KR102658735B1 - 이차전지용 압연장치 및 압연방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 집전체와 상기 집전체의 일면에 구비되는 전극활물질층을 포함하는 전극시트를 압연하는 이차전지용 압연장치로서, 상기 전극활물질층에 남아 있는 수분을 진동 시킴에 따라 발생하는 열로 상기 전극활물질층에 남아 있는 수분을 건조시킴과 동시에 상기 집전체를 가열하는 마이크로파 발생부; 및 상기 마이크로파 발생부를 통과한 상기 전극시트를 압연하는 압연부를 포함하며, 상기 압연부는, 상기 마이크로파 발생부에 의해 가열된 집전체를 가압하는 제1 가압롤러, 및 상기 마이크로파 발생부에 의해 수분이 건조된 전극활물질층을 가압하는 제2 가압롤러를 포함하고, 상기 제1 가압롤러와 상기 제2 가압롤러는 서로 다른 경도값을 가진 소재로 형성되고, 상기 가열된 집전체와 상기 수분이 건조된 전극활물질층을 서로 다른 압력으로 가압하여 상기 집전체와 상기 전극활물질층의 연신율을 균일하게 조절한다.
Description
본 발명은 이차전지용 압연장치 및 압연방법에 관한 것으로서, 특히 전극활물질이 단면 코팅된 전극시트가 감기거나 또는 휘어지는 현상을 방지한 이차전지용 압연장치 및 압연방법에 관한 것이다.
일반적으로 이차전지(secondary battery)는 충전이 불가능한 일차 전지와는 달리 충전 및 방전이 가능한 전지를 말하며, 폰, 노트북 컴퓨터 및 캠코더 등의 첨단 전자 기기 분야에서 널리 사용되고 있다.
이러한 이차전지는 전극조립체가 캔에 내장되는 캔형 이차전지와, 전극조립체가 파우치에 내장되는 파우치형 이차전지로 분류되며, 상기 파우치형 이차전지는 전극조립체, 전해액, 상기 전극조립체와 상기 전해액을 수용하는 파우치를 포함한다.
여기서 상기 전극조립체는 복수의 전극과 복수의 분리막이 교대로 적층되는 구조를 가지며, 상기 전극은 집전체와, 상기 집전체의 표면에 코팅되는 전극활물질층을 포함한다.
한편, 상기한 전극조립체의 최외각에 적층되는 전극은 효율성과 비용 절감을 위해 한쪽 표면에만 전극활물질층을 코팅한다. 즉, 최외각 전극은 집전체와, 상기 집전체의 일면에 코팅되는 전극활물질층을 포함한다.
그러나 상기한 전극조립체는 전극활물질이 단면 코팅된 전극의 압연 공정시 상기 전극의 집전체와 전극활물질층의 연신율 차이로 인해 감기거나 또는 휘어지는 현상이 발생하는 문제점이 있었다. 즉, 상기 전극활물질이 단면 코팅된 전극은 집전체 보다 전극활물질층이 크게 연신되면서 상기 집전체 방향으로 감기거나 또는 휘어지는 현상이 발생하는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 발명된 것으로, 본 발명의 목적은 전극활물질이 단면 코팅된 전극시트의 압연시 전극시트에 포함된 집전체와 전극활물질층의 연신율을 균일하게 조절하며, 이에 따라 전극활물질이 단면 코팅된 전극시트가 감기거나 또는 휘어지는 현상을 방지할 수 있는 이차전지용 압연장치 및 압연방법을 제공하는데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제1 실시예에 따른 이차전지용 압연장치는 집전체와 상기 집전체의 일면에 구비되는 전극활물질층을 포함하는 전극시트를 압연하는 것으로, 상기 전극활물질층에 남아 있는 수분을 진동 시킴에 따라 발생하는 열로 상기 전극활물질층에 남아 있는 수분을 건조시킴과 동시에 상기 집전체를 가열하는 마이크로파 발생부; 및 상기 마이크로파 발생부를 통과한 상기 전극시트를 압연하는 압연부를 포함하며, 상기 압연부는, 상기 마이크로파 발생부에 의해 가열된 집전체를 가압하는 제1 가압롤러, 및 상기 마이크로파 발생부에 의해 수분이 건조된 전극활물질층을 가압하는 제2 가압롤러를 포함하고, 상기 제1 가압롤러와 상기 제2 가압롤러는 서로 다른 경도값을 가진 소재로 형성되고, 상기 가열된 집전체와 상기 수분이 건조된 전극활물질층을 서로 다른 압력으로 가압하여 상기 집전체와 상기 전극활물질층의 연신율을 균일하게 조절할 수 있다.
상기 집전체를 가압하는 상기 제1 가압롤러는 상기 전극활물질층을 가압하는 상기 제2 가압롤러 보다 경도값이 큰 소재로 형성될 수 있다.
상기 제1 가압롤러와 상기 제2 가압롤러는 금속소재 또는 합성수지로 형성되되, 상기 제1 가압롤러는 상기 제2 가압롤러 보다 경도값이 큰 금속소재 또는 합성수지로 형성될 수 있다.
상기 제1 가압롤러는 상기 제2 가압롤러 보다 작은 크기를 가질 수 있다.
상기 전극활물질층을 가압하는 상기 제2 가압롤러의 외주면에는 탄성력을 가진 탄성부재가 구비될 수 있다.
상기 탄성부재는 부직포 소재로 형성되고, 상기 부직포 소재는 폴리에스테르 수지, 나일론 수지, 폴리설폰 수지, 셀룰로오스 및 피브리노겐, 및 이들의 둘 이상의 공중합체로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 소재로 구성될 수 있다.
상기 마이크로파 발생부는 상기 전극시트가 유입되는 입구와 상기 입구를 통해 유입된 전극시트를 배출하는 출구가 구비된 본체와, 상기 본체 내부를 통과하는 전극시트의 전극활물질층에 마이크로파를 조사하는 마이크로파 발생부재를 포함할 수 있다.
상기 마이크로파 발생부는 상기 본체의 내부를 통과하는 가열된 상기 전극시트의 집전체 온도를 측정하는 온도센서를 더 포함할 수 있다.
상기 마이크로파 발생부는 상기 온도센서를 통해 측정된 측정온도가 설정온도 보다 높으면 상기 본체를 통과하는 상기 전극시트의 속도를 증대시켜서 상기 마이크로파 발생부재에 의해 상기 집전체가 가열되는 시간을 감소시키고, 설정온도 보다 낮으면 상기 본체를 통과하는 상기 전극시트의 속도를 감소시켜서 상기 마이크로파 발생부재에 의해 상기 집전체가 가열되는 시간을 증대시키는 제어부를 더 포함할 수 있다.
상기 본체를 통과하는 상기 전극시트의 집전체에 마이크로파가 조사되지 않도록 상기 집전체에 보호막을 부착하는 보호막 부착부를 더 포함할 수 있다.
상기 보호막 부착부는 상기 보호막을 공급하는 공급롤러, 상기 공급롤러로부터 공급되는 보호막을 상기 본체의 입구에 유입되는 상기 전극시트의 집전체에 부착하는 부착롤러, 및 상기 본체의 출구를 통과한 상기 전극시트의 집전체에 부착된 보호막을 회수하는 회수롤러를 포함할 수 있다.
한편, 본 발명의 제1 실시예에 따른 이차전지 압연방법은 집전체와 상기 집전체의 일면에 구비되는 전극활물질층을 포함하는 전극시트를 이송하는 이송단계(S10); 이송되는 상기 전극시트의 전극활물질층을 향해 마이크로파를 조사하고 상기 전극활물질층에 남아 있는 수분을 진동 시킴에 따라 발생하는 열로 상기 전극활물질층에 남아 있는 수분을 건조시킴과 동시에 상기 집전체를 가열하는 마이크로파 조사단계(S20); 및 상기 전극시트를 압연하는 압연단계(S30)를 포함하며, 상기 압연단계(S30)는 상기 마이크로파에 의해 가열된 집전체와 수분이 건조된 전극활물질층을 제1 가압롤러와 제2 가압롤러로 압연하되, 상기 제1 가압롤러와 상기 제2 가압롤러는 서로 다른 경도값을 가진 소재로 형성되고 상기 집전체와 상기 전극활물질층을 서로 다른 압력으로 가압하여 상기 집전체와 상기 전극활물질층의 연신율을 균일하게 조절할 수 있다.
상기 마이크로파 조사단계(S20)는 상기 가열된 집전체의 측정온도가 설정온도 보다 높으면 상기 전극시트의 속도를 증대시켜서 상기 마이크로파에 의해 상기 집전체가 가열되는 시간을 감소시키고, 설정온도 보다 낮으면 상기 전극시트의 속도를 감소시켜서 상기 마이크로파에 의해 상기 집전체가 가열되는 시간을 증대시킬 수 있다.
한편, 본 발명의 제2 실시예에 따른 이차전지용 압연장치는 상기 전극활물질층을 가압하는 상기 제2 가압롤러의 외주면에는 탄성력을 가진 탄성부재가 구비될 수 있다.
첫째: 본 발명에 따른 이차전지용 압연장치는 마이크로파 발생부, 제1 및 제2 가압롤러를 구비한 압연부를 포함하되, 상기 제1 가압롤러와 상기 제2 가압롤러는 서로 다른 경도값을 가진 소재로 형성되는 것에 특징을 가진다. 이와 같은 특징으로 인해 상기 집전체와 전극활물질층의 연신율 차이를 최소화, 보다 상세하게는 균일화하게 조절할 수 있으며, 이에 따라 전극활물질이 단면 코팅된 전극시트가 감기거나 또는 휘어지는 현상을 방지할 수 있다.
둘째: 본 발명에 따른 이차전지용 압연장에서 제1 가압롤러는 제2 가압롤러보다 경도값이 큰 소재로 형성하는 것에 특징을 가지며, 이와 같은 특징으로 인해 전극활물질층 보다 집전체의 연신율을 높일 수 있고, 이에 따라 집전체와 전극활물질층의 연신율 차이를 최소화할 수 있으며, 그 결과 전극활물질층과 집전체의 연신율을 균일화할 수 있다.
셋째: 본 발명에 따른 이차전지용 압연장치는 제1 가압롤러의 크기를 상기 제2 가압롤러의 크기 보다 작게 형성하는 것에 특징을 가지며, 이와 같은 특징으로 인해 전극활물질층 보다 집전체의 연신율을 크게 증대시킬 수 있고, 이에 따라 집전체와 전극활물질층의 연신율 차이를 보다 최소화할 수 있다.
넷째: 본 발명에 따른 이차전지용 압연장치에서 마이크로파 발생부는 온도센서와 제어부를 더 포함하는 것에 특징을 가지며, 이와 같은 특징으로 인해 집전체의 온도에 따라 전극시트의 이송속도를 조절하여 상기 집전체의 온도를 균일하게 조절할 수 있다,
다섯째: 본 발명에 따른 이차전지용 압연장치는 보호막 부착부를 더 포함하는 것에 특징을 가지며, 이와 같은 특징으로 인해 집전체의 외부 노출을 방지할 수 있고, 이에 따라 마이크로파가 상기 집전체에 조사되는 것을 방지할 수 있으며, 그 결과 안전성을 높일 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 이차전지용 압연장치를 도시한 공정도.
도 2는 보호막 부착부의 부착롤러를 도시한 정면도.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 이차전지용 압연방법을 나타낸 순서도.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 이차전지용 압연장치의 압연부를 도시한 공정도.
도 5 및 도 6은 본 발명의 제1 실시예에 따른 이차전지용 압연장치의 실험예를 촬영한 사진으로, 도 5는 단면 코팅 전극의 실험예를 촬영한 것이고, 도 6은 단면 코팅부를 가진 전극시트의 실험예를 촬영한 것임.
도 2는 보호막 부착부의 부착롤러를 도시한 정면도.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 이차전지용 압연방법을 나타낸 순서도.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 이차전지용 압연장치의 압연부를 도시한 공정도.
도 5 및 도 6은 본 발명의 제1 실시예에 따른 이차전지용 압연장치의 실험예를 촬영한 사진으로, 도 5는 단면 코팅 전극의 실험예를 촬영한 것이고, 도 6은 단면 코팅부를 가진 전극시트의 실험예를 촬영한 것임.
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.
도 1을 참조하면, 전극시트(10)는 전극활물질이 단면 코팅된 구조를 가지는 것으로, 금속소재인 집전체(11)와, 상기 집전체(11)의 일면에 구비되는 전극활물질층(12)을 포함한다.
이와 같은 전극시트의 제조방법은 집전체(11)의 일면에 전극활물질을 도포 또는 코팅하여 전극활물질층(12)을 형성하는 코팅단계와, 상기 전극활물질층(12)을 건조하여 전극시트(10)를 제조하는 건조단계를 포함한다.
한편, 상기한 전극시트 제조방법은 전극시트(10)의 전극활물질층(12) 두께를 균일하게 조절하기 위한 압연 단계를 더 포함하며, 이때 본 발명에 따른 이차전지용 압연장치를 사용한다.
특히 본 발명에 따른 이차전지용 압연장치는 전극활물질층(12)에 남아 있는 수분을 통해 상기 전극활물질층(12)을 건조함과 동시에 상기 집전체(11)를 가열한 상태로 상기 집전체(11)와 상기 전극활물질층(12)을 각각 가압하며, 이에 따라 상기 집전체(11)와 상기 전극활물질층(12)의 연신율을 균일하게 조절할 수 있고, 그 결과 전극시트(10)가 감기거나 또는 휘어지는 현상을 방지할 수 있다. 한편, 상기 건조단계를 수행하더라도 상기 전극활물질층(12)을 완벽하게 건조할 수 없다.
즉, 본 발명에 따른 이차전지용 압연장치는 상기 전극활물질층(12)에 남아 있는 수분을 이용하여 전극활물질층(12)을 다시 건조함과 동시에 집전체(11)를 가열하고, 이와 같은 상태에서 서로 다른 경도값을 가진 롤러로 각각 가압하여 상기 집전체(11)와 상기 전극활물질층(12)의 연신율을 균일하게 조절한다.
이하, 본 발명에 따른 이차전지용 압연장치의 실시예를 통해 상세히 설명한다.
[본 발명의 제1 실시예에 따른 이차전지용 압연장치]
본 발명의 제1 실시예에 따른 이차전지용 압연장치(100)는 도 1에 도시되어 있는 것과 같이, 전극활물질이 단면 코팅된 전극시트를 압연하기 위한 것으로, 상기 전극활물질층(12)에 남아 있는 수분을 건조함과 동시에 상기 집전체(11)를 가열하는 마이크로파 발생부(110), 상기 마이크로파 발생부(110)를 통과한 상기 전극시트(10)를 압연하는 압연부(120), 및 상기 본체(110)를 통과하는 상기 전극시트(10)의 집전체(11)에 마이크로파가 조사되지 않도록 차단하는 보호막 부착부(130)를 포함한다.
마이크로파 발생부
상기 마이크로파 발생부(110)는 상기 전극활물질층(12)에 남아 있는 수분을 진동 시킴에 따라 발생하는 열로 상기 전극활물질층(12)에 남아 있는 수분을 건조시키고, 이와 동시에 상기 전극활물질층(12)에 남아 있는 수분을 건조하는 열로 상기 집전체(11)를 가열한다.
즉, 상기 마이크로파 발생부(110)는 상기 전극시트(10)가 통과하는 본체(111)와, 상기 본체(111) 내부를 통과하는 전극시트(10)의 전극활물질층(12)에 마이크로파를 조사하는 마이크로파 발생부재(112)를 포함한다.
상기 본체(111)는 내부에 수용공간(111a)이 형성되고, 일면에 상기 수용공간(111a)과 연결되면서 상기 전극시트(10)를 유입하는 입구(111b)가 형성되며, 타면에 상기 수용공간(111a)에 유입된 상기 전극시트(10)를 배출하는 출구(111c)가 형성된다.
상기 마이크로파 발생부재(112)는 전극시트(10)의 전극활물질층(12)과 대응하는 상기 수용공간(111a)에 구비되고, 상기 전극활물질층(12)를 향해 마이크로파를 조사하여 상기 전극활물질층(12)에 남아 있는 수분을 진동시킨다. 그러면 상기 전극활물질층(12)에 남아 있는 수분이 진동하면서 열을 발생시키고, 발생한 열에 의해 상기 전극활물질층(12)에 남아 있는 수분을 건조시킨다. 그리고 상기 전극활물질층(12)을 건조한 열은 집전체(11)로 전도되면서 집전체(11)를 가열한다. 여기서 가열된 집전체(11)를 압연할 경우 연신율을 높일 수 있다.
즉, 상기 마이크로파 발생부재(112)는 상기 집전체(11)가 상기 전극활물질층(12) 보다 연신율이 낮기 때문에 상기 집전체(11)가 크게 연신될 수 있도록 가열한다. 이에 따라 상기 집전체(11)와 상기 전극활물질층(12)의 압연시 연신율 차이를 크게 줄일 수 있다.
이와 같은 마이크로파 발생부(110)는 본체(111)와 마이크로파 발생부재(112)를 포함하는 것에 특징을 가지며, 이와 같은 특징으로 인해 전극시트(10)의 전극활물질층(12)을 완벽하게 건조할 수 있고, 이와 동시에 집전체(11)가 크게 연신되도록 가열할 수 있다.
한편, 상기 마이크로파 발생부(110)는 상기 본체(111)의 내부를 통과하는 가열된 상기 전극시트(10)의 집전체(11) 온도를 측정하는 온도센서(113)를 더 포함한다.
즉, 상기 온도센서(113)는 상기 본체(111)를 통과하는 전극시트(10)의 집전체(11)의 온도를 확인하기 위한 것으로, 본체(111)를 통과하는 집전체(11)와 대응하는 수용공간(111a)에 구비되고, 상기 집전체(11)의 온도를 실시간으로 측정한다.
한편, 상기 마이크로파 발생부(110)는 상기 온도센서(113)를 통해 측정된 온도를 바탕으로 상기 전극시트(10)의 이송 속도를 조절하여 상기 집전체(11)의 가열온도를 조절하는 제어부(114)를 더 포함한다.
즉, 상기 제어부(114)는 상기 온도센서(113)를 통해 측정된 측정온도가 설정온도 보다 높으면 상기 본체(111)를 통과하는 상기 전극시트(10)의 속도를 증대시켜서 상기 마이크로파 발생부재(112)에 의해 상기 집전체(11)가 가열되는 시간을 감소시킨다. 이는 마이크로파에 의해 가열되는 상기 집전체(11)의 시간을 감소시킬 수 있고, 이에 따라 상기 집전체(11)의 온도를 낮출 수 있다. 그리고 상기 온도센서(113)를 통해 측정된 측정온도가 설정온도 보다 낮으면 상기 본체(111)를 통과하는 상기 전극시트(10)의 속도를 감소시켜서 상기 마이크로파 발생부재(112)에 의해 상기 집전체(11)가 가열되는 시간을 증대시킨다. 이는 마이크로파에 의해 가열되는 상기 집전체(11)의 시간을 증대시켜서 상기 집전체(11)의 온도를 상승시킬 수 있다.
한편, 상기 마이크로파 발생부재(112)는 통신에 사용중인 전자기파와의 간섭을 피하기 위하여 설정된 파장과 진동수를 가진 마이크로파를 조사하는 것이 좋다.
그리고, 상기 설정된 파장은 12~13cm 파장을 사용하고, 상기 설정된 진동수는 2000~3000MHz(물분자 고유진동수)을 사용하되, 바람직하게는 2450 MHz을 사용한다.
한편, 마이크로파는 주파수가 매우 높은 전자파를 말하며, 상기 전자파는 주파수에 따라 30~300kHz를 장파, 300~3,000kHz를 중파, 3,000MHz(3GHz)~30GHz를 centimeter파, 30~300GHz를 millimeter파, 및 300GHz 이상을 submillimeter파로 분류한다. 이 중 300MHz~30GHz까지의 전자파를 마이크로파라고 말한다.
상기와 같은 마이크로파는 전극시트(10)의 전극활물질층(12)에 조사되면 전극활물질층에 잔류하는 수분을 회전하게 하여 운동 및 충돌에너지를 생성하고, 이에 따라 열을 발생시킴에 따라 상기 전극활물질층에 잔류하는 수분을 건조한다. 특히 상기 마이크로파는 직진 성질을 가지고 있으며, 금속은 통과하지 못한다.
상기를 참조하면, 상기 마이크로파 발생부재(112)는 단기간에 가열이 이루어져야 하기 때문에 100W이상, 바람직하게는 500W이상의 고주파 출력을 사용한다.
압연부
상기 압연부(120)는 마이크로파 발생부를 통과한 전극시트를 압연하기 위한 것으로, 상기 전극시트의 양쪽 표면에 상호 대응되게 구비되는 제1 가압롤러(121)와 제2 가압롤러(122)를 포함하며, 상기 제1 가압롤러(121)는 상기 마이크로파 발생부(110)에 의해 가열된 집전체(11)를 가압하고, 상기 제2 가압롤러(122)는 상기 마이크로파 발생부(110)에 의해 수분이 건조된 전극활물질층(12)을 가압한다.
즉, 상기 제1 및 제2 가압롤러(121)(122)는 도 1을 참조하면 상기 전극시트(10)의 상면과 하면에 각각 대응되게 구비되면서 상기 전극시트(10)를 압연할 수 있다.
여기서 상기 제1 및 제2 가압롤러(121)(122)는 서로 다른 경도값을 가진 소재로 형성된다. 즉, 상기 제1 및 제2 가압롤러(121)(122)의 경도값이 동일할 경우 집전체(11)와 전극활물질층(12)의 연신율 차이로 인해 상기 전극시트(10)가 감기거나 또는 휘어지는 현상이 발생할 수 있다. 다시 말해 집전체(11)가 상기 전극활물질층(12) 보다 연신율이 작기 때문에 상기 집전체(11) 방향으로 상기 전극시트(10)가 감기는 현상이 발생할 수 있다.
이와 같은 현상을 방지하기 위해 상기 제1 및 제2 가압롤러(121)(122)는 서로 다른 경도값을 가진 소재로 형성되고, 상기 집전체(11)와 상기 전극활물질층(12)을 서로 다른 압력(또는 서로 다른 힘)으로 가압하며, 이에 따라 상기 집전체(11)와 상기 전극활물질층(12)의 연신율 차이를 균일하게 조절한다. 특히 상기 집전체(11)는 상기 마이크로파 발생부(110)에 의해 가열됨에 따라 연신율을 크게 높일 수 있으며, 이에 따라 상기 집전체(11)와 상기 전극활물질층(12)의 연신율 차이를 보다 균일하게 조절할 수 있다.
정리하면, 집전체(11)를 가압하는 상기 제1 가압롤러(121)는 상기 전극활물질층(12)을 가압하는 상기 제2 가압롤러(122) 보다 경도값이 큰 소재로 형성하며, 이에 따라 상기 전극활물질층(12) 보다 상기 집전체(11)의 연신율을 크게 증대시킨다. 그 결과 전극활물질층(12)과 집전체(11)의 연신율 차이를 최소화(또는 균일화)할 수 있고, 전극시트(10)가 감기거나 또는 휘어지는 현상을 방지할 수 있다.
한편, 상기 제1 가압롤러(121)와 제2 가압롤러(122)는 금속소재 또는 합성수지로 형성되되, 상기 제1 가압롤러(121)는 상기 제2 가압롤러(122) 보다 경도값이 큰 금속소재 또는 합성수지로 형성될 수 있다. 물론 상기 제1 가압롤러(121)는 금속소재로 형성하고, 제2 가압롤러(122)는 합성수지로 형성하여 제1 및 제2 가압롤러(121)(122)의 경도값 차이를 크게 형성할 수 있다.
한편, 상기 제1 가압롤러(121)의 경도값은 6000 Hv 내지 8000 Hv이고, 상기 제2 가압롤러(122)의 경도값은 3000 Hv 내지 5000 Hv일 수 있다. 보다 바람직하게는 상기 제1 가압롤러(121)의 경도값은 7000 Hv이고, 상기 제2 가압롤러(122)의 경도값은 4000 Hv일 수 있다. 즉, 전극활물질층(12)과 집전체(11)의 연신율 차이가 크기 때문에 그에 맞게 제1 및 제2 가압롤러(121)(122)의 경도값 차이를 크게 설정하며, 그 결과 전극활물질층(12)과 집전체(11)의 연신율 차이를 최소화할 수 있다.
한편, 상기 제1 가압롤러(121)는 상기 제2 가압롤러(122) 보다 작은 크기로 형성할수도 있다. 이에 따라 상기 제1 가압롤러(121)에 의해 가압되는 집전체(11)의 연신율을 상기 제2 가압롤러(122)에 의해 가압되는 전극활물질층(12)의 연신율 보다 높일 수 있고, 그 결과 전극활물질층(12)과 집전체(11)의 연신율 차이를 보다 최소화할 수 있다.
보호막 부착부
상기 보호막 부착부(130)는 집전체에 마이크로파가 직접 조사되는 것을 방지하기 위한 것으로, 보호막(20)을 공급하는 공급롤러(131), 상기 공급롤러(131)로부터 공급되는 보호막(20)을 상기 본체(111)의 입구(111b)에 유입되는 상기 전극시트(10)의 집전체(11)에 부착하는 부착롤러(132), 및 상기 본체(111)의 출구(11c)를 통과한 상기 전극시트(10)의 집전체(11)에 부착된 보호막(20)을 회수하는 회수롤러(133)를 포함한다. 여기서 상기 집전체(11)에 부착되는 상기 보호막(20)의 이면은 접착력을 가진다.
이와 같은 보호막 부착부(130)는 상기 공급롤러(131)로부터 보호막(20)이 공급되면, 상기 부착롤러(132)가 상기 본체(111)의 입구(111b)에 유입되는 상기 전극시트(10)의 집전체(11) 표면에 가압하여 부착하고, 상기 본체(111)의 출구(11c)로 상기 전극시트(10)가 배출되면 상기 회수롤러(133)가 상기 집전체(11)에 부착된 보호막(20)을 제거한 후 회수한다.
이와 같은 보호막 부착부(130)는 집전체(11)에 보호막(20)을 부착함에 따라 상기 집전체(11)에 마이크로파가 조사되는 것을 방지할 수 있고, 그 결과 안전성을 높일 수 있다.
한편, 상기 부착롤러(132)의 양측 단부에는 상기 집전체(11)에 부착된 보호막(20)의 양측 단부를 절곡시켜서 상기 전극시트(10)의 집전체(11) 양측면에 부착하는 측면돌기(132a)를 더 포함한다. 즉 상기 부착롤러(132)는 상기 측면돌기(132a)를 통해 집전체(11) 양측면을 보호할 수 있고, 이에 따라 집전체(11) 양측면에 마이크로파가 조사되는 것을 방지할 수 있으며, 그 결과 안전성을 크게 높일 수 있다.
따라서 본 발명의 제1 실시예에 따른 이차전지용 압연장치(100)는 전극시트(10)의 집전체(11)와 전극활물질층(12)의 연신율을 균일하게 조절할 수 있고, 그 결과 전극시트(10)가 감기거나 또는 휘어지는 현상을 방지할 수 있다.
이하, 본 발명의 제1 실시예에 따른 이차전지용 압연장치를 이용한 압연방법을 설명한다.
[본 발명의 제1 실시예에 따른 이차전지용 압연방법]
본 발명의 제1 실시예에 따른 이차전지용 압연방법은 도 3에 도시되어 있는 것과 같이, 전극시트(10)를 이송하는 이송단계(S10), 전극시트(10)에 마이크로파를 조사하는 마이크로파 조사단계(S20), 전극시트(10)를 압연하는 압연단계(S30)를 포함한다.
상기 이송단계(S10)는 집전체(11)와 상기 집전체(11)의 일면에 구비되는 전극활물질층(12)을 포함하는 전극시트(10)를 이송한다.
상기 마이크로파 조사단계(S20)는 마이크로파 발생부(110)를 이용하여 이송되는 상기 전극시트(10)의 전극활물질층(12)을 향해 마이크로파를 조사하고, 이에 따라 상기 전극활물질층(12)을 건조함과 동시에 상기 집전체(11)를 가열한다.
보다 상세히 설명하면, 상기 마이크로파 조사단계(S20)는 상기 이송단계(S10)로부터 이송된 전극시트(10)가 본체(111)의 내부를 통과하면, 마이크로파 발생부재(112)가 상기 본체(111) 내부를 통과하는 상기 전극시트(10)의 전극활물질층(12)에 마이크로파를 조사한다. 그러면 상기 전극활물질층(12)에 남아 있는 수분이 진동하면서 열을 발생시키고, 상기 열로 상기 전극활물질층(12)에 남아 있는 수분을 건조시킨다. 그리고 상기 전극활물질층(12)의 수분을 건조한 열은 상기 집전체(11)로 전도되면서 상기 집전체(11)를 가열시킨다.
여기서 상기 마이크로파 조사단계(S20)는 가열된 상기 집전체(11)의 온도를 조절하는 조절공정을 더 포함한다. 즉 상기 조절공정은 온도센서(113)를 통해 상기 본체(111) 내부의 가열된 상기 집전체(11)의 온도를 측정하고, 제어부(114)는 상기 온도센서(113)로부터 측정된 측정온도와 설정온도를 비교하여 상기 집전체(11)의 이송 속도를 조절하면서 집전체(11)의 온도를 조절한다. 이때 제어부(114)는 집전체(11)의 온도가 일정하게 유지되도록 조절한다.
즉, 상기 제어부(114)는 상기 가열된 집전체(11)의 측정온도가 설정온도 보다 높으면 상기 전극시트(10)의 속도를 증대시켜서 상기 마이크로파에 의해 상기 집전체(11)가 가열되는 시간을 감소시키고, 설정온도 보다 낮으면 상기 전극시트(10)의 속도를 감소시켜서 상기 마이크로파에 의해 상기 집전체(11)가 가열되는 시간을 증대시킨다. 이에 따라 집전체(11)의 온도를 조절할 수 있다.
한편, 상기 이송단계(S10)와 상기 마이크로파 조사단계(S20) 사이에는 보호막 부착부(130)를 이용하여 집전체(11)에 보호막을 부착하는 보호막 부착단계(S15)를 더 포함할 수 있다.
즉, 상기 보호막 부착단계(S15)는 공급롤러(131)를 통해 보호막(20)이 공급되면 부착롤러(132)를 통해 상기 보호막(20)을 상기 본체(111)의 입구(111b)에 유입되는 전극시트(10)의 집전체(11)에 부착한다. 이때 부착롤러(132)는 양측 단부에 측면돌기(132a)가 구비되면서 상기 집전체(11)에 부착된 보호막(20)의 양단부를 절곡하고, 상기 집전체(11)의 측면에 부착한다.
상기 압연단계(S30)는 압연부(120)를 이용하여 상기 마이크로파 발생부(110)를 통과한 상기 전극시트(10)를 압연한다.
즉, 상기 압연단계(S30)는 상기 마이크로파에 의해 가열된 집전체(11)와 수분이 건조된 전극활물질층(12)을 서로 다른 경도값을 가진 소재로 형성된 제1 가압롤러(121)와 제2 가압롤러(122)로 가압한다. 그러면 상기 집전체(11)와 상기 전극활물질층(12)가 연신되는데, 이때 상기 집전체(11)가 상기 전극활물질층(12) 보다 크게 연신되면서 상기 집전체(11)가 상기 전극활물질층(12)의 연신율을 최소화할 수 있고, 특히 균일하게 조절할 수 있다. 특히 제1 가압롤러(121)는 가열된 집전체(11)를 가압함에 따라 연신율을 크게 높일 수 있으며, 이에 따라 상기 집전체(11)와 상기 전극활물질층(12)의 연신율을 균일하게 조절할 수 있다.
이하, 본 발명에 따른 다른 실시예를 설명함에 있어 전술한 제1 실시예와 동일한 기능을 가지는 구성에 대해서는 동일한 구성부호를 사용하며, 중복되는 설명은 생략한다.
[본 발명의 제2 실시예에 따른 이차전지용 압연장치]
본 발명의 제2 실시예에 따른 이차전지용 압연장치(100')는 도 4에 도시되어 있는 것과 같이, 압연부(120)를 포함하며, 상기 압연부(120)는 전극시트(10)의 집전체(11)를 가압하는 제1 가압롤러(121), 및 상기 전극시트(10)의 전극활물질층(12)을 가압하는 제2 가압롤러(122)를 포함한다.
여기서 상기 전극활물질층(12)을 가압하는 상기 제2 가압롤러(122)의 외주면에는 탄성력을 가진 탄성부재(123)가 구비되며, 상기 탄성부재(123)는 상기 제2 가압롤러(122)의 경도값을 보다 낮게 조절함에 따라 상기 전극활물질층(12)의 연신율을 감소시키며, 그 결과 집전체(11)와 전극활물질층(12)의 연신율 차이를 최소화할 수 있고, 그 결과 집전체(11)와 전극활물질층(12)의 연신율 보다 균일화할 수 있다.
한편, 탄성부재(123)의 두께는 1~10mm로 설정될 수 있으며, 보다 상세하게는 4~5mm로 설정될 수 있다.
여기서 탄성부재(123)는 부직포 소재로 형성될 수 있으며, 이를 통해 구입의 용이성과 사용의 편의성을 높일 수 있다. 특히, 상기 부직포 소재는 폴리에스테르 수지, 나일론 수지, 폴리설폰 수지, 셀룰로오스 및 피브리노겐, 및 이들의 둘 이상의 공중합체로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 소재로 구성될 수 있다.
[실험예]
제조예
제조예1은 동일한 경도값을 가진 제1 가압롤러와 제2 가압롤러를 포함하는 압연부를 통해 전극활물질이 단면 코팅된 전극시트를 압연한다. 여기서 상기 제1 및 제2 가압롤러의 경도값은 4000 Hv이다.
제조예2는 서로 다른 경도값을 가진 제1 가압롤러와 상기 제2 가압롤러를 포함하는 압연부를 통해 전극활물질이 단면 코팅된 전극시트를 압연한다. 여기서 상기 제1 가압롤러의 경도값은 7000 Hv이고, 상기 제2 가압롤러의 경도값은 4000 Hv이다.
제조예3은 상기 제조예2의 실험 조건과 상기 전극시트의 전극활물질층에 마이크로파를 조사하는 마이크로파 발생부를 포함하여 전극활물질이 단면 코팅된 전극시트를 압연한다. 즉 본 발명의 제1 실시예에 따른 이차전지용 압연장치를 통해 전극활물질이 단면 코팅된 전극시트를 압연한다.
한편, 상기 제조예1, 제조예2 및 제조예3은 동일한 전극시트를 사용하여 실험을 실시한다.
연신율
상기 제조예1, 제조예2 및 제조예3을 통해 압연된 전극시트를 촬영한 결과, 도 5 및 도 6과 같은 결과가 나왔다. 여기서 도 5는 전극활물질이 단면 코팅된 전극시트의 사진이고, 도 6은 도 5의 전극시트에서 연신된 부분을 절단한 전극의 사진이다.
즉, 상기 제조예1은 도 5의 (a)와 도 6의 (a)를 참조하면, 동일한 경도값을 가진 제1 및 제2 가압롤러를 통해 전극시트를 압연함에 따라 집전체와 전극활물질층의 연신율 차이가 크게 발생하면서 크게 감기거나 또는 휘어지는 현상을 확인할 수 있다.
상기 제조예2는 도 5의 (b)와 도 6의 (b)를 참조하면, 서로 다른 경도값을 가진 제1 가압롤러와 상기 제2 가압롤러의 사용하여 전극시트를 압연함에 따라 상기 제조예1 보다 전극시트의 감기거나 또는 휘어지는 현상이 감소한 것을 확인할 수 있다. 이를 통해 집전체와 전극활물질층의 연신율 차이가 감소한 것을 확인할 수 있다.
상기 제조예3은 도 5의 (c)와 도 6의 (c)를 참조하면, 상기 제조예2의 실험조건에 마이크로파 발생부를 더 포함하여 전극시트를 압연함에 따라 상기 제조예2 보다 전극시트의 감기거나 또는 휘어지는 현상이 크게 감소한 것을 확인할 수 있다.
따라서 상기와 같은 실험결과, 상기 제조예3인 본 발명의 제1 실시예에 따른 이차전지용 압연장치는 마이크로파 발생부와 압연부를 포함함으로써 전극활물질이 단면 코팅된 전극시트가 감기거나 또는 휘어지는 현상을 방지할 수 있음을 확인할 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.
100: 이차전지용 압연장치
110: 마이크로파 발생부
111: 본체
112: 마이크로파 발생부재
113: 온도센서
114: 제어부
120: 압연부
121: 제1 가압롤러
122: 제2 가압롤러
123: 탄성부재
130: 보호막 부착부
131: 공급롤러
132: 부착롤러
133: 회수롤러
110: 마이크로파 발생부
111: 본체
112: 마이크로파 발생부재
113: 온도센서
114: 제어부
120: 압연부
121: 제1 가압롤러
122: 제2 가압롤러
123: 탄성부재
130: 보호막 부착부
131: 공급롤러
132: 부착롤러
133: 회수롤러
Claims (13)
- 집전체와 상기 집전체의 일면에 구비되는 전극활물질층을 포함하는 전극시트를 압연하는 이차전지용 압연장치로서,
상기 전극활물질층에 남아 있는 수분을 진동 시킴에 따라 발생하는 열로 상기 전극활물질층에 남아 있는 수분을 건조시킴과 동시에 상기 집전체를 가열하는 마이크로파 발생부; 및
상기 마이크로파 발생부를 통과한 상기 전극시트를 압연하는 압연부를 포함하며,
상기 압연부는, 상기 마이크로파 발생부에 의해 가열된 집전체를 가압하는 제1 가압롤러, 및 상기 마이크로파 발생부에 의해 수분이 건조된 전극활물질층을 가압하는 제2 가압롤러를 포함하고,
상기 제1 가압롤러와 상기 제2 가압롤러는 서로 다른 경도값을 가진 소재로 형성되고, 상기 가열된 집전체와 상기 수분이 건조된 전극활물질층을 서로 다른 압력으로 가압하여 상기 집전체와 상기 전극활물질층의 연신율을 균일하게 조절하며,
상기 마이크로파 발생부의 본체를 통과하는 상기 전극시트의 집전체에 마이크로파가 조사되지 않도록 상기 집전체에 보호막을 부착하는 보호막 부착부를 더 포함하는 이차전지용 압연장치. - 청구항 1에 있어서,
상기 집전체를 가압하는 상기 제1 가압롤러는 상기 전극활물질층을 가압하는 상기 제2 가압롤러 보다 경도값이 큰 소재로 형성되는 이차전지용 압연장치. - 청구항 2에 있어서,
상기 제1 가압롤러와 상기 제2 가압롤러는 금속소재 또는 합성수지로 형성되되, 상기 제1 가압롤러는 상기 제2 가압롤러 보다 경도값이 큰 금속소재 또는 합성수지로 형성되는 이차전지용 압연장치. - 청구항 1에 있어서,
상기 제1 가압롤러는 상기 제2 가압롤러 보다 작은 크기를 가지는 이차전지용 압연장치. - 청구항 1에 있어서,
상기 전극활물질층을 가압하는 상기 제2 가압롤러의 외주면에는 탄성력을 가진 탄성부재가 구비되는 이차전지용 압연장치. - 청구항 5에 있어서,
상기 탄성부재는 부직포 소재로 형성되고,
상기 부직포 소재는 폴리에스테르 수지, 나일론 수지, 폴리설폰 수지, 셀룰로오스 및 피브리노겐, 및 이들의 둘 이상의 공중합체로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 소재로 구성된 것을 특징으로 하는 이차전지용 압연장치. - 청구항 1에 있어서,
상기 마이크로파 발생부는 상기 전극시트가 유입되는 입구와 상기 입구를 통해 유입된 전극시트를 배출하는 출구가 구비된 본체와, 상기 본체 내부를 통과하는 전극시트의 전극활물질층에 마이크로파를 조사하는 마이크로파 발생부재를 포함하는 이차전지용 압연장치. - 청구항 7에 있어서,
상기 마이크로파 발생부는 상기 본체의 내부를 통과하는 가열된 상기 전극시트의 집전체 온도를 측정하는 온도센서를 더 포함하는 이차전지용 압연장치. - 청구항 8에 있어서,
상기 마이크로파 발생부는 상기 온도센서를 통해 측정된 측정온도가 설정온도 보다 높으면 상기 본체를 통과하는 상기 전극시트의 속도를 증대시켜서 상기 마이크로파 발생부재에 의해 상기 집전체가 가열되는 시간을 감소시키고, 설정온도 보다 낮으면 상기 본체를 통과하는 상기 전극시트의 속도를 감소시켜서 상기 마이크로파 발생부재에 의해 상기 집전체가 가열되는 시간을 증대시키는 제어부를 더 포함하는 이차전지용 압연장치. - 삭제
- 청구항 1에 있어서,
상기 보호막 부착부는 상기 보호막을 공급하는 공급롤러, 상기 공급롤러로부터 공급되는 보호막을 상기 본체의 입구에 유입되는 상기 전극시트의 집전체에 부착하는 부착롤러, 및 상기 본체의 출구를 통과한 상기 전극시트의 집전체에 부착된 보호막을 회수하는 회수롤러를 포함하는 이차전지용 압연장치. - 집전체와 상기 집전체의 일면에 구비되는 전극활물질층을 포함하는 전극시트를 이송하는 이송단계(S10);
이송되는 상기 전극시트의 전극활물질층을 향해 마이크로파를 조사하고 상기 전극활물질층에 남아 있는 수분을 진동 시킴에 따라 발생하는 열로 상기 전극활물질층에 남아 있는 수분을 건조시킴과 동시에 상기 집전체를 가열하는 마이크로파 조사단계(S20); 및
상기 전극시트를 압연하는 압연단계(S30)를 포함하며,
상기 압연단계(S30)는 상기 마이크로파에 의해 가열된 집전체와 수분이 건조된 전극활물질층을 제1 가압롤러와 제2 가압롤러로 압연하되, 상기 제1 가압롤러와 상기 제2 가압롤러는 서로 다른 경도값을 가진 소재로 형성되고 상기 집전체와 상기 전극활물질층을 서로 다른 압력으로 가압하여 상기 집전체와 상기 전극활물질층의 연신율을 균일하게 조절하고,
상기 이송단계(S10)와 상기 마이크로파 조사단계(S20) 사이에는 보호막 부착부를 이용하여 전극시트의 집전체에 마이크로파가 조사되지 않도록 차단하는 보호막을 부착하는 보호막 부착단계(S15)를 더 포함하는 이차전지용 압연방법. - 청구항 12에 있어서,
상기 마이크로파 조사단계(S20)는 상기 가열된 집전체의 측정온도가 설정온도 보다 높으면 상기 전극시트의 속도를 증대시켜서 상기 마이크로파에 의해 상기 집전체가 가열되는 시간을 감소시키고, 설정온도 보다 낮으면 상기 전극시트의 속도를 감소시켜서 상기 마이크로파에 의해 상기 집전체가 가열되는 시간을 증대시키는 이차전지용 압연방법.
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