JP2012049544A - エネルギー貯蔵装置の電極製造用ドーピング装置及びこれを用いた電極製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】リチウムイオンキャパシタの電極に効果的にリチウムイオンをドーピングするとともに、ドーピング工程時間を短縮させるエネルギー貯蔵装置の電極製造用ドーピング装置及びこれを用いた電極製造方法を提供する。
【解決手段】エネルギー貯蔵装置の電極製造用ドーピング装置１００は、電極板１０にリチウムイオンをドーピング（ｄｏｐｉｎｇ）する工程が遂行されるドーピング空間を提供するドーピングチャンバ本体１１２、前記ドーピングチャンバ本体内に上下に積層され、リチウム（ｌｉｔｈｉｕｍ）を含んだ複数のドーピング板１１６、そして前記ドーピング板の間の隙間に沿って前記電極板１０が通るように、前記電極板１０を移送する電極板移送器１２０を含む。
【選択図】図１

Description

本発明はエネルギー貯蔵装置の電極製造用ドーピング装置及びこれを用いた電極製造方法に関し、より詳細には、リチウムイオンキャパシタ（Ｌｉｔｈｉｕｍ Ｉｏｎ Ｃａｐａｃｉｔｏｒ：ＬＩＣ）の陰極製造のために、陰極製造用電極板にリチウムイオンをドーピングするドーピング装置及びこれを用いてリチウムイオンキャパシタの電極を製造する方法に関する。

次世代エネルギー貯蔵装置のうちウルトラキャパシタまたはスーパーキャパシタと呼ばれる装置は、早い充放電速度、高い安定性、そして環境に優しい特性により、次世代エネルギー貯蔵装置として脚光を浴びている。一般的なスーパーキャパシタは、電極構造体（ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）、分離膜（ｓｅｐａｒａｔｏｒ）、そして電解液（ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅ ｓｏｌｕｔｉｏｎ）などで構成される。前記スーパーキャパシタは、前記電極構造体に電力を加えて、電解液内のキャリアイオンを選択的に前記電極に吸着させる電気化学的反応メカニズムを原理で駆動される。

現在、代表的なスーパーキャパシタとして、リチウムイオンキャパシタ（Ｌｉｔｈｉｕｍ Ｉｏｎ Ｃａｐａｃｉｔｏｒ：ＬＩＣ）がある。一般的なリチウムイオンキャパシタは、活性炭素からなった陽極（ｐｏｓｉｔｉｖｅ ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ）と多様な種類のカーボン材料（例えば、グラファイト（ｇｒａｐｈｉｔｅ）、ソフトカーボン（ｓｏｆｔ ｃａｒｂｏｎ）及びハードカーボン（ｈａｒｄ ｃａｒｂｏｎ））などからなった陰極（ｎｅｇａｔｉｖｅ ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ）を備えた電極構造体を有する。このようなリチウムイオンキャパシタの製造工程は、陽極、分離膜及び陰極を順に繰り返して積層して電極構造物を形成する電極製造工程、前記電極構造物にプラス及びマイナス端子を熔接する端子熔接工程、そして前記陰極にリチウムイオン（Ｌｉ^＋）を予めドーピングするリチウムイオンドーピング工程（ｌｉｔｈｉｕｍ ｉｏｎ ｄｏｐｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ）などを含む。

従来の代表的なリチウムドーピング工程は、電解液が満たされるドーピング槽を準備し、前記ドーピング槽内に前記電極構造体及び前記電極構造体に対向されるように配置されたリチウム含有ドーピング板を配置する。そして、陽極と陰極に電圧を印加する充電工程と陽極とリチウム金属板に電圧を印加する放電工程を数回繰り返して遂行して、前記ドーピング板内のリチウムイオンを前記陰極にドーピングする。しかし、上述のようなリチウムドーピング工程は、陰極全体に均一にリチウムイオンがドーピングされるまで、略１０日以上の期間がかかる。このような長いリチウムドーピング工程は一般的なリチウムイオンキャパシタの生産効率を低下させる主要要因となる。

特開２００８−０９１１９１号公報

本発明が解決しようとする課題は、リチウムイオンキャパシタの電極に効果的にリチウムイオンをドーピングするドーピング装置を提供することである。

本発明が解決しようとする課題は、リチウムイオンキャパシタの電極にリチウムイオンをドーピングするドーピング工程時間を短縮するリチウムドーピング装置を提供することである。

本発明によるエネルギー貯蔵装置用ドーピング装置は、電極板にリチウムイオンをドーピング（ｄｏｐｉｎｇ）する工程が遂行されるドーピング空間を提供するドーピングチャンバ本体、前記ドーピングチャンバ本体内に上下に積層され、リチウム（ｌｉｔｈｉｕｍ）を含んだ複数のドーピング板、そして前記ドーピング板の間の隙間に沿って前記電極板が通るように、前記電極板を移送する電極板移送器を含む。

本発明の実施例によると、前記電極板移送器は、前記電極板が前記隙間のうち何れか一つの隙間の一側開口から他側開口に移動された後曲がり、他の一つの隙間の他側開口から一側開口に移動されるように、前記電極板を移送することができる。

本発明の実施例によると、前記電極板移送器は、前記リチウムドーピング工程以前の前記電極板を巻回して待機（ｓｔａｎｄ−ｂｙ）させる第１ローラー、前記リチウムドーピング工程が遂行されて前記ドーピングチャンバ本体から搬出される前記電極板を巻回して回収する第２ローラー、そして前記ドーピング空間の内部で前記電極板が前記ドーピング板の面方向に提供される前記隙間の全てを順に通過するように、前記ドーピングチャンバ本体に備えられた第３ローラーを含むことができる。

本発明の実施例によると、前記第３ローラーは前記ドーピングチャンバ本体の両側に配置され、前記ドーピングチャンバ本体の一側に配置される前記第３ローラーは前記ドーピングチャンバ本体を基準に前記ドーピングチャンバ本体の他側に配置される前記第３ローラーとジグザグ構造（ｚｉｇｚａｇ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）を有するように配置されることができる。

本発明の実施例によると、前記電解液の温度が２０℃から７０℃の温度範囲を満足するように前記電解液を加熱する加熱器をさらに含むことができる。

本発明の実施例によると、前記ドーピングチャンバは前記内部空間を満たす電解液をさらに含み、前記電解液はＬｉＰＦ６、ＬｉＢＦ４、ＬｉＳｂＦ６、ＬｉＡｓＦ５、ＬｉＣｌＯ４、ＬｉＮ、ＣＦ３ＳＯ３、ＬｉＮ（ＳＯ２ＣＦ３）２、ＬｉＮ（ＳＯ２Ｃ２Ｆ５）２、ＬｉＣ（ＳＯ２ＣＦ３）２、ＬｉＰＦ４（ＣＦ３）２、ＬｉＰＦ３（Ｃ２Ｆ５）３、ＬｉＰＦ３（ＣＦ３）３、ＬｉＰＦ５（ｉｓｏ−Ｃ３Ｆ７）３、ＬｉＰＦ５（ｉｓｏ−Ｃ３Ｆ７）、（ＣＦ２）２（ＳＯ２）２ＮＬｉ、そして（ＣＦ２）３（ＳＯ２）２ＮＬｉのうち少なくとも何れか一つのリチウム系電解質塩を含むことができる。

本発明の実施例によると、前記ドーピングチャンバは前記内部空間を満たす電解液をさらに含み、前記ドーピング装置は前記電解液に超音波を加える超音波提供器をさらに含むことができる。

本発明の実施例によると、前記電極板を乾燥させる乾燥チャンバをさらに含むことができる。

本発明の実施例によると、前記乾燥チャンバは、乾燥チャンバ本体、前記乾燥チャンバ本体の内部にジグザグ構造（ｚｉｇｚａｇ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）を有するように配置された第４ローラー、そして前記第４ローラーによって移動される前記電極板を加熱する加熱器を含むことができる。

本発明の実施例によると、前記ドーピングチャンバ内で前記電極板に前記ドーピング板が接触されるように、前記ドーピング板を移動させる駆動器をさらに含むことができる。

本発明による電極製造方法は、電極板を待機（ｓｔａｎｄ−ｂｙ）させる段階、リチウムイオンを含んだドーピング板を用いて、前記電極板にリチウムイオンをドーピング（ｄｏｐｉｎｇ）する段階、そして前記電極板を回収する段階を含み、前記電極板を待機させる段階、前記電極板にリチウムイオンをドーピングする段階、そして前記電極板を回収する段階はイン−サイチュ（in−situ）で遂行されることができる。

本発明の実施例によると、前記電極板を待機させる段階は、前記リチウムドーピング工程が遂行される前の前記電極板が巻回された第１ローラーを準備する段階を含み、前記電極板を回収する段階は、前記リチウムドーピング工程が遂行された後の前記電極板を第２ローラーに巻回して回収する段階を含むことができる。

本発明の実施例によると、前記電極板にリチウムイオンをドーピングする段階は、電解液が満たされたドーピングチャンバ本体を準備する段階、前記ドーピングチャンバ本体に前記ドーピング板を積層する段階、そして前記電極板が前記ドーピング板の間の隙間を通過するように、前記電極板を移送する段階を含むことができる。

本発明の実施例によると、前記電極板にリチウムイオンをドーピングする段階は、前記電解液の温度が２０℃から７０℃の温度範囲を満足するように前記電解液を加熱する段階を含むことができる。

本発明の実施例によると、前記電極板にリチウムイオンをドーピングする段階は、前記電解液に超音波を印加する段階をさらに含むことができる。

本発明の実施例によると、前記電解液はＬｉＰＦ６、ＬｉＢＦ４、ＬｉＳｂＦ６、ＬｉＡｓＦ５、ＬｉＣｌＯ４、ＬｉＮ、ＣＦ３ＳＯ３、ＬｉＮ（ＳＯ２ＣＦ３）２、ＬｉＮ（ＳＯ２Ｃ２Ｆ５）２、ＬｉＣ（ＳＯ２ＣＦ３）２、ＬｉＰＦ４（ＣＦ３）２、ＬｉＰＦ３（Ｃ２Ｆ５）３、ＬｉＰＦ３（ＣＦ３）３、ＬｉＰＦ５（ｉｓｏ−Ｃ３Ｆ７）３、ＬｉＰＦ５（ｉｓｏ−Ｃ３Ｆ７）、 （ＣＦ２）２（ＳＯ２）２ＮＬｉ、そして（ＣＦ２）３（ＳＯ２）２ＮＬｉのうち少なくとも何れか一つのリチウム系電解質塩を含むことができる。

本発明の実施例によると、前記リチウムドーピング工程が遂行された後の前記電極板を乾燥させる段階をさらに含むことができる。

本発明の実施例によると、前記電極板と前記ドーピング板を接触させる段階をさらに含むことができる。

本発明によるエネルギー貯蔵装置の電極製造用ドーピング装置は、ドーピング板が積層された内部空間を有するドーピングチャンバ、前記ドーピング板の間の隙間を順に経由するように前記電極板を移動させる電極板移送器を備え、前記ドーピングチャンバ及び前記電極板移送器は前記電極板が前記隙間を移動する前記電極板の移動距離及びドーピング時間を最大化することができる構造を有することができる。これにより、本発明によるリチウムドーピング装置は、単位面積あたり前記電極板と前記ドーピング板の間のドーピング区間を増加させて、リチウムドーピング工程効率を向上させることができる。

本発明によるドーピング装置は、ドーピング前の電極板の待機（ｓｔａｎｄ−ｂｙ）工程、ドーピング工程、乾燥工程、そして回収工程を連続的に自動処理することができる。これにより、本発明によるリチウムドーピング装置は、リチウムドーピング工程をイン−ライン（ｉｎ−ｌｉｎｅ）自動化させて、前記リチウムドーピング工程の効率を向上させるとともに、前記リチウムドーピング工程の時間を短縮することができる。

本発明の実施例による電極製造方法は、電極板の待機工程、リチウムイオンのドーピング工程、電極板の乾燥工程、そして電極板の回収工程を一つのドーピング装置でイン−ライン方式に自動化して処理して遂行することにより、エネルギー貯蔵装置の電極製造の工程時間を短縮し、生産量を向上させることができる。

本発明の実施例によるリチウムドーピング装置を示す図面である。 本発明の実施例によるドーピング装置を用いた電極製造方法を説明するためのフローチャートである。 本発明の実施例による電極製造過程を説明するための図面である。 本発明の実施例による電極製造過程を説明するための図面である。 本発明の実施例による電極製造過程を説明するための図面である。

本発明の利点及び特徴、そしてそれらを果たす方法は、添付図面とともに詳細に後述される実施例を参照すると明確になるであろう。しかし、本発明は以下で開示される実施例に限定されず、相異なる多様な形態で具現されることができる。本実施例は、本発明の開示が完全になるようにするとともに、本発明が属する技術分野にて通常の知識を有する者に発明の範疇を完全に伝達するために提供されることができる。明細書全体において、同一参照符号は同一構成要素を示す。

本明細書で用いられる用語は、実施例を説明するためのものであり、本発明を限定しようとするものではない。本明細書で、単数型は文句で特別に言及しない限り複数型も含む。明細書で用いられる「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｅ）」及び／または「含んでいる（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」は言及された構成要素、段階、動作及び／または素子は一つ以上の他の構成要素、段階、動作及び／または素子の存在または追加を排除しない。

以下、添付図面を参照して、本発明の実施例によるリチウムドーピング装置に対して詳細に説明する。

図１は本発明の実施例によるリチウムドーピング装置を示す図面である。図１を参照すると、本発明の実施例によるリチウムドーピング装置１００は、ドーピングチャンバ１１０、電極板移送器１２０、乾燥チャンバ１３０、そして超音波提供器１４０を含むことができる。

前記ドーピングチャンバ１１０は、電極板１０に対してリチウムイオン（Ｌｉ^＋）をドーピング（ｄｏｐｉｎｇ）するリチウムドーピング工程（ｌｉｔｈｉｕｍ ｐｒｅ−ｄｏｐｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ）が遂行される工程空間を提供することができる。ここで、前記電極板１０はいわゆるウルトラキャパシタまたはスーパーキャパシタと呼ばれるエネルギー貯蔵装置の電極を製造するための金属板であることができる。一例として、前記電極板１０はリチウムイオンキャパシタ（Ｌｉｔｈｉｕｍ Ｉｏｎ Ｃａｐａｃｉｔｏｒ：ＬＩＣ）の陰極（ｎｅｇａｔｉｖｅ ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ）製造用金属板であることができる。

前記ドーピングチャンバ１１０は、ドーピングチャンバ本体１１２、ドーピング板１１６、そして温度調節器１１８を含むことができる。

前記ドーピングチャンバ本体１１２は前記電極板１０にリチウムイオンをドーピングする工程を遂行する内部空間を有することができる。前記ドーピングチャンバ本体１１２は前記ドーピング装置１００の構成を支持するための支持体として用いられることができる。前記ドーピングチャンバ本体１１２には前記電極板１０が出入するための開口（非図示）が形成されることができる。

前記ドーピングチャンバ本体１１２の前記内部空間には所定の電解液１１４が満たされることができる。前記電解液１１４は所定の溶媒にリチウムイオン（Ｌｉ^＋）を含む電解質塩を溶解させて製造された組成物であることができる。前記電解質塩にはリチウム系電解質塩が用いられることができる。前記リチウム系電解質塩は、ＬｉＰＦ６、ＬｉＢＦ４、ＬｉＳｂＦ６、ＬｉＡｓＦ５、ＬｉＣｌＯ４、ＬｉＮ、ＣＦ３ＳＯ３、そしてＬｉＣのうち少なくとも何れか一つを含むことができる。または、前記リチウム系電解質塩は、ＬｉＮ（ＳＯ２ＣＦ３）２、ＬｉＮ（ＳＯ２Ｃ２Ｆ５）２、ＬｉＣ（ＳＯ２ＣＦ３）２、ＬｉＰＦ４（ＣＦ３）２、ＬｉＰＦ３（Ｃ２Ｆ５）３、ＬｉＰＦ３（ＣＦ３）３、ＬｉＰＦ５（ｉｓｏ−Ｃ３Ｆ７）３、ＬｉＰＦ５（ｉｓｏ−Ｃ３Ｆ７）、（ＣＦ２）２（ＳＯ２）２ＮＬｉ、そして（ＣＦ２）３（ＳＯ２）２ＮＬｉのうち少なくとも何れか一つを含むことができる。上述のような電解液１１４は前記ドーピング板１１６から前記電極板１０に前記リチウムイオンを移動させる媒介体として用いられることができる。

前記ドーピング板１１６は前記電極板１０にリチウムイオンをドーピングするためのプレートであることができる。例えば、前記ドーピング板１１６はリチウムイオンを含む金属板であることができる。前記ドーピング板１１６は複数個が配置されることができる。前記ドーピング板１１６が複数個が備えられる場合、前記ドーピング板１１６は前記ドーピングチャンバ本体１１２の内部で上下に積層されることができる。これに加えて、前記ドーピング板１１６は互いに一定間隔で離隔されて配置されることができる。これにより、前記ドーピング板１１６は前記ドーピング板１１６の間に複数の隙間１１７をなすように構成されることができる。前記隙間１１７夫々は互いに水平に提供されるとともに、上下に積層された構造を有することができる。前記隙間１１７は前記電極板１０が移動される移動経路として用いられることができる。

一方、前記ドーピング板１１６の間隔は、前記電極板１０が前記ドーピング板１１６の間を通ることを妨害しない限度で、最小限に調節されることが好ましい。これは、前記電極板１０と前記ドーピング板１１６の間の間隔が遠くなるほど、前記電極板１０に対するリチウムイオンのドーピング効率が低下するためである。

または、前記ドーピング板１１６は前記ドーピング工程時、前記電極板１０と接触するように、前記ドーピングチャンバ１１０の内部で移動可能に配置されることもできる。例えば、前記ドーピングチャンバ１１０は前記ドーピング板１１６を移動させる駆動器（非図示）をさらに備えることができる。前記駆動器は、前記ドーピング板１１６のうち二つのドーピング板が前記電極板１０に向けて近付き、前記電極板１０の両面に接触されるように、前記ドーピング板１１６を駆動することができる。一例として、前記駆動器はシリンダー、ＬＭガイド、そして駆動モーターなどの構成で組み合わせられて、前記ドーピング板１１６を直線移動させることができる。

前記温度調節器１１８は前記ドーピングチャンバ本体１１２内の電解液１１４の温度を調節することができる。前記温度調節器１１８は少なくとも一つのヒーター（ｈｅａｔｅｒ）を含むことができる。前記温度調節器１１８は前記電解液１１４の温度が略２０℃から７０℃の温度範囲を満足するように、前記ドーピングチャンバ１１０を加熱することができる。前記温度調節器１１８には少なくとも一つのヒーター（ｈｅａｔｅｒ）が用いられることができる。前記ヒーターは前記ドーピングチャンバ本体１１２の多様な位置に備えられることができ、図１に図示されたものに限定されない。

前記電極板移送器１２０は、前記電極板１０が前記ドーピングチャンバ１１０内のドーピング板１１６の間の隙間を通るように、前記電極板１０を移送することができる。例えば、前記電極板移送器１２０は複数のローラー（ｒｏｌｌｅｒ）を含むローラー構造体（ｒｏｌｌｅｒ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）を有することができる。一例として、前記電極板移送器１２０は第１ローラー１２２、第２ローラー１２４、そして第３ローラー１２６を含むことができる。

前記第１ローラー１２２は前記ドーピング工程が遂行される前の前記電極板１０を待機（ｓｔａｎｄ−ｂｙ）させるローラーであることができる。このために、前記第１ローラー１２２はドーピング前に電極板１０が巻回された状態で、前記ドーピング装置１００に備えられることができる。これに反し、前記第２ローラー１２４は前記ドーピング工程が遂行された前記電極板１０を回収するローラーであることができる。これにより、前記第１ローラー１２２は前記電極板１０が巻き出されるようにするローラーであり、前記第２ローラー１２４は前記第１ローラー１２２から巻き出される前記電極板１０を巻回して回収するローラーであることができる。

前記第３ローラー１２６は、前記第１ローラー１２２から巻き出される前記電極板１０が前記ドーピングチャンバ１１０を経由した後、前記第２ローラー１２４に回収されるように、前記電極板１０の移動を案内するローラーであることができる。

一方、前記第３ローラー１２６は前記ドーピングチャンバ１１０の内部で前記電極板１０の移動経路を増加させることができるように構成されることができる。これに加えて、前記第３ローラー１２６は前記電極板１０が前記ドーピング板１１６の間の隙間を通るように構成されることができる。例えば、前記第３ローラー１２６は前記ドーピングチャンバ１１０の側面に複数個が備えられ、前記第３ローラー１２６は前記ドーピングチャンバ１１０を基準にジグザグ構造（ｚｉｇｚａｇ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）を有するように配置されることができる。これにより、前記第３ローラー１２６のうち前記ドーピングチャンバ１１０の一側に配置されるローラーは、前記ドーピングチャンバ１１０の他側に配置されるローラーに比べて相異なる高さに配置されることができる。

上述のような構造の電極板移送器１２０は、前記電極板１０が前記ドーピング板１１６がなす隙間１１７を順に通過しながら、前記ドーピングチャンバ１１０の内部を移動するようにすることができる。より具体的には、前記電極板移送器１２０は、前記電極板１０が前記隙間１１７のうち何れか一つの隙間１１７の一側開口１１７ａから他側開口１１７ｂに移動された後、前記第３ローラー１２６によって曲がり、他の一つの隙間１１７の他側開口１１７ｂから一側開口１１７ａに移動されるようにすることができる。これにより、前記電極板移送器１２０は前記ドーピングチャンバ１１０の内部で前記ドーピング板１１６と隣接して通る前記電極板１０の移動区間を増加させた構造を有することができる。

前記乾燥チャンバ１３０は前記ドーピング工程が遂行された前記電極板１０を乾燥させることができる。例えば、前記乾燥チャンバ１３０は、乾燥チャンバ本体１３２、第４ローラー１３４、そして加熱器１３６を含むことができる。前記乾燥チャンバ本体１３２は前記電極板１０を乾燥させる乾燥工程を遂行する内部空間を有することができる。前記第４ローラー１３４は前記乾燥チャンバ本体１３２の内部で前記電極板１０の移動経路を増加させるために提供されることができる。このために、前記第４ローラー１３４は前記乾燥チャンバ本体１３２の内部で相異なる高さにジグザグ構造をなすように配置されることができる。そして、前記加熱器１３６は前記乾燥チャンバ本体１３２の内部で前記第４ローラー１３４によって移動される前記電極板１０を加熱することができる。前記加熱器１３６にはヒーターまたは熱風器が用いられることができる。

前記超音波提供器１４０は前記電極板１０へのリチウムイオンドーピング工程の効率を増加させるために提供されることができる。一例として、前記超音波提供器１４０は前記ドーピングチャンバ１１０内の前記電解液１１４に所定の超音波を加えることができる。この場合、前記ドーピング工程時、前記超音波が加えられた前記電解液１１４により、前記電極板１０に対するリチウムイオンのドーピング効率を増加させることができる。他の例として、前記超音波提供器１４０は前記ドーピング板１１６に超音波を加えたり、前記電極板１０に直接超音波を加えるように構成されることもできる。前記超音波提供器１４０が前記ドーピング工程の効率を増加させるために、前記ドーピングチャンバ１１０に超音波を加える方式は多様に変更及び変形されることができる。一方、前記超音波提供器１４０が前記電解液１１４に加える超音波の強度は、前記電極板１０及び前記ドーピング板１１６の厚さ及び前記電極板１０に対するドーピング強度などによって変更されることができる。

上述のように、本発明の実施例によるリチウムドーピング装置１００は、ドーピング板１１６が積層された内部空間を有するドーピングチャンバ１１０、前記ドーピング板１１６の間の隙間１１７を順に経由するように、前記電極板１０を移動させる電極板移送器１２０を備えることができる。ここで、前記ドーピングチャンバ１１０及び前記電極板移送器１２０は、前記電極板１０が前記ドーピングチャンバ１１０内で前記ドーピング板１１６に最大限長い間ドーピング工程が遂行されるように、前記隙間１１７を移動する前記電極板１０の移動区間及びドーピング時間を最大化した構造を有することができる。これにより、本発明によるリチウムドーピング装置は、単位面積あたり前記電極板１０と前記ドーピング板１１６の間のドーピング区間を増加させて、リチウムドーピング工程の効率を向上させることができる。

また、本発明の実施例によるリチウムドーピング装置１００は、ドーピング前の電極板１０の待機（ｓｔａｎｄ−ｂｙ）、ドーピング工程、乾燥工程、そして回収工程を連続的に自動処理することができる。これにより、本発明によるリチウムドーピング装置はリチウムドーピング工程をイン−ライン（ｉｎ−ｌｉｎｅ）自動化して、前記リチウムドーピング工程の効率を向上させるとともに、前記リチウムドーピング工程の時間を短縮することができる。

次に、本発明の実施例によるエネルギー貯蔵装置の電極製造用ドーピング装置を用いた電極製造工程について詳細に説明する。ここで、図１を参照して上述したドーピング装置１００に対して重複される内容は省略または簡素化されることができる。

図２は本発明の実施例によるドーピング装置を用いた電極製造方法を説明するためのフローチャートであり、図３から図５は本発明の実施例による電極製造過程を説明するための図面である。

本発明の実施例によるエネルギー貯蔵装置の電極製造方法は、図１を参照して上述したドーピング装置１００を用いて、電極板を待機させる段階、電極板にリチウムイオンをドーピングする段階、電極板を乾燥させる段階、そして電極板を回収する段階をイン−サイチュ（ｉｎ−ｓｉｔｕ）で連続処理してなされることができる。これにより、本発明による電極製造方法は、上述した電極板の待機工程、リチウムイオンのドーピング工程、電極板の乾燥工程、そして電極板の回収工程をイン−ライン方式に自動化して処理されることができる。

以下、前記電極板の待機段階、前記リチウムイオンのドーピング段階、前記電極板の乾燥段階、そして前記電極板の回収段階夫々に対して具体的に説明する。

図２及び図３に示したように、ドーピング装置１００に電極板１０を待機（ｓｔａｎｄ−ｂｙ）させることができる（Ｓ１１０）。前記電極板１０を待機させる段階は箔（ｆｏｉｌ）形態に製作された電極板１０を準備する段階、前記電極板１０を第１ローラー１２２に巻回して貯蔵する段階、そして前記電極板１０が巻回された前記第１ローラー１２２を前記ドーピング装置１００に装着する段階を含むことができる。

図２及び図４に示したように、電極板１０にリチウムイオンをドーピング（ｄｏｐｉｎｇ）することができる（Ｓ１２０）。前記電極板１０にリチウムイオンをドーピングする段階は、電解液１１４が満たされたドーピングチャンバ本体１１２を準備する段階、前記ドーピングチャンバ本体１１２内にリチウムイオンを含んだドーピング板１１６の積層構造体を配置する段階、そして前記電極板１０が前記ドーピング板１１６の間の隙間１１７を順に通過するように、前記電極板１０を移送する段階を含むことができる。前記電極板１０を移送する段階は、第１から第３ローラー１２２、１２４、１２６からなるローラー構造体を駆動させてなされることができる。

前記電極板１０にリチウムイオンをドーピングする過程で、前記電解液１１４の工程温度は略２０℃から７０℃の温度範囲を満足するように調節されることができる。このために、前記温度調節器１１８は前記電解液１１４の温度が前記工程温度を満足するように、前記電解液１１４を持続的に加熱することができる。

また、前記電極板１０にリチウムイオンをドーピングする過程で、前記電解液１１４に超音波を印加する段階がさらに加えられることができる。前記超音波を印加する段階は、前記電極板１０に対するリチウムイオンのドーピング効率を増加させるために加えられることができる。

一方、前記電極板１０にリチウムイオンをドーピングする段階は、前記電極板１０と前記ドーピング板１１６を接触させる段階をさらに含むことができる。前記電極板１０と前記ドーピング板１１６を接触させる段階は、前記電極板１０の移動を中止させる段階及び前記ドーピング板１１６が前記電極板１０に向けて移動するように、前記ドーピング板１１６を移動させる段階を含むことができる。前記ドーピング板１１６を移動させる段階は、二つのドーピング板１１６が一つの対をなして、前記電極板１０の両面に夫々接触されるようにしてなされることができる。この場合、前記電極板１０に対するリチウムイオンのドーピング効率を増加させることができる。

図２及び図５に示したように、前記電極板１０を乾燥させることができる（Ｓ１３０）。例えば、前記リチウムイオンをドーピングした後、前記ドーピングチャンバ本体１１２から搬出される前記電極板１０は前記電解液１１４によって濡れた（ｗｅｔｔｉｎｇ）状態であることができる。これにより、前記電極板１０に残留する前記電解液１１４を除去する工程が遂行されることができる。このために、前記電極板１０を乾燥させる段階は、前記電極板１０を所定のヒーター（ｈｅａｔｅｒ）で加熱したり、熱風器で熱風を加えてなされることができる。

そして、リチウムドーピング工程が遂行された電極板１０を回収することができる（Ｓ１４０）。前記電極板１０を回収する工程は、前記乾燥処理が完了された前記電極板１０を第２ローラー１２４に巻回して貯蔵することができる。ここで、前記第１ローラー１２２に巻回された前記電極板１０が全て前記第２ローラー１２４に巻回されると、前記第２ローラー１２４を前記ドーピング装置１００から分離させて、電極製造のための後続工程が遂行される場所に移動させることができる。

上述のように、本発明の実施例による電極製造方法は、電極板１０を待機させる段階、前記電極板１０にリチウムイオンをドーピングする段階、前記電極板１０を乾燥させる段階、そして前記電極板１０を回収する段階をイン−サイチュ（ｉｎ−ｓｉｔｕ）で連続処理してなされることができる。これにより、本発明による電極製造方法は、電極板の待機工程、リチウムイオンのドーピング工程、電極板の乾燥工程、そして電極板の回収工程を一つのドーピング装置１００からイン−ライン方式に自動化して処理して遂行することにより、エネルギー貯蔵装置の電極製造の工程時間を短縮して、生産量を向上させることができる。

以上の詳細な説明は本発明を例示するものである。また、上述の内容は本発明の好ましい実施形態を示して説明するものに過ぎず、本発明は多様な他の組合、変更及び環境で用いることができる。即ち、本明細書に開示された発明の概念の範囲、述べた開示内容と均等な範囲及び／または当業界の技術または知識の範囲内で変更または修正が可能である。上述の実施例は本発明を実施するにおいて最善の状態を説明するためのものであり、本発明のような他の発明を用いるにおいて当業界に公知された他の状態での実施、そして発明の具体的な適用分野及び用途で要求される多様な変更も可能である。従って、以上の発明の詳細な説明は開示された実施状態に本発明を制限しようとする意図ではない。また、添付された請求範囲は他の実施状態も含むと解釈されるべきである。

１０ 電極板
１００ リチウムドーピング装置
１１０ ドーピングチャンバ
１１２ ドーピングチャンバ本体
１１４ 電解液
１１６ ドーピング板
１１７ 隙間
１１７ａ 一側開口
１１７ｂ 他側開口
１２０ 電極板移送器
１２２ 第１ローラー
１２４ 第２ローラー
１２６ 第３ローラー
１３０ 乾燥チャンバ
１３２ 乾燥チャンバ本体
１３４ 第４ローラー
１３６ 加熱器
１４０ 超音波提供器

Claims (18)

1. 電極板にリチウムイオンをドーピングする工程が遂行されるドーピング空間を提供するドーピングチャンバ本体；
   前記ドーピングチャンバ本体内に上下に積層され、リチウムを含んだ複数のドーピング板；及び
   前記ドーピング板の間の隙間に沿って前記電極板が通るように、前記電極板を移送する電極板移送器を含む、エネルギー貯蔵装置用ドーピング装置。
2. 前記電極板移送器は、前記電極板が前記隙間のうち何れか一つの隙間の一側開口から他側開口に移動された後曲がり、他の一つの隙間の他側開口から一側開口に移動されるように、前記電極板を移送する請求項１に記載のエネルギー貯蔵装置用ドーピング装置。
3. 前記電極板移送器は、
   前記リチウムドーピング工程以前の前記電極板を巻回して待機させる第１ローラー；
   前記リチウムドーピング工程が遂行されて前記ドーピングチャンバ本体から搬出される前記電極板を巻回して回収する第２ローラー；及び
   前記ドーピング空間の内部で前記電極板が前記ドーピング板の面方向に提供される前記隙間の全てを順に通過するように、前記ドーピングチャンバ本体に備えられた第３ローラーを含む請求項１に記載のエネルギー貯蔵装置用ドーピング装置。
4. 前記第３ローラーは前記ドーピングチャンバ本体の両側に配置され、 前記ドーピングチャンバ本体の一側に配置される前記第３ローラーは前記ドーピングチャンバ本体を基準に前記ドーピングチャンバ本体の他側に配置される前記第３ローラーとジグザグ構造を有するように配置される請求項３に記載のエネルギー貯蔵装置用ドーピング装置。
5. 前記電解液の温度が２０℃から７０℃の温度範囲を満足するように前記電解液を加熱する加熱器をさらに含む請求項１に記載のエネルギー貯蔵装置用ドーピング装置。
6. 前記ドーピングチャンバは前記内部空間を満たす電解液をさらに含み、
   前記電解液はＬｉＰＦ６、ＬｉＢＦ４、ＬｉＳｂＦ６、ＬｉＡｓＦ５、ＬｉＣｌＯ４、ＬｉＮ、ＣＦ３ＳＯ３、ＬｉＮ（ＳＯ２ＣＦ３）２、ＬｉＮ（ＳＯ２Ｃ２Ｆ５）２、ＬｉＣ（ＳＯ２ＣＦ３）２、ＬｉＰＦ４（ＣＦ３）２、ＬｉＰＦ３（Ｃ２Ｆ５）３、ＬｉＰＦ３（ＣＦ３）３、ＬｉＰＦ５（ｉｓｏ−Ｃ３Ｆ７）３、ＬｉＰＦ５（ｉｓｏ−Ｃ３Ｆ７）、（ＣＦ２）２（ＳＯ２）２ＮＬｉ、そして（ＣＦ２）３（ＳＯ２）２ＮＬｉのうち少なくとも何れか一つのリチウム系電解質塩を含む請求項１に記載のエネルギー貯蔵装置用ドーピング装置。
7. 前記ドーピングチャンバは前記内部空間を満たす電解液をさらに含み、
   前記ドーピング装置は前記電解液に超音波を加える超音波提供器をさらに含む請求項１に記載のエネルギー貯蔵装置用ドーピング装置。
8. 前記電極板を乾燥させる乾燥チャンバをさらに含む請求項１に記載のエネルギー貯蔵装置用ドーピング装置。
9. 前記乾燥チャンバは、
   乾燥チャンバ本体；
   前記乾燥チャンバ本体の内部にジグザグ構造を有するように配置された第４ローラー；及び
   前記第４ローラーによって移動される前記電極板を加熱する加熱器を含む請求項８に記載のエネルギー貯蔵装置用ドーピング装置。
10. 前記ドーピングチャンバ内で前記電極板に前記ドーピング板が接触されるように、前記ドーピング板を移動させる駆動器をさらに含む請求項１に記載のエネルギー貯蔵装置用ドーピング装置。
11. エネルギー貯蔵装置の電極を製造する方法において、
    電極板を待機させる段階；
    リチウムイオンを含んだドーピング板を用いて、前記電極板にリチウムイオンをドーピングする段階；及び
    前記電極板を回収する段階を含み、
    前記電極板を待機させる段階、前記電極板にリチウムイオンをドーピングする段階、そして前記電極板を回収する段階はイン−サイチュで遂行される電極製造方法。
12. 前記電極板を待機させる段階は、前記リチウムドーピング工程が遂行される以前の前記電極板が巻回された第１ローラーを準備する段階を含み、
    前記電極板を回収する段階は、前記リチウムドーピング工程が遂行された後の前記電極板を第２ローラーに巻回して回収する段階を含む請求項１１に記載の電極製造方法。
13. 前記電極板にリチウムイオンをドーピングする段階は、
    電解液が満たされたドーピングチャンバ本体を準備する段階；
    前記ドーピングチャンバ本体に前記ドーピング板を積層する段階；及び
    前記電極板が前記ドーピング板の間の隙間を通過するように、前記電極板を移送する段階を含む請求項１１に記載の電極製造方法。
14. 前記電極板にリチウムイオンをドーピングする段階は、前記電解液の温度が２０℃から７０℃の温度範囲を満足するように前記電解液を加熱する段階を含む請求項１１に記載の電極製造方法。
15. 前記電極板にリチウムイオンをドーピングする段階は、前記電解液に超音波を印加する段階をさらに含む請求項１１に記載の電極製造方法。
16. 前記電解液はＬｉＰＦ６、ＬｉＢＦ４、ＬｉＳｂＦ６、ＬｉＡｓＦ５、ＬｉＣｌＯ４、ＬｉＮ、ＣＦ３ＳＯ３、ＬｉＮ（ＳＯ２ＣＦ３）２、ＬｉＮ（ＳＯ２Ｃ２Ｆ５）２、ＬｉＣ（ＳＯ２ＣＦ３）２、ＬｉＰＦ４（ＣＦ３）２、ＬｉＰＦ３（Ｃ２Ｆ５）３、ＬｉＰＦ３（ＣＦ３）３、ＬｉＰＦ５（ｉｓｏ−Ｃ３Ｆ７）３、ＬｉＰＦ５（ｉｓｏ−Ｃ３Ｆ７）、 （ＣＦ２）２（ＳＯ２）２ＮＬｉ、そして（ＣＦ２）３（ＳＯ２）２ＮＬｉのうち少なくとも何れか一つのリチウム系電解質塩を含む請求項１１に記載の電極製造方法。
17. 前記リチウムドーピング工程が遂行された後の前記電極板を乾燥させる段階をさらに含む請求項１１に記載の電極製造方法。
18. 前記電極板と前記ドーピング板を接触させる段階をさらに含む請求項１１に記載の電極製造方法。

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