用于制造二次电池的自动电极供应设备和使用其的自动电极供应方法与流程

1.本技术要求于2019年11月13日提交的韩国专利申请第2019-0145198号的优先权的权益，通过引用将上述专利申请的整个公开内容结合在此。
2.本发明涉及一种用于在制造二次电池的各种工序中自动供应电极的设备和自动电极供应方法，更具体地，涉及一种能够连续供应电极的设备和使用该设备的自动电极供应方法，该设备包括多个卡盘拼接单元，每个卡盘拼接单元配置为供应电极。


背景技术：

3.随着诸如移动电话、膝上型电脑、便携式摄像机和数字相机之类的移动装置的技术发展及对它们的需求的增加，已对能够充电和放电的二次电池进行了积极研究。此外，作为替代引起空气污染的化石燃料的能源的二次电池已应用于电动车辆(ev)、混合动力电动车辆(hev)和插电式混合动力电动车辆(p-hev)，因此越来越需要开发二次电池。
4.这种二次电池包括其中电极和隔膜交替堆叠的电极组件、以及配置为容纳电极组件的壳体。电极组件是配置为具有其中在隔膜插置在正极与负极之间的状态下正极和负极进行堆叠的结构的电力产生元件，电极组件分为：果冻卷型电极组件，果冻卷型电极组件配置为具有其中被施加活性材料的长片型正极和长片型负极在隔膜插置在正极与负极之间的状态下卷绕的结构；或堆叠型电极组件，堆叠型电极组件配置为具有其中具有预定尺寸的多个正极和具有预定尺寸的多个负极在隔膜分别插置在正极与负极之间的状态下顺序地堆叠的结构。
5.已开发出堆叠/折叠型电极组件作为具有改进结构的电极组件，堆叠/折叠型电极组件是果冻卷型电极组件和堆叠型电极组件的组合，堆叠/折叠型电极组件配置为具有这样的结构，即，每一个都具有预定单位尺寸的正极/隔膜/负极结构的单电池(mono-cell)或每一个都具有正极(负极)/隔膜/负极(正极)/隔膜/正极(负极)结构的双电池(bicell)利用具有较长长度的连续隔离膜进行折叠。
6.此外，还开发出层压/堆叠型电极组件，层压/堆叠型电极组件配置为具有其中单元电池进行堆叠的结构，以便提高常规堆叠型电极组件的可加工性并满足对具有各种形状的二次电池的需求，在每一个单元电池中，电极和隔膜交替堆叠和层压(lamination)。
7.通过将正极活性材料、导电剂和粘合剂的混合物施加到诸如金属箔之类的正极集流体并干燥混合物来制造用于这种电极组件的正极。根据需要，可进一步添加填料。
8.此外，通过将负极材料施加到诸如金属箔之类的负极集流体并干燥负极材料来制造负极。根据需要，可进一步可选地包括与正极相关的上述成分。
9.为了提高二次电池制造工序的生产率并降低工序缺陷率，越来越需要能够在电极和电极组件制造工序中稳定且连续地供应电极的设备。
10.韩国授权专利公开第1479724号公开了一种二次电池电极生产系统，其包括：配置为在卷绕状态下储存电极材料以连续供应电极材料的多个电极卷；配置为从多个电极卷连
续供应电极材料的展开部；线位置控制(lpc，line position control)传感器或边缘位置控制(epc，edge position control)传感器；以及错位调节装置，其配置为将电极材料的位置对齐，以使得电极材料沿预定移动路径移动。然而，上述专利公开仅涉及能够从电极材料高速生产电极的系统，并未公开能够在生产二次电池的各种工序中连续供应电极的设备。因此，迫切需要开发这种技术。
11.(现有技术文献)
12.(专利文献1)韩国授权专利公开第1479724号


技术实现要素：

13.技术问题
14.鉴于上述问题而做出了本发明，本发明的一个目的是提供一种用于在制造二次电池的各种工序中自动且连续地供应电极的设备和自动电极供应方法。
15.本发明的另一个目的是提供一种自动电极供应设备和自动电极供应方法，其能够防止在上述工序中由于行进电极与备用电极之间的位置偏移而导致电极的扭曲或破裂缺陷。
16.技术方案
17.为了实现上述目的，本发明提供了一种自动电极供应设备，所述自动电极供应设备包括：第一卡盘拼接单元(chuck splicing unit)，所述第一卡盘拼接单元包括其上设置行进电极的拼接部；以及第二卡盘拼接单元，所述第二卡盘拼接单元包括其上设置备用电极的拼接部；其中所述第一卡盘拼接单元和所述第二卡盘拼接单元的每一个包括边缘位置控制(epc，edge position control)传感器，所述边缘位置控制传感器配置为测量所述行进电极和所述备用电极中的相应电极的边缘的位置。
18.此外，在根据本发明的自动电极供应设备中，所述拼接部可包括拼接板(splicing plate)和电极切割器，并且能够沿平行于地面的方向移动。
19.此外，在根据本发明的自动电极供应设备中，所述拼接板可包括：上板和下板，所述上板和所述下板的每一个具有形成在其与电极接触的表面中的抽吸孔，所述抽吸孔配置为吸附电极，以便固定电极；和设置在所述上板与所述下板之间的切口槽，所述切口槽配置为允许所述电极切割器在所述切口槽中移动。
20.此外，在根据本发明的自动电极供应设备中，所述第一卡盘拼接单元和所述第二卡盘拼接单元的每一个可包括：配置为支撑卡盘拼接单元的下部支撑构件；位于所述下部支撑构件上方的上部支撑构件，所述上部支撑构件配置为支撑所述拼接部；和位于所述下部支撑构件与所述上部支撑构件之间的旋转轴，所述旋转轴配置为使所述上部支撑构件旋转。
21.此外，在根据本发明的自动电极供应设备中，所述上部支撑构件可包括水平部分和竖直部分。
22.此外，在根据本发明的自动电极供应设备中，所述卡盘拼接单元可进一步包括位于所述上部支撑构件的所述竖直部分上的拼接部支撑构件，所述拼接部支撑构件配置为支撑所述拼接部。
23.此外，在根据本发明的自动电极供应设备中，所述epc传感器被固定到所述上部支
撑构件的所述竖直部分或被固定到所述拼接部支撑构件。
24.此外，本发明提供了一种自动电极供应方法，所述自动电极供应方法包括以下步骤：(i)在第一卡盘拼接单元的拼接板上准备行进电极；(ii)在第二卡盘拼接单元的拼接板上准备备用电极；(iii)旋转所述第二卡盘拼接单元，以将其上准备有所述备用电极的拼接板移动成与其上准备有所述行进电极的拼接板面对；(iv)使用epc传感器测量所述备用电极的边缘(edge)的位置；(v)计算所述行进电极的边缘与所述备用电极的边缘之间的位置偏移；(vi)移动其上准备有所述备用电极的拼接板，以校正位置偏移；以及(vii)将吸附有所述备用电极的拼接板与吸附有所述行进电极的拼接板彼此层压，以将所述行进电极与所述备用电极彼此连接。
25.此外，在根据本发明的自动电极供应方法中，步骤(i)可包括以下步骤：使所述拼接板吸附所述行进电极；和使用电极切割器切割被吸附的所述行进电极在上板下方的部分。
26.此外，在根据本发明的自动电极供应方法中，步骤(ii)可包括以下步骤：将连接胶带附接到所述备用电极的端部的一个表面；和将附接有所述连接胶带的所述备用电极吸附到所述第二卡盘拼接单元的拼接板的下部。
27.此外，根据本发明的自动电极供应方法可在步骤(vii)之后进一步包括：将连接的电极与所述拼接板分离的步骤(viii)。
28.有益效果
29.根据本发明的自动电极供应设备和自动电极供应方法的优点在于，使用具有相同功能和结构的多个卡盘拼接单元来连续供应电极，从而可在用于制造二次电池的各种工序中连续供应电极并且使生产时间的损耗最小化。
30.此外，根据本发明的自动电极供应设备和自动电极供应方法的优点在于，使用epc传感器测量位置偏移，并且校正所测量的位置偏移，从而可防止在连续供应电极时可能发生的、由于行进电极与备用电极之间的位置偏移而导致的电极的扭曲或破裂缺陷。
附图说明
31.图1是根据本发明第一优选实施方式的自动电极供应设备的示意图。
32.图2是本发明的拼接板的示意图。
33.图3是根据本发明第二优选实施方式的自动电极供应设备的示意图。
34.图4是示出使用根据本发明的自动电极供应设备来自动供应电极的方法的示意图。
具体实施方式
35.在本技术中，应当理解，术语“包括”、“具有”、“包含”等指定存在所阐述的特征、数量、步骤、操作、元件、部件或它们的组合，但不排除存在或添加一个或更多个其他特征、数量、步骤、操作、元件、部件或它们的组合。
36.此外，在整个附图中，将使用相同的参考标记来指代执行相似功能或操作的部件。在本技术中一个部件被称为连接至另一个部件的情况下，该一个部件不仅可直接连接至该另一个部件，而且该一个部件还可经由另外的部件间接连接至该另一个部件。此外，包括某
一元件并不意指排除其他元件，而是指可进一步包括其他元件，除非另有说明。
37.下文中，将参照附图详细描述根据本发明的自动电极供应设备和自动电极供应方法。
38.图1是根据本发明的第一优选实施方式的自动电极供应设备的示意图。
39.参照图1，根据本发明第一优选实施方式的自动电极供应设备包括：其上设置行进电极a的第一卡盘拼接单元1000；以及其上设置备用电极b的第二卡盘拼接单元2000。
40.第一卡盘拼接单元1000包括：邻接地面设置的下部驱动装置1100，下部驱动装置配置为支撑第一卡盘拼接单元1000；位于下部驱动装置1100上的下部支撑构件1200；位于下部支撑构件1200上方的上部支撑构件1400；和位于下部支撑构件1200与上部支撑构件1400之间的旋转轴1300，旋转轴配置为使上部支撑构件1400旋转。
41.此外，第一卡盘拼接单元1000进一步包括：位于上部支撑构件1400上的拼接部支撑构件1500；位于拼接部支撑构件1500上的拼接部驱动装置1600，拼接部驱动装置配置为驱动拼接部1700；位于拼接部驱动装置1600上的拼接部1700，拼接部1700配置为吸附电极；边缘位置控制(epc，edge position control)传感器1800；和位于上部支撑构件1400上的卷绕辊保持器1900，卷绕辊保持器配置为保持电极卷绕辊。
42.将详细描述第一卡盘拼接单元1000的各个部件。首先，下部驱动装置1100可通过线性运动(lm，leaner motion)导轨和伺服电机的组合来实现，以使得第一卡盘拼接单元1000能够在一个方向上直线地移动。然而，本发明不限于此。可使用能够执行直线往复运动的各种已知装置中的任一种。
43.此外，上部支撑构件1400包括水平部分1410和竖直部分1420。卷绕辊保持器1900位于水平部分1410上，配置为传送卷型电极的引导辊1010被固定到竖直部分1420。
44.拼接部驱动装置1600可通过lm导轨、齿条齿轮、以及诸如伺服电机或致动器之类的驱动装置的组合来实现，以使得拼接部1700能够在拼接部支撑构件1500上直线地往复运动。然而，本发明不限于此。可使用能够执行直线往复运动的各种已知装置中的任一种。
45.此外，拼接部1700包括：配置为切割电极的电极切割器1710；和配置为吸附电极的拼接板1720。
46.图2是根据本发明第一优选实施方式的拼接板1720的示意图。
47.将参照图2详细描述拼接板1720。拼接板1720包括：上板1721；下板1722；设置在上板1721与下板1722之间的切口槽1723，切口槽配置为允许用于切割电极的电极切割器1710在切口槽中移动；和形成在上板和下板中的抽吸孔1724。
48.接下来，epc传感器1800是配置为测量电极的边缘的位置以便确定电极的位置偏移的程度的传感器，epc传感器1800可被固定到上部支撑构件1400的竖直部分1420或固定到拼接部支撑构件1500。然而，本发明不限于此。epc传感器可测量电极的边缘的位置，并且可在不干扰其他装置的操作的范围内位于卡盘拼接单元的其他部分。
49.此外，epc传感器包括：配置为测量位置的检测器；配置为放大检测的信号的放大器；和控制器，控制器配置为根据测量值计算位置偏移并且控制设备以便基于位置偏移来校正位置。
50.可使用各种类型的已知epc传感器中的任一种。
51.第二卡盘拼接单元2000是与第一卡盘拼接单元1000具有相同结构和功能的装置。
因此，可参照第一卡盘拼接单元1000的描述，并且将省略对第二卡盘拼接单元的各个部件的详细描述。
52.图3是根据本发明第二优选实施方式的自动电极供应设备的示意图。
53.参照图3，除了备用电极b位于第一卡盘拼接单元1000并且行进电极a位于第二卡盘拼接单元2000之外，图3与图1相同。
54.就是说，在该构造中，交替使用具有相同结构的第一卡盘拼接单元1000和第二卡盘拼接单元2000来给制造工序连续供应电极，使引入备用电极所需的时间损耗最小化。
55.上面已经描述了根据本发明实施方式的自动电极供应设备。下文中，将描述使用自动电极供应设备来自动供应电极的方法。
56.根据本发明实施方式的自动电极供应方法包括：步骤(i)，在第一卡盘拼接单元1000的拼接板1720上准备行进电极a；步骤(ii)，在第二卡盘拼接单元2000的拼接板2720上准备备用电极b；步骤(iii)，旋转第二卡盘拼接单元，以将其上准备有备用电极的拼接板2720移动到其中拼接板2720与其上准备有行进电极的拼接板1720面对的位置；步骤(iv)，使用epc传感器2800测量备用电极的边缘(edge)的位置；步骤(v)，计算行进电极的边缘与备用电极的边缘之间的位置偏移；步骤(vi)，移动其上准备有备用电极的拼接板，以校正位置偏移；步骤(vii)，将吸附有备用电极的拼接板与吸附有行进电极的拼接板彼此层压，以将行进电极与备用电极彼此连接；以及步骤(viii)，将连接的电极与拼接板分离。
57.将参照图1、图3和图4详细描述各步骤。首先，步骤(i)包括以下步骤：沿朝向行进电极a的方向移动第一卡盘拼接单元1000的拼接板1720并且使该拼接板使用形成在该拼接板的一个表面中的抽吸孔来吸附行进电极a；和为了将备用电极b连接到被该拼接板吸附的行进电极a，经由切口槽1723使用电极切割器1710切割行进电极在上板1721下方的部分，如图4的(b)和(c)中所示。
58.接下来，参照图4的(d)，步骤(ii)包括以下步骤：将连接胶带c附接到备用电极b的端部的一个表面以便与行进电极连接；和使附接有连接胶带的备用电极吸附到第二卡盘拼接单元2000的拼接板2720的下部。
59.此外，在步骤(v)，即，计算位置偏移的步骤中，基于在步骤(iv)中测量的备用电极的边缘的位置的值、以及行进电极的边缘的位置的值来计算位置偏移。在此，行进电极是在步骤(i)之前已经引入工序中的电极。为了防止行进电极的错位，在被引入工序之前和在工序期间频繁测量行进电极的边缘的位置的值。在执行根据本发明的自动电极供应方法期间，可不另外测量行进电极的边缘的位置的值。
60.另外，作为用于测量行进电极和备用电极的每一个的位置的装置，不仅可使用上述epc传感器，而且还可使用从诸如各种已知的传感器和相机之类的能够测量边缘的位置的所有测量装置之中选择的任何一个。
61.接下来，参照图4的(f)，在步骤(vi)中，为了校正位置偏移，沿预定方向(与其中为了吸附行进电极而使拼接板移动以及为了将行进电极与备用电极彼此层压而使拼接板移动的方向垂直并且与地面平行的方向，即，图4中的y轴方向)精细地移动吸附有备用电极的拼接板2720。
62.在步骤(viii)之后，使用转送辊3010将连接的电极引入到制造工序中，从连续进行生产。参照图3，在通常设置行进电极的第一卡盘拼接单元1000中准备备用电极，使得在
第二卡盘拼接单元2000中准备的行进电极耗尽之后，根据上述步骤(i)至(viii)将备用电极与行进电极连接，从而可使电极更换引起的时间损耗最小化。
63.另外，作为沿预定方向(y轴方向)移动拼接板1720或2720以便校正位置偏移的方法，可使用以下方法：用下部驱动装置1100或2100驱动整个卡盘拼接单元的方法；在拼接部支撑构件1500或2500上设置单独的驱动装置(未示出)来仅驱动拼接部1700或2700的方法；或在拼接部支撑构件1500或2500与上部支撑构件的竖直部分1420或2420之间设置单独的驱动装置(未示出)来同时驱动拼接部支撑构件1500或2500以及拼接部1700或2700的方法。在此，作为上述驱动装置，可使用能够执行直线往复运动的各种已知驱动装置中的任一种。
64.此外，优选的是，位置校正被执行到能够使由于行进电极与备用电极之间的位置偏移而导致的电极的扭曲或破裂缺陷最小化的程度。
65.具体地，下面的表1示出了在卷绕于行进电极卷绕辊上的行进电极耗尽之后，在使用自动电极供应设备连接备用电极的过程中，基于行进电极与备用电极之间的位置偏移的缺陷数量的变化。
66.[表1]
[0067]
位置偏移(mm)0.51.01.52.02.53.05.0缺陷数量4101210113537
[0068]
如上表1中所示，优选的是，为了防止由于行进电极与备用电极之间的位置偏移而导致的电极的扭曲或破裂缺陷，位置偏移(路线偏移，path line)被校正为2.5mm或更小。更优选地，可以看出，在位置偏移被校正到小于1mm的情况下，由于位置偏移而导致的缺陷数量非常少。
[0069]
虽然已经详细描述了本发明的具体细节，但本领域技术人员将理解，其详细描述仅公开了本发明的优选实施方式，因而不限制本发明的范围。因此，本领域技术人员将理解，在不背离本发明的范畴和技术构思的情况下，各种变化和修改是可能的，并且将显而易见的是，这些变化和修改落入所附权利要求的范围内。
[0070]
(参考标号说明)
[0071]
1000：第一卡盘拼接单元
[0072]
2000：第二卡盘拼接单元
[0073]
1010、2010：引导辊
[0074]
1100、2100：下部驱动装置
[0075]
1200、2200：下部支撑构件
[0076]
1300、2300：旋转轴
[0077]
1400、2400：上部支撑构件
[0078]
1410、2410：上部支撑构件的水平部分
[0079]
1420、2420：上部支撑构件的竖直部分
[0080]
1500、2500：拼接部支撑构件
[0081]
1600、2600：拼接部驱动装置
[0082]
1700、2700：拼接部
[0083]
1710、2710：电极切割器
[0084]
1720、2720：拼接板
[0085]
1721、2721：上板
[0086]
1722、2722：下板
[0087]
1723、2723：切口槽
[0088]
1724、2724：抽吸孔
[0089]
1800、2800：epc传感器
[0090]
1900、2900：卷绕辊保持器
[0091]
3010：传送辊
[0092]
a：行进电极
[0093]
b：备用电极
[0094]
c：连接胶带。