KR20200037601A - 배터리 전극조립체 제작 방법 및 장치 - Google Patents

배터리 전극조립체 제작 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 배터리 전극조립체 제작 방법 및 장치에 관한 것이다. 본 발명의 목적은, 수평 프레싱 공정 및 수직 프레싱 공정을 순차적으로 수행함으로써 제작 품질을 확보하면서 원활하게 고밀도 전극을 제작할 수 있도록 하는, 배터리 전극조립체 제작 방법 및 장치를 제공함에 있다.

Description

배터리 전극조립체 제작 방법 및 장치 {Method and apparatus for manufacturing electrode assembly of battery}
본 발명은 배터리 전극조립체 제작 방법 및 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 배터리 전극조립체 제작 시 접착력을 보다 향상함과 동시에 두께 제어가 보다 원활하게 이루어질 수 있도록 하는 배터리 전극조립체 제작 방법 및 장치에 관한 것이다.
리튬 이온 배터리와 같은 이차전지란, 화학적 에너지를 전기적 에너지로 변환시켜 외부에 전력을 공급하거나, 또는 외부로부터 전력을 공급받아 전기적 에너지를 화학적 에너지 형태로 저장하는 전지를 말한다. 이차전지는 일반적으로 분리막, 전극층, 전해질의 3가지 핵심 소재로 이루어지는데, 간략히 설명하자면 다음과 같다. 먼저 분리막의 일면 또는 양면에 음극활물질 또는 양극활물질이 코팅되어 전극층을 형성함으로써 전극조립체를 형성하는데, 이 때 전극조립체들이 스택 형태로 적층되는 경우, 최외측에 배치되는 전극조립체는 전극층이 분리막 일면에만 형성되며, 그 외 부분에 배치되는 전극조립체는 전극층이 분리막 양면에 형성된다. 이러한 전극조립체가 롤 형태로 말리거나 스택 형태로 적층되어 케이스에 수용되며, 전극조립체가 수용된 케이스 내에 전자의 이동이 가능하도록 전해질 용액이 주입됨으로써 이차전지의 제작이 완료된다.
이차전지의 전극조립체는 필름 형태의 분리막의 일면 또는 양면에 음극활물질 또는 양극활물질이 코팅되어 이루어지는데, 이 때 양극활물질 및 음극활물질이 분리막에 잘 접착되도록, 활물질 코팅 후 프레싱하는 공정이 수행된다. 한국특허공개 제2002-0071177호("파우치를 외장재로 하는 리튬이온 이차전지 및 그 제조방법", 2002.09.12, 이하 '선행문헌')에도 이와 같은 구조로 이루어지는 이차전지의 제조방법이 개시되며, 여기에서도 전극조립체를 제조함에 있어서 상술한 바와 같은 방식을 사용한다. 도 1은 이러한 종래의 전극조립체 제작 방식을 개략적으로 도시한 것이다. 종래에는 전극조립체 제조 시, 일반적으로 코팅 공정에서는 분리막 상에 코팅되는 전극층이 약 130μm의 제1코팅층두께(t1)가 되게 하고, 프레싱 공정에서는 전극층을 프레싱하여 약 50μm의 목표두께(tp)가 되게 한다.
한편 최근 전기 자동차에 대한 수요가 증가함에 따라 전기 자동차에 사용되는 배터리 역시 보다 고용량 및 고에너지가 될 것이 요구되고 있다. 이를 위해 여러 방안들이 제시되고 있으며, 그 중 하나가 배터리 전극을 보다 고밀도화하는 것이다. 이처럼 보다 고밀도 전극에 대한 필요성이 높아짐에 따라, 기존의 공정을 활용하여 고밀도 전극을 제작하고자 하는 시도가 있어 왔다. 즉 도 2에 도시된 바와 같이, 코팅 공정에서 분리막 상에 코팅되는 전극층이 약 150μm의 제2코팅층두께(t2)가 되게 하고, 이를 보다 강하게 프레싱하여 약 50μm의 목표두께(tp)가 되게 하는 것이다.
그런데 이와 같이 할 경우 코팅 공정에서 지나치게 두껍게 코팅을 하게 됨으로써 전극 산포가 발생하며, 이에 따라 위치에 따른 셀 저항 편차가 발생하는 문제가 있다. 뿐만 아니라 코팅 공정 시 기존보다 고점도의 슬러리가 필요한데, 이에 따라 기존의 공정 조건, 장치 등을 적용할 경우 올바른 공정이 이루어지지 못하게 되는 문제도 있다. 더불어 프레싱 공정에서는 전극층에 과도한 압력이 가해지게 되어, 오히려 접착력이 약해져서 전극이 탈리되는 문제, 또한 과도한 압력으로 인한 전극 깨짐이 발생하는 문제 등이 있다. 뿐만 아니라 이와 같은 프레싱 공정 후에는 눌린 부분이 다시 원상태로 되돌아가려는 성질로 인하여 불균일하게 부풀어오르는 스프링 백(spring back) 현상이 발생하는데, 고밀도 공정일수록 이와 같은 스프링 백 현상이 더 심하게 발생하며, 이에 따라 전극 두께의 불균일도가 높아져 배터리 품질 저하의 원인이 될 수 있는 문제도 있다.
1. 한국특허공개 제2002-0071177호("파우치를 외장재로 하는 리튬이온 이차전지 및 그 제조방법", 2002.09.12)
따라서, 본 발명은 상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은, 수평 프레싱 공정 및 수직 프레싱 공정을 순차적으로 수행함으로써 제작 품질을 확보하면서 원활하게 고밀도 전극을 제작할 수 있도록 하는, 배터리 전극조립체 제작 방법 및 장치를 제공함에 있다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 배터리 전극조립체 제작 방법은, 일면 또는 양면에 음극활물질 또는 양극활물질로 된 전극층(510)이 코팅된 분리막(520)을, 상기 전극층(510)이 제1기준밀도를 가지도록 상하 방향으로 프레싱하는 수평 프레싱 단계; 상기 전극층(510)이 일면 또는 양면에 부착된 상기 분리막(520)으로 이루어지는 전극조립체(500)를 기설정된 규격에 따라 절단하여 적층하는 절단 및 적층 단계; 복수 층 적층된 상기 전극조립체(500)를, 상기 전극층(510)이 상기 제1기준밀도보다 높은 제2기준밀도를 가지도록 적층 방향에 대해 수직 방향으로 프레싱하는 수직 프레싱 단계; 를 포함할 수 있다.
이 때 상기 수평 프레싱 단계는, 상기 분리막(520)의 일면 또는 양면에 상기 음극활물질 또는 상기 양극활물질을 코팅하여 상기 전극층(510)을 형성하는 단계; 상기 전극층(510)이 일면 또는 양면에 코팅된 상기 분리막(520)을, 상하 방향으로 이격된 한 쌍의 롤러 사이로 통과시켜, 상기 분리막(520)에 상기 전극층(510)을 부착시킴과 동시에 상기 전극층(510)이 상기 제1기준밀도를 가지도록 상하 방향으로 프레싱하는 단계; 를 포함할 수 있다.
또한 상기 수직 프레싱 단계는, 복수 층 적층된 상기 전극조립체(500)를, 적층 방향으로 이격된 한 쌍의 안내판(121) 사이에 배치시키는 단계; 상기 안내판(121)을 따라 적층 방향에 대해 수직 방향으로 이동 가능한 한 쌍의 누름판(122)을 이동시켜, 상기 전극층(510)이 상기 제1기준밀도보다 높은 제2기준밀도를 가지도록 적층 방향에 대해 수직 방향으로 프레싱하는 단계; 를 포함할 수 있다.
이 때 상기 수직 프레싱 단계는, 진공 환경에서 이루어질 수 있다.
또한 상기 수직 프레싱 단계는, 45 ~ 60℃ 범위 내의 온도 환경에서 이루어질 수 있다.
또한 상기 수직 프레싱 단계는, 12 ~ 24시간 범위 내의 공정 시간 동안 이루어질 수 있다.
또한 상기 전극조립체 제작 방법은, (제2기준밀도 - 제1기준밀도)/제1기준밀도 ㅧ 100 = 목표밀도비(%)라 할 때, 상기 목표밀도비는 10 ~ 15% 범위 내의 값일 수 있다.
또한 본 발명의 전극조립체 제작 장치(100)는, 필름 형태의 분리막(520)을 진행시키는 적어도 하나의 진행롤러(111), 상기 분리막(520)의 일면 또는 양면에 음극활물질 또는 양극활물질을 코팅하여 전극층(510)을 형성시키는 코팅부(112), 상하 방향으로 이격되어 그 사이로 상기 전극층(510)이 일면 또는 양면에 코팅된 상기 분리막(520)을 통과시켜 상하 방향으로 프레싱하는 한 쌍의 압착롤러(113)를 포함하는 수평 프레싱부(110); 상기 전극층(510)이 일면 또는 양면에 부착된 상기 분리막(520)으로 이루어지는 전극조립체(500)를 기설정된 규격에 따라 절단하는 절단부; 절단된 상기 전극조립체(500)를 복수 층 적층하는 적층부; 복수 층 적층된 상기 전극조립체(500)를 수용하되, 적층 방향으로 이격된 한 쌍의 안내판(121) 및 상기 안내판(121)을 따라 적층 방향에 대해 수직 방향으로 이동 가능한 한 쌍의 누름판(122)을 포함하는 수직 프레싱부(120); 를 포함할 수 있다.
이 때 상기 수직 프레싱부(120)는, 상기 수직 프레싱부(120)를 수용하는 진공챔버(123a) 및 상기 진공챔버(123a) 내부를 진공화시키는 진공펌프(123b)를 포함하는 진공부(123)를 더 포함할 수 있다.
또한 상기 수직 프레싱부(120)는, 상기 수직 프레싱부(120) 주변에 구비되어 열을 공급하는 가열부(124)를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 의하면, 수평 프레싱 공정 및 수직 프레싱 공정을 순차적으로 수행함으로써 제작 품질을 확보하면서 원활하게 고밀도 전극을 제작할 수 있는 큰 효과가 있다. 보다 구체적으로는, 종래에 수평 프레싱 공정만으로 고밀도 전극을 제작하는 경우, 코팅 공정 시 발생되는 전극 산포로 인한 셀 저항 편차 문제, 고점도 슬러리를 사용함에 따른 코팅 공정 불량 문제, 프레싱 공정 시 과도한 압력으로 인한 탈리, 깨짐, 스프링 백 문제 등의 다양한 문제들을 모두 원천적으로 배제할 수 있는 효과가 있다. 이처럼 상술한 여러 문제들이 효과적으로 방지됨으로써 결과적으로 고밀도 전극의 품질을 향상시킬 수 있는 효과 또한 있음은 물론이다.
궁극적으로는 본 발명에 의하면, 제작 품질을 안정적으로 확보하면서 고밀도 전극을 제작할 수 있음으로써, 전기 자동차 등에 사용되는 이차전지의 용량을 훨씬 증대시킬 수 있는 효과가 있다. 나아가 전기 자동차의 활용도를 보다 향상시켜 사용자 편의성 역시 향상시키는 효과 또한 얻을 수 있다.
도 1은 종래의 전극조립체 제작 방식의 개략도.
도 2는 종래의 전극조립체 제작 방식을 이용한 고밀도 전극 제작 과정.
도 3은 본 발명의 전극조립체 제작 방식의 개략도.
도 4는 수평 프레싱 단계 이후의 전극조립체 및 수직 프레싱 단계 이후의 전극조립체의 비교도.
도 5는 수직 프레싱부의 부가 구성.
이하, 상기한 바와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의한 배터리 전극조립체 제작 방법 및 장치를 첨부된 도면을 참고하여 상세하게 설명한다.
도 3은 본 발명의 전극조립체 제작 방식의 개략도를 도시하고 있다. 도 3을 참조하면, 본 발명의 전극조립체 제작 방법은, 크게는 수평 프레싱 단계, 절단 및 적층 단계 및 수직 프레싱 단계를 포함한다. 이에 대응하여 본 발명의 전극조립체 제작 장치(100)는, 크게는 수평 프레싱부(110), 절단부, 적층부 및 수직 프레싱부(120)를 포함한다. 이하 상기 전극조립체 제작 장치(100)의 각부에 대하여 보다 상세히 설명하면서, 본 발명의 전극조립체 제작 방법을 단계적으로 설명한다.
상기 수평 프레싱부(110)는, 도 3(A), (B)에 도시된 바와 같이, 적어도 하나의 진행롤러(111), 코팅부(112), 압착롤러(113)를 포함할 수 있다. 상기 진행롤러(111)는 필름 형태의 분리막(520)을 진행시키는 역할을 하며, 상기 코팅부(112)는 상기 분리막(520)의 일면 또는 양면에 상기 음극활물질 또는 상기 양극활물질을 코팅하여 전극층(510)을 형성시키는 역할을 한다. 도 3(A) 상에는 상기 코팅부(112)가 상기 전극층(510) 중 하나를 코팅하는 형태가 도시되어 있으나, 이는 하나의 예시일 뿐이다. 즉 상기 분리막(520) 상하 양면에 상기 전극층(510)를 형성하기 위하여 상기 코팅부(112)가 2개 구비될 수도 있고, 또는 상기 코팅부(112)가 도면 상에 도시된 바와는 다른 형태로서 예를 들어 용액 형태의 활물질을 분사하는 노즐 형태로 될 수도 있는 등 다양한 변경 실시가 가능하다. 상기 압착롤러(113)는 도 3(B)에 도시된 바와 같이 한 쌍이 구비되는데, 한 쌍의 상기 압착롤러(113)는 서로 상하 방향으로 이격되어 배치되며, 그 사이로 상기 전극층(510)이 일면 또는 양면에 코팅된 상기 분리막(520)을 통과시켜 상하 방향으로 프레싱한다.
여기에서, '수평 프레싱'이라는 용어에 대하여 설명하면 다음과 같다. 상기 분리막(520)은 일반적으로 수평 방향으로 진행하게 된다. 상기 전극층(510) 및 상기 분리막(520)이 적층되는 방향을 기준으로 할 때, 상기 압착롤러(113)는 상기 전극층(510) 및 상기 분리막(520)이 적층되는 방향에 수직한 방향으로 압착을 수행한다. 이 과정에서 상기 분리막(520) 등의 진행 방향은 여전히 수평 방향이며, 상기 전극층 및 상기 분리막(520)이 압착되어 이루어지는(즉 한 쌍의 상기 전극층(510)이 상하 양면에 부착된 상기 분리막(520)으로 이루어지는) 상기 전극조립체(500)는, 이러한 압착 과정에서 상기 전극조립체(500)는 '수평 방향'에서 볼 때의 두께가 압축되게 된다. 이에 따라 상술한 바와 같은 공정을 '수평 프레싱'이라 칭하는 것이다.
상기 수평 프레싱 단계는, 상기 수평 프레싱 장치(110)에 의하여 이루어지는 단계로서, 요약하자면 일면 또는 양면에 음극활물질 또는 양극활물질로 된 전극층(510)이 코팅된 분리막(520)을, 상기 전극층(510)이 제1기준밀도를 가지도록 상하 방향으로 프레싱하는 단계이다. 보다 풀어서 설명하자면, 먼저 도 3(A)에 도시된 바와 같이, 상기 분리막(520)의 일면 또는 양면에 상기 음극활물질 또는 상기 양극활물질을 코팅하여 상기 전극층(510)을 형성하는 공정이 이루어진다. 다음으로 도 3(B)에 도시된 바와 같이, 상기 전극층(510)이 일면 또는 양면에 코팅된 상기 분리막(520)을, 상하 방향으로 이격된 한 쌍의 롤러 사이로 통과시켜, 상기 분리막(520)에 상기 전극층(510)을 부착시킴과 동시에 상기 전극층(510)이 상기 제1기준밀도를 가지도록 상하 방향으로 프레싱하는 공정이 이루어진다.
이와 같은 수평 프레싱 단계를 거치면서, (상기 전극층(510)이 일면 또는 양면에 부착된 상기 분리막(520)으로 이루어지는) 상기 전극조립체(500)의 상기 전극층(510)은, 목표밀도보다 작은 값을 갖는 제1기준밀도를 갖는다. 즉 수평 프레싱 단계에서 원하는 목표밀도가 될 때까지 완전히 압착하는 것이 아니라, 약간의 여유를 두고 압착을 하는 것이다. 앞서 설명한 바와 같이, 종래에 수평 프레싱 공정만으로 고밀도 전극을 제작하려고 하는 경우, 과도한 압력으로 인하여 전극의 탈리, 깨짐, 스프링 백 발생 등의 문제가 발생하였다. 그러나 본 발명에서는, 수평 프레싱 공정만으로 목표밀도까지 압착하지 않고 이후 수직 프레싱 공정을 더 거치기 때문에 수평 프레싱 공정에서 상기 전극층(510)을 목표밀도까지 압착할 필요가 없으며, 따라서 목표밀도보다 작은 제1기준밀도가 될 때까지만 압착한다. 이 때 종래의 일반 전극 제작 공정에서와 비슷한 공정 조건, 즉 이미 최적화되어 공정 품질이 확보되는 공정 조건을 그대로 적용할 수 있으며, 따라서 수평 프레싱 단계에서 탈리 등의 문제가 발생할 위험성이 원활하게 배제된다.
본 발명에서는, 이와 같이 수평 프레싱 공정을 통해 상기 전극조립체(500)를 제작하되, 이 때 상기 전극층(510)은 일반 전극에 해당하는 정도의 밀도인 제1기준밀도를 가진다. 본 발명에서는 수평 프레싱 공정 이후에 수직 프레싱 공정을 더 수행함으로써, 안정적으로 고밀도 전극을 제작할 수 있다.
수직 프레싱 공정을 수행하기 위해서는 그에 알맞은 형태로 상기 전극조립체(500)를 가공하는 것이 필요한데, 상기 절단부 및 상기 적층부는 바로 이를 위한 것이다. 즉 상기 절단부는 상기 전극층(510)이 일면 또는 양면에 부착된 상기 분리막(520)으로 이루어지는 전극조립체(500)를 기설정된 규격에 따라 절단하는 역할을 하며, 상기 적층부는 절단된 상기 전극조립체(500)를 복수 층 적층하는 역할을 한다. 상기 절단부 및 상기 적층부는 도면 상에 도시하지는 않았으나, 일반적인 배터리 제작 공정에서 널리 사용되는 장치이므로 상세한 설명은 생략한다.
상기 절단 및 적층 단계는, 상기 절단부 및 상기 적층부에 의하여 이루어지는 단계로서, 요약하자면 상기 전극층(510)이 일면 또는 양면에 부착된 상기 분리막(520)으로 이루어지는 전극조립체(500)를 기설정된 규격에 따라 절단하여 적층하는 단계이다. 앞서 설명한 바와 같이, 상기 절단 및 적층 단계는 이후 수행될 상기 수직 프레싱 단계를 수행하기 위한 준비 단계라 할 수 있다.
상기 수직 프레싱부(120)는, 도 3(C)에 도시된 바와 같이, 복수 층 적층된 상기 전극조립체(500)를 수용하도록, 한 쌍의 안내판(121) 및 한 쌍의 누름판(122)을 포함할 수 있다. 상기 안내판(121)은 한 쌍이 적층 방향으로 이격되어, 상기 누름판(122)의 이동을 안내하는 역할을 한다. 도 3(C)를 참조할 때 한 쌍의 상기 안내판(121)은 좌우 방향으로 이격 배치되어 있는데, (도시되지는 않았으나) 보다 안정적인 공정 진행이 이루어질 수 있도록 추가적인 한 쌍의 판이 전후 방향으로 더 배치되게 할 수도 있다. 상기 누름판(122)은, 이와 같이 배치된 상기 안내판(121)을 따라 적층 방향에 대해 수직 방향으로 이동 가능하게 이루어져, 궁극적으로는 도 3(C)의 화살표로 표시된 바와 같이 상기 전극조립체(500)의 적층체를 수직 프레싱하게 된다.
여기에서, '수직 프레싱'이라는 용어에 대하여 설명하면 다음과 같다. 앞서 '수평 프레싱' 용어를 설명하면서, 상기 전극조립체(500) 제작 과정에서 일반적으로 상기 전극층(510) 및 상기 분리막(520)이 수평 방향으로 진행되며, 이를 기준으로 상기 전극층(510) 및 상기 분리막(520)이 연장되는 방향을 '수평 방향'이라고 하였다. 이 때 '수평 프레싱' 단계에서는 '수평 방향'에서 볼 때의 두께가 압축되는 것이라고 설명하였다. '수직 프레싱' 단계에서는 이와 수직한 방향인 '수직 방향'에서 볼 때의 두께가 압축되는 것으로, 즉 '수직 방향'은 상기 전극층(510) 및 상기 분리막(520)이 연장되는 방향에 해당하며, 직관적으로는 '수직 프레싱' 단계에서는 상기 전극층(510) 및 상기 분리막(520)의 연장 길이가 압축된다고 할 수 있다.
상기 수직 프레싱 단계는, 상기 수직 프레싱 장치(120)에 의하여 이루어지는 단계로서, 요약하자면 복수 층 적층된 상기 전극조립체(500)를, 상기 전극층(510)이 상기 제1기준밀도보다 높은 제2기준밀도를 가지도록 적층 방향에 대해 수직 방향으로 프레싱하는 단계이다. 보다 풀어서 설명하자면, 먼저 복수 층 적층된 상기 전극조립체(500)를, 적층 방향으로 이격된 한 쌍의 안내판(121) 사이에 배치시키는 공정이 이루어진다. 다음으로 상기 안내판(121)을 따라 적층 방향에 대해 수직 방향으로 이동 가능한 한 쌍의 누름판(122)을 이동시켜, 상기 전극층(510)이 상기 제1기준밀도보다 높은 제2기준밀도를 가지도록 적층 방향에 대해 수직 방향으로 프레싱하는 공정이 이루어진다.
이와 같은 수직 프레싱 단계를 거치면서, 상기 전극조립체(500)는 전체적으로 길이가 압축된다. 도 4(A)는 수평 프레싱 단계 이후의 상기 전극조립체(500)를 도시하며, 도 4(B)는 수직 프레싱 단계 이후의 상기 전극조립체(500)를 도시하고 있다. 수직 프레싱 단계를 거치는 동안 상기 전극조립체(500)는 두께 방향으로의 규격이 변화할 수 없도록 상기 안내판(121)에 의해 고정되어 있으므로, 결과적으로 (도 4(B) 하측 도면에 도시된 바와 같이) 상기 전극조립체(500)를 구성하는 물질의 밀도가 높아지게 된다. 즉 상기 전극층(510)이 수평 프레싱 단계를 거치면서 제1기준밀도를 가졌다면, 상기 전극층(510)은 수직 프레싱 단계를 거치면서 당연히 제1기준밀도보다 높은 밀도를 가지게 된다. 즉 원하는 목표밀도인 제2기준밀도에 도달할 때까지 수직 프레싱 단계를 수행함으로써, 고밀도 전극을 제작할 수 있게 된다.
여기에서, 제1기준밀도-제2기준밀도 간 차이가 너무 클 경우 과도한 부하가 가해질 우려가 있으며, 반대로 제1기준밀도-제2기준밀도 간 차이가 너무 작을 경우 수직 프레싱 공정을 더 수행하는 의미가 없을뿐더러 원하는 만큼의 고밀도 전극을 제작하기 어렵다. 이러한 여러 사항을 고려하여, (제2기준밀도 - 제1기준밀도)/제1기준밀도 ㅧ 100 = 목표밀도비(%)라 할 때, 상기 목표밀도비는 10 ~ 15% 범위 내의 값이 되도록 하는 것이 바람직하다. 예시적으로, 제1기준밀도는 3.5g/cm3이 되도록 하고, 제2기준밀도는 4g/cm3이 되도록 할 수 있으며, 이 경우 목표밀도비는 12.5%가 된다.
앞서 설명한 바와 같이, 수평 프레싱 단계에서는 기존에 최적화된 공정 조건을 이용하므로 전극층-분리막 간 탈리, 깨짐 등의 문제가 발생하지 않으며, 물론 이에 따라 전극층-분리막 간 접착력도 훨씬 우수해진다. 또한 수직 프레싱 단계에서는 수평 방향이 아닌 수직 방향으로 압력을 가하기 때문에, 설령 공정 이후 스프링 백 현상이 발생하더라도, 스프링 백 현상은 상기 전극조립체(500)의 두께 방향('수평 방향')이 아닌 연장 방향('수직 방향')으로 발생하게 된다. 배터리는 상기 전극조립체(500)들이 두께 방향으로 적층되어 만들어지는데, 이처럼 본 발명에 의하면 스프링 백 현상이 두께 방향으로 발생하지 않음으로써, 궁극적으로는 배터리 두께가 두꺼워지는 문제를 원천적으로 방지할 수 있게 된다.
도 5는 수직 프레싱부의 부가 구성을 도시한 것으로, 도 5에는 상기 수직 프레싱 단계가 보다 원활하게 이루어질 수 있는 공정 조건을 만들어주기 위한 여러 구성들이 개략적으로 도시되어 있다.
먼저 상기 수직 프레싱 단계는, 진공 환경에서 이루어지는 것이 바람직하다. 이를 위하여 구비되는 진공부(123)는, 도 5에 도시된 바와 같이 상기 수직 프레싱부(120)를 수용하는 진공챔버(123a) 및 상기 진공챔버(123a) 내부를 진공화시키는 진공펌프(123b)를 포함할 수 있다.
또한 상기 수직 프레싱 단계는, 45 ~ 60℃ 범위 내의 온도 환경에서 이루어지는 것이 바람직하다. 이를 위하여 구비되는 가열부(124)는, 도 5에 도시된 바와 같이 상기 수직 프레싱부(120) 주변에 구비되어 열을 공급하도록 이루어진다.
이처럼 상기 수직 프레싱 단계는, 진공 환경 및 고온 환경에서 천천히 이루어지도록 하는 것이 바람직하다. 구체적으로는, 상기 수직 프레싱 단계는 12 ~ 24시간 범위 내의 공정 시간 동안 이루어지는 것이 바람직하다.
이와 같은 공정 조건으로 상기 수직 프레싱 단계를 수행함으로써, 상기 전극조립체(500)에 과도한 부하가 걸리지 않으면서 안정적으로 상기 전극층(510)을 고밀도화시킬 수 있다.
본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다.
100: 전극조립체 제작 장치
110: 수평 프레싱부 111: 진행롤러
112: 코팅부 113: 압착롤러
120: 수직 프레싱부 121: 안내판
122: 누름판 123: 진공부
123a: 진공챔버 123b: 진공펌프
124: 가열부
500: 전극조립체
510: 전극층 520: 분리막

Claims (10)

  1. 일면 또는 양면에 음극활물질 또는 양극활물질로 된 전극층이 코팅된 분리막을, 상기 전극층이 제1기준밀도를 가지도록 상하 방향으로 프레싱하는 수평 프레싱 단계;
    상기 전극층이 일면 또는 양면에 부착된 상기 분리막으로 이루어지는 전극조립체를 기설정된 규격에 따라 절단하여 적층하는 절단 및 적층 단계;
    복수 층 적층된 상기 전극조립체를, 상기 전극층이 상기 제1기준밀도보다 높은 제2기준밀도를 가지도록 적층 방향에 대해 수직 방향으로 프레싱하는 수직 프레싱 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 전극조립체 제작 방법.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 수평 프레싱 단계는,
    상기 분리막의 일면 또는 양면에 상기 음극활물질 또는 상기 양극활물질을 코팅하여 상기 전극층을 형성하는 단계;
    한 쌍의 상기 전극층이 일면 또는 양면에 코팅된 상기 분리막을, 상하 방향으로 이격된 한 쌍의 롤러 사이로 통과시켜, 상기 분리막에 상기 전극층을 부착시킴과 동시에 상기 전극층이 상기 제1기준밀도를 가지도록 상하 방향으로 프레싱하는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 전극조립체 제작 방법.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 수직 프레싱 단계는,
    복수 층 적층된 상기 전극조립체를, 적층 방향으로 이격된 한 쌍의 안내판 사이에 배치시키는 단계;
    상기 안내판을 따라 적층 방향에 대해 수직 방향으로 이동 가능한 한 쌍의 누름판을 이동시켜, 상기 전극층이 상기 제1기준밀도보다 높은 제2기준밀도를 가지도록 적층 방향에 대해 수직 방향으로 프레싱하는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 전극조립체 제작 방법.
  4. 제 3항에 있어서, 상기 수직 프레싱 단계는,
    진공 환경에서 이루어지는 것을 특징으로 하는 전극조립체 제작 방법.
  5. 제 3항에 있어서, 상기 수직 프레싱 단계는,
    45 ~ 60℃ 범위 내의 온도 환경에서 이루어지는 것을 특징으로 하는 전극조립체 제작 방법.
  6. 제 3항에 있어서, 상기 수직 프레싱 단계는,
    12 ~ 24시간 범위 내의 공정 시간 동안 이루어지는 것을 특징으로 하는 전극조립체 제작 방법.
  7. 제 1항에 있어서, 상기 전극조립체 제작 방법은,
    (제2기준밀도 - 제1기준밀도)/제1기준밀도 ㅧ 100 = 목표밀도비(%)라 할 때,
    상기 목표밀도비는 10 ~ 15% 범위 내의 값인 것을 특징으로 하는 전극조립체 제작 방법.
  8. 필름 형태의 분리막을 진행시키는 적어도 하나의 진행롤러, 상기 분리막의 일면 또는 양면에 음극활물질 또는 양극활물질을 코팅하여 전극층을 형성시키는 코팅부, 상하 방향으로 이격되어 그 사이로 상기 전극층이 일면 또는 양면에 코팅된 상기 분리막을 통과시켜 상하 방향으로 프레싱하는 한 쌍의 압착롤러를 포함하는 수평 프레싱부;
    상기 전극층이 일면 또는 양면에 부착된 상기 분리막으로 이루어지는 전극조립체를 기설정된 규격에 따라 절단하는 절단부;
    절단된 상기 전극조립체를 복수 층 적층하는 적층부;
    복수 층 적층된 상기 전극조립체를 수용하되, 적층 방향으로 이격된 한 쌍의 안내판 및 상기 안내판을 따라 적층 방향에 대해 수직 방향으로 이동 가능한 한 쌍의 누름판을 포함하는 수직 프레싱부;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 전극조립체 제작 장치.
  9. 제 8항에 있어서, 상기 수직 프레싱부는,
    상기 수직 프레싱부를 수용하는 진공챔버 및 상기 진공챔버 내부를 진공화시키는 진공펌프를 포함하는 진공부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전극조립체 제작 장치.
  10. 제 8항에 있어서, 상기 수직 프레싱부는,
    상기 수직 프레싱부 주변에 구비되어 열을 공급하는 가열부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전극조립체 제작 장치.
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