KR20220136086A - 광택계가 구비된 모노셀 제조장치 및 이를 이용한 제조방법 - Google Patents

광택계가 구비된 모노셀 제조장치 및 이를 이용한 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 광택계가 구비된 모노셀 제조장치 및 이를 이용한 제조방법에 관한 것으로, 구체적으로 제1 분리막을 공급하는 제1 분리막 공급부, 상기 제1 분리막 상면에 음극을 위치시키는 음극 공급부, 상기 음극 상면을 덮는 제2 분리막을 공급하는 제2 분리막 공급부, 상기 제2 분리막 상면에 양극을 위치시키는 양극 공급부, 상기 제1 분리막, 음극, 제2 분리막 및 양극을 압착하는 압착부, 및 상기 제1 분리막 하측에 위치하는 광택계를 포함하는 것을 특징으로 하는 광택계가 구비된 모노셀 제조장치 및 이를 이용한 제조방법에 관한 것이다.

Description

광택계가 구비된 모노셀 제조장치 및 이를 이용한 제조방법{Mono Cell Manufacturing Device Equipped With Gloss Meter And Manufacturing Method Using It}
본 발명은 광택계가 구비된 모노셀 제조장치 및 이를 이용한 제조방법에 관한 것으로, 구체적으로 모노셀의 이상여부를 바로 확인하고 나아가 신속하게 검사함으로써 불량품 저감과 생산 효율 향상에 기여할 수 있는 광택계가 구비된 모노셀 제조장치 및 이를 이용한 제조방법에 관한 것이다.
최근 화석연료의 사용에 따른 대기오염, 에너지 고갈로 인한 대체에너지 개발로 인해 생산된 전기 에너지를 저장할 수 있는 이차전지에 관한 수요가 증가하고 있다. 충방전이 가능한 이차전지는 모바일 기기, 전기 자동차, 하이브리드 전기자동차 등에 사용되는 등 일상생활에 밀접하게 사용되고 있다.
현대사회에서 필수불가결하게 사용되고 있는 각종 전자기기의 에너지원으로 사용되고 있는 이차전지는 모바일 기기의 사용량 증가 및 복잡화, 전기 자동차 등의 개발로 인해 요구되는 용량이 증가되고 있다. 사용자의 수요를 충족시키기 위해 소형 기기에는 다수의 전지셀을 배치하고 있으나, 자동차 등에는 다수개의 전지셀을 전기적으로 연결하는 전지 모듈 또는 이러한 전지 모듈을 다수 구비한 전지 팩이 사용된다.
위와 같은 이차 전지가 전기자동차 등과 같이 대용량 및 고전압을 필요로 하는 디바이스에 사용될 시에는, 다수의 전지 셀들이 배열된 구조의 전지 모듈 내지 전지 팩 등의 형태로 사용된다.
한편, 전극 조립체를 이루는 모노셀(mono-cell)을 제조할 시에는, 라미네이션 과정, 즉 모노셀을 이루는 양극, 음극, 및 분리막들을 서로 밀착 및 접착시킬 목적으로 가압함과 동시에 열을 가하는 과정을 수행하게 되는데 이 때 과한 압력과 열에 의해 분리막에 변형이 발생하거나 압력과 열이 부족하여 모노셀 구성 간의 접착력이 약하게 되어 불량이 발생할 수 있다는 문제점이 있다.
이와 관련하여 도 1은 종래기술에 따른 모노셀 제조장치의 사시도이다. 도 1을 참조하여 설명하면 종래 기술에 따른 모노셀 제조장치는 전극(11, 13)과 분리막(12, 14)이 교대로 적층될 수 있도록 공급하는 공급롤러들(20), 전극(11, 13)을 절단하는 제1 커터(30), 전극(11, 13)과 분리막(12, 14)을 열융착하여 기본단위시트를 제조하는 라미네이터(40), 및 기본단위시트를 소정 크기로 절단하여 모노셀(10)을 형성하도록 절단하는 제2 커터(50)를 포함하여 구성된다.
이후 제조된 모노셀(10)의 이상여부를 확인하는 불량 판별 작업을 수행하고 있다. 하지만 융착 과정이나 커팅 과정 등의 제조공정이나 공급한 분리막 등에 이상이 발생할 시, 동일한 라인에서 생산한 모든 모노셀이 불량으로 판정될 가능성이 높아 폐기처분해야 할 모노셀이 다량으로 발생할 수 있고, 또 판정결과를 얻기까지는 일정 시간이 소요되므로 생산 효율이 저하될 수 있다.
한국공개특허공보 제2019-0000589호
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명에 따른 광택계가 구비된 모노셀 제조장치 및 이를 이용한 제조방법은 컷팅된 모노셀의 이상여부를 바로 확인하고 피드백함으로써 모노셀의 폐기량을 줄일 수 있는 광택계가 구비된 모노셀 제조장치 및 이를 이용한 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한 본 발명에 따른 광택계가 구비된 모노셀 제조장치 및 이를 이용한 제조방법은 모노셀의 불량여부를 신속하게 판단함으로써 생산 공정의 효율화를 높일 수 있는 광택계가 구비된 모노셀 제조장치 및 이를 이용한 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 광택계가 구비된 모노셀 제조장치는, 제1 분리막(110)을 공급하는 제1 분리막 공급부(100), 상기 제1 분리막(110) 상면에 음극(210)을 위치시키는 음극 공급부(200), 상기 음극(210) 상면을 덮는 제2 분리막(310)을 공급하는 제2 분리막 공급부(300), 상기 제2 분리막(310) 상면에 양극(410)을 위치시키는 양극 공급부(400), 상기 제1 분리막(110), 음극(210), 제2 분리막(310) 및 양극(410)을 압착하는 압착부(500) 및 상기 제1 분리막(110) 하측에 위치하는 광택계(600)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 따른 모노셀 제조장치에서, 상기 제1 분리막 공급부(100)는 제1 분리막(110), 상기 제1 분리막(110)을 감고 있는 제1 분리막 공급롤러(120) 및 상기 제1 분리막(110)의 이송을 가이드하는 제1 가이드롤러(130)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 따른 모노셀 제조장치에서, 상기 음극 공급부(200)는 음극(210), 상기 음극(210)을 감고 있는 음극 공급롤러(220), 상기 음극(210)을 일정간격으로 절단하는 제1 커팅부(230), 및 상기 음극(210)의 안착된 위치를 확인하는 제1 비전카메라(240)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 따른 모노셀 제조장치에서, 상기 제2 분리막 공급부(300)는 제2 분리막(310), 상기 제2 분리막(310)을 감고 있는 제2 분리막 공급롤러(320) 및 상기 제2 분리막(310)의 이송을 가이드하는 제2 가이드롤러(330)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 따른 모노셀 제조장치에서, 상기 양극 공급부(400)는 양극(410), 상기 양극(410)을 감고 있는 양극 공급롤러(420), 상기 양극(410)을 일정간격으로 절단하는 제2 커팅부(430), 및 상기 양극(410)의 안착된 위치를 확인하는 제2 비전카메라(440)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 따른 모노셀 제조장치에서, 상기 압착부(500)는 상기 제1 분리막(110), 음극(210), 제2 분리막(310)및 양극(410) 순의 적층물을 소정 압력으로 가압하는 한 쌍의 압착롤러(510), 및 상기 제1 분리막(110)과 제2 분리막(310)을 소정 간격으로 절단하는 제3 커팅부(520)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 따른 모노셀 제조장치에서, 상기 광택계(600)는 상기 한 쌍의 압착롤러(510) 후방에 위치하는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 따른 모노셀 제조장치에서, 상기 제1 분리막(110)은 무기 입자로 이루어진 SRS이 구비된 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 따른 모노셀 제조방법은, 제1 분리막(110)을 공급하고, 상기 제1 분리막(110) 상면에 음극(210)을 안착시키는 단계(S1), 상기 음극(210) 상면에 제2 분리막(310)을 공급하고, 상기 제2 분리막(310) 상면에 양극(410)을 안착시키는 단계(S2), 상기 제1 분리막(110), 음극(210), 제2 분리막(310) 및 양극(410)을 가압하여 적층물을 형성하는 단계(S3) 및 상기 적층물을 소정 간격으로 절단하여 모노셀을 준비하는 단계(S4)를 포함하되, 상기 S3 단계 이후에 제1 분리막(110)의 광택도를 측정하는 단계가 더 수행되는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 따른 제조방법에서, 상기 광택도를 측정하는 단계는 상기 S4 단계 이후에 수행되는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 따른 제조방법에서, 상기 측정한 광택도가 소정 범위 이내이면 정상으로 판단하고, 소정 범위를 벗어나면 불량으로 판단하는 단계(S5)를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 따른 제조방법에서, 상기 광택도의 정상 범위와 불량 범위는 상기 제1 분리막(110)과 음극(210)의 접착력, 및 제1 분리막(110)과 음극(210)의 통기도(Permeability)로부터 결정되는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에서는 전술한 모노셀 제조방법에 의해 제조된 모노셀인 것을 특징으로 한다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 광택계가 구비된 모노셀 제조장치 및 이를 이용한 제조방법에 의하면, 광택계를 통해 분리막 무기입자층의 광택도를 측정하고 이에 근거하여 모노셀의 불량여부를 판단하기 때문에 측정이 매우 간편하면서도 신속하게 검사를 진행될 수 있다는 이점이 있다.
또한 본 발명에 따른 광택계가 구비된 모노셀 제조장치 및 이를 이용한 제조방법에 의하면, 제조된 모노셀이 불량일 시 빠른 대응이 가능하여 제조 불량에 따른 폐기량을 줄일 수 있어 제조비용 절감에도 기여할 수 있다는 장점이 있다.
도 1은 종래기술에 따른 모노셀 제조장치의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 모노셀 제조장치의 사시도이다.
도 3은 도 2에 도시한 모노셀 제조장치의 정면도이다.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 모노셀 제조방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 모노셀의 단면도이다.
도 6은 복수개 시료의 광택도 측정결과이다.
도 7은 복수개 시료에서 음극과 분리막과의 접착력 측정결과이다.
도 8은 복수개 시료의 통기도 측정결과이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 쉽게 실시할 수 있는 실시예를 상세히 설명한다. 다만, 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 동작 원리를 상세하게 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 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.
이하, 본 발명에 따른 광택계가 구비된 모노셀 제조장치 및 이를 이용한 제조방법에 관하여 첨부한 도면들을 참고하면서 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 모노셀 제조장치의 사시도이고, 도 3은 도 2에 도시한 모노셀 제조장치의 정면도이다.
도 2 및 도 3을 참조하여 설명하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 모노셀 제조장치는 제1 분리막 공급부(100), 음극 공급부(200), 제2 분리막 공급부(300), 양극 공급부(400), 압착부(500) 및 광택계(600)를 포함하여 구성된다.
먼저, 제1 분리막 공급부(100)에 관해 구체적으로 설명하면, 모노셀 제조장치로 공급되는 제1 분리막(110), 제1 분리막(110)이 감겨 있는 제1 분리막 공급롤러(120), 제1 분리막(110)이 수평방향으로 이송되도록 가이드하는 제1 가이드롤러(130)를 포함하여 구성된다.
여기서, 제1 분리막(110)은 높은 이온 투과도와 기계적 강도를 가지는 절연성의 얇은 박막이 사용되며, 분리막의 기공 직경은 일반적으로 0.01~10㎛이고, 두께는 일반적으로 5~300㎛이다. 이러한 분리막으로는, 예를 들어, 내화학성 및 소수성의 폴리프로필렌 등의 올레핀계 폴리머, 유리섬유 또는 폴리에틸렌 등으로 만들어진 시트나 부직포 등이 사용될 수 있고, 나아가 분리막은 SRS(Safety Reinforced Separator) 분리막일 수 있다.
SRS 분리막은 올레핀계 분리막 기재상에 무기 입자와 바인더 고분자를 활성층 성분으로 사용하여 제조하며, 따라서 분리막 기재 자체에 포함된 기공 구조와 더불어 활성층 성분인 무기 입자들 간의 빈 공간(interstitial volume)에 의해 균일한 기공 구조를 갖는다.
이러한 SRS 분리막을 사용하는 경우 통상적인 분리막을 사용한 경우에 비하여 화성 공정(Formation)시의 스웰링(swelling)에 따른 전지 두께의 증가를 억제할 수 있다는 장점이 있고, 바인더 고분자 성분으로 액체 전해액 함침시 겔화 가능한 고분자를 사용하는 경우 전해질로도 동시에 사용될 수 있다.
또한, 상기 SRS 분리막은 분리막 내 활성층 성분인 무기 입자와 바인더 고분자의 함량 조절에 의해 우수한 접착력 특성을 나타낼 수 있으므로, 전지 조립 공정이 용이하게 이루어질 수 있다는 특징이 있다.
여기서, 무기 입자는 전기화학적으로 안정하다면 특별히 제한되지 않으며, 전지의 작동 전압 범위(예컨대, Li/Li+ 기준으로 0~5V)에서 산화 및/또는 환원 반응이 일어나지 않는 것이 바람직하고, 이온 전달 능력이 있는 무기 입자를 사용하는 경우에는 전기 화학 소자 내의 이온 전도도를 높여 성능 향상을 도모할 수 있으므로, 가능한 이온 전도도가 높은 것이 더욱 바람직하다.
음극 공급부(200)는 전술한 제1 분리막(110) 상면에 안착하는 음극(210), 음극(210)을 감고 있는 음극 공급롤러(220), 음극(210)을 일정한 간격으로 절단하는 제1 커팅부(230) 및 절단되어 제1 분리막(110) 상면에 안착된 음극(210)을 확인하기 위한 제1 비전카메라(240)를 포함하여 구성된다.
여기서, 음극은 음극 집전체 상에 음극 활물질을 도포, 건조하여 제작되며, 이러한 음극은 공지된 구성에 해당되므로 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
제1 커팅부(230)는 소정 크기의 모노셀이 얻어질 수 있도록 음극을 절단하기 위한 것이고, 제1 비전카메라(240)는 절단된 음극이 원하는 위치에 정확하게 안착하였는지를 판단한다.
일 예로, 제1 비전카메라(240)는 카메라 화상 촬영을 통해 얻어진 영상을 화상 처리하여 변위량, 즉 제1 분리막(110)에 안착된 음극(210)이 설정된 변위량 범위에 해당되는지를 검사하며, 이러한 비전카메라의 구성과 작동원리는 공지된 기술이므로 보다 상세한 설명은 생략하기로 한다.
제2 분리막 공급부(300)는 전술한 음극(210)의 상면을 덮도록 공급되는 제2 분리막(310), 제2 분리막(310)을 감고 있는 제2 분리막 공급롤러(320) 및 제2 분리막(310)이 수평방향으로 이송되도록 가이드하는 제2 가이드롤러(330)를 포함하여 구성된다.
여기서 제2 분리막(310)은 일반적으로 알려져 있는 분리막이거나 전술한 제1 분리막(110)과 같이 SRS 분리막일 수 있다.
양극 공급부(400)는 전술한 제2 분리막(310)의 상면에 안착하는 양극(410), 양극(410)을 감고 있는 양극 공급롤러(420), 양극(410)을 일정한 간격으로 절단하는 제2 커팅부(430) 및 절단되어 제2 분리막(310) 상면에 안착된 양극(410)을 확인하기 위한 제2 비전카메라(440)를 포함하여 구성된다.
양극은, 예를 들어, 양극 집전체 상에 양극 활물질, 도전재 및 바인더의 혼합물을 도포한 후 건조하여 제조되며, 필요에 따라서는 충진제를 더 첨가하기도 하며, 이들은 공지된 구성이므로 상세한 설명은 생략하기로 한다.
제2 커팅부(430)는 소정 크기의 모노셀이 얻어질 수 있도록 롤 형태의 양극을 절단하기 위한 것이고, 제2 비전카메라(440)는 설치되는 위치만 상이할 뿐, 제1 비전카메라(240)와 동일하게 작동하며, 제2 분리막(310)에 안착된 양극(410)이 설정된 변위량 범위에 해당되는지를 검사하게 된다.
계속해서, 압착부(500)는 라미네이션 공정을 위한 것으로, 아래에서부터 제1 분리막(110), 음극(210), 제2 분리막(310) 및 양극(410) 순으로 적층된 적층물을 상하 방향에서 소정 압력으로 가압하는 한 쌍의 압착롤러(510), 및 제1 분리막(110)과 제2 분리막(310)을 일정 간격으로 절단하는 제3 커팅부(520)를 포함하여 구성된다.
여기서, 한 쌍의 압착롤러(510)는 제1 분리막(110), 음극(210), 제2 분리막(310) 및 양극(410)을 압착하여 상호 접착시키며, 이때 압착롤러에는 소정 온도로 가열할 수 있는 열선이 장착될 수 있다.
한편 제3 커팅부(520)는 제1 분리막(110), 음극(210), 제2 분리막(310) 및 양극(410) 순으로 적층 가압된 적층물을 소정 크기의 모노셀이 얻어질 수 있도록 절단하기 위한 것이다.
이어서, 광택계(600)는 한 쌍의 압착롤러(510) 후방에 위치하는 것이 바람직하고, 제1 분리막(110) 일측면, 즉 제1 분리막(110) 하측의 광택을 측정할 수 있도록 제3 커팅부(520) 인근 후방에 위치하면서 제1 분리막(110) 저면에 구비되는 것이 더욱 바람직하다.
종래에는 모노셀을 구성하는 음극, 분리막 및 양극의 접착력과 통기도를 측정하여 불량여부를 판단하여 왔고, 이로 인해 측정의 어려움과 측정시간이 많이 필요하다는 문제점이 있었다.
이에 반해 본 발명에서는 제1 분리막(110)의 광택도를 측정하여 모노셀의 불량여부를 판단하기 때문에 측정이 매우 간편하면서도 신속하게 진행될 수 있다.
즉, 분리막의 무기입자층은 압착공정시의 압력과 열에 의해 사이즈 등이 변화하게 되고, 이는 분리막의 통기도와 접착력에도 영향을 미친다. 따라서 무기입자의 광택도(glossiness)를 측정하여 변형 정도를 판단하고, 궁극적으로 분리막의 통기도와 접착력 변화를 확인할 수 있는 것이다.
물론 무기입자의 광택도(glossiness)로부터 분리막의 통기도와 접착력을 예측하기 위해서는 이들 간의 상관 관계를 미리 확보해 두어야 함은 자명하다.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 모노셀 제조방법을 설명하기 위한 흐름도이고, 도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 모노셀의 단면도이다.
도 4를 참조하여 설명하면, 전술한 제조장치를 사용하여 모노셀을 제조하는 방법은 제1 분리막(110)을 공급하면서 제1 분리막(110) 상면에 음극(210)을 안착시키는 단계(S1), 음극(210) 상면에 제2 분리막(310)을 공급하면서 제2 분리막(310) 상면에 양극(410)을 안착시키는 단계(S2), 제1 분리막(110), 음극(210), 제2 분리막(310) 및 양극(410)을 가압하여 적층물을 형성하는 단계(S3), 적층물을 소정간격으로 절단하여 모노셀을 준비하는 단계(S4), 및 제1 분리막(110)의 광택도를 측정하여 해당 측정값이 소정 범위 이내이면 정상으로 판단하고, 소정 범위를 벗어나면 불량으로 판단하는 단계(S5)를 포함하여 구성된다.
먼저 제1 분리막(110)을 공급하면서 제1 분리막(110) 상면에 음극(210)을 안착시키는 단계(S1)는 제1 분리막 공급롤러(120)에 감겨 있는 제1 분리막(110)을 공급하면서, 이와 함께 제1 분리막(110) 상면으로는 일정 간격으로 절단된 음극(210)을 안착시키는 단계이다.
여기서, 제1 분리막(110)은 제1 가이드롤러(130)에 의해 수평방향으로 이송 공급된다.
이때 제1 분리막(110) 상면에 공급된 음극(210)이 정해진 위치에 안착하였는지 제1 비전카메라(240)로 확인하는 단계를 추가로 수행하는 것이 바람직하다.
음극(210) 상면에 제2 분리막(310)을 공급하면서 제2 분리막(310) 상면에 양극(410)을 안착시키는 단계(S2)는 제2 분리막 공급롤러(320)에 감겨 있는 제2 분리막(310)을 음극(210) 상면에 안착시키고, 또 안착된 제2 분리막(310) 상면에는 제2 커팅부(430)에 의해 일정 간격으로 절단된 양극(410)을 안착시키는 단계이다.
여기서, 제2 분리막(310)은 제2 가이드롤러(330)에 수평방향으로 이송 공급되며, 일정 간격으로 절단된 양극(410)은 음극(210)과 수직선상 동일한 위치에 안착된다.
이때 제2 분리막(310) 상면에 공급된 양극(410)이 정해진 위치에 안착하였는지 제2 비전카메라(440)로 확인하는 단계를 추가로 수행하는 것이 바람직하다.
제1 분리막(110), 음극(210), 제2 분리막(310) 및 양극(410)을 가압하여 적층물을 형성하는 단계(S3)은 아래에서부터 제1 분리막(110), 음극(210), 제2 분리막(310) 및 양극(410) 순으로 적층된 적층물을 압착롤러(510)로 가압하여 이들을 상호 밀착 및 접착되도록 하는 단계이다.
이때 접착력을 향상시킬 수 있도록 소정 온도로 가열하는 것이 바람직하다.
적층물을 소정간격으로 절단하여 모노셀을 준비하는 단계(S4)는 전술한 (S3)단계에서 얻어진 적층물의 제1 분리막(110)과 제2 분리막(310)을 제3 커팅부(520)로 절단하여 모노셀을 얻는 단계이다.
마지막으로 (S5)단계는 (S4) 단계에서 얻어진 모노셀의 불량여부를 판단하는 단계이다. 구체적으로, 제1 분리막(110)의 광택도를 측정하여 해당 측정값이 소정 범위 이내, 즉 미리 마련해 둔 광택도, 통기도 및 접착력과의 상관 관계에 근거한 기준치 이내이면 정상으로 판단하고, 소정 범위를 벗어나면 불량으로 판단하게 된다.
측정한 광택도가 소정 범위 이내이면 정상으로 판단하여 모노셀 제조공정을 계속 진행하고, 만약 불량품으로 판정될 시에는 제조공정을 중단한 뒤 원인을 분석하는 등의 조치를 취하게 된다.
한편, 반드시 제3 커팅부(520)에 의해 절단된 이후의 모노셀을 측정해야 하는 것은 아니다. 예를 들어, 광택도를 측정한 후 정상범위에 해당될 시에만 적층물을 절단하여 모노셀을 형성시키는 것도 가능하지만, 절단과정에서 발생할 수 눌림 현상 등을 감안한다면 절단공정 이후에 광택도를 측정하는 것이 보다 바람직하다.
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 모노셀의 단면도로서, 전술한 방법을 통해 얻어지는 모노셀은 아래에서부터 제1 분리막(110), 음극(210), 제2 분리막(310) 및 양극(410) 순으로 적층되어 있고, 이러한 모노셀은 복수개가 스택킹(stacking)되어 하나의 전지셀을 구성할 수 있다.
이하에서는, 본원발명의 실시예를 참조하여 설명하지만, 이는 본원발명의 더욱 용이한 이해를 위한 것으로, 본원발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.
<실시예>
도 3에 도시한 장치를 사용하여, 아래에서부터 제1 분리막, 음극, 제2 분리막, 및 양극 순으로 적층된 모노셀을 제조하였다.
여기서, 양극은 알루미늄 박막 포일의 양면에 니켈 망칸 코발트계 양극 활물질, 바인더 및 도전재를 포함하는 양극합제를 코팅하고 건조하여 준비하였고, 분리막은 폴리프로필렌 소재로 이루어진 다공성 구조의 분리막 기재의 양면에 Al2O3 무기물 입자와 PVDF 바인더를 포함하는 코팅 슬러리를 코팅, 건조하여 준비하였다.
또 음극은 구리 박막 포일의 양면에 흑연계 음극활물질, 바인더 및 도전재를 포함하는 음극 합제를 코팅하고 건조하여 준비하였다.
한편 제1 분리막, 음극, 제2 분리막, 및 양극 순으로 적층된 모노셀의 라미네이션 과정에서는 한 쌍의 압착롤러를 사용하여 300~350kgf 범위로 가압하였다. 이후 일정 간격으로 컷팅한 후, 다수개의 모노셀을 준비하였다.
<실험예>
광택도 측정
준비된 모노셀로부터 제2 분리막과 양극을 박리시켜, 제1 분리막과 음극이 밀착된 상태인 측정용 시료를 준비한 후, 제1 분리막의 광택도를 측정하였다.
동일한 시료에 대해 중앙 및 양측 가장자리 등 총 3 지점을 측정하였고, 사용한 광택계는 BYK 광택계(모델명 AG-4563)이며, 표준 광택에 해당되는 60°에서 측정하였다.
통기도 측정
광택도 측정에 사용한 동일한 시료를 대상으로 통기도를 측정하였다. 여기서, 통기도 측정대상은 음극을 분리시킨 상태인 제1 분리막이며, Al2O3 무기물과 바인더를 제거하기 위하여 아세톤으로 세척 및 건조한 후 통기도 측정장비(Asahi Seiko社의 EG01-55-1MR)를 사용하여 측정하였다.
접착력 측정
광택도 측정에 사용한 동일한 시료를 대상으로 음극과 분리막 사이의 접착력을 ASTM D3330에 따라 측정하였다. 구체적으로, 슬라이드 글라스 위에 양면 접착 테이프를 붙이고 준비된 시료의 음극 표면이 접착 테이프와 접착되도록 붙였다. 이 후, UTM(Universal Testing Machine) 장비를 이용하여 속도 100mm/min로 90°박리법으로 음극과 분리막이 박리되는데 필요한 힘을 측정하였다.
도 6은 복수개 시료의 광택도 측정결과, 도 7은 복수개 시료에서 음극과 분리막의 접착력 측정결과, 그리고 도 8은 복수개 시료의 통기도 측정결과이다.
먼저 광택도 결과에서 Set 1~4는 최소 평균 5.9GU에서 최대 평균 8.5GU이고, Set 5는 평균 4.2GU로 조사되었다.
한편 음극과 분리막의 접착력 결과에서는 Set 1~4는 평균 13.9~33.0 gf/20mm인데 반해, Set 5는 평균 4.1gf/20mm에 불과하였다.
또 통기도 결과(100cc의 기체가 시료 직경 5cm를 통과하는 시간)에서도 Set 5는 평균 68.7S/100cc로서 Set 1~4의 평균 73.8~78.6S/100cc보다 크게 낮은 것으로 평가되었다.
실시예 조건하에서 요구되는 접착력과 통기도는 각각 10gf/20mm 이상 및 70S/100cc 이상임을 고려하면, Set 5에 해당되는 시료들은 불량품에 해당된다.
이와 같이, 제조된 모노셀의 음극과 분리막의 접착력이나 통기도를 측정하지 않고, 광택도만을 측정하더라도 해당 시료의 불량여부를 판단할 수 있다.
물론, 음극, 분리막 및 양극의 물성 변화 등에 따라 요구되는 접착력이나 통기도가 달라질 수 있으나, 광택도, 통기도 및 접착력과의 상관성을 미리 마련해 둠으로써, 광택도 측정만으로도 모노셀이 정상에 해당되는지 아니면 불량에 해당되는지 판단할 수 있다.
본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주내에서 다양한 응용 및 변형을 수행하는 것이 가능할 것이다.
100 : 제1 분리막 공급부
110 : 제1 분리막
120 : 제1 분리막 공급롤러
130 : 제1 가이드롤러
200 : 음극 공급부
210 : 음극
220 : 음극 공급롤러
230 : 제1 커팅부
240 : 제1 비전카메라
300 : 제2 분리막 공급부
310 : 제2 분리막
320 : 제2 분리막 공급롤러
330 : 제2 가이드롤러
400 : 양극 공급부
410 : 양극
420 : 양극 공급롤러
430 : 제2 커팅부
440 : 제2 비전카메라
500 : 압착부
510 : 압착롤러
520 : 제3 커팅부
600 : 광택계

Claims (13)

  1. 제1 분리막을 공급하는 제1 분리막 공급부;
    상기 제1 분리막 상면에 음극을 위치시키는 음극 공급부;
    상기 음극 상면을 덮는 제2 분리막을 공급하는 제2 분리막 공급부;
    상기 제2 분리막 상면에 양극을 위치시키는 양극 공급부;
    상기 제1 분리막, 음극, 제2 분리막 및 양극을 압착하는 압착부; 및
    상기 제1 분리막 하측에 위치하는 광택계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 모노셀 제조장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 분리막 공급부는 제1 분리막, 상기 제1 분리막을 감고 있는 제1 분리막 공급롤러 및 상기 제1 분리막의 이송을 가이드하는 제1 가이드롤러를 포함하는 것을 특징으로 하는 모노셀 제조장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 음극 공급부는 음극, 상기 음극을 감고 있는 음극 공급롤러, 상기 음극을 일정간격으로 절단하는 제1 커팅부, 및 상기 음극의 안착된 위치를 확인하는 제1 비전카메라를 포함하는 것을 특징으로 하는 모노셀 제조장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제2 분리막 공급부는 제2 분리막, 상기 제2 분리막을 감고 있는 제2 분리막 공급롤러 및 상기 제2 분리막의 이송을 가이드하는 제2 가이드롤러를 포함하는 것을 특징으로 하는 모노셀 제조장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 양극 공급부는 양극, 상기 양극을 감고 있는 양극 공급롤러, 상기 양극을 일정간격으로 절단하는 제2 커팅부, 및 상기 양극의 안착된 위치를 확인하는 제2 비전카메라를 포함하는 것을 특징으로 하는 모노셀 제조장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 압착부는 상기 제1 분리막, 음극, 제2 분리막 및 양극 순의 적층물을 소정 압력으로 가압하는 한 쌍의 압착롤러, 및 상기 제1 분리막과 제2 분리막을 소정 간격으로 절단하는 제3 커팅부를 포함하는 것을 특징으로 하는 모노셀 제조장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 광택계는 상기 한 쌍의 압착롤러 후방에 위치하는 것을 특징으로 하는 모노셀 제조장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제1 분리막은 무기 입자로 이루어진 SRS가 구비된 것을 특징으로 하는 모노셀 제조장치.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 기재된 모노셀 제조장치를 사용한 모노셀 제조방법으로서,
    제1 분리막을 공급하고, 상기 제1 분리막 상면에 음극을 안착시키는 단계(S1);
    상기 음극 상면에 제2 분리막을 공급하고, 상기 제2 분리막 상면에 양극을 안착시키는 단계(S2);
    상기 제1 분리막, 음극, 제2 분리막 및 양극을 가압하여 적층물을 형성하는 단계(S3); 및
    상기 적층물을 소정 간격으로 절단하여 모노셀을 준비하는 단계(S4)를 포함하되,
    상기 S3 단계 이후에 제1 분리막의 광택도를 측정하는 단계가 더 수행되는 것을 특징으로 하는 모노셀 제조방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 광택도를 측정하는 단계는 상기 S4 단계 이후에 수행되는 것을 특징으로 하는 모노셀 제조방법.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 측정한 광택도가 소정 범위 이내이면 정상으로 판단하고, 소정 범위를 벗어나면 불량으로 판단하는 단계(S5)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 모노셀 제조방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 광택도의 정상 범위와 불량 범위는 상기 제1 분리막과 음극의 접착력, 및 제1 분리막과 음극의 통기도(Permeability)로부터 결정되는 것을 특징으로 하는 모노셀 제조방법.
  13. 제9항에 기재된 모노셀 제조방법에 의해 제조된 모노셀.
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