KR20200091233A - 이차 전지용 활물질 코팅 방법 및 코팅 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지용 활물질 코팅 방법은, 이차 전지의 전극 집전체에 활물질을 코팅하는 방법으로서, 상기 전극 집전체의 이동 방향을 기준으로 좌측 및 우측에 각각 가이드 부재를 배치하는 단계; 및 상기 2개의 가이드 부재 사이에서 상기 전극 집전체 상에 활물질을 코팅하는 단계를 포함한다.
Description
본 발명은 이차 전지용 활물질 코팅 방법 및 코팅 장치에 관한 것으로서, 보다 구체적으로 전극 집전체 양면 코팅 시 코팅 경계의 어긋남을 방지하는 이차 전지용 활물질 코팅 방법 및 코팅 장치에 관한 것이다.
이차 전지는 양극판, 음극판 및 분리막으로 이루어진 전극 조립체를 케이스에 삽입한 후 밀봉되어 형성될 수 있다. 양극판 또는 음극판(이하 "극판"이라 함)은 양극 도전 집전체 또는 음극 도전 집전체에 각각 활물질 슬러리를 일정한 두께로 코팅하고, 상기 양 도전 집전체 사이에는 분리막이 개재되도록 하여 젤리롤 또는 원통 형태로 다수회 권취하여 전극 조립체를 형성할 수 있다.
극판은 활물질 슬러리가 코팅된 활물질 코팅부와 코팅되지 않은 무지부로 형성될 수 있다. 상기 활물질 코팅부는 전극 집전체와 접착성이 증가되고, 활물질 용량 밀도가 증가되도록 압연 과정이 포함될 수 있다. 상기 압연된 극판은 건조 후 일정한 폭의 커터를 통과하여 소정의 크기로 절단되어 사용될 수 있다.
도 1은 종래의 전극 집전체를 도시한 도면이다. 도 2는 전극 집전체 양면 코팅 시 발생하는 코팅 불균형을 나타내는 도면이다.
도 1을 참고하면, 전극 집전체(10) 상에 활물질을 코팅하여 형성된 활물질층(20)이 위치하는 유지부(15)와 전극 집전체(10) 상에 활물질이 코팅되지 않은 무지부(16)를 형성한다. 그런데 활물질을 코팅하는 과정에서 표면 장력에 의해 코팅 로딩에 차이가 발생하여 활물질층(20)의 두께가 균일하지 않은 문제점이 있다. 다시 말해, 무지부(16)와 유지부(15)의 경계에 해당하는 활물질층(20)의 끝부분이 수직을 이루지 않고 물방울 형태로 이루게 되어 활물질층(20) 전체적으로 높이차가 발생할 수 있다. 이러한 높이차는 압연 과정에서 완화될 수 있으나, 다음에서 설명하는 전극 집전체의 양면 코팅 시 문제가 있다.
도 2를 참고하면, 전극 집전체(10)의 일면에 형성된 제1 활물질층(20a)과 다른 일면에 형성된 제2 활물질층(20b)은, 표면 장력으로 인해 압연이 일어날 때 코팅폭이 조금 변경될 수 있다. 이에 따라, 전극 집전체(10)의 한쪽 단부로부터 각 활물질층 사이의 거리에 갭(gap)을 형성할 수 있다. 이러한 갭은 이후 라미네이션 공정 과정에서 서로 다른 극성의 활물질이 서로 닿아 발화 위험을 증가시킬 수 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 전극 집전체 양면 코팅 시 발생할 수 있는 코팅 불균형을 방지하는 이차 전지용 활물질 코팅 방법 및 코팅 장치를 제공하기 위한 것이다.
그러나, 본 발명의 실시예들이 해결하고자 하는 과제는 상술한 과제에 한정되지 않고 본 발명에 포함된 기술적 사상의 범위에서 다양하게 확장될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지용 활물질 코팅 방법은, 이차 전지의 전극 집전체에 활물질을 코팅하는 방법으로서, 상기 전극 집전체의 이동 방향을 기준으로 좌측 및 우측에 각각 가이드 부재를 배치하는 단계, 및 상기 2개의 가이드 부재 사이에서 상기 전극 집전체 상에 활물질을 코팅하는 단계를 포함한다.
상기 전극 집전체의 이동 방향은, 제1 회전 방향으로 회전하는 제1 롤러에 의하여 직선 방향으로 이동할 수 있다.
상기 이차 전지용 활물질 코팅 방법은 상기 가이드 부재는 상기 제1 회전 방향과 반대 방향인 제2 회전 방향을 따라 회전하는 제2 롤러에 의하여 회전 이동하는 단계를 더 포함하고, 상기 제2 롤러는 상기 가이드 부재 양단에 각각 위치하는 롤러에 의해 상기 가이드 부재가 제자리에서 로테이션 하도록 할 수 있다.
상기 이차 전지용 활물질 코팅 방법은 상기 가이드 부재가 로테이션 하는 동안, 상기 가이드 부재에 배치된 세정기가 상기 가이드 부재의 잔여 활물질을 흡인하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 전극 집전체 및 상기 가이드 부재의 이동과, 상기 세정기의 흡인에 따라, 상기 활물질이 코팅되지 않은 영역에 상기 잔여 활물질이 제거된 상기 가이드 부재가 재배치될 수 있다.
상기 가이드 부재의 양 측면 중 상기 유지부와 경계를 형성하는 일측면은 상기 전극 집전체의 상부면에 수직할 수 있다.
앞에서 설명한 코팅 방법을 이용하여, 상기 전극 집전체의 일면을 상기 활물질로 코팅하고, 상기 전극 집전체의 다른 일면을 상기 전극 집전체의 일면을 상기 활물질로 코팅한 것과 동일한 방법으로 코팅할 수 있다.
상기 이차 전지용 활물질 코팅 방법은 상기 전극 집전체 상에 상기 활물질을 코팅하는 단계 이후에, 상기 가이드 부재를 상기 전극 집전체로부터 제거하는 단계, 및 상기 전극 집전체를 압연하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 가이드 부재는 고무 벨트 및 천 계열 벨트 중 하나로 형성될 수 있다.
상기 가이드 부재가 배치되는 영역은 무지부에 대응할 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따른 이차 전지용 활물질 코팅 장치는 전극 집전체를 이동시키는 제1 롤러, 상기 전극 집전체의 무지부에 대응하도록 배치되는 가이드 부재, 상기 가이드 부재를 제자리에서 로테이션 하도록 상기 가이드 부재 양단에 각각 위치하는 제2 롤러, 및 상기 전극 집전체의 유지부에 활물질을 코팅하는 코팅기를 포함하고, 상기 제1 롤러의 회전 방향과 상기 제2 롤러의 회전 방향은 서로 반대이다.
상기 이차 전지용 활물질 코팅 장치는 상기 가이드 부재에 배치된 세정기를 더 포함하고, 상기 세정기는 상기 가이드 부재의 잔여 활물질을 흡인할 수 있다.
상기 가이드 부재의 양 측면 중 상기 유지부와 경계를 형성하는 일측면은 상기 전극 집전체의 상부면에 수직할 수 있다.
상기 가이드 부재는 고무 벨트 및 천 계열 벨트 중 하나로 형성될 수 있다.
실시예들에 따르면, 코팅 과정에서 가이드 부재를 전극 집전체 상에 배치함으로써, 전극 집전체 양면 코팅 시 코팅 불균형을 방지할 수 있다.
또한, 가이드 부재가 로테이션 하면서 세정되기 때문에, 가이드 부재 교체 없이 코팅을 계속 진행할 수 있다.
도 1은 종래의 전극 집전체를 도시한 도면이다.
도 2는 전극 집전체 양면 코팅 시 발생하는 코팅 불균형을 나타내는 도면이다.
도 3 내지 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지용 활물질 코팅 방법을 나타내는 도면들이다.
도 9는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 이차 전지용 활물질 코팅 장치를 나타내는 도면이다.
도 2는 전극 집전체 양면 코팅 시 발생하는 코팅 불균형을 나타내는 도면이다.
도 3 내지 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지용 활물질 코팅 방법을 나타내는 도면들이다.
도 9는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 이차 전지용 활물질 코팅 장치를 나타내는 도면이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 여러 실시예들에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예들에 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, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다. 도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 그리고 도면에서, 설명의 편의를 위해, 일부 층 및 영역의 두께를 과장되게 나타내었다.
또한, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
도 3 내지 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지용 활물질 코팅 방법을 나타내는 도면들이다.
도 3을 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지용 활물질 코팅 방법은, 이차 전지의 전극 집전체에 활물질을 코팅하는 방법으로서, 전극 집전체(100)의 이동 방향을 기준으로 좌측 및 우측에 각각 가이드 부재(50)를 배치하는 단계를 포함한다. 전극 집전체(100)는 제1 롤러(150)의 회전에 의해 직선 방향으로 이동할 수 있다. 전극 집전체(100)는 본 실시예에 따른 이차 전지용 전극에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 높은 도전성을 갖는 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니다. 전극 집전체(100) 표면에 미세한 요철을 형성하여 활물질의 결합력을 높일 수도 있으며, 필름, 시트, 호일, 네트, 다공질체, 발포체, 부직포체 등 다양한 형태를 전극 집전체(100)가 가질 수 있다.
가이드 부재(50)는 고무 벨트 및 천 계열 벨트 중 하나로 형성될 수 있다. 가이드 부재(50)는 후속 공정에서 활물질을 코팅하는 과정에서 전극 집전체(100)의 유지부에 코팅이 균일하게 이루어질 수 있도록 한다.
도 4는 활물질 코팅 이전에 가이드 부재(50)가 전극 집전체(100)의 양 측면에 배치된 모습을 나타낸다. 도 4를 참고하면, 가이드 부재(50)의 양 측면 중 유지부와 경계를 형성하는 일측면(50s)은 전극 집전체(100)의 상부면에 수직할 수 있다. 다시 말해, 2개의 가이드 부재(50)가 서로 이격되어 위치하는데, 2개의 가이드 부재(50) 사이에 후술하는 공정에서 활물질이 코팅될 수 있다. 이때, 활물질이 코팅되는 유지부(150)와 경계를 형성하는 가이드 부재(50)의 측면은, 유지부(150) 측으로 노출되어 있는 가이드 부재(50)의 측면을 말한다.
도 5를 참고하면, 서로 이격된 2개의 가이드 부재(50) 사이에 전극 슬러리를 코팅하여 활물질층(200)을 형성한다. 상기 전극 슬러리에는 활물질, 도전재 및 바인더의 혼합물이 포함될 수 있다. 이때, 도 1 및 도 5를 참고하면, 제1 롤러(150)가 제1 회전 방향으로 회전함에 따라, 전극 집전체(100)가 도 1의 화살표 방향으로 직선 이동하면서, 유지부(150)에 전극 슬러리를 코팅할 수 있다. 다시 말해, 상기 전극 슬러리는 도 1의 화살표와 반대 방향으로 전극 집전체(100) 위에 연속적으로 코팅될 수 있다.
도 6을 참고하면, 활물질층(200) 형성 이후에 건조가 되면 가이드 부재(50)를 제거할 수 있다. 가이드 부재(50) 제거 이후에 압연 공정을 거쳐 이차 전지용 전극을 형성할 수 있다.
도 7은 세정기를 포함하는 이차 전지용 활물질 코팅 장치를 나타내는 도면이다. 도 8은 도 7의 절단선 X-Y를 따라 자른 단면도이다.
도 7 및 도 8을 참고하면, 도 3 내지 도 6에서 설명한 실시예를 대부분 포함하면서 다음과 같은 내용을 더 포함할 수 있다.
본 실시예에 따른 이차 전지용 활물질 코팅 방법에서, 도 3에 도시한 제1 롤러(150)의 제1 회전 방향과 반대 방향인 제2 회전 방향을 따라 회전하는 제2 롤러(250)에 의하여 가이드 부재(50)가 회전 이동하는 단계를 더 포함할 수 있다. 이때, 제2 롤러(250)는 가이드 부재(50) 양단에 각각 위치하는 롤러에 의해 가이드 부재(50)가 제자리에서 로테이션 하도록 할 수 있다. 여기서, 가이드 부재(50) 양단은, 전극 집전체(100)가 이동하는 방향을 따라 서로 이격되어 있는 가이드 부재(50)의 양단을 가리킨다.
추가로, 본 실시예에 따르면 가이드 부재(50)가 로테이션 하는 동안, 가이드 부재(50)에 배치된 세정기(300)가 가이드 부재(50)의 잔여 활물질을 흡인하는 단계를 더 포함할 수 있다. 전극 집전체(100) 및 가이드 부재(50)의 이동과, 세정기(300)의 흡인에 따라, 활물질이 코팅되지 않은 무지부 영역에 상기 잔여 활물질이 제거된 가이드 부재(50)가 재배치될 수 있다. 다시 말해, 가이드 부재(50)가 배치된 상태에서 2개의 가이드 부재(50) 사이에 후술하는 도 9에 도시한 활물질 코팅기(400)를 사용하여 활물질을 코팅하게 되면, 가이드 부재(50)에도 활물질 일부가 남아 있게 된다. 이러한 잔여 활물질을 세정기(300)를 통해 흡인하고, 로테이션 운동을 통해 가이드 부재(50)를 전극 집전체(100) 상에 재배치하게 되면, 가이드 부재(50) 교체 없이 계속적으로 사용 가능하게 되므로 공정 효율을 향상시킬 수 있다.
도 8을 참고하면, 제2 롤러(250)의 제2 회전 방향에 따른 회전 속도가 도 3의 제1 롤러(150)의 제1 회전 방향에 따른 회전 속도에 부합한다면, 도 8의 화살표 방향을 따라 전극 집전체(100)가 직선 이동하더라도 가이드 부재(50)는 제자리에서 로테이션 운동을 할 수 있다.
이상에서 설명한 코팅 방법을 이용하여 전극 집전체(100)의 일면을 활물질로 코팅할 수 있고, 이후 전극 집전체(100)의 다른 일면 역시 앞에서 설명한 공정 방법과 동일하게 코팅을 수행할 수 있다. 이때, 가이드 부재(50)를 사용하여 코팅 영역을 명확히 하고, 표면 장력에 의해 발생하는 단부 모양에 따라 전극 집전체(100) 양면에서 발생하는 틀어짐 차이를 줄임으로써, 발화 위험을 줄일 수 있다. 구체적으로, 본 실시예와 같은 가이드 부재가 없다면, 코팅 끝부분이 여러 이유에 의해 틀어질 수 있다. 본 실시예에 따르면, 가이드 부재(50)에 의해 표면 장력으로 인한 오차를 줄여주고, 전극 집전체(100)의 상부명 및 하부면의 2단 코팅에서의 차이를 최소화할 수 있다.
도 9는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 이차 전지용 활물질 코팅 장치를 나타내는 도면이다.
본 실시예에 따른 이차 전지용 활물질 코팅 장치는, 앞에서 설명한 이차 전지용 활물질 코팅 방법을 수행하기 위한 예시적인 수단일 수 있다. 앞에서 설명한 도 3 내지 도 8 및 도 9를 참고하면, 본 실시예에 따른 이차 전지용 활물질 코팅 장치는, 전극 집전체(100)를 이동시키는 제1 롤러(150), 전극 집전체(100)의 무지부(160)에 대응하도록 배치되는 가이드 부재(50), 가이드 부재(50)를 제자리에서 로테이션 하도록 가이드 부재(50) 양단에 각각 위치하는 제2 롤러(250), 및 전극 집전체(100)의 유지부(150)에 활물질을 코팅하는 코팅기(400)를 포함한다. 이때, 제1 롤러(150)의 회전 방향과 제2 롤러(250)의 회전 방향은 서로 반대이다. 코팅기(400)에는 전극 집전체(100) 상에 활물질을 주입하기 위한 코팅 주입구(410)가 형성될 수 있다.
본 실시예에 따른 코팅 장치는 가이드 부재(50)에 배치된 세정기(300)를 더 포함하고, 세정기(300)는 가이드 부재(50)의 잔여 활물질을 흡인할 수 있다. 가이드 부재(50)의 양 측면 중 유지부(150)와 경계를 형성하는 일측면은 전극 집전체(100)의 상부면에 수직할 수 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
50: 가이드 부재
150: 유지부
160: 무지부
200: 활물질층
300: 세정기
400: 코팅기
150: 유지부
160: 무지부
200: 활물질층
300: 세정기
400: 코팅기
Claims (14)
- 이차 전지의 전극 집전체에 활물질을 코팅하는 방법으로서,
상기 전극 집전체의 이동 방향을 기준으로 좌측 및 우측에 각각 가이드 부재를 배치하는 단계, 및
상기 2개의 가이드 부재 사이에서 상기 전극 집전체 상에 활물질을 코팅하는 단계를 포함하는 이차 전지용 활물질 코팅 방법. - 제1항에서,
상기 전극 집전체의 이동 방향은, 제1 회전 방향으로 회전하는 제1 롤러에 의하여 직선 방향으로 이동하는 이차 전지용 활물질 코팅 방법. - 제2항에서,
상기 가이드 부재는 상기 제1 회전 방향과 반대 방향인 제2 회전 방향을 따라 회전하는 제2 롤러에 의하여 회전 이동하는 단계를 더 포함하고,
상기 제2 롤러는 상기 가이드 부재 양단에 각각 위치하는 롤러에 의해 상기 가이드 부재가 제자리에서 로테이션 하도록 하는 이차 전지용 활물질 코팅 방법. - 제3항에서,
상기 가이드 부재가 로테이션 하는 동안, 상기 가이드 부재에 배치된 세정기가 상기 가이드 부재의 잔여 활물질을 흡인하는 단계를 더 포함하는 이차 전지용 활물질 코팅 방법. - 제4항에서,
상기 전극 집전체 및 상기 가이드 부재의 이동과, 상기 세정기의 흡인에 따라, 상기 활물질이 코팅되지 않은 영역에 상기 잔여 활물질이 제거된 상기 가이드 부재가 재배치되는 이차 전지용 활물질 코팅 방법. - 제1항에서,
상기 가이드 부재의 양 측면 중 상기 유지부와 경계를 형성하는 일측면은 상기 전극 집전체의 상부면에 수직한 이차 전지용 활물질 코팅 방법. - 제1항에 따른 코팅 방법을 이용하여, 상기 전극 집전체의 일면을 상기 활물질로 코팅하고, 상기 전극 집전체의 다른 일면을 상기 전극 집전체의 일면을 상기 활물질로 코팅한 것과 동일한 방법으로 코팅하는 이차 전지용 활물질 코팅 방법.
- 제1항에서,
상기 전극 집전체 상에 상기 활물질을 코팅하는 단계 이후에,
상기 가이드 부재를 상기 전극 집전체로부터 제거하는 단계, 및
상기 전극 집전체를 압연하는 단계를 더 포함하는 이차 전지용 활물질 코팅 방법. - 제1항에서,
상기 가이드 부재는 고무 벨트 및 천 계열 벨트 중 하나로 형성되는 이차 전지용 활물질 코팅 방법. - 제1항에서,
상기 가이드 부재가 배치되는 영역은 무지부에 대응하는 이차 전지용 활물질 코팅 방법. - 전극 집전체를 이동시키는 제1 롤러,
상기 전극 집전체의 무지부에 대응하도록 배치되는 가이드 부재,
상기 가이드 부재를 제자리에서 로테이션 하도록 상기 가이드 부재 양단에 각각 위치하는 제2 롤러, 및
상기 전극 집전체의 유지부에 활물질을 코팅하는 코팅기를 포함하고,
상기 제1 롤러의 회전 방향과 상기 제2 롤러의 회전 방향은 서로 반대인 이차 전지용 활물질 코팅 장치. - 제11항에서,
상기 가이드 부재에 배치된 세정기를 더 포함하고,
상기 세정기는 상기 가이드 부재의 잔여 활물질을 흡인하는 이차 전지용 활물질 코팅 장치. - 제11항에서,
상기 가이드 부재의 양 측면 중 상기 유지부와 경계를 형성하는 일측면은 상기 전극 집전체의 상부면에 수직한 이차 전지용 활물질 코팅 장치. - 제11항에서,
상기 가이드 부재는 고무 벨트 및 천 계열 벨트 중 하나로 형성되는 이차 전지용 활물질 코팅 장치.
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