JP2011165663A - 機能性膜コーティング装置およびコーティング方法 - Google Patents

Abstract

【課題】機能性膜をコーティングする前の活物質層厚さの偏差に依存せず、機能性膜をコーティングした後、活物質層と機能性膜との合計厚さを均一にする機能性膜コーティング装置を提供する。
【解決手段】本発明の一実施形態による機能性膜コーティング装置は、活物質層が形成された集電体に機能性膜をコーティングする装置であって、前記集電体を進行させる第１ロールと第２ロール；前記機能性膜を前記活物質層にコーティングするように構成されたグラビアロール；前記活物質層と機能性膜との合計厚さと前記活物質層の厚さのうちの少なくとも一つを測定するように構成された厚さ測定器；および前記厚さ測定器と連結され、前記グラビアロールの回転速度を制御するように構成された制御部を含む。
【選択図】図１

Description

本記載は、電極板の活物質層に機能性膜をコーティングする機能性膜コーティング装置およびコーティング方法に関する。

２次電池は熱的安全性を高めるために、集電体上の活物質層上に異種の機能性膜をコーティングして電極板を形成する。機能性膜を形成する物質はコーティング装置に供給される時にスラリー（ｓｌｕｒｒｙ）状態を維持する。

例えば、コーティング装置は機能性物質を薄膜で形成するために、グラビアロール（ｇｒａｖｕｒｅ ｒｏｌｌ）と集電体を直接接触させてコーティングするマイクログラビア（ｍｉｃｒｏ ｇｒａｖｕｒｅ）コーティング方式を適用し、集電体にパターンで形成された活物質層に機能性膜をパターンコーティングする。

したがって、電極板は、集電体、活物質層および機能性膜を含む異種レイヤー構造を形成し、湿潤（ｗｅｔ）状態で機能性膜のコーティング厚さは１０μｍ〜１５μｍの薄膜である。機能性膜物質を正確な寸法（ｄｉｍｅｎｓｉｏｎ）で活物質層にコーティングし、これによって、機能性膜を均一な厚さで形成することが２次電池において重要である。

しかしながら、集電体と共にコーティング装置に供給される活物質層は、集電体から突出する厚さを有し、活物質層の厚さは集電体の走行方向に沿って均一でなく、厚さの偏差を有する。したがって、厚さの偏差を有する活物質層上に均一な厚さで機能性膜をコーティングする場合、活物質層と機能性膜との合計厚さは機能性膜をコーティングする前の活物質層の厚さの偏差をそのまま維持するようになる。そして、活物質層がない無地部と活物質層との境界で、段差を置き、無地部上の機能性コーティング膜の厚さが活物質層の厚さだけ薄く形成される。

機能性膜コーティング後、厚さの偏差を有する電極板は、ワインディング（ｗｉｎｄｉｎｇ）工程時、部分的に集中圧力を受けるようになり、ワインディング後、セル形状を不均一にする。部分的に集中圧力を受けた部分で電解液の含浸が行われないおそれがあり、これによって正極電極板と負極電極板との間でイオンの移動が円滑に行われないおそれがある。

本発明は、機能性膜をコーティングする前の活物質層の厚さの偏差に関係なく、活物質層と機能性膜との合計厚さを均一にする機能性膜コーティング装置とコーティング方法を提供することにその目的がある。

本発明の一実施形態による機能性膜コーティング装置は、活物質層が形成された集電体に機能性膜をコーティングする装置であって、前記集電体を進行させる第１ロールと第２ロール；前記機能性膜を前記活物質層にコーティングするように構成されたグラビアロール；前記活物質層と機能性膜との合計厚さと前記活物質層の厚さのうちの少なくとも一つを測定するように構成された厚さ測定器；および前記厚さ測定器と連結され、前記グラビアロールの回転速度を制御するように構成された制御部を含む。

前記制御部は、前記活物質層の厚さと設定された厚さとの差に基づいて前記グラビアロールの回転速度を制御するように構成されても良い。

前記制御部は、前記合計厚さと設定された厚さとの差に基づいて前記グラビアロールの回転速度を制御するように構成されても良い。

前記グラビアロールから余剰分の機能性膜物質をかき出すように構成されたドクターブレードユニットをさらに含み、前記制御部は前記ドクターブレードユニットの位置を制御するように構成されても良い。

活物質層が形成された集電体に機能性膜をコーティングする方法において、本発明の他の実施形態による機能性膜コーティング方法は、第１ロールと第２ロールに沿って前記活物質層が形成された集電体を進行させ、グラビアロールを利用して前記機能性膜を前記活物質層にコーティングし、前記活物質層と機能性膜との合計厚さが前記機能性膜の長さに沿って均一であるように前記グラビアロールの回転速度を制御する段階を含む。

前記機能性膜をコーティングする段階は、測定器で前記活物質層の厚さを測定し、前記活物質層の厚さと設定された厚さとを比較し、前記機能性膜と活物質層との合計厚さが設定された厚さと同一であるように前記活物質層に機能性膜を形成する過程を含んでも良い。

前記回転速度を制御する段階は、前記測定器で前記活物質層と前記機能性膜との合計厚さを測定し、前記合計厚さと設定された厚さとを比較し、前記合計厚さと前記設定された厚さとの差に基づいて前記グラビアロールの回転速度を制御する過程を含んでも良い。

前記活物質層と前記機能性膜との合計厚さを測定する段階は、前記グラビアロールの下流（ｄｏｗｎ ｓｔｒｅａｍ）で行われ、前記合計厚さと前記設定された厚さとの差に基づいて前記グラビアロールの回転速度を制御する段階は、活物質層と機能性膜との合計厚さを制御する過程を含み、前記グラビアロールの下流で前記測定器による前記合計厚さの測定に基づいて前記測定器の上流（ｕｐ ｓｔｒｅａｍ）で行われても良い。

本発明の他の実施形態による機能性膜コーティング装置は、活物質層が形成された集電体に機能性膜をコーティングする装置であって、前記機能性膜を前記活物質層にコーティングするように構成されたグラビアロール；余剰分の機能性膜物質を前記グラビアロールからかき出すドクターブレードと、前記ドクターブレードの応力変形（ｓｔｒａｉｎ）を測定するように構成された少なくとも一つのストレインゲージとを含むドクターブレードユニット；および前記少なくとも一つのストレインゲージと連結されて前記ドクターブレードユニットの位置を制御するように構成された制御部を含む。

前記制御部は、前記ドクターブレードの応力変形に基づいた前記ドクターブレードの位置を制御するように構成されても良い。

前記ドクターブレードユニットは、前記ドクターブレードと前記少なくとも一つのストレインゲージとの間に位置する支持台、前記支持台と前記ドクターブレードを固定するホルダー、および前記制御部により制御され、前記ホルダーを前記グラビアロールに対して動かして前記ドクターブレードと前記グラビアロールとの間の圧力を変更するように構成された少なくとも一つのサーボモータを含んでも良い。

前記制御部は、前記グラビアロールの回転速度を制御するように構成されても良い。

本発明の他の実施形態による機能性膜コーティング方法は、ドクターブレードで測定された応力変形（ｓｔｒａｉｎ）を感知し、前記ドクターブレードの応力変形の最適値と前記測定された応力変形とを比較し、前記測定された応力変形を感知する段階と、前記応力変形の最適値と前記測定された応力変形とを比較する段階とに基づいて最適のブレーディング状態で前記ドクターブレードを維持することによって、前記グラビアロールから余剰分の機能性膜物質を除去し、前記活物質層が形成された前記集電体を進行させ、前記機能性膜と前記活物質層との合計厚さが前記機能性膜の長さに沿って均一であるように前記グラビアロールで前記活物質層に前記機能性膜をコーティングさせる段階を含む。

前記最適のブレーディング状態で前記ドクターブレードを維持する段階は、前記測定された応力変形と前記応力変形の最適値との差に基づいて少なくとも一つのサーボモータを利用して前記グラビアロールに対して前記ドクターブレードを動かすことによって、前記ドクターブレードと前記グラビアロールとの間の圧力を変更する段階を含んでも良い。

前記最適のブレーディング状態で前記ドクターブレードを維持する段階は、少なくとも一つのストレインゲージで前記測定された応力変形を感知する段階を含んでも良い。

前記少なくとも一つのストレインゲージは支持台に位置し、前記支持台は前記ストレインゲージと前記ドクターブレードとの間に位置しても良い。

前記支持台と前記ドクターブレードはホルダーにより固定され、前記サーボモータは前記ドクターブレードと前記グラビアロールとの間の圧力を変更するために、前記ホルダーを前記グラビアホールに対して動かしても良い。

前記最適のブレーディング状態で前記ドクターブレードを維持する段階は、前記グラビアロールに対して前記最適のブレーディング状態で前記ドクターブレードをセッティングし、前記ドクターブレードが前記最適のブレーディング状態にある間、ストレインゲージで前記応力変形の最適値を測定し、制御部に前記応力変形の最適値を入力し、前記ストレインゲージで前記ドクターブレードで測定された応力変形を持続的に測定し、前記測定された応力変形を前記応力変形の最適値と比較し、前記測定された応力変形が前記応力変形の最適値と同一でない場合、前記グラビアロールに対して前記ドクターブレードを動かすことによって、前記ドクターブレードと前記グラビアロールとの間の圧力を最適化する段階を含んでも良い。

前記最適のブレーディング状態で前記ドクターブレードを維持する段階は、前記ドクターブレードが前記グラビアロールに対して動いた距離が予め設定された上限距離よりも大きい場合に警報を鳴らすことをさらに含んでも良い。

このように本発明の一実施形態である機能性膜コーティング装置によれば、機能性膜物質をコーティングしながらストレインゲージを利用してドクターブレード（ｄｏｃｔｏｒ ｂｌａｄｅ）の状態（つまり、ドクターブレードとグラビアロールとの間の圧力）をリアルタイムで計測し、グラビアロールの機能性膜物質のブレーディング（ｂｌａｄｉｎｇ）を均一にし、ドクターブレードの摩耗を最少化する効果がある。

本発明の一実施形態である機能性膜コーティング方法によれば、活物質層と機能性膜との合計厚さに対する設定値と、集電体がコーティング装置に進行する流入側で活物質層の厚さを測定した第１測定値とを互いに比較し、設定値と第１測定値との差に基づいてグラビアロールの回転速度を変更してコーティングすることによって、活物質層と機能性膜との合計厚さが設定値に一致するように機能性膜をコーティングする効果がある。つまり、活物質層の厚さの偏差に関係なく活物質層と機能性膜との合計厚さは均一になる。

本発明の一実施形態の機能性膜コーティング方法によれば、第１測定値でグラビアロールの回転速度を変更して活物質層と機能性膜との合計厚さを均一に形成することができるが、コーティング装置の流出側で合計厚さを測定した第２測定値を設定値と比較し、設定値と第２測定値との差に基づいてグラビアロールの回転速度をさらに変更してコーティングすることによって、活物質層と機能性膜との合計厚さが設定値にさらに一致するように機能性膜をコーティングする効果がある。

本発明の一実施形態である２次電池によれば、電極板で活物質層の厚さに反比例して機能性膜の厚さを備えて活物質層と機能性膜との合計厚さを均一に形成することによって、電極板のワインディング時、均一な圧力によりセル形態を均一にし、これによって電解液の未含浸による不良を防止する効果がある。

本発明の一実施形態による機能性膜コーティング装置の構成図である。 図１の機能性膜コーティング装置を制御するブロック図である。 図１のドクターブレードユニットの平面図である。 ストレインゲージの動作原理を示す構成図である。 ドクターブレードを制御するフローチャートである。 本発明の一実施形態による機能性膜コーティング方法のフローチャートである。 機能性膜のコーティング前後の厚さを測定する第１厚さ測定器と第２厚さ測定器の波形図である。 機能性膜のコーティング前後の電極板の断面図である。 本発明の一実施形態による２次電池における電極組立体の分解斜視図である。 図９のＸ−Ｘ線に沿って切断した断面図である。

以下、添付図面を参照して本発明の実施形態について本発明が属する技術分野で通常の知識を有する者が容易に実施することができるように詳しく説明する。しかしながら、本発明は多様な異なる形態で具現することができ、ここで説明する実施形態に限定されない。図面において、本発明を明確に説明するために、説明上不要な部分は省略し、明細書全体を通して同一または類似する構成要素については同一の参照符号を付した。

図面において、説明の明確化のために、層または領域の寸法は誇張して図示されても良い。一つの層または要素が他の層または基材の「上」にあるということは、直接的に上にあったり、その間にまた他の層を介在していることと理解され得る。そして、一つの層が他の層の「下」にあるということは、直接的に下にあったり、その間に一つ以上のまた他の層を介在していることと理解され得る。ひいては、一つの層が二つの層の「間」にあるということは、その一つの層が二つの層の間の唯一の層であったり、その間に一つ以上のまた他の層が介在していることと理解され得る。

図１は、本発明の一実施形態による機能性膜コーティング装置の構成図であり、図２は、図１の機能性膜コーティング装置を制御するブロック図である。図１および図２を参照すれば、機能性膜コーティング装置（以下、「コーティング装置」という）はマイクログラビアコーティング方法で基材に機能性膜を薄く形成するように構成される。例えば、マイクログラビアコーティング方法は０．１μｍ〜２００μｍの薄膜を基材に形成しても良い。

本発明の一実施形態のコーティング装置は、２次電池で電極板２を形成する集電体２１を基材とし、集電体２１には活物質層２２が形成されている。活物質層２２は、集電体２１に、図１に示されているように、設定されたパターンで形成されても良く、集電体２１に連続的につながる一体の構造（図示せず）で形成されても良い。

例えば、コーティング装置は、集電体２１を一方向、一例として上方から下方に進行させる第１ロール３１と第２ロール３２、活物質層２２に機能性膜２３をコーティングするグラビアロール（ｇｒａｖｕｒｅ ｒｏｌｌ）３３、機能性膜物質を収容するダム（ｄａｍ）３４、グラビアロール３３から余剰の機能性膜物質をかき出す、つまり、グラビアロール３３の機能性膜物質をブレーディング（ｂｌａｄｉｎｇ）するドクターブレード４２を含むドクターブレードユニット（ｄｏｃｔｏｒ ｂｌａｄｅ ｕｎｉｔ）４０、活物質層２２の厚さＴ１を測定する第１厚さ測定器５１、および活物質層２２と機能性膜２３との合計厚さＴ２を測定する第２厚さ測定器５２を含む。機能性膜物質は、２次電池の熱的安全性を高めることができるように電気絶縁性を有するセラミックスラリーで形成されても良い。

コーティング装置について具体的に説明すれば、第１、第２ロール３１、３２は互いに同一の方向（図１で時計方向）で回転しながら集電体２１を一方向に進行させ、グラビアロール３３は反対方向（図１で時計方向）で回転する。また、第１、第２ロール３１、３２は上下方向に昇降作動しながら集電体２１に機能性膜２３パターンを形成することができるようにする。つまり、第１、第２ロール３１、３２は下降して集電体２１に機能性膜２３をコーティングし、上昇してコーティングを一時停止することによって、活物質層２２上に機能性膜２３パターンを形成する。グラビアロール３３は、ダム３４の内側上方で機能性膜物質に部分的に浸った状態で設置されて回転するため、微細溝（図示せず）および表面に機能性膜物質を付け、さらに回転して微細溝に収容された機能性膜物質を集電体２１の活物質層２２上にコーティングする。したがって、グラビアロール３３を経由した集電体２１は活物質層２２と機能性膜２３を含む電極板２を形成する。機能性膜物質のコーティング時、グラビアロール３３は第１、第２ロール３１、３２により進行される集電体２１を加圧する。

第１、第２ロール３１、３２は、機能性膜物質を活物質層２２パターンにコーティングすることができるように設定された時間差をおいて昇降作動する。また、第１、第２ロール３１、３２が下降した状態で集電体２１の進行長さＬ１は集電体２１の進行方向に設定される活物質層２２の長さＬ２よりも長く形成されたり同一に形成されても良く、活物質層２２の両端に機能性膜物質による機能性膜２３の側端部Ｌ３、Ｌ４をさらに形成することができるようにする（図８、図１０参照）。

ドクターブレード４２は、集電体２１の流入側で端部をグラビアロール３３に加圧する状態で密着配置されてグラビアロール３３で機能性膜物質をブレーディングする。このブレーディング作用によって、グラビアロール３３で微細溝の外部およびグラビアロール３３の表面に余剰分の機能性膜物質が除去され、微細溝内に機能性膜物質が満たされる。

第１厚さ測定器５１は、活物質層２２の厚さＴ１を測定するために、集電体２１の進行方向Ｍにおいて、流入側であるグラビアロール３３の前方に配置される。つまり、第１厚さ測定器５１は、機能性膜物質をコーティングする前の状態で活物質層２２の厚さＴ１を測定する。第２厚さ測定器５２は、活物質層２２と機能性膜２３との合計厚さＴ２を測定するために、集電体２１の進行方向Ｍにおいて、流出側であるグラビアロール３３の後方に配置される。最終的に、活物質層２２の厚さＴ１の偏差に関係なく、電極板２で活物質層２２と機能性膜２３との合計厚さＴ２を一定に維持することが好ましい。第１、第２厚さ測定器５１、５２は、集電体２１の厚さを含んで測定しても良い。集電体２１の厚さは一定であるため、第１、第２厚さ測定器５１、５２で同一に無視しても良く、便宜上、本実施形態の説明で集電体２１の厚さを無視する。

合計厚さＴ２を均一に維持するために、まず、コーティング工程によりドクターブレード４２が磨耗される場合にも、グラビアロール３３に対するドクターブレード４２の圧力を一定に維持した状態で機能性膜物質をブレーディングする必要がある。つまり、コーティング装置の長時間駆動時にもブレーディングを均一にし、またドクターブレード４２の摩耗を最小化する必要がある。

図３は、ドクターブレードユニットの平面図である。図３を参照すれば、ドクターブレードユニット４０は、ドクターブレード４２とグラビアロール３３との間に形成される圧力を一定に維持し、ドクターブレード４２の摩耗により圧力が低下する場合、ドクターブレード４２をグラビアロール３３側に移動させて一定の水準で圧力を調節することができるように構成される。したがって、ドクターブレード４２は、図１に示されているように、グラビアロール３３に対して常時一定の加圧状態を維持し、グラビアロール３３で機能性膜物質の均一なブレーディングを可能とする。

例えば、ドクターブレードユニット４０は、ドクターブレード４２の一側に取付けられる支持台４３、支持台４３に取付けられてドクターブレード４２の応力変形（ｓｔｒａｉｎ）を感知するストレインゲージ４４、支持台４３とドクターブレード４２を固定させるホルダー（ｈｏｌｄｅｒ）４５、およびホルダー４５を移動させてグラビアロール３３にドクターブレード４２を加圧させるサーボモータ４６をさらに含む。

支持台４３は、互いに開閉作用する上板４５１と下板４５２を有するホルダー４５の上板４５１に取付けられた状態で固定される。ストレインゲージ４４、支持台４３およびドクターブレード４２は柔軟性を有するため、ドクターブレード４２の摩耗によって、グラビアロール３３とドクターブレード４２との間の圧力が弱化する。この時、ドクターブレード４２は曲がった状態で広がったり曲がる方向に変形される。圧力の弱化または増加によりドクターブレード４２が広がったり曲がる方向に変形されれば、ブレーディング状態、つまり、前記ドクターブレード４２と前記グラビアロール３３との間の応力変形が変化することがある。ドクターブレード４２に従って支持台４３とストレインゲージ４４は変形され得る。つまり、ドクターブレード４２の状態変化、つまり、応力変形はストレインゲージ４４の応力変形値の変化で測定され得る。

ストレインゲージ４４を支持台４３に具備し、支持台４３をドクターブレード４２の一側に取付けることによって、摩耗によるドクターブレード４２の交換時、使用していたストレインゲージ４４を新規なドクターブレード４２に移して設置する不便が除去され得る。また、支持台４３は、支持台４３を新規なドクターブレード４２に取付ける比較的簡単な作業でストレインゲージ４４を新規なドクターブレード４２に設置することができるようにする。この時、新規なドクターブレード４２に対するストレインゲージ４４の対応状態は、廃棄されるドクターブレード４２に対するストレインゲージ４４の対応状態と同一になる。つまり、ストレインゲージ４４は同一の状態でドクターブレード４２の応力変形を感知することができるようになる。

一方、ドクターブレード４２は、集電体２１の進行方向Ｍに交差する方向に設定されるグラビアロール３３の長さ全体範囲に対応して機能性膜物質をブレーディングすることができる十分な幅Ｗを有する。このようにドクターブレード４２は、ホルダー４５でグラビアロール３３に到達する距離Ｄ（図１参照）に比べ、比較的大きな幅Ｗを有する。したがって、ストレインゲージ４４は設定された間隔を維持して支持台４３に複数が具備される。複数のストレインゲージ４４は、ドクターブレード４２の幅Ｗ全体範囲にわたってドクターブレード４２の応力変形を感知する。また、サーモモータ４６は、ドクターブレード４２の幅Ｗ両側に対応するようにホルダー４５の両側にそれぞれ具備され、ホルダー４５を通じてドクターブレード４２の前進移動を制御する。

図４は、ストレインゲージの動作原理を示す構成図である。図４を参照すれば、ストレインゲージ４４の動作原理は、１個のストレインゲージ４４、２個の固定抵抗Ｒｆおよび１個の可変抵抗Ｒｖで形成されるホイートストーンブリッジ（ｗｈｅａｔｓｔｏｎｅ ｂｒｉｄｇｅ）回路を例に挙げて説明する。

ストレインゲージ４４は、曲がったり広がる変形に応じて抵抗値が変化する素子である。つまり、ドクターブレード４２とグラビアロール３３との間の圧力変化に依存し、ストレインゲージ４４は支持台４３を媒介としてドクターブレード４２と共に曲がったり広がる。したがって、ストレインゲージ４４でリアルタイムで測定される抵抗値（つまり、リアルタイムで測定されるストレインゲージ４４の状態値）の変化は、リアルタイムでドクターブレード４２の応力変形（つまり、リアルタイムドクターブレード４２の状態が最適のブレーディング状態から離隔した程度）を分かるようになる。ストレインゲージ４４と制御部４７との間にＯＰ ＡＭＰとＡＤコンバータ（Ａｎａｌｏｇ ｔｏ Ｄｉｇｉｔａｌ Ｃｏｎｖｅｒｔ、ＡＤＣ）が連結される。

つまり、最適ブレーディング状態でストレインゲージ４４が変形され、これによってストレインゲージ４４の抵抗値が変化され、ストレインゲージ４４の抵抗値に応じてホイートストーンブリッジ回路でストレインゲージ４４に分配される電圧または電流が変化される。このように微細に変化する電圧または電流をＯＰ ＡＭＰで増幅した後、これをＡＤコンバータ（ＡＤＣ）でデジタルに変換し、リアルタイムで確認されるドクターブレード４２測定応力変形値Ｎ２を制御部４７に保存する。制御部４７は、セッティング時、ドクターブレード４２状態の初期応力変形値Ｎ１を保存している。制御部４７は、ドクターブレード４２の最適ブレーディング状態維持のために、初期値Ｎ１とリアルタイムで確認されるドクターブレード４２の測定応力変形値Ｎ２とが同一になるようにドクターブレード４２を制御する。

図５は、ドクターブレードを制御するフローチャートである。図５を参照してドクターブレード４２の応力変形（つまり、ブレーディング状態）によるドクターブレード４２の制御を説明する。ドクターブレード制御は、ドクターブレード４２を最適ブレーディング状態で設定する第１段階（ＳＴ１）、最適ブレーディング状態でストレインゲージ４４の状態値を入力する第２段階（ＳＴ２）、およびこのストレインゲージ４４の応力変形値からドクターブレード４２状態の初期応力変形値Ｎ１を設定する第３段階（ＳＴ３）を含む。

ドクターブレード制御は、リアルタイムで入力されるストレインゲージ４４状態値からリアルタイムでドクターブレード４２応力変形値Ｎ２を確認する第４段階（ＳＴ４）、リアルタイムのドクターブレード４２応力変形値Ｎ２と初期応力変形値Ｎ１とが同一であるかを判断し、Ｎ１＝Ｎ２である場合、第４段階（ＳＴ４）を再び遂行する第５段階（ＳＴ５）、Ｎ１≠Ｎ２である場合、ドクターブレード４２の移動距離が設定された上限値を超えたかを判断し、ドクターブレード４２の移動距離が上限値を越えた場合に制御を終了する第６段階（ＳＴ６）、およびドクターブレード４２の移動距離が上限値を越えていない場合にサーボモータ４６を駆動してドクターブレード４２を前進移動させる第７段階（ＳＴ７）を含む。

第１段階（ＳＴ１）において、ホルダー４５およびドクターブレード４２の前進移動速度および移動可能距離の上限値を使用者が直接セッティングしても良い。

第１段階（ＳＴ１）において、ドクターブレード４２を最適ブレーディング状態でセッティングし、第２段階（ＳＴ２）においてストレインゲージ４４により測定された応力変形を入力し、第３段階（ＳＴ３）においてドクターブレード４２の初期応力変形値Ｎ１を設定する。初期応力変形値Ｎ１のセッティング時、固定抵抗Ｒｆは固定された抵抗値を有し、可変抵抗Ｒｖは別途の抵抗値で設定する。ドクターブレード４２をホルダー４５に設置後、グラビアロール３３に接触すれば、ストレインゲージ４４が変形され、この変形状態で一定の抵抗値を有するようになるが、この抵抗値を可変抵抗Ｒｖの抵抗値で設定しても良い。そうすれば、ホイートストーンブリッジ回路の第１地点Ａと第２地点Ｂで検出される電圧は０であり、この値をドクターブレード４２応力変形の初期値Ｎ１で設定しても良い。

第４段階（ＳＴ４）において、リアルタイムで確認されるドクターブレード４２応力変形値Ｎ２を、第５段階（ＳＴ５）において、初期応力変形値Ｎ１と比較しても良い。また、初期応力変形値Ｎ１を電流で設定する場合、電流の最初値を初期応力変形値Ｎ１で設定し、これをリアルタイムで確認されるドクターブレード４２の応力変形値Ｎ２と互いに比較しても良い。

第５段階（ＳＴ５）において、制御部４７はコーティング中にリアルタイムで確認されるドクターブレード４２応力変形値Ｎ２を初期応力変形値Ｎ１と比較し、その差に基づいてドクターブレード４２が最適ブレーディング状態から離隔した程度を判断する。例えば、制御部４７は、Ｎ１≠Ｎ２である場合、ドクターブレード４２が磨耗されたと判断し、第７段階（ＳＴ７）において、サーボモータ４６を駆動させてホルダー４５とドクターブレード４２をグラビアロール３３側に前進移動させる。制御部４７は、第５〜第７段階（ＳＴ５〜ＳＴ７）を同時に遂行しながら、ストレインゲージ４４に分配される電圧または電流によりリアルタイムで確認されるドクターブレード４２応力変形値Ｎ２が初期応力変形値Ｎ１に到達するまで微細にドクターブレード４２を前進移動させ、コーティング中に最適ブレーディング状態で再びセッティングする。

第６段階（ＳＴ６）において、制御部４７はドクターブレード４２の移動距離がその上限値を越えた場合（つまり、ドクターブレード４２が集電体２１に過度に近接した状態）、制御を終了する前に警報（ａｌａｒｍ）を発生させても良い（ＳＴ８）。第６段階（ＳＴ６）において、ドクターブレード４２が移動距離上限値に到達したことは、ホルダー４５やドクターブレード４２の移動経路に設置されてタッチされるリミットスイッチ４８の感知信号から制御部４７で判断しても良い。前記ホルダー４５またはドクターブレード４２はリミットスイッチ４８と接触する時、前記リミットスイッチ４８は制御部に信号を送り、設定された上限値に到達したことを知らせても良い。また、ドクターブレード４２の移動距離上限値は、サーボモータ４６回転数のエンコーダー値で分かることもできる。

再び図３を参照すれば、第６段階（ＳＴ６）においてサーボモータ４６でホルダー４５が前進移動時、ドクターブレード４２の右側が左側よりも磨耗されたり、左側が右側よりも磨耗される場合、３個のストレインゲージ４４のそれぞれで測定される抵抗値（つまり、ドクターブレード応力変形値）が互いに異なるように示される。これによって、制御部４７は２個のサーボモータ４６をホルダー４５の右側と左側のそれぞれでリアルタイムで互いに異なるように制御し、グラビアロール３３に作用するドクターブレード４２の加圧力をドクターブレード４２幅Ｗ全体範囲内で均一にすることができる。つまり、制御部４７は、ドクターブレード４２の左側よりも右側がさらに摩耗された場合、左側よりも右側に位置するサーボモータ４６をさらに前進移動させ、ドクターブレード４２幅Ｗ全体範囲で均一なブレーディングを可能とする。

図６は、本発明の一実施形態による機能性膜コーティング方法のフローチャートである。図６を参照すれば、本発明の一実施形態の機能性膜コーティング方法（以下、「コーティング方法」という）は、図１のコーティング装置と図５のドクターブレード制御を含む。つまり、本発明の一実施形態のコーティング方法は、グラビアロール３３の機能性物質をブレーディングするドクターブレード４２の応力変形をリアルタイムで感知し、リアルタイムで感知したドクターブレード４２の測定された応力変形を最適ブレーディング状態と比較し、ドクターブレード４２を最適ブレーディング状態で制御する段階（図３参照）、および一方向に進行される集電体２１に形成された活物質層２２の厚さＴ１を測定し、この測定値を設定値と比較し、測定値と設定値とが一致するようにグラビアロール３３の回転速度を制御する段階（図６参照）を含む。

ここでは、第１、第２厚さ測定器５１、５２およびクライビオロール３３を中心として説明する。図５のドクターブレード制御は、図６のコーティング方法が遂行される間に共に進行される。

図７は、機能性膜のコーティング前後の厚さを測定する第１厚さ測定器と第２厚さ測定器の波形図であり、図８は機能性膜のコーティング前後の電極板の断面図である。図７および図８を参照すれば、第１厚さ測定器５１は、機能性膜２３をコーティングする前に流入される活物質層２２の厚さＴ１を測定し、活物質層２２の表面形状に対応する第１波形Ｗ１を形成する。第２厚さ測定器５２は、機能性膜２３をコーティングした後に活物質層２２と機能性膜２３との合計厚さＴ２を測定し、図６に示されているように活物質層２２の表面形状と関係なく均一な第２波形Ｗ２を形成する。

再び図６を参照すれば、本発明の一実施形態のコーティング方法は、図８に示されているように活物質層２２に機能性膜２３を形成した後、図７に示されているように第２厚さ測定器５２で第２波形Ｗ２が出力されるように行われる。例えば、コーティング方法は、機能性膜物質を収容するグラビアロール３３の微細溝の容積量を調節しても良く、グラビアロール３３の回転速度および集電体２１の進行速度を制御しても良く、便宜上、本実施形態で集電体２１の進行速度を一定にし、グラビアロール３３の回転速度を制御しても良い。集電体２１の進行速度が一定な場合、グラビアロール３３の回転速度を増加させれば機能性膜２３のコーティング厚さ（Ｔ２−Ｔ１）は薄くなり、回転速度を減少させればコーティング厚さ（Ｔ２−Ｔ１）は厚くなる。

本発明の一実施形態のコーティング方法は、コーティング後、活物質層２２と機能性膜２３で形成される合計厚さＴ２の設定値Ｓ２を入力し、設定値Ｓ２と活物質層２２厚さＴ１の第１測定値Ｍ１との差（Ｓ２−Ｍ１）、および設定値Ｓ２と第２測定値Ｍ２（活物質層２２と機能性膜２３の合計厚さＴ２の測定値）との差（Ｓ２−Ｍ２）に対するグラビアロール３３の回転速度変更比（ΔＶ）を入力する第１１段階（ＳＴ１１）、第１厚さ測定器５１で活物質層２２の厚さＴ１を測定し、第１測定値Ｍ１を入力する第１２段階（ＳＴ１２）、設定値Ｓ２と入力される第１測定値Ｍ１とを比較する第１３段階（ＳＴ１３）、厚さの差、つまり、設定値Ｓ２と第１測定値Ｍ１との差（Ｓ２−Ｍ１）による回転速度変更比（ΔＶ）を確認し、グラビアロール３３の回転速度を設定する第１４段階（ＳＴ１４）、活物質層２２が集電体２１上で順序（ｎ）が１であるかを判断する第１５段階（ＳＴ１５）、およびｎが１である時、入力された回転速度でコーティングする第１９段階（ＳＴ１９）を含む。

第１９段階（ＳＴ１９）は、活物質層２２の前端前で設定された時間の間にさらに進行され、活物質層２２の後端後で設定された時間の間にさらに進行された後に終了され、活物質層２２の両端に機能性膜物質による機能性膜２３の側端部Ｌ３、Ｌ４をさらに形成しても良い。側端部Ｌ３、Ｌ４は、活物質層２２と無地部との境界に合計厚さＴ２の偏差を除去することができる。

第１３段階（ＳＴ１３）で第１測定値Ｍ１が連続的に測定されると活物質層を連続的に具備した（図示せず）場合であり、第１測定値Ｍ１が一定時間毎に断絶する状態で測定されると活物質層２２をパターンで形成した場合である（図８参照）。

本実施形態のコーティング方法は、基本的に、第１厚さ測定器５１の第１波形Ｗ１を根拠として活物質層２２と機能性膜２３との合計厚さＴ２を均一に形成しても良いが、第２厚さ測定器５２の第２波形Ｗ２を根拠として合計厚さＴ２をさらに均一に形成しても良い。この場合、第１１段階（ＳＴ１１）は、設定値Ｓ２と合計厚さＴ２の第２測定値Ｍ２との差（Ｓ２−Ｍ２）に対するグラビアロール３３の回転速度変更比（ΔＶ）をさらに入力する。

コーティング方法は、第１９段階（ＳＴ１９）でコーティング後、ｎが１ではない時、例えばｎが２以上である時、第２厚さ測定器５２で合計厚さＴ２を測定し、第２測定値Ｍ２をフィードバックする第１６段階（ＳＴ１６）、設定値Ｓ２とフィードバックされる第２測定値Ｍ２とを比較する第１７段階（ＳＴ１７）、厚さの差、つまり、設定値Ｓ２と第２測定値Ｍ２との差（Ｓ２−Ｍ２）による回転速度変更比（ΔＶ）を確認し、グラビアロール３３の回転速度を第１４段階（ＳＴ１４）で設定された回転速度に変更する第１８段階（ＳＴ１８）、およびこの状態でコーティングする第１９段階（ＳＴ１９）を含む。また。第１６段階（ＳＴ１６）〜第１９段階（ＳＴ１９）は、第２厚さ測定器５２により以前の工程でコーティングされた機能性膜２３の厚さを活物質層２２の厚さと共に測定して、後続する工程で厚さ合計Ｔ２をより均一にすることができる。言い換えれば、前記第２厚さ測定器５２は、前記機能性膜２３／活物質層２２構造のうちの一つの合計厚さＴ２を測定して、前記全体的な合計厚さＴ２が設定値Ｓ２から外れるかどうかを判断することができる。先に形成された機能性膜２３／活物質層２２構造の全体的な合計厚さＴ２が設定値Ｓ２から外れる場合、前記グラビアロール３３の回転速度が調整されて、後続形成される機能性膜２３／活物質層２２構造の全体的な合計厚さＴ２が前記設定値Ｓ２と同一になる。

図９は、本発明の一実施形態による２次電池において、電極組立体の分解斜視図であり、図１０は図９のＸ−Ｘ線に沿って切断した断面図である。図９および図１０を参照すれば、電極組立体２００を中心として本発明の一実施形態の２次電池を説明する。電極組立体２００を内蔵するケースおよび電極組立体２００に電気的に連結されるキャップ組立体は、公知の技術を適用することができるため、これらに対する説明は省略する。

電極組立体２００は、正極と負極を選択的に形成する第１電極板１０２と第２電極板２０２およびこれらの間に配置される分離膜３０２を含み、第１、第２電極板１０２、２０２の間に分離膜３０２を配置してワインディングすることにより形成される。第１電極板１０２は、第１集電体１２１に第１活物質層１２２と第１機能性膜１２３を備える。第２電極板２０２は、第２集電体２２１に第２活物質層２２２と第２機能性膜２２３を備える。ワインディング状態で、第２活物質層２２２と第２機能性膜２２３の積層構造は分離膜３０２を間において第１活物質層１２２と第１機能性膜１２３の積層構造に互いに対向する。

第１、第２電極板１０２、２０２は同一の構造を形成するため、第１電極板１０２を基準として説明する。第１電極板１０２で第１活物質層１２２は第１集電体１２１の長さ方向（ｘ軸方向）に不規則な厚さＴ１を有し、前記第１活物質層１２２と共に第１機能性膜１２３は厚さＴ１の偏差にも拘わらず均一な合計厚さＴ２を有する。つまり、合計厚さＴ２は設定値Ｓ２に一致する。

また、第１機能性膜１２３は、第１活物質層１２２の長さＬ２よりも長くＬ１形成され、第１活物質層１２２の両端に機能性膜物質で形成される第１機能性膜１２３の側端部Ｌ３、Ｌ４をさらに形成する。側端部Ｌ３、Ｌ４が第１活物質層１２２と無地部との境界に合計厚さＴ２の偏差を除去するため、セル形状が不均一になることを防止することができる。特に、前記側端部Ｌ３、Ｌ４はワインディング時、電極組立体２００に不均一な圧力が加わることを防止でき、従って、不均一な形状と不均一な圧力によって電解液の含浸が行われないことを防止することができる。

以上で本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されるのではなく、特許請求の範囲と発明の詳細な説明および添付図面の範囲内で多様に変形して実施することが可能であり、これも本発明の範囲に属することは当然である。

２ 電極板
１０２、２０２ 第１、第２電極板
２１ 集電体
１２１、２２１ 第１、第２集電体
２２ 活物質層
１２２、２２２ 第１、第２活物質層
２３ 機能性膜
１２３、２２３ 第１、第２機能性膜
２００ 電極組立体
３０２ 分離膜
３１、３２ 第１、第２ロール
３３ グラビアロール
Ｇ 微細溝
３４ ダム（ｄａｍ）
４０ ドクターブレードユニット
４２ ドクターブレード
Ｗ ドクターブレード幅
４３ 支持台
４４ ストレインゲージ
４５ ホルダー（ｈｏｌｄｅｒ）
４５１、４５２ 上下板
４６ サーボモータ
４７ 制御部
４８ リミットスイッチ
５１、５２ 第１、第２厚さ測定器
Ｌ１ 機能性膜の長さ
Ｌ２ 活物質層の長さ
Ｌ３、Ｌ４ 側端部
Ｍ 集電体の進行方向
Ｍ１、Ｍ２ 第１、第２測定値
Ｎ１ ドクターブレード状態の初期応力変形値
Ｎ２ リアルタイムで確認されるドクターブレード測定応力変形値
Ｒｆ 固定抵抗
Ｒｖ 可変抵抗
Ｓ２ 合計厚さの設定値
Ｔ１ 活物質層厚さ
Ｔ２ 活物質層と機能性膜との合計厚さ
ΔＶ 回転速度変更比

Claims (19)

1. 活物質層が形成された集電体に機能性膜をコーティングする装置において、
   前記集電体を進行させる第１ロールと第２ロール；
   前記機能性膜を前記活物質層にコーティングするように構成されたグラビアロール；
   前記活物質層と機能性膜との合計厚さと前記活物質層の厚さのうちの少なくとも一つを測定するように構成された厚さ測定器；および
   前記厚さ測定器と連結され、前記グラビアロールの回転速度を制御するように構成された制御部；
   を含む、機能性膜コーティング装置。
2. 前記制御部は、前記活物質層の厚さと設定された厚さとの差に基づいて前記グラビアロールの回転速度を制御するように構成された、請求項１に記載の機能性膜コーティング装置。
3. 前記制御部は、前記合計厚さと設定された厚さとの差に基づいて前記グラビアロールの回転速度を制御するように構成された、請求項１に記載の機能性膜コーティング装置。
4. 前記グラビアロールから余剰分の機能性膜物質をかき出すように構成されたドクターブレードユニットをさらに含み、前記制御部は前記ドクターブレードユニットの位置を制御するように構成された、請求項１に記載の機能性膜コーティング装置。
5. 活物質層が形成された集電体に機能性膜をコーティングする方法において、
   第１ロールと第２ロールに沿って前記活物質層が形成された集電体を進行させ、
   グラビアロールを利用して前記機能性膜を前記活物質層にコーティングし、
   前記活物質層と機能性膜との合計厚さが前記機能性膜の長さに沿って均一であるように前記グラビアロールの回転速度を制御する段階を含む、機能性膜コーティング方法。
6. 前記機能性膜をコーティングする段階は、
   測定器で前記活物質層の厚さを測定し、
   前記活物質層の厚さと設定された厚さとを比較し、
   前記機能性膜と活物質層との合計厚さが設定された厚さと同一であるように前記活物質層に機能性膜を形成する過程を含む、請求項５に記載の機能性膜コーティング方法。
7. 前記回転速度を制御する段階は、
   前記測定器で前記活物質層と前記機能性膜との合計厚さを測定し、
   前記合計厚さと設定された厚さとを比較し、
   前記合計厚さと前記設定された厚さとの差に基づいて前記グラビアロールの回転速度を制御する過程を含む、請求項５に記載の機能性膜コーティング方法。
8. 前記活物質層と前記機能性膜との合計厚さを測定する段階は、前記グラビアロールの下流（ｄｏｗｎ ｓｔｒｅａｍ）で行われ、
   前記合計厚さと前記設定された厚さとの差に基づいて前記グラビアロールの回転速度を制御する段階は、
   活物質層と機能性膜との合計厚さを制御する過程を含み、
   前記グラビアロールの下流で前記測定器による前記合計厚さの測定に基づいて前記測定器の上流（ｕｐ ｓｔｒｅａｍ）で行われる、請求項７に記載の機能性膜コーティング方法。
9. 活物質層が形成された集電体に機能性膜をコーティングする装置において、
   前記機能性膜を前記活物質層にコーティングするように構成されたグラビアロール；
   余剰分の機能性膜物質を前記グラビアロールからかき出すドクターブレードと、前記ドクターブレードの応力変形を測定するように構成された少なくとも一つのストレインゲージとを含むドクターブレードユニット；および
   前記少なくとも一つのストレインゲージと連結されて前記ドクターブレードユニットの位置を制御するように構成された制御部；
   を含む、機能性膜コーティング装置。
10. 前記制御部は、前記ドクターブレードの応力変形に基づいた前記ドクターブレードの位置を制御するように構成された、請求項９に記載の機能性膜コーティング装置。
11. 前記ドクターブレードユニットは、
    前記ドクターブレードと前記少なくとも一つのストレインゲージとの間に位置する支持台、
    前記支持台と前記ドクターブレードを固定するホルダー、および
    前記制御部により制御され、前記ホルダーを前記グラビアロールに対して動かして前記ドクターブレードと前記グラビアロールとの間の圧力を変更するように構成された少なくとも一つのサーボモータを含む、請求項１０に記載の機能性膜コーティング装置。
12. 前記制御部は、前記グラビアロールの回転速度を制御するように構成された、請求項１０に記載の機能性膜コーティング装置。
13. 活物質層が形成された集電体に機能性膜をコーティングする方法において、
    ドクターブレードで測定された応力変形を感知し、
    前記ドクターブレードの応力変形の最適値と前記測定された応力変形とを比較し、
    前記測定された応力変形を感知する段階と、前記応力変形の最適値と前記測定された応力変形とを比較する段階とに基づいて最適のブレーディング状態で前記ドクターブレードを維持することによって、前記グラビアロールから余剰分の機能性膜物質を除去し、
    前記活物質層が形成された前記集電体を進行させ、
    前記機能性膜と前記活物質層との合計厚さが前記機能性膜の長さに沿って均一であるように前記グラビアロールで前記活物質層に前記機能性膜をコーティングさせる段階を含む、機能性膜コーティング方法。
14. 前記最適のブレーディング状態で前記ドクターブレードを維持する段階は、
    前記測定された応力変形と前記応力変形の最適値との差に基づいて少なくとも一つのサーボモータを利用して前記グラビアロールに対して前記ドクターブレードを動かすことによって、前記ドクターブレードと前記グラビアロールとの間の圧力を変更する段階を含む、請求項１３に記載の機能性膜コーティング方法。
15. 前記最適のブレーディング状態で前記ドクターブレードを維持する段階は、
    少なくとも一つのストレインゲージで前記測定された応力変形を感知する段階を含む、請求項１３に記載の機能性膜コーティング方法。
16. 前記少なくとも一つのストレインゲージは支持台に位置し、
    前記支持台は前記ストレインゲージと前記ドクターブレードとの間に位置する、請求項１５に記載の機能性膜コーティング方法。
17. 前記支持台と前記ドクターブレードはホルダーにより固定され、
    前記サーボモータは前記ドクターブレードと前記グラビアロールとの間の圧力を変更するために、前記ホルダーを前記グラビアホールに対して動かす、請求項１６に記載の機能性膜コーティング方法。
18. 前記最適のブレーディング状態で前記ドクターブレードを維持する段階は、
    前記グラビアロールに対して前記最適のブレーディング状態で前記ドクターブレードをセッティングし、
    前記ドクターブレードが前記最適のブレーディング状態にある間、ストレインゲージで前記応力変形の最適値を測定し、
    制御部に前記応力変形の最適値を入力し、
    前記ストレインゲージで前記ドクターブレードで測定された応力変形を持続的に測定し、
    前記測定された応力変形を前記応力変形の最適値と比較し、
    前記測定された応力変形が前記応力変形の最適値と同一でない場合、前記グラビアロールに対して前記ドクターブレードを動かすことによって、前記ドクターブレードと前記グラビアロールとの間の圧力を最適化する段階を含む、請求項１３に記載の機能性膜コーティング方法。
19. 前記最適のブレーディング状態で前記ドクターブレードを維持する段階は、
    前記ドクターブレードが前記グラビアロールに対して動いた距離が予め設定された上限距離よりも大きい場合に警報を鳴らすことをさらに含む、請求項１８に記載の機能性膜コーティング方法。

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