KR101135499B1

KR101135499B1 - 전지용 전극 탭의 레이저 세정 장치 및 이를 이용한 레이저 세정 방법

Info

Publication number: KR101135499B1
Application number: KR1020100050491A
Authority: KR
Inventors: 차정배; 정재호; 하경두; 이원용; 윤보혜
Original assignee: 삼성에스디아이 주식회사
Priority date: 2010-05-28
Filing date: 2010-05-28
Publication date: 2012-04-13
Also published as: KR20110130927A; CN102259103A; US20110290276A1; CN102259103B; US8834634B2

Abstract

전해액 주입 단계에서 전극 탭에 묻은 전해액을 제거하기 위한 레이저 세정 장치 및 이를 이용한 레이저 세정 방법을 제공한다. 레이저 세정 장치는, 전극군과 전해액 및 외측으로 노출된 전극 탭을 수용하는 전지 케이스를 내장하는 세정 하우징과, 레이저 빔을 생성하는 레이저 소스 및 레이저 빔의 출력을 제어하는 출력 제어부를 포함하는 레이저 발생부와, 레이저 발생부에서 생성된 레이저 빔을 전송하는 레이저 전송부와, 세정 하우징 내부에 설치되며 레이저 전송부로부터 전송받은 레이저 빔을 전극 탭에 조사하여 전극 탭에 묻은 액상 오염 물질을 제거하는 레이저 출사부를 포함한다.

Description

전지용 전극 탭의 레이저 세정 장치 및 이를 이용한 레이저 세정 방법 {LASER CLEANING DEVICE OF ELECTRODE TAB FOR BATTERY AND LASER CLEANING METHOD USING THE SAME}

본 발명은 전지용 전극 탭의 세정 기술에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 전해액 주입 단계에서 전극 탭에 묻은 전해액을 제거하기 위한 레이저 세정 장치 및 이를 이용한 레이저 세정 방법에 관한 것이다.

전지는 충전이 불가능한 일차 전지와 충전이 가능한 이차 전지로 분류된다. 이 중 저용량의 일차 전지 또는 이차 전지는 휴대폰이나 노트북 컴퓨터 및 캠코더와 같은 휴대가 가능한 소형 전자기기의 전원으로 사용되고, 대용량의 이차 전지는 하이브리드 자동차나 전기 자동차 등의 모터 구동용 전원으로 사용되고 있다.

전지는 기본적으로 양극과 음극 및 세퍼레이터를 포함하는 전극군과, 전해액과 함께 전극군을 수용하는 케이스와, 케이스를 밀봉하는 캡 조립체를 포함한다. 원통형 전지의 경우 양극은 캡 조립체와 전기적으로 연결되고, 음극은 케이스와 전기적으로 연결될 수 있다. 이를 위해 양극에 부착된 양극 탭이 캡 조립체의 내측에 고정되고, 음극에 부착된 음극 탭이 케이스의 내측에 고정될 수 있다.

통상의 원통형 전지에는 전해액 주입구가 없으므로, 케이스에 전극군을 삽입하고, 케이스에 전해액을 주입한 다음 케이스에 캡 조립체를 장착하여 케이스를 밀봉하는 과정을 거치게 된다. 음극 탭은 전해액 주입 전 케이스에 고정되고, 양극 탭은 전해액 주입 후 캡 조립체에 고정되며, 양극 탭이 고정된 캡 조립체는 개스킷과 함께 케이스에 장착된다.

이와 같이 케이스에 전해액을 주입한 다음 캡 조립체를 장착하는 구조에서는 전극 탭, 예를 들어 양극 탭에 전해액이 묻어 있게 된다. 이 경우 전극 탭의 도전 특성과 조립 성능이 저하되므로 전극 탭에 묻은 전해액을 제거해야 한다. 그런데 전극 탭은 대략 0.1mm의 극히 얇은 두께를 가지므로 세심한 주의가 요구되며, 세정 과정에서 2차 이물질 발생의 위험이 없어야 한다.

본 발명은 전해액 주입 후 전극 탭에 묻은 전해액을 효과적으로 제거하며, 설비 구성을 단순화하여 생산성을 향상시킬 수 있는 전지용 전극 탭의 레이저 세정 장치 및 이를 이용한 레이저 세정 방법을 제공하고자 한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 전지용 전극 탭의 레이저 세정 장치는, ⅰ) 전극군과 전해액 및 외측으로 노출된 전극 탭을 수용하는 전지 케이스를 내장하는 세정 하우징과, ⅱ) 레이저 빔을 생성하는 레이저 소스와, 레이저 빔의 출력을 제어하는 출력 제어부를 포함하는 레이저 발생부와, ⅲ) 레이저 발생부에서 생성된 레이저 빔을 전송하는 레이저 전송부와, ⅳ) 세정 하우징 내부에 설치되며, 레이저 전송부로부터 전송받은 레이저 빔을 전극 탭에 조사하여 전극 탭에 묻은 액상 오염 물질을 제거하는 레이저 출사부를 포함한다.

레이저 소스는 Nd:YAG 펄스 레이저를 생성하며, Nd:YAG 펄스 레이저의 펄스당 에너지는 14J 내지 34J일 수 있다. 레이저 전송부는 광섬유 케이블로 이루어질 수 있다.

레이저 출사부는 확대 광학부와 변형 광학부 및 집속 광학부 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 변형 광학부는 레이저 빔의 모양을 결정하는 개구부가 형성된 레이저 흡수 마스크를 포함할 수 있다. 집속 광학부는 볼록 렌즈와, 볼록 렌즈의 위치를 변화시키는 렌즈 이동부를 포함할 수 있다. 레이저 출사부는 전극 탭 폭의 2배 내지 3배의 직경을 가지는 레이저 빔을 출사할 수 있다.

전지용 전극 탭의 레이저 세정 장치는 레이저 출사부에 결합되어 레이저 출사부의 위치를 변화시키는 위치 조절부를 더 포함할 수 있다.

전지용 전극 탭의 레이저 세정 장치는 전극 탭에 연결되어 전극 탭을 세워 펼치는 직립 장치를 더 포함할 수 있다. 직립 장치는 전극 탭을 가압하여 전극 탭을 고정시키는 홀더부와, 홀더부를 수직 방향으로 이동시키는 수직 이동부를 포함할 수 있다.

전지 케이스는 서로간 거리를 두고 복수개로 구비될 수 있다. 전지용 전극 탭의 레이저 세정 장치는 복수의 전지 케이스를 지지하는 받침대와, 받침대에 설치되어 정해진 궤도를 따라 복수의 전지 케이스를 이동시키는 제1 이송부를 더 포함할 수 있다.

직립 장치는 전지 케이스의 개수에 대응하여 복수개로 구비될 수 있다. 전지용 전극 탭의 레이저 세정 장치는 복수의 직립 장치를 연결하여 제1 이송부와 같은 궤도를 따라 복수의 직립 장치를 이동시키는 제2 이송부를 더 포함할 수 있다.

전지용 전극 탭의 레이저 세정 장치는 세정 하우징의 내부에서 전극 탭의 후방에 위치하여 레이저 빔의 잔류 에너지를 흡수하는 레이저 흡수체를 더 포함할 수 있다.

전지용 전극 탭의 레이저 세정 장치는 세정 하우징에 설치되는 배기 유닛을 더 포함할 수 있다. 배기 유닛은 오염 물질을 포집하여 제거하는 집진 장치와, 오염 물질이 제거된 공기를 세정 하우징의 외부로 배출하는 배기 덕트를 포함할 수 있다.

전지용 전극 탭의 레이저 세정 장치는 전지 탭의 세정 과정을 관찰 및 기록하는 모니터링 시스템을 더 포함할 수 있다. 모니터링 시스템은 전지 탭의 세정 과정을 촬영하는 촬영부와, 촬영부에서 획득한 영상 정보를 표시하는 표시부를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 전지용 전극 탭의 레이저 세정 방법은, 세정 하우징의 내부에 전해액을 수용하며 전극 탭이 노출된 전지 케이스를 장착하는 단계와, 레이저 발생부를 이용하여 출력이 조절되는 레이저 빔을 생성하는 단계와, 레이저 전송부를 이용하여 레이저 출사부로 레이저 빔을 전송하는 단계와, 레이저 출사부의 광학 배율을 조정하여 레이저 빔의 모양과 크기를 설정한 후 전극 탭으로 레이저 빔을 조사하는 단계를 포함한다.

전지 케이스를 장착하는 단계에서, 직립 장치를 이용하여 전극 탭을 세워 펼칠 수 있다. 전극 탭은 레이저 빔의 조사 방향에 대해 80° 내지 100°의 각도를 유지하도록 세워질 수 있다.

레이저 빔을 조사하는 단계에서, 레이저 빔의 직경은 전극 탭 폭의 2배 내지 3배일 수 있다. 레이저 빔을 조사하는 단계에서, 전극 탭의 후방에 레이저 흡수체를 설치하여 레이저 빔의 잔류 에너지를 흡수할 수 있다. 레이저 빔을 조사하는 단계에서, 집진 장치를 이용하여 레이저 세정 과정에서 발생하는 오염 물질을 포집하여 제거할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 레이저 빔의 열 에너지를 이용하여 전극 탭에 묻은 전해액을 기화시켜 제거한다. 이러한 레이저 세정 기술은 전극 탭에 마찰을 가하지 않으므로 두께가 얇은 전극 탭을 효과적으로 세정할 수 있고, 전극 탭의 손상이나 2차 오염을 유발하지 않으며, 설비 구성이 단순화되어 생산성을 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전지용 전극 탭의 레이저 세정 장치를 나타낸 구성도이다.
도 2는 도 1에 도시한 레이저 세정 장치 중 레이저 출사부를 나타낸 구성도이다.
도 3은 도 1에 도시한 레이저 세정 장치 중 직립 장치를 나타낸 개략도이다.
도 4는 도 1에 도시한 레이저 세정 장치 중 전지 케이스와 받침대를 나타낸 개략도이다.
도 5는 도 1에 도시한 레이저 세정 장치 중 전극 탭과 레이저 흡수체를 나타낸 개략도이다. 도 5에서는 편의상 직립 장치의 도시를 생략하였다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 전지용 전극 탭의 레이저 세정 방법을 나타낸 공정 순서도이다.
도 7은 도 6에 도시한 제1 단계에서의 전극 탭을 나타낸 개략도이다.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전지용 전극 탭의 레이저 세정 장치를 나타낸 구성도이다.

도 1을 참고하면, 본 실시예의 레이저 세정 장치(100)는 세정 하우징(10), 레이저 발생부(20), 레이저 전송부(30), 및 레이저 출사부(40)를 포함한다. 그리고 레이저 세정 장치(100)에 포함된 각 부재들의 동작은 통합 제어부(11)에 의해 제어된다.

레이저 발생부(20)는 전극 탭(12)에 묻은 액상 오염 물질인 전해액을 제거하기 위한 레이저 빔(LB)을 생성한다. 레이저 발생부(20)는 레이저 빔(LB)을 생성하는 레이저 소스(21)와, 레이저 빔(LB)의 출력을 조절하는 출력 조절부(22)를 포함한다. 출력 조절부(22)는 통합 제어부(11)와 연결되어 통합 제어부(11)의 제어 신호에 따라 레이저 빔(LB)의 출력을 조절한다.

레이저 빔(LB)으로는 펄스 폭이 1,064nm인 Nd:YAG 펄스 레이저가 사용될 수 있다. 레이저 빔(LB)은 열 에너지를 이용하여 전극 탭(12)에 묻은 전해액을 기화시킴으로써 전극 탭(12)을 세정하는 역할을 한다. 이러한 레이저 세정은 전극 탭(12)에 마찰을 가하지 않으므로 두께가 얇은 전극 탭(12)을 효과적으로 세정할 수 있다.

레이저 빔(LB)의 펄스당 에너지는 14J 내지 34J일 수 있다. 레이저 빔(LB)의 펄스당 에너지가 14J보다 작으면 레이저 빔(LB)에 의한 세정이 불가능해지고, 레이저 빔(LB)의 펄스당 에너지가 34J보다 크면 세정 과정에서 전극 탭(12)이 손상될 수 있다.

레이저 발생부(20)는 세정 하우징(10)의 외부에 위치하고, 레이저 출사부(40)는 세정 하우징(10)의 내부에 위치한다. 레이저 전송부(30)는 레이저 발생부(20)와 레이저 출사부(40) 사이에 설치되어 레이저 발생부(20)에서 생성된 레이저 빔(LB)을 레이저 출사부(40)로 전송한다. 레이저 전송부(30)는 광섬유 케이블로 이루어질 수 있다. 광섬유 케이블은 레이저 빔을 전송하는 광섬유와, 광섬유를 둘러싸는 피복재로 구성된다.

레이저 출사부(40)는 레이저 전송부(30)로부터 전송받은 레이저 빔(LB)을 전극 탭(12)으로 출사한다. 레이저 출사부(40)는 내부에 광학 장치를 구비하여 레이저 빔(LB)의 크기와 단위 면적당 에너지 밀도(J/cm²) 및 레이저 빔(LB)의 모양 등을 조절할 수 있다.

도 2는 도 1에 도시한 레이저 세정 장치 중 레이저 출사부를 나타낸 구성도이다.

도 2를 참고하면, 레이저 출사부(40)는 케이싱(41) 내부에 확대 광학부(42), 변형 광학부(43), 및 집속 광학부(44)를 구비한다. 레이저 출사부(40)는 이 세 개의 광학부 모두를 이용하거나 용도에 따라 세 개의 광학부 중 일부만을 이용할 수 있다.

확대 광학부(42)는 오목 렌즈(421)와 볼록 렌즈(422)를 포함하며, 오목 렌즈(421)와 볼록 렌즈(422)의 광학 작용에 의해 레이저 빔(LB)을 원하는 배율로 확대시킨다. 변형 광학부(43)는 중앙에 개구부(431)가 형성된 레이저 흡수 마스크(432)를 포함한다. 레이저 흡수 마스크(432)에 제공된 레이저 빔(LB)은 가장자리가 레이저 흡수 마스크(432)에 흡수되면서 개구부(431)와 동일한 모양으로 출력된다. 레이저 빔(LB)은 원이나 타원 등 세정에 유리한 모양으로 변형될 수 있다.

집속 광학부(44)는 볼록 렌즈(441)를 구비하며, 변형 광학부(43)를 통과한 레이저 빔(LB)을 집속하여 세정에 충분한 세기의 에너지 밀도를 구현한다. 집속 광학부(44)는 볼록 렌즈(441)의 위치를 변화시키는 렌즈 이동부(442)를 구비할 수 있다. 렌즈 이동부(442)를 이용하여 볼록 렌즈(441)의 위치를 변화시킴으로써 전극 탭(12)에 도달하는 레이저 빔(LB)의 크기와 레이저 빔(LB)의 에너지 밀도를 용이하게 조절할 수 있다.

다시 도 1을 참고하면, 레이저 세정 장치(100)는 레이저 출사부(40)를 수평 방향 및 수직 방향으로 이동시켜 레이저 빔(LB)의 출사 위치를 조절하는 위치 조절부(46)를 포함할 수 있다. 위치 조절부(46)는 세정 하우징(10)의 내벽에 설치되며, 레이저 출사부(40)를 세정 하우징(10)의 내벽과 평행한 방향으로 이동시켜 레이저 빔(LB)의 출사 위치를 자유롭게 조절할 수 있다.

세정 하우징(10)의 내부에는 전지 케이스(13)를 지지하는 받침대(14)가 위치한다. 전지 케이스(13)는 그 내부에 전극군과 전해액을 담고 있다. 전극군은 양극과 음극 및 세퍼레이터를 포함하며, 전극 탭(12)의 일부가 전지 케이스(13)의 바깥으로 노출된다.

전극 탭(12)은 양극과 연결된 양극 탭이거나, 음극과 연결된 음극 탭일 수 있다. 다른 한편으로, 2개의 전극 탭(양극 탭과 음극 탭)이 전지 케이스(13)의 바깥으로 노출될 수 있다. 도 1에서는 하나의 전극 탭(12)이 전지 케이스(13)의 바깥으로 노출된 경우를 예로 들어 도시하였다.

전해액 주입이 완료된 이후 전극 탭(12)은 어느 한 방향으로 쓰러지거나 기운 상태가 된다. 이 상태에서는 전극 탭(12)에 레이저 빔(LB)을 조사할 수 없으므로 전극 탭(12)에 묻은 전해액을 제거할 수 없다. 따라서 레이저 세정 장치(100)는 전극 탭(12)을 세워 펼쳐서 레이저 세정을 용이하게 하는 직립 장치(50)를 포함한다.

도 3은 도 1에 도시한 레이저 세정 장치 중 직립 장치를 나타낸 개략도이다.

도 3을 참고하면, 직립 장치(50)는 전극 탭(12)을 가압하여 전극 탭(12)을 고정시키는 홀더부(51)와, 홀더부(51)를 수직 방향으로 이동시키는 수직 이동부(52)를 포함한다. 홀더부(51)는 집게로 구성될 수 있다. 수직 이동부(52)는 홀더부(51)에 연결된 리니어 모션 장치(53)와, 리니어 모션 장치(53)를 구동시키는 캠(54)을 포함할 수 있다. 수직 이동부(52)는 도 3에 도시한 실시예 이외에 다른 기계 요소들의 조합으로도 이루어질 수 있다.

홀더부(51)를 전극 탭(12)에 끼운 후 캠(54)을 구동시키면, 리니어 모션 장치(54)의 후진 작용으로 홀더부(51)에 고정된 전극 탭(12)이 세워지면서 평평하게 펼쳐진다. 따라서 레이저 빔(LB)을 조사받는 전극 탭(12)의 표면적이 확대되므로 레이저 빔(LB)에 의한 세정 효율을 높일 수 있다. 전극 탭(12)은 레이저 빔(LB)의 조사 방향에 대해 80° 내지 100°의 각도를 유지할 수 있다.

다시 도 1을 참고하면, 세정 하우징(10)의 내부에는 복수의 전지 케이스(13)가 구비되고, 복수의 전지 케이스(13)는 정해진 궤도를 따라 이동하여 하나씩 세정 위치에 도달할 수 있다. 여기서, 세정 위치란 레이저 출사부(40)와 마주하여 레이저 빔(LB)을 제공받는 위치로 정의된다.

도 4는 도 1에 도시한 레이저 세정 장치 중 전지 케이스와 받침대를 나타낸 개략도이다.

도 4를 참고하면, 받침대(14)는 복수의 지지 홀더(141)를 구비하여 복수의 전지 케이스(13)를 일정한 간격으로 지지한다. 그리고 받침대(14)의 하부에는 제1 이송부(15)가 구비되어 정해진 궤도를 따라 받침대(14)와 전지 케이스(13)를 이동시킨다. 제1 이송부(15)는 직선 방향으로 받침대(14)를 이동시키거나, 원형 또는 타원형과 같은 폐곡선 모양의 궤도를 따라 받침대(14)를 이동시킬 수 있다.

이때 직립 장치(50) 또한 전지 케이스(13)의 개수에 대응하여 복수개로 구비되며, 직립 장치들(50)의 상부에 제2 이송부(16)가 구비되어 제1 이송부(15)와 같은 궤도를 따라 복수의 직립 장치(50)를 이동시킨다. 제1 이송부(15)와 제2 이송부(16)는 랙 기어와 피니언 기어 및 모터의 조합으로 이루어지거나, 기타 다른 기계 요소들의 조합체로 구성될 수 있다.

세정 위치에 놓여진 전지 케이스(13)의 전극 탭(12)은 레이저 빔(LB)을 조사받아 세정 작업이 이루어진다. 이어서 제1 이송부(15)와 제2 이송부(16)가 작동하여 다음 전지 케이스(13)의 전극 탭(12)을 세정 위치에 놓고 정지한다. 그러면 세정 위치에 놓여진 전지 케이스(13)의 전극 탭(12)이 레이저 빔(LB)을 조사받아 세정 작업이 이루어진다. 이때 제1 이송부(15)와 제2 이송부(16)가 작동하는 과정 중에는 레이저 소스(21)가 턴-오프되어 레이저 빔(LB)을 방출하지 않는다. 이러한 과정을 반복함으로써 복수의 전극 탭(12)을 연속으로 세정할 수 있다.

다시 도 1을 참고하면, 레이저 세정 장치(100)는 세정 하우징(10)의 내부에서 전극 탭(12)의 후방에 위치하는 레이저 흡수체(17)를 포함한다. 레이저 흡수체(17)는 전극 탭(12)을 사이에 두고 레이저 출사부(40)와 마주하도록 위치하며, 전극 탭(12)보다 큰 면적으로 형성된다.

전극 탭(12)에 도달하는 레이저 빔(LB)의 직경은 전극 탭(12)의 원활한 세정을 위해 전극 탭(12)의 폭보다 크게 설정된다. 이로써 레이저 빔(LB)의 일부는 전극 탭(12)에 도달하여 전극 탭(12)에 묻은 전해액을 기화시키지만, 나머지 일부는 세정 하우징(10)의 내부로 발산된다. 이때 레이저 흡수체(17)가 전극 탭(12)에 닿지 못한 레이저 빔(LB)을 제공받아 레이저 빔(LB)의 잔류 에너지를 흡수한다.

레이저 흡수체(17)가 없는 경우를 가정하면, 레이저 출사부(40)에서 방출된 레이저 빔(LB) 중 전극 탭(12)에 닿지 못한 레이저 빔(LB)은 세정 하우징(10) 내부의 다른 부재들에 도달하여 이를 손상시키거나, 세정 하우징(10) 내부에서 여러 방향으로 발산되어 다른 부재들의 고장을 유발할 수 있다. 그러나 본 실시예의 레이저 세정 장치(100)는 레이저 흡수체(17)를 구비함에 따라 전술한 문제를 해소할 수 있다.

레이저 세정 장치(100)는 세정 과정에서 발생하는 오염 물질을 안전하게 제거하는 배기 유닛(60)을 포함한다. 배기 유닛(60)은 오염 물질이 포함된 공기를 빨아들이는 블로어(61)와, 오염 물질을 포집하여 제거하는 집진 장치(62)와, 오염 물질이 제거된 공기를 세정 하우징(10)의 외부로 배출하는 배기 덕트(63)를 포함한다. 배기 유닛(60)은 오염 물질의 신속한 제거를 위하여 전지 케이스(13)와 직립 장치(50)의 바로 위에 배치될 수 있다. 전술한 배기 유닛(60)을 이용하여 유해한 오염 물질을 안전하게 제거할 수 있다.

또한, 레이저 세정 장치(100)는 전극 탭(12)의 세정 과정을 관찰 및 기록하는 모니터링 시스템을 포함한다. 모니터링 시스템은 전극 탭(12)의 세정 과정을 촬영하는 촬영부(71)와, 촬영부(71)에서 획득한 영상 정보를 표시하는 표시부(72)를 포함한다. 촬영부(71)는 세정 하우징(10)의 내부, 예를 들어 레이저 출사부(40)의 케이싱(41)에 고정될 수 있으며, 표시부(72)는 세정 하우징(10)의 외부에 위치한다.

도 5는 도 1에 도시한 레이저 세정 장치 중 전극 탭과 레이저 흡수체를 나타낸 개략도이다. 도 5에서는 편의상 직립 장치의 도시를 생략하였다.

도 5를 참고하면, 전극 탭(12)은 소정의 폭(W)과 길이(L)를 가지며, 대략 1mm의 얇은 두께로 형성된다. 예를 들어, 전극 탭(12)의 폭(W)은 대략 3mm이고, 전지 케이스(13)의 바깥으로 노출된 전극 탭(12)의 길이(L)는 대략 6mm일 수 있다.

레이저 빔(LB)은 원형일 수 있으며, 전극 탭(12)에 도달하는 레이저 빔(LB)의 직경(D)은 전극 탭(12) 폭(W)의 2배 내지 3배일 수 있다. 레이저 빔(LB)은 레이저 출사부(40)를 향한 전극 탭(12)의 한쪽 면을 조사하지만 전극 탭(12)의 열 전달에 의해 전극 탭(12)의 반대쪽 면에 묻은 전해액도 함께 기화되어 제거된다.

레이저 빔(LB)의 직경이 전극 탭(12) 폭(W)의 2배보다 작으면, 레이저 빔(LB)의 위치와 전극 탭(12)의 위치 중 적어도 하나를 매우 정밀하게 조정해야 하므로 이에 따른 추가 공정이 요구된다. 한편, 레이저 빔(LB)의 직경이 전극 탭(12) 폭(W)의 3배를 초과하면, 레이저 빔(LB)의 단위 면적당 에너지 밀도가 낮아지므로 세정 효과가 저하된다.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 전지용 전극 탭의 레이저 세정 방법을 나타낸 공정 순서도이다.

도 6을 참고하면, 본 실시예에 따른 전지용 전극 탭의 레이저 세정 방법은, 세정 하우징 내부에 전극 탭이 노출된 전지 케이스를 장착하는 제1 단계(S10)와, 레이저 발생부를 이용하여 출력이 조절되는 레이저 빔을 생성하는 제2 단계(S20)와, 레이저 전송부를 이용하여 레이저 빔을 세정 하우징 내부의 레이저 출사부로 전송하는 제3 단계(S30)와, 레이저 출사부의 광학 배율을 조절하여 최적화된 레이저 빔을 전극 탭으로 출사하는 제4 단계(S40)를 포함한다.

제1 단계(S10)에서, 세정 하우징(10) 내부에 설치된 직립 장치(50)를 이용하여 전극 탭(12)을 곧게 세워 펼칠 수 있다. 도 7은 도 6에 도시한 제1 단계에서의 전극 탭을 나타낸 개략도로서, 전극 탭(12)은 레이저 빔(LB)의 조사 방향에 대해 80° 내지 100°의 각도(θ)를 유지할 수 있다. 전극 탭(12)의 각도(θ)가 80°보다 작거나 100°를 초과하면 레이저 빔(LB)의 단위 면적당 에너지 밀도가 낮아지므로 세정 효율이 저하된다.

또한, 세정 하우징(10) 내부에 복수의 전지 케이스(13)를 설치하고, 전술한 제1 이송부(15)와 제2 이송부(16)를 이용하여 세정 위치에 복수의 전지 케이스를 하나씩 순서대로 위치시킬 수 있다.

제2 단계(S20)에서, 레이저 빔은 Nd:YAG 펄스 레이저일 수 있으며, 레이저 빔(LB)의 펄스당 에너지는 14J 내지 34J일 수 있다.

제4 단계에서, 레이저 출사부(40)는 전술한 확대 광학부(42)와 변형 광학부(43) 및 집속 광학부(44) 중 적어도 하나를 이용하여 레이저 빔(LB)의 모양과 크기 및 단위 면적당 에너지 밀도를 조정하고, 조정된 레이저 빔(LB)을 전극 탭(12)으로 출사한다.

이때 레이저 빔(LB)의 크기는 전지 케이스(13)의 바깥으로 노출된 전극 탭(12)의 면적보다 크며, 레이저 빔(LB)의 직경은 전극 탭(12) 폭의 2배 내지 3배로 설정된다. 레이저 빔(LB)을 조사받은 전극 탭(12)은 레이저 빔(LB)의 열 에너지에 의해 그 표면에 묻은 전해액이 기화되면서 세정이 이루어진다. 또한, 전극 탭(12)의 후방에는 레이저 흡수체(17)가 위치하여 레이저 빔(LB)의 잔류 에너지를 흡수한다.

레이저 세정 과정에서 발생된 퓸(fume)과 같은 오염 물질은 세정 하우징(10)에 설치된 집진 장치(62)에 포집되어 안전하게 제거된다. 전술한 레이저 세정 기술은 전극 탭(12)에 마찰을 가하지 않으므로 두께가 얇은 전극 탭(12) 세정에 효과적이고, 전극 탭(12)의 손상이나 2차 오염을 유발하지 않는다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.

100: 레이저 세정 장치 10: 세정 하우징
11: 통합 제어부 12: 전극 탭
13: 전지 케이스 17: 레이저 흡수체
20: 레이저 발생부 21: 레이저 소스
22: 출력 조절부 30: 레이저 전송부
40: 레이저 출사부 42: 확대 광학부
43: 변형 광학부 44: 집속 광학부
50: 직립 장치 60: 배기 유닛

Claims

전극군과 전해액 및 외측으로 노출된 전극 탭을 수용하는 전지 케이스를 내장하는 세정 하우징;
레이저 빔을 생성하는 레이저 소스와, 레이저 빔의 출력을 제어하는 출력 제어부를 포함하는 레이저 발생부;
상기 레이저 발생부에서 생성된 레이저 빔을 전송하는 레이저 전송부;
상기 세정 하우징의 내부에 설치되고, 상기 전극 탭에 연결되어 상기 전극 탭을 세워 펼치는 직립 장치; 및
상기 세정 하우징의 내부에 설치되며, 상기 레이저 전송부로부터 전송받은 레이저 빔을 상기 전극 탭에 조사하여 상기 전극 탭에 묻은 액상 오염 물질을 제거하는 레이저 출사부
를 포함하는 전지용 전극 탭의 레이저 세정 장치.
제1항에 있어서,
상기 레이저 소스는 Nd:YAG 펄스 레이저를 생성하며, Nd:YAG 펄스 레이저의 펄스당 에너지는 14J 내지 34J인 전지용 전극 탭의 레이저 세정 장치.
제1항에 있어서,
상기 레이저 전송부는 광섬유 케이블로 이루어지는 전지용 전극 탭의 레이저 세정 장치.
제1항에 있어서,
상기 레이저 출사부는 확대 광학부와 변형 광학부 및 집속 광학부 중 적어도 하나를 포함하는 전지용 전극 탭의 레이저 세정 장치.
제4항에 있어서,
상기 변형 광학부는 레이저 빔의 모양을 결정하는 개구부가 형성된 레이저 흡수 마스크를 포함하는 전지용 전극 탭의 레이저 세정 장치.
제4항에 있어서,
상기 집속 광학부는 볼록 렌즈와, 상기 볼록 렌즈의 위치를 변화시키는 렌즈 이동부를 포함하는 전지용 전극 탭의 레이저 세정 장치.
제4항에 있어서,
상기 레이저 출사부는 상기 전극 탭 폭의 2배 내지 3배의 직경을 가지는 레이저 빔을 출사하는 전지용 전극 탭의 레이저 세정 장치.
제1항에 있어서,
상기 레이저 출사부에 결합되어 상기 레이저 출사부의 위치를 변화시키는 위치 조절부를 더 포함하는 전지용 전극 탭의 레이저 세정 장치.
삭제
제1항에 있어서,
상기 직립 장치는 상기 전극 탭을 가압하여 상기 전극 탭을 고정시키는 홀더부와, 상기 홀더부를 수직 방향으로 이동시키는 수직 이동부를 포함하는 전지용 전극 탭의 레이저 세정 장치.
제1항에 있어서,
상기 전지 케이스는 서로간 거리를 두고 복수개로 구비되고, 상기 복수의 전지 케이스를 지지하는 받침대와, 상기 받침대에 설치되어 정해진 궤도를 따라 상기 복수의 전지 케이스를 이동시키는 제1 이송부를 더 포함하는 전지용 전극 탭의 레이저 세정 장치.
제11항에 있어서,
상기 직립 장치는 상기 전지 케이스의 개수에 대응하여 복수개로 구비되고, 상기 복수의 직립 장치를 연결하여 상기 제1 이송부와 같은 궤도를 따라 상기 복수의 직립 장치를 이동시키는 제2 이송부를 더 포함하는 전지용 전극 탭의 레이저 세정 장치.
제1항에 있어서,
상기 세정 하우징의 내부에서 상기 전극 탭의 후방에 위치하여 레이저 빔의 잔류 에너지를 흡수하는 레이저 흡수체를 더 포함하는 전지용 전극 탭의 레이저 세정 장치.
제1항에 있어서,
상기 세정 하우징에 설치되는 배기 유닛을 더 포함하며, 상기 배기 유닛은 오염 물질을 포집하여 제거하는 집진 장치와, 오염 물질이 제거된 공기를 상기 세정 하우징의 외부로 배출하는 배기 덕트를 포함하는 전지용 전극 탭의 레이저 세정 장치.
제1항에 있어서,
상기 전지 탭의 세정 과정을 관찰 및 기록하는 모니터링 시스템을 더 포함하며, 상기 모니터링 시스템은 상기 전지 탭의 세정 과정을 촬영하는 촬영부와, 상기 촬영부에서 획득한 영상 정보를 표시하는 표시부를 포함하는 전지용 전극 탭의 레이저 세정 장치.
세정 하우징의 내부에 전해액을 수용하며 전극 탭이 노출된 전지 케이스를 장착하는 단계;
레이저 발생부를 이용하여 출력이 조절되는 레이저 빔을 생성하는 단계;
레이저 전송부를 이용하여 레이저 출사부로 상기 레이저 빔을 전송하는 단계; 및
상기 레이저 출사부의 광학 배율을 조정하여 상기 레이저 빔의 모양과 크기를 설정한 후 상기 전극 탭으로 상기 레이저 빔을 조사하는 단계
를 포함하며,
상기 전지 케이스를 장착하는 단계에서, 직립 장치를 이용하여 상기 전극 탭을 세워 펼치는 전지용 전극 탭의 레이저 세정 방법.
삭제
제16항에 있어서,
상기 전극 탭은 상기 레이저 빔의 조사 방향에 대해 80° 내지 100°의 각도를 유지하도록 세워지는 전지용 전극 탭의 레이저 세정 방법.
제16항에 있어서,
상기 레이저 빔을 조사하는 단계에서, 상기 레이저 빔의 직경은 상기 전극 탭 폭의 2배 내지 3배인 전지용 전극 탭의 레이저 세정 방법.
제16항에 있어서,
상기 레이저 빔을 조사하는 단계에서, 상기 전극 탭의 후방에 레이저 흡수체를 설치하여 상기 레이저 빔의 잔류 에너지를 흡수하는 전지용 전극 탭의 레이저 세정 방법.
제16항에 있어서,
상기 레이저 빔을 조사하는 단계에서, 집진 장치를 이용하여 레이저 세정 과정에서 발생하는 오염 물질을 포집하여 제거하는 전지용 전극 탭의 레이저 세정 방법.