特表 2024-536977 超小型セル組立装置およびこれを用いた電極スタック製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2024-10-10

(54)【発明の名称】超小型セル組立装置およびこれを用いた電極スタック製造方法

(51)【国際特許分類】

   H01M 10/04 20060101AFI20241003BHJP

   H01M 50/55 20210101ALI20241003BHJP

   H01M 50/466 20210101ALI20241003BHJP

【ＦＩ】

H01M10/04 Z

H01M50/55 101

H01M50/466

【審査請求】有

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2024510719

(86)(22)【出願日】2023-09-08

(85)【翻訳文提出日】2024-02-22

(86)【国際出願番号】 KR2023013489

(87)【国際公開番号】W WO2024054084

(87)【国際公開日】2024-03-14

(31)【優先権主張番号】10-2022-0114355

(32)【優先日】2022-09-08

(33)【優先権主張国・地域又は機関】KR

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】521065355

【氏名又は名称】エルジー エナジー ソリューション リミテッド

(74)【代理人】

【識別番号】110000877

【氏名又は名称】弁理士法人ＲＹＵＫＡ国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】キム、ミン ジュン

(72)【発明者】

【氏名】セオ、タイ ジョーン

(72)【発明者】

【氏名】チョイ、ハ イエ リン

【テーマコード（参考）】

5H021

5H028

5H043

【Ｆターム（参考）】

5H021BB04

5H021BB19

5H021CC19

5H028AA10

5H028BB15

5H028BB19

5H028CC05

5H028CC07

5H028CC08

5H028CC15

5H028HH05

5H043AA19

5H043BA11

5H043CA04

5H043CA13

5H043DA08

5H043LA22D

(57)【要約】

本発明は超小型セル組立装置およびこれを用いた電極スタック製造方法に関し、電極および分離膜が積層される上面が平面であるジグ部と、前記ジグ部の上側に位置するレーザー照射部と、前記ジグ部が挿入されるジグ溝を備え、前記ジグ溝の両側面にそれぞれ位置する真空吸着部を含む支持部と、前記ジグ部または前記支持部の相対的な高さを測定および表示する表示部と、を含む超小型セル組立装置であって、前記ジグ部または前記支持部は相対的に垂直方向に位置変動することができる超小型セル組立装置およびこれを用いた電極スタック製造方法に関する。

【特許請求の範囲】

【請求項1】

電極および分離膜が積層される上面が平面であるジグ部と、
前記ジグ部の上側に位置するレーザー照射部と、
前記ジグ部が挿入されるジグ溝を備え、前記ジグ溝の両側面にそれぞれ位置する真空吸着部を含む支持部と、
前記ジグ部または前記支持部の相対的な高さを測定および表示する表示部と、
を含む超小型セル組立装置であって、
前記ジグ部または前記支持部は相対的に垂直方向に位置変動することができる、超小型セル組立装置。

【請求項2】

前記レーザー照射部は、前記ジグ部の少なくとも一側面に沿ってレーザーを照射する、請求項１に記載の超小型セル組立装置。

【請求項3】

前記超小型セルの負極は正極よりも大きく、
前記レーザー照射部は、前記負極が配置される一側面に沿ってレーザーを照射する、請求項２に記載の超小型セル組立装置。

【請求項4】

前記ジグ部は、
前記電極および前記分離膜が積層されるジグ中央部と、
前記ジグ中央部の一側に配置され、前記電極の電極タブが配置される補助ジグ部と、
を含む、請求項１に記載の超小型セル組立装置。

【請求項5】

前記電極の正極タブおよび負極タブは共に同じ一側に配置される、請求項４に記載の超小型セル組立装置。

【請求項6】

前記真空吸着部は、
多数の孔または隙間を備えた真空ノズルと、
前記真空ノズルの上面に配置され、多孔性材質を含む真空パッドと、
を含む、請求項１に記載の超小型セル組立装置。

【請求項7】

前記電極を前記ジグ部に移送する電極移送部と、
前記支持部の上面に配置された分離膜ロールから分離膜をアンロールして前記電極にジグザグに積層する分離膜積層部と、
をさらに含む、請求項１に記載の超小型セル組立装置。

【請求項8】

前記超小型セルは、前記電極が長方形を有し、長辺の長さが１０ｃｍ以下、短辺の長さが２ｃｍ以下である、請求項２に記載の超小型セル組立装置。

【請求項9】

請求項１から８のいずれか一項に記載の超小型セル組立装置を用いた電極スタック製造方法であって、
１）前記レーザー照射部によって位置ガイドラインを照射する段階と、
２）前記位置ガイドラインに合わせて前記電極を前記ジグ部に配置する段階と、
３）前記電極の上面に前記分離膜を配置し、真空パッドを介して前記分離膜を固定する段階と、
４）前記ジグ部を一定の高さに下降させるか、または前記支持部を一定の高さに上昇させる段階と、
を含む、電極スタック製造方法。

【請求項10】

前記分離膜はジグザグ形に配置され、
前記ジグ部または前記支持部は、前記ジグ部を一定の高さに下降させるかまたは前記支持部を一定の高さに上昇させるとき、前記表示部による長さ変化値を把握しながら移動する、請求項９に記載の電極スタック製造方法。

【請求項11】

前記位置ガイドラインは負極電極の一側に対するガイドラインであり、
正極は前記ガイドラインから一定の間隔だけ離隔した位置に配置するか、または前記支持部の前記ジグ溝のうち電極タブが挿入される溝に正極電極タブを挿入した後、正極の一側を前記位置ガイドラインに平行に配置する、請求項９に記載の電極スタック製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本出願は２０２２年９月８日付け韓国特許出願第１０－２０２２－０１１４３５５号に基づく優先権の利益を主張し、当該韓国特許出願に開示されたすべての内容は本明細書の一部として含まれる。

【0002】

本発明は超小型セル組立装置およびこれを用いた電極スタック製造方法に関する。具体的には、超小型セルに搭載される電極スタックの製造の際、電極の位置離脱によるオーバーハング逆転現象の発生を防止することができる超小型セル組立装置およびこれを用いた電極スタック製造方法に関する。

【背景技術】

【0003】

二次電池は、モバイル機器から電気自動車まで多様な機器に使用されている。小型機器には多数の電池セルが配置されているが、自動車などには、多数の電池セルを電気的に連結する電池モジュールまたはこのような電池モジュールを多数備えた電池パックが使用される。

【0004】

ＶＲメガネなどの小型機器には、特にサイズの小さい超小型電池セル（以下、「超小型セル」という）が使用される。超小型セルは、小さなサイズのため、電極組立体内の電極位置の微細な誤差によってオーバーハング逆転現象などの不良が容易に発生し得る。

【0005】

図１は従来技術による電極組立体製造装置を示す平面図である。図１に示す従来技術の電極組立体製造装置は、テーブル１０と、積層体をテーブル１０の上面に移送させるグリッパー２０と、積層体を撮影する測定部材３０とを含む。

【0006】

特許文献１による電極組立体製造装置は、積載部材（図示せず）によって積層された積層体をグリッパー３０でテーブル１０に配置した後、テーブル１０の上側および下側に位置するビジョンカメラなどからなる測定部材３０によって基準線と積層体の輪郭線とを比較することによって積層体の位置離脱有無を判断している。

【0007】

従来技術による電極組立体製造装置は、測定部材３０によって電極および分離膜の位置を確認して再調整することにより、オーバーハング逆転現象が発生することを防止しているが、測定部材３０によって位置離脱を把握し、後で再調整するから、工程に必要な時間が増加して製造効率が低下するという問題点がある。

【0008】

また、電極積層の際、電極自体の大きさによる余裕寸法があるので、ある程度の誤差によっては不良が発生しない。

【0009】

特許文献１のような装置を使用して超小型セルを製造する場合、非常に小さい整列誤差によって不良が発生しやすいので、従来装置の場合、超小型セル製造の際、不良率が急激に上昇する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0010】

【特許文献1】韓国公開特許第１０－２０２１－００６１１１２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0011】

本発明は前記のような問題点を解決するためのものであり、電極と分離膜とを積層する場合、静電気などによる分離膜のしわくちゃおよび位置離脱、電極整列異常などの不良の発生を防止することができる超小型セル組立装置およびこれを用いた電極スタック製造方法を提供することを目的とする。

【0012】

また、本発明は、電極および分離膜を積層する段階で電極の位置を整列して製造工程効率が向上した超小型セル組立装置およびこれを用いた電極スタック製造方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0013】

前記のような目的を達成するために、本発明は、電極および分離膜が積層される上面が平面であるジグ部（１００）と、前記ジグ部（１００）の上側に位置するレーザー照射部（２００）と、前記ジグ部（１００）が挿入されるジグ溝（３１０）を備え、前記ジグ溝（３１０）の両側面にそれぞれ位置する真空吸着部（３２０）を含む支持部（３００）と、前記ジグ部（１００）または前記支持部（３００）の相対的な高さを測定および表示する表示部（４００）と、を含む超小型セル組立装置であって、前記ジグ部（１００）または前記支持部（３００）は相対的に垂直方向に位置変動することができる超小型セル組立装置を提供する。

【0014】

前記レーザー照射部（２００）は、前記ジグ部（１００）の少なくとも一側面に沿ってレーザーを照射することができる。

【0015】

前記超小型セルの負極（Ａ）は正極（Ｃ）よりも大きく、前記レーザー照射部（２００）は、前記負極（Ａ）が配置される一側面に沿ってレーザーを照射することができる。

【0016】

前記ジグ部（１００）は、前記電極および前記分離膜が積層されるジグ中央部（１１０）と、前記ジグ中央部（１１０）の一側に配置され、前記電極の電極タブが配置される補助ジグ部（１２０）と、を含むことができる。

【0017】

前記電極の正極タブおよび負極タブは共に同じ一側に配置され得る。

【0018】

前記真空吸着部（３２０）は、多数の孔または隙間を備えた真空ノズル（３２１）と、前記真空ノズル（３２１）の上面に配置され、多孔性材質を含む真空パッド（３２２）と、を含むことができる。

【0019】

前記電極を前記ジグ部（１００）に移送する電極移送部（５００）と、前記支持部（３００）の上面に配置された分離膜ロールから分離膜をアンロールして前記電極にジグザグに積層する分離膜積層部と、をさらに含むことができる。

【0020】

前記超小型セルは、前記電極が長方形であり、長辺の長さが１０ｃｍ以下、短辺の長さが２ｃｍ以下であり得る。

【0021】

また、本発明は、１）前記レーザー照射部（２００）によって位置ガイドラインを照射する段階と、２）前記位置ガイドラインに合わせて前記電極を前記ジグ部（１００）に配置する段階と、３）前記電極上面に前記分離膜を配置し、真空パッドを介して前記分離膜を固定する段階と、４）前記ジグ部を一定の高さに下降させるか、または前記支持部を一定の高さに上昇させる段階と、を含む、電極スタック製造方法を提供する。

【0022】

前記分離膜はジグザグ形に配置され、前記ジグ部または前記支持部は、前記ジグ部を一定の高さに下降させるかまたは前記支持部を一定の高さに上昇させるとき、前記表示部による長さ変化値を把握しながら移動することができる。

【0023】

前記位置ガイドラインは負極電極の一側に対するガイドラインであり、正極は前記ガイドラインから一定の間隔だけ離隔した位置に配置するか、または支持部のジグ溝のうち電極タブが挿入される溝に正極電極タブを挿入した後、正極の一側を前記位置ガイドラインに平行に配置することができる。

【0024】

本発明は前記解決しようとする課題を任意に組み合せた構成としても提供することができる。

【発明の効果】

【0025】

このように、本発明は、真空吸着部を備えて分離膜を固定することができるので、静電気などによって分離膜のしわくちゃおよび位置離脱の不良が発生することを抑制することができるという利点がある。

【0026】

また、本発明は、レーザー照射部によって電極が積層される位置をガイドして、電極スタック製造工程で電極を整列状態で積層することができるので、オーバーハング逆転現象の発生を防止するための追加的な工程を省略することができるので、製造工程の効率が向上するという利点がある。

【図面の簡単な説明】

【0027】

【図1】従来技術による電極組立体製造装置を示す平面図である。

【図2】本発明による超小型セル製造装置を示す斜視図である。

【図3】本発明による超小型セル製造装置を用いる超小型セル製造方法を示す図である。

【図4】本発明によるジグ部の部分を拡大した拡大平面図である。

【図5】本発明によるジグ部に電極スタックが配置された状態を示す拡大平面図である。

【発明を実施するための形態】

【0028】

以下、添付図面を参照して、本発明が属する技術分野で通常の知識を有する者が本発明を容易に実施することができる実施例を詳細に説明する。ただし、本発明の好適な実施例に対する動作原理を詳細に説明するにあたり、関連した公知の機能または構成についての具体的な説明が本発明の要旨を不必要にあいまいにする可能性があると判断される場合にはその詳細な説明を省略する。

【0029】

また、図面全般にわたって類似の機能および作用をする部分に対しては同じ図面符号を使用する。明細書全般で、ある部分が他の部分と連結されていると言うとき、これは直接的に連結されている場合だけでなく、その中間に他の素子を挟んで間接的に連結されている場合も含む。また、ある構成要素を含むというのは、特に反対の記載がない限り、他の構成要素を除くものではなく、他の構成要素をさらに含むことができることを意味する。

【0030】

以下、本発明による超小型セル組立装置およびこれを用いた電極スタック製造方法について添付図面を参照しながら説明する。

【0031】

図２は本発明による超小型セル製造装置を示す斜視図であり、図３は本発明による超小型セル製造装置を用いて超小型セル製造方法を示す図であり、図４は本発明によるジグ部の部分を拡大した拡大平面図であり、図５は本発明によるジグ部に電極スタックが配置された状態を示す拡大平面図である。

【0032】

図２～図５を参照して説明すると、本発明の好適な実施例による超小型セル製造装置は、ジグ部１００と、レーザー照射部２００と、支持部３００と、表示部４００と、電極移送部５００とを含む。

【0033】

ジグ部１００は、上面に電極および分離膜が積層され、ジグ中央部１１０および補助ジグ部１２０を含むことができる。

【0034】

ジグ中央部１１０は、ジグ部１００に配置される電極において電極集電体に電極活物質が塗布されたコーティング部および分離膜Ｓを支持することができる。

【0035】

補助ジグ部１２０はジグ中央部１１０の一側から突出して延び、一定の距離だけ離隔した一対の平板状を有することができ、ジグ中央部１１０に配置された電極から一側方向に延びて突出した電極タブを支持することができる。

【0036】

ジグ部１００は積層される電極と類似した形状を有することができ、面積は互いに同一であるかまたは異なることができる。

【0037】

レーザー照射部２００は線形のレーザーを照射して電極の積層位置をガイドするためのものであり、ジグ部１００の一側面に沿ってレーザーを照射することができる。

【0038】

たとえば図２でレーザー照射部２００は一つが示されているが、必要に応じて、二つのレーザー照射部２００を備えることができる。ここで、一方のレーザー照射部２００は積層される負極Ａの一面位置をガイドし、他方のレーザー照射部２００は積層される正極の一面位置をガイドすることができる。

【0039】

また、二つのレーザー照射部２００を備える場合、より明確に区別するために、照射されるレーザーの色相が互いに異なることもできる。

【0040】

支持部３００は平板形状を有し、油圧式装置などによって垂直方向に移動可能であり、ジグ溝３１０と、真空吸着部３２０と、延長部３３０とを備えて形成され得る。支持部３００が垂直方向に移動するかまたは相対的にジグ部１００が垂直方向に移動することができる。

【0041】

ジグ溝３１０は支持部３００の一部が切開されることによって形成され、ジグ溝３１０にはジグ部１００が位置することができる。

【0042】

したがって、ジグ溝３１０の形状はジグ部１００の縁部の形状と同一であり、面積はジグ部１００の面積よりも大きく形成され得る。これは、支持部３００が垂直方向に移動するとき、ジグ溝３１０とジグ部１００との間に摩擦が発生して装備を損傷させることを防止するためである。

【0043】

真空吸着部３２０は、電極と分離膜Ｓとを積層して電極スタックを形成するとき、分離膜Ｓを固定することにより、静電気などによって分離膜Ｓの位置離脱およびしわくちゃなどの不良の発生を防止するためのものであり、真空ノズル３２１および真空パッド３２２を含む。

【0044】

真空ノズル３２１は多数の孔または隙間を備えている管であり、一側が真空パッド３２２の下面と連結され、他側は真空ポンプ（図示せず）と連結される。

【0045】

真空パッド３２２は平板形状を有し、多孔性材質の素材からなり、ジグ溝３１０の両側方向に一定の距離だけ離隔してそれぞれ形成され得る。

【0046】

真空パッド３２２は支持部３００に挿入され、支持部３００と同じ高さを有するように形成され、真空ノズル３２１によって真空パッド３２２の上面に位置する空気を吸入して分離膜Ｓを固定することにより、静電気などによる位置離脱およびしわくちゃの発生などを防止することができるという利点がある。

【0047】

延長部３３０は支持部３００の一側縁部から延びて突出した棒形状を有することができ、支持部３００と一体型に突設された棒形状を有することができ、個別的な棒形状の延長部３３０が支持部３３０の一側縁部にボルトによる締結または溶接による結合によって形成され得る。

【0048】

ここで、延長部３３０は支持部３００と同じ高さを有するように形成され得る。

【0049】

表示部４００はジグ部１００または支持部３００の相対的な高さを測定して表示するものであり、上部に一定の長さだけ延びた柱状の測定部４１０を備えることができる。

【0050】

表示部４００は延長部３３０の上側に位置することができ、測定部４１０の下端部が延長部３３０の上面と密着し、延長部３３０が上昇するとき、これを測定してジグ部１００または支持部３００の相対的な高さを測定することができる。

【0051】

たとえば図２で測定部４１０は柱形状に形成されているが、必要に応じて、レーザーを照射して距離を測定する測定部４１０として形成されることもでき、延長部３３０の高さ変化を測定することができる限り、これに限定されない。もしくは、別途の延長部３３０なしに支持部３００の一側の高さを直ちに測定することができる。図２は一例であり、分離膜、電極などの積層のための空間を備えるために、別に延長部３３０を備えたものである。

【0052】

電極移送部５００は正極Ｃおよび負極Ａを移動させてジグ部１００の上面に積層させるためのものであり、真空ポンプと連結されることにより、正極Ｃおよび負極Ａを真空吸着して移動させることができる。電極移送部５００は、真空を使用すること以外に、物理的な力を使用して電極を移送することができる。これは電極を積層する装置に使用する通常の手段と同一であり得る。

【0053】

本発明による超小型セル組立装置を用いた電極スタック製造方法は、１）レーザー照射部２００によって位置ガイドラインを照射する段階と、２）位置ガイドラインに合わせて電極をジグ部１００に配置する段階と、３）電極の上面に分離膜を配置し、真空パッドによって分離膜を固定する段階と、４）ジグ部を一定の高さに下降させるか、または支持部を一定の高さに上昇させる段階と、を含む。

【0054】

１）レーザー照射部２００によって位置ガイドラインを照射する段階は、図５に示すように、ジグ部１００の一側面またはジグ溝３１０に線形のレーザーを照射して負極ガイドラインＬ１を表示する。

【0055】

図５で、電極タブが位置する部分の線は、外郭から順にジグ溝、補助ジグ部、および電極を示す。

【0056】

たとえば図５には負極ガイドラインＬ１のみが示されているが、必要に応じて、一つのレーザー照射部２００をさらに追加して正極Ｃの積層位置をガイドする正極ガイドラインをさらに備えることができる。ここで、負極ガイドラインＬ１のレーザー色相と正極ガイドラインのレーザー色相とは、容易な区分のために、互いに異なることができる。

【0057】

２）位置ガイドラインに合わせて電極をジグ部１００に配置する段階は、電極移送部５００によってジグ部１００の上面に負極Ａを位置および積層させる。ここで、図５に示す負極ガイドラインＬ１に合わせて位置および積層させることができる。

【0058】

ここで、ジグ部１００に負極Ａを配置するに先立ち、分離膜Ｓがジグ部１００にすでに配置され得る（図３の（ａ）参照）。

【0059】

３）電極の上面に分離膜を配置し、真空パッドによって分離膜を固定する段階は、配置された負極Ａの上面に分離膜Ｓを配置した後、ジグ溝３１０の付近に離隔して位置する真空パッド３２２で分離膜Ｓを吸着固定することにより、静電気などによる分離膜Ｓの位置離脱およびしわくちゃの発生を防止することができる（図３の（ｂ）参照）。

【0060】

負極Ｃの上面に配置される分離膜Ｓは分離膜ガイドラインＬ２の付近で折れて負極Ａの上面を覆うことができる。

【0061】

４）ジグ部を一定の高さに下降させるか、または支持部を一定の高さに上昇させる段階は、コントローラー（図示せず）によってジグ部１００を下降させるか、または支持部３００の高さを上昇させる段階であり、移動する高さは、ジグ部１００に配置された電極スタックの高さと支持部３００の高さとが同じ状態になるかまたは電極スタックの最高部分が支持部３００の上面よりも低くして移動させる段階である。

【0062】

ここで、移動によって形成される高さは、支持部３００の付近に位置する表示部４００を介して長さ変化値を把握して制御する。

【0063】

その後、分離膜Ｓの上面に電極移送部５００によって正極Ｃを積層する。ここで、正極Ｃは負極ガイドラインＬ１から一定の間隔だけ離隔した位置に配置するか、または支持部３００のジグ溝３１０において電極タブが挿入される溝に挿入して電極タブを支持する補助ジグ部１２０に挿入および配置した後、正極Ｃの一側を負極ガイドラインＬ１に平行に配置されるように配置することができる（（図３の（ｃ）参照）。

【0064】

また、正極Ｃの上面を覆う分離膜Ｓは分離膜ガイドラインＬ２の付近で折れて正極Ｃの上面を覆うことができる（図３の（ｄ）参照）。

【0065】

すなわち、分離膜Ｓはジグザグ形に積層され得、正極Ｃおよび負極Ａが分離膜Ｓの間に位置し得る。

【0066】

また、本発明による超小型セル組立装置を用いて製造した超小型セルは、電極が長方形を有することができ、長辺の長さが１０ｃｍ以下、短辺の長さが２ｃｍ以下の超小型セルであり得る。

【0067】

以上で本発明の内容の特定の部分を詳細に記述したが、当該分野で通常の知識を有する者にとって、このような具体的な記述は単に好適な実施様態であるだけであり、これによって本発明の範囲が限定されるものではなく、本発明の範疇および技術思想の範囲内で多様な変更および修正が可能であるというのは当業者に明らかなものであり、このような変形および修正が添付の特許請求の範囲に属するというは言うまでもない。

【符号の説明】

【0068】

１００ ジグ部
１１０ ジグ中央部
１２０ 補助ジグ部
２００ レーザー照射部
３００ 支持部
３１０ ジグ溝
３２０ 真空吸着部
３２１ 真空ノズル
３２２ 真空パッド
３３０ 延長部
４００ 表示部
４１０ 測定部
５００ 電極移送部
Ａ 負極
Ｃ 正極
Ｓ 分離膜
Ｌ１ 負極ガイドライン
Ｌ２ 分離膜ガイドライン

【図1】

【図2】

【図3(a)】

【図3(b)】

【図3(c)】

【図3(d)】

【図4】

【図5】

【手続補正書】

【提出日】2024-02-22

【手続補正1】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００４７

【補正方法】変更

【補正の内容】

【0047】

延長部３３０は支持部３００の一側縁部から延びて突出した棒形状を有することができ、支持部３００と一体型に突設された棒形状を有することができ、個別的な棒形状の延長部３３０が支持部３００の一側縁部にボルトによる締結または溶接による結合によって形成され得る。

【手続補正2】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００６０

【補正方法】変更

【補正の内容】

【0060】

負極Ａの上面に着座する分離膜Ｓは分離膜ガイドラインＬ２の付近で折れて負極Ａの上面を覆うことができる。

【国際調査報告】