KR20200056191A - 전극조립체의 제조방법 및 제조장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 전극조립체의 전극조립체의 제조방법은, 권출기로부터 계속적으로 공급가능한 폴딩분리막의 끝단 상면에 제1전극단위체를 안착시키는 단계; 상기 제1전극단위체가 뒤집어지고 폴딩분리막이 최상층에 놓이도록 폴딩장치를 통해 상기 제1전극단위체를 회전시키는 단계; 상기 제1전극단위체의 상측으로 폴딩분리막의 상면에 제2전극단위체를 안착시키는 단계; 및 폴딩분리막이 최상층에 놓이게 상기 제1전극단위체와 제2전극단위체가 뒤집어지도록 폴딩장치를 통해 회전시키는 단계;를 포함하고, 상기 제1전극단위체와 제2전극단위체가 미리 정해진 층까지 순차적으로 적층되도록 상기 제1전극단위체와 제2전극단위체 각각의 안착과 회전이 반복되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 전극조립체의 제조장치는, 폴딩분리막을 권출하는 권출기; 및 상기 폴딩분리막의 끝단에 제1전극단위체와 제2전극단위체 중 하나가 올려지면 상기 폴딩분리막과 함께 뒤집는 폴딩장치;를 포함하며, 상기 권출기는 폴딩분리막은 권출 및 권취하는 양방향으로 회전가능하며, 권출되는 폴딩분리막이 미리 정해진 범위 내에서 적절한 장력을 유지한 상태로 공급되도록 상기 폴딩분리막의 감김과 풀림이 조절되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 전극조립체의 제조장치는, 폴딩분리막을 권출하는 권출기; 및 상기 폴딩분리막의 끝단에 제1전극단위체와 제2전극단위체 중 하나가 올려지면 상기 폴딩분리막과 함께 뒤집는 폴딩장치;를 포함하며, 상기 권출기는 폴딩분리막은 권출 및 권취하는 양방향으로 회전가능하며, 권출되는 폴딩분리막이 미리 정해진 범위 내에서 적절한 장력을 유지한 상태로 공급되도록 상기 폴딩분리막의 감김과 풀림이 조절되는 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 전극조립체의 제조방법 및 제조장치에 관한 것으로써, 보다 상세하게는 종래의 스택앤폴딩형 방식보다 공정 수가 단축되어 생산효율이 증대될 수 있는 전극조립체의 제조방법 및 그 제조장치에 관한 것이다.
전기 에너지를 저장하는 전지는 일반적으로 일차 전지와 이차 전지로 구분될 수 있다. 일차 전지는 일회용 소모성 전지인 반면에, 이차 전지는 전류와 물질 사이의 산화 및 환원 과정이 반복 가능한 소재를 사용하여 제조되는 충전식 전지이다. 즉, 전류에 의해 소재에 대한 환원 반응이 수행되면 전원이 충전되고, 소재에 대한 산화 반응이 수행되면 전원이 방전되는데, 이와 같은 충전-방전이 반복적으로 수행되면서 전기가 생성된다.
여러 종류의 이차전지 중, 리튬 이차 전지는 일반적으로 양극(Cathode), 분리막(Separator) 및 음극(Anode)이 적층된 전극조립체가 케이스에 장착되어 제조되며, 리튬 이온이 양극의 리튬 금속 산화물로부터 음극으로 삽입(Intercalation) 및 탈리(Deintercalation)되는 과정이 반복되면서, 리튬 이차 전지의 충방전이 진행된다.
한편, 상기 전극조립체를 제조하는 방식으로써, 상기 음극과 양극 사이에 분리막을 적층한 후 감아서 제조하는 권취형, 요구되는 폭과 길이를 갖도록 재단하여 음극과 양극을 절단한 후, 상기 음극, 분리막, 양극이 반복되도록 적층하여 제조하는 적층형 및 폴딩분리막 위에 단위셀들을 나란히 올려놓은 후 일측부터 폴딩하여 제조하는 스택앤폴딩형 등이 공지된 바 있다.
이 중, 상기 스택앤폴딩형은 권취형과 적층형의 혼합된 형태를 갖는다. 즉, 스택앤폴딩 공정에 의해 제조되는 모습이 도시된 도 1 을 참조하면, 복수 개의 단위셀들(2a, 2c)이 폴딩분리막(1)의 길이방향을 따라 그 위에 놓여진 후, 일측에서부터 타측으로 순서대로 폴딩되어 적층되는 구조를 갖는다.
이때, 적층된 전극조립체가 음극과 양극이 순서대로 반복적층이 이뤄지도록 적층되는 위치에 따라 상기 단위셀(2a, 2c)은 양극(3)/분리막(5)/음극(4)/분리막(5)/양극(3)으로 이뤄진 A타입 바이셀(2a)과 음극(4)/분리막(5)/양극(3)/분리막(5)/음극(4)으로 이뤄진 C타입 바이셀(2c)이 적절한 순서로 배치되게 구성된다. 그리고, 폴딩분리막(1)의 끝부분에는 테이프(6)가 접착되어 고정이 이뤄진다.
그러나, 이와 같은 구조는 매우 긴 공정이 요구된다. 즉, 폴딩분리막(1)을 펼쳐 놓을 수 있는 공간이 요구되며, 단위셀들을 일정하게 정렬시키기 위한 공정이 추가되어 공정 갯수가 늘어나는 문제가 있다.
따라서, 본 발명은 종래의 스택앤폴딩 공정의 문제점을 해소할 수 있는 전극조립체의 제조방법 및 제조장치를 제공하는 것에 주목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제조방법은, 권출기로부터 계속적으로 공급가능한 폴딩분리막의 끝단 상면에 제1전극단위체를 안착시키는 단계; 상기 제1전극단위체가 뒤집어지고 폴딩분리막이 최상층에 놓이도록 폴딩장치를 통해 상기 제1전극단위체를 회전시키는 단계; 상기 제1전극단위체의 상측으로 폴딩분리막의 상면에 제2전극단위체를 안착시키는 단계; 및 폴딩분리막이 최상층에 놓이게 상기 제1전극단위체와 제2전극단위체가 뒤집어지도록 폴딩장치를 통해 회전시키는 단계;를 포함하고, 상기 제1전극단위체와 제2전극단위체가 미리 정해진 층까지 순차적으로 적층되도록 상기 제1전극단위체와 제2전극단위체 각각의 안착과 회전이 반복되는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 제1전극단위체는 하나의 양극이고, 상기 제2전극단위체는 하나의 음극으로 구성될 수 있다. 또는, 상기 제1전극단위체와 제2전극단위체는 양극, 분리막, 음극이 적층되어 구성되며 양측 최외각층에 동일한 극을 갖는 전극이 적층되되, 상기 제1전극단위체는 양측 최외각층에 양극이 배치된 단위셀이며 상기 제2전극단위체는 양측 최외각층에 음극이 배치된 단위셀로 구성될 수 있다. 또는, 상기 제1전극단위체와 제2전극단위체는 양극, 분리막, 음극이 적층되어 구성되며 양측 최외각층에는 서로 다른 극을 갖는 전극이 적층되되, 상기 제1전극단위체는 최상층에 양극이 배치되고 최하층에 음극이 배치된 단위셀이며 상기 제2전극단위체는 최상층에 음극이 배치되고 최하층에 양극이 배치된 단위셀로 구성될 수도 있다.
아울러, 본 발명의 제조방법에서는 안착된 상기 제1전극단위체 및 상기 제2전극단위체가 폴딩분리막에 접착되는 단계를 더 포함한다.
상기 폴딩분리막에 접착력을 부여하는 것은, 폴딩분리막 표면의 친수성 관능기가 증대되어 접착력이 활성화되도록 상기 폴딩분리막에 코로나 방전을 가하여 접착력을 생성시킬 수 있다. 이때, 상기 코로나 방전은 상온 및 상압 조건 하에서 방전에 의해 플라즈마를 형성하고 상기 플라즈마를 폴딩분리막의 표면 분자와 반응하게 하는 플라즈마 개질기에 의해 이뤄진다.
또는, 안착된 제1전극단위체 또는 제2전극단위체의 표면에 접착성을 갖는 바인더가 도포되거나, 접착성을 갖는 바인더가 폴딩분리막 표면에 도포되어 접착력이 부여될 수 있다.
아울러, 전극과 폴딩분리막을 열압착시키는 열압착기를 통한 접착도 가능하다. 즉, 상기 폴딩분리막 위에 상기 제1전극단위체 또는 제2전극단위체가 안착되면, 상기 폴딩분리막에 열압착이 이루어지도록 열과 압력을 가하여 접착이 이뤄질 수 있다.
그리고, 본 발명에서는 상기 폴딩분리막을 권출하는 권출기는 폴딩분리막을 권취하도록 반대방향으로 회전가능하며, 권출되는 폴딩분리막이 미리 정해진 범위 내에서 적절한 장력을 유지한 상태로 공급되도록 상기 폴딩분리막의 감김과 풀림이 조절된다. 이때, 상기 권출기의 작동은 상기 폴딩분리막의 장력을 검출하는 텐션센서(Tension Sensor)에서 모니터링되는 장력의 크기에 따라 상기 폴딩분리막의 감김과 풀림이 조절된다.
아울러, 본 발명에서는 마지막의 제1전극단위체 또는 제2전극단위체가 안착된 후, 상기 폴딩분리막은 여유분을 두고 절단되며, 상기 여유분은 열과 압력이 가해져 상기 폴딩분리막, 제1전극단위체 또는 제2전극단위체의 어느 한 곳 표면에 부착된다.
따라서, 본 발명의 제조방법은, 제1전극단위체와 제2전극단위체가 순차적으로 반복적층되는 전극조립체로써, 상기 제1전극단위체와 제2전극단위체가 순차적으로 반복적층된 사이에 배치되되, 상기 제1전극단위체들과 제2전극단위체들이 적층된 층의 중앙에서부터 시작하여 방사형으로 확장되는 나선형으로 감긴 구조를 갖는 폴딩분리막;을 포함하고, 상기 제1전극단위체 및 제2전극단위체가 폴딩분리막과 접촉되는 부분은 접착이 이뤄지고, 마지막의 제1전극단위체 또는 제2전극단위체가 안착된 후, 상기 폴딩분리막은 여유분을 두고 절단되며, 상기 여유분은 열과 압력이 가해져 상기 폴딩분리막, 제1전극단위체 또는 제2전극단위체의 어느 한 곳 표면에 부착된 전극조립체를 제공할 수 있다.
아울러, 본 발명에 따른 전극조립체의 제조장치는, 폴딩분리막을 권출하는 권출기; 및 상기 폴딩분리막의 끝단에 제1전극단위체와 제2전극단위체 중 하나가 올려지면 상기 폴딩분리막과 함께 뒤집는 폴딩장치;를 포함하며, 상기 권출기는 폴딩분리막은 권출 및 권취하는 양방향으로 회전가능하며, 권출되는 폴딩분리막이 미리 정해진 범위 내에서 적절한 장력을 유지한 상태로 공급되도록 상기 폴딩분리막의 감김과 풀림이 조절되는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 제조장치는, 상기 권출기 또는 폴딩장치 중 어느 하나 이상에 장착되어 상기 폴딩분리막의 장력을 검출하는 텐션센서;를 포함하고, 상기 텐션센서에서 모니터링되는 장력의 크기에 따라 상기 폴딩분리막의 감김과 풀림이 조절될 수 있다.
또한, 상기 제조장치는 상기 폴딩분리막에 제1전극단위체와 제2전극단위체 중 하나가 올려졌을 때, 상기 폴딩분리막과 접착이 이뤄지도록 접착력을 생성하는 접착장치를 더 포함한다.
전술한 바와 같은 구성을 갖는 본 발명의 제조방법은 종래의 스택앤폴딩 공정에서 폴딩분리막을 길게 늘어놓은 단계가 삭제되고, 단위셀들의 오정렬에 의한 불량을 방지할 수 있으므로 생산효율을 향상시킬 수 있고 불량율을 낮출 수 있는 효과를 갖는다.
이때, 상기 제1전극단위체와 제2전극단위체는 개별 전극 또는 (양극, 분리막, 음극이 미리 적층된) 단위셀로 구성되므로 설계요건에 따라서 여러가지 형태의 제품 제조가 가능하다.
그리고, 안착된 상기 제1전극단위체 및 상기 제2전극단위체가 폴딩분리막에 접착되는 단계를 더 포함하므로, 폴딩분리막의 폴딩 시 제1전극단위체와 제2전극단위체의 흔들림 및 폴딩분리막의 주름 발생을 억제할 수 있다.
이때, 본 발명에서는 접착성을 갖는 바인더를 도포하여 접착시킬 수도 있으나, 폴딩분리막 표면의 친수성 관능기가 증대되어 접착력이 활성화되도록 상기 폴딩분리막에 코로나 방전을 가하여 접착력을 생성시킬 수 있다. 상기 코로나 방전은 폴딩분리막과 전극단위체들에 비접촉 상태로 이뤄질 수 있으므로 폴딩분리막의 오염 및 불량 발생 등을 억제할 수 있다.
그리고, 폴딩분리막을 권출하는 권출기는 폴딩분리막을 권취하도록 반대방향으로 회전가능하여 상기 폴딩분리막은 공급되는 동안 적절한 장력을 유지할 수 있다.
도 1 은 종래의 스택앤폴딩 공정으로 전극조립체가 제조된 모습이 도시된 도면으로써 폴딩분리막이 펼쳐진 상태에서 그 위로 바이셀들이 하나씩 놓이고(위의 그림) 일측에서부터 폴딩이 이뤄져서 적층된 모습(아래의 그림)이 도시된 도면.
도 2 는 본 발명의 제조방법에 따라 제1전극단위체와 제2전극단위체의 적층이 이뤄지는 모습들이 순서대로 도시된 도면.
도 3 은 도 2 에 도시된 바와 같이 본 발명의 제조방법에 따라 제1전극단위체와 제2전극단위체의 적층이 이뤄지되, 플라즈마 개질기에 의해 폴딩분리막의 표면이 활성화되는 모습이 추가적으로 도시된 도면.
도 4 는 도 2 에 도시된 바와 같이 본 발명의 제조방법에 따라 제1전극단위체와 제2전극단위체의 적층이 이뤄지되, 폴딩분리막의 표면에 바인더가 도포되는 모습이 추가적으로 도시된 도면.
도 5 는 본 발명의 제조방법으로 제조된 전극조립체의 단면도.
도 6 은 본 발명에 따른 제조방법의 순서도.
도 2 는 본 발명의 제조방법에 따라 제1전극단위체와 제2전극단위체의 적층이 이뤄지는 모습들이 순서대로 도시된 도면.
도 3 은 도 2 에 도시된 바와 같이 본 발명의 제조방법에 따라 제1전극단위체와 제2전극단위체의 적층이 이뤄지되, 플라즈마 개질기에 의해 폴딩분리막의 표면이 활성화되는 모습이 추가적으로 도시된 도면.
도 4 는 도 2 에 도시된 바와 같이 본 발명의 제조방법에 따라 제1전극단위체와 제2전극단위체의 적층이 이뤄지되, 폴딩분리막의 표면에 바인더가 도포되는 모습이 추가적으로 도시된 도면.
도 5 는 본 발명의 제조방법으로 제조된 전극조립체의 단면도.
도 6 은 본 발명에 따른 제조방법의 순서도.
이하, 첨부된 도면에 의거하여 본 발명에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.
또한, 본 명세서 및 특허청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정하여 해석되어서는 안되며, 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.
본 발명은 전극조립체의 제조방법 및 제조장치에 관한 것으로써, 종래의 스택앤폴딩형 방식보다 공정 수가 단축되어 불량률 발생이 저하되고 생산성이 증대될 수 있는 전극조립체의 제조방법 및 제조장치를 제공하며, 이하 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들을 더욱 상세히 설명한다.
전극조립체의 제조장치
본 발명에서 제공되는 제조장치는 폴딩분리막(10)의 권출기(50), 상기 폴딩분리막(10)과 전극조립체들을 회전시키는 폴딩장치를 포함하며, 상기 폴딩분리막(10)의 장력을 검출하는 텐션센서(80)와 접착장치(60, 70)를 더 포함한다.
본 발명의 제조방법에 따라 제1전극단위체(30)와 제2전극단위체(40)의 적층이 이뤄지는 모습들이 도시된 도 2 와 플라즈마 개질기(60)가 추가 도시된 도 3 및 텐션센서(80)와 바인더 도포장치(70)가 추가도시된 도 4 를 참조하면, 본 발명의 제조장치에서 상기 권출기(50)는 모터(미도시)와 연결되어 일방향 또는 양방향으로 회전가능한 회전축을 포함하고, 상기 회전축에는 일정길이의 폴딩분리막(10)이 권취된다.
상기 권출기(50)는 전극단위체들(제1전극단위체와 제2전극단위체)과 폴딩분리막(10)의 회전에 따라 일정길이만큼씩 폴딩분리막(10)이 풀려나도록(공급되도록) 권출된다.
상기 폴딩장치는 전극단위체들(30, 40)과 폴딩분리막(10)을 잡을 수 있는(더 상세하게는 위아래에서 눌러서 고정시킬 수 있는) 그리퍼(gripper)(20)를 포함하고, 상기 그리퍼(20)는 모터 및 링크장치 등과 연결되어 회전 및 이동이 가능하게 구성된다.
상기 그리퍼(20)의 윗쪽과 아랫쪽 부분은 전극단위체들(30, 40)의 적층갯수가 증가되는 양만큼 벌어지는 간격이 증가할 수 있고, 회전이 이뤄진 후에 최상층에 전극단위체(30, 40)가 올려질 때 간섭이 발생하지 않도로 그립이 해제된 상태(그리퍼가 전극단위체들과 폴딩분리막을 잡지 않고 떨어진 상태)에서 일정거리만큼 후퇴 또는 이동가능하게 구성된다.
상기 그리퍼(20)는 최상층에 전극단위체(30, 40)가 올려지면 다시 원위치로 복귀하여 전극단위체들(30, 40)과 폴딩분리막(10)을 다시 잡은 후에(그립한 후에) 최상층에 폴딩분리막(10)이 위치하도록 회전시킨다.
그리고, 상기 제조장치는 폴딩분리막(10)에 제1전극단위체(30)와 제2전극단위체(30) 중 하나가 올려졌을 때, 상기 폴딩분리막(10)과 접착이 이뤄지도록 접착력을 생성하는 접착장치(60, 70)를 더 포함한다. 본 발명에서는 접착장치로써 플라즈마 개질기(60)와 바인더 도포장치(70)가 제공된다.
즉, 본 발명에서 상기 플라즈마 개질기(60)와 바인더 도포장치(70)는 그리퍼(20)가 후퇴한 위치에 있을 때 폴딩분리막(10)에서 적층이 이뤄지는 부분의 최상층으로 이동하여 코로나 방전을 가하거나 바인더를 도포한다.
도 3 에 도시된 상기 플라즈마 개질기(60)는 상온 및 상압 조건 하에서 방전에 의해 플라즈마를 형성하고 상기 플라즈마를 폴딩분리막(10)의 표면 분자와 반응하게 한다. 이에 따라 상기 폴딩분리막(10)의 표면은 친수성 관능기(hydrophilic functional group)가 증대됨으로써 접착력의 활성화가 이뤄진다. 표면의 친수성 관능기가 높아지면 분리막의 코팅층으로써 도포된 수계 바인더(water based binder)의 접착력이 향상됨으로써 전극단위체(30, 40)가 안착되었을 때 접착력이 향상될 수 있다. 또는, 플라즈마에 의해 발생한 열에 의해 분리막이 가열되어 접착력이 향상될 수도 있다. 이때, 상기 플라즈마 개질기(60)는 고전압 파워서플라이 및 플라즈마 챔버 등을 포함할 수 있다.
그리고, 바인더 도포장치(70)는 폴딩분리막(10)의 표면을 회전하며 활주함으로써 상기 바인더를 표면에 도포하는 롤러를 포함할 수 있다. 도 4 에 도시된 바와 같이, 상기 롤러는 일측에서 타측으로 활주하며 폴딩분리막(10) 표면에 바인더를 도포하도록 구성되되, 적층된 폴딩분리막(10)의 상면 전체에 바인더를 도포하거나 상기 그리퍼(20)의 그립이 이뤄지는 부분을 피할 수 있도록 부분적으로 도포하게 작동할 수 있다.
아울러, 본 발명의 제조장치는 상기 폴딩분리막(10)의 장력을 검출하는 텐션센서(80)가 추가장착될 수 있다. 공지된 여러 종류의 텐션센서가 장착될 수도 있을 것이나 본 발명에서는 상기 텐션센서(80)가 상기 권출기(50) 또는 폴딩장치 중 어느 하나 이상에 장착되어 폴딩분리막(10)에 가해지는 장력을 검출할 수 있게 구성된다. 상기 텐션센서(80)는 도 4 에만 도시되었으나 도 3 의 구성에서도 당연히 장착될 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 전극조립체의 제조장치는 미리 정해진 층까지 전극단위체들(30, 40)을 적층시켜 전극조립체를 제조할 수 있되, 권출기(50)가 양방향으로 회전가능하고 상기 텐션센서(80)에서 모니터링되는 장력의 크기에 따라 폴딩분리막(10)의 감김과 풀림이 조절될 수 있으므로 폴딩분리막(10)이 미리 정해진 범위 내에서 적절한 장력을 유지한 상태로 작동하여 (폴딩분리막의 주름 발생 등과 같은) 불량 발생을 최소화할 수 있다. 참고로, 도시되지는 않았으나, 미리 정해진 층까지 적층이 이뤄지면 상기 폴딩분리막(10)을 절단하는 절단장치 및 상기 폴딩분리막(10)의 절단된 끝단을 접착시키는 마감장치 등이 도시되지는 않았으나 추가될 수 있다.
전극조립체의 제조방법
본 발명의 제조방법은 폴딩분리막(10)의 끝단에서 제1전극단위체(30)와 제2전극단위체(40)가 교대로 적층되며 회전이 이뤄진다.
도 2 내지 4 및 본 발명에 따른 제조방법의 순서가 도시된 도 6 을 참조하면, 폴딩분리막(10)은 권출기(50)로부터 계속적으로 공급가능한 상태로서 복수 개의 가이드롤러들(미도시) 등을 통해 수평을 이루며 공급된다.
상기 폴딩분리막(10)의 이동이 정지된 상태에서 상기 폴딩분리막(10) 끝단의 상면에는 제1전극단위체(30)가 안착된다. 상기 제1전극단위체(30) 및 제2전극단위체(40)의 안착은 전극을 흡착 또는 파지한 후 이동시키는 공지의 장치가 사용될 수 있다.
상기 제1전극단위체(30)가 올려지면 그리퍼(20)가 진입하여 아랫쪽의 폴딩분리막(10)과 윗쪽의 제1전극단위체(30)를 붙잡은 상태에서 이동하지 않고 그 자리에서 폴딩분리막(10)이 최상층에 놓이도록 제1전극단위체(30)를 회전시킨다(뒤집는다). 이때, 회전된 길이만큼 폴딩분리막(10)은 권출기(50)로부터 권출된다.
폴딩분리막(10)이 다시 최상층에 놓인 상태에서 그리퍼(20)가 후퇴 또는 이동한 후에 그 위로 제2전극단위체(40)가 안착된다. 그리고 동일한 방식으로 그리퍼(20)가 진입하고 먼젓번 보다 (제2전극단위체의 두께와 폴딩분리막의 두께의 합만큼) 더 벌어진 상태에서 아랫쪽의 폴딩분리막(10)과 윗쪽의 제2전극단위체(40)를 붙잡고 다시 폴딩분리막(10)이 최상층에 놓이도록 적층된 제1전극단위체(30)와 제2단위체(40)를 회전시킨다. 이때도 회전된 길이만큼 폴딩분리막(10)은 권출기(50)에서 권출된다.
그리고, 최상층에 놓인 폴딩분리막(10) 위로 미리 정해진 순서에 따라 제1전극단위체(30) 또는 제2전극단위체(40)가 올려지고 동일한 과정이 반복되어 상기 제1전극단위체(30)와 제2전극단위체(40)가 미리 정해진 n층(n은 자연수)까지 순차적으로 적층된다. 즉, 상기 제1전극단위체(30)와 제2전극단위체(40) 각각의 안착과 회전이 반복된다.
본 발명에서 상기 제1전극단위체(30)와 제2전극단위체(40)는 하나의 양극 또는 음극으로 구성될 수도 있으며, 양극/분리막/음극 순서로 적층된 단위셀들일 수 있다.
예를들어, 상기 제1전극단위체(30)는 하나의 양극이고, 상기 제2전극단위체(40)는 하나의 음극으로 구성될 수 있다. 또는, 상기 제1전극단위체(30)와 제2전극단위체(40)는 양극, 분리막, 음극이 적층되어 구성되며 양측 최외각층에 동일한 극을 갖는 전극이 적층되되, 상기 제1전극단위체(30)는 양측 최외각층에 양극이 배치된 단위셀(위에 설명된 A타입 바이셀)이며 상기 제2전극단위체(40)는 양측 최외각층에 음극이 배치된 단위셀(위에 설명된 C타입 바이셀)로 구성될 수 있다. 또는, 상기 제1전극단위체(30)와 제2전극단위체(40)는 양극, 분리막, 음극이 적층되어 구성되며 양측 최외각층에는 서로 다른 극을 갖는 전극이 적층되되, 상기 제1전극단위체는 최상층에 양극이 배치되고 최하층에 음극이 배치된 단위셀이며 상기 제2전극단위체는 최상층에 음극이 배치되고 최하층에 양극이 배치된 단위셀로 구성될 수도 있을 것이다.
아울러, 본 발명의 제조방법에서는 제1전극단위체(30)와 제2전극단위체(40)가 안착된 후 회전하는 동안에 움직임을 방지할 수 있도록 상기 전극단위체들(30, 40)이 폴딩분리막에 접착되는 단계를 더 포함한다.
본 발명에서는 폴딩분리막(10)에 접착력이 부여되도록 코로나 방전을 가하는 구성과 바인더(binder)를 도포하는 구성을 제공한다. 도 3 에 도시된 바와 같이, 본 발명에서는 폴딩분리막(10)과의 직접적인 접촉없이 코로나 방전을 통해 접착력을 생성할 수 있다. 상기 코로나 방전은 폴딩분리막(10)이 최상층에 위치되도록 회전하고 그리퍼(20)가 후퇴한 상태에서 전극단위체(30, 40)가 올려지기 전에 수행될 수 있다.
본 발명에서 코로나 방전은 상온 및 상압 조건 하에서 방전에 의해 플라즈마를 형성하고 상기 플라즈마를 폴딩분리막의 표면 분자와 반응하게 하는 플라즈마 개질기(60)에 의해 이뤄진다. 코로나 방전이 가해진 폴딩분리막(10)은 표면의 친수성 관능기가 증대되어 접착력이 활성화되어 전극단위체들이 안착되면 접착이 이뤄질 수 있다.
또는, 도 4 에 도시된 바와 같이, 폴딩분리막(10)에 직접 바인더를 도포하는 구성도 가능하다. 즉, 상기 코로나 방전이 이뤄지는 순서와 같이, 폴딩분리막(10)이 최상층에 위치되도록 회전하고 그리퍼(20)가 후퇴한 상태에서 전극단위체(30, 40)가 올려지기 전에 도포장치(70)가 바인더를 최상층의 폴딩분리막 위에 도포할 수 있다. 상기 도포장치(70)는 바인더가 함침된 롤러가 폴딩분리막 위를 활주하는 동안 도포될 수 있되, 바인더의 종류에 따라서 롤러를 대신해 액체 상태의 바인더를 분사하는 노즐이 될 수도 있다.
아울러, 본 발명에서는 전극과 폴딩분리막(10)을 열압착시키는 열압착기를 통한 접착도 가능하다. 즉, 상기 폴딩분리막(10) 위에 상기 제1전극단위체(30) 또는 제2전극단위체(40)가 안착되면, 폴딩분리막(10)이 회전하기 전에 열압착기가 하강하여 안착된 제1전극단위체(30) 또는 제2전극단위체(40)와 상기 폴딩분리막(10)의 열압착이 이루어지도록 열과 압력을 가할 수 있다. 상기 열압착기는 전극과 분리막의 접착을 위해 평판 형태로 압력을 가하는 장치가 사용될 수 있으며, 열과 압력에 의해 접착이 이뤄질 수 있도록 폴딩분리막(10) 또는 전극단위체(30, 40)의 활물질에는 열접착성 물질이 첨가될 수도 있을 것이다.
평판 형태로 압력을 인가하는 경우 원형 롤(롤러)을 사용할 때 발생하는 전극 사이드(side) 구조 붕괴를 원천적으로 방지할 수 있다.
본 발명에서 코로나 방전이 가해진 폴딩분리막(10)은 표면의 친수성 관능기가 증대되어 접착력이 활성화되어 전극단위체들이 안착되면 접착이 이뤄질 수 있다. 특히, 본 발명의 코로나 방전은 폴딩분리막과 비접촉으로 이뤄지는 방식으로써, (롤러 또는 열압착기를 사용하는 방법과 비교하여) 제1전극단위체(30) 또는 제2전극단위체(40)에 가해지는 물리적 접촉이 없으므로 상기 제1전극단위체(30) 또는 제2전극단위체(40)의 밀림, 파손, 붕괴 등을 원천적으로 방지할 수 있다.
그리고, 본 발명의 권출기(50)는 양방향 회전이 가능하며, 상기 권출기(50) 및 폴딩장치 중 어느 한 곳 이상에는 폴딩분리막(10)의 장력을 측정하는 텐션센서(80)가 장착되므로, 상기 텐션센서(80)에서 모니터링되는 데이터를 근거로 권출기(50)의 회전을 조절하여 폴딩이 이뤄지는 동안 상기 폴딩분리막(10)의 적절한 장력을 유지하는 것이 가능하다.
상기 폴딩분리막(10)의 장력 제어는 도 6 에 도시된 바와 같이 폴딩이 이뤄지는 모든 과정에서 이뤄지며 폴딩이 완료된 후 폴딩분리막(10)이 절단되면 종료되되, 다음번 폴딩공정이 시작되면 다시 시작된다.
위와 같은 방법으로 제조된 전극조립체의 모습이 도시된 도 5 를 참조하면, 마지막으로 제2전극단위체(40)가 적층된 후에, 상기 폴딩분리막(10)은 여유분을 두고 절단된다. 상기 여유분은 종래의 구조와 같이 테이프(6)가 부착되어 고정이 이뤄질 수 있으나(도 1 참조), 본 발명에서는 상기 여유분이 폴딩분리막(10)의 측면에 맞닿은 상태에서 열 및/또는 압력이 가해 접착이 이뤄진다.
위와 같은 방법으로 제조된 전극조립체는 상기 제1전극단위체(30)와 제2전극단위체(40)가 순차적으로 반복적층된 사이에 배치되되, 상기 제1전극단위체들(30)과 제2전극단위체들(40)이 적층된 층의 중앙에서부터 시작하여 방사형으로 확장되는 나선형으로 감긴 구조를 갖는 폴딩분리막(10)을 갖게 되며, 상기 제1전극단위체(30) 및 제2전극단위체(40)가 폴딩분리막(10)과 접촉되는 부분은 접착이 이뤄지고, 마지막의 제1전극단위체(30) 또는 제2전극단위체(40)가 안착된 후, 상기 폴딩분리막(10)은 여유분을 두고 절단되며, 상기 여유분은 열과 압력이 가해져 상기 폴딩분리막, 제1전극단위체 또는 제2전극단위체의 어느 한 곳 표면에 부착된 구성을 가질 수 있다.
전술한 바와 같은 구성을 갖는 본 발명의 제조방법은 종래의 스택앤폴딩 공정에서 폴딩분리막(10)을 길게 늘어놓은 단계가 삭제되고, 단위셀들의 오정렬에 의한 불량을 방지할 수 있으므로 생산효율을 향상시킬 수 있고 불량율을 낮출 수 있는 효과를 갖는다.
이때, 상기 제1전극단위체(30)와 제2전극단위체(40)는 개별 전극 또는 (양극, 분리막, 음극이 미리 적층된) 단위셀로 구성되므로 설계요건에 따라서 여러가지 형태의 제품 제조가 가능하다.
그리고, 안착된 상기 제1전극단위체(30) 및 상기 제2전극단위체(40)가 폴딩분리막에 접착되는 단계를 더 포함하므로, 폴딩분리막(10)의 폴딩 시 제1전극단위체(30)와 제2전극단위체(40)의 흔들림 및 폴딩분리막(10)의 주름 발생을 억제할 수 있다.
이때, 본 발명에서는 접착성을 갖는 바인더를 도포하여 접착시킬 수도 있으나, 폴딩분리막 표면의 친수성 관능기가 증대되어 접착력이 활성화되도록 상기 폴딩분리막에 코로나 방전을 가하여 접착력을 생성시킬 수 있다. 상기 코로나 방전은 폴딩분리막(10)과 전극단위체들에 비접촉 상태로 이뤄질 수 있으므로 폴딩분리막(10)의 오염 및 불량 발생 등을 억제할 수 있다.
그리고, 폴딩분리막을 권출하는 권출기(50)는 폴딩분리막(10)을 권취하도록 반대방향으로 회전가능하여 상기 폴딩분리막은 공급되는 동안 적절한 장력을 유지할 수 있다.
이상에서 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 실시가 가능하다.
10 : 폴딩분리막
20 : 그리퍼
30 : 제1전극단위체
40 : 제2전극단위체
50 : 권출기
60 : 플라즈마 개질기
70 : 바인더 도포장치
80 : 텐션센서
20 : 그리퍼
30 : 제1전극단위체
40 : 제2전극단위체
50 : 권출기
60 : 플라즈마 개질기
70 : 바인더 도포장치
80 : 텐션센서
Claims (16)
- 권출기로부터 계속적으로 공급가능한 폴딩분리막의 끝단 상면에 제1전극단위체를 안착시키는 단계;
상기 제1전극단위체가 뒤집어지고 폴딩분리막이 최상층에 놓이도록 폴딩장치를 통해 상기 제1전극단위체를 회전시키는 단계;
상기 제1전극단위체의 상측으로 폴딩분리막의 상면에 제2전극단위체를 안착시키는 단계; 및
폴딩분리막이 최상층에 놓이게 상기 제1전극단위체와 제2전극단위체가 뒤집어지도록 폴딩장치를 통해 회전시키는 단계;를 포함하고,
상기 제1전극단위체와 제2전극단위체가 미리 정해진 층까지 순차적으로 적층되도록 상기 제1전극단위체와 제2전극단위체 각각의 안착과 회전이 반복되는 것을 특징으로 하는 전극조립체의 제조방법.
- 제 1 항에 있어서,
상기 제1전극단위체는 하나의 양극이고, 상기 제2전극단위체는 하나의 음극인 것을 특징으로 하는 전극조립체의 제조방법.
- 제 1 항에 있어서,
상기 제1전극단위체와 제2전극단위체는 양극, 분리막, 음극이 적층되어 구성되며 양측 최외각층에 동일한 극을 갖는 전극이 적층되되, 상기 제1전극단위체는 양측 최외각층에 양극이 배치된 단위셀이며 상기 제2전극단위체는 양측 최외각층에 음극이 배치된 단위셀인 것을 특징으로 하는 전극조립체의 제조방법.
- 제 1 항에 있어서,
상기 제1전극단위체와 제2전극단위체는 양극, 분리막, 음극이 적층되어 구성되며 양측 최외각층에는 서로 다른 극을 갖는 전극이 적층되되, 상기 제1전극단위체는 최상층에 양극이 배치되고 최하층에 음극이 배치된 단위셀이며 상기 제2전극단위체는 최상층에 음극이 배치되고 최하층에 양극이 배치된 단위셀인 것을 특징으로 하는 전극조립체의 제조방법.
- 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
안착된 상기 제1전극단위체 및 상기 제2전극단위체가 폴딩분리막에 접착되는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전극조립체의 제조방법.
- 제 5 항에 있어서,
폴딩분리막 표면의 친수성 관능기가 증대되어 접착력이 활성화되도록 상기 폴딩분리막에 코로나 방전을 가하여 접착력을 생성시키는 것을 특징으로 하는 전극조립체의 제조방법.
- 제 6 항에 있어서,
상기 코로나 방전은, 상온 및 상압 조건 하에서 방전에 의해 플라즈마를 형성하고 상기 플라즈마를 폴딩분리막의 표면 분자와 반응하게 하는 플라즈마 개질기에 의해 이뤄지는 것을 특징으로 하는 전극조립체의 제조방법.
- 제 5 항에 있어서,
안착된 제1전극단위체 또는 제2전극단위체의 표면에 접착성을 갖는 바인더가 도포되거나,
접착성을 갖는 바인더가 폴딩분리막 표면에 도포되는 것을 특징으로 하는 전극조립체의 제조방법.
- 제 5 항에 있어서,
상기 폴딩분리막 위에 상기 제1전극단위체 또는 제2전극단위체가 안착되면, 상기 폴딩분리막에 열압착이 이루어지도록 열과 압력을 가하여 접착시키는 것을 특징으로 하는 전극조립체의 제조방법.
- 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 폴딩분리막을 권출하는 권출기는 폴딩분리막을 권취하도록 반대방향으로 회전가능하며, 권출되는 폴딩분리막이 미리 정해진 범위 내에서 적절한 장력을 유지한 상태로 공급되도록 상기 폴딩분리막의 감김과 풀림이 조절되는 것을 특징으로 하는 전극조립체의 제조방법.
- 제 10 항에 있어서,
상기 폴딩분리막의 장력을 검출하는 텐션센서(Tension Sensor)에서 모니터링되는 장력의 크기에 따라 상기 폴딩분리막의 감김과 풀림이 조절되는 것을 특징으로 하는 전극조립체의 제조방법.
- 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
마지막의 제1전극단위체 또는 제2전극단위체가 안착된 후, 상기 폴딩분리막은 여유분을 두고 절단되며, 상기 여유분은 열과 압력이 가해져 상기 폴딩분리막, 제1전극단위체 또는 제2전극단위체의 어느 한 곳 표면에 부착되는 것을 특징으로 하는 전극조립체의 제조방법.
- 폴딩분리막을 권출하는 권출기; 및
상기 폴딩분리막의 끝단에 제1전극단위체와 제2전극단위체 중 하나가 올려지면 상기 폴딩분리막과 함께 뒤집는 폴딩장치;를 포함하며,
상기 권출기는 폴딩분리막은 권출 및 권취하는 양방향으로 회전가능하며, 권출되는 폴딩분리막이 미리 정해진 범위 내에서 적절한 장력을 유지한 상태로 공급되도록 상기 폴딩분리막의 감김과 풀림이 조절되는 것을 특징으로 하는 전극조립체의 제조장치.
- 제 13 항에 있어서,
상기 권출기 또는 폴딩장치 중 어느 하나 이상에 장착되어 상기 폴딩분리막의 장력을 검출하는 텐션센서;를 포함하고,
상기 텐션센서에서 모니터링되는 장력의 크기에 따라 상기 폴딩분리막의 감김과 풀림이 조절되는 것을 특징으로 하는 전극조립체의 제조장치.
- 제 13 항에 있어서,
상기 폴딩분리막에 제1전극단위체와 제2전극단위체 중 하나가 올려졌을 때, 상기 폴딩분리막과 접착이 이뤄지도록 접착력을 생성하는 접착장치;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전극조립체의 제조장치.
- 제1전극단위체와 제2전극단위체가 순차적으로 반복적층되는 전극조립체에 있어서,
상기 제1전극단위체와 제2전극단위체가 순차적으로 반복적층된 사이에 배치되되, 상기 제1전극단위체들과 제2전극단위체들이 적층된 층의 중앙에서부터 시작하여 방사형으로 확장되는 나선형으로 감긴 구조를 갖는 폴딩분리막;을 포함하고,
상기 제1전극단위체 및 제2전극단위체가 폴딩분리막과 접촉되는 부분은 접착이 이뤄지고,
마지막의 제1전극단위체 또는 제2전극단위체가 안착된 후, 상기 폴딩분리막은 여유분을 두고 절단되며, 상기 여유분은 열과 압력이 가해져 상기 폴딩분리막, 제1전극단위체 또는 제2전극단위체의 어느 한 곳 표면에 부착된 것을 특징으로 하는 전극조립체.
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|---|---|---|---|
| KR1020180140199A KR20200056191A (ko) | 2018-11-14 | 2018-11-14 | 전극조립체의 제조방법 및 제조장치 |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2023161009A1 (de) * | 2022-02-24 | 2023-08-31 | Volkswagen Aktiengesellschaft | Verfahren zur herstellung eines elektroden-separator-verbunds |
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2018
- 2018-11-14 KR KR1020180140199A patent/KR20200056191A/ko not_active Application Discontinuation
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2023161009A1 (de) * | 2022-02-24 | 2023-08-31 | Volkswagen Aktiengesellschaft | Verfahren zur herstellung eines elektroden-separator-verbunds |
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