KR20170028748A

KR20170028748A - 이차 전지의 전극판 압착 장치 및 방법

Info

Publication number: KR20170028748A
Application number: KR1020150125757A
Authority: KR
Inventors: 박용팔; 조영석; 최대식
Original assignee: 주식회사 엘지화학
Priority date: 2015-09-04
Filing date: 2015-09-04
Publication date: 2017-03-14
Also published as: KR102042752B1

Abstract

본 발명은, 이차 전지의 전극판 압착 장치와 방법을 개시한다. 본 발명에 따른 장치는, 공정 진행 방향으로 이송되고 적어도 한 쪽 표면에 활물질 코팅층이 형성된 전극판 쉬트를 압착하는 장치로서, 상기 전극판 쉬트의 상부 표면을 누르면서 회전하는 상부 압착 롤러; 상기 상부 압착 롤러의 직하부에서 상기 전극판 쉬트의 하부 표면을 누르면서 상기 상부 압착 롤러와 반대 방향으로 회전하는 하부 압착 롤러; 상기 상부 압착 롤러와 상기 전극판 쉬트의 상부 표면이 접촉하는 제1압착 계면에 제1완충 필름을 공급하는 상부 필름 언와인더(unwinder); 상기 상부 압착 롤러의 회전에 따라 상기 제1압착 계면으로부터 빠져나오는 상기 제1완충 필름을 회수하는 상부 필름 와인더(winder); 상기 하부 압착 롤러와 상기 전극판 쉬트의 하부 표면이 접촉하는 제2압착 계면에 제2완충 필름을 공급하는 하부 필름 언와인더; 및 상기 하부 압착 롤러의 회전에 따라 상기 제2압착 계면으로부터 빠져나오는 상기 제2완충 필름을 회수하는 하부 필름 와인더를 포함한다.

Description

이차 전지의 전극판 압착 장치 및 방법{Apparatus for pressing electrode plate of secondary battery and Method using the same}

본 발명은 이차 전지의 전극 조립체를 구성하는 전극판을 압착하는 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 압착 롤러의 내구성을 향상시키고 전극판의 압착 품질을 균일하게 유지할 수 있는 장치 및 이를 이용한 전극판 압착 방법에 관한 것이다.

최근 들어, 스마트폰, 태블릿 컴퓨터, 랩탑 컴퓨터 등의 전세계적 확산과 전기 자동차, 하이브리드 자동차, 무인 비행체 등의 상용화로 이차 전지의 수요가 급속하게 증가하고 있다.

이차 전지는 복수의 단위 셀이 전기적으로 연결된 전극 조립체를 포함한다. 상기 단위 셀은 분리막을 사이에 두고 서로 반대의 극성을 가진 적어도 2개의 전극판이 적층된 구조를 가진다.

상기 전극판은 전도성 금속 박막과 이 금속 박막의 한쪽 면 또는 양쪽 면에 얇게 코팅된 활물질 코팅층을 포함하며, 다음과 같은 공정을 통해 제조된다.

우선, 전도성이 있는 전극판 쉬트의 한쪽 면 또는 양쪽 면에 활물질 슬러리를 코팅한다. 여기서, 활물질 슬러리는, 이차 전지가 충전 또는 방전되는 동안 전기화학적 반응에 관여하는 화학종을 흡장 또는 방출하는 활물질 입자, 도전제 입자, 바인더 및 유기 용제를 포함한다. 그런 다음, 전극판 쉬트에 코팅된 활물질 슬러리를 건조시킨 후 압착 롤러를 이용하여 활물질 코팅층을 압착시켜 활물질 코팅층의 에너지 밀도를 증가시킨다. 활물질 코팅층의 압착 공정 이후에는, 활물질 코팅층이 형성된 전극판 쉬트를 커터나 레이저 등을 이용하여 이차 전지의 크기에 맞게 재단하는 공정이 진행된다.

전극판의 제조 시 사용되는 전극판 압착 장치는 적어도 상부 압착 롤러와 하부 압착 롤러를 포함한다. 활물질 코팅층이 형성된 전극판 쉬트는 상부 압착 롤러와 하부 압착 롤러 사이를 통과하면서 밀도가 증가한다. 밀도의 증가는 단위 면적당 전극판 쉬트에 코팅된 활물질의 량을 증가시켜 전극판의 에너지 밀도를 향상시킨다.

한편, 활물질 코팅층의 압착 공정이 진행되는 동안, 상부 압착 롤러 및 하부 압착 롤러는 활물질 코팅층을 큰 압력으로 누른다. 이 때, 활물질 코팅층에 포함된 원료 입자들에 의해 상부 압착 롤러 및 하부 압착 롤러의 표면에 스크래치가 지속적으로 발생된다.

상기 스크래치의 량은 압착 공정의 진행 시간이 경과함에 따라 계속 증가한다. 상기 스크래치가 생긴 부분에는 마찰력이 상대적으로 커서 활물질 코팅층의 압착이 이루어지는 동안 활물질 코팅층을 구성하는 원료 물질의 일부가 오염 물질로서 부착되기 쉽다.

이처럼, 상부 및 하부 압착 롤러의 표면에 오염 물질이 부착되면 롤러 표면의 평탄도가 저하된다. 오염 물질이 부착된 지점에서는 압착 롤러의 표면이 볼록해 지기 때문이다. 그런데, 압착 롤러 표면의 평탄도가 저하되면, 활물질 코팅층의 압착 품질이 저하된다. 일 예로, 평탄도가 저하된 압착 롤러를 이용하여 압착 공정을 진행하면, 활물질 코팅층이 국소적으로 파이는 현상이 관찰된다.

따라서, 전극판 압착 공정에 사용되는 압착 롤러는 오염물질과 스크래치를 제거하기 위해 주기적으로 연마하는 유지 보수가 반드시 필요하다. 그런데, 압착 롤러의 연마에는 많은 시간과 비용이 소요된다. 또한, 연마된 압착 롤러를 공정에 재 투입할 때 압착 롤러의 위치가 최적화되지 못하면 전극판의 압착 품질이 현저히 저하될 수 있다.

본 발명은 위와 같은 종래 기술의 배경하에서 창안된 것으로서, 전극판에 코팅된 활물질 코팅층의 압착 공정이 진행되는 동안 압착 롤러의 표면에 스크래치가 발생되는 것을 방지하여 압착 롤러의 마모를 줄이면서도 압착 롤러의 표면에 오염 물질이 부착되는 것을 원천적으로 차단함으로써 전극판의 압착 품질을 향상시킬 수 있는 전극판 압착 장치 및 이를 이용한 전극판 압착 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위한 이차 전지의 전극판 압착 장치는, 공정 진행 방향으로 이송되고 적어도 한 쪽 표면에 활물질 코팅층이 형성된 전극판 쉬트를 압착하는 장치로서, 상기 전극판 쉬트의 상부 표면을 누르면서 회전하는 상부 압착 롤러; 상기 상부 압착 롤러의 직하부에서 상기 전극판 쉬트의 하부 표면을 누르면서 상기 상부 압착 롤러와 반대 방향으로 회전하는 하부 압착 롤러; 상기 상부 압착 롤러와 상기 전극판 쉬트의 상부 표면이 접촉하는 제1압착 계면에 제1완충 필름을 공급하는 상부 필름 언와인더(unwinder); 상기 상부 압착 롤러의 회전에 따라 상기 제1압착 계면으로부터 빠져나오는 상기 제1완충 필름을 회수하는 상부 필름 와인더(winder); 상기 하부 압착 롤러와 상기 전극판 쉬트의 하부 표면이 접촉하는 제2압착 계면에 제2완충 필름을 공급하는 하부 필름 언와인더; 및 상기 하부 압착 롤러의 회전에 따라 상기 제2압착 계면으로부터 빠져나오는 상기 제2완충 필름을 회수하는 하부 필름 와인더를 포함한다.

바람직하게, 상기 상부 필름 언와인더는, 언와인딩될 제1완충 필름을 감고 있는 제1 필름 롤; 및 상기 상부 압착 롤러의 회전 속도에 맞게 상기 제1완충 필름이 언와인딩되도록 상기 제1 필름 롤을 회전시키는 제1회전 구동기를 포함할 수 있다.

또한, 상기 상부 필름 와인더는, 상기 제1압착 계면으로부터 빠져 나오는 제1완충 필름을 와인딩하는 제2 필름 롤; 및 상기 상부 압착 롤러의 회전 속도에 맞게 상기 제1완충 필름이 상기 제2필름 롤에 와인딩되도록 상기 제2필름 롤을 회전시키는 제2회전 구동기를 포함할 수 있다.

바람직하게, 상기 하부 필름 언와인더는, 언와인딩될 제2완충 필름을 감고 있는 제3 필름 롤; 및 상기 하부 압착 롤러의 회전 속도에 맞게 상기 제2완충 필름이 언와인딩되도록 상기 제3 필름 롤을 회전시키는 제3회전 구동기를 포함할 수 있다.

또한, 상기 하부 필름 와인더는, 상기 제2압착 계면으로부터 빠져나오는 제2완충 필름을 와인딩하는 제4 필름 롤; 및 상기 하부 압착 롤러의 회전 속도에 맞게 상기 제2완충 필름이 상기 제4필름 롤에 와인딩되도록 상기 제4필름 롤을 회전시키는 제4회전 구동기를 포함할 수 있다.

다른 측면에서, 본 발명에 따른 장치는, 상기 제1완충 필름의 텐션을 조절하는 위해, 상기 제1압착 계면과 상기 상부 필름 언와인더 사이에 제1상부 텐션 조절 롤러를 더 포함하거나, 상기 제1압착 계면과 상기 상부 필름 와인더 사이에 제2상부 텐션 조절 롤러를 더 포함할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 장치는, 상기 제2완충 필름의 텐션을 조절하는 위해, 상기 제2압착 계면과 상기 하부 필름 언와인더 사이에 제3하부 텐션 조절 롤러를 더 포함하거나, 상기 제2압착 계면과 상기 하부 필름 와인더 사이에 제4하부 텐션 조절 롤러를 더 포함할 수 있다.

바람직하게, 상기 제1완충 필름 및 상기 제2완충 필름은 폴리올레핀 계열의 필름일 수 있다. 보다 바람직하게, 상기 폴리올레핀 계열의 필름은 폴리에틸렌 필름, 폴리프로필렌 필름, PET 필름 또는 이들 중 적어도 2개 이상의 필름이 적층된 다층 필름일 수 있다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 이차 전지의 전극판 압착 방법은, 제1완충 필름을 언와인딩하는 상부 필름 언와인더와 상기 언와인?壅풔? 상기 제1완충 필름을 와인딩하는 상부 필름 와인더를 설치하는 단계; 상기 제1완충 필름의 상부 표면과 선 접촉을 하도록 상부 압착 롤러를 설치하는 단계; 제2완충 필름을 언와인딩하는 하부 필름 언와인더와 상기 언와인딩되는 상기 제2완충 필름을 와인딩하는 하부 필름 와인더를 설치하는 단계; 상기 제2완충 필름의 하부 표면과 선 접촉을 하도록 하부 압착 롤러를 설치하는 단계; 상기 상부 압착 롤러와 상기 하부 압착 롤러 사이에 압착 갭이 형성되도록 상기 상부 압착 롤러와 상기 하부 압착 롤러를 접근시키는 단계; 상기 상부 압착 롤러와 상기 하부 압착 롤러를 서로 반대 방향으로 회전시키는 단계; 상기 상부 압착 롤러의 회전 속도에 맞추어 상기 상부 필름 언와인더로 상기 제1완충 필름을 언와인딩하면서 상기 상부 필름 와인더로 상기 제1완충 필름을 다시 와인딩하고, 상기 하부 압착 롤러의 회전 속도에 맞추어 상기 하부 필름 언와인더로 상기 제2완충 필름을 언와인딩하면서 상기 하부 필름 와인더로 상기 제2완충 필름을 다시 와인딩하는 단계; 및 상기 압착 갭을 통해 이송되는 상기 제1완충 필름 및 상기 제2완충 필름 사이로 적어도 한 쪽 표면에 활물질 코팅층이 형성된 전극판 쉬트를 통과시키는 단계;를 포함할 수 있다.

선택적으로, 본 발명에 따른 방법은, 제1상부 텐션 조절 롤러를 이용하여 상기 압착 갭과 상기 상부 필름 언와인더 사이에서 상기 제1완충 필름의 텐션을 조절하는 단계; 또는 제2상부 텐션 조절 롤러를 이용하여 상기 압착 갭과 상기 상부 필름 와인더 사이에서 상기 제1완충 필름의 텐션을 조절하는 단계;를 더 포함할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 방법은, 제1하부 텐션 조절 롤러를 이용하여 상기 압착 갭과 상기 하부 필름 언와인더 사이에서 상기 제2완충 필름의 텐션을 조절하는 단계; 또는 제2하부 텐션 조절 롤러를 이용하여 상기 압착 갭과 상기 하부 필름 와인더 사이에서 상기 제2완충 필름의 텐션을 조절하는 단계;를 더 포함할 수 있다.

본 발명에 따르면, 전극판에 코팅된 활물질 코팅층의 압착 공정이 진행되는 동안 압착 롤러의 표면에 스크래치가 발생되는 것을 방지하여 압착 롤러의 내구성을 높이고 압착 롤러의 표면에 오염 물질이 부착되는 것을 원천적으로 차단하여 전극판의 압착 품질을 향상시킬 수 있다.

본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 한 실시예를 예시하는 것이며, 후술하는 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 이차 전지의 전극판 압착 장치에 대한 구성을 개략적으로 도시한 장치 구성도이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차 전지의 전극판 압착 장치에 대한 구성을 개략적으로 도시한 장치 구성도이다.
도 3은 본 발명에 따른 장치를 이용하여 전극판을 압착하는 과정을 도시한 개념도이다.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 이차 전지의 전극판 압착 방법에 대한 순차적 흐름을 도시한 공정 순서도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 출원을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 발명시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 이차 전지의 전극판 압착 장치의 구성을 개략적으로 도시한 장치 구성도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 전극판 압착 장치(10)는, 공정 진행 방향(왼쪽 방향)으로 이송되고 적어도 한 쪽 표면에 활물질 코팅층이 형성된 전극판 쉬트(A)를 압착하는 장치로서, 상부 압착 롤러(11), 하부 압착 롤러(12), 상부 필름 언와인더(13), 상부 필름 와인더(14), 하부 필름 언와인더(15) 및 하부 필름 와인더(16)를 포함할 수 있다.

상기 활물질 코팅층은 활물질 입자, 도전제 입자 및 각 입자를 다공성 구조로 결합시키는 바인더를 포함한다. 상기 활물질 입자는 이차 전지의 전기화학적 반응에 관여하는 화학종(예컨대, Li 이온)을 흡장 또는 방출시킨다. 상기 활물질 입자는 양극재 입자 또는 음극재 입자일 수 있다. 일 예로, 양극재 입자는 리튬 전이금속 산화물일 수 있고, 음극재 입자는 그라파이트 입자일 수 있다. 하지만, 본 발명은 활물질 코팅층을 구성하는 화학종의 구체적인 종류에 의해 한정되지 않는다.

상기 상부 압착 롤러(11)는 전극판 쉬트(A)의 상부 표면을 누르면서 시계 방향으로 회전하고, 상기 하부 압착 롤러(12)는 상부 압착 롤러(11)의 직하부에서 전극판 쉬트(A)의 하부 표면을 누르면서 상부 압착 롤러(11)의 회전 방향과 반대 방향으로 회전한다.

상기 상부 압착 롤러(11)와 하부 압착 롤러(12) 사이에는 압착 갭(g)이 형성된다. 상기 압착 갭(g)의 높이는 전극판 쉬트(A)의 압착 조건에 따라 달라질 수 있다.

상기 상부 압착 롤러(11)와 하부 압착 롤러(12)는 금속 재질, 예컨대 스테인레스 스틸 재질로 이루어질 수 있다. 또한, 상기 상부 압착 롤러(11)와 하부 압착 롤러(12)는 중심부에 구동 샤프트를 구비할 수 있다. 상기 구동 샤프트의 일측 단부는 회전력을 제공하는 구동 메커니즘과 동작 가능하게 결합될 수 있다. 상기 구동 메커니즘은 본 발명이 속한 기술분야에 공지된 기어 박스, 밸트 풀리 메커니즘 등을 포함한다.

상기 상부 압착 롤러(11)와 하부 압착 롤러(12)는 공지된 전극판 압착 장치에 포함된 압착 롤러의 구성을 실질적으로 동일하게 채용하여도 무방하다.

바람직하게, 상부 필름 언와인더(13)는 상부 압착 롤러(11)의 하단과 전극판 쉬트(A)의 상부 표면이 접촉하는 제1압착 계면(B)을 향해 제1완충 필름(17)을 언와인딩하여 공급한다. 그러면, 상기 제1압착 계면(B)에서 상부 압착 롤러(11)의 하단과 제1완충 필름(17)의 상부면이 실질적으로 선 접촉 상태를 형성한다. 한편, 상부 필름 와인더(14)는 상부 압착 롤러(11)의 회전에 따라 제1압착 계면(B)을 빠져 나오는 제1완충 필름(17)을 와인딩하여 필름 롤의 형태로 회수한다.

유사하게, 하부 필름 언와인더(15)는 하부 압착 롤러(12)의 상단과 전극판 쉬트(A)의 하부 표면이 접촉하는 제2압착 계면(C)을 향해 제2완충 필름(18)을 언와인딩하여 공급한다. 그러면, 상기 제2압착 계면(C)에서 하부 압착 롤러(12)의 상단과 제2완충 필름(18)의 하부면이 실질적으로 선 접촉 상태를 형성한다. 한편, 하부 필름 와인더(16)는 하부 압착 롤러(12)의 회전에 따라 제2압착 계면(C)으로부터 빠져 나오는 제2완충 필름(18)을 와인딩하여 필름 롤의 형태로 회수한다.

바람직하게, 상기 제1완충 필름(17)과 제2완충 필름(18)은 폴리올레핀 계열의 필름으로 이루어질 수 있다. 일 예로, 상기 제1완충 필름(17)과 제2완충 필름(18)은 폴리에틸렌 필름, 폴리프로필렌 필름 또는 PET(PolyEthylene Terephthalate) 필름, 또는 이들 중 적어도 2개의 필름이 라미네이팅된 다층 필름으로 이루어질 수 있다.

바람직하게, 상기 제1완충 필름(17)과 제2완충 필름(18)은 전극판 쉬트(A)의 폭보다 큰 폭을 가진다.

일 실시예에서, 상부 필름 언와인더(13)는, 언와인딩될 제1완충 필름(17)을 필름 롤의 형태로 감고 있는 제1 필름 롤(13a)과, 상부 압착 롤러(11)의 회전 속도에 맞게 제1완충 필름(17)이 제1 필름 롤(13a)로부터 언와인딩되도록 제1 필름 롤(13a)을 회전시키는 제1회전 구동기(13b)를 포함할 수 있다.

또한, 상부 필름 와인더(14)는, 제1압착 계면(B)으로부터 빠져 나오는 제1완충 필름(17)을 필름 롤의 형태로 다시 와인딩하는 제2 필름 롤(14a)과, 상부 압착 롤러(11)의 회전 속도에 맞게 제1완충 필름(17)이 상기 제2필름 롤(14a)에 다시 와인딩되도록 제2필름 롤(14a)을 회전시키는 제2회전 구동기(14b)를 포함할 수 있다.

위와 같은 상부 필름 언와인더(13) 및 상부 필름 와인더(14)의 구성은 하부 필름 언와인더(15) 및 하부 필름 와인더(16)에도 유사하게 적용될 수 있다.

즉, 하부 필름 언와인더(15)는, 언와인딩될 제2완충 필름(18)을 필름 롤의 형태로 감고 있는 제3 필름 롤(15a)과, 하부 압착 롤러(12)의 회전 속도에 맞게 제2완충 필름(18)이 언와인딩되도록 제3 필름 롤(15a)을 회전시키는 제3회전 구동기(15b)를 포함할 수 있다.

또한, 하부 필름 와인더(16)는, 제2압착 계면(C)으로부터 빠져나오는 제2완충 필름(18)을 다시 필름 롤의 형태로 와인딩하는 제4 필름 롤(16a)과, 하부 압착 롤러(12)의 회전 속도에 맞게 제2완충 필름(18)이 상기 제4필름 롤(16a)에 다시 와인딩되도록 제4필름 롤(16a)을 회전시키는 제4회전 구동기(16b)를 포함할 수 있다.

본 발명에 있어서, 상기 제1 내지 제4회전 구동기(13b, 14b, 15b, 16b)가 제1 내지 제4 필름 롤(13a, 14a, 15a, 16a)을 각각 회전시킬 때, 기어 박스, 벨트 풀리 메커니즘 등 공지된 여러 가지 구동 메커니즘이 사용될 수 있다. 따라서, 본 발명은 제1 내지 제4 필름 롤(13a, 14a, 15a, 16a)을 회전시키는데 사용되는 구동 메커니즘의 구체적인 종류에 의해 한정되지 않는다.

도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차 전지의 전극판 압착 장치(10)의 구성을 개략적으로 도시한 장치 구성도이다.

도 2에 개시된 장치는, 도 1에 개시된 장치와 비교하여 제1완충 필름(17)과 제2완충 필름(18)의 텐션을 조절하기 위한 수단으로서, 제1 및 제2상부 텐션 조절 롤러(20, 21)와 제1 및 제2하부 텐션 조절 롤러(22, 23)를 선택적으로 더 포함할 수 있다.

상기 제1상부 텐션 조절 롤러(20)는 제1압착 계면(B)과 상부 필름 언와인더(13) 사이에서 이송되는 제1완충 필름(17)의 텐션을 조절한다. 또한, 상기 제2상부 텐션 조절 롤러(21)는 제1압착 계면(B)과 상부 필름 와인더(14) 사이에서 이송되는 제1완충 필름(17)의 텐션을 조절한다. 또한, 상기 제1하부 텐션 조절 롤러(22)는 제2압착 계면(C)과 하부 필름 언와인더(15) 사이에서 이송되는 제2완충 필름(18)의 텐션을 조절한다. 또한, 상기 제2하부 텐션 조절 롤러(23)는 제2압착 계면(C)과 하부 필름 와인더(15) 사이에서 이송되는 제2완충 필름(18)의 텐션을 조절한다.

바람직하게, 상기 제1 및 제2상부 텐션 조절 롤러(20, 21)와 상기 제1 및 제2하부 텐션 조절 롤러(22, 23)는 스프링 등을 통해 탄성 바이어스되어 있다. 따라서, 제1완충 필름(17)은 상기 제1 및 제2상부 텐션 조절 롤러(20, 21)를 통해 이송되는 동안 텐션이 증가하는 방향으로 가압될 수 있다. 또한, 제2완충 필름(18)은 상기 제1 및 제2하부 텐션 조절 롤러(22, 23)를 통해 이송되는 동안 텐션이 증가하는 방향으로 가압될 수 있다. 상기 제1완충 필름(17)과 제2완충 필름(18)이 가압되는 정도는 스프링의 탄성계수를 조절하여 제어될 수 있다.

도 3은 본 발명에 따른 이차 전지의 전극판 압착 장치(10)를 이용하여 전극판 쉬트를 압착하는 과정을 개념적으로 도시한 도면이다.

도 1 및 도 3을 참조하면, 압착 공정을 진행해야 하는 전극판 쉬트(A)가 공정 진행 방향(즉, 왼쪽 방향)으로 이송되는 동안, 상부 압착 롤러(11)와 하부 압착 롤러(12)는 서로 반대 방향으로 회전한다. 또한, 상부 필름 언와인더(13)는 상부 압착 롤러(11)의 회전 속도에 맞추어 제1완충 필름(17)을 제1압착 계면(B)으로 언와인딩하고, 상부 필름 와인더(14)는 제1압착 계면(B)으로부터 빠져 나오는 제1완충 필름(17)을 다시 와인딩한다. 또한, 하부 필름 언와인더(15)는 하부 압착 롤러(12)의 회전 속도에 맞추어 제2완충 필름(18)을 언와인딩하고, 하부 필름 와인더(16)는 제2압착 계면(C)을 빠져 나오는 제2완충 필름(18)을 다시 와인딩한다.

그러면, 상부 압착 롤러(11)의 하부 표면과 하부 압착 롤러(12)의 상부 표면을 따라 제1완충 필름(17) 및 제2완충 필름(18)이 이송되는 상태가 만들어진다. 이 상태에서, 압착 갭(g)을 통해 전극판 쉬트(A)를 통과시키면 금속 박막(A₁)의 적어도 한면에 코팅된 활물질 코팅층(A₂)이 압착 갭(g)에 대응되는 두께로 압착된다.

한편, 상기 제1완충 필름(17)과 제2완충 필름(18)은 상부 필름 와인더(14) 및 하부 필름 와인더(16)에 의해 와인딩된 후 세척될 수 있다. 즉, 상기 제1완충 필름(17)과 제2완충 필름(18)을 언와인딩시키면서 클린싱 욕조를 통과시켜 표면에 묻은 오염물을 제거하고 건조시킬 수 있다. 세척 및 건조가 완료된 제1완충 필름(17) 및 제2완충 필름(18)은 필름 롤의 형태로 와인딩한 후 재사용할 수 있다.

그러면 이하에서는 상술한 구성을 갖는 전극판 압착 장치를 이용하여 전극판을 압착하는 방법과 그 효과를 구체적으로 설명하기로 한다.

도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 이차 전지의 전극판 압착 방법의 순차적 흐름을 도시한 공정 순서도이다.

도 1 및 도 4를 참조하면, 먼저, 제1완충 필름(17)을 언와인딩하는 상부 필름 언와인더(13)를 상부 압착 롤러(11)의 일 측에 설치하고(S10 단계), 상부 필름 언와인더(13)에 의해 언와인딩되는 제1완충 필름(17)을 다시 와인딩하는 상부 필름 와인더(14)를 상부 압착 롤러(11)의 타 측에 설치한다(S20 단계).

이어서, 제1완충 필름(17)의 단부를 상부 필름 언와인더(13)로부터 언와인딩하여 상부 필름 와인더(14)에 고정하고, 상부 필름 언와인더(13)와 상부 필름 와인더(14) 사이에 있는 제1완충 필름(17)의 상부 표면과 상부 압착 롤러(11)의 하단부가 선 접촉을 하도록 상부 압착 롤러(11)를 설치한다(S30 단계).

그런 다음, 제2완충 필름(18)을 언와인딩하는 하부 필름 언와인더(15)를 하부 압착 롤러(12)의 일 측에 설치하고(S40 단계), 하부 필름 언와인더(15)에 의해 언와인딩되는 제2완충 필름(18)을 다시 와인딩하는 하부 필름 와인더(16)를 하부 압착 롤러(12)의 타 측에 설치한다(S50 단계).

이어서, 제2완충 필름(18)의 단부를 하부 필름 언와인더(15)로부터 언와인딩하여 하부 필름 와인더(16에 고정하고, 하부 필름 언와인더(15)와 하부 필름 와인더(16) 사이에 있는 제2완충 필름(18)의 하부 표면과 하부 압착 롤러(12)의 상단부가 선 접촉을 하도록 하부 압착 롤러(12)를 설치한다(S60 단계).

이어서, 상부 압착 롤러(11)와 하부 압착 롤러(12) 사이에 전극판 쉬트(A)의 압착 조건에 따라 압착 갭(g)이 형성되도록 상부 압착 롤러(11)와 하부 압착 롤러(12)를 서로 접근시킨다(S70 단계).

S10 내지 S70 단계를 통해 압착 공정의 준비가 완료되면, 상부 압착 롤러(11)와 하부 압착 롤러(12)를 서로 반대 방향으로 회전시킨다(S80 단계).

또한, S80 단계와 동시에, 상부 압착 롤러(11)의 회전 속도에 맞추어 상부 필름 언와인더(13)를 이용하여 제1완충 필름(17)을 언와인딩하면서 상부 필름 와인더(14)로 제1완충 필름(17)을 다시 와인딩한다(S90 단계).

또한, 하부 압착 롤러(12)의 회전 속도에 맞추어 하부 필름 언와인더(15)를 이용하여 제2완충 필름(18)을 언와인딩하면서 하부 필름 와인더(16)로 제2완충 필름(18)을 다시 와인딩한다(S90 단계).

S90 단계가 진행되면, 상부 압착 롤러(11)의 하부 표면과 하부 압착 롤러(12)의 상부 표면을 따라 제1완충 필름(17) 및 제2완충 필름(18)이 각각 이송되는 상태가 만들어진다.

이 상태에서, 압착 갭(g)을 통해 적어도 한 쪽 표면에 활물질 코팅층이 형성된 전극판 쉬트(A)를 통과시키면 활물질 코팅층이 압착 갭(g)에 대응되는 두께로 압착된다.

상기 전극판 쉬트(A)가 압착 갭(g)을 통과하는 동안, 전극판 쉬트(A)는 상부 압착 롤러(11)와 하부 압착 롤러(12)의 표면과 직접적으로 접촉되지 않는다. 따라서, 상부 압착 롤러(11)와 하부 압착 롤러(12)의 표면에 활물질 코팅층의 원료 물질이 묻거나 해당 표면에 스크래치가 발생되는 것을 방지할 수 있다.

또한, 전극판 쉬트(A)와 상부 압착 롤러(11) 및 하부 압착 롤러(12) 사이에 제1완충 필름(17)과 제2완충 필름(18)이 각각 개재되므로, 제1압착 계면(B)과 제2압착 계면(C)에 인가되는 압력을 더욱 증가시킬 수 있다. 이로써, 전극판 쉬트(A)에 코팅된 활물질 코팅층의 에너지 밀도를 더욱 증가시킬 수 있다.

또한, 제1완충 필름(17)과 제2완충 필름(18)은 상부 압착 롤러(11) 및 하부 압착 롤러(12)보다 강성이 상대적으로 약하다. 따라서, 전극판 쉬트(A)가 상부 압착 롤러(11) 및 하부 압착 롤러(12)에 의해 눌리는 동안 전극판 쉬트(A)의 표면에 노출된 활물질 코팅층에 크랙이 발생되는 것과 활물질 코팅층에 포함된 활물질 입자들이 파쇄되는 것을 완화시킬 수 있다.

상술한 실시예에 따른 장치와 방법은, 전극판 쉬트를 압착하는데 사용되는 압착 롤러의 내구성을 증가시키며, 전극판에 코팅된 활물질 코팅층의 압착 품질을 향상시킬 수 있다. 또한, 본 발명은, 전극판 쉬트를 이용하여 제조된 이차 전지의 성능과 안정성을 향상시키는데도 기여할 수 있다.

본 발명에 있어서, 상부, 하부, 좌측 및 우측이라는 용어는 상대적인 위치를 지시하는 용어이다. 따라서, 구성요소를 보는 관점이 달라지면, 상대적인 위치를 지시하는 용어도 변경된 관점에 따라서 달라질 수 있다. 따라서, 본 발명은 상대적인 위치를 지시하는 용어에 의해 한정되지 않음은 당업자에게 자명하다.

이상에서 본 출원은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 출원은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 출원이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 출원의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.

Claims

공정 진행 방향으로 이송되고 적어도 한 쪽 표면에 활물질 코팅층이 형성된 전극판 쉬트를 압착하는 이차 전지의 전극판 압착 장치에 있어서,
상기 전극판 쉬트의 상부 표면을 누르면서 회전하는 상부 압착 롤러;
상기 상부 압착 롤러의 직하부에서 상기 전극판 쉬트의 하부 표면을 누르면서 상기 상부 압착 롤러와 반대 방향으로 회전하는 하부 압착 롤러;
상기 상부 압착 롤러와 상기 전극판 쉬트의 상부 표면이 접촉하는 제1압착 계면에 제1완충 필름을 공급하는 상부 필름 언와인더(unwinder);
상기 상부 압착 롤러의 회전에 따라 상기 제1압착 계면으로부터 빠져나오는 상기 제1완충 필름을 회수하는 상부 필름 와인더(winder);
상기 하부 압착 롤러와 상기 전극판 쉬트의 하부 표면이 접촉하는 제2압착 계면에 제2완충 필름을 공급하는 하부 필름 언와인더; 및
상기 하부 압착 롤러의 회전에 따라 상기 제2압착 계면으로부터 빠져나오는 상기 제2완충 필름을 회수하는 하부 필름 와인더를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차 전지의 전극판 압착 장치.
제1항에 있어서, 상기 상부 필름 언와인더는,
언와인딩될 제1완충 필름을 감고 있는 제1 필름 롤; 및
상기 상부 압착 롤러의 회전 속도에 맞게 상기 제1완충 필름이 언와인딩되도록 상기 제1 필름 롤을 회전시키는 제1회전 구동기를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차 전지의 전극판 압착 장치.
제1항에 있어서, 상기 상부 필름 와인더는,
상기 제1압착 계면으로부터 빠져 나오는 제1완충 필름을 와인딩하는 제2 필름 롤; 및
상기 상부 압착 롤러의 회전 속도에 맞게 상기 제1완충 필름이 상기 제2필름 롤에 와인딩되도록 상기 제2필름 롤을 회전시키는 제2회전 구동기를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차 전지의 전극판 압착 장치.
제1항에 있어서, 상기 하부 필름 언와인더는,
언와인딩될 제2완충 필름을 감고 있는 제3 필름 롤; 및
상기 하부 압착 롤러의 회전 속도에 맞게 상기 제2완충 필름이 언와인딩되도록 상기 제3 필름 롤을 회전시키는 제3회전 구동기를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차 전지의 전극판 압착 장치.
제1항에 있어서, 상기 하부 필름 와인더는,
상기 제2압착 계면으로부터 빠져나오는 제2완충 필름을 와인딩하는 제4 필름 롤; 및
상기 하부 압착 롤러의 회전 속도에 맞게 상기 제2완충 필름이 상기 제4필름 롤에 와인딩되도록 상기 제4필름 롤을 회전시키는 제4회전 구동기를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차 전지의 전극판 압착 장치.
제1항에 있어서,
상기 제1완충 필름의 텐션을 조절하는 위해, 상기 제1압착 계면과 상기 상부 필름 언와인더 사이에 제1상부 텐션 조절 롤러를 더 포함하거나, 상기 제1압착 계면과 상기 상부 필름 와인더 사이에 제2상부 텐션 조절 롤러를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이차 전지의 전극판 압착 장치.
제1항에 있어서,
상기 제2완충 필름의 텐션을 조절하는 위해, 상기 제2압착 계면과 상기 하부 필름 언와인더 사이에 제3하부 텐션 조절 롤러를 더 포함하거나, 상기 제2압착 계면과 상기 하부 필름 와인더 사이에 제4하부 텐션 조절 롤러를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이차 전지의 전극판 압착 장치.
제1항에 있어서,
상기 제1완충 필름 및 상기 제2완충 필름은 폴리올레핀 계열의 필름인 것을 특징으로 하는 이차 전지의 전극판 압착 장치.
제8항에 있어서,
상기 폴리올레핀 계열의 필름은 폴리에틸렌 필름, 폴리프로필렌 필름, PET 필름 또는 이들 중 적어도 2개 이상의 필름이 적층된 다층 필름인 것을 특징으로 하는 이차 전지의 전극판 압착 장치.
제1완충 필름을 언와인딩하는 상부 필름 언와인더와 상기 언와인?壅풔? 상기 제1완충 필름을 와인딩하는 상부 필름 와인더를 설치하는 단계;
상기 제1완충 필름의 상부 표면과 선 접촉을 하도록 상부 압착 롤러를 설치하는 단계;
제2완충 필름을 언와인딩하는 하부 필름 언와인더와 상기 언와인딩되는 상기 제2완충 필름을 와인딩하는 하부 필름 와인더를 설치하는 단계;
상기 제2완충 필름의 하부 표면과 선 접촉을 하도록 하부 압착 롤러를 설치하는 단계;
상기 상부 압착 롤러와 상기 하부 압착 롤러 사이에 압착 갭이 형성되도록 상기 상부 압착 롤러와 상기 하부 압착 롤러를 접근시키는 단계;
상기 상부 압착 롤러와 상기 하부 압착 롤러를 서로 반대 방향으로 회전시키는 단계;
상기 상부 압착 롤러의 회전 속도에 맞추어 상기 상부 필름 언와인더로 상기 제1완충 필름을 언와인딩하면서 상기 상부 필름 와인더로 상기 제1완충 필름을 다시 와인딩하고, 상기 하부 압착 롤러의 회전 속도에 맞추어 상기 하부 필름 언와인더로 상기 제2완충 필름을 언와인딩하면서 상기 하부 필름 와인더로 상기 제2완충 필름을 다시 와인딩하는 단계; 및
상기 압착 갭을 통해 이송되는 상기 제1완충 필름 및 상기 제2완충 필름 사이로 적어도 한 쪽 표면에 활물질 코팅층이 형성된 전극판 쉬트를 통과시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차 전지의 전극판 압착 방법.
제10항에 있어서,
제1상부 텐션 조절 롤러를 이용하여 상기 압착 갭과 상기 상부 필름 언와인더 사이에서 상기 제1완충 필름의 텐션을 조절하는 단계; 또는
제2상부 텐션 조절 롤러를 이용하여 상기 압착 갭과 상기 상부 필름 와인더 사이에서 상기 제1완충 필름의 텐션을 조절하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이차 전지의 전극판 압착 방법.
제10항에 있어서,
제1하부 텐션 조절 롤러를 이용하여 상기 압착 갭과 상기 하부 필름 언와인더 사이에서 상기 제2완충 필름의 텐션을 조절하는 단계; 또는
제2하부 텐션 조절 롤러를 이용하여 상기 압착 갭과 상기 하부 필름 와인더 사이에서 상기 제2완충 필름의 텐션을 조절하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이차 전지의 전극판 압착 방법.
제10항에 있어서,
상기 제1완충 필름 및 상기 제2완충 필름은 폴리올레핀 계열의 필름인 것을 특징으로 하는 이차 전지의 전극판 압착 방법.
제13항에 있어서,
상기 폴리올레핀 계열의 필름은 폴리에틸렌 필름, 폴리프로필렌 필름, PET 필름 또는 이들 중 적어도 2개 이상의 필름이 적층된 다층 필름인 것을 특징으로 하는 이차 전지의 전극판 압착 방법.