KR20220095390A - 이차전지 전극 제조 시스템 및 방법 - Google Patents

이차전지 전극 제조 시스템 및 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20220095390A
KR20220095390A KR1020200186733A KR20200186733A KR20220095390A KR 20220095390 A KR20220095390 A KR 20220095390A KR 1020200186733 A KR1020200186733 A KR 1020200186733A KR 20200186733 A KR20200186733 A KR 20200186733A KR 20220095390 A KR20220095390 A KR 20220095390A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
active material
coating
laser
coating substrate
drying
Prior art date
Application number
KR1020200186733A
Other languages
English (en)
Other versions
KR102559371B1 (ko
Inventor
박영순
유우종
한경록
김진승
김종우
Original Assignee
주식회사 에스에프에이
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사 에스에프에이 filed Critical 주식회사 에스에프에이
Priority to KR1020200186733A priority Critical patent/KR102559371B1/ko
Publication of KR20220095390A publication Critical patent/KR20220095390A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102559371B1 publication Critical patent/KR102559371B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/04—Processes of manufacture in general
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05C—APPARATUS FOR APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05C5/00—Apparatus in which liquid or other fluent material is projected, poured or allowed to flow on to the surface of the work
    • B05C5/02—Apparatus in which liquid or other fluent material is projected, poured or allowed to flow on to the surface of the work the liquid or other fluent material being discharged through an outlet orifice by pressure, e.g. from an outlet device in contact or almost in contact, with the work
    • B05C5/0245—Apparatus in which liquid or other fluent material is projected, poured or allowed to flow on to the surface of the work the liquid or other fluent material being discharged through an outlet orifice by pressure, e.g. from an outlet device in contact or almost in contact, with the work for applying liquid or other fluent material to a moving work of indefinite length, e.g. to a moving web
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05C—APPARATUS FOR APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05C5/00—Apparatus in which liquid or other fluent material is projected, poured or allowed to flow on to the surface of the work
    • B05C5/02—Apparatus in which liquid or other fluent material is projected, poured or allowed to flow on to the surface of the work the liquid or other fluent material being discharged through an outlet orifice by pressure, e.g. from an outlet device in contact or almost in contact, with the work
    • B05C5/0254—Coating heads with slot-shaped outlet
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05C—APPARATUS FOR APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05C9/00—Apparatus or plant for applying liquid or other fluent material to surfaces by means not covered by any preceding group, or in which the means of applying the liquid or other fluent material is not important
    • B05C9/08—Apparatus or plant for applying liquid or other fluent material to surfaces by means not covered by any preceding group, or in which the means of applying the liquid or other fluent material is not important for applying liquid or other fluent material and performing an auxiliary operation
    • B05C9/12—Apparatus or plant for applying liquid or other fluent material to surfaces by means not covered by any preceding group, or in which the means of applying the liquid or other fluent material is not important for applying liquid or other fluent material and performing an auxiliary operation the auxiliary operation being performed after the application
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05C—APPARATUS FOR APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05C9/00—Apparatus or plant for applying liquid or other fluent material to surfaces by means not covered by any preceding group, or in which the means of applying the liquid or other fluent material is not important
    • B05C9/08—Apparatus or plant for applying liquid or other fluent material to surfaces by means not covered by any preceding group, or in which the means of applying the liquid or other fluent material is not important for applying liquid or other fluent material and performing an auxiliary operation
    • B05C9/14—Apparatus or plant for applying liquid or other fluent material to surfaces by means not covered by any preceding group, or in which the means of applying the liquid or other fluent material is not important for applying liquid or other fluent material and performing an auxiliary operation the auxiliary operation involving heating or cooling
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D—PROCESSES FOR APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D3/00—Pretreatment of surfaces to which liquids or other fluent materials are to be applied; After-treatment of applied coatings, e.g. intermediate treating of an applied coating preparatory to subsequent applications of liquids or other fluent materials
    • B05D3/007—After-treatment
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D—PROCESSES FOR APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D3/00—Pretreatment of surfaces to which liquids or other fluent materials are to be applied; After-treatment of applied coatings, e.g. intermediate treating of an applied coating preparatory to subsequent applications of liquids or other fluent materials
    • B05D3/06—Pretreatment of surfaces to which liquids or other fluent materials are to be applied; After-treatment of applied coatings, e.g. intermediate treating of an applied coating preparatory to subsequent applications of liquids or other fluent materials by exposure to radiation
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/352—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring for surface treatment
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F26—DRYING
    • F26B—DRYING SOLID MATERIALS OR OBJECTS BY REMOVING LIQUID THEREFROM
    • F26B25/00—Details of general application not covered by group F26B21/00 or F26B23/00
    • F26B25/06—Chambers, containers, or receptacles
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F26—DRYING
    • F26B—DRYING SOLID MATERIALS OR OBJECTS BY REMOVING LIQUID THEREFROM
    • F26B3/00—Drying solid materials or objects by processes involving the application of heat
    • F26B3/28—Drying solid materials or objects by processes involving the application of heat by radiation, e.g. from the sun
    • F26B3/30—Drying solid materials or objects by processes involving the application of heat by radiation, e.g. from the sun from infrared-emitting elements
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/04—Processes of manufacture in general
    • H01M4/0402—Methods of deposition of the material
    • H01M4/0404—Methods of deposition of the material by coating on electrode collectors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/04—Processes of manufacture in general
    • H01M4/0471—Processes of manufacture in general involving thermal treatment, e.g. firing, sintering, backing particulate active material, thermal decomposition, pyrolysis
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Microbiology (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)

Abstract

이차전지 전극 제조 시스템이 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지 전극 제조 시스템은, 롤 형태로 권취되어 있는 코팅기재를 언와인딩하여 공급하는 코팅기재 언와인더; 코팅기재 언와인더에 이격되게 배치되어 코팅기재 언와인더로부터 언와인딩되는 코팅기재를 공급받아 인라인으로 코팅기재의 코팅 영역에 활물질을 코팅하는 코팅 장치; 코팅 장치에 이격되게 배치되어 인라인으로 코팅기재를 통과시키면서 코팅기재에 코팅된 활물질을 건조시키는 건조 장치; 건조 장치에 이격되게 배치되어 건조 장치로부터 인라인으로 활물질이 코팅된 코팅기재를 전달받아 활물질의 표면적을 확대시키기 위하여 코팅기재에 코팅된 활물질을 가공하는 활물질 표면적 확대 가공 장치; 및 활물질 표면적 확대 가공 장치에 이격되게 배치되어 활물질이 가공된 상기 코팅기재를 롤 상태로 리와인딩하는 코팅기재 리와인더를 포함한다.

Description

이차전지 전극 제조 시스템 및 방법 {Secondary battery electrode manufacturing system and method}
본 발명은, 이차전지 전극 제조 시스템 및 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 이차전지의 효율을 종래 보다 향상시킬 수 있는 이차전지를 제조할 수 있는 이차전지 전극 제조 시스템 및 방법에 관한 것이다.
이차전지는 에너지 밀도가 높고, 작동 전압이 높을 뿐만 아니라, 우수한 보존 및 수명 특성을 보이는 등 많은 장점을 가지고 있어, 개인용 컴퓨터, 캠코더, 휴대용 전화기, 휴대용 CD 플레이어, PDA 등 각종 휴대용 전자 기기 뿐만 아니라 전기자동차 등에 널리 사용되고 있다.
이차전지의 예로서 니켈-카드뮴 전지, 니켈-수소 전지, 리튬 전지 등이 있는데, 리튬(Lithium) 이차전지가 다른 종류의 이차전지에 비해 높은 에너지 밀도와 긴 수명을 갖도록 제조할 수 있어 많은 분야에서 사용되고 있다.
리튬 이차전지는 전해질이 채워진 케이스(case)와, 케이스 내부에 수용된 전극 조립체를 구비한다. 전극 조립체는 양극(anode), 분리막(separator), 및 음극(cathode)이 적층된 것으로, 젤리-롤(Jelly-Roll) 형태의 권취 구조 또는 스택(stack) 구조를 갖는다.
도 1을 참조하여 이러한 리튬 이차전지의 원리를 살펴보면, 양극기재(1)가 있는 양극의 양극 활물질(2)에 포함된 리튬 이온은 유기 용매로 이루어진 전해액(4)에 의하여 분리막(3)을 통과하여 음극기재(5)가 있는 음극으로 이동된 후 층상구조의 음극 활물질(6) 사이로 삽입되게 되는데 이를 충전이라 하며, 방전은 음극 활물질(6) 사이에 삽입되어 있던 리튬 이온이 다시 양극으로 분리막(3)을 통과하여 이동할 때 발생하는 전자의 흐름을 이용하여 전기를 발생시킨다. 즉 전기 화학적 산화-환원 반응에 의해 리튬 이온의 이동으로 전류를 발생시키는 원리이다.
이차전지의 성능을 향상시키기 위해서는 전기 화학 반응의 효율화가 필요하며, 이를 위해 전극 소재 변경, 전극 표면 코팅, 세정, 후막 기술 등 많은 연구가 이루어지고 있다.
고효율 이차전지를 제작하기 위한 방안으로 전해질과 전극이 서로 만나서 반응할 수 있는 접촉 면적을 증가시키는 방안이 있는데, 전해질과 전극이 서로 만나 반응할 수 있는 접촉 면적이 커질수록 리튬 이온의 이동도가 증가되어 이차전지의 효율이 증가된다. 그러나 이차전지의 크기 및 부피의 설계적 한계로 인하여 전해질과 전극의 접촉 면적을 넓히는데 제약이 발생한다.
따라서 전해질과 전극의 접촉 면적을 넓히기 위해서 전극에 활물질을 코팅하고 건조하여 전극을 제조할 때에 추후 공정에서 주입될 전해질과의 접촉 면적을 넓히기 위한 새로운 기술 적용을 고려할 수 있다.
그런데, 전극을 제조할 때에 추후 공정에서 주입될 전해질과 접촉 면적을 넓히기 위한 새로운 기술을 적용함에 있어서, 이차전지의 다양한 크기 및 가공 형태에 대응이 용이하여야 하고 코팅기재 즉 양극기재 및 음극기재의 손상 위험이 적어야 함이 요구된다.
대한민국 특허공개번호 제10-2018-0045456호(2018.05.04.)
따라서 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 코팅 공정 후 추후에 주입되는 전해질과 활물질의 접촉 면적을 증가시켜 이온의 이동도를 증가시킴으로써 이차전지의 효율을 종래 보다 향상시킬 수 있는 이차전지를 그 다양한 크기 및 가공 형태에 용이하게 대응하여 제조할 수 있고 또한 제조 시 코팅기재의 손상 우려도 종래보다 현저히 감소시킬 수 있는 이차전지 전극 제조 시스템 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 롤 형태로 권취되어 있는 코팅기재를 언와인딩하여 공급하는 코팅기재 언와인더; 상기 코팅기재 언와인더에 이격되게 배치되어 상기 코팅기재 언와인더로부터 언와인딩되는 코팅기재를 공급받아 인라인으로 상기 코팅기재의 코팅 영역에 활물질을 코팅하는 코팅 장치; 상기 코팅 장치에 이격되게 배치되어 인라인으로 상기 코팅기재를 통과시키면서 상기 코팅기재에 코팅된 활물질을 건조시키는 건조 장치; 상기 건조 장치에 이격되게 배치되어 상기 건조 장치로부터 인라인으로 상기 활물질이 코팅된 코팅기재를 전달받아 활물질의 표면적을 확대시키기 위하여 상기 코팅기재에 코팅된 활물질을 가공하는 활물질 표면적 확대 가공 장치; 및 상기 활물질 표면적 확대 가공 장치에 이격되게 배치되어 상기 활물질이 가공된 상기 코팅기재를 롤 상태로 리와인딩하는 코팅기재 리와인더를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지 전극 제조 시스템이 제공될 수 있다.
상기 활물질 표면적 확대 가공 장치는 상기 표면적을 확대시키기 위하여 상기 활물질에 홈을 가공하거나 상기 활물질에 패턴을 가공할 수 있다.
상기 활물질 표면적 확대 가공 장치는 상기 활물질에 레이저를 조사하여 상기 활물질의 표면적을 확대시키기 위하여 상기 활물질에 홈을 가공하거나 상기 활물질에 패턴을 가공하는 활물질 표면적 확대 레이저 가공 장치일 수 있다.
상기 활물질 표면적 확대 레이저 가공 장치는, 상기 코팅기재의 상부에 배치되어, 인라인 방향을 따라 가로로 배치된 상기 활물질의 각 부분을 담당하여 가공하는 멀티 헤드 스캐너; 및 상기 멀티 헤드 스캐너를 지지하는 장치본체를 포함할 수 있다.
상기 건조 장치는, 상기 코팅기재에 코팅된 상기 활물질을 건조하기 위하여 상기 활물질에 레이저를 조사하는 레이저 건조유닛을 포함할 수 있다.
상기 건조 장치는, 인라인 방향을 따라 상기 레이저 건조유닛의 전방 및 후방 중 적어도 어느 한 곳에 마련되어 열풍으로 상기 코팅기재에 코팅된 상기 활물질을 건조하는 적어도 하나의 열풍 건조유닛을 더 포함할 수 있다.
상기 적어도 하나의 열풍 건조유닛은 복수의 열풍 건조유닛이며, 상기 복수의 열풍 건조유닛은, 인라인 방향을 따라 상기 레이저 건조유닛의 전방에 설치되어 제1 온도 범위의 열풍으로 상기 코팅기재에 코팅된 상기 활물질을 건조하는 제1 열풍 건조유닛; 및 인라인 방향을 따라 상기 레이저 건조유닛의 후방에 설치되어 제1 온도 범위의 열풍으로 상기 코팅기재에 코팅된 상기 활물질을 건조하는 제2 열풍 건조유닛을 포함하며, 상기 건조 장치는, 상기 제1 열풍 건조유닛이 마련되는 제1 챔버; 상기 제1 챔버와 인접하며 상기 레이저 건조유닛이 마련되는 제2 챔버; 및 상기 제2 열풍 건조유닛이 마련되는 제3 챔버를 포함할 수 있다.
상기 적어도 하나의 열풍 건조유닛은, 열풍을 공급하는 열풍공급노즐; 및 상기 코팅기재를 지지하여 이송하는 롤러를 포함하며, 상기 레이저 건조유닛은, 인라인 방향을 따라 상호 이격 배치되는 복수 개의 건조용 레이저; 및 상기 코팅기재를 지지하여 이송하는 적어도 하나의 롤러를 포함할 수 있다.
상기 코팅 장치에 인접하게 배치되어 상기 코팅 장치에 의해 상기 코팅기재에 코팅된 활물질의 적어도 일측 모서리부를 경화시키는 엣지 선 경화 장치를 더 포함할 수 있다.
상기 엣지 선 경화 장치는 상기 코팅기재에 코팅된 활물질의 적어도 일측 모서리부를 경화시키기 위하여 적어도 일측 모서리부에 레이저를 조사하는 엣지 선 경화 레이저 장치일 수 있다.
상기 엣지 선 경화 레이저 장치는, 상기 코팅기재에 코팅된 활물질이 흘러내려 경사가 발생하는 것을 방지하기 위하여 건조 전에 상기 활물질의 양측 모서리부를 선 경화하는 엣지 선 경화 레이저; 및 상기 엣지 선 경화 레이저를 상하로 구동시키는 레이저 상하 구동부를 포함할 수 있다.
상기 엣지 선 경화 레이저는, 상기 코팅기재의 이송방향의 가로로 배치되어 상기 코팅기재에 코팅된 활물질의 제1 측 모서리부를 선 경화하는 제1 엣지 선 경화 레이저; 및 상기 제1 엣지 선 경화 레이저와 이격되게 배치되어 상기 코팅기재에 코팅된 활물질의 제2 측 모서리부를 선 경화하는 제2 엣지 선 경화 레이저를 포함할 수 있다.
상기 활물질은 슬러리이며, 상기 코팅 장치는, 상기 코팅기재의 상면과 소정 거리 이격되어 상기 슬러리를 분사하는 슬롯다이; 및 상기 코팅기재의 하면을 지지하는 코팅 롤을 포함할 수 있다.
상기 코팅기재 리와인더는, 상기 코팅기재를 롤 상태로 리와인딩하는 리와인더 롤; 및 인라인 방향을 따라 상기 리와인더 롤 보다 상류에 배치되어 상기 리와인더 롤에 상기 코팅기재가 리와인딩 되기 전에 상기 코팅기재를 냉각시키기 위한 적어도 하나의 냉각 롤을 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 롤 형태로 권취되어 있는 코팅기재를 언와인딩하여 공급하는 언와인딩 단계; 상기 코팅기재 언와인더로부터 언와인딩되는 코팅기재를 공급받아 인라인으로 상기 코팅기재의 코팅 영역에 활물질을 코팅하는 단계; 인라인으로 상기 코팅기재를 통과시키면서 상기 코팅기재에 코팅된 활물질을 건조시키는 건조 단계; 상기 활물질이 코팅된 코팅기재를 인라인으로 전달받아 활물질의 표면적을 확대시키기 위하여 상기 코팅기재에 코팅된 활물질을 가공하는 활물질 표면적 확대 가공 단계; 및 상기 활물질이 가공된 상기 코팅기재를 롤 상태로 리와인딩하는 리와인딩 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지 전극 제조 방법이 제공될 수 있다.
상기 활물질 표면적 확대 가공 단계는 상기 표면적을 확대시키기 위하여 상기 활물질에 홈을 가공하거나 상기 활물질에 패턴을 가공하는 단계일 수 있다.
상기 활물질 표면적 확대 가공 단계는 상기 활물질에 레이저를 조사하여 상기 활물질의 표면적을 확대시키기 위하여 상기 활물질에 홈을 가공하거나 상기 활물질에 패턴을 가공하는 단계일 수 있다.
상기 코팅 단계 후에 상기 코팅기재에 코팅된 활물질의 적어도 일측 모서리부를 경화시키는 엣지 선 경화 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 엣지 선 경화 단계는, 상기 코팅기재에 코팅된 활물질이 흘러내려 경사가 발생하는 것을 방지하기 위하여 상기 건조 단계 전에 상기 활물질의 양측 모서리부에 레이저를 조사하여 경화시키는 엣지 선 경화 레이저 경화 단계일 수 있다.
상기 건조 단계는, 상기 코팅기재에 코팅된 상기 활물질을 건조하기 위하여 상기 활물질에 레이저를 조사하는 레이저 건조 단계일 수 있다.
상기 건조 단계는, 열풍으로 상기 코팅기재에 코팅된 상기 활물질을 건조하는 열풍 건조 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 열풍 건조 단계는, 상기 레이저 건조 단계 전에 제1 온도 범위의 열풍으로 상기 코팅기재에 코팅된 상기 활물질을 건조하는 제1 열풍 건조 단계; 및 상기 레이저 건조 단계 후에 제2 온도 범위의 열풍으로 상기 코팅기재에 코팅된 상기 활물질을 건조하는 제2 열풍 건조 단계를 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 코팅 공정 후 추후에 주입되는 전해질과 활물질의 접촉 면적을 증가시켜 이온의 이동도를 증가시킴으로써 이차전지의 효율을 종래 보다 향상시킬 수 있는 이차전지를 그 다양한 크기 및 가공 형태에 용이하게 대응하여 제조할 수 있고 또한 제조 시 코팅기재의 손상 우려도 종래보다 현저히 감소시킬 수 있다.
또한, 활물질의 모서리부를 건조 공정을 진행하기에 앞서 선 경화하는 엣지 선 경화 장치를 구비함으로써, 코팅 공정 이후 활물질들의 외각 부분이 건조가 진행되면서 발생되는 자동 수평(Self-Leveling) 현상에 의하여 외각 모서리 (Edge) 부분 두께 변화가 발생하는 것을 방지하여 활물질의 양측 가장자리의 퍼짐량을 감소시킬 수 있어 코팅 품질을 종래보다 향상시킬 수 있다.
도 1은 일반적인 이차전지의 개략적인 구조도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지 전극 제조 시스템의 대략적인 구조도이다.
도 3은 도 2의 이차전지 전극 제조 시스템을 평면에서 본 대략적 개념도이다.
도 4는 활물질 표면적 확대로 인하여 코팅 공정 후 추후에 주입되는 전해질과의 접촉 면적이 증가되는 현상을 설명하기 위한 개략적 도면이다.
도 5는 도 2의 이차전지 전극 제조 시스템의 활물질 표면적 확대 가공 장치의 주요부를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 6은 도 2의 이차전지 전극 제조 시스템의 엣지 선 경화 장치의 개략적 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 이차전지 전극 제조 방법의 흐름도를 나타낸다.
본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 첨부도면 및 첨부도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지 전극 제조 시스템의 대략적인 구조도이고, 도 3은 도 2의 이차전지 전극 제조 시스템을 평면에서 본 대략적 개념도이며, 도 4는 활물질 표면적 확대로 인하여 코팅 공정 후 추후에 주입되는 전해질과의 접촉 면적이 증가되는 현상을 설명하기 위한 개략적 도면이고, 도 5는 도 2의 이차전지 전극 제조 시스템의 활물질 표면적 확대 가공 장치의 주요부를 개략적으로 도시한 도면이며, 도 6은 도 2의 이차전지 전극 제조 시스템의 엣지 선 경화 장치의 개략적 도면이고, 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 이차전지 전극 제조 방법의 흐름도를 나타낸다.
이들 도면을 참조하면, 도 2 및 도 4에 자세히 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지 전극 제조 시스템(10)은, 코팅기재를 언와인딩하여 공급하는 코팅기재 언와인더(100)와, 코팅기재의 코팅 영역에 활물질을 코팅하는 코팅 장치(200)와, 코팅기재에 코팅된 활물질을 건조시키는 건조 장치(400)와, 활물질의 표면적을 확대시키기 위하여 코팅기재에 코팅된 활물질을 가공하는 활물질 표면적 확대 가공 장치(600)와, 활물질이 가공된 상기 코팅기재를 롤 상태로 리와인딩하는 코팅기재 리와인더(500)를 포함한다.
코팅기재는 본 실시예에서는 소정 폭을 갖는 얇은 시트 형상을 가지며, 본 실시 예에서는 이차전지의 전극을 제조하기 위한 전극 시트에 해당한다. 일반적으로 양극 시트로는 알루미늄 시트를, 그리고 음극 시트로는 구리 시트를 사용한다. 이러한 코팅기재는 코팅기재 언와인더(100)에서 언와인딩되어 코팅 장치(200), 건조 장치(400), 활물질 표면적 확대 가공 장치(600) 등을 통과하여 코팅기재 리와인더(500)에서 리와인딩된다.
우선, 코팅기재 언와인더(100)는 롤 형태로 권취되어 있는 이러한 코팅기재를 언와인딩하여 공급한다. 코팅기재 언와인더(100)에서 공급되는 코팅기재는 활물질이 형성되지 않은 시트이다.
코팅기재 언와인더(100)는, 상세히 도시하지는 않았지만, 코팅기재가 권취된 언와인더 롤(110)과, 코팅기재에 일정한 장력이 가해지도록 하는 댄서 롤(120, dancer roll)과, 미리 결정된 속도로 코팅기재를 이송시키는 닙롤(130, nip roll)과, 언와인더 롤(110)을 회전시키기 위한 언와인더 구동모터(미도시)가 포함될 수 있다.
댄서 롤(130, Dancer Roll)은 코팅기재에 일정한 힘을 가하는 롤로서, 댄서 롤(130)의 위치를 일정하게 유지시킴으로써 코팅기재에 일정한 장력이 가해진다. 댄서 롤(130)에 가해지는 일정한 힘은 본 실시 예에서 무게 추에 의한 중력에 의해 발생된다.
이에 의하여, 코팅기재 언와인더(100)는 언와인더 롤(110)이 언와인더 구동모터(미도시)에 의하여 회전됨으로써 코팅기재를 풀게 되고, 댄서 롤(120, dancer roll) 등에 의하여 일정한 장력을 유지하면서 닙롤(130, nip roll)에 의해 미리 결정된 속도로 코팅기재를 코팅 장치(200)로 공급된다.
다음으로, 코팅 장치(200)는 코팅기재 언와인더(100)에 이격되게 배치되어 코팅기재 언와인더(100)로부터 언와인딩되는 코팅기재를 공급받아 인라인으로 코팅기재의 코팅 영역에 활물질을 코팅한다.
코팅 공정은 양극 및 음극 모두 동일한 형태로 진행될 수 있으며, 또한 코팅 공정은 연속으로 진행하는 코팅기재(예를 들어 Cu, Ai Foil) 위에 예를 들어 약 200㎛의 두께로 2차 전지의 주 재료인 활물질을 도포함으로써 달성된다. 본 실시 예에서 활물질은 슬러리 상태이다.
이러한 코팅 장치(200)는, 코팅기재의 상면과 소정 거리 이격되어 슬러리를 분사하는 슬롯다이코터(210, Slot Die coater)와, 코팅기재의 하면을 지지하는 코팅 롤(220, coating roller)을 포함할 수 있다.
코팅 롤(220, coating roller)은 표면에 코팅기재를 감아 일정한 속도로 회전하면서 코팅기재를 이동시키는 기능을 수행한다.
슬롯다이코터(210, Slot Die coater)는 코팅 롤(220, coating roller)에 인접하게 배치되어 내부 유로를 통해 공급된 활물질을 노즐을 통해 코팅기재에 도포한다.
슬롯다이코터(210, Slot Die coater)의 구성 및 동작은 공지되어 있으므로, 여기서는 자세하게 설명하지 않는다. 다만, 활물질이 활물질 저장탱크(미도시)에서 슬슬롯다이코터(210, Slot Die coater)로 이동하는 동안 공기에 노출되지 않도록 구성하면, 이송 도중 활물질의 물성변화가 전혀 없거나 최소한으로 되는 장점이 있다.
이러한 인라인으로 공급되는 코팅기재에 수행되는 코팅 작업에 의하여 음극 또는 양극의 활물질은 코팅기재에 형성된다.
건조 장치(400)는, 코팅기재에 코팅된 활물질을 건조하기 위하여 활물질에 레이저를 조사하는 레이저 건조유닛(410)을 포함할 수 있다. 열풍을 이용한 대류 건조 방식에 의하여 건조하는 경우 건조 효율이 저하되어 많은 시간을 요함에 따라 생산성이 낮아지거나 건조 장치(400)의 크기가 커야 되는 문제점이 있다.
이에 본 실 시예에서는 이와 같이 레이저를 사용한 직접 건조 방식을 적용하여 건조 효율을 높임으로써 공정의 생산성을 향상시키고 건조 장치(400)의 크기도 종래보다 줄일 수 있도록 하고 있다.
본 실시 예에서 레이저 건조유닛(410)은 980nm 부근 파장의 근적외선(NIR) 레이저를 포함할 수 있다. 그러나 본 발명의 권리범위가 이에 한정되지 아니하며 필요에 따라 적절한 파장의 레이저가 선정될 수 있을 것이다.
한편, 활물질의 레이저 건조에 의하여 건조가 너무 빠르게 진행되면 활물질의 내부 또는 표면에 크랙과 같은 결함이 발생될 수 있다. 따라서 이러한 레이저 건조유닛(410)에 의한 건조 과정을 보충할 필요가 있을 경우도 있다.
따라서 본 실시 예에서 건조 장치(400)는 레이저를 조사하여 건조를 진행하는 레이저 건조유닛(410)을 주로 적용하고 있으나, 이 레이저 건조유닛(410)의 건조 공정을 보충하기 위하여 열풍 건조유닛(420)도 마련하고 있다.
이에 의하여 건조 장치(400)는, 인라인 방향을 따라 레이저 건조유닛(410)의 전방 및 후방 중 적어도 어느 한 곳에 마련되어 열풍으로 코팅기재에 코팅된 활물질을 건조하는 적어도 하나의 열풍 건조유닛(420)을 더 포함할 수 있다. 본 실시 예에서는 레이저 건조유닛(410)의 전방과 후방 모두에 열풍 건조유닛(420)을 마련하고 있다.
따라서 본 실시 예에서 열풍 건조유닛(420)은, 인라인 방향을 따라 레이저 건조유닛(410)의 전방에 설치되는 제1 열풍 건조유닛(421)과, 인라인 방향을 따라 레이저 건조유닛(410)의 후방에 설치되는 제2 열풍 건조유닛(422)를 포함한다.
여기서 제1 열풍 건조유닛(421)과 제2 열풍 건조유닛(422)의 조건은 필요에 따라 적절히 설정할 수 있다. 예를 들어 제1 열풍 건조유닛(421)은 활물질을 먼저 상대적으로 낮은 제1 온도 범위에서 서서히 건조 시킨 후에 그 다음으로 레이저 건조유닛(410)에서 건조될 수 있도록 설정할 수 있고, 반면에 제2 열풍 건조유닛(422)은 레이저 건조유닛(410)에 건조가 대부분 이루어졌기 때문에 제2 온도 범위에서 레이저 건조유닛(410)에서의 건조를 보완하여 건조를 마무리할 수 있도록 설정할 수 있을 것이다.
한편, 레이저 건조유닛(410), 제1 열풍 건조유닛(421)과 제2 열풍 건조유닛(422)은 상호 다른 격실에서 설치되는데, 이를 위하여 건조 장치(400)는, 제1 열풍 건조유닛(421)이 마련되는 제1 챔버(430)와, 제1 챔버(430)와 인접하며 레이저 건조유닛(410)이 마련되는 제2 챔버(440)와, 제2 챔버(440)에 인접하며 제2 열풍 건조유닛(422)이 마련되는 제3 챔버450)를 포함한다.
그리고 제1 챔버(430)와 제3 챔버(450)에 마련되는 열풍 건조유닛(420)은, 열풍을 공급하는 열풍공급노즐(423)과, 코팅기재를 지지하여 이송하는 적어도 하나의 열풍건조롤러(424)를 포함한다. 본 실시예에서 열풍건조롤러(424)는 2개 마련되나 본 발명의 권리범위가 이에 한정되지 않으며 그 개수는 다양하게 변경될 수 있다.
한편, 레이저 건조유닛(410)은, 인라인 방향을 따라 상호 이격 배치되는 복수 개의 건조용 레이저(411)와, 코팅기재를 지지하여 이송하는 적어도 하나의 레이저건조롤러(412)를 포함한다.
한편, 고효율 이차전지를 제작하기 위해 전해질과 전극이 서로 만나 반응할 수 있는 접촉 면적이 커질수록 리튬 이온의 이동도가 증가되어 이차전지의 효율이 증가됨은 전술한 바와 같다. 본 실시 예에서는 활물질을 가공하여 표면적을 확대시킴으로써 추후 공정에서 주입되는 전해질과 접촉 면적을 종래보다 증가시키고 있다.
이를 위해 본 실시 예에서는 활물질 표면적 확대 가공 장치(600)가 마련된다. 활물질 표면적 확대 가공 장치(600)는 표면적을 확대시키기 위하여 활물질에 홈을 가공하거나 활물질에 패턴을 가공할 수 있다.
그리고 본 실시 예에서 활물질 표면적 확대 가공 장치(600)는, 활물질에 레이저를 조사하여 활물질의 표면적을 확대시키기 위하여 활물질에 홈을 가공하거나 활물질에 패턴을 가공하는 활물질 표면적 확대 레이저 가공 장치(600)이다. 이와 같이 활물질에 홈을 가공하거나 패턴을 가공하게 되면, 도 4에 도시된 바와 같이 추후 주입되는 전해질과 활물질의 접촉 면적이 증가되게 된다.
또한, 본 실시 예에서처럼 활물질의 표면적을 확대시키기 위하여 물리적 방식이 아닌 레이저를 활물질에 조사하는 활물질 표면적 확대 레이저 가공 장치(600)를 마련함으로써 이차전지의 다양한 크기에도 용이하게 대응할 수 있고 요구되는 다양한 가공 형태에도 용이하게 대응하여 활물질의 표면적을 확대시킬 수 있으며 또한 제조 시 코팅기재의 손상 우려도 물리적 방식에 비하여 현저히 감소시킬 수 있다.
이러한 활물질 표면적 확대 레이저 가공 장치(600)는, 도 2 및 도 5에 자세히 도시된 바와 같이, 코팅기재의 상부에 배치되어, 인라인 방향을 따라 가로로 배치된 활물질의 각 부분을 담당하여 가공하는 멀티 헤드 스캐너(610)와, 멀티 헤드 스캐너(610)를 지지하는 장치본체(620)를 포함할 수 있다.
멀티 헤드 스캐너(610)는 코팅기재의 다양한 크기에 대응하여 활물질을 가공하기 위하여 마련된다. 본 실시 예에서 멀티 헤드 스캐너(610)는 4개의 헤드 스캐너를 구비하고 있지만 본 발명의 권리범위가 이에 한정되는 것은 아니며, 활물질을 표면적을 확대시키기 위하여 활물질을 원하는 패턴으로 가공할 수 있다면 적절하게 마련될 수 있을 것이다.
한편, 본 실시예에 따른 이차전지 전극 제조 시스템(10)은, 코팅 장치에 인접하게 배치되어 코팅 장치에 의해 코팅기재에 코팅된 활물질의 적어도 일측 모서리부를 경화시키는 엣지 선 경화 장치(300)를 더 포함할 수 있다.
도 2 및 도 6에 자세히 도시된 바와 같이, 엣지 선 경화 장치(300)는, 코팅 장치에 인접하게 배치되어 코팅 장치에 의해 코팅기재에 코팅된 활물질의 적어도 일측 모서리부를 경화시킨다.
코팅 장치에서 코팅된 활물질이 오랜 시간 건조 공정을 거치면서 시간이 지남에 따라 스스로 편평한 표면을 만드는 자동 수평(Self-Leveling) 현상이 발생하고 이에 의하여 모서리 부분에 두께 변화가 발생하여 코팅 품질이 저하되고 코팅된 외각 부분을 사용하지 못하는 경우가 생길 수 있으므로, 본 실시 예에서는 이를 방지하기 위하여 엣지 선 경화 장치(300)를 마련하고 있다.
그리고 본 실시 예에서 엣지 선 경화 장치(300)는 코팅기재에 코팅된 활물질의 적어도 일측 모서리부를 경화시키기 위하여 양측 모서리부에 레이저를 조사하여 경화시키는 엣지 선 경화 레이저 장치(300)이다.
그리고 본 실시 예에서 엣지 선 경화 장치(300)는 코팅기재에 코팅된 활물질의 적어도 일측 모서리부를 경화시키기 위하여 양측 모서리부에 레이저를 조사하여 경화시키는 엣지 선 경화 레이저 장치(300)이다.
이러한 엣지 선 경화 레이저 장치(300)는 코팅 공정 이후 건조 전에 모서리(Edge) 부분만 1차 경화 건조를 선 진행함으로써, 이후 전체를 건조하는 건조 장치(400)에서의 본 건조 동안에 모서리 부분의 스스로 편평한 표면을 만드는 자동 수평(Self-Leveling) 현상을 종래 보다 억제하게 되고 이에 의하여 활물질의 모서리(Edge) 부분의 두께 변화가 현저히 감소하게 되는 것이다.
엣지 선 경화 레이저 장치(300)는 본 실시 예에서는 전술한 바와 같이 레이저 조사 방식으로 활물질의 양측 모서리부를 레이저로 조사하여 건조 장치(400)에서 건조 공정을 진행하기에 앞서 양측 모서리부를 선 경화한다. 이와 같이 양측 모서리부를 선 경화를 하고 건조를 하게 되면 코팅 장치(200)에서 코팅된 슬러리 상태의 활물질이 건조 동안 양측 모서리부에서 흘러내려 경사가 발생하는 현상을 현저히 줄일 수 있게 된다.
이러한 엣지 선 경화 레이저 장치(300)는, 건조 전에 활물질의 양측 모서리부를 선 경화하는 엣지 선 경화 레이저(310)와, 엣지 선 경화 레이저(310)를 상하로 구동시키는 레이저 상하 구동부(320)를 포함한다.
그리고 엣지 선 경화 레이저(310)는, 코팅기재의 이송방향의 가로로 배치되어 상기 코팅기재에 코팅된 활물질의 제1 측 모서리부를 선 경화하는 제1 엣지 선 경화 레이저(311)와, 제1 엣지 선 경화 레이저(311)와 이격되게 배치되어 코팅기재에 코팅된 활물질의 제2 측 모서리부를 선 경화하는 제2 엣지 선 경화 레이저(312)를 포함한다.
이와 같이 엣지 선 경화 레이저(310)를 제1 엣지 선 경화 레이저(311)와 제2 엣지 선 경화 레이저(312)를 포함하도록 구성하는 것은 양측 모서리부를 선 경화하기 위함이고, 또한 이러한 제1 엣지 선 경화 레이저(311)와 제2 엣지 선 경화 레이저(312)를 개별적으로 동작 가능하게 마련됨으로써 필요에 따라 효율적인 선 경화 작업을 다양하게 구성할 수 있도록 하기 위함이다.
이상과 같은 엣지 선 경화 장치(300)의 구성에 의하여, 코팅된 슬러리 상태의 활물질의 양 모서리부가 모두 선 경화된 후 코팅 장치(200)에서 건조되므로 건조 동안 양측 모서리부에서 활물질이 흘러내려 경사가 발생하는 현상을 현저히 줄일 수 있게 된다.
한편, 코팅기재 리와인더(500)는, 건조 장치(400)에 이격되게 배치되어 건조 장치(400)를 통과하면서 활물질이 건조된 코팅기재를 롤 상태로 리와인딩한다. 즉 코팅기재 리와인더(500)는 활물질이 건조된 코팅기재를 회수하게 된다. 본 실시예에서 건조 장치 다음에 활물질 표면적 확대 레이저 가공 장치(600)가 설치되고 다음에 코팅기재 리와인더(500)가 마련되는 것으로 설명되었으나, 활물질 표면적 확대 레이저 가공 장치(600)와 코팅기재 리와인더(500) 사이에 수분 잔존 검사 장치 등 다른 장치가 더 마련될 수도 있을 것이다.
이러한 코팅기재 리와인더(500)는, 코팅기재를 롤 상태로 리와인딩하는 리와인더 롤(510)과, 인라인 방향을 따라 리와인더 롤(510) 보다 상류에 배치되어 리와인더 롤(510)에 코팅기재가 리와인딩 되기 전에 코팅기재를 냉각시키기 위한 적어도 하나의 냉각 롤(540)을 포함한다. 또한 코팅기재 리와인더(500)에도 닙롤(530)과 댄서 롤(520) 등이 더 포함될 수 있다.
이러한 구성으로 코팅기재 리와인더(500)는 리와인더 롤(510)이 리와인더 구동모터(미도시)에 의하여 회전됨으로써 코팅기재를 감게 된다. 다만 리와인더 롤(510)에 감기기 전에 그 전방에 있는 냉각 롤(540)에 의하여 건조 장치(400)에 의하여 가열된 코팅기재는 냉각될 수 있다.
이하, 본 실시예에 따른 이차전지 전극 제조 방법에 대하여 설명한다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 이차전지 전극 제조 방법의 흐름도를 나타낸다. 이에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 연료전지용 이차전지 전극 제조 방법은, 롤 형태로 권취되어 있는 코팅기재를 언와인딩하여 공급하는 언와인딩 단계(S100)와, 코팅기재 언와인더로부터 언와인딩되는 코팅기재를 공급받아 인라인으로 코팅기재의 코팅 영역에 활물질을 코팅하는 단계(S200)와, 인라인으로 코팅기재를 통과시키면서 코팅기재에 코팅된 활물질을 건조시키는 건조 단계(S400)와, 활물질이 코팅된 코팅기재를 인라인으로 전달받아 활물질의 표면적을 확대시키기 위하여 코팅기재에 코팅된 활물질을 가공하는 활물질 표면적 확대 가공 단계(S500)와, 활물질이 가공된 코팅기재를 롤 상태로 리와인딩하는 리와인딩 단계(S600)를 포함한다. 또한 본 실시 예에서는 코팅 단계 후에 코팅기재에 코팅된 활물질의 적어도 일측 모서리부를 경화시키는 엣지 선 경화 단계(S300)를 더 포함할 수 있다.
우선 롤 형태로 권취되어 있는 코팅기재를 언와인딩하여 공급하는 언와인딩 단계(S100)가 수행된다. 언와인딩 단계는 얇은 시트 형상으로 형성되는 코팅기재를 코팅기재 언와인더로부터 코팅 장치로 공급하는 단계이다.
다음으로, 코팅기재 언와인더로부터 언와인딩되는 코팅기재를 공급받아 인라인으로 코팅기재의 코팅 영역에 활물질을 코팅하는 단계(S200)가 수행된다. 이와 같이 코팅하는 단계가 수행되면 코팅기재에 슬러리 상태의 활물질이 도포되어 있는 상태이다.
따라서 활물질은 건조되기 전에 흘러내려 경사가 발생할 수 있다. 보다 상세하게, 코팅 장치에서 코팅된 활물질이 아무런 조치없이 건조 공정을 진행하게 됨으로써 오랜 시간 건조 공정을 거치면서 시간이 지남에 따라 스스로 편평한 표면을 만드는 자동 수평(Self-Leveling) 현상이 발생하고 이에 의하여 모서리 부분에 두께 변화가 발생하여 코팅 품질이 저하될 수 있다.
이에 본 실시 예에서는, 코팅하는 단계가 수행되고 나서, 코팅기재에 코팅된 코팅재의 적어도 일측 모서리부를 경화시키는 엣지 선 경화 단계(S300)가 수행된다. 본 실시 예에서 엣지 선 경화 단계는, 코팅기재에 코팅된 코팅재의 양측 모서리부를 경화시키기 위하여 양측 모서리부에 레이저를 조사하여 경화시키는 레이저 엣지 선 경화 단계이다.
보다 상세하게, 본 실시 예에서는 코팅기재에 코팅된 코팅재가 흘러내려 경사가 발생하는 것을 방지하기 위하여 건조 단계 전에 코팅재의 양측 모서리부에 레이저를 조사하여 양측 모서리부를 건조 단계에 앞서 선 경화시킨다.
이에 의하여, 코팅된 슬러리 상태의 코팅재의 양 모서리부가 모두 선 경화된 후 코팅 장치(200)에서 건조되므로 건조 동안 양측 모서리부에서 모두 코팅재가 흘러내려 경사가 발생하는 현상을 종래보다 현저히 줄일 수 있게 된다.
그리고 나서, 코팅재의 양측 모서리부가 경화된 코팅기재를 인라인으로 통과시키면서 코팅기재에 코팅된 코팅재를 건조시키는 건조 단계(S400)가 수행된다.
본 실시 예에서는, 코팅기재에 코팅된 코팅재를 건조하기 위하여 코팅재에 레이저를 조사하는 레이저 건조 단계(S420)가 주로 코팅재의 건조를 담당하나, 레이저 건조 단계(S420) 전에 제1 온도 범위의 열풍으로 코팅기재에 코팅된 코팅재를 건조하는 제1 열풍 건조 단계(S410)를 수행하고, 다음으로 980nm 부근 파장의 근적외선(NIR)을 코팅재에 조사하여 코팅재를 건조하는 레이저 건조 단계(S420)를 수행하며, 레이저 건조 단계(S420) 후에 제2 온도 범위의 열풍으로 코팅기재에 코팅된 상기 코팅재를 건조하는 제2 열풍 건조 단계(S430)를 수행한다.
여기서 제1 열풍 건조 단계(S410)와 제2 열풍 건조 단계(S430)는 필요에 따라 적절히 설정할 수 있다. 예를 들어 제1 열풍 건조 단계(S410)는 활물질을 먼저 상대적으로 낮은 제1 온도 범위에서 서서히 건조 시킨 후에 레이저 건조 단계(420)에서 본 건조될 수 있도록 설정할 수 있고, 반면에 제2 열풍 건조 단계(S430)는 레이저 건조 단계(S420)에서 건조가 대부분 이루어졌기 때문에 제2 온도 범위에서 레이저 건조 단계서의 건조를 보완하여 건조를 마무리할 수 있도록 설정할 수 있을 것이다.
다음으로 활물질이 코팅된 코팅기재를 인라인으로 전달받아 활물질의 표면적을 확대시키기 위하여 코팅기재에 코팅된 활물질을 가공하는 활물질 표면적 확대 가공 단계(S500)가 수행된다.
고효율 이차전지를 제작하기 위해 전해질과 전극이 서로 만나 반응할 수 있는 접촉 면적이 커질수록 리튬 이온의 이동도가 증가되어 이차전지의 효율이 증가됨은 전술한 바와 같다.
본 실시 예에서는 활물질을 가공하여 표면적을 확대시킴으로써 추후 공정에서 주입되는 전해질과 접촉 면적을 종래보다 증가시키기 위하여 이를 위해 본 실시 예에서는 물질 표면적 확대 가공 단계(S500)가 수행되는 것이다.
본 실시예에서 활물질 표면적 확대 가공 단계는 표면적을 확대시키기 위하여 활물질에 홈을 가공하거나 활물질에 패턴을 가공하는 단계일 수 있다.
또한, 활물질 표면적 확대 가공 단계(S500)는 활물질에 레이저를 조사하여 활물질의 표면적을 확대시키기 위하여 활물질에 홈을 가공하거나 활물질에 패턴을 가공하는 단계일 수 있다.
본 실시 예에서처럼 활물질의 표면적을 확대시키기 위하여 물리적 방식이 아닌 레이저를 활물질에 조사함으로써 이차전지의 다양한 크기에도 용이하게 대응할 수 있고 요구되는 다양한 가공 형태에도 용이하게 대응하여 활물질의 표면적을 확대시킬 수 있으며 또한 제조 시 코팅기재의 손상 우려도 물리적 방식에 비하여 현저히 감소시킬 수 있다.
그리고 나서, 활물질이 건조된 코팅기재를 롤 상태로 리와인딩하는 리와인딩 단계(S600)가 수행된다.
전술한 실시 예에서는 엣지 선 경화 장치(300)가 구비되어 코팅기재에 코팅된 활물질의 적어도 일측 모서리부를 경화시키는 엣지 선 경화 공정이 수행되는 것에 대하여 상술하였으나, 필요하지 않는 경우에는 이를 생략할 수도 있을 것이다.
또한 전술한 실시 예에서는 레이저 건조유닛(410)의 전방 및 후방에 열풍 건조유닛(420)을 마련하여 레이저 건조 공정 전 후로 열풍 건조 공정을 진행하였으나 열풍 건조유닛(420)은 레이저 건조유닛(410)의 전방 및 후방 중 한 곳에 설치하여 레이저 건조 공정 전 후 중 선택된 어느 한 시점에서만 열풍 건조 공정이 진행되도록 구성될 수도 있을 것이고 아예 열풍 건조유닛(420)을 설치하지 않을 수도 있을 것이다.
이와 같이 본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 수정예 또는 변형예들은 본 발명의 청구범위에 속한다 하여야 할 것이다.
10 : 이차전지 전극 제조 시스템 100 : 코팅기재 언와인더
110 : 언와인더 롤 120 : 댄서 롤
130 : 닙롤 200 : 코팅 장치
210 : 슬릿다이코터 220 : 코팅 롤
300 : 엣지 선 경화 장치 310 : 엣지 선 경화 레이저
320 : 레이저 상하 구동부 400 : 건조 장치
410 : 레이저 건조 유닛 420 : 열풍 건조 유닛
430 : 제1 챔버 440 : 제2 챔버
450 : 제3 챔버 500 : 코팅기재 리와인더
510 : 리와인더 롤 520 : 댄서 롤
530 : 닙롤 540 : 냉각 롤
600 : 활물질 표면적 확대 가공 장치 610 : 멀티 헤드 스캐너
620 : 장치본체

Claims (22)

  1. 롤 형태로 권취되어 있는 코팅기재를 언와인딩하여 공급하는 코팅기재 언와인더;
    상기 코팅기재 언와인더에 이격되게 배치되어 상기 코팅기재 언와인더로부터 언와인딩되는 코팅기재를 공급받아 인라인으로 상기 코팅기재의 코팅 영역에 활물질을 코팅하는 코팅 장치;
    상기 코팅 장치에 이격되게 배치되어 인라인으로 상기 코팅기재를 통과시키면서 상기 코팅기재에 코팅된 활물질을 건조시키는 건조 장치;
    상기 건조 장치에 이격되게 배치되어 상기 건조 장치로부터 인라인으로 상기 활물질이 코팅된 코팅기재를 전달받아 활물질의 표면적을 확대시키기 위하여 상기 코팅기재에 코팅된 활물질을 가공하는 활물질 표면적 확대 가공 장치; 및
    상기 활물질 표면적 확대 가공 장치에 이격되게 배치되어 상기 활물질이 가공된 상기 코팅기재를 롤 상태로 리와인딩하는 코팅기재 리와인더를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지 전극 제조 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 활물질 표면적 확대 가공 장치는 상기 표면적을 확대시키기 위하여 상기 활물질에 홈을 가공하거나 상기 활물질에 패턴을 가공하는 것을 특징으로 하는 이차전지 전극 제조 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 활물질 표면적 확대 가공 장치는 상기 활물질에 레이저를 조사하여 상기 활물질의 표면적을 확대시키기 위하여 상기 활물질에 홈을 가공하거나 상기 활물질에 패턴을 가공하는 활물질 표면적 확대 레이저 가공 장치인 것을 특징으로 하는 이차전지 전극 제조 시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 활물질 표면적 확대 레이저 가공 장치는,
    상기 코팅기재의 상부에 배치되어, 인라인 방향을 따라 가로로 배치된 상기 활물질의 각 부분을 담당하여 가공하는 멀티 헤드 스캐너; 및
    상기 멀티 헤드 스캐너를 지지하는 장치본체를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지 전극 제조 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 건조 장치는,
    상기 코팅기재에 코팅된 상기 활물질을 건조하기 위하여 상기 활물질에 레이저를 조사하는 레이저 건조유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지 전극 제조 시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 건조 장치는,
    인라인 방향을 따라 상기 레이저 건조유닛의 전방 및 후방 중 적어도 어느 한 곳에 마련되어 열풍으로 상기 코팅기재에 코팅된 상기 활물질을 건조하는 적어도 하나의 열풍 건조유닛을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지 전극 제조 시스템.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 열풍 건조유닛은 복수의 열풍 건조유닛이며,
    상기 복수의 열풍 건조유닛은,
    인라인 방향을 따라 상기 레이저 건조유닛의 전방에 설치되어 제1 온도 범위의 열풍으로 상기 코팅기재에 코팅된 상기 활물질을 건조하는 제1 열풍 건조유닛; 및
    인라인 방향을 따라 상기 레이저 건조유닛의 후방에 설치되어 제1 온도 범위의 열풍으로 상기 코팅기재에 코팅된 상기 활물질을 건조하는 제2 열풍 건조유닛을 포함하며,
    상기 건조 장치는,
    상기 제1 열풍 건조유닛이 마련되는 제1 챔버;
    상기 제1 챔버와 인접하며 상기 레이저 건조유닛이 마련되는 제2 챔버; 및
    상기 제2 열풍 건조유닛이 마련되는 제3 챔버를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지 전극 제조 시스템.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 열풍 건조유닛은,
    열풍을 공급하는 열풍공급노즐; 및
    상기 코팅기재를 지지하여 이송하는 롤러를 포함하며,
    상기 레이저 건조유닛은,
    인라인 방향을 따라 상호 이격 배치되는 복수 개의 건조용 레이저; 및
    상기 코팅기재를 지지하여 이송하는 적어도 하나의 롤러를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지 전극 제조 시스템.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 코팅 장치에 인접하게 배치되어 상기 코팅 장치에 의해 상기 코팅기재에 코팅된 활물질의 적어도 일측 모서리부를 경화시키는 엣지 선 경화 장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지 전극 제조 시스템.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 엣지 선 경화 장치는 상기 코팅기재에 코팅된 활물질의 적어도 일측 모서리부를 경화시키기 위하여 적어도 일측 모서리부에 레이저를 조사하는 엣지 선 경화 레이저 장치인 것을 특징으로 하는 이차전지 전극 제조 시스템.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 엣지 선 경화 레이저 장치는,
    상기 코팅기재에 코팅된 활물질이 흘러내려 경사가 발생하는 것을 방지하기 위하여 건조 전에 상기 활물질의 양측 모서리부를 선 경화하는 엣지 선 경화 레이저; 및
    상기 엣지 선 경화 레이저를 상하로 구동시키는 레이저 상하 구동부를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지 전극 제조 시스템.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 엣지 선 경화 레이저는,
    상기 코팅기재의 이송방향의 가로로 배치되어 상기 코팅기재에 코팅된 활물질의 제1 측 모서리부를 선 경화하는 제1 엣지 선 경화 레이저; 및
    상기 제1 엣지 선 경화 레이저와 이격되게 배치되어 상기 코팅기재에 코팅된 활물질의 제2 측 모서리부를 선 경화하는 제2 엣지 선 경화 레이저를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지 전극 제조 시스템.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 활물질은 슬러리이며,
    상기 코팅 장치는,
    상기 코팅기재의 상면과 소정 거리 이격되어 상기 슬러리를 분사하는 슬롯다이; 및
    상기 코팅기재의 하면을 지지하는 코팅 롤을 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지 전극 제조 시스템.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 코팅기재 리와인더는,
    상기 코팅기재를 롤 상태로 리와인딩하는 리와인더 롤; 및
    인라인 방향을 따라 상기 리와인더 롤 보다 상류에 배치되어 상기 리와인더 롤에 상기 코팅기재가 리와인딩 되기 전에 상기 코팅기재를 냉각시키기 위한 적어도 하나의 냉각 롤을 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지 전극 제조 시스템.
  15. 롤 형태로 권취되어 있는 코팅기재를 언와인딩하여 공급하는 언와인딩 단계;
    상기 코팅기재 언와인더로부터 언와인딩되는 코팅기재를 공급받아 인라인으로 상기 코팅기재의 코팅 영역에 활물질을 코팅하는 단계;
    인라인으로 상기 코팅기재를 통과시키면서 상기 코팅기재에 코팅된 활물질을 건조시키는 건조 단계;
    상기 활물질이 코팅된 코팅기재를 인라인으로 전달받아 활물질의 표면적을 확대시키기 위하여 상기 코팅기재에 코팅된 활물질을 가공하는 활물질 표면적 확대 가공 단계; 및
    상기 활물질이 가공된 상기 코팅기재를 롤 상태로 리와인딩하는 리와인딩 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지 전극 제조 방법.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 활물질 표면적 확대 가공 단계는 상기 표면적을 확대시키기 위하여 상기 활물질에 홈을 가공하거나 상기 활물질에 패턴을 가공하는 단계인 것을 특징으로 하는 이차전지 전극 제조 방법.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 활물질 표면적 확대 가공 단계는 상기 활물질에 레이저를 조사하여 상기 활물질의 표면적을 확대시키기 위하여 상기 활물질에 홈을 가공하거나 상기 활물질에 패턴을 가공하는 단계인 것을 특징으로 하는 이차전지 전극 제조 방법.
  18. 제15항에 있어서,
    상기 코팅 단계 후에 상기 코팅기재에 코팅된 활물질의 적어도 일측 모서리부를 경화시키는 엣지 선 경화 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지 전극 제조 방법.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 엣지 선 경화 단계는, 상기 코팅기재에 코팅된 활물질이 흘러내려 경사가 발생하는 것을 방지하기 위하여 상기 건조 단계 전에 상기 활물질의 양측 모서리부에 레이저를 조사하여 경화시키는 엣지 선 경화 레이저 경화 단계인 것을 특징으로 하는 이차전지 전극 제조 방법.
  20. 제15항에 있어서,
    상기 건조 단계는,
    상기 코팅기재에 코팅된 상기 활물질을 건조하기 위하여 상기 활물질에 레이저를 조사하는 레이저 건조 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지 전극 제조 방법.
  21. 제17항에 있어서,
    상기 건조 단계는,
    열풍으로 상기 코팅기재에 코팅된 상기 활물질을 건조하는 열풍 건조 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지 전극 제조 방법.
  22. 제21항에 있어서,
    상기 열풍 건조 단계는,
    상기 레이저 건조 단계 전에 제1 온도 범위의 열풍으로 상기 코팅기재에 코팅된 상기 활물질을 건조하는 제1 열풍 건조 단계; 및
    상기 레이저 건조 단계 후에 제2 온도 범위의 열풍으로 상기 코팅기재에 코팅된 상기 활물질을 건조하는 제2 열풍 건조 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지 전극 제조 방법.
KR1020200186733A 2020-12-29 2020-12-29 이차전지 전극 제조 시스템 및 방법 KR102559371B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020200186733A KR102559371B1 (ko) 2020-12-29 2020-12-29 이차전지 전극 제조 시스템 및 방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020200186733A KR102559371B1 (ko) 2020-12-29 2020-12-29 이차전지 전극 제조 시스템 및 방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20220095390A true KR20220095390A (ko) 2022-07-07
KR102559371B1 KR102559371B1 (ko) 2023-07-26

Family

ID=82398282

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020200186733A KR102559371B1 (ko) 2020-12-29 2020-12-29 이차전지 전극 제조 시스템 및 방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102559371B1 (ko)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000149911A (ja) * 1998-11-05 2000-05-30 Matsushita Electric Ind Co Ltd 電池用電極板の活物質除去方法及び装置
KR20130083919A (ko) * 2011-02-24 2013-07-23 다이니폰 스크린 세이조우 가부시키가이샤 건조 장치 및 열처리 시스템
KR20150051648A (ko) * 2013-11-05 2015-05-13 한국전기연구원 이차 전지용 전극 제조를 위한 ３ｄ 프린터 시스템
CN106784601A (zh) * 2016-12-27 2017-05-31 中科泰能高铭科技发展有限公司 一种电极的干燥方法
KR20170094983A (ko) * 2016-02-12 2017-08-22 주식회사 엘지화학 전기화학소자용 전극 및 상기 전극을 제조하는 방법
KR20180045456A (ko) 2016-10-26 2018-05-04 주식회사 엘지화학 이차전지용 전극의 제조 방법

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000149911A (ja) * 1998-11-05 2000-05-30 Matsushita Electric Ind Co Ltd 電池用電極板の活物質除去方法及び装置
KR20130083919A (ko) * 2011-02-24 2013-07-23 다이니폰 스크린 세이조우 가부시키가이샤 건조 장치 및 열처리 시스템
KR20150051648A (ko) * 2013-11-05 2015-05-13 한국전기연구원 이차 전지용 전극 제조를 위한 ３ｄ 프린터 시스템
KR20170094983A (ko) * 2016-02-12 2017-08-22 주식회사 엘지화학 전기화학소자용 전극 및 상기 전극을 제조하는 방법
KR20180045456A (ko) 2016-10-26 2018-05-04 주식회사 엘지화학 이차전지용 전극의 제조 방법
CN106784601A (zh) * 2016-12-27 2017-05-31 中科泰能高铭科技发展有限公司 一种电极的干燥方法

Also Published As

Publication number Publication date
KR102559371B1 (ko) 2023-07-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1383197B1 (en) Secondary battery manufacturing method and manufacturing device
KR101858566B1 (ko) 이차전지 분리막 제조 방법 및 제조 장치
JP6657135B2 (ja) 電池製造用装置
KR20120082367A (ko) 전극 제조 장치, 전극 제조 방법 및 컴퓨터 기억 매체
KR20120020222A (ko) 에너지 저장 장치의 전극 제조용 도핑 장치 및 이를 이용한 전극 제조 방법
KR20120082366A (ko) 전극 제조 장치, 전극 제조 방법 및 컴퓨터 기억 매체
KR100646550B1 (ko) 이차 전지의 전극판과 이차 전지의 전극판 코팅 장치
EP3846267A1 (en) Method for manufacturing cylindrical battery and drying apparatus for performing same
JP2012212873A (ja) 電極製造装置、電極製造方法、プログラム及びコンピュータ記憶媒体
US20020071913A1 (en) Manufacturing device of battery components and process for manufacturing the same
KR20220095390A (ko) 이차전지 전극 제조 시스템 및 방법
KR20200088533A (ko) 이차전지용 전극 제조장치
KR100659863B1 (ko) 이차 전지의 전극 형성 방법
US20230411670A1 (en) Pole piece forming apparatus
KR102481359B1 (ko) 이차전지 전극 제조 시스템 및 방법
KR102680127B1 (ko) 전극시트 제조장치 및 제조방법
KR20240043607A (ko) 이차전지용 전극 제조방법 및 전극 제조장치
JP2001113215A (ja) 塗布膜形成装置及び塗布膜形成方法
KR20240066719A (ko) 이차전지 전극의 건조도 측정 장치 및 이를 구비한 이차전지 전극 제조 시스템
KR20230053908A (ko) 전극 제조 장치 및 이를 이용한 전극 제조 방법
US20240322111A1 (en) Apparatus For Producing Electrode And Electrode Roll
EP4287288A1 (en) Electrode manufacturing apparatus, electrode manufacturing method, and electrode manufactured thereby
KR20240090090A (ko) 전극 제조 장치 및 방법
CN111490276B (zh) 一种燃料电池膜电极及其生产方法与燃料电池
KR20220126205A (ko) 전극 건조 장치

Legal Events

Date Code Title Description
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant