KR20230051981A - 와이어 전극 제조장치 및 이를 이용한 와이어 전극의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 와이어 전극 제조장치 및 이를 이용한 와이어 전극 제조방법에 관한 것으로, 상기 와이어 전극 제조장치는 동일한 길이를 갖는 복수의 금속 와이어를 동일한 높이에서 동일한 속도로 동시 코팅함으로써 작업 효율이 높고 대량 생산이 가능할 뿐만 아니라, 표면에 균일한 두께의 활물질층이 형성된 와이어 전극을 제조할 수 있으므로 이를 이차전지에 적용하는 경우 재현성 및 신뢰성이 높게 물성을 구현 및/또는 측정할 수 있는 이점이 있다.
Description
본 발명은 와이어 전극 제조장치 및 이를 이용한 와이어 전극 제조방법에 관한 것이다.
최근 전기, 전자, 통신 및 컴퓨터 산업이 급속히 발전함에 따라 그 구동용 전원으로서 사용할 수 있는 고성능, 고안정성의 전지에 대한 많은 연구가 이루어지고 있으며, 이중 리튬 이차전지는 기존의 납축전지, 니켈-카드뮴 전지, 니켈-수소 전지, 니켈-아연 전지 등과 비교하여 단위 중량당 에너지 밀도가 3배 정도가 높고 급속 충전이 가능하다는 이점으로 인해 가장 각광을 받고 있다.
현재 리튬 이차전지와 관련된 상당수의 연구들은 망간 또는 니켈과 같은 다른 저비용 및 보다 환경 친화적인 금속 대신 코발트 사용을 줄이거나 제거하는 데 중점을 둔 다양한 기타 금속 산화물 구조의 개발에 초점을 맞추고 있다. 리튬 이차전지에 사용되는 재료의 환경이 지속적으로 변화함에 따라 성능과 안전성 모두를 특성화하는 효과적이고 정확한 방법이 필요하다. 그러나, 모든 배터리의 작동은 양극과 음극의 결합된 전기화학적 반응을 포함하기 때문에 일반적인 이전극 전지는 전극을 독립적으로 특성화할 수 없는 한계가 있다. 또한, 이러한 열악한 특성화와 그에 따른 이해 부족은 열화 현상의 존재로 인해 위험한 상황이나 전반적인 이차전지의 성능 저하로 이어질 수 있다. 이러한 표준 전지 구성의 단점을 개선한 한 가지 방법은 삼전극 전지 시험법이다.
삼전극 전지법은 두 전극의 응답을 분리하고 이차전지 작동의 기본 물리학에 대한 더 큰 통찰력을 제공하는 한 가지 방법으로서, 음극과 양극 외에 기준 전극이 도입된다. 상기 기준 전극은 작동 중 양극과 음극의 전위를 동적으로 측정하는 데 사용되는데, 기준 전극을 통해 전류가 흐르지 않으므로 이상적으로 안정적인 단일 전압을 제공하게 된다. 삼전극 전지법을 사용하여 작동 중에 전체 셀 전압, 음극 전위 및 양극 전위를 동시에 수집할 수 있으며, 전위 측정 외에도 전극의 임피던스 기여도는 전지 충전 상태의 함수로 특성화할 수 있다.
삼전극 전지법에서 사용되는 기준 전극로는 일반적으로 리튬 티타늄 산화물(LTO) 등의 금속 산화물이나 리튬 금속(Li) 등의 활물질이 코팅된 금속 와이어가 사용되는데, 금속 와이어의 말단에 활물질을 포함하는 전극 슬러리를 코팅하여 형성된다. 그러나, 이와 같은 금속 와이어 형태의 기준 전극은 대부분 수작업으로 제조되므로 작업 효율이 낮고 대량 생산이 불가능할 뿐만 아니라, 전극 슬러리가 코팅되어 형성되는 활물질층의 두께, 표면적 등의 스펙을 균일하게 구현하기 어려우므로 삼전극 전지법 수행 시 재현성과 신뢰성이 높은 결과를 얻기 어려운 한계가 있다.
이에, 본 발명의 목적은 금속 와이어 형태의 기준 전극을 높은 작업 효율로 대량 생산할 수 있고, 활물질층의 두께 등이 균일하여 전지에 적용하는 경우 높은 신뢰도를 갖는 결과를 얻을 수 있는 와이어 전극의 제조기술을 제공하는데 있다.
상술된 문제를 해결하기 위하여,
본 발명은 일실시예에서,
전극활물질을 포함하는 슬러리를 수용하는 슬러리조, 및 금속 와이어 표면을 연마하는 연마제를 수용하는 폴리싱조가 상측면에 마련된 수평 지지부;
상기 수평 지지부의 일측에 수직으로 배치되는 수직 지지부;
상기 수직 지지부에 연결되고, 상기 수직 지지부에 대하여 수평이 되도록 금속 와이어를 고정시키는 고정부; 및
상기 수직 지지부와 고정부 사이에 배치되고, 상기 고정부를 승강시켜 고정부에 고정된 금속 와이어의 하단이 상기 슬러리조 또는 폴리싱조에 침지되도록 하는 높이 조절부를 포함하는 와이어 전극 제조장치를 제공한다.
이때, 상기 수평 지지부는 슬러리조 및 폴리싱조가 수평 지지부의 중심부에 교대로 배치되도록 이동시키는 이동부를 포함할 수 있다.
또한, 상기 이동부는 수평 지지부의 중심부를 지나가도록 배치된 복수의 레일; 및 상기 레일의 상부에 배치되어 왕복 운동을 수행하는 슬라이더를 포함할 수 있으며, 상기 레일은 선형 구조 또는 원형 구조로 설치될 수 있다.
아울러, 상기 높이 조절부는 상기 수직 지지부와 고정부 사이에 위치하여 고정부의 승강 운동을 구현하는 형태를 가질 수 있다.
하나의 예로서, 상기 높이 조절부는 공기압을 이용한 액츄에이터를 포함할 수 있다.
다른 하나의 예로서, 상기 높이 조절부는 중공으로 형성되고, 하단이 수직 지지부의 상단에 고정되는 하부폴대; 중공으로 형성되어 상기 하부폴대의 내주면을 따라 승강 이동하며, 상단에 고정부와 결합되는 상부폴대; 및 상기 하부폴대와 상부폴대를 연결하고, 상부폴대의 승강 운동시킴으로써 고정부의 승강 운동을 구현하는 승강부를 포함할 수 있다.
또한, 상기 높이 조절부는 적외선을 조사하여 금속 와이어의 위치를 판단하는 위치 판단부를 포함할 수 있다.
한편, 상기 고정부는 복수의 금속 와이어가 이격되어 삽입되도록 표면에 복수의 홈이 형성된 플레이트; 및 상기 플레이트에 삽입된 복수의 금속 와이어를 고정시키는 고정 유닛을 포함할 수 있다.
또한, 상기 와이어 전극 제조장치는 고정부 하부에 배치되어 고정부에 고정된 복수의 금속 와이어의 하단이 동일한 높이를 갖도록 절단하는 절단부를 더 포함할 수 있다.
나아가, 본 발명은 일실시예에서,
본 발명에 따른 와이어 전극 제조장치를 이용하는 와이어 전극 제조방법에 있어서,
고정부에 복수의 금속 와이어를 고정하는 단계;
고정된 금속 와이어를 금속 와이어 하부에 마련된 폴리싱조에 침지시켜 금속 와이어의 하단을 연마하는 단계; 및
하단이 연마된 금속 와이어를 금속 와이어 하부에 마련된 슬러리조에 침지시켜 하단을 슬러리 코팅하는 단계를 포함하는 와이어 전극의 제조방법을 제공한다.
여기서, 상기 슬러리조에 수용된 슬러리는 전극활물질, 도전재 및 바인더를 포함하고, 상기 전극활물질은 리튬 티타늄 산화물(LTO)을 포함할 수 있다.
또한, 고정부에 고정되는 금속 와이어의 길이는 10 내지 30㎝일 수 있다.
아울러, 상기 슬러리 코팅하는 단계 이후에, 슬러리 코팅된 금속 와이어를 100~150℃에서 건조하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 와이어 전극 제조장치는 동일한 길이를 갖는 복수의 금속 와이어를 동일한 높이에서 동일한 속도로 동시 코팅함으로써 작업 효율이 높고 대량 생산이 가능할 뿐만 아니라, 표면에 균일한 두께의 활물질층이 형성된 와이어 전극을 제조할 수 있으므로 이를 이차전지에 적용하는 경우 재현성 및 신뢰성이 높게 물성을 구현 및/또는 측정할 수 있는 이점이 있다.
도 1은 본 발명에 따른 와이어 전극 제조장치 구조를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 와이어 전극 제조장치의 구동 과정을 개략적으로 나타낸 개략도이다.
도 3은 본 발명에 따른 와이어 전극 제조장치의 이동부 구조를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 4 및 도 5는 본 발명에 따른 와이어 전극 제조장치의 이동부 구조를 개략적으로 나타낸 평면도이다.
도 6 및 도 7은 본 발명에 따른 와이어 전극 제조장치의 높이 조절부 구조를 나타낸 단면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 와이어 전극 제조장치의 구동 과정을 개략적으로 나타낸 개략도이다.
도 3은 본 발명에 따른 와이어 전극 제조장치의 이동부 구조를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 4 및 도 5는 본 발명에 따른 와이어 전극 제조장치의 이동부 구조를 개략적으로 나타낸 평면도이다.
도 6 및 도 7은 본 발명에 따른 와이어 전극 제조장치의 높이 조절부 구조를 나타낸 단면도이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다.
그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
또한, 본 발명에서, 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "상에" 있다고 기재된 경우, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "하에" 있다고 기재된 경우, 이는 다른 부분 "바로 아래에" 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 또한, 본 출원에서 "상에" 배치된다고 하는 것은 상부 뿐만 아니라 하부에 배치되는 경우도 포함하는 것일 수 있다.
아울러, 본 발명에서, 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
이하, 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.
와이어 전극 제조장치
본 발명은 일실시예에서,
전극활물질을 포함하는 슬러리를 수용하는 슬러리조 및 금속 와이어 표면을 연마하는 연마제를 수용하는 폴리싱조가 상측면에 마련된 수평 지지부;
상기 수평 지지부의 일측에 수직으로 배치되어 수직 지지부;
상기 수직 지지부에 연결되고, 상기 수직 지지부에 대하여 수평이 되도록 금속 와이어를 고정시키는 고정부; 및
상기 수직 지지부와 고정부 사이에 배치되고, 상기 고정부를 승강시켜 고정부에 고정된 금속 와이어의 하단이 상기 슬러리조 또는 폴리싱조에 침지되도록 하는 높이 조절부를 포함하는 와이어 전극 제조장치를 제조한다.
본 발명에 따른 와이어 전극 제조장치는 전극 지지체로서 금속 와이어를 포함하는 전극의 제조에 사용되는 장치로서, 상기 금속 와이어의 표면에 형성된 코팅층(또는 에나멜층)을 제거하고, 코팅층이 제거된 영역에 전극활물질을 포함하는 슬러리를 코팅하기 위한 구성을 갖는다.
도 1은 본 발명에 따른 와이어 전극 제조장치의 일예를 나타낸 구조도이다. 도 1을 참고하면, 본 발명의 와이어 전극 제조장치는 제조장치의 베이스를 형성하는 수평 지지부(110), 수평 지지부의 일측에 수직으로 배치되는 수직 지지부(120), 집전체인 금속 와이어를 고정하는 고정부(130), 상기 수직 지지부(120)와 고정부(130) 사이에 마련되어 고정부의 높이롤 조절하는 높이 조절부(140)를 포함한다.
상기 수평 지지부(110)는 와이어 전극 제조장치(10)의 베이스를 마련하는 구성으로서, 수평 지지부(110)의 중심부에서는 금속 와이어(W) 표면에 형성된 코팅층(또는 에나멜층)을 연마하기 위한 연마제가 수용되는 폴리싱조(111b)와 전극활물질을 포함하는 슬러리를 포함하는 슬러리조(111a)가 마련될 수 있다.
여기서, 상기 슬러리조(111a)와 폴리싱조(111b)는 수평 지지부(110)의 중심부 상부에 고정되는 금속 와이어(W)의 하부에 교대로 배치되고 금속 와이어(W)의 승강에 따라 접촉될 수 있다. 이를 위하여, 상기 슬러리조(111a)와 폴리싱조(111b)는 수평 지지부(110)의 중심부에 교대로 배치되기 위해 이동부를 더 포함할 수 있다.
또한, 도 3 내지 도 5는 이동부의 구조를 도시한 단면도로서, 도 3 내지 도 5를 참고하면, 상기 이동부는 슬러리조(111a 및 211a)와 폴리싱조(111b 및 211b)를 교대로 수평 지지부(110)의 중심부에 배치되기 위하여 왕복운동을 할 수 있는 구조를 가질 수 있다. 구체적으로, 상기 이동부는 수평 지지부(110)의 중심부를 지나가도록 배치되는 복수의 레일(Rail; 112); 고정부(130 및 230) 또는 금속 와이어(W)를 기준으로 왕복운동 가능하도록 상기 레일(112)의 상부에 배치되는 슬라이더(Slider; 113)를 포함할 수 있다.
상기 레일(112)은 상부에 이동 가능하게 배치된 슬라이더(113)를 지지함으로써 슬라이더(113)가 안정적으로 왕복운동을 할 수 있도록 한다. 상기 레일(112)은 복수개가 구비될 수 있는 바, 예를 들면 2개 이상, 3개 이상, 혹은 그 이상 배치될 수 있다.
또한, 상기 슬라이더(113)는 저면에 레일홈이 형성됨으로써 레일(112)의 상단이 이동 가능하게 결합된다. 이러한 레일홈은 레일(112)의 갯수와 동일한 수만큼 배치된다. 따라서, 슬라이더(113)가 레일(112)의 상부에 안착될 때, 슬라이더(113) 저면의 레일홈에는 다수개의 레일(112)이 이동가능하게 결합된 상태이므로, 슬라이더(113)에 외력이 전달될 때 슬라이더(113)는 왕복 운동을 할 수 있다.
아울러, 상기 이동부는 고정부(130 및 230) 또는 금속 와이어(W) 하부에 슬러리조(111a 및 211a)와 폴리싱조(111b 및 211b)가 교대로 배치될 수 있는 구조라면 특별히 제한되지 않고 적용될 수 있으나, 구체적으로는 도 3에 나타낸 바와 같이 고정부(130) 또는 금속 와이어(W)를 중심으로 좌우 왕복 선형운동을 할 수 선형 구조로 갖거나 도 4에 나타낸 바와 같이 왕복 회전운동에 따라 고정부(230) 또는 금속 와이어(W)를 경유하는 원형 구조를 가질 수 있다.
또한, 상기 슬라이더(113)의 상부에는 슬러리조(111a 및 211a)와 폴리싱조(111b 및 211b)에 각각 수용된 슬러리와 연마제가 균일한 상태로 유지되도록 교반하는 수단이 마련될 수 있다. 구체적으로, 상기 슬라이더(113)는 상부에 자성 교반기(1131) 등을 포함할 수 있고, 상기 자성 교반기(1131) 상에 배치되는 슬러리조(111a 및 211a)와 폴리싱조(111b 및 211b) 내부에는 자성 교반기(1131) 내부의 자성체와 상호작용하여 자성 교반기(1131)의 가동에 따라 회전하는 마그네틱 바(1132)를 포함할 수 있다.
이와 더불어, 상기 높이 조절부(140)는 수직 지지부(120)와 고정부(130)를 기계적으로 연결하면서, 결합된 고정부(130)의 높이를 조절하여 금속 와이어(W)의 승강운동을 구현하는 역할을 수행한다.
이를 위하여, 상기 높이 조절부(140)는 금속 와이어(W)가 고정된 고정부(130)의 높이를 조절할 수 있는 형태라면 특별히 제한되지 않고 적용될 수 있다.
하나의 예로서, 상기 높이 조절부(140)는 도 1에 나타낸 바와 같이 공기압을 이용한 액츄에이터를 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 액츄에이터는 공기압을 제어하는 에어 실린더(141)를 구비하여 고정부(130)의 높이를 조절할 수 있다.
다른 하나의 예로서, 상기 높이 조절부는 상부폴대와 하부폴대를 포함하고, 이들의 나사-볼트 결합 구조를 갖는 구조체를 포함할 수 있다.
구체적으로, 도 6 및 도 7은 본 발명의 일예에 따른 높이 조절부(340)의 승강 시 구조를 각각 나타낸 단면도로서, 상기 높이 조절부(340)는 중공으로 형성되고, 하단이 수직 지지부의 상단에 고정되는 하부폴대(3410); 중공으로 형성되어 상기 하부폴대(3410)의 내주면을 따라 승강 이동하며, 상단에 고정부(330)와 결합되는 상부폴대(3420); 및 상기 하부폴대(3410)와 상부폴대(3420)를 연결하고, 상부폴대(3420)의 승강 운동시킴으로써 고정부(330)의 승강 운동을 구현하는 승강부(3430)를 포함할 수 있다.
한편, 상기 높이 조절부(140)는 고정부(130)에 고정된 금속 와이어(W)가 승강된 위치를 판단하는 위치 판단부(미도시)를 더 포함할 수 있다. 상기 위치 판단부는 높이 조절부(140)에 의해 승강된 금속 와이어(W)의 높이를 측정하는 요소로서, 수직 지지부(120)의 하단에 배치될 수 있고, 적외선 등의 광을 이용하는 광학 센서를 포함할 수 있다.
상기 광학 센서는 발광부(light source)와 수신부(detector)가 포함되고, 발광부에서 발광된 적외선이 물체에 부딪힌 다음 반사되는 것을 수신부에서 수신한다. 수신된 적외선의 파장 및 세기의 변화량을 검출하여 물체까지의 거리를 측정한다.
또한, 상기 고정부(130)는 금속 와이어를 고정시키는 역할을 하며, 이를 위하여 복수의 금속 와이어가 이격되어 삽입되도록 표면에 복수의 홈이 형성된 플레이트(미도시); 및 상기 플레이트에 삽입된 복수의 금속 와이어를 고정시키는 고정 유닛(미도시)을 포함할 수 있다.
상기 플레이트는 복수의 금속 와이어를 일정 간격으로 이격되어 삽입되도록 표면에 복수의 홈이 형성된 구조를 가지며, 상기 고정 유닛은 플레이트에 삽입된 금속 와이어가 개별적으로 고정된 형태라면 그 형태가 특별히 제한되지 않고 적용될 수 있다.
또한, 상기 고정부(130)는 높이 조절부(140)와 탈부착되는 구조를 가질 수 있으며, 이를 위하여 고정부(130)와 높이 조절부(140)가 맞닿는 면에는 자기적 인력을 나타낼 수 있는 자성부를 각각 더 포함할 수 있다.
나아가, 본 발명에 따른 와이어 전극 제조장치(10)는 고정부(130) 하부에 배치되어 고정부(130)에 의해 고정된 복수의 금속 와이어(W)의 하단이 동일한 높이를 갖도록 절단하는 절단부(150)를 더 포함할 수 있다.
이를 통해, 복수의 금속 와이어(W) 하단에 형성되는 전극활물질층의 길이 또는 표면적이 동일한 와이어 전극을 대량으로 제작할 수 있고, 제작된 와이어 전극의 재현성 및/또는 신뢰성이 높은 이점이 있다.
나아가, 상기 와이어 전극 제조장치(10)는 수직 지지부(120)가 배치된 수평 지지부(110)의 타측에 슬러리가 코팅된 금속 와이어를 건조시키기 위한 건조기(160)가 마련될 수 있다.
이때, 상기 건조기(160)는 높이 조절부(140)로부터 탈착된 고정부(130), 구체적으로는 고정부의 플레이트를 고정시킬 수 있는 고정걸이(161)를 내측면에 구비할 수 있으며, 고정부의 플레이트는 상기 고정걸이(161)가 체결되기 위한 별도의 홀(미도시)을 더 포함할 수 있다.
구체적으로, 도 2는 본 발명에 따른 와이어 전극 제조장치(10)의 구동 과정을 개략적으로 나타낸 이미지로서, 도 2를 참조하면, 상기 와이어 전극 제조장치(10)는 높이 조절부(140)를 이용하여 고정부(130)에 고정된 복수의 금속 와이어(W)를 2회 승강(예컨대, 하강-상승-하강-상승, 도 2의 (a) 참조)시켜 폴리싱조(111b)와 슬러리조(111a)에 순차적으로 침지시킬 수 있으며, 이를 통해 전극활물질을 포함하는 슬러리가 코팅될 금속 와이어(W) 표면에 코팅층(또는 에나멜층)을 제거하고, 제거된 부분에 전극활물질을 포함하는 슬러리가 코팅된 슬러리층(C)을 형성(도 2의 (b))할 수 있다. 금속 와이어(W) 하단 표면에 슬러리층(C)이 형성되면 금속 와이어(W)가 고정된 고정부(130)를 높이 조절부(140)로부터 탈착시키고 이를 건조기(160)에 도입시킴으로써 고정부(130)의 금속 와이어(W)를 동시에 건조시킬 수 있다.
본 발명에 따른 와이어 전극 제조장치는 상술된 구성을 가짐으로써 동일한 길이를 갖는 복수의 금속 와이어를 동일한 높이에서 동일한 속도로 동시 코팅함으로써 작업 효율이 높고 대량 생산이 가능할 뿐만 아니라, 표면에 균일한 두께의 활물질층이 형성된 와이어 전극을 제조할 수 있으므로 이를 이차전지에 적용하는 경우 재현성 및 신뢰성이 높게 물성을 구현 및/또는 측정할 수 있는 이점이 있다.
와이어 전극의 제조방법
또한, 본 발명은 일실시예에서,
본 발명에 따른 와이어 전극 제조장치를 이용하는 와이어 전극 제조방법에 있어서,
고정부에 복수의 금속 와이어를 고정하는 단계;
고정된 금속 와이어를 금속 와이어 하부에 마련된 폴리싱조에 침지시켜 금속 와이어의 하단을 연마하는 단계; 및
하단이 연마된 금속 와이어를 금속 와이어 하부에 마련된 슬러리조에 침지시켜 하단을 슬러리 코팅하는 단계를 포함하는 와이어 전극의 제조방법을 제공한다.
본 발명에 따른 와이어 전극의 제조방법은 상술된 와이어 전극 제조장치를 이용하여 와이어 전극을 제조하는 방법으로서, 상기 제조장치의 고정부에 복수의 금속 와이어를 고정하고, 고정된 금속 와이어를 금속 와이어 하부에 마련된 폴리싱조에 침지시켜 금속 와이어의 하단을 연마한 후 하단이 연마된 금속 와이어를 금속 와이어 하부에 마련된 슬러리조에 침지시켜 하단을 슬러리 코팅함으로써 수행될 수 있다.
이때, 상기 폴리싱조에 수용된 연마제는 당업계에서 금속 와이어의 표면을 연마 및/또는 식각시키기 위하여 통상적으로 사용되는 것이라면 특별히 제한되지 않고 적용될 수 있으며, 예를 들어, 산화세륨 등의 금속 산화물과 산화제 등을 포함하는 조성물을 포함할 수 있다.
또한, 상기 슬러리조에 수용되는 슬러리는 전극활물질, 도전재 및 바인더를 포함할 수 있고, 경우에 따라서는 별도의 첨가제를 더 포함할 수 있다.
아울러, 상기 전극활물질은 리튬 이차전지의 물성 및/또는 신뢰성 등을 평가하기 위하여 기준전극으로서 작용 가능한 것을 포함할 수 있으며, 구체적으로는 리튬 티타늄 산화물(LTO)을 포함할 수 있다.
하나의 예로서, 상기 슬러리는 리튬 티타늄 산화물(LTO) 100 중량부, 바인더 80~120 중량부 및 도전재 5~10 중량부를 용매 50~100 중량부와 균일하게 혼합한 것일 수 있다.
또한, 고정부에 고정되는 금속 와이어는 10~30㎝의 길이 및 0.1~5㎜의 두께를 갖는 것을 사용할 수 있으며, 이 경우 금속 와이어의 연마 및 슬러리 코팅은 금속 와이어의 말단 기준 1~2㎜의 길이로 수행될 수 있다.
나아가, 상기 와이어 전극의 제조방법은 금속 와이어 표면에 슬러리를 코팅하는 단계 이후에, 슬러리 코팅된 금속 와이어를 100~150℃에서 건조하는 단계를 더 포함할 수 있다.
하나의 예로서, 상기 와이어 전극의 제조방법은 슬러리가 코팅된 금속 와이어를 120~140℃의 건조기에 1~10분간 방지함으로써 슬러리가 건조되어 전극활물질층이 형성된 와이어 전극을 얻을 수 있다.
이하, 본 발명을 실시형태에 의해 보다 상세히 설명한다.
단, 하기 실시형태는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기 실시형태에 한정되는 것은 아니다.
(제1 실시형태)
도 1 및 도 2는 본 발명에 따른 하나의 예에서, 와이어 전극 제조장치(10)의 구조와 상기 와이어 전극 제조장치(10)의 구동 과정을 나타내는 이미지이다.
도 1 및 도 2를 참고하면, 본 발명에 따른 와이어 전극 제조장치(10)는 전극활물질을 포함하는 슬러리를 수용하는 슬러리조(111b) 및 금속 와이어 표면을 연마하는 연마제를 수용하는 폴리싱조(111a)가 상측면에 마련된 수평 지지부(110); 상기 수평 지지부의 일측에 수직으로 배치되어 수직 지지부(120); 상기 수직 지지부(120)에 연결되고, 상기 수직 지지부(120)에 대하여 수평이 되도록 금속 와이어(W)를 고정시키는 고정부(130); 및 상기 수직 지지부(120)와 고정부(130) 사이에 배치되고, 상기 고정부(130)를 승강시켜 고정부(130)에 고정된 금속 와이어(W)의 하단이 상기 슬러리조(111b) 또는 폴리싱조(111a)에 침지되도록 하는 높이 조절부(140)를 포함한다.
여기서, 상기 슬러리조(111a)와 폴리싱조(111b)는 수평 지지부(110)의 중심부 상부에 고정되는 금속 와이어(W)의 하부에 교대로 배치되고 금속 와이어(W)의 승강에 따라 접촉될 수 있다. 이를 위하여, 상기 슬러리조(111a)와 폴리싱조(111b)는 수평 지지부(110)의 중심부에 교대로 배치되기 위해 이동부(112 및 113)를 더 포함한다.
구체적으로, 상기 이동부는 슬러리조(111a)와 폴리싱조(111b)를 교대로 수평 지지부(110)의 중심부에 배치되기 위하여 왕복운동을 할 수 있는 구조를 가지며, 이를 위해 수평 지지부(110)의 중심부를 지나가도록 배치되는 복수의 레일(Rail; 112); 고정부(130 및 230) 또는 금속 와이어(W)를 기준으로 선형 왕복운동 가능하도록 상기 레일(112)의 상부에 배치되는 슬라이더(Slider; 113)를 포함한다. 이때, 상기 레일(112)은 2~5개 배치된다.
또한, 상기 슬라이더(113)의 상부에는 슬러리조(111a 및 211a)와 폴리싱조(111b 및 211b)에 각각 수용된 슬러리와 연마제가 균일한 상태로 유지되도록 교반하는 수단이 구비된다. 구체적으로, 상기 슬라이더(113)는 상부에 자성 교반기(1131)를 포함하고, 상기 자성 교반기(1131) 상에 배치되는 슬러리조(111a 및 211a)와 폴리싱조(111b 및 211b) 내부에는 자성 교반기(1131) 내부의 자성체와 상호작용하여 자성 교반기(1131)의 가동에 따라 회전하는 마그네틱 바(1132)를 포함한다.
또한, 상기 높이 조절부(140)는 공기압을 이용한 액츄에이터를 포함하며, 상기 액츄에이터는 공기압을 제어하는 에어 실린더(141)를 구비하여 고정부(130)의 높이를 조절한다.
아울러 상기 높이 조절부(140)는 수직 지지부(120)의 하단에, 고정부(130)에 고정된 금속 와이어(W)가 승강된 위치를 판단하는 위치 판단부(미도시)를 포함한다. 상기 위치 판단부는 적외선 등의 광을 이용하는 광학 센서를 포함하고, 상기 광학 센서는 발광부(light source)와 수신부(detector)가 포함되여 발광부에서 발광된 적외선이 물체에 부딪힌 다음 반사되는 것을 수신부에서 수신한다. 이렇게 수신된 적외선의 파장 및 세기의 변화량을 검출하여 물체까지의 거리를 측정한다.
또한, 상기 액츄에이터는 고정부(130)의 승강운동을 유도하는 승강운동 유닛(142)과; 수평 지지부(110)의 중심부에서, 수평 지지부(110)의 타측에 마련된 건조기(160)까지 고정부(130)의 선형운동을 유도하는 선형운동 유닛(141)을 포함한다.
이와 더불어, 상기 고정부(130)는 복수의 금속 와이어가 이격되어 삽입되도록 표면에 복수의 홈이 형성된 플레이트와; 상기 플레이트에 삽입된 복수의 금속 와이어를 고정시키는 고정 유닛을 포함한다. 이때, 상기 플레이트에 형성됨 홈은 2~20개일 수 있다.
또한, 상기 와이어 전극 제조장치(10)는 고정부(130) 하부에 배치되어 복수의 금속 와이어의 하단이 동일한 높이를 갖도록 절단하는 절단부(150)를 포함한다.
상기 절단부(150)는 금속 와이어를 절단할 수 있는 것이라면, 그 종류나 형태가 특별히 제한되는 것은 아니나, 구체적으로는 금속 와이어보다 높은 강도의 금속으로 구성된 절단날을 갖는 금속 와이어 커터; 레이저를 조사하는 레이저 절단기 등을 포함할 수 있다.
또한, 상기 와이어 전극 제조장치(10)는 수평 지지부(110)의 타측에 건조기(160)를 구비할 수 있다. 상기 건조기(160)는 높이 조절부(140)로부터 탈착된 고정부(130), 구체적으로는 고정부의 플레이트를 고정시킬 수 있는 고정걸이(161)를 내측면에 구비할 수 있으며, 고정부의 플레이트는 상기 고정걸이(161)가 체결되기 위한 별도의 홀(미도시)을 더 포함할 수 있다.
(제2 실시형태)
도 5는 본 발명에 따른 하나의 예에서, 와이어 전극 제조장치의 이동부를 구조를 나타낸 평면도이다.
본 발명에 따른 와이어 전극 제조장치(20)는 상술된 제1 실시형태와 동일한 구성을 갖되, 와이어 전극 제조장치(20)에 포함된 이동부는 도 5와 같은 구성을 가질 수 있다.
구체적으로, 상기 이동부는 수평 지지부(210)의 중심부를 지나가도록 배치되는 복수의 레일(Rail; 212); 고정부(230) 또는 금속 와이어(W)를 기준으로 왕복운동 가능하도록 상기 레일(212)의 상부에 배치되는 슬라이더(Slider; 213)를 포함한다.
상기 레일(212)은 상부에 이동 가능하게 배치된 슬라이더(213)를 지지함으로써 슬라이더(113)가 안정적으로 왕복운동을 수행하고, 상기 레일(212)은 복수개가 구비될 수 있는 바, 예를 들면 2~5개 배치된다.
또한, 상기 슬라이더(213)는 저면에 레일홈이 형성됨으로써 레일(212)의 상단이 이동 가능하게 결합된다. 이러한 레일홈은 레일(212)의 갯수와 동일한 수만큼 배치된다. 따라서, 슬라이더(213)가 레일(212)의 상부에 안착될 때, 슬라이더(213) 저면의 레일홈에는 다수개의 레일(212)이 이동가능하게 결합된 상태이므로, 슬라이더(213)에 외력이 전달될 때 슬라이더(213)는 왕복 운동을 할 수 있다.
아울러, 상기 이동부는 왕복 회전운동에 따라 고정부(230) 또는 금속 와이어(W)를 경유하는 원형 구조를 가질 수 있다. 상기 이동부는 원형 구조를 가짐으로써 선형 구조를 갖는 경우와 대비하여 와이어 전극의 제조 효율을 보다 향상시킬 수 있다.
(제3 실시형태)
도 6 및 도 7은 본 발명에 따른 하나의 예에서, 와이어 전극 제조장치의 높이 제어부 구조 및 이의 구동과정을 나타낸 이미지이다.
본 발명에 따른 와이어 전극 제조장치(30)는 상술된 제1 실시형태와 동일한 구성을 갖되, 와이어 전극 제조장치(30)에 포함된 높이 조절부(340)는 도 6 및 도 7과 같은 구성을 가질 수 있다.
구체적으로, 상기 높이 조절부(340)는 중공으로 형성되고, 하단이 수직 지지부의 상단에 고정되는 하부폴대(3410); 중공으로 형성되어 상기 하부폴대(3410)의 내주면을 따라 승강 이동하며, 상단에 고정부(330)와 결합되는 상부폴대(3420); 및 상기 하부폴대(3410)와 상부폴대(3420)를 연결하고, 상부폴대(3420)의 승강 운동시킴으로써 고정부(330)의 승강 운동을 구현하는 승강부(3430)를 포함한다.
이때, 상기 높이 조절부(340)는 중공으로 형성되고, 하단이 수직 지지부의 상단에 고정되는 하부폴대(3410); 중공으로 형성되어 상기 하부폴대(3410)의 내주면을 따라 승강 이동하며, 상단에 고정부(330)와 결합되는 상부폴대(3420); 및 상기 하부폴대(3410)와 상부폴대(3420)를 연결하고, 상부폴대(3420)의 승강 운동시킴으로써 고정부(330)의 승강 운동을 구현하는 승강부(3430)를 포함한다.
이때, 상기 하부폴대(3410)는 중공 형상을 가지며, 수직 지지부(320)의 상측면에 기계적으로 연결된다. 예를 들어, 상기 수직 지지부(320)는 상단에 수용홈을 포함하고, 상기 하부폴대(3410)는 하단에 삽입부를 포함하여 이들의 체결에 의해 연결된다. 아울러, 상기 수직 지지대(320)는 하부폴대(3410)의 외주면을 지지하는 가이드(3411)를 구비할 수 있고, 상기 가이드(3411)에는 연결홀(3412)이 형성되어 하부폴대(3410)와 볼트체결 결합을 통한 견고한 체결력을 구현할 수 있다.
또한, 상기 상부폴대(3420)는 중공형상으로 형성되어 하부폴대(3410)의 중공에 삽입되어 내주면을 따라 승강 이동할 수 있고, 상부폴대(3420)의 내주면에는 나사홈(3422)이 형성된다. 나사홈(3422)은 승강부(3430)와 나사결합되고, 구동모터(3431)의 구동에 따라 승강부(3430)가 회전하면서, 상부폴대(3420)를 상하로 이동시키게 된다.
이와 더불어, 상기 승강부(3430)는 하부폴대(3410)와 상부폴대(3420)를 연결하는 한편, 상부폴대(3420)를 회전시킴으로써 상부폴대(3420)를 승강시키는 역할을 수행한다. 이때, 상기 승강부(3430)는 구동모터(3431), 구동전달부(3435) 및 높이 제어기(3436)를 포함한다.
상기 구동모터(3431)는 하부폴대(3410)의 하면에 마련되어 기어(3432)를 구비하고, 전력공급부(3433)로부터 공급되는 전력을 통하여 기어(3432)를 회전시킨다.
또한, 상기 구동전달부(3435)는 하부폴대(3410)의 하면에서 상부폴대(3420)를 향하여 연장된다. 이때, 구동전달부(3435)의 하단외주면은 기어(3432)와 결합될 수 있도록 톱니가 형성된다. 구동전달부(3435)의 톱니는 기어(3432)와 기어결합되어 구동모터(3431)의 회전에 따라 기어(3432)가 회전하면서 기어(3432)와 맞물린 승강부(3430)도 함께 회전하게 된다.
아울러, 상기 구동전달부(3435)는 하부폴대(3410)의 하면에서 일정한 깊이로 삽입되어 회전축이 이동하는 것을 방지한다.
또한, 상기 하부폴대(3410)는 하면에서 구동전달부(3435)의 하면을 지지하는 지지구(3434)를 구비한다. 지지구(3434)는 원통형상으로 형성되어 구동전달부(3435)를 감싸도록 배치됨으로써 구동전달부(3435)의 회전을 더욱 안정적으로 지지할 수 있다.
이와 더불어, 상기 승강부(3430)는 구동전달부(3435)의 종단에 결합되어 상부폴대(3420)의 나사홈(320)에 나사 결합된다. 따라서, 승강부(3430)는 구동전달부(3435)가 회전할 때 상대이동에 따라 상부폴대(3420)를 승강이동시키는 역할을 하게 된다.
또한, 상기 하부폴대(3410)는 하면에 전원공급부(3433)를 포함할 수 있다. 상기 전원공급부(3433)는 구동모터(3431)가 구동되도록 전력을 공급하며, 외부전력으로부터 충전된다.
아울러, 상기 높이 조절부(340)는 제어부(3440)를 포함한다. 상기 제어부(3440)는 높이 조절부의 위치 판단부에서 측정한 금속 와이어(W)의 위치를 반영하여 기설정된 금속 와이어(W)의 높이에 맞춰 승강부(3430)의 구동을 제어할 수 있다.
이상에서는 본 발명 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자 또는 해당 기술 분야에 통상의 지식을 갖는 자라면, 후술될 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 기술 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허청구범위에 의해 정해져야만 할 것이다.
10, 20 및 30: 와이어 전극 제조장치
110: 수평 지지부
111: 욕조
111a 및 211a: 폴리싱조
111b 및 211b: 슬러리조
112: 레일
113: 슬라이더
120 및 120': 수직 지지부
130 및 230: 고정부
1131: 교반기
1132: 마그네틱 바
140 및 340: 높이 조절부
141: 에어 실린더
142: 높이 조절부의 승강운동 유닛
143: 높이 조절부의 선형운동 유닛
3410: 하부폴대
3411: 가이드
3412: 연결홈
3420: 상부폴대
3430: 상승부
3431: 구동모터
3432: 기어
3433: 전원공급부
3434: 지지구
3435: 동력전달부
3436: 높이 제어기
3440: 제어부
150: 절단부
160: 건조기
C: 슬러리층
M1: 고정부의 승강운동
M1': 높이 조절부의 승강운동
M2: 높이 조절부의 선형운동
W: 금속 와이어
110: 수평 지지부
111: 욕조
111a 및 211a: 폴리싱조
111b 및 211b: 슬러리조
112: 레일
113: 슬라이더
120 및 120': 수직 지지부
130 및 230: 고정부
1131: 교반기
1132: 마그네틱 바
140 및 340: 높이 조절부
141: 에어 실린더
142: 높이 조절부의 승강운동 유닛
143: 높이 조절부의 선형운동 유닛
3410: 하부폴대
3411: 가이드
3412: 연결홈
3420: 상부폴대
3430: 상승부
3431: 구동모터
3432: 기어
3433: 전원공급부
3434: 지지구
3435: 동력전달부
3436: 높이 제어기
3440: 제어부
150: 절단부
160: 건조기
C: 슬러리층
M1: 고정부의 승강운동
M1': 높이 조절부의 승강운동
M2: 높이 조절부의 선형운동
W: 금속 와이어
Claims (13)
- 전극활물질을 포함하는 슬러리를 수용하는 슬러리조, 및 금속 와이어 표면을 연마하는 연마제를 수용하는 폴리싱조가 상측면에 마련된 수평 지지부;
상기 수평 지지부의 일측에 수직으로 배치되는 수직 지지부;
상기 수직 지지부에 연결되고, 상기 수직 지지부에 대하여 수평이 되도록 금속 와이어를 고정시키는 고정부; 및
상기 수직 지지부와 고정부 사이에 배치되고, 상기 고정부를 승강시켜 고정부에 고정된 금속 와이어의 하단이 상기 슬러리조 또는 폴리싱조에 침지되도록 하는 높이 조절부를 포함하는 와이어 전극 제조장치.
- 제1항에 있어서,
상기 수평 지지부는 슬러리조 및 폴리싱조가 수평 지지부의 중심부에 교대로 배치되도록 이동시키는 이동부를 포함하는 와이어 전극 제조장치.
- 제1항에 있어서,
상기 이동부는,
수평 지지부의 중심부를 지나가도록 배치된 복수의 레일; 및
상기 레일의 상부에 배치되어 왕복 운동을 수행하는 슬라이더를 포함하는 와이어 전극 제조장치.
- 제3항에 있어서,
상기 레일은 선형 구조 또는 원형 구조로 설치되는 와이어 전극 제조 장치.
- 제1항에 있어서,
상기 높이 조절부는 공기압을 이용한 액츄에이터를 포함하는 와이어 전극 제조장치.
- 제1항에 있어서,
상기 높이 조절부는,
중공으로 형성되고, 하단이 수직 지지부의 상단에 고정되는 하부폴대;
중공으로 형성되어 상기 하부폴대의 내주면을 따라 승강 이동하며, 상단에 고정부와 결합되는 상부폴대; 및
상기 하부폴대와 상부폴대를 연결하고, 상부폴대의 승강 운동시킴으로써 고정부의 승강 운동을 구현하는 승강부를 포함하는 와이어 전극 제조장치.
- 제1항에 있어서,
상기 높이 조절부는 적외선을 조사하여 금속 와이어의 위치를 판단하는 위치 판단부를 포함하는 와이어 전극 제조장치.
- 제1항에 있어서,
상기 고정부는 복수의 금속 와이어가 이격되어 삽입되도록 표면에 복수의 홈이 형성된 플레이트; 및
상기 플레이트에 삽입된 복수의 금속 와이어를 고정시키는 고정 유닛을 포함하는 와이어 전극 제조장치.
- 제1항에 있어서,
상기 와이어 전극 제조장치는 고정부 하부에 배치되어 고정부에 고정된 복수의 금속 와이어의 하단이 동일한 높이를 갖도록 절단하는 절단부를 더 포함하는 와이어 전극 제조장치.
- 제1항에 따른 와이어 전극 제조장치를 이용하는 와이어 전극 제조방법에 있어서,
고정부에 복수의 금속 와이어를 고정하는 단계;
고정된 금속 와이어를 금속 와이어 하부에 마련된 폴리싱조에 침지시켜 금속 와이어의 하단을 연마하는 단계; 및
하단이 연마된 금속 와이어를 금속 와이어 하부에 마련된 슬러리조에 침지시켜 하단을 슬러리 코팅하는 단계를 포함하는 와이어 전극의 제조방법.
- 제10항에 있어서,
슬러리조에 수용된 슬러리는 전극활물질, 도전재 및 바인더를 포함하고,
상기 전극활물질은 리튬 티타늄 산화물(LTO)을 포함하는 와이어 전극의 제조방법.
- 제10항에 있어서,
금속 와이어의 길이는 10 내지 30㎝인 와이어 전극의 제조방법.
- 제10항에 있어서,
슬러리 코팅하는 단계 이후에,
슬러리 코팅된 금속 와이어를 100~150℃에서 건조하는 단계를 더 포함하는 와이어 전극의 제조방법.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020210135035A KR20230051981A (ko) | 2021-10-12 | 2021-10-12 | 와이어 전극 제조장치 및 이를 이용한 와이어 전극의 제조방법 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020210135035A KR20230051981A (ko) | 2021-10-12 | 2021-10-12 | 와이어 전극 제조장치 및 이를 이용한 와이어 전극의 제조방법 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20230051981A true KR20230051981A (ko) | 2023-04-19 |
Family
ID=86142359
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020210135035A KR20230051981A (ko) | 2021-10-12 | 2021-10-12 | 와이어 전극 제조장치 및 이를 이용한 와이어 전극의 제조방법 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR20230051981A (ko) |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20150024647A (ko) | 2013-08-27 | 2015-03-09 | 주식회사 엘지화학 | 케이블 이차전지용 와이어 전극 및 그를 포함하는 케이블 이차전지 |
-
2021
- 2021-10-12 KR KR1020210135035A patent/KR20230051981A/ko active Search and Examination
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20150024647A (ko) | 2013-08-27 | 2015-03-09 | 주식회사 엘지화학 | 케이블 이차전지용 와이어 전극 및 그를 포함하는 케이블 이차전지 |
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