KR20130095368A - Notching device for removal of scrap and secondary battery manufactured using the same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 스크랩 제거를 위한 노칭 장치 및 이를 사용하여 생산되는 이차전지에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 전극 활물질이 도포되어 있는 연속적인 전극 시트로부터 다수의 단위 전극들을 제조하기 위해, 상기 전극 시트를 단위 전극 간격으로 노칭하는 장치로서, 전극 시트가 감겨져 있는 롤러 형상의 권출기(unwinder); 상기 권출기로부터 이송되어 다이 상에 위치 고정된 상태에서 전극 시트의 상단부와 하단부에 각각 노치를 타발하는 타발기; 및 상기 타발 후 전극 시트를 되감는 롤러 형상의 권취기(rewinder); 를 포함하고 있으며, 상기 타발기는, 노치를 타발하는 펀치와 상기 펀치에 대응하는 다이; 상기 펀치의 하단면에 대응하는 크기 내지 그 보다 작은 크기를 가지며, 하기 구동 실린더의 작동에 의해 펀치의 하단에 대한 밀착 위치(A)와 펀치의 하단으로부터의 이격 위치(B)로 상하 방향의 운동을 하는 스크랩 제거용 플레이트; 및 상기 스크랩 제거용 플레이트에 연동된 상태로 펀치 내에 장착되어 있고, 상기 스크랩 제거용 플레이트를 밀착 위치(A)로부터 이격 위치(B)로 이동시켜 타발된 스크랩을 펀치 하단면으로부터 분리한 후 밀착 위치(A)로 원위치 시키는 구동 실린더; 를 포함하는 노칭 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a notching device for scrap removal and a secondary battery produced using the same, and more particularly, to produce a plurality of unit electrodes from a continuous electrode sheet coated with an electrode active material, An apparatus for notching at unit electrode intervals, the apparatus comprising: a roller-shaped unwinder in which an electrode sheet is wound; A punching machine for punching the notches at the upper end and the lower end of the electrode sheet while being transported from the unwinder and fixed on the die; And a roller-shaped rewinder for rewinding the electrode sheet after the punching. The puncher includes: a punch for punching a notch and a die corresponding to the punch; It has a size corresponding to or smaller than the lower end surface of the punch, and the movement in the vertical direction to the close position (A) to the lower end of the punch and the separation position (B) from the lower end of the punch by the operation of the following drive cylinder Scrap removal plate; And mounted in the punch in a state interlocked with the scrap removing plate, and moving the scrap removing plate from the close contact position (A) to the separated position (B) to separate the punched scrap from the punch bottom surface and then close the close position. (A) the driving cylinder to the original position; It relates to a notching device comprising a.
최근, 충방전이 가능한 이차전지는 와이어리스 모바일 기기의 에너지원 또는 보조 전력장치 등으로 광범위하게 사용되고 있다. 또한, 이차전지는 화석 연료를 사용하는 기존의 가솔린 차량, 디젤 차량 등의 대기오염 등을 해결하기 위한 방안으로 제시되고 있는 전기자동차(EV), 하이브리드 전기자동차(HEV), 플러그-인 하이브리드 전기자동차(Plug-In HEV) 등의 동력원으로서도 주목받고 있다.BACKGROUND ART [0002] In recent years, rechargeable secondary batteries have been extensively used as an energy source or an auxiliary power device for wireless mobile devices. In addition, the secondary battery is an electric vehicle (EV), a hybrid electric vehicle (HEV), a plug-in hybrid electric vehicle (HEV), and the like, which are proposed as solutions for air pollution of existing gasoline vehicles and diesel vehicles using fossil fuels (Plug-In HEV) and the like.
이러한 이차전지는 전극조립체가 전해액과 함께 전지케이스에 내장되는 형태로 제조된다. 상기 전극조립체는 제조 방법에 따라 스택형, 폴딩형, 스택-폴딩형 등으로 구분된다. 스택형 또는 스택-폴딩형 전극조립체의 경우, 단위 조립체가 양극과 음극이 분리막을 사이에 두고 순차적으로 적층되는 구조로 이루어져 있다. 이러한 전극조립체를 만들기 위해서는 양극과 음극을 먼저 제조하는 것이 필요하다.Such a secondary battery is manufactured such that the electrode assembly is embedded in the battery case together with the electrolyte solution. The electrode assembly is classified into a stack type, a folding type, a stack-folding type, and the like according to a manufacturing method. In the case of the stacked or stacked-folded electrode assembly, the unit assembly has a structure in which an anode and a cathode are sequentially stacked with a separator interposed therebetween. To fabricate such an electrode assembly, it is necessary to first fabricate the anode and the cathode.
즉, 양극과 음극 같은 단위 전극을 제조하기 위해서는 먼저 일면 또는 양면에 전극 활물질이 도포되어 있는 연속적인 전극 시트를 단위 전극 간격으로 노칭하는 과정이 필요하다. 상기 노칭 과정은 일반적으로 타발기를 사용하여 전극 시트의 일부에 노칭하는 방식이 사용되고 있다.That is, in order to manufacture unit electrodes such as a positive electrode and a negative electrode, first, a process of notching a continuous electrode sheet coated with an electrode active material on one surface or both surfaces at unit electrode intervals is required. In the notching process, a method of notching a part of an electrode sheet using a punching machine is generally used.
상기 타발기는 타발 물체인 전극 시트를 일정한 형태로 가공하는 장치로서, 연속 피딩 방식이 많이 사용되고 있다.The punching machine is a device for processing an electrode sheet, which is a punching object, in a predetermined form, and a continuous feeding method is widely used.
상기 타발기의 작동 과정을 도 1과 함께 참조하면, 전극 시트(10)에 일정한 형상의 노치를 타발하는 펀치(20)와 전극 시트(10)의 하면에 위치하는 다이(30)를 포함하고 있으며, 다이(30)의 하부에는 펀치(20)에 대향하는 위치에 흡입 집진기(40)가 형성되어 있다 ((a) 참조). 따라서, 펀치(20)가 하강하면서 전극 시트(10)를 타발함((b) 참조)과 동시에 흡입 집진기(40)는 다이(30)의 하부에서 타발된 스크랩(15)을 흡입하여 스크랩(15)을 제거하게 된다.Referring to the operation of the punching machine with reference to Figure 1, the
그러나, 이러한 타발 과정에서 스크랩(15)이 흡입 집진기(40)를 통해 빠져나가지 못하고 펀치(20) 내부로 혼입될 수 있으며, 펀치(20) 내부로 혼입된 스크랩(15)이 전극 표면에 소착되는 현상((c) 참조)이 발생할 수 있다. 또한, 종래의 펀치(20)와 다이(30) 사이의 공간(h)은 약 5 ㎛ 이하로 매우 협소하므로, 흡입 집진기(40)의 흡입시 외부에서 들어오는 공기가 희박하여 스크랩의 배출이 원활하게 이루어지지 않는 문제점도 가지고 있다.However, in this punching process, the
따라서, 상기와 같은 문제점들을 해결하기 위한 새로운 노칭 장치의 개발이 필요한 실정이다.Therefore, there is a need for the development of a new notching device for solving the above problems.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to solve the above-described problems of the prior art and the technical problems required from the past.
본 발명의 목적은 안정적으로 전극 시트에 노치를 형성함과 동시에 스크랩의 배출을 원활히 이룰 수 있는 노칭 장치를 제공하는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a notching apparatus which can stably form a notch on the electrode sheet and at the same time smoothly discharge the scrap.
본 발명의 또 다른 목적은 상기와 같은 노칭 장치를 사용하여 우수한 작동 특성을 발휘하는 이차전지를 제공하는 것이다.Still another object of the present invention is to provide a secondary battery exhibiting excellent operating characteristics using the notching device as described above.
따라서, 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 노칭 장치는, 일면 또는 양면에 전극 활물질이 도포되어 있는 연속적인 전극 시트로부터 다수의 단위 전극들을 제조하기 위해, 상기 전극 시트를 단위 전극 간격으로 노칭하는 장치로서,Therefore, the notching apparatus according to the present invention for achieving the above object, in order to manufacture a plurality of unit electrodes from a continuous electrode sheet is coated with an electrode active material on one side or both sides, the electrode sheet at unit electrode intervals As a notching device,
전극 시트가 감겨져 있는 롤러 형상의 권출기(unwinder);A roller-shaped unwinder in which an electrode sheet is wound;
상기 권출기로부터 이송되어 다이 상에 위치 고정된 상태에서 전극 시트의 상단부와 하단부에 각각 노치를 타발하는 타발기; 및A punching machine for punching the notches at the upper end and the lower end of the electrode sheet while being transported from the unwinder and fixed on the die; And
상기 타발 후 전극 시트를 되감는 롤러 형상의 권취기(rewinder);A roller-shaped rewinder for rewinding the electrode sheet after the punching;
를 포함하고 있으며, 상기 타발기는, To include, the punching machine,
노치를 타발하는 펀치와 상기 펀치에 대응하는 다이;A punch for punching a notch and a die corresponding to the punch;
상기 펀치의 하단면에 대응하는 크기 내지 그 보다 작은 크기를 가지며, 하기 구동 실린더의 작동에 의해 펀치의 하단에 대한 밀착 위치(A)와 펀치의 하단으로부터의 이격 위치(B)로 상하 방향의 운동을 하는 스크랩 제거용 플레이트; 및It has a size corresponding to or smaller than the lower end surface of the punch, and the movement in the vertical direction to the close position (A) to the lower end of the punch and the separation position (B) from the lower end of the punch by the operation of the following drive cylinder Scrap removal plate; And
상기 스크랩 제거용 플레이트에 연동된 상태로 펀치 내에 장착되어 있고, 상기 스크랩 제거용 플레이트를 밀착 위치(A)로부터 이격 위치(B)로 이동시켜 타발된 스크랩을 펀치 하단면으로부터 분리한 후 밀착 위치(A)로 원위치시키는 구동 실린더;The scrap removal plate is mounted in the punch while being interlocked with the scrap removal plate, and the scrap removal plate is moved from the close contact position (A) to the separated position (B) to separate the punched scrap from the punch bottom surface, and then the close contact position ( Drive cylinder reverted to A);
를 포함하고 있다..
즉, 본 발명에 따른 노칭 장치는 구동 실린더 및 스크랩 제거용 플레이트에 의해 타발된 스크랩을 하단으로 밀어내어 타발 후 스크랩의 혼입을 막아주는 역할을 하므로, 종래의 노칭 장치에서 타발 역할만을 수행하는 구조와 비교하여 스크랩을 효과적으로 배출할 수 있다.That is, the notching device according to the present invention serves to prevent the mixing of the scrap after the punch by pushing the scrap scraped by the drive cylinder and the scrap removal plate to the lower end, and only performs the punching role in the conventional notching device In comparison, scrap can be effectively discharged.
앞서 설명한 바와 같이, 스크랩 제거용 플레이트는 펀치의 하단면에 대응하는 크기를 가지거나 그 보다 작을 수 있지만, 상기 크기가 너무 작은 경우에는 스크랩 제거용 플레이트의 역할을 수행할 수 없으므로 바람직하지 않다. 따라서, 후자의 경우, 예를 들어, 펀치 하단면의 폭을 기준으로 30% 내지 99%의 크기를 가질 수 있다.As described above, the scrap removing plate may have a size corresponding to or smaller than the bottom surface of the punch, but if the size is too small, the scrap removing plate may not serve as a scrap removing plate. Thus, in the latter case, for example, it may have a size of 30% to 99% based on the width of the punch bottom surface.
상기 구동 실린더는 공기압에 의해 기계적인 왕복 상하 운동을 수행할 수 있도록, 바람직하게는, 공기 유압 실린더일 수 있다. The drive cylinder may preferably be an air hydraulic cylinder so as to perform mechanical reciprocating up and down movement by air pressure.
상기 구조에서, 구동 실린더는, 예를 들어, 에어 솔 벨브에 의해 개폐가 이루어질 수 있다.In the above structure, the drive cylinder can be opened and closed by, for example, an air sole valve.
하나의 바람직한 예에서, 상기 스크랩 제거용 플레이트는 타발 시점에서 밀착 위치(A)를 유지하고, 타발 후 펀치의 하강 과정에서 이격 위치(B)로 이동하는 구조일 수 있다. 따라서, 타발에 의해 노칭된 스크랩은 스크랩 제거용 플레이트이 이격 위치(B)로 이동하는 과정에서 하단으로 용이하게 배출될 수 있다.In one preferred example, the scrap removal plate may have a structure that maintains the close contact position (A) at the time of the punching, and moves to a spaced position (B) during the lowering of the punch after the punching. Therefore, the scrap notched by the punching can be easily discharged to the bottom in the process of moving the scrap removal plate to the spaced position (B).
이 경우, 스크랩 제거용 플레이트는 후속 타발을 위해 펀치가 상승하는 과정에서 밀착 위치(A)로 원위치 이동할 수 있다.In this case, the scrap removal plate can be moved to its original position (A) in the process of raising the punch for subsequent punching.
또 다른 바람직한 예에서, 상기 다이의 하부에는 펀치에 대향하는 위치에 흡입 집진기를 추가로 포함하고 있는 구조일 수 있다. In another preferred embodiment, the lower portion of the die may be a structure further including a suction dust collector in a position opposite the punch.
하나의 구체적인 예에서, 상기 흡입 집진기와 연통하는 하나 이상의 벤트 홀이 펀치에 추가로 형성되어 있을 수 있다.In one specific example, one or more vent holes in communication with the suction dust collector may be further formed in the punch.
상기 구조에서, 상기 벤트 홀은 타발 시점에서 펀치 상부의 외기가 흡입 집진기로 유입될 수 있는 형상으로 공기 유로를 제공하도록 천공되어 있을 수 있다. 따라서, 상기 벤트 홀에 의해 외기에 의한 집진력이 강화되어 스크랩의 배출을 매우 효율적으로 이룰 수 있다.In the above structure, the vent hole may be perforated to provide an air flow path in a shape in which outside air of the upper part of the punch may be introduced into the suction dust collector at the time of punching. Therefore, the dust collecting force by the outside air is strengthened by the vent hole, and the discharge of the scrap can be achieved very efficiently.
한편, 상기 타발 후의 전극 시트는 전극 탭을 포함하고 있는 구조로 이루어질 수 있다.On the other hand, the electrode sheet after the punching may be made of a structure including an electrode tab.
본 발명은 또한, 상기 노칭 장치를 사용하여 제조되는 전극조립체를 제공한다.The present invention also provides an electrode assembly manufactured using the notching device.
상기 전극조립체는 양극과 음극이 분리막을 사이에 두고 서로 적층된 구조로 이루어져 있다.The electrode assembly has a structure in which the anode and the cathode are laminated with each other with a separator therebetween.
상기 양극은, 예를 들어, 양극 합제를 NMP 등의 용매에 혼합하여 만들어진 슬러리를 음극 집전체 상에 도포한 후 건조 및 압연하여 제조될 수 있다.The positive electrode may be manufactured by, for example, applying a slurry prepared by mixing a positive electrode mixture with a solvent such as NMP onto a negative electrode current collector, followed by drying and rolling.
상기 양극 합제는 양극 활물질 이외에 선택적으로 도전재, 바인더, 충진제 등이 포함될 수 있다.The positive electrode mixture may optionally include a conductive material, a binder, a filler, etc. in addition to the positive electrode active material.
상기 양극 활물질은 전기화학적 반응을 일으킬 수 있는 리튬 전이금속 산화물로서, 2 이상의 전이금속을 포함하고, 예를 들어, 1 또는 그 이상의 전이금속으로 치환된 리튬 코발트 산화물(LiCoO2), 리튬 니켈 산화물(LiNiO2) 등의 층상 화합물; 1 또는 그 이상의 전이금속으로 치환된 리튬 망간 산화물; 화학식 LiNi1-yMyO2 (여기서, M = Co, Mn, Al, Cu, Fe, Mg, B, Cr, Zn 또는 Ga 이고 상기 원소 중 하나 이상의 원소를 포함, 0.01≤y≤0.7 임)으로 표현되는 리튬 니켈계 산화물; Li1+zNi1/3Co1/3Mn1/3O2, Li1+zNi0.4Mn0.4Co0.2O2 등과 같이 Li1+zNibMncCo1-(b+c+d)MdO(2-e)Ae (여기서, -0.5≤z≤0.5, 0.1≤b≤0.8, 0.1≤c≤0.8, 0≤d≤0.2, 0≤e≤0.2, b+c+d<1 임, M = Al, Mg, Cr, Ti, Si 또는 Y 이고, A = F, P 또는 Cl 임)으로 표현되는 리튬 니켈 코발트 망간 복합산화물; 화학식 Li1+xM1-yM'yPO4-zXz(여기서, M = 전이금속, 바람직하게는 Fe, Mn, Co 또는 Ni 이고, M' = Al, Mg 또는 Ti 이고, X = F, S 또는 N 이며, -0.5≤x≤+0.5, 0≤y≤0.5, 0≤z≤0.1 임)로 표현되는 올리빈계 리튬 금속 포스페이트 등을 들 수 있지만, 이들만으로 한정되는 것은 아니다.The cathode active material is a lithium transition metal oxide capable of causing an electrochemical reaction, and includes two or more transition metals, for example, lithium cobalt oxide (LiCoO 2 ) and lithium nickel oxide (substituted with one or more transition metals). Layered compounds such as LiNiO 2 ); Lithium manganese oxide substituted with one or more transition metals; Formula LiNi 1-y M y O 2 ( where, M = Co, Mn, Al , Cu, Fe, Mg, B, Cr, Zn or Ga and Lim, 0.01≤y≤0.7 include one or more elements of the element) A lithium nickel-based oxide represented by the following formula: Li 1 + z Ni 1/3 Co 1/3 Mn 1/3
상기 도전재는 통상적으로 양극 활물질을 포함한 혼합물 전체 중량을 기준으로 1 내지 30 중량%로 첨가된다. 이러한 도전재는 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 천연 흑연이나 인조 흑연 등의 흑연; 카본블랙, 아세틸렌 블랙, 케첸 블랙, 채널 블랙, 퍼네이스 블랙, 램프 블랙, 서머 블랙 등의 카본블랙; 탄소 섬유나 금속 섬유 등의 도전성 섬유; 불화 카본, 알루미늄, 니켈 분말 등의 금속 분말; 산화아연, 티탄산 칼륨 등의 도전성 위스키; 산화 티탄 등의 도전성 금속 산화물; 폴리페닐렌 유도체 등의 도전성 소재 등이 사용될 수 있다.The conductive material is usually added in an amount of 1 to 30% by weight based on the total weight of the mixture including the cathode active material. Such a conductive material is not particularly limited as long as it has electrical conductivity without causing chemical changes in the battery, for example, graphite such as natural graphite or artificial graphite; Carbon black such as carbon black, acetylene black, ketjen black, channel black, furnace black, lamp black, and summer black; Conductive fibers such as carbon fiber and metal fiber; Metal powders such as carbon fluoride, aluminum, and nickel powder; Conductive whiskeys such as zinc oxide and potassium titanate; Conductive metal oxides such as titanium oxide; Conductive materials such as polyphenylene derivatives and the like can be used.
상기 바인더는 활물질과 도전재 등의 결합과 집전체에 대한 결합에 조력하는 성분으로서, 통상적으로 양극 활물질을 포함하는 혼합물 전체 중량을 기준으로 1 내지 30 중량%로 첨가된다. 이러한 바인더의 예로는, 폴리불화비닐리덴, 폴리비닐알코올, 카르복시메틸셀룰로우즈(CMC), 전분, 히드록시프로필셀룰로우즈, 재생 셀룰로우즈, 폴리비닐피롤리돈, 테트라플루오로에틸렌, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 에틸렌-프로필렌-디엔 테르 폴리머(EPDM), 술폰화 EPDM, 스티렌 브티렌 고무, 불소 고무, 다양한 공중합제 등을 들 수 있다.The binder is a component which assists in bonding of the active material and the conductive material and bonding to the current collector, and is usually added in an amount of 1 to 30% by weight based on the total weight of the mixture containing the cathode active material. Examples of such binders include polyvinylidene fluoride, polyvinyl alcohol, carboxymethylcellulose (CMC), starch, hydroxypropylcellulose, regenerated cellulose, polyvinylpyrrolidone, tetrafluoroethylene, polyethylene , Polypropylene, ethylene-propylene-diene terpolymer (EPDM), sulfonated EPDM, styrene butylene rubber, fluorine rubber, and various copolymers.
상기 충진제는 전극의 팽창을 억제하는 성분으로서 선택적으로 사용되며, 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 섬유상 재료라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등의 올리핀계 중합제; 유리섬유, 탄소섬유 등의 섬유상 물질이 사용된다.The filler is optionally used as a component for suppressing the expansion of the electrode, and is not particularly limited as long as it is a fibrous material without causing any chemical change in the battery. Examples of the filler include olefin-based polymerizers such as polyethylene and polypropylene; Fibrous materials such as glass fibers and carbon fibers are used.
상기 양극 집전체는 일반적으로 3 내지 500 ㎛의 두께로 만들어진다. 이러한 양극 집전체는, 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 스테인리스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소, 또는 알루미늄이나 스테인리스 스틸의 표면에 카본, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면처리한 것 등이 사용될 수 있다. 집전체는 그것의 표면에 미세한 요철을 형성하여 양극 활물질의 접착력을 높일 수도 있으며, 필름, 시트, 호일, 네트, 다공질체, 발포체, 부직포체 등 다양한 형태가 가능하다.The cathode current collector is generally made to have a thickness of 3 to 500 mu m. Such a positive electrode collector is not particularly limited as long as it has conductivity without causing chemical change to the battery, and may be formed on the surface of stainless steel, aluminum, nickel, titanium, sintered carbon or aluminum or stainless steel Carbon, nickel, titanium, silver, or the like may be used. The current collector may have fine irregularities on the surface thereof to increase the adhesive force of the cathode active material, and various forms such as a film, a sheet, a foil, a net, a porous body, a foam, and a nonwoven fabric are possible.
상기 음극은, 예를 들어, 음극 집전체 상에 음극 활물질을 포함하고 있는 음극 합제를 도포한 후 건조하여 제조되며, 상기 음극 합제에는, 필요에 따라, 앞서 설명한 바와 같은 도전재, 바인더, 충진제 등의 성분들이 포함될 수 있다.The negative electrode is prepared, for example, by applying a negative electrode mixture containing a negative electrode active material on a negative electrode collector and then drying the same. The negative electrode mixture may contain a conductive material, a binder, a filler, May be included.
상기 음극 활물질로는, 예를 들어, 천연 흑연, 인조 흑연, 팽창 흑연, 탄소섬유, 난흑연화성 탄소, 카본블랙, 카본나노튜브, 플러렌, 활성탄 등의 탄소 및 흑연재료; 리튬과 합금이 가능한 Al, Si, Sn, Ag, Bi, Mg, Zn, In, Ge, Pb, Pd, Pt, Ti 등의 금속 및 이러한 원소를 포함하는 화합물; 금속 및 그 화합물과 탄소 및 흑연재료의 복합물; 리튬 함유 질화물 등을 들 수 있다. 그 중에서도 탄소계 활물질, 규소계 활물질, 주석계 활물질, 또는 규소-탄소계 활물질이 더욱 바람직하며, 이들은 단독으로 또는 둘 이상의 조합으로 사용될 수도 있다.Examples of the negative electrode active material include carbon and graphite materials such as natural graphite, artificial graphite, expanded graphite, carbon fiber, non-graphitizable carbon, carbon black, carbon nanotube, fullerene and activated carbon; Metals such as Al, Si, Sn, Ag, Bi, Mg, Zn, In, Ge, Pb, Pd, Pt and Ti which can be alloyed with lithium and compounds containing these elements; Complexes of metals and their compounds and carbon and graphite materials; Lithium-containing nitrides, and the like. Among them, a carbon-based active material, a silicon-based active material, a tin-based active material, or a silicon-carbon based active material is more preferable, and these may be used singly or in combination of two or more.
상기 음극 집전체는 일반적으로 3 내지 500 ㎛의 두께로 만든다. 이러한 음극 집전체는, 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 높은 도전성을 가지는 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 구리, 스테인리스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소, 구리나 스테인리스 스틸의 표면에 카본, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면처리한 것, 알루미늄-카드뮴 합금 등이 사용될 수 있다. 또한, 양극 집전체와 마찬가지로, 표면에 미세한 요철을 형성하여 음극 활물질의 결합력을 강화시킬 수도 있으며, 필름, 시트, 호일, 네트, 다공질체, 발포체, 부직포체 등 다양한 형태로 사용될 수 있다.The negative electrode collector is generally made to have a thickness of 3 to 500 mu m. Such an anode current collector is not particularly limited as long as it has high conductivity without causing chemical changes in the battery, and examples thereof include copper, stainless steel, aluminum, nickel, titanium, sintered carbon, copper or stainless steel Surface-treated with carbon, nickel, titanium, silver or the like, aluminum-cadmium alloy, or the like can be used. In addition, like the positive electrode collector, fine unevenness can be formed on the surface to enhance the bonding force of the negative electrode active material, and it can be used in various forms such as films, sheets, foils, nets, porous bodies, foams and nonwoven fabrics.
상기 분리막은 양극과 음극 사이에 개재되며, 높은 이온 투과도와 기계적 강도를 가지는 절연성의 얇은 박막이 사용된다. 분리막의 기공 직경은 일반적으로 0.01 ~ 10 ㎛이고, 두께는 일반적으로 5 ~ 300 ㎛이다. 이러한 분리막으로는, 예를 들어, 내화학성 및 소수성의 폴리프로필렌 등의 올레핀계 폴리머; 유리섬유 또는 폴리에틸렌 등으로 만들어진 시트나 부직포 등이 사용된다. 전해질로서 폴리머 등의 고체 전해질이 사용되는 경우에는 고체 전해질이 분리막을 겸할 수도 있다.The separation membrane is interposed between the anode and the cathode, and an insulating thin film having high ion permeability and mechanical strength is used. The pore diameter of the separator is generally 0.01 to 10 mu m and the thickness is generally 5 to 300 mu m. Such separation membranes include, for example, olefinic polymers such as polypropylene, which are chemically resistant and hydrophobic; A sheet or nonwoven fabric made of glass fiber, polyethylene or the like is used. When a solid electrolyte such as a polymer is used as an electrolyte, the solid electrolyte may also serve as a separation membrane.
또한, 본 발명은 상기 전극조립체가 리튬염 함유 비수계 전해액과 함께 전지케이스의 내부에 밀봉되어 있는 이차전지를 제공한다.The present invention also provides a secondary battery in which the electrode assembly is sealed inside a battery case together with a non-aqueous electrolyte solution containing a lithium salt.
상기 리튬염 함유 비수계 전해액은 전해액과 리튬염으로 이루어져 있으며, 상기 전해액으로는 비수계 유기용매, 유기 고체 전해질, 무기 고체 전해질 등이 사용된다.The lithium salt-containing nonaqueous electrolyte solution is composed of an electrolyte solution and a lithium salt. As the electrolyte solution, a nonaqueous organic solvent, an organic solid electrolyte, and an inorganic solid electrolyte may be used.
상기 비수계 유기용매로는, 예를 들어, N-메틸-2-피롤리디논, 프로필렌 카르보네이트, 에틸렌 카르보네이트, 부틸렌 카르보네이트, 디메틸 카르보네이트, 디에틸 카르보네이트, 감마-부틸로 락톤, 1,2-디메톡시 에탄, 테트라히드록시 프랑(franc), 2-메틸 테트라하이드로푸란, 디메틸술폭시드, 1,3-디옥소런, 포름아미드, 디메틸포름아미드, 디옥소런, 아세토니트릴, 니트로메탄, 포름산 메틸, 초산메틸, 인산 트리에스테르, 트리메톡시 메탄, 디옥소런 유도체, 설포란, 메틸 설포란, 1,3-디메틸-2-이미다졸리디논, 프로필렌 카르보네이트 유도체, 테트라하이드로푸란 유도체, 에테르, 프로피온산 메틸, 프로피온산 에틸 등의 비양자성 유기용매가 사용될 수 있다.Examples of the non-aqueous organic solvent include N-methyl-2-pyrrolidinone, propylene carbonate, ethylene carbonate, butylene carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, gamma -Butyrolactone, 1,2-dimethoxyethane, tetrahydroxyfuran, 2-methyltetrahydrofuran, dimethylsulfoxide, 1,3-dioxolane, formamide, dimethylformamide, dioxolane , Acetonitrile, nitromethane, methyl formate, methyl acetate, triester phosphate, trimethoxymethane, dioxolane derivatives, sulfolane, methylsulfolane, 1,3-dimethyl-2-imidazolidinone, propylene carbonate Nonionic organic solvents such as tetrahydrofuran derivatives, ethers, methyl propionate and ethyl propionate can be used.
상기 유기 고체 전해질로는, 예를 들어, 폴리에틸렌 유도체, 폴리에틸렌 옥사이드 유도체, 폴리프로필렌 옥사이드 유도체, 인산 에스테르 폴리머, 폴리 에지테이션 리신(agitation lysine), 폴리에스테르 술파이드, 폴리비닐 알코올, 폴리 불화 비닐리덴, 이온성 해리기를 포함하는 중합제 등이 사용될 수 있다.Examples of the organic solid electrolyte include a polymer electrolyte such as a polyethylene derivative, a polyethylene oxide derivative, a polypropylene oxide derivative, a phosphate ester polymer, an agitation lysine, a polyester sulfide, a polyvinyl alcohol, a polyvinylidene fluoride, A polymer containing an ionic dissociation group and the like may be used.
상기 무기 고체 전해질로는, 예를 들어, Li3N, LiI, Li5NI2, Li3N-LiI-LiOH, LiSiO4, LiSiO4-LiI-LiOH, Li2SiS3, Li4SiO4, Li4SiO4-LiI-LiOH, Li3PO4-Li2S-SiS2 등의 Li의 질화물, 할로겐화물, 황산염 등이 사용될 수 있다.As the inorganic solid electrolyte, for example, Li 3 N, LiI, Li 5 NI 2 , Li 3 N-LiI-LiOH, LiSiO 4 , LiSiO 4- LiI-LiOH, Li 2 SiS 3 , Li 4 SiO 4 , Nitrides, halides, sulfates and the like of Li, such as Li 4 SiO 4 -LiI-LiOH, Li 3 PO 4 -Li 2 S-SiS 2 , and the like, may be used.
상기 리튬염은 상기 비수계 전해질에 용해되기 좋은 물질로서, 예를 들어, LiCl, LiBr, LiI, LiClO4, LiBF4, LiB10Cl10, LiPF6, LiCF3SO3, LiCF3CO2, LiAsF6, LiSbF6, LiAlCl4, CH3SO3Li, CF3SO3Li, (CF3SO2)2NLi, 클로로 보란 리튬, 저급 지방족 카르본산 리튬, 4 페닐 붕산 리튬, 이미드 등이 사용될 수 있다.The lithium salt is a material that is readily soluble in the non-aqueous electrolyte, for example, LiCl, LiBr, LiI, LiClO 4, LiBF 4,
또한, 전해액에는 충방전 특성, 난연성 등의 개선을 목적으로, 예를 들어, 피리딘, 트리에틸포스파이트, 트리에탄올아민, 환상 에테르, 에틸렌 디아민, n-글라임(glyme), 헥사 인산 트리 아미드, 니트로벤젠 유도체, 유황, 퀴논 이민 염료, N-치환 옥사졸리디논, N,N-치환 이미다졸리딘, 에틸렌 글리콜 디알킬 에테르, 암모늄염, 피롤, 2-메톡시 에탄올, 삼염화 알루미늄 등이 첨가될 수도 있다. 경우에 따라서는, 불연성을 부여하기 위하여, 사염화탄소, 삼불화에틸렌 등의 할로겐 함유 용매를 더 포함시킬 수도 있고, 고온 보존 특성을 향상시키기 위하여 이산화탄산 가스 등을 더 포함시킬 수도 있다.For the purpose of improving the charge / discharge characteristics and the flame retardancy, the electrolytic solution is preferably mixed with an organic solvent such as pyridine, triethylphosphite, triethanolamine, cyclic ether, ethylenediamine, glyme, Benzene derivatives, sulfur, quinone imine dyes, N-substituted oxazolidinones, N, N-substituted imidazolidines, ethylene glycol dialkyl ethers, ammonium salts, pyrrole, 2-methoxyethanol, . In some cases, a halogen-containing solvent such as carbon tetrachloride or ethylene trifluoride may be further added to impart nonflammability, or a carbon dioxide gas or the like may be further added to improve high-temperature storage characteristics.
상기 전지케이스는 원통형 캔, 각형 캔 또는 라미네이션 시트를 열융착한 파우치 형태일 수 있다. 이 중에서도 파우치형 케이스가 중량이 작고 제조비용이 낮으며 형태 변형이 용이하다는 등의 이점으로 인해 최근 많이 사용되고 있다.The battery case may be in the form of a pouch obtained by heat-sealing a cylindrical can, a rectangular can, or a lamination sheet. Among these, pouch-type cases have been used in recent years because of their advantages such as low weight, low manufacturing cost, and easy deformation.
상기 라미네이트 시트는, 바람직하게는, 열융착이 행해지는 내부 수지층, 차단성 금속층, 및 내구성을 발휘하는 외부 수지층을 포함하는 구조로 이루어져 있다.The laminate sheet is preferably made of a structure including an inner resin layer subjected to heat fusion, a barrier metal layer, and an outer resin layer exhibiting durability.
상기 외부 수지층은 외부 환경에 대해 우수한 내성을 가져야 하므로, 소정 이상의 인장강도와 내후성이 필요하다. 이러한 측면에서 외부 피복층의 고분자 수지는 인장강도 및 내후성이 우수한 폴리에틸렌 나프탈레이트(PEN), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 또는 연신 나일론을 포함할 수 있다.The outer resin layer must have excellent resistance to the external environment, and therefore, a tensile strength and weather resistance higher than a predetermined level are required. In this respect, the polymer resin of the outer coating layer may include polyethylene naphthalate (PEN), polyethylene terephthalate (PET), or stretched nylon having excellent tensile strength and weatherability.
또한, 상기 외부 피복층은 폴리에틸렌 나프탈레이트(PEN)로 이루어져 있거나 및/또는 상기 외부 피복층의 외면에 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)층이 구비되어 있는 구조로 이루어질 수 있다.The outer coating layer may be made of polyethylene naphthalate (PEN) and / or a polyethylene terephthalate (PET) layer may be provided on the outer surface of the outer coating layer.
상기 폴리에틸렌 나프탈레이트(PEN)는 폴리에틸렌 테레프탈레이트 (PET)와 비교하여 얇은 두께에서도 우수한 인장강도와 내후성을 가지므로 외부 피복층으로 사용하기에 바람직하다.The polyethylene naphthalate (PEN) has an excellent tensile strength and weatherability even at a thin thickness as compared with polyethylene terephthalate (PET), and thus is preferable for use as an outer coating layer.
상기 내부 수지층의 고분자 수지로는 열융착성(열접착성)을 가지고, 전해액의 침입을 억제하기 위해 전해액에 대한 흡습성이 낮으며, 전해액에 의해 팽창하거나 침식되지 않는 고분자 수지가 사용될 수 있으며, 더욱 바람직하게는 무연신 폴리프로필렌 필름(CPP)으로 이루어질 수 있다.The polymer resin of the internal resin layer may be a polymer resin having heat-sealability (thermal adhesiveness), low hygroscopicity to the electrolyte to suppress penetration of the electrolyte, and not swellable or eroded by the electrolyte. More preferably, it may be made of an unoriented polypropylene film (CPP).
하나의 바람직한 예에서, 본 발명에 따른 라미네이트 시트는, 상기 외부 피복층의 두께가 5 내지 40 ㎛이고, 상기 베리어층의 두께가 20 내지 150 ㎛이며, 상기 내부 실란트층의 두께가 10 내지 50 ㎛인 구조로 이루어질 수 있다. 상기 라미네이트 시트의 각 층들의 두께가 너무 얇은 경우에는 물질에 대한 차단 기능과 강도 향상을 기대하기 어렵고, 반대로 너무 두꺼우면 가공성이 떨어지고 시트의 두께 증가를 유발하므로 바람직하지 않다.In one preferred example, the laminate sheet according to the present invention is characterized in that the thickness of the outer coating layer is 5 to 40 占 퐉, the thickness of the barrier layer is 20 to 150 占 퐉, the thickness of the inner sealant layer is 10 to 50 占 퐉 Structure. When the thickness of each layer of the laminate sheet is too thin, it is difficult to expect a blocking function and strength improvement for the material. On the other hand, if it is too thick, the workability is deteriorated and the thickness of the sheet is increased.
상기와 같은 이차전지는 소형 디바이스의 전원으로 사용되는 전지셀에 사용될 수 있을 뿐만 아니라, 고온 안정성 및 긴 사이클 특성과 높은 레이트 특성 등이 요구되는 중대형 디바이스의 전원으로 사용되는 다수의 전지셀들을 포함하는 전지팩에 단위전지로도 바람직하게 사용될 수 있다.The secondary battery as described above may not only be used in a battery cell used as a power source for a small device, but also includes a plurality of battery cells used as a power source for medium and large devices requiring high temperature stability, long cycle characteristics, and high rate characteristics. It can also be preferably used as a unit cell in the battery pack.
상기 중대형 디바이스의 바람직한 예로는 전지 기반 모터에 의해 동력을 받아 움직이는 파워 툴(power tool); 전기자동차(Electric Vehicle, EV), 하이브리드 전기자동차(Hybrid Electric Vehicle, HEV), 플러그-인 하이브리드 전기자동차(Plug-in Hybrid Electric Vehicle, PHEV) 등을 포함하는 전기차; 전기 자전거(E-bike), 전기 스쿠터(E-scooter)를 포함하는 전기 이륜차; 전기 골프 카트(electric golf cart) 등을 들 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.Preferred examples of the medium-to-large device include a power tool driven by a battery-based motor; An electric vehicle including an electric vehicle (EV), a hybrid electric vehicle (HEV), a plug-in hybrid electric vehicle (PHEV), and the like; An electric motorcycle including an electric bike (E-bike) and an electric scooter (E-scooter); An electric golf cart, and the like, but the present invention is not limited thereto.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 노칭 장치는 구동 실린더 및 스크랩 제거용 플레이트에 의해 타발된 스크랩을 하단으로 밀어내고, 타발 후 스크랩의 혼입을 막아주는 역할을 하므로, 스크랩을 효과적으로 배출할 수 있다.As described above, the notching device according to the present invention pushes the scrap scraped by the drive cylinder and the scrap removing plate to the lower end, and serves to prevent the mixing of the scrap after the punching, thereby effectively discharging the scrap.
도 1은 종래의 노칭 장치의 부분 모식도다;
도 2는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 노칭 장치의 구성도이다;
도 3 내지 도 6은 도 2의 타발기의 공정 모식도들이다.1 is a partial schematic view of a conventional notching apparatus;
2 is a block diagram of a notching apparatus according to one embodiment of the present invention;
3 to 6 are process schematic diagrams of the punching machine of FIG. 2.
이하에서는, 본 발명의 실시예에 따른 도면을 참조하여 설명하지만, 이는 본 발명의 더욱 용이한 이해를 위한 것으로, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings, but the present invention is not limited by the scope of the present invention.
도 2에는 본 발명에 따른 노칭 장치의 구성도가 도시되어 있다.2 is a block diagram of a notching device according to the present invention.
도 2를 참조하면, 양면에 전극 활물질이 도포되어 있는 연속적인 전극 시트(10)로부터 다수의 단위 전극들을 제조하기 위해, 전극 시트(10)를 단위 전극 간격으로 노칭하는 장치(200)로서, 전극 시트(10)가 감겨져 있는 롤러 형상의 권출기(50), 권출기(50)로부터 이송되어 다이(130) 상에 위치 고정된 상태에서 전극 시트(10)의 상단부와 하단부에 각각 노치를 타발하는 타발기(100), 및 타발 후 전극 시트(10)를 되감는 롤러 형상의 권취기(60)를 포함한다.Referring to FIG. 2, an
도 3 내지 도 6은 도 2의 타발기의 공정 모식도들이 도시되어 있다. 이들 도면을 도 2와 함께 참조하면, 타발기(100)는 노치를 타발하는 펀치(120)와 다이(130), 스크랩 제거용 플레이트(140), 및 공기 유압 실린더인 구동 실린더(150)를 포함한다.3 to 6 show process schematics of the punching machine of FIG. 2. Referring to these drawings in conjunction with FIG. 2, the punching
스크랩 제거용 플레이트(140)는 펀치(120)의 하단면의 폭(W)을 기준으로 약 95%의 크기를 가지고, 구동 실린더(150)의 작동에 의해 펀치(120)의 하단에 대한 밀착 위치(A)와 펀치(120)의 하단으로부터의 이격 위치(B)로 상하 방향의 운동을 한다.The
구동 실린더(150)는 스크랩 제거용 플레이트(140)에 연동된 상태로 펀치(120) 내에 장착되어 있고, 에어 솔 벨브(도시하지 않음)에 의해 개폐가 이루어진다.The driving
노치의 공정 순서는, 우선 도 3을 참조하면, 스크랩 제거용 플레이트(140)는 타발 시점에서 밀착 위치(A)를 유지한다. 이후, 도 4 및 도 5에서 보는 바와 같이, 타발 후 펀치(120)의 하강 과정에서 이격 위치(B)로 이동한다. 다음으로, 도 6에서와 같이, 스크랩 제거용 플레이트(140)는 후속 타발을 위해 펀치(120)가 상승하는 과정에서 밀착 위치(A)로 원위치 이동한다.Referring to FIG. 3, in the process sequence of the notch, the
한편, 다이(130)의 하부에는 펀치(120)에 대향하는 위치에 흡입 집진기(160)를 포함하며, 흡입 집진기(160)와 연통하는 두 개의 벤트 홀(161, 162)이 펀치(120)에 형성되어 있다.Meanwhile, a lower portion of the
즉, 벤트 홀(161, 162)은 타발 시점(도 4 참조)에서 펀치 상부의 외기가 흡입 집진기(160)로 유입될 수 있는 형상으로 공기 유로를 제공하도록 천공되어 있어서, 외기에 의한 집진력이 강화되어 스크랩의 배출을 더욱 효율적으로 이룰 수 있다.
That is, the vent holes 161 and 162 are perforated to provide an air flow path in a shape such that outside air of the upper part of the punch can be introduced into the
이상 본 발명의 실시예에 따른 도면을 참조하여 설명하였지만, 본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주 내에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다.
While the present invention has been described with reference to exemplary embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments.
Claims (14)
전극 시트가 감겨져 있는 롤러 형상의 권출기(unwinder);
상기 권출기로부터 이송되어 다이 상에 위치 고정된 상태에서 전극 시트의 상단부와 하단부에 각각 노치를 타발하는 타발기; 및
상기 타발 후 전극 시트를 되감는 롤러 형상의 권취기(rewinder);
를 포함하고 있으며, 상기 타발기는,
노치를 타발하는 펀치와 상기 펀치에 대응하는 다이;
상기 펀치의 하단면에 대응하는 크기 내지 그 보다 작은 크기를 가지며, 하기 구동 실린더의 작동에 의해 펀치의 하단에 대한 밀착 위치(A)와 펀치의 하단으로부터의 이격 위치(B)로 상하 방향의 운동을 하는 스크랩 제거용 플레이트; 및
상기 스크랩 제거용 플레이트에 연동된 상태로 펀치 내에 장착되어 있고, 상기 스크랩 제거용 플레이트를 밀착 위치(A)로부터 이격 위치(B)로 이동시켜 타발된 스크랩을 펀치 하단면으로부터 분리한 후 밀착 위치(A)로 원위치 시키는 구동 실린더;
를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 노칭 장치.An apparatus for notching the electrode sheet at unit electrode intervals in order to manufacture a plurality of unit electrodes from a continuous electrode sheet coated with one or both electrode active materials,
A roller-shaped unwinder in which an electrode sheet is wound;
A punching machine for punching the notches at the upper end and the lower end of the electrode sheet while being transported from the unwinder and fixed on the die; And
A roller-shaped rewinder for rewinding the electrode sheet after the punching;
To include, the punching machine,
A punch for punching a notch and a die corresponding to the punch;
It has a size corresponding to or smaller than the lower end surface of the punch, and the movement in the vertical direction to the close position (A) to the lower end of the punch and the separation position (B) from the lower end of the punch by the operation of the following drive cylinder Scrap removal plate; And
The scrap removal plate is mounted in the punch while being interlocked with the scrap removal plate, and the scrap removal plate is moved from the close contact position (A) to the separated position (B) to separate the punched scrap from the punch bottom surface, and then the close contact position ( A drive cylinder reverting to A);
Notching device, characterized in that it comprises a.
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