KR101861049B1 - 리튬 이온 이차 전지용 전극 시트의 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

여기서 개시되는 리튬 이온 이차 전지용 전극 시트의 제조 방법은, 조립 입자의 분체(220)를 준비하는 단계를 포함한다. 이 단계에서, 활물질 입자(241)와 바인더(242)를 포함하는 조립 입자(240)의 분체(220)가 제공된다. 띠 형상의 집전박(201)을 반송하면서, 그 위에 분체(220)가 퇴적된다. 그리고, 집전박(201)의 폭 방향의 중앙 부분(202, 203)에서 분체(220)가 제거되고, 집전박(201) 중앙 부분(202, 203)의 양측에 남아 있는 분체(220)에, 스퀴지 부재(106)를 접촉시킴으로써 분체(220)의 두께를 조절한다. 이어서, 집전박(201)의 중앙 부분(202, 203)의 양측에 남은 분체(220)를 프레스한다.

Description

리튬 이온 이차 전지용 전극 시트의 제조 방법 {METHOD OF MANUFACTURING LITHIUM-ION SECONDARY BATTERY ELECTRODE SHEET}
본 발명은 리튬 이온 이차 전지용 전극 시트의 제조 방법에 관한 것이다. 본 명세서에서 사용되는 용어 "이차 전지"는 일반적으로 반복 재충전가능한 전지를 의미한다. 용어 "리튬 이온 이차 전지"는 리튬 이온을 전해질 이온으로 사용하고, 정극과 부극 사이에서 리튬 이온의 이동에 수반하는 전하의 이동에 의해 충방전되는 이차 전지를 의미한다. 리튬 이온 이차 전지는, 전해질 염이 용해된 비수성 용매를 포함하는 비수 전해액을 사용하는 "비수 전해액 이차 전지"의 일종이다. 본 출원은 2014년 7월 8일자로 일본에서 출원된 특허 출원 제2014-140939호를 우선권 주장하며, 그 전체 내용은 본 명세서에 참고로 포함된다.
예를 들어, 일본 특허 공개 제2005-340188호 공보에 따라, 애노드용 조립 입자 및 캐소드용 조립 입자를 준비한다. 애노드용 조립 입자는, 활물질 함유 입자를, 도전 조제 입자를 함유하는 바인더와 결합시킴으로써 제공된다. 캐소드용 조립 입자는 또한, 활물질을 함유하는 입자를, 도전 조제 입자를 함유하는 바인더와 결합시킴으로써 제공된다. 이 조립 입자를 애노드용 또는 캐소드용 집전체에 적층하고, 이 집전체에 적층된 조립 입자를 열간 압연함으로써, 애노드용 또는 캐소드용 집전체에 활물질층이 형성되어 있다. 보다 구체적으로는, 일본 특허 공개 제2005-340188호 공보에 따르면, 집전체에 대하여 조립 입자(분체)를 공급하여 조립 입자의 층을 가열하여 집전체와 조립 입자의 층을 회전하는 롤러 사이를 통과시키면서 집전체 상의 조립 입자의 층을 열간 압연한다.
예를 들어, 일본 특허 공개 제2010-225291호 공보에 개시되어 있는 바와 같이, 정극 시트 및 부극 시트는 띠 형상의 전극 시트로 제공되고, 각 전극 시트의 길이 방향을 따라 활물질층을 형성한 형태가 개시되어 있다. 이러한 형태에서는, 각 전극 시트의 폭 방향의 일 단부를 따라 집전체가 노출된 노출부가 연장되어 있다. 상기 노출부를 제외하고, 각 전극 시트의 폭 방향의 반대측에 따라 길이 방향으로 활물질층이 연장되도록 활물질층이 각 전극 시트에 형성되어 있다. 노출부는 활물질층이 형성되지 않는 부위이며, "활물질층 미형성부"라고 불리고 있다. 또한, 집전박 중 활물질층이 형성되지 않은 영역(즉, 노출부로 정의되는 집전박의 영역)은 "활물질층 미형성 영역"이라고도 불린다.
일본 특허 공개 제2005-340188호 공보 일본 특허 공개 제2010-225291호 공보
이러한 전극 시트의 제조 방법에서, 분체 성형에 의한 활물질층을 제공하는 것은 여러가지 장점이 있다. 그러나, 리튬 이온 이차 전지의 경우, 얇은 집전박 상에, 분체 성형에 의해 활물질층이 형성되어, 분체의 형상을 잃는 등의 우려가 있다. 따라서, 본 발명의 실시예는, 분체 성형에 의해 활물질층을 형성하는 단계를 포함하는 리튬 이온 이차 전지용 전극 시트의 제조 방법에 대하여, 적합한 방법을 제공한다.
본 발명의 실시예에 따른 리튬 이온 이차 전지용 전극 시트의 제조 방법은, a) 띠 형상의 집전박을 준비하는 단계와, b) 조립 입자의 분체를 준비하는 단계와, c) 집전박을 반송하는 단계와, d) 분체를 퇴적시키는 단계와, e) 분체의 두께를 조정하는 단계와, f) 분체를 프레스하는 단계를 포함하고 있다. 단계 b)에서는, 활물질 입자와 바인더를 포함하는 조립 입자의 분체가 준비된다. 단계 d)에서는, 집전박 위에 분체가 퇴적된다. 단계 e)에서는, 집전박의 폭 방향의 중앙 부분에서 분체를 제거하고, 집전박의 중앙 부분의 양측에 남은 분체에, 스퀴지 부재를 접촉시킴으로써 상기 분체 두께가 조정된다. 단계 f)에서는, 집전박의 중앙 부분의 양측에 남아 있는 분체가 프레스된다. 이에 의해, 고품질의 활물질층이 형성된다.
단계 e)에서는, 집전박의 폭 방향의 중앙 부분에서, 집전박 위에 퇴적된 분체를 집전박의 폭 방향의 양측에 안내하여, 집전박의 폭 방향의 중앙 부분에서 분체를 제거하는 것이 포함될 수 있다. 단계 f)에서는, 집전박의 중앙 부분의 양측에 남은 분체의 내측 테두리에 제1 가이드를 접촉하면서, 분체를 프레스하는 것이 포함될 수 있다. 단계 f)에서는, 집전박의 중앙 부분의 양측에 남은 분체의 외측 테두리에 제2 가이드를 접촉하면서, 분체를 프레스하는 것이 포함될 수 있다.
도 1은 리튬 이온 이차 전지의 단면도이다.
도 2는 리튬 이온 이차 전지에 내장되는 전극체를 도시하는 도면이다.
도 3은 리튬 이온 이차 전지용 전극 시트의 제조 방법을 구현화한 제조 장치(100)의 측면도이다.
도 4는 제조 장치(100)의 평면도이다.
도 5는 도 4의 V-V선을 따른, 집전박(201)의 반송 경로의 단면도이다.
도 6은 "이중 스트립"의 전극 시트의 중간 생성물을 도시하는 도면이다.
도 7은 이중 스트립의 전극 시트가 절단되기 전의 상태를 나타내는 도면이다.
도 8은 이중 스트립의 전극 시트가 절단된 상태를 도시하는 도면이다.
도 9는 집전박(201)의 상측에 배치된 압연 롤러(101)의 사시도이다.
도 10은 압연 롤러(101)의 변형예의 사시도이다.
도 11은 조립 입자(240)를 모식적으로 도시하는 도면이다.
이하, 본 발명의 실시예에 따른 리튬 이온 이차 전지용 전극 시트의 제조 방법에 대해 설명한다. 여기서 설명되는 실시예는, 물론 본 발명을 어떤 방식으로도 한정하는 것을 의도한 것은 아니다. 도면은 모식적으로 그려져 있는 것을 유의한다. 예를 들어 각 도면의 치수(길이, 폭, 두께 등)는 실제의 치수를 반영하는 것은 아니다. 유사한 부재ㆍ부위에는 동일한 부호를 부여하고, 중복되는 설명은 적절하게 생략하거나 또는 단순화한다.
본 발명이 적용될 수 있는 리튬 이온 이차 전지(10)의 예시적인 구조를 일반적으로 설명한 후, 리튬 이온 이차 전지(10)에 대하여, 여기서 제안되는 부재를 구체적으로 설명한다.
<리튬 이온 이차 전지(10)>
도 1은 리튬 이온 이차 전지(10)의 단면도이다. 도 2는 상기 리튬 이온 이차 전지(10)에 내장되는 전극체(40)를 도시하는 도면이다. 도 1에 도시되는 리튬 이온 이차 전지(10)는, 본 발명이 적용될 수 있는 리튬 이온 이차 전지의 일례를 나타내는 것에 불과한 것을 유의한다. 이것은 본 발명이 적용될 수 있는 리튬 이온 이차 전지를 임의의 특정한 리튬 이온 이차 전지에 한정하는 것은 아닌 것을 의미한다.
리튬 이온 이차 전지(10)는, 도 1에 도시한 바와 같이, 전지 케이스(20)와, 전극체(40)(도 1에서는, 권회 전극체로 도시함)를 구비하고 있다.
<전지 케이스(20)>
전지 케이스(20)는 케이스 본체(21)와 밀봉판(22)을 구비하고 있다. 케이스 본체(21)는, 일 단부에 개구부를 갖는 상자 형상을 갖고 있다. 구체적으로는, 케이스 본체(21)는, 리튬 이온 이차 전지(10)의 정상적인 사용 상태에서 상면에 상당하는 일면이 개구된 직육면체 형상을 갖고 있다. 이 실시예에서는, 케이스 본체(21)에는, 직사각형의 개구가 형성되어 있다. 밀봉판(22)은 케이스 본체(21)의 개구를 막는다. 밀봉판(22)은 대략 직사각형의 플레이트이다. 이러한 밀봉판(22)이 케이스 본체(21)의 개구부 주변 테두리에 용접됨으로써, 대략 육면체형상의 전지 케이스(20)가 구성되어 있다.
전지 케이스(20)는 바람직하게는 경량으로 열 전도성이 양호한 금속 재료로 주로 구성된다. 이러한 금속 재료로는, 예를 들어 알루미늄, 스테인리스 강, 니켈 도금 강 등이 예시된다. 이 실시예에 따른 전지 케이스(20)(케이스 본체(21) 및 밀봉판(22) 포함)는 알루미늄 또는 알루미늄으로 주로 이루어지는 합금으로 구성되어 있다.
도 1에 도시하는 예에서는, 밀봉판(22)에 외부 접속용 정극 단자(외부 단자)(23) 및 부극 단자(외부 단자)(24)가 장착되어 있다. 밀봉판(22)에는 안전 밸브(30)와 주액구(32)가 형성되어 있다. 안전 밸브(30)는, 전지 케이스(20)의 내압이 미리 정해진 레벨(예를 들어, 설정 주입 밸브 개방 압력 약 0.3MPa 내지 약 1.0MPa 범위) 이상으로 상승한 경우에 상기 내압을 개방하도록 구성되어 있다. 도 1에서는, 전해액(80)이 주입된 후에, 주액구(32)가 밀봉재(33)에 의해 밀봉된 상태가 도시되어 있다. 이러한 전지 케이스(20)에는 전극체(40)가 수용되어 있다.
<전극체(권회 전극체)(40)>
전극체(40)는, 도 2에 도시한 바와 같이, 띠 형상의 정극(또는 정극 시트(50))과, 띠 형상의 부극(또는 부극 시트(60))과, 띠 형상의 세퍼레이터(또는 세퍼레이터(72, 74))를 구비하고 있다.
<정극 시트(50)>
정극 시트(50)는 띠 형상의 정극 집전박(51)과 정극 활물질층(53)을 구비하고 있다. 정극 집전박(51)에는, 정극에 적합한 금속박을 바람직하게 사용할 수 있다. 정극 집전박(51)에는, 예를 들어 미리 정해진 폭을 가지며, 두께가 약 15mm의 띠 형상의 알루미늄박을 사용할 수 있다. 정극 집전박(51)의 폭 방향의 한쪽 테두리부를 따라 노출부(52)가 연장되어 있다. 도시 예에서는, 정극 활물질층(53)은, 정극 집전박(51)의 노출부(52)를 제외하고, 정극 집전박(51)의 양면에 형성되어 있다. 정극 활물질층(53)은 적어도 정극 활물질을 포함하고 정극 집전박(51) 상에 유지되어 있다.
정극 활물질에는, 종래부터 리튬 이온 이차 전지에 사용되는 물질 중 1종 이상을 사용할 수 있다. 이러한 물질의 바람직한 예로는, 리튬 니켈 산화물(LiNiO2), 리튬 코발트 산화물(LiCoO2), 리튬 망간 산화물(LiMn2O4) 등의 리튬과 전이 금속 원소를 구성 금속 원소로 포함하는 리튬 전이 금속 산화물이나, 인산 망간 리튬(LiMnPO4), 인산 철 리튬(LiFePO4) 등의 리튬과 전이 금속 원소를 구성 금속 원소로서 포함하는 리튬 전이 금속 인산염 등을 들 수 있다. 정극 활물질은 입자 형태로 사용되며, 이에 따라 적절하게 "정극 활물질 입자"라고 칭할 수 있다.
<부극 시트(60)>
부극 시트(60)는, 도 2에 도시한 바와 같이, 띠 형상의 부극 집전박(61)과, 부극 활물질층(63)을 구비하고 있다. 부극 집전박(61)에는, 부극에 적합한 금속박을 바람직하게 사용할 수 있다. 예를 들어, 이 부극 집전박(61)에는, 미리 정해진 폭을 가지며, 두께가 약 10mm인 띠 형상의 구리박이 사용되고 있다. 부극 집전박(61)의 폭 방향의 한쪽에는, 테두리부를 따라 노출부(62)가 연장되어 있다. 부극 활물질층(63)은, 부극 집전박(61)의 노출부(62)를 제외하고, 부극 집전박(61)의 양면에 형성되어 있다. 부극 활물질층(63)은 적어도 부극 활물질을 포함하고 부극 집전박(61) 상에 유지되어 있다.
부극 활물질로는, 종래부터 리튬 이온 이차 전지에 사용되는 물질 중 임의의 1종 이상을 사용할 수 있다. 이러한 물질의 바람직한 예로는, 그래파이트 카본, 아몰퍼스 카본 등의 탄소계 재료, 리튬 전이 금속 산화물, 리튬 전이 금속 질화물 등을 들 수 있다. 부극 활물질은 입자 형태로 사용되며, 이에 따라 적절하게 "부극 활물질 입자"라고 칭할 수 있다. 정극 활물질 입자와 부극 활물질 입자는 적절하게 "활물질 입자"라고 칭할 수 있다. 정극 활물질 입자와 부극 활물질 입자는 적절하게 분체 형태로 사용될 수 있다. 이 실시예에서, 정극 활물질층(53)이나 부극 활물질층(63)에는 각각 도전재, 바인더 및/또는 증점제가 포함되어 있을 수 있다.
<도전재>
도전재로는, 예를 들어 카본 분말, 탄소 섬유 등의 카본 재료가 예시된다. 이러한 도전재 중 1종을 단독으로 사용해도 되고 이러한 도전재 중 2종 이상을 병용해도 된다. 카본 분말로는, 예를 들어 아세틸렌 블랙, 오일 퍼니스 블랙, 흑연화 카본 블랙, 카본 블랙, 흑연, 케첸 블랙 등을 사용할 수 있다.
<바인더, 증점제>
바인더는 정극 활물질층(53)에 포함되는 정극 활물질과 도전재의 입자를 접착시키거나, 이 입자와 정극 집전박(51)을 접착시키거나, 부극 활물질층(63)에 포함되는 부극 활물질과 도전재의 입자를 접착시키거나, 이 입자와 부극 집전박(61)을 접착시키거나 한다. 이러한 바인더로는, 사용하는 용매에 용해 또는 분산 가능한 중합체를 사용할 수 있다. 예를 들어, 수성 용매에 있어서는, 사용되는 중합체의 바람직한 예로서는, 플루오로카본 중합체(예를 들어, 폴리테트라플루오로에틸렌[PTFE], 테트라플루오로에틸렌-헥사플루오로프로필렌 공중합체[FEP] 등), 고무류(스티렌부타디엔 공중합체[SBR], 아크릴산 변성 SBR 수지[SBR계 라텍스] 등), 폴리비닐알코올(PVA), 아세트산비닐 공중합체, 아크릴레이트 중합체 등의 수성 또는 수분산성 중합체를 들 수 있다. 비수용매에 있어서는, 사용되는 중합체의 바람직한 예로서는, 폴리불화비닐리덴(PVDF), 폴리염화비닐리덴(PVDC), 폴리아크릴로니트릴(PAN) 등의 중합체를 들 수 있다. 사용되는 증점제의 바람직한 예로서는, 카르복시메틸셀룰로오스(CMC), 히드록시프로필메틸셀룰로오스(HPMC) 등의 셀룰로오스계 중합체를 들 수 있다.
<세퍼레이터(72, 74)>
세퍼레이터(72, 74)는, 도 2에 도시한 바와 같이, 정극 시트(50)와 부극 시트(60)를 서로 분리하는 부재이다. 이 예에서는, 세퍼레이터(72, 74)는 각각 미세 다공질의 미리 정해진 폭의 띠 형상의 시트재로 구성되어 있다. 세퍼레이터(72, 74)에는, 수지제의 다공질막, 예를 들어 다공질 폴리올레핀계 수지로 구성된 단층 구조의 세퍼레이터를 사용할 수 있다. 이 예에서는, 도 2에 도시한 바와 같이, 부극 활물질층(63)의 폭(b1)은 정극 활물질층(53)의 폭(a1)보다 조금 넓다. 세퍼레이터(72, 74)의 폭(c1, c2)은 부극 활물질층(63)의 폭(b1)보다 더 약간 넓다(c1, c2 > b1 > a1).
세퍼레이터(72, 74)는, 정극 활물질층(53)과 부극 활물질층(63)을 서로 절연하지만, 전해질의 이동은 가능하게 한다. 도시하진 않았지만, 세퍼레이터(72, 74)에는 각각 플라스틱의 다공질막으로 구성된 기재의 표면에 내열층이 형성되어 있어도 된다. 내열층은 필러와 바인더를 포함한다. 내열층은 "HRL"이라고도 칭한다.
<전극체(40)의 구조>
이 실시예에서는, 전극체(40)는, 도 2에 도시한 바와 같이, 권회 축(WL)을 포함하는 일 평면을 따른 편평한 형상을 갖고 있다. 도 2에 도시하는 예에서는, 정극 집전박(51)의 노출부(52)와 부극 집전박(61)의 노출부(62)는, 세퍼레이터(72, 74)의 양측에서 나선 형상으로 노출되어 있다. 도 1에 도시한 바와 같이, 세퍼레이터(72, 74)로부터 비어져 나온 노출부(52, 62)가 각각 정부의 전극 단자(23, 24)의 전지 케이스(20)의 내부에 배치된 선단(23a, 24a)에 용접되어 있다.
도 1에 도시하는 예에서는, 권회 축(WL)을 포함하는 일 평면을 따라 편평한 권회 전극체(40)가 전지 케이스(20)에 수납되어 있다. 전지 케이스(20)에는 전해액(80)이 주입된다. 전해액(80)은 권회 축(WL)(도 2 참조)을 따라 그의 양측에서 전극체(40)의 내부에 침입한다.
<전해액(액상 전해질)(80)>
전해액(80)으로는, 종래부터 리튬 이온 이차 전지에 사용되는 것과 유사한 임의의 비수 전해액을 사용할 수 있다. 이러한 비수 전해액은, 전형적으로는, 적당한 비수 용매에 지지 전해질을 용해시켜 제조한다. 사용되는 비수 용매로는, 예를 들어 에틸렌 카르보네이트(이하, 적당히 "EC"라고 함), 프로필렌 카르보네이트, 디메틸 카르보네이트(이하, 적당히 "DMC"라고 함), 디에틸 카르보네이트, 에틸 메틸 카르보네이트(이하, 적당히 "EMC"라고 함), 1,2-디메톡시에탄, 1,2-디에톡시에탄, 테트라히드로푸란, 1,3-디옥솔란 등으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상의 화합물을 들 수 있다. 사용되는 상기 지지 전해질로는, 예를 들어 LiPF6, LiBF4, LiAsF6, LiCF3SO3, LiC4F9SO3, LiN(CF3SO2)2, LiC(CF3SO2)3 등의 리튬염을 들 수 있다. 비수 전해액의 일례로서, 에틸렌 카르보네이트와 디에틸 카르보네이트의 혼합 용매(예를 들어 체적비 1:1로 혼합함)에 LiPF6을 약 1mol/L의 농도로 용해시켜 제조한 것을 들 수 있다.
도 1은 전지 케이스(20) 내에 주입되는 전해액(80)을 모식적으로 도시하고 있어, 전지 케이스(20) 내에 주입되는 전해액(80)의 양을 정확히 나타내지는 않는 것을 유의한다. 전지 케이스(20) 내에 주입된 전해액(80)은, 권회 전극체(40)의 내부에서, 정극 활물질층(53)과 부극 활물질층(63)의 공극 등에 충분히 침입하고 있다.
이러한 리튬 이온 이차 전지(10)의 정극 집전박(51)과 부극 집전박(61)은, 전지 케이스(20)를 관통하여 연장되는 전극 단자(23, 24)를 통해 외부의 장치에 전기적으로 접속된다. 이하, 리튬 이온 이차 전지(10)가 어떻게 충방전되는지 설명한다.
<리튬 이온 이차 전지(10)의 충전>
충전 시, 리튬 이온 이차 전지(10)는, 정극 시트(50)와 부극 시트(60) 사이에 전압이 인가되고, 이에 의해 정극 활물질층(53) 중의 활물질로부터 리튬 이온(Li)이 전해액에 방출되고, 정극 활물질층(53)에서 전하가 방출된다. 부극 시트(60)에서는 전하가 축적되고, 전해액 중의 리튬 이온(Li)이, 부극 활물질층(63) 중의 활물질에 흡수되어 저장된다. 이에 의해, 부극 시트(60)와 정극 시트(50) 사이에 전위차가 발생한다.
<리튬 이온 이차 전지(10)의 방전>
방전시, 리튬 이온 이차 전지(10)는, 부극 시트(60)와 정극 시트(50)의 전위차에 의해, 부극 시트(60)로부터 정극 시트(50)로 전하를 이송하고, 부극 활물질층(63)에 저장된 리튬 이온이 전해액에 방출되는 것을 일으킨다. 정극 활물질층(53) 중의 활물질에 전해액 중의 방출된 리튬 이온이 포획된다.
이와 같이 리튬 이온 이차 전지(10)의 충전에서, 정극 활물질층(53) 중의 활물질에서 리튬 이온이 방출되어 부극 활물질층(63) 중의 활물질에 흡장되거나, 리튬 이온 이차 전지(10)의 방전에서, 부극 활물질층(63) 중의 활물질에서 리튬 이온이 방출되어 정극 활물질층(53) 중의 활물질에 흡장되기도 한다. 전해액을 통해, 정극 활물질층(53)과 부극 활물질층(63) 사이에서 리튬 이온이 왕래한다.
본 발명자들은, 활물질 입자와 바인더를 포함하는 조립 입자의 분체를 성형에 의해, 리튬 이온 이차 전지(10)의 정극 시트(50)의 정극 활물질층(53)과, 부극 시트(60)의 부극 활물질층(63)을 제작하기 위한 기술을 검토하고 있다. 이러한 분체 성형은, 예를 들어 실험실 수준에서, 집전박에 분체를 퇴적시키고, 상기 분체를 프레스함으로써 행할 수 있다. 그러나, 리튬 이온 이차 전지용 전극 시트의 제조에서는, 매우 얇고 긴 띠 형상의 집전박에 활물질층을 형성할 필요가 있다. 불행히도, 단순히 집전박에 분체를 퇴적시켜, 상기 분체를 프레스함으로써, 품질을 안정적으로 높게 유지하면서, 높은 생산성을 확보하기는 어렵다.
이러한 관점에서, 정극 활물질층(53)과 부극 활물질층(63)을, 활물질 입자와 바인더를 포함하는 조립 입자의 분체를 성형하여 제작하는 기술은 아직 충분히 확립되어 있지 않은 것이 명백하다. 따라서, 본 발명자들은 품질이 안정적으로 높은 활물질층을 제작할 수 있는 신규한 리튬 이온 이차 전지용 전극 시트의 제조 방법을 제공한다.
도 3은 리튬 이온 이차 전지용 전극 시트의 제조 방법을 구현화한 제조 장치(100)의 측면도이다. 도 4는 제조 장치(100)의 평면도이다.
이 제조 장치(100)는, 집전박(201)을 반송하는 반송 장치(310)와, 압연 롤러(101, 102)와, 정량 피더(분체 공급 장치)(103)와, 외측 가이드(104, 105)와, 스퀴지 부재(106)와, 분체 제거 부재(108)와, 내측 가이드(109)가 설치되어 있다.
<반송 장치(310)>
반송 장치(310)는 집전박(201)을 반송하는 복수의 롤러로 구성되어 있다. 보다 구체적으로는, 반송 장치(310)는 구동 기구(312)를 구비한 반송 롤러(301)와, 반송 롤러(301)의 회전에 따라 회전하는 종동 롤러(302)와, 집전박(201)을 지지하면서 회전하는 복수의 풀리(303)를 구비하고 있다. 이 실시예에서는, 전지에 사용되는 띠 형상의 전극 시트 2개에 대해 폭을 갖는 "이중 스트립" 집전박인 띠 형상의 집전박(201)이 준비된다. 이러한 이중 스트립 집전박(201)이 반송 장치(310)의 롤러에 의해 반송된다.
<정량 피더(103)>
정량 피더(103)는 반송 장치(310)에 의해 반송되는 띠 형상의 집전박(201)의 상방에 배치되어 있다. 정량 피더(103)는, 반송 장치(310)에 의해 반송되는 집전박(201) 위에 조립 입자의 분체(220)를 공급한다. 조립 입자의 분체(220)를 얻는 단계에 대해서는 이후에 설명한다.
<외측 가이드(104, 105)>
도 5는 도 4에서의 V-V선을 따른, 집전박(201)의 반송 경로(320)의 단면도이다. 외측 가이드(104, 105)는, 도 5에 도시한 바와 같이, 반송 장치(310)의 반송 경로(320)를 따라 집전박(201)의 폭 방향의 양측에 배치되어 있다. 이 실시예에서는, 외측 가이드(104, 105)는 집전박(201)의 폭 방향의 양측 테두리를 따라 연장되는 벽을 구비하고 있다. 외측 가이드(104, 105)는 각각 정량 피더(103)가 배치된 부위로부터 압연 롤러(101, 102)가 배치된 부위까지, 반송 장치(310)의 반송 경로(320)를 따라 연속적이다. 집전박(201)의 폭 방향의 양측 상의 외측 가이드(104, 105)는 반드시 제공되어야 하는 것은 아님을 유의한다. 외측 가이드(104, 105)가 없는 경우, 잉여의 분체(220)가 집전박(201)의 양측에서 떨어지지만, 분체(220)의 외측 테두리(220b)는 일정한 정밀도로 성형된다. 또한, 집전박(201)의 양측으로부터 떨어지는 잉여의 분체(220)가 트레이 등에 의해 수용되어 회수되면 분체(220)의 낭비도 없다. 집전박(201)의 폭 방향의 양측 상에 설치된 외측 가이드(104, 105)가 있으면, 분체(220)의 외측 테두리(220b)를 보다 고정밀도로 성형될 수 있는 것을 유의한다. 따라서, 도 4에 도시한 바와 같이, 집전박(201)의 폭 방향의 양측에 외측 가이드(104, 105)를 설치하는 것이 바람직하다.
<스퀴지 부재(106)>
스퀴지 부재(106)는 집전박(201) 위에 공급된 분체(220)의 두께를 조정한다. 이 실시예에서는, 스퀴지 부재(106)는, 반송 장치(310)의 반송 경로(320)에 있어서, 정량 피더(103)가 배치된 부위와, 압연 롤러(101, 102)가 배치된 부위 사이에 배치되어 있다. 스퀴지 부재(106)는, 한 쌍의 롤러, 즉 스퀴지 롤러(106a)와 백 롤러(106b)로 구성된다. 스퀴지 롤러(106a)는 집전박(201)의 상면에 대하여 미리 정해진 간격으로 배치되어 있다. 백 롤러(106b)는 집전박(201)의 하측에 스퀴지 롤러(106a)와 대향하도록 배치되어 있다. 백 롤러(106b)는 스퀴지 롤러(106a)가 집전박(201) 위의 분체(220)와 접촉하는 부위에서 집전박(201)의 하면을 지지하고 있다. 이러한 방식으로 집전박(201)의 하면이 백 롤러(106b)에 의해 지지됨으로써, 집전박(201)과 스퀴지 롤러(106a)와의 간격은 일정하게 유지되도록 한다. 집전박(201) 위에 공급된 분체(220)가 스퀴지 부재(106)를 통과할 때에, 분체(220)는 집전박(201)의 상면과 스퀴지 롤러(106a)와의 간격에 따른 두께로 조정된다. 스퀴지 부재(106)는, 도 3 및 도 4에 도시하는 예에서는, 롤러로 구성되어 있지만, 스퀴지 부재(106)는 이에 한정되지 않는다. 대안적으로, 예를 들어 스퀴지 부재(106)는 블레이드(또는 플레이트 블레이드)로 구성될 수도 있다.
<분체 제거 부재(108)>
분체 제거 부재(108)는, 집전박(201) 위에 퇴적된 분체(220)를 부분적으로 제거한다. 이 실시예에서는, 분체 제거 부재(108)는, 스퀴지 롤러(106a)의 전방에서, 집전박(201)의 폭 방향의 중앙 부분(폭 방향의 중앙 영역)(202, 203)에 배치되어 있고 집전박(201)의 길이 방향을 따라 연장되어 있다. 도 6은 "이중 스트립" 전극 시트(200)의 중간 생성물을 도시하는 도면이다. 도 7은 이중 스트립 전극 시트(200)가 절단되기 전의 상태를 나타내는 도면이다. 도 8은 이중 스트립 전극 시트(200)가 전극 시트(207, 208)로 절단된 상태를 도시하는 도면이다. 여기서, 분체 제거 부재(108)에 의해 분체(220)가 제거되는 집전박(201)의 폭 방향의 중앙 부분(202, 203)의 폭의 합(도 6 참조)은, "단일 스트립" 전극 시트(207, 208)의 노출부(202, 203)의 폭의 합(도 8 참조)과 동등하거나 대략 동등하다. 전극 시트(207, 208)의 노출부는 전극 시트(200)의 집전박(201)의 폭 방향의 중앙 부분(202, 203)에 상응하고, 따라서 또한 참조 부호 202, 203으로 나타낸 것을 유의한다. 이 실시예에서, 집전박(201)이 분체 제거 부재(108)로 반송되면, 이러한 분체 제거 부재(108)에 의해 집전박(201)의 중앙 부분(202, 203)의 분체(220)를 제거한다. 분체 제거 부재(108)는, 예를 들어 집전박(201) 위를 미끄러지도록 배치되어 있는 것이 바람직하다. 예를 들어, 분체 제거 부재(108)는, 정량 피더(103), 외측 가이드(104, 105) 또는 스퀴지 부재(106)에 지지되어 있는 것이 바람직하다.
이 실시예에서는, 반송 경로(320)의 상류측(집전박(201)이 반송되는 곳)에서는, 분체 제거 부재(108)의 선단(108a)은, 폭 방향의 중앙을 향해 서서히 가늘어지고 있다. 이러한 분체 제거 부재(108)에 의하면, 집전박(201)의 중앙 부분(202, 203)에서 분체(220)가 좌우로 나눠지도록 분체(220)를 밀어 헤칠 수 있다. 본 발명자들의 지견에 의하면, 분체 제거 부재(108)가 분체(220)가 좌우로 나눠지도록 폭 방향의 중앙 부분(202, 203)에서 분체(220)를 제거하면, 분체(220)를 원활하게 좌우로 밀어 헤칠 수 있는 것을 나타낸다. 이 실시예에서는, 분체 제거 부재(108)의 선단(108a)은, 집전박(201)의 폭 방향의 중앙 부분(202, 203)에서 분체(220)에 접촉하여, 분체 제거 부재(108)가 분체(220)를 좌우로 밀어 헤칠 수 있다. 이로 인해, 분체(220)는, 집전박(201)의 폭 방향의 중앙 부분(202, 203)에서 원활하게 제거된다. 이로 인해, 분체(220)의 좌우의 내측 테두리(220a)(즉, 집전박(201)의 폭 방향의 중앙 부분(202, 203)에 인접한 분체(220)의 좌우의 테두리)는 고정밀도로 성형된다.
<내측 가이드(109)>
내측 가이드(109)는 분체 제거 부재(108)의 후단부와 동일한 폭을 갖고 있다. 내측 가이드(109)는 분체 제거 부재(108)의 후단부로부터 반송 경로(320)를 따라 후방으로 연장되어 있다. 내측 가이드(109)는, 도 4에 도시한 바와 같이, 분체 제거 부재(108)에 의해 집전박(201)의 중앙 부분(202, 203)에서 밀어 헤쳐지는 분체(220)의 좌우의 내측 테두리(220a)를 지지한다. 내측 가이드(109)는, 예를 들어 집전박(201) 위를 미끄러지도록 배치되어 있는 것이 바람직하다. 반송 경로(320)의 반송 방향에 있어서 내측 가이드(109)의 하류측에는, 압연 롤러(101, 102)가 설치되어 있다.
<압연 롤러(101, 102)>
압연 롤러(101, 102)는, 분체(220)를 집전박(201)에 가압하여, 집전박(201) 위에 분체(220)의 퇴적층(204, 205)을 형성한다. 퇴적층(204, 205)은 "활물질층(204, 205)"이라고도 칭할 수 있는 것을 유의한다. 압연 롤러(101, 102)에 공급되는 집전박(201)은, 분체 제거 부재(108)에 의해 폭 방향의 중앙 부분(202, 203)에서 분체(220)가 제거되어 있다.
압연 롤러(101)는, 집전박(201)의 상면에 대하여 미리 정해진 간격으로 배치되어 있다. 압연 롤러(102)는 압연 롤러(101)의 백 롤러로 역할을 한다. 압연 롤러(102)는, 집전박(201)의 하측에서, 압연 롤러(101)와 대향하도록 배치되어 있다. 압연 롤러(102)는, 압연 롤러(101)가 집전박(201) 위에 분체(220)에 가압되는 부위에서 집전박(201)의 하면을 지지하고 있다. 이러한 방식으로 집전박(201)의 하면이 압연 롤러(102)에 의해 지지됨으로써, 집전박(201)과 압연 롤러(101)와의 간격은 일정하게 유지된다. 집전박(201) 위에 공급된 분체(220)가 압연 롤러(101, 102)를 통과할 때에, 분체(220)는 집전박(201)의 상면에 프레스되고, 분체(220)의 두께는 집전박(201)과 압연 롤러(101) 사이의 간격에 따른 두께로 조정된다.
분체(220)는, 압연 롤러(101, 102)를 통과할 때에 압연 롤러(101, 102) 사이에 압축되어 있고, 집전박(201)에 대해 프레스된다. 분체(220) 중에는 바인더 성분이 포함되어 있다. 분체(220)가 압축되어 있고, 집전박(201)에 대해 프레스되는 것에 의해, 분체(220) 중의 입자나 집전박(201)에 바인더가 밀착하는 면적이 넓어진다. 이에 의해, 분체(220)와 집전박(201) 사이 및 분체(220)의 입자 사이의 접착력이 높아지고, 분체(220)의 접합 강도가 높아진다.
스퀴지 롤러(106a)와 집전박(201)과의 간극에 의해, 압연 롤러(101, 102)에 공급되는 분체(220)의 두께가 결정된다. 압연 롤러(101)와 집전박(201)의 간극에 의해, 압연 롤러(101, 102)를 통과한 후의 분체(220)(즉, 퇴적층(204, 205))의 두께가 결정된다. 스퀴지 롤러(106a)와 집전박(201)과의 간극은 압연 롤러(101)와 집전박(201)과의 간극과 다르다. 따라서, 이 차이에 의해, 압연 롤러(101, 102) 사이를 통과한 활물질층(204, 205)의 밀도를 결정한다.
집전박(201)을 압연 롤러(101, 102) 사이에 통과시킬 때, 집전박(201)의 폭 방향의 양측의 분체(220)가 퇴적된 부분(즉, 퇴적층(204, 205)이 형성된 집전박(201)의 부분)은, 압연 롤러(101, 102)로부터 압력을 받는다. 이와 반대로, 활물질층 미형성 영역(202, 203)(즉, 폭 방향의 중앙 부분(202, 203))에서는, 집전박(201)은 압연 롤러(101, 102)로부터 압력을 받지 않는다. 집전박(201)의 활물질층 미형성 영역은 폭 방향의 중앙 부분(202, 203)에 상응하고, 따라서 또한 참조 부호 202, 203으로 나타낸 것을 유의한다. 집전박(201)이 압연 롤러(101, 102) 사이를 통과할 때에, 집전박(201)의 폭 방향의 양측 부분에 분체(220)가 퇴적되어 있기 때문에, 집전박(201)의 폭 방향의 양측 부분이 신장되는 것에 따라, 집전박(201)의 중앙 부분도 신장된다. 따라서, 압연 롤러(101, 102) 사이를 통과할 때에 집전박(201)에 발생할 수 있는 왜곡은 작아진다.
도 9는 집전박(201) 위에 배치된 압연 롤러(101)의 사시도이다. 도 9에서는, 내측 가이드(109)는 도시하지 않았다. 이 실시예에서는, 압연 롤러(101)는, 도 9에 도시한 바와 같이, 벽부재(121, 122, 123)를 구비하고 있다. 벽부재(121, 122, 123)는, 분체(220)가 프레스될 때에 분체(220)를 집전박(201) 위에 적절하게 유지시키는 역할을 한다. 벽부재(121, 122)는 통과하는 집전박(201)의 양측에 배치되어 있어, 분체(220)의 외측 테두리(220b)를 지지하고 있다. 벽부재(123)는, 내측 가이드(109)의 후방에서, 분체(220)가 제거된 집전박(201)의 활물질층 미형성 영역(202, 203)에 위치할 수 있어, 분체(220)의 내측 테두리(220a)를 지지하고 있다.
압연 롤러(101, 102) 사이를 통과하기 전에, 분체 제거 부재(108)에 의해, 집전박(201)의 폭 방향의 중앙 부분(202, 203)에서 조립 입자의 분체(220)를 제거하고 있다. 따라서, 압연 롤러(101, 102) 사이를 통과하는 분체(220)는 형상이 좌우로 균일하다. 이어서, 집전박(201)의 중앙 부분(202, 203)의 양측에 남은 분체(220)를 압연 롤러(101, 102)에 의해 프레스한다. 이로 인해, 도 8에 도시한 바와 같이, 품질이 좋은 전극 시트(207, 208)를 얻을 수 있다. 이 실시예에서는, 분체(220)는 내측 테두리(220a)가 벽부재(123)에 의해 지지되고, 외측 테두리(220b)가 벽부재(121, 122)에 의해 지지되면서 프레스된다. 결과적으로 퇴적층(204, 205)은 고정밀도로 성형된 내측 테두리(204a, 205a) 및 외측 테두리(204b, 205b)를 갖는다.
다음으로 압연 롤러(101)의 변형예에 대하여 설명한다. 도 10은 압연 롤러(101)의 변형예의 사시도이다. 이 변형예에서는, 압연 롤러(101)는, 도 10에 도시한 바와 같이, 벽부재(121)와 중앙 벽부재(123) 사이에 좌측 롤러(101a)가 설치되어 있고, 벽부재(122)와 중앙 벽부재(123) 사이에 우측 롤러(101b)가 설치되어 있다. 이와 같이, 좌우의 롤러(101a, 101b)는 서로 독립적이다.
이러한 제조 장치(100)에 의해 얻어지는 전극 시트(200)는, 이중 스트립을 갖는 집전박(201)의 폭 방향의 중앙 부분(202, 203)이 활물질층 미형성 영역(202, 203)으로서 역할을 하고, 활물질층 미형성 영역(202, 203)의 양측에 분체(220)의 퇴적층(204,205)인 활물질층(204, 205)이 형성되어 있다. 분체(220)의 퇴적층(204, 205)인 활물질층(204, 205)은, 도 7에 도시한 바와 같이, 또한 활물질층(204, 205)이 폭 방향의 중앙 부분(202, 203)의 양측에 설치되도록 집전박(201)의 양면에 형성되어 있는 것이 바람직하다. 도 8에 도시한 바와 같이, 집전박(201)의 폭 방향의 중앙 부분이 길이 방향을 따라서 절단되어, 단일 스트립 전극 시트, 즉 전극 시트(207, 208)가 2개 생성된다. 이 경우, 분체(220)의 퇴적층(204, 205)인 활물질층(204, 205)은 절단되지 않는다. 이로 인해, 분체(220)의 퇴적층(204, 205)인 활물질층(204, 205)이 절단된 경우에 생기는 이물질은 생성되기 어렵다. 상술한 바와 같이, 압연 롤러(101, 102)에 의해 활물질층(204, 205)이 프레스될 때에는, 분체(220)가 고정밀도로 성형되어 있으므로, 고품질의 활물질층(204, 205)을 갖는 전극 시트(207, 208)를 얻을 수 있다.
<리튬 이온 이차 전지용 전극 시트의 제조 방법>
여기서 개시되는 리튬 이온 이차 전지용 전극 시트의 제조 방법에 대하여, 구체화된 제조 장치(100)의 구성에 대해서 상기에 예로서 설명했다. 여기서 개시되는 리튬 이온 이차 전지용 전극 시트의 제조 방법은, 상술한 제조 장치(100) 이외의 임의의 제조 장치에 의해 구체화될 수 있다. 여기서 개시되는 리튬 이온 이차 전지용 전극 시트의 제조 방법은 이하의 단계를 포함하는 것이 바람직하다. 이하의 단계는, 특히 언급되지 않는 한, 기재된 순서에 한정되지 않는다. 여기서 개시되는 전극 시트의 제조 방법은,
1 띠 형상의 집전박(201)을 준비하는 단계;
2 조립 입자(활물질 입자 및 바인더 포함)의 분체(220)를 준비하는 단계;
3 띠 형상의 집전박(201)을 반송하는 단계;
4 조립 입자의 분체(220)를 퇴적시키는 단계;
5 분체(220)의 두께를 조정하는 단계; 및
6 분체(220)를 프레스하는 단계
를 포함한다.
단계 1에서는, 예를 들어 이중 스트립의 집전박(201)이 준비된다.
단계 2에서는, 예를 들어 스프레이 드라이 제법에 의해 얻어지는 조립 입자의 분체가 준비된다. 도 11은 이 단계에서 얻어지는 조립 입자(240)를 모식적으로 도시하는 도면이다.
이 단계에서 제공되는 조립 입자(240)는, 도 11에 도시한 바와 같이, 활물질 입자(241)와 바인더(242)를 적어도 함유하고 있는 것이 바람직하다. 이러한 조립 입자(240)로 구성된 분체(220)는, 예를 들어 활물질 입자(241)와 바인더(242)를 용매에 혼합한 합제(현탁액)를, 스프레이 드라이 제법을 사용함으로써 얻어진다. 스프레이 드라이 제법에서는, 합제가 건조 분위기 중에 분무된다. 이때, 분무되는 각각의 액적에 포함되는 입자는 대체로 조립 입자의 하나의 덩어리를 형성한다. 이로 인해, 액적의 크기에 의해, 조립 입자(240)의 고형분량이 변하고, 조립 입자(240)의 크기나 질량 등이 바뀐다. 분무될 액적은 활물질 입자(241)와 바인더(242)가 적어도 포함되어 있는 것이 바람직하다. 대안적으로, 분무되는 액적에는 활물질 입자(241)와 바인더(242)와 이외의 재료가 포함되어 있어도 된다. 예를 들어 분무되는 액적에는 도전재나 증점제가 포함되어 있어도 된다. 이 단계에서 제공되는 조립 입자(240)는, 예를 들어 평균 입경이 약 60mm 내지 약 100mm 범위이면 된다. 본 명세서에 사용되는 용어 "평균 입경"은, 특기하지 않는 한, 레이저 산란ㆍ회절법을 사용하는 입도 분포 측정 장치에 의해 측정된 입도 분포의 적산 부피 50%에서의 입경, 즉 50% 부피에서의 평균 입경을 의미한다.
<활물질 입자(241)>
여기서 개시되는 전극 시트의 제조 방법은 다양한 전극을 제조하는데 적용할 수 있다. 예를 들어, 여기서 개시되는 전극 시트의 제조 방법은, 리튬 이온 이차 전지에서는, 정극용 시트 및 부극용 시트 모두를 제조하는데 적용할 수 있다. 조립 입자(240)에 포함되는 활물질 입자(241)는, 제작되는 전극 시트에 따라 상이하다. 예를 들어, 리튬 이온 이차 전지의 정극용 시트를 제조하는 경우에는, 상기 정극 시트용 활물질 입자(241)가 사용된다. 리튬 이온 이차 전지의 부극용 시트를 제조하는 경우에는, 상기 부극 시트용 활물질 입자(241)가 사용된다.
단계 3에서는, 예를 들어 도 3 및 도 4에 도시한 바와 같이, 반송 장치(310)에 의해 띠 형상의 집전박(201)을 반송하는 것이 바람직하다. 띠 형상의 집전박(201)을 길이 방향으로 반송하면서, 후술하는 단계 4, 5, 6을 실시하는 것이 바람직하다.
단계 4에서는, 예를 들어 도 3 및 도 4에 도시한 바와 같이, 띠 형상의 집전박(201) 위에 조립 입자의 분체(220)를 퇴적시킨다. 정량 피더(103)에서부터, 집전박(201) 위에 조립 입자의 분체(220)를 공급하는 것이 바람직하다. 이 단계에서는, 반송 장치(310)에 의해 반송된 집전박(201) 위에 분체(220)를 공급하고 있다.
단계 5에서는, 집전박(201)의 폭 방향의 중앙 부분(202, 203)에서 조립 입자의 분체(220)를 제거하고, 집전박(201)의 중앙 부분(202, 203)의 양측에 남아 있는 조립 입자의 분체(220)에 스퀴지 부재(106)를 접촉시킴으로써, 당해 조립 입자의 분체(220)의 두께가 조정된다. 도 3, 도 4에 도시하는 예에서는, 분체 제거 부재(108)에 의해, 집전박(201)의 폭 방향의 중앙 부분(202, 203)에서 조립 입자의 분체(220)가 제거된다. 그리고, 띠 형상의 집전박(201)의 폭 방향의 중앙 부분(202, 203)의 양측 위에 퇴적된 조립 입자의 분체(220)에 스퀴지 부재(106)를 접촉시킴으로써, 상기 조립 입자의 분체(220)의 두께를 조정한다.
이 단계에서는, 집전박(201)에 퇴적된 분체(220)가 집전박(201)의 중앙 부분(202, 203)으로부터 좌우로 밀어 헤칠 수 있어, 집전박(201)의 중앙 부분(202, 203)에서 분체(220)가 제거된다. 집전박(201)에 퇴적하여 유입되는 분체(220)는, 집전박(201)의 폭 방향의 중앙 부분(202, 203)에서, 도 3, 도 4에 도시한 바와 같은 분체 제거 부재(108)를 접촉해도, 분체(220)는 원활하게 좌우로 나뉘어지고, 분체(220)는 집전박(201)의 폭 방향의 중앙 부분(202, 203)으로부터 원활하게 제거할 수 있다. 따라서, 집전박(201)의 폭을 가로질러 분체(220)를 퇴적시킨 후에, 집전박(201)의 중앙 부분(202, 203)에서 분체(220)가 좌우로 밀어 헤쳐지는 경우에는, 집전박(201)의 중앙 부분(202, 203)의 양측 상의 분체(220)의 내측 테두리가 고정밀도로 성형된다.
이중 스트립의 집전박(201)의 폭 방향의 양측에 기재로서 사용되는 활물질층이 형성되지 않고, 즉, 집전박(201)의 폭 방향의 양측에 노출부가 형성된 띠 형상의 전극 시트를 제조하는 경우에, 대안적인 방법을 행할 수 있다. 예를 들어, 도시하진 않았지만, 집전박(201)의 폭을 가로질러 분체(220)를 퇴적시킨 후에, 집전박(201)의 폭 방향의 양측에서 분체(220)를 제거하여, 노출부가 되는 활물질층 미형성 영역(202, 203)을 형성할 수 있다. 이러한 방법에서, 집전박(201)을 반송하면서, 집전박(201)의 폭을 가로질러 분체(220)를 퇴적시킨 후에, 집전박(201)의 양측에 스퀴지 부재를 접촉하여 집전박(201)의 양측으로 퇴적된 분체(220)를 제거하게 된다. 그러나, 이러한 방법에서는, 집전박(201)의 양측에 퇴적된 분체(220)는, 분체(220)와 스퀴지 부재가 접촉된 부위에서 체류한다. 이 부위로부터, 집전박(201)에 퇴적된 분체(220)가 형상이 흐트러지기 시작한다. 이로 인해, 집전박(201)의 내측 부위(집전박(201)의 폭 방향의 중간 부분)에서 남아 있는 분체(220)가 불균일해지는 경향이 있다.
본 발명자들은, 이러한 연구 결과에서, 도 3 및 도 4에 도시한 바와 같이, 집전박(201)의 폭 방향의 중앙 부분(202, 203)에서 조립 입자의 분체(220)를 제거하는 것이 바람직하다고 생각하고 있다. 보다 구체적으로는, 본 발명자들은, 집전박(201)의 폭 방향의 중앙 부분(202, 203)에서 조립 입자의 분체(220)를 제거하고, 집전박(201)의 중앙 부분(202, 203)의 양측에 남아 있는 조립 입자의 분체(220)로 스퀴지 부재(106)를 접촉하여, 상기 조립 입자의 분체(220)의 두께를 조정하는 것이 바람직하다고 생각한다.
단계 6에서는, 집전박(201)의 중앙 부분(202, 203)의 양측에 남아 있는 조립 입자의 분체(220)가 프레스된다. 도 3 및 도 4에 도시하는 예에서는, 단계 5에서 집전박(201)의 중앙 부분(202, 203)의 양측으로 두께가 조정된 분체(220)의 상태가 양호하다. 이로 인해, 활물질층(204, 205)이 고정밀도로 성형된다.
단계 5에서는, 예를 들어 도 4에 도시한 바와 같이, 띠 형상의 집전박(201) 위에 퇴적된 조립 입자의 분체(220)를 집전박(201)의 폭 방향의 중앙 부분(202, 203)으로부터 집전박(201)의 양측으로 안내하여, 띠 형상의 집전박(201)의 폭 방향의 중앙 부분(202, 203)으로부터 조립 입자의 분체(220)를 제거하는 것이 포함될 수 있다. 상술한 실시예에서는, 띠 형상의 집전박(201)의 폭 방향의 중앙 부분(202, 203)에서, 분체 제거 부재(108)의 선단(108a)을 분체(220)에 대해 프레스함으로써 집전박(201) 위에 퇴적된 조립 입자의 분체(220)는, 집전박(201)의 폭 방향의 양측으로 안내되어 있다. 이에 의해, 집전박(201) 위에 퇴적된 조립 입자의 분체(220)의 양호한 상태를 유지하면서, 띠 형상의 집전박(201)의 폭 방향의 중앙 부분(202, 203)으로부터 조립 입자의 분체(220)를 제거할 수 있다. 이로 인해, 활물질층(204, 205)이 고정밀도로 성형된다.
단계 6에서는, 조립 입자의 분체(220)의 내측 테두리(220a)로 제1 가이드(예를 들어 도 4의 예에서는, 벽 부재(123))를 접촉하면서, 조립 입자의 분체(220)를 프레스하는 것이 포함될 수 있다. 이 경우, 활물질층(204, 205)의 내측 테두리(204a, 205a)(즉, 활물질층 미형성 영역(202, 203)과 인접한 활물질층(204, 205)의 테두리)가 고정밀도로 성형된다.
단계 6에서는, 한층 더 조립 입자의 분체(220)의 외측 테두리(220b)로 제2 가이드(예를 들어 도 4의 예에서는, 벽 부재(121, 122))를 접촉하면서, 조립 입자의 분체(220)를 프레스하는 것이 포함될 수 있다. 이 경우, 활물질층(204, 205)의 외측 테두리(204b, 205b)가 고정밀도로 성형된다.
본 실시예에 따른 리튬 이온 이차 전지용 전극 시트의 제조 방법에 의하면, 집전박(201)을 반송시키면서, 그 위에 조립 입자의 분체(220)를 퇴적시킨다. 이어서, 집전박(201)의 중앙 부분(202, 203)으로부터, 조립 입자의 분체(220)를 제거하고, 스퀴지 부재를 분체(220)와 접촉시켜 두께를 조정한 후, 조립 입자의 분체(220)를 프레스한다. 이로 인해, 집전박(201)에 분체(220)를 성형함으로써 형성된 활물질층(204, 205)의 품질이 우수하고, 이것은 품질이 양호한 전극 시트(207, 208)를 안정적으로 얻을 수 있는 것을 의미한다. 이로 인해, 본 실시예에 따른 전극 시트 제조 방법에서, 조립 입자의 분체(220)로 구성되는 활물질층(204, 205)을 갖는 전극 시트(207, 208)의 수율이 향상되어, 생산성이 향상된다.
이상, 본 발명의 실시예에 따른 리튬 이온 이차 전지용 전극 시트의 제조 방법을 설명했지만, 여기서 개시되는 리튬 이온 이차 전지용 전극 시트의 제조 방법은 상술한 실시예에 한정되지 않는다. 특히, 리튬 이온 이차 전지용 전극 시트의 제조 방법을 구현화하는 제조 장치의 설명 및 예시는, 특별히 언급되지 않는 한, 전극 시트 제조 방법을 한정하는 것은 아니다.
여기서 개시되는 방법에 의해 제조되는 전극 시트는 활물질층의 품질이 양호하고, 이에 따라 상기 전극 시트를 포함하는 리튬 이온 이차 전지는 저 저항이면서, 높은 전지 성능을 갖고 있다. 따라서, 여기서 개시되는 방법에 의해 제조되는 전극 시트를 포함하는 리튬 이온 이차 전지는 높은 에너지 밀도 및 출력 밀도가 요구되는 용도에 바람직하게 사용할 수 있다. 이러한 용도로는, 예를 들어 차량 등에 탑재되는 모터용 동력원(구동용 전원)을 들 수 있다. 차량의 임의의 특별한 종류에 한정되지 않는다. 차량의 예로서는, 플러그인 하이브리드 자동차(PHV), 하이브리드 자동차(HV), 전기 자동차(EV), 전기 트럭, 소형 오토바이, 전동 보조 자전거, 전동 휠체어, 전기 철도 등을 들 수 있다. 이러한 리튬 이온 이차 전지는, 복수개를 직렬 및/또는 병렬로 접속하여 이루어지는 조전지의 형태로 사용될 수 있는 것을 유의한다.
10 리튬 이온 이차 전지
20 전지 케이스
21 케이스 본체
22 밀봉판
23 정극 단자
24 부극 단자
30 안전 밸브
32 주액구
33 밀봉재
40 권회 전극체
50 정극 시트
51 정극 집전박
52 노출부
53 정극 활물질층
60 부극 시트
61 부극 집전박
62 노출부
63 부극 활물질층
72, 74 세퍼레이터
80 전해액
100 제조 장치
101, 102 압연 롤러
103 정량 피더
104 외측 가이드
106 스퀴지 부재
106a 스퀴지 롤러
106b 백 롤러
108 분체 제거 부재
108a 선단
109 내측 가이드
121, 122, 123 벽 부재(가이드)
200 전극 시트
201 집전박
202, 203 활물질층 미형성 영역(중앙 부분, 노출부)
204, 205 활물질층(퇴적층)
204a, 205a 내측 테두리
204b, 205b 외측 테두리
207, 208 전극 시트
220 분체
220a 내측 테두리
220b 외측 테두리
240 조립 입자
241 활물질 입자
242 바인더
301 반송 롤러
302 종동 롤러
303 풀리
310 반송 장치
312 구동 기구
320 반송 경로
WL 권회 축

Claims (4)

  1. a) 띠 형상의 집전박을 준비하는 단계와,
    b) 활물질 입자와 바인더를 포함하는 조립 입자의 분체를 준비하는 단계와,
    c) 상기 집전박을 반송하는 단계와,
    d) 상기 집전박 위에 상기 분체를 퇴적시키는 단계와,
    e) 상기 집전박의 폭 방향의 중앙 부분에서 상기 분체를 제거하고, 상기 집전박의 중앙 부분의 양측에 남은 상기 분체에, 스퀴지 부재를 접촉시킴으로써 상기 분체의 두께를 조정하는 단계와,
    f) 상기 집전박의 중앙 부분의 양측에 남은 상기 분체를 프레스하는 단계
    를 포함하는, 리튬 이온 이차 전지용 전극 시트의 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    단계 e)에서는, 상기 집전박의 폭 방향의 중앙 부분에서, 상기 집전박 위에 퇴적된 상기 분체를 상기 집전박의 폭 방향의 양측으로 안내하여, 상기 집전박의 폭 방향의 중앙 부분에서 상기 분체를 제거하는 것이 포함되는, 리튬 이온 이차 전지용 전극 시트의 제조 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    단계 f)에서는, 상기 집전박의 중앙 부분의 양측에 남은 상기 분체의 내측 테두리에 제1 가이드를 접촉하면서, 상기 분체를 프레스하는 것이 포함되는, 리튬 이온 이차 전지용 전극 시트의 제조 방법.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    단계 f)에서는, 상기 집전박의 중앙 부분의 양측에 남은 상기 분체의 외측 테두리에 제2 가이드를 접촉하면서, 상기 분체를 프레스하는 것이 포함되는, 리튬 이온 이차 전지용 전극 시트의 제조 방법.
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