KR20230135010A - 전극 조립체, 전극 조립체의 제조 장치 및 전극 조립체의 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 출원은 전극 조립체, 전극 조립체 제조 방법 및 전극 조립체 제조 장치에 관한 것이다.
Description
본 출원은 2022년 03월 15일에 각각 한국특허청에 제출된 한국 특허 출원 제10-2022-0032112호의 출원일의 이익을 주장하며, 그 내용 전부는 본 명세서에 포함된다.
본 발명은 전극 조립체, 전극 조립체의 제조 장치 및 전극 조립체의 제조 방법에 관한 것이다.
이차 전지는 일차 전지와는 달리 재충전이 가능하고, 또 소형 및 대용량화 가능성으로 인해 근래에 많이 연구 개발되고 있다. 모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서의 이차 전지의 수요가 급격하게 증가하고 있다.
이차 전지는 전지 케이스의 형상에 따라, 코인형 전지, 원통형 전지, 각형 전지, 및 파우치형 전지로 분류된다. 이차 전지에서 전지 케이스 내부에 장착되는 전극 조립체는 전극 및 분리막의 적층 구조로 이루어진 충방전이 가능한 발전소자이다.
전극 조립체는 활물질이 도포된 시트형의 양극과 음극 사이에 분리막을 개재(介在)하여 권취한 젤리 롤(Jelly-roll)형, 다수의 양극과 음극을 분리막이 개재된 상태에서 순차적으로 적층한 스택형, 및 스택형의 단위 셀들을 긴 길이의 분리필름으로 권취한 스택 앤 폴딩형으로 대략 분류할 수 있다.
여기서, 스택 앤 폴딩형의 전극 조립체에서 분리막이 지그 재그로 폴딩되어 전극이 사이사이에 위치된 형태에서 다수의 전극을 사용하여 전극 조립체를 제조하게 된다.
이 과정에서 상기 전극과 분리막의 접착력을 확보하기 위해서 열과 압력을 가하게 된다. 다만, 다수의 전극을 사용하기 때문에 전극과 분리막의 접착력을 확보하기 위한 열과 압력을 가하기 위해서 다수의 시간이 필요하고, 전극 간의 온도 불균일성으로 인한 전극 조립체의 성능 불균일성이 발생하는 문제가 있어 왔다.
이러한 문제를 해결하기 위하여 열원(또는 발열체)이 전극에 물리적으로 직접 접촉하여 가열하는 접촉식 히터를 통해 개별 전극을 가열하여 적층하는 방법이 도입되어 적용되고 있다. 하지만 접촉식 히터를 사용하는 경우, 전극 조립체 내의 모든 전극을 동일한 온도로 가열할 수 밖에 없다. 즉, 접촉식 히터를 통해 개별 전극을 가열하여 공급하면서 전극 및 분리막을 적층하여도, 여전히 적층 후 상기 전극 및 분리막을 포함하는 적층물을 이송하는 과정 등에서 발생하는 열 손실(냉각) 및 상기 적층물을 최종적인 전극 조립체로 완성하기 위해서 추가적으로 가열하는 과정에서 외부 가열에 따른 전극 간의 온도 균일성을 확보하기 어렵고, 전극 조립체의 성능 불균일성이 발생하는 문제가 있다. 즉, 전극 간의 가온 편차가 발생하여 전극 및 분리막의 접착력 및 통기도 등 전극 조립체의 성능이 불균해지는 문제가 있다.
따라서, 일정 온도 범위를 유지할 수 있도록 필요한 경우에만 전극을 개별적으로 가열하는 방법이 필요한 상황이다.
본 발명은 전극 조립체, 전극 조립체의 제조 장치 및 전극 조립체의 제조 방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 일 실시상태는, 제1 전극, 분리막 및 제2 전극을 포함하는 전극 조립체를 제조하는 장치로서, 상기 제1 전극, 분리막 및 제2 전극이 적층되어 상기 제1 전극, 분리막 및 제2 전극을 포함하는 적층물이 놓여지는 스택 테이블; 상기 분리막을 상기 스택 테이블에 공급하는 분리막 공급부; 상기 제1 전극을 상기 스택 테이블에 공급하는 제1 전극 공급부; 상기 제2 전극을 상기 스택 테이블에 공급하는 제2 전극 공급부; 상기 제1 전극 공급부로부터 공급된 상기 제1 전극을 상기 스택 테이블에 적층시키는 제1 전극 스택부; 및 상기 제2 전극 공급부로부터 공급된 상기 제2 전극을 상기 스택 테이블에 적층시키는 제2 전극 스택부를 포함하고, 상기 제1 전극 공급부, 상기 제2 전극 공급부, 상기 제1 전극 스택부 및 상기 제2 전극 스택부 중 적어도 하나는 가열 대상과 물리적으로 직접 접촉하지 않고, 상기 가열 대상을 가열하는 비접촉식 히터(Heater)를 포함하고, 상기 히터에 의해서 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극을 각각 가열하는 전극 조립체 제조 장치를 제공한다.
또한, 본 발명의 일 실시상태는, 제1 전극, 분리막 및 제2 전극을 포함하는 전극 조립체의 제조 방법으로서, 상기 분리막을 가열하면서 스택 테이블에 공급하여 적층하는 단계; 상기 제1 전극을 가열 대상과 물리적으로 직접 접촉하지 않고, 상기 가열 대상을 가열하는 비접촉식 히터로 가열하고, 상기 스택 테이블에 공급하여 적층하는 단계; 및 상기 제2 전극을 가열 대상과 물리적으로 직접 접촉하지 않고, 상기 가열 대상을 가열하는 비접촉식 히터로 가열하고, 상기 스택 테이블에 공급하여 적층하는 단계를 포함하고, 상기 스택 테이블은 상기 제1 전극, 상기 분리막 및 상기 제2 전극을 포함하는 적층물이 놓여지는 것인 전극 조립체 제조 방법을 제공한다.
마지막으로, 본 발명의 일 실시상태는, 제1 전극, 분리막 및 제2 전극을 포함하는 전극 조립체로서, 상기 제1 전극, 상기 분리막 및 상기 제2 전극은 적층축을 따라서 적층되고, 상기 전극 조립체의 중간에 적층된 분리막의 두께는 상기 전극 조립체의 최외각에 적층된 분리막의 두께의 1배 내지 1.09배인 전극 조립체를 제공한다.
본 출원의 실시상태에 따른 전극 조립체 제조 장치 및 전극 조립체의 제조 방법은 전극 각각에 대해서 선별적으로 필요한 경우에만 가열을 할 수 있으므로, 전극 조립체를 제조하는 시간을 단축시킬 수 있다.
본 출원의 실시상태에 따른 전극 조립체 제조 장치 및 전극 조립체의 제조 방법은 선별적으로 필요한 경우에만 전극의 온도를 특정 온도 범위로 조절하기 용이하여 전극 간의 온도 편차를 줄일 수 있으므로, 성능이 균일한 전극 조립체를 제공할 수 있다.
본 출원의 실시상태에 따른 전극 조립체 제조 장치 및 전극 조립체의 제조 방법은 전극 각각에 대하여 온도를 각기 다르게 가열할 수 있기 때문에, 전극 조립체 제조 과정 중 전극을 포함하는 적층물을 이송시키는 과정에서 발생하는 냉각 및 완성된 전극 조립체를 제조하기 위해서 전극 및 분리막을 포함하는 적층물의 가압 및 가열하는 것과 같은 외부 가열 등에 의한 전극 간의 온도 불균일성(가온 편차)을 감소시킬 수 있으므로, 성능이 균일한 전극 조립체를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체 제조 장치를 예시적으로 나타낸 평면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체 제조 장치의 개념을 나타낸 정면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체 제조 장치를 통해 제조되는 전극 조립체를 예시적으로 나타낸 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체 제조 장치에서 프레스부를 나타낸 사시도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체 제조 장치에서 프레스부가 적층물을 가압하는 상태를 예시적으로 나타낸 사시도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체 제조 장치에서 스택 테이블을 나타낸 사시도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체 제조 장치의 분리막 공급부를 나타낸 사시도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체 제조 장치에서 제1 전극 안착 테이블을 나타낸 사시도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체 제조 장치에서 제2 전극 안착 테이블을 나타낸 사시도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체 제조 장치에서 제1 석션 헤드를 나타낸 사시도이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체 제조 장치에서 제1 석션 헤드를 나타낸 저면도이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체 제조 장치에서 홀딩기구 및 스택 테이블을 나타낸 평면도이다.
도 13은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전극 조립체 제조 장치의 개념을 나타낸 정면도이다.
도 14(a)는 본 발명의 일 실시상태에 따른 제1 프레스부(50)를 도시한 사시도이고, 도 14(b)는 본 발명의 일 실시상태에 따른 제2 프레스부(60)를 도시한 사시도이다.
도 15(a)는 비교예 1의 전극 조립체를 보여주는 촬영 이미지이고, 도 15(b)는 실시예 1의 전극 조립체를 보여주는 촬영 이미지다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체 제조 장치의 개념을 나타낸 정면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체 제조 장치를 통해 제조되는 전극 조립체를 예시적으로 나타낸 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체 제조 장치에서 프레스부를 나타낸 사시도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체 제조 장치에서 프레스부가 적층물을 가압하는 상태를 예시적으로 나타낸 사시도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체 제조 장치에서 스택 테이블을 나타낸 사시도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체 제조 장치의 분리막 공급부를 나타낸 사시도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체 제조 장치에서 제1 전극 안착 테이블을 나타낸 사시도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체 제조 장치에서 제2 전극 안착 테이블을 나타낸 사시도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체 제조 장치에서 제1 석션 헤드를 나타낸 사시도이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체 제조 장치에서 제1 석션 헤드를 나타낸 저면도이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체 제조 장치에서 홀딩기구 및 스택 테이블을 나타낸 평면도이다.
도 13은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전극 조립체 제조 장치의 개념을 나타낸 정면도이다.
도 14(a)는 본 발명의 일 실시상태에 따른 제1 프레스부(50)를 도시한 사시도이고, 도 14(b)는 본 발명의 일 실시상태에 따른 제2 프레스부(60)를 도시한 사시도이다.
도 15(a)는 비교예 1의 전극 조립체를 보여주는 촬영 이미지이고, 도 15(b)는 실시예 1의 전극 조립체를 보여주는 촬영 이미지다.
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명에 대하여 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 구성에만 한정되지 않는다.
본 명세서에서 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 '포함'한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다.
본 명세서에서 'p 내지 q'는 'p 이상, q 이하'를 의미한다.
본 명세서에 있어서, "홀딩기구"는 상기 스택 테이블 상에서 폴딩되는 상기 분리막 사이사이에 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극이 교대로 배치되는 형태로 상기 제1 전극, 분리막 및 제2 전극이 적층된 적층물을 제조하는 과정에서 제1 전극 또는 제2 전극을 적층하기 위해서 상기 스택 테이블에 적층된 적층물을 파지하는 기능을 수행하는 것으로, 상기 적층물을 가열 및 가압을 하는 과정에서 상기 적층물을 파지하는 그리퍼와는 그 기능이 상이한 것이다. 구체적인 홀딩기구의 작동 과정은 후술하는 전극 조립체 제조 방법에 관한 설명을 참고할 수 있다.
본 명세서에 있어서 폴딩되는 상기 분리막 사이사이에 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극이 교대로 배치되는 형태로 적층되는 것을 지그 재그 스태킹(Zig Zag stacking)이라고 한다.
상기 폴딩되는 분리막은 분리막이 지그재그 형태로 겹치면서 적층되는 형태의 분리막을 의미할 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 분리막은 적층축을 기준으로 상기 적층축의 좌측과 상기 적층축의 우측을 교대로 왕복하는 형태로 폴딩되면서 지그 재그 형태로 적층이 된다. 그리고, 상기 적층된 분리막 사이에 제1 전극 및 제2 전극이 교대로 배치되는 형태로 적층되는 것을 의미한다. 여기서 상기 적층축은 제1 전극, 분리막 및 제2 전극이 적층되는 방향과 평행하고, 상기 전극 및 분리막이 적층된 적층물의 중심을 통과하는 가상의 축을 의미한다.
본 명세서에 있어서 "히팅(heating)"은 가열과 같은 의미로 사용될 수 있다.
본 명세서에 있어서, 상기 "적층물"은 미완성 전극 조립체에 대응될 수 있다. 또한, 본 명세서에 있어서, 상기 적층물을 가열 및 가압하는 단계를 완료한 경우에 해당하는 경우 이를 완성된 전극 조립체로 표현할 수 있으며, 특별한 언급이 없는 한 본 명세서에서 전극 조립체는 완성된 전극 조립체를 의미한다.
또한 본 명세서에 있어서, 상기 전극 조립체의 최상단 및 최하단은 각각 상기 적층물의 상면 및 하면에 대응되는 위치 또는 미완성 전극 조립체의 바닥면과 윗면에도 대응되는 위치일 수 있다.
본 발명을 설명함에 있어서, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 관련된 공지 기술에 대한 상세한 설명은 생략하도록 한다.
본 발명의 일 실시상태는, 제1 전극, 분리막 및 제2 전극을 포함하는 전극 조립체를 제조하는 장치로서, 상기 제1 전극, 분리막 및 제2 전극이 적층되어 상기 제1 전극, 분리막 및 제2 전극을 포함하는 적층물이 놓여지는 스택 테이블; 상기 분리막을 상기 스택 테이블에 공급하는 분리막 공급부; 상기 제1 전극을 상기 스택 테이블에 공급하는 제1 전극 공급부; 상기 제2 전극을 상기 스택 테이블에 공급하는 제2 전극 공급부; 상기 제1 전극 공급부로부터 공급된 상기 제1 전극을 상기 스택 테이블에 적층시키는 제1 전극 스택부; 및 상기 제2 전극 공급부로부터 공급된 상기 제2 전극을 상기 스택 테이블에 적층시키는 제2 전극 스택부를 포함하고, 상기 제1 전극 공급부, 상기 제2 전극 공급부, 상기 제1 전극 스택부 및 상기 제2 전극 스택부 중 적어도 하나는 가열 대상과 물리적으로 직접 접촉하지 않고, 상기 가열 대상을 가열하는 비접촉식 히터(Heater)를 포함하고, 상기 히터에 의해서 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극을 각각 가열하는 전극 조립체 제조 장치를 제공한다.
본 발명의 일 실시상태에 있어서, 상기 제1 전극 공급부 및 상기 제2 전극 공급부 중 적어도 하나는 상기 비접촉식 히터를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 있어서, 상기 제1 전극 공급부 및 상기 제2 전극 공급부는 각각 상기 비접촉식 히터를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 있어서, 상기 제1 전극 스택부 및 상기 제2 전극 스택부 중 적어도 하나는 상기 비접촉식 히터를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 있어서, 상기 제1 전극 스택부 및 상기 제2 전극 스택부는 각각 상기 비접촉식 히터를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따른 전극 조립체 제조 장치의 상기 전극 조립체는 지그 재그(Zig Zag) 형태로 폴딩되면서 적층되는 상기 분리막; 및 상기 적층된 분리막과 분리막 사이에 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극이 번갈아면서 각각 적층된 형태일 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따른 전극 조립체 제조 장치의 상기 전극 조립체는 지그 재그(Zig Zag) 형태로 폴딩되는 분리막; 및 상기 폴딩되는 분리막 사이사이에 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극이 교대로 배치되는 형태일 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따른 전극 조립체 제조 장치의 상기 제1 전극 공급부는 상기 제1 전극이 상기 제1 전극 스택부에 의해 상기 스택 테이블에 적층되기 전에 안착되는 제1 전극 안착 테이블을 더 포함하고, 상기 제2 전극 공급부는 상기 제2 전극이 상기 제2 전극 스택부에 의해 상기 스택 테이블에 적층되기 전에 안착 되는 제2 전극 안착 테이블을 더 포함하며, 상기 제1 전극 안착 테이블 및 상기 제2 전극 안착 테이블 중 적어도 하나는 상기 비접촉식 히터(Heater)를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 있어서, 상기 제1 전극 안착 테이블 및 상기 제2 전극 안착 테이블 중 적어도 하나는 상기 비접촉식 히터를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 있어서, 상기 제 제1 전극 안착 테이블 및 상기 제2 전극 안착 테이블은 각각 상기 비접촉식 히터를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 있어서, 상기 제1 전극 스택부는 상기 제1 전극 안착 테이블에 안착된 상기 제1 전극을 진공 흡입하는 제1 석션 헤드를 더 포함하고, 상기 제2 전극 스택부는 상기 제2 전극 안착 테이블에 안착된 상기 제2 전극을 진공 흡입하는 제2 석션 헤드를 더 포함하고, 상기 제1 석션 헤드 및 상기 제2 석션 헤드 중 적어도 하나는 각각 상기 비접촉식 히터(Heater)를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 있어서, 상기 제1 석션 헤드 및 상기 제2 석션 헤드 중 적어도 하나는 상기 비접촉식 히터를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 있어서, 상기 제1 석션 헤드 및 상기 제2 석션 헤드는 각각 상기 비접촉식 히터를 포함할 수 있다.
즉, 전극을 공급하는 구성과 관련된 구성은 각각 상기 비접촉식 히터를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따른 전극 조립체 제조 장치는 상기 적층물을 가열 및 가압하는 프레스부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 상기 프레스부는 상기 스택 테이블에 적층된 상기 적층물을 가열 및 가압하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 상기 프레스부는 상기 스택 테이블에 적층된 상기 적층물을 상기 프레스부로 이동시킨 후 상기 프레스부로 가열 및 가압하는 것일 수 있다.
즉, 본 발명의 일 실시상태는 제1 전극, 분리막 및 제2 전극을 포함하는 전극 조립체를 제조하는 장치로서, 상기 분리막을 스택 테이블에 공급하는 분리막 공급부; 상기 제1 전극을 스택 테이블에 공급하는 제1 전극 공급부; 상기 제2 전극을 스택 테이블에 공급하는 제2 전극 공급부; 상기 스택 테이블에 공급된 상기 제1 전극, 분리막 및 제2 전극이 적층되어 상기 제1 전극, 분리막 및 제2 전극을 포함하는 적층물이 제조되는 스택 테이블; 상기 제1 전극 공급부로부터 공급된 상기 제1 전극을 상기 스택 테이블에 적층시키는 제1 전극 스택부; 상기 제2 전극 공급부로부터 공급된 상기 제2 전극을 상기 스택 테이블에 적층시키는 제2 전극 스택부; 및 상기 스택 테이블에 적층된 상기 적층물을 가열 및 가압하는 프레스부를 포함하고, 상기 제1 전극 공급부, 상기 제2 전극 공급부, 상기 제1 전극 스택부 및 상기 제2 전극 스택부 중 적어도 하나는 가열 대상과 물리적으로 직접 접촉하지 않고, 상기 가열 대상을 가열하는 비접촉식 히터(Heater)를 포함하고, 상기 히터에 의해서 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극을 각각 가열하는 전극 조립체 제조 장치를 제공한다.
본 발명의 일 실시상태에 있어서, 상기 제1 전극 스택부는 상기 제1 전극 공급부로부터 공급된 상기 제1 전극을 상기 스택 테이블에 적층시키며 가압하여 상기 제1 전극과 상기 분리막 사이를 접착시키는 것이고, 상기 제2 전극 스택부는 상기 제2 전극 공급부로부터 공급된 상기 제2 전극을 상기 스택 테이블에 적층시키며 가압하여 상기 제2 전극과 상기 분리막 사이를 접착시키는 것일 수 있다. 상기 가압하는 과정에서 가열도 동시에 진행될 수 있다.
상기 제1 전극 및 제2 전극 스택부가 상기 제1 전극 및 제2 전극을 상기 스택 테이블에 적층시키며 가압하여 전극과 분리막 사이를 접착시키는 경우와 상기 제1 석션 헤드 및 상기 제2 석션 헤드가 각각 비접촉식 히터를 포함하는 경우라면 본 발명의 일 실시상태는, 제1 전극, 분리막, 제2 전극을 적층시켜 전극 조립체를 제조하는 장치로서, 폴딩되는 상기 분리막 사이사이에 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극이 교대로 배치되는 형태로 상기 제1 전극, 분리막, 제2 전극이 적층되는 스택 테이블; 상기 분리막을 히팅(heating)시키며 상기 스택 테이블 측으로 상기 분리막을 공급하는 분리막 공급부; 상기 제1 전극을 히팅시키며 공급하는 제1 전극 공급부; 상기 제2 전극을 히팅시키며 공급하는 제2 전극 공급부; 상기 제1 전극 공급부로부터 공급된 상기 제1 전극을 상기 스택 테이블에 적층시키며 가압하여 상기 제1 전극과 상기 분리막 사이를 접착시키는 제1 전극 스택부; 및 상기 제2 전극 공급부로부터 공급된 상기 제2 전극을 상기 스택 테이블에 적층시키며 가압하여 상기 제2 전극과 상기 분리막 사이를 접착시키는 제2 전극 스택부;를 포함하고, 상기 제1 전극 공급부는 상기 제1 전극이 상기 제1 전극 스택부에 의해 상기 스택 테이블에 적층되기 전에 안착되는 제1 전극 안착 테이블을 포함하고, 상기 제2 전극 공급부는 상기 제2 전극이 상기 제2 전극 스택부에 의해 상기 스택 테이블에 적층되기 전에 안착 되는 제2 전극 안착 테이블을 포함하며, 상기 제1 전극 스택부는 상기 제1 전극 안착 테이블에 안착된 상기 제1 전극을 진공 흡입하는 제1 석션 헤드를 포함하고, 상기 제2 전극 스택부는 상기 제2 전극 안착 테이블에 안착된 상기 제2 전극을 진공 흡입하는 제2 석션 헤드를 포함하고, 상기 제1 석션 헤드 및 상기 제2 석션 헤드는 각각 비접촉식 히터(Heater)를 포함하고, 상기 히터에 의해서 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극을 각각 히팅시키는 전극 조립체 제조 장치를 제공한다. 이 경우에도 상기 가압하는 과정에서 가열도 동시에 진행될 수 있다. 즉, 상기 제1 전극 공급부로부터 공급된 상기 제1 전극을 상기 스택 테이블에 적층시키며 가열 및 가압하여 상기 제1 전극과 상기 분리막 사이를 접착시키는 제1 전극 스택부; 및 상기 제2 전극 공급부로부터 공급된 상기 제2 전극을 상기 스택 테이블에 적층시키며 가열 및 가압하여 상기 제2 전극과 상기 분리막 사이를 접착시키는 제2 전극 스택부;를 포함할 수 있다. 상기 가열은 상술한 비접촉식 히터로 진행될 수 있다.
본 출원의 일 실시상태에 있어서, 상기 비접촉식 히터는 복사 방식 또는 유도 가열 방식으로 열을 전달하여 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극을 각각 가열할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 비접촉식 히터는 상기 가열 대상에 열을 제공하는 발열체 및 상기 발열체가 상기 가열 대상과 물리적으로 접촉하지 않도록 보관하는 음각의 하우징을 포함할 수 있다.
본 출원의 일 실시상태에 있어서, 상기 비접촉식 히터는 복사 방식으로 열을 전달하는 것일 수 있다. 구체적으로는 상기 비접촉식 히터는 비접촉식 적외선 히터(Infrared Heater, IR heater)일 수 있다.
즉, 본 출원에 따른 전극 조립체 제조 장치는 비접촉식 히터를 사용함으로써, 필요한 경우에만 전극을 선별적으로 가열하기 쉽고, 원하는 온도로 빠르게 가열시킬 수 있는 장점이 있다. 따라서, 개별 전극 각각에 대하여 온도를 각기 다르게 가열할 수 있다. 이로 인하여 전극 조립체 제조 중 전극을 포함하는 적층물을 이송시키는 과정에서 발생하는 냉각 및 완성된 전극 조립체를 제조하기 위해서 전극 및 분리막을 포함하는 적층물의 가압 및 가열하는 것과 같은 외부 가열 등에 의한 전극 간의 온도 불균일성을 감소시킬 수 있으므로, 성능이 균일한 전극 조립체를 제공할 수 있다. 이 때, 상술한 바와 같이 상기 비접촉식 히터는 복사 방식으로 열을 전달하는 방식인 것이 바람직하고, 그 구체적인 예로는 비접촉식 적외선 히터(Infrared Heater, IR heater)를 들 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, 제1 전극 및 제2 전극 공급부 및 제1 전극 및 제2 전극 스택부의 구성에 포함되는 상기 제1 전극 안착 테이블 및 상기 제2 전극 안착 테이블, 상기 제1 석션 헤드 및 상기 제2 석션 헤드 등이 각각 비접촉식 히터를 포함하기 때문에 구조물의 변형을 최소화하면서 특정 온도(이하 관리 온도) 범위를 만족시키기 위해서 필요한 경우에 선별적으로 개별 전극에 대해서 가열을 할 수 있다. 예를 들면, 비접촉식 히터를 사용하면 상기 전극 조립체를 구성하는 전극 중에서 외곽 전극은 낮은 온도로 가열하고, 중앙부 전극은 높은 온도로 가열하여 개별 전극의 관리 온도를 만족하는 범위의 온도가 되도록 하면서 적층할 수 있다. 이를 통해서 구조물(미완성 전극 조립체)의 구조적 변형 없이 전극 간의 온도 편차(가온 편차)를 줄일 수 있으므로, 성능이 균일한 전극 조립체를 제공할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체의 제조 장치는, 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극의 표면 온도를 측정하는 온도 센서를 더 포함하고, 상기 온도 센서를 통해 측정된 온도를 기준으로 상기 비접촉식 히터의 가열 온도를 조절하여 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극의 표면 온도를 관리 온도 범위로 조절하는 제어부를 더 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 관리 온도 범위는 50℃ 내지 140℃, 바람직하게는 60℃ 내지 120℃일 수 있다. 상기 온도 범위를 유지할 경우, 이 후, 상기 전극을 분리막과 접착시키기 위한 가압하는 과정에서 구조물의 변형 없이 접착하기 쉬운 장점이 있다. 또한 상기 온도보다 낮을 경우는 전극 및 분리막의 접착이 낮아 셀조립체가 분리되어 생산성이 낮아지는 문제가 있으며, 온도가 높을 경우는 분리막 통기도가 너무 커져서 제품의 성능 저하를 초래할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제1 전극과 상기 분리막 사이를 접착시키는 과정 및 상기 제2 전극과 상기 분리막 사이를 접착시키는 과정에서 가열을 할 수 있다.
즉, 상기 제1 전극과 상기 분리막 사이를 접착시키는 과정 및 상기 제2 전극과 상기 분리막 사이를 접착시키는 과정은 가열 및 가압을 하는 과정일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제어부는 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극의 표면 온도를 관리 온도 범위로 조절된 경우, 비접촉식 히터의 작동을 멈추는 기능을 수행할 수 있다. 즉, 본 발명의 전극 조립체의 제조 장치는 필요한 경우에만 비접촉식 히터를 작동하여 전극에 열을 가하는 것일 수 있다. 즉, 상기 제어부에는 상기 비접촉식 히터의 작동 여부를 조절할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 스택 테이블은 상기 제1 전극, 상기 분리막 및 상기 제2 전극이 적층되는 테이블 몸체; 및 상기 테이블 몸체를 가열하여, 적층되는 적층물을 히팅하는 스택 테이블 히터를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 스택 테이블 히터는 가열 대상과 물리적으로 직접 접촉하지 않고, 상기 가열 대상을 가열하는 비접촉식 히터일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제1 전극 스택부는 상기 제1 전극 공급부로부터 공급된 상기 제1 전극을 상기 스택 테이블에 적층시키며 가열 및 가압하여 상기 제1 전극과 상기 분리막 사이를 접착시키는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제2 전극 스택부는 상기 제2 전극 공급부로부터 공급된 상기 제2 전극을 상기 스택 테이블에 적층시키며 가열 및 가압하여 상기 제2 전극과 상기 분리막 사이를 접착시키는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제1 전극 스택부가 제1 전극을 상기 스택 테이블에 적층시키며 가열 및 가압하여 상기 제1 전극과 상기 분리막 사이를 접착시키는 것 및 상기 제2 전극 스택부가 제2 전극을 상기 스택 테이블에 적층시키며 가열 및 가압하여 상기 제2 전극과 상기 분리막 사이를 접착시키는 것은 각각 독립적으로 40℃ 이상, 110℃ 이하, 바람직하게는 50℃ 이상, 100℃ 이하의 온도 조건 및 0.3Mpa 이상, 5Mpa 이하, 바람직하게는 1.5Mpa 이상, 5Mpa 이하의 압력 조건에서 진행될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 가열 및 가압하는 것은 5초 이상, 60초 이하, 바람직하게는 5초 이상, 30초 이하로 진행될 수 있다.
상기 조건은 후술하는 상기 제1 전극을 상기 스택 테이블에 적층시키며 가열 및 가압하여 상기 제1 전극 및 분리막 사이를 접착시키는 단계; 및 상기 제1 전극을 상기 스택 테이블에 적층시키며 가열 및 가압하여 상기 제1 전극 및 분리막 사이를 접착시키는 단계에 대응될 수 있다.
상기 온도, 압력 및 시간 조건을 만족시키는 경우, 전극 조립체를 구성하는 단위 전극의 손상을 최소화면서도 전극 조립체를 구성하는 전극과 분리막의 적절한 수준의 접착력과 통기도를 동시에 확보할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 적층물을 가압하는 프레스부를 더 포함할 수 있다. 상기 프레스부에 의해서 상기 적층물을 가열 및 가압하는 것을 히트 프레스 단계라고 할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 히트 프레스 단계는 상기 적층물을 그리퍼로 파지하고 적층물을 가열 및 가압하는 제1 차 히트 프레스 단계; 및 상기 제1 차 히트 프레스 단계 이 후, 상기 그리퍼의 파지를 중지하고, 상기 적층물을 가열 및 가압하는 제2 차 히트 프레스 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 상기 프레스부는 상기 스택 테이블에 적층된 상기 적층물을 가열 및 가압하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 상기 프레스부는 상기 스택 테이블에 적층된 상기 적층물을 상기 프레스부로 이동시킨 후 상기 프레스부로 가열 및 가압하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제1 차 히트 프레스 단계는 상기 적층물을 그리퍼를 이용하여 상기 적층물의 상면을 가압하여 고정시키는 단계; 상기 그리퍼로 고정된 적층물을 프레스 히터를 포함하는 한 쌍의 가압 블록 사이로 이동시키는 단계; 상기 한 쌍의 가압블럭이 상기 적층물의 적층축을 따라서 상호 마주보는 방향으로 이동되며 고정된 상기 적층물을 면 가압하는 단계; 및 상기 프레스 히터에 의해 고정된 상기 적층물을 가열하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제2 차 히트 프레스 단계는 상기 제1 차 히트 프레스 단계 이 후 상기 적층물의 가열 및 가압을 중지하는 단계; 상기 그리퍼를 상기 적층물로부터 이격시키는 단계; 상기 그리퍼가 이격된 적층물을 프레스 히터를 포함하는 한 쌍의 가압 블록 사이로 이동시키는 단계; 상기 한 쌍의 가압블럭이 상기 그리퍼가 이격된 적층물의 적층축을 따라서 상호 마주보는 방향으로 이동되며 상기 적층물을 가압하는 단계; 및 상기 프레스 히터에 의해 상기 적층물을 가열하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제1 차 히트 프레스 단계에서 사용되는 가압블럭의 경우, 그리퍼에 대응되는 홈을 가질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 그리퍼를 상기 적층물로부터 이격시키는 단계는 상기 그리퍼를 이용하여 상기 적층물의 상면을 가압하는 것을 중지하는 단계; 및 상기 그리퍼를 상기 적층물로부터 이격시키는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 히트 프레스 단계(제1 차 및 제2 차 히트프레스 단계 포함)에서 상기 적층물을 프레스 히터를 포함하는 한 쌍의 가압블럭 사이로 이동시키는 단계는 상기 적층물 자체만 이동하는 경우뿐 아니라 상기 적층물이 스택 테이블에 놓여진 상태로 함께 이동하는 경우도 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 한 쌍의 가압블럭 및 상기 프레스 히터에 가열 및 가압되는 대상은 적층물 및 스택 테이블을 의미할 수 있다.
본 출원의 일 실시상태에 있어서, 상기 제1 차 히트 프레스 단계는 50℃ 내지 90℃의 온도 조건 및 0.3Mpa 내지 3Mpa의 압력 조건으로 10초 내지 30초 동안 상기 적층물을 가열 및 가압하는 것일 수 있다. 더 바람직하게는 65℃ 내지 75℃의 온도 조건 및 1.5Mpa 내지 2Mpa의 압력 조건으로 10초 내지 20초동안 적층물을 가열 및 가압하는 것일 수 있다.
본 출원의 일 실시상태에 있어서, 상기 2차 히트 프레스 단계는 50℃ 내지 90℃의 온도 조건 및 0.3Mpa 내지 6Mpa의 압력 조건으로 5초 내지 60초, 바람직하게는 65℃ 이상, 90℃ 이하의 온도 조건 및 1.5Mpa 내지 6Mpa의 압력 조건으로 5초 내지 30초동안 적층물을 가열 및 가압하는 것일 수 있다. 더욱 바람직하게는 65℃ 내지 85℃의 온도 조건 및 3Mpa 내지 5.5Mpa의 압력 조건으로 7초 내지 25초동안 적층물을 가열 및 가압하는 것일 수 있다.
상기 조건을 만족하면서 가열 및 가압하는 경우, 상기 제1 전극, 분리막 및 제2 전극에 손상을 시키지 않으면서 상기 제1 전극, 분리막 및 제2 전극의 적층물의 전극 및 분리막의 접착이 용이하고, 제조된 전극 조립체의 성능이 우수할 수 있다.
또한, 본 출원의 일 실시상태에 있어서, 상기 히트 프레스 단계의 온도 조건, 압력 조건 및 시간 조건은 상술한 제2 차 히트 프레스의 조건이 적용될 수 있다. 즉, 상기 히트 프레스 단계는 50℃ 내지 90℃의 온도 조건 및 0.3Mpa 내지 6Mpa의 압력 조건으로 5초 내지 60초, 바람직하게는 65℃ 이상, 90℃ 이하의 온도 조건 및 1.5Mpa 내지 6Mpa의 압력 조건으로 5초 내지 30초동안 적층물을 가열 및 가압하는 것일 수 있다. 더욱 바람직하게는 65℃ 내지 85℃의 온도 조건 및 3Mpa 내지 5.5Mpa의 압력 조건으로 7초 내지 25초동안 적층물을 가열 및 가압하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 프레스부는 한 쌍의 가압블럭으로 구성되고, 상기 한 쌍의 가압블럭이 상호 마주보는 방향으로 이동되며 상기 테이블에 적층된 상기 적층물을 면 가압하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 분리막 공급부는 상기 분리막이 통과되는 통로가 형성되고, 통과되는 분리막을 히팅하는 분리막 히팅부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체 제조 장치는 상기 제1 전극 스택부는 상기 제1 석션 헤드를 상기 스택 테이블로 이동시키고, 상기 제1 석션 헤드가 상기 스택 테이블에 상기 제1 전극을 적층시키며 가압하도록 가압력을 제공하는 제1 이동부를 더 포함하고, 상기 제2 전극 스택부는 상기 제2 석션 헤드를 상기 스택 테이블로 이동시키고, 상기 제2 석션 헤드가 상기 스택 테이블에 상기 제2 전극을 적층시키며 가압하도록 가압력을 제공하는 제2 이동부를 더 포함할 수 있다. 이 때, 적층시킨다는 표현을 로딩(loading)이라고 표현할 수 있다.
즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체 제조 장치는 상기 제1 전극 스택부는 상기 제1 전극을 진공 흡입하여 홀딩하는 제1 석션 헤드를 포함하고, 상기 제1 석션 헤드가 상기 스택 테이블로 접근하면서 상기 제1 전극을 상기 스택 테이블에 로딩하며 가압하는 제1 이동부를 더 포함하고, 상기 제2 전극 스택부는 상기 제2 전극을 진공 흡입하여 홀딩하는 제2 석션 헤드를 포함하고, 상기 제2 석션 헤드가 상기 스택 테이블로 접근하면서 상기 제2 전극을 상기 스택 테이블에 로딩하며 가압하는 제2 이동부를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체 제조 장치는 상기 스택 테이블을 회전시키는 회전부를 더 포함하고, 상기 회전부의 일측에 제1 전극 스택부가 구비되고, 상기 회전부의 타측에 제2 전극 스택부가 구비되며, 상기 회전부는 상기 제1 전극을 적층할 때 상기 스택 테이블을 상기 제1 석션 헤드와 마주보도록 일측으로 회전시키고, 상기 제2 전극을 적층할 때 상기 스택 테이블을 상기 제2 석션 헤드와 마주보도록 타측으로 회전시키는 것일 수 있다. 상기 회전부에 의해서 상기 석션 헤드와 상기 스택 테이블이 마주보도록 위치가 조절되며, 상기 스택 테이블에 상기 전극을 적층시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 스택 테이블에 상기 제1 전극 또는 상기 제2 전극이 적층될 때 상기 제1 전극 또는 상기 제2 전극을 파지하며 상기 스택 테이블에 고정하는 홀딩기구를 포함할 수 있다. 상기 홀딩기구로 인해 전극 조립체가 틀어지는 현상을 방지할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 홀딩기구는 상기 스택 테이블에 상기 제1 전극을 적층할 때 상기 스택 테이블의 최상측에 적층된 상기 제2 전극의 상면을 파지하여 고정하고, 상기 스택 테이블에 상기 제2 전극을 적층할 때 상기 스택 테이블의 최상측에 적층된 상기 제1 전극의 상면을 파지하여 고정할 수 있다.
보다 구체적으로, 본 발명의 일 실시상태에 따른 상기 홀딩기구는 상기 스택 테이블에 상기 제1 전극을 적층할 때 상기 스택 테이블의 최상측에 적층된 상기 제1 전극의 상면을 가압하여 고정하고, 상기 스택 테이블에 상기 제2 전극을 적층할 때 상기 스택 테이블의 최상측에 적층된 상기 제2 전극의 상면을 가압하여 고정하는 것일 수 있다. 즉, 상기 제1 전극 및 제2 전극의 파지는 상기 제1 전극 및 제2 전극의 상면을 가압하는 방식으로 이루어질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면 상기 제1 전극 스택부는 상기 스택 테이블의 일 측에 배치되고, 상기 제2 전극 스택부는 상기 스택 테이블의 타 측에 배치되며, 상기 스택 테이블의 표면이 상기 제1 전극 스택부 또는 상기 제2 전극 스택부와 대향하도록 상기 스택 테이블을 구동시키는 구동부를 더 포함하고, 상기 구동부는 상기 제1 전극이 상기 스택 테이블에 로딩될 때 상기 스택 테이블의 표면이 상기 제1 석션 헤드와 마주보도록 이동시키고, 상기 제2 전극이 상기 스택 테이블에 로딩될 때 상기 스택 테이블을 상기 제2 석션 헤드와 마주보도록 이동시킬 수 있다. 이 때 , 상기 구동부는 상기 스택 테이블을 시소 운동시키는 회전부일 수 있다.
즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체 제조 장치는 상기 분리막이 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 사이에 위치되는 방식으로 지그 재그 폴딩이 가능하도록, 상기 회전부는 상기 스택 테이블을 상기 제1 전극 스택부 방향 및 상기 제2 전극 스택부 방향으로 교대로 번갈아 회전하는 것일 수 있다.
참고로 상기 폴딩되는 상기 분리막 사이사이에 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극이 교대로 배치되는 형태로 상기 제1 전극, 분리막 및 제2 전극이 적층하기 위해서 상기 스택 테이블이 좌우로 이동하는 방식, 분리막이 좌우로 이동하는 방식 또는 상기 스택 테이블이 회전하는 방식이 사용될 수 있으며, 이에 대해서는 해당 분야의 통상적인 기술이 적용될 수 있다. 다만, 본 명세서에는 회전부를 갖는 방식을 도면에 예시로 나타내었다.
본 발명의 일 실시상태는, 제1 전극, 분리막 및 제2 전극을 포함하는 전극 조립체의 제조 방법으로서, 상기 분리막을 가열하면서 스택 테이블에 공급하여 적층하는 단계; 상기 제1 전극을 가열 대상과 물리적으로 직접 접촉하지 않고, 상기 가열 대상을 가열하는 비접촉식 히터로 가열하고, 스택 테이블에 공급하여 적층하는 단계; 및 상기 제2 전극을 가열 대상과 물리적으로 직접 접촉하지 않고, 상기 가열 대상을 가열하는 비접촉식 히터로 가열하고, 스택 테이블에 공급하여 적층하는 단계를 포함하고, 상기 스택 테이블은 상기 제1 전극, 상기 분리막 및 상기 제2 전극을 포함하는 적층물이 놓여지는 것인 전극 조립체 제조 방법을 제공한다. 상기 전극 조립체의 제조 방법에서도 상기 전극 조립체는 지그 재그(Zig Zag) 형태로 폴딩되는 분리막; 및 상기 폴딩되는 분리막 사이사이에 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극이 교대로 배치되는 형태일 수 있다.
즉, 본 발명의 일 실시상태에 따른 전극 조립체 제조 방법의 상기 전극 조립체는 지그 재그(Zig Zag) 형태로 폴딩되면서 적층되는 상기 분리막; 및 상기 적층된 분리막과 분리막 사이에 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극이 번갈아면서 각각 적층된 형태일 수 있다.
또한, 상기 비접촉식 히터에 대한 설명은 전극 조립체 제조 장치에서 설명한 내용이 적용될 수 있다.
상술한 바와 같이 상기 제1 석션 헤드 및 상기 제2 석션 헤드가 각각 비접촉식 히터를 포함하는 경우라면 본 발명의 일 실시상태는, 제1 전극을 히팅시키며 스택 테이블에 공급하는 단계; 제2 전극을 히팅시키며 스택 테이블에 공급하는 단계; 분리막을 히팅시키며 스택 테이블에 공급하는 단계; 및 폴딩되는 상기 분리막 사이사이에 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극이 교대로 배치되는 형태로 상기 제1 전극, 분리막, 및 제2 전극을 상기 스택 테이블 위에 적층하여 적층물을 제조하는 단계를 포함하는 전극 조립체의 제조 방법으로서, 상기 제1 전극을 히팅시키며 스택 테이블에 공급하는 단계; 및 상기 제2 전극을 히팅시키며 스택 테이블에 공급하는 단계는 각각 상기 제1 전극을 진공 흡입하는 제1 석션 헤드 및 상기 제2 전극을 진공 흡입하는 제2 석션 헤드에 의하여 공급되고, 상기 제1 전극 및 제2 전극을 히팅시키는 것은 각각 제1 석션 헤드 및 제2 석션 헤드에 포함된 비접촉식 히터에 의해 히팅되는 것인 전극 조립체의 제조 방법을 제공한다.
즉, 본 발명의 전극 조립체의 제조 방법의 경우에도 상기 비접촉식 히터는 복사 방식으로 열을 전달하는 것일 수 있으며, 구체적인 예시로는 제조 장치에서 상술한 바와 같이 상기 비접촉식 히터는 비접촉식 적외선 히터(Infrared Heater, IR heater)일 수 있다.
본 발명의 전극 조립체의 제조 방법은 상술한 본 발명의 전극 조립체 제조 장치에 관한 설명이 적용될 수 있다.
본 발명의 전극 조립체의 제조 방법의 상기 제1 전극을 가열 대상과 물리적으로 직접 접촉하지 않고, 상기 가열 대상을 가열하는 비접촉식 히터로 가열하고, 스택 테이블에 공급하는 단계는 상기 제1 전극의 표면 온도를 측정하는 단계; 및 상기 측정된 온도를 기준으로 상기 비접촉식 히터의 가열 온도를 조절하여 상기 제1 전극의 표면 온도를 관리 온도 범위로 조절하는 단계를 포함하고, 상기 제2 전극을 가열 대상과 물리적으로 직접 접촉하지 않고, 상기 가열 대상을 가열하는 비접촉식 히터로 가열하고, 스택 테이블에 공급하는 단계는 상기 제2 전극의 표면 온도를 측정하는 단계; 및 상기 측정된 온도를 기준으로 상기 비접촉식 히터의 가열 온도를 조절하여 상기 제2 전극의 표면 온도를 관리 온도 범위로 조절하는 단계를 포함할 수 있다.
즉, 본 발명의 전극 조립체의 제조 방법의 상기 제1 전극을 히팅시키며 스택 테이블에 공급하는 단계; 및 제2 전극을 히팅시키며 스택 테이블에 공급하는 단계는 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극의 표면 온도를 측정하는 단계; 및 상기 측정된 온도를 기준으로 상기 비접촉식 히터의 가열 온도를 조절하여 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극의 표면 온도를 관리 온도 범위로 조절하는 단계를 포함하는 것일 수 있다. 또한, 상기 관리 온도 범위는 50℃ 내지 140℃, 바람직하게는 60℃ 내지 120℃일 수 있다. 상술한 바와 같이 상기 온도 범위를 유지할 경우, 이 후, 상기 전극을 분리막과 접착시키기 위한 가압하는 과정에서 구조물의 변형 없이 접착하기 쉬운 장점이 있다. 또한 상기 온도보다 낮을 경우는 전극 및 분리막의 접착이 낮아 셀조립체가 분리되어 생산성이 낮아지는 문제가 있으며, 온도가 높을 경우는 분리막 통기도가 너무 커져서 제품의 성능 저하를 초래할 수 있다.
본 발명의 전극 조립체의 제조 방법은 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극의 표면 온도가 관리 온도 범위로 조절되는 경우, 상기 비접촉식 히터의 작동을 멈추는 단계를 더 포함하는 것일 수 있다. 즉, 필요한 경우에만 전극에 가열하여 전극 조립체 구조물의 변형이나 전극의 손상이 발생하는 것을 방지할 수 있다. 이러한 것은 가열을 빨리할 수 있고, 원하는 시기에 작동을 멈추기 용이한 비접촉식 히터를 사용하기 때문에 가능한 것일 수 있다.
본 발명의 전극 조립체의 제조 방법은 상기 적층물을 가열 및 가압하는 히트 프레스 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 히트 프레스 단계에 대한 설명은 상술한 내용이 적용될 수 있다.
본 발명의 전극 조립체의 제조 방법은 상기 제1 전극을 상기 스택 테이블에 적층시키며 가열 및 가압하여 상기 제1 전극 및 분리막 사이를 접착시키는 단계; 및 상기 제1 전극을 상기 스택 테이블에 적층시키며 가열 및 가압하여 상기 제1 전극 및 분리막 사이를 접착시키는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 전극을 상기 스택테이블에 적층시키면서 가열 및 가압하는 단계의 조건은 상술한 내용이 적용될 수 있다.
이하에서, 도 1 내지 도 15를 참조하여, 본 발명의 일 실시예인 전극 조립체 제조 장치 및 전극 조립체 제조방법에 대해 보다 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체 제조 장치를 예시적으로 나타낸 평면도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체 제조 장치의 개념을 나타낸 정면도이다. 여기서, 편의상 도 1에서는 도 2에 도시된 홀딩기구(170)를 생략하여 도시하였다. 또한, 도 1에서는 프레스부(180)의 기재를 생략하였으며, 제1 전극 스택부(150) 및 제2 전극 스택부(160)이 각각 제1 전극(10) 및 제2 전극(11)을 스택 테이블(110)에 적층시키며 가열 및 가압하는 구성으로 표현하였다. 상술한 바와 같이 프레스부(180)를 추가로 포함하거나 제1 전극 스택부(150) 및 제2 전극 스택부(160)이 각각 제1 전극(10) 및 제2 전극(11)을 스택 테이블(110)에 적층시키며 가열 및 가압하는 구성을 생략하고, 상기 프레스부(180)에 의해서 가열 및 가압되는 구성일 수 있다. 도 2에서는 도 1에 도시된 분리막 공급부(120)를 생략하고, 프레스부(180)를 표시하여 도시하였다.
도 1 및 도 2를 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체 제조 장치(100)는 스택 테이블(110)과, 분리막(14)을 히팅시키며 공급하는 분리막 공급부(120)와, 제1 전극(11)을 히팅시키며 공급하는 제1 전극 공급부(130)와, 제2 전극(12)을 히팅시키며 공급하는 제2 전극 공급부(140)와, 제1 전극(11)을 스택 테이블(110)에 적층시키는 제1 전극 스택부(150)와, 제2 전극(12)을 스택 테이블(110)에 적층시키는 제2 전극 스택부(160), 및 제1 전극(11), 분리막(14), 및 제2 전극(12) 사이를 접착시키는 프레스부(180)를 포함한다. 또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체 제조 장치(100)는 제1 전극(11) 및 제2 전극(12)이 스택 테이블(110)에 적층될 때 고정하는 홀딩기구(170)를 더 포함할 수 있다. 또한, 제1 전극 스택부(150) 및 제2 전극 스택부(160)이 각각 제1 전극(10) 및 제2 전극(11)을 스택 테이블(110)에 적층시키며 가열 및 가압하는 구성일 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체 제조 장치 또는 전극 조립체 제조방법을 통해 제조되는 전극 조립체를 예시적으로 나타낸 단면도이다.
도 1 내지 도 3을 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체 제조 장치(100)는 제1 전극(11), 분리막(14), 및 제2 전극(12)을 적층시켜 전극 조립체(10)를 제조하는 장치이다.
전극 조립체(10)는 충방전이 가능한 발전소자로서, 제1 전극(11), 분리막(14), 및 제2 전극(12)이 교대로 적층되어 결집된 형태로 형성될 수 있다. 여기서, 전극 조립체(10)는 예를 들어 분리막(14)이 지그 재그 형태로 폴딩되고, 폴딩되는 분리막(14) 사이사이에 제1 전극(11) 및 제2 전극(12)이 교대로 배치되는 형태일 수 있다. 이때, 전극 조립체(10)는 최외각을 분리막(14)이 감싼 형태로 구비될 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체 제조 장치의 분리막 공급부를 나타낸 사시도이다.
도 1 및 도 7을 참고하면, 분리막 공급부(120)는 분리막(14)을 히팅시키며 스택 테이블(110) 측으로 분리막(14)을 공급할 수 있다. 또한, 분리막 공급부(120)는 분리막(14)이 통과되는 통로가 형성되고, 통과되는 분리막(14)을 히팅하는 분리막 히팅부(121)를 포함할 수 있다.
분리막 히팅부(121)는 한 쌍의 몸체(121a)와 몸체(121a)를 가열하는 분리막 히터(121b)를 포함할 수 있다. 한 쌍의 몸체(121a)는 분리막(14)이 통과될 수 있도록 일정 거리 상호 이격되어 위치될 수 있다. 여기서, 분리막(14)은 예를 들어 분리막 히팅부(121)를 비접촉되며 통과하여, 분리막(14)이 비접촉 방식으로 히팅될 수 있다. 한편, 몸체(121a)는 예를 들어 사각형 블록(block) 형태로 형성될 수 있다.
한편, 분리막 공급부(120)는 분리막(14)이 권취되는 분리막 롤(122)을 더 포함할 수 있다. 여기서, 분리막 롤(122)에 권취된 분리막(14)은 점점 풀어지며 분리막 히팅부(121)를 통과하며 스택 테이블(110)로 공급될 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체 제조 장치에서 프레스부를 나타낸 사시도이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체 제조 장치에서 프레스부가 적층물을 가압하는 상태를 예시적으로 나타낸 사시도이다.
도 3 내지 도 5를 참고하면, 프레스부(180)는 가열되며 적층된 제1 전극(11), 분리막(14), 및 제2 전극(12)을 가압하여 제1 전극(11), 분리막(14), 및 제2 전극(12) 사이를 접착시킬 수 있다.
또한, 프레스부(180)는 한 쌍의 가압블럭(181,182)을 포함하여, 한 쌍의 가압블럭(181,182)이 상호 마주보는 방향으로 이동되며 적층된 제1 전극(11), 분리막(14) 및 제2 전극(12)의 적층물(S)을 면 가압할 수 있다.
이때, 적층물(S)의 외면을 분리막(14)이 둘러싸도록 구성되는 경우 적층물(S)의 최외각에 위치되는 분리막(14) 외측 부분과 이에 대면되는 제1,2 전극(11,12) 및 분리막(14) 내측 부분 사이도 접착될 수 있다. 이에 따라, 제1 전극(11), 분리막(14), 및 제2 전극(12)를 적층하여 전극 조립체(10)를 형성 시, 제1,2 전극(11,12) 및 분리막(14)의 위치가 이탈되며 적층 형태가 해제되는 것을 보다 효과적으로 방지할 수 있다.
아울러, 프레스부(180)는 한 쌍의 가압블럭(181,182)을 가열하는 프레스 히터(183,184)를 더 포함하여, 한 쌍의 가압블럭(181,182)이 제1 전극(11), 분리막(14), 및 제2 전극(12)의 적층물(S)을 히팅시키며 가압 수 있다. 이에 따라, 적층물(S)을 프레스부(180)로 가압 시 제1 전극(11), 분리막(14), 및 제2 전극(12) 사이의 열융착이 보다 잘 이루어져 보다 견고한 접착이 가능할 수 있다.
한 쌍의 가압블럭(181,182)은 가압면이 평면으로 형성되고, 가압면의 가로 및 세로 길이는 제1 전극(11), 분리막(14) 및 제2 전극(12)이 적층된 적층물(S)의 가로 및 세로 길이보다 더 길게 형성될 수 있다.
그리고, 한 쌍의 가압블럭(181,182)은 제1 가압블럭(181) 및 제2 가압블럭(182)을 포함하고, 제1 가압블럭(181) 및 제2 가압블럭(182)은 직육면체 형태의 사각형 블록으로 구비될 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체 제조 장치에서 스택 테이블을 나타낸 사시도이다.
도 2 및 도 6을 참고하면, 스택 테이블(Stack table)(110)은 폴딩되는 분리막(14) 사이사이에 제1 전극(11) 및 제2 전극(12)이 교대로 배치되는 형태로 제1 전극(11), 분리막(14), 및 제2 전극(12)이 적층될 수 있다.
또한, 스택 테이블(110)은 제1 전극(11), 분리막(14), 및 제2 전극(12)이 적층되는 테이블 몸체(111) 및 테이블 몸체(111)를 가열하여, 적층되는 적층물(S)을 히팅(Heating)하는 스택 테이블 히터(112)를 포함할 수 있다.
제1 전극(11)은 양극으로 구성되고, 제2 전극(12)은 음극으로 구성될 수 있지만, 본 발명이 여기에 반드시 한정되는 것은 아니며, 예를 들어 제1 전극(11)이 음극으로 구성되고, 제2 전극(12)이 양극으로 구성될 수 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체 제조 장치에서 제1 전극 안착 테이블을 나타낸 사시도이다.
도 2 및 도 8을 참고하면, 제1 전극 공급부(130)는 제1 전극(11)을 히팅(Heating)시키며 제1 전극 스택부(150)로 공급할 수 있다.
또한, 제1 전극 공급부(130)는 제1 전극(11)이 제1 전극 스택부(150)에 의해 스택 테이블(110)에 적층되기 전에 안착되는 제1 전극 안착 테이블(131) 및 제1 전극 안착 테이블(131)을 가열하여 제1 전극(11)을 히팅시키는 제1 전극 히터(132)를 포함할 수 있다.
한편, 제1 전극 공급부(130)는 제1 전극(11)이 시트(Sheet) 형태로 권취되는 제1 전극 롤(133)과, 제1 전극 롤(133)에 권취된 시트 형태의 제1 전극(11)이 풀어지며 공급될 때 일정간격으로 절단하여 소정 크기의 제1 전극(11)을 형성시키는 제1 커터(cutter)(134)와, 제1 커터(134)에 절단된 제1 전극(11)을 이동시키는 제1 컨베이어 벨트(conveyer belt)(135)와, 제1 컨베이어 벨트(135)에 의해 이송되는 제1 전극(11)을 진공 흡착하여 제1 전극 안착 테이블(131)에 안착시키는 제1 전극 공급 헤드(136)를 더 포함할 수 있다. 여기서, 제1 커터(134)는 시트 형태의 제1 전극(11)을 절단 시 단부에 제1 전극 탭(11a)이 돌출 형성되도록 커팅 할 수 있다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체 제조 장치에서 제2 전극 안착 테이블을 나타낸 사시도이다.
도 2 및 도 9를 참고하면, 제2 전극 공급부(140)는 제2 전극(12)을 히팅시키며 제2 전극 스택부(160)로 공급할 수 있다.
또한, 제2 전극 공급부(140)는 제2 전극(12)이 제2 전극 스택부(160)에 의해 스택 테이블(110)에 적층되기 전에 안착되는 제2 전극 안착 테이블(141) 및 제2 전극 안착 테이블(141)을 가열하여 제2 전극(12)을 히팅시키는 제2 전극 히터(142)를 포함할 수 있다.
한편, 제2 전극 공급부(140)는 제2 전극(12)이 시트(Sheet) 형태로 권취되는 제2 전극 롤(143)과, 제2 전극 롤(143)에 권취된 시트 형태의 제2 전극(12)이 풀어지며 공급될 때 일정간격으로 절단하여 소정 크기의 제2 전극(12)을 형성시키는 제2 커터(144)와, 제2 커터(144)에 절단된 제2 전극(12)을 이동시키는 제2 컨베이어 벨트(145)와, 제2 컨베이어 벨트(145)에 의해 이송되는 제2 전극(12)을 진공 흡착하여 제2 전극 안착 테이블(141)에 안착시키는 제2 전극 공급 헤드(146)를 더 포함할 수 있다. 여기서, 제2 커터(144)는 시트 형태의 제2 전극(12)을 절단 시 단부에 제2 전극 탭(12a)이 돌출 형성되도록 커팅 할 수 있다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체 제조 장치에서 제1 석션 헤드를 나타낸 사시도이고, 도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체 제조 장치에서 제1 석션 헤드를 나타낸 저면도이다.
도 2, 도 10 및 도 11을 참고하면, 제1 전극 스택부(150)는 제1 전극(11)을 스택 테이블(110)에 적층시킬 수 있다.
또한, 제1 전극 스택부(150)는 제1 석션 헤드(151)와, 제1 전극 비접촉식 히터(152) 및 제1 이동부(153)를 포함할 수 있다.
제1 석션 헤드(151)는 제1 전극 안착 테이블(131)에 안착된 제1 전극(11)을 진공 흡입할 수 있다. 이때, 제1 석션 헤드(151)는 바닥면(151b)에 진공 흡입구(151a)가 형성되어 진공 흡입구(151a)를 통해 제1 전극(11)을 흡입하여 제1 전극(11)을 제1 석션 헤드(151)의 바닥면(151b)에 고정시킬 수 있다. 여기서, 제1 석션 헤드(151)는 진공 흡입구(151a)와 진공흡입 장치(미도시)를 연결하는 통로가 내부에 형성될 수 있다.
구체적으로, 도 10(a)와 같이 제1 전극 비접촉식 히터(152)는 제1 석션 헤드(151)에 흡입되는 제1 전극(11)과 물리적인 접촉 없이 제1 전극(11)을 개별적으로 히팅할 수 있다. 즉, 히터로 안착 테이블 등을 가열하여 간접적으로 전극을 가열하는 것이 아닌 개별 전극에 대해서 각각 가열할 수 있다. 도 10(a)에는 제1 전극 비접촉식 히터(152)의 위치가 대략적으로 표시되어 있으며, 구체적으로, 제1 전극 비접촉식 히터(152)는 도 10(b) 및 도 10(c)에 나타난 것과 같이 램프(152a) 및 리플렉터(152b, reflector)로 구성되어 있으며, 제1 석션 헤드(151)의 바닥면(151b)에 위치되도록 설치된다. 상기 바닥면(151b)은 상기 제1 석션 헤드(151)가 전극과 접촉하는 면을 바라볼 때, 진공 흡입구(151a)가 형성되어 있지 않은 영역을 의미한다. 즉, 제1 전극 비접촉식 히터(152)가 제1 석션 헤드(151)의 바닥면(151b)에 위치되도록 설치된다는 것은 제1 석션 헤드(151)의 진공 흡입구(151a)와 위치가 중복되는 영역이 없도록 제1 전극 비접촉식 히터(152)가 배치되는 형태로 설치된다는 것을 의미한다.
도 10과 같은 형태로 비접촉식 히터의 배열은 상기 비접촉식 히터로 전극을 균일하게 가열하기 위한 최적의 배치 중의 하나로 상기 배열에 한정되는 것은 아니고, 전극의 크기 등을 고려하여 장치의 전극을 균일하게 가열하기 위한 최적의 배치가 되도록 비접촉식 히터의 배열의 형태가 일부 변경될 수도 있다.
도 10(b)는 제1 석션 헤드(151)의 바닥면(151b)의 평면도를 나타내는 것으로, 상술한 바와 같이 본 출원에 따른 전극 조립체 제조 장치의 경우, 도 10(b)에 나타난 바와 같이 제1 전극 비접촉식 히터(152)는 진공 흡입구(151a)와 중복되지 않는 위치에 설치된다. 제1 석션 헤드(151)의 바닥면(151b)을 도 10(b)를 기준으로 A-A'방향으로 본 단면도는 도 10(c)와 같다. 즉, 도 10(c)에 나타난 바와 같이 제1 전극 비접촉식 히터(152)는 램프(152a) 및 리플렉터(152b, reflector)로 구성되어 있고, 진공 흡입구(151a)와 중복되지 않는 위치에 설치된다. 이러한 제1 전극 비접촉식 히터(152)는 온도 센서(미도시)에 의해서 측정된 제1 전극의 온도에 의해 히터의 작동 여부 및 히터의 가열 온도가 조절될 수 있다.
보다 구체적으로, 도 10(b)에 나타난 바와 같이 상기 진공 흡입구(151a) 사이에 오목한 형태로 홈이 형성될 수 있으며, 그 홈에 상기 제1 전극 비접촉식 히터(152)의 램프(152a)가 배치될 수 있다. 또한, 상기 램프(152a)를 보호하기 위한 음각의 하우징도 형성(미도시)되어 있다. 이 때, 도 10(b)에는 표시되지 않았지만, 상기 램프(152a)를 상기 홈에 고정하기 위한 거치대가 형성되어 있을 수 있으며, 상기 홈은 상기 램프(152a)의 크기를 고려하여 상기 램프(152a)가 상기 홈에 고정되어도 제1 전극에 직접 닿지 않을 정도로 깊이가 형성되어 있다. 상기 램프(152a)에서 발생한 열은 상기 리플렉터(152b)를 이용해서 최대한 손실 없이 제1 전극을 가열할 수 있다. 또한, 제2 전극을 가열하는 제2 전극 비접촉식 히터에도 동일한 설명이 적용될 수 있다.
또한, 도 10은 제1 전극 스택부(150)에 제1 전극 비접촉식 히터(152)가 포함되는 경우, 보다 구체적으로 제1 석션 헤드(151) 위치에 상기 제1 전극 비접촉식 히터(152)를 포함하는 경우를 나타내고 있는 것이나, 이는 일 예시에 해당하는 것으로 상술한 바와 같이 제1 안착 테이블(131)에 도 10과 같은 형태로 비접촉식 히터가 배치될 수 있다.
이 경우에도 상기 제1 전극 안착 테이블에도 오목한 형태로 홈이 형성되고, 비접촉식 히터의 램프를 상기 홈에 고정하기 위한 거치대가 형성되어 있을 수 있으며, 상기 홈은 상기 램프의 크기를 고려하여 상기 램프가 상기 홈에 고정되어도 제1 전극에 직접 닿지 않을 정도로 깊이가 형성되어 있다. 상기 제1 전극 안착 테이블에 대한 설명은 제2 전극 안착 테이블에도 적용될 수 있다.
제1 이동부(153)는 제1 석션 헤드(151)가 제1 전극 안착 테이블(131)에 안착된 제1 전극(11)을 스택 테이블(110)에 적층시킬 수 있도록 제1 석션 헤드(151)를 스택 테이블(110)로 이동시킬 수 있다.
한편, 도 2를 참고하면, 제2 전극 스택부(160)는 제2 전극(12)을 스택 테이블(110)에 적층시킬 수 있다. 여기서, 제2 전극 스택부(160)는 전술한 제1 전극 스택부(150)와 동일한 구조로 이루어질 수 있다. 이때, 제2 전극 스택부(160)는 제2 석션 헤드(161)와, 제2 전극 비접촉식 히터 (미도시) 및 제2 이동부(163)를 포함할 수 있다.
이 때, 보다 구체적인 예시로 상기 비접촉식 히터가 비접촉식 적외선 히터인 경우, 적외선 램프 및 리플렉터로 구성될 수 있다. 또한, 홈이 형성되어 상기 홈 안에 적외선 램프가 배치되는 형태일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 제2 석션 헤드(161)는 제2 전극 안착 테이블(141)에 안착된 제2 전극(12)을 진공 흡입할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 제2 전극 비접촉식 히터는 제2 석션 헤드(161)에 흡입되는 제2 전극(12)과 물리적인 접촉 없이 제2 전극(12)을 개별적으로 히팅할 수 있다. 상기 제2 전극 비접촉식 히터의 종류, 배치 및 구조는 상술한 제1 전극 비접촉식 히터의 내용이 적용될 수 있다.
제2 이동부(163)는 제2 석션 헤드(161)가 제1 전극 안착 테이블(141)에 안착된 제2 전극(12)을 스택 테이블(110)에 적층시킬 수 있도록 제2 석션 헤드(161)를 스택 테이블(110)로 이동시킬 수 있다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체 제조 장치에서 홀딩기구 및 스택 테이블을 나타낸 평면도이다.
도 1 및 도 12를 참고하면, 홀딩기구(170)는 스택 테이블(110)에 제1 전극(11) 또는 제2 전극(12)이 적층될 때, 제1 전극(11) 또는 제2 전극(12)을 파지하며 스택 테이블(110)에 고정할 수 있다.
또한, 홀딩기구(170)는 스택 테이블(110)에 제1 전극(11)을 스택(Stack) 시 스택 테이블(110)의 최상측에 적층된 제1 전극(11)의 상면을 가압하여 고정하고, 스택 테이블(110)에 제2 전극(12)을 적층할 때 스택 테이블(110)의 최상측에 적층된 제2 전극(12)의 상면을 가압하여 고정할 수 있다.
즉, 분리막(14) 사이사이에 제1 전극(11) 및 제2 전극(12)이 위치되며 적층되며 적층물을 형성 시, 홀딩기구(170)는 적층물에서 최상위에 위치되는 면을 스택 테이블(110) 방향으로 가압하는 방식으로 파지하여 적층물이 스택 테이블(110)에서 이탈되는 것을 방지할 수 있다.
한편, 홀딩기구(170)는 예를 들어 제1 홀딩기구(171) 및 제2 홀딩기구(172)를 포함하여, 제1 전극(11) 또는 제2 전극(12)의 양측을 고정할 수 있다.
그리고, 예를 들어 홀딩기구(170)가 제1 전극(11) 또는 제2 전극(12)을 파지한 후 스택 테이블(110)이 회전되면, 분리막(14)이 스택 테이블(110)의 회전량에 비례하여 분리막 롤(122)에서 풀어지며 스택 테이블(110) 측으로 공급될 수 있다.
한편, 예를 들어 홀딩기구(170) 및 스택 테이블(110)은 회전장치(미도시)와 연결 또는 결합될 수 있다. 이때, 회전장치는 예를 들어 맨드릴(mandrel)로 구성될 수 있다. 여기서, 홀딩기구(170)가 제1 전극(11)을 또는 제2 전극(12)을 파지하면 회전장치가 홀딩기구(170)와 스택 테이블(110)을 회전시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체 제조 장치(100)의 작동에 대해서 도 1 내지 도 3을 참고하면, 분리막 롤(122)에 권취된 분리막(14)이 분리막 히팅부(121)를 통과하며 공급된다. 즉, 상기 분리막 히팅부(121)를 통과하는 과정에서 상기 분리막(14) 히팅되고, 상기 히팅된 분리막(14)이 스택 테이블(110)로 공급된다. 이렇게 공급된 상기 분리막(14)이 스택 테이블(110)에 적층되고, 가열된 스택 테이블(110)에 의해 분리막(14)이 히팅된다.
그리고, 제1 전극 공급부(130)로부터 제1 전극(11)이 히팅되어 제1 전극 스택부(150)로 공급되면, 제1 전극 스택부(150)에서 제1 전극(11)을 스택 테이블(110)에 적층된 분리막(14)의 상면에 가열하며 적층시킨다.
이때, 제1 전극(11)의 상면을 홀딩기구(170)가 가압하여 스택 테이블(110)에서 제1 전극(11)이 이탈되지 않도록 고정한다.
이후, 스택 테이블(110)이 제2 전극 스택부(160) 방향으로 회전되면, 분리막(14)이 계속적으로 공급되며 제1 전극(11)의 상면을 덮게된다.
그리고, 제2 전극 공급부(140)로부터 히팅되어 공급되는 제2 전극(12)을 제2 전극 스택부(160)가 제1 전극(11)의 상면을 덮고 있는 분리막(14) 부분에 적층시킨다. 여기서, 제2 전극 스택부(160)에서 제2 석션 헤드(161)가 제2 전극(12)을 가압하며 가열하여 제2 전극(12)을 계속적으로 가열시킨다.
이때, 제1 전극(11)의 상면을 가압하고 있는 홀딩기구(170)가 가압부위에서 이탈된 후 제2 전극(12)의 상면을 가압하여 제2 전극(12)을 포함하는 적층물이 스택 테이블(110)에서 이탈되지 않도록 한다.
이후, 제1 전극(11) 및 제2 전극(12)을 적층하는 과정을 반복하며 분리막(14)이 지그 재그(Zig Zag) 폴딩되며 제1 전극(11) 및 제2 전극(12) 사이에 분리막(14)이 위치되는 적층물을 형성시킬 수 있다.
그리고, 적층물을 프레스부(180)로 이동시키고, 프레스부(180)에서 적층물을 열을 가하며 가압하여 가열된 제1 전극(11), 분리막(14), 및 제2 전극(12) 사이를 접착시켜 전극 조립체(10)를 제조할 수 있다. 이때, 가열된 제1 전극(11), 분리막(14), 및 제2 전극(12) 사이가 프레스부(180)를 통해 열이 가해지며 가압되어 열융착될 수 있다.
상기와 같이 구성된 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체 제조 장치(100)는 제1 전극(11), 분리막(14), 및 제2 전극(12)을 가열하며 적층시키고, 프레스부(180)로 열을 가하며 가압하여 제1 전극(11), 분리막(14), 및 제2 전극(12) 사이를 접착시킴으로써, 전극 조립체(10)의 폴딩 풀어짐을 방지하고, 제1 전극(11) 및 제2 전극(12)이 전극 조립체(10)에서 적층 위치가 틀어지는 것을 방지할 수 있다.
또 하나의 본 발명의 다른 실시예에 따른 전극 조립체 제조 장치는 제1 전극 또는 제2 전극을 검사하는 비젼장치를 더 포함할 수 있다. 도 13은 상기 비젼장치를 더 포함하는 전극 조립체 제조 장치의 개념을 나타낸 정면도이다.
도 13에서 홀딩기구를 편의상 생략하였으며, 평면도 상으로 후방측에 위치된 프레스부(180)를 점선으로 도시하였다. 또한, 도 13에서 제1 전극 비접촉식 히터(152) 및 제2 전극 비접촉식 히터(162)는 편의상 생략하였다.
도 13을 참고하면, 전극 조립체 제조 장치(200)는 스택 테이블(110)과, 분리막(14)을 공급하는 분리막 공급부(120)와, 제1 전극(11)을 공급하는 제1 전극 공급부(130)와, 제2 전극(12)을 공급하는 제2 전극 공급부(140)와, 제1 전극(11)을 스택 테이블(110)에 적층시키는 제1 전극 스택부(150)와, 제2 전극(12)을 스택 테이블(110)에 적층시키는 제2 전극 스택부(160), 제1 전극(11), 분리막(14), 및 제2 전극(12) 사이를 접착시키는 프레스부(180), 및 제1 전극(11) 및 제2 전극(12)이 스택 테이블(110)에 적층될 때 고정하는 홀딩기구(170)를 포함(참고 도 12)하고, 스택 테이블(110)을 회전시키는 회전부(R) 및 제1,2 전극(11,12)을 비젼(Vision) 검사하는 비젼장치(290)를 더 포함할 수 있다.
즉, 도 13의 전극 조립체 제조 장치(200)는 전술한 일 실시예에 따른 전극 조립체 제조 장치(100)와 비교할 때, 회전부(R) 및 비전장치(290)를 더 포함하는 차이가 있다.
보다 상세히, 본 발명의 다른 실시예에 따른 전극 조립체 제조 장치(200)에서 비젼장치(290)는 제1 카메라(291) 및 제2 카메라(292)를 포함할 수 있다.
제1 카메라(291)는 제1 전극 공급부(130)에서 제1 전극 안착 테이블(131)에 안착된 제1 전극(11)을 촬영할 수 있고, 제2 카메라(292)는 제2 전극 공급부(140)에서 제2 전극 안착 테이블(141)에 안착된 제2 전극(12)을 촬영할 수 있다.
제1 카메라(291) 및 제2 카메라(292)의 촬영을 통해 획득된 영상 정보를 통해 제1 전극(11) 및 제2 전극(12)의 적층품질을 검사할 수 있다. 이때, 제1 전극(11) 및 제2 전극(12)의 안착 위치와, 크기, 적층상태 등을 검사할 수 있다.
회전부(R)는 스택 테이블(110)을 일방향(r1) 및 타방향(r2)으로 회전시킬 수 있다. 여기서, 회전부(R)의 일측에 제1 전극 스택부(150)가 구비되고, 회전부(R)의 타측에 제1 전극 스택부(150)가 구비될 수 있다.
또한, 회전부(R)는 제1 전극(11)을 적층할 때 스택 테이블(110)을 제1 석션 헤드(151)와 마주보도록 일측으로 회전시키고, 제2 전극(12)을 스택 시 스택 테이블(110)을 제2 석션 헤드(161)와 마주보도록 타측으로 회전시킬 수 있다.
아울러, 회전부(R)는 스택 테이블(110)을 제1 전극 스택부(150) 방향 및 제2 전극 스택부(160) 방향으로 교대로 번갈아 회전시켜, 분리막(14)이 제1 전극(11) 및 제2 전극(12) 사이에 위치되는 방식으로 지그 재그 폴딩(Zig Zag Folding)이 가능할 수 있다.
이하에서 본 발명의 다른 실시예에 따른 전극 조립체 제조 장치(200)의 작동을 설명하기로 한다.
도 1 및 도 13을 참고하면, 분리막 롤(122)에 권취된 분리막(14)이 분리막 히팅부(121)를 통과하며 통과하며 공급된다. 즉, 상기 분리막 히팅부(121)를 통과하는 과정에서 상기 분리막(14) 히팅되고, 상기 히팅된 분리막(14)이 스택 테이블(110)로 공급된다. 이렇게 공급된 상기 분리막(14)이 스택 테이블(110)에 적층되고, 가열된 스택 테이블(110)에 의해 분리막(14)이 히팅된다.
또한, 제1 전극 공급부(130)의 제1 전극 안착 테이블(131)에 제1 전극(11)이 공급되어 안착되면 비젼장치(290)를 통해 제1 전극(11)의 적층 품질을 검사한다. 이때, 제1 전극(11)은 제1 전극 히터(132)에 의해 가열된 제1 전극 안착 테이블(131)을 통해 히팅된다.
그리고, 히팅된 제1 전극(11)이 제1 전극 스택부(150)로 공급되면, 제1 전극 스택부(150)에서 제1 전극(11)을 스택 테이블(110)에 적층된 분리막(14)의 상면에 적층시킨다.
이때, 제1 전극(11)의 상면을 홀딩기구(170)가 가압하여 스택 테이블(110)에서 제1 전극(11)이 이탈되지 않도록 고정한다. 이후, 회전부(R)가 스택 테이블(110)을 제2 전극 스택부(160) 방향으로 회전시키면, 분리막(14)이 계속적으로 공급되며 제1 전극(11)의 상면을 덮게된다.
한편, 제2 전극 공급부(140)의 제2 안착 테이블(141)에 제2 전극(12)이 공급되어 안착되면 비젼장치(290)를 통해 제2 전극(12)의 적층 품질을 검사한다. 이때, 제2 전극(12)은 제2 전극 히터에 의해 가열된 제2 전극 안착 테이블(141)을 통해 히팅된다.
그리고, 히팅된 제2 전극(12)이 제2 전극 스택부(160)로 공급되면, 제2 전극 스택부(160)에서 제2 전극(12)을 스택 테이블(110)에 적층된 분리막(14)의 상면에 적층시킨다.
이때, 제1 전극(11)의 상면을 가압하고 있는 홀딩기구(170)가 가압부위에서 이탈된 후 제2 전극(12)의 상면을 가압하여 제2 전극(12)을 포함하는 적층물이 스택 테이블(110)에서 이탈되지 않도록 한다.
이후, 스택 테이블(110)을 회전시키며 제1 전극(11) 및 제2 전극(12)을 적층하는 과정을 반복함으로써, 분리막(14)이 지그 재그 폴딩되며 제1 전극(11) 및 제2 전극(12) 사이에 분리막(14)이 위치되는 적층물을 형성시킬 수 있다.
그리고, 적층물을 프레스부(180)로 이동시키고, 프레스부(180)에서 적층물을 열을 가하며 가압하여 가열된 제1 전극(11), 분리막(14), 및 제2 전극(12) 사이를 접착시켜 전극 조립체(10)를 제조할 수 있다. 이때, 가열된 제1 전극(11), 분리막(14), 및 제2 전극(12) 사이가 프레스부(180)를 통해 열이 가해지며 가압되어 열융착될 수 있다(참고 도 3).
또한, 도 13의 경우에도, 상술한 바와 같이 상기 제1 전극 스택부(150) 는 제1 석션 헤드(151)와, 제1 전극 비접촉식 히터(152) 및 제1 이동부(153)를 포함할 수 있고, 상기 제2 전극 스택부(160)는 제2 석션 헤드(161)와, 제2 전극 비접촉식 히터 및 제2 이동부(163)를 포함할 수 있고(미도시), 제1 석션 헤드(151), 제1 전극 비접촉식 히터(152) 및 제1 이동부(153), 제2 석션 헤드(161), 제2 전극 비접촉식 히터 및 제2 이동부(163)에 대한 설명은 상술한 바와 같다.
다시 말해서, 도 13의 전극 조립체 제조 장치(200)는 전술한 일 실시예에 따른 전극 조립체 제조 장치(100)와 비교할 때, 회전부(R) 및 비전장치(290)를 더 포함하는 것을 제외하고, 동일한 구성이라고 할 수 있다.
추가적으로 본 발명의 프레스부에 대해서 도 14를 이용하여 구체적으로 설명하고자 한다. 구체적으로 도 14(a)는 본 발명의 일 실시상태에 따른 제1 프레스부(50)를 도시한 사시도이고, 도 14(b)는 본 발명의 일 실시상태에 따른 제2 프레스부(60)를 도시한 사시도이다.
도 14(a)를 참고하면 제1 프레스부(50)는 그리퍼(51)로 적층물(S)을 고정한 상태로 가열 및 가압할 수 있다. 상기 제1 프레스부(50)는 한 쌍의 제1 가압블럭(50a. 50b)으로 구성되어 있고, 상기 한 쌍의 제1 가압블럭(50a. 50b)은 상기 그리퍼(51)의 고정부(51b)와 대응되는 형태의 홈을 제외하면 가압하는 가압면이 모두 평면으로 구비되어 있다.
상기 그리퍼(51)는 상기 적층물(S)의 길이(x) 및 높이(y)와 대응되거나, 적층물(S)의 길이(x) 및 높이(y) 보다 넓게 구비된 본체(51a)와 본체(51a)의 일면에 복수개가 구비되고 적층물(S)의 폭(z) 방향을 따라 기둥 또는 판 형태로 구비되는 고정부(51b)를 포함할 수 있다. 여기서, 적층물(S)의 길이(x)는 적층물(S)의 한 끝에서 다른 끝까지 거리가 가장 긴 부분을 의미하고, 높이(y)는 적층물(S)의 적층 방향의 거리를 의미하고, 폭(z)은 적층물(S)의 상면을 가로로 건너지른 거리를 의미할 수 있다.
상기 고정부(51b)는 상기 본체(51a)의 높이 방향을 따라 위치 조절이 가능하여 상기 고정부(51b)는 적층물(S)의 상면 및 하면과 접촉하여 적층물(S), 적층물(S) 을 고정할 수 있다. 이 후, 상기 제1 프레스부(50)에 포함된 한 쌍의 제1 가압블럭(50a. 50b)은 상호 마주보는 방향으로 이동되며 적층물(S) 및 그리퍼(51) 중 어느 하나 이상을 면 가압하여, 상기 적층물(S)에 포함된 전극 및 분리막 사이를 접착시킬 수 있다.
도 14(b)를 참고하면 제2 프레스부(60)는 상기 제1 프레스부(50)에 의해 1차적으로 가열 및 가압된 적층물(S)을 최종적으로 가열 및 가압할 수 있다. 상기 제2 프레스부(60)는 한 쌍의 제2 가압블럭(60a. 60b)을 포함하며, 한 쌍의 가압블럭(61, 62)은 상호 마주보는 방향으로 이동되며 적층물(S)을 면 가압할 수 있다. 또한, 상기 제2 프레스부(60)에 포함된 한 쌍의 제2 가압블럭(60a. 60b)은 적층물(S)과 접촉하여 가압하는 가압면이 모두 평면으로 구비될 수 있다.
본 발명의 일 실시상태는, 제1 전극, 분리막 및 제2 전극을 포함하는 전극 조립체로서, 상기 제1 전극, 상기 분리막 및 상기 제2 전극은 적층축을 따라서 적층되고, 상기 전극 조립체의 중간에 적층된 분리막의 두께는 상기 전극 조립체의 최외각에 적층된 분리막의 두께의 1배 내지 1.09배인 전극 조립체를 제공한다.
본 발명의 일 실시상태는, 본 발명에 따른 전극 조립체 제조 장치 또는 본 발명에 따른 전극 조립체 제조 방법에 의해 제조된 전극 조립체를 제공한다. 본 발명에 따른 전극 조립체 제조 장치 또는 본 발명에 따른 전극 조립체 제조 방법에 의해 제조된 전극 조립체는 상기 제1 전극, 상기 분리막 및 상기 제2 전극은 적층축을 따라서 적층되고, 상기 전극 조립체의 중간에 적층된 분리막의 두께는 상기 전극 조립체의 최외각에 적층된 분리막의 두께의 1배 내지 1.09배일 수 있다.
본 명세서에 있어서, 상기 "전극 조립체의 최외각"은 상기 적층축을 기준으로 적층되는 적층물의 적층 방향으로의 최상단 위치 또는 최하단 위치를 의미한다.
또한, 본 명세서에 있어서, 상기 "전극 조립체의 중간"은 상기 적층축을 기준으로 적층되는 적층물의 적층 방향으로의 최상단 위치 및 최하단 위치의 사이이고, 중간에 해당하는 위치를 의미한다. 상기 적층축은 상술한 바와 같다. 즉, 상기 적층물(미완성 전극 조립체) 및 전극 조립체의 적층축은 일치한다.
본 발명의 일 실시상태에 있어서, 상기 전극 조립체의 중간에 위치하는 분리막의 두께는 상기 전극 조립체의 최외각에 위치하는 분리막의 두께의 1배 이상 1.09배 이하, 바람직하게는 1배 초과 1.09배 이하, 더욱 바람직하게는 1 초과 1.05배 이하, 더더욱 바람직하게는 1초과 1.03배 이하일 수 있다.
즉, 본 발명의 일 실시상태에 있어서, 상기 전극 조립체는 상기 전극 조립체의 최외각에 위치하는 분리막의 두께가 상기 전극 조립체의 중간에 위치하는 분리막의 두께보다 작고, 상기 전극 조립체의 중간에 위치하는 분리막의 두께는 상기 전극 조립체의 최외각에 위치하는 분리막의 두께의 1.09배 이하일 수 있다.
본 발명의 일 실시상태는, 본 발명에 따른 전극 조립체 제조 장치 또는 본 발명에 따른 전극 조립체 제조 방법에 의해 제조된 전극 조립체를 제공한다. 본 발명에 따른 전극 조립체 제조 장치 또는 본 발명에 따른 전극 조립체 제조 방법에 의해 제조된 상기 전극 조립체는 상기 전극 조립체의 최외각에 위치하는 분리막의 두께가 상기 전극 조립체의 중간에 위치하는 분리막의 두께보다 작고, 상기 전극 조립체의 중간에 위치하는 분리막의 두께는 상기 전극 조립체의 최외각에 위치하는 분리막의 두께의 1.09배 이하일 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 있어서, 상기 전극 조립체의 분리막 두께의 편차는 9% 이하, 바람직하게는 5% 이하, 더욱 바람직하게는 3% 이하일 수 있다. 본 발명에 따른 전극 조립체는 전극 및 분리막이 적층된 적층물(미완성 전극 조립체)을 가열 및 가압하여 제조하는 것으로, 상기 전극 조립체의 최외각 분리막과 상기 전극 조립체의 중간 분리만의 두께 편차가 가장 크기 때문에, 상기 전극 조립체의 최외각 분리막과 상기 전극 조립체의 중간 분리만의 두께를 비교하여 상기 전극 조립체의 분리막 두께의 편차가 상기 수치 범위에 포함되는지 여부를 확인할 수 있다.
이처럼, 본 출원의 실시상태에 따른 전극 조립체는 분리막의 두께가 균일하기 때문에 성능이 균일하며, 내전압도 더 우수한 효과가 있다.
본 발명의 일 실시상태에 있어서, 상기 전극 조립체의 분리막은 상기 전극 조립체를 제조하기 위해 공급되는 분리막 대비 압축될 수 있다. 즉, 상기 조립체를 제조하기 위해 공급되는 분리막은 상기 전극 조립체를 제조하기 위해서 전극 및 분리막이 적층되는 과정과 상기 전극 및 분리막의 적층물이 가열 및 가압하는 과정에서 압축될 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 있어서, 상기 전극 조립체의 분리막은 상기 전극 조립체를 제조하기 위해 공급되는 분리막 대비 압축되고, 상기 전극 조립체의 최외각에 위치하는 분리막의 압축률은 3% 내지 8%, 바람직하게는 4% 내지 8%일 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 있어서, 상기 전극 조립체의 분리막은 상기 전극 조립체를 제조하기 위해 공급되는 분리막 대비 압축되고, 상기 전극 조립체의 중간에 위치하는 분리막의 압축률은 3% 내지 8%, 바람직하게는 4% 내지 8%일 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 있어서, 상기 전극 조립체의 분리막은 상기 전극 조립체를 제조하기 위해 공급되는 분리막 대비 압축되고, 상기 전극 조립체의 최외각에 위치하는 분리막의 압축률은 3% 내지 8%, 바람직하게는 4% 내지 8%이고, 상기 전극 조립체의 중간에 위치하는 분리막의 압축률은 3% 내지 8%, 바람직하게는 4% 내지 8%일 수 있다.
상기 분리막의 압축률은 공급되는 분리막의 두께(원단 두께, 공정 전)와 전극 조립체 완성 후(공정 후)의 분리막의 두께의 차이를 통해 계산할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 있어서, 상기 전극 조립체의 분리막은 상기 전극 조립체를 제조하기 위해 공급되는 분리막 대비 압축될 수 있고, 상기 전극 조립체의 최외각에 위치하는 분리막의 압축률은 상기 전극 조립체의 중간에 위치하는 분리막의 압축률보다 큰 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 있어서, 상기 전극 조립체의 분리막은 상기 전극 조립체를 제조하기 위해 공급되는 분리막 대비 압축될 수 있고, 상기 전극 조립체의 최외각에 위치하는 분리막의 압축률은 상기 전극 조립체의 중간에 위치하는 분리막의 압축률보다 크고, 상기 압축률 차이는 3%p (Percentage Point), 바람직하게는 2%p, 더욱 바람직하게는 1.5%p일 수 있다.
이처럼, 본 발명의 실시상태에 따른 전극 조립체는 미완성 전극 조립체를 가열 및 가압하여 전극 및 분리막의 접착성을 증가시키는 과정에서 상기 분리막이 압축되는 것이 특징이다. 또한, 상기 가열 및 가압에 의한 분리막 압축률이 전극 조립체 내의 분리막 적층 위치에 따라서 차이가 적은 것이 또 하나의 특징이다. 즉, 본 발명에 따른 전극 조립체는 분리막의 두께가 균일하기 때문에 성능이 균일하며, 내전압도 더 우수한 효과가 있다.
본 발명의 일 실시상태에 있어서, 상기 전극 조립체의 내전압은 1.5kv 이상일 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 전극 조립체 제조 장치 및 상기 제조 장치의 구성에 관한 설명은 본 발명에 따른 제조방법 및 본 발명에 따른 제조방법에 의해 제조된 전극 조립체에도 적용할 수 있다.
즉, 상술한 전극 조립체는 상기 전극 조립체는 지그 재그(Zig Zag) 형태로 폴딩되면서 적층되는 상기 분리막; 및 상기 적층된 분리막과 분리막 사이에 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극이 번갈아면서 각각 적층된 형태일 수 있다.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것은 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게는 자명할 것이다.
<전극 조립체 제조>
1) 실시예 1
양극 공급부, 음극 공급부 및 분리막 공급부로부터 각각 양극 19장, 음극 20장 및 분리막을 스택 테이블에 공급하였다.
보다 구체적으로, 양극 및 음극은 각각 양극 시트 및 음극 시트에서 커팅(cutting)된 형태로 공급되고, 분리막은 분리막 시트의 형태로 공급되었다. 이 후, 상기 스택 테이블을 회전시키면서 공급되는 분리막을 폴딩(folding)시키며, 상기 양극, 음극 및 분리막을 적층시켰다.
이 때, 양극 및 음극은 각각 석션 헤드, 전극 비접촉식 히터 및 이동부를 포함하는 전극 스택부를 이용하여 공급하였으며, 이 때, 상기 전극 비접촉식 히터로 하기 표 1의 관리 온도(실시예 1의 경우 60℃)를 만족하도록 전극을 가열하면서 공급하였다. 즉, 상기 양극 및 음극의 표면이 60℃를 만족하도록 전극을 가열하면서 공급하였다.
또한, 상기 전극 비접촉식 히터로 전극을 가열하면서 공급한 경우를 하기 표 1에 사전 가열 적용여부에 'O'로 기재하였다.
동시에 홀딩기구로 스택 테이블의 최상측에 적층된 상기 양극 또는 음극의 적층을 진행하였고, 결과적으로, 상기 폴딩되는 상기 분리막 사이사이에 상기 양극 및 음극이 교대로 배치되는 형태로 스택 테이블 위에 적층하여 전극 39장을 사용한 적층물을 제조하였다.
상기 적층물을 제조한 이 후, 상기 적층물을 그리퍼로 파지하고 70℃의 온도 조건 및 1.91MPa의 압력 조건으로 상기 적층물을 히팅시키면서 15초 동안 가압하였다(제1차 히트 프레스 단계 진행).
상기 제1차 히트 프레스 단계 이 후, 스택 테이블의 온도가 70℃(온도 조건)가 되도록 가열하고, 프레스의 가압 블록으로 상기 적층물에 2.71Mpa의 압력(압력 조건)을 10초(프레스 시간)동안 가하는 제2차 히트 프레스 단계를 진행하여, 실시예 1의 전극 조립체를 제조하였다.
전극 조립체를 제조하는 과정에서 본 발명에 관해서 상술한 내용이 적용될 수 있다.
2) 실시예 2 내지 4, 비교예 1 및 2
실시예 1에서 관리 온도를 하기 표 1의 관리 온도를 만족하도록 전극을 가열하면서 공급한 것을 제외하고, 실시예 1과 동일한 방법으로 실시예 2 내지 4, 비교예 1 및 2의 전극 조립체를 제조하였다.
3) 비교예 3
전극 비접촉식 히터로 전극을 가열하면서 공급하는 과정을 생략하고, 전극과 분리막 접착 안정성을 확보하기 위하여 실시예 1에서의 1차 히트 프레스 단계를 30초, 2차 히트 프레스 단계를 30초로 증가하여 진행하고, 비교예 3의 전극 조립체를 제조하였다.
<실험예 1 - 분리막 접착 안정성 평가>
실시예 1 내지 4 및 비교예 1 내지 3의 전극 조립체의 측면 부분을 육안으로 관찰하여 분리막 접착 안정성을 평가하였다.
도 15(a)는 비교예 1의 전극 조립체를 보여주는 촬영 이미지이고, 도 15(b)는 실시예 1의 전극 조립체를 보여주는 촬영 이미지다.
도 15(a)와 같이 전극과 분리막의 접착성이 좋지 않아서 전극과 분리막이 벌어지는 현상이 관찰(점선원으로 표시된 위치)되는 경우, 이를 분리막 접착 안정성이 'X'인 것으로 라고 하기 표 1에 표시하였다. 반대로 도 15(b)와 같이 전극과 분리막이 벌어지는 현상이 관찰되지 않는 경우(점선원으로 표시된 위치)는 분리막 접착 안정성이 'O'인 것이라고 표시하였다.
<실험예 2 - 분리막 통기도 평가>
실시예 1 내지 4 및 비교예 1 내지 3의 전극 조립체를 분해하여 상기 전극 조립체의 적층 방향을 기준으로 상기 전극 조립체의 상단과 하단의 중간 위치에 해당하는 분리막을 포집한 후, 절단하여 5㎝ X 5㎝(가로 X 세로) 크기의 분리막 샘플을 준비하였다. 이 후, 상기 분리막 샘플을 유기 용매로 세척하였다.
이 후, 일본 산업 표준의 걸리(JIS Gurley) 측정방법에 따라 Toyoseiki사 Gurley type Densometer(No. 158)를 사용하여 상기 분리막이 상온 및 0.05MPa의 압력 조건에서 100ml(또는 100cc)의 공기가 1 평방 인치의 분리막을 통과하는데 걸리는 시간을 측정함으로써, 실시예 1 내지 4 및 비교예 1 내지 3의 통기도를 측정하였다.
그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
| 사전 가열 적용 | 관리 온도 (℃) | 분리막 접착 안정성 | 분리막 통기도 (sec/100ml) | |
| 실시예 1 | O | 60 | O | 97 |
| 실시예 2 | O | 80 | O | 100 |
| 실시예 3 | O | 100 | O | 103 |
| 실시예 4 | O | 120 | O | 107 |
| 비교예 1 | O | 45 | X | 95 |
| 비교예 2 | O | 150 | O | 5940 |
| 비교예 3 | X | - | O | 98 |
상기 표 1에서 확인할 수 있듯이, 전극을 개별적으로 가열하는 경우, 전극의 표면 온도가 본 발명에 따른 관리 온도 범위 미만인 경우에도 분리막 접착 안정성이 좋지 않음을 비교예 1의 결과로부터 확인할 수 있었다.
또한, 전극의 표면 온도가 본 발명에 따른 관리 온도 범위 초과에 해당하는 비교예 2의 경우 분리막 접착 안정성은 문제가 없으나, 통기도가 5940 sec/100ml로 지나치케 큰 값을 가지고 있기 때문에 전극 조립체의 성능을 저하시킬 수 있다.
비교예 3은 분리막 접착 안정성 및 분리막 통기도 측면에서 실시예와 유사할 수 있으나 실시예보다 많은 시간 동안 히트 프레스 단계를 진행해야 함을 확인할 수 있었다. 전극 조립체를 대량 생산하는 측면에서 제조 시간이 늘어난다는 것은 공정상 효율 및 비용 측면에서 비교예 3보다 실시예 1 내지 4가 우수한 효과가 있음을 의미한다.
<실험예 3 - 분리막 원단 두께 변화 및 분리막 압축률 평가>
실시예 1 및 비교예 3의 전극 조립체에 대해서 분리막 원단 두께 변화 및 분리막 압축률을 평가하였다.
구체적으로, 적층 전 분리막 원단 두께를 측정한 후, 실시예 1 및 비교예 3의 전극 조립체를 분해하여 상기 전극 조립체의 적층 방향을 기준으로 상기 전극 조립체의 상단(최외각)에 위치하는 분리막과 상기 전극 조립체의 상단과 하단의 중간 위치(중앙부)에 해당하는 분리막을 포집하여, 공정 전 후의 분리막 원단 두께 변화를 측정하였고, 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다. 또한, 상기 분리막 원단 두께 변화 값으로부터 분리막 압축률도 계산하여 하기 표 2에 나타내었다.
| 분리막 원단 두께 (㎛) | 분리막 압축률 (%) | ||||
| 중앙부 | 최외각 | 중앙부 | 최외각 | ||
| 실시예 1 | 공정 전 | 9.8 | 6 | 7 | |
| 공정 후 | 9.3 | 9.2 | |||
| 비교예 3 | 공정 전 | 9.8 | 0 | 9 | |
| 공정 후 | 9.8 | 8.9 | |||
상기 표 2에서 확인할 수 있듯이, 전극을 개별적으로 가열하지 않는 경우, 분리막의 원단 두께 변화 편차가 큰 것을 확인할 수 있으며, 최외각의 경우 필요 이상으로 분리막의 원단 두께가 감소하고, 중앙부의 경우 분리막의 원단 두께 변화가 거의 발생하지 않음을 확인할 수 있었다. 즉, 비교예 3의 경우 분리막 접착 안정성 및 분리막 통기도 측면에서 실시예와 유사할 수 있으나 실시예보다 많은 시간 동안 히트 프레스 단계를 진행해야 하고, 실시예와 다르게 전극 조립체의 위치에 따라서 분리막 두께의 편차가 크게 발생함을 확인할 수 있었다.
이 것은 전극 조립체가 전극 조립체의 위치와 무관하게 균일한 성능을 가지기 어려움을 의미하는 것이다. 즉, 본 발명에 따른 제조 장치 및 방법으로 제조된 전극 조립체는 균일할 성능을 가지는 것을 확인할 수 있었다.
<실험예 4 - 내전압 평가>
실시예 1 및 비교예 3의 전극 조립체에 대해서 내전압을 평가하였다. 그 결과를 하기 표 3에 나타내었다.
| 내전압 (kV) | |
| 실시예 1 | 1.58 |
| 비교예 3 | 1.17 |
상기 표 3에서 확인할 수 있듯이, 전극을 개별적으로 가열하는 경우, 전극을 개별적으로 가열하지 않는 경우보다 내전압이 우수함을 확인할 수 있었다. 즉, 비교예 3의 경우 분리막 접착 안정성 및 분리막 통기도 측면에서 실시예와 유사할 수 있으나 실시예보다 많은 시간 동안 히트 프레스 단계를 진행해야 하고, 실시예보다 내전압 성능이 좋지 않음을 확인할 수 있었다.
상기 실험예로부터 본 발명의 전극 조립체 장치 및 방법으로 제조된 전극 조립체는 전극 및 분리막의 안정성이 우수하고, 분리막 변형이 일어나지 않는 적절할 수준의 통기도를 가지고 있음을 확인할 수 있었다.
또한, 내전압이 우수하고, 균일한 성능의 전극 조립체를 제조할 수 있음을 확인할 수 있었다.
10: 전극 조립체
11: 제1 전극
11a: 제1 전극 탭
12: 제2 전극
12a: 제2 전극 탭
14: 분리막
51: 그리퍼
51a: 본체
51b: 고정부
100,200: 전극 조립체 제조 장치
110: 스택 테이블
111: 테이블 몸체
112: 스택 테이블 히터
120: 분리막 공급부
121: 분리막 히팅부
121a: 몸체
121b: 분리막 히터
122: 분리막 롤
130: 제1 전극 공급부
131: 제1 전극 안착 테이블
132: 제1 전극 히터
133: 제1 전극 롤
134: 제1 커터
135: 제1 컨베이어 벨트
136: 제1 전극 공급 헤드
140: 제2 전극 공급부
141: 제2 전극 안착 테이블
142: 제2 전극 히터
143: 제2 전극 롤
144: 제2 커터
145: 제2 컨베이어 벨트
146: 제2 전극 공급 헤드
150: 제1 전극 스택부
151: 제1 석션 헤드
151a: 진공 흡입구
151b: 바닥면
152: 제1 전극 비접촉식 히터
153: 제1 이동부
160: 제2 전극 스택부
161: 제2 석션 헤드
162: 제2 전극 비접촉식 히터
163: 제2 이동부
170: 홀딩기구
171: 제1 홀딩기구
172: 제2 홀딩기구
180: 프레스부
181: 제1 가압블럭
182: 제2 가압블럭
183,184: 프레스 히터
290: 비젼장치
291: 제1 카메라
292: 제2 카메라
R: 회전부
S: 적층물
11: 제1 전극
11a: 제1 전극 탭
12: 제2 전극
12a: 제2 전극 탭
14: 분리막
51: 그리퍼
51a: 본체
51b: 고정부
100,200: 전극 조립체 제조 장치
110: 스택 테이블
111: 테이블 몸체
112: 스택 테이블 히터
120: 분리막 공급부
121: 분리막 히팅부
121a: 몸체
121b: 분리막 히터
122: 분리막 롤
130: 제1 전극 공급부
131: 제1 전극 안착 테이블
132: 제1 전극 히터
133: 제1 전극 롤
134: 제1 커터
135: 제1 컨베이어 벨트
136: 제1 전극 공급 헤드
140: 제2 전극 공급부
141: 제2 전극 안착 테이블
142: 제2 전극 히터
143: 제2 전극 롤
144: 제2 커터
145: 제2 컨베이어 벨트
146: 제2 전극 공급 헤드
150: 제1 전극 스택부
151: 제1 석션 헤드
151a: 진공 흡입구
151b: 바닥면
152: 제1 전극 비접촉식 히터
153: 제1 이동부
160: 제2 전극 스택부
161: 제2 석션 헤드
162: 제2 전극 비접촉식 히터
163: 제2 이동부
170: 홀딩기구
171: 제1 홀딩기구
172: 제2 홀딩기구
180: 프레스부
181: 제1 가압블럭
182: 제2 가압블럭
183,184: 프레스 히터
290: 비젼장치
291: 제1 카메라
292: 제2 카메라
R: 회전부
S: 적층물
Claims (20)
- 제1 전극, 분리막 및 제2 전극을 포함하는 전극 조립체를 제조하는 장치로서,
상기 제1 전극, 분리막 및 제2 전극이 적층되어 상기 제1 전극, 분리막 및 제2 전극을 포함하는 적층물이 놓여지는 스택 테이블;
상기 분리막을 상기 스택 테이블에 공급하는 분리막 공급부;
상기 제1 전극을 상기 스택 테이블에 공급하는 제1 전극 공급부;
상기 제2 전극을 상기 스택 테이블에 공급하는 제2 전극 공급부;
상기 제1 전극 공급부로부터 공급된 상기 제1 전극을 상기 스택 테이블에 적층시키는 제1 전극 스택부; 및
상기 제2 전극 공급부로부터 공급된 상기 제2 전극을 상기 스택 테이블에 적층시키는 제2 전극 스택부를 포함하고,
상기 제1 전극 공급부, 상기 제2 전극 공급부, 상기 제1 전극 스택부 및 상기 제2 전극 스택부 중 적어도 하나는 가열 대상과 물리적으로 직접 접촉하지 않고, 상기 가열 대상을 가열하는 비접촉식 히터(Heater)를 포함하고, 상기 히터에 의해서 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극을 각각 가열하는 전극 조립체 제조 장치. - 제1항에 있어서,
상기 전극 조립체는 지그 재그(Zig Zag) 형태로 폴딩되면서 적층되는 상기 분리막; 및
상기 적층된 분리막과 분리막 사이에 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극이 번갈아면서 각각 적층된 형태인 전극 조립체 제조 장치. - 제1항에 있어서,
상기 제1 전극 공급부는 상기 제1 전극이 상기 제1 전극 스택부에 의해 상기 스택 테이블에 적층되기 전에 안착되는 제1 전극 안착 테이블을 더 포함하고,
상기 제2 전극 공급부는 상기 제2 전극이 상기 제2 전극 스택부에 의해 상기 스택 테이블에 적층되기 전에 안착 되는 제2 전극 안착 테이블을 더 포함하며,
상기 제1 전극 안착 테이블 및 상기 제2 전극 안착 테이블 중 적어도 하나는 상기 비접촉식 히터(Heater)를 포함하는 전극 조립체 제조 장치. - 제3항에 있어서,
상기 제1 전극 스택부는 상기 제1 전극 안착 테이블에 안착된 상기 제1 전극을 진공 흡입하는 제1 석션 헤드를 더 포함하고,
상기 제2 전극 스택부는 상기 제2 전극 안착 테이블에 안착된 상기 제2 전극을 진공 흡입하는 제2 석션 헤드를 더 포함하고,
상기 제1 석션 헤드 및 상기 제2 석션 헤드 중 적어도 하나는 상기 비접촉식 히터(Heater)를 포함하는 전극 조립체 제조 장치. - 제1항에 있어서,
상기 비접촉식 히터는 복사 방식 또는 유도 가열 방식으로 열을 전달하여 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극을 각각 가열하는 전극 조립체 제조 장치. - 제1항에 있어서,
상기 제1 전극 및 상기 제2 전극의 표면 온도를 측정하는 온도 센서를 더 포함하고,
상기 온도 센서를 통해 측정된 온도를 기준으로 상기 비접촉식 히터의 가열 온도를 조절하여 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극의 표면 온도를 관리 온도 범위로 조절하는 제어부를 더 포함하는 전극 조립체 제조 장치. - 제6항에 있어서,
상기 관리 온도 범위는 50℃ 내지 140℃인 전극 조립체 제조 장치. - 제1항에 있어서,
상기 스택 테이블은
상기 제1 전극, 상기 분리막 및 상기 제2 전극이 적층되는 테이블 몸체; 및
상기 테이블 몸체를 가열하여 상기 테이블 몸체에 적층된 적층물을 가열하는 스택 테이블 히터를 포함하는 전극 조립체 제조 장치. - 제8항에 있어서,
상기 스택 테이블 히터는 가열 대상과 물리적으로 직접 접촉하지 않고, 상기 가열 대상을 가열하는 비접촉식 히터인 전극 조립체 제조 장치. - 제1항에 있어서,
상기 스택 테이블에 상기 제1 전극 또는 상기 제2 전극이 적층될 때 상기 제1 전극 또는 상기 제2 전극을 파지하며 상기 스택 테이블에 고정하는 홀딩기구를 포함하는 전극 조립체 제조 장치. - 제10항에 있어서,
상기 홀딩기구는
상기 스택 테이블에 상기 제1 전극을 적층할 때 상기 스택 테이블의 최상측에 적층된 상기 제2 전극의 상면을 파지하여 고정하고,
상기 스택 테이블에 상기 제2 전극을 적층할 때 상기 스택 테이블의 최상측에 적층된 상기 제1 전극의 상면을 파지하여 고정하는 전극 조립체 제조 장치. - 제1항에 있어서,
상기 적층물을 가열 및 가압하는 프레스부를 더 포함하는 전극 조립체 제조 장치. - 제1 전극, 분리막 및 제2 전극을 포함하는 전극 조립체의 제조 방법으로서,
상기 분리막을 가열하면서 스택 테이블에 공급하여 적층하는 단계;
상기 제1 전극을 가열 대상과 물리적으로 직접 접촉하지 않고, 상기 가열 대상을 가열하는 비접촉식 히터로 가열하고, 상기 스택 테이블에 공급하여 적층하는 단계; 및
상기 제2 전극을 가열 대상과 물리적으로 직접 접촉하지 않고, 상기 가열 대상을 가열하는 비접촉식 히터로 가열하고, 상기 스택 테이블에 공급하여 적층하는 단계를 포함하고,
상기 스택 테이블은 상기 제1 전극, 상기 분리막 및 상기 제2 전극을 포함하는 적층물이 놓여지는 것인 전극 조립체 제조 방법. - 제13항에 있어서,
상기 전극 조립체는 지그 재그(Zig Zag) 형태로 폴딩되면서 적층되는 상기 분리막; 및
상기 적층된 분리막과 분리막 사이에 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극이 번갈아면서 각각 적층된 형태인 전극 조립체 제조 방법. - 제13항에 있어서,
상기 비접촉식 히터는 복사 방식 또는 유도 가열 방식으로 열을 전달하여 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극으로 가열하는 전극 조립체의 제조 방법. - 제13항에 있어서,
상기 제1 전극을 가열 대상과 물리적으로 직접 접촉하지 않고, 상기 가열 대상을 가열하는 비접촉식 히터로 가열하고, 스택 테이블에 공급하는 단계는
상기 제1 전극의 표면 온도를 측정하는 단계; 및
상기 측정된 온도를 기준으로 상기 비접촉식 히터의 가열 온도를 조절하여 상기 제1 전극의 표면 온도를 관리 온도 범위로 조절하는 단계를 포함하고,
상기 제2 전극을 가열 대상과 물리적으로 직접 접촉하지 않고, 상기 가열 대상을 가열하는 비접촉식 히터로 가열하고, 스택 테이블에 공급하는 단계는
상기 제2 전극의 표면 온도를 측정하는 단계; 및
상기 측정된 온도를 기준으로 상기 비접촉식 히터의 가열 온도를 조절하여 상기 제2 전극의 표면 온도를 관리 온도 범위로 조절하는 단계를 포함하는 전극 조립체의 제조 방법. - 제16항에 있어서,
상기 관리 온도 범위는 50℃ 내지 140℃인 전극 조립체의 제조 방법. - 제16항에 있어서,
상기 제1 전극 및 상기 제2 전극의 표면 온도가 관리 온도 범위로 조절되는 경우, 상기 비접촉식 히터의 작동을 멈추는 단계를 더 포함하는 것인 전극 조립체의 제조 방법. - 제1 전극, 분리막 및 제2 전극을 포함하는 전극 조립체로서,
상기 제1 전극, 상기 분리막 및 상기 제2 전극은 적층축을 따라서 적층되고,
상기 전극 조립체의 중간에 적층된 분리막의 두께는 상기 전극 조립체의 최외각에 적층된 분리막의 두께의 1배 내지 1.09배인 전극 조립체. - 청구항 19에 있어서,
상기 전극 조립체의 분리막은 상기 전극 조립체를 제조하기 위해 공급되는 분리막 대비 압축되고,
상기 전극 조립체의 최외각에 위치하는 분리막의 압축률은 3% 내지 8%이고,
상기 전극 조립체의 중간에 위치하는 분리막의 압축률은 3% 내지 8%인 전극 조립체.
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| KR20130132230A (ko) | 2012-05-25 | 2013-12-04 | 주식회사 엘지화학 | 단차를 갖는 전극 조립체 및 이를 포함하는 전지셀, 전지팩 및 디바이스 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
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| EP4358214A1 (en) | 2024-04-24 |
| WO2023177220A1 (ko) | 2023-09-21 |
| CN117836990A (zh) | 2024-04-05 |
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