KR101810145B1 - 이차전지 전극 프레싱 장치 - Google Patents

이차전지 전극 프레싱 장치 Download PDF

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KR101810145B1
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김준섭
박배정
장종민
남성우
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(주)피엔티
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Abstract

전극 집전체와, 전극 집전체의 양 측면 중 적어도 한 측면에 적층된, 전극 활물질로 이루어진 전극 활물질층을 구비한 이차전지 전극을 가압하여 그 두께를 줄이는 이차전지 전극 프레싱 장치가 개시된다. 개시된 이차전지 전극 프레싱 장치는, 끊김 없이 이어져 진행하는 이차전지 전극의 진행 경로를 따라 배치되어 이차전지 전극을 순차적으로 가압하는 복수의 프레싱 유닛(pressing unit)을 구비한다. 복수의 프레싱 유닛은 각각, 이차전지 전극이 가압되면서 통과하는 닙(nip)이 형성되도록 위아래에 배치된 상측 롤러와 하측 롤러를 구비한다. 이차전지 전극의 진행 경로를 따라 상류에 배치된 프레싱 유닛의 상측 롤러와 하측 롤러 사이에 형성된 닙의 간격은, 그보다 상대적으로 하류에 배치된 프레싱 유닛의 상측 롤러와 하측 롤러 사이에 형성된 닙의 간격보다 크거나 같다. 복수의 프레싱 유닛 중 가장 하류에 배치된 프레싱 유닛의 상측 롤러와 하측 롤러 사이에 형성된 닙의 간격은, 목표로 설정한 이차전지 전극의 두께보다 작다.

Description

이차전지 전극 프레싱 장치{Apparatus for pressing electrode of secondary battery}
본 발명은 이차전지 전극을 가압 압축하는 이차전지 전극 프레싱 장치에 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 서로 이격되게 적층되는 복수의 전극 활물질층을 구비한다. 복수의 전극 활물질층은 전극 집전체의 길이 방향과 평행하게 연장된다. 서로 이격된 한 쌍의 전극 활물질층 사이의 전극 집전체가 노출된 부분은 무지부라 일컬어 진다. 전극 집전체는 예컨대, 알루미늄(Al) 또는 구리(Cu)로 이루어진 시트(sheet)나 포일(foil)일 수 있다. 상기 전극 활물질층은 전극 집전체 상에 전극 활물질을 도포하고 건조하여 형성된다.
전극 활물질의 집적도가 높을수록 이차전지의 용량이 커지고 성능이 향상되므로, 상기 전극 활물질층은 가압 압축된다. 종래에는 한 번의 프레스(press) 작업을 통하여 전극 활물질층을 목표로 하는 두께까지 압축하는 방법이 사용되었다. 그러나, 한 번의 프레스 작업으로 전극 활물질층을 압축하는 경우, 전극 활물질의 탄성 복원력에 의해 프레스 이후 전극 활물질층이 불균일하게 부풀어 올라 불량율이 높아지며, 전극 활물질층의 압축율도 제한적이다. 또한, 상기 무지부에 전극 활물질층이 압축될 때 발생하는 응력이 작용하여 주름이 형성된다. 상기 무지부의 주름은 전극 집전체의 물성을 약화시켜 전극 집전체의 찢어짐이나 깊은 주름을 야기하여 불량율을 높이며 이차전지의 성능도 저하시킨다.
대한민국 등록특허공보 제10-0363270호
본 발명은, 이차전지 전극의 양품 생산성이 향상되고 이차전지의 성능도 향상되도록 이차전지 전극을 다단계로 압축하는, 이차전지 전극 프레싱 장치를 제공한다.
본 발명은, 전극 집전체와, 상기 전극 집전체의 양 측면 중 적어도 한 측면에 적층된, 전극 활물질로 이루어진 전극 활물질층을 구비한 이차전지 전극을 가압하여 그 두께를 줄이는 장치로서, 끊김 없이 이어져 진행하는 이차전지 전극의 진행 경로를 따라 배치되어 상기 이차전지 전극을 순차적으로 가압하는 복수의 프레싱 유닛(pressing unit)을 구비하고, 상기 복수의 프레싱 유닛은 각각, 상기 이차전지 전극이 가압되면서 통과하는 닙(nip)이 형성되도록 위아래에 배치된 상측 롤러와 하측 롤러를 구비하고, 상기 이차전지 전극의 진행 경로를 따라 상류에 배치된 프레싱 유닛의 상측 롤러와 하측 롤러 사이에 형성된 닙의 간격은, 그보다 상대적으로 하류에 배치된 프레싱 유닛의 상측 롤러와 하측 롤러 사이에 형성된 닙의 간격보다 크거나 같고, 상기 복수의 프레싱 유닛 중 가장 하류에 배치된 프레싱 유닛의 상측 롤러와 하측 롤러 사이에 형성된 닙의 간격은, 목표로 설정한 이차전지 전극의 두께보다 작은 이차전지 전극 프레싱 장치를 제공한다.
상기 복수의 프레싱 유닛은, 상기 이차전지 전극의 진행 경로를 따라 상대적으로 상류에 배치된 제1 프레싱 유닛과, 상기 제1 프레싱 유닛보다 하류에 배치된 제2 프레싱 유닛을 구비하고, 상기 이차전지 전극이 상기 제1 프레싱 유닛을 통과하기 전과 후의 두께의 차이가, 상기 이차전지 전극이 상기 제2 프레싱 유닛을 통과하기 전과 후의 두께의 차이보다 클 수 있다.
상기 이차전지 전극의 전극 활물질층은 상기 전극 집전체의 폭 방향으로 이격되게 복수 개가 배치되고, 상기 복수 개의 전극 활물질층 중에서 인접한 한 쌍의 전극 활물질층 사이에는 상기 전극 활물질이 없어 상기 전극 집전체의 측면이 노출되는 무지부가 형성되고, 상기 복수의 프레싱 유닛은, 상기 이차전지 전극의 진행 경로를 따라 상대적으로 상류에 배치된 제1 프레싱 유닛과, 상기 제1 프레싱 유닛보다 하류에 배치된 제2 프레싱 유닛을 구비하고, 상기 제1 프레싱 유닛은, 자신을 통과한 이차전지 전극의 무지부에 주름(wrinkle)이 형성되지 않는 압력으로 상기 이차전지 전극을 가압할 수 있다.
상기 제2 프레싱 유닛을 통과하는 이차전지 전극의 진행 속도에 따라 상기 제1 프레싱 유닛을 통과하는 이차전지 전극의 진행 속도가 조정될 수 있다.
본 발명의 이차전지 전극 프레싱 장치는, 상기 이차전지 전극의 진행 경로를 따라 상기 제1 프레싱 유닛과 상기 제2 프레싱 유닛 사이에 상기 이차전지 전극의 장력(tension force)을 미리 설정된 값으로 조정하기 위한 장력 조절 유닛을 더 구비하고, 상기 장력 조절 유닛을 통과하는 이차전지 전극의 장력이 상기 미리 설정된 값보다 크면 상기 제1 프레싱 유닛을 통과하는 이차전지 전극의 진행 속도가 빨라지도록 상기 제1 프레싱 유닛의 급지 속도(feeding velocity)가 조정되고, 상기 장력 조절 유닛을 통과하는 이차전지 전극의 장력이 상기 미리 설정된 값보다 작으면 상기 제1 프레싱 유닛을 통과하는 이차전지 전극의 진행 속도가 느려지도록 상기 제1 프레싱 유닛의 급지 속도가 조정될 수 있다.
본 발명의 이차전지 전극 프레싱 장치는, 상기 복수의 프레싱 유닛을 통과한 이차전지 전극의 두께를 측정하는 두께 측정 유닛을 더 구비하고, 상기 두께 측정 유닛이 측정한 이차전지 전극의 두께와 상기 목표로 설정한 이차전지 전극의 두께를 비교하고, 그 결과에 따라 상기 복수의 프레싱 유닛 중 적어도 하나의 프레싱 유닛의 상측 롤러와 하측 롤러 사이에 형성된 닙의 간격이 조정될 수 있다.
상기 복수의 프레싱 유닛 중 가장 하류에 배치된 프레싱 유닛의 상측 롤러와 하측 롤러 사이에 형성된 닙의 간격과, 상기 목표로 설정한 이차전지 전극의 두께 사이의 차이는, 상기 목표로 설정한 이차전지 전극의 두께의 20%보다 작을 수 있다.
본 발명의 이차전지 전극 프레싱 장치는, 한번의 가압으로 이차전지 전극을 압축하는 것이 아니라, 복수 회에 걸쳐 순차적으로 이차전지 전극을 가압하여 목표로 설정한 이차전지 전극의 두께가 되도록 압축한다. 따라서, 전극 활물질층의 압축률과 두께 균일성이 향상되고, 무지부의 주름도 억제되며, 이에 따라, 양품인 이차전지 전극의 생산성이 향상되고 이차전지의 성능도 향상된다.
도 1은 이차전지 전극의 일 예를 도시한 사시도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 이차전지 전극 프레싱 장치의 구성도이다.
도 3은 도 2의 III 부분을 확대 도시한 도면이다.
도 4는 도 2의 IV 부분을 확대 도시한 도면이다.
도 5는 도 2의 이차전지 전극 프레싱 장치를 이용한 압축 과정에서 이차전지 전극의 두께 변화를 나타낸 단면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 이차전지 전극 프레싱 장치를 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 이차전지 전극의 일 예를 도시한 사시도이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 이차전지 전극 프레싱 장치의 구성도이고, 도 3은 도 2의 III 부분을 확대 도시한 도면이고, 도 4는 도 2의 IV 부분을 확대 도시한 도면이며, 도 5는 도 2의 이차전지 전극 프레싱 장치를 이용한 압축 과정에서 이차전지 전극의 두께 변화를 나타낸 단면도이다. 도 1을 참조하면, 이차전지 전극(1)은 양극(anode)과 음극(cathode)으로 구분되며, 공통적으로 전극 집전체(2)와, 상기 전극 집전체(2)의 상측면 및 하측면에 적층된, 전극 활물질로 이루어진 복수의 전극 활물질층(5)을 구비한다.
상기 복수의 전극 활물질층(5)은 전극 집전체(2)의 폭 방향, 즉 Y축과 평행한 방향으로 이격되게 배치되고, 상기 복수의 전극 활물질층(5) 중에서 인접한 한 쌍의 전극 활물질층(5) 사이에는 전극 활물질이 없어 전극 집전체(2)의 상측면 또는 하측면이 노출되는 무지부(4)가 형성된다. 상기 무지부(4)뿐만 아니라 전극 집전체(2)의 폭 방향으로 양 측 단부(3)도 전극 활물질층(5)이 적층되지 않아 전극 집전체(2)의 상측면 또는 하측면이 부분적으로 노출될 수 있다. 한편, 도 1에 도시된 것과 달리, 이차전지 전극은 전극 집전체(2)의 상측면과 하측면 중 한 측면에만 적층된 전극 활물질층(5)을 구비할 수도 있으며, 본 발명의 이차전지 전극 프레싱 장치는 전극 집전체(2)의 양 측면에 전극 활물질층(5)이 적층된 이차전지 전극뿐만 아니라, 전극 집전체(2)의 일 측면에만 전극 활물질층(5)이 적층된 이차전지 전극도 압축할 수 있다.
도 1에 도시된 이차전지 전극(1)은 양극일 수도 있고 음극일 수도 있다. 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 집전체(2)와 음극용 전극 집전체(2)는 통상적으로, 3 내지 500 ㎛의 두께를 갖는 금속 재질의 포일(foil)일 수 있다. 양극용 전극 집전체(2)는 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 집전체(2)는 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(2) 또는 음극용 전극 집전체(2)는 포일(foil) 형태에 한정되는 것은 아니며, 필름(film), 시트(sheet), 네트(net), 다공질체, 발포체, 부직포체 등 다양한 형태가 가능하다.
양극용 전극 활물질층(5)의 소재인 양극용 전극 활물질은, 예를 들어, LiCoO2, LiMn2O4, LiNiO2, LiMnO2 과 같은 리튬계 산화물을 주성분으로 포함하고, 바인더(binder)로서 수지(resin)를 포함한다. 음극용 전극 활물질층(5)의 소재인 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.
도 2 내지 도 5를 함께 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 이차전지 전극 프레싱 장치(10)는 롤투롤(roll-to-roll) 방식으로 진행하는 상기 이차전지 전극(1)(도 1 참조)을 가압하여 그 두께를 줄이는 장치로서, 공급 롤러(11), 회수 롤러(60), 단부 제거 유닛(20), 제1 및 제2 프레싱 유닛(22, 35), 두께 측정 유닛(50), 제1 내지 제4 장력 조절 유닛(13, 27, 41, 55)를 구비한다.
공급 롤러(11)는 롤(roll) 형태로 권취된 이차전지 전극(1)을 풀어 끊김 없이 이어지게 공급하는 롤러이다. 상기 공급 롤러(11)에 장착되는 롤 형태의 이차전지 전극(1)은, 전극 집전체(2)의 양 측면에 전극 활물질을 도포하고, 상기 전극 활물질을 건조 경화하여 전극 활물질층(5)을 형성하고, 롤 형태로 권취한 것이다. 회수 롤러(60)는 상기 공급 롤러(11)에 의해 공급된 이차전지 전극(1)이 정해진 경로를 따라 진행하면서 상기 제1 및 제2 프레싱 유닛(22, 35)과 상기 두께 측정 유닛(50)을 통과한 후 롤(roll) 형태로 다시 권취되어 회수되는 롤러이다.
단부 제거 유닛(20)은 공급 롤러(11)에서 회수 롤러(60)로 향하는 이차전지 전극(1)의 진행 경로 상에서 제1 및 제2 프레싱 유닛(22, 35)의 상류에 배치되며, 이차전지 전극(1)의 양 측 단부(3)(도 1 참조)를 잘라내 제거한다. 상기 단부 제거 유닛(20)은 이차전지 전극(1)을 그 진행 방향과 평행하게 슬리팅(slitting)하여 상기 양 측 단부(3)를 이차전지 전극(1)에서 제거한다. 한편, 이차전지 전극(1)에서 상기 양 측 단부(3)를 제거할 필요가 없는 경우에 상기 단부 제거 유닛(20)은 동작하지 않는다.
제1 및 제2 프레싱 유닛(22, 35)은 공급 롤러(11)에서 회수 롤러(60)로 향하는 이차전지 전극(1)의 진행 경로 상에서 상기 단부 제거 유닛(20)의 하류에 배치되어 상기 이차전지 전극(1)을 순차적으로 가압한다. 상기 이차전지 전극(1)의 진행 경로 상에서 제1 프레싱 유닛(22)이 제2 프레싱 유닛(35)보다 상대적으로 상류에 배치된다.
제1 및 제2 프레싱 유닛(22, 35)은 각각, 위아래에 서로 마주보게 배치된 상측 롤러(23, 36)와 하측 롤러(25, 38)를 구비한다. 도시되진 않았으나, 제1 및 제2 프레싱 유닛(22, 35)은 각각, 전동 모터(미도시)와, 상기 전동 모터의 동력을 상측 롤러(23, 36)와 하측 롤러(25, 38)에 전달하는 기어(gear)들을 더 구비한다. 이에 따라 제1 프레싱 유닛(22)의 상측 및 하측 롤러(23, 25)와, 제2 프레싱 유닛(35)의 상측 및 하측 롤러(36, 38)은 당해 유닛에 구비된 전동 모터의 모터 샤프트의 회전력에 의해 동력 회전한다.
제1 및 제2 프레싱 유닛(22, 35)의 마주보는 상측 롤러(23, 36)와 하측 롤러(25, 38) 사이에 롤러의 길이 방향과 평행하게 직선(直線) 연장된 접촉면을 닙(nip)(24, 37)이라 한다. 상기 닙(24, 37)은 상측 롤러(23, 36)와 하측 롤러(25, 38)가 실제로 접촉되어 형성된 경우뿐만 아니라, 외견상 접촉된 것처럼 보이나 정밀하게 보면 미세하게 이격된 경우를 지칭할 수도 있다. 제1 프레싱 유닛(22)의 상측 및 하측 롤러(23, 25) 사이에 형성된 닙(24)의 간격(NIP1)은 제2 프레싱 유닛(35)의 상측 및 하측 롤러(36, 38) 사이에 형성된 닙(37)의 간격(NIP2)보다 크거나 같다.
공급 롤러(11)에서 공급된 이차전지 전극(1)은 제1 프레싱 유닛(22)의 닙(24)과 제2 프레싱 유닛(35)의 닙(37)을 순차적으로 통과하면서 가압된다. 구체적으로, 도 5에 도시된 이차전지 전극(1)의 두께 중에서, 'TE1' 이 공급 롤러(11)에서 공급되어 제1 프레싱 유닛(22)의 닙(24)을 통과하기 전의 이차전지 전극(1)의 두께이고, 'TE2' 가 제1 프레싱 유닛(22)의 닙(24)을 통과하고 제2 프레싱 유닛(35)의 닙(37)을 통과하기 전의 이차전지 전극(1)의 두께이며, 'TE3' 이 제2 프레싱 유닛(35)의 닙(37)을 통과한 이차전지 전극(1)의 두께이다.
전극 집전체(2)가 금속 재질의 포일(foil)인 경우에 제1 및 제2 프레싱 유닛(22, 35)을 통과하여도 상기 전극 집전체(2)의 두께(TB)는 거의 압축되지 않는다. 따라서, 제1 프레싱 유닛(22)을 통과하기 전과 후의 이차전지 전극(1)의 두께 차이 'TE1-TE2' 제1 프레싱 유닛(22)을 통과하기 전과 후의 전극 활물질층(5)의 두께 차이 'TM1-TM2' 의 두 배와 같다. 마찬가지로, 제2 프레싱 유닛(35)을 통과하기 전과 후의 이차전지 전극(1)의 두께 차이 'TE2-TE3'는, 제2 프레싱 유닛(35)을 통과하기 전과 후의 전극 활물질층(5)의 두께 차이 'TM2-TM3' 의 두 배와 같다.
도 5에 도시된 바와 같이, 제1 프레싱 유닛(22)을 통과하기 전과 후의 이차전지 전극(1)의 두께 차이 'TE1-TE2'가, 제2 프레싱 유닛(35)을 통과하기 전과 후의 이차전지 전극(1)의 두께 차이 'TE2-TE3'보다 크며, 이와 같이 이차전지 전극(1)이 제1 프레싱 유닛(22)에서 상대적으로 큰 폭으로 압축되고, 제2 프레싱 유닛(35)에서 상대적으로 작은 폭으로 압축되도록 제1 프레싱 유닛(22)의 닙(24)의 간격(NIP1)과 제2 프레싱 유닛(35)의 닙(37)의 간격(NIP2)이 설정된다.
이차전지 전극(1)이 한번에 과도한 압력으로 가압되면 전극 활물질층(5)이 급격하게 압축되면서 그 응력이 무지부(4)(도 1 참조)에 전달되어 전극 집전체(2)의 무지부(4)에 주름(wrinkle)이 발생하게 된다. 따라서, 제1 프레싱 유닛(22)이 닙(24)을 통과한 이차전지 전극(1)의 무지부(4)에 주름이 형성되지 않는 압력으로 이차전지 전극(1)을 가압하도록 상기 닙(24)의 간격(NIP1)이 설정된다.
한편, 이차전지 전극(1)은 전극 활물질층(5)의 탄성 복원성으로 인해 제1 및 제2 프레싱 장치(22, 35)의 닙(24, 37)을 통과한 후 약간 부풀게 된다. 이를 감안하여, 마지막으로 이차전지 전극(1)을 가압하는 제2 프레싱 유닛(35)의 닙(37)의 간격(NIP2)은 목표로 설정한 이차전지 전극(1)의 두께, 즉 TE3(도 5 참조)보다 작다. 그리고, 상기 닙(37)의 간격(NIP2)과 상기 목표로 설정된 이차전지 전극(1)의 두께(TE3)의 차이는 상기 목표로 설정된 이차전지 전극(1)의 두께(TE3)의 20%보다 작다.
상술한 닙(24, 37)의 간격(NIP1, NIP2)을 결정하는 요인들을 종합적으로 고려하여 제1 및 제2 프레싱 유닛(22, 35)의 닙(24, 37)의 간격(NIP1, NIP2)이 결정된다. 구체적으로는, 목표로 하는 이차전지 전극(1)의 두께 감축량, 즉 'TE1-TE3' 의 대략 70%의 두께 감소를 제1 프레싱 유닛(22)이 감당하고, 상기 목표 두께 감축량(TE1-TE3)의 35 내지 40%의 두께 감소를 제2 프레싱 유닛(35)이 감당하도록 제1 및 제2 프레싱 유닛(22, 35)의 닙(24, 37)의 간격(NIP1, NIP2)이 결정될 수 있다.
두께 측정 유닛(50)은 제1 및 제2 프레싱 유닛(22, 35)을 통과한 이차전지 전극(1)의 두께를 측정한다. 두께 측정 유닛(50)은 이차전지 전극(1)의 진행 경로 상에서 상기 이차전지 전극(1)을 지지하는 지지 롤러(53)와, 상기 지지 롤러(53)를 통과하는 이차전지 전극(1)의 두께를 비접촉적 방식으로 감지하는 감지 헤드(51)를 구비한다. 상기 감지 헤드(51)는 이차전지 전극(1)의 폭 방향을 따라 이차전지 전극(1)의 두께를 측정한다.
콘트롤러(controller)(62)는 두께 측정 유닛(50)이 측정한 이차전지 전극(1)의 실제 두께와 목표로 설정한 이차전지 전극(1)의 두께를 비교하고, 그 결과에 따라 제1 및 제2 프레싱 유닛(22, 35) 중 적어도 하나의 프레싱 유닛의 닙(24, 37)의 간격(NIP1, NIP2)을 조정한다. 부연하면, 이차전지 전극(1)의 실제 두께가 목표로 설정한 두께보다 두꺼우면, 콘트롤러(62)가 상측 롤러(23, 36)와 하측 롤러(24, 37) 중 하나를 승강(乘降) 구동하는 전동 모터를 제어하는 제어 신호를 송신하며, 이에 따라 상기 닙(24, 37)의 간격(NIP1, NIP2)이 좁아져 상기 실제 두께와 목표로 한 두께의 차이가 작아지게 된다.
이차전지 전극(1)의 두께가 자신의 폭 방향을 따라 균일하지 않은 경우, 예를 들면, 이차전지 전극(1)의 폭 방향을 따라 일 측의 두께가 타 측보다 두꺼운 경우에도, 상측 롤러(23, 36)와 하측 롤러(24, 37) 중 하나의 일 측 단부와 타 측 단부가 서로 다른 폭으로 승강하도록 콘트롤러(62)가 제어함으로써, 이차전지 전극(1)의 두께가 자신의 폭 방향을 따라 균일하게 조정될 수 있다. 상기 콘트롤러(62)는 이차전지 전극 프레싱 장치(10)의 각 유닛들의 동작을 종합적으로 제어하는 메인 콘트롤러(main controller)에 포함된 것일 수 있다.
제1 프레싱 유닛(22)으로 진입하는 이차전지 전극(1)의 장력(tension force)을 미리 설정된 값으로 유지하기 위한 제1 장력 조절 유닛(13)은 이차전지 전극(1)의 진행 방향을 따라 제1 프레싱 유닛(22)의 상류에 배치된다. 제2 프레싱 유닛(35)으로 진입하는 이차전지 전극(1)의 장력을 미리 설정된 값으로 유지하기 위한 제2 장력 조절 유닛(27)은 이차전지 전극(1)의 진행 방향을 따라 제2 프레싱 유닛(35)의 상류에 배치된다. 제1 및 제2 장력 조절 유닛(13, 27)이 없으면 이차전지 전극(1)의 장력 조절 실패로 두께가 균일하지 않을 수 있고, 이차전지 전극(1)이 끊어질 수도 있다.
두께 측정 유닛(50)으로 진입하는 이차전지 전극(1)의 장력을 미리 설정된 값으로 유지하기 위한 제3 장력 조절 유닛(41)은 이차전지 전극(1)의 진행 방향을 따라 두께 측정 유닛(50)의 상류에 배치된다. 제3 장력 조절 유닛(41)이 없으면 이차전지 전극(1)의 장력 조절 실패로 이차전지 전극(1)의 두께를 실제 두께와 다르게 측정할 수 있고, 이차전지 전극(1)이 끊어질 수도 있다. 권취 및 회수되기 위해 회수 롤러(60)로 진입하는 이차전지 전극(1)의 장력을 미리 설정된 값으로 유지하기 위한 제4 장력 조절 유닛(55)은 이차전지 전극(1)의 진행 방향을 따라 회수 롤러(60)의 상류에 배치된다. 제4 장력 조절 유닛(55)이 없으면 이차전지 전극(1)의 장력 조절 실패로 회수 롤러(60)에서 이차전지 전극(1)이 촘촘하게 권취되지 않아 보관 및 운반성이 열화될 수 있고, 이차전지 전극(1)이 끊어질 수도 있다.
제1 내지 제4 장력 조절 유닛(13, 27, 41, 55)은 각각, 승강 가능한 댄서 롤러(dancer roller)(14, 28, 42, 56)와, 이차전지 전극(1)의 진행 경로 상에서 상기 댄서 롤러(14, 28, 42, 56)의 상류와 하류에 배치되어 이차전지 전극(1)을 지지하는 상류측 지지 롤러(17, 31, 45, 57)와 하류측 지지 롤러(18, 32, 46, 58)를 구비한다.
이차전지 전극(1)의 장력이 상기 미리 설정된 적정값에 해당되면, 댄서 롤러(14, 28, 42, 56)가 상측이나 하측에 치우치지 않은 중간 높이에 위치하나, 이차전지 전극(1)의 장력이 상기 미리 설정된 적정값보다 커지면, 댄서 롤러(14, 28, 42, 56)는 이차전지 전극(1)의 진행 경로가 단축되도록 상승한다. 반대로, 이차전지 전극(1)의 장력이 상기 미리 설정된 적정값보다 작아지면, 댄서 롤러(14, 28, 42, 56)는 이차전지 전극(1)의 진행 경로가 연장되도록 하강한다. 댄서 롤러(14, 28, 42, 56)가 중간 높이보다 상승 또는 하강된 상태에서 자연적으로 중간 높이로 복귀하지 않으면, 콘트롤러(62)가 댄서 롤러(14, 28, 42, 56)에 인접하며 전동 모터의 동력에 의해 회전하는 롤러의 급지 속도(feeding velocity)를 조정하여 댄서 롤러(14, 28, 42, 56)를 중간 높이에 오도록 함으로써 이차전지 전극(1)의 장력이 미리 설정된 적정값으로 수렴하도록 한다.
도 2에 도시된 이차전지 전극 프레싱 장치(10)는 제2 프레싱 유닛(35)을 통과하는 이차전지 전극(1)의 진행 속도에 따라 제1 프레싱 유닛(22)을 통과하는 이차전지 전극(1)의 진행 속도가 조정될 수 있다. 즉, 제2 프레싱 유닛(35)이 마스터 프레싱 유닛(master pressing unit)이 되고, 제1 프레싱 유닛(22)이 서브 프레싱 유닛(sub pressing unit)이 될 수 있다. 이 경우에, 제2 장력 조절 유닛(27)을 통과하는 이차전지 전극(1)의 장력이 상기 미리 설정된 적정값보다 크면 제1 프레싱 유닛(22)을 통과하는 이차전지 전극(1)의 진행 속도가 빨라지도록 제1 프레싱 유닛(22)의 급지 속도(feeding velocity)가 조정되고, 반대로, 제2 장력 조절 유닛(27)을 통과하는 이차전지 전극(1)의 장력이 상기 미리 설정된 적정값보다 작으면 제1 프레싱 유닛(22)을 통과하는 이차전지 전극(1)의 진행 속도가 느려지도록 제1 프레싱 유닛(22)의 급지 속도가 조정된다.
구체적으로, 제2 프레싱 유닛(35)의 급지 속도가 특정한 값으로 지정되고, 제1 프레싱 유닛(22)의 급지 속도는 상기 제2 프레싱 유닛(35)의 급지 속도와 같은 급지 속도로 조정되어 이차전지 전극(1)이 진행하고 있는 도중에, 제2 장력 조절 유닛(27)의 댄서 롤러(28)가 중간 높이보다 높아지면, 콘트롤러(62)는 장력이 적정값보다 높다고 판단하고, 제1 프레싱 유닛(22)의 급지 속도를 증속(增速)한다. 반대로, 제2 장력 조절 유닛(27)의 댄서 롤러(28)가 중간 높이보다 낮아지면, 콘트롤러(62)는 장력이 적정값보다 낮다고 판단하고, 제1 프레싱 유닛(22)의 급지 속도를 감속(減速)한다. 여기서, 제1 및 제2 프레싱 유닛(22, 35)의 급지 속도의 변경은 상측 롤러(23, 36)와 하측 롤러(25, 38)의 회전 속도를 변경함으로써 수행된다.
이상에서는 한 쌍의 프레싱 유닛(22, 35)을 구비한 이차전지 전극 프레싱 장치(10)에 대해 설명하였으나, 본 발명의 이차전지 전극 프레싱 장치는 한 쌍보다 더 많은, 예컨대, 3 내지 4개의 프레싱 유닛을 구비할 수도 있다. 이 경우에, 복수의 프레싱 유닛 중에서 이차전지 전극의 진행 경로를 따라 상류에 배치된 프레싱 유닛의 상측 롤러와 하측 롤러 사이에 형성된 닙의 간격은, 그보다 상대적으로 하류에 배치된 프레싱 유닛의 상측 롤러와 하측 롤러 사이에 형성된 닙의 간격보다 크게 구성된다. 또한, 상기 복수의 프레싱 유닛 중 가장 하류에 배치된 프레싱 유닛의 상측 롤러와 하측 롤러 사이에 형성된 닙의 간격은, 목표로 설정한 이차전지 전극의 두께보다 작고, 그 차이는 상기 목표로 설정한 이차전지 전극의 두께의 20%보다 작게 구성된다.
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: 이차전지 전극 2: 전극 집전체
5: 전극 활물질층 10: 이차전지 전극 프레싱 장치
11: 공급 롤러 13, 27, 41, 55: 장력 조절 유닛
22, 35: 프레싱 유닛 50: 두께 측정 유닛
60: 회수 롤러 62: 콘트롤러

Claims (7)

  1. 전극 집전체와, 상기 전극 집전체의 양 측면 중 적어도 한 측면에 적층된, 전극 활물질로 이루어진 전극 활물질층을 구비한 이차전지 전극을 가압하여 그 두께를 줄이는 장치로서,
    끊김 없이 이어져 진행하는 이차전지 전극의 진행 경로를 따라 배치되어 상기 이차전지 전극을 순차적으로 가압하는 복수의 프레싱 유닛(pressing unit);을 구비하고,
    상기 복수의 프레싱 유닛은 각각, 상기 이차전지 전극이 가압되면서 통과하는 닙(nip)이 형성되도록 위아래에 배치된 상측 롤러와 하측 롤러를 구비하고,
    상기 복수의 프레싱 유닛은, 상기 이차전지 전극의 진행 경로를 따라 상대적으로 상류에 배치된 제1 프레싱 유닛과, 상기 제1 프레싱 유닛보다 하류에 배치된 제2 프레싱 유닛을 구비하고,
    상기 이차전지 전극의 진행 경로를 따라 상기 제1 프레싱 유닛과 상기 제2 프레싱 유닛 사이에 상기 이차전지 전극의 장력(tension force)을 미리 설정된 값으로 조정하기 위한 장력 조절 유닛;을 더 구비하고,
    상기 장력 조절 유닛을 통과하는 이차전지 전극의 장력이 상기 미리 설정된 값보다 크면 상기 제1 프레싱 유닛을 통과하는 이차전지 전극의 진행 속도가 빨라지도록 상기 제1 프레싱 유닛의 급지 속도(feeding velocity)가 조정되고,
    상기 장력 조절 유닛을 통과하는 이차전지 전극의 장력이 상기 미리 설정된 값보다 작으면 상기 제1 프레싱 유닛을 통과하는 이차전지 전극의 진행 속도가 느려지도록 상기 제1 프레싱 유닛의 급지 속도가 조정되는 것을 특징으로 하는 이차전지 전극 프레싱 장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 이차전지 전극이 상기 제1 프레싱 유닛을 통과하기 전과 후의 두께의 차이가, 상기 이차전지 전극이 상기 제2 프레싱 유닛을 통과하기 전과 후의 두께의 차이보다 큰 것을 특징으로 하는 이차전지 전극 프레싱 장치.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 이차전지 전극의 전극 활물질층은 상기 전극 집전체의 폭 방향으로 이격되게 복수 개가 배치되고, 상기 복수 개의 전극 활물질층 중에서 인접한 한 쌍의 전극 활물질층 사이에는 상기 전극 활물질이 없어 상기 전극 집전체의 측면이 노출되는 무지부가 형성되고,
    상기 제1 프레싱 유닛은, 자신을 통과한 이차전지 전극의 무지부에 주름(wrinkle)이 형성되지 않는 압력으로 상기 이차전지 전극을 가압하는 것을 특징으로 하는 이차전지 전극 프레싱 장치.
  4. 제2 항 또는 제3 항에 있어서,
    상기 이차전지 전극의 진행 경로를 따라 상류에 배치된 프레싱 유닛의 상측 롤러와 하측 롤러 사이에 형성된 닙의 간격은, 그보다 상대적으로 하류에 배치된 프레싱 유닛의 상측 롤러와 하측 롤러 사이에 형성된 닙의 간격보다 크거나 같고,
    상기 복수의 프레싱 유닛 중 가장 하류에 배치된 프레싱 유닛의 상측 롤러와 하측 롤러 사이에 형성된 닙의 간격은, 목표로 설정한 이차전지 전극의 두께보다 작은 것을 특징으로 하는 이차전지 전극 프레싱 장치.
  5. 삭제
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 복수의 프레싱 유닛을 통과한 이차전지 전극의 두께를 측정하는 두께 측정 유닛;을 더 구비하고,
    상기 두께 측정 유닛이 측정한 이차전지 전극의 두께와 목표로 설정한 이차전지 전극의 두께를 비교하고, 그 결과에 따라 상기 복수의 프레싱 유닛 중 적어도 하나의 프레싱 유닛의 상측 롤러와 하측 롤러 사이에 형성된 닙의 간격이 조정되는 것을 특징으로 하는 이차전지 전극 프레싱 장치.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 복수의 프레싱 유닛 중 가장 하류에 배치된 프레싱 유닛의 상측 롤러와 하측 롤러 사이에 형성된 닙의 간격과, 목표로 설정한 이차전지 전극의 두께 사이의 차이는, 상기 목표로 설정한 이차전지 전극의 두께의 20%보다 작은 것을 특징으로 하는 이차전지 전극 프레싱 장치.
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