KR20220113110A - 가압력 조절이 가능한 라미네이션 롤을 포함하는 라미네이션 장치 및 이를 이용하여 제조된 전극조립체 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 전극조립체 제조를 위한 라미네이션 장치에 대한 것으로서, 상세하게는, 상기 전극조립체를 구성하는 전극들을 가압하는 가압롤, 상기 가압롤을 회전시키기 위한 회전축, 상기 가압롤에 인가되는 가압력을 조절하는 가압 실린더, 및 전극의 두께를 측정하는 두께측정 센서를 포함하는 바, 전극합제층의 두께 편차가 있더라도 전극조립체를 구성하는 전극들 간의 접착력을 확보할 수 있다.

Description

가압력 조절이 가능한 라미네이션 롤을 포함하는 라미네이션 장치 및 이를 이용하여 제조된 전극조립체 {Lamination Device Comprising Lamination Roll Capable of Adjusting Pressing Force and Electrode Assembly Manufactured Using the Same}
본원 발명은 가압력 조절이 가능한 라미네이션 롤을 포함하는 라미네이션 장치 및 이를 이용하여 제조된 전극조립체에 대한 것이다. 구체적으로, 바이셀을 구성하는 전극들의 두께 편차로 인하여 전극들 간의 접착력이 불균일해지는 것을 방지할 수 있도록 가압력 조절이 가능한 라미네이션 롤을 포함하는 라미네이션 장치 및 이를 이용하여 제조된 전극조립체에 대한 것이다.
리튬 이차전지의 용량 증가 및 에너지 밀도 향상이 가속화됨에 따라, 휴대용 전자기기와 같은 소형 장치뿐만 아니라, 자동차나 전력저장시스템과 같은 중대형 장치의 에너지원으로 리튬 이차전지가 이용되고 있다.
상기 리튬 이차전지는 양극/분리막/음극이 순차적으로 적층되는 형태의 전극조립체를 전지케이스에 수납하여 밀봉하는 방법으로 제조될 수 있다.
상기 전극조립체는 제1전극/분리막이 적층된 형태로 이루어지는 싱글셀(single-cell), 제1전극/분리막/제2전극/분리막이 적층된 형태로 이루어지는 모노셀(mono-cell), 및 제1전극/분리막/제2전극/분리막/제3전극이 적층된 형태로 이루어지는 바이셀(bi-cell)을 포함한다.
상기 전극조립체를 구성하는 전극들은 구리, 알루미늄, 니켈 등으로 이루어진 박판 형태의 전극집전체의 일면 또는 양면에 전극합제를 도포한 후, 건조 및 가압하여 제조된다.
이와 같이 제조되는 전극은 분리막을 사이에 개재한 상태로 적층하고 라미네이션하여 결합하는 과정을 거치는데, 상기 전극에 도포된 전극합제의 두께 편차가 발생하는 경우 전극들 간의 결합이 불균일하게 일어나는 문제가 생길 수 있다.
이와 관련하여, 도 1은 종래의 라미네이션 장치를 이용한 바이셀의 라미네이션 과정을 도시하고 있다.
도 1을 참조하면, 전극조립체는 제1전극(110), 분리막(140), 제2전극(120), 분리막(140) 및 제3전극(130)이 순차적으로 적층된 바이셀이다. 제2전극(120)은 전극집전체(121)의 양면에 도포된 전극합제층(122)의 두께가 균일하게 형성되지 않은 상태인 바, 좌측은 전극합제층의 두께가 얇고, 우측은 전극합제층의 두께가 두껍게 형성되어 있다.
제1전극(110)의 상부와 제3전극(130)의 하부 각각에는 한 쌍의 가압롤(150)이 배치되어 전극조립체를 가압한다. 이 때 가압롤(150)은 제1전극(110) 및 제3전극(130)과 접하는 면에 전체적으로 균일한 압력을 인가하는 바, 제2전극의 전극합제층(122)의 좌측은 제1전극(110)의 좌측 및 제3전극(130)의 좌측과 밀착이 이루어지기 어렵다.
이와 같이 전극과 전극의 계면에서 접착이 이루어지지 않는 경우에는, 전극의 불균일 퇴화가 일어날 수 있고, 리튬 이온이 이동하기 어려워 저항이 증가함에 따라 리튬 이차전지의 성능이 저하될 수 있다.
또한, 스택/폴딩형 전극조립체를 제조하기 위한 생산 과정에서, 긴 시트형의 분리필름에 바이셀이 한 개씩 배치되어야 하는데, 하나의 바이셀 내에서 이탈된 전극이 다른 바이셀과 함께 배치되는 문제가 발생할 수 있다.
이와 같은 문제는, 바이셀을 구성하는 전극들 중, 가운데에 배치되는 제2전극의 두께가 불균일한 경우에 제1전극과 제2전극, 및 제3전극과 제2전극 간의 접착 불량에 의해 발생할 수 있다.
따라서, 바이셀을 구성하는 전극들 중, 가운데에 배치되는 제2전극의 두께가 불균일한 경우에, 모든 전극들의 결합력을 확보할 수 있는 기술이 필요하다.
본원 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위한 것으로서, 바이셀을 구성하는 전극합제층의 두께 편차가 발생하여 전극들 간의 접착력이 저하되는 것을 방지할 수 있도록 가압력 조절이 가능한 라미네이션 롤을 포함하는 라미네이션 장치 및 이를 이용하여 제조된 전극조립체를 제공하는 것을 목적으로 한다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본원 발명에 따른 라미네이션 장치는, 전극조립체 제조를 위한 라미네이션 장치로서, 상기 전극조립체를 구성하는 전극들을 가압하는 가압롤, 상기 가압롤을 회전시키기 위한 회전축, 상기 가압롤에 인가되는 가압력을 조절하는 가압 실린더, 및 전극의 두께를 측정하는 두께측정 센서를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 라미네이션 장치에 있어서, 상기 가압 실린더는 상기 회전축의 양측 끝단 각각에 결합되는 제1가압 실린더와 제2가압 실린더를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 라미네이션 장치에 있어서, 상기 제1가압 실린더와 상기 제2가압 실린더 각각에서 인가되는 가압력이 서로 다를 수 있다.
본 발명에 따른 라미네이션 장치에 있어서, 상기 두께측정 센서는 전극의 양측 끝단부 각각에 배치되는 제1두께측정 센서와 제2두께측정 센서를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 라미네이션 장치에 있어서, 상기 제1두께측정 센서와 상기 제2두께측정 센서에서 측정된 전극의 두께 차이가 발생하는 경우, 상기 가압 실린더의 가압력을 제어하는 제어부를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 라미네이션 장치에 있어서, 상기 제1두께측정 센서와 상기 제2두께측정 센서에서 측정된 전극의 두께 차이가 발생하는 경우, 상기 가압롤은 전극 두께가 얇은 위치를 더 강하게 가압할 수 있다.
본 발명에 따른 라미네이션 장치에 있어서, 상기 전극조립체는 제1전극, 분리막, 제2전극, 분리막 및 제3전극이 적층된 형태의 바이셀일 수 있다.
본 발명에 따른 라미네이션 장치는, 제1전극 공급부, 제2전극 공급부, 및 제3전극 공급부를 더 포함하고, 상기 두께측정 센서는 상기 제2전극 공급부에서 공급부되는 제2전극의 두께를 측정할 수 있다.
본 발명에 따른 라미네이션 장치에 있어서, 상기 전극들은 전극집전체의 양면에 전극합제가 코팅되는 양면 전극들이고, 상기 라미네이션 장치는 상기 전극의 상면과 하면 각각에 배치될 수 있다.
본 발명에 따른 라미네이션 장치에 있어서, 상기 두께측정 센서는 상기 전극을 투과하는 베타선을 조사하는 조사부, 및 상기 조사부에서 조사한 베타선을 감지하는 수신부를 포함하고, 상기 전극의 상면과 하면 중 어느 하나에 상기 조사부가 배치되고, 다른 하나에 수신부가 배치될 수 있다.
본 발명에 따른 라미네이션 장치에 있어서, 상기 전극의 상면에 배치되는 상부 가압롤의 제1끝단과 제2끝단 각각에 인가되는 가압력 크기는, 상기 전극의 하면에 배치되는 하부 가압롤의 제1끝단과 제2끝단 각각에 인가되는 가압력 크기와 독립적으로 설정될 수 있다.
본 발명에 따른 라미네이션 장치에 있어서, 상기 가압롤은 가열 가능한 형태로 이루어질 수 있다.
본 발명은 상기 라미네이션 장치를 이용하여 제조된 전극조립체를 제공하는 바, 상세하게는, 상기 전극조립체는 제1전극, 분리막, 제2전극, 분리막 및 제3전극이 순차적으로 적층된 형태의 바이셀이고, 상기 제1전극과 제2전극, 및 상기 제2전극과 상기 제3전극은 외주변 전체에서 서로 간에 결합된 상태로 이루어질 수 있다.
본원발명은 또한, 상기 과제의 해결 수단을 다양하게 조합한 형태로도 제공이 가능하다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본원 발명은 바이셀을 가압하는 가압롤의 가압력을 조절할 수 있는 바, 전극합제층의 두께가 얇은 부분에서는 가압롤의 가압력을 증가함으로써 전극들 간의 접착력을 확보할 수 있다.
또한, 두께측정 센서를 이용하여 바이셀에서 중간에 배치되는 제2전극의 두께를 측정할 수 있는 바, 제1전극과 분리막 사이의 경계면과 분리막과 제2전극 사이의 경계면 전체에서 접착면이 형성될 수 있다.
또한, 바이셀의 제1전극의 상부에 배치되는 가압롤과 제3전극의 하부에 배치되는 가압롤은, 가압롤들의 회전축 양측 끝단 각각에 결합되는 제1가압 실린더와 제2가압 실린더에서 인가되는 가압력의 조절이 개별적으로 가능한 바, 제2전극의 양면 각각에 형성된 전극합제층들에 두께 편차가 있더라도 제1전극과 제2전극, 및 제3전극과 제2전극의 접착력을 확보할 수 있다.
또한, 온도 증가가 가능한 가압롤을 적용함으로써 전극들 간의 접착력을 더욱 향상시킬 수 있다.
이와 같이, 전극들의 접착력을 확보함으로써, 저항이 낮은 전지셀을 제공할 수 있다. 또한, 전극조립체의 불균일한 퇴화를 방지함으로써 수명이 향상된 전지셀을 제공할 수 있다.
또한, 스택/폴딩형 전극조립체 제조시, 분리 시트 상에 바이셀을 한 개씩 배치할 수 있는 바, 바이셀 배치 불량을 줄임으로써 전극조립체의 생산성을 확보할 수 있다.
도 1은 종래의 라미네이션 장치를 이용한 바이셀의 라미네이션 과정을 도시하고 있다.
도 2는 본원발명에 따른 라미네이션 장치를 이용하여 바이셀을 라미네이션하는 상태를 나타내는 정면도이다.
도 3은 하나의 실시예에 따른 라미네이션 장치를 이용하여 바이셀을 라미네이션하는 상태를 나타내는 측면도이다.
도 4는 도 3의 라미네이션 장치에 제어부가 추가된 상태의 사시도이다.
도 5는 다른 하나의 실시예에 따른 라미네이션 장치를 이용하여 바이셀을 라미네이션하는 상태를 나타내는 측면도이다.
도 6은 도 5의 라미네이션 장치에 제어부가 추가된 상태의 사시도이다.
도 7은 실험예에서 제조된 바이셀의 수직 단면도와 평면도이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본원 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본원 발명을 쉽게 실시할 수 있는 실시예를 상세히 설명한다. 다만, 본원 발명의 바람직한 실시예에 대한 동작 원리를 상세하게 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본원 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.
또한, 도면 전체에 걸쳐 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 사용한다. 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 연결되어 있다고 할 때, 이는 직접적으로 연결되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고, 간접적으로 연결되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 어떤 구성요소를 포함한다는 것은 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라, 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
또한, 구성요소를 한정하거나 부가하여 구체화하는 설명은, 특별한 제한이 없는 한 모든 발명에 적용될 수 있으며, 특정한 발명에 대한 설명으로 한정되지 않는다.
또한, 본원의 발명의 설명 및 청구범위 전반에 걸쳐서 단수로 표시된 것은 별도로 언급되지 않는 한 복수인 경우도 포함한다.
또한, 본원의 발명의 설명 및 청구범위 전반에 걸쳐서 "또는"은 별도로 언급되지 않는 한 "및"을 포함하는 것이다. 그러므로 "A 또는 B를 포함하는"은 A를 포함하거나, B를 포함하거나, A 및 B를 포함하는 상기 3가지 경우를 모두 의미한다.
본원 발명을 도면에 따라 상세한 실시예와 같이 설명한다.
도 2는 본원발명에 따른 라미네이션 장치를 이용하여 바이셀을 라미네이션하는 상태를 나타내는 정면도이다.
도 2를 참조하면, 전극조립체의 상부 및 하부 각각에 가압롤(251)이 배치하고 있다.
전극조립체는 제1전극(210), 분리막(240), 제2전극(220), 분리막(240) 및 제3전극(230)이 순차적으로 적층된 바이셀이며, 제1전극(210)과 제3전극(230)은 동일한 극성을 갖는 전극이고, 제2전극(220)은 제1전극(210) 및 제3전극(230)과 상이한 극성을 갖는 전극이다.
제1전극(210), 제2전극(220), 제3전극(230)은 전극집전체의 양면에 전극합제층이 도포된 양면 전극이다.
제2전극(220)은 전극집전체(221)의 상면과 하면에 도포된 전극합제층들(222)의 두께가 균일하지 않은 상태인 바, 좌측은 두께가 상대적으로 얇고, 우측은 두께가 상대적으로 두꺼운 상태이다.
이와 같은 경우, 도 1에 도시된 바와 같이 가압롤들(251)의 회전축들(252)이 서로 평행한 상태가 되도록 전극조립체를 가압한다면 전극합제층(222)의 두께가 상대적으로 얇은 좌측에서는 제1전극(210)과 제2전극(220) 사이에 있는 갭과 제3전극(230)과 제2전극(220) 사이에 있는 갭이 제거되기 어렵다. 따라서, 제1전극과 제2전극의 좌측 부분, 및 제3전극과 제2전극의 좌측 부분에서 미접착 부분이 발생할 수 있다.
이에, 본원 발명은, 가압롤(251)을 회전시키기 위한 회전축(252)의 양측 끝단 각각에 서로 독립적으로 제어될 수 있는 제1가압 실린더(253)와 제2가압 실린더(263)를 결합한 형태를 포함한다.
구체적으로, 제1가압 실린더(253)와 제2가압 실린더(263) 각각에 인가되는 가압력은 서로 다를 수 있는 바, 전극합제층의 두께가 상대적으로 얇은 부분에 인접하게 제1가압 실린더(253)가 위치하고, 전극합제층의 두께가 상대적으로 두꺼운 부분에 인접하게 제2가압 실린더(263)가 위치한다.
이에, 제1가압 실린더(253)에 인가되는 가압력을 제2가압 실린더(263)에 인가되는 가압력 보다 크게 함으로써 제1전극과 제3전극을 제2전극 방향으로 깊게 밀어줄 수 있다. 따라서, 상대적으로 전극합제층(222)의 두께가 두꺼운 우측 부분뿐만 아니라, 상대적으로 전극합제층(222)의 두께가 얇은 좌측 부분에서도 전극들을 완전히 접착시킬 수 있다.
도 3은 하나의 실시예에 따른 라미네이션 장치를 이용하여 바이셀을 라미네이션하는 상태를 나타내는 측면도이고, 도 4는 도 3의 라미네이션 장치에 제어부가 추가된 상태의 사시도이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 본원 발명에 따른 라미네이션 장치는, 바이셀의 제조를 위한 것으로서, 전극조립체를 구성하는 전극들을 가압하는 가압롤(351), 가압롤(351)을 회전시키기 위한 회전축(352), 가압롤(351)에 인가되는 가압력을 조절하는 가압 실린더(353, 363), 및 전극의 두께를 측정하는 두께측정 센서(381, 382)를 포함한다.
제1전극(310)을 공급하는 제1전극 공급부, 제2전극(320)을 공급하는 제2전극 공급부, 제3전극(330)을 공급하는 제3전극 공급부를 포함하고, 두께측정 센서는 제2전극 공급부에서 공급되는 제2전극(320)의 두께를 측정한다.
전극조립체는 제1전극(310), 분리막(340), 제2전극(320), 분리막(340) 및 제3전극(330)이 순차적으로 적층된 바이셀 형태이다. 제1전극(310)은 전극집전체(311)의 양면에 전극합제층(312)이 형성되어 있고, 제2전극(320)은 전극집전체(321)의 양면에 전극합제층(322)이 형성되어 있으며, 제3전극(330)은 전극집전체(331)의 양면에 전극합제층(332)이 형성되어 있다.
제1전극(310)과 제3전극(330)은 동일한 극성을 갖는 전극이고, 제2전극(320)은 제1전극(310) 및 제3전극(330)과 상이한 극성을 갖는 전극이다. 즉, 제1전극과 제3전극이 양극인 경우 제2전극은 음극이며, 제1전극과 제3전극이 음극인 경우 제2전극은 양극이다.
제1전극(310)은 제2전극(320)과 대면하는 전극합제층(312)의 외면에 분리막(340)이 부착되어 있고, 라미네이션 전 단계에서 전극집전체(311)와 분리막(340)은 컷터(390)에 의해 단위 전극으로 절단된다.
제3전극(330)은 제2전극(320)과 대면되는 전극합제층(332)의 외면에 분리막(340)이 부착되어 있고, 라미네이션 전 단계에서 전극집전체(331)와 분리막(340)은 컷터(390)에 의해 단위 전극으로 절단된다.
제2전극(320)은 전극합제층(322)의 외면에 분리막(340)이 부착되지 않은 상태인 바, 라미네이션 전 단계에서 전극집전체(321)는 컷터(390)에 의해 단위 전극으로 절단된다.
가압 실린더는 회전축(352)의 양측 끝단 각각에 결합되는 제1가압 실린더(353) 및 제2가압 실린더(363)를 포함하고, 이들은 서로 개별적으로 가압롤에 대한 가압력 크기가 다르게 제어될 수 있다
제2전극(320)은 전극합제층(322)의 두께가 일정하게 도포되지 않을 수 있는 바, 전극합제층의 두께를 검출하기 위한 제1두께측정 센서(381)와 제2두께측정 센서(382)가 제2전극(320)의 양측 끝단부 각각에 배치된다. 구체적으로, 전극의 주행 방향(x)에 대해 수직인 y축 방향에 따른 제2전극의 양측 끝단부 각각에 제1두께측정 센서(381)와 제2두께측정 센서(382)가 배치된다.
바이셀을 구성하는 전극들의 접착력을 확보하기 위하여, 제2전극의 두께 편차를 알게 되면, 제1전극과 제2전극 사이의 갭 크기, 및 제3전극과 제2전극 사이의 갭 크기를 알 수 있다. 따라서, 제2전극의 두께 편차를 확인하는 것이 중요하다.
제1두께측정 센서(381)와 제2두께측정 센서(382) 각각은 제2전극의 상부에 있는 상부 센서와 제2전극의 하부에 있는 하부 센서가 한 쌍으로 구성될 수 있다. 상기 하부 센서에서 방출된 베타선이 제2전극을 투과하여 상기 상부 센서에 도달하게 되는데, 제2전극의 로딩량이 클수록 상기 상부 센서에 도달하는 베타선 잔량이 적어진다. 이와 같이 상부 센서에서 측정된 베타선 잔량에 따라 전극 로딩량을 산출하는 원리로 제2전극의 두께를 측정할 수 있다.
제1두께측정 센서(381)와 제2두께측정 센서(382)에서 측정된 전극합제층의 두께 차이가 발생하는 경우, 제1가압 실린더(353)와 제2가압 실린더(363)에 인가되는 가압력 차이가 발생하게 되는 바, 전극합제층의 두께가 더 얇은 측에 위치하는 가압 실린더에서 더 강한 가압력을 가압롤에 인가한다. 이에 따라 제2전극의 전극합제층 가운데 두께가 얇은 부분에 인접한 제1전극과 제3전극이 제2전극 방향으로 더욱 깊게 가압될 수 있는 바, 제1전극과 제2전극 간의 접착력, 및 제3전극과 제2전극 간의 접착력이 향상될 수 있다.
하나의 구체적인 예에서, 제1두께측정 센서(381)와 제2두께측정 센서(382)에서 측정된 전극합제층의 두께에 따라 제1가압 실린더(353)와 제2가압 실린더(363)의 가압력을 제어하는 제어부(370)를 포함할 수 있다. 따라서, 작업자의 개입이 없더라도, 제1두께측정 센서 및 제2두께측정 센서를 통해 측정된 값이 실시간으로 계산되어 가압 실린더의 가압력을 조절할 수 있다.
제1두께측정 센서(381)와 제2두께측정 센서(382)는, 예를 들어, 도 3에 도시된 바와 같이, 컷터(390)에 진입하는 전극 상에 배치될 수 있고, 또는 도 4에 도시된 바와 같이, 전극시트에서 단위 전극을 컷팅하는 컷터(390)와 가압롤 사이에 배치될 수 있다.
다른 하나의 구체적인 예에서, 제1두께측정 센서(381)와 제2두께측정 센서(382)는 제2전극(320)의 상면과 하면 각각에 배치될 수 있다. 따라서, 제2전극(320)의 상면에 도포된 전극합제층(322)의 y축 방향 양 끝단부 각각의 두께를 측정하고, 제2전극(320)의 하면에 도포된 전극합제층(322)의 y축 방향 양 끝단부 각각의 두께를 측정할 수 있다.
즉, 제2전극(320)의 상면과 하면에 도포된 전극합제층의 두께 편차를 각각 측정할 수 있으므로, 제1전극(310)과 제2전극(320) 사이에 형성된 갭(gap), 및 제3전극(330)과 제2전극(320) 사이에 형성된 갭(gap)을 정밀하게 측정할 수 있다. 제2전극(320)의 상면에 있는 라미네이션 장치의 제1가압 실린더(353)와 제2가압 실린더(363)의 가압력은, 제2전극(320)의 하면에 있는 라미네이션 장치의 제1가압 실린더(353)와 제2가압 실린더(363)의 가압력과 독립적으로 제어될 수 있다.
따라서, 제2전극(320)의 상면에 배치되는 상부 가압롤의 제1끝단과 제2끝단 각각에 인가되는 가압력 크기는, 제2전극(320)의 하면에 배치되는 하부 가압롤의 제1끝단과 제2끝단 각각에 인가되는 가압력 크기와 독립적으로 설정될 수 있다.
도 4에서, 가압롤들(351) 사이에는 제1전극(310), 제2전극(320) 및 제3전극(330)이 분리막(도시하지 않음)을 사이에 개재한 상태로 적층되어 있다.
도 4의 경우에는, 제1가압 실린더(353)와 인접한 전극의 두께가 상대적으로 얇기 때문에, 제1가압 실린더(353)의 가압력이 제2가압 실린더(363)의 가압력보다 크게 작용하고 있다. 따라서, 제1가압 실린더(353)와 제2가압 실린더(363)는 가압롤들(351)이 바이셀의 최외측 전극에 밀착되도록 가압하되, 제1가압 실린더(353)와 연결된 회전축(352)과 인접한 가압롤(351)측은 z축과 평행하게 바이셀과 더 밀착되도록 이동하면서 더 강하게 가압한다.
따라서, 제1전극, 제2전극 및 제3전극은 분리막을 사이에 개재한 상태로, 서로 간에 미접착이 발생하지 않게 된다.
하나의 구체적인 예에서, 가압롤들(351)은 가열이 가능한 형태로 이루어질 수 있는 바, 가열된 상태에서 바이셀을 가압할 수 있다. 따라서, 전극들 사이의 접착력을 더욱 향상시킬 수 있다.
도 5는 다른 하나의 실시예에 따른 라미네이션 장치를 이용하여 바이셀을 라미네이션하는 상태를 나타내는 측면도이고, 도 6은 도 5의 라미네이션 장치에 제어부가 추가된 상태의 사시도이다.
도 5와 도 6을 참조하면, 바이셀을 구성하는 제1전극(310), 제2전극(320), 제3전극(330)과 분리막(340), 및 가압롤(351), 회전축(352), 제1가압 실린더(353), 제2가압 실린더(363)를 포함하는 구성은 도 3 및 도 4에 도시된 것과 동일한 것을 사용할 수 있는 바, 이들에 대한 설명은 도 3 및 도 4의 설명과 동일한 내용을 적용한다.
도 5 및 도 6에 도시된 두께측정 센서는, y축 방향과 평행한 제2전극(320)의 양 끝단부 각각에 제1두께측정 센서(383)와 제2두께측정 센서(384)가 각각 배치되는 바, 해당 위치에서 전극합제층(322)의 두께를 측정할 수 있다.
제1두께측정 센서(383)와 제2두께측정 센서(384)는 제2전극(320)을 투과하는 베타선을 조사하는 조사부(383a, 384a), 조사부(383a, 384a)에서 조사한 베타선을 감지하는 수신부(383b, 384b)를 포함한다. 제2전극(320)의 상면에 조사부(383a, 384a)가 배치되고 하면에 수신부(383b, 384b)가 배치된다.
또는, 이와 달리, 조사부와 수신부의 위치는 서로 반대 위치에 배치될 수 있다.
제2전극의 두께가 두꺼울수록 수신부에 도달하는 베타선의 잔량이 줄어들게 되는 바, 제1두께측정 센서(383)와 제2두께측정 센서(384)를 이용하여 제2전극(320)의 상면과 하면 각각에 도포된 전극합제층 전체의 두께 측정이 가능하다.
또는 제2전극의 상부 및 하부 각각에 레이저 센서를 배치하고 조사된 레이저의 반사 시간을 측정하여 제2전극의 두께를 측정할 수 있다.
이와 같이, 본원발명에 따른 라미네이션 장치를 이용하여 제1전극, 분리막, 제2전극, 분리막 및 제3전극이 순차적으로 적층된 형태의 바이셀을 제조하는 경우, 상기 제1전극과 제2전극, 및 상기 제2전극과 상기 제3전극은 외면 전체에서 서로 간에 접착이 이루어질 수 있다.
이하에서는, 본원 발명의 실시예를 참조하여 설명하지만, 이는 본원 발명의 더욱 용이한 이해를 위한 것으로, 본원 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.
<실험예>
바이셀을 라미네이션할 때의 가압력이 전극과 분리막 간의 접착력에 어떤 영향을 미치는지 확인하기 위하여, 바이셀을 제조하였다.
도 7은 실험예에서 제조된 바이셀의 수직 단면도와 평면도이다.
도 7을 참조하면, 바이셀은 제1전극(310), 상부 분리막(441), 제2전극(320), 하부 분리막(442) 및 제3전극(330)이 순차적으로 적층된 형태로서, 제1전극(310)과 제3전극(330)은 양극이고, 제2전극(320)은 음극이다.
이와 같이 제조된 바이셀에 대해, 라미네이션을 위한 가압롤의 가압력을 190 kgf로 설정하여 90 ℃로 라미네이션을 진행하는 제1테스트, 및 가압롤의 가압력을 170 kgf로 설정하고 90 ℃로 라미네이션을 진행하는 제2테스트를 진행하였다.
바이셀의 평면도에 표시한 바와 같이, 바이셀을 평면 상 3개의 구역으로 구분하였다.
구체적으로, 전극 탭과 인접한 부분인 탭부(tab), 탭부의 반대쪽인 하부(bottom), 및 상기 탭부와 하부 사이에 있는 중심부(M)로 구획하였다. 각 구역에서 (A)제2전극(320)과 상부 분리막(441), (B)제2전극(320)과 하부 분리막(442), (C)제1전극(310)과 상부 분리막(441), 및 (D)제3전극(330)과 하부 분리막(442)의 접착력을 측정하였다.
상기 (A)에서의 접착력을 측정하기 위하여, 제2전극(320)을 수평 plate에 고정하고, 제1전극(310)과 상부 분리막(441)을 Grip형 지그(Jig)에 고정한 상태로 수직으로 잡아당겨 박리하면서 접착력을 측정하였다.
상기 (B)에서의 접착력을 측정하기 위하여, 제2전극(320)을 수평 plate에 고정하고, 제3전극(330)과 하부 분리막(441)을 Grip형 지그(Jig)에 고정한 상태로 수직으로 잡아당겨 박리하면서 접착력을 측정하였다.
상기 (C)에서의 접착력을 측정하기 위하여, 제1전극(310)을 수평 plate에 고정하고, 상부 분리막(441)을 Grip형 지그에 고정한 상태로 수직으로 잡아당겨 박리하면서 접착력을 측정하였다.
상기 (D)에서의 접착력을 측정하기 위하여, 제3전극(330)을 수평 plate에 고정하고, 하부 분리막(442)을 Grip형 지그에 고정한 상태로 수직으로 잡아당겨 박리하면서 접착력을 측정하였다.
접착력 측정 실험은, 상기 제1테스트와 상기 제2테스트 각각에서 탭부, 하부, 및 중심부 별로 상기 (A) 내지 (D)에서의 접착력을 2회씩 측정하였으며, 그 결과와 평균값을 하기 표에 기재하였다. 하기 표에 기재된 접착력 크기의 단위는 gf/20mm이다.
접착력을 측정한 장치로, Amtek 사에서 제조한 UTM을 사용하였다.
하기 표를 참조하면, 가압력이 높은 경우에는 가압력이 낮은 경우 보다 접착력이 높은 것으로 측정되는 것을 알 수 있다.
따라서, 라미네이션할 때 가압롤의 가압력을 증가하는 경우에는, 전극과 분리막의 접착력이 향상될 수 있음을 예상할 수 있는 바, 분리막과 전극 사이에 갭이 형성되더라도, 가압롤의 가압력을 증가함으로써 분리막과 전극 간의 접착력을 확보할 수 있다.
Figure pat00001
본원 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본원 발명의 범주내에서 다양한 응용 및 변형을 수행하는 것이 가능할 것이다.
110, 210, 310: 제1전극
120, 220, 320: 제2전극
121, 221, 311, 321, 331: 전극집전체
122, 222, 312, 322, 332: 전극합제층
130, 230, 330: 제3전극
140, 240, 340, 441, 442: 분리막
150, 251, 351: 가압롤
252, 352: 회전축
253, 353: 제1가압 실린더
263, 363: 제2가압 실린더
370: 제어부
381, 383: 제1두께측정 센서
382, 384: 제2두께측정 센서
383a, 384a: 조사부
383b, 384b: 수신부
390: 커터
441: 상부 분리막
442: 하부 분리막

Claims (13)

  1. 전극조립체 제조를 위한 라미네이션 장치로서,
    상기 전극조립체를 구성하는 전극들을 가압하는 가압롤,
    상기 가압롤을 회전시키기 위한 회전축;
    상기 가압롤에 인가되는 가압력을 조절하는 가압 실린더; 및
    전극의 두께를 측정하는 두께측정 센서;
    를 포함하는 라미네이션 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 가압 실린더는 상기 회전축의 양측 끝단 각각에 결합되는 제1가압 실린더와 제2가압 실린더를 포함하는 라미네이션 장치.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 제1가압 실린더와 상기 제2가압 실린더 각각에서 인가되는 가압력이 서로 다른 라미네이션 장치.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 두께측정 센서는 전극의 양측 끝단부 각각에 배치되는 제1두께측정 센서와 제2두께측정 센서를 포함하는 라미네이션 장치.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 제1두께측정 센서와 상기 제2두께측정 센서에서 측정된 전극의 두께 차이가 발생하는 경우 상기 가압 실린더의 가압력을 제어하는 제어부를 더 포함하는 라미네이션 장치.
  6. 제 4 항에 있어서, 상기 제1두께측정 센서와 상기 제2두께측정 센서에서 측정된 전극의 두께 차이가 발생하는 경우, 상기 가압롤은 전극 두께가 얇은 위치를 더 강하게 가압하는 라미네이션 장치.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 전극조립체는 제1전극, 분리막, 제2전극, 분리막 및 제3전극이 적층된 형태의 바이셀인 라미네이션 장치.
  8. 제 1 항에 있어서, 제1전극 공급부, 제2전극 공급부, 및 제3전극 공급부를 더 포함하고,
    상기 두께측정 센서는 상기 제2전극 공급부에서 공급부되는 제2전극의 두께를 측정하는 라미네이션 장치.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 전극들은 전극집전체의 양면에 전극합제가 코팅되는 양면 전극들이고,
    상기 라미네이션 장치는 상기 전극의 상면과 하면 각각에 배치되는 라미네이션 장치.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 두께측정 센서는 상기 전극을 투과하는 베타선을 조사하는 조사부, 및 상기 조사부에서 조사한 베타선을 감지하는 수신부를 포함하고,
    상기 전극의 상면과 하면 중 어느 하나에 상기 조사부가 배치되고, 다른 하나에 수신부가 배치되는 라미네이션 장치.
  11. 제 9 항에 있어서, 상기 전극의 상면에 배치되는 상부 가압롤의 제1끝단과 제2끝단 각각에 인가되는 가압력 크기는, 상기 전극의 하면에 배치되는 하부 가압롤의 제1끝단과 제2끝단 각각에 인가되는 가압력 크기와 독립적으로 설정되는 라미네이션 장치.
  12. 제 1 항에 있어서, 상기 가압롤은 가열 가능한 형태로 이루어진 라미네이션 장치.
  13. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 따른 라미네이션 장치를 이용하여 제조된 전극조립체에 있어서,
    상기 전극조립체는 제1전극, 분리막, 제2전극, 분리막 및 제3전극이 순차적으로 적층된 형태의 바이셀이고,
    상기 제1전극과 제2전극, 및 상기 제2전극과 상기 제3전극은 외주변 전체에서 서로 간에 결합된 상태로 이루어진 전극조립체.
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