JP7480453B2 - 電極製造装置 - Google Patents
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Description
関連出願（ら）との相互引用
本出願は、２０２０年１２月２８日付韓国特許出願第１０－２０２０－０１８４４７８号に基づいた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全ての内容は本明細書の一部として組み含まれる。
本出願は、２０２０年１２月２８日付韓国特許出願第１０－２０２０－０１８４４７８号に基づいた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全ての内容は本明細書の一部として組み含まれる。
本発明は、電極製造装置に関し、より具体的に電極の破断を防止する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、二次電池の需要も急激に増加している。その中でも、リチウム二次電池は、エネルギー密度と作動電圧が高く、保存と寿命特性に優れている点から、各種モバイル機器はもちろん、多様な電子製品のエネルギー源として広く使用されている。
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に密封して形成され得る。正極板または負極板（以下、「電極基材」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が介されるようにしてジェリーロール形態に多数回巻き取ったり複数層に積層して電極組立体を形成することができる。
電極基材は、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、コーティングされていない非コーティング部とから形成され得る。前記活物質コーティング部は、電極集電体と接着性が増加し、活物質容量密度が増加するように圧延工程が含まれ得る。前記圧延された電極板は、乾燥後一定幅のカッターを通過して所定の大きさで切断して用いることができる。
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非コーティング部との厚さ差により圧迫偏差が発生する問題がある。このような偏差により電極集電体の不均衡な焼成変形が発生することがあり、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することがある。
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を参照すると、電極集電体２０上に形成されたコーティング部３０と非コーティング部４０を圧延ロール１０により圧延する圧延工程が行われ得る。この時、圧力がコーティング部３０に集中することで、図２に示したように、コーティング部３０Ｐの延伸程度と非コーティング部４０の延伸程度とに差が発生し、非コーティング部４０にシワが発生することがある。圧延時に発生する非コーティング部４０のシワのため、後工程で電極が破断される工程不良が発生することがある。特に、コーティング部３０Ｐと非コーティング部４０の境界面で高い引張残留応力が残り、電極の収縮膨張により弱い応力を持続的に受けながら破壊に脆弱な状態になることがある。
本発明が解決しようとする課題は、電極の破断を防止する電極製造装置を提供することにその目的がある。
しかし、本発明の実施形態が解決しようとする課題は、前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され得る。
本発明の一実施形態による電極製造装置は、コーティング部と非コーティング部を有する電極基材を走行させる電極製造装置において、前記電極基材を走行させる走行ローラを含み、前記走行ローラは、第１ローラ、および前記第１ローラの外側面を囲む第２ローラを含み、前記第２ローラの中央部直径が前記第２ローラの一端部直径よりも大きい。
前記第２ローラは軸方向に位置可変することができる。
前記第１ローラと前記第２ローラは軸方向に分離されるタイプであり得る。
前記第１ローラは前記第２ローラよりも軸方向長さが長く、前記第２ローラの軸方向端部から前記第１ローラが露出していることができる。
前記第２ローラの軸方向端部から露出している前記第１ローラの外側面に少なくとも一つの溝を有する第１溝部が形成されており、前記第２ローラの軸方向端部には少なくとも一つの第２溝部が形成され得る。
前記第２ローラが軸方向に位置可変しながら前記第１溝部と前記第２溝部が一致する時、前記第１ローラと前記第２ローラは締結部材により連結され得る。
前記締結部材はボルト結合方式であり得る。
前記電極基材は、圧延工程が行われたコーティング部と非コーティング部を含むことができる。
前記第２ローラの軸方向端部から前記第１ローラが露出しており、前記第２ローラの端部と前記露出している第１ローラとは段差を形成することができる。
前記露出している第１ローラが前記電極基材に形成されたノッチングタブに対応した状態で、前記電極基材が走行することができる。
前記ノッチングタブは前記非コーティング部の一部がノッチングされて形成され得る。
前記第２ローラの一端部は前記電極基材と非接触領域を形成することができる。
実施形態によると、走行ローラは互いに分離可能な第１ローラと第２ローラから構成され、外部ローラである第２ローラが位置可変することによって、電極蛇行を制御することができる。
また、第１ローラと第２ローラが締結部材により連結されることによって、部品交換による損失を最小化することができる。
また、段差が形成された走行ローラを使用することによって、ノッチングタブの畳み現象を防止することができる。
また、外部ローラである第２ローラの端部を加工処理して電極基材と非接触する領域を形成することによって、電極破断現象を防止することができる。
本発明の効果は、以上で言及した効果に制限されず、言及されていないまた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得るだろう。
以下、添付した図面を参照して本発明の多様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することができるように詳細に説明する。本発明は、多様な異なる形態に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。
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の参照符号を付した。
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ため、本発明が必ずしも図示されたところに限定されるのではない。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」にあるという時、これは他の部分の「直上」にある場合だけでなく、その中間にまた他の部分がある場合も含む。反対に、ある部分が他の部分の「直上」にあるという時には中間にまた他の部分がないことを意味する。また、基準となる部分の「上」にあるということは、基準となる部分の上または下に位置することであり、必ずしも重力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」という時、これは特に反対になる記載がない限り、他の構成要素を除外せず、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、これは対象部分を上方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側方から見た時を意味する。
図３はガイドロール装置を概略的に示す図面である。
図３を参照すると、ガイドロール装置１００は、フィーディングロール２０１、圧延ロール１０９、ノッチング工程部１４０、ガイドロール１５０、および巻取ロール２０２を含む。具体的に、ガイドロール装置１００は、電極基材２５０を巻き取っているフィーディングロール２０１、フィーディングロール２０１で電極基材２５０がアンワインディングされてガイドロール装置１００に供給され、供給された電極基材２５０を圧延する圧延ロール１０９、ノッチング工程を行ってノッチングタブを形成するノッチング工程部１４０、電極基材２５０を走行させるガイドロール１５０、および圧延工程とノッチング工程を完了した電極基材２５０を再び巻き取る巻取ロール２０２から構成されている。
ガイドロール装置１００は、圧延ロール１０９により電極基材２５０を圧延する前に、フィーディングロール２０１に巻き取られていた電極基材２５０を解いて活物質を含む電極合剤を電極集電体上にコーティングすることができる。
図４は図３の電極圧延装置を示す斜視図である。図５は図４の電極圧延装置を側面から眺めた様子を概略的に示す図面である。
図４および図５を参照すると、前述したとおり、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と非コーティング部５００を形成された状態で、電極基材２５０を圧延することができる。
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、無地部に該当する非コーティング部５００とを有する電極基材２５０をアンワインディングするアンワインディングローラ１０１、電極基材２５０をリワインディングするリワインディングローラ１０２、アンワインディングローラ１０１とリワインディングローラ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および非コーティング部５００を圧延する圧延ロール１０９を含む。非コーティング部５００は、電極集電体層３００上に形成されたコーティング部４００を除いた領域を指し得る。
アンワインディングローラ１０１は、圧延しようとする対象である電極基材２５０を圧延装置１００に提供し、時計方向回転により電極基材２５０を図５の矢印方向Ｄ１に移動させる。アンワインディングローラ１０１により解かれた電極基材２５０が矢印方向に沿って移動しながら圧延ロール１０９の間を通過するようになる。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個の圧延ロール１０９の間を通過した電極基材２５０は加圧される。その後、２個の圧延ロール１０９の間を通過した電極基材２５０はリワインディングローラ１０２に再び巻き取られるようになる。
図４および図５で圧延ロール１０９を通過する電極基材２５０がアンワインディングローラ１０１とリワインディングローラ１０２との間に配置されるものと説明したが、図３でのようにロールツーロール方式で電極製造工程が連続的に行われるようにするために、アンワインディングローラ１０１とリワインディングローラ１０２なしにフィーディングロール２０１から供給された電極基材２５０が走行して圧延ロール１０９を通過して巻取ロール２０２に巻き取られ得る。
コーティング部４００と非コーティング部５００が圧延ロール１０により圧延される時、コーティング部４００と非コーティング部５００のテンション（ｔｅｎｓｉｏｎ）差により偏張力が発生し、特に非コーティング部５００またはコーティング部４００と非コーティング部５００の境界部には残留応力が残ることがある。
図６は図３のノッチング工程部により形成された電極基材を示す斜視図である。
図３および図６を参照すると、ノッチング工程部１４０により電極基材２５０の非コーティング部５００がカッティングされてノッチングタブ５００ｐが形成され得る。ノッチングタブ５００ｐは、非コーティング部５００の縁部５００ａから突出した構造を有することができる。ノッチング工程部１４０によりノッチングタブ５００ｐが形成された後、図３に説明したとおりガイドロール１５０により後続工程進行のために電極基材２５０は移動することができる。
図７は本発明の一実施形態による電極製造装置を示す図面である。図８は図７の電極製造装置を上方から眺めた平面図である。
図７および図８を参照すると、圧延工程およびノッチング工程が行われた電極基材２５０が後続工程のために走行ローラ６００により移送され得る。この時、圧延工程などで発生した偏張力などにより累積した残留応力が非コーティング部５００に残っており、電極基材２５０の破断が発生することがある。本実施形態によると、このような電極基材２５０の破断を防止するために、走行ローラ６００の中央部直径が走行ローラ６００の一端部直径よりも大きく設計することができる。本実施形態によると、非コーティング部５００で走行ローラ６００と電極基材２５０が互いに接触しないようにする非接触領域Ｐが形成され得る。このために、走行ローラ６００軸方向の端部がテーパ形状を有することができる。
以下、図９および図１０を参照して、本実施形態による走行ローラ６００を具体的に説明する。
図９は本発明の一実施形態による走行ローラを示す斜視図である。図１０は図９の走行ローラの一端部を拡大して眺めた図面である。
図９および図１０を参照すると、本実施形態による電極製造装置に含まれる走行ローラ６００は、第１ローラ６００ａ、および第１ローラ６００ａ外側面を囲む第２ローラ６００ｂを含む。この時、第２ローラ６００ｂの軸方向長さは、図８で電極基材２５０の走行方向Ｄ１と垂直な方向の電極基材２５０幅に対応することができる。本実施形態によると、第２ローラ６００ｂは、軸方向に位置が可変することができる。第２ローラ６００ｂの軸方向は、図９のｘ軸方向であり、電極基材２５０の走行方向Ｄ１と垂直であり得る。第２ローラ６００ｂが軸方向に位置可変することによって、電極基材２５０の蛇行（ｍｅａｎｄｅｒｉｎｇ）を制御することができる。また、第１ローラ６００ａと第２ローラ６００ｂは軸方向に分離されるタイプであり得る。
本実施形態による第１ローラ６００ａは、第２ローラ６００ｂよりも軸方向長さが長く、第２ローラ６００ｂの軸方向端部から第１ローラ６００ａが露出していることができる。言い換えると、第１ローラ６００ａは内部ローラであり、第２ローラ６００ｂは外部ローラであって、第１ローラ６００ａの周りを囲んでおり、第２ローラ６００ｂよりも軸方向長さが長い第１ローラ６００ａの一部が第２ローラ６００ｂ外側に突出している構造であり得る。
第１ローラ６００ａと第２ローラ６００ｂは締結部材によって結合され得る。前記締結部材は、一例としてボルト締結構造であり得る。ボルト締結されるために、第２ローラ６００ｂの軸方向端部から露出している第１ローラ６００ａの外側面に少なくとも一つの溝を有する第１溝部６００ｈ１が形成され、第２ローラ６００ｂの軸方向端部には第２溝部６００ｈ２が形成され得る。この時、第２ローラ６００ｂが軸方向に位置可変しながら第１溝部６００ｈ１と第２溝部６００ｈ２が一致するようになると、第１ローラ６００ａと第２ローラ６００ｂがボルト結合方式で連結され得る。
本実施形態によると、第２ローラ６００ｂの軸方向端部から第１ローラ６００ａが露出しており、第２ローラ６００ｂの端部と露出している第１ローラ６００ａとは段差を形成することができる。前記露出している第１ローラ６００ａが図６に示したノッチングタブ５００ｐに対応した状態で、電極基材２５０は走行するようになり、段差部分にノッチングタブ５００ｐが配置された状態で電極基材２５０が走行するため、ノッチングタブ５００ｐが畳まれる現象を防止することができる。
また、第２ローラ６００ｂの中央部直径は第２ローラ６００ｂの一端部直径よりも大きくてもよい。これと関連して図８で説明したとおり、走行ローラ６００の中央部直径が走行ローラ６００の一端部直径よりも大きく設計することができるが、走行ローラ６００に含まれている第２ローラ６００ｂの中央部直径を第２ローラ６００ｂの一端部直径よりも大きく設計して、第２ローラ６００ｂの一端部で電極基材２５０と接触しない非接触領域を形成することができる。
以上で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ず、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多様な変形および改良形態も本発明の権利範囲に属する。
１０９：圧延ロール
２５０：電極基材
５００ｐ：ノッチングタブ
６００：走行ローラ
６００ａ：第１ローラ
６００ｂ：第２ローラ
６００ｈ１：第１溝部
６００ｈ２：第２溝部
２５０：電極基材
５００ｐ：ノッチングタブ
６００：走行ローラ
６００ａ：第１ローラ
６００ｂ：第２ローラ
６００ｈ１：第１溝部
６００ｈ２：第２溝部
Claims (12)
- コーティング部と非コーティング部を有する電極基材を走行させる電極製造装置において、
前記電極基材を走行させる走行ローラを含み、
前記走行ローラは、第１ローラ、および第２ローラを含み、
前記第１ローラは内部ローラであり、前記第２ローラは外部ローラとして前記第１ローラの周りを囲んでおり、
前記第２ローラの中央部直径が前記第２ローラの一端部直径よりも大きく、
前記第２ローラは前記電極基材の走行方向と垂直な軸方向に位置可変する、電極製造装置。 - 前記第１ローラと前記第２ローラは軸方向に分離されるタイプである、請求項１に記載の電極製造装置。
- 前記第１ローラは前記第２ローラよりも軸方向長さが長く、前記第２ローラの軸方向端部から前記第１ローラが露出している、請求項１または２に記載の電極製造装置。
- 前記第２ローラの軸方向端部から露出している前記第１ローラの外側面に少なくとも一つの溝を有する第１溝部が形成されており、
前記第２ローラの軸方向端部には少なくとも一つの第２溝部が形成されている、請求項３に記載の電極製造装置。 - コーティング部と非コーティング部を有する電極基材を走行させる電極製造装置において、
前記電極基材を走行させる走行ローラを含み、
前記走行ローラは、第１ローラ、および前記第１ローラの外側面を囲む第２ローラを含み、
前記第２ローラの中央部直径が前記第２ローラの一端部直径よりも大きく、
前記第１ローラは前記第２ローラよりも軸方向長さが長く、前記第２ローラの軸方向端部から前記第１ローラが露出しており、
前記第２ローラの軸方向端部から露出している前記第１ローラの外側面に少なくとも一つの溝を有する第１溝部が形成されており、
前記第２ローラの軸方向端部には少なくとも一つの第２溝部が形成されている、電極製造装置。 - 前記第２ローラが軸方向に位置可変しながら前記第１溝部と前記第２溝部が一致する時、前記第１ローラと前記第２ローラは締結部材により連結される、請求項４または５に記載の電極製造装置。
- 前記締結部材はボルト結合方式である、請求項６に記載の電極製造装置。
- 前記電極基材は、圧延工程が行われたコーティング部と非コーティング部を含む、請求項１から７のいずれか一項に記載の電極製造装置。
- 前記第２ローラの軸方向端部から前記第１ローラが露出しており、前記第２ローラの端部と前記露出している第１ローラとは段差を形成する、請求項１から８のいずれか一項に記載の電極製造装置。
- 前記露出している第１ローラが前記電極基材に形成されたノッチングタブに対応した状態で、前記電極基材が走行する、請求項９に記載の電極製造装置。
- 前記ノッチングタブは前記非コーティング部の一部がノッチングされて形成されている、請求項１０に記載の電極製造装置。
- 前記第２ローラの一端部は前記電極基材と非接触領域を形成する、請求項１から１１のいずれか一項に記載の電極製造装置。
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