛(200)과, 측정 유닛(300)과, 배출 유닛(400)과, 회수 유닛(500)을 제어할 수 있다. 컨트롤러(600)가 제어 가능한 구성은 필요에 따라 추가, 삭제 및 변경될 수 있다.
스토리지(700)는 데이터가 저장 가능한 장치일 수 있다. 컨트롤러(600)는 데이터를 스토리지(700)에 저장하거나, 스토리지(700)에 저장된 데이터를 불러올 수 있다.
좀 더 상세히, 컨트롤러(600)는 측정 유닛(300)을 통해 측정된 실링부(30)의 두께 데이터를 스토리지(700)에 저장할 수 있다.
또한, 컨트롤러(600)는, 복수개의 전지셀(1)로 이루어진 표본 집단에 대해 스토리지(700)에 수집된 복수개의 두께 데이터를 기반으로, 실링부(30) 두께의 임계 범위를 도출하고, 실링부(30)의 두께가 상기 임계 범위를 벗어나는 전지셀(1)을 불량으로 판정할 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 임계 범위가 기설정되는 것도 가능함은 물론이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 측정 유닛이 도시된 사시도이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 고정 부재의 작용을 설명하기 위한 평면도이고, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 제1공초점 센서 및 제2공초점 센서의 작용을 설명하기 위한 도면이다.
측정 유닛(300)은, 공초점 센서(311)(312)와, 고정 부재(330)를 포함할 수 있다.
공초점 센서(311)(312)(Confocal-sensor)는 비접촉식 변위 측정장치의 일종으로, 시편까지의 변위를 정밀하게 측정하는 장치이다. 공초점 센서(311)(312)의 원리는 주지기술이므로 상세한 설명은 생략한다.
공초점 센서(311)(312)는, 서로 마주보게 배치된 제1공초점 센서(311)와 제2공초점 센서(312)를 포함할 수 있다. 좀 더 상세히, 제1공초점 센서(311)는 제2공초점 센서(312)의 상측에 위치하며, 제1공초점 센서(311) 및 제2공초점 센서(312)는 수직 방향에 대해 서로 마주보게 배치될 수 있다.
전지셀(1)이 측정 유닛(300)에 위치한 상태에서, 제1공초점 센서(311)는 실링부(30)의 상측에 위치하고, 제2공초점 센서(312)는 실링부(30)의 하측에 위치할 수 있다. 즉, 이송 유닛(200)은, 전지셀(1)을 이송하여, 제1공초점 센서(311) 및 제2공초점 센서(312)의 사이에 실링부(30)를 위치시킬 수 있다.
제1공초점 센서(311) 및 제2공초점 센서(312)는 실링부(30)의 두께를 측정할 수 있다.
제1공초점 센서(311)와 제2공초점 센서(312)는 각각, 전지셀(1)의 전장 방향으로 이격된 한 쌍이 구비될 수 있고, 컵부(24)를 사이에 두고 서로 반대편에 위치한 한 쌍의 실링부(30)의 두께를 각각 측정할 수 있다.
제1공초점 센서(311)는 실링부(30)의 일면, 좀 더 상세히는 상면까지의 거리(D1)(이하, '제1거리')를 측정할 수 있다. 또한, 제2공초점 센서(313)는 실링부(30)의 타면, 좀 더 상세히는 저면까지의 거리(D2)(이하 '제2거리')를 측정할 수 있다. 또한, 컨트롤러(600)는, 제1거리(D1) 및 제2거리(D2)를 기반으로 실링부(30)의 두께를 산출할 수 있다. 제1공초점 센서(311)와 제2공초점 센서(313) 사이의 거리는 기설정되거나 컨트롤러(600)에 의해 조절될 수 있으므로, 제1공초점 센서(311)와 제2공초점 센서(313) 사이의 거리에서 제1거리(D1) 및 제2거리(D2)를 뺀 값이 실링부(30)의 두께로 산출될 수 있다.
더욱 상세히, 제1공초점 센서(311) 및 제2공초점 센서(312)는, 실링부(30) 중에서 한 쌍의 사이드(26)(도 1 참조)가 융착된 부분, 즉 컵부(24)의 양측에 위치한 부분의 두께를 측정할 수 있다. 이는, 한 쌍의 확장부(27)가 융착된 부분은 후공정에서 폴딩되거나 컷아웃될 수 있기 때문이다.
실링부(30)의 두께는, 실링부(30)의 길이 방향을 따라 달라질 수 있다. 상기 실링부(30)의 길이 방향은, 전지셀(1)의 이송 방향과 나란할 수 있다.
따라서, 제1공초점 센서(311) 및 제2공초점 센서(312)는 실링부(30)의 길이 방향에 대해, 실링부(30)의 두께를 연속적 또는 불연속적으로 측정할 수 있다.
좀 더 상세히, 제1공초점 센서(311) 및 제2공초점 센서(312)는 실링부(30)의 길이 방향에 대해 서로 다른 복수개 지점(P1)(P2)(P3)의 두께(t1)(t2)(t3)를 순차적으로 측정할 수 있다.
더욱 상세히, 제1공초점 센서(311) 및 제2공초점 센서(312)는, 파우치(20)의 폴딩부(23)에서 점차 멀어지는 복수개 지점(P1)(P2)(P3)의 두께(t1)(t2)(t3)를 순차적으로 측정할 수 있다. 또한, 복수개 지점(P1)(P2)(P3) 중 적어도 하나는, 전극 리드(12)에 대응되는 위치일 수 있다.
예를 들어, 제1공초점 센서(311) 및 제2공초점 센서(312)는, 제1지점(P1)의 두께(t1)와, 제2지점(P2)의 두께(t2)와, 제3지점(P3)의 두께(t3)를 순차적으로 측정할 수 있다. 제1지점(P1)은 전극 리드(12)의 일측에 위치하고, 제2지점(P2)은 전극 리드(12) 상에 위치하고, 제3지점(P3)은 전극 리드(13)의 타측에 위치할 수 있다.
이를 위해, 측정 유닛(300)은, 제1공초점 센서(311) 및 제2공초점 센서(312)를 실링부(30)의 길이 방향, 즉 전지셀(1)의 전폭 방향과 나란하게 이동시키는 제1이동 장치(320)를 더 포함할 수 있다. 제1이동 장치(320)는 액츄에이터(예를 들어, 모터)를 포함하며, 제1공초점 센서(311)와 연결될 수 있다.
한편, 고정 부재(330)는 전지셀(1)의 실링부(30)를 펼쳐진 상태로 고정시킬 수 있다. 이러한 상태에서, 제1공초점 센서(311) 및 제2공초점 센서(312)는 실링부(30)의 두께를 측정할 수 있다. 즉, 고정 부재(330)는, 실링부(30)의 두께가 쳐지거나 휘어진 상태로 두께가 측정되는 것을 방지함으로써, 실링부(30)의 두께가 정확하게 측정되도록 보조할 수 있다.
고정 부재(330)는, 전지셀(1)의 전장 방향으로 이격된 한 쌍이 구비될 수 있고, 컵부(24)를 사이에 두고 서로 반대편에 위치한 한 쌍의 실링부(30)를 각각 고정할 수 있다.
각 고정 부재(330)는 서로 마주보게 배치된 제1고정 부재(331)와 제2고정부재(332)를 포함할 수 있다. 좀 더 상세히, 제1고정 부재(331)는 제2고정 부재(332)의 상측에 위치하며, 제1고정 부재(331) 및 제2고정 부재(332)는 수직 방향에 대해 서로 마주보게 배치될 수 있다.
제1고정 부재(331) 및 제2고정 부재(332)는 각각 수평하게 배치된 플레이트 또는 블록 형상을 가질 수 있다
제1고정 부재(331) 및 제2고정 부재(332)는, 전지셀(1)의 전장 방향 및 이송 방향으로 이동할 수 있다.
좀 더 상세히, 전지셀(1)이 측정 유닛(300)에 위치하면, 제1고정 부재(331) 및 제2고정 부재(332)는 전지셀(1)의 측방에서 전지셀(1) 측으로 접근할 수 있고, 이후 전지셀(1)의 실링부(30)를 사이에 두고 서로 가까워지는 방향으로 이동할 수 있다. 이로써, 실링부(30)는 제1고정 부재(331)와 제2고정 부재(332)의 사이에 고정될 수 있다.
이를 위해, 측정 유닛(300)은 제1고정 부재(331) 및 제2고정 부재(332)를 각각 승강시키는 승강 장치(340)와, 제1고정 부재(331) 및 제2고정 부재(332)를 전지셀(1)의 전장 방향으로 이동시키는 제2이동 장치(350)를 더 포함할 수 있다.
승강 장치(340) 및 제2이동 장치(350)는 각각 액츄에이터(예를 들어, 모터)를 포함할 수 있다. 승강 장치(340)는 서로 독립적으로 동작하는 한 쌍이 구비되어 제1고정 부재(331) 및 제2고정 부재(332)에 각각 연결될 수 있고, 제2이동 장치(350)는 승강 장치(340)에 연결될 수 있다.
한편, 고정 부재(330), 실링부(30)의 적어도 일부를 제1공초점 센서(311) 및 제2공초점 센서(312)에 대해 개방하는 개방부(330a)가 형성될 수 있다. 좀 더 상세히, 제1고정 부재(331) 및 제2고정 부재(332)에는, 두께가 측정되는 실링부(30)의 적어도 일부를 제1공초점 센서(311) 및 제2공초점 센서(312)에 대해 개방하는 적어도 하나의 개방부(330a)가 형성될 수 있다.
더욱 상세히, 제1고정 부재(331) 및 제2고정 부재(332)에는, 두께가 측정되는 복수개 지점(P1)(P2)(P3)을 제1공초점 센서(311) 및 제2공초점 센서(312)에 대해 개방하는 적어도 하나의 개방부(330a)가 형성될 수 있다.
개방부(330a)는, 고정 부재(330)의 내측면에서 외측 방향으로 함몰된 홈 형상일 수 있다.
제1공초점 센서(311)는 제1고정 부재(331)보다 상측에 위치하고, 제1고정 부재(331)에 형성된 개방부(330a)를 통해 실링부(30)의 상면까지의 거리(D1)를 측정할 수 있다.
제2공초점 센서(312)는 제2고정 부재(332)보다 하측에 위치하고, 제2고정 부재(332)에 형성된 개방부(330a)를 통해 실링부(30)의 저면까지의 거리(D2)를 측정할 수 있다.
개방부(330a)에 의해, 고정 부재(330)가 실링부(30)를 고정한 상태에서도, 공초점 센서(311)(312)는 실링부(30)의 두께를 정확하게 측정할 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 전지셀 제조 방법의 순서도이다.
본 실시예에 따른 전지셀 제조 방법은, 실링 단계(S1)와, 이송 단계(S2)와, 측정 단계(S4)와, 판정 단계(S5)를 포함할 수 있다. 상기 전지셀 제조 방법은 고정 단계(S3)를 더 포함할 수 있다.
실링 단계(S1) 시, 실링 유닛(100)은 전극 조립체(10)가 수납된 파우치(20)에 실링부(30)를 형성하여 전지셀(1)을 제조할 수 있다.
이송 단계(S2) 시, 이송 유닛(200)은 전지셀(1)을 이송하여 제1공초점 센서(311) 및 제2공초점 센서(312)의 사이에 실링부(30)를 위치시킬 수 있다.
고정 단계(S3) 시, 측정 유닛(300)의 고정 부재(300)는, 실링부(30)를 펼쳐진 상태로 고정할 수 있다.
좀 더 상세히, 실링부(30)가 제1공초점 센서(311) 및 제2공초점 센서(312)의 사이에 위치한 상태에서, 이송 유닛(200) 작동은 일시 중단될 수 있다. 또한, 제1고정 부재(331) 및 제2고정 부재(332)는 전지셀(1)의 측방에서 실링부(30)를 향해 이동하여, 실링부(30)를 사이에 두고 마주보도록 위치할 수 있다. 이후, 제1고정 부재(331) 및 제2고정 부재(332)는 서로 가까워지도록 승강하여, 실링부(30)가 제1고정 부재(331)와 제2고정 부재(332) 사이에 고정될 수 있다.
측정 단계(S4) 시, 측정 유닛(300)의 공초점 센서(311)(312)는 실링부(30)의 두께를 측정할 수 있다.
좀 더 상세히, 제1공초점 센서(311)는 제1고정 부재(331)에 형성된 개방부(330a)를 제1거리(D1)를 측정하고, 제2공초점 센서(312)는 제제2고정 부재(332)에 형성된 개방부(330a)를 통해 제2거리(D2)를 측정하며, 상기 제1거리(D1) 및 제2거리(D2)에 의해 실링부(30)의 두께가 산출될 수 있다.
또한, 공초점 센서(311)(312)는 실링부(30)의 길이 방향으로 이동하며 실링부(30)의 두께를 연속 또는 불연속적으로 측정할 수 있다. 좀 더 상세히, 공초점 센서(311)(312)는 실링부(30)의 길이 방향으로 이동하며 서로 다른 복수개 지점(P1)(P2)(P3)의 두께(t1)(t2)(t3)를 순차적으로 측정할 수 있다. 상기 복수개 지점(P1)(P2)(P3) 중 적어도 하나는 전극 리드(12)에 대응되는 위치할 수 있다.
또한, 제1공초점 센서(311)와 제2공초점 센서(312)는 각각 한 쌍이 구비되고, 컵부(24)를 사이에 두고 서로 반대편에 위치한 한 쌍의 실링부(30)의 두께를 동시에 측정할 수 있다.
또한, 실링부(30)의 두께 데이터는 스토리지(700)에 저장될 수 있다.
판정 단계(S5) 시, 컨트롤러(600)는 측정 단계(S4)를 통해 측정된 실링부(30)의 두께가 임계 범위 이내이면 해당 전지셀(1)을 정상 판정하고, 상기 임계 범위를 벗어나면 해당 전지셀(1)을 불량 판정할 수 있다.
좀 더 상세히, 일 전지셀(1)에 대해, 실링부(30)의 두께가 임계 범위 이내이면 배출 유닛(400)이 상기 일 전지셀(1)을 후공정 라인으로 배출하고(S6), 실링부(30)의 두께가 임계 범위를 벗어나면 회수 유닛(500)이 상기 일 전지셀(1)을 회수할 수 있다(S7).
상기 임계 범위는, 복수개의 전지셀(1)로 이루어진 표본 집단에 대하여, 스토리지(700)에 수집된 복수개의 두께 데이터를 기반으로 도출되는 것이 바람직하다. 반면, 상기 임계 범위가 기설정된 범위인 것도 가능함은 물론이다.
이로써, 전지셀(1)의 전수 검사가 가능하며, 실링부(30)의 두께를 보다 정확하게 측정할 수 있다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전지셀 제조 방법의 순서도이다.
본 실시예에 따른 전지셀 제조 방법은, 실링 단계(S1)와, 이송 단계(S2)와, 측정 단계(S4')를 포함할 수 있다. 상기 전지셀 제조 방법은 고정 단계(S3)를 더 포함할 수 있다.
실링 단계(S1)와, 이송 단계(S2), 고정 단계(S3) 및 측정 단계(S4')에 대해서는 앞서 설명한 내용을 원용한다.
추가적으로, 측정 단계(S4')에서 측정된 실링부(30)의 두께는 스토리지(400)에 저장되어 두께 데이터가 수집될 수 있으며, 별도의 판정 단계는 수행되지 않을 수 있다. 따라서, 본 실시예에 따른 제조 시스템은, 회수 유닛(500)을 포함하지 않을 수 있다.
즉, 본 실시예의 측정 단계(S4')는 전지셀(1)의 불량 여부를 판정하기 위한 것이 아니라, 복수개의 전지셀(1)을 전수 조사하여 실링부(30)의 두께 데이터를 수집하기 위한 것일 수 있다.
이로써, 제조 시스템에 의해 제조되는 모든 전지셀(1)의 정보화가 가능한 이점이 있다.
또한, 스토리지(700)에 수집된 복수개의 두께 데이터를 기반으로 임계 범위를 설정하여, 앞서 설명한 일 실시예에 따른 전지셀의 제조방법을 향후 수행할 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: 전지셀 10: 전극 조립체
12: 전극 리드 20; 파우치
24: 컵부 25: 테라스
26: 사이드 27: 확장부
30: 실링부 100: 실링 유닛
200: 이송 유닛 300: 측정 유닛
311: 제1공초점 센서 312: 제2공초점 센서
320: 제1이동 장치 330: 고정 부재
330a: 개방부 331: 제1고정 부재
332: 제2고정 부재 340: 승강 장치
350: 제2이동 장치 400: 배출 유닛
500: 회수 유닛 600: 컨트롤러
700: 스토리지

Claims (18)

  1. 파우치에 전극 조립체가 수납된 전지셀에 실링부를 형성하는 실링 단계;
    상기 전지셀을 이송하여, 서로 마주보게 배치된 제1공초점 센서 및 제2공초점 센서의 사이에 상기 실링부를 위치시키는 이송 단계; 및
    상기 제1공초점 센서와 상기 제2공초점 센서에 의해 상기 실링부의 두께를 측정하는 측정 단계를 포함하는 전지셀 제조방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 이송 단계와 상기 측정 단계의 사이에 수행되며, 상기 실링부를 펼쳐진 상태로 고정하는 고정 단계를 더 포함하는 전지셀 제조방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 측정 단계에서,
    상기 제1공초점 센서 및 제2공초점 센서는, 상기 실링부의 길이 방향으로 이동하면서 상기 실링부의 두께를 연속적 또는 불연속적으로 측정하는 전지셀 제조방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 측정 단계에서,
    상기 제1공초점 센서 및 제2공초점 센서는, 상기 실링부의 길이 방향으로 이동하면서 서로 다른 복수개 지점의 두께를 순차적으로 측정하는 전지셀 제조방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 복수개의 지점 중 적어도 하나는, 전극 리드에 대응되는 위치인 전지셀 제조방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1공초점 센서와 상기 제2공초점 센서는 각각 한 쌍이 구비되고, 상기 전극 조립체를 사이에 두고 서로 반대편에 위치한 한 쌍의 상기 실링부의 두께를 동시에 측정하는 전지셀 제조방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    일 전지셀에 대해, 상기 측정 단계에서 측정된 상기 실링부의 두께가 임계 범위를 벗어나면, 상기 일 전지셀을 불량 판정하는 판정 단계를 더 포함하는 전지셀 제조방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 임계 범위는, 복수개의 상기 전지셀로 이루어진 표본 집단에 대하여, 상기 측정 단계를 통해 수집된 복수개의 두께 데이터를 기반으로 도출되는 전지셀 제조방법.
  9. 파우치에 전극 조립체가 수납된 전지셀에 실링부를 형성하는 실링 유닛;
    서로 마주보게 배치된 제1공초점 센서 및 제2공초점 센서를 포함하는 측정 유닛;
    상기 전지셀을 이송하여, 상기 제1공초점 센서 및 제2공초점 센서의 사이에 상기 실링부를 위치시키는 이송 유닛; 및
    상기 제1공초점 센서에서 상기 실링부의 일면까지의 거리와, 상기 제2공초점 센서에서 상기 실링부의 타면까지의 거리를 기반으로, 상기 실링부의 두께를 산출하는 컨트롤러를 포함하는 전지셀 제조 시스템.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 실링부의 두께 측정이 완료된 전지셀을 후공정 라인으로 배출하는 배출 유닛을 더 포함하고,
    상기 후공정 라인은, 상기 전지셀에 전해액을 주입하는 공정을 포함하는 전지셀 제조 시스템.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 측정 유닛은,
    상기 실링부를 펼쳐진 상태로 고정시키는 고정 부재를 더 포함하는 전지셀 제조 시스템.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 고정 부재에는,
    상기 실링부의 적어도 일부를 상기 제1공초점 센서 및 제2공초점 센서에 대해 개방하는 개방부가 형성된 전지셀 제조 시스템.
  13. 제 9 항에 있어서,
    상기 측정 유닛은,
    제1공초점 센서 및 제2공초점 센서를 상기 실링부의 길이 방향과 나란하게 이동시키는 이동 장치를 더 포함하고,
    상기 제1공초점 센서 및 제2공초점 센서는 상기 이동 장치에 의해 이동하며 상기 실링부의 길이 방향에 대해 상기 실링부의 두께를 연속적 또는 불연속적으로 측정하는 전지셀 제조 시스템.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 측정 유닛은,
    상기 실링부를 펼쳐진 상태로 고정시키는 고정 부재를 더 포함하고,
    상기 고정 부재에는,
    상기 실링부의 적어도 일부를 상기 제1공초점 센서 및 제2공초점 센서에 대해 개방하는 적어도 하나의 개방부가 형성된 전지셀 제조 시스템.
  15. 제 9 항에 있어서,
    상기 측정 유닛은,
    제1공초점 센서 및 제2공초점 센서를 상기 실링부의 길이 방향과 나란하게 이동시키는 이동 장치를 더 포함하고,
    상기 제1공초점 센서 및 제2공초점 센서는 상기 이동 장치에 의해 이동하며 상기 실링부의 길이 방향에 대해 서로 다른 복수개 지점의 두께를 순차적으로 측정하는 전지셀 제조 시스템.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 측정 유닛은,
    상기 실링부를 펼쳐진 상태로 고정시키는 고정 부재를 더 포함하고,
    상기 고정 부재에는,
    상기 복수개 지점을 상기 제1공초점 센서 및 제2공초점 센서에 대해 개방하는 적어도 하나의 개방부가 형성된 전지셀 제조 시스템.
  17. 제 9 항에 있어서,
    상기 컨트롤러에서 산출된 두께 데이터가 저장되는 스토리지를 더 포함하고,
    상기 컨트롤러는,
    복수개의 이차 전지로 이루어진 표본 집단에 대해, 상기 스토리지에 저장된 복수개의 두께 데이터를 기반으로 임계 범위를 도출하고,
    일 이차 전지에 대해, 상기 실링부의 두께가 상기 임계 범위를 벗어나면, 상기 일 이차 전지를 불량 판정하는 전지셀 제조 시스템.
  18. 제 9 항에 있어서,
    상기 제1공초점 센서와 상기 제2공초점 센서는 각각 한 쌍이 구비되고, 상기 전극 조립체를 사이에 두고 서로 반대편에 위치한 한 쌍의 상기 실링부의 두께를 측정하도록 구성된 전지셀 제조 시스템.
KR1020220037670A 2021-05-07 2022-03-25 전지셀 제조 방법 및 제조 시스템 KR20220152128A (ko)

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