KR20160133244A - 분리막 제조시스템 및 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 분리막 제조방법에 관한 것으로서, (a) 분리막 기재의 적어도 한 면에 세라믹층을 형성하는 공정; (b) 상기 (a) 공정에 의해 상기 분리막 기재에 형성된 세라믹층을 건조하는 공정; 및 (c) 상기 (b) 공정에 의해 형성된 상기 세라믹층 및 상기 분리막 기재의 양면에 전극 접착층을 형성하는 공정을 포함할 수 있다.
Description
본 발명은 이차전지용 분리막 제조시스템 및 제조방법에 관한 것으로서, 특히 분리막의 표면에 세라믹층과 전극접접층을 순차적으로 코팅하는 분리막 제조시스템 및 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 이차 전지(rechargeable battery)는 충전이 불가능한 일차전지와는 달리 충전 및 방전이 가능한 전지를 말하며, 이러한 이차전지는 양극/분리막/음극 구조의 전극조립체와, 상기 전극조립체가 내장되는 케이스를 포함한다.
한편, 상기 분리막은 음극과 양극 사이의 물리적인 접촉을 방지하는 동시에 기공을 통하여 리튬 이온을 통과시키는 역할을 하는 것으로, 그 자체로서는 충ㆍ방전시 전기화학적 반응에 참여하지는 않지만, 공극율, 친수성, 재질 등에 따라 전지의 사이클 성능 및 안전성에 큰 영향을 미칠 수 있다.
종래기술에 따른 분리막은 세라믹층 및 전극접착층을 동시에 코팅하게 되는데, 이때 세라믹층과 전극접착층의 층간 섞임이 발생하는 문제가 있었으며, 이에 분리막의 성능 저하 및 두께의 균일도가 떨어지는 문제가 있었다.
본 발명은 상술한 문제를 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 분리막의 표면에 세라믹층과 전극접착층을 순차적으로 코팅하여 층간 섞임을 방지하며, 이에 분리막 성능 증대 및 두께의 균일도를 높인 분리막 제조시스템 및 제조방법을 제공하는데 있다.
상술한 과제를 해결하기 위한 수단으로서, 본 발명에 따른 분리막 제조방법은 (a) 분리막 기재의 적어도 한 면에 세라믹층을 형성하는 공정; (b) 상기 (a) 공정에 의해 상기 분리막 기재에 형성된 세라믹층을 건조하는 공정; 및 (c) 상기 (b) 공정에 의해 형성된 상기 세라믹층 및 상기 분리막 기재의 양면에 전극 접착층을 형성하는 공정을 포함할 수 있다.
상기 (a) 공정에서 세라믹층은 상기 분리막 기재의 일면에 세라믹 소재를 코팅하여 형성될 수 있다.
상기 세라믹층에는 결합제가 선택적으로 혼합될 수 있다.
상기 (a) 공정은 권취된 분리막 기재를 공급롤러를 이용하여 공급하고, 상기 공급롤러로부터 공급된 분리막 기재의 일면인, 상면에 코팅노즐을 구비한 세라믹 코팅장치를 이용하여 세라믹 소재를 분사하여 세라믹층을 형성할 수 있다.
상기 (a) 공정에서는 상기 분리막 기재의 양면에 세라믹층을 형성할 수 있다.
상기 (b) 공정은 상기 분리막 기재를 향해 고온의 빛을 조사하여 세라믹층을 건조할 수 있다.
상기 (b) 공정에서는 상기 (a) 공정으로부터 공급된 상기 분리막 기재를 지지부가 지지 한 상태에서, 건조부를 구비한 건조장치가 상기 지지부에 지지된 상기 분리막 기재를 향해 고온의 빛을 조사하여 세라믹층을 건조할 수 있다.
상기 건조부는 상기 분리막 기재의 진행방향을 따라 2개 이상을 구비하며, 2개 이상의 건조부는 상기 분리막 기재의 진행방향으로 갈수록 상기 분리막 기재를 향해 점차 높은 온도의 빛을 조사할 수 있다.
상기 (c) 공정에서는 접착제 분사장치가 상기 분리막 기재의 일면과 그의 반대쪽 타면에 전극 접착제를 분사하여 전극 접착층을 형성할 수 있다.
(d) 상기 (b) 공정과 상기 (c) 공정 사이에는 상기 분리막 기재의 양면을 동시에 압입하여 건조된 상기 세라믹층을 평탄화하는 공정을 더 포함할 수 있다.
(e) 상기 (c) 공정 후, 상기 분리막 기재의 양면에 형성된 전극 접착층을 건조하는 공정을 수행하는 공정을 더 포함할 수 있다.
상기 (e) 공정은 상기 분리막 기재의 양면에 상기 분리막 기재의 길이방향으로 복수개가 배치되고, 상기 분리막 기재를 향해 고온의 빛을 조사하여 전극 접착층을 건조하는 건조부를 구비한 제2 건조장치에 의해 이루어질 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 분리막 제조시스템은 권취된 분리막 기재를 공급하는 공급롤러, 상기 공급롤러로부터 공급된 분리막 기재의 일면인, 상면에 세라믹층을 형성하는 코팅노즐을 구비한 세라믹 코팅장치; 상기 세라믹 코팅장치로부터 공급된 상기 분리막 기재의 일면을 향해 고온의 빛을 조사하여 세라믹층을 건조하는 건조부를 구비한 건조장치; 및 상기 분리막 기재의 양면에 전극 접착제를 분사하여 전극 접착층을 형성하는 접착제 분사장치를 포함할 수 있다.
상기 건조장치는 상기 세라믹 코팅장치로부터 공급된 상기 분리막 기재의 타면을 지지하는 지지부를 더 포함할 수 있다.
상기 분리막 기재의 양면에 상기 분리막 기재의 길이방향으로 복수개가 배치되고, 상기 분리막 기재를 향해 고온의 빛을 조사하여 전극 접착층을 건조하는 건조부를 구비한 제2 건조장치를 더 포함할 수 있다.
본 발명은 하기와 같은 효과가 있다.
첫째: 분리막의 일면에 세라믹층과 전극접착층을 순차적으로 코팅함으로써 세라믹층과 전극접착층의 섞임을 방지할 수 있고, 이에 분리막 성능 저하 및 두께 균일도를 높일 수 있다.
둘째: 세라믹층을 코팅한 후 전극접착층을 코팅하기 전에 세라믹층을 건조함으로써 세라믹층과 전극접착층의 섞임을 현저히 방지할 수 있다.
셋째: 고온의 빛을 조사하여 세라믹층을 건조함으로써 세라믹층 전체를 균일하게 건조할 수 있다.
넷째: 분리막의 타면에 전극접착층을 코팅한 후, 다시 분리막의 타면과 함께 일면을 다시 건조함으로써 분리막에 도코된 전극 접착층의 코팅력을 높일 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 분리막 제조시스템을 대략적으로 도시한 도면.
도 2는 본 발명에 따른 분리막 제조방법을 나타낸 순서도.
도 3 내지 도 8은 본 발명에 따른 분리막 제조방법을 나타낸 도면으로, 도 3은 세라믹층 형성 공정이고, 도 4는 세라믹층 건조 공정이며, 도 5는 세라믹층 압입 공정이고, 도 6은 전극 접착층 형성 공정이며, 도 7은 전극 접착층 건조 공정이고, 도 8은 완성된 분리막을 도시한 도면임.
도 2는 본 발명에 따른 분리막 제조방법을 나타낸 순서도.
도 3 내지 도 8은 본 발명에 따른 분리막 제조방법을 나타낸 도면으로, 도 3은 세라믹층 형성 공정이고, 도 4는 세라믹층 건조 공정이며, 도 5는 세라믹층 압입 공정이고, 도 6은 전극 접착층 형성 공정이며, 도 7은 전극 접착층 건조 공정이고, 도 8은 완성된 분리막을 도시한 도면임.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
[분리막 제조시스템]
본 발명에 따른 분리막 제조시스템(100)은 도 1에 도시되어 있는 것과 같이, 시간 차이를 두고 세라믹층과 전극 접착층을 순차적으로 코팅하기 위한 것으로, 분리막 기재(10)의 일면에 세라믹층(20)을 형성하는 세라믹 코팅장치(110), 세라믹층(20)을 건조하는 건조장치(120), 세라믹층(20)이 코팅된 분리막 기재(10)의 양면에 전극 접착층(30)을 형성하는 접착제 분사장치(130), 및 전극 접착층(30)을 건조하는 제2 건조장치(150)를 포함한다.
세라믹 코팅장치(110)는 권취된 분리막 기재(10)를 공급하는 공급롤러(111), 공급롤러(111)로부터 공급된 분리막 기재(10)의 일면인, 상면에 세라믹층(20)을 형성하는 코팅노즐(112)을 포함한다.
즉, 세라믹 코팅장치(110)는 공급롤러(111)에 권취된 분리막 기재(10)를 회수롤러(미도시)로 회수되도록 공급하는데, 이때 세라믹액이 저장된 코팅노즐(112)은 공급롤러(111)로부터 공급된 분리막 기재(10)의 상면에 세라믹액을 분사하여 세라믹층(20)을 코팅한다.
건조장치(120)는 분리막 기재에 코팅된 세라믹층을 건조시키기 위한 것으로, 세라믹 코팅장치(110)의 공급롤러(111)로부터 공급된 분리막 기재(10)의 타면을 지지하는 하나 이상의 지지부(121)와, 지지부(121)에 지지된 분리막 기재(10)의 일면을 향해 고온의 빛을 조사하여 세라믹층(20)을 건조하는 건조부(122)를 포함한다.
여기서 지지부(121)는 분리막 기재(10)의 진행방향을 따라 회전하는 회전롤러일 수 있으며, 이에 분리막 기재(10)를 안정적으로 지지하고 이동시킬 수 있다.
한편, 건조부(122)는 고온의 빛 조사하거나 또는 열을 발생시키는 장치일 수 있으며, 이에 분리막 기재(10) 전체를 균일하게 건조할 수 있다.
접착제 분사장치(130)는 세라믹층(20)이 형성된 분리막 기재(10)에 접착제층을 형성하는 것으로, 분리막 기재(20)의 양면에 전극 접착제를 분사하여 전극 접착층(30)을 형성한다.
한편, 건조장치(120)와 접착제 분사장치(130) 사이에는 세라믹층(20)이 형성된 분리막 기재(10)의 양면을 동시에 압입하여 세라믹층(20)의 표면을 평탄화시키는 압입장치(140)가 더 포함될 수 있다. 여기서 압입장치(140)는 한 쌍의 롤러로 형성되어 분리막 기재(10)의 양면을 동시에 압입한다.
한편, 분리막 기재(10)에 도포된 전극 접착층(30)을 건조하는 제2 건조장치(150)를 더 포함할 수 있다.
즉, 제2 건조장치(150)는 분리막 기재(10)의 양면에 분리막 기재(10)의 길이방향으로 복수개가 배치되고, 분리막 기재(10)를 향해 고온의 빛을 조사하여 전극 접착층(30)을 건조한다.
이와 같이 본 발명에 따른 분리막 제조시스템(100)은 분리막 기재(10)의 일면에 세라믹층(20)을 먼저 형성하고 건조시킨 다음, 분리막 기재(10)의 양면에 전극 접착층(30)을 형성함으로써 세라믹층(20)과 전극 접착층(30)이 섞이는 현상을 방지할 수 있고, 이에 분리막 두께를 균일하게 맞출 수 있다.
[분리막 제조방법]
이와 같은 구성을 가지는 본 발명에 따른 분리막 제조시스템을 이용한 분리막 제조방법을 설명한다.
본 발명에 따른 분리막 제조방법은 도 2에 도시되어 있는 것과 같이, 분리막 기재(10)의 적어도 한 면에 세라믹층(20)을 형성하는 (a) 공정, (a) 공정에 의해 분리막 기재(10)에 형성된 세라믹층(20)을 건조하는 (b) 공정, 및 (b) 공정에 의해 형성된 세라믹층(20) 및 분리막 기재(10)의 양면에 전극 접착제를 코팅하여 전극 접착층(30)을 형성하는 (c) 공정을 포함한다.
여기서 (b) 공정과 (c) 공정 사이에 분리막 기재(20)의 양면을 동시에 압입하여 건조된 세라믹층(20)을 평탄화하는 (d) 공정과, (c) 공정 후, 분리막 기재(10)의 양면에 형성된 전극 접착층(30)을 건조하는 (e) 공정을 더 포함한다.
이하, 본 발명에 따른 분리막 제조방법을 상세히 설명한다.
(a) 공정은 도 3에 도시되어 있는 것과 같이, 세라믹 코팅장치(110)를 이용하여 분리막 기재(10)의 일면에 세라믹 소재를 코팅하여 세라믹층(20)을 형성하는 단계이다.
즉, (a) 공정에서는 권취된 분리막 기재(10)를 공급롤러(111)를 이용하여 공급하고, 공급롤러(111)로부터 공급된 분리막 기재(10)의 일면인, 상면에 코팅노즐(112)을 구비한 세라믹 코팅장치(110)를 이용하여 세라믹 소재를 분사하여 세라믹층(20)을 형성한다.
한편, 세라믹층(20)에는 결합제가 선택적으로 혼합될 수 있으며, 이에 세라믹층(20)의 접착력과 결합력을 높일 수 있다.
한편, (a) 공정에서는 적용되는 분리막 기재(10)에 따라 분리막 기재(10)의 양면에 세라믹 소재를 분사하여 세라믹층을 형성할 수도 있으며, 이에 양면에 세라믹층이 형성된 분리막 기재도 제조할 수 있다.
(b) 공정은 도 4에 도시되어 있는 것과 같이, 건조장치(120)를 이용하여 분리막 기재(10)에 코팅된 세라믹층(20)을 건조하기 위한 단계로서, (a) 공정으로부터 공급된 분리막 기재(10)를 지지부(121)가 지지 한 상태에서, 건조부(122)를 구비한 건조장치(120)가 지지부(121)에 지지된 분리막 기재(10)를 향해 고온의 빛을 조사하여 세라믹층(20)을 건조한다.
여기서 건조부(122)는 분리막 기재(10)의 진행방향을 따라 2개 이상을 구비하며, 2개 이상의 건조부(122)는 분리막 기재(10)의 진행방향으로 갈수록 분리막 기재(10)를 향해 점차 높은 온도의 빛을 조사한다. 이는 처음부터 높은 온도로 세라믹층(20)을 건조할 경우 부풀림 현상이 발생할 수 있으며, 이를 방지하기 위해 점차 높은 온도의 빛을 조사하여 세라믹층(20)을 건조한다.
한편, 본 발명의 제조방법은 분리막 기재(10)에 코팅된 세라믹층(20)을 상온에서 자연 건조할 수도 있으며, 이는 작업 효율성에 따라 적용 가능하다.
(c) 공정은 도 5에 도시되어 있는 것과 같이, 접착제 분사장치를 이용하여 분리막 기재의 양면에 전극 접착제를 형성하는 단계로서, (b) 공정에 의해 세라믹층(20)이 형성된 분리막 기재(10)의 일면과 그의 반대쪽 타면에 접착제 분사장치(130)의 분사노즐을 통해 전극 접착제를 분사하여 전극 접착층(30)이 형성된다.
(d) 공정과 (e) 공정은 선택적으로 포함될 수 있는 공정이다.
즉, (d) 공정은 (b) 공정을 통과한 세라믹층(20)의 표면을 평탄화하기 위한 단계이다. 즉, 세라믹층(20)이 건조되면서 표면에 기포 등이 발생하여 울룩불룩하게 되며, 이 상태로 접착제층을 형성할 경우 분리막 두께 편차가 발생하여 제품불량이 발생할 수 있다. 이를 방지하기 위해 (d) 공정을 수행한다.
(d) 공정에서는 도 6에 도시되어 있는 것과 같이, (b) 공정을 통과한 분리막 기재(10)의 양면을 한 쌍의 압입롤러로 구성된 압입장치(140)로 동시에 압입하여 건조된 세라믹층(20)을 평탄화한다.
(e) 공정에서는 도 7에 도시되어 있는 것과 같이, 분리막 기재(10)의 양면에 형성된 전극 접착층(30)을 건조하기 위한 것으로, (c) 공정 후, 분리막 기재(10)의 양면에 형성된 전극 접착층(30)을 제2 건조장치(150)를 통해 건조한다.
즉, (e) 공정에서는 분리막 기재(10)의 양면에 분리막 기재(10)의 길이방향으로 복수개가 배치된 제2 건조장치(150)를 통해 분리막 기재(10)를 향해 고온의 빛을 조사하여 전극 접착층(30)을 건조한다.
이와 같이 (e) 공정이 완료되면, 도 8에 도시되어 있는 것과 같이 분리막이 완성된다.
따라서 본 발명에 따른 분리막 제조방법은 세라믹층과 전극 접착층을 순차적으로 형성함으로써 섞임 현상으로 인한 제품불량을 방지할 수 있다.
본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100: 분리막 제조시스템
110: 세라믹 코팅장치
120: 건조장치
130: 접착제 분사장치
140: 압입장치
150: 제2 건조장치
110: 세라믹 코팅장치
120: 건조장치
130: 접착제 분사장치
140: 압입장치
150: 제2 건조장치
Claims (15)
- (a) 분리막 기재의 적어도 한 면에 세라믹층을 형성하는 공정;
(b) 상기 (a) 공정에 의해 상기 분리막 기재에 형성된 세라믹층을 건조하는 공정; 및
(c) 상기 (b) 공정에 의해 형성된 상기 세라믹층 및 상기 분리막 기재의 양면에 전극 접착층을 형성하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 분리막 제조방법. - 청구항 1에 있어서,
상기 (a) 공정에서 세라믹층은 상기 분리막 기재의 일면에 세라믹 소재를 코팅하여 형성되는 것을 특징으로 하는 분리막 제조방법. - 청구항 1에 있어서,
상기 세라믹층에는 결합제가 선택적으로 혼합되는 것을 특징으로 하는 분리막 제조방법. - 청구항 2에 있어서,
상기 (a) 공정은 권취된 분리막 기재를 공급롤러를 이용하여 공급하고, 상기 공급롤러로부터 공급된 분리막 기재의 일면인, 상면에 코팅노즐을 구비한 세라믹 코팅장치를 이용하여 세라믹 소재를 분사하여 세라믹층을 형성하는 것을 특징으로 하는 분리막 제조방법. - 청구항 1에 있어서,
상기 (a) 공정에서는 상기 분리막 기재의 양면에 세라믹층을 형성하는 것을 특징으로 하는 이차전지용 분리막 제조방법. - 청구항 1에 있어서,
상기 (b) 공정은 상기 분리막 기재를 향해 고온의 빛을 조사하여 세라믹층을 건조하는 것을 특징으로 하는 분리막 제조방법. - 청구항 1에 있어서,
상기 (b) 공정에서는 상기 (a) 공정으로부터 공급된 상기 분리막 기재를 지지부가 지지 한 상태에서, 건조부를 구비한 건조장치가 상기 지지부에 지지된 상기 분리막 기재를 향해 고온의 빛을 조사하여 세라믹층을 건조하는 것을 특징으로 하는 분리막 제조방법. - 청구항 7에 있어서,
상기 건조부는 상기 분리막 기재의 진행방향을 따라 2개 이상을 구비하며,
2개 이상의 건조부는 상기 분리막 기재의 진행방향으로 갈수록 상기 분리막 기재를 향해 점차 높은 온도의 빛을 조사하는 것을 특징으로 하는 분리막 제조방법. - 청구항 1에 있어서,
상기 (c) 공정에서는 접착제 분사장치가 상기 분리막 기재의 일면과 그의 반대쪽 타면에 전극 접착제를 분사하여 전극 접착층을 형성하는 것을 특징으로 하는 분리막 제조방법. - 청구항 1 내지 청구항 9 중 어느 하나의 청구항에 있어서,
(d) 상기 (b) 공정과 상기 (c) 공정 사이에는 상기 분리막 기재의 양면을 동시에 압입하여 건조된 상기 세라믹층을 평탄화하는 공정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 분리막 제조방법. - 청구항 1 내지 청구항 9 중 어느 하나의 청구항에 있어서,
(e) 상기 (c) 공정 후, 상기 분리막 기재의 양면에 형성된 전극 접착층을 건조하는 공정을 수행하는 공정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 분리막 제조방법. - 청구항 11에 있어서,
상기 (e) 공정은 상기 분리막 기재의 양면에 상기 분리막 기재의 길이방향으로 복수개가 배치되고, 상기 분리막 기재를 향해 고온의 빛을 조사하여 전극 접착층을 건조하는 건조부를 구비한 제2 건조장치에 의해 이루어지는 것을 특징으로 하는 분리막 제조방법. - 권취된 분리막 기재를 공급하는 공급롤러, 상기 공급롤러로부터 공급된 분리막 기재의 일면인, 상면에 세라믹층을 형성하는 코팅노즐을 구비한 세라믹 코팅장치;
상기 세라믹 코팅장치로부터 공급된 상기 분리막 기재의 일면을 향해 고온의 빛을 조사하여 세라믹층을 건조하는 건조부를 구비한 건조장치; 및
상기 분리막 기재의 양면에 전극 접착제를 분사하여 전극 접착층을 형성하는 접착제 분사장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 분리막 제조시스템. - 청구항 13에 있어서,
상기 건조장치는 상기 세라믹 코팅장치로부터 공급된 상기 분리막 기재의 타면을 지지하는 지지부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 분리막 제조시스템. - 청구항 13에 있어서,
상기 분리막 기재의 양면에 상기 분리막 기재의 길이방향으로 복수개가 배치되고, 상기 분리막 기재를 향해 고온의 빛을 조사하여 전극 접착층을 건조하는 건조부를 구비한 제2 건조장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 분리막 제조시스템.
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