KR20240048210A - 이차전지 제조장치 - Google Patents

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KR20240048210A
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안성배
류상현
노재훈
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Abstract

본 발명의 실시예는 이차전지 제조장치에 관한 것으로, 해결하고자 하는 기술적 과제는 용접 품질을 개선할 수 있는 이차전지 제조장치를 제공하는 데 있다.
이를 위해 본 발명은 전극조립체, 상기 전극조립체를 수용하는 캔 및 상기 전극조립체와 상기 캔 사이에 배치되어 이들을 전기적으로 연결하기 위한 전극탭을 포함하는 셀이 배치되기 위한 인덱스 테이블, 상기 캔의 외면에 레이저를 조사하여 상기 전극탭과 상기 캔을 용접하기 위한 레이저 스캐너 및 미리 정해진 방식으로 상기 레이저 스캐너를 구동하되, 상기 인덱스 테이블의 동작에 연동하여 상기 레이저 스캐너를 가변 제어하는 제어부를 포함하는 이차전지 제조장치를 개시한다.

Description

이차전지 제조장치 {APPARATUS FOR MANUFACTURING SECONDARY BATTERY}
본 발명의 실시예는 이차전지 제조장치에 관한 것이다.
이차 전지는 충전이 불가능한 일차 전지와 달리 충전 및 방전이 가능한 전지이다. 저용량의 이차 전지는 스마트폰, 피처폰, 태블릿 컴퓨터, 노트북 컴퓨터, 디지털 카메라, 캠코더 등과 같이 휴대가 가능한 소형 전자기기에 사용되고, 대용량의 이차 전지는 하이브리드 자동차, 전기 자동차 등의 모터 구동 및 전력 저장용 전지로 널리 사용되고 있다.
이러한 이차 전지는 외형에 따라 원통형, 각형, 파우치형 등으로 구분할 수 있다. 원통형 이차 전지는 전형적으로 전극 조립체, 캔, 캡 조립체, 캔과 캡 조립체를 절연하는 가스켓 등을 포함하여, 전극 조립체의 음극 부재가 음극 탭을 통해 캔의 바닥에 전기적으로 연결되어 캔이 음극을 띄고, 전극 조립체의 양극 부재가 양극 탭을 통해 캡 조립체의 단자에 전기적으로 연결되어 캡 조립체가 양극을 띄는 구조를 갖는다. 이때, 음극 탭과 캔의 바닥 간 접합은 흔히 저항 용접을 이용하는데, 이러한 방식은 불량 발생 비율이 높은 반면 불량 검출이 용이하지 않은 문제가 있다.
이러한 발명의 배경이 되는 기술에 개시된 상술한 정보는 본 발명의 배경에 대한 이해도를 향상시키기 위한 것일 뿐이며, 따라서 종래기술을 구성하지 않는 정보를 포함할 수도 있다.
본 발명의 실시예는 용접 품질을 개선할 수 있는 이차전지 제조장치를 제공한다.
본 발명의 실시예에 따른 이차전지 제조장치는 전극조립체, 상기 전극조립체를 수용하는 캔 및 상기 전극조립체와 상기 캔 사이에 배치되어 이들을 전기적으로 연결하기 위한 전극탭을 포함하는 셀이 배치되기 위한 인덱스 테이블, 상기 캔의 외면에 레이저를 조사하여 상기 전극탭과 상기 캔을 용접하기 위한 레이저 스캐너 및 미리 정해진 방식으로 상기 레이저 스캐너를 구동하되, 상기 인덱스 테이블의 동작에 연동하여 상기 레이저 스캐너를 가변 제어하는 제어부를 포함할 수 있다.
또한, 상기 인덱스 테이블은 테이블, 상기 테이블의 둘레를 따라 배치되어 상기 셀을 고정하기 위한 지그 및 상기 테이블을 회전시키기 위한 모터를 포함하고, 상기 레이저 스캐너는 레이저 발진기, 상기 레이저 발진기로부터 방출된 레이저를 반사시키는 X축 미러, 상기 X축 미러를 회전시키기 위한 X축 모터, 상기 X축 미러에 의해 반사된 레이저를 반사시키는 Y축 미러, 상기 Y축 미러를 회전시키기 위한 Y축 모터 및 상기 Y축 미러에 의해 반사된 레이저를 상기 셀을 향해 집중시키는 대물렌즈를 포함하며, 상기 모터의 회전 속도를 측정하는 인코더를 더 포함하고, 상기 제어부는 상기 인코더로부터 입력되는 모터의 회전 속도에 기반하여 상기 레이저 스캐너를 가변 제어할 수 있다.
또한, 상기 제어부는 상기 인코더로부터 입력되는 모터의 회전 속도가 일정할 때에는 상기 미리 정해진 방식으로 상기 레이저 스캐너를 구동하고, 상기 인코더로부터 입력되는 모터의 회전 속도가 증가 또는 감소하고 있을 때에는 상기 미리 정해진 방식에 비해, 상기 X축 모터와 상기 Y축 모터 중 적어도 하나를 천천히 구동할 수 있다.
또한, 상기 제어부는 상기 인코더로부터 입력되는 모터의 회전 속도가 일정할 때에는 상기 미리 정해진 방식으로 상기 레이저 스캐너를 구동하고, 상기 인코더로부터 입력되는 모터의 회전 속도가 증가 또는 감소하고 있을 때에는 상기 미리 정해진 방식에 비해, 상기 레이저 발진기가 레이저를 미리 출사하도록 구동할 수 있다.
또한, 상기 레이저 스캐너는 직선형, 곡선형 또는 직선형과 곡선형을 조합한 모양으로 용접 패턴을 형성할 수 있다.
또한, 상기 레이저 스캐너는 상기 인덱스 테이블이 동작하고 있는 동안 용접 패턴을 형성할 수 있다.
본 발명의 실시예는 비접촉 레이저 용접을 이용해 음극 탭과 캔의 바닥을 용접하되, 제어부가 인덱스 테이블의 회전 속도에 대응하여 레이저 스캐너를 가변 제어함으로써, 인덱스 테이블이 가속 또는 감속 운동을 하는 경우에도 원하는 용접 패턴을 정확하게 형성할 수 있어, 용접 품질을 개선할 수 있는 이차전지 제조장치를 제공한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 이차전지 제조장치의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 이차전지 제조장치의 인덱스 테이블의 개요도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 이차전지 제조장치의 레이저 스캐너의 개요도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 이차전지 제조장치를 이용해 캔과 음극탭을 용접하는 방식을 나타낸 것이다.
도 5a-5f는 본 발명의 실시예에 따른 이차전지 제조장치를 이용해 형성할 수 있는 용접 패턴들을 예시한 것이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
본 발명의 실시예들은 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려, 이들 실시예는 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다.
또한, 이하의 도면에서 각 층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장된 것이며, 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 "및/또는"은 해당 열거된 항목 중 어느 하나 및 하나 이상의 모든 조합을 포함할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 "연결된다"라는 의미는 A 부재와 B 부재가 직접 연결되는 경우뿐만 아니라, A 부재와 B 부재의 사이에 C 부재가 개재되어 A 부재와 B 부재가 간접 연결되는 경우도 의미한다.
본 명세서에서 사용된 용어는 특정 실시예를 설명하기 위하여 사용되며, 본 발명을 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 단수 형태는 문맥상 다른 경우를 분명히 지적하는 것이 아니라면, 복수의 형태를 포함할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 경우 "포함할 수 있다(comprise, include)" 및/또는 "포함하는(comprising, including)"은 언급한 형상들, 숫자, 단계, 동작, 부재, 요소 및/또는 이들 그룹의 존재를 특정하는 것이며, 하나 이상의 다른 형상, 숫자, 동작, 부재, 요소 및 /또는 그룹들의 존재 또는 부가를 배제하는 것이 아니다.
본 명세서에서 제1, 제2 등의 용어가 다양한 부재, 부품, 영역, 층들 및/또는 부분들을 설명하기 위하여 사용되지만, 이들 부재, 부품, 영역, 층들 및/또는 부분들은 이들 용어에 의해 한정되어서는 안 됨은 자명하다. 이들 용어는 하나의 부재, 부품, 영역, 층 또는 부분을 다른 영역, 층 또는 부분과 구별하기 위하여만 사용된다. 따라서, 이하 상술할 제1 부재, 부품, 영역, 층 또는 부분은 본 발명의 가르침으로부터 벗어나지 않고서도 제2 부재, 부품, 영역, 층 또는 부분을 지칭할 수 있다.
"하부(beneath)", "아래(below)", "낮은(lower)", "상부(above)", "위(upper)"와 같은 공간에 관련된 용어가 도면에 도시된 한 요소 또는 특징과 다른 요소 또는 특징의 용이한 이해를 위해 이용될 수 있다. 이러한 공간에 관련된 용어는 본 발명의 다양한 공정 상태 또는 사용 상태에 따라 본 발명의 용이한 이해를 위한 것이며, 본 발명을 한정하기 위한 것은 아니다. 예를 들어, 도면의 요소 또는 특징이 뒤집어지면, "하부" 또는 "아래"로 설명된 요소 또는 특징은 "상부" 또는 "위에"로 된다. 따라서, "하부"는 "상부" 또는 "아래"를 포괄하는 개념이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 이차전지 제조장치(100)의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 이차전지 제조장치(100)의 인덱스 테이블(110)의 개요도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 이차전지 제조장치(100)의 레이저 스캐너(120)의 개요도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 이차전지 제조장치(100)는 인덱스 테이블(110), 레이저 스캐너(120), 인코더(130) 및 제어부(140)를 포함한다.
도 2를 참조하면, 인덱스 테이블(110)은 원판형 테이블(111); 테이블(111)의 둘레를 따라 배열되어, 용접 대상, 즉 셀(C)을 고정하기 위한 지그(112); 및 테이블(111)을 회전시키기 위한 모터(113)를 포함한다.
셀(C)은 음극판, 양극판 및 세퍼레이터를 포함하는 전극조립체; 전극조립체를 수용하는 캔; 전극조립체와 캔 사이에 배치되어, 음극판과 캔을 전기적으로 연결하기 위한 음극탭 등을 포함하며, 본 발명의 실시예에 따른 이차전지 제조장치(100)에 의해 캔과 음극탭이 용접된다. 이러한 셀(C)은 후속 공정에 의해 캔을 밀봉하는 캡조립체; 양극판과 캡조립체를 전기적으로 연결하는 양극탭; 및 캔에 주입되는 전해액 등을 더 포함하게 된다.
도 3을 참조하면, 레이저 스캐너(120)는 레이저 발진기(미도시); 레이저 발진기로부터 방출된 레이저를 반사시키는 X축 미러(121); X축 미러(121)를 회전시키기 위한 X축 모터(122); X축 미러(121)에 의해 반사된 레이저를 반사시키는 Y축 미러(123); Y축 미러(123)를 회전시키기 위한 Y축 모터(124); 및 Y축 미러(123)에 의해 반사된 레이저를 집중시키는 대물렌즈(125)를 포함한다.
따라서, X축 모터(122)를 이용해 X축 미러(121)의 각도와 회전 속도를 조절함으로써 레이저를 X축으로 스캐닝하고, Y축 모터(124)를 이용해 Y축 미러(123)의 각도와 회전 속도를 조절함으로써 레이저를 Y축으로 스캐닝할 수 있으며, 이러한 X축 스캐닝과 Y축 스캐닝을 조합함으로써 레이저를 2차원 패턴으로 조사할 수 있다.
레이저 스캐너(120)는 셀(C)의 캔과 음극탭을 용접하는 역할을 하는데, 특히 셀(C)이 정지한 상태에서 용접을 수행하고 용접이 끝나면 다시 셀(C)이 인덱스 테이블(110)에 의해 이송되는 것이 아니라, 셀(C)이 인덱스 테이블(110)에 의해 이송되고 있는 동안 용접을 수행할 수 있다. 다시 말해, '무정지'로 용접을 수행할 수 있다.
인코더(130)는 모터(113)의 회전 속도를 실시간으로 측정하여 제어부(140)로 전송한다.
제어부(140)는 미리 정해진 용접 패턴을 형성할 수 있도록 테이블(111)의 직경, 회전 속도, 헤드 수 및/또는 용접 시 가압 시간, 용접 시간, 안정화 시간 등을 고려하여 미리 정해진 방식(이하, '기본 모드'라 함)으로 X축 모터(122)와 Y축 모터(124)를 구동한다.
단, 기본 모드는 셀(C)이 미리 정해진 경로를 따라 등속 운동을 하고 있을 때 그 셀(C)에 대해 미리 정해진 용접 패턴을 형성할 수 있도록 설정된 것이다. 따라서, 셀(C)이 가속 또는 감속 운동을 하게 되면 미리 정해진 용접 패턴을 제대로 형성하지 못할 수 있다.
이에 대응하여, 제어부(140)는 인코더(130)로부터 입력된 모터(113)의 회전 속도에 기반하여 레이저 발진기, X축 모터(122) 및/또는 Y축 모터(124)를 실시간으로 가변 제어한다.
예를 들어, 인덱스 테이블(110)이 가속 운동을 할 경우, 인코더(130)는 모터(113)의 회전 속도를 측정하여 제어부(140)로 전송하고, 제어부(140)는 인덱스 테이블(110)이 가속 운동을 하고 있는 것으로 판단하여, 기본 모드에 비해, 레이저 발진기가 레이저를 조금 미리 출사하도록 구동하고, X축 모터(122)와 Y축 모터(124)를 천천히 구동할 수 있다. 셀(C)이 감속 운동을 할 경우 역시 마찬가지이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 이차전지 제조장치(100)를 이용해 캔과 음극탭을 용접하는 방식을 나타낸 것이다.
전술한 바와 같이, 용접 대상인 셀(C)은 음극판, 양극판 및 세퍼레이터를 포함하는 전극조립체; 전극조립체를 수용하는 캔; 전극조립체와 캔의 바닥 사이에 배치되어, 음극판과 캔의 바닥을 전기적으로 연결하기 위한 음극탭 등을 포함할 수 있다.
이러한 셀(C)은 캔의 바닥이 레이저 스캐너(120)를 향하도록 지그(112)에 장착되며, 레이저 스캐너(120)는 캔의 바닥의 외면에 레이저를 조사하여 캔의 바닥과 음극탭을 용접한다.
도 5a-5f는 본 발명의 실시예에 따른 이차전지 제조장치(100)를 이용해 형성할 수 있는 용접 패턴들을 예시한 것이다.
레이저 스캐너(120)는 캔의 바닥의 외면에 레이저를 조사하여, 용접 패턴을 직선형으로 형성할 수도 있고 곡선형으로 형성할 수도 있으며 직선형과 곡선형을 조합한 모양으로 형성할 수도 있다. 이를테면, 레이저 스캐너(120)는 I자형(도 5a), C자형(도 5b), S자형(도 5c), O자형(도 5d), N자형(도 5e), 나선형(도 5f) 등으로 용접 패턴을 형성할 수 있다. 물론, 이는 이해의 편의를 위해 제공한 예시에 불과하며, 그 외에 필요에 따라 다양한 모양으로 형성할 수 있을 것이다.
이러한 용접 패턴은 인코더(130)가 모터(113)의 회전 속도를 실시간으로 측정하여 제어부(140)로 전송하고, 제어부(140)는 인코더(130)로부터 입력된 모터(113)의 회전 속도에 기반하여 레이저 출사 타이밍, X축 스캐닝 및/또는 Y축 스캐닝을 실시간으로 가변 제어함으로써, 더욱 정확하게 구현될 수 있다.
이상에서 설명한 것은 본 발명에 따른 이차전지 제조장치(100)를 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.

Claims (6)

  1. 전극조립체, 상기 전극조립체를 수용하는 캔 및 상기 전극조립체와 상기 캔 사이에 배치되어 이들을 전기적으로 연결하기 위한 전극탭을 포함하는 셀이 배치되기 위한 인덱스 테이블,
    상기 캔의 외면에 레이저를 조사하여 상기 전극탭과 상기 캔을 용접하기 위한 레이저 스캐너 및
    미리 정해진 방식으로 상기 레이저 스캐너를 구동하되, 상기 인덱스 테이블의 동작에 연동하여 상기 레이저 스캐너를 가변 제어하는 제어부를 포함하는 이차전지 제조장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 인덱스 테이블은 테이블, 상기 테이블의 둘레를 따라 배치되어 상기 셀을 고정하기 위한 지그 및 상기 테이블을 회전시키기 위한 모터를 포함하고,
    상기 레이저 스캐너는 레이저 발진기, 상기 레이저 발진기로부터 방출된 레이저를 반사시키는 X축 미러, 상기 X축 미러를 회전시키기 위한 X축 모터, 상기 X축 미러에 의해 반사된 레이저를 반사시키는 Y축 미러, 상기 Y축 미러를 회전시키기 위한 Y축 모터 및 상기 Y축 미러에 의해 반사된 레이저를 상기 셀을 향해 집중시키는 대물렌즈를 포함하며,
    상기 모터의 회전 속도를 측정하는 인코더를 더 포함하고,
    상기 제어부는 상기 인코더로부터 입력되는 모터의 회전 속도에 기반하여 상기 레이저 스캐너를 가변 제어하는 이차전지 제조장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 인코더로부터 입력되는 모터의 회전 속도가 일정할 때에는 상기 미리 정해진 방식으로 상기 레이저 스캐너를 구동하고, 상기 인코더로부터 입력되는 모터의 회전 속도가 증가 또는 감소하고 있을 때에는 상기 미리 정해진 방식에 비해, 상기 X축 모터와 상기 Y축 모터 중 적어도 하나를 천천히 구동하는 이차전지 제조장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 인코더로부터 입력되는 모터의 회전 속도가 일정할 때에는 상기 미리 정해진 방식으로 상기 레이저 스캐너를 구동하고, 상기 인코더로부터 입력되는 모터의 회전 속도가 증가 또는 감소하고 있을 때에는 상기 미리 정해진 방식에 비해, 상기 레이저 발진기가 레이저를 미리 출사하도록 구동하는 이차전지 제조장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 레이저 스캐너는 직선형, 곡선형 또는 직선형과 곡선형을 조합한 모양으로 용접 패턴을 형성하는 이차전지 제조장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 레이저 스캐너는 상기 인덱스 테이블이 동작하고 있는 동안 용접 패턴을 형성할 수 있는 이차전지 제조장치.
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