JP2023513455A - 電極圧延装置および電極圧延方法 - Google Patents

Abstract

本発明の一実施形態による電極圧延装置は、コーティング部と未コーティング部とを有する電極基材を圧延する装置において、均一な磁場が発生する有効領域を有するコイル部と、前記電極基材を圧延する電極圧延部とを含み、前記コイル部は、前記電極基材の走行方向を基準として両側の少なくとも一側に配置されたコイルユニットを含み、前記コイルユニットは、前記電極基材の上部および下部にそれぞれ配置された第１コイルユニットおよび第２コイルユニットを含み、前記コイルユニットは、前記コーティング部と前記未コーティング部との境界線を中心に両側に位置する前記未コーティング部の全領域と前記コーティング部の一部領域を誘導加熱する。

Description

関連出願との相互参照
本出願は、２０２０年１２月４日付の韓国特許出願第１０－２０２０－０１６８５０４号に基づく優先権の利益を主張し、当該韓国特許出願の文献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。

本発明は、電極圧延装置および電極圧延方法に関し、より具体的には、電極不良が改善された電極圧延装置および電極圧延方法に関する。

二次電池は、正極板、負極板および分離膜からなる電極組立体をケースに挿入した後、密封されて形成される。正極板または負極板（以下、「電極板」という）は、正極導電集電体または負極導電集電体にそれぞれ活物質スラリーを一定の厚さにコーティングし、前記正極導電集電体と前記負極導電集電体との間には分離膜を介在させてゼリーロール状に複数回巻取るか、複数層に積層して電極組立体を形成することができる。

電極板は、活物質スラリーがコーティングされた活物質コーティング部と、コーティングされない未コーティング部とから形成される。前記活物質コーティング部には、電極集電体と接着性が増加し、活物質の容量密度が増加するように圧延工程が伴う。前記圧延された電極板は、乾燥後、一定の幅のカッターを通過して所定の大きさに切断されて用いられる。

前記圧延工程は、電極板の圧延時、前記コーティング部と前記未コーティング部との厚さの差によって圧迫差が発生する問題がある。このような差によって電極集電体の不均衡な塑性変形が発生し、これによって残留応力が発生することがある。特に、引張形態の残留応力は部品の疲労耐久性の低下および破壊強度の低下を誘発しうる。

図１は、従来の圧延装置による圧延工程を示す概略図である。図２は、圧延後の電極板を示す平面図である。

図１を参照すれば、電極集電体２０上に形成されたコーティング部３０と未コーティング部４０を圧延ロール１０によって圧延する圧延工程が行われる。この時、圧力がコーティング部３０に集中するにつれ、図２に示したように、コーティング部３０Ｐの延伸程度と未コーティング部４０の延伸程度とで差が発生し、未コーティング部４０にシワが発生することがある。圧延時に発生する未コーティング部４０のシワのため、後の工程で電極断線のような工程不良が発生することがある。特に、コーティング部３０Ｐと未コーティング部４０との境界面で高い引張残留応力が残ることで電極の収縮膨張によって弱い応力を持続的に受けて破壊に弱い状態になりうる。

本発明が解決しようとする課題は、電極不良が改善された電極圧延装置および電極圧延方法を提供することである。

しかし、本発明の実施形態が解決しようとする課題は上述した課題に限定されず、本発明に含まれている技術的な思想の範囲で多様に拡張可能である。

本発明の一実施形態による電極圧延装置は、コーティング部と未コーティング部とを有する電極基材を圧延する装置において、均一な磁場が発生する有効領域を有するコイル部と、前記電極基材を圧延する電極圧延部とを含み、前記コイル部は、前記電極基材の走行方向を基準として両側の少なくとも一側に配置されたコイルユニットを含み、前記コイルユニットは、前記電極基材の上部および下部にそれぞれ配置された第１コイルユニットおよび第２コイルユニットを含み、前記コイルユニットは、前記コーティング部と前記未コーティング部との境界線を中心に両側に位置する前記未コーティング部の全領域と前記コーティング部の一部領域を誘導加熱する。

前記コイル部によって磁場が発生する前記有効領域は、前記未コーティング部と、前記未コーティング部に隣接した前記コーティング部の一部領域と、前記コーティング部から離隔した前記未コーティング部の一側を外れたエア領域とを含むことができる。

前記有効領域に対応する前記第１コイルユニットと前記第２コイルユニットそれぞれに磁性コアが形成される。

前記磁性コアは、前記未コーティング部および前記未コーティング部に隣接した前記コーティング部の一部領域に対応することができる。

前記コイル部は、前記第１コイルユニットと前記第２コイルユニットとを電気的に連結する連結ユニットをさらに含み、前記連結ユニットは、前記電極基材の面に垂直な方向に延びることができる。

前記第１コイルユニットに電流が入り、前記第２コイルユニットに電流が流れていき、前記第１コイルユニットの電流流れ回転方向と前記第２コイルユニットの電流流れ回転方向は、互いに同一であってもよい。

本発明の他の実施形態による電極圧延方法は、電極集電体層と、前記電極集電体層の一面または両面に形成されたコーティング部とを含む電極基材を圧延する方法において、前記電極基材を誘導加熱する段階と、前記電極基材を圧延する段階とを含み、前記電極基材を誘導加熱する段階は、前記電極基材のコーティング部と未コーティング部との境界線を中心に両側に位置する前記未コーティング部の全領域と前記コーティング部の一部領域をコイル部を用いて誘導加熱し、前記コイル部は、前記電極基材の上部および下部にそれぞれ配置された第１コイルユニットおよび第２コイルユニットを含むことができる。

前記電極基材を誘導加熱する段階は、前記電極基材を圧延する段階の前および／または後に行うことができる。

前記電極基材を誘導加熱する段階は、前記第１コイルユニットと前記第２コイルユニットとの間に垂直な方向の磁場が形成される。

前記垂直な方向の磁場が形成される有効領域は、前記未コーティング部と、前記未コーティング部に隣接した前記コーティング部の一部領域と、前記コーティング部から離隔した前記未コーティング部の一側を外れたエア領域とを含むことができる。

実施形態によれば、電極の両面を誘導加熱し、均一な磁場有効領域として未コーティング部とその他の部分を加熱することによって、電極圧延工程においてコーティング部と未コーティング部との延伸比の差を最小化することができる。

本発明の効果は以上に言及した効果に制限されず、言及されていないさらに他の効果は特許請求の範囲の記載から当業者に明確に理解されるであろう。

従来の圧延装置による圧延工程を示す概略図である。 圧延後の電極板を示す平面図である。 本発明の一実施形態による電極圧延装置を示す斜視図である。 図３の圧延装置を側面から眺めた様子を概略的に示す図である。 図４の電極圧延装置に含まれている加熱部を概略的に示す図である。 図５の電極圧延装置を正面から眺めた部分図である。 本発明の一実施形態によるコイル部を示す図である。 図７のコイル部を示す斜視図である。 本実施形態による電極圧延装置におけるコイル有効領域を示す図である。

以下、添付した図面を参照して、本発明の様々な実施形態について、本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者が容易に実施できるように詳細に説明する。本発明は種々の異なる形態で実現可能であり、ここで説明する実施形態に限定されない。

本発明を明確に説明するために説明上不必要な部分は省略し、明細書全体にわたって同一または類似の構成要素については同一の参照符号を付す。

また、図面に示された各構成の大きさおよび厚さは、説明の便宜のために任意に示したので、本発明が必ずしも図示のところに限定されない。図面において、様々な層および領域を明確に表現するために厚さを拡大して示した。そして、図面において、説明の便宜のために、一部の層および領域の厚さを誇張して示した。

また、層、膜、領域、板などの部分が他の部分の「上に」あるとする時、これは、他の部分の「直上に」ある場合のみならず、その中間にさらに他の部分がある場合も含む。逆に、ある部分が他の部分の「直上に」あるとする時には、中間に他の部分がないことを意味する。さらに、基準となる部分の「上に」あるというのは、基準となる部分の上または下に位置するものであり、必ずしも重力の反対方向に向かって「上に」位置することを意味するのではない。

また、明細書全体において、ある部分がある構成要素を「含む」とする時、これは特に反対となる記載がない限り、他の構成要素を除くのではなく、他の構成要素をさらに包含できることを意味する。

なお、明細書全体において、「平面上」とする時、これは対象部分を上から見た時を意味し、「断面上」とする時、これは対象部分を垂直に切断した断面を横から見た時を意味する。

図３は、本発明の一実施形態による電極圧延装置を示す斜視図である。図４は、図３の圧延装置を側面から眺めた様子を概略的に示す図である。

図３を参照すれば、本発明の一実施形態による電極圧延方法は、電極集電体層３００上に活物質をコーティングしてコーティング部４００および未コーティング部５００を形成する段階と、電極集電体層３００の一面または両面に形成されたコーティング部４００および未コーティング部５００を含む電極基材２５０を誘導加熱する段階と、電極基材２５０を圧延する段階とを含む。

図３および図４を参照すれば、本実施形態による電極圧延装置１００は、電極集電体層３００上にコーティング物質が形成されたコーティング部４００と、無地部に相当する未コーティング部５００とを有する電極基材２５０をアンワインディングする第１ローラ１０１と、電極基材２５０をワインディングする第２ローラ１０２と、第１ローラ１０１と第２ローラ１０２との間に位置し、電極基材２５０の移動方向に沿って電極基材２５０のコーティング部４００および未コーティング部５００を圧延する圧延ロール１０９とを含む。未コーティング部５００は、電極集電体層３００上に形成されたコーティング部４００を除いた領域を指すことができる。

第１ローラ１０１は、圧延しようとする対象の電極基材２５０を圧延装置１００に提供し、時計回り回転により電極基材２５０を図４の矢印方向Ｄ１に移動させる。第１ローラ１０１から解かれた電極基材２５０が矢印方向に沿って移動しながら圧延ロール１０９の間を通過する。圧延ロール１０９は、電極基材２５０を基準として両側にそれぞれ位置し、２つの圧延ロール１０９の間を通過した電極基材２５０は加圧される。以後、２つの圧延ロール１０９の間を通過した電極基材２５０は、第２ローラ１０２に再び巻かれる。

本実施形態による電極圧延方法は、コーティング部４００と未コーティング部５００とを有する電極基材２５０がアンワインディングされた後、圧延ロール１０９によって圧延される前に電極基材２５０を誘導加熱する段階を含む。電極基材２５０を誘導加熱する段階は、本実施形態による電極圧延装置１００において第１ローラ１０１と圧延ロール１０９との間に位置するコイル部６００によって行われる。コイル部６００は、本実施形態による未コーティング部５００に熱を加えてコーティング部４００との延伸比の差を低減することができる。コイル部６００は、第１ローラ１０１と圧延ロール１０９との間に位置する代わりに、圧延ロール１０９と第２ローラ１０２との間に位置して、圧延工程後に電極基材２５０を誘導加熱することもできる。

図５は、図４の電極圧延装置に含まれている加熱部を概略的に示す図である。図６は、図５の電極圧延装置を正面から眺めた部分図である。

図５および図６を参照すれば、本発明の一実施形態による電極圧延装置１００は、コーティング部４００と未コーティング部５００とを有する電極基材２５０を圧延する装置において、均一な磁場が発生する有効領域を有するコイル部６００と、電極基材２５０を圧延する図４の電極圧延部７００とを含む。この時、コイル部６００は、電極基材２５０の走行方向（ＭＤ方向；圧延ロールが巻かれる方向）を基準として両側の少なくとも一側に配置されたコイルユニットを含み、コイルユニットは、電極基材２５０の上部および下部にそれぞれ配置された第１コイルユニット６００ａおよび第２コイルユニット６００ｂを含む。第１コイルユニット６００ａと第２コイルユニット６００ｂは、それぞれ絶縁性および／または耐熱性を有する被覆部材６１０によって覆われる。

本実施形態によるコイル部６００によって磁場が発生する有効領域は、未コーティング部５００と、未コーティング部５００に隣接したコーティング部４００の一部領域と、コーティング部４００から離隔した未コーティング部５００の一側を外れたエア領域５５０とを含む。圧延ロールが巻かれる方向に垂直な方向（ＴＤ方向）に沿って、未コーティング部５００に隣接したコーティング部４００の一部領域、未コーティング部５００、およびコーティング部４００から離隔した未コーティング部５００の一側を外れたエア領域５５０が順次に配列される。

本実施形態によるコイルユニットは、コーティング部４００と未コーティング部５００との境界線を中心に両側に位置する未コーティング部５００の全領域とコーティング部４００の一部領域を誘導加熱することができる。有効領域に対応する第１コイルユニット６００ａと第２コイルユニット６００ｂそれぞれに磁性コア６２０が形成される。磁性コア６２０は、未コーティング部５００および未コーティング部５００に隣接したコーティング部４００の一部領域に対応することができる。

本実施形態による磁性コア６２０は、コイルから出る磁場を集中させる役割を果たすことができる。コイル表面での磁場は拡散して均一度に差が発生しうるが、磁性コア６２０の抵抗、透磁率、および周波数領域帯を調節するか、磁性コア６２０の面積と位置を調節することによって加熱しようとする領域を制御し、均一に加熱することができる。また、互いに異なる磁性コア６２０の組み合わせにより所望の磁場の深さを調節することもできる。

本実施形態によるコイル部６００は、第１コイルユニット６００ａと第２コイルユニット６００ｂとを電気的に連結する連結ユニット６００ｃをさらに含むことができる。連結ユニット６００ｃは、電極基材２５０の面に垂直な方向に延びることができる。

図７は、本発明の一実施形態によるコイル部を示す図である。図８は、図７のコイル部を示す斜視図である。

図７および図８を参照すれば、第１コイルユニット６００ａに電流が入り、第２コイルユニット６００ｂに電流が流れていくことができる。この時、第１コイルユニット６００ａの電流流れ回転方向と第２コイルユニット６００ｂの電流流れ回転方向は、互いに同一であってもよい。電流の流れは、フレミングの左手の法則によって磁場の方向を決定できるが、もし第１コイルユニット６００ａと第２コイルユニット６００ｂの電流流れ方向が互いに異なると磁場が相殺されて、誘導加熱による効率が低下することがある。

図６に示したように、第１コイルユニット６００ａと第２コイルユニット６００ｂは、それぞれ絶縁性および／または耐熱性を有する被覆部材６１０によって覆われるが、被覆部材６１０内にコイルユニットの周辺に通る冷却路を形成することができる。コイルに電流が流れると、これに反対方向の誘導電流が生成されて相殺による発熱が発生するため、冷却が必要である。空冷も可能であるが、高い出力と安定性のために水冷などの溶媒を用いることができる。

図９は、本実施形態による電極圧延装置におけるコイル有効領域を示す図である。

図９を参照すれば、本実施形態による有効領域ＥＰは、垂直な方向の磁場が形成される領域であり、未コーティング部領域Ｌ２と、未コーティング部領域Ｌ２に隣接したコーティング部の一部領域Ｌ３と、コーティング部領域Ｌ３から離隔した未コーティング部領域Ｌ２の一側を外れたエア領域Ｌ１とを含むことができる。また、有効領域ＥＰは、ＭＤ方向への長さＷを有することができ、ＴＤ方向とＭＤ方向との比に応じて最適な誘導加熱条件を制御することができる。

本実施形態によれば、Ｗ／Ｌ０の範囲は、０．１～０．９であってもよく、好ましくは０．４～０．８の範囲を有することができる。この時、有効領域ＥＰのＴＤ方向の長さＬ０に対するエア領域Ｌ１の長さ比率は、０超０．９以下であってもよく、好ましくは０超０．６以下であってもよい。有効領域ＥＰのＴＤ方向の長さＬ０に対する未コーティング部領域Ｌ２の長さ比率は、０．１～１．０であってもよく、好ましくは０．４～０．８であってもよい。有効領域ＥＰのＴＤ方向の長さＬ０に対するコーティング部領域Ｌ３の長さ比率は、０超０．６以下であってもよく、好ましくは０．１～０．５であってもよい。

以上、本発明の好ましい実施形態について詳細に説明したが、本発明の権利範囲はこれに限定されるものではなく、以下の特許請求の範囲で定義している本発明の基本概念を利用した当業者の様々な変形および改良形態も本発明の権利範囲に属する。

１００：電極圧延装置
２５０：電極基材
４００：コーティング部
５００：未コーティング部
５５０：エア領域
６００：コイル部
６２０：磁性コア
ＥＰ：有効領域

Claims (10)

1. コーティング部と未コーティング部とを有する電極基材を圧延する装置であって、
   均一な磁場が発生する有効領域を有するコイル部と、
   前記電極基材を圧延する電極圧延部とを含み、
   前記コイル部は、前記電極基材の走行方向を基準として両側の少なくとも一側に配置されたコイルユニットを含み、
   前記コイルユニットは、前記電極基材の上部および下部にそれぞれ配置された第１コイルユニットおよび第２コイルユニットを含み、
   前記コイルユニットは、前記コーティング部と前記未コーティング部との境界線を中心に両側に位置する前記未コーティング部の全領域と前記コーティング部の一部領域を誘導加熱する、電極圧延装置。
2. 前記コイル部によって磁場が発生する前記有効領域は、前記未コーティング部と、前記未コーティング部に隣接した前記コーティング部の一部領域と、前記コーティング部から離隔した前記未コーティング部の一側を外れたエア領域とを含む、請求項１に記載の電極圧延装置。
3. 前記有効領域に対応する前記第１コイルユニットと前記第２コイルユニットそれぞれに磁性コアが形成されている、請求項２に記載の電極圧延装置。
4. 前記磁性コアは、前記未コーティング部および前記未コーティング部に隣接した前記コーティング部の一部領域に対応する、請求項３に記載の電極圧延装置。
5. 前記コイル部は、前記第１コイルユニットと前記第２コイルユニットとを電気的に連結する連結ユニットをさらに含み、前記連結ユニットは、前記電極基材の面に垂直な方向に延びる、請求項１から４のいずれか一項に記載の電極圧延装置。
6. 前記第１コイルユニットに電流が入り、前記第２コイルユニットに電流が流れていき、
   前記第１コイルユニットの電流流れ回転方向と前記第２コイルユニットの電流流れ回転方向は、互いに同一である、請求項１から５のいずれか一項に記載の電極圧延装置。
7. 電極集電体層と、前記電極集電体層の一面または両面に形成されたコーティング部とを含む電極基材を圧延する方法であって、
   前記電極基材を誘導加熱する段階と、
   前記電極基材を圧延する段階とを含み、
   前記電極基材を誘導加熱する段階は、前記電極基材のコーティング部と未コーティング部との境界線を中心に両側に位置する前記未コーティング部の全領域と前記コーティング部の一部領域をコイル部を用いて誘導加熱し、
   前記コイル部は、前記電極基材の上部および下部にそれぞれ配置された第１コイルユニットおよび第２コイルユニットを含む、電極圧延方法。
8. 前記電極基材を誘導加熱する段階は、前記電極基材を圧延する段階の前および／または後に行われる、請求項７に記載の電極圧延方法。
9. 前記電極基材を誘導加熱する段階では、前記第１コイルユニットと前記第２コイルユニットとの間に垂直な方向の磁場が形成される、請求項７または８に記載の電極圧延方法。
10. 前記垂直な方向の磁場が形成される有効領域は、前記未コーティング部と、前記未コーティング部に隣接した前記コーティング部の一部領域と、前記コーティング部から離隔した前記未コーティング部の一側を外れたエア領域とを含む、請求項９に記載の電極圧延方法。

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