KR20240008542A

KR20240008542A - 전지 셀의 제조방법 및 제조시스템

Info

Publication number: KR20240008542A
Application number: KR1020220085493A
Authority: KR
Inventors: 이대원
Original assignee: 현대자동차주식회사; 기아 주식회사
Priority date: 2022-07-12
Filing date: 2022-07-12
Publication date: 2024-01-19
Also published as: CN117393862A; US20240021935A1; DE102022133310A1

Abstract

본 발명은 이차 전지에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는, 이차 전지를 구성하는 바이셀의 제조방법에 관한 것이다. 본 발명의 일부 실시형태에 따르면, 전지의 바이셀의 제조방법으로서, 상기 바이셀의 전극 중 제1 전극은 기준면 및 상기 기준면으로부터 돌출하는 일정 두께를 갖고, 상기 기준면은 적어도 네 개의 사이드 부분에 의해 둘레가 형성되고, 상기 네 개의 사이드 부분 중 제1 사이드 부분과 제2 사이드 부분은 상기 기준면의 중심에 대해 서로 대칭하고 제3 사이드 부분과 제4 사이드 부분은 상기 기준면의 중심에 대해 서로 대칭되게 구성되고, 상기 방법은, 동시 또는 이시(異時)에 제1 사이드 부분 및 제2 사이드 부분에 제1 보상부재를 부착하는 제1 단계; 및 동시 또는 이시에 상기 제3 사이드 부분 및 제4 사이드 부분에 제2 보상부재를 부착하는 제2 단계를 포함한다.

Description

전지 셀의 제조방법 및 제조시스템{METHOD AND SYSTEM OF MANUFACTURING BATTERY CELL}

본 발명은 이차 전지에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는, 이차 전지를 구성하는 바이셀의 제조방법에 관한 것이다.

이차전지는 충전이 가능한 에너지 저장장치이다. 이차전지에서는 대부분 액체 전해질인 유기용제를 기반으로 셀이 제작되므로 안정성과 에너지 밀도의 향상에 한계가 있다. 이에 최근에는 고체 전해질을 이용하는 전고체 전지의 개발이 활발하게 이루어지고 있다.

전고체 전지는 액체 전해질 대신에 고체 전해질을 사용하는바, 에너지 밀도 등의 성능 확보를 위하여 음극, 전해질, 양극 간 높은 수준의 계면 형성이 요구된다. 이를 위해, 전극 물질 및 전해질의 조직을 치밀하게 밀착시키기 위한 고압 프레스를 이용한 제조 공법이 개발되고 있다. 다만, 이러한 고압의 프레스 공법은 피가공물에 변형이나 파손을 야기할 수 있다.

이에 전고체 전지를 고압 프레스에 투입하기 전에 음극, 전해질, 양극 등의 박판 소재를 차례로 적층하여 계면 확보를 위한 반제품(바이셀, bi-cell)이 준비된다. 이때 적층되는 음극과 양극은 제품 설계에 따라 치수에 차이가 있을 수 있고, 이러한 치수 차이는 제품의 손상을 야기할 수 있다.

등록특허공보 제10-1905992호 (등록일자: 2018.10.01)

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서,

전지의 음극과 양극의 치수 차이를 보상하여 가압 공정에서 발생될 수 있는 전극의 손상을 방지하는 전지의 제조방법을 제공하고자 한다.

본 발명은 음극과 양극간 치수 차이 보상을 위한 보상부재의 부착 공정을 안정화하고 전지의 전체적인 품질을 향상시킬 수 있는 전지의 제조방법을 제공하고자 한다.

본 발명의 목적은 이상에서 언급된 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 다른 목적들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 지닌 자(이하 '통상의 기술자')에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기한 바와 같은 본 발명의 목적을 달성하고, 후술하는 본 발명의 특징적인 기능을 수행하기 위한, 본 발명의 특징은 다음과 같다.

본 발명의 일부 실시형태에 따르면, 전지의 바이셀의 제조방법으로서, 상기 바이셀의 전극 중 제1 전극은 기준면 및 상기 기준면으로부터 돌출하는 일정 두께를 갖고, 상기 기준면은 적어도 네 개의 사이드 부분에 의해 둘레가 형성되고, 상기 네 개의 사이드 부분 중 제1 사이드 부분과 제2 사이드 부분은 상기 기준면의 중심에 대해 서로 대칭하고 제3 사이드 부분과 제4 사이드 부분은 상기 기준면의 중심에 대해 서로 대칭되게 구성되고, 상기 방법은, 동시 또는 이시(異時)에 제1 사이드 부분 및 제2 사이드 부분에 제1 보상부재를 부착하는 제1 단계; 및 동시 또는 이시에 상기 제3 사이드 부분 및 제4 사이드 부분에 제2 보상부재를 부착하는 제2 단계를 포함한다.

본 발명의 일부 실시형태에 따른 전지의 바이셀의 제조시스템은, 전극 시트를 공급하도록 구성되는 전극 시트 롤; 제1 보상부재 연속체를 공급하도록 구성되는 제1 보상부재 롤; 및 공급되는 상기 전극 시트와 제1 보상부재 연속체를 합치하도록 구성되는 합치유닛을 포함하고, 상기 제1 보상부재 연속체는 상기 전극 시트의 제1 사이드 부분과 제2 사이드 부분에 부착되고, 상기 제1 사이드 부분 및 제2 사이드 부분은 서로 대칭하도록 위치한다.

본 발명에 따르면, 전지의 음극과 양극의 치수 차이를 보상하여 가압 공정에서 발생될 수 있는 전극의 손상을 방지할 수 있는 전지의 제조방법이 제공된다.

본 발명에 따르면, 음극과 양극간 치수 차이 보상을 위한 보상부재의 부착 공정을 안정화하고 전지의 전체적인 품질을 향상시킬 수 있는 전지의 제조방법이 제안된다.

본 발명의 효과는 전술한 것으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 다른 효과들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 인식될 수 있을 것이다.

도 1은 전지의 바이셀의 사시도이고,
도 2는 도 1의 분해사시도이고,
도 3은 도 1의 선 A-A'에 따른 단면도이고,
도 4는 복수의 바이셀이 적층되는 스택 셀을 도시하고,
도 5a는 보상부재의 정면도이고,
도 5b는 보상부재의 측면도이고,
도 6a는 변형된 보상부재의 예시를 도시하고,
도 6b 및 6c는 보상부재의 정렬이 어긋나는 예시적인 경우를 도시하고,
도 7은 음극의 평면도이고,
도 8a 내지 8c는 본 발명에 따른 보상부재의 부착공정을 도시하고,
도 9는 본 발명의 일부 실시예에 따른 바이셀의 제조시스템을 도시하고,
도 10a 내지 10b는 본 발명에 따른 보상부재의 부착공정을 도시하고,
도 11a 내지 11d는 본 발명의 일부 실시예에 따른 바이셀의 제조시스템을 도시하고,
도 12 내지 13은 본 발명의 일부 실시예에 따른 바이셀의 제조시스템의 정면도 및 평면도를 각각 도시한다.

발명의 실시예에서 제시되는 특정한 구조 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 개념에 따른 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있다. 또한 본 명세서에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니 되며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경물, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

한편, 본 발명에서 제1 및/또는 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소들과 구별하는 목적으로만, 예컨대 본 발명의 개념에 따른 권리 범위로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 제1구성요소는 제2구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2구성요소는 제1구성요소로도 명명될 수 있다.

어떠한 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어"있다거나 "접속되어"있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떠한 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어"있다거나 또는 "직접 접촉되어"있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성요소들 간의 관계를 설명하기 위한 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 인접하는"과 "~에 직접 인접하는"등의 표현도 마찬가지로 해석되어야 한다.

명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다. 한편, 본 명세서에서 사용된 용어는 실시 예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급되지 않는 한 복수형도 포함된다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자가 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 대해 상세히 설명한다.

전술한 바와 같이, 전지 제조 시 적층되는 음극과 양극에는 치수 차이 내지는 치수 차이에 의한 단차가 발생할 수 있다. 통상적으로 양극이 음극보다 작게 제조되는데, 이러한 치수 차이는 전지 제조 시 특정 문제를 야기할 수 있다.

특히, 고체 전해질이 사용되는 전고체 전지의 경우 액체 전해질을 포함하는 전지에 비해 음극-전해질-양극 사이에 높은 수준의 계면이 확보되어야 한다. 이에 전자에서는 계면 확보를 위한 고압 프레스 공정을 거치게 된다. 다만, 음극과 양극 간 치수 차이가 있는 경우 이러한 고압 공정을 거치면서 음극-전해질-양극 사이에 절연파괴 등의 손상이 발생할 수 있다. 따라서, 이러한 손상의 발생을 방지하기 위한 부재가 사용되고 있다. 다만, 이러한 부재는 각 전극에 개별적으로 부착되고 있어서 양산성이 낮다.

이에 본 발명은 전지의 음극과 양극간 치수 차이를 보상하는 부재를 정확하고 효율적으로 부착할 수 있는 전지의 제조방법을 제공하고자 한다.

도 1 내지 3에 도시된 바와 같이, 전지의 바이셀(B)은 양극(10), 음극(20) 및 보상부재(30)를 포함한다.

양극(10)과 음극(20)은 서로에 대하여 적층되고, 양극(10)과 음극(20) 사이에는 고체 전해질이 개재된다. 또한, 음극(20)의 타측면에도 고체 전해질이 형성될 수 있다. 양극(10)은 외부와의 전기적 연결을 위한 양극 탭(12)을 포함하고, 음극(20)도 마찬가지로 외부와의 전기적인 연결을 위한 음극 탭(22)을 포함한다.

보상부재(30)는 양극(10)과 음극(20) 모두에 접하도록 배치된다. 특히, 보상부재(30)는 양극(10)의 테두리를 감싸도록 음극(20)에 부착될 수 있다.

도 4에 도시된 바와 같이, 복수의 바이셀(B)이 적층됨으로써 스택 셀(S)을 형성하게 된다. 예를 들어, 스택 셀(S)에는 바이셀(B)이 수 개 내지 수십 개 적층될 수 있다. 보상부재(30)는 양극(10)과 음극(20) 간의 치수 차이를 보상함으로써, 바이셀(B) 또는 스택 셀(S)에서 구조물로서 기능할 수 있다.

보상부재(30)는 절연층을 형성하고, 바이셀(B) 또는 스택 셀(S)의 가압 공정에서의 손상을 방지할 수 있다. 구체적으로, 보상부재(30)는 전고체 전지의 제조 시 가압 공정에서 양극(10)과 음극(20)의 치수 차이로 인해 발생되는 절연 파괴 등의 손상을 방지할 수 있다. 비제한적인 예로서, 보상부재(30)는 절연 테이프일 수 있다. 일부 구현예에서, 보상부재(30)의 양면 모두 점착성을 가질 수 있다. 일부 구현예에서, 보상부재(30)의 일측 면만 점착성을 가질 수도 있다.

도 5a 내지 5b를 참조하면, 보상부재(30)는 프레임의 형태로 구성된다. 도면에는 직사각형의 프레임 형태가 도시되어 있지만, 보상부재(30)의 형상이 본 형상으로 제한되는 것은 아니고 양극(10)과 음극(20)의 형상에 따라 변경될 수 있다. 다만, 그 형상에 관계없이 고리 형태 또는 프레임 형태로 구성되는 것이 바람직하다.

본 발명의 구현예에 따르면, 보상부재(30)의 내측 둘레(32) 안쪽으로는 양극(10)이 배치된다. 이 경우 음극(20)은 보상부재(30)의 외측 둘레와 대략 일치하도록 배치된다. 보상부재(30)의 내측 둘레(32)는 양극(10)의 삽입을 위해 양극(10)의 둘레보다는 적어도 같게 또는 크게 형성되고, 음극(20)의 둘레보다는 작게 형성된다. 그리고 보상부재(30)의 외측 둘레는 음극(20)의 둘레와 적어도 같게 또는 크게 구비된다.

보상부재(30)는 서로 반대방향을 향하는 두 개의 면인 부착면(30a) 및 자유면(30b)을 포함한다. 부착면(30a)은 음극(20)에 부착되고, 자유면(30b)은 스택 셀(S)에서 이웃하는 다른 바이셀(B)의 음극(20)에 부착될 수 있다. 또한, 반대의 경우도 가능할 수 있다. 즉, 설명의 명확성을 위하여 부착면과 자유면의 용어를 사용하지만 부착면(30a)과 자유면(30b)은 보상부재(30)의 일 측면과 반대측의 타 측면을 일컫는 것이다. 이하 본 명세서에서 일관성을 위해 부착면(30a)에 음극(20)이 부착되는 것으로 설명하기로 한다.

부착면(30a)에는 보상부재(30)와 음극(20)을 고정시키도록 접착제가 사전에 도포될 수 있다. 부착면(30a)에 도포되는 접착제는 상온에서 점착성을 갖는 물질일 수 있다.

또한, 자유면(30b)에는 스택 셀(S)에서 바이셀(B) 사이를 고정시키도록 접착제가 미리 도포될 수 있다. 특히, 자유면(30b)에 도포되는 접착제는 열에 의해 활성화되는 접착제일 수 있다. 즉, 열활성화 접착제는 상온에서는 접착성이 없지만 가열 등에 의한 온도 상승에 따라 점착성을 갖는 물질일 수 있다.

이러한 고리 형태의 보상부재(30)는 변형에 취약하다. 또한, 개별 전극에 보상부재(30)를 부착하면 부착 정밀도가 저하되고 생산성 확보에 한계가 있다. 예를 들어, 바이셀(B)의 제조공정 중 보상부재(30)의 전면을 제대로 고정하지 못하거나 보상부재(30)에 가해지는 장력에 변동이 되는 경우 도 6a와 같이 보상부재(30) 형태의 변형이 발생할 수 있다. 도 6b 내지 6c를 참조하여, 예를 들어, 보상부재(30)의 네 개의 코너(P1, P2, P3, P4) 중 코너 P1을 정렬의 기준으로 하는 경우를 상정해본다. 코너 P1을 정렬 기준으로 할 때, 코너 P1에서 정렬이 잘못되면 보상부재(30)의 형태의 특성상 전체 영역의 정렬이 흐트러지게 된다. 즉, 코너 중 어느 하나인 코너 P1에서 오정렬이 발생하면 다른 코너 P2, P3, P4 모두가 어긋나는 것을 확인할 수 있다.

이러한 변형 가능성은 본 발명에 따른 보상부재의 부착공정에 의해 제거될 수 있다. 본 발명의 일부 실시형태에 따르면, 보상부재(30)가 전극 내지는 음극(20)의 평행하는 모서리끼리 부착되도록 하여 보상부재(30)의 부착 공정을 간소화하면서 정렬의 정확도를 향상시킬 수 있다.

구체적으로, 도 7에 도시된 바와 같이, 음극(20)은 일 측면인 기준면(24)을 포함하고, 음극(20)은 기준면(24)으로부터 일정 두께만큼 돌출한다. 즉, 음극(20)은 일정 두께를 갖는다. 보상부재(30)의 부착면(30a)은 기준면(24)에 부착되고, 기준면(24)은 적어도 네 개의 사이드 부분(24a, 24b, 24c, 24d)을 포함한다.

기준면(24)의 네 개의 사이드 부분인 제1 사이드 부분(24a), 제2 사이드 부분(24b), 제3 사이드 부분(24c) 및 제4 사이드 부분(24d) 중 제1 사이드 부분(24a)과 제2 사이드 부분(24b)은 서로 실질적으로 평행 또는 대칭되고, 제3 사이드 부분(24c)과 제4 사이드 부분(24d)은 서로에 대해 실질적으로 평행 또는 대칭되게 구성된다.

본 발명에 따르면, 보상부재(30)를 기준면(24)에 부착 시, 도 8a 내지 8b에 도시된 바와 같이, 서로 평행한 제1 사이드 부분(24a) 및 제2 사이드 부분(24b)에 부착을 완료한 뒤, 제3 사이드 부분(24c) 및 제4 사이드 부분(24d)에 부착이 완료될 수 있다. 반대로, 제3 사이드 부분(24c) 및 제4 사이드 부분(24d)에 보상부재(30)가 부착된 뒤, 1 사이드 부분(24a) 및 제2 사이드 부분(24b)에 부착이 실행될 수도 있다. 여기에서, 제1 사이드 부분(24a)과 제2 사이드 부분(24b)은 동시 또는 이시(異時)에 부착될 수 있다. 그리고 제3 사이드 부분(24c)과 제4 사이드 부분(24d)은 동시 또는 이시에 부착될 수 있다. 그리고 도 8c와 같이, 양극(10)이 보상부재(30)의 내측 둘레(32)에 접합됨으로써 바이셀(B)의 제조가 완료될 수 있다.

본 발명의 일부 실시예에 따르면, 기준면(24)에서 평행하는 두 사이드 부분 내지는 제1 사이드 부분(24a)과 제2 사이드 부분(24b)에 보상부재(30)의 부착은 도 9와 같은 예시적인 롤투롤 공정을 통해 이루어질 수 있다. 이로 인해 신속하고 연속적으로 많은 수의 전극에 보상부재가 부착될 수 있다.

음극 시트 롤(102)에서 권출되는 음극 시트(104)에 보상부재 연속체(30)가 제1 사이드 부분(24a)과 제2 사이드 부분(24b)에 부착된다(도 10a 참조). 음극 시트(104)에는 단자 가공기(M)를 통해 음극 탭(22)이 가공되고 기 설정된 크기로 절단라인(C)을 따라 절단됨으로써 개별적인 음극(20)이 제조된다(도 10b 참조). 음극 탭(22)의 가공과 개별 음극으로의 절단은 동시에 이루어질 수도 있고, 이시에 이루어질 수도 있다. 통상적으로 단자 가공이 선행된 후 개별 음극으로 절단되지만, 반대의 경우도 가능할 수 있고 단자 가공과 절단이 동시에 실행될 수도 있다.

구체적으로 도 9를 살펴보면, 전극 또는 음극(20)이 권취되어 있는 음극 시트 롤(102)에서 복수의 음극(20)가 형성될 수 있는 연속적인 음극 시트(104)가 권출된다. 또한, 보상부재 연속체(108)가 권취된 보상부재 롤(106)로부터 보상부재 연속체(108)가 연속적으로 권출된다.

보상부재 연속체(108)에 보호필름(112)이 부착되어 있는 경우, 보호필름 권취부(110)에 의해 보상부재 연속체(108)의 보호필름(112)이 제거된다. 보호필름(112)은 임의적으로 구비될 수 있고, 보상부재 연속체(108)의 부착면(30a)을 보호하도록 구비될 수 있다.

이어 음극 시트(104)와 보상부재 연속체(108)는 합치유닛(114)으로 투입되어 음극 시트(104)에 내지는 음극 시트(104)의 제1 사이드 부분(24a) 및/또는 제2 사이드 부분(24b)에 보상부재 연속체(108)가 부착된다. 즉, 보상부재 연속체(108)는 합치유닛(114)에 의해 음극 시트(104)와 만나면서 음극 시트(104)에 부착된다. 본 발명의 구현예에서, 롤(102, 106), 권취부(110), 합치유닛(114) 등은 구동력을 구비할 수 있고, 예를 들어, 서보모터를 통해 구동력을 가질 수 있다.

이후 비전검사, 전극 가공 등이 실행될 수 있다. 먼저 합치된 음극 시트(104)와 보상부재 연속체(108)는 보상부재 비전유닛(122)을 통해 검사된다. 예를 들어, 보상부재 연속체(108)의 부착 위치가 적합한지 판단될 수 있다. 그리고 프레스(124)에서 음극 시트(104)에 음극 탭(22)이 가공된다. 커터(126)를 통해 합치된 음극 시트(104)와 보상부재 연속체(108)는 절단라인(C)에서 미리 설정된 크기로 절단되고, 복수의 음극(20)이 제조된다. 이후 치수 비전유닛(128), 표면 비전유닛(130)을 통해 가공된 음극(20)의 치수와 표면 검사를 진행하고, 검사를 통과한 음극(20)은 적재함(132)에 적재된다.

본 공정은 연속 영역(100)과 간헐 영역(120)을 포함할 수 있다. 공정 중에서 연속 영역(100)에서는 보상부재 연속체(108)와 음극 시트(104)는 일정 장력, 일정한 속도로 제어된다. 간헐 영역(300)에서는 이송 거리에 대하여 정밀이송 제어가 적용될 수 있다. 이는 간헐 영역(120)에서 i) 보상부재(30)의 위치, 음극 탭(22)의 가공 위치, 음극(20)의 절단 위치 등을 일치시키고 ii) 보상부재(30)의 위치, 음극(20)의 치수, 표면 상태를 검사하기 위함이다.

간헐 영역(120)에서는 추가적으로 롤 피더, 그립 피더(140) 등을 더 포함하여 보상부재(30)가 부착된 음극(20)을 보다 정밀하게 이송시킬 수 있고 프레스(124), 커터(126), 비전유닛(122, 128, 130) 등이 역할을 수행할 정지 구간을 만들어 줄 수 있다.

또한, 본 공정은 EPC (Edge Position Control) 시스템(142)을 더 포함할 수 있다. 음극 시트 롤(102)에서 권출된 음극 시트(104)과 보상부재 롤(106)에서 권출된 보상부재 연속체(108)는 합치유닛(114)에 도달하기 전에 EPC 시스템(142)을 통한 사행보정이 완료된다. 또한, 보상부재 연속체(108)는 EPC 시스템(142)을 통하여 음극 시트(104)와 정렬될 수 있다. 비제한적인 예로서, EPC 시스템(142)을 통한 사행 제어 시, 피벗 타입 또는 스풀(spool) 타입의 EPC 시스템이 구성될 수 있다.

본 공정은 장력제어용 댄서(dancer, 144)를 더 포함할 수 있다. 특히, 컷팅 구간 전후로 댄서(144)를 통한 장력 제어가 실행될 수 있다. 비제한적인 예로서, 파우더 브레이크, 파우더 클러치 등이 더 포함될 수도 있다. 댄서(144)를 통한 장력 제어의 경우 저마찰 실린더를 이용하여 장력 제어의 변동을 최소화할 수 있고, 댄서(144)의 위치를 감지하여 속도가 보상될 수 있다. 파우더 브레이크, 파우더 클러치를 통한 장력 제어의 경우에는 로드 셀 등을 더 포함하여 이송 중인 이송대상의 장력을 감지하여 보상 제어할 수 있다.

제조장치는 조절 롤(146)을 더 포함할 수 있다. 조절 롤(146)은 합치유닛(114)의 상류, 보호필름(112) 박리지점 등의 웹(web) 각을 보정할 수 있다. 또한, 복수의 롤러(148)가 구비되어 음극 시트(104), 보상부재 연속체(108)의 이송 경로를 적절히 안내할 수 있다. 도 9에서 도면부호가 표시되어 있지 않더라도 원에 직사각형 요소가 수반되는 것은 댄서(144)를, 원 안에 양방향 화살표가 배치된 것은 조절 롤(146)을 나타낸다.

본 발명의 일부 실시형태에 따르면, 도 11a 내지 11d에 도시된 바와 같이, 음극(20)의 다른 두 평행한 사이드 부분 내지는 제3 사이드 부분(24c)과 제4 사이드 부분(24d)에 보상부재(30)의 부착이 수행될 수 있다. 특히, 보상부재 롤(106)에서 공급되는 보상부재 연속체(108)는 절단되어 보상부재(30)로 가공되고, 가공된 보상부재(30)는 다축 이송기로 이송되어 음극(20)의 제3 사이드 부분(24c)과 제4 사이드 부분(24d)에 부착될 수 있다.

구체적으로, 보상부재 롤(106)로부터 보상부재 연속체(108)가 공급된다. 여기에서 보상부재 연속체(108)에는 롤 피딩 또는 그립 피딩 방식이 적용될 수도 있다. 보상부재 연속체(108)의 단부는 그리퍼 유닛(154)에 의해 파지된다(도 11a 참조). 또한, 그리퍼 유닛(154)은 그리퍼 이송기(156)에 장착되어 보상부재 연속체(108)로부터 절단되는 보상부재(30)의 길이를 조절하고, 보상부재(30)의 장력을 조절할 수 있다. 그리고 흡착유닛(160)이 투입된다. 흡착유닛(160)은 보상부재(30)를 흡착하여 부착될 음극(20)까지 이송시킬 수 있다. 비제한적인 예로서, 흡착유닛(160)은 진공 흡착 등의 방식으로 보상부재(30)를 들어올릴 수 있다(도 11b 참조). 흡착유닛(160)에 의해 흡착이 완료되면 나이프 유닛(158)에 의해 보상부재 연속체(108)는 기 설정된 길이의 보상부재(30)로 절단될 수 있다(도 11c 참조). 그리고 흡착유닛(160)은 절단된 보상부재(30)가 부착될 음극(20)으로 이동하여 기준면(24)의 기 설정된 위치에 보상부재(30)를 부착한다(도 11d 참조). 여기에서 하나의 보상부재(30)가 준비되는 것으로 설명하였으나 한 쌍의 보상부재(30)가 준비될 수 있다. 즉, 보상부재 롤(106), 그리퍼 유닛(154), 나이프 유닛(158), 흡착유닛(160)은 제3 사이드 부분(24c)과 제4 사이드 부분(24d)에 부착될 한 쌍의 보상부재(30)를 동시에 파지하여 부착하도록 구성될 수도 있다. 또한, 앞서 제1 및 제2 사이드 부분(24a, 24b)의 부착 실시예에서와 동일하게 본 실시예에서 보상부재 롤에 도면부호 106을 사용하였으나, 반드시 전자와 동일한 롤 필요는 없고 별개의 롤일 수도 있다.

도 12와 13을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 세부적인 작동 메커니즘에 대해 설명하기로 한다. 보상부재 롤(106)에서 권출되는 보상부재 연속체(108)는 하나 이상의 텐셔너(152)에 의해 그 텐션이 조절될 수 있다. 보상부재 연속체(108)는 나이프 유닛(158)을 통과하도록 배치되고, 보상부재 연속체(108)의 단부는 그리퍼 유닛(154)에 의해 파지된다. 그리퍼 유닛(154)은 보상부재 연속체(108)의 권출방향 또는 x축으로 이동가능한 그리퍼 이송기(156)에 장착되어 x축을 따라 양방향으로 이동가능하게 구성된다.

그리고 흡착유닛(160)은 y축으로 이동가능한 y축 이송기(162)와 x축으로 이동가능한 x축 이송기(164)에 장착된다. 본 실시예에서, 이송기(156, 162, 164)는 선형 구동기일 수 있다.

흡착유닛(160)은 y축 이송기(162)를 통해 그리퍼 유닛(154)에 의해 파지된 보상부재 연속체(108)로 접근하고 보상부재 연속체(108)를 흡착한다. 그런 뒤 나이프 유닛(158)에 의해 보상부재 연속체(108)가 기 설정된 길이로 절단된다. 흡착유닛(160)은 y축 이송기(162)를 통해 상승하고, x축 이송기(164)를 통해 보상부재(30)가 부착될 전극이 마련된 전극 스테이지(166)로 이동한다. 전극 스테이지(166)에는 복수 개의 음극(20)이 적층되어 있을 수 있고, 보상부재(30)의 부착에 따른 위치 변동을 제거하기 위하여 흡착, 그립 방식으로 고정되어 있을 수 있다.

흡착유닛(160)은 y축 이송기(162)를 통해 하강하여 음극(20)의 기준면(24)에 보상부재(30)를 부착한다. 부착이 완료되면 비전 검사 등을 통해 전극에 대한 보상부재(30)의 위치, 제1 사이드 부분(24a) 및 제2 사이드 부분(24b)에 부착되어 있는 보상부재(30)에 대한 위치 등을 검사하여 불량을 선별할 수 있다.

이와 같이 본 발명에 의하면 보상부재(30)가 부착될 기준면(24)의 제1 내지 제4 사이드 부분(24d)에 일정 순서대로 독립적으로 부착되도록 구성되어 공정 진행에 의한 변형이 최소화될 수 있다. 또한, 각 사이드 부분(24a, 24b, 24c, 24d) 별로 독립적으로 정렬 품질을 확보할 수 있다.

본 명세서에서는 음극에 보상부재가 부착되는 것만을 설명하였으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니고 양극에 보상부재가 부착될 수도 있다.

본 발명의 실시예들에서, 제어시스템이 더 구비되어 각 롤(102, 106, 110), 합치유닛(114), 비전유닛(122, 128, 130), 프레스(124), 커터(126) 등 각 구성요소의 구동을 관리하고 적시에 제어될 수 있다.

본 발명에 따르면, 전지는 음극과 양극의 치수 차이를 보상할 수 있는 보상부재를 포함하여 가압 공정에서 발생될 수 있는 전극의 손상을 방지할 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 보상부재의 부착 공정에서 보상부재의 변형을 최소화함으로써 부착 공정을 안정화할 수 있고, 전체적인 품질을 향상시킬 수 있다.

또한, 본 발명에 따라 제조되는 바이셀을 적층하여 스택 셀이 구성될 경우 보상부재의 내측에 양극이 삽입되어 음극과 양극간 위치 변동을 방지할 수 있다. 그리고 스택 셀에서 보상부재의 접착력을 이용하여 바이셀간 고정력을 향상시킬 수 있다.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백할 것이다.

10: 양극 12: 양극 탭
20: 음극 22: 음극 탭
24: 기준면
24a, 24b, 24c, 24d: 제1 내지 제4 사이드 부분
30: 보상부재 30a: 부착면
30b: 자유면 32: 내측 둘레
102: 음극 시트 롤 104: 음극 시트
106: 보상부재 롤 108: 보상부재 연속체
110: 보호필름 권취부 112: 보호필름
114: 합치유닛 100: 연속 영역
120: 간헐 영역 122: 보상부재 비전유닛
124: 프레스 126: 커터
128: 치수 비전유닛 130: 표면 비전유닛
132: 적재함 140: 그립 피더
142: EPC 시스템 144: 댄서
146: 조절 롤 148: 롤러
152: 텐셔너 154: 그리퍼 유닛
156: 그리퍼 이송기 158: 나이프 유닛
160: 흡착유닛 162: y축 이송기
164: x축 이송기 166: 전극 스테이지

Claims

전지의 바이셀의 제조방법으로서, 상기 바이셀의 전극 중 제1 전극은 기준면 및 상기 기준면으로부터 돌출하는 일정 두께를 갖고, 상기 기준면은 적어도 네 개의 사이드 부분에 의해 둘레가 형성되고, 상기 네 개의 사이드 부분 중 제1 사이드 부분과 제2 사이드 부분은 상기 기준면의 중심에 대해 서로 대칭하고 제3 사이드 부분과 제4 사이드 부분은 상기 기준면의 중심에 대해 서로 대칭되게 구성되고, 상기 방법은,
동시 또는 이시(異時)에 제1 사이드 부분 및 제2 사이드 부분에 제1 보상부재를 부착하는 제1 단계; 및
동시 또는 이시에 상기 제3 사이드 부분 및 제4 사이드 부분에 제2 보상부재를 부착하는 제2 단계;
를 포함하는 것인 방법.
청구항 1에 있어서, 상기 제1 전극은 전극 시트로부터 형성되고, 상기 제1 보상부재는 제1 보상부재 연속체로부터 형성되며, 상기 제1 단계는,
전극 시트 롤에 권취된 전극 시트를 권출하는 단계; 및
제1 보상부재 롤에 권취된 제1 보상부재 연속체를 권출하여 제1 사이드 부분 및 제2 사이드 부분에 각각 상기 제1 보상부재 연속체를 부착하는 단계;
를 포함하는 것인 방법.
청구항 2에 있어서,
상기 제1 사이드 부분 및 제2 사이드 부분에 제1 보상부재 연속체가 부착된 전극 시트를 기 설정된 길이로 절단하여 각각 제1 보상부재가 부착된 복수의 제1 전극을 획득하는 단계;
를 포함하는 것인 방법.
청구항 3에 있어서,
제2 보상부재 롤에 권취된 제2 보상부재 연속체를 권출하는 단계;
상기 제2 보상부재 연속체를 기 설정된 길이로 절단하여 제2 보상부재를 획득하는 단계; 및
상기 제2 보상부재를 운반하여 상기 제1 전극의 제3 사이드 부분 및 제4 사이드 부분에 부착하는 단계;
를 포함하는 것인 방법.
청구항 4에 있어서,
상기 제1 보상부재 및 제2 보상부재에 의해 형성되는 기준면의 영역에 제2 전극을 적층하는 단계-제1 전극은 제2 전극과 다른 극성을 가짐-;
를 포함하는 것인 방법.
청구항 5에 있어서, 상기 제1 전극은 음극이고, 상기 제2 전극은 양극인 것인 방법.
청구항 1에 있어서, 상기 제2 단계는 제1 단계에 선행되는 것인 방법.
전극 시트를 공급하도록 구성되는 전극 시트 롤;
제1 보상부재 연속체를 공급하도록 구성되는 제1 보상부재 롤; 및
공급되는 상기 전극 시트와 제1 보상부재 연속체를 합치하도록 구성되는 합치유닛-상기 제1 보상부재 연속체는 상기 전극 시트의 제1 사이드 부분과 제2 사이드 부분에 부착되고, 상기 제1 사이드 부분 및 제2 사이드 부분은 서로 대칭하도록 위치함-;
을 포함하는 것인 전지의 바이셀의 제조시스템.
청구항 8에 있어서,
합치된 상기 전극 시트와 제1 보상부재 연속체를 기 설정된 크기의 제1 전극으로 절단하도록 구성되는 커터;
를 더 포함하는 것인 제조시스템.
청구항 9에 있어서,
제2 보상부재 연속체를 공급하도록 구성되는 제2 보상부재 롤;
공급된 상기 제2 보상부재 연속체의 단부를 파지하도록 구성되는 그리퍼 유닛;
상기 그리퍼 유닛에 의해 파지되는 상기 제2 보상부재 연속체를 흡착하도록 구성되는 흡착유닛; 및
상기 흡착유닛에 의해 흡착된 상기 제2 보상부재 연속체를 기 설정된 길이의 제2 보상부재로 절단하도록 구성되는 나이프 유닛;
을 포함하는 것인 제조시스템.
청구항 10에 있어서, 상기 흡착유닛을 전극 스테이지까지 이송시키도록 구성되는 이송기를 더 포함하고, 상기 흡착유닛은 상기 전극 스테이지에 배치되는 제1 전극의 제3 사이드 부분 및 제4 사이드 부분에 상기 제2 보상부재를 부착하도록 구성되고, 상기 제3 사이드 부분과 제4 사이드 부분은 상기 제1 음극에서 서로 대칭되게 위치하는 것인 제조시스템.
청구항 11에 있어서, 상기 이송기는,
상기 흡착유닛을 상기 제2 보상부재 연속체의 흐름방향과 동일한 방향으로 이송가능한 x축 이송기; 및
상기 흐름방향에 대해 수직한 방향으로 이송가능한 y축 이송기;
를 더 포함하는 것인 제조시스템.
청구항 10에 있어서,
상기 제2 보상부재 롤에서 권출되는 제2 보상부재 연속체의 텐션을 조절하고 흐름을 안내하도록 구성되는 복수의 텐셔너를 더 포함하는 것인 제조시스템.
청구항 8에 있어서, 상기 제1 보상부재 롤 및 합치유닛 사이에 배치되고, 상기 제1 보상부재 연속체에 부착된 보호필름을 권출하도록 구성되는 보호필름 권취부를 더 포함하는 것인 제조시스템.
청구항 9에 있어서, 상기 제1 전극에 부착된 제1 보상부재의 상태를 검사하기 위한 비전유닛을 더 포함하는 것인 제조시스템.
청구항 8에 있어서, 상기 전극 시트와 제1 보상부재 연속체의 장력을 조절하기 위한 복수의 댄서를 더 포함하는 것인 제조시스템.
청구항 8에 있어서, 상기 전극 시트에 대해 제1 보상부재 연속체를 정렬하기 위한 EPC(edge position control) 시스템을 더 포함하는 것인 제조시스템.
청구항 8에 있어서, 상기 제조시스템의 작동을 제어하도록 구성되는 제어시스템을 더 포함하는 것인 제조시스템.
청구항 10에 있어서, 상기 그리퍼 유닛을 상기 제2 보상부재 연속체의 흐름방향과 동일한 방향으로 이송하기 위한 그리퍼 이송기를 더 포함하는 것인 제조시스템.