KR20120117636A - 전극 제조 방법 및 레이저 컷트 장치 - Google Patents

전극 제조 방법 및 레이저 컷트 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명의 과제는, 통상은 레이저 컷트할 수 없는 소재라도, 컷트가 가능해져 양산성이 우수한 전극 제조 방법 및 레이저 컷트 장치를 제공하는 것이다.
전극 집전박(1211) 및 전극 활물질층(1212)을 포함하는 전극 소재 시트(1210)에 형성된 수지층(1213)을 절단하여 전극(121)을 제조하는 방법이며, 수지층(1213)이 형성된 전극 활물질층(1212)에 레이저를 조사(照射)하여 전극 활물질 성분을 증발시킴으로써 발생한 증발 가스에 의해 수지층(1213)을 절단하는 용융 절단 공정을 포함한다.

Description

전극 제조 방법 및 레이저 컷트 장치{MANUFACTURING METHOD OF ELECTRODE AND LASER CUT APPARATUS}
본 발명은 전극 제조 방법 및 레이저 컷트 장치에 관한 것이다.
특허 문헌 1은 소재를 레이저 컷트하여 리튬 2차 전지용 전극을 제조하는 방법을 개시한다.
일본 특허 출원 공개 제2002-289180호 공보
본건 발명자들도 소재를 레이저 컷트하여 전지용 전극을 제조하는 방법을 개발하고 있다. 그리고 본건 발명자들이 개발을 진행시키고 있는 중에, 소재(피절단물)의 재료에 따라서는, 어떤 고안을 하지 않으면 양호하게 레이저 컷트할 수 없는 경우가 있는 것이 발견되었다.
본 발명은 이와 같은 종래의 문제점에 착안하여 이루어진 것으로, 본 발명의 목적은, 통상은 레이저 컷트할 수 없는 소재라도, 컷트가 가능하게 되어 양산성이 우수한 전극 제조 방법 및 레이저 컷트 장치를 제공하는 것이다.
본 발명은 이하와 같은 해결 수단에 의해 상기 과제를 해결한다.
본 발명은 전극 집전박 및 전극 활물질층을 포함하는 전극 소재 시트에 부착된 수지층을 절단하여 전극을 제조하는 방법이다. 그리고, 상기 수지층이 부착된 전극 활물질층에 레이저를 조사하여 전극 활물질 성분을 증발시킴으로써 발생한 증발 가스에 의해 수지층을 절단하는 용융 절단 공정을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 전극 활물질 성분을 증발시킴으로써 발생한 증발 가스에 의해 수지층이 절단되므로, 통상은 레이저 컷트할 수 없는 소재라도, 컷트가 가능하게 되어 양산성이 우수하다.
본 발명의 실시 형태, 본 발명의 이점에 대해서는, 첨부된 도면을 참조하면서 이하에 상세하게 설명한다.
도 1은 리튬 이온 2차 전지를 설명하는 도면.
도 2는 양산성이 우수한 전극 제조 방법을 설명하는 도면.
도 3은 전극 소재 시트로부터 전극을 제조하기 위한 컷트 라인을 도시하는 도면.
도 4는 레이저 컷트 장치의 개요를 도시하는 도면.
도 5는 레이저 헤드의 상세도.
도 6은 발명자들의 지식을 설명하는 도면.
도 7은 레이저 파워 밀도와 수지 테이프의 절단 폭의 상관을 설명하는 도면.
도 8은 전극 소재 시트(1210)의 컷트 라인 I에 있어서의 단면도.
처음에 본 발명의 이해를 용이하게 하기 위해, 발명자들의 기술 착상에 대해 설명한다.
도 1은 리튬 이온 2차 전지를 설명하는 도면으로, 도 1의 (A)는 리튬 이온 2차 전지의 셀 팩의 외관을 도시하는 사시도, 도 1의 (B)는 셀 팩에 수납되는 단위 전지의 평면도이다.
여기서는, 전지로서 리튬 이온 2차 전지를 일례로 들어 설명한다.
리튬 이온 2차 전지의 셀 팩(10)은 외장재(11)에, 소정수 적층되어 전기적으로 접속된 단위 전지(12)가 내장되어 있다. 또한 단위 전지(12)에 대해서는 도 1의 (B)를 참조하여 후술한다. 또한, 도시를 생략하지만, 이 리튬 이온 2차 전지의 셀 팩(10)이 소정수 적층되고, 알루미늄 등으로 형성된 박스(하우징)에 수납되어 리튬 이온 2차 전지 패키지로 된다.
외장재(11)는 적층된 단위 전지(12)를 수용한다. 외장재(11)의 재료는 다양하게 생각되지만, 예를 들어 알루미늄을 폴리프로필렌 필름으로 피복한 고분자-금속 복합 라미네이트 필름의 시트재가 있다. 외장재(11)는, 우선 처음에 적층된 단위 전지(12)를 수용한 상태에서, 한 변이 개방되도록 세 변이 열융착된다. 그리고 전해액이 주액된 후에 남은 한 변도 열융착된다. 외장재(11)는 단위 전지(12)의 전력을 외부로 취출하기 위한 정극 탭(111a) 및 부극 탭(111b)을 구비한다.
정극 탭(111a)은 일단부가 외장재(11)의 내부에서 정극 집전부에 접속되고, 타단부가 외장재(11)의 외부로 나온다.
부극 탭(111b)은 일단부가 외장재(11)의 내부에서 부극 집전부에 접속되고, 타단부가 외장재(11)의 외부로 나온다.
도 1의 (B)에 도시된 바와 같이, 단위 전지(12)는 정극(121a)과, 부극(121b)과, 세퍼레이터(122)를 포함한다.
세퍼레이터(122)는 유동성이 있는 전해질(전해액)을 보유 지지하는 전해질층이다. 세퍼레이터(122)는 폴리아미드제 부직포, 폴리에틸렌 부직포, 폴리프로필렌 부직포, 폴리이미드 부직포, 폴리에스테르 부직포, 아라미드 부직포 등의 부직포이다. 또한, 세퍼레이터(122)는 필름이 연신되어 세공이 형성된 미세다공막 필름이라도 좋다. 이와 같은 필름은 기존의 리튬 이온 전지용 세퍼레이터로서 사용된다. 또한, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리이미드 필름이나 혹은 이들을 적층한 것이라도 좋다. 세퍼레이터(122)의 두께는 특별히 한정되지 않는다. 그러나, 얇은 쪽이 전지가 콤팩트해진다. 따라서 세퍼레이터(122)는 성능을 확보할 수 있는 범위에서, 가능한 한 얇은 것이 바람직하다. 일반적으로는 세퍼레이터(122)의 두께는 10 내지 100㎛ 정도이다. 단, 일정 두께가 아니어도 좋다.
전해질(전해액)은, 예를 들어 폴리머 골격 중에 수 중량％ 내지 99중량％ 정도 전해액을 보유 지지시킨 겔 전해질이다. 특히, 고분자 겔 전해질이 좋다. 고분자 겔 전해질은, 예를 들어 이온 도전성을 갖는 고체 고분자 전해질에, 통상 리튬 이온 전지에서 사용되는 전해액을 포함한 것이다. 또한, 리튬 이온 도전성을 갖지 않는 고분자의 골격 중에, 통상 리튬 이온 전지에서 사용되는 전해액을 보유 지지시킨 것이라도 좋다.
고분자 겔 전해질은 고분자 전해질 100％로 된 것 이외의 것이며, 전해액을 폴리머 골격에 포함시킨 것이면 된다. 특히, 전해액과 폴리머의 비율(질량비)은 20:80 내지 98:2 정도가 바람직하다. 이와 같은 비율이면, 전해질에 의한 유동성과, 전해질로서의 성능이 양립된다.
폴리머 골격은 열경화성 폴리머 및 열가소성 폴리머 중 어떤 것이라도 좋다. 구체적으로는, 예를 들어 폴리에틸렌옥시드를 주쇄 또는 측쇄에 갖는 고분자(PEO), 폴리아크릴로니트릴(PAN), 폴리메타크릴산에스테르, 폴리불화비닐리덴(PVDF), 폴리불화비닐리덴과 헥사플루오로프로필렌의 공중합체(PVDF-HFP), 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA) 등이다. 단, 이들로 한정되지 않는다.
고분자 겔 전해질에 포함되는 전해액(전해질염 및 가소제)은, 통상 리튬 이온 전지에서 사용되는 것이다. 예를 들어, LiPF6, LiBF4, LiClO4, LiAsF6, LiTaF6, LiAlCl4, Li2B10Cl10 등의 무기산 음이온염, LiCF3SO3, Li(CF3SO2)2N, Li(C2F5SO2)2N 등의 유기산 음이온염 중에서 선택되는, 적어도 1종류의 리튬염(전해질염)을 포함하고, 프로필렌카보네이트, 에틸렌카보네이트 등의 환형상 카보네이트류이다. 디메틸카보네이트, 메틸에틸카보네이트, 디에틸카보네이트 등의 사슬 형상 카보네이트류라도 좋다. 테트라히드로푸란, 2-메틸테트라히드로푸란, 1,4-디옥산, 1,2-디메톡시에탄, 1,2-디부톡시에탄 등의 에테르류라도 좋다. γ-부티롤락톤 등의 락톤류라도 좋다. 아세토니트릴 등의 니트릴류라도 좋다. 프로피온산메틸 등의 에스테르류라도 좋다. 디메틸포름아미드 등의 아미드류라도 좋다. 아세트산 메틸 및 포름산 메틸 중에서 선택되는 적어도 1종류 이상을 혼합한 비프로톤성 용매 등의 유기 용매(가소제)를 사용한 것이라도 좋다. 단, 이들로 한정되지 않는다.
정극(121a)은 정극 집전박과, 그 양면에 형성된 정극 활물질층을 갖는다. 정극(121a)은 세퍼레이터(122)의 한쪽 면[도 1의 (B)에서는 세퍼레이터(122)의 하면]에 배치된다.
정극 집전박은, 예를 들어 알루미늄, 구리, 티탄, 니켈, 스테인리스강(SUS), 이들의 합금 등에 의한 박이다. 정극 집전박의 두께는 특별히 한정되지 않지만, 통상은 1 내지 100㎛ 정도이다.
정극 활물질층의 정극 활물질은, 특히 리튬-천이 금속 복합 산화물이 바람직하다. 구체적으로는, 예를 들어 스피넬 LiMn2O4 등의 LiㆍMn계 복합 산화물, LiCoO2 등의 LiㆍCo계 복합 산화물, LiNiO2 등의 LiㆍNi계 복합 산화물, LiFeO2 등의 LiㆍFe계 복합 산화물 등이다. 또한, LiFePO4 등의 천이 금속과 리튬의 인산 화합물이나 황산 화합물이라도 좋다. 또한, V2O5, MnO2, TiS2, MoS2, MoO3 등의 천이 금속 산화물이나 황화물이라도 좋다. 또한, PbO2, AgO, NiOOH 등이라도 좋다. 이와 같은 정극 활물질은 전지 용량, 출력 특성이 우수한 전지를 구성할 수 있다.
정극 활물질의 입경(粒徑)은 정극 재료를 페이스트화하여 스프레이 코트 등에 의해 제막할 수 있는 정도이면 좋지만, 작은 쪽이 전극 저항을 저감시킬 수 있다. 구체적으로는, 정극 활물질의 평균 입경이 0.1 내지 10㎛이면 좋다.
정극 활물질은, 그 밖에도 이온 전도성을 높이기 위해, 전해질, 리튬염, 도전조제 등을 포함해도 좋다. 도전조제는, 일례를 들면, 아세틸렌 블랙, 카본 블랙, 그래파이트 등이다.
정극 활물질, 전해질(바람직하게는 고체 고분자 전해질), 리튬염, 도전조제의 배합량은 전지의 사용 목적(출력 중시, 에너지 중시 등), 이온 전도성이 고려되어 설정된다. 예를 들어, 전해질, 특히 고체 고분자 전해질의 배합량이 너무 적으면, 활물질층 내에서의 이온 전도 저항이나 이온 확산 저항이 커져, 전지 성능이 저하된다. 한편, 전해질, 특히 고체 고분자 전해질의 배합량이 너무 많으면, 전지의 에너지 밀도가 저하된다. 따라서, 이들이 고려되어, 구체적인 배합량이 설정된다. 정극 활물질층의 두께는 특별히 한정되지 않는다. 전지의 사용 목적(출력 중시, 에너지 중시 등), 이온 전도성 등이 고려되어 설정된다. 일반적인 정극의 두께는 1 내지 500㎛ 정도이다.
부극(121b)은 부극 집전박과, 그 양면에 형성된 부극 활물질층을 갖는다. 부극(121b)은 세퍼레이터(122)의 다른 한쪽의 면[도 1의 (B)에서는 세퍼레이터(122)의 상면]에 배치된다.
부극 집전박은 정극 집전박과 동일한 것을 사용해도, 다른 것을 사용해도 좋다.
부극 활물질층의 부극 활물질은, 구체적으로는 금속 산화물, 리튬- 금속 복합 산화물 금속, 카본, 티탄 산화물, 리튬-티탄 복합 산화물 등이다. 특히, 카본, 천이 금속 산화물, 리튬- 천이 금속 복합 산화물이 바람직하다. 그 중에서도, 카본 또는 리튬-천이 금속 복합 산화물은 전지를 고전지 용량화, 고출력화할 수 있다. 이들이 1종 단독으로 사용되어도 좋고, 2종 이상 병용되어도 좋다.
이와 같은 단위 전지(12)가 소정수 적층되고 각 정극 집전박이 하나로 집합되어 전기적으로 병렬 접속된다. 이 집합 부분이 정극 집전부이고, 이 정극 집전부에 정극 탭(111a)이 접속된다. 또한, 각 부극 집전박이 하나로 집합되어 전기적으로 병렬 접속된다. 이 집합 부분이 부극 집전부이고, 이 부극 집전부에 부극 탭(111b)이 접속된다.
정극(121a) 및 부극(121b)은 세퍼레이터(122)를 사이에 두도록 배치되지만, 만일 위치가 어긋나면, 정극(121a) 및 부극(121b)이 단락할 우려가 있다. 특히, 정극(121a) 및 부극(121b)이 교차하는 도 1의 (B)에 1점 파선원으로 둘러싼 A부에서 단락할 우려가 있다고 하는 것이 본건 발명자들에 의해 발견되었다. 따라서, 본건 발명자들은 적어도 정극(121a) 및 부극(121b) 중 어느 한쪽의 전극의 A부를 포함하는 영역에 절연성의 점착 테이프를 부착하는 것을 착상하였다. 한편, 이 절연성의 점착 테이프는 정극(121a) 및 부극(121b)의 단락을 방지하는 것이므로, 어느 한쪽에 부착하면 좋고, 양쪽에 부착해도 좋다. 또한 이하의 설명에서는, 정극/부극으로 특정하지 않고, 전극으로서 설명한다.
도 2는 양산성이 우수한 전극 제조 방법을 설명하는 도면이다.
구체적인 다양한 방법을 검토하는 도중에, 본건 발명자들은 양산성을 고려하여, 절연성의 점착 테이프(1213)를 전극 소재 시트(1210)에 부착한 상태에서 레이저 컷트함으로써 전극을 제조하는 방법에 생각이 미쳤다. 한편, 전극 소재 시트(1210)는 전극 집전박(1211)의 소정 영역에 전극 활물질층(1212)이 형성되어 있다. 또한, 절연성의 점착 테이프(1213)는, 예를 들어 폴리프로필렌(polypropylene; PP) 등의 수지 테이프이다.
전극 소재 시트(1210)에 수지 테이프(1213)를 부착한 상태가 도 2에 도시되어 있다. 도 2의 (B)로부터 알 수 있는 바와 같이, 전극 집전박(1211)의 소정 영역에 전극 활물질층(1212)이 형성되어 있다. 그리고, 수지 테이프(1213)는 전극 집전박(1211)에 형성된 전극 활물질층(1212)과, 전극 활물질층(1212)이 형성되어 있지 않은 전극 집전박(1211)에 걸쳐서 부착되어 있다.
도 3은 전극 소재 시트로부터 전극을 제조하기 위한 컷트 라인을 도시하는 도면이다.
수지 테이프(1213)가 부착된 전극 소재 시트(1210)를, 1점 파선으로 나타낸 컷트 라인을 따라서 레이저 컷트한다. 이와 같이 하면, 양산성이 우수한 방법으로 원하는 전극(121)을 제조할 수 있다.
도 4는 레이저 컷트 장치의 개요를 도시하는 도면이다.
레이저 컷트 장치(20)는 레이저 발진부(21)와, 레이저 헤드(22)와, 레이저 헤드 위치 결정부(23)와, 워크 반송대(24)를 포함한다.
레이저 발진부(21)는 레이저를 발생시킨다. 레이저는, 예를 들어 파장이 1㎛대의 레이저이다. 이와 같은 레이저이면, 전극 소재 시트(1210)를 절단했을 때에 발생하는 절삭 칩을 적게 할 수 있다. 따라서, 전지의 내부에 절삭 칩이 남기 어려워진다. 또한 고속으로 컷트할 수 있다. 따라서, 양산성이 우수하다. 또한, 파장이 1㎛대의 레이저로서는, YAG 레이저나 파이버 레이저가 있다.
레이저 헤드(22)는 파이버 케이블(261)을 통해 레이저 발진부(21)에 접속된다. 레이저 헤드(22)는 레이저를 발사한다. 또한, 레이저 헤드(22)는 가스 튜브(262)를 통해 가스 공급부(25)에 접속된다. 가스 튜브(262)의 도중에는 전자기 밸브(263)가 설치되어 있고, 가스의 공급 또는 정지를 전환할 수 있다. 레이저 헤드(22)의 그 밖의 상세에 대해서는 후술한다.
레이저 헤드 위치 결정부(23)는 레이저 헤드(22)를 지지하는 동시에, 전후 방향(X방향) 및 좌우 방향(Y방향)으로 레이저 헤드(22)를 이동시킨다.
워크 반송대(24)는 전극 소재 시트(1210)를 소정의 위치까지 반송하는 동시에, 레이저 컷트 시에 위치가 어긋나지 않도록 전극 소재 시트(1210)를 보유 지지한다. 구체적인 구조의 도시는 생략하지만, 워크 반송대(24)는 전후로 배열되는 2개의 벨트 컨베이어로 이루어지고, 그 벨트 컨베이어에 의해 전극 소재 시트(1210)를 소정의 위치까지 반송한다. 또한, 2개의 벨트 컨베이어 사이에는 에어 흡인부가 설치되어 있고, 전극 소재 시트(1210)를 흡인하여 위치가 어긋나지 않도록 보유 지지한다.
도 5는 레이저 헤드의 상세도이다.
레이저 헤드(22)는 말단(221)에 파이버 커넥터를 구비한다. 이 파이버 커넥터에 파이버 케이블(261)이 접속된다. 레이저 헤드(22)는 파이버 커넥터로부터 레이저를 도입한다. 레이저 헤드(22)는 선단(222)이 노즐 칩이다. 노즐 칩의 선단 구경은, 일례를 들면 φ0.8 내지 1.5㎜이다. 레이저 헤드(22)는 노즐 칩으로부터 레이저를 조사(照射)한다. 또한, 레이저 헤드(22)는 가스 취입부(223)를 구비한다. 이 가스 취입부(223)에 가스 튜브(262)가 접속된다. 레이저 헤드(22)는 가스 공급부(25)로부터 공급된 가스를, 가스 취입부(223)로부터 도입한다. 그리고 이 가스는 노즐 칩의 선단구로부터 레이저와 동축으로 분사된다. 또한, 레이저 헤드(22)는 카메라(224)를 구비한다. 이 카메라(224)는 노즐 칩의 선단구의 위치 확인용이다.
도 6은 발명자들의 지식을 설명하는 도면이다.
상술한 바와 같이, 본건 발명자들은 양산성을 고려하여, 수지 테이프(1213)를 전극 소재 시트(1210)에 부착한 상태에서 레이저 컷트함으로써 전극을 제조하는 방법에 생각이 미쳤다.
그러나, 수지 테이프(1213)는 레이저를 투과시켜 버리므로, 어떤 고안을 하지 않으면, 레이저 컷트할 수 없는 것이 본건 발명자들에 의해 발견되었다.
즉, 도 6의 컷트 라인 I 및 컷트 라인 II에 존재하는 수지 테이프(1213)는 레이저를 투과시켜 버리므로, 어떤 고안을 하지 않으면, 레이저 컷트할 수 없다. 또한 컷트 라인 III에는 수지 테이프(1213)가 부착되어 있지 않고, 전극 집전박(1211)이 노출되어 있다. 따라서, 여기에 대해서는 통상의 방법으로 레이저 컷트할 수 있다.
도 7은 레이저 파워 밀도와 수지 테이프의 절단 폭의 상관을 설명하는 도면으로, 도 7의 (A)는 상관도, 도 7의 (B)는 수지 테이프의 절단 폭을 설명하는 도면이다.
발명자들은 개발을 진행시켜 가는 도중에, 컷트 라인 I에 대해서는, 수지 테이프가 부착된 전극 활물질층에 소정의 파워 밀도의 레이저를 조사함으로써, 전극 활물질에 함유되는 성분이 증발하고, 이 증발 가스에 의해 수지 테이프를 절단할 수 있는 것을 발견하였다. 이와 같이 컷트 라인 I를 따라서 수지 테이프를 절단하는 공정이 용융 절단 공정이다.
그 실험 결과를 플롯하여 얻어진 레이저 파워 밀도와 수지 테이프의 절단 폭의 상관이 도 7의 (A)에 도시되어 있다. 또한, 수지 테이프(1213)의 절단 폭(W)이라 함은, 도 7의 (B)에 도시된 바와 같이 레이저의 조사 중심을 사이에 두고 넓어지는 절단 폭이다.
도 7의 (A)에 도시된 바와 같이, 파워 밀도(A)까지는, 수지 테이프를 절단할 수 없지만, 파워 밀도(A)를 초과하면, 파워 밀도가 커질수록 테이프의 절단 폭이 커진다. 이는, 수지 테이프가 부착된 전극 활물질층의 활물질에 함유되는 성분이 증발하고, 이 증발 가스의 열이나 압력에 의해 수지 테이프가 절단되기 때문이다.
또한 컷트 라인 II에 대해서는, 도 6의 (B)에 도시되어 있는 바와 같이, 수지 테이프(1213)가 전극 활물질층(1212)이 아니라 전극 집전박(1211)에 부착되어 있다. 그로 인해, 전극 활물질층의 증발 현상이 발생하지 않으므로, 수지 테이프(1213)는 컷트되지 않는다. 그러나, 컷트 라인 II에 있어서의 수지 테이프(1213)의 길이는 짧기 때문에, 컷트 라인(레이저 조사 궤적)을 사이에 둔 전극(121) 및 잉여 부재(125)를 보유 지지하여 양자를 떼어냄으로써, 컷트 라인 II에 있어서의 수지 테이프(1213)를 절단할 수 있다. 따라서, 양산성이 좋다. 또한 컷트 라인 II를 따라서 수지 테이프를 절단하는 공정이 잡아당김 분리 절단 공정이다.
도 8은 전극 소재 시트(1210)의 컷트 라인 I에 있어서의 단면도이다.
도 8의 (A)에 도시된 바와 같이, 전극 소재 시트(1210)는 전극 집전박(1211)의 표리 양면에 전극 활물질층(1212)이 형성되어 있고, 또한 수지 테이프(1213)가 부착되어 있다.
수지 테이프(1213)가 부착된 전극 소재 시트(1210)에 레이저(L)가 조사되면, 도 8의 (B)에 도시된 바와 같이, 레이저(L)는 수지 테이프(1213)를 투과하여, 전극 활물질층(1212)에 흡수된다.
이때, 레이저(L)의 파워 밀도가, 파워 밀도(A)를 초과하고 있으면, 도 8의 (C)에 화살표로 나타낸 바와 같이, 전극 활물질층(1212)의 전극 활물질에 함유되는 성분이 증발한다. 그리고, 이 증발 가스에 의해 수지 테이프(1213)가 용융되어 절단된다. 수지 테이프(1213)의 용융이 진행되어, 완전히 절단되면 절단 부위로부터 전극 활물질의 증기가 릴리프되므로, 수지 테이프(1213)에 대해 그 이상은 입열하지 않게 되어 용융이 제한된다.
이때, 본 실시 형태와 같이, 레이저와 동축으로 가스를 분사함으로써, 수지 테이프(1213)가 냉각되므로, 수지 테이프(1213)의 과잉의 용융이 방지된다.
레이저의 입사측과는 반대측의 수지 테이프(1213)에 대해서도, 도 8의 (D)에 도시된 바와 같이, 전극 활물질층(1212)의 전극 활물질의 성분이 증발할 때에 발생하는 증발 가스의 열에 의해 용융되어 절단된다.
레이저를 투과시켜 버리는 수지 테이프는 레이저 컷트할 수 없다. 그러나, 본 실시 형태에서는 수지 테이프가 부착된 전극 활물질층(1212)에 레이저를 조사하여 전극 활물질 성분을 증발시킴으로써, 증발 가스가 발생된다. 이 증발 가스의 열이나 압력 등에 의해 수지 테이프가 절단되는 것이다. 이와 같이 본 실시 형태에 따르면, 레이저를 투과시켜 버리는 수지 테이프라도, 절단할 수 있는 것이다. 그리고 수지 테이프를 사용할 수 있으므로, 양산성이 우수한 것이다.
또한 본 실시 형태에서는, 레이저와 동축으로 가스를 분사하도록 하였다. 따라서, 수지 테이프(1213)가 절단되면 즉시 냉각되게 되어, 수지 테이프(1213)의 과잉의 용융이 방지된다. 특히, 가스가 레이저와 동축으로 분사되므로, 레이저 헤드를 고속으로 이동시켜도, 가스의 분사가 지연되는 일 없이 추종할 수 있어, 수지 테이프(1213)의 과잉의 용융이 확실하게 방지되는 것이다.
또한, 수지 테이프(1213)가 전극 활물질층(1212)이 아니라 전극 집전박(1211)에 부착되어 있는 컷트 라인 II에 대해서는, 전극 활물질층의 증발 현상이 발생하지 않으므로, 수지 테이프(1213)는 컷트되지 않는다. 그러나, 컷트 라인(레이저 조사 궤적)을 사이에 둔 전극(121) 및 잉여 부재(125)를 보유 지지하여 양자를 떼어냄으로써, 컷트 라인 II에 있어서의 수지 테이프(1213)를 절단할 수 있는 것이다.
이상, 본 발명의 실시 형태에 대해 설명하였지만, 상기 실시 형태는 본 발명의 적용예의 일부를 도시한 것에 지나지 않고, 본 발명의 기술적 범위를 상기 실시 형태의 구체적 구성으로 한정하는 취지는 아니다.
예를 들어, 레이저로서 파장이 1㎛대의 레이저, 또한 그 구체예로서 YAG 레이저 및 파이버 레이저를 예시하였지만, 그들로는 한정되지 않는다. 다른 레이저라도 좋다.
또한 전극을 사용하는 전지로서 리튬 이온 2차 전지를 예시하였지만, 그것으로는 한정되지 않는다. 다른 전지라도 좋다.
또한, 상기 설명에 있어서는, 수지 테이프가 부착되어 있는 측으로부터 레이저를 조사하고 있지만, 도 8의 (D)에 도시되어 있는 바와 같이, 수지 테이프의 이면측으로부터 레이저를 조사해도 전극 활물질층(1212)의 전극 활물질의 성분이 증발할 때에 발생하는 증발 가스의 열에 의해 수지 테이프가 용융되어 절단된다. 따라서, 예를 들어 수지 테이프(1213)를 전극 소재 시트(1210)의 하면에만 부착해 두고 상방으로부터, 그 전극 소재 시트(1210)가 부착된 전극 활물질층(1212)에 레이저를 조사하는 경우라도, 동일한 작용 효과가 얻어진다.
또한 상기 실시 형태에 있어서는, 특히 수지 테이프를 수지층으로서 예시하였지만, 수지 시일이나 수지 패치 또는 수지 도포재라도 동일한 작용 효과가 얻어진다.
10 : 리튬 이온 2차 전지의 셀 팩
11 : 외장재
12 : 단위 전지
121 : 전극(121a : 정극, 121b : 부극)
1210 : 전극 소재 시트
1211 : 전극 집전박
1212 : 전극 활물질층
1213 : 절연성의 점착 테이프(수지 테이프)
122 : 세퍼레이터
20 : 레이저 컷트 장치
21 : 레이저 발진부
22 : 레이저 헤드
23 : 레이저 헤드 위치 결정부
24 : 워크 반송대
25 : 가스 공급부

Claims (8)

  1. 전극 집전박 및 전극 활물질층을 포함하는 전극 소재 시트에 형성된 수지층을 절단하여 전극을 제조하는 방법이며,
    상기 수지층이 형성된 전극 활물질층에 레이저를 조사(照射)하여 전극 활물질 성분을 증발시킴으로써 발생한 증발 가스에 의해 수지층을 절단하는 용융 절단 공정을 포함하는, 전극 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 수지층이 형성된 전극 집전박에 레이저를 조사한 후, 조사 궤적을 사이에 두는 전극 및 잉여 부재를 보유 지지하여 양자를 떼어냄으로써 수지층을 절단하는 잡아당김 분리 절단 공정을 포함하는, 전극 제조 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 수지층은 절연성의 점착 테이프인, 전극 제조 방법.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 레이저를 조사할 때에 레이저와 동축으로 가스를 분사하는, 전극 제조 방법.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 레이저는 파장이 1㎛대의 레이저인, 전극 제조 방법.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 레이저는 YAG 레이저 또는 파이버 레이저인, 전극 제조 방법.
  7. 전극 집전박 및 전극 활물질층을 포함하는 전극 소재 시트에 형성된 수지층을 절단하는 레이저 컷트 장치이며, 상기 수지층이 형성된 전극 활물질층을 증발시킴으로써 발생한 증발 가스에 의해 수지층을 절단하도록, 전극 활물질층에 레이저를 조사하는 레이저 조사부를 포함하는, 레이저 컷트 장치.
  8. 제7항에 있어서, 상기 레이저 조사부는 레이저를 조사할 때에 레이저와 동축으로 가스도 분사하는, 레이저 컷트 장치.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2018004177A1 (ko) * 2016-06-27 2018-01-04 삼성에스디아이(주) 이차 전지의 제조 방법 및 이를 이용한 이차 전지
KR20180055717A (ko) * 2016-11-17 2018-05-25 도요타지도샤가부시키가이샤 세퍼레이터 일체 전극판, 전극판 쌍, 적층형 축전 소자, 및 세퍼레이터 일체 전극판의 제조 방법
CN109690829A (zh) * 2016-08-31 2019-04-26 三洋电机株式会社 二次电池用电极以及其制造方法、和二次电池以及其制造方法
WO2023003300A1 (ko) * 2021-07-21 2023-01-26 주식회사 엘지에너지솔루션 전극의 제조 방법 및 이 방법에 사용되는 전극 제조 시스템

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6064228B2 (ja) * 2013-05-24 2017-01-25 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 レーザ切断装置およびレーザ切断方法
FR3034913B1 (fr) * 2015-04-09 2017-05-05 Commissariat Energie Atomique Procede de decoupe d'un electrode d'un generateur electrochimique
CN104942445B (zh) * 2015-05-22 2017-01-04 深圳吉阳智云科技有限公司 一种使用激光切割极片的方法
JP6885310B2 (ja) * 2017-11-28 2021-06-09 トヨタ自動車株式会社 電極シート製造装置および蓄電装置の製造方法
WO2020140865A1 (zh) * 2019-01-02 2020-07-09 无锡先导智能装备股份有限公司 极片切割装置
CN110116277B (zh) * 2019-05-20 2022-05-24 广东利元亨智能装备股份有限公司 一种极耳激光切割方法及其设备
CN115555852B (zh) 2021-06-30 2023-06-30 宁德时代新能源科技股份有限公司 极片成型方法及设备
WO2023170960A1 (ja) * 2022-03-11 2023-09-14 武蔵精密工業株式会社 蓄電セル、蓄電モジュール、および、蓄電セルの製造方法
JP2023132755A (ja) * 2022-03-11 2023-09-22 トヨタ自動車株式会社 全固体電池用電極、全固体電池及びこれらの製造方法

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS52111097A (en) * 1976-03-13 1977-09-17 Toshiba Corp Laser processing method
JPS6245490A (ja) * 1985-08-23 1987-02-27 Toyota Motor Corp 合成樹脂材料の切断方法
JPS6245491A (ja) * 1985-08-23 1987-02-27 Toyota Motor Corp 合成樹脂材料の切断方法
JPH01127188A (ja) * 1987-11-10 1989-05-19 Toyota Motor Corp 樹脂切断方法
JP2539946B2 (ja) * 1990-10-03 1996-10-02 三菱電機株式会社 レ―ザ切断方法
KR100477725B1 (ko) * 1997-08-28 2005-05-16 삼성에스디아이 주식회사 전지의극판절단장치
JP4183395B2 (ja) 2001-03-28 2008-11-19 三洋電機株式会社 リチウム二次電池用電極の製造方法
JP2003048094A (ja) * 2001-08-03 2003-02-18 Matsushita Electric Ind Co Ltd レーザ加工装置およびレーザ加工方法
JP3754420B2 (ja) * 2003-02-04 2006-03-15 三洋電機株式会社 二次電池用電極板及びその製造方法並びにこの電極板を用いた二次電池
JP2006054281A (ja) 2004-08-11 2006-02-23 Tdk Corp 電気化学素子の製造方法および装置
KR101093306B1 (ko) * 2007-05-18 2011-12-14 주식회사 엘지화학 파이버 펄스형 레이저를 이용한 리튬 이차전지 전극의제조방법
JP5354646B2 (ja) * 2008-07-31 2013-11-27 Ｎｅｃエナジーデバイス株式会社 積層型二次電池およびその製造方法

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2018004177A1 (ko) * 2016-06-27 2018-01-04 삼성에스디아이(주) 이차 전지의 제조 방법 및 이를 이용한 이차 전지
CN109328412A (zh) * 2016-06-27 2019-02-12 三星Sdi株式会社 用于制造二次电池的方法和使用该方法的二次电池
US11217780B2 (en) 2016-06-27 2022-01-04 Samsung Sdi Co., Ltd. Method for manufacturing secondary battery and secondary battery using same
CN109690829A (zh) * 2016-08-31 2019-04-26 三洋电机株式会社 二次电池用电极以及其制造方法、和二次电池以及其制造方法
KR20180055717A (ko) * 2016-11-17 2018-05-25 도요타지도샤가부시키가이샤 세퍼레이터 일체 전극판, 전극판 쌍, 적층형 축전 소자, 및 세퍼레이터 일체 전극판의 제조 방법
WO2023003300A1 (ko) * 2021-07-21 2023-01-26 주식회사 엘지에너지솔루션 전극의 제조 방법 및 이 방법에 사용되는 전극 제조 시스템

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