KR20130105001A - Electrode manufacturing device of novel structure - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 신규한 구조의 전극 제조장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 연속적인 전극 시트로부터 다수의 단위 전극들을 제조하기 위한 장치로서, 전극 시트가 감겨져 있는 롤러 형상의 권출기; 상기 권출기로부터 이송된 전극 시트의 위치를 모니터링하여 보정하는 사행 보정부; 상기 전극시트가 모두 권출될 경우 새로운 전극시트를 연결하는 스플라이스부; 스캐너를 이용하여 상기 전극시트를 슬리팅 및 노칭 하는 레이저를 포함하는 재단부; 상기 재단부 하단에 위치하며 상기 레이저에 의해 재단된 스크랩을 분리하는 스크랩 제거부; 상기 재단된 전극의 패턴 및 치수를 이미지 센서에 의해 검사하는 비전부; 상기 전극의 패턴을 유지하고 권취시 공기 유입을 방지하는 롤러 형상의 터치롤; 및 상기 터치롤에서 전극을 되감는 롤러 형상의 권취기;를 포함하는 제조장치에 관한 것이다.The present invention relates to an electrode manufacturing apparatus of a novel structure, and more particularly, to an apparatus for producing a plurality of unit electrodes from a continuous electrode sheet, a roller-shaped unwinder winding the electrode sheet; A meandering correction unit configured to monitor and correct the position of the electrode sheet transferred from the unwinder; A splice portion connecting new electrode sheets when all of the electrode sheets are unrolled; A cutting part including a laser for slitting and notching the electrode sheet using a scanner; Located at the bottom of the cutting portion scrap removal unit for separating the scrap cut by the laser; A vision unit for inspecting a pattern and a dimension of the cut electrode by an image sensor; A roller-shaped touch roll which maintains a pattern of the electrode and prevents air from entering during winding; It relates to a manufacturing apparatus comprising; and a roller-shaped winding machine for rewinding the electrode in the touch roll.
화석연료의 고갈에 의한 에너지원의 가격이 상승하고, 환경 오염의 관심이 증폭되면서 친환경 대체 에너지원에 대한 요구가 미래생활을 위한 필수 불가결한 요인이 되고 있고, 특히, 모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서의 이차전지에 대해 수요가 급격히 증가하고 있다. As the price of energy sources increases due to the depletion of fossil fuels, and the interest of environmental pollution is increasing, the demand for environmentally friendly alternative energy sources becomes an indispensable factor for future life. As demand increases, demand for secondary batteries as energy sources is rapidly increasing.
대표적으로 전지의 형상 면에서는 얇은 두께로 휴대폰 등과 같은 제품들에 적용될 수 있는 각형 이차전지와 파우치형 이차전지에 대한 수요가 높고, 재료 면에서는 높은 에너지 밀도, 방전 전압, 출력 안정성의 리튬이온 전지, 리튬이온 폴리머 전지 등과 같은 리튬 이차전지에 대한 수요가 높다. Representatively, there is a high demand for rectangular secondary batteries and pouch secondary batteries, which can be applied to products such as mobile phones with a thin thickness in terms of shape of batteries, and lithium ion batteries with high energy density, discharge voltage, and output stability in terms of materials. There is a high demand for lithium secondary batteries such as lithium ion polymer batteries.
일반적으로, 이차전지는 집전체의 표면에 활물질을 도포하여 양극과 음극을 구성하고 그 사이에 분리막을 개재하여 전극조립체를 만든 후, 원통형 또는 각형의 금속 캔이나 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치형 케이스 내부에 장착하고, 상기 전극조립체에 주로 액체 전해질을 주입 또는 합침시키거나 고체 전해질을 사용하여 제조된다.In general, a secondary battery is formed by applying an active material to the surface of a current collector to form a positive electrode and a negative electrode, and forming an electrode assembly through a separator therebetween, and then into a pouch-shaped case of a cylindrical or rectangular metal can or an aluminum laminate sheet. It is mounted, and is prepared by injecting or incorporating a liquid electrolyte mainly into the electrode assembly or using a solid electrolyte.
여기서, 전극조립체는 전지케이스의 크기 및 형태와 사용되는 분야에서 요구되는 용량 등에 따라 다양한 크기로 제조되는데, 그러기 위해서는 전극조립체를 구성하는 전극 및 분리막을 소정의 크기로 재단하는 공정이 필수적이다.Here, the electrode assembly is manufactured in various sizes according to the size and shape of the battery case and the capacity required in the field used, for this purpose, it is necessary to cut the electrode and the separator constituting the electrode assembly to a predetermined size.
전극 및 분리막의 절단공정으로는 다이와 펀치를 이용한 전단금형 기술이 많이 사용되고 있으나, 상기의 방법으로 금속 집전체와 활물질층으로 구성된 전극을 재단할 경우, 다음과 같은 문제점들이 발생한다.As a cutting process for cutting electrodes and separators, many shear mold technologies using dies and punches are used. However, the following problems occur when cutting an electrode composed of a metal current collector and an active material layer by the above method.
첫째, 전단금형으로 전극을 재단할 경우, 상기 전극의 전단면을 매끄럽게 하기 위하여 금형을 주기적으로 연마해 주어야 하는 번거로움이 발생한다. 또한, 금형을 주기적으로 연마를 해준다 하더라도, 전극의 단부면에 버(burr)가 발생될 가능성이 높기 때문에 이차전지의 안전성에 문제가 발생할 수도 있다. 즉, 전극의 단부면에 발생한 버는 전지의 조립과정 또는 작동 중 주기적인 팽창 및 수축 과정에서 분리막을 관통하여 반대 전극에 접촉함으로써 내부 단락을 유발할 수 있다.First, when cutting the electrode with a shearing mold, it is necessary to periodically grind the mold in order to smooth the shear surface of the electrode. In addition, even if the mold is periodically polished, a problem may occur in the safety of the secondary battery because burrs are likely to be generated at the end faces of the electrodes. That is, the burr generated on the end surface of the electrode may penetrate the separator and contact the opposite electrode in the process of assembling or periodically inflating and contracting the battery, thereby causing an internal short circuit.
둘째, 전단금형으로는 소망하는 크기의 전극을 정밀하게 재단하기 어렵기 때문에, 우선 전극을 대략적인 크기로 1차 절단한 다음 소망하는 크기로 2차 절단하는 2회의 절단공정을 사용하여 재단한다. 따라서, 공정회수가 늘어나게 되고, 결과적으로 제조시간 및 비용이 증가하게 된다.Second, since it is difficult to precisely cut an electrode of a desired size with a shearing mold, first, the electrode is first cut to an approximate size, and then cut using two cutting processes of second cutting to a desired size. Therefore, the number of processes is increased, resulting in an increase in manufacturing time and cost.
셋째, 전단금형은 그 형태가 일정하기 때문에 다양한 크기 및 형태의 전극을 재단하는데 어려움이 있는 바, 새로운 크기 및 형태의 전극을 재단하기 위해서는 새로운 금형을 다시 제작하여야 하므로 제조비용이 증가되는 단점을 가지고 있다.Third, since the shear mold has a constant shape, it is difficult to cut electrodes of various sizes and shapes. In order to cut a new size and shape of electrodes, a new mold must be manufactured again, which increases manufacturing costs. have.
넷째, 전단금형으로 전극을 재단할 경우, 전극의 절단 과정에서 다소 많은 양의 전극 분진이 발생하는 하는 바, 이러한 다량의 전극 분진은 전지에 혼입되어 전지의 성능을 저하시키는 요인으로 작용하는 문제점을 가지고 있다.Fourth, when cutting the electrode with a shearing mold, a rather large amount of electrode dust is generated during the cutting of the electrode, such a large amount of electrode dust is mixed into the battery to act as a factor that degrades the performance of the battery Have.
이와 관련하여, 공개특허공보 제2001-0007879호, 한국 공개특허공보 제2007-0064690호, 한국 공개특허공보 제2008-0101725호는 레이저를 이용한 이차전지 전극의 제조방법에 관한 기술을 개시하고 있다. In this regard, Korean Unexamined Patent Publication No. 2001-0007879, Korean Unexamined Patent Publication No. 2007-0064690, and Korean Unexamined Patent Publication No. 2008-0101725 disclose a technique related to a method of manufacturing a secondary battery electrode using a laser.
그러나, 상기한 선행기술들은 이차전지 전극을 직선 절단하는 기술에 관한 것으로서, 특정한 형상을 가공하기에는 적합하지 않고, 전극을 재단한 후 손상 없이 권취하는 기술을 제공하지 못하는 문제점이 있다.However, the above-mentioned prior arts are related to a technique of linearly cutting a secondary battery electrode, which is not suitable for processing a specific shape, and there is a problem in that it does not provide a technique for winding without damage after cutting the electrode.
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.
따라서, 본 발명의 목적은 이차전지용 전극을 소망하는 형상으로 가공하기에 적합하고, 가공효율이 우수한 전극 제조장치를 제공하는 것이다.Accordingly, it is an object of the present invention to provide an electrode manufacturing apparatus which is suitable for processing an electrode for secondary batteries into a desired shape and is excellent in processing efficiency.
또한, 본 발명의 다른 하나의 목적은, 자동으로 장력 및 속도 제어가 가능하여 안전성 및 공정성이 향상된 제조장치를 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a manufacturing apparatus capable of automatically controlling tension and speed to improve safety and processability.
또한, 본 발명의 다른 하나의 목적은 상기한 제조장치를 이용하여 제조한 이차전지용 전극을 포함한 이차전지를 제공하는 것이다. In addition, another object of the present invention is to provide a secondary battery including an electrode for secondary batteries manufactured using the above-described manufacturing apparatus.
따라서, 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 제조장치는, 일면 또는 양면에 전극 활물질이 도포되어 있는 연속적인 전극 시트로부터 다수의 단위 전극들을 제조하기 위한 장치로서,Therefore, the manufacturing apparatus according to the present invention for achieving the above object, as a device for manufacturing a plurality of unit electrodes from a continuous electrode sheet is coated with an electrode active material on one side or both sides,
전극 시트가 감겨져 있는 롤러 형상의 권출기(unwinder);A roller-shaped unwinder in which an electrode sheet is wound;
상기 권출기로부터 이송된 전극 시트의 위치를 모니터링하여 보정하는 사행 보정부;A meandering correction unit configured to monitor and correct the position of the electrode sheet transferred from the unwinder;
상기 전극시트가 모두 권출될 경우 새로운 전극시트를 연결하는 스플라이스부(splice);A splice for connecting a new electrode sheet when all of the electrode sheets are unrolled;
스캐너를 이용하여 상기 전극시트를 슬리팅(slitting) 및 노칭(notching) 하는 레이저를 포함하는 재단부;A cutting part including a laser for slitting and notching the electrode sheet using a scanner;
상기 재단부 하단에 위치하며 상기 레이저에 의해 재단된 스크랩을 분리하는 스크랩 제거부;Located at the bottom of the cutting portion scrap removal unit for separating the scrap cut by the laser;
상기 재단된 전극의 패턴 및 치수를 이미지 센서에 의해 검사하는 비전(vision)부;A vision unit inspecting a pattern and a dimension of the cut electrode by an image sensor;
상기 전극의 패턴을 유지하고 권취시 공기 유입을 방지하는 롤러 형상의 터치롤; 및A roller-shaped touch roll which maintains a pattern of the electrode and prevents air from entering during winding; And
상기 터치롤에서 전극을 되감는 롤러 형상의 권취기(rewinder);A roller-shaped rewinder for rewinding the electrode in the touch roll;
를 포함하고 있다..
즉, 본 발명에 따른 제조장치는, 단순히 전극을 직선 절단하는 것 이외에 전극 형상의 제조를 위한 전단계로서의 노칭(notching) 공정 및 전극 탭의 형상 가공이 가능하다. 그 결과, 본 발명의 제조장치는, 별도의 노칭 설비 등을 구비함으로 인해 발생하는 비용을 감소시킬 수 있고, 가격 경쟁력이 우수한 이차전지를 제공할 수 있다.That is, in the manufacturing apparatus according to the present invention, not only a straight cut of the electrode, but also a notching step as a previous step for the production of the electrode shape and the shape of the electrode tab are possible. As a result, the manufacturing apparatus of the present invention can reduce the cost incurred by providing a separate notching facility, etc., it is possible to provide a secondary battery excellent in price competitiveness.
또한, 노칭 설비 등이 설치된 장소로 전극을 이동시킬 필요가 없고, 한 공간에서 연속작업으로 후 공정을 진행시킬 수 있으므로, 공정성을 향상시키는 효과를 발휘한다.In addition, it is not necessary to move the electrode to a place where a notching facility or the like is installed, and the post process can be performed by continuous work in one space, thereby achieving an effect of improving processability.
더욱이, 하기와 같이 장력 및 속도에 대해 실시간 자동 제어가 가능하므로 자동화 공정에 적합하고 높은 생산성을 제공할 수 있다.In addition, real-time automatic control of tension and speed is possible as described below, which is suitable for an automated process and provides high productivity.
하나의 바람직한 예에서, 상기 권출기에 인접한 위치에는 파우더 브레이크(powder brake)가 위치하고 있고, 권취기에 인접한 위치에는 서보 모터(servo motor)가 위치하는 구조일 수 있다.In one preferred example, a powder brake may be positioned at a position adjacent to the take-up and a servo motor may be positioned at a position adjacent to the take-up.
이러한 구조에서, 상기 파우더 브레이크는 권출기에서 이송된 전극시트의 장력을 감지하여 실시간 제어할 수 있고, 재단된 상태의 전극 시트는 상기 서보 모터가 인코더에 의해 속도를 감지하고, 마찰 롤(friction roll)에 의해 공기 압력으로 장력을 감지하여 제어할 수 있다.In this structure, the powder brake can be controlled in real time by detecting the tension of the electrode sheet transferred from the unwinder, the electrode sheet in the cut state is the servo motor senses the speed by the encoder, friction roll ), The tension can be detected and controlled by air pressure.
따라서, 전극시트의 장력을 실시간으로 자동 제어하여 재단부로 용이하게 이송시키고, 슬리팅 및 노칭 후 전극시트의 형상이 손상 없이 권취 가능하도록 장력 및 감김 제어를 수행하므로 매우 바람직하다.Therefore, since the tension of the electrode sheet is automatically controlled in real time, it is easily transferred to the cutting portion, and the tension and the winding control are performed so that the shape of the electrode sheet can be wound without damage after slitting and notching.
한편, 상기 재단부는 그 부피 및 제조 장치의 구조에 따라 위치를 다양하게 구성할 수 있으며, 예를 들어, 전극시트가 이동하는 방향을 기준으로 전후에 각각 2개 전방 레이저 및 4개의 후방 레이저가 구비되어 있을 수 있다.On the other hand, the cutting portion may be configured in a variety of positions depending on the volume and the structure of the manufacturing apparatus, for example, two front lasers and four rear lasers respectively provided before and after the basis of the direction in which the electrode sheet is moved. It may be.
따라서, 상기 전방 레이저 및 후방 레이저에 의해 전극의 상부 및 하부 패턴을 각각 가공할 수 있다.Therefore, the upper and lower patterns of the electrode can be processed by the front laser and the rear laser, respectively.
상기 구조에서, 재단부의 하단에 인접하게 위치하며, 상기 전방 레이저에 의해 1차 재단 후 후방 레이저에 의해 2차 재단시 장력을 제어하는 롤러들을 추가로 포함할 수 있다.In the above structure, it may further include rollers positioned adjacent to the bottom of the cutting portion, and controls the tension during the secondary cutting by the rear laser after the primary cutting by the front laser.
구체적으로, 상기 롤러들은 전방 레이저 및 후방 레이저의 외측에 대응하는 위치에 엑티브 롤러(active roller)를 포함하고, 상기 전방 레이저 및 후방 레이저 내측에 대응하는 위치 및 상기 스크랩 제거부에 대응하는 위치에 텐션 롤러(tension roller)를 포함할 수 있다. 여기서, 모터가 달려 있는 구조의 엑티브 롤러는 전극을 붙잡는 구조로 형성되어 전체 장력을 용이하게 제어할 수 있다.Specifically, the rollers include an active roller at a position corresponding to the outside of the front laser and the rear laser, and a tension at a position corresponding to the inside of the front laser and the rear laser and a position corresponding to the scrap remover. It may include a roller (tension roller). Here, the active roller of the structure in which the motor is attached is formed in a structure to hold the electrode can easily control the overall tension.
하나의 구체적인 예에서, 상기 텐션 롤러는 상부 롤러 및 하부 롤러로 구성될 수 있으며, 상기 하부 롤러는 고정되어 있고, 상부 롤러를 미세하게 움직이며 전극시트의 장력을 제어할 수 있다.In one specific example, the tension roller may be composed of an upper roller and a lower roller, the lower roller is fixed, and can finely move the upper roller and control the tension of the electrode sheet.
이 때, 상기 파우더 브레이크의 장력 크기는 재단부를 거친 위치인 텐션 롤러의 장력 크기보다 큰 크기로 제어되는 바, 바람직하게는, 상기 텐션 롤러의 장력 크기가 ㅁ0.1%인 경우에 상기 파우더 브레이크에 의한 장력 크기는 ㅁ1%로 제어될 수 있다.At this time, the tension size of the powder brake is controlled to be larger than the tension size of the tension roller which is a position through the cut portion, preferably, when the tension size of the tension roller is W% 0.1% by the powder brake The tension magnitude can be controlled at wh 1%.
한편, 이차전지의 전극 소재는 얇은 금속 호일과 코팅층으로 형성되어 있으므로, 이차전지의 전극을 레이저를 사용하여 절단하는 경우, 얇은 전극 소재를 정밀하게 절단함으로써 절단면에 발생하는 버(burr)를 최소화할 수 있고, 레이저의 열이 소재에 전달되어 발생되는 전극 소재의 손상을 최소화할 수 있는 레이저가 요구된다.On the other hand, since the electrode material of the secondary battery is formed of a thin metal foil and a coating layer, when cutting the electrode of the secondary battery using a laser, it is possible to minimize the burrs generated on the cutting surface by precisely cutting the thin electrode material. There is a need for a laser capable of minimizing damage to the electrode material that can be generated by transferring heat of the laser to the material.
하나의 바람직한 예에서, 발진 방식이 파이버 펄스(Fiber Pulse)인 레이저를 전극 절단작업에 사용함으로써, 재단시 절단면에 발생될 수 있는 버 및 전극 분진을 최소화 하고, 금속 호일 및 코팅층이 열손상 되는 것을 방지할 수 있다.In one preferred embodiment, laser oscillation using fiber pulses is used for electrode cutting, thereby minimizing burr and electrode dust that may be generated on the cutting surface during cutting, and preventing the metal foil and the coating layer from being thermally damaged. You can prevent it.
이 경우, 상기 레이저의 출력 용량은 100W 이상이고, 800 내지 35000 kHz의 펄스 반복율로 발진하며, 1050 내자 1080 nm 파장대로 이루어지는 것이 바람직하다.In this case, it is preferable that the output capacity of the laser is 100 W or more, oscillation at a pulse repetition rate of 800 to 35000 kHz, and is made in the wavelength range of 1050 to 1080 nm.
한편, 상기 스플라이스부는 전극시트를 새로 연결시 호일 리더에 의해 호일을 감아 전극시트가 흘러 들어가는 구조일 수 있다.On the other hand, the splice portion may have a structure in which the electrode sheet flows around the foil by a foil leader when the electrode sheet is newly connected.
본 발명은 또한 상기한 제조장치를 사용하여 제조한 이차전지용 전극 및 상기 이차전지용 전극을 포함하는 리튬 이차전지를 제공한다.The present invention also provides a lithium secondary battery comprising a secondary battery electrode and the secondary battery electrode manufactured using the above-described manufacturing apparatus.
상기한 이차전지용 전극은 NMP 등의 용매에 전극 활물질, 바인더, 도전제, 충진제 등을 선택적으로 혼합하여 만들어진 슬러리를 금속 집전체 상에 도포한 후 건조 및 압연하여 제조될 수 있다.The secondary battery electrode may be prepared by applying a slurry made by selectively mixing an electrode active material, a binder, a conductive agent, a filler, and the like with a solvent such as NMP on a metal current collector, followed by drying and rolling.
상기 금속 집전체는 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 높은 도전성을 가지는 금속이라면 특별히 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 양극 집전체로는 스테인리스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소, 또는 알루미늄이나 스테인리스 스틸의 표면에 카본, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면 처리한 것 등이 사용될 수 있으며, 음극 집전체로는 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.The metal current collector is not particularly limited as long as it is a metal having high conductivity without causing chemical change in the battery. For example, the positive electrode current collector may be stainless steel, aluminum, nickel, titanium, calcined carbon, or a surface treated with carbon, nickel, titanium, silver, or the like on the surface of aluminum or stainless steel. As a whole, copper, stainless steel, aluminum, nickel, titanium, calcined carbon, a surface treated with carbon, nickel, titanium, silver, or the like on the surface of copper or stainless steel, aluminum-cadmium alloy and the like can be used.
상기 금속 집전체는 일반적으로 3 내지 500 ㎛의 두께로 제조되는데, 그것의 표면에 미세한 요철을 형성하여 전극 활물질의 접착력을 높일 수도 있고, 필름, 시트, 호일, 네트, 다공질체, 발포체, 부직포체 등 다양한 형태가 가능하다.The metal current collector is generally manufactured in a thickness of 3 to 500 μm, and may form fine irregularities on its surface to increase adhesion of the electrode active material, and may be a film, sheet, foil, net, porous body, foam, or nonwoven fabric. Various forms are possible.
상기 리튬 이차전지는, 상기와 같은 방법으로 제조된 양극과 음극, 및 그 사이에 개재되는 분리막으로 구성된 전극조립체와, 리튬염 함유 비수계 전해질을 포함하는 것으로 구성되어 있다. The lithium secondary battery includes an electrode assembly composed of a positive electrode and a negative electrode, and a separator interposed therebetween, and a lithium salt-containing non-aqueous electrolyte.
상기 양극은, 예를 들어, 양극 집전체 상에 양극 활물질, 도전제 및 바인더의 혼합물을 도포한 후 건조하여 제조되며, 필요에 따라서는, 상기 혼합물에 충진제를 더 첨가하기도 한다.The positive electrode is prepared by, for example, applying a mixture of a positive electrode active material, a conductive agent, and a binder onto a positive electrode current collector, followed by drying. If necessary, a filler may be further added to the mixture.
상기 양극 활물질은 리튬 코발트 산화물(LiCoO2), 리튬 니켈 산화물(LiNiO2) 등의 층상 화합물이나 1 또는 그 이상의 전이금속으로 치환된 화합물; 화학식 Li1+xMn2-xO4 (여기서, x 는 0 ~ 0.33 임), LiMnO3, LiMn2O3, LiMnO2 등의 리튬 망간 산화물; 리튬 동 산화물(Li2CuO2); LiV3O8, LiFe3O4, V2O5, Cu2V2O7 등의 바나듐 산화물; 화학식 LiNi1-xMxO2 (여기서, M = Co, Mn, Al, Cu, Fe, Mg, B 또는 Ga 이고, x = 0.01 ~ 0.3 임)으로 표현되는 Ni 사이트형 리튬 니켈 산화물; 화학식 LiMn2-xMxO2 (여기서, M = Co, Ni, Fe, Cr, Zn 또는 Ta 이고, x = 0.01 ~ 0.1 임) 또는 Li2Mn3MO8 (여기서, M = Fe, Co, Ni, Cu 또는 Zn 임)으로 표현되는 리튬 망간 복합 산화물; 화학식의 Li 일부가 알칼리토금속 이온으로 치환된 LiMn2O4; 디설파이드 화합물; Fe2(MoO4)3 등을 들 수 있지만, 이들만으로 한정되는 것은 아니다.The cathode active material may be a layered compound such as lithium cobalt oxide (LiCoO 2 ), lithium nickel oxide (LiNiO 2 ), or a compound substituted with one or more transition metals; Lithium manganese oxides such as Li 1 + x Mn 2 -x O 4 (where x is 0 to 0.33), LiMnO 3 , LiMn 2 O 3 , LiMnO 2 and the like; Lithium copper oxide (Li 2 CuO 2 ); Vanadium oxides such as LiV 3 O 8 , LiFe 3 O 4 , V 2 O 5 and Cu 2 V 2 O 7 ; A Ni-site type lithium nickel oxide expressed by the formula LiNi 1-x M x O 2 (where M = Co, Mn, Al, Cu, Fe, Mg, B or Ga and x = 0.01 to 0.3); Formula LiMn 2-x M x O 2 ( where, M = Co, Ni, Fe , Cr, and Zn, or Ta, x = 0.01 ~ 0.1 Im) or Li 2 Mn 3 MO 8 (where, M = Fe, Co, Ni, Cu, or Zn); LiMn 2 O 4 in which a part of Li in the formula is substituted with an alkaline earth metal ion; Disulfide compounds; Fe 2 (MoO 4 ) 3 , and the like. However, the present invention is not limited to these.
상기 도전제는 통상적으로 양극 활물질을 포함한 혼합물 전체 중량을 기준으로 1 내지 30 중량%로 첨가된다. 이러한 도전제는 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 agent is typically added in an amount of 1 to 30 wt% based on the total weight of the mixture including the positive electrode active material. Such a conductive agent is not particularly limited as long as it has electrical conductivity without causing a chemical change in the battery, and examples thereof include graphite such as natural graphite and 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 도전제 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 공중합체 등을 들 수 있다.The binder is added to the binder in an amount of 1 to 30% by weight, based on the total weight of the mixture containing the cathode active material, as a component that assists in bonding between the active material and the conductive agent and bonding to the current collector. 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, various copolymers and the like.
상기 충진제는 양극의 팽창을 억제하는 성분으로서 선택적으로 사용되며, 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 섬유상 재료라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등의 올리핀계 중합체; 유리섬유, 탄소섬유 등의 섬유상 물질이 사용된다.The filler is optionally used as a component for suppressing the expansion of the anode, and is not particularly limited as long as it is a fibrous material without causing a chemical change in the battery. Examples of the filler include olefin polymers such as polyethylene and polypropylene; Fibrous materials such as glass fibers and carbon fibers are used.
음극은 음극 집전체 상에 음극 재료를 도포, 건조하여 제작되며, 필요에 따라, 앞서 설명한 바와 같은 도전제, 바인더, 충진제 등이 더 포함될 수도 있다.The negative electrode is manufactured by coating and drying a negative electrode material on the negative electrode current collector, and if necessary, the conductive agent, binder, filler, and the like as described above may be further included.
상기 음극 재료는, 예를 들어, 난흑연화 탄소, 흑연계 탄소 등의 탄소; LixFe2O3(0≤x≤1), LixWO2(0≤x≤1), SnxMe1-xMe'yOz (Me: Mn, Fe, Pb, Ge; Me': Al, B, P, Si, 주기율표의 1족, 2족, 3족 원소, 할로겐; 0<x≤1; 1≤y≤3; 1≤z≤8) 등의 금속 복합 산화물; 리튬 금속; 리튬 합금; 규소계 합금; 주석계 합금; SnO, SnO2, PbO, PbO2, Pb2O3, Pb3O4, Sb2O3, Sb2O4, Sb2O5, GeO, GeO2, Bi2O3, Bi2O4, and Bi2O5 등의 금속 산화물; 폴리아세틸렌 등의 도전성 고분자; Li-Co-Ni 계 재료 등을 사용할 수 있다.The negative electrode material may be, for example, carbon such as hardly graphitized carbon or graphite carbon; Li x Fe 2 O 3 (0≤x≤1 ), Li x WO 2 (0≤x≤1), Sn x Me 1-x Me 'y O z (Me: Mn, Fe, Pb, Ge; Me' : Metal complex oxides such as Al, B, P, Si, Group 1, Group 2, Group 3 elements of the periodic table, Halogen, 0 < x < Lithium metal; Lithium alloy; Silicon-based alloys; Tin alloy; SnO, SnO 2, PbO, PbO 2, Pb 2 O 3, Pb 3 O 4, Sb 2 O 3, Sb 2 O 4, Sb 2 O 5, GeO, GeO 2, Bi 2 O 3, Bi 2 O 4, and Bi 2 O 5 ; Conductive polymers such as polyacetylene; Li-Co-Ni-based materials and the like can be used.
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; 크라프트지 등이 사용된다.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; Kraft paper or the like is used.
경우에 따라서, 상기 분리막 위에는 전지의 안정성을 높이기 위하여 겔 폴리머 전해질이 코팅될 수 있다. 이러한 겔 폴리머 중 대표적인 것으로 폴리에틸렌 옥사이드, 폴리비닐리덴플루라이드, 폴리아크릴로나이트릴 등이 있다. In some cases, a gel polymer electrolyte may be coated on the separation membrane to increase the stability of the cell. Representative of such gel polymers are polyethylene oxide, polyvinylidene fluoride, polyacrylonitrile and the like.
전해질로서 폴리머 등의 고체 전해질이 사용되는 경우에는 고체 전해질이 분리막을 겸할 수도 있다.When a solid electrolyte such as a polymer is used as an electrolyte, the solid electrolyte may also serve as a separation membrane.
상기 리튬염 함유 비수계 전해질은, 비수 전해질과 리튬염으로 이루어져 있다. 비수 전해질로는 비수 전해액, 고체 전해질, 무기 고체 전해질 등이 사용된다. The lithium salt-containing non-aqueous electrolyte is composed of a non-aqueous electrolyte and a lithium salt. As the non-aqueous electrolyte, a non-aqueous electrolyte, a solid electrolyte, an inorganic solid electrolyte and the like are used.
상기 비수 전해액으로는, 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, 피로피온산 메틸, 프로피온산 에틸 등의 비양자성 유기용매가 사용될 수 있다.Examples of the nonaqueous electrolytic solution include N-methyl-2-pyrrolidinone, propylene carbonate, ethylene carbonate, butylene carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, But are not limited to, lactone, 1,2-dimethoxyethane, tetrahydroxyfuran, 2-methyltetrahydrofuran, dimethylsulfoxide, 1,3-dioxolane, formamide, dimethylformamide, Nitrile, nitromethane, methyl formate, methyl acetate, phosphoric acid triester, trimethoxymethane, dioxolane derivatives, sulfolane, methyl sulfolane, 1,3-dimethyl-2-imidazolidinone, propylene carbonate derivatives , Tetrahydrofuran derivatives, ether, methyl pyrophosphate, ethyl propionate and the like 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 중합체 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, Polymers containing ionic dissociation groups, and the like can 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, 비수계 전해질에는 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 가스를 더 포함시킬 수도 있다.For the purpose of improving charge / discharge characteristics, flame retardancy, etc., non-aqueous electrolytes may be used in the form of, for example, pyridine, triethylphosphite, triethanolamine, cyclic ether, ethylenediamine, glyme, N, N-substituted imidazolidine, ethylene glycol dialkyl ether, ammonium salt, pyrrole, 2-methoxyethanol, aluminum trichloride, etc. are added It is possible. 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 may be further added to improve high-temperature storage characteristics.
상기 리튬 이차전지는 소형 디바이스의 전원으로 사용되는 전지셀에 사용될 수 있을 뿐만 아니라, 다수의 전지셀들을 포함하는 중대형 전지모듈에 단위전지로도 바람직하게 사용될 수 있다.The lithium secondary battery may not only be used in a battery cell used as a power source for a small device, but may also be preferably used as a unit battery in a medium-large battery module including a plurality of battery cells.
또한, 본 발명은 상기 전지모듈을 중대형 디바이스의 전원으로 포함하는 전지팩을 제공하고, 상기 중대형 디바이스는 전기자동차(Electric Vehicle, EV), 하이브리드 전기자동차(Hybrid Electric Vehicle, HEV), 플러그-인 하이브리드 전기자동차(Plug-in Hybrid Electric Vehicle, PHEV) 등을 포함하는 전기차 및 전력 저장장치 등을 들 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. Also, the present invention provides a battery pack including the battery module as a power source of a middle- or large-sized device, wherein the middle- or large-sized device is an electric vehicle (EV), a hybrid electric vehicle (HEV) An electric vehicle including a plug-in hybrid electric vehicle (PHEV), a power storage device, and the like, but the present invention is not limited thereto.
이상에서와 같이, 본 발명의 전극 제조장치는, 자동화 공정에 최적의 조건을 갖추고 있으며, 현저히 우수한 전극 가공효율 및 전극 가공품질을 발휘하므로, 이를 이용하여 제조된 전극을 포함하는 이차전지는 안전성이 현저히 향상되는 효과를 발휘하는 장점이 있다.As described above, the electrode manufacturing apparatus of the present invention is equipped with the optimum conditions for the automated process, and exhibits a remarkably excellent electrode processing efficiency and electrode processing quality, the secondary battery including the electrode manufactured by using the safety is There is an advantage that the effect is significantly improved.
도 1은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 제조장치의 모식도다;
도 2는 도 1의 제조장치의 측면도이다;
도 3은 파우더 브레이크와 서보 모터의 모식도이다;
도 4는 도 1의 A 및 도 3의 B에 위치하는 롤러들의 모식도이다.1 is a schematic diagram of a manufacturing apparatus according to an embodiment of the present invention;
2 is a side view of the manufacturing apparatus of FIG. 1;
3 is a schematic diagram of a powder brake and a servo motor;
4 is a schematic view of the rollers located at A of FIG. 1 and B of FIG. 3.
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 1에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 제조장치의 모식도가 도시되어 있고, 도 2에는 도 1의 제조장치의 측면도가 모식적을 도시되어 있다.1 is a schematic diagram of a manufacturing apparatus according to an embodiment of the present invention, Figure 2 is a schematic side view of the manufacturing apparatus of FIG.
이들 도면을 참조하면, 전극 제조장치(100)는, 일면 또는 양면에 전극 활물질이 도포되어 있는 연속적인 전극 시트(10)로부터 다수의 단위 전극들을 제조하기 위한 장치이다.Referring to these drawings, the
이러한 전극 제조장치(100)는 전극 시트(10)가 감겨져 있는 롤러 형상의 권출기(110); 권출기(110)로부터 이송된 전극 시트(10)의 위치를 모니터링하여 보정하며 EPC 센서로 이루어진 사행 보정부(120); 전극시트(10)가 모두 권출될 경우 새로운 전극시트를 연결하는 스플라이스부(130); 갈바노미터 스캐너(도시하지 않음)를 이용하여 전극시트(10)를 슬리팅 및 노칭 하는 레이저를 포함하는 재단부(140); 재단부(140)의 하단에 위치하며 레이저(141, 142)에 의해 재단된 스크랩을 분리하는 스크랩 제거부(150); 재단된 전극의 패턴 및 치수를 이미지 센서에 의해 검사하는 비전부(160); 전극의 패턴을 유지하고 권취시 공기 유입을 방지하는 롤러 형상의 터치롤(170); 및 터치롤(170)에서 전극을 되감는 롤러 형상의 권취기(180)로 구성되어 있다.The
스플라이스부(130)는 전극시트(10)를 새로 연결시 호일 리더(135)에 의해 호일을 감아 전극시트(10)가 흘러 들어갈 수 있도록 한다.The
재단부(140)는 전극시트(10)가 이동하는 방향(화살표)을 기준으로 전후에 각각 2개 전방 레이저들(141) 및 4개의 후방 레이저들(142)가 구비되어 있다.The cutting
구체적으로, 레이저들(141, 142)은 각각 파이버 펄스 레이저로서, 출력 용량은 약 150W이고, 펄스 반복율은 약 10000 kHz이며, 레이저의 파장은 1060 nm이다.Specifically, the
따라서, 재단시 절단면에 발생될 수 있는 버 및 전극 분진을 최소화 하고, 금속 호일 및 코팅층이 열손상 되는 것을 방지하면서 슬리팅과 노칭을 수행할 수 있다.Therefore, it is possible to minimize burr and electrode dust that may be generated on the cutting surface during cutting, and to perform slitting and notching while preventing the metal foil and the coating layer from being thermally damaged.
도 3에는 파우더 브레이크와 서보 모터의 모식도가 도시되어 있다.3 is a schematic diagram of a powder brake and a servo motor.
도 3을 도 1 및 도 2와 함께 참조하면, 권출기(110)에 인접한 위치에는 파우더 브레이크(200)가 위치하고 있고, 권취기(180)에 인접한 위치에는 서보 모터(210)가 위치하고 있다.Referring to FIG. 3 together with FIGS. 1 and 2, the
파우더 브레이크(200)는 적재된 전극시트(10)의 장력을 감지(201)하여 제어하여 재단부(140)로 용이하게 이송시킨다.The
서보 모터(210)는 슬리팅 및 노칭 후 금속 호일(11)과 코팅층(12)으로 형성되어 있는 전극시트(10)의 형상이 손상 없이 권취 가능하도록, 인코더(211)에 의해 속도를 감지하고, 마찰 롤(212)에 의해 공기 압력으로 장력을 감지하여 제어한다.The
도 4에는 도 1의 A 및 도 3의 B에 위치하는 롤러들의 모식도가 도시되어 있다.FIG. 4 is a schematic view of the rollers located at A of FIG. 1 and B of FIG. 3.
도 4를 도 1 내지 도 3과 함께 참조하면, 롤러들(300)은 재단부(140)의 하단에 인접하게 위치하며, 전방 레이저(141)에 의해 1차 재단 후 후방 레이저(142)에 의해 2차 재단시 장력을 제어한다.Referring to FIG. 4 together with FIGS. 1 to 3, the
구체적으로, 롤러들(300)은 전방 레이저(141) 및 후방 레이저(142)의 외측에 대응하는 위치에 엑티브 롤러(310)를 포함하고, 전방 레이저(141) 및 후방 레이저(142)의 내측에 대응하는 위치, 즉, 레이저 영역(빗금 표시) 내측 및 스크랩 제거부(150)에 대응하는 위치에 텐션 롤러(320)를 포함한다.Specifically, the
텐션 롤러(320)는 상부 롤러(321) 및 하부 롤러(322)로 구성되어 있으며, 하부 롤러(322)는 고정되어 있고, 상부 롤러(321)를 움직일 수 있어서 전극시트(10)의 장력을 제어한다.The
이에 따라, 본 발명에 따른 제조장치(100)는 장력을 용이하게 제어하면서 실시간으로 전극시트의 형상 가공이 가능하다.
Accordingly, 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 (18)
전극 시트가 감겨져 있는 롤러 형상의 권출기(unwinder);
상기 권출기로부터 이송된 전극 시트의 위치를 모니터링하여 보정하는 사행 보정부;
상기 전극시트가 모두 권출될 경우 새로운 전극시트를 연결하는 스플라이스부(splice);
스캐너를 이용하여 상기 전극시트를 슬리팅(slitting) 및 노칭(notching) 하는 레이저를 포함하는 재단부;
상기 재단부 하단에 위치하며 상기 레이저에 의해 재단된 스크랩을 분리하는 스크랩 제거부;
상기 재단된 전극의 패턴 및 치수를 이미지 센서에 의해 검사하는 비전(vision)부;
상기 전극의 패턴을 유지하고 권취시 공기 유입을 방지하는 롤러 형상의 터치롤; 및
상기 터치롤에서 전극을 되감는 롤러 형상의 권취기(rewinder);
를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 제조장치.An apparatus for manufacturing a plurality of unit electrodes from a continuous electrode sheet coated with an electrode active material on one side or both sides,
A roller-shaped unwinder in which an electrode sheet is wound;
A meandering correction unit configured to monitor and correct the position of the electrode sheet transferred from the unwinder;
A splice for connecting a new electrode sheet when all of the electrode sheets are unrolled;
A cutting part including a laser for slitting and notching the electrode sheet using a scanner;
Located at the bottom of the cutting portion scrap removal unit for separating the scrap cut by the laser;
A vision unit inspecting a pattern and a dimension of the cut electrode by an image sensor;
A roller-shaped touch roll which maintains a pattern of the electrode and prevents air from entering during winding; And
A roller-shaped rewinder for rewinding the electrode in the touch roll;
Manufacturing apparatus comprising a.
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