WO2022203120A1 - 이차전지 제조용 레이저 노칭 시스템 - Google Patents

이차전지 제조용 레이저 노칭 시스템 Download PDF

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WO2022203120A1
WO2022203120A1 PCT/KR2021/007218 KR2021007218W WO2022203120A1 WO 2022203120 A1 WO2022203120 A1 WO 2022203120A1 KR 2021007218 W KR2021007218 W KR 2021007218W WO 2022203120 A1 WO2022203120 A1 WO 2022203120A1
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electrode
laser
pattern
jig
drum
Prior art date
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PCT/KR2021/007218
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정영태
강용진
변영희
이혁용
장기현
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주식회사 디에이테크놀로지
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    • B08B5/02—Cleaning by the force of jets, e.g. blowing-out cavities
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/352—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring for surface treatment
    • B23K26/359—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring for surface treatment by providing a line or line pattern, e.g. a dotted break initiation line
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
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    • B23K2101/36—Electric or electronic devices

Definitions

  • the present invention relates to an apparatus for manufacturing a secondary battery, and more particularly, by irradiating a laser to the edge of the electrode horizontally to the ground while continuously transporting the electrode of the secondary battery to support the electrode when processing the electrode tab. It relates to a laser notching system for manufacturing secondary batteries.
  • secondary batteries are prepared by coating an electrode mixture in which an electrode active material, a conductive agent, a binder, etc. are mixed on an electrode current collector, drying the electrode, and stacking the prepared electrode together with a separator, and then the battery together with an electrolyte. It is completed by embedding and sealing in a case.
  • the electrode is manufactured by processing an electrode tab by notching an electrode prepared by coating an electrode active material on an electrode current collector having a long sheet shape, and then cutting the electrode to a desired length.
  • the notching process of the electrode is performed by a pattern jig or roller that includes a cutting part having a shape corresponding to the electrode tab. Recently, a laser is irradiated to the electrode to solve the lifespan problem of the pattern press mold and to easily change the shape of the electrode tab. By doing this, this notching process is also performed.
  • domestic Patent Registration No. 10-1774262 discloses an electrode tab processing apparatus for cutting the other side except the electrode tab by irradiating a laser perpendicular to the first surface of the electrode (metal current collector). .
  • the conventional apparatus for processing an electrode tab using a laser employs a method of processing the electrode tab by irradiating the laser in a vertical direction to the surface of the electrode moving horizontally, the residue (scrap) or the cutting process of the cut side of the electrode Fine foreign substances generated in the electrode are accumulated on the upper surface of the electrode and are accumulated in the jig supported by the lower side of the electrode, reducing the fixing force of the jig, and the laser is disturbed on the electrode by the residue and foreign substances, and the desired electrode tab In some cases, it is not cut in the shape of , and there is a problem of generating defects due to foreign substances accumulated on the electrode surface.
  • the present invention is to solve the above problem, and an object of the present invention is to irradiate a laser horizontally with respect to the ground and notching an electrode tab on one side of the electrode to eliminate scrap and foreign substances generated in the notching process. It is to provide a laser notching system for manufacturing a secondary battery that can be removed by naturally falling downward and can improve productivity and precision.
  • a laser notching system for manufacturing a secondary battery according to the present invention for achieving the above object includes: a laser irradiator for irradiating a laser; a jig base fixedly installed on one side of the laser irradiator; The electrode is guided while being in close contact with the outer surface, and is made of a cylindrical shape with tapped holes formed along the circumferential direction through which the laser passes on the outer surface of one side or both sides, and a rotating shaft rotatably connected to the jig base is provided at the center of both sides. , a pattern jig for supporting and guiding the electrode while rotating around the rotation axis; and a rotation unit that transmits a rotational force to the rotation shaft of the pattern jig to rotate the pattern jig.
  • the pattern jig is a guide drum having a cylindrical shape that is guided while the electrode is in close contact with the outer surface, is continuously disposed outside one end of the guide drum, and has a tab processing hole for processing an electrode tab on one side of the electrode in the circumferential direction.
  • a cylindrical pattern drum formed in a zigzag shape along with an empty space therein, and a first coupling disposed at the outer end of the pattern drum to shield the inner space of the pattern drum, and to which the pattern drum is relatively rotatably connected It may include a disk and a first suction pipe that communicates with the inner space of the pattern drum through the first coupling disk and is connected to an intake pump that generates a suction force.
  • a plurality of micro vacuum holes for temporarily fixing one side of the electrode by vacuum adsorption along the periphery of the tapped hole may be formed through the outer surface of the pattern drum.
  • the pattern jig is continuously arranged outside the other end of the guide drum, an edge cutting hole through which the laser passes is formed in a straight line along the circumferential direction, and an edge processing drum having an empty space formed therein, and the edge a second coupling disk disposed at the outer end of the processing drum to shield the inner space of the edge processing drum and to which the edge processing drum is relatively rotatably connected; and the inner space of the edge processing drum through the second coupling disk; It may further include a second suction pipe that is in communication with the intake pump for generating suction force.
  • the laser notching system for manufacturing a secondary battery according to another aspect of the present invention is disposed below or above the tapped hole of the pattern jig to suck the scrap cut from the edge of the electrode and further include a scrap collecting unit for discharging to the outside.
  • a laser notching system for manufacturing a secondary battery includes two side plates installed in contact with the outer surface of the pattern jig from the lower portion of the pattern jig, respectively, and a rear plate disposed behind the side plate and a dust collecting unit including a dust collecting box comprising: A scrap guide plate having a curved surface for guiding scrap while extending toward the scrap collecting unit may be installed.
  • a laser notching system for manufacturing a secondary battery according to another aspect of the present invention is installed so as to be close to the outer surface of the pattern jig, and a spray nozzle for spraying air to the outer surface of the pattern jig, and is disposed on the side of the spray nozzle. It may further include a dry cleaning unit including a cleaning nozzle having a suction nozzle for sucking air and foreign substances.
  • the dry cleaning unit may further include a tubular dust collecting housing which is installed to surround the outside of the cleaning nozzle and has a lower end adjacent to the outer surface of the pattern jig open.
  • the spray nozzle unit of the dry cleaning unit may spray ultrasonically excited air.
  • the cleaning unit may be installed along the longitudinal direction of the pattern jig from one end to the other end of the pattern jig.
  • a second laser notching system for manufacturing a secondary battery according to another aspect of the present invention is installed on the outside of the pattern jig to simultaneously or continuously perform a predetermined process operation on the electrode wound on the pattern jig separately from the laser irradiator. It may further include a process group.
  • the laser is irradiated horizontally from the laser irradiator, and the electrode is supported by a drum-type pattern jig while moving in the vertical direction at the laser irradiation position, and both sides of the electrode are notched, so scrap generated during the laser notching process It can be removed at the same time as the process is carried out by dropping the dust and dirt to the lower side.
  • the electrode tab when the electrode tab is processed by irradiating a laser on one side of the electrode, the one side of the electrode is vacuum-adsorbed and fixed in the plurality of micro vacuum holes formed in the pattern drum, so vibration is almost generated at the one side of the electrode.
  • the electrode tab can be precisely processed because it is not used.
  • FIG. 1 is a side view of a laser notching system for manufacturing a secondary battery according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a perspective view illustrating an embodiment of a pattern jig constituting the laser notching system shown in FIG. 1 .
  • FIG. 3 is a perspective view of the pattern jig shown in FIG. 2 viewed from another direction.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view of the pattern jig shown in FIG.
  • FIG. 5 is an exploded perspective view illustrating a pattern drum constituting the pattern jig shown in FIG. 2 .
  • FIG. 6 is a perspective view illustrating an embodiment of a laser irradiator and a scrap collecting unit constituting the laser notching system shown in FIG. 1 .
  • FIG. 7 is a side view of a laser notching system for manufacturing a secondary battery according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view of the dry cleaning unit constituting the laser notching system according to the present invention.
  • FIG. 9 is a perspective view showing another embodiment of the dry cleaning unit constituting the laser notching system according to the present invention.
  • FIG. 10 is a side view of a laser notching system for manufacturing a secondary battery according to another embodiment of the present invention.
  • the laser notching system for manufacturing a secondary battery two laser irradiators 100 for irradiating a laser horizontally with respect to the ground, one side of the laser irradiator 100
  • the jig base 200 fixedly installed on the jig base 200, the pattern jig 300 rotatably installed on the jig base 200 to guide the electrode E, the rotational force on the rotation shaft 350 of the pattern jig 300 center
  • the electrode (E) is wound in the form of a roll and is released by the electrode transfer device and moves at a constant speed and pitch while passing between the laser irradiator 100 and the pattern jig 300. , both sides of the electrode (E) are cut to a predetermined size and shape by the laser emitted from the laser irradiator 100 to form an electrode tab on one side.
  • Two laser irradiators 100 are installed at a predetermined interval on the front side of the pattern jig 300, and irradiate lasers on both sides of the electrode E in a predetermined pattern to form electrode tabs on one side, and the other One side is cut in a straight line to adjust the width of the electrode.
  • the laser irradiator 100 is configured to perform a notching process by irradiating a laser in a generally horizontal direction with respect to the ground. This is to eliminate the phenomenon of accumulation in the pattern jig 300 .
  • a jig base 200 for installing the pattern jig 300 is installed on one side of the laser irradiator 100 .
  • the jig base 200 may be formed of a metal frame and a flat plate so as to stably support the pattern jig 300 and the components connected to the pattern jig 300 .
  • the pattern jig 300 is in the form of a cylindrical drum as a whole and is installed to be spaced apart a certain distance on one side of the laser irradiator 100, and the electrode (E) transferred from the upper side to the lower side is in close contact with the outer surface of the pattern jig 300 and passes while passing. is supported
  • the pattern jig 300 minimizes the frictional force between the electrode (E) and the pattern jig 300 by supporting the electrode (E) while rotating with respect to the jig base 200 during the laser notching process for the electrode (E), and the electrode ( E) It is configured to minimize damage or wrinkles.
  • the pattern jig 300 has a cylindrical guide drum 310 that is guided while the electrode E is in close contact with the outer surface, and the guide drum 310 is continuously disposed outside one end of the guide drum 310 and is disposed on one side of the electrode E.
  • a cylindrical pattern drum 320 in which a tab processing hole 321 for processing a tab is formed in a zigzag shape along the circumferential direction and an empty space 323 is formed therein, and the other end of the guide drum 310 . It includes an edge processing drum 330 disposed continuously on the outside and having an edge cutting hole 331 for cutting the other side of the electrode E in a straight line shape along the circumferential direction.
  • the pattern jig 300 is disposed at the outer end of the pattern drum 320 to shield the inner space 323 of the pattern drum 320 and a first coupling disk to which the pattern drum 320 is rotatably connected. 325) and a first suction pipe 326 connected to an intake pump (not shown) that communicates with the inner space 323 of the pattern drum 320 through the first coupling disk 325 and generates suction force;
  • a second coupling disk 335 disposed at the outer end of the edge processing drum 330 to shield the inner space 333 of the edge processing drum 330 and to which the edge processing drum 330 is rotatably connected and , It communicates with the inner space 333 of the edge processing drum 330 through the second coupling disk 335 and further includes a second suction pipe 336 connected to an intake pump (not shown) for generating a suction force.
  • the guide drum 310, the pattern drum 320, and the edge processing drum 330 are formed in a cylindrical shape having the same diameter as each other, and the pattern drum 320 and the edge processing drum 330 are formed at both ends of the guide drum 310. It is formed continuously.
  • the guide drum 310 and the pattern drum 320 and the center of the edge processing drum 330 are coupled with the rotation shaft 350 passing through, and as the rotation shaft 350 rotates, the guide drum 310 and the pattern drum 320 are coupled. And the edge processing drum 330 is rotated at the same time to support the electrode (E) during laser notching processing.
  • the guide drum 310 is made of a long circular drum having a length capable of supporting the middle portion in the width direction between both ends of the electrode (E).
  • the pattern drum 320 and the edge processing drum 330 are coupled to both ends of the guide drum 310 to support both ends of the electrode E, and are formed of a circular drum in which an empty space is formed.
  • the pattern drum 320 and the edge processing drum 330 may be manufactured separately from the guide drum 310 and then coupled to both ends of the guide drum 310, but differently, the pattern drum 320 and the edge processing drum ( 330) may be integrally manufactured.
  • the pattern drum 320 and the edge processing drum 330 are manufactured separately from the guide drum 310 and coupled to the guide drum 310, the pattern drum 320 according to the type or size of the electrode E to be processed. ) and the edge processing drum 330 may be replaced with the guide drum 310 to perform notching processing.
  • the pattern drum 320 serves to support one side of the electrode E so that the electrode tab can be notched on one side of the electrode E, and on the outer surface of the pattern drum 320, one side laser irradiator ( 100), a tapped hole 321 through which the laser emitted from is passed is formed to penetrate inside and outside.
  • the tapped hole 321 is formed in a zigzag shape along the circumferential direction of the pattern drum 320 to correspond to the electrode tab shape of the electrode (E).
  • the tapped hole 321 is formed to communicate with the inner space 323 of the pattern drum 320 .
  • the one side of the electrode (E) is fixed to the outer surface of the pattern drum (320) to perform accurate electrode tab processing (
  • a plurality of micro vacuum holes 322 for temporarily fixing one side of the electrode E by vacuum adsorption along the periphery of the tapped hole 321 are formed to penetrate inside and outside.
  • the edge processing drum 330 cuts the other side of the electrode (E) in a straight line to support the other side of the electrode (E) so that the width of the electrode (E) can be processed to the correct size.
  • an edge cutting hole 331 through which the laser emitted from the other laser irradiator 100 passes is formed in a straight line along the circumferential direction.
  • the edge cutting hole 331 is formed to communicate with the space 333 of the edge processing drum 330 .
  • the spaces 323 and 333 of the pattern drum 320 and the edge processing drum 330 are shielded by the first coupling disk 325 and the second coupling disk 335 .
  • the first coupling disk 325 and the second coupling disk 335 are connected to the first suction pipe 326 and the second suction pipe 336 connected to the intake pump (not shown), respectively, and tapped hole Fume or dust introduced into the space 333 through the 321 and the edge cutting hole 331 is sucked through the first suction pipe 326 and the second suction pipe 336 and can be discharged to the outside.
  • the pattern drum 320 and the edge processing drum 330 rotate during laser notching processing, the pattern drum 320 and the edge processing drum 330 are fixedly installed on the jig base 200, respectively.
  • the first coupling disk 325 and the second coupling disk 335 are preferably coupled to be rotatable relative to each other.
  • the rotation unit for rotating the guide drum 310, the pattern drum 320, and the edge processing drum 330 is a driving motor 400 installed to be connected to the end of the rotation shaft 350 on the jig base 200.
  • the driving motor 400 may be directly connected to the rotating shaft 350, but may be connected to the rotating shaft 350 through a power transmission mechanism such as a pulley, a belt, and a gear to transmit power.
  • the dust collecting unit 500 collects foreign substances such as dust and/or scrap generated during laser notching on both sides of the electrode E.
  • the dust collecting unit 500 has the upper portion of the pattern Two side plates 511 that are respectively connected to the outer surfaces of the drum 320 and the edge processing drum 330, and a rear plate that partitions a space together with the side plate 511 while being disposed behind the side plate ( 512), and a dust inhaler 530 disposed at the lower end of the dust collecting box 510 to suck and collect dust and scrap falling from the inside of the dust collecting box 510 to the lower side. .
  • a scrap collecting unit 550 for sucking and removing scrap of the electrode that is adsorbed and transferred to the pattern drum 320 and the edge processing drum 330 is installed on one side of the lower end of the dust collecting unit 500 .
  • the scrap collecting unit 550 is in the form of a hose or pipe having one end disposed adjacent to the lower portion of the pattern drum 320 and the edge processing drum 330 and the other end connected to a suction device (not shown) such as a vacuum pump. , by generating a strong suction force, the scrap adsorbed on the outer surfaces of the pattern drum 320 and the edge processing drum 330 is sucked and removed.
  • the scrap collecting unit 550 suctions and removes the scrap
  • the scrap is disposed at the front end of the dust collecting box 510 of the dust collecting unit 500 so that the scrap can be smoothly introduced toward the inlet of the scrap collecting unit 550 .
  • a scrap guide plate 520 having a curved surface for guiding scrap while extending toward the inlet of the collecting unit 550 may be installed.
  • the scrap guide plate 520 is made of a curved plate having a curvature substantially equal to or slightly larger than the curvature of the pattern drum 320 and the edge processing drum 330, and the lower end of the pattern drum 320 and the edge processing drum ( 330) to guide the scrap toward the inlet of the scrap collecting unit 550 and transfer the suction force only to the lower part of the pattern drum 320 and the edge processing drum 330 to improve the scrap collecting performance function to make
  • the scrap guide plate 520 is configured as a curved plate extending to the lower end of the pattern drum 320 and the edge processing drum 330 as described above, when the suction force is generated through the scrap collecting unit 550, the It is possible to minimize the occurrence of vibration, and there is an effect that can prevent deterioration of the precision of notching processing due to the occurrence of vibration.
  • the strong air suction force generated by the scrap collecting unit 550 is A phenomenon in which the electrode (E) vibrates by affecting the laser irradiation position may occur, and thus processing defects may occur.
  • the upper end position of the scrap collecting unit 550 is spaced a predetermined distance from the laser irradiation position in the horizontal direction, it is possible to suppress the vibration of the electrode E at the laser processing position.
  • the scrap collecting unit 550 is disposed under the pattern jig 300 , but as shown in FIG. 7 in another embodiment, the scrap collecting unit 550 is disposed above the pattern jig 300 .
  • the scrap collecting unit 550 is disposed above the position where the electrode wound on the pattern jig 300 is separated from the pattern jig 300 .
  • the scrap collecting unit 550 is the pattern of the pattern jig 300 .
  • a dry cleaning unit 600 capable of sucking and removing foreign substances such as dust accumulated on the outer surface of the pattern jig 300 may be configured on one side of the pattern jig 300 .
  • the dry cleaning unit 600 is a plurality of cleaning nozzles 610 that are installed to be close to the outer surfaces of the pattern drum 320 and the edge processing drum 330 of the pattern jig 300, and, It is installed to surround the outside of each cleaning nozzle 610 and may include a tubular dust collecting housing 620 in which the lower end adjacent to the outer surface of the pattern drum 320 and the edge processing drum 330 is opened.
  • the cleaning nozzle 610 includes a spray nozzle part 611 for spraying air to the outer surface of the pattern jig 300, and a suction nozzle part 612 disposed on the side of the spray nozzle part 611 to suck air and foreign substances. to provide Therefore, the pattern jig 300 by spraying air at high pressure through the injection nozzle unit 611 to remove foreign substances attached to the outer surface of the pattern jig 300, and then sucking air and foreign substances through the suction nozzle unit 612. It can be dry cleaned by removing foreign substances attached to the outer surface of the unit.
  • the injection nozzle unit 611 When the air is sprayed at high pressure through the injection nozzle unit 611 to separate the foreign substances attached to the outer surface of the pattern jig 300, in order to allow the foreign substances to be separated more smoothly, the injection nozzle unit 611 has ultrasonic vibration It may be configured to spray the used air.
  • two dry cleaning units 600 are installed outside the pattern drum 320 and the edge processing drum 330 of the pattern jig 300, but as shown in FIG. 9, the dry cleaning unit 600 ) may be installed long along the longitudinal direction of the pattern jig 300 from one end of the pattern jig 300 to the other end to remove foreign substances throughout the pattern jig 300 .
  • a laser notching system as described above works as follows.
  • the electrode (E) to be processed is wound in the form of a roll on the shaft of the loader part configured on the upstream side of the process direction, and is released by the electrode transfer device while maintaining tension and moving at a constant speed and pitch, the pattern jig (300). It passes from the upper side to the lower side while being in close contact with the outer surface.
  • both sides of the electrode (E) are in close contact with the outer surfaces of the pattern drum 320 and the edge processing drum 330, and the inner portions of both sides of the electrode (E) are guided while being in close contact with the outer surface of the guide drum 310. do.
  • the lasers emitted from the two laser irradiators 100 are irradiated to both sides of the electrode E in close contact with the pattern drum 320 and the edge processing drum 330 , respectively.
  • the laser emitted from the laser irradiator 100 facing the pattern drum 320 is irradiated with a laser in a pattern corresponding to the tapped hole 321 of the pattern drum 320 to form an electrode on one side of the electrode (E).
  • the tab is notched, and the laser emitted from the laser irradiator 100 facing the edge processing drum 330 irradiates the laser toward the edge cutting hole 331 of the edge processing drum 330 to one side of the electrode (E). Cut the part in a straight line.
  • the fumes and dust generated in the tapped hole 321 and the edge cutting hole 221 part the first suction pipe 326 and the second suction pipe 336. After being sucked into the inner spaces 323 and 333 of the pattern drum 320 and the edge processing drum 330 by the suction force generated through the first suction pipe 326 and the second suction pipe 336, it is discharged and removed. do.
  • the scrap generated by cutting both sides of the electrode E by the laser is transferred to the outer surfaces of the pattern drum 320 and the edge processing drum 330 and is sucked into the scrap collecting unit 550 and collected.
  • the electrodes E are wound around the shaft of the off-loader configured on the downstream side in the process direction and recovered.
  • the one side of the electrode (E) is vacuumed into the plurality of micro vacuum holes 322 formed in the pattern drum 320 . Since it is adsorbed and fixed, the vibration phenomenon hardly occurs on one side of the electrode E, so that the electrode tab can be precisely processed.
  • the vacuum pressure through the micro vacuum hole 322 of the pattern drum 320 may be implemented by the suction force generated through the first suction pipe 326 .
  • the laser since the laser is horizontally irradiated from the laser irradiator 100, and the electrode E is moved in the vertical direction at the laser irradiation position and is wound and supported on the drum-type pattern jig 300, during the laser notching process.
  • the generated scrap and dust naturally fall downward and can be removed at the same time as the process is performed.
  • the electrode (E) Since the electrode (E) is wound and transferred to the pattern jig 300 of the laser notching system as described above, the electrode (E) wound on the pattern jig 300 while the laser notching fixation by the laser irradiator 100 is performed. ), by continuously performing other processes such as a marking process, a plurality of processes can be performed in one pattern jig 300 without a position change due to the meandering of the electrode E. That is, after the laser notching process, other processes such as a marking process are performed while continuously transporting the electrode E. In the process where the electrode E is transported through several drums, the position is slightly changed due to meandering, etc. The precision of the subsequent process may be reduced or defects may occur.
  • the electrode (E) is transferred while being wound around the pattern jig 300 as shown in FIG. 10 , other process operations such as a marking process on one side of the laser irradiator 100 or on one side of the pattern jig 300 are performed.
  • a second processing machine 700 such as a marking device that is performed simultaneously or continuously with the notching operation, it is possible to obtain the advantage that multiple operations are possible in the pattern jig 300 .
  • the present invention can be applied to the manufacture of secondary batteries, and in particular, it can be applied to laser notching equipment for electrodes that processes electrode tabs by irradiating a laser to the edge of the electrode film in a predetermined pattern while continuously transporting the electrode film of the secondary battery. have.

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Abstract

본 발명은 레이저를 지면(地面)에 대해 수평하게 조사하여 전극의 일측 변에 전극탭을 노칭 가공함으로써 노칭 가공 공정에서 발생하는 스크랩 및 이물질의 제거가 용이하며, 생산성과 정밀도를 향상시킬 수 있는 이차전지 제조용 레이저 노칭 시스템에 관한 것으로, 본 발명에 따른 이차전지 제조용 레이저 노칭 시스템은, 레이저를 조사하는 레이저 조사기; 상기 레이저 조사기의 일측에 고정되게 설치되는 지그베이스; 외면에 전극이 밀착되면서 안내되고 일측부 또는 양측부 외면에 레이저가 통과하는 탭가공홀이 원주방향을 따라 형성되어 있는 원통형으로 이루어지며, 양측 중심부에 상기 지그베이스에 회전 가능하게 연결되는 회전축이 마련되어, 상기 회전축을 중심으로 회전 운동하면서 전극을 지지함과 동시에 안내하는 패턴지그; 상기 패턴지그의 회전축에 회전력을 전달하여 패턴지그를 회전시키는 회동유닛; 및, 상기 패턴지그의 탭가공홀의 하측에 배치되어 전극의 변부에서 잘려진 스크랩과 이물질을 흡입하여 제거하는 스크랩포집유닛;을 포함할 수 있다.

Description

이차전지 제조용 레이저 노칭 시스템
본 발명은 이차전지의 제조 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 이차전지의 전극을 연속적으로 이송하면서 전극의 변부에 레이저를 지면(地面)에 대해 수평하게 조사하여 전극탭을 가공할 때 전극을 지지하는 이차전지 제조용 레이저 노칭 시스템에 관한 것이다.
일반적으로, 이차전지는 전극 집전체 상에 전극 활물질, 도전제, 바인더 등이 혼합된 전극 합제를 도포한 후 건조하여 전극을 제조하고, 제조된 전극을 분리막과 함께 적층한 후, 전해액과 함께 전지케이스에 내장 및 밀봉함으로써 완성된다.
이 때, 상기 전극은 긴 시트 형상으로 이루어진 전극 집전체 상에 전극 활물질이 도포되어 제조된 전극을 노칭(notching)하여 전극탭을 가공한 후, 소망하는 길이로 커팅함으로써 제조된다.
전극의 노칭 과정은 전극탭에 대응하는 형상의 커팅부를 포함하고 있는 패턴지그 또는 롤러에 의해 수행되며, 최근에는 패턴 프레스 금형의 수명 문제 해결 및 쉽게 전극탭을 형상을 변경할 수 있도록 전극에 레이저를 조사함으로써 이러한 노칭 과정을 수행하기도 한다.
예를 들어 국내 등록특허 10-1774262호에 전극(금속 집전체)의 제 1 면에 대해 수직으로 레이저(laser)를 조사하여 전극탭을 제외한 나머지 일측 변을 절삭하는 전극탭 가공 장치가 개시되어 있다.
그런데 종래의 레이저를 이용한 전극탭 가공 장치는 수평 이동하는 전극의 면에 대해 레이저를 연직 방향으로 조사하여 전극탭을 가공하는 방식을 채택하고 있으므로 전극의 절삭된 일측 변의 잔여물(스크랩) 또는 절삭 과정에서 발생하는 미세한 이물질들이 전극 상면에 쌓이고 전극 하측에서 지지하고 있는 지그에 축적되어, 지그의 고정력을 저하시키고, 잔여물과 이물질들에 의해 전극 상에 레이저가 외란(disturbance)되어, 소망하는 전극탭의 형상으로 절삭되지 않는 경우가 발생하며, 전극면에 쌓인 이물 의한 불량을 발생시키는 문제점이 있다.
본 발명은 상기한 문제를 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 레이저를 지면(地面)에 대해 수평하게 조사하여 전극의 일측 변에 전극탭을 노칭 가공함으로써 노칭 가공 공정에서 발생하는 스크랩 및 이물질이 자연스럽게 하측으로 낙하하여 제거될 수 있으며, 생산성 및 정밀도를 향상시킬 수 있는 이차전지 제조용 레이저 노칭 시스템을 제공하는 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 이차전지 제조용 레이저 노칭 시스템은, 레이저를 조사하는 레이저 조사기; 상기 레이저 조사기의 일측에 고정되게 설치되는 지그베이스; 외면에 전극이 밀착되면서 안내되고 일측부 또는 양측부 외면에 레이저가 통과하는 탭가공홀이 원주방향을 따라 형성되어 있는 원통형으로 이루어지며, 양측 중심부에 상기 지그베이스에 회전 가능하게 연결되는 회전축이 마련되어, 상기 회전축을 중심으로 회전 운동하면서 전극을 지지함과 동시에 안내하는 패턴지그; 및, 상기 패턴지그의 회전축에 회전력을 전달하여 패턴지그를 회전시키는 회동유닛;을 포함할 수 있다.
상기 패턴지그는, 외면에 상기 전극이 밀착되면서 안내되는 원통형으로 된 가이드드럼, 상기 가이드드럼의 일측 단부 외측에 연속하여 배치되며 전극의 일측 변부에 전극탭을 가공하기 위한 탭가공홀이 원주방향을 따라 지그재그 형태로 형성되고 내부에 빈 공간이 형성되어 있는 원통형의 패턴드럼과, 상기 패턴드럼의 외측 단부에 배치되어 패턴드럼의 내부 공간을 차폐하며 패턴드럼이 상대 회전 가능하게 연결되는 제1커플링디스크와, 상기 제1커플링디스크를 통해 상기 패턴드럼의 내부 공간과 연통되며 흡입력을 발생시키는 흡기펌프와 연결되는 제1흡입관을 포함할 수 있다.
상기 패턴드럼의 외면에는 탭가공홀의 주변을 따라 전극의 일측 변부를 진공 흡착하여 일시적으로 고정하는 복수의 미세진공홀이 관통되게 형성될 수 있다.
상기 패턴지그는, 상기 가이드드럼의 다른 일측 단부 외측에 연속하여 배치되며 레이저가 통과하는 에지커팅홀이 원주방향을 따라 일자형으로 형성되어 있고 내부에 빈 공간이 형성되어 있는 에지가공드럼과, 상기 에지가공드럼의 외측 단부에 배치되어 에지가공드럼의 내부 공간을 차폐하며 에지가공드럼이 상대 회전 가능하게 연결되는 제2커플링디스크와, 상기 제2커플링디스크를 통해 상기 에지가공드럼의 내부 공간과 연통되며 흡입력을 발생시키는 흡기펌프와 연결되는 제2흡입관을 더 포함할 수 있다.
또한 본 발명의 다른 한 형태에 따른 이차전지 제조용 레이저 노칭 시스템은, 상기 패턴지그의 탭가공홀의 하측 또는 상측에 배치되어 전극의 변부에서 잘려진 스크랩을 흡입하여 외부로 배출하는 스크랩포집유닛을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 한 형태에 따른 이차전지 제조용 레이저 노칭 시스템은, 상기 패턴지그의 하부에서 상기 패턴지그의 외면에 각각 연접하게 설치되는 2개의 측면판과, 상기 측면판의 후방에 배치되는 후면판을 포함하는 집진박스와, 상기 집진박스의 하단부에 배치되어 집진박스 내부에서 하측으로 낙하하는 분진 및 스크랩을 흡입하여 포집하는 분진흡입기를 포함하는 집진유닛을 더 포함하며, 상기 집진박스의 전단부에 상기 스크랩포집유닛 쪽으로 연장되면서 스크랩을 안내하는 곡면으로 된 스크랩가이드판이 설치될 수 있다.
본 발명의 또 다른 한 형태에 따른 이차전지 제조용 레이저 노칭 시스템은, 상기 패턴지그의 외면과 근접하도록 설치되며, 패턴지그의 외면으로 공기를 분사하는 분사노즐부와, 상기 분사노즐부의 측방에 배치되어 공기와 이물질을 흡입하는 흡입노즐부를 구비한 세정노즐을 포함하는 건식세정유닛을 더 포함할 수 있다.
상기 건식세정유닛은 상기 세정노즐의 외측을 둘러싸도록 설치되며 패턴지그의 외면과 인접한 하단부가 개방되게 형성된 통 형태의 집진하우징을 더 포함할 수 있다.
상기 건식세정유닛의 분사노즐부는, 초음파 가진된 공기를 분사할 수 있다.
또한 상기 세정유닛은 패턴지그의 일단에서부터 다른 일단까지 패턴지그의 길이방향을 따라 설치될 수 있다.
본 발명의 또 다른 한 형태에 따른 이차전지 제조용 레이저 노칭 시스템은, 상기 패턴지그의 외측에 설치되어 상기 레이저 조사기와 별도로 패턴지그에 감겨진 전극에 소정의 공정 작업을 동시에 또는 연속적으로 수행하는 제2공정기를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 레이저 조사기에서 수평하게 레이저가 조사되고, 레이저 조사 위치에서 전극이 연직 방향으로 이동하면서 드럼 타입의 패턴지그에 의해 지지되어 전극의 양측 변부가 노칭 가공되므로 레이저 노칭 공정 중에 발생하는 스크랩과 분진을 하측으로 낙하시켜 공정 수행과 동시에 제거할 수 있다.
또한 전극의 일측 변부에 레이저를 조사하여 전극탭을 가공할 때, 전극의 일측 변부가 패턴드럼에 형성되어 있는 복수의 미세진공홀에 진공 흡착되어 고정되므로, 전극의 일측 변부에 떨림 현상이 거의 발생하지 않게 되어 정확하게 전극탭을 가공할 수 있는 이점도 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지 제조용 레이저 노칭 시스템의 측면도이다.
도 2는 도 1에 도시한 레이저 노칭 시스템을 구성하는 패턴지그의 일 실시예를 나타낸 사시도이다.
도 3은 도 2에 도시한 패턴지그를 다른 방향에서 본 사시도이다.
도 4는 도 2에 도시한 패턴지그의 횡단면도이다.
도 5는 도 2에 도시한 패턴지그를 구성하는 패턴드럼을 분해하여 나타낸 사시도이다.
도 6은 도 1에 도시한 레이저 노칭 시스템을 구성하는 레이저 조사기 및 스크랩포집유닛의 일 실시예를 나타낸 사시도이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차전지 제조용 레이저 노칭 시스템의 측면도이다.
도 8은 본 발명에 따른 레이저 노칭 시스템을 구성하는 건식세정유닛의 단면도이다.
도 9는 본 발명에 따른 레이저 노칭 시스템을 구성하는 건식세정유닛의 다른 실시예를 나타낸 사시도이다.
도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 이차전지 제조용 레이저 노칭 시스템의 측면도이다.
본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 개시된 발명의 바람직한 일 예에 불과할 뿐이며, 본 출원의 출원시점에 있어서 본 명세서의 실시예와 도면을 대체할 수 있는 다양한 변형 예들이 있을 수 있다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 전극의 레이저 노칭 공정용 드럼 타입 패턴지그 및 이를 구비한 레이저 노칭 시스템을 후술된 실시예에 따라 구체적으로 설명하도록 한다. 도면에서 동일한 부호는 동일한 구성 요소를 나타낸다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지 제조용 레이저 노칭 시스템은, 지면(地面)에 대해 수평하게 레이저를 조사하는 2개의 레이저 조사기(100), 상기 레이저 조사기(100)의 일측에 고정되게 설치되는 지그베이스(200), 상기 지그베이스(200)에 회전 가능하게 설치되어 전극(E)을 안내하는 패턴지그(300), 상기 패턴지그(300) 중심의 회전축(350)에 회전력을 전달하여 패턴지그(300)를 회전시키는 회동유닛, 상기 패턴지그(300)의 양측 하부에 배치되어 레이저 노칭 과정에서 발생하는 분진 및/또는 스크랩을 포집하는 집진유닛(500), 집진유닛(500)의 일측에 배치되어 전극(E)의 변부에서 잘려진 스크랩을 흡입하여 외부로 배출하는 스크랩포집유닛(550), 및 패턴지그(300)의 외면과 근접하도록 설치되어 패턴지그(300)의 외면으로 공기를 분사함과 동시에 흡입력을 발생시켜 패턴지그(300) 표면의 이물질을 제거하는 건식세정유닛(600)을 포함한다.
도면에 도시하지는 않았으나, 전극(E)은 롤 형태로 권취되어 있다가 전극 이송장치에 의해 풀려져 나오면서 일정한 속도와 피치로 이동하면서 상기 레이저 조사기(100)와 패턴지그(300) 사이를 통과하게 되고, 레이저 조사기(100)에서 방출되는 레이저에 의해 전극(E)의 양측 변부가 일정한 크기와 형태로 절단되어 일측 변부에 전극탭이 형성된다.
레이저 조사기(100)는 2개가 패턴지그(300)의 전방측에 소정의 간격을 두고 설치되어, 전극(E)의 양측 변부에 레이저를 정해진 패턴으로 조사하여 일측 변부에는 전극탭을 형성하고, 다른 일측 변부는 일자형으로 절단하여 전극의 폭을 조절한다. 레이저 조사기(100)는 지면(地面)에 대해 대체로 수평한 방향으로 레이저를 조사하여 노칭 공정을 수행하도록 구성되는데, 이는 전술한 것과 같이 노칭 공정에서 발생하는 스크랩이 자연스럽게 하측으로 배출되어 스크랩과 이물질이 패턴지그(300)에 축적되는 현상을 없앨 수 있도록 하기 위함이다.
레이저 조사기(100)의 일측에는 패턴지그(300)를 설치하기 위한 지그베이스(200)가 설치된다. 지그베이스(200)는 패턴지그(300)와 패턴지그(300)와 연결되는 구성요소를 안정적으로 지탱할 수 있도록 금속 재질의 프레임과 평판 등으로 이루어질 수 있다.
패턴지그(300)는 전체적으로 원통형 드럼 형태로 되어 레이저 조사기(100)의 일측에 일정 거리 이격되게 설치되며, 상측에서 하측으로 이송되는 전극(E)이 패턴지그(300)의 외면에 밀착되어 통과하면서 지지된다.
패턴지그(300)는 전극(E)에 대한 레이저 노칭 공정 시 지그베이스(200)에 대해 회전하면서 전극(E)을 지지함으로써 전극(E)과 패턴지그(300) 간의 마찰력을 최소화하고, 전극(E)의 손상이나 주름 발생 등을 최소화할 수 있도록 구성된다.
패턴지그(300)는 외면에 전극(E)이 밀착되면서 안내되는 원통형으로 된 가이드드럼(310)과, 가이드드럼(310)의 일측 단부 외측에 연속하여 배치되며 전극(E)의 일측 변부에 전극탭을 가공하기 위한 탭가공홀(321)이 원주방향을 따라 지그재그 형태로 형성되고 내부에 빈 공간(323)이 형성되어 있는 원통형의 패턴드럼(320)과, 가이드드럼(310)의 다른 일측 단부 외측에 연속하여 배치되며 전극(E)의 다른 일측 변부를 일자형으로 절단하기 위한 에지커팅홀(331)이 원주방향을 따라 일자형으로 형성되어 있는 에지(edge)가공드럼(330)을 포함한다.
또한 패턴지그(300)는 패턴드럼(320)의 외측 단부에 배치되어 패턴드럼(320)의 내부 공간(323)을 차폐하며 패턴드럼(320)이 상대 회전 가능하게 연결되는 제1커플링디스크(325)와, 상기 제1커플링디스크(325)를 통해 패턴드럼(320)의 내부 공간(323)과 연통되며 흡입력을 발생시키는 흡기펌프(미도시)와 연결되는 제1흡입관(326)과, 상기 에지가공드럼(330)의 외측 단부에 배치되어 에지가공드럼(330)의 내부 공간(333)을 차폐하며 에지가공드럼(330)이 상대 회전 가능하게 연결되는 제2커플링디스크(335)와, 제2커플링디스크(335)를 통해 에지가공드럼(330)의 내부 공간(333)과 연통되며 흡입력을 발생시키는 흡기펌프(미도시)와 연결되는 제2흡입관(336)을 더 포함한다.
가이드드럼(310)과 패턴드럼(320) 및 에지가공드럼(330)은 서로 동일한 직경을 갖는 원통형으로 이루어지며, 가이드드럼(310)의 양측 단부에 패턴드럼(320)과 에지가공드럼(330)이 연속적으로 형성된다. 가이드드럼(310)과 패턴드럼(320) 및 에지가공드럼(330)의 중심부에는 회전축(350)이 관통하면서 결합되어, 회전축(350)이 회전함에 따라 가이드드럼(310)과 패턴드럼(320) 및 에지가공드럼(330)이 동시에 회전하면서 레이저 노칭 가공시 전극(E)을 지지한다.
가이드드럼(310)은 전극(E)의 양측 단부 사이의 폭방향 중간 부분을 지지할 수 있는 길이를 갖는 긴 원형 드럼으로 이루어진다.
패턴드럼(320)과 에지가공드럼(330)은 가이드드럼(310)의 양측 단부에 결합되어 전극(E)의 양측 단부를 지지하며, 빈 공간이 형성되어 있는 원형 드럼으로 이루어진다. 패턴드럼(320)과 에지가공드럼(330)은 가이드드럼(310)과 개별체로 제작된 후 가이드드럼(310)의 양측 단부에 결합될 수 있지만, 이와 다르게 패턴드럼(320)과 에지가공드럼(330)이 일체로 제작될 수도 있다. 패턴드럼(320)과 에지가공드럼(330)이 가이드드럼(310)과는 개별체로 제작되어 가이드드럼(310)에 결합되는 경우, 가공 대상 전극(E)의 종류나 크기에 따라 패턴드럼(320)과 에지가공드럼(330)을 가이드드럼(310)에 교체하여 노칭 가공을 수행할 수 있다.
패턴드럼(320)은 전극(E)의 일측 변부에 전극탭을 노칭 가공할 수 있도록 전극(E)의 일측 변부를 지지하는 기능을 하도록 된 것으로, 패턴드럼(320)의 외면에는 일측 레이저 조사기(100)에서 방출된 레이저가 통과하는 탭가공홀(321)이 내외측으로 관통되게 형성되어 있다. 상기 탭가공홀(321)은 전극(E)의 전극탭 형태와 대응하도록 패턴드럼(320)의 원주방향을 따라 지그재그 형태로 형성된다. 탭가공홀(321)은 패턴드럼(320)의 내부 공간(323)과 연통되게 형성된다. 또한 레이저에 의해 전극(E)의 일측 변부에 전극탭이 가공될 때 전극(E)의 일측 변부를 패턴드럼(320)의 외면에 고정함으로써 정확한 전극탭 가공을 수행할 수 있도록 하기 위하여 패턴드럼(320)의 외면에는 탭가공홀(321)의 주변을 따라 전극(E)의 일측 변부를 진공 흡착하여 일시적으로 고정하는 복수의 미세진공홀(322)이 내외측으로 관통되게 형성된다.
에지가공드럼(330)은 전극(E)의 다른 일측 변부를 일자형으로 절단하여 전극(E)의 폭을 정확한 크기로 가공할 수 있도록 전극(E)의 다른 일측 변부를 지지하는 기능을 하도록 된 것으로, 에지가공드럼(330)의 외면에는 다른 일측 레이저 조사기(100)에서 방출된 레이저가 통과하는 에지커팅홀(331)이 원주방향을 따라 일자형으로 형성되어 있다. 에지커팅홀(331)은 에지가공드럼(330)의 공간(333)과 연통되게 형성된다.
패턴드럼(320) 및 에지가공드럼(330)의 공간(323, 333)은 제1커플링디스크(325) 및 제2커플링디스크(335)의 의해 차폐된다. 그리고 제1커플링디스크(325) 및 제2커플링디스크(335)는 각각 흡기펌프(미도시)와 연결되어 있는 제1흡입관(326) 및 제2흡입관(336)과 연결되어, 탭가공홀(321) 및 에지커팅홀(331)을 통해 공간(333) 내부로 유입된 흄(fume)이나 분진이 제1흡입관(326) 및 제2흡입관(336)을 통해 흡입되어 외부로 배출될 수 있다.
전술한 것과 같이 패턴드럼(320) 및 에지가공드럼(330)은 레이저 노칭 가공시 회전 운동하므로, 패턴드럼(320) 및 에지가공드럼(330)은 각각 지그베이스(200)에 고정되게 설치되는 제1커플링디스크(325) 및 제2커플링디스크(335)에 대해 상대 회전이 가능하게 결합되는 것이 바람직하다.
가이드드럼(310)과 패턴드럼(320) 및 에지가공드럼(330)을 회전시키기 위한 회동유닛은, 지그베이스(200)에 회전축(350)의 끝단부와 연결되게 설치되는 구동모터(400)를 포함할 수 있다. 이 실시예에서와 같이 구동모터(400)는 회전축(350)에 직접 연결될 수도 있지만, 풀리와 벨트, 기어 등의 동력전달기구를 통해 회전축(350)에 연결되어 동력을 전달할 수 있을 것이다.
집진유닛(500)은 전극(E)의 양측 변부에서 레이저 노칭 가공 시 발생하는 분진 및/또는 스크랩 등의 이물질을 포집하는 것으로, 도 6을 참조하면, 집진유닛(500)은, 상부가 상기 패턴드럼(320)과 에지가공드럼(330)의 외면에 각각 연접하게 설치되는 2개의 측면판(511)과, 상기 측면판의 후방에 배치되면서 측면판(511)과 함께 공간을 구획하는 후면판(512)을 포함하는 집진박스(510)와, 상기 집진박스(510)의 하단부에 배치되어 집진박스(510) 내부에서 하측으로 낙하하는 분진 및 스크랩을 흡입하여 포집하는 분진흡입기(530)를 포함한다.
상기 집진유닛(500)의 하단부 일측에 패턴드럼(320) 및 에지가공드럼(330)에 흡착되어 이송되는 전극의 스크랩을 흡입하여 제거하기 위한 스크랩포집유닛(550)이 설치된다. 스크랩포집유닛(550)은 일단부가 패턴드럼(320) 및 에지가공드럼(330)의 하부에 인접하게 배치되고 다른 일단부가 진공펌프와 같은 흡입장치(미도시)와 연결되는 호스나 파이프 형태로 되어, 강한 흡입력을 발생시킴으로써 패턴드럼(320) 및 에지가공드럼(330)의 외면에 흡착된 스크랩을 흡입하여 제거한다.
상기 스크랩포집유닛(550)이 스크랩을 흡입하여 제거할 때, 스크랩이 스크랩포집유닛(550)의 입구 쪽으로 원활하게 유입될 수 있도록 상기 집진유닛(500)의 집진박스(510) 전단부에 상기 스크랩포집유닛(550)의 입구 쪽으로 연장되면서 스크랩을 안내하는 곡면으로 된 스크랩가이드판(520)이 설치될 수 있다.
스크랩가이드판(520)은 패턴드럼(320)과 에지가공드럼(330)의 곡률과 대체로 일치하거나 그보다 약간 더 큰 곡률을 갖는 곡면판으로 이루어지며, 하단부가 패턴드럼(320)과 에지가공드럼(330)의 하단부와 인접하게 배치되어 스크랩을 스크랩포집유닛(550)의 입구 쪽으로 안내함과 동시에 흡입력이 패턴드럼(320)과 에지가공드럼(330)의 하부로만 전달되도록 하여 스크랩의 포집 성능을 향상시키는 기능을 한다. 이와 같이 스크랩가이드판(520)을 패턴드럼(320)과 에지가공드럼(330)의 하단부까지 연장되는 곡면판으로 구성하면 스크랩포집유닛(550)을 통해 흡입력을 발생시킬 때 공기의 와류 현상에 의한 진동 발생을 최소화할 수 있으며, 진동 발생으로 인한 노칭 가공의 정밀도 저하를 방지할 수 있는 효과가 있다.
즉, 스크랩포집유닛(550)의 상단부가 패턴드럼(320)과 에지가공드럼(330)에서 레이저 노칭 가공이 시행되는 부분의 바로 하측에 배치되면 스크랩포집유닛(550)에서 발생하는 강한 공기 흡입력이 레이저 조사 위치까지 영향을 미쳐서 전극(E)이 진동하는 현상이 발생하게 되고, 그에 따라 가공 불량이 발생할 수 있다. 하지만 전술한 것처럼 스크랩포집유닛(550)의 상단부 위치가 레이저 조사 위치로부터 수평방향으로 일정 거리 이격되면 레이저 가공 위치에서의 전극(E)의 진동을 억제할 수 있게 된다.
이 실시예에서 스크랩포집유닛(550)은 패턴지그(300)의 하부에 배치되지만, 도 7에 다른 실시예로 나타낸 것과 같이, 스크랩포집유닛(550)은 패턴지그(300)의 상부에 배치될 수도 있다. 여기서, 스크랩포집유닛(550)은 패턴지그(300)에 감겨진 전극이 패턴지그(300)에서 분리되는 위치의 상측에 배치되는데, 이와 같이 스크랩포집유닛(550)이 패턴지그(300)의 패턴드럼(320)과 에지가공드럼(330) 상측에 배치되면, 패턴드럼(320)과 에지가공드럼(330)에는 전극의 전극탭 부분은 남아 있지 않고 스크랩만 남아 있는 상태에서 강한 흡입력을 발생하여 스크랩을 흡입하므로 전극탭이 강한 공기 흡입력에 의해 손상되거나 변형되는 현상을 방지할 수 있는 이점이 있다.
한편 레이저 노칭 가공이 진행됨에 따라 탭가공홀(321)과 에지커팅홀(331) 부분에 분진이 완전히 제거되지 않고 소량이 잔류할 수 있으며, 이러한 분진이 축적되면 가공 정밀도가 현저히 저하되므로 주기적으로 청소를 해주어야 한다. 이에 패턴지그(300)의 일측에 패턴지그(300)의 외면에 축적된 분진 등의 이물질을 흡입하여 제거할 수 있는 건식세정유닛(600)을 구성할 수 있다.
도 2 및 도 8을 참조하면, 건식세정유닛(600)은 패턴지그(300)의 패턴드럼(320)과 에지가공드럼(330)의 외면과 근접하도록 설치되는 복수의 세정노즐(610)과, 각각의 세정노즐(610)의 외측을 둘러싸도록 설치되며 패턴드럼(320)과 에지가공드럼(330)의 외면과 인접한 하단부가 개방되게 형성된 통 형태의 집진하우징(620)을 포함할 수 있다.
세정노즐(610)은 패턴지그(300)의 외면으로 공기를 분사하는 분사노즐부(611)와, 상기 분사노즐부(611)의 측방에 배치되어 공기와 이물질을 흡입하는 흡입노즐부(612)를 구비한다. 따라서 분사노즐부(611)를 통해 공기를 고압으로 분사하여 패턴지그(300)의 외면에 부착된 이물질을 떼어낸 다음, 흡입노즐부(612)를 통해 공기와 이물질을 흡입함으로써 패턴지그(300)의 외면에 부착된 이물질을 제거하여 건식 세정할 수 있다.
분사노즐부(611)를 통해 공기를 고압으로 분사하여 패턴지그(300)의 외면에 부착된 이물질을 분리시킬 때, 이물질이 더욱 원활하게 분리될 수 있도록 하기 위하여 분사노즐부(611)는 초음파 가진된 공기를 분사하도록 구성될 수 있다.
또한 이 실시예에서 건식세정유닛(600)은 2개가 패턴지그(300)의 패턴드럼(320)과 에지가공드럼(330)의 외측에 설치되지만, 도 9에 도시한 것과 같이 건식세정유닛(600)이 패턴지그(300)의 일단에서부터 다른 일단까지 패턴지그(300)의 길이방향을 따라 길게 설치되어 패턴지그(300)의 전체에 걸쳐 이물질을 제거할 수도 있다.
상술한 것과 같은 레이저 노칭 시스템은 다음과 같이 작동한다.
가공 대상 전극(E)은 공정 방향 상류측에 구성된 로더부의 샤프트에 롤 형태로 권취되어 있다가 전극 이송장치에 의해 풀려져 나오면서 장력을 유지하며 일정한 속도와 피치로 이동하여, 패턴지그(300)의 외면에 밀착되면서 상측에서 하측으로 통과하게 된다.
이 때 전극(E)의 양 변부는 패턴드럼(320)과 에지가공드럼(330)의 외면에 밀착되고, 전극(E)의 양 변부의 안쪽 부분은 가이드드럼(310)의 외면에 밀착되면서 안내된다.
2개의 레이저 조사기(100)에서 방출된 레이저는 각각 패턴드럼(320)과 에지가공드럼(330)과 밀착되어 있는 전극(E)의 양측 변부로 조사된다. 이 때 패턴드럼(320)과 마주보는 레이저 조사기(100)에서 방출되는 레이저는 패턴드럼(320)의 탭가공홀(321)과 대응하는 패턴으로 레이저를 조사하여 전극(E)의 일측 변부에 전극탭을 노칭 가공하고, 에지가공드럼(330)과 마주보는 레이저 조사기(100)에서 방출되는 레이저는 에지가공드럼(330)의 에지커팅홀(331) 쪽으로 레이저를 조사하여 전극(E)의 일측 변부를 일자형으로 절단한다.
레이저에 의해 전극(E)의 양 변부가 절단되는 과정에서 탭가공홀(321) 및 에지커팅홀(221) 부분에서 발생하는 흄과 분진은 제1흡입관(326) 및 제2흡입관(336)을 통해서 발생하는 흡입력에 의해 패턴드럼(320) 및 에지가공드럼(330)의 내부 공간(323, 333)으로 흡입된 후 제1흡입관(326) 및 제2흡입관(336)을 통해 외부로 배출되어 제거된다.
또한 레이저에 의해 전극(E)의 양측 변부가 잘려져 발생한 스크랩은 패턴드럼(320) 및 에지가공드럼(330)의 외면에 붙어서 이송되다가 스크랩포집유닛(550)에 흡입되어 포집된다.
레이저 조사기(100)에 의한 노칭 공정이 완료되어 양 변부에 전극탭이 배열된 전극(E)은 공정 방향 하류측에 구성된 오프로더의 샤프트에 권취되어 회수된다.
전술한 것과 같이 전극(E)의 일측 변부에 레이저를 조사하여 전극탭을 가공할 때, 전극(E)의 일측 변부가 패턴드럼(320)에 형성되어 있는 복수의 미세진공홀(322)에 진공 흡착되어 고정되므로, 전극(E)의 일측 변부에 떨림 현상이 거의 발생하지 않게 되어 정확하게 전극탭을 가공할 수 있다. 패턴드럼(320)의 미세진공홀(322)을 통한 진공압은 상기 제1흡입관(326)을 통해 발생하는 흡입력에 의해 구현될 수 있다.
본 발명의 레이저 노칭 시스템은 레이저 조사기(100)에서 수평하게 레이저가 조사되고, 레이저 조사 위치에서 전극(E)이 상하 방향으로 이동하면서 드럼 타입의 패턴지그(300)에 감겨져 지지되므로 레이저 노칭 공정 중에 발생하는 스크랩과 분진이 자연스럽게 하측으로 낙하하여 공정 수행과 동시에 제거될 수 있다.
전술한 것과 같이 레이저 노칭 시스템의 패턴지그(300)에 전극(E)이 감겨지면서 이송되기 때문에, 레이저 조사기(100)에 의한 레이저 노칭 고정이 수행되는 동안 패턴지그(300)에 감겨진 전극(E)에 마킹 공정과 같은 다른 공정을 연속적으로 수행함으로써 전극(E)의 사행에 의한 위치 변동없이 복수의 공정을 하나의 패턴지그(300)에서 수행할 수 있다. 즉, 레이저 노칭 공정 후 전극(E)을 연속적으로 이송하면서 마킹 공정 등 다른 공정을 수행하게 되는데, 전극(E)이 여러 개의 드럼을 통과하여 이송되는 과정에서 사행 등에 의해 위치가 미세하게 변동되어 다른 후속 공정의 정밀도가 저하되거나 불량이 발생할 수 있다.
그러나, 도 10에 도시한 것과 같이 전극(E)이 패턴지그(300)에 감겨지면서 이송되기 때문에 레이저 조사기(100)의 바로 하측 또는 패턴지그(300)의 일측에 마킹 공정 등의 다른 공정 작업을 노칭 작업과 동시에 또는 연속적으로 수행하는 마킹장치와 같은 제2공정기(700)를 추가로 설치함으로써 패턴지그(300)에서 다중 작업이 가능한 이점을 얻을 수 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 다양한 변화와 변경 및 균등물을 사용할 수 있다. 본 발명은 상기 실시예를 적절히 변형하여 동일하게 응용할 수 있음이 명확하다. 따라서 상기 기재 내용은 하기 특허청구범위의 한계에 의해 정해지는 본 발명의 범위를 한정하는 것이 아니다.
본 발명은 이차전지의 제조에 적용될 수 있으며, 특히 이차전지의 전극 필름을 연속적으로 이송하면서 전극 필름의 가장자리에 레이저를 소정의 패턴으로 조사하여 전극탭을 가공하는 전극의 레이저 노칭 장비에 적용할 수 있다.

Claims (10)

  1. 레이저를 조사하는 레이저 조사기;
    상기 레이저 조사기의 일측에 고정되게 설치되는 지그베이스;
    외면에 전극이 밀착되면서 안내되고 일측부 또는 양측부 외면에 레이저가 통과하는 탭가공홀이 원주방향을 따라 형성되어 있는 원통형으로 이루어지며, 양측 중심부에 상기 지그베이스에 회전 가능하게 연결되는 회전축이 마련되어, 상기 회전축을 중심으로 회전 운동하면서 전극을 지지함과 동시에 안내하는 패턴지그; 및,
    상기 패턴지그의 회전축에 회전력을 전달하여 패턴지그를 회전시키는 회동유닛;
    을 포함하는 이차전지 제조용 레이저 노칭 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 패턴지그는, 외면에 상기 전극이 밀착되면서 감겨져 안내되는 원통형으로 된 가이드드럼, 상기 가이드드럼의 일측 단부 외측에 연속하여 배치되며 전극의 일측 변부에 전극탭을 가공하기 위한 탭가공홀이 원주방향을 따라 지그재그 형태로 형성되고 내부에 빈 공간이 형성되어 있는 원통형의 패턴드럼과, 상기 패턴드럼의 외측 단부에 배치되어 패턴드럼의 내부 공간을 차폐하며 패턴드럼이 상대 회전 가능하게 연결되는 제1커플링디스크와, 상기 제1커플링디스크를 통해 상기 패턴드럼의 내부 공간과 연통되며 흡입력을 발생시키는 흡기펌프와 연결되는 제1흡입관을 포함하는 이차전지 제조용 레이저 노칭 시스템.
  3. 제2항에 있어서, 상기 패턴드럼의 외면에는 탭가공홀의 주변을 따라 전극의 일측 변부를 진공 흡착하여 일시적으로 고정하는 복수의 미세진공홀이 관통되게 형성되어 있는 이차전지 제조용 레이저 노칭 시스템.
  4. 제2항에 있어서, 상기 패턴지그는, 상기 가이드드럼의 다른 일측 단부 외측에 연속하여 배치되며 레이저가 통과하는 에지커팅홀이 원주방향을 따라 일자형으로 형성되어 있고 내부에 빈 공간이 형성되어 있는 에지가공드럼과, 상기 에지가공드럼의 외측 단부에 배치되어 에지가공드럼의 내부 공간을 차폐하며 에지가공드럼이 상대 회전 가능하게 연결되는 제2커플링디스크와, 상기 제2커플링디스크를 통해 상기 에지가공드럼의 내부 공간과 연통되며 흡입력을 발생시키는 흡기펌프와 연결되는 제2흡입관을 더 포함하는 이차전지 제조용 레이저 노칭 시스템.
  5. 제1항에 있어서, 상기 패턴지그의 탭가공홀의 하측 또는 상측에 배치되어 전극의 변부에서 잘려진 스크랩을 흡입하여 외부로 배출하는 스크랩포집유닛을 더 포함하는 이차전지 제조용 레이저 노칭 시스템.
  6. 제5항에 있어서, 상기 패턴지그의 하부에서 상기 패턴지그의 외면에 각각 연접하게 설치되는 2개의 측면판과, 상기 측면판의 후방에 배치되는 후면판을 포함하는 집진박스와, 상기 집진박스의 하단부에 배치되어 집진박스 내부에서 하측으로 낙하하는 분진 및 스크랩을 흡입하여 포집하는 분진흡입기를 포함하는 집진유닛을 더 포함하며,
    상기 집진박스의 전단부에 상기 스크랩포집유닛 쪽으로 연장되면서 스크랩을 안내하는 곡면으로 된 스크랩가이드판이 설치된 이차전지 제조용 레이저 노칭 시스템.
  7. 제1항에 있어서, 상기 패턴지그의 외면과 근접하도록 설치되며, 패턴지그의 외면으로 공기를 분사하는 분사노즐부와, 상기 분사노즐부의 측방에 배치되어 공기와 이물질을 흡입하는 흡입노즐부를 구비한 세정노즐을 포함하는 건식세정유닛을 더 포함하는 이차전지 제조용 레이저 노칭 시스템.
  8. 제7항에 있어서, 상기 건식세정유닛은 상기 세정노즐의 외측을 둘러싸도록 설치되며 패턴지그의 외면과 인접한 하단부가 개방되게 형성된 통 형태의 집진하우징을 더 포함하는 이차전지 제조용 레이저 노칭 시스템.
  9. 제7항에 있어서, 상기 건식세정유닛의 분사노즐부는, 초음파 가진된 공기를 분사하는 이차전지 제조용 레이저 노칭 시스템.
  10. 제1항에 있어서, 상기 패턴지그의 외측에 설치되어 상기 레이저 조사기와 별도로 패턴지그에 감겨진 전극에 소정의 공정 작업을 동시에 또는 연속적으로 수행하는 제2공정기를 더 포함하는 이차전지 제조용 레이저 노칭 시스템.
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