KR20170036005A - 폴피스 코팅층의 제거 방법 - Google Patents

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Abstract

본 출원은 폴피스 코팅층의 제거 방법을 제공한다. 폴피스는 집전체와 집전체의 적어도 일면에 코팅된 코팅층을 포함하고, 상기 방법은, (1) 용매를 사용하여 폴피스 상의 제거 대상 영역의 코팅층을 적시는 단계; (2) 레이저 빔이 폴피스 상의 당해 제거 대상 영역의 코팅층을 조사하여, 폴피스 상의 당해 제거 대상 영역의 코팅층을 적신 용매를 기화시킴으로써 폴피스 상의 당해 제거 대상 영역의 코팅층을 파괴하여, 폴피스 상의 당해 제거 대상 영역 위치의 집전체를 노출시키는 단계; 및 (3) 단계 (2)에서 발생한 코팅층의 잔여물을 제거하는 단계를 포함한다. 용매를 사용하여 사전에 폴피스 상의 제거 대상 영역의 코팅층을 적시고, 레이저 빔이 적셔진 폴피스 상에 조사되면, 폴피스에 존재하는 용매는 레이저 빔의 에너지를 흡수하여 순간적으로 기화함으로써 매우 강한 순간 압력이 발생하며, 거대한 압력의 작용으로 인해 코팅층의 과립은 집전체로부터 박리되어, 코팅층의 과립을 제거하는 작용을 한다. 따라서, 폴피스에 손상을 주지 않으며, 폴피스의 변형을 방지할 수 있다.

Description

폴피스 코팅층의 제거 방법{ELECTRODE PLATE COATING REMOVAL METHOD}
본 출원은 에너지 저장 디바이스 분야에 관한 것으로서, 특히 폴피스 코팅층의 제거 방법에 관한 것이다.
리튬 이온 전지는 에너지의 밀도가 높고 친환경적인 등의 장점을 가지므로, 많은 관심을 받고 있으며, 핸드폰, 노트북 등 전자 기기에서 널리 응용되고 있다. 또한, 전기 자동차 기술의 발전에 따라, 리튬 이온 전지는 전기 자동차 분야의 응용에서도 갈수록 관심을 받고 있다.
비록, 리튬 이온 전지에 대한 시장의 수요가 갈수록 높아지고 있지만, 고 에너지 밀도의 리튬 이온 전지의 제조 속도는 좀처럼 향상되지 않고 있다. 그 이유는 아래와 같다. 리튬 이온 전지의 제조 공정에서, 리튬 이온 전지의 제조 속도에 영향을 미치는 하나의 중요한 공정은 리튬 이온 전지의 폴피스에 러그를 용접하는 공정이다. 도 1 및 도 2와 같이, 코팅시 폴피스(1)에 연속적인 코팅층(12)이 형성되거나 또는 러그가 폴피스의 중간 부위에 용접되어야 하므로, 러그를 폴피스(1)에 용접하기 위해서는 먼저 폴피스(1) 상의 러그 용접 대상 부위(또는 제거 대상 영역(R)이라고 함)의 코팅층(12)을 제거해야 한다. 그리고, 일부 특별한 전지 생산 공정에서는 전지의 폴피스(1)의 서로 다른 위치에서 서로 다른 형태의 코팅층(12)도 제거해야 한다. 예를 들어, 도 3 및 도 4와 같이, 폴피스(1)의 두 표면 상의 대응 위치로부터 제거 대상 영역(R) 상의 코팅층(12)도 제거해야 한다.
현재 통상적으로 사용하는 제거 방법으로는 기계적 소파술 제거법과 화학적 제거법을 포함한다. 그러나 두 가지 제거 방법은 많은 문제점이 존재하고 있다. 즉, 기계적 제거는 제거의 청결도를 확보할 수 없으며, 특히 얇은 폴피스에서 폴피스에 쉽게 스크래치를 형성할 수 있으며, 화학적 제거는 환경에 일정한 손상을 조성하므로, 작업 환경이 열악하고 생산 효율이 낮은 등의 단점이 있다. 이상 두 가지 방법에 존재하는 단점에 대하여, 2012 년 11월 13일에 등록 공고된 미국특허번호 US8309880B2인 특허문헌에 레이저를 이용하여 폴피스 상의 코팅층을 제거하는 방법이 개시되었으며 상기 두 가지 제거 방법에 존재하는 문제점을 해결하였다.
그러나, 상기 특허에 따른 방법은 아래의 단점이 있다.
첫째, 레이저 제거 원리는 레이저의 작용하에서 코팅층이 일정한 에너지를 흡입하여 코팅층의 과립에 기화, 승화 및 진동 등이 발생함으로써 제거된다. 레이저 발생기가 방출하는 레이저 빔의 에너지 분포는 일반적으로 모두 가우스 분포이며, 이러한 분포의 레이저 빔의 가운데 에너지는 높고, 가장자리 에너지는 비교적 낮다. 그런데 폴피스(1) 상의 코팅층(12)을 제거하기 위해서는 일정한 범위 내의 에너지가 필요하므로, 이와 같이 에너지가 가우스 분포를 나타내는 레이저 빔에서, 에너지가 비교적 높은 가운데 부분이 쉽게 포일에 손상을 주므로(전지 폴피스(1)의 집전체(11)는 일반적으로 구리박과 알루미늄박이고, 두께가 몇 미크론에서 십몇 미크론이므로, 이 부분의 고 에너지는 매우 쉽게 구리박 또는 알루미늄박을 관통할 수 있다), 제거 품질과 러그의 용접 품질에 영향을 미친다. 그리고 가장자리의 에너지는 제거에 필요한 에너지보다도 작아, 코팅층이 잔류하게 되므로 제거 품질에 영향을 미치기는 마찬가지다. 동시에 이러한 고 에너지와 저 에너지는 효과적으로 이용할 수 없어 에너지의 이용률이 매우 낮다.
둘째, 레이저를 이용하여 폴피스(1)의 코팅층(12)을 제거하는 과정에서, 레이저의 작용하에 코팅층(12)이 열을 받아 응력에 변화가 발생하게 되고 나아가 폴피스(1)가 변형하게 되며, 코팅층(12)이 제거된 후, 잔류 응력의 방출로 인하여 폴피스(1)는 미량의 변형이 발생할 수도 있으며 나아가 후속되는 러그 용접에 영향을 미친다.
셋째, 상기 특허에서, 기류 분출 방식을 통해 불활성 기체를 폴피스(1)의 코팅층이 제거된 영역으로 불어, 폴피스(1)에 대한 청결과 냉각을 구현한다. 그러나 이러한 방법은 코팅층이 제거된 영역 상의 과립을 완전히 청결할 수 없어, 코팅층이 제거된 영역의 주위에 과립이 잔류하게 되며, 전지의 성능에 영향을 미친다.
넷째, 제거 과정에서 레이저는 코너 위치에서 끊임없이 가속, 감속해야 하므로, 레이저 헤드의 이동에 의한 제거 품질이 불안정하게 되고, 제거 사이즈가 정확하지 않아, 이러한 방법으로는 양산을 구현하기 어렵다.
배경 기술에 존재하는 문제점에 대하여, 본 출원의 목적은 폴피스의 변형을 방지할 수 있는 폴피스 코팅층의 제거 방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 출원은 폴피스 코팅층의 제거 방법을 제공한다. 폴피스는 집전체와 집전체의 적어도 일면에 코팅된 코팅층을 포함하고, 상기 방법은, (1) 용매를 사용하여 폴피스 상의 제거 대상 영역의 코팅층을 적시는 단계; (2) 레이저 빔이 폴피스 상의 당해 제거 대상 영역의 코팅층을 조사하여, 폴피스 상의 당해 제거 대상 영역의 코팅층을 적신 용매를 기화시킴으로써 폴피스 상의 당해 제거 대상 영역의 코팅층을 파괴하여, 폴피스 상의 당해 제거 대상 영역 위치의 집전체를 노출시키는 단계; 및 (3) 단계 (2)에서 발생한 코팅층의 잔여물을 제거하는 단계를 포함한다.
본 출원의 유익한 효과는 아래와 같다.
용매를 사용하여 사전에 폴피스 상의 제거 대상 영역의 코팅층을 적시고, 레이저 빔이 적셔진 폴피스에 조사되면, 폴피스에 존재하는 용매는 레이저 빔의 에너지를 흡수하여 순간적으로 기화할 수 있다. 또는, 코팅층의 과립이 레이저의 에너지를 흡수한 후 계면을 통해 열을 전도하면, 코팅층의 과립과 용매 간 계면 부위의 순간 온도 상승이 용매의 기화(증발) 온도를 훨씬 초과하여 액체가 폭발적으로 증발하여 매우 강한 순간 압력이 발생한다. 거대한 압력의 작용으로 인해 코팅층의 과립이 집전체로부터 박리되며, 이로써 코팅층의 과립을 제거하는 작용을 한다. 압력은 순간적으로 발생하므로, 순간적인 압력은 폴피스에 손상을 주지 않으며, 레이저의 에너지는 용매에 의해 직접 또는 간접적으로 흡수되므로, 폴피스의 집전체가 손상되지 않는다. 동시에 폴피스 상의 코팅층은 용매가 순간적으로 기화하여 발생한 압력의 작용하에 제거되므로, 코팅층은 박리된 후 방출하는 응력이 매우 작아, 폴피스의 변형을 방지한다.
도 1은 본 출원에 따른 폴피스 코팅층의 제거 방법 중 폴피스의 일 실시예의 평면도이며,
도 2는 도 1의 정면도이며,
도 3은 본 출원에 따른 폴피스 코팅층의 제거 방법 중 폴피스의 일 실시예의 평면도이며,
도 4은 도 3의 정면도이며,
도 5는 본 출원에 따른 폴피스 코팅층의 제거 방법 중 폴피스의 일 실시예의 평면도이며,
도 6은 도 5의 정면도이며,
도 7은 본 출원에 따른 폴피스 코팅층의 제거 방법의 일 실시예의 구성 평면도이며,
도 8은 도 7의 정면도이다.
이하, 도면을 참고하여, 본 출원에 따른 폴피스 코팅층의 제거 방법을 상세히 설명한다.
도 1 내지 도 8을 참고하면, 본 출원에 따른 폴피스 코팅층의 제거 방법에서, 폴피스(1)는 집전체(11)와 집전체(11)의 적어도 일면에 코팅된 코팅층(12)을 포함하고, 상기 방법은, (1) 용매를 사용하여 폴피스(1) 상의 제거 대상 영역(R)의 코팅층(12)을 적시는 단계; (2) 레이저 빔이 폴피스(1) 상의 당해 제거 대상 영역(R)의 코팅층(12)을 조사하여, 폴피스(1) 상의 당해 제거 대상 영역(R)의 코팅층(12)을 적신 용매를 기화시킴으로써 폴피스(1) 상의 당해 제거 대상 영역(R)의 코팅층(12)을 파괴하여, 폴피스(1) 상의 당해 제거 대상 영역(R) 위치의 집전체(11)를 노출시키는 단계; 및 (3) 단계 (2)에서 발생한 코팅층의 잔여물을 제거하는 단계를 포함한다.
본 출원에 따른 폴피스 코팅층의 제거 방법에서, 용매를 사용하여 사전에 폴피스(1) 상의 제거 대상 영역(R)의 코팅층(12)을 적신다. 레이저 빔이 적셔진 폴피스(1)에 조사되면, 폴피스(1)에 존재하는 용매는 레이저 빔의 에너지를 흡수하여 순간적으로 기화할 수 있다. 또는, 코팅층의 과립이 레이저의 에너지를 흡수한 후 계면을 통해 열을 전도하면, 코팅층(12)의 과립과 용매 간 계면 부위의 순간 온도 상승이 용매의 기화(증발) 온도를 훨씬 초과하여 액체가 폭발적으로 증발하여 매우 강한 순간 압력이 발생한다. 거대한 압력의 작용으로 인해 코팅층(12)의 과립이 집전체(11)로부터 박리되며, 이로써 코팅층(12)의 과립을 제거하는 작용을 한다. 압력은 순간적으로 발생하므로, 순간적인 압력은 폴피스(1)에 손상을 주지 않으며, 레이저의 에너지는 용매에 의해 직접 또는 간접적으로 흡수되므로, 폴피스(1)의 집전체(11)가 손상되지 않는다. 동시에 폴피스(1) 상의 코팅층(12)은 용매가 순간적으로 기화하여 발생한 압력의 작용하에 제거되므로, 코팅층(12)은 박리된 후 방출하는 응력이 매우 작아, 폴피스(1)의 변형을 방지한다.
본 출원에 따른 폴피스 코팅층의 제거 방법에서, 코팅층(12)의 제거 영역에서 노출된 집전체(11)는 러그를 용접하기 위한 것이다.
본 출원에 따른 폴피스 코팅층의 제거 방법의 일 실시예에서, 폴피스(1)의 코팅층(12)은 활성 물질, 접착제와 도전제를 함유할 수 있다.
본 출원에 따른 폴피스 코팅층의 제거 방법에서, 도 1과 도 2를 참고하면, 집전체(11)의 일면에 코팅층(12)이 코팅될 수 있다. 도 1과 도 2에 표시한 예에서, 폴피스(1) 상의 제거 대상 영역(R)의 코팅층(12)은 한 곳으로 표시되었다. 그러나, 실제 상황에서 제거 대상 영역(R)의 코팅층(12)은 폴피스 상의 위치, 형태 및 수량에 있어서 한정되지 않으며, 모두 필요에 따라 바뀔 수 있다. 동시에, 서로 다른 위치, 형태 및 수량을 가진 제거 대상 영역(R)의 코팅층(12)에 대하여, 단계 (1)~(3)을 단계별로 또는 동시에 진행할 수 있다.
본 출원에 따른 폴피스 코팅층의 제거 방법에서, 도 3과 도 4, 도 5와 도 6, 도 7과 도 8을 참고하면, 집전체(11)의 두 표면에 코팅층(12)이 코팅될 수 있다.
도 3과 도 4에 표시한 예에서, 집전체(11)의 두 표면에 코팅층(12)이 집전체(11)를 중심으로 거울 대칭으로 코팅되어 있다. 도 5와 도 6에 표시한 예에서, 집전체(11)의 두 표면에 코팅층(12)이 집전체(11)를 중심으로 거울 대칭되지 않도록 코팅되어 있다. 도 7과 도 8에 표시한 예에서, 집전체(11)의 두 표면에 코팅층(12)이 집전체(11)를 중심으로 거울 대칭되지 않도록 코팅되어 있다. 도 7과 도 8에 표시한 예에서, 집전체(11)의 두 표면에 코팅층(12)이 일부가 집전체(11)를 중심으로 거울 대칭되도록 코팅되어 있다. 실제 상황에서, 제거 대상 영역(R)의 코팅층(12)은 폴피스의 집전체(11)의 두 표면 상의 각각의 위치, 형태 및 수량에 있어서 한정되지 않으며, 모두 필요에 따라 바뀔 수 있다. 동시에, 서로 다른 위치, 형태 및 수량을 가진 제거 대상 영역(R)의 코팅층(12)에 대하여, 단계 (1)~(3)을 단계별로 또는 동시에 진행할 수 있다.
본 출원에 따른 폴피스 코팅층의 제거 방법에서, 폴피스(1)는 양극 폴피스 또는 음극 폴피스이다.
본 출원에 따른 폴피스 코팅층의 제거 방법의 일 실시예에서, 폴피스(1)는 리튬 이온 전지의 폴피스일 수 있다.
본 출원에 따른 폴피스 코팅층의 제거 방법의 일 실시예에서, 용매는 레이저 에너지를 흡수할 수 있는 성질을 가질 수 있다.
본 출원에 따른 폴피스 코팅층의 제거 방법의 일 실시예에서, 용매는 코팅층(12) 중의 접착제를 용해할 수 있는 성질을 가질 수 있다. 따라서, 폴피스(1) 상의 코팅층(12)의 과립 간의 결합력을 낮출 수 있으며, 레이저 빔이 적셔진 폴피스(1)를 조사하면, 용매가 레이저 빔의 에너지를 흡수하고 순간적으로 기화하여 발생한 순간 압력은 코팅층(12)의 과립이 더 쉽게 집전체(11)로부터 박리되도록 하므로, 더 좋은 청결 효과를 구현할 수 있다.
본 출원에 따른 폴피스 코팅층의 제거 방법의 일 실시예에서, 용매는 물, N-메틸피롤리돈(NMP), 디메틸포름아미드(DMF), 트리에틸포스페이트(TEP), 디메틸아세트아미드(DMAC) 및 디메틸술폭시드(DMSO)에서 선택된 적어도 하나이다.
본 출원에 따른 폴피스 코팅층의 제거 방법의 일 실시예에서, 단계 (1)과 단계 (2) 사이에 폴피스(1) 상의 제거 대상 영역(R)을 고정하는 단계를 더 포함할 수 있다. 고정 방법은 진공 흡착 고정 및 인장 고정 중 적어도 하나일 수 있다.
본 출원에 따른 폴피스 코팅층의 제거 방법에서, 폴피스(1)의 일면에 코팅된 코팅층(12)의 두께는 30μm-200μm이다.
본 출원에 따른 폴피스 코팅층의 제거 방법의 일 실시예에서, 레이저 빔은 플랫 탑 빔일 수 있다.
플랫 탑 광원의 레이저 빔의 에너지 분포는 평탄한 곡선 형태를 나타내고, 고르게 분포되어, 레이저 빔의 에너지가 고르지 않아 폴피스(1) 상의 제거 대상 영역(R)을 깨끗이 제거되지 않는 상황이 발생하는 것을 방지할 수 있으며, 또한 레이저 빔의 에너지 분포가 고르지 않아 폴피스(1)가 열을 골고루 받지 못해 발생하는 변형을 방지할 수 있다. 상기 플랫 탑 빔의 모든 에너지는 모두 최적의 방법으로 충분히 이용된다. 편평도(Flatness)는 1에 가까울수록 더 좋다.
본 출원에 따른 폴피스 코팅층의 제거 방법의 일 실시예에서, 레이저의 파워는 20W-500W일 수 있다. 만약 레이저의 파워가 너무 낮으면, 폴피스(1) 상의 제거 대상 영역(R)의 코팅층(12)을 효율적으로 깨끗이 제거할 수 없으며, 파워가 너무 낮으면 여러번 제거해야만 코팅층(12)을 제거할 수 있으며, 폴피스(1)의 열변성이 증가한다. 만약 레이저의 파워가 너무 높으면, 발생하는 열량이 너무 많아, 폴피스(1)에 열 영향 영역이 과다하게 발생할 수 있으며, 집전체(11)가 손상될 수도 있다.
본 출원에 따른 폴피스 코팅층의 제거 방법의 일 실시예에서, 레이저 빔은 진동 미러 스캔 방법을 통하여, 폴피스(1) 상의 제거 대상 영역(R)의 코팅층(12)을 파괴할 수 있다. 진동 미러 스캔은 레이저 헤드가 움직이지 않도록 확보할 수 있으므로, 레이저 빔 제거의 품질, 안정적인 제거, 제거 사이즈의 정확도를 향상하고 양산화를 쉽게 구현할 수 있다.
본 출원에 따른 폴피스 코팅층의 제거 방법의 일 실시예에서, 단계 (3)에서 취할 수 있는 방법은 부압 흡입 제거, 에어 퍼지 중의 적어도 하나일 수 있다. 이로써, 코팅층 제거 영역의 과립을 완전히 제거할 수 있다.
본 출원에 따른 폴피스 코팅층의 제거 방법에서, 단계 (3) 이후 먼지 접착 방법에 의해 코팅층의 잔여물을 제거함으로써 보조적이고 추가적인 청결 작용을 하는 단계를 더 포함한다.
그중, 부호 설명은 아래와 같다.
1 폴피스
12 코팅층
11 집전체
R 제거 대상 영역

Claims (17)

  1. 폴피스 코팅층의 제거 방법에 있어서,
    폴피스(1)는 집전체(11)와 집전체(11)의 적어도 일면에 코팅된 코팅층(12)을 포함하고, 상기 방법은, (1) 용매를 사용하여 폴피스(1) 상의 제거 대상 영역(R)의 코팅층(12)을 적시는 단계; (2) 레이저 빔이 폴피스(1) 상의 당해 제거 대상 영역(R)의 코팅층(12)을 조사하여, 폴피스(1) 상의 당해 제거 대상 영역(R)의 코팅층(12)을 적신 용매를 기화시킴으로써 폴피스(1) 상의 당해 제거 대상 영역(R)의 코팅층(12)을 파괴하여, 폴피스(1) 상의 당해 제거 대상 영역(R) 위치의 집전체(11)를 노출시키는 단계; 및 (3) 단계 (2)에서 발생한 코팅층의 잔여물을 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 폴피스 코팅층의 제거 방법.
  2. 제1 항에 있어서,
    코팅층(12) 제거 영역에서 노출된 집전체(11)는 러그를 용접하기 위한 것임을 특징으로 하는 폴피스 코팅층의 제거 방법.
  3. 제1 항에 있어서,
    집전체(11)의 두 표면에 코팅층(12)이 코팅되어 있는 것을 특징으로 하는 폴피스 코팅층의 제거 방법.
  4. 제1 항에 있어서,
    폴피스(1)은 양극 폴피스 또는 음극 폴피스인 것을 특징으로 하는 폴피스 코팅층의 제거 방법.
  5. 제1 항에 있어서,
    폴피스(1)는 리튬 이온 전지의 폴피스인 것을 특징으로 하는 폴피스 코팅층의 제거 방법.
  6. 제1 항에 있어서,
    폴피스(1)의 코팅층(12)은 활성 물질, 접착제와 도전제를 함유하는 것을 특징으로 하는 폴피스 코팅층의 제거 방법.
  7. 제1 항에 있어서,
    용매는 레이저 에너지를 흡수할 수 있는 성질을 가진 것을 특징으로 하는 폴피스 코팅층의 제거 방법.
  8. 제6 항에 있어서,
    용매는 코팅층(12) 중의 접착제를 용해할 수 있는 성질을 가진 것을 특징으로 하는 폴피스 코팅층의 제거 방법.
  9. 제1 항에 있어서,
    용매는 물, N-메틸피롤리돈(NMP), 디메틸포름아미드(DMF), 트리에틸포스페이트(TEP), 디메틸아세트아미드(DMAC) 및 디메틸술폭시드(DMSO)에서 선택된 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 폴피스 코팅층의 제거 방법.
  10. 제1 항에 있어서,
    단계 (1)과 단계 (2) 사이에 폴피스(1) 상의 제거 대상 영역(R)을 고정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 폴피스 코팅층의 제거 방법.
  11. 제10 항에 있어서,
    고정 방법은 진공 흡착 고정 및 인장 고정 중 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 폴피스 코팅층의 제거 방법.
  12. 제1 항에 있어서,
    폴피스(1)의 일면에 코팅된 코팅층(12)의 두께는 30μm-200μm인 것을 특징으로 하는 폴피스 코팅층의 제거 방법.
  13. 제1 항에 있어서,
    레이저 빔은 플랫 탑 빔인 것을 특징으로 하는 폴피스 코팅층의 제거 방법.
  14. 제1 항에 있어서,
    레이저의 파워는 20W-500W인 것을 특징으로 하는 폴피스 코팅층의 제거 방법.
  15. 제1 항에 있어서,
    레이저 빔은 진동 미러 스캔 방법에 의해 폴피스(1) 상의 제거 대상 영역(R)의 코팅층(12)을 파괴하는 것을 특징으로 하는 폴피스 코팅층의 제거 방법.
  16. 제1 항에 있어서,
    단계 (3)에서 취하는 방식은 부압 흡입 제거 및 에어 퍼지 중 적어도 하나의 방식인 것을 특징으로 하는 폴피스 코팅층의 제거 방법.
  17. 제16 항에 있어서,
    단계 (3) 이후, 먼지 접착 방법에 의해 코팅층의 잔여물을 제거하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 폴피스 코팅층의 제거 방법.
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