KR101613426B1 - 이차전지 전극단자용 표면처리 장치 - Google Patents

이차전지 전극단자용 표면처리 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 생산성을 높일 수 있는 이차전지 전극단자용 표면처리 장치를 제공하기 위한 것으로서, 본 발명에서는 가공할 금속 기재를 풀어 공급하는 언와인더, 상기 언와인더와 일정 간격을 두고 설치되어 가공된 금속 기재를 되감는 리와인더, 상기 언와인더에서 공급되는 금속 기재의 표면에 묻은 오염물을 초음파로 제거하는 디그리징부, 상기 디그리징부를 거쳐 공급되는 금속 기재의 표면에 묻은 오염물을 전해에 의해 발생하는 가스로 파괴하여 제거하는 일렉트롤리틱 디그리징부, 상기 일렉트롤리틱 디그리징부를 거쳐 공급되는 금속 기재의 표면을 부식시켜 유지막 및 산화막을 제거하는 에칭부, 상기 에칭부를 거쳐 공급되는 금속 기재의 표면에 니켈층을 입히는 플레이팅부, 상기 플레이팅부를 거쳐 공급되는 금속 기재의 표면에 피막을 생성시키는 논크로메이팅부, 상기 논크로메이팅부를 거쳐 공급되는 금속 기재의 표면에 물기를 고압의 공기로 제거하는 에어 나이프, 상기 에어 나이프를 거쳐 공급되는 금속 기재의 표면에 수분을 완전히 제거하는 드라이어, 상기 드라이어를 거쳐 공급되는 금속 기재를 일정 속도 및 장력으로 끌어당기는 피딩부 및 이송되는 금속 기재를 수세하는 린싱부를 포함하는 이차전지 전극단자용 표면처리 장치를 개시한다.

Description

이차전지 전극단자용 표면처리 장치{SURFACE TREATMENT APPARATUS FOR A LEAD TAB OF SECONDARY BATTERY}
본 발명은 이차전지 전극단자용 표면처리 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 파우치형 이차전지에 들어가는 금속 소재 전극단자(LEAD TAB)의 전해도금과 논크로메이트 처리를 일련화하여 생산성을 크게 향상시킬 수 있는 파우치형 리튬 폴리머 이차전지의 전극단자용 전해도금 및 표면처리 장치에 관한 것이다.
오늘날 모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 늘어남에 따라 에너지원으로서의 이차전지에 대해 수요가 급격히 증가하고 있으며, 이차전지 중에서도 높은 에너지 밀도와 작동 전위를 나타내고, 사이클 수명이 길며, 자기방전율이 낮은 리튬 이차전지가 상용화되어 널리 사용되고 있다.
최근에는 모바일 기기의 다양화 및 경박단소화 경향으로 인해 두께가 얇은 각형 전지 및 파우치형 전지에 대한 수요가 증가하고 있으며, 이 가운데 형태의 변형이 용이하고 제조비용이 저렴하며 중량이 가벼운 파우치형 전지가 각광을 받고 있다.
일반적으로 파우치형 이차전지는 양극, 음극 및 이들 사이에 배치되는 분리막(separator)으로 이루어진 전극조립체와 전해액을 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치형 전지케이스에 의해 밀봉 내장된 구조이며, 전극조립체의 양극 및 음극 각각은 하나 이상의 전극단자가 전지케이스의 외부로 노출되도록 형성된다.
특히 전극단자(TAB)는 금속 기재(AL, Cu, Ni)에 내식성 및 내마모성 확보 등을 위해 니켈도금을 하거나 폴리프로필렌(PP) 또는 폴리에틸렌(PE) 필름을 열융착한 후, 그 상하면 일부에 전지케이스와의 밀봉성을 높이는 동시에 전기적인 절연상태를 확보하기 위해 절연필름(CPP FILM)을 부착한다.
그런데 종래에는 일정기간이 지나면 사용 시와 불사용 시의 온도 차이로 인해 수축과 팽창을 반복하는 과정에서 절연필름이 전해액에 침적되고, 이렇게 되면 절연필름이 전극단자로부터 쉽게 분리되는 현상이 발생하는 문제점이 있고, 심한 경우 전해액이 누출되어 폭발하거나 화재 발생의 위험이 있다.
KR101068560 B1(2011.09.22) KR101029821 B1(2011.04.11) KR100995886 B1(2010.11.16) KR101067755 B1(2011.09.20)
이에 본 발명자는 상술한 제반 사항을 종합적으로 고려하여 기존의 이차전지 전극단자가 갖는 한계 및 문제점의 해결에 역점을 두어 전극단자의 전해도금 가공과 함께 절연필름과의 부착력을 강화하기 위한 논크로메이트 처리를 연속적으로 일련화함으로써 절연필름이 전극단자로부터 쉽게 분리되거나 전해액이 누출되는 불량을 최소화함은 물론 생산성을 크게 향상시키는 효과를 도모할 수 있는 새로운 구조의 이차전지 전극단자용 표면처리 장치를 개발하고자 각고의 노력을 기울여 부단히 연구하던 중 그 결과로써 본 발명을 창안하게 되었다.
따라서 본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제 및 목적은 전극단자의 전해도금과 논크로메이트 처리가 일련적으로 이루어질 수 있도록 하는 이차전지 전극단자용 표면처리 장치를 제공하는 데 있는 것이다.
여기서, 본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제 및 목적은 이상에서 언급한 기술적 과제 및 목적으로 국한하지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제 및 목적들은 아래의 기재로부터 당업자가 명확하게 이해할 수 있을 것이다.
상술한 바와 같은 기술적 과제의 해결과 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제1실시 양태에 따른 구체적 수단은, 가공할 금속 기재를 풀어 공급하는 언와인더(unwinder), 상기 언와인더와 일정 간격을 두고 설치되어 가공된 금속 기재를 되감는 리와인더(rewinder), 상기 언와인더에서 연속으로 공급되는 금속 기재의 표면에 묻은 오염물을 초음파로 제거하는 디그리징(degreasing)부, 상기 디그리징부를 거쳐 공급되는 금속 기재의 표면에 묻은 오염물을 전해에 의해 발생하는 가스로 파괴하여 제거하는 일렉트롤리틱 디그리징(electrolytic degreasing)부, 상기 일렉트롤리틱 디그리징부를 거쳐 공급되는 금속 기재의 표면을 부식시켜 유지막 및 산화막을 제거하는 에칭(etching)부, 상기 에칭부를 거쳐 공급되는 금속 기재의 표면에 니켈층을 입히는 플레이팅(plating)부, 상기 플레이팅부를 거쳐 공급되는 금속 기재의 표면에 피막을 생성시키는 논크로메이팅(nonchromating)부, 상기 논크로메이팅부를 거쳐 공급되는 금속 기재의 표면에 물기를 고압의 공기로 제거하는 에어 나이프(air knife), 상기 에어 나이프를 거쳐 공급되는 금속 기재의 표면에 수분을 완전히 제거하는 드라이어(dryer), 상기 드라이어를 거쳐 공급되는 금속 기재를 일정 속도 및 장력으로 끌어당기는 피딩(feeding)부 및 상기 디그리징부와 일렉트롤리틱 디그리징부의 사이, 상기 일렉트롤리틱 디그리징부와 에칭부의 사이, 상기 에칭부와 플레이팅부의 사이, 상기 플레이팅부와 논크로메이팅부의 사이에 각각 설치되어 금속 기재를 수세하는 린싱(rinsing)부를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지 전극단자용 표면처리 장치를 제시한다.
이로써 전극단자의 전해도금 가공과 논크로메이트 처리가 연속으로 이루어질 수 있어 절연필름이 전극단자로부터 쉽게 분리되거나 전해액이 누출되는 것을 방지할 뿐 아니라 이원화된 가공공정에 비해 불량률을 낮추고 생산성을 크게 향상시킬 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시 양태로, 상기 디그리징부와 일렉트롤리틱 디그리징부의 사이, 상기 일렉트롤리틱 디그리징부와 에칭부의 사이, 상기 에칭부와 플레이팅부의 사이, 상기 플레이팅부와 논크로메이팅부의 사이에 스퀴저(squeezer)를 각각 더 설치함으로써 그 각각의 처리액이 드랙 인(drag in) 및 드랙 아웃(drag in)되는 것을 효과적으로 방지할 수 있다.
본 발명의 다른 바람직한 실시 양태로, 상기 에칭부와 상기 플레이팅부 사이에 니켈을 전착시키는 스트라이크 플레이팅(strike plating)부를 더 설치함으로써 상기 에칭부를 거쳐 공급되는 금속 기재의 표면에 도금 밀착성을 높일 수 있다.
상기와 같은 기술적 과제의 해결과 목적을 달성하기 위한 수단 및 구성을 갖춘 본 발명의 실시 양태는, 전극단자의 전해도금 가공과 함께 절연필름과의 부착력을 강화하기 위한 논크로메이트 처리가 하나의 라인에서 연속적으로 이루어지도록 일련화함으로써 생산공정 및 수작업을 줄여 전극단자의 불량률을 최소화하고 작업효율성 및 생산성을 크게 향상시킬 수 있다.
여기서, 본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 국한하지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자가 명확하게 이해할 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 제1실시 예에 따른 이차전지 전극단자용 표면처리 장치(vertical type)를 개략적으로 나타낸 평면 구성도이다.
도 2는 본 발명의 제1실시 예에 따른 이차전지 전극단자용 표면처리 장치 중 스퀴저를 나타낸 평단면도이다.
도 3은 본 발명의 제1실시 예에 따른 이차전지 전극단자용 표면처리 장치 중 스퀴저를 나타낸 정면도이다.
도 4는 본 발명의 제1실시 예에 따른 이차전지 전극단자용 표면처리 장치 중 스퀴저의 일부를 나타낸 사시도이다.
도 5는 본 발명의 제2실시 예에 따른 이차전지 전극단자용 표면처리 장치 중 일부를 개략적으로 나타낸 평면 구성도이다.
도 6은 본 발명의 제3실시 예에 따른 이차전지 전극단자용 표면처리 장치(horizontal type)를 개략적으로 나타낸 측면 구성도이다.
이하, 본 발명에 따른 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 보다 구체적으로 설명한다.
이에 앞서, 후술하는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 것으로서, 이는 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 개념과 당해 기술분야에서 통용 또는 통상적으로 인식되는 의미로 해석하여야 함을 명시한다.
또한, 본 발명과 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
여기서, 첨부된 도면들은 기술의 구성 및 작용에 대한 설명과 이해의 편의 및 명확성을 위해 일부분을 과장하거나 간략화하여 도시한 것으로, 각 구성요소가 실제의 크기와 정확하게 일치하는 것은 아님을 밝힌다.
아울러 어떤 부분이 어떤 구성요소를 포함한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
또한, "부" 및 "유닛"의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위 또는 모듈 형태로 구현될 수 있음을 의미한다.
<제1실시 예>
도 1에 도시된 바와 같이 본 발명의 제1실시 예에 따른 이차전지 전극단자용 표면처리 장치는 크게 언와인더(10), 리와인더(20), 디그리징부(30), 일렉트롤리틱 디그리징부(40), 에칭부(50), 플레이팅부(60), 논크로메이팅부(70), 에어 나이프(80), 드라이어(90), 피딩부(100), 린싱부(110) 및 스퀴저(120)를 포함하여 구성된다.
언와인더(10)는 가공하기 위해 롤에 두루마리 형태로 감겨 있는 상태의 금속 기재(M)를 일정한 장력으로 풀어서 공급한다.
여기서, 언와인더(10)는 작업의 효율성을 높이기 위해 병렬 또는 일렬로 2개 이상을 설치할 수도 있다.
또한, 금속 기재(M)는 구리(Cu)나 구리합금 포일(foil) 형태로 이루어지고, 그 폭 방향이 상하 수직방향으로 세워진 채(vertical type)로 이송되도록 배치된다.
리와인더(20)는 가공된 금속 기재(M)를 롤에 두루마리 형태로 되감기 위해 언와인더(10)와 일정 간격을 두고 일렬로 나란히 설치되어 있다.
여기서, 리와인더(20)는 언와인더(10)에 대응되도록 병렬 또는 일렬로 2개 이상을 설치할 수도 있다.
또한, 언와인더(10)와 리와인더(20) 사이의 금속 기재(M)가 이동하는 이송 경로 상에는 금속 기재(M)의 원활하고 안정적인 이동을 안내하는 다수 개의 가이드 롤러(도시하지 않음)가 적절히 구비될 수 있다.
그리고 언와인더(10)와 리와인더(20)는 각각 제어부(도시하지 않음)에 연결된 서브 모터(도시하지 않음) 및 로드셀(도시하지 않음)을 포함하며, 그 서브 모터의 작동으로 롤이 회전하면서 금속 기재(M)를 연속으로 풀거나 감을 수 있다.
여기서, 로드셀은 언와인더(10)에 의해 공급되는 금속 기재의 변위량을 측정하여 제어부로 보내며, 제어부는 필드 프로그램 게이트 어레이(Field Programmable Gate Array)에 의해 서브 모터가 작동할 수 있도록 제어하여 롤의 회전속도 등을 조절한다.
또한, 리와인더(20)는 별도의 장력 검출 롤러에 의해 금속 기재(M)의 이송 장력을 검출하여 일정한 장력을 유지하면서 금속 기재(M)를 감을 수 있고, 아울러 금속 기재(M)가 일정한 높이로 반듯하고 일정하게 감길 수 있도록 EPC장치를 설치할 수도 있다.
이러한 언와인더(10)와 리와인더(20)의 회전에 따른 금속 기재(M)의 이송 속도는 0.5~15m/min로 구현될 수 있다.
디그리징부(30)는 언와이더(10)에서 리와인더(20)를 향해 연속으로 공급되는 금속 기재(M)의 표면에 묻은 각종 오염물을 초음파로 제거하기 위해 언와인더(10)와 일렬로 나란히 연결 설치되어 있다.
여기서, 디그리징부(30)는 금속 기재가 탈지액 중에 침지된 채로 일정 속도로 이동하면서 탈지액 속에 투입된 초음파 진동자가 초당 20000번 이상의 진동을 가하여 금속 기재와 액 사이에 진동으로 인한 금속 기재(M)의 표면에 많은 기포를 발생시킴으로써 그 금속 기재에 부착되어 있는 유분이나 이물질 등의 오염물을 공동현상(cavitation)으로 제거할 수 있다.
일렉트롤리틱 디그리징부(40)는 디그리징부(30)를 거쳐 공급되는 금속 기재(M)의 표면에 묻은 각종 오염물을 전해에 의해 발생하는 가스로 파괴하여 제거하기 위해 디그리징부(30)와 일렬로 나란히 연결 설치되어 있다.
여기서, 일렉트롤리틱 디그리징부(40)는 금속 기재(M)가 전해액에 침지된 채로 일정 속도로 이동하도록 구비될 수 있고, 알칼리 타입의 탈지액으로 금속 기재(M)에 음극을 인가하고, 전해탈지조 좌우에 STS 또는 Ti 재질의 양극판을 설치하여 양극을 인가하는 음극전해탈지가 이루어지도록 구비될 수 있다.
또한, 전류의 인가는 전해탈지조의 전후단에 통전롤을 각각 2개 이상 설치하여 금속 기재(M)가 통전롤을 거쳐 지나갈 수 있도록 하고, 금속 기재(M)에 수소취성이 발생하는 것을 방지하기 위해 전류의 인가는 5A/d㎡ 이상을 넘지 않도록 제어하는 것이 바람직하다.
에칭부(50)는 일렉트롤리틱 디그리징부(40)를 거쳐 공급되는 금속 기재(M)의 표면을 부식시켜 유지막 및 산화막을 제거하기 위해 일렉트롤리틱 디그리징부(40)와 일렬로 나란히 연결 설치되어 있다.
여기서, 에칭부(50)는 금속 기재(M)가 산성용액에 침지된 채로 일정 속도로 이동하도록 구비될 수 있다.
플레이팅부(60)는 에칭부(50)를 거쳐 공급되는 금속 기재(M)의 표면에 니켈층을 입히기 위해 에칭부(50)와 나란히 설치되어 있다.
여기서, 플레이팅부(60)는 금속 기재(M)가 전기도금욕(썰파민산 니켈욕)에 침지된 채로 일정 속도로 이동하도록 구비될 수 있다.
그리고 플레이팅부(60)는 도금 특성 및 생산효율성 향상 등을 고려하여 금속 기재(M)의 폭에 따라 2개 이상을 복수 개로 나란히 설치할 수도 있다. 아울러 전류의 인가는 각 플레이팅조 전후단에 각각 2개 이상의 통전롤을 설치하여 접촉 면적을 크게하는 것이 바람직하다.
또한, 플레이팅조 내부의 금속 기재(M)와 동일할 길이로 금속 기재(M)의 상부 및 하부에 각각 좌우 2개의 쉴드(SHIELD) 판을 설치할 수 있다. 이때, 금속 기재(M)와 쉴드 판 사이의 간격은 0.5~1.0㎝ 이내가 적당하며, 금속 기재(M)와 쉴드 판이 중첩되는 폭은 통상적으로 0.5~2.0㎝ 이내가 되도록 설치하는 것이 바람직하다. 금속 기재(M)의 양끝부분에 쉴드 판을 설치하는 이유는 전해도금의 경우 금속 기재(M)의 폭(WIDTH) 기준으로 봤을 때 금속 기재(M)의 중앙부에서 양끝부분으로 갈수록 도금 두께가 증가하여 금속 기재(M)의 중앙부와 양끝부분의 도금 두께에 편차가 발생하는 것을 최소화하기 위함이다.
논크로메이팅부(70)는 플레이팅부(60)를 거쳐 공급되는 금속 기재(M)의 표면에 피막을 생성시키기 위해 플레이팅부(60)와 일렬로 나란히 연결 설치되어 있다.
여기서, 논크로메이팅부(70)는 금속 기재(M)가 불화물이 소량 함유되어 있는 약산성액을 주성분으로 하는 용액 중에 침지된 채로 일정 속도로 이동하면서 표면에 얇은 피막층을 생성하도록 구비될 수 있다.
또한, 논크로메이팅부(70)는 금속 기재(M)의 폭에 따라 2개 이상을 복수 개로 나란히 연결 설치할 수도 있다.
이러한 논크로메이팅부(70)에 의해 금속 기재(M)와 절연필름의 밀착성 및 부착력이 향상되고, 내식성 향상 등의 효과를 얻을 수 있다.
에어 나이프(80)는 논크로메이팅부(70)를 거쳐 공급되는 금속 기재의 표면에 물기를 고압의 공기로 제거하기 위해 논크로메이팅부(70)와 일렬로 나란히 연결 설치되어 있다.
즉, 에어 나이프(80)는 논크로메이팅부(70)에서 나와 화살표 방향으로 이송되는 금속 기재(M)의 표면에 공기를 분사하여 금속 기재(M)의 표면에 묻은 수분을 제거하기 때문에 금속 기재(M)가 드라이어(90)로 들어가기 전에 수분함량을 최소화된 상태를 이루어 이송 속도를 높여 생산성을 향상시킬 수 있다.
여기서, 에어 나이프(80)로는 유효 폭이 910㎜, 압력이 2.8kg/㎠, 유속이 36㎜/sec, 공기 소비량이 144ℓ/min인 것을 채용할 수 있다.
드라이어(90)는 에어 나이프(80)를 거쳐 공급되는 금속 기재(M)의 표면에 묻은 수분을 완전히 제거하기 위해 에어 나이프(80)와 일렬로 나란히 설치되어 있다.
피딩부(100)는 드라이어(90)를 거쳐 공급되는 금속 기재(M)를 일정 속도 및 장력으로 끌어당기기 위해 드라이어(90)와 일렬로 나란히 설치되어 있다.
즉, 금속 기재(M)는 언와인더(10)에 풀리어 화살표 방향으로 이송되어 드라이어(90)를 거친 후, 피딩부(100)에서 장력이 조절되고, 최종적으로 리와인더(20)에 일정한 장력으로 감기게 된다.
여기서, 금속 기재(M)의 이송 장력은 10N/m~320N/m인 것이 바람직하다. 장력이 실질적으로 10N/m 미만이면 금속 기재(M)가 떨리는 현상이 일어나 이송 경로 제어가 어렵다. 장력이 320N/m 초과하면 금속 기재(M)에 형성되는 도금층의 금속이 변형되어 컬(curl)이 발생할 수 있다.
또한, 피딩부(100)는 피딩 롤러와, 장력 검출 롤러에 의해 이송 장력이 검출되고, 장력이 일정하게 유지되도록 검출된 장력에 따라 피딩 롤러의 회전속도를 피드백 제어 방법에 의해 조절함으로써 금속 기재(M)의 이송 속도가 증가 또는 감소되고 이송 장력이 제어될 수도 있고, 또는 스피드 콘트롤러에 의해 금속 기재(M)의 이송속도를 증가 또는 감소시킬 수 있으며, 아울러 언와이더(10)와 피딩 롤러 사이의 장력은 언와인더(10)의 샤프트에 연결된 파우더 브레이크 및 언와인더(10)에 설치된 텐션 컨트롤러에 의해 조절할 수 있다.
한편, 디그리징부(30), 일렉트롤리틱 디그리징부(40), 에칭부(50), 플레이팅부(60), 논크로메이팅부(70) 등은 각각 이중 격실 구조의 용액을 담는 용기(C) 즉 조로 이루어져 그 각각의 바깥쪽 용기 즉, 외벽을 이루는 용기의 양쪽에는 금속 기재(M)가 세워진 채로 통과하도록 슬롯(S)이 각각 형성되어 있고, 안쪽의 용액을 담는 수조 형태의 용기에는 금속 기재(M)가 세워진 채로 원활하게 통과하도록 하면서 용기(C) 내에 담긴 처리액이 외부로 유출되는 것을 차단하는 좌우 한 쌍의 롤러(R)가 각각 구비되어 있다.
린싱부(110)는 금속 기재(M)를 수세하여 불순물을 제거하기 위해 디그리징부(30)와 일렉트롤리틱 디그리징부(40)의 사이, 일렉트롤리틱 디그리징부(40)와 에칭부(50)의 사이, 에칭부(50)와 플레이팅부(60)의 사이, 플레이팅부(60)와 논크로메이팅부(70)의 사이에 각각 일렬로 나란히 연결 설치되어 있다.
스퀴저(120)는 금속 기재(M)의 표면에 묻은 도금액, 전해액, 수세액 등의 처리액이 드랙 인(drag in) 및 드랙 아웃(drag in)되는 것을 방지하기 위해 금속 기재(M)의 표면과 탄성에 의해 탄력적으로 접촉되도록 디그리징부(30)와 일렉트롤리틱 디그리징부(40)의 사이, 일렉트롤리틱 디그리징부(40)와 에칭부(50)의 사이, 에칭부(50)와 플레이팅부(60)의 사이, 플레이팅부(60)와 논크로메이팅부(70)의 사이에 각각 설치되어 있다.
여기서, 스퀴저(120)는 도 2 내지 4에 도시된 바와 같이 좌우 한 쌍이 용기(C) 각각의 슬롯(S)을 사이에 두고 서로 대칭적으로 설치되어 있다.
즉, 스퀴저(120)는 금속 기재(M)의 이송 방향과 마주하는 용기(C) 즉, 용액을 담는 수조의 외벽에 고정되며, 상부에 전방으로 개구된 형태의 장착홈(122)을 갖는 상부마운트(121a)와 하부에 상하로 뚫린 삽입구멍(123)을 갖는 하부마운트(121b)가 형성된 측면에서 볼 때 마치 'ㄷ'자 형으로 이루어진 한 쌍의 브래킷(121)과, 상기 브래킷의 장착홈(122)에 회전축(124a)의 상단이 끼워지고, 상기 삽입구멍(123)에 회전축(124a)의 하단이 끼워지고, 상기 회전축의 일측에 고정판(124b)이 형성된 한 쌍의 홀더(124)와, 상기 홀더의 고정판(124b)과 대응되는 형상으로 형성되어 상기 고정판(124b)과 일정 간격을 두고 상기 홀더(124)에 고정되며, 상하로 일정 길이와 좌우로 일정 폭을 가지는 플레이트 형상으로 이루어지고, 그 상하로 일정 간격을 두고 나사구멍(125a)이 형성된 한 쌍의 클램프판(125)과, 상기 홀더의 고정판(124b)과 상기 클램프판(125) 사이에 끼워져 고정되며, 외력에 탄성에 의해 탄력적으로 변형되는 한 쌍의 블레이드(126)와, 상기 클램프판의 나사구멍(125a)과 나사결합으로 조임 시 상기 블레이드(126)가 상기 고정판(124b)과 상기 클램프판(125) 사이에 끼워져 고정된 상태를 유지시키는 다수 개의 볼트(127) 및 상기 브래킷의 상부마운트(121a) 상측에서 상기 홀더의 회전축(124a)과 나사결합되고, 조임 시 상기 상부마운트(121a)와 면접촉에 따른 마찰력으로 상기 홀더(124)가 상기 브래킷(121)에 대하여 고정된 상태를 유지시키는 한 쌍의 손잡이너트(128)를 포함한다.
여기서, 블레이드(126)로는 폴리에틸렌(PE), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 등의 탄성을 갖는 재질로 0.1~0.3cm 정도의 두께를 가지도록 형성하는 것이 바람직하나, 이에 국한하지 않으며 내약품성, 내부식성, 내변형성, 가공용이성 및 탄성이 우수하고 복원력이 뛰어난 재질이면 적절히 채용할 수 있다.
이러한 스퀴저(120)는 이송되는 금속 기재(M)에 긴밀하게 밀착된 상태를 탄력적으로 유지하여 이물질의 제거가 효과적일 뿐만 아니라 구조가 간단하여 손잡이너트(128)를 풀고 조이는 조작으로 용기(C)에 탈부착할 수 있고, 아울러 볼트(127)를 풀고 조이는 간단한 조작만으로 블레이드(126)를 신속하고 용이하게 교체할 수 있다.
즉, 홀더(124)를 용기(C)에 볼팅 등의 방법으로 고정된 브래킷(121)에서 분리할 때에는 손잡이너트(128)를 풀고 홀더의 상단부 회전축(124a)을 상부마운트(121a)의 장착홈(122)에서 빼낸 상태에서 하단부 회전축(124a)을 하부마운트(121b)의 삽입구멍(123)에서 빼냄으로써 간편하게 분리할 수 있고, 이와 역순으로 조작함으로써 홀더(124)를 브래킷(121)에 간편하게 장착할 수 있다.
또한, 손잡이너트(128)를 풀고 조이는 조작으로 블레이드(126)가 금속 기재(M)에 밀착되는 정도, 즉 금속 기재(M)에 대한 설치각도를 간편하게 조절할 수 있어 금속 기재(M)에 가해지는 힘을 균일하게 유지할 수 있다. 아울러 블레이드(126)의 평탄도 및 진직도 변화를 최소화하여 이물질의 제거 효율을 향상시킬 수 있다.
한편, 언와인더(20)와 디그리징부(30) 사이에는 연속 작업에 따른 작업의 효율성을 높이기 위해 금속 기재(M) 저장장치(accumulater)를 설치할 수도 있다.
이와 같이 구성된 본 발명의 제1실시 예에 따른 이차전지 전극단자용 표면처리 장치는 구리 소재인 금속 기재(M)의 전해도금 가공과 논크로메이트 처리가 하나의 라인에서 연속적으로 이루어짐으로써 생산공정 및 수작업을 대폭 줄여 전극단자의 불량률을 최소화할 뿐만 아니라 작업효율성 및 생산성을 제고할 수 있다.
또한, 스퀴저(120)가 용액을 담는 용기(C)의 출입구(S)를 사이에 두고 상하로 세워진 상태 즉, 금속 기재(M)의 폭 방향이 상하방향으로 세워진 채(vertical type)로 이송되도록 금속 기재(M)의 양쪽 면에 서로 대칭적으로 설치됨으로써 금속 기재(M)의 표면에 묻은 각종 이물질을 효과적으로 제거함은 물론 용기(C)에서 소모품인 블레이드(126) 부분의 분리가 용이하여 교체나 유지보수가 간편하게 이루어질 수 있다.
<제2실시 예>
도 5에 도시된 바와 같이 에칭부(50)와 플레이팅부(60) 사이에는 에칭부(50)를 거쳐 공급되는 금속 기재(M)의 표면에 도금 밀착성을 높이기 위해 니켈을 전착시키는 스트라이크 플레이팅부(130)가 구비될 수 있다.
여기서, 본 발명의 제2실시 예와 관련한 구성요소 중 상술한 제1실시 예와 동일 또는 유사한 작용효과를 갖는 구성요소는 그와 동일한 참조부호를 사용하며, 그에 대한 반복적이고 구체적인 설명은 생략한다.
이와 같이 구성된 본 발명의 제2실시 예에 따른 이차전지 전극단자용 표면처리 장치는 전극단자의 전해도금 가공 시 도금 밀착성을 높일 수 있다.
<제3실시 예>
도 6에 도시된 바와 같이 본 발명의 제1실시 예에 따른 이차전지 전극단자용 표면처리 장치는 크게 언와인더(210), 리와인더(220), 디그리징부(230), 에칭부(240), 일렉트롤리틱 클리닝부(250), 논크로메이팅부(260), 에어 나이프(270), 드라이어(280), 피딩부(290) 및 린싱부(300)를 포함하여 구성된다.
언와인더(210)는 가공하기 위해 롤에 두루마리 형태로 감겨 있는 상태의 금속 기재(M)를 일정한 장력으로 풀어서 공급한다.
여기서, 금속 기재(M)는 알루미늄(AL)이나 알루미늄합금 포일(foil) 형태로 이루어질 수 있고, 그 폭 방향이 좌우 수평방향으로 누운 채(horizontal type)로 이송되도록 배치된다.
리와인더(220)는 가공된 금속 기재(M)를 롤에 두루마리 형태로 되감기 위해 언와인더(10)와 일정 간격을 두고 설치되어 있다.
여기서, 언와인더(210)와 리와인더(220) 사이의 금속 기재(M)가 이동하는 이송 경로 상에는 금속 기재(M)의 원활하고 안정적인 이동을 안내하는 다수 개의 가이드 롤러(도시하지 않음)가 적절히 구비될 수 있다.
그리고 언와인더(210)와 리와인더(220)는 각각 제어부(도시하지 않음)에 연결된 서브 모터(도시하지 않음) 및 로드셀(도시하지 않음)을 포함하며, 그 서브 모터의 작동으로 롤이 회전하면서 금속 기재를 연속으로 풀거나 감을 수 있다.
또한, 로드셀은 언와인더(210)에 의해 공급되는 금속 기재의 변위량을 측정하여 제어부로 보내며, 제어부는 필드 프로그램 게이트 어레이(Field Programmable Gate Array:FPGA)에 의해 서브 모터가 작동할 수 있도록 제어하여 롤의 회전속도 등을 조절한다. 이러한 언와인더(10)와 리와인더(20)의 회전에 따른 금속 기재(M)의 이송 속도는 0.5~15m/min로 구현될 수 있다.
디그리징부(230)는 언와이더(210)에서 리와인더(220)를 향해 연속으로 공급되는 금속 기재(M)의 표면에 묻은 각종 오염물을 초음파로 제거하기 위해 언와인더(210)와 나란히 설치되어 있다.
여기서, 디그리징부(230)는 금속 기재가 탈지액 중에 침지된 채로 일정 속도로 이동하면서 탈지액 속에 투입된 초음파 진동자가 초당 20000번 이상의 진동을 가하여 금속 기재와 액 사이에 진동으로 인한 금속 기재(M)의 표면에 많은 기포를 발생시킴으로써 그 금속 기재에 부착되어 있는 유분이나 이물질 등의 오염물을 공동현상(cavitation)으로 제거할 수 있다.
에칭부(240)는 디그리징부(230)를 거쳐 공급되는 금속 기재(M)의 표면을 부식시켜 유지막 및 산화막을 제거하기 위해 디그리징부(230)와 나란히 설치되어 있다.
여기서, 에칭부(240)는 금속 기재(M)가 산성용액에 침지된 채로 일정 속도로 이동하도록 구비될 수 있다.
일렉트롤리틱 클리닝부(250)는 에칭부(240)를 거쳐 공급되는 금속 기재(M)의 표면에 형성된 스머트(smut)를 제거하기 위해 에칭부(240)와 나란히 설치되어 있다.
즉, 에칭부(240)에서 에칭 후 수세를 하면 알루미늄 금속 기재(M)의 표면에 여러 가지 색의 스머트가 끼고, 이는 피막이 진행되기 전에 제거해야 한다.
여기서, 일렉트롤리틱 클리닝부(250)는 금속 기재(M)가 질산과 물을 1:1의 비율로 섞은 용액에 침지된 채로 일정 속도로 이동하도록 구비될 수 있다.
논크로메이팅부(260)는 일렉트롤리틱 클리닝부(250)를 거쳐 공급되는 금속 기재(M)의 표면에 피막을 생성시키기 위해 일렉트롤리틱 클리닝부(250)와 나란히 설치되어 있다.
여기서, 논크로메이팅부(260)는 금속 기재(M)가 크롬산 또는 중크롬산염을 주성분으로 하는 용액 중에 침지된 채로 일정 속도로 이동하면서 표면에 방청 피막을 생성하도록 구비될 수 있다.
또한, 논크로메이팅부(260)는 금속 기재(M)의 폭에 따라 2개 이상을 복수 개로 나란히 설치할 수도 있다.
이러한 논크로메이팅부(260)에 의해 금속 기재(M)와 절연필름의 밀착성 및 부착력이 향상되고, 내식성 향상 등의 효과를 얻을 수 있다.
에어 나이프(270)는 논크로메이팅부(260)를 거쳐 공급되는 금속 기재의 표면에 물기를 고압의 공기로 제거하기 위해 논크로메이팅부(260)와 나란히 설치되어 있다.
즉, 에어 나이프(270)는 논크로메이팅부(260)에서 나와 화살표 방향으로 이송되는 금속 기재(M)의 표면에 공기를 분사하여 금속 기재(M)의 표면에 묻은 수분을 제거하기 때문에 금속 기재(M)가 드라이어(280)로 들어가기 전에 수분함량을 최소화된 상태를 이루어 이송 속도를 높여 생산성을 향상시킬 수 있다.
여기서, 에어 나이프(270)로는 유효 폭이 910㎜, 압력이 2.8kg/㎠, 유속이 36㎜/sec, 공기 소비량이 144ℓ/min인 것을 채용할 수 있다.
드라이어(280)는 에어 나이프(270)를 거쳐 공급되는 금속 기재(M)의 표면에 묻은 수분을 완전히 제거하기 위해 에어 나이프(270)와 나란히 설치되어 있다.
피딩부(290)는 드라이어(280)를 거쳐 공급되는 금속 기재(M)를 일정 속도 및 장력으로 끌어당기기 위해 드라이어(280)와 나란히 설치되어 있다.
즉, 금속 기재(M)는 언와인더(210)에 풀리어 화살표 방향으로 이송되어 드라이어(280)를 거친 후, 피딩부(290)에서 장력이 조절되고, 최종적으로 리와인더(220)에 감기게 된다.
여기서, 금속 기재(M)의 이송 장력은 10N/m~320N/m인 것이 바람직하다. 장력이 실질적으로 10N/m 미만이면 금속 기재(M)가 떨리는 현상이 일어나 이송 경로 제어가 어렵다. 장력이 320N/m 초과하면 금속 기재(M)에 형성되는 도금층의 금속이 변형되어 컬(curl)이 발생할 수 있다.
또한, 피딩부(290)는 피딩 롤러와, 장력 검출 롤러에 의해 이송 장력이 검출되고, 장력이 일정하게 유지되도록 검출된 장력에 따라 피딩 롤러의 회전속도를 피드백 제어 방법에 의해 조절함으로써 금속 기재(M)의 이송 속도가 증가 또는 감소되고 이송 장력이 제어될 수 있다.
린싱부(300)는 금속 기재(M)를 수세하여 불순물을 제거하기 위해 디그리징부(230)와 에칭부(240)의 사이, 에칭부(240)와 일렉트롤리틱 클리닝부(250)의 사이, 일렉트롤리틱 클리닝부(250)와 논크로메이팅부(260)의 사이, 논크로메이팅부(260)와 에어 나이프(270)의 사이에 각각 설치되어 있다.
한편, 디그리징부(230)와 에칭부(240)의 사이, 에칭부(240)와 일렉트롤리틱 클리닝부(250)의 사이, 일렉트롤리틱 클리닝부(250)와 논크로메이팅부(260)의 사이에는 금속 기재(M)의 표면에 묻은 도금액, 전해액, 수세액 등의 처리액이 드랙 인(drag in) 및 드랙 아웃(drag in)되는 것을 방지하기 위해 금속 기재(M)의 표면과 탄성에 의해 탄력적으로 접촉되는 스퀴저(미부호)가 각각 설치될 수 있다.
이와 같이 구성된 본 발명의 제3실시 예에 따른 이차전지 전극단자용 표면처리 장치는 알루미늄 소재인 금속 기재(M)의 전해도금 가공과 논크로메이트 처리가 하나의 라인에서 연속적으로 이루어짐으로써 생산공정 및 수작업을 대폭 줄여 전극단자의 불량률을 최소화할 뿐만 아니라 작업효율성 및 생산성을 제고할 수 있다.
한편, 본 발명은 상술한 실시 예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 안에서 예시되지 않은 여러 가지 변형과 응용이 가능함은 물론 구성요소의 치환 및 균등한 타 실시 예로 변경하여 폭넓게 적용할 수도 있음은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 명백하다.
예를 들어, 상술한 제1 및 제2실시 예는 포일(foil) 형태의 금속 기재(M)가 상하 수직방향으로 세워진 채로 이송되는 이른바 버티컬 타입(vertical type)으로 예시 및 설명하였으나, 이에 국한하지 않고 금속 기재(M)가 좌우 수평방향으로 누운 채로 이송되는 이른바 호리젠탈 타입(horizontal type)으로 구현될 수도 있다.
아울러 제3실시 예는 포일(foil) 형태의 금속 기재(M)가 좌우 수평방향으로 누운 채로 이송되는 이른바 호리젠탈 타입(horizontal type)으로 예시 및 설명하였으나, 이에 국한하지 않고 금속 기재(M)가 상하 수직방향으로 세워진 채로 이송되는 이른바 버티컬 타입(vertical type)으로 구현될 수도 있다.
그러므로 본 발명의 특징에 대한 변형과 응용에 관계된 내용은 본 발명의 기술사상 및 범위 내에 포함되는 것으로 해석하여야 할 것이다.
10: 언와인더 20: 리와인더
30: 디그리징부 40: 일렉트롤리틱 디그리징부
50: 에칭부 60: 플레이팅부
70: 논크로메이팅부 80: 에어 나이프
90: 드라이어 100: 피딩부
110: 린싱부 120: 스퀴저
130: 스트라이크 플레이팅부

Claims (5)

  1. 가공할 금속 기재를 풀어 공급하는 언와인더(unwinder);
    상기 언와인더와 일정 간격을 두고 설치되어 가공된 금속 기재를 되감는 리와인더(rewinder);
    상기 언와인더에서 연속으로 공급되는 금속 기재의 표면에 묻은 오염물을 초음파로 제거하는 디그리징(degreasing)부;
    상기 디그리징부를 거쳐 공급되는 금속 기재의 표면에 묻은 오염물을 전해에 의해 발생하는 가스로 파괴하여 제거하는 일렉트롤리틱 디그리징(electrolytic degreasing)부;
    상기 일렉트롤리틱 디그리징부를 거쳐 공급되는 금속 기재의 표면을 부식시켜 유지막 및 산화막을 제거하는 에칭(etching)부;
    상기 에칭부를 거쳐 공급되는 금속 기재의 표면에 니켈층을 입히는 플레이팅(plating)부;
    상기 플레이팅부를 거쳐 공급되는 금속 기재의 표면에 피막을 생성시키는 논크로메이팅(nonchromating)부;
    상기 논크로메이팅부를 거쳐 공급되는 금속 기재의 표면에 물기를 고압의 공기로 제거하는 에어 나이프(air knife);
    상기 에어 나이프를 거쳐 공급되는 금속 기재의 표면에 수분을 완전히 제거하는 드라이어(dryer);
    상기 드라이어를 거쳐 공급되는 금속 기재를 일정 속도 및 장력으로 끌어당기는 피딩(feeding)부;
    상기 디그리징부와 일렉트롤리틱 디그리징부의 사이, 상기 일렉트롤리틱 디그리징부와 에칭부의 사이, 상기 에칭부와 플레이팅부의 사이, 상기 플레이팅부와 논크로메이팅부의 사이에 각각 설치되어 금속 기재를 수세하는 린싱(rinsing)부; 및
    상기 에칭부와 상기 플레이팅부 사이에 상기 에칭부를 거쳐 공급되는 금속 기재의 표면에 도금 밀착성을 높이기 위해 니켈을 전착시키는 스트라이크 플레이팅(strike plating)부;
    를 포함하는 이차전지 전극단자용 표면처리 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 디그리징부와 일렉트롤리틱 디그리징부의 사이, 상기 일렉트롤리틱 디그리징부와 에칭부의 사이, 상기 에칭부와 플레이팅부의 사이, 상기 플레이팅부와 논크로메이팅부의 사이에 각각 설치되어, 그 각각의 처리액이 드랙 인(drag in) 및 드랙 아웃(drag in)되는 것을 방지하는 스퀴저(squeezer);
    를 더 포함하는 이차전지 전극단자용 표면처리 장치.
  3. 삭제
  4. 가공할 금속 기재를 풀어 공급하는 언와인더(unwinder);
    상기 언와인더와 일정 간격을 두고 설치되어 가공된 금속 기재를 되감는 리와인더(rewinder);
    상기 언와인더에서 연속으로 공급되는 금속 기재의 표면에 묻은 오염물을 초음파로 제거하는 디그리징(degreasing)부;
    상기 디그리징부를 거쳐 공급되는 금속 기재의 표면을 부식시켜 유지막 및 산화막을 제거하는 에칭(etching)부;
    상기 에칭부를 거쳐 공급되는 금속 기재의 표면에 형성된 스머트(smut)를 제거하는 일렉트롤리틱 클리닝(electrolytic cleaning)부;
    상기 일렉트롤리틱 클리닝부를 거쳐 공급되는 금속 기재의 표면에 피막을 생성시키는 논크로메이팅(nonchromating)부;
    상기 논크로메이팅부를 거쳐 공급되는 금속 기재의 표면에 물기를 고압의 공기로 제거하는 에어 나이프(air knife);
    상기 에어 나이프를 거쳐 공급되는 금속 기재의 표면에 수분을 완전히 제거하는 드라이어(dryer);
    상기 드라이어를 거쳐 공급되는 금속 기재를 일정 속도 및 장력으로 끌어당기는 피딩(feeding)부;
    상기 디그리징부와 에칭부의 사이, 상기 에칭부와 일렉트롤리틱 클리닝부의 사이, 상기 일렉트롤리틱 클리닝부와 논크로메이팅부의 사이에 각각 설치되어 금속 기재를 수세하는 린싱(rinsing)부; 및
    상기 디그리징부와 에칭부의 사이, 상기 에칭부와 일렉트롤리틱 클리닝부의 사이, 상기 일렉트롤리틱 클리닝부와 논크로메이팅부의 사이에 각각 설치되어, 그 각각의 처리액이 드랙 인(drag in) 및 드랙 아웃(drag in)되는 것을 방지하는 스퀴저(squeezer);
    를 포함하는 이차전지 전극단자용 표면처리 장치.
  5. 삭제
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