KR20210120731A - 이차전지용 라미네이션 장치 및 방법 - Google Patents

이차전지용 라미네이션 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 이차전지용 라미네이션장치는 전극조립체가 통과하는 챔버; 및 상기 챔버 내부를 통과하는 전극조립체를 가압함과 동시에 가열하여 상기 전극조립체를 접합하는 접합부재를 포함하며, 상기 접합부재는, 상기 챔버 내부에서 일측지점과 타측지점을 연속하여 통과하도록 순환하되, 상기 일측지점을 통과하는 벨트면은 상기 전극조립체의 표면에 연속하여 면밀착되고, 상기 타측지점을 통과하는 벨트면은 상기 전극조립체의 표면에 면밀착되지 않는 벨트; 상기 벨트의 양쪽 단부가 결합되면서 상기 벨트를 회전시키고, 상기 벨트를 통해 상기 전극조립체를 가압하는 한 쌍의 가압롤러; 상기 일측지점을 통과하는 상기 벨트의 벨트면을 가열함에 따라 가열된 상기 벨트의 벨트면에 면밀착된 상기 전극조립체를 가열하는 제1 가열부재; 및 상기 타측지점을 통과하는 상기 벨트의 벨트면을 가열하는 제2 가열부재를 포함할 수 있다.

Description

이차전지용 라미네이션 장치 및 방법{LAMINATION APPARATUS AND METHOD FOR SECONDARY BATTERY}
본 발명은 전극조립체를 접합하는 이차전지용 라미네이션 장치 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로 이차전지(secondary battery)는 충전이 불가능한 일차 전지와는 달리 충전 및 방전이 가능한 전지를 말하며, 이러한 이차전지는 폰, 노트북 컴퓨터 및 캠코더 등의 첨단 전자 기기 분야에서 널리 사용되고 있다.
이와 같은 이차전지는 전극과 분리막이 교대로 적층된 전극조립체, 상기 전극조립체를 수용하는 케이스를 포함한다. 그리고 상기한 이차전지의 제조방법은 전극을 제조하는 공정, 전극과 분리막을 교대로 적층하고 접합하여 전극조립체를 제조하는 라미네이션 공정, 상기 전극조립체를 케이스에 수용하여 미완성 이차전지를 제조하는 공정, 상기 미완성 이차전지를 충방전하여 완제품 이차전지를 제조하는 활성화공정을 포함한다.
그리고 상기 라미네이션 공정은 전극조립체를 이송하는 이송단계, 상기 전극조립체를 가열하는 가열단계, 상기 전극조립체를 압연하여 접합하는 접합단계를 포함한다.
여기서 상기 가열단계는 복사열을 이용하여 전극조립체를 가열하기 때문에 전극조립체를 설정온도까지 가열하는데 많은 시간이 소요되는 문제점이 있었다.
특허공개번호 제10-2012-0060700호
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 발명된 것으로, 본 발명은 라미네이션 과정에서 열 전달 방식을 비접촉방식에서 접촉방식으로 변경함으로써 전극조립체에 직접 열을 전도할 수 있어 전극조립체를 설정온도까지 가열하는 소요되는 시간을 크게 단축할 수 있고, 특히 열전달 효율성을 높일 수 있는 이차전지용 라미네이션 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 이차전지용 라미네이션장치는 전극조립체가 통과하는 챔버; 및 상기 챔버 내부를 통과하는 전극조립체를 가압함과 동시에 가열하여 상기 전극조립체를 접합하는 접합부재를 포함하며, 상기 접합부재는, 상기 챔버 내부에서 일측지점과 타측지점을 연속하여 통과하도록 순환하되, 상기 일측지점을 통과하는 벨트면은 상기 전극조립체의 표면에 연속하여 면밀착되고, 상기 타측지점을 통과하는 벨트면은 상기 전극조립체의 표면에 면밀착되지 않는 벨트; 상기 벨트의 양쪽 단부가 결합되면서 상기 벨트를 회전시키고, 상기 벨트를 통해 상기 전극조립체를 가압하는 한 쌍의 가압롤러; 상기 일측지점을 통과하는 상기 벨트의 벨트면을 가열함에 따라 가열된 상기 벨트의 벨트면에 면밀착된 상기 전극조립체를 가열하는 제1 가열부재; 및 상기 타측지점을 통과하는 상기 벨트의 벨트면을 가열하는 제2 가열부재를 포함할 수 있다.
상기 제2 가열부재는, 일측지점을 통과하는 상기 벨트의 벨트면 온도를 측정하는 제1 온도센서와, 타측지점을 통과하는 벨트의 벨트면 온도를 측정하는 제2 온도센서와, 상기 타측지점을 통과하는 벨트의 벨트면을 가열하는 제2 가열편, 및 상기 제1 온도센서로부터 측정된 제1 온도와 상기 제2 온도센서로부터 측정된 제2 온도의 편차값을 계산하고, 편차값만큼 상기 제2 가열편의 온도를 상승시켜서 타측지점을 통과하는 벨트의 벨트면 온도를 일측지점을 통과하는 벨트의 벨트면 온도와 동일 또는 설정온도 낮게 상승시키는 제어편을 포함할 수 있다.
상기 제2 가열부재는, 상기 제2 가열편을 타측지점에 설치하되, 상기 벨트가 순환하는 방향 또는 반대방향으로 위치 조절 가능하게 설치하는 조절편을 더 포함할 수 있다.
상기 제1 온도센서는 상기 벨트가 상기 전극조립체의 가압을 시작하는 시작점(A)과 상기 전극조립체의 가압을 완료하는 완료점(B)을 균등하는 중심점(C)에 설치될 수 있다.
상기 제2 온도센서는 상기 제2 가열편을 완전히 통과한 벨트의 벨트면 온도를 측정할 수 있다.
상기 제2 가열편은 타측지점을 통과하는 상기 벨트의 벨트면 양쪽을 동시에 가열할 수 있다.
상기 제1 가열부재는 한 쌍의 상기 가압롤러 사이에 구비되고, 일측지점을 통과하는 상기 벨트의 벨트면을 통해 상기 전극조립체를 가열하는 복수개의 제1 가열편을 포함할 수 있다.
복수개의 제1 가열편은 서로 다른 온도를 가지되, 벨트가 이동하는 방향을 따라 온도가 점차 증가되게 설정될 수 있다.
상기 제1 가열부재는, 복수개의 제1 가열편 사이를 통과하는 상기 벨트의 벨트면을 통해 전극조립체를 가압하는 보조롤러를 더 포함하고, 상기 보조롤러는 상기 가압롤러 보다 작은 가압력을 가질 수 있다.
한편, 본 발명의 이차전지용 라미네이션방법은 챔버 내부에 구비된 한 쌍의 가압롤러를 통해 벨트를 회전시키되, 벨트는 전극조립체에 면밀착되는 일측지점과 전극조립체에 면밀착되지 않는 타측지점을 통과하도록 순환하는 제1 단계(S10); 제1 가열부재를 통해 일측지점을 통과하는 벨트의 벨트면을 가열하는 제2 단계(S20); 상기 챔버 내부를 통과하도록 전극조립체를 삽입하면, 일측지점을 통과하는 전극조립체와 벨트의 벨트면이 면접촉되되, 상기 벨트는 상기 가압롤러로부터 전달되는 가압력을 전극조립체에 전달함에 따라 전극조립체를 가압하고, 제1 가열부재로부터 전달되는 열을 전극조립체에 전도함에 따라 전극조립체를 가열하면서 접합하는 제3 단계(S30); 및 전극조립체를 가열 및 가압한 벨트의 벨트면이 타측지점을 통과하면, 타측지점을 통과하는 벨트의 벨트면 온도가 하락하지 않도록 제2 가열부재를 통해 가열하는 제4 단계(S40)를 포함할 수 있다.
상기 제4 단계는 일측지점을 통과하는 상기 벨트의 벨트면 온도를 제1 온도센서로 측정하는 제1 공정, 타측지점을 통과하는 벨트의 벨트면 온도를 제2 온도센서로 측정하는 제2 공정, 상기 제1 온도센서로부터 측정된 제1 온도와 상기 제2 온도센서로부터 측정된 제2 온도의 편차값를 제어편을 통해 계산하는 제3 공정과, 상기 제어편에 의해 계산된 상기 편차값만큼 제2 가열편의 온도를 상승시켜서 타측지점을 통과하는 벨트의 벨트면 온도를 일측지점을 통과하는 벨트의 벨트면 온도를 상승시키는 제4 공정을 포함할 수 있다.
상기 제4 공정에서 상기 제어편은 제2 온도가 상기 제1 온도와 같거나 높지 않게 제어할 수 있다.
상기 제1 공정에서 제1 온도센서는 상기 벨트가 상기 전극조립체의 가압을 시작하는 시작점과 상기 전극조립체의 가압을 완료하는 완료점을 균등하는 중심점의 온도를 측정할 수 있다.
상기 제3 공정에서 제2 온도센서는 상기 제2 가열편을 통과한 상기 벨트의 벨트면 온도를 측정할 수 있다.
상기 제3 단계는 한 쌍의 상기 가압롤러 사이를 통과하면서 전극조립체를 가압하는 벨트의 일측을 복수개의 제1 가열편을 통해 가열하고, 벨트의 일측을 복수개의 제1 가열편 사이에 구비된 보조롤러를 통해 가압하여 전극조립체를 접합하는 공정을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 이차전지용 라미네이션 장치는 챔버 및 접합부재를 포함하되, 상기 접합부재는 벨트, 한 쌍의 가열롤러, 제1 가열부재 및 제2 가열부재를 포함하는 것에 특징을 가지며, 이와 같은 특징으로 인해 전극조립체에 직접 접촉하여 열을 전도함에 따라 전극조립체의 온도를 신속하게 상승시킬 수 있고, 그에 따라 열 전달 효율성을 크게 높일 수 있다. 특히 전극조립체를 가압하지 않는 벨트의 벨트면을 가열함에 따라 벨트 전체의 온도를 일정하게 유지시킬 수 있고, 그에 따라 전극조립체를 가압하는 벨트의 벨트면의 온도를 보다 신속하게 상승시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 이차전지용 라미네이션 장치에서 제2 가열부재는 제1 온도센서, 제2 온도센서, 제2 가열편, 및 제어편을 포함하는 것에 특징을 가지며, 이와 같은 특징으로 인해 전극조립체를 가압하지 않는 벨트의 벨트면 온도를 전극조립체를 가열하는 벨트의 벨트면 온도와 동일 또는 설정온도 낮게 상승시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 이차전지용 라미네이션 장치에서 제2 가열부재는 조절편을 포함하는 것에 특징을 가지며, 이와 같은 특징으로 인해 제2 가열편을 벨트의 이동방향을 따라 위치를 조절할 수 있고, 이에 따라 제2 가열편에 의해 가열되는 벨트의 벨트면 위치를 조절할 수 있다.
또한, 본 발명의 이차전지용 라미네이션 장치에서 제1 온도센서는 벨트가 상기 전극조립체를 가압하는 시작점(A)과 상기 전극조립체의 가압을 끝나는 완료점(B)을 균등하는 중심점(C)에 설치되는 것에 특징을 가지며, 이와 같은 특징으로 인해 일측지점을 통과하는 벨트의 벨트면 평균 온도를 효과적으로 측정할 수 있다.
또한, 본 발명의 이차전지용 라미네이션 장치에서 제2 온도센서는 제2 가열편을 통과한 벨트의 벨트면 온도를 측정하는 것에 특징을 가지며, 이와 같은 특징으로 인해 제2 가열편을 통과한 벨트의 벨트면 온도를 전극조립체를 가압하는 벨트의 벨트면 온도까지 상승시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 이차전지용 라미네이션 장치에서 제1 가열부재는 복수개의 제1 가열편과 복수개의 보조롤러를 포함하는 것에 특징을 가지며, 이와 같은 특징으로 인해 일측지점을 통과하는 전극조립체의 온도를 점진적으로 상승시킬 수 있고, 그에 따라 전극조립체에 포함된 분리막의 수축을 크게 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 이차전지용 라미네이션장치를 도시한 공정도.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 이차전지용 라미네이션장치의 벨트를 도시한 정면도.
도 3은 도 2의 부분 확대 단면도.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 이차전지용 라미네이션방법을 나타낸 순서도.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 이차전지용 라미네이션장치를 도시한 공정도.
도 6 내지 도 8은 본 발명의 실시예를 나타낸 것으로, 도 6은 가열시간 실험결과를 나타낸 그래프이고, 도 7은 가압력에 따른 접합력 실험결과를 나타낸 그래프이며, 도 8은 본 발명의 가열온도에 따른 접착력 실험결과를 나타낸 그래프임.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
[이차전지]
이차전지는 전극조립체(10), 전극조립체를 수용하는 파우치를 포함하고, 상기 전극조립체(10)는 전극과 분리시트가 교대로 적층되는 구조를 가진다. 일례로 전극조립체(10)는 제1 전극, 분리시트, 제2 전극, 분리시트 및 제1 전극이 상하로 적층된 구조를 가진다.
한편 상기 전극은 제1 전극과 제2 전극을 포함한다. 상기 제1 전극은 양극이고, 상기 제2 전극은 음극일 수 있다.
한편, 상기와 같은 구조를 가진 전극조립체(10)는 접합력을 높이기 위해 라미네이션공정을 수행하며, 이때 본 발명의 제1 실시예에 따른 이차전지용 라미네이션장치를 사용한다.
특히 본 발명의 제1 실시예에 따른 이차전지용 라미네이션장치는 전극조립체에 직접 접촉함에 따라 전극조립체에 열을 직접 전도하는 구조를 가지며, 이에 따라 전극조립체를 설정온도까지 신속하게 가열할 수 있고, 그 결과 작업시간 및 효율성을 높일 수 있다.
이하, 본 발명의 제1 실시예에 따른 이차전지용 라미네이션장치를 첨부된 도면을 참조하여 자세히 설명한다.
[본 발명의 제1 실시예에 따른 이차전지용 라미네이션장치]
본 발명의 제1 실시예에 따른 이차전지용 라미네이션장치(100)은 도 1 내지 도 3에 도시되어 있는 것과 같이, 전극조립체(10)가 통과하는 챔버(110), 및 상기 챔버(110) 내부를 통과하는 전극조립체(10)를 가압함과 동시에 열을 직접 전도하여 상기 전극조립체(110)에 포함된 전극과 분리막을 접합하는 접합부재(120)를 포함한다.
챔버
상기 챔버(110)는 전극조립체를 접합하기 위한 접합공간을 가지는 것으로, 내부에 접합부재(120)를 수용하는 수용공간이 형성되고, 일측에 전극조립체(10)가 유입되는 유입구가 형성되며, 타측에 전극조립체(10)가 배출되는 배출구가 형성된다.
즉, 전극조립체(10)는 챔버(110)의 유입구를 통해 상기 수용공간에 유입된 후, 배출구를 통해 챔버(110) 밖으로 배출된다. 이때 전극조립체(10)는 컨베이어벨트를 통해 이송되면서 상기 챔버(110) 내부를 통과한다.
접합부재
상기 접합부재(120)는 챔버 내부를 통과하는 전극조립체를 접합하기 위한 것으로, 특히 전극조립체에 접촉하여 열을 직접 전도함으로써 전극조립체를 설정온도까지 신속하게 가열할 수 있는 구조를 가진다.
즉, 상기 접합부재(120)는 벨트(121), 한 쌍의 가압롤러(122), 제1 가열부재(123) 및 제2 가열부재(124)를 포함한다.
상기 벨트(121)는 도 1에서 보았을 때 챔버(110) 내부를 통과하는 전극조립체(10)의 상부와 하부에 각각 설치되고, 상기 전극조립체(10)의 표면에 밀착되는 일측지점(α)과 상기 전극조립체(10)의 표면에 밀착되지 않는 타측지점(β)을 연속하여 통과하도록 순환한다.
한편 일측지점(α )은 벨트(121)와 전극조립체(10)가 접촉되는 지점을 말하며, 타측지점(β)은 상기 일측지점(α)과 반대쪽에 위치하고 벨트(121)와 전극조립체(10)가 접촉하지 않는 지점을 말한다.
여기서 상기 벨트(121)는 순환하기 때문에 벨트(121)의 모든 부분이 일측지점(α)과 타측지점(β)을 연속하여 통과하지만, 설명의 명확성을 위해 일측지점(α)에 위치한 벨트(121)의 부분을 일측 벨트면이라하고 도면부호 121a로 기재한다. 그리고 타측지점(β)에 위치한 벨트(121)의 부분을 타측 벨트면이라하고 도면부호 121b라 기재한다.
이와 같이 벨트(121)는 일측지점(α)을 통과하는 일측 벨트면(121a)이 항상 전극조립체(10)의 표면에 면접촉되는 구조를 가진다.
한편, 상기 벨트(121)는 열 전도성을 높이기 위한 구조를 가진다. 즉, 상기 벨트(121)는 도 2 및 도 3에 도시되어 있는 것과 같이, 띠 형태를 가지는 합성수지재의 원형 회전체(121c)와, 상기 전극조립체(10)에 밀착되는 상기 원형 회전체(121c)의 외측면에 구비되고 금속재의 전도체(121d)를 포함한다.
여기서 상기 전도체(121d)는 원형 회전체(121c)의 표면에 규칙적 또는 불규칙적인 패턴으로 구비되며, 이에 따라 전극조립체(10)의 표면을 규칙 또는 불규칙적인 패턴으로 가열할 수 있고, 그 결과 전극조립체를 패턴화되게 접합할 수 있다.
또한, 전도체(121d)는 원형 회전체(121c)의 표면에 원형 회전체(121c)의 둘레방향으로 연결되게, 즉 원형 띠 형태로 구비되며, 이에 따라 전극조립체(10)의 표면 전체 또는 부분을 가열할 수 있고, 그 결과 전극조립체의 가열 효율성을 높일 수 있다.
한편, 상기 전도체(121d)는 전극조립체(10)에 밀착되지 않는 원형 회전체(121c)의 내측면에도 구비될 수 있다. 즉, 상기 전도체(121d)는 도 3을 참조하면, 원형 회전체(121c)의 기준으로 상면과 하면에 대칭되게 각각 구비되며, 이에 따라 벨트(121)의 열 전도성을 크게 높일 수 있다.
한편, 원형 회전체(121c)의 상면과 하면에 각각 구비된 전도체(121d)를 연결하는 금속재인 연결체(121e)를 더 포함하며, 상기 연결체(121c)는 탄성복원력을 가진 스프링으로 마련될 수 있다. 이에 따라 상기 연결체(121c)는 원형 회전체(121c)가 압축되거나 인장되더라도 원형 회전체(121c)의 상면과 하면에 각각 구비된 전도체(121d)를 안정적으로 연결할 수 있다.
한 쌍의 가압롤러(122)는 도 1에서 보았을 때 벨트(121)의 양쪽 단부에 각각 결합되고, 벨트가 일측지점(α)과 타측지점(β)을 연속하여 순환하도록 회전시킨다. 특히 한 쌍의 가압롤러(122)는 일측지점(α)을 통과하는 벨트 부분, 즉, 일측 벨트면(121a)을 전극조립체(10)의 표면에 밀착시킴과 동시에 전극조립체(10)의 표면을 가압하여 전극조립체(10)를 접합한다.
이와 같은 한 쌍의 가압롤러(122)는 벨트에 가압력을 제공함으로써 벨트를 통해 전극조립체(10)를 가압하여 접합할 수 있고, 특히 벨트(121)와 전극조립체(10)는 면밀착됨에 따라 전극조립체(10)의 접합면적을 크게 높일 수 있고, 그 결과 전극조립체의 접합력을 크게 높일 수 있다.
제1 가열부재(123)는 전극조립체의 접합력을 높이기 위해 전극조립체를 가열하기 위한 것으로, 특히 전극조립체에 면밀착된 벨트(121)의 일측 벨트면(121a)을 가압함에 따라 일측 벨트면(121a)의 열이 전극조립체(10)의 표면에 직접 전도되면서 전극조립체(10)를 설정온도까지 신속하게 높일 수 있다.
즉, 본 발명은 제1 가열부재(123)와 벨트(121)를 통해 전극조립체(10)의 표면에 열을 직접 전도함으로써 전극조립체(10)의 온도를 설정온도까지 신속하게 높일 수 있다.
정리하면, 상기 제1 가열부재(123)는 한 쌍의 상기 가압롤러(122) 사이에 구비되고, 일측지점(α)을 통과하는 상기 벨트(121)의 일측 벨트면(121a)을 가열함에 따라 일측 벨트면(121a)에 밀착된 상기 전극조립체를 가열할 수 있다.
한편, 상기 제1 가열부재(123)는 복수개의 제1 가열편(123a)을 포함하고, 상기 복수개의 제1 가열편(123a)은 벨트(121)의 회전 방향을 따라 소정 간격으로 배치된다.
여기서 복수개의 제1 가열편(123a)은 서로 다른 온도를 가지되, 벨트가 회전(또는 이동)하는 방향을 따라 온도가 점차 증가되게 설정된다. 예로, 도 1에서 보았을 때 일측지점(α)을 통과하는 벨트(121)의 일측 벨트면(121a)이 좌에서 우로 이동하면, 좌측 끝단에 위치한 제1 가열편에서 우측 끝단에 위치한 제1 가열편으로 갈수록 온도가 점차 증대되게 설정된다. 이에 따라 전극조립체(10)의 온도를 점진적으로 높일 수 있고, 그 결과 전극조립체(10)에 포함된 분리막의 변형을 크게 방지할 수 있다.
한편, 상기 제1 가열부재(123)는, 복수개의 제1 가열편(123a) 사이를 통과하는 상기 벨트(121)의 일측 벨트면(121a)을 가압하는 보조롤러(123b)를 더 포함하고, 상기 보조롤러(123b)는 상기 가압롤러(122) 보다 작은 크기와 작은 가압력을 가진다.
즉 상기 보조롤러(123b)는 한 쌍의 가압롤러(122) 사이에 위치한 벨트(121)의 일측 벨트면(121a)에 가압력을 제공함으로써 상기 일측 벨트면(121a)을 전극조립체(10)의 표면에 면밀착시킬 수 있고, 그에 따라 복수개의 제1 가열편(123a)을 통해 벨트(121a)에 전도된 열을 전극조립체(10)에 효과적으로 전도할 수 있다. 다시 말해 상기 보조롤러(123b)는 벨트와 전극조립체의 접촉력을 높일 수 있고, 그 에 따라 가열된 벨트를 통해 전극조립체을 효과적으로 가열할 수 있다.
제2 가열부재(124)는 상기 타측지점(β)을 통과하는 상기 벨트(121)의 벨트부분, 즉 타측 벨트면(121b)을 가열하여 벨트(121)의 전체를 설정된 온도로 유지시키기 위한 것이다.
즉, 벨트는 전극조립체를 가압하는 일측지점(α)을 통과할 때 제1 가열부재(123)에 의해 설정온도까지 가열된 후, 전극조립체를 가압하지 않는 타측지점(β)을 통과하면서 설정온도 이하로 내려가고, 다시 전극조립체를 가압하는 일측지점(α)을 통과하면서 제1 가열부재(123)에 의해 설정온도까지 가열된다.
여기서 벨트는 일측지점(α)과 타측지점(β)을 통과할 때 온도 편차가 크게 발생함에 따라 제1 가열부재(123)를 통해 벨트를 설정온도까지 상승시키는데 많은 에너지와 시간이 소요되며, 특히 일측지점(α)을 통과하는 벨트를 설정온도까지 상승시키기 위한 영역을 충분히 확보해야 하는 문제점이 있다.
이에 따라 본 발명은 전극조립체를 가압하지 않는 타측지점(β)을 통과하면서 벨트의 벨트 부분도 제2 가열부재(124)를 통해 설정온도를 유지시킴으로써 벨트 전체의 온도 편차를 제거할 수 있고, 그에 따라 일측지점을 통과하는 벨트를 설정온도까지 신속하게 상승시킬 수 있으며, 이에 따라 일측지점(α)을 통과하는 벨트를 가열하는 영역을 크게 줄일 수 있어 공정의 단순화와 효율성을 크게 높일 수 있다. 특히 벨트 전체의 온도 편차가 적기 때문에 전극조립체(10)를 보다 균일한 온도로 가열할 수 있으며, 그 결과 전극조립체 전체를 균일하게 접합할 수 있다.
일례로, 제2 가열부재(124)는 일측지점(α)을 통과하는 상기 벨트(121)의 일측 벨트면(121a) 온도를 측정하는 제1 온도센서(124a)와, 타측지점(β)을 통과하는 벨트(121)의 타측 벨트면(121b) 온도를 측정하는 제2 온도센서(124b)와, 상기 타측지점(β)을 통과하는 벨트(121)의 타측 벨트면(121b)을 가열하는 제2 가열편(124c), 및 상기 제1 온도센서(124a)와 상기 제2 온도센서(124b)의 편차값을 통해 상기 제2 가열편(124c)의 온도를 상승시켜서 타측지점(β)을 통과하는 벨트(121)의 타측 벨트면(121b) 온도를 일측지점(α)을 통과하는 벨트(121)의 일측 벨트면(121a) 온도와 동일 또는 설정온도 낮게 상승시키는 제어편(124d)을 포함한다.
상기 제1 온도센서(124a)는 상기 벨트(121)가 상기 전극조립체(10)의 가압을 시작하는 시작점(A)과 상기 전극조립체(10)의 가압을 완료하는 완료점(B)을 균등하는 중심점(C)에 설치된다. 즉, 상기 제1 온도센서(124a)는 일측지점(α)을 통과하는 벨트(121)의 일측 벨트면(121a) 중간부분 온도를 측정하여 온도 편차를 최소화한다.
상기 제2 온도센서(124b)는 타측지점(β)을 통과하는 벨트(121)의 타측 벨트면(121b)의 온도를 측정하되, 상기 제2 가열편(124c)을 완전히 통과한 벨트(121)의 타측 벨트면(121b) 온도를 측정한다. 즉, 상기 제2 온도센서(124b)는 도 1에서 보았을 때 제2 가열편(124c)의 좌측에 위치한 타측지점(β)의 타측 벨트면(121b) 온도를 측정한다.
상기 제2 가열편(124c)은 타측지점(β)을 통과하는 상기 벨트(121)의 타측 벨트면(121b)을 가열하되, 상기 타측 벨트면(121b) 양쪽을 동시에 가열한다. 이에 따라 상기 타측지점(β)을 통과하는 상기 벨트(121)의 타측 벨트면(121b) 온도를 보다 일정하게 유지시킬 수 있다.
여기서 상기 제2 가열편(124c)은 상기 벨트(121)의 타측 벨트면(121b)에 접촉되면서 상기 타측 벨트면(121b)에 열을 직접 전도하며, 이에 따라 타측지점(β)을 통과하는 상기 벨트(121)의 타측 벨트면(121b)을 설정온도로 유지시킬 수 있다.
상기 제어편(124d)은 벨트(121) 전체가 설정온도를 유지하도록 제어하기 위한 것으로, 상기 제1 온도센서(124a)로부터 측정된 제1 온도와 상기 제2 온도센서(124b)로부터 측정된 제2 온도의 편차값을 계산하고, 편차값만큼 상기 제2 가열편(124c)의 온도를 상승시켜서 타측지점(β)을 통과하는 벨트(121)의 타측 벨트면(121b) 온도를 일측지점(α)을 통과하는 벨트(121)의 일측 벨트면(121a) 온도와 동일 또는 설정온도 낮게 상승시킨다. 이에 따라 벨트 전체를 설정된 온도로 유지시킬 수 있다.
여기서 상기 제어편(124d)은 타측 벨트면(121b) 온도를 일측 벨트면(121a) 온도 보다 설정온도 낮게 유지시킨다. 즉, 타측 벨트면(121b) 온도와 일측 벨트면(121a)가 동일하게 설정될 경우 설정온도 범위에서 타측 벨트면(121b) 온도와 일측 벨트면(121a) 온도가 서로 높아졌다 낮아졌다는 반복하게 되며, 이때 타측 벨트면(121b) 온도가 일측 벨트면(121a) 온도 보다 높을 경우 일측 벨트면(121a) 온도는 낮추기 위해 냉각해야 하는 경우가 발생할 수도 있다. 이를 방지하기 위해 상기 제어편(124d)은 타측 벨트면(121b) 온도를 일측 벨트면(121a) 온도 보다 설정온도 낮게 유지하며, 이에 따라 타측 벨트면(121b) 온도가 일측 벨트면(121a) 온도를 넘지 않게 제어할 수 있고, 그 결과 일측 벨트면(121a)를 냉각하는 경우를 미연에 방지할 수 있다.
한편, 여기서 상기 제어편(124d)은 타측 벨트면(121b) 온도를 일측 벨트면(121a) 온도 보다 1~5℃ 낮게 유지시킨다.
이와 같이 제2 가열부재(124)는 타측 벨트면(121b)를 가열하여 벨트 전체의 온도를 균일하게 유지시킬 수 있다.
따라서 본 발명의 제1 실시예에 따른 이차전지용 라미네이션장치는 전극조립체에 직접 가열하여 열 효율성을 크게 높일 수 있고, 특히 전극조립체에 접촉되지않는 벨트의 벨트면 온도 하락을 방지하여 전극조립체를 보다 효율적으로 가열할 수 있다.
이하, 본 발명의 제1 실시예에 따른 이차전지용 라미네이션장치를 이용한 라미네이션 방법을 설명한다.
[본 발명의 제1 실시예에 따른 이차전지용 라미네이션방법]
즉, 본 발명의 제1 실시예에 따른 이차전지용 라미네이션방법은 도 4에 도시되어 있는 것과 같이, 제1 단계(S10), 제2 단계(S20), 제3 단계(S30), 제4 단계(S40)를 포함한다.
여기서 본 발명의 제1 실시예에 따른 이차전지용 라미네이션방법은 이차전지용 라미네이션장치(100)를 통해 수행되며, 상기 이차전지용 라미네이션장치(100)는 앞에서 설명한 제1 실시예에 따른 이차전지용 라미네이션장치와 동일한 구성을 가진다.
제1 단계
제1 단계(S10)는 챔버(110) 내부에 구비된 한 쌍의 가압롤러(122)를 통해 벨트(121)를 회전시킨다. 이때 벨트(121)는 전극조립체(10)에 면밀착되는 일측지점(α)과 전극조립체(10)에 면밀착되지 않는 타측지점(β)을 통과하도록 순환한다.
제2 단계
제2 단계(S20)는 제1 가열부재(123)를 통해 일측지점(α)을 통과하는 벨트(121)의 일측 벨트면(121a)을 가열한다.
제3 단계
제3 단계(S30)는 상기 챔버(110) 내부에 전극조립체(10)를 삽입한다. 그러면 상기 전극조립체(10)는 일측지점(α)을 통과하면서 상기 가압롤러(122)의 가압력이 전달된 벨트에 의해 가압되고, 제1 가열부재(123)의 열이 전달된 벨트(121)에 의해 가열되면서 접합된다. 그리고 접합된 전극조립체(10)는 상기 챔버(110) 밖으로 배출된다.
한편 상기 제3 단계(S30)에서 벨트(121)와 전극조립체(10)는 일측지점(α)에서 면접촉하기 때문에 벨트(121)의 열이 전극조립체(10)에 직접 전도되며, 이에 따라 전극조립체(10)를 신속하게 가열할 수 있고, 특히 전극조립체 전체를 설정온도에 근접하게 가열하여 온도 편차를 최소화할 수 있다.
한편, 한 쌍의 상기 가압롤러(122) 사이를 통과하면서 전극조립체(10)를 가압하는 벨트(121)의 일측 벨트면(121a)은 복수개의 제1 가열편(123a)을 통해 가열하고, 복수개의 제1 가열편(123a) 사이에 구비된 보조롤러(123b)를 통해 가압함으로써 전극조립체를 보다 효과적으로 가열할 수 있다.
제4 단계
제4 단계(S40)는 전극조립체(10)의 가압을 완료한 벨트(121)의 벨트부분이 타측지점(β)을 통과하면, 타측지점(β)을 통과하는 벨트의(121) 벨트부분을 제2 가열부재(124)를 통해 가열하여 설정온도로 유지시킨다. 즉, 타측지점(β)을 통과하는 벨트의(121) 벨트부분의 온도가 하락하지 않도록 제2 가열부재를 통해 가열한다.
여기서 상기 제4 단계는 일측지점(α)을 통과하는 상기 벨트(121)의 일측 벨트면(121a) 온도를 제1 온도센서(124a)로 측정하는 제1 공정, 타측지점(β)을 통과하는 벨트(121)의 타측 벨트면(121b) 온도를 제2 온도센서(124b)로 측정하는 제2 공정, 상기 제1 온도센서(124a)로부터 측정된 제1 온도와 상기 제2 온도센서(124b)로부터 측정된 제2 온도의 편차값를 제어편(124d)을 통해 계산하는 제3 공정과, 상기 제어편(124d)에 의해 계산된 상기 편차값만큼 제2 가열편(124c)의 온도를 상승시켜서 타측지점(β)을 통과하는 벨트(121)의 타측 벨트면(121b) 온도를 일측지점을 통과하는 벨트의 일측 벨트면 온도와 동일 또는 설정온도 낮게 상승시키는 제4 공정을 포함한다.
한편, 상기 제4 공정에서 상기 제어편(124d)은 제2 온도가 상기 제1 온도와 같거나 높지 않게 제어하며, 특히 제2 온도가 상기 제1 온도 보다 낮게 유지하도록 제어한다.
한편, 상기 제1 공정에서 제1 온도센서(124a)는 상기 벨트가 상기 전극조립체를 가압하는 시작점(A)과 상기 전극조립체의 가압을 완료하는 완료점(B)을 균등하는 중심점(C)의 온도를 측정한다.
한편, 상기 제4 공정에서 상기 제어편(124d)은 제2 온도가 상기 제1 온도와 같거나 높지 않게 제어한다. 바람직하게는 제2 온도가 상기 제1 온도 보다 1~5℃ 낮게 제어한다.
한편, 상기 제3 공정에서 제2 온도센서(124b)는 상기 제2 가열편(124c)을 통과한 상기 벨트의 벨트면 온도를 측정한다.
따라서 본 발명의 제1 실시예에 따른 이차전지용 라미네이션방법은 전극조립체를 효과적으로 접합할 수 있다.
이하, 본 발명의 다른 실시예를 설명함에 있어 전술한 실시예와 동일한 구성에 대해서는 동일한 구성부호를 사용하며, 중복되는 설명은 생략한다.
[본 발명의 제2 실시예에 따른 이차전지용 라미네이션장치]
본 발명의 제2 실시예에 따른 이차전지용 라미네이션장치(100)은 도 5에 도시되어 있는 것과 같이, 제2 가열부재(124)를 포함하되, 상기 제2 가열부재(124)는, 상기 제2 가열편(124c)을 타측지점(β)에 설치하되, 상기 벨트(121)가 순환하는 방향 또는 반대방향으로 위치 조절 가능하게 설치하는 조절편(124e)을 더 포함한다.
즉, 상기 조절편(124e)은 도 5에서 보았을 때 상기 제2 가열편(124c)을 좌 또는 우로 이동할 수 있도록 가이드하며, 이에 따라 벨트(121)의 가열지점에 상기 제2 가열편(124c)을 위치시킬 수 있다.
[실험예]
제조예
제조예는 챔버와 접합부재를 포함하는 이차전지용 라미네이션장치를 준비한다. 여기서 이차전지용 라미네이션장치는 전극조립체에 직접 열을 전도하여 가열하고, 접합부재에 포함된 가압롤러와 보조롤러로 다수번 전극조립체를 가압하는 구조를 가진다. 즉, 제조예는 전극조립체에 직접 열을 전도하는 접촉식 구조를 가진다.
한편, 제조예인 이차전지용 라미네이션장치는 본 발명의 제1 실시예에 따른 이차전지용 라미네이션장치(100)와 동일한 구조를 가진다.
이와 같이 준비된 제조예의 이차전지용 라미네이션장치를 이용하여 전극조립체를 60℃까지 가열함과 동시에 접합한다.
비교예
비교예는 챔버와 접합부재를 포함하는 이차전지용 라미네이션장치를 준비한다. 여기서 이차전지용 라미네이션장치는 전극조립체를 열풍을 이용하여 가열하고, 접합부재에 포함된 가압롤러로 한번 전극조립체를 가압하여 접합하는 구조를 가진다. 즉, 비교예는 전극조립체에 열풍을 분사하여 가열하는 비접촉식 구조를 가진다.
이와 같이 준비된 비교예의 이차전지용 라미네이션장치를 이용하여 전극조립체를 60℃까지 가열함과 동시에 접합한다
한편, 제조예와 비교예에서 전극조립체를 가열하는 온도는 110℃로 설정된다.
가열시간 실험결과
제조예와 비교예를 통해 전극조립체가 60℃까지 가열되는데 걸리는 시간을 측정한 결과 도 6과 같은 그래프를 얻을 수 있다.
즉, 도 6을 참조하면 접촉식인 제조예는 전극조립체가 60℃까지 가열하는데 0.44초 소요되는 것을 확인할 수 있고, 비접촉식인 비교예는 전극조립체가 60℃까지 가열하는데 4.25초 소요되는 것을 확인할 수 있다.
따라서 제조예의 이차전지용 라미네이션장치는 비교예의 이차전지용 라미네이션장치 보다 빨리 전극조립체를 60℃까지 가열하는 것을 확인할 수 있다.
가압력에 따른 접합력 실험결과
제조예의 이차전지용 라미네이션장치를 통해 전극조립체를 다수번 가압하면서 전극조립체에 포함된 전극과 분리막의 접합력을 측정한 결과, 도 7과 같은 그래프를 얻을 수 있다. 제조예는 접합부재에 포함된 가압롤러와 보조롤러로 다수번 전극조립체를 가압한다.
즉, 도 7을 참조하면, 전극조립체를 가압하는 횟수가 증대될수록 전극조립체에 포함된 전극과 분리막의 접합력이 증대되는 것을 확인할 수 있다.
가열온도에 따른 접착력 실험결과
제조예인 이차전지용 라미네이션장치를 이용하여 전극조립체를 45℃, 55℃ 및 65℃까지 가열함과 동시에 가압한 후, 전극조립체에 포함된 전극과 분리막의 접착력을 측정한 결과 도 8에 도시된 바와 같은 그래프를 얻을 수 있다.
즉, 도 8을 참조하면, 제조예인 이차전지용 라미네이션장치는 벨트를 이용하여 전극조립체에 열을 직접 전도하기 때문에 전극조립체의 온도가 증가할수록 전극조립체에 포함된 전극과 분리막의 접착력이 증대되는 것을 확인할 수 있다.
본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 다양한 실시 형태가 가능하다.
100: 라미네이션장치
110: 챔버
120: 접합부재
121: 벨트
122: 가압롤러
123: 제1 가열부재
123a: 제1 가열편
123b: 보조롤러
124: 제2 가열부재
124a: 제1 온도센서
124b: 제2 온도센서
124c: 제2 가열편
124d: 제어편
124e: 조절편

Claims (15)

  1. 전극조립체가 통과하는 챔버; 및
    상기 챔버 내부를 통과하는 전극조립체를 가압함과 동시에 가열하여 상기 전극조립체를 접합하는 접합부재를 포함하며,
    상기 접합부재는,
    상기 챔버 내부에서 일측지점과 타측지점을 연속하여 통과하도록 순환하되, 상기 일측지점을 통과하는 벨트면은 상기 전극조립체의 표면에 연속하여 면밀착되고, 상기 타측지점을 통과하는 벨트면은 상기 전극조립체의 표면에 면밀착되지 않는 벨트;
    상기 벨트의 양쪽 단부가 결합되면서 상기 벨트를 회전시키고, 상기 벨트를 통해 상기 전극조립체를 가압하는 한 쌍의 가압롤러;
    상기 일측지점을 통과하는 상기 벨트의 벨트면을 가열함에 따라 가열된 상기 벨트의 벨트면에 면밀착된 상기 전극조립체를 가열하는 제1 가열부재; 및
    상기 타측지점을 통과하는 상기 벨트의 벨트면을 가열하는 제2 가열부재를 포함하는 이차전지용 라미네이션장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제2 가열부재는, 일측지점을 통과하는 상기 벨트의 벨트면 온도를 측정하는 제1 온도센서와, 타측지점을 통과하는 벨트의 벨트면 온도를 측정하는 제2 온도센서와, 상기 타측지점을 통과하는 벨트의 벨트면을 가열하는 제2 가열편, 및 상기 제1 온도센서로부터 측정된 제1 온도와 상기 제2 온도센서로부터 측정된 제2 온도의 편차값을 계산하고, 편차값만큼 상기 제2 가열편의 온도를 상승시켜서 타측지점을 통과하는 벨트의 벨트면 온도를 일측지점을 통과하는 벨트의 벨트면 온도와 동일 또는 설정온도 낮게 상승시키는 제어편을 포함하는 이차전지용 라미네이션장치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 제2 가열부재는, 상기 제2 가열편을 타측지점에 설치하되, 상기 벨트가 순환하는 방향 또는 반대방향으로 위치 조절 가능하게 설치하는 조절편을 더 포함하는 이차전지용 라미네이션장치.
  4. 청구항 2에 있어서,
    상기 제1 온도센서는 상기 벨트가 상기 전극조립체의 가압을 시작하는 시작점(A)과 상기 전극조립체의 가압을 완료하는 완료점(B)을 균등하는 중심점(C)에 설치되는 이차전지용 라미네이션장치.
  5. 청구항 2에 있어서,
    상기 제2 온도센서는 상기 제2 가열편을 완전히 통과한 벨트의 벨트면 온도를 측정하는 이차전지용 라미네이션장치.
  6. 청구항 2에 있어서,
    상기 제2 가열편은 타측지점을 통과하는 상기 벨트의 벨트면 양쪽을 동시에 가열하는 이차전지용 라미네이션장치.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 가열부재는 한 쌍의 상기 가압롤러 사이에 구비되고, 일측지점을 통과하는 상기 벨트의 벨트면을 통해 상기 전극조립체를 가열하는 복수개의 제1 가열편을 포함하는 이차전지용 라미네이션장치.
  8. 청구항 7에 있어서,
    복수개의 제1 가열편은 서로 다른 온도를 가지되, 벨트가 이동하는 방향을 따라 온도가 점차 증가되게 설정되는 이차전지용 라미네이션장치.
  9. 청구항 7에 있어서,
    상기 제1 가열부재는, 복수개의 제1 가열편 사이를 통과하는 상기 벨트의 벨트면을 통해 전극조립체를 가압하는 보조롤러를 더 포함하고,
    상기 보조롤러는 상기 가압롤러 보다 작은 가압력을 가지는 이차전지용 라미네이션장치.
  10. 챔버 내부에 구비된 한 쌍의 가압롤러를 통해 벨트를 회전시키되, 벨트는 전극조립체에 면밀착되는 일측지점과 전극조립체에 면밀착되지 않는 타측지점을 통과하도록 순환하는 제1 단계(S10);
    제1 가열부재를 통해 일측지점을 통과하는 벨트의 벨트면을 가열하는 제2 단계(S20);
    상기 챔버 내부를 통과하도록 전극조립체를 삽입하면, 일측지점을 통과하는 전극조립체와 벨트의 벨트면이 면접촉되되, 상기 벨트는 상기 가압롤러로부터 전달되는 가압력을 전극조립체에 전달함에 따라 전극조립체를 가압하고, 제1 가열부재로부터 전달되는 열을 전극조립체에 전도함에 따라 전극조립체를 가열하면서 접합하는 제3 단계(S30); 및
    전극조립체를 가열 및 가압한 벨트의 벨트면이 타측지점을 통과하면, 타측지점을 통과하는 벨트의 벨트면 온도가 하락하지 않도록 제2 가열부재를 통해 가열하는 제4 단계(S40)를 포함하는 이차전지용 라미네이션방법.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 제4 단계는 일측지점을 통과하는 상기 벨트의 벨트면 온도를 제1 온도센서로 측정하는 제1 공정, 타측지점을 통과하는 벨트의 벨트면 온도를 제2 온도센서로 측정하는 제2 공정, 상기 제1 온도센서로부터 측정된 제1 온도와 상기 제2 온도센서로부터 측정된 제2 온도의 편차값를 제어편을 통해 계산하는 제3 공정과, 상기 제어편에 의해 계산된 상기 편차값만큼 제2 가열편의 온도를 상승시켜서 타측지점을 통과하는 벨트의 벨트면 온도를 일측지점을 통과하는 벨트의 벨트면 온도를 상승시키는 제4 공정을 포함하는 이차전지용 라미네이션방법.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 제4 공정에서 상기 제어편은 제2 온도가 상기 제1 온도와 같거나 높지 않게 제어하는 이차전지용 라미네이션방법.
  13. 청구항 11에 있어서,
    상기 제1 공정에서 제1 온도센서는 상기 벨트가 상기 전극조립체의 가압을 시작하는 시작점과 상기 전극조립체의 가압을 완료하는 완료점을 균등하는 중심점의 온도를 측정하는 이차전지용 라미네이션방법.
  14. 청구항 11에 있어서,
    상기 제3 공정에서 제2 온도센서는 상기 제2 가열편을 통과한 상기 벨트의 벨트면 온도를 측정하는 이차전지용 라미네이션방법.
  15. 청구항 11에 있어서,
    상기 제3 단계는 한 쌍의 상기 가압롤러 사이를 통과하면서 전극조립체를 가압하는 벨트의 일측을 복수개의 제1 가열편을 통해 가열하고, 벨트의 일측을 복수개의 제1 가열편 사이에 구비된 보조롤러를 통해 가압하여 전극조립체를 접합하는 공정을 더 포함하는 이차전지용 라미네이션방법.
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