JP2023538655A - 電極の連続製造装置および連続製造方法 - Google Patents

電極の連続製造装置および連続製造方法 Download PDF

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Abstract

本発明は電極板を移送および圧延して電極を連続製造する装置において、不良が発生した電極板を自動および連続して除去することにより、電極の連続製造工程の量産性を向上させることができる電極の連続製造装置および連続製造方法に関する。

Description

［関連出願との相互引用］
本出願は２０２１年３月９日付韓国特許出願第１０－２０２１－００３０９５４号および２０２２年３月３日付韓国特許出願第１０－２０２２－００２７６４０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。
本発明は電極板を移送および圧延して電極を連続製造する装置において、不良が発生した電極板を自動および連続して除去することにより、電極の連続製造工程の量産性を向上させることができる電極の連続製造装置および連続製造方法に関する。
二次電池は正極板および負極板の電極板と、分離膜からなる電極組立体をケースに挿入した後密封して形成することができる。正極板または負極板のような電極板はそれぞれの電極集電体に活物質スラリーを含む組成物を塗布してコート層を形成して得られ、このような電極板を連続して移送しながらロールプレス機などで圧延してそれぞれの電極に製造されることができる。
この際、前記圧延工程は前記コート層と、電極集電体の接着性を向上させ、活物質容量密度が増加するようにする工程である。このような圧延工程後には、前記圧延された電極板を乾燥した後所定の大きさで切断して最終的に二次電池に含まれる電極が連続して製造されることができる。
このような電極の連続製造工程において、圧延のためのロールプレス機などに投入される電極板に不良が発生する場合が多数存在する。例えば、前記電極板が巻かれているジャンボロールの内部に不良が発生した電極板が含まれる場合、電極の不良を防ぐために、前記不良が発生した電極板を除去および取り出す必要が生じる。
しかし、既存の電極連続製造装置および工程では、このように電極板の一部に不良が発生した場合、作業者が電極の製造設備の稼動を止めて手作業で不良が発生した電極板を別に除去および取り出すしかなかったのが事実である。
その結果、電極の連続製造工程で相当な量産性の低下が発生するだけでなく、作業者に大きな作業負荷が発生して良品電極板を不良電極板として誤って取り出したり、不良電極板を取り出さずにしたりして電極の不良率を高める一要因になったのが事実である。
このような短所から、電極板を移送および圧延して電極を連続製造する過程で、不良が発生した電極板を自動で除去して電極の連続製造工程の量産性を高めることができるシステムの開発が継続して求められてきた。
そこで、本発明は電極板を移送および圧延して電極を連続製造する装置で、不良が発生した電極板を自動および連続して除去および取り出すことにより、電極の連続製造工程の量産性を向上させることができる電極の連続製造装置を提供する。
本発明はまた、前記電極の連続製造装置を適用して、量産性の高い電極を連続製造できる方法を提供する。
しかし、本発明の実施例が解決しようとする課題は、上述した課題に限定されず、本発明に含まれた技術的思想の範囲で多様に拡張することができる。
そこで、本発明は電極集電体上に形成されたコート層を含む電極板を移送および圧延しながら電極を連続製造する装置であって、
前記電極板を連続移送する複数のガイドローラ；
前記連続移送中の電極板で不良を検出し、不良発生開始部で電極板を切断する第１切断部；
前記切断された電極板の不良発生開始部を不良電極ロールと連結する第１テーピング部；
前記不良電極ロールを巻いて取り出す不良電極巻き取り部；
前記電極板の不良発生終了部で電極板を切断する第２切断部；
前記第２切断部で不良発生電極板と分離された正常電極板を正常電極ロールと連結する第２テーピング部；および
前記正常電極ロールを巻いて移送する正常電極巻き取り部を含む電極の連続製造装置を提供する。
本発明はまた、電極集電体上に形成されたコート層を含む電極板を前記複数のガイドローラで連続移送しながら電極板の不良を検出する段階；
前記電極板の不良発生開始部で電極板を切断し、この切断部を不良電極ロールとテーピングして連結する段階；
前記電極板の不良発生終了部で電極板を切断し、この切断部を正常電極ロールとテーピングして連結する段階；および
前記不良電極ロールを巻いて取り出して、前記正常電極ロールから電極板を連続移送しながら電極製造を行う段階を含む前記装置を用いた電極の連続製造方法を提供する。
本発明によれば、電極の連続工程で、電極板の一部に不良が発生した場合、当該不良が発生した電極板を連続して除去および取り出す一方で、残りの正常電極板を正常電極ロールと連結して後続圧延工程を含む電極製造工程を連続して行うことができる。
その結果、電極製造設備を止めて不良が発生した電極板を手作業で除去する必要なく、電極の連続製造工程中にこれを自動で除去しながら電極を連続製造できるので、リチウム二次電池など二次電池の電極製造のための量産性を大きく向上させることができ、作業者の作業負荷を大きく減らすことができる。
これにより、二次電池の電極製造工程で、電極板の不良発生による電極の不良率も大きく減らすことができる。
発明の一実施形態による電極の連続製造装置を概略的に示す断面図である。 発明の一実施形態による電極の連続製造装置を概略的に示す平面図である。 発明の他の実施形態による電極の連続製造方法を概略的に示すフローチャートである。
以下、添付する図面を参照して発明の様々な実施形態について本発明が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。本発明は様々な異なる形態で実現することができ、ここで説明する実施形態に限定されない。
各実施形態を明確に説明するために説明と関係ない部分は省略し、明細書全体にわたって同一または類似の構成要素に対しては同じ参照符号を付ける。
また、図面に示す各構成の大きさおよび厚さは説明の便宜上任意に示したので、発明は必ずしも示されたところに限定されない。図面では複数の層および領域を明確に表現するために厚さを誇張して示した。そして図面では、説明の便宜上、一部の層および領域の厚さを誇張して示した。
また、明細書全体で、ある部分がある構成要素を「含む」という時、これは特に反対の意味を示す記載がない限り、他の構成要素を除くのではなく他の構成要素をさらに含み得ることを意味する。
また、明細書全体で、「平面上」という時、これは対象部分を上から見た時を意味し、「断面上」という時、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。
一方で、図１は発明の一実施形態による電極の連続製造装置を概略的に示す断面図であり、図２は発明の一実施形態による電極の連続製造装置を概略的に示す平面図であって、図１の連続製造装置を平面上に示す図であり、図３は発明の他の実施形態による電極の連続製造方法を概略的に示すフローチャートである。
図１および２に示すように、発明の実施形態によれば、電極集電体上に形成されたコート層を含む電極板１００を移送および圧延しながら電極を連続製造する装置であって、
前記電極板１００を連続移送する複数のガイドローラ２０２，２０４；
前記連続移送中の電極板１００で不良を検出し、不良発生開始部で電極板１００を切断する第１切断部３００；
前記切断された電極板１００の不良発生開始部を不良電極ロールと連結する第１テーピング部４００；
前記不良電極ロールを巻いて取り出す不良電極巻き取り部５００；
前記電極板１００の不良発生終了部で電極板１００を切断する第２切断部６００；
前記第２切断部６００で不良発生電極板１００と分離された正常電極板１００を正常電極ロールと連結する第２テーピング部７００；および
前記正常電極ロールを巻いて移送する正常電極巻き取り部８００を含む電極の連続製造装置が提供される。
このような電極の連続製造装置を適用すると、電極板１００をガイドローラ２０２，２０４で連続移送しながら電極を製造する工程で、電極板１００の一部に不良が発生した場合、当該不良が発生した電極板１００を第１切断部３００および第２切断部６００でそれぞれ切断して正常電極板１００から分離する。
そして、前記電極板１００の不良発生開始部を第１テーピング部４００で既存に不良が発生した電極板１００が連結された不良電極ロールと連結し、このような不良電極板を含む不良電極ロールを不良電極巻き取り部５００で連続して巻いて取り出す。
また、前記第２切断部６００で不良電極板１００と分離された正常電極板１００は第２テーピング部７００で正常電極ロールと連結され、このような正常電極ロールを連続移送しながら後続圧延工程などを含む電極製造工程を連続して行う。
このような工程により、不良電極板１００を正常電極ロールから連続して除去および取り出す一方で、不良電極板１００が除去された残りの正常電極板１００を正常電極ロールと連結して電極製造工程を連続して行うことができる。
その結果、電極製造設備を止めて不良電極板１００を手作業で除去する必要なく、電極の連続製造工程中にこれを自動で除去しながら電極を連続製造できるので、リチウム二次電池など二次電池の電極製造のための量産性を大きく向上させることができ、作業者の作業負荷を大きく減らすことができ、延いては、電極板の不良発生による電極の不良率も大きく減らすことができる。
一方、前記発明の実施形態による電極の連続製造装置で、前記複数のガイドローラ２０２，２０４は第１ガイドローラ２０２および第２ガイドローラ２０４を含み、前記第１切断部３００および第２切断部６００と、前記第１テーピング部４００および第２テーピング部７００は前記第１ガイドローラ２０２と第２ガイドローラ２０４との間に配置されることができる。
このような配置形態により、前記第１ガイドローラ２０２および第２ガイドローラ２０４により、前記電極板１００を連続移送しながら、その間で不良が発生した電極板１００を効果的に分離、除去して不良電極ロールと連結および取り出して、残りの正常電極板１００を正常電極ロールと連結して連続して電極製造工程を行うことができる。
また、前記電極の連続製造装置で、前記第１切断部３００は連続移送中の電極板１００に不良発生が検出および確認される場合、当該不良発生開始部で電極板１００を切断し、前記第２切断部６００は前記電極板１００の不良発生終了部で当該電極板１００を切断する。このように、前記第１切断部３００および第２切断部６００で、前記不良が発生した電極板１００をより効果的に切断して正常電極板１００から分離できるようにするために、前記第１切断部３００および／または第２切断部６００は前記連続移送中の電極板１００を移送方向と垂直に切断するカッタ３０２，６０２をそれぞれ含むことができる。
図２の平面図を参照すると（ただし、図２では装置下部に設置された第１切断部および第１テーピング部は省略されている）、このような第１切断部３００および／または第２切断部６００に備えられたカッタ３０２，６０２は電極板１００の移送方向と垂直に移動しながら前記電極板１００を不良発生開始部および終了部でそれぞれ切断することができる。
一方、前記電極の連続製造装置で、前記第１テーピング部４００は前記第１切断部３００で切断された不良電極板１００を以前の不良電極板が連結された不良電極ロールと連結し、前記第２テーピング部７００は前記第２切断部６００で切断された正常電極板１００を以前の正常電極板が連結された正常電極ロールと連結する。
このような電極板１００の相互連結のために、前記第１テーピング部４００および／または第２テーピング部７００はそれぞれ、前記電極板１００と前記電極ロールの連結部を吸着する吸着板４０２，７０２；および前記電極板１００と前記電極ロールの連結部に圧力を印加しながらテーピングするテーピング圧着ローラ４０４，７０４を含み得る。参考までに、図１の連続製造装置では、第２テーピング部７００に前記吸着板７０２およびテーピング圧着ローラ７０４が備えられており、第１テーピング部４００に前記吸着板４０２およびテーピング圧着ローラ４０４が備えられているが、これら第１テーピング部４００および第２テーピング部７００のいずれか一つにのみ前記吸着板４０２，７０２およびテーピング圧着ローラ４０４，７０４が備えられることもできるのはもちろんである。
図２の平面図を参照すると（ただし、図２では装置下部に設置された第１切断部および第１テーピング部が省略されている）、前記吸着板４０２，７０２は互いに連結される電極板１００を真空吸着する複数の真空吸着孔７０６を備える。このような真空吸着孔７０６の作用により前記電極板１００が位置固定される一方で、これら電極板１００の一面に連結のためのテープ７０８が付加されて、そのテープ７０８上で、テーピング圧着ローラ４０４，７０４が電極板１００の連結部に沿って移動しながら圧力を印加してテープを付着することにより前記電極板１００を連結することができる。
一方、図２では第２テーピング部７００に備えられた吸着板７０２およびテーピング圧着ローラ７０４の例を挙げて、電極板１００がテーピングによって連結される工程を示すが、第１テーピング部４００でも同じ工程により電極板１００が相互連結されることができる。
上述した電極の連続製造装置で、前記不良発生開始部で電極板１００を切断し、このような不良電極板１００を不良電極ロールと連結する第１切断部３００および第１テーピング部４００は互いに隣接するように配置される。また、前記不良発生終了部で電極板１００を切断し、不良電極板１００と分離された正常電極板１００を正常電極ロールと連結する第２切断部６００および第２テーピング部７００は互いに隣接するように配置される。このような配置によって、不良電極板の分離および電極ロールとの連結工程を効率化することができる。
また、正常電極板１００に対する連続的な移送および後続製造工程が妨げられることなく、かつ不良電極板１００が効果的に除去および取り出されるようにするために、前記第２切断部６００および第２テーピング部７００は前記電極板１００の移送方向に沿って形成されることができ、前記不良電極板１００の分離および取り出しのための第１切断部３００および第１テーピング部４００は前記電極板１００の移送方向と垂直方向に、前記連続製造装置の下部、例えば、前記第２切断部６００および第２テーピング部７００の下部に配置されることができる。
また、このような一実施例の連続製造装置では、前記不良が検出された電極板１００を装置下部の第１切断部３００および第１テーピング部４００で効果的に分離および取り出すために、前記不良が検出された電極板を前記正常電極板１００の移送方向と垂直方向に前記第１切断部３００および第１テーピング部４００に向かって移送する第３ガイドローラがさらに備えられることもできる。
一方、前記電極の連続製造装置で、前記正常電極板から分離されて前記不良電極ロールと連結された不良電極板１００は前記不良電極巻き取り部５００により連続して巻かれて取り出され、前記不良電極板１００と分離された正常電極板１００は正常電極ロールに連結される一方で、正常電極巻き取り部８００により巻かれて連続して移送される。
このように、正常電極巻き取り部８００により巻かれて連続移送される正常電極板１００は後続圧延、乾燥および切断などの後続電極製造工程が行われる。このような後続電極製造工程のために、前記正常電極板１００を圧延する圧延ロール（図示せず）がさらに備えられることができ、このような圧延ロールで前記電極板１００上のコート層に対して圧力が印加されて圧延工程が行われることができる。
上述した実施形態の電極の連続製造装置を適用すると、図３にも示したように、電極集電体上に形成されたコート層を含む電極板１００を前記複数のガイドローラ２０２，２０４に連続移送しながら電極板の不良を検出し、
前記第１切断部３００で前記電極板１００の不良発生開始部が切断される一方で、この切断部が第１テーピング部４００で不良電極ロールとテーピング／連結され、
前記第２切断部６００で前記電極板１００の不良発生終了部が切断されて不良電極板が分離される一方で、残りの正常電極板１００の切断部が第２テーピング部７００で正常電極ロールとテーピング／連結され、
前記不良電極板を含む不良電極ロールは不良電極巻き取り部５００で連続して巻かれて取り出され、前記正常電極板を含む正常電極ロールは正常電極巻き取り部８００で連続して巻かれて移送される。
また、前記正常電極ロールに含まれた正常電極板については、連続的な移送下に後続圧延工程など電極製造工程が連続して製造されることができる。
このような工程により、電極の連続製造設備を止めて不良が発生した電極板を手作業で除去する必要なく、電極の連続製造工程中に不良電極板を自動で除去しながら電極を連続製造できるので、リチウム二次電池など二次電池の電極製造のための量産性を大きく向上させることができ、作業者の負荷や不良率も大きく減らすことができる。
以上で発明の好ましい実施例について詳細に説明したが、発明の権利範囲はこれに限定されるものではなく、次の特許請求の範囲で定義している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発明の権利範囲に属する。
１００ 電極板
２０２ 第１ガイドローラ
２０４ 第２ガイドローラ
３００ 第１切断部
４００ 第１テーピング部
５００ 不良電極巻き取り部
６００ 第２切断部
３０２，６０２ カッタ
７００ 第２テーピング部
４０２，７０２ 吸着板
４０４，７０４ テーピング圧着ローラ
７０６ 真空吸着孔
７０８ テープ
８００ 正常電極巻き取り部

Claims (11)

  1. 電極集電体上に形成されたコート層を含む電極板を移送および圧延しながら電極を連続製造する装置であって、
    前記電極板を連続移送する複数のガイドローラ、
    連続移送中の電極板で不良を検出し、不良発生開始部で電極板を切断する第１切断部、
    切断された前記電極板の不良発生開始部を不良電極ロールと連結する第１テーピング部、
    前記不良電極ロールを巻いて取り出す不良電極巻き取り部、
    前記電極板の不良発生終了部で電極板を切断する第２切断部、
    前記第２切断部で不良発生電極板と分離された正常電極板を正常電極ロールと連結する第２テーピング部、および
    前記正常電極ロールを巻いて移送する正常電極巻き取り部を含む、電極の連続製造装置。
  2. 前記複数のガイドローラは第１ガイドローラおよび第２ガイドローラを含み、
    前記第１切断部および前記第２切断部と前記第１テーピング部および前記第２テーピング部は、前記第１ガイドローラと前記第２ガイドローラとの間に配置されている、請求項１に記載の電極の連続製造装置。
  3. 前記第１切断部および／または前記第２切断部は前記連続移送中の電極板を移送方向と垂直に切断するカッタを含む、請求項１に記載の電極の連続製造装置。
  4. 前記第１テーピング部および／または前記第２テーピング部は、
    前記電極板と電極ロールの連結部を吸着する吸着板、および
    前記電極板と電極ロールの連結部に圧力を印加しながらテーピングするテーピング圧着ローラを含む、請求項１に記載の電極の連続製造装置。
  5. 前記第１切断部および前記第１テーピング部は互いに隣接するように形成され、前記第２切断部および前記第２テーピング部は互いに隣接するように形成されている、請求項１に記載の電極の連続製造装置。
  6. 前記第２切断部および前記第２テーピング部は前記電極板の移送方向に沿って形成されており、
    前記第１切断部および前記第１テーピング部は、前記電極板の移送方向と垂直方向に、前記第２切断部および前記第２テーピング部の下部に形成されている、請求項１に記載の電極の連続製造装置。
  7. 前記不良が検出された電極板を前記第１切断部および前記第１テーピング部に移送する第３ガイドローラをさらに含む、請求項６に記載の電極の連続製造装置。
  8. 前記正常電極ロールから電極板を連続移送しながら、前記電極板を圧延する圧延ロールをさらに含む、請求項１に記載の電極の連続製造装置。
  9. 請求項１に記載の電極の連続製造装置を用いた、電極の連続製造方法であって、
    電極集電体上に形成されたコート層を含む電極板を前記複数のガイドローラで連続移送しながら電極板の不良を検出する段階、
    前記電極板の不良発生開始部で電極板を切断し、この切断部を不良電極ロールとテーピングして連結する段階、
    前記電極板の不良発生終了部で電極板を切断し、この切断部を正常電極ロールとテーピングして連結する段階、および
    前記不良電極ロールを巻いて取り出して、前記正常電極ロールから電極板を連続移送しながら電極製造を行う段階を含む、電極の連続製造方法。
  10. 前記電極製造を行う段階は前記正常電極ロールから連続移送される電極板を圧延する段階を含む、請求項９に記載の電極の連続製造方法。
  11. リチウム二次電池の電極が連続製造される、請求項９に記載の電極の連続製造方法。
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