KR102432246B1 - 이차전지 전극의 전극재 도포 방법 - Google Patents
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Abstract
이차전지 전극의 전극재 도포 장치 및 도포 방법이 개시된다. 개시된 이차전지 전극의 전극재 도포 장치는, 끊김없이 진행하는 이차전지의 전극 집전체의 원단(web)에 전극 활물질을 주재료로 하여 이루어진 전극 활물질 슬러리와 원단 사이의 접착력을 높이기 위한 바인더를 도포하는 바인더 도포 유닛, 및 원단의 진행 경로를 따라 바인더 도포 유닛의 하류에 배치되고, 원단에 도포된 바인더의 위에 전극 활물질 슬러리를 도포하는 전극 활물질 도포 유닛을 구비하고, 전극 활물질 슬러리는 바인더를 포함하지 않는다.
Description
본 발명은 롤투롤(roll-to-roll) 방식으로 끊김없이 연속적으로 공급되는 이차전지 전극의 전극 집전체 원단에 전극재를 도포하는 이차전지 전극의 전극재 도포 장치 및 도포 방법에 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, 전극 집전체와, 전극 집전체 상에 도포된 전극 활물질를 포함한 전극재를 구비한다. 전극 집전체는 예컨대, 알루미늄(Al) 또는 구리(Cu)로 이루어진 시트(sheet)나 포일(foil)일 수 있다.
이차전지 전극은 롤투롤 방식으로 끊김없이 연속적으로 공급되는 이차전지 전극의 전극 집전체의 원단(web)에 전극재를 도포하고 건조 경화하며, 적절한 두께가 되도록 가압하는 공정을 통해 제조된다. 상기 전극재는 전극 활물질과 바인더(binder)를 포함한 슬러리(slurry) 형태의 혼합물이다. 상기 바인더는 전극 집전체 원단과 전극재의 접합력을 높이기 위해 첨가된다. 그런데, 전극재에 바인더가 혼합되어 있기 때문에 전극 집전체와 전극재 사이의 접합에 실질적으로 기여하는 바인더의 양이 적다. 또한, 바인더의 밀도가 전극 활물질의 밀도보다 작아서 전극재 내에서 바인더가 전극 활물질의 위로 부상하려는 성질이 있다. 이로 인하여, 전극재에 포함되는 바인더의 투입량에 비해 전극 집전체와 전극재 간의 접합력이 부족하고 이차전지 전극의 불량 발생률이 높다는 문제가 있다.
본 발명은 전극 집전체와 전극재 사이의 접합력이 강한 이차전지 전극을 제조하기 위한 이차전지 전극의 전극재 도포 장치 및 이차전지 전극의 전극재 도포 방법을 제공한다.
본 발명은, 끊김없이 진행하는 이차전지의 전극 집전체의 원단(web)에 전극 활물질을 주재료로 하여 이루어진 전극 활물질 슬러리(slurry)와 상기 원단 사이의 접착력을 높이기 위한 바인더(binder)를 도포하는 바인더 도포 유닛, 및 상기 원단의 진행 경로를 따라 상기 바인더 도포 유닛의 하류에 배치되고, 상기 원단에 도포된 바인더의 위에 상기 전극 활물질 슬러리를 도포하는 전극 활물질 도포 유닛을 구비하고, 상기 전극 활물질 슬러리는 상기 바인더를 포함하지 않는 이차전지 전극의 전극재 도포 장치를 제공한다.
상기 바인더의 점도는 80 내지 120 cP이고, 상기 바인더의 도포 두께는 1 내지 2㎛ 일 수 있다.
상기 바인더는 SBR(styrene-butadiene rubber)을 주재료로 포함할 수 있다.
또한 본 발명은, 이차전지의 전극 집전체의 원단에 전극 활물질을 주재료로 하여 이루어진 전극 활물질 슬러리(slurry)와 상기 원단 사이의 접착력을 높이기 위한 바인더(binder)를 도포하는 바인더 도포 단계, 및 상기 원단에 도포된 바인더의 위에 상기 전극 활물질 슬러리를 도포하는 전극 활물질 도포 단계를 구비하고, 상기 전극 활물질 슬러리는 상기 바인더를 포함하지 않는 이차전지 전극의 전극재 도포 방법을 제공한다.
본 발명에 의하면, 바인더가 전극 활물질 슬러리와 전극 집전체 사이에 개재되도록 도포되어서, 전극 활물질 슬러리를 포함한 전극재가 전극 집전체에 강한 접착력으로 접착된다. 따라서, 이차전지 전극의 불량이 감소하고, 양품 생산성이 향상된다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 이차전지 전극의 전극재 도포 장치의 구성도이다.
도 2는 도 1의 II 부분을 확대 도시한 도면이다.
도 3은 도 1의 III 부분을 확대 도시한 도면이다.
도 2는 도 1의 II 부분을 확대 도시한 도면이다.
도 3은 도 1의 III 부분을 확대 도시한 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 이차전지 전극의 전극재 도포 장치 및 도포 방법을 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 본 발명의 실시예에 따른 이차전지 전극의 전극재 도포 장치의 구성도이고, 도 2는 도 1의 II 부분을 확대 도시한 도면이며, 도 3은 도 1의 III 부분을 확대 도시한 도면이다. 도 1 내지 도 3을 함께 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 이차전지 전극의 전극재 도포 장치(20)는 끊김없이 진행하는 이차전지의 전극 집전체의 원단(web)(2)에 바인더(5)와 전극 활물질 슬러리(slurry)(6)를 순차적으로 도포하는 장치이다. 상기 전극 집전체의 원단(2)은 예컨대, 알루미늄(Al) 또는 구리(Cu)로 이루어진 시트(sheet)나 포일(foil)일 수 있다.
상기 전극재 도포 장치(20)는 롤투롤 방식으로 이차전지 전극을 제조하는 이차전지 제조 설비의 일 부분일 수 있다. 상기 이차전지 제조 설비는, 권취된 전극 집전체의 원단(2)을 풀어 공급하는 전극 집전체 언와인딩 롤러(unwinding roller)(11)를 상기 원단(2)의 진행 경로를 따라 상기 전극재 도포 장치(20)의 상류에 구비하고, 상기 바인더(5)와 전극 활물질 슬러리(6)로 이루어진 전극재(4)를 건조 경화하는 건조 유닛(13)을 상기 원단(2)의 진행 경로를 따라 상기 전극재 도포 장치(20)의 하류에 구비한다.
상기 전극재 도포 장치(20)는 바인더 도포 유닛(21), 및 상기 원단(2)의 진행 경로를 따라 상기 바인더 도포 유닛(21)의 하류에 배치되는 전극 활물질 도포 유닛(35)을 구비한다. 바인더 도포 유닛(21)은 상기 원단(2)의 일 측면에 전극 활물질 슬러리(6)와 원단(2) 사이의 접착력을 높이기 위한 바인더(5)를 도포하는 유닛으로, 바인더 욕조(22), 코팅 롤러(24), 및 닥터 블레이드(doctor blade)(26)를 구비하며, 그라비아 코터(Gravure coater)라고 불릴 수 있다. 상기 바인더는 예컨대, SBR(styrene-butadiene rubber)를 주재료로 포함할 수 있다.
바인더 욕조(22)는 상기 바인더가 수용되고, 상측이 개방된 욕조이다. 코팅 롤러(24)는 상기 바인더 욕조(22)에 수용된 바인더에 하측이 침지되고, 상단 외주면은 상기 원단(2)의 하측면에 접촉된다. 코팅 롤러(24)는 상기 원단(2)의 진행 방향에 역행하는 방향으로 회전한다. 닥터 블레이드(26)는 코팅 롤러(24)의 외주면에 도포된 바인더의 두께를 제한하여 상기 원단(2)에 도포되는 바인더의 두께를 균일하게 제한한다.
바인더 도포 유닛(21)은 상기 원단(2)의 진행 경로를 따라 상기 코팅 롤러(24)의 상류 및 하류에 배치되어 상기 원단(2)을 코팅 롤러(24)의 상단 외주면에 밀착 가압하는 제1 및 제2 키스 롤러(kiss roller)(28, 29)와, 상기 원단(2)의 진행 경로를 따라 상기 제1 키스 롤러(28)의 상류, 및 상기 제2 키스 롤러(29)의 하류에 배치되어 상기 원단(2)의 진행 경로를 안내하는 제1 및 제2 바인더 도포 가이드 롤러(30, 31)를 더 구비한다. 바람직한 실시예에서, 상기 원단(2)에 도포되는 바인더(5)의 점도는 80 내지 120 cP 이고, 상기 원단(2)에 도포되는 바인더(5)의 두께는 1 내지 2㎛ 일 수 있다.
전극 활물질 도포 유닛(35)은 상기 원단(2)에 도포된 바인더(5) 위에 전극 활물질을 주재료로 하여 이루어진 전극 활물질 슬러리(slurry)(6)를 도포하는 유닛으로, 슬롯 다이 코터(slot die coater)(36)와, 백업 롤러(back-up roller)(40)를 구비한다. 슬롯 다이 코터(36)는 한 쌍의 블록(block) 사이의 틈새로 전극 활물질 슬러리(6)를 누출하여 백업 롤러(40)의 외주면을 감아 방향 전환하여 진행하는 원단(2)의 표면에, 구체적으로는 원단(2)의 표면에 도포된 바인더(5) 위에 적층되도록 상기 전극 활물질 슬러리(6)를 도포한다. 상기 슬롯 다이 코터(36)는 도포되는 전극 활물질 슬러리(6)의 두께를 원단(2)의 폭 방향 및 길이 방향으로 정밀하게 제어할 수 있다.
전극 활물질 슬러리(6)가 도포되기 앞서서 바인더(5)가 이미 도포되어 있으므로, 상기 전극 활물질 슬러리(6)에는 바인더(5)가 포함되지 않는다. 상기 바인더(5)와 그 위에 도포된 전극 활물질 슬러리(6)가 전극 집전체의 원단(2)의 표면에 적층되는 전극재(4)를 구성한다. 상기 전극 활물질 도포 유닛(35)을 통과한 전극 집전체의 원단(2)은 상기 건조 유닛(13)을 통과하여 상기 전극재(4)가 건조 경화되고, 연이어 압착 유닛(미도시)을 통과하며 상기 전극재(4)의 두께가 얇아지도록 압착되고, 리와인딩 롤러(rewinding roller)에 의해 권취될 수 있다. 도 1에서 참조번호 '45' 및 '46'은 바인더 도포 유닛(21)에서 전극 활물질 도포 유닛(35)으로 진행하는 전극 집전체의 원단(2)을 안내하는 가이드 롤러이고, 참조번호 '47' 및 '48'은 전극 활물질 도포 유닛(35)에서 건조 유닛(13)으로 진행하는 전극 집전체의 원단(2)을 안내하는 가이드 롤러이다.
본 발명의 실시예에 따른 이차전지 전극의 전극재 도포 방법은, 도 1 내지 도 3을 참조하여 설명한 이차전지 전극의 전극재 도포 장치(20)를 이용하여 수행될 수 있다. 상기 이차전지 전극의 전극재 도포 방법은, 전극 집전체의 원단(2)의 표면에 바인더(5)를 도포하는 바인더 도포 단계(S10)와, 상기 원단(2)에 도포된 바인더(5)의 위에 전극 활물질 슬러리(6)를 도포하는 전극 활물질 도포 단계(S20)를 구비한다. 상술한 바와 같이 상기 전극 활물질 슬러리(6)는 바인더(5)를 포함하지 않는다. 상기 원단(2)이 끊김없이 진행하는 도중에 상기 바인더 도포 단계(S10)는 상기 바인더 도포 유닛(21)에 의해 수행되고, 상기 전극 활물질 도포 단계(S20)는 상기 전극 활물질 도포 유닛(35)에 의해 수행된다.
이상에서 설명한 이차전지 전극의 전극재 도포 장치(20) 및 전극재 도포 방법에 의하면, 바인더(5)가 전극 활물질 슬러리(6)와 전극 집전체의 원단(2) 사이에 개재되도록 도포되어서, 전극 활물질 슬러리(6)를 포함한 전극재(4)가 전극 집전체의 원단(2)에 강한 접착력으로 접착된다. 따라서, 이차전지 전극의 불량이 감소하고, 양품 생산성이 향상된다.
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.
2: 전극 집전체 원단 5: 바인더
6: 전극 활물질 슬러리 11: 언와인딩 롤러
13: 건조 유닛 21: 바인더 도포 유닛
24: 코팅 롤러 35: 전극 활물질 도포 유닛
6: 전극 활물질 슬러리 11: 언와인딩 롤러
13: 건조 유닛 21: 바인더 도포 유닛
24: 코팅 롤러 35: 전극 활물질 도포 유닛
Claims (4)
- 이차전지의 전극 집전체의 원단에 전극 활물질을 주재료로 하여 이루어진 전극 활물질 슬러리(slurry)와 상기 원단 사이의 접착력을 높이기 위한 바인더(binder)를 도포하는 것으로, 바인더 욕조에 상기 원단을 함침시키고, 코팅 롤러, 및 닥터 블레이드(doctor blade)를 이용하여 상기 바인더를 그라비아 코팅하는 바인더 도포 단계;
상기 바인더 도포 단계 이후에, 복수의 가이드 롤러를 이용하여서 원단을 낮은 경사각도로부터 높은 경사각도로 상측으로 이송시킨후, 백업롤러의 외주면을 감아 뒤집어지도록 방향 전환 진행시키는 단계;
상기 백업 롤러의 외주면을 감아 방향 전환하여 진행하는 원단의 표면에, 슬롯 다이 코터를 이용하여 전극 활물질 슬러리를 누출하여 상기 원단의 표면에 도포된 바인더 위에 적층되도록 상기 전극 활물질 슬러리를 도포하는 전극 활물질 도포 단계;를 구비하고,
상기 전극 활물질 슬러리는 상기 바인더를 포함하지 않는 것을 특징으로 하는 이차전지 전극의 전극재 도포 방법. - 제1 항에 있어서,
상기 바인더의 점도는 80 내지 120 cP이고, 상기 바인더의 도포 두께는 1 내지 2㎛ 인 것을 특징으로 하는 이차전지 전극의 전극재 도포 방법. - 제1 항에 있어서,
상기 바인더는 SBR(styrene-butadiene rubber)를 주재료로 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지 전극의 전극재 도포 방법. - 제1 항에 있어서,
상기 바인더 도포 단계는:
상기 원단의 진행 경로를 따라 상기 코팅 롤러의 상류에 배치된 제1 키스 롤러(kiss roller) 및 상기 코팅 롤러의 하류에 배치된 제2 키스 롤러에 의하여 상기 원단을 코팅 롤러의 상단 외주면에 밀착 가압하는 단계와;
상기 원단의 진행 경로를 따라 상기 제1 키스 롤러의 상류, 및 상기 제2 키스 롤러의 하류에 배치된 제1 및 제2 바인더 도포 가이드 롤러에 의하여, 상기 원단의 진행 경로를 안내하는 단계를 더 구비하는 이차전지 전극의 전극재 도포 방법.
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2021
- 2021-11-05 KR KR1020210151085A patent/KR102432246B1/ko active IP Right Grant
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