KR102588591B1 - 전고체전지 제조공정 중 노칭공정에서의 프레스 세정장치 - Google Patents

전고체전지 제조공정 중 노칭공정에서의 프레스 세정장치 Download PDF

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이준호
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Abstract

본 발명은, 전고체전지의 제조를 위한 노칭공정에서 프레스 타발 작동 전후에 CO2 스노우(snow)를 세정 위치에 집중적으로 분사하고 흡입 배출시키면서 공정중 발생하는 분진과 프레스 칼날에 묻은 이물질을 제거하여 제품의 버(burr) 발생 최소화 및 품질을 향상시키기 위한, 전고체전지 제조공정 중 노칭공정에서의 프레스 세정장치를 제공하기 위한 것이다.

Description

전고체전지 제조공정 중 노칭공정에서의 프레스 세정장치{Press cleaning device in the notching process of the all-solid-state battery manufacturing process}
본 발명은 노칭공정에서의 프레스 세정장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 전고체전지의 제조를 위한 노칭공정에서 프레스 타발시 발생하는 분진과 칼날에 묻은 이물질을 제거하기 위한, 전고체전지 제조공정 중 노칭공정에서의 프레스 세정장치에 관한 것이다.
이차전지의 일종인 리튬이온전지는 니켈 망간 전지나 니켈 카드뮴 전지에 비해 높은 에너지 밀도와 높은 출력 특성 및 자기방전율이 낮으며 수명이 긴 장점이 있어서 널리 상용화되어 스마트폰 등 각종 모바일 기기에 전원을 공급하는 전지로 사용될 뿐만 아니라 전력저장장치, 하이브리드 자동차 등 고출력이 요구되는 분야로 확대되고 있다. 하지만, 리튬이온전지는 가연성 유기용매를 포함하는 액체전해질을 포함하는 액체 타입 이차전지인데, 이러한 액체 타입 이차전지는 액체전해질이 전극 반응에 의해 분해되어 전지의 팽창으로 폭발을 야기하고 액체전해질의 누출에 의한 발화의 위험성이 단점으로 지적되고 있다.
최근 이차전지의 안전성이 이슈 사항으로 대두하면서 액체 타입 이차전지의 문제점을 해소하기 위하여 안전성이 우수한 고체전해질을 사용한 전고체전지(all-solid-state battery, ASSB)가 출현하였고, 전고체전지는 고체전해질을 사용하기 때문에 온도변화에 따른 전해액의 증발 또는 외부 충격에 의한 누액이 없어서 폭발과 발화의 위험이 낮고 안정성이 우수하며, 단락이 발생하더라도 화재나 폭발이 발생할 가능성을 크게 줄일 수 있다는 장점을 가지고 있어서 최근 들어 큰 주목을 받고 있다.
고체전해질은 전고체전지의 핵심부품이고 전고체전지 기술의 상용화를 위해서는 높은 이온전도도를 갖는 고체전해질의 개발이 요구되며 동시에 양산성을 고려한 공정기술의 개발이 필요하다고 하겠다. 하지만, 지금까지 전고체전지와 관련하여 특허등록 제2518144호 "이중층 고체전해질을 포함하는 전고체전지 및 그 제조방법", 특허등록 제2442718호 "황화물계 고체전해질/탄소원료 복합체, 그를 이용한 전극 및 전고체전지", 특허등록 제2379198호 "고체전해질막 및 그를 포함하는 전고체전지" 등 많은 기술이 출현하였으나, 제조공정에 대한 기술 및 장비에 대하여는 기술개발이 미미하다는 현실적인 문제가 있다.
특히 셀 제조시 종래의 리튬이온전지와는 다른 고밀도 치밀화 공정이 필수적이고, 또한 전극층과 전해질 층의 균일 접합이 가능한 프레스공정 적용을 통한 셀 제조기술의 개발이 절실히 요구된다고 하겠다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은, 전고체전지의 제조를 위한 노칭공정에서 프레스 타발 작동 전후에 CO2 스노우(snow)를 세정 위치에 집중적으로 분사하고 흡입 배출시키면서 공정중 발생하는 분진과 프레스 칼날에 묻은 이물질을 제거하여 제품의 버(burr) 발생 최소화 및 품질을 향상시키기 위한, 전고체전지 제조공정 중 노칭공정에서의 프레스 세정장치를 제공하기 위한 것이다.
본 발명에 따른 전고체전지 제조공정 중 노칭공정에서의 프레스 세정장치는, 전극이 유입되는 인입부와, 노칭가공 후 배출되는 인출부, 내부의 CO2와 분진을 흡입하여 외부로 배출시키는 흡입 및 배출부가 구비된 챔버; 상기 챔버의 내부에 설치된 노칭부가 포함되어 구성되고, 상기 노칭부는, 하부에 상부금형이 설치되어 있고, 실린더의 작동에 의해 일정 거리를 승강운동을 하면서 상부금형에 의해 타발하여 노칭가공하게 되는 상부베이스; 상부에 하부금형이 설치되어 있으면서 유입된 전극이 하부금형의 상면에 접하면서 이송되게 되고, 상부베이스와 마주하는 위치에 설치된 하부베이스; 상기 상부베이스와 하부베이스 사이에 설치되어 상부베이스의 승강운동을 가이드하는 가이드바; 상기 상부금형이 승강운동하면서 관통하게 되는 통공이 구비되어 있고, 상판과 하판 사이에 중공부(中空部)가 형성되어, 중공부에는 CO2 스노우 분사노즐과 석션노즐이 설치되어 있으며, 상부베이스와 함께 가이드바를 따라 승강하도록 설치된 누름판 및 노즐고정베이스를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 누름판 및 노즐고정베이스는, 플레이트 형상의 상판과 하판이 일정 거리 이격되어 설치되면서 이격된 부분에 중공부가 형성되어 있고, CO2 스노우 분사노즐은 통공을 관통하는 상부금형의 선단(先端) 부분을 향해 CO2 스노우를 분사하고, 석션노즐은 CO2 및 분진을 진공흡입하며, CO2 스노우 분사 및 석션은 타발 직전 및 직후에 이루어지게 되며, 누름판 및 노즐고정베이스가 가이드바를 따라 하강하여 플레이트 형상이 하부금형의 상면을 지나가는 전극을 눌러주면서 상부금형이 타발하여 전극의 무지부분을 절단하여 전극탭을 형성하게 된다.
바람직하게는, CO2 스노우 분사노즐과 석션노즐은 하나의 세트를 이루도록 설치되어, CO2 스노우 분사노즐과 석션노즐이 이루는 세트가 상부금형이 관통하는 통공부를 따라 등간격으로 설치된다.
바람직하게는, 공정이 진행되는 동안에는 상기 챔버 내부는 음압이 유지되고, 분사된 CO2와 공정중 발생하는 분진과 이물질을 석션노즐을 통해 흡입하여 흡입 및 배출부를 통해 외부로 배출시킨다.
본 발명에 따른 프레스 세정장치는 전고체전지의 제조를 위한 공정중 노칭공정에서 프레스 칼날 부분에 CO2 스노우(snow)를 집중적으로 분사하여 세정하는 장치인데, 프레스 타발 작동 전후에 프레스 칼날 부분에 CO2 스노우를 집중적으로 분사하고, 프레스 금형이 설치된 챔버 내부를 음압 상태로 유지하면서 압력 차이를 이용하여 CO2 및 분진을 흡입 배출시킴으로써 공정중 발생하는 분진과 프레스 칼날에 묻은 이물질을 제거해 주기 때문에 제품의 버(burr) 발생을 최소화하여 품질을 향상시킴은 물론 금형의 수명을 연장시킬 수 있고, 작업자의 CO2 중독을 방지할 수 있다.
도 1은 프레스 노칭 대기모드 상태를 도시한 도면이다.
도 2는 프레스 노칭이 진행되는 상태를 도시한 도면이다.
도 3은 상부금형 주위에 CO2 스노우를 분사하고 흡입하는 노즐의 배치상태를 도시한 평면도이다.
본 발명에 따른 노칭공정에서의 프레스 세정장치의 기술적 특징은, 전고체전지의 제조를 위한 노칭공정에서 프레스 타발 작동 전후에 프레스 칼날 부분에 CO2 스노우를 집중적으로 분사하고 흡입 배출시킴으로써 공정중 발생하는 분진과 프레스 칼날에 묻은 이물질을 제거하여 버(burr) 발생을 최소화하여 제품 품질을 향상시킬 수 있게 했다는 점이다.
본 발명에 따른 프레스 금형은 이차전지 특히 전고체전지의 전극의 무지부 부분을 전단가공하여 전극탭을 형성하는 노칭공정에서 사용된다. 전극을 만드는 개략적인 공정은 얇은 동박과 알루미늄박 위에 활물질을 균일하게 도포하는 코팅공정과, 코팅된 극판을 두개의 롤 사이에 넣고 통과시키는 프레싱공정과, 얇게 펴진 전극을 배터리 크기에 맞게 세로방향으로 절단하는 슬리팅공정과, 세로방향으로 절단한 전극을 프레스를 사용하여 칼날로 활물질이 도포되지 않은 무지부를 절단하여 전극탭을 만드는 노칭공정을 거치게 된다.
본 발명은 노칭공정에 사용되는 프레스 장치에 관한 것인데, 본 발명의 노칭공정을 실행하기 위한 노칭부(20)는 챔버(10) 내부에 설치되고, 챔버(10)에는 전극(30)이 유입되는 인입부(11)와, 유입된 전극에서 전극탭(30')을 절단하여 형성하는 노칭가공 후 전극탭(30')을 제외한 나머지 부분이 배출되는 인출부(12), 챔버 내부의 CO2와 공정중 발생하는 분진과 이물질을 흡입하여 외부로 배출시키는 흡입 및 배출부(15)가 구비되어 있다. 물론 챔버의 외부에는 챔버 내부를 음압(vacuum)으로 유지하기 위한 진공펌프 등의 음압원과, 액상의 CO2를 공급압력에 의해 단열팽창시켜 CO2 스노우 형태로 변환시키는 것은 공지된 기술이고 본 발명만의 특징적 기술이 아니므로 구체적인 설명은 생략한다.
노칭부(20)는 서로 마주보도록 상부와 하부에 설치되는 상부베이스(21)와 하부베이스(25), 타발시 이송되는 전지를 눌러주면서 내부에 노즐이 설치된 누름판 및 노즐고정베이스(23)와, 상부베이스(21)와 누름판 및 노즐고정베이스(23)의 승강운동을 가이드하는 가이드바(28)를 포함하여 구성된다.
상부베이스(21)는 플레이트 형상으로, 하부에 상부금형(22)이 설치되어 있고, 플레이트 상부에 설치된 실린더(미도시)의 작동에 의해 플레이트가 일정 거리를 승강운동을 하면서 상부금형(22)의 칼날이 타발하여 전극(30)에서 활물질이 도포되지 않은 무지부를 절단하여 전극탭(30')을 형성하는 노칭가공을 하게 된다.
하부베이스(25)는 상부베이스(21)와 마주하는 위치에 설치되는데, 상부에 하부금형(26)이 설치되어 있으면서 인입부(11)를 통해 유입된 전극(30)이 하부금형(26)의 상면에 접하면서 일정속도로 이송되게 된다.
가이드바(28)는 상부베이스(21)와 하부베이스(25) 사이에 설치되어 상부베이스(21)의 승강운동을 가이드하게 되는데, 상부베이스(21)와 하부베이스(25)의 평면 형상이 사각형상이므로 가이드바(28)는 사각형상의 모서리 부분마다 설치하여 4개를 설치하는 것이 바람직하고, 가이드바(28)에는 부시와 스프링이 구비되어 상부베이스(21)의 승강운동시 급격하게 움직이거나 정지하지 않도록 완충을 해주면서 가이드하는 것이 바람직하다.
누름판 및 노즐고정베이스(23)는 상부금형(21)이 승강운동하면서 관통하게 되는 통공이 구비되어 있고, 플레이트 형상의 상판과 하판이 일정 거리 이격되어 설치되면서 이격된 부분에 중공부(中空部)가 형성되어 있는데, 중공부에는 CO2 스노우 분사노즐(231)과 석션노즐(232)이 설치되어 있으며, 상부베이스(21)와 함께 가이드바(28)를 따라 승강하게 된다. 누름판 및 노즐고정베이스(23)가 가이드바(28)를 따라 하강하여 플레이트 형상이 하부금형(26)의 상면을 지나가는 전극(30)을 눌러주면서 상부금형(22)이 타발하여 전극(30)의 무지부분을 절단하여 전극탭(30')을 형성하게 된다.
CO2 스노우 분사노즐(231)은 통공을 관통하는 상부금형(22)의 선단(先端) 부분을 향해 CO2 스노우를 분사하고, 석션노즐(232)은 CO2 및 분진을 진공흡입하며, CO2 스노우 분사 및 석션은 타발 직전 및 직후에 상부금형(22)의 선단부분(도 1 및 2에서 "A"로 표시된 부분)에 이루어지게 된다.
도 3에 도시한 바와 같이, CO2 스노우 분사노즐(231)과 석션노즐(232)은 하나의 세트를 이루도록 배치되어, CO2 스노우 분사노즐(231)과 석션노즐(232)이 이루는 세트가 상부금형(22)이 관통하는 통공부를 따라 등간격으로 설치하는 것이 바람직하다.
노칭공정이 진행되는 동안에는 챔버(10) 내부는 음압이 유지되고, 분사된 CO2와 공정중 발생하는 분진과 이물질을 석션노즐(232)을 통해 진공으로 흡입되어 흡입 및 배출부(15)를 통해 외부로 신속하게 배출되게 된다. 챔버(10) 내부가 음압으로 유지되기 때문에 작업자의 CO2 중독방지는 물론 공정중 발생하는 분진까지 제거할 수 있게 되고, CO2 스노우 분사로 금형 칼날에 부착되는 이물질을 제거하여 금형 수명연장 및 버(burr) 발생을 최소화 하여 제품의 품질을 향상시킬 수 있게 된다.
이상의 설명은 본 발명을 예시적으로 설명한 것이고, 명세서에 게시된 실시예는 본 발명의 기술사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이므로 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술사상을 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 그러므로 본 발명의 보호범위는 청구범위에 기재된 사항에 의해 해석되고, 그와 균등한 범위 내에 있는 기술적 사항도 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
10 : 챔버 11 : 인입부
12 : 인출부 15 : 흡입 및 배출부
20 : 노칭부 21 : 상부베이스
22 : 상부금형 23 : 누름판 및 노즐고정베이스
231 : CO2 스노우 분사노즐 232 : 석션노즐
24 : 스토퍼 25 : 하부베이스
26 : 하부금형 28 : 가이드바
30 : 전극 30' : 전극탭

Claims (4)

  1. 전고체전지의 전극의 무지부 부분을 전단가공하여 전극탭을 형성하는 노칭공정에서 사용되는 프레스 금형을 세정하는 세정장치에 있어서,
    상기 세정장치는,
    전극이 유입되는 인입부와, 노칭가공 후 배출되는 인출부, 내부의 CO2와 분진을 흡입하여 외부로 배출시키는 흡입 및 배출부가 구비된 챔버;
    상기 챔버의 내부에 설치된 노칭부;
    가 포함되어 구성되고, 상기 노칭부는,
    하부에 상부금형이 설치되어 있고, 실린더의 작동에 의해 일정 거리를 승강운동을 하면서 상부금형에 의해 타발하여 노칭가공하게 되는 상부베이스;
    상부에 하부금형이 설치되어 있으면서 유입된 전극이 하부금형의 상면에 접하면서 이송되게 되고, 상부베이스와 마주하는 위치에 설치된 하부베이스;
    상기 상부베이스와 하부베이스 사이에 설치되어 상부베이스의 승강운동을 가이드하는 가이드바;
    상기 상부금형이 승강운동하면서 관통하게 되는 통공이 구비되어 있고, 상판과 하판 사이에 중공부(中空部)가 형성되어, 중공부에는 CO2 스노우 분사노즐과 석션노즐이 설치되어 있으며, 상부베이스와 함께 가이드바를 따라 승강하도록 설치된 누름판 및 노즐고정베이스;
    를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 전고체전지 제조공정 중 노칭공정에서의 프레스 세정장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 누름판 및 노즐고정베이스는, 플레이트 형상의 상판과 하판이 일정 거리 이격되어 설치되면서 이격된 부분에 중공부가 형성되어 있고,
    상기 CO2 스노우 분사노즐은 통공을 관통하는 상부금형의 선단(先端) 부분을 향해 CO2 스노우를 분사하고, 석션노즐은 CO2 및 분진을 진공흡입하며, CO2 스노우 분사 및 석션은 타발 직전 및 직후에 이루어지게 되며,
    상기 누름판 및 노즐고정베이스가 가이드바를 따라 하강하여 플레이트 형상이 하부금형의 상면을 지나가는 전극을 눌러주면서 상부금형이 타발하여 전극의 무지부분을 절단하여 전극탭을 형성하게 되는 것을 특징으로 하는 전고체전지 제조공정 중 노칭공정에서의 프레스 세정장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 CO2 스노우 분사노즐과 석션노즐은 하나의 세트를 이루도록 설치되어, CO2 스노우 분사노즐과 석션노즐이 이루는 세트가 상부금형이 관통하는 통공부를 따라 등간격으로 설치되는 있는 것을 특징으로 하는 전고체전지 제조공정 중 노칭공정에서의 프레스 세정장치.
  4. 제1항에 있어서,
    공정이 진행되는 동안에는 상기 챔버 내부는 음압이 유지되고, 분사된 CO2와 공정중 발생하는 분진과 이물질을 석션노즐을 통해 흡입하여 흡입 및 배출부를 통해 외부로 배출시키는 것을 특징으로 하는 전고체전지 제조공정 중 노칭공정에서의 프레스 세정장치.
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Citations (5)

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US7311279B2 (en) * 2001-01-29 2007-12-25 Terrance James Parke Self cleaning shredding device having movable cleaning rings
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KR102518144B1 (ko) * 2016-10-28 2023-04-05 한국전기연구원 이중층 고체전해질을 포함하는 전고체전지 및 그 제조방법

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