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JP7646971B2 - 単位セルの整列装置及び整列方法 - Google Patents
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JP7646971B2 - 単位セルの整列装置及び整列方法 - Google Patents

単位セルの整列装置及び整列方法 Download PDF

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Description

本出願は、2021年8月3日付け韓国特許出願第10-2021-0101704号に基づく優先権の利益を主張し、当該韓国特許出願の文献に開示されたすべての内容は本明細書の一部として含む。
本発明は、単位セルの整列装置及び整列方法に関する。
モバイル機器に関する技術開発と需要が増加するにつれて、再充電が可能な二次電池は様々なモバイル機器のエネルギー源として広範囲に使用されている。また、二次電池は、既存のガソリン車両やディーゼル車両の大気汚染などを解決するための方案として提示されている電気自動車、ハイブリッド自動車などのエネルギー源としても注目を浴びている。
二次電池は、電極組立体が内蔵される電池ケースの形状によってコイン型電池、円筒型電池、角型電池及びパウチ型電池に分類される。一般的に、電池ケースに内蔵される電極組立体は、正極と負極との間に分離膜を介在して巻き取ったゼリーロール型、正極と負極との間に分離膜が介在した複数の単位セルを積層したスタック型、及び単位セルを分離フィルムで巻き取ったスタック/フォールディング型に分類される。
このうち、スタック/フォールディング型は、電極及び分離膜を含む単位セルを移送して分離フィルム上に取り付けられ、分離フィルムで巻き取らせて製造することができる。このとき、単位セルの移送中に電極が歪む場合、単位セル間の整列が合わないため、オーバーハングの不良などの問題が発生しうる。
韓国公開特許第10-2021-0055186号公報
本発明の目的の一つは、分離フィルム上に取り付ける単位セルの整列正確度を向上させることである。
本発明のもう一つの目的は、オーバーハングの不良を改善することである。
本発明のもう一つの目的は、フォールディングギャップ(gap)の不良を改善することである。
本発明の一実施例は、電極及び分離膜を含む単位セルを第1の方向に移送する第1の移送部;前記電極の歪み角度を測定する第1のビジョン部;前記単位セルを把持して移動させるグリッパ(gripper);及び前記グリッパを制御する制御部;を含み、前記制御部は前記グリッパが前記単位セルを把持する前に、前記第1のビジョン部で測定された前記電極の歪み角度に基づいて前記グリッパの角度を調整し、前記グリッパが前記単位セルを把持した後、前記グリッパの角度が調整前の角度となるように前記グリッパを復帰させ、前記電極の歪み角度は、前記第1の方向と平面上で垂直な第2の方向への仮想線及び前記電極の中心軸がなす角度であり、前記グリッパの角度は、前記第2の方向への仮想線及び前記グリッパの中心軸がなす角度である、単位セルの整列装置を提供する。
本発明の一実施例は、電極及び分離膜を含む単位セルを第1の方向に移送する段階;前記電極の歪み角度を測定する段階;測定された前記電極の歪み角度に基づいてグリッパの角度を調整する段階;前記単位セルを角度が調整された前記グリッパで把持する段階;及び前記単位セルを把持した前記グリッパの角度が調整前の角度となるように前記グリッパを復帰させる段階;を含み、前記電極の歪み角度は、前記第1の方向と平面上で垂直な第2の方向への仮想線及び前記電極の中心軸がなす角度であり、前記グリッパの角度は前記第2の方向への仮想線及び前記グリッパの中心軸がなす角度である、単位セルの整列方法を提供する。
本発明の効果の1つは、分離フィルム上に取り付ける単位セルの整列正確度を向上させることである。
本発明のもう一つの効果は、オーバーハングの不良を改善することである。
本発明のもう一つの効果は、フォールディングギャップ(gap)の不良を改善することである。
本発明の一実施例に係る単位セルの整列装置の側面図である。 本発明の一実施例に係る単位セルの整列を説明するための平面図である。 本発明の一実施例に係る単位セルの追加整列を説明するための平面図である。
以下、添付の図面を参照して、本発明の実施例を詳細に説明する。図面には、説明の便宜上、各構成の全部または一部を誇張して表現されている場合がある。
または、本発明が添付の図面や本明細書において説明した内容に限定されるものではなく、本発明の技術的思想から逸脱しない範囲内で本発明が様々な形態で具現され得ることは当業者にとって明らかであろう。
図1は、本発明の一実施例に係る単位セルの整列装置の側面図である。
本発明の一実施例に係る単位セル10の整列装置は、移送部110、ビジョン部120、グリッパ130及び制御部140を含む。
単位セル10は、電極11、13及び分離膜12を含む。具体的に、単位セル10は、電極11、13及び分離膜12が交互に積層された構造であってもよい。本発明の一実施例によれば、単位セル10は、第1の電極11、第1の電極11の両面上に積層された分離膜12及び第1の電極11の両面上に積層された分離膜12のそれぞれの上に積層された第2の電極13を含むことができるが、単位セル10の構造はこれに制限されるものではない。
第1の電極11及び第2の電極13の一方は正極であり、他方は負極であってもよい。例えば、第1の電極11は負極であり、第2の電極13は正極であってもよい。負極である第1の電極11の断面積は、正極である第2の電極13の断面積より大きくてもよい。ここで、断面積とは、第1の方向x及び第2の方向yがなす平面における断面積を意味する。第1の電極11及び第2の電極13のそれぞれは、一端部にタブ(tab)が形成された構造であってもよいが、図面上では電極のタブを省略して示した。
分離膜12は、電極11、13間に配置される。分離膜12の断面積は、電極11、13の断面積より大きくてもよい。前述のように、負極である第1の電極11の断面積は、正極である第2の電極13の断面積より大きくてもよく、この場合、分離膜12、第1の電極11、第2の電極13の順に断面積が小さくなってもよい。
移送部110は、単位セル10を移送する。移送部110は、第1の移送部111及び第2の移送部112を含むことができる。
第1の移送部111は、電極11、13及び分離膜12を含む単位セル10を第1の方向xに移送する。第1の移送部111は、互いに一定間隔に離隔した複数の単位セル10を連続的に移送することができる。第1の移送部111はコンベアベルトであってもよい。
後述するように、第1の移送部111は、電極11、13が第1のビジョン部121で測定される領域である第1の領域A1及び電極11、13がグリッパ130で把持され、第2のビジョン部122で測定される領域である第2の領域A2を有してもよい。
第2の移送部112は、分離フィルム20及び分離フィルム20上に配置された単位セル10を移送する。このとき、単位セル10は、後述するグリッパ130によって第2の移送部112に供給され、分離フィルム20上に取り付けることができる。したがって、後工程で単位セル10を取り付けた分離フィルム20を巻き取ることによって、スタック/フォールディング型電極組立体を形成することができる。
第2の移送部112は一対のローラであってもよい。したがって、単位セル10はグリッパ130によって一対のローラ間に投入され、分離フィルム20と共に圧入されることができる。
ビジョン部120は、電極11、13の位置情報を測定し、具体的に、電極11、13の歪み角度を測定することができる。ただし、ビジョン部120は、電極11、13の位置、電極11、13間の整列状態など、他の位置情報をさらに測定することもでき、設計によって分離膜12の位置情報を測定することもできる。ビジョン部120で測定された情報は、制御部140に伝送されることができる。
ビジョン部120は、第1のビジョン部121及び第2のビジョン部122を含む。第1のビジョン部121及び第2のビジョン部122のそれぞれは、異なる領域で電極11、13の歪み角度θ1を測定することができる。第1のビジョン部121及び第2のビジョン部122のそれぞれは、ビジョン装置を含むことができ、ビジョン装置はカメラ、X線などであってもよい。
グリッパ130は、単位セル10を把持して移動させる役割を遂行することができる。具体的に、グリッパ130は、単位セル10を把持して把持された単位セル10を第2の移送部112に供給することができる。グリッパ130は、単位セル10の一端部または両端部を把持することができる。グリッパ130はボディ及びアーム(arm)を含み、アームが単位セル10を把持して固定させたままに移動させるものであってもよい。
制御部140はグリッパ130を制御する。制御部140は、グリッパ130の移動距離、移動速度、角度などを制御することができる。このとき、制御部140は、ビジョン部120で測定された情報に基づいてグリッパ130を制御することができる。
以下、図2及び図3を参照して、本発明の一実施例に係る単位セルの整列装置のビジョン部120、グリッパ130及び制御部140についてより詳細に説明することにする。
図2は、本発明の一実施例に係る単位セルの整列を説明するための平面図である。
第1の移送部111は、第1の領域A1及び第1の領域A1と隣接する第2の領域A2を有する。単位セル10は第1の方向xに沿って移送され、したがって、単位セル10は第1の領域A1及び第2の領域A2を順次通過する。第1のビジョン部121は第1の移送部111の第1の領域A1上に配置され、第2のビジョン部122は第1の移送部111の第2の領域A2上に配置される。言い換えれば、第1の領域A1は、単位セル10を第1のビジョン部121で測定するための第1の測定領域であり、第2の領域A2は、第1の領域A1を通過した単位セル10を第2のビジョン部122で測定するための第2の測定領域である。このとき、単位セル10は、第1の移送部111に移送中に第1の領域A1で一定期間停止して第1のビジョン部121で測定され、再び移送されて第2の領域A2で一定期間停止して第2のビジョン部122で測定されることができる。なお、後述するように、第2の領域A2は、単位セル10がグリッパ130で把持される領域であってもよい。一方、第1の領域A1及び第2の領域A2は説明の便宜のために導入される領域で、互いに肉眼で確認される境界を有するものではない。
一方、図2及び図3において、第1のビジョン部121及び第2のビジョン部122のそれぞれが、第1の移送部110の第1の領域A1及び第2の領域A2のそれぞれの第2の方向y上に配置されると見えることがあるが、これは説明の理解を助けるためであるだけで、第1のビジョン部121及び第2のビジョン部122のそれぞれは、第1の移送部110の第1の領域A1及び第2の領域A2のそれぞれの第3の方向z上に配置されるものであることを明らかにする。
また、前述のように、分離膜12の断面積は電極11、13の断面積より大きくてもよく、したがって、図には単位セル10が最外角電極(第2の電極13)の外側に分離膜12が突出して配置された構造を有するものとして示した。
図2の(a)を参照すると、第1のビジョン部121は、第1の移送部111の第1の領域A1で電極11、13の歪み角度θ1を測定する。
本明細書において、電極11、13の歪み角度θ1は、第1の方向xと平面上で垂直な第2の方向yへの仮想線V及び電極11、13の中心軸C1がなす角度である。電極11、13の中心軸C1は、電極11、13が歪むことなく理想的に整列された状態であるとき、第2の方向yへの中心軸である。ただし、整列が合わない電極11、13の中心軸C1は第2の方向yに向かなくてもよい。
第1のビジョン部121は、第1の電極11及び第2の電極13のうちの少なくとも一方の電極の歪み角度θ1を測定する。第1のビジョン部121は、第1の電極11の歪み角度θ1を測定するものであってもよい。第1のビジョン部121は、最外角電極である第2の電極13ではなく、単位セル10の内部に配置された第1の電極11の歪み角度θ1を測定することができ、したがって、第1の電極11を基準に単位セル10を整列させることができる。前述のように、第1の電極11は、第2の電極13より断面積が大きい負極であってもよく、よって、負極である第1の電極11を基準に単位セル10を整列させることでオーバーハングの不良を改善することができる。ただし、これに限定されるものではなく、第1のビジョン部121は、第2の電極13の歪み角度を測定するか、または第1の電極11及び第2の電極13のそれぞれの歪み角度を測定するものであってもよい。
図2の(b)を参照すると、単位セル10は第1の移送部111の第2の領域A2に移送され、グリッパ130も第1の移送部111の第2の領域A2に移動して単位セル10を把持する。
このとき、制御部140は、グリッパ130が単位セル10を把持する前に、第1のビジョン部121で測定された電極11,13の歪み角度θ1に基づいてグリッパ130の角度θ2を調整する。具体的に、制御部140は、グリッパ130を電極11、13の歪み角度θ1だけ回転させることによって、グリッパ130の角度θ2を調整する。したがって、調整後、グリッパ130の中心軸C2は電極11、13の中心軸C1と平行である。グリッパ130の角度θ2は、グリッパ130の移動前に調整されてもよく、移動中に調整されてもよく、または移動後に調整されてもよい。
本明細書において、グリッパ130の角度θ2は、第1の方向xと平面上で垂直な第2の方向yへの仮想線V及びグリッパ130の中心軸C2がなす角度である。グリッパ130の中心軸C2は、グリッパ130が調整されずに整列した状態であるとき、第2の方向yへの中心軸である。ただし、図に示すように、調整後には、グリッパ130の中心軸C2が第2の方向yに向かなくてもよい。
図2の(c)を参照すると、制御部140はグリッパ130が単位セル10を把持した後、グリッパ130の角度θ2が調整前の角度となるようにグリッパ130を復帰させる。言い換えれば、制御部140はグリッパ130が単位セル10を把持した後、グリッパ130が単位セル10を把持する前に回転した角度だけ再び回転させることでグリッパ130を復帰させる。したがって、グリッパ130の中心軸C2は再び第2の方向yに向かい、第2の方向yへの任意の仮想線Vと平行になる。復帰されたグリッパ130は依然として第1の移送部111の第2の領域A2に位置する。
前述のように、本発明の一実施例に係る単位セルの整列装置は、グリッパ130が単位セル10の電極11、13が歪み角度θ1だけ回転させた状態で単位セル10を把持し、単位セル10を把持したグリッパ130を復帰させることで単位セル10に対する一次整列を行う。ただし、このように整列した後にも単位セル10の整列誤差が依然として発生しうる。したがって、本発明の一実施例によれば、後述するように単位セル10の追加整列を実施することができる。
図3は、本発明の一実施例に係る単位セルの追加整列を説明するための平面図である。
図3の(a)を参照すると、第2のビジョン部122は、第1の移送部111の第2の領域A2でグリッパ130が復帰した後、グリッパ130で把持された状態で電極11、13の歪み角度θ1をさらに測定する。理想的な場合、図2において説明した一次補正で単位セル10の整列が合わなければならないが、測定や調整上の誤差などにより単位セル10の整列誤差が依然として発生する可能性があるからである。
第2のビジョン部122も、第1の電極11及び第2の電極13のうちの少なくとも一方の電極の歪み角度θ1を測定する。第2のビジョン部122は、第1のビジョン部121で測定された電極と同一の電極の歪み角度を測定することが追加整列の側面において好ましい。例えば、第2のビジョン部122は、第1のビジョン部121と同様に、負極である第1の電極11の歪み角度θ1を測定するものであってもよい。ただし、これに限定されるものではなく、第2のビジョン部122は、第1のビジョン部121と共に第2の電極13の歪み角度を測定するか、または第1の電極11及び第2の電極13のそれぞれの歪み角度を測定するものであってもよい。必要に応じて、第1のビジョン部121で測定した電極と異なる電極の歪み角度を測定することもできる。
図3の(b)を参照すると、制御部140は、第2のビジョン部122で測定された電極11、13の歪み角度θ1に基づいて復帰したグリッパ130の角度θ2をさらに調整する。具体的に、制御部140は、グリッパ130をグリッパ130が復帰した後、電極11、13の歪み角度θ1だけ回転させることによって、グリッパ130の角度θ2をさらに調整する。したがって、グリッパ130の中心軸C2は再び第2の方向yを向かないようにしてもよい。グリッパ130の角度θ2は、第1の移送部111の第2の領域A2でさらに調整されてもよく、グリッパ130の第2の移送部112に移動中に調整されてもよく、または移動後に調整されてもよい。
図3の(c)を参照すると、制御部140は、グリッパ130がさらに調整された角度を維持し、単位セル10を第2の移送部112に供給するようにさらに制御することができる。すなわち、制御部140は、単位セル10を把持したグリッパ130がさらに調整された角度を維持し、単位セル10を第1の移送部111の第2の領域A2から第2の移送部112まで移動するように制御することができる。したがって、単位セル10は整列が改善された状態で第2の移送部112に供給されることができる。
前述のように、本発明の一実施例によれば、単位セル10を把持するグリッパ130の角度θ2を制御することによって、単位セル10の整列を補正することができる。また、単位セル10がグリッパ130で把持される前と後の2回の補正を行うことによって、単位セル10の整列をさらに改善することができる。また、整列された状態の単位セル10を提供することによって、分離フィルム20上に取り付ける単位セル10の整列正確度を向上させることができ、これを通じて、フォールディングギャップの不良も改善することができる。それだけでなく、負極である第1の電極11を基準に単位セル10を整列させることでオーバーハングの不良をさらに改善することができる。
本発明の単位セルの整列方法は、電極11、13及び分離膜12を含む単位セル10を第1の方向xに移送する段階、電極11、13の歪み角度θ1を測定する段階、測定された電極11、13の歪み角度θ1に基づいてグリッパ130の角度θ2を調整する段階、単位セル10を角度が調整されたグリッパ130で把持する段階、及び単位セル10を把持したグリッパ130の角度θ2が調整前の角度となるようにグリッパ130を復帰させる段階を含む。
また、本発明の単位セルの整列方法は、グリッパ130が復帰した後に電極11,13の歪み角度θ1をさらに測定する段階、及びさらに測定された電極11,13の歪み角度に基づいて前記グリッパ130の角度θ2をさらに調整する段階をさらに含むことができる。
一方、単位セルの移送段階は、電極11、13を電極11、13の歪み角度θ1が測定される第1の領域A1に移送する第1の移送段階、及び電極11、13がグリッパ130で把持される第2の領域A2に移送する第2の移送段階を含むことができる。このとき、電極11、13の歪み角度θ2をさらに測定する段階は、第2の領域A2で行うことができる。
その他の説明は、本発明の一実施例に係る単位セルの整列装置において説明した内容と実質的に同様に適用が可能であるところ、詳細な内容は省略する。
以上、本発明の一実施例に係る単位セルの整列装置及び方法を例示的に説明したが、本発明の実施形態を前述した形態に制限しようとするものではない。当業者は、本発明の技術的思想から逸脱しない範囲内で、本明細書及び添付の図面を参照して、本発明を適宜変更して実施することができるであろう。
本明細書において、第1、第2などの順番は、構成要素を互いに区別するためのものであり、構成要素間の優先順位を意味するか、または絶対的な順番を意味するものではない。本明細書の一部分において第1の構成要素は、本明細書の他の部分において第2の構成要素と称されることもある。
本明細書において、第1の方向x、第2の方向y、第3の方向zなどの方向は図面を基準に説明した。本明細書において説明された方向は、視点によって異なるように説明され得ることは言うまでもない。
本明細書において、本明細書の用語及び表現は広範囲に解釈されなければならず、制限的な意味で解釈されてはならない。本明細書において「含む」という表現は、言及された構成以外に、1つ以上の他の構成要素の存在または追加を排除しない。本明細書において、単数形の表現は、文脈上明示的に排除されない限り、複数形を含む。または、各実施例は互いに組み合わせが可能であり、矛盾しない限り、特定の実施例において説明された内容は他の実施例にも適用されることができる。
10:単位セル
11:第1の電極
12:分離膜
13:第2の電極
20:分離フィルム
110:移送部
111:第1の移送部
112:第2の移送部
120:ビジョン部
121:第1のビジョン部
122:第2のビジョン部
130:グリッパ
140:制御部

Claims (14)

  1. 電極及び分離膜を含む単位セルを第1の方向に移送する第1の移送部;
    前記電極の歪み角度を測定する第1のビジョン部;
    前記単位セルを把持して移動させるグリッパ(gripper);及び
    前記グリッパを制御する制御部;を含み、
    前記制御部は、前記グリッパが前記単位セルを把持する前に、前記第1のビジョン部で測定された前記電極の歪み角度に基づいて前記グリッパの角度を調整し、前記グリッパが前記単位セルを把持した後、前記グリッパの角度が調整前の角度となるように前記グリッパを復帰させ、
    前記電極の歪み角度は、前記第1の方向と平面上で垂直な第2の方向への仮想線及び前記電極の中心軸がなす角度であり、
    前記グリッパの角度は、前記第2の方向への仮想線及び前記グリッパの中心軸がなす角度である、
    単位セルの整列装置。
  2. 前記制御部は、前記グリッパが前記単位セルを把持する前に、前記グリッパを前記電極の歪み角度だけ回転させる、
    請求項1に記載の単位セルの整列装置。
  3. 前記単位セルは、第1の電極、前記第1の電極の両面上に積層された前記分離膜、及び前記第1の電極の両面上に積層された前記分離膜のそれぞれの上に積層された第2の電極を含み、
    前記第1のビジョン部は、前記第1の電極の歪み角度を測定する、
    請求項1に記載の単位セルの整列装置。
  4. 前記第1の電極は負極であり、前記第2の電極は正極である、
    請求項3に記載の単位セルの整列装置。
  5. 前記グリッパが復帰した後、前記電極の歪み角度をさらに測定する第2のビジョン部;をさらに含み、
    前記制御部は、前記第2のビジョン部で測定された前記電極の歪み角度に基づいて復帰した前記グリッパの角度をさらに調整する、
    請求項1から4のいずれか一項に記載の単位セルの整列装置。
  6. 前記グリッパが復帰した後、前記制御部は、前記電極の歪み角度だけ復帰した前記グリッパを回転させる、
    請求項5に記載の単位セルの整列装置。
  7. 前記単位セルは、第1の電極、前記第1の電極の両面上に積層された前記分離膜、及び前記第1の電極の両面上に積層された前記分離膜のそれぞれの上に積層された第2の電極を含み、
    前記第1のビジョン部及び前記第2のビジョン部のそれぞれは、前記第1の電極の歪み角度を測定する、
    請求項5に記載の単位セルの整列装置。
  8. 前記第1の電極は負極であり、前記第2の電極は正極である、
    請求項7に記載の単位セルの整列装置。
  9. 前記第1のビジョン部は、前記第1の移送部の第1の領域で前記電極の歪み角度を測定し、
    前記グリッパは、前記第1の移送部の第1の領域と隣接する第2の領域で前記電極を把持し、
    前記第2のビジョン部は、前記第1の移送部の第2の領域で前記電極の歪み角度をさらに測定する、
    請求項5に記載の単位セルの整列装置。
  10. 分離フィルム及び前記分離フィルム上に配置された前記単位セルを移送する第2の移送部;をさらに含み、
    前記グリッパは、前記単位セルを移動させて前記第2の移送部に供給し、
    前記制御部は、前記グリッパがさらに調整された角度を維持し、前記単位セルを前記第2の移送部に供給するようにさらに制御する、
    請求項5に記載の単位セルの整列装置。
  11. 電極及び分離膜を含む単位セルを第1の方向に移送する段階;
    前記電極の歪み角度を測定する段階;
    測定された前記電極の歪み角度に基づいてグリッパの角度を調整する段階;
    前記単位セルを角度が調整された前記グリッパで把持する段階;及び
    前記単位セルを把持した前記グリッパの角度が調整前の角度となるように前記グリッパを復帰させる段階;を含み、
    前記電極の歪み角度は、前記第1の方向と平面上で垂直な第2の方向への仮想線及び前記電極の中心軸がなす角度であり、
    前記グリッパの角度は、前記第2の方向への仮想線及び前記グリッパの中心軸がなす角度である、
    単位セルの整列方法。
  12. 前記グリッパが復帰した後、前記電極の歪み角度をさらに測定する段階;及び
    さらに測定された前記電極の歪み角度に基づいて復帰した前記グリッパの角度をさらに調整する段階;を含む、
    請求項11に記載の単位セルの整列方法。
  13. 前記単位セルを第1の方向に移送する段階は、前記電極を前記電極の歪み角度が測定される第1の領域に移送する第1の移送段階、及び前記電極が前記グリッパで把持される第2の領域に移送する第2の移送段階を含む、
    請求項12に記載の単位セルの整列方法。
  14. 前記電極の歪み角度をさらに測定する段階は、前記第2の領域で行われる、
    請求項13に記載の単位セルの整列方法。
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