KR20210008724A

KR20210008724A - 전극판 제조 장치 및 방법

Info

Publication number: KR20210008724A
Application number: KR1020190085258A
Authority: KR
Inventors: 김정훈; 이재욱; 최성현; 김철환
Original assignee: 삼성에스디아이 주식회사
Priority date: 2019-07-15
Filing date: 2019-07-15
Publication date: 2021-01-25

Abstract

본 발명은 전극판 제조 장치 및 방법에 관한 것으로, 집전체의 기재가 권취된 롤; 상기 롤로부터 집전체의 기재를 풀어내어 일방향으로 이송하는 이송부; 활물질을 포함한 슬러리를 상기 집전체의 기재 상에 상기 기재의 폭 방향을 따라 연장된 패턴으로 코팅하는 코팅부; 상기 기재 상에 코팅된 슬러리를 상기 기재 측으로 압박하는 프레싱부; 상기 기재를 상기 이송 방향을 따라 절단하는 슬리팅부; 상기 기재를 상기 기재의 폭 방향을 따라 절단하는 커팅부를 포함하는 전극판 제조 장치와, 활물질을 포함한 슬러리를 준비하는 슬러리 준비 단계; 집전체가 될 기재를 일방향으로 이송하는 이송 단계; 상기 기재의 폭 방향을 따라 연장된 패턴으로 상기 슬러리를 코팅하여 코팅층을 형성하는 코팅 단계; 상기 코팅층을 상기 기재 측으로 압박하는 프레싱 단계; 상기 코팅층이 형성된 기재를 상기 이송 방향을 따라 절단하는 슬리팅 단계; 상기 슬리팅된 기재를 폭 방향으로 절단하는 커팅 단계;를 포함하는 전극판 제조 방법을 제공한다.

Description

전극판 제조 장치 및 방법 {APPARATUS AND METHOD FOR MANUFACTURING ELECTRODE PLATE}

본 발명은 전극판을 제조하는 장치 및 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 이차 전지는 양극판과 음극판 및 이들 두 전극판 사이에 끼워진 세퍼레이터로 구성된 전극 조립체를 전해액과 함께 케이스에 수납하여 형성된다. 이러한 이차 전지는 충전이 불가능한 일차 전지와는 달리, 충전 및 방전이 가능한 전지이다. 휴대폰, 노트북 등의 모바일 기기에 대한 기술개발과 생산 증가에 따라 에너지원으로서 이차 전지의 수요가 급증하고 있다. 최근에는 화석연료를 대체하기 위한 대체 에너지원으로 전기 자동차, 하이브리드 자동차의 용도로도 활발한 연구개발이 진행되고 있다.

현재 상용화된 이차 전지로는 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지, 리튬 이차 전지 등이 있는데, 이 중에서 리튬 이차 전지는 니켈 계열의 이차 전지에 비해 메모리 효과가 거의 일어나지 않아 충 방전이 자유롭고, 자가 방전율이 매우 낮으며 에너지 밀도가 높은 장점으로 각광을 받고 있다.

이차 전지는 예컨대 전기 자동차와 같은 대전력 고용량 소비처의 대두로 인해 특히 그 단위 부피당 용량을 증대시키는 것이 주요한 과제 중 하나로 연구되고 있다. 이를 위해 이차 전지를 구성하는 양극판 및 음극판, 즉 전극판을 제조하는 단계에서부터 개선이 필요하다.

이러한 발명의 배경이 되는 기술에 개시된 상술한 정보는 본 발명의 배경에 대한 이해도를 향상시키기 위한 것일 뿐이며, 따라서 종래 기술을 구성하지 않는 정보를 포함할 수도 있다.

본 발명의 목적은 단위 부피당 용량을 증대시킬 수 있는 전극판 제조 장치 및 방법을 제공하는 데에 있다.

본 발명의 다른 목적은 제조 시간 및 비용을 단축할 수 있는 전극판 제조 장치 및 방법을 제공하는 데에 있다.

상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 전극판 제조 장치는, 집전체의 기재가 권취된 롤; 상기 롤로부터 집전체의 기재를 풀어내어 일방향으로 이송하는 이송부; 활물질을 포함한 슬러리를 상기 집전체의 기재 상에 상기 기재의 폭 방향을 따라 연장된 패턴으로 코팅하는 코팅부; 상기 기재 상에 코팅된 슬러리를 상기 기재 측으로 압박하는 프레싱부; 상기 기재를 상기 이송 방향을 따라 절단하는 슬리팅부; 상기 기재를 상기 기재의 폭 방향을 따라 절단하는 커팅부를 포함할 수 있다.

여기서 상기 코팅부는 슬릿 다이 코터를 포함하고, 상기 슬릿 다이 코터의 슬릿은 상기 이송 방향을 따라 연장되며, 상기 슬릿이 형성된 다이는 상기 기재의 폭 방향을 따라 왕복 이송될 수 있다. 또한 상기 슬릿 다이 코터는 복수의 슬릿을 포함하고, 상기 복수의 슬릿은 상기 이송 방향을 따라 서로 이격되어 배치될 수 있다.

본 발명에 따른 전극판 제조 장치에 있어서, 상기 코팅부는 상기 기재의 폭 방향을 따라 연장된 패턴에 대응하는 형태로 된 실크 스크린을 포함할 수 있다. 이 실크 스크린은 복수 개로 구비되고, 상기 복수의 실크 스크린은 상기 이송 방향을 따라 서로 이격되어 배치될 수 있다.

본 발명에 따른 전극판 제조 장치에 있어서, 상기 프레싱부는 그 회전 중심축이 상기 기재의 폭방향을 따라 배치된 롤러를 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 전극판 제조 방법은, 활물질을 포함한 슬러리를 준비하는 슬러리 준비 단계; 집전체가 될 기재를 일방향으로 이송하는 이송 단계; 상기 기재의 폭 방향을 따라 연장된 패턴으로 상기 슬러리를 코팅하여 코팅층을 형성하는 코팅 단계; 상기 코팅층을 상기 기재 측으로 압박하는 프레싱 단계; 상기 코팅층이 형성된 기재를 상기 이송 방향을 따라 절단하는 슬리팅 단계; 상기 슬리팅된 기재를 폭 방향으로 절단하는 커팅 단계;를 포함할 수 있다.

여기서 상기 코팅 단계는 복수 회 반복되고, 상기 복수 회의 코팅 단계를 통해 매회 형성되는 코팅층은 앞선 회의 코팅 단계를 통해 형성된 코팅층과 상기 이송 방향을 따라 이격되어 형성될 수 있다.

본 발명에 따른 전극판 제조 방법에 있어서, 상기 프레싱 단계는 그 회전 중심축이 상기 기재의 폭 방향으로 배치된 롤러에 의해 이루어질 수 있다. 또한 상기 커팅 단계는 상기 코팅층의 경계를 따라 상기 기재를 커팅할 수 있다.

본 발명에 따르면 전극판에 코팅되는 활물질의 양을 최대화할 수 있으므로, 단위 부피당 용량이 증대된 이차 전지를 제조할 수 있다. 아울러 프레싱을 통한 코팅층의 비대칭화를 억제할 수 있으므로 최종 완제품으로서의 이차 전지에서 불량률을 감소시킬 수 있다.

나아가서 노칭 공정을 필요로 하지 않으므로 제조 시간 및 비용이 절감될 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 전극판 제조 장치의 일실시예의 정면을 기능적으로 개략 도시한 모식도이다.
도 2는 도 1의 실시예의 이송부와 프레싱부를 개략 도시한 부분 평면도이다.
도 3은 도 2에서 코팅층이 형성된 기재의 슬리팅 공정을 설명하기 위한 부분 평면도이다.
도 4a는 도 3에서 슬리팅된 기재의 커팅 공정을 설명하기 위한 부분 평면도이다.
도 4b는 도 4a의 기재의 변형을 설명하기 위한 부분 평면도이다.
도 5는 도 4a의 A-A선을 따른 단면도이다.
도 6은 커팅 및 노칭이 완료된 전극판의 일례를 도시한 평면도이다.
도 7은 도 1의 실시예의 이송부와 프레싱부를 개략 도시한 부분 평면도이다.
도 8은 도 7에서 코팅층이 형성된 기재의 슬리팅 공정을 설명하기 위한 부분 평면도이다.
도 9는 도 8에서 슬리팅된 기재의 커팅 공정을 설명하기 위한 부분 평면도이다.
도 10은 커팅이 완료된 전극판의 일례를 도시한 평면도이다.
도 11 및 도 12는 도 7의 예에서 코팅부의 다른 형태들을 설명하기 위한 부분 평면도들이다.
도 13은 본 발명에 따른 전극판 제조 방법의 일실시예의 순서도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려, 이들 실시예는 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다.

또한, 이하의 도면에서 각 층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장된 것이며, 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 "및/또는"은 해당 열거된 항목 중 어느 하나 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다. 또한, 본 명세서에서 "연결된다"라는 의미는 A 부재와 B 부재가 직접 연결되는 경우뿐만 아니라, A 부재와 B 부재의 사이에 C 부재가 개재되어 A 부재와 B 부재가 간접 연결되는 경우도 의미한다.

본 명세서에서 사용된 용어는 특정 실시예를 설명하기 위하여 사용되며, 본 발명을 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 단수 형태는 문맥상 다른 경우를 분명히 지적하는 것이 아니라면, 복수의 형태를 포함할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 경우 "포함한다(comprise)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급한 형상들, 숫자, 단계, 동작, 부재, 요소 및/또는 이들 그룹의 존재를 특정하는 것이며, 하나 이상의 다른 형상, 숫자, 동작, 부재, 요소 및 /또는 그룹들의 존재 또는 부가를 배제하는 것이 아니다.

본 명세서에서 제1, 제2 등의 용어가 다양한 부재, 부품, 영역, 층들 및/또는 부분들을 설명하기 위하여 사용되지만, 이들 부재, 부품, 영역, 층들 및/또는 부분들은 이들 용어에 의해 한정되어서는 안 됨은 자명하다. 이들 용어는 하나의 부재, 부품, 영역, 층 또는 부분을 다른 영역, 층 또는 부분과 구별하기 위하여만 사용된다. 따라서 이하 상술할 제1부재, 부품, 영역, 층 또는 부분은 본 발명의 가르침으로부터 벗어나지 않고서도 제2부재, 부품, 영역, 층 또는 부분을 지칭할 수 있다.

"하부(beneath)", "아래(below)", "낮은(lower)", "상부(above)", "위(upper)"와 같은 공간에 관련된 용어가 도면에 도시된 한 요소 또는 특징과 다른 요소 또는 특징의 용이한 이해를 위해 이용된다. 이러한 공간에 관련된 용어는 본 발명의 다양한 공정 상태 또는 사용 상태에 따라 본 발명의 용이한 이해를 위한 것이며, 본 발명을 한정하기 위한 것은 아니다. 예를 들어, 도면의 요소 또는 특징이 뒤집어지면, "하부" 또는 "아래"로 설명된 요소는 "상부" 또는 "위에"로 된다. 따라서 "아래"는 "상부" 또는 "아래"를 포괄하는 개념이다.

도 1은 본 발명에 따른 전극판 제조 장치의 일실시예의 정면을 기능적으로 개략 도시한 모식도이다.

공급롤(110)은 집전체를 형성하게 될 기재(50)가 권취되어 있는 롤이다. 예컨대, 본 발명에 따른 전극판 제조 장치가 양극판을 제조하는 데에 사용되는 경우, 이 기재(50)는 양극 집전체가 되기 위한 것으로 알루미늄(Al)을 포함하는 금속 포일일 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 전극판 제조 장치가 음극판을 제조하는 데에 사용되는 경우라면 이 기재(50)는 음극 집전체가 되기 위한 것으로서, 구리(Cu) 또는 니켈(Ni)을 포함하는 금속 포일일 수 있다. 그러나 집전체의 소재는 이들로 한정되는 것은 아니어서 다른 소재로 이루어질 수도 있다.

이송롤러(150)는 공급롤(110)로부터 풀려나온 기재(50)를 안내하는 아이들 롤러이거나, 기재(50)가 풀려나오도록 인장력을 가하는 구동 롤러일 수 있다. 특히 후자의 경우 이송롤러(150)가 기재(50)를 풀어내고 이송하는 이송부를 형성할 수 있다. 도 1에는 도합 4개의 이송롤러(150)가 도시되어 있으나 이는 예시일 뿐이며 필요에 따라 그 수는 물론 위치도 변화될 수 있다.

코팅부(120)는 기재(50) 상에 미리 준비된 슬러리를 코팅하여 코팅층(60)을 형성한다. 여기서 코팅되는 슬러리는 활물질을 포함하는 것으로, 예컨대 본 발명에 따른 전극판 제조 장치가 양극판을 제조하는 데에 사용되는 경우 전이금속 산화물을 포함하는 활물질과 바인더, 휘발성 용제 등을 포함할 수 있다. 음극판을 제조하는 경우에도 전이금속 산화물을 포함하는 활물질, 바인더, 용제 등으로 슬러리가 준비될 수 있다. 도 1에서 코팅부(120)는 도면방향을 기준으로 기재(50)의 상면에 코팅하는 것으로 예시되어 있는데, 기재(50)가 풀려나오는 방향은 이송롤러(150)를 적절히 추가하여 부분적으로 반전시킬 수도 있으며, 기재(50)의 상면과 하면이 서로 뒤바뀌도록 반전시키는 것도 가능하므로, 기재(50)의 하면을 코팅하는 것도 가능하다. 나아가서, 슬러리의 점도나 바인더의 특성, 사용된 코팅 방식 등에 따라서는 도 1에 예시된 상태에서 코팅부(120)와 동일한 구성을 기재(50)의 하면 측에 추가하는 등의 방식으로 기재(50)의 상면과 하면을 동시에 코팅하는 것도 가능하다.

프레싱부(130)는 기재(50) 상에 코팅된 슬러리의 코팅층(60)을 압박하기 위한 것으로, 코팅층(60)을 기재(50) 측으로 압박하여 치밀하게 만들거나, 코팅층(60)의 두께를 압박하기 이전보다 균일하게 만들 수 있다. 프레싱부(130)는 도 1에서는 기재(50)의 상하측에 각각 배치된 한 쌍의 롤러로 예시되어 있으나, 이와 같이 코팅층(60)을 압박할 수 있는 것이라면 다른 구성을 취할 수도 있다. 예컨대 단속적으로 작동되는 평판 프레스나 컨베이어 벨트를 포함할 수 있으며, 스퀴저의 형태를 가질 수도 있다. 프레싱부(130)가 롤러를 포함하는 경우, 롤러의 회전 중심축은 이송 방향(X)을 가로지르는 방향, 즉 기재(50)의 폭 방향과 나란하게 배치될 수 있다.

권취롤(140)은 코팅 및 프레싱이 완료된 기재(50)를 다시 권취하여 수납하는 롤이다. 권취롤(140)은 동력원에 의해 구동되어 공급롤(110)로부터 기재(50)를 풀어내는 데에 기여하도록 할 수 있으며, 이때 권취롤(140)은 이송부의 일부로서 기능할 수 있다. 도 1에서 슬리팅부, 커팅부는 도시 생략되어 있으나, 슬리팅부는 기재(50)를 그 길이 방향, 즉 이송 방향(X)을 따라 절단하는 것이고, 커팅부는 기재(50)를 그 폭 방향, 즉 이송 방향(X)을 가로지르는 방향으로 절단하는 것으로서, 커터, 회전날 등을 이용하여 통상의 기술로 구성할 수 있다. 이들 슬리팅부, 커팅부는 프레싱부(130)의 후단에 배치될 수 있는데, 커팅까지 완료된 기재(50)는 결국 단위 전극판, 즉 음극판이나 양극판이 되므로, 권취롤(140)이 생략될 수 있다. 슬리팅부 또는 커팅부는 별도의 라인으로 편성될 수도 있으며, 이 경우 도 1에 도시된 구성을 통해 기재(50)에 코팅층(60)을 형성 완료한 뒤 권취롤(140)에 일단 권취하였다가, 이 권취롤(140)로부터 별도의 라인에 편성된 슬리팅부로 코팅층(60)이 형성된 기재(50)를 공급하도록 하는 것도 가능하다. 이때 권취롤(140)은 슬리팅부에 대해 공급롤로서 기능할 수 있다.

한편, 도시하지 않았으나, 기재(50)에 코팅된 슬러리를 건조 또는 고화시키기 위해 코팅부(120)와 권취롤(140) 사이에 건조부가 추가될 수 있다. 건조부는 열원을 포함할 수 있으며 프레싱부(130)와 물리적으로 분리되어 배치될 수도 있으나, 프레싱부(130)에 기능적 통합될 수도 있다. 예컨대 프레싱부(130)가 롤러의 형태로 구성된 경우, 롤러 내에 열원을 설치하면, 롤러가 코팅층(60)과 접하여 코팅층(60)을 기재(50) 측으로 압박함과 동시에 코팅층(60)을 형성하는 슬러리의 온도를 높일 수 있고 이로써 프레싱부(130)가 건조부의 기능을 겸하게 할 수 있다. 이는 프레싱부(130)가 롤러와 다른 형태를 취하고 있는 경우에도 유효할 수 있다.

코팅부(120)는 다양한 형태를 취할 수 있다. 예컨대, 널리 사용되는 슬릿 다이 코터로 코팅부(120)를 형성할 수 있다. 코팅부(120)가 슬릿 다이 코터인 경우를 도 2 내지 도 7을 참조로 설명한다.

도 2에 예시한 바와 같이, 각각 슬릿 형상이며 서로 이격된 3개의 다이가 그 각각의 슬릿(121)의 긴 변이 기재(50)의 폭 방향과 나란하게 일렬로 배치될 수 있다. 기재(50)를 이송 방향(X)으로 이송하면서 이 3개의 다이의 슬릿(121)에서 동시에 슬러리를 지속적으로 배출하면 다이의 배치에 대응되어 기재(50) 상에서 코팅층(60)이 서로 이격된 3개의 스트라이프(stripe)를 형성할 수 있다. 이후 기재(50)는 프레싱부(130)를 거치며, 위에서 설명한 바와 같이 슬리팅부에 공급될 수 있다. 슬리팅부는 도 3에 예시된 바와 같이 기재(50)의 이송 방향(X)과 나란한 절단선(31)을 따라 기재(50)를 절단할 수 있다. 특히 기재(50)가 노출된 부분의 이송 방향(X)을 따른 중심선과 코팅층(60)의 이송 방향(X)을 따른 중심선을 기준으로 기재(50)를 절단하면, 도 4a에 예시한 바와 같이 도면방향을 기준으로 하측에 코팅층(60)이 위치하고 상측에 기재(50)가 노출되어 있는 스트립(strip)을 얻을 수 있다. 그런데, 여기서 코팅층(60)은 프레싱부(130)를 거치면서 압박된 상태이며, 특히 이송 방향(X)을 따라 지속적으로 압박되어 있으므로 그 부착된 기재(50)에 대해 이송 방향(X)을 따라 인장하는 내부 응력이 형성될 수 있다. 코팅층(60)이 형성되지 않은 기재(50)의 노출된 부분은 상대적으로 이와 같은 내부 응력이 적거나 없으므로, 스트립의 폭 방향을 따라 내부 응력이 불균형을 이루게 되어 이 스트립은 결국 도 4b에 예시한 바와 같이 변형될 가능성이 있다. 이런 현상은 '사행'이라고도 불린다. 한편, 커팅부에서 도 4a에서 점선으로 나타낸 절단선(32)을 따라 스트립을 절단하면 직사각형 형상의 단위 전극판을 얻을 수 있다. 이후, 도 6에 점선으로 예시한 바와 같이 코팅층(60)이 형성되지 않은 기재(50)의 일부를 노칭(notching)하면 남은 부분(51)이 전극탭을 형성하는 단위 전극판을 얻을 수 있다. 이 단위 전극판은, 도 4a의 A-A선을 따른 단면에서 보는 바와 같이 기재(50)의 양면에 각각 코팅층(60)이 형성되어 있을 수 있는데, 상면의 코팅층에서 보는 바와 같이 단면 형상이 직사각형이 아니고 부분적으로 가라앉은 형상일 수 있다. 이런 로딩 레벨(loading level)의 꺼짐은, 점선으로 그 경계가 표시된 L의 공간까지 슬러리가 채워질 수 있었던 것에 비해 L로 표시된 공간만큼 적은 양의 슬러리가 코팅된 것을 의미한다. 또한 기재(50)를 중심으로 상면과 하면의 각 코팅층이 동일한 면적인 아니고 단차(d) 만큼 차이가 날 수도 있다. 이것 역시 앞서 설명한 사행이나 로딩 레벨의 문제와 함께 최종 완제품으로서의 이차 전지의 용량이나 품질을 저해하는 원인이 될 수 있다.

따라서, 코팅층(60)들이 기재(50)의 폭 방향(Y)을 따라 연장된 패턴을 가진다면 이와 같은 문제를 해소할 수 있다. 이를 위해, 코팅부(120)가 슬릿 다이 코터로 형성되는 경우 도 7에 예시한 바와 같이 다이의 슬릿(121)은 이송 방향(X)을 따라 연장되어서 슬릿(121)의 긴 변이 이송 방향(X)을 따라 배치되도록 하고, 이런 슬릿(121)이 형성된 다이가 기재(50)의 폭 방향(Y)을 따라 왕복 이송되게 할 수 있다. 기재(50)를 이송 방향(X)으로 단속적으로 이송하면서 이런 코팅부(120)로 슬러리를 코팅하면, 도 7에 예시된 바와 같이 코팅층(60)은 기재(50)의 폭 방향(Y)으로 연장된 패턴을 가지며 복수 개의 코팅층(60)들이 서로 이격되어 배치될 수 있다. 이런 패턴의 코팅층(60)을, 역시 회전 중심축(231)이 기재(50)의 폭 방향(Y)으로 배치된 롤러, 즉 프레싱부(230)로 프레싱한 뒤, 도 8에 예시된 바와 같이 이송 방향(X)과 나란한 절단선(31)을 따라 기재(50)를 슬리팅하면, 도 9에 예시된 바와 같이 코팅부(120)가 이송 방향(X)을 따라 단속적으로 배치된 스트립을 얻을 수 있다. 코팅부(120)가 프레싱부(230)를 거친 이후에도 스트립의 폭 방향을 따라 코팅부(120)가 모두 덮여 있으므로, 스트립의 폭 방향을 따른 응력의 불균형이 최소화되고, 앞서 설명한 사행의 가능성이 대폭 감소된다. 이어서 도 9에 예시된 바와 같이 커팅부에서 스트립의 폭 방향을 따라 형성된 절단선(32)대로 커팅하면 단위 전극판을 얻을 수 있다. 절단선(32)은 코팅층(60)의 경계를 따라 기재(50) 상에 형성될 수 있다. 그러면 도 9의 도면방향을 기준으로, 왼쪽 부분에 코팅층(60)이 덮여있고, 오른쪽 부분에는 기재(50)가 노출되어 있는 단위 전극판이 얻어질 수 있다. 여기서 노출된 기재(50) 부분은 그대로 전극탭(51)으로 활용될 수 있다.

코팅층(60)을 형성하는 시간을 단축시키기 위해, 도 12에 예시한 바와 같이 복수의 슬릿들(421, 422, 423)을 포함하는 슬릿 다이 코터로 코팅부(120)를 형성할 수도 있다. 이때 복수의 슬릿들(421, 422, 423)은 이송 방향(X)을 따라 서로 간격을 두고 이격되어 배치될 수 있다.

한편, 코팅층(60)은 슬릿 다이 코터 이외의 다른 구성이나 방식에 의해서도 형성될 수 있는데, 도 11은 그 일례로서 실크 스크린 인쇄 방식의 코팅부(320)를 예시하고 있다. 이 코팅부(320)는 기재(50)에 형성될 코팅층(60)의 패턴 중 하나에 상당하는 형상으로 된 실크 스크린(321)을 포함할 수 있다. 앞서 도 12를 참조로 설명한 바와 같이, 코팅층(60)을 형성하는 시간을 단축시키기 위해 실크 스크린(321)은 복수 개 구비될 수 있다. 이 경우 복수의 실크 스크린들은 이송 방향(X)을 따라 서로 간격을 두고 이격되어 배치될 수 있다.

도 13을 참조로 본 발명에 따른 전극판 제조 방법의 일례를 설명한다.

먼저 슬러리 준비 단계(S110)에서 슬러리를 준비한다. 이 슬러리는 집전체에 활물질을 코팅하기 위한 것으로, 예컨대 전이금속 산화물을 포함하는 활물질과 바인더, 휘발성 용제 등을 포함할 수 있다.

한편으로는 기재 이송 단계(S120)에서 기재를 한 방향으로 이송한다. 이 기재는 전극판의 집전체가 되기 위한 것으로, 기재가 양극 집전체를 위한 것일 때에는 알루미늄(Al)을 포함하는 금속 포일, 음극 집전체가 되기 위한 것일 때에는 구리(Cu) 또는 니켈(Ni)을 포함하는 금속 포일일 수 있다. 다만 기재의 소재가 이들로만 한정되는 것은 아니며 다른 소재로 이루어질 수도 있다. 기재는 롤에 권취된 형태로 제공될 수 있다.

기재 이송 단계(S120)는 슬러리 준비 단계(S110)에 이어서 수행될 수 있으나, 반드시 시간적인 선후 관계에 있지 않으며 동시에 진행될 수도 있다. 또한 기재 이송 단계(S120)는 아래의 코팅 단계(S130)가 진행되는 동안에도 필요하다면 지속적으로 또는 단속적으로 진행될 수 있다.

코팅 단계(S130)에서는 준비된 슬러리를 기재 상에 코팅하여 코팅층을 형성한다. 이때 형성되는 코팅층은 기재의 이송 방향을 가로지르는 그 폭 방향으로 연장된 패턴을 가진다. 이런 코팅층을 형성하기 위해 슬릿 다이 코터, 실크 스크린 등이 이용될 수 있다. 코팅 단계(S130)가 진행되는 동안 필요에 따라 기재가 지속적으로 이송되거나 단속적으로 이송될 수 있다. 반대로 슬러리를 배출하는 슬릿이나 실크 스크린이 기재의 이송 방향을 따라 왕복 이송될 수도 있다. 또한 복수의 코팅층을 형성하기 위해 코팅 단계(S130)는 복수 회 반복될 수 있으며, 다음 회 코팅층을 형성하기 위해 코팅 단계(S130)가 수행될 때, 앞선 회에 형성된 코팅층으로부터 기재의 이송 방향을 따라 이격된 지점에 코팅층을 형성할 수 있다.

프레싱 단계(S140)에서 코팅층을 기재 측으로 압박한다. 프레싱 단계(S140)는 기재와 코팅층을 일면 또는 양면에서 압박하도록 배치된 한 쌍의 롤러, 평판 프레스, 또는 스퀴저와 같은 형태로 이루어질 수 있다. 한 쌍의 롤러로 프레싱 단계(S140)가 수행되는 경우, 이들 롤러의 회전 중심축은 기재의 이송 방향을 가로지르는 방향, 즉 폭 방향으로 배치될 수 있다.

슬리팅 단계(S150)에서 코팅층이 형성된 기재를 그 이송 방향을 따라 절단한다. 그러면 이송 방향을 따라 코팅층과 코팅층이 형성되지 않고 노출된 기재가 순차로 반복되는 스트립을 얻을 수 있다.

커팅 단계(S160)에서는 슬리팅 단계(S150)를 통해 얻은 스트립을 그 폭 방향으로 절단하여 단위 전극판을 얻는다. 이때 절단선은 코팅층의 경계에서 기재 상에 설정될 수 있다. 그러면 일측에 코팅층이 덮여 있고 타측은 코팅층이 없이 노출된 기재의 일부가 남게 되는데, 이 부분은 그대로 전극탭으로 활용될 수 있다.

한편, 코팅 단계(S130) 이후에 슬러리를 건조하는 건조 단계가 추가될 수 있다. 프레싱 단계(S140)에서 코팅층과 접촉하는 롤러, 평판 프레스, 스퀴저가 열원을 포함하는 경우, 건조 단계는 프레싱 단계(S140)와 동시에 진행될 수 있다.

50: 기재 60: 코팅층
110: 공급롤 140: 권취롤
120: 코팅부 130: 프레싱부

Claims

집전체의 기재가 권취된 롤;
상기 롤로부터 집전체의 기재를 풀어내어 일방향으로 이송하는 이송부;
활물질을 포함한 슬러리를 상기 집전체의 기재 상에 상기 기재의 폭 방향을 따라 연장된 패턴으로 코팅하는 코팅부;
상기 기재 상에 코팅된 슬러리를 상기 기재 측으로 압박하는 프레싱부;
상기 기재를 상기 이송 방향을 따라 절단하는 슬리팅부;
상기 기재를 상기 기재의 폭 방향을 따라 절단하는 커팅부
를 포함하는 전극판 제조 장치.
제1항에 있어서,
상기 코팅부는 슬릿 다이 코터를 포함하고,
상기 슬릿 다이 코터의 슬릿은 상기 이송 방향을 따라 연장되며,
상기 슬릿이 형성된 다이는 상기 기재의 폭 방향을 따라 왕복 이송되는 전극판 제조 장치.
제2항에 있어서,
상기 슬릿 다이 코터는 복수의 슬릿을 포함하고,
상기 복수의 슬릿 다이는 상기 이송 방향을 따라 서로 이격되어 배치된 전극판 제조 장치.
제1항에 있어서,
상기 코팅부는 상기 기재의 폭 방향을 따라 연장된 패턴에 대응하는 형태로 된 실크 스크린을 포함하는 전극판 제조 장치.
제4항에 있어서,
상기 실크 스크린은 복수 개로 구비되고,
상기 복수의 실크 스크린은 상기 이송 방향을 따라 서로 이격되어 배치된 전극판 제조 장치.
제1항에 있어서,
상기 프레싱부는 그 회전 중심축이 상기 기재의 폭방향을 따라 배치된 롤러를 포함하는 전극판 제조 장치.
활물질을 포함한 슬러리를 준비하는 슬러리 준비 단계;
집전체가 될 기재를 일방향으로 이송하는 이송 단계;
상기 기재의 폭 방향을 따라 연장된 패턴으로 상기 슬러리를 코팅하여 코팅층을 형성하는 코팅 단계;
상기 코팅층을 상기 기재 측으로 압박하는 프레싱 단계;
상기 코팅층이 형성된 기재를 상기 이송 방향을 따라 절단하는 슬리팅 단계;
상기 슬리팅된 기재를 폭 방향으로 절단하는 커팅 단계;를 포함하는 전극판 제조 방법.
제7항에 있어서,
상기 코팅 단계는 복수 회 반복되고,
상기 복수 회의 코팅 단계를 통해 매회 형성되는 코팅층은 앞선 회의 코팅 단계를 통해 형성된 코팅층과 상기 이송 방향을 따라 이격되어 형성되는 전극판 제조 방법.
제7항에 있어서,
상기 프레싱 단계는 그 회전 중심축이 상기 기재의 폭 방향으로 배치된 롤러에 의해 이루어지는 전극판 제조 방법.
제7항에 있어서,
상기 커팅 단계는 상기 코팅층의 경계를 따라 상기 기재를 커팅하는 전극판 제조 방법.