KR20180022039A - 가이드 롤러를 포함하는 전극시트 압연 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 집전체용 시트의 일면 또는 양면에 전극 합제가 코팅되어 있는 전극시트를 압연하기 위한 장치로서,
전극시트를 하기 압연부에 투입하기 위한 공급부;
둘 이상의 압연 롤러들 사이로 전극시트를 통과시켜 압연하기 위한 프레스(press)를 포함하는 압연부;
전극시트에 장력을 부가하는 적어도 하나 이상의 가이드 롤러를 포함하는 텐션(tension)부; 및
압연된 전극시트를 권취하여 회수하기 위한 권취부;
를 포함하고,
상기 전극시트는 시트의 길이 방향으로 전극 합제가 코팅되어 있는 코팅부와 전극 합제가 코팅되지 않은 무지부를 포함하고 있으며,
상기 가이드 롤러는 중심축이 동일 선상에 위치하고 직경이 서로 다른 제 1 롤(roll)부 및 적어도 하나 이상의 제 2 롤(roll)부를 포함하고 있고,
상기 제 1 롤부는 외주면이 집전체용 시트의 코팅부와 대면하는 위치에 형성되어 있고, 상기 제 2 롤부의 적어도 하나는 외주면이 집전체용 시트의 무지부와 대면하는 위치에 형성되어 있으며,
상기 집전체 시트의 코팅부와 무지부가 받는 장력의 차이를 줄이기 위해 제 1 롤부의 반경은 제 2 롤부의 반경보다 상대적으로 작은 것을 특징으로 하는 전극시트 압연 장치를 제공한다.

Description

가이드 롤러를 포함하는 전극시트 압연 장치 {Pressing Apparatus for Electrode Sheet Having Guide Roller}
본 발명은 가이드 롤러를 포함하는 전극시트 압연 장치에 관한 것이다.
최근 전자산업 발전의 중요한 경향은 디바이스의 와이어리스, 모바일 추세와 아날로그의 디지털로의 전환으로 요약될 수 있다. 무선 전화기(일명, 휴대폰)와 노트북 컴퓨터의 급속한 보급, 아날로그 카메라에서 디지털 카메라로의 전환 등을 그러한 대표적인 예로 들 수 있다.
이러한 경향과 더불어 디바이스의 작동 전원으로서 이차전지에 대한 연구 및 개발이 활발히 진행되고 있다. 그 중에서도, 양극 활물질로서 리튬 전이금속 산화물, 리튬 복합 산화물 등을 사용하는 중량 대비 높은 출력과 용량의 리튬 이차전지가 크게 각광받고 있다. 리튬 이차전지는 양극/분리막/음극의 전극조립체가 전해질과 함께 밀폐된 용기에 내장되어 있는 구조로 이루어져 있다.
한편, 전극은 이온의 교환을 통해서 전류를 발생시키는 데, 전극을 이루는 양극 및 음극은 금속으로 이루어진 전극 집전체에 전극 활물질이 도포된 구조로 이루어진다.
일반적으로 음극은 구리 또는 알루미늄 등으로 이루어진 전극판에 탄소계 활물질이 도포된 구조로 이루어지고, 양극은 알루미늄 등으로 이루어진 전극판에 LiCoO2, LiMnO2, LiNiO2 등으로 이루어진 활물질이 코팅된 구조로 이루어진다.
이렇게 양극 또는 음극을 제조하기 위해 한쪽 방향으로 긴 금속시트로 이루어진 전극 집전체에 전극 활물질을 포함하는 전극 합제를 도포한다.
또한, 전극 제조를 위한 롤 프레스 공정, 슬리팅 공정, 노칭 공정, 라미네이션 공정, 또는 폴딩 공정 등은 대부분이 롤투롤 공정(Roll-to-roll processing)을 사용하고 있고, 여기서 롤투롤 공정은, 여러 개의 휘어질 수 있는 금속 호일 등이 롤러와 롤러 사이로 이동하면서 코팅, 프린팅 등의 공정을 실시할 수 있는 공정을 말한다. 즉, 예를 들면, 유연하고 얇은 금속 시트형의 재료를 권취하고 있는 롤을 풀어 재료를 공급하고, 공급된 재료에 코팅 또는 프린팅 등을 실시한 뒤, 또 다른 롤에서 가공된 재료를 다시 되감아 회수하는 방식을 들 수 있다.
도 1에는 종래 기술의 전극 합제가 도포된 전극 가공물에 롤 프레스(roll press) 공정을 실시하는 모식적인 평면도로 나타내었다.
도 1을 참조하면, 롤 프레스(roll press) 공정은 전극 합제(14)가 도포된 전극 가공물(10)에 가열된 롤러들(30, 31) 상하면에 위치시키고, 상기 가열된 롤러들(30, 31)이 전극 가공물(10)이 위치하는 방향으로 전극 합제(17)를 압착하는 공정을 실시하게 된다. 이러한 롤 프레스 공정은 전극 합제에 남아 있는 용매를 증발시키고, 전극 합제를 전극 상에서 압축 경화시켜 에너지 밀도를 향상시킨다. 이후, 설정된 전극의 외형을 가공하는 공정들을 실시하게 된다.
그러나, 종래 기술의 전극의 롤 프레스 공정 이후, 전극 합제가 도포된 전극 가공체(10)를 가이드 롤러를 통해 이송하게 되면서 전극시트의 길이방향(x)으로 장력이 가해지게 되고, 이때 코팅부와 무지부의 두께 차이로 인해 전극 합제가 코팅되어 있는 코팅부(17)와 전극 합제가 코팅되지 않아 금속 호일만 존재하는 무지부에 받는 장력의 차이가 커지게 되며, 코팅부(17)와 무지부(18)의 연신율 차이가 발생하게 되어 무지부에 코팅부의 경계 근처에서 주름(15)이 발생하거나, 파열 등이 발생하게 된다. 이러한 전극시트의 주름으로 인해 가이드 롤러를 통과하면서 쉽게 전극시트의 일부가 접혀 들어가 불량이 발생되거나, 이후, 전극의 노칭 공정에서 무지부(15)에 형성된 주름(15)으로 인해 전극 탭의 형상이 불량해지는 문제가 있었다.
더욱이, 최근 전지셀의 고용량화 및 박막화에 따라, 전극 합제의 로딩(loading)양이 늘어나고, 이와 반대로 전극 제조에 사용되는 집전체의 금속 호일의 두께는 매우 얇아지고 있다. 이에 따라, 전극 합제 층의 두께 대비 집전체의 금속 호일의 두께 비율이 매우 낮아져 전극제조 공정성에서 많은 문제가 발생하고 있다.
특히, 전극시트의 코팅부는 가이드 롤러의 외면과 밀착되어 있는 반면에, 전극 합제의 높은 로딩양이 부가될수록 전극시트의 무지부는 가이드 롤러의 외면과 상대적으로 멀어지게 되어, 가이드 롤러로부터 무지부와 비교하여 코팅부는 강한 장력을 받게 됨에 따라, 앞서 설명한 무지부의 주름이나 파열 등이 발생하는 등의 문제가 더욱 심화되었다.
따라서, 이차전지의 전극을 가공 제조하는 공정에서 전극시트가 접히거나 파열되는 현상 등으로 인한 불량을 줄일 수 있는 기술이 매우 필요한 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, 가이드 롤러가 중심축이 동일 선상에 위치하고 직경이 서로 다른 제 1 롤(roll)부 및 적어도 하나 이상의 제 2 롤(roll)부를 포함하고, 상기 제 1 롤부의 반경을 제 2 롤부의 반경보다 상대적으로 작게 형성시킬 경우, 집전체 시트의 코팅부와 무지부가 받는 장력의 차이를 줄일 수 있는 것을 확인하고, 본 발명을 완성하기에 이르렀다.
상기한 목적을 달성하기 위한, 본 발명에 따른 집전체용 시트의 일면 또는 양면에 전극 합제가 코팅되어 있는 전극시트를 압연하기 위한 전극시트 압연 장치는,
전극시트를 하기 압연부에 투입하기 위한 공급부;
둘 이상의 압연 롤러들 사이로 전극시트를 통과시켜 압연하기 위한 프레스(press)를 포함하는 압연부;
전극시트에 장력을 부가하는 적어도 하나 이상의 가이드 롤러를 포함하는 텐션(tension)부; 및
압연된 전극시트를 권취하여 회수하기 위한 권취부;
를 포함하고,
상기 전극시트는 시트의 길이 방향으로 전극 합제가 코팅되어 있는 코팅부와 전극 합제가 코팅되지 않은 무지부를 포함하고 있으며,
상기 가이드 롤러는 중심축이 동일 선상에 위치하고 직경이 서로 다른 제 1 롤(roll)부 및 적어도 하나 이상의 제 2 롤(roll)부를 포함하고 있고,
상기 제 1 롤부는 외주면이 집전체용 시트의 코팅부와 대면하는 위치에 형성되어 있고, 상기 제 2 롤부의 적어도 하나는 외주면이 집전체용 시트의 무지부와 대면하는 위치에 형성되어 있으며,
상기 집전체 시트의 코팅부와 무지부가 받는 장력의 차이를 줄이기 위해 제 1 롤부의 반경은 제 2 롤부의 반경보다 상대적으로 작은 것을 특징으로 한다.
따라서, 본 발명에 따른 전극시트 압연 장치는, 전극시트의 코팅부의 두께를 고려하여 가이드 롤러가 중심축이 동일 선상에 위치하고 직경이 서로 다른 제 1 롤부 및 적어도 하나 이상의 제 2 롤부를 포함하고, 상기 제 1 롤부의 반경을 제 2 롤부의 반경보다 상대적으로 작게 형성시킴으로써, 전극시트의 무지부와 가이드 롤러의 외면 간의 이격된 거리를 줄이거나, 무지부가 가이드 롤러의 제 2 롤부와 밀착되는 것이 가능하게 되므로, 집전체 시트의 코팅부와 무지부의 두께 차이로 인한 코팅부와 무지부가 받는 장력의 차이를 줄일 수 있는 바, 장력 차이로 인한 무지부의 주름 및 파열 현상 등의 종래기술의 문제점을 효과적으로 해결할 수 있다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 전극시트의 제 1 면 및 상기 제 1 면의 반대 면인 제 2 면 중의 적어도 하나에는, 시트의 길이 방향인 제 1 방향(x축)을 따라, 전극 합제가 코팅된 코팅부와, 시트의 길이 방향으로 상기 코팅부의 일측 단부 또는 양측 단부에 전극 합제가 코팅되지 않는 하나 이상의 무지부가 형성되어 있을 수 있으며, 더욱 상세하게는, 상기 제 1 면은 가이드 롤러의 외면과 대면하는 있는 구조일 수 있다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 가이드 롤러는 압연부로부터 권취부까지 전극시트를 가이딩 하면서 시트의 길이 방향인 제 1 방향(x축)으로 장력을 부가할 수 있다.
구체적으로, 상기 가이드 롤러는 제 1 롤부가 가이드 롤러의 축 방향을 기준으로 중앙측에 위치할 수 있고, 상기 제 2 롤부가 가이드 롤러의 양 외측에 각각 위치하고 있거나, 어느 하나의 외측에 위치하는 구조로 형성될 수 있다.
더욱 구체적으로, 상기 제 1 롤부와 제 2 롤부 사이에는 반경 차이로 인한 단차 구조가 형성되어 있을 수 있고, 상기 단차 구조로 제 1 롤부와 제 2 롤부가 서로 연결되어 있는 구조일 수 있다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 제 1 롤부와 제 2 롤부의 반경의 길이 차이(r2 - r1)는 하기 식(1)을 만족할 수 있다.
T - (r2 × a) ≤ r2 - r1 ≤ T + (r2 × a) (1)
상기 식에서,
r1은 전극시트의 코팅부와 대면하는 제 1 롤부의 반경이고,
r2는 전극시트의 무지부와 대면하는 제 2 롤러의 반경이며,
a는 0 내지 0.002이고,
T는 전극시트의 코팅부의 두께이다.
상세하게는, 상기 제 2 롤부의 반경(r2)은, 예를 들면, 10 mm 내지 200 mm일 수 있고, 더욱 상세하게는 30 mm 내지 60 mm일 수 있다. 더더욱 상세하게는 35 mm일 수 있다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 제 1 롤부와 제 2 롤부의 반경의 길이 차이는 집전체 시트 일면에 코팅된 코팅부의 두께를 기준으로 0% 초과 내지 200% 미만일 수 있고, 상세하게는 100% 이상 내지 150% 미만일 수 있다.
구체적으로, 상기 제 1 롤부와 제 2 롤부의 반경의 길이 차이가 200% 이상일 경우, 집전체 시트의 코팅부 보다 무지부에 장력이 집중되어 무지부의 주름 또는 파손이 발생할 수 있어 적합하지 않다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 제 1 롤부와 제 2 롤부의 반경의 길이 차이는 10 ㎛ 내지 300 ㎛일 수 있고, 상세하게는 140 ㎛ 내지 280 ㎛일 수 있다. 구체적으로, 상기 제 1 롤부와 제 2 롤부의 반경의 길이 차이가 300 ㎛를 초과할 경우, 오히려 집전체 시트의 무지부에 장력이 집중되어 무지부의 주름 또는 파손이 발생할 수 있어 적합하지 않다.
또한, 상기 코팅부의 두께는 0.07 mm 내지 0.3 mm일 수 있다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 집전체용 시트는 금속 시트이고, 상기 금속시트는 구리, 알루미늄, 또는 알루미늄 합금으로 이루어져 있을 수 있고, 또한, 상기 집전체용 시트의 두께는 1 ㎛ 내지 10 ㎛일 수 있다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 가이드 롤러의 외면은 스테인리스 또는 플라스틱 재질로 형성되어 있을 수 있다.
본 발명은 또한, 상기 전극시트 압연 장치를 사용하여 이차전지용 전극을 제조하는 방법을 제공한다.
구체적으로, 상기 이차전지용 전극을 제조하는 방법은,
(a) 집전체의 일면 또는 양면에 전극 활물질을 포함하는 전극 합제를 코팅한 코팅부와 전극 합제가 코팅되어 있지 않은 무지부를 포함하는 전극시트를, 공급부로부터 압연부로 투입하는 과정;
(b) 압연부에서 압연 롤러들 사이로 전극시트의 코팅부를 압연하는 과정;
(c) 텐션부에서 적어도 하나 이상의 가이드 롤러를 사용하여 전극시트에 장력을 부가하는 과정; 및
(d) 압연된 전극시트를 권취부에 권취하여 회수하는 과정;
를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 서술한 집진 장치의 구조 및 제작 방법은 당업계에 공지되어 있으므로, 본 명세서에서는 그에 대한 자세한 설명을 생략한다.
이상의 설명과 같이, 본 발명에 따른 전극시트 압연 장치는, 전극시트의 코팅부의 두께를 고려하여 가이드 롤러가 중심축이 동일 선상에 위치하고 직경이 서로 다른 제 1 롤부 및 적어도 하나 이상의 제 2 롤부를 포함하고, 상기 제 1 롤부의 반경을 제 2 롤부의 반경보다 상대적으로 작게 형성시킬 경우, 전극시트의 무지부와 가이드 롤러의 외면 간의 이격된 거리를 줄이거나, 무지부가 가이드 롤러의 제 2 롤부와 밀착되는 것이 가능하게 되므로, 집전체 시트의 코팅부와 무지부의 두께 차이로 인한 코팅부와 무지부가 받는 장력의 차이를 줄일 수 있는 바, 장력 차이로 인한 무지부의 주름 및 파열 현상 등의 종래기술의 문제점을 효과적으로 해결하여, 불량률을 줄이고 우수한 품질의 전극을 제공할 수 있는 효과를 발휘한다.
도 1은 종래 기술의 전극 합제가 도포된 전극시트를 압연부에서 압연가공하는 공정을 나타낸 모식적인 사시도이다;
도 2는 종래 기술의 전극시트 압연 장치의 가이드 롤러를 나타낸 사진이다;
도 3은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전극시트 압연 장치를 나타낸 모식적인 설명도이다;
도 4는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전극시트 압연 장치의 가이드 롤러를 나타낸 모식적인 사시도이다;
도 5는 도 4의 가이드 롤러의 일부위를 확대한 모식적인 확대도이다;
도 6은 본 발명의 실험예에서 사용한 시편 및 시편을 시험기에 장착한 사진들이다;
도 7은 본 발명의 실험예의 결과를 나타낸 시편들의 사진들이다;
도 8은 본 발명의 식 (2)를 돌출하는 과정을 설명하기 위한 모식적인 단면도이다.
이하에서는 도면을 참조하여, 본 발명의 내용을 더욱 상술하지만, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.
도 3에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전극시트 압연 장치를 나타낸 모식적인 설명도가 도시되어 있다.
도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 집전체용 시트의 일면 또는 양면에 전극 합제가 코팅되어 있는 전극시트(200)를 압연하기 위한 전극시트 압연 장치(100)는, 전극시트(200)를 압연부(130)에 투입하기 위한 공급부(120), 둘 이상의 압연 롤러들(132, 133) 사이로 전극시트(200)를 통과시켜 압연하기 위한 프레스(도시하지 않음)를 포함하는 압연부(130), 전극시트(200)에 장력을 부가하는 가이드 롤러(111)들을 포함하는 텐션부(110), 및 압연된 전극시트(200)를 권취하여 회수하기 위한 텐션부(140)를 포함하고 있다.
도 4에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전극시트 압연 장치의 가이드 롤러(111)를 나타낸 모식적인 사시도가 도시되어 있다.
도 4를 참조하면, 전극시트(200)는 시트의 길이 방향으로 전극 합제가 코팅되어 있는 코팅부(214)와 전극 합제가 코팅되지 않은 무지부(215)를 포함하고 있다. 또한, 가이드 롤러(111)는 중심축이 동일 선상에 위치하고 직경이 서로 다른 제 1 롤부(112) 및 적어도 하나 이상의 제 2 롤부(114)를 포함하고 있다.
이때, 제 1 롤부(112)는 외주면이 집전체용 시트의 코팅부(214)와 대면하는 위치에 형성되어 있고, 제 2 롤부(114)의 적어도 하나는 외주면이 집전체용 시트의 무지부(215)와 대면하는 위치에 형성되어 있다. 또한, 집전체 시트의 코팅부(214)와 무지부(215)가 받는 장력의 차이를 줄이기 위해 제 1 롤부(112)의 반경은 제 2 롤부(114)의 반경보다 상대적으로 작게 형성되어 있다.
전극시트(200)의 제 1 면(220)에는, 시트의 길이 방향인 제 1 방향(x축)을 따라, 전극 합제가 코팅된 코팅부(214)와, 시트의 길이 방향으로 코팅부(214)의 일측 단부에 전극 합제가 코팅되지 않는 하나 이상의 무지부(215)가 형성되어 있으며, 제 1 면(220)은 가이드 롤러(111)의 외면과 대면하는 있는 구조이다.
또한, 코팅부(214)의 두께는 0.07 mm 내지 0.3 mm이다.
이때, 집전체용 시트는 금속 시트이고, 금속시트는 알루미늄 합금으로 이루어져 있으며, 집전체용 시트의 두께는 1 ㎛ 내지 10 ㎛이다.
이때, 가이드 롤러(111)는 압연부(130)로부터 텐션부(140)까지 전극시트(200)를 가이딩 하면서 시트의 길이 방향인 제 1 방향(x축)으로 장력을 부가한다.
가이드 롤러(111)는 제 1 롤부(112)가 가이드 롤러(111)의 축 방향을 기준으로 중앙측에 위치하고, 제 2 롤부(114)가 가이드 롤러(111)의 양 외측에 각각 위치하고 있는 구조로 형성되어 있다.
도 5에는 도 4의 가이드 롤러의 일부위를 확대한 모식적인 확대도가 도시되어 있다.
도 5를 참조하면, 제 1 롤부(112)와 제 2 롤부(114) 사이에는 반경 차이로 인한 단차 구조(116)가 형성되어 있고, 이러한 단차 구조(116)로 제 1 롤부(112)와 제 2 롤부(114)가 서로 연결되어 있는 구조이다.
제 1 롤부(112)와 제 2 롤부(114)의 반경의 길이 차이(118)는 식(1)을 만족한다.
T - (r2 × a) ≤ r2 - r1 ≤ T + (r2 × a) (1)
식 (1)에서,
r1은 전극시트(200)의 코팅부(214)와 대면하는 제 1 롤부(112)의 반경이고,
r2는 전극시트(200)의 무지부(215)와 대면하는 제 2 롤러의 반경이며,
a는 0 내지 0.002이고,
T는 전극시트(200)의 코팅부(214)의 두께이다.
제 2 롤부(114)의 반경(r2)은, 10 mm 내지 200 mm이다.
제 1 롤부(112)와 제 2 롤부(114)의 반경의 길이 차이는 집전체 시트 일면에 코팅된 코팅부(214)의 두께를 기준으로 100% 이상 내지 150% 미만이다.
또한, 가이드 롤러(111)의 외면은 스테인리스 재질로 형성되어 있다.
이하에서는, 본 발명에 따른 실험예를 참조하여 설명하지만, 이는 본 발명의 더욱 용이한 이해를 위한 것으로, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.
<실험예>
본원의 도 6에는 본 발명의 실험예에서 사용한 시편 및 시편을 시험기에 장착한 사진들이 개시되어 있다.
본원의 도 6과 같이, 길이가 7 cm인 전극시트를 준비하고, 이러한 전극시트의 일면의 좌측에 전극 합제를 도포하여 코팅부(214)와 이를 도포하지 않은 무지부(215)를 형성한다. 전극시트의 상단과 하단에 각각에 1 cm 길이로 보호 테이프를 부착하였다. 이렇게 준비된 시편을 박리 시험기(Peel tester, Lloyd 社)의 지그에 장착하였고, 이때, 시편의 코팅부에만 장력이 가해지도록 코팅부의 상하단에만 지그(jig)를 물렸다. 이후, 박리 시험기를 작동하여 길이 방향(x축)으로 인장력을 증가시켰고, 무지부의 주름 등의 변형이 발생하는 장력에 도달하는 전극시트의 변형 길이를 확인하였으며, 이러한 실험 결과를 나타낸 사진들을 하기 도 7에 나타내었다.
도 7을 참조하면, 전극시트의 길이방향의 전체 길이(5 cm)를 기준으로 0.2% 초과로 연신될 경우, 전극시트의 무지부에 주름 등의 변형이 유발되었다.
이러한 결과로, 전극 합제가 코팅된 전극 시트가 가이드 롤러를 통과 시에, 도포된 전극 합제의 두께로 인해 코팅부와 무지부 간의 길이 차이가 0.2%를 초과될 경우, 무지부의 주름이 발생하여 불량이 발생될 것이 예상할 수 있다.
도 8에는 본 발명의 식 (2)를 돌출하는 과정을 설명하기 위한 모식적인 단면도가 도시되어 있다.
도 8을 참조하면, 실험예의 결과와 같이 코팅부와 무지부 간의 길이 차이가 0.2%를 초과하지 않는 범위에서 무지부의 심각한 변형을 방지할 수 있으므로, 본원의 식(2)가 성립된다고 볼 수 있다.
L2 - (L2 × 0.002) ≤ L1 ≤ L2 + (L2 × 0.002) (2)
상기 식에서,
L1은 전극시트의 코팅부가 가이드 롤러의 외면과 대면한 길이이고,
L2은 전극시트의 무지부가 가이드 롤러의 외면과 대면한 길이이며,
또한, 도 8과 같이, 전극시트(200)의 무지부가 가이드 롤러의 외면에 접하는 길이는 가이드 롤러(111)의 원주의 절반(πr2)에 해당되고, 전극시트의 코팅부가 가이드 롤러(111)의 외면에 접하는 길이는 코팅부의 두께와 가이드 롤러의 제 1 롤부(도 5 참조)와 제 2 롤부(도 5 참조)의 단차(H)를 고려하여 π(r2-H+T)로 표현될 수 있는 바, 상기 식(2)을 하기 식(3)으로 변환할 수 있다.
πr2 × (1 - 0.002) ≤ π × (r2 - H + T) ≤ πr2 × (1 + 0.002) (3)
상기 식에서,
H는 전극시트의 코팅부와 대면하는 제 1 롤부와 무지부와 대면하는 제 2 롤부와의 반경의 차이이고,
r2는 전극시트의 무지부와 대면하는 제 2 롤부의 반경이며,
T는 전극시트의 코팅부의 두께이다.
또한, 상기 식 (3)의 H는 제 1 롤부와 제 2 롤부의 반경 차이이므로, H를 r2 - r1로 변환할 수 있는 바, 상기 식(2)을 하기 식(1)로 변환할 수 있다.
T - (r2 × a) ≤ r2 - r1 ≤ T + (r2 ×a) (1)
r1은 전극시트의 코팅부와 대면하는 제 1 롤부의 반경이고,
r2는 전극시트의 무지부와 대면하는 제 2 롤부의 반경이며,
a는 0 내지 0.002이고,
T는 전극시트의 코팅부의 두께이다.
또한, 하기 표 1에서는, 상기 식 (1)에서 코팅부의 두께를 0.14 mm로 설정했을 때, 제 2 롤부의 반경을 30 내지 60 mm일 경우들에 대해, 전극시트의 코팅부의 두께를 기준으로 제 1 롤부와 제 2 롤부의 반경의 차이(단차)와의 비율을 계산하였다.
또한, 하기 표 2에서는, 상기 식 (1)에서 제 2 롤부의 반경을 35 mm로 설정했을 때, 코팅부의 두께가 0.7 mm 내지 0.21 mm일 경우들에 대해, 전극시트의 코팅부의 두께를 기준으로 제 1 롤부와 제 2 롤부의 반경의 차이(단차)와의 비율을 계산하였다. 하기 표 1 및 2의 결과와 같이, 상기 식 (1)의 조건을 만족할 경우, 전극시트의 코팅부의 두께를 기준으로 적정 범위의 단차의 크기는 0% 초과 내지 200%미만이 가능할 것이다. 다만, 100% 미만인 경우 전극시트의 무지부가 가이드 롤러의 제 2 롤부와 대면하지 않을 수 있고, 150% 이상 범위에서는 무지부에 장력이 너무 집중될 수 있으므로, 바람직하게는 100% 이상 150%미만이 적절할 것이다.
r2 (mm) 0.998r2(mm) 1.002r2(mm) 코팅부의 두께(mm) r2+코팅부의 두께(mm) 최대 단차(mm) 최소 단차(mm) 최대 단차의 코팅부 두께 대비 비율 (%) 최초 단차의 코팅부 두께 대비 비율 (%)
30 29.94 30.06 0.14 30.14 0.2 0.08 143% 57%
40 39.92 40.08 40.14 0.22 0.06 157% 43%
50 49.9 50.1 50.14 0.24 0.04 171% 29%
60 59.88 60.12 60.14 0.26 0.02 186% 14%
*r2는 가이드 롤러의 제 2 롤부의 반경이다.
r2 (mm) 0.998r2(mm) 1.002r2(mm) 코팅부의 두께(mm) r2+코팅부의 두께(mm) 최대 단차(mm) 최소 단차(mm) 최대 단차의 코팅부 두께 대비 비율 (%) 최초 단차의 코팅부 두께 대비 비율 (%)
35 34.93 35.07 0.07 35.07 0.14 0 200% 0%
0.09 35.09 0.16 0.02 178% 22%
0.12 35.12 0.19 0.05 158% 42%
0.15 35.15 0.22 0.08 147% 53%
0.18 35.18 0.25 0.11 139% 61%
0.21 35.21 0.28 0.14 133% 67%
*r2는 가이드 롤러의 제 2 롤부의 반경이다.
앞서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 전극시트 압연 장치는, 전극시트의 코팅부의 두께를 고려하여 가이드 롤러가 중심축이 동일 선상에 위치하고 직경이 서로 다른 제 1 롤부 및 적어도 하나 이상의 제 2 롤부를 포함하고, 상기 제 1 롤부의 반경을 제 2 롤부의 반경보다 상대적으로 작게 형성시킬 경우, 전극시트의 무지부와 가이드 롤러의 외면 간의 이격된 거리를 줄이거나, 무지부가 가이드 롤러의 제 2 롤부와 밀착되는 것이 가능하게 되므로, 집전체 시트의 코팅부와 무지부의 두께 차이로 인한 코팅부와 무지부가 받는 장력의 차이를 줄일 수 있는 바, 장력 차이로 인한 무지부의 주름 및 파열 현상 등의 종래기술의 문제점을 효과적으로 해결하여, 불량률을 줄이고 우수한 품질의 전극을 제공할 수 있는 효과를 발휘한다.

Claims (15)

  1. 집전체용 시트의 일면 또는 양면에 전극 합제가 코팅되어 있는 전극시트를 압연하기 위한 장치로서,
    전극시트를 하기 압연부에 투입하기 위한 공급부;
    둘 이상의 압연 롤러들 사이로 전극시트를 통과시켜 압연하기 위한 프레스(press)를 포함하는 압연부;
    전극시트에 장력을 부가하는 적어도 하나 이상의 가이드 롤러를 포함하는 텐션(tension)부; 및
    압연된 전극시트를 권취하여 회수하기 위한 권취부;
    를 포함하고,
    상기 전극시트는 시트의 길이 방향으로 전극 합제가 코팅되어 있는 코팅부와 전극 합제가 코팅되지 않은 무지부를 포함하고 있으며,
    상기 가이드 롤러는 중심축이 동일 선상에 위치하고 직경이 서로 다른 제 1 롤(roll)부 및 적어도 하나 이상의 제 2 롤(roll)부를 포함하고 있고,
    상기 제 1 롤부는 외주면이 집전체용 시트의 코팅부와 대면하는 위치에 형성되어 있고, 상기 제 2 롤부의 적어도 하나는 외주면이 집전체용 시트의 무지부와 대면하는 위치에 형성되어 있으며,
    상기 집전체 시트의 코팅부와 무지부가 받는 장력의 차이를 줄이기 위해 제 1 롤부의 반경은 제 2 롤부의 반경보다 상대적으로 작은 것을 특징으로 하는 전극시트 압연 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 전극시트의 제 1 면 및 상기 제 1 면의 반대 면인 제 2 면 중의 적어도 하나에는, 시트의 길이 방향인 제 1 방향(x축)을 따라, 전극 합제가 코팅된 코팅부와, 시트의 길이 방향으로 상기 코팅부의 일측 단부 또는 양측 단부에 전극 합제가 코팅되지 않는 하나 이상의 무지부가 형성되어 있고;
    상기 제 1 면은 가이드 롤러의 외면과 대면하는 것을 특징으로 하는 전극시트 압연 장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 가이드 롤러는 압연부로부터 권취부까지 전극시트를 가이딩 하면서 시트의 길이 방향인 제 1 방향(x축)으로 장력을 부가하는 것을 특징으로 하는 전극시트 압연 장치.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 롤부는 가이드 롤러의 축 방향을 기준으로 중앙측에 위치하고, 상기 제 2 롤부가 가이드 롤러의 양 외측에 각각 위치하고 있는 것을 특징으로 하는 전극시트 압연 장치.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 롤부와 제 2 롤부 사이에는 반경 차이로 인한 단차 구조가 형성되어 있고, 상기 단차 구조로 제 1 롤부와 제 2 롤부가 서로 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 전극시트 압연 장치.
  6. 제 2 항에 있어서, 상기 제 1 롤부와 제 2 롤부의 반경의 길이 차이(r2 - r1)는 하기 식(1)을 만족하는 것을 특징으로 하는 전극시트 압연 장치:

    T - (r2 × a) ≤ r2 - r1 ≤ T + (r2 × a) (1)

    상기 식에서,
    r1은 전극시트의 코팅부와 대면하는 제 1 롤부의 반경이고,
    r2는 전극시트의 무지부와 대면하는 제 2 롤러의 반경이며,
    a는 0 내지 0.002이고,
    T는 전극시트의 코팅부의 두께이다.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 제 2 롤부의 반경(r2)은 10 mm 내지 200 mm인 것을 특징으로 하는 전극시트 압연 장치.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 롤부와 제 2 롤부의 반경의 길이 차이는 집전체 시트 일면에 코팅된 코팅부의 두께를 기준으로 0% 초과 내지 200% 미만인 것을 특징으로 하는 전극시트 압연 장치.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 제 1 롤부와 제 2 롤부의 반경의 길이 차이는 집전체 시트 일면에 코팅된 코팅부의 두께를 기준으로 100% 이상 내지 150% 미만인 것을 특징으로 하는 전극시트 압연 장치.
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 롤부와 제 2 롤부의 반경의 길이 차이는 10 ㎛ 내지 300 ㎛인 것을 특징으로 하는 전극시트 압연 장치.
  11. 제 1 항에 있어서, 상기 코팅부의 두께는 0.07 mm 내지 0.3 mm인 것을 특징으로 하는 전극시트 압연 장치.
  12. 제 1 항에 있어서, 상기 집전체용 시트는 금속 시트이고, 상기 금속 시트는 구리, 알루미늄, 또는 알루미늄 합금으로 이루어져 있는 것을 특징으로 하는 전극시트 압연 장치.
  13. 제 12 항에 있어서, 상기 집전체용 시트의 두께는 1 ㎛ 내지 10 ㎛인 것을 특징으로 하는 전극시트 압연 장치.
  14. 제 1 항에 있어서, 상기 가이드 롤러의 외면은 스테인리스 또는 플라스틱 재질로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전극시트 압연 장치.
  15. 제 1 항 내지 제 14 항 중 어느 하나에 따른 전극시트 압연 장치를 사용하여 이차전지용 전극을 제조하는 방법으로서,
    (a) 집전체의 일면 또는 양면에 전극 활물질을 포함하는 전극 합제를 코팅한 코팅부와 전극 합제가 코팅되어 있지 않은 무지부를 포함하는 전극시트를, 공급부로부터 압연부로 투입하는 과정;
    (b) 압연부에서 압연 롤러들 사이로 전극시트의 코팅부를 압연하는 과정;
    (c) 텐션부에서 적어도 하나 이상의 가이드 롤러를 사용하여 전극시트에 장력을 부가하는 과정; 및
    (d) 압연된 전극시트를 권취부에 권취하여 회수하는 과정;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 제조방법.
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JP2021163688A (ja) * 2020-04-02 2021-10-11 トヨタ自動車株式会社 電極板の製造方法

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KR20160076139A (ko) * 2014-12-22 2016-06-30 주식회사 엘지화학 전극 시트를 고정하는 구조의 롤러를 포함하는 노칭 장치

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