WO2026023950A1 - 이차 전지를 제조하는 방법 - Google Patents

이차 전지를 제조하는 방법

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WO2026023950A1
WO2026023950A1 PCT/KR2025/010103 KR2025010103W WO2026023950A1 WO 2026023950 A1 WO2026023950 A1 WO 2026023950A1 KR 2025010103 W KR2025010103 W KR 2025010103W WO 2026023950 A1 WO2026023950 A1 WO 2026023950A1
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electrode
data
quality
secondary battery
coordinate
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PCT/KR2025/010103
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이종훈
이충희
김다운
현우빈
이서준
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LG Energy Solution Ltd
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LG Energy Solution Ltd
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Definitions

  • the present invention relates to a method for manufacturing a secondary battery.
  • secondary batteries can be charged and discharged multiple times. They are widely used as a power source for various wireless devices, including handsets, laptops, and cordless vacuum cleaners. Recently, improved energy density and economies of scale have dramatically reduced the per-unit manufacturing cost of secondary batteries. Furthermore, as the range of battery electric vehicles (BEVs) has increased to match that of fuel-powered vehicles, the primary use of secondary batteries is shifting from mobile devices to mobility.
  • BEVs battery electric vehicles
  • the electrode process is the most critical process in determining the yield and performance of the battery cell.
  • the electrode process may include a coating process, a roll press process, and a slitting process.
  • active and insulating materials may be applied to the surface of the current collector.
  • the electrode In the roll press process, the electrode may be pressed by pressure rolls. The roll press process may determine the density, performance, and surface finish of the electrode.
  • the electrode In the slitting process, the electrode may be cut into multiple electrodes depending on the battery cell design.
  • the technical idea of the present invention aims to solve a problem by providing a method for manufacturing a secondary battery with improved traceability.
  • a method for manufacturing a secondary battery includes the steps of: reading an electrode ID from a data matrix of a mono cell including a positive electrode, a negative electrode, and a separator; and determining the quality of the mono cell based on the electrode ID, wherein the electrode ID includes a symbol identifying the electrode.
  • the quality of the mono cell is determined based on the electrode ID and quality data associated with the electrode ID, and the quality data associated with the electrode ID includes the electrode ID and a quality value matched to the electrode ID.
  • the method further comprises the step of discharging the mono cell if the quality value indicates a defect.
  • the method further comprises the step of generating a signal to turn off the vacuum of the transport device configured to transport the mono cell if the quality value indicates a bad quality.
  • the anode includes a cathode tab, the cathode includes a cathode tab, and the data matrix is on one of the anode tab and the cathode tab.
  • a secondary battery manufacturing system includes a notching device configured to form an electrode tab on an electrode sheet, a marking device configured to form a data matrix on the electrode tab, and an inspector configured to inspect the electrode sheet; and a server configured to match an electrode ID indicated by the data matrix with a quality value of the electrode sheet determined by the inspector.
  • the above notching equipment is configured to collect coordinate-associated electrode ID data and coordinate-associated quality data, wherein the coordinate-associated electrode ID data includes coordinates of the electrode sheet and the electrode ID matched to the coordinates, and the coordinate-associated quality data includes the coordinates and a quality value matched to the coordinates.
  • the server is configured to match the electrode ID with the quality value based on the coordinate-associated electrode ID data and the coordinate-associated quality data.
  • the system further comprises an L&S (Lamination and Stacking) facility configured to cut the electrode sheet to form an electrode including an electrode tab and to form a mono cell using the electrode, wherein the L&S facility comprises an electrode ID reader configured to detect the electrode ID from the data matrix.
  • L&S Treatment and Stacking
  • the server is configured to transmit electrode ID-associated quality data including the electrode ID and a quality value matched to the electrode ID to the controller of the L&S facility.
  • the L&S facility further comprises a transport device configured to transport the mono cell, and the controller is configured to generate a signal for controlling a vacuum of the transport device based on quality data associated with the electrode ID.
  • quality values and electrode IDs can be matched based on quality data and electrode ID data collected during the notching process. Accordingly, by reading the data matrix after forming monocells in the L&S process, defective monocells can be distinguished from good monocells.
  • Figure 1 illustrates a secondary battery manufacturing system according to exemplary embodiments.
  • Figure 4 illustrates an L&S (Lamination and Stacking) facility according to exemplary embodiments.
  • FIG. 5 is a flowchart illustrating a method for manufacturing a secondary battery according to exemplary embodiments.
  • a method for manufacturing a secondary battery comprises the steps of: reading an electrode ID from a data matrix of a mono cell including a positive electrode, a negative electrode, and a separator; and determining the quality of the mono cell based on the electrode ID, wherein the electrode ID includes a symbol identifying the electrode.
  • a secondary battery manufacturing system includes a notching device configured to form an electrode tab on an electrode sheet, a marking device configured to form a data matrix on the electrode tab, and an inspector configured to inspect the electrode sheet; and a server configured to match an electrode ID indicated by the data matrix with a quality value of the electrode sheet determined by the inspector.
  • Figure 1 illustrates a secondary battery manufacturing system (10) according to exemplary embodiments.
  • Figure 2 illustrates a notching facility (100) according to exemplary embodiments.
  • Fig. 3 shows an electrode sheet (ES) processed by a notching device (100).
  • FIG. 4 illustrates an L&S (Lamination and Stacking) facility (200) according to exemplary embodiments.
  • the secondary battery manufacturing system (10) may include a notching facility (100) and an L&S facility (200).
  • a notching device (100) may be configured to process an electrode roll (ER1).
  • the notching device (100) may be configured to form electrode tabs (ET) on an electrode sheet (ES) unwound from the electrode roll (ER1).
  • the notching device (100) may be configured to form a data matrix (DM) on the electrode tabs (ET) of the electrode sheet (ES).
  • coordinate-related quality data (CQD) and coordinate-related electrode ID data (CID) may be collected.
  • the notching device (100) may be configured to transmit the coordinate-related quality data (CQD) and the coordinate-related electrode ID data (CID) to a server (1020).
  • the coordinate-related quality data (CQD) and the coordinate-related electrode ID data (CID) may be transmitted to the server (1020) via a communication server (1010).
  • the server (1020) may be configured to generate electrode ID-associated quality data (IQD) based on coordinate-associated quality data (CQD) and coordinate-associated electrode ID data (CID).
  • the server (1020) may be configured to transmit the electrode ID-associated quality data (IQD) to the L&S facility.
  • the L&S facility (200) may be configured to form a plurality of mono cells (MC) using an anode roll (ERP), a cathode roll (ERN), and separator rolls (SRS).
  • the L&S facility (200) may be configured to separate good products and defective products among the plurality of mono cells (MC) based on electrode ID-associated quality data (IQD).
  • IQD electrode ID-associated quality data
  • the L&S facility (200) may be configured to transfer good products among the plurality of mono cells (MC) to a subsequent process facility and discharge defective products.
  • the secondary battery manufacturing system may further include a coating facility configured to perform a coating process, a roll pressing facility configured to perform a roll pressing process, and a slitting facility configured to perform a slitting process.
  • electrode slurry may be coated on an electrode sheet.
  • the electrode sheet coated with the electrode slurry may be rolled.
  • the electrode sheet may be separated into a plurality of electrode sheets through the slitting process.
  • the communication server (1010) may be a device for communication between the controllers of the manufacturing facility and the server (1020).
  • the controller (143) of the notching facility (100) and the controller (240) of the L&S facility (200) may communicate with the server (1020) via the communication server (1010). Accordingly, data on process events occurring in the notching facility (100) and the L&S facility (200) may be transmitted to the server (1020). In addition, data on process events stored in the server (1020) may be transmitted to the notching facility (100) and the L&S facility (200).
  • the server (1020) may be configured to generate a roll map containing data on process events.
  • the process event data in the roll map may include values representing the process events and coordinates matching the values.
  • the coordinates may indicate locations on the electrode sheet. Accordingly, the roll map enables feedback, feedforward, and secondary battery manufacturing process tracking, as described below.
  • a roll map can include coordinate-related measurement data and coordinate-related inspection data, which are generated by associating time-series data, such as measurement data and inspection data, with coordinate data. Accordingly, the roll map can provide traceability for the entire process, whether during subsequent processes or after product shipment.
  • Roll maps can be generated on a lot-by-lot basis.
  • a lot is a production unit of a roll-to-roll process.
  • An electrode roll (or electrode assembly roll) separated after achieving the target winding length of each process is an example of a lot.
  • an electrode roll loaded into an unwinder of each process is also an example of a lot.
  • the server (1020) can generate and store roll maps for each process (e.g., a coating process, a roll pressing process, or a slitting process).
  • Time series data organized over time (i.e., as the process progresses) in the roll map can be associated with coordinate data collected based on the amount of movement of the electrode sheet (i.e., either the amount consumed or the amount injected).
  • the workpiece refers to an article provided as a result of each process, such as, for example, a second electrode roll (ER2) completed by the notching equipment (100).
  • the intermediate product may refer to one of separators, electrodes, and assemblies thereof (i.e., electrode assemblies) cut through the notching process.
  • the intermediate product may also be a structure including a housing and an electrode assembly embedded in the housing (in some cases, the structure further includes an electrolyte).
  • the product refers to an article processed to be operable as a secondary battery through an activation process.
  • the above-described definitions of the workpiece, intermediate product, and product are for one aspect thereof and do not exclude conventional definitions thereof.
  • process event data may include values representing the event and corresponding time values.
  • Feedforward may involve controlling processing of electrode sheets based on a roll map generated in a previous process.
  • the roll map may associate the time-series data with coordinate data, which includes coordinates representing the positions of real-world workpieces, parts, semi-finished products, and finished products. Based on the coordinate data, the roll map can provide a match between the time-series data and real-world workpieces, parts, semi-finished products, and finished products. Accordingly, the generation of the roll map and feedforward based on the roll map can quantify and objectify aspects of the process previously dependent on the operator's discretion, thereby improving the productivity and quality of the secondary battery manufacturing process.
  • the server (1020) may be a data processing system that supports various activities necessary for managing the manufacturing of secondary batteries, such as work schedule management, work instructions, quality control, and work performance aggregation.
  • the server (1020) may be, for example, a Manufacturing Execution System (MES).
  • MES Manufacturing Execution System
  • the server (1020) may be configured to input, process, output, and communicate data necessary for electrode manufacturing, such as a coating process, a press process, and a manufacturing process.
  • the server (1020) may be configured to store and process raw measurement data.
  • the server (1020) may continuously monitor the processing of the electrode sheets based on the measurement data, thereby managing the quality of the processing of the electrode sheets.
  • the server (1020) may be a Statistical Process Controller (SPC). By collecting and analyzing manufacturing data in near real-time, the server (1020) may promptly identify problem conditions and provide alerts to operators before potential problems occur.
  • SPC Statistical Process Controller
  • the server (1020) may be, for example, a data warehouse and may store the roll map for a long period of time based on the quality assurance period of the product, etc.
  • the server (1020) may perform all of the functions of MES, SPC, and data warehouse, or may be provided separately from MES, SPC, and data warehouse for role map creation.
  • the notching equipment (100) may include an unwinder (111), a rewinder (113), a notching device (115), a marking device (117), a first encoder (121), a second encoder (123), an inspector (130), a controller (141), and a controller (143).
  • a first electrode roll (ER1) can be loaded onto an unwinder (111).
  • the unwinder (111) can be configured to unwind an electrode sheet (ES) from the first electrode roll (ER1).
  • the rewinder (113) can be configured to wind the electrode sheet (ES) onto a second electrode roll (ER2). Accordingly, the electrode sheet (ES) can be moved between the unwinder (111) and the rewinder (113).
  • the electrode sheet (ES) is wound onto a second electrode roll (ER2), and after reaching a predetermined winding length, it can be cut transversely (TD) and separated.
  • the second electrode roll (ER2) separated from the electrode sheet (ES) can be managed as a lot, which is a unit of the production process, as a product for which the coating process has been completed.
  • the first encoder (121) may be configured to detect the amount of electrode sheet (ES) unwound from the first electrode roll (ER1) by the unwinder (111). Accordingly, the first encoder (121) may be configured to generate an input amount signal (UWAS) indicating the length of the electrode sheet (ES) unwound by the unwinder (111). The first encoder (121) may be configured to transmit the input amount signal (UWAS) to the controller (141).
  • UWAS input amount signal
  • the second encoder (123) may be configured to detect the amount of electrode sheet (ES) wound onto the second electrode roll (ER2) by the rewinder (113). Accordingly, the second encoder (123) may be configured to generate a consumption amount signal (WAS) indicating the length of the electrode sheet (ES) wound by the rewinder (113). The second encoder (123) may be configured to transmit the consumption amount signal (WAS) to the controller (141).
  • WAS consumption amount signal
  • the electrode sheet (ES) may include a current collector (CL) and an active material layer (AL).
  • the current collector (CL) may not cause chemical changes in the secondary battery ultimately manufactured and may have high conductivity.
  • the surface of the current collector (CL) may include a micro-roughened structure to enhance the adhesion of the active material.
  • the shape of the current collector (CL) may include any one of a film, a sheet, a foil, a net, a porous material, a foam, and a non-woven fabric.
  • the current collector (CL) for the positive electrode may include any one of stainless steel, aluminum, nickel, titanium, calcined carbon, and aluminum.
  • the current collector (CL) for the negative electrode may include any one of copper, stainless steel, aluminum, nickel, titanium, calcined carbon, and an aluminum-cadmium alloy.
  • the active material layer may include a positive electrode active material or a negative electrode active material.
  • the positive electrode active material is a material capable of causing an electrochemical reaction.
  • the positive electrode active material may be a lithium transition metal oxide.
  • the positive electrode active material may be, for example, a layered compound such as lithium cobalt oxide (LiCoO 2 ) and lithium nickel oxide (LiNiO 2 ) substituted with one or more transition metals; a lithium manganese oxide substituted with one or more transition metals; a lithium nickel-based oxide represented by the chemical formula LiNi 1-y M y O 2 (wherein, M is any one of Co, Mn, Al, Cu, Fe, Mg, B, Cr, Zn, and Ga, and 0.01 ⁇ y ⁇ 0.7); Lithium nickel cobalt manganese composite oxides expressed as Li 1+z Ni 1/3 Co 1/3 Mn 1/3 O 2 , Li 1+zN i 0.4 Mn 0.4 Co 0.2 O 2 , Li 1+z Ni b Mn c Co
  • the negative electrode active material may include, for example, carbon such as non-graphitizable carbon, graphitic carbon, etc.
  • the negative electrode active material may include, for example, a metal composite oxide such as Li x Fe 2 O 3 (0 ⁇ x ⁇ 1), Li x WO 2 (0 ⁇ x ⁇ 1), Sn x Me 1-x Me' y O z (wherein Me is any one of Mn, Fe, Pb, and Ge, and Me' is any one of Al, B, P, Si, an element of Group 1, Group 2, or Group 3 of the periodic table, and a halogen; 0 ⁇ x ⁇ 1; 1 ⁇ y ⁇ 3; and 1 ⁇ z ⁇ 8).
  • the negative electrode active material may include, for example, any one of lithium metal; a lithium alloy; a silicon-based alloy; and a tin-based alloy.
  • the negative electrode active material may include metal oxides such as SnO, SnO 2 , PbO, PbO 2 , Pb 2 O 3 , Pb 3 O 4 , Sb 2 O 3 , Sb 2 O 4 , Sb 2 O 5 , GeO, GeO 2 , Bi 2 O 3 , Bi 2 O 4 and Bi 2 O 5 .
  • the negative electrode active material may also include conductive polymers such as polyacetylene; Li-Co-Ni based materials, etc.
  • the notching device (115) may be configured to form an electrode tab (ET) on the uncoated portion of the electrode sheet (ES).
  • the electrode tab (ET) may be formed by partial cutting of the uncoated portion of the electrode sheet (ES).
  • the notching device (115) may be, but is not limited to, a laser notcher.
  • the notching device (115) may also include a mechanical notching means, such as a notching knife.
  • the portion of the current collector (CL) to which the active material layer (AL) is applied may be referred to as a maintenance portion, and the portion of the current collector (CL) to which the active material layer (AL) is not applied (i.e., the portion of the current collector (CL) spaced apart from the active material layer (AL)) may be referred to as a non-maintained portion.
  • the marking device (117) may be configured to form a data matrix (DM).
  • the data matrix (DM) may be formed on the electrode tab (ET).
  • the marking device (117) may be either a laser printer or an inkjet printer.
  • the data matrix (DM) may be, for example, a two-dimensional barcode.
  • the data matrix (DM) may include information about an electrode ID. That is, the electrode ID may be read from the data matrix (DM).
  • the electrode ID may be used to identify the electrode tab (ET).
  • the electrode ID may include symbols indicating the location where the notching device (100) is installed, the time at which the electrode tab (ET) was formed, and the lot number of the electrode roll (ER2).
  • Coordinate-related electrode ID data which is data of the operation of the marking device (117), can be transmitted to the controller (143).
  • the coordinate-related electrode ID data (CID) can include an electrode ID and coordinates matched to the electrode ID.
  • the controller (141) may be configured to collect coordinate data (CD) of the electrode sheet (ES) based on a depletion amount signal (WAS) and/or an input amount signal (UWAS) of the electrode sheet (ES). For example, the controller (141) may determine a movement distance of the electrode sheet (ES) based on the depletion amount signal (WAS) of the electrode sheet (ES). Accordingly, the controller (141) may be configured to determine a position within the electrode sheet (ES) of a portion of the electrode sheet (ES) that is wound by the rewinder (113) at each point in time when an event occurs in the electrode sheet (ES).
  • WAS depletion amount signal
  • UWAS input amount signal
  • the controller (141) may determine the movement distance of the electrode sheet (ES) based on the input amount signal (UWAS) of the electrode sheet (ES), or may determine the movement distance of the electrode sheet (ES) based on each of the exhaustion amount signal (WAS) and the input amount signal (UWAS).
  • UWAS input amount signal
  • UWAS exhaustion amount signal
  • UWAS input amount signal
  • the controller (141) collects coordinate data (CD) based on the exhaustion amount signal (WAS) of the electrode sheet (ES).
  • the coordinate data (CD) may include coordinates matching each portion of the electrode sheet (ES). That is, each arbitrary point on the electrode sheet (ES) may be matched with a corresponding coordinate.
  • the coordinate may be a one-dimensional quantity in the machine direction (MD) of the electrode sheet (ES) (or, the longitudinal direction of the electrode sheet (ES)), but is not limited thereto.
  • the coordinate may also be a two-dimensional quantity in the Y direction of the machine direction (MD) of the electrode sheet (ES) and the transverse direction (TD) of the electrode sheet (ES).
  • the marking device (117) can operate on coordinate data (CD).
  • the marking device (117) can be configured to calibrate coordinates of the coordinate data (CD) based on an offset length of the marking device (117) and form a data matrix (DM) on the electrode tab (ET) based on the calibrated coordinates.
  • the offset length of the marking device (117) can be a length of the electrode sheet (ES) between a portion of the electrode sheet (ES) detected by the second encoder (123) and a portion of the electrode sheet (ES) processed by the marking device (117).
  • the marking device (117) can be configured to transmit data of the operation of the marking device (117) (data of the formation of the data matrix (DM)) to the controller (143).
  • the tester (130) may include a Time Delay and Integration (TDI) camera, a Complementary Metal Oxide Semiconductor (CMOS) image sensor, and a Time of Flight (TOF) sensor.
  • the tester (130) may also include an emitter and a receiver configured to perform measurements using non-destructive signals such as ultrasound, microwaves, terahertz waves, and infrared waves.
  • the tester (130) may also include analog and/or digital sensors such as biosensors, chemical sensors, composition sensors, current and/or power meters, air quality sensors, gas sensors, Hall effect sensors, brightness level sensors, and light sensors.
  • the tester (130) may also include pressure sensors, temperature sensors, ultrasonic sensors, proximity sensors, door status sensors, motion tracking sensors, humidity sensors, visible and infrared sensors, and cameras.
  • the tester (130) may be configured to collect quality data (QD).
  • the tester (130) may be configured to transmit the quality data (QD) to the controller (141).
  • the quality data (QD) may include a quality value determined from the inspection data and measurement data of the electrode sheet (ES).
  • the quality value may indicate whether a portion of the electrode sheet (ES) is defective or good.
  • the measurement data may include a plurality of measurement values expressed in numbers.
  • the measurement data may include dimensional data of the electrode sheet (ES) such as thickness and width, loading amount data of the coating material on the electrode sheet (ES), dimensional data such as the width of the insulating material provided on the coating material and the overlapping width between the coating material and the insulating material, mismatch data between the maintenance lanes on the upper surface of the electrode sheet (ES) and the maintenance lanes on the lower surface of the electrode sheet (ES), etc.
  • the loading amount represents the amount of the coating material loaded per unit area of the electrode sheet (ES) and may be the areal density of the coating material.
  • the measurement data is processed in a set manner so that the quality value of the measured portion of the electrode sheet (ES) can be determined. If the measured amount of the coating material on the electrode sheet (ES) (e.g., the loading amount on the electrode sheet (ES) or the thickness of the electrode sheet (ES)) is within a set range including an upper limit and a lower limit, the corresponding portion of the electrode sheet (ES) can be determined as a good product. If the measured amount of the coating material on the electrode sheet (ES) (e.g., the loading amount on the electrode sheet (ES) or the thickness of the electrode sheet (ES)) is less than the lower limit or greater than the upper limit, the corresponding portion of the electrode sheet (ES) can be determined as a defective product.
  • the measured amount of the coating material on the electrode sheet (ES) e.g., the loading amount on the electrode sheet (ES) or the thickness of the electrode sheet (ES)
  • the measured amount of the coating material on the electrode sheet (ES) e.g., the loading amount on the electrode sheet
  • Inspection data may include quality values and process events of portions of the electrode sheet (ES).
  • the inspection data may include data on the appearance of the electrode sheet (ES) collected by an image-based inspection device such as a vision machine, data on open circuits and seams of the electrode sheet (ES), data on portions of the electrode sheet (ES) on which sampling inspection has been performed, data on portions of the electrode sheet (ES) scheduled for scrapping, data on scrapped portions of the electrode sheet (ES), data on the quality of coating materials and insulating materials on the electrode sheet (ES), data on reference points indicating the positions of the electrode sheet (ES), and defect data such as pinhole defects, crater defects, line defects, crack defects, side ring defects, island defects, fold defects, wrinkle defects, dent defects, and imprint defects.
  • the inspection device may be any one of a color sensor, a seam sensor, a reference point sensor, and a vision machine.
  • the measurement data and inspection data described above may be time-series data.
  • the measurement data and inspection data may be temporally ordered. Temporal ordering is a key characteristic of time-series data, organizing events in the order in which they occur and arrive for processing. That is, the measurement data and inspection data may be stored based on the time at which the measurement and inspection were performed, and the measurement data and inspection data may be temporally associated. Accordingly, each measurement value of the measurement data may be matched to a time, and each inspection value of the inspection data may be matched to a time.
  • the controller (141) may be configured to generate coordinate-related quality data (CQD) based on the quality data (QD) and the coordinate data (CD).
  • the coordinate-related quality data (CQD) may include a determination of the quality of a portion of the electrode sheet (ES) and coordinates matching the determination.
  • the controller (141) may be configured to transmit the coordinate-related quality data (CQD) to the controller (143).
  • the controller (143) may be configured to control all operating elements of the notching device (100).
  • the controller (143) may be configured to control the unwinder (111), the rewinder (113), the notching device (115), and the marking device (117).
  • the controller (143) may be configured to generate a signal for controlling the notching device (115) and the marking device (117) based on a recipe transmitted from the server (1020).
  • the controller (143) may be configured to collect coordinate-associated electrode ID data (CID) based on the operation data of the marking device (117).
  • the coordinate-associated electrode ID data (CID) may also be collected by the controller (141).
  • the controller (143) may be configured to transmit the coordinate-associated electrode ID data (CID) and the coordinate-associated quality data (CQD) to the server (1020).
  • the coordinate-associated electrode ID data (CID) and the coordinate-associated quality data (CQD) may be transmitted to the communication server (1010) via the communication server (1010).
  • the L&S equipment (200) may include an anode unwinder (211P), a cathode unwinder (211N), and separator unwinders (211S1, 211S2), electrode cutters (213P, 213N), guide rolls (215), a separator cutter (217), a transport device (219), a data matrix reader (230), and a controller (240).
  • 211P anode unwinder
  • 211N cathode unwinder
  • separator unwinders 211S1, 211S2
  • electrode cutters (213P, 213N
  • guide rolls 215
  • separator cutter 217
  • transport device 219
  • a data matrix reader 230
  • controller 240
  • the L&S equipment (200) may be configured to perform, for example, a lamination and stacking process.
  • mono cells (MC) may be provided.
  • Each mono cell (MC) may include an anode (EPP), a cathode (EPN), and separators.
  • EPP anode
  • EPN cathode
  • separators separators.
  • the mono cells (MC) and additional half cells may be stacked vertically, thereby providing an electrode assembly.
  • Unwinders may be configured to feed roll-shaped materials into the L&S facility (200). More specifically, the unwinder (211P) may be configured to unwind a positive electrode sheet (ESP) from a positive electrode roll (ERP), the unwinder (211N) may be configured to unwind a negative electrode sheet (ESN) from a negative electrode roll (ERN), and the unwinders (211S1, 211S2) may be configured to unwind separator sheets (SS1, SS2) from separator rolls (SR1, SR2).
  • ESP positive electrode sheet
  • ESN negative electrode sheet
  • ERN negative electrode roll
  • SR1, SR2 separator sheets
  • each of the positive electrode tabs (TP) of the positive electrode sheet (ESP) unwound from the positive electrode roll (ERP) can include a data matrix (DM)
  • each of the negative electrode tabs (TN) of the negative electrode sheet (ESN) unwound from the negative electrode roll (ERN) can include a data matrix (DM).
  • the positive electrode cutter (213P) may be configured to cut the positive electrode sheet (ESP).
  • a plurality of positive electrodes (EPP) may be provided by cutting the positive electrode sheet (ESP).
  • the negative electrode cutter (213N) may be configured to cut the negative electrode sheet (ESN).
  • a plurality of negative electrodes (EPN) may be provided by cutting the negative electrode sheet (ESN).
  • the controller (240) can control the operation of the positive cutter (213P) and the negative cutter (213N) as described below, and accordingly can be configured to count the cut of the positive sheet (ESP) by the positive cutter (213P) and the cut of the negative sheet (ESN) by the negative cutter (213N).
  • the guide rolls (215) may be configured to define a path of the separator sheets (SS1, SS2).
  • the separator sheets (SS1, SS2) may be aligned in parallel by the guide rolls (215).
  • the positive electrodes (EPP) and the negative electrodes (EPN) may be placed on the separator sheets (SS1, SS2).
  • the negative electrodes (EPN) may be placed on the separator sheet (SS2)
  • the positive electrodes (EPP) may be placed on the separator sheet (SS1).
  • the positive electrodes (EPP) and the negative electrodes (EPN) may be electrically and physically separated by the separator sheet (SS1).
  • the separator cutter (217) may be configured to cut the separator sheets (SS1, SS2). Before cutting the separator sheets (SS1, SS2) by the separator cutter (217), the laminated structure of the separator sheets (SS1, SS2), the positive electrodes (EPP), and the negative electrodes (EPN) may be pressed by a nip roll (not shown) or the like. By cutting the separator sheets (SS1, SS2), a mono cell (MC) including the positive electrodes (EPP), the negative electrodes (EPN), and the separators may be provided.
  • the transport device (219) may be configured to transport the mono cell (MC) to a subsequent processing facility, such as a stacking facility.
  • the transport device (219) may include, but is not limited to, a gripper configured to grip the mono cell (MC) using vacuum pressure.
  • the electrode ID reader (230) may be configured to detect a data matrix (DM).
  • the electrode ID reader (230) may be configured to read out an electrode ID indicated by the data matrix (DM).
  • the electrode ID reader (230) may include, but is not limited to, a bar code reader (BCR), for example.
  • the electrode ID reader (230) may also include an optical character reader (OCR).
  • the electrode ID reader (230) may include a camera configured to capture an image including a data matrix (DM) and a processor configured to process the image.
  • the electrode ID reader (230) may be configured to generate an electrode ID detection signal (ISD) based on detection of the data matrix (DM).
  • the electrode ID reader (230) may be configured to transmit the electrode ID detection signal (ISD) to a controller (240).
  • the controller (240) may be configured to control elements of the L&S facility (200), such as, for example, unwinders (211P, 211N, 211S1, 211S2), anode cutter (213P), cathode cutter (213N), separator cutter (217), and transport device (219).
  • the controller (240) may be configured to receive electrode ID associated quality data (IQD) transmitted from the server (1020) and electrode ID data (ISD) transmitted from the data matrix reader (230).
  • the controller (240) may be configured to generate a signal for controlling the operation of the transport device (219) based on the electrode ID associated quality data (IQD) and electrode ID data (ISD) transmitted from the server (1020).
  • the electrode ID associated quality data may include an electrode ID and a quality value matched to the electrode ID (more specifically, a quality value of the positive electrode (EPP) and/or negative electrode (EPN)).
  • the controller (240) may be configured to determine a failure. The determination of a failure of a mono cell (MC) may be determined based on a comparison of the electrode ID of the electrode ID data (ISD) and the electrode ID of the electrode ID associated quality data (IQD).
  • the controller (240) may be configured to generate a control signal for ejection of the defective anode (EPP) and/or cathode (EPN). If the electrode ID read from the data matrix (DM) of the anode (EPP) and/or cathode (EPN) matches a defective quality value, the controller (240) may be configured to generate a signal for turning off the vacuum of the transport device (219).
  • the mono cell (MC) may not be transferred to the subsequent process. If the electrode ID read from the data matrix (DM) of the positive electrode (EPP) and/or negative electrode (EPN) matches a defective quality value, the mono cell (MC) may be discharged to the NG box (220).
  • the controllers (141, 143, 240) may be, for example, a Programmable Logic Controller (PLC).
  • PLC Programmable Logic Controller
  • a PLC is a specialized type of microprocessor-based controller that uses programmable memory to store commands and implement functions such as logic, sequencing, timing, counting, and arithmetic to control machines and processes. PLCs are easy to operate and program.
  • the controller (141) may also be a PLC, but is not limited thereto.
  • the communication server (1010) and the server (1020) may be implemented using hardware, firmware, software, or a combination thereof.
  • the communication server (1010) and the server (1020) may include computing devices such as workstation computers, desktop computers, laptop computers, and tablet computers.
  • the communication server (1010) and the server (1020) may also include any of simple controllers, complex processors such as microprocessors, CPUs, and GPUs, processors configured by software, dedicated hardware, and firmware.
  • the communication server (1010) and the server (1020) may be implemented using, for example, general-purpose computers or application-specific hardware such as digital signal processors (DSPs), field programmable gate arrays (FPGAs), and application-specific integrated circuits (ASICs).
  • DSPs digital signal processors
  • FPGAs field programmable gate arrays
  • ASICs application-specific integrated circuits
  • the server (1020) may include a physical server or a cloud server.
  • the server (1020) may provide data and analysis results to the operator via various frameworks.
  • the framework may include a protocol supporting data transmission, allowing the display device (1030) to visualize data through a user interface and provide updated visualizations when new data is calculated by the server (1020).
  • the protocol supporting the data transmission may use HTML, JavaScript, and/or JSON.
  • the server (1020) may include various Application Programming Interfaces (APIs) for storing data in databases and other data management tools.
  • APIs Application Programming Interfaces
  • the APIs may also be used to retrieve data from databases in various data management systems.
  • the data management systems may provide access to the databases, pull data from the databases, retrieve data, and generate metrics.
  • Metrics are tools for visualizing data. Metrics include time-series measurements and can be used for monitoring applications and generating status alerts.
  • the secondary battery manufacturing system (10) can implement a plug-in architecture with an API for data acquisition to provide plug-and-play connectivity for sensors, measuring instruments, and testers. This allows resources from a specific process step and site to be easily transferred to other processes and sites, or new resources to be easily introduced to each process step and site.
  • the secondary battery manufacturing system (10) may further include a manual input system that allows an operator to input manufacturing data.
  • the secondary battery manufacturing system (10) may allow for data entry by an operator using an input tool and computer-based input of manufacturing data, such as scraping an Excel file.
  • the manual input system may be, for example, a Human-Machine Interface (HMI) of a Supervisory Control And Data Acquisition (SCADA) system.
  • SCADA may typically include a combination of software and hardware, such as a PLC and a Remote Terminal Unit (RTU).
  • the HMI is a key element of the SCADA system, serving as a screen that supports communication between the operator and the SCADA system.
  • manual input by the HMI may include selecting a defect type and reflecting performance upon completion.
  • FIG. 5 is a flowchart illustrating a method for manufacturing a secondary battery according to exemplary embodiments.
  • a data matrix (DM) can be formed on an electrode tab (ET) of an electrode sheet (ES) at P110.
  • the electrode tab (ET) can be formed by a notching device (115), and the data matrix (DM) can be formed by a marking device.
  • the electrode ID and the quality value of the portion of the electrode sheet (ES) can be matched in P120.
  • the matching of the electrode ID and the quality value of the portion of the electrode sheet (ES) can be based on coordinates and can be performed by the server (1020).
  • Quality data (IQD) associated with the electrode ID can be generated by matching the electrode ID and the quality value of the portion of the electrode sheet (ES).
  • the electrode ID can be read out from the data matrix (DM).
  • the data matrix reader (230) can be configured to detect the data matrix (DM) and read out the electrode ID from the data matrix (DM).
  • the quality of the mono cell (MC) can be determined based on the electrode ID.
  • the quality of the mono cell (MC) can be determined by the controller (240).
  • the determination of the quality of the mono cell (MC) can include retrieving a quality value matching the electrode ID of the positive electrode (EPP) of the mono cell (MC) and a quality value matching the electrode ID of the negative electrode (EPN) from the quality data (IQD) associated with the electrode ID.
  • the mono cell (MC) may be determined to be defective. If each of the electrode IDs of the positive electrode (EPP) and the negative electrode (EPN) of the mono cell (MC) matches a value indicating a good product, the mono cell (MC) may be determined to be good.
  • the defective mono cell (MC) can be discharged to the NG box (220).
  • the controller (240) can be configured to generate a signal to turn off the vacuum of the transport device (219).

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Abstract

예시적인 실시예들에 따르면, 이차 전지를 제조하는 방법이 제공된다. 상기 방법은 양극, 음극 및 분리막을 포함하는 모노 셀의 데이터 매트릭스로부터 전극 아이디를 독출하는 단계; 및 상기 전극 아이디에 기초하여 상기 모노 셀의 양불을 결정하는 단계를 포함하고, 및 상기 전극 아이디는 전극을 식별하는 기호를 포함한다.

Description

이차 전지를 제조하는 방법
본 발명은 이차 전지를 제조하는 방법에 관한 것이다.
본 출원은 2024.07.23 출원한 대한민국 특허출원 제10-2024-0097177호에 기초한 우선권의 이익을 주장한다.
이차 전지는 일차 전지와 달리 복수 번의 충방전이 가능하다. 이차 전지는 핸드셋, 노트북, 무선 청소기 등의 다양한 무선 기기의 에너지원으로 광범위하게 사용되고 있다. 최근, 에너지 밀도 개선 및 규모의 경제로 인해 이차 전지의 단위 용량당 제조 비용이 획기적으로 감소하고, BEV(battery electric vehicle)의 항속거리가 연료 차량과 동등한 수준으로 증가함에 따라, 이차 전지의 주요 쓰임새는 모바일 기기에서 모빌리티로 이동하고 있다.
이차 전지는 전극 공정, 조립 공정 및 활성화 공정을 통해 제조된다. 그 중에서도 전극 공정은 배터리 셀의 수율 및 성능을 결정하는데 가장 핵심적인 공정이다. 전극 공정은 코팅 공정, 롤 프레스 공정 및 슬리팅 공정을 포함할 수 있다. 코팅 공정에서, 집전체의 표면 상에 활물질 및 절연물질이 도포될 수 있다. 롤 프레스 공정에서, 전극은 가압 롤들에 의해 가압될 수 있다. 롤 프레스 공정은 전극의 밀도와 성능 및 표면 양불을 결정할 수 있다. 슬리팅 공정에서, 전극은 배터리 셀의 디자인에 따라 복수의 전극들로 재단될 수 있다.
본 발명의 기술적 사상이 해결하고자 하는 과제는 추적성이 제고된 이차전지를 제조하는 방법을 제공하는 것이다.
상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 예시적인 실시예들에 따르면, 이차 전지를 제조하는 방법이 제공된다. 상기 방법은 양극, 음극 및 분리막을 포함하는 모노 셀의 데이터 매트릭스로부터 전극 아이디를 독출하는 단계; 및 상기 전극 아이디에 기초하여 상기 모노 셀의 양불을 결정하는 단계를 포함하고, 및 상기 전극 아이디는 전극을 식별하는 기호를 포함한다.
상기 모노 셀의 양불은 상기 전극 아이디 및 전극 아이디 연관된 품질 데이터에 기초하여 결정되고, 및 상기 전극 아이디 연관된 품질 데이터는 전극 아이디 및 상기 전극 아이디에 매칭된 품질 값을 포함한다.
상기 모노 셀의 양불은 상기 전극 아이디에 매칭된 상기 품질 값으로 결정된다.
상기 방법은 상기 품질 값이 불량을 나타내는 경우 상기 모노 셀을 배출하는 단계를 더 포함한다.
상기 방법은 상기 품질 값이 불량을 나타내는 경우 상기 모노 셀을 이송하도록 구성된 이송 장치의 진공을 오프시키기 위한 신호를 생성하는 단계를 더 포함한다.
상기 양극은 양극 탭을 포함하고, 상기 음극은 음극 탭을 포함하며, 및 상기 데이터 매트릭스는 상기 양극 탭 및 상기 음극 탭 중 어느 하나에 있다.
예시적인 실시예들에 따르면, 이차 전지 제조 시스템이 제공된다. 상기 시스템은, 전극 시트에 전극 탭을 형성하도록 구성된 노칭 장치, 상기 전극 탭에 데이터 매트릭스를 형성하도록 구성된 마킹 장치 및 상기 전극 시트를 검사하도록 구성된 검사기를 포함하는 노칭 설비; 및 상기 데이터 매트릭스가 나타내는 전극 아이디와 상기 검사기에 의해 결정된 상기 전극 시트의 품질 값을 매칭하도록 구성된 서버를 포함한다.
상기 노칭 설비는 좌표 연관된 전극 아이디 데이터 및 좌표 연관된 품질 데이터를 수집하도록 구성되고, 상기 좌표 연관된 전극 아이디 데이터는 상기 전극 시트의 좌표 및 상기 좌표에 매칭된 상기 전극 아이디를 포함하며, 및 상기 좌표 연관된 품질 데이터는 상기 좌표 및 상기 좌표에 매칭된 품질 값을 포함한다.
상기 서버는 상기 좌표 연관된 전극 아이디 데이터 및 상기 좌표 연관된 품질 데이터에 기초하여 상기 전극 아이디와 상기 품질 값을 매칭하도록 구성된 다.
상기 시스템은 상기 전극 시트를 재단하여 전극 탭을 포함하는 전극을 형성하고, 상기 전극을 이용하여 모노 셀을 형성하도록 구성된 L&S(Lamination and Stacking) 설비를 더 포함하되, 상기 L&S 설비는 상기 데이터 매트릭스로부터 상기 전극 아이디를 감지하도록 구성된 전극 아이디 리더를 포함한다.
상기 서버는 상기 L&S 설비의 컨트롤러에 상기 전극 아이디 및 상기 전극 아이디에 매칭된 품질 값을 포함하는 전극 아이디 연관된 품질 데이터를 전송하도록 구성된다.
상기 L&S 설비는 상기 모노 셀을 이송하도록 구성된 이송 장치를 더 포함하고, 및 상기 컨트롤러는 상기 전극 아이디 연관된 품질 데이터에 기초하여 상기 이송 장치의 진공을 제어하기 위한 신호를 생성하도록 구성된다.
본 발명의 예시적인 실시예들에 따르면, 노칭 공정에서 수집된 품질 데이터와 전극 아이디 데이터에 기초하여 품질 값과 전극 아이디를 매칭할 수 있다. 이에 따라, L&S 공정에서 모노 셀을 형성한 이후 데이터 매트릭스를 독출함으로써, 불량인 모노셀과 양품인 모노셀을 구분할 수 있다.
본 발명의 예시적인 실시예들에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 아니하며, 언급되지 않은 다른 효과들은 이하의 설명으로부터 본 개시의 예시적인 실시예들이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 도출되고 이해될 수 있다. 즉, 본 개시의 예시적인 실시예들을 실시함에 따른 의도하지 않은 효과들 역시 본 개시의 예시적인 실시예들로부터 당해 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 도출될 수 있다.
도 1은 예시적인 실시예들에 따른 이차 전지 제조 시스템을 나타낸다.
도 2는 예시적인 실시예들에 따른 노칭 설비를 나타낸다.
도 3은 노칭 설비에 의해 처리된 전극 시트를 나타낸다.
도 4는 예시적인 실시예들에 따른 L&S(Lamination and Stacking) 설비를 나타낸다.
도 5은 예시적인 실시예들에 따른 이차 전지를 제조하는 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
본 발명의 예시적인 실시예들에 따르면, 이차 전지를 제조하는 방법이 제공된다. 상기 방법은 양극, 음극 및 분리막을 포함하는 모노 셀의 데이터 매트릭스로부터 전극 아이디를 독출하는 단계; 및 상기 전극 아이디에 기초하여 상기 모노 셀의 양불을 결정하는 단계를 포함하고, 및 상기 전극 아이디는 전극을 식별하는 기호를 포함한다.
본 발명의 예시적인 실시예들에 따르면, 이차 전지 제조 시스템이 제공된다. 상기 시스템은, 전극 시트에 전극 탭을 형성하도록 구성된 노칭 장치, 상기 전극 탭에 데이터 매트릭스를 형성하도록 구성된 마킹 장치 및 상기 전극 시트를 검사하도록 구성된 검사기를 포함하는 노칭 설비; 및 상기 데이터 매트릭스가 나타내는 전극 아이디와 상기 검사기에 의해 결정된 상기 전극 시트의 품질 값을 매칭하도록 구성된 서버를 포함한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
또한, 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
본 발명의 실시형태는 통상의 기술자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이므로 도면에서의 구성요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시될 수 있다. 따라서, 각 구성요소의 크기나 비율은 실제적인 크기나 비율을 전적으로 반영하는 것은 아니다.
(제1 실시예)
도 1은 예시적인 실시예들에 따른 이차 전지 제조 시스템(10)을 나타낸다.
도 2는 예시적인 실시예들에 따른 노칭 설비(100)를 나타낸다.
도 3은 노칭 설비(100)에 의해 처리된 전극 시트(ES)를 나타낸다.
도 4는 예시적인 실시예들에 따른 L&S(Lamination and Stacking) 설비(200)를 나타낸다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 이차 전지 제조 시스템(10)은 노칭 설비(100) 및 L&S 설비(200)를 포함할 수 있다.
노칭 설비(100)는 전극 롤(ER1)을 처리하도록 구성될 수 있다. 노칭 설비(100)는 전극 롤(ER1)로부터 권출된 전극 시트(ES)에 전극 탭(ET)을 형성하도록 구성될 수 있다. 노칭 설비(100)는 전극 시트(ES)의 전극 탭(ET)에 데이터 매트릭스(DM)을 형성하도록 구성될 수 있다. 노칭 설비(100)에서, 좌표 연관된 품질 데이터(CQD) 및 좌표 연관된 전극 아이디 데이터(CID)이 수집될 수 있다. 노칭 설비(100)는 서버(1020)에 좌표 연관된 품질 데이터(CQD) 및 좌표 연관된 전극 아이디 데이터(CID)를 전송하도록 구성될 수 있다. 좌표 연관된 품질 데이터(CQD) 및 좌표 연관된 전극 아이디 데이터(CID)는 통신 서버(1010)를 거쳐 서버(1020)에 전송될 수 있다.
서버(1020)는 좌표 연관된 품질 데이터(CQD) 및 좌표 연관된 전극 아이디 데이터(CID)에 기초하여 전극 아이디 연관된 품질 데이터(IQD)를 생성하도록 구성될 수 있다. 서버(1020)는 전극 아이디 연관된 품질 데이터(IQD)를 L&S설비에 전송하도록 구성될 수 있다.
L&S 설비(200)는 양극 롤(ERP), 음극 롤(ERN) 및 분리막 롤들(SRS)을 이용하여 복수의 모노 셀들(MC)을 형성하도록 구성될 수 있다. L&S 설비(200)는 전극 아이디 연관된 품질 데이터(IQD)에 기초하여 복수의 모노셀들(MC) 중 양품과 불량품을 분리하도록 구성될 수 있다. L&S 설비(200)는 복수의 모노 셀들(MC) 중 양품을 후속 공정 설비로 전달하고, 불량품을 배출하도록 구성될 수 있다.
이차 전지 제조 시스템은 코팅 공정을 수행하도록 구성된 코팅 설비, 롤 프레싱 공정을 수행하도록 구성된 롤 프레싱 설비 및 슬리팅 공정을 수행하도록 구성된 슬리팅 설비를 더 포함할 수 있다.
코팅 공정에서, 전극 시트 상에 전극 슬러리가 코팅될 수 있다. 롤 프레싱 공정에서, 전극 슬러리가 코팅된 전극 시트는 압연될 수 있다. 슬리팅 공정에 의해 전극 시트는 복수의 전극 시트들로 분리될 수 있다.
통신 서버(1010)는 제조 설비의 컨트롤러들과 서버(1020) 사이의 통신을 위한 장치일 수 있다. 노칭 설비(100)의 컨트롤러(143) 및 L&S 설비(200)의 컨트롤러(240)는 통신 서버(1010)를 통해 서버(1020)와 통신할 수 있다. 이에 따라, 노칭 설비(100) 및 L&S 설비(200)에서 발생하는 공정 이벤트들의 데이터는 서버(1020)에 전송될 수 있다. 또한 서버(1020)에 저장된 공정 이벤트들의 데이터는 노칭 설비(100) 및 L&S 설비(200)에 전송될 수 있다.
서버(1020)는 공정 이벤트들의 데이터를 포함하는 롤 맵을 생성하도록 구성될 수 있다. 롤 맵의 공정 이벤트들의 데이터는, 공정 이벤트를 나타내는 값 및 상기 값과 매칭된 좌표를 포함할 수 있다. 좌표는 전극 시트 상의 위치를 나타낼 수 있다. 이에 따라, 롤 맵은 후술하는 피드백, 피드 포워드 및 이차 전지의 제조 공정 추적을 가능하게 한다.
롤 맵은 시계열 데이터들인 계측 데이터 및 검사 데이터를 좌표 데이터에 연관시킴으로써 생성된 좌표 연관된 계측 데이터 및 좌표 연관된 검사 데이터를 포함할 수 있다. 이에 따라, 롤 맵은 후속하는 공정이 수행하는 중에, 또는 제품이 출하된 후에 전 공정에 대한 추적성을 제공할 수 있다.
롤 맵은 로트 단위로 생성될 수 있다. 로트는 롤투롤 공정의 생산 단위로서, 각 공정의 타겟 권취 길이를 달성한 이후 분리된 전극 롤(또는, 전극 어셈블리 롤)은 로트의 일 예이다. 마찬가지로, 각 공정의 언와인더에 로딩된 전극 롤도 로트의 일 예이다. 서버(1020)는 각 공정들(예컨대, 코팅 공정, 롤 프레싱 공정 또는 슬리팅 공정)의 롤 맵을 생성하고 저장할 수 있다.
롤 맵에서 시간의 흐름에 따라(즉, 공정의 진행에 따라) 구성된 시계열 데이터는 전극 시트의 이동량(즉, 소진량 및 투입량 중 어느 하나)에 기초하여 수집된 좌표 데이터와 연관될 수 있다.
이차 전지의 제조는 서로 상이한 일련의 공정들을 포함하며, 앞선 공정(leading process)은 후속 공정(following process)에 영향을 미친다. 이때 앞선 공정의 시계열 데이터는, 실제 세상(Real World)의 작업물, 반제품(Intermediate Product) 및 제품과 직접 매칭되지 않는 경우, 앞선 공정의 시계열 데이터를 후속 공정에 반영하는데 어려움이 있다. 이하에서 앞선 공정의 결과에 따라 생성된 데이터에 기초한 후속 공정의 보정을 피드 포워드라고 지칭한다.
여기서 작업물은, 예컨대, 노칭 설비(100)에 의해 완공된 제2 전극 롤(ER2)와 같이 각 공정의 결과물로서 제공되는 물품을 의미한다. 반제품(Intermediate Product)은 노칭 공정을 통해 재단된 분리막들, 전극들 및 이들의 어셈블리(즉, 전극 어셈블리) 중 하나를 지칭할 수 있다. 반제품은 하우징 및 하우징에 내장된 전극 어셈블리를 포함하는 구조(경우에 따라, 상기 구조는 전해액을 더 포함한다)일 수도 있다. 제품은 활성화 공정을 통해 이차 전지로서 동작 가능하게 처리된 물품을 의미한다. 상술된 작업물, 반제품 및 제품에 대한 정의는 이들의 일 측면에 대한 것으로서 이들에 대한 통상적인 정의를 배제하는 것은 아니다.
공정 이벤트들은 일반적으로 공정의 진행에 따라 발생하므로 시계열 데이터이다. 이에 따라, 공정 이벤트들의 데이터는 이벤트를 나타내는 값 및 이에 매칭된 시간 값을 포함할 수 있다.
피드 포워드를 위해서, 시계열 데이터가 실제 세상의 작업물들, 부품들, 반제품들 및 제품들의 상의 위치에 연관될 필요가 있다. 여기서 피드 포워드는, 이전 공정에서 생성된 롤 맵에 기초하여 전극 시트에 대한 처리를 제어하는 것을 포함할 수 있다. 롤 맵은 시계열 데이터를 실제 세상의 작업물들, 부품들, 반제품들 및 제품들의 상의 위치를 나타내는 좌표들을 포함하는 좌표 데이터에 연관시킬 수 있다. 롤 맵은 좌표데이터에 기반하여 시계열 데이터와 실제 세상의 작업물들, 부품들, 반제품들 및 제품들의 매칭을 제공할 수 있다. 이에 따라, 롤 맵의 생성 및 롤 맵에 기초한 피드 포워드는 작업자의 임의에 의존하던 공정의 국면들을 수치화하고 객관화함으로써, 이차 전지 제조 공정의 생산성 및 품질이 제고될 수 있다.
예시적인 실시예들에 따르면, 서버(1020)는 작업 일정 관리, 작업 지시, 품질 관리, 작업 실적 집계 등의 이차 전지의 제조를 관리하기 위해 필요한 제반 활동을 지원하는 데이터 처리 시스템일 수 있다. 서버(1020)는, 예컨대, MES(Manufacturing Execution System)일 수 있다. 서버(1020)는 코팅 공정, 프레스 공정 및 제조 공정과 같은 전극 제조를 위해 필요한 데이터의 입력(input), 처리(processing), 출력(output) 및 통신(communication)을 수행하도록 구성될 수 있다.
다른 예시적인 실시예들에 따르면, 서버(1020)는 원형의(Raw) 계측 데이터를 저장하고 처리하도록 구성될 수 있다. 서버(1020)는 계측 데이터에 기초하여 전극 시트의 처리를 지속적으로 모니터링함으로써, 전극 시트의 처리의 품질을 관리할 수 있다. 예시적인 실시예들에 따르면, 서버(1020)는 SPC(Statistical Process Controller)일 수 있다. 서버(1020)는 거의 실시간으로 제조 데이터를 수집하고 분석함으로써, 문제 조건을 적시에 식별하여 잠재적인 문제가 발생하기 전에 작업자에 알람을 제공할 수 있다.
다른 예시적인 실시예들에 따르면, 서버(1020)는 예컨대, 데이터 웨어하우스일 수 있고, 제품의 품질 보증 기간 등에 기초하여 롤 맵을 장기간 저장할 수 있다.
다른 예시적인 실시예들에 따르면, 서버(1020)는 MES, SPC 및 데이터 웨어하우스 각각의 기능을 모두 수행하거나, 롤 맵 작성을 위해서 MES, SPC 및 데이터 웨어하우스와 별도로 제공될 수도 있다.
노칭 설비(100)는 언와인더(111), 리와인더(113), 노칭 장치(115), 마킹 장치(117), 제1 엔코더(121), 제2 엔코더(123), 검사기(130), 컨트롤러(141) 및 컨트롤러(143)를 포함할 수 있다.
제1 전극 롤(ER1)은 언와인더(111)에 로딩될 수 있다. 언와인더(111)는 제1 전극 롤(ER1)로부터 전극 시트(ES)를 권출하도록 구성될 수 있다. 리와인더(113)는 전극 시트(ES)를 제2 전극 롤(ER2)로 권취하도록 구성될 수 있다. 이에 따라, 전극 시트(ES)는 언와인더(111)와 리와인더(113)의 사이에서 이동할 수 있다.
전극 시트(ES)는 제2 전극 롤(ER2)로 권취되고, 소정의 권취 길이에 도달한 이후 횡 방향(TD)으로 재단되어 분리될 수 있다. 전극 시트(ES)로부터 분리된 제2 전극 롤(ER2)은 코팅 공정이 완결된 물품으로서 생산 공정의 단위인 로트로 관리될 수 있다.
제1 엔코더(121)는 언와인더(111)에 의해 제1 전극 롤(ER1)로부터 권출된 전극 시트(ES)의 양을 감지하도록 구성될 수 있다. 이에 따라, 제1 엔코더(121)는 언와인더(111)에 의해 권출된 전극 시트(ES)의 길이를 나타내는 투입량 신호(UWAS)를 생성하도록 구성될 수 있다. 제1 엔코더(121)는 투입량 신호(UWAS)를 컨트롤러(141)에 전송하도록 구성될 수 있다.
제2 엔코더(123)는 리와인더(113)에 의해 제2 전극 롤(ER2)로 권취된 전극 시트(ES)의 양을 감지하도록 구성될 수 있다. 이에 따라, 제2 엔코더(123)는 리와인더(113)에 의해 권취된 전극 시트(ES)의 길이를 나타내는 소진량 신호(WAS)를 생성하도록 구성될 수 있다. 제2 엔코더(123)는 소진량 신호(WAS)를 컨트롤러(141)에 전송하도록 구성될 수 있다.
전극 시트(ES)는 집전체(CL) 및 활물질층(AL)을 포함할 수 있다. 집전체(CL)는 최종적으로 제조되는 이차 전지에 화학적 변화를 유발하지 않을 수 있고, 높은 도전성을 가질 수 있다. 집전체(CL)의 표면은 활물질의 접착력을 높이기 위한 미세 요철 구조를 포함할 수 있다. 집전체(CL)의 형상은 필름, 시트, 호일, 네트, 다공질, 발포체 및 부직포 중 어느 하나를 포함할 수 있다.
양극용 집전체(CL)는 스테인레스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티타늄, 소성 탄소 및 알루미늄 중 어느 하나를 포함할 수 있다. 음극용 집전체(CL)는 구리, 스테인레스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티타늄, 소성 탄소 및 알루미늄-카드뮴 합금 중 어느 하나를 포함할 수 있다.
활물질층(AL)은 양극 활물질 또는 음극 활물질을 포함할 수 있다. 양극 활물질은, 전기화학적 반응을 일으킬 수 있는 물질이다. 양극 활물질은 리튬 전이금속 산화물일 수 있다. 양극 활물질은, 예컨대, 하나 또는 그 이상의 전이금속으로 치환된 리튬 코발트 산화물(LiCoO2) 및 리튬 니켈 산화물(LiNiO2) 등의 층상 화합물; 하나 또는 그 이상의 전이금속으로 치환된 리튬 망간 산화물; 화학식 LiNi1-yMyO2 (여기서, M은 Co, Mn, Al, Cu, Fe, Mg, B, Cr, Zn 및 Ga 중 어느 하나이고, 0.01≤y≤0.7)으로 표현되는 리튬 니켈계 산화물; Li1+zNi1/3Co1/3Mn1/3O2, Li1+zNi0.4Mn0.4Co0.2O2 과 같이 Li1+zNibMncCo1-(b+c+d)MdO(2-e)Ae (여기서, -0.5≤z≤0.5 이고, 0.1≤b≤0.8 이며, 0.1≤c≤0.8 이고, 0≤d≤0.2 이며, 0≤e≤0.2, b+c+d<1 이고, M 은 Al, Mg, Cr, Ti, Si 및 Y 중 어느 하나이고, A 은 F, P 및 Cl 중 어느 하나)으로 표현되는 리튬 니켈 코발트 망간 복합산화물; 및 화학식 Li1+xM1-yM'yPO4-zXz(여기서, M은 전이금속으로 보다 구체적으로 Fe, Mn, Co 및 Ni 중 어느 하나이고, M'은 Al, Mg 및 Ti 중 어느 하나이며, X은 F, S 및 N 중 어느 하나이고, -0.5≤x≤+0.5 이며, 0≤y≤0.5 이고, 0≤z≤0.1)로 표현되는 올리빈계 리튬 금속 포스페이트 중 어느 하나를 포함할 수 있다.
음극 활물질은, 예를 들어, 난흑연화 탄소, 흑연계 탄소 등의 탄소를 포함할 수 있다. 음극 활물질은, 예컨대, LixFe2O3(0≤x≤1), LixWO2(0≤x≤1), SnxMe1-xMe'yOz (여기서, Me은 Mn, Fe, Pb 및 Ge 중 어느 하나이고, Me'은 Al, B, P, Si, 주기율표의 1족, 2족, 3족 원소 및 할로겐 중 어느 하나이며; 0<x≤1이고; 1≤y≤3 이며; 1≤z≤8) 등의 금속 복합 산화물을 포함할 수 있다. 음극 활물질은, 예컨대, 리튬 금속; 리튬 합금; 규소계 합금; 및 주석계 합금 중 어느 하나를 포함할 수 있다. 음극 활물질은, 예컨대, SnO, SnO2, PbO, PbO2, Pb2O3, Pb3O4, Sb2O3, Sb2O4, Sb2O5, GeO, GeO2, Bi2O3, Bi2O4 및 Bi2O5 등의 금속 산화물을 포함할 수 있다. 음극 활물질은, 예컨대, 폴리아세틸렌 등의 도전성 고분자; Li-Co-Ni 계 재료 등을 포함할 수도 있다.
노칭 장치(115)는 전극 시트(ES)의 무지부에 전극 탭(ET)을 형성하도록 구성될 수 있다. 전극 탭(ET)은 전극 시트(ES)의 무지부의 부분적인 재단에 의해 형성될 수 있다. 노칭 장치(115)는 레이저 노처일 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다. 노칭 장치(115)는 노칭 나이프와 같이 기계적인 노칭 수단을 포함할 수 도 있다.
활물질층(AL)가 적용된 집전체(CL)의 부분은 유지부라고 지칭될 수 있고, 및 활물질층(AL)가 적용되지 않은 집전체(CL)의 부분(즉, 활물질 층(AL)으로부터 이격된 집전체(CL)의 부분)은 무지부라고 지칭될 수 있다.
마킹 장치(117)는 데이터 매트릭스(DM)를 형성하도록 구성될 수 있다. 데이터 매트릭스(DM)는 전극 탭(ET) 상에 형성될 수 있다. 마킹 장치(117)는 레이저 프린터 및 잉크젯 프린터 중 어느 하나일 수 있다.
데이터 매트릭스(DM)는 예컨대, 이차원 바코드일 수 있다. 데이터 매트릭스(DM)는 전극 아이디에 대한 정보를 포함할 수 있다. 즉, 데이터 매트릭스(DM)로부터 전극 아이디가 독출될 수 있다. 전극 아이디는 전극 탭(ET)의 식별에 사용될 수 있다. 전극 아이디는 노칭 설비(100)가 설치된 장소, 전극 탭(ET)이 형성된 시간 및 전극 롤(ER2)의 로트 넘버를 나타내는 기호를 포함할 수 있다.
마킹 장치(117)의 동작의 데이터인 좌표 연관된 전극 아이디 데이터(CID)는 컨트롤러(143)에 전송될 수 있다. 좌표 연관된 전극 아이디 데이터(CID)는 전극 아이디 및 전극 아이디에 매칭된 좌표를 포함할 수 있다.
컨트롤러(141)는 전극 시트(ES)의 소진량 신호(WAS) 및/또는 투입량 신호(UWAS)에 기초하여 전극 시트(ES)의 좌표 데이터(CD)를 수집하도록 구성될 수 있다. 일 예로, 컨트롤러(141)는 전극 시트(ES)의 소진량 신호(WAS)에 기초하여 전극 시트(ES)의 이동 거리를 결정할 수 있다. 이에 따라, 컨트롤러(141)는 전극 시트(ES)에 이벤트가 발생하는 각 시점에서 리와인더(113)에 의해 권취되는 전극 시트(ES)의 부분의 전극 시트(ES) 내에서의 위치를 결정하도록 구성될 수 있다.
다른 예로, 컨트롤러(141)는 전극 시트(ES)의 투입량 신호(UWAS)에 기초하여 전극 시트(ES)의 이동 거리를 결정하거나, 또는 소진량 신호(WAS) 및 투입량 신호(UWAS) 각각에 기초하여 전극 시트(ES)의 이동 거리를 결정할 수도 있다. 이하에서, 비제한적 예시로서 컨트롤러(141)가 전극 시트(ES)의 소진량 신호(WAS)에 기초하여 좌표 데이터(CD)를 수집하는 실시예를 참조하여 본 발명의 기술적 사상이 설명된다.
좌표 데이터(CD)는 전극 시트(ES)의 각 부분에 매칭되는 좌표들을 포함할 수 있다. 즉, 전극 시트(ES) 상의 임의의 포인트들 각각은 대응되는 좌표와 매칭될 수 있다. 상기 좌표는 전극 시트(ES)의 진행 방향(Machine direction)(MD)(또는, 전극 시트(ES)의 길이 방향)의 1차원 양일 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 좌표는 전극 시트(ES)의 진행 방향(MD) 및 전극 시트(ES)의 횡 방향(TD)의 Y 방향의 2차원 양일 수도 있다.
예시적인 실시예들에 따르면, 마킹 장치(117)는 좌표 데이터(CD)에 동작할 수 있다. 예시적인 실시예들에 따르면, 마킹 장치(117)는 마킹 장치(117)의 오프셋 길이에 기초하여, 좌표 데이터(CD)의 좌표들을 교정(Calibrate)하고, 교정된 좌표들에 기초하여 전극 탭(ET)에 데이터 매트릭스(DM)를 형성하도록 구성될 수 있다. 여기서, 마킹 장치(117)의 오프셋 길이는, 제2 엔코더(123)에 의해 감지되는 전극 시트(ES)의 부분과 마킹 장치(117)에 의해 처리되는 전극 시트(ES)의 부분 사이의 전극 시트(ES)의 길이일 수 있다. 마킹 장치(117)는 마킹 장치(117)의 동작의 데이터(데이터 매트릭스(DM)의 형성의 데이터)를 컨트롤러(143)에 전송하도록 구성될 수 있다.
검사기(130)는 TDI(Time Delay and Integration) 카메라, CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor) 이미지 센서, 및 TOF(Time of Flight) 센서 등을 포함할 수 있다. 검사기(130)는 초음파, 마이크로 파, 테라 헤르츠 파 및 적외선 등과 같이 비파괴 신호를 이용한 계측을 수행하도록 구성된 이미터 및 리시버를 포함할 수도 있다. 검사기(130)는 바이오 센서, 케미칼 센서, 조성 센서, 전류 및/또는 전력 미터, 공기질 센서, 가스 센서, 홀 효과 센서, 밝기 레벨 센서, 광 센서와 같은 아날로그 및/또는 디지털 센서들을 포함할 수도 있다. 검사기(130)는 압력 센서, 온도 센서, 초음파 센서, 근접 센서, 도어 상태 센서, 동작 추적 센서, 습도 센서, 가시광선 및 적외선 센서 및 카메라 등을 포함할 수도 있다.
검사기(130)는 품질 데이터(QD)를 수집하도록 구성될 수 있다. 검사기(130)는 품질 데이터(QD)를 컨트롤러(141)로 전송하도록 구성될 수 있다. 품질 데이터(QD)는 전극 시트(ES)의 검사 데이터 및 계측 데이터로부터 결정되는 품질 값을 포함할 수 있다. 품질 값은 전극 시트(ES)의 부분이 불량인지 또는 양품인지를 나타낼 수 있다.
계측 데이터는 수치로 표현되는 복수의 계측 값들을 포함할 수 있다. 예컨대, 계측 데이터는 두께 및 폭과 같은 전극 시트(ES)의 치수 데이터, 전극 시트(ES) 상의 코팅 물질의 로딩량 데이터, 코팅 물질 상에 제공된 절연 물질의 폭 및 상기 코팅 물질과 상기 절연 물질 사이의 중첩 폭 등의 치수 데이터, 전극 시트(ES)의 상면 상의 유지부 레인들과 전극 시트(ES)의 하면 상의 유지부 레인들 사이의 미스 매칭 데이터 등을 포함할 수 있다. 여기서 로딩량은 전극 시트(ES)의 단위 면적당 로딩된 코팅 물질의 양을 나타내며, 코팅 물질의 면적밀도일 수 있다.
계측 데이터는 설정된 방식에 의해 처리됨으로써, 전극 시트(ES)의 계측된 부분의 품질 값이 결정될 수 있다. 전극 시트(ES) 상의 코팅 물질의 계측량(예컨대, 전극 시트(ES) 상의 로딩량 또는 전극 시트(ES)의 두께)이 상한 및 하한을 포함하는 설정된 범위 내에 있는 경우, 전극 시트(ES)의 대응되는 부분은 양품으로 결정될 수 있다. 전극 시트(ES) 상의 코팅 물질의 계측량(예컨대, 전극 시트(ES) 상의 로딩량 또는 전극 시트(ES)의 두께)이 상기 하한보다 작거나, 상기 상한보다 더 큰 경우, 전극 시트(ES)의 대응되는 부분은 불량으로 결정될 수 있다.
검사 데이터는 전극 시트(ES)의 부분의 품질 값 및 공정 이벤트를 포함할 수 있다. 예컨대, 검사 데이터는 비전 머신과 같이 이미지 베이스 검사 장치에 의해 수집된 전극 시트(ES)의 외관의 데이터, 전극 시트(ES)의 단선 및 이음매의 데이터, 샘플링 검사가 수행된 전극 시트(ES)의 부분의 데이터, 전극 시트(ES)의 스크랩이 예정된 부분의 데이터, 전극 시트(ES)의 스크랩된 부분의 데이터, 전극 시트(ES) 상의 코팅 물질 및 절연 물질의 양불에 대한 데이터, 전극 시트(ES)의 위치를 표시하는 기준점들의 데이터 및 핀홀 불량, 분화구 불량, 라인 불량, 크랙 불량, 사이드링 불량, 아일랜드 불량, 접힘 불량, 주름 불량, 파임 불량 및 찍힘 불량 등의 불량 데이터를 포함할 수 있다. 검사기는 컬러 센서, 이음매 센서, 기준점 센서 및 비전 머신 중 어느 하나일 수 있다.
상술된 계측 데이터 및 검사 데이터는 시계열 데이터일 수 있다. 계측 데이터 및 검사 데이터는 시간적으로 정렬될 수 있다. 시간 정렬(temporal ordering)은 시계열 데이터의 주요 특성으로서, 이벤트들을 그들이 발생하고 처리를 위해 도착하는 순서로 구성하는 것이다. 즉, 계측 데이터 및 검사 데이터는 계측 및 검사가 수행된 시점에 기초하여 저장될 수 있고, 계측 데이터 및 검사 데이터는 시간에 연관될 수 있다. 이에 따라, 계측 데이터의 계측 값들 각각은 시간에 매칭될 수 있고, 및 검사 데이터의 검사 값들 각각은 시간에 매칭될 수 있다.
컨트롤러(141)는 품질 데이터(QD) 및 좌표 데이터(CD)에 기초하여 좌표 연관된 품질 데이터(CQD)를 생성하도록 구성될 수 있다. 좌표 연관된 품질 데이터(CQD)는 전극 시트(ES)의 부분의 양 불에 대한 판정 및 상기 판정에 매칭된 좌표를 포함할 수 있다. 컨트롤러(141)는 좌표 연관된 품질 데이터(CQD)를 컨트롤러(143)에 전송하도록 구성될 수 있다.
컨트롤러(143)는 노칭 설비(100)의 제반 동작 요소들을 제어하도록 구성될 수 있다. 예컨대, 컨트롤러(143)는 언와인더(111), 리와인더(113), 노칭 장치(115) 및 마킹 장치(117)를 제어하도록 구성될 수 있다. 컨트롤러(143)는 서버(1020)로부터 전송된 레시피에 기초하여 노칭 장치(115) 및 마킹 장치(117)를 제어하기 위한 신호를 생성하도록 구성될 수 있다.
컨트롤러(143)는 마킹 장치(117)의 동작 데이터에 기초하여 좌표 연관된 전극 아이디 데이터(CID)를 수집하도록 구성될 수 있다. 좌표 연관된 전극 아이디 데이터(CID)는 컨트롤러(141)에 의해 수집될 수도 있다. 컨트롤러(143)는 좌표 연관된 전극 아이디 데이터(CID) 및 좌표 연관된 품질 데이터(CQD)를 서버(1020)에 전송하도록 구성될 수 있다. 좌표 연관된 전극 아이디 데이터(CID) 및 좌표 연관된 품질 데이터(CQD)는 통신 서버(1010)를 통해 통신 서버(1010)에 전송될 수 있다.
L&S 설비(200)는 양극 언와인더(211P), 음극 언와인더(211N), 및 분리막 언와인더들(211S1, 211S2), 전극 커터들(213P, 213N), 가이드 롤들(215), 분리막 커터(217), 이송 장치(219), 데이터 매트릭스 리더(230) 및 컨트롤러(240)를 포함할 수 있다.
L&S 설비(200)은 예컨대, 라미네이션 앤드 스태킹 공정을 수행하도록 구성될 수 있다. 라미네이션 공정의 결과로서, 모노 셀들(MC)이 제공될 수 있다. 모노 셀들(MC) 각각은 양극(EPP), 음극(EPN) 및 분리막들을 포함할 수 있다. 스태킹 공정에서, 모노 셀들(MC) 및 추가적인 하프 셀들은 수직 방향으로 적층될 수 있고, 이에 따라 전극 어셈블리가 제공될 수 있다.
언와인더들(211P, 211N, 211S1, 211S2)은 롤 형 재료들을 L&S 설비(200)에 투입하도록 구성될 수 있다. 보다 구체적으로, 언와인더(211P)는 양극 롤(ERP)로부터 양극 시트(ESP)를 권출하도록 구성될 수 있고, 언와인더(211N)는 음극 롤(ERN)로부터 음극 시트(ESN)를 권출하도록 구성될 수 있으며, 및 언와인더들(211S1, 211S2)은 분리막 롤들(SR1, SR2)로부터 분리막 시트들(SS1, SS2)을 권출하도록 구성될 수 있다.
양극 롤(ERP) 및 음극 롤(ERN)은, 도 2의 노칭 설비(100)에 의해 제공될 수 있다. 이에 따라, 양극 롤(ERP)로부터 권출된 양극 시트(ESP)의 양극 탭들(TP) 각각은 데이터 매트릭스(DM)를 포함할 수 있고, 및 음극 롤(ERN)로부터 권출된 음극 시트(ESN)의 음극 탭들(TN) 각각은 데이터 매트릭스(DM)를 포함할 수 있다.
양극 커터(213P)는 양극 시트(ESP)를 재단하도록 구성될 수 있다. 양극 시트(ESP)의 재단에 의해 복수의 양극들(EPP)이 제공될 수 있다. 음극 커터(213N)는 음극 시트(ESN)를 재단하도록 구성될 수 있다. 음극 시트(ESN)의 재단에 의해 복수의 음극들(EPN)이 제공될 수 있다.
컨트롤러(240)는 후술하는 것과 같이 양극 커터(213P) 및 음극 커터(213N)의 동작을 제어할 수 있고, 이에 따라, 양극 커터(213P)에 의한 양극 시트(ESP)의 컷 및 음극 커터(213N)에 의한 음극 시트(ESN)의 컷을 카운팅하도록 구성될 수 있다.
가이드 롤들(215)은 분리막 시트들(SS1, SS2)의 경로를 정의하도록 구성될 수 있다. 분리막 시트들(SS1, SS2)은 가이드 롤들(215)에 의해 나란히 정렬될 수 있다. 분리막 시트들(SS1, SS2) 상에 양극들(EPP) 및 음극들(EPN)이 놓여질 수 있다. 예컨대, 분리막 시트(SS2) 상에 음극들(EPN)이 놓여질 수 있고, 분리막 시트(SS1) 상에 양극들(EPP)이 놓여질 수 있다. 양극들(EPP) 및 음극들(EPN)은 분리막 시트(SS1)에 의해 전기적으로, 그리고 물리적으로 분리될 수 있다.
분리막 커터(217)는 분리막 시트들(SS1, SS2)을 재단하도록 구성될 수 있다. 분리막 커터(217)에 의한 분리막 시트들(SS1, SS2)의 재단 전 분리막 시트들(SS1, SS2), 양극들(EPP) 및 음극들(EPN)의 적층 구조는 닙 롤(미도시) 등에 의해 가압될 수 있다. 분리막 시트들(SS1, SS2)의 재단에 의해, 양극들(EPP), 음극들(EPN) 및 분리막들을 포함하는 모노 셀(MC)이 제공될 수 있다.
이송 장치(219)는 모노 셀(MC)을 예컨대 스태킹 설비와 같은 후속 공정 설비로 이송하도록 구성될 수 있다. 이송 장치(219)는 진공 압을 이용하여 모노 셀(MC)을 파지하도록 구성된 그리퍼를 포함할 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.
전극 아이디 리더(230)는 데이터 매트릭스(DM)를 감지하도록 구성될 수 있다. 전극 아이디 리더(230)는 데이터 매트릭스(DM)가 나타내는 전극 아이디를 독출하도록 구성될 수 있다. 전극 아이디 리더(230)는 예컨대, BCR(Bar Code Reader)을 포함할 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다. 전극 아이디 리더(230)는 OCR(Optical Character Reader)을 포함할 수도 있다.
전극 아이디 리더(230)는 데이터 매트릭스(DM)를 포함하는 이미지를 촬영하도록 구성된 카메라 및 상기 이미지를 처리하도록 구성된 프로세서를 포함할 수 있다. 전극 아이디 리더(230)는 데이터 매트릭스(DM)의 감지에 기초하여 전극 아이디 감지 신호(ISD)를 생성하도록 구성될 수 있다. 전극 아이디 리더(230)는 전극 아이디 감지 신호(ISD)를 컨트롤러(240)에 전송하도록 구성될 수 있다.
컨트롤러(240)는 예컨대, 언와인더들(211P, 211N, 211S1, 211S2), 양극 커터(213P), 음극 커터(213N), 분리막 커터(217) 및 이송 장치(219)와 같이, L&S 설비(200)의 요소들을 제어하도록 구성될 수 있다.
컨트롤러(240)는 서버(1020)로부터 전송된 전극 아이디 연관된 품질 데이터(IQD) 및 데이터 매트릭스 리더(230)로부터 전송된 전극 아이디 데이터(ISD)를 수신하도록 구성될 수 있다. 컨트롤러(240)는 서버(1020)로부터 전송된 전극 아이디 연관된 품질 데이터(IQD) 및 전극 아이디 데이터(ISD)에 기초하여 이송 장치(219)의 동작을 제어하기 위한 신호를 생성하도록 구성될 수 있다.
전극 아이디 연관된 품질 데이터(IQD)는 전극 아이디 및 전극 아이디에 매칭된 품질 값(보다 구체적으로, 양극(EPP) 및/또는 음극(EPN)의 품질 값)을 포함할 수 있다. 예시적인 실시예들에 따르면, 컨트롤러(240)는 불량을 판정하도록 구성될 수 있다. 모노 셀(MC)의 불량에 대한 판정은 전극 아이디 데이터(ISD)의 전극 아이디와 전극 아이디 연관된 품질 데이터(IQD) 전극 아이디의 비교에 기초하여 판정될 수 있다.
양극(EPP) 및/또는 음극(EPN)의 데이터 매트릭스(DM)로부터 독출된 전극 아이디가 불량인 품질 값과 매칭된 경우 컨트롤러(240)는 불량인 양극(EPP) 및/또는 음극(EPN)의 배출을 위한 제어 신호를 생성하도록 구성될 수 있다. 양극(EPP) 및/또는 음극(EPN)의 데이터 매트릭스(DM)로부터 독출된 전극 아이디가 불량인 품질 값과 매칭된 경우 컨트롤러(240)는 이송 장치(219)의 진공을 오프하기 위한 신호를 생성하도록 구성될 수 있다.
양극(EPP) 및/또는 음극(EPN)의 데이터 매트릭스(DM)로부터 독출된 전극 아이디가 불량인 품질 값과 매칭된 경우, 모노 셀(MC)은 후속 공정으로 이송되지 않을 수 있다. 양극(EPP) 및/또는 음극(EPN)의 데이터 매트릭스(DM)로부터 독출된 전극 아이디가 불량인 품질 값과 매칭된 경우, 모노 셀(MC)은 NG 박스(220)로 배출될 수 있다.
컨트롤러들(141, 143, 240)은 예컨대, PLC(Programmable Logic Controller)일 수 있다. PLC는 프로그램 가능한 메모리를 사용하여 명령을 저장하고 논리, 시퀀싱, 타이밍, 카운팅 및 산술과 같은 기능을 구현하여 기계 및 프로세스를 제어하는 특수한 형태의 마이크로 프로세서 기반 컨트롤러이다. PLC는 동작 및 프로그래밍이 용이하다. 컨트롤러(141) 또한 PLC일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
통신 서버(1010) 및 서버(1020)는, 하드웨어, 펌웨어, 소프트웨어, 및 이들의 조합으로 구현될 수 있다. 예컨대, 통신 서버(1010) 및 서버(1020)는 워크 스테이션 컴퓨터, 데스크탑 컴퓨터, 랩 탑 컴퓨터, 태블릿 컴퓨터 등의 컴퓨팅 장치를 포함할 수 있다. 통신 서버(1010) 및 서버(1020)는 단순 컨트롤러, 마이크로 프로세서, CPU, GPU 등과 같은 복잡한 프로세서, 소프트웨어에 의해 구성된 프로세서, 전용 하드웨어 및 펌웨어 중 어느 하나를 포함할 수도 있다. 통신 서버(1010) 및 서버(1020)는, 예를 들어, 범용 컴퓨터 또는 DSP(Digital Signal Process), FPGA(Field Programmable Gate Array) 및 ASIC(Application Specific Integrated Circuit) 등과 같은 애플리케이션 특정 하드웨어에 의해 구현될 수 있다.
서버(1020)는 물리적 서버 또는 클라우드 서버를 포함할 수 있다. 서버(1020)는 데이터 및 분석 결과를 다양한 프레임워크를 통해 작업자에 제공할 수 있다. 프레임워크는 표시 장치(1030)가 사용자 인터페이스를 통해 데이터 시각화하고, 새 데이터가 서버(1020)에 의해 계산될 때 업데이트된 시각화를 제공할 수 있도록 데이터 전송을 지원하는 프로토콜을 포함할 수 있다. 상기 데이터 전송을 지원하는 프로토콜은 HTML, JavaScript 및/또는 JSON을 사용할 수 있다.
서버(1020)는 데이터를 데이터베이스 및 다른 데이터 관리 도구에 저장하기 위한 다양한 API(Application Programming Interface)를 포함할 수 있다. API는, 또한, 다양한 데이터 관리 시스템의 데이터베이스에서의 데이터의 검색에 사용될 수 있다. 데이터 관리 시스템은, 데이터베이스에 대한 액세스를 제공하고, 데이터베이스에서 데이터를 가져오거나(pull), 데이터를 검색하고(retrieve) 및 메트릭을 생성할 수 있다. 여기서 메트릭은 데이터를 시각화하는 툴이다. 메트릭은 시계열적으로 생성된 측정값을 포함하며, 애플리케이션의 모니터링 및 상태 경고의 생성에 사용될 수 있다.
이차 전지 제조 시스템(10)은 센서, 계측기 및 검사기의 플러그 앤 플레이 연결을 제공하기 위해 데이터 획득을 위한 API와 함께 플러그인 아키텍처를 구현할 수 있다. 이에 따라, 특정 공정 스텝 및 특정 사이트에서의 리소스가 다른 공정 및 다른 사이트로 용이하게 이설되거나, 또는 각 공정 스텝 및 사이트에 신규 리소스가 용이하게 도입될 수 있다.
일부 실시예에서, 이차 전지 제조 시스템(10)은 작업자가 제조 데이터를 입력을 허용하는 수동 입력 시스템을 더 포함할 수 있다. 이차 전지 제조 시스템(10)은 입력도구를 이용한 작업자의 데이터 입력 및 엑셀 파일 스크래핑과 같은 제조 데이터의 컴퓨터 기반 입력을 허용할 수 있다. 수동 입력 시스템은, 예컨대, SCADA(Supervisory Control And Data Acquisition)의 HMI(Human-Machine Interfaces)일 수 있다. SCADA는 일반적으로 PLC 및 원격 단말 장치(Remote Terminal Units, RTU)와 같은 소프트웨어 및 하드웨어의 조합을 포함할 수 있다. HMI는 운영자와 SCADA 시스템의 통신을 지원하는 스크린으로 SCADA 시스템의 주요 요소이다. 예를 들어, HMI에 의한 수동 입력은, 불량 유형의 선택 및 완공시 실적 반영을 포함할 수 있다.
(제2 실시예)
도 5은 예시적인 실시예들에 따른 이차 전지를 제조하는 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 1 내지 도 5를 참조하면, P110에서 전극 시트(ES)의 전극 탭(ET)에 데이터 매트릭스(DM)를 형성할 수 있다. 전극 탭(ET)은 노칭 장치(115)에 의해 형성될 수 있고, 데이터 매트릭스(DM)는 마킹 장치에 의해 형성될 수 있다.
이어서, P120에서 전극 아이디와 전극 시트(ES)의 부분의 품질 값을 매칭할 수 있다. 전극 아이디와 전극 시트(ES)의 부분의 품질 값의 매칭은 좌표에 기초할 수 있으며, 서버(1020)에 의해 수행될 수 있다. 전극 아이디와 전극 시트(ES)의 부분의 품질 값의 매칭에 의해 전극 아이디 연관된 품질 데이터(IQD)가 생성될 수 있다.
이어서, P130에서, 데이터 매트릭스(DM)로부터 전극 아이디를 독출할 수 있다. 데이터 매트릭스 리더(230)는 데이터 매트릭스(DM)를 감지하고, 데이터 매트릭스(DM)로부터 전극 아이디를 독출하도록 구성될 수 있다.
이어서, P140에서, 전극 아이디에 기초하여 모노 셀(MC)의 양불을 판정할 수 있다. 모노 셀(MC)의 양불은 컨트롤러(240)에 의해 판정될 수 있다. 모노 셀(MC)의 양불의 판정은 전극 아이디 연관된 품질 데이터(IQD)로부터 모노 셀(MC)의 양극(EPP)의 전극 아이디에 매칭된 품질 값 및 음극(EPN)의 전극 아이디에 매칭된 품질 값을 검색하는 것을 포함할 수 있다.
모노 셀(MC)의 양극(EPP)의 전극 아이디 및 음극(EPN)의 전극 아이디 중 적어도 하나에 불량을 나타내는 값이 매칭된 경우, 모노 셀(MC)은 불량으로 결정될 수 있다. 모노 셀(MC)의 양극(EPP)의 전극 아이디 및 음극(EPN)의 전극 아이디 각각이 양품임을 나타내는 값이 매칭된 경우, 모노 셀(MC)은 양품으로 결정될 수 있다.
이어서, P150에서, 불량인 모노 셀(MC)을 NG 박스(220)로 배출할 수 있다. 불량인 모노 셀(MC)의 배출을 위해 컨트롤러(240)는 이송 장치(219)의 진공을 턴 오프하기 위한 신호를 생성하도록 구성될 수 있다.
이상, 도면과 실시예 등을 통해 본 발명을 보다 상세히 설명하였다. 그러나, 본 명세서에 기재된 도면 또는 실시예 등에 기재된 구성은 본 발명의 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

Claims (12)

  1. 양극, 음극 및 분리막을 포함하는 모노 셀의 데이터 매트릭스로부터 전극 아이디를 독출하는 단계; 및
    상기 전극 아이디에 기초하여 상기 모노 셀의 양불을 결정하는 단계를 포함하고, 및
    상기 전극 아이디는 전극을 식별하는 기호를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차 전지를 제조하는 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 모노 셀의 양불은 상기 전극 아이디 및 전극 아이디 연관된 품질 데이터에 기초하여 결정되고, 및
    상기 전극 아이디 연관된 품질 데이터는 전극 아이디 및 상기 전극 아이디에 매칭된 품질 값을 포함하는 것을 특징으로 하는 이차 전지를 제조하는 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 모노 셀의 양불은 상기 전극 아이디에 매칭된 상기 품질 값으로 결정되는 것을 특징으로 하는 이차 전지를 제조하는 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 품질 값이 불량을 나타내는 경우 상기 모노 셀을 배출하는 단계를 더 포함하는 이차 전지를 제조하는 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 품질 값이 불량을 나타내는 경우 상기 모노 셀을 이송하도록 구성된 이송 장치의 진공을 오프시키기 위한 신호를 생성하는 단계를 더 포함하는 이차 전지를 제조하는 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 양극은 양극 탭을 포함하고, 상기 음극은 음극 탭을 포함하며, 및
    상기 데이터 매트릭스는 상기 양극 탭 및 상기 음극 탭 중 어느 하나에 있는 것을 특징으로 하는 이차 전지를 제조하는 방법.
  7. 전극 시트에 전극 탭을 형성하도록 구성된 노칭 장치, 상기 전극 탭에 데이터 매트릭스를 형성하도록 구성된 마킹 장치 및 상기 전극 시트를 검사하도록 구성된 검사기를 포함하는 노칭 설비; 및
    상기 데이터 매트릭스가 나타내는 전극 아이디와 상기 검사기에 의해 결정된 상기 전극 시트의 품질 값을 매칭하도록 구성된 서버를 포함하는 이차 전지 제조 시스템.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 노칭 설비는 좌표 연관된 전극 아이디 데이터 및 좌표 연관된 품질 데이터를 수집하도록 구성되고,
    상기 좌표 연관된 전극 아이디 데이터는 상기 전극 시트의 좌표 및 상기 좌표에 매칭된 상기 전극 아이디를 포함하며, 및
    상기 좌표 연관된 품질 데이터는 상기 좌표 및 상기 좌표에 매칭된 품질 값을 포함하는 것을 특징으로 하는 이차 전지 제조 시스템.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 서버는 상기 좌표 연관된 전극 아이디 데이터 및 상기 좌표 연관된 품질 데이터에 기초하여 상기 전극 아이디와 상기 품질 값을 매칭하도록 구성된 것을 특징으로 하는 이차 전지 제조 시스템.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 전극 시트를 재단하여 전극 탭을 포함하는 전극을 형성하고, 상기 전극을 이용하여 모노 셀을 형성하도록 구성된 L&S(Lamination and Stacking) 설비를 더 포함하되,
    상기 L&S 설비는 상기 데이터 매트릭스로부터 상기 전극 아이디를 감지하도록 구성된 전극 아이디 리더를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차 전지 제조 시스템.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 서버는 상기 L&S 설비의 컨트롤러에 상기 전극 아이디 및 상기 전극 아이디에 매칭된 품질 값을 포함하는 전극 아이디 연관된 품질 데이터를 전송하도록 구성된 것을 특징으로 하는 이차 전지 제조 시스템.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 L&S 설비는 상기 모노 셀을 이송하도록 구성된 이송 장치를 더 포함하고, 및
    상기 컨트롤러는 상기 전극 아이디 연관된 품질 데이터에 기초하여 상기 이송 장치의 진공을 제어하기 위한 신호를 생성하도록 구성된 것을 특징으로 하는 이차 전지 제조 시스템.
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