KR20210144586A - 무지부 프레스부를 포함하는 전극 압연 장치 및 이를 이용한 전극 압연 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 전극 기재의 무지부를 압연하는 무지부 프레스부를 포함하는 전극 압연 장치 및 이를 이용한 전극 압연 방법에 관한 것으로, 전극 기재를 압연하는 과정에서 무지부 영역에 너울이 발생하는 것을 방지하고 제조 공정 효율을 높일 수 있다.
Description
본 발명은 전극 기재의 무지부를 압연하는 무지부 프레스부를 포함하는 전극 압연 장치 및 이를 이용한 전극 압연 방법에 관한 것이다.
모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요의 증가로, 이차전지의 수요 또한 급격히 증가하고 있다. 그 중에서도, 리튬 이차전지는 에너지 밀도와 작동전압이 높고 보존과 수명 특성이 우수하다는 점에서, 각종 모바일 기기는 물론 다양한 전자 제품들의 에너지원으로 널리 사용되고 있다.
이차전지에 대한 적용 분야가 넓어짐에 따라 보다 고용량의 이차전지에 대한 수요가 급증하고 있다. 이차전지의 용량을 높이는 방법으로, 전극 합재층의 로딩량을 높이는 기술에 대한 연구가 진행되고 있다. 그러나, 전극 합재층의 로딩량을 높이게 되면, 전극의 부피 증가가 유발된다. 전극의 부피를 줄이기 위해서는 보다 높은 압력으로 전극을 압연하는 과정이 요구된다.
도 1은 종래의 전극 기재에 대한 압연 과정을 도시한 모식도이다. 도 1을 참조하면, 알루미늄 호일로 형성된 집전체층 양면에 전극 합재층이 코팅된 구조의 전극 기재(10)는 한 쌍의 압연 롤러(21, 22)를 통과하면서 압연되는 과정을 거치게 된다. 전극 기재(10)는 압연되는 과정을 통해 전극 합재층의 밀도가 증가하고 부피는 감소된다. 그러나, 전극 기재(10)를 높은 압력으로 압연하는 과정에서, 전극 기재(10)의 측면부, 특히 무지부(11)에서 너울이 발생하고 공정 불량률이 증가하는 문제가 있다.
따라서, 전극 합재층의 로딩량은 높이면서도, 전극의 부피 증가를 최소화하고 공정 불량을 저감할 수 있는 기술에 대한 필요성이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 전극 기재의 무지부를 압연하는 무지부 프레스부를 포함하는 전극 압연 장치 및 이를 이용한 전극 압연 방법을 제공함을 목적으로 한다.
본 발명은 집전체층 및 상기 집전체층의 일면 또는 양면에 형성된 전극 합재층을 포함하는 전극 기재를 압연하는 전극 압연 장치를 제공한다. 하나의 예에서, 본 발명에 따른 전극 압연 장치는, 상기 전극 기재의 무지부 영역을 가압하여 패턴을 형성하는 무지부 프레스부; 및 상기 전극 기재를 압연하는 전극 압연부를 포함하고, 상기 무지부 프레스부는 상기 전극 기재의 진행 방향을 따라 상기 전극 압연부 후속으로 배치된다.
하나의 예에서, 상기 무지부 프레스부는 상기 전극 기재의 무지부 영역을 가압하는 쌍을 이룬 무지부 압연 롤러를 포함하며, 상기 쌍을 이룬 무지부 압연 롤러 중 어느 하나 이상은 표면 요철이 형성된 구조이다.
또 다른 하나의 예에서, 상기 무지부 프레스부는 상기 전극 기재의 무지부 영역을 가압하는 쌍을 이룬 무지부 압연 롤러를 포함한다. 이때, 상기 쌍을 이룬 무지부 압연 롤러는 서로 다른 경도를 가질 수 있다.
또한, 상기 쌍을 이룬 무지부 압연 롤러 중에서, 어느 하나의 무지부 압연 롤러는 표면 요철이 형성된 구조이고, 다른 하나의 무지부 압연 롤러는 표면 요철이 형성되지 않은 구조이다.
하나의 예에서, 상기 쌍을 이룬 무지부 압연 롤러는 서로 다른 경도를 가질 수 있다. 상기 쌍을 이룬 무지부 압연 롤러는, 표면 요철이 형성된 구조를 갖는 제1 무지부 압연 롤러, 및 표면에 요철이 형성되지 않은 구조를 갖는 제2 무지부 압연 롤러를 포함할 수 있다. 상기 제1 무지부 압연 롤러는 상기 제2 무지부 압연 롤러보다 높은 경도를 가질 수 있다.
상기 제1 무지부 압연 롤러는 상기 무지부 영역 상부에 위치하고, 상기 제2 무지부 압연 롤러는 상기 무지부 영역 하부에 위치할 수 있다.
하나의 예에서, 본 발명에 따른 전극 압연 장치는, 상기 전극 기재의 무지부 영역을 유도 가열하는 무지부 유도 가열부를 더 포함한다. 이 때 상기 무지부 프레스부는, 무지부 유도 가열부의 전단, 무지부 유도 가열부와 전극 압연부의 사이 및 전극 압연부 후단 중 선택된 하나 또는 둘 이상에 위치하는 것일 수 있다.
구체적인 예에서, 상기 무지부 유도 가열부는 상기 전극 기재의 유지부와 무지부의 경계 라인을 중심으로 상기 유지부의 일부 영역과 무지부의 전체 영역을 유도 가열할 수 있다.
하나의 예에서, 상기 전극 기재의 유지부와 무지부의 경계 라인에는 절연 코팅층이 덮고 있을 수 있다.
하나의 예에서, 상기 전극 압연부는 상기 전극 기재의 유지부를 포함하는 영역을 가압하는 쌍을 이룬 압연 롤러를 포함한다.
또 다른 하나의 예에서, 본 발명에 따른 전극 압연 장치는 상기 전극 기재를 가열 건조하는 건조부를 더 포함하며, 상기 건조부는 상기 전극 압연부의 하류에 위치하거나 또는 상기 전극 압연부를 포함하도록 동일 선상에 위치하는 구조이다.
또한, 본 발명은 앞서 설명한 전극 압연 장치를 이용하여 전극 기재를 압연하는 전극 압연 방법을 제공하며, 구체적으로는, 집전체층 및 상기 집전체층의 일면 또는 양면에 형성된 전극 합재층을 포함하는 전극 기재를 압연하는 방법을 제공한다. 하나의 예에서, 본 발명에 따른 전극 압연 방법은, 상기 전극 기재를 압연하는 전극 압연 단계, 및 상기 전극 기재의 무지부 영역을 가압하여 패턴을 형성하는 무지부 프레싱 단계를 포함한다.
하나의 예에서, 상기 무지부 프레싱 단계에서는, 쌍을 이룬 무지부 압연 롤러로 상기 전극 기재의 양 측면에 형성된 무지부 영역을 각각 가압하여 요철 패턴을 형성한다.
구체적인 예에서, 상기 요철 패턴은 산과 골이 반복하는 형상이고, 상기 산과 산 사이의 간격이 평균 0.5 내지 10 mm 범위이고, 상기 산과 상기 골 사이의 높이 차이는 평균 0.1 내지 5 mm 범위이다.
하나의 예에서, 본 발명에 따른 전극 압연 방법은, 상기 전극 기재의 무지부 영역을 유도 가열하는 무지부 유도 가열 단계를 더 포함할 수 있다. 이때, 상기 무지부 프레싱 단계는, 상기 무지부 유도 가열 단계와 상기 전극 압연 단계 후단에서 수행되는 것일 수 있다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 무지부 유도 가열 단계는, 상기 전극 기재의 무지부 영역을 100 내지 300℃ 범위의 온도로 가열한다.
본 발명에 따른 전극 압연 장치 및 방법은, 전극 기재를 압연한 이후에 무지부를 무지부 프레스부로 압연함으로써, 무지부 영역에 너울이 발생하는 것을 방지하고 제조 공정 효율을 높일 수 있다.
도 1은 종래의 전극 압연 과정을 도시한 도면이다.
도 2 및 도 3은 각각 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 압연 과정을 도시한 단면도 및 평면도이다.
도 4 및 5는 각각 본 발명의 비교예에 따른 전극 압연 과정을 도시한 단면도 및 평면도이다.
도 6은 압연이 진행되는 진행 방향을 따라 연신율을 측정한 전극 기재 상의 위치를 나타내는 도면이다.
도 7은 도 6에서 나타낸 위치에서 연신율을 측정한 결과를 나타내는 그래프이다.
도 8은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 전극 압연 과정을 도시한 평면도이다.
도 9는 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 전극 압연 과정을 도시한 단면도이다.
도 2 및 도 3은 각각 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 압연 과정을 도시한 단면도 및 평면도이다.
도 4 및 5는 각각 본 발명의 비교예에 따른 전극 압연 과정을 도시한 단면도 및 평면도이다.
도 6은 압연이 진행되는 진행 방향을 따라 연신율을 측정한 전극 기재 상의 위치를 나타내는 도면이다.
도 7은 도 6에서 나타낸 위치에서 연신율을 측정한 결과를 나타내는 그래프이다.
도 8은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 전극 압연 과정을 도시한 평면도이다.
도 9는 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 전극 압연 과정을 도시한 단면도이다.
이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 특허청구범위에 사용된 용어 또는 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
본 발명은 전극 압연 장치에 관한 것으로, 구체적으로는 집전체층 및 상기 집전체층의 일면 또는 양면에 형성된 전극 합재층을 포함하는 전극 기재를 압연하는 장치를 제공한다. 하나의 실시예에서, 본 발명에 따른 전극 압연 장치는, 전극 기재의 무지부 영역을 가압하여 패턴을 형성하는 무지부 프레스부; 및 전극 기재를 압연하는 전극 압연부를 포함한다. 이때, 상기 무지부 프레스부는 상기 전극 기재의 진행 방향을 따라 상기 전극 압연부 후속으로 배치된다. 즉, 전극 기재가 상기 전극 압연부를 통과한 후 상기 무지부 프레스부를 통과하게 된다.
고밀도 전극을 구현하기 위한 방안으로 전극 기재를 압연하여 선압을 높이게 된다. 그 과정에서, 전극 기재의 측면부, 특히 무지부 영역에서 너울이 발생하고 공정 불량률이 증가하는 문제가 있다. 본 발명에서는 전극 기재 압연 이후에 무지부 프레스부를 통해 전극 기재의 무지부를 가압하여 패턴을 형성함으로써, 높은 선압으로 전극 기재를 압연하더라도 앞서 설명한 너울 발생을 현저히 감소시킬 수 있음을 확인하였다. 또한, 전극 기재의 너울이 감소하면, 공정 불량률을 낮출 수 있고, 나아가 전극 기재의 권취시 권취량을 높이는 것도 가능하다. 따라서, 본 발명에 따른 전극 압연 장치를 전극 제조에 적용함으로써, 공정 효율을 현저히 높일 수 있다.
하나의 실시예에서, 상기 무지부 프레스부는 전극 기재의 무지부 영역을 가압하는 쌍을 이룬 무지부 압연 롤러를 포함하며, 쌍을 이룬 무지부 압연 롤러 중 어느 하나 이상은 표면 요철이 형성된 구조이다. 서로 마주보는 쌍을 이룬 무지부 압연 롤러를 이용하여 전극 기재의 무지부 영역을 가압한다. 이 때, 쌍을 이룬 무지부 압연 롤러 중에서, 어느 하나 이상의 무지부 압연 롤러는 표면 요철이 형성된 구조이며, 전극 기재의 무지부 영역에는 상기 무지부 압연 롤러의 표면 요철에 대응되는 요철 패턴이 형성된다.
또 다른 하나의 실시예에서, 무지부 압연 롤러에 형성된 표면 요철은 전극 기재의 진행 방향(MD, Machine Direction)과 60° 내지 150°의 경사각을 갖는 방향으로 배향된 형상이다. 상기 경사각의 범위는, 60° 내지 120°범위, 80° 내지 150° 범위 또는 75° 내지 105° 범위이다. 표면 요철을 전극 기재의 진행 방향(MD, Machine Direction)과 상기 범위의 경사각을 갖는 방향으로 형성함으로써, 전극 기재의 무지부에 가해지는 응력을 해소하고 너울 발생을 최소화할 수 있다. 예를 들어, 표면 요철은 전극 기재의 진행 방향(MD, Machine Direction)과 수직한 방향으로 배향된 형상이다.
구체적인 실시예에서, 상기 무지부 프레스부는 전극 기재의 무지부 영역을 가압하는 쌍을 이룬 무지부 압연 롤러를 포함하며, 쌍을 이룬 무지부 압연 롤러 중에서, 어느 하나의 무지부 압연 롤러는 표면 요철이 형성된 구조이고, 다른 하나의 무지부 압연 롤러는 표면에 요철 패턴이 형성되지 않은 구조이다. 예를 들어, 전극 기재가 양 측면에 무지부가 형성된 구조인 경우, 무지부 프레스부는 상기 전극 기재의 양 측면 무지부를 가압하는 두 쌍의 무지부 압연 롤러를 포함한다. 그 중에서, 한 쌍의 무지부 압연 롤러를 기준으로, 상부 또는 일측에서 가압하는 무지부 압연 롤러는 표면 요철이 형성된 구조이고, 하부 또는 타측에서 가압하는 무지부 압연 롤러는 표면에 요철 패턴이 형성되지 않은 구조이다.
상부 또는 일측에서 가압하는 무지부 압연 롤러(제1 무지부 압연 롤러)는 전극 기재의 무지부에 요철 패턴을 부여하는 역할을 하고, 하부 또는 타측에서 가압하는 무지부 압연 롤러(제2 무지부 압연 롤러)는 전극 기재의 이송을 유도하고 지지하는 역할을 한다. 이 경우, 하부 또는 타측에서 가압하는 무지부 압연 롤러(제2 무지부 압연 롤러)는 상기 제1 무지부 압연 롤러 대비하여 상대적으로 낮은 경도를 갖는 구조일 수 있으며, 이를 통해 전극 기재의 무지부는 지지하되 상기 무지부에 요철 패턴이 형성되는 것을 유도할 수 있다. 이때, 상기 제1 무지부 압연 롤러의 경도가 상기 제2 무지부 압연 롤러의 경도보다 작게 되면, 본 실시예에 따른 무지부 프레스부가 무지부를 압연하더라도 유지부 대비한 무지부의 연신율 편차가 개선되기 어렵기 때문에 무지부 접힘이나 주름 발생이 발생할 수 있다. 구체적으로, 무지부에 힘을 가하는 톱니를 가진 제1 무지부 압연 롤러가 더 딱딱해야 제2 무지부 압연 롤러와 전극 기재가 눌리면서 연신이 실질적으로 잘 일어날 수 있다. 상기 제1 무지부 압연 롤러의 경도가 상기 제2 무지부 압연 롤러의 경도보다 작으면, 압력이 가해졌을 때 톱니 형상이 변형되기 때문에 오히려 공정 중 주름 및 접힘 현상이 발현되며, 연신율 개선 효과 저하 및 품질 저하를 유발할 수 있다.
또한, 제1 무지부 압연 롤러와 제2 무지부 압연 롤러를 동일한 재질로 형성하여 경도가 같아지는 경우에는 전극 기재가 찢어지는 등 금속 호일에 손상이 발생하거나 무지부 프레스부의 효과가 나타나지 않을 수 있다. 이것은, 유지부를 압연하는 경우처럼 집전체 호일 상에 전극 합재층을 압연하여 전극 합재층의 두께를 얇게 만드는 것이 아니라, 무지부 호일 자체의 연신율을 높이기 위한 압연이기 때문에 유지부를 압연하는 경우와 조건(유지부 압연 시 상하부 가압 롤러는 경도가 동일)이 다를 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전극 압연 장치에서, 제1 무지부 압연 롤러의 마찰계수가 제2 무지부 압연 롤러의 마찰계수보다 낮은 것이 바람직하다. 만약, 제1 무지부 압연 롤러의 마찰계수가 제2 무지부 압연 롤러의 마찰계수보다 크다면, 슬립(slip) 현상이 발생하여 본 실시예에 따른 무지부 프레스부가 무지부를 균일하게 압연하기 어렵고, 이에 따라 무지부의 접힘 및 주름 문제가 개선되기 어려울 수 있다.
경우에 따라서는, 상부 또는 일측에서 가압하는 무지부 압연 롤러는 전극 기재의 양측 무지부에 대응하도록 2개 롤러로 형성되고, 하부 또는 타측에서 가압하는 무지부 압연 롤러는 하나의 롤러로 형성된 구조가 가능하다.
또 다른 구체적인 실시예에서, 상기 무지부 프레스부는 전극 기재의 무지부 영역을 가압하는 쌍을 이룬 무지부 압연 롤러를 포함하며, 각 무지부 압연 롤러는 모두 요철 패턴이 형성된 구조이다. 무지부 프레스부를 형성하는 쌍을 이룬 무지부 압연 롤러에 모두 요철 패턴이 형성된 구조이고, 이를 통해 전극 기재의 무지부 영역에 양쪽에서 가압하여 형성된 표면 요철 구조를 부여할 수 있다. 이 경우, 전극 기재의 무지부 영역에 요철 구조를 보다 명확하게 부여할 수 있다.
상기 무지부 프레스부를 형성하는 무지부 압연 롤러 중 하나 이상은 알루미늄 또는 그 합금, 스테인리스 및 플라스틱 소재 중 어느 하나 이상으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 무지부 프레스부를 형성하는 한 쌍의 롤러는 높은 강도를 갖는 엔지니어링 플라스틱 소재로 형성된다. 또 다른 예를 들어, 상기 무지부 프레스부는 쌍을 이룬 무지부 압연 롤러를 포함하되, 어느 하나의 무지부 압연 롤러는 고강도 및 고경도의 엔지니어링 플라스틱 소재로 형성되고, 다른 하나의 무지부 압연 롤러는, 예를 들어, 비커스 경도(Vickers Hardness) 기준 90 F 이하 또는 50 내지 90 F 범위의 상대적으로 낮은 경도를 갖는 플라스틱 소재 혹은 고무 재질로 형성된 구조이다.
본 발명에서, 유지부는 집전체층 중에서 전극 합재층이 도포된 영역을 의미하고, 무지부는 집전체층 중에서 전극 합재층이 도포되지 않은 영역을 의미한다. 따라서, 유지부와 무지부는 적층 구조 및 두께가 서로 상이하며, 전극 기재에 가해지는 응력은 유지부와 무지부의 경계 라인에 집중된다. 본 발명에서는 전극 기재에 가해지는 응력을 해소하기 위하여 유도 가열부, 구체적으로는 무지부 유도 가열부를 더 포함할 수 있다.
하나의 실시예에서, 본 발명에 따른 전극 압연 장치는 전극 기재의 무지부 영역을 유도 가열하는 무지부 유도 가열부를 더 포함한다. 상기 무지부 유도 가열부는, 주로 양극 전극의 압연 시 사용되고, 음극 전극의 압연 시에는 적용되지 않는 것이 바람직하다. 또한, 양극 전극의 압연시, 상기 무지부 프레스부는, 무지부 유도 가열부와 전극 압연부의 후단에 위치할 수 있다.
상기 무지부 유도 가열부는 집전체층을 형성하는 금속 호일의 연신을 균일하게 하는 효과가 있다. 상기 무지부 유도 가열부는, 예를 들어, 전극 기재의 양 측면에 형성된 무지부를 커버하도록 2개의 가열면을 갖는 구조이다.
상기 무지부 유도 가열부는 전극 기재의 무지부를 유도 가열하게 되며, 구체적으로는, 전극 기재의 유지부와 무지부의 경계 라인을 중심으로 유지부의 일부 영역과 무지부의 전체 영역을 유도 가열한다. 예를 들어, 유도 가열부는 2개의 가열면을 갖고, 각 유도 가열부의 가열면은 MD(Machine Direction) 방향의 길이와 TD 방향(Transverse Direction)의 길이의 비(MD:TD)가 30:70 내지 70:30 범위, 30:70 내지 45:55 범위, 또는 55:45 내지 70:30 범위이다. 또한, 예를 들어, 유도 가열부의 각 가열면 면적은, 1,300 내지 2,000 mm2 범위이다.
상기 무지부 유도 가열부는 전극 기재의 무지부 영역을 유도 가열하되, 예를 들어, 전극 기재의 무지부 영역을 100 내지 300℃ 범위의 온도로 가열한다. 너무 높지 않은 온도에서 상기 무지부 영역을 가열함으로써, 무지부를 형성하는 금속 호일의 변형과 너울 발생을 최소화한다. 이때, 유지부 표면 온도는 30 내지 80℃ 범위의 온도로 가열될 수 있다.
한편, 음극 전극을 압연하는 경우에는, 본 발명의 압연 장치는 상기 무지부 유도 가열부를 포함하지 않는 것이 바람직하다.
하나의 실시예에서, 상기 전극 압연부는 전극 기재의 유지부를 포함하는 영역을 가압하는 쌍을 이룬 압연 롤러를 포함한다. 예를 들어, 상기 전극 압연부는 유지부 영역과 무지부 영역을 포함하는 전극 기재의 전면을 가압하는 구조이다. 또 다른 예에서, 상기 전극 압연부는 전극 기재의 유지부 영역을 가압하는 구조도 가능하다.
또 다른 하나의 실시예에서, 상기 전극 압연부는 전극 기재를 선압 0.5 내지 6 Ton/cm 범위에서 전극 기재를 가압한다. 구체적으로, 상기 전극 압연부에서 전극 기재에 가해지는 선압은 1.8 내지 6 Ton/cm 범위, 2 내지 6 Ton/cm 범위, 2.5 내지 6 Ton/cm 범위, 2.8 내지 6 Ton/cm 범위, 또는 2.8 내지 4 Ton/cm 범위일 수 있다. 고밀도 전극을 구현하기 위한 방안으로 전극 기재를 가하는 선압을 높이게 된다. 본 발명에서는 전극 압연부에서 상대적으로 높은 수준의 선압으로 전극 기재를 압연하더라도 너울 발생 정도를 현저히 낮출 수 있다.
또 다른 하나의 실시예에서, 본 발명에 따른 전극 압연 장치는 전극 기재를 가열 건조하는 건조부를 더 포함한다. 구체적으로, 상기 건조부는 전극 압연부의 하류에 위치하거나 또는 전극 압연부를 포함하도록 동일 선상에 위치하는 구조이다. 예를 들어, 본 발명에서는, 전극 기재에 대한 압연 후 전극 기재를 건조실에서 건조할 수 있다. 또 다른 예를 들어, 본 발명에서는 전극 기재에 대한 압연과 동시에 전극 기재에 대한 건조를 수행하는 것도 가능하다. 또 다른 예를 들어, 본 발명에서 전극 압연부는 내장된 히팅 코일에 의해 가열된 가압 롤러를 포함하는 구조일 수 있으며, 이를 통해 히팅된 가압 롤러를 통해 전극 기재를 압연하는 것이 가능하다.
또한, 본 발명은 전극 압연 방법을 제공하며, 구체적으로는 집전체층 및 상기 집전체층의 일면 또는 양면에 형성된 전극 합재층을 포함하는 전극 기재를 압연하는 방법을 제공한다. 하나의 실시예에서, 본 발명에 따른 전극 압연 방법은, 전극 기재를 압연하는 전극 압연 단계, 및 전극 기재의 무지부 영역을 가압하여 패턴을 형성하는 무지부 프레싱 단계를 포함한다.
본 발명에서는 무지부 프레스부를 통해 전극 기재의 무지부를 가압하여 패턴을 형성함으로써, 높은 선압으로 전극 기재를 압연하더라도 무지부의 너울 발생을 현저히 감소시킬 수 있고, 무지부의 주름을 완화하며, 접힘을 개선할 수 있음을 확인하였다. 또한, 전극 기재의 너울이 감소하거나, 무지부의 주름 발생 및 접힘이 개선되면, 공정 불량률을 낮출 수 있고, 나아가 전극 기재의 권취시 권취량을 높이는 것도 가능하다. 따라서, 본 발명에 따른 전극 압연 방법은 전극 제조시 공정 효율을 높이고 제품 불량을 낮출 수 있다.
하나의 실시예에서, 상기 무지부 프레싱 단계에서는, 쌍을 이룬 무지부 압연 롤러로 전극 기재의 양 측면에 형성된 무지부 영역을 각각 가압하여 요철 패턴을 형성한다. 또한, 서로 마주보는 무지부 압연 롤러를 이용하여, 전극 기재의 무지부 영역을 가압한다. 이 때, 쌍을 이룬 무지부 압연 롤러 중 어느 하나 이상은 표면 요철이 형성된 구조이다. 예를 들어, 쌍을 이룬 무지부 압연 롤러 중 하나의 무지부 압연 롤러는 표면 요철이 형성된 구조이고, 혹은 쌍을 이룬 무지부 압연 롤러 모두 표면 요철이 형성된 구조이다. 상기 무지부 압연 롤러의 표면 요철에 대응되는 형상으로 전극 기재의 무지부 영역에 요철 패턴이 형성된다. 무지부 프레싱 단계에 적용되는 롤러의 형상 내지 재질 등은 앞서 설명한 바와 같다.
또 다른 하나의 실시예에서, 상기 무지부 프레싱 단계에서는, 전극 기재의 무지부 영역에, 전극 기재의 진행 방향(MD, Machine Direction)과 60° 내지 150°의 경사각을 갖는 방향으로 배향된 요철 패턴을 형성한다. 전극 기재의 무지부 영역에 형성되는 요철 패턴은 가압 롤러의 표면 형상에 대응된다. 구체적으로, 상기 경사각의 범위는, 60° 내지 120°범위, 80° 내지 150° 범위 또는 75° 내지 105° 범위이다. 요철 패턴을 전극 기재의 진행 방향(MD, Machine Direction)과 상기 범위의 경사각을 갖는 방향으로 형성함으로써, 전극 기재의 무지부에 가해지는 응력을 해소하고 너울 발생을 최소화할 수 있다. 예를 들어, 요철 패턴은 전극 기재의 진행 방향(MD, Machine Direction)과 수직한 방향으로 배향된 형상이다.
구체적인 실시예에서, 전극 기재의 무지부 영역에 형성된 요철 패턴은 산과 골이 반복하는 형상이다. 예를 들어, 산과 산 사이의 간격이 평균 0.5 내지 10 mm 범위이고, 산과 골 사이의 높이 차이는 평균 0.1 내지 5 mm 범위이다. 또 다른 예를 들어, 산과 산 사이의 간격이 평균 1 내지 5 mm 범위이고, 산과 골 사이의 높이 차이는 평균 0.3 내지 2.5 mm 범위이다. 산과 산 사이의 간격은 평균 1 내지 2 mm 범위인 것이 더욱 바람직하고, 산과 골 사이의 높이 차이는 평균 0.4 내지 0.8 mm 범위인 것이 더욱 바람직하다. 전극 기재의 무지부 영역에 형성된 요철 패턴은 제품의 사양이나 용도 등에 따라 다양하게 변형 가능하다. 본 발명에서는 요철 패턴의 형상을 상기 범위로 제어함으로써, 무지부의 너울 발생을 최소화하면서 동시에 이차 전지 조립 과정에서 무지부의 패턴 형성에 따른 부피 증가를 억제할 수 있다.
또 다른 하나의 실시예에서, 본 발명에 따른 전극 압연 방법은, 상기 전극 압연 단계 이전에, 전극 기재의 무지부 영역을 유도 가열하는 무지부 유도 가열 단계를 더 포함한다. 상기 무지부 유도 가열 단계는 전극 기재의 건조 과정과는 별도로 진행되는 단계이다. 본 발명에서는, 전극 압연 단계 이전에 무지부 유도 가열 단계를 수행함으로써, 무지부의 응력을 해소하고 너울 발생을 효과적으로 억제하는 것을 확인하였다.
상기 무지부 유도 가열 단계는, 전극의 압연 단계에서 무지부 부분에 발생하는 응력을 해소할 수 있도록 전극 압연 단계 이전에 무지부 부분을 미리 연신시키기되, 집전체를 형성하는 금속 호일의 변형을 최소화하는 온도로 가열해야 한다. 이를 위해, 상기 무지부 유도 가열 단계는 전극 기재의 무지부 영역을 100 내지 300℃ 범위의 온도로 가열할 수 있다. 구체적으로, 무지부 유도 가열 단계에서는 전극 기재의 무지부를 100 내지 250℃ 범위 또는 150 내지 200℃ 범위로 가열한다. 무지부 유도 가열 단계에서는 전극 기재의 무지부를 상대적으로 낮은 온도로 가열하며, 이는 전극 압연 단계 이전에 무지부 부분을 미리 연신시키되, 집전체를 형성하는 금속 호일의 변형을 최소화하기 위함이다.
하나의 실시예에서, 전극 압연 단계에서는, 평균 선압 0.5 내지 6 Ton/cm 범위로 전극 기재를 압연한다. 구체적으로, 상기 전극 압연부에서 전극 기재에 가해지는 선압은 1.8 내지 6 Ton/cm 범위, 2 내지 6 Ton/cm 범위, 2.5 내지 6 Ton/cm 범위, 2.8 내지 6 Ton/cm 범위, 또는 2.8 내지 4 Ton/cm 범위일 수 있다. 고밀도 전극을 구현하기 위한 방안으로 전극 기재를 가하는 선압을 높이게 된다. 본 발명에서는 전극 압연부에서 상대적으로 높은 수준의 선압으로 전극 기재를 압연하더라도 너울 발생 정도를 현저히 낮출 수 있다.
하나의 실시예에서, 본 발명에 따른 전극 압연 방법을 수행하는 동안, 전극 기재는 일 방향(MD; Machine Direction)으로 이송되며, 이송 속도는 10 내지 1,100 m/min 범위이다. 예를 들어, 전극 기재의 이송을 중단한 상태에서 압연 과정을 수행하는 것도 가능하나, 전극 기재의 이송 중에 각 단계를 수행하는 것이 공정 효율에 유리하다. 구체적으로 상기 전극 기재의 이송 속도는 10 내지 1,000 m/min 범위, 50 내지 1,100 m/min 범위, 60 내지 200 m/min 범위, 60 내지 90 m/min 범위, 70 내지 90 m/min 범위, 65 내지 80 m/min 범위 또는 75 내지 85 m/min 범위이다. 상기 전극 기재의 이송 속도는 압연에 따른 제품 균일도를 유지하면서 공정 효율을 저하시키지 않는 범위이다.
하나의 예에서, 상기 전극 기재는 리튬 이차전지의 양극 및/또는 음극으로 적용되는 기재를 의미한다. 상기 전극 기재는 전극의 형상에 맞게 타발하는 과정을 거쳐 양극 또는 음극으로 적용된다.
상기 양극은, 양극 집전체 상에 이층 구조의 양극 활물질층이 적층된 구조이다. 하나의 예에서, 양극 활물질층은 양극 활물질, 도전재 및 바인더 고분자 등을 포함되며, 필요에 따라, 당업계에서 통상적으로 사용되는 양극 첨가제를 더 포함할 수 있다.
상기 양극 활물질은 리튬 함유 산화물일 수 있으며, 동일하거나 상이할 수 있다. 상기 리튬 함유 산화물로는, 리튬 함유 전이금속 산화물이 사용될 수 있다.
예를 들어, 상기 리튬 함유 전이금속 산화물은, LixCoO2(0.5<x<1.3), LixNiO2(0.5<x<1.3), LixMnO2(0.5<x<1.3), LixMn2O4(0.5<x<1.3), Lix(NiaCobMnc)O2(0.5<x<1.3, 0<a<1, 0<b<1, 0<c<1, a+b+c=1), LixNi1-yCoyO2(0.5<x<1.3, 0<y<1), LixCo1-yMnyO2(0.5<x<1.3, 0≤y<1), LixNi1-yMnyO2(0.5<x<1.3, O≤y<1), Lix(NiaCobMnc)O4(0.5<x<1.3, 0<a<2, 0<b<2, 0<c<2, a+b+c=2), LixMn2-zNizO4(0.5<x<1.3, 0<z<2), LixMn2-zCozO4(0.5<x<1.3, 0<z<2), LixCoPO4(0.5<x<1.3) 및 LixFePO4(0.5<x<1.3)로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물일 수 있으며, 상기 리튬 함유 전이금속 산화물은 알루미늄(Al) 등의 금속이나 금속산화물로 코팅될 수도 있다. 또한, 상기 리튬 함유 전이금속 산화물 외에 황화물(sulfide), 셀렌화물(selenide) 및 할로겐화물(halide) 등으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상도 사용될 수 있다.
상기 양극 활물질은 양극 활물질층 중에 94.0 내지 98.5 중량% 범위로 포함될 수 있다. 양극 활물질의 함량이 상기 범위를 만족할 때 고용량 전지의 제작, 그리고 충분한 양극의 도전성이나 전극재간 접착력을 부여하는 면에서 유리하다.
상기 양극에 사용되는 집전체는 전도성이 높은 금속으로, 양극 활물질 슬러리가 용이하게 접착할 수 있는 금속이면서, 전기화학소자의 전압 범위에서 반응성이 없는 것이면 어느 것이라도 사용할 수 있다. 구체적으로 양극용 집전체의 비제한적인 예로는 알루미늄, 니켈 또는 이들의 조합에 의하여 제조되는 호일 등이 있다.
양극 활물질층은 도전재를 더 포함한다. 상기 도전재는 통상적으로 양극 활물질을 포함한 혼합물 전체 중량을 기준으로 1 내지 30 중량%로 첨가된다. 이러한 도전재는 이차전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 도전재로는 천연 흑연이나 인조 흑연 등의 흑연; 카본블랙, 아세틸렌 블랙, 케첸 블랙, 채널 블랙, 퍼네이스 블랙, 램프 블랙, 서머 블랙 등의 카본블랙; 탄소 섬유나 금속 섬유 등의 도전성 섬유; 불화 카본, 알루미늄, 니켈 분말 등의 금속 분말; 산화아연, 티탄산 칼륨 등의 도전성 위스키; 산화 티탄 등의 도전성 금속 산화물; 폴리페닐렌 유도체 등으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상이 사용될 수 있다.
상기 음극은, 음극 집전체의 상에 이층 구조의 음극 활물질층이 적층된 구조이다. 하나의 예에서, 음극 활물질층은 음극 활물질, 도전재 및 바인더 고분자 등을 포함되며, 필요에 따라, 당업계에서 통상적으로 사용되는 음극 첨가제를 더 포함할 수 있다.
상기 음극 활물질은 탄소재, 리튬 금속, 규소 또는 주석 등을 포함할 수 있다. 음극 활물질로서 탄소재가 사용되는 경우, 저결정 탄소 및 고결정성 탄소 등이 모두 사용될 수 있다. 저결정성 탄소로는 연화탄소(soft carbon) 및 경화탄소 (hard carbon)가 대표적이며, 고결정성 탄소로는 천연 흑연, 키시흑연 (Kish graphite), 열분해 탄소 (pyrolytic carbon), 액정피치계 탄소섬유 (mesophase pitch based carbon fiber), 탄소 미소구체 (mesocarbon microbeads), 액정피치 (Mesophase pitches) 및 석유와 석탄계 코크스 (petroleum orcoal tar pitch derived cokes) 등으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 고온 소성탄소가 대표적이다.
상기 음극에 사용되는 집전체의 비제한적인 예로는 구리, 금, 니켈 또는 구리 합금 또는 이들의 조합에 의하여 제조되는 호일 등이 있다. 또한, 상기 집전체는 상기 물질들로 이루어진 기재들을 적층하여 사용할 수도 있다.
또한, 상기 음극은 당해 분야에 통상적으로 사용되는 도전재 및 바인더를 포함할 수 있다.
이하, 도면과 실시예 등을 통해 본 발명을 보다 상세히 설명한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
(제1 실시 형태)
도 2 및 3은 각각 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 압연 과정을 도시한 모식도들이며, 도 2는 단면도를 도시한 것이고 도 3은 평면도를 도시한 것이다.
도 2를 참조하면, 집전체층 및 상기 집전체층의 양면에 형성된 전극 합재층을 포함하는 전극 기재(110)를 압연한다. 구체적으로는, 전극 기재(110)를 압연하는 압연 롤러(121, 122)를 포함하는 전극 압연부를 거친 후, 무지부 프레스부에 의해 전극 기재(110)의 무지부(111) 영역을 가압하여 패턴을 형성하게 된다.
전극 압연부는 전극 기재(110)의 전면 혹은 유지부를 양면에서 가압하는 쌍을 이룬 압연 롤러(121, 122)를 포함한다. 상기 한 쌍의 압연 롤러(121, 122)는 전극 기재를 선압 3.0 ton/cm 조건으로 압연하면서 전극 기재(110)의 유지부를 가압하여 밀도를 높이게 된다.
상기 전극 기재(110)는 앞서 설명한 전극 압연 과정을 거치는 동안 80 m/min의 속도로 이송될 수 있다.
전극 기재(110)는 전극 압연부를 거친 후 무지부 프레스부에서 무지부 압연 과정을 수행한다.
상기 무지부 프레스부는 전극 기재(110)의 무지부(111)를 양면에서 가압하는 쌍을 이룬 무지부 압연 롤러(131, 132)를 포함한다. 상기 쌍을 이룬 무지부 압연 롤러(131, 132) 중 상부에 위치하는 제1 무지부 압연 롤러(131)는 요철 패턴이 형성된 구조이고, 하부에 위치하는 제2 무지부 압연 롤러(132)는 표면에 요철 패턴이 형성되지 않은 구조이다. 상부에 위치하는 제1 무지부 압연 롤러(131)는 전극 기재(110)의 무지부(111)에 요철 패턴을 부여하고, 하부에 위치하는 제2 무지부 압연 롤러(132)는 전극 기재(110)의 무지부(111)를 지지하는 역할을 한다. 예를 들어, 상부에 위치하는 제1 무지부 압연 롤러(131)는 고강도의 엔지니어링 플라스틱으로 형성되고, 하부에 위치하는 무지부 압연 롤러(132)는 상대적으로 경도가 낮은 플라스틱 혹은 고무 재질로 형성된다.
제1 무지부 압연 롤러(131)는 제2 무지부 압연 롤러(132)보다 높은 경도를 가지는 것이 바람직하다. 구체적으로, 제1 무지부 압연 롤러(131)는 HB 경도가 약 100 이상인 재료로 형성되고, 제2 무지부 압연 롤러(132)는 HB 경도가 약 70 이하인 재료로 형성될 수 있다. 예를 들어, 하기 표 1에서와 같이 제1, 2 무지부 압연 롤러(131, 132)의 경도가 상기 언급한 조건의 범위를 갖는 재료로 제1, 2 무지부 압연 롤러(131, 132)를 형성할 때 본 실시예에 따른 무지부 프레스부로 무지부를 압연하여 무지부 너울과 무지부 들림을 일정 수준 이하로 제어하는 효과를 구현할 수 있다. 비교예 1,2의 경우에는 무지부 접힘과 주름이 발생하여 전극 불량이 됨을 확인하였다.
| 상부 롤러 (제1 무지부 압연 롤러) |
하부 롤러 (제2 무지부 압연 롤러) |
전극 품질 | 비고 | |
| 실시예 | SUS재질 압연 롤러 | 고무 재질 압연 롤러 | 양호 | 무지부 들림 수준이 4mm 미만으로 확인됨 |
| 비교예1 | 고무 재질 압연 롤러 | SUS재질 압연 롤러 | 불량 | 무지부 접힘/주름 발생 |
| 비교예2 | SUS재질 압연 롤러 | SUS재질 압연 롤러 | 불량 | 무지부 접힘/주름 발생 및/또는무지부 호일 손상 |
SUS: Steel Use Stainless
상기 표 1을 참고하면, 제1 무지부 압연 롤러의 경도보다 제2 무지부 압연 롤러의 경도가 큰 경우(비교예1)에는 제1 무지부 압연 롤러가 무지부를 가압하여 무지부의 연신율 개선 효과가 적어 무지부의 접힘 및 주름 발생을 방지하기 어렵다. 또한, 제1 무지부 압연 롤러와 제2 무지부 압연 롤러의 경도가 동일한 경우(비교예2)에도 역시 전극 기재가 찢어지는 등 금속 호일에 손상이 발생하거나 무지부 프레스부에 의해 무지부를 압연하는 효과가 적어 무지부 접힘 및 주름 발생을 방지하기 어렵다.
본 실시예에 따른 제1 무지부 압연 롤러(131)에 형성된 요철 패턴은 약 36개 내지 150개의 톱니를 가질 수 있다. 원형 둘레를 갖는 무지부 압연 롤러에서 톱니 사이의 간격을 롤러의 중앙에서 서로 이웃하는 톱니 사이의 각도를 측정하여 요철 패턴의 분포 밀도를 나타낼 수 있다. 이와 관련하여 하기 표 2에 나타난 바와 같이, 제1 무지부 압연 롤러(131)에 형성된 톱니가 36개보다 적으면 실제로 무지부 프레스부로 무지부를 압연하여 전극 너울 감소 효과를 얻기 어려우며, 톱니가 150개보다 많으면 롤러의 가감속시 무지부 접힘 현상이 발생할 수 있다. 톱니 현상을 갖지 않는 평평한 무지부 압연 롤러를 사용하는 경우에도 가감속시 무지부 접힘 현상이 발생할 수 있다.
전극 너울은 압연 이후에 전극 표면이 물결치는 현상을 가리킬 수 있다.
| 상부 롤러(제1 무지부 압연 롤러) 톱니 형상 |
전극 품질 | 비고 |
| 나사산 간격 | ||
| 평롤(톱니 없음) | 불량 | 가감속시 무지부 들림 현상 발생 |
| 2.4°~10° (36EA~150EA) | 양호 | 무지부 들림 수준이 4mm 미만으로 확인됨 |
| 1.0° (360EA) | 불량 | 가감속시 무지부 접힘 발생 |
도 3을 참조하면, 전극 기재(110)는 집전체층 및 상기 집전체층의 양면에 형성된 전극 합재층을 포함하며, 집전체층에 전극 합재층이 도포된 영역은 유지부(112)이고, 집전체층에 전극 합재층이 도포되지 않은 영역은 무지부(111)이다.
상기 무지부 프레스부는 전극 기재(110)의 무지부(111) 양측을 각각 가압하는 쌍을 이룬 무지부 압연 롤러(131, 132)를 포함한다. 위에서 관찰하면, 전극 기재(110)의 양측면의 무지부(111) 상에는 각각 상부 무지부 압연 롤러(131(a), 131(b))가 위치한다. 상부 무지부 압연 롤러(131(a), 131(b))에 의해 전극 기재(110)의 무지부(111)에 형성된 요철 패턴은 MD 방향에 수직되는 방향으로 배향된 구조이다.
(비교 실시 형태)
도 4 및 5는 각각 본 발명의 비교예에 따른 전극 압연 과정을 도시한 모식도들이며, 도 4는 단면도를 도시한 것이고 도 5는 평면도를 도시한 것이다.
도 4를 참조하면, 집전체층 및 상기 집전체층의 양면에 형성된 전극 합재층을 포함하는 전극 기재(30)를 압연한다. 구체적으로는, 전극 기재(30)의 무지부(31) 영역을 가압하여 패턴을 형성하는 무지부 프레스부를 거친 후 전극 압연부를 통해 전극 기재를 압연하게 된다.
상기 무지부 프레스부는 전극 기재(30)의 무지부(31)를 양면에서 가압하는 쌍을 이룬 무지부 압연 롤러(51, 52)를 포함한다. 상기 쌍을 이룬 무지부 압연 롤러(51, 52) 중 상부에 위치하는 제1 무지부 압연 롤러(51)는 요철 패턴이 형성된 구조이고, 하부에 위치하는 제2 무지부 압연 롤러(52)는 표면에 요철 패턴이 형성되지 않은 구조이다. 상부에 위치하는 제1 무지부 압연 롤러(51)는 전극 기재(30)의 무지부(31)에 요철 패턴을 부여하고, 하부에 위치하는 제2 무지부 압연 롤러(52)는 전극 기재(30)의 무지부(31)를 지지하는 역할을 한다.
무지부 프레스부를 거친 전극 기재(30)는 전극 압연부를 통해 압연된다. 전극 압연부는 전극 기재(30)의 전면 혹은 유지부를 양면에서 가압하는 한 쌍의 압연 롤러(41, 42)를 포함한다. 상기 한 쌍의 압연 롤러(41, 42)는 전극 기재를 선압 3.0 ton/cm 조건으로 압연하면서 전극 기재(30)의 전면을 가압하되, 유지부에 형성된 전극 합재층의 밀도를 높이게 된다.
상기 전극 기재(30)는 앞서 설명한 전극 압연 과정을 거치는 동안 80 m/min의 속도로 이송된다.
도 6은 압연이 진행되는 진행 방향을 따라 연신율을 측정한 전극 기재 상의 위치를 나타내는 도면이다. 도 7은 도 6에서 나타낸 위치에서 연신율을 측정한 결과를 나타내는 그래프이다.
도 6 및 도 7에서, 전극 압연부에 의한 유지부 압연과, 무지부 프레스부에 의한 무지부의 압연이 모두 끝난 이후의 연신율을 측정한다. 이때, 연신율은 (전체 압연 후 길이(d2) - 압연 전 길이(d1))/압연 전 길이(d1)으로 측정된 값이다. 따라서 압연 전 길이에 대한 압연 공정 완료 후 늘어난 길이에 대한 비율을 나타낸다. 이때, 연신율은 전극 기재의 진행 방향의 길이를 기준으로 측정된다.
도 7에서, 비교 실시 형태는 앞에서 설명한 바와 같이, 무지부 프레스부에 의해 무지부 영역을 가압하여 패턴을 형성한 후에, 전극 압연부를 통해 전극 기재를 압연한 케이스이다. 제1 실시 형태는 앞에서 설명한 바와 같이, 전극 기재를 압연한 후에, 무지부 프레스부에 의해 전극 기재의 무지부 영역을 가압하여 패턴을 형성한 케이스이다. 참고예는, 무지부 프레스부에 의한 무지부 압연을 하지 않고, 전극 압연부에 의해 전극 기재를 압연한 케이스이다.
제1 실시 형태의 경우, 참고예 및 비교 실시 형태 대비하여 무지부에서의 연신율이 코팅부에서의 연신율과 대등한 것을 확인할 수 있다. 무지부 프레스부에 의해 무지부 압연이 수행되기 전에 전극 압연부에 의해 전극 기재가 압연됨에 따라, 유지부의 연신율과 무지부의 연신 정도 차이가 크게 된다. 이러한 연신 정도 차이로 인해 연신 정도가 낮은 무지부에 주행 텐션이 집중될 수 있고, 더 나아가 유지부의 폭 대비해서 무지부의 폭은 약 10%이내로 훨씬 좁기 때문에 주행 텐션이 무지부에 더 집중될 수 있다. 주행 텐션이 집중된 무지부를 무지부 프레스부에 의해 가압하게 되면 연신율 증가 효과가 크게 나타난다. 즉, 무지부에 걸리는 주행 텐션이 높을수록 무지부 프레스부에 의한 연신율 증가가 크다. 이에 반해, 비교 실시 형태의 경우 전극 압연부에 의한 전극 기재 압연 전에 무지부 프레스부에 의한 무지부 압연이 일어남에 따라, 유지부와 무지부의 연신 정도 차이가 크게 나지 않은 상태이기 때문에 주행 텐션 집중에 의한 연신율 증가 효과가 미미하게 나타나서, 참고예와 거의 차이가 없는 것을 확인할 수 있다.
(제2 실시 형태)
도 8은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 전극 압연 과정을 도시한 평면도이다. 도 8을 참조하면, 전극 기재(210)는 집전체층 및 상기 집전체층의 양면에 형성된 전극 합재층을 포함하며, 집전체층에 전극 합재층이 도포된 영역은 유지부(212)이고 집전체층에 전극 합재층이 도포되지 않은 영역은 무지부(211)이다.
전극 기재(210)는 무지부 유도 가열부(241, 242)에서 무지부(211)가 가열된다. 무지부 유도 가열부(241, 242)에서 무지부(211)의 가열 온도는 약 75℃이다.
무지부 유도 가열부(241, 242)를 거친 전극 기재(210)는 전극 압연부를 통해 압연된다. 전극 압연부는 전극 기재(210)의 전면 혹은 유지부를 양면에서 가압하는 한 쌍의 압연 롤러(221)를 포함한다. 상기 한 쌍의 압연 롤러(221)는 전극 기재를 선압 3.0 ton/cm 조건으로 압연하면서 전극 기재(210)의 전면을 가압하되, 유지부에 형성된 전극 합재층의 밀도를 높이게 된다.
상기 전극 기재(210)는 앞서 설명한 전극 압연 과정을 거치는 동안 80 m/min의 속도로 이송된다.
전극 압연부를 거친 전극 기재(210)는 무지부 프레스부에 의해 압연된다. 상기 무지부 프레스부는 전극 기재(210)의 무지부(111) 양측을 각각 가압하는 상부 무지부 압연 롤러(231(a), 231(b))를 포함한다. 위에서 관찰하면, 전극 기재(210) 양측면의 무지부(211) 상에 각각 무지부 압연 롤러(231(a), 231(b))가 위치한다. 무지부 압연 롤러(231(a), 231(b))의 가압에 의해 전극 기재(210)의 무지부(211)에 형성된 요철 패턴이 형성되며, 형성된 요철 패턴은 MD 방향에 수직되는 방향으로 배향된 형상이다.
도 3을 다시 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 압연 과정을 설명하기로 한다.
도 3을 참조하면, 알루미늄 호일 상에 전극 합재층이 형성된 전극 기재가 공급되고, 공급된 전극 기재는 전극 압연부를 거치게 된다. 전극 압연부를 거친 전극 기재는 무지부 압연부를 거치게 된다. 상기 무지부 압연부는 하부 무지부 압연 롤러에 의해 전극 기재를 지지하고, 전극 기재의 무지부 상에 위치하는 상부 무지부 압연 롤러에 의해 요철 패턴이 형성된다. 상부 무지부 압연 롤러는 표면 요철이 형성된 형상이고, 전극 기재의 무지부에는 상기 상부 무지부 압연 롤러의 표면 요철에 대응되는 요철 패턴이 형성된다.
전극 기재는 알루미늄 호일 상에 전극 합재층이 형성된 유지부와 전극 합재층이 형성되지 않은 무지부를 포함하며, 상기 유지부와 무지부 사이에는 절연 코팅층(300)이 형성되어 있다. 이때, 절연 코팅층은 상기 유지부와 무지부의 경계 라인을 덮을 수 있다.
표면 요철이 형성된 무지부 압연 롤러를 이용하여 전극 기재의 무지부를 압연한다. 전극 기재의 무지부에는 무지부 압연 롤러의 표면 요철에 대응되는 요철 패턴이 형성된다.
(제3 실시 형태)
도 9는 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 전극 압연 과정을 도시한 평면도이다. 도 9를 참조하면, 집전체층 및 상기 집전체층의 양면에 형성된 전극 합재층을 포함하는 전극 기재(310)를 압연한다. 구체적으로는, 전극 기재(310)를 압연하는 압연 롤러(321, 322)를 포함하는 전극 압연부를 거친 후, 무지부 프레스부에 의해 전극 기재(310)의 무지부(311) 영역을 가압하여 패턴을 형성하게 된다.
상기 무지부 프레스부는 전극 기재(310)의 무지부(311)를 양면에서 가압하는 쌍을 이룬 무지부 압연 롤러(331, 332)를 포함한다. 상기 쌍을 이룬 무지부 압연 롤러(131, 132)는 표면에 요철 패턴이 형성된 구조이다.
전극 압연부는 전극 기재(310)의 전면 혹은 유지부를 양면에서 가압하는 쌍을 이룬 압연 롤러(321, 322)를 포함한다. 상기 한 쌍의 압연 롤러(321, 322)는 전극 기재를 선압 3.0 ton/cm 조건으로 압연하면서 전극 기재(310)의 유지부를 가압하여 밀도를 높이게 된다.
상기 전극 기재(310)는 앞서 설명한 전극 압연 과정을 거치는 동안 70 m/min의 속도로 이송된다.
전극 기재(110)는 전극 압연부를 거쳐 무지부 프레스부에서 무지부 압연 과정을 수행한다.
이상, 도면과 실시예 등을 통해 본 발명을 보다 상세히 설명하였다. 그러나, 본 명세서에 기재된 도면 또는 실시예 등에 기재된 구성은 본 발명의 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
10, 110, 210, 310: 전극 기재
21, 22, 121, 122, 221, 222, 321, 322: 압연 롤러
11, 111, 211, 311: 무지부
212: 유지부
131, 131(a), 131(b), 132, 231(a), 232(b), 331, 332: 무지부 압연 롤러
141, 142, 241, 242: 무지부 유도 가열부
21, 22, 121, 122, 221, 222, 321, 322: 압연 롤러
11, 111, 211, 311: 무지부
212: 유지부
131, 131(a), 131(b), 132, 231(a), 232(b), 331, 332: 무지부 압연 롤러
141, 142, 241, 242: 무지부 유도 가열부
Claims (17)
- 집전체층 및 상기 집전체층의 일면 또는 양면에 형성된 전극 합재층을 포함하는 전극 기재를 압연하는 장치에 있어서,
상기 전극 기재의 무지부 영역을 가압하여 패턴을 형성하는 무지부 프레스부; 및
상기 전극 기재를 압연하는 전극 압연부를 포함하고,
상기 무지부 프레스부는 상기 전극 기재의 진행 방향을 따라 상기 전극 압연부 후속으로 배치되는 전극 압연 장치. - 제1항에 있어서,
상기 무지부 프레스부는 상기 전극 기재의 무지부 영역을 가압하는 쌍을 이룬 무지부 압연 롤러를 포함하며,
상기 쌍을 이룬 무지부 압연 롤러 중 어느 하나 이상은 표면 요철이 형성된 구조인 전극 압연 장치. - 제1항에 있어서,
상기 무지부 프레스부는 상기 전극 기재의 무지부 영역을 가압하는 쌍을 이룬 무지부 압연 롤러를 포함하며,
상기 쌍을 이룬 무지부 압연 롤러는 서로 다른 경도를 갖는 전극 압연 장치. - 제3항에 있어서,
상기 쌍을 이룬 무지부 압연 롤러는, 표면 요철이 형성된 구조를 갖는 제1 무지부 압연 롤러, 및 표면에 요철이 형성되지 않은 구조를 갖는 제2 무지부 압연 롤러를 포함하는 전극 압연 장치. - 제4항에 있어서,
상기 제1 무지부 압연 롤러는 상기 제2 무지부 압연 롤러보다 높은 경도를 갖는 전극 압연 장치. - 제5항에 있어서,
상기 제1 무지부 압연 롤러는 상기 무지부 영역 상부에 위치하고, 상기 제2 무지부 압연 롤러는 상기 무지부 영역 하부에 위치하는 전극 압연 장치. - 제1항에 있어서,
상기 전극 기재의 무지부 영역을 유도 가열하는 무지부 유도 가열부를 더 포함하는 전극 압연 장치. - 제7항에 있어서,
상기 무지부 유도 가열부는 상기 전극 기재의 유지부와 무지부의 경계 라인을 중심으로 상기 유지부의 일부 영역과 무지부의 전체 영역을 유도 가열하는 전극 압연 장치. - 제8항에 있어서,
상기 전극 기재의 유지부와 무지부의 경계 라인에는 절연 코팅층이 덮고 있는 전극 압연 장치. - 제1항에 있어서,
상기 전극 압연부는 상기 전극 기재의 유지부를 포함하는 영역을 가압하는 쌍을 이룬 압연 롤러를 포함하는 전극 압연 장치. - 제1항에 있어서,
상기 전극 기재를 가열 건조하는 건조부를 더 포함하며,
상기 건조부는 상기 전극 압연부의 하류에 위치하거나 또는 상기 전극 압연부를 포함하도록 동일 선상에 위치하는 구조인 전극 압연 장치. - 집전체층 및 상기 집전체층의 일면 또는 양면에 형성된 전극 합재층을 포함하는 전극 기재를 압연하는 방법에 있어서,
상기 전극 기재를 압연하는 전극 압연 단계, 및
상기 전극 기재의 무지부 영역을 가압하여 패턴을 형성하는 무지부 프레싱 단계를 포함하는 전극 압연 방법. - 제12항에 있어서,
상기 무지부 프레싱 단계에서는,
쌍을 이룬 무지부 압연 롤러로 상기 전극 기재의 양 측면에 형성된 무지부 영역을 각각 가압하여 요철 패턴을 형성하는 전극 압연 방법. - 제13항에 있어서,
상기 요철 패턴은 산과 골이 반복하는 형상이고,
상기 산과 산 사이의 간격이 평균 0.5 내지 10 mm 범위이고,
상기 산과 상기 골 사이의 높이 차이는 평균 0.1 내지 5 mm 범위인 전극 압연 방법. - 제12항에 있어서,
상기 전극 기재의 무지부 영역을 유도 가열하는 무지부 유도 가열 단계를 더 포함하는 전극 압연 방법. - 제15항에 있어서,
상기 무지부 프레싱 단계는, 상기 무지부 유도 가열 단계와 상기 전극 압연 단계 후단에서 수행되는 전극 압연 방법. - 제16항에 있어서,
상기 무지부 유도 가열 단계는,
상기 전극 기재의 무지부 영역을 100 내지 300℃ 범위의 온도로 가열하는 전극 압연 방법.
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| US18/035,431 US20230420633A1 (en) | 2020-05-22 | 2022-05-12 | Electrode Rolling Apparatus Including Non-Coating Portion Pressing Unit and Electrode Rolling Method Using the Same |
| DE212022000090.0U DE212022000090U1 (de) | 2020-05-22 | 2022-05-12 | Elektrodenwalzvorrichtung mit einer Nicht-Beschichtungsabschnitt-Presseinheit |
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