KR20160085023A - 전극 탭의 형성을 위한 전극 커팅 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 활물질이 도포되어 있는 상태로 적층된 둘 이상의 금속 시트들에서 활물질이 도포되지 않은 일측 단부(탭 예정부)를 동일한 길이로 절삭하여 이차전지용 전극 탭들을 형성하는 전극 커팅 장치로서, 상기 탭 예정부가 도입되는 투입부를 기준으로 하부에 위치하고, 탭 예정부의 하면에 접촉하도록 상향 이동하는 제 1 커팅부; 및 상기 투입부를 기준으로 상부에 위치하고, 제 1 커팅부의 단부로부터 돌출된 탭 예정부를 절삭하기 위해 제 1 커팅부와 교차되면서 하향 이동하는 제 2 커팅부;를 포함하고 있고, 상기 제 1 커팅부 및/또는 제 2 커팅부의 내부에는, 탭 예정부의 절삭을 위해 교차한 제 1 커팅부와 제 2 커팅부의 사이에, 윤활유 공급을 위한 공급관이 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 전극 커팅 장치를 제공한다.

Description

전극 탭의 형성을 위한 전극 커팅 장치 {Electrode Cutting Device for forming Electrode Tab}
본 발명은 전극 탭의 형성을 위한 전극 커팅 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 활물질이 도포되어 있는 상태로 적층된 둘 이상의 금속 시트들에서 활물질이 도포되지 않은 일측 단부(탭 예정부)를 동일한 길이로 절삭하여 이차전지용 전극 탭들을 형성하는 전극 커팅 장치로서, 상기 탭 예정부가 도입되는 투입부를 기준으로 하부에 위치하고, 탭 예정부의 하면에 접촉하도록 상향 이동하는 제 1 커팅부; 및 상기 투입부를 기준으로 상부에 위치하고, 제 1 커팅부의 단부로부터 돌출된 탭 예정부를 절삭하기 위해 제 1 커팅부와 교차되면서 하향 이동하는 제 2 커팅부;를 포함하고 있고, 상기 제 1 커팅부 및/또는 제 2 커팅부의 내부에는, 탭 예정부의 절삭을 위해 교차한 제 1 커팅부와 제 2 커팅부의 사이에, 윤활유 공급을 위한 공급관이 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 전극 커팅 장치에 관한 것이다.
모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서의 전지의 수요가 급격히 증가하고 있고, 그에 따라 다양한 요구에 부응할 수 있는 전지에 대한 많은 연구가 행해지고 있다.
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.
또한, 이차전지는 양극, 음극 및 분리막으로 이루어진 전극조립체가 어떠한 구조로 이루어져 있는지에 따라 분류되기도 하는 바, 대표적으로는, 긴 시트형의 양극들과 음극들을 분리막이 개재된 상태에서 권취한 구조의 젤리-롤(권취형) 전극조립체, 소정 크기의 단위로 절취한 다수의 양극과 음극들을 분리막을 개재한 상태로 순차적으로 적층한 스택형(적층형) 전극조립체, 소정 단위의 양극과 음극들을 분리막을 개재한 상태로 적층한 바이셀(Bi-cell) 또는 풀셀(Full cell)들을 권취한 구조의 스택/폴딩형 전극조립체 등을 들 수 있다.
이러한 전극조립체의 제조 공정은, 양극과 음극 슬러리를 제조하는 공정, 양극 집전체와 음극 집전체에 각각의 슬러리를 도포하여 양극 및 음극 으로 이루어진 전극 시트들을 각각 제조하는 공정, 전극 시트들을 프레싱(Pressing)하는 공정, 전극 시트들을 셀의 규격에 맞게 소폭 절단(Slitting)하는 공정, 진공 건조 공정, 전극 시트 상에 전극 탭을 형성하여 전극을 제조하는 공정, 제조된 전극인 양극, 음극 및 분리막 구성된 전극조립체를 형성하는 공정 등을 포함한다.
이 중, 전극 탭을 형성하는 공정은, 전극 시트에서 활물질이 도포되지 않은 무지부인 전극 탭 예정부를 전극 커팅 장치로 절삭하는 공정이다.
전극 커팅 장치는, 일반적으로, 상하로 교차 운동하는 두 개의 커팅부들로 이루어져 있다. 이러한 커팅부들은 전극 탭 예정부의 도입 시, 각각 상향 및 하향으로 교차 운동하며, 지렛대 원리에 의해 전극 탭 예정부를 절삭 시킨다.
그러나, 절삭 과정에서, 금속으로 이루어진 커팅부와 전극 탭 예정부가 마찰하며 발생하는 고온의 열이 절삭된 부위를 발화 또는 용융시켜, 전극 탭의 치수안전성이 떨어질 수 있는 바, 소망하는 크기의 전극 탭을 제조하기 어려운 문제점이 있다.
또한, 발화 또는 용융된 부위에서 이탈된 미세한 이물들이 전극 판에 침투하여, 전극의 절연 또는 파손을 야기할 수 있는 바, 상기 전극 탭을 형성하는 공정은 전극의 품질 전반에 걸쳐 심각한 불량을 초래할 수 있다.
따라서, 커팅부와 전극 탭 예정부의 마찰을 억제할 수 있는 전극 커팅 장치와 이를 이용한 제조방법은 당업계에 당면한 과제로 부각되고 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.
본 출원의 발명자들은 심도 있는 연구와 다양한 실험을 거듭한 끝에, 윤활유의 공급이 가능한 커팅부를 이용하는 경우, 커팅부와 금속 판의 마찰을 크게 감소시킬 수 있음을 확인하고 본 발명을 완성하기에 이르렀다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전극 커팅 장치는, 활물질이 도포되어 있는 상태로 적층된 둘 이상의 금속 시트들에서 활물질이 도포되지 않은 일측 단부(탭 예정부)를 동일한 길이로 절삭하여 이차전지용 전극 탭들을 형성하는 전극 커팅 장치로서, 상기 탭 예정부가 도입되는 투입부를 기준으로 하부에 위치하고, 탭 예정부의 하면에 접촉하도록 상향 이동하는 제 1 커팅부; 및 상기 투입부를 기준으로 상부에 위치하고, 제 1 커팅부의 단부로부터 돌출된 탭 예정부를 절삭하기 위해 제 1 커팅부와 교차되면서 하향 이동하는 제 2 커팅부;를 포함하고 있고, 상기 제 1 커팅부 및/또는 제 2 커팅부의 내부에는, 탭 예정부의 절삭을 위해 교차한 제 1 커팅부와 제 2 커팅부의 사이에, 윤활유 공급을 위한 공급관이 설치되어 있는 것을 특징으로 한다.
따라서, 본 발명에 따른 전극 커팅 장치는 제 1 커팅부 및 제 2 커팅부가 탭 예정부를 절삭 시, 그것의 접촉면에 윤활유를 공급할 수 있으므로, 마찰에 의한 마찰열을 최소화 할 수 있고, 결과적으로 전극 탭이 발화 또는 용융되어 야기되는 전극의 불량을 억제할 수 있다.
상기 윤활유는 제 1 커팅부 및 제 2 커팅부와 접촉하는 탭 예정부가 발화 또는 용융되는 것을 방지하는 것으로, 예를 들어, 상기 윤활유는 인발유, 절삭유 및 타발유로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상일 수 있고, 상세하게는 상기 윤활유는 타발유일 수 있으나 이것으로 한정되는 것은 아니다.
제 1 커팅부는 회전축에 의해 구동 될 수 있으며, 상기 제 2 커팅부는 유압 실린더에 의해 구동되는 것 일 수 있다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 제 2 커팅부는 탭 예정부를 절삭하는 절삭부; 탭 예정부가 절삭부의 폭 이상으로 돌출되는 것을 방지하는 고정부; 및 절삭부에 의해 절삭되는 탭 예정부를 제외한 나머지 부위를 고정하는 스트리퍼;를 포함할 수 있다.
상기 절삭부, 고정부 및 스트리퍼는 하나의 하향 기준점으로 함께 운동하는 구조일 수 있고, 각각이 일정 거리 만큼 설정된 기준점으로 따로 운동하는 구조일 수도 있다.
여기서, 하향 기준점이란, 절삭부가 탭 예정부를 절삭시킬 수 있는 절삭부의 최저 이동 거리로서, 절삭부, 고정부 및 스트리퍼가 하나의 하향 기준점으로 함께 운동하는 구조인 경우 이들의 길이는 각기 다르게 설정될 수 있다.
예를 들어, 상기 고정부는 탭 예정부의 돌출을 방지하기 위해 절삭부 보다 긴 것이 바람직하며, 상세하게는 절삭부의 길이를 기준으로 110% 내지 150%의 길이로 이루어질 수 있다.
또한, 상기 스트리퍼는 탭 예정부를 제외한 나머지 부위를 고정하되, 절삭부의 운동을 방해하지 않도록, 절삭부보다 짧은 것이 바람직하며, 상세하게는 절삭부의 길이를 기준으로 50% 내지 80%의 길이로 이루어질 수 있다.
이 때, 상기 나머지 부위가 스트리퍼와 제 1 커팅부 사이에서 압착됨으로써 공고히 고정될 수 있으며, 절삭부는 하향 운동하며 상기 나머지 부위를 제외한 탭 예정부를 절삭 한다.
한편, 상기 절삭부의 내부 공간에는 윤활유 공급을 위한 공급관이 삽입되어 있고, 절삭부의 하면 또는 측면에는 공급관으로부터 공급된 윤활유를 외부로 배출하기 위한 개구가 천공되어 있을 수 있다.
즉, 절삭부의 공급관에서 유동하는 윤활유가 개구를 통해 절삭부 표면에 공급되면서, 상기 제 2 커팅부는 마찰이 최소화 될 수 있고, 결과적으로, 탭 예정부가 발화 또는 용융되는 것을 방지할 수 있다.
본 발명은 또한, 상기 전극 커팅 장치를 이용하여 이차전지용 전극 탭을 제조하는 방법을 제공한다.
구체적으로, 상기 제조방법은, (i) 탭 예정부를 제 1 커팅부 및 제 2 커팅부 사이의 투입부에 삽입하는 과정; (ii) 제 1 커팅부 및 제 2 커팅부를 구동하는 과정; (iii) 탭 예정부를 제 1 커팅부와 제 2 커팅부의 스트리퍼 사이에 고정하는 과정; (iii) 제 1 커팅부 및 제 2 커팅부와 탭 예정부의 접촉면에 윤활유를 공급하는 과정; 및 (iv) 스트리퍼에 의해 고정된 탭 예정부를 제 2 커팅부의 절삭부로 절삭하여 전극 탭을 형성하는 과정;을 포함할 수 있다.
상기 과정(ii)에서는 앞서 설명한 바와 같이, 제 1 커팅부는 상향 이동하고, 제 2 커팅부는 하향 이동하는 것일 수 있다. 이 때, 제 1 커팅부와 제 2 커팅부는 동시에 구동되는 것일 수 있다.
상기 윤활유는 상기에서 언급한 바와 같이, 한정되지 아니하나, 절삭 시 탭 예정부가 발화하지 않도록 냉각성과 속건성을 가지는 타발유일 수 있으며, 이러한 타발유는 탭 예정부의 변색과 부식을 방지할 수 있으므로, 양품의 전극 탭의 제조가 가능하다.
본 발명은 또한, 상기 제조방법으로 제조된 이차전지를 제공한다. 상기 이차전지는 양극, 음극 및 상기 양극과 음극 사이에 개재되는 분리막을 포함하는 전극조립체가 전지케이스에 내장된 상태에서 전해액이 함침되어 있는 구조일 수 있다.
이하에서는, 상기 이차전지의 구성 요소인 전지케이스, 양극, 음극, 분리막 및 전해액에 대해 자세히 설명한다.
상기 전지케이스는 수지층과 금속층을 포함하는 라미네이트 시트 또는 금속 캔일 수 있으며, 상세하게는 라미네이트 시트일 수 있다.
상기 양극은, 예를 들어, 양극 집전체 상에 양극 활물질, 도전재 및 바인더의 혼합물을 도포한 후 건조하여 제조되며, 필요에 따라서는, 상기 혼합물에 충진제를 더 첨가하기도 한다.
상기 양극 집전체는 일반적으로 3 내지 500 마이크로미터의 두께로 만든다. 이러한 양극 집전체는, 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 높은 도전성을 가지는 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 양극활물질의 접착력을 높일 수도 있으며, 필름, 시트, 호일, 네트, 다공질체, 발포체, 부직포체 등 다양한 형태가 가능하다.
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.
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.
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 공중합체 등을 들 수 있다.
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.
상기 음극은 음극 집전체 상에 음극 활물질을 도포, 건조하여 제작되며, 필요에 따라, 앞서 설명한 바와 같은 성분들이 선택적으로 더 포함될 수도 있다.
상기 음극 집전체는 일반적으로 3 내지 500 마이크로미터의 두께로 만들어진다. 이러한 음극 집전체는, 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 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.
상기 음극 활물질로는, 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.
상기 분리막은 양극과 음극 사이에 개재되며, 높은 이온 투과도와 기계적 강도를 가지는 절연성의 얇은 박막이 사용된다. 분리막의 기공 직경은 일반적으로 0.01 ~ 10 마이크로미터이고, 두께는 일반적으로 5 ~ 300 마이크로미터다. 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.
상기 전해액은 리튬염 함유 비수 전해액일 수 있고, 상세하게는 비수계 전해액과 리튬염으로 이루어져 있다. 비수계 전해액으로는 비수계 유기용매, 유기 고체 전해질, 무기 고체 전해질 등이 사용되지만 이들만으로 한정되는 것은 아니다.
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, 피로피온산 메틸, 프로피온산 에틸 등의 비양자성 유기용매가 사용될 수 있다.
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.
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.
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.
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 가스를 더 포함시킬 수도 있으며, FEC(Fluoro-Ethylene Carbonate), PRS(Propene sultone) 등을 더 포함시킬 수 있다.
하나의 구체적인 예에서, LiPF6, LiClO4, LiBF4, LiN(SO2CF3)2 등의 리튬염을, 고유전성 용매인 EC 또는 PC의 환형 카보네이트와 저점도 용매인 DEC, DMC 또는 EMC의 선형 카보네이트의 혼합 용매에 첨가하여 리튬염 함유 비수 전해액을 제조할 수 있다.
본 발명은 또한, 상기 이차전지를 단위전지로 포함하는 전지모듈, 상기 전지모듈로 구성된 전지팩, 상기 전지팩을 전원으로 포함하는 디바이스를 제공한다.
본 발명에 따른 디바이스의 구체적인 예로는, 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 플러그-인 하이브리드 전기자동차, 또는 전력저장용 시스템일 수 있지만, 이것만으로 한정되는 것은 아니다.
이러한 디바이스의 구조 및 제작 방법은 당업계에 공지되어 있으므로, 본 명세서에서는 그에 대한 자세한 설명을 생략한다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 전극 커팅 장치는, 제 1 커팅부 및 제 2 커팅부가 탭 예정부를 절삭 시, 그것의 접촉면에 윤활유를 공급할 수 있으므로, 마찰에 의한 마찰열을 최소화 할 수 있고, 결과적으로 전극 탭이 발화 또는 용융되어 야기되는 전극의 불량을 억제할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 전극 커팅 장치의 모식도이다;
도 2는 도 1의 전극 커팅 장치가 구동된 모습을 나타낸 모식도이다.
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 1에는 본 발명에 따른 전극 커팅 장치가 모식적으로 도시되어 있다.
도 1을 참조하면, 전극 커팅 장치(100)는 하부에 위치한 제 1 커팅부(120), 상부에 위치한 제 2 커팅부(110)로 이루어져 있다.
제 1 커팅부(120)는 그것의 내부에 윤활유 공급을 위한 제 1 공급관(121)이 형성되어 있고, 제 1 공급관(121)의 개구는 제 1 커팅부(120)의 상면상에 천공되어 있다.
제 2 커팅부(110)는 스트리퍼(101), 절삭부(102) 및 고정부(103)로 이루어져 있고, 절삭부(102)는 스트리퍼(101)와 고정부(103) 사이에 위치하고 있으며, 스트리퍼(101)는 그것의 하단이 제 1 커팅부(120)의 상단과 마주본 상태로, 제 1 커팅장치(120)의 일측 단부와 스트리퍼(101)와 절삭부(102)의 경계면이 서로 일치하는 위치에 배치되어 있으며, 고정부(103)는 절삭부(102)의 일측에 절삭부(102)보다 긴 길이로 하향 돌출되어 있고, 절삭부(102)는 스트리퍼(101)의 하단과 절삭부(102)의 하단 사이에 절삭 시, 탭 예정부(202)와 접촉하는 절삭면(112)이 형성되어 있으며, 이 절삭면(112)이 제 1 커팅장치(120)의 일측 단부와 수직으로 교차되는 위치에서 제 1 커팅 장치(120)의 상부에 배치되어 있다.
절삭부(102)의 내부에는 윤활유 공급을 위한 제 2 공급관(111)이 형성되어 있으며, 제 2 공급관(111)의 개구는 탭 예정부(202)와의 마찰이 가장 큰 스트리퍼(101)의 하단과 절삭부(102)의 하단 사이에 형성된 절삭면(112)에 천공되어 있다.
한편, 도 2에는 도 1의 전극 커팅 장치가 탭 예정부를 절삭하기 위해 구동된 상태를 나타내고 있다.
이와 관련하여, 도 2를 더욱 구체적으로 설명하기 위해 앞서 설명한 도 1과 도 2를 함께 참조하여 설명한다.
우선 도 1을 참조하면, 두 개의 전극 시트들이 적층 된 적층체(200)는 그것의 외부로 돌출된 탭 예정부(202)를 포함하고 있고, 탭 예정부(202)는 그것의 단부가 고정부에 밀착하도록 제 1 커팅부(120)와 제 2 커팅부(110) 사이로 투입된다.
이 때, 작업자는 탭 예정부(202)의 절삭을 위해 전극 커팅 장치(100)를 구동할 수 있다. 구동 시, 제 1 커팅부(120)는 상향으로 운동하고, 제 2 커팅부(110)는 하향으로 운동하며, 제 1 공급관(112) 및 제 2 공급관(111)을 통해, 제 1 커팅부(120)의 상면과 절삭부(102)의 절삭면(112)에 윤활유를 공급한다.
이하에서는, 상기한 도 1의 전극 커팅 장치가 구동 후의 과정을 도 2만을 참조하여 설명한다.
스트리퍼(101')는 계속 하향운동 함에 따라, 그것의 하단이 탭 예정부(202')의 상면에 밀착하고, 제 1 커팅부(120')는 계속 상향운동 함에 따라, 탭 예정부(202')의 하면에 밀착하여, 탭 예정부(202')를 고정한다. 스트리퍼(101')와 제 1 커팅부(120') 사이에 고정된 탭 예정부(202')를 제외한 나머지 탭 예정부(도시하지 않음)는 절삭부(102')의 절삭면이 제 1 의 일측면과 교차하며 절삭된다. 이 때, 절삭면과 제 1 커팅부(120')의 상면에는 충분한 윤활유가 공급된 상태이므로, 절삭 과정에서 마찰을 최소화 할 수 있고, 결과적으로 절삭된 탭 예정부(202')의 단부 즉, 절삭면에 접촉한 부위가 용융되거나 발화하는 것이 방지된다.
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.

Claims (23)

  1. 활물질이 도포되어 있는 상태로 적층된 둘 이상의 금속 시트들에서 활물질이 도포되지 않은 일측 단부(탭 예정부)를 동일한 길이로 절삭하여 이차전지용 전극 탭들을 형성하는 전극 커팅 장치로서,
    상기 탭 예정부가 도입되는 투입부를 기준으로 하부에 위치하고, 탭 예정부의 하면에 접촉하도록 상향 이동하는 제 1 커팅부; 및
    상기 투입부를 기준으로 상부에 위치하고, 제 1 커팅부의 단부로부터 돌출된 탭 예정부를 절삭하기 위해 제 1 커팅부와 교차되면서 하향 이동하는 제 2 커팅부;
    를 포함하고 있고,
    상기 제 1 커팅부 및/또는 제 2 커팅부의 내부에는, 탭 예정부의 절삭을 위해 교차한 제 1 커팅부와 제 2 커팅부의 사이에, 윤활유 공급을 위한 공급관이 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 전극 커팅 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 커팅부는 회전축에 의해 구동되는 것을 특징으로 하는 전극 커팅 장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 제 2 커팅부는 유압 실린더에 의해 구동되는 것을 특징으로 하는 전극 커팅 장치.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 제 2 커팅부는 탭 예정부를 절삭하는 절삭부; 탭 예정부가 절삭부의 폭 이상으로 돌출되는 것을 방지하는 고정부; 및 절삭부에 의해 절삭되는 탭 예정부를 제외한 나머지 부위를 고정하는 스트리퍼;를 포함하는 것을 특징으로 하는 전극 커팅 장치.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 고정부는 절삭부의 길이를 기준으로 110% 내지 150%의 길이로 이루어진 것을 특징으로 하는 전극 커팅 장치.
  6. 제 4 항에 있어서, 상기 스트리퍼는 절삭부의 길이를 기준으로 50% 내지 80%의 길이로 이루어진 것을 특징으로 하는 전극 커팅 장치.
  7. 제 4 항에 있어서, 상기 절삭부는 스트리퍼 및 고정부 사이에 위치하는 것을 특징으로 하는 전극 커팅 장치.
  8. 제 4 항에 있어서, 상기 나머지 부위는 스트리퍼와 제 1 커팅부 사이에서 압착됨으로써 고정되는 것을 특징으로 하는 전극 커팅 장치.
  9. 제 4 항에 있어서, 상기 절삭부의 내부 공간에는 윤활유 공급을 위한 공급관이 삽입되어 있고, 절삭부의 하면 또는 측면에는 공급관으로부터 공급된 윤활유를 외부로 배출하기 위한 개구가 천공되어 있는 것을 특징으로 하는 전극 커팅 장치.
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 윤활유는 제 1 커팅부 및 제 2 커팅부와 접촉하는 탭 예정부가 발화 또는 용융되는 것을 방지하는 것을 특징으로 하는 전극 커팅 장치.
  11. 제 1 항에 있어서, 상기 윤활유는 인발유, 절삭유 및 타발유로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상인 것을 특징으로 하는 전극 커팅 장치.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 윤활유는 타발유인 것을 특징으로 하는 전극 커팅 장치.
  13. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 하나에 따른 전극 커팅 장치를 이용하여 이차전지용 전극 탭을 제조하는 방법으로서,
    (i) 탭 예정부를 제 1 커팅부 및 제 2 커팅부 사이의 투입부에 삽입하는 과정;
    (ii) 제 1 커팅부 및 제 2 커팅부를 구동하는 과정;
    (iii) 탭 예정부를 제 1 커팅부와 제 2 커팅부의 스트리퍼 사이에 고정하는 과정;
    (iii) 제 1 커팅부 및 제 2 커팅부와 탭 예정부의 접촉면에 윤활유를 공급하는 과정; 및
    (iv) 스트리퍼에 의해 고정된 탭 예정부를 제 2 커팅부의 절삭부로 절삭하여 전극 탭을 형성하는 과정;
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 제조방법.
  14. 제 13 항에 있어서, 상기 과정(ii)에서 제 1 커팅부는 상향 이동하고, 제 2 커팅부는 하향 이동하는 것을 특징으로 하는 제조방법.
  15. 제 13 항에 있어서, 상기 과정(ii)에서 제 1 커팅부와 제 2 커팅부가 동시에 구동되는 것을 특징으로 하는 제조방법.
  16. 제 13 항에 있어서, 상기 윤활유는 타발유인 것을 특징으로 하는 제조방법.
  17. 제 13 항에 따른 제조방법으로 제조된 것을 특징으로 하는 이차전지.
  18. 제 17 항에 있어서, 상기 이차전지는 양극, 음극 및 상기 양극과 음극 사이에 개재되는 분리막을 포함하는 전극조립체가 전지케이스에 내장된 상태에서 전해액이 함침되어 있는 구조인 것을 특징으로 하는 이차전지.
  19. 제 18 항에 있어서, 상기 전지케이스는 수지층과 금속층을 포함하는 라미네이트 시트의 전지케이스인 것을 특징으로 하는 이차전지.
  20. 제 19 항에 따른 이차전지를 단위전지로 포함하는 것을 특징으로 하는 전지모듈.
  21. 제 20 항에 따른 전지모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 전지팩.
  22. 제 21 항에 따른 전지팩을 전원으로 포함하는 것을 특징으로 하는 디바이스.
  23. 제 22 항에 있어서, 상기 디바이스는 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 플러그-인 하이브리드 전기자동차, 또는 전력저장용 시스템인 것을 특징으로 하는 디바이스.
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