KR20220067239A - 전극 제조용 롤 시스템 - Google Patents

전극 제조용 롤 시스템 Download PDF

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김환한
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주식회사 엘지에너지솔루션
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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 전극 제조용 롤 시스템은 코팅부와 미코팅부를 포함하는 전극 시트를 지지하는 전극 제조용 롤 시스템으로서, 하나의 제1 샤프트에 회전가능하게 결합된 복수의 서브 롤를 포함하고, 상기 전극 시트와 접하는 메인 롤, 및 상기 메인 롤을 사이에 두고 상기 전극 시트의 반대측에 위치하며, 상기 복수의 서브 롤 중 적어도 하나를 상기 전극 시트 측으로 밀도록 왕복 이동하는 가압롤을 포함하는 가압부를 포함한다.

Description

전극 제조용 롤 시스템 {ROLL SYSTEM FOR MANUFACTURING ELECTRODE}
본 발명은 전극 제조용 롤 시스템에 관한 것으로, 구체적으로 위치에 따라 가변적으로 단차를 줄 수 있는 전극 제조용 롤 시스템에 관한 것이다.
모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서 이차 전지의 수요가 급격히 증가하고 있다. 특히, 이차 전지는 휴대폰, 디지털 카메라, 노트북, 웨어러블 디바이스 등의 모바일 기기뿐만 아니라, 전기 자전거, 전기 자동차, 하이브리드 전기 자동차 등의 동력 장치에 대한 에너지원으로도 많은 관심을 가지고 있다.
이차 전지는 양극, 음극 및 분리막으로 이루어진 전극 조립체를 케이스에 삽입한 후 밀봉되어 형성될 수 있다. 여기서, 양극 또는 음극과 같은 이차 전지용 전극은 집전체 상에서 코팅부와 미코팅부를 포함하고, 상기 코팅부는 활물질 슬러리가 코팅된 활물질층이 형성되어 있고, 상기 미코팅부는 활물질 슬러리가 코팅되지 않는 무지부에 해당된다. 여기서, 상기 미코팅부는 절연 물질이 코팅된 절연 코팅부와 절연 물질이 코팅되지 않은 비절연 코팅부를 포함한다. 특히, 상기 미코팅부의 경우, 전극 제조 공정 상에서 접힘 혹은 주름 등이 발생될 수 있는 문제가 있어, 이를 제어할 수 있는 장치가 요구된다.
도 1은 종래의 전극 제조용 롤과 이를 지나는 전극시트를 나타내는 도면이다.
도 1을 참조하면, 전극시트(1)는 금속 호일(3) 상에 전극합제(5)가 도포된 코팅부(7)와, 전극합제(5)가 도포되지 않은 미코팅부(9)를 포함한 구조로 형성된다. 이러한 전극시트(1)는 적어도 하나의 롤러(10)를 매개로 일측으로 이송되거나, 두개의 롤러(10) 사이에 압연되면서 해당 공정을 순차적으로 거치게 된다.
이 때, 전극시트(1)는 건조 공정 시 온도에 의한 열 변형으로 전극시트(1)가 폭 방향으로 휘게 되는 경우가 있다. 특히, 전극시트(1)는 롤(10)에 지지되어 이동 및 공정이 진행되는 과정에서, 코팅부(7)와 미코팅부(9)의 두께 차이로 인하여 미코팅부(9)에 주름 및 접힘이 발생하게 되고, 이는 단선 발생의 원인이 되어 손실량 증가로 설비 효율 및 생산성 저하를 야기하는 문제점이 있다.
본 발명의 해결하고자 하는 과제는, 전극의 코팅부와 미코팅부 사이에 두께차에 의한 미코팅부의 주름 발생을 방지할 수 있는 전극 제조용 롤 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제가 상술한 과제로 제한되는 것은 아니며, 언급되지 아니한 과제들은 본 명세서 및 첨부된 도면으로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전극 제조용 롤 시스템은 코팅부와 미코팅부를 포함하는 전극 시트를 지지하는 전극 제조용 롤 시스템으로서, 하나의 제1 샤프트에 회전가능하게 결합된 복수의 서브 롤를 포함하고, 상기 전극 시트와 접하는 메인 롤, 및 상기 메인 롤을 사이에 두고 상기 전극 시트의 반대측에 위치하며, 상기 복수의 서브 롤 중 적어도 하나를 상기 전극 시트 측으로 밀도록 왕복 이동하는 가압롤을 포함하는 가압부를 포함한다.
상기 가압부는, 상기 가압롤과 연결되고 상하 방향으로 길이가 조절되어 상기 가압롤을 상기 서브 롤을 향해 왕복 이동시키는 높이 조절부를 포함할 수 있다.
상기 가압부는, 상기 가압롤과 연결된 상기 높이 조절부의 반대측에 배치되어 상기 높이 조절부를 지지하는 지지부를 포함할 수 있다.
상기 지지부는 상기 제1 샤프트에 나란하게 배치된 제2 샤프트에 좌우이동 가능하도록 결합될 수 있다.
상기 높이 조절부는 실린더 또는 스크류일 수 있다.
상기 지지부는 상기 제2 샤프트를 따라 슬라이딩 이동 가능하게 결합될 수 있다.
상기 가압부에 의해 상기 복수의 서브 롤 중 상기 미코팅부에 대응하는 서브 롤을 상기 전극 시트 측으로 상승시켜서 상기 복수의 서브롤 간에 단차가 발생하도록 할 수 있다.
상기 가압부는 상기 제1 샤프트에 평행한 방향으로 왕복 이동 가능하고, 상기 가압부를 왕복 이동하여 상기 미코팅부에 대응하는 서브 롤의 위치에 상기 가압 롤을 위치시킬 수 있다.
상기 높이 조절부에 의해 상기 서브 롤의 이동량을 조정하는 것에 의해 상기 전극 시트에 가해지는 텐션을 조정할 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따른 전극 제조 장치는 상술한 전극 제조용 롤 시스템을 포함할 수 있다.
실시예들에 따르면, 전극 제조용 롤 시스템의 표면 단차를 위치 가변적으로 적용할 수 있는바, 미코팅부의 위치가 변하더라도 이에 제약 받지 않고, 전극의 코팅부와 미코팅부 사이에 두께차에 의한 미코팅부의 주름 발생을 방지하도록 미코팅부에 텐션을 가할 수 있다. 따라서 전극 시트의 형태에 상관 없이 용이하게 주름 및 접힘의 발생을 방지할 수 있다.
본 발명의 효과가 상술한 효과들로 제한되는 것은 아니며, 언급되지 아니한 효과들은 본 명세서 및 첨부된 도면으로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확히 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 종래의 전극 제조용 롤과 이를 지나는 전극시트를 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 제조용 롤 시스템을 나타내는 도면이다.
도 3은 도 2의 전극 제조용 롤 시스템에 의해 미코팅부에 텐션을 가하는 상태를 도시한 도면이다.
도 4 내지 도 6은 전극 시트의 상태에 따라 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 제조용 롤 시스템을 적용하는 여러 가지 적용 태양을 도시한 도면이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 여러 실시예들에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 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, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 “포함”한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 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.
이하에서는, 본 발명의 실시예에 따른 전극 제조 장치에 대해 설명하고자 한다. 다만, 여기서 이차 전지용 전극의 일단부를 기준으로 설명될 것이나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니고 타단부에도 동일하거나 유사한 내용으로 설명될 수 있다. 또한, 여기서 전극은 집전체의 상하면 중 상면을 기준으로 설명될 것이나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니고 하면인 경우에도 동일하거나 유사한 내용으로 설명될 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 제조용 롤 시스템을 나타내는 도면이다. 도 3은 도 2의 전극 제조용 롤 시스템에 의해 미코팅부에 텐션을 가하는 상태를 도시한 도면이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 제조용 롤 시스템은, 전극 시트(1)를 지지하는 메인 롤(200)과, 메인 롤(200)에 포함된 복수의 서브 롤(210)의 단차를 조정하도록 구성된 가압부(300)를 포함한다.
메인 롤(200)은 금속 호일(30) 상에 전극 합제(5)가 도포된 상태의 전극 시트(1)를 지지해주는 역할을 한다. 이러한 메인 롤(200)은 전극 제조 공정 중의 이송 롤, 압연 롤, 슬리터 등에 적용될 수 있으며, 전극 시트(1)를 지지하는 역할의 롤이라면 제한 없이 적용 가능하다.
메인 롤(200)은 하나의 제1 샤프트(220)에 회전가능하게 결합된 복수의 서브 롤(210)을 포함하여 구성된다. 복수의 서브 롤(210)은 서로 분리된 베어링 형태의 부재이다. 즉, x축 방향으로 연장된 제1 샤프트(220)에 끼워질 수 있는 홀을 포함하여 x축 방향으로 나란하게 배열되어 전체로서 메인 홀(200)을 형성한다. 복수의 서브 롤(210)의 개수는 특별히 한정되지 않으며, 지지하는 전극 시트(1)의 폭에 따라 적절히 조절할 수 있다. 또한 서브 롤(210)의 폭은 전극 시트(1)의 미코팅부(9)의 폭과 유사하거나, 그보다 작게 설정될 수 있으며, 특별히 한정되는 것은 아니다.
복수의 서브 롤(210)의 단차는 가압부(300)에 의해 조정될 수 있다. 가압부(300)는, 메인 롤(200)을 사이에 두고 전극 시트(1)의 반대측에 위치한다, 즉 메인 롤(200)의 제1 부분(201)은 전극 시트(1)측에 위치하고 제2 부분(202)은 가압부(300)측에 위치한다. 여기서 제1 부분(201)과 제2 부분(202)은 메인 롤(200)의 원형 단면에서 제1 샤프트(220)를 기준으로 각각 상부 및 하부(도면에서 y축 방향의 상부 및 하부)를 의미한다.
가압부(300)는 서브 롤(210)과 접촉하는 가압롤(310)을 포함한다. 가압롤(310)은 높이 조절부(320)와 연결되어 높이 조절부(320)에 의해 상승 및 하강(도면에서 y축 방향에 따른 이동)할 수 있다. 여기서 높이 조절부(320)는, 실린더 또는 스크류로 형성될 수 있으며, 이에 의해 상하 방향(즉, 도면에서 y축 방향)으로 길이가 조절될 수 있다. 높이 조절부(320)에 의해 가압롤(310)이 상승하여 서브 롤(210) 중 어느 하나를 밀어 올리면, 즉 전극 시트(1)측으로 이동시키면 해당 서브 롤(210)에 대응하는 부분의 전극 시트(1)에 가해지는 텐션이 증가할 수 있다. 이 때, 서브 롤(210)의 중심부에 형성된 홀의 크기는, 해당 홀이 끼워지는 제1 샤프트(220)의 직경보다 크게 형성되어 가압롤(310)에 의해 가압할 경우 상승할 수 있는 자유도를 갖도록 구성된다. 그러나, 이에 한정되지 않고 서브 롤(210)이 상승하여 단차가 발생할 수 있는 구성이라면 적절하게 적용 가능하다.
아울러 가압부(300)는 높이 조절부(320) 하부에 연결되어, 높이 조절부(320)를 지지하는 지지부(330)를 포함한다. 지지부(330)는, 제1 샤프트(220)에 나란하게 배치된 제2 샤프트(340)에 끼워진 상태이며, 이러한 제2 샤프트(340)를 따라 좌우 이동 가능하도록 구성된다. 즉, 전극 시트(1)에서 텐션을 증가시키고자 하는 위치에 대응하도록 지지부(330)를 좌우 이동시켜서 높이 조절부(320)를 해당 위치의 서브 롤(210) 하부에 위치시킬 수 있다. 이와 같은 구성에 의해, 텐션을 조정하고자 하는 위치가 고정되지 않고 원하는 위치에서 용이하게 조정할 수 있다.
보다 상세하게 도 3을 참조하면, 예를 들어 전극 시트(1)의 미코팅부(9)에 텐션을 더 가하고자 하면 지지부(330)를 좌우로 이동하여, 미코팅부(9)에 대응하는 서브 롤(210) 하부에 가압롤(310)을 위치시킨다. 그리고 나서 높이 조절부(320)에 의해 가압롤(310)을 상승시키면, 가압롤(310)이 대응하여 위치하는 서브 롤(210)을 밀어 올려서 서브 롤(210)이 전극 시트(1)의 미코팅부(9)에 텐션을 가하게 된다. 이에 의해, 해당 부분이 접히거나 구겨짐 없이 텐션에 의해 평평한 상태를 유지할 수 있게 된다.
이 때, 본 실시예에서는 복수의 서브 롤(210)을 포함하고 있기 때문에 텐션을 조정하고자 하는 위치마다 서브 롤(210)을 상승시키는 것에 의해 한군데뿐만이 아니라 원하는 위치마다 텐션을 조정할 수 있다. 종래에는, 전극 시트(1)에 주름 제거를 위한 구성으로서, 그루브 롤 또는 크라운 롤과 같은 익스팬더(expander) 롤을 사용하기도 하였다. 그러나 이 경우 전극 시트(1) 폭 방향에 있어서 중앙에 집중되어 텐션을 추가하거나, 전체에 대해 동일하게 텐션 증가가 적용된다는 한계가 있었다. 반면, 상술한 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 의하면, 지지부(330)를 좌우 이동 시키는 것에 의해 가압롤(310)을 이동시킴으로써 원하는 위치에 원하는 개소만큼 전극 시트(1)에 증가된 텐션을 인가할 수 있다. 또한, 높이 조절부(320)의 높이를 조절하여 서브 롤(210)의 돌출 높이도 조절 가능한바 이에 의해 증가되는 텐션의 크기도 조정할 수 있다.
이와 같이 이동하는 지지부(330)가 제2 샤프트(340)를 따라 슬라이딩 하여좌우 이동 가능하도록 하기 위해 공지의 결합 방식이 사용될 수 있다. 예를 들면, LM(liner motion) 블록과, LM 레일의 결합 구조를 이용할 수 있다. 즉, 지지부(330)가 LM 블록을 포함하거나, 지지부(330) 자체가 LM 블록으로 구성되고, 제2 샤프트(340)가 LM 레일로 구성되어, 슬라이딩 가능하게 결합될 수 있다. 또는, 제2 샤프트(340)가 스크류 형태를 갖도록 하여 스크류 이동을 통해 지지부(330)가 좌우이동할 수도 있으며, 특별히 한정되지는 않는다.
도 4 내지 도 6은 전극 시트의 상태에 따라 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 제조용 롤 시스템을 적용하는 여러 가지 적용 태양을 도시한 도면이다.
도 4 내지 도 6을 참조하면, 텐션을 가하고자 하는 위치 및 그 개소에 따라 전극 제조용 롤 시스템을 적절히 변형하여 적용 가능하다. 예를 들면, 도 4에 도시된 바와 같이 가운데 부분의 일 개소에만 텐션을 증가시키고자 할 경우, 지지부(330)를 좌우로 이동하여, 해당 부분에 대응하는 서브 롤(210) 하부에 가압롤(310)을 위치시켜서 서브 롤(210)을 상승시킨 후 공정에 적용한다. 또한, 도 5에 도시된 바와 같이 코팅부(7) 사이의 미코팅부(9)가 세 개 개소 존재하여 해당 부분의 텐션을 모두 증가시키고자 할 경우에는 지지부(330)를 좌우로 이동하여, 각각의 위치에 대응하는 3개의 서브 롤(210)을 상승시킨 후 공정에 적용한다. 또한, 도 6에 도시된 바와 같이 코팅부(7) 사이의 미코팅부(9)가 두 개 개소 존재하여 해당 부분의 텐션을 모두 증가시키고자 할 경우에는 지지부(330)를 좌우로 이동하여, 각각의 위치에 대응하는 2개의 서브 롤(210)을 상승시킨 후 공정에 적용한다.
이와 같이 본 발명의 실시형태에 의하면 다양한 위치에서 다양한 형태로 전극 시트에 텐션을 가하는 것이 가능하다. 또한 본 도면에서는 일 개소에서 하나의 서브 롤(210)을 대응시켜서 텐션을 가하는 예만 설명하였으나, 이에 한정되지 않고, 텐션을 증가시키고자 하는 부분의 폭이 넓을 경우 한 개소에 복수의 서브 롤(210)을 대응시켜서 텐션을 가하는 것도 가능하다. 아울러 미코팅부(9)가 아니더라도 텐션 조절이 필요한 부분에 대응하여 서브 롤(210)의 돌출 높이를 다르게 하는 것에 의해 다양한 형태로 텐션을 조절할 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따른 전극 제조 장치는 상술한 전극 제조용 롤 시스템을 포함할 수 있다. 앞서 설명한 전극 제조용 롤 시스템은, 전극 제조 장치에서 다양한 공정에 적용될 수 있다. 예를 들면 이송 롤, 압연 롤, 슬리터 등에 적용될 수 있으며, 전극 시트를 지지하는 역할의 롤 부분에 적절하게 적용 가능하다. 그러나 본 발명은 이에 제한되지 않고 이차 전지용 전극이 사용될 수 있는 다양한 이차 전지에 적용 가능하며, 이 또한 본 발명의 권리 범위에 속한다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 상세하게 설명하였으나, 본 발명의 권리 범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리 범위에 속하는 것이다.
1: 전극 시트
7: 코팅부
9: 미코팅부
100: 전극 제조용 롤 시스템
200: 메인롤
210: 서브롤
220: 제1 샤프트
300: 가압부
310: 가압롤
320: 높이 조절부
330: 지지부
340: 제2 샤프트

Claims (10)

  1. 코팅부와 미코팅부를 포함하는 전극 시트를 지지하는 전극 제조용 롤 시스템으로서,
    하나의 제1 샤프트에 회전가능하게 결합된 복수의 서브 롤를 포함하고, 상기 전극 시트와 접하는 메인 롤, 및
    상기 메인 롤을 사이에 두고 상기 전극 시트의 반대측에 위치하며, 상기 복수의 서브 롤 중 적어도 하나를 상기 전극 시트 측으로 밀도록 왕복 이동하는 가압롤을 포함하는 가압부를 포함하는 전극 제조용 롤 시스템.
  2. 제1항에서,
    상기 가압부는, 상기 가압롤과 연결되고 상하 방향으로 길이가 조절되어 상기 가압롤을 상기 서브 롤을 향해 왕복 이동시키는 높이 조절부를 포함하는 전극 제조용 롤 시스템.
  3. 제2항에서,
    상기 가압부는, 상기 가압롤과 연결된 상기 높이 조절부의 반대측에 배치되어 상기 높이 조절부를 지지하는 지지부를 포함하는 전극 제조용 롤 시스템.
  4. 제3항에서,
    상기 지지부는 상기 제1 샤프트에 나란하게 배치된 제2 샤프트에 좌우이동 가능하도록 결합되는 전극 제조용 롤 시스템.
  5. 제2항에서,
    상기 높이 조절부는 실린더 또는 스크류인 전극 제조용 롤 시스템.
  6. 제4항에서,
    상기 지지부는 상기 제2 샤프트를 따라 슬라이딩 이동 가능하게 결합된 전극 제조용 롤 시스템.
  7. 제1항에서,
    상기 가압부에 의해 상기 복수의 서브 롤 중 상기 미코팅부에 대응하는 서브 롤을 상기 전극 시트 측으로 상승시켜서 상기 복수의 서브롤 간에 단차가 발생하도록 하는 전극 제조용 롤 시스템.
  8. 제7항에서,
    상기 가압부는 상기 제1 샤프트에 평행한 방향으로 왕복 이동 가능하고,
    상기 가압부를 왕복 이동하여 상기 미코팅부에 대응하는 서브 롤의 위치에 상기 가압 롤을 위치시키는 전극 제조용 롤 시스템.
  9. 제2항에서,
    상기 높이 조절부에 의해 상기 서브 롤의 이동량을 조정하는 것에 의해 상기 전극 시트에 가해지는 텐션을 조정하는 전극 제조용 롤 시스템.
  10. 제1항에 따른 전극 제조용 롤 시스템을 포함하는 전극 제조 장치.
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