KR20130120745A - 이차전지용 전극의 롤프레스 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 이차전지용 전극 코팅에 이용되는 전극의 롤프레스 시스템의 개선구조에 관한 것으로, 특히 한 쌍의 상기 롤러 사이로 표면에 활물질이 코팅된 전극필름을 가압하여 통과시킴으로써 상기 활물질을 상기 전극필름에 고착시키는 메인압연부 및 상기 메인압연부를 통과한 상기 전극필름과 면 접촉하며, 상기 전극필름의 진입각도 및 반출각도를 조절하는 보조압연부를 포함하여 구성될 수 있다.

Description

이차전지용 전극의 롤프레스 시스템{Roll-press system for secondary battery}

본 발명은 이차전지용 전극 코팅에 이용되는 전극의 롤프레스 시스템의 개선구조에 관한 것이다.

이차전지는 화석 연료를 사용하는 기존의 가솔린 차량, 디젤 차량 등의 대기오염 등을 해결하기 위한 방안으로 제시되고 있는 전기자동차(EV), 하이브리드 전기자동차(HEV), 병렬형 하이브리드 전기자동차(PHEV) 등의 동력원으로서도 주목받고 있는데, 자동차 등과 같은 중대형 디바이스에는 고출력·대용량의 필요성으로 인해, 다수의 전지셀들을 전기적으로 연결한 중대형 전지모듈이 사용된다.

그런데 중대형 전지모듈은 가능하면 작은 크기와 중량으로 제조되는 것이 바람직하므로, 높은 집적도로 충적될 수 있고 용량 대비 중량이 작은 각형 전지, 파우치형 전지 등이 중대형 전지모듈의 전지셀로서 주로 제작되고 있다.

중대형 전지모듈로서 사용되는 스택/폴딩형 전극조립체에 대한 종래의 기술은 하기 특허문헌 1을 참조하여 이해할 수 있다. 이로써, 특허문헌 1의 내용 전부는 종래의 기술로서 본 명세서 내용으로서 인용된다.

각형 또는 파우치형 리튬 이차 전지의 제조방법은 양극/음극 활물질을 이용하여 각각의 양극 필름과 음극 필름을 제조하고 상기 양극/음극 필름을 집전체에 도포하여 절연체인 분리막과 함께 감거나 적층 하여 유닛셀을 제조 준비하는 하고; 상기 유닛셀을 캔 또는 이와 유사한 용기에 수납하고; 상기 용기에 전해액을 주입하고; 상기 용기를 실링하고; 충방전한 후; 마지막으로 충전 초기 시 발생하는 가스를 제거하기 위한 디개싱(degassing)을 수행하는 것을 포함하는 것으로 이루어진다. 종래의 리튬 이차 전지의 제조방법은, 하기 특허문헌 2에 개시된 내용을 참조하여 이해할 수 있을 것이다. 이로써, 특허문헌 2의 내용 전부는 종래의 기술로서 본 명세서 내용으로서 인용된다.

이러한 이차전지의 기본 제조공정에서 필수적으로 필요한 공정이 상술한 것과 같이 필름상에 양극 및 음극 물질을 코팅하는 공정이 필요하게 된다.

도 1은 종래의 이차전지에 이용되는 전극물질의 코팅공정을 도시한 것이다.

도 1에 도시된 것과 같이, 종래의 이차전지에 전극물질의 코팅공정은 로딩 유닛(10)에 감긴 필름재(F) 상에 코팅물질이 코팅되고, 이후 압연롤러(20) 사이를 거치며 압연공정이 이루어지게 되며 이후 권취롤러(30)에 다시 감기게 된다. 즉, 2개의 롤러(20A, 20B) 사이를 지나며 양극 및 음극에 이용되는 전극물질이 압연 되면서 전극에 웨이브가 발생하거나, 심한 경우에는 코팅층의 에지(edge) 부분에 주름이 생기는 불량이 발생하게 된다.

KR 10-2008-0036250 A KR 100515421 B1

본 발명은 상술한 문제를 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 메인압연부를 통과한 전극활물질이 압연 된 전극필름에 반출각도 및 진입각도를 조절할 수 있으며, 상하 유동을 통해 전극필름 전체 또는 국부영역에 장력을 인가하여 전극의 주름이나 웨이브를 제거함으로써, 제품의 품질의 신뢰성을 높이고 작업의 효율성을 극대화하는 이차전지용 전극의 롤프레스 시스템을 제공하는 데 있다.

상술한 과제를 해결하기 위한 수단으로서, 본 발명은 상술한 과제를 해결하기 위한 수단으로서, 본 발명은 전극코팅 후 롤프레스를 수행하는 압연공정 이후에 압연밀도를 조정할 수 있는 조정롤러를 구비한 보조 압연부를 배치하여, 전극표면의 웨이브나 주름을 개선할 수 있도록 한다.

본 발명에 따르면, 메인압연부를 통과한 전극활물질이 압연 된 전극필름에 반출각도 및 진입각도를 조절할 수 있으며, 상하 유동을 통해 전극필름 전체 또는 국부영역에 장력을 인가하여 전극의 주름이나 웨이브를 제거함으로써, 제품의 품질의 신뢰성을 높이고 작업의 효율성을 극대화하는 효과가 있다.

도 1은 종래의 이차전지용 전극의 코팅공정을 설명하기 위한 공정 블록도이다.
도 2는 본 발명에 따른 시스템의 구성을 도시한 구성블록도이다.
도 3a 및 도 3b는 본 발명에 따른 시스템의 작동 예를 설명하기 위한 공정개념도이다.
도 4는 본 발명에 따른 보조압연부의 조정롤러의 구성을 설명하기 위한 개념도이다.
도 5는 본 발명에 따른 보조압연부의 조정롤러의 작용을 설명하기 위한 개념도이다.

이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 구성 및 작용을 구체적으로 설명한다. 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성요소는 동일한 참조부여를 부여하고, 이에 대한 중복설명은 생략하기로 한다. 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.

도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 이차전지용 전극의 롤프레스 시스템(이하, '본 시스템'이라 한다.)은 한 쌍의 롤러 사이로 표면에 활물질이 코팅된 전극필름을 가압하여 통과시킴으로써 상기 활물질을 상기 전극필름에 고착시키는 메인압연부(200)와 상기 메인압연부(200)를 통과한 상기 전극필름과 면 접촉하며, 상기 전극필름의 진입각도 및 반출각도를 조절하는 보조압연부(300)를 포함하는 것을 특징으로 한다.

특히, 상기 보조압연부(300)의 구성은 종래의 도 1에서 상술한 시스템과 차별화되는 특징으로, 종래의 기술에서 문제가 되어 왔던, 코팅된 전극필름의 불량요소를 해소할 수 있도록 반출각도 및 진입각도를 조절할 수 있도록 한다.

도 3a 및 도 3b는 도 2에서 상술한 본 시스템의 작동 상태를 설명하기 위한 개념도이다.

도시된 도면 2와 도 3a 및 도 3b를 참조하면, 본 발명에 따른 상기 보조압연부(300)는, 한 쌍의 상기 압연롤러(200A, 200B)를 포함하여 구성되는 상기 메인압연부(200)의 후방에 이격되어 배치되며, 전극필름의 일면 또는 상기 일면에 대향 하는 타면에 면 접촉하는 조정롤러(310)를 포함하여 구성됨이 바람직하다.

즉, 상기 조정롤러(310)는 도 3a에 도시된 것과 같이, 한 쌍의 상기 압연롤러(200A, 200B) 사이를 통과한 전극필름 재에 면 접촉하는 위치에 배치됨이 바람직하며, 도 3b와 같이 상, 하로 전극필름재와 면 접촉하면서 위치를 변경하여 전극필름재의 진입각도 및 반출각도를 변경할 수 있게 된다.

도 4는 도 3a 및 도 3b에서 상술한 보조압연부를 구성하는 조정롤러(310)의 구성을 개략적으로 도시한 개념도이다.

즉, 본 발명에 따른 상기 보조압연부는, 도시된 조정롤러(310)를 상하 방향으로 이동시켜, 상기 전극필름의 반출각도를 조절하게 할 수 있으며, 이를 위해, 상기 조정롤러(310)를 상하로 이동시키는 구동부(320, 330)를 더 포함하여 구성됨이 바람직하다. 상기 구동부는 조정롤러(310)의 각각의 축(311, 312)에 독립적으로 결합되거나 일체로 결합되는 구조 어느 것이나 가능하나, 본 발명의 바람직한 실시예에서는 독립적으로 각각의 축(311, 312)의 말단부에 결합하는 것이 후술하는 구동동작을 구현하는데 유리하다.

즉, 도 4에서 상술한 상기 조정롤러(310)는 구동부의 동작으로 압연롤러의 후방에서 전극필름재에 면 접촉하여 상하로 이동을 함으로써, 전극필름재의 진입각도 및 반출각도를 조절할 수 있도록 할 수 있으며, 이 경우 한 쌍의 압연롤러를 통과하여 반출되는 각도를 조정하여 압연밀도를 조정할 수 있으며, 이로 이해 권취유닛에 감기는 경우 주름이나 꼽치는 현상을 방지할 수 있다.

도 5는 본 발명에 따른 보조압연부를 구성하는 조정롤러(310)의 다른 작동예를 설명하기 위한 개념도이다.

도 4에 기술한 것과 같이, 상기 조정롤러(310)의 상하 이동을 조절하는 구동부(320, 330)는 조정롤러 전체의 상하 이동을 통해 반출되는 각도를 조정하여 압연밀도를 조정하는 기능 이외에, 각각의 구동부(320, 330)가 각각 별개로 구동하여 조정롤러를 좌우로 움직일 수 있도록 구동할 수 있다.

즉, 도 5에 도시된 것과 같이, 조정롤러(310)에 결합되는 상기 구동부는, 상기 조정롤러의 구동축의 좌우 말단에 각각 결합하는 유동유닛을 포함하며, 상기 유동유닛은 상기 구동축의 좌우 말단의 이동을 개별적으로 구현하여 조정롤러에 유동운동을 구현하여 상기 전극필름의 전체 또는 국부영역에 인가되는 장력을 조절할 수 있도록 한다.

이는 도 5의 (b)와 (c)에 도시된 것과 같이, 조정롤러를 상하 이동하는 것에 더하여 조정롤러가 수평한 상태로 배치되는 가상의 수평선(X, X')를 기준으로, 좌측부분은 상승 우측부분은 하강, 또는 이와 반대의 동작을 수행하되, 전극필름재와 면접촉이 된 상태에서 이러한 동작을 수행하여 조정롤러에 진입하는 순간의 장력(T 1)과 이를 지나고 나는 장력(T 2)를 고려할 때, 조정롤러의 좌우 별개로 구분하여 움직여 고르게 전극필름재에 접촉하여 장력(tention)을 고르게 분배하여 부위별 압인율 및 연신율의 차이를 줄여 주름 및 웨이브가 발생하는 현상을 해소할 수 있게 된다.

전술한 바와 같은 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시예에 관해 설명하였다. 그러나 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서는 여러 가지 변형이 가능하다. 본 발명의 기술적 사상은 본 발명의 기술한 실시예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

100: 로딩유닛
200: 메인압연부
300: 보조압연부
310: 조정롤러(adjust roll)
400: 권취유닛

Claims (5)

1. 한 쌍의 롤러 사이로 표면에 활물질이 코팅된 전극필름을 가압하여 통과시킴으로써 상기 활물질을 상기 전극필름에 고착시키는 메인압연부; 및
   상기 메인압연부를 통과한 상기 전극필름과 면 접촉하며, 상기 전극필름의 진입각도 및 반출각도를 조절하는 보조압연부;
   를 포함하는 이차전지용 전극의 롤프레스 시스템.
   
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 보조압연부는,
   상기 메인압연부의 후방에 이격되어 배치되며,
   상기 전극필름의 일면 또는 상기 일면에 대향 하는 타면에 면 접촉하는 조정롤러를 구비하는 이차전지용 전극의 롤프레스 시스템.
   
3. 청구항 2에 있어서,
   상기 보조압연부는,
   상기 조정롤러를 상하 방향으로 이동시켜, 상기 전극필름의 반출각도를 조절하도록 하는 구동부; 를 더 포함하는 이차전지용 전극의 롤프레스 시스템.
   
4. 청구항 3에 있어서,
   상기 구동부는,
   상기 조정롤러의 구동축의 좌우 말단에 각각 결합하는 유동유닛; 을 포함하며,
   상기 유동유닛은 상기 구동축의 좌우 말단의 이동을 개별적으로 구현하여 조정롤러에 유동운동을 구현하여 상기 전극필름의 전체 또는 국부영역에 인가되는 장력을 조절하는 이차전지용 전극의 롤프레스 시스템.
   
5. 청구항 1 내지 4중 어느 한 항에 있어서,
   상기 메인압연부에 전극필름을 로딩하는 로딩유닛;과
   상기 보조압연부를 통과한 전극필름을 권취하는 권취유닛;
   을 더 포함하는 이차전지용 전극의 롤프레스 시스템.
   

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