KR20170048757A - 노칭 롤러를 포함하고 있는 전극 제조 장치 - Google Patents

노칭 롤러를 포함하고 있는 전극 제조 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 긴 시트 형상의 집전체 상에 전극 활물질이 도포되어 있는 제 1 전극 시트를 노칭 및 커팅을 위해 연속적으로 이송하는 이송부; 원통형 구조로 이루어져 있으며, 회전에 의해 제 1 전극 시트의 일면을 노칭(notching)함으로써, 서로 대향하는 일측 외주변 및 타측 외주변이 연속적으로 형성된 제 2 전극 시트를 제조하는 노칭 롤러(notching roller); 및 상기 노칭된 제 2 전극 시트를 전극 폭의 길이로 커팅함으로써, 최종 전극을 제조하는 커터;를 포함하고 있고, 상기 노칭 롤러는 평면상으로 제 2 전극 시트의 일측 외주변을 형성하는 제 1 노칭부 및 상기 일측 외주변에 대향하는 타측 외주변을 형성하는 제 2 노칭부를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 전극 제조 장치를 제공한다.

Description

노칭 롤러를 포함하고 있는 전극 제조 장치 {Device for Manufacturing Electrode Comprising Notching Roller}
본 발명은 노칭 롤러를 포함하고 있는 전극 제조 장치에 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 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.
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.
특히, 최근에는 스택형 또는 스택/폴딩형 전극조립체를 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치형 전지케이스에 내장한 구조의 파우치형 전지가, 낮은 제조비, 작은 중량, 용이한 형태 변형 등을 이유로, 많은 관심을 모으고 있고 또한 그것의 사용량이 점차적으로 증가하고 있다.
일반적으로, 이러한 이차전지는 전극 집전체 상에 전극 활물질, 도전제, 바인더 등이 혼합된 전극 합제를 도포한 후 건조하여, 전극을 제조하고, 상기 제조된 전극을 분리막과 함께 적층한 후, 전해액과 함께 전지케이스에 내장 및 밀봉함으로써, 완성된다.
이때, 상기 전극은 긴 시트 형상으로 이루어진 전극 집전체 상에 전극 활물질이 도포되어 제조된 전극 시트를 타발 방식으로 노칭(notching)한 후, 소망하는 길이로 커팅함으로써 제조된다.
도 1에는 종래의 전극 제조 장치의 구조를 계략적으로 나타낸 모식도가 도시되어 있다.
도 1을 참조하면, 전극 제조 장치(100)는 제 1 전극 시트(110)의 일면을 노칭하는 노칭 금형(120)을 포함하고 있다.
제 1 전극 시트(110)는 전극 활물질이 이송 방향을 따라 연속적으로 도포된 활물질 도포부(111), 및 상기 활물질 도포부(111)에 인접한 상태로 평행하게 형성되어 있는 활물질 미도포부(112)를 포함하고 있다.
노칭 금형(120)은 일면에 전극의 형상에 대응하는 노칭부(121)가 형성되어 있으며, 노칭부(121)가 제 1 전극 시트(110)의 일면과 반복적으로 접촉됨으로써, 전극의 일측 외주변(131) 및 타측 외주변(132)을 형성한다.
그러나, 이러한 타발 방식의 노칭 방법은 제 1 전극 시트(110)의 사행(蛇行)이 발생하거나, 제 1 전극 시트(110)의 이송 속도가 미세하게 변화하는 경우, 전극 탭부(133)에 대응하는 일측 외주변(131)에서, 전극 활물질이 도포되지 않은 활물질 미도포부(112)가 전극에 포함되도록 노칭(141)되거나, 일부 노칭 부위가 중첩(142)되는 등의 노칭 단차가 발생하며, 이에 따라 제품의 불량률이 높아질 수 있다.
또한, 상기 타발 방식의 노칭 방법은 소망하는 전극의 폭 또는 길이가 변경되는 경우, 이에 대응하는 크기로 이루어진 노칭부가 형성되어 있는 새로운 금형을 제작해야 하며, 이에 따라, 상기 금형의 제작에 소요되는 시간 및 비용이 증가하는 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, 원통형 구조로 이루어진 노칭 롤러(notching roller)를 사용하여 전극 시트를 노칭하도록 구성함으로써, 상기 전극 시트를 연속적으로 노칭할 수 있으므로, 타발 방식의 노칭 금형을 사용하는 종래의 전극 제조 장치에 비해, 노칭 단차가 발생하지 않아, 제품의 불량률을 없애거나, 최소화할 수 있으며, 상기 노칭 롤러의 노칭부 사이의 간격이 전극 시트의 활물질 도포부의 폭에 대응하여 조절되도록 구성함으로써, 별도의 금형을 제작할 필요가 없이, 다양한 크기를 갖는 전극을 제조하기 위해 용이하게 적용될 수 있으므로, 상기 전극의 제조에 소요되는 비용 및 시간을 절약할 수 있음을 확인하고, 본 발명을 완성하기에 이르렀다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전극 제조 장치는,
긴 시트 형상의 집전체 상에 전극 활물질이 도포되어 있는 제 1 전극 시트를 노칭 및 커팅을 위해 연속적으로 이송하는 이송부;
원통형 구조로 이루어져 있으며, 회전에 의해 제 1 전극 시트의 일면을 노칭(notching)함으로써, 서로 대향하는 일측 외주변 및 타측 외주변이 연속적으로 형성된 제 2 전극 시트를 제조하는 노칭 롤러(notching roller); 및
상기 노칭된 제 2 전극 시트를 전극 폭의 길이로 커팅함으로써, 최종 전극을 제조하는 커터;
를 포함하고 있고,
상기 노칭 롤러는 평면상으로 제 2 전극 시트의 일측 외주변을 형성하는 제 1 노칭부 및 상기 일측 외주변에 대향하는 타측 외주변을 형성하는 제 2 노칭부를 포함하고 있는 구조일 수 있다.
따라서, 상기 원통형 구조로 이루어진 노칭 롤러를 사용해, 전극 시트를 연속적으로 노칭할 수 있으므로, 타발 방식의 노칭 금형을 사용하는 종래의 전극 제조 장치에 비해, 노칭 단차가 발생하지 않아, 제품의 불량률을 없애거나, 최소화할 수 있다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 제 1 전극 시트는, 전극 활물질이 이송 방향을 따라 연속적으로 도포된 활물질 도포부, 및 상기 활물질 도포부에 인접한 상태로 평행하게 형성되어 있는 활물질 미도포부를 포함하고 있는 구조일 수 있다.
더욱 구체적으로, 상기 제 1 전극 시트는 노칭되기 전의 전극 시트로서, 서로 평행하게 인접하여 형성되어 있는 활물질 도포부와 활물질 미도포부를 포함하고 있는 구조일 수 있다.
또한, 상기 제 2 전극 시트의 일측 외주변 및 타측 외주변 중에서, 적어도 하나의 외주변에는 전극 활물질이 미도포된 전극 탭부가 정렬되어 형성되는 구조일 수 있다.
즉, 상기 제 2 전극 시트에는 전극의 서로 대향하는 일측 외주변 및 타측 외주변이 노칭되어 형성되며, 상기 일측 외주변 및 타측 외주변은 활물질 도포부를 중심으로 노칭되므로, 적어도 하나의 외주변은 활물질 미도포부와 인접하여 위치해 있으며, 이에 따라, 상기 일측 외주변 및 타측 외주변 중에서, 활물질 미도포부와 인접하여 위치해 있는 적어도 하나의 외주변에는 전극 활물질이 미도포된 전극 탭부가 정렬되어 형성되는 구조일 수 있다.
따라서, 상기 제 1 전극 시트의 활물질 도포부를 중심으로, 서로 대향하는 양측에 활물질 미도포부가 평행하게 인접하여 형성되어 있는 경우, 상기 제 2 전극 시트에 형성되는 전극 탭부는 양측 외주변에 인접한 각각의 활물질 미도포부에 별도로 형성될 수도 있다.
한편, 상기 제 2 전극의 일측 외주변 및 타측 외주변 중에서, 적어도 하나의 외주변에는 제 2 전극 시트를 전극 폭의 길이로 커팅하기 위한 커팅 표시부가 정렬되어 형성되는 구조일 수 있다.
즉, 상기 커팅 표시부는 제 2 전극 시트의 일측 외주변 및 타측 외주변 중에서, 하나의 외주변에만 형성되거나, 양측 외주변의 서로 대향하는 부위에 모두 형성됨으로써, 제 2 전극 시트를 소망하는 전극 폭의 길이로 용이하게 커팅할 수 있는 기준점의 역할을 수행할 수 있다.
이때, 상기 커팅 표시부는 평면상으로 내측으로 만입된 구조로 형성되어 있는 구조일 수 있다.
그러나, 상기 커팅 표시부는 제 2 전극 시트를 소망하는 전극 폭의 길이로 용이하게 커팅할 수 있는 기준점의 역할을 수행할 수 있는 구조라면, 그 구조가 크게 제한되는 것은 아니며, 상세하게는, 외측으로 돌출된 구조로 형성될 수도 있음은 물론이다.
여기서, 상기 내측의 용어는 커팅 표시부가 형성된 외주변으로부터 이에 대향하는 외주변 방향으로서, 전극의 내측 방향을 의미하며, 상기 외측의 용어는 이에 대향하는 전극의 외측 방향을 의미한다.
더욱 구체적으로, 상기 커팅 표시부는 평면상으로 서로 인접한 전극들 중에서, 적어도 일측에 위치하는 전극의 모서리에 라운드가 형성되는 구조로 이루어질 수 있다.
물론, 상기 커팅 표시부의 구조가 이에 제한되는 것은 아니며, 상세하게는, 평면상으로 서로 인접한 전극들 중에서, 적어도 일측에 위치하는 전극의 모서리에 소정의 기울기를 갖는 경사 또는 계단 형상의 단차가 형성된 구조로 이루어질 수도 있음은 물론이다.
따라서, 상기 커팅 표시부를 기준으로 커팅되어 제조된 전극은 적어도 일측 모서리에 라운드, 경사, 또는 단차가 형성되어 있는 구조로서, 보다 다양한 형상으로 제조될 수 있으며, 이에 따라, 상기 전극을 포함하는 전지셀이 적용되는 디바이스의 제한된 탑재 공간에 대응하여, 보다 다양한 형상으로 용이하게 적용될 수 있는 동시에, 상기 디바이스에 적용되는 전지셀의 용량을 최대화할 수 있다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 제 1 노칭부 및 제 2 노칭부 중에서, 전극 탭부에 대응되는 외주변을 형성하는 노칭부는, 활물질 도포부와 활물질 미도포부 사이의 경계를 따라 외주변을 형성하도록, 제 1 전극 시트를 노칭하는 구조일 수 있다.
따라서, 상기 전극 탭부는 활물질 도포부를 포함하지 않으며, 이와 함께, 상기 전극 탭부에 대응하는 외주변 부위에, 활물질 미도포부가 포함되지 않을 수 있어, 제품의 불량률을 없애거나, 최소화할 수 있다.
또한, 상기 전극 탭부가 일측 외주변에만 형성되어 있는 경우에는, 이에 대향하는 타측 외주변은, 상기 부위에 활물질 미도포부가 포함되지 않도록, 적어도 활물질 도포부와 활물질 미도포부 사이의 경계를 중심으로 내측 방향인 활물질 도포부 내에 형성되는 구조일 수 있으며, 상기 타측 외주변 부위에 활물질 미도포부가 형성되어 있지 않더라도, 상기 구조에 따라, 타측 외주변에 형성될 수 있는 커팅 표시부가 보다 명확히 형성될 수 있다.
한편, 상기 제 1 노칭부 및 제 2 노칭부 사이의 간격은 활물질 도포부의 폭에 대응하여 조절되는 구조일 수 있다.
따라서, 상기 전극 제조 장치는 제조하고자 하는 전극의 크기에 따라,별도의 금형을 제작할 필요가 없이, 다양한 크기를 갖는 전극을 제조하기 위해 보다 용이하게 적용될 수 있으므로, 상기 전극의 제조에 소요되는 비용 및 시간을 절약할 수 있다.
이러한 경우에, 상기 노칭 롤러는, 제 1 노칭부가 형성되어 있는 제 1 롤러, 및 제 2 노칭부가 형성된 제 2 롤러가 결합된 구조로 이루어질 수 있으며, 더욱 구체적으로, 상기 제 1 롤러 및 제 2 롤러 중에서 하나의 롤러는, 제 1 노칭부 및 제 2 노칭부가 서로 대향하는 방향에 위치하도록, 나머지 롤러에 삽입된 구조로 이루어질 수 있다.
다시 말해, 상기 노칭 롤러는, 일측 외주변 및 타측 외주변을 각각 형성하는 제 1 노칭부 및 제 2 노칭부가 각각 별도의 제 1 롤러와 제 2 롤러에 형성되어 있는 구조로서, 상기 제 1 롤러 및 제 2 롤러 중에서, 적어도 하나의 롤러는 중공형 원통 구조로 이루어져 있으며, 나머지 롤러는 상기 중공형 원통 구조로 이루어진 롤러의 내부에 삽입된 구조로 이루어질 수 있다.
따라서, 상기 제 1 노칭부와 제 2 노칭부 사이의 간격은 중공형 원통 구조의 롤러에 삽입되어 있는 나머지 롤러의 삽입 깊이에 따라, 자유롭게 조절될 수 있으며, 이에 따라, 상기 제 1 노칭부 및 제 2 노칭부 사이의 간격은 활물질 도포부의 폭에 대응하여 보다 용이하게 조절될 수 있다.
여기서, 상기 제 1 롤러와 제 2 롤러의 결합 구조가 상기 구조에 제한되는 것은 아니며, 상세하게는, 상기 제 1 롤러 및 제 2 롤러와 동일한 직경을 갖는 원통형 구조의 연결부가 제 1 롤러와 제 2 롤러 사이에 추가적으로 연결됨으로써, 상기 제 1 노칭부와 제 2 노칭부 사이의 간격이 조절될 수도 있다.
이러한 경우에, 상기 제 1 노칭부와 제 2 노칭부 사이의 간격은 제 1 롤러와 대면하는 연결부의 일면으로부터 이에 대향하는 제 2 롤러와 대면하는 연결부의 타면에 이르는 길이에 따라, 다양해질 수 있다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 제 1 전극 시트는, 전극 활물질이 이송 방향을 따라 연속적으로 도포된 둘 이상의 활물질 도포부들이 상기 이송 방향에 수직인 폭 방향으로 소정의 간격을 두고 이격되어 있고, 상기 활물질 도포부들 사이의 이격 부위에는 활물질 미도포부가 형성되어 있는 구조일 수 있다.
즉, 상기 제 1 전극 시트는 둘 이상의 활물질 도포부들이 소정의 간격을 두고 이격된 상태에서, 평행하게 형성되어 있는 구조로 이루어져 있어, 상기 전극의 제조에 소요되는 시간 및 비용을 절약할 수 있다.
이때, 상기 제 1 전극 시트를 노칭함으로써 형성되는 제 2 전극 시트의 전극 탭부는 상기 활물질 도포부 사이의 이격 부위에 위치한 활물질 미도포부에 정렬되어 형성될 수 있으며, 이에 따라, 전극을 제조하기 위해 필요한 집전체의 소요량 내지 면적을 최소화할 수 있다.
또한, 상기 전극 제조 장치는 노칭 롤러가 상기 활물질도포부에 대응하는 복수의 제 1 노칭부 및 제 2 노칭부를 각각 포함하고 있는 구조일 수 있다.
따라서, 상기 전극 제조 장치는 제 2 전극 시트에 복수의 일측 외주변 및 타측 외주변을 동시에 노칭하여 형성할 수 있다.
이러한 경우에, 상기 복수의 제 1 노칭부 및 제 2 노칭부는 각각 분리된 별도의 롤러에 형성됨으로써, 활물질 도포부의 폭 또는 제조하고자 소망하는 전극의 크기에 대응하여, 상기 노칭부들 사이의 간격이 보다 용이하게 조절될 수 있다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 이송부는 전극 시트의 상면 및 하면에 위치한 한 쌍의 롤러들 또는 지그들을 포함하고 있는 구조일 수 있다.
이러한 경우에, 상기 전극 시트를 기준으로, 일면에 위치한 노칭 롤러에 대응되는 전극 시트의 타면에는, 상기 노칭 롤러가 전극 시트를 연속적으로 노칭하는 경우, 상기 전극 시트의 변형을 예방하는 동시에, 노칭을 보다 용이하게 수행할 수 있도록, 상기 노칭 롤러를 지지하기 위한 별도의 지지부를 더 포함할 수 있다.
또 다른 구체적인 예에서, 상기 이송부는 전극 시트의 하면에 위치한 컨베이어 벨트를 포함하고 있는 구조일 수 있다.
따라서, 상기 전극 시트의 하면에 위치한 컨베이어 벨트는 전극 시트의 상면에 위치한 노칭 롤러가 전극 시트를 연속적으로 노칭하는 경우, 상기 노칭 롤러를 지지함으로써, 별도의 지지부 없이, 상기 전극 시트의 변형을 예방하는 동시에, 노칭을 보다 용이하게 수행할 수 있다.
한편, 상기 전극 제조 장치는 전극 시트의 사행(蛇行)을 조정하는 사행조정부를 더 포함하는 구조일 수 있으며, 따라서, 상기 전극 시트가 이송되는 과정에서 사행하지 않도록 조정될 수 있다.
본 발명은 또한, 상기 전극 제조 장치를 포함하는 전지셀 제조 장치, 상기 전지셀 제조 장치를 사용하여 제조된 전지셀, 및 상기 전지셀을 하나 이상 포함하는 전지팩을 제공한다.
상기 전지셀 제조 장치, 전지셀, 및 전지팩의 구체적인 구조는 당업계에 공지되어 있으므로, 본 명세서에서는 그에 대한 구체적인 설명을 생략한다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 전극 제조 장치는, 원통형 구조로 이루어진 노칭 롤러를 사용하여 전극 시트를 노칭하도록 구성됨으로써, 상기 전극 시트를 연속적으로 노칭할 수 있으므로, 타발 방식의 노칭 금형을 사용하는 종래의 전극 제조 장치에 비해, 노칭 단차가 발생하지 않아, 제품의 불량률을 없애거나, 최소화할 수 있으며, 상기 노칭 롤러의 노칭부 사이의 간격이 전극 시트의 활물질 도포부의 폭에 대응하여 조절되도록 구성됨으로써, 별도의 금형을 제작할 필요가 없이, 다양한 크기를 갖는 전극을 제조하기 위해 용이하게 적용될 수 있으므로, 상기 전극의 제조에 소요되는 비용 및 시간을 절약할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래의 전극 제조 장치의 구조를 계략적으로 나타낸 모식도이다;
도 2는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전극 제조 장치의 구조를 개략적으로 나타낸 모식도이다;
도 3은 도 2의 노칭 롤러의 구조를 개략적으로 나타낸 모식도이다;
도 4는 도 3의 노칭 롤러 및 상기 노칭 롤러에 의해 노칭된 제 2 전극 시트의 평면 구조를 개략적으로 나타낸 모식도이다;
도 5는 도 4의 커팅 표시부의 다양한 구조를 개략적으로 나타낸 모식도이다;
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전극 제조 장치를 구성하는 노칭 롤러의 구조를 개략적으로 나타낸 모식도이다;
도 7은 도 6의 노칭 롤러 및 상기 노칭 롤러에 의해 노칭된 제 2 전극 시트의 평면 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 제조 장치의 구조를 개략적으로 나타낸 모식도가 도시되어 있다.
도 2를 참조하면, 전극 제조 장치(200)는 이송부(210), 노칭 롤러(220) 및 커터(230)를 포함하고 있다.
이송부(210)는 전극 시트(240)의 하면에 위치해 있으며, 컨베이어 벨트(211)와 복수의 롤러(212)를 포함하고 있다.
이송부(210)를 구성하는 컨베이어 벨트(211)는 시계 방향으로 회전하는 복수의 롤러(212)에 의해 전극 시트(240)를 일 방향으로 이송시킨다.
노칭 롤러(220)는 원통형 구조로 이루어져 있으며, 전극 시트(240)의 상면에 대면한 상태에서, 반시계 방향으로 회전함으로써, 서로 대향하는 일측 외주변 및 타측 외주변이 연속적으로 형성되도록, 전극 시트(240)를 노칭한다.
커터(230)는 전극 시트(240)의 상면에 위치해 있으며, 상하 방향으로 유동하는 과정에서, 일측 단부에 형성된 칼날 부위(231)가 전극 시트(240)에 대면함으로써, 노칭된 전극 시트(240)를 소망하는 전극 폭의 길이로 커팅해, 최종 전극(250)을 제조한다.
도 3에는 도 2의 노칭 롤러의 구조를 개략적으로 나타낸 모식도가 도시되어 있다.
도 3을 참조하면, 노칭 롤러(220)는 제 1 롤러(221) 및 제 2 롤러(222)를 포함하고 있다.
제 1 롤러(221)에는 제 2 전극 시트의 일측 외주변을 형성하는 제 1 노칭부(221a)가 형성되어 있으며, 제 2 롤러(222)에는 제 2 전극 시트의 타측 외주변을 형성하는 제 2 노칭부(222a)가 형성되어 있다.
제 1 롤러(221)와 제 2 롤러(222)는 서로 결합된 구조로서, 제 1 노칭부(221a)와 제 2 노칭부(222a)가 서로 대향하는 방향에 위치하도록, 중공형 원통 구조로 이루어진 제 1 롤러(221)에 제 2 롤러(222)가 삽입된 구조로 이루어져 있다.
따라서, 제 1 노칭부(221a)와 제 2 노칭부(222a) 사이의 간격은 제 1 롤러(221)에 삽입되어 있는 제 2 롤러(222)의 삽입 깊이에 따라, 자유롭게 조절될 수 있으며, 이에 따라, 제 1 노칭부(221a) 및 제 2 노칭부(222a) 사이의 간격은 전극 시트 상의 활물질 도포부의 폭에 대응하여 보다 용이하게 조절될 수 있다.
중공형 원통 구조로 이루어진 제 1 롤러(221)의 내면에는 미세 홈(221d)이 형성되어 있으며, 제 1 롤러(221)의 미세 홈(221d)에 대응되는 제 2 롤러(222)의 외면에는, 제 1 롤러(221)의 미세 홈(221d)에 대응되는 크기의 미세 돌기(222c)가 형성되어 있다.
따라서, 제 1 롤러(221)와 제 2 롤러(222)는, 제 1 롤러(221)의 내면에 형성된 미세 홈(221d)에 제 2 롤러(222)의 외면에 형성된 미세 돌기(222c)가 결합됨으로써, 회전에 의한 위치가 변경되지 않으며, 이에 따라, 제 1 노칭부(221a)에 형성된 전극 탭부(221b) 및 커팅 표시부(221c)와 제 2 노칭부(222a)에 형성된 커팅 표시부(222b)가 서로 대응되는 위치에 안정적으로 고정된 상태에서, 전극 시트를 균일하게 연속적으로 노칭할 수 있다.
도 4에는 도 3의 노칭 롤러 및 상기 노칭 롤러에 의해 노칭된 제 2 전극 시트의 평면 구조를 개략적으로 나타낸 모식도가 도시되어 있다.
도 4를 참조하면, 제 1 전극 시트(410)는 일 방향으로 이송되며, 전극 활물질이 이송 방향을 따라 연속적으로 도포된 활물질 도포부(401), 및 활물질 도포부(401)를 중심으로 양측에 평행하게 인접하여 형성되어 있는 활물질 미도포부들(402, 403)을 포함하고 있다.
노칭 롤러(220)는 제 1 전극 시트(410)가 이송되는 과정에서, 제 1 전극 시트(410)의 상면을 노칭함으로써, 서로 대향하는 일측 외주변(431) 및 타측 외주변(432)이 연속적으로 형성된 제 2 전극 시트(420)를 제조한다.
일측 외주변(431)은 활물질 도포부(401)와 활물질 미도포부(402) 사이의 경계를 따라 형성되며, 일측 외주변(431) 부위에는 전극 탭부(433)가 정렬되어 형성된다.
일측 외주변(431)에 대향하는 타측 외주변(432)은 활물질 도포부(401)와 활물질 미도포부(403) 사이의 경계를 기준으로 내측에 형성되며, 일측 외주변(431) 및 타측 외주변(432)에는 제 2 전극 시트(420)를 전극 폭의 길이로 커팅하기 위한 커팅 표시부들(434, 435)이 각각 내측으로 만입된 구조로 정렬되어 형성된다.
따라서, 최종 전극은 전극 탭부(433)에 인접한 일측 외주변(431) 및 이에 대향하는 타측 외주변(432)에서, 활물질이 도포되지 않은 활물질 미도포부들(402, 403)이 포함되지 않는 동시에, 전극 탭부(433)에 불필요한 활물질 도포부(401)가 포함되지 않으므로, 제품의 불량률을 없애거나 최소화할 수 있다.
도 5에는 도 4의 커팅 표시부의 다양한 구조를 개략적으로 나타낸 모식도가 도시되어 있다.
도 5를 참조하면, (A)의 커팅 표시부는 내측으로 만입된 구조로서, 더욱 구체적으로, 서로 인접한 전극들(511, 512)의 모서리(511a, 512a)에 경사가 형성된 구조로 이루어져 있다.
(B)의 커팅 표시부는 서로 인접한 전극들(521, 522)의 모서리(511a, 512a)에 라운드가 형성된 구조로 이루어져 있다.
(C)의 커팅 표시부는 서로 인접한 전극들(531, 532) 중에서, 일측에 위치하는 전극(531)의 모서리(531a)에 계단 형상의 단차가 형성된 구조로 이루어져 있으며, 타측에 위치하는 전극(532)의 모서리(532a)에 경사가 형성된 구조로 이루어져 있다.
즉, 커팅 표시부는 평면상으로 내측으로 만입된 구조로서, 인접한 전극들의 모서리의 다양한 형상의 조합으로 이루어질 수 있다.
도 6에는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전극 제조 장치를 구성하는 노칭 롤러의 구조를 개략적으로 나타낸 모식도가 도시되어 있다.
도 6을 참조하면, 노칭 롤러(600)는 2개의 노칭 롤러들(610, 620)이 결합되어 형성되는 구조로서, 제 2 전극 시트에서, 전극 탭부가 형성되는 일측 외주변을 노칭하기 위한 2개의 제 1 노칭부들(611a, 621a) 및 이에 대향하는 타측 외주변을 노칭하기 위한 2개의 제 2 노칭부들(612a, 622a)을 포함하고 있다.
각각의 노칭 롤러들(610, 620)은 중공형 원통 구조로 이루어진 제 1 롤러들(611, 621)에 제 2 롤러들(612, 622)이 각각 삽입된 구조로 이루어져 있다.
각각의 노칭 롤러들(610, 620)은 제 1 롤러들(611, 621)과 동일한 직경을 갖는 원통형 구조의 연결부(631, 632)가 제 1 롤러들(611, 621) 사이에 추가적으로 연결됨으로써 결합되며, 연결부(611, 621)의 길이(631a, 632a)에 따라, 제 1 노칭부들(611a, 621a) 사이의 간격이 조절될 수 있다.
노칭 롤러(600)의 나머지 구조는 도 3의 노칭 롤러(도 3의 220 참조)와 동일하므로, 이에 대한 자세한 설명은 생략한다.
도 7에는 도 6의 노칭 롤러 및 상기 노칭 롤러에 의해 노칭된 제 2 전극 시트의 평면 구조를 개략적으로 나타낸 모식도가 도시되어 있다.
도 7을 참조하면, 제 1 전극 시트(710)는, 전극 활물질이 이송 방향을 따라 연속적으로 도포된 둘 이상의 활물질 도포부들(701, 702)이 상기 이송 방향에 수직인 폭 방향으로 소정의 간격을 두고 이격되어 있고, 상기 활물질 도포부들(701, 702) 사이의 이격 부위 및 외측 단부에는 활물질 미도포부들(703, 704, 705)이 활물질 도포부들(701, 702)과 평행하게 인접하여 각각 형성되어 있다.
노칭 롤러(600)는 제 1 전극 시트(710)가 이송되는 과정에서, 제 1 전극 시트(710)의 상면을 노칭함으로써, 일측 외주변들(731a, 731b) 및 타측 외주변들(732a, 732b)이 연속적으로 형성된 제 2 전극 시트(720)를 제조한다.
일측 외주변들(731a, 731b)은 각 활물질 도포부들(701, 702)과 활물질 도포부들(701, 702) 사이의 이격 부위에 형성된 활물질 미도포부(704) 사이의 경계를 따라 형성된다.
따라서, 일측 외주변들(731a, 731b) 부위에 정렬되어 형성되는 전극 탭부(733)는 중앙의 활물질 미도포부(704)에 모두 형성되며, 이에 따라, 전극을 제조하기 위해 필요한 집전체의 소요량 내지 면적을 최소화할 수 있다.
상기 구조를 제외한 나머지 구조는 도 4의 노칭 롤러(도 4의 220 참조) 및 제 2 전극 시트(도 4의 420 참조)와 동일하므로, 이에 대한 자세한 설명은 생략한다.
본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주내에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다.

Claims (18)

  1. 긴 시트 형상의 집전체 상에 전극 활물질이 도포되어 있는 제 1 전극 시트를 노칭 및 커팅을 위해 연속적으로 이송하는 이송부;
    원통형 구조로 이루어져 있으며, 회전에 의해 제 1 전극 시트의 일면을 노칭(notching)함으로써, 서로 대향하는 일측 외주변 및 타측 외주변이 연속적으로 형성된 제 2 전극 시트를 제조하는 노칭 롤러(notching roller); 및
    상기 노칭된 제 2 전극 시트를 전극 폭의 길이로 커팅함으로써, 최종 전극을 제조하는 커터;
    를 포함하고 있고,
    상기 노칭 롤러는 평면상으로 제 2 전극 시트의 일측 외주변을 형성하는 제 1 노칭부 및 상기 일측 외주변에 대향하는 타측 외주변을 형성하는 제 2 노칭부를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 전극 제조 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 전극 시트는, 전극 활물질이 이송 방향을 따라 연속적으로 도포된 활물질 도포부, 및 상기 활물질 도포부에 인접한 상태로 평행하게 형성되어 있는 활물질 미도포부를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 전극 제조 장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 제 2 전극 시트의 일측 외주변 및 타측 외주변 중에서, 적어도 하나의 외주변에는 전극 활물질이 미도포된 전극 탭부가 정렬되어 형성되는 것을 특징으로 하는 전극 제조 장치.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 제 2 전극 시트의 일측 외주변 및 타측 외주변 중에서, 적어도 하나의 외주변에는 제 2 전극 시트를 전극 폭의 길이로 커팅하기 위한 커팅 표시부가 정렬되어 형성되는 것을 특징으로 하는 전극 제조 장치.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 커팅 표시부는 평면상으로 내측으로 만입된 구조로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전극 제조 장치.
  6. 제 4 항에 있어서, 상기 커팅 표시부는 평면상으로 서로 인접한 전극들 중에서, 적어도 일측에 위치하는 전극의 모서리에 라운드가 형성되는 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 전극 제조 장치.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 노칭부 및 제 2 노칭부 중에서, 전극 탭부에 대응되는 외주변을 형성하는 노칭부는, 활물질 도포부와 활물질 미도포부 사이의 경계를 따라 외주변을 형성하도록, 제 1 전극 시트를 노칭하는 것을 특징으로 하는 전극 제조 장치.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 노칭부 및 제 2 노칭부 사이의 간격은 활물질 도포부의 폭에 대응하여 조절되는 것을 특징으로 하는 전극 제조 장치.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 노칭 롤러는, 제 1 노칭부가 형성되어 있는 제 1 롤러, 및 제 2 노칭부가 형성된 제 2 롤러가 결합된 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 전극 제조 장치.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 제 1 롤러 및 제 2 롤러 중에서 하나의 롤러는, 제 1 노칭부 및 제 2 노칭부가 서로 대향하는 방향에 위치하도록, 나머지 롤러에 삽입된 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 전극 제조 장치.
  11. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 전극 시트는, 전극 활물질이 이송 방향을 따라 연속적으로 도포된 둘 이상의 활물질 도포부들이 상기 이송 방향에 수직인 폭 방향으로 소정의 간격을 두고 이격되어 있고, 상기 활물질 도포부들 사이의 이격 부위에는 활물질 미도포부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전극 제조 장치.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 전극 제조 장치는 노칭 롤러가 상기 활물질도포부에 대응하는 복수의 제 1 노칭부 및 제 2 노칭부를 각각 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 전극 제조 장치.
  13. 제 1 항에 있어서, 상기 이송부는 전극 시트의 상면 및 하면에 위치한 한 쌍의 롤러들 또는 지그들을 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 전극 제조 장치.
  14. 제 1 항에 있어서, 상기 이송부는 전극 시트의 하면에 위치한 컨베이어 벨트를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 전극 제조 장치.
  15. 제 1 항에 있어서, 상기 전극 제조 장치는 전극 시트의 사행(蛇行)을 조정하는 사행조정부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전극 제조 장치.
  16. 제 1 항 내지 제 15 항 중 어느 하나에 따른 전극 제조 장치를 포함하는 전지셀 제조 장치.
  17. 제 16 항에 따른 전지셀 제조 장치를 사용하여 제조된 것을 특징으로 하는 전지셀.
  18. 제 17 항에 따른 전지셀을 하나 이상 포함하는 것을 특징으로 하는 전지팩.
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