KR101747493B1 - 전극 및 이를 제조하는 전극 코팅 장치 - Google Patents

전극 및 이를 제조하는 전극 코팅 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전극 및 이를 제조하는 전극 코팅 장치에 관한 것으로서, 보다 자세하게는 전지의 안전성을 향상시킨 전극 및 이를 제조하는 전극 코팅 장치에 관한 것이다.
본 발명에 따른 전극은 전극 활물질 슬러리가 코팅되는 코팅 영역 및 전극 활물질 슬러리가 코팅되지 않는 미코팅 영역을 포함하고, 코팅 영역과 미코팅 영역 사이의 경계 영역에 절연 물질이 코팅된다. 또한 본 발명에 따른 전극 코팅 장치는 전극 활물질 슬러리가 코팅되는 코팅 영역 및 전극 활물질 슬러리가 코팅되지 않는 미코팅 영역을 포함하는 전극을 일방향으로 이송시키는 이송부, 및 이송부에 의하여 이송되는 전극의 코팅 영역과 미코팅 영역 사이의 경계 영역에 절연 물질을 코팅하는 그라비아 롤부를 포함한다.

Description

전극 및 이를 제조하는 전극 코팅 장치{ELECTRODE AND ELECTRODE COATING DEVICE MANUFACTURING THE SAME}
본 발명은 전극 및 이를 제조하는 전극 코팅 장치에 관한 것으로서, 보다 자세하게는 전지의 안전성을 향상시킨 전극 및 이를 제조하는 전극 코팅 장치에 관한 것이다.
이차 전지는 일차 전지와는 달리 재충전이 가능하고, 또 소형 및 대용량화 가능성으로 인해 근래에 많이 연구 개발되고 있다. 이러한 이차전지는 개별적으로 포장된 형태 또는 전지 셀을 수십 개 연결한 팩 형태로 제작되어 휴대폰, 노트북, 및 전기 자동차의 모터 구동용 전원 등으로 널리 사용되고 있다.
이차 전지의 전극은 활물질, 도전재, 바인더, 및 용제가 혼합되어 있는 전극 활물질 슬러리(slurry)를 금속 포일(집전체) 위에 도포하고, 고온의 상태로 건조한 뒤 프레싱 과정을 거쳐 제작된다.
전극에서 전극 활물질 슬러리가 코팅되는 부분도 있지만, 반면 전극 활물질 슬러리가 코팅되지 않은 부분도 있다. 전극 활물질 슬러리가 코팅되지 않는 부분을 미코팅 영역이라고 부를 수 있다. 이 미코팅 영역에는 향후 전극 탭이 부착될 수 있다.
한편, 이 미코팅 영역 부분에서는 집전체가 그대로 외부로 노출될 수 있다. 집전체는 우수한 전기 전도성을 가지므로, 만약 외부로 노출된 미코팅 영역에 상대 전극 또는 다른 도체가 접속될 경우 전기적 단락 사고 또는 과전류 및 과열이 발생하고, 전지의 안정성을 심각하게 위협하는 문제가 발생할 수 있다.
따라서 본 발명은 위와 같은 문제를 해결하기 위해 도출된 것으로서, 본 발명의 과제는 전기적 단락 사고 또는 과전류 및 과열이 발생하는 것을 방지하여 전지의 안정성을 향상시킨 전극 및 이를 제조하는 전극 코팅 장치를 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 전극은 전극 활물질 슬러리가 코팅되는 코팅 영역 및 전극 활물질 슬러리가 코팅되지 않는 미코팅 영역을 포함하고, 코팅 영역과 미코팅 영역 사이의 경계 영역에 절연 물질이 코팅된다.
본 발명에 따른 전극 코팅 장치는 전극 활물질 슬러리가 코팅되는 코팅 영역 및 전극 활물질 슬러리가 코팅되지 않는 미코팅 영역을 포함하는 전극을 일방향으로 이송시키는 이송부, 및 이송부에 의하여 이송되는 전극의 코팅 영역과 미코팅 영역 사이의 경계 영역에 절연 물질을 코팅하는 그라비아 롤부를 포함한다.
본 발명에 따른 전극은 코팅 영역과 미코팅 영역 사이의 경계 영역에 절연 물질이 코팅됨으로써, 전기적 단락 사고 또는 과전류 및 과열이 발생하는 것을 방지하여 전지의 안정성을 향상시킬 수 있다.
본 발명에 따른 전극 코팅 장치는 이송부에 의하여 이송되는 전극의 코팅 영역과 미코팅 영역 사이의 경계 영역에 절연 물질을 코팅하는 그라비아 롤부를 포함함으로써, 전기적 단락 사고 또는 과전류 및 과열이 발생하는 것을 방지하여 전지의 안정성을 향상시킬 수 있는 전극을 제조할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예 1에 따른 전극을 도시하는 사시도이다.
도 2는 도 1의 A-A선에 따른 단면도이다.
도 3은 본 발명의 실시예 2에 따른 전극 코팅 장치이다.
이하에서는 첨부의 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다. 그러나 본 발명이 이하의 실시예에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
실시예 1
도 1은 본 발명의 실시예 1에 따른 전극을 도시하는 사시도이다. 도 2는 도 1의 A-A선에 따른 단면도이다. 이하에서는 도 1 및 도 2를 참조하여 본 발명의 실시예 1에 따른 전극에 대해 설명한다.
도 1에서는 이송부(210)에 의하여 이송 중에 있는 본 발명의 실시예 1에 따른 전극(100)이 도시되고 있다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예 1에 따른 전극(100)은 전극 활물질 슬러리(111)가 코팅된 부분인 코팅 영역(110) 및 전극 활물질 슬러리(111)가 코팅되지 않은 부분인 미코팅 영역(130)을 포함할 수 있다.
그리고 본 발명의 실시예 1에 따른 전극(100)은 코팅 영역(110)과 미코팅 영역(130) 사이의 경계 영역(150)에 코팅된 절연 물질(151)을 포함할 수 있다.
경계 영역(150)이란 코팅 영역(110)과 미코팅 영역(130) 사이의 영역을 의미한다. 여기서 경계 영역(150)은 코팅 영역(110)과 미코팅 영역(130) 사이의 경계선뿐만 아니라 이 경계선에 인접한 부분을 모두 의미할 수 있다.
미코팅 영역(130)에는 향후 전극 탭이 부착될 수 있는 부분이다. 전극 탭이 부착되고 난 후, 전극 탭과 코팅 영역 사이에 경계 영역(150)이 위치할 수 있다.
따라서 경계 영역(150)에 코팅되는 절연 물질(151)은 전극 탭이 부착된 상태에서 전극 탭과 코팅 영역(110) 사이에 위치될 수 있다. 그에 따라 전극 탭과 코팅영역 사이에서 집전체(131)가 외부로 노출되는 것이 방지될 수 있다. 만일 절연 물질(151)이 없다면, 전극 탭과 코팅 영역(110) 사이의 경계 영역(150)에서 집전체(131)가 외부로 노출되게 될 것이다.
집전체(131)는 우수한 전기 전도성을 가지므로, 만약 외부로 노출된 이 틈새 부분에 상대 전극 또는 다른 도전체가 접속된다면, 전기적 단락 사고 또는 과전류 및 과열이 발생하는 등 전지의 안정성을 심각하게 위협하는 문제가 발생할 수 있다.
이러한 문제를 해결하기 위하여 본 발명의 실시예 1에 따른 전극(100)은 코팅 영역(110)과 미코팅 영역(130) 사이의 경계 영역(150)에 절연 물질(151)이 코팅됨으로써, 전기적 단락 사고 또는 과전류 및 과열이 발생하는 것을 방지하고, 전지의 안정성을 향상시킬 수 있다.
실시예 2
도 3은 본 발명의 실시예 2에 따른 전극 코팅 장치이다.
본 발명의 실시예 2에 따른 전극 코팅 장치는 전술한 실시예 1에 따른 전극에 절연 물질을 코팅할 수 있는 장치이다.
참고로 전술한 구성과 동일한 (또는 상당한) 부분에 대해서는 동일한 (또는 상당한) 도면 부호를 부여하고, 그에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.
이하에서는 도 3을 참조하여 본 발명의 실시예 2에 따른 전극 코팅 장치에 대해 설명한다.
본 발명의 실시예 2에 따른 전극 코팅 장치는 이송부(210) 및 그라비아 롤부(230)를 포함할 수 있다.
이송부(210)는 전극(100)을 이송하는 수단일 수 있다. 이송부(210)는 권출 롤러(211) 및 권취 롤러(213)를 포함할 수 있다. 전극(100)이 감겨져 있는 권출 롤러(211)에서 전극(100)을 풀어주고 최종적으로 권취 롤러(213)에서 전극(100)을 감으면, 전극(100)이 권출 롤러(211)에서 권취 롤러(213)로 이송될 수 있다. 이송부(210)에 의하여 전극(100)은 F 방향으로 이송될 수 있다.
이송부(210)에 의하여 이송되는 전극(100)은 전극 활물질 슬러리(111)가 코팅되는 코팅 영역(110) 및 전극 활물질 슬러리(111)가 코팅되지 않는 미코팅 영역(130)을 포함하는 전극(100)일 수 있다. 본 발명의 실시예 2에 따른 전극 코팅 장치는 이러한 전극(100)에서 코팅 영역(110)과 미코팅 영역(130) 사이의 경계 영역(150)에 절연 물질(151)을 코팅하는 장치일 수 있다. 절연 물질(151)은 그라비아 롤부(230)에 의하여 코팅될 수 있다.
그라비아 롤부(230)는 그라비아 롤러(231)를 이용하여 절연 물질(151)을 전극(100)의 경계 영역(150)에 코팅할 수 있다. 절연액 용기(233)에 절연액이 담겨져 있을 수 있고, 절연액 용기(233) 상에 설치되는 그라비아 롤러(231)가 회전하면서 전극(100)에 절연 물질(151)을 코팅할 수 있다. 그라비아 롤러(231)는 절연액을 함유할 수 있는 홈을 구비하여 이 홈에 절연액을 함유한 다음, 이송되는 전극(100)에 접하여 회전하면서 홈에 함유된 절연액을 전극(100)의 경계 영역(150)에 코팅시킬 수 있다.
그라비아 롤부(230)는 절연 물질(151)의 코팅 폭이 5mm 이하가 되도록 전극(100)에 절연 물질(151)을 코팅할 수 있다. 절연 물질(151)의 코팅폭이 5mm보다 클 경우 전극 탭이 부착될 미코팅 영역(130)의 면적이 줄어들 수 있으므로 절연 물질(151)의 코팅폭이 5mm 이하인 경우가 바람직할 수 있다.
한편, 그라비아 롤러(231)를 이용하면, 절연 물질(151)의 코팅폭이 5mm이하가 되도록 전극(100)에 절연 물질(151)을 코팅하는 것이 다른 코팅 수단을 사용하는 것보다 현저히 용이할 수 있다. 또한 이 경우 다른 코팅 수단에 비하여 절연 물질(151) 코팅 후의 전극(100)의 품질도 훨씬 우수할 수 있다.
본 발명의 실시예 2에 따른 전극 코팅 장치는 위치 감지 센서부(250) 및 위치 제어부(미도시)를 더 포함할 수 있다.
위치 감지 센서부(250)는 전극(100)의 이송 방향(F)에 수직한 수직 방향(V, 도 1 참조)을 기준으로 그라비아 롤부(230)가 제자리에 위치하는 지를 감지할 수 있다.
위치 감지 센서부(250)는 그라비아 롤부(230)와 함께 움직이도록 그라비아 롤부(230)에 결합될 수 있다. 위치 감지 센서부(250)와 그라비아 롤부(230)가 함께 움직이기 때문에, 처음에 위치 감지 센서부(250)와 그라비아 롤부(230)의 위치를 정위치에 세팅해 놓으면, 위치 감지 센서부(250)의 위치를 통하여 그라비아 롤부(230)의 위치가 정위치 인지 여부를 알 수 있다.
즉, 위치 감지 센서부(250)와 그라비아 롤부(230)가 함께 움직이기 때문에, 위치 감지 센서부(250)가 전극(100)에 대하여 정위치에 있으면, 그라비아 롤부(230) 역시 전극(100)에 대하여 정위치에 있게 되는 것이다.
위치 감지 센서부(250)는 CCD 카메라를 통하여 전극(100)과의 관계에서 자신의 위치를 파악할 수 있고, 그에 따라 그라비아 롤부(230)의 위치가 제자리에 있는지 역시 파악할 수 있다. CCD 카메라를 통하여 전극(100) 표면의 명암 정보를 입력 받아, 미리 입력된 기준의 명암 정보 값과 비교를 한 후, 자신 및 그라비아 롤부(230)가 정위치에 있는지 여부 및 정위치에서 벗어나 있는 정도를 판단할 수 있다.
위치 감지 센서부(250)의 CCD 카메라로 입력된 전극(100) 표면의 명암정보가 미리 입력된 기준 값과 같으면 위치 감지 센서부(250) 및 이와 함께 움직이는 그라비아 롤부(230)가 정위치에 있음을 의미한다. 만일 기준 값과 다른 경우에는, 기준 값에서 벗어난 정도만큼 위치 감지 센서부(250) 및 그라비아 롤부(230)가 정위치에서 벗어난 것을 의미한다.
이러한 방식으로 위치 감지 센서부(250)는 전극(100)에 대하여 상대적으로 자신 및 그라비아 롤부(230)가 제자리에 위치하는지를 파악할 수 있다. 위치 감지 센서부(250)는 절연 물질(151)이 코팅될 부위에 맞추어 2개 이상 복수 개 구비될 수도 있다.
본 발명의 실시예 2에 따른 전극 코팅 장치는 위치 제어부(미도시)를 더 포함할 수 있다. 위치 제어부는 위치 감지 센서부(250)에 입력된 정보를 바탕으로 그라비아 롤부(230)가 정위치에서 벗어난 만큼 그라비아 롤부(230)를 수직 방향(V)으로 이동시킬 수 있다. 이러한 방식으로 위치 제어부는 그라비아 롤부(230)의 수직 방향(V)의 위치를 제어하며 그라비아 롤부(230)가 정위치에 있도록 할 수 있다. 이러한 방식으로 정위치에 위치한 그라비아 롤부(230)는 경계 영역(150)에 정확히 절연 물질(151)을 코팅할 수 있다.
본 발명의 실시예 2에 따른 전극 코팅 장치는 그라비아 롤부(230)에 의해 전극(100)에 절연 물질(151)이 코팅 되기 전에 전극(100)을 클리닝하는 클리닝부(270)를 더 포함할 수 있다. 특히, 클리닝부(270)는 전극(100)에서 절연 물질(151)이 코팅될 부분을 클리닝 할 수 있다. 절연 물질(151)이 코팅될 부분은 알루미늄으로 이루어진 집전체(131)의 일부분일 수 있는데, 클리닝부(270)를 거치면서 이 집전체(131)의 부분에서 유분이 제거될 수 있다. 이러한 방식으로 전극(100)의 클리닝이 수행될 수 있다. 이렇게 클리닝 작업을 수행 하고 난 후 절연 물질(151)의 코팅 작업을 수행하면, 절연 물질(151)이 전극(100)의 경계 영역(150)에 더욱 잘 코팅될 수 있다.
본 발명의 실시예 2에 따른 전극 코팅 장치는 그라비아 롤부(230)에 의해 절연 물질(151)이 코팅된 이후에 전극(100)을 건조시키는 건조부(280)를 더 포함할 수 있다. 건조부(280)는 4um 파장을 가지는 중적외선을 사용할 수 있다. 적외선을 사용하는 것도 가능하지만, 중적외선을 이용하는 것이 전극의 건조에 더 유리할 수 있다. 중적외선은 중적외선 램프(281)로부터 발산될 수 있다. 전극(100)은 이송부(210)에 의하여 이송되면서 중적외선 램프(281)로부터 중적외선을 받아 건조될 수 있다.
본 발명의 실시예 2에 따른 전극 코팅 장치는 검사 카메라(290) 및 라벨 부착기(291)를 더 포함할 수 있다.
검사 카메라(290)는 건조부(280)를 지나온 전극(100)을 관찰하여 전극(100)이 불량인지 여부를 판단할 수 있다. 절연 물질(151)이 정위치에 코팅이 되었는지 여부나, 절연 물질(151)의 코팅폭이 5mm 이하인지, 또는 절연 물질(151)의 코팅폭이 정해진 치수 범위 내인지 여부 등을 검사할 수 있다. 또한, 검사 카메라는 코팅부를 관찰하여 기포, 이물질 등이 있는지 여부나, 코팅되어야 할 영역에 코팅되지 않은 미코팅부가 있는지 여부 등을 관찰하여 전극(100)의 코팅 불량을 판단할 수 있다.
라벨 부착기(291)는 전극(100)의 불량 부분에 대해서 불량임을 표시하는 기구일 수 있다. 라벨 부착기(291)는 검사 카메라(290)에 의해 불량이 확인된 전극(100)의 불량 부분에 대해서 불량임을 인식할 수 있도록 라벨을 부착할 수 있다. 이때, 라벨 부착기(291)는 검사 카메라(290)와 상호 작동하여 불량으로 확인된 전극(100)의 불량 부분에 자동으로 라벨을 부착할 수 있다. 이때, 50 m/min 이상의 고속으로 대응하는 라벨 부착기(291)를 이용하면 전극(100)의 생산성을 더욱 향상 시킬 수 있다.
이상에서 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
100: 전극
110: 코팅 영역
111: 전극 활물질 슬러리
130: 미코팅 영역
131: 집전체
150: 경계 영역
151: 절연 물질
210: 이송부
211: 권출 롤러
213: 권취 롤러
230: 그라비아 롤부
231: 그라비아 롤러
233: 절연액 용기
250: 위치 감지 센서부
270: 클리닝부
280: 건조부
281: 중적외선 램프
290: 검사 카메라
291: 라벨 부착기
F: 이송 방향
V: 수직 방향

Claims (10)

  1. 삭제
  2. 전극 활물질 슬러리가 코팅되는 코팅 영역 및 상기 전극 활물질 슬러리가 코팅되지 않는 미코팅 영역을 포함하는 전극을 일방향으로 이송시키는 이송부; 및
    상기 이송부에 의하여 이송되는 상기 전극의 상기 코팅 영역과 상기 미코팅 영역 사이의 경계 영역에 절연 물질을 코팅하는 그라비아 롤부;를 포함하고,
    상기 전극의 이송 방향에 수직한 수직 방향을 기준으로 상기 그라비아 롤부가 제자리에 위치하는 지를 감지하는 위치 감지 센서부를 더 포함하며,
    상기 위치 감지 센서부는 상기 그라비아 롤부와 함께 움직이도록 상기 그라비아 롤부에 결합된 상태에서, 상기 전극에 대하여 상대적으로 상기 그라비아 롤부가 제자리에 위치하는지를 파악하는 것을 특징으로 하는 전극 코팅 장치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 절연 물질의 코팅 폭은 5mm 이하인 것을 특징으로 하는 전극 코팅 장치.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 청구항 2에 있어서,
    상기 위치 감지 센서부는 CCD 카메라를 통하여 전극 표면의 명암 정보를 입력 받아 상기 그라비아 롤부가 제자리에 위치하는지를 파악하는 것을 특징으로 하는 전극 코팅 장치.
  7. 청구항 2에 있어서,
    상기 위치 감지 센서부에 입력된 정보를 바탕으로 상기 그라비아 롤부를 상기 수직 방향으로 이송시키며 상기 그라비아 롤부의 위치를 제어하는 위치 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전극 코팅 장치.
  8. 청구항 3에 있어서,
    상기 그라비아 롤부에 의해서 상기 전극에 상기 절연 물질이 코팅 되기 전에, 상기 전극에서 상기 절연 물질이 코팅될 부분을 클리닝 하는 클리닝부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전극 코팅 장치.
  9. 청구항 2에 있어서,
    상기 그라비아 롤부에 의해서 상기 전극에 상기 절연 물질이 코팅 된 이후에 상기 전극을 중적외선 램프를 이용하여 건조시키는 건조부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전극 코팅 장치.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 건조부를 지나온 상기 전극을 관찰하는 검사 카메라; 및
    상기 검사 카메라에 의해 불량이 확인된 상기 전극의 불량 부분에 대해서 불량임을 인식할 수 있도록 라벨을 부착하는 라벨 부착기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전극 코팅 장치.
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