KR20130122997A - 가이드 롤 장치 및 이를 이용한 전극 제조 방법 - Google Patents

가이드 롤 장치 및 이를 이용한 전극 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 전지 생산 공정에서 피딩 롤에 감겨있던 원단을 풀어서 소정의 공정을 수행한 후 와인딩 롤에 권취하는 리와인딩 공정에 사용되는 가이드 롤 장치로서, 상기 원단을 안내하는 가이드 롤; 상기 가이드 롤과 연동하여 상기 원단을 귄취하는 리와인더; 및 상기 원단에 발생하는 주름이나 꼽침을 방지하기 위하여, 리와이더 진입전에 이송 방향을 따라 원단에 공기를 인가하는 에어 블로어;를 포함하는 것을 특징으로 하는 가이드 롤 장치를 제공한다.

Description

가이드 롤 장치 및 이를 이용한 전극 제조 방법 {Guide Roll Device and Process for Preparation of Electrode Using the Same}
본 발명은 가이드 롤 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 전지 생산 공정에서 피딩 롤에 감겨있던 원단을 풀어서 소정의 공정을 수행한 후 와인딩 롤에 권취하는 리와인딩 공정에 사용되는 가이드 롤 장치로서, 상기 원단을 안내하는 가이드 롤과 상기 가이드 롤과 연동하여 상기 원단을 귄취하는 리와인더 및 상기 원단에 발생하는 주름이나 꼽침을 방지하기 위하여, 리와이더 진입전에 이송 방향을 따라 원단에 공기를 인가하는 에어 블로어를 포함하는 것을 특징으로 하는 가이드 롤 장치에 관한 것이다.
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.
이러한 이차전지는 전극조립체가 전해액과 함께 전지케이스에 내장되는 형태로 제조된다. 상기 전극조립체는 제조 방법에 따라 스택형, 폴딩형 및 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.
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. 이러한 노칭 과정은 일반적으로 프레스를 사용하여 전극 시트의 일부에 노칭하는 방식이 사용되고 있다.
한편, 전지 생산 공정에서 피딩 롤에 감겨있던 원단을 풀어서 노칭, 전극합제 도포, 코팅제 도포 등과 같은 소정의 공정을 수행한 후 와인딩 롤에 권취하는 리와인딩 공정은 전체적인 전지 생산 과정에서 여러 번 반복적으로 수행된다. 그러나, 상기 리와인딩 공정에서 원단을 느슨하게 감는 경우, 도 1과 같이 원단에 사행(A)이 발생하는 문제점이 있다.
이러한 현상은, 코팅된 전극을 압연하는 과정에서 전극이나 호일의 부위별 압연율 및 연신율의 차이로 인하여 전극 및 호일에 너울이 발생하게 되고, 압연밀도를 증가시키면 특정 압연밀도 이상에서 리와인딩시에 상기 너울이 발생된 부위에 주름이나 꼽치는 현상을 초래한다.
따라서, 이러한 문제점을 근본적으로 해결할 수 있는 가이드 롤 장치에 대한 필요성이 매우 높은 실정이다.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.
본 출원의 발명자들은 심도 있는 연구와 다양한 실험을 거듭한 끝에, 이후 설명하는 바와 같이, 리와인딩 직전에 에어 블로어를 적용하여 너울이 발생되는 부분에 힘이 집중되는 것을 방지하도록 함으로써, 원단을 균일한 압력으로 팽팽하게 감을 수 있는 있는 가이드 롤 장치를 개발하였다.
따라서, 본 발명에 따른 가이드 롤 장치는, 전지 생산 공정에서 피딩 롤에 감겨있던 원단을 풀어서 소정의 공정을 수행한 후 와인딩 롤에 권취하는 리와인딩 공정에 사용되는 가이드 롤 장치로서,
상기 원단을 안내하는 가이드 롤;
상기 가이드 롤과 연동하여 상기 원단을 귄취하는 리와인더; 및
상기 원단에 발생하는 주름이나 꼽침을 방지하기 위하여, 리와이더 진입전에 이송 방향을 따라 원단에 공기를 인가하는 에어 블로어;
를 포함하고 있는 구조로 구성되어 있다.
일반적으로, 전지 생산 공정의 리와인딩 공정에서 주름이나 꼽침 현상이 발생한 전극은 폐기가 불가피하여 작업성을 저하하고 작업시간의 증가를 초래하지만, 본 발명에 따르면, 리와인딩 직전에 에어 블로어를 적용하여 너울이 발생되는 부분에 힘이 집중되는 것을 방지할 수 있으므로, 제품의 불량(loss)이나 작업성 저하를 방지할 수 있다.
하나의 바람직한 예에서, 상기 에어 블로어는 상기 원단에 대응하는 위치에서 너비 방향으로 구비되어 있는 긴 막대 형태로 이루어져 있고, 상기 막대 형태의 길이방향으로 노즐이 형성되어 있으며, 그것의 일측에는 공기 배출구가 구비되어 있는 구조일 수 있다.
이러한 구조의 에어 블로어는 특정 부위, 즉, 리와인더에 도입되는 원단 부위에만 에어를 불어넣어, 에어 블로어의 사용에 따른 에너지 소비량을 최소화하면서, 예를 들어, 원단에 코팅된 물질이 외부로 분산되는 것을 최대한 억제할 수 있다.
상기 효과를 극대화하기 위하여, 상기 노즐은 바람직하게는 길고 좁은 립(lip) 구조로 이루어질 수 있다.
앞서 언급한 바와 같이, 리와인딩 공정은 전체적인 전지 생산 과정에서 반복적으로 자주 사용되는 공정이다. 따라서, 원단을 풀어서 수행하는 소정의 공정은 다양한 공정일 수 있으며, 예를 들어, 하기와 같다.
하나의 예로서, 상기 전지 생산 공정은 금속 시트에 전극 합제를 도포하는 공정일 수 있다.
이 경우, 상기 공정을 수행한 후 와인딩 롤에 권취되는 원단은 금속 시트(전극 집전체)의 일면 또는 양면에 전극 합제(전극 활물질 포함)가 도포되어 있는 전극 시트일 수 있다.
또 다른 예로서, 상기 공정은 분리막에 코팅제를 도포하는 공정일 수 있다.
한편, 상기 가이드 롤과 상기 리와인더는 원단의 권취 직경에 따라 상호간에 일정 거리가 유지되는 구조일 수 있다. 즉, 리와이딩 공정이 진행될수록 전극의 권취 직경이 증가하므로, 상기 가이드 롤은 상기 전극의 권취 직경이 증가하는 만큼 리와인더와의 거리가 보상되는 범위내에서 이동되는 구조일 수 있다.
바람직하게는, 상기 에어 블로어는 전극을 안내하는 가이드 롤과, 상기 가이드 롤과 회동 가능하게 장착되어 전극을 권취하는 리와인더 사이에 장착된다. 더욱 바람직하게는, 에어 블로어는 상기 리와인더에 근접하여 장착되되, 상기 전극의 권취 직경이 증가하는 만큼 보상되는 범위내에서 유동적으로 이동되는 지점에 위치하도록 구성할 수 있다.
상기 에어 블로어의 공기압은 바람직하게는 1 bar 이상으로 설정될 수 있다. 상기 공기압이 1 bar 이하이면, 리와인딩 과정에서 상기 가이드 롤과 상기 리와인더 사이에서 발생되는 너울 부위에 힘이 집중되는 것을 효과적으로 방지할 수 없으므로 바람직하지 않다. 이러한 공기압의 상한치는 원단의 종류, 회전 속도 등에 따라 달라질 수 있으므로, 이들 팩터들을 고려하여 적절히 결정될 수 있다.
본 발명은 또한, 상기 가이드 롤 장치를 사용하여 제조되는 전극조립체를 제공한다.
상기 전극조립체는 권취형, 스택형 또는 스택/폴딩형 구조로 이루어지는 구조일 수 있지만, 이들 만으로 한정되는 것은 아니다. 바람직하게는 스택형 또는 스택/폴딩형 구조일 수 있다. 스택/폴딩형 구조는 양면이 동일한 전극으로 이루어진 적층 구조의 바이셀 또는 양면이 서로 다른 전극으로 이루어진 풀셀을 분리필름으로 권취한 구조이다.
본 발명은 또한, 상기 전극조립체가 전해액과 함께 전지케이스의 내부에 밀봉되어 있는 이차전지를 제공한다.
상기 이차전지는 바람직하게는 높은 에너지 밀도, 방전 전압, 및 출력 안정성의 리튬 이차전지일 수 있다. 본 발명에 따른 리튬 이차전지의 기타 구성 요소들에 대하여 이하에서 상세히 설명한다.
일반적으로 리튬 이차전지는 양극, 음극, 분리막, 리튬염 함유 비수 전해액 등으로 구성되어 있다.
양극은, 예를 들어, 양극 집전체 상에 양극 활물질, 도전재 및 바인더의 혼합물을 도포한 후 건조하여 제조되며, 필요에 따라서는, 충진제를 더 첨가하기도 한다. 음극은 또한 음극 집전체 상에 음극 재료를 도포, 건조하여 제작되며, 필요에 따라, 앞서 설명한 바와 같은 성분들이 더 포함될 수도 있다.
상기 분리막은 음극과 양극 사이에 개재되며, 높은 이온 투과도와 기계적 강도를 가지는 절연성의 얇은 박막이 사용된다.
리튬염 함유 비수계 전해액은, 비수 전해액과 리튬염으로 이루어져 있으며, 비수 전해액으로는 액상 비수 전해액, 고체 전해질, 무기 고체 전해질 등이 사용된다.
상기 집전체, 전극 활물질, 도전재, 바인더, 충진제, 분리막, 전해액, 리튬염 등은 당업계에 공지되어 있으므로, 그에 대한 자세한 설명은 본 명세서에서 생략한다.
본 발명에 따른 리튬 이차전지는 당업계에 공지되어 있는 통상적인 방법에 의해 제조될 수 있다. 즉, 양극과 음극 사이에 다공성 분리막을 삽입하고 거기에 전해액을 주입하여 제조할 수 있다.
양극은, 예를 들어, 앞서 설명한 리튬 전이 금속 산화물 활물질과 도전재 및 결합제를 함유한 슬러리를 집전체 위에 도포한 후 건조하여 제조할 수 있다. 마찬가지로 음극은, 예를 들어, 앞서 설명한 탄소 활물질과 도전재 및 결합제를 함유한 슬러리를 얇은 집전체 위에 도포한 후 건조하여 제조할 수 있다.
본 발명은 또한, 상기 이차전지를 단위전지로서 둘 또는 그 이상 포함하는 전지팩을 제공한다.
본 발명에 따른 전지팩은 장착 효율성, 구조적 안정성 등을 고려할 때, 한정된 장착공간을 가지며 잦은 진동과 강한 충격 등에 노출되는 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 플러그-인 하이브리드 전기자동차, 또는 전력 저장장치의 전원으로 바람직하게 사용될 수 있다.
또한, 본 발명은 전지 생산 공정에서 피딩 롤에 감겨있던 원단을 풀어서 소정의 공정을 수행한 후 와인딩 롤에 권취하는 리와인딩 공정에서, 전극에 발생되는 주름이나 꼽침 현상을 방지하도록 일정한 공기압을 가하는 에어 블로잉 공정이 포함되는 것을 특징으로 하는 가이드 롤 장치를 이용한 롤 프레스 제조방법을 제공한다.
상기에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 가이드 롤 장치는, 리와인딩 직전에 에어 블로어를 적용하여 너울이 발생되는 부분에 힘이 집중되는 것을 방지하도록 함으로써, 원단을 균일한 압력으로 팽팽하게 권취할 수 있다.
또한, 본 발명의 가이드 롤 장치는, 리와인딩 직전에 에어 블로어를 적용하여 원단의 사행을 방지함으로써, 리와인딩 공정에서 발생되는 불량(loss) 발생을 최대한 억제하고 및 작업성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 종래의 리와인딩 공정에서 원단이 사행된 상태를 나타내는 사진이다;
도 2는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 가이드 롤 장치의 측면도이다;
도 3은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 에어 블로어의 사시도이다;
도 4 및 도 5는 도 3의 좌측면도 및 정면도이다.
이하에서는, 본 발명의 실시예에 따른 도면을 참조하여 설명하지만, 이는 본 발명의 더욱 용이한 이해를 위한 것으로, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.
도 2는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 가이드 롤 장치의 측면도가 모식적으로 도시되어 있다.
도 2를 참조하면, 가이드 롤 장치(100)는 전지 생산 공정에서 피딩 롤(도시하지 않음)에 감겨있던 전극(30)을 풀어서 노칭 공정(도시하지 않음)을 수행한 후 리와인더(20)에 권취하는 리와인딩 공정에서, 전극 사이에 발생하는 너울이나 주름에 의한 사행을 방지하기 위해 에어 블로어(203)가 포함되어 있다.
에어 블로어(203)는 전극(30)을 안내하는 가이드 롤(10)과, 가이드 롤(10)과 회동 가능하게 장착되고, 가이드 롤(10)과 전극(30)을 권취하는 리와인더(20) 사이에 장착되되, 리와인더(20)에 인접한 위치에 장착된다. 상기 인접한 위치는, 에어 블로어(203)로부터 공급되는 공기에 의해 너울이나 주름을 효과적으로 방지하면서 리와인더 공정에 영향을 미치지 않는 범위에서, 적절히 결정될 수 있다.
도 3에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 에어 블로어의 사시도가 모식적으로 도시되어 있고, 도 4 및 도 5에는 도 3의 에어 블로어의 좌측면도 및 정면도가 모식적으로 도시되어 있다.
이들 도면을 참조하면, 에어 블로어(203)는 긴 막대 형태로 이루어져 있고, 그것의 일측에 구비되어 있는 공기 주입구(213)와 막대 형태의 길이방향으로 형성되어 있는 노즐(223)을 포함한다. 주입구(213)에는 별도의 주입관(233)이 연결되어 있으며, 노즐(223)은 정면에서 바로 보았을 때 길고 좁은 립(lip) 형상의 구조로 이루어져 있다.
따라서, 주입구(213)를 통해 에어 블로어(203) 내부로 유입된 공기는 노즐(223)에 의해 길고 얇은 형태로 분사된다. 노즐은 분리막(도시하지 않음)과의 간격, 분사 각도, 풍속 등의 적절한 조절에 의해 소망하는 수준으로 유출되는 공기압을 조절할 수 있다.
이상, 본 발명에 따른 도면을 참조하여 본 발명의 내용을 상술하였지만, 본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주 내에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다.

Claims (13)

  1. 전지 생산 공정에서 피딩 롤에 감겨있던 원단을 풀어서 소정의 공정을 수행한 후 와인딩 롤에 권취하는 리와인딩 공정에 사용되는 가이드 롤 장치로서,
    상기 원단을 안내하는 가이드 롤;
    상기 가이드 롤과 연동하여 상기 원단을 귄취하는 리와인더; 및
    상기 원단에 발생하는 주름이나 꼽침을 방지하기 위하여, 리와이더 진입전에 이송 방향을 따라 원단에 공기를 인가하는 에어 블로어;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 가이드 롤 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 에어 블로어는 상기 원단에 대응하는 위치에서 너비 방향으로 구비되어 있는 긴 막대 형태로 이루어져 있고, 상기 막대 형태의 길이방향으로 노즐이 형성되어 있으며, 그것의 일측에는 공기 배출구가 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 가이드 롤 장치.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 노즐은 길고 좁은 립(lip) 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 가이드 롤 장치.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 전지 생산 공정은 금속 시트에 전극 합제를 도포하는 공정인 것을 특징으로 하는 가이드 롤 장치.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 전지 생산 공정은 분리막에 코팅제를 도포하는 공정인 것을 특징으로 하는 가이드 롤 장치.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 가이드 롤과 상기 리와인더는 원단의 권취 직경에 따라 상호간에 일정 거리가 유지되는 것을 특징으로 하는 가이드 롤 장치.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 에어 블로어의 공기압은 1 bar 이상인 것을 특징으로 하는 가이드 롤 장치.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 하나에 따른 가이드 롤 장치를 사용하여 제조되는 것을 특징으로 하는 전극조립체.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 전극조립체는 권취형, 스택형 또는 스택/폴딩형 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 이차전지.
  10. 제 8 항에 따른 전극조립체가 전해액과 함께 전지케이스의 내부에 밀봉되어 있는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  11. 제 9 항에 따른 이차전지를 단위전지로서 둘 또는 그 이상 포함하는 것을 특징으로 하는 전지팩.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 전지팩은 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 플러그-인 하이브리드 전기자동차, 또는 전력 저장장치의 전원으로 사용되는 것을 특징으로 하는 전지팩.
  13. 전지 생산 공정에서 피딩 롤에 감겨있던 원단을 풀어서 소정의 공정을 수행한 후 와인딩 롤에 권취하는 리와인딩 공정에서, 전극에 발생되는 주름이나 꼽침 현상을 방지하도록 일정한 공기압을 가하는 에어 블로잉 공정이 포함되는 것을 특징으로 하는 가이드 롤 장치를 이용한 롤 프레스 제조방법.
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