KR101666371B1 - 가열기를 포함하는 전극 압연 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 전지 생산 공정에서 피딩 롤에 감겨있던 전극을 풀어서 압연하는 공정을 수행한 후 와인딩 롤에 권취하는 전극 압연 장치로서, 상기 전극을 안내하는 가이드 롤, 상기 가이드 롤로부터 제공된 전극을 가열하는 가열기, 상기 가열된 전극을 압연하는 압연 롤들, 및 상기 가이드 롤 및 압연 롤들과 연동하여 전극을 권취하는 리와인더를 포함하는 것을 특징으로 하는 전극 압연 장치를 제공한다.

Description

가열기를 포함하는 전극 압연 장치 {Electrode Rolling Device Having Heater}
본 발명은 가열기를 포함하는 전극 압연 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 전지 생산 공정에서 피딩 롤에 감겨있던 전극을 풀어서 압연하는 공정을 수행한 후 와인딩 롤에 권취하는 전극 압연 장치로서, 상기 전극을 안내하는 가이드 롤, 상기 가이드 롤로부터 제공된 전극을 가열하는 가열기, 상기 가열된 전극을 압연하는 압연 롤들, 및 상기 가이드 롤 및 압연 롤들과 연동하여 전극을 권취하는 리와인더를 포함하는 것을 특징으로 하는 전극 압연 장치에 관한 것이다.
모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서의 이차전지의 수요가 급격히 증가하고 있고, 그러한 이차전지 중 높은 에너지 밀도와 방전 전압의 리튬 이차전지에 대해 많은 연구가 행해졌고 또한 상용화되어 널리 사용되고 있다.
이차전지는 전지케이스의 형상에 따라, 전극조립체가 원통형 또는 각형의 금속 캔에 내장되어 있는 원통형 전지 및 각형 전지와, 전극조립체가 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치형 케이스에 내장되어 있는 파우치형 전지로 분류된다.
또한, 전지케이스에 내장되는 상기 전극조립체는 양극/분리막/음극의 적층 구조로 이루어진 충방전이 가능한 발전소자로서, 활물질이 도포된 긴 시트형의 양극과 음극 사이에 분리막을 개재하여 권취한 젤리-롤형과, 소정 크기의 다수의 양극과 음극을 분리막에 개재된 상태에서 순차적으로 적층한 스택형, 및 스택형의 단위셀들을 긴 길이의 분리필름으로 권취한 스택/폴딩형으로 대략 분류된다.
한편, 이차전지는, 전지 생산 공정에서, 에너지 밀도를 높여 전지의 용량을 최대화 시키기 위해, 전극을 압연하여 전극의 두께를 축소시키는 공정을 수행한다.
종래에는, 상온에서 압연 롤의 압연 하중으로만 전극을 압연하는 냉간 압연 방식의 공정이 사용되어 왔다. 그러나, 냉간 압연 방식의 공정은 소망하는 두께의 전극을 제조하기 위해, 압연 롤의 다소 높은 압연 하중이 요구되고, 또한, 압연 공정의 공정 시간이 다소 길게 소요되는 문제점이 있다.
따라서, 이러한 문제점을 근본적으로 해결할 수 있는 전극 압연 장치에 대한 필요성이 매우 높은 실정이다.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.
구체적으로, 본 발명의 목적은 압연 공정을 수행하기 전에 가열기를 통해 전극을 가열함으로써, 상대적으로 작은 압연 하중으로도 소망하는 두께의 전극을 압연할 수 있는 전극 압연 장치를 제공하는 것이다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전극 압연 장치는,
전지 생산 공정에서 피딩 롤에 감겨있던 전극을 풀어서 압연하는 공정을 수행한 후 와인딩 롤에 권취하는 전극 압연 장치로서,
상기 전극을 안내하는 가이드 롤;
상기 가이드 롤로부터 제공된 전극을 가열하는 가열기;
상기 가열된 전극을 압연하는 압연 롤들; 및
상기 가이드 롤 및 압연 롤들과 연동하여 전극을 권취하는 리와인더를 포함하고 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 압연 롤들이 전극을 압연하기 전에, 상기 전극들을 가열기를 통해 가열함으로써, 상대적으로 작은 압연 하중으로도 소망하는 두께의 전극을 압연할 수 있다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 가열기는 근적외선을 방출하는 가열기일 수 있다. 상기 가열기가 방출하는 근적외선의 파장은 500 나노미터 내지 5 마이크로미터일 수 있다. 상기 근적외선의 파장이 500 나노미터 미만이거나 5 마이크로미터를 초과하는 경우에는, 상기 전극이 압연되기 쉬운 상태로 만들어지기 위한 열이 충분히 가해지지 않을 수 있다. 따라서, 상기 전극을 압연되기 쉬운 상태로 만들기 위한 열을 가할 수 있는 만큼의 근적외선의 파장은 상기 범위일 수 있으며, 더욱 구체적으로는 780 나노미터 내지 3 마이크로미터일 수 있다.
상기 가열기에 의해 상승하는 전극의 온도는 섭씨 50 도 내지 섭씨 100 도일 수 있다. 상기 전극의 온도가 섭씨 50 도 미만일 경우에는, 상기 전극이 용이하게 압연될 수 있을 만큼 충분히 가열되지 않으며, 상기 전극의 온도가 섭씨 100 도를 초과하는 경우에는, 상기 전극의 표면에 도포되어 있는 슬러리가 열에 의해 변질될 수 있다. 따라서, 전극의 표면에 도포되어 있는 슬러리의 변질을 유발하지 않으면서, 작은 압연 하중으로도 용이하게 압연될 수 있는 정도의 전극의 온도는 상기 범위일 수 있으며, 더욱 구체적으로는 섭씨 60 도 내지 섭씨 70 도일 수 있다.
상기 가열기에 의해 가열된 전극을 압연하기 위한 압연 롤의 압연 하중은 10 kN 내지 100 kN일 수 있다. 상기 압연 롤의 압연 하중이 10 kN 미만일 경우에는, 소망하는 두께로 전극을 압연할 수 없고, 상기 압연 롤의 압연 하중이 100 kN을 초과하는 경우에는, 소망하는 두께 이상으로 전극이 압연될 수 있을 뿐만 아니라, 높은 압연 하중을 가하기위해 압연 롤에 불필요한 동력이 소모될 수 있다. 따라서, 소망하는 두께의 전극 롤을 압연하기 위한 압연 롤의 압연 하중은 상기 범위일 수 있으며, 더욱 구체적으로는 40 kN 내지 60 kN일 수 있다.
상기 가열기는 가이드 롤과 리와인더 사이에 위치하고, 상기 압연 롤들은 가열기와 리와인더 사이에 위치해 있을 수 있다. 상기 전극은 피딩 롤에 감겨있던 상태에서, 가이드 롤에 의해 상기 가열기, 압연 롤들, 및 리와인더로 안내될 수 있다. 상기 전극은 압연 롤들에 의해 압연되기 전에 상기 가열기에 의해 가열될 수 있으며, 압연 후에는 상기 리와인더에 의해 다시 권취될 수 있다.
본 발명은 또한, 상기 전극 압연 장치를 사용하여 제조되는 전극조립체를 제공한다.
상기 전극조립체는 폴딩형 구조, 또는 스택형 구조, 또는 스택/폴딩형(SNF) 구조, 또는 라미네이션/스택형(LNS) 구조로 이루어진 것 중 하나일 수 있다.
상기 폴딩형, 스택형, 스택/폴딩형, 및 라미네이션/스택형의 구조에 대해 상술하면 다음과 같다.
우선, 폴딩형 구조의 전극조립체는, 각각의 금속 집전체에 전극활물질을 포함하는 합제를 코팅한 후 건조 및 프레싱한 시트 형태의 양극과 음극 사이에 분리막 시트를 위치시키고, 권취함으로써 제조할 수 있다.
스택형 구조의 전극조립체는, 각각의 금속 집전체에 전극 합제를 코팅한 뒤 건조 및 프레싱한 후 소정의 크기로 절취한 양극판과 음극판 사이에 상기 양극판과 음극판에 대응하는 소정의 크기로 절취한 분리막을 개재시킨 후 적층함으로써 제조할 수 있다.
스택/폴딩형 구조의 전극조립체는, 양극과 음극이 대면하는 구조로, 둘 이상의 극판들이 적층되어 있는 유닛셀들을 둘 이상 포함하고, 중첩되지 않은 형태로 하나 이상의 분리필름으로 유닛셀들을 권취하거나, 또는 유닛셀의 크기로 분리필름을 절곡하여 유닛셀들 사이에 개재함으로써 제조될 수 있다.
경우에 따라서는, 양극과 음극이 대면하는 구조로, 임의의 유닛셀들 사이 및/또는 최외측 유니셀의 외면에 하나 이상의 단일 극판이 추가로 포함될 수도 있다.
상기 유닛셀은 양측 최외곽의 극판들이 동일한 전극을 가진 S형 유닛셀과, 양측 최외곽의 극판들이 반대 전극을 가진 D형 유닛셀일 수 있다.
상기 S형 유닛셀은, 양측 최외곽의 극판들이 양극인 SC형 유닛셀과, 양측 최외곽의 극판들이 음극인 SA형 유닛셀일 수 있다.
라미네이션/스택형 구조의 전극조립체는, 각각의 금속 집전체에 전극 합제를 코팅한 뒤 건조 및 프레싱하고 소정의 크기로 절취한 후, 하부로부터 순차적으로 음극, 음극의 상부에 분리막, 그리고 양극, 그리고 그 상부에 분리막을 적층하여 제조할 수 있다.
본 발명은 또한, 상기 전극조립체가 전해액과 함께 전지케이스의 내부에 밀봉되어 있는 이차전지를 제공한다.
본 발명은 또한, 상기 이차전지를 단위전지로서 둘 또는 그 이상 포함하는 전지팩을 제공한다.
본 발명은 또한, 상기 전지팩을 포함하고 있는 디바이스를 제공하는 바, 상기 디바이스는 휴대폰, 휴대용 컴퓨터, 스마트폰, 스마트 패드, 넷북, LEV(Light Electronic Vehicle), 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 플러그-인 하이브리드 전기자동차, 및 전력저장장치 등으로부터 선택되는 것일 수 있다.
이들 디바이스의 구조 및 그것의 제작 방법은 당업계에 공지되어 있으므로, 본 명세서에서는 그에 대한 자세한 설명은 생략한다.
상기에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 전극 압연 장치는, 상기 전극들을 가열기를 통해 가열함으로써, 상대적으로 작은 압연 하중으로도 소망하는 두께의 전극을 압연할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전극 압연 장치의 측면도이다.
이하에서는, 본 발명의 실시예에 따른 도면을 참조하여 설명하지만, 이는 본 발명의 더욱 용이한 이해를 위한 것으로, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.
도 1에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전극 압연 장치의 측면도가 모식적으로 도시되어 있다.
도 1을 참조하면, 전극 압연 장치(100)는 가이드 롤(200), 가열기(300), 압연 롤들(400), 및 리와인더(500)로 이루어져 있다.
가이드 롤(200)은 전극(600)이 주행선(A)을 따라 주행할 수 있도록 안내한다. 전극(600)은 가열기(300)를 거치면서 가열되고, 가열된 전극(600)은 압연 롤들(400)에 의해 압연된다. 리와인더(600)는 가이드 롤(200)과 연동하여 압연된 전극(600)을 권취한다.
가열기(300)는 780 나노미터 내지 3 마이크로미터 범위의 근적외선을 방출하고, 근적외선에 의해 전극(600)은 섭씨 60 도 내지 섭씨 70 도까지 가열된다. 압연되기 쉬운 상태로 가열된 전극(600)은 압연 롤들(400)에 의해 상대적으로 작은 압연 하중인 40kN 내지 60kN 범위의 압연 하중으로 압연된다.
이상, 본 발명에 따른 도면을 참조하여 본 발명의 내용을 상술하였지만, 본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주 내에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다.

Claims (15)

  1. 전지 생산 공정에서 피딩 롤에 감겨있던 전극을 풀어서 압연하는 공정을 수행한 후 와인딩 롤에 권취하는 전극 압연 장치로서,
    상기 전극을 안내하는 가이드 롤;
    상기 가이드 롤로부터 제공된 전극을 가열하는 가열기;
    상기 가열된 전극을 압연하는 압연 롤들; 및
    상기 가이드 롤 및 압연 롤들과 연동하여 전극을 권취하는 리와인더;
    를 포함하고,
    상기 전극의 표면에는 슬러리가 도포되어 있고,
    상기 가열기는 근적외선을 방출하는 가열기이며,
    상기 가열기가 방출하는 근적외선의 파장은 780 나노미터 내지 3 마이크로미터이고,
    상기 가열기에 의해 전극의 온도는 섭씨 60 도 내지 섭씨 70 도로 가열되며,
    상기 압연 롤의 압연 하중은 40 kN 내지 60 kN 이고,
    상기 가열기는 가이드 롤과 리와인더 사이에 위치하고, 상기 압연 롤들은 가열기와 리와인더 사이에 위치하는 것을 특징으로 하는 전극 압연 장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 제 1 항에 따른 전극 압연 장치를 사용하여 제조되는 것을 특징으로 하는 전극조립체.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 전극조립체는 폴딩형 구조, 또는 스택형 구조, 또는 스택/폴딩형(SNF) 구조, 또는 라미네이션/스택형(LNS) 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 전극조립체.
  12. 제 11 항에 따른 전극조립체가 전해액과 함께 전지케이스의 내부에 밀봉되어 있는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  13. 제 12 항에 따른 이차전지를 단위전지로서 둘 또는 그 이상 포함하는 것을 특징으로 하는 전지팩.
  14. 제 13 항에 따른 전지팩을 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 디바이스.
  15. 제 14 항에 있어서, 상기 디바이스는 휴대폰, 휴대용 컴퓨터, 스마트폰, 스마트 패드, 넷북, LEV(Light Electronic Vehicle), 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 플러그-인 하이브리드 전기자동차, 및 전력저장장치로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 디바이스.
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