KR20230140915A - 이차전지용 용접 검사장치 및 이를 포함하는 전극 제조장치 - Google Patents

이차전지용 용접 검사장치 및 이를 포함하는 전극 제조장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 무지부와 전극탭이 용접된 용접 부위의 용접 상태를 검사하기 위한 이차전지용 용접 검사장치에 있어서, 하우징 및 상기 하우징의 일면에 탈부착 가능하도록 결합되고, 상기 용접 부위와 접촉하여 상기 용접 부위의 저항을 측정하는 프로브를 포함하는 용접 검사부를 포함하는 이차전지용 용접 검사장치에 관한 것이다.

Description

이차전지용 용접 검사장치 및 이를 포함하는 전극 제조장치{WELDING INSPECTION DEVICE FOR SECONDARY BATTERY AND ELECTRODE MANUFACTURING DEVICE COMPRISING THE SAME}
본 발명은 이차전지용 용접 검사장치 및 이를 포함하는 전극 제조장치에 관한 것이다. 구체적으로, 본 발명은 용접 위치와 접촉하는 프로브가 오염되거나 고장날 경우 교체가 용이한 이차전지용 용접 검사장치 및 이를 포함하는 전극 제조장치에 관한 것이다.
모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서의 이차전지에 대한 수요가 급격히 증가하고 있고, 그러한 이차전지 중에서도 높은 에너지 밀도와 작동 전위를 나타내고, 사이클 수명이 길며, 자기방전율이 낮은 리튬 이차전지가 상용화되어 널리 사용되고 있다.
또한, 최근에는 환경문제에 대한 관심이 커짐에 따라 대기오염의 주요 원인의 하나인 가솔린 차량, 디젤 차량 등 화석연료를 사용하는 차량을 대체할 수 있는 전기자동차(EV), 하이브리드 전기자동차(HEV) 등에 대한 연구가 많이 진행되고 있다. 이러한 전기자동차(EV), 하이브리드 전기자동차(HEV) 등의 동력원으로는 높은 에너지 밀도, 높은 방전 전압 및 출력 안정성의 리튬 이차전지가 주로 연구, 사용되고 있다.
이러한 리튬 이차전지는, 일반적으로 양극, 음극 및 분리막을 포함하는 전극조립체를 전지케이스에 전해액에 함침한 상태로 내장하여 제조한다. 또한, 각 전극은 전극 리드에 용접된 상태로 연장되고, 상기 전극 리드에 의해 외부와의 전기적 연결이 이루어진다. 따라서, 전극 탭과 전극 리드 사이의 용접 상태는 전지 셀의 성능에 많은 영향을 미치게 된다.
종래 전지 용접 검사용 저항 측정 장치는 양극 전극 리드와 양극 전극 탭의 접합면의 일면에 저항 측정체를 접촉시켜 저항을 측정하고, 이로부터 해당 부위의 용접 품질을 추정하게 된다.
이때, 저항 측정체의 탐침이 오염되거나 고장날 경우 전지 용접 검사용 저항 측정 장치 전체를 교체해야 하는 문제가 있었다.
한국등록특허 제10-1470553호
본 발명은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 무지부와 전극 탭이 용접되는 용접 부위와 접촉되는 프로브를 교체할 수 있는 이차전지용 용접 검사장치를 제공하고자 한다.
그리고, 전극 제조 시 실시간으로 용접 부위의 용접 상태를 검사할 수 있는 전극 제조장치를 제공하고자 한다.
본 발명의 일 실시상태는 무지부와 전극탭이 용접된 용접 부위의 용접 상태를 검사하기 위한 이차전지용 용접 검사장치에 있어서, 하우징의 일면에 탈부착 가능하도록 결합되고, 상기 용접 부위와 접촉하여 상기 용접 부위의 저항을 측정하는 프로브를 포함하는 용접 검사부를 포함하는 이차전지용 용접 검사장치를 제공한다.
본 발명의 일 실시상태에 있어서, 상기 하우징은 한 쌍으로 구비되어 분리 및 결합되고, 상기 프로브는 상기 한 쌍의 하우징 중 어느 하나의 하우징 일면에 결합되고, 다른 하나의 하우징을 관통하여 돌출되는 것인 이차전지용 용접 검사장치를 제공한다.
본 발명의 일 실시상태에 있어서, 기준값과과 상기 용접 검사부에서 측정된 저항값을 비교하여 상기 용접 부위의 용접 상태를 판단하는 판단부를 더 포함하는 이차전지용 용접 검사장치를 제공한다.
본 발명의 다른 실시상태는 전극 집전체가 감겨져 있는 롤러 형상의 권출기; 상기 전극 집전체 일면의 적어도 일부에 전극 활물질을 코팅하는 코팅부; 상기 전극 집전체 일면 중 상기 전극 활물질이 코팅되지 않은 영역에 전극 탭을 용접하는 용접부; 상기 전극 집전체에 상기 전극 탭이 용접된 용접 부위의 저항을 측정하여 용접상태를 검사하는 용접 검사부 및 상기 전극 탭이 포함된 상기 전극 집전체를 되감는 롤러 형상의 권취기를 포함하는 이차전지용 전극 제조장치를 제공한다.
본 발명의 다른 실시상태에 있어서, 상기 용접 검사부는 하우징 및 상기 하우징의 일면에 탈부착되고, 상기 용접 부위와 접촉하여 상기 용접 부위의 저항을 측정하는 하나 이상의 프로브를 포함하는 것인 이차전지용 전극 제조장치를 제공한다.
본 발명의 다른 실시상태에 있어서, 상기 하우징은 한 쌍으로 구비되어 분리 및 결합되고, 상기 프로브는 상기 한 쌍의 하우징 중 어느 하나의 일면에 결합되고, 다른 하나를 관통하여 구비되는 것인 이차전지용 전극 제조장치를 제공한다.
본 발명의 다른 실시상태에 있어서, 상기 용접 부위의 위치를 감지하는 감지부 및 상기 감지부로부터 감지된 상기 용접 부위 위치 데이터를 통해 상기 전극 집전체의 위치를 제어하는 제어부를 더 포함하는 이차전지용 전극 제조장치를 제공한다.
본 발명의 다른 실시상태에 있어서, 상기 용접 검사부를 지지하고, 상기 용접 검사부를 이동시키는 거치부를 더 포함하는 이차전지용 전극 제조장치를 제공한다.
본 발명의 다른 실시상태에 있어서, 상기 용접 검사부는 상기 거치부에 탈부착 가능하도록 결합되는 것인 이차전지용 전극 제조장치를 제공한다.
본 발명의 다른 실시상태에 있어서, 상기 전극 집전체를 연속적으로 이송하는 이송부를 더 포함하는 이차전지용 전극 제조장치를 제공한다.
본 발명의 실시상태들에 따른 이차전지용 용접 검사장치 및 이를 포함하는 전극 제조장치에 따르면, 무지부와 전극 탭이 용접되는 용접 부위와 접촉하는 프로브가 오염되거나 고장날 경우 교체가 용이할 수 있다.
그리고, 용접 부위의 용접상태를 실시간 검사하여 정밀하게 검사가 가능하며, 특히 용접 후의 품질평가를 위해 소요되는 인력, 시간 및 비용을 크게 줄일 수 있을 뿐만 아니라, 정밀한 검사가 가능하고, 그 결과 신뢰도를 높일 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 이차전지용 용접 검사장치의 모식도이다.
도 2는 본 발명에 따른 용접 검사부의 분해 사시도이다.
도 3은 본 발명에 따른 전극 제조장치를 도시한 도면이다.
도 4(a)는 본 발명에 따른 용접 검사부와 거치부가 분리된 상태를 도시한 단면도이고, 도 4(b)는 본 발명에 따른 용접 검사부와 거치부가 결합된 상태를 도시한 단면도이다.
본 발명에 대한 상세한 설명은 당 업계의 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 완전하게 설명하기 위한 것이다. 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 “포함”한다고 하거나, 어떤 구조와 형상을 “특징”으로 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하거나 다른 구조와 형상을 배제한다는 것이 아니라, 다른 구성요소,구조 및 형상을 포함할 수 있는 것을 의미한다.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예를 제시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 실시예의 의한 발명의 내용을 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
이하에서는 도면을 참고하여 본 발명을 상세히 설명한다. 그러나, 도면은 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명의 범위가 도면에 의하여 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명에 따른 이차전지용 용접 검사장치(100)의 모식도이고, 도 2는 본 발명에 따른 용접 검사부(120)의 분해 사시도이다.
용접 검사장치(100)는 일면에 전극 활물질이 코팅된 활물질부와 전극 활물질이 코팅되지 않은 무지부가 구비된 전극 집전체와 전극 탭을 포함하는 이차전지 반제품, 즉, 전극에서 무지부와 전극 탭이 용접된 용접 부위의 용접 상태를 검사할 수 있다.
용접 검사장치(100)는 본체(110) 및 용접 검사부(120)를 포함할 수 있고, 본체(110)는 일면에 용접 검사부(120)가 결합되고, 전극을 거치하는 지지부(111)가 포함할 수 있다.
예를 들어, 본체(110)는 용접 검사부(120)가 결합되는 본체(110)의 일면과 지지부(111)가 직각으로 구비될 수 있다.
용접 검사장치(100)는 용접 검사부(120)를 이동시키는 승하강부(130)를 더 포함할 수 있다. 승하강부(130)는 용접 검사부(120)를 지지부(111) 방향 또는 반대 방향으로 이동시킬 수 있다면 특별히 한정하지 않으나, 본체(110)의 용접 검사부(120)가 결합되는 일면에 레일(도시되지 않음)이 구비되어 승하강부(130)는 레일을 따라 이동될 수 있다. 레일은 용접 검사부(120)가 지지부(111) 방향으로 이동하거나 반대 방향으로 이동하는 경로를 제공할 수 있다.
또는, 승하강부(130)는 용접 검사부(120)의 일면에 결합되어 외부 동력(M)에 의해 상승 및 하강할 수 있다.
스프링이 포함되어 스프링의 신축 작동 및 복원력에 의해 용접 검사부(120)를 이동시킬 수 있다.
용접 검사부(120)는 하우징(121) 및 용접 부위와 접촉하여 용접 부위의 저항을 측정하는 프로브(122)를 포함할 수 있다. 이때, 프로브(122)는 하우징(121)의 일면에 탈부착 가능하도록 결합될 수 있다. 본 발명에 따른 용접 검사부(120)는 하우징(121)과 프로브(122)가 탈부착 가능하게 결합된다면 특별히 한정하지 않는다.
예를 들어, 하우징(121)과 프로브(122)가 나사 결합에 의해 탈/부착할 경우, 하우징(121)의 일면에는 내면에 나사산이 포함된 결합홈이 포함되고, 프로브(122)의 외면의 적어도 일부에는 나사산이 구비될 수 있다.
또는, 하우징(121)의 일면에 끼움홈이 구비되고, 끼움홈은 상단 내경부의 지름이 프로브(122)의 단면 지름 보다 작고, 하단 내경부 지름은 프로브(122)의 단면 지름과 동일할 수 있다. 여기서, 끼움홈의 상단은 프로브(122)가 처음 끼움홈에 인입되는 시작 부분을 의미할 수 있다.
프로브(122)는 하우징(121)의 일면에 복수개가 구비되고, 서로 이격되어 위치될 수 있다. 예를 들어, 하우징(121)의 폭은 전극 집전체의 폭과 동일하거나 더 넓게 구비될 수 있다. 그리고, 프로브(122)는 용접 부위 중 전극 집전체의 폭 방향 길이와 대응되는 길이만큼 하우징(121) 일면에 구비될 수 있다. 즉, 프로브(122)는 용접 부위의 일단에서 타단까지 접촉되어 용접 부위 전체의 저항을 측정할 수 있다.
도 2를 참고하면, 용접 검사부(120)는 하우징(121)이 한 쌍으로 구비될 수 있다. 그리고, 한 쌍의 하우징(121)은 분리 및 결합될 수 있다. 예를 들어, 한 쌍의 하우징(121)은 내면에 나사산이 구비된 하나 이상의 고정홈이 구비되어 나사에 의해 결합 및 분리될 수 있다. 한 쌍의 하우징(121)이 고정됐을 때, 나사 머리는 결합홈 내부에 위치되어, 나사의 단면이 용접 부위가 접촉되는 것을 방지할 수 있다.
그리고, 프로브(122)는 한 쌍의 하우징(121) 중 하나의 하우징(121) 일면에 결합되고, 다른 하나의 하우징(121)을 관통하여 돌출될 수 있다.
본 발명에 따른 용접 검사장치(100)는 판단부(도시되지 않음)를 더 포함할 수 있다. 판단부는 기준값과 용접 검사부(120)에서 측정된 저항값을 비교하여 용접 부위의 용접 상태를 판단할 수 있다.
기준값은 용접 상태를 판단하는 기준 저항값으로 용접시 에너지 강도에 따른 저항값이다. 구체적으로는, 저항 측정을 위한 조건과 동일한 조건에서, 양품 전극을 기준으로 용접 부위의 저항을 미리 측정하고 이를 기준값으로 설정할 수 있다. 양품 전극에 대한 저항 범위를 벗어나는 경우에는 불량으로 판정하게 된다.
예를 들어, 판단부는 용접 검사부(120)에서 측정된 저항이 기 저장된 저항값보다 높으면 용접 상태가 불량하다고 판정할 수 있다.
기준값은 판단부에 기 저장되거나 판단부가 용접 상태를 판단할 때 외부로부터 기준값 데이터를 전달받을 수 있다.
도 3은 본 발명에 따른 전극 제조장치(200)를 도시한 도면이다. 전극 제조장치(200)는 권출기(210), 코팅부(220), 용접부(230), 용접 검사부(120) 및 권취기(240)를 포함한다.
권출기(210)는 전극 집전체가 감겨져 있는 롤러 형상으로 구비된다. 권출기(210)는 전극 집전체를 권출시켜 전극 집전체를 코팅부(220)로 공급할 수 있다.
여기서, 전극 집전체는 전자가 원호라하게 흐르는 통로 역할을 할 수 있는 소재라면 특별히 한정하지 않으나, 구리, 스테인레스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소, 구리나 스테인레스 스틸의 표면에 카본, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면처리한 것, 알루미늄-카드뮴 합금 등이 사용될 수 있다. 나아가, 전극 집전체는 시트 형태로 구비될 수 있다.
코팅부(220)는 전극 집전체 일면의 적어도 일부에 전극 활물질을 코팅한다. 코팅부(220)는 전극 활물질 일면에 전극 활물질을 코팅한 활물질부 및 전극 활물질이 코팅되지 않은 무지부를 형성할 수 있다. 즉, 코팅부(220)는 전극 집전체 일면에 전극 활물질을 간헐적으로 코팅할 수 있다.
코팅부(220)는 전극 일면에 전극 활물질을 코팅할 수 있다면 그 형태는 특별히 한정하지 않으나, 코팅 다이, 코팅 롤, 또는 슬라이드-슬롯 등의 종래 알려진 코팅 장치에 의해 코팅될 수 있다.
본 발명에 따른 전극 제조장치(200)는 건조부(도시되지 않음)를 더 포함할 수 있다. 건조부는 전극 집전체의 이송방향을 기준으로 코팅부(220)의 후단에 위치되어, 코팅부(220)에 의해 전극 집전체 일면에 코팅된 전극 활물질을 건조할 수 있다. 즉, 건조부는 전극 활물질에 포함된 용매를 증발시키는 것으로, 그 형태는 특별히 한정하지 않으나, 가열식, 및/또는 열풍식으로 수행될 수 있다.
용접부(230)는 전극 집전체 일면 중 전극 활물질이 코팅되지 않은 영역에 전극 탭을 용접한다. 다시 말해, 용접부(230)는 무지부에 전극 탭을 용접할 수 있다.
용접부(230)는 무지부에 전극 탭을 용접할 수 있다면 그 방법은 특별히 한정하지 않으나, 용접부(230)는 레이저 또는 초음파용접에 의해 전극 탭을 무지부에 결합시킬 수 있다.
용접 검사부(120)는 전극 집전체에 전극 탭이 용접된 용접 부위의 저항을 측정하여 용접 부위의 용접상태를 검사하는 것으로, 이차전지용 용접 검사장치(100)의 용접 검사부(120)와 중복된 구성의 설명을 인용할 수 있다.
전극 제조장치(200)는 용접 부위의 위치를 감지하는 감지부(도시되지 않음)를 더 포함할 수 있다.
전극 제조장치(200)는 권출기(210)에서 권취기(240)로 이동하는 전극 집전체를 용접 검사부(120)가 위치된 부분에서 잠시 멈춘 후, 용접 부위의 용접상태를 측정하고 다시 전극 집전체를 이동시킬 수 있다. 따라서, 용접 검사부(120)의 프로브(122)가 구비된 위치와 대응되게 용접 부위를 위치시키기 위해 용접 부위의 위치를 감지하는 감지부가 필요하다.
일 실시예에 있어서, 감지부는 하우징(121)에 위치되거나, 후술되는 거치부(270)에 위치될 수 있다.
전극 제조장치(200)는 용접 검사부(120)를 지지하고, 용접 검사부(120)를 이동시키는 거치부(270)를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 전극 조립체가 중력 방향과 수평한 방향으로 이동하면, 거치부(270)는 용접 검사부(120)를 좌/우로 이동시켜 전극 탭의 용접 부위에 프로브(122)를 접촉시킬 수 있다.
다른 실시예에 있어서, 전극 조립체가 중력 방향과 수직한 방향으로 이동하면, 거치부(270)는 용접 검사부(120)를 상/하로 이동시켜 전극 탭의 용접 부위에 프로브(122)를 접촉시킬 수 있다.
그리고, 용접 검사부(120)는 거치부(270)에 탈부착 가능하도록 결합될 수 있다. 예를 들어, 용접 검사부(120)의 하우징(121) 및 거치부(270)는 고정홈이 포함되어, 하나의 나사를 통해 용접 검사부(120)와 거치부(270)가 결합될 수 있다. 이때, 하우징(121)은 고정홈이 관통되어 구비되고, 거치부(270)는 고정홈이 거치부(270)의 두께보다 얕은 깊이로 구비될 수 있다.
전극 제조장치(200)는 감지부로부터 감지된 용접 부위의 위치 데이터를 통해 전극 집전체의 위치를 제어하는 제어부(도시되지 않음)를 더 포함할 수 있다.
그리고, 제어부는 용접 검사부(120)의 이동 또한 제어할 수 있다. 제어부는 감지부로부터 용접 부위가 프로브(122)가 구비된 위치와 대응되게 위치되게 되면 거치부(270)를 통해 용접 검사부(120)를 좌/우 또는 상/하로 이동시켜 용접 부위에 프로브(122)를 접촉시킬 수 있다.
권취기(240)는 권출기(210)와 동일하게, 전극 집전체를 롤에 감는 것으로, 전극 탭이 포함된 전극 집전체를 되감는 롤러 형상으로 구비된다.
전극 제조장치(200)는 이송부(250)를 더 포함할 수 있다. 이송부(250)는 권출기(210)로부터 권출되는 전극 집전체를 송부 받아, 코팅부(220), 건조부, 용접부(230), 및 용접 검사부(120)의 순서로 전극 집전체를 이송시키는 역할을 수행할 수 있다. 예를 들어, 이송부(250)는 롤투롤일 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
100: 이차전지용 용접 검사장치
110: 본체
111: 지지부
120: 용접 검사부
121: 하우징
122: 프로브
130: 승하강부
200: 전극 제조장치
210: 권출기
220: 코팅부
230: 용접부
240: 권취기
250: 이송부
260: 건조부
270: 거치부

Claims (10)

  1. 무지부와 전극탭이 용접된 용접 부위의 용접 상태를 검사하기 위한 이차전지용 용접 검사장치에 있어서,
    하우징 및 상기 하우징의 일면에 탈부착 가능하도록 결합되고, 상기 용접 부위와 접촉하여 상기 용접 부위의 저항을 측정하는 프로브를 포함하는 용접 검사부를 포함하는 이차전지용 용접 검사장치.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 하우징은 한 쌍으로 구비되어 분리 및 결합되고,
    상기 프로브는 상기 한 쌍의 하우징 중 어느 하나의 하우징 일면에 결합되고, 다른 하나의 하우징을 관통하여 돌출되는 것인 이차전지용 용접 검사장치.
  3. 청구항 1에 있어서, 기준값과 상기 용접 검사부에서 측정된 저항값을 비교하여 상기 용접 부위의 용접 상태를 판단하는 판단부를 더 포함하는 이차전지용 용접 검사장치.
  4. 전극 집전체가 감겨져 있는 롤러 형상의 권출기;
    상기 전극 집전체 적어도 일부에 전극 활물질을 코팅하는 코팅부;
    상기 전극 집전체 중 상기 전극 활물질이 코팅되지 않은 무지부에 전극 탭을 용접하는 용접부;
    상기 무지부와 상기 전극 탭이 용접된 용접 부위의 저항을 측정하여 용접상태를 검사하는 용접 검사부 및
    상기 전극 탭이 포함된 상기 전극 집전체를 되감는 롤러 형상의 권취기
    를 포함하는 이차전지용 전극 제조장치.
  5. 청구항 4에 있어서, 상기 용접 검사부는 하우징 및 상기 하우징의 일면에 탈부착되고, 상기 용접 부위와 접촉하여 상기 용접 부위의 저항을 측정하는 하나 이상의 프로브를 포함하는 것인 이차전지용 전극 제조장치.
  6. 청구항 5에 있어서, 상기 하우징은 한 쌍으로 구비되어 분리 및 결합되고,
    상기 프로브는 상기 한 쌍의 하우징 중 어느 하나의 일면에 결합되고, 다른 하나를 관통하여 구비되는 것인 이차전지용 전극 제조장치.
  7. 청구항 4에 있어서, 상기 용접 부위의 위치를 감지하는 감지부 및 상기 감지부로부터 감지된 상기 용접 부위 위치 데이터를 통해 상기 전극 집전체의 위치를 제어하는 제어부를 더 포함하는 이차전지용 전극 제조장치.
  8. 청구항 4에 있어서, 상기 용접 검사부를 지지하고, 상기 용접 검사부를 이동시키는 거치부를 더 포함하는 이차전지용 전극 제조장치.
  9. 청구항 8에 있어서, 상기 용접 검사부는 상기 거치부에 탈부착 가능하도록 결합되는 것인 이차전지용 전극 제조장치.
  10. 청구항 4에 있어서, 상기 전극 집전체를 연속적으로 이송하는 이송부를 더 포함하는 이차전지용 전극 제조장치.
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