KR102310909B1 - 배터리 제조 시스템 및 배터리 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 2차 전지 배터리의 양극 또는 음극 등에 활물질을 부분적으로 코팅한 전극의 유도 가열시 냉풍을 이용하여 노출부의 과열 및 파손을 방지할 수 있게 하는 배터리 제조 시스템 및 배터리 제조 방법에 관한 것으로서, 양면 중 적어도 어느 하나의 면에 활물질이 코팅된 활물질 코팅부와, 양면 모두 외부로 노출된 노출부로 이루어진 전극을 유도 가열할 수 있도록 상기 코팅부의 적어도 일부분 및 상기 노출부의 적어도 일부분과 대응되는 통합 유도 가열식 코일을 포함하고, 상기 전극을 기준으로 일측 방향에 설치되는 유도 가열 장치; 및 열용량이 큰 상기 코팅부는 상대적으로 약하게 냉각되고, 열용량이 적은 상기 노출부는 상대적으로 강하게 냉각될 수 있도록 상기 코팅부의 적어도 일부분 및 상기 노출부의 적어도 일부분에 냉풍을 공급할 수 있고, 상기 전극을 기준으로 타측 방향에 설치되는 냉풍 장치;를 포함할 수 있다.

Description

배터리 제조 시스템 및 배터리 제조 방법{Battery manufacturing system and battery manufacturing method}

본 발명은 배터리 제조 시스템 및 배터리 제조 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 2차 전지 배터리의 양극 또는 음극 등에 활물질을 부분적으로 코팅한 전극의 유도 가열시 냉풍을 이용하여 노출부의 과열 및 파손을 방지할 수 있게 하는 배터리 제조 시스템 및 배터리 제조 방법에 관한 것이다.

일반적으로 널리 사용되는 2차 전지 배터리팩 등에 적용되는 배터리는 대량 생산을 위해서 필름 형태의 전극을 롤투롤 방식으로 이송하면서 그 표면에 부분적으로 활물질을 코팅하거나 가열하거나 건조시키는 등의 일련의 공정을 수행하여 제조될 수 있다.

이러한, 박막형 필름 전극은 두께가 매우 얇은 것으로서, 활물질이 도포된 전극의 도포부는 열용량이 많아서 과열되기 어렵지만, 활물질이 도포되지 않고 양면이 모두 노출된 전극의 노출부는 열용량이 매우 적어서 쉽게 과열될 수 있다.

도 1은 기존의 열풍을 이용한 배터리 제조 장치로서, 도 1에 도시된 바와 같이, 박막형 전극(1)을 와인딩롤(2)과 언와인딩롤(3)을 이용하여 롤투롤 방식으로 이송하면서, 그 도중에 열풍 장치(4)를 이용하여 상기 전극(1)을 가열 또는 건조시킬 수 있었다.

그러나, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 열풍 장치(4)의 열풍(41)이 양면 중 적어도 어느 하나의 면에 활물질(M)이 코팅된 활물질 코팅부(1-1)와, 양면 모두 외부로 노출된 노출부(1-2)로 이루어진 상기 전극(1)을 동시에 가열하는 경우, 열용량이 큰 상기 코팅부(1-1)는 상대적으로 약하게 가열되고, 열용량이 적은 상기 노출부(1-2)는 상대적으로 강하게 가열되어 상기 노출부(1-2)가 쉽게 과열되고, 이로 인하여 매우 얇은 두께의 상기 노출부(1-2)가 용융되거나, 연소되거나, 파손되는 등의 문제점들이 있었다.

도 3은 기존의 단일 유도 가열 장치(5)를 이용한 배터리 제조 장치로서, 도 3에 도시된 바와 같이, 박막형 전극(1)을 와인딩롤(2)과 언와인딩롤(3)을 이용하여 롤투롤 방식으로 이송하면서, 그 도중에 상기 단일 유도 가열 장치(5)를 이용하여 상기 전극(1)을 가열 또는 건조시킬 수 있었다.

그러나, 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 단일 유도 가열 장치(5)의 전자기파가 양면 중 적어도 어느 하나의 면에 활물질(M)이 코팅된 활물질 코팅부(1-1)와, 양면 모두 외부로 노출된 노출부(1-2)로 이루어진 상기 전극(1)을 동시에 유도 가열하는 경우, 열용량이 큰 상기 코팅부(1-1)는 상대적으로 약하게 가열되고, 열용량이 적은 상기 노출부(1-2)는 상대적으로 강하게 가열되어 상기 노출부(1-2)가 쉽게 과열되고, 이로 인하여 매우 얇은 두께의 상기 노출부(1-2)가 용융되거나, 연소되거나, 파손되는 등의 문제점들이 있었다.

또한, 이처럼, 열풍을 이용하거나 유도 가열을 단독으로 이용하는 기존의 배터리 제조 장치들은 상기 코팅부(1-1)와 상기 노출부(1-2) 간의 열팽창율이 달라져서 상기 전극(1)에 주름이 발생되고, 이러한 주름은 롤투롤 방식에서 장력을 형성하는 데에 많은 어려움이 있으며, 이로 인하여 공정 속도가 매우 느려지고, 온도 편차를 줄이기 위한 공정은 배터리의 생성성과 수율을 크게 떨어뜨리는 등 많은 문제점들이 있었다.

본 발명은 이러한 종래의 문제점들을 해결하기 위해 제안된 것으로서, 전극의 코팅부와 노출부를 일측에서 유도 가열 방식으로 가열할 때, 발생할 수 있는 온도 편차를 타측에서 냉풍을 이용하여 차별 냉각으로 온도 보정할 수 있어서 전극의 전영역에서 적정 온도로 균일하게 가열 또는 건조할 수 있게 하는 배터리 제조 시스템 및 배터리 제조 방법을 제공하고자 한다. 그러나, 이러한 과제는 예시적인 것으로, 이에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 사상에 따른 배터리 제조 시스템은, 양면 중 적어도 어느 하나의 면에 활물질이 코팅된 활물질 코팅부와, 양면 모두 외부로 노출된 노출부로 이루어진 전극을 유도 가열할 수 있도록 상기 코팅부의 적어도 일부분 및 상기 노출부의 적어도 일부분과 대응되는 통합 유도 가열식 코일을 포함하고, 상기 전극을 기준으로 일측 방향에 설치되는 유도 가열 장치; 및 열용량이 큰 상기 코팅부는 상대적으로 약하게 냉각되고, 열용량이 적은 상기 노출부는 상대적으로 강하게 냉각될 수 있도록 상기 코팅부의 적어도 일부분 및 상기 노출부의 적어도 일부분에 냉풍을 공급할 수 있고, 상기 전극을 기준으로 타측 방향에 설치되는 냉풍 장치;를 포함할 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 상기 전극은 와인딩롤 및 언와인딩롤을 이용한 롤투롤 방식으로 이송될 수 있는 박막 필름형태일 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 상기 유도 가열 장치의 가열 부위는 상기 전극의 상면 또는 하면이고, 상기 냉풍 장치의 냉각 부위는 상기 가열 부위와 대응되도록 상기 전극의 하면 또는 상면일 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 배터리 제조 시스템은, 상기 유도 가열 장치 및 상기 냉풍 장치에 제어 신호를 인가할 수 있는 제어부;를 더 포함할 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 상기 제어부는, 상기 유도 가열 장치의 가열과 상기 냉풍 장치의 냉각이 동시에 이루어지도록 상기 유도 가열 장치에 가열 제어 신호를 인가하는 동시에, 상기 냉풍 장치에 냉각 제어 신호를 인가할 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 상기 제어부는, 상기 유도 가열 장치의 가열시, 상기 냉풍 장치의 냉각이 상기 전극의 가열 온도에 따라 간헐적으로 이루어지도록 상기 유도 가열 장치에 가열 제어 신호를 인가하는 동안, 상기 냉풍 장치에 냉각 제어 신호를 간헐적으로 인가할 수 있다.

한편, 상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 사상에 따른 배터리 제조 방법은, (a) 양면 중 적어도 어느 하나의 면에 활물질이 코팅된 활물질 코팅부와, 양면 모두 외부로 노출된 노출부로 이루어진 전극을 유도 가열하는 단계; 및 (b) 상기 전극의 유도 가열시, 상기 코팅부의 적어도 일부분 및 상기 노출부의 적어도 일부분에 냉풍을 공급하는 단계;를 포함할 수 있다.

상기한 바와 같이 이루어진 본 발명의 여러 실시예들에 따르면, 전극의 코팅부와 노출부를 일측에서 유도 가열 방식으로 가열할 때, 발생할 수 있는 온도 편차를 타측에서 냉풍을 이용하여 차별 냉각으로 온도 보정할 수 있어서 전극의 전영역에서 적정 온도로 균일하게 가열 또는 건조할 수 있고, 이를 통해서 제품의 생산시간과 비용을 절감하여 생산성 및 수율을 크게 증대시킬 수 있는 효과를 갖는 것이다. 물론 이러한 효과에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.

도 1은 기존의 열풍 장치를 이용한 배터리 제조 장치를 나타내는 개념도이다.
도 2는 도 1의 배터리 제조 장치의 전극의 코팅부와 노출부의 가열 상태를 나타내는 확대도이다.
도 3은 기존의 단일 유도 가열 장치를 이용한 배터리 제조 장치를 나타내는 개념도이다.
도 4는 도 3의 배터리 제조 장치의 전극의 코팅부와 노출부의 가열 상태를 나타내는 확대도이다.
도 5는 본 발명의 일부 실시예들에 따른 배터리 제조 시스템을 나타내는 개념도이다.
도 6은 도 5의 배터리 제조 시스템의 전극의 코팅부와 노출부의 동시 가열 및 동시 냉각 상태를 나타내는 확대도이다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있는 것으로, 이하의 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 또한 설명의 편의를 위하여 도면에서는 구성 요소들이 그 크기가 과장 또는 축소될 수 있다.

또한, 여기서, 가열이란 대상물의 온도를 상승시키는 것을 말하고, 냉각이란 대상물의 온도를 하강시키는 것을 말하는 것으로서, 예컨대, 후술될 냉풍은 대상물의 온도를 하강시키는 모든 형태의 유체의 흐름을 의미할 수 있다. 즉, 가열이나 냉각이나 냉풍의 기준은 가공할 대상물의 온도를 기준하는 것으로서, 예를 들면 냉풍의 온도가 섭씨 100도 이상이라 하더라도 대상물의 온도를 낮추는 것이라면 냉풍이라고 말할 수 있다. 결국, 냉풍을 판단함에 있어서 절대적인 기준치가 있는 것은 아니다.

도 5는 본 발명의 일부 실시예들에 따른 배터리 제조 시스템(100)을 나타내는 개념도이고, 도 6은 도 5의 배터리 제조 시스템(100)의 전극(1)의 코팅부(1-1)와 노출부(1-2)의 동시 가열 및 동시 냉각 상태를 나타내는 확대도이다.

도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일부 실시예들에 따른 배터리 제조 시스템(100)은, 크게 유도 가열 장치(10)와, 냉풍 장치(20) 및 제어부(30)를 포함할 수 있다.

예컨대, 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 전극(1)은 와인딩롤(2) 및 언와인딩롤(3)을 이용한 롤투롤 방식으로 이송될 수 있는 박막 필름형태인 것으로서, 상기 유도 가열 장치(10)는, 양면 중 적어도 어느 하나의 면에 활물질(M)이 코팅된 활물질 코팅부(1-1)와, 양면 모두 외부로 노출된 노출부(1-2)로 이루어진 전극(1)을 유도 가열할 수 있도록 상기 코팅부(1-1)의 적어도 일부분 및 상기 노출부(1-2)의 적어도 일부분과 대응되는 통합 유도 가열식 코일(C)을 포함하고, 상기 전극(1)을 기준으로 일측 방향에 설치되는 장치일 수 있다.

여기서, 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 통합 유도 가열식 코일(C)은 적어도 일부가 상기 코팅부(1-1)와 대응되고, 적어도 다른 일부가 상기 노출부(1-2)에 대응될 수 있도록 상기 전극(1)의 하방으로 통합적으로 길게 설치될 수 있다.

이러한 상기 통합 유도 가열식 코일(C)은 도면에 반드시 국한되지 않고, 상기 코팅부(1-1)과 상기 노출부(1-2)를 동시에 유도 가열할 수 있는 모든 종류의 유도 코일이 적용될 수 있다.

또한, 예컨대, 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 냉풍 장치(20)는, 열용량이 큰 상기 코팅부(1-1)는 상대적으로 약하게 냉각되고, 열용량이 적은 상기 노출부(1-2)는 상대적으로 강하게 냉각될 수 있도록 상기 코팅부(1-1)의 적어도 일부분 및 상기 노출부(1-2)의 적어도 일부분에 냉풍(21)을 공급할 수 있고, 상기 전극(1)을 기준으로 타측 방향에 설치되는 장치일 수 있다.

더욱 구체적으로 예를 들면, 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 냉풍 장치(20)는 적어도 일부가 상기 코팅부(1-1) 또는 상기 활물질(M)의 상면을 향하여 상기 냉풍(21)을 공급할 수 있고, 적어도 다른 일부가 상기 노출부(1-2)의 상면을 향하여 상기 냉풍(21)을 공급할 수 있는 냉풍 토출 슬롯 또는 복수개의 구멍 형태의 냉풍 토출구가 설치될 수 있다.

여기서, 도면에서는, 상기 유도 가열 장치(10)의 가열 부위는 상기 전극(1)의 하면이고, 상기 냉풍 장치(20)의 냉각 부위는 상기 가열 부위와 대응되도록 상기 전극(1)의 상면이 될 수 있도록 상기 전극(1)의 하방에 상기 유도 가열 장치(10)가 설치되고, 상기 전극(1)의 상방에 상기 냉풍 장치(20)가 설치될 수 있다.

그러나, 이는 도면에 반드시 국한되지 않고, 예컨대, 상기 전극(1)의 상방에 상기 유도 가열 장치(10)가 설치되고, 상기 전극(1)의 하방에 상기 냉풍 장치(20)가 설치되는 것도 가능하다.

따라서, 상기 유도 가열 장치(10)만 사용할 경우에는, 열용량이 큰 상기 코팅부(1-1)는 상대적으로 약하게 유도 가열되고, 열용량이 적은 상기 노출부(1-2)는 상대적으로 강하게 유도 가열되는 데, 이를 상쇄할 수 있도록 상기 유도 가열 장치(10)와 상기 냉풍 장치(20)를 함께 이용하는 경우, 열용량이 큰 상기 코팅부(1-1)는 상대적으로 약하게 냉각되고, 열용량이 적은 상기 노출부(1-2)는 상대적으로 강하게 냉각될 수 있다.

그러므로, 약한 가열 부위는 약한 냉각하고 이와 동시에 강한 가열 부위는 강하게 냉각하여 상기 전극(1)의 전영역에 걸쳐서 온도를 적정한 정도로 보상할 수 있는 것이다.

한편, 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 제어부(30)는 상기 유도 가열 장치(10) 및 상기 냉풍 장치(20)에 제어 신호를 인가할 수 있는 것으로서, 상기 제어부(30)는, 상기 유도 가열 장치(10)의 가열과 상기 냉풍 장치(20)의 냉각이 동시에 이루어지도록 상기 유도 가열 장치(10)에 가열 제어 신호를 인가하는 동시에, 상기 냉풍 장치(20)에 냉각 제어 신호를 인가할 수 있다.

따라서, 이러한 상기 제어부(30)를 이용하여 상기 유도 가열 장치(10)에 의해 국부적인 과열이 발생되는 것을 상기 냉풍 장치(20)를 이용하여 연속적으로 방지할 수 있고, 상기 유도 가열 장치(10)의 가열 정도와 상기 냉풍 장치(20)의 냉각 정도를 동시에 조절하여 매우 정밀한 온도 제어가 가능할 수 있다.

이외에도, 상기 제어부(30)는, 상기 유도 가열 장치(10)의 가열시, 상기 전극(1)의 가열 온도에 따라 상기 냉풍 장치(20)의 냉각이 간헐적으로 이루어지도록 상기 유도 가열 장치(10)에 가열 제어 신호를 인가하는 동안, 상기 냉풍 장치(20)에 냉각 제어 신호를 간헐적으로 인가할 수 있다.

따라서, 이러한 상기 제어부(30)를 이용하여 상기 유도 가열 장치(10)에 의해 국부적인 과열이 발생되는 것을 상기 냉풍 장치(20)를 이용하여 간헐적으로 방지할 수 있고, 상기 유도 가열 장치(10)의 가열 정도를 미리 셋팅한 상태에서 상기 냉풍 장치(20)의 냉각 정도만 조절하여 매우 정밀한 온도 제어가 가능할 수 있다.

이외에도, 상기 냉풍 장치(20)의 냉각 정도를 미리 셋팅한 상태에서 상기 유도 가열 장치(10)의 가열 정도만 조절하여 온도 제어하는 것도 가능하다.

그러므로, 상기 전극(1)의 상기 코팅부(1-1)와 상기 노출부(1-2)를 일측에서 유도 가열 방식으로 가열할 때, 발생할 수 있는 온도 편차를 타측에서 냉풍을 이용하여 차별 냉각으로 온도 보정할 수 있어서 상기 전극(1)의 전영역에서 적정 온도로 균일하게 가열 또는 건조할 수 있고, 이를 통해서 제품의 생산시간과 비용을 절감하여 생산성 및 수율을 크게 증대시킬 수 있다.

한편, 도시하지 않았지만, 본 발명의 일부 실시예들에 따른 배터리 제조 방법은, (a) 양면 중 적어도 어느 하나의 면에 활물질(M)이 코팅된 활물질 코팅부(1-1)와, 양면 모두 외부로 노출된 노출부(1-2)로 이루어진 전극(1)을 유도 가열하는 단계; 및 (b) 상기 전극(1)의 유도 가열시, 상기 코팅부(1-1)의 적어도 일부분 및 상기 노출부(1-2)의 적어도 일부분에 냉풍을 공급하는 단계;를 포함할 수 있다.

본 발명은 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.

1: 전극
1-2: 코팅부
1-3: 노출부
M: 활물질
2: 와인딩롤
3: 언와인딩롤
4: 열풍 장치
41: 열풍
5: 단일 유도 가열 장치
10: 유도 가열 장치
C: 코일
20: 냉풍 장치
21: 냉풍
30: 제어부
100: 배터리 제조 시스템

Claims (7)

1. 양면 중 적어도 어느 하나의 면에 활물질이 코팅된 활물질 코팅부와, 양면 모두 외부로 노출된 노출부로 이루어진 전극을 유도 가열할 수 있도록 상기 코팅부의 적어도 일부분 및 상기 노출부의 적어도 일부분과 대응되는 통합 유도 가열식 코일을 포함하고, 상기 전극을 기준으로 일측 방향에 설치되는 유도 가열 장치; 및
   열용량이 큰 상기 코팅부는 상대적으로 약하게 냉각되고, 열용량이 적은 상기 노출부는 상대적으로 강하게 냉각될 수 있도록 상기 코팅부의 적어도 일부분 및 상기 노출부의 적어도 일부분에 냉풍을 공급할 수 있고, 상기 전극을 기준으로 타측 방향에 설치되는 냉풍 장치;
   를 포함하는, 배터리 제조 시스템.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 전극은 와인딩롤 및 언와인딩롤을 이용한 롤투롤 방식으로 이송될 수 있는 박막 필름형태인, 배터리 제조 시스템.
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 유도 가열 장치의 가열 부위는 상기 전극의 상면 또는 하면이고, 상기 냉풍 장치의 냉각 부위는 상기 가열 부위와 대응되도록 상기 전극의 하면 또는 상면인, 배터리 제조 시스템.
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 유도 가열 장치 및 상기 냉풍 장치에 제어 신호를 인가할 수 있는 제어부;
   를 더 포함하는, 배터리 제조 시스템.
5. 제 4 항에 있어서,
   상기 제어부는, 상기 유도 가열 장치의 가열과 상기 냉풍 장치의 냉각이 동시에 이루어지도록 상기 유도 가열 장치에 가열 제어 신호를 인가하는 동시에, 상기 냉풍 장치에 냉각 제어 신호를 인가하는, 배터리 제조 시스템.
6. 제 4 항에 있어서,
   상기 제어부는, 상기 유도 가열 장치의 가열시, 상기 냉풍 장치의 냉각이 상기 전극의 가열 온도에 따라 간헐적으로 이루어지도록 상기 유도 가열 장치에 가열 제어 신호를 인가하는 동안, 상기 냉풍 장치에 냉각 제어 신호를 간헐적으로 인가하는, 배터리 제조 시스템.
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