KR20160125051A - 2차 전지 전극 제조시 압연 공정을 위한 와인딩 장치, 그리고 이를 이용한 2차 전지 전극 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 2차 전지 전극 제조시 압연 공정을 위한 와인딩 장치, 그리고 이를 이용한 2차 전지 전극 제조 방법에 관한 것이다. 본 발명은, 가압에 따른 물리적 연신량의 변화를 최소화하기 위한 히팅 유닛(IHU)(13)을 구비하여 압연 장치(20)로 제공되는 전극 기재(1)를 풀어서 히팅 유닛(13)에 의해 미리 설정된 온도가 가열된 상태로 압연 장치(20)로 제공하는 언-와인더(10a); 및 가열된 상태로 압연 장치(20)를 거친 전극 기재(1)에 대해 장력이 조절된 상태로 되감기(re-winding)가 수행되도록 하기 위한 압연 공정 직후의 전극 기재(1)에 대한 장력(tension)이 리-와인딩 유닛(19b)으로 되감기게 될 때까지 미리 설정된 범위의 오차 내로 유지되도록 적어도 하나 이상의 롤러를 구비하여, 상기 적어도 하나 이상의 롤러 각각과 전극 기재(1) 사이의 밀착력 또는 가압력 정도에 따른 장력을 제어하는 리-와인더(10b); 를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이에 의해, 장력이 조절된 전극 기재로 열을 제공함으로써, 압연 장치의 압연 롤러의 가압에 따른 물리적 연신량에 대한 변화를 최소화하도록 함으로써, 압연 장치에 의한 압연 공정 후에 전극 기재상에서 전극이 형성된 영역과 전극이 형성되지 않는 영역 중 전극이 형성되지 않는 영역에 두께차이로 인한 연신량의 차이 때문에발생하는 겹침 현상과 주름 현상을 방지할 수 있는 효과가 있다.
또한, 압연 공정 직후의 전극 기재에 대한 장력이 전극 기재가 되감기게 될 때까지 미리 설정된 범위의 오차 내로 유지되도록 제어함으로써, 압연 공정 이후의 전극 기재에 겹침 현상과 주름 현상이 발생하는 것을 방지하는 효과를 제공한다.
뿐만 아니라, 본 발명은, 전극 기재로 제공된 장력에 대해서, 되감기 공정이 수행되기 전에 전극 기재의 피로하중에 대한 변화를 장력을 완화하여 원단인 전극 기재에 물리적 변화를 안정화가 가능한 구조를 제공하는 효과가 있다.

Description

2차 전지 전극 제조시 압연 공정을 위한 와인딩 장치, 그리고 이를 이용한 2차 전지 전극 제조 방법{Winding apparatus for rolling process in the manufacturing of secondary battery electrode, and manufacturing method of secondary battery electrode for the same}
본 발명은 2차 전지 전극 제조시 주름의 생성이 방지되도록 하기 위한 2차 전지 전극 제조시 압연 공정을 위한 와인딩 장치, 그리고 이를 이용한 2차 전지 전극 제조 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는, 압연 공정 후에 전극 기재에서 전극이 형성된 영역과 전극이 형성되지 않는 영역 중 전극이 형성되지 않는 영역에 발생하는 겹침 현상과 주름 현상을 방지하도록 하기 위한 2차 전지 전극 제조시 압연 공정을 위한 와인딩 장치, 그리고 이를 이용한 2차 전지 전극 제조 방법에 관한 것이다.
2차 전지 시장이 발전할 것으로 예상되면서 2차 전지 제조 설비에 대한 중요성 역시 커지고 있다. 특히 전기 자동차의 현재의 기술 개발 추세로 볼 때 중대형의 2차 전지 설비 시설의 증대 및 2차 전지 제품의 성능 향상이 필요한 실정이다.
국내에서는 2차 전지 조립기술을 주도한 2000년대 초 대량 생산을 하는데 성공을 하였고 기술력 또한 높아지면서 일본 등의 선진국과 거의 대등한 기술 수준을 달성하였다.
한편, 2차 전지 제조공정 중 가장 중요한 공정으로 전지의 특성을 좌우하는 것은 2차 전지의 전극 제조공정에 해당한다. 2차 전지의 양·음극 재료가 도포된 전극의 단위체적당 밀도를 향상시켜주는 공정이 필요하며, 이를 위해 압연 공정은 전극 기재에 형성된 극판의 표면 품질을 좌우할 뿐 아니라 고용량 전지 제조를 위한 핵심공정에 해당한다.
이를 위해 압연 롤러의 오일 유체의 온도에 따른 열적 특성변화를 감안한 최적의 롤러 설계 및 가공기술 개발이 필요하며, 압연시 전극 기재에서의 극판의 손상을 방지하기 위하여 극판의 장력제어에 필요한 기술이 필요한 실정이다.
즉, 압연을 위한 설비단계에서 해결해야 할 부분 발생하는데, 특히 알루미늄 등과 같은 전극 기재에 전극을 코팅하고 전극의 단위체적당 밀도를 향상시켜주는 압연(rolling) 공정 후 전극의 겹침 현상 및 주름 현상이 발생하여 전극의 성능이 떨어지는 문제가 발생하고 있다.
보다 구체적으로, 도 1a를 참조하면, 압연 공정 후 전극 기재(1)의 상태에 대해서 살펴보면, 압연 공정 후 주름 및 겹침 발생한다. 특히 도 1b와 같이 다열 코팅을 한 전극의 경우 압연 공정 후 전극의 끝쪽으로 주름이 다량 발생한다. 그 이유는 압연 공정이 끝나고 전극 기재(1)가 리와인더(re-winder)에서 감기게 될 때 장력의 차이로 인해 발생하며, 이를 해결하기 위한 기술개발이 요구되고 있다.
[관련기술문헌]
1. 리튬 이차 전지용 음극 및 이를 포함하는 리튬 이차 전지(ANODE FOR LITHIUM SECONDARY BATTERY AND LITHIUM SECONDARY BATTERY COMPRISING THE SAME) (특허출원번호 제10-2014-0007308호)
2. 리튬 이온 2차 전지(LITHIUM-ION SECONDARY BATTERY) (특허출원번호 제10-2011-0011258호)
3. 니켈수소 2차 전지용 극판의 제조방법 (특허출원번호 제10-1995-0069768호)
본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 장력이 조절된 전극 기재로 열을 제공함으로써, 압연 장치의 압연 롤러의 가압에 따른 물리적 연신량의 차이를 최소화하도록 하여, 압연 장치에 의한 압연 공정 후에 전극 기재상에서 전극이 형성된 영역과 전극이 형성되지 않는 영역 중 전극이 형성되지 않는 영역에 두께차이로 인한 연신량의 차이 때문에 발생하는 겹침 현상과 주름 현상을 방지하도록 하기 위한 2차 전지 전극 제조시 압연 공정을 위한 와인딩 장치, 그리고 이를 이용한 2차 전지 전극 제조 방법을 제공하기 위한 것이다.
또한, 본 발명은 압연 공정 직후의 전극 기재에 대한 장력이 전극 기재가 되감기게 될 때까지 미리 설정된 범위의 오차 내로 유지되도록 제어함으로써, 압연 공정 이후의 전극 기재에 겹침 현상과 주름 현상이 발생하는 것을 방지하도록 하기 위한 2차 전지 전극 제조시 압연 공정을 위한 와인딩 장치, 그리고 이를 이용한 2차 전지 전극 제조 방법을 제공하기 위한 것이다.
또한, 본 발명은 전극 기재로 제공된 장력에 대해서, 되감기 공정이 수행되기 전에 전극 기재의 피로하중에 대한 변화를 장력을 완화하여 원단인 전극 기재에 물리적 변화를 안정화가 가능한 구조를 제공하기 위한 2차 전지 전극 제조시 압연 공정을 위한 와인딩 장치, 그리고 이를 이용한 2차 전지 전극 제조 방법을 제공하기 위한 것이다.
그러나 본 발명의 목적들은 상기에 언급된 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기의 목적을 달성하기 위해 본 발명의 실시예에 따른 2차 전지 전극 제조시 압연 공정을 위한 와인딩 장치는, 히팅 유닛(IHU)(13)을 구비하여 압연 장치(20)로 제공되는 전극 기재(1)를 풀어서 히팅 유닛(13)에 의해 미리 설정된 온도가 가열된 상태로 압연 장치(20)로 제공하는 언-와인더(10a); 및 가열된 상태로 압연 장치(20)를 거친 전극 기재(1)에 대해 장력이 조절된 상태로 되감기(re-winding)가 수행되도록 하기 위한 압연 공정 직후의 전극 기재(1)에 대한 장력(tension)이 리-와인딩 유닛(19b)으로 되감기게 될 때까지 미리 설정된 범위의 오차 내로 유지되도록 적어도 하나 이상의 롤러를 구비하여, 상기 적어도 하나 이상의 롤러 각각과 전극 기재(1) 사이의 밀착력 또는 가압력 정도에 따른 장력을 제어하는 리-와인더(10b); 를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이때, 언-와인더(10a)는, 상부 후단에 비스듬한 위치에 형성된 언-와인딩 가이드 롤러(11b)를 이용해 전극 기재(1)를 풀어서(un-winding) 제 1 텐션 디텍터(12)를 거쳐 히팅 유닛(13)으로 제공하는 언-와인딩 유닛(11a); 을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 언-와인더(10a)는, 언-와인딩 유닛(11a)과 벨트로 연결된 구조로 형성되며, 언-와인딩 유닛(11a)의 정방향(시계방향) 회전에 따라 해당 벨트를 통해 동일한 방향으로 회전하여 회전면 중 상단부를 통해 전극 기재(1)를 이동시켜 전단에 상향으로 비스듬하게 높인 제 1 텐션 디텍터(12) 중 제 1 텐션 롤러(12a) 하단과 제 1 텐션 고정단(12b) 사이로 제공하는 언-와인딩 가이드 롤러(11b); 를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 언-와인더(10a)는, 전극 기재(1)에 대해서 히팅 유닛(13)으로 미리 설정된 온도로 가열이 제공되기 전 상태에서 미리 설정된 제 1 텐션치로 장력을 제어하기 위해 형성되며, 제 1 텐션 롤러(12a)와 제 2 텐션 고정단(12b) 사이로 지나가는 전극 기재(1)에 대한 제 2 텐션 고정단(12b)에 의한 밀착력 또는 가압력 정도에 따른 장력(tension)을 조절하는 제 1 텐션 디텍터(12); 를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 언-와인더(10a)는, 히팅 유닛(13)의 전단 중 상향에 위치한 압연 장치(20)로 전극 기재(1)를 피딩(feeding) 하는 상부 가이드 롤러(14); 를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
이때, 리-와인더(10b)는, 동일한 높이를 갖는 좌우의 수평상에서 압연 장치(20)를 중심으로 상부 가이드 롤러(14)와 대칭되는 위치로 압연 장치(20)의 전단에 형성되어, 상부 가이드 롤러(14)에 의해 압연 장치(20)로 피딩된 전극 기재(1)에 대한 장력 보상 작용을 수행하는 가이드 쿠션 롤러(15); 를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 가이드 쿠션 롤러(15)는 전극 기재(1)의 폭방향의 장력편차에 따라 롤러의 중심축이 이동되는 기능을 가진 롤러로서, 전극 기재(1)의 폭방향 좌우 장력이 높은 일측으로 기울어지게 되어 장력의 편차로 인해 발생하는 기재의 주름과 겹침을 방지할 수 있게 된다.
또한, 리-와인더(10b)는, 가이드 쿠션 롤러(15)를 통과한 전극 기재(1)를 하부로 이동시키기 위해 가이드 쿠션 롤러(15)보다 수직상의 위치가 낮게 형성되며, 가이드 쿠션 롤러(15)를 거친 전극 기재(1)에 미리 설정된 제 2 텐션치를 갖는 장력을 제어하는 제 2 텐션 디텍터(16); 를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 리-와인더(10b)는, 텐션 커팅 유닛(17b)의 상부에 이격되어 형성되어 제 2 텐션 디텍터(16)를 거친 전극 기재(1)에 대한 텐션 커팅 유닛(17b)과 이격된 간격으로 지나가는 이동 경로에 대해 하부로 향하는 굴절각을 제공하기 위해 형성되는 텐션 커팅 닙 롤러(17a); 를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기의 목적을 달성하기 위해 본 발명의 실시예에 따른 2차 전지 전극 제조시 압연 공정을 위한 와인딩 장치를 이용한 2차 전지 전극 제조 방법은, 언-와인더(10a)가 언-와인딩 과정에서 전극 기재(1)에 대해서 히팅 유닛(IHU)(13)을 이용한 미리 설정된 온도로 가열되도록 히팅 공정을 수행하는 제 1 단계; 및 리-와인더(10b)가 가열된 상태로 압연 장치(20)를 거친 전극 기재(1)에 대해 장력이 조절된 상태로 되감기(re-winding)가 수행되도록 하기 위한 압연 공정 직후의 전극 기재(1)에 대한 장력이 리-와인딩 유닛으로 되감기게 될 때까지 미리 설정된 범위의 오차 내로 유지되도록 구비한 적어도 하나 이상의 롤러 각각과 전극 기재(1) 사이의 밀착력 또는 가압력 정도에 따른 장력(tension)을 제어하는 제 2 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시예에 따른 2차 전지 전극 제조시 압연 공정을 위한 와인딩 장치, 그리고 이를 이용한 2차 전지 전극 제조 방법은, 장력이 조절된 전극 기재로 열을 제공하여 전극이 형성되지 않은 영역을 압연롤링 이전에 일정량 연신을 시킴으로써, 압연 장치에 의한 전극이 형성된 영역의 연신량에 대응하게 되어, 압연 장치에 의한 압연 공정 후에 전극 기재상에서 전극이 형성된 영역과 전극이 형성되지 않는 영역 중 전극이 형성되지 않는 영역에 두께차이로 인한 연신량의 차이 때문에발생하는 겹침 현상과 주름 현상을 방지할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 다른 실시예에 따른 2차 전지 전극 제조시 압연 공정을 위한 와인딩 장치, 그리고 이를 이용한 2차 전지 전극 제조 방법은, 압연 공정 직후의 전극 기재에 대한 장력이 전극 기재가 되감기게 될 때까지 미리 설정된 범위의 오차 내로 유지되도록 제어함으로써, 압연 공정 이후의 전극 기재에 겹침 현상과 주름 현상이 발생하는 것을 방지하는 효과를 제공한다.
뿐만 아니라, 본 발명의 다른 실시예에 따른 2차 전지 전극 제조시 압연 공정을 위한 와인딩 장치, 그리고 이를 이용한 2차 전지 전극 제조 방법은, 전극 기재로 제공된 장력에 대해서, 되감기 공정이 수행되기 전에 전극 기재의 피로하중에 대한 변화를 장력을 완화하여 원단인 전극 기재에 물리적 변화를 안정화가 가능한 구조를 제공하는 효과가 있다.
도 1은 종래의 기술에 따른 압연 공정 후 전극 기재의 상태를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 2차 전지 전극 제조시 압연 공정을 위한 와인딩 장치와, 압연 장치와의 구동 관계를 나타내는 개념도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 2차 전지 전극 제조시 압연 공정을 위한 와인딩 장치 전체를 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 2차 전지 전극 제조시 압연 공정을 위한 와인딩 장치를 이용한 2차 전지 전극 제조 방법을 나타내는 도면이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예의 상세한 설명은 첨부된 도면들을 참조하여 설명할 것이다. 하기에서 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 2차 전지 전극 제조시 압연 공정을 위한 와인딩 장치(10)와, 압연 장치(20)와의 구동 관계를 나타내는 개념도이다. 도 2를 참조하면, 2차 전지 전극 제조시 압연 공정을 위한 와인딩 장치(10)는 크게 언-와인더(un-winder)(10a) 및 리-와인더(re-winder)(10b)의 2개의 구성요소로 형성된다.
여기서, 언-와인더(10a)는 히팅 유닛(IHU)(13)을 구비함으로써, 압연 장치(20)로 제공되는 전극 기재(1)에 대한 가열을 수행한다.
또한, 리-와인더(10b)는 가열된 상태로 압연 장치(20)를 거친 전극 기재(1)에 대해 장력(tension)이 조절된 상태로 되감기(re-windig)가 수행되도록 하기 위한 리-와인딩 가이드 롤러(re-winding guide roller)(19a) 및 리-와인딩 유닛(re-winding unit)(19b)을 구비한다. 여기서 전극 기재(1)는 박판의 리튬, 알루미늄, 니켈, 구리 등을 사용하는 데, 이 전극 기재가 언-와인더(10a)로 제공되기 이전에 활물질 도포 장치(미도시)를 통해 미리 설정된 두께로 양·음극 재료인 활물질층이 형성될 수 있으며, 본 발명의 다른 실시예로, 압연 장치(20) 자체에서 전극 기재(1)에 활물질층을 형성되도록 할 수 있다.
그리고 활물질은 도전제, 결합제가 페이스트(paste) 상으로 혼합된 슬러리(slurry) 상태로 제공되는 것이 바람직하다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 2차 전지 전극 제조시 압연 공정을 위한 와인딩 장치(10) 전체를 나타내는 도면이다. 도 3을 참조하면, 2차 전지 전극 제조시 압연 공정을 위한 와인딩 장치(10)는 언-와인딩 유닛(un-winding unit)(11a), 언-와인딩 가이드 롤러(un-winding guide roller)(11b), 제 1 텐션 디텍터(1st tension detector)(12), 히팅 유닛(IHU)(13), 상부 가이드 롤러(upper guide roller)(14)로 이루어진 언-와인더(un-winder)(10a), 그리고 가이드 쿠션 롤러(guide cushion roller)(15), 제 2 텐션 디텍터(2nd tension detector)(16), 텐션 커팅 닙 롤러(nip roller for tension cutting)(17a), 텐션 커팅 유닛(tension cutting unit)(17b), 제 3 텐션 디텍터(3rd tension detector)(18), 리-와인딩 가이드 롤러(re-winding guide roller)(19a) 및 리-와인딩 유닛(re-winding unit)(19b)을 포함하는 리-와인더(10b)를 포함한다. 이하에서는 각 구성요소에 대해서 개별적으로 설명하도록 한다.
언-와인딩 유닛(11a)은 상부 후단에 비스듬한 위치에 형성된 언-와인딩 가이드 롤러(11b)를 이용해 전극 기재(1)를 풀어서(un-winding) 제 1 텐션 디텍터(12)를 거쳐 히팅 유닛(IHU)(13)으로 제공한다.
언-와인딩 가이드 롤러(11b)는 언-와인딩 유닛(11a)과 벨트로 연결된 구조로 형성되며, 언-와인딩 유닛(11a)의 정방향(시계방향) 회전에 따라 해당 벨트를 통해 동일한 방향으로 회전하여 회전면 중 상단부를 통해 전극 기재(1)를 이동시켜 전단에 상향으로 비스듬하게 높인 제 1 텐션 디텍터(12) 중 제 1 텐션 롤러(12a) 하단과 제 1 텐션 고정단(12b) 사이로 제공한다.
제 1 텐션 디텍터(12)는 2차 전지 전극의 원단인 전극 기재(1)에 대해서 히팅 유닛(13)으로 미리 설정된 온도로 가열이 제공되기 전 상태에서 미리 설정된 제 1 텐션치로 장력을 제어하기 위해 형성되며, 제 1 텐션 롤러(12a)와 제 2 텐션 고정단(12b) 사이로 지나가는 전극 기재(1)에 대한 제 2 텐션 고정단(12b)에 의한 밀착력 또는 가압력 정도에 따른 장력(tension)을 조절한다.
한편, 히팅 유닛(IHU)(13)은 제 1 텐션 디텍터(12)에 의해 장력이 조절된 전극 기재(1)로 열을 제공함으로써, 압연 장치(20)의 압연 롤러의 가압에 따른 물리적 연신량의 변화를 최소화하도록 함으로써, 압연 장치(20)에 의한 압연 공정 후에 전극 기재(1) 상에서 전극이 형성된 영역과 전극이 형성되지 않는 영역 중 전극이 형성되지 않는 영역에 두께차이로 인한 연신량의 차이 때문에 발생하는 겹침 현상과 주름 현상을 방지하도록 한다.
다음으로 상부 가이드 롤러(14)는 히팅 유닛(13)의 전단 중 상향에 위치한 압연 장치(20)로 전극 기재(1)를 피딩(feeding) 한다. 이를 위해 히팅 유닛(13)의 가열단과 전극 기재(1)가 통과하는 영역만큼 하단으로 이격된 제 1 보조 가이드 롤러(sr1), 그리고 제 1 보조 가이드 롤러(sr1)의 전단에 형성된 제 2 보조 가이드 롤로(sr2)가 추가적으로 형성되며, 상부 가이드 롤러(14)는 제 1 보조 가이드 롤러(sr1) 및 제 2 보조 가이드 롤러(sr2)를 통해 전극 기재(1)를 제공받는다. 한편, 제 1 보조 가이드 롤러(sr1)의 회전면 중 상부 영역과 제 2 보조 가이드 롤러(sr2)의 회전면 중 하부 영역에 걸쳐 전극 기재(1)가 이동된 뒤, 동일한 수직상의 위치에 있는 제 1 보조 가이드 롤러(sr1) 및 제 2 보조 가이드 롤러(sr2)의 상향에 위치한 상부 가이드 롤러(14)의 회전면 중 상부 영역을 이용해 압연 장치(20)로 전극 기재(1)가 피딩된다.
가이드 쿠션 롤러(15)는 도 3에서 상부 가이드 롤러(14)와 동일한 높이를 갖도록 수평상에서 압연 장치(20)를 중심으로 상부 가이드 롤러(14)와 대칭되는 위치로 압연 장치(20)의 전단에 형성됨으로써, 상부 가이드 롤러(14)에 의해 압연 장치(20)로 피딩된 전극 기재(1)에 대한 장력 보상 작용을 수행한다. 한편, 가이드 쿠션 롤러(15)는 단독 사용되거나 익스팬더 롤러(expander roller)로 대체할 수 있으며, 이에 따라 가이드 쿠션 롤러의 단독 사용, 익스팬더 롤러의 단독 사용 또는 가이드 쿠션 롤러와 익스팬더 롤러를 함께 사용할 수 있다.
여기서, 가이드 쿠션 롤러(15)는 전극 기재(1)의 폭방향의 장력편차에 따라 롤러의 중심축이 이동되는 기능을 가진 롤러로서, 전극 기재(1)의 폭방향 좌우 장력이 높은 일측으로 기울어지게 되어 장력의 편차로 인해 발생하는 기재의 주름과 겹침을 방지할 수 있게 된다.
제 2 텐션 디텍터(16)는 가이드 쿠션 롤러(15)를 통과한 전극 기재(1)를 하부로 이동시키기 위해 가이드 쿠션 롤러(15)보다 수직상의 위치가 낮게 형성되며, 가이드 쿠션 롤러(15)를 거친 전극 기재(1)에 미리 설정된 제 2 텐션치를 갖는 장력을 갖도록 제어한다. 여기서 상술한 제 1 텐션치와 제 2 텐션치는 같거나 미리 설정된 오차 이내의 값을 갖도록 제 2 텐션 디텍터(16)에 의한 제어가 수행되며, 제 2 텐션 롤러(16a)와 제 2 텐션 고정단(16b) 사이로 지나가는 전극 기재(1)에 대한 제 2 텐션 고정단(16b)에 의한 밀착력 또는 가압력 정도에 따른 장력(tension)을 조절한다.
한편, 제 2 텐션 고정단(16b)의 상부면이 바라보는 방향은, 제 1 텐션 디텍터(12)의 제 1 텐션 고정단(12a)이 바라보는 방향과의 관계에 있어서, 도 3의 좌우의 수평상에서 압연 장치(20)를 중심으로 대칭되는 방향으로 형성되며, 제 2 텐션 디텍터(16)의 제 2 텐션 롤러(16a)와 제 2 텐션 고정단(16b) 사이로 가이드 쿠션 롤러(15)의 회전면 중 상부면을 따라 전달된 전극 기재(1)가 지나가는 구조를 갖는다.
이와 같이, 제 2 텐션 디텍터(16) 및 제 1 텐션 디텍터(12)에 의한 장력 제어를 통해 2차 전지의 양·음극 재료가 도포된 전극 기재(1)의 단위체적당 밀도를 향상시켜주는 공정이 제공됨으로써, 압연 장치(20)에 의한 압연 공정이 전극 기재(1)에 형성된 극판의 표면 품질을 좌우할 뿐 아니라 고용량 전지가 제조 가능한 효과가 있다.
한편, 텐션 커팅 닙 롤러(17a)는 텐션 커팅 유닛(17b)과 상하부의 이격된 간격으로 지나가는 전극 기재(1)의 이동 경로에 대해 그 회전면 중 하부면을 따라 하부로 향하는 굴절각을 제공하는 역할도 수행한다.
즉, 텐션 커팅 닙 롤러(17a)와 텐션 커팅 유닛(17b)에 의해 전극 기재(1)로 제공되는 이동 경로의 굴절각은 '
Figure pat00001
'와 같은 형상으로 형성되어, 제 2 텐션 디텍터(16)에 의해 전극 기재(1)의 이동 경로로 제공되는 굴절각인 '
Figure pat00002
'와 같은 형상과는 각의 방향이 반대이며, 그 크기는 크게 이루어진다.
텐션 커팅 유닛(17b)은 중심부의 모터와 외피부의 롤러로 형성됨으로써, 제 2 텐션 디텍터(16)를 포함한 이전 단에 의해 전극 기재(1)로 제공된 장력에 대해서, 상술한 텐션 커팅 닙 롤러(17a)와 텐션 커팅 유닛(17b)에 의해 전극 기재(1)로 제공되는 이송 속도의 제어에 의해 텐션 안정화(Tension cut)를 수행한다. 다시 말해 텐션 커팅 유닛(17b)은 압연 장치(20)의 프레싱(pressing) 이후의 제 2 텐션 디텍터(16)에 의해 경로가 제공되는 구간에서의 원단인 전극 기재(1)의 피로하중에 대한 변화를 장력을 완화하여 원단인 전극 기재(1)에 물리적 변화를 안정화하는 효과를 제공한다.
또한, 전극 기재(1)는 텐션 커팅 유닛(17b)의 롤러와 그와 접촉하여 회전하는 텐션 커팅 닙 롤러(17a)에 의하여, 전극 기재(1)에 대한 압연 장치(20)에 대한 압연 이후의 장력과 리-와인딩 유닛(re-winding unit)(19b)에 의한 장력을 다르게 조절함으로써, 전극 기재(1)에 인장된 극판의 미코팅부로의 장력 집중을 완화하여 안정화 구간을 생성하는 효과를 제공한다.
제 3 텐션 디텍터(18)는 텐션 커팅 닙 롤러(17a) 및 텐션 커팅 유닛(17b) 사이로 전방으로 진행된 전극 기재(1)에 대한 진행 방향을 하방으로 진행하도록 할 뿐만 아니라, 전극 기재(1)에 대해 미리 설정된 제 3 텐션치로 장력을 제어하기 위해 형성되며, 제 3 텐션 롤러(18a)와 제 3 텐션 고정단(18b) 사이로 지나가는 전극 기재(1)에 대한 제 3 텐션 고정단(18b)에 의한 밀착력 또는 가압력 정도에 따른 장력(tension)을 조절한다. 이를 위해 텐션 커팅 닙 롤러(17a) 및 텐션 커팅 유닛(17b)에 의해 전극 기재(1)로 제공되는 이동 경로의 굴절각은 '
Figure pat00003
'와 같은 형상이 되도록 한다. 여기서 미리 설정된 제 3 텐션치는 상술한 제 2 텐션치와 같거나 제 2 텐션치보다 크기가 크게 설정되는 것이 바람직하다.
그리고, 리-와인딩 가이드 롤러(19a)는 높이 상에서 제 3 텐션 디텍터(3rd tension detector)(18)와 리-와인딩 유닛(19b) 사이에 형성됨으로써, 리와인딩시 항상 균일한 장력으로 리-와인딩 유닛(19b)으로 다시 감기도록(re-winding) 한다.
또한, 텐션 커팅 닙 롤러(17a), 제 3 텐션 디텍터(18), 리-와인딩 가이드 롤러(19a) 및 리-와인딩 유닛(19b)은 상부에서 하부로 지그재그 형태로 형성됨으로써, 제 2 텐션 디텍터(2nd tension detector)(16), 제 3 텐션 디텍터(18), 리-와인딩 유닛(19b)으로 차례로 이동하는 전극 기재(1)에 대한 장력 집중을 완화하여 안정화 구간을 생성하는 효과를 제공한다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 2차 전지 전극 제조시 압연 공정을 위한 와인딩 장치를 이용한 2차 전지 전극 제조 방법을 나타내는 도면이다. 도 4를 참조하면, 언-와인더(10a)는 언-와인딩 과정에서 전극 기재(1)에 대해서 히팅 유닛(IHU)(13)을 이용한 미리 설정된 온도로 가열되도록 히팅 공정을 수행한다(S110). 여기서 히팅 유닛(IHU)(13)은 유도가열 장치가 사용될 수 있다. 단계(S110) 이후, 압연 장치(20)는 히팅 공정이 수행된 전극 기재(1)에 압연 공정을 수행한다(S120). 단계(S120) 이후, 리-와인더(10b)는 단계(S120)의 압연 공정이 끝나고 최종적으로 전극 기재(1)의 리-와인딩 유닛(re-winding unit)(19b)으로 되감기게 될 때까지 전극 기재(1)에 대한 장력이 미리 설정된 범위의 오차 내로 유지하도록 제어를 수행한다(S130).
이상과 같이, 본 명세서와 도면에는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 개시하였으며, 비록 특정 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명의 기술 내용을 쉽게 설명하고 발명의 이해를 돕기 위한 일반적인 의미에서 사용된 것이지, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시예 외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형 예들이 실시 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.
10: 2차 전지 전극 제조시 압연 공정을 위한 와인딩 장치
11a: 언-와인딩 유닛(un-winding unit)
11b: 언-와인딩 가이드 롤러(un-winding guide roller)
12: 제 1 텐션 디텍터(1st tension detector) (디텍팅 만 수행/장력조절은 x)
13: 히팅 유닛(IHU) (유도 가열장치가 사용 될 수 있다.)
14: 상부 가이드 롤러(upper guide roller)
15: 가이드 쿠션 롤러(guide cushion roller)
16: 제 2 텐션 디텍터(2nd tension detector)(디텍팅 만 수행/장력조절은 x)
17a: 텐션 커팅 닙 롤러(nip roller for tension cutting)
17b: 텐션 커팅 유닛(tension cutting unit)(가압롤러와 텐션컷 유닛 사이의 장력을 완화하여 안정화 기능)
18: 제 3 텐션 디텍터(3rd tension detector)(디텍팅 만 수행/장력조절은 x)
19a: 리-와인딩 가이드 롤러(re-winding guide roller)
19b: 리-와인딩 유닛(re-winding unit)

Claims (9)

  1. 가압에 따른 물리적 연신량의 변화를 최소화하기 위한 히팅 유닛(IHU)(13)을 구비하여 압연 장치(20)로 제공되는 전극 기재(1)를 풀어서 히팅 유닛(13)에 의해 미리 설정된 온도가 가열된 상태로 압연 장치(20)로 제공하는 언-와인더(10a); 및
    가열된 상태로 압연 장치(20)를 거친 전극 기재(1)에 대해 장력이 조절된 상태로 되감기(re-windig)가 수행되도록 하기 위한 압연 공정 직후의 전극 기재(1)에 대한 장력(tension)이 리-와인딩 유닛(19b)으로 되감기게 될 때까지 미리 설정된 범위의 오차 내로 유지되도록 적어도 하나 이상의 롤러를 구비하여, 상기 적어도 하나 이상의 롤러 각각과 전극 기재(1) 사이의 밀착력 또는 가압력 정도에 따른 장력을 제어하는 리-와인더(10b); 를 포함하는 것을 특징으로 하는 2차 전지 전극 제조시 압연 공정을 위한 와인딩 장치.
  2. 청구항 1에 있어서, 언-와인더(10a)는,
    상부 후단에 비스듬한 위치에 형성된 언-와인딩 가이드 롤러(11b)를 이용해 전극 기재(1)를 풀어서(un-winding) 제 1 텐션 디텍터(12)를 거쳐 히팅 유닛(13)으로 제공하는 언-와인딩 유닛(11a); 을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 2차 전지 전극 제조시 압연 공정을 위한 와인딩 장치.
  3. 청구항 2에 있어서, 언-와인더(10a)는,
    언-와인딩 유닛(11a)과 벨트로 연결된 구조로 형성되며, 언-와인딩 유닛(11a)의 정방향(시계방향) 회전에 따라 해당 벨트를 통해 동일한 방향으로 회전하여 회전면 중 상단부를 통해 전극 기재(1)를 이동시켜 전단에 상향으로 비스듬하게 높인 제 1 텐션 디텍터(12) 중 제 1 텐션 롤러(12a) 하단과 제 1 텐션 고정단(12b) 사이로 제공하는 언-와인딩 가이드 롤러(11b); 를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 2차 전지 전극 제조시 압연 공정을 위한 와인딩 장치.
  4. 청구항 3에 있어서, 언-와인더(10a)는,
    전극 기재(1)에 대해서 히팅 유닛(13)으로 미리 설정된 온도로 가열이 제공되기 전 상태에서 미리 설정된 제 1 텐션치로 장력을 제어하기 위해 형성되며, 제 1 텐션 롤러(12a)와 제 2 텐션 고정단(12b) 사이로 지나가는 전극 기재(1)에 대한 제 2 텐션 고정단(12b)에 의한 밀착력 또는 가압력 정도에 따른 장력(tension)을 조절하는 제 1 텐션 디텍터(12); 를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 2차 전지 전극 제조시 압연 공정을 위한 와인딩 장치.
  5. 청구항 4에 있어서, 언-와인더(10a)는,
    히팅 유닛(13)의 전단 중 상향에 위치한 압연 장치(20)로 전극 기재(1)를 피딩(feeding) 하는 상부 가이드 롤러(14); 를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 2차 전지 전극 제조시 압연 공정을 위한 와인딩 장치.
  6. 청구항 5에 있어서, 리-와인더(10b)는,
    동일한 높이를 갖는 좌우의 수평상에서 압연 장치(20)를 중심으로 상부 가이드 롤러(14)와 대칭되는 위치로 압연 장치(20)의 전단에 형성되어, 상부 가이드 롤러(14)에 의해 압연 장치(20)로 피딩된 전극 기재(1)에 대한 장력 보상 작용을 수행하는 가이드 쿠션 롤러(15); 를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 2차 전지 전극 제조시 압연 공정을 위한 와인딩 장치.
  7. 청구항 6에 있어서, 리-와인더(10b)는,
    가이드 쿠션 롤러(15)를 통과한 전극 기재(1)를 하부로 이동시키기 위해 가이드 쿠션 롤러(15)보다 수직상의 위치가 낮게 형성되며, 가이드 쿠션 롤러(15)를 거친 전극 기재(1)에 미리 설정된 제 2 텐션치를 갖는 장력을 제어하는 제 2 텐션 디텍터(16); 를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 2차 전지 전극 제조시 압연 공정을 위한 와인딩 장치.
  8. 청구항 7에 있어서, 리-와인더(10b)는,
    텐션 커팅 유닛(17b)의 상부에 이격되어 형성되어 제 2 텐션 디텍터(16)를 거친 전극 기재(1)에 대한 텐션 커팅 유닛(17b)과 이격된 간격으로 지나가는 이동 경로에 대해 하부로 향하는 굴절각을 제공하기 위해 형성되는 텐션 커팅 닙 롤러(17a); 를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 2차 전지 전극 제조시 압연 공정을 위한 와인딩 장치.
  9. 언-와인더(10a)가 언-와인딩 과정에서 전극 기재(1)에 대해서 히팅 유닛(IHU)(13)을 이용한 미리 설정된 온도로 가열되도록 히팅 공정을 수행하는 제 1 단계; 및
    리-와인더(10b)가 가열된 상태로 압연 장치(20)를 거친 전극 기재(1)에 대해 장력이 조절된 상태로 되감기(re-winding)가 수행되도록 하기 위한 압연 공정 직후의 전극 기재(1)에 대한 장력이 리-와인딩 유닛(19b)으로 되감기게 될 때까지 미리 설정된 범위의 오차 내로 유지되도록 구비한 적어도 하나 이상의 롤러 각각과 전극 기재(1) 사이의 밀착력 또는 가압력 정도에 따른 장력(tension)을 제어하는 제 2 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 2차 전지 전극 제조시 압연 공정을 위한 와인딩 장치를 이용한 2차 전지 전극 제조 방법.
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