WO2024043639A1 - 나이프, 및 이를 포함하는 이차 전지 제조 장치 - Google Patents

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WO2024043639A1
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WO
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knife
secondary battery
sheet
protrusion
concave portion
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PCT/KR2023/012332
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정주영
김승일
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주식회사 엘지에너지솔루션
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    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Definitions

  • the present invention relates to a secondary battery manufacturing device, and more specifically, to a battery cell manufacturing device that can secure battery cell sealing quality while shortening the pouch sealing time.
  • Secondary batteries are attracting much attention as an energy source not only for mobile devices such as mobile phones, digital cameras, and laptops, but also for power devices such as electric bicycles, electric vehicles, and hybrid electric vehicles.
  • lithium secondary batteries such as lithium-ion batteries and lithium-ion polymer batteries, which have advantages such as high energy density, discharge voltage, and output stability.
  • secondary batteries are classified depending on the structure of the electrode assembly, which consists of a positive electrode, a negative electrode, and a separator interposed between the positive electrode and the negative electrode.
  • Representative examples include a jelly roll (wound type) electrode assembly composed of long sheet-shaped anodes and cathodes wound with a separator interposed between them, and a plurality of anodes and cathodes cut into units of a predetermined size with a separator interposed between them.
  • a sequentially stacked (stacked) electrode assembly, etc. can be mentioned. In order to manufacture a stacked (layered) electrode assembly, it is first necessary to cut sheet-shaped anodes and cathodes.
  • FIG. 1 is a diagram showing a conventional secondary battery manufacturing apparatus.
  • Figure 2 is a diagram showing secondary battery material being burned when cutting a sheet using a conventional secondary battery manufacturing device.
  • the conventional secondary battery manufacturing apparatus 10 can cut the sheet 11 using the cutting member 20 .
  • Sheet 11 may include an electrode sheet or a separator sheet.
  • the cutting member 20 can cut the sheet 11 moving in the second direction (x-axis direction) while moving in the first direction (z-axis direction and -z-axis direction).
  • the flying products of the cut sheet 11 may be burned. More specifically, the flying products, etc. are in contact with the blade of the cutting member 20 and are burned as they rise in the direction of the blade slope. Accordingly, the cut surface of the cut sheet 11 may not be smooth due to scattering of the sheet adhered to the cutting member 20.
  • the blade of the cutting member 20 may become dull. If the electrode sheet 11 is cut using a cutting member 20 with a blunt blade, the cut surface of the cut electrode or separator 12 may not be smooth.
  • the problem to be solved by the present invention is to improve the efficiency of the secondary battery manufacturing process and provide a secondary battery manufacturing device for manufacturing secondary batteries with improved safety.
  • a knife includes a blade, a first surface and a second surface extending at a predetermined angle toward a first direction, which is a cutting direction, and a blade perpendicular to the first direction. It includes a third face extending in two directions, one end of the first face and one end of the second face are in contact with each other to form a vertex, which is the blade, and one end and the other end of the third face are , and contact the other end of the first side and the other end of the second side, respectively.
  • a protrusion which is a protruding area, may be provided on the first surface and the second surface.
  • the protrusion includes a protrusion start portion, which is an area where the protrusion starts based on the vertex, and the length from the vertex to the protrusion start portion may be shorter than the height of the sheet.
  • the knife may include a concave portion, which is an area concavely cut from the first surface and the second surface.
  • the concave portion includes a concave start portion, which is an area where the concave portion begins based on the vertex, and the length from the vertex to the concave start portion may be shorter than the height of the sheet.
  • the radius of the concave portion may be 0.01 mm or more.
  • the knife may include a protrusion, which is an area that protrudes from the first and second surfaces, and a concave part, which is an area that is concave from the first and second surfaces.
  • the angle of the vertex may be a blade of 120 degrees or less.
  • the knife may be a cermet.
  • a secondary battery manufacturing apparatus includes the knife.
  • the quality of the electrode can be improved and the safety of the secondary battery can be improved because flying products generated when cutting secondary battery materials do not adhere to the cutting member.
  • FIG. 1 is a diagram showing a conventional secondary battery manufacturing apparatus.
  • Figure 2 is a diagram showing secondary battery material being burned when cutting a sheet using a conventional secondary battery manufacturing device.
  • Figure 3 is a perspective view showing a secondary battery manufacturing apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a view of the cutting member and vibrator of FIG. 3 of the present invention viewed from a third direction.
  • Figure 5 is a flowchart showing the process of recognizing whether a secondary battery is defective.
  • FIG. 6(a) is a flowchart showing a process by which a user recognizes whether a secondary battery is defective
  • FIG. 6(b) is a flowchart showing a process by which a secondary battery manufacturing system recognizes whether a secondary battery is defective.
  • Figure 7 is a diagram showing a knife according to a modified example of the present invention.
  • FIG. 8 is a diagram showing the degree of adhesion of the secondary battery material depending on the position where the protrusion of FIG. 7 is provided.
  • Figure 9 is a diagram showing a knife according to another modified example of the present invention.
  • FIG. 10 is a diagram showing the degree of deposition of secondary battery material depending on the location of the concave portion of FIG. 9.
  • Figure 11 is a diagram showing a knife according to another modified example of the present invention.
  • Figure 12 is a perspective view showing a secondary battery manufacturing apparatus according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 13 is a diagram showing a modified example of the substrate of FIG. 12.
  • a part of a layer, membrane, region, plate, etc. when a part of a layer, membrane, region, plate, etc. is said to be “on” or “on” another part, this includes not only cases where it is “directly above” another part, but also cases where there is another part in between. . Conversely, when a part is said to be “right on top” of another part, it means that there is no other part in between.
  • being "on” or “on” a reference part means being located above or below the reference part, and necessarily meaning being located “above” or "on” the direction opposite to gravity. no.
  • FIG. 3 is a perspective view showing a secondary battery manufacturing apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a view of the cutting member and vibrator of FIG. 3 of the present invention viewed from a third direction.
  • the secondary battery manufacturing apparatus 100 includes a substrate 130, a cutting member 200, and a vibrator 300.
  • the substrate 130 may be a flat plate.
  • a sheet 110 may be located on one side of the substrate 130.
  • Sheet 110 may include secondary battery material.
  • the sheet 110 may be an electrode sheet or a separator sheet.
  • the substrate 130 may move in the second direction D2, and the sheet 110 may also move along with the movement of the substrate 130.
  • the second direction D2 may be parallel to the substrate 130 .
  • the cutting member 200 may contact the sheet 110 while moving in the first direction D1.
  • the first direction D1 may be perpendicular to the substrate 130 .
  • the first direction D1 is shown as one direction on the coordinate system, but this includes not only one direction on the coordinate system but also the direction opposite thereto, which also includes the second direction D2 and the third direction D3. will be understood the same way.
  • the cutting member 200 may cut the sheet 110 while contacting the sheet 110. At this time, the sheet 110 may be cut in the third direction D3.
  • the cutting member 200 can cut the sheet 110 using ultrasonic waves.
  • the cutting member 200 may receive ultrasonic waves generated from the vibrator 300.
  • the vibrator 300 may be fixed while in contact with the cutting member 200 and generate ultrasonic vibration. That is, the ultrasonic vibration generated from the vibrator 300 is transmitted to the cutting member 200, and the cutting member 200 transmits the received ultrasonic vibration to the sheet 110, so that the sheet 110 can be cut.
  • the cutting member 200 may include a knife 210, a support portion 220, and a clamp 230.
  • the knife 210 can cut the sheet 110.
  • the knife 210 can cut the sheet 110 through ultrasonic vibration.
  • the knife 210 may be provided with a blade at one end, and the blade may cut the sheet 110 while contacting the sheet 110 .
  • the knife 210 may be made of cermet. Because the knife 210 is made of cermet, friction between the knife 210 and the secondary battery material can be minimized during cutting.
  • the knife 210 may include a first side 211, a second side 212, and a third side 213.
  • the first surface 211 and the second surface 212 of the knife 210 may each extend at a predetermined angle toward the first direction D1.
  • the first direction D1 refers to the direction in which the knife 210 moves and the direction in which the sheet 110 is cut.
  • one end of the first surface 211 and one end of the second surface 212 may be in contact with each other to form a vertex 214, and the vertex 214 may be a blade.
  • the first surface 211 and the second surface 212 may form a certain angle while one end of each is in contact with each other, and the angle may be defined as the first angle a1. That is, the angle at the vertex 214 may be the first angle a1. At this time, the first angle a1 may be 120 degrees or less.
  • the cutting quality of the secondary battery material can be secured.
  • the first angle a1 exceeds 120 degrees, cutting is not performed properly due to problems such as the first surface 211 or the second surface 212 of the knife 210 coming into contact with the sheet 110. This is because it may affect the quality of the electrode.
  • the third surface 213 may be a surface extending in the second direction D2.
  • the second direction D2 is a direction perpendicular to the direction in which the knife 210 moves, and refers to a direction perpendicular to the first direction.
  • One end and the other end of the third surface 213 may be positioned while contacting the other end of the first surface 211 and the other end of the second surface 212, respectively.
  • the third surface 213 may be fixedly positioned while contacting one surface of the support portion 220. Accordingly, the knife 210 may be mounted and fixed to the support portion 220.
  • first surface 211, second surface 212, and third surface 213 of the knife 210 are not limited to the above-described content, and the sheet ( 110), any shape will be possible.
  • a clamp 230 may be provided on the outer surface of the support portion 220.
  • the clamp 230 may be provided surrounding the outer surface of the support portion 220. That is, the clamp 230 can move while coupled with the support portion 220. Specifically, the clamp 230 is connected to an actuator and can move in the first direction D1 under the control of the actuator. Accordingly, the support portion 220 in contact with the clamp 230 and the knife 210 fixed to the support portion 220 may be moved in the first direction D1 to correspond to the movement of the clamp 230. That is, the knife 210 can cut the sheet 110 moving in the second direction D2 while moving in the first direction D1 by the clamp 230.
  • the cut surface of the sheet 110 can be cut cleanly compared to cutting the sheet 110 with a general knife.
  • the vibrator 300 may generate ultrasonic vibration and transmit the ultrasonic vibration to the cutting member 200. Specifically, the ultrasonic vibration generated from the vibrator 300 is transmitted to the support portion 220, and the ultrasonic vibration transmitted to the support portion 220 is transmitted to the knife 210, thereby cutting the sheet 110. .
  • the vibrator 300 may be fixedly positioned in contact with one surface of the support portion 220. Specifically, the vibrator 300 may be fixed and positioned on one side of the support portion 220 that faces one side of the support portion 220 where the knife 210 is located.
  • the vibrator 300 can generate ultrasonic waves by receiving constant power from an external power source. However, when cutting the sheet 110, if the sheet 110 is not cut properly due to defects in cutting quality, resonance may occur.
  • the power applied to the vibrator 300 may increase above a certain value, which may mean that the cutting quality of the sheet 110 is poor.
  • the user/manager can confirm that the cutting quality is poor by recognizing the change in the power range applied to the vibrator 300, but the secondary battery manufacturing device 100 of the present invention It may also include a secondary battery manufacturing system that recognizes the value and determines whether the cutting quality of the sheet 110 is normal or defective. This will be explained in more detail later in FIG. 5.
  • the user can determine whether the cutting quality of the sheet 110 is poor through a change in the power range applied to the vibrator 300, or, by providing a power sensor electrically connected to the power source, the vibrator 300 It is also possible to determine whether the cutting quality of the sheet 110 is poor by recognizing the range of power applied to it. Therefore, determining the cutting quality of the sheet based on the power range applied to the vibrator 300 improves the accuracy of defect selection compared to determining the cutting quality of the sheet using a camera or vision sensor as in the related art. , process efficiency and electrode quality can be improved.
  • the support portion 220 and the vibrator 300 may each include a hole.
  • the support part 220 may include a first hole 221, and the vibrator 300 may include a second hole 310.
  • the first hole 221 is a hole that penetrates the support part 220
  • the second hole 310 is a hole that penetrates the vibrator 300.
  • the first hole 221 is shown as penetrating the support part 220 in the third direction D3, but is not limited thereto, and the first hole 221 penetrates the support part 220 in the second direction. It can also be penetrated with (D2).
  • the second hole 310 is shown as penetrating the vibrator 300 in the third direction D3, but is not limited thereto. The hole 310 may pass through the vibrator 300 in the second direction D2.
  • the first hole 221 and the second hole 310 may serve as flow paths. This is because fluid such as air can move through the first hole 221 and the second hole 310. Therefore, when heat is generated in the cutting member 200 and the vibrator 300 due to a continuously progressing cutting process, air cooling proceeds through the first hole 221 and the second hole 310, and the cutting member ( The heat generated in 200) and the vibrator 300 can be cooled. This prevents the heat generated from the vibrator 300 from being transmitted to the support part 220 and the knife 210, thereby preventing the secondary battery material from sticking to the knife 210 due to heat as much as possible when cutting the sheet 110. It can be prevented.
  • FIG. 5 is a flowchart showing the process of recognizing whether a secondary battery is defective.
  • FIG. 6(a) is a flowchart showing a process by which a user recognizes whether a secondary battery is defective
  • FIG. 6(b) is a flowchart showing a process by which a secondary battery manufacturing system recognizes whether a secondary battery is defective.
  • the power applied to the vibrator 300 may be higher than a preset level.
  • the power applied to the vibrator 300 during normal cutting is the first power (W1)
  • the power applied to the vibrator 300 is the second power (W2). It can be said that At this time, the first power (W1) and the second power (W2) may have different values.
  • the user or the secondary battery manufacturing system can recognize an abnormality in the power range and take action accordingly. Recognizing this power range will be explained in more detail in FIG. 6.
  • a user or administrator can take appropriate measures depending on the power range applied to the vibrator 300.
  • the secondary battery manufacturing apparatus 100 may include a display unit U1.
  • the display unit U1 is electrically connected to the power source P and may be configured to display the power range applied to the vibrator 300 from the power source P.
  • the display unit U1 may include a component for displaying the power range, and may include a component such as a panel, for example. Accordingly, through the display unit U1, the user can recognize the power range currently being applied to the secondary battery manufacturing apparatus 100.
  • the user recognizes that the secondary battery manufacturing apparatus 100 is operating normally, and the secondary battery manufacturing apparatus 100 continues to operate on the sheet. (110) can be cut.
  • the user recognizes that resonance is currently occurring and the sheet 110 is not properly cut and a defect is occurring, and the secondary battery manufacturing process can be stopped.
  • the secondary battery manufacturing apparatus 100 may be controlled by a secondary battery manufacturing system.
  • the secondary battery manufacturing system may include a sensor unit (U2) and a control unit (U3). Both the sensor unit (U2) and the control unit (U3) may be electrically connected to the power source (P).
  • the sensor unit (U2) can recognize the range of power applied to the vibrator 300 and transmit an electrical signal according to the range of power value to the control unit (U3).
  • the control unit U3 may receive an electrical signal from the sensor unit U2 and control the operation of the secondary battery manufacturing apparatus 100 accordingly. That is, the control unit U3 can control the operation of the cutting member based on the electrical signal received from the sensor unit U2.
  • the control unit U3 may control the secondary battery manufacturing apparatus 100 to continue normal operation without stopping the operation. That is, the control unit U3 can control the cutting member to continue normal operation without stopping the operation.
  • the control unit U3 may stop the operation of the secondary battery manufacturing apparatus 100. That is, the control unit U3 can stop the operation of the cutting member. Therefore, when the operation of the secondary battery manufacturing device 100 is stopped by the control unit U3, the user or manager can determine whether the sheet is defective and take action to enable normal cutting again, such as by replacing the knife. .
  • the sensor unit (U2) recognizes the power range applied to the vibrator 300, and the control unit (U3) can control the secondary battery manufacturing apparatus 100 according to the power range.
  • the secondary battery manufacturing device 100 When controlling the secondary battery manufacturing device 100 according to the secondary battery manufacturing system, the secondary battery manufacturing device 100 is controlled systematically, so the user directly recognizes the power range through the display unit U1 and controls the secondary battery accordingly. Compared to maintaining or stopping the operation of the manufacturing device 100, the convenience of the user or manager can be improved. Additionally, since there is no need for users or managers to continuously monitor the power range during the manufacturing process, manufacturing costs such as labor costs can be reduced.
  • FIG. 7 is a diagram showing a knife according to a modified example of the present invention.
  • FIG. 8 is a diagram showing the degree of adhesion of the secondary battery material depending on the position where the protrusion of FIG. 7 is provided.
  • FIG. 8(a) is a diagram showing the degree of adhesion of the secondary battery material when the first length is shorter than the second length
  • FIG. 8(b) is a diagram showing the extent of adhesion of the secondary battery material when the first length is longer than the second length. This is a drawing showing the degree.
  • FIGS. 7 and 8 is a modified example of an embodiment of the present invention disclosed in FIGS. 3 and 4 , and a detailed description of the same configuration as that described above will be omitted.
  • the knife 210 may include a protrusion 215 .
  • the protrusion 215 may be located on the side of the knife 210. Specifically, the protrusion 215 may be located on the first surface 211 and the second surface 212 of the knife 210, respectively. The protrusion 215 may be an area protruding from the first surface 211 and the second surface 212 .
  • the protrusion 215 may be a structure that allows the secondary battery material to fall off the knife 210 in the shortest possible time after cutting the sheet 110 with the knife 210. That is, when cutting the sheet 110 with the knife 210 including the protrusion 215, the secondary battery material sintered on the knife 210 may fall off from the knife 210 while touching the protrusion 215. . Accordingly, due to the protrusion 215, the contact time between the secondary battery material and the knife 210 can be shortened. Therefore, even if the secondary battery material is adhered to the knife 210 due to frictional heat generated during cutting, the secondary battery material is attached to the first side 211 and the second side 212 of the knife 210 due to the protrusion 215. As it moves up, it can fall off the knife 210 as quickly as possible without being stuck.
  • the secondary battery material may fall from the knife 210 based on the protruding start portion 215a.
  • the protrusion start portion 215a may refer to an area where the protrusion 215 starts based on the vertex 214 where the first surface 211 and the second surface 212 contact each other.
  • the length from the vertex 214 to the protrusion start portion 215a may be a first length d1, and the height of the sheet 110 may be a second length d2. At this time, the first length d1 may be shorter than the second length d2.
  • the protrusion 215 when the first length d1 is shorter than the second length d2, the protrusion 215 has a height lower than the second length d2 and is located on the first surface ( 211) and may be located on the second side 212.
  • the protrusion 215 when cutting the sheet 110, even if the secondary battery material adheres to the knife 210 due to frictional heat, due to the protrusion 215, the adhered secondary battery material no longer adheres to the first side 211 and the second surface 211. Instead of climbing up the surface 212, it can fall from the knife 210.
  • the protrusion 215 when the first length d1 is longer than the second length d2, the protrusion 215 has a height higher than the second length d2 and extends from the first surface. It may be located on (211) and the second side (212). In this case, when cutting the sheet 110, the secondary battery material does not fall off after being sintered on the knife 210 due to frictional heat, but may remain sintered on the knife 210 at a certain height or higher. Therefore, even though the protrusion 215 is provided, there may be a high possibility that the cutting quality of the sheet 110 will be defective.
  • the first length d1 is shorter than the second length d2.
  • the cutting load of the knife 210 according to FIGS. 7 and 8 is concentrated on the protrusion 215, it is necessary to design the knife 210 so that the life of the blade is not shortened. Additionally, in order to keep the ultrasonic amplitude transmitted to the knife 210 the same, it is necessary to reduce the mass of other parts of the knife 210 by the increased mass due to the protrusion 215. For example, the total mass of the knife 210 excluding the protrusion 215 may be reduced by the mass of the protrusion 215, or a concave portion 216 may be added to the knife 210 as shown in FIG. 11 to be described later. It can be implemented by configuring and designing together. That is, even if the knife 210 is provided with the protrusion 215, the total mass of the knife 210 should be the same as the total mass of the knife 210 without the protrusion 216.
  • the protrusion 215 is shown as having a triangular shape and sharply protruding, but it is not limited to this shape and can have any protruding shape.
  • FIG. 10 is a diagram showing the degree of deposition of secondary battery material depending on the location of the concave portion of FIG. 9.
  • FIG. 10(a) is a diagram showing the degree of adhesion of the secondary battery material when the first length is shorter than the second length
  • FIG. 10(b) is a diagram showing the extent of adhesion of the secondary battery material when the first length is longer than the second length. This is a drawing showing the degree.
  • FIGS. 9 and 10 is a modified example of an embodiment of the present invention disclosed in FIGS. 3 and 4 , and detailed descriptions of the same configuration as those described above will be omitted.
  • a knife 210 may include a concave portion 216.
  • Recess 216 may be located on the side of knife 210. Specifically, the concave portion 216 may be located on the first surface 211 and the second surface 212 of the knife 210, respectively. The concave portion 216 may be an area that is recessed in the first and second surfaces 211 and 212 .
  • the concave portion 216 may be a structure that allows the secondary battery material to fall off the knife 210 within the shortest possible time after cutting the sheet 110 with the knife 210. That is, when the sheet 110 is cut with the knife 210 including the concave portion 216, the secondary battery material may fall off from the knife 210 while touching the concave portion 216. Accordingly, due to the concave portion 216, the contact time between the secondary battery material and the knife 210 can be shortened. Therefore, even if the secondary battery material is adhered to the knife 210 due to frictional heat generated during cutting, the secondary battery material is attached to the first side 211 and the second side 212 of the knife 210 due to the concave portion 216. As it moves up, it can fall off the knife 210 as quickly as possible without being stuck.
  • the radius of the concave portion 216 may be 0.01 mm or more. If the radius of the concave portion 216 is smaller than 0.01 mm, the concave portion 216 is not recognized as an irregularity formed on the knife 210, and secondary battery material may adhere to the area where the concave portion 216 is formed. there is. Therefore, it is desirable that the radius of the concave portion 216 be larger than 0.01 mm. However, if the radius of the concave portion 216 is 0.01 mm or more, the concave portion 216 may not always be formed.
  • the length of the radius of the concave portion 216 is a straight line (shown as a dotted line) extending perpendicular to the third surface 213 with respect to the vertex 214 and the first surface on which the concave portion 216 is formed. It should be smaller than the distance to (211) or the second side (212).
  • the secondary battery material may fall from the knife 210 based on the concave start portion 216a.
  • the concave start portion 216a may refer to an area where the concave portion 216 starts based on the vertex 214 where the first surface 211 and the second surface 212 are in contact.
  • the length from the vertex 214 to the concave start portion 216a may be the first length d1
  • the height of the sheet 110 may be the second length d2.
  • the concave portion 216 when the first length d1 is shorter than the second length d2, the concave portion 216 has a height lower than the second length d2 and is It may be located on the surface 211 and the second surface 212. In this case, even if the secondary battery material adheres to the knife 210 due to frictional heat when cutting the sheet 110, due to the concave portion 216, the adhered secondary battery material no longer adheres to the first surface 211 and the second surface 211. 2 Instead of climbing up the side 212, it can fall off the knife 210.
  • the concave portion 216 when the first length d1 is longer than the second length d2, the concave portion 216 has a height higher than the second length d2 and is located on the first surface. It may be located on (211) and the second side (212). In this case, when cutting the sheet 110, the secondary battery material does not fall off after being sintered on the knife 210 due to frictional heat, but may remain sintered on the knife 210 at a certain height or higher. Therefore, even though the concave portion 216 is provided, there may be a high possibility that the cutting quality of the sheet 110 will be defective.
  • the first length d1 is shorter than the second length d2.
  • the knife 210 according to FIGS. 9 and 10 needs to be designed so that the cutting load is distributed due to the configuration of the concave portion 216 and the lifespan is not shortened, such as the blade breaking. Additionally, in order to keep the ultrasonic amplitude transmitted to the knife 210 the same, it is necessary to increase the mass of other parts of the knife 210 by the amount reduced by the concave portion 216. For example, the mass of another area of the knife 210 that is not provided with the concave portion 216 may be increased, or the protrusion 215 may be added to the knife 210 together with the concave portion 216 as shown in FIG. 11, which will be described later. It can be implemented by configuring and designing. That is, even if the knife 210 is provided with the concave portion 216, the total mass of the knife 210 should be the same as the total mass of the knife 210 without the concave portion 216.
  • the concave portion 216 is shown as being circular and concave, but it is not limited to this shape and any concave shape is possible.
  • Figure 11 is a diagram showing a knife according to another modified example of the present invention.
  • FIG. 11 is a modified example of an embodiment of the present invention disclosed in FIGS. 7 to 10, and a detailed description of the same configuration as described above will be omitted.
  • a knife 210 may include a protrusion 215 and a concave portion 216.
  • the protrusion 215 and the concave portion 216 may be located on each side of the knife 210. Specifically, the protrusion 215 and the concave portion 216 may be located on the first surface 211 and the second surface 212, respectively. That is, the protrusion 215 and the concave portion 216 may be located together on each of the first surface 211 and the second surface 212.
  • the mass added from the protrusion 215 may be equal to the mass reduced from the concave portion 216. Therefore, even with the addition of protrusion 215, because recess 216 is co-located with knife 210, the total mass of knife 210, including protrusion 215 and recess 216, is reduced by protrusion 215. ) and may be the same as the mass of the knife 210 without the concave portion 216.
  • the protrusion 215 and the concave portion 216 may be added to the knife 210 so that the cutting load may not be distributed. Rather, by applying the protrusion 215 and the recess 216 simultaneously to the knife 210, the overall mass of the knife 210 is the same as the knife 210 without the protrusion 215 or recess 216. It can be set as follows. Therefore, the cutting load of the knife 210 is not distributed and the lifespan of the knife 210 is not shortened, and the configuration of the protrusion 215 and the concave portion 216 prevents the secondary battery material from sticking to the knife 210. As a result, the cutting quality of the sheet 110 and the quality of the electrode can be improved.
  • the protrusion 215 is shown to be closer to the vertex 214 than the concave part 216, and the concave part 216 is shown to be formed further away from the vertex 214 than the protrusion 215. , but is not limited to this. As an example, it may be possible for the concave portion 216 to be formed closer to the vertex 214 than the protruding portion 215.
  • Figure 12 is a perspective view showing a secondary battery manufacturing apparatus according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 13 is a diagram showing a modified example of the substrate of FIG. 12.
  • the secondary battery manufacturing apparatus described in FIGS. 12 and 13 is a modified example of an embodiment of the present invention disclosed in FIGS. 3 and 4, and detailed description of the same configuration as that described above will be omitted.
  • a secondary battery manufacturing apparatus 100 includes a substrate 130, a cutting member 200, and a vibrator 300.
  • the substrate 130 may include a damage prevention layer 131 located on one surface of the substrate 130.
  • the substrate 130 may have a general plate shape as shown in FIG. 12, but may also have a circular roll shape as shown in FIG. 13.
  • the substrate 130 can transfer the sheet 110 while moving in one direction, regardless of its shape.
  • the damage prevention layer 131 may be located on one side of the substrate 130 where the sheet 110 is located, and may be located facing the cutting member 200.
  • the cutting member 200 may cut the sheet 110 while moving in the first direction D1, and in this case, the cutting member 200 may repeatedly contact the damage prevention layer 131.
  • the size of the damage prevention layer 131 may correspond to one side of the substrate 130. Specifically, the size of the damage prevention layer 131 may be the same as or smaller than the size of one side of the substrate 130. For example, referring to FIG. 12 , the damage prevention layer 131 may be positioned while completely covering the substrate 130 . Alternatively, as shown in FIG. 13 , the damage prevention layer 131 may be sized to cover only a portion of one surface of the substrate 130 . However, even if the damage prevention layer 131 is located only in some areas of the substrate 130, the damage prevention layer 131 must be located in the area where the cutting member 200 touches the substrate 130.
  • the knife 210 and the substrate 130 may not contact each other. This is because if the knife 210 and the substrate 130 come into contact with each other, the knife 210 may be damaged. Therefore, in order to prevent damage to the knife 210, a damage prevention layer 131 may be provided on the substrate 130, and the knife 210 may be in contact with the damage prevention layer 131. As a result, the knife 210 is not damaged because it is not in direct contact with the substrate 130, and the lifespan of the knife 210 is extended, thereby reducing equipment costs.
  • the damage prevention layer 131 may be coated on one side of the substrate 130 and positioned. Alternatively, the damage prevention layer 131 may be manufactured separately in a separate process and then fixed to one surface of the substrate 130 with an adhesive or the like.
  • the damage prevention layer 131 may be made of a material having a shore hardness of 5H S to 85H S. Specifically, when the damage prevention layer 131 is made of a material with a Shore hardness of 5H S or less, a secondary battery material such as the sheet 110 may not be fixed to the damage prevention layer 131. Therefore, the secondary battery material may not be cut due to the shear force of the knife 210, which will be described later, and there may be a high possibility that it will be broken or detached. If the damage prevention layer 131 is made of a material with a shore hardness of 85H S or more, when the damage prevention layer 131 and the knife 210 rub, the knife 210 may be severely worn. In this case, the cutting quality of the sheet 110 and the quality of the electrode may deteriorate due to foreign substances such as iron (Fe) generated from the worn knife 210.
  • Fe iron
  • the damage prevention layer 131 may be PVC (Polyvinyl Chloride), silicone, MC Nylon (Mono Cast Nylon), Teflon, PET (polyethylene terephthalate), etc.
  • the damage prevention layer 131 formed of the above material does not cause damage to the knife 210 even when vibration is transmitted from the knife 210 to the damage prevention layer 131, so foreign substances such as iron (Fe) are not generated.
  • the cutting quality of the sheet 110 and the quality of the electrode can be improved.
  • the materials constituting the damage prevention layer 131 have a high heat distortion temperature, their shape is not deformed even when heat due to the vibration of the knife 210 is applied during cutting, ensuring cutting quality of secondary battery materials even at high temperatures. can do.
  • the damage prevention layer 131 may be a high-strength and high-elasticity extreme performance fiber.
  • the damage prevention layer 131 may be a material having a tensile strength of 20 g/d or more and an elastic modulus of 500 g/d or more.
  • the damage prevention layer is a bulletproof/swordproof material and may be p-aramid (para-aramid) or UHMWPE (Ultra High Molecular Weight Polyethylene).
  • the damage prevention layer 131 may not be damaged or cut even when it comes into contact with the knife 210 of the cutting member 200. That is, when cutting the sheet 110, the cutting member 200 may come into contact with the damage prevention layer 131 several times but not with the substrate 130, so even if there is repeated driving of the knife 210, the cutting member 200 may contact the damage prevention layer 131 several times. (130) may be intact. Therefore, the cutting process can proceed continuously, and process efficiency can be improved.
  • the sheet 110 can be cut while preventing damage to the blade of the knife 210, and thus the cutting quality of the electrode can be improved. Additionally, frequent replacement of the knife 210 can be prevented, thereby reducing process costs.
  • the battery module described above and the battery pack containing it can be applied to various devices. These devices can be applied to transportation means such as electric bicycles, electric cars, and hybrid cars, but the present invention is not limited thereto and can be applied to various devices that can use battery modules and battery packs containing them, which are also applicable to the present invention. It falls within the scope of invention rights.

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 나이프는 칼날을 포함하고, 커팅하는 방향인 제1 방향을 향해 소정의 각도를 가지면서 연장된 제1 면 및 제2 면과, 상기 제1 방향과 수직인 제2 방향을 향해 연장된 제3 면을 포함하고, 상기 제1 면의 일단부 및 상기 제2 면의 일단부는 서로 접하면서 상기 칼날인 꼭지점을 형성하며, 상기 제3 면의 일단부 및 타단부는, 각각 상기 제1 면의 타단부 및 상기 제2 면의 타단부와 접한다.

Description

나이프, 및 이를 포함하는 이차 전지 제조 장치
관련 출원(들)과의 상호 인용
본 출원은 2022년 8월 23일자 한국 특허 출원 제10-2022-0105363호, 2023년 8월 4일자 한국 특허 출원 제10-2023-0102321호, 및 2023년 8월 4일자 한국 특허 출원 10-2023-0102322호에 기초한 우선권의 이익을 주장하며, 해당 한국 특허 출원의 문헌에 개시된 모든 내용은 본 명세서의 일부로서 포함된다.
본 발명은 이차 전지 제조 장치에 관한 것으로서, 보다 구체적으로 파우치 실링 시간을 단축시키면서 전지셀 실링 품질이 확보 가능한 전지셀 제조 장치에 관한 것이다.
모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서 이차 전지의 수요가 급격히 증가하고 있다. 이에 따라, 다양한 요구에 부응할 수 있는 이차 전지에 대한 연구가 많이 행해지고 있다.
이차 전지는 휴대폰, 디지털 카메라, 노트북 등의 모바일 기기뿐만 아니라, 전기 자전거, 전기 자동차, 하이브리드 전기 자동차 등의 동력 장치에 대한 에너지원으로도 많은 관심을 모으고 있다.
대표적으로 높은 에너지 밀도, 방전 전압, 출력 안정성 등의 장점을 가진 리튬 이온 전지, 리튬 이온 폴리머 전지 등과 같은 리튬 이차 전지에 대한 수요가 높다.
또한, 이차 전지는 양극, 음극, 및 양극과 음극 사이에 개재되는 분리막이 적층된 구조의 전극 조립체가 어떠한 구조로 이루어져 있는지에 따라 분류되기도 한다. 대표적으로는, 긴 시트형의 양극들과 음극들을 분리막이 개재된 상태에서 권취한 구조의 젤리롤(권취형) 전극 조립체, 소정 크기의 단위로 절취한 다수의 양극과 음극들을 분리막을 개재한 상태로 순차적으로 적층한 스택형(적층형) 전극 조립체 등을 들 수 있다. 이 중 스택형(적층형) 전극 조립체를 제조하기 위해서는, 우선 시트형의 양극들과 음극들을 커팅할 필요가 있다.
도 1은 종래의 이차 전지 제조 장치를 나타내는 도면이다. 도 2는 종래의 이차 전지 제조 장치로 시트를 커팅시, 이차 전지 재료가 소착되는 것을 나타내는 도면이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 종래의 이차 전지 제조 장치(10)는 커팅 부재(20)로 시트(11)를 커팅할 수 있다. 시트(11)는 전극 시트나 분리막 시트를 포함할 수 있다.
구체적으로, 커팅 부재(20)는 제1 방향(z축 방향 및 -z축 방향)으로 이동하면서, 제2 방향(x축 방향)으로 이동하는 시트(11)를 커팅할 수 있다.
다만, 시트(11)를 반복적으로 절단하다 보면, 커팅 부재(20)에 마찰 등에 의한 열이 발생하면서, 절단된 시트(11)의 비산물 등이 소착될 수 있다. 보다 자세하게는, 상기 비산물 등은 커팅 부재(20)의 칼날에 접촉된 상태로, 칼날 경사면 방향으로 올라가면서 소착된다. 따라서, 커팅 부재(20)에 소착된 시트의 비산물 등으로 인해, 커팅된 시트(11)의 절단면은 매끄럽지 않을 수 있다.
또한, 전극 시트(11)를 반복적으로 절단하다 보면, 커팅 부재(20)의 날이 무뎌질 수 있다. 날이 무뎌진 커팅 부재(20)로 전극 시트(11)를 커팅하면, 커팅된 전극이나 분리막(12)의 절단면이 매끄럽지 않을 수 있다.
따라서, 커팅 부재(20)에 시트의 비산물 등이 소착되거나, 커팅 부재(20)의 날이 무뎌짐으로써, 전극의 품질 불량이 발생할 수 있다는 문제점이 존재하므로, 상기와 같은 문제 발생을 줄이려는 시도가 계속되고 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 이차 전지 제조 공정의 효율성을 향상시키고, 안전성이 개선된 이차 전지를 제조하기 위한 이차 전지 제조 장치를 제공하기 위한 것이다.
그러나, 본 발명의 실시예들이 해결하고자 하는 과제는 상술한 과제에 한정되지 않고 본 발명에 포함된 기술적 사상의 범위에서 다양하게 확장될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 나이프는, 칼날을 포함하고, 커팅하는 방향인 제1 방향을 향해 소정의 각도를 가지면서 연장된 제1 면 및 제2 면과, 상기 제1 방향과 수직인 제2 방향을 향해 연장된 제3 면을 포함하고, 상기 제1 면의 일단부 및 상기 제2 면의 일단부는 서로 접하면서 상기 칼날인 꼭지점을 형성하며, 상기 제3 면의 일단부 및 타단부는, 각각 상기 제1 면의 타단부 및 상기 제2 면의 타단부와 접한다.
상기 제1 면 및 상기 제2 면에는, 돌출된 일 영역인 돌출부가 구비될 수 있다.
상기 돌출부는 상기 꼭지점을 기준으로 상기 돌출부가 시작되는 영역인 돌출 시작부를 포함하고, 상기 꼭지점부터 상기 돌출 시작부까지의 길이는, 상기 시트의 높이보다 짧을 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따른 나이프에 있어서, 상기 제1 면 및 상기 제2 면으로부터 오목하게 파인 일 영역인 오목부를 포함할 수 있다.
상기 오목부는 상기 꼭지점을 기준으로 상기 오목부가 시작되는 영역인 오목 시작부를 포함하고, 상기 꼭지점부터 상기 오목 시작부까지의 길이는, 상기 시트의 높이보다 짧을 수 있다.
상기 오목부의 반지름은 0.01mm 이상일 수 있다.
상기 나이프는, 상기 제1 면과 상기 제2 면으로부터 돌출된 일 영역인 돌출부, 및 상기 제1 면과 상기 제2 면으로부터 오목하게 파인 일 영역인 오목부를 포함할 수 있다.
상기 꼭지점의 각도는 120도 이하인 칼날일 수 있다.
상기 나이프는, 서멧(cermet)일 수 있다.
본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 이차 전지 제조 장치는, 상기 나이프를 포함한다.
실시예들에 따르면, 이차 전지 재료의 커팅 시 발생하는 비산물 등이 커팅 부재에 소착되지 않음으로써, 전극의 품질이 향상될 수 있고, 이차 전지의 안전성이 향상될 수 있다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 종래의 이차 전지 제조 장치를 나타내는 도면이다.
도 2는 종래의 이차 전지 제조 장치로 시트를 커팅시, 이차 전지 재료가 소착되는 것을 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지 제조 장치를 나타내는 사시도이다.
도 4는 본 발명의 도 3의 커팅 부재 및 진동자를 제3 방향에서 바라본 도면이다.
도 5는 이차 전지의 불량 여부를 인식하는 과정을 나타내는 순서도이다.
도 6(a)는 사용자가 이차 전지 불량 여부를 인식하는 과정을 나타내는 순서도이고, 도 6(b)는 이차 전지 제조 시스템이 이차 전지 불량 여부를 인식하는 과정을 나타내는 순서도이다.
도 7은 본 발명의 일 변형예에 따른 나이프를 나타내는 도면이다.
도 8은 도 7의 돌출부가 구비되는 위치에 따른 이차 전지 재료의 소착 정도를 나타내는 도면이다.
도 9는 본 발명의 다른 일 변형예에 따른 나이프를 나타내는 도면이다.
도 10은 도 9의 오목부가 구비되는 위치에 따른 이차 전지 재료의 소착 정도를 나타내는 도면이다.
도 11은 본 발명의 또 다른 일 변형예에 따른 나이프를 나타내는 도면이다.
도 12는 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 이차 전지 제조 장치를 나타내는 사시도이다.
도 13은 도 12의 기판의 변형예를 나타내는 도면이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 여러 실시예들에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예들에 한정되지 않는다.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.
또한, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다. 도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 그리고 도면에서, 설명의 편의를 위해, 일부 층 및 영역의 두께를 과장되게 나타내었다.
또한, 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 또는 "상에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다. 또한, 기준이 되는 부분 "위에" 또는 "상에" 있다고 하는 것은 기준이 되는 부분의 위 또는 아래에 위치하는 것이고, 반드시 중력 반대 방향을 향하여 "위에" 또는 "상에" 위치하는 것을 의미하는 것은 아니다.
또한, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
또한, 명세서 전체에서, "평면상"이라 할 때, 이는 대상 부분을 위에서 보았을 때를 의미하며, "단면상"이라 할 때, 이는 대상 부분을 수직으로 자른 단면을 옆에서 보았을 때를 의미한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지 제조 장치를 나타내는 사시도이다. 도 4는 본 발명의 도 3의 커팅 부재 및 진동자를 제3 방향에서 바라본 도면이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지 제조 장치(100)는 기판(130), 커팅 부재(200) 및 진동자(300)를 포함한다.
기판(substrate, 130)은 평평한 판일 수 있다. 기판(130)의 일 면에는 시트(110)가 위치할 수 있다. 시트(110)는 이차 전지 재료를 포함할 수 있다. 일 예로, 시트(110)는 전극 시트이거나 분리막 시트일 수 있다.
기판(130)은 제2 방향(D2)으로 이동할 수 있고, 기판(130)의 이동과 함께 시트(110)도 이동될 수 있다. 여기서 제2 방향(D2)은 기판(130)과 평행한 방향일 수 있다.
커팅 부재(200)는 제1 방향(D1)으로 이동하면서, 시트(110)와 접할 수 있다. 제1 방향(D1)은 기판(130)과 수직인 방향일 수 있다. 본 도면에서 제1 방향(D1)은 좌표계 상 일 방향으로 도시되어 있지만, 이는 좌표계 상 일 방향뿐만 아니라 이와 대향하는 방향도 포함하는 것이며, 이는 제2 방향(D2) 및 제3 방향(D3)도 동일하게 이해될 것이다.
커팅 부재(200)는 시트(110)와 접하면서 시트(110)를 절단할 수 있다. 이 때, 시트(110)는 제3 방향(D3)으로 절단될 수 있다.
커팅 부재(200)는 초음파를 사용하여 시트(110)를 절단할 수 있다. 구체적으로, 커팅 부재(200)는 진동자(300)로부터 발생되는 초음파를 전달받을 수 있다. 진동자(300)는 커팅 부재(200)와 접하면서 고정되어, 초음파 진동을 발생시킬 수 있다. 즉, 진동자(300)로부터 발생되는 초음파 진동은 커팅 부재(200)로 전달되고, 커팅 부재(200)는 전달받은 초음파 진동을 시트(110)로 전달함으로써, 시트(110)가 절단될 수 있다.
이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 커팅 부재(200)와 진동자(300)에 대해, 도 4를 참조하여 보다 자세히 설명하도록 한다.
구체적으로, 커팅 부재(200)는 나이프(210), 지지부(220) 및 클램프(230)를 포함할 수 있다.
나이프(210)는 시트(110)를 절단할 수 있다. 나이프(210)는 초음파 진동을 통해 시트(110)를 절단할 수 있다. 나이프(210)는 일단부에 칼날이 구비될 수 있고, 칼날은 시트(110)와 접하면서 시트(110)를 절단할 수 있다.
나이프(210)는 서멧(cermet)으로 구성될 수 있다. 나이프(210)가 서멧으로 구성됨으로 인해, 커팅시 나이프(210)와 이차 전지 재료와의 마찰력이 최소화될 수 있다.
나이프(210)는 제1 면(211), 제2 면(212) 및 제3 면(213)을 포함할 수 있다.
나이프(210)의 제1 면(211) 및 제2 면(212)은, 각각 제1 방향(D1)을 향해 소정의 각도를 가지면서 연장된 면일 수 있다. 여기서, 제1 방향(D1)은 나이프(210)가 이동하는 방향으로, 시트(110)를 커팅하는 방향을 의미한다. 이 때, 제1 면(211)의 일단부와 제2 면(212)의 일단부는 서로 접하면서 꼭지점(214)을 형성할 수 있고, 꼭지점(214)은 칼날일 수 있다.
제1 면(211)과 제2 면(212)은 각각의 일단부가 서로 접하면서 일정한 각도를 형성할 수 있고, 상기 각도는 제1 각도(a1)로 정의될 수 있다. 즉, 꼭지점(214)에서의 각도는 제1 각도(a1)일 수 있다. 이 때, 제1 각도(a1)는 120도 이하일 수 있다.
구체적으로, 제1 각도(a1)가 120도 이하일 때, 이차 전지 재료의 커팅 품질이 확보될 수 있다. 제1 각도(a1)가 120도를 넘는 경우, 나이프(210)의 제1 면(211) 또는 제2 면(212)이 시트(110)와 맞닿거나 하는 등의 문제로, 커팅이 제대로 수행되지 않아 전극의 품질에 영향을 미칠 수 있기 때문이다.
제3 면(213)은 제2 방향(D2)으로 연장된 면일 수 있다. 여기서, 제2 방향(D2)은 나이프(210)가 이동하는 방향과 수직인 방향으로, 제1 방향과 수직인 방향을 의미한다. 제3 면(213)의 일단부 및 타단부는, 제1 면(211)의 타단부 및 제2 면(212)의 타단부와 각각 접하면서 위치할 수 있다. 제3 면(213)은 지지부(220)의 일면과 접하면서 고정되어 위치될 수 있다. 따라서, 지지부(220)에는 나이프(210)가 장착되어 고정될 수 있다.
다만, 나이프(210)의 제1 면(211), 제2 면(212) 및 제3 면(213)의 형상이나 방향 등은 상기 설명한 내용에 한정되는 것은 아니고, 전극의 품질을 유지하면서 시트(110)를 절단할 수 있다면 어떠한 형상이든 가능할 것이다.
지지부(220)의 외면에는 클램프(230)가 구비될 수 있다.
클램프(230)는 지지부(220)의 외면을 둘러싸면서 구비될 수 있다. 즉, 클램프(230)는 지지부(220)와 결합된 상태로 이동할 수 있다. 구체적으로, 클램프(230)는 액츄에이터(actuator)와 연결되어, 액츄에이터의 제어에 따라 제1 방향(D1)으로 이동할 수 있다. 이에 따라, 클램프(230)와 접하는 지지부(220) 및 지지부(220)에 고정된 나이프(210)는, 클램프(230)의 이동과 대응되도록 제1 방향(D1)으로 이동될 수 있다. 즉, 나이프(210)는 클램프(230)에 의해 제1 방향(D1)으로 이동하면서, 제2 방향(D2)으로 이동하는 시트(110)를 커팅할 수 있다.
위와 같이, 초음파 진동을 이용하여 시트(110)를 커팅하는 경우, 일반적인 나이프로 시트(110)를 커팅하는 것에 비해, 시트(110)의 절단면이 깔끔하게 커팅될 수 있다.
진동자(300)는 초음파 진동을 발생시켜, 초음파 진동을 커팅 부재(200)로 전달할 수 있다. 구체적으로, 진동자(300)에서 발생된 초음파 진동은 지지부(220)로 전달되고, 지지부(220)로 전달된 초음파 진동은 나이프(210)로 전달되어, 이로 인해 시트(110)가 절단될 수 있다.
진동자(300)는 지지부(220)의 일면과 접하면서 고정되어 위치할 수 있다. 구체적으로, 진동자(300)는 나이프(210)가 위치하는 지지부(220)의 일면과 마주보는 지지부(220)의 일면에 고정되어 위치할 수 있다.
진동자(300)는 외부의 전원으로부터 일정한 전력을 전달받아 초음파를 발생시킬 수 있다. 다만, 시트(110)의 커팅 시, 커팅 품질에 불량이 발생하는 등으로 시트(110)가 제대로 커팅이 되지 않은 경우, 공진이 발생할 수 있다.
공진이 발생하는 경우, 진동자(300)에 인가되는 전력은 일정 값 이상으로 증가할 수 있고, 이는 시트(110)의 커팅 품질이 불량임을 의미하는 것일 수 있다. 상기의 경우, 사용자/관리자가 진동자(300)에 인가되는 전력 범위의 변화를 인지함으로써 커팅 품질이 불량임을 확인할 수 있지만, 본 발명의 이차 전지 제조 장치(100)는 진동자(300)에 인가되는 전력 값을 인지하고, 이로 인해 시트(110)의 커팅 품질이 정상인지 불량인지를 판단하는 이차 전지 제조 시스템을 포함할 수도 있다. 이에 대해서는, 이후 도 5에서 보다 자세히 설명하도록 한다.
정리하자면, 사용자는 진동자(300)에 인가되는 전력 범위의 변화를 통해 시트(110)의 커팅 품질 불량 여부를 판단할 수 있고, 또는, 상기 전원과 전기적으로 연결된 전력 센서를 구비하여 진동자(300)에 인가되는 전력 범위를 인지함으로써 시트(110)의 커팅 품질 불량 여부를 판단할 수도 있다. 따라서, 진동자(300)에 인가되는 전력 범위를 기초로 시트의 커팅 품질을 판별하는 것은, 종래와 같이 카메라나 비전 센서 등을 사용하여 시트의 커팅 품질을 판별하는 것에 비해 불량 선별의 정확성이 향상되고, 공정 효율 및 전극의 품질이 향상될 수 있다.
다시 도 4를 참조하면, 지지부(220)와 진동자(300)는 각각 홀을 포함할 수 있다. 지지부(220)는 제1 홀(221)을 포함할 수 있고, 진동자(300)는 제2 홀(310)을 포함할 수 있다. 제1 홀(221)은 지지부(220)를 관통하는 구멍이고, 제2 홀(310)은 진동자(300)를 관통하는 구멍이다. 제1 홀(221) 및 제2 홀(310)은 각각 적어도 하나 이상일 수 있다.
구체적으로, 제1 홀(221)은 지지부(220)를 제3 방향(D3)으로 관통하는 것으로 도시되어 있으나, 이에 한정되는 것은 아니고, 제1 홀(221)은 지지부(220)를 제2 방향(D2)으로 관통할 수도 있다. 제2 홀(310)도 제1 홀(221)과 마찬가지로, 제2 홀(310)은 진동자(300)를 제3 방향(D3)으로 관통하는 것으로 도시되어 있으나, 이에 한정되는 것은 아니고, 제2 홀(310)은 진동자(300)를 제2 방향(D2)으로 관통할 수도 있다.
제1 홀(221) 및 제2 홀(310)은 유로의 역할을 수행할 수 있다. 제1 홀(221) 및 제2 홀(310)을 통해, 공기와 같은 유체가 이동 가능하기 때문이다. 따라서, 연속적으로 진행되는 커팅 공정에 의해 커팅 부재(200) 및 진동자(300)에 열이 발생하는 경우, 제1 홀(221) 및 제2 홀(310)에 의해 공냉이 진행되어, 커팅 부재(200) 및 진동자(300)에 발생하는 열을 냉각시킬 수 있다. 이에 의해, 진동자(300)에서 발생한 열이 지지부(220)와 나이프(210)에까지 전달되는 것을 방지함으로써, 시트(110)의 커팅시, 이차 전지 재료가 열에 의해 나이프(210)에 소착되는 것을 최대한 방지할 수 있다.
도 5는 이차 전지의 불량 여부를 인식하는 과정을 나타내는 순서도이다. 도 6(a)는 사용자가 이차 전지 불량 여부를 인식하는 과정을 나타내는 순서도이고, 도 6(b)는 이차 전지 제조 시스템이 이차 전지 불량 여부를 인식하는 과정을 나타내는 순서도이다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지 제조 장치(100)에 있어서, 진동자(300)에 가해지는 전력 범위에 따라 시트의 불량 여부를 판단할 수 있다.
구체적으로, 이차 전지 제조 장치(100)에 의해 시트가 제대로 커팅이 되지 않는 경우에는 공진이 발생할 수 있고, 공진이 발생하는 경우 진동자(300)에 인가되는 전력은 기설정된 수준 이상일 수 있다. 예를 들어, 정상적인 커팅 시 진동자(300)에 인가되는 전력이 제1 전력(W1)이라고 하면, 커팅된 시트(110)가 불량인 경우 진동자(300)에 인가되는 전력은 제2 전력(W2)이라고 할 수 있다. 이 때, 제1 전력(W1)과 제2 전력(W2)은 다른 값일 수 있다.
따라서, 진동자(300)에 제2 전력(W2)이 가해지는 경우, 사용자나 이차 전지 제조 시스템은 전력 범위의 이상을 인식하고 이에 따른 조치를 취할 수 있다. 이러한 전력 범위를 인식하는 것과 관련하여, 도 6에서 보다 자세히 설명하도록 한다.
도 6(a)를 참조하면, 진동자(300)에 가해지는 전력 범위에 따라, 사용자나 관리자는 적절한 조치를 취할 수 있다.
보다 구체적으로, 일 실시예에 따른 이차 전지 제조 장치(100)는 표시부(U1)를 포함할 수 있다. 표시부(U1)는 전원(P)과 전기적으로 연결된 구성으로, 전원(P)으로부터 진동자(300)에 가해지는 전력 범위를 표시하는 구성일 수 있다. 표시부(U1)는 전력 범위를 표시하기 위한 구성을 포함할 수 있고, 예를 들어 판넬과 같은 구성을 포함할 수 있다. 따라서, 표시부(U1)를 통해, 사용자는 현재 이차 전지 제조 장치(100)에 가해지고 있는 전력 범위를 인식할 수 있다.
따라서, 표시부(U1)에 표시되는 전력 범위가 제1 전력(W1)인 경우, 사용자는 이차 전지 제조 장치(100)가 정상적으로 작동하고 있음을 인지하고, 계속적으로 이차 전지 제조 장치(100)가 시트(110)를 커팅하도록 할 수 있다.
반면, 표시부(U1)에 표시되는 전력 범위가 제2 전력(W2)인 경우, 사용자는 현재 공진이 발생하여 시트(110)가 제대로 컷팅되지 않고 불량이 발생하고 있음을 인지하고, 이차 전지 제조 공정을 중지시킬 수 있다.
도 6(b)를 참조하면, 다른 일 실시예에 따른 이차 전지 제조 장치(100)는 이차 전지 제조 시스템에 의해 제어될 수 있다.
이차 전지 제조 시스템은 센서부(U2) 및 제어부(U3)를 포함할 수 있다. 센서부(U2) 및 제어부(U3)는 모두 전원(P)과 전기적으로 연결된 구성일 수 있다.
센서부(U2)는 진동자(300)에 가해지는 전력 범위를 인식하고, 전력 값의 범위에 따른 전기적 신호를 제어부(U3)에 전달할 수 있다. 제어부(U3)는 센서부(U2)로부터 전기적 신호를 전달받아, 이에 따라 이차 전지 제조 장치(100)의 작동을 제어할 수 있다. 즉, 제어부(U3)는 센서부(U2)로부터 전달받은 전기적 신호를 기초로, 커팅부재의 작동을 제어할 수 있다.
구체적으로, 진동자(300)에 가해지는 전력 값이 제1 전력(W1)인 경우, 센서부(U2)는 이를 인식하고 제1 전기적 신호를 제어부(U3)에 전달할 수 있다. 이 경우, 제어부(U3)는 이차 전지 제조 장치(100)의 작동을 중지하지 않고, 정상적인 작동이 계속되도록 이를 제어할 수 있다. 즉, 제어부(U3)는 커팅부재의 작동을 중지하지 않고, 정상적인 작동이 계속되도록 이를 제어할 수 있다.
반면, 진동자(300)에 가해지는 전력 값이 제2 전력(W2)인 경우, 센서부(U2)는 이를 인식하고 제2 전기적 신호를 제어부(U3)에 전달할 수 있다. 이 경우, 제어부(U3)는 이차 전지 제조 장치(100)의 작동을 중지할 수 있다. 즉, 제어부(U3)는 커팅부재의 작동을 중지할 수 있다. 따라서, 제어부(U3)에 의해 이차 전지 제조 장치(100)의 작동이 중지되면, 사용자나 관리자는 시트의 불량 여부를 판단하고 나이프를 교체하거나 하는 등으로 다시 정상적인 커팅이 가능하도록 조치를 취할 수 있다.
개략적으로 설명하자면, 진동자(300)에 가해지는 전력 범위를 센서부(U2)가 인식하고, 전력 범위에 따라 제어부(U3)가 이차 전지 제조 장치(100)를 제어할 수 있는 것이다.
이차 전지 제조 시스템에 따라 이차 전지 제조 장치(100)를 제어하는 경우, 이차 전지 제조 장치(100)는 시스템적으로 제어되므로, 사용자가 직접 전력 범위를 표시부(U1)를 통해 인식하고 이에 따라 이차 전지 제조 장치(100)의 작동을 유지 또는 중지시키는 것에 비해 사용자나 관리자의 편의를 도모할 수 있다. 또한, 제조 공정에 있어서 사용자나 관리자가 전력 범위를 계속적으로 감시할 필요가 없어, 인건비와 같은 제조 비용을 감소시킬 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 변형예에 따른 나이프를 나타내는 도면이다. 도 8은 도 7의 돌출부가 구비되는 위치에 따른 이차 전지 재료의 소착 정도를 나타내는 도면이다. 도 8(a)는 제1 길이가 제2 길이보다 짧을 때의 이차 전지 재료의 소착 정도를 나타내는 도면이고, 도 8(b)는 제1 길이가 제2 길이보다 길 때의 이차 전지 재료의 소착 정도를 나타내는 도면이다.
도 7 및 도 8에서 설명하는 나이프는 도 3 및 도 4에 개시된 본 발명의 일 실시예에 대한 변형예로, 상기에서 설명한 구성과 동일한 구성에 대해 자세한 설명은 생략하도록 한다.
도 7 및 도 8을 참조하면, 본 발명의 변형예에 따른 나이프(210)는 돌출부(215)를 포함할 수 있다.
돌출부(215)는 나이프(210)의 측면에 위치할 수 있다. 구체적으로, 돌출부(215)는 나이프(210)의 제1 면(211) 및 제2 면(212)에 각각 위치할 수 있다. 돌출부(215)는 제1 면(211) 및 제2 면(212)으로부터 돌출된 일 영역일 수 있다.
돌출부(215)는, 나이프(210)로 시트(110)를 커팅한 후, 최단 시간 내에 이차 전지 재료가 나이프(210)에서 떨어지도록 하기 위한 구조일 수 있다. 즉, 돌출부(215)를 포함하는 나이프(210)로 시트(110)를 절단하는 경우, 나이프(210)에 소착된 이차 전지 재료는 돌출부(215)에 닿으면서 나이프(210)로부터 떨어져 나갈 수 있다. 따라서, 돌출부(215)로 인해, 이차 전지 재료와 나이프(210)의 접촉 시간이 단축될 수 있다. 따라서, 커팅시 발생하는 마찰열에 의해 이차 전지 재료가 나이프(210)에 소착되어도, 돌출부(215)로 인해, 이차 전지 재료는 나이프(210)의 제1 면(211) 및 제2 면(212)을 따라 올라오면서 소착되지 않고 최대한 빨리 나이프(210)에서 떨어질 수 있다.
보다 구체적으로, 이차 전지 재료는, 돌출 시작부(215a)를 기준으로 나이프(210)에서 떨어질 수 있다. 돌출 시작부(215a)는, 제1 면(211)과 제2 면(212)이 접하는 꼭지점(214)을 기준으로, 돌출부(215)가 시작되는 영역을 의미할 수 있다.
도 8을 참조하면, 꼭지점(214)부터 돌출 시작부(215a)까지의 길이는 제1 길이(d1)일 수 있고, 시트(110)의 높이는 제2 길이(d2)일 수 있다. 이 때, 제1 길이(d1)는 제2 길이(d2)보다 짧을 수 있다.
구체적으로, 도 8(a)를 참조하면, 제1 길이(d1)가 제2 길이(d2)보다 짧은 경우, 돌출부(215)는 제2 길이(d2)보다 낮은 높이를 가지면서 제1 면(211) 및 제2 면(212)에 위치할 수 있다. 이 경우, 시트(110)의 커팅시, 마찰열로 인해 이차 전지 재료가 나이프(210)에 소착되더라도, 돌출부(215)로 인해, 소착된 이차 전지 재료가 더 이상 제1 면(211) 및 제2 면(212)을 타고 올라오지 않고, 나이프(210)로부터 떨어질 수 있다.
이에 반해, 도 8(b)를 참조하면, 제1 길이(d1)가 제2 길이(d2)보다 긴 경우에는, 돌출부(215)는 제2 길이(d2)보다 높은 높이를 가지면서 제1 면(211) 및 제2 면(212)에 위치할 수 있다. 이 경우, 시트(110)의 커팅시, 마찰열로 인해 이차 전지 재료가 나이프(210)에 소착된 후 떨어지지 않고, 나이프(210) 상에 일정 높이 이상으로 소착되어 있을 수 있다. 따라서, 돌출부(215)가 구비됨에도 불구하고 시트(110)의 커팅 품질에 불량이 생길 가능성이 높을 수 있다.
즉, 상기와 같은 이유로 인해, 제1 길이(d1)는 제2 길이(d2)보다 짧은 것이 바람직할 것이다.
도 7 및 도 8에 따른 나이프(210)는, 돌출부(215)에 커팅 하중이 집중되어 있으므로, 칼날 수명이 단축되지 않도록 나이프(210)를 디자인할 필요가 있다. 또한, 나이프(210)에 전달되는 초음파 진폭을 동일하게 유지하기 위해, 돌출부(215)로 인해 증가된 질량만큼, 나이프(210)의 다른 부분의 질량을 감소시킬 필요가 있다. 예를 들어, 돌출부(215)를 제외한 나이프(210)의 총 질량을 돌출부(215)의 질량만큼 감소시키던지, 후술할 도 11과 같이 나이프(210)에 오목부(216)를 돌출부(215)와 함께 구성하여 디자인하는 등으로 구현할 수 있을 것이다. 즉, 나이프(210)에 돌출부(215)가 구비되어도, 나이프(210)의 전체 질량은 돌출부(216)가 구비되지 않은 나이프(210)의 전체 질량과 동일하여야 할 것이다.
본 도면에서, 돌출부(215)는 삼각 형상으로 뾰족하게 돌출된 것으로 도시되어 있으나, 이러한 형상에 한정되는 것은 아니고 돌출된 형상이라면 어느 것이든지 가능하다.
도 9는 본 발명의 다른 일 변형예에 따른 나이프를 나타내는 도면이다. 도 10은 도 9의 오목부가 구비되는 위치에 따른 이차 전지 재료의 소착 정도를 나타내는 도면이다. 도 10(a)는 제1 길이가 제2 길이보다 짧을 때의 이차 전지 재료의 소착 정도를 나타내는 도면이고, 도 10(b)는 제1 길이가 제2 길이보다 길 때의 이차 전지 재료의 소착 정도를 나타내는 도면이다.
도 9 및 도 10에서 설명하는 나이프는 도 3 및 도 4에 개시된 본 발명의 일 실시예에 대한 변형예로, 상기에서 설명한 구성과 동일한 구성에 대해 자세한 설명은 생략하도록 한다.
도 9 및 도 10을 참조하면, 본 발명의 다른 일 변형예에 따른 나이프(210)는 오목부(216)를 포함할 수 있다.
오목부(216)는 나이프(210)의 측면에 위치할 수 있다. 구체적으로, 오목부(216)는 나이프(210)의 제1 면(211) 및 제2 면(212)에 각각 위치할 수 있다. 오목부(216)는 제1 면(211) 및 제2 면(212)에 오목하게 파인 일 영역일 수 있다.
오목부(216)는, 나이프(210)로 시트(110)를 커팅한 후, 최단 시간 내에 이차 전지 재료가 나이프(210)에서 떨어지도록 하기 위한 구조일 수 있다. 즉, 오목부(216)를 포함하는 나이프(210)로 시트(110)를 절단하는 경우, 이차 전지 재료는 오목부(216)에 닿으면서 나이프(210)로부터 떨어져 나갈 수 있다. 따라서, 오목부(216)로 인해, 이차 전지 재료와 나이프(210)의 접촉 시간이 단축될 수 있다. 따라서, 커팅시 발생하는 마찰열에 의해 이차 전지 재료가 나이프(210)에 소착되어도, 오목부(216)로 인해 이차 전지 재료는 나이프(210)의 제1 면(211) 및 제2 면(212)을 따라 올라오면서 소착되지 않고 최대한 빨리 나이프(210)에서 떨어질 수 있다.
이 때, 오목부(216)의 반지름은 0.01mm 이상일 수 있다. 오목부(216)의 반지름이 0.01mm보다 작은 경우에는, 오목부(216)가 나이프(210)에 형성된 요철로 인식이 되지 않아, 오목부(216)가 형성된 영역에도 이차 전지 재료가 소착될 수 있다. 따라서, 오목부(216)의 반지름은 0.01mm보다 큰 것이 바람직할 것이다. 그렇다고 해서, 오목부(216)의 반지름이 0.01mm 이상이면 항상 오목부(216)를 형성할 수 있는 것은 아닐 것이다. 일 예로, 오목부(216)의 반지름의 길이는, 꼭지점(214)을 기준으로 제3 면(213)과 수직을 이루면서 연장된 직선(점선으로 도시)과 오목부(216)가 형성된 제1 면(211) 또는 제2 면(212)까지의 거리보다는 작아야 할 것이다.
이차 전지 재료는, 오목 시작부(216a)를 기준으로 나이프(210)에서 떨어질 수 있다. 오목 시작부(216a)는, 제1 면(211)과 제2 면(212)이 접하는 꼭지점(214)을 기준으로, 오목부(216)가 시작되는 영역을 의미할 수 있다. 이 때, 꼭지점(214)부터 오목 시작부(216a)까지의 길이는 제1 길이(d1)일 수 있고, 시트(110)의 높이는 제2 길이(d2)일 수 있다.
보다 구체적으로, 도 8(a)를 참조하면, 제1 길이(d1)가 제2 길이(d2)보다 짧은 경우, 오목부(216)는 제2 길이(d2)보다 낮은 높이를 가지면서 제1 면(211) 및 제2 면(212)에 위치할 수 있다. 이 경우, 시트(110)의 커팅시, 마찰열로 인해 이차 전지 재료가 나이프(210)에 소착되더라도, 오목부(216)로 인해, 소착된 이차 전지 재료가 더 이상 제1 면(211) 및 제2 면(212)을 타고 올라오지 않고, 나이프(210)로부터 떨어질 수 있다.
이에 반해, 도 8(b)를 참조하면, 제1 길이(d1)가 제2 길이(d2)보다 긴 경우, 오목부(216)는 제2 길이(d2)보다 높은 높이를 가지면서 제1 면(211) 및 제2 면(212)에 위치할 수 있다. 이 경우, 시트(110)의 커팅시, 마찰열로 인해 이차 전지 재료가 나이프(210)에 소착된 후 떨어지지 않고, 나이프(210) 상에 일정 높이 이상으로 소착되어 있을 수 있다. 따라서, 오목부(216)가 구비됨에도 불구하고 시트(110)의 커팅 품질에 불량이 생길 가능성이 높을 수 있다.
즉, 상기와 같은 이유로 인해, 제1 길이(d1)는 제2 길이(d2)보다 짧은 것이 바람직할 것이다.
도 9 및 도 10에 따른 나이프(210)는, 오목부(216) 구성으로 인해 커팅 하중이 분산되어 칼날이 부러지는 등과 같이 수명이 단축되지 않도록 디자인할 필요가 있다. 또한, 나이프(210)에 전달되는 초음파 진폭을 동일하게 유지하기 위해, 오목부(216)로 인해 감소된 질량만큼, 나이프(210)의 다른 부분의 질량을 증가시킬 필요가 있다. 예를 들어, 오목부(216)가 구비되지 않은 나이프(210)의 다른 영역의 질량을 증가시키던지, 후술할 도 11과 같이 나이프(210)에 돌출부(215)를 오목부(216)와 함께 구성하여 디자인하는 등으로 구현할 수 있을 것이다. 즉, 나이프(210)에 오목부(216)가 구비되어도, 나이프(210)의 전체 질량은, 오목부(216)가 구비되지 않은 나이프(210)의 전체 질량과 동일하여야 할 것이다.
본 도면에서, 오목부(216)는 원형으로 오목하게 파인 것으로 도시되어 있으나, 이러한 형상에 한정되는 것은 아니고 오목하게 파인 형상이라면 어느 것이든지 가능하다.
도 11은 본 발명의 또 다른 일 변형예에 따른 나이프를 나타내는 도면이다.
도 11에서 설명하는 나이프는 도 7 내지 도 10에 개시된 본 발명의 일 실시예에 대한 변형예로, 상기에서 설명한 구성과 동일한 구성에 대해 자세한 설명은 생략하도록 한다.
도 11을 참조하면, 본 발명의 또 다른 일 변형예에 따른 나이프(210)는 돌출부(215) 및 오목부(216)를 포함할 수 있다.
돌출부(215) 및 오목부(216)는 나이프(210)의 측면에 각각 위치할 수 있다. 구체적으로, 돌출부(215) 및 오목부(216)는 제1 면(211) 및 제2 면(212)에 각각 위치할 수 있다. 즉, 제1 면(211) 및 제2 면(212) 각각에 돌출부(215)와 오목부(216)가 함께 위치할 수 있다.
이 때, 돌출부(215)로부터 부가된 질량은 오목부(216)로부터 감소된 질량과 동일할 수 있다. 따라서, 돌출부(215)가 부가되더라도, 오목부(216)가 나이프(210)에 함께 위치하기 때문에, 돌출부(215) 및 오목부(216)를 포함하는 나이프(210)의 전체 질량은 돌출부(215) 및 오목부(216)가 구비되지 않은 나이프(210)의 질량과 동일할 수 있다.
이로 인해, 돌출부(215) 및 오목부(216)가 나이프(210)에 부가되어 커팅 하중이 분산되지 않을 수 있다. 오히려 돌출부(215)와 오목부(216)를 동시에 나이프(210)에 적용함으로써, 상기 나이프(210)의 전체적인 질량을 돌출부(215) 또는 오목부(216)를 포함하지 않는 나이프(210)와 동일하게 설정할 수 있다. 따라서, 나이프(210)의 커팅 하중이 분산되지 않아 나이프(210)의 수명이 단축되지 않으면서, 돌출부(215) 및 오목부(216) 구성으로 이차 전지 재료가 나이프(210)에 소착되는 것을 방지하여, 시트(110)의 커팅 품질과 전극의 품질을 향상시킬 수 있다.
본 발명에서는 돌출부(215)가 오목부(216)에 비해 꼭지점(214)와 가깝게 형성되어 있고, 오목부(216)는 돌출부(215)에 비해 꼭지점(214)과 멀리 형성되어 있는 것으로 도시되어 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 일 예로, 오목부(216)가 돌출부(215)에 비해 꼭지점(214)과 가깝게 형성되어 있는 것도 가능할 것이다.
도 12는 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 이차 전지 제조 장치를 나타내는 사시도이다. 도 13은 도 12의 기판의 변형예를 나타내는 도면이다.
도 12 및 13에서 설명하는 이차 전지 제조 장치는 도 3 및 도 4에 개시된 본 발명의 일 실시예에 대한 변형예로, 상기에서 설명한 구성과 동일한 구성에 대해 자세한 설명은 생략하도록 한다.
도 12 및 도 13을 참조하면, 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 이차 전지 제조 장치(100)는 기판(130), 커팅 부재(200) 및 진동자(300)를 포함한다.
기판(130)은 기판(130)의 일면에 위치하는 손상 방지층(131)을 포함할 수 있다. 이 경우, 기판(130)은 도 12와 같이 일반적인 판 형상일 수 있으나, 도 13과 같이 원형의 롤 형태일 수도 있다. 다만, 기판(130)은 그 형상과 관계없이, 일방향으로 이동하면서 시트(110)를 이송할 수 있다.
손상 방지층(131)은 시트(110)가 위치하는 기판(130)의 일면 상에 위치할 수 있고, 커팅 부재(200)와 마주보면서 위치할 수 있다. 커팅 부재(200)는 제1 방향(D1)으로 이동하면서 시트(110)를 절단할 수 있고, 이 경우 커팅 부재(200)는 손상 방지층(131)과 반복적으로 접촉할 수 있다.
손상 방지층(131)의 크기는 기판(130)의 일면과 대응될 수 있다. 구체적으로, 손상 방지층(131)의 크기는 기판(130)의 일면의 크기와 동일하거나, 이보다 작을 수 있다. 예를 들어, 도 12를 참조하면, 손상 방지층(131)은 기판(130)을 모두 덮으면서 위치할 수 있다. 또는, 도 13에 도시된 바와 같이, 손상 방지층(131)의 크기는 기판(130)의 일면의 일부 영역만 덮으면서 위치할 수 있다. 다만, 기판(130)의 일부 영역에만 손상 방지층(131)이 위치한다고 하더라도, 커팅 부재(200)가 기판(130)에 닿는 영역에는 무조건 손상 방지층(131)이 위치하여야 할 것이다.
나이프(210)와 기판(130)은 서로 맞닿지 않을 수 있다. 나이프(210)와 기판(130)이 서로 맞닿으면, 나이프(210)가 손상될 가능성이 있기 때문이다. 따라서, 나이프(210)의 손상을 방지하기 위해 기판(130) 상에 손상 방지층(131)을 구비하고, 나이프(210)는 손상 방지층(131)과 접하도록 할 수 있다. 이로 인해, 나이프(210)는 기판(130)과 직접적으로 접하지 않아 손상되지 않으므로, 나이프(210)의 수명이 길어져 설비 비용을 절감할 수 있다.
손상 방지층(131)은 기판(130)의 일면에 코팅되어 위치할 수 있다. 또는, 손상 방지층(131)은 별개의 공정에서 따로 제작된 후, 접착제 등으로 기판(130)의 일면에 고정되어 위치할 수도 있다.
일 예로, 손상 방지층(131)은 5HS 내지 85HS의 쇼어 경도(Shore hardness)를 가지는 소재로 구성될 수 있다. 구체적으로, 손상 방지층(131)이 쇼어 경도가 5HS 이하인 물질로 구성되는 경우, 시트(110)와 같은 이차 전지 재료가 손상 방지층(131)에 고정되지 않을 수 있다. 따라서, 후술할 나이프(210)의 전단력에 의해 이차 전지 재료가 커팅이 되지 않고, 파단되거나 탈리가 발생할 가능성이 높을 수 있다. 손상 방지층(131)이 쇼어 경도가 85HS 이상인 물질로 구성되는 경우에는, 손상 방지층(131)과 나이프(210)의 마찰 시, 나이프(210)의 마모가 심할 수 있다. 이 경우, 마모된 나이프(210)로부터 발생된 철(Fe) 등의 이물질로 인해, 시트(110)의 커팅 품질 및 전극의 품질이 저하될 수 있다.
이 경우, 손상 방지층(131)은 PVC(Polyvinyl Chloride), 실리콘, MC 나일론(Mono Cast Nylon), 테플론, PET(polyethylene terephthalate) 등일 수 있다. 상기와 같은 소재로 형성된 손상 방지층(131)은, 나이프(210)로부터 손상 방지층(131)으로 진동이 전달되더라도, 나이프(210)의 손상이 없어 철(Fe)과 같은 이물질 등이 발생하지 않아, 시트(110)의 커팅 품질 및 전극의 품질이 향상될 수 있다.
또한, 손상 방지층(131)을 구성하는 상기 재료들은 열변형 온도가 높기 때문에, 커팅시 나이프(210)의 진동에 의한 열이 인가되더라도 형상이 변형되지 않아, 고온에서도 이차 전지 재료의 커팅 품질을 확보할 수 있다.
다른 일 예로, 손상 방지층(131)은 고강도 및 고탄성 극한 성능 섬유일 수 있다. 구체적으로, 손상 방지층(131)은 인장 강도가 20g/d 이상이면서 탄성률이 500g/d 이상인 소재일 수 있다. 일 예로, 손상 방지층은 방탄·방검 소재로, p-아라미드(para-Aramid) 또는 UHMWPE(Ultra High Molecular Weight Polyethylene)일 수 있다.
상기와 같이 손상 방지층(131)이 구성됨에 따라, 손상 방지층(131)은 커팅 부재(200)의 나이프(210)와 접하여도 이에 의해 손상되거나 절단되지 않을 수 있다. 즉, 시트(110)의 커팅시, 커팅 부재(200)는 손상 방지층(131)과 여러 번 접하고 기판(130)과는 접하지 않을 수 있으므로, 이와 같은 나이프(210)의 반복 구동이 있다고 하더라도 기판(130)은 손상되지 않을 수 있다. 따라서, 커팅 공정이 지속적으로 진행될 수 있어, 공정 효율이 향상될 수 있다.
또한, 손상 방지층(131)으로 인해 나이프(210)의 칼날이 마모되는 것이 최소화될 수 있다. 따라서, 나이프(210)의 칼날 손상을 방지하면서 시트(110)를 절단할 수 있고, 이로 인해 전극의 커팅 품질이 향상될 수 있다. 그리고, 나이프(210)의 잦은 교체를 방지할 수 있어 공정 비용도 절감될 수 있다.
앞에서 설명한 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지 팩은 다양한 디바이스에 적용될 수 있다. 이러한 디바이스에는, 전기 자전거, 전기 자동차, 하이브리드 자동차 등의 운송 수단에 적용될 수 있으나, 본 발명은 이에 제한되지 않고 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지 팩을 사용할 수 있는 다양한 디바이스에 적용 가능하며, 이 또한 본 발명의 권리범위에 속한다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
[부호의 설명]
100: 이차 전지 제조 장치
110: 시트
130: 기판
200: 커팅 부재
210: 나이프
215: 돌출부
216: 오목부
220: 지지부
221: 제1 홀
300: 진동자
310: 제2 홀

Claims (10)

  1. 칼날을 포함하는 나이프에 있어서,
    커팅하는 방향인 제1 방향을 향해 소정의 각도를 가지면서 연장된 제1 면 및 제2 면과, 상기 제1 방향과 수직인 제2 방향을 향해 연장된 제3 면을 포함하고,
    상기 제1 면의 일단부 및 상기 제2 면의 일단부는 서로 접하면서 상기 칼날인 꼭지점을 형성하며,
    상기 제3 면의 일단부 및 타단부는, 각각 상기 제1 면의 타단부 및 상기 제2 면의 타단부와 접하는 나이프.
  2. 제1항에서,
    상기 제1 면 및 상기 제2 면에는, 돌출된 일 영역인 돌출부가 구비되는 나이프.
  3. 제2항에서,
    상기 돌출부는 상기 꼭지점을 기준으로 상기 돌출부가 시작되는 영역인 돌출 시작부를 포함하고,
    상기 꼭지점부터 상기 돌출 시작부까지의 길이는, 상기 시트의 높이보다 짧은 나이프.
  4. 제1항에서,
    상기 제1 면 및 상기 제2 면으로부터 오목하게 파인 일 영역인 오목부를 포함하는 나이프.
  5. 제4항에서,
    상기 오목부는 상기 꼭지점을 기준으로 상기 오목부가 시작되는 영역인 오목 시작부를 포함하고,
    상기 꼭지점부터 상기 오목 시작부까지의 길이는, 상기 시트의 높이보다 짧은 나이프.
  6. 제4항에서,
    상기 오목부의 반지름은 0.01mm 이상인 나이프.
  7. 제1항에서,
    상기 나이프는,
    상기 제1 면과 상기 제2 면으로부터 돌출된 일 영역인 돌출부, 및
    상기 제1 면과 상기 제2 면으로부터 오목하게 파인 일 영역인 오목부를 포함하는 나이프.
  8. 제1항에서,
    상기 꼭지점의 각도는 120도 이하인 칼날인 나이프.
  9. 제1항에서,
    상기 나이프는, 서멧(cermet)인 나이프.
  10. 제1항의 나이프를 포함하는 이차 전지 제조 장치.
PCT/KR2023/012332 2022-08-23 2023-08-21 나이프, 및 이를 포함하는 이차 전지 제조 장치 WO2024043639A1 (ko)

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