KR20170024669A - 전극 합제 양면 분사 방식의 전극 시트 제조장치 - Google Patents

전극 합제 양면 분사 방식의 전극 시트 제조장치 Download PDF

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KR20170024669A
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Abstract

본 발명은 긴 시트 형상의 전극용 집전체를 일 방향으로 이송시키는 이송부; 상기 집전체 상에 전극 합제 슬러리를 분사(spray)하여 도포하는 전극 합제 코팅부; 및 상기 집전체 상에 코팅된 전극 합제 슬러리를 건조시키는 건조부;를 포함하고 있고, 상기 전극 합제 코팅부 및 건조부는, 전극 합제 슬러리의 도포 또는 건조가 집전체의 상면 및 하면에 대해 동시에 수행될 수 있도록, 집전체의 상면 및 하면의 서로 대응되는 부위에 위치하는 것을 특징으로 하는 전극 시트 제조장치을 제공한다.

Description

전극 합제 양면 분사 방식의 전극 시트 제조장치 {Device for Manufacturing Electrode Sheet by Coating Electrode Mixture on Both Sides in Spray Manner}
본 발명은 전극 합제 양면 분사 방식의 전극 시트 제조장치에 관한 것이다.
최근, 화석연료의 고갈에 의한 에너지원의 가격 상승, 환경 오염의 관심이 증폭되며, 친환경 대체 에너지원에 대한 요구가 미래생활을 위한 필수 불가결한 요인이 되고 있다. 이에 원자력, 태양광, 풍력, 조력 등 다양한 전력 생산기술들에 대한 연구가 지속되고 있으며, 이렇게 생산된 에너지를 더욱 효율적으로 사용하기 위한 전력저장장치 또한 지대한 관심이 이어지고 있다.
특히, 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 안정성 등의 장점을 가진 리튬이온 전지, 리튬이온 폴리머 전지 등과 같은 리튬 이차전지에 대한 수요가 높다.
또한, 이차전지는 전지케이스의 형상에 따라, 전극조립체가 원통형 또는 각형의 금속 캔에 내장되어 있는 원통형 전지 및 각형 전지와, 전극조립체가 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치형 케이스에 내장되어 있는 파우치형 전지로 분류된다.
또한, 이차전지는 양극, 음극, 및 양극과 음극 사이에 개재되는 분리막이 적층된 구조의 전극조립체가 어떠한 구조로 이루어져 있는지에 따라 분류되기도 하는 바, 대표적으로는, 긴 시트형의 양극들과 음극들을 분리막이 개재된 상태에서 권취한 구조의 젤리-롤형(권취형) 전극조립체, 소정 크기의 단위로 절취한 다수의 양극과 음극들을 분리막을 개재한 상태로 순차적으로 적층한 스택형(적층형) 전극조립체 등을 들 수 있으며, 최근에는, 상기 젤리-롤형 전극조립체 및 스택형 전극조립체가 갖는 문제점을 해결하기 위해, 상기 젤리-롤형과 스택형의 혼합 형태인 진일보한 구조의 전극조립체로서, 소정 단위의 양극과 음극들을 분리막을 개재한 상태로 적층한 단위셀들을 분리필름 상에 위치시킨 상태에서 순차적으로 권취한 구조의 스택/폴딩형 전극조립체가 개발되었다.
일반적으로, 이러한 전극조립체는 긴 시트형의 전극용 집전체 상에 전극 합제 슬러리를 도포하고, 건조함으로써, 전극 시트를 제작하고, 상기 전극 시트를 소망하는 크기 및 형상으로 절취하여, 분리막과 함께 적층 내지 권취함으로써 제작된다.
도 1에는 종래의 전극 시트 제조장치의 구조를 개략적으로 나타낸 모식도가 도시되어 있다.
도 1을 참조하면, 전극 시트 제조장치(100)는 이송부(130), 전극 합제 슬러리를 코팅하는 슬롯 다이(110) 및 건조부(121, 122)를 포함하고 있다.
전극용 집전체(140)는 긴 시트 형상으로서, 롤(141) 형태로 감겨 있으며, 대향측 단부에 위치한 이송부(130)에 의해 이송된다.
이송부(130)는 2개의 롤러(131, 132)로 구성되어 있으며, 2개의 롤러(131, 132)가 상호 반대 방향으로 회전(101, 102)함으로써, 집전체(140)가 이송부(130) 방향으로 이송(103)된다.
슬롯 다이(110)는 만년필에서 잉크가 펜촉 끝으로 나오듯이 슬롯 다이(110)의 두 쪽으로 나뉜 단부의 틈인 슬롯(111)으로 코팅액이 배출되도록 하여 슬롯 다이(110) 자체가 움직이거나, 집전체(140)가 움직이면서 집전체(140) 상에 전극 합제 슬러리를 도포하게 된다. 이러한 슬롯 다이(110)를 사용한 코팅방법은 유지 보수 및 생산성 측면에서 여타의 코팅방법에 비해 우수하기 때문에 현재까지 이차전지 전극의 집전체(140)에 전극 합제 슬러리를 도포하는 것 외에, 평판 디스플레이장치의 패널 제조 등에도 널리 사용되고 있다.
전극 합제 슬러리가 도포된 집전체(140)는 건조부(121, 122)로 이송(103)된다.
건조부(121, 122)는 고온의 열풍 또는 광원(光源)에 의해 전극 합제 슬러리가 코팅된 집전체(140)의 일면 및 타면을 건조시키도록 이루어져 있다.
그러나, 이러한 전극 시트 제조장치(100)는 집전체(140)의 일면에 전극 합제 슬러리를 코팅 및 건조한 후, 상기 일면에 대향하는 타면에 대해서도 동일한 과정을 반복해야 하므로, 공정에 지나치게 많은 시간이 소요되며, 앞서 코팅 및 건조된 집전체(140)의 일면은, 이에 대향하는 타면에 대해 전극 합제 슬러리가 코팅 및 건조되는 과정에서, 추가적으로 건조되는 바, 지나친 건조로 인한 전극 합제층의 균열과 같은 손상이 발생할 수 있는 문제점이 있다.
또한, 상기 종래의 전극 시트 제조장치(100)에서는 슬롯 다이(110)를 통해 배출되는 전극 합제 슬러리의 양이 슬롯(111)의 위치에 따라, 상이해질 수 있으므로, 전극 합제 슬러리를 균일하게 도포하기 어려우며, 슬롯 다이(110)를 통해 도포되는 전극 합제 슬러리의 코팅 폭이 고정적이므로, 이에 대응하여 코팅될 수 있는 집전체(140)의 폭이 제한적일 수 밖에 없어, 상이한 폭을 갖는 집전체(140) 상에 전극 합제 슬러리를 도포하는 경우, 상이한 코팅 폭을 갖는 슬롯 다이(110)를 별도로 제작해야 하므로, 전체적인 제조 비용이 증가하게 되는 문제점이 있다.
따라서, 이러한 문제점을 근본적으로 해결할 수 있는 기술에 대한 필요성이 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, 전극 합제 코팅부 및 건조부가 집전체의 상면 및 하면의 서로 대응되는 부위에 위치하도록 구성함으로써, 전극 합제 슬러리의 도포 또는 건조가 집전체의 상면 및 하면에 대해 동시에 수행되므로, 전극 시트의 제조에 소요되는 시간을 절약할 수 있으며, 전극 합제 코팅부가 전극 합제 슬러리를 분사(spray)하여 도포하므로, 집전체에 대한 균일한 코팅이 가능하고, 집전체의 폭에 대응하여 전극 합제 슬러리의 코팅 폭을 보다 용이하게 조절할 수 있으며, 이에 따라, 다양한 폭을 갖는 집전체에 대해 전극 합제 코팅부를 별도로 제작할 필요가 없어, 전극 시트의 제조에 소요되는 비용을 절약할 수 있음을 확인하고, 본 발명을 완성하기에 이르렀다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전극 시트 제조장치는,
긴 시트 형상의 전극용 집전체를 일 방향으로 이송시키는 이송부;
상기 집전체 상에 전극 합제 슬러리를 분사(spray)하여 도포하는 전극 합제 코팅부; 및
상기 집전체 상에 코팅된 전극 합제 슬러리를 건조시키는 건조부;
를 포함하고 있고,
상기 전극 합제 코팅부 및 건조부는, 전극 합제 슬러리의 도포 또는 건조가 집전체의 상면 및 하면에 대해 동시에 수행될 수 있도록, 집전체의 상면 및 하면의 서로 대응되는 부위에 위치하는 구조일 수 있다.
따라서, 상기 집전체의 상면 및 하면의 서로 대응되는 부위에 위치하도록 구성된 전극 합제 코팅부 및 건조부를 통해, 전극 합제 슬러리의 도포 및 건조가 집전체의 상면 및 하면에 대해 동시에 수행되므로, 전극 시트의 제조에 소요되는 시간을 절약할 수 있으며, 전극 합제 코팅부가 전극 합제 슬러리를 분사(spray)하여 도포하므로, 집전체에 대한 균일한 코팅이 가능하다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 집전체는 전극 합제 코팅부로부터 건조부 방향으로 이송되는 구조일 수 있다.
즉, 상기 집전체는 전극 합제 코팅부를 통해 전극 합제 슬러리가 도포된 후, 건조부로 이송되어 건조되는 과정을 거칠 수 있다.
또한, 상기 전극 합제 코팅부는 집전체의 상면 및 하면의 대응되는 부위에 각각 위치한 하나 또는 둘 이상의 분사 노즐을 포함하고 있는 구조일 수 있다.
앞서 설명한 바와 같이, 전극 합제 슬러리는 전극 합제 코팅부에 의해 분사하여 도포되며, 일반적으로, 상기 집전체 상에 도포되는 전극 합제 슬러리는 액상으로 이루어져 있으므로, 하나 또는 둘 이상의 분사 노즐을 포함하고 있는 전극 합제 코팅부를 통해 미립자 형태로 분사하여 도포될 수 있다.
이러한 경우에, 상기 분사 노즐은 집전체의 상면 및 하면의 대응되는 부위에 각각 위치한 한 쌍 또는 두 쌍 이상의 분사 노즐로 구성될 수 있다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 분사 노즐은 집전체의 상면 및 하면의 대응되는 부위에 각각 위치한 한 쌍의 분사 노즐로 구성되어 있으며, 집전체의 상면 또는 하면에서 바라본 평면상으로 집전체의 폭 방향 중앙 부위에 위치하는 구조일 수 있다.
즉, 상기 전극 합제 슬러리는 집전체의 상면 및 하면의 대응되는 중앙 부위에 각각 위치한 한 쌍의 분사 노즐에 의해 분사되어, 집전체의 상면 및 하면을 동시에 도포할 수 있다.
또 다른 구체적인 예에서, 상기 분사 노즐은 집전체의 상면 및 하면의 대응되는 부위에 각각 위치한 두 쌍 이상의 분사 노즐들로 구성되어 있으며, 집전체의 상면 또는 하면에서 바라본 평면상으로 집전체의 폭 방향 중앙 부위에서, 상기 집전체의 진행 방향에 평행한 일직선 상에 위치하는 구조일 수 있다.
다시 말해, 상기 분사 노즐은 집전체의 상면 및 하면에서, 중앙 부위를 따라, 집전체의 진행 방향으로 일직선 상에 위치할 수 있으며, 상기 구조에 따라, 집전체의 상면 및 하면에는 전극 합제 슬러리가 동일한 부위에 대해, 두 번 이상 도포될 수 있다.
또 다른 구체적인 예에서, 상기 분사 노즐은 집전체의 상면 및 하면의 대응되는 부위에 각각 위치한 두 쌍 이상의 분사 노즐들로 구성되어 있으며, 집전체의 상면 또는 하면에서 바라본 평면상으로 집전체의 진행 방향에 수직인 일직선 상에 위치하는 구조일 수 있다.
즉, 상기 두 쌍 이상의 분사 노즐은 집전체의 상면 및 하면에서, 집전체의 폭을 기준으로 각각 전극 합제 슬러리를 분사하여 도포하는 부위가 구획되도록 구성될 수 있으며, 이에 따라, 분사 노즐에 의해 분사되는 전극 합제 슬러리의 분사 폭에 비해, 넓은 폭을 갖는 집전체에 대한 전극 합제 슬러리의 도포가 가능하므로, 넓은 분사 폭을 갖는 분사 노즐을 별도로 제작할 필요 없이, 분사 노즐의 배치 내지 구성만을 달리하여, 보다 용이하게 전극 합제 슬러리를 도포할 수 있다.
한편, 상기 분사 노즐에 의해 분사되는 전극 합제 슬러리는 집전체의 폭을 기준으로, 상기 집전체의 일측 단부로부터 이에 대향하는 타측 단부에 이르는 모든 부위에 도포되는 구조일 수 있다.
여기서, 분사 노즐에 의해 분사되는 전극 합제 슬러리의 분사 형태는 분사 노즐에 천공된 분사구의 형태 등을 달리함으로써, 다양하게 구성될 수 있으나, 일반적으로, 상기 분사 노즐에 의해 분사되는 전극 합제 슬러리는 평면상으로 원형으로 분사된다. 따라서, 상기 원형인 분사 형태의 직경이 집전체의 폭 이상이 되도록 구성되거나, 분사 노즐의 배치 등을 조절함으로써, 전극 합제 슬러리가 집전체의 폭을 기준으로 모든 부위에 도포되도록 구성될 수 있다.
또한, 상기 분사 노즐에 의해 분사되는 전극 합제 슬러리의 분사 폭은 집전체의 폭에 대응하여 조절될 수도 있으며, 상세하게는, 상기 분사 노즐에 의해 분사되는 전극 합제 슬러리의 분사 폭은 분사 노즐에 천공된 분사구의 크기 또는 분사 압력에 의해 조절될 수 있다.
따라서, 전극 합제 슬러리를 도포하고자 하는 집전체의 폭에 대응하여, 상기 분사 노즐의 배치 구조 등을 변경할 필요 없이, 분사구의 크기 또는 분사 압력만을 조절함으로써, 집전체의 폭을 기준으로 모든 부위에 전극 합제 슬러리를 도포할 수 있으며, 이에 따라, 다양한 폭을 갖는 전극 시트를 제조하는 경우, 이에 소요되는 시간 및 비용을 절약할 수 있다.
한편, 상기 건조부는 집전체의 상면 및 하면의 서로 대응되는 부위에 위치하여, 연속적으로 이송되는 집전체 상의 전극 합제 슬러리를 효과적으로 건조시킬 수 있는 구조라면, 그 종류가 크게 제한되는 것은 아니며, 상세하게는, 상기 건조부는 고온의 열풍에 의해 전극 합제 슬러리를 건조시켜 용매를 제거하는 구조이거나, 고온의 광원(光源)에 의해 전극 합제 슬러리를 건조시켜 용매를 제거하는 구조일 수 있다.
이러한 경우에, 상기 열풍 또는 광원의 온도는 집전체의 연속적인 이송 과정에서 전극 합제 슬러리를 건조시키므로, 전극 합제 슬러리의 특성에 변화를 일으키지 않는 동시에, 상기 전극 합제 슬러리를 효과적으로 건조시킬 수 있는 범위에서, 상기 집전체의 이송 속도에 따라 적절히 조절될 수 있다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 이송부는 집전체의 상면 및 하면에서 서로 대응되는 부위에 각각 위치한 적어도 한 쌍의 롤러들을 포함하고 있는 구조일 수 있다.
더욱 구체적으로, 상기 적어도 한 쌍의 롤러들은 집전체의 상면 및 하면의 서로 대응되는 부위에서, 집전체 상에 대면한 상태로 위치해 있으며, 상호 반대 방향으로 회전함으로써, 집전체를 이송시키는 구조일 수 있다.
이러한 경우에, 상기 롤러들은 집전체 상에 도포된 전극 합제 슬러리에 대한 간섭을 회피할 수 있도록, 전극 합제 코팅부의 이전 및/또는 건조부의 이후에 위치하는 구조일 수 있다.
그러나, 상기 이송부는 집전체를 일정한 속도로 연속적으로 이송시킬 수 있는 구조라면 그 종류가 이에 한정되는 것은 아니며, 상세하게는, 상기 이송부는 집전체의 상면 및 하면에서 서로 대응되는 부위에 각각 위치한 적어도 한 쌍의 지그들을 포함하는 구조일 수 있다.
더욱 구체적으로, 상기 적어도 한 쌍의 지그들은 집전체의 상면 및 하면의 서로 대응되는 부위에서, 직접 집전체에 대면함으로써, 상기 집전체를 고정시킨 상태에서, 상기 지그들이 직접 이송됨으로써, 집전체를 이송시키는 구조일 수 있다.
이러한 경우에, 상기 지그는 집전체 상에 도포된 전극 합제 슬러리에 대한 간섭을 회피할 수 있도록, 집전체의 코팅 시작 부위 및/또는 집전체의 건조 종료 부위에 위치하는 구조일 수 있다.
또한, 상기 지그는 집전체의 폭을 기준으로, 일측 단부 및 이에 대향하는 타측 단부의 상면 및 하면에 각각 위치하는 구조일 수 있다.
따라서, 상기 지그가 집전체와 대면하는 면적을 최소화할 수 있으며, 이에 따라, 상기 지그들에 의해 집전체에 가해지는 물리적 자극 및 이에 따른 집전체 및 전극 합제 코팅부의 손상을 최소화할 수 있다.
이 때, 상기 지그는 집전체의 폭에 대응하여 위치가 조절되는 구조일 수 있다.
따라서, 상기 집전체의 폭을 기준으로 양측 단부의 상면 및 하면에 각각 위치한 지그들은 그 사이의 거리가 조절될 수 있어, 다양한 폭을 갖는 집전체에 보다 용이하게 적용될 수 있다.
또한, 상기 지그는 집전체의 진행 방향에서, 전극 합제 코팅부에 대응되는 부위에 위치해 있으며, 전극 합제 코팅부에서 분사되는 전극 합제 슬러리는 상기 지그에 의해 접촉되는 집전체 부위를 제외한 나머지 부위에 도포되는 구조일 수 있다.
더욱 구체적으로, 상기 지그는 집전체의 폭을 기준으로 양측 단부의 상면 및 하면에 각각 위치해 있으며, 상기 집전체의 진행 방향에서, 전극 합제의 코팅부에 대응되는 부위에 위치하는 구조일 수 있다.
상기 구조에 따라, 집전체는 지그에 의해 양측 단부가 고정된 상태에서 전극 합제 코팅부를 거쳐 연속적으로 이송되며, 이러한 과정에서, 상기 전극 합제 코팅부에서 분사되는 전극 합제 슬러리는 상기 지그에 의해 접촉되는 집전체의 양측 단부 부위를 제외한 나머지 부위에 도포될 수 있다.
이러한 경우에, 상기 전극 합제 슬러리가 도포되지 않은 집전체의 양측 단부는 무지부로서, 별도의 절취 또는 기타 가공 과정을 거쳐, 별도의 전극 리드 또는 단자와 연결되는 전극 탭을 형성할 수 있으며, 슬롯 다이를 사용하여 액상의 전극 합제 슬러리를 코팅하는 종래의 전극 시트 제조장치에 비해, 무지부의 사이즈를 균일하게 형성할 수 있는 효과가 있다.
한편, 상기 적어도 한 쌍의 롤러들 또는 지그들을 포함하는 이송부는 집전체의 사행(蛇行)을 조정하는 사행조정부를 더 포함하는 구조일 수 있으며, 따라서, 상기 집전체가 이송되는 과정에서 집전체가 사행하지 않도록 조정될 수 있다.
본 발명은 또한, 상기 전극 시트 제조장치를 포함하는 전지셀 제조 장치를 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 전지셀 제조 장치를 사용하여 제조된 것을 특징으로 하는 전지셀 및 상기 전지셀을 하나 이상 포함하는 전지팩을 제공하는 바, 상기 전지셀 및 전지팩의 구체적인 구성은 당업계에 공지되어 있으므로, 본 명세서에서는 그에 대한 구체적인 설명을 생략한다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 전극 시트 제조장치는, 전극 합제 코팅부 및 건조부가 집전체의 상면 및 하면의 서로 대응되는 부위에 위치하도록 구성함으로써, 전극 합제 슬러리의 도포 또는 건조가 집전체의 상면 및 하면에 대해 동시에 수행되므로, 전극 시트의 제조에 소요되는 시간을 절약할 수 있으며, 전극 합제 코팅부가 전극 합제 슬러리를 분사(spray)하여 도포하므로, 집전체에 대한 균일한 코팅이 가능하고, 집전체의 폭에 대응하여 전극 합제 슬러리의 코팅 폭을 보다 용이하게 조절할 수 있으며, 이에 따라, 다양한 폭을 갖는 집전체에 대해 전극 합제 코팅부를 별도로 제작할 필요가 없어, 전극 시트의 제조에 소요되는 비용을 절약할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래의 전극 시트 제조장치의 구조를 개략적으로 나타낸 모식도이다;
도 2는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전극 시트 제조장치의 구조를 개략적으로 나타낸 모식도이다;
도 3은 도 2의 전극 시트 제조장치의 전극 합제 코팅부의 분사 구조를 개략적으로 나타낸 모식도이다;
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전극 시트 제조장치의 구조를 개략적으로 나타낸 모식도이다;
도 5는 도 4의 전극 시트 제조장치의 전극 합제 코팅부의 분사 구조를 개략적으로 나타낸 모식도이다;
도 6은 도 4의 전극 시트 제조장치의 이송부의 구조를 개략적으로 나타낸 모식도이다;
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전극 시트 제조장치의 구조를 개략적으로 나타낸 모식도이다;
도 8은 도 7의 전극 시트 제조장치의 전극 합제 코팅부의 분사 구조 및 이송부의 구조를 개략적으로 나타낸 모식도이다.
이하에서는, 본 발명의 실시예에 따른 도면들을 참조하여 본 발명을 더욱 상술하지만, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.
도 2에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전극 시트 제조장치의 구조를 개략적으로 나타낸 모식도가 도시되어 있다.
도 2를 참조하면, 전극 시트 제조장치는 이송부, 전극 합제 코팅부, 건조부를 포함하고 있다.
집전체(240)는 긴 시트 형상으로서, 롤(241) 형태로 감겨 있으며, 대향측 단부에 위치한 이송부(230)에 의해 이송된다.
이송부(230)는 집전체(240)의 상면 및 하면에 각각 위치한 2개의 롤러들(231, 232)로 구성되어 있으며, 2개의 롤러들(231, 232)이 상호 반대 방향으로 회전(201, 202)함으로써, 집전체(240)가 이송부(230) 방향으로 이송(203)된다.
전극 합제 코팅부는 집전체의 상면 및 하면에서 서로 대응되는 부위에 위치한 한 쌍의 분사 노즐들(211, 212)을 포함하고 있으며, 분사 노즐들(211, 212)은 전극 합제 슬러리(213)를 미립자 형태로 분사함으로써, 전극 합제 슬러리(213)를 집전체(240) 상에 도포한다.
따라서, 슬롯 다이를 사용하여 전극 합제 슬러리를 코팅하는 종래의 전극 시트 제조장치에 비해, 균일하게 전극 합제 슬러리를 도포할 수 있다.
전극 합제 코팅부를 거쳐, 전극 합제 슬러리(213)가 도포된 집전체(240)는 건조부(230)로 이송된다.
건조부는 집전체(240)의 상면 및 하면에서 서로 대응되는 부위에 각각 위치한 상면 건조부(221) 및 하면 건조부(222)를 포함하고 있으며, 고온의 열풍 또는 광원에 의해 전극 합제 슬러리(213)를 건조시켜 용매를 제거한다.
분사 노즐들(211, 212)과 상면 건조부(221) 및 하면 건조부(222)는 각각 집전체(240)의 상면 및 하면에서 서로 대응되는 부위에 위치해 있으므로, 집전체(240)의 상면 및 하면에 대해, 전극 합제 슬러리(213)의 도포 또는 건조가 동시에 수행될 수 있으며, 이에 따라, 전극 시트를 제조하는데 소요되는 시간을 절약할 수 있다.
도 3에는 도 2의 전극 시트 제조장치의 전극 합제 코팅부의 분사 구조를 개략적으로 나타낸 모식도가 도시되어 있다.
도 3을 참조하면, 집전체(240)의 상면에서 바라보았을 때, 분사 노즐(211)은 평면상으로 집전체(240)의 중앙 부위에 위치해 있으며, 전극 합제 슬러리(213)를 원형의 형태로 분사하여 도포한다.
분사 노즐(211)에 의해 분사되는 전극 합제 슬러리(213)의 분사 폭(W1)은 집전체(240)의 폭(W2)에 대응하는 크기로서, 전극 합제 슬러리(213)는 집전체(240)의 일측 단부(242)로부터 이에 대향하는 타측 단부(243)에 이르는 모든 부위에 도포된다.
따라서, 집전체(240)가 연속적으로 이송(203)되는 과정에서, 집전체(240)의 상면의 모든 부위에 전극 합제 슬러리(213)가 도포될 수 있다.
분사 노즐(211)에 의해 분사되는 전극 합제 슬러리(213)의 분사 폭(W1)은 집전체(240)의 폭(W2)에 대응하여 조절될 수 있으며, 상세하게는, 분사 노즐(211)에 천공된 분사구(211a)의 크기 또는 분사 압력에 의해 조절될 수 있다.
따라서, 다양한 크기의 폭을 갖는 집전체에 따라, 별도의 분사 노즐을 제작할 필요가 없으므로, 전체적인 제조 비용을 절약할 수 있으며, 보다 용이하게 집전체의 모든 부위에 전극 합제 슬러리를 분사할 수 있다.
도 4에는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전극 시트 제조장치의 구조를 개략적으로 나타낸 모식도가 도시되어 있다.
도 4를 참조하면, 전극 시트 제조장치(400)는 전극 합제 코팅부가 집전체(440)의 상면 및 하면에서 서로 대응되는 부위에 각각 위치한 세 쌍의 분사 노즐들(411a, 411b, 411c, 412a, 412b, 412c)을 포함하고 있다.
이 때, 분사 노즐들(411a, 411b, 411c, 412a, 412b, 412c)은 전극 합제 슬러리(413)를 미립자 상태로 분사하여 도포하므로, 집전체(440)가 분사 노즐들(411a, 411b, 411c, 412a, 412b, 412c)을 통과하여, 이송(403)되는 과정에서 전극 합제 슬러리(413)는 총 3회 도포되며, 이에 따라, 동일한 두께의 전극 합제 슬러리(413)를 도포하는 경우, 도 2의 전극 시트 제조장치(도 2의 200)에 비해, 전극 합제 슬러리(413)를 보다 높은 밀도로 코팅할 수 있어, 전지셀의 전기적 성능을 향상시킬 수 있다.
이송부는 집전체(440)의 상면 및 하면에서 서로 대응되는 부위에 각각 위치한 두 쌍의 지그들(431, 432, 433, 434)을 포함하고 있으며, 두 쌍의 지그들(431, 432, 433, 434)은 서로 교번 방식으로 집전체(430)를 고정하여 연속적으로 이송(403)시킨다.
전극 합제 코팅부 및 건조부를 제외한 전극 시트 제조장치의 나머지 구성은 도 2의 전극 시트 제조장치와 동일하므로, 이에 대한 자세한 설명은 생략한다.
도 5에는 도 4의 전극 시트 제조장치의 전극 합제 코팅부의 구조를 개략적으로 나타낸 모식도가 도시되어 있다.
도 5를 참조하면, 집전체(440)의 상면에서 바라보았을 때, 분사 노즐들(411a, 411b, 411c)은 평면상으로 집전체(440)의 중앙 부위에서, 집전체(440)의 이송(403) 방향에 평행한 일직선(L-L') 상에 위치해 있으며, 전극 합제 슬러리(413a, 413b, 413c)를 원형의 형태로 분사하여 도포한다.
따라서, 집전체(440)가 이송(403)되는 과정에서 전극 합제 슬러리(413a, 413b, 413c)는 미립자 상태로 총 3회에 걸쳐 도포되며, 이에 따라, 보다 높은 밀도로 전극 합제 슬러리(413a, 413b, 413c)를 코팅할 수 있어, 전지셀의 전기적 성능을 향상시킬 수 있다.
상기 분사 노즐들(411a, 411b, 411c)의 배치 구조를 제외한 나머지 분사 구조 내지 구성은 도 3의 분사 구조와 동일하므로, 이에 대한 자세한 설명은 생략한다.
도 6에는 도 4의 전극 시트 제조장치의 이송부의 구조를 개략적으로 나타낸 모식도가 도시되어 있다.
도 6을 참조하면, 이송부는 전반부에 위치한 한 쌍의 제 1 지그들(431, 432) 및 후반부에 위치한 한 쌍의 제 2 지그들(433, 434)을 포함하고 있으며, 제 1 지그들(431, 432) 및 제 2 지그들(433, 434)은 각각 집전체(440)의 상면 및 하면에서 서로 대응되는 부위에 위치해 있다.
우선, 제 1 단계에서, 제 1 지그들(431, 432) 및 제 2 지그들(433, 434)은 서로 인접해 위치한 상태에서, 제 1 지그들(431, 432)은 집전체(440)로부터 소정의 간격을 두고 이격되어 있고, 제 2 지그들(433, 434)은 집전체(440)의 상면 및 하면에 각각 대면함으로써, 집전체(440)를 고정한다.
제 2 단계에서, 제 1 지그들(431, 432)은 집전체(440)의 이송 시작부 방향으로 이동하고, 제 2 지그들(433, 434)은 집전체(440)를 고정한 상태로 제 1 지그들(431, 432)과 반대 방향으로 이동함으로써, 집전체(440)를 이송한다.
제 3 단계에서, 제 1 지그들(431, 432)은 집전체(440)의 상면 및 하면에 대면함으로써, 집전체(440)를 고정하고, 제 2 지그들(433, 434)은 집전체(440)로부터 이격된다.
제 4 단계에서, 제 1 지그들(431, 432)은 집전체(440)를 고정한 상태로 집전체(440)의 이송 방향으로 이동함으로써, 집전체(440)를 이송하고, 제 2 지그들(433, 434)은 제 1 지그와 반대 방향으로 이동한다.
그 후, 제 1 지그들(431, 432)과 제 2 지그들(433, 434)이 서로 인접하게 되면, 다시 제 1 단계부터 집전체(440)의 이송 과정을 반복적으로 실시한다.
상기 일련의 과정들은 연속적으로 수행되며, 이에 따라, 집전체(440)는 제 1 지그들(431, 432) 및 제 2 지그들(433, 434)에 의해 일정한 속도로 연속적으로 이송될 수 있다.
도 7에는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전극 시트 제조장치의 구조를 개략적으로 나타낸 모식도가 도시되어 있다.
도 7을 참조하면, 전극 시트 제조장치(700)는 이송부가 집전체(740)의 상면 및 하면에서 서로 대응되는 부위에 각각 위치한 지그들(731, 732, 733, 734)을 포함하고 있으며, 지그들(731, 732, 733, 734)은 전극 합제 코팅부(710)에 대응되는 부위에 위치한 상태에서, 서로 교번 방식으로 집전체(730)를 고정하여 연속적으로 이송(703)시킨다.
이송부를 구성하는 지그들(731, 732, 733, 734)과 전극 합제 코팅부(710)의 구체적인 구성 내지 구조는 이하의 도 8에서 자세히 설명한다.
상기 이송부를 구성하는 지그들(731, 732, 733, 734)과 전극 합제 코팅부(710)의 구조를 제외한 전극 시트 제조장치(700)의 나머지 구성은 도 2 의 전극 시트 제조장치(도 2의 200)와 동일하므로, 이에 대한 자세한 설명은 생략한다.
도 8에는 도 7의 전극 시트 제조장치의 전극 합제 코팅부 및 이송부의 구조를 개략적으로 나타낸 모식도가 도시되어 있다.
도 8을 참조하면, 집전체(740)의 상면에서 바라보았을 때, 전극 합제 코팅부를 구성하는 분사 노즐들(711a, 711b, 711c)은 평면상으로 집전체(740)의 이송(703) 방향에 수직인 일직선(S-S') 상에 위치해 있으며, 전극 합제 슬러리(713)를 원형의 형태로 분사하여 도포한다.
전극 합제 슬러리(713)는 집전체(740)의 폭을 기준으로 모든 부위에 도포된다.
이송부는 전반부에 위치한 지그들(731a, 731b)과 후반부에 위치한 지그들(733a, 733b)을 포함하고 있다.
지그들(731a, 731b, 733a, 733b)은 각각 집전체(740)의 폭을 기준으로 일측 단부 및 타측 단부에 각각 위치한 상태에서, 집전체(740)의 일측 단부 및 타측 단부의 일부분을 고정할 수 있도록 구성되어 있다.
지그들(731a, 731b, 733a, 733b)은 상호 교번 방식으로 집전체(740)의 양측 단부를 고정한 상태에서 이동함으로써, 집전체(740)를 일정한 속도로 연속적으로 이송한다.
전반부에 위치한 지그들(731a, 731b)은 상기 이동 과정에서, 분사 노즐들(711a, 711b, 711c)에 의해 분사되는 전극 합제 슬러리(713a, 713b, 713c)의 분사 폭을 벗어나지 않으며, 이에 따라, 전반부에 위치한 지그들(731a, 731b)에 의해 고정되는 집전체(740)의 양측 단부 부위에는 전극 합제 슬러리(713a, 713b, 713c)가 도포되지 않게 된다.
이러한 전극 합제 슬러리(713a, 713b, 713c) 미도포 부위는 차후 공정에서 가공되어 전극 탭을 형성할 수 있다.
집전체(740)의 일측 단부에 위치한 지그들(731a, 733a)과 타측 단부에 위치한 지그들(731b, 733b) 사이의 거리(W3)는 집전체(740)의 폭(W4)에 대응하여 조절될 수 있으며, 이에 따라, 다양한 폭(W4)을 갖는 집전체(740)를 이용해 전극 시트를 제조하는 경우, 보다 용이하게 적용될 수 있다.
그러나 본 발명이 상기 실시예들에 제한되는 것은 아니며, 분사 노즐들의 구성 및 지그들의 구성을 다양하게 조합함으로써, 상기 실시예에 개시되지 않은 다양한 실시예들에 따른 전극 시트 제조장치를 구성할 수도 있음은 물론이다.
본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주내에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다.

Claims (21)

  1. 긴 시트 형상의 전극용 집전체를 일 방향으로 이송시키는 이송부;
    상기 집전체 상에 전극 합제 슬러리를 분사(spray)하여 도포하는 전극 합제 코팅부; 및
    상기 집전체 상에 코팅된 전극 합제 슬러리를 건조시키는 건조부;
    를 포함하고 있고,
    상기 전극 합제 코팅부 및 건조부는, 전극 합제 슬러리의 도포 또는 건조가 집전체의 상면 및 하면에 대해 동시에 수행될 수 있도록, 집전체의 상면 및 하면의 서로 대응되는 부위에 위치하는 것을 특징으로 하는 전극 시트 제조장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 집전체는 전극 합제 코팅부로부터 건조부 방향으로 이송되는 것을 특징으로 하는 전극 시트 제조장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 전극 합제 코팅부는 집전체의 상면 및 하면의 대응되는 부위에 각각 위치한 하나 또는 둘 이상의 분사 노즐을 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 전극 시트 제조장치.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 분사 노즐은 집전체의 상면 및 하면의 대응되는 부위에 각각 위치한 한 쌍의 분사 노즐로 구성되어 있으며, 집전체의 상면 또는 하면에서 바라본 평면상으로 집전체의 폭 방향 중앙 부위에 위치하는 것을 특징으로 하는 전극 시트 제조장치.
  5. 제 3 항에 있어서, 상기 분사 노즐은 집전체의 상면 및 하면의 대응되는 부위에 각각 위치한 두 쌍 이상의 분사 노즐들로 구성되어 있으며, 집전체의 상면 또는 하면에서 바라본 평면상으로 집전체의 폭 방향 중앙 부위에서, 상기 집전체의 진행 방향에 평행한 일직선 상에 위치하는 것을 특징으로 하는 전극 시트 제조장치.
  6. 제 3 항에 있어서, 상기 분사 노즐은 집전체의 상면 및 하면의 대응되는 부위에 각각 위치한 두 쌍 이상의 분사 노즐들로 구성되어 있으며, 집전체의 상면 또는 하면에서 바라본 평면상으로 집전체의 진행 방향에 수직인 일직선 상에 위치하는 것을 특징으로 하는 전극 시트 제조장치.
  7. 제 3 항에 있어서, 상기 분사 노즐에 의해 분사되는 전극 합제 슬러리는 집전체의 폭을 기준으로, 상기 집전체의 일측 단부로부터 이에 대향하는 타측 단부에 이르는 모든 부위에 도포되는 것을 특징으로 하는 전극 시트 제조장치.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 분사 노즐에 의해 분사되는 전극 합제 슬러리의 분사 폭은 집전체의 폭에 대응하여 조절되는 것을 특징으로 하는 전극 시트 제조장치.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 분사 노즐에 의해 분사되는 전극 합제 슬러리의 분사 폭은 분사 노즐에 천공된 분사구의 크기 또는 분사 압력에 의해 조절되는 것을 특징으로 하는 전극 시트 제조장치.
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 건조부는 고온의 열풍에 의해 전극 합제 슬러리를 건조시켜 용매를 제거하는 것을 특징으로 하는 전극 시트 제조장치.
  11. 제 1 항에 있어서, 상기 건조부는 고온의 광원(光源)에 의해 전극 합제 슬러리를 건조시켜 용매를 제거하는 것을 특징으로 하는 전극 시트 제조장치.
  12. 제 1 항에 있어서, 상기 이송부는 집전체의 상면 및 하면에서 서로 대응되는 부위에 각각 위치한 적어도 한 쌍의 롤러들을 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 전극 시트 제조장치.
  13. 제 1 항에 있어서, 상기 이송부는 집전체의 상면 및 하면에서 서로 대응되는 부위에 각각 위치한 적어도 한 쌍의 지그들을 포함하는 것을 특징으로 하는 전극 시트 제조장치.
  14. 제 13 항에 있어서, 상기 지그는 집전체의 코팅 시작 부위 및/또는 집전체의 건조 종료 부위에 위치하는 것을 특징으로 하는 전극 시트 제조장치.
  15. 제 13 항에 있어서, 상기 지그는 집전체의 폭을 기준으로, 일측 단부 및 이에 대향하는 타측 단부의 상면 및 하면에 각각 위치하는 것을 특징으로 하는 전극 시트 제조장치.
  16. 제 15 항에 있어서, 상기 지그는 집전체의 폭에 대응하여 위치가 조절되는 것을 특징으로 하는 전극 시트 제조장치.
  17. 제 15 항에 있어서, 상기 지그는 집전체의 진행 방향에서, 전극 합제 코팅부에 대응되는 부위에 위치해 있으며, 전극 합제 코팅부에서 분사되는 전극 합제 슬러리는 상기 지그에 의해 접촉되는 집전체 부위를 제외한 나머지 부위에 도포되는 것을 특징으로 하는 전극 시트 제조장치.
  18. 제 12 항 또는 제 13 항에 있어서, 상기 이송부는 집전체의 사행(蛇行)을 조정하는 사행조정부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전극 시트 제조장치.
  19. 제 1 항에 따른 전극 시트 제조장치를 포함하는 전지셀 제조 장치.
  20. 제 19 항에 따른 전지셀 제조 장치를 사용하여 제조된 것을 특징으로 하는 전지셀.
  21. 제 20 항에 따른 전지셀을 하나 이상 포함하는 것을 특징으로 하는 전지팩.
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