KR20200121502A - 전극시트 제조용 롤러조립체 - Google Patents

전극시트 제조용 롤러조립체 Download PDF

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Abstract

본 발명은 금속 호일 상에 코팅부와 미코팅부의 패턴이 형성되는 전극시트의 제조 과정에서 미코팅부에 주름이 발생하는 것을 최소화할 수 있도록 한 전극시트 제조용 롤러조립체에 관한 것이다.

Description

전극시트 제조용 롤러조립체{ROLLER ASSEMBLY FOR ELECTRODE SHEET ROLLING}
본 발명은 전극시트 제조용 롤러조립체에 관한 것으로, 보다 상세하게는 금속 호일 상에 전극합제의 코팅부와 미코팅부의 패턴이 적층 형성되는 전극시트의 제조 과정에서 미코팅부에 주름이 발생하는 것을 최소화할 수 있는 전극시트 제조용 롤러조립체에 관한 것이다.
최근 전자산업이 발전함에 따라 이차전지에 대한 연구 및 개발이 활발히 진행되고 있다. 그중에서도 리튬 이차전지가 각광받고 있다. 리튬 이차전지는 양극 활물질(Active material)로서 리튬 전이금속 산화물, 리튬 복합 산화물 등을 사용하게 된다. 이러한 리튬 이차전지는 양극/분리막/음극의 전극조립체가 전해질과 함께 밀폐된 용기에 내장되어 있는 구조로 이루어진다.
한편, 전극은 이온의 교환을 통해서 전류를 발생시키는 데, 전극을 이루는 양극 및 음극은 금속으로 형성된 전류 집전체에 전극 활물질이 도포된 구조이다.
구체적으로, 음극은 구리 재질의 호일 상에 탄소계 활물질이 도포된 구조로 형성되고, 양극은 알루미늄 재질의 호일 상에 LiCoO2, LiMnO2, LiNiO2 등의 활물질이 코팅된 구조로 형성된다.
이렇게 음극 또는 양극을 제조하기 위해 일 방향으로 긴 금속 호일로 형성된 전류 집전체에 전극 활물질을 포함하는 전극합제를 도포한다. 상기 전극합제를 도포한 후에는 건조 공정을 통해 오븐의 열풍을 이용하여 전극을 건조시키고, 그런 다음 롤 프레스(roll press) 공정, 슬리팅 공정, 노칭 공정, 라미네이션 공정, 또는 폴딩 공정 등을 거치게 된다.
이와 같은 전극시트 제조방법에 대하여 종래 대한민국 공개특허 제10-2007-0093065호(공개일: 2007.09.17) 등으로 선 출원된 바 있다.
도 1은 종래의 전극시트 제조 시 롤러를 이용하여 전극시트를 이송해주는 상태를 보여주는 개략도이다.
도 1을 참조하면, 전극시트(1)는 금속 호일(3) 상에 전극합제(5)가 도포된 코팅부(7)와, 전극합제(5)가 도포되지 않은 미코팅부(9)를 포함한 구조로 형성된다. 이러한 전극시트(1)는 복수의 롤러(10)를 매개로 일측으로 이송되면서 해당 공정을 순차적으로 거치게 된다.
그러나 상기 전극시트(1)는 건조 공정 시 온도에 의한 열 변형으로 전극시트(1)가 폭 방향으로 휘게 되는 경우가 있다.
특히, 상기 전극시트(1)는 건조 공정 후 직경이 일정한 롤(10)에 의해 이송 주행되는 과정에서, 상기 롤(10)에 의한 벤딩과 공정 중 가해지는 텐션으로 인해 전극시트(1) 가운데의 미코팅부(9)에서 주름이 발생하게 되는 문제점이 있다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하고자 안출된 것으로, 금속 호일 상에 전극합제의 코팅부와 미코팅부의 패턴이 형성되는 전극시트의 제조 과정에서 미코팅부에 주름이 발생하는 것을 최소화할 수 있도록 한 전극시트 제조용 롤러조립체를 제공하는데 그 목적이 있다.
상술한 바와 같은 목적을 구현하기 위한 본 발명에 따른 전극시트 제조용 롤러조립체는, 코팅부와 미코팅부의 패턴이 형성된 전극시트 제조 공정에 사용되는 전극시트 제조용 롤러조립체에 있어서, 원통 형상의 롤러본체; 및 상기 롤러본체의 외주면에 길이방향을 따라 복수 개가 이격되게 결합되어 적어도 상기 전극시트의 미코팅부 저면을 지지해주는 링 형상의 가압링부재;를 포함할 수 있다.
이 경우 상기 가압링부재는, 상기 전극시트 상에 형성되는 상기 미코팅부의 이격 거리에 대응되게 위치 조절될 수 있도록 상기 롤러본체의 길이방향을 따라 슬라이딩 가능하게 결합되며, 고정수단을 매개로 위치가 고정될 수 있다.
또한 상기 고정수단은, 상기 가압링부재에는 나사공이 관통 형성되고, 상기 나사공에는 체결부재가 나사 결합되어 상기 롤러본체의 외주면을 가압 고정해주는 것을 포함할 수 있다.
또한 상기 고정수단은, 상기 롤러본체의 외주면에 길이방향을 따라 복수의 체결공이 이격되게 형성되고, 상기 가압링부재에는 상기 복수의 체결공 중 어느 하나와 연통되는 관통공이 구비되어, 상기 관통공에 삽입되는 체결부재가 체결공에 체결 고정될 수 있도록 한 것을 포함할 수 있다.
또한 상기 고정수단은, 상기 롤러본체의 외주면에 길이방향을 따라 복수의 오목홈이 이격되게 형성되고, 상기 가압링부재의 내주면에는 상기 오목홈 내에 탄성적으로 삽입 결합될 수 있도록 탄성부재를 매개로 결합된 고정구;가 구비된 것을 포함할 수 있다.
또한 상기 가압링부재는, 상기 전극시트의 미코팅부 저면을 가압 지지하여 상기 전극시트의 미코팅부를 폭 방향으로 인장 시켜줌으로써, 상기 미코팅부에 주름이 발생하는 것을 방지해줄 수 있다.
이상과 같은 구성의 본 발명에 따른 전극시트 제조용 롤러조립체는, 금속 호일 상에 전극합제의 코팅부와 미코팅부의 패턴이 형성되는 전극시트의 제조 공정 시, 외주면에 가압링부재가 결합된 롤러조립체를 이용하여 전극시트의 미코팅부 저면을 가압 지지해줌으로써, 상기 전극시트의 미코팅부에 폭 방향으로 인장효과를 주어 미코팅부를 펴줄 수 있도록 함으로써 상기 미코팅부에 주름이 발생하는 것을 최소화할 수 있으며, 이에 따라 전극시트 제조 효율을 향상시킬 수 있다.
도 1은 종래 이차전지 제조 시 롤러를 이용하여 전극시트를 이송해주는 상태를 보여주는 개략도,
도 2는 본 발명에 따른 전극시트 제조용 롤러조립체의 사시도,
도 3은 본 발명에 따른 전극시트 제조용 롤러조립체의 분해사시도,
도 4 및 도 5는 본 발명에 따른 전극시트 제조용 롤러조립체와 이에 의해 지지되는 전극시트의 단면을 보여주는 도면,
도 6은 본 발명의 제1실시예에 따른 가압링부재 고정수단을 보여주는 도 5의 'A' 부분 상세도,
도 7은 본 발명의 제2실시예에 따른 가압링부재 고정수단을 보여주는 도 5의 'A' 부분 상세도,
도 8은 본 발명의 제3실시예에 따른 가압링부재 고정수단을 보여주는 도 5의 'A' 부분 상세도이다.
이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시예에 대한 구성 및 작용을 상세히 설명하면 다음과 같다.
여기서, 각 도면의 구성요소들에 대해 참조부호를 부가함에 있어서 동일한 구성요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호로 표기되었음에 유의하여야 한다.
도 2는 본 발명에 따른 전극시트 제조용 롤러조립체의 사시도이고, 도 3은 본 발명에 따른 전극시트 제조용 롤러조립체의 분해사시도이며, 도 4 및 도 5는 본 발명에 따른 전극시트 제조용 롤러조립체와 이에 의해 지지되는 전극시트의 측단면을 보여주는 도면이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명은 전극합제(5)의 코팅부(7)와 미코팅부(9) 패턴이 형성된 전극시트(1)(도 1 참조)의 제조 공정에 사용되는 것으로, 이와 같은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 전극시트 제조용 롤러조립체(100)는, 롤러본체(110), 가압링부재(120)를 포함한다.
이러한 본 발명의 구성에 대해 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
먼저, 롤러본체(110)는 금속 호일(3) 상에 전극합제(5)가 도포된 후 건조 이송되는 전극시트(1)를 길이방향을 따라 이송시켜가며 지지해주는 역할을 한다.
이 경우 상기 롤러본체(110)는 원통 형상으로 형성되며, 모터(미도시)의 동력을 전달받아 소정의 속도로 회전될 수 있다.
이러한 롤러본체(110)는 전극시트(1)의 적어도 저면에 배치됨과 아울러, 상기 전극시트(1)의 길이 방향을 따라 복수 개가 이격 설치되어 해당 공정을 실시하게 된다.
도 4를 참조하면, 상기 전극시트(1)는 금속 호일(3) 상에 전극합제(5)가 도포된 코팅부(7)와, 전극합제(5)가 도포되지 않은 미코팅부(9)가 함께 형성된 패턴으로 형성될 수 있다.
이러한 구조의 전극시트(1)는 이송 시 롤러본체(110)에 의한 벤딩과, 공정 중 가해지는 텐션으로 인해 상기 미코팅부(9)에 주름이 발생할 우려가 있다.
즉 상기 전극시트(1)는 금속 호일(3) 상에 전극합제(5)를 도포한 후 건조 공정을 거치는 과정에서 열 변형으로 인해 폭 방향으로 휘어질 수 있다.
다시 말해, 상기 전극시트(1)는 롤 주행 시 롤러본체(110)에 의한 벤딩과 공정 중 가해지는 텐션으로 인해 코팅부(7) 패턴 사이에 존재하는 미코팅부(9)가 폭 방향으로 압축을 받게 된다. 이러한 폭 방향 압축에 의해 미코팅부(9)에 주름이 발생할 수 있다.
이러한 미코팅부(9)의 주름을 최소화시키기 위해서는 롤 주행 시 미코팅부(9)에 가해지는 폭 방향 압축을 감소시켜야 한다.
이를 방지할 수 있도록 상기 롤러본체(110)의 외주면에는 미코팅부(9)에 폭 방향으로 인장효과를 주어 미코팅부(9)를 펴줄 수 있는 가압링부재(120)가 결합될 수 있다.
가압링부재(120)는 전극시트(1)의 미코팅부(9) 저면을 가압 지지해주는 것으로, 이러한 가압링부재(120)는 롤러본체(110)의 외주면에 길이방향을 따라 복수 개가 이격되게 결합될 수 있도록 링 형상으로 형성될 수 있다.
즉 종래의 전극시트 제조 공정에 사용되는 롤러(10)(도 1 참조)는 코팅부(7) 전체가 상기 롤러(10)에 의한 접촉이 발생되어 미코팅부(9)에 가해지는 압축이 크다.
이에 반해, 본 발명의 상기 롤러본체(110)에는 전극시트(1)의 미코팅부(9)의 저면을 가압 지지해주는 가압링부재(120)가 구비되어 코팅부(7)와의 접촉을 줄여줄 수 있다.
즉 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 롤러조립체(100)는 코팅부(7)와의 접촉을 줄여 미코팅부(9)에 가해지는 압축력을 줄일 수 있고, 아울러 가압링부재(120)가 미코팅부(9)의 저면을 가압 지지해줌으로써 상기 미코팅부(9)를 폭 방향으로 펴줄 수 있는 작용효과를 기대할 수 있다.
특히, 상기 가압링부재(120)를 링 형상으로 형성하여 기존에 사용되는 원통 형상의 롤러에 탈부착 가능하도록 함으로써, 전극시트(1) 제조용 장치의 구조변경에 따른 소요비용을 절감할 수 있다.
구체적으로, 상기 가압링부재(120)는 전극시트(1) 상에 형성되는 패턴에 따라 서로 다르게 형성될 수 있는 미코팅부(9)의 이격거리에 대응되게 위치 조절이 용이하도록 롤러본체(110)의 길이방향을 따라 슬라이딩 가능하게 결합될 수 있다.
이 경우 상기 가압링부재(120)는 체결부재(130) 등의 고정수단을 매개로 위치가 고정될 수 있으며, 이러한 가압링부재(120)의 고정수단은 다양한 구조로 이루어질 수 있다.
도 6을 참조하면, 제1실시예에 따른 고정수단은, 가압링부재(120)에 나사공(121)이 관통 형성되고, 상기 가압링부재(120)의 나사공(121)에는 체결부재(130)가 나사 결합되어 롤러본체(110)의 외주면을 가압해주는 구조로 이루어질 수 있다.
이 경우 상기 체결부재(130)는 나사공(121) 내에 밀어 박음으로써 체결부재(130) 끝에 발생하는 마찰저항으로 롤러본체(110)와 가압링부재(120) 사이에 상대운동이 생기지 않도록 하는 멈춤나사(set screw)를 사용하는 것이 바람직하다.
또한 멈춤나사의 나사머리는 나사공(121) 내에 매립되는 구조로 적용될 수 있다. 따라서 가압링부재(120)의 외주면으로 멈춤나사가 돌출되는 것을 방지해줄 수 있다.
한편, 상기 롤러본체(110)의 외주면을 가압해주는 체결부재(130)의 끝단은 합성수지나 고무 등의 연성재질로 형성될 수 있다. 따라서 체결부재(130)의 체결 시 롤러본체(110)이 외주면을 가압하더라도 외주면이 파손되는 것을 방지해줄 수 있다.
또한 상기 나사공(121)에 체결부재(130)가 나사 결합되고 난 후에는 나사공(121)을 메워주는 마개(미도시)가 더 구비될 수 있다. 즉 상기 나사공(121)에 마개를 결합하여 구멍을 메워줌으로써 전극시트(1)의 공정 시 상기 나사공(121)에 의해 전극시트(1)의 미코팅부(9) 저면에 자국이 남는 것을 방지해줄 수 있다.
도 7을 참조하면, 제2실시예에 따른 고정수단은, 롤러본체(110)의 외주면에 길이방향을 따라 복수의 체결공(111)이 이격되게 형성되고, 상기 가압링부재(120)에는 체결부재(130)가 결합된 후 복수의 체결공(111) 중 어느 하나에 체결 고정될 수 있도록 관통공(123)이 형성된 구조로 이루어질 수 있다.
이 경우 상기 체결부재(130)는 제1실시예의 경우와 마찬가지로 나사머리가 관통공(123) 내에 매립되는 구조로 적용될 수 있다.
또한 상기 관통공(123)에 체결부재(130)가 나사 결합되고 난 후에는 관통공(123)을 메워주는 마개(미도시)가 더 구비될 수 있다. 즉 상기 관통공(123)에 마개를 결합하여 구멍을 메워줌으로써 전극시트(1) 제조 공정 시 상기 관통공(123)에 의해 전극시트(1)의 미코팅부(9) 저면에 자국이 남는 것을 방지해줄 수 있다.
아울러 상기 체결부재(130)가 체결되지 않는 롤러본체(110)의 체결공(111), 즉 롤러본체(110)의 외주면에 노출되는 체결공(111)에도 별도의 마개(미도시)가 메움 결합될 수 있다. 따라서, 전극시트(1) 제조 공정 시 롤러본체(110)의 외주면이 코팅부(7)의 저면과 접촉하더라도 눌림에 의한 자국이 발생되는 것을 방지해줄 수 있다.
도 8을 참조하면, 제3실시예에 따른 고정수단은, 상기 롤러본체(110)의 외주면에 길이방향을 따라 복수의 오목홈(113)이 이격되게 형성되고, 상기 가압링부재(120)의 내주면에는 오목홈(113) 내에 탄성적으로 삽입 결합될 수 있도록 탄성부재(125)를 매개로 결합된 고정구(127)가 구비된 구조로 적용될 수 있다.
이 경우 오목홈(113)의 이격간격은 전극시트(1)에 형성되는 코팅부(7)와 대응되는 위치에 형성될 수 있다.
즉 상기 고정수단은, 별도의 체결부재 대신 탄성지지되는 고정구(127) 구조를 사용함으로써 가압링부재(120)의 위치를 용이하게 변경할 수 있다.
이 경우 본 발명의 제3실시예에서는 상기 가압링부재(120)에 고정구(127)가 단독으로 적용된 경우의 일례를 들어 설명하였으나 이에 한정되지 않으며, 상기 가압링부재(120)의 견고한 조립을 위해 고정구(127) 이외에도 상기 체결부재(130)의 구조를 함께 적용할 수 있음은 물론이다.
이상과 같은 구성의 본 발명에 따른 전극시트 제조용 롤러조립체(100)는, 금속 호일(3) 상에 코팅부(7)와 미코팅부(9)의 패턴이 형성되는 전극시트(1)의 제조 공정 시, 외주면에 가압링부재(120)가 결합된 롤러본체(110)를 통해 상기 미코팅부(9)에 폭 방향으로 인장효과를 주어 미코팅부(9)를 펴줄 수 있도록 함으로써 상기 미코팅부(9)에 주름이 발생하는 것을 최소화할 수 있다.
이상에서는 본 발명을 특정의 구체적인 실시 예를 들어 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시 예에 한정되지 않으며 본 발명의 기술사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변경과 수정이 가능함은 물론이다.
1 : 전극시트 3 : 금속 호일
5 : 전극합제 7 : 코팅부
9 : 미코팅부 100 : 롤러조립체
110 : 롤러본체 111 : 체결공
113 : 오목홈 120 : 가압링부재
121 : 나사공 123 : 관통공
125 : 탄성부재 127 : 고정구
130 : 체결부재

Claims (6)

  1. 금속 호일 상에 코팅부와 미코팅부의 패턴이 형성된 전극시트 제조 공정에 사용되는 전극시트 제조용 롤러조립체에 있어서,
    원통 형상의 롤러본체; 및
    상기 롤러본체의 외주면에 길이방향을 따라 복수 개가 이격되게 결합되어 적어도 상기 전극시트의 미코팅부 저면을 지지해주는 링 형상의 가압링부재;를 포함하는 전극시트 제조용 롤러조립체.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 가압링부재는,
    상기 전극시트 상에 형성되는 상기 미코팅부의 이격 거리에 대응되게 위치 조절될 수 있도록 상기 롤러본체의 길이방향을 따라 슬라이딩 가능하게 결합되며, 고정수단을 매개로 위치가 고정되는 것인 전극시트 제조용 롤러조립체.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 고정수단은,
    상기 가압링부재에는 나사공이 관통 형성되고,
    상기 나사공에는 체결부재가 나사 결합되어 상기 롤러본체의 외주면을 가압 고정해주는 것을 포함하는 전극시트 제조용 롤러조립체.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 고정수단은,
    상기 롤러본체의 외주면에 길이방향을 따라 복수의 체결공이 이격되게 형성되고,
    상기 가압링부재에는 상기 복수의 체결공 중 어느 하나와 연통되는 관통공이 구비되어,
    상기 관통공에 삽입되는 체결부재가 체결공에 체결 고정될 수 있도록 한 것을 포함하는 전극시트 제조용 롤러조립체.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 고정수단은,
    상기 롤러본체의 외주면에 길이방향을 따라 복수의 오목홈이 이격되게 형성되고,
    상기 가압링부재의 내주면에는 상기 오목홈 내에 탄성적으로 삽입 결합될 수 있도록 탄성부재를 매개로 결합된 고정구;가 구비된 것을 포함하는 전극시트 제조용 롤러조립체.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 가압링부재는,
    상기 전극시트의 미코팅부 저면을 가압 지지하여 상기 전극시트의 미코팅부를 폭 방향으로 인장 시켜줌으로써, 상기 미코팅부에 주름이 발생하는 것을 방지해주는 것인 전극시트 제조용 롤러조립체.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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EP3996163A1 (de) * 2020-11-05 2022-05-11 Volkswagen Ag Verfahren zur herstellung einer elektrode einer batterie
WO2023216389A1 (zh) * 2022-05-12 2023-11-16 宁德时代新能源科技股份有限公司 展平装置

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