JP2024532393A - 電極製造装置 - Google Patents

Abstract

本発明の一実施形態による電極製造装置は、コーティング部と未コーティング部を含む電極シートを支持し、前記電極シートを第１方向に移送する支持ロール、前記電極シートを支持ロールと加圧ロールとの間において前記支持ロールと接し、前記未コーティング部に対応する位置で前記未コーティング部を加圧する少なくとも一つの加圧ロール、前記未コーティング部のレベルを感知するレベルセンサー、および前記レベルセンサーによって感知されたレベルに対応して前記加圧ロールを制御する制御部を含み、前記少なくとも一つの加圧ロールは、前記第１方向と交差する第２方向に移動可能である。

Description

［関連出願の相互参照］
本出願は、２０２２年４月２０日付韓国特許出願第１０－２０２２－００４９０６５号および２０２３年３月１５日付韓国特許出願第１０－２０２３－００３４０８８号に基く優先権の利益を主張し、当該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、電極製造装置に関し、具体的には電極シートのシワ発生を防止できるシステムを含む電極製造装置に関する。

モバイル機器に対する技術開発と需要の増加に伴い、エネルギー源として二次電池の需要が急激に増加している。特に、二次電池は、携帯電話機、デジタルカメラ、ノートパソコン、ウェラブルデバイスなどのモバイル機器だけでなく、電動自転車、電気自動車、ハイブリッド電気自動車などの動力装置に対するエネルギー源としても、注目されている。

二次電池は、正極、負極および分離膜からなる電極アセンブリをケースに挿入した後、密封して形成することができる。ここで、正極や負極といった二次電池用電極は、集電体上でコーティング部と未コーティング部を含み、前記コーティング部は、活物質スラリーがコーティングされた活物質層が形成されており、前記未コーティング部は、活物質スラリーがコーティングされない無地部に該当する。特に、前記未コーティング部の場合、その厚さが非常に薄いため、電極製造工程過程において、折り目またはシワなどが発生する可能性があるため、これを制御できる装置が要求されている。

図１は、従来の電極製造装置における電極支持用ロールとこれを通る電極シートを示す図面である。

図１を参照すると、電極シート１は、金属箔３上に電極合剤５が塗布されたコーティング部７と、電極合剤５が塗布されない未コーティング部９を含む構造で形成されている。このような電極シート１は、少なくとも一つのローラ１０を介して一側へ移送されたり、二つのローラ１０の間に圧延されたりといった工程を順次経ることができる。

この時、電極シート１がロール１０に支持されて移動および工程が進行される過程において、コーティング部７と未コーティング部９の厚さの差により、未コーティング部９にシワや、折り目や、うねり（カール）が発生する可能性がある。また、コーティング部７をストライプ状でコーティングし、これを乾燥させたり、張力をかけたりするなどの工程進行時にロール１０に接触する場合、未コーティング部９に折り目やシワが発生する可能性がある。特に未コーティング部９は、単なる薄膜の金属箔３だけが存在する部分であるため、折り目において脆弱で、同時に工程中の位置により、高熱などの環境では、このようなシワ乃至折り目の発生がさらに増加する可能性がある。このような折り目およびシワは断線および不良発生の原因となり、損失量の増加で設備効率および生産性の低下を引き起こす問題がある。

本発明が解決しようとする課題は、電極製造過程において、電極シートの未コーティング部にシワが発生することを防止できる電極製造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が上述した課題に限定されるものではなく、言及されていない課題は、本明細書および添付図面から、本発明が属する技術分野で通常の知識を有する者に明確に理解されるものである。

本発明の一実施形態による電極製造装置は、コーティング部と未コーティング部を含む電極シートを支持し、前記電極シートを第１方向に移送する支持ロール、前記電極シートを前記支持ロールと加圧ロールとの間において前記支持ロールに接し、前記未コーティング部に対応する位置で前記未コーティング部を加圧する少なくとも一つの加圧ロール、前記未コーティング部のレベルを感知するレベルセンサー、および前記レベルセンサーによって感知されたレベルに対応して前記加圧ロールを制御する制御部を含み、前記少なくとも一つの加圧ロールは、前記第１方向と交差する第２方向に移動可能である。

前記加圧ロールは、前記レベルセンサーによって感知された未コーティング部のレベルに変動がある部分に移動し、前記未コーティング部を加圧することができる。

前記加圧ロールは、前記第２方向に延びた支持部に沿って移動することができる。

前記支持部は、前記第１方向に沿って移動可能である。

前記制御部は、前記レベルセンサーによって感知された前記未コーティング部のレベルを反映して、前記加圧ロールの高さを制御することができる。

前記加圧ロールの幅は、前記未コーティング部の幅と同じかそれより大きいことができる。

前記第１方向に沿って前記支持ロールの下流側で前記電極シートを支持する吸引ロールをさらに含むことができる。

前記吸引ロールを複数の吸引ホールを含むことができる。

前記複数の吸引ホールは、前記吸引ロールの長さ方向の中心を基準として、左右対称なスクリュー状に配置することができる。

前記制御部は、前記レベルセンサーによって感知された前記未コーティング部のレベルを反映して、前記吸引ロールに接続された吸引によって吸引される圧力を制御することができる。

実施形態によれば、電極製造過程において、電極シートの未コーティング部でシワが発生しても、これを速かに除去すると共に、シワが除去された状態を維持できるところ、未コーティング部のシワおよび折り目によって不良が発生することを防止することができる。

本発明の効果が上述した効果に限定されず、言及されていない効果は、本明細書および添付図面から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に明確に理解されるものである。

従来の電極製造装置において、電極支持用ロールとこれを通過する電極シートを示す図面である。 本発明の一実施形態による電極製造装置を模式化して示した図面である。 図２の電極製造装置の一部を示した図面である。 図２の電極製造装置において、未コーティング部を加圧する部分を説明するために拡大して示した断面図である。 図２の電極製造装置において、吸引ロールを示した図面である。

以下、添付図面を参照して、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できるように詳しく説明する。

本発明は様々な異なる形態で実施することができ、ここで説明する実施形態に限定されない。

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、明細書全体にわたって同一または類似の構成要素については、同一参照符号を付けるようにする。

また、図面で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ため、本発明が必ず図示されたものに限定されない。

図面において、複数の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、一部層および領域の厚さを誇張して示した。

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」という時、これは特に反対の記載がない限り、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むことができることを意味する。

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

以下、本発明の実施形態による電極製造装置について説明する。ただし、ここで電極製造装置のうち、本発明が適用される部分の一部の工程区間を例として説明するが、必ずこれに限定されるものではなく、電極シート製造時に本発明で認知した技術的課題が発生する工程であれば、本発明の技術的な思想を適用することができる。また、説明において、電極は集電体の上下面のうち上面を基準として説明するが、必ずこれに限定されるものではなく、下面であっても同じまたは類似の内容で説明することができる。

図２は、本発明の一実施形態による電極製造装置を模式化して示した図面であり、図３は、図２の電極製造装置の一部を示した図面であり、図４は、図２の電極製造装置において、未コーティング部を加圧する部分を説明するために拡大して示した断面図である。

図２～図４を参照すると、本発明の一実施形態による電極製造装置１００は、電極シート１を支持し、電極シート１を第１方向（Ａ１）へ移送する支持ロール２００と、電極シート１を支持ロール２００と加圧ロール３００との間において支持ロール２００に接する加圧ロール３００、電極シート１の未コーティング部９のレベルを感知するレベルセンサー５００、およびレベルセンサー５００によって感知されたレベルに対応して加圧ロール３００を制御する制御部６００を含む。

支持ロール２００は、金属箔３上に、電極合剤５が塗布された状態の電極シート１を支持して移送する役割を果たす。このような支持ロール２００は、電極製造工程のうちの移送ロール、圧延ロール、スリッターなどに適用することができ、電極シート１を支持する役割のロールであれば、制限なく適用可能である。

図４を参照すると、電極シート１は、金属箔３上に電極合剤５が塗布されたコーティング部７と、電極合剤５が塗布されない未コーティング部９を含む構造で形成することができる。特に、ストライプ状でコーティング部７が形成され、このようなコーティング部７同士の間に複数の未コーティング部９が形成されることができる。未コーティング部９は、電極合剤５が形成されず、単に金属箔３だけが位置する部分である。したがって、折り目に脆弱で、工程中の位置によって高熱などの環境に露出する場合、シワや、折り目や、うねり（カール）の発生がさらに増加する可能性がある。したがって、このようなシワ、折り目またはうねりが発生しないようにすることが必要である。

このため、本実施形態の電極製造装置１００は、加圧ロール３００およびレベルセンサー５００を含む。加圧ロール３００は、電極シート１を支持ロール２００と加圧ロール３００との間において支持ロール２００と接して位置し、特に未コーティング部９に対応して未コーティング部９を加圧するための構成として、その幅が支持ロール２００の幅に比べて小さく形成され、好ましくは、未コーティング部９の幅に対応して形成することができるが、これに限定されるものではなく、未コーティング部９の幅より多少大きく形成されることもできる。

加圧ロール３００は、電極シート１が走行する方向である第１方向（Ａ１）と交差する第２方向（Ａ２）に延びる棒状の支持部３１０によって支持され、支持部３１０に沿って第２方向（Ａ２）、つまり、電極シート１の幅方向を横切って移動可能に形成されることができる。このような構成により、シワ、折り目またはうねりが発生した未コーティング部９に対応する位置に移動して、シワ、折り目またはうねりが広がるように未コーティング部９を加圧する。図４を参照すると、コーティング部７同士の間に位置する未コーティング部９の場合、薄膜の金属箔５だけが存在する状態であるため、図４に示されているように折り目が発生しやすい。加圧ロール３００によって当該部分だけを加圧することにより、コーティング部７の損傷を受けることなく、折り目を広げることができ、これにより不良発生を防止することができる。また、本実施形態では、加圧ロール３００が第２方向（Ａ２）に移動可能に構成されているため、未コーティング部９の位置が複数であったり、またはコーティング部７の幅変化により未コーティング部９の位置が変更してりしても、これにかかわらず、折り目が発生した部分に移動して折り目を広げることが可能である。

一方、支持部３１０自体は、第１方向（Ａ１）に沿って移動可能である。つまり、シワや折り目が発生する部分を感知し、当該位置に正確に加圧ロール３００が対応して位置するように、加圧ロール３００が支持部３１０に沿って第２方向（Ａ２）に移動したり、支持部３１０が第１方向（Ａ１）に移動したりする。また、本実施形態では、棒状の支持部３１０によって加圧ロール３００が支持されることを例として説明したが、これに限定されず、加圧ロール３００自体がロボットアームなどに接続されて、シワや折り目が発生する部分に移動するように構成することができる。

レベルセンサー５００は、未コーティング部９のレベルを感知するための構成として、図２に示したように、電極シート１の走行方向の下流側に配置することができるが、これに限定されるものではなく、加圧ロール３００の上流側に位置してもよい。レベルセンサー５００は、例えば、レーザを照射して未コーティング部９のレベルを感知することができるが、これに限定されず、レベル感知が可能な様々なセンサーを適用することができる。レベルセンサー５００により未コーティング部９のレベルを測定した時、予め入力された所定の値（例えば、金属箔３が支持ロール２００に密着した状態でのレベル（高さ））より高いと判定される場合、当該部分で折り目、シワまたはうねりが発生したと判定する。続いて、シワ、折り目またはうねりが発生した未コーティング部９に対応する位置に加圧ロール３００を移動して、シワ、折り目またはうねりが広がるように未コーティング部９を加圧する。

この時、レベルセンサー５００によって測定されたレベルの程度により、加圧ロール３００の高さを調整することができる。つまり、レベル増加が大きい場合、加圧ロール３００の高さをさらに低くして加圧ロール３００と未コーティング部９が接触された状態で加圧する圧力を増加させ、レベル増加が小さい場合、加圧ロール３００の高さを相対的に高くして加圧ロール３０と未コーティング部９が接触された状態で加圧する圧力を減少させることができる。または、加圧ロール３００と支持部３１０との間に弾性部材（図示せず）を設けて、弾性部材の弾性によって適切な圧力が加わるように制御することができる。

このように加圧ロール３００によって、シワ、折り目、またはうねりが広がった状態の電極シート１に対して張力を加えて張った状態を維持できるように、第１方向（Ａ１）に沿って支持ロール２００の下流側で電極シート１を支持する吸引ロール４００をさらに含むことができる。図５は、図２の電極製造装置において、吸引ロールを示した図面である。図５を参照すると、吸引ロール４００の表面には、複数の吸引ホール４１０が形成されており、吸引ロール４００の内部は、吸引装置（図示せず）と接続され、吸引ホール４１０を介して表面に接する電極シート１を吸引できるように構成されている。

図５に示したように、複数の吸引ホール４１０は、円筒形状の吸引ロール４００の表面にスクリュー形状で囲むように形成されることができ、特に、吸引ロール４００の長さ方向の中心（Ｃ）を基準に対称に形成されることができる。このような構成により、吸引ホール４１０によって吸引される力が電極シート１の外側を向くように対称に加わるので、電極シート１に張力が加わり、張られた状態を維持することができる。したがって、加圧ロール３００によって未コーティング部のシワ、折り目、またはうねりが広がった状態で、さらにシワ、折り目、またはうねりが発生しないように維持することが可能である。また、電極シート１が片側に偏って蛇行することを防止することができる。

吸引ロール４００の吸引圧力は、レベルセンサー５００によって感知されたレベル変動部分の数に応じて調節されることができる。即ち、未コーティング部９の複数の部分でシワ、折り目、またはうねりが発生した場合には、シワ、折り目、またはうねりが防止されるように、より強い圧力で吸引が行われるようにし、シワ、折り目、またはうねりの発生部分の数が少ない場合には、吸引圧力が減少するように制御することができる。

このように、本発明の実施形態によれば、コーティング部７と未コーティング部９が共に存在する電極シート１においても、未コーティング部９のシワ、折り目、またはうねりを防止することができ、シワ、折り目、またはうねりによって発生する不良や断線を防止することができる。本実施形態の電極製造装置に含まれている加圧ロール３００、吸引ロール４００およびレベルセンサー５００の構成は、電極製造の全工程のうち多様な工程で適用することができる。特に、未コーティング部９のシワ、折り目、またはうねり現象は、高温の環境で発生する可能性が高くなるため、高温の乾燥工程などを経たオーブンの出口などに本実施形態の装置を適用する場合、より有用に適用可能である。

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、以下の請求の範囲で定義され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ものである。

１ 電極シート
３ 金属箔
５ 電極合剤
７ コーティング部
９ 未コーティング部
１００ 電極製造装置
２００ 支持ロール
３００ 加圧ロール
３１０ 支持部
４００ 吸引ロール
４１０ 吸引ホール
５００ レベルセンサー
６００ 制御部

Claims (10)

1. コーティング部と未コーティング部を含む電極シートを支持し、前記電極シートを第１方向に移送する支持ロール、
   前記電極シートを前記支持ロールと加圧ロールとの間において前記支持ロールと接し、前記未コーティング部に対応する位置で前記未コーティング部を加圧する少なくとも一つの加圧ロール、
   前記未コーティング部のレベルを感知するレベルセンサー、および
   前記レベルセンサーによって感知されたレベルに対応して前記加圧ロールを制御する制御部を含み、
   前記加圧ロールは、前記第１方向と交差する第２方向に移動する、電極製造装置。
2. 前記加圧ロールは、前記レベルセンサーによって感知された未コーティング部のレベルに変動がある部分に移動して、前記未コーティング部を加圧する、請求項１に記載の電極製造装置。
3. 前記加圧ロールは、前記第２方向に延びた支持部に沿って移動する、請求項１または２に記載の電極製造装置。
4. 前記支持部は、前記第１方向に沿って移動する、請求項３に記載の電極製造装置。
5. 前記制御部は、前記レベルセンサーによって感知された前記未コーティング部のレベルを反映して前記加圧ロールの高さを制御する、請求項１または２に記載の電極製造装置。
6. 前記加圧ロールの幅は、前記未コーティング部の幅と同じかまたは前記未コーティング部の幅より大きい、請求項１または２に記載の電極製造装置。
7. 前記第１方向に沿って前記支持ロールの下流側で前記電極シートを支持する吸引ロールをさらに含む請求項１または２に記載の電極製造装置。
8. 前記吸引ロールは複数の吸引ホールを含む、請求項７に記載の電極製造装置。
9. 前記複数の吸引ホールは、前記吸引ロールの長さ方向の中心を基準に左右対称なスクリュー形状に配置される、請求項８に記載の電極製造装置。
10. 前記制御部は、前記レベルセンサーによって感知された前記未コーティング部のレベルを反映して、前記吸引ロールに接続されたサクションによって吸引する圧力を制御する、請求項７に記載の電極製造装置。

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