WO2023033543A1 - 전극 탭 가이드 장치, 이를 이용한 전극 탭 제조장치 및 전극 조립체 제조방법 - Google Patents

전극 탭 가이드 장치, 이를 이용한 전극 탭 제조장치 및 전극 조립체 제조방법 Download PDF

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WO2023033543A1
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tab
electrode
guide
tab guide
electrode tab
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이동근
김익준
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주식회사 엘지에너지솔루션
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Definitions

  • the present invention relates to an electrode tab guide device.
  • At least one of the first tab guide and the second tab guide located above and below the electrode tabs moves horizontally toward the electrode assembly, thereby elongating the electrode tab to prevent disconnection of the electrode tab. It's about the device.
  • the present invention relates to an electrode tab manufacturing device and an electrode assembly manufacturing method using the electrode tab guide device.
  • secondary batteries capable of charging and discharging have been widely used as energy sources for wireless mobile devices.
  • secondary batteries are attracting attention as an energy source for electric vehicles, hybrid electric vehicles, etc., which are proposed as a solution to air pollution such as existing gasoline vehicles and diesel vehicles using fossil fuels. Therefore, the types of applications using secondary batteries are diversifying due to the advantages of secondary batteries, and it is expected that secondary batteries will be applied to more fields and products than now.
  • These secondary batteries are sometimes classified into lithium ion batteries, lithium ion polymer batteries, lithium polymer batteries, etc., depending on the composition of electrodes and electrolytes. It is increasing.
  • secondary batteries include a cylindrical battery and a prismatic battery in which an electrode assembly is embedded in a cylindrical or prismatic metal can, and a pouch type in which the electrode assembly is embedded in a pouch-type case of an aluminum laminate sheet, depending on the shape of the battery case.
  • the electrode assembly which is classified as a battery and is embedded in a battery case, is a power generating device capable of charging and discharging, consisting of a positive electrode, a negative electrode, and a separator structure interposed between the positive electrode and the negative electrode.
  • a jelly-roll type in which a separator is wound on the surface
  • a stack type in which a plurality of positive and negative electrodes of a predetermined size are sequentially stacked in a state in which a separator is interposed.
  • FIG 1 shows an electrode tab manufacturing apparatus according to the prior art by way of example.
  • the electrode assembly 10 collects and welds electrode tabs 20 provided at ends of a plurality of electrodes and connects them to electrode leads.
  • the electrode assembly When the electrode assembly is received in the battery case through the electrode lead and sealed, it can be electrically connected to the outside.
  • the electrode tabs Before welding the electrode tabs with the electrode leads, the electrode tabs are collected and subjected to a pre-welding process by a horn and anvil. At this time, during the pre-welding process, there is a problem in that the quality of the electrode assembly is degraded because external dust flows in the direction of the electrode assembly. In order to prevent this, as shown in FIG.
  • the plurality of electrode tabs 20 are pressurized by tab guides 110 and 120 located above and below the electrode tab 20 and having a straight bar shape to bring them together.
  • An electrode tab laminated portion is formed.
  • the anvil 320 supports the region to be welded (A), and the horn 310 applies ultrasonic vibration to the region to be welded (A) to weld the electrode tabs 20 .
  • an electrode lead (not shown) is welded to the top or bottom of the welding target region A where the electrode tabs 20 are welded to manufacture an electrode assembly.
  • the electrode tab 20 Since a predetermined pressure is applied to the electrode tab 20 while the tab guides 110 and 120 having the straight rod shape contact each other, the electrode tab 20 is elongated. However, since the elongation of the electrode tab is limited for each model, the length margin ratio of the outermost tab (the straight length of the outermost tab by the tab guide/the tab length of the swollen cell) is low. In this case, when a tensile force due to a post-welding process is applied, there is a high possibility of a tab disconnection defect. In order to prevent this, it is necessary to extend and weld the electrode tab longer. However, since the conventional tab guide moves only up and down, there is a limit in that the elongation length cannot be increased beyond a certain length when the electrode tab is pressed by the electrode tab guide.
  • the present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide an electrode tab guide device capable of preventing tab disconnection caused by pre-welding.
  • Another object of the present invention is to provide an electrode tab manufacturing apparatus including the electrode tab guide device described above.
  • Another object is to provide a manufacturing method of an electrode assembly that can be welded by lengthening the length of the electrode tab.
  • An electrode tab guide device for solving the above problems is an electrode tab guide device that presses and gathers the electrode tabs when welding a plurality of electrode tabs protruding from an electrode assembly at a welding portion, a first tab guide and a second tab guide that move toward the electrode tab from upper and lower portions and press and gather the electrode tab; and moving means for moving the first tab guide and the second tab guide.
  • the moving means includes a vertical moving means for vertically moving the first and second tap guides and a horizontal moving means for horizontally moving at least one of the first and second tap guides. do.
  • the vertical moving means may include a first lifting means for lifting the first tab guide and a second lifting means for lifting the second tab guide.
  • the vertical movement unit may simultaneously cause the first tab guide to rise and the second tab guide to descend, and the first tab guide to descend and the second tab guide to rise.
  • the vertical moving means may be an air chuck cylinder.
  • the air chuck cylinder is provided with first and second cantilever arms that rotate close to and apart from each other by air pressure at an end thereof, and the first and second tab guides are provided with the first and second tab guides.
  • Each can be coupled to a cantilever arm.
  • the vertical movement unit is coupled to the horizontal movement unit, and when the first tab guide and the second tab guide are lowered and raised by the vertical movement unit to press the electrode tab, the first tab guide and the second tab guide press the electrode tab. And at least one of the second tab guide may be horizontally moved toward the electrode assembly.
  • the horizontal movement unit may include a driving unit and a linear movement unit
  • the vertical movement unit may be coupled to an end of the linear movement unit
  • first tab guide and the second tab guide may have curved surfaces formed on pressing surfaces of ends that contact the electrode tabs.
  • first tab guide and the second tab guide may have a protrusion protruding in one direction at an end pressing surface contacting the electrode tab.
  • the width of the second tap guide may be greater than that of the first tap guide, and the area of the pressing surface of the second tap guide may be greater than the area of the pressing surface of the first tap guide.
  • a tab guide unit including a first tab guide and a second tab guide that pressurize and gather tabs, and a moving unit that moves the first and second tab guides; and a welding part for welding the gathered electrode tabs, wherein the moving unit vertically moves the first tab guide and the second tab guide and moves at least one of the first tab guide and the second tab guide horizontally. It may be provided with a horizontal moving means for moving to.
  • the tab guide part may be located between the electrode assembly and the welding part.
  • the welding part may be an ultrasonic welding part that ultrasonically welds the electrode tabs by a horn and an anvil.
  • the vertical movement means is coupled to the horizontal movement means, and when the first tab guide and the second tab guide are respectively lowered and raised by the vertical movement means to press the electrode tab, the first and second tab guides are pressed. At least one of the second tab guides may be horizontally moved toward the electrode assembly.
  • An electrode assembly manufacturing method as another aspect of the present invention is a method of manufacturing an electrode assembly in which a plurality of electrode tabs protrude on at least one side, comprising the steps of: positioning a region to be welded of the electrode tab on a welding portion; pressing the electrode tab by moving a first tab guide and a second tab guide from upper and lower portions of the electrode tab toward the electrode tab; and elongating the electrode tab by horizontally moving at least one of the first and second tab guides toward the electrode assembly in a state in which the region to be welded of the electrode tab is fixed to the welding portion.
  • the electrode assembly manufacturing method may further include welding the electrode tab in a state in which the electrode tab is stretched.
  • the electrode tab guide is horizontally moved toward the electrode assembly, so that the electrode tab can be extended much longer than before, so that the durability of the electrode against tab disconnection is improved. assembly can be made.
  • FIG 1 shows an electrode tab manufacturing apparatus according to the prior art by way of example.
  • FIG. 2 is a schematic diagram showing an electrode tab manufacturing apparatus according to one embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a schematic diagram showing an electrode tab guide device according to one embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a schematic diagram showing an electrode tab manufacturing apparatus according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a schematic diagram showing an electrode tab guide device according to another embodiment of the present invention.
  • being disposed "on” may include the case of being disposed at the bottom as well as at the top.
  • horizontal direction means a direction in which an electrode tab is drawn out
  • vertical direction means a direction perpendicular to the horizontal direction
  • An electrode tab guide device is an electrode tab guide device that presses and gathers a plurality of electrode tabs protruding from an electrode assembly when welding the electrode tabs at a welding portion, wherein the electrode tabs are located above and below the electrode tabs.
  • a first tab guide and a second tab guide that move toward the tab and press and gather the electrode tab; and moving means for moving the first tab guide and the second tab guide.
  • the moving means includes a vertical moving means for vertically moving the first and second tap guides and a horizontal moving means for horizontally moving at least one of the first and second tap guides. do.
  • At least one of the first tab guide and the second tab guide moves horizontally toward the electrode assembly so that the electrode tab can be extended longer, thereby improving durability against tab disconnection.
  • the tension applied to the electrode tabs adjacent to the electrode assembly is alleviated, thereby reducing the possibility of tab disconnection due to external impact.
  • the load applied when welding the ends of the electrode tabs is not directly transferred to the electrode tabs adjacent to the electrodes, the risk of disconnection is greatly reduced.
  • a tensile force due to a post-welding process is applied, a tab disconnection defect can be prevented.
  • FIG. 2 is a schematic diagram showing an electrode tab manufacturing apparatus 1000 according to one embodiment of the present invention.
  • the upper and lower parts of the electrode tab 20 A first tab guide 1100 and a second tab guide 1120 that move toward the electrode tab 20 and press and gather the electrode tab 20, and the first tab guide 1110 and the second tab a tab guide unit 1100 including a moving means for moving the guide 1120; and a welding part 1300 for welding the gathered electrode tabs, wherein the moving means includes a vertical moving means 1210 for vertically moving the first tab guide 1110 and the second tab guide 1120 and the first tab guide 1110.
  • a horizontal movement unit 1220 is provided to horizontally move at least one of the tab guide 1110 and the second tab guide 1120.
  • the tab guide part 1100 is located between the electrode assembly 10 and the welding part 1300 and serves to pressurize and elongate the electrode tab 20 before welding the electrode tab 20 .
  • the welding part 1300 is an ultrasonic welding part that ultrasonically welds the electrode tabs 20 by the horn 1310 and the anvil 1320. That is, the welding part 1300 is located farther from the electrode assembly 10 than the tab guide part 1100 and serves to weld the ends of the electrode tabs 20 .
  • the welding portion 1300 includes an anvil 1320 on which electrode tabs 20 are mounted; and a horn 1310 located above the electrode tabs 20 and applying ultrasonic waves while lowering and pressing the electrode tabs 20 located on the upper surface of the anvil 1320.
  • the horn 1310 performs a role of welding by applying ultrasonic vibration to the electrode tab 20, and the anvil 1320 maintains the pressure transmitted to the electrode tab 20 so that the electrode tab 20 It serves to support the electrode tab 20 so that vibration energy by ultrasonic waves can be effectively transmitted.
  • first tab guide 1110 and a second tab guide 1120 that move toward the electrode tab 20 from the upper and lower portions of the electrode tab 20 and press and gather the electrode tab 20.
  • first tab guide 1110 corresponds to an upper tab guide
  • second tab guide 1120 corresponds to a lower tab guide.
  • the first and second tab guides 1110 and 1120 may be provided with a vertical lifting unit 1210 to move up and down to press the electrode tab 20 . In the initial position, the first and second tab guides 1110 and 1120 face each other vertically with the electrode tab 20 interposed therebetween.
  • the first tab guide 1110 is configured to be capable of horizontal movement in addition to vertical movement.
  • the second tab guide 1120 can only move up and down.
  • the first and second tab guides 1110 and 1120 are shown by dotted lines in FIG. ) can be pressed while the electrode tab 20 is inserted.
  • the first and second tab guides only move up and down, there is a limit to the elongation length of the electrode tab.
  • the first tab guide 1110 is configured to move horizontally toward the electrode assembly 10 again in a lowered state. Therefore, as shown in FIG. 2 , it can be seen that the length of the electrode tab 20 pressed by the first tab guide 1110 is greatly elongated. That is, compared to the elongation length of the electrode tabs 20 by the second tab guide 1120 at the bottom, it can be seen that the elongation length of the electrode tabs 20 by the first tab guide 1110 at the top is longer.
  • the tap guide moving means of the present embodiment includes a vertical moving means for vertically moving the first and second tap guides 1110 and 1120 and a horizontal moving means for horizontally moving the first tap guide 1110. are equipped
  • FIG. 3 is a schematic diagram of an electrode tab guide device according to one embodiment of the present invention.
  • the electrode tab guide device is an electrode tab guide device that presses and gathers a plurality of electrode tabs protruding from an electrode assembly when welding a plurality of electrode tabs at a welding portion.
  • a first tab guide 1110 and a second tab guide 1120 that move toward the electrode tab from upper and lower portions and press and gather the electrode tab; and a moving means 1200 for moving the first tab guide 1110 and the second tab guide 1120.
  • the moving means 1200 includes a vertical moving means 1210 for vertically moving the first tap guide 1110 and the second tap guide 1120, and the first tap guide 1110 and the second tap guide 1120. ) is provided with a horizontal moving means 1220 for horizontally moving at least one of them. In this embodiment, only the first tab guide 1110 is configured to move vertically and horizontally.
  • the first tab guide 1110 includes both a vertical moving means 1211 capable of vertical movement and a horizontal moving means 1220 capable of horizontal movement.
  • the horizontal moving unit 1220 may include, for example, a ball screw shaft 1220a connected to a driving unit 1220c, which is a servo motor, and a horizontal guide block 1220b moving along the ball screw shaft 1220a.
  • the vertical moving means 1211 may be a pneumatic or hydraulic cylinder 1211a coupled to the horizontal guide block 1220b and a vertical guide block 1211b coupled to an end of the cylinder 1211a.
  • a first tab guide 1110 installed above the electrode tab 20 is attached to the vertical guide block 1211b.
  • the second tab guide 1120 includes only the vertical moving unit 1212 capable of moving up and down.
  • the vertical moving means 1212 is composed of a pneumatic or hydraulic cylinder 1212a installed on a support 1212c and a vertical guide block 1212b that moves up and down according to the movement of the pneumatic or hydraulic cylinder 1212a.
  • a second tab guide 1120 installed below the electrode tab 20 is attached to the vertical guide block 1212b.
  • the two-axis transfer mechanism described above has been described as an example, but other configurations capable of reciprocating translational motion in the vertical direction and the horizontal direction, respectively, can also be employed.
  • a driving unit such as a linear motor and a control unit for controlling the movement of the driving unit are naturally included.
  • LM guides numerically controlled orbits and thermomotors are used, and linear movement means having various known mechanical structures such as interlocking belts and bearings are used to create a two-axis transfer mechanism. It can be implemented, and since this is a known mechanical coupling method, further detailed description will be omitted.
  • the vertical movement means 1210 serves to bring the tab guides closer to the electrode tab when pressing the electrode tab 20 and to separate the tab guides from the electrode tab 20 when the welding process is finished. Specifically, when the electrode tab 20 is pressed, the vertical movement unit 1211 attached to the first tab guide 1110 lowers the first tab guide 1110 toward the electrode tab 20, and The vertical moving unit 1212 attached to the tab guide 1120 raises the second tab guide 1120 toward the electrode tab 20 . On the other hand, when the welding process is finished, the vertical moving means 1211 attached to the first tab guide 1110 so that it can be separated from the electrode tab 20 raises the first tab guide 1110 from the electrode tab 20 and , The vertical movement unit 1212 attached to the second tab guide 1120 lowers the second tab guide 1120 from the electrode tab 20 .
  • the horizontal movement unit 1220 serves to elongate the electrode tab 20 by horizontally moving the first tab guide 1110 toward the electrode assembly 10 .
  • the horizontally moving distance may be in an appropriate range according to the standard of the electrode assembly 10 to be manufactured. For example, it may be 0.5 to 2 mm.
  • the vertical separation distance between the first tab guide 1110 and the second tab guide 1120 may be maintained while being constant.
  • the spaced distance in the vertical direction may be 0.5 to 1.5 mm. If it is closer than 0.5 mm, excessive pressure may be applied to the electrode tab to cause disconnection, and if it is farther than 1.5 mm, the electrode tab cannot be sufficiently stretched.
  • the first tap guide 1110 and the second tap guide 1120 have curved surfaces formed on pressing surfaces that contact the electrode tab 20 . Accordingly, when the first tab guide 1110 and the second tab guide 1120 contact and pressurize the electrode tab 20, the risk of disconnection is reduced compared to the rod-shaped case, effectively stretching the electrode tab 20. can make it
  • the first tab guide 1110 and the second tab guide 1120 have different areas and lengths in the width direction of the pressing surface contacting the electrode tab 20 .
  • the area of the pressing surface of the second tab guide 1120 located below the electrode tab 20 may be larger than that of the first tab guide 1110, and the length of the second tab guide 1120 in the width direction is It may be larger than the 1-tap guide 1110 .
  • the electrode tab 20 is moved to the second tab when the first tab guide 1110 moves horizontally.
  • the guide 1120 can stably support it.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view showing an electrode tab manufacturing apparatus 2000 according to a second embodiment of the present invention.
  • a convex portion C protruding to one side is formed on a pressing surface where the first tab guide 2110 and the second tab guide 2120 contact the electrode tab 20. It is different from the first embodiment in that the dot and the first tab guide 2110 and the second tab guide 2120 move horizontally toward the electrode assembly 10 at the same time.
  • components common to those in the first embodiment are given common reference numerals, and detailed descriptions thereof will be omitted.
  • the first tab guide 2110 and the second tab guide 2120 have a convex portion C protruding to one side on a pressing surface contacting the electrode tab 20 .
  • the convex portion C is formed by protruding in a direction toward the electrode assembly, so that the electrode tab 20 can be more effectively stretched during horizontal movement.
  • first tap guide 2110 and the second tap guide 2120 simultaneously move in the horizontal direction.
  • first tab guide 2110 and the second tab guide 2120 extend the electrode tab 20 by horizontally moving toward the electrode assembly 10 while maintaining the opposing position. That is, due to the horizontal movement, both the first tab guide 2110 and the second tab guide 2120 are positioned closer to the electrode assembly 10 . Accordingly, the lower electrode tab 20 is also elongated, so that the outermost tab length margin rate can be effectively improved.
  • first and second tab guides 2110 and 2120 are vertically moved and then moved horizontally again.
  • horizontal moving means 1220 as shown in FIG. 3 may be respectively installed on the first tab guide 2110 and the second tab guide 2120 on the upper side.
  • the horizontal movement means of the first and second tab guides 2110 and 2120 can be operated synchronously. there is.
  • FIG. 5 is a schematic view showing an electrode tab guide device according to another embodiment of the present invention.
  • the first tap guide 2110 is raised and the second tap guide 2120 is lowered, and the first tap guide 2110 is lowered and the second tap guide 2120 is lowered simultaneously.
  • the vertical moving means 2210 is configured so as to be.
  • the vertical movement means 2210 of this embodiment is an air chuck cylinder.
  • the air chuck cylinder 2210 is provided with first and second cantilever arms 2211 and 2212 which rotate closer to each other and spaced apart from each other by air pressure at its end.
  • First and second tab guides 21110 and 2120 are coupled to the other ends of the cantilever arms 2211 and 2212 of the air chuck cylinder 2210. Accordingly, as the cantilever arms 2211 and 2212 rotate, the first tap guide 2110 rises and the second tap guide 2120 descends, as indicated by arrows in FIG. The descent of the one-tap guide 2110 and the elevation of the second tab guide 2120 are performed simultaneously.
  • the air chuck cylinder 2210 is supported by an elastic member 2213a therein, and the piston rod 2213b moves forward against the elastic force of the elastic member 2213a by air pressure applied to the inside of the cylinder body 2213.
  • a movable member 2213c mounted on the front end of the piston rod 2213b.
  • One ends of the first and second cantilever arms 2211 and 2212 are hinged to the movable member 2213c.
  • a first hinge coupling portion 2211a and 2212a coupled to the movable member 2213c and a second hinge coupled to the air chuck cylinder body 2213 Parts 2211b and 2212b are provided.
  • first and second hinge coupling portions 2211a, 2212a, 2211b, and 2212b are positioned at one end of the first and second cantilever arms 2211 and 2212, the forward force of the first hinge coupling portions 2211a and 2212a , One ends of the first and second cantilever arms 2211 and 2212 rotate about the first and second hinge coupling parts 2211a, 2212a, 2211b, and 2212b.
  • first and second cantilever arms 2211 and 2212 rotate up and down around the second hinge coupling parts 2211b and 2212b, and the other ends of the first and second cantilever arms 2211 and 2212 are spaced apart from each other. rotates very much Accordingly, the first and second tab guides 2110 and 2120 coupled to the other ends of the first and second cantilever arms 2211 and 2212 move away from each other.
  • the elastic force of the elastic member 2213a acts to move the first and second cantilever arms 2211 and 2212 in opposite directions around the first and second hinge coupling parts 2211a, 2212a, 2211b, and 2212b. turn to In this case, the first and second tab guides 2110 and 2120 attached to the other ends of the first and second cantilever arms 2211 and 2212 approach each other.
  • the air chuck cylinder body 2213 is coupled to the linear movement mechanism 2222 such as the above-described ball screw and can be moved in the horizontal direction by the driving unit 2221.
  • the vertical movement of the first and second tab guides 21110 and 2120 is synchronized, and the pressing of the electrode tab can be performed more simply.
  • the present invention provides a method for manufacturing an electrode assembly. Referring to FIG. 4, the manufacturing method of the electrode assembly of the present invention will be described in detail below.
  • the electrode assembly manufacturing method of the present invention is a method of manufacturing an electrode assembly 10 in which a plurality of electrode tabs 20 protrude on at least one side, and the welding target region A of the electrode tab 20 is ) positioning on; Pressing the electrode tab 20 by moving the first tab guide 2110' and the second tab guide 2120' from the upper and lower portions of the electrode tab 20 toward the electrode tab 20; and horizontally moving the first and second tab guides 2110 and 2120 toward the electrode assembly in a state in which the region to be welded (A) of the electrode tab 20 is fixed to the welding portion 2300, so that the electrode tab ( 20).
  • the welding target region A of the electrode tab 20 may be positioned on the anvil 2320 .
  • the anvil 2320 may be installed to be movable, and the electrode tab 20 may be positioned on the anvil 2320 by lifting the anvil 2320 for welding.
  • first and second tab guides 2110' and 2120' are moved from the upper and lower portions of the electrode tab 20 toward the electrode tab 20 to press the electrode tab 20.
  • the vertical movement of the first and second tab guides 2110' and 2120' may be performed by the above-described vertical movement unit. At this time, welding by the welding part 2300 has not yet started.
  • the first and second tab guides 2110 and 2120 are horizontally directed toward the electrode assembly 10. By moving, the electrode tab 20 is stretched.
  • the first and second tab guides 2110 and 2120 are moved to the electrode assembly 10 by the horizontal moving means, if the ends of the electrode tabs 20 are not fixed, the welding target area A located at the welding part 2300 Since the position of ) is displaced, the welding target region (A) is fixed to the welding portion 2300 before horizontal movement. That is, the horn 2310 is lowered onto the anvil 2320 so that the region to be welded (A) is pressed between the horn 2310 and the anvil 2320.
  • one of the first and second tab guides (see FIG. 2 ) or both guides (see FIG. 4 ) of the first and second tab guides is moved toward the electrode assembly 10 in a state where the region to be welded A is fixed.
  • the electrode tabs 20 of the electrode assembly 10 are extended longer than before.
  • the electrode tab 20 may be welded at the welding portion 2300 in a state in which the electrode tab 20 is stretched.

Abstract

본 발명에 따른 전극 탭 가이드 장치는, 전극 조립체로부터 돌출되는 복수개의 전극 탭들을 용접부에서 용접할 때, 상기 전극 탭들을 가압하여 모아주는 전극 탭 가이드 장치로서, 상기 전극 탭의 상부 및 하부에서 상기 전극 탭을 향하여 이동하여 상기 전극 탭을 가압하여 모아주는 제1 탭 가이드 및 제2 탭 가이드; 및 상기 제1 탭 가이드 및 제2 탭 가이드를 이동시키는 이동수단; 을 포함하고, 상기 이동수단은 상기 제1 탭 가이드 및 제2 탭 가이드를 상하로 이동시키는 수직이동수단 및 상기 제1 탭 가이드 및 제2 탭 가이드 중 적어도 하나를 수평으로 이동시키는 수평이동수단을 구비한다.

Description

전극 탭 가이드 장치, 이를 이용한 전극 탭 제조장치 및 전극 조립체 제조방법
본 발명은 전극 탭 가이드 장치에 관한 것이다.
보다 상세하게는, 전극 탭들의 상부 및 하부에 위치하는 제1 탭 가이드 및 제2 탭 가이드 중 적어도 하나가 전극 조립체를 향하여 수평 이동함으로써 전극 탭을 연신시켜 전극 탭 단선을 방지할 수 있는 전극 탭 가이드 장치에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 상기 전극 탭 가이드 장치를 이용한 전극 탭 제조장치 및 전극 조립체 제조방법에 관한 것이다.
본 출원은 2021.9.02 자 한국 특허 출원 제10-2021-0117219호에 기초한 우선권의 이익을 주장하며, 해당 한국 특허 출원의 문헌에 개시된 모든 내용은 본 명세서의 일부로서 포함된다.
최근, 충방전이 가능한 이차전지는 와이어리스 모바일 기기의 에너지원으로 광범위하게 사용되고 있다. 또한, 이차전지는, 화석 연료를 사용하는 기존의 가솔린 차량, 디젤 차량 등의 대기오염 등을 해결하기 위한 방안으로 제시되고 있는 전기자동차, 하이브리드 전기자동차 등의 에너지원으로서도 주목받고 있다. 따라서, 이차전지를 사용하는 애플리케이션의 종류는 이차전지의 장점으로 인해 매우 다양화되고 있으며, 향후에는 지금보다는 많은 분야와 제품들에 이차전지가 적용될 것으로 예상된다.
이러한 이차전지는 전극과 전해액의 구성에 따라 리튬이온 전지, 리튬이온폴리머 전지, 리튬 폴리머 전지 등으로 분류되기도 하며, 그 중 전해액의 누액 가능성이 적으며, 제조가 용이한 리튬이온 폴리머 전지의 사용량이 늘어나고 있다.
일반적으로, 이차전지는 전지케이스의 형상에 따라, 전극 조립체가 원통형 또는 각 형의 금속 캔에 내장되어 있는 원통형 전지 및 각형 전지와, 전극 조립체가 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치형 케이스에 내장되어 있는 파우치형 전지로 분류되며, 전지케이스에 내장되는 전극 조립체는 양극, 음극, 및 상기 양극과 상기 음극 사이에 개재된 분리막 구조로 이루어져 충방전이 가능한 발전소자로서, 활물질이 도포된 긴 시트형의 양극과 음극 사이에 분리막을 개재하여 권취한 젤리-롤형과, 소정 크기의 다수의 양극과 음극을 분리막에 개재된 상태에서 순차적으로 적층한 스택형으로 분류된다.
도 1은 종래 기술에 따른 전극 탭 제조장치를 예시적으로 나타낸 것이다.
도 1을 참조하면, 전극 조립체(10)는 복수개의 전극의 단부에 구비된 전극 탭(20)을 모아 용접하여 전극 리드와 연결시킨다. 상기 전극 리드를 통해 전극 조립체가 전지 케이스에 수용되어 밀봉시 외부와 전기적으로 연결될 수 있다. 전극 탭들을 전극 리드와 용접하기 전, 전극 탭들을 모아 혼(Horn)과 엔빌(Anvil)에 의해 프리 웰딩(Pre-welding) 공정을 거친다. 이때, 프리 웰딩 공정시 외부의 분진이 전극 조립체 방향으로 유입되어 전극 조립체의 품질이 저하되는 문제가 있다. 이를 방지하기 위해, 도 1에 도시된 바와 같이, 전극 탭(20)의 상부 및 하부에 위치하고 일자형 막대의 형상을 가지는 탭 가이드(110, 120)로 복수의 전극 탭들(20)을 가압하여 상호 모아서 전극탭 적층부를 형성한다. 이어서, 상기 엔빌(320)이 용접 대상부위(A)를 지지하고, 상기 혼(310)이 용접 대상부위(A)에 초음파 진동을 인가하여 전극 탭들(20)을 용접한다. 이후 전극 탭들(20)이 용접된 용접 대상부위(A)에 상부 또는 하부에 전극 리드(미도시)를 용접하여 전극 조립체를 제조한다.
상기 일자형 막대 형상을 가지는 탭 가이드(110, 120)가 접촉하면서 전극 탭(20)에 소정의 압력이 가해지므로, 전극 탭(20)이 연신된다. 그러나, 이러한 전극 탭의 연신은 모델별로 제한적이어서 최외곽 탭의 길이 마진율(탭 가이드에 의한 최외곽 탭의 직선길이/스웰링된 셀의 탭 길이)이 낮은 편이다. 이 경우, 용접후 후공정에 기인한 인장력이 가해질 때 탭 단선 불량이 발생할 가능성이 크다. 이를 방지하기 위해서 전극 탭을 더욱 길게 연신시켜 용접할 필요가 있다. 하지만, 종래의 탭 가이드는 상하로만 이동하기 때문에, 전극 탭 가이드에 의한 전극 탭 가압시 연신 길이를 일정 길이 이상 늘릴 수 없는 한계가 있었다.
따라서, 프리 웰딩 공정시 최외곽 전극 탭의 길이를 보다 길게 함으로써, 인장력에 의한 탭 단선을 감소할 수 있는 기술의 개발이 필요한 실정이다.
[선행기술문헌]
[특허문헌]
한국 공개특허공보 제10-2019-0054617호
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 만들어진 것으로서, 프리 웰딩에 의한 탭 단선 유발을 방지할 수 있는 전극 탭 가이드 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 상기한 전극 탭 가이드 장치를 포함하는 전극 탭 제조장치를 제공하는 것을 다른 목적으로 한다.
또한, 상기한 전극 탭의 길이를 길게 하여 용접할 수 있는 전극 조립체의 제조방법을 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 전극 탭 가이드 장치는, 전극 조립체로부터 돌출되는 복수개의 전극 탭들을 용접부에서 용접할 때, 상기 전극 탭들을 가압하여 모아주는 전극 탭 가이드 장치로서, 상기 전극 탭의 상부 및 하부에서 상기 전극 탭을 향하여 이동하여 상기 전극 탭을 가압하여 모아주는 제1 탭 가이드 및 제2 탭 가이드; 및 상기 제1 탭 가이드 및 제2 탭 가이드를 이동시키는 이동수단; 을 포함하고, 상기 이동수단은 상기 제1 탭 가이드 및 제2 탭 가이드를 상하로 이동시키는 수직이동수단 및 상기 제1 탭 가이드 및 제2 탭 가이드 중 적어도 하나를 수평으로 이동시키는 수평이동수단을 구비한다.
하나의 예로서, 상기 수직이동수단은, 상기 제1 탭 가이드를 승강시키는 제1 승강수단과, 상기 제2 탭 가이드를 승강시키는 제2 승강수단을 포함할 수 있다.
또 다른 예로서, 상기 수직이동수단은, 상기 제1 탭 가이드의 상승 및 제2 탭 가이드의 하강과, 상기 제1 탭 가이드의 하강 및 제2 탭 가이드의 상승이 동시에 행해지도록 하는 것일 수 있다.
구체적으로, 상기 수직이동수단은, 에어척 실린더일 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 에어척 실린더는 그 단부에 공기압에 의하여 서로 접근 및 이격되게 회동하는 제1 및 제2 캔틸레버 아암이 구비되고, 상기 제1 탭 가이드 및 제2 탭 가이드는 상기 제1 및 제2 캔틸레버 아암에 각각 결합될 수 있다.
구체적인 예로서, 상기 수직이동수단은 상기 수평이동수단에 결합되어, 상기 제1 탭 가이드 및 제2 탭 가이드가 상기 수직이동수단에 의하여 각각 하강 및 상승하여 상기 전극 탭을 가압할 때, 상기 제1 및 제2 탭 가이드 중 적어도 하나를 상기 전극 조립체를 항하여 수평이동시킬 수 있다.
하나의 예로서, 상기 수평이동수단은, 구동부와 직선이동수단을 포함하고, 상기 직선이동수단의 단부에 상기 수직이동수단이 결합될 수 있다.
하나의 예로서, 상기 제1 탭 가이드 및 제2 탭 가이드는 전극 탭과 접촉하는 단부 가압면에 곡면이 형성된 것일 수 있다.
다른 예로서, 상기 제1 탭 가이드 및 제2 탭 가이드는 전극 탭과 접촉하는 단부 가압면에 일측방향으로 돌출된 돌출부가 형성될 수 있다.
다른 예로서, 상기 제2 탭 가이드의 폭이 상기 제1 탭 가이드의 폭보다 크고, 상기 제2 탭 가이드의 가압면 면적은 상기 제1 탭 가이드의 가압면 면적보다 큰 것일 수 있다.
본 발명의 다른 측면으로서, 전극 탭 제조장치는, 적어도 일측에 복수개의 전극 탭이 돌출된 전극 조립체의 전극 탭 제조장치에 있어서, 상기 전극 탭의 상부 및 하부에서 상기 전극 탭을 향하여 이동하여 상기 전극 탭을 가압하여 모아주는 제1 탭 가이드 및 제2 탭 가이드와, 상기 제1 탭 가이드 및 제2 탭 가이드를 이동시키는 이동수단을 포함하는 탭 가이드부; 및 모아진 전극 탭들을 용접하는 용접부를 포함하고, 상기 이동수단은 상기 제1 탭 가이드 및 제2 탭 가이드를 상하로 이동시키는 수직이동수단 및 상기 제1 탭 가이드 및 제2 탭 가이드 중 적어도 하나를 수평으로 이동시키는 수평이동수단을 구비할 수 있다.
하나의 예로서, 상기 탭 가이드부는 상기 전극 조립체와 상기 용접부 사이에 위치할 수 있다.
하나의 예로서, 상기 용접부는, 혼과 엔빌에 의해서 상기 전극 탭들을 초음파 용접하는 초음파 용접부일 수 있다.
구체적으로, 상기 수직이동수단은 상기 수평이동수단에 결합되어, 상기 제1 탭 가이드 및 제2 탭 가이드가 상기 수직이동수단에 의하여 각각 하강 및 상승하여 상기 전극 탭을 가압할 때, 상기 제1 및 제2 탭 가이드 중 적어도 하나를 상기 전극 조립체를 항하여 수평이동시키는 것일 수 있다.
본 발명의 다른 측면으로서의 전극 조립체 제조방법은, 적어도 일측에 복수개의 전극 탭들이 돌출된 전극 조립체를 제조하는 방법으로서, 상기 전극 탭의 용접 대상 부위를 용접부 상에 위치시키는 단계; 상기 전극 탭의 상부 및 하부에서 상기 전극 탭을 향하여 제1 탭 가이드 및 제2 탭 가이드를 이동시켜 상기 전극 탭을 가압하는 단계; 및 상기 전극 탭의 용접 대상 부위가 상기 용접부에 고정된 상태에서, 상기 제1 및 제2 탭 가이드 중 적어도 하나를 전극 조립체를 향하여 수평 이동시켜 상기 전극 탭을 연신시키는 단계를 포함할 수 있다.
상기 전극 조립체 제조방법은, 상기 전극 탭이 연신된 상태에서, 상기 전극 탭을 용접시키는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 의하면, 전극 탭들을 서로 용접하는 프리 웰딩 공정시 전극 탭 가이드를 전극 조립체를 향해 수평 이동하도록 구성하여, 전극 탭을 종래보다 훨씬 길게 연신시킬 수 있도록 함으로써, 탭 단선에 대한 내구성이 향상된 전극 조립체를 제조할 수 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 전극 탭 제조장치를 예시적으로 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 하나의 실시형태에 따른 전극 탭 제조장치를 나타낸 개략도이다.
도 3은 본 발명의 하나의 실시형태에 따른 전극 탭 가이드 장치를 나타낸 개략도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시형태에 따른 전극 탭 제조장치를 나타낸 개략도이다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시형태에 따른 전극 탭 가이드 장치를 나타낸 개략도이다.
이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 특허청구범위에 사용된 용어 또는 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 해석되어야만 한다.
본 발명의 명세서 전체에서 사용되는, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
또한, 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "상에" 있다고 할 경우, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "하에" 있다고 할 경우, 이는 다른 부분 "바로 아래에" 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 또한, 본 발명의 명세서에서 "상에" 배치된다고 하는 것은 상부 뿐 아니라 하부에 배치되는 경우도 포함하는 것일 수 있다.
한편, 본 출원에서, “수평 방향”이란 전극 탭이 인출된 방향을 의미하며, “수직 방향”이란 상기 수평 방향에 수직한 방향을 의미한다.
본 발명에 따른 전극 탭 가이드 장치는, 전극 조립체로부터 돌출되는 복수개의 전극 탭들을 용접부에서 용접할 때, 상기 전극 탭들을 가압하여 모아주는 전극 탭 가이드 장치로서, 상기 전극 탭의 상부 및 하부에서 상기 전극 탭을 향하여 이동하여 상기 전극 탭을 가압하여 모아주는 제1 탭 가이드 및 제2 탭 가이드; 및 상기 제1 탭 가이드 및 제2 탭 가이드를 이동시키는 이동수단; 을 포함하고, 상기 이동수단은 상기 제1 탭 가이드 및 제2 탭 가이드를 상하로 이동시키는 수직이동수단 및 상기 제1 탭 가이드 및 제2 탭 가이드 중 적어도 하나를 수평으로 이동시키는 수평이동수단을 구비한다.
전술한 바와 같이, 종래의 프리 웰딩 공정 시에 일자형 막대 형상의 탭 가이드로 전극 탭을 가압하는 경우에 전극 탭의 연신에는 한계가 있다.
이에 본 발명은 제1 탭 가이드 및 제2 탭 가이드 중 적어도 하나는 전극 조립체를 향해 수평 이동하여 전극탭을 더욱 길게 연신시킬 수 있도록 함으로써 탭 단선에 대한 내구성을 개선한다. 구체적으로, 전극탭이 연신되면, 전극 조립체에 인접한 전극 탭들에 가해지는 텐션이 완화되어, 외부 충격에 대한 탭 단선의 가능성을 감소시킬 수 있다. 또한, 전극 탭의 단부를 용접할 때 인가되는 하중이 전극에 인접하여 전극 탭들에 직접 전달되지 않아 단선의 위험이 크게 줄어든다. 또한, 용접후 후공정에 기인한 인장력이 가해질 때도 탭 단선 불량을 방지할 수 있다.
이상의 본 발명의 보다 자세한 구성에 대해서는, 첨부된 도면과 실시형태를 이용하여 보다 상세히 설명한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 첨부된 도면에 있어서, 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 위하여 실제보다 확대하여 도시한 것이다. 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
이하 본 발명에 대해 자세히 설명한다.
(제1 실시형태)
도 2는 본 발명의 하나의 실시형태에 따른 전극 탭 제조장치(1000)를 나타낸 개략도이다.
본 실시형태의 전극 탭 제조장치(1000)는, 적어도 일측에 복수개의 전극 탭(20)이 돌출된 전극 조립체(10)의 전극 탭 제조장치에 있어서, 상기 전극 탭(20)의 상부 및 하부에서 상기 전극 탭(20)을 향하여 이동하여 상기 전극 탭(20)을 가압하여 모아주는 제1 탭 가이드(1100) 및 제2 탭 가이드(1120)와, 상기 제1 탭 가이드(1110) 및 제2 탭 가이드(1120)를 이동시키는 이동수단을 포함하는 탭 가이드부(1100); 및 모아진 전극 탭들을 용접하는 용접부(1300)를 포함하고, 상기 이동수단은 상기 제1 탭 가이드(1110) 및 제2 탭 가이드(1120)를 상하로 이동시키는 수직이동수단(1210) 및 상기 제1 탭 가이드(1110) 및 제2 탭 가이드(1120) 중 적어도 하나를 수평으로 이동시키는 수평이동수단(1220)을 구비한다.
상기 탭 가이드부(1100)는 전극 조립체(10)와 용접부(1300) 사이에 위치하여, 전극 탭(20)의 용접 전에 전극 탭(20)을 가압하여 연신하는 역할을 한다.
상기 용접부(1300)는, 혼(1310)과 엔빌(1320)에 의해 전극 탭들(20)을 초음파 용접하는 초음파 용접부이다. 즉, 상기 용접부(1300)는 탭 가이드부(1100)보다 전극 조립체(10)로부터 멀리 위치하여 전극 탭들(20)의 단부를 용접하는 역할을 한다. 구체적으로, 상기 용접부(1300)는, 전극 탭들(20)이 상면에 탑재되는 엔빌(Anvil)(1320); 및 전극 탭(20)의 상부에 위치하고, 하강하여 엔빌(1320)의 상면에 위치해 있는 전극 탭들(20)을 가압한 상태에서 초음파를 인가하는 혼(Horn)(1310)을 포함한다. 구체적으로, 혼(1310)은 초음파 진동을 전극 탭(20)에 인가하여 용접하는 역할을 수행하며, 엔빌(1320)은 전극 탭(20)에 전달되는 압력을 유지하여, 전극 탭(20)에 초음파에 의한 진동 에너지가 효과적으로 전달할 수 있도록 전극 탭(20)을 지지하는 역할을 수행한다.
도 2에는 전극 탭(20)의 상부 및 하부에서 상기 전극 탭(20)을 향하여 이동하여 상기 전극 탭(20)을 가압하여 모아주는 제1 탭 가이드(1110) 및 제2 탭 가이드(1120)가 도시되어 있다. 즉, 전극 탭(20)을 기준으로 상기 제1 탭 가이드(1110)는 상부 탭 가이드, 제2 탭 가이드(1120)는 하부 탭 가이드에 해당된다. 상기 제1 및 제2 탭 가이드(1110, 1120)는 수직 승강수단(1210)을 구비하여 상하로 이동하여 전극 탭(20)을 가압할 수 있다. 초기위치에서 상기 제1 및 제2 탭 가이드(1110, 1120)는 전극 탭(20)을 사이에 두고 상하로 서로 마주보게 배치된다.
본 실시형태에서는, 상기 제1 탭 가이드(1110)는 상하 이동 외에 수평이동이 가능하도록 구성된다. 상기 제2 탭 가이드(1120)는 상하 이동만이 가능하다. 수직이동수단(1210)이 상기 제1 및 제2 탭 가이드(1110, 1120)를 각각 하강 및 상승시키면 도 2에서 점선으로 도시된 바와 같이, 제1 탭 가이드(1110)와 제2 탭 가이드(1120)가 전극 탭(20)을 끼운 상태에서 가압할 수 있게 된다. 종래에는, 제1 및 제2 탭 가이드가 승강 이동만 하였으므로, 전극 탭의 연신 길이에는 한계가 있었다.
그러나, 본 발명에서는 상기 제1 탭 가이드(1110)가 하강한 상태에서 다시 전극 조립체(10)를 향하여 수평이동하도록 구성된다. 따라서, 도 2에 도시된 바와 같이, 제1 탭 가이드(1110)가 가압하는 전극 탭(20)의 길이가 크게 연신된 것을 알 수 있다. 즉, 하부의 제2 탭 가이드(1120)에 의한 전극 탭(20)의 연신 길이와 비교하면 상부의 제1 탭 가이드(1110)에 의한 전극 탭들(20)의 연신 길이가 더 긴 것을 알 수 있다. 본 실시형태의 탭 가이드 이동수단은 이와 같이, 제1 및 제2 탭 가이드(1110, 1120)를 상하로 이동시키는 수직이동수단 및 상기 제1 탭 가이드(1110)를 수평으로 이동시키는 수평이동수단을 구비하고 있다.
도 3은 본 발명의 하나의 실시형태에 따른 전극 탭 가이드 장치의 개략도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 전극 탭 가이드 장치는, 전극 조립체로부터 돌출되는 복수개의 전극 탭들을 용접부에서 용접할 때, 상기 전극 탭들을 가압하여 모아주는 전극 탭 가이드 장치로서, 상기 전극 탭의 상부 및 하부에서 상기 전극 탭을 향하여 이동하여 상기 전극 탭을 가압하여 모아주는 제1 탭 가이드(1110) 및 제2 탭 가이드(1120); 및 상기 제1 탭 가이드(1110) 및 제2 탭 가이드(1120)를 이동시키는 이동수단(1200)을 포함하는 것이 개시되어 있다. 상기 이동수단(1200)은 상기 제1 탭 가이드(1110) 및 제2 탭 가이드(1120)를 상하로 이동시키는 수직이동수단(1210) 및 상기 제1 탭 가이드(1110) 및 제2 탭 가이드(1120) 중 적어도 하나를 수평으로 이동시키는 수평이동수단(1220)을 구비한다. 본 실시형태에서는 상기 제1 탭 가이드(1110)만이 상하 및 수평으로 이동되도록 구성하고 있다.
도 3을 참조하면, 상기 제1 탭 가이드(1110)는 상하 이동이 가능한 수직이동수단(1211) 및 수평 이동이 가능한 수평이동수단(1220)을 모두 구비한다. 상기 수평이동수단(1220)은 예컨대 서보모터인 구동부(1220c)에 연결된 볼 스크류축(1220a)과 상기 볼 스크류축(1220a)을 따라 이동되는 수평 가이드 블록(1220b)으로 구성될 수 있다. 수직 이동수단(1211)는 상기 수평 가이드 블록(1220b)에 결합된 공압 또는 유압 실린더(1211a)와 상기 실린더(1211a)의 단부에 결합되는 수직 가이드 블록(1211b)일 수 있다. 상기 수직 가이드 블록(1211b)에는 전극 탭(20) 상부에 설치되는 제1 탭 가이드(1110)가 부착된다.
반면, 제2 탭 가이드(1120)는 상하 이동이 가능한 수직이동수단(1212)만 구비한다. 상기 수직이동수단(1212)는 지지대(1212c)에 설치된 공압 또는 유압 실린더(1212a)와 상기 공압 또는 유압실린더(1212a)의 이동에 따라 승강되는 수직 가이드 블록(1212b)으로 구성된다. 상기 수직 가이드 블록(1212b)에는 전극 탭(20) 하부에 설치되는 제2 탭 가이드(1120)가 부착된다.
본 실시예에서, 상기와 같은 2축 이송기구를 일례를 들어 설명하였지만, 수직 방향 및 수평 방향으로 각각으로 왕복 병진 운동이 가능한 다른 구성도 얼마든지 채용 가능하다. 또한, 이러한 운동을 수행하는 경우 리니어모터와 같은 구동부와 상기 구동부의 움직임을 제어하는 제어부는 당연히 포함된다는 것을 통상의 기술자라면 당연히 알 수 있을 것이다.
또한, 볼스크류나 실린더에 의한 방식 대신 LM가이드나, 수치제어되는 궤도와 서모 모터를 이용하고, 이에 연동하는 벨트, 베어링 등 다양한 공지의 기계적구조를 가지는 직선이동수단을 채용하여 2축 이송기구를 구현할 수 있으며, 이는 공지된 기계적 결합방식이므로, 더 이상의 구체적인 설명은 생략한다.
상기 수직이동수단(1210)은 전극 탭(20)을 가압할 때, 탭 가이드들을 전극 탭에 접근시키고, 용접 공정을 마치면, 상기 탭 가이드들을 전극 탭(20)으로부터 이격시키는 역할을 수행한다. 구체적으로, 전극 탭(20)을 가압시, 상기 제1 탭 가이드(1110)에 부착된 수직이동수단(1211)은 제1 탭 가이드(1110)를 전극 탭(20)을 향하여 하강시키고, 제2 탭 가이드(1120)에 부착된 수직이동수단(1212)은 제2 탭 가이드(1120)를 전극 탭(20)을 향하여 상승시킨다. 반면, 용접 공정을 마치면 전극 탭(20)으로부터 이격될 수 있게 상기 제1 탭 가이드(1110)에 부착된 수직이동수단(1211)은 제1 탭 가이드(1110)를 전극 탭(20)으로부터 상승시키고, 제2 탭 가이드(1120)에 부착된 수직이동수단(1212)은 제2 탭 가이드(1120)를 전극 탭(20)으로부터 하강시킨다.
상기 수평이동수단(1220)은 제1 탭 가이드(1110)를 전극 조립체(10)를 향해 수평 이동시켜 전극 탭(20)을 연신시키는 역할을 한다. 이때, 수평으로 이동하는 거리는 제조하고자 하는 전극 조립체(10)의 규격에 따라 적절한 범위로 할 수 있다. 예를 들어, 0.5 내지 2 mm 일 수 있다.
한편, 제1 탭 가이드(1110)가 수평 이동할 때, 제1 탭 가이드(1110) 및 제2 탭 가이드(1120)의 수직 이격 거리는 일정하게 유지한 채로 이동할 수 있다. 예를 들어, 수직 방향으로 이격된 거리는 0.5 내지 1.5 mm일 수 있다. 0.5 mm 보다 가까우면 전극 탭에 과한 압력이 가해져 단선이 될 수 있으며, 1.5mm 보다 멀면 전극 탭이 충분히 연신될 수 없다.
도 2에 도시된 바와 같이, 상기 제1 탭가이드(1110) 및 제2 탭가이드(1120)는 전극 탭(20)과 접촉하는 가압면에 곡면이 형성되어 있다. 이로써, 제1 탭가이드(1110) 및 제2 탭가이드(1120)가 전극 탭(20)과 접촉하여 가압할 때, 막대 형상인 경우에 비해서 단선의 위험이 적어, 효과적으로 전극 탭(20)을 연신시킬 수 있다.
또한, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 제1 탭가이드(1110) 및 제2 탭가이드(1120)가 전극 탭(20)과 접촉하는 가압면의 면적과 폭 방향 길이가 상이하다. 구체적으로, 전극 탭(20) 하부에 위치하는 제2 탭 가이드(1120)의 가압면의 면적이 제1 탭 가이드(1110)보다 클 수 있고, 제2 탭 가이드(1120)의 폭 방향 길이가 제1 탭 가이드(1110) 보다 클 수 있다. 제2 탭 가이드(1120)의 가압면의 면적이나 폭 방향 길이를 제1 탭 가이드(1110)보다 더 크게 구성함으로써 제1 탭 가이드(1110)가 수평 이동할 때, 전극 탭(20)을 제2 탭 가이드(1120)가 안정적으로 지지할 수 있다.
(제2 실시형태)
도 4는 본 발명의 제2 실시형태에 따른 전극 탭 제조 장치(2000)를 나타낸 단면도이다.
본 실시형태의 전극 탭 제조 장치(2000)는 제1 탭 가이드(2110) 및 제2 탭 가이드(2120)가 전극 탭(20)과 접촉하는 가압면에 일측으로 돌출된 볼록부(C)가 형성된 점과 제1 탭 가이드(2110) 및 제2 탭 가이드(2120)가 동시에 전극 조립체(10)를 향하여 수평 이동한다는 점에서 제1 실시형태와 상이하다. 제2 실시형태에서 제1 실시형태와 공통되는 구성요소에는 공통되는 부호를 붙이고 그에 관한 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
도 4에 도시된 바와 같이, 상기 제1 탭 가이드(2110) 및 제2 탭 가이드(2120)는 전극 탭(20)과 접촉하는 가압면에 일측으로 돌출된 볼록부(C)가 형성되어 있다. 구체적으로, 전극 조립체를 향하는 방향으로 돌출되어 볼록부(C)가 형성되어 수평 이동시, 더욱 효과적으로 전극 탭(20)을 연신할 수 있다.
또한, 제1 탭 가이드(2110) 및 제2 탭 가이드(2120)가 동시에 수평 방향으로 이동한다. 구체적으로, 제1 탭 가이드(2110) 및 제2 탭 가이드(2120)가 대향하는 위치를 유지한채, 전극 조립체(10)를 향하여 수평이동하여 전극 탭(20)을 연신시킨다. 즉, 상기 수평 이동으로 제1 탭 가이드(2110) 및 제2 탭 가이드(2120)는 모두 전극 조립체(10)에 더 가깝게 위치하게 된다. 이에 따라, 하부의 전극 탭(20)도 길게 연신되어 최외곽 탭 길이 마진율을 효과적으로 개선할 수 있다.
본 실시형태는 제1 및 제2 탭 가이드(2110, 2120)가 상하로 수직 이동된 후에 다시 수평으로 이동되는 것이다. 이 경우, 상부의 제1 탭 가이드(2110) 및 제2 탭가이드(2120)에 도 3에 도시된 바와 같은 수평이동수단(1220)이 각각 설치될 수 있다. 이때, 제1 및 제2 탭 가이드(2110, 2120)가 동시에 전극 조립체(10)를 향하여 이동하여야 하므로, 제1 및 제2 탭 가이드(2110, 2120)의 수평이동수단은 동기적으로 작동될 수 있다.
(제3 실시형태)
도 5는 본 발명의 또 다른 실시형태에 따른 전극 탭 가이드장치를 나타낸 개략도이다.
도 3과 같이, 제1 및 제2 탭 가이드(1110, 1120)에 대해서 별개의 수직이동수단(1211, 1212)이 결합되는 경우는, 각 탭 가이드를 동일하게 상승 및 승강시키기 곤란하다. 또한, 제1 및 제2 탭 가이드의 수평 이동을 위하여 2개의 승강 부재, 구동부가 필요하다.
본 실시형태는, 상기 제1 탭 가이드(2110)의 상승 및 제2 탭 가이드(2120)의 하강과, 상기 제1 탭 가이드(2110)의 하강 및 제2 탭 가이드(2120)의 상승이 동시에 행해지도록 상기 수직이동수단(2210)을 구성한 것이다.
본 실시형태의 수직이동수단(2210)은, 에어척 실린더이다.
상기 에어척 실린더(2210)는 그 단부에 공기압에 의하여 서로 접근 및 이격되게 회동하는 제1 및 제2 캔틸레버 아암(2211, 2212)을 구비하고 있다. 상기 에어척 실린더(2210)의 캔틸레버 아암(2211, 2212)의 타단부에는 제1 및 제2 탭 가이드(21110, 2120)가 결합되어 있다. 따라서, 상기 캔틸레버 아암(2211, 2212)의 회동에 따라, 도 5에 화살표로 도시되어 있는 바와 같이, 상기 제1 탭 가이드(2110)의 상승 및 제2 탭 가이드(2120)의 하강과, 상기 제1 탭 가이드(2110)의 하강 및 제2 탭 가이드(2120)의 상승이 동시에 행해지게 된다.
구체적으로, 상기 에어척 실린더(2210)는 내부에 탄성부재(2213a)에 의하여 지지되고 실린더 본체(2213) 내부로 인가되는 공기압에 의하여 탄성부재(2213a)의 탄성력에 저항하여 전진하는 피스톤로드(2213b)와, 상기 피스톤로드(2213b)의 전단부에 장착되는 가동부재(2213c)를 구비하고 있다. 상기 가동부재(2213c)에는 제1,2 캔틸레버 아암(2211, 2212)의 일단부가 힌지 결합된다. 상기 제1,2 캔틸레버 아암(2211, 2212)의 일단부에는 상기 가동부재(2213c)에 결합되는 제1 힌지 결합부(2211a, 2212a)와 에어척 실린더 본체(2213)에 결합되는 제2 힌지 결합부(2211b, 2212b)가 구비된다. 공기압이 에어척 실린더 본체(2213) 내부로 인가되면, 상기 피스톤로드(2213b) 및 이에 장착된 가동부재(2213c)가 전진하고, 이에 따라 제1,2 캔틸레버 아암(2211, 2212)의 제1 힌지 결합부(2211a, 2212a)가 전진한다. 제1,2 캔틸레버 아암(2211, 2212)의 일단부에는 제1,2 힌지 결합부(2211a, 2212a, 2211b, 2212b)가 위치하므로, 제1 힌지 결합부(2211a, 2212a)의 전진력에 의하여, 제1,2 캔틸레버 아암(2211, 2212)의 일단부가 상기 제1,2 힌지 결합부(2211a, 2212a, 2211b, 2212b)를 중심으로 회전한다. 따라서, 제1,2 캔틸레버 아암(2211, 2212)은 상기 제2 힌지 결합부(2211b, 2212b)를 중심으로 상하로 회동하고, 제1,2 캔틸레버 아암(2211, 2212)의 타단부는 서로 이격되게 회동한다. 이에 따라 제1,2 캔틸레버 아암(2211, 2212)의 타단부에 결합된 제1,2 탭 가이드(2110, 2120)가 서로 멀어지게 이동한다.
공기압이 제거되면 상기 탄성부재(2213a)의 탄성력이 작용하여 제1,2 힌지 결합부(2211a, 2212a, 2211b, 2212b)를 중심으로, 상기 제1,2 캔틸레버 아암(2211, 2212)이 반대방향으로 회동한다. 이 경우에는 제1,2 캔틸레버 아암(2211, 2212)의 타단부에 부착된 제1,2 탭 가이드(2110, 2120)가 서로 접근하게 된다.
이 때, 상기 에어척 실린더 본체(2213)는 상술한 볼 스크류와 같은 직선이동기구(2222)에 결합되어 구동부(2221)에 의하여 수평방향으로 이동할 수 있다.
본 실시형태에 의하여 제1 및 제2 탭 가이드(21110, 2120)의 상하 이동이 동기화되고 보다 간명하게 전극 탭의 가압 작업을 수행할 수 있다.
또한, 본 발명은 전극 조립체 제조방법을 제공한다. 도 4를 참조하여, 본 발명의 전극 조립체 제조방법을 이하에서 구체적으로 설명한다.
본 발명의 전극 조립체 제조방법은, 적어도 일측에 복수개의 전극 탭들(20)이 돌출된 전극 조립체(10)를 제조하는 방법으로서, 상기 전극 탭(20)의 용접 대상 부위(A)를 용접부(2300) 상에 위치시키는 단계; 상기 전극 탭(20)의 상부 및 하부에서 상기 전극 탭(20)을 향하여 제1 탭 가이드(2110') 및 제2 탭 가이드(2120')를 이동시켜 상기 전극 탭(20)을 가압하는 단계; 및 상기 전극 탭(20)의 용접 대상 부위(A)가 상기 용접부(2300)에 고정된 상태에서, 상기 제1 및 2 탭 가이드(2110, 2120)를 전극 조립체를 향하여 수평 이동시켜 상기 전극 탭(20)을 연신시키는 단계를 포함한다.
도 4에서 전극 탭(20)의 용접 대상 부위(A)를 엔빌(2320) 상에 위치시킬 수 있다. 이 경우 엔빌(2320)은 승강 가능하게 설치될 수 있으며, 용접을 위하여 엔빌(2320)을 상승시켜 엔빌(2320) 상에 상기 전극 탭(20)을 위치시킬 수 있다.
이후, 상기 전극 탭(20)의 상부 및 하부에서 전극 탭(20)을 향하여 상기 제1 및 제2 탭 가이드(2110', 2120')를 이동시켜 상기 전극 탭(20)을 가압한다. 제1 및 제2 탭 가이드(2110', 2120')의 상하 이동은 상술한 바와 같은 수직이동수단에 의해서 행할 수 있다. 이때에는 용접부(2300)에 의한 용접이 아직 개시되지 않는다.
다음에, 상기 전극 탭(20)의 용접 대상 부위(A)가 상기 용접부(2300)에 고정된 상태에서, 상기 제1 및 제2 탭 가이드(2110, 2120)를 전극 조립체(10)를 향하여 수평 이동시켜 상기 전극 탭(20)을 연신시킨다. 제1 및 2 탭 가이드(2110, 2120)가 수평이동수단에 의하여 전극 조립체(10)로 이동될 때, 전극 탭(20)의 단부가 고정되지 않으면, 용접부(2300)에 위치한 용접 대상부위(A)의 위치가 변위되므로, 수평이동 전에 용접 대상부위(A)를 용접부(2300)에 고정시킨다. 즉, 혼(2310)을 상기 엔빌(2320) 상에 하강시켜 용접 대상부위(A)가 혼(2310)과 엔빌(2320) 사이에서 가압되도록 한다. 이와 같이, 용접 대상부위(A)가 고정된 상태에서 제1 및 제2 탭 가이드 중 하나(도 2 참조) 또는 2개의 가이드 모두(도 4 참조)를 상기 전극 조립체(10)를 향하여 이동시킨다. 이에 의하여 전극 조립체(10)의 전극 탭들(20)이 종래보다 더 길게 연신된다.
이후에, 상기 전극 탭(20)이 연신된 상태에서, 용접부(2300)에서 상기 전극 탭(20)을 용접시킬 수 있다.
또한, 상기 전극 탭(20)을 연신시키는 단계 이후, 상기 제1 탭 가이드(2110) 및 제2 탭 가이드(2120)를 원위치(2110', 2120')로 복귀하는 단계; 혼(2310)을 상승시켜 전극 탭(20)과 이격시키는 단계; 상기 제1 탭 가이드(2110) 및 제2 탭 가이드(2120)를 각각 상승, 하강시켜 전극 탭(20)과 이격시키는 단계; 및 엔빌(2320)을 하강시켜 전극 탭(20)과 이격시키는 단계를 더 포함할 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 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 도면에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
한편, 본 명세서에서 상, 하, 좌, 우, 전, 후와 같은 방향을 나타내는 용어가 사용되었으나, 이러한 용어들은 설명의 편의를 위한 것일 뿐, 대상이 되는 사물의 위치나 관측자의 위치 등에 따라 달라질 수 있음은 자명하다.
(부호의 설명)
10: 전극 조립체
20: 전극 탭
100: 탭 가이드
110: 제1 탭 가이드
120: 제2 탭 가이드
300: 용접부
310: 혼
320: 엔빌
1000: 전극 탭 제조장치
1100: 탭 가이드부
1110: 제1 탭 가이드
1120: 제2 탭 가이드
1200: 이동수단
1210: 수직이동수단
1211: 제1 수직이동수단
1211a: 공압 또는 유압실린더
1211b: 수직 가이드 블록
1212: 제2 수직이동수단
1212a: 공압 또는 유압실린더
1212b: 수직 가이드 블록
1212c: 지지대
1220: 수평이동수단
1220a: 볼스크류축
1220b: 수평 가이드 블록
1220c: 구동부
1300: 용접부
1310: 혼
1320: 엔빌
2000: 전극 탭 제조장치
2100: 탭가이드
2110: 제1 탭 가이드
2120: 제2 탭 가이드
2200: 이동수단
2210: 수직이동수단(에어척 실린더)
2211: 제1 캔틸레버암
2212: 제2 캔틸레버암
2211a, 2212a: 제1 힌지 결합부
2211b, 2212b: 제2 힌지 결합부
2213: 에어척 실린더 본체
2213a: 탄성부재
2213b: 피스톤로드
2213c: 가동부재
2220: 수평이동수단
2221: 구동부
2222: 직선이동기구
2300: 용접부
2310: 혼
2320: 엔빌
A: 용접대상부위
C: 볼록부

Claims (16)

  1. 전극 조립체로부터 돌출되는 복수개의 전극 탭들을 용접부에서 용접할 때, 상기 전극 탭들을 가압하여 모아주는 전극 탭 가이드 장치로서,
    상기 전극 탭의 상부 및 하부에서 상기 전극 탭을 향하여 이동하여 상기 전극 탭을 가압하여 모아주는 제1 탭 가이드 및 제2 탭 가이드; 및
    상기 제1 탭 가이드 및 제2 탭 가이드를 이동시키는 이동수단; 을 포함하고,
    상기 이동수단은 상기 제1 탭 가이드 및 제2 탭 가이드를 상하로 이동시키는 수직이동수단 및 상기 제1 탭 가이드 및 제2 탭 가이드 중 적어도 하나를 수평으로 이동시키는 수평이동수단을 구비한 전극 탭 가이드 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 수직이동수단은, 상기 제1 탭 가이드를 승강시키는 제1 승강수단과, 상기 제2 탭 가이드를 승강시키는 제2 승강수단을 포함하는 전극 탭 가이드 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 수직이동수단은, 상기 제1 탭 가이드의 상승 및 제2 탭 가이드의 하강과, 상기 제1 탭 가이드의 하강 및 제2 탭 가이드의 상승이 동시에 행해지도록 하는 것인 전극 탭 가이드 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 수직이동수단은, 에어척 실린더인 전극 탭 가이드 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 에어척 실린더는 그 단부에 공기압에 의하여 서로 접근 및 이격되게 회동하는 제1 및 제2 캔틸레버 아암이 구비되고, 상기 제1 탭 가이드 및 제2 탭 가이드는 상기 제1 및 제2 캔틸레버 아암에 각각 결합되는 전극 탭 가이드 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 수직이동수단은 상기 수평이동수단에 결합되어, 상기 제1 탭 가이드 및 제2 탭 가이드가 상기 수직이동수단에 의하여 각각 하강 및 상승하여 상기 전극 탭을 가압할 때, 상기 제1 및 제2 탭 가이드 중 적어도 하나를 상기 전극 조립체를 항하여 수평이동시키는 전극 탭 가이드 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 수평이동수단은, 구동부와 직선이동수단을 포함하고, 상기 직선이동수단의 단부에 상기 수직이동수단이 결합되는 전극 탭 가이드 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제1 탭 가이드 및 제2 탭 가이드는 전극 탭과 접촉하는 단부 가압면에 곡면이 형성된 전극 탭 가이드 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제1 탭 가이드 및 제2 탭 가이드는 전극 탭과 접촉하는 단부 가압면에 일측방향으로 돌출된 돌출부가 형성된 전극 탭 가이드 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 제2 탭 가이드의 폭이 상기 제1 탭 가이드의 폭보다 크고, 상기 제2 탭 가이드의 가압면 면적은 상기 제1 탭 가이드의 가압면 면적보다 큰 전극 탭 가이드 장치.
  11. 적어도 일측에 복수개의 전극 탭이 돌출된 전극 조립체의 전극 탭 제조장치에 있어서,
    상기 전극 탭의 상부 및 하부에서 상기 전극 탭을 향하여 이동하여 상기 전극 탭을 가압하여 모아주는 제1 탭 가이드 및 제2 탭 가이드와, 상기 제1 탭 가이드 및 제2 탭 가이드를 이동시키는 이동수단을 포함하는 탭 가이드부; 및
    모아진 전극 탭들을 용접하는 용접부를 포함하고,
    상기 이동수단은 상기 제1 탭 가이드 및 제2 탭 가이드를 상하로 이동시키는 수직이동수단 및 상기 제1 탭 가이드 및 제2 탭 가이드 중 적어도 하나를 수평으로 이동시키는 수평이동수단을 구비한 전극 탭 제조장치.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 탭 가이드부는 상기 전극 조립체와 상기 용접부 사이에 위치하는 전극 탭 제조장치.
  13. 제 11 항에 있어서,
    상기 용접부는, 혼과 엔빌에 의해서 상기 전극 탭들을 초음파 용접하는 초음파 용접부인 전극 탭 제조장치.
  14. 제11항에 있어서,
    상기 수직이동수단은 상기 수평이동수단에 결합되어, 상기 제1 탭 가이드 및 제2 탭 가이드가 상기 수직이동수단에 의하여 각각 하강 및 상승하여 상기 전극 탭을 가압할 때, 상기 제1 및 제2 탭 가이드 중 적어도 하나를 상기 전극 조립체를 항하여 수평이동시키는 전극 탭 제조장치.
  15. 적어도 일측에 복수개의 전극 탭들이 돌출된 전극 조립체를 제조하는 방법으로서,
    상기 전극 탭의 용접 대상 부위를 용접부 상에 위치시키는 단계;
    상기 전극 탭의 상부 및 하부에서 상기 전극 탭을 향하여 제1 탭 가이드 및 제2 탭 가이드를 이동시켜 상기 전극 탭을 가압하는 단계; 및
    상기 전극 탭의 용접 대상 부위가 상기 용접부에 고정된 상태에서, 상기 제1 및 제2 탭 가이드 중 적어도 하나를 전극 조립체를 향하여 수평 이동시켜 상기 전극 탭을 연신시키는 단계를 포함하는 전극 조립체 제조방법.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 전극 탭이 연신된 상태에서, 상기 전극 탭을 용접시키는 단계를 더 포함하는 전극 조립체 제조방법.
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