KR20100120239A

KR20100120239A - 전지용 극판의 제조방법

Info

Publication number: KR20100120239A
Application number: KR1020107022591A
Authority: KR
Inventors: 교우시게 시미즈; 겐이치 오시마; 히데오 호리
Original assignee: 파나소닉 주식회사
Priority date: 2008-09-26
Filing date: 2009-09-25
Publication date: 2010-11-12
Also published as: CN102047472A; US20100330267A1; JP2010080272A; KR101201050B1; WO2010035474A1

Abstract

본 발명의 제조방법은, 기다란 띠 형상의 집전체의 적어도 한쪽의 면에 전극 활물질을 도공하여 활물질층을 형성한 제1 극판 전구체(1)를 얻는 공정(a), 활물질층을 소정 두께로 하도록 극판 전구체를 압연하는 공정(b), 및 압연된 극판 전구체를 원하는 폭으로 재단하여, 복수 조의 극판을 얻는 공정(c)를 포함한다. 공정(a)에서, 극판 전구체의 폭 방향의 양단에 활물질이 도공되지 않은 비도공 부분이 형성된다. 그것을 절제하는 공정(d)가, 공정(c)와 동시에 실시된다. 이에 따라, 극판 전구체를 압연하는 공정에서 발생하는 품질 불량을 감소시켜, 생산 효율의 향상 및 재료 손실의 저감을 도모할 수 있다.

Description

전지용 극판의 제조방법{METHOD FOR MANUFACTURING BATTERY ELECTRODE PLATE}

본 발명은, 전지용 극판의 제조방법에 관한 것이며, 더 상세하게는, 띠 형상의 집전체에 활물질을 도공하고, 원하는 치수로 재단하여 전지용 극판을 제조하는 방법의 개량에 관한 것이다.

최근, AV기기, 퍼스널 컴퓨터, 혹은 휴대형 통신기기 등의 전자기기의 휴대용화 및 무선화가 급속히 진행되고 있다. 이들 전자기기의 구동용 전원으로 종래에는, 니켈 카드뮴 전지나 니켈 수소 전지 등의 수용액계 전지가 주로 이용되어 왔다. 그러나, 최근에는, 이들 전원에 이용되는 전지는, 급속 충전이 가능하고, 체적 에너지 밀도 및 중량 에너지 밀도가 모두 높은 리튬 이온 이차전지로 대표되는 비수 전해액 전지가 주류를 이루고 있다. 한편, 상술한 니켈 카드뮴 전지나 니켈 수소 전지는, 큰 부하 특성을 필요로 하는 무선 파워 툴이나 전기 자동차 등의 구동용 전원으로서 사용되고 있으며, 한층 더 고용량과 대전류 방전 특성이 요구되고 있다.

상술한 각종 전지는, 통상적으로, 기다란 띠 형상의 금속박이나 다공성 금속판 등으로 이루어진 집전체에 페이스트 상(狀)의 전극 활물질을 포함한 합제(이하, 합제 페이스트라고 한다)를 도공하고, 그것을 건조하여 활물질층을 형성함으로써 극판이 제조된다. 활물질층이 형성된 집전체(이하, 집전체에 활물질층이 형성된 것을 극판 전구체라 한다)는, 소정 두께가 되도록 예를 들면 롤러에 의해 압연된 후, 소정 폭으로 슬릿 가공되고, 소정 길이로 절단되어 전지용 극판이 완성된다.

여기서, 도 7∼도 9에 도시하는 바와 같이, 집전체에 활물질층을 형성하기 위한, 합제 페이스트의 도공 방법에는 몇가지 형태가 있다.

도 7에서는, 집전체(31)에 일정하게 합제 페이스트를 도공하여 1개의 활물질층(32)이 형성되어 있다.

도 8에서는, 합제 페이스트를 집전체(31)의 길이 방향에 간헐적으로 도공하고 있다. 이에 따라, 복수의 활물질의 도공 부분(32A)이, 활물질의 비도공 부분(제2 비도공 부분)(33)을 사이에 두고 집전체(31)의 길이 방향에 소정 피치로 나열되도록 형성되어 있다. 활물질층(32)은, 이들 복수의 활물질의 도공 부분(32A)으로 구성되어 있다(소위, 간헐 도공).

도 9에서는, 합제 페이스트를, 집전체(31)를 폭 방향으로 3분할한 각 영역에 각각 독립하여 스트라이프 형상으로 도공하고 있다. 이에 따라, 3조의 도공 부분 (32B)이 집전체(31)의 폭 방향으로 나열되도록 형성되어 있다. 활물질층(32)은, 이들 복수의 활물질의 도공 부분(32B)으로 구성되어 있다(소위 스트라이프 도공).

그리고, 이들 어떤 형태에서든, 집전체의 폭 방향의 양측에는, 활물질의 비도공 부분(제1 비도공 부분)(35)이 형성된다. 집전체의 폭 방향의 양측에 제1 비도공 부분이 형성되는 것은, 기다란 띠 형상의 집전체를 길이 방향으로 이송하면서 활물질을 주성분으로 하는 페이스트를 도공할 때에, 집전체가 약간이지만 사행하는 경우도 있으며, 도공 위치의 정밀도에 한계가 존재하기 때문이다. 또한, 처짐(저점도 내지는 저틱소트로피에 의해 페이스트의 도공 형상을 유지할 수 없는 상태) 등에 의해 도공후의 페이스트가 폭 방향으로 튀어나올 우려도 존재하기 때문이다.

그리고, 상술의 압연 공정에서는, 전지를 고용량화하기 위해서, 최근, 가압력을 높여, 도공된 활물질을 점점 고밀도화하는 것이 행하여지고 있다. 그러나, 상기 압연 공정에서의 극판 전구체의 변형은, 그 두께의 감소가 면방향에 따른 균일한 신장(extension)에 의한 균형잡힌 것이면 좋지만, 그렇지 않은 경우는 여러가지 결함과 품질 불량으로 이어진다.

예를 들면, 압연 후의 극판 전구체가 표면 및 이면의 어딘가가 볼록해지는 '만곡(curving)'이나, 압연 후의 극판 전구체에서 집전체에 불규칙한 요철이 발생하는 '주름(wrinkling)' 등의 불량이 일어난다. 극판 전구체에 만곡이나 주름 등의 불량이 발생하면, 압연 후의 극판 전구체를 코일 형상으로 감을 때에도 곤란함을 동반한다.

여기서, 극판 전구체가 면방향을 따라서 균일하게 신장하지 않는 주된 원인은, 상술한 바와 같이, 극판 전구체에 활물질의 도공 부분과 비도공 부분이 존재하는 것에 있다고 생각된다. 예를 들면 띠 형상의 극판 전구체를 길이 방향으로 이송하면서 1쌍의 롤러 사이를 통과시켜 압연을 행하는 경우에는, 활물질의 도공 부분만이 가압되고, 제1 비도공 부분은 거의 가압되지 않는다. 이와 같이, 활물질의 도공 부분과 비도공 부분의 사이에 극판 전구체에 가해지는 압력에 차이가 있으면, 양자간에 신장의 차이를 일으켜, 그 신장의 차이에 의해 주름이 생기거나, 도공 부분과 비도공 부분의 경계 부분에 끊김이 발생하거나 한다.

또한, 압연에 의한 변형이 극판 전구체의 면방향에 따른 변형에만 의한 경우에도, 그 변형이 폭 방향의 양측의 사이에 불균일하면, 압연 후의 극판 전구체가 좌우로 구부러지는 '휨(warping)'이 발생한다. 이러한 휨이 발생하면, 상술한 슬릿 가공 등을 거쳐 제작된 전지용 극판을 소용돌이 형상으로 감아 돌려 극판군을 구성할 때에, 극판이 권심의 축방향에 어긋나는 '감기 어긋남'이 발생한다. 또한, 집전체에 도공된 활물질의 결착력이 압연에 의한 집전체의 신장에 추종할 수 없는 경우는, 활물질층의 표면에 '크랙'이 발생한다. 주름이나 크랙이 발생한 극판 전구체를 재단하여 제작된 전지용 극판은 활물질의 탈락을 일으키기 쉽다. 따라서, 이러한 전지용 극판을 사용하여 전지를 제작하면, 특히 리튬 이온 이차전지에서는, 중대한 품질 불량으로 이어지는 경우가 있다.

이상과 같이, 극판 전구체는, 활물질이 도공된 도공 부분과 비도공 부분을 아울러 가진 상태로 압연되는 것이, 여러가지 불량의 발생 원인이 되고 있다. 이 때문에, 그것을 피하기 위한 여러가지 대책이 실시되고 있다.

예를 들면, 특허문헌 1에 기재되어 있는 바와 같이, 압연 공정 전에, 극판 전구체의 폭 방향 양단의 비도공 부분(제1 비도공 부분)을 미리 절제하는 것이 행하여지고 있다.

또한, 활물질을 집전체에 도공할 때에 활물질을 포함한 페이스트가 집전체의 폭 방향으로는 튀어나오지 않도록 막을 필요가 있다. 그러기 위해서는, 합제 페이스트의 점도 및 틱소트로피를 조절할 필요가 있다. 그리고, 그렇게 합제 페이스트의 점도 및 틱소트로피를 조절하면, 도 10에 도시한 바와 같이, 활물질층(32)의 폭 방향의 양단이 부풀어 오르는 경우가 있다. 이 경우에는, 압연시에 그 부분에 응력이 집중하여, 집전체에 끊김이 발생하는 원인이 되는 경우가 있다. 이 때문에, 특허문헌 2에 기재되어 있는 바와 같이, 활물질의 비도공 부분(제1 비도공 부분) 뿐만 아니라, 도공 부분의 양단도 포함하여 절제하는 경우도 행하여지고 있다.

한편, 활물질을 도공할 때에, 유동성이 높은 활물질의 페이스트를 도공했을 경우에는, 도공 후의 폭 방향 단면이, 도 11에 도시하는 바와 같이, 양단에 가까워짐에 따라서 두께가 얇아지는 형상이 되는 경우가 많다. 이러한 형상의 극판 전구체를 압연한 후, 원하는 폭으로 슬릿 가공하여 전지용 극판을 제작했을 경우에는, 양단측으로부터 잘려 나온 전지용 극판은 휨이 발생하기 쉬워진다.

또한, 극판 전구체를 압연할 때에 극판 전구체에 부가되는 장력은, 주름이나 끊김의 발생률에 큰 영향을 미친다. 즉, 집전체에 가해지는 장력이 너무 크면 뒤틀림이 생긴다. 집전체에 뒤틀림이 생긴 채로 극판 전구체를 압연하면, 그 뒤틀림이 소성변형인 주름으로서 고정되어 버릴 가능성이 크다. 이 점에 관하여, 특허문헌 3에는, 가압 롤러의 전후에서 극판 전구체에 여유를 두어, 압연시에 극판 전구체에 큰 장력이 가해지지 않도록 하는 것이 제안되어 있다.

또한, 도 8에 도시하는 바와 같이, 극판 전구체의 길이 방향에 활물질의 도공 부분(32A)이 간헐적으로 형성되는 경우에는, 가압 롤러가 활물질의 도공 부분 (32A)과 비도공 부분(제2 비도공 부분)(33)의 경계를 이동할 때에 충격이 발생하고, 특히 활물질의 도공 부분(32A)의 네 모서리에서 끊김이 발생하기 쉬운 것도 알려져 있다. 발생한 끊김이 큰 경우에는, 극판 전구체가 파단해 버리는 경우도 있고, 그러한 경우에는 큰 생산 손실을 초래한다.

또한, 길이 방향으로 간헐적으로 활물질층이 형성되어 있는 극판 전구체를 압연하는 경우에는, 도 8에 도시한, 활물질의 비도공 부분(제2 비도공 부분)(33)의 양측의 비도공 부분(제1 비도공 부분)(35)이 가압 롤러와 유착하고, 유착한 비도공 부분이 파손하는 경우가 있다. 그 원인은, 가압 롤러의 활물질의 도공 부분(32A)과 대응하는 부위가 마모되어, 비도공 부분(제1 비도공 부분)(35)과 대응하는 부위가 상대적으로 돌출하게 되기 때문이다. 이러한 경우에, 둘레면에 집전체의 파편이 유착한 상태에서 가압 롤러를 사용하여 압연을 속행하면, 가압 롤러가 손상하는 등의 사고를 초래한다.

극판 전구체의 길이 방향에 간헐적으로 활물질층이 형성되어 있는 경우의 상술한 불량을 방지하기 위해서, 가압 롤러에 간좌(스페이서)를 사용하는 것도 행하여지고 있다(특허문헌 4 참조). 또한, 가압 롤러를 다단으로 설치하고, 압연에 의한 집전체의 소성변형을 서서히 진행시키도록 하여, 각 단의 가압 롤러에서의 가압력을 작게 하는 것도 행하여지고 있다(특허문헌 5 및 6 참조).

특허문헌 1 : 일본 공개특허공보 평성5-47375호 특허문헌 2 : 일본 공개특허공보 평성11-176424호 특허문헌 3 : 일본 공개특허공보2001-118753호 특허문헌 4 : 일본 공개특허공보2000-133251호 특허문헌 5 : 일본 공개특허공보2004-311296호 특허문헌 6 : 일본 공개특허공보 평성8-192090호

특허문헌 1 및 특허문헌 2에 기재되어 있는 바와 같이, 종래에는 상기한 각종 결함을 방지하기 위해서, 압연 공정 전에 극판 전구체의 폭 방향의 양단의 비도공 부분(제1 비도공 부분)을 미리 절제하는 것이 필수적이었다. 한편, 특허문헌 2에서는, 비도공 부분뿐만 아니라 도공 부분의 양단을 포함한 극판 전구체의 양단부를 압연 공정 전에 절제하고 있다. 그러나, 이 경우에는, 극판 전구체를 소정 폭으로 재단하는 재단 공정(슬릿 가공)과는 별도로, 소위 '트리밍 공정'을 건조 공정과 압연 공정 사이에 개재시키게 되어, 생산 효율이 저하한다. 또한, 압연 공정 전에 극판 전구체의 폭 방향의 양단부를 절제하는 공정을 개재시키면, 절삭분이 다음의 압연 공정에서 활물질층에 압입되어, 전지 완성 후에 전압 불량을 초래하는 경우도 있을 수 있다. 또한, 트리밍에 의한 절제폭이 크면, 그만큼 원재료의 손실은 커진다.

또한, 특허문헌 3에 기재되어 있는 바와 같이, 압연의 전후에 극판 전구체에 여유를 두어, 압연시에 가압 롤러의 전후에서 극판 전구체에 장력이 가해지지 않도록 하면, 압연에 의한 집전체의 폭 방향의 신장이 커진다. 그 결과, 극판 전구체를 원하는 폭으로 재단하는 재단 공정(슬릿 가공)에서 극판 전구체의 양단부가 절제되는 부재량이 증대한다. 또한, 극판 전구체의 폭 방향의 치수 관리도 곤란해진다. 또한, 극판 전구체가 가압 롤러를 통과할 때에 일어나기 쉬운 집전체의 사행 주행을 방지하는 것도 곤란해진다.

또한, 특허문헌 4에 기재되어 있는 바와 같이, 가압 롤러의 사이에 간좌를 배치하면, 확실하게, 가압 롤러가, 도 8에 도시한, 활물질의 도공 부분(32A)과 비도공 부분(제2 비도공 부분)(33)의 경계를 이동할 때의 충격이나, 비도공 부분(제1 비도공 부분)(35)이 가압 롤러와 유착하는 것은 방지된다. 그러나, 활물질의 도공 부분을 포함한 극판 전구체의 두께가 겨우 300㎛인 리튬 이온 이차전지에서는, 간좌를 사용하면 원하는 가압력을 얻을 수 없게 된다. 이 때문에, 최근에는 간좌를 사용하지 않는 경우가 많아지고 있다.

본 발명은 상기 문제점을 감안하여 이루어진 것으로서, 극판 전구체를 압연하는 공정에서 발생하는 품질 불량을 감소시켜, 생산 효율을 향상시키는 동시에, 재료의 폐기량을 줄여, 재료 손실을 더 저감시킬 수 있는 전지용 극판의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.

본 발명은, (a)기다란 띠 형상의 집전체의 적어도 한쪽의 면에, 전극 활물질을 도공하여 활물질층을 형성하는 동시에, 상기 집전체의 폭 방향의 양단에 상기 전극 활물질이 도공되지 않은 제1 비도공 부분을 형성함으로써, 제1 극판 전구체를 제작하는 공정,

(b)소정의 두께가 되도록 상기 제1 극판 전구체를 압연하는 공정, 및

(c)상기 압연된 제1 극판 전구체를 소정 폭으로 재단하여, 복수 조의 제2 극판 전구체를 얻는 공정,

(d)상기 제1 비도공 부분의 적어도 일부를 절제하는 공정,

을 포함한 전지용 극판의 제조방법으로서, 상기 공정(d)를, 상기 공정(c)와 동시에 실시하는, 전지용 극판의 제조방법을 제공한다.

본 발명에 의하면, 기다란 띠 형상의 집전체의 적어도 한쪽의 면에 전극 활물질을 도공하여 활물질층을 형성하는 공정(a)를 실시할 때에 형성된, 상기 활물질이 도공되지 않은 제1 비도공 부분을 절제하는 공정(d)가, 압연 후의 극판 전구체를 원하는 폭의 복수 조의 극판으로 재단하는 공정(c)와 동시에 실시된다. 이에 따라, 공정수를 삭감할 수 있고, 전지용 극판의 생산 효율을 향상시킬 수 있다. 또한, 상기 공정(d)에서 절제되는 극판 전구체의 재료를 줄여, 재료 손실을 저감할 수 있다. 또한, 극판 전구체를 압연하는 공정에서 발생하는 주름이나 끊김 등의 품질 불량의 발생을 저감할 수 있다.

[도 1] 도 1은, 본 발명에 적용되는, 극판 전구체를 압연하기 위한 장치의 일례를 도시한 사시도이다.
[도 2] 도 2는, 본 발명의 실시예 및 비교예에서의 주름불량 발생률을 도시한 그래프이다.
[도 3] 도 3은, 활물질층이, 폭 방향의 양단이 비도공 부분의 근방에 이르기까지 평탄하게 형성된 극판 전구체의 횡단면도이다.
[도 4] 도 4는, 본 발명의 다른 실시형태에 관한 전지용 극판의 제조방법을 실시하기 위한 압연장치의 다른 일례를 모식적으로 도시한 측면도이다.
[도 5] 도 5는, 크라운 롤러의 형상을 모식적으로 도시한 정면도이다.
[도 6] 도 6은, 축 벤딩의 개념을 모식적으로 도시한 정면도이다.
[도 7] 도 7은, 활물질층이 일정하게 형성된 극판 전구체의 사시도이다.
[도 8] 도 8은, 활물질층이 길이 방향으로 간헐적으로 형성된 극판 전구체의 사시도이다.
[도 9] 도 9는, 활물질층이 폭 방향으로 분할되어 형성된 극판 전구체의 사시도이다.
[도 10] 도 10은, 활물질층이, 폭 방향의 양단이 부풀어 오르도록 형성된 극판 전구체의 횡단면도이다.
[도 11] 도 11은, 활물질층이, 폭 방향의 양단이 얇아지도록 형성된 극판 전구체의 횡단면도이다.

본 발명은, (a)기다란 띠 형상의 집전체의 적어도 한쪽의 면에, 전극 활물질을 도공하여 활물질층을 형성하는 동시에, 상기 집전체의 폭 방향의 양단에 상기 전극 활물질이 도공되지 않은 제1 비도공 부분을 형성함으로써, 제1 극판 전구체를 제작하는 공정, (b)소정의 두께가 되도록 제1 극판 전구체를 압연하는 공정, (c) 압연된 제1 극판 전구체를 소정 폭으로 재단하여, 복수 조의 제2 극판 전구체를 얻는 공정, 및 (d)제1 비도공 부분의 적어도 일부를 절제하는 공정을 포함한 전지용 극판의 제조방법에 관한 것이다. 여기서, 제1 비도공 부분을 절제하는 공정(d)는, 공정(c)와 동시에 실시된다.

이와 같이, 제1 비도공 부분을 절제하는 공정(d)가, 극판 전구체를 압연하는 공정(b) 전에 행하여지는 것이 아니라, 공정(b) 후의, 극판 전구체를 원하는 폭의 복수 조의 극판으로 재단하는 공정(c)와 동시에 실시되므로, 공정수가 감소하여, 생산의 효율화를 도모할 수 있다.

또한, 본 발명은, 공정(b)가, 제1 극판 전구체를 길이 방향으로 이송하면서, 서로 평행하게 배치되는 적어도 1쌍의 롤러 사이를 통과시키도록 하여 실시되는 경우에 적용함으로써, 보다 현저한 효과를 발휘한다. 극판 전구체의 형상으로부터도, 롤러에 의해 압연 가공을 실시하는 것이 효율적이며, 또한, 본 발명은, 롤러를 사용하여 극판 전구체를 연속적으로 압연해 나가는 경우에 발생하는 불량을 효과적으로 억제할 수 있는 것이기 때문이다.

여기서, 길이 방향으로 이송되는 제1 극판 전구체의, 적어도 1쌍의 롤러에 의해 압연되는 부분의 앞쪽 부분에 부여되는 장력은, 길이 방향으로 이송되는 제1 극판 전구체의, 압연되는 부분의 뒤쪽 부분에 부여되는 장력보다 크게 하는 것이 바람직하다.

압연 전에 부여되는 장력을 보다 크게 함으로써, 압연에 의한 극판 전구체의 폭 방향의 신장을 길이 방향의 신장에 흡수시킬 수 있다. 즉, 활물질층이 형성된 기다란 띠 형상의 집전체, 즉 극판 전구체를 길이 방향으로 이송하면서 1쌍의 롤러에 의해 압연하는 경우는, 압연에 의한 변형이, 롤러간의 거리가 최소가 되는 위치의 바로 앞의 위치에 집중한다. 여기서, 압연에 의한 변형에 의해 극판 전구체가 폭 방향으로 신장해 버리면, 후에 실시되는 극판 전구체의 폭 방향 양단의 비도공 부분을 절제하는 공정에서 절제하는 위치가 폭 방향의 안쪽이 되어, 재료 손실이 증대한다.

따라서, 압연 전에 극판 전구체에 부여되는 장력을 극판 전구체가 파단하지 않는 범위에서 큰 것으로 하여, 극판 전구체의 변형에 의한 폭 방향의 신장을 길이 방향의 신장에 흡수시키는 것으로 하는 것이 바람직하다.

또한, 압연 후의 극판 전구체에는, 사행을 억제하는데 필요 충분한 정도의 비교적 작은 장력을 부여하는 것이 바람직하다.

여기서, 극판 전구체에 부여하는 장력은, 집전체의 재질 및 두께, 도공된 활물질의 전연성, 및 가압력의 크기에 의해 증대하는 압연 변형량 등에 따라서 결정된다.

또한, 제1 비도공 부분의 폭은, 각각 2mm 이상 8mm 이하로 하는 것이 보다 바람직하다.

이와 같이, 제1 비도공 부분의 폭을 각각 종래의 것(종래에는, 10mm이상)보다 작은 2mm 이상 8mm 이하로 함으로써, 예를 들면 리튬 이온 이차전지의 양극판과 같이 활물질층의 압축에 매우 큰 가압력을 필요로 하는 전지용 극판의 제조이더라도, 제1 비도공 부분을 압연 공정(공정 b)의 후에 절제하는 것이 가능해진다. 이것은, 상기 폭을 2mm 이상 8mm 이하로 함으로써, 제1 비도공 부분을 절제하지 않고 압연하여도, 압연 공정에서 주름이나 휨, 끊김 등의 품질 불량이 발생하는 발생률을 원하는 발생률까지 충분히 저감하는 것이 가능하기 때문이다(도 2 참조).

또한, 공정(c)에서 절제되는 제1 비도공 부분의 폭이 작아지는 것으로부터 재료 손실이 저감된다. 또한, 제1 비도공 부분의 절제가 압연 공정 후에 이루어지므로, 상기 절제에 의해 생기는 절삭분이 활물질층에 혼입하는 것을 회피할 수 있다. 따라서, 전압 불량 등의 품질 불량이 일어나는 것을 방지할 수 있다.

도 2에 본 발명에 의한 리튬 이온 이차전지의 양극판용 극판 전구체를 압연하는 경우에의, 제1 비도공 부분의 폭과 주름 불량 발생률의 관계를 나타낸다. 동 도면에서의 주름 불량 발생률은, 극판 전구체의 전체 길이에 대한 불량 발생 부분의 길이의 비율을 나타내고 있다. 상세하게는 나중의 실시예에서 설명하지만, 동 도면에 도시하는 바와 같이, 제1 비도공 부분의 폭을 8mm 이하로 함으로써, 주름불량의 발생률을 극히 작게 할 수 있다. 또한, 그에 따라, 끊김이나 파손 등의 품질 불량의 발생률도 매우 작은 것으로 할 수 있다. 여기서, 제1 비도공 부분의 폭의 하한을 2mm로 하고 있는 것은, 극판 전구체의 주행을 가이드하는 기구의 정밀도, 및 도공되는 합제 페이스트가 처짐에 의해 극판 전구체의 양측에 돌출할 위험성을 고려한 것이다. 따라서, 그들 문제가 해소된다면, 제1 비도공 부분의 폭은 2mm 이하로 하는 것도 가능하다.

이와 같이, 제1 비도공 부분의 폭을 작게 하면, 주름 등의 품질 불량의 발생을 저감할 수 있는 것은, 그들 품질 불량의 발생 원인이 활물질의 도공 부분과 제1 비도공 부분의 사이에서 압연시의 극판 전구체의 변형량이 다르기 때문이다. 상술한 바와 같이, 활물질의 도공 부분에서는 극판 전구체의 변형량은 크고, 이에 대해서 활물질의 비도공 부분에서는, 극판 전구체는 거의 변형하지 않는다. 비도공 부분이 존재하지 않는 경우는, 변형량의 차이에 의한 응력은 발생하지 않는다. 이에 대해서, 제1 비도공 부분의 폭이 커짐에 따라서, 비도공 부분과 도공 부분의 사이에 발생하는 응력은 커진다.

비도공 부분과 도공 부분의 사이에 발생하는 응력이 커지면, 극판 전구체에 주름이 발생하기 쉬워지고, 그 응력이 어느 정도 이상으로 커지면 끊김이 발생한다. 따라서, 제1 비도공 부분의 폭을 작게 하고, 비도공 부분과 도공 부분의 사이에 발생하는 응력을 작게 하는 것에 의해서, 주름의 발생을 억제할 수 있다. 극판 전구체의 주름은 활물질층의 탈락을 일어나기 쉽게 한다. 활물질층의 탈락은, 특히 고용량의 리튬 이온 이차전지에서는 중대한 품질 불량의 원인이 된다. 따라서, 주름이 발생하고 있는 극판 전구체는 제품에 사용할 수 없기 때문에, 주름의 발생을 억제하는 것에 의해서 재료 손실를 저감 할 수 있다.

여기서, 본 발명은, 주로 극판 전구체의 총 폭이 400mm 이상 2000mm 이하인 경우에 적용하는 것이 바람직하다. 총 폭을 400mm 이상으로 하는 것은, 본 발명의 적용이 상정되는 집전체의 원반 폭이 통상 400mm 이상이기 때문이다. 또한, 그 이유는, 일련의 공정은 총 폭이 클수록 생산성이 높기 때문이다. 즉, 극판 전구체의 폭이 400mm 미만이면 생산성이 저하하기 때문이다.

한편, 극판 전구체의 총폭을 2000mm 이하로 하는 것은, 총 폭이 이보다 크면, 집전체에 활물질을 균일하게 도공하는 것이 곤란해져, 품질 불량이 발생할 위험성이 현저하게 증대하기 때문이다. 또한, 총 폭이 커질수록 롤러에 의한 가압력도 크게 할 필요가 있으므로, 장치의 대형화를 초래한다. 따라서, 극판 전구체의 총폭을 400mm 이상 2000mm 이하로 함으로써, 전극의 생산성을 향상시킬 수 있는 동시에, 품질을 향상시키는 것이 가능해진다.

여기서, 제1 비도공 부분은, 압연시의 극판 전구체의 폭 방향의 응력 분포를 좌우 대칭으로 한다고 하는 관점으로부터, 각각의 폭을 서로 동일한 것으로 하는 것이 좋다. 이에 따라, 전극의 품질을 보다 향상시킬 수 있다. 폭 방향의 양측에서 극판 전구체의 변형량에 차이가 생기면, 주름, 휨 등의 각종 불량(특히, 휨 불량)이 발생하기 쉬워지기 때문이다.

또한, 본 발명은, 극판 전구체가, 소정 폭의 제2 비도공 부분을 각각의 사이에 끼워, 활물질의 도공 부분이 길이 방향에 대략 등피치로 나열되도록 형성되어 있는 경우에 적용함으로써, 보다 현저한 효과를 발휘한다. 이와 같이, 활물질의 제2 도공 부분이 극판 전구체의 길이 방향에 간헐적으로 형성되어 있는 경우에는, 도공 부분과 제2 비도공 부분의 경계를 롤러가 통과할 때의 충격이나, 제1 비도공 부분과 롤러 사이의 유착에 의해, 집전체에 주름, 끊김 및 파손 등의 불량이 발생하기 쉬워진다. 본 발명은, 그러한 불량의 발생을 효과적으로 억제할 수 있기 때문이다.

또한, 공정(b)에서는, 제1 극판 전구체를, 2쌍 이상의 롤러에 의해 차례로 압연하는 것이 바람직하다. 이에 따라, 롤러 1쌍당의 소요 압연 변형량을 작게 할 수 있다. 그 결과, 주름 및 끊김 등의 불량의 발생을 저감할 수 있다. 또한, 그에 따라, 가공 속도를 크게 할 수도 있다.

또한, 상기 공정(b)에서는, 제1 극판 전구체를, 1쌍의 롤러에 의해 반복 압연하는 것도 바람직하다.

배경기술 란에서 설명한 바와 같이, 활물질층을 고밀도로 압축할 필요가 있는 경우에는, 큰 압력을 가하지 않으면 안 된다. 이 경우에는, 롤러의 사이에 간좌를 배치할 수도 없게 된다. 따라서, 1번 압연한 극판 전구체를 한번 더 압연한다고 하는 공정을 반복하는 것에 의해서, 1회당의 가압력을 작게 할 수 있고 1회당의 극판 전구체의 변형량을 작게 할 수 있다. 따라서, 주름, 및 끊김 등의 품질 불량의 발생을 저감 할 수 있다. 또한, 1쌍의 롤러에 의해 제1 극판 전구체를 압연하는 것을 반복하는 공정은, 동일한 기계를 이용하여 실행할 수 있다. 이 때문에, 압연 공정의 설비를 확충할 필요가 없고, 비용상승을 초래하는 경우도 없다.

또한, 상기 압연하는 것을 반복하는 공정에서, 1쌍의 롤러에 의해 1회 압연할 때마다, 제1 극판 전구체의 이송 방향을 역방향으로 하면, 압연에 의해 극판 전구체에 발생한 뒤틀림을 해소할 수 있다고 하는 효과도 발휘한다.

또한, 적어도 1쌍의 롤러와, 제1 비도공 부분이 마주 보는 개소, 또는 적어도 1쌍의 롤러와, 제1 비도공 부분과 도공 부분의 경계 부분이 마주 보는 개소에 윤활유를 공급하는 것으로 할 수 있다. 이에 따라, 예를 들면 제2 비도공 부분의 양측의 제1 비도공 부분과, 롤러의 둘레면이 압접하여도, 집전체가 롤러에 유착하는 것을 방지할 수 있다.

집전체가 롤러에 유착하면, 유착 부분이 롤러의 둘레면에 들러붙은 채로 찢어져, 끊김 불량이 되며, 심할 때는 극판 전구체가 거기서 파단한다. 또한, 찢겨진 집전체의 파편이 둘레면에 들러붙은 채로 롤러를 사용하여 압연을 속행하면, 롤러에 무리한 힘이 가해져, 롤러의 수명이 짧아진다. 이러한 원인에 의한 롤러의 단명화는 매우 중대한 것이다. 윤활유를 사용함으로써, 그 원인이 제거되고, 제조 현장에서의 롤러의 평균수명은 약 6배(1개월부터 6개월)로 신장하고 있다.

여기서, 윤활유는, 전지내에 혼입하여도 전지 성능에 해를 미치지 않는 것이 바람직하다. 이러한 관점에서는, 금속 내지 금속 이온 등의 불순물을 포함하지 않고, 상온에서 휘발하기 쉬운 것이 바람직하다. 예를 들면, 고순도 탄화수소(제4류 제2 석유류)를 주성분으로 하는 것이 바람직하고, 이소파라핀계 탄화수소를 함유하는 것이 보다 바람직하다.

또한, 적어도 1쌍의 롤러로부터 선택되는 적어도 1개의 롤러의 지름이, 축방향의 중앙부에서 크고, 축방향의 양단부를 향하여 점점 줄어드는 것이 바람직하다. 또한, 적어도 1쌍의 롤러로부터 선택되는 적어도 1개의 롤러의 축이, 축방향의 중앙부에서, 쌍을 이루는 다른쪽의 롤러와의 거리가 작아지도록 휘어져 있는 것도 바람직하다.

이것은, 압연 공정에서는, 제1 극판 전구체의 활물질의 도공 부분과 비도공 부분의 경계에 롤러의 압축에 의한 응력이 집중하기 쉽고, 그 부분에 끊김이 발생하기 쉽기 때문이다. 그러한 끊김의 발생을 방지하기 위해서는, 쌍으로 되어 있는 롤러 중의 적어도 한쪽의 롤러, 예를 들면 위쪽의 롤러를, 중앙부가, 마주 보는 롤러를 향하여 돌출하도록 축방향으로 가압하는 것(이하 축 벤딩이라고 한다)이 바람직하다. 또한, 쌍으로 되어 있는 롤러중의 적어도 한쪽의 롤러를, 지름이 센터 부분에서 굵고, 양단부에 접근함에 따라 완만하게 가늘어지는 형상(이하 크라운 롤러라고 한다)으로 하는 것도 바람직하다.

이때, 축 벤딩은, 2쌍 이상의 롤러를 사용하는 경우에는, 초단의 롤러의 적어도 한쪽에 적용하는 것이 특히 효과적이다. 또한, 크라운 롤러는, 2쌍 이상의 롤러를 사용하는 경우에는, 최종단의 롤러의 적어도 한쪽에 적용하는 것이 특히 효과적이다.

크라운 롤러를 최종단에 사용하는 것은, 크라운 롤러는, 극판 전구체에 생긴 뒤틀림(탄성변형)을 해소하면서 압연하는 기능을 갖기 때문이다. 뒤틀림을 해소하지 않은 채로 최종단의 압연을 행하면, 뒤틀림이 주름(소성변형)으로서 고정되는 경우가 많기 때문이다.

또한, 축 벤딩을, 초단의 롤러에 사용하는 것은, 롤러를 다단으로 마련하는 경우에는, 초단의 롤러의 압연에 의한 변형량이 최대가 되어, 가압력도 최대가 되는 것이 통상적이기 때문이다.

한편, 롤러를 1쌍 밖에 사용하지 않는 경우에는, 그 1쌍의 롤러의 적어도 한쪽에, 축 벤딩 및/또는 크라운 롤러를 사용하면 된다.

실시예

다음에, 본 발명을 실시예 및 비교예에 기초하여 보다 구체적으로 설명한다. 한편, 본 발명은 이들에 한정되는 것은 아니다.

≪실시예 1∼4 및 비교예 1∼3≫

도 1은, 본 발명의 실시예 1∼4에서 사용한 압연장치의 개략 구성을 도시한 사시도이다.

도 1에 도시하는 바와 같이, 압연장치는, 비교적 대경(지름:500mm, 폭:600mm)의 1쌍의 롤러(8A,8B)로 이루어진 가압 롤러(8)를 구비하고 있다. 가압 롤러(8)의 롤러(8A,8B)는, 소정의 간극을 두고 서로 평행하게 상하로 배치되어 있다. 표면에 활물질층(활물질의 도공 부분)(4)이 형성된 집전체(5), 즉 제1 극판 전구체 (1)를 길이 방향(도면에 화살표 A에 의해 나타내고 있다)으로 이송하면서, 롤러 (8A)와 (8B) 사이를 통과시키는 것에 의해, 활물질층(4)이 압축되어, 소정 두께가 되도록 제1 극판 전구체(1)가 압연된다.

여기서, 가압 롤러(8)는, 롤러(8A) 및 (8B)의 양방이 도 5에 도시한 바와 같이, 크라운 롤러로 구성되는 동시에, 롤러(8A) 및 (8B)의 양방에 도 6에 도시한 축 벤딩이 적용되고 있다. 크라운 롤러는, 도 5에 도시하는 바와 같이, 축방향의 중앙부의 지름이 최대이며, 중앙부로부터 양측을 향하여 지름이 점차 줄어드는 롤러이다. 한편, 도 5에서는, 롤러(8A) 또는 (8B)는, 축받이(11,12,13 및 14)에 의해 자유로이 회전하도록 지지되고 있다. 또한, 도 5에서는, 롤러(8A) 또는 (8B)의 지름의 변화량은 실제보다 확대되고 있다.

또한, 축 벤딩은, 도 6에 도시하는 바와 같이, 1쌍의 롤러의 적어도 한쪽을 축방향으로 가압하고, 축방향의 중앙부에서, 다른쪽의 롤러와의 거리가 짧아지도록 휘어지게 하는 수법이다. 한편, 도 6에서는, 1쌍의 롤러의 축(I1 및 I2)을, 각각 일점쇄선에 의해 나타내고 있다. 또한, 도 6에서는, 1쌍의 롤러의 각 축의 휘어짐 (bending)은 실제의 것보다 확대되고 있다.

또한, 가압 롤러(8)의, 제1 극판 전구체(1)의 이송 방향의 전방 및 후방에는, 텐션 롤러(니프 롤)(2) 및 (3)이 각각 배치되어 있다. 가압 롤러(8)의 상기 이송 방향에서의 전방에 배치된 전방 텐션 롤러(2)는, 비교적 소경(지름: 120mm, 폭: 600mm)의 1쌍의 롤러(2A,2B)로 구성되어 있다. 전방 텐션 롤러(2)는, 제1 극판 전구체(1)를 끼워지지하는 롤러(2A,2B)의 회전 속도를 조절함으로써, 가압 롤러(8)의 사이에 제1 극판 전구체(1)에 소정의 장력을 부여하고 있다. 또한, 가압 롤러(8)의 상기 이송 방향에서의 후방에 배치된 후방 텐션 롤러(3)는, 비교적 소경(지름:120mm, 폭:600mm)의 1쌍의 롤러(3A,3B)로 구성되어 있다. 후방 텐션 롤러(3)는, 압연된 제1 극판 전구체(1)를 끼워지지하는 롤러(3A,3B)의 회전 속도를 조절함으로써, 가압 롤러(8)의 사이에 제1 극판 전구체(1)에 소정의 장력을 부여하고 있다. 또한, 텐션 롤러(2) 및 (3)은, 가압 롤러(8)에 의해 압연되는 제1 극판 전구체(1)에 일정한 장력을 부여함으로써, 제1 극판 전구체(1)가 좌우로 사행하는 것을 방지하고 있다.

본 실시예 1∼4에서는, 리튬 이온 이차전지의 양극판을 제작하였다. 여기서, 집전체(5)로서 폭이 465mm, 두께가 15㎛, 1감기의 길이가 1900m인 기다란 띠 형상의 알루미늄박을 사용하였다. 또한, 활물질층(4)은, 코발트산리튬 등으로 이루어진 활물질의 분말과 도전제, 증점제, 및 결착제를 분산매에 의해 분산시켜 페이스트(합제 페이스트)로 하여, 그 합제 페이스트를 도시하지 않은 다이코터를 사용하여 집전체(5)의 양방의 면에 도공하고, 그것을 건조함으로써 형성하였다. 건조 후의 집전체(5) 및 활물질층(4), 즉 제1 극판 전구체(1)의 총 두께는, 270㎛이었다.

또한, 합제 페이스트는, 활물질층(활물질의 도공 부분)(4)이 집전체(5)의 길이 방향에 소정 피치로 형성되도록 도공하였다. 이 때, 1개의 도공 부분과 인접한 다른 도공 부분의 사이에, 폭 70mm의 비도공 부분(6)을 개재시키도록, 합제 페이스트를 도공하였다.

또한, 제1 극판 전구체(1)에는, 폭 방향의 양단에, 활물질이 도공되지 않은, 등폭의 제1 비도공 부분(7)을 형성하였다. 여기서, 제1 비도공 부분(7)의 각각의 폭이, 2mm(실시예 1), 4mm(실시예 2), 6mm(실시예 3), 및 8mm(실시예 4)중의 어느 하나인 4종류의 제1 극판 전구체(1)를 준비하였다. 이 때, 다이코터의 토출구의 개구 폭이나 합제 페이스트의 점도 등을 조정하여, 도 3에 도시하는 바와 같이, 제1 비도공 부분(7)의 근방까지 평탄한 활물질층(4)이 형성되도록 집전체(5)에 활물질을 도공하였다.

그리고, 상기 실시예 1∼4의 제1 극판 전구체(1)를, 도 1의 압연장치에 의해, 총 두께가 약 200㎛가 될 때까지 압연하였다. 이 때, 압연율(압연율:압연에 의한 활물질의 도공 부분의 두께의 감소량/압연전의 활물질의 도공 부분의 두께)은 27.5%였다. 또한 이 때, 가압 롤러(8)와 전방 텐션 롤러(2)의 사이에서의 제1 극판 전구체(1)의 장력은 3.2N/cm로 하였다. 또한, 가압 롤러(8)와 후방 텐션 롤러(3)의 사이에서의 제1 극판 전구체(1)의 장력은 2.1N/cm로 했다.

또한, 가압 롤러(8)와 제1 비도공 부분(7)이 마주 보는 개소에 휘발성 윤활유(아쿠아 화학(주) 제품, 아쿠아 프레스 GS-5)을 공급하였다. 보다 구체적으로는, 가압 롤러(8)의 양단부 근방의 제1 비도공 부분과 마주 보는 부위(10)에, 도시하지 않은 공급용 배관에 의해 공급되는 상기 휘발성 윤활유를 펠트에 의해 도포하였다.

그리고, 전체 길이가 1900m(압연에 의해 다소의 신장은 있음)인 제1 극판 전구체(1) 중에서 주름불량이 발생하고 있는 부분의 길이를 측정하여, 그 불량 부분의 길이의 전체 길이에 대한 비율을 산출함으로써, 주름불량 발생률을 구하였다. 여기서, 주름이 발생하고 있는 부분의 길이는, 압연되어 도시하지 않은 권취 릴에 의해 권취된 제1 극판 전구체(1)를 시각적으로 관찰함으로써 판단하였다. 실시예 1∼4에 대하여 구해진 주름 불량 발생률을 도 2에 도시한다.

또한, 제1 극판 전구체(1)를 압연할 때에, 이미지 센서를 사용한 끊김 불량의 검사를 행하면서 압연 처리를 실시하였다. 그 결과, 본 실시예 1∼4에서는, 제1 극판 전구체(1)의 약 1900m의 전체 길이에 걸쳐서 끊김 불량의 발생은 확인되지 않았다.

이상과 같이 하여 압연된 제1 극판 전구체(1)를, 소정폭의 복수 조의 제2 극판 전구체로 재단하였다. 이 때, 재단 공정과 동시에 제1 비도공 부분(7)을 절제하는 절제 공정을 실시하였다. 제2 극판 전구체를 소정 길이로 더 절단하여, 양극판을 얻었다.

또한, 실시예 1∼4과 동일한 재료를 사용하여, 총 두께가 270㎛이고, 제1 비도공 부분(7)의 각각의 폭이, 10mm(비교예 1), 12mm(비교예 2), 및 14mm(비교예 3)중의 어느 하나인 4종류의 제1 극판 전구체(1)를 준비하였다. 도 1의 압연장치를 사용하여, 실시예 1∼4와 동일하게 하여, 상기 제1 극판 전구체(1)를 압연하였다.

그리고, 실시예 1∼4와 동일하게 하여 주름 불량 발생률을 구하였다. 비교예 1∼3에 대하여 구해진 주름 불량 발생률을 도 2에 도시한다.

동 도면에 도시하는 바와 같이, 제1 비도공 부분(7)의 각각의 폭이 8mm보다 커지고 있는 비교예 1∼3에서는, 제1 비도공 부분(7)의 폭이 커질수록 주름 불량 발생률이 급격하게 상승하고 있다. 이에 대해서, 상기 실시예 1∼4에서는, 주름불량 발생률은 거의 영에 가까운 값이 되고 있다. 이 결과는, 제1 비도공 부분(7)의 각각의 폭을 2∼8 mm로 한 본 발명의 우위성을 명백하게 나타내는 것이다.

또한, 비교예 1∼3에서도 실시예 1∼4와 마찬가지로, 제1 극판 전구체(1)를 압연할 때에, 이미지 센서를 사용한 끊김 불량의 검사를 행하면서 압연 처리를 실시하였다. 그 결과, 본 비교예 1∼3에서는, 수 개소의 끊김 불량의 발생이 확인되었다.

≪실시예 5∼8≫

실시예 1∼4와 동일한 재료를 사용하여, 제1 비도공 부분(7)의 각각의 폭이, 2mm(실시예 5), 4mm(실시예 6), 6mm(실시예 7), 및 8mm(실시예 8)중의 어느 하나인 4종류의 제1 극판 전구체(1)를 준비하였다. 도 1의 압연장치를 사용하여, 총 두께가 270㎛인 제1 극판 전구체(1)를 압연 롤러(8)에 의해 총 두께가 210㎛가 되도록 압연하였다. 이 압연 처리 단독의 압연율은 23.5%였다. 압연 후에 도시하지 않은 권취 릴에 의해 권취된 제1 극판 전구체(1)를, 표리를 반전시켜 릴로부터 감아 나가면서, 다시 도 1의 압연장치를 사용하여, 총 두께가 190㎛가 될 때까지 압연하였다. 이 압연 처리 단독의 압연율은 10.3%였다. 그 이외에는, 실시예 1∼4와 동일하게 하여, 양극판을 제작하였다. 이 때, 통산한 압연율은 31.4%였다.

여기서, 실시예 1∼4와 동일하게 하여 주름불량 발생률을 구한 결과, 본 실시예 5∼8에서 주름의 발생은 거의 인정되지 않았다. 이상의 결과는, 본 실시예 5∼8에서는 1회의 압연율이 실시예 1∼4보다 작기 때문이라고 생각된다. 압연율이 작아지면, 압연에 의한 불량의 발생률은 동등 내지는 그 이상으로 저하하기 때문이다.

또한, 제1 극판 전구체(1)를 압연할 때에, 이미지 센서를 사용한 끊김 불량의 검사를 행하면서 압연 처리를 실시했다. 그 결과, 본 실시예 5∼8에서도, 제1 극판 전구체(1)의 약 1900m의 전체 길이에 걸쳐서 끊김 불량의 발생은 확인되지 않았다.

한편, 실시예 5∼8에서는, 2회의 압연 처리를 행하였기 때문에, 실시예 1∼4에서보다도 압연 공정 전체의 시간은 길어졌다. 그러나, 1회째의 압연 처리에서의 압연율을, 실시예 1∼4의 압연율보다 약 4% 작게 할 수 있었기 때문에, 품질 불량의 발생률을 현저하게 저감할 수 있었다. 게다가, 전체적으로는 보다 큰 압연율로 압연을 행할 수 있었다.

≪실시예 9∼12≫

도 4에 도시하는 바와 같이, 실시예 9∼12에서는, 도 1의 장치에서의 가압 롤러(8)의 후단 또한 후방 텐션 롤러(3)의 전단의 위치에, 1쌍의 롤러(9A,9B)로 이루어진 후단 가압 롤러(9)를 추가하여 배치한 압연장치를 사용하였다. 여기서, 후단 가압 롤러(9)의 각 롤러(9A,9B)는, 크라운 롤러로 하였다(도 5 참조).

실시예 1∼4와 동일한 재료를 사용하여, 총 두께가 270㎛이고, 제1 비도공 부분(7)의 각각의 폭이, 2mm(실시예 9), 4mm(실시예 10), 6mm(실시예 11), 및 8mm(실시예 12)중의 어느 하나인 4종류의 제1 극판 전구체(1)를 준비하였다. 그들 제1 극판 전구체(1)를, 상기한 압연장치를 사용하여, 가압 롤러(8)에 의해 총 두께가 210㎛가 될 때까지 압연(압연율은 23.5%)한 후, 후단 가압 롤러(9)에 의해 총 두께가 190㎛가 될 때까지 압연(압연율은 10.3%)하였다. 이 때, 통산한 압연율은 31.4%였다.

여기서, 실시예 1∼4와 동일하게 하여 주름 불량 및 끊김 불량의 발생을 조사한 결과, 실시예 5∼8과 거의 동일한 결과를 얻을 수 있었다. 또한, 본 실시예 9∼12에서는, 가압 롤러(8) 및 후단 가압 롤러(9) 각각에 의한 압연율은 실시예 1∼4에서의 것보다 작기 때문에, 보다 빠른 속도로, 제1 극판 전구체(1)를 압연할 수 있었다. 이에 따라, 생산성이 향상하였다.

≪실시예 13∼16≫

본 실시예 13∼16에서는, 실시예 1∼4에서 사용한 압연장치에 의해, 리튬 이온 이차전지의 음극판을 제작하였다. 이 때, 집전체(5)로서 폭이 1100mm, 두께가 10㎛, 1감기의 길이가 1900m인 기다란 띠 형상의 구리박을 사용하였다. 또한, 활물질층(4)은, 주로 흑연으로 이루어진 활물질의 분말과 도전제, 증점제, 및 결착제를 분산매에 의해 분산시켜 합제 페이스트로 하였다. 그 합제 페이스트를 도시하지 않은 다이코터를 사용하여 집전체(5)의 양방의 면에 도공하고, 그것을 건조함으로써 형성하였다. 건조 후의 집전체(5) 및 활물질층(4)의 총 두께, 즉 제1 극판 전구체 (1)의 총 두께는 150㎛였다.

또한, 합제 페이스트는, 활물질층(활물질의 도공 부분)(4)이 제1 극판 전구체(1)의 길이 방향에 소정 피치로 형성되도록 도공하였다. 이 때, 1개의 도공 부분과 인접한 다른 도공 부분의 사이에, 폭 90mm의 비도공 부분(6)을 개재시키도록, 합제 페이스트를 도공하였다.

또한, 제1 극판 전구체(1)에는, 폭 방향의 양단에, 활물질이 도공되지 않은, 등폭의 제1 비도공 부분(7)을 형성하였다. 여기서, 제1 비도공 부분(7)의 각각의 폭이, 4mm(실시예 13), 6mm(실시예 14), 8mm(실시예 15), 및 10mm(실시예 16)중의 어느 하나인 4종류의 제1 극판 전구체(1)를 준비하였다. 이 때, 다이의 토출구의 개구 폭이나 페이스트의 점도 등을 조정하여, 도 3에 도시하는 바와 같이, 제1 비도공 부분(7)의 근방까지 평탄한 활물질층(4)이 형성되도록 활물질을 도공하였다.

그리고, 상기 실시예 13∼16의 제1 극판 전구체(1)를, 총 두께가 130㎛가 될 때까지 압연하여(압연율은 14.3%), 음극의 제1 극판 전구체(1)를 제작하였다. 이 때, 가압 롤러(8)와 전방 텐션 롤러(2)의 사이에서의 제1 극판 전구체(1)의 장력이 3.5N/cm가 되고, 가압 롤러(8)와 후방 텐션 롤러(3) 사이에서의 제1 극판 전구체 (1)의 장력이 2.3N/cm가 되도록 조절하였다.

또한, 가압 롤러(8)와 제1 비도공 부분(7)이 마주 보는 개소에는 특별히 윤활유는 공급하지 않았다.

그리고, 전체 길이가 1900m인 제1 극판 전구체(1)에 대해서 주름 불량의 발생을 실시예 1∼4에서와 동일하게 하여 조사하였다. 그러나, 상기 실시예 13∼16중의 어느 것에서도 주름 불량의 발생은 전혀 확인되지 않았다.

또한, 상기 실시예 13∼16에서는 끊김 불량의 발생도 확인되지 않았다.

이상의 결과는, 음극판의 제조에서는, 활물질인 흑연은 전연성이 좋고, 상기 실시예에서의 압연율도 작기 때문에, 제1 극판 전구체(1)의 제1 비도공 부분의 폭이 8mm를 넘고 있는 경우에도 압연에 의한 주름은 발생하지 않았기 때문이라고 생각된다. 상기 비도공 부분이 2mm 이상 8mm 이하라고 하는 제한은, 리튬 이온 이차전지의 양극판을 압연하는 경우와 같은, 큰 가압력을 필요로 하는 압연 처리이더라도 주름불량 등을 발생시키지 않기 위한 조건이다. 따라서, 이 조건을 만족하는 것에 의해서 리튬 이온 이차전지의 양극판을 포함한 모든 전지의 극판 전구체의 압연에서 주름 불량 등의 발생을 현저하게 억제할 수 있다.

본 발명의 전지용 극판의 제조방법은, 활물질층을 압축하도록, 극판 전구체를 압연할 때에 발생하는 주름, 휨 등의 불량의 발생률을 저감시킬 수 있으므로, 전지의 생산 효율을 향상시킬 수 있다.

1 극판 전구체
8, 9 가압 롤러
2, 3 텐션 롤러
4 활물질층(활물질의 도공 부분)
5 집전체
6, 7 비도공 부분

Claims

(a)기다란 띠 형상의 집전체의 적어도 한쪽의 면에, 전극 활물질을 도공하여 활물질층을 형성하는 동시에, 상기 집전체의 폭 방향의 양단에 상기 전극 활물질이 도공되지 않은 제1 비도공 부분을 형성함으로써, 제1 극판 전구체를 제작하는 공정,
(b)소정의 두께가 되도록 상기 제1 극판 전구체를 압연하는 공정, 및
(c)상기 압연된 제1 극판 전구체를 소정 폭으로 재단하여, 복수 조의 제2 극판 전구체를 얻는 공정,
(d)상기 제1 비도공 부분의 적어도 일부를 절제하는 공정을 포함한 전지용 극판의 제조방법으로서, 상기 공정(d)를, 상기 공정 (c)와 동시에 실시하는, 전지용 극판의 제조방법.
제 1 항에 있어서, 상기 공정(b)는, 상기 제1 극판 전구체를 길이 방향으로 이송하면서, 서로 평행하게 배치되는 적어도 1쌍의 롤러 사이를 통과시키는 것을 포함한 전지용 극판의 제조방법.
제 2 항에 있어서, 길이 방향으로 이송되는 상기 제1 극판 전구체의, 상기 적어도 1쌍의 롤러에 의해 압연되는 부분의 앞쪽 부분에 부여되는 장력을, 길이 방향으로 이송되는 상기 제1 극판 전구체의, 상기 압연되는 부분의 뒤쪽 부분에 부여되는 장력보다 크게 하는 전지용 극판의 제조방법.
제 1 항 내지 제 3 항중의 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 비도공 부분의 폭이, 각각 2mm 이상, 또한 10mm 이하인 전지용 극판의 제조방법.
제 1 항 내지 제 4 항중의 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 극판 전구체는, 폭이 400mm 이상, 또한 2000mm 이하인 전지용 극판의 제조방법.
제 1 항 내지 제 5 항중의 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 비도공 부분은, 폭이 서로 같은 전지용 극판의 제조방법.
제 1 항 내지 제 6 항중의 어느 한 항에 있어서, 상기 공정(a)가, 상기 집전체의 길이 방향에 대략 등피치(equal pitch)로 나열되는 상기 전극 활물질의 도공 부분을 상기 활물질층으로서 형성하는 동시에, 각 1쌍의 상기 도공 부분의 사이에 소정 폭의, 상기 전극 활물질이 도공되지 않는 제2 비도공 부분을 형성하는 것을 포함한 전지용 극판의 제조방법.
제 2 항 내지 제 7 항중의 어느 한 항에 있어서, 상기 공정(b)가, 상기 제1 극판 전구체를, 2쌍 이상의 롤러에 의해 차례로 압연하는 것을 포함한 전지용 극판의 제조방법.
제 2 항 내지 제 7 항중의 어느 한 항에 있어서, 상기 공정(b)가, 상기 제1 극판 전구체를, 상기 1쌍의 롤러에 의해 반복 압연하는 것을 포함한 전지용 극판의 제조방법.
제 9 항에 있어서, 상기 1쌍의 롤러에 의해 1회 압연할 때마다, 상기 제1 극판 전구체의 이송 방향을 역방향으로 하는 전지용 극판의 제조방법.
제 2 항 내지 제 10 항중의 어느 한 항에 있어서, 상기 적어도 1쌍의 롤러와, 상기 제1 비도공 부분이 마주 보는 개소, 또는 상기 적어도 1쌍의 롤러와, 상기 제1 비도공 부분과 상기 도공 부분의 경계 부분이 마주 보는 개소에 윤활유를 공급하는 전지용 극판의 제조방법.
제 11 항에 있어서, 상기 윤활유가 휘발성유인 전지용 극판의 제조방법.
제 2 항 내지 제 12 항중의 어느 한 항에 있어서, 상기 적어도 1쌍의 롤러로부터 선택되는 적어도 1개의 롤러의 지름이, 축방향의 중앙부에서 크고, 축방향의 양단부를 향하여 점점 줄어들고 있는 전지용 극판의 제조방법.
제 2 항 내지 제 13 항중의 어느 한 항에 있어서, 상기 적어도 1쌍의 롤러로부터 선택되는 적어도 1개의 롤러의 축이, 축방향의 중앙부에서, 쌍을 이루는 다른쪽의 롤러와의 거리가 짧아지도록 휘어져 있는 전지용 극판의 제조방법.