KR20240007603A - 이차 전지를 제조하는 장치 및 이를 이용한 이차 전지를제조하는 방법 - Google Patents
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Abstract
예시적인 실시예들에 따르면, 이차 전지를 제조하는 장치가 제공된다. 상기 장치는, 전극 리드 및 버스 바를 고정하도록 구성되고 상기 전극 리드 및 상기 버스 바를 노출시키는 개구를 정의하는 제1 내지 제4 내측벽들을 포함하는 마스킹 지그; 웰딩 빔을 생성하도록 구성된 제1 빔 소스; 검사 빔을 생성하도록 구성된 제2 빔 소스; 상기 웰딩 빔 및 상기 검사 빔을 전극 리드 및 버스 바로 지향시키도록 구성된 스캐너 헤드; 검출기; 프로세서; 및 컨트롤러를 포함한다.
Description
본 발명은 이차 전지를 제조하는 장치 및 이를 이용한 이차 전지를 제조하는 방법에 관한 것이다.
이차 전지는 일차 전지와 달리 복수번의 충방전이 가능하다. 이차 전지는 핸드셋, 노트북, 무선 청소기 등의 다양한 무선 기기의 에너지원으로 광범위하게 사용되고 있다. 최근, 에너지 밀도 개선 및 규모의 경제로 인해 이차 전지의 단위 용량당 제조 비용이 획기적으로 감소하고, BEV(battery electric vehicle)의 항속거리가 연료 차량과 동등한 수준으로 증가함에 따라, 이차 전지의 주요 쓰임새는 모바일 기기에서 모빌리티로 이동하고 있다.
모빌리티용 이차 전지의 가파른 수요의 성장을 맞추기 위해, 셀 제조 업체들은 막대한 자본적 지출을 감당하고 있다. 각 기업들은 투하 자본 수익률의 극대화를 위해 라인당 생산성을 제고하고 있으며, 이를 위해 수율의 향상 및 생산성의 향상을 위한 다양한 영구들이 지속되고 있다.
본 발명의 기술적 사상이 해결하고자 하는 과제는 생산성이 이차 전지를 제조하는 장치 및 이를 이용한 이차 전지를 제조하는 방법을 제공하는 것이다.
상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 예시적인 실시예들에 따르면, 이차 전지를 제조하는 장치가 제공된다. 상기 장치는, 전극 리드 및 버스 바를 고정하도록 구성되고 상기 전극 리드 및 상기 버스 바를 노출시키는 개구를 정의하는 제1 내지 제4 내측벽들을 포함하는 마스킹 지그; 웰딩 빔을 생성하도록 구성된 제1 빔 소스; 검사 빔을 생성하도록 구성된 제2 빔 소스; 상기 웰딩 빔 및 상기 검사 빔을 전극 리드 및 버스 바로 지향시키도록 구성된 스캐너 헤드; 상기 스캐너 헤드를 이동시키도록 구성된 서보 모터; 상기 전극 리드 및 상기 버스 바로부터 반사된 상기 검사 빔의 부분인 반사 빔을 감지하도록 구성된 검출기; 상기 검출기에 의해 생성된 검사 신호에 기초하여 상기 제1 내측벽의 제1 좌표들 및 제2 내측벽의 제2 좌표들을 포함하는 개구 데이터를 수집하도록 구성된 프로세서; 및 상기 전극 리드 및 상기 버스 바의 개구 데이터에 기초하여 상기 서보 모터를 제어하도록 구성된 컨트롤러를 포함한다.
상기 프로세서는 상기 개구 데이터에 기초하여 상기 개구의 중심선의 좌표들을 산출하도록 구성된다.
상기 개구의 중심선의 상기 좌표들은 상기 제1 내측벽의 제1 좌표들 및 상기 제2 내측벽의 제2 좌표들의 평균이다.
상기 컨트롤러는 상기 중심선의 상기 좌표에 기초하여 상기 전극 리드 및 상기 버스 바의 용접 위치들을 교정하도록 구성된다.
상기 용접 위치들은 상기 웰딩 빔에 의한 용접이 예정된 상기 전극 리드 및 상기 버스 바의 부분이다.
상기 개구의 길이는 상기 전극 리드의 폭보다 더 크다.
상기 스캐너 헤드는 복수의 나선형 라인들을 따라서 상기 전극 리드 및 상기 버스 바를 상기 웰딩 빔으로 스캐닝하도록 구성된다.
상기 복수의 나선형 라인들 각각의 중심은 상기 마스킹 지그의 상기 개구의 중심선에 있다.
예시적인 실시예들에 따르면, 이차 전지를 제조하는 방법이 제공된다. 상기 방법은, 마스킹 지그의 개구를 통해 버스 바 및 전극 리드를 검사 빔으로 스캐닝하는 단계; 교정된 용접 위치들을 산출하도록 상기 버스 바 및 상기 전극 리드의 용접 위치들의 좌표를 교정하는 단계; 및 상기 교정된 용접 위치들에 기초하여 상기 버스 바 및 상기 전극 리드를 용접하는 단계를 포함하되, 상기 마스킹 지그는 상기 전극 리드 및 상기 버스 바를 가압하도록 구성된다.
상기 마스킹 지그는 상기 개구를 정의하는 제1 및 제2 내측벽들을 포함한다.
상기 제1 및 제2 내측벽들 각각의 길이는 상기 전극 리드의 폭보다 더 크다.
상기 버스 바 및 상기 전극 리드를 상기 검사 빔으로 스캐닝하는 단계는 상기 마스킹 지그의 상기 개구를 나타내는 개구 데이터를 수집하는 것을 포함한다.
상기 개구 데이터는 상기 제1 내측벽의 제1 좌표들 및 상기 제2 내측벽의 제2 좌표들을 포함한다.
상기 용접 위치는 상기 마스킹 지그의 중심선의 좌표들을 포함하는 중심선 데이터에 기초하여 교정된다.
상기 중심선 데이터는 상기 개구 데이터에 기초하여 수집된다.
상기 중심선의 상기 좌표들은 상기 제1 내측벽의 상기 제1 좌표들 및 상기 제2 내측벽의 상기 제2 좌표들의 평균이다.
상기 교정된 용접 위치들은 상기 중심선 상에 있다.
상기 방법은 상기 버스 바 및 상기 전극 리드의 3차원 이미지에 기초하여 상기 전극 리드의 불량을 결정하는 단계를 더 포함한다.
상기 버스 바 및 상기 전극 리드의 3차원 이미지는 상기 버스 바 및 상기 전극 리드를 검사 빔의 스캐닝에 의해 캡처된다.
상기 개구는 상기 버스 바의 표면을 노출시키는 제1 부분 및 상기 전극 리드의 표면을 노출시키는 제2 부분을 포함하고, 및 상기 전극 리드의 상기 불량은 상기 제1 부분에서 측정된 깊이와 상기 제2 부분에서 측정된 깊이의 차이에 기초하여 결정된다.
예시적인 실시예들에 따르면, 이차 전지를 제조하는 방법이 제공된다. 상기 방법은, 마스킹 지그의 개구를 통해 버스 바 및 전극 리드를 검사 빔으로 스캐닝하는 단계로서, 상기 마스킹 지그는 상기 개구를 정의하는 제1 및 제2 내측벽들을 포함하고; 및 상기 제1 및 제2 내측벽들의 프로파일에 기초하여 상기 마스킹 지그의 오염을 모니터링하는 단계를 포함한다.
상기 마스킹 지그의 상기 오염은 상기 제1 및 제2 내측벽들의 상기 프로파일의 조도에 기초하여 모니터링된다.
상기 마스킹 지그의 상기 오염은 상기 제1 및 제2 내측벽들의 사이의 거리에 기초하여 모니터링된다.
본 발명의 예시적인 실시예들에 따른 이차 전지를 제조하는 방법은 OCT(Optical Coherence Tomography)에 기초하여 부품들의 개구 데이터 및 중심선 데이터를 수집하고, 개구 데이터 및 중심선 데이터에 기초하여 버스 바 및 전극 리드를 용접할 수 있다. OCT는 부품들의 3차원 형상을 결정하는 바, 표면 조도에 의한 오차가 없다. 또한 OCT 광학계가 웰딩 빔 광학계의 스캐너 헤드에 커플링되는 바, 오토 포커싱 및 중심부의 검사를 위해 소요되는 스캐너 헤드의 이동 시간을 최소화할 수 있는 바, 이차 전지의 생산성이 제고될 수 있다.
본 발명의 예시적인 실시예들에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 아니하며, 언급되지 않은 다른 효과들은 이하의 설명으로부터 본 개시의 예시적인 실시예들이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 도출되고 이해될 수 있다. 즉, 본 개시의 예시적인 실시예들을 실시함에 따른 의도하지 않은 효과들 역시 본 개시의 예시적인 실시예들로부터 당해 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 도출될 수 있다.
도 1은 예시적인 실시예들에 따른 이차 전지 제조 장치를 나타내는 도면이다.
도 2는 마스킹 지그를 나타내는 사시도이다.
도 3은 마스킹 지그를 나타내는 평면도이다.
도 4는 예시적인 실시예들에 따른 이차 전지를 제조하는 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 5는 예시적인 실시예들에 따른 이차 전지를 제조하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 예시적인 실시예들에 따른 이차 전지를 제조하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 예시적인 실시예들에 따른 이차 전지를 제조하는 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 8은 예시적인 실시예들에 따른 이차 전지를 제조하는 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 2는 마스킹 지그를 나타내는 사시도이다.
도 3은 마스킹 지그를 나타내는 평면도이다.
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도 5는 예시적인 실시예들에 따른 이차 전지를 제조하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 예시적인 실시예들에 따른 이차 전지를 제조하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 예시적인 실시예들에 따른 이차 전지를 제조하는 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 8은 예시적인 실시예들에 따른 이차 전지를 제조하는 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
또한, 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
본 발명의 실시형태는 통상의 기술자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이므로 도면에서의 구성요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시될 수 있다. 따라서, 각 구성요소의 크기나 비율은 실제적인 크기나 비율을 전적으로 반영하는 것은 아니다.
(제1 실시예)
도 1은 예시적인 실시예들에 따른 이차 전지 제조 장치(100)를 나타내는 도면이다.
도 2는 마스킹 지그(170)를 나타내는 사시도이다.
도 3은 마스킹 지그(170)를 나타내는 평면도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 예시적인 실시예들에 따르면, 이차 전지 제조 장치(100)는 제1 빔 소스(110), 스캐너 헤드(120), OCT 광학계(130), 프로세서(140), 컨트롤러(150), 서보 모터(160) 및 마스킹 지그(170)를 포함할 수 있다.
이차 전지 제조 장치(100)는 전극 리드(EL) 및 버스 바(BB)를 처리하도록 구성될 수 있다. 이차 전지 제조 장치(100)는 레이저 용접을 수행하도록 구성될 수 있다. 이차 전지 제조 장치(100)는 전극 리드(EL) 및 버스 바(BB)를 용접하도록 구성될 수 있다.
제1 빔 소스(110)는 레이저(Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation) 장치일 수 있다. 제1 빔 소스(110)는 웰딩 빔(WB)을 생성하도록 구성될 수 있다. 웰딩 빔(WB)은 레이저 빔일 수 있다. 예시적인 실시예들에 따르면, 웰딩 빔(WB)은 근적외선일 수 있다. 예시적인 실시예들에 따르면, 웰딩 빔(WB)의 파장은 약 750nm 내지 약 2500nm의 범위에 있을 수 있다. 예시적인 실시예들에 따르면, 웰딩 빔(WB)의 파장은 약 1070nm일 수 있다.
일 예로, 제1 빔 소스(110)는 반도체 레이저 장치, 엔디-야그(Nd: YAG) 레이저 장치, 티타늄-사파이어(Ti-Sapphire) 레이저 장치, 광 섬유 레이저 장치와 같은 고체 레이저 장치 일 수 있다. 다른 예로, 제1 빔 소스(110)는 색소 레이저 장치와 같은 액체 레이저일 수 있다. 다른 예로, 제1 빔 소스(110)는 헬륨-네온 레이저, 이산화탄소 레이저, 엑싸이머(Excimer) 레이저 등과 같은 기체 레이저 장치일 수 있다.
제1 빔 소스(110)에 의해 생성된 웰딩 빔(WB)은 스캐너 헤드(120)에 커플링될 수 있다. 예시적인 실시예들에 따르면, 웰딩 빔(WB)은 자유 공간 광학계(Free Space Optics, 광 집적 회로(Optical Integrated Circuit) 및 파이버 광학계 중 어느 하나를 통해 스캐너 헤드(120)에 전달될 수 있다.
OCT 광학계(130)는 제2 빔 소스(131), 빔 스플리터(133), 기준 미러(135), 검출기(137), 제1 스캐닝 미러(138) 및 제2 스캐닝 미러(139)를 포함할 수 있다.
OCT 광학계(130)는 전극 리드(EL) 및 버스 바(BB)의 3차원 이미지를 캡처하도록 구성될 수 있다. OCT 광학계(130)는 마이켈슨 간섭계에 기초할 수 있다. OCT 광학계의 동작은 기준 빔(RFB)과 반사 빔(RB) 사이의 위상 지연에 기초할 수 있다. 위상 지연은 반사 빔(RB)과 기준 빔(RFB) 사이의 비행 시간(Time of Flight)의 차이를 나타내며, 비행 시간의 차이는 전극 리드(EL) 및 버스 바(BB)의 3차원 이미지에 대한 정보를 포함할 수 있다. 반사 빔(RB)은 시료(즉, 전극 리드(EL) 및 버스 바(BB))에 반사된 검사 빔(IB)의 부분일 수 있다. 전극 리드(EL) 및 버스 바(BB)의 표면을 검사 빔(IB)으로 스캐닝함으로써, 스캐닝된 전극 리드(EL) 및 버스 바(BB)의 부분의 깊이 프로파일(즉, 전극 리드(EL) 및 버스 바(BB)의 X 방향 및 Y 방향의 좌표에 따른 깊이)을 얻을 수 있고, 이에 따라, 전극 리드(EL) 및 버스 바(BB)의 3차원 이미지가 캡처될 수 있다. 여기서 깊이는, 전극 리드(EL) 및 버스 바(BB)의 어셈블리의 최상 표면(Uppermost surface)의 Z 방향의 좌표이다.
여기서 X 방향 및 Y 방향은 버스 바(BB)의 표면에 실질적으로 평행한 방향들이며, Z 방향은 버스 바(BB)의 표면에 실질적으로 수직한 방향이다. X 방향, Y 방향 및 Z 방향은 서로 실질적으로 수직할 수 있다.
X 방향, Y 방향 및 Z 방향은 마스킹 지그(170)의 개구(170H)를 기준으로 정의될 수도 있다. 예컨대, Z 방향은 마스킹 지그(170)의 개구(170H)의 깊이 방향일 수 있고, X 방향은 개구(170H)를 정의하는 제1 및 제2 내측벽들(170S1, 170S2)의 연장 방향이며, Y 방향은 개구(170H)를 정의하는 제3 및 제4 내측벽들(170S1, 170S2)의 연장 방향일 수 있다.
제2 빔 소스(131)는 레이저 장치일 수 있다. 제2 빔 소스(131)는 검사 빔(IB)을 생성하도록 구성될 수 있다. 검사 빔(IB)은 레이저 빔일 수 있다. 예시적인 실시예들에 따르면, 검사 빔(IB)은 근적외선일 수 있다. 예시적인 실시예들에 따르면, 검사 빔(IB)의 파장은 약 750nm 내지 약 2500nm의 범위에 있을 수 있다. 예시적인 실시예들에 따르면, 검사 빔(IB)의 파장은 웰딩 빔(WB)의 파장과 다를 수 있다. 예시적인 실시예들에 따르면, 검사 빔(IB)의 파장은 웰딩 빔(WB)의 파장보다 더 짧을 수 있다. 예시적인 실시예들에 따르면, 검사 빔(IB)의 파장은 약 820nm일 수 있다.
예시적인 실시예들에 따르면, 검사 빔(IB)은 시준될 수 있다. 예시적인 실시예들에 따르면, 검사 빔(IB)은 평행광일 수 있다. 즉, 검사 빔(IB)은 비수렴광이고, 비발산광일 수 있다. 예시적인 실시예들에 따르면, 제2 빔 소스(131)가 시준 렌즈를 포함하거나, 또는, 제2 빔 소스(131)와 빔 스플리터(133)의 사이에 시준 렌즈가 개재될 수 있다.
빔 스플리터(133)는 스캐너 헤드(120)와 제2 빔 소스(131) 사이의 검사 빔(IB)의 광 경로 상에 있을 수 있다. 검사 빔(IB)은 빔 스플리터(133)로 전달될 수 있다. 빔 스플리터(133)는 검사 빔(IB)을 분할하도록 구성될 수 있다. 비제한적 예시로서, 빔 스플리터(133)는 검사 빔(IB)의 일부를 투과시키고, 기준 빔(RFB)을 생성하도록 검사 빔(IB)의 일부를 반사하도록 구성될 수 있다. 빔 스플리터(133)의 반사율은 빔 스플리터(133)의 투과율과 실질적으로 동일할 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다. 빔 스플리터(133)의 반사율이 빔 스플리터(133)의 투과율보다 높거나, 또는 빔 스플리터(133)의 반사율이 빔 스플리터(133)의 투과율보다 낮을 수도 있다.
기준 빔(RFB)은 기준 미러(135)에 의해 반사되고 빔 스플리터(133)를 투과하여 검출기(137)에 전달될 수 있다. 빔 스플리터(133)를 투과한 검사 빔(IB)은 제1 및 제2 스캐닝 미러들(138, 139)를 순차로 경유하고 스캐너 헤드(120)에 커플링될 수 있다.
제1 스캐닝 미러(138)는 빔 스플리터(133)와 스캐너 헤드(120) 사이의 검사 빔(IB)의 광 경로에 있을 수 있다. 제2 스캐닝 미러(139)는 제1 스캐닝 미러(138)와 스캐너 헤드(120) 사이의 검사 빔(IB)의 광 경로에 있을 수 있다. 제1 및 제2 스캐닝 미러들(138, 139) 각각은 갈보 미러일 수 있다. 제1 및 제2 스캐닝 미러들(138, 139) 각각은 반사면 및 상기 반사면을 구동(예컨대, 회전 구동)하도록 구성된 서보 모터를 포함할 수 있다. 제1 및 제2 스캐닝 미러들(138, 139)의 구동에 의해 전극 리드(EL) 및 버스 바(BB)가 검사 빔(IB)으로 스캐닝될 수 있다.
스캐너 헤드(120)는 이색 거울(Dichroic Mirror)(121), 제1 스캐닝 미러(123), 제2 스캐닝 미러(124) 및 렌즈들(125, 127)을 포함할 수 있다. 스캐너 헤드(120)는 웰딩 빔(WB) 및 검사 빔(IB)을 전극 리드(EL) 및 버스 바(BB)에 지향시키도록 구성될 수 있다. 이에 따라, 전극 리드(EL) 및 버스 바(BB)는 검사 빔(IB)에 의해 검사되고, 및 웰딩 빔(WB)에 의해 용접될 수 있다. 스캐너 헤드(120)는 웰딩 빔(WB) 및 검사 빔(IB)으로 전극 리드(EL) 및 버스 바(BB)를 스캐닝할 수 있다.
스캐너 헤드(120)에 커플링된 검사 빔(IB) 및 웰딩 빔(WB)은 이색 거울(121)에 전달될 수 있다. 이색 거울(121)은 제1 빔 소스(110)와 전극 리드(EL) 및 버스 바(BB) 사이의 광 경로에 있을 수 있다. 이색 거울(121)은 제2 스캐닝 미러(139)와 전극 리드(EL) 및 버스 바(BB) 사이의 광 경로에 있을 수 있다. 이색 거울(121)에 의해 반사된 검사 빔(IB)과 이색 거울(121)을 투과한 웰딩 빔(WB)이 유사한(또는 실질적으로 동일한) 광 경로를 가질 수 있다. 이색 거울(121)에 의해 반사된 검사 빔(IB)의 광축과 이색 거울(121)을 투과한 웰딩 빔(WB)의 광축은 적어도 부분적으로 중첩될 수 있다. 이에 따라, 검사 빔(IB)에 의한 웰딩 빔(WB)의 오토 포커싱이 달성될 수 있다. 이색 거울(121)은 비제한적 예시로서, 분산 브래그 반사경(Distributed Bragg Reflector)을 포함할 수 있다.
이색 거울(121)은 웰딩 빔(WB)에 대해 높은 투과율을 가질 수 있다. 예컨대, 웰딩 빔(WB)의 파장 대역에 대한 이색 거울(121)의 투과율은 90% 이상일 수 있다. 예컨대, 웰딩 빔(WB)의 파장 대역에 대한 이색 거울(121)의 투과율은 95% 이상일 수 있다. 예컨대, 웰딩 빔(WB)의 파장 대역에 대한 이색 거울(121)의 투과율은 99% 이상일 수 있다.
이색 거울(121)은 검사 빔(IB)에 대해 높은 반사율을 가질 수 있다. 예컨대, 검사 빔(IB)의 파장 대역에 대한 이색 거울(121)의 반사율은 90% 이상일 수 있다. 예컨대 검사 빔(IB)의 파장 대역에 대한 이색 거울(121)의 반사율은 95% 이상일 수 있다. 예컨대, 검사 빔(IB) 이색 거울(121)의 반사율은 99% 이상일 수 있다.
이색 거울(121)에 의해 반사된 검사 빔(IB) 및 이색 거울(121)을 투과한 웰딩 빔(WB)은 제1 스캐닝 미러(123), 제2 스캐닝 미러(124) 및 렌즈들(125, 127)을 순차로 경유한 후 전극 리드(EL) 및 버스 바(BB)에 조사될 수 있다. 하지만 이에 제한되는 것은 아니고, 이색 거울(121)은 웰딩 빔(WB)을 반사하도록 구성되고, 및 검사 빔(IB)을 투과시키도록 구성될 수도 있다. 이 경우, 이색 거울은 웰딩 빔의 파장 대역에 대해 높은 반사율을 갖고, 검사 빔의 파장 대역에 대해 높은 투과율을 가질 수 있다.
제1 스캐닝 미러(123)는 이색 거울(121)과 전극 리드(EL) 및 버스 바(BB) 사이의 검사 빔(IB) 및 웰딩 빔(WB)의 광 경로에 있을 수 있다. 제2 스캐닝 미러(124)는 제1 스캐닝 미러(123)와 전극 리드(EL) 및 버스 바(BB) 사이의 검사 빔(IB) 및 웰딩 빔(WB)의 광 경로에 있을 수 있다. 제1 및 제2 스캐닝 미러들(123, 124) 각각은 갈보 미러일 수 있다. 제1 및 제2 스캐닝 미러들(123, 124) 각각은 반사면 및 상기 반사면을 구동(예컨대, 회전 구동)하도록 구성된 서보 모터를 포함할 수 있다. 제1 및 제2 스캐닝 미러들(123, 124)의 구동에 의해 전극 리드(EL) 및 버스 바(BB)는 검사 빔(IB) 및 웰딩 빔(WB)으로 스캐닝될 수 있다.
예시적인 실시예들에 따르면, 제1 및 제2 스캐닝 미러들(123, 124)은 웰딩 빔(WB)에 더해 검사 빔(IB)으로 전극 리드(EL) 및 버스 바(BB)를 스캐닝하도록 구성될 수 있고, 이에 따라, 제1 및 제2 스캐닝 미러들(138, 139)은 생략되거나, 또는, 비 갈보 미러(즉, 비 구동 고정 미러)로 대체될 수도 있다.
렌즈들(125, 127) 각각은 스캐닝 렌즈일 수 있다. 예컨대, 렌즈들(125, 127) 중 하나는 에프-세타(F-Theta) 스캐닝 렌즈일 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다. 렌즈들(125, 127) 중 하나는 플랫 필드(Flat Field) 스캐닝 렌즈이거나, 텔레센트릭 에프-세타 스캐닝 렌즈일 수도 있다.
에프-세타 렌즈는 갈보 스캐너 기반 레이저 툴링 시스템을 위한 표준 렌즈이다. 회절 한계, 다중 요소 및 공간 이격(air-spaced) 렌즈 디자인은 이미지 평면의 플랫 필드와 낮은 에프-세타 왜곡에 최적화되어 있다. 에프-세타 렌즈에서 출력 빔의 변위는 f*θ와 같다. 여기서 θ는 입력 빔의 입사각이고, f는 초점 거리다. 따라서 입력 빔과 출력 빔의 각속도(angular velocities)는 정비례하고, 이는 스캐닝 미러의 일정한 각속도에서의 작동 및 제어 장치의 단순화를 허용할 수 있다.
도 1에서, 도시의 편의를 위해 검사 빔(IB) 및 웰딩 빔(WB)이 동시에 도시되었으나, 검사 빔(IB) 및 웰딩 빔(WB)은 별도로 전극 리드(EL) 및 버스 바(BB)에 조사될 수도 있다. 예컨대, 검사 빔(IB)에 의해 전극 리드(EL) 및 버스 바(BB)가 검사된 후 웰딩 빔(WB)에 의해 전극 리드(EL) 및 버스 바(BB)의 요소들이 용접될 수 있다.
전극 리드(EL) 및 버스 바(BB) 상의 웰딩 빔(WB)의 면적은 전극 리드(EL) 및 버스 바(BB) 상의 검사 빔(IB)의 면적과 다를 수 있다. 전극 리드(EL) 및 버스 바(BB) 상의 웰딩 빔(WB)의 면적은 전극 리드(EL) 및 버스 바(BB) 상의 검사 빔(IB)의 면적보다 더 클 수 있다. 웰딩 빔(WB)은 전극 리드(EL) 및 버스 바(BB)의 넓은 영역을 커버하는 바, 이차 전지를 제조하는 장치(100)의 스루 풋이 제고될 수 있다. 검사 빔(IB)은 전극 리드(EL) 및 버스 바(BB)의 좁은 영역을 커버하는 바(즉, 좁은 FOV(Field of View)를 갖는 바), OCT 광학계(130)에 의한 전극 리드(EL) 및 버스 바(BB)의 3차원 모델링의 해상도가 제고될 수 있다.
전극 리드(EL)는 셀 스택의 복수의 배터리 셀들 각각의 출력 단자일 수 있다. 셀 스택은 복수의 배터리 셀들 및 복수의 분리기들을 포함할 수 있다. 복수의 배터리 셀들은 케이스 전극 어셈블리, 전해액 및 전극 리드(EL)를 포함할 수 있다. 케이스는, 파우치 케이스, 원통 케이스 및 각형 케이스 중 어느 하나일 수 있다. 전극 어셈블리는 젤리-롤 타입 및 스택 타입 중 어느 하나일 수 있다. 젤리 롤 타입의 전극 어셈블리는 양극, 음극 및 그들 사이에 개재된 분리막의 권취 구조를 포함할 수 있다. 스택 타입의 전극 어셈블리는 순차로 적층된 복수의 양극들, 복수의 음극들 및 그들 사이에 개재된 복수의 분리막들을 포함할 수 있다. 전극 리드(EL)는 양극 탭 및 음극 탭 중 어느 하나와 연결될 수 있다.
복수의 배터리 셀들 중 병렬로 연결된 것들은 복수의 뱅크들을 구성할 수 있다. 복수의 뱅크들은 직렬로 연결될 수 있다. 복수의 뱅크들 각각의 병렬로 연결된 배터리 셀들의 수는 셀 스택을 통해 출력하고자 하는 전류의 크기에 따라 결정될 수 있다. 직렬로 연결된 복수의 뱅크들의 개수는 셀 스택을 통해 출력하고자 하는 전압의 크기에 따라 결정될 수 있다.
복수의 분리기들은 복수의 배터리 셀들을 수평으로 지지함으로써, 복수의 배터리 셀들의 스웰링을 방지할 수 있다. 예시적인 실시예들에 따르면, 복수의 분리기들은 열적 장벽(Thermal Barrier)일 수도 있다.
버스 바 어셈블리(BA)는 버스 바 프레임(BF) 및 버스 바(BB)를 포함할 수 있다. 버스 바(BB)는 셀 스택의 전압 및 전류를 출력하기 위한 외부 접속 단자일 수 있고, 셀 스택의 전극 리드(EL)에 결합될 수 있다. 버스 바 프레임(BF)은 버스 바(BB) 및 셀 스택의 전극 리드들(EL)을 지지할 수 있다. 버스 바 어셈블리(BA)는 버스 바 프레임(BF)에 실장된 CMC(Cell Management Controller) 등의 집적 회로를 더 포함할 수 있다.
버스 바(BB) 및 전극 리드(EL)는 마스킹 지그(170)에 의해 가압될 수 있다. 버스 바(BB) 및 전극 리드(EL) 마스킹 지그(170) 및 버스 바 프레임(BF)에 의해 가압되는 바, 버스 바(BB) 및 전극 리드(EL)의 용접 전에, 버스 바(BB) 및 전극 리드(EL) 사이의 접촉이 유지될 수 있다.
마스킹 지그(170)는 버스 바(BB) 및 전극 리드(EL)를 노출시키는 개구(170H)를 포함할 수 있다. 개구(170H)의 평면 형상은 대략 장방형일 수 있다. 개구(170H)의 평면 형상은 라운드 코너들을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
마스킹 지그(170)는 개구(170H)를 정의하는 제1 내지 제4 내측벽들(170S1, 170S2, 170S3, 170S4)을 포함할 수 있다. 제1 내지 제4 내측벽들(170S1, 170S2, 170S3, 170S4)은 개구(170H)를 둘러쌀 수 있다. 제1 및 제2 내측벽들(170S1, 170S2)은 X 방향에 실질적으로 평행할 수 있다. 제3 및 제4 내측벽들(170S3, 170S4)은 Y 방향에 실질적으로 평행할 수 있다.
개구(170H)의 X 방향의 길이는 개구(170H)의 Y 방향의 길이와 다를 수 있다. 개구(170H)의 X 방향의 길이는 개구(170H)의 Y 방향의 길이보다 길 수 있다. 이에 따라, X 방향은 개구(170H)의 길이 방향이라고 지칭될 수도 있고, Y 방향은 개구(170H)의 폭 방향이라고 지칭될 수도 있다.
개구(170H)의 X 방향의 길이는 전극 리드(EL)의 폭(즉, X 방향의 길이)과 다를 수 있다. 개구(170H)의 X 방향의 길이는 전극 리드(EL)의 폭(즉, X 방향의 길이)보다 더 클 수 있다. 이에 따라, 중공(170H)은 전극 리드(EL) 및 버스 바(BB)를 동시에 노출시킬 수 있고, 이는 전극 리드(EL) 및 버스 바(BB)의 OCT 기반 검사를 허용한다.
제1 및 제2 내측벽들(170S1, 170S2) 각각의 길이는 제3 및 제4 내측벽들(170S3, 170S4) 각각의 길이와 다를 수 있다. 제1 및 제2 내측벽들(170S1, 170S2) 각각의 길이는 제3 및 제4 내측벽들(170S3, 170S4) 각각의 길이보다 더 클 수 있다. 제1 및 제2 내측벽들(170S1, 170S2) 각각의 길이는 전극 리드(EL)의 폭(즉, X 방향의 길이)과 다를 수 있다. 제1 및 제2 내측벽들(170S1, 170S2) 각각의 길이는 전극 리드(EL)의 폭(즉, X 방향의 길이)보다 더 클 수 있다.
보다 구체적으로, 개구(170H)는 X 방향을 따라 배열된 제1 내지 제3 부분들(P1, P2, P3)을 포함할 수 있다. 개구(170H)의 제1 부분(P1)은 버스 바(BB)의 표면을 노출시킬 수 있다. 개구(170H)의 제2 부분(P2)은 전극 리드(EL)의 표면을 노출시킬 수 있다. 개구(170H)의 제3 부분(P3)은 버스 바(BB)의 표면을 노출시킬 수 있다. 하지만 이에 제한되는 것은 아니고, 전극 리드(EL) 및 버스 바(BB)의 배치가 역전될 수 있고, 이 경우, 개구(170H)의 제1 및 제3 부분들(P1, P3)이 전극 리드(EL)을 노출시키고, 개구(170H)의 제2 부분(P2)이 버스 바(BB)의 표면을 노출시킬 수도 있다.
개구(170H)의 제1 부분(P1)은 버스 바(BB)와 중첩될(예컨대, Z 방향으로) 수 있다. 개구(170H)의 제2 부분(P2)은 버스 바(BB) 및 전극 리드(EL)와 중첩될(예컨대, Z 방향으로) 수 있다. 개구(170H)의 제3 부분(P3)은 버스 바(BB)와 중첩될(예컨대, Z 방향으로) 수 있다. 이에 따라, 개구(170H)의 제1 부분(P1)을 통해 측정된 깊이는개구(170H)의 제2 부분(P2)을 통해 측정된 깊이와 다를 수 있다. 즉, 개구(170H)의 제1 부분(P1)을 통해 측정된 깊이는 이에 따라, 개구(170H)의 제2 부분(P2)을 통해 측정된 깊이보다 더 클 수 있다. 또한, 개구(170H)의 제3 부분(P3)을 통해 측정된 깊이는개구(170H)의 제2 부분(P2)을 통해 측정된 깊이와 다를 수 있다. 즉, 개구(170H)의 제3 부분(P3)을 통해 측정된 깊이는 이에 따라, 개구(170H)의 제2 부분(P2)을 통해 측정된 깊이보다 더 클 수 있다.
스캐너 헤드(120)는, 스캐닝 경로(SP)에 의해 지시되는 것과 같이, 마스킹 지그(170)의 개구(170H)에 의해 노출된 버스 바(BB)의 부분 및 전극 리드(EL)의 부분을 검사 빔(IB)으로 스캐닝하도록 구성될 수 있다. 버스 바(BB)의 부분 및 전극 리드(EL)의 부분이 스캐닝될 때, 마스킹 지그(170)의 제1 및 제2 내측벽들(170S1, 170S2)이 함께 스캐닝될 수 있고, 이에 따라, 제1 및 제2 내측벽들(170S1, 170S2)의 위치가 알려질 수 있다.
도 3에서, 제1 및 제2 내측벽들(170S1, 170S2)의 제1 및 제2 좌표들이 한번의 스캐닝에 의해 결정되는 것으로 도시되었으나, 이는 예시를 위한 것으로서 어떠한 의미에서도 본 발명의 기술적 사상을 제한하지 않는다. 제1 내측벽(170S1)의 제1 좌표들은 제1 스캐닝에 의해 결정되고, 및 제2 내측벽(170S2)의 제2 좌표들은 제2 스캐닝에 의해 결정될 수도 있다.
반사 빔(RB)은 렌즈들(125, 127), 제1 및 제2 스캐닝 미러들(123, 124), 이색 거울(121), 제1 및 제2 스캐닝 미러들(138, 139) 및 빔 스플리터(133)를 순차로 경유하여 검출기(137)에 도달할 수 있다.
검출기(137)는 반사 빔(RB) 및 기준 빔(RFB)에 기초하여 검사 신호(IS)를 생성하도록 구성될 수 있다. 검출기(137)는 예컨대, CCD(Charge Coupled Device) 카메라, 및 CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor) 이미지 센서 등을 포함할 수 있다. 검출기(137)는 검사 신호(IS)를 프로세서(140)에 전송하도록 구성될 수 있다.
프로세서(140)는 검사 신호(IS)에 기초하여 전극 리드(EL), 버스 바(BB) 및 마스킹 지그(170)의 3차원 형상을 결정하도록 구성될 수 있다. 프로세서(140)는 개구 데이터(OD)를 수집하도록 구성될 수 있다. 프로세서(140)는 전극 리드(EL), 버스 바(BB) 및 마스킹 지그(170)의 3차원 형상에 기초하여, 개구 데이터(OD)를 수집하도록 구성될 수 있다. 개구 데이터(OD)는 제1 내측벽(170S1)의 제1 좌표들 및 제2 내측벽(170S2)의 제2 좌표들을 포함할 수 있다. 마스킹 지그(170)의 개구(170H)를 통해 버스 바(BB)의 부분 및 전극 리드(EL)의 부분이 검사될 때, 제1 내측벽(170S1)의 제1 좌표들 및 제2 내측벽(170S2)의 제2 좌표들이 결정될 수 있다.
프로세서(140)는 개구 데이터(OD)에 기초하여 개구(170H)의 중심선(170CL)을 나타내는 중심선 데이터(CLD)를 수집하도록 구성될 수 있다. 중심선 데이터(CLD)는 중심선(170CL)의 좌표들을 포함할 수 있다. 프로세서(140)는 개구 데이터(OD)에 기초하여 개구(170)의 중심선(170CL)의 좌표들을 산출하도록 구성될 수 있다. 개구(170)의 중심선(170CL)의 좌표들은 제1 내측벽(170S1)의 제1 좌표들 및 제2 내측벽(170S2)의 제2 좌표들의 평균일 수 있다. 프로세서(140)는 개구 데이터(OD) 및 중심선 데이터(CLD)를 컨트롤러(150)에 전달하도록 구성될 수 있다.
컨트롤러(150)는 제1 빔 소스(110), 스캐너 헤드(120) 및 서보 모터(160)의 제반 동작을 제어하도록 구성될 수 있다. 제1 빔 소스(110)의 발진, 웰딩 빔(IB)의 초핑 주파수, 웰딩 빔(IB)의 세기(Intensity), 제1 및 제2 스캐닝 미러들(123, 124)의 구동 및 서보 모터(160)의 구동을 제어하기 위한 신호를 생성하도록 구성될 수 있다.
컨트롤러(150)는 상기 개구 데이터(OD) 및 중심선 데이터(CLD) 중 어느 하나에 기초하여 전극 리드(EL) 및 버스 바(BB)를 용접하도록 서보 모터(160) 및 스캐너 헤드(120)를 제어하기 위한 신호를 생성하도록 구성될 수 있다. 컨트롤러(150)는 서보 모터(160)에 의한 스캐너 헤드(120)의 이동 및 제1 및 제2 스캐닝 미러들(123, 124)의 구동을 제어하도록 구성될 수 있다.
비제한적 예시로서, 컨트롤러(150)는 PLC(Programmable Logic Controller)일 수 있다. PLC는 프로그램 가능한 메모리를 사용하여 명령을 저장하고 논리, 시퀀싱, 타이밍, 카운팅 및 산술과 같은 기능을 구현하여 기계 및 프로세스를 제어하는 특수한 형태의 마이크로 프로세서 기반 컨트롤러이다. PLC는 동작 및 프로그래밍이 용이하다. 컨트롤러(150)는 파워 서플라이, CPU(Central Process Unit), 입력 인터페이스, 출력 인터페이스, 통신 인터페이스 및 메모리 장치들을 포함할 수 있다.
여기서, 프로세서(140) 및 컨트롤러(150)는 하드웨어, 펌웨어, 소프트웨어, 또는 이들의 임의의 조합으로 구현될 수 있다. 예컨대, 프로세서(140) 및 컨트롤러(150)는 워크 스테이션 컴퓨터, 데스크탑 컴퓨터, 랩 탑 컴퓨터, 태블릿 컴퓨터 등의 컴퓨팅 장치일 수 있다. 프로세서(140) 및 컨트롤러(150)는 단순 컨트롤러, 마이크로 프로세서, CPU, GPU 등과 같은 복잡한 프로세서, 소프트웨어에 의해 구성된 프로세서, 전용 하드웨어 또는 펌웨어일 수도 있다. 프로세서(140) 및 컨트롤러(150)는, 예를 들어, 범용 컴퓨터 또는 DSP(Digital Signal Process), FPGA(Field Programmable Gate Array) 및 ASIC(Application Specific Integrated Circuit) 등과 같은 애플리케이션 특정 하드웨어에 의해 구현될 수 있다.
일부 실시예들에 따르면 프로세서(140) 및 컨트롤러(150)의 동작은 하나 이상의 프로세서에 의해 판독되고 실행될 수 있는 기계 판독 가능 매체 상에 저장된 명령들로서 구현될 수 있다. 여기서, 기계 판독 가능 매체는 기계(예를 들어, 컴퓨팅 장치)에 의해 판독 가능한 형태로 정보를 저장 및/또는 전송하기 위한 임의의 메커니즘을 포함할 수 있다. 예를 들어, 기계 판독 가능 매체는 ROM(Read Only Memory), RAM(Random Access Memory), 자기 디스크 저장 매체, 광학 저장 매체, 플래시 메모리 장치들, 전기적, 광학적, 음향적 또는 다른 형태의 전파 신호(예컨대, 반송파, 적외선 신호, 디지털 신호 등) 및 기타 임의의 신호를 포함할 수 있다.
프로세서(140) 및 컨트롤러(150)에 대해 설명한 동작, 또는 이하에서 설명하는 임의의 공정을 수행하기 위한 또한, 펌웨어, 소프트웨어, 루틴, 명령어들이 구성될 수 있다. 하지만 이는 설명의 편의를 위한 것으로서, 상술된 프로세서(140) 및 컨트롤러(150)의 동작은 컴퓨팅 장치, 프로세서, 컨트롤러 또는 펌웨어, 소프트웨어, 루틴, 명령어 등을 실행하는 다른 장치로부터 야기될 수도 있음을 이해해야 한다.
서보 모터(160)는 스캐너 헤드(120)를 병진 이동시키도록 구성될 수 있다. 서보 모터(160)는 스캐너 헤드(120)를 수직 방향(즉, 작업 거리 방향)으로 이동시키도록 구성될 수 있다. 스캐너 헤드(120)의 수직 방향 이동에 의해, 웰딩 빔(WB)이 전극 리드(EL) 및 버스 바(BB)에 포커스될 수 있다. 즉, 스캐너 헤드(120)는 웰딩 빔(WB)의 초점이 전극 리드(EL) 및 버스 바(BB)에 있도록 수직 방향으로 이동할 수 있다. 서보 모터(160)는 스캐너 헤드(120)를 수평 방향으로 이동시키도록 구성될 수 있다. 스캐너 헤드(120)의 수평 방향 이동에 의해, 전극 리드(EL) 및 버스 바(BB)는 웰딩 빔(WB)으로 스캐닝될 수 있고, 이에 따라, 전극 리드(EL) 및 버스 바(BB)가 용접될 수 있다.
(제2 실시예)
도 4는 예시적인 실시예들에 따른 이차 전지를 제조하는 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 5는 예시적인 실시예들에 따른 이차 전지를 제조하는 방법을 설명하기 위한 도면이다. 도 5에서 가로 축 및 세로 축의 수치들은 제1 측벽(170S1)의 샘플링 포인트들(SAP1), 제2 측벽(170S2)의 샘플링 포인트들(SAP2) 및 중심선(170CL)의 포인트들(CP)의 좌표를 나타내고, 임의 단위(Arbitrary unit)를 갖는다.
도 6은 예시적인 실시예들에 따른 이차 전지를 제조하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 1, 도 3 내지 도 5를 참조하면, P110에서, 버스 바(BB) 및 전극 리드(EL)를 검사 빔(IB)으로 스캐닝할 수 있다. 버스 바(BB) 및 전극 리드(EL)의 스캐닝을 통해 개구 데이터(OD)가 수집될 수 있다. 개구 데이터(OD)를 수집을 위해, 검사 빔(IB)은 스캐닝 경로(SP)를 따라 이동할 수 있다. 스캐닝 경로(SP1, SP2)는 지그재그 라인(예컨대, 삼각 파형 라인)을 포함할 수 있다. 검사 빔(IB)의 스캐닝의 샘플링 주파수는 수십 KHz 내지 수백 kHz의 범위에 있을 수 있다.
검사 빔(IB)의 Z 필드 측정 영역(즉, 심도 측정 한계)은 수 mm 내지 수십 mm의 범위에 있을 수 있다. 검사 빔(IB)의 Z 필드 측정 영역(즉, 심도 측정 한계)은 약 3mm 내지 약 12mm의 범위에 있을 수 있다. 검사 빔(IB)의 Z 축 방향 해상도는 약 1μm 내지 약 100μm의 범위에 있을 수 있다.
검사 빔(IB)의 XY 필드 측정 영역(즉, 수평 스캐닝 범위)의 직경은 수 mm 내지 수십 mm의 범위에 있을 수 있다. 검사 빔(IB)의 XY 필드 측정 영역(즉, 수평 스캐닝 범위)의 직경은 수 mm 내지 수십 mm의 범위에 있을 수 있다. 검사 빔(IB)의 XY 평면 해상도는 약 1μm 내지 약 100μm의 범위에 있을 수 있다. 여기서 XY 평면은 검사 빔(IB)의 스캐닝 평면일 수 있으며, Z 축은 XY 평면에 실질적으로 수직할 수 있다.
버스 바(BB) 및 전극 리드(EL)를 검사 빔(IB)으로 스캐닝함으로써 검사 신호(IS)가 생성될 수 있다. 프로세서(140)는 검사 신호(IS)에 버스 바(BB) 및 전극 리드(EL)의 3차원 형상을 결정할 수 있다. 프로세서(140)는 버스 바(BB) 및 전극 리드(EL)의 3차원 형상에 기초하여 개구 데이터(OD)를 수집하도록 구성될 수 있다. 프로세서(140)는 개구 데이터(OD)에 기초하여 중심선 데이터(CLD)를 수집하도록 구성될 수 있다.
개구 데이터(OD)는 제1 내측벽(170S1)의 제1 좌표들 및 제2 내측벽(170S2)의 제2 좌표들을 포함할 수 있다. 제1 및 제2 내측벽들(170S1, 170S2)은 버스 바(BB) 및 전극 리드(EL)보다 작은 깊이를 가질 수 있다. 버스 바(BB) 및 전극 리드(EL)의 스캐닝에서 임계 값 미만(또는, 임계 값 이상의 높이)의 깊이를 갖는 경계를 제1 및 제2 내측벽들(170S1, 170S2)로 정의함으로써, 제1 내측벽(170S1)의 제1 좌표들 및 제2 내측벽(170S2)의 제2 좌표들이 결정될 수 있다. 도 5는, 제1 내측벽(170S1)의 샘플링 포인트들(SAP1), 제2 내측벽(170S2)의 샘플링 포인트들(SAP2) 및 샘플링 포인트들(SAP1, SAP2)로부터 산출된 중심선(170CL)의 포인트들(CP)을 나타낸다.
제1 내측벽(170S1)의 제1 좌표들, 제2 내측벽(170S2)의 제2 좌표들 및 중심선(170CL)의 좌표들은 각각 스캐닝 평면상에 있을 수 있고, 이에 따라 각각 X 방향 좌표 및 Y 방향 좌표를 포함할 수 있다.
이어서 P120에서, 전극 리드(EL)의 품질을 결정할 수 있다. 전극 리드(EL)가 불량인 경우(NO), 전극 리드(EL)와 버스 바(BB)의 용접이 수행되지 않을 수 있고, 전극 리드(EL)와 버스 바(BB)는 불량으로 분류될 수 있다. 불량으로 분류된 전극 리드(EL)와 버스 바(BB)는 용접 시퀀스의 종료 후 작업자 및/또는 검사 시스템에 의해 검사되고 재조립될 수 있다.
전극 리드(EL)의 불량은, 리드 미삽입 불량, 리드 들뜸 불량, 리드 커팅 불량 및 리드 벤딩 불량 중 어느 하나일 수 있다. 전극 리드(EL)의 불량은 개구(170H)에 의해 노출된 전극 리드(EL) 및 버스 바(BB)의 3차원 형상에 기초하여 결정될 수 있다.
리드 미삽입은 버스 바(BB)와 마스킹 지그(170) 사이에 전극 리드(EL)가 완전하게 삽입되지 않은 것이다. 예컨대, 3개의 전극 리드들(EL)이 버스 바(BB)와 용접되는 디자인에서, 2개의 전극 리드들(EL)만이 버스 바(BB)와 마스킹 지그(170) 사이에 삽입된 경우, 배터리 셀들 중 일부의 개방 불량이 유발될 수 있다. 버스 바(BB)가 노출된 제1 및 제3 부분들(P1, P3)과 전극 리드(EL)가 노출된 제2 부분(P2)의 깊이 차이가 임계 하한 미만인 경우, 셀 스택은 리드 미삽입 불량을 포함하는 것으로 결정될 수 있다.
예컨대, 3개의 전극 리드들(EL) 각각의 두께가 약 10μm이고, 3개의 전극 리드들(EL)의 두께의 합이 약 30μm이며, 허용 오차가 약 3μm인 경우, 임계 하한은 약 27μm일 수 있다. 이에 따라, 제1 및 제3 부분들(P1, P3)과 전극 리드(EL)가 노출된 제2 부분(P2)의 깊이 차이가 약 27μm미만인 경우, 셀 스택은 리드 미삽입 불량을 포함하는 것으로 결정될 수 있다.
리드 들뜸 및 리드 벤딩 불량은 마스킹 지그(170)에 의한 가압에도 불구하고 버스 바(BB)와 전극 리드(EL)가 불완전하게 밀착된 것이다. 일반적으로 전극 리드(EL)는 버스 바(BB)와의 용접을 위해 굽은 부분을 포함하며, 전극 리드(EL)의 복원력에 의해 리드 들뜸이 유발될 수 있다. 버스 바(BB)가 노출된 제1 및 제3 부분들(P1, P3)과 전극 리드(EL)가 노출된 제2 부분(P2)의 깊이 차이가 임계 상한을 초과하는 경우, 셀 스택은 리드 들뜸 불량 및 리드 벤딩 불량 중 어느 하나를 포함하는 것으로 결정될 수 있다.
예컨대, 개의 전극 리드들(EL) 각각의 두께가 약 10μm이고, 3개의 전극 리드들(EL)의 두께의 합이 약 30μm이며, 허용 오차가 약 3μm인 경우, 임계 상한은 약 33μm일 수 있다. 이에 따라, 제1 및 제3 부분들(P1, P3)과 전극 리드(EL)가 노출된 제2 부분(P2)의 깊이 차이가 약 33μm이상인 경우, 셀 스택은 리드 들뜸 불량 및 리드 벤딩 불량 중 어느 하나를 포함하는 것으로 결정될 수 있다.
제2 부분(P2)의 높이 프로파일이 불연속적으로 변화하는 경우, 리드 커팅 불량이 있는 것으로 결정될 수 있다.
리드 미삽입, 리드 들뜸, 리드 커팅 불량 및 리드 벤딩과 같은 전극 리드(EL)의 불량은 프로세서(140)에 의해 결정될 수 있다. 프로세서(140)는 전극 리드(EL)의 불량 데이터를 컨트롤러(150)에 전송하도록 구성될 수 있다. 이에 따라, 불량인 전극 리드(EL) 및 버스 바(BB)의 용접이 수행되지 않을 수 있고, 전극 리드(EL) 및 버스 바(BB)의 재조립에 의해 전극 리드(EL)의 불량이 수리될 수 있는바, 이차 전지 제조의 수율 및 생산성이 제고될 수 있다.
도 1, 도 4 및 도 6을 참조하면, P120에서 전극 리드(EL)가 정상인 경우(YES), P130에서 용접 위치들(WP)의 좌표를 교정할 수 있다. 예시적인 실시예들에 따르면, 용접 패턴들(WPT) 각각은 나선 형상의 라인을 포함할 수 있고, 용접 위치들(WP)은 용접 패턴들(WPT)의 중심일 수 있다. 용접 위치들(WP)은 초기에(즉, 버스 바(BB) 및 전극 리드(EL)의 검사 전에) 마스킹 지그(170)에 의해 고정된 버스 바(BB) 및 전극 리드(EL)의 표준 모델에 기초하여 결정될 수 있다. 용접 위치들(WP)은 웰딩 빔(WB)에 의한 용접이 예정된 전극 리드(EL) 및 상기 버스 바(BB)의 부분일 수 있다. 초기의 용접 위치들(WP)은 버스 바(BB)의 공차, 전극 리드(EL)의 공차 및 전극 리드(EL)와 버스 바(BB)의 조립 공정의 오차 및 마스킹 지그(170)의 가압 위치의 공차가 없는 이상적인 경우에서, 용접이 예정된 버스 바(BB) 및 전극 리드(EL) 부분일 수 있다.
용접 위치들(WP)의 교정에 의해 교정된 용접 위치들(CWP)이 결정될 수 있다. 용접 위치들(WP)은 컨트롤러(150)에 의해 교정될 수 있다. 즉, 교정된 용접 위치들(CWP)은 컨트롤러(150)에 의해 산출될 수 있다. 교정된 용접 위치들(CWP) 각각은 개구(170H)의 중심선(170CL) 상에 있을 수 있다. 교정된 용접 패턴들(CWPT)은 용접 패턴들(WPT)과 실질적으로 동일한 형상을 가질 수 있다. 교정된 용접 패턴들(CWPT)은 용접 패턴들(WPT)의 평행이동에 의해 제공될 수 있다. 교정된 용접 패턴들(CWPT)의 중심은 교정된 용접 위치들(CWP)일 수 있다.
이어서 P140에서, 교정된 용접 위치들(CWP)에 기초하여 전극 리드(EL)와 버스 바(BB)를 용접할 수 있다. 전극 리드(EL)와 버스 바(BB)의 용접은, 교정된 용접 패턴들(CWPT)을 형성하도록 나선 형상의 라인을 따라 전극 리드(EL) 및 버스 바(BB)를 웰딩 빔(WB)으로 스캐닝하는 것을 포함할 수 있다. 공차로 인해 웰딩 빔(WB)과 마스킹 지그(170) 사이의 간섭이 발생하는 경우, 전극 리드(EL) 및 버스 바(BB) 사이의 미용접 및 약용접에 의한 불량이 발생할 수 있다. 예시적인 실시예들에 따르면, 교정된 용접 위치들(CWP)에 기초하여 전극 리드(EL) 및 버스 바(BB)를 용접하는 바, 전극 리드(EL) 및 버스 바(BB)의 미용접 및 약용접을 방지할 수 있고, 이차 전지의 제조의 신뢰성이 제고될 수 있다
(제3 실시예)
도 7은 예시적인 실시예들에 따른 이차 전지를 제조하는 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 7에서 P110, P120, 및 P125는 도 5의 P110, P120 및 P125와 동일하므로 이들에 대한 중복된 설명은 생략한다.
도 1, 도 6 및 도 7을 참조하면, P131에서, 중심선 데이터(CLD)에 기초하여 전극 리드(EL) 및 버스 바(BB)을 용접할 수 있다. 본 예시에서, 중심선 데이터(CLD)에 기초하여 용접선을 교정하지 않고, 중심선 데이터(CLD)에 기초하여 곧 바로 전극 리드(EL) 및 버스 바(BB)를 웰딩 빔(BM)으로 스캐닝할 수 있다. 컨트롤러(160)는 용접 위치들(WP)의 교정 외에 많은 연산을 수행하도록 구성된다. 컨트롤러(160)가 중심선 데이터(CLD))를 그대로 이용하여 용접을 수행하기 위한 신호를 생성함으로써, 컨트롤러(160)의 컴퓨팅 파워가 절감될 수 있고, 이에 따라 공정의 연속성 및 신뢰성이 제고될 수 있다
(제4 실시예)
도 8은 예시적인 실시예들에 따른 이차 전지를 제조하는 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 8을 참조하면, P210에서, 버스 바(BB) 및 전극 리드(EL)를 검사 빔(IB)으로 스캐닝할 수 있다. P210은 도 4의 P110와 실질적으로 동일하므로 이에 대한 중복된 설명은 생략한다.
도1, 도 5 및 도 7을 참조하면, P220에서 마스킹 지그(170)의 오염도를 모니터링할 수 있다. 마스킹 지그(170)의 오염도는 마스킹 지그(170)의 개구(170H)의 프로파일에 기초하여 모니터링될 수 있다. 전극 리드(EL)와 버스 바(BB)의 용접이 수행되는 경우, 금속 물질의 스패터링으로 인해 마스킹 지그(170)가 오염될 수 있다. 마스킹 지그(170)의 오염이 과도한 경우, 버스 바(BB)와 전극 리드(EL)가 불완전한 접촉으로 인해 버스 바(BB)와 전극 리드(EL)의 약용접 및 미용접이 유발되거나, 마스킹 지그(170)에 의해 버스 바(BB) 및 전극 리드(EL)가 손상될 수 있다.
마스킹 지그(170)의 오염시 마스킹 지그(170)의 제1 및 제2 내측벽들(170S1, 170S2)의 프로파일(또는, 마스킹 지그(170)의 개구(170H)의 프로파일)이 변경될 수 있다.
예시적인 실시예들에 따르면, 마스킹 지그(170)의 모니터링은 마스킹 지그(170)의 제1 및 제2 내측벽들(170S1, 170S2)의 프로파일의 조도(Roughness)에 기초할 수 있다. 제1 및 제2 내측벽들(170S1, 170S2)의 프로파일의 조도가 임계치를 초과하는 경우, 프로세서(140) 및/또는 컨트롤러(150)는 마스킹 지그(170)의 세정을 위한 알람을 생성하도록 구성될 수 있다.
다른 예시적인 실시예들에 따르면, 마스킹 지그(170)의 모니터링은 제1 및 제2 내측벽들(170S1, 170S2) 사이의 거리(예컨대, 평균 거리)에 기초할 수 있다. 제1 및 제2 내측벽들(170S1, 170S2) 사이의 거리(예컨대, 평균 거리)가 임계치를 미만인 경우, 프로세서(140) 및/또는 컨트롤러(150)는 마스킹 지그(170)의 세정을 위한 알람을 생성하도록 구성될 수 있다.
이상, 도면과 실시예 등을 통해 본 발명을 보다 상세히 설명하였다. 그러나, 본 명세서에 기재된 도면 또는 실시예 등에 기재된 구성은 본 발명의 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
100: 이차 전지를 제조하는 장치
110: 빔 소스
120: 스캐너 헤드
130: OCT 광학계
140: 프로세서
150: 컨트롤러
160: 서보 모터
170: 마스킹 지그
110: 빔 소스
120: 스캐너 헤드
130: OCT 광학계
140: 프로세서
150: 컨트롤러
160: 서보 모터
170: 마스킹 지그
Claims (19)
- 전극 리드 및 버스 바를 고정하도록 구성되고 상기 전극 리드 및 상기 버스 바를 노출시키는 개구를 정의하는 제1 내지 제4 내측벽들을 포함하는 마스킹 지그;
웰딩 빔을 생성하도록 구성된 제1 빔 소스;
검사 빔을 생성하도록 구성된 제2 빔 소스;
상기 웰딩 빔 및 상기 검사 빔을 전극 리드 및 버스 바로 지향시키도록 구성된 스캐너 헤드;
상기 스캐너 헤드를 이동시키도록 구성된 서보 모터;
상기 전극 리드 및 상기 버스 바로부터 반사된 상기 검사 빔의 부분인 반사 빔을 감지하도록 구성된 검출기;
상기 검출기에 의해 생성된 검사 신호에 기초하여 상기 제1 내측벽의 제1 좌표들 및 제2 내측벽의 제2 좌표들을 포함하는 개구 데이터를 수집하도록 구성된 프로세서; 및
상기 전극 리드 및 상기 버스 바의 개구 데이터에 기초하여 상기 서보 모터를 제어하도록 구성된 컨트롤러를 포함하는 이차 전지 제조 장치. - 제1항에 있어서,
상기 프로세서는 상기 개구 데이터에 기초하여 상기 개구의 중심선의 좌표들을 산출하도록 구성된 것을 특징으로 하는 이차 전지 제조 장치. - 제1항에 있어서,
상기 개구의 중심선의 상기 좌표들은 상기 제1 내측벽의 제1 좌표들 및 상기 제2 내측벽의 제2 좌표들의 평균인 것을 특징으로 하는 이차 전지 제조 장치. - 제2항에 있어서,
상기 컨트롤러는 상기 중심선의 상기 좌표에 기초하여 상기 전극 리드 및 상기 버스 바의 용접 위치들을 교정하도록 구성되고, 및
상기 용접 위치들은 상기 웰딩 빔에 의한 용접이 예정된 상기 전극 리드 및 상기 버스 바의 부분인 것을 특징으로 하는 이차 전지 제조 장치. - 제1항에 있어서,
상기 개구의 길이는 상기 전극 리드의 폭보다 더 큰 것을 특징으로 하는 이차 전지 제조 장치. - 제1항에 있어서,
상기 스캐너 헤드는 복수의 나선형 라인들을 따라서 상기 전극 리드 및 상기 버스 바를 상기 웰딩 빔으로 스캐닝하도록 구성된 것을 특징으로 하는 이차 전지 제조 장치. - 제6항에 있어서,
상기 복수의 나선형 라인들 각각의 중심은 상기 마스킹 지그의 상기 개구의 중심선에 있는 것을 특징으로 하는 이차 전지 제조 장치. - 마스킹 지그의 개구를 통해 버스 바 및 전극 리드를 검사 빔으로 스캐닝하는 단계;
교정된 용접 위치들을 산출하도록 상기 버스 바 및 상기 전극 리드의 용접 위치들의 좌표를 교정하는 단계; 및
상기 교정된 용접 위치들에 기초하여 상기 버스 바 및 상기 전극 리드를 용접하는 단계를 포함하되,
상기 마스킹 지그는 상기 전극 리드 및 상기 버스 바를 가압하도록 구성된 것을 특징으로 하는 이차 전지를 제조하는 방법. - 제8항에 있어서,
상기 마스킹 지그는 상기 개구를 정의하는 제1 및 제2 내측벽들을 포함하고, 및
상기 제1 및 제2 내측벽들 각각의 길이는 상기 전극 리드의 폭보다 더 큰 것을 특징으로 하는 이차 전지를 제조하는 방법. - 제8항에 있어서,
상기 버스 바 및 상기 전극 리드를 상기 검사 빔으로 스캐닝하는 단계는 상기 마스킹 지그의 상기 개구를 나타내는 개구 데이터를 수집하는 것을 포함하고, 및
상기 개구 데이터는 상기 제1 내측벽의 제1 좌표들 및 상기 제2 내측벽의 제2 좌표들을 포함하는 것을 특징으로 하는 이차 전지를 제조하는 방법. - 제10항에 있어서,
상기 용접 위치는 상기 마스킹 지그의 중심선의 좌표들을 포함하는 중심선 데이터에 기초하여 교정되는 것을 특징으로 하는 이차 전지를 제조하는 방법. - 제11항에 있어서,
상기 중심선 데이터는 상기 개구 데이터에 기초하여 수집되는 것을 특징으로 하는 이차 전지를 제조하는 방법. - 제11항에 있어서,
상기 중심선의 상기 좌표들은 상기 제1 내측벽의 상기 제1 좌표들 및 상기 제2 내측벽의 상기 제2 좌표들의 평균인 것을 특징으로 하는 이차 전지를 제조하는 방법. - 제11항에 있어서,
상기 교정된 용접 위치들은 상기 중심선 상에 있는 것을 특징으로 하는 이차 전지를 제조하는 방법. - 제8항에 있어서,
상기 버스 바 및 상기 전극 리드의 3차원 이미지에 기초하여 상기 전극 리드의 불량을 결정하는 단계를 더 포함하고, 및
상기 버스 바 및 상기 전극 리드의 3차원 이미지는 상기 버스 바 및 상기 전극 리드를 검사 빔의 스캐닝에 의해 캡처되는 것을 특징으로 이차 전지를 제조하는 방법. - 제15항에 있어서,
상기 개구는 상기 버스 바의 표면을 노출시키는 제1 부분 및 상기 전극 리드의 표면을 노출시키는 제2 부분을 포함하고, 및
상기 전극 리드의 상기 불량은 상기 제1 부분에서 측정된 깊이와 상기 제2 부분에서 측정된 깊이의 차이에 기초하여 결정되는 것을 특징으로 하는 이차 전지를 제조하는 방법. - 마스킹 지그의 개구를 통해 버스 바 및 전극 리드를 검사 빔으로 스캐닝하는 단계로서, 상기 마스킹 지그는 상기 개구를 정의하는 제1 및 제2 내측벽들을 포함하고; 및
상기 제1 및 제2 내측벽들의 프로파일에 기초하여 상기 마스킹 지그의 오염을 모니터링하는 단계를 포함하는 이차 전지를 제조하는 방법. - 제17항에 있어서,
상기 마스킹 지그의 상기 오염은 상기 제1 및 제2 내측벽들의 상기 프로파일의 조도에 기초하여 모니터링되는 것을 특징으로 하는 이차 전지를 제조하는 방법. - 제17항에 있어서,
상기 마스킹 지그의 상기 오염은 상기 제1 및 제2 내측벽들의 사이의 거리에 기초하여 모니터링되는 것을 특징으로 하는 이차 전지를 제조하는 방법.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PCT/IB2023/058838 WO2024009287A2 (ko) | 2022-07-08 | 2023-09-07 | 이차 전지를 제조하는 장치 및 이를 이용한 이차 전지를 제조하는 방법 |
Applications Claiming Priority (2)
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| KR20220084675 | 2022-07-08 |
Publications (1)
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Family Applications (3)
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Family Applications Before (2)
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Citations (1)
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Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20180017081A (ko) | 2015-06-10 | 2018-02-20 | 아이피지 포토닉스 코포레이션 | 다중 빔 적층 제조 |
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