KR20200123631A - 전극시트 제조장치 및 제조방법 - Google Patents

전극시트 제조장치 및 제조방법 Download PDF

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한원상
윤덕중
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Abstract

본 발명은 전극시트 제조 시 압연 공정과 재와인딩 공정을 인라인(In-line)으로 진행 가능하도록 구성하여 전극시트에 캠버(Camber)가 발생하는 것을 방지할 수 있으며, 전극시트 공정을 최적화하여 생산성을 향상시킬 수 있도록 한 전극시트 제조장치 및 제조방법에 관한 것이다.

Description

전극시트 제조장치 및 제조방법{DEVICE FOR MANUFACTURING ELECTRODE SHEET AND MANUFACTURING METHOD USING THE SAME}
본 발명은 전극시트 제조장치 및 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 전극시트의 제조 시 캠버(Camber)가 발생하는 것을 방지할 수 있는 전극시트 제조장치 및 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로, 이차전지는 재충전이 가능하고 소형 및 대용량화가 가능하다는 이점으로 인하여 최근 그 개발 및 사용이 증가하고 있다. 이차전지는 전극시트 및 분리막으로 이루어지는 전극 조립체와, 전극 조립체를 전해액과 함께 밀봉 수납하는 외장재를 구비한다.
이러한 이차전지의 전극 조립체는 전극 활물질이 도포된 전극시트와 분리막을 권심에 감는 방식에 의해 형성된다. 그런데 전극시트에서 전극 활물질이 도포된 코팅부와 전극 활물질이 도포되지 않은 미코팅부는 연신율의 차이를 가지게 된다.
한편, 이차전지의 제조 공정에는 압연롤을 이용하여 전극시트를 가압하는 압연공정 후, 압연된 전극시트를 필요한 크기로 재단해주는 슬리팅(Slitting) 공정을 거치게 된다.
이 경우 종래의 압연공정에서는 전극시트에 전극 활물질이 도포된 코팅부와 전극 활물질이 도포되지 않은 미코팅부의 두께 차이에 의해서 연신 차이가 발생하게 된다.
상기와 같은 전극시트의 연신율 차이로 인해 상기 전극시트의 압연 공정 후 슬리팅 공정을 진행하는 경우 전극시트에 작용하는 인장력이 균일하지 않아 전극시트에 캠버(camber)가 발생할 수 있다. 이에 따라 해당 전극시트로 제조된 이차전지의 품질을 저하시킬 수 있다.
특히, 상기 전극시트에 캠버가 발생하게 되면 와인딩 공정 시 권취 불량 등의 원인이 되기 때문에 종래에는 오프라인(Off-Line) 장치를 통해 재와인딩 공정을 추가로 거쳐 캠버를 감소시켜주었다. 그러나 상기와 같은 추가 재와인딩 공정에 의해 전극시트의 생산성이 감소할 수 있으며, 상기 추가 재와인 공정에 의해 공수가 늘어나게 되는 등의 문제점이 있다.
한국공개특허공보 제10-2016-0143436호(공개일: 2016.12.14.)
본 발명은 상술한 문제점을 해결하고자 안출된 것으로, 전극시트 제조 시 압연 공정과 재와인딩 공정을 인라인(In-line)으로 진행 가능하도록 구성하여 전극시트에 캠버(Camber)가 발생하는 것을 방지할 수 있으며, 전극시트 공정을 최적화하여 생산성을 향상시킬 수 있도록 한 전극시트 제조장치 및 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상술한 바와 같은 목적을 구현하기 위한 본 발명에 따른 전극시트 제조장치는, 금속 호일 상에 전극 활물질이 도포된 코팅부와 상기 전극 활물질이 도포되지 않은 미코팅부를 포함하는 전극시트를 제조해주는 전극시트 제조장치에 있어서, 상기 금속 호일 상에 전극 활물질의 코팅 및 건조 공정 후 일 방향으로 이송되는 전극시트의 상, 하측에 배치되어, 상기 전극시트를 가압해주는 압연롤이 구비되는 압연부; 및 상기 압연부를 통과한 전극시트에 열을 가해주는 열처리부;를 포함하여, 상기 코팅부와 미코팅부의 두께 차이에 의한 연신 차이를 개선하여 상기 전극시트에 캠버(Camber)가 발생하는 것을 방지해줄 수 있다.
이 경우 상기 열처리부는, 상기 압연부를 통과한 전극시트를 복수 개가 이격 배치된 히팅롤을 매개로 이송시켜가며 상기 전극시트에 열을 가해줄 수 있다.
또한 상기 열처리부는, 상기 히팅롤의 온도를 측정 또는 제어할 수 있도록 온도감지센서;가 구비된 것을 더 포함할 수 있다.
또한 상기 압연부와 열처리부는, 인라인(In-Line)으로 구성될 수 있다.
또한 상기 전극시트 제조장치는, 상기 열처리부를 거치면서 가열된 전극시트를 냉각시킬 수 있도록 상기 전극시트의 이송방향을 따라 이격되게 설치되는 복수의 냉각롤이 구비된 냉각부;를 더 포함할 수 있다.
또한 상기 냉각롤은, 소정의 온도를 유지할 수 있도록 상기 냉각롤 내부에 냉각공기 또는 냉각수가 공급 순환될 수 있다.
또한 상기 냉각부는, 상기 냉각롤의 온도를 측정 또는 제어할 수 있도록 온도감지센서;가 구비될 수 있다.
또한 상기 전극시트 제조장치는, 상기 전극시트의 코팅부 및 미코팅부의 위치, 개수, 폭 및 두께 중 적어도 어느 하나의 정보를 검출하는 센서; 및 상기 센서에서 검출되는 정보에 기초하여 상기 열처리부 또는 냉각부의 온도를 제어해주는 제어부;를 더 포함할 수 있다.
금속 호일 상에 전극 활물질이 도포된 코팅부와, 상기 전극 활물질이 도포되지 않은 미코팅부를 포함한 전극시트를 제조해주는 전극시트 제조방법에 있어서, 상기 금속 호일 상에 코팅부와 미코팅부가 형성 건조된 전극시트를 압연하는 단계; 상기 압연된 전극시트를 소정 온도의 히팅롤을 통과시켜 가열하는 단계; 및
상기 가열된 전극시트를 소정 온도의 냉각롤을 통과시켜 냉각하는 단계;를 포함하여, 상기 코팅부와 미코팅부의 두께 차이에 의한 연신 차이를 개선하여 상기 전극시트에 캠버(Camber)가 발생하는 것을 방지해줄 수 있다.
이 경우 상기 전극시트의 압연과 가열하는 단계는, 인라인(In-Line)으로 구성될 수 있다.
이상과 같은 구성에 따른 본 발명은, 전극시트 제조 시 압연 공정과 재와인딩 공정을 인라인(In-line)으로 진행 가능하도록 구성하여 전극시트에 캠버(Camber)가 발생하는 것을 방지할 수 있으며, 전극시트 공정을 최적화하여 생산성을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명에 따른 전극시트 제조장치를 보여주는 개략적인 전체구성도,
도 2는 본 발명에 따른 압연부를 보여주는 사시도,
도 3은 본 발명에 따른 열처리부와 냉각부를 보여주는 개략도,
도 4는 본 발명에 따른 전극시트 제조장치를 이용한 전극시트 제조과정을 보여주는 흐름도,
도 5의 (a), (b)는 본 발명에 따른 전극시트에 캠버가 발생하기 전, 후의 상태를 보여주는 도면,
도 6은 본 발명에 따른 전극시트 제조장치를 이용하여 제조된 전극시트에 캠버의 발생 여부를 테스트한 결과를 보여주는 비교표이다.
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 1은 본 발명에 따른 전극시트 제조장치를 보여주는 개략적인 전체구성도이고, 도 2는 본 발명에 따른 압연부를 보여주는 사시도이며, 도 3은 본 발명에 따른 열처리부와 냉각부를 보여주는 개략도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명은 금속 호일(3) 상에 전극 활물질(5)이 도포된 코팅부(7)와 상기 전극 활물질(5)이 도포되지 않은 미코팅부(9)를 포함하는 전극시트(1)(도 2 참조)를 일 방향으로 이송시켜가며 제조하는 과정에서, 상기 코팅부(7)와 미코팅부(9)의 두께 차이에 의한 연신 차이를 개선하여 상기 전극시트(1)에 캠버(Camber)가 발생하는 것을 방지해줄 수 있도록 한 것으로, 이러한 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 전극시트 제조장치(100)는, 압연부(110), 열처리부(120)를 포함할 수 있다.
이러한 본 발명의 구성에 대해 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
먼저, 전극시트(1)는 구리와 같은 금속물질을 포함하는 시트(sheet), 필름(film), 또는 금속 호일(foil)(3) 형태의 집전체를 의미할 수 있다. 코팅제는 전극시트(1) 상에 도포되어 소정의 두께를 가진 층을 형성하는 물질로, 예를 들어 양극 또는 음극의 전극 활물질(5)로 이루어질 수 있다. 이러한 코팅제인 전극 활물질(5)이 전극시트(1)에 도포되면, 전극시트(1)는 전극 활물질(5)이 도포된 부분인 코팅부(7)와, 코팅제가 도포되지 않은 부분인 미코팅부(9)로 나뉠 수 있다(도 2 참조).
일 실시예에 따른 코팅부(7)는 소정의 폭을 가지고 전극시트(1)의 길이 방향을 따라 연장 형성되며, 서로 이격되어 있는 복수개의 띠(Stripe) 형태로 형성될 수 있다.
상기 미코팅부(9)는 코팅부(7)와 마찬가지로 전극시트(1)의 길이 방향을 따라 연장 형성될 수 있다.
압연부(110)는 금속 호일(3) 상에 전극 활물질의 코팅 및 건조 공정 후 일 방향으로 이송되는 전극시트(1)를 가압해준다. 이러한 압연부(110)는 전극시트(1)의 상, 하측에 배치되어 전극시트(1)를 가압해주는 압연롤(111)을 포함할 수 있다.
구체적으로, 압연롤(111)은 전극시트(1)의 이송방향과 연직하여 상측 및 하측에 배치되어 전극시트(1)를 가압해줄 수 있다. 이러한 압연롤(111)은 봉 또는 기둥과 같이 자신의 길이 방향을 따라 연장 형성되는 등 다양한 형태로 형성될 수 있다. 일 실시예에 따른 압연롤(111)은 한 쌍의 원통 형태로 형성될 수 있으며, 한 쌍의 압연롤(111)은 회전중심을 따라 회전함으로써 한 쌍의 압연롤(111) 사이에서 각각의 압연롤(111)의 외주면에 접촉한 전극시트(1)를 일측 이송방향으로 이송시킬 수 있다. 아울러 압연롤(111)은 상기한 바와 같이 전극시트(1)를 이송함과 동시에 이송방향과 수직한 방향으로 가압해줄 수 있다.
열처리부(120)는 압연부(110)를 통과한 전극시트(1)에 열을 가해준다. 즉 열처리부(120)는 압연부(110)를 통한 압연 공정 시 전극시트(1)의 코팅부(7)와 미코팅부(9)의 두께 차이에 의한 연신 차이를 개선하여 전극시트(1)에 캠버가 발생하는 것을 방지해줄 수 있다.
도 3을 참조하여 구체적으로 설명해보면, 상기 열처리부(120)는 압연부(110)를 통과한 전극시트(1)를 복수 개가 이격 배치된 히팅롤(Heating roll)(121)과 닙롤(Nip roll)(123)을 매개로 이송시켜가며 상기 전극시트(1)에 열을 가해주는 방식으로 구성될 수 있다. 본 발명에서는 히틸롤(121) 다섯 개가 연속적으로 이격 설치된 경우의 일례를 들어 도시하고 설명하기로 한다. 물론 이에 한정되는 것은 아니다.
이 경우 상기 히팅롤(121)은 몸체 내의 길이방향을 따라 설치된 열선 등의 구조를 통해 가열되는 줄 히팅 방식을 사용할 수 있다.
이와 같은 열처리부(120)는 압연부(110)(도 2 참조)와 인라인(In-Line)으로 구성될 수 있으며, 이에 따라 전극시트(1)의 생산 효율을 향상시킬 수 있다.
한편, 상기 열처리부(120)를 거치면서 가열된 전극시트(1)는 전극시트(1)의 이송방향을 따라 이격 설치되는 냉각부(130)를 통해 소정의 냉각 공정을 거칠 수 있다.
구체적으로, 상기 냉각부(130)는 복수의 냉각롤(131)이 전극시트(1)의 이송 방향을 따라 이격 설치되는 구조로 구성될 수 있다.
이 경우 상기 냉각롤(131)은 소정의 온도를 유지할 수 있도록 냉각롤(131) 내부에 냉각공기 또는 냉각수가 공급 순환되도록 구성할 수 있다.
한편, 상기 전극시트 제조장치(100)는 열처리부(120)나 냉각부(130)의 온도를 제어해주는 제어부(미도시)를 더 포함할 수 있다.
구체적으로, 제어부는 전극시트(1)의 코팅부(7) 및 미코팅부(9)의 위치, 개수, 폭 및 두께 중 적어도 어느 하나의 정보를 검출하는 센서(미도시)를 포함할 수 있다. 따라서 상기 센서에서 검출되는 정보에 기초하여 상기 열처리부(120)와 냉각부(130)의 온도를 용이하게 제어해줄 수 있다.
또한 상기 열처리부(120)와 냉각부(130)에는 제어부를 통해 상기 히팅롤(121) 또는 냉각롤(131)의 온도를 실시간으로 측정하고 제어할 수 있도록 온도감지센서(미도시)가 구비될 수 있다. 이에 따라 상기 열처리부(120)의 출력과 냉각부(130)의 냉각수 온도에 대한 실시간 모니터링과 조절이 가능하다.
상기와 같은 열처리부(120)와 냉각부(130)를 거친 전극시트(1)는 곧바로 슬리팅 공정을 거치면서 소정의 폭으로 절단된 후 권취될 수 있다. 이처럼 하나의 공정에서 전극시트(1)의 캠버 감소와 슬리팅, 그리고 권취 공정까지 인라인(In-Line)으로 이루어질 수 있으며, 이에 따라 종래의 오프라인(Off-Line) 방식에 비해 생산성이 향상될 수 있다.
그러면, 이상과 같은 구성의 본 발명에 따른 전극시트 제조장치를 이용한 전극시트 제조방법에 대하여 도 4 및 도 5를 참조하여 설명해보기로 한다.
먼저, 금속 호일(3) 상에 전극 활물질(5)이 도포된 코팅부(7)와 상기 전극 활물질이 도포되지 않은 미코팅부(9)가 형성한 후 소정의 건조 공정을 거친다(S1).
상기 금속 호일(3) 상에 코팅부(7)와 미코팅부(9)가 형성 건조된 전극시트(1)를 한 쌍의 압연롤(111)에 통과시켜 상기 전극시트(1)를 가압해주는 압연 공정을 실시해준다(S3).
그리고 상기 압연된 전극시트(1)를 소정 온도의 히팅롤(121)을 통과시켜 가열해준다. 이에 따라 전극시트(1)의 코팅부(7)와 미코팅부(9)의 두께 차이에 의한 연신 차이를 개선하여 전극시트(1)에 캠버(도 5의 (a) 참조)가 발생하는 것을 방지해줄 수 있다(S5).
그런 후, 상기 가열된 전극시트(1)를 소정 온도의 냉각롤(131)을 통과시켜 냉각시켜준다(S7).
상기 전극시트(1)를 냉각시키고 난 후에는 상기 냉각된 전극시트(1)를 소정 폭으로 슬리팅하는 공정을 거치게 된다.
도 6은 적어도 다섯 개의 히팅롤(121)을 포함한 열처리부(120)가 구비된 전극시트 제조장치(100)를 이용하여 제조된 전극시트(1)에 캠버의 발생 여부를 테스트한 결과를 보여주는 비교표이다. 본 발명의 제조장치(100)를 통해 제조된 전극시트(1)는 적어도 다섯 개의 히팅롤(121)(도 3 참조)을 거치면서 열처리 공정을 실시하게 되고, 이에 따라 전극시트(1)에 캠버의 발생을 방지할 수 있었다.
구체적으로, 도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 전극시트 제조장치(100)를 이용하여 제조된 전극시트(1)는 종래에 비해 개선율이 49%인 것을 알 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 : 전극 활물질 7 : 코팅부
9 : 미코팅부 100 : 전극시트 제조방법
110 : 압연부 111 : 압연롤
120 : 열처리부 121 : 히팅롤
123 : 닙롤 130 : 냉각부
131 : 냉각롤

Claims (10)

  1. 금속 호일 상에 전극 활물질이 도포된 코팅부와 상기 전극 활물질이 도포되지 않은 미코팅부를 포함하는 전극시트를 제조해주는 전극시트 제조장치에 있어서,
    상기 금속 호일 상에 전극 활물질의 코팅 및 건조 공정 후 일 방향으로 이송되는 전극시트의 상, 하측에 배치되어, 상기 전극시트를 가압해주는 압연롤이 구비되는 압연부; 및
    상기 압연부를 통과한 전극시트에 열을 가해주는 열처리부;를 포함하여,
    상기 코팅부와 미코팅부의 두께 차이에 의한 연신 차이를 개선하여 상기 전극시트에 캠버(Camber)가 발생하는 것을 방지해주는 것인 전극시트 제조장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 열처리부는,
    상기 압연부를 통과한 전극시트를 복수 개가 이격 배치된 히팅롤을 매개로 이송시켜가며 상기 전극시트에 열을 가해주는 것인 전극시트 제조장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 열처리부는,
    상기 히팅롤의 온도를 측정 또는 제어할 수 있도록 온도감지센서;가 구비된 것을 더 포함하는 전극시트 제조장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 압연부와 열처리부는,
    인라인(In-Line)으로 구성되는 것인 전극시트 제조장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 전극시트 제조장치는,
    상기 열처리부를 거치면서 가열된 전극시트를 냉각시킬 수 있도록 상기 전극시트의 이송방향을 따라 이격되게 설치되는 복수의 냉각롤이 구비된 냉각부;를 더 포함하는 전극시트 제조장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 냉각롤은,
    소정의 온도를 유지할 수 있도록 상기 냉각롤 내부에 냉각공기 또는 냉각수가 공급 순환되는 것인 전극시트 제조장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 냉각부는,
    상기 냉각롤의 온도를 측정 또는 제어할 수 있도록 온도감지센서;가 구비된 것을 더 포함하는 전극시트 제조장치.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 전극시트 제조장치는,
    상기 전극시트의 코팅부 및 미코팅부의 위치, 개수, 폭 및 두께 중 적어도 어느 하나의 정보를 검출하는 센서; 및
    상기 센서에서 검출되는 정보에 기초하여 상기 열처리부 또는 냉각부의 온도를 제어해주는 제어부;를 더 포함하는 전극시트 제조장치.
  9. 금속 호일 상에 전극 활물질이 도포된 코팅부와, 상기 전극 활물질이 도포되지 않은 미코팅부를 포함한 전극시트를 제조해주는 전극시트 제조방법에 있어서,
    상기 금속 호일 상에 코팅부와 미코팅부가 형성 건조된 전극시트를 압연하는 단계;
    상기 압연된 전극시트를 소정 온도의 히팅롤을 통과시켜 가열하는 단계; 및
    상기 가열된 전극시트를 소정 온도의 냉각롤을 통과시켜 냉각하는 단계;를 포함하여,
    상기 코팅부와 미코팅부의 두께 차이에 의한 연신 차이를 개선하여 상기 전극시트에 캠버(Camber)가 발생하는 것을 방지해주는 것인 전극시트 제조방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 전극시트의 압연과 가열하는 단계는,
    인라인(In-Line)으로 구성되는 것인 전극시트 제조방법.
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