KR101757479B1 - 전극 활물질 증착 시스템 - Google Patents

전극 활물질 증착 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전극판에 전극 활물질 증착시켜 도포하는 과정에서 무지부를 형성하기 위한 마스크에 의하여 증착원이 오염되는 것을 방지할 수 있는 전극 활물질 증착 시스템에 관한 것이다.
본 발명은 전극판을 공급하는 언와인더와, 상기 전극판을 권취하는 와인더와, 상기 전극판의 이송을 가이드 하는 가이드 드럼와, 소정 폭을 갖는 원통 형상이며 다수 개의 슬릿이 일정 간격으로 형성되며, 상기 가이드 드럼의 하부에 위치하여 회전하는 마스크와, 상기 마스크의 내부에 위치하며, 상기 전극판에 전극 활물질을 뿌려주는 증착원와, 판상으로 형성되며, 상기 마스크의 내부에서 상기 증착원의 하부에 위치하는 방착판 및 상기 마스크의 하부에 위치하는 히터를 포함하는 전극 활물질 증착 시스템을 개시한다.

Description

전극 활물질 증착 시스템 {VAPOR DEPOSITION SYSTEM FOR ELECTRODE ACTIVE MATERIAL}
본 발명은 전극 활물질 증착 시스템에 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 나누어 진다.
상기 전극조립체는 양극판, 음극판(이하 전극판) 및 세퍼레이터가 적층 또는 권취되어 형성 될 수 있다. 상기 전극판은 전극 집전체에 전극 활물질이 도포되어 형성되고, 전극 집전체의 일정부분에 전극 활물질이 도포되지 않은 무지부가 형성된다. 상기 전극 활물질은 활물질 슬러리를 직접 전극 집전체의 표면에 분사하거나, 활물질 슬러리를 가열하여 전극 집전체의 표면에 증착시키게 된다.
본 발명은 전극판에 전극 활물질 증착시켜 도포하는 과정에서 무지부를 형성하기 위한 마스크에 의하여 증착원이 오염되는 것을 방지할 수 있는 전극 활물질 증착 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 전극 활물질 증착 시스템은 전극판을 공급하는 언와인더와, 상기 전극판을 권취하는 와인더와, 상기 전극판의 이송을 가이드 하는 가이드 드럼와, 소정 폭을 갖는 원통 형상이며 다수 개의 슬릿이 일정 간격으로 형성되며, 상기 가이드 드럼의 하부에 위치하여 회전하는 마스크와, 상기 마스크의 내부에 위치하며, 상기 전극판에 전극 활물질을 뿌려주는 증착원와, 판상으로 형성되며, 상기 마스크의 내부에서 상기 증착원의 하부에 위치하는 방착판 및 상기 마스크의 하부에 위치하는 히터를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 마스크의 슬릿은 원주 방향으로 일정 간격으로 형성되며, 상기 슬릿 사이의 이격 거리는 적어도 상기 전극판에 형성되는 무지부의 길이에 대응되는 거리가 되도록 형성될 수 있다. 또한, 상기 마스크의 슬릿은 그 폭이 상기 전극판의 폭보다 큰 폭으로 형성될 수 있다. 또한, 상기 마스크의 슬릿은 그 폭이 상기 증착원의 폭보다 큰 폭을 갖도록 형성될 수 있다. 또한, 상기 마스크는 그 폭이 상기 전극판의 폭보다 크게 되도록 형성될 수 있다.
또한, 상기 방착판은 판상으로 형성되며, 상기 마스크의 폭보다 크게 형성될 수 있다.
또한, 상기 히터는 판상 또는 바 형상으로 형성되며, 적어도 상기 마스크의 폭과 같은 폭을 갖도록 형성될 수 있다. 또한, 상기 히터는 상기 마스크의 외측 하부에 위치하도록 형성될 수 있다. 또한, 상기 히터는 상기 마스크의 내측 하부에서 상기 방착판의 하부에 위치하도록 형성될 수 있다.
또한, 상기 마스크는 상기 가이드 드럼과 반대로 회전하도록 형성될 수 있다.
또한, 상기 히터는 타이머와 전기적으로 연결되며, 상기 타이머는 상기 히터의 작동을 제어하도록 형성될 수 있다.
본 발명의 전극 활물질 증착 시스템에 따르면 전극판에 무지부를 형성하기 위한 마스크 내면에 부착되는 전극 활물질을 히터에 의하여 가열하여 증발시킴으로써 증착원이 오염되는 것을 방지할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 마스크 내면에 부착되는 전극 활물질의 양을 방착판에 의하여 최소화하여 증착원이 오염되는 것을 방지할 수 있는 효과가 있다.
도 1a는 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 활물질 증착 시스템의 사시도이다.
도 1b는 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 활물질 증착 시스템의 측면도이다.
도 1c는 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 활물질 증착 시스템의 정면도이다.
도 2a 내지 2b는 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 활물질 증착 시스템의 전극 활물질을 포함하는 증착원과 마스크의 부분 확대도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전극 활물질 증착 시스템의 정면도이다.
이하에서 실시예와 첨부한 도면을 통하여 본 발명의 전극 활물질 증착 시스템에 대하여 보다 구체적으로 설명한다.
먼저 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 활물질 증착 시스템에 대하여 설명한다.
도 1a는 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 활물질 증착 시스템의 사시도이다. 도 1b는 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 활물질 증착 시스템의 측면도이다. 도 1c는 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 활물질 증착 시스템의 정면도이다. 도 2a 및 2b는 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 활물질 증착 시스템의 증착원과 마스크의 부분 확대도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전극 활물질 증착 시스템(100)은 도 1a 내지 도 1 c를 참조하면, 언와인더(120), 와인더(130), 가이드 드럼(140), 증착원(150), 마스크(160), 방착판(170) 및 히터(180)을 포함하여 형성된다. 또한, 상기 전극 활물질 증착 시스템은 타이머(190)를 더 포함하여 형성될 수 있다.
상기 전극 활물질 증착 시스템(100)은 언와인더(120)에서 전극판(110)이 공급되어 가이드 드럼(140)에 의하여 이송이 가이드되며, 와인더(130)에 전극판(110)이 권취된다. 상기 전극 활물질 증착 시스템(100)은 증착원(150)에서 공급되는 전극 활물질을 전극판(110)에 코팅하게 된다. 상기 전극 활물질 증착 시스템(100)은 전극 활물질을 코팅하는 과정에서 마스크(160)가 일정 간격으로 회전하면서 전극판(110)에 무지부를 형성하게 된다. 상기 전극 활물질 증착 시스템(100)은 증착원(150)에서 공급되는 전극 활물질 중에서 전극판(110)에 증착되지 않고 하부로 떨어져 마스크(160)의 하부 내면에 부착되는 전극활물질을 히터(180)로 가열하여 제거하게 된다. 따라서, 상기 마스크(160)는 하부 내면에 부착되어 있던 전극 활물질이 제거된 상태에서 증착원(150)의 상부로 위치하게 된다. 또한, 상기 전극 활물질 증착 시스템(100)은 방착판(170)에 의하여 마스크(160)의 하부 내면에 전극 활물질이 부착되는 것을 최소화하게 된다. 따라서, 상기 전극 활물질 증착 시스템(100)은 마스크(160)가 회전하는 과정에서 증착원(150)이 오염되는 것을 방지할 수 있게 된다.
상기 전극 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 탈도프 할수 있는 물질, 리튬과 가역적으로 반응하여 화합물을 형성할 수 있는 물질, 또는 리튬 이온을 가역적으로 인터칼레이션/디인터칼레이션할 수 있는 물질 등을 사용할 수 있다.
상기 전극판(110)은 전극 활물질이 코팅되지 않은 전극 집전체 상태로 언와인더(120)에 롤 형태로 감겨져 있다. 또한, 상기 전극판(110)은 전극 집전체에 전극 활물질이 코팅된 상태로 와인더(130)에 다시 감기게 된다.
상기 언와인더(120)와 와인더(130)는 원기둥 형태로 형성되며, 전극판(110)이 권취된다. 상기 언와인더(120)와 와인더(130)는 서로 이격되어 위치하게 된다. 상기 언와인더(120)와 와인더(130)는 활물질 코팅 장치에서 사용되는 일반적인 언와인더(120)와 와인더(130)로 형성될 수 있다. 상기 언와인더(120)는 권취된 전극판(110)을 공급하며, 와인더(130)는 전극 활물질이 코팅된 전극판(110)을 권취한다.
상기 가이드 드럼(140)은 원통 형상으로 형성된다. 상기 가이드 드럼(140)은 언와인더(120)와 와인더(130)의 사이에 위치한다. 상기 가이드 드럼(140)은 언와인더(120)에서 공급된 전극판(110)의 이송을 가이드 한다. 상기 가이드 드럼(140)은 활물질 코팅 장치에서 사용되는 일반적인 언와인더(120)와 와인더(130)로 형성될 수 있다. 또한, 상기 가이드 드럼(140)은 내부에 냉각 수단을 구비하여 접촉되는 전극판(110)의 온도를 낮추어 증착된 전극 활물질을 보다 빨리 굳도록 한다.
상기 증착원(150)은 가이드 드럼(140)의 하부에 위치하며, 마스크(160)의 내부에 위치한다. 상기 증착원(150)은 용기와 같이 상부가 개방된 수납공간(미도시)을 구비하여 전극 활물질을 수용하게 된다. 이때 상기 증착원(150)은 그 폭이 전극판(110)의 폭보다 큰 폭을 갖도록 형성된다. 또한, 상기 증착원(150)은 수납 공간의 주위에 형성되는 별도의 가열 수단(미도시)을 구비하며, 가열 수단에 의하여 전극 활물질을 가열하게 된다. 따라서, 상기 증착원(150)은 수납공간 내부의 전극 활물질을 증발시켜 상부로 공급하게 된다. 상기 증착원(150)에서 증발된 전극 활물질은 마스크(160)를 통하여 전극판(110)에 증착된다. 따라서, 상기 증착원(150)은 전극판(110)의 일면에 전극 활물질을 증착시킨다.
상기 마스크(160)는 소정 폭을 갖는 원통형으로 형성되며, 일측과 타측이 개방되어 형성된다. 상기 마스크(160)는 다수 개의 슬릿(160a)이 원주 방향을 따라 일정 간격으로 형성된다. 상기 마스크(160)의 폭은 전극판(110)의 폭보다 크게 된다. 또한, 상기 슬릿(160a)의 폭은 전극판(110)의 폭보다 큰 폭을 갖도록 형성된다. 여기서, 상기 슬릿(160a)의 폭은 마스크(160)의 폭 방향에 대응되는 방향의 길이를 의미한다. 또한, 상기 슬릿(160a)의 폭은 증착원(150)의 폭보다 작게 되도록 형성된다. 따라서, 상기 마스크(160)는 슬릿(160a)을 통하여 전극 활물질을 전극판(110)의 폭 방향으로 균일하게 공급될 수 있도록 한다.
또한, 상기 마스크(160)는 슬릿(160a) 사이의 이격 거리가 적어도 전극판(110)에 형성되는 무지부에 대응되는 거리가 되도록 형성된다. 여기서, 상기 이격 거리는 폭 방향에 수직인 방향의 거리를 의미한다. 상기 마스크(160)의 폭은 전극판(110)의 폭보다 크게 된다. 따라서, 상기 마스크(160)는 증착원(150)의 상부에 위치하는 경우에 보다 효율적으로 전극활물질의 흐름을 차단하여 전극판(110)에 무지부가 균일하게 형성되도록 한다.
상기 마스크(160)는 가이드 드럼(140)의 하부에 위치하며, 가이드 드럼(140)과 반대 방향으로 회전한다. 예를들면, 마스크(160)가 시계 방향으로 회전하면, 가이드 드럼(140)은 반시계 방향으로 회전한다. 상기 마스크(160)는 별도의 회전수단(도면에 미도시)에 의하여 회전한다.
또한, 상기 마스크(160)는 내부에 증착원(150)이 위치하게 된다. 따라서, 도 2a를 참조하면, 상기 마스크(160)가 회전하여 슬릿(160a)이 증착원(150)의 상부에 위치하면, 증착원(150)으로부터 공급되는 전극 활물질은 슬릿(160a)을 통과하여 전극판(110)에 증착된다. 또한, 도 2b를 참조하면, 상기 마스크(160)가 회전하여 슬릿(160a)이 형성되지 않은 부분이 증착원(150)의 상부에 위치하면, 증착원(150)의 상부를 가리게 되어 전극 활물질이 전극판(110)으로 공급되는 것을 차단하게 된다. 상기 마스크(160)는 전극판(110)의 일부분에 전극 활물질이 증착되지 않은 무지부를 형성시킨다. 즉, 상기 마스크(160)는 가이드 드럼(140)과 같이 회전하면서 가이드 드럼(140)에 의하여 이송되는 전극판(110)의 일면에 전극 활물질 증착부분과 무지부를 반복적으로 형성시킬 수 있다. 한편, 상기 증착원(150)으로부터 공급되는 전극 활물질은 슬릿(160a)이 형성되지 않은 마스크(160)의 내측면에 부착 또는 증착된다.
상기 방착판(170)은 소정 폭과 길이를 갖는 판상으로 형성된다. 상기 방착판(170)은 마스크(160)의 내부에서 증착원(150)의 하부에 위치한다. 상기 방착판(170)은 별도의 고정 수단(도면에 미도시)에 의하여 고정된다. 또한, 상기 방착판(170)은 그 폭이 마스크(160)의 폭 보다 크게 형성되어, 마스크(160)의 외부로 돌출된다. 여기서, 상기 방착판(170)의 폭은 마스크(160)의 폭에 대응되는 방향의 길이를 의미한다. 따라서, 상기 방착판(170)은 마스크(160)의 전체 폭에 대하여 전극 활물질이 부착되는 것을 방지하게 된다.
상기 방착판(170)은 증착원(150)에서 증발되는 전극 활물질 중에서 마스크(160)의 슬릿(160a)을 통과하지 않고 하부로 낙하되는 전극 활물질이 부착되도록 한다. 즉, 상기 방착판(170)은 낙하되는 전극 활물질이 마스크(160)의 내측면에 부착되는 것을 최소화하게 된다. 또한, 상기 마스크(160)의 내면에 부착된 전극 활물질이 히터(180)에 의하여 증발되는 경우에, 상기 방착판(170)은 하면에 증발된 전극 활물질이 증착되도록 하여 마스크(160)의 내면에 다시 부착되는 것을 방지하게 된다. 따라서, 상기 마스크(160)는 내측면에 부착되는 전극 활물질의 양이 감소하게 되므로, 증착원(150)의 상부로 회전하여 위치할 때 증착원(150)을 오염시키는 것을 최소화하게 된다.
상기 히터(180)는 소정 폭을 갖는 판상 또는 바 형상으로 형성된다. 여기서 히터(180)의 폭은 마스크(160)의 폭 방향의 길이를 의미한다. 상기 히터(180)는 열선을 구비하여 별도의 전기 공급 수단에 의하여 공급되는 전기에 의하여 발열하게 된다. 상기 히터(180)는 마스크(160)의 외측 하부에 위치한다. 또한, 상기 히터(180)는 적어도 마스크(160)의 폭과 같은 폭을 갖도록 형성된다. 따라서, 상기 히터(180)는 전극판(110)에 증착되지 못하고 마스크(160) 내면 또는 외면에 부착되는 전극 활물질에 열을 가하여 증발시키게 된다. 즉, 상기 히터(180)는 마스크(160)의 내면 또는 외면을 세정하여 마스크(160)에 전극 활물질이 축적되는 것을 방지하게 된다. 따라서, 상기 히터(180)는 마스크(160)의 내면에 부착된 전극 활물질을 제거하여 마스크(160)가 증착원(150)을 오염시키는 것을 방지하게 되다. 한편, 상기 히터(180)에 의하여 마스크(160)로부터 증발되는 전극 활물질은 방착판(170)의 하면에 부착되어 마스크(160)의 내면에 다시 부착되지 않게 된다.
또한, 상기 타이머(190)는 히터(180)와 전기적으로 연결되도록 형성된다. 또한, 상기 타이머(190)는 마스크(160)의 외부에 형성된다. 상기 타이머(190)는 마스크(160)의 설정되는 시간 간격에 의하여 히터(180)를 동작시킨다. 상기 타이머(190)는 사전에 조사되는 마스크(160)의 내면에 증착되는 전극 활물질의 양과 히터(180)의 용량에 따라 적정 시간 간격으로 설정될 수 있다. 따라서, 상기 타이머(190)는 히터(180)가 일정 시간만 동작하게 함으로써, 히터(180)의 열 발생양을 최적화하여 효율성을 높일 수 있다.
다음은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전극 활물질 증착 시스템(200)에 대하여 설명한다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전극 활물질 증착 시스템의 정면도이다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 전극 활물질 증착 시스템(200)은 언와인더(120), 와인더(130), 가이드 드럼(140), 증착원(150), 마스크(160), 방착판(170) 및 히터(280)를 포함하여 형성된다. 또한, 상기 전극 활물질 증착 시스템(200)은 타이머(190)를 더 포함하여 형성될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 전극 활물질 증착 시스템(200)은 도 1a 내지 도 1c에 따른 일 실시예와 히터(280)의 위치만 다르게 형성된다. 따라서, 이하에서는 상기 히터(280)의 위치와 타이머(190)를 중심으로 설명한다. 또한, 본 발명의 다른 실시예의 전극 활물질 증착 시스템(200)의 언와인더(120), 와인더(130), 가이드 드럼(140), 증착원(150), 마스크(160) 및 방착판(170) 는 도 1a 내지 도 1c에 따른 일 실시예의 전극 활물질 증착 시스템(100)과 동일하게 형성되므로 동일한 도면부호를 사용하며, 여기서 상세한 설명을 생략한다.
상기 히터(280)는 마스크(160)의 내측 하부에 위치한다. 즉, 상기 히터(280)은 마스크(160)의 하부 내측면에 인접하여 위치한다. 또한, 상기 히터(280)는 방착판(170)의 하부에 위치한다. 따라서, 상기 히터(280)는 마스크(160)의 내측면에 인접하여 위치하므로 보다 효율적으로 전극 활물질을 가열할 수 있게 된다.
본 발명은 상기 실시예들에 한정되지 않고 본 발명의 기술적 요지를 벗어나지 아니하는 범위 내에서 다양하게 수정, 변형되어 실시될 수 있음은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어서 자명한 것이다.
100, 200: 전극 활물질 증착 시스템
110 : 전극판 120 : 언와인더
130 : 와인더 140 : 가이드 드럼
150 : 증착원 160 : 마스크
170 : 방착판 180, 280 : 히터
190 : 타이머

Claims (11)

  1. 전극판을 공급하는 언와인더;
    상기 전극판을 권취하는 와인더;
    상기 전극판의 이송을 가이드 하는 가이드 드럼;
    소정 폭을 갖는 원통 형상이며 다수 개의 슬릿이 일정 간격으로 형성되며, 상기 가이드 드럼의 하부에 위치하여 회전하는 마스크;
    상기 마스크의 내부에 위치하며, 상기 전극판에 전극 활물질을 뿌려주는 증착원;
    판상으로 형성되며, 상기 마스크의 내부에서 상기 증착원의 하부에 위치하는 방착판; 및
    상기 마스크의 하부에 위치하는 히터를 포함하고,
    상기 마스크의 슬릿은 원주 방향으로 일정 간격으로 형성되며, 상기 슬릿 사이의 이격 거리는 적어도 상기 전극판에 형성되는 무지부의 길이에 대응되는 거리인 것을 특징으로 하는 전극 활물질 증착 시스템.
  2. 삭제
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 마스크의 슬릿은 그 폭이 상기 전극판의 폭보다 큰 폭으로 형성되는 것을 특징으로 하는 전극 활물질 증착 시스템.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 마스크의 슬릿은 그 폭이 상기 증착원의 폭보다 큰 폭을 갖도록 형성되는 것을 특징으로 하는 전극 활물질 증착 시스템.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 마스크는 그 폭이 상기 전극판의 폭보다 크게 되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 전극 활물질 증착 시스템.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 방착판은 판상으로 형성되며, 상기 마스크의 폭보다 크게 형성되는 것을 특징으로 하는 전극 활물질 증착 시스템.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 히터는 판상 또는 바 형상으로 형성되며, 적어도 상기 마스크의 폭과 같은 폭을 갖도록 형성되는 것을 특징으로 하는 전극 활물질 증착 시스템.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 히터는 상기 마스크의 외측 하부에 위치하는 것을 특징으로 하는 전극 활물질 증착 시스템.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 히터는 상기 마스크의 내측 하부에서 상기 방착판의 하부에 위치하는 것을 특징으로 하는 전극 활물질 증착 시스템.
  10. 제 1항에 있어서,
    상기 마스크는 상기 가이드 드럼과 반대로 회전하는 것을 특징으로 하는 전극 활물질 증착 시스템.
  11. 제 1항에 있어서,
    상기 히터는 타이머와 전기적으로 연결되며, 상기 타이머는 상기 히터의 작동을 제어하는 것을 특징으로 하는 전극 활물질 증착 시스템.
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