KR101719694B1 - 전극 활물질층의 엣지 코팅 장치 및 이를 이용한 이차전지용 전극 제조 방법 - Google Patents

전극 활물질층의 엣지 코팅 장치 및 이를 이용한 이차전지용 전극 제조 방법 Download PDF

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Abstract

전극 활물질층의 엣지 부분을 보호하는 절연 물질을 자동으로 코팅하는 전극 활물질층의 엣지 코팅 장치와, 이를 이용한 이차전지용 전극 제조 방법을 제공한다. 개시된 전극 활물질층으 엣지 코팅 장치는, 건조되지 않은 전극 활물질로 이루어진 복수의 전극 활물질층이 폭 방향으로 서로 이격되게 적층 형성된 전극 집전체를 끊어지지 않게 진행시키는 피딩 유닛(feeding unit), 피딩 유닛에 의해 전극 집전체가 진행하는 도중에 복수의 전극 활물질층의 양 측의 엣지(edge)의 위치를 시각적으로 감지하는 제1 비전 카메라(vision camera), 전극 집전체의 진행 방향을 따라 제1 비전 카메라보다 하류에 배치되어 엣지가 노출되지 않도록 절연 물질을 도포하는 유닛으로, 엣지에 일대일로 대응되며 엣지에 절연 물질을 유출하여 도포하는 복수의 코터(coater), 및 복수의 코터를 개별적으로 전극 집전체의 폭 방향으로 미세 이동 가능하게 지지하는 리니어 스테이지(linear stage)를 구비한 절연 물질 도포 유닛, 및 제1 비전 카메라에 의해 감지된 엣지의 위치에 따라 엣지에 대응되는 코터가 엣지와 정렬되도록 리니어 스테이지를 제어하는 콘트롤러(controller)를 구비한다.

Description

전극 활물질층의 엣지 코팅 장치 및 이를 이용한 이차전지용 전극 제조 방법{Apparatus for coating insulation material on edge of electrode active material layer and method for manufacturing electrode of secondary battery using the same}
본 발명은 전극 집전체 상에 전극 활물질이 도포된 이차전지용 전극의 제조에 관한 것으로, 보다 상세하게는 전극 활물질층의 엣지 코팅 장치와, 이를 이용한 이차전지용 전극 제조 방법에 관한 것이다.
이차전지는 재충전(recharging)이 가능한 전지로서, 전해질 중의 이온이 분리막(separator)에 의해 절연된 양극과 음극의 사이를 이동함으로써 충전 및 방전을 반복하도록 구성된다. 이차전지의 양극 및 음극과 같은 전극은 공통적으로, 금속 재질의 전극 집전체와, 전극 집전체 상에 도포되는 전극 활물질을 구비한다. 전극 집전체는 예컨대, 알루미늄(Al) 또는 구리(Cu)로 이루어진 시트(sheet)나 포일(foil)일 수 있다. 상기 전극 집전체 상에는 전극 집전체의 폭 방향으로 복수의 전극 활물질층이 도포되고, 인접한 전극 집전체 사이는 10 내지 30mm 정도 이격된다. 이렇게 인접한 전극 집전체 사이에 전극 활물질이 도포되지 않은 영역을 무지부라 한다.
이렇게 활물질층이 형성된 전극은 상기 무지부를 따라 전극 집전체를 접어 상기 활물질층을 적층하여 집적한다. 그런데, 이와 같이 전극을 접는 과정 또는 전극의 보관 및 운송 과정에서 활물질층의 엣지(edge)가 파손 또는 손상되어 이차전지의 성능이 저하될 수 있다. 또는, 인접한 활물질층 사이에 단락(short circuit)이 발생하여 폭발이 야기될 수도 있다. 따라서, 전극층을 인접 이격된 다른 전극층과 확실하게 절연되도록 처리할 방안이 요구된다.
대한민국 공개특허공보 제10-2012-0075953호
본 발명은, 건조 경화되지 않은 전극 활물질층의 엣지(edge)에 절연 물질(insulating material)을 도포하는 전극 활물질층의 엣지 코팅 장치와, 이를 이용한 이차전지용 전극 제조 방법을 제공한다.
또한 본 발명은, 전극 활물질층의 엣지 부분을 보호하는 절연 물질을 자동으로 코팅하는 전극 활물질층의 엣지 코팅 장치와, 이를 이용한 이차전지용 전극 제조 방법을 제공한다.
본 발명은, 건조되지 않은 전극 활물질로 이루어진 복수의 전극 활물질층이 폭 방향으로 서로 이격되게 적층 형성된 전극 집전체를 끊어지지 않게 진행시키는 피딩 유닛(feeding unit), 상기 피딩 유닛에 의해 상기 전극 집전체가 진행하는 도중에 상기 복수의 전극 활물질층의 양 측의 엣지(edge)의 위치를 시각적으로 감지하는 제1 비전 카메라(vision camera), 상기 전극 집전체의 진행 방향을 따라 상기 제1 비전 카메라보다 하류에 배치되어 상기 엣지가 노출되지 않도록 절연 물질을 도포하는 유닛으로, 상기 엣지에 일대일로 대응되며 상기 엣지에 상기 절연 물질을 유출하여 도포하는 복수의 코터(coater), 및 상기 복수의 코터를 개별적으로 상기 전극 집전체의 폭 방향으로 미세 이동 가능하게 지지하는 리니어 스테이지(linear stage)를 구비한 절연 물질 도포 유닛, 및 상기 제1 비전 카메라에 의해 감지된 엣지의 위치에 따라 상기 엣지에 대응되는 코터가 상기 엣지와 정렬되도록 상기 리니어 스테이지를 제어하는 콘트롤러(controller)를 구비하는 전극 활물질층의 엣지 코팅 장치를 제공한다.
상기 코터는 디스펜서(dispenser) 또는 슬롯 다이(slot die)일 수 있다.
상기 제1 비전 카메라는 상기 전극 집전체와 상기 전극 활물질층 간의 색상 차이를 감지하거나, 상기 전극 집전체에 인쇄된 인디케이터(indicator)를 감지하여 상기 엣지의 위치를 감지할 수 있다.
본 발명의 전극 활물질층의 엣지 코팅 장치는, 상기 전극 집전체의 진행 방향을 따라 상기 절연 물질 도포 유닛보다 하류에 배치되어 상기 전극 활물질과 상기 절연 물질을 건조 경화시키는 건조 유닛을 더 구비할 수 있다 .
본 발명의 전극 활물질층의 엣지 코팅 장치는, 상기 전극 집전체의 진행 방향을 따라 상기 절연 물질 도포 유닛보다 하류에 배치되고, 상기 건조 유닛보다 상류 또는 하류에 배치되는 것으로, 상기 절연 물질이 덮여지지 않아 노출된 엣지를 시각적으로 감지하는 제2 비전 카메라를 더 구비할 수 있다.
본 발명의 전극 활물질층의 엣지 코팅 장치는, 상기 전극 집전체의 진행 방향을 따라 상기 제2 비전 카메라 및 상기 건조 유닛보다 하류에 배치되는 것으로, 상기 절연 물질이 덮여지지 않아 노출된 엣지를 갖는 전극 활물질층에 불량을 나타내는 표시를 하는 불량 표시 유닛을 더 구비하고, 상기 콘트롤러는, 상기 제2 비전 카메라에 의해 상기 절연 물질이 도포되지 않아 노출된 엣지가 감지되면 상기 엣지가 속한 전극 활물질층에 불량을 나타내는 표시를 하도록 상기 불량 표시 유닛을 제어할 수 있다.
본 발명에 따른 전극 활물질층의 엣지 코팅 장치는, 상기 전극 집전체의 진행 방향을 따라 상기 제1 비전 카메라보다 상류에 배치되어, 상기 전극 집전체의 일 측면에 전극 활물질을 도포하여 전극 집전체의 폭 방향으로 이격되고 건조되지 않은 복수의 전극 활물질층을 형성하는 전극 활물질 도포 유닛을 더 구비할 수 있다.
또한 본 발명은, 전극 집전체의 일 측면에 전극 활물질을 도포하여 전극 집전체의 폭 방향으로 서로 이격되고 건조되지 않은 복수의 전극 활물질층을 형성하는 전극 활물질 도포 단계, 상기 복수의 전극 활물질층의 양 측의 엣지의 위치를 시각적으로 감지하는 엣지 위치 감지 단계, 상기 엣지가 노출되지 않도록 상기 엣지에 절연 물질을 도포하는 절연 물질 도포 단계, 및 상기 도포된 전극 활물질과 절연 물질을 건조 경화시키는 건조 단계를 구비하는 이차전지용 전극 제조 방법을 제공한다.
상기 엣지 위치 감지 단계는, 상기 전극 집전체와 상기 전극 활물질층 간의 색상 차이를 감지하여 상기 엣지의 위치를 감지하는 단계, 또는 상기 전극 집전체에 인쇄된 인디케이터(indicator)를 감지하여 상기 엣지의 위치를 감지하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 이차전지용 전극 제조 방법은, 상기 절연 물질 도포 단계 이후에, 그리고 상기 건조 단계 이전 또는 이후에, 상기 절연 물질이 덮여지지 않아 노출된 엣지를 시각적으로 감지하는 불량 감지 단계를 더 구비할 수 있다.
본 발명의 이차전지용 전극 제조 방법은, 상기 불량 감지 단계 및 상기 건조 단계 이후에, 상기 절연 물질이 덮여지지 않아 노출된 엣지를 갖는 전극 활물질층에 불량을 나타내는 표시를 하는 불량 표시 단계를 더 구비할 수 있다.
본 발명에 의하면, 전극 집전체 상에 서로 이격된 복수의 전극 활물질층과, 전극 활물질층의 엣지(edge)를 덮는 절연층을 롤투롤 방식으로 연속적으로 코팅할 수 있으므로, 전극 활물질층 사이의 무지부를 따라 전극 집전체를 접어 전극을 집적하더라도, 전극 활물질층 엣지 부분의 손상이나 파손으로 인한 이차전지의 성능 저하, 및 단락으로 인한 사고를 예방할 수 있다.
또한 본 발명에 의하면, 롤(roll) 형상으로 권취된 전극 집전체를 풀어 공급하고 다시 권취하여 회수하는 롤투롤 과정 중에 전극 집전체 상에 전극 활물질층을 도포하고, 엣지에 절연 물질을 도포하고, 전극 집전체를 건조하는 과정을 함께 포함시킬 수 있다. 따라서, 이차전지용 전극 생산 라인을 콤팩트(compact)하며 짧게 설계할 수 있으며, 생산 라인의 설치 공간을 줄일 수 있다.
또한, 전극 활물질층 엣지 부분의 손상이나 단선을 방지하기 위하여 수작업으로 엣지 부분에 절연 테이프를 붙이지 않아도 되므로, 작업 속도와 생산성이 향상되고, 생산 원가가 절감된다.
도 1은 이차전지용 전극의 일 예를 도시한 사시도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 이차전지용 전극 제조 방법을 나타낸 플로우 차트이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 전극 활물질층의 엣지 코팅 장치의 구성도이다.
도 4는 도 3의 리니어 스테이지와 절연 물질 디스펜서를 도시한 측면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른, 전극 활물질층의 엣지 코팅 장치 및 이를 이용한 이차전지용 전극 제조 방법을 상세하게 설명한다. 본 명세서에서 사용되는 용어(terminology)들은 본 발명의 바람직한 실시예를 적절히 표현하기 위해 사용된 용어들로서, 이는 사용자 또는 운용자의 의도 또는 본 발명이 속하는 분야의 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 따라서, 본 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 1은 이차전지용 전극의 일 예를 도시한 사시도이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 이차전지용 전극 제조 방법을 나타낸 플로우 차트이다. 도 1 및 도 2를 함께 참조하면, 본 발명의 실시예에 다른 이차전지용 전극 제조 방법은, 전극 활물질 도포 단계(S10), 엣지 위치 감지 단계(S20), 절연 물질 도포 단계(S30), 불량 감지 단계(S40), 건조 단계(S50), 및 불량 표시 단계(S60)를 구비한다. 상기 S10, S20, S30, S40, S50, 및 S60 단계들은 롤(roll) 형태로 권취된 전극 집전체(2)가 풀려 끊어지지 않게 연속 공급되고 다시 롤 형태로 권취되어 회수되는 롤투롤(roll-to-roll) 생산 라인(line)에서 순차적으로 수행된다.
전극 활물질 도포 단계(S10)는 전극 집전체(2)의 일 측면에 전극 활물질을 도포하여 전극 집전체(2)의 폭 방향, 즉 X축과 평행한 방향으로 서로 이격되고 건조되지 않은 복수의 전극 활물질층(4)을 형성하는 단계이다. 전극 활물질 도포 단계(S10)에서는 복수의 전극 활물질층(4) 사이에 전극 활물질이 없어 전극 집전체(21)의 상측면 또는 하측면이 부분적으로 노출되는 무지부(3)가 형성된다. 이차전지용 전극은 양극(anode)과 음극(cathode)으로 구분된다. 양극은 양극용 전극 집전체의 상측면 및 하측면 중 적어도 한 측면에 양극용 전극 활물질이 도포되고, 음극은 음극용 전극 집전체의 상측면 및 하측면 중 적어도 한 측면에 음극용 전극 활물질이 도포된다.
양극용 전극 집전체와 음극용 전극 집전체는 통상적으로, 3 내지 500 ㎛의 두께를 갖는 금속 재질의 포일(foil)일 수 있다. 양극용 전극 집전체는 이차전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 높은 도전성을 가지는 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어 스테인리스스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소, 또는 알루미늄이나 스테인리스스틸의 표면에 카본, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면 처리한 것 등이 사용될 수 있다. 음극용 전극 집전체는 이차전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어 구리, 스테인리스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소, 구리나 스테인리스 스틸의 표면에 카본, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면 처리한 것, 알루미늄-카드뮴 합금 등이 사용될 수 있다. 양극용 전극 집전체 또는 음극용 전극 집전체는 포일(foil) 형태에 한정되는 것은 아니며, 필름(film), 시트(sheet), 네트(net), 다공질체, 발포체, 부직포체 등 다양한 형태가 가능하다.
양극용 전극 활물질은, 예를 들어, LiCoO2, LiMn2O4, LiNiO2, LiMnO2 과 같은 리튬계 산화물을 주성분으로 포함하고, 바인더(binder)로서 수지(resin)를 포함한다. 음극용 전극 활물질은, 예를 들어, 탄소(C) 계열 물질, 규소(Si), 주석(Sn), 주석 산화물(tin oxide), 주석 합금 복합체(composite tin alloys), 전이 금속 산화물 등을 주성분으로 포함하고, 바인더(binder)로서 수지(resin)를 포함한다.
전극 활물질 도포 단계(S10)는 상기한 전극 집전체(11)의 상측면 또는 하측면에 예를 들어, 그라비아 롤러(gravure roller), 와이어바(wire bar), 슬롯 다이(slot die)와 같은 코터(coater)를 이용하여 전극 활물질을 도포하는 단계를 포함한다. 전극 활물질을 도포하되, 전극 집전체(2)의 폭 방향, 즉 X축과 평행한 방향으로 일정한 간격으로 이격되게 도포함으로써, 전극 집전체(2)의 길이 방향, 즉 Y축과 평행한 방향으로 연장된 복수의 전극 활물질층(4), 및 복수의 전극 활물질층(4) 사이에 무지부(3)가 전극 집전체(2)의 상측면 또는 하측면에 형성된다. 상기 무지부(3)의 폭은 10 내지 30mm 이다. 다만, 본 발명의 전극 활물질 도포 단계(S10)는 상술한 전극 집전체(2)의 상측면 및 하측면 중 한 측면에 전극 활물질을 도포하는 것에 한정되는 것은 아니며, 전극 집전체(2)의 양 측면에 전극 활물질을 도포할 수도 있다.
엣지 위치 감지 단계(S20)는 복수의 전극 활물질층(4)의 양 측 엣지(5)의 위치를 시각적으로 감지하는 단계이다. 전극 활물질층(4)의 엣지(5)는 전극 활물질층(4)의 폭 방향, 즉 X축과 평행한 방향으로 전극 활물질층(4)의 좌측 및 우측의 경계가 되는 부분이다. 전극 활물질층(4)과 전극 집전체(2)는 색상이 시각적으로 구별되도록 다를 수 있다. 이 경우에, 엣지 위치 감지 단계(S20)는 전극 집전체(2)와 전극 활물질층(4) 간의 색상 차이를 감지하여 엣지(5)의 위치를 감지하는 단계를 포함할 수 있다.
한편, 전극 활물질이 도포되는 전극 집전체(2)의 측면에 일정한 간격으로 이격된 인디케이터(indicator)가 인쇄되어 있을 수도 있다. 상기 인디케이터는 예컨대, 직선 또는 점선 패턴(pattern)일 수 있다. 이 경우에, 엣지 위치 감지 단계(S20)는 상기 인디케이터를 감지하여 엣지(5)의 위치를 감지하는 단계를 포함할 수 있다. 구체적인 예로, 인디케이터가 전극 집전체(2)의 길이 방향과 평행하게 연장되고 전극 집전체(2)의 폭 방향으로 일정한 간격으로 이격된 복수의 직선 패턴인 경우에, 상기 복수의 직선 중에서 3번째 직선에서 8번째 직선이 전극 활물질층(4)에 덮여 보이지 않는다면, 전극 활물질층(4)의 엣지(5)는 2번째 직선과 3번째 직선 사이, 및 8번째 직선과 9번째 직선 사이의 위치에 존재하는 것으로 감지될 수 있다.
절연 물질 도포 단계(S30)는 S20에서 감지된 엣지(5)가 노출되지 않도록 엣지(5)에 절연 물질을 도포하는 단계이다. 불량 감지 단계(S40)는 상기 절연 물질 도포 단계(S30)에서 절연 물질이 덮여지지 않아 노출된 엣지(5)를 시각적으로 감지하는 단계이다. 건조 단계(S50)는 전극 활물질 도포 단계(S10)를 통해 도포된 전극 활물질과, 절연 물질 도포 단계(S30)를 통해 도포된 절연 물질을 건조 경화시키는 단계이다. 불량 표시 단계(S60)는 상기 불량 감지 단계(S40)를 통해 감지된, 절연 물질이 덮여지지 않아 노출된 엣지(5)를 갖는 전극 활물질층(4)에 불량을 나타내는 표시를 하는 단계이다. 상기 불량 감지 단계(S40)에서는 상기 불량을 나타내는 표시를 인쇄하거나, 스탬핑(stamping)하거나, 스티커(sticker)를 부착하는 방법으로 불량임을 나타낼 수 있다.
한편, 도 2의 실시예에서 상기 불량 감지 단계(S40)는 절연 물질 도포 단계(S30) 이후 및 건조 단계(S50) 이전에 수행되는 것으로 도시되어 있으나 본 발명의 이차전지용 전극 제조 방법은 이에 한정되지 않으며, 절연 물질 도포 단계 이후 및 건조 단계 이후에 수행될 수도 있다. 건조 단계(S50)를 거쳐 전극(1)으로 형성되고, 불량 감지 단계(S40)를 거친 전극 집전체(2)는 롤(roll) 형태로 재권취 회수된다. 그리고, 추후에 상기 불량 표시된 전극 활물질층(4)은 전극(1)으로부터 절단 제거될 수 있다. 상기 전극 활물질 도포 단계(S10), 엣지 위치 감지 단계(S20), 절연 물질 도포 단계(S30), 불량 감지 단계(S40), 건조 단계(S50), 및 불량 표시 단계(S60)는 후술할 전극 활물질층의 엣지 코팅 장치(10)(도 3 참조)를 설명하면서 추가적으로 설명한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 전극 활물질층의 엣지 코팅 장치의 구성도이고, 도 4는 도 3의 리니어 스테이지와 절연 물질 디스펜서를 도시한 측면도로서, 도 3을 IV-IV에 따라 절개하여 표현한 도면이다. 도 3 및 도 4를 함께 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 전극 활물질층 엣지 코팅 장치(10)는 피딩 유닛(feeding unit), 제1 비전 카메라(vision camera)(17), 절연 물질 도포 유닛, 제2 비전 카메라(19), 건조 유닛(32), 불량 표시 유닛(34), 전극 활물질 도포 유닛(미도시), 및 콘트롤러(36)를 구비한다.
상기 피딩 유닛은 금속제 포일(foil) 또는 필름 형태의 전극 집전체(2)를 끊어지지 않게 연속적으로 진행시키는 유닛으로, 제1 비전 카메라(17)를 통과하기에 앞서 상기 전극 집전체(2)의 일 측면에는 전극 활물질이 도포되어(도 2의 S10 참조), 건조되지 않은 전극 활물질로 이루어진 복수의 전극 활물질층(4)이 전극 집전체(2)의 폭 방향으로 서로 이격되게 적층 형성된다. 상기 피딩 유닛은 전극 집전체(2)를 지지하고 진행 방향을 전환하는 복수의 롤러(12, 13, 14, 15)를 구비한다. 도 3에 도시되진 않았으나, 상기 피딩 유닛은 전극 집전체(2)의 진행 방향을 따라 제1 비전 카메라(17)보다 상류에 롤(roll) 형태로 권취된 전극 집전체(2)를 풀어 끊김 없이 진행하도록 공급하는 공급 롤러를 구비하고, 전극 집전체(2)의 진행 방향을 따라 불량 표시 유닛(34)의 하류에 전극 집전체(2)를 다시 권취하여 회수하는 회수 롤러를 구비할 수 있다.
상기 제1 비전 카메라(17)는 도 2의 엣지 위치 감지 단계(S20)를 수행하는 것으로, 상기 피딩 유닛에 의해 전극 집전체(2)가 진행하는 도중에 복수의 전극 활물질층(4)의 양 측 엣지(5)를 시각적으로 감지한다. 상기 제1 비전 카메라(17)는 전극 집전체(2)를 지지하는 롤러(13)에 근접하여 고정 배치되고, 상기 롤러(13)를 통과하는 전극 지지체(2) 상측면의 이미지를 촬상하여 엣지(5)의 위치를 감지한다. 엣지 위치 감지 단계(S20)를 설명하면서 언급한 바와 같이, 제1 비전 카메라(17)는 전극 집전체(2)와 전극 활물질층(4) 간의 색상 차이를 감지하거나, 전극 집전체(2)에 인쇄된 인디케이터(indicator)를 감지하여 엣지(5)의 위치를 감지할 수 있다. 제1 비전 카메라(17)는 예컨대, CCD(charge coupled device) 카메라일 수 있다.
상기 절연 물질 도포 유닛은, 도 2를 참조하여 설명한 절연 물질 도포 단계(S30)를 수행하는 유닛으로, 전극 집전체(2)의 진행 방향을 따라 제1 비전 카메라(17)보다 하류에 배치되어 엣지(5)가 노출되지 않도록 절연 물질을 도포하는 유닛이다. 절연 물질 도포 유닛은 복수의 코터(coater)(25)와 리니어 스테이지(linear stage)(20)를 구비한다. 코터(25)는 엣지(5)에 절연 물질을 유출하여 엣지(5)를 덮도록 도포하여 건조되지 않은 절연층(8)을 형성한다. 코터(25)는 엣지(5)에 일대일로 대응되는 개수로 구비된다. 도 4에 도시된 실시예에서 전극 집전체(2) 상측면에 3개의 전극 활물질층(4)이 형성되고, 이에 따라 총 6개의 엣지(5)가 형성되므로, 이에 대응되게 6개의 코터(25)가 구비된다.
상기 코터(25)는 디스펜서(dispenser)일 수 있다. 디스펜서(25)는 전극 집전체(2)를 지지하는 롤러(14)의 상측에 상하 방향으로 연장되게 배치되고, 하단의 노즐(nozzle)(27)이 상기 롤러(14)에 지지된 전극 집전체(2)의 상측면에 근접하여 상기 노즐(27)을 통해 절연 물질이 유출된다. 리니어 스테이지(20)는 전극 집전체(2)의 폭 방향, 즉 X축과 평행하게 연장되며 전극 집전체(2)의 상측에 배치된다. 이때 절연 물질이 건조되지 않은 전극 활물질층(4)에 침투하여 절연 물질과 전극 활물질이 혼합되지 않도록, 절연 물질은 점성이 크고, 빠르게 건조되는 특성을 갖는다.
리니어 스테이지(20)는 전극 집전체(2)의 폭 방향으로 개별적으로 왕복 운동 가능한 복수의 무빙 슬라이드(moving slide)(미도시)를 구비하며, 복수의 디스펜서(25)를 일대일로 지지하는 복수의 브라켓(bracket)(22)을 개별적으로 전극 집전체(2)의 폭 방향으로 미세 이동 가능하게 지지한다. 상기 복수의 무빙 슬라이드는 같은 개수의 리니어 모터(linear motor)와 일대일로 동력 전달 가능하게 연결되어 구동된다. 이에 따라, 리니어 스테이지(20)의 무빙 슬라이드가 개별적으로 전극 집전체(2)의 폭 방향으로 미세 이동하면 상기 무빙 슬라이드에 체결된 브라켓(22)에 지지된 디스펜서(25)가 상기 무빙 슬라이드의 이동 방향과 이동 거리만큼 미세 이동하게 된다.
상기 복수의 브라켓(22)은 인접한 브라켓(22) 간에 서로 충돌하지 않도록 X축과 평행한 방향으로 이동 범위가 제한된다. 예를 들어, 리니어 스테이지(20) 내부에 인접한 브라켓(22)을 각각 지지하는 인접한 무빙 슬라이드 사이에 리미트 스위치(limit switch)(미도시)를 설치하여, 무빙 슬라이드가 리미트 스위치와 충돌하면 무빙 슬라이드가 멈추도록 구성될 수 있다. 한편, 도 3 및 도 4에는 코터(coater)로서 디스펜서(25)가 도시되어 있으나, 디스펜서(25)를 대신하여 예컨대, 슬롯 다이(slot die)도 코터로서 구비될 수 있다.
콘트롤러(36)는 제1 비전 카메라(17)에 의해 감지된 엣지(5)의 위치에 따라 상기 엣지(5)에 대응되는 코터(25)가 상기 엣지(5)와 정렬되도록 리니어 스테이지(20)를 제어한다. 구체적으로, 콘트롤러(36)는 제1 비전 카메라(17) 및 리니어 스테이지(20)와 통신 가능하게 연결된 컴퓨터(computer)일 수 있다. 구체적으로, 콘트롤러(36)는 제1 비전 카메라(17)에서 감지된 복수의 엣지(5)의 위치에 관한 감지 신호를 수신하여, 전극 집전체(2)의 폭 방향으로 복수의 엣지(5) 각각의 위치의 편향 정도를 산출하고, 엣지(5) 위치의 편향 정도에 따라서 리니어 스테이지(20)의 무빙 슬라이드(미도시)의 미세 이동을 제어하여, 코터(25)가 그에 대응되는 엣지(5)와 정렬되도록 복수의 코터(25)를 전극 집전체(2)의 폭 방향으로 미세 이동시킨다.
상기 제2 비전 카메라(19)는 도 2를 참조하여 설명한 불량 감지 단계(S40)를 수행하는 것으로, 전극 집전체(2)의 진행 방향을 따라 상기 절연 물질 도포 유닛보다 하류에 배치되어 절연 물질이 덮여지지 않아 노출된 엣지(5)를 시각적으로 감지한다. 상기 제2 비전 카메라(19)는 전극 집전체(2)를 지지하는 롤러(15)에 근접하여 고정 배치되고, 상기 롤러(15)를 통과하는 전극 지지체(2) 상측면의 이미지를 촬상하여 절연 물질이 덮여지지 않은 엣지(5)를 감지한다. 제2 비전 카메라(19)는 전극 집전체(2), 전극 활물질로 된 전극 활물질층(4), 및 절연 물질로 된 절연층(8) 간의 색상 차이를 감지하여 노출된 엣지(5)를 감지할 수 잇다. 제2 비전 카메라(19)는 예컨대, CCD(charge coupled device) 카메라일 수 있다. 콘트롤러(36)는 상기 제2 비전 카메라(19)와도 통신 가능하게 연결된다.
상기 건조 유닛(32)은 도 2를 참조하여 설명한 건조 단계(S50)를 수행하는 유닛으로, 전극 집전체(2)의 진행 방향을 따라 상기 절연 물질 도포 유닛보다 하류에 배치되며, 전극 집전체(2)에 도포된 건조되지 않은 전극 활물질층(4)과, 전극 활물질층(4)의 엣지(5)를 덮도록 도포된 건조되지 않은 절연층(8)을 건조 경화시킨다. 상기 건조 유닛은 상기 전극 집전체(2)에 고온의 열과 고온의 바람을 가하도록 구성될 수 있다.
상기 불량 표시 유닛(34)은 도 2를 참조하여 설명한 불량 표시 단계(S60)를 수행하는 유닛으로, 전극 집전체(2)의 진행 방향을 따라 제2 비전 카메라(19) 및 건조 유닛(32)보다 하류에 배치된다. 상기 불량 표시 유닛(34)은 제2 비전 카메라(19)를 통과하면서 절연 물질이 덮여지지 않아 노출된 것으로 감지된 엣지(5)를 갖는 전극 활물질층(4)에 불량을 나타내는 표시를 하는 유닛이다. 불량 표시 유닛(34)은, 상기 불량을 나타내는 표시를 전극 활물질층(4)에 인쇄하는 프린터(printer), 상기 불량을 나타내는 표시를 전극 활물질층(4)에 스탬핑(stamping)하는 스탬퍼(stamper), 또는 상기 불량을 나타내는 스티커 형태의 표시를 전극 활물질층(4)에 부착하는 부착기를 구비할 수 있다. 콘트롤러(36)는 상기 불량 표시 유닛(34)과도 통신 가능하게 연결된다.
콘트롤러(36)는, 상기 제2 비전 카메라(19)의 감지 신호로부터 엣지(5)에 절연 물질이 도포되지 않아 노출된 엣지(5)가 감지되면 상기 노출된 엣지(5)가 속한 전극 활물질층(4)에 불량을 나타내는 표시를 하도록 상기 불량 표시 유닛(34)을 제어한다. 한편, 도 3에서 상기 제2 비전 카메라(19)는 전극 집전체(2)의 진행 방향을 따라 건조 유닛(32)의 상류에 배치되어 있으나 이에 한정되지 않으며, 건조 유닛(32)보다 하류에 배치될 수도 있다.
도 3 및 도 4에 도시되진 않았으나, 본 발명에 따른 전극 활물질층의 엣지 코팅 장치(10)는, 상기 전극 집전체(2)의 진행 방향을 따라 상기 제1 비전 카메라(17)보다 상류에 배치되어, 상기 전극 집전체(2)의 일 측면에 전극 활물질을 도포하여 전극 집전체의 폭 방향으로 이격되고 건조되지 않은 복수의 전극 활물질층(4)을 형성하는 전극 활물질 도포 유닛을 더 구비할 수도 있다. 전극 활물질 도포 유닛은, 예컨대, 그라비아 롤러(gravure roller), 와이어바(wire bar), 슬롯 다이(slot die)와 같은 코터(coater)를 구비하여, 전극 활물질을 도포하게 된다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 보호범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.
1: 전극 2: 전극 집전체
4: 전극 활물질층 8: 전극층
10: 엣지 코팅 장치 17: 제1 비전 카메라
19: 제2 비전 카메라 20: 리니어 스테이지
25: 디스펜서 32: 건조 유닛
34: 불량 표시 유닛 36: 콘트롤러

Claims (11)

  1. 건조되지 않은 전극 활물질로 이루어진 복수의 전극 활물질층이 폭 방향으로 서로 이격되게 적층 형성된 전극 집전체를 끊어지지 않게 진행시키는 피딩 유닛(feeding unit); 상기 피딩 유닛에 의해 상기 전극 집전체가 진행하는 도중에 상기 복수의 전극 활물질층의 양 측의 엣지(edge)의 위치를 시각적으로 감지하는 제1 비전 카메라(vision camera); 상기 전극 집전체의 진행 방향을 따라 상기 제1 비전 카메라보다 하류에 배치되어 상기 엣지가 노출되지 않도록 절연 물질을 도포하는 유닛으로, 상기 엣지에 일대일로 대응되며 상기 엣지에 상기 절연 물질을 유출하여 도포하는 복수의 코터(coater), 및 상기 복수의 코터를 개별적으로 상기 전극 집전체의 폭 방향으로 미세 이동 가능하게 지지하는 리니어 스테이지(linear stage)를 구비한 절연 물질 도포 유닛; 및, 상기 제1 비전 카메라에 의해 감지된 엣지의 위치에 따라 상기 엣지에 대응되는 코터가 상기 엣지와 정렬되도록 상기 리니어 스테이지를 제어하는 콘트롤러(controller);를 구비하는 것을 특징으로 하는 전극 활물질층의 엣지 코팅 장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 코터는 디스펜서(dispenser) 또는 슬롯 다이(slot die)인 것을 특징으로 하는 전극 활물질층의 엣지 코팅 장치.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 비전 카메라는 상기 전극 집전체와 상기 전극 활물질층 간의 색상 차이를 감지하거나, 상기 전극 집전체에 인쇄된 인디케이터(indicator)를 감지하여 상기 엣지의 위치를 감지하는 것을 특징으로 하는 전극 활물질층의 엣지 코팅 장치.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 전극 집전체의 진행 방향을 따라 상기 절연 물질 도포 유닛보다 하류에 배치되어 상기 전극 활물질과 상기 절연 물질을 건조 경화시키는 건조 유닛;을 더 구비한 것을 특징으로 하는 전극 활물질층의 엣지 코팅 장치.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 전극 집전체의 진행 방향을 따라 상기 건조 유닛보다 상류 또는 하류에 배치되는 것으로, 상기 절연 물질이 덮여지지 않아 노출된 엣지를 시각적으로 감지하는 제2 비전 카메라;를 더 구비한 것을 특징으로 하는 전극 활물질층의 엣지 코팅 장치.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 전극 집전체의 진행 방향을 따라 상기 제2 비전 카메라 및 상기 건조 유닛보다 하류에 배치되는 것으로, 상기 절연 물질이 덮여지지 않아 노출된 엣지를 갖는 전극 활물질층에 불량을 나타내는 표시를 하는 불량 표시 유닛;을 더 구비하고,
    상기 콘트롤러는, 상기 제2 비전 카메라에 의해 상기 절연 물질이 도포되지 않아 노출된 엣지가 감지되면 상기 엣지가 속한 전극 활물질층에 불량을 나타내는 표시를 하도록 상기 불량 표시 유닛을 제어하는 것을 특징으로 하는 전극 활물질층의 엣지 코팅 장치.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 전극 집전체의 진행 방향을 따라 상기 제1 비전 카메라보다 상류에 배치되어, 상기 전극 집전체의 일 측면에 전극 활물질을 도포하여 전극 집전체의 폭 방향으로 이격되고 건조되지 않은 복수의 전극 활물질층을 형성하는 전극 활물질 도포 유닛;을 더 구비한 것을 특징으로 하는 전극 활물질층의 엣지 코팅 장치.
  8. 전극 집전체의 일 측면에 전극 활물질을 도포하여 전극 집전체의 폭 방향으로 서로 이격되고 건조되지 않은 복수의 전극 활물질층을 형성하는 전극 활물질 도포 단계; 상기 복수의 전극 활물질층의 양 측의 엣지의 위치를 시각적으로 감지하는 엣지 위치 감지 단계; 상기 엣지가 노출되지 않도록 상기 엣지에 절연 물질을 도포하는 절연 물질 도포 단계; 및, 상기 도포된 전극 활물질과 절연 물질을 건조 경화시키는 건조 단계;를 구비하는 것을 특징으로 하는 이차전지용 전극 제조 방법.
  9. 제8 항에 있어서,
    상기 엣지 위치 감지 단계는, 상기 전극 집전체와 상기 전극 활물질층 간의 색상 차이를 감지하여 상기 엣지의 위치를 감지하는 단계, 또는 상기 전극 집전체에 인쇄된 인디케이터(indicator)를 감지하여 상기 엣지의 위치를 감지하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지용 전극 제조 방법.
  10. 제8 항에 있어서,
    상기 절연 물질 도포 단계 이후에, 그리고 상기 건조 단계 이전 또는 이후에, 상기 절연 물질이 덮여지지 않아 노출된 엣지를 시각적으로 감지하는 불량 감지 단계;를 더 구비한 것을 특징으로 하는 이차전지용 전극 제조 방법.
  11. 제10 항에 있어서,
    상기 불량 감지 단계 및 상기 건조 단계 이후에, 상기 절연 물질이 덮여지지 않아 노출된 엣지를 갖는 전극 활물질층에 불량을 나타내는 표시를 하는 불량 표시 단계;를 더 구비한 것을 특징으로 하는 이차전지용 전극 제조 방법.
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