KR101222310B1 - 연속 증착 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시 예는 양극판 또는 음극판에 무지부를 포함한 활물질층을 형성할 수 있는 연속 증착 장치에 관한 것이다.
일례로, 언와인더에서 공급되는 전극 집전체의 일면과 접하여 상기 전극 집전체를 지지하는 제 1 가이드 드럼; 상기 제 1 가이드 드럼과 인접하여 상기 제 1 가이드 드럼을 통과하는 전극 집전체에 활물질을 공급하는 제 1 증착원; 상기 제 1 가이드 드럼을 통과하는 전극집전체의 일부분을 차폐하여 무지부가 형성되도록 하는 제 1 마스킹 유닛; 상기 제 1 마스킹 유닛과 연결되어 상기 제 1 마스킹 유닛을 상기 제 1 가이드 드럼의 외측면을 따라 왕복 운동시키는 제 1 구동 유닛; 상기 제 1 마스킹 유닛과 인접하고 상기 제 1 마스킹 유닛과 연결되어 상기 제 1 마스킹 유닛의 운동을 지지하는 제 1 가이드 유닛; 상기 제 1 가이드 유닛과 연결되어 상기 제 1 구동유닛에 의해 운동하는 제 1 마스킹유닛의 운동방향과 수직인 방향으로 제 1 가이드 유닛을 수평왕복운동시키는 제 2 구동유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 연속 증착장치가 개시된다.

Description

연속 증착 장치{Continuous Evaporating Device}
본 발명의 일실시예는 연속 증착 장치에 관한 것이다.
리튬 이차 전지는 전극 조립체와 전해질이 케이스에 수용되어 형성된다. 상기 리튬 이차 전지는 케이스의 재질에 따라 캔형 리튬 이온 이차 전지와 파우치형 이온 이차 전지로 나누어진다.
상기 전극조립체는 양극판, 음극판(이하 전극판) 및 세퍼레이터가 적층 또는 권취되어 형성될 수 있다.
상기 전극판은 전극 집전체에 활물질이 도포 되어 형성되고, 전극 집전체의 일정부분에는 활물질이 도포 되지 않은 부분인 무지부가 형성된다.
상기 무지부는 전극 집전체에 별도의 마스크를 표면 접착시켜 마스크가 접착된 부분에 활물질이 도포 되지 않음으로써 형성된다. 이때, 상기 무지부의 표면은 전극 집전체의 표면에 직접 접촉된 마스크에 의해 오염될 수 있어 이차전지의 성능이 저하되는 문제점이 발생할 수 있다.
본 발명은 전극 집전체에 활물질 증착시 무지부가 오염되는 것을 방지할 수 있는 연속 증착 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
언와인더에서 공급되는 전극 집전체의 일면과 접하여 상기 전극 집전체를 지지하는 제 1 가이드 드럼; 상기 제 1 가이드 드럼과 인접하여 상기 제 1 가이드 드럼을 통과하는 전극 집전체에 활물질을 공급하는 제 1 증착원; 상기 제 1 가이드 드럼을 통과하는 전극집전체의 일부분을 차폐하여 무지부가 형성되도록 하는 제 1 마스킹 유닛; 상기 제 1 마스킹 유닛과 연결되어 상기 제 1 마스킹 유닛을 상기 제 1 가이드 드럼의 외측면을 따라 왕복 운동시키는 제 1 구동 유닛; 상기 제 1 마스킹 유닛과 인접하고 상기 제 1 마스킹 유닛과 연결되어 상기 제 1 마스킹 유닛의 운동을 지지하는 제 1 가이드 유닛; 상기 제 1 가이드 유닛과 연결되어 상기 제 1 구동유닛에 의해 운동하는 제 1 마스킹유닛의 운동방향과 수직인 방향으로 제 1 가이드 유닛을 수평왕복운동 시키는 제 2 구동유닛을 포함한다.
상기 제 1 가이드 드럼을 통과한 전극집전체를 감아주는 와인더; 상기 제 1 가이드 드럼, 상기 제 1 증착원, 상기 제 1 마스킹 유닛, 상기 제 1 구동 유닛, 상기 제 2 구동유닛 및 상기 제 1 가이드 유닛을 수용하는 수용공간이 형성된 챔버;를 더 포함할 수 있다.
상기 제 1 가이드 드럼을 통과한 전극 집전체의 타면과 접하여 상기 전극 집전체를 지지하는 제 2 가이드 드럼; 상기 제 2 가이드 드럼과 인접하여 상기 제 2 가이드 드럼을 통과하는 전극 집전체에 활물질을 공급하는 제 2 증착원; 상기 제 2 가이드 드럼을 통과하는 전극집전체의 일부분을 차폐하여 무지부를 형성시키는 제 2 마스킹 유닛; 상기 제 2 마스킹 유닛과 연결되어 상기 제 2 마스킹 유닛을 상기 제 2 가이드 드럼의 외측면을 따라 왕복 운동시키는 제 3 구동 유닛; 상기 제 2 마스킹 유닛과 인접하고 상기 제 2 마스킹 유닛과 연결되어 상기 제 2 마스킹 유닛의 운동을 지지하는 제 2 가이드 유닛; 상기 제 2 가이드 유닛과 연결되어 상기 제 2 구동유닛에 의해 운동하는 제 2 마스킹 유닛의 운동방향과 수직인 방향으로 제 2 가이드 유닛을 수평 왕복운동 시키는 제 4 구동유닛;을 더 포함할 수 있다.
상기 제 1 가이드 드럼 및 제 2 가이드 드럼은 냉각장치와 연결될 수 있다.
상기 제 1 마스킹 유닛은 판상으로 상기 제 1 가이드 드럼과 동일한 곡률로 휘어지고 상기 제 1 가이드 드럼의 외측면과 이격되어 위치하는 제 1 차단판; 막대 형태로 상기 제 1 가이드 드럼과 반대방향으로 제 1돌출부가 형성되고 일단이 상기 제 1 차단판의 제 1 측변과 연결되는 제 1 결합판;을 포함할 수 있다.
상기 제 1 가이드 드럼의 외측면과 제 1 차단판의 이격 거리는 10mm~30mm일 수 있고, 상기 제 1 차단판은 적어도 전극 집전체에 형성되는 무지부의 폭 및 길이보다 크게 형성될 수 있다.
상기 제 1 구동유닛은 상기 제 1 가이드 드럼과 동일 각속도를 갖는 제 1 모터와 상기 제 1 모터로부터 발생되는 동력을 상기 제 1 마스킹 유닛에 전달하는 제 1 동력 전달부를 포함할 수 있다.
상기 제 1 동력 전달부는 상기 제 1 모터와 기어 결합하는 적어도 하나의 제 1 피동기어, 막대 형상으로 일측이 상기 제 1 피동기어와 연결된 제 1 연결프레임, 관상으로 내부공간이 형성되고 옆면 중 일면이 상기 제 1 연결프레임의 타측과 연결되는 제 1 결합프레임을 포함할 수 있으며, 상기 제 1 결합프레임의 내부 공간에 상기 제 1 결합판이 이동 가능하도록 삽입될 수 있다.
상기 제 1 가이드 유닛은 상기 제 1 가이드 드럼과 동일한 곡률로 휘어진 막대 형상으로 상기 제 1 가이드 드럼과 마주하는 면에는 길이방향으로 제 1 그루브가 형성된 제 1 본체와 일면에는 적어도 하나의 제 1 연결바가 형성될 수 있으며, 상기 제 1 그루브에는 상기 제 1 돌출부가 이동 가능하도록 결합될 수 있다.
상기 제 2 구동유닛은 상기 제 1 연결바와 연결되어 피스톤 운동을 하는 실린더일 수 있다.
상기 제 2 마스킹 유닛은 판상으로 상기 제 2 가이드 드럼과 동일한 곡률로 휘어지고 상기 제 2 가이드 드럼의 외측면과 이격되어 위치하는 제 2 차단판; 막대 형태로 상기 제 2 가이드 드럼과 마주하는 면과 반대방향으로 제 2 돌출부가 형성되고 일단이 상기 제 2 차단판의 제 1 측변과 연결되는 제 2 결합판;을 포함할 수 있다.
상기 제 2 가이드 드럼의 외측면과 제 2 차단판의 이격거리는 10mm~30mm일 수 있다.
상기 제 2 차단판은 적어도 전극 집전체에 형성되는 무지부의 폭 및 길이보다 크게 형성될 수 있다.
상기 제 3 구동유닛은 상기 제 2 가이드 드럼과 동일 각속도를 갖는 제 2 모터와 상기 제 2 모터로부터 발생 되는 동력을 상기 제 2 마스킹 유닛에 전달하는 제 2 동력 전달부를 포함할 수 있다.
상기 제 2 동력 전달부는 상기 제 2 모터와 기어 결합하는 적어도 하나의 제 2 피동기어, 막대 형상으로 일측이 상기 제 2 피동기어와 연결된 제 2 연결프레임, 관상으로 내부공간이 형성되고 옆면 중 일면이 상기 제 2 연결프레임의 타측과 연결되는 제 2 결합프레임을 포함하며, 상기 제 2 결합프레임의 내부 공간에 상기 제 2 결합판이 이동 가능하도록 삽입될 수 있다.
상기 제 2 가이드 유닛은 상기 제 2 가이드 드럼과 동일한 곡률로 휘어진 막대 형상으로 상기 제 2 가이드 드럼과 마주하는 면에는 길이방향으로 제 2 그루브가 형성된 제 2 본체와 일면에는 적어도 하나의 제 2 연결바가 형성되며, 상기 제 2 그루브에는 상기 제 2 돌출부가 이동 가능하도록 결합 될 수 있다.
상기 제 4 구동유닛은 상기 제 2 연결바와 연결되어 피스톤 운동을 하는 실린더일 수 있다.
상기 제 1, 2 마스킹 유닛은 스테인레스 스틸(Stainless Steel)로 형성될 수 있다.
상기 와인더에 인접하며 상기 와인더에 감겨 지는 전극 집전체 사이에 간지를 제공하는 간지 롤러를 더 포함할 수 있다.
상기 제 1, 2 가이드 드럼에 인접하여 위치하며 상기 전극 집전체 상에 활물질의 증착 여부를 감지하는 감지 센서를 더 포함할 수 있다.
상기 활물질은 양극 활물질과 음극 활물질을 포함하며, 상기 음극 활물질은 Si, SiOx를 포함하여 형성될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 연속 증착 장치는 제 1 마스킹유닛 및 제 1 가이드 유닛과 상기 제 1 마스킹 유닛 및 제 1 가이드 유닛 각각과 연결되어 각각을 동작시키는 제 1구동 유닛 및 제 2 구동유닛을 구비함으로써, 표면이 오염되지 않는 무지부를 형성할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 연속 증착 장치 내부의 정면도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 도 1에 도시된 A영역의 측면도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 연속 증착 장치를 구성하는 제 1 마스킹 유닛, 제 1 가이드 유닛, 제 1 구동유닛 및 제 2 구동유닛의 결합사시도이다.
도 4a 내지 도 4f는 본 발명의 일실시예에 따른 연속 증착 장치를 구성하는 마스킹 유닛의 동작과정을 간략하게 도시한 마스킹 유닛의 정면도 및 측면도이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 연속 증착 장치로 인해 활물질이 증착된 극판의 측면도이다.
이하에서 실시예와 첨부한 도면을 통하여 본 발명의 연속 증착 장치에 대하여 보다 구체적으로 설명한다.
도1은 본 발명의 일실시예에 따른 연속 증착 장치 내부의 정면도이고, 도2는 본 발명의 일실시예에 따른 도 1에 도시된 A영역의 측면도이고, 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 연속 증착 장치를 구성하는 제 1 마스킹 유닛, 제 1 가이드 유닛, 제 1 구동유닛 및 제 2 구동유닛의 결합 사시도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 연속 증착 장치(100)는 챔버(110), 언와인더(120), 제 1 가이드 드럼(130), 제 1 증착원(140), 제 1마스킹 유닛(150), 제 1 구동 유닛(160), 제 1 가이드 유닛(170), 제 2 구동 유닛(180), 제 2 가이드 드럼(190), 제 2 증착원(200), 제 2 마스킹 유닛(210), 제 3 구동 유닛(220), 제 2 가이드 유닛(230), 제 4 구동 유닛(240) 및 와인더(250)을 포함하여 이루어질 수 있다. 또한 상기 연속 증착 장치는 간지 롤러(260) 및 감지 센서(270)를 더 포함하여 이루어질 수 있다.
상기 연속증착장치(100)는 챔버(110) 내부에 위치하는 언와인더(120)에서 공급되는 전극 집전체(10)가 제 1 가이드 드럼(130)을 지나면서, 전극 집전체(10)의 제 1 면(일면)에는 제 1 증착원(140)에 의해 활물질이 증착된다. 이 때, 상기 제 1 마스킹 유닛(150)은 제 1 구동 유닛(160), 제 1 가이드 유닛(170) 및 제 2 구동 유닛(180)에 의해 제 1 가이드 드럼(130)을 통과하는 전극 집전체(10)의 일부분을 차폐하여 전극 집전체(10)의 제 1 면(일면) 일부분에 활물질이 증착되지 않은 무지부를 형성시킨다. 상기 제 1 가이드 드럼(130)을 통과한 전극 집전체(10)는 제 2 가이드 드럼(190)을 지나면서 제 2 증착원(200)에 의해 전극 집전체(10)의 제 2면(타면)에 활물질이 증착된다. 이때, 상기 제 2 마스킹 유닛(210)은 제 3 구동 유닛(220), 제 2 가이드 유닛(230) 및 제 4 구동 유닛(240)에 의해 제 2 가이드 드럼(190)을 통과하는 전극 집전체(10)의 일부분을 차폐하여 전극 집전체(10)의 제 2 면(타면) 일부분에 활물질이 증착되지 않은 무지부를 형성시킨다. 또한 상기 제 2 가이드 드럼(190)을 통과한 전극집전체(10)는 와인더(250)에 의해 감겨 지고, 상기 간지 롤러(260)는 와인더(250)에 감겨지는 전극 집전체(10) 사이에 간지(262)를 제공하여 감겨진 전극 집전체(10)가 엉겨 붙는 것을 방지한다. 또한 감지 센서(270)는 전극 집전체(10)에 형성될 무지부 부분을 감지하여 제 1 마스킹 유닛(150)이 동작하도록 한다.
또한 상기 활물질은 양극 활물질 또는 음극 활물질을 포함한다.
상기 양극 활물질은 상기 양극 활물질은 LiCoO2, LiNiO2, LiMn2O4와 같은 리튬계 산화물 및 그 등가물 중에서 선택된 어느 하나일 수 있으나, 이러한 재질로 본 발명을 한정하는 것은 아니다.
상기 음극 활물질로는 리튬 금속, 리튬과 합금화 가능한 금속물질, 전이 금속 산화물, 리튬을 도프 및 탈도프할수 있는 물질, 리튬과 가역적으로 반응하여 화합물을 형성할 수 있는 물질, 또는 리튬 이온을 가역적으로 인터칼레이션/디인터칼레이션할 수 있는 물질 등을 사용할 수 있다.
상기 리튬과 합금화 가능한 금속 물질로는 Na, K, Rb, Cs, Fr, Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Ra, Ti, Ag, Zn, Cd, Al, Ga, In, Si, Ge, Sn, Pb, Sb, Bi 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 것을 사용할 수 있다. 또한　상기 전이 금속 산화물, 리튬을 도프 및 탈도프할 수 있는 물질, 또는 리튬과 가역적으로 반응하여 화합물을 형성할 수 있는 물질로는 바나듐 산화물, 리튬 바나듐 산화물, Si, SiOx(0 < x < 2), 실리콘 함유 금속합금, Sn, SnO2, 틴 합금 복합체(composite tin alloys) 등을 들 수 있다.
상기 챔버(100)는 내부에 수용공간(112)이 형성되고, 수용공간(112)에는 상기 언와인더(120), 제 1 가이드 드럼(130), 제 1 증착원(140), 제 1 마스킹 유닛(150), 제 1 구동 유닛(160), 제 1 가이드 유닛(170), 제 2 구동유닛(180), 제 2 가이드 드럼(190), 제 2 증착원(200), 제 2 마스킹 유닛(210), 제 3 구동유닛(220), 제 2 가이드 유닛(230), 제 4 구동 유닛(240), 와인더(250), 간지롤러(260) 및 감지 센서(270)를 수용한다.
상기 수용공간(112)은 종방향으로 격벽(113)이 형성되어 있으며, 격벽(113)을 사이에 두고 일측에는 전극집전체(10)에 활물질 증착이 이루어지기 위한 본 발명의 실시예에 따른 구성요소들이 위치하고, 타측에는 상기 구성요소들을 구동시키는 수개의 구동장치(미도시)나 제어장치(미도시)가 위치한다. 이하에서는 상기 격벽(113)의 일측에 위치한 구성요소의 설명이 이루어진다. 그러므로 구성요소의 설명에서 별도로 ‘상기 격벽(113)의 일측 또는 타측’이란 언급이 없다면 모두 ‘상기 격벽(113)의 일측’에 위치한 것이다.
상기 수용공간(112)은 증착공간(114) 및 이송공간(116)을 포함한다.
상기 증착공간(114)은 전극집전체(10)에 활물질이 증착되는 공간으로 수용공간(112)내에서 하측에 위치하며, 상부 격벽(115)에 의해 상기 이송공간(116)과 독립되도록 형성된다. 또한 상기 증착공간(114)은 전극집전체(10)의 제 1 면(일면)을 증착하는 제 1 증착공간(114a)과 제 1 증착공간(114a)과 인접하여 제 2 면(타면)을 증착하는 제 2 증착공간(114b)으로 형성될 수 있다. 또한 상기 제 1 증착공간(114a)과 제 2 증착공간(114b)을 이루는 격벽 중 상부면(115)에는 홀(115a, 115b)이 형성되어 있다.
상기 이송공간(116)은 수용공간(112) 내에서 상측에 위치하며, 전극집전체(10)가 이송되는 공간 및 전극집전체(10)에 증착된 활물질을 건조시키는 공간으로 수개의 보조롤(118)이 형성되어 전극집전체(10)의 이송을 보조한다.
상기 언와인더(120)는 롤의 형태로 회전운동하여 감긴 전극 집전체(10)를 풀어준다.
상기 제 1 가이드 드럼(130)은 원통 형상으로 언와인더(120)와 인접하고, 외측면이 언와인더(120)에서 공급된 전극 집전체(10)의 제 2 면과 접촉하면서 회전하여 전극 집전체(10)의 이송을 가이드 한다. 상기 제 1 가이드 드럼(130)은 일부가 제 1 증착공간(114a)에 형성된 홀(115a)을 관통하여, 일부가 제 1 증착공간(114a)에 위치하고, 다른 일부가 이송공간(116)에 위치한다.
또한 상기 제 1 가이드 드럼(130)은 챔버(100)의 내부 또는 외부에 설치된 냉각장치(미도시)와 연결될 수 있다. 상기 냉각장치(미도시)는 제 1 가이드 드럼(130)을 지나는 전극 집전체(10)의 온도를 낮추어 증착된 활물질을 보다 빨리 굳도록 한다.
상기 제 1 증착원(140)은 제 1 증착공간(114a)에 위치하고, 제 1 가이드 드럼(130)의 하부에 위치하며, 제 1 가이드 드럼(130)을 통과하는 전극 집전체(10)의 제 1면에 활물질을 공급한다. 상기 제 1증착원(140)은 당업자라면 이해 가능한 것이기에 간단하게 설명한다. 일반적으로 제 1 증착원(140)은 용기와 같은 수납공간(미도시)에 활물질이 수용되고 열선히터나 전자빔(electron beam) 등과 같은 열 공급장치(미도시)에 의해 수납공간에 열이 가해져 수납공간 내부의 활물질이 증발된다. 또한 증발된 활물질은 일정압력으로 토출 될 수 있다.
상기 제 1 마스킹 유닛(150)은 제 1 가이드 드럼(130)의 외측면과 인접하여 제 1 가이드 드럼(130)과 제 1 증착원 (140) 사이에 위치한다. 상기 제 1 마스킹 유닛(150)은 제 1 가이드 드럼(130)을 통과하는 전극 집전체(10)의 일부를 차폐하여 무지부를 형성시킨다.
도 3을 참조하면, 상기 제 1 마스킹 유닛(150)은 제 1 차단판(152), 제 1 결합판(154)으로 형성될 수 있다.
상기 제 1 차단판(152)은 판상으로 제 1 가이드 드럼(130)과 동일한 곡률로 휘어져 형성된다. 또한 상기 제 1 차단판(152)의 폭 및 길이는 무지부의 폭 및 길이보다 크게 형성된다. 왜냐하면 상기 제 1 가이드 드럼(130)과 제 1 차단판(152)은 동일 축을 중심으로 회전하고, 제 1 차단판(152)은 제 1 가이드 드럼(130)보다 회전축에서 멀리 떨어져 위치하기 때문에, 제 1 차단판(152)이 제 1 가이드 드럼(130)을 통과하는 전극집전체(10)의 일정영역을 효과적으로 차폐하기 위함이다. 상기 제 1 가이드 드럼(130)과 제 1 차폐판(152)의 동작에 관해서는 보다 자세히 후술하겠다. 또한 상기 제 1 차단판(152)은 제 1 가이드 드럼(130)의 외측면과 이격 되어 위치한다.
상기 제 1 차단판(152)과 제 1 가이드 드럼(130)의 이격거리는 1mm~20mm인 것이 바람직하다.
상기 제 1 차단판(152)과 제 1 가이드 드럼(130)의 이격거리가 1mm이내이면 공정 중에 제 1 차단판(152)과 제 1 가이드 드럼(130)을 통과하는 전극 집전체(10)가 접촉되기 쉬워 전극집전체(10)의 표면이 오염될 수 있다. 또한 상기 제 1 차단판(152)과 제 1 가이드 드럼(130)의 이격 거리가 20mm보다 멀면 무지부(20)에 활물질이 침투하기 쉽다.
상기 제 1 결합판(154)은 막대형상으로 일단이 제 1 차단판(152)의 제 1측변(장측변)과 연결된다. 또한 상기 제 1 결합판(154)은 제 1 가이드 드럼(130)이 위치한 방향과 반대방향으로 제 1 돌출부(155)가 형성된다.
상기 제 1 구동유닛(160)은 제 1 마스킹 유닛(150)과 연결되어 제 1 마스킹 유닛(150)을 제 1 가이드 드럼(130)의 외측면을 따라 운동시킨다.
또한 상기 제 1 마스킹 유닛(150)은 스테인레스 스틸(Stainless Steel)로 형성시켜 활물질에 의해 발생하는 부식을 방지할 수 있다.
상기 제 1 구동유닛(160)은 제 1 모터(162)와 제 1 동력 전달부(164)을 포함할 수 있다.
상기 제 1 모터(162)는 통상의 모터로 격벽(113)의 타측에 위치하고, 모터의 회전축(162a)이 격벽(113)을 관통하여 격벽(113)의 일측으로 돌출된다. 돌출된 상기 회전축(162a)의 단부에는 구동기어(162b)가 연결된다. 또한 상기 제 1 모터(162)는 360° 회전이 아닌 횡방향 및 반시계 방향을 기준으로 최대 180°~360°의 범위 내에서 회전 및 역회전을 반복한다.
상기 제 1 동력 전달부(164)는 제 1 피동기어(165), 제 1 연결프레임(166), 제 1 결합프레임(167)을 포함할 수 있다.
상기 제 1 피동기어(165)는 제 1 가이드 드럼(130)의 중심축과 동일한 중심축을 갖으며, 상기 제 1 가이드 드럼(130)과 격벽(113) 사이에 위치한다. 상기 제 1 연결프레임(166)은 막대형상으로 상단이 피동기어(165)의 하부와 연결된다. 상기 제 1 결합프레임(167)은 관상으로 내부공간(167a)이 형성되며 옆면이 제 1 연결프레임(166)의 하단과 연결된다. 또한 상기 내부공간(167a)으로 제 1 결합판(154)이 삽입되어 제 1 마스킹 유닛(150)과 제 1 구동 유닛(160)의 결합이 이루어진다. 이 때, 상기 제 1 결합판(154)이 내부공간(167a)으로 쉽게 삽입되거나 또는 제 1 결합판(154)이 내부공간(167a)에서 쉽게 이동 가능하도록 별도의 롤러(미도시)를 제 1 결합판(154)에 형성시키거나 윤활유를 내부 공간(167a)에 주입할 수 있다.
상기 제 1 가이드 유닛(170)은 제 1 마스킹 유닛(150)과 인접하고 제 1 마스킹 유닛(150)과 연결되어 제 1 마스킹 유닛(150)의 이동을 가이드 한다.
상기 제 1 가이드 유닛(170)은 제 1 본체(172)와 제 1 연결바를 포함한다.
상기 제 1 본체(172)는 제 1 가이드 드럼(130)과 동일한 곡률로 휘어진 막대 형상으로 제 1 가이드 드럼(130)의 하측에 위치한다. 또한 상기 제 1 가이드 유닛(160)의 옆면 중 제 1 가이드 드럼(130)과 마주하는 면에는 길이방향으로 제 1 그루브(groove)(172a)가 형성된다.
상기 제 1 그루브(172a)에는 제 1 마스킹 유닛(150)에 형성된 제 1 돌출부(155)가 이동 가능하도록 결합된다. 그러므로 상기 제 1 마스킹 유닛(150)은 제 1 가이드 유닛(170)에 형성된 제 1그루브(172a)를 따라 움직일 수 있다.
상기 제 1 연결바(174)는 바(bar) 형상으로 일측은 상기 제 1 가이드 유닛(170)의 옆면 중 격벽(113)을 마주하는 면에 연결되고, 타측은 상기 격벽(113)과 연결된다. 이때, 상기 제 1 연결바(174)의 타측은 상기 격벽(113)에 별도의 홀을 형성시켜 전후 이동이 가능하도록 끼워질 수 있다.
상기 제 2 구동 유닛(180)은 제 1 구동 유닛(160)의 운동방향과 수직인 방향으로 왕복운동 하는 것으로 일반적으로 피스톤 운동을 하는 실린더일 수 있다. 상기 제 2 구동 유닛(180)은 격벽(113)의 타측에 위치하여 연결바(174)의 타측과 연결된다.
그러므로 상기 제 1 가이드 유닛(170)은 제 2 구동 유닛(180)에 의해 수평 왕복 운동한다. 또한 상기 제 1 돌출부(155)는 제 1 그루브(172a)와 이동 가능하도록 결합 되어 있기 때문에, 제 2 구동 유닛(180)의 움직임은 제 1 가이드 유닛(170)에 의해 제 1 마스킹 유닛(150)에 전달된다. 즉, 상기 내부공간(167a)에 이동 가능하도록 삽입된 제 1 결합판(154)은 제 2 구동 유닛(180)에 의해 왕복 운동이 가능하게 된다.
다음은 상기 제 1 마스킹 유닛(150), 제 1 구동 유닛(160), 제 1 가이드 유닛(170) 및 제 2 구동 유닛(180)이 동작하여 무지부를 형성하는 과정을 설명한다.
도 4a 내지 도 4f는 본 발명의 일실시예에 따른 연속 증착 장치를 구성하는 마스킹 유닛의 동작과정을 간략하게 도시한 마스킹 유닛의 정면도 및 측면도이고, 도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 연속 증착 장치로 인해 활물질이 증착된 극판의 측면도이다.
도 4a 내지 도 4f를 참조하면, 상기 언와인더(120)에서 공급된 전극집전체(10)는 제 1 가이드 드럼(130)을 지나면서 전극집전체(10)의 일면에 제 1 증착원(140)으로부터 토출된 활물질이 도포된다. 이때, 제 1 마스킹 유닛(150)은 제 1 증착공간(114a)으로 전극 집전체(10)가 들어오는 부분에 위치하여 대기한다. 이때 활물질이 도포 되지 않을 무지부(20)가 제 1 증착공간(114a)에 들어와 제 1 차단판(152)과 마주보는 곳에 위치하면 제 1 마스킹 유닛(150)이 제 1 구동부(160)에 의해 동작을 시작한다. 상기 제 1 마스킹 유닛(150)의 제 1 차단판(152)은 상기 무지부(20)와 마주보는 상태로 상기 제 1 가이드 드럼(130)과 동일 각속도로 이동한다. 그러므로 상기 제 1 차단판(152)이 제 1 증착원(140)에서 공급되는 활물질을 막아 전극 집전체(10)에 도포 되지 않게 되어 무지부(20)가 형성된다.
상기 무지부(20)가 제 1 증착공간(114a)을 빠져나가면, 제 1 마스킹 유닛(150)은 제 2 구동 유닛(180)에 의해 격벽(113)을 향해 이동한다. 상기 격벽(113)을 향해 이동한 제 1 차단판(152)은 제 1 가이드 드럼(130)의 외측면과 겹치지 않은 상태에서, 상기 제 1 가이드 드럼(130)의 회전방향과 반대되는 방향으로 회전하여 다시 전극 집전체(10)가 제 1 증착 공간(114a)으로 들어오는 부분으로 이동한다. 그리고 다음 무지부(20)가 제 1 증착 공간(114a)으로 들어오면, 상기와 같은 움직임을 반복하여 반복적으로 전극 집전체(10)에 무지부(20)를 형성시킨다.
상기 제 2 가이드 드럼(190)은 원통 형상으로 제 1 가이드 드럼(130)과 인접하고, 제 2 가이드 드럼(190)의 외측면이 제 1 가이드 드럼(130)을 통과한 전극 집전체(10)의 제 1 면과 접촉하고 회전하여 전극 집전체(10) 이송을 가이드 한다. 상기 제 2 가이드 드럼(190)은 일부가 제 2 증착공간(114b)에 형성된 홀(115b)을 관통하여 일부는 제 2 증착공간(114b)에 다른 일부는 이송공간(116)에 위치한다. 또한 상기 제 2 가이드 드럼(190)은 제 1 가이드 드럼(130)과 마찬가지로 챔버(100)의 내부 또는 외부에 설치된 냉각장치(미도시)와 연결될 수 있다.
상기 제 2 증착원(200)은 제 2 증착공간(114b)에 위치하고, 상기 제 2 가이드 드럼(190)의 하부에 위치하며, 상기 제 2 가이드 드럼(190)을 통과하는 전극 집전체(10)의 제2면에 활물질을 공급한다. 상기 제 2 증착원(200)은 제 1 증착원(140)과 동일하게 형성된다. 그러므로 상기 제 2 증착원(200)의 형상에 대해서는 설명을 생략하기로 한다.
상기 제 2 마스킹 유닛(210)은 제 2 가이드 드럼(190)의 외측면과 인접하여 제 2 가이드 드럼(190)과 제 2 증착원 (200) 사이에 위치한다. 상기 제 2 마스킹 유닛(210)은 제 2 가이드 드럼(190)을 통과하는 전극 집전체(10)의 일부를 차폐하여 전극 집전체(10)에 활물질이 도포 되지 않는 무지부를 형성시킨다.
상기 제 2 마스킹 유닛(210)은 제 1 마스킹 유닛(150)과 동일한 형상을 갖고 동일한 역할을 수행하므로, 제 1 마스킹 유닛(150)을 통해 제 2 마스킹 유닛(210)은 이해 가능하다.
즉, 상기 제 2 마스킹 유닛(210)은 제 2 차단판 및 제 2 결합판으로 형성될 수 있다. 상기 제 2 차단판은 제 1 차단판(152)과 동일 형태 및 동일 작용을 하며, 상기 제 2 결합판(154)은 제 1 결합판과 동일 형태 및 동일 작용을 한다.
또한 상기 제 2 마스킹 유닛(210)은 제 1 마스킹 유닛과 마찬가지로 스테인레스 스틸(Stainless Steel)인 SUS로 형성시켜 활물질에 의한 부식 발생을 막을 수 있다.
상기 제 3 구동유닛(220)은 제 2 마스킹 유닛(210)과 연결되어 제 2 마스킹 유닛(210)을 제 2 가이드 드럼(190)의 외측면을 따라 이동시킨다. 상기 제 3 구동 유닛(220) 또한 제 1 구동 유닛(160)과 동일하게 형성되고, 대응되도록 위치하며, 동일한 작용을 한다. 그러므로 이하에서는 설명을 생략하도록 한다.
상기 제 2 가이드 유닛(230)은 제 2 마스킹 유닛(210)과 인접하고, 제 2 마스킹 유닛(210)과 연결되어 제 2 마스킹 유닛(210)의 이동을 가이드 한다. 상기 제 2 가이드 유닛(230) 또한 제 1 가이드 유닛(170)과 동일하게 형성되고, 대응되도록 위치하며, 동일한 작용을 한다. 그러므로 이하에서는 설명을 생략하도록 한다.
상기 제 4 구동 유닛(240)은 제 3 구동 유닛(220)의 운동방향과 수직인 방향으로 왕복운동 하는 것으로 일반적으로 피스톤 운동을 하는 실린더일 수 있다. 상기 제 4 구동 유닛(240) 또한 제 2 구동 유닛(180)과 동일하게 형성되고, 대응되도록 위치하며, 동일한 작용을 한다. 그러므로 이하에서는 설명을 생략하기로 한다.
상기 제 2 가이드 드럼(190), 제 2 증착원(200), 제 2 마스킹 유닛(210), 제 3 구동 유닛(220), 제 2 가이드 유닛(230) 및 제 4 구동유닛(240)은 상기 제 1 가이드 드럼(130), 제 1 증착원(140), 제 1 마스킹 유닛(150), 제 1 구동 유닛(160), 제 1 가이드 유닛(170) 및 제 2 구동 유닛(180)과 동일한 동작과정을 보인다.
그러므로 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 전극 집전체(10)의 제 1 면 및 제 2 면(양면)에는 활물질이 증착된 부분(S)과 활물질이 증착되지 않은 부분인 무지부(20)가 형성된다.
상기 와인더(250)는 이송공간(116)에 위치하고, 상기 제 2 가이드 드럼(190)과 인접하게 위치하여, 상기 제 2 가이드 드럼(190)을 통과한 전극집전체(10)를 감아준다.
상기 간지 롤러(260)는 와인더(250)와 인접하게 위치하여 완인더(250)에 간지(間紙, interleaf)(262)를 제공한다. 상기 와인더(250)는 전극 집전체(10)를 감을 때 간지 롤러(260) 가 제공하는 간지(262)를 함께 감음으로써 전극집전체(10)에 증착된 활물질이 덜 굳어졌을 때 감겨진 전극집전체(10)가 엉겨 붙는 것을 방지한다.
또한 상기 감지 센서(270)는 제 1 가이드 드럼(130) 및 제 2 가이드 드럼(190) 각각과 인접하고, 상기 제 1, 2 가이드 드럼(130, 190)을 통과하는 전극 집전체(10)에 형성될 무지부(20)를 감지하여 제 1, 2 마스킹유닛(150, 210)을 동작시킨다. 상기 감지 센서(270)의 무지부 감지 방법은 여러가지 방법이 있을 수 있다. 예로 상기 제1, 2가이드 드럼(130, 190)의 둘레와 각속도를 입력하고, 상기 전극집전체(10)에 활물질이 증착되어야 할 부분의 길이와 증착되지 말아야 할 무지부(20)의 길이 등을 종합적으로 입력하여 판단할 수 있다. 또는 상기 전극집전체(10) 상의 무지부 영역에 별도의 식별 인자를 부가하여 상기 식별 인자를 읽어낼 수 있는 리더기를 위치시키는 방법 등이 있을 수 있다.
그러므로 본 발명의 일실시예는 전극 집전체 상에 활물질이 증착되는 부분과 활물질이 증착되지 않은 부분인 무지부를 상기 전극 집전체의 표면 오염 없이 형성 시킬 수 있다.
또한 본 발명은 전극 집전체에 활물질을 도포하는 과정에 이용될 뿐만 아니라 활물질 도포 후 활물질층 상에 리튬(Li)층 형성과정에서도 이용될 수 있다.
즉, 고 용량 전지는 위에서 설명한 바와 같이 음극 활물질로서 실리콘 또는 실리콘 계 화합물을 사용하는데, 이러한 실리콘 계는 충 방전 시, 비 가역 용량이 크다. 그러므로 실리콘계 음극 활물질에 리튬을 증착함으로써 리튬을 프리차징(pre-charging)하여 실리콘 계 음극활물질의 비 가역 용량을 보상할 수 있도록 한다.
본 발명은 상기 실시 예들에 한정되지 않고 본 발명의 기술적 요지를 벗어나지 아니하는 범위 내에서 다양하게 수정 또는 변형되어 실시될 수 있음은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어서 자명한 것이다.
110 : 챔버 120 : 언와인더
130 : 제 1 가이드 드럼 140 : 제 1증착원
150 : 제 1 마스킹 유닛 160 : 제 1 구동 유닛
170 : 제 1 가이드 유닛 180 : 제 2 구동 유닛
190 : 제 2 가이드 드럼 200 : 제 2 증착원
210 : 제 2 마스킹 유닛 220 : 제 3 구동 유닛
230 : 제 2 가이드 유닛 240 : 제 4 구동 유닛
250 : 와인더 260 : 간지 롤러
270 : 감지 센서

Claims (22)

  1. 언와인더에서 공급되는 전극 집전체의 일면과 접하여 상기 전극 집전체를 지지하는 제 1 가이드 드럼;
    상기 제 1 가이드 드럼과 인접하여 상기 제 1 가이드 드럼을 통과하는 전극 집전체에 활물질을 공급하는 제 1 증착원;
    상기 제 1 가이드 드럼을 통과하는 전극집전체의 일부분을 차폐하여 무지부가 형성되도록 하는 제 1 마스킹 유닛;
    상기 제 1 마스킹 유닛과 연결되어 상기 제 1 마스킹 유닛을 상기 제 1 가이드 드럼의 외측면을 따라 왕복 운동시키는 제 1 구동 유닛;
    상기 제 1 마스킹 유닛과 인접하고 상기 제 1 마스킹 유닛과 연결되어 상기 제 1 마스킹 유닛의 운동을 지지하는 제 1 가이드 유닛;
    상기 제 1 가이드 유닛과 연결되어 상기 제 1 구동유닛에 의해 운동하는 제 1 마스킹유닛의 운동방향과 수직인 방향으로 제 1 가이드 유닛을 수평왕복운동시키는 제 2 구동유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 연속증착장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1 가이드 드럼을 통과한 전극집전체를 감아주는 와인더;
    상기 제 1 가이드 드럼, 상기 제 1 증착원, 상기 제 1 마스킹 유닛, 상기 제 1 구동 유닛, 상기 제 2 구동유닛 및 상기 제 1 가이드 유닛을 수용하는 수용공간이 형성된 챔버;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연속 증착 장치.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 제 1 가이드 드럼을 통과한 전극 집전체의 타면과 접하여 상기 전극 집전체를 지지하는 제 2 가이드 드럼;
    상기 제 2 가이드 드럼과 인접하여 상기 제 2 가이드 드럼을 통과하는 전극 집전체에 활물질을 공급하는 제 2 증착원;
    상기 제 2 가이드 드럼을 통과하는 전극집전체의 일부분을 차폐하여 무지부를 형성시키는 제 2 마스킹 유닛;
    상기 제 2 마스킹 유닛과 연결되어 상기 제 2 마스킹 유닛을 상기 제 2 가이드 드럼의 외측면을 따라 왕복 운동시키는 제 3 구동 유닛;
    상기 제 2 마스킹 유닛과 인접하고 상기 제 2 마스킹 유닛과 연결되어 상기 제 2 마스킹 유닛의 운동을 지지하는 제 2 가이드 유닛;
    상기 제 2 가이드 유닛과 연결되어 상기 제 2 구동유닛에 의해 운동하는 제 2 마스킹 유닛의 운동방향과 수직인 방향으로 제 2 가이드 유닛을 수평왕복운동시키는 제 4 구동유닛;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연속 증착 장치.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 제 1 가이드 드럼 및 제 2 가이드 드럼은 냉각장치와 연결되는 것을 특징으로 하는 연속 증착 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 마스킹 유닛은 판상으로 상기 제 1 가이드 드럼과 동일한 곡률로 휘어지고 상기 제 1 가이드 드럼의 외측면과 이격되어 위치하는 제 1 차단판;
    막대 형태로 상기 제 1 가이드 드럼과 반대방향으로 제 1돌출부가 형성되고 일단이 상기 제 1 차단판의 제 1 측변과 연결되는 제 1 결합판;을 포함하는 것을 특징으로 하는 연속 증착 장치.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 제 1 가이드 드럼의 외측면과 제 1 차단판의 이격 거리는 1mm~20mm인 것을 특징으로 하는 연속 증착 장치.
  7. 제 5항에 있어서,
    상기 제 1 차단판은 적어도 전극 집전체에 형성되는 무지부의 폭 및 길이보다 크게 형성되는 것을 특징으로 하는 연속 증착 장치.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1 구동유닛은 상기 제 1 가이드 드럼과 동일 각속도를 갖는 제 1 모터와 상기 제 1 모터로부터 발생 되는 동력을 상기 제 1 마스킹 유닛에 전달하는 제 1 동력 전달부를 포함하는 것을 특징으로 하는 연속 증착 장치.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 제 1 동력 전달부는 상기 제 1 모터와 기어 결합하는 적어도 하나의 제 1 피동기어,
    막대 형상으로 일측이 상기 제 1 피동기어와 연결된 제 1 연결프레임,
    관상으로 내부공간이 형성되고 옆면 중 일면이 상기 제 1 연결프레임의 타측과 연결되는 제 1 결합프레임을 포함하며,
    상기 제 1 결합프레임의 내부 공간에 상기 제 1 결합판이 이동 가능하도록 삽입되는 것을 특징으로 하는 연속 증착 장치.
  10. 제 5항에 있어서,
    상기 제 1 가이드 유닛은 상기 제 1 가이드 드럼과 동일한 곡률로 휘어진 막대 형상으로 상기 제 1 가이드 드럼과 마주하는 면에는 길이방향으로 제 1 그루브가 형성된 제 1 본체와
    일면에는 적어도 하나의 제 1 연결바가 형성되며,
    상기 제 1 그루브에는 상기 제 1 돌출부가 이동 가능하도록 결합 되는 것을 특징으로 하는 연속 증착 장치.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 제 2 구동유닛은 상기 제 1 연결바와 연결되어 피스톤 운동을 하는 실린더인 것을 특징으로 하는 연속 증착 장치.
  12. 제 3항에 있어서,
    상기 제 2 마스킹 유닛은 판상으로 상기 제 2 가이드 드럼과 동일한 곡률로 휘어지고 상기 제 2 가이드 드럼의 외측면과 이격되어 위치하는 제 2 차단판;
    막대 형태로 상기 제 2 가이드 드럼과 마주하는 면과 반대방향으로 제 2 돌출부가 형성되고 일단이 상기 제 2 차단판의 제 1 측변과 연결되는 제 2 결합판;을 포함하는 것을 특징으로 하는 연속 증착 장치.
  13. 제 12항에 있어서,
    상기 제 2 가이드 드럼의 외측면과 제 2 차단판의 이격거리는 1mm~20mm인 것을 특징으로 하는 연속 증착 장치.
  14. 제 12 항에 있어서,
    상기 제 2 차단판은 적어도 전극 집전체에 형성되는 무지부의 폭 및 길이보다 크게 형성되는 것을 특징으로 하는 연속 증착 장치.
  15. 제 3항에 있어서,
    상기 제 3 구동유닛은 상기 제 2 가이드 드럼과 동일 각속도를 갖는 제 2 모터와 상기 제 2 모터로부터 발생 되는 동력을 상기 제 2 마스킹 유닛에 전달하는 제 2 동력 전달부를 포함하는 것을 특징으로 하는 연속 증착 장치.
  16. 제 15항에 있어서,
    상기 제 2 동력 전달부는 상기 제 2 모터와 기어 결합하는 적어도 하나의 제 2 피동기어,
    막대 형상으로 일측이 상기 제 2 피동기어와 연결된 제 2 연결프레임,
    관상으로 내부공간이 형성되고 옆면 중 일면이 상기 제 2 연결프레임의 타측과 연결되는 제 2 결합프레임을 포함하며,
    상기 제 2 결합프레임의 내부 공간에 상기 제 2 결합판이 이동 가능하도록 삽입되는 것을 특징으로 하는 연속 증착 장치.
  17. 제 3항에 있어서,
    상기 제 2 가이드 유닛은 상기 제 2 가이드 드럼과 동일한 곡률로 휘어진 막대 형상으로 상기 제 2 가이드 드럼과 마주하는 면에는 길이방향으로 제 2 그루브가 형성된 제 2 본체와 일면에는 적어도 하나의 제 2 연결바가 형성되며,
    상기 제 2 그루브에는 상기 제 2 돌출부가 이동 가능하도록 결합되는 것을 특징으로 하는 연속 증착 장치.
  18. 제 17항에 있어서,
    상기 제 4 구동유닛은 상기 제 2 연결바와 연결되어 피스톤 운동을 하는 실린더인 것을 특징으로 하는 연속 증착 장치
  19. 제 3항에 있어서,
    상기 제 1, 2 마스킹 유닛은 스테인레스 스틸(Stainless Steel)로 형성된 것을 특징으로 하는 연속 증착 장치.
  20. 제 2항에 있어서,
    상기 와인더에 인접하며 상기 와인더에 감겨 지는 전극 집전체 사이에 간지를 제공하는 간지 롤러를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연속 증착 장치.
  21. 제 3항에 있어서,
    상기 제 1, 2 가이드 드럼에 인접하여 위치하며 상기 전극 집전체 상에 활물질의 증착 여부를 감지하는 감지 센서를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연속 증착 장치.
  22. 제 1 항에 있어서,
    상기 활물질은 양극 활물질과 음극 활물질을 포함하며, 상기 음극 활물질은 Si, SiOx(0 < x < 2)를 포함하여 형성된 것을 특징으로 하는 연속 증착 장치.
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