KR102358767B1 - 전극 롤 프레스 공정 시 전극 롤 두께를 균일하게 유지시키는 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 전극 롤 프레스 공정 시 전극 롤 두께를 균일하게 유지시키는 방법은 전극 압연롤러 속에 다수개의 작은 수통을 개별적으로 또는 서로 연통하여 분배시켜 놓음으로써 프레스 압연시 물의 쏠림을 방지하여 전극 롤 프레스 공정 시 이송되는 전극 롤이 일정한 온도로 가온 및 가압되어서 전극 롤이 균일한 두께로 유지되도록 한 것을 특징으로 한다.

Description

전극 롤 프레스 공정 시 전극 롤 두께를 균일하게 유지시키는 방법{Method for maintaininng uniformly thickness of electrode plate in electrode roll press processing}

본 발명은 전극 롤 두께를 균일하게 유지시키는 방법에 관한 것으로, 상세하게는 전극 압연 롤러 속에 다수개로 연통된 수통을 분배시켜서 전극 롤 프레스 공정 시 전극 롤 두께를 균일하게 유지시키는 방법에 관한 것이다.

화석연료의 고갈에 의한 에너지원의 가격 상승, 환경 오염의 관심이 증폭되며, 친환경 대체 에너지원에 대한 요구가 미래생활을 위한 필수 불가결한 요인이 되고 있다. 이에 원자력, 태양광, 풍력, 조력 등 다양한 전력 생산기술들에 대한 연구가 지속되고 있다.

특히, 리튬 이차전지는, 모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서의 수요가 급격히 증가하고 있고, 최근에는 전기자동차(EV), 하이브리드 전기자동차(HEV)의 동력원으로서의 사용이 실현화되고 있으며, 그리드(Grid)화를 통한 전력 보조전원 등의 용도로도 사용영역이 확대되고 있다.

이러한 리튬 이차전지의 제조공정은 크게 전극공정, 조립공정, 화성공정의 3단계로 구분된다. 상기 전극공정은 다시 활물질 혼합 공정, 전극코팅 공정, 압연 공정, 슬리팅 공정, 권취 공정으로 구분된다.

상기 압연 공정은 코팅 공정이 끝난 전극의 용량 밀도를 높이고 전극 집전체와 전극 활물질 간의 접착성을 증가시키기 위해, 고온 가열된 2개의 압연롤러 사이로 전극을 통과시켜 원하는 두께로 압축하는 공정이다.

그러나, 압연롤러 원주면에 분포된 온도 차이, 코팅된 슬러리 양의 차이 등으로 인하여 일정한 압연롤러 사이의 공간으로 전극을 통과시키는 경우에도 전극의 두께는 연속적으로 변하는 문제가 있고, 이러한 연속적인 전극 두께의 편차는, 결과적으로, 전지셀의 전기화학적 성능 및 안전성을 저하시킨다.

이러한 전극의 두께를 균일하게 하기 위한 종래기술로서, CN 202175612 U에는 롤러 내부에 칸막이로 구분된 4개의 공간에 냉각수를 주입량을 조절하고 있고, KR 1313595 B1에는 냉각수량을 조절하는 칸막이가 공지되어 있으나 칸막이가 적용된 위치가 냉각 대상체 내부가 아닌 대상체로 유입되는 유로인 점에 있고, KR 2016-0126670 A에는 배터리 전극 시트 압연 장치에 관한 것으로, 전극 시트의 두께 편차를 줄이기 위해 롤러에 냉각장치를 설치하고 있으나, 롤러의 축방향을 기준으로 전극 시트의 두께 편차를 줄이기 위한 것이고, CN 106042353 A에는 세퍼레이터 롤링압착 시스템에 관한 것으로, 롤러 내부의 0.5℃의 냉각수를 순환시켜 냉각하지만, 압착롤러가 아니다.

이에 상기한 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 전극 압연롤러 속에 다수개의 수통들을 개별적으로 또는 서로 연통되게 배치시켜서 전극 롤 프레스 공정 시 전극 롤의 두께를 균일하게 유지시키는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

그러나, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 과제에 한정되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 전극 롤 프레스 공정 시 전극 롤 두께를 균일하게 유지시키는 방법은 전극 압연롤러 속에 다수개의 작은 수통들을 개별적으로 또는 연통하여 배치시켜서 전극 롤 프레스 공정 시 이송되는 전극 롤이 일정한 온도로 가온 및 가압되어 전극 롤의 두께가 균이ㄹ하게 유지될 수 있도록 한 것을 특징으로 한다.

상기 다수개의 작은 수통 각각에는 온도센서가 설치될 수 있다.

상기 다수개의 작은 수통에 설치된 온도센서는 전극 롤 작동 장비(디스플레이 화면)에 연결될 수 있다.

상기 다수개의 작은 수통 속에 들어 있는 물은 호스에 의해 교환 가능하다.

상기 다수개의 수통은 4 내지 8개가 바람직하다.

상기 전극 롤은 길게 이어진 띠 형상으로 압연롤러에 투입된다.

상기 전극 롤은 압연롤러의 가압에 의해 극판의 두께가 조정된다.

상기 잔극 롤은 프레스(압연) 공정 전에 활물질로 도포된다.

상기 전극 롤은 활물질로 도포된 후 건조로에서 건조된다.

상기 전극 롤은 압연롤러를 통과한 후 배터리 크기에 맞게 절단된다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 전극 롤 프레스 공정 시 전극 롤 두께를 균일하게 유지시키는 방법에 따르면, 전극 롤 프레스 공정 시 이송되는 전극 롤이 진행방향 및 폭방향으로 일정한 온도로 가온 및 가압되어 전극 롤의 두께가 균일하게 유지될 수 있다.

이에 따라, 전극 작업 시 설계 스펙에 맞게 전극 생산이 가능하게 되고, 전극 두께 편차가 감소함에 따라 외경마진 확보가 가능하며, 레인 별 두께 편차 감소로 전극의 성능 차가 감소된다.

도 1은 본 발명에 따라 제조되는 전극의 공정도,
도 2는 도 1의 압연 단계(S13)에서 활물질이 도포된 극판이 압연롤러를 통과하는 모습을 도시한 예시도,
도 3은 본 발명에 따라 개선된 압연롤러의 예시도로서, 도 3a는 개략 사시도, 도 3b는 개략 단면도.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시형태를 설명하기로 한다. 그러나 이는 예시에 불과하며 본 발명은 이에 제한되지 않는다.

본 발명을 설명함에 있어서, 본 발명과 관련된 공지기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 그리고, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

본 발명의 기술적 사상은 청구범위에 의해 결정되며, 이하의 실시예는 본 발명의 기술적 사상을 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 효율적으로 설명하기 위한 일 수단일 뿐이다.

도 1은 본 발명에 따라 제조되는 전극의 공정을 도시한 도면이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 우선 극판 준비 단계(S11)를 통해 전극의 베이스가 되는 포일을 준비한다. 전극 롤(또는 전극 또는 극판, 이하, '극판'이라 함)(10)이 준비되면, 활물질 코팅 단계(S12)를 통하여 극판 상에 활물질을 도포한다. 활물질은 극판(10)에 용이하게 도포될 수 있도록 도전제, 바인더, 용매 등의 물질과 함께 슬러리의 형태로 극판(10)에 도포된다. 활물질 슬러리가 도포된 극판(10)은 건조로에서 건조 과정을 거친 후, 압연 단계(S13)를 통하여 프레스, 압연롤러(20) 등으로 가압된다. 이후, 슬리팅 단계(S14)를 통하여 활물질이 코팅된 극판(10)을 배터리 크기에 맞게 소폭 절단한다.

도 2는 압연 단계(S13)를 위하여 활물질이 도포된 극판(10)이 압연롤러(20)를 통과하는 모습을 도시한 도면이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 극판(10)은 통상적으로 길게 이어진 띠 형상으로 압연롤러(20)에 투입되고, 활물질층이 도포된 극판(10)은 압연롤러(20)의 가압에 의해 극판의 두께가 조정된다. 상기 압연롤러(20)의 내부에는 대형 물통(30)이 배치되어서 물의 온도를 조절하여 압연롤러(20)를 가온(가열), 감온(냉각)시킨다.

그러나 이때 극판(10)은 압연롤러(20)의 분포온도가 일정하지 않으면 극판(10)의 길이방향과 폭방향에 걸쳐 두께의 차이가 발생하게 된다. 다시 말해, 압연롤러(20) 내부의 물이 길이방향 및 폭방향의 변화에 따라 자유롭게(예컨대, 중앙으로) 쏠리기 때문에 그에 따른 압연롤러(20)의 표면온도도 물의 분포 량에 따라 가온 또는 감온되어, 결국 가압 중인 극판(10)은 두께의 차이를 초래할 수도 있다.

이를 개선하기 위해, 도 3은 개선된 압연롤러(20)를 예시하는 것으로서, 도 3a는 개략 사시도이고, 도 3b는 개략 단면도이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 압연롤러(20)의 내부에는, 도 2에서의 대형 물통(30) 대신에, 다수개의 소형 수통(31, 32, 33, 34, 35)으로 분리 또는 연통되어 배치된다. 따라서, 상기 언급한 압연롤러(20) 내부의 물이 길이방향 및 폭방향의 변화에 따라 자유롭게(예컨대, 중앙으로) 쏠리는 문제는 개별적인 소형 수통(31, 32, 33, 34, 35)들에 들어 있는 물의 쏠림 변동이 줄어들 수 있으므로, 결국 압연롤러(20)의 표면온도도 물의 분포 량의 변동이 감소되어 가압 중인 극판(10)은 두께의 차이를 가능한 균일하게 유지시킬 수 있게 된다. 본 발명에서는 소형 물통을 5개로 예시하였지만, 이 개수에 한정되지 않는다. 그러나, 바람직하게는, 4 내지 8개가 취급하기가 좋다.

또한, 본 발명의 다른 변형예에 따르면, 상기 대형 물통(30)의 내부를, 상기 다수개의 소형 수통 대신에, 등간격으로 배열된 다수개의 칸막이(도시하지 않았음)를 형성시켜 물의 쏠림을 방지할 수도 있다.

이와 같이, 본 발명에 따른 전극 롤 프레스 공정 시 전극 롤 두께를 균일하게 유지시키는 방법으로서, 전극 압연롤러(20) 속에 다수개의 작은 수통(31, 32, 33, 34, 35)을 개별적으로 또는 연통하여 배치시켜 놓음으로써 전극 롤 프레스 공정 시 이송되는 전극 롤이 일정한 온도로 가온 및 가압되어 전극 롤이 균일한 두께를 유지시킬 수 있다.

그리고, 상기 다수개의 작은 수통(31, 32, 33, 34, 35) 각각에 온도센서(도시하지 않았음)를 설치시켜서 전극 롤 작동 장비(도시하지 않았음), 상세하게는 장비의 디스플레이 화면을 통해 각 수통의 온도를 확인 및 제어할 수 있도록 하는 것도 가능하다.

또한, 상기 다수개의 작은 수통(31, 32, 33, 34, 35) 속에 들어 있는 물은 호스에 의해 교환 가능하다.

이상의 설명에서, 전극 롤(상세하게는, 전극 또는 극판)은 이차 전지의 양극 또는 음극을 구성하기 위해서 사용될 수 있으나, 이에 한정되지 않으며, 다른 종류 전지의 전극을 구성하기 위해서 사용될 수도 있다. 또한, 전극(시트)을 형성하는 호일 형상의 금속, 및 호일 형상의 금속에 도포된 슬러리의 종류도 다양하게 선택될 수 있다.

전술된 바와 같이, 본 발명은 실시예를 중심을 설명되었으나, 본 발명의 기술적 사상에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 변형이 가능함은 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백할 것이다.

또한, 본 발명에서 보이는 구성요소들을 공지의 유사한 기능을 수행하는 기술요소로 치환하거나 변형하는 것도 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가지는 자에게 명백할 것이다.

따라서, 본 발명의 권리범위는 본 발명의 권리범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 아래의 청구범위에서 보이는 사상 및 그 균등범위까지 미친다 할 것이다.

Claims (10)

1. 전극 압연롤러 속에 다수개의 작은 수통을 개별적으로 분리 배치시켜서 전극 롤 프레스 공정 시 물의 쏠림이 방지되도록 한 것을 특징으로 하는 전극 롤 프레스 공정 시 전극 롤 두께를 균일하게 유지시키는 방법.
   
2. 제 1항에 있어서,
   상기 다수개의 작은 수통 각각에는 온도센서가 설치되는 것을 특징으로 하는 전극 롤 프레스 공정 시 전극 롤 두께를 균일하게 유지시키는 방법.
   
3. 제 2항에 있어서,
   상기 다수개의 작은 수통 각각에 설치된 온도센서는 전극 롤 작동 장비(모니터 화면)에 연결된 것을 특징으로 하는 전극 롤 프레스 공정 시 전극 롤 두께를 균일하게 유지시키는 방법.
   
4. 제 1항에 있어서,
   상기 다수개의 작은 수통 속에 들어 있는 물은 호스에 의해 교환되는 것을 특징으로 하는 전극 롤 프레스 공정 시 전극 롤 두께를 균일하게 유지시키는 방법.
   
5. 제 1항에 있어서,
   상기 다수개의 물통은 4 내지 8개인 것을 특징으로 하는 전극 롤 프레스 공정 시 전극 롤 두께를 균일하게 유지시키는 방법.
   
6. 제 1항에 있어서,
   상기 전극 롤은 길게 이어진 띠 형상으로 압연롤러에 투입되는 것을 특징으로 하는 전극 롤 프레스 공정 시 전극 롤 두께를 균일하게 유지시키는 방법.
   
7. 제 1항에 있어서,
   상기 전극 롤은 압연롤러의 가압에 의해 극판의 두께가 조정되는 것을 특징으로 하는 전극 롤 프레스 공정 시 전극 롤 두께를 균일하게 유지시키는 방법.
   
8. 제 1항에 있어서,
   상기 전극 롤은 프레스(압연) 공정 전에 활물질로 도포되는 것을 특징으로 하는 전극 롤 프레스 공정 시 전극 롤 두께를 균일하게 유지시키는 방법.
   
9. 제 8항에 있어서,
   상기 전극 롤은 활물질로 도포된 후 건조로에서 건조되는 것을 특징으로 하는 전극 롤 프레스 공정 시 전극 롤 두께를 균일하게 유지시키는 방법.
   
10. 제 1항에 있어서,
    상기 전극 롤은 압연롤러를 통과한 후 배터리 크기에 맞게 절단되는 것을 특징으로 하는 전극 롤 프레스 공정 시 전극 롤 두께를 균일하게 유지시키는 방법.
    

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