KR20040005898A - 이차전지 및 이차전지 제조방법 과 이차전지 제조장치 - Google Patents

이차전지 및 이차전지 제조방법 과 이차전지 제조장치 Download PDF

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Abstract

본 발명의 이차전지 제조장치는, 양극전극 시트(Sheet)형상물, 음극전극 시트형상물의 송출기구와, 전해물질함유 용액을 양극전극 시트형상물과 음극전극 시트형상물의 양면에 각각 도포하는 제1 도공(塗工)기구, 제2 도공기구와, 양극전극 시트형상물, 음극전극 시트형상물에 도포된 전해물질을 고착시키는 제1 가열기구, 제2 가열기구와, 전해물질이 고착된 양극전극 시트형상물과 음극전극 시트형상물을 절연상태로 중합시키기 위한 세퍼레이터(Separator)를 공급하는 세퍼레이터 송출기구와, 전해물질이 고착된 양극전극 시트형상물과 절연용 시트와 전해물질이 고화된 음극전극 시트형상물과 절연용 시트를 적층한 상태로 소정의 형상으로 권회(卷回)하는 권회기구를 구비한 구성으로 되어 있다.

Description

이차전지 및 이차전지 제조방법 과 이차전지 제조장치{Secondary Battery and Production Method for Secondary Battery and Production Device for Secondary Battery}
최근에, 휴대형 전화, TV카메라, 노트형 퍼스널컴퓨터 등의 전원은 소형 경량화, 대용량, 대전압이 요구되고 있고, 예를들면, 리튬이온 폴리머(Lithium Ion Polymer) 전지, 리튬전지 등의 이차전지가 사용되고 있다.
그 이차전지중, 리튬이온 폴리머 전지의 전극은, 『일본국 특개평 11-339785호 공보』에 기재되어 있는 바와 같은 공정에 의해 먼저 폴리머 전지용의 양(+)극전극과 음(-)극 전극을 제조하고, 이어서 그 양극전극과 음극전극을 복수개 적층한 상태에서 집전체(集電體)에 용액형상의 전해물질을 주입한 후건조로(後乾燥爐)에 의해 가열처리하여 전해물질을 경화시킴으로써 제조되고 있다.
상술한 전극은 캐리어재(Carrier Material)재에 양극재, 음극재 및 세퍼레이터(Separator)를 각각 도공(塗工)하여 권취(卷取)롤(Roll)형상의 양극재 필름(Film), 음극재 필름 및 세퍼레이터 필름을 개별적으로 형성하는 제막(製膜)공정과, 양극재 필름, 음극재 필름 및 세퍼레이터 필름을 각각 소정의 폭으로 절단하여 롤형상의 양극재 필름, 음극재 필름 및 세퍼레이터 필름을 개별적으로 형성하는 공정과, 집전체를 끼워서 소정의 폭으로 절단한 롤형상의 양극재 필름 및 음극재 필름을 상술한 집전체 각각의 양면에 붙여 맞춘 라미네이트(Laminate)로서 양극전극 필름 및 음극전극 필름을 개별적으로 형성하는 양극 및 음극의 집전체 라미네이션(Lamination)공정과, 라미네이트된 음극전극 필름의 양면에 세퍼레이터 필름을 붙여 맞춘 세퍼레이터부착 음극전극 필름 형성공정과, 양극전극 필름 및 세퍼레이터부착 음극전극 필름 각각의 양측 테두리의 집전부분을 금형으로 소정의 형상으로 천공하는 천공공정과, 캐리어재 위의 양극전극 필름만을 금형으로 하프커트(Half Cut)하는 양극전극 필름 하프커트공정과, 세퍼레이터부착 음극전극 필름의 양면에 하프커트된 양극전극 필름을 소정의 위치에 일정간격으로 전사(轉寫)하는 전사공정과, 전사된 양극전극 필름과 세퍼레이터부착 음극전극 필름을 라미네이트하는 라메네이트공정과, 전사된 양극전극 필름과 세퍼레이터부착 음극전극 필름을 라미네이트한 조립체를 금형으로 각각의 전극에 천공하는 공정에 의해 제조되고 있다.
상술한 바와 같은 전극 제조장치에서는 9공정에 의해 전극이 제조되고, 이어서 그 전극을 복수개 적층한 상태에서 집전체에 용액형상의 전해물질을 주입한 후건조로에 의해 가열처리하여 전해물질을 경화시킴으로써 소정의 리튬이온 폴리머 전지를 제조하는 방법으로는, 제조공정이 많고, 더구나 각 공정에 대응하는 장치를 설치해야만 하고, 제조장치 전체가 대형화되면서 각 장치제어가 복잡하다는 것과 함께, 공정이 많아지므로 생산효율이 열악하다는 문제가 있다.
또한, 용액형상의 전해물질을 적층시킨 집전체내에 균일하게 주입하는 일이 매우 곤란하고, 전해물질의 주입흔적이 발생함과 함께, 전해물질을 경화시킬 때에 발생하는 가스가 잔류하여 기포가 생겨 불량품으로 된다는 문제가 있다.
본 발명은, 상기 사정을 감안하여, 전해물질의 주입흔적, 기포 등이 발생하지 않고 불량품의 발생을 방지할 수 있고, 더구나 가공공정을 대폭으로 감소시켜서 생산효율을 대폭으로 향상시킬 수 있는 이차전지 및 이차전지 제조방법과 이차전지 제조장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 이차전지 및 그 전지를 제조하는 이차전지 제조방법과 이차전지 제조장치에 관한 것이다.
도1은, 본 발명의 이차전지 장치의 하나인 리튬이온 폴리머 전지 제조장치의 구성의 일실시형태를 나타내는 개략도이고,
도2는, 본 실시예의 리튬이온 폴리머 전지의 구성을 나타내는 개략도이며,
도3은, 도2의 개략 측면도이다.
본 발명의 이차전지는, 전해물질함유 용액 또는 전해물질 겔(Gel)을 양극전극 시트(Sheet)형상물 및 음극전극 시트형상물의 각 양면에 각각 간헐적으로 도포하고, 양극전극 시트형상물 및 음극전극 시트형상물에 도포된 전해물질함유 용액 또는 전해물질 겔을 가열하여 전해물질을 고착시킨 후, 상기 전해물질이 고착된 양극전극 시트형상물과 전해물질이 고착된 음극전극 시트형상물이 절연상태로 되도록 세퍼레이터를 개재시킨 상태에서 소정의 형상으로 권회(卷回)하여 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 것이다.
본 발명의 이차전지에 의하면, 전해물질함유 용액 또는 전해물질 겔을 양극전극 시트형상물 및 음극전극 시트형상물의 각 양면에 각각 간헐적으로 도포하고, 양극전극 시트형상물 및 음극전극 시트형상물에 도포된 전해물질함유 용액 또는 전해물질 겔을 가열하여 전해물질을 고착시킨 후, 상기 전해물질이 고착된 양극전극 시트형상물과 전해물질이 고착된 음극전극 시트형상물이 절연상태로 되도록 세퍼레이터를 개재시킨 상태에서 소정의 형상으로 권회하여 형성하고 있으므로, 효율좋고, 더구나 전해물질의 주입흔적, 기포 등이 거의 발생하지 않는 제품을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명의 이차전지에 있어서, 양극전극 시트형상물 및 음극전극 시트형상물의 소정위치에 각각 집전용 탭(Tab)이 장착되어 있는 것이 바람직하다. 집전용 탭이 장착되어 있는 것으로, 효율좋고 집전용 탭이 파손하지 않고, 더구나 전해물질의 주입흔적, 기포 등이 거의 발생하지 않는 제품을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명의 이차전지에 있어서, 양극 또는 음극전극 시트형상물은, 양극전극 시트형상물의 경우에는 양극 활물질(活物質), 도전재(導電材), 및 결착재(結着材)로 형성되고, 음극전극 시트형상물의 경우에는 음극 활물질, 도전재, 및 결착재로 형성되어 있다. 양극 활물질은 리튬산화물, 음극 활물질은 탄소재료, 도전재는 천연흑연 또는 카본 블랙(Carbon Black) 또는 아세틸렌 블랙(Acetylene Black), 결착제는 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE) 또는 폴리플루오르화 비닐리덴(PVDF) 또는 헥사플루오로프로필렌(HEP)의 용액 또는 이들의 공중합체 용액인 것이 바람직하다. 특히, 음극 활물질을 형성하고 있는 탄소재료는 코크스계 탄소 또는 흑연계 탄소인 것이 보다 바람직하다.
또한, 본 발명의 이차전지 제조방법은, 양극전극 시트(Sheet)형상물을 송출하는 공정과, 전해물질함유 용액 또는 전해물질 겔을 양극전극 시트형상물의 양면에 간헐적으로 도포하는 제1 도공(塗工)공정과, 양극전극 시트형상물의 양면에 도포된 전해물질함유 용액 또는 전해물질 겔을 가열하여 전해물질을 고착시키는 제1가열공정과, 음극전극 시트형상물을 송출하는 공정과, 전해물질함유 용액 또는 전해물질 겔을 음극전극 시트형상물의 양면에 간헐적으로 도포하는 제2 도공공정과, 음극전극 시트형상물의 양면에 도포된 전해물질함유 용액 또는 전해물질 겔을 가열하여 전해물질을 고착시키는 제2 가열공정과, 전해물질이 고착된 양극전극 시트형상물과 전해물질이 고착된 음극전극 시트형상물이 절연상태로 되도록 세퍼레이터를 개재시킨 상태에서 소정의 형상으로 권회하는 권회공정을 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 것이다.
본 발명의 이차전지 제조방법에 의하면, 상기 공정에 의해 이차전지를 제조하고 있으므로, 전해물질의 주입흔적, 기포 등이 발생하지 않고 불량품의 발생을 방지할 수 있다. 또한, 가공공정을 대폭으로 감소시킬 수 있어 생산효율을 대폭으로 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 이차전지 제조방법에 있어서, 양극전극 시트형상물을 송출하는 공정과 제1 도공공정 사이, 또는 제1 가열공정과 권회공정 사이에 집전용 탭을 양극전극 시트형상물에 장착하는 공정을, 음극전극 시트형상물을 송출하는 공정과 제2 도공공정 사이, 또는 제2 가열공정과 권회공정 사이에 집전용 탭을 음극전극 시트형상물에 장착하는 공정을 각각 설치하는 것이 바람직하다. 이와같이, 집전용 탭을 양극전극 시트형상물에 장착하는 공정, 및 집전용 탭을 음극전극 시트형상물에 장착하는 공정을 각각 상술한 공정 사이에 설치하는 것으로, 전해물질의 주입흔적, 기포 등이 발생하지 않고 불량품의 발생을 방지할 수 있음과 함께, 가공공정을 대폭으로 감소시킬 수 있고, 생산효율을 대폭으로 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 이차전지 제조방법에 있어서, 이차전지의 형성조작시에 필요로 하는 양의 양극전극 시트형상물 또는 음극전극 시트형상물을 저류(貯留)하는 것이 바람직하다. 예를들면, 양극전극 시트형상물을 송출하는 공정에 있어서 양극전극 시트형상물의 송출이 정지한 때에, 집전용 탭을 양극전극 시트형상물에 장착하는 공정보다 하류측에 있는 공정에 있어서 양극전극 시트형상물을 저류시키는 것으로, 하류측에 있는 공정에 있어서 양극전극 시트형상물을 연속하여 반송할 수 있고, 예를들면, 권회공정에 있어서 권회하고 있는 사이에 양극 또는 음극전극 시트형상물을 반송한 만큼, 권회공정보다 상류측에 있는 공정에 있어서 양극 또는 음극전극 시트형상물을 저류시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 이차전지 제조방법에 있어서, 권회공정은, 장치 기대(基台)에 회전자유롭게 지지되어 회동되는 터릿(Turret)부재에 대하여, 각각 회전자유롭게 부착된 2개의 권심축(卷心軸)중, 한쪽이 권회위치에, 다른쪽이 취출(取出)위치에 각각 위치하고, 그 상태에서 권회위치에 위치하는 권심축이, 양극전극 시트형상물과 음극전극 시트형상물과 세퍼레이터의 적층물을 순차적으로 소정의 형상으로 권회하고, 적층물이 소정의 형상으로 되면, 터릿부재가 회동하는 것으로 권회위치에 위치하는 권심축이 취출위치로 이동함과 함께 취출위치에 위치하는 권심축이 권회위치로 이동하고, 권회위치로부터 취출위치로 이동한 권심축으로부터 권회된 적층물을 제거하고, 취출위치로부터 권회위치로 이동한 권심축으로부터 적층물을 재차 권회하는 것이 바람직하다. 이와같이 권회공정을 행하는 것으로, 권회·취출의 전환조작 및 권회조작을 연속하여 행할 수 있다.
또한, 본 발명의 이차전지 제조장치는, 양극전극 시트형상물을 송출하는 양극전극 시트형상물 송출기구와, 전해물질함유 용액 또는 전해물질 겔을 상기 양극전극 시트형상물의 양면에 도포하는 제1 도포기구와, 양극전극 시트형상물에 도포된 전해물질함유 용액 또는 전해물질 겔을 가열하여 전해물질을 고착시키는 제1 가열기구와, 음극전극 시트형상물을 송출하는 음극전극 시트형상물 송출기구와, 전해물질함유 용액 또는 전해물질 겔을 상기 음극전극 시트형상물의 양면에 도포하는 제2 도공기구와, 음극전극 시트형상물에 도포된 전해물질함유 용액 또는 전해물질 겔을 가열하여 전해물질을 고착시키는 제2 가열기구와, 상기 전해물질이 고착된 양극전극 시트형상물과 음극전극 시트형상물을 절연상태로 중합(重合)시키기 위한 세퍼레이터를 공급하는 세퍼레이터 송출기구와, 전해물질이 고착된 양극전극 시트형상물과 세퍼레이터와 전해물질이 고착된 음극전극 시트형상물과 세퍼레이터를 적층한 상태에서 소정의 형상으로 권회하는 권회기구를 구비하는 것을 특징으로 하는 것이다.
본 발명의 이차전지 제조장치에 의하면, 상기 기구를 구비한 구성으로 되어 있으므로, 전해물질의 주입흔적, 경화시의 기포의 발생이 없는 제품을 효율좋고, 확실하게 제조할 수 있고, 더욱이 가공공정의 감소에 따라 제조장치 전체를 소형화할 수 있다.
또한, 본 발명의 이차전지 제조장치에 있어서, 양극전극 시트형상물 송출기구와 제1 도공기구 사이 또는 제1 가열기구와 권회기구 사이, 및 음극전극 시트형상물 송출기구와 제2 도공기구 사이 또는 제2 가열기구와 권회기구 사이에 각각 탭장착 기구가 설치되어 있는 것이 바람직하다.
즉, 양극전극 시트형상물로부터 제1 도공기구 및 제1 가열기구를 통하여 권회기구까지 반송되는 양극전극 시트형상물의 반송로상에 있어 양극전극 시트형상물 송출기구보다 하류에서 제1 도공기구보다 상류, 또는 양극전극 시트형상물의 반송로상에 있어 제1 가열기구보다 하류에서 권회기구보다 상류, 및 음극전극 시트형상물 송출기구로부터 제2 도공기구 및 제2 가열기구를 통하여 권회기구까지 반송되는 음극전극 시트형상물의 반송로상에 있어 음극 시트형상물 송출기구보다 하류에서 제2 도공기구보다 상류, 또는 음극 시트형상물의 반송로상에 있어 제2 가열기구보다 하류에서 권회기구보다 상류에, 각각 탭장착 기구가 설치되어 있는 것이 바람직하다.
이와같은 탭장착 기구가 설치된 구성으로 하면, 양극전극 시트형상물 및 음극전극 시트형상물의 소정위치에 탭을 형성할 수 있다. 또한, 전해물질의 주입흔적, 경화시의 기포의 발생이 없는 제품을 효율좋고, 확실하게 제조할 수 있음과 함께 가공공정의 감소에 따라 제조장치 전체를 소형화할 수 있다.
또한, 본 발명의 이차전지 제조장치에 있어서, 양극 또는 음극전극 시트형상물을 소정량 저류하는 아큐물레이터 롤러(Accumulator Roller)를 구비하고, 아큐물레이터 롤러를 장치 기대에 대하여 이동가능하게 구성하는 것이 바람직하다. 아큐물레이터 롤러를 장치 기대에 대하여 이동가능하게 구성하는 것으로, 양극 또는 음극전극 시트형상물을 소정량 저류할 수가 있다.
또한, 본 발명의 이차전지 제조장치에 있어서, 제1 가열기구 또는 제2 가열기구의 적어도 어느 한쪽은, 양극 또는 음극전극 시트형상물에 도포된 전해물질함유 용액 또는 전해물질 겔을 가열된 기체로 이루어지는 열풍에 의해 가열하는 가열실, 및 각 칸막이판에 의해 가열실에 대하여 각각 분리된 2개의 씰 실(Seal Room)로 이루어지는 가열상자 본체와, 열풍을 상기 가열실내에 공급하는 열풍공급수단과, 각각의 씰 실로부터 열풍을 각각 배기시키는 2개의 배기수단을 구비하고, 시트형상물의 출입구 방향에 대하여 가열상자 본체에 입구 및 출구를 설치하고, 동일 방향에 대하여 각각의 칸막이판에 개구부를 설치하는 것이 바람직하다. 이와같이 제1 가열기구 또는 제2 가열기구를 구성하는 것으로, 2개의 배기수단이 각각 작동하면, 가열상자 본체의 출입구로부터 외기가 각각 흡입됨과 함께, 칸막이판의 개구부로부터 가열실내의 열풍이 흡입되어 배출된다. 따라서, 가열실내의 열풍이 가열상자 본체의 출입구로부터 각각 유출되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 본 발명의 이차전지 제조장치에 있어서, 권회기구는, 장치 기대에 회전자유롭게 지지되어 회동되는 터릿부재와, 그 터릿부재에 회전자유롭게 부착된 권심축(卷心軸)을 구비하고, 권심축을, 양극전극 시트형상물과 음극전극 시트형상물과 세퍼레이터의 적층물을 순차적으로 소정의 형상으로 권회하는 위치, 및 권회된 적층물인 이차전지를 취출하는 위치중, 적어도 2곳에 설치하는 것이 바람직하다. 이와같이 권회기구를 권심축 및 터릿부재로 구성함으로써, 권회·취출의 전환시에 있어서 터릿부재를 회동시키는 것으로, 권회위치에 위치하는 권심축이 취출위치로, 취출위치에 위치하는 권심축이 권회위치로 각각 이동하고, 권회·취출의 전환조작 및 권회조작을 연속하여 행할 수 있다. 생산량이 적은 경우는, 본 발명의 이차전지 제조장치에 있어서 권심축을 1곳에 설치할 수 있다.
종래의 문제점을 해결하기 위한 형태로서, 이하의 것이 있다.
본 발명의 일실시예에 대하여 도면을 참조하면서 설명한다. 도1은 본 발명의 이차전지 제조장치의 하나인 리튬이온 폴리머 전지 제조장치의 구성의 일실시형태를 나타내는 개략도이다. 리튬이온 폴리머 전지 제조장치는, 양극전극 시트형상물 송출기구(1)와, 전해물질의 겔형상물 또는 전해물질함유 용액 등의 전해물질함유 용액(150)을 양극전극 시트형상물(101)의 양면에 간헐적으로 도포하는 제1 도공기구(2)와, 도포된 전해물질함유 용액(150)이 겔형상의 경우는 열풍에 의해 가열하여 용액형상으로 하여 양극전극 시트형상물(101)에 침투시켜서 고착시키고, 전해물질함유 용액(150)이 전해물질을 용매에 함유시킨 용액형상물의 경우는 열풍에 의해 가열하여 용매를 증발시켜서 전해물질을 양극전극 시트형상물(101)에 고착시키는 제1 가열기구(3)와, 음극전극 시트형상물 송출기구(4)와, 전해물질의 겔형상물 또는 전해물질이 용매에 함유된 용액형상물 등의 전해물질함유 용액(160)을 음극전극 시트형상물(111)의 양면에 간헐적으로 도포하는 제2 도공기구(5)와, 도포된 전해물질함유 용액(160)이 겔형상의 경우는 열풍에 의해 가열하여 용액형상으로 하여 음극전극 시트형상물(1110에 침투시켜서 고착시키고, 전해물질함유 용액(160)이 전해물질을 용매에 함유시킨 용액형상물의 경우는 열풍에 의해 가열하여 용매를 증발시켜서 전해물질을 음극전극 시트형상물(111)에 고착시키는 제2 가열기구(6)와, 전해물질(151)이 고착된 양극전극 시트형상물(102)과 전해물질(161)이 고착된 음극전극 시트형상물(112)을 절연상태로 중합시키기 위한 세퍼레이터(121, 131)를 공급하는 제1 세퍼레이터 송출기구(7) 및 제2 세퍼레이터 송출기구(8)와, 전해물질(151)이 고착된 양극전극 시트형상물(102)과 세퍼레이터(121)와 전해물질(161)이 고착된 음극전극 시트형상물(112)과 세퍼레이터(131)를 적층한 상태로 소정의 형상(단면형상이 사각형상, 원형상 등)으로 권회하는 권회기구(9)를 구비한 구성으로 되어 있다.
겔형상의 전해물질은 가열에 의해 액체형상으로 하여 도포할 수 있다.
상술한 양극전극 시트형상물 송출기구(1)에는, 제1 탭장착 기구(10)가 설치되고, 음극전극 시트형상물 송출기구(4)에는 제2 탭장착 기구(11)가 설치되어 있다. 이 제1 탭장착 기구(10)는, 제1 가열기구(3)와 권회기구(9) 사이, 제2 탭장착 기구(11)는, 제2 가열기구(6)와 권회기구(9) 사이에 설치할 수 있다.
즉, 도1에 도시한 바와 같이, 제1 탭장착 기구(10)는, 양극전극 시트형상물 송출기구(1)로부터 제1 도공기구(2) 및 제1 가열기구(3)를 통하여 권회기구(9)까지 반송되는 양극전극 시트형상물의 반송로상에 있어 양극전극 시트형상물 송출기구(1)보다 하류에서 제1 도공기구(2)보다 상류에, 제2 탭장착 기구(11)는, 음극전극 시트형상물 송출기구(4)로부터 제2 도공기구(5) 및 제2 가열기구(6)를 통하여 권회기구(9)까지 반송되는 음극전극 시트형상물의 반송로상에 있어 음극 시트형상물 반송기구(4)보다 하류에서 제2 도공기구(5)보다 상류에, 각각 설치할 수 있다.
이 제1 탭장착 기구(10)는, 양극전극 시트형상물 송출기구(1)와 제1 도공기구(2) 사이, 제2 탭장착 기구(11)는, 음극 시트형상물 송출기구(4)와 제2 도공기구(5) 사이에 설치할 수 있다.
상술한 양극전극 시트형상물 송출기구(1)는, 양극전극 시트형상물의 공급수단(15)과, 원반 롤(100)로부터 인출된 양극전극 시트형상물(101, 양극전극이 양면에 소정의 간격을 두고 간헐적으로 형성되어 있는 시트형상물 또는 양극전극이 양면에 연속하여 형성되어 있는 시트형상물의 어느쪽을 사용할 수 있음)을 안내하는 제1 가이드 롤러(Guide Roller, 16), 제2 가이드 롤러(17)와, 이 양극전극 시트형상물(101)을 소정량 저류하는 제1 아큐물레이터 롤러(18)와, 구동용 롤러(20)와 원반 롤러(21)를 구비하고, 양극전극 시트형상물(101)을 소정의 속도로 제1 도공기구(2)로 향하여 이송하는 제1 이송수단(19)과, 양극전극 시트형상물(101)을 제1 도공기구(2)에서의 도포위치로 주행시키는 위치결정용 롤러(22)로써 구성되어 있다.
양극전극 시트형상물의 공급수단(15)은 1개의 척축(Chuck Axle)(23, 예를들면, 압공(壓空)의 공급에 의해 코어(Core)의 내주면에 손톱 등의 가동부재를 압압(押壓)시켜서 이 코어를 지지하는 에어척(Air Chuck) 기구)이 베어링에 의해 기계 틀(12)에 설치되어 있는 프레임(Frame)에 회전자유롭게 부착되어 있고, 양극전극시트형상물 권취 롤러이기도 한 원반 롤러(100)를 이 척축(23)이 관통한 상태로 수평으로 지지하도록 되어 있다. 이 척축(23)은 모터에 의해 회전되어 소정의 속도로 양극전극 시트형상물(101)이 송출되도록 되어 있다.
이 공급수단(15)은 코어 척(Core Chuck)의 적어도 한쪽의 코어 척이 축심 길이방향으로 이동함과 함께 이 코어 척이 프레임에 회전자유롭게 부착되고, 양극전극 시트형상물 권취 롤러이기도 한 원반 롤러(100)를 이 코어 척에 의해 양측에서 수평의 상태로 지지하도록 되어 있는 것을 사용할 수가 있다.
제1 아큐물레이터 롤러(18)는 롤러가 베어링에 의해 기계 틀(12)에 회전자유롭게 설치된 회동 아암(Arm) 또는 기계 틀(12)에 설치된 가이드를 따라 대략 수직방향으로 이동가능한 슬라이더(Slider)에 부착되고, 제1 탭장착기구(10)가 작동할 때에 공급수단(15)에서의 양극전극 시트형상물(101)의 송출이 정지된 때에, 이 제1 탭장착기구(10)보다 하류측에 위치하는 양극전극 시트형상물(101)이 연속하여 반송할 수 있도록 하기 위하여 충분한 양의 양극전극 시트형상물(101)을 저류하도록 되어 있다.
제1 이송수단(19)은 구동수단인 모터에 의해 회전되고, 베어링에 의해 공통의 기계 틀(12) 또는 단독의 프레임에 부착된 구동용 롤러(20)와, 기계 틀(12) 또는 단독의 프레임에 형성된 가이드를 따라 이동하도록 부착된 지지체(支持體, 도시하지 않음)와, 지지체에 회전자유롭게 부착되고, 실린더, 스프링, 나사축 등의 압압수단에 의해 구동용 롤러(20)에 대하여 소정의 힘으로 압압되는 닙롤러(Nip Roller, 21)로써 구성되어 있다.
제1 도공기구(2)는, 수직방향으로 반송되는 양극전극 시트형상물(101)을 끼워서 토출구(24a, 25a)가 대향하도록 슬릿 다이 코터(Slit Die Coater, 24, 25)가 설치되고, 각각 전해물질함유 용액(150)을 저류하는 탱크, 이송액용의 펌프, 불순물을 제거하는 필터, 관로(管路)를 전환시키기 위한 전자밸브, 순환용의 관, 이송액용의 관 등을 구비한 도포액 공급수단(26, 27)이 연결되어 있다.
제1 가열기구(3)는, 양극전극 시트형상물(101)이 수직방향으로 아래쪽으로부터 윗쪽으로 향하여 주행하는 도중에 도포된 전해물질함유 용액(150)이 겔형상물의 경우는 열풍에 의해 가열하여 전해물질을 용액형상으로 하여서 양극전극 시트형상물(101)에 침투시켜 고착시키고, 전해물질함유 용액물(150)이 전해물질을 용매에 함유시킨 용액의 경우는 열풍에 의해 가열하여 용매를 증발시켜서 전해물질을 양극전극 시트형상물(101)의 양면에 고착시키는 가열실(31), 및 칸막이판(29, 30)에 의해 이 가열실(31)과 분리되어 열풍이 양극전극 시트형상물(101)의 출입구인 입구(28a), 출구(28b)로부터 유출하는 것을 방지하는 씰 실(32, 33)이 형성된 가열상자 본체(28)와, 송풍용의 팬 및 가열용 공기, 가스 등의 기체를 소정의 온도로 하는 가열기 및 가열된 기체를 가열실(31)내에 공급하는 덕트(Duct)로 이루어지는 열풍공급수단(34)과, 배기용의 팬(Fan, 도시하지 않음) 및 씰 실(32, 33)을 연결하는 덕트로 이루어지는 배기수단(35, 36)을 구비한 구성으로 되어 있다.
이 가열실(31)에는, 열풍을 양극전극 시트형상물(101)의 양면에 향하여 불어내기 위한 노즐(Nozzle)을 적의 설치할 수 있다.
상술한 배기수단(35)이 작동하면, 입구(28a)로부터 외기가 흡입됨과 함께 칸막이판(29)의 개구부(29a)로부터 가열실(31)내의 열풍이 흡입되어 배출되고, 배기수단(36)이 작동하면, 출구(28b)로부터 외기가 흡입됨과 함께 칸막이판(30)의 개구부(30a)로부터 가열실(31)내의 열풍이 흡입되어 배출된다. 그 때문에, 가열실(31)내의 열풍이 가열상자체(28)의 입구(28a) 및 출구(28b)로부터 유출하는 것을 방지할 수 있다.
음극전극 시트형상물 송출기구(4)는, 상술한 양극전극 시트형상물 송출기구(1)과 마찬가지로 음극전극 시트형상물의 공급수단(37)과, 원반 롤러(110)로부터 인출된 음극전극 시트형상물(111, 음극전극이 양면에 소정의 간격을 두고 간헐적으로 형성되어 있는 시트형상물 또는 음극전극이 양면에 연속하여 형성되어 있는 시트형상물의 어느쪽을 사용할 수 있음)을 안내하는 제8 가이드 롤러(38), 제9 가이드 롤러(39)와, 이 음극전극 시트형상물(111)을 소정량 저류하는 제3 아큐물레이터 롤러(40)와, 음극전극 시트형상물(111)을 소정의 속도로 제2 도공기구(5)로 향하여 이송하는 제2 이송수단(41)과, 음극전극 시트형상물(111)을 제2 도공기구(5)에서의 도포위치로 주행시키는 위치결정용 롤러(42)로써 구성되어 있다.
음극전극 시트형상물의 공급수단(37)은, 공급수단(15)과 마찬가지의 구성으로 되어 있고, 척축(43)이 베어링에 의해 프레임에 회전자유롭게 부착되고, 수평의 상태로 지지된 롤러(110)를 회전시켜서 음극전극 시트형상물(111)을 소정의 속도로 송출하도록 되어 있다.
상술한 양극전극 시트형상물 송출기구(1)의 공급수단(15)과 음극전극 시트형상물 송출기구(4)의 공급수단(37)을 다축 전환형으로 함과 함께, 자동스프라이스(Splice) 기구를 설치하여 양극전극 시트형상물(101)과 음극전극 시트형상물(111)을 각각 순차적으로 접속하여 송출하는 구성으로 할 수 있다.
상술한 제1 가이드 롤러(16), 제2 가이드 롤러(17), 위치결정용 롤러(22)는, 베어링(도시하지 않음)에 의해 공통의 기계 틀(12) 또는 단독의 프레임에 회전자유롭게 부착되어 있다.
제3 아큐물레이터 롤러(40)는, 제1 아큐물레이터 롤러(18)와 마찬가지의 구성이고, 제2 탭장착기구(11)가 작동할 때에 공급수단(37)으로부터의 음극전극 시트형상물(111)의 송출이 정지된 때에, 이 제2 탭장착기구(11)로부터 하류측에 위치하는 음극전극 시트형상물(111)이 연속하여 반송할 수 있도록 하기 위하여 충분한 양의 음극전극 시트형상물(111)을 저류하도록 되어 있다.
제2 이송수단(41)은, 제1 이송수단(19)과 마찬가지의 구성으로 되어 있고, 제2 도공기구(5)에 향하여 음극전극 시트형상물(111)을 송출하도록 되어 있다.
제2 도공기구(5)는, 상술한 제1 도공기구(2)와 동일한 구성으로 되어 있고, 한쌍의 슬릿 다이 코터(44, 45)와, 각 슬릿 다이 코터(44, 45)에 연결되고, 전해물질함유 용액(160)을 각 슬릿 다이 코터(44, 45)에 간헐적으로 공급하는 도포액 공급수단(46, 47)으로써 구성되어 있다.
제2 가열기구(6)는, 제1 가열기구(3)와 마찬가지로 음극전극 시트형상물 (111)이 수직방향으로 아래쪽으로부터 윗쪽으로 향하여 주행하는 도중에 도포된 전해물질함유 용액(160)이 겔형상물의 경우는 열풍에 의해 가열하여 전해물질을 용액형상으로 하여서 양극전극 시트형상물(101)에 침투시켜 고착시키고, 전해물질함유용액(160)이 전해물질을 용매에 함유시킨 용액의 경우는 열풍에 의해 가열하여 용매를 증발시켜서 전해물질을 음극전극 시트형상물(111)의 양면에 고착시키는 가열실(51), 및 칸막이판(49, 50)에 의해 이 가열실(51)과 분리되어 열풍이 입구(48a), 출구(48b)로부터 유출하는 것을 방지하는 씰 실(52, 53)이 형성된 가열상자 본체(48)와, 송풍용의 팬 및 가열용 공기, 가스 등의 기체를 소정의 온도로 하는 가열기 및 가열된 기체를 가열실(51)내에 공급하는 덕트로 되는 열풍공급수단(54)과, 배기용의 팬(도시하지 않음) 및 씰 실(52, 53)을 연결하는 덕트로 되는 배기수단(55, 56)을 구비한 구성으로 되어 있다.
상술한 제1 세퍼레이터 송출기구(7)는, 릴(Reel) 지지수단(57)과, 릴(120)로부터 송출된 세퍼레이터(121)를 안내하는 가이드 롤러(58, 59)로써 구성되어 있다. 이 릴 지지수단(57)은 구동수단인 모터(도시하지 않음)에 의해 회전되는 척축(에어 척)이 베어링에 의해 기계 틀(12)에 설치된 프레임에 회전자유롭게 부착되도록 되어 있고, 세퍼레이터 권취 릴(120)를 이 척축이 관통한 상태로 수평으로 지지하도록 되어 있다.
제2 세퍼레이터 송출기구(8)는, 기계 틀(12)에 설치되고, 제1 세퍼레이터 송출기구(7)와 마찬가지로 릴 지지수단(60)과, 릴(130)로부터 송출된 세퍼레이터 (131)를 안내하는 가이드 롤러(61, 62)로써 구성되어 있다. 이 릴 지지수단 60은 릴 지지수단 57과 마찬가지의 구성이고, 릴(130)을 이 척축이 수평으로 지지하도록 되어 있다.
이 제1 세퍼레이터 송출기구(7)와 제2 세퍼레이터 송출기구(8)를 다축 전환형으로 함과 함께, 자동 스프라이스 기구를 설치하여 세퍼레이터(121, 131)를 순차적으로 접속하여 송출하는 구성으로 할 수 있다.
권회기구(9)는, 전해물질(151)이 고착된 양극전극 시트형상물(102)과 세퍼레이터(121)와 음극전극 시트형상물(112)과 세퍼레이터(131)를 일체물형상으로 적층하기 위한 닙(Nip)수단(63)과, 적층된 양극전극 시트형상물(102), 세퍼레이터 (121), 음극전극 시트형상물(112), 세퍼레이터(131)를 소정의 형상으로 감기위한 권회수단(64)으로써 구성되어 있다.
이 닙수단(63)은, 베어링(도시하지 않음)에 의해 기계 틀(12)에 회전자유롭게 지지되어 구동수단인 모터(도시하지 않음)에 의해 소정의 속도로 회전되는 구동용 롤러(65)와, 기계 틀(12)에 형성된 가이드 또는 기계 틀(12)에 장착된 브라켓(Bracket)에 형성된 가이드를 따라 이동하는 가동부재에 회전자유롭게 부착된 닙 롤러(66)와, 닙 롤러(66)를 구동용 롤러(65)에 소정의 힘으로 압압되도록 가동부재를 이동시키는 유체 실린더, 스프링, 나사 등의 압압수단(도시하지 않음)으로써 구성되어 있다.
권회수단(64)은, 기계 틀(12)에 회전자유롭게 지지되고, 모터에 의해 회동되는 터릿부재(67)와, 이 터릿부재(67)에 회전자유롭게 부착된 권심축(68 ; 68-1, 68-2)과, 이 권심축(68)을 소정의 속도로 소정 회수 회전시키는 모터(도시하지 않음)를 구비한 구성으로 되어 있다.
이 권심축(68 ; 68-1, 68-2)은, 연속적으로 반송되는 양극전극 시트형상물 (102)과 음극전극 시트형상물(112)과 세퍼레이터(121, 131)의 적층물을 순차적으로소정의 형상(단면형상이 장방형, 정방형, 원형 등)으로 권회하는 위치와, 권회된 제품(전지)을 취출하는 위치의 적어도 2곳에 설치하는 것이 바람직하지만, 생산량이 적은 경우는 권심축(68)을 1곳으로 할 수가 있다.
또한, 권회수단(64)에서의 권회위치의 근방에는, 양극전극 시트형상물(102)과 음극전극 시트형상물(112)을 권회하는데 필요로 하는 소정의 길이로 각각 절단하는 절단수단(도시하지 않음)이 설치되어 있음과 함께, 제품의 취출위치의 근방에는 권회된 적층물의 단부를 권회물의 외주면에 고정하기 위한 고정용 점착(粘着) 테이프(190)를 첩착(貼着)하기 위한 고정용 점착테이프 첩착수단(도시하지 않음)이 설치되어 있다.
상술한 제1 가열기구(3)와 권회기구(9) 사이에는, 제1 가열기구(3)로부터 송출된 양극전극 시트형상물(102)을 수평방향으로 주행시키기 위한 제3 가이드 롤러(69)와, 이 양극전극 시트형상물(102)을 수직방향의 아래쪽으로 향하여 주행시키기 위한 제4 가이드 롤러(70)와, 수직방향의 윗쪽으로 향하여 주행한 양극전극 시트형상물(102)을 수평방향으로 주행시키기 위한 제5 가이드 롤러(71)와, 이 양극전극 시트형상물(102)을 수직방향의 아래쪽으로 향하여 주행시키기 위한 제6 가이드 롤러(72)와, 양극전극 시트형상물(102)을 권회기구(9)의 닙수단(63)으로 향하여 주행시키기 위한 제7 가이드 롤러(73)가 설치되어 있음과 함께, 제4 가이드 롤러(70)와 제5 가이드 롤러(71) 사이에는 제2 아큐물레이터 롤러(74)가 설치되어 있다.
이 제2 아큐물레이터 롤러(74)는, 제1 아큐물레이터 롤러(18)와 마찬가지의구성이고, 롤러가 대략 수직방향으로 이동하여 권회기구(9)에서의 권회수단(64)의 터릿부재(67)가 회동하여 권심축 68-1이 권회위치로부터 취출위치로, 권심축 68-2가 취출위치로부터 권회위치로 이동되어 권심축 68-2에 의한 권회가 개시되기 까지의 사이, 제1 가열기구(3)로부터 송출되어온 양극전극 시트형상물(102)을 저류하도록 되어 있다.
상술한 제2 가열기구(6)와 권회기구(9)와의 사이에는, 제2 가열기구(6)로부터 송출된 음극전극 시트형상물(112)을 수평방향으로 주행시키기 위한 제10 가이드 롤러(75)와, 이 음극전극 시트형상물(112)을 수직방향의 아래쪽으로 향하여 주행시키기 위한 제11 가이드 롤러(76)와, 수직방향의 윗쪽으로 향하여 주행하여 온 음극전극 시트형상물(112)을 수평방향으로 주행시키기 위한 제12 가이드 롤러(77)와, 이 음극전극 시트형상물(112)을 수직방향의 아래쪽으로 향하여 주행시키기 위한 제13 가이드 롤러(78)와, 음극전극 시트형상물(112)을 권회기구(9)의 닙수단(63)으로 향하여 주행시키기 위한 제14 가이드 롤러(79)가 설치되어 있음과 함께, 제11 가이드 롤러(76)와 제12 가이드 롤러(77)와의 사이에는 제4 아큐물레이터 롤러(80)가 설치되어 있다.
이 제4 아큐물레이터 롤러(80)는, 제2 아큐물레이터 롤러(74)와 마찬가지의 구성이고, 롤러가 대략 수직방향으로 이동하여 권회기구(9)에서의 권회수단(64)의 터릿부재(67)가 회동하여 권심축 68-1이 권회위치로부터 취출위치로, 권심축 68-2가 취출위치로부터 권회위치로 이동되어 권심축 68-2에 의한 권회가 개시되기 까지의 사이, 제2 가열기구(6)로부터 송출되어온 음극전극 시트형상물(112)을 저류하도록 되어 있다.
상술한 제1 아큐물레이터 롤러(18), 제2 아큐물레이터 롤러(74), 제3 아큐물레이터 롤러(40), 제4 아큐물레이터 롤러(80)는 수평방향으로 이동하는 구성으로 할 수가 있다.
상술한 제1 탭장착기구(10)는, 집전용의 양극탭(170)을 회전자유롭게 지지하는 탭공급용 릴지지수단과, 양극탭(170)에 보호 점착테이프를 탭의 양면에 첩착하,거나, 또는 휘감는 수단과, 양극탭(170)을 소정 길이로 절단하는 수단과, 양극탭(1870)을 양극전극 시트형상물(101)의 양극전극이 형성되어 있지 않은 소정위치로 융착시키는 초음파 융착수단으로써 구성되어 있고, 제1 가이드 롤러(16)와 제2 가이드 롤러(17) 사이에 설치되어 있다.
제2 탭장착기구(11)는, 제1 탭장착기구(10)와 마찬가지의 구성이고, 집전용의 음극탭(180)이 소정의 간격으로 접착된 보호테이프가 감겨진 릴을 회전자유롭게 지지하는 탭공급용 릴지지수단과, 음극탭(180)에 보호 점착테이프를 탭의 양면에 접착하거나, 또는 휘감는 수단과, 음극탭(180)을 소정 길이로 절단하는 수단과, 음극탭(180)을 음극전극 시트형상물(11)의 음극전극이 형성되어 있지 않은 소정위치에 융착시키는 초음파 융착수단으로써 구성되어 있고, 제8 가이드 롤러(38)와 제9 가이드 롤러(39) 사이에 설치되어 있다.
양극전극이 연속하여 형성되어 있는 양극전극 시트형상물(101)을 사용하는 경우는, 양극탭(170)을 장착하는 곳의 양극전극을 박리한 후에, 이 양극탭(170)을 시트형상물에 융착하고, 음극전극이 연속하여 형성되어 있는 음극전극 시트형상물(111)을 사용하는 경우는, 음극탭(180)을 장착하는 곳의 음극전극을 박리한 후에, 이 음극탭(180)을 시트형상물에 융착한다.
상술한 각 가이드 롤러 및 아큐물레이터 롤러 등의 롤러류는, 롤러가 베어링에 의해 한쪽에 지지된 상태로 기계 틀(12)에 회전자유롭게 부착되고, 각 시트형상물의 이동에 따라 회전되는 구성으로 되어 있다.
또한, 제1 가이드 롤러(16), 제8 가이드 롤러(38), 가이드 롤러(58, 61), 제6 가이드 롤러(72), 제13 가이드 롤러(78)에는, 장력검출수단, 사행(蛇行)량검출수단, 전해물질 도포위치검출수단 중 적어도 하나의 검출수단이 설치되어 있다. 이 가이드 롤러(58, 61), 제6 가이드 롤러(72), 제13 가이드 롤러(78)에 설치된 장력검출수단, 사행량검출수단, 전해물질 도포위치검출수단에 의해 양극전극 시트형상물(102)에서의 전해물질(151)과 음극전극 시트형상물(112)에서의 전해물질(161)의 위치가 일치하도록 제1 이송수단(19)에 의한 양극전극 시트형상물(101)의 반송속도, 제1 도공기구(2)에 의한 도포간격 및 제2 이송수단(41)에 의한 음극전극 시트형상물(111)의 반송속도, 제2 도공기구(5)에 의한 도포간격 및 사행 수정 등의 제어가 행해지도록 되어 있다.
상술한 양극전극 시트형상물 송출기구(1)와 음극전극 시트형상물 송출기구 (4)의 송출속도제어, 제1 세퍼레이터 송출기구(7)와 제2 세퍼레이터 송출기구(8)와의 송출속도제어 및 송출과 정지의 전환타이밍제어, 권회기구(9)에서의 닙수단(63)과 권회수단(64)의 회전속도제어 및 권회수단(64)과의 전환타이밍제어, 제1 도공기구(2), 제2 도공기구(5)의 도포량 및 도포액의 간헐 토출타이밍제어 등은 설정치입력기능, 기억기능, 비교연산기능, 동작지령출력기능 등을 구비한 제어장치(도시하지 않음)에 의해 행해지도록 되어 있다.
상술한 전지제조장치는, 권회기구(9)를 끼워서 한쪽에 양극전극 시트형상물 송출기구(1)와 제1 도공기구(2)와 제1 가열기구(3)와 제1 탭장착기구(10)가 배치되고, 다른쪽에 음극전극 시트형상물 송출기구(4)와 제2 도공기구(5)와 제2 가열기구(6)와 제2 탭장착기구(11)가 배치되어 있다. 제1 세퍼레이터 송출기구(7)와 제2 세퍼레이터 송출기구(8)는 권회기구(9)의 닙수단(63)으로 향하여 주행하는 양극전극 시트형상물(102) 및 음극전극 시트형상물(112)의 반송로에 의해 적의 결정할 수가 있다.
상술한 리튬이온 폴리머 전지제조장치에 의해 리튬이온 폴리머 전지를 제조하는 경우는 미리 양극전극 시트형상물(101)이 감겨진 롤(100) 및 음극전극 시트형상물(111)이 감겨진 롤(110)을 준비한다. 또한, 제1 도공기구(2)의 도포액 공급수단(26, 27)에 전해물질함유 용액(150)을 저류함과 함께, 제2 도공기구(5)의 도포액 공급수단(46, 47)에 전해물질함유 용액(160)을 저류한다. 이 전해물질함유 용액(150, 160)은, 전해물질이 용매 등에 함유되어 있으면 좋고, 전해물질의 종류, 함유량, 용액의 종류 등에 대하여 한정되지 않는다는 것은 말할 필요도 없다.
또한, 이 전해물질함유 용액(150, 160)을 대신하여 100% 전해물질의 겔형상물을 사용할 수 있고, 가열에 의해 액체형상으로 하여 도포하여도 좋다.
상술한 원반 롤(100) 및 원반 롤(110)은, 양면에 양극 및 음극의 활성물, 도전재, 결착재 등의 슬러리(Slurry)를 슬릿 다이 코터에 의해 간헐적으로 도포하고,이어서 가열기구안을 통과시킴으로써 이 슬러리를 건조시켜서 집전체에 고착시켜서 양극전극 시트형상물(101) 및 음극전극 시트형상물(111)을 형성하고, 슬릿터 (Slitter)에 의해 소정의 폭으로 절단하여 롤형상으로 감으므로써 얻어질 수가 있다.
상술한 양극전극 시트형상물을 형성하는 양극활물질로서는, 천이(遷移)금속의 리튬산화물인 망간산 리튬(LiMn2O4), 코발트산 리튬(LiCoO2), 니켈산 리튬(LiNiO2) 등이 바람직하다. 또한, 음극전극 시트형상물을 형성하는 음극활물질로서는 리튬이온 흡장능을 나타내는 탄소재료가 바람직하고, 코크스계 탄소, 흑연계 탄소가 바람직하다.
도전재로서는, 전자전도성의 공지의 물질이고, 천연흑연, 카본 블랙, 아세틸렌 블랙 등이 바람직하다.
결착재로서는, 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE), 폴리플루오르화비닐리덴 (PVDF), 헥사플루오로프로필렌(HFP) 등의 용액 또는 이들 등의 공중합체 용액이 바람직하다.
상술한 양극전극 시트형상물(101)을 감은 롤(100) 및 음극전극 시트형상물(111)을 감은 롤(110)이 준비되면, 롤(100)을 양극전극 시트형상물 송출기구(1)의 공급수단(15)의 척축(23)에 지지시킴과 함께, 롤(110)을 음극전극 시트형상물 송출기구(4)의 공급수단(37)의 척축(43)에 지지시킨다.
이어서, 제1 세퍼레이터 송출기구의 릴지지수단(57)에 릴(120)을 지지시킴과함께, 제2 세퍼레이터 송출기구(8)의 릴지지수단(60)에 릴(130)을 지지시켜서, 세퍼레이터(121, 131)를 인출하여 권회기구(9)에서의 닙수단(63)의 입구부의 소정위치에 지지시킨다.
또한, 제1 탭장착기구(10)에 양극탭(17)의 릴을 지지시킴과 함께 제2 탭장착기구(11)에 음극탭(180)의 릴을 지지시키고, 양극탭(170)과 음극탭(180)을 양극전극 시트형상물(101), 음극전극 시트형상물(111)에 융착시킬수 있는 상태로 한다.
원반 롤(100)에서의 양극전극 시트형상물(101)의 선단부(인출측) 및 원반 롤(110)에서의 음극전극 시트형상물(111)의 선단부(인출측)로 통하는 작업용의 미처리 시트부가 각각 설치되어 있는 경우는, 원반 롤(100)로부터 미처리 시트부를 인출하고, 미처리 시트부가 형성되어 있지 않은 경우는, 각 시트형상물의 선단부에 리드 필름을 부착하여 제1 가이드 롤러(16), 제2 가이드 롤러(17), 제1 아큐물레이터 롤러(18), 제1 이송수단(19), 위치결정용 롤러(22)로 이송하고, 이어서 제1 도공기구(2)의 슬릿 다이 코터(24, 25) 사이 및 제1 가열기구(3)의 가열상자 본체(28)안을 통하여 제3 가이드 롤러(69), 제4 가이드 롤러(70), 제2 아큐물레이터 롤러(74), 제5 가이드 롤러(71), 제6 가이드 롤러(72), 제7 가이드 롤러(73)에 걸어서 넘겨서 권회기구(9)의 닙수단(63)에 끼워 지지시키면, 원반 롤(110)로부터 미처리 시트부를 인출하여 제8 가이드 롤러(38), 제9 가이드 롤러(39), 제3 아큐물레이터 롤러(40), 제2 이송수단(41), 위치결정용 롤러(42)로 이송하고, 이어서 제2 도공기구(5)의 슬릿 다이 코터(44, 45) 사이 및 제2 가열기구(6)의 가열상자 본체(48)안을 통하여 제10 가이드 롤러(75), 제11 가이드 롤러(76), 제4 아큐물레이터 롤러(80), 제12 가이드 롤러(77), 제13 가이드 롤러(78), 제14 가이드 롤러(79)에 걸어 넘겨서 권회기구(9)의 닙수단(63)에 끼워 지지시킨다.
상술한 조작에 있어서, 제1 아큐물레이터 롤러(18), 제2 아큐물레이터 롤러(74), 제3 아큐물레이터 롤러(40), 제4 아큐물레이터 롤러(80)에는, 각각 리튬이온 폴리머 전지의 형성조작시에 필요로 하는 양의 시트형상물을 저류시킨다.
상술한 조작에 의해 양극전극 시트형상물(101)의 미처리 시트부와 음극전극 시트형상물(111)의 미처리 시트부의 이송이 완료되면, 권회기구(9)에서의 권회수단(64)의 권회위치에 있는 권심축(68)에 감겨지고, 양극전극 시트형상물 송출기구(1)의 공급수단(15), 음극전극 시트형상물 송출기구(4)의 공급수단(37), 및 권회기구(9)의 닙수단(63)과 권회수단(64)을 작동시켜서 감는다.
그리고, 양극전극 시트형상물(101)이 제1 탭장착기구(10)에 반송되어 미리 설정된 양극 탭부착위치에 오면, 공급수단(15)이 작동하고 양극전극 시트형상물(101)의 송출이 정지하면, 거의 동시에 제1 탭장착기구(10)가 작동하여 양극탭(170)이 양극전극 시트형상물(101)의 소정위치에 융착된다.
상술한 조작과 동시에 음극전극 시트형상물(111)이 제2 탭장착기구(11)에 반송되어 미리 설정된 음극 탭부착위치에 오면, 공급수단(37)이 작동하고 음극전극 시트형상물(111)의 송출이 정지하면, 거의 동시에 제2 탭장착기구(11)가 작동하여 음극탭(180)이 음극전극 시트형상물(111)의 소정위치에 융착된다.
이어서, 양극전극 시트형상물(101)이 제1 도공기구(2)의 도공위치에, 음극전극 시트형상물(111)이 제2 도공기구(5)의 도공위치에 오면, 이 제1 도공기구(2)의도포액 공급수단(26, 27)이 작동하여 관로가 전환되어 슬릿 다이 코터(24, 25)로부터 전해물질함유 용액(150)이 토출되어 양극전극 시트형상물(101)의 양면에 형성되어 있는 양극전극부와 동일 개소에 도포됨과 함께 제2 도공기구(5)의 도포액 공급수단(46, 47)이 작동하여 관로가 전환되어 슬릿 다이 코터(44,45)로부터 전해물질함유 용액(160)이 토출되어 음극전극 시트형상물(111)의 양면에 형성되어 있는 음극 전극부와 동일한 곳에 도포된다. 그리고 미리 설정된 길이에 대하여 도포하면, 도포액 공급수단(26, 27) 및 도포액 공급수단(46, 47)이 작동하여 각 관로가 전환되어 전해물질함유 용액(150, 160)의 토출이 정지된다.
상술한 전해물질함유 용액(150)이 도포된 양극전극 시트형상물(101)이 제1 가열기구(3)로 반송되면, 전해물질함유 용액(150)이 소정의 온도로 승온된 열풍에 의해 가열되고, 용매가 증발하여 전해물질(151)이 양극전극 시트형상물(101)의 양면에 고착된다.
상술한 동작과 동시에, 전해물질함유 용액(160)이 도포된 음극전극 시트형상물(111)이 제2 가열기구(6)로 반송되면, 전해물질함유 용액(160)이 소정의 온도로 승온된 열풍에 의해 가열되고, 용매가 증발하여 전해물질(161)이 음극전극 시트형상물(111)의 양면에 고착된다.
그리고, 전해물질(151, 161)의 고착조작이 끝난 양극전극 시트형상물(102)과 음극전극 시트형상물(112)이 권회에 필요한 길이로 되도록 절단수단(도시하지 않음)에 의해 각각 절단된 상태로 권회기구(9)에서의 닙수단(63)으로 반송되면, 제1 세퍼레이터 송출기구(7)와 제2 세퍼레이터 송출기구(8)가 작동하여 닙수단(63)의근방위치에 지지된 세퍼레이터(121, 131)의 선단부가 송출된다.
이러면, 양극전극 시트형상물(102)과 음극전극 시트형상물(112)의 사이에 세퍼레이터(121)가 위치하고, 음극전극 시트형상물(112)의 이면(裏面)에 세퍼레이터 (131)가 위치한 상태에서 닙수단(63)에 있어서 적층되어 끼워지지된 상태에서 권회수단(64)의 권심축 68-1로 이송되어 권심축(68-1)에 권회(파지)된다.
그리고, 권심축 68-1이 미리 설정된 회수 회전되어 소정의 형상(단면이 장방형 등)으로 되면, 터릿부재(67)가 회동하여 권심축 68-1이 취출위치로 이동함과 함께 권심축 68-2가 권회위치로 이동하고, 권심축 68-2에 양극전극 시트형상물(102), 세퍼레이터(121), 음극전극 시트형상물(112), 세퍼레이터(131)의 적층물이 권회된다.
상술한 전환조작시에서의 권심축 68-1과 권심축 68-2 사이에 위치하는 양극전극 시트형상물(102)에는 전해물질(151)이 고착되어 있지 않은 상태로 되어 있고, 음극전극 시트형상물(112)에는 전해물질(161)이 고착되어 있지 않은 상태로 되어 있다.
상술한 전환조작에 의해 권심축 68-1이 취출위치로 이동하면, 절단수단(도시하지 않음)이 작동하여 세퍼레이터(121, 131)를 절단함과 동시에, 고정용 점착테이프 첩착수단(도시하지 않음)이 작동하여 권심축 68-1에 권회된 적층물의 외주면과 절단단부(300a)에 고정용 점착테이프(190)가 접착되면, 권심축 68-1로부터 도2, 도3에 도시된 바와 같은 형상의 리튬이온 폴리머 전지(300)를 작업자 또는 도퍼(Doffer)기구 등에 의해 취출한다.
상술한 리튬이온 폴리머 전지(300)에서의 양극탭(170), 음극탭(180)에 대한 보호용 점착테이프(200, 210)의 접착 또는 감김은 제1 탭장착기구(10), 제2 탭장착기구(112)의 부분에 있어서 양극탭(170), 음극탭(180)의 융착의 전 또는 후에 행한다.
상술한 조작에 의해 세퍼레이터(121, 131)가 절단되고, 선단부가 권심축 68-2에 권회되면, 양극전극 시트형상물(102)과 음극전극 시트형상물(112) 사이에 세퍼레이터(121)가 위치하고, 음극전극 시트형상물(112)의 이면에 세퍼레이터(131)가 위치하도록, 소정 길이로 절단된 양극전극 시트형상물(102)과 음극전극 시트형상물(112)이 반송되어 권심축 68-1의 경우와 마찬가지의 조작에 의해 리튬이온 폴리머 전지(300)가 형성된다.
상술한 양극전극 시트형상물(101)의 양면에 대한 전해물질함유 용액(150)의 간헐 도포조작, 가열에 의한 전해물질(151)의 고착조작 및 음극전극 시트형상물(111)의 양면에 대한 전해물질 함유 용액(160)의 간헐 도포조작, 가열에 의한 전해물질(161)의 고착조작, 양극전극 시트형상물(102)과 음극전극 시트형상물(112) 사이에 세퍼레이터(121)를 공급하는 조작, 음극전극 시트형상물(112)의 이면에 위치하도록 세퍼레이터(131)를 공급하는 조작, 양극전극 시트형상물(102), 세퍼레이터(121), 음극전극 시트형상물(112), 세퍼레이터(131)를 닙수단(63)에 있어서 적층되어 끼워지지된 상태에서 권회수단(64)의 권심축 68-1에 권회시켜 소정의 형상으로 형성하고, 권심축 68-1, 68-2의 전환을 행하는 전환조작 및 권회조작을 연속하여 행함으로써, 대폭으로 가공공정을 생략할 수 있고, 집전용탭이 파손되지 않고, 더구나 전해물질의 주입흔적, 기포 등이 거의 발생하지 않는 리튬이온 폴리머 전지를 효율좋게 제조할 수가 있다.
본 발명의 이차전지의 구성, 이차전지 제조장치의 구성은 도1∼도3에 도시되는 구성 등에 한정되지 않는다는 것은 말할 필요도 없다.
이상과 같이, 본 발명에 관한 이차전지 및 이차전지 제조방법과 이차전지 제조장치는, 휴대용 전화, TV카메라, 노트형 퍼스널 컴퓨터 등의 전원에 사용되는 리튬이온 폴리머 전지, 리튬전지 등의 이차전지에 적합하다.

Claims (20)

  1. 전해물질함유 용액 또는 전해물질 겔(Gel)을 양극전극 시트(Sheet)형상물 및 음극전극 시트형상물의 각 양면에 각각 간헐적으로 도포하고, 양극전극 시트형상물 및 음극전극 시트형상물에 도포된 전해물질함유 용액 또는 전해물질 겔을 가열하여 전해물질을 고착시킨 후, 상기 전해물질이 고착된 양극전극 시트형상물과 전해물질이 고착된 음극전극 시트형상물이 절연상태로 되도록 세퍼레이터(Separator)를 개재시킨 상태에서 소정의 형상으로 권회(卷回)하여 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 양극전극 시트형상물 및 음극전극 시트형상물의 소정위치에 각각 집전용 탭(Tab)이 장착되어 있는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 양극전극 시트형상물은, 양극전극이 양면에 소정의 간격을 두고 간헐적으로 형성되어 있는 시트형상물, 또는 양극전극이 양면에 연속하여 형성되어 있는 시트형상물인 것을 특징으로 하는 이차전지.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 음극전극 시트형상물은, 음극전극이 양면에 소정의 간격을 두고 간헐적으로 형성되어 있는 시트형상물, 또는 음극전극이 양면에 연속하여 형성되어 있는 시트형상물인 것을 특징으로 하는 이차전지.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 양극전극 시트형상물은, 양극 활물질(活物質), 도전재, 및 결착재(結着材)로 형성되고, 상기 양극 활물질은, 리튬산화물인 것을 특징으로 하는 이차전지.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 음극전극 시트형상물은, 음극 활물질, 도전재, 및 결착재로 형성되고, 상기 음극 활물질은, 탄소재료인 것을 특징으로 하는 이차전지.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 탄소재료는, 코크스(Coke)계 탄소 또는 흑연계 탄소인 것을 특징으로 하는 이차전지.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 양극전극 시트형상물은, 양극 활물질, 도전재, 및 결착재로 형성됨과 함께, 상기 음극전극 시트형상물은, 음극 활물질, 도전재, 및 결착재로 형성되고, 상기 도전재는, 천연흑연, 카본블랙(Carbon Black), 또는 아세틸렌 블랙(AcetyleneBlack)인 것을 특징으로 하는 이차전지.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 양극전극 시트형상물은, 양극 활물질, 도전재, 및 결착재로 형성됨과 함께, 상기 음극전극 시트형상물은, 음극 활물질, 도전재, 및 결착재로 형성되고, 상기 결착재는, 폴리테트라플루오로 에틸렌, 폴리플루오르화 비닐리덴, 또는 헥사플루오로 프로필렌의 용액, 또는 이들의 공중합체 용액인 것을 특징으로 하는 이차전지.
  10. 양극전극 시트형상물을 송출하는 공정과,
    전해물질함유 용액 또는 전해물질 겔을 양극전극 시트형상물의 양면에 간헐적으로 도포하는 제1 도공(塗工)공정과,
    양극전극 시트형상물의 양면에 도포된 전해물질함유 용액 또는 전해물질 겔을 가열하여 전해물질을 고착시키는 제1 가열공정과,
    음극전극 시트형상물을 송출하는 공정과,
    전해물질함유 용액 또는 전해물질 겔을 음극전극 시트형상물의 양면에 간헐적으로 도포하는 제2 도공공정과,
    음극전극 시트형상물의 양면에 도포된 전해물질함유 용액 또는 전해물질 겔을 가열하여 전해물질을 고착시키는 제2 가열공정과,
    전해물질이 고착된 양극전극 시트형상물과 전해물질이 고착된 음극전극 시트형상물이 절연상태로 되도록 세퍼레이터를 개재시킨 상태에서 소정의 형상으로 권회하는 권회공정을 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 이차전지 제조방법.
  11. 제10항에 있어서,
    양극전극 시트형상물을 송출하는 공정과 제1 도공공정 사이, 또는 제1 가열공정과 권회공정 사이에 집전용 탭을 양극전극 시트형상물에 장착하는 공정이, 음극전극 시트형상물을 송출하는 공정과 제2 도공공정 사이, 또는 제2 가열공정과 권회공정 사이에 집전용 탭을 음극전극 시트형상물에 장착하는 공정이 각각 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 이차전지 제조방법.
  12. 제10항에 있어서,
    이차전지의 형성조작시에 필요로 하는 양의 양극전극 시트형상물 또는 음극전극 시트형상물을 저류(貯留)하는 것을 특징으로 하는 이차전지 제조방법.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 권회공정은, 장치 기대(基台)에 회전자유롭게 지지되어 회동되는 터릿(Turret)부재에 대하여, 각각 회전자유롭게 부착된 2개의 권심축(卷心軸)중, 한쪽이 권회위치에, 다른쪽이 취출(取出)위치에 각각 위치하고, 그 상태에서 권회위치에 위치하는 권심축이, 상기 양극전극 시트형상물과 음극전극 시트형상물과 세퍼레이터의 적층물을 순차적으로 소정의 형상으로 권회하고, 상기 적층물이 소정의형상으로 되면, 상기 터릿부재가 회동하는 것으로 권회위치에 위치하는 권심축이 취출위치로 이동함과 함께, 취출위치에 위치하는 권심축이 권회위치로 이동하고, 권회위치로부터 취출위치로 이동한 권심축으로부터 권회된 적층물을 취출하고, 취출위치로부터 권회위치로 이동한 권심축으로부터 적층물을 재차 권회하는 것을 특징으로 하는 이차전지 제조방법.
  14. 양극전극 시트형상물을 송출하는 양극전극 시트형상물 송출기구와,
    전해물질함유 용액 또는 전해물질 겔을 상기 양극전극 시트형상물의 양면에 도포하는 제1 도포기구와,
    양극전극 시트형상물에 도포된 전해물질함유 용액 또는 전해물질 겔을 가열하여 전해물질을 고착시키는 제1 가열기구와,
    음극전극 시트형상물을 송출하는 음극전극 시트형상물 송출기구와,
    전해물질함유 용액 또는 전해물질 겔을 상기 음극전극 시트형상물의 양면에 도포하는 제2 도공기구와,
    음극전극 시트형상물에 도포된 전해물질함유 용액 또는 전해물질 겔을 가열하여 전해물질을 고착시키는 제2 가열기구와,
    상기 전해물질이 고착된 양극전극 시트형상물과 음극전극 시트형상물을 절연상태로 중합(重合)시키기 위한 세퍼레이터를 공급하는 세퍼레이터 송출기구와,
    전해물질이 고착된 양극전극 시트형상물과 세퍼레이터와 전해물질이 고착된 음극전극 시트형상물과 세퍼레이터를 적층한 상태에서 소정의 형상으로 권회하는권회기구를 구비하는 것을 특징으로 하는 이차전지 제조장치.
  15. 제14항에 있어서,
    양극전극 시트형상물 송출기구와 제1 도공기구 사이 또는 제1 가열기구와 권회기구 사이, 및 음극전극 시트형상물 송출기구와 제2 도공기구 사이 또는 제2 가열기구와 권회기구 사이에 각각 탭장착 기구가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 이차전지 제조장치.
  16. 제14항에 있어서,
    양극전극 시트형상물 송출기구로부터 제1 도공기구 및 제1 가열기구를 통하여 권회기구까지 반송되는 양극전극 시트형상물의 반송로상에 있어 양극전극 시트형상물 송출기구보다 하류에서 제1 도공기구보다 상류, 또는 상기 양극전극 시트형상물의 반송로상에 있어 제1 가열기구보다 하류에서 권회기구보다 상류, 및 음극전극 시트형상물 송출기구로부터 제2 도공기구 및 제2 가열기구를 통하여 권회기구까지 반송되는 음극전극 시트형상물의 반송로상에 있어 음극 시트형상물 송출기구보다 하류에서 제2 도공기구보다 상류, 또는 상기 음극 시트형상물의 반송로상에 있어 제2 가열기구보다 상류에서 권회기구보다 상류에, 각각 탭장착 기구가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 이차전지 제조장치.
  17. 제14항에 있어서,
    상기 양극 또는 음극전극 시트형상물을 소정량 저류하는 아큐물레이터 롤러(Accumulator Roller)를 구비하고, 상기 아큐물레이터 롤러는 장치 기대에 대하여 이동가능하게 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 이차전지 제조장치.
  18. 제14항에 있어서,
    제1 가열기구 또는 제2 가열기구의 적어도 어느 한쪽은, 양극 또는 음극전극 시트형상물에 도포된 전해물질함유 용액 또는 전해물질 겔을 가열된 기체로 이루어지는 열풍에 의해 가열하는 가열실, 및 각 칸막이판에 의해 상기 가열실에 대하여 각각 분리된 2개의 씰 실(Seal Room)로 이루어지는 가열상자 본체와, 상기 열풍을 상기 가열실내에 공급하는 열풍공급수단과, 상기 각각의 씰 실로부터 열풍을 각각 배기시키는 2개의 배기수단을 구비하고, 상기 시트형상물의 출입구 방향에 대하여 상기 가열상자 본체에 입구 및 출구를 설치하고, 동일 방향에 대하여 각각의 칸막이판에 개구부를 설치하는 것을 특징으로 하는 이차전지 제조장치.
  19. 제14항에 있어서,
    상기 권회기구는, 장치 기대에 회전자유롭게 지지되어 회동되는 터릿(Turret)부재와, 그 터릿부재에 회전자유롭게 부착된 권심축을 구비하고, 상기 권심축을 1곳에 설치하는 것을 특징으로 하는 이차전지 제조장치.
  20. 제14항에 있어서,
    상기 권회기구는, 장치 기대에 회전자유롭게 지지되어 회동되는 터릿부재와, 그 터릿부재에 회전자유롭게 부착된 권심축을 구비하고, 상기 권심축을, 상기 양극전극 시트형상물과 음극전극 시트형상물과 세퍼레이터와의 적층물을 순차적으로 소정의 형상으로 권회하는 위치, 및 권회된 적층물인 이차전지를 취출하는 위치의 적어도 2곳에 설치하는 것을 특징으로 하는 이차전지 제조장치.
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