KR100824808B1

KR100824808B1 - 리튬 2차 전지용 전극 탭 자동검사기

Info

Publication number: KR100824808B1
Application number: KR1020060080939A
Authority: KR
Inventors: 권성진
Original assignee: 주식회사 엘티케이
Priority date: 2006-08-25
Filing date: 2006-08-25
Publication date: 2008-04-24
Also published as: KR20080019128A

Abstract

본 발명은 리튬 폴리머 배터리에 사용되는 2차 전지용 전극 탭 자동검사기에 관한 것으로, 생산 공정에서 생산 완료되어 롤 형태로 보빈에 감겨진 전극 탭을 이송시키면서 금속 띠에 부착 고정된 필름의 부착상태를 자동으로 검사할 수 있도록 한 것이다.

이를 위해, 작업자의 육안에 의한 검사가 아닌 자동화기기를 이용하여 생산 완료된 전극 탭(21)을 연속적으로 이송시키는 과정에서 카메라부(60)에 의해 자동 으로 촬영하여 촬영된 이미지를 테스트부(70)에서 검사한 다음 불량으로 판정된 해당 전극 탭(21)에는 마킹부(80)에서 마킹을 하여 후 공정에서 전극 탭을 2차 전지에 부착할 때 사용하지 않도록 하므로써 2차 전지의 신뢰성을 향상시키는 효과를 얻게 된다.

2차 전지, 전극 탭, 금속 띠, 필름, 카메라부, 테스트부

Description

리튬 2차 전지용 전극 탭 자동검사기{Automated optical inspective apparatus for electrode tab of secondary battery}

도 1은 일반적인 리튬 2차 전지의 구조를 개략적으로 나타낸 사시도

도 2는 도 1에서 어느 하나의 탭을 발췌하여 나타낸 사시도

도 3은 금속 띠에 일정 간격으로 필름이 융착된 상태의 평면도

도 4는 본 발명의 전극 탭 자동검사기를 나타낸 사시도

도 5는 도 4의 정면도

도 6은 도 4의 평면도

도 7은 본 발명의 테스트부를 나타낸 개략도

도 8은 본 발명의 마킹부를 나타낸 측면도

도 9는 본 발명의 센터가이드를 나타낸 사시도

도 10은 도 9의 측면도

도 11은 본 발명의 감지부를 나타낸 구성도

<도면의 주요 부분에 대한 부호 설명>

17 : 필름 19 : 금속 띠

21 : 전극 탭 40 : 본체

42 : 엔코더 43 : 감지부

48 : 구동로울러 50 : 공급부

60 : 카메라부 70 : 테스트부

80 : 마킹부 81, 82 : 잉크분사노즐

90 : 권취부 100 : 센터가이드

본 발명은 리튬 폴리머 배터리에 사용되는 2차 전지용 전극 탭 자동검사기에 관한 것으로서, 좀더 구체적으로는 생산 공정에서 생산 완료되어 롤 형태로 보빈에 감겨진 전극 탭을 이송시키면서 금속 띠에 부착 고정된 필름의 부착상태를 자동으로 검사하는 리튬 2차 전지용 전극 탭 자동검사기에 관한 것이다.

일반적으로, 핸드폰, 노트북, 휴대용 개인정보 단말기(PDA : Personal Digital Assistants) 등의 휴대용 단말기는 충, 방전이 가능한 2차 전지인 축전지가 포함된 배터리팩을 단말기 일 측면에 탈, 부착 가능하도록 결합하여 사용하기 때문에 이동성이 보장되고 휴대가 간편하여 널리 사용되고 있다.

이러한 휴대용 단말기의 경우, 일정시간동안 사용하게 되면 단말기에 결합된 축전지가 방전되어 상기 축전지로부터 단말기 측으로 충분한 전원공급이 이루어지지 않게 되어 단말기를 사용하지 못하게 된다.

따라서 상기 휴대용 단말기를 재사용하기 위해서는 충전기를 이용하여 상기 방전된 축전지(배터리)를 충전하여 사용하거나, 여분의 충전된 다른 축전지로 교체 한 후 사용하게 된다.

도 1은 일반적인 리튬 2차 전지의 구조를 개략적으로 나타낸 사시도이고 도 2는 도 1에서 어느 하나의 탭을 발췌하여 나타낸 사시도로서, 리튬 2차 전지(10)는 전지부(20), 양극 탭(15) 및 음극 탭(14)으로 이루어진 탭 부 그리고 전지부를 수납하는 포장재(30)로 구성되어 있다.

상기 전지부(20)는 양극판, 세퍼레이터, 음극판의 순서로 배열된 단위 셀(Unit Cell) 또는 양극판, 세퍼레이터, 음극판, 세퍼레이터, 양극판, 세퍼레이터, 음극판의 순서로 배열된 바이 셀(Bi-Cell)을 전지 용량에 맞게 다 수개 적층시킨 구조를 갖는데, 상기 양극판 및 음극판은 일 측 가장자리로부터 양극 그리드(16) 및 음극 그리드(18)가 각각 인출되어 금속재질인 양극 탭(15) 및 음극 탭(14)과 용접 등의 방법으로 각각 연결되어 있다.

상기한 양극 탭(15) 및 음극 탭(14)은 외부와 통전이 가능하도록 소정길이를 갖으며 상기 양극 탭(15) 및 음극 탭(14)의 양면에는 포장재(30) 내의 전해액이 누설되지 않도록 실링(sealing)하는 필름(17)이 각 전극 탭의 양측으로 소정길이 연장되게 각각 부착되어 도 2와 같은 양극 탭 부착체 또는 음극 탭 부착체(21)를 구성하도록 되어 있다.

통상적인 2차 전지 제조공정에 있어서, 양극 탭 부착체 또는 음극 탭 부착체(이하 ‘전극 탭 ’이라 함)(21)는 도 3에 나타낸 바와 같이 양극재료인 Al 및 음극재료인 Ni재질로 이루어진 금속 띠(19)의 양면에 일정 간격으로 필름(17)을 위치시킨 다음 히터 등의 열원에 의해 융착 고정한 후 별도의 공정에서 필요한 길이 로 절단하여 이를 양극 그리드(16) 및 음극 그리드(18)에 용접 등의 방법을 고정하게 된다.

상기한 바와 같은 방법으로 각각의 양극 그리드(16) 및 음극 그리드(18)에 전극 탭(21)을 용접 고정한 다음 전지부(20)가 수납되는 수납부(32)에 전해액(도시는 생략함)을 주입한 후 포장재(30)를 진공 실링하면 실링부(34)에서 열융착이 이루어지게 되므로 수납부(32)의 기밀을 유지하게 된다.

이 때, 양극 탭(15) 및 음극 탭(14)이 실링부(34)와 만나는 접점부위에는 필름(17)이 개재되어 열 융착되므로 양극 탭(15) 및 음극 탭(14)이 위치된 지점을 통해 수납부(32)로부터 전해액이 누출되는 현상을 방지하는 것은 물론이고 외부의 습기가 수납부의 내부로 유입되는 현상 또한 차단하게 되고, 이에 따라 전극 탭 부위에서 발생될 수 있는 단락(short)을 미연에 방지하게 된다.

상기한 바와 같이 전지의 양극 그리드(16)와 음극 그리드(18)에 용접 고정되는 전극 탭(21)은 자동화기기에 의해 롤 형태로 보빈에 감겨진 금속 띠(19)를 순차적으로 공급하면서 금속 띠에 일정 간격으로 필름(17)을 융착 고정한 다음 검사공정에서 작업자가 필름(17)의 부착상태를 육안으로 식별하여 양품의 전극 탭(21)만을 양극 그리드(16) 및 음극 그리드(18)에 용접 고정하고 불량품은 폐기 처분하게 된다.

그러나 이러한 육안에 의한 종래의 전극 탭 검사방법은 다음과 같은 여러 가지 문제점이 있었다.

첫째, 금속 띠의 양면에 부착된 필름의 접착부위에 기포가 발생되어 있더라도 이를 육안으로 식별하는데 한계가 있어 2차 전지가 완성된 상태에서 전극 탭의 사이를 통해 전해액이 누설되거나, 외부의 습기가 유입되는 치명적인 결함을 나타낸다.

둘째, 필름의 부착상태를 작업자가 일일이 육안으로 식별하여 양품과 불량품으로 선별하기 때문에 작업능률이 떨어지게 된다.

본 발명은 종래의 이와 같은 문제점을 감안하여 안출한 것으로서, 작업자의 육안에 의한 검사가 아닌 자동화기기를 이용하여 생산 완료된 전극 탭을 연속적으로 자동 검사한 다음 불량으로 판정된 해당 전극 탭에는 마킹을 하여 후 공정에서 전극 탭을 2차 전지에 부착하는 과정에서 사용하지 않도록 하므로써 2차 전지의 신뢰성을 향상시킬 수 있도록 하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 형태에 따르면, 본체와, 상기 본체의 일 측에 설치되어 보빈에 롤 형태로 감겨진 전극 탭을 로딩하는 공급부와, 상기 공급부의 일 측에 설치되어 전극 탭을 구성하는 금속 띠에 일정 간격으로 부착 고정된 필름을 감지하는 엔코더와, 상기 엔코더에 의해 필름이 감지됨에 따라 금속 띠의 상, 하면에 고정된 필름의 부착상태를 차례로 촬영하는 카메라부와, 상기 카메라부를 통해 입력받은 2차원의 아날로그 데이터를 디지털 데이터로 변환하여 필름의 부착상태를 검사한 다음 그 결과를 화면으로 디스플레이하는 테스트부와, 상기 테스트부의 결과에 따라 양품으로 판정되면 동작하지 않고, 불량으로 판정될 경우에만 해당 전극 탭을 마킹하는 마킹부와, 상기 공급부의 반대편에 위치하는 본체의 일 측에 설치되어 검사 완료된 전극 탭을 보빈에 감는 권취부로 구성된 것을 특징으로 하는 리튬 2차 전지용 전극 탭 자동검사기가 제공된다.

이하, 본 발명을 일 실시예로 나타낸 도 4 내지 도 11을 참고하여 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 4는 본 발명의 전극 탭 자동검사기를 나타낸 사시도이고 도 5는 도 4의 정면도이며 도 6은 도 4의 평면도로서, 본 발명은 본체(40)의 일 측에는 보빈(41)에 롤 형태로 감겨진 전극 탭(21)을 로딩하는 공급부(50)가 구비되어 있고 상기 공급부의 일 측에는 전극 탭(21)을 구성하는 금속 띠(19)에 일정 간격으로 부착 고정된 필름(17)을 감지하는 엔코더(42)가 설치되어 있다.

따라서 공급부(50)의 보빈(41)에 감겨진 전극 탭(21)이 풀려 이송됨에 따라 엔코더(42)에 의해 금속 띠(19)에 부착 고정된 필름(17)이 감지되면 금속 띠의 상, 하면에 고정된 필름의 부착상태를 카메라부(60)가 차례로 촬영하게 된다.

상기 공급부(50)와 엔코더(42) 사이에는 금속 띠(19)에 고정된 필름(17)의 길이를 검출하는 감지부(43)가 더 구비되어 있다.

상기 감지부(43)는 도 11에 나타낸 바와 같이 전극 탭(21)의 이송 경로와 평행하게 본체(40)의 양측에 대향되게 설치된 한 쌍의 센서(44)로 이루어져 있어 전극 탭(21)이 이송되는 과정에서 금속 띠(19)에 길이가 긴 필름(17)이 부착된 경우, 센서(44)가 이를 감지하여 기기의 구동을 일시적으로 중단하고 경고등 또는 부저 등의 알림수단(74)을 통해 작업자에게 이를 신속하게 알리도록 되어 있다.

상기 카메라부(60)는 본체(40)의 저부에 설치되어 금속 띠(19)의 저면에 고정된 필름(17)의 부착상태를 촬영하는 제 1카메라(63)와, 상기 제 1카메라에 조명을 비추는 제 1라이트(64)와, 상기 전극 탭이 이송되는 제 1카메라의 직상부에 설치되어 빛의 반사를 방지하는 제 1가림부재(65)로 이루어진 제 1카메라부(61)와; 본체의 상부에 설치되어 금속 띠의 상면에 고정된 필름의 부착상태를 촬영하는 제 2카메라(66)와, 상기 제 2카메라에 조명을 비추는 제 2라이트(67)와, 상기 전극 탭이 이송되는 제 2카메라의 직하부에 설치되어 빛의 반사를 방지하는 제 2가림부재(68)로 이루어진 제 2카메라부(62)로 구성되어 있다.

상기 카메라부(60)의 일 측에는 카메라부를 통해 입력받은 2차원의 아날로그 데이터를 디지털 데이터로 변환하여 필름(17)의 부착상태를 검사한 다음 그 결과를 화면(73)으로 디스플레이하는 테스트부(70)가 구비되어 있다.

상기 테스트부(70)는 도 7에 나타낸 바와 같이 제 1, 2카메라(63)(66)를 통해 입력받은 2차원의 아날로그 데이터를 그래버 보드(grabber board)(71)와 퍼스널 컴퓨터(72)를 이용하여 디지털 데이터로 변환하여 관측하고자 하는 영역의 크기, 모양, 밝기 등을 수치화하여 검사 및 제어의 기초 자료를 얻는 역할을 하게 된다.

상기 카메라부(60)에 의해 최적의 검사 조건을 만들기 위해서는 제 1, 2카메라(63)(66) 및 제 1,2라이트(64)(67) 등의 구성을 검사 조건에 알맞게 맞추어 주어야만 된다.

상기 테스트부(60)의 후단에는 검사 결과에 따라 양품으로 판정되면 동작하지 않고, 불량으로 판정될 경우에만 동작하여 해당 전극 탭(21)을 마킹하는 마킹 부(80)가 구비되어 있는데, 상기 마킹부(80)는 도 8에 나타낸 바와 같이 전극 탭(21)이 통과하는 지점의 상, 하부에 위치되게 한 쌍의 잉크분사노즐(81)(82)이 브라켓(83)에 의해 고정 설치되어 테스트부(70)의 검사 결과에 따라 콘트롤부(도시는 생략함)에서 불량으로 판정하면 잉크분사노즐(81)(82)을 통해 해당 전극 탭(21)에 잉크를 분사하게 된다.

한편, 상기 공급부(50)의 반대편에 위치하는 본체(40)의 일 측에는 검사 완료된 전극 탭(21)을 보빈(91)에 감는 권취부(90)가 구비되어 있다.

그리고 금속 띠(19)의 인입부(45)에 가이드로울러(46)가 설치되어 있고 인출부(47)에는 금속 띠(19)를 이송시키는 구동로울러(48)가 설치되어 있어 구동로울러(48)가 구동수단(모터 등)에 의해 간헐적으로 회전함에 따라 금속 띠(19)를 1피치(필름과 필름사이의 거리만큼)씩 순차 이송시키도록 구성되어 있다.

이 때, 상기 가이드로울러(46) 및 구동로울러(48)의 외주면에는 진동을 흡수하는 고무(49)가 감싸져 있는데, 이는 장비의 구동 시 발생되는 진동을 흡수할 수 있도록 하기 위함이다.

또한, 상기 인입부(45)에 설치된 가이드로울러(46)의 후단 및 인출부(47)에 설치된 구동로울러(48)의 전단에는 금속 띠(19)의 이송 시 센터를 잡아주기 위한 센터가이드(100)가 더 구비되어 있다.

상기 센터가이드(100)는 도 9에 나타낸 바와 같이 본체(40)에 고정되는 지지블록(101)과, 상기 지지블록에 공회전 가능하게 결합되며 중심을 경계로 하여 왼나사 및 오른 나사가 형성된 리드스크류(102)와, 상기 리드스크류의 일단에 고정된 손잡이(103)와, 상기 리드스크류에 나사 결합되어 리드스크류가 회전함에 따라 동시에 내측으로 오므러 들거나, 벌어지며 전극 탭(21)이 통과하는 레일(104)이 고정된 한 쌍의 슬라이더(105)로 구성되어 있다.

이와 같이 구성된 본 발명의 작용에 대하여 설명하면 다음과 같다.

먼저, 전극 탭(21)이 감겨진 보빈(41)을 공급부(50)에 로딩(loading)한 다음 전극 탭을 풀어 인입부(45) - 가이드로울러(46) - 센터가이드(100) - 엔코더(42) - 테스트부(70) - 마킹부(80) - 센터가이드(100) - 구동로울러(48)를 통해 권취부(90)에 감아준 상태에서 센터가이드(100)에 의해 전극 탭(21)을 일직선상에 위치되도록 얼 라인(align)시킨다.

즉, 센터가이드(100)의 손잡이(103)를 정, 역방향으로 회전시킴에 따라 레일(104)에 위치된 전극 탭(21)의 위치가 가변되므로 전극 탭이 얼라인됨과 동시에 전극 탭(21)의 이송 시 전극 탭이 레일(104)에서 이탈되지 않는다.

이러한 상태에서 모터 등과 같은 구동수단에 의해 인출부(47)에 근접되게 설치된 구동로울러(48)가 회전하면 공급부(50)의 보빈(41)으로부터 전극 탭(21)이 일정량(1피치) 풀리게 되는데, 상기한 바와 같은 구동으로 전극 탭이 이송되는 과정에서 감지부(43)에 의해 금속 띠(19)에 부착 고정된 필름(17)의 길이를 검출하여 정상적인 길이의 필름이 부착되어 있으면 전극 탭(21)을 이송시키고, 필요 이상으로 길이가 긴 필름(17)이 부착되어 있으면 센서(44)가 이를 감지하게 되므로 기기의 구동을 일시적으로 중단시키고 부저 등의 알림수단에 의해 작업자에게 이를 알려 신속한 조치를 취하도록 한다.

상기 구동로울러(48)의 회전으로 공급부(50)로부터 1피치만큼의 전극 탭(21)이 풀리는 과정에서 센터가이드(100)의 후단에 위치된 엔코더(42)가 금속 띠(19)에 부착 고정된 필름(17)을 검출하여 이를 콘트롤부에 알리면 콘트롤부에 설정된 시간 후에 제 1카메라부(61)의 제 1카메라(63)를 이용하여 금속 띠(19)의 저면에 부착된 필름(17)의 부착상태를 촬영한 다음 그 결과를 테스트부(70)에 알림과 동시에 콘트롤부에 설정된 시간이 경과된 후(전극 탭은 구동로울러의 구동으로 순차 이송되기 때문) 제 2카메라부(62)의 제 2카메라(66)가 금속 띠(19)의 상면에 부착된 필름(17)의 부착상태를 촬영하여 그 결과를 테스트부(70)에 알리게 되므로 테스트부(70)의 화면(73)에 촬영된 영상을 디스플레이 시킴과 동시에 필름(17)의 부착상태를 판단하게 된다.

따라서 필름(17)의 부착상태가 양호하다고 판단되면 구동로울러(48)가 전극 탭(21)을 지속적으로 1스탭씩 이송시키지만, 불량하다고 판단되면 마킹부(80)를 통과하는 과정에서 도 8에 나타낸 바와 같이 잉크분사노즐(81)(82)을 통해 잉크를 분사하여 마킹을 하게 되므로 2차 전지의 조립과정에서 작업자가 전극 탭(21)이 불량인지를 육안으로 식별하게 폐기 처분하게 된다.

계속되는 구동로울러(48)의 회전으로 어느 하나의 전극 탭(21)이 검사 완료되어 인출부(47)를 통해 인출되면 권취부(90)에 위치된 보빈(91)에 차례로 감기게 되는 것이다.

지금까지 설명한 것은, 어느 하나의 금속 띠(19)에 필름(17)이 부착 고정된 어느 하나의 전극 탭을 검사하여 권취부(90)에 감기는 일련의 과정을 설명한 것으 로, 공급부(50)에 위치된 보빈(41)에 전극 탭(21)이 공급되는 동안에는 지속적으로 동일하게 검사가 이루어지게 됨은 이해 가능한 것이다.

이상에서와 같이 본 발명은 기재된 구체적인 실시예에 대해서만 상세히 설명하였지만, 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.

이상에서와 같이 본 발명은 종래에 비하여 다음과 같은 여러 가지 장점을 갖는다.

첫째, 생산 라인에서 생산 완료되어 보빈에 감긴 전극 탭을 1스탭씩 자동으로 이송시키면서 카메라부 및 테스트부에서 필름의 부착상태를 정확히 판단하여 양품 및 불량품으로 선별하게 되므로 불량 전극 탭을 2차 전지에 적용하지 않게 되고, 이에 따라 2차 전지의 생산에 따른 신뢰성을 대폭 향상시키게 된다.

둘째, 모든 검사가 자동으로 이루어지게 되므로 생산성을 대폭 향상시키게 된다.

셋째, 미세한 접합 불량도 카메라부 및 테스트부에 의해 선별하게 되므로 전극 탭의 검사에 따른 신뢰성을 향상시키게 된다.

Claims

본체와, 상기 본체의 일 측에 설치되어 보빈에 롤 형태로 감겨진 전극 탭을 로딩하는 공급부와, 상기 공급부의 일 측에 설치되어 전극 탭을 구성하는 금속 띠에 일정 간격으로 부착 고정된 필름을 감지하는 엔코더와, 상기 공급부와 엔코더 사이에 금속 띠에 고정된 필름의 길이를 검출하는 감지부와, 상기 엔코더에 의해 필름이 감지됨에 따라 금속 띠의 상, 하면에 고정된 필름의 부착상태를 차례로 촬영하는 카메라부와, 상기 카메라부를 통해 입력받은 2차원의 아날로그 데이터를 디지털 데이터로 변환하여 필름의 부착상태를 검사한 다음 그 결과를 화면으로 디스플레이하는 테스트부와, 상기 테스트부의 결과에 따라 양품으로 판정되면 동작하지 않고, 불량으로 판정될 경우에만 해당 전극 탭을 마킹하는 마킹부와, 상기 공급부의 반대편에 위치하는 본체의 일 측에 설치되어 검사 완료된 전극 탭을 보빈에 감는 권취부로 구성된 것을 특징으로 하는 리튬 2차 전지용 전극 탭 자동검사기.
청구항 1에 있어서,

상기 카메라부는 본체의 저부에 설치되어 금속 띠의 저면에 고정된 필름의 부착상태를 촬영하는 제 1카메라와, 상기 제 1카메라에 조명을 비추는 제 1라이트와, 상기 전극 탭이 이송되는 제 1카메라의 직상부에 설치되어 빛의 반사를 방지하는 제 1가림부재로 이루어진 제 1카메라부와; 본체의 상부에 설치되어 금속 띠의 상면에 고정된 필름의 부착상태를 촬영하는 제 2카메라와, 상기 제 2카메라에 조명을 비추는 제 2라이트와, 상기 전극 탭이 이송되는 제 2카메라의 직하부에 설치되 어 빛의 반사를 방지하는 제 2가림부재로 이루어진 제 2카메라부로 구성된 것을 특징으로 하는 리튬 2차 전지용 전극 탭 자동검사기.
삭제
청구항 1에 있어서,

상기 감지부는 전극 탭의 이송 경로와 평행하게 본체의 양측에 대향되게 설치된 한 쌍의 센서인 것을 특징으로 하는 리튬 2차 전지용 전극 탭 자동검사기.
청구항 1에 있어서,

상기 마킹부는 전극 탭의 상, 하부에 위치되게 잉크분사노즐을 브라켓으로 고정 설치하여 테스트부의 검사 결과에 따라 콘트롤부에서 불량으로 판정하면 잉크분사노즐을 통해 해당 전극 탭에 잉크를 분사하도록 구성된 것을 특징으로 하는 리튬 2차 전지용 전극 탭 자동검사기.
청구항 1에 있어서,

상기 금속 띠의 인입부에 가이드로울러를 설치하고 인출부에는 금속 띠를 이송시키는 구동로울러를 설치하여 구동로울러가 구동수단에 의해 간헐적으로 회전함 에 따라 금속 띠를 1피치씩 순차 이송시키도록 구성된 것을 특징으로 하는 리튬 2차 전지용 전극 탭 자동검사기.
청구항 6에 있어서,

상기 가이드로울러 및 구동로울러의 외주면에는 진동을 흡수하는 고무가 각각 감싸진 것을 특징으로 하는 리튬 2차 전지용 전극 탭 자동검사기.
청구항 6에 있어서,

상기 인입부에 설치된 가이드로울러의 후단 및 인출부에 설치된 구동로울러의 전단에는 금속 띠의 이송 시 센터를 잡아주기 위한 센터가이드가 더 구비된 것을 특징으로 하는 리튬 2차 전지용 전극 탭 자동검사기.