KR20180004588A - 전극 및 그 전극의 제조방법 및 그 전극의 제조를 위한 롤러 - Google Patents

전극 및 그 전극의 제조방법 및 그 전극의 제조를 위한 롤러 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전극의 무지부와 유지부 간의 연신성 차이를 감소시키기 위한 전극 및 그 전극의 제조방법 및 그 전극의 제조를 위한 롤러에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 전극포일, 상기 전극포일의 일면에 전극 활물질이 도포되는 유지부 및 상기 전극포일의 일면에서 상기 유지부에 인접하게 위치하고, 상기 전극 활물질이 도포되지 않으며 패턴이 형성되는 무지부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

전극 및 그 전극의 제조방법 및 그 전극의 제조를 위한 롤러{ELECTRODE AND MANUFACTURING METHOD FOR THE ELECTRODE AND ROLLER FOR THE ELECTRODE MANUFACTURING}
본 발명은 전극 및 그 전극의 제조방법 및 그 전극의 제조를 위한 롤러에 관한 것으로서, 보다 자세하게는 전극의 무지부와 유지부 간의 연신성 차이를 감소시키기 위한 전극 및 그 전극의 제조방법 및 그 전극의 제조를 위한 롤러에 관한 것이다.
물질의 물리적 반응이나 화학적 반응을 통해 전기에너지를 생성시켜 외부로 전원을 공급하게 되는 전지(cell, battery)는 각종 전기전자 기기로 둘러싸여 있는 생활환경에 따라, 건물로 공급되는 교류 전원을 획득하지 못할 경우나 직류전원이 필요할 경우 사용하게 된다.
이와 같은 전지 중에서 화학적 반응을 이용하는 화학전지인 일차전지와 이차전지가 일반적으로 많이 사용되고 있는데, 일차전지는 건전지로 통칭되는 것으로 소모성 전지이다. 또한, 이차전지는 전류와 물질 사이의 산화환원과정이 다수 반복 가능한 소재를 사용하여 제조되는 재충전식 전지로서, 전류에 의해 소재에 대한 환원반응이 수행되면 전원이 충전되고, 소재에 대한 산화반응이 수행되면 전원이 방전되는데, 이와 같은 충전-방전이 반복적으로 수행되면서 전기가 생성되게 된다.
한편, 이차 전지 중 리튬 이온 전지는 양극 도전 포일과 음극 도전 포일에 각각 활물질을 일정한 두께로 코팅하고, 상기 양 도전 포일 사이에는 분리막이 개재되도록 하여 대략 젤리 롤(jelly roll) 내지는 원통 형태로 다수 회 권취하여 제작한 전극 조립체를 원통형 또는 각형 캔, 파우치 등에 수납하고 이를 밀봉 처리하여 제작된다.
대한민국 공개특허공보 제10-2008-0037867호에는 종래의 전극조립체와 이를 이용한 리튬 이차전지 및 리튬이차전지의 제조방법이 개시되어 있다.
종래의 이차 전지는 전극을 제조하기 위해 전극시트에 활물질을 코팅한 후 활물질 코팅부를 압연한다.
그런데, 전극시트의 압연 시 활물질이 코팅된 유지부와 활물질이 코팅되지 않은 무지부가 연신성의 차이에 의해 압연 후 전극에 너울 등과 같은 현상이 발생하는 문제점이 있다.
또한, 전극은 코팅, 압연을 위한 주행 시 유지부와 무지부의 텐션(tension) 차이에 의해 주름 또는 접힘 현상이 발생하는 문제점이 있다.
상술한 현상들에 의해 전극의 노칭 시 전극 파단 또는 노칭 불량을 유발하는 문제점이 있다.
따라서 본 발명은 위와 같은 문제점들을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 과제는 무지부와 유지부 간의 연신성 차이를 감소시키기 위한 전극 및 그 전극의 제조방법 및 그 전극의 제조를 위한 롤러를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전극은 전극포일, 상기 전극포일의 일면에 전극 활물질이 도포되는 유지부 및 상기 전극포일의 일면에서 상기 유지부에 인접하게 위치하고, 상기 전극 활물질이 도포되지 않으며 패턴이 형성되는 무지부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 패턴은 복수의 오목홈이 반복되게 배열될 수 있다.
상기 패턴은 점 형상일 수 있다.
상기 패턴은 줄무늬 형상일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전극의 제조방법은 활물질이 도포된 유지부와 활물질이 도포되지 않은 무지부가 형성된 전극을 준비하는 준비 단계, 상기 무지부에 패턴을 형성하는 패턴 형성 단계 및 상기 전극을 압연하는 압연 단계를 포함할 수 있다.
상기 패턴 형성 단계에서 상기 패턴은 펀칭에 의해 형성할 수 있다.
상기 패턴 형성 단계에서 상기 패턴은 상기 무지부를 나이프로 커팅하여 형성할 수 있다.
상기 패턴 형성 단계에서 상기 패턴은 상기 무지부를 부분 절단하여 형성할 수 있다.
상기 패턴 형성 단계에서 상기 패턴은 프레스에 의해 형성할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 전극의 제조방법은 활물질이 도포된 유지부와 활물질이 도포되지 않은 무지부가 형성된 전극을 준비하는 준비 단계 및 상기 전극을 압연하면서 유지부의 표면은 평평하게 압연하고, 상기 무지부의 표면은 패턴이 형성되도록 압연하는 압연 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 압연 단계에서 상기 유지부와 상기 무지부는 동시에 압연할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 롤러는 표면이 평평하며 전극의 유지부를 압연하는 유지면 압연부 및 상기 유지면 압연부로부터 연속되며 전극의 무지부를 압연하도록 표면에 가압부가 형성되는 무지면 압연부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 가압부는 상기 압연부의 표면에 음각 또는 양각으로 형성될 수 있다.
본 발명에 따르면, 전극의 무지부와 유지부 간의 연신성 차이를 감소시키는 효과가 있다.
본 발명에 따르면, 전극의 무지부와 유지부 간의 연신성 차이를 감소시켜 전극의 압연 시 전극에 너울 등이 발생하는 것을 방지하는 효과가 있다.
본 발명에 따르면, 전극의 압연 시 전극에 너울 등이 발생하지 않도록 방지하여 전극의 노칭 시 전극의 파단 또는 노칭 불량을 방지하는 효과가 있다.
본 발명에 따르면, 두께가 얇은 전극을 제조 시 불량을 줄이는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전극포일의 일부분을 도시한 평면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따라 도 1에 유지부와 무지부가 형성된 것을 도시한 평면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전극의 제조방법을 도시한 흐름도이다.
도 4는 도 1의 전극포일에 유지부를 형성하고 무지부에 패턴이 형성되지 않은 상태를 도시한 평면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라 전극의 무지부 일부를 절단한 것을 도시한 평면도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전극의 제조방법을 도시한 흐름도이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따라 전극을 압연하기 위한 압연 롤러를 개략적으로 도시한 정면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전극 및 그 전극의 제조방법 및 그 전극의 제조를 위한 롤러에 대하여 상세히 설명하기로 한다.
본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 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 가장 바람직한 일 실시예에 불과하고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도면에서 각 구성요소 또는 그 구성요소를 이루는 특정 부분의 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었다. 따라서, 각 구성요소의 크기는 실제크기를 전적으로 반영하는 것은 아니다. 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우, 그러한 설명은 생략하도록 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전극포일의 일부분을 도시한 평면도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따라 도 1에 유지부와 무지부가 형성된 것을 도시한 평면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전극(1)은 전극포일(10), 상기 전극포일(10)의 일면에 전극 활물질이 도포되는 유지부(20) 및 상기 전극포일(10)의 일면에서 상기 유지부(20)에 인접하게 위치하고, 상기 전극 활물질이 도포되지 않으며 패턴(31)이 형성되는 무지부(30)를 포함한다.
이러한 전극(1)은 양극 활물질이 도포된 양극과 음극 활물질이 도포된 음극 중 어느 하나일 수 있으며, 양극과 음극 사이에 개재된 분리막을 복수 회 적층하여 전극 집합체를 제작할 수 있다.
그리고 전극 집합체는 양극과 분리막 및 음극을 적층한 적층체를 젤리 롤 형태로 권취하여 제작할 수도 있다.
양극은 알루미늄 판일 수 있으며, 양극 활물질이 도포된 양극 유지부와, 양극 활물질이 도포되지 않은 양극 무지부를 포함할 수 있다.
양극 활물질은 LiCoO2, LiNiO2, LiMnO2, LiMnO4와 같은 리튬 함유 전이금속 산화물 또는 리튬 칼코게나이드 화합물일 수 있다.
양극 유지부는 예를 들어, 알루미늄판의 적어도 어느 한 면의 일부에 양극 활물질을 도포하여 형성하며, 양극 활물질이 미 도포된 알루미늄판의 나머지 부분이 양극 무지부가 될 수 있다.
음극은 구리 판일 수 있으며, 음극 활물질이 도포된 음극 유지부와 음극 활물질이 도포되지 않은 음극 무지부를 포함할 수 있다.
음극 활물질은, 결정질 탄소, 비정질 탄소, 탄소 복합체, 탄소 섬유와 같은 탄소 재료, 리튬 금속 또는 리튬 합금 등일 수 있다.
음극 유지부는 예를 들어, 구리판의 적어도 어느 한 면의 일부에 음극 활물질을 도포하여 형성하며, 음극 활물질이 미 도포된 구리판의 나머지 부분이 음극 무지부가 될 수 있다.
분리막은 예를 들어, 폴리에틸렌(PE), 폴리스틸렌(PS), 폴리프로필렌(PP) 및 폴리에틸렌(PE)과 폴리프로필렌(PP)의 공중합체(co-polymer)로 이루어지는 군에서 선택되는 어느 하나의 기재에 폴리비닐리덴 플로우라이드-헥사플로로프로필렌 공중합체(PVDF-HFP co-polymer)를 코팅함으로써 제조될 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 전극의 무지부(30)는 패턴(31)이 형성되는데 패턴(31)은 복수의 오목홈이 반복되게 배열되거나 점(dot) 형상이거나 줄무늬 형상일 수 있다.
상술한 바와 같은 무지부(30)의 패턴(31)은 유지부(20)에 비해 두께가 얇은 무지부(30)의 두께를 보완할 수 있도록 무지부(30)로부터 오목하게 형성하여 전극을 압연할 시 기존의 유지부(20)와 무지부(30)에 상호 다르게 작용되던 압력의 차를 극소화하여 유지부(20)와 무지부(30) 사이의 연신성 차이를 극소화할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전극의 제조방법을 도시한 흐름도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 전극의 제조방법은 준비 단계(S1), 패턴 형성 단계(S2), 압연 단계(S3)를 포함한다.
도 4는 도 1의 전극포일에 유지부를 형성하고 무지부에 패턴이 형성되지 않은 상태를 도시한 평면도이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라 전극의 무지부 일부를 절단한 것을 도시한 평면도이다.
도 3 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 준비 단계(S1)는 전극포일(10)에 양극 활물질 또는 음극 활물질을 도포하여 활물질이 도포된 유지부(20)와 활물질이 도포되지 않은 무지부(30)가 형성된 전극을 준비하는 단계이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 상기 패턴 형성 단계(S2)는 무지부(30)에 소정의 패턴(31)을 형성하는 단계이다.
상기 패턴(31)은 프레스(press)에 의해 압연하여 형성할 수 있다.
상기 패턴(31)은 펀칭(punching)에 의해 무지부(30)를 천공하거나 일부 절개할 수 있다.
또는, 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 패턴(31)은 나이프(knife)를 사용하여 무지부(30)를 커팅(cuting)할 수 있는데, 무지부(30)를 부분 절단할 수도 있다.
상기 압연 단계(S3)는 활물질이 도포된 유지부(20)와 패턴(31)이 형성된 무지부(30)를 동시에 압연하는 단계이다.
상술한 바와 같은 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 제조방법으로 제조된 전극은 패턴(31)에 의해 무지부(30)의 연신성이 유지부(20)에 비해 높아져 유지부(20)와 무지부(30)를 하나의 압연 롤러로 동시에 압연하더라도 연신량의 차이를 극소화 할 수 있다.
즉, 무지부(30)를 압연 또는 절개 또는 부분 절단에 의해 패턴(31)을 형성하여 무지부(30)의 연신성을 유지부(20)의 연신성에 비해 높게 함에 따라 무지부(30)와 유지부를(20) 동시에 압연할 시 동일한 압연 롤러에 의해 유지부(20)에 비해 무지부(30)가 적은 압력을 받더라도 패턴(31)에 의해 무지부(30)의 연신성을 높임에 따라 유지부(20)와 무지부(30)의 연신량의 차이를 극소화할 수 있다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전극의 제조방법을 도시한 흐름도이고, 도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따라 전극을 압연하기 위한 압연 롤러를 개략적으로 도시한 정면도이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 전극 제조방법은 준비 단계(S1a), 압연 단계(S2a)를 포함할 수 있다.
상기 준비 단계(S1a)는 전극포일(10)에 양극 활물질 또는 음극 활물질을 도포하여 활물질이 도포된 유지부(20)와 활물질이 도포되지 않은 무지부(30)가 형성된 전극을 준비하는 단계이다.
상기 압연 단계(S2a)는 전극의 유지부(20)와 무지부(30)를 동시에 압연하는데, 유지부(20)의 표면은 평평(平平)하게 압연하고, 무지부(30)의 표면은 패턴이 형성되도록 압연하는 단계이다.
도 6 및 도 7을 참조하면, 상기 압연 단계(S2a)에서 유지부(20)와 무지부(30)를 동시에 압연할 시 유지부(20)에 대응되는 면은 평평하고 무지부(30)에 대응되는 면은 가압부(121)가 형성된 압연 롤러(100)를 사용할 수 있다.
상술한 바와 같이, 무지부(30)에 비해 도포된 활물질의 높이만큼 두께가 두꺼운 유지부(20)를 무지부(30)와 동시에 압연할 시 압연 롤러(100)에서 유지부(20)를 압연하는 면과 무지부(30)를 압연하는 면을 다르게 형성하여 유지부(20)와 무지부(30)에 작용하는 연신성의 차이를 극소화할 수 있다.
즉, 압연 롤러(100)에서 유지부(20)에 대응하여 유지부(20)를 압연하는 면은 평평하게 형성하고 무지부(30)에 대응하여 무지부(30)를 압연하는 면은 돌출된 가압부(121)를 형성함에 따라 유지부(20)와 무지부(30) 사이의 두께 차이를 보완하여 유지부(20)와 무지부(30)에 작용하는 연신성 차이를 극소화할 수 있다.
도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 압연 롤러(100)는 표면이 평평하며 전극의 유지부(20)를 압연하는 유지면 압연부(110)와 상기 유지면 압연부(110)로부터 연속되며 전극의 무지부(30)를 압연하도록 표면에 가압부(121)가 형성되는 무지면 압연부(120)를 포함한다.
유지면 압연부(110)는 유지부(20)를 평평하게 압연할 수 있도록 전극의 유지부(20)에 대응하게 형성된다.
무지면 압연부(120)는 유지면 압연부(110)가 유지부(20)를 압연할 때 동시에 무지부(30)를 압연할 수 있도록 표면에 가압부(121)가 음각 또는 양각으로 형성되어 가압부(121)에 의해 무지부(30)에 소정의 패턴을 형성하도록 한다.
즉, 유지부(20)는 표면에 활물질이 도포되어 무지부(30)에 비해 두께가 두껍게 형성되기 때문에 일반적인 롤러를 사용하여 전극을 압연하게 되면 유지부(20)와 무지부(30)에 작용되는 압력의 차이에 의해 유지부(20)와 무지부(30)의 연신률이 달라지게 된다.
따라서, 압연 롤러(100)에서 무지부(30)를 압연하는 무지면 압연부(120)가 유지면 압연부(110)에 비해 일정 두께로 돌출되도록 가압부(121)를 형성하여 압연 롤러(100)가 유지부(20)와 무지부(30)를 동시에 압연할 때 유지부(20)에 비해 두께가 얇은 무지부(30)의 두께를 가압부(121)에 의해 보완함에 따라 유지부(20)와 무지부(30)의 연신성 차이를 극소화 시킬 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 전극의 무지부와 유지부 간의 연신성 차이를 감소시키는 효과가 있다.
본 발명에 따르면, 전극의 무지부와 유지부 간의 연신성 차이를 감소시켜 전극의 압연 시 전극에 너울 등이 발생하는 것을 방지하는 효과가 있다.
본 발명에 따르면, 전극의 압연 시 전극에 너울 등이 발생하지 않도록 방지하여 전극의 노칭 시 전극의 파단 또는 노칭 불량을 방지하는 효과가 있다.
본 발명에 따르면, 두께가 얇은 전극을 제조 시 불량을 줄이는 효과가 있다.
이상과 같이 본 발명에 따른 전극 및 그 전극의 제조방법 및 그 전극의 제조를 위한 롤러를 예시된 도면을 참고하여 설명하였으나, 본 발명은 이상에서 설명된 실시예와 도면에 의해 한정되지 않으며, 특허청구범위 내에서 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자들에 의해 다양한 실시가 가능하다.
1: 전극
10: 전극포일
20: 유지부
30: 무지부
31: 패턴
100: 압연 롤러
110: 유지면 압연부
120: 무지면 압연부
121: 가압부

Claims (13)

  1. 전극포일(10);
    상기 전극포일(10)의 일면에 전극 활물질이 도포되는 유지부(20); 및
    상기 전극포일(10)의 일면에서 상기 유지부(20)에 인접하게 위치하고, 상기 전극 활물질이 도포되지 않으며 패턴(31)이 형성되는 무지부(30); 를 포함하는 것을 특징으로 하는 전극.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 패턴(31)은 복수의 오목홈이 반복되게 배열되는 것을 특징으로 하는 전극.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 패턴(31)은 점(dot) 형상인 것을 특징으로 하는 전극
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 패턴(31)은 줄무늬 형상인 것을 특징으로 하는 전극.
  5. 활물질이 도포된 유지부와 활물질이 도포되지 않은 무지부가 형성된 전극을 준비하는 준비 단계(S1);
    상기 무지부에 패턴을 형성하는 패턴 형성 단계(S2); 및
    상기 전극을 압연하는 압연 단계(S3); 를 포함하는 것을 특징으로 하는 전극의 제조방법.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 패턴 형성 단계(S2)에서 상기 패턴은 펀칭(punching)에 의해 형성하는 것을 특징으로 하는 전극의 제조방법.
  7. 청구항 5에 있어서,
    상기 패턴 형성 단계(S2)에서 상기 패턴은 상기 무지부를 나이프로 커팅하여 형성하는 것을 특징으로 하는 전극의 제조방법.
  8. 청구항 5에 있어서,
    상기 패턴 형성 단계(S2)에서 상기 패턴은 상기 무지부를 부분 절단하여 형성하는 것을 특징으로 하는 전극의 제조방법.
  9. 청구항 5에 있어서,
    상기 패턴 형성 단계(S2)에서 상기 패턴은 프레스(press)에 의해 형성하는 것을 특징으로 하는 전극의 제조방법.
  10. 활물질이 도포된 유지부와 활물질이 도포되지 않은 무지부가 형성된 전극을 준비하는 준비 단계(S1a); 및
    상기 전극을 압연하면서 유지부의 표면은 평평(平平)하게 압연하고, 상기 무지부의 표면은 패턴이 형성되도록 압연하는 압연 단계(S2a); 를 포함하는 것을 특징으로 하는 전극의 제조방법.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 압연 단계(S2a)에서 상기 유지부와 상기 무지부는 동시에 압연하는 것을 특징으로 하는 전극의 제조방법.
  12. 표면이 평평(平平)하며 전극의 유지부를 압연하는 유지면 압연부(110); 및
    상기 유지면 압연부(110)로부터 연속되며 전극의 무지부를 압연하도록 표면에 가압부(121)가 형성되는 무지면 압연부(120); 를 포함하는 것을 특징으로 하는 압연 롤러.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 가압부(121)는 상기 압연부(120)의 표면에 음각 또는 양각으로 형성되는 것을 특징으로 하는 압연 롤러.
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