KR101106335B1 - 전극 집전체의 검사장치 - Google Patents

전극 집전체의 검사장치 Download PDF

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Abstract

전극 집전체 검사장치는 적어도 일면에 일정한 간격을 두고 전극 활물질층이 코팅되고, 전극 활물질층이 코팅되지 않는 무지부가 포함되며, 슬리팅 라인에 의해 다수개로 분할되는 전극 집전체와, 전극 활물질층의 결함을 검출하는 결함검출유닛 및 결함검출유닛에 의해 결함이 검출된 전극 활물질층과 인접된 무지부에 설치되는 결함마크부를 포함하므로, 결함이 발견된 전극 집전체를 조기에 발견할 수 있는 효과가 있다.
전극 집전체, 전극 활물질층, 무지부, 결함, 결함마크

Description

전극 집전체의 검사장치 { TEST DEVICE OF ELECTRODE COLLECTOR }
도 1은 일반적인 전극 집전체에 활물질을 코팅하는 것을 개략적으로 도시한 도면,
도 2는 본 발명에 따른 전극 집전체를 도시한 도면,
도 3은 본 발명에 따른 전극 집전체 검색장치를 도시한 도면,
도 4는 본 발명에 따른 전극 집전체의 검색을 도시한 도면이다.
< 도면의 주요 부호에 대한 간단한 설명 >
110 : 전극 집전체 130 : 전극 활물질층
135 : 슬리팅 라인 150: 무지부
170 : 결함마크부 210 : 결함검출유닛
211 : 촬상부 213 : 검출부
본 발명은 전극 집전체의 검사장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 전극 집전체에 전극활물질층이 코팅될 때 발생된 결함을 검출하기 위한 전극 집전체의 검사장치에 관한 것이다.
최근에는 셀룰라 폰, 노트북 컴퓨터, 캠코더 등의 콤팩트하고 경량화 된 전기/전자 장치들이 활발하게 개발 및 생산되고 있다. 이러한 휴대용 전기/전자장치들은 별도의 전원이 구비되지 않은 장소에서도 작동될 수 있도록 전지 팩을 내장하고 있다. 내장된 전지 팩은 휴대용 전기/전자 장치를 일정기간 동안 구동시키기 위해 일정 레벨의 전압을 출력시킬 수 있도록 내부에 적어도 하나의 전지를 구비하고 있다.
전지 팩은 경제적인 측면을 고려하여 최근에는 충ㆍ방전이 가능한 이차전지를 채용하고 있다. 이차 전지에는 대표적으로, 니켈-카드뮴(Ni-Cd) 전지와 니켈-수소(Ni-MH)전지 및 리튬(Li) 전지와 리튬 이온(Li-ion) 전지 등의 리튬 이차 전지 등이 있다.
특히, 리튬 이차 전지는 작동 전압이 3.6V로서, 휴대용 전자 장비 전원으로 많이 사용되고 있는 니켈-카드뮴 전지나, 니켈-수소 전지보다 3배나 높고, 단위 중량당 에너지 밀도가 높다는 측면에서 급속도로 신장되고 있는 추세이다.
통상적으로, 리튬 이차 전지는 전해액의 종류에 따라 액체 전해질 전지와, 고분자 전해질 전지로 분류되며, 액체 전해질을 사용하는 전지를 리튬 이온 전지라 하고, 고분자 전해질을 사용하는 전지를 리튬 폴리머 전지라고 한다. 또한, 리튬 이차 전지는 여러 가지 형상으로 제조되고 있는데, 대표적인 형상으로는 원통형과, 각형과, 파우치형을 들 수 있으며, 이차전지용 케이스와, 케이스의 내부에 수용되 는 전극 조립체와, 케이스를 마감하는 캡 조립체로 구성된다.
이러한 리튬 이차 전지의 전극은 대개 금속박이나 금속 메시(Mesh)로 이루어진 집전체 표면에 전극 활물질을 포함하는 슬러리를 도포함으로써 이루어진다. 슬러리는 용매와 가소제, 전극 활물질, 바인더 등을 섞는 방법으로 형성된다.
전극 집전체로는 음극의 경우 탄소재인 구리가 양극의 경우 리튬계 산화물인 알미늄이 주로 사용되며, 바인더로는 PVDF(Poly vinylidene fluoride)와 SBR(Stylene butadiene rubber), 용매로는 아세톤, NMP(N-메칠프롤리돈) 등이 사용될 수 있다. 한편 용매로 물이 사용되는 경우도 있다.
도 1은 일반적인 전극 집전체에 활물질을 코팅하는 것을 개략적으로 도시한 도면이다. 이 도면을 참조하면, 전극 집전체에 전극 활물질을 코팅할 때는 권출기(미도시)에서 통상 롤형으로 감겨 일정 너비로 공급되는 전극 집전체(10)가 평면상으로 풀리면서 슬릿 다이(20:Slit die)의 하부에 위치한 건조기(50)를 거쳐 권취기에 다시 감기게 된다.
슬릿 다이(20)는 도시되지 않은 슬러리 탱크에서 슬러리를 공급받아 슬릿 형태로 길게 형성된 다이를 통해 슬러리를 고르게 뿌려주는 역할을 한다. 슬릿 다이(20)의 아래로 전극 집전체(10)가 일정하게 지나가므로 전극 집전체(10)의 표면에는 일정 두께의 활물질층(30)이 형성된다.
슬러리는 용매를 많이 포함하는 유동상태이므로 건조기(50)에서는 열풍을 보내 슬러리의 용매를 휘발시켜 제거하고, 슬러리는 바인더의 작용으로 전극 집전체에 상당한 강도로 부착된다. 미설명부호 40은 전극 집전체(10)를 이동시키는 풀리 이다.
전극 집전체(10)에 활물질층(30)을 코팅할 때 활물질층(30)은 하나의 전극을 형성하는 데 필요한 길이만큼씩 코팅되고, 활물질층(30)이 코팅된 코팅부와 코팅부 사이에는 탭을 용접하는 등 필요성에 의해 활물질층(30)이 코팅되지 않는 무지부가 마련된다. 즉, 전극 집전체(10) 전체로 볼 때 활물질층(30)과 무지부가 번갈아 위치된다.
그런데, 이러한 전극 집전체(10)는 슬릿 다이(20)에 공급된 슬러리가 전극 집전체(10)에 도포되는 과정에서 이물질이 함께 도포되어 오염되거나, 슬러리가 도포되면서 기포가 발생하는 등에 의해 도포된 전극활물질층(30)에 핀홀(Pinhole)이나 스트릭(Streak)이 발생되는 문제점이 있다.
또한, 결함이 발생한 전극 집전체(10)를 사용하여 전지가 생산되면 전지의 불량을 유발하는 문제점이 있다.
본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해소시키기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 전극 집전체에 코팅되는 전극 활물질층 코팅 단계에서 전극 활물질층의 결함 존재유무를 검출할 수 있는 전극 집전체의 검사장치를 제공한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 적어도 일면에 일정한 간격을 두고 전극 활물질층이 코팅되고, 전극 활물질층이 코팅되지 않는 무지부가 포함되며, 슬리팅 라인에 의해 다수개로 분할되는 전극 집전체와, 상기 전극 활물질층의 결함을 검출하는 결함검출유닛 및 상기 결함검출유닛에 의해 결함이 검출된 전극 활물질층과 인접된 무지부에 설치되는 결함마크부를 포함하는 전극 집전체 검사장치를 제공한다.
상기 결함검출유닛은 상기 전극 집전체에 코팅된 전극 활물질층을 촬상하는 촬상부와, 상기 촬상부에서 촬상된 영상을 전송받아 상기 전극 활물질층의 결함을 검출하는 검출부로 구성된다.
상기 결함마크부는 상기 무지부의 75% 이내의 영역에 마킹되며 상기 전극 활물질층의 양면에서 결함이 발생되면 상기 전극 활물질층의 일면에만 상기 결함마크부를 마킹하는 것이 바람직하다.
상기 결함마크부는 결함테이핑부재로서, 상기 결함테이핑부재는 그 일측이 상기 무지부의 상측 또는 하측으로 돌출되게 테이핑 된 것이 바람직하다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.
도 2는 본 발명에 따른 전극 집전체의 완성품을 도시한 도면이고, 도 3은 본 발명에 따른 전극 집전체 검색장치를 도시한 도면이다.
이들 도면을 참조하면, 이차 전지는 이차 전지용 케이스가 구비되어 케이스의 내부에 전극 조립체와 전해질을 수납한 후 캡 조립체로 마감되는데, 케이스에 수납되는 전극 조립체는 각각 다른 극성을 갖는 전극 집전체(100) 사이에 세퍼레이터가 개재되어 권취된다.
전극 집전체(110)는 풀리에 의해 이동되면서 적어도 일면에 일정한 간격을 두고 전극 활물질층(130)이 코팅되고, 전극 활물질층(130)의 양측 단부에는 전극탭(115)을 설치할 수 있도록 각각 소정의 간격으로 전극 활물질층(130)이 코팅되지 않는 무지부(150)가 마련된다.
또한, 전극 집전체(110)는 그 길이가 대략 1000m 정도이고, 그 폭이 대략 600mm 정도로 형성되므로 전극 집전체(110)에는 순차적으로 다수의 전극 활물질층(30)이 코팅된 후, 권취되었다가 다시 펼쳐 전극 조립체를 구성할 수 있도록 가로와 세로로 분할된다.
이때, 전극 집전체(110)의 세로분할은 전극 활물질층(130)의 일측 무지부(150)에 전극탭(115)이 설치될 수 있도록 소정의 간격을 두고 무지부(150)를 분할하고, 가로분할은 전극 집전체(110)를 일정 간격으로 분할하기 위해 마련된 슬리팅 라인(135)에 의해 분할된다.
여기서, 전극 집전체(110)에 코팅된 전극 활물질층(130)의 불량을 검출하는 전극 집전체 검사장치(200)는 전극 활물질층(130)에 이물질이 포함되어 오염되거나, 핀홀 또는 스트릭의 발생 등으로 인해 유발되는 전극 활물질층(130)의 결함을 검출하는 결함검출유닛(210)과, 결함검출유닛(210)을 통해 결함(E)이 검출된 전극 활물질층(130)과 인접된 무지부(150)에 설치되는 결함마크부(170)로 구성된다.
결함검출유닛(210)은 전극집전체(110)에 도포된 전극 활물질층(130)을 영상으로 촬상하는 촬상부(211)와, 촬상부(211)에서 촬상된 영상을 전송받아 전극 활물질층(130)의 결함(E)을 검출하는 검출부(213)로 구성된다.
전극 집전체(110)는 전극 활물질층(130)이 순차적으로 코팅되므로, 코팅된 전극 활물질층(130)과 전극 활물질층(130) 사이에는 무지부(150)가 마련되는데, 무지부(150)는 전극 활물질층(130)이 코팅된 후 슬리팅 라인(135)에 의해 분할될 때, 전극탭(115)이 설치되는 쪽은 무지부(150)의 영역이 먼저 코팅된 전극 활물질층(130)의 끝단부와 다음 코팅된 전극 활물질층(130)의 시작되는 단부까지로 된 전체 무지부(150)의 75%정도가 되도록 분할된다. 따라서, 결합마크부(170)는 무지부(150)의 75% 이내의 영역(M)에 마킹되는 것이 바람직하다.
이때, 결함마크(170)는 무지부(150)의 75% 이내의 영역(M)을 벗어나게 되면, 결함마크(170)는 전극 집전체(110)가 슬리팅 라인(135)으로 분할되었을 때 결함(E)이 발생한 전극 활물질층(130)의 측방에 있는 전극 활물질층(130)의 전극 집전체(110)에 결함마크부(170)가 위치되게 된다.
한편, 결함마크부(170)는 결함테이핑부재로서,결함테이핑부재는 그 일측이 무지부(150)의 상측 또는 하측으로 돌출되게 테이핑 되어 쉽게 발견되고, 제거될 수 있는 것이 바람직하다.
또한, 결함마크부(170)는 벨트풀리에 안착되어 이동되는 전극 집전체(110)의 이동속도가 대략 분당 50m 정도이므로 전극 집전체(110)가 이동될 때에도 결함마크부(170)를 검색할 수 있도록 그 사이즈가 10mm×40mm 이상의 크기로 형성되는 것이 바람직하다.
한편, 전극 집전체(110)의 양면에 전극 활물질층(130)이 코팅되면, 결함검출유닛(210)은 전극 활물질층(130)의 양면에 각각 설치된 것이 바람직하다.
또한, 전극 활물질층(130)의 양면에서 결함(E)이 발생되면 결함마크부(170) 는 전극 활물질층(130)의 일면에만 설치되는 것이 바람직하다.
이하에서는 상술한 바와 같이 구성된 본 발명의 전극 집전체 검사장치를 이용한 전극 집전체 검사방법을 상세히 설명한다.
먼저, 전극집전체(110)는 풀리에 안착되어 이동됨과 아울러, 슬릿다이를 통해 슬리리를 공급받아 전극 활물질층(130)이 코팅된다. 전극 활물질층(130)이 코팅됨과 동시에 결함검출유닛(210)의 촬상부(211)는 전극 활물질층(130)을 촬상한다.
다음, 전극 활물질층(130)은 슬리팅 라인(135)에 의해 슬리팅 되고, 전극 활물질층(130)을 촬상한 영상은 검출부(213)로 전송되어, 영상을 통해 전극 활물질층(130)의 결함발생유무를 검색한다.
전극 활물질층(130)의 결함(E)이 발생되면, 작업자는 결함(E)이 발생된 전극 활물질층(130)과 인접한 무지부(150)에 결함마크부(170)를 설치한다.
여기서, 결함마크부(170)는 결함테이핑부재로서, 결함(E)이 발견된 전극 활물질층(130)의 끝단부에서 다음 코팅되는 전극 활물질층(130)의 시작단부까지 전체 무지부(150)의 길이 중 결함(E)이 발견된 전극 활물질층(130)에서 75% 이내의 영역(M)에 마킹되어야 한다. 이는 무지부(150)가 분할되었을 때, 다음 전극 활물질층(130)의 무지부(150)를 확보하면서 전극탭(115)이 설치되기 위해 필요한 무지부(150)의 최대영역을 확보하기 위함이다.
한편, 결함테이핑부재는 전극 집전체(110)의 상측 또는 하측에 그 일측이 돌출되게 설치된다.
다음, 일정한 간격으로 전극 활물질층(130)이 코팅됨과 아울러, 결함(E)이 발견된 전극 활물질층(130)의 무지부(150)에 결함마크부(170)가 설치된 전극 집전체(110)는 권취기에 의해 권취된다.
다음, 전극 집전체(110)를 사용할 때 권취된 전극 집전체(110)는 다시 펼쳐져 전극탭(115)이 설치되도록 전극 활물질층(130)을 중심으로 일측의 무지부(150)가 길게 형성되도록 세로분할 된다.
다음, 작업자는 결함(E)이 발생된 전극 집전체(110)를 선별하여 결함마크(170)부가 설치된 전극 집전체(110)를 폐기시킨다.
따라서, 전극 집전체(110)의 전극 활물질층(130)은 전극 집전체의 조립에 적용되기 전에 폐기된다.
이러한 본 발명에 따른 전극 집전체 검사장치 및 이를 이용한 검사방법에 의해 전극 집전체에 도포된 전극 활물질층이 불량인 경우 결함이 발생된 전극 집전체의 무지부에 결함마크부를 설치함으로써, 결함이 발견된 전극 집전체를 조기에 발견할 수 있는 효과가 있다.
또한, 전극 집전체가 조기에 발견됨에 따라, 전극 조립체에 적용되기 전에 제거되므로 전지의 불량을 방지하는 효과가 있다.

Claims (6)

  1. 적어도 일면에 일정한 간격을 두고 전극 활물질층이 코팅되고, 전극 활물질층이 코팅되지 않는 무지부가 포함되며, 슬리팅 라인에 의해 다수개로 분할되는 전극 집전체;
    상기 전극 활물질층에서 핀홀 및 스트릭 중 어느 하나 이상으로부터 발생되는 결함을 검출하는 결함검출유닛; 및
    상기 결함검출유닛에 의해 결함이 검출된 전극 활물질층과 인접된 무지부에 설치되는 결함마크부를 포함하는 전극 집전체 검사장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 결함검출유닛은 상기 전극 집전체에 코팅된 전극 활물질층을 촬상하는 촬상부;와,
    상기 촬상부에서 촬상된 영상을 전송받아 상기 전극 활물질층의 결함을 검출하는 검출부;로 구성된 것을 특징으로 하는 전극 집전체 검사장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 결함마크부는 상기 무지부의 75% 이내의 영역에 마킹된 것을 특징으로 하는 전극 집전체 검사장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 전극 활물질층의 양면에서 결함이 발생되면 상기 전극 활물질층의 일면에만 상기 결함마크부를 마킹하는 것을 특징으로 하는 전극 집전체 검사장치.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 결함마크부는 결함테이핑부재인 것을 특징으로 하는 전극 집전체 검사장치.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 결함테이핑부재는 그 일측이 상기 무지부의 상측 또는 하측으로 돌출되게 테이핑 된 것을 특징으로 하는 전극 집전체 검사장치.
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