KR100371566B1 - 2차 전지의 집전체 에칭 셀 - Google Patents

Abstract

2차 전지의 집전체 에칭 셀이 개시된다.

본 발명의 2차 전지의 집전체 에칭 셀은, 프레임; 상기 프레임내에서 수평면으로부터 소정의 각도를 가지고 배치되며, 상부롤러와 하부롤러가 맞물려 동작하는 복수개의 롤러쌍; 상기 롤러쌍 사이에 배치되며, 상기 롤러쌍의 회전에 의하여 전진하는 소재 기판; 상기 소재 기판을 상기 프레임에 풀어 공급하는 공급릴과, 상기 소재 기판을 상기 프레임으로부터 감아 받아들이는 수용릴로 구성되는 릴쌍; 상기 프레임내부의 상부면과 하부면에 배치되어 상기 소재 기판에 에칭액을 분사하는 복수개의 노즐;로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

Description

2차 전지의 집전체 에칭 셀{Etching cell for the current collector of the secondary battery}

본 발명은 2차 전지의 집전체 에칭 셀에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 염화제이철 에칭액이 알류미늄 소재와 반응할 때 격렬하게 일어나는 발열반응을 억제하기 위하여 에칭액이 고이는 형상을 방지하고 그 유동성을 향상시킨 2차 전지의 집전체 제조 에칭 셀의 롤라 구조에 관한 것이다.

21세기의 국가 전략사업으로 육성되는 2차 전지는 다양한 전자기기의 요구에 따라 시장이 급격히 형성되고 있으며 그 중간 부품인 집전체 부품은 구리(Cu), 알류미늄(Al), Sus 등이 그 소재로서 널리 사용되고 있다.

양극, 음극용 집전체에 쓰이는 금속 호일(Foil:Al, Cu, Sus, Ni등) 소재에 구멍을 갖는 형상 가공을 하는 데에 있어서는, 프레스 금형으로 펀칭하는 방법과 함께 화학적 식각 기술을 이용하는 에칭(Etching)을 하는 방법이 사용되고 있다.

여기서, 상기 에칭에 의한 집전체의 제조 방법은 소재 기판에 필륨을 도포한 다음, 이를 노광, 현상시킨 후 에칭하는 단계로 이루어진다.

그러나, 상기 에칭 방법을 사용하는 경우, 2차 전지의 중간부품으로서 제조 원가 절감으로 경쟁력을 확보해야 되나, 현재 사용중인 리드 프레임 제조 공법인 고정밀도의 "노광 및 현상" 공정에 있어서의 포토레지스트를 사용하는 경우 고가의 재료비(드라이 필륨 및 용액성 코팅액) 및 낮은 공정 속도로 인하여 생산성이 저하되고 경쟁력있는 가격을 확보할 수 없는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 그래버(Gravure) 인쇄법(오목형 원통 마스크를 이용한 인쇄법)을 이용하는 제조 방법에 있어서, 롤 투 롤(Roll to Roll) 에칭 공정에서 알류미늄 박판 소재 기판을 보다 효과적으로 에칭 작업하기 위한 에칭 구조 및 시스템에 관한 내용으로 발열반응이 심한 알류미늄 소재 기판 에칭에서 과다한 발열반응을 억제시키고, 소재 기판이 진행하면서 한쪽으로 치우칠 수 있는 문제점을 방지할 수 있는 2차 전지의 집전체 에칭 셀 구조를 제공하는 점에 그 목적이 있다.

도 1은, 본 발명의 일 실시예에 의한 2차 전지의 집전체 에칭 셀의 개략도이다.

도 2는, 도 1의 에칭 셀중 롤러와 노즐의 배치를 나타내는 개략도이다.

< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >

10... 기판 11... 공급릴

20... 프레임 30... 노즐

40... 롤러쌍 50... 드레인 박스

16... 수용릴

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 2차 전지의 집전체 에칭 셀은,

프레임; 상기 프레임내에서 수평면으로부터 소정의 각도를 가지고 배치되며, 상부롤러와 하부롤러가 맞물려 동작하는 복수개의 롤러쌍; 상기 롤러쌍 사이에 배치되며, 상기 롤러쌍의 회전에 의하여 전진하는 소재 기판; 상기 소재 기판을 상기 프레임에 풀어 공급하는 공급릴과, 상기 소재 기판을 상기 프레임으로부터 감아 받아들이는 수용릴로 구성되는 릴쌍; 상기 프레임내부의 상부면과 하부면에 배치되어 상기 소재 기판에 에칭액을 분사하는 복수개의 노즐;로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 복수개의 롤러쌍은 하나의 구동원에 의하여 모든 롤러쌍이 전체적으로 구동되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 상부롤러와 하부롤러에는 롤러의 회전방향으로 홈이 형성되어 있어 에칭액이 상기 롤러 사이에 일시적으로 정체되지 않도록 한다.

한편, 상기 프레임에는 상기 소재 기판의 치우침에 대비하여 소재 기판을 정위치시킬 수 있는 센터링 장치를 더 구비할 수 있으며, 상기 센터링 장치는 상기 복수개의 롤러쌍을 지지하는 지지바와 상기 지지바를 상/하 운동 가능하게 하는 액츄에이터로 이루어지는 것이 바람직하다.

이하 본 발명의 2차 전지의 집전체 에칭 셀의 일 실시예를 첨부된 도면을 참조하면서 상세하게 설명하고자 한다. 각 도면에 대하여, 동일한 참조부호는 동일한부재를 나타낸다.

도 1은, 본 발명의 2차 전지의 집전체 제조 에칭 셀을 개략적으로 나타내는 도면이다. 도면을 참조하면 소재 기판(10)은 공급릴(11)에 권취되어 있으며 상기 공급릴(11)이 회전하면서 소재 기판(10)을 에칭 셀에 공급한다. 상기 공급릴에서 나온 소재 기판(10)은 제 1 지연 공극 장치(12)를 권회하고 제 1차 지지 롤러(13)를 지나 에칭 셀에 공급된다. 상기 에칭 셀의 프레임(20) 내부 상,하면에는 복수개의 노즐(30)이 설치되어 상기 노즐(30)을 통하여 에칭액이 소재 기판(20)에 분사될 수 있는 구조로 되어있다.

한편, 상기 프레임(20)내부에는 상기 소재 기판(10)을 안내하기 위하여 복수개의 롤러쌍(40)이 설치되는데, 상기 복수개의 롤러쌍(40)의 배치는 수평면에 대하여 5도 내지 15도의 각도를 가지고 상방향을 향하여 경사져 배치된다. 이는 상기 소재 기판(10)상으로 분사된 에칭액이 경사면을 따라 밑으로 흘러 내려갈 수 있게 하기 위한 구조이다. 도 2를 참조하면, 상기 롤러쌍의 상부 롤러 및 하부 롤러는 롤러 축상에 연결된 지지바(41)에 의해 지지된다. 상기 롤러쌍들은 하나의 일체적인 지지바(41)에 의해 지지되기 때문에, 롤러쌍은 하나의 구동원(미도시)에 의하여 모든 롤러쌍이 전체적으로 구동될 수 있는 구조로 되어있다. 한편 상기 지지바(41)의 일단부는 엑츄에이터(42)에 연결되며, 상기 엑츄에이터(42)의 작동에 의하여 상기 지지바(41)는 상하 운동을 하게된다. 상기 엑츄에이터(42)는 일반적으로 실린더가 바람직하나 그 외의 모터 등의 다른 구동수단을 배제하는 것은 아니다.

한편 상기 롤러쌍(40)의 외주면에는 모터의 회전 방향으로 홈(41)이 형성되어 있어, 소재 기판(10)상에서 흘러 내리는 에칭액이 소재 기판과 롤러쌍이 접하는 부분에서 일시적으로 정체하지 않고, 전술한 바와 같이 소재 기판이 수평면에 대하여 소정의 각도로 경사져있기 때문에, 상기 롤러상에 형성된 홈(41)을 통하여 밑으로 계속 흘러 내릴 수 있는 구조이다.

다시 도 1을 참조하면, 상기 프레임(20)의 하부면중 소재 기판(10)의 상부로의 경사면이 시작되는 일측에는 드레인 박스(50)로 통해 있는 드레인 파이프(52)가 설치되어 상기 소재 기판(10)상에서 흘러 내려온 에칭액을 드레인 박스(50)으로 안내한다.

상기 에칭 셀 프레임(20)의 전방에는 제 2 지지 롤러(14)가 장착되어 있어 상기 소재 기판(10)을 안내하며, 제 2 지지 롤러(14)의 하방에는 제 2차 지연 공급 장치(15)가 설치되며, 상기 기판 소재(10)는 최종적으로 수용릴(16)에 권취되어 저장될 수 있는 구조이다.

상기와 같이 구성된 2차 전지의 집전체 에칭셀의 작동 과정은 다음과 같다.

도 1을 참조하면, 공급릴(11)상에 권취되어 있는 소재 기판(10)은 상기 공급릴(11)의 회전에 따라 공급릴(10)을 떠나 제 1차 지연 공급 장치(12)를 향하게 된다. 상기 제 1차 및 제 2차 지연 공급 장치(12,15)는 상/하 이동이 가능한 롤러로서, 공급릴(11), 수용릴(16)을 교환하는 동안에 상기 지연 공급 장치(12,15)는 상방향으로 이동하며, 이에 따라 에칭 셀로의 소재 기판(10)의 공급은 연속적으로 이루어질 수 있다.

상기 제 1차 지연공급 장치(12)를 떠난 소재 기판은 그 방향을 전환시켜주는제 1 지지 롤러(13)을 지나 에칭 셀 내부로 이동하며, 상기 에칭 셀 내부의 롤러쌍들에 의해 계속 전방으로 이동한다.

상기 프레임(20)내부의 상/하면에는 복수개의 노즐(30)이 설치되어 있어, 상기 소재 기판(10)상에 에칭액을 분사한다. 이 경우 에칭액으로는 통상 염화제이철 용액이 사용된다. 이때 롤러쌍(40)은 그 배치가 수평면에 대하여 소정의 각도로 전방을 향하여 상방으로 경사졌기 때문에, 상기 노즐(30)에서 분사된 에칭액은 소재 기판(10)중 에칭 레지스트가 도포되지 아니한 부분을 식각하고 다시 경사면을 따라 흘러 내려간다. 이 때, 도 2를 참조하면 상기 롤러쌍(40)의 외주면에는 롤러의 회전 방향으로 복수개의 홈이 형성되어 있어 상기 소재 기판(10)을 따라 유동되어 내려오는 에칭액들이 소재 기판(10)과 롤러쌍(40)과의 접촉면에서 정체되지 않고 계속적으로 경사면을 따라 흘러 내려갈 수 있게 된다. 즉 소재 기판(10)이 경사져있고 에칭액이 상기 경사면을 따라 밑으로 계속 유동될 수 있는 구조를 가지고 있기 때문에, 에칭액은 소재 기판(10)상의 소정 부위에서 필요이상으로 오래 머무르지 않게 되며, 따라서 발열 반응이 심한 알류미늄 소재 기판의 에칭에서의 과도한 발열반응을 억제시킬 수 있게된다.

상기 소재 기판(10)의 경사면을 따라 흘러 내려간 에칭액은 에칭 셀 프레임(20) 하측 일단부에서 연결된 드레인 파이프(52)를 통하여 드레인 박스(50)로 유동되어 저장된다.

이 때, 상기 복수개의 롤러쌍(40)은 하나의 일체적인 지지바(41)에 의해 지지되기 때문에, 복수개의 롤러쌍은 하나의 구동원(미도시)에 의해 전체적으로 구동될 수 있어, 롤러들의 속도 차이에 의하여 소재 기판(10)이 횡방향으로의 전단력이나 응력을 받지 않도록 구성되어 있다.

한편, 15~30 미크론되는 박판 알류미늄인 소재 기판(10)이 공급되면서 한 쪽으로 치우치는 경우에는 상기 롤러쌍(41)을 이용하여 센터링하는 메카니즘을 구비한다. 즉 롤러쌍(40)을 지지하는 측면 지지바(41)를 실린더등의 센터링 장치를 통하여 상/하 이동이 가능하도록 구성하여 소재 기판(10)이 한 쪽으로 치우치는 경우 롤러쌍(40)들을 순간적으로 상승시키며, 이 때 양쪽에서 공급릴(11) 및 수용릴(16)이 소재 기판(10)을 잡고 있으므로 이에 의한 장력이나 복원력에 의해 소재 기판(10)의 자동적인 센터링이 가능하다. 이 때, 센터링 구동 신호는 소재 기판의 모서리를 감지할 수 있는 센서(미도시)에 의해 이루어진다.

상기 프레임(20)을 빠져나온 소재 기판(10)은 제 2 지지 롤러(14)를 통하고, 다시 제 1 지연 공급 장치(12)와 같은 역할을 하는 제 2 지연 공급 장치(15)를 권회하여 최종적으로 수용릴(16)에 권취되어 수용된다.

본 발명은 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

이상에서 설명한 바와 같은 본 발명에 따른 2차 전지의 집전체 에칭 셀에의한 경우, 발열반응이 심한 알류미늄 소재 기판 에칭에서의 과도한 발열반응을 억제시켜 소재 기판의 불필요한 부분이 식각되어 발생하는 파먹음 현상을 방지할 수있게 된다.

또한 본 발명의 일 실시예에 의한 2차 전지의 집전체 에칭 셀에 의한 경우, 소재 기판이 롤러쌍을 통과하는 동안 한쪽으로 치우칠 수 있는 가능성을 센터링 장치를 이용하여 보완한다.

Claims (5)

1. 프레임;

   상기 프레임내에서 수평면으로부터 소정의 각도를 가지고 배치되며, 상부롤러와 하부롤러가 맞물려 동작하는 복수개의 롤러쌍;

   상기 롤러쌍 사이에 배치되며, 상기 롤러쌍의 회전에 의하여 전진하는 소재 기판;

   상기 소재 기판을 상기 프레임에 풀어 공급하는 공급릴과, 상기 소재 기판을 상기 프레임으로부터 감아 받아들이는 수용릴로 구성되는 릴쌍;

   상기 프레임내부의 상부면과 하부면에 배치되어 상기 소재 기판에 에칭액을 분사하는 복수개의 노즐;로 이루어지는 것을 특징으로 하는 2차 전지의 집전체 에칭 셀.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 복수개의 롤러쌍은 하나의 구동원에 의하여 모든 롤러쌍이 전체적으로 구동되는 것을 특징으로 하는 2차 전지의 집전체 에칭 셀.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 상부롤러와 하부롤러에는 롤러의 회전방향으로 홈이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 2차 전지의 집전체 에칭 셀.
4. 제 1항에 있어서,

   상기 프레임에는 상기 소재 기판의 치우침에 대비하여 소재 기판을 정위치시킬 수 있는 센터링 장치를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 2차 전지의 집전체 에칭 셀.
5. 제 4항에 있어서,

   상기 센터링 장치는 상기 복수개의 롤러쌍을 지지하는 지지바와 상기 지지바를 상/하 운동 가능하게 하는 액츄에이터로 이루어지는 것을 특징으로 하는 2차 전지의 집전체 에칭 셀.