KR20220058066A - 전극 제조 장치 및 전극 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 전극 제조 장치는 집전체 상에 유지부와 무지부를 형성하기 위한 전극 제조 장치에 있어서, 코팅 물질 분사 장치, 및 상기 코팅 물질 분사 장치에 인접 배치된 코팅 롤을 포함하고, 상기 유지부에 대응하는 상기 코팅 롤 표면과 상기 무지부에 대응하는 상기 코팅 롤 표면의 평탄도가 서로 다르다.

Description

전극 제조 장치 및 전극 제조 방법{APPARATUS OF MANUFACTURING ELECTRODE AND METHOD OF MANUFACTURING ELECTRODE}

본 발명은 전극 제조 장치 및 전극 제조 방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로 전극의 품질을 높이는 전극 제조 장치 및 전극 제조 방법에 관한 것이다.

모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서 이차 전지의 수요가 급격히 증가하고 있다. 이에 따라, 다양한 요구에 부응할 수 있는 이차 전지에 대한 연구가 많이 행해지고 있다.

이차 전지는 휴대폰, 디지털 카메라, 노트북 등의 모바일 기기뿐만 아니라, 전기 자전거, 전기 자동차, 하이브리드 전기 자동차 등의 동력 장치에 대한 에너지원으로도 많은 관심을 모으고 있다.

한편, 이차 전지를 제조하는 과정은 양극 도전 집전체와 음극 도전 집전체에 각각 활물질, 바인더 및 도전재 등을 슬러리 형태의 일정한 두께로 코팅 및 건조하는 단계를 포함할 수 있다. 이후, 상기 양 도전 집전체 사이에는 분리막이 개재되도록 하여 권취 또는 적층하여 형성된 전극 조립체를 원통형 또는 각형 캔, 파우치 등에 수납하고 이를 밀봉 처리하여 이차 전지가 제조될 수 있다.

이차 전지의 충방전 특성을 균일하게 하기 위해서는, 이러한 활물질을 포함하는 슬러리가 집전체에 고르게 코팅되어야 하는데, 이를 위해 콤마 코팅 공정 또는 슬롯 다이 코팅 공정이 수행될 수 있다. 콤마 코팅 공정은 코팅롤에 슬러리를 묻힌 후 기재에 전사하는 방식이고, 슬롯 다이 코팅은 펌프를 사용하여 슬러리를 슬롯 다이라고 하는 노즐 형상의 얇은 금속판 사이로 공급하여, 집전체 표면에 일정한 두께로 도포하는 방식이다. 이때, 균일한 코팅을 하기 위해서는 슬러리의 점도, 슬러리의 유동 및 슬롯 다이와 집전체 사이의 거리 제어가 중요하다. 또한, 슬러리가 도포되는 유지부 및 미도포되는 무지부에 대해 로딩량 및 폭 등의 관리가 중요하다.

하지만, 점차 폭이 넓은 전극을 형성하기 위한 코팅을 하게 됨으로써 슬롯 다이를 빠져 나오는 슬러리의 유량이 슬롯 다이의 형상과 슬롯 다이에서의 위치에 따라 편차가 크게 발생할 수 있다. 또, 슬롯 다이를 통해 흘러 나가는 유량을 측정하기 어렵고, 슬롯 다이의 얇은 금속판 형상 및 두께가 결정되면 슬롯 다이의 형상 및 두께를 코팅 중에 실시간으로 가변 할 수는 없기 때문에 슬러리 유량을 제어할 수 없는 문제가 있다. 따라서, 전극 코팅 불균형이 발생하게 된다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 전극의 품질을 높이는 전극 제조 장치 및 전극 제조 방법에 관한 것이다.

그러나, 본 발명의 실시예들이 해결하고자 하는 과제는 상술한 과제에 한정되지 않고 본 발명에 포함된 기술적 사상의 범위에서 다양하게 확장될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 전극 제조 장치는 집전체 상에 유지부와 무지부를 형성하기 위한 전극 제조 장치에 있어서, 코팅 물질 분사 장치, 및 상기 코팅 물질 분사 장치에 인접 배치된 코팅 롤을 포함하고, 상기 유지부에 대응하는 상기 코팅 롤 표면과 상기 무지부에 대응하는 상기 코팅 롤 표면의 평탄도가 서로 다르다.

상기 코팅 물질 분사 장치로부터 공급되는 코팅 물질이 상기 집전체 상에 공급되도록 상기 집전체가 상기 코팅 롤에 의해 롤링될 수 있다.

상기 무지부에 대응하는 상기 코팅 롤 표면의 표면적은 상기 유지부에 대응하는 상기 코팅 롤 표면의 표면적보다 클 수 있다.

상기 무지부에 대응하는 상기 코팅 롤 표면에 엠보싱 구조가 형성될 수 있다.

상기 엠보싱 구조는 상기 코팅 롤 표면을 기준으로 돌출되어 있는 돌출부를 포함할 수 있다.

상기 엠보싱 구조는 상기 코팅 롤 표면을 기준으로 함몰되어 있는 함몰부를 포함할 수 있다.

상기 엠보싱 구조가 형성되는 영역은 상기 코팅 롤의 롤링 방향을 따라 이격되도록 복수개 형성된 제1 영역을 포함하고, 상기 제1 영역은 상기 코팅 롤의 롤링 방향에 수직한 방향을 따라 형성될 수 있다.

상기 엠보싱 구조가 형성되는 영역은 상기 코팅 롤의 롤링 방향을 기준으로 좌우 이격 형성된 제2 영역을 포함하고, 상기 제2 영역은 상기 코팅 롤의 롤링 방향을 따라 형성될 수 있다.

상기 코팅 물질 분사 장치는 슬롯 다이를 포함할 수 있다.

본 발명의 다른 일 실시예에 따른 전극 제조 방법은, 집전체 상에 유지부와 무지부를 형성하기 위한 전극 제조 방법에 있어서, 상기 집전체를 코팅 롤에 의해 롤링하는 단계, 및 상기 집전체 상에 코팅 물질 분사 장치로부터 코팅 물질을 공급하는 단계를 포함하고, 상기 집전체 상에 상기 코팅 물질이 도포되는 영역은 상기 코팅 롤 표면상에 형성된 엠보싱 구조에 의해 정의된다.

상기 무지부에 대응하는 상기 코팅 롤 표면에 상기 엠보싱 구조가 형성될 수 있다.

상기 코팅 물질을 공급하는 단계는, 상기 집전체가 상기 코팅 롤 상에 롤링하는 단계에서 수행될 수 있다.

상기 엠보싱 구조가 형성되는 영역은 상기 코팅 롤의 롤링 방향을 따라 이격되도록 복수개 형성된 제1 영역을 포함하고, 상기 제1 영역은 상기 코팅 롤의 롤링 방향에 수직한 방향을 따라 형성되며, 상기 제1 영역에 대응하는 상기 집전체 부분은 노칭 공정에서 커팅될 수 있다.

상기 엠보싱 구조가 형성되는 영역은 상기 코팅 롤의 롤링 방향을 기준으로 좌우 이격 형성된 제2 영역을 포함하고, 상기 제2 영역은 상기 코팅 롤의 롤링 방향을 따라 형성되며, 상기 제2 영역에 대응하는 상기 집전체 부분은 슬리팅 공정에서 커팅될 수 있다.

실시예들에 따르면, 평탄도가 서로 다른 영역을 갖는 코팅 롤을 사용하여 코팅 물질을 도포함으로써, 코팅 물질이 도포되는 유지부와 코팅 물질이 도포되지 않는 무지부를 자동적으로 구분할 수 있다.

이에 따라, 유지부와 무지부의 폭을 제어하는 공정 품질을 향상시킬 수 있다.

본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명의 비교예에 따른 전극 제조 장치를 나타내는 개략도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 제조 장치를 나타내는 개략도이다.
도 3은 도 2의 제1 방향을 따라 바라본 본 실시예에 따른 코팅 롤을 나타내는 도면이다.
도 4는 도 3의 절단선 A-A’를 따라 자른 일부를 나타내는 단면도이다.
도 5는 도 4의 변형예에 따른 코팅 롤을 나타내는 단면도이다.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 여러 실시예들에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예들에 한정되지 않는다.

본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.

또한, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다. 도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 그리고 도면에서, 설명의 편의를 위해, 일부 층 및 영역의 두께를 과장되게 나타내었다.

또한, 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 또는 "상에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다. 또한, 기준이 되는 부분 "위에" 또는 "상에" 있다고 하는 것은 기준이 되는 부분의 위 또는 아래에 위치하는 것이고, 반드시 중력 반대 방향을 향하여 "위에" 또는 "상에" 위치하는 것을 의미하는 것은 아니다.

또한, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

또한, 명세서 전체에서, "평면상"이라 할 때, 이는 대상 부분을 위에서 보았을 때를 의미하며, "단면상"이라 할 때, 이는 대상 부분을 수직으로 자른 단면을 옆에서 보았을 때를 의미한다.

도 1은 본 발명의 비교예에 따른 전극 제조 장치를 나타내는 개략도이다.

도 1을 참고하면, 비교예에 따른 전극 제조 장치(50)는 코팅 롤(20)에 의해 집전체(30)가 롤링되고, 코팅 롤(20)에 인접 배치된 코팅 물질 분사 장치(10)에서 공급되는 코팅 물질이 집전체(30) 상에 도포되어 코팅부(35)를 형성할 수 있다. 이때, 비교예에 따른 코팅 롤(20)은 롤 표면이 평탄하다. 평탄한 코팅 롤(20) 표면에 코팅 물질 도포 유무에 따라 유지부와 무지부를 구획할 수 있다. 이때, 코팅 공정 진행 중 코팅 물질 로딩양 및 폭의 제어가 잘 되지 않아 편차가 크게 발생할 수 있고, 이에 따라 전극의 품질을 떨어질 수 있다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 제조 장치를 나타내는 개략도이다. 도 3은 도 2의 제1 방향을 따라 바라본 본 실시예에 따른 코팅 롤을 나타내는 도면이다. 도 4는 도 3의 절단선 A-A’를 따라 자른 일부를 나타내는 단면도이다.

도 2를 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 제조 장치(500)는 집전체(300) 상에 유지부와 무지부를 형성하기 위한 전극 제조 장치에 있어서, 코팅 물질 분사 장치(100), 및 코팅 물질 분사 장치(100)에 인접 배치된 코팅 롤(200)을 포함한다. 이때, 상기 유지부에 대응하는 코팅 롤 표면(200a)과 상기 무지부에 대응하는 코팅 롤 표면(200b)의 평탄도가 서로 다르다.

본 실시예에 따른 코팅 물질 분사 장치(100)로부터 공급되는 코팅 물질이 집전체(300) 상에 공급되도록 하기 위해, 집전체(300)가 코팅 롤(200)에 의해 롤링될 수 있다. 즉, 코팅 롤(200) 상에 집전체(300)가 배치된 상태에서 코팅 롤(200)이 롤링하는 동안, 코팅 물질이 집전체(300) 상에 도포될 수 있다.

상기 코팅 물질은, 전극 슬러리일 수 있고, 상기 전극 슬러리는 미세한 고체 입자를 액체 중에 섞어 유동성이 적은 상태로 만든 혼합물로, 바인더를 용매에 일정 비율 혼합해 만들 수 있다. 상기 전극 슬러리는 활물질, 바인더 및 도전재 등을 포함하며, 활물질은 양극 활물질 또는 음극 활물질일 수 있다.

집전체(300)는 장방형의 금속 시트로서, 코팅 롤(200)에 의해 일 방향으로 연속적으로 이동할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 전극은 양극 또는 음극일 수 있으며, 상기 전극이 양극일 경우에는 상기 전극 활물질은 양극 활물질일 수 있고, 상기 전극이 음극일 경우에는 상기 전극 활물질은 음극 활물질일 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 상기 전극의 제조 방법은 양극과 음극에 특별히 제한되지 않고 어떠한 전극 제조에도 용이하게 적용가능하며, 상기 각 전극의 제조에 사용되는 재료(예컨대, 양극 활물질 또는 음극 활물질)에 따라 상이한 전극을 제조할 수 있다.

본 실시예에 따른 코팅 물질 분사 장치(100)는 일례로 슬롯 다이를 포함할 수 있다. 슬롯 다이의 노즐을 통해 코팅 물질이 분사되어 집전체(300) 상에 코팅 물질이 도포될 수 있다.

이하에서는 도 3 및 도 4를 참고하여, 본 실시예에 따른 코팅 롤(200)에 대해 구체적으로 설명하기로 한다.

도 2 및 도 3을 참고하면, 집전체(300)의 무지부에 대응하는 코팅 롤 표면(200b)의 표면적은 집전체(300)의 유지부에 대응하는 코팅 롤 표면(200a)의 표면적보다 클 수 있다. 구체적으로, 코팅 롤(200) 표면의 평탄도를 다르게 하여 코팅 롤(200) 표면의 표면적 역시 다르게 할 수 있고, 집전체(300)의 무지부에 대응하는 코팅 롤 표면(200b)의 표면적을 상대적으로 크게 하기 위해, 일례로 상기 무지부에 대응하는 코팅 롤 표면(200b)에 엠보싱 구조를 형성할 수 있다.

상기 엠보싱 구조가 형성되는 영역은 코팅 롤(200)의 롤링 방향(R1)을 따라 이격되도록 복수개 형성된 제1 영역(200b1)을 포함하고, 제1 영역(200b1)은 코팅 롤(200)의 롤링 방향(R1)에 수직한 방향을 따라 형성될 수 있다.

상기 엠보싱 구조가 형성되는 영역은 코팅 롤(200)의 롤링 방향(R1)을 기준으로 좌우 이격 형성된 제2 영역(200b2)을 포함하고, 제2 영역(200b2)은 코팅 롤(200)의 롤링 방향(R1)을 따라 형성될 수 있다.

도 4를 참고하면, 상기 엠보싱 구조는 코팅 롤 표면(200S)을 기준으로 돌출되어 있는 돌출부(200P)를 포함할 수 있다. 이러한 돌출부(200P)로 인해 도 2의 집전체(300)의 무지부에 대응하는 코팅 롤 표면(200b)에 단차가 만들어 지도록 하고, 코팅 물질이 돌출부(200P) 외의 부분인 유지부에 대응하는 코팅 롤 표면(200a)에만 자동적으로 도포되도록 할 수 있다. 이에 따라, 코팅 공정 진행 중 코팅 물질 로딩양 및 폭의 제어 관리가 용이하고, 전극의 품질 불량 가능성을 떨어뜨릴 수 있다.

본 실시예에 따른 제1 영역(200b1)에 대응하는 집전체(300) 부분은 후속의 노칭 공정에서 커팅되는 부분일 수 있고, 제2 영역(200b2)에 대응하는 집전체(300) 부분은 슬리팅 공정에서 커팅되는 부분일 수 있다.

도 5는 도 4의 변형예에 따른 코팅 롤을 나타내는 단면도이다

도 5를 참고하면, 상기 엠보싱 구조는 코팅 롤 표면(200S)을 기준으로 함몰부(200D)를 포함할 수 있다. 이러한 함몰부(200D)로 인해 도 2의 집전체(300)의 무지부에 대응하는 코팅 롤 표면(200b)에 단차가 만들어 지도록 하고, 코팅 물질이 함몰부(200D) 외의 부분인 유지부에 대응하는 코팅 롤 표면(200a)에만 자동적으로 도포되도록 할 수 있다.

이하에서는 도 2 내지 도 4를 다시 참고하여 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 전극 제조 방법에 대해 설명하기로 한다.

본 실시예에 따른 전극 제조 방법은, 집전체(300) 상에 유지부와 무지부를 형성하기 위한 전극을 제조하기 위해, 집전체(300)를 코팅 롤(200)에 의해 롤링하는 단계, 및 집전체(300) 상에 코팅 물질 분사 장치(100)로부터 코팅 물질을 공급하는 단계를 포함한다. 이때, 집전체(300) 상에 상기 코팅 물질이 도포되는 영역은 상기 코팅 롤 표면상에 형성된 엠보싱 구조에 의해 정의된다.

상기 엠보싱 구조는 상기 무지부에 대응하는 코팅 롤 표면(200b)에 형성될 수 있다. 상기 코팅 물질을 공급하는 단계는, 집전체(300)가 코팅 롤(200) 상에 롤링하는 단계에서 수행될 수 있다. 후속의 노칭 공정 중에, 상기 엠보싱 구조에 포함되는 제1 영역(200b1)에 대응하는 집전체(300) 부분은 커팅되고, 후속의 슬리팅 공정 중에, 상기 엠보싱 구조에 포함되는 제2 영역(200b2)에 대응하는 집전체(300) 부분은 커팅될 수 있다.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

100: 코팅 물질 분사 장치
200: 코팅 롤
300: 집전체
200P: 돌출부
200D: 함몰부
200S: 코팅 롤 표면
500: 전극 제조 장치

Claims (14)

1. 집전체 상에 유지부와 무지부를 형성하기 위한 전극 제조 장치에 있어서,
   코팅 물질 분사 장치, 및
   상기 코팅 물질 분사 장치에 인접 배치된 코팅 롤을 포함하고,
   상기 유지부에 대응하는 상기 코팅 롤 표면과 상기 무지부에 대응하는 상기 코팅 롤 표면의 평탄도가 서로 다른 전극 제조 장치.
2. 제1항에서,
   상기 코팅 물질 분사 장치로부터 공급되는 코팅 물질이 상기 집전체 상에 공급되도록 상기 집전체가 상기 코팅 롤에 의해 롤링되는 전극 제조 장치.
3. 제2항에서,
   상기 무지부에 대응하는 상기 코팅 롤 표면의 표면적은 상기 유지부에 대응하는 상기 코팅 롤 표면의 표면적보다 큰 전극 제조 장치.
4. 제3항에서,
   상기 무지부에 대응하는 상기 코팅 롤 표면에 엠보싱 구조가 형성되어 있는 전극 제조 장치.
5. 제4항에서,
   상기 엠보싱 구조는 상기 코팅 롤 표면을 기준으로 돌출되어 있는 돌출부를 포함하는 전극 제조 장치.
6. 제4항에서,
   상기 엠보싱 구조는 상기 코팅 롤 표면을 기준으로 함몰되어 있는 함몰부를 포함하는 전극 제조 장치.
7. 제4항에서,
   상기 엠보싱 구조가 형성되는 영역은 상기 코팅 롤의 롤링 방향을 따라 이격되도록 복수개 형성된 제1 영역을 포함하고, 상기 제1 영역은 상기 코팅 롤의 롤링 방향에 수직한 방향을 따라 형성되는 전극 제조 장치.
8. 제4항에서,
   상기 엠보싱 구조가 형성되는 영역은 상기 코팅 롤의 롤링 방향을 기준으로 좌우 이격 형성된 제2 영역을 포함하고, 상기 제2 영역은 상기 코팅 롤의 롤링 방향을 따라 형성되는 전극 제조 장치.
9. 제1항에서,
   상기 코팅 물질 분사 장치는 슬롯 다이를 포함하는 전극 제조 장치.
10. 집전체 상에 유지부와 무지부를 형성하기 위한 전극 제조 방법에 있어서,
    상기 집전체를 코팅 롤에 의해 롤링하는 단계, 및
    상기 집전체 상에 코팅 물질 분사 장치로부터 코팅 물질을 공급하는 단계를 포함하고,
    상기 집전체 상에 상기 코팅 물질이 도포되는 영역은 상기 코팅 롤 표면상에 형성된 엠보싱 구조에 의해 정의되는 전극 제조 방법.
11. 제10항에서,
    상기 무지부에 대응하는 상기 코팅 롤 표면에 상기 엠보싱 구조가 형성되는 전극 제조 방법.
12. 제11항에서,
    상기 코팅 물질을 공급하는 단계는, 상기 집전체가 상기 코팅 롤 상에 롤링하는 단계에서 수행되는 전극 제조 방법.
13. 제11항에서,
    상기 엠보싱 구조가 형성되는 영역은 상기 코팅 롤의 롤링 방향을 따라 이격되도록 복수개 형성된 제1 영역을 포함하고, 상기 제1 영역은 상기 코팅 롤의 롤링 방향에 수직한 방향을 따라 형성되며,
    상기 제1 영역에 대응하는 상기 집전체 부분은 노칭 공정에서 커팅되는 전극 제조 방법.
14. 제11항에서,
    상기 엠보싱 구조가 형성되는 영역은 상기 코팅 롤의 롤링 방향을 기준으로 좌우 이격 형성된 제2 영역을 포함하고, 상기 제2 영역은 상기 코팅 롤의 롤링 방향을 따라 형성되며,
    상기 제2 영역에 대응하는 상기 집전체 부분은 슬리팅 공정에서 커팅되는 전극 제조 방법.
    
    

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