KR102142551B1 - 이차전지용 전극 제조시스템 및 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 전극을 제조하는 이차전지용 전극 제조시스템으로서, 긴 시트 형태의 집전체를 공급하는 공급롤러; 상기 공급롤러에 의해 공급된 상기 집전체의 표면에 전극활물질을 코팅하여 미완성 전극을 제조하는 전극활물질 코팅장치; 상기 미완성 전극의 표면을 압연하고, 상기 전극활물질의 두께를 조절하여 완제품 전극을 제조하는 압연롤러; 및 상기 압연롤러의 표면 조도를 측정하는 압연롤러 측정부, 상기 완제품 전극에 코팅된 전극활물질의 표면 조도를 측정하는 전극 측정부, 상기 압연롤러에서 상기 미완성 전극에 작용하는 압연 하중을 측정하는 압력 측정부, 상기 압연롤러 측정부에 의해 측정된 압연롤러의 표면 조도값이 입력된 압연롤러의 표면 조도값 범위에 포함되는지 1차 검사하고 상기 전극 측정부에 의해 측정된 전극의 표면 조도값이 입력된 전극의 표면 조도값 범위에 포함되는지 2차 검사하며 상기 압력 측정부에 의해 측정된 상기 압연롤러의 압연 하중값이 입력된 압연롤러의 압연 하중값 범위에 포함되는지 3차로 검사하는 검사부를 구비한 전극 품질검사장치를 포함한다.

Description

이차전지용 전극 제조시스템 및 제조방법{SYSTEM AND METHOD FOR MANUFACTURING ELECTRODE FOR SECONDARY BATTERY}
본 발명은 이차전지용 전극 제조시스템 및 제조방법에 관한 것으로서, 특히 압연롤러의 표면 조도와 선압(압연하중), 전극의 표면 조도를 통해 전극의 품질을 검사하는 이차전지용 전극 제조시스템 및 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 이차전지(secondary battery)는 충전이 불가능한 일차 전지와는 달리 충전 및 방전이 가능한 전지를 말하며, 이러한 이차 전지는 폰, 노트북 컴퓨터 및 캠코더 등의 첨단 전자 기기 분야에서 널리 사용되고 있다.
이러한 이차전지는 전극조립체가 금속 캔에 내장되는 캔형 이차전지와, 전극조립체가 파우치에 내장되는 파우치형 이차전지로 분류되며, 상기 파우치형 이차전지는 전극조립체, 전해액, 상기 전극조립체와 상기 전해액을 수용하는 파우치를 포함한다. 그리고 상기 전극조립체는 복수개의 전극과 복수개의 분리막이 교대로 적층되는 구조를 가진다.
한편, 상기 전극은 집전체와, 상기 집전체의 표면에 코팅되는 전극활물질을 포함하며, 상기 전극의 제조방법은 집전체를 공급하는 단계와, 공급된 상기 집전체의 표면에 전극활물질을 코팅하여 미완성 전극을 제조하는 단계와, 상기 미완성 전극을 압연롤러로 압연하여 완제품 전극을 제조하는 단계를 포함한다.
그러나 상기한 전극의 제조방법은 전극의 압연 과정이 반복되면서 상기 압연롤러의 표면 조도가 점차 증대되며, 상기 표면조도가 증가되는 압연롤러로 상기 전극을 압연할 경우 전극의 표면 조도가 악화되면서 불량 전극이 연속하여 제조되는 문제점이 있었다.
특허등록번호 제10-0958649호
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 발명된 것으로, 본 발명의 목적은 전극을 압연하는 압연롤러의 표면 조도와 선압(압연 하중), 압연된 전극의 표면 조도를 통해 전극의 품질 검사를 진행하며, 이에 따라 불량 전극이 제조되는 것을 방지할 수 있고, 특히 압연롤러의 교체주기를 정확히 확인할 수 있는 이차전지용 전극 제조시스템 및 제조방법을 제공하는데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 전극을 제조하는 이차전지용 전극 제조시스템은 긴 시트 형태의 집전체를 공급하는 공급롤러; 상기 공급롤러에 의해 공급된 상기 집전체의 표면에 전극활물질을 코팅하여 미완성 전극을 제조하는 전극활물질 코팅장치; 상기 미완성 전극의 표면을 압연하고, 상기 전극활물질의 두께를 조절하여 완제품 전극을 제조하는 압연롤러; 및 상기 압연롤러의 표면 조도를 측정하는 압연롤러 측정부, 상기 완제품 전극에 코팅된 전극활물질의 표면 조도를 측정하는 전극 측정부, 상기 압연롤러에서 상기 미완성 전극에 작용하는 압연 하중을 측정하는 압력 측정부, 상기 압연롤러 측정부에 의해 측정된 압연롤러의 표면 조도값이 입력된 압연롤러의 표면 조도값 범위에 포함되는지 1차 검사하고 상기 전극 측정부에 의해 측정된 전극의 표면 조도값이 입력된 전극의 표면 조도값 범위에 포함되는지 2차 검사하며 상기 압력 측정부에 의해 측정된 상기 압연롤러의 압연 하중값이 입력된 압연롤러의 압연 하중값 범위에 포함되는지 3차로 검사하는 검사부를 구비한 전극 품질검사장치를 포함할 수 있다.
상기 전극 품질검사장치는 상기 1차 검사 내지 상기 3차 검사가 모두 정상으로 검사되면 상기 완제품 전극을 정상제품으로 판별하며, 상기 1차 검사 내지, 상기 3차 검사 중 하나 또는 두개는 정상이고 나머지는 불량으로 검사되면 상기 완제품 전극을 재검사 제품으로 판별하고, 상기 1차 검사 내지 상기 3차 검사 모두 불량으로 검사되면 상기 완제품 전극을 불량제품으로 판별할 수 있다.
상기 전극 품질검사장치는 2주~4주 간격으로 상기 1차 검사 내지 상기 3차 검사를 진행하는 검사주기를 가질 수 있다.
상기 전극 품질검사장치는 상기 1차 검사 내지 상기 3차 검사 중 어느 하나 또는 두개는 정상이고 나머지는 불량으로 검사되면, 불량으로 검사된 상기 압연롤러 또는 상기 전극의 표면 조도 또는 압연롤러의 압연 하중을 재검사할 수 있다.
상기 전극 품질검사장치는 불량으로 검사된 상기 압연롤러 또는 상기 전극의 재검사에서도 불량으로 검사되면, 상기 압연롤러의 작동을 정지시킬 수 있다.
상기 전극 품질검사장치는 불량으로 검사된 상기 압연롤러 또는 상기 전극의 재검사에서 정상으로 검사되면, 상기 1차 검사 내지 상기 3차 검사를 검사하는 검사주기를 2주~4주 간격에서 2~7일 간격으로 변경할 수 있다.
상기 전극 품질검사장치는 상기 1차 검사 내지 상기 3차 검사가 모두 불량으로 검사되면, 상기 압연롤러의 작동을 정지시킬 수 있다.
상기 압연롤러 측정부는 상기 압연롤러의 표면에 접촉하면서 표면 조도를 측정하는 조도기를 포함하며, 상기 조도기는 일면에 부착된 침 형상을 가진 팁이 상기 압연롤러의 일단 표면에서 타단 표면까지 이동하면서 조도를 측정한 뒤 그 이동 거리 내의 최대 산의 높이와 최소 산의 높이의 평균을 계산하여 상기 압연롤러의 표면 조도값을 산출할 수 있다.
상기 조도기는 상기 압연롤러의 원주방향으로 4곳 이상의 표면 조도를 측정할 수 있다.
상기 입력된 압연롤러 표면 조도값의 범위는 0.5㎛ 이하일 수 있다.
상기 전극 측정부는 상기 완제품 전극의 표면을 확대 촬영하면서 표면 조도를 측정하는 광학 측정기를 포함하며, 상기 광학 측정기는 상기 완제품 전극의 폭방향으로 일단에서 타단까지 이동하면서 상기 완제품 전극의 표면을 확대 촬영한 뒤, 이동 거리 내의 최대 산의 높이와 최소 산의 높이를 계산하여 전극의 표면 조도값을 산출할 수 있다.
상기 입력된 전극의 표면 조도값은 3㎛ 이하일 수 있다.
상기 압력 측정부는 압력센서를 포함하며, 상기 압력센서는 상기 압연롤러를 통해 상기 미완성 전극에 작용하는 압연 하중을 측정하여 압연 하중값을 산출할 수 있다.
상기 입력된 압연롤러의 하중값은 1.5~2.0kg/m2일 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지용 전극 제조방법은 긴 시트 형태의 집전체를 공급하는 공급단계(S10); 상기 긴 시트 형태의 집전체 표면에 전극활물질을 코팅하여 미완성 전극을 제조하는 전극활물질 코팅단계(S20); 상기 미완성 전극의 표면을 압연롤러로 압연하고, 상기 전극활물질의 두께를 조절하여 완제품 전극을 제조하는 전극 제조단계(S30); 및 상기 압연롤러의 표면 조도값을 측정하는 제1 공정(S41)과, 상기 완제품 전극에 코팅된 전극활물질의 표면 조도값을 측정하는 제2 공정(S42)과, 상기 압연롤러에서 상기 전극에 작용하는 압연 하중을 측정하는 제3 공정(S43)과, 상기 측정된 압연롤러의 표면 조도값이 입력된 압연롤러의 표면 조도값의 범위에 포함되는지 1차로 검사하는 제4 공정(S44)과, 상기 측정된 전극 표면 조도값이 입력된 전극의 표면 조도값의 범위에 포함되는지 2차로 검사하는 제5 공정(S45)과, 상기 압연롤러의 압연 하중값이 입력된 압연롤러의 압연 하중값 범위에 포함되는지 3차로 검사하는 제6 공정(S46)으로 이루어진 전극 품질검사단계(S40)를 포함할 수 있다.
상기 전극 품질검사단계(S40)는 상기 1차 검사 내지 상기 3차 검사가 모두 정상으로 검사되면 상기 완제품 전극을 정상제품으로 판별하며, 상기 1차 검사 내지, 상기 3차 검사 중 하나 또는 두개는 정상이고 나머지는 불량으로 검사되면 상기 완제품 전극을 재검사 제품으로 판별하고, 상기 1차 검사 내지 상기 3차 검사 모두 불량으로 검사되면 상기 완제품 전극을 불량제품으로 판별할 수 있다.
본 발명은 하기와 같은 효과가 있다.
첫째: 본 발명의 이차전지용 전극 제조시스템은 압연롤러 측정부와, 압력 측정부, 전극 측정부, 및 검사부를 구비한 전극 품질검사장치를 포함하는 것에 특징을 가진다. 이와 같은 특징으로 인해 불량 전극이 제조되는 것을 방지할 수 있고, 특히 압연롤러의 교체시기를 정확히 확인할 수 있다.
둘째: 본 발명의 이차전지용 전극 제조시스템은 압연롤러의 표면 조도, 전극활물질의 표면 조도 및 압연롤러의 압연 하중값이 모두 정상이면 정상제품으로 판별하고, 어느 하나 또는 두개가 불량이면 재검사 제품으로 판별하며, 모두 불량이면 불량제품으로 판별하는 것에 특징을 가진다. 이와 같은 특징으로 인해 전극을 품질에 따라 보다 세분화하여 분리할 수 있고, 특히 전극의 품질검사에 대한 정확도를 높일 수 있다.
셋째: 본 발명의 이차전지용 전극 제조시스템은 2주~4주 간격으로 압연롤러의 표면 조도와 압연 하중, 전극의 표면 조도를 검사하는 검사주기를 가지는 것에 특징을 가진다. 이와 같은 특징으로 인해 전극의 생산성을 크게 저하시키지 않는 범위에서 전극의 품질 검사를 안정적으로 진행할 수 있다.
넷째: 본 발명의 이차전지용 전극 제조시스템은 전극이 재검사 제품으로 판별되면 불량으로 검사된 압연롤러의 표면 조도, 전극의 표면 조도 및 압연롤러의 압연 하중을 재검사하는 것에 특징을 가진다. 이와 같은 특징으로 인해 측정오류로 인한 불량 검사를 방지할 수 있고, 그 결과 전극의 품질 검사에 대한 정확도를 크게 높일 수 있다.
다섯째: 본 발명의 이차전지용 전극 제조시스템은 압연롤러의 표면 조도, 전극의 표면 조도 및 압연롤러의 압연 하중을 재검사한 후 정상으로 검사되면, 검사주기를 2주~4주 간격에서 2~7일로 단축하는 것에 특징을 가진다. 이에 따라 불량 전극이 발생하는 시기를 보다 정확하고 신속하게 확인할 수 있다.
여섯째: 본 발명의 이차전지용 전극 제조시스템은 압연롤러의 표면 조도, 전극의 표면 조도 및 압연롤러의 압연 하중이 모두 불량으로 판별되면, 상기 압연롤러의 작동을 정지시키는 것에 특징을 가진다. 이와 같은 특징으로 인해 불량 전극이 제조되는 것을 방지할 수 있다. 특히 전극의 품질 검사를 통해 압연롤러의 교환시기를 정확히 예측할 수 있으며, 이에 따라 불량으로 판별된 압연롤러를 교체 장착하여 전극의 제조공정을 다시 진행할 수 있다.
일곱째: 본 발명의 이차전지용 전극 제조시스템은 조도기를 통해 압연롤러의 표면 조도를 검사하는 것에 특징을 가진다. 이와 같은 특징으로 인해 상기 압연롤러의 표면 조도값을 보다 정확히 검사할 수 있다.
여덟째: 본 발명의 이차전지용 전극 제조시스템은 광학측정기를 통해 전극에 코팅된 전극활물질부의 표면 조도값을 검사하는 것에 특징을 가진다. 이와 같은 특징으로 인해 상기 전극활물질부의 표면 조도값을 보다 정확히 검사할 수 있다.
아홉째: 본 발명의 이차전지용 전극 제조시스템은 압력센서를 통해 압연롤러에서 전극에 작용하는 압연 하중을 측정하는 것에 특징을 가진다. 이와 같은 특징으로 인해 압연롤러의 압연 하중값을 보다 정확히 검사할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지용 전극 제조시스템을 도시한 도면.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 품질검사장치의 압연롤러 측정부위를 나타낸 사시도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지용 전극 제조시스템을 통해 검사된 검사표.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 정상으로 판별된 전극을 나타낸 것으로, (a)는 전극의 표면 조도를 촬영한 사진이고, (b)는 전극의 표면 조도값을 나타낸 그래프임.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 불량으로 판별된 전극을 나타낸 것으로, (a)는 전극의 표면 조도를 촬영한 사진이고, (b)는 전극의 표면 조도값을 나타낸 그래프임.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 압연롤러의 시간에 따른 선압(압연 하중)을 나타낸 그래프.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지용 전극 제조방법을 나타낸 순서도.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
[일 실시예에 따른 이차전지용 전극 제조시스템]
본 발명의 일실시예에 따른 이차전지용 전극 제조시스템은 도 1에 도시되어 있는 것과 같이, 긴 시트 형태의 집전체(11)를 공급하는 공급롤러(110), 상기 공급롤러(110)에 의해 공급된 상기 집전체(11)의 표면에 전극활물질(12)을 코팅하여 미완성 전극(10a)을 제조하는 전극활물질 코팅장치(120), 상기 미완성 전극(10a)의 표면을 압연하고 상기 전극활물질(12)의 두께를 조절하여 완제품 전극(10)을 제조하는 압연롤러(130), 및 상기 압연롤러(130)의 표면 조도, 상기 압연롤러(130)의 압연 하중, 및 상기 압연롤러(130)를 통과한 완제품 전극(10)의 표면 조도를 통해 완제품 전극(10)의 품질을 검사하는 전극 품질검사장치(140)를 포함한다.
상기 공급롤러(110)는 긴 시트 형태의 집전체(11)가 권취되어 있고, 회전시 권취된 긴 시트 형태의 집전체(11)를 상기 전극활물질 코팅장치(120)로 공급한다.
상기 전극활물질 코팅장치(120)는 전극활물질(12)이 저장된 저장부와, 상기 저장부에 저장된 전극활물질(12)을 상기 집전체(11)의 표면에 분사하는 분사노즐을 포함한다. 즉, 상기 전극활물질 코팅장치(120)는 상기 집전체(11)의 표면에 전극활물질(12)을 코팅하며, 이에 따라 미완성 전극(10a)을 제조할 수 있다.
상기 압연롤러(130)는 상기 미완성 전극(10a)의 상면과 하면이 동시에 압연되도록 한 쌍으로 마련하여 상기 미완성 전극(10a)의 전극활물질(12)의 두께를 균일하게 조절하며, 이에 따라 완제품 전극(10)을 제조한다.
한편, 상기 압연롤러(130)의 표면에는 상기 미완성 전극(10a)을 압연하는 과정에서 발생하는 스크래치에 의해 표면조도가 크게 악화되는 문제점이 있었으며, 상기 표면 조도가 악화된 압연롤러(130)로 상기 미완성 전극(10a)을 압연할 경우 상기 미연성 전극(10a)의 표면조도가 악화되면서 전지 성능이 크게 떨어지고, 불량 전극이 제조되는 문제점이 있다.
또한, 상기 압연롤러(130)에서 상기 미완성 전극(10a)에 작용하는 압연 하중 차이로 인해 상기 미연성 전극(10a)의 표면조도가 악화될 수 있다.
이와 같은 문제점을 해결하기 위해 본 발명은 상기 압연롤러(130)의 표면 조도와 압연 하중, 상기 완제품 전극(10)의 표면 조도를 통해 전극의 품질 검사를 진행하는 전극 품질 검사장치(140)를 포함한다. 특히 상기 전극 품질검사장치(140)는 상기 완제품 전극(10)의 품질 검사와 함께 상기 표면조도가 악화된 압연롤러(130)의 교체시기를 보다 정확히 확인할 수 있다.
즉, 전극 품질검사장치(140)는 상기 압연롤러(130)의 표면 조도를 측정하는 압연롤러 측정부(141), 상기 완제품 전극(10)에 코팅된 전극활물질(12)의 표면 조도를 측정하는 전극 측정부(142), 상기 압연롤러(130)에서 상기 미완성 전극(10a)에 작용하는 압연 하중을 측정하는 압력 측정부(143), 상기 압연롤러 측정부(141)에 의해 측정된 압연롤러(130)의 표면 조도값(Rz)과 상기 전극 측정부(142)에 의해 측정된 완제품 전극(10)의 표면 조도값(Rz)과 상기 압력 측정부(143)에 의해 측정된 상기 압연롤러(130)의 압연 하중값을 바탕으로 완제품 전극(10)의 품질을 검사하는 검사부(144)를 포함한다.
상기 압연롤러 측정부(141)는 도 1 및 도 2를 참조하면, 상기 압연롤러(130)의 표면에 접촉하면서 표면 조도를 측정하는 조도기를 포함하며, 상기 조도기는 일면에 부착된 침 형상을 가진 팁이 상기 압연롤러(130)의 일단 표면에서 타단 표면까지 이동하면서 조도를 측정한 후, 그 이동 거리 내의 최대 산의 높이와 최소 산의 높이의 평균을 계산하여 압연롤러(130)의 표면 조도값(Rz)을 산출한다.
예를 들면, 상기 조도기는 도 2에 도시되어 있는 것과 같이, 압연롤러(130)의 길이방향으로 표시된 점을 따라 이동하면서 조도를 측정하고, 측정된 조도값의 평균을 계산하여 압연롤러(130)의 표면 조도값(Rz)을 산출한다.
특히 상기 조도기는 상기 압연롤러(130)의 원주방향으로 4 곳 이상의 표면 조도를 측정하고, 측정된 4곳의 표면 조도의 평균을 계산하여 압연롤러(130)의 표면 조도값(Rz)을 산출할 수 있으며, 이에 따라 압연롤러(130)의 표면 조도값(Rz)을 보다 정확히 산출할 수 있다.
상기 전극 측정부(142)는 상기 완제품 전극(10)의 표면을 확대 촬영하면서 표면 조도를 측정하는 광학 측정기를 포함하며, 상기 광학 측정기는 상기 완제품 전극(10)의 폭방향으로 일단에서 타단까지 이동하면서 상기 완제품 전극(10)의 표면을 확대 촬영한 뒤, 이동 거리 내의 최대 산의 높이와 최소 산의 높이를 계산하여 완제품 전극(10)의 표면 조도값(Rz)을 산출한다. 이때 상기 광학 측정기는 상기 완제품 전극(10)의 폭방향 4 곳 이상의 표면 조도를 측정하고, 측정된 4곳의 표면 조도의 평균을 계산하여 완제품 전극(10)의 표면 조도값(Rz)을 산출할 수 있으며, 이에 따라 완제품 전극(10)의 표면 조도값(Rz)을 보다 정확히 산출할 수 있다.
예를 들면, 상기 광학 측정기는 도 4 및 도 5와 같이 완제품 전극(10)의 표면을 확대 촬영한다. 그리고 확대 촬영한 사진의 일측에서 타측까지 이동하는데, 이때 이동 거리 내의 산의 높이를 모니터에 파형으로 표시한다. 이때 상기 모니터에는 상기 압연롤러 측정부(141)에 의해 측정된 압연롤러의 표면 조도값(Rz)을 표시하고, 그 밑에 상기 광학 측정기에 의해 측정된 완제품 전극(10)의 표면 조도값(Rz)을 표시할 수 있으며, 이에 따라 압연롤러(130)와 완제품 전극(10)의 표면조도를 한번에 확인할 수 있다.
제1 실험예
제1 실험예로, 도 4를 참조하면 상기 전극 측정부(142)는 상기 압연롤러 측정부(141)에 의해 측정된 압연롤러의 표면 조도값(Rz)인 0.4㎛을 모니터(20)에 표시한다(도 4의 (b) 참조). 다음으로, 완제품 전극(10)의 표면을 확대 촬영한다(도 4의 (a) 참조). 다음으로 확대 촬영한 사진의 일측에서 타측까지 이동하면서 산의 높이(또는 거칠기)를 모니터(20)에 파형(21)으로 표시하고, 표시한 파형(21)의 최대 높이와 최소 높이의 평균을 계산하여 완제품 전극(10)의 표면 조도값(Rz)를 산출한다. 여기서 도 4의 파형을 참조하면 완제품 전극(10)의 표면 조도값(Rz)은 0.45㎛를 산출할 수 있으며, 산출된 완제품 전극(10)의 표면 조도값(Rz)인 0.45㎛를 상기 모니터(20)에 표시한다.
따라서 표면 조도값(Rz)이 0.4㎛인 압연롤러(130)로 미완성 전극(10a)을 압연하였을 때 표면 조도값(Rz)이 0.45㎛인 완제품 전극(10)을 제조할 수 있다.
제2 실험예
제2 실험예로, 도 5를 참조하면, 상기 전극 측정부(142)는 상기 압연롤러 측정부(141)에 의해 측정된 압연롤러의 표면 조도값(Rz)인 1.0㎛을 모니터(20)에 표시한다(도 5의 (b) 참조). 다음으로, 완제품 전극(10)의 표면을 확대 촬영한다(도 5의 (a) 참조). 다음으로 확대 촬영한 사진의 일측에서 타측까지 이동하면서 산의 높이(또는 거칠기)를 모니터(20)에 파형(21)으로 표시하고, 표시된 파형(21)의 최대 높이와 최소 높이의 평균을 계산하여 완제품 전극(10)의 표면 조도값(Rz)인 0.66㎛를 산출하며, 산출된 완제품 전극(10)의 표면 조도값(Rz)인 0.66㎛를 상기 모니터(20)에 표시한다.
따라서 표면 조도값(Rz)이 1.0㎛인 압연롤러(130)로 미완성 전극(10a)을 압연하였을 때 표면 조도값(Rz)이 0.66㎛인 완제품 전극(10)을 제조할 수 있다.
제3 실험예
제3 실험예로, 상기 제1 실험예와 상기 제2 실험예를 5개의 미완성 전극(10a)에 대해 실험한 결과 도 3에 기재된 표와 같이 정리할 수 있다. 즉, 상기 압연롤러(130)의 평균 표면 조도값과, 완제품 전극(10)의 평균 표면 조도값(Rz)을 산출할 수 있으며, 상기 압연롤러(130)의 평균 표면 조도값과, 완제품 전극(10)의 평균 표면 조도값(Rz)를 통해 완제품 전극(10)의 품질 검사 및 압연롤러(130)의 교체 여부를 검사할 수 있다.
상기 압력 측정부(143)는 상기 압연롤러(130)에서 상기 미완성 전극(10a)에 작용하는 압연 하중을 측정하는 압력센서를 포함하며, 상기 압력센서는 상기 압연롤러(130)를 통해 상기 미완성 전극(10a)에 작용하는 압연 하중을 측정하여 압연 하중값을 산출한다. 예를 들면, 상기 압력센서는 상기 압연롤러(130)에서 상기 미완성 전극(10a) 사이에 설치되고, 상기 압연롤러(130)에서 상기 미완성 전극(10a)을 압연하는 과정의 작용하중 변화를 검출하여 압연롤러(130)의 압연 하중값을 산출한다.
상기 검사부(144)는 상기 압연롤러 측정부(141)에 의해 산출된 압연롤러(130)의 표면 조도값(Rz)을 바탕으로 1차 검사하고, 상기 전극 측정부(142)에 의해 산출된 완제품 전극(10)의 표면 조도값(Rz)을 바탕으로 2차 검사하며, 상기 압력 측정부(143)에 의해 측정된 상기 압연롤러의 압연 하중값이 입력된 압연롤러의 압연 하중값 범위에 포함되는지 3차로 검사하여 완제품 전극(10)의 품질을 정확히 검사한다.
예를 들면, 상기 검사부(144)는 상기 압연롤러 측정부(141)에 의해 측정된 압연롤러(130)의 표면 조도값(Rz)이 입력된 압연롤러의 표면 조도값(Rz)의 범위에 포함되는지 1차 검사하고, 상기 전극 측정부(142)에 의해 측정된 완제품 전극(10)의 표면 조도값(Rz)이 입력된 전극의 표면 조도값의 범위에 포함되는지 2차 검사하며, 상기 압력 측정부(143)에 의해 측정된 상기 압연롤러(130)의 압연 하중값이 입력된 압연롤러의 압연 하중값의 범위에 포함되는지 3차 검사한다.
그리고 상기 검사부(144)는 상기 1차 검사, 상기 2차 검사, 및 상기 3차 검사가 모두 정상으로 검사되면 상기 완제품 전극(10)을 정상제품으로 판별한다. 그리고 상기 1차 검사, 상기 2차 검사 및 상기 3차 검사 중 어느 하나 또는 두개는 정상이고 나머지는 불량으로 검사되면 상기 완제품 전극(10)을 재검사 제품으로 판별한다. 그리고 상기 1차 검사, 상기 2차 검사 및 상기 3차 검사 모두 불량으로 검사되면 상기 완제품 전극(10)을 불량제품으로 판별한다.
여기서 상기 검사부(144)는 상기 완제품 전극(10)을 정상제품으로 판별할 경우 상기 압연롤러(130)의 표면 조도와 상기 완제품 전극(10)의 표면 조도에 문제가 없다는 것으로 인식하게 되며, 이에 따라 상기 압연롤러(130)의 표면 조도와 상기 완제품 전극(10)의 표면 조도의 검사주기를 길게 설정하여 작업의 효율성을 높일 수 있다. 예를 들면, 상기 검사부(144)는 2주~4주 간격으로 상기 압연롤러(130) 및 상기 전극(10)의 표면 조도를 검사하는 검사주기를 가진다.
한편, 상기 검사부(144)는 상기 1차 검사, 상기 2차 검사 및 상기 3차 검사 중 어느 하나 또는 두개는 정상이고 나머지는 불량으로 검사되면, 불량으로 검사된 상기 압연롤러(130)의 표면 조도 또는 상기 완제품 전극(10)의 표면 조도를 재검사한다. 예를 들면, 상기 검사부(144)는 1차 검사가 불량이고 2차 및 3차 검사가 정상으로 검사되거나 또는 1차 및 2차 검사가 정상이고 3차 검사가 불량으로 검사될 경우 측정 오류가 발생한 것으로 판단할 수 있으며, 이에 따라 불량으로 검사된 상기 압연롤러(130)의 표면 조도 및 압연 하중, 상기 완제품 전극(10)의 표면 조도를 재검사하며, 이에 따라 측정 오류로 인한 불량 검사를 방지하고, 그 결과 검사의 정확도를 높일 수 있다.
여기서, 상기 검사부는 불량으로 검사된 상기 압연롤러(130)의 표면조도 및 압연 하중, 상기 완제품 전극(10)의 표면 조도의 재검사 후에도 불량으로 검사되면, 불량 전극(10)이 연속하여 제조되지 않도록 상기 압연롤러(130)의 작동을 정지시킨다. 그리고 불량 압연롤러를 새 압연롤러로 교체하여 전극 제조공정을 다시 진행할 수 있다. 이에 따라 압연롤러(130)의 교환주기를 정확히 확인할 수 있다.
한편, 상기 검사부(144)는 불량으로 검사된 상기 압연롤러의 표면조도 및 압연 하중, 상기 전극의 표면 조도를 재검사 후 정상으로 검사되면, 재검사 제품인 완제품 전극(10)을 정상제품으로 판별한다. 그리고 상기 검사부(144)는 상기 압연롤러(130)의 불량 발생이 다시 발생할 가능성이 높기에 검사주기를 짧게 변경할 수 있다. 예를 들면, 상기 검사부(144)는 검사주기를 2주~4주 간격에서 2~7일 간격으로 변경하며, 이에 따라 압연롤러(130) 또는 완제품 전극(10)의 불량 발생시기를 보다 정확하고 신속하게 확인할 수 있다.
한편, 상기 입력된 압연롤러(130) 표면 조도값(Rz)의 범위는 0.5㎛ 이하일 수 있으며, 바람직하게는 0.4㎛ 이하일 수 있다. 즉, 상기 입력된 압연롤러(130) 표면 조도값(Rz)의 범위 0.5㎛ 이상 발생할 경우 완제품 전극(10)의 표면 조도가 크게 악화되면서 성능이 크게 저하되는 문제점이 있다. 이에 따라 상기 입력된 압연롤러(130) 표면 조도값(Rz)의 범위는 0.5㎛ 이하일 수 있으며, 바람직하게는 0.4㎛ 이하로 입력하여 전극의 품질 저하를 방지할 수 있다.
한편, 상기 입력된 전극의 표면 조도값(Rz)은 3㎛ 이하일 수 있고, 바람직하게는 2㎛ 이하일 수 있다. 즉, 상기 입력된 전극의 표면 조도값(Rz)은 3㎛ 이상일 경우 완제품 전극의 성능이 크게 저하되는 문제점이 있다. 이에 따라 상기 입력된 전극의 표면 조도값(Rz)은 3㎛ 이하, 바람직하게는 2㎛ 이하로 입력하여 전극의 품질저하를 방지할 수 있다.
한편, 상기 입력된 압연롤러(130)의 압연 하중값 범위는 1.5~2.0kg/m2일 수 있다. 즉, 상기 입력된 압연롤러(130)의 압연 하중값 범위는 1.5kg/m2이하일 경우 미완성 전극(10a)을 효과적으로 압연하지 못하는 문제점이 있고, 2.0kg/m2이상일 경우 미완성 전극(10a)을 강하게 압연함에 따라 정확한 두께 조절이 어려울 수 있으며, 특히 압연롤러(130)와 미완성 전극(10a) 사이의 마찰력이 크게 증대되면서 표면 조도가 크게 발생할 수 있다.
제4 실험예
제4 실험예로, 상기 압연롤러(130)에서 미완성 전극(10a)을 가해지는 하중의 변화를 실험한 결과 도 6에 기재된 표와 같이 정리할 수 있다. 즉, 시간이 흐를수록 압연롤러(130)에서 상기 미완성 전극(10a)에 가해지는 압연 하중값이 1.9~2.4 kg/m2까지 점차 증가되는 것을 확인할 수 있으며, 이는 압연롤러(130)의 표면 조도가 시간이 흐를수록 증가하게 되고, 그 결과 압연롤러(130)의 표면 조도 증가가 상기 압연롤러(130)의 압연 하중값 증가의 원인이 되는 것을 확인할 수 있다.
이와 같은 구성을 가진 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지용 전극 제조시스템은 압연롤러(130)의 표면조도와 압연 하중, 완제품 전극(10)의 표면조도를 동시에 검사하는 것에 특징을 가지며, 이와 같은 특징으로 인해 전극의 품질검사를 보다 정확하게 검사할 수 있고, 이에 따라 고품질의 전극을 연속하여 제조할 수 있으며, 특히 전극을 압연하는 압연롤러의 교환시기를 보다 정확하게 판단하여 교체할 수 있다.
이하, 본 발명의 일 실시예에 다른 이차전지용 전극 제조시스템을 이용한 제조방법을 설명한다.
[일 실시예에 따른 이차전지용 전극 제조방법]
본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지용 전극 제조방법은 도 7에 도시되어 있는 것과 같이, 긴 시트 형태의 집전체(11)를 공급하는 공급단계(S10); 상기 긴 시트 형태의 집전체(11) 표면에 전극활물질(12)을 코팅하여 미완성 전극(10a)을 제조하는 전극활물질 코팅단계(S20); 상기 미완성 전극(10a)의 표면을 압연롤러(130)로 압연하고 상기 전극활물질(12)의 두께를 조절하여 완제품 전극(10)을 제조하는 전극 제조단계(S30); 및 상기 압연롤러(130)의 표면 조도값(Rz), 상기 압연롤러(130)의 압연 하중값 및 상기 완제품 전극(10)에 코팅된 전극활물질(12)의 표면 조도값(Rz)을 통해 전극의 품질을 검사하는 전극 품질검사단계(S40)를 포함한다.
상기 공급단계(S10)는 공급롤러(110)에 권취된 긴 시트 형태의 집전체(11)를 상기 전극활물질 코팅장치(120)에 연속하여 공급한다.
상기 전극활물질 코팅단계(S20)는 전극활물질 코팅장치(120)를 통해 상기 공급롤러(110)에 의해 공급되는 집전체(11)의 표면에 전극활물질(12)을 코팅하며, 이에 따라 미완성 전극(10a)을 제조할 수 있다.
상기 전극 제조단계(S30)는 미완성 전극(10a)을 압연롤러(130)로 압연하여 전극활물질(12)의 두께를 균일하게 조절하며, 이에 따라 완제품 전극(10)을 제조할 수 있다.
상기 전극 품질검사단계(S40)는 완제품 전극(10)의 품질을 검사하기 위한 것으로, 상기 압연롤러(130)의 표면 조도값(Rz)을 측정하는 제1 공정(S41)과, 상기 완제품 전극(10)에 코팅된 전극활물질의 표면 조도값(Rz)을 측정하는 제2 공정(S42)과, 상기 압연롤러(130)에서 상기 전극에 작용하는 압연 하중을 측정하는 제3 공정(S43)과, 상기 측정된 압연롤러(130)의 표면 조도값(Rz)이 입력된 압연롤러의 표면 조도값(Rz)의 범위에 포함되는지 1차로 검사하는 제4 공정(S44)과, 상기 측정된 완제품 전극(10)의 표면 조도값(Rz)이 입력된 전극의 표면 조도값(Rz)의 범위에 포함되는지 2차로 검사하는 제5 공정(S45) 및 상기 압연롤러(130)의 압연 하중값이 입력된 압연롤러의 압연 하중값 범위에 포함되는지 3차로 검사하는 제6 공정(S46)을 포함한다.
상기 제1 공정(S41)은 압연롤러(130)의 표면 조도를 압연롤러 측정부(141)를 통해 측정한다. 즉 압연롤러 측정부(141)는 일면에 부착된 침 형상을 가진 팁이 상기 압연롤러(130)의 일단 표면에서 타단 표면까지 이동하면서 조도를 측정한 뒤 그 이동 거리 내의 최대 산의 높이와 최소 산의 높이의 평균을 계산하여 압연롤러(130)의 표면 조도값(Rz)을 산출한다.
상기 제2 공정(S42)은 상기 완제품 전극(10)에 코팅된 전극활물질(12)의 표면 조도를 전극 측정부(142)로 측정한다. 즉, 상기 전극 측정부(142)는 상기 완제품 전극(10)의 표면을 확대 촬영하고, 촬영된 영상의 일단에서 타단까지 이동하면서 이동 거리 내의 최대 산의 높이와 최소 산의 높이를 계산하여 전극의 표면 조도값(Rz)을 산출한다.
상기 제3 공정(S43)은 상기 압연롤러(130)에서 상기 미완성 전극(10a)에 작용하는 압연 하중을 압력 측정부(143)로 측정한다. 즉, 상기 압력 측정부(143)는 상기 압연롤러(130)에서 상기 미완성 전극(10a)을 압연하는 과정의 작용하중 변화를 검출하여 압연롤러(130)의 압연 하중값을 산출한다.
상기 제4 공정(S44)에서 검사부(144)는 압연롤러 측정부(141)에 의해 측정된 압연롤러(130)의 표면 조도값(Rz)이 입력된 압연롤러의 표면 조도값(Rz)의 범위에 포함되는지 1차로 검사한다.
예를 들면, 검사부(144)는 상기 입력된 압연롤러의 표면 조도값(Rz)의 범위가 0.5㎛ 이하, 바람직하게는 0.4㎛ 이하이고, 압연롤러 측정부(141)에 의해 측정된 압연롤러(130)의 표면 조도값(Rz)이 0.4㎛일 경우 측정된 압연롤러(130)의 표면 조도값(Rz)은 정상으로 판별한다. 만약에 압연롤러 측정부(141)에 의해 측정된 압연롤러(130)의 표면 조도값(Rz)이 0.7㎛일 경우 측정된 압연롤러(130)의 표면 조도값(Rz)은 불량으로 판별한다.
상기 제5 공정(S45)에서 검사부(144)는 상기 전극 측정부(142)에 의해 측정된 완제품 전극(10)의 표면 조도값(Rz)이 입력된 전극의 표면 조도값(Rz)의 범위에 포함되는지 2차로 검사한다.
예를 들면, 검사부(144)는 상기 입력된 전극의 표면 조도값(Rz) 범위가 3㎛ 이하, 바람직하게는 2㎛ 이하이고, 측정된 완제품 전극(10)의 표면 조도값(Rz)이 2㎛ 일 경우 측정된 완제품 전극(10)의 표면 조도값(Rz)은 정상으로 판별한다. 만약에 측정된 완제품 전극(10)의 표면 조도값(Rz)이 4㎛일 경우 측정된 완제품 전극(10)의 표면 조도값(Rz)은 불량으로 판별한다.
상기 제6 공정(S46)에서 검사부(144)는 상기 압력 측정부(143)에 의해 측정된 압연롤러(130)의 압연 하중값이 입력된 압연롤러의 압연 하중값 범위에 포함되는지 3차로 검사한다.
예를 들면, 검사부(144)는 상기 입력된 압연롤러 압연 하중값 범위가 1.5~2.0kg/m2이고, 측정된 압연롤러(130)의 압연 하중값이 1.9kg/m2일 경우 측정된 압연롤러의 하중값은 정상으로 판별한다.
여기서 전극 품질검사단계(S40)는 상기 1차 검사, 상기 2차 검사 및 상기 3차 검사가 모두 정상으로 검사되면 상기 완제품 전극(10)을 정상제품으로 판별하며, 상기 1차 검사, 2차 검사 및 상기 3차 검사 중 어느 하나 또는 두개는 정상이고 나머지는 불량으로 검사되면 상기 완제품 전극(10)을 재검사 제품으로 판별하고, 상기 1차 검사, 상기 2차 검사 및 상기 3차 검사 모두 불량으로 검사되면 상기 완제품 전극(10)을 불량제품으로 판별한다.
따라서 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지용 전극 제조방법은 완제품 전극의 품질을 보다 정확히 검사할 수 있다.
본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 다양한 실시 형태가 가능하다.
110: 공급롤러
120: 전극활물질 공급장치
130: 압연롤러
140: 전극 품질검사장치

Claims (16)

  1. 전극을 제조하는 이차전지용 전극 제조시스템으로서,
    긴 시트 형태의 집전체를 공급하는 공급롤러;
    상기 공급롤러에 의해 공급된 상기 집전체의 표면에 전극활물질을 코팅하여 미완성 전극을 제조하는 전극활물질 코팅장치;
    상기 미완성 전극의 표면을 압연하고, 상기 전극활물질의 두께를 조절하여 완제품 전극을 제조하는 압연롤러; 및
    상기 압연롤러의 표면 조도를 측정하는 압연롤러 측정부, 상기 완제품 전극에 코팅된 전극활물질의 표면 조도를 측정하는 전극 측정부, 상기 압연롤러에서 상기 미완성 전극에 작용하는 압연 하중을 측정하는 압력 측정부, 상기 압연롤러 측정부에 의해 측정된 압연롤러의 표면 조도값이 입력된 압연롤러의 표면 조도값 범위에 포함되는지 1차 검사하고 상기 전극 측정부에 의해 측정된 전극의 표면 조도값이 입력된 전극의 표면 조도값 범위에 포함되는지 2차 검사하며 상기 압력 측정부에 의해 측정된 상기 압연롤러의 압연 하중값이 입력된 압연롤러의 압연 하중값 범위에 포함되는지 3차로 검사하는 검사부를 구비한 전극 품질검사장치를 포함하는 이차전지용 전극 제조시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 전극 품질검사장치는 상기 1차 검사 내지 상기 3차 검사가 모두 정상으로 검사되면 상기 완제품 전극을 정상제품으로 판별하며, 상기 1차 검사 내지, 상기 3차 검사 중 하나 또는 두개는 정상이고 나머지는 불량으로 검사되면 상기 완제품 전극을 재검사 제품으로 판별하고, 상기 1차 검사 내지 상기 3차 검사 모두 불량으로 검사되면 상기 완제품 전극을 불량제품으로 판별하는 이차전지용 전극 제조시스템.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 전극 품질검사장치는 2주~4주 간격으로 상기 1차 검사 내지 상기 3차 검사를 진행하는 검사주기를 가지는 이차전지용 전극 제조시스템.
  4. 청구항 2에 있어서,
    상기 전극 품질검사장치는 상기 1차 검사 내지 상기 3차 검사 중 어느 하나 또는 두개는 정상이고 나머지는 불량으로 검사되면, 불량으로 검사된 상기 압연롤러 또는 상기 전극의 표면 조도 또는 압연롤러의 압연 하중을 재검사하는 이차전지용 전극 제조시스템.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 전극 품질검사장치는 불량으로 검사된 상기 압연롤러 또는 상기 전극의 재검사에서도 불량으로 검사되면, 상기 압연롤러의 작동을 정지시키는 이차전지용 전극 제조시스템.
  6. 청구항 3에 있어서,
    상기 전극 품질검사장치는 불량으로 검사된 상기 압연롤러 또는 상기 전극의 재검사에서 정상으로 검사되면, 상기 1차 검사 내지 상기 3차 검사를 검사하는 검사주기를 2주~4주 간격에서 2~7일 간격으로 변경하는 이차전지용 전극 제조시스템.
  7. 청구항 2에 있어서,
    상기 전극 품질검사장치는 상기 1차 검사 내지 상기 3차 검사가 모두 불량으로 검사되면, 상기 압연롤러의 작동을 정지시키는 이차전지용 전극 제조시스템.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 압연롤러 측정부는 상기 압연롤러의 표면에 접촉하면서 표면 조도를 측정하는 조도기를 포함하며,
    상기 조도기는 일면에 부착된 침 형상을 가진 팁이 상기 압연롤러의 일단 표면에서 타단 표면까지 이동하면서 조도를 측정한 뒤 그 이동 거리 내의 최대 산의 높이와 최소 산의 높이의 평균을 계산하여 상기 압연롤러의 표면 조도값을 산출하는 이차전지용 전극 제조시스템.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 조도기는 상기 압연롤러의 원주방향으로 4 곳 이상의 표면 조도를 측정하는 이차전지용 전극 제조시스템.
  10. 청구항 1에 있어서,
    상기 입력된 압연롤러 표면 조도값의 범위는 0.5㎛ 이하인 이차전지용 전극 제조시스템.
  11. 청구항 1에 있어서,
    상기 전극 측정부는 상기 완제품 전극의 표면을 확대 촬영하면서 표면 조도를 측정하는 광학 측정기를 포함하며,
    상기 광학 측정기는 상기 완제품 전극의 폭방향으로 일단에서 타단까지 이동하면서 상기 완제품 전극의 표면을 확대 촬영한 뒤, 이동 거리 내의 최대 산의 높이와 최소 산의 높이를 계산하여 전극의 표면 조도값을 산출하는 이차전지용 전극 제조시스템.
  12. 청구항 1에 있어서,
    상기 입력된 전극의 표면 조도값은 3㎛ 이하인 이차전지용 전극 제조시스템.
  13. 청구항 1에 있어서,
    상기 압력 측정부는 압력센서를 포함하며,
    상기 압력센서는 상기 압연롤러를 통해 상기 미완성 전극에 작용하는 압연 하중을 측정하여 압연 하중값을 산출하는 이차전지용 전극 제조시스템.
  14. 청구항 1에 있어서,
    상기 입력된 압연롤러의 하중값은 1.5~2.0kg/m2인 이차전지용 전극 제조시스템.
  15. 전극을 제조하는 이차전지용 전극 제조방법으로서,
    긴 시트 형태의 집전체를 공급하는 공급단계(S10);
    상기 긴 시트 형태의 집전체 표면에 전극활물질을 코팅하여 미완성 전극을 제조하는 전극활물질 코팅단계(S20);
    상기 미완성 전극의 표면을 압연롤러로 압연하고, 상기 전극활물질의 두께를 조절하여 완제품 전극을 제조하는 전극 제조단계(S30); 및
    상기 압연롤러의 표면 조도값을 측정하는 제1 공정(S41)과, 상기 완제품 전극에 코팅된 전극활물질의 표면 조도값을 측정하는 제2 공정(S42)과, 상기 압연롤러에서 상기 전극에 작용하는 압연 하중을 측정하는 제3 공정(S43)과, 상기 측정된 압연롤러의 표면 조도값이 입력된 압연롤러의 표면 조도값의 범위에 포함되는지 1차로 검사하는 제4 공정(S44)과, 상기 측정된 전극 표면 조도값이 입력된 전극의 표면 조도값의 범위에 포함되는지 2차로 검사하는 제5 공정(S45)과, 상기 압연롤러의 압연 하중값이 입력된 압연롤러의 압연 하중값 범위에 포함되는지 3차로 검사하는 제6 공정(S46)으로 이루어진 전극 품질검사단계(S40)를 포함하는 이차전지용 전극 제조방법.
  16. 청구항 15에 있어서,
    상기 전극 품질검사단계(S40)는 상기 1차 검사 내지 상기 3차 검사가 모두 정상으로 검사되면 상기 완제품 전극을 정상제품으로 판별하며, 상기 1차 검사 내지, 상기 3차 검사 중 하나 또는 두개는 정상이고 나머지는 불량으로 검사되면 상기 완제품 전극을 재검사 제품으로 판별하고, 상기 1차 검사 내지 상기 3차 검사 모두 불량으로 검사되면 상기 완제품 전극을 불량제품으로 판별하는 이차전지용 전극 제조방법.
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