KR20020008056A - 전극용 원판의 슬릿터 및 절단 방법 - Google Patents

전극용 원판의 슬릿터 및 절단 방법 Download PDF

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타카야 사토
타츠오 시미즈
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모치즈키 아키히로
닛신보세키 가부시키 가이샤
무로후시 미노루
이토츠 쇼지 가부시키가이샤
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Abstract

본 발명은 특성이 좋은 전기 부품용 전극을 얻는데 그 목적이 있으며, 전기 부품의 전극용 원판(4)을 절단하는 절단부(32)와, 절단된 전극(41)의 돌기(17)를 평활하게 하는 정형부(35)와, 절단된 전극(41)에 부착된 파편(42)를 제거하는 전극 청소부(33, 34)를 구비하는 전극용 원판의 슬릿터(3), 및 전극용 원판의 절단 방법이다.

Description

전극용 원판의 슬릿터 및 절단 방법{Slitter and method for slitting a raw material for an electrode}
본 발명은 전기 부품의 전극용 원판의 절단에 관한 것이다.
종래의 전극용 원판을 절단하는 슬리터(slitter)를 도 16에 도시한다. 이 슬리터(a)는 프레임부(b)에 권출부(c), 스플라이스(splice)대(f), 인피드(infeed)용 니프 롤러(nip roller)(g), 절단부(d), 전극 클리너(cleaner)(h), 전극 누르개(i) 및 권취부(e)가 일체로 배치되어 있다. 이러한 구성 부재들이 근접하여 일체로 되어 있으므로, 조작성이 나쁘고, 예를 들면, 전극이 도중에 끊어지는 경우 접속하는데 노력이 필요하며, 작업 효율이 좋지 않다. 또한, 슬리터(a)는 권출부(c)에 감긴넓은 폭의 전극용 원판(j)을 절단부(d)에서 절단하여, 좁은 폭으로 절단된 복수개의 띠 형상 전극을 제작하여, 복수의 권취부(e, e)에서 권취하고 있다. 그러나, 전극을 절단할 때 발생되는 돌기가 전극에 생겨, 이 전극을 사용하는 전기 부품에 단락 등의 나쁜 영향이 미칠 우려가 있었다.
본 발명은 특성이 좋은 전기 부품용 전극을 얻는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 불량의 발생이 적은 전기 부품을 얻는데 다른 목적이 있다.
또한, 본 발명은 작업성이 좋은 슬리터를 얻는데 또다른 목적이 있다.
도 1a 내지 제 1f는 전극 물질을 가지는 복수 종류의 전극 구조체를 도시한 도면.
도 2는 전극 활성 물질을 가지는 전극 구조체의 제작 방법을 도시한 도면.
도 3은 밀착 장치를 설명하기 위한 도면.
도 4a 내지 도 4c는 이온 도전성 폴리머층의 형성을 설명하기 위한 도면.
도 5는 슬릿터의 구성도.
도 6a 내지 도 6d는 전극용 원판의 절단 과정을 설명하기 위한 도면.
도 7은 절단부의 윗날과 아랫날의 구성도.
도 8은 절단부, 제 1전극 청소부, 및 정형부의 확대도.
도 9는 정형부의 확대도.
도 10은 절단기와 날 청소부의 일부 확대도.
도 11a 및 11b는 제 1전극 청소부의 구성도.
도 12는 제 2 전극 청소부의 구성도.
도 13은 제 2 전극 청소부의 흡인 설명도.
도 14는 제 2 전극 청소부의 구동부의 구성도.
도 15a 내지 도 15d는 가압 활주 혼련 장치를 설명하기 위한 도면.
도 16은 종래 슬릿터의 구성도.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
1 : 전극 구조체 11 : 집전재
12 : 전극물질층 13 : 전극물질
14 : 도전물질 15 : 바인더
16 : 이온 도전성 폴리머 17 : 돌기
2 : 이온 도전성 폴리머층 21 : 닥터 나이프 어플리케이터
22 : 이온 도전성 폴리머층 형성용 도포제
3 : 슬릿터 31 : 권출부
311 : 권출용 권심 312 : 계지부
313 : 관찰부 314 : 인피드 롤
32 : 절단부 320 : 절단기
321 : 회전축 322 : 윗날
323 : 아랫날 324 : 스페이서
325 : 간격 스페이서 326 : 윗날 사라바네 홀더
327 : 날 청소부 3271 : 평행부
3272 : 통로 33 : 제 1전극 청소부
331 : 브러시 332 : 스프링
333 : 유지재 334 : 이송관
335 : 공기조정부 336 : 공기흐름
34 : 제 2전극 청소부 341 : 면상체
342 : 공급권심 343 : 접촉 롤
344 : 수납권심 345 : 권부 롤
346 : 흡인배판 347 : 권부 가이드
348 : 유지체 349 : 구동부
3410 : 권취 토크 모터 이음매
3411 : 권출 파우더 브레이크 이음매
3412 : 모터·브레이크 이음매
3413 : 승강 실린더 3414 : 슬라이드 레일
3415 : 밸브 3416 : 유량계
3417 : 배관 3418 : 집진 필터
3419 : 고성능 필터 3420 : 흡인장치
35 : 정형부 351 : 구동 롤
352 : 니프 롤 353 : 베이스
354 : 실린더 355 : 구동축
356 : 니프 롤 암 357 : 회전축
36 : 권취부 361 : 권출용 권심
4 : 전극용 원판 41 : 절단된 전극
42 : 파편 43 : 공기흐름
44 : 작업대 45 : 장력검출부
46 : 가이드롤 5 : 가압 활주 혼련장치
50 : 혼합물 51 : 용기
511 : 바닥 5111 : 저부
512 : 덮개 52 : 주블레이드
521 : 주축 522 : 주모터
53 : 분배 블레이드 531 : 부모터
6 : 밀착장치 61 : 압력 롤
62 : 백업 롤 63 : 압력장치
64 : 고정재
본 발명은, 전기 부품의 전극용 원판을 공급하는 권출부와, 전극용 원판을 절단하는 절단기를 가지는 절단부와, 절단된 전극을 권취하는 권취부를 구비하며, 권출부, 절단부 및 권취부는, 조작성을 높이도록 서로 간극을 두고 배치될 수 있는 전극용 원판의 슬리터, 또는
전기 부품의 전극용 원판을 공급하는 권출부와, 전극용 원판을 전달하는 절단기를 가지는 절단부와, 절단된 전극의 돌기를 정형하는 정형부와, 전극에 부착된 파편을 제거하는 전극 청소부와, 절단된 전극을 권취하는 권취부를 구비하는 전극용 원판의 슬리터, 또는
전기 부품의 전극용 원판을 절단하는 절단 방법에 있어서, 전기 부품의 전극용 원판을 절단기로 절단하고, 절단된 전극의 돌기를 정형하며, 절단된 전극에 부착된 파편을 제거하는 것을 특징으로 하는 전극용 원판의 절단 방법이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.
(1) 전기 부품
이온이 전극 사이를 이동하는 전기 부품은, 전극이 되는 전극 구조체 사이에 이온 도전성 물질을 배치하여, 이온 도전성 물질 내에서 이온이 이동하여 전극 사이에 전기가 흐르는 것이며, 예를 들어 전지, 전기 이중층 커패시터 등이 있다.
전지는 정전극 구조체와 부전극 구조체의 2종류의 전극 구조체 사이에 이온 도전성 물질을 배치하여, 이온(프로톤(수소의 양이온)을 함유)이 한 쪽의 전극 구조체로부터 다른 쪽 전극 구조체로 이동하여 축적되는 것이다. 또한, 전기 이중층 커패시터는 한 쌍의 전극 구조체 사이에 이온 도전성 물질을 배치하여, 전극 구조체 중에서 표면적이 넓은 재료와 이온 도전성 물질의 전해질 사이에 전기 이중층이 형성되는 것이다.
(2) 전극 구조체
전극 구조체는, 전기 부품의 전극에 사용되는 것이며, 이온과의 사이에서 전기의 전도가 가능한 것, 또는 이온을 끌어당기는 것이 가능한 것이다. 이를 위하여, 전극 구조체(1)는, 도 1과 같이, 알루미늄 또는 동과 같은 도전성 재료인 집전재(11)에 이온과의 사이에 전기의 전도 또는 전기적 흡인력이 가능한 전극 물질(13)의 층(전극물질층(12))이 형성된 것이며, 도 1a에서는 전극 물질(13)이 분말상(粉末狀) 전극 활성물질인 LiCoO2와 같은 결합 입자로 이루어진 입자상(粒子狀) 물질을 이용하여, 전기의 정전극 구조체로 사용되고, 도 1b에서는 전극 물질(13)이 분말상의 전극 활성 물질인 그라파이트나 하드 카본 등으로 이루어진 입자상 물질을 이용하여, 전지의 부전극 구조체로 사용되며, 도 1c에서는 전극 물질(13)이 표면적이 큰 분말 상태의 고표면적 재료인 활성탄 등으로 이루어진 입자상 물질을 이용하여 전기 이중층 커패시터의 전극 구조체(1)로 사용된다. 또한, 도 1에서는 집전재(11)의 한쪽면에 전극 물질층(12)을 형성하지만, 양면에 전극 물질층(12)을 형성하는 것도 좋다.
또한, 도 1d는 도 1a의 분말상 전극물질(13)을 이온 도전성 폴리머로 피착(被着)한 것으로 전지의 정전극 구조체로 사용되며, 도 1e는 도 1b의 분말상 전극 물질을 이온 도전성 폴리머로 피복한 것으로 전지의 부전극 구조체로 사용되며, 도 1f는 도 1c의 분말상 전극 물질(13)을 이온 도전성 폴리머로 피복한 것으로 전기 이중층 커패시터의 전극구조체(1)로 사용된다.
도 2에서는 분말상 전극물질(13)이 LiCoO2와 같이 결합입자로 이루어진 입자 상태를 가지며, 이온 도전성 폴리머(16)에 피복되어 집전재(11)에 부착되는, 도 1d의 전극구조체(1)의 제작 과정을 도시하고 있다. 도 1e 및 도 1f의 전극 구조체(1)도 동일한 방법으로 제작할 수 있다. 또한, 전극 구조체 내에 배치된 도전 물질(14)은 전극 물질 사이의 전기(전자) 전도성을 높이거나, 전극 물질(13)과 집전재(11) 사이의 전기 전도성을 높여 집전 효율을 좋게하는 것이다.
여기서, 피착하는 것은, 이온 도전성 폴리머(16)와 분말상의 전극물질의 전체 표면과의 사이에서 이온이 충분히 이동가능하도록 접하고 있는 상태이며, 이온 도전성 폴리머(16)가 분말상의 전극물질(13)의 표면에 피착되어, 이온 도전성 폴리머(16)로 덮인 것이다. 분말상의 전극물질(13)은 입자가 작을수록 활성화되지만, 이온 도전성 폴리머(16)로 피복됨으로써 활성이 억제되여 안정될 수 있다.
피착된 이온 도전성 폴리머(16)의 층이 두꺼우면 도전율이 작아지고 집전 효율이 나빠지므로 얇게 형성하는 것이 좋다.
또한, 분말상의 전극 물질(13)이나 분말 상의 도전성 물질(14) 등의 분말상이라 함은 미세한 입자상의 물질을 말한다. 경우에 따라서, 미세한 입자상의 물질이 다수 집합된 상태를 말한다.
여기서, 전극 구조체(1)의 설명에 사용되는 용어의 관계를 설명한다. 우선, 전극 구조체(1)는 집전재(11)에 전극 물질층(12)을 형성하여 얻어지는 것이다. 전극 물질층(12)은 전극 물질(13)을 가지는 것이며, 필요에 따라 도전 물질(14)이나 바인더(15)를 가지는 것이다. 전극 물질(13)은 전지 등의 전극으로 사용되는 전극 활성 물질 또는 전기 이중층 커패시터 등의 전극으로 사용되는 표면적이 넓은 재료를 나타낸다. 전극 활성 물질은 정전극으로 사용되는 LiCoO2 등의 정전극용 분말상 전극 활성 물질 또는 부전극으로 사용되는 탄소 재료 등의 부전극용 분말상 전극 활성 물질을 나타내고 있다.
(3) 전극 구조체 상에 형성되는 이이온 도전성 폴리머층
이온 폴리머층을 전극 구조체면에 형성한다. 이온 도전성 폴리머층에 이온을용해함으로써, 한 쌍의 전극 구조체 사이에서의 이온의 이동이 용이해진다. 동시에, 대향배치된 전극은 서로 접촉되어 전극이 단락되는 것을 방지하는 역할을 한다.
(4) 전극용 원판
전극용 원판은 절단되어 전기 부품의 전극이 되는 것이며, 예를 들면 폭이 넓은 집전재면에 형성된 전극 구조체 또는 그 위에 이온 도전성 폴리머층이 형성된 전극 구조체가 이용된다.
(5) 전극 활성 물질
전극 활성 물질로 이온의 삽입 및 이탈이 가능한 재료나 π공역(conjugate) 도전성 고분자 재료 등이 사용될 수 있다. 예를 들면 비수전해액 전지(非水電解液電池)의 정전극으로 사용되는 전극 활성 물질로, 특별히 한정되는 것은 아니지만, 충전 가능한 이차 전지의 경우, 리튬 이온의 삽입 및 이탈이 가능한 카르코겐(chalcogen) 화합물 또는 리튬을 포함하는 복합 카르코겐 화합물을 이용하는 것이 좋다.
카르코겐 화합물로 FeS2, TiS2, MoS2, V2O5, V6O13, MnO2등을 들 수 있다. 리튬을 포함하는 카르코겐 화합물로 LiCoO2, LixNiyM1-yO2(단, M은 천이금속 또는 Al으로부터 선택되는 적어도 1종류 이상의 금속 원소를 나타내고, 바람직하게는 Co, Mn, Ti, Cr, V, Al으로부터 선택되는 적어도 1종류 이상의 금속원소를 나타내며, 0.05≤x≤1.10, 0.5≤y≤1.0이다.)로 표시되는 리튬 복합산화물, LiNiO2, LiMnO2,LiMn2O4등을 들 수 있다. 이것들은, 리튬, 코발트, 니켈, 망간의 산화물, 염류, 또는 수산화물을 출발원료로 하며, 이 출발원료들을 조성에 따라 혼합하고, 산소 분위기 하의 600℃∼1000℃의 온도범위에서 소성함으로써 얻어진다.
또한, 비수전해액 전지의 부전극으로 사용하는 전극활성물질로는, 특별히 한정되지는 않지만, 리튬이온의 삽입 및 이탈이 가능한 재료를 이용하는 것이 좋으며, 리튬금속, 리튬합금(리튬과 알루미늄, 납, 인듐 등의 합금), 탄소질 재료 등을 이용할 수 있다.
또한, π공역 도전성 고분자 재료로는, 폴리아세틸렌류, 폴리아닐린류, 폴리피롤류, 폴리티오펜류, 폴리-ρ(파라)-페닐렌류, 폴리카르바졸류, 폴리아센류, 유황 폴리머류 등을 들 수 있다.
특히, 비수전해액 일차 전지는 부전극에 리튬금속을 이용하면 큰 전지 용량을 얻을 수 있다. 리튬 금속은 분말 상태가 아니어도 이용할 수 있다.
또한, 비수전해액 이차전지는 부전극에 리튬의 삽입 및 이탈이 가능한 탄소 재료를 이용하면, 우수한 사이클 수명을 얻을 수 있다. 탄소 재료로는, 특별히 한정되지는 않지만, 열분해 탄소류, 코크스류(피치코크, 니들코크스, 석유코크스 등), 그라파이트류, 유리상 탄소류, 유기고분자 화합물 소성체(페놀수지, 프란수지 등을 적당한 온도로 소성하여 탄화한 것), 탄소섬유, 활성탄 등을 들 수 있다.
(6) 표면적이 큰 전극물질
표면적이 큰 전극물질은, 많은 이온을 표면으로 끌어당길 수 있는 분말상 고표면적 재료이다. 분말상 고표면적 재료로는, 비표면적이 500㎡/g 이상, 바람직하게는 1000㎡/g 이상, 보다 바람직하게는 1500㎡/g∼3000㎡/g이며, 동시에 평균입자직경이 30㎛ 이하, 바람직하게는 5∼30㎛의 탄소재료가 적절하게 이용된다. 비표면적 및 평균입자직경이 상기 범위를 벗어나면 정전용량이 크고, 동시에 낮은 저항의 전기 이중층 커패시터를 얻는 것이 곤란해지는 경우가 있다.
이러한 분말상 고표면적 재료로는, 특히 탄소재료를 수증기 부활(賦活) 처리법, 용융 KOH 부활 처리법 등에 의해 부활화한 활성탄소가 적당하다. 활성탄소로는, 예를 들면 야자나무계 활성탄, 페놀계 활성탄, 석유 코크스계 활성탄, 폴리아센 등이 있으며, 이들 중 1종류를 단독으로 또는 2종류 이상을 조합하여 이용할 수 있다. 그 중에서도, 큰 정전용량을 실현하기 위해서는 페놀계 활성탄, 석유 코크스계 활성탄, 폴리아센이 바람직하다.
(7) 도전물질
도전물질은 전극 구조체의 도전율을 높이는 것으로, 특별히 한정되는 것은 아니지만, 예를 들면 카본 블랙, 케텐 블랙, 아세틸렌 블랙, 카본 위스커, 천연 흑연, 인조 흑연, 금속섬유, 산화티탄, 산화루테늄 등의 금속분말 등이 있으며, 이들 중 1종을 단독으로 또는 2종 이상을 조합하여 이용할 수 있다. 그 중에서도, 카본 블랙의 일종인 케텐 블랙, 아세틸렌 블랙이 바람직하다. 또한, 분말상 도전물질의 평균입자 직경은 10∼100nm, 바람직하게는 20∼40nm이다.
(8) 이온 도전성염
이온 도전성염으로는, 통상의 전기화학 부품용으로 이용되고 있는 것이라면특별한 제한없이 사용할 수 있지만, 특히 일반식: R1R2R3R4N+또는 R1R2R3R4P+(R1∼R4는 서로 동일하거나 달라도 되는 탄소수 1∼10의 알킬기이다) 등으로 표시되는 제 4급 오늄 양이온과, BF4 +, N(CF3SO2)2 -, PF6 -, ClO4 -등의 음이온을 조합한 염이 바람직하다.
구체적으로는, 전기이중층 커패시터에 이용하는 이온 도전성염은, (C2H5)4PBF4, (C3H7)4PBF4, (C4H9)4PBF4, (C6H13)4PBF4, (C4H9)3CH3PBF4, (C2H5)3(Ph-CH2)PBF4(Ph는 페닐기를 나타낸다), (C2H5)4PPF6, (C2H6)PCF3SO2, (C2H5)4NBF4, (C4H9)4NBF4, (C6H13)4NBFS, (C2H6)4NPF6, LiBF4, LiCF3SO3등을 들 수 있다. 이들 중 1종을 단독으로 또는 2종 이상을 조합하여 이용할 수 있다.
또한, 리튬이온 전지 등의 비수전해액 이차전지에 이용하는 이온 도전성 염으로는, 통상의 전기화학 부품용으로 이용되고 있는 것이라면 특별한 제한없이 사용할 수 있지만, 예를 들면, LiClO4, LiBF4, LiASF6, LipF6, LiSbF6, LiCF8SO3, LiCF3COO, NaClO4, NaBF4, NaSCN, KBF4, Mg(ClO4)2, Mg(BF4)2, (C4H9)4NBF4, (C2H5)4NBF4, (C4H9)4NClO4, LiN(CF3SO2)2, Et4NPF6(Et는 에틸기) 등을 들 수 있고, 이들 중 1종을 단독으로 또는 2종 이상을 조합시켜 이용할 수 있다.
전해액으로는, 디부틸 에테르, 1, 2-디메톡시 에탄, 1, 2-에톡시 메톡시 에탄, 메틸 디그라임, 메틸 트리그라임, 메틸 테트라그라임, 에틸 그라임, 에틸 디그라임, 부틸 디그람임 등, 글리콜 에테르류(에틸 세르솔브, 에틸 카르비톨, 부틸 세르솔브, 부틸 카르비톨 등) 등의 쇄상 에테르류, 테트라하이드로프란, 2-메틸 테트라하이드로프란, 1, 3-디옥소란, 4, 4-디메틸-1, 3-디옥산 등의 복소환식 에테르, γ-부티로락톤, γ-발레로락톤, δ-발레로락톤, 3-메틸-1, 3-옥사졸리딘-2-온, 3-에틸-1, 3-옥사졸리딘-2-온 등의 부티로락톤류, 그 외 전기화학소자에 일반적으로 사용되는 용제인 아미노 용제(N-메틸 포름아미드, N, N-디메틸 포름아미드, N-메틸 아세트아미드, N-메틸 피롤리디논 등), 카보네이트 용제(디에틸 카보네이트, 디메틸 카보네이트, 에틸메틸 카보네이트, 프로필렌 카보네이트, 에틸렌 카보네이트, 스틸렌 카보네이트 등), 이미다졸리디논 용제(1, 3-디메틸-2-이미다졸리디논 등) 등을 들 수 있으며, 이들 용제 중에서 1종을 단독으로 혹은 2종 이상을 혼합하여 이용할 수 있다.
(9) 이온 도전성 폴리머
이온 도전성 폴리머는 이하에 예를 든 적어도 리튬염 등의 이온 도전성 염을 0.1M(몰/1) 이상의 농도로 용해할 수가 있으며, 동시에, 0.1M 이상의 농도의 리튬염 등의 이온 도전성 염을 용해한 폴리머가 실온에서 10-8S(지멘스)/cm 이상의 전기전도성을 나타내는 폴리머이다. 또한, 특히 바람직하게는, 이온 도전성 폴리머는 적어도 리튬염 등의 이온 도전성 염을 0.8M∼1.5M의 농도로 용해하고, 실온에서 10-3S/cm∼10-5S/cm의 전기전도성을 나타내는 것이다.
리튬염으로는, ClO4 -, CF3SO3 -, BF4 -, PF6 -, AsF6 -, SbF6 -, CF3CO2 -, (CF3SO2)2N-등을 음이온으로 하는 리튬염의 어느 1종 이상을 사용한다.
여기서 이온 도전성 폴리머에 관한 용어의 상호관계를 나타낸다. 이온 도전성 폴리머 형성재료는 전극 구조체(1)에 형성되는 이온 도전성 폴리머층(2)이나 분말상 전극물질에 피착되는 이온 도전성 폴리머를 작성하기 위한 재료이며, 이온 도전성 폴리머 자체, 이온 도전성 폴리머 원료, 또는 이들 모두를 포함한 것을 나타내고 있다. 또한, 이온 도전성 폴리머층 형성용 도포제(22)는, 이온 도전성 폴리머층을 형성하기 위하여 도포되는 재료이며, 이온 도전성 폴리머 형성재료 자체, 또는 이온 도전성 염이나 용매를 혼합한 것을 일컫는다.
(9) 이온 도전성 폴리머 원료
이온 도전성 폴리머 원료는 외부로부터 에너지를 부여하여 중합, 가교 등에 의해 이온 도전성 폴리머가 되는 것이다. 부여하는 에너지로는, 열, 자외선, 빛, 전자선 등이다. 형상 유지성 등의 물리적 강도라는 점에서 이온 도전성 폴리머 원료는 첨가된다.
이온 도전성 폴리머 자체와 이온 도전성 폴리머 원료가 공존하는 상태에서 외부로부터 에너지를 부여하여, 이온 도전성 폴리머 원료를 반응시켜, 삼차원 그물코(網目)를 형성시킨다. 이 경우는, 이온 도전성 폴리머 자체가 삼차원 그물코에 결부된(entanglement) 구조로 된다. 이 구조는 세미-상호침입 그물코 구조(semi-enterpenetrating network system)라고 불리우며, 우수한 물리특성을 나타낸다.이들 구조를 가지는 이온 도전성 폴리머에 대해서는, 본 발명의 발명자들이 일본 특허 공개 평8-225626호 공보의 특허를 출원하고 있다. 이렇게 해서 얻어진 이온 도전성 폴리머는 강도가 크고, 용매를 잘 흡수하며, 접착력이 큰 특성을 가진다. 또한, 이온 전도성 폴리머 자체와 이온 도전성 폴리머 원료로부터 얻어진 이온 도전성 폴리머는 0.1M 이상의 농도의 리튬염을 용해한 폴리머가 실온에서 10-8S(지멘스)/cm 이상, 바람직하게는 10-5S/cm 이상, 더욱 바람직하게는 10-3S/cm 이상의 전기 전도성을 나타내는 것이다. 또한, 셀룰로스계의 세미-상호침입 그물코구조(IPN)는 일본 특허공개 평 8-225626호 공보에, PVA계의 세미-상호침입 그물코구조는 일본 특허출원 평11-78087호(PCT/JP00/01734)에, 폴리글리시돌의 세미-상호침입 그물코구조는 일본 특허출원 평10-358825호(PCT/JP99/07039)에, 폴리우레탄계의 세미-상호침입 그물코구조는 일본 특허출원 평11-78085호(PCT/JP00/01731)에 개시되어 있다.
(10) 집전재
집전재(11)는, 전기가 통하기 쉬운 물질이면 좋고, 전기부품에 따라 형상이나 재료가 선택되어지며, 일례로서 알루미늄이나 구리 등의 도전재를 판상, 박(박) 또는 메시상(그물모양)으로 형성하여 제작한다. 표면을 화학적, 전기적, 또는 물리적, 또는 이들을 조합시켜 처치하여 울퉁불퉁하게 하고, 표면을 거칠게 하여, 접착력을 좋게 한 집전재(11)를 형성할 수 있다. 판상체나 박으로 된 집전재(11)의 경우, 전기부품의 구조에 따라 한쪽면 또는 양쪽면이 사용되며, 한쪽면 또는 양쪽면에 전극 물질을 부착한다. 집전재는 전극용 원판을 위해서 폭이 넓은 것을 사용할 수 있다.
이하, 전극용 원판의 제조방법을 설명한다.
(1) 전극용 원판의 제조 방법
전극용 원판(4)의 제조방법은, 우선, 전극 물질에 용매를 첨가하여 액상화하여 페이스트상으로 하고, 집전재(11)의 표면에 얇게 도포한다. 도포한 후, 용매는 추출하고, 건조하여, 폭이 넓은 집전재 위에 전극물질층(12)이 형성된 전극용 원판(4)이 얻어진다. 집전재(11)에 도포하는 장치는 닥터나이프 어플리케이터(21) 등이 있다. 전극물질층(12)에 존재하는 전극물질(13)은 이온 도전성 폴리머(16)에 의해 피착되어도 좋다. 또한, PVDF 등의 비이온 도전성 폴리머의 바인더를 이용한 것이어도 좋다.
도포건조한 전극물질층(12)을 집전재(11)에 눌러 더욱 밀착시키는 것이 좋다. 밀착하기 위해서는, 예를 들면, 도 3과 같은 밀착장치(6)로 수행한다. 밀착장치(6)는, 압력 롤(61) 사이에 전극 구조물(1)을 끼우고, 압력장치(63)와 고정재(64) 사이에서 백업 롤(62)에 압력을 부여하여 회전시킴으로써 압력을 전달하여 전극물질층(12) 자체를 밀착함과 동시에, 전극물질층(12)을 집전재(11)에 밀착시켜 전극용 원판(4)을 제작할 수 있다. 전극용 원판(4)은, 전극물질층(12)에 이온 도전성 폴리머층(2)이 부착되어 있어도 좋다.
이렇게 제작된 전극용 원판은, 밀착에 의해 총 두께가 예를 들면 100∼200㎛로 되지만, 인장 강도는 1kg/cm 정도이며, 자기 테이프나 금속박에 비하여 단열강도가 극히 약하다.
(2) 전극 구조체로의 이온 도전성 폴리머층의 형성
이온 도전성 폴리머층(2)이 되는 페이스트상의 이온 도전성 폴리머층 형성용 도포제(22)는, 예를 들면 도 4와 같이, 전극 구조체(1)의 전극물질층(12)의 표면에 닥터 나이프 어플리케이터(21) 등으로 얇게 도포되어(도 4a), 이온 도전성 폴리머층(2)이 전극 구조체(1)에 형성된다(도 4b). 이온 도전성 폴리머층 형성용 도포제(22)는 이온 도전성 폴리머층(2)을 형성하도록 도포되는 재료이며, 이온 도전성 폴리머 형성 재료 자체, 또는 이것에 리튬염 등의 이온 도전성 염이나 용매 등을 혼합한 것을 일컫는다. 이온 도전성 폴리머 형성 재료에 유기 용매를 혼합한 이온 도전성 폴리머층 형성용 도포제(22)의 경우, 도포한 후 건조시켜, 이온 도전성 폴리머층(2)으로부터 용매를 제거한다(도 4c). 또한, 이온 도전성 폴리머 형성 재료에 리튬염 등의 이온 도전성 염을 섞은 이온 도전성 폴리머층 형성용 도포제(22)를 도포하면, 이온 도전성 폴리머층(2)에 리튬이온 등의 이온이 용해된다.
이하, 전극용 원판을 절단하는 슬릿터를 설명한다.
(1) 슬릿터
슬릿터(3)는 전극용 원판(4)을 소정 크기의 전극으로 절단하는 것으로, 그 일례를 도 5에 나타낸다. 슬릿터(3)는 전극용 원판(4)을 공급하는 권출부(31), 전극용 원판을 절단하는 절단부(32), 절단했을 때 발생되는 돌기를 정형하는 정형부(35), 절단된 전극에 부착되어 있는 파편을 제거하는 제 1 전극 청소부(33) 및 제 2 전극청소부(34)의 전극청소부, 청소된 전극을 권취하는 권취부(36)를 갖추고 있다. 권출부(31), 절단부(32) 및 권취부(36)는, 예를 들면 도 5와 같이 서로 간극을 두고 배치될 수 있는 구성으로 한다. 권출부(31), 절단부(32) 및 권취부(36)는 필요에 따라 서로 독립하여 분리할 수 있는 구성으로 한다. 절단부(32) 및 권취부(36) 사이에 도 5와 같이 세워 놓거나 수평으로 배치하는 회전가능한 작업대(44)가 설치된다. 작업자가 작업대(44)에 타고 작업할 수 있다. 이렇게 권출부(31), 절단부(32) 및 권취부(36)를 간극을 두고 배치하거나 작업대(44)를 설치함으로써, 슬릿터(3)의 작업성이 높아진다. 예를 들면 전극이 도중에 끊겨도 용이하게 접속할 수 있다.
넓은 폭의 전극용 원판(4)은, 예를 들면 도 6a와 같이 절단기(320)에 의해 띠 형상의 전극(전극조)(41)으로 절단되며, 인접하는 전극(41)은 상하로 나누어진다. 넓은 폭의 전극용 원판(4)을 도 6b와 같이 절단기(320)로 절단하면, 날끝이 전극용 원판(4)으로 파고 든다. 그 결과, 도 6c와 같이 절단 부분에 돌기(17), 즉, 凸모양의 것, 하이엣지가 생긴다. 이러한 전극의 돌기(17)는 전극 사이의 단락을 발생시키거나, 전기부품의 특성을 악화시킬 우려가 있다. 그러한 점에서, 정형부(35)로 돌기(17)를 눌러 도 6d와 같이 평활하게 한다.
(2) 권출부
권출부(31)는 전극용 원판(4)을 절단부(32)로 공급하는 것이다. 권출부(31)는 폭이 넓은 띠 형상의 전극용 원판의 경우, 전극용 원판을 감아 유지하는 코어 등의 권출용 권심(311)을 갖추고 있다. 권출용 권심(311)으로부터 취출된 전극용 원판(4)은 인피드 롤(314)로 인출되고 가이드 롤(46)에 의해 가이드되어, 수평으로 배치된 스플라이스대가 있는 계지(係止)부(312)를 지나, 절단부(32)로 공급된다. 계지부(312)는 전회의 전극용 원판(4)의 종단(終端)과 이번 회의 전극용 원판(4)의 선단(先端)의 끝을 합쳐 접속하는 장소이다. 관찰부(313)는 오퍼레이터가 전극용 원판(4)의 이송상태를 관찰하여 원판(4)의 불량개소나 이송상태의 이상을 발견하는 장소이다. 인피드 롤(314)은 전극용 원판(4)의 인피드 이송 속도를 제어하고, 그에 따라 장력도 제어한다. 전극용 원판(4)의 장력은 인피드 롤(314)의 전후에서 각 장력 검출부(45)에 의해 검출된다.
(3) 절단부
절단부(32)는, 전극용 원판(4)을 절단하는 나이프, 즉 절단기(320)를 갖추고 있다. 절단기(320)는, 예를 들면 도 7과 같이, 회전하는 상하 회전축(321)에 고정되어 있다. 윗날(322)은 회전축의 주위에 상측 스페이서A, B, C(324)와 상측 간극 스페이서(325에 의해 소정의 위치에 배치된다. 윗날(322)은 윗날 사라바네 홀더(326)에서 상측 스페이서와 간극을 두고 고정된다. 이 때문에, 윗날의 선단부는 회전축(321)의 축방향으로 변형가능하게 되어 있다. 아랫날(323)은 회전축(321)의 주위에 하측 스페이서A, B, C(324)와 하측 간극 스페이서(325)로 소정의 위치에 배치된다. 아랫날(323)은 선단이 평평하도록 하측 스페이서A의 측면에 접하여 고정된다. 상측 간극 스페이서는 윗날 사이의 간극을 조정하고, 하측 간극 스페이서는아랫날 사이의 간극을 조정하기 때문에, 이에 의해 절단된 전극의 폭이 규정되어 필요한 폭의 전극(41)을 얻을 수 있다. 전극용 원판(4)은, 도 8과 같이 아랫날측에 접하여 들어가고 윗날(322)의 선단부가 휘어져 변형되어, 윗날(322)과 아랫날(323)에 의해 가위와 같이 절단된다.
윗날과 아랫날에 부착된 전극층 등의 파편(42)은 날 청소부(327)에서 제거된다. 날 청소부(327)는 예를 들면 절단기(320)의 외주 부근에 인접하여 배치되고, 흡인하여 날의 외주 부근에 공기흐름을 일으켜 파편(42)을 공기 흐름에 실어서 제거한다. 날 청소부(327)는 흡인 장치를 갖추며, 절단기(320)에 부착된 파편(42)을 떼어내는 공기 흐름의 제어 풍속과 떨어진 파편(42)을 공기 흐름에 실어 이송할 수 있을 정도의 풍속이 얻어질 수 있도록 설계된다. 이 때문에, 공기흐름의 통로(3272)는, 통로가 커지면 풍속이 약해져서 파편(42)이 낙하하여 최종적으로 전극에 부착될 우려가 있기 때문에, 어떠한 통로라도 소정의 풍속이 되도록 설계된다.
날 청소부(327)의 평행부(3271)는, 예를 들면 도 10과 같이, 절단기(320)의 외주에 근접하여 양쪽으로 벌어져 있고, 절단기(320)의 면과 평행부(3271)의 틈 사이에 제어 풍속의 공기 흐름을 흐르게 하고, 평행부(3271)의 내부에 통로를 배치하여 파편을 공기 흐름에 실어서 이송하여 집진함에 집적한다. 절단기(320)와 평행부(3271)의 틈새는, 풍속이 균등하게 제어풍속이 되는 것이 좋으며, 예를 들면 0.1mm∼2mm 정도, 바람직하게는 0.1mm∼0.5mm 정도가 좋다. 제어풍속은 5m∼25m/초 정도, 바람직하게는 7.5m∼20m/초 정도가 좋다. 평행부(3271)는, 풍속이 균등하게되고 바람의 방향이 안정되는 길이가 필요하며, 예를 들면 1mm∼10mm 정도가 좋다.
또한, 파편(43)이라 함은 전극용 원판(4)의 가루나 파편 등 전극에 바람직하지 않은 것을 말하며, 예를 들면 30㎛∼50㎛ 정도의 것이다. 또한, 설명의 사정상 절단기(320)의 위치는 상하로 설명되어 있지만, 삼차원적으로 필요 적절하게 배치할 수 있다.
(4) 정형부
정형부(35)는, 돌기(17)를 정형하는 것이다. 정형부(35)는, 예를 들면 도 8과 같이, 한 쌍의 롤을 갖추고 있으며, 한 쌍의 롤에 절단된 전극(41)을 끼우고, 회전하면서 돌기(17)를 눌러 평활하게 한다. 한 쌍의 롤은, 예를 들면 구동롤(351)과 니프 롤(352)이며, 구동롤(351)은 회전구동되고, 니프롤(352)은 구동롤(351)에 접촉되게 배치된다. 구동롤(351)과 니프롤(352)의 표면 경도는, 정형되는 전극의 종류에 따라 선택된다. 두께가 얇고 단단한 전극에 대해서는, 예를 들면 표면이 단단한 스틸롤이 양 롤로서 사용될 수 있다. 또한, 탄력이 있어 두껍고 변형되기 쉬운 전극에 대해서는, 예를 들면 표면이 단단한 스틸롤이 구동롤(351)로 사용되고, 표면이 스틸롤보다 탄력을 가지는 탄성롤이 니프롤(352)로 사용될 수 있다.
정형부의 구동롤(351)과 니프롤(352)은, 예를 들면 도 9와 같이, 베이스(353)에 배치된다. 구동롤(351)은 구동축(355)에 의해 회전된다. 니프롤(352)은 니프롤 암(356)에 회전가능하게 장착되고, 구동롤에 접촉되어 구동롤의 회전 속도에 맞추어 회전된다. 니프롤 암(356)에는 실린더(354)가 장착되어, 실린더(354)의 신축에 의해 니프롤 암은 회전축을 중심으로 회전된다. 이와 같이,실린더(354)의 신축에 의해 니프롤(352)이 구동롤(351)에 대하여 접촉되거나 이격될 수 있어, 접촉 압력이 조정될 수 있다.
스틸롤과 탄성롤은, 돌기를 정형할 수 있는 경도가 필요하며, 예를 들면, 스틸롤은, 공구강철 등을 소재로 하여 경질크롬 도금을 하고 원활연마처리를 한다. 또한, 필요에 따라 초경합금이나 세라믹 스프레이(spray, 容射)에 의해 마무리한다. 예를 들면, 탄성롤은 폴리아미드이미드나 변성 우레탄 등으로 경도 쇼어D(JIS고무 경도) 95∼97도 정도를 사용할 수 있다.
정형부(35)의 롤은, 아웃피드 롤로서도 기능하며, 그 회전 속도에 의해 아웃피드의 전극(41)의 이송 속도를 제한한다. 이렇게 인피드롤(314)과 아웃피드롤(정형부(35)의 롤)에 의해, 그 사이에 있는 전극을 설정된 장력과 이송 속도로 주행시킬 수 있다. 이 사이에 절단기(320)가 있고, 절단기는 전극과 같은 방향으로 조금 빠르게, 예를 들면 0∼3% 정도 더 빠르게 회전된다.
정형부(35)는, 인접하는 절단된 전극(41), 즉 인접하는 전극조를 상하 방향 등으로 나눈다. 나누는 간극은, 절단부(32)나 제 1전극 청소부(33)와 정형부(35)의 거리에 좌우된다. 이에 따라, 인접하는 절단된 전극(전극조)(41)을 다루는 작업성이 좋아진다.
(5) 전극청소부
전극청소부(33, 34)는 절단된 전극(41)에 부착된 파편(42), 예를 들면 가루나 이물질을 제거하는 것이다. 전극청소부에 있어서, 예를 들면 절단 후 정형 전의 절단부(32)와 정형부(35) 사이의 적당한 위치에 제 1전극 청소부(33)가 배치된다.또한, 정형 후의 정형부(35)와 권취부(36) 사이의 적당한 위치에 제 2전극 청소부(34)가 배치된다. 제 1전극 청소부(33)와 제 2전극 청소부(34)가 설치됨으로써 보다 확실하게 파편(42)을 제거할 수 있다.
(6) 제 1전극 청소부
제 1전극 청소부(33)는 주로 절단에 기인하여 발생된 파편을 제거할 수 있다. 이 파편이 전극에 부착된 채로 정형되면, 파편이 전극에 고착될 우려가 있다. 제 1전극 청소부(33)는, 예를 들면 도 11과 같이, 브러시(331)와 흡인장치를 사용하여 파편을 제거할 수 있다. 브러시(331)는, 예를 들면 스테인레스 등의 복수의 선(와이어)으로 이루어져, 파편이 통과할 수 있는 소정간극을 두고 전극의 폭방향(전극의 이송방향과 직교하는 방향)으로 복수열 배치된다. 각 열의 선(와이어), 이동방향으로 일직선이 되지 않도록 서로 엇갈려(갈짓자 모양이 되도록) 배치된다. 브러시(331)는 스프링(332)에 의해 전극(41)에 접촉되어, 전극(41)의 어느 장소에 부착된 파편에도 닿을 수 있도록 배치된다. 흡인장치에 의해 공기흐름(336)이 선(와이어) 사이로 흘러, 전극에 부착된 파편을 브러시와 함께 작용, 흡인하여 필터 등에서 집적한다. 제 1전극 청소부(33)는 필요에 따라 전극(41)의 양면에 배치한다. 이 경우, 양면의 브러시(331, 331)는 전극에 접촉되되는 위치를 양면의 동일한 부분으로 하지 않고, 이송방향으로 소정의 간극을 두고 엇갈려 배치한다. 이에 의해, 브러시(331)와 전극면(41)이 보다 잘 접촉될 수 있다.
제 1전극 청소부(33)는 스프링(332)을 개재하여 유지재(333)에 브러시(331)를 장착하고, 브러시를 전극(41)에 닿게 하여 파편을 털어내며, 털어진 파편을 공기흐름에 실어 이송관(334)으로 보내어 필터에서 모아 집진 상자에 집적한다. 이송관(334)은 예를 들면 각이 진 관을 사용하고, 전극(41)의 이송방향과 직교하는 방향으로 배치된다. 이송관(334)의 전극측에 공기 조정부(335)를 형성하여, 전극(41)과의 사이에 간극을 조정하도록 조정하고, 이 간극에 고속의 공기흐름을 보내 파편을 효율적으로 떼어낼 수 있다. 이 간극은 예를 들면 1.5mm∼2mm로 한다. 한 쌍의 제 1전극 청소부(33)의 공기조정부 사이의 간극은 3mm∼4mm로 한다.
인접하는 절단된 전극(41)은, 도 11b과 같이, 교대로 엇갈려 있다. 즉, 교대로 나누어져 있기 때문에, 브러시(331)의 선단부근의 측부와 전극(41)의 단면이 접촉되어, 전극의 단면에 부착된 파편도 효율적으로 제거될 수 있다. 이렇게 전극을 전극면에 직교하는 방향으로 나누어 전극의 단면을 브러시로 청소할 수 있게 하기 위해하여, 전극의 형상이나 장치의 배치 등 여러 조건에 의해 나누는 폭이 결정된다. 예를 들면, 제 1전극 청소부(33)가 절단부(32) 가까이에 배치되어 제 1전극 청소부(33)와 정형부(35)의 간극이 200mm∼250mm 정도인 경우, 정형부(35)에서의 나눔폭은 5mm 정도가 된다.
(7) 제 2전극 청소부
제 2전극 청소부(34)는, 주로 정형에 기인하여 발생된 파편을 제거하는 것으로, 예를 들면 도 12에 나타낸 바와 같이, 면상체(面狀體)(341)가 감긴 공급권심(342), 수납권심(344), 접촉롤(343), 권부 가이드(347) 등이 유지체(348)에 장착되어 있다. 제 2전극 청소부(34)는, 예를 들면 부직포나 직물 등 파편이 통과할 수 있는 구멍을 다수 가지는 면상의 것을 사용할 수 있다. 면상체(341)는,예를 들면 띠 형상을 가지며 공급권심(342)에 감겨 공급권심으로부터 공급되고, 전극(41)에 접촉되는 접촉롤(343)을 경유하여, 수납권심(344)에 권취된다. 절단된 전극(41)은, 권부 가이드(347)와 접촉롤(343)에 접촉하여 이송된다. 면상체(341)는, 접촉롤(343)에서 전극(41)에 접촉되여 파편을 전극(41)으로부터 거두어 들인다. 제 2전극 청소부(34)는 필요에 따라 접촉롤(343) 내부를 흡인하는 흡인장치를 갖추고, 접촉롤(343)의 주위에 다수의 구멍을 내어 구멍으로부터 외부의 공기를 흡인하면, 파편의 제거가 효율적으로 수행될 수 있다. 주면(周面)에 다수의 구멍을 가지는 접촉롤(343)은, 예를 들면 흡인파이프를 사용할 수 있다. 접촉롤의 구멍의 분포는 전극폭에 상당하는 폭으로 한다. 접촉롤은 모터에 의해 회전 구동되고 또한 브레이크 제어가 수행됨으로써, 면상체(341)의 이송 속도가 결정된다.
접촉파이프(343)의 전면은 면상체(341)와 접하고, 배면은 흡인배면(346)으로 덮인다. 이에 따라, 전극(41)과 면상체(341)가 접압(接壓)되는 부분만이 흡인된다. 흡인배면(346)은 회전되지 않고 접촉파이프(343)만 회전된다. 면상체(341)의 이송방향을 전극(41)의 이송방향과 반대로 하면, 전극(41)과 면상체(341)의 상대속도가 커져, 보다 많은 면상체의 면이 전극과 접촉된다. 그 결과, 전극에 부착된 파편은 면상체(341)로 옮겨지기 쉬워지고, 또한 접촉롤 내부를 흡인장치로 흡인함으로써 면상체(341)와 협동하여 전극에 부착되어 있는 파편이나 면상체에 부착된 파편을 흡인제거하고 필터로 제거하여 집진상자에 집적할 수 있다. 제 2전극 청소부(34)는 필요에 따라 쌍을 이루어 전극(41)의 양면에 배치된다. 이 경우, 양면의 접촉롤(343)은 전극(41)에 접촉되는 위치를 양면에서 동일한 부분으로 하지 않고,이송방향으로 소정의 간극을 두고 엇갈려 배치한다. 이에 따라, 면상체(341)와 전극(41)의 접촉 길이를 길게 할 수 있어, 제거(拂拭) 효과를 높일 수 있다. 이 접촉 길이는 예를 들면 10mm 정도 확보할 수 있다. 이 길이는 장치의 크기나 접촉롤의 두께 등에 따라 적절하게 설정된다. 다만, 접촉 길이가 너무 길면 절단된 전극 각 조의 장력이 균일하게 유지되지 않아 전극이 분열될 가능성이 있다.
접촉파이프(343)는, 도 13과 같이 배관을 개재하여 흡인장치(3420)에 접속된다. 예를 들면, 배관에는 밸브(3415), 유량계(3416), 집진필터(3418), 흡인장치(3420), 고성능 필터(3419) 등이 접속된다. 밸브(3415)는 한 쌍의 제 2전극 청소부(34)의 흡인량을 조정한다. 유량계(3416)는 흡인량을 조정하기 위한 흡인량의 측정에 이용된다. 집진필터(3418)는 흡인한 파편을 모으는 것으로, 가득 차면 경보가 울리는 경보기를 갖추고 있다. 모여진 파편은 집진함에 집적된다. 흡인장치(3420)로는 예를 들면 다단고정압(多段高靜壓) 블로워(blower)가 사용된다. 고성능 필터(3419)는 필터리크(누전)되면 알람이 울리는 경보기를 갖추고 있다. 여기서 사용되는 배관, 밸브(3415), 유량계(3416), 집진 필터(3418), 흡인장치(3420), 고성능 필터(3419) 등을 가지는 기체를 흡인하는 흡인시스템은 날 청소부(327)나 제 1전극 청소부(33) 등에서도 사용될 수 있다.
유지체(348)는, 예를 들면 도 14와 같이 슬라이드 레일(3414)을 따라 구동부(349)에 탈착 가능하게 장착된다. 유지체(348)에 장착된 공급권심(342), 수납권심(344), 및 접촉롤(343)은, 구동부(349)의 구동장치(모터)나 활주장치(브레이크 장치)에 의해 임의의 방향으로 회전되거나 활주 제어되기 때문에, 이음매에 접속된다. 예를 들면, 공급권심(342), 수납권심(344), 및 접촉롤(343)은 권출 파우더(powder) 브레이크 이음매(3411), 권취 토크 모터 이음매(3410), 및 모터·브레이크 이음매(3412)에 각각 접속되어 회전구동되거나 활주 제어된다. 승강 실린더(3412)는 제 2전극 청소부(34)의 이동에 의해 전극(41)에 접촉 또는 이격될 수 있다. 이렇게 제 2전극 청소부(34)를 이동할 수 있고 또한 유지체(348)를 구동부(349)로부터 떼어낼 수 있기 때문에, 제 2전극 청소부(34)의 보수나 면상체(341)의 교환을 수행될 수 있다.
(8) 권취부
권취부(36)는 절단된 전극(41)을 유지하는 것이다. 권취부(36)는 예를 들면 복수의 릴이나 코어 등의 권취용 권심(361)으로 이루어지며, 절단된 폭이 좁은 띠 형상의 전극(41)을 각각 권취한다. 권취용 권심(361) 전방에 정지시 누름패드(46)와 장력검출부(45)가 배치된다. 정지시 누름패드(46)는 절단된 전극(41)을 일시적으로 고정한다. 이 장력검출부(45)는 정형부(35)와 권취용 권심(361) 사이의 전극의 장력을 측정할 수 있다.
이하, 슬릿터의 작동을 설명한다.
(1) 스타트시의 설정치
스타트시에 미리 소정의 조건을 설정한다. 일례로써, 부전극을 예로 들면, 재단속도(예: 20m/분), 절단기의 슬립률(예: 전극의 주행속도에 1% 정도를 더한 속도), 권취잠정장력, 절단(재단) 길이(예: 500m), 시동속도커브, 자동정지커브, 날청소부 자동 온오프, 제 1전극 청소부 자동 온오프, 제 2전극 청소부 자동 온오프, 정형부 압력설정, 권출장력, 절단장력, 제 2전극 청소부 부직포 전송속도설정, 스타트 전 부직포 늘어짐방지 스톨 장력 타이밍 등을 설정한다.
나머지 전극용 원판과 부직포는 운전조작반에 표시되도록 하며, 만약 자동운전 도중에 원판이나 부직포가 모두 소모되어도 자동긴급정지되지 않도록 한다. 또한, 집진함도 파편이 가득 차더라도 자동긴급정지되지 않도록 한다.
(2) 슬릿터의 전극 통과 작업
우선, 슬릿터의 권출부의 권출용 권심(311)으로부터 전극용 원판(4)을 작은 속도로 풀어내어 절단부(32)에서 소정의 폭으로 절단하고, 절단된 전극(41)을 권취부(36)의 권취용 권심(361)에 테이프 고정하여 스톨 장력을 걸어 유지하고, 스타트 대기로 한다.
(3) 슬릿터의 작동
슬릿터(3)를 자동운전하면, 자동으로 스톨 긴장 상태로 된다. 한 쌍의 제 2전극 청소부(34)중 한쪽, 예를 들면 하단의 제 2전극 청소부(34)가 상승되고, 이어서 부직포의 늘어짐 방지를 위해서 권취 장력이 걸리며, 이어서 흡입장치(3420)가 작동 상태로 된다. 전극(41)의 이송속도는 처음에 서서히 증가하여 일정속도로 되고, 주행재단하여 종료시에 서서히 감속된다. 상세하게는, 전극용 원판(4)은 권출용 권심(311)으로부터 인피드롤(314)로 권출된다. 권출된 원판(4)은 각 가이드롤(46)로 안내되어, 계지부(312), 관찰부(313)나 각 장력검출부(45)를 통해 절단부(32)로 이송된다. 관찰부(313)에서 전극의 이송상태를 관찰할 수 있다. 계지부(312)에서 전회의 전극용 원판의 최종단과 이번의 원판 선단을 평면이 되도록 접속한다.
전극의 장력과 이송속도는 인피드롤(314)과 정형부(35)의 롤에 의해 제어된다. 원판(4)은 0으로부터 예를 들면 20m/분으로 속도를 올려 최고속도가 되어 일정속도로 되고, 계속하여 주행절단된다. 이어서, 자동으로 슬로우 다운되어 정지하고, 그대로 스톨 장력을 가한 상태에서 정지시 누름패드(46)로 전극(41)을 누른다. 이 때, 권출용 권심(311)에 감긴 원판(4)은 무겁기 때문에, 출렁거리지 않도록 또는 끊기지 않도록 제어할 필요가 있다. 이를 위하여, 계지부(312)와 관찰부(313) 사이에 있는 장력검출부(45)에서 원판(4)의 장력을 검출하고, 피드백을 걸어 장력을 조정하여 권출한다.
전극용 원판(4)은 절단부(32)에서 절단되고, 인접하는 절단된 전극(41)은 상하로 나누어져 제 1전극 청소부(33), 정형부(35), 제 2전극 청소부(34), 장력검출부(45), 정지시 누름패드(46)를 지나 권취용 권심(361)에 감긴다. 절단시 발생되는 파편은 날 청소부(372)에서 흡인제거되고, 전극에 부착되어 있는 파편(42)은 제 1전극 청소부(33)에서 흡인제거된다. 절단에 의해 발생된 돌기(17)는 정형부(35)에서 압축되어 정형되고, 전극에 부착된 파편(42)은 제 2전극 청소부(34)에서 흡인제거된다. 전극의 이송이 정지되면, 정지시 누름패드(46)로 전극(41)을 눌러 고정한다. 정지시 누름패드로 전극을 누른 상태에서 권출 작업은 자유롭게 손으로 할 수가 있으므로 단끝의 테이핑을 수행하여 감아낸 릴을 빼내고 새로운 릴을 세팅할 수 있다. 슬릿터(3)가 종료될 때, 제 2전극 청소부의 흡인장치(3420)가 꺼지고, 면상체(341)의 전송이 정지하며, 한쪽, 예를 들면 하단의 제 2전극 청소부가 하강된다. 이와 같이 절단된 전극(41)은 돌기(17)가 정형되어 있기 때문에, 비스듬히 기울여져 감기는 일이 없으며 권취용 권심에 평평히 균등하고 정연하게 감긴다.
이하, 이온 도전성 폴리머로 피착된 전극물질의 제조방법을 설명한다.
(1) 전극 구조체의 제조방법
전극 구조체의 제조방법에 있어서, 우선 전극물질의 표면에 극히 얇은 두께의 이온 도전성 폴리머 또는 이온 도전성 폴리머원료 또는 이것들의 혼합물, 즉 이온 도전성 폴리머 형성재료를 피착시킨다. 이어서, 용매를 첨가하여 액체화하여 페이스트상으로 하고, 집전재에 도포건조하여 용매를 증발시킨다. 또는, 처음부터 용매를 첨가하여 이온 도전성 폴리머 형성재료의 피착과 동시에 페이스트상으로 해도 좋다.
이 때, 이온 도전성 폴리머 형성재료를 미량으로 하여, 분말상의 전극물질의 입자의 표면을 이온 도전성 폴리머로 피착하고, 공극이 생기지 않도록 분말상 물질의 상호간극을 작게 한다.
이온 도전성 폴리머 형성재료를 분말상의 전극물질에 피착하기 위해서는, 이온 도전성 폴리머 형성재료와 분말상의 전극물질과를 서로 가압 활주시켜 가압 활주물을 얻는다.
(2) 가압활주
가압 활주라 함은, 이온 도전성 폴리머 형성재료와 분말상의 전극물질의 혼합물을 서로 누르면서 활주시키는(미끄러지게 하는) 작동이다. 혼합물에 외력을 가함으로써 혼합물이 서로 밀착되어 입자가 회동되고, 이러한 과정이 반복되어 가압 활주 물이 얻어진다.
(3) 가압활주 혼련장치
가압 활주 혼련장치(5)는 예를 들면 도 15에 도시되어 있다. 이온 도전성 폴리머 형성재료와 분말상 전극물질(13)의 혼합물(50), 또는 그 혼합물과 용매 등을 넣은 혼합물(50)을 용기(51)에 넣어, 주모터(522)로 주블레이드(52)를 회전시킨다. 용기(51)의 바닥(511)과 주블레이드(52)의 저면 사이에 소정의 간극이 있으며, 주블레이드(52)를 회전시키는 것에 의해 혼합물(10)의 일부는 용기의 바닥(511)과 주블레이드(52) 사이로 들어가 가압 활주되어 혼련된다. 이러한 것을 반복하여 이온 도전성 폴리머 형성재료를 분말상 전극물질(13)에 피착시킨다. 용기의 바닥(511)은 평면이거나 경사져 있어도 상관없으나, 어느 것으로 하더라도 주블레이드(52)와 바닥(511) 사이의 대향면적을 크게 하여 가압 활주의 효율을 높이는 것이 좋다.
가압 활주 혼련장치(5)는, 분배 블레이드(dispersion blade)(53)를 용기(51) 내에 갖추고, 부모터(531)로 분배 블레이드(53)를 고속회전시켜 가압 활주된 혼합물(50)을 분산시킨다.
(4) 용기
용기(51)는 혼합물(50)을 가압 활주시켜 교반하기 위한 혼합물(50)을 넣는 것이다. 용기(51)의 바닥면은, 경사진 경우 일부가 낮은 저부(5111)를 가지며 저부(5111)로부터 주변부를 따라 높아지는 경사를 가진다. 예를 들면, 중앙부가 낮고 주변을 따라 상승하는 구배를 가진다. 예를 들면, 원뿔형의 바닥(511)을 형성하고, 그 저부(5111)의 각도는 예를 들면 120°로 한다. 용기(51)의 바닥(511)은 내마모성을 가진 예를 들면 SUS를 이용하고, 텅스텐이나 카바이드로 스프레잉(溶射)하여 형성된다. 또한, 바닥면에 이러한 저부(5111)를 복수개 형성하여도 좋다.
(5) 주블레이드
주블레이드(52)는 용기(51)의 바닥면에 작용하는 것으로, 혼합물을 가압 활주시켜 교반하는 것이다. 주블레이드(52)는, 예를 들면 도 15b와 같이, 용기(51)의 저부(5111)에 대응한 위치에 축이 장착되어, 저부(5111)로부터 용기의 바닥을 따라 위를 향해 휘어진다. 주블레이드(52)의 날의 수는, 도 15b와 같이, 중앙부로부터 2장 장착되어진 것이라도, 그보다 많은 10장 이상의 것이라도 좋으며, 혼합물의 양과 종류에 따라 결정된다.
주블레이드의 주축(521)을 구동하는 주모터(522)의 회전수는 가압 활주에 있어서는 저속으로, 예를 들면 120RPM 이하로 한다.
용기(51)의 바닥면과 주블레이드(52)의 바닥면의 간극은 혼합물의 가압 활주가 수행도리 수 있을 정도로 좁게 되어 있으며, 그 간극은 예를 들면 15mm 이하로 한다. 이 간극 거리는 가압 활주 혼련장치(5)의 용량이나 주블레이드의 형상 등에 좌우된다.
주블레이드(52)의 진행방향(가압 활주방향)의 면은, 용기(51)의 바닥면에 대한 가압각θ가 예각을 이루도록 형성된다. 예를 들면 도 15c와 같이, 주블레이드(52)의 단면이 역평행사변형인 경우, 가압각은 3∼70°로 한다. 또한,주블레이드(52)의 단면은 도 15d와 같이, 원형, 둥근 모서리 형상 등이어도 좋다. 주블레이드의 재질은, 내마모성을 가진, 예를 들면 SUS를 이용하며, 텅스텐이나 카바이드로 스프레잉하여 형성된다.
주블레이드(52)의 진행방향(가압 활주방향)과 반대 방향의 면은, 바닥면에 대하여 거의 직교하거나 둔각으로 형성된다. 이에 따라, 주축(521)을 역회전시키면 혼합물(50)을 주축(521) 주위로 모을 수 있다.
또한, 바닥면에 복수의 저부(5111)가 있으면, 주블레이드(52)의 중심부도 그 개수에 대응하는 저부의 위치에 배치된다.
(6) 분배 블레이드
분배 블레이드(53)는, 주블레이드(52)에 의해 가압 활주된 혼합물(50)을 분산시키는 것이다. 분배 블레이드(53)는 혼합물(50)을 분산할 수 있는 위치에 배치되어, 부모터(531)에 의해 1000∼4000회/분과 같이 고속으로 회전된다. 고속으로 회전됨으로써, 분말상 전극물질(16)의 입자의 표면에 피착된 이온 도전성 폴리머(16)나 그 원료를 분말상의 물질 전체로 균일하게 분산시킨다.
이하, 전극용 원판의 제작예를 설명한다.
(1) 전극용 원판의 제작예 1(정전극 구조체의 제작예)
분말상의 전극 활성 물질인 평균입자직경 5㎛의 LiCoO2의 9.1 중량부와, 분말상의 도전물질인 평균입자직경 4㎛의 흑연분말 0.6 중량부를 가압 활주 혼련장치에 투입하여, 20분간 가압 활주시켰다. 이어서, 이온 도전성 폴리머원료(A1) 0.546중량부와 아세트니트릴 3.5 중량부를 첨가하였다. 이온 도전성 폴리머원료(A1)는 혼합물이며, 그 조성과 혼합비를 표 1에 나타낸다.
이온 도전성 폴리머원료(A1)
물질명 혼합비(중량부)
삼관능성(프로필렌글리콜·에틸렌글리콜)랜덤 공중합체 산닉스 FA-103(PO/EO=2/8,Mw=3,282, 삼양화성공업(주)제조) 8.36
이관능성 폴리오르의 1,4-부탄디올 0.34
에틸렌디아노히드린 1.27
반응촉매 NC-IM(삼공에어프로덕트(주)제조) 0.03
합계 10
이온 도전성 폴리머원료(A1)를 첨가한 가압 활주물은, 가압 활주 혼련장치 내에서 5시간 동안 가압 활주시켰다. 가압 활주물은 페이스트상을 나타내었다. 가압 활주물에 폴리메릭MD I, MR-200(NPU사제조) 0.254 중량부를 첨가하여 가압 활주 혼련장치 내에서 5분간 교반하였다. 가압 활주물을 추출하여 두께 20㎛의 알루미늄박 위로 옮겨 100㎛갭의 닥터나이프 어플리케이터로 유연(流延)도포하였다. 15분간 실온에서 방치한 다음, 80℃로 1시간 가열하였다. 얻어진 정전극의 전극 구조체의 두께는 80㎛였다.
(2) 전극용 원판의 제작예 2(부전극 구조체의 제작예)
분말상의 전극활물질인 평균입자직경 5㎛의 흑연분말 9.1 중량부와 이온 도전성 폴리머원료(A1)를 0.682 중량부와 아세트니트릴 3.0 중량부를 가압 활주 혼련장치(용적 300cc)에 투입하고, 7시간동안 가압 활주시켰다. 가압 활주물은 페이스트상을 나타내었다. 이어서, 폴리메릭 MD I, MR-200(NPU사 제조) 0.318 중량부를 첨가하여 5분간 가압 활주시켰다. 가압 활주물을 추출하여 두께 20㎛의 동박 위로옮기고 100㎛ 갭의 닥터나이프 어플리케이터로 유연도포하였다. 15분간 실온에서 방치한 다음 이어서 80℃에서 1시간 동안 가열하였다. 얻어진 전극의 두께는 80㎛였다.
(3) 전극용 원판의 제작예 3(커패시터의 전극 구조체의 제작예)
커패시터용 전극은, 전극 재료로 페놀 유래 활성탄(관서화학(주)제조)(9.02 중량부)에 분말상 도전 물질로 카본 블랙(1.03 중량부)을 첨가하고, 혼합기를 이용하여 건식혼합을 수행하였다. 그리고 나서, 바인더로서 폴리머(A1)(0.48 중량부)를 첨가하여 혼합을 수행하였다. 혼합한 후, 닥터 나이프 어플리케이터로 집전체에 도포하였다. 그리고 나서, 시료를 적외선 또는 열풍으로 건조시켰다. 전극의 두께는 75㎛였다.
또한, 이상의 전극 구조체의 제작의 상세한 설명은 본 발명의 출원인이 출원한 일본특허출원(평11-262501호, 평11-262502호, 평11-2691124호, 2000-38744호)에 기재되어 있다. 또한, 전극물질층에 피착되는 이온 도전성 폴리머는 본 실시예에 제한되는 것은 아니다.
(4) 전극용 원판의 제작예 4(전지의 정전극 구조체에 이온 도전성 폴리머층 형성용 도포제의 도포예)
시아노에틸화 디하이드록시프로 필셀룰로스 1 중량부와, 과염소산리튬을 테트라하이드로프란에 용해시켰다. 이 용액을 감압하에 방치하여 테트라하이드로프란을 증발시켰다. 이어서, 폴리에틸렌 글리콜 디메타 클리레이터(옥시에틸렌 유닛수=9) 0.2 중량부와, 메톡시 폴리에틸렌 글리콜 모노메타 클리레이트(옥시에틸렌 유닛수=9) 0.2 중량부를 첨가하였다. 여기에 더하여, 아조비시소이소부티로니트릴 0.002 중량부를 첨가하여, 각각의 성분을 더하여 합친 중량 1kg당 과염소산리튬이 1몰이 되도록 삽입하였다. 얻어진 복합체는 점성용액이었다. 또한, 시아노에틸화 디하이드록시 프로필셀룰로스는 일본특허공개 평8-225626호 공보에 기재되어 있다. 물질로는, Macromolecules, 24, 4691(1991)과 Makromol, Chem, 193, 647(1992)에 게재되어 있다.
즉, 과염소산리튬 1몰에 대하여 과염소산리튬 중량 + 시아노에틸화디하이드록시 프로필셀룰로스 중량 + 폴리에틸렌 글리콜 디메타클리레이트 + 메톡시폴리에틸렌 글리콜 모노메타 클리레이트 + 아조비스이소부티로니트릴 = 1kg이 되도록 넣고, 폴리머전해질·과염소산리튬복합체인 이온 도전성 폴리머층 형성용 도포제(22)를 제조하였다.
얻어진 폴리머전해질·과염소산리튬복합체인 이온 도전성 폴리머층 형성용 도포제(22)를 정전극 구조체(집전체에 정극 재료를 도포하여 제조한 전극 구조체(1))위에 닥터 나이프 어플리케이터를 이용하여, 캐스트(도포)하고, 80℃에서 0.5시간 동안 방치하여, 이온 도전성 고체고분자 전해질 필름층(이온 도전성 폴리머층(2))을 제조하였다.
(5) 전극용 원판의 제작예 5(전지의 부전극 구조체에 이온 도전성 폴리머층 형성용 도포제의 도포예)
부전극 구조체 위에 상기 제작예 4에서 제작한 폴리머전해질·과염소산리튬복합체(이온 도전성 폴리머층 형성용 도포제(22))를 닥터 나이프 어플리케이터를이용하여, 도포하고, 80℃에서 0.5시간 동안 방치하여, 이온 도전성 고체고분자 전해질 필름층(이온 도전성 폴리머층(2))을 형성하여 이온 도전성 폴리머층(2)을 가지는 부전극 구조체를 제작하였다. 여기서, 부전극 구조체를 이용한 이외에는, 실시예 1과 같은 방법으로 수행하였다.
또한, 이상의 이온 도전성 폴리머층의 제작의 상세한 설명은 본 발명의 출원인이 출원한 일본특허출원(2000-141687호)에 기재되어 있다.
(6) 전극용 원판의 제작예 6(폴리비닐리덴플로이드를 바인더로 이용한 리튬이온전지용 전극)
정전극의 제조는, 예를 들면 LiCoO2의 정극활성물질을 얻기 위하여 탄소리튬과 탄소코발트를 0.5몰 대 몰의 비율로 혼합하고, 공기 중 900℃에서 5시간 동안 소성하였다. 이어서, 얻어진 LiCoO291 중량부와, 도전제로서 흑연 6 중량부와, 바인더로서 폴리비닐리덴플로이드 10 중량부를 혼합하여 정극의 혼합제를 조제하였다. 이 혼합제를 N-메틸-2-피롤리돈에 분산시켜서 슬러리상으로 하였다. 얻어진 슬러리를 집전재인 두께 20㎛의 띠 형상 알루미늄박의 한쪽면에 100㎛의 균일한 두께로 도포하고 건조한 다음 밀착장치로 압축성형하여 제조하였다.
부전극의 제조는 분쇄한 흑연분말 90 중량부와 바인더로서 폴리비닐리덴플로이드 10 중량부를 혼합하여 부극의 혼합제를 조제하고, 거듭 이 혼합제를 N-메틸-2-피롤리돈에 분산시켜 슬러리상으로 하였다. 이 슬러리를 집전재인 두께 10㎛의 띠형상 구리박의 한쪽면에 두께 120㎛가 되도록 균일하게 도포하고, 건조한 다음밀착장치로 압축성형하여 제조하였다.
본 발명은 다음과 같은 효과를 얻을 수 있다.
본 발명은 특성이 좋은 전기부품용 전극을 얻을 수 있다.
또한, 본 발명은 불량의 발생이 적은 전기부품을 얻을 수 있다.
또한, 본 발명은 작업성이 좋은 슬릿터를 얻을 수 있다.

Claims (16)

  1. 전기 부품의 전극용 원판을 공급하는 권출부와,
    전극용 원판을 절단하는 절단기를 가지는 절단부와,
    절단된 전극을 권취하는 권취부를 구비하며,
    권출부, 절단부, 및 권취부는 조작성을 높이도록 서로 간극을 두고 배치될 수 있는 전극용 원판의 슬릿터.
  2. 전기 부품의 전극용 원판을 공급하는 권출부와,
    전극용 원판을 절단하는 절단기를 가지는 절단부와,
    절단된 전극의 돌기를 정형하는 정형부와,
    전극에 부착된 파편을 제거하는 전극 청소부와,
    절단된 전극을 권취하는 권취부를 구비하는 전극용 원판의 슬리터.
  3. 제 2 항에 있어서, 절단부의 절단기에 부착된 파편을 공기흐름으로 제거하는 날청소부를 구비하는 것을 특징으로 하는 전극용 원판의 슬릿터.
  4. 제 2 항에 있어서, 전극 청소부는 절단부와 정형부 사이에서 전극에 부착된 파편을 제거하는 제 1 전극 청소부를 구비하는 것을 특징으로 하는 전극용 원판의 슬릿터.
  5. 제 4 항에 있어서, 제 1 전극 청소부는 브러시와 흡인 장치를 구비하며, 브러시를 전극에 접촉하고 파편을 흡인 제거하는 것을 특징으로 하는 전극용 원판의 슬릿터.
  6. 제 5 항에 있어서, 제 1 전극 청소부는 전극의 양면에서 쌍을 이루며, 브러시 쌍은 전극의 진행 방향에서 어긋나는 위치에 배치되는 것을 특징으로 하는 전극용 원판의 슬릿터.
  7. 제 5 항에 있어서, 인접한 절단된 전극은 전극면에 직교하는 방향으로 나누어지는 것을 특징으로 하는 전극용 원판의 슬릿터.
  8. 제 2 항에 있어서, 전극 청소부는 정형부와 권취부 사이에서 전극에 부착된 파편을 제거하는 제 2전극 청소부를 구비하는 것을 특징으로 하는 전극용 원판의 슬릿터.
  9. 제 8 항에 있어서, 제 2 전극 청소부는 면상체를 구비하며, 면상체를 전극에 접촉시켜 파편을 제거하는 것을 특징으로 하는 전극용 원판의 슬릿터.
  10. 제 8 항에 있어서, 제 2 전극 청소부는 다수의 구멍을 가지는 면상체와 흡인장치를 구비하며, 면상체를 전극에 접촉시겨 흡인 제거하는 것을 특징으로 하는 전극용 원판의 슬릿터.
  11. 제 9 항 또는 제 10 항에 있어서, 제 2 전극 청소부의 면상체는 회전하는 롤에 의해 공급되명서 전극에 가압되는 것을 특징으로 하는 전극용 원판의 슬릿터.
  12. 제 11 항에 있어서, 롤은 전극의 양면에서 쌍을 이루며, 롤 쌍은 전극의 진행 방향에서 어긋나는 위치에 배치되는 것을 특징으로 하는 전극용 원판의 슬릿터.
  13. 제 11 항에 있어서, 롤은 다수의 구멍을 표면에 가지며, 내부가 흡인 장치에 의해 흡인되는 것을 특징으로 하는 전극용 원판의 슬릿터.
  14. 제 9 항 또는 제 10 항에 있어서, 다수의 구멍을 가지는 면상체는 부직포인 것을 특징으로 하는 전극용 원판의 슬릿터.
  15. 제 2 항에 있어서, 정형부는 한 쌍의 롤을 구비하며, 한 쌍의 롤 사이로 전극을 통과시켜 전극의 돌기를 평활하게 하는 것을 특징으로 하는 전극용 원판의 슬릿터.
  16. 전기 부품의 전극용 원판을 절단하는 절단 방법에 있어서,
    전기 부품의 전극용 원판을 절단기로 절단하고,
    절단된 전극의 돌기를 정형하며,
    절단된 전극에 부착된 파편을 제거하는 것을 특징으로 하는 전극용 원판의 절단 방법.
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