KR102676855B1 - 이차전지의 셀 스택 제조장치 - Google Patents

Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지의 셀 스택 제조장치는, 수평 방향과 수직 방향으로 왕복 이동 가능하게 설치된 적층 테이블; 상기 적층 테이블 상측에 위치되고, 상기 적층 테이블 위에 분리막을 공급하는 분리막 공급부; 상기 적층 테이블의 일측 상부에 각각 구비되고, 일측으로 이동된 적층 테이블 위에 위치한 분리막에 전극판의 위치를 정렬하여 한 장씩 적층시키는 제1멀티 헤드(first multi head); 상기 적층 테이블의 타측 상부에 구비되고, 타측으로 이동된 적층 테이블 위에 위치한 분리막에 전극판의 위치를 정렬하여 한 장씩 적층시키는 제2멀티 헤드(second multi head); 및 상기 제1,2멀티 헤드 사이에 구비되고, 상기 적층 테이블이 상기 제1,2멀티 헤드 사이를 이동할 때마다 상기 적층 테이블에 적층된 셀 스택의 이미지를 촬영하고, 상기 셀 스택의 이미지 정보를 기반으로 불량 여부를 판정하는 불량 검사부;를 포함한다.

Description

이차전지의 셀 스택 제조장치

본 발명은 셀 스택을 고속 및 고정도로 제조할 수 있는 이차전지의 셀 스택 제조장치에 관한 것이다.

이차전지는 전기에너지를 화학에너지로 변환하여 저장해 두었다가 필요할 때에 전기를 만들어내는 소자로서, 한 개의 전극에서 충전과 방전이 모두 일어나고, 산화전극(Anode, -극)과 환원전극(Cathode, +극)은 방전 반응을 기준으로 구별된다.

이차전지는 집전체에 활물질이 도포된 양극판 및 음극판과, 양극판과 음극판을 분리하는 분리막(separator)과, 분리막을 통하여 이온을 전달하는 전해액과, 양극판과 분리막 및 음극판을 수용하는 케이스와, 양극판과 음극판에 연결되어 밖으로 인출되는 리드탭 등을 포함한다.

최근에 이차전지의 배터리 용량을 증대시키기 위하여 전극수량을 늘리거나, 전극의 사이즈를 최대한 늘리기 위하여 공법이 요구되고 있는데, 이차전지의 셀(cell)은 와인딩(winding) 공법과, 폴딩(folding) 공법과, 스태킹(stacking) 공법으로 제조될 수 있다.

와인딩 공법은 양극판과 음극판을 분리막 상에 배치하고 이를 말아서 젤리롤(jelly roll) 형태로 제작되는데, 양극판과 음극판과 분리막이 커질수록 오정렬에 의한 불량이 발생될 수 있어 주로 소형 이차전지를 제조하는데 많이 사용된다.

폴딩 공법은 분리막의 양면에 접착제를 도포하고, 분리막의 양면에 각각 일정한 크기의 절단된 양극판과 음극판을 일정 간격으로 여러개 부착한 다음, 여러번 접어서 양극판과 음극판이 교대로 배치되도록 한다. 물론, 양극판과 음극판을 미리 절단하여 분리막에 붙여야 하는 추가 공정이 필요하다.

스태킹 공법은 일정한 크기로 분리막에 양극판 또는 음극판이 접착된 라미네이션(lamination) 형태로 제작된 다음, 라미네이션을 적층하여 양극판, 분리막, 음극판, 분리막이 교번되어 삽입된 셀 스택(cell stack) 형태로 제작한다.

와이딩 공법이나 폴딩 공법에 비해 스태킹 공법은, 적층 수량을 유동적으로 조절할 수 있고, 체적 대비 전극의 밀도를 높일 수 있다. 하지만, 스테킹 공법은, 라미네이션 형태의 전극체를 개별로 적층하는 공정이 추가됨에 따라 생산성이 낮고 생산 비용이 높아지는 문제점이 있다.

한국등록특허 제313119호(1999.01.26.출원)에는 정극과 부극 및 세퍼레이터를 겹친 상태에서 지그재그로 접어 적층 구조를 형성하는 이차전지의 전극군이 개시되어 있다.

한극등록특허 제1220981호(2010.9.3.출원)에는 시트 형상의 세퍼레이터를 길이방향으로 연속적으로 공급하는 공급수단; 상기 세퍼레이터의 공급방향을 따라 상기 공급수단으로부터 이격된 지점에 위치되어, 상기 세퍼레이터와 전극판이 교번으로 적층됨으로써 형성되는 전극판 적층체를 고정시키는 고정수단; 상기 공급수단과 상기 고정수단 사이에 위치하는 세퍼레이터의 일면에 전극판을 접촉시킨 후, 상기 전극판이 접촉된 부위의 세퍼레이터 타면이 상기 고정수단에 고정된 전극판 적층체에 접촉되도록 상기 전극판을 이동시켜 상기 세퍼레이터와 전극판을 상기 전극판 적층체에 추가 적층시키는 이송수단;을 포함하는 이차전지용 전극판 적층장치가 개시되어 있다.

상기와 같이 분리막을 지그재그로 접으면서 그 사이에 음극판과 양극판을 교대로 적층하는 Z-stacking 방식이 많이 사용되고 있다.

물론, 쇼트를 방지하기 위하여 음극판과 양극판 사이의 간격을 일정하게 유지해야 하며, 셀 스택이 제조된 후 적층 상태를 확인하여 불량인 경우 셀 스택 전체를 폐기해야 한다.

그런데, 종래 기술에 따르면, CT 등의 측정장치를 사용하여 셀 스택을 검사하더라도 분리막에 의해 전극판 위치가 정확하게 보이지 않기 때문에 셀 스택의 불량률이 높은 문제점이 있다. 그리고, 완전히 제조된 셀 스택을 검사하여 전극판 불량을 판단하고, 셀 스택 전체를 폐기해야 하기 때문에 생산성이 저하되는 문제점이 있다.

또한, 종래 기술에 따르면, 이동수단이 수평 이동하면서 전극판을 분리막의 일면에 접촉시킨 다음, 이동수단이 회전 이동하면서 분리막의 타면을 고정수단 측에 고정된 셀 스택에 접촉시키는데, 공정 중 주기적으로 분리막의 장력이 가변된다. 따라서, 공정 중 분리막이 팽팽하게 당겨지는 시점에 분리막이 찢어질 수 있으므로 생산 효율이 떨어질 수 있고, 공정 중 분리막이 느슨하게 풀어지는 시점에 전극판을 분리막의 정확한 위치에 적층할 수 없으므로 셀 스택의 품질을 보증하기 어려운 문제점이 있다.

본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 셀 스택 제조 중에 불량을 판별하여 대응할 수 있는 이차전지의 셀 스택 제조장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 셀 스택 제조 중에 분리막의 장력을 균일하게 유지할 수 있는 이차전지의 셀 스택 제조장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지의 셀 스택 제조장치는, 수평 방향과 수직 방향으로 왕복 이동 가능하게 설치된 적층 테이블; 상기 적층 테이블 상측에 위치되고, 상기 적층 테이블 위에 분리막을 공급하는 분리막 공급부; 상기 적층 테이블의 일측 상부에 각각 구비되고, 일측으로 이동된 적층 테이블 위에 위치한 분리막에 전극판의 위치를 정렬하여 한 장씩 적층시키는 제1멀티 헤드(first multi head); 상기 적층 테이블의 타측 상부에 구비되고, 타측으로 이동된 적층 테이블 위에 위치한 분리막에 전극판의 위치를 정렬하여 한 장씩 적층시키는 제2멀티 헤드(second multi head); 및 상기 제1,2멀티 헤드 사이에 구비되고, 상기 적층 테이블이 상기 제1,2멀티 헤드 사이를 이동할 때마다 상기 적층 테이블에 적층된 셀 스택의 이미지를 촬영하고, 상기 셀 스택의 이미지 정보를 기반으로 불량 여부를 판정하는 불량 검사부;를 포함한다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 이차전지의 셀 스택 제조장치는, 수평 방향과 수직 방향으로 왕복 이동 가능하게 설치된 적층 테이블; 상기 적층 테이블 상측에 위치되고, 상기 적층 테이블 위에 분리막을 공급하는 분리막 공급부; 상기 적층 테이블의 일측 상부에 각각 구비되고, 일측으로 이동된 적층 테이블 위에 위치한 분리막에 전극판의 위치를 정렬하여 한 장씩 적층시키는 제1멀티 헤드(first multi head); 및 상기 적층 테이블의 타측 상부에 구비되고, 타측으로 이동된 적층 테이블 위에 위치한 분리막에 전극판의 위치를 정렬하여 한 장씩 적층시키는 제2멀티 헤드(second multi head);를 포함하고, 상기 분리막 공급부는, 분리막을 안내하는 복수개의 롤러와, 상기 롤러들과 적층 테이블 사이에 위치되고, 중심을 기준으로 회전되는 회전부와, 상기 회전부의 양단에 설치되고, 상기 롤러들로부터 적층 테이블 사이에서 분리막을 안내하는 한 쌍의 장력 조정 롤러를 포함하며, 상기 회전부는, 상기 적층 테이블과 상기 회전부 사이의 거리에 따라 주기적으로 정방향과 역방향으로 회전된다.

본 발명에 따른 이차전지의 셀 스택 제조장치는, 적층 테이블이 제1,2전극판 공급부 사이를 이동하면서 교대로 분리막 위에 전극판을 적층시키고, 적층 테이블이 제1,2전극판 공급부 사이를 이동할 때마다 불량 검사부가 적층 테이블에 적층된 셀 스택의 이미지를 촬영할 수 있다.

따라서, 셀 스택 제조 중 셀 스택에 적층된 전극판의 이미지 정보를 기반으로 불량 여부를 신속하고 정확하게 판정할 수 있고, 셀 스택이 완성되기 전에 불량인 셀 스택을 바로 폐기할 수 있어 생산성을 높일 수 있으며, 고속 및 고정도의 셀 스택을 생산할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 이차전지의 셀 스택 제조장치는, 분리막을 안내하는 한 쌍의 장력 조정 롤러가 구비된 회전바를 적층 테이블과 거리에 따라 주기적으로 정방향과 역방향으로 회전시킴으로서, 셀 스택 제조 중 적층 테이블이 이동되더라도 분리막의 장력을 균일하게 유지할 수 있다.

따라서, 분리막이 찢어지는 것을 방지하여 생산 효율을 높일 수 있고, 분리막에 전극판이 부정확하게 적층되는 것을 방지하여 고정도의 셀 스택을 생산할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시에에 따른 이차전지의 셀 스택 제조장치가 도시된 정면도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지의 셀 스택 제조 공정이 간략하게 도시된 개략도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지의 셀 스택 제조장치 주요부가 간략하게 도시된 개략도.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지의 셀 스택 제조장치 주요부가 도시된 정면도.
도 5 및 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지의 셀 스택 제조장치 주요부가 다른 각도에서 도시된 사시도.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지의 셀 스택 제조장치에 포함된 멀티 헤드 및 비전부가 도시된 평면도.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지의 셀 스택 제조장치에 포함된 멀티 헤드 및 불량 검사부가 도시된 평면도
도 9는 본 발명의 일 실시에에 따른 이차전지의 셀 스택 제조장치에 포함된 불량 검사부가 도시된 측면도.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지의 셀 스택 제조장치를 통하여 분리막이 공급되는 과정이 순차적으로 도시된 개략도.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지의 셀 스택 제조장치를 통하여 전극판이 적층되는 과정이 순차적으로 도시된 개략도.

이하에서는, 본 실시예에 대하여 첨부되는 도면을 참조하여 상세하게 살펴보도록 한다. 다만, 본 실시예가 개시하는 사항으로부터 본 실시예가 갖는 발명의 사상의 범위가 정해질 수 있을 것이며, 본 실시예가 갖는 발명의 사상은 제안되는 실시예에 대하여 구성요소의 추가, 삭제, 변경 등의 실시변형을 포함한다고 할 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지의 셀 스택 제조장치가 도시된 정면도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지의 셀 스택 제조 공정이 간략하게 도시된 개략도이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지의 셀 스택 제조장치는, 도 1에 도시된 바와 같이 제1전극판 공급부(10)와, 제2전극판 공급부(20)와, 분리막 공급부(30)와, 스태킹부(100)와, 열압착부(40)와, 커팅부(50)와, 실링부(60)와, 언로딩부(70)를 포함한다.

제1,2전극판 공급부(10,20)는 전극이 감긴 롤을 풀어서 소정 길이의 전극판(B1,B2)으로 각각 자르고, 전극판들(B1,B2)을 한 장씩 스테킹부(100)에 공급할 수 있다. 물론, 제1,2전극판 공급부(10,20)에 의해 공급되는 전극판들(B1,B2)은 양극판 또는 음극판일 수 있고, 제1,2전극판 공급부(10,20)가 번갈아가면서 스태킹부(100)에 전극판들(B1,B2)을 공급할 수 있다.

분리막 공급부(30)는 제1,2전극판 공급부(10,20) 사이에 구비되고, 분리막(A)이 감긴 롤을 풀어서 균일한 장력으로 스태킹부(100)에 공급할 수 있다.

실시예에 따르면, 분리막 공급부(30)는 분리막(A)을 안내하는 복수개의 롤러 및 가이드부로 구성될 수 있으며, 하기에서 자세히 설명하기로 한다.

스태킹부(100)는 분리막 공급부(30) 하측에 구비되고, 분리막 공급부(30)가 공급하는 분리막(A)을 접고, 제1,2전극판 공급부(10,20)가 공급하는 전극판들(B1,B2)을 분리막(A) 위에 적층시키는 과정을 반복하도록 구성될 수 있다.

또한, 스태킹부(100)는 전극판들(B1,B2)을 분리막(A) 위에 적층시키기 전에 전극판들(B1,B2)의 위치를 조정하여 분리막(A)의 정확한 위치에 적층시킬 수 있고, 전극판들(B1,B2)이 분리막(A)의 기준 위치에서 벗어나 적층된 경우, 불량으로 판정하여 폐기할 수 있도록 구성되는데, 하기에서 자세히 설명하기로 한다.

한편, 스태킹부(100)와 열압착부(40)와 커팅부(50)와 실링부(60) 사이에 분리막(A) 사이에 전극판들(B1,B2)이 쌓인 셀 스택은 그리퍼(미도시)에 의해 잡힌 상태로 이송될 수 있다.

열압착부(40)는 스태킹부(100) 일측에 구비되고, 그리퍼에 의해 이송된 셀 스택에 열과 압력을 동시에 가하여 전극판들(B1,B2)을 압착시킬 수 있다.

실시예에 따르면, 열압착부(40)는 상하 방향으로 이격된 상/하부 플레이트를 포함하고, 상/하부 플레이트 중 적어도 하나는 승/하강 가능하게 설치되며, 상/하부 플레이트는 발열 가능하게 구성될 수 있다.

커팅부(50)는 열압착부(40) 일측에 구비되고, 열압착부에서 압착된 셀 스택의 분리막(A)을 커팅할 수 있다.

실시예에 따르면, 커팅부(50)는 상부 금형과 하부 금형을 포함하고, 상부 금형이 서브 모터와 캠을 활용하여 승/하강 가능하게 설치되며, 상/하부 금형이 맞물리면서 그 사이에 위치한 셀 스택의 분리막이 커팅될 수 있다.

이때, 상/하부 금형은 서로 대향되는 면에 펀치, 스트리퍼 등의 형상을 구비함으로서, 셀 스택의 분리막을 원하는 형태로 커팅할 수 있다.

실링부(60)는 커팅부(50) 일측에 구비되고, 커팅부(50)에서 커팅된 셀 스택의 분리막(A)에 열과 압력을 동시에 가하여 분리막(A)을 압착시킬 수 있다.

상기와 같이 구성된 이차전지의 셀 스택장치를 이용하면, 도 2에 도시된 바와 같이 지그재그로 접힌 분리막(A) 사이에 전극판들(B1,B2)을 적층시키고, 분리막이와 같이 구성된 셀 스택(C)의 상/하 방향에서 열과 압력을 가해서 전극판들(B1,B2)을 접착 및 고정시킨다.

다음, 셀 스택(C)의 분리막(A)을 원하는 형태로 잘라내고, 셀 스택(C)의 상하 방향에서 열과 압력을 가해서 분리막(A)을 더욱 압착시키면, 셀 스택(C)이 완성된다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지의 셀 스택 제조장치 주요부가 간략하게 도시된 개략도이고, 도 4 내지 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지의 셀 스택 제조장치 주요부가 도시된 정면도 및 사시도이며, 도 7 내지 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지의 셀 스택 제조장치에 포함된 멀티 헤드 및 비전부와 불량 검사부가 도시된 평면도이고, 도 9는 본 발명의 일 실시에에 따른 이차전지의 셀 스택 제조장치에 포함된 불량 검사부가 도시된 측면도이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지의 셀 스택 제조장치의 주요부는, 제1로딩부(11)와, 제2로딩부(21)와, 분리막 공급부(30)와, 스태킹부(100)를 포함하는데, 스태킹부(100)는 적층 테이블(110)과, 제1,2멀티 헤드(120,130)와, 제1,2비전부(140,150)와, 제1,2불량 검사부(170,180)를 포함한다.

제1,2로딩부(11,21)는 제1,2전극판 공급부(10,20 : 도 1에 도시)에서 공급되는 전극판들(B1,B2)을 하나씩 이송시킬 수 있도록 구성될 수 있다. 제1로딩부(11)는 좌측에 위치되고, 제2로딩부(21)는 우측에 위치되며, 서로 대향되도록 구성될 수 있다.

제1,2로딩부(11,21)는, 얇은 전극판들(B1,B2)을 하측에 흡착시킬 수 있는 흡착판(11a,21a)과, 흡착판(11a,21a)을 수평 방향과 수직 방향으로 왕복 이동시킬 수 있는 이송부(11b,21b)를 포함할 수 있으나, 한정되지 아니한다.

분리막 공급부(30)는 제1,2로딩부(11,21) 사이에 위치되고, 분리막(A)을 균일한 장력으로 공급하도록 구성될 수 있다.

상세하게, 분리막 공급부(30)는, 구동 롤러(31)와, 제1,2아이들 롤러(32a,32b)와, 장력 롤러(33)와, 가이드 롤러(34), 회전부(35)와, 제1,2장력 조정 롤러(36a,36b)와, 제1 내지 제4가이드부(37a,37b,38a,38b)를 포함할 수 있으나, 한정되지 아니한다.

구동 롤러(31)는 분리막(A)이 감겨진 분리막 롤이 장착되는 부분으로서, 최상측에 구비된다. 제1,2아이들 롤러(32a,32b)는 구동 롤러(31) 일측에 위치되고, 소정 간격을 두고 설치된다. 장력 롤러(33)는 제1,2아이들 롤러(32a,32b) 사이의 하측에 위치되는데, 상하 방향으로 이동 가능하게 설치됨에 따라 분리막(A)의 장력을 조절할 수 있다.

회전부(35)는 제2아이들 롤러(32b) 일측의 가이드 롤러(34) 하부에 위치되는데, 중심을 기준으로 정방향 또는 역방향으로 소정 각도 회전될 수 있다. 제1,2조정 롤러(36a,36b)는 회전부(35)의 중심을 기준으로 양측에 소정 간격을 두고 구비되는데, 회전부(35)가 주기적으로 정/역방향으로 회전됨에 따라 제1,2장력 조정 롤러(36a,36b)에 의해 안내되는 분리막(A)을 주기적으로 감았다 풀어줄 수 있다. 물론, 회전부(35)의 동작은 적층 테이블(110)의 이동과 연동하게 되는데, 하기에서 자세히 설명하기로 한다.

제1,2가이드부(37a,37b)는 회전부(35) 하측에 나란히 구비되고, 제3,4가이드부(38a,38b)는 1,2가이드부 하측에 나란히 구비되며, 제1,2가이부(37a,37b)와 제3,4가이드부(38a,38b) 사이에 분리막(A)이 끼워져서 적층 테이블(110)로 안내될 수 있도록 한다. 제1 내지 제4가이드부(37a,37b,38a,38b)가 복수개로 구성되거나, 롤러 형태 등으로 다양하게 구성될 수 있다.

적층 테이블(110)은 분리막(A) 위에 전극판들이 적층되는 공간을 제공하는데, 적층 테이블(110)을 제1,2멀티 헤드(120,130) 사이에 수평 방향으로 왕복 이동시키는 수평 구동부(111)와, 적층 테이블(110)을 제1,2멀티 헤드(120,130)까지 수직 방향으로 왕복 이동시키는 수직 구동부(112)를 포함할 수 있다.

적층 테이블(110)은 그 위로 공급되는 분리막(A)을 좌우에서 접어줄 수 있도록 지그(J)가 추가로 구비되는데, 좌우 전후 방향에서 잡아주는 네 개의 지그(J1~J2)가 구비될 수 있다.

좌측에서 적층 테이블(110) 위의 분리막(A)에 전극판(B1)이 적층되면, 적층 테이블(110)의 우측 전후에 위치한 두 개의 지그(J1,J2)가 분리막(A)을 눌러준 상태에서 적층 테이블(110)이 우측 방향으로 이동될 수 있다. 그리고, 우측에서 적층 테이블(110) 위의 분리막(A)에 전극판(B2)이 적층되면, 적층 테이블(110)의 좌측 전후에 위치한 두 개의 지그(J3,J4)가 분리막(A)을 눌러준 상태에서 적층 테이블(110)이 좌측 방향으로 이동될 수 있다.

상기의 과정을 반복하면, 분리막(A)을 좌우에서 반대 방향으로 접고, 접힌 분리막(A) 사이에 전극판들(B1,B2)을 적층시킨 셀 스택을 만들 수 있다.

제1멀티 헤드(120)는 제1로딩부(11) 하측에 위치되고, 제1로딩부(11)로부터 전달받은 전극판(B1)을 제1멀티 헤드(120) 하측으로 이동된 적층 테이블(110) 위로 공급할 수 있다.

제1멀티 헤드(120)는 전극판(B1)을 진공 흡착시킬 수 있는 제1흡착판(121)을 포함하는데, 제1흡착판(121)은 상하좌우에 네 개가 구비될 수 있다. 그리고, 제1멀티 헤드(120)는 제1흡착판(121)을 순차적으로 상측과 좌측과 하측과 우측을 향하도록 회전시키는 구동 모터(미도시)를 포함할 수 있다.

제1멀티 헤드(120)는 하기에서 설명될 제1비전부(140)의 측정 결과에 따라 제1흡착판(121)의 위치를 보정할 수 있다.

실시예에 따르면, 제1멀티 헤드(120)는 적층 테이블(110)의 전후 방향으로 제1흡착판(121)을 이동시키는 Y-축 보정부(122)와, 적층 테이블(110)의 상면을 기준으로 수직한 회전축으로 제1흡착판(121)을 회전시키는 θ-축 보정부(123)를 포함할 수 있고, Y-축 보정부(122)와 θ-축 보정부(123)는 제1흡착판(121)을 이동시킬 수 있는 서브 모터 형태로 구성될 수 있으나, 한정되지 아니한다.

물론, 제1멀티 헤드(120)는 적층 테이블(110)의 좌우 방향으로 제1흡착판(121)을 이동시키는 X-축 보정부를 더 포함할 수 있지만, 적층 테이블(110)의 위치를 좌우 방향으로 보정하도록 구성하고, X-축 보정부를 생략할 수 있다.

제2멀티 헤드(130)는 제2로딩부(21) 하측에 위치되고, 제2로딩부(21)로부터 전달받은 전극판(B2)을 제2멀티 헤드(130) 하측으로 이동된 적층 테이블(110) 위로 공급할 수 있다.

제2멀티 헤드(130) 역시 제1멀티 헤드(120)와 동일하게 제2흡착판(131)을 비롯하여 구동 모터(미도시)와 Y-축 보정부(132)와 θ-축 보정부(133)를 포함하도록 구성되며, 자세한 설명은 생략하기로 한다. 다만, 제2멀티 헤드(130)는 제2흡착판(131)을 순차적으로 상측과 우측과 하측과 좌측을 향하도록 회전시키도록 구성되며, 전체적으로 제1멀티 헤드와 대향되게 배치될 수 있다.

제1,2비전부(140,150)는 제1,2멀티 헤드(12,130)의 양측에 이격되도록 구비되고, 제1,2멀티 헤드(120,130)에 의해 이송되는 전극판들(B1,B2)의 위치를 얼라인시킬 수 있다.

제1비전부(140)는 제1멀티 헤드(120)의 좌측 제1흡착판(121)과 대향되게 설치된 카메라로서, 제1멀티 헤드(120)의 좌측 제1흡착판(121)에 장착된 전극판(B1)의 에지 이미지를 촬영하고, 촬영된 전극판(B1)의 에지 이미지를 기준 위치에 맞추어 보정할 수 있다.

제1비전부(140)는 제1멀티 헤드(120)에 포함된 Y-축 보정부(122)와 θ-축 보정부(123)의 작동을 제어하여 제1멀티 헤드(120)에 의해 적층 테이블(110)로 공급되는 전극판(B1)의 위치를 얼라인시킬 수 있다.

제2비전부(150)는 제2멀티 헤드(130)의 우측 제2흡착판(131)과 대향되게 설치된 카메라로서, 제2멀티 헤드(130)의 우측 제2흡착판(131)에 장착된 전극판(B2)의 에지 이미지를 촬영하고, 촬영된 전극판(B2)의 에지 이미지를 기준 위치에 맞추어 보정할 수 있다.

제2비전부(150)는 제2멀티 헤드(130)에 포함된 Y-축 보정부(132)와 θ-축 보정부(133)의 작동을 제어하여 제2멀티 헤드(130)에 의해 적층 테이블(110)로 공급되는 전극판(B2)의 위치를 얼라인시킬 수 있다.

제1,2불량 검사부(160,170)는 제1,2멀티 헤드(120,130) 사이의 하부에 나란히 구비되고, 적층 테이블(110)이 좌우 방향으로 이동하는 중에 적층 테이블(110)에 위치한 셀 스택의 불량을 판정할 수 있다.

제1불량 검사부(160)는 제1멀티 헤드(120)에서 제2멀티 헤드(130)로 즉, 좌측에서 우측으로 이동하는 적층 테이블(110)의 상면을 촬영하고, 제1멀티 헤드(160)에서 공급된 전극판(B1)의 에지 이미지 정보를 기준 위치와 비교하여 불량 판정하도록 구성된다.

제1불량 검사부(160)는 이동 중인 적층 테이블(110)을 연속 촬영할 수 있는 라인 스캔 카메라(161)와, 라인 스캔 카메라(161)의 빛을 적층 테이블(110)의 상측으로 반사시켜 주는 반사판(162)과, 라인 스캔 카메라(161)에 의해 촬영된 셀 스택의 최상측 전극판(B1)의 에지 이미지 정보를 기준 위치와 비교하여 불량 여부를 판정하고, 불량 여부에 따라 셀 스택의 이송을 제어하는 제어부(163)를 포함할 수 있다.

제2불량 검사부(170)는 제2멀티 헤드(130)에서 제1멀티 헤드(120)로 즉, 우측에서 좌측으로 이동되는 적층 테이블(110)의 상면을 촬영하고, 제2멀티 헤드(130)에서 공급된 전극판(B2)의 에지 이미지 정보를 기준 위치와 비교하여 불량 판정하도록 구성되는데, 마찬가지로 라인 스캔 카메라(171)와 반사판(172) 및 제어부(173)를 포함할 수 있다.

제1,2불량 검사부(160,170)는 전극판(B1,B2)의 종류별로 동일한 전극판(B1,B2)의 이미지를 누적 촬영하고, 종류별로 전극판(B1,B2)의 불량 여부를 판정할 수 있다. 제1,2불량 검사부(160,170)는 전극판(B1,B2)의 종류에 따라 여러 개가 구비될 수 있고, 전극판(B1,B2)의 종류는 음극, 양극, 형상, 크기 등으로 다양하게 구분될 수 있다.

도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지의 셀 스택 제조장치를 통하여 분리막이 공급되는 과정이 순차적으로 도시된 개략도이다.

(a)에 도시된 바와 같이 적층 테이블(110)이 좌측에서 분리막(A) 위에 전극판(B1)이 적층된 다음, (b)에 도시된 바와 같이 적층 테이블(110)이 좌측에서 중심으로 이동되면, 분리막(A)이 느슨해질 수 있는데, 회전부(35)가 반시계 방향으로 회전되고, 제1,2장력 조정 롤러(36a,36b)에 의해 안내되는 분리막(A)이 당겨지면서 분리막(A)의 장력을 일정하게 유지할 수 있다.

(c)에 도시된 바와 같이 적층 테이블(110)이 중심에서 우측으로 이동되면, 분리막(A)이 당겨질 수 있는데, 회전부(35)가 시계 방향으로 회전되고, 제1,2장력 조정 롤러(36a,36b)에 의해 안내되는 분리막(A)이 풀어지면서 분리막(A)의 장력을 일정하게 유지할 수 있다.

(d)에 도시된 바와 같이 적층 테이블(110)이 우측에서 분리막(A) 위에 전극판(B2)이 적층된 다음, (e)에 도시된 바와 같이 적층 테이블(110)이 우측에서 중심으로 이동되면, 분리막(A)이 느슨해질 수 있는데, 회전부(35)가 반시계 방향으로 회전되고, 제1,2장력 조절 롤러(36a,36b)에 의해 안내되는 분리막(A)이 당겨지면서 분리막(A)의 장력을 일정하게 유지할 수 있다.

(f)에 도시된 바와 같이 적층 테이블(110)이 중심에서 좌측으로 이동되면, 분리막(A)이 당겨질 수 있는데, 회전부(35)가 시계 방향으로 회전되고, 제1,2장력 조정 롤러(36a,36b)에 의해 안내되는 분리막(A)이 풀어지면서 분리막(A)의 장력을 일정하게 유지할 수 있다.

상기와 같이, 회전부(35)는 적층 테이블(110)과 연동될 수 있다. 즉, 적층 테이블(110)과 회전부(35) 사이의 간격에 따라 회전부(35)가 주기적으로 시계 방향 또는 반시계 방향으로 소정 각도 회전하게 되고, 적층 테이블(110)이 좌우 방향으로 이동되더라도 분리막(A)의 장력을 균일하게 조정할 수 있다.

따라서, 분리막(A)이 찢어지는 것을 방지하여 생산 효율을 높일 수 있고, 분리막(A)에 전극판(B1,B2)이 부정확하게 적층되는 것을 방지하여 고정도의 셀 스택을 생산할 수 있다.

도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지의 셀 스택 제조장치를 통하여 전극판이 적층되는 과정이 순차적으로 도시된 개략도이다.

(a)에 도시된 바와 같이 로딩부(11,21)의 하측에 한 장의 전극판(B1,B2)이 흡착되고, 로딩부(11,21)가 멀티 헤드(120,130)의 상측으로 하강하면, (b)에 도시된 바와 같이 멀티 헤드(120,130)의 상측에 위치한 흡착판(121,131)에 전극판(B1,B2)을 흡착시킬 수 있다.

멀티 헤드(120,130)가 90°회전되면, (c)에 도시된 바와 같이 전극판(B1,B2)이 흡착된 흡착판(121,131)이 일측의 비전부(140,150)를 향하게 되고, 비전부(140,150)가 전극판(B1,B2)의 에지 이미지를 촬영하여 기준 위치와 비교한 다음, 전극판(B1,B2)을 기준 위치에 얼라인시킨다.

전극판(B1,B2)을 기준 위치에 얼라인시키기 위하여, 전극판(B1,B2)이 흡착된 흡착판(121,131)을 Y-축 방향으로 이동시키거나, θ-축 방향으로 회전시킬 수 있으며, 전극판(B1,B2)이 적층될 적층 테이블(110)을 X-축 방향으로 이동시킬 수 있다.

멀티 헤드(120,130)가 90°회전되면, (d)에 도시된 바와 같이 기준 위치로 얼라인된 흡착판(121,131)이 하측의 적층 테이블(110)을 향하게 되고, 적층 테이블(110) 위에 지그(J1~J4 : 도 5에 도시)에 의해 분리막(A)이 접혀진 상태로 적층 테이블(110)이 상승하면, 적층 테이블(110)이 흡착판(121,131)에서 분리된 전극판(B1,B2)을 분리막(A) 위에 받아서 적층시킨 다음, (e)에 도시된 바와 같이 적층 테이블(110)이 하강한다.

멀티 헤드(120,130)는 네 개의 흡착판(121,131)을 구비하기 때문에 멀티 헤드(120,130)가 90°회전하더라도 연속적으로 전극판(B1,B2)을 공급 및 얼라인시키는 과정을 반복할 수 있고, 셀 스택의 공정 시간을 단축시킬 수 있다.

상기와 같은 과정은, 도 3에 도시된 바와 같이 좌측과 우측에 위치한 각각의 멀티 헤드(120,130)에서 동일하게 진행되고, 적층 테이블(110)이 각각의 멀티 헤드(120,130) 사이를 왕복하면서 전극판들(B1,B2)을 교대로 적층시킨다.

적층 테이블(110)이 각각의 멀티 헤드(120,130) 사이를 왕복할 때, 불량 검사부(160,170)가 적층 테이블(110) 위에 최상측에 위치한 전극판(B1,B2)의 에지 이미지를 촬영하고, 기준 위치와 비교 결과에 따라 불량을 판정한다.

불량 검사부(160,170)에서 셀 스택이 불량 판정되면, 멀티 헤드(120,130)에 전극판(B1,B2)을 투입하는 과정을 중단하고, 불량 판정된 셀 스택은 분리막을 절단한 다음, 폐기시킨다.

반면, 불량 검사부(160,170)에서 셀 스택이 양품 판정되면, 멀티 헤드(120,130)에 전극판(B1,B2)을 투입하여 적층 테이블(110)에 전극판(B1,B2)을 적층하는 과정을 반복한다.

물론, 셀 스택이 완성될 때까지 상기와 같이 전극판(B1,B2)을 적층하고 불량을 판정하는 과정을 스태킹부(100 : 도 1에 도시)에서 반복한다.

이와 같이, 분리막 사이에 전극판들(B1,B2)이 모두 적층된 셀 스택은 도 1에 도시된 바와 같이 열압착부(40)와, 커팅부(50)와, 실링부(60)와, 언로딩부(70)를 순차적으로 지나면서 셀 스택의 완제품으로 제조된다.

따라서, 셀 스택 제조 중 셀 스택의 최상측에 적층된 전극판의 이미지 정보를 기반으로 셀 스택의 불량 여부를 신속하고 정확하게 판정할 수 있고, 셀 스택이 완성되기 전에 불량인 셀 스택을 바로 폐기할 수 있어 생산성을 높일 수 있으며, 고속 및 고정도의 셀 스택을 생산할 수 있다.

Claims (17)

1. 수평 방향과 수직 방향으로 왕복 이동 가능하게 설치된 적층 테이블;
   상기 적층 테이블 상측에 위치되고, 상기 적층 테이블 위에 분리막을 공급하는 분리막 공급부;
   상기 적층 테이블의 일측 상부에 각각 구비되고, 일측으로 이동된 적층 테이블 위에 위치한 분리막에 전극판의 위치를 정렬하여 한 장씩 적층시키는 제1멀티 헤드(first multi head);
   상기 적층 테이블의 타측 상부에 구비되고, 타측으로 이동된 적층 테이블 위에 위치한 분리막에 전극판의 위치를 정렬하여 한 장씩 적층시키는 제2멀티 헤드(second multi head); 및
   상기 제1,2멀티 헤드 사이에 구비되고, 상기 적층 테이블이 좌우 방향으로 이동할 때마다 상기 적층 테이블에 적층된 셀 스택의 이미지를 촬영하고, 상기 셀 스택의 이미지 정보를 기반으로 불량 여부를 판정하는 불량 검사부;를 포함하는 이차전지의 셀 스택 제조장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 제1멀티 헤드 상측에 구비되고, 상기 제1멀티 헤드에 전극판을 한 장씩 공급하는 제1로딩부; 및
   상기 제2멀티 헤드 상측에 구비되고, 상기 제2멀티 헤드에 전극판을 한 장씩 공급하는 제2로딩부;를 더 포함하는 이차전체의 셀 스택 제조장치.
3. 제1항에 있어서,
   상기 분리막 공급부는,
   분리막이 감겨진 분리막 롤이 장착되는 구동 롤러와,
   상기 구동 롤러 일측에 위치되고, 상기 구동 롤러로부터 풀리는 분리막을 안내하는 한 쌍의 아이들 롤러(idle roller)와,
   상기 아이들 롤러들 사이에 이동 가능하게 설치되고, 상기 아이들 롤러들 사이에서 분리막을 안내하는 장력 롤러와,
   상기 아이들 롤러 하부 일측에 위치되고, 중심을 기준으로 회전되는 회전부와,
   상기 회전부의 양단에 설치되고, 상기 아이들 롤러들로부터 풀리는 분리막을 안내하는 한 쌍의 장력 조정 롤러와,
   상기 장력 조정 롤러들 하측에 위치되고, 상기 장력 조정 롤러들로부터 풀리는 분리막이 그 사이에 끼워져 상기 적층 테이블로 안내하는 한 쌍의 가이드부를 포함하는 이차전지의 셀 스택 제조장치.
4. 제3항에 있어서,
   상기 회전부는,
   상기 적층 테이블과 상기 가이드부 사이의 간격에 따라 주기적으로 정방향과 역방향으로 회전되는 이차전지의 셀 스택 제조장치.
5. 제4항에 있어서,
   상기 회전부는,
   상기 적층 테이블이 상기 가이드부들과 가까워지는 방향으로 이동될 때 분리막을 당겨주는 방향으로 소정 각도 회전되고,
   상기 적층 테이블이 상기 가이드부들로부터 멀어지는 방향으로 이동될 때 분리막을 풀어주는 방향으로 소정 각도 회전되는 이차전지의 셀 스택 제조장치.
6. 제1항에 있어서,
   상기 제1,2멀티 헤드는,
   전극판을 고정시키는 흡착판을 상측과 일측과 하측과 타측을 향하도록 회전시키는 헤드를 포함하는 이차전지의 셀 스택 제조장치.
7. 제6항에 있어서,
   상기 헤드는,
   상측과 일측과 하측과 타측에 네 개의 흡착판이 구비되는 이차전지의 셀 스택 제조장치.
8. 제6항에 있어서,
   상기 제1멀티 헤드 외측에 구비되고, 상기 흡착판이 일측을 향할 때 상기 흡착판에 고정된 전극판의 에지 이미지를 촬영하는 제1비전부(first vision unit); 및
   상기 제2멀티 헤드 외측에 구비되고, 상기 흡착판이 일측을 향할 때 상기 흡착판에 고정된 전극판의 에지 이미지를 촬영하는 제2비전부(second vision unit);를 포함하고,
   상기 제1,2멀티 헤드는,
   상기 제1,2비전부에서 측정된 전극판의 에지 이미지 정보를 기반으로 상기 전극판을 적층하기 위한 기준 위치와 비교하여 오차값만큼 상기 흡착판의 위치를 보정하는 이차전지의 셀 스택 제조장치.
9. 제8항에 있어서,
   상기 제1,2멀티 헤드는,
   상기 적층 테이블의 상면을 기준으로 X-축 방향에 대해 직교한 Y-축 방향으로 오차값만큼 상기 흡착판을 수평 이동시키는 Y축 보정부와,
   XY 평면에 수직한 회전축 방향(θ-축)으로 오차값만큼 상기 흡착판을 회전시키는 θ축 보정부를 포함하고,
   상기 X-축 방향은 상기 적층 테이블이 이동되는 방향이고,
   상기 Y-축 방향은 상기 적층 테이블이 이동되는 방향에 대해 직교하는 방향인 이차전지의 셀 스택 제조장치.
10. 제9항에 있어서,
    상기 적층 테이블은,
    상기 X-축 방향으로 오차값만큼 이동되는 이차전지의 셀 스택 제조장치.
11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 불량 검사부는,
    상기 적층 테이블이 이동되는 동안 상기 적층 테이블에 적층된 셀 스택의 최상측 전극판의 에지 이미지를 연속 촬영하는 라인 스캔 카메라(line scan camera)와,
    상기 라인 스캔 카메라와 적층 테이블이 이동되는 경로 사이에 구비되고, 상기 라인 스캔 카메라에 상기 적층 테이블의 상면을 비춰주는 반사판을 포함하는 이차전치의 셀 스택 제조장치.
12. 제11항에 있어서,
    상기 불량 검사부는,
    상기 라인 스캔 카메라에 의해 촬영된 셀 스택의 최상측 전극판의 에지 이미지 정보를 상기 전극판을 적층하기 위한 기준 위치와 비교하여 불량 여부를 판정하고, 불량 여부에 따라 셀 스택의 이송을 제어하는 제어부를 포함하는 이차전지의 셀 스택 제조장치.
13. 제12항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 전극판을 적층하기 위한 기준 위치를 상기 적층 테이블에 구비된 복수개의 기준 마크 좌표로 입력 받는 이차전지의 셀 스택 제조장치.
14. 제11항에 있어서,
    상기 불량 검사부는,
    상기 제1,2멀티 헤드에 의해 공급되는 전극판의 종류 개수만큼 복수개가 구비되고,
    하나의 불량 검사부는 한 종류의 전극판 이미지를 누적 촬영하는 이차전지의 셀 스택 제조장치.
15. 수평 방향과 수직 방향으로 왕복 이동 가능하게 설치된 적층 테이블;
    상기 적층 테이블 상측에 위치되고, 상기 적층 테이블 위에 분리막을 공급하는 분리막 공급부;
    상기 적층 테이블의 일측 상부에 각각 구비되고, 일측으로 이동된 적층 테이블 위에 위치한 분리막에 전극판의 위치를 정렬하여 한 장씩 적층시키는 제1멀티 헤드(first multi head); 및
    상기 적층 테이블의 타측 상부에 구비되고, 타측으로 이동된 적층 테이블 위에 위치한 분리막에 전극판의 위치를 정렬하여 한 장씩 적층시키는 제2멀티 헤드(second multi head);를 포함하고,
    상기 분리막 공급부는,
    분리막을 안내하는 복수개의 롤러와,
    상기 롤러들과 적층 테이블 사이에 위치되고, 중심을 기준으로 회전되는 회전부와,
    상기 회전부의 양단에 설치되고, 상기 롤러들로부터 적층 테이블 사이에서 분리막을 안내하는 한 쌍의 장력 조정 롤러를 포함하며,
    상기 회전부는,
    상기 적층 테이블과 상기 회전부 사이의 간격에 따라 주기적으로 정방향과 역방향으로 회전되는 이차전지의 셀 스택 제조장치.
16. 제15항에 있어서,
    상기 회전부는,
    상기 적층 테이블이 상기 회전부와 가까워지는 방향으로 이동될 때 분리막을 당겨주는 방향으로 소정 각도 회전되고,
    상기 적층 테이블이 상기 회전부와 멀어지는 방향으로 이동될 때 분리막을 풀어주는 방향으로 소정 각도 회전되는 이차전지의 셀 스택 제조장치.
17. 제15항에 있어서,
    상기 분리막 공급부는,
    분리막이 감겨진 분리막 롤이 장착되는 구동 롤러와,
    상기 구동 롤러 일측에 위치되고, 상기 구동 롤러로부터 풀리는 분리막을 안내하는 한 쌍의 아이들 롤러(idle roller)와,
    상기 아이들 롤러들 사이에 이동 가능하게 설치되고, 상기 아이들 롤러들 사이에서 분리막을 안내하는 장력 롤러와,
    상기 아이들 롤러들과 장력 롤러 하측에 위치되고, 분리막이 그 사이에 끼워져서 상기 적층 테이블로 안내하는 한 쌍의 가이드부를 포함하고,
    상기 회전부는,
    상기 아이들 롤러와 가이드부들 사이에 위치되는 이차전지의 셀 스택 제조장치.

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