KR20230150924A - 전극 조립체 제조장치 및 제조방법 - Google Patents
전극 조립체 제조장치 및 제조방법 Download PDFInfo
- Publication number
- KR20230150924A KR20230150924A KR1020230140860A KR20230140860A KR20230150924A KR 20230150924 A KR20230150924 A KR 20230150924A KR 1020230140860 A KR1020230140860 A KR 1020230140860A KR 20230140860 A KR20230140860 A KR 20230140860A KR 20230150924 A KR20230150924 A KR 20230150924A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- electrode
- laminate
- separator
- stack
- gripper
- Prior art date
Links
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 95
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 23
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 42
- 238000003825 pressing Methods 0.000 claims description 83
- 238000012546 transfer Methods 0.000 claims description 40
- 230000006835 compression Effects 0.000 claims description 3
- 238000007906 compression Methods 0.000 claims description 3
- 239000010954 inorganic particle Substances 0.000 description 32
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 24
- 239000011247 coating layer Substances 0.000 description 17
- 239000000463 material Substances 0.000 description 16
- -1 LiV 3 O 8 Chemical class 0.000 description 15
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 13
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 12
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 12
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 11
- 230000000712 assembly Effects 0.000 description 11
- 238000000429 assembly Methods 0.000 description 11
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 10
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 10
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 10
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N nickel Substances [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N Lithium ion Chemical compound [Li+] HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 9
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 9
- 229910001416 lithium ion Inorganic materials 0.000 description 9
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 8
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 8
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 8
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 8
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 6
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 6
- 230000008569 process Effects 0.000 description 6
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 6
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 5
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 5
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 5
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 5
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 5
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 4
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000000945 filler Substances 0.000 description 4
- 239000007774 positive electrode material Substances 0.000 description 4
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 4
- 239000004743 Polypropylene Substances 0.000 description 3
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 3
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 3
- 239000011888 foil Substances 0.000 description 3
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000007773 negative electrode material Substances 0.000 description 3
- 230000035699 permeability Effects 0.000 description 3
- 229920000098 polyolefin Polymers 0.000 description 3
- 229920001155 polypropylene Polymers 0.000 description 3
- 230000032258 transport Effects 0.000 description 3
- CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N Acetone Chemical compound CC(C)=O CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229920000049 Carbon (fiber) Polymers 0.000 description 2
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229920002943 EPDM rubber Polymers 0.000 description 2
- 229910015645 LiMn Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910014689 LiMnO Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000004698 Polyethylene Substances 0.000 description 2
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- PPBRXRYQALVLMV-UHFFFAOYSA-N Styrene Chemical compound C=CC1=CC=CC=C1 PPBRXRYQALVLMV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N Zinc monoxide Chemical compound [Zn]=O XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000011149 active material Substances 0.000 description 2
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 2
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 2
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000004917 carbon fiber Substances 0.000 description 2
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 2
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 2
- 229920001971 elastomer Polymers 0.000 description 2
- 239000008151 electrolyte solution Substances 0.000 description 2
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 2
- 239000002657 fibrous material Substances 0.000 description 2
- 239000006260 foam Substances 0.000 description 2
- 229910010272 inorganic material Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011147 inorganic material Substances 0.000 description 2
- 230000037427 ion transport Effects 0.000 description 2
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 2
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 2
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 2
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 description 2
- 229920000573 polyethylene Polymers 0.000 description 2
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000004332 silver Substances 0.000 description 2
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 2
- OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N titanium oxide Inorganic materials [Ti]=O OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910000838 Al alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910015902 Bi 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229920002134 Carboxymethyl cellulose Polymers 0.000 description 1
- 229910000925 Cd alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000640 Fe alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- YCKRFDGAMUMZLT-UHFFFAOYSA-N Fluorine atom Chemical compound [F] YCKRFDGAMUMZLT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910005793 GeO 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229920002153 Hydroxypropyl cellulose Polymers 0.000 description 1
- 229910018119 Li 3 PO 4 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000733 Li alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910007969 Li-Co-Ni Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910008163 Li1+x Mn2-x O4 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910010116 LiAlTiP Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910012851 LiCoO 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910015643 LiMn 2 O 4 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910013709 LiNi 1-x M Inorganic materials 0.000 description 1
- WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N Lithium Chemical compound [Li] WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910006555 Li—Co—Ni Inorganic materials 0.000 description 1
- MKGYHFFYERNDHK-UHFFFAOYSA-K P(=O)([O-])([O-])[O-].[Ti+4].[Li+] Chemical compound P(=O)([O-])([O-])[O-].[Ti+4].[Li+] MKGYHFFYERNDHK-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 1
- PPVYRCKAOVCGRJ-UHFFFAOYSA-K P(=S)([O-])([O-])[O-].[Ge+2].[Li+] Chemical compound P(=S)([O-])([O-])[O-].[Ge+2].[Li+] PPVYRCKAOVCGRJ-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 1
- 229910020213 PB(Mg3Nb2/3)O3-PbTiO3 Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002033 PVDF binder Substances 0.000 description 1
- 229910020210 Pb(Mg3Nb2/3)O3—PbTiO3 Inorganic materials 0.000 description 1
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920000265 Polyparaphenylene Polymers 0.000 description 1
- 239000004372 Polyvinyl alcohol Substances 0.000 description 1
- 229910020346 SiS 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910006404 SnO 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229920002472 Starch Polymers 0.000 description 1
- ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N Tin Chemical compound [Sn] ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N Titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004699 Ultra-high molecular weight polyethylene Substances 0.000 description 1
- QDDVNKWVBSLTMB-UHFFFAOYSA-N [Cu]=O.[Li] Chemical compound [Cu]=O.[Li] QDDVNKWVBSLTMB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- JFBZPFYRPYOZCQ-UHFFFAOYSA-N [Li].[Al] Chemical compound [Li].[Al] JFBZPFYRPYOZCQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- XHCLAFWTIXFWPH-UHFFFAOYSA-N [O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[V+5].[V+5] Chemical class [O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[V+5].[V+5] XHCLAFWTIXFWPH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000006230 acetylene black Substances 0.000 description 1
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 1
- 229910001420 alkaline earth metal ion Inorganic materials 0.000 description 1
- HSFWRNGVRCDJHI-UHFFFAOYSA-N alpha-acetylene Natural products C#C HSFWRNGVRCDJHI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- AZDRQVAHHNSJOQ-UHFFFAOYSA-N alumane Chemical compound [AlH3] AZDRQVAHHNSJOQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000004873 anchoring Methods 0.000 description 1
- 229910021383 artificial graphite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000006229 carbon black Substances 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 239000006231 channel black Substances 0.000 description 1
- 229920001940 conductive polymer Polymers 0.000 description 1
- 150000004696 coordination complex Chemical class 0.000 description 1
- 229920001577 copolymer Polymers 0.000 description 1
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- NJLLQSBAHIKGKF-UHFFFAOYSA-N dipotassium dioxido(oxo)titanium Chemical compound [K+].[K+].[O-][Ti]([O-])=O NJLLQSBAHIKGKF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 1
- 238000010494 dissociation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000005593 dissociations Effects 0.000 description 1
- 150000002019 disulfides Chemical class 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 229910052731 fluorine Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011737 fluorine Substances 0.000 description 1
- 239000006232 furnace black Substances 0.000 description 1
- 230000004927 fusion Effects 0.000 description 1
- 229910052733 gallium Inorganic materials 0.000 description 1
- PVADDRMAFCOOPC-UHFFFAOYSA-N germanium monoxide Inorganic materials [Ge]=O PVADDRMAFCOOPC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000003365 glass fiber Substances 0.000 description 1
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 1
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 1
- CJNBYAVZURUTKZ-UHFFFAOYSA-N hafnium(iv) oxide Chemical compound O=[Hf]=O CJNBYAVZURUTKZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052736 halogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000002367 halogens Chemical class 0.000 description 1
- 229920001903 high density polyethylene Polymers 0.000 description 1
- 239000004700 high-density polyethylene Substances 0.000 description 1
- 239000001863 hydroxypropyl cellulose Substances 0.000 description 1
- 235000010977 hydroxypropyl cellulose Nutrition 0.000 description 1
- 238000005470 impregnation Methods 0.000 description 1
- 239000004615 ingredient Substances 0.000 description 1
- 239000012212 insulator Substances 0.000 description 1
- 239000003273 ketjen black Substances 0.000 description 1
- 239000006233 lamp black Substances 0.000 description 1
- 229920000092 linear low density polyethylene Polymers 0.000 description 1
- 239000004707 linear low-density polyethylene Substances 0.000 description 1
- 239000011244 liquid electrolyte Substances 0.000 description 1
- 239000001989 lithium alloy Substances 0.000 description 1
- 229910000625 lithium cobalt oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000659 lithium lanthanum titanates (LLT) Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910021445 lithium manganese complex oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910002102 lithium manganese oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001386 lithium phosphate Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910003002 lithium salt Inorganic materials 0.000 description 1
- 159000000002 lithium salts Chemical class 0.000 description 1
- BFZPBUKRYWOWDV-UHFFFAOYSA-N lithium;oxido(oxo)cobalt Chemical compound [Li+].[O-][Co]=O BFZPBUKRYWOWDV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- VROAXDSNYPAOBJ-UHFFFAOYSA-N lithium;oxido(oxo)nickel Chemical compound [Li+].[O-][Ni]=O VROAXDSNYPAOBJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- VLXXBCXTUVRROQ-UHFFFAOYSA-N lithium;oxido-oxo-(oxomanganiooxy)manganese Chemical group [Li+].[O-][Mn](=O)O[Mn]=O VLXXBCXTUVRROQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- URIIGZKXFBNRAU-UHFFFAOYSA-N lithium;oxonickel Chemical compound [Li].[Ni]=O URIIGZKXFBNRAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920001684 low density polyethylene Polymers 0.000 description 1
- 239000004702 low-density polyethylene Substances 0.000 description 1
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 description 1
- 229910052748 manganese Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011572 manganese Substances 0.000 description 1
- 238000000691 measurement method Methods 0.000 description 1
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 1
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 229910021382 natural graphite Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910021470 non-graphitizable carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 1
- 239000011574 phosphorus Substances 0.000 description 1
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 1
- 229920001197 polyacetylene Polymers 0.000 description 1
- 229920002451 polyvinyl alcohol Polymers 0.000 description 1
- 229920002981 polyvinylidene fluoride Polymers 0.000 description 1
- 229920000036 polyvinylpyrrolidone Polymers 0.000 description 1
- 239000001267 polyvinylpyrrolidone Substances 0.000 description 1
- 235000013855 polyvinylpyrrolidone Nutrition 0.000 description 1
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 1
- 238000006722 reduction reaction Methods 0.000 description 1
- 239000004627 regenerated cellulose Substances 0.000 description 1
- 230000000284 resting effect Effects 0.000 description 1
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 1
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 1
- 230000035939 shock Effects 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- 239000008107 starch Substances 0.000 description 1
- 235000019698 starch Nutrition 0.000 description 1
- 229920005608 sulfonated EPDM Polymers 0.000 description 1
- 238000004381 surface treatment Methods 0.000 description 1
- BFKJFAAPBSQJPD-UHFFFAOYSA-N tetrafluoroethene Chemical group FC(F)=C(F)F BFKJFAAPBSQJPD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- TXEYQDLBPFQVAA-UHFFFAOYSA-N tetrafluoromethane Chemical compound FC(F)(F)F TXEYQDLBPFQVAA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- JUWGUJSXVOBPHP-UHFFFAOYSA-B titanium(4+);tetraphosphate Chemical compound [Ti+4].[Ti+4].[Ti+4].[O-]P([O-])([O-])=O.[O-]P([O-])([O-])=O.[O-]P([O-])([O-])=O.[O-]P([O-])([O-])=O JUWGUJSXVOBPHP-UHFFFAOYSA-B 0.000 description 1
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 1
- 238000000844 transformation Methods 0.000 description 1
- 229910052723 transition metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000003624 transition metals Chemical group 0.000 description 1
- BHZCMUVGYXEBMY-UHFFFAOYSA-N trilithium;azanide Chemical compound [Li+].[Li+].[Li+].[NH2-] BHZCMUVGYXEBMY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- TWQULNDIKKJZPH-UHFFFAOYSA-K trilithium;phosphate Chemical compound [Li+].[Li+].[Li+].[O-]P([O-])([O-])=O TWQULNDIKKJZPH-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 1
- 229920000785 ultra high molecular weight polyethylene Polymers 0.000 description 1
- 229910001935 vanadium oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000003313 weakening effect Effects 0.000 description 1
- 235000015041 whisky Nutrition 0.000 description 1
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011701 zinc Substances 0.000 description 1
- 239000011787 zinc oxide Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/04—Construction or manufacture in general
- H01M10/0404—Machines for assembling batteries
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B65—CONVEYING; PACKING; STORING; HANDLING THIN OR FILAMENTARY MATERIAL
- B65H—HANDLING THIN OR FILAMENTARY MATERIAL, e.g. SHEETS, WEBS, CABLES
- B65H45/00—Folding thin material
- B65H45/02—Folding limp material without application of pressure to define or form crease lines
- B65H45/06—Folding webs
- B65H45/10—Folding webs transversely
- B65H45/101—Folding webs transversely in combination with laying, i.e. forming a zig-zag pile
- B65H45/103—Folding webs transversely in combination with laying, i.e. forming a zig-zag pile by a carriage which reciprocates above the laying station
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/04—Construction or manufacture in general
- H01M10/0459—Cells or batteries with folded separator between plate-like electrodes
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/04—Construction or manufacture in general
- H01M10/0481—Compression means other than compression means for stacks of electrodes and separators
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
- H01M10/052—Li-accumulators
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
- H01M10/058—Construction or manufacture
- H01M10/0583—Construction or manufacture of accumulators with folded construction elements except wound ones, i.e. folded positive or negative electrodes or separators, e.g. with "Z"-shaped electrodes or separators
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
- H01M50/40—Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
- H01M50/46—Separators, membranes or diaphragms characterised by their combination with electrodes
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B65—CONVEYING; PACKING; STORING; HANDLING THIN OR FILAMENTARY MATERIAL
- B65H—HANDLING THIN OR FILAMENTARY MATERIAL, e.g. SHEETS, WEBS, CABLES
- B65H2701/00—Handled material; Storage means
- B65H2701/10—Handled articles or webs
- B65H2701/19—Specific article or web
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Secondary Cells (AREA)
- Cell Separators (AREA)
- Inert Electrodes (AREA)
- Hybrid Cells (AREA)
Abstract
본 발명은 제1 전극, 제2 전극, 및 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이의 분리막의 제2 전극부를 포함하는 적층물을 제조하기 위한 전극 조립체 제조장치에 있어서, 상기 적층물을 지지하는 스택 테이블; 상기 적층물을 고정하는 그리퍼 및 상기 그리퍼에 의해 고정된 상기 적층물을 가열 및 압축하는 제1 프레스부를 포함하는 전극 조립체 제조장치에 관한 것이다.
Description
본 출원은 2021년 7월 9일에 한국특허청에 제출된 한국 특허 출원 제10-2021-0090592호, 2021년 7월 9일에 한국특허청에 제출된 한국 특허 출원 제10-2021-0090588호, 2021년 7월 9일에 한국특허청에 제출된 한국 특허 출원 제10-2021-0090589호의 출원일의 이익을 주장하며, 그 내용 전부는 본 명세서에 포함된다.
본 발명은 전극 조립체 제조장치 및 제조방법에 관한 것이다. 구체적으로, 본 발명은 그리퍼를 이용하여 양극, 분리막, 음극이 적층된 적층물을 고정한 후, 적층물을 가압하여 가압 시 전극이 틀어지는 것을 방지하는 전극 조립체 제조장치 및 제조방법에 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, 원통형전지, 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.
종래 스택 앤 폴딩형 전극 조립체를 제조하는 공정은 전극과 분리막을 적층한 적층물을 가열 및 가압하여 전극과 분리막을 접착시켜 전극 조립체를 제조하였다. 그런데, 종래 전극 조립체 제조 공정에서 적층물이 압축되면 전극이 일그러지는 현상이 발생하는 것으로 알려져 있다.
이러한 종래 전극 조립체의 문제점을 해결하기 위해 전극과 분리막을 가열하여 적층함으로써, 각 층을 적층하면서 가압하여 적층과 동시에 접착하였고, 분리막이 전극과 분리막이 적층된 적층물의 최외각을 감싸 전극 조립체를 제조하였다.
그러나 나중에 적층된 전극에서는 이러한 이점이 감소한다. 복수의 프레스 공정을 통해 첫 번째 적층 전극의 접착력은 증가하지만, 마지막으로 적층된 전극이 한번의 프레스 공정만 거치기 때문에 이후 적층 전극의 경우 접착력이 상대적으로 낮고, 마지막 적층 전극의 접착력이 가장 작다.
즉, 적층 방향으로 접착력이 감소한다. 따라서, 전극 조립체의 적층물 전체에 걸쳐 접착력이 보다 균일하게 제공될 필요가 있다.
본 발명은 전극과 분리막이 적층된 적층물의 상면과 하면을 가압 고정한 후, 적층물을 가열 및 가압하는 전극 조립체 제조장치 및 이의 제조방법을 제공한다.
본 발명은 두 번의 가압 공정을 통해 전극 조립체의 접착력의 균일성을 확보할 수 있는 전극 조립체 제조장치 및 이의 제조방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시상태는 제1 전극, 제2 전극, 및 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이의 분리막의 제2 전극부를 포함하는 적층물을 제조하기 위한 전극 조립체 제조장치에 있어서, 상기 적층물을 지지하는 스택 테이블; 상기 적층물을 고정하는 그리퍼 및 상기 그리퍼에 의해 고정된 상기 적층물을 가열 및 압축하는 제1 프레스부를 포함하는 전극 조립체 제조장치를 제공한다.
본 발명의 일 실시상태는 적층물을 고정함에 있어서, 그리퍼는 제1 프레스부에 대한 동일한 위치, 제1 프레스부에 대한 동일한 방향 및 동일한 구성의 어느 하나 또는 임의의 조합으로 적층물을 유지할 수 있다. 본 발명의 일 실시상태는, 적층물을 동일한 구성으로 유지함에 있어서, 적층물의 하나 이상의 층들, 예를 들어, 인접한 제1 및 제2 전극들은 서로 상대적인 위치에 유지될 수 있다. 일 실시상태 및 다른 실시상태에서, 적층물을 동일한 구성으로 유지함에 있어서, 그리퍼에 의해 가압된 적층물의 표면들, 예를 들어, 적층물의 상단 및 하단 표면들 중 하나 이상이 서로 상대적인 위치에 유지될 수 있다.
본 발명의 일 실시상태는 상기 제1 프레스부는 상기 적층물의 대향하는 표면을 압축하도록 구성된 한 쌍의 가압블록을 포함하고, 상기 한 쌍의 가압블록은 서로를 향한 방향으로 이동 가능하고 상기 적층물 및 상기 그리퍼 중 어느 하나 또는 둘 모두를 압축하는 것인 전극 조립체 제조장치를 제공한다.
본 발명의 일 실시상태는 상기 그리퍼는 상기 적층물의 상부 표면에 의해 정의되는 상부면 및 상기 적층물의 하부 표면에 의해 정의되는 하부면 중 어느 하나 또는 둘 모두에 평행한 방향으로 연장되는 기둥 또는 플레이트 형태로 구비되고, 상기 그리퍼는 상기 적층물을 고정하기 위해 상기 고정부의 상부면 및 하부면 중 어느 하나 또는 둘 모두의 일부를 가압하고, 상기 제1 프레스부의 한 쌍의 가압블록 중 적어도 하나 이상은 상기 그리퍼의 형상에 대응하는 형태의 그리퍼홈을 포함하는 것인 전극 조립체 제조장치를 제공한다.
본 발명의 일 실시상태는 상기 적층물을 가열 및 압착하는 제2 프레스부를 더 포함하고, 상기 제2 프레스부의 한 쌍의 가압블록은 상기 적층물과 접촉하며 상기 적층물을 가압하는 평탄한 가압면을 구비하는 것인 전극 조립체 제조장치를 제공한다.
본 발명의 일 실시상태는 상기 적층물을 가열하여 가압하는 제2 프레스부를 더 포함하고, 상기 그리퍼는 상기 적층물의 상부 표면에 의해 정의되는 상부면 및 상기 적층물의 하부 표면에 의해 정의되는 하부면 중 어느 하나 또는 둘 모두에 평행한 방향으로 연장되는 기둥 또는 플레이트의 형태로 구비되고, 상기 그리퍼는 상기 적층물의 상부면 및 하부면 중 어느 하나 또는 둘 모두의 일부를 고정하고, 상기 제1 프레스부의 한 쌍의 가압블록 각각은 상기 적층물과 접촉하여 상기 적층물을 압착하는 평평한 가압면을 가지며, 상기 제2 프레스부의 한 쌍의 가압블록 중 적어도 하나 이상은 상기 적층물의 대응하는 압축 부분 위에 놓이도록 구성된 적어도 하나 이상의 제2 가압블록 홈을 포함하는 것인 전극 조립체 제조장치를 제공한다.
본 발명의 일 실시상태는 상기 그리퍼는 상기 적층물의 상부 표면에 의해 정의되는 상부면 및 상기 적층물의 하부 표면에 의해 정의되는 하부면 중 어느 하나 또는 둘 모두에 평행한 방향으로 연장되는 기둥 또는 플레이트 형태로 구비되고, 상기 그리퍼는 상기 적층물을 고정하기 위해 상기 적층물의 상부면 및 하부면 중 어느 하나 또는 둘 모두의 일부를 가압하고, 상기 제1 프레스부의 한 쌍의 가압블록 중 적어도 하나 이상은 상기 그리퍼가 상기 적층물을 가압하도록 상기 그리퍼를 가압하는 것인 전극 조립체 제조장치를 제공한다.
본 발명의 일 실시상태는 상기 제1 프레스부는 한 쌍의 가압블록을 가열하는 프레스 히터를 포함하는 것인 전극 조립체 제조장치를 제공한다.
본 발명의 일 실시상태는 상기 한 쌍의 가압블록의 가압면의 길이 및 폭은 상기 적층물의 길이 및 상기 적층물의 폭보다 큰 것인 전극 조립체 제조장치를 제공한다.
본 발명의 일 실시상태는 상기 스택 테이블에 상기 분리막을 공급하는 분리막 공급부, 상기 스택 테이블에 지지된 상기 분리막의 제1 전극부에 상기 제1 전극을 적층하는 제1 전극 공급부는 상기 분리막에 상기 제1 전극이 적층되기 전에 상기 제1 전극을 안착시키는 제1 전극 안착 테이블; 및 상기 제1 전극을 임시 고정하고, 상기 제1 전극이 임시 고정된 상태에서 상기 스택 테이블에 지지된 분리막에 상기 제1 전극을 상기 제1 전극 안착 테이블로부터 상기 제1 전극부로 이송하는 제1 이송 헤드를 포함하고, 상기 제2 전극부가 상기 스택 테이블에 지지되는 경우, 상기 분리막의 제2 전극부에 상기 제2 전극을 적층하는 제2 전극 공급부는 상기 분리막에 상기 제2 전극이 적층되기 전에 상기 제2 전극이 안착되는 제2 전극 안착 테이블 및 상기 제2 전극을 임시 고정하고, 상기 제2 전극이 임시 고정된 상태에서 상기 제2 전극 암착 테이블로부터 상기 스택 테이블에 지지된 분리막의 상기 제2 전극부로 상기 제2 전극을 이송하는 제2 이송 헤드를 포함하는 전극 조립체 제조장치를 제공한다.
본 발명의 일 실시상태는 제1 이송 헤드 및 제2 이송 헤드는 각각 제1 전극 및 제2 전극을 임시 고정하기 위한 진공 장치를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태는 상기 스택 테이블을 회전시키는 회전부를 더 포함하고, 상기 제1 전극 공급부는 상기 회전부의 일측에 구비되고, 상기 제2 전극 공급부는 상기 회전부의 일측에 반대되는 타측에 구비되고, 상기 제2 전극이 적층될 때 상기 제2 이송 헤드를 향하도록 상기 스택 테이블을 제2 측으로 회전시키는 것인 전극 조립체 제조장치를 제공한다.
본 발명의 일 실시상태는 상기 회전부는 상기 스택 테이블을 상기 제1 전극 공급부의 방향과 상기 제2 전극 공급부의 방향으로 교대로 회전시키는 것인 전극 조립체 제조장치를 제공한다.
본 발명의 일 실시상태는 상기 제1 프레스부는 주위 온도가 45℃ 내지 75℃ 범위이고 1MPa 내지 2.5MPa 범위의 압력이 인가되는 환경에서 5초 내지 20초 범위의 시간 동안 상기 적층물을 가압하는 것인 전극 조립체 제조장치를 제공한다.
본 발명의 일 실시상태는 상기 적층물을 가열 및 가압하는 제2 프레스부는 상기 제1 프레스부에 의해 50℃ 내지 90℃의 주변 온도를 가지며, 1MPa 내지 6MPa의 압력이 인가되는 환경에서 5초 내지 60초 동안 상기 적층물을 가압하는 것인 전극 조립체 제조장치를 제공한다.
본 발명의 다른 실시상태는 제1 전극, 분리막 및 제2 전극을 공급하고 적층하여 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 상기 분리막을 배치하여 상기 제1 전극과 상기 제2 전극의 적층물을 제조하는 단계; 그리퍼를 사용하여 상기 적층물을 고정하는 동안 제1 프레스부로 스택을 가열 및 가압하는 단계 및 상기 제1 프레스부로 상기 적층물을 가열 및 가압하는 단계 이후에, 제2 프레스부를 이용하여 상기 적층물을 가열 및 가압하는 단계를 포함하는 전극 조립체 제조방법을 제공한다.
본 발명의 다른 실시상태는 상기 제2 프레스부를 이용하여 상기 적층물을 가열 및 가압하는 단계는 상기 그리퍼가 제거된 후 상기 적층물을 가열 및 가압하는 것인 전극 조립체 제조방법을 제공한다.
본 발명의 다른 실시상태는 제2 프레스부는 그리퍼가 제거된 제1 프레스부일 수 있다.
본 발명의 다른 실시상태는 상기 제1 프레스부로 상기 적층물을 가열 및 가압하는 단계는 상기 그리퍼가 위치하지 않는 상기 적층물의 표면이 가압되는 것인 전극 조립체 제조방법을 제공한다.
본 발명의 다른 실시상태는 상기 제1 프레스부로 상기 적층물을 가열 및 가압하는 단계는 상기 그리퍼가 상기 적층물의 표면에 구비된 상기 적층물의 표면을 가압하는 것인 전극 조립체 제조방법을 제공한다.
본 발명의 다른 실시상태는 상기 적층물을 제1 프레스부로 가열 및 가압하는 단계는 45℃ 내지 75℃의 주변 온도를 가지며, 1MPa 내지 2.5MPa의 압력이 인가되는 환경 내에서 5초 내지 20초의 시간 동안 가압되는 것인 전극 조립체 제조방법을 제공한다.
본 발명의 다른 실시상태는 상기 적층물을 상기 제2 프레스부로 가열 및 가압하는 단계는 주변 온도가 50℃ 내지 90℃이고, 1MPa 내지 6MPa 범위의 압력이 인가되는 환경 내에서 5초 내지 60초 동안 가압되는 것인 전극 조립체 제조방법을 제공한다.
본 발명의 또 다른 실시상태는 제1 전극, 제2 전극, 상기 제1 전극에 기초하는 분리막의 제1 전극부 및 상기 제1 전극과 제2 전극 사이의 분리막의 제2 전극부를 포함하는 적층물을 제조하기 위한 전극 조립체 제조장치에 있어서, 상기 적층물을 지지하도록 구성된 스택 테이블; 상기 스택 테이블에 상기 분리막을 공급하기 위해 구성된 분리막 공급 장치; 상기 스택 테이블에 의해 지지되는 상기 분리막의 제1 전극부에 상기 제1 전극을 적층하도록 구성된 제1 전극 공급부; 상기 스택 테이블에 의해 지지되는 상기 분리막의 제2 전극부에 상기 제2 전극을 적층하도록 구성된 제2 전극 공급부; 상기 적층물을 고정하기 위해 구성된 그리퍼; 상기 그리퍼에 의해 고정된 상기 적층물을 가열 및 가압하도록 구성된 제1 프레스부 및 상기 적층물을 가열 및 가압하기 위해 구성된 제2 프레스부를 포함하는 전극 조립체 제조장치를 제공한다.
상기 전극 조립체 제조장치 및 전극 조립체 제조방법에 따르면, 제조되는 전극 조립체 내의 적층물은 복수의 제1 전극 및 제2 전극을 포함할 수 있다. 일 실시예에 있어서, 복수의 제1 전극 및 제2 전극은 분리막의 적층부 사이에 교대로 배치될 수 있다.
본 발명에 따른 전극 조립체 제조장치 및 전극 조립체 제조방법에 따르면, 전극과 분리막을 적층한 후 적층물을 고정한 후 가열 및 가압하여 전극 조립체의 압축 시 전극 조립체의 전극이 변형되는 것을 방지하거나 적어도 억제할 수 있다.
또한, 적층물을 고정하는 부재를 제거한 후, 적층물을 가열 및 가압하여 적층물을 고정하는 부재에 의해 가열 및 가압되지 않아 접착력이 확보되지 않은 부분에 접착력을 제공할 수 있다. 그리고, 전극 조립체의 균일한 접착력을 확보할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시상태에 따른 전극 조립체를 나타내는 단면도이다.
도 2는 도 1의 전극 조립체의 적층체를 나타내는 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시상태에 따른 전극 조립체 제조장치를 나타내는 평면도이다.
도 4는 도 1의 전극 조립체 제조장치를 나타내는 정면도이다.
도 5A는 또 다른 실시예에 따른 제1 프레스부 및 그리퍼를 도시한 사시도이다.
도 5B는 또 다른 실시예에 따른 제2 프레스부를 도시한 사시도이다.
도 5C는 또 다른 실시예에 따른 제2 프레스부를 도시한 사시도이다.
도 6은 또 다른 실시예에 따른 제1 프레스부 및 그리퍼를 도시한 사시도이다.
도 7은 또 다른 실시예에 따른 전극 조립체 제조방법의 순서도이다.
도 2는 도 1의 전극 조립체의 적층체를 나타내는 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시상태에 따른 전극 조립체 제조장치를 나타내는 평면도이다.
도 4는 도 1의 전극 조립체 제조장치를 나타내는 정면도이다.
도 5A는 또 다른 실시예에 따른 제1 프레스부 및 그리퍼를 도시한 사시도이다.
도 5B는 또 다른 실시예에 따른 제2 프레스부를 도시한 사시도이다.
도 5C는 또 다른 실시예에 따른 제2 프레스부를 도시한 사시도이다.
도 6은 또 다른 실시예에 따른 제1 프레스부 및 그리퍼를 도시한 사시도이다.
도 7은 또 다른 실시예에 따른 전극 조립체 제조방법의 순서도이다.
본 발명에 대한 상세한 설명은 당 업계의 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 완전하게 설명하기 위한 것이다. 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 “포함”한다고 하거나, 어떤 구조와 형상을 “특징”으로 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하거나 다른 구조와 형상을 배제한다는 것이 아니라, 다른 구성요소, 구조 및 형상을 포함할 수 있는 것을 의미한다.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예를 제시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 실시예의 의한 발명의 내용을 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
이하에서는 도면을 참고하여 본 발명을 상세히 설명한다. 그러나, 도면은 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명의 범위가 도면에 의하여 한정되는 것은 아니다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 전극 조립체는 적층물(S) 및 적층물(S)을 둘러싸는 제2 분리막(5)을 포함할 수 있다.
도시된 바와 같이, 적층물(S)에서 제1 전극(1) 및 제2 전극(2)은 분리막(4)의 적층부(4a) 사이에 교대로 배치될 수 있다. 추가로 도시된 바와 같이, 분리막(4)은 적층부(4a)를 형성하기 위해 지그재그 방식으로 접힐 수 있다.
도 3 내지 5를 참조하면, 전극 조립체 제조장치(100)는 스택 테이블(10), 분리막 공급부(20), 제1 전극 공급부(30), 제2 전극 공급부(40) 및 사이드 실링부(60)를 포함한다.
스택 테이블(10)은 제1 전극(1), 분리막(4)의 적층부 및 제2 전극(2)의 순서대로 적층된 하나의 지지면을 가질 수 있다. 적층물(S)은 제1 조합 및 제1 조합 상에 적층된 제1 전극(1), 제2 전극(2) 및 제1 전극 및 제2 전극 사이에 배치된 분리막(4)의 추가부를 포함한다. 분리막(4)은 지그재그 방식으로 접혀서 분리막(4)의 적층부(4a) 및 분리막의 각 적층부(4a)의 대향하는 측면에 폴딩부(4b)를 형성할 수 있다. 폴딩부(4b)는 적층물(S)의 폴딩부를 포함한다. 이러한 방식으로, 분리막(4)의 각 적층부(4a)는 각각의 제1 전극(1)이 제2 전극(2)의 각각과 교대로 배치된 적층물(S) 내에서 제1 전극(1)과 제2 전극(2)의 각각의 전극 사이에 배치된다.
스택 테이블(10)은 제1 전극(1)이 스택 테이블(10)에 의해 지지되는 분리막(4)의 각 적층부(4a)와 선 적층된 전극 및 분리막의 적층부(4a) 상에 적층될 수 있도록 공급되는 각각의 제1 전극(1)을 향해 한 방향으로 회전 가능하며, 스택 테이블(10)에 의해 지지되는 분리막(4)의 적층부(4a)와 선 적층된 전극 및 분리막의 적층부(4a) 각각에 제2 전극(2)이 적층될 수 있도록 공급되는 각각의 제2 전극(2)을 향해 한 방향과 반대되는 다른 방향으로 회전할 수 있다. 따라서, 전극 조립체 제조장치(100)는 스택 테이블(10)을 회전시키는 회전부(미도시)을 더 포함할 수 있다. 이러한 회전부에 대한 자세한 내용은 본 명세서에 참조에 의해 통합된 한국공개특허공보 제10-2020-0023853호를 참조한다.
전극 조립체 제조장치(100)에서 제1 전극 공급부(30)는 스택 테이블(10)의 일측에 위치하고, 제2 전극 공급부(40)는 스택 테이블(10)의 타측에 위치할 수 있다. 도시된 전극 조립체 제조장치(100)의 구성에서, 회전부는 제1 전극 공급부(30) 방향 및 제2 전극 공급부(40) 방향으로 스택 테이블(10)을 교대로 회전시킬 수 있다.
예를 들어, 분리막 공급부(20)는 스택 테이블(10)의 상부, 즉 적층물(S)의 적층 방향을 따라 위치할 수 있다. 이러한 구성에서, 제1 전극 공급부(30)는 스택 테이블(10)의 좌측에 위치하고, 제2 전극 공급부(40)는 적층물(S)의 적층 방향을 기준으로 스택 테이블(10)의 우측에 위치할 수 있다.
도시된 전극 조립체 제조장치(100)의 구성에서, 회전부는 제1 전극(1)을 적층할 때 스택 테이블(10)이 제1 이송 헤드(32) 또는 제1 전극(1)을 일시적으로 유지하기 위한 다른 제1 부착 장치를 향하도록 스택 테이블(10)을 회전시킬 수 있다. 회전부는 제2 전극(2)을 적층할 때, 제2 전극(2)을 일시적으로 유지하기 위한 제2 부착 장치 또는 제2 이송 헤드(42)와 스택 테이블(10)이 마주보도록 스택 테이블(10)을 회전시킬 수 있다.
전극 조립체 제조장치(100)를 사용함에 있어서, 분리막(4)의 적층부(4a) 및 폴딩부(4b)는 분리막 공급부(20)에 의해 공급되고 스택 테이블(10) 상에 배치되어 일부 배열로 거치될 수 있다. 회전부는 스택 테이블(10)을 좌측으로 회전시키면, 분리막(4) 위로 제1 전극 공급부(30)에서 공급된 제1 전극(1)이 공급될 수 있다. 더욱이, 회전부는 스택 테이블(10)을 우측으로 회전시킬 수 있으며, 이 때 분리막(4)이 공급됨과 동시에 이러한 회전이 일어날 수 있다. 이러한 회전부의 회전 구성에 있어서, 분리막(4)은 적층물(S)의 제1 전극(1)의 하면, 우측면 및 상면을 덮는 좌측 포켓 형태의 제1 포켓을 형성할 수 있다. 여기서, 적층물(S)의 제1 전극(1)은 제1 전극(1)의 상면이 분리막(4)의 일부분에 의해 덮일 수 있도록 스택 테이블(10) 위에 배치될 수 있다. 이 경우, 제2 전극(2)은 제2 전극 공급부(40)로부터 제1 전극(1)의 상면을 덮은 분리막(4) 부분에 공급될 수 있다.
상기와 같은 과정을 반복되면 분리막(4)은 분리막 공급부(20)로부터 스택 테이블(10) 위에 좌측 포켓과 좌측 포켓과 대향되는 위치에 우측 포켓의 형태로 놓일 수 있다. 이러한 구성에서, 분리막(4)의 각 부분이 스택 테이블(10) 위에 놓이도록 배치될 때 좌측 및 우측 포켓은 교대로 각각의 좌측 및 우측 개구를 형성하며, 여기서 이러한 좌측 및 우측 개구는 제1 전극 공급부(30) 및 제2 전극 공급부(40)에 의해 각각 공급되는 제1 전극(1) 및 제2 전극(2)을 수용하도록 구성될 수 있다. 또한, 분리막(4)이 접힐 때 접힌 부분의 형태일 수 있는 분리막(4)의 폴딩부(4b)는 좌우 개구에 대면하는 위치에 제공될 수 있다(도 2 참조). 전극 조립체 제조장치(100)의 배열에 대한 거울 배열일 수 있는 몇몇 대안적인 배열에서, 분리막(4)은 제2 전극(2)의 하부 표면, 좌측 표면 및 상부 표면을 덮는 우측 포켓 형태의 제1 포켓을 형성할 수 있다. 일 실시예에 있어서, 제2 전극(2)은 스택 테이블(10) 위에 배치된 적층물(S)의 첫번째 전극일 수 있다.
스택 테이블(10)은 스택 테이블(10)의 형상을 결정하는 테이블 본체(미도시) 및 테이블 히터(미도시)를 더 포함할 수 있으며, 테이블 히터는 예를 들어, 스택 테이블(10) 본체 위, 아래 또는 내부에 내장된 저항 코일일 수 있다. 테이블 히터는 테이블 본체를 가열하여 스택 테이블(10)에 안착된 적층물(S)을 가열할 수 있다.
테이블 히터는 전극 조립체 제조장치(100)의 제1 프레스부(50)에 의해 적층물(S)이 가열 및 압축되기 전에 적층물(S)을 가열할 수 있다. 이러한 테이블 히터에 의한 적층물(S)의 예열은 적층물(S)의 중심으로 열이 전도되는 시간을 단축하여 제1 프레스부(50)에 의한 충분한 가압에 필요한 가압 시간을 감소시킬 수 있다.
또한, 테이블 히터에 의해 예열된 적층물(S)은 본 명세서에서 추가로 설명되는 제1 프레스부(50)의 그리퍼(51)에 의해 가압 및 고정될 때, 그리퍼(51)에 의해 가압되는 부분이 1차 접착되고, 제1 프레스부(50)의 가압에 의해 2차 접착될 수 있다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 전극 조립체 제조장치(100)의 예와 같이, 분리막 공급부(20)는 분리막(4)을 스택 테이블(10)에 공급하도록 구성될 수 있다. 이러한 분리막 공급부에 대한 자세한 내용은 대한민국 공개특허공보 제10-2020-0023853호를 참조한다. 예를 들어, 도 4에 도시된 바와 같이, 분리막 공급부(20)는 스택 테이블(10)의 상부에 위치할 수 있다. 또한, 분리막 공급부(20)는 분리막(4)이 권취 될 수 있는 분리막 롤(21)을 포함할 수 있다. 분리막 롤(21)에 감긴 분리막(4)은 중력에 의해 서서히 풀리면서 스택 테이블(10)에 공급될 수 있다.
분리막 공급부(20)에는 분리막(4)이 통과하는 통로가 형성된다. 분리막 공급부(20)는 통과하는 분리막(4)을 가열하기 위해 분리막 가열부(미도시)를 포함할 수 있다. 이러한 분리박 가열부에 대한 자세한 내용은 대한민국 공개특허공보 제10-2020-0023853호를 참조한다.
분리막 가열부는 한 쌍의 본체(미도시)와 본체를 가열하는 분리막 히터(미도시)를 포함할 수 있다. 한 쌍의 본체는 분리막(4)이 통과할 수 있도록 소정 간격 이격되어 분리막(4)의 양측에 위치될 수 있다. 분리막(4)은, 예를 들어, 분리막(4)이 비접촉 방식으로 가열될 수 있도록 비접촉으로 분리막 가열부를 통과할 수 있다. 일 실시예에 있어서, 분리막 가열부의 한 쌍의 본체는 예를 들어 직사각형 블록 형상으로 형성될 수 있다.
전극 조립체 제조장치(100)의 예시와 같이, 제1 전극 공급부(30)는 제1 전극(1)을 스택 테이블(10)에 공급하고, 제1 전극(1)을 스택 테이블(10)에 적층하도록 구성될 수 있다. 제1 전극 공급부(30)는 스택 테이블(10)에 적층되기 전에 제1 전극(1)이 안착되는 제1 전극 안착 테이블(31)을 포함할 수 있다.
또한, 제1 전극 공급부(30)는 제1 전극 롤(33), 제1 커터(34), 제1 컨베이어(35) 및 제1 전극 공급 헤드(36)를 포함할 수 있다. 제1 전극 공급부(30)는 제1 전극(1) 중 어느 하나를 제1 전극 안착 테이블(31)에 공급하면서 제1 전극(1)이 형성된 제1 전극 시트를 제1 전극 롤(33)에 감아 서서히 풀어준다. 제1 커터(34)는 제1 전극 롤(33)로부터 공급되는 제1 전극 시트로부터 제1 전극(1)을 기설정된 길이로 절단할 수 있다. 제1 커터(34)는 제1 전극(1)의 단부로부터 제1 전극 탭(1a)이 돌출되도록 제1 전극 시트를 절단할 수 있다.
제1 커터(34)에 의해 절단된 제1 전극(1)은 제1 컨베이어(35)에 공급될 수 있고, 도시한 바와 같이 벨트 형태일 수 있는 제1 컨베이어(35)는 제1 전극(1)을 제1 전극 안착 테이블(31)로 이동시킬 수 있다. 제1 전극 공급 헤드(36)(예를 들어, 진공 피팅, 흡인 컵 또는 이와 유사한 피팅 또는 자기 부착물과 같은 기타 임시 부착 형식을 통해)은 제1 컨베이어(35)에 배치된 제1 전극(1)을 픽업하여 제1 전극 안착 테이블(31) 상에 위치시킬 수 있다.
도시된 바와 같이, 제1 전극 공급부(30)는 제1 이송 헤드(32) 및 제1 이송 헤드(32)가 연장되어 진동할 수 있는 제1 이동부(37)를 포함할 수 있다.
제1 이송 헤드(32)(예를 들어, 진공 피팅, 흡입 컵 또는 이와 유사한 피팅, 또는 자기 부착과 같은 기타 임시 형태의 부착을 통해)는 제1 전극 안착 테이블(31)에 안착된 제1 전극(1)을 픽업할 수 있다. 일 실시예에 있어서, 제1 이송 헤드(32)는 제1 전극(1)을 제1 이송 헤드(32)의 바닥면에 부착하기 위해 진공 흡입구를 통해 제1 전극(1)을 흡입하도록 구성될 수 있는 이송 헤드의 바닥 표면에 진공 흡입 유닛(도시되지 않음)을 포함할 수 있다. 제1 이송 헤드(32)에 형성된 유로는 진공 흡입구와 진공 흡입 장치(미도시)를 연결할 수 있다.
제1 이동부(37)는 제1 전극 안착 테이블(31)에 안착된 제1 전극(1)을 픽업하고, 제1 석션 헤드(32)가 해제될 수 있는, 예를 들어, 제1 전극(1)을 이송 헤드에 대해 유지하기 위해 제1 전극(1)에 가해지는 진공 흡입 또는 다른 힘을 감소 또는 제거함으로써, 스택 테이블(10) 위에 놓이는 위치로 제1 석션 헤드(32)를 이동하도록 구성할 수 있다. 이러한 방식으로, 제1 이송 헤드(32)는 제1 전극(1)을 제1 전극 안착 테이블(31)로부터 다른 전극(1, 2)을 통해 스택 테이블(10) 상에 놓이거나 그 위에 놓이는 분리막(4)의 섹션으로 이송할 수 있다.
제2 전극 공급부(40)는 제1 전극 공급부(30)의 미러 구성을 가질 수 있거나 본질적으로 가질 수 있다. 이와 같이, 제2 전극 공급부(40)는 제2 전극(2)을 스택 테이블(10)에 안착된 적층물(S)의 일부에 공급하고, 스택 테이블(10) 상의 적층물(S)의 이러한 부분에 제2 전극(2)을 적층할 수 있다.
제2 전극 공급부(40)는 제2 전극(2)이 적층 테이블(10) 상의 적층물(S) 부분으로 이동되어 적층되기 전에 안착되는 제2 전극 안착 테이블(41)을 포함할 수 있다.
제2 전극 공급부(40)는 제2 전극(2)이 형성된 제2 전극 시트가 권취되는 제2 전극 롤(43), 제2 전극 시트를 일정한 간격으로 절단하여 제2 전극(2)을 형성하는 제2 커터(44)를 포함할 수 있다. 제2 전극 롤(43)에서 제2 전극 시트를 풀면서 일정 크기, 제2 커터(44)에 의해 절단된 제2 전극(2)을 이동시키는 제2 컨베이어(45), 제2 컨베이어(45)와 제2 전극(2)을 제2 전극 안착 테이블(41)에 안착시킨다.
제2 커터(44)는 제1 커터(34)와 마찬가지로, 형성된 제2 전극(2)이 제2 전극(2)의 단부로부터 돌출된 제2 전극 탭(2a)을 포함하도록 제2 전극 시트를 절단할 수 있다.
또한, 제2 전극 공급부(40)는 제2 전극 안착 테이블(41)에 안착된 제2 전극(2)을 픽업하는 제2 이송 헤드(42)와 예를 들어, 제2 전극(2)을 제2 이송 헤드(42)에 대해 유지하기 위해 제2 전극(2)에 가해지는 진공 흡입 또는 기타 힘을 감소 또는 제거함으로써 제2 이송 헤드(42)가 해제될 수 있는 스택 테이블(10) 상부로 이동하도록 구성된 제2 이동부(47)를 포함할 수 있다. 이때, 제2 이송 헤드(42)는 제2 전극(2)을 스택 테이블(10) 상의 적층물(S)의 일부에 적층할 수 있다. 제2 이송 헤드(42)는 제2 이송 헤드(42)의 바닥면에서 제2 전극(2)이 제2 이송 헤드(42)에 임시로 부착될 수 있도록 제1 이송 헤드(32)와 동일한 방식으로 형성될 수 있다.
적층물(S)은 스택 테이블(10) 상에 적층물을 파지한 후 열 프레스 작업이 수행되는 프레스부로 적층물을 이동시키는 그리퍼(51)에 의해 프레스부로 이동될 수 있다. 프레스부는 제1 프레스부(50)와 제2 프레스부(60)로 구분될 수 있다.
도 5A 및 도 5B를 참조하면, 제1 프레스부(50)는 1차적으로 적층물(S)을 가열하여 고정된 상태로 가압할 수 있다. 제1 프레스부(50)는 한 쌍의 제1 가압 블록(50a, 50b)을 포함하고, 프레스부에 의한 적층물의 가압 시 적층물 내의 전극이 흐트러지지 않도록 적층물(S)을 고정하는 그리퍼(51)를 더 포함할 수 있다. 적층물(S)을 고정함에 있어서, 그리퍼(51)는 제1 전극(1), 제2 전극(2) 및 제1 전극과 제2 전극 사이에 위치하는 분리막(4)의 적층부(4a) 각각의 상대적인 위치를 유지할 수 있다. 도시된 예에서와 같이, 이러한 상대 위치를 유지하기 위해 그리퍼(51)는 적층물(S)의 상부 및 하부 표면을 가압할 수 있다. 일 실시예에 있어서, 적층물(S)을 고정할 때, 그리퍼(51)는 적층물을 제1 프레스부(50)에 대한 동일한 위치, 특히 한 쌍의 제1 가압 블록(50a, 50b)에 대한 동일한 방향 및 동일한 구성의 어느 하나 또는 임의의 조합으로 유지할 수 있다. 일 실시예에 있어서, 적층물(S)을 동일한 구성으로 유지함에 있어서, 적층물의 하나 이상의 층들, 예를 들어 제1 및 제2 전극(1, 2)은 서로에 대한 상대적인 위치에 유지될 수 있다. 일 실시예 및 다른 실시예에 있어서, 적층물을 동일한 구성으로 유지함에 있어서, 그리퍼에 의해 가압되는 적층물의 표면 중 하나 이상, 예를 들어 상부 및 하부 표면, 즉 적층물(S)의 상부 및 하부 표면은 서로에 대해 상대적인 위치에 유지될 수 있다.
제1 프레스부(50)의 한 쌍의 제1 가압블록(50a, 50b)은 서로를 향하거나 멀어지는 방향으로 이동할 수 있다. 한 쌍의 제1 가압블록(50a, 50b)은 서로를 향해 이동할 때 적층물(S)과 그리퍼(51) 중 어느 하나 또는 모두를 압축할 수 있다.
이와 같이, 제1 프레스부(50)는 적층물(S)을 가열 및 가압하여 제1 전극(1)과 분리막(4)의 적층부(4a) 사이 및 제2 전극(2)과 적층부(4a) 사이의 공간을 줄이거나 없앨 수 있다.
도시된 바와 같이, 적층물(S)과의 접촉 및 가압을 위해 구성된 한 쌍의 제1 가압블록(50a, 50b)의 각각의 가압 표면은 평면으로 구비될 수 있다. 한 쌍의 제1 가압블록(50a, 50b) 중 적어도 하나는 후술되는 그리퍼(51)의 고정부(51b)에 대응하는 형상의 그리퍼 홈(52)을 포함할 수 있다. 도 5a에 도시된 예에서, 한 쌍의 제1 가압블록(50a, 50b) 각각은 4개의 고정부(51b)에 대응하도록 4개의 그리퍼 홈(52)을 포함한다. 그러나, 그리퍼 홈의 수가 더 많거나 적을 수 있다. 바람직하게는, 그리퍼 홈의 수는 사용할 고정 부품의 수와 일치해야 한다.
그리퍼(51)는 본체(51a)와 복수의 고정부(51b)를 포함할 수 있다. 도시된 바와 같이, 본체(51a)는 적층물의 길이 및 높이와 동일하거나 대략 동일한 길이(x) 및 높이(y, 이러한 높이는 적층물(S)의 적층 방향으로 측정됨)를 가질 수 있다. 일 실시예에 있어서, 본체는 적층물(S)의 길이(x)보다 길고 적층물(S)의 높이(y)보다 더 큰 높이를 가질 수 있다. 고정부(51b)는 본체(51a)의 측면으로부터 연장된다. 고정부(51b)는 바람직하게는 그리퍼(51)가 제1 프레스부(50)의 적절한 위치에 있을 때 적층물(S)을 향해 연장되는 막대, 기둥 또는 플레이트의 형태일 수 있다. 이 적절한 위치에서, 고정부(51b)는 적층물(S)을 향하는 방향으로 폭(z)을 갖는다. 여기서, 적층물(S)의 길이(x)는 적층물(S)의 일단에서 타단까지의 거리가 가장 긴 부분을 의미하고, 높이(y)는 적층물(S)이 적층되는 방향으로의 거리를 의미할 수 있다. 폭(z)은 길이(x) 및 높이(y) 거리가 측정된 방향에 수직인 방향으로 측정된 거리, 예를 들어, 그리퍼(51)로부터 멀어지는 적층물(S)의 상면을 가로질러 측정된 거리를 의미할 수 있다.
고정부(51b)는 한 열이 가압 블록(50a)의 그리퍼 홈(52)에 정렬되고 다른 한 열이 가압 블록(50b)의 그리퍼 홈(52)에 정렬되는 2열로 제공될 수 있다. 고정부(51b) 각각의 위치는 본체(51a)의 높이 방향으로 조절될 수 있다. 이와 같이, 고정부(51b) 각각은 적층물(S)의 상면과 하면에 접하고, 바람직하게는 그 폭을 따라 배치될 수 있고, 적층물(S)의 위치와 적층물(S) 내의 제1 전극(1) 및 제2 전극(2)의 상대적인 위치를 고정할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 작동 시, 제1 프레스부(50)는 예를 들어, 한 쌍의 가압 블록(50a, 50b)을 이용하여, 주위 온도가 45℃ 내지 75℃이고, 압력이 1MPa 내지 2.5MPa인 환경에서 5초 내지 20초 동안 적층물(S)을 압축할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 제2 프레스부(60)는 제1 프레스부(50)에 의해 미리 가열되고 압축된 적층물(S)을 가열 및 가압함으로써 이미 1차 압축된 적층물(S)을 2차 압축할 수 있다.
도 5b에 도시된 바와 같이, 제2 프레스부(60)는 한 쌍의 제2 가압블록(60a, 60b)을 포함한다. 한 쌍의 가압 블록(60a, 60b)은 서로를 향하거나 멀어지는 방향으로 이동될 수 있다. 한 쌍의 가압블록(60a, 60b)은 서로를 향해 이동하면서 적층물(S)의 상하면을 가압하여 적층물을 압축할 수 있다.
도시된 바와 같이, 적층물(S)과의 접촉 및 압축을 위해 구성된 한 쌍의 제2 가압 블록(60a, 60b)의 각각의 가압 표면은 평면으로 구비될 수 있다. 도시된 예에서와 같이, 일 실시예에서, 고정부(51b)를 위한 홈과 같은 홈은 제2 가압 블록(60a, 60b)에서 제외될 수 있다. 다른 실시예에서, 한 쌍의 제2 가압 블록(60a, 60b) 중 적어도 하나는 홈을 포함할 수 있다. 도 5c를 참조하면, 일 실시예에서, 이러한 홈은 일반적으로 제2 프레스부(160)의 제2 가압 블록 홈(162)의 형태일 수 있다. 다만, 제2 가압 블록 홈(162)과 달리, 제1 프레스부(50)와 그리퍼(51)를 사용한 후 사용하는 제2 프레스부(미도시)의 한 쌍의 제2 가압 블록의 홈은 제1 가압 블록(50a, 50b) 중 하나 또는 둘 모두에 의해 압축된 적층물(S)의 표면 또는 면의 따라 연장될 수 있다. 이러한 방식으로, 이러한 제2 가압 블록의 홈은 적층물(S)을 가압하기 위한 가압 표면을 제공하는 가압 블록의 돌출부를 정의한다.
일 실시예에서, 작동 시, 제2 프레스부(60)는 50°C 내지 90°C의 범위의 주변 온도를 가지며 1 MPa 내지 6 MPa의 범위의 압력이 인가되는 환경 내에서 5초 내지 60초의 범위에서 미리 제1 프레스부(50)에 의해 압축된 적층물을 압축할 수 있다. 일 실시예에서, 제2 프레스부(60)는 그립퍼(51)가 위치했던 적층물(S)의 일부, 예를 들어 적층물(S)이 제1 프레스부(50)에 의해 가열 및 가압되지 않은 위치만을 가열 및 가압할 수 있다. 다른 실시예에서, 제2 프레스부(50)은 적층물(S)의 상부 및 하부 표면의 모든 영역을 가열 및 가압할 수 있다.
일 실시예에서, 제1 프레스부(50)의 한 쌍의 제1 가압 블록(50a, 50b) 각각은 그리퍼(51)의 고정부(51b)에 대응하는 형상을 갖는 그리퍼 홈을 포함하고, 한 쌍의 제2 가압 블록(60a, 60b) 각각은 제2 프레스부(60)의 가압면은 그리퍼 홈이 없는 평평한 가압면을 갖는다.
일 실시예에서, 제1 프레스부(50)는 가열된 적층물(S)을 초기에 압축하면서 적층물(S)의 상부면과 하부면이 그리퍼(51)로 고정될 수 있다. 이러한 방식으로, 그리퍼(51)가 위치하지 않는 스택의 영역 또는 영역에서, 제1 전극(1)과 분리막(4)의 인접한 적층부(4a) 사이의 공간은 이러한 전극(1)과 이들의 인접한 적층부를 접합하는 동안 감소되거나 제거될 수 있고, 제2 전극(2)과 이들의 인접한 적층부 사이의 공간은 이러한 전극(2) 및 이들의 인접한 적층부를 접합하는 동안 감소 또는 제거될 수 있다.
일 실시예에서, 제2 프레스부(60)는 제1 프레스부(50)에 의해 미리 접합되고 그리퍼(51)가 제거된 미리 가열된 적층물(S)을 압축하고 더 가열할 수 있다. 따라서, 제2 프레스부(60)는 접합하는 동안 제1 프레스부(50)에 의해 1차 가압되는 동안 그리퍼(51)에 의해 가압된 적층물(S)의 상면 및 하면 영역에서, 제1 전극(1)과 분리막(4)의 인접한 적층부(4a) 사이 공간과 제2 전극(2)과 이들의 인접한 적층부 사이 공간을 줄이거나 제거할 수 있다. 일 실시예에서, 한 쌍의 제2 가압 블록(60a, 60b) 각각은 직육면체 형태의 사각 블록일 수 있다. 일 실시예에서, 한 쌍의 제2 가압 블록(60a, 60b)은 본 명세서에서 이전에 설명된 평평한 가압 표면을 가질 수 있다.
이제 도 6을 참조하면, 일 실시예에서, 제1 프레스부(150)는 제1 프레스부(150)의 한 쌍의 제1 가압 블록(150a, 150b)이 그리퍼 홈(52)을 제외할 수 있는 것을 제외하고는 제1 프레스부(50)와 동일한 형태일 수 있다. 대신에, 제1 프레스부(50)의 한 쌍의 제1 가압 블록(150a, 150b) 각각은 한 쌍의 제2 가압 블록(60a, 60b)과 같이 평평한 가압면을 가질 수 있다. 이와 같이 한 쌍의 제1 가압 블록(150a, 150b)이 서로를 향하여 이동할 때, 제1 가압 블록의 평평한 가압면이 그리퍼(51)의 고정부(51b)와 그리퍼(51)를 가압하여 스택(S)의 상면과 하면을 가압할 수 있다. 일 실시예에서, 도 5c에 도시된 바와 같이, 제2 프레스부(160)의 한 쌍의 제2 가압 블록(160a, 160b) 각각은 제1 가압부(150)에 의한 가압 시, 그리퍼(51)가 적층물(S)의 상부 및 하부 표면을 누르는 위치에 위치하는 제2 가압 블록 홈(162)을 가질 수 있다. 이와 같이, 제2 프레스부(160)에 의한 가압 시, 한 쌍의 제2 가압 블록(160a, 160b)의 홈 영역이 접촉하지 않아 적층물(S)이 가압되지 않도록 구성될 수 있다. 도 5c에 더 도시된 바와 같이, 제2 가압 블록 홈(162)은 그리퍼(51)의 고정부(51b)에 대응되는 형상을 가질 수 있다.
일 실시예에서, 고정부(51b)는 열전도성 재료를 포함할 수 있으며, 바람직하게는 금속 재료일 수 있고, 보다 바람직하게는 알루미늄 또는 알루미늄 합금, 철 또는 철 합금, 또는 알루미늄과 철의 조합을 포함하는 재료일 수 있다. 적층물(S)에 열을 전달함으로써, 제1 프페스부(50)가 그리퍼(51)에 의해 고정된 적층물(S)을 압축할 때, 전극(1, 2)과 분리막(4)의 인접한 적층부(4a) 사이의 공간이 축소 또는 제거되면서 접합될 수 있다.
일 실시예에서, 제2 프레스부(60)는 그리퍼(51)가 이전에 위치되었던 적층물(S)의 영역을 압축하지 않고 대신에 그리퍼가 이전에 위치하지 않은 적층물(S)의 영역과 제1 프레스부(50)가 가압하지 않은 영역만을 가압할 수 있다. 이러한 제2 프레스부(60)에 의한 압축은 전극(1, 2)과 분리막(4)의 인접하는 적층부(4a) 사이의 공간을 줄이거나 없애 각 전극을 분리막과 접착시킬 수 있다.
더욱이, 한 쌍의 제1가압블록(50a, 50b) 각각은 직육면체 형태의 사각형 블록일 수 있다. 일 실시예에서, 한 쌍의 제1 가압 블록(50a, 50b)은 본 명세서에서 이전에 설명된 평평한 가압 표면을 가질 수 있다.
제1 및 제2 프레스부(50, 60) 중 어느 하나 또는 둘 모두는 프레스 히터(미도시)를 포함하고, 각 한 쌍의 제1 및 제2 가압 블록(50a, 50b, 60a, 60b)이 적층물을 가압할 때 제1 및 제2 전극(1)의 적층물(S)과 분리막(4)의 일부를 가열할 수 있도록 구성될 수 있다. 이와 같이, 제1 및 제2 프레스부(50, 60)로 적층물(S)을 가압하는 경우, 제1 전극(1), 분리막(4) 및 제2 전극(2) 사이의 열융착이 보다 잘 이루어져 이들 층 사이에 보다 강한 접착이 형성될 수 있다.
한 쌍의 제1 및 제2 가압 블록(50a, 50b, 60a, 60b) 중 어느 하나에 있어서, 각각의 가압면의 길이 및 폭은 모두 제1 전극(1), 세퍼레이터(4), 및 제2 전극(2)이 적층된 적층물(S)의 대응하는 길이(x) 및 폭(z)보다 클 수 있다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 적층물(S)은 분리막(4)이 적층물의 최외측면을 둘러싸도록 구성될 수 있다. 이와 같이, 적층물(S)을 둘러싸는 분리막(4)의 내부 표면은 제1 및 제2 전극(1, 2)의 대응하는 외부 표면 및 분리막의 내부 표면에 대향하는 분리막(4)의 폴딩부(4b)의 외부 표면에 접착될 수 있으며, 제1 및 제2 전극(1, 2)과 분리막(4)의 적층부 및 폴딩부(4a, 4b)는 제1 및 제2 프레스부(50, 60)의 가열 및 가압을 통해 접합될 수 있다. 여기서, 분리막(4)에 의해 둘러싸인 적층물(S)의 최외면은 적층체의 상면, 하면 및 대향하는 2개의 측면을 포함할 수 있다. 적층 방향과 평행한 평면에 있는 적층물(S)의 2개의 측면은 전극 탭(1a, 2b)을 포함하지 않는다. 적층물(S)의 상면 및 하면은 이들 측면에 수직일 수 있다.
따라서, 제1 전극(1), 분리막(4)의 부분, 및 제2 전극(2)이 적층되어 전극 조립체를 형성할 때, 그리퍼(51)의 사용은 프레스 유닛(50, 60)에 의한 가압 시 제1 전극(1), 제2 전극(2) 및 분리막(4)의 위치가 이탈되며 적층 형태가 해체되는 것을 보다 효과적으로 방지할 수 있다.
일 실시예에서, 전극 조립체 제조 장치(100)는 제3 이송 헤드(미도시)에 부착되고 회전 또는 달리 이동하도록 구성된 제3 이동부(미도시)를 더 포함할 수 있다. 제3 이동부 및 제3 이송 헤드는 각각 제1 및 제2 이동부(37, 47) 및 제1 및 제2 이송 헤드(32, 42)와 동일하거나 유사할 수 있다. 이와 같이, 제3 이동부 및 제3 이송 헤드는 제1 프레스부(50)에 의한 1차 가압 후 제2 프레스부(60)로 적층물(S)을 이동시킬 수 있다. 일 실시예에서, 제3 이송 헤드는 제3 이송 헤드가 진공 흡입을 통해 적층물(S)을 일시적으로 유지할 수 있도록 흡입 헤드일 수 있다.
일 실시예에서, 제1 프레스부(50)는 적층물을 가열하면서 적층물(S)을 압축한다. 이러한 방식으로, 적층물(S)은 적층물의 형태를 유지하면서 진공 흡입에 의한 제3 이송 헤드를 통한 적층물의 이송을 견디는 데 필요한 최소한의 접착력을 달성할 수 있다.
일부 실시예에서, 제3 이동부는 회전축과 제3 이송 헤드를 연결하는 연결부(미도시)를 포함할 수 있다. 이와 같은 구성에서, 제3 이송 헤드가 초기에 제1 프레스부(50)에 의해 접착된 적층물(S)을 흡입할 때, 제3 이동부의 회전축이 회전하여 적층물을 제1 프레스부(50)에서 제2 프레스부(60)로 이동시킬 수 있다.
도 6을 참조하면, 전극 조립체 제조공정은 적층물(S)과 같은 적층물을 제조하기 위한 적층물을 제조하는 단계(S10), 적층물의 초기 가열 및 가압을 위한 제1차 히트 프레스 단계(S20), 및 2차 가열 및 가압, 예를 들어, 초기에 압착된 적층물의 후속 가열 및 가압을 위한 제2차 히트 프레스 단계(S30)를 포함할 수 있다.
적층물을 제조하는 단계(S10)는 스택 테이블(예를 들어, 스택 테이블 10)의 적층 공정 중 적층물에 제1 전극(예를 들어, 제1 전극(1)), 분리막(예를 들어, 분리막(4)) 및 제2 전극(예를 들어, 제2 전극(2))을 공급하여 적층함으로써 적층물을 제조할 수 있다. 이 단계에서 처리 중인 적층물은 스택 테이블에 의해 지지된다.
적층물을 제조하는 단계의 S11에서, 분리막의 일부 구간은 스택 테이블에 공급될 수 있다. 일 실시예에 있어서, 분리막의 부분은 스택 테이블에 적층될 수 있다. 단계 S12에서, 스택 테이블은 제1 전극 공급부, 예를 들어, 제1 전극 공급부(30)을 향하는 방향으로 회전된다. 단계 S13에서, 제1 전극은 공급된 후 스택 테이블에 장착되거나 그렇지 않으면 안착된 분리막 부분 상에 적층된다. 단계 S14에서, 스택 테이블은 제2 전극 공급부, 예를 들어, 제2 전극 공급부(40)의 방향으로 회전되어, 분리막의 추가 부분이 제1 전극 위에 놓이도록 접힌다. 단계 S15에서, 제2 전극이 공급되고 그 다음 분리막의 다른 부분 상에 적층된다. 단계 S16에서, 단계 S12, S13, S14 및 S15가 반복되어 하나 이상의 추가 제1 전극, 분리기의 부분 및 하나 이상의 추가 제2 전극을 순차적으로 추가한다. 단계 S12를 반복함에 있어서, 분리막의 또 다른 부분은 스택 테이블의 회전을 통해 제2 전극 위로 접혀서 겹쳐지고 다음의 제1 전극이 공급되고 분리막의 추가 부분 상에 적층된다. 스택 테이블의 교대 회전을 통해 분리막은 제1 전극과 제2 전극 사이에 지그재그 방식으로 적층될 수 있다.
또한, 적층물을 제조하는 단계(S10)의 S17 단계에서, 적층물의 최외곽 부분은 분리막을 일 방향으로 회전시켜 분리막에 의해 둘러싸일 수 있다. 여기서, 적층물의 최외각부는 적층물의 상면, 하면 및 양측 대향 측면을 포함한다. 각각의 측면들은 적층물의 적층 방향에 평행한 평면으로 연장될 수 있다. 상기 각 측면은 전극 탭, 예를 들어, 전극 탭(1a)이 위치하는 모든 면을 제외할 수 있다. 적층물의 상면 및 하면은 각각 적층물의 측면 중 하나 또는 둘 모두에 수직한 면을 포함한다.
제1차 히트 프레스 단계(S20)는 적층물 전체에 접착력을 부여하는 단계이다. 이 단계에서 적층물의 상부면과 하부면 중 어느 하나 또는 둘 모두는 그리퍼, 예를 들어, 그리퍼(51)를 사용하여 가압하여 고정할 수 있다. 동시에 한 쌍의 가압블록(50a, 50b)과 같은 가압블록에 의해 적층물의 상면과 하면이 가열된 제1 프레스부, 예를 들어 제1 프레스부(50)로 서로를 향하는 방향으로 가압될 수 있다.
이때, 상기 적층물의 상면 또는 하면의 일부에 그리퍼가 위치된 상태에서 상기 제1 프레스부를 이용하여 상기 적층물의 상면 또는 하면을 가압할 수 있다.
일 실시예에서, 제1차 히트 프레스 단계(S20)에서 그리퍼가 위치하는 면의 제1 전극, 분리막 및 제2 전극은 접합되지 않을 수 있다. 즉, 제1차 히트 프레스 단계(S20)는 적층물의 그리퍼가 위치하지 않은 면만을 가압하여 제1 전극, 분리막 및 제2 전극을 접합할 수 있다. 일 실시예에서, 상기 제1 프레스부는 상기 그리퍼를 가압하지 않도록 상기 그리퍼의 형상에 대응하는 형상의 홈을 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 제1차 히트 프레스 단계(S20)에서 그리퍼가 위치하는 적층물의 표면은 제1 전극, 세퍼레이터 및 제2 전극을 접합하기 위해 가압된다. 일 실시예에서, 제1 프레스부에는 적층물을 가압하기 위한 평면이 제공될 수 있고, 그리퍼는 열 전도성 재료를 포함할 수 있다. 이에 따라, 그리퍼는 가열된 제1 프레스부로부터 열을 받아 적층물을 가압할 수 있고, 적층물에서 그리퍼가 위치하는 부분의 제1 전극, 분리막 및 제2 전극에만 접착력이 부여될 수 있다.
상기 제1차 히트 프레스 단계(S20)는 적층물의 주위 온도가 45°C 내지 75°C의 범위의 온도를 가지며, 1 MPa 내지 2.5 MPa의 범위의 압력이 인가되는 환경 내에서 5초 내지 20초의 범위에서 그리퍼로 고정되면서 가압될 수 있다.
제2차 히트 프레스 단계(S30)는 제1차 히트 프레스 단계(S20)에서 초기 접착력이 부여된 후 적층물에 2차 접착력을 부여할 수 있다. 제2차 히트 프레스 단계(S30)는 제1차 히트 프레스 단계(S20)에서 접착력이 부여되지 않은 적층물의 일부 또는 일부에 이러한 접착력이 부여될 수 있다.
제2차 히트 프레스 단계(S30)는 제1차 히트 프레스 단계(S20) 이후에 적층물을 가압할 수 있으며, 이 경우 적층물에서 그리퍼를 제거한 상태로 적층물을 가압할 수 있다. 제2차 히트 프레스 단계(S30)에서는 가열된 제2 프레스부, 예를 들어 제2 프레스부(60)를 이용하여 적층물을 가압할 수 있다.
일 실시예에서, 제2차 히트 프레스 단계(S30)에서, 제2 프레스부는 가압될 적층물의 면과 대향하는 적층물의 전체 면을 면압하기 위해 평면을 구비할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제2차 히트 프레스 단계(S30)에서, 상기 제2 프레스부는, 상기 그리퍼가 위치하지 않은 적층물의 일부만을 가압하도록, 상기 그리퍼의 형상에 대응되는 형상의 홀 또는 홈을 포함할 수 있다. 이러한 방식으로, 접착력은 스택 전체에 부여될 수 있으며, 실제로 스택 전체에 균일하게 부여될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제2차 히트 프레스 단계(S30)에서, 그리퍼가 제거되고, 초기에 가열 및 가압된 적층물은 주변 온도가 50°C 내지 90°C이고, 주변 압력이 1MPa 내지 6MPa인 환경 내에서 5초 내지 60초의 범위로 시간 동안 가압될 수 있다.
일 실시예에서, 제2차 히트 프레스 단계(S30)을 위한 주변 온도는 50℃ 이상일 수 있으며, 바람직하게는 65℃ 이상일 수 있다.
일 실시예에서, 제2차 히트 프레스 단계(S30)을 위한 주변 온도는 90°C 이하일 수 있으며, 바람직하게는 85°C 이하일 수 있다.
일 실시예에서, 제2차 히트 프레스 단계(S30)을 위한 주변 온도는 50°C 내지 90°C, 바람직하게는 65°C 내지 90°C, 더욱 바람직하게는 65°C 내지 85°C일 수 있다. 가장 바람직하게는, 제2차 히트 프레스 단계를 위한 주변 온도는 70°C일 수 있다.
일 실시예에서, 제2차 히트 프레스 단계(S30)에 인가되는 압력은 1 MPa 이상, 바람직하게는 1.5 MPa 이상, 더욱 바람직하게는 3 MPa 이상일 수 있다.
일 실시예에서, 제2차 히트 프레스 단계(S30)에 인가되는 압력은 6 MPa 이하, 바람직하게는 5.5 MPa 이하일 수 있다.
일 실시예에서, 제2차 히트 프레스 단계(S30)에 인가되는 압력은 1 MPa 내지 6 MPa일 수 있고, 바람직하게는 1.5 MPa 내지 6 MPa일 수 있으며, 더욱 바람직하게는 3 MPa 내지 5.5 MPa일 수 있다.
일 실시예에서, 제2차 히트 프레스 단계(S30)에서의 가열 및 가압은 5초 이상, 바람직하게는 7초 이상의 시간일 수 있다.
일 실시예에서, 제2차 히트 프레스 단계(S30)에서의 가열 및 가압은 60초 이하, 바람직하게는 30초 이하, 더욱 바람직하게는 25초 이하일 수 있다.
일 실시예에서, 제2차 히트 프레스 단계(S30)에서의 가열 및 가압은 5초 내지 60초, 바람직하게는 5초 내지 30초, 더욱 바람직하게는 7초 내지 25초 범위의 시간일 수 있다.
일 실시예에서, 제2차 히트 프레스 단계(S30)은 50°C 내지 90°C의 범위의 주변 온도를 가지며, 1 MPa 내지 6 MPa의 압력이 인가되는 환경에서 5초 내지 60초, 바람직하게는 6개의 범위의 주변 온도를 갖는 환경에서 적층물을 가열 및 가압할 수 있다. 5 ℃ 이상 90 ℃ 이하, 1.5 MPa 내지 6 MPa의 압력을 가하여 5 초 내지 30 초의 범위로 한다. 더욱 바람직하게는, 상기 제2차 히트 프레스 단계 는 주변 온도가 65°C 내지 85°C이고, 3 MPa 내지 5.5 MPa 범위의 압력이 인가된 환경에서 7초 내지 25초의 시간 동안 적층물을 가열 및 가압할 수 있다. 여기서, 제2차 히트 프레스 단계(S30)을 위한 환경이 주변 온도가 70℃인 경우가 가장 바람직할 수 있다.
여기서, 초기 가열 및 가압을 위한 압력과 2차 가열 및 가압을 위한 압력은 한 쌍의 압력 블록에 의해 인가되는 압력을 의미하며, 주변 온도는 스택 테이블의 몸체 또는 한 쌍의 가압 블록에 의해 인가되는 열의 온도를 의미한다. 또한, 상기 한 쌍의 가압 블록은 동일하거나 상이할 수 있다. 즉, 그리퍼로 적층물을 파지한 상태에서 한 쌍의 가압블록으로 적층물을 가열하면서 가압한 후, 그리퍼에 의한 그립이 풀린 상태에서 동일한 한 쌍의 가압블록에 의해 가열되면서 적층물을 가압할 수 있다.
온도, 압력 및 시간 조건이 만족되지 않으면 전극 조립체의 전극이 제대로 접착되지 않고 조립체의 통기성이 과도하게 높아질 수 있다.
즉, 온도, 압력, 시간 조건이 만족되면 전극 조립체를 구성하는 전극을 개별적으로 가열하거나 가압하지 않고 적절한 접착력과 적절한 접착력을 동시에 부여하여 전극 조립체를 제조할 수 있다. 전극 조립체를 구성하는 분리막과 전극 사이의 통기성을 확보하면서 단위전극의 손상을 최소화한다.
일 실시예에 있어서, 양극은 예를 들어, 양극 활물질, 전도성 물질 및 결합제를 포함하는 양극 코팅 혼합물로 양극 집전체를 코팅한 다음, 코팅 혼합물을 건조함으로써 제조될 수 있다. 필요한 경우 혼합물에 충전제를 첨가할 수 있다. 이러한 재료는 관련 분야에서 사용되는 임의의 적절한 재료, 특히 특정 응용 분야에 일반적으로 사용되는 재료일 수 있다.
구체적으로, 상기 양극 활물질은 예를 들어, 리튬 코발트 산화물(LiCoO2), 리튬 니켈 산화물(LiNiO2) 등의 층상 화합물이나 1 또는 그 이상의 전이금속으로 치환된 화합물; 화학식 Li1+xMn2-xO4 (여기서, x 는 0 ~ 0.33 임), LiMnO3, LiMn2O3, LiMnO2 등의 리튬 망간 산화물; 리튬 동 산화물(Li2CuO2); LiV3O8, LiFe3O4, V2O5, Cu2V2O7 등의 바나듐 산화물; 화학식 LiNi1-xMxO2 (여기서, M = Co, Mn, Al, Cu, Fe, Mg, B 또는 Ga 이고, x = 0.01 ~ 0.3 임)으로 표현되는 Ni사이트형 리튬 니켈 산화물; 화학식 LiMn2-xMxO2 (여기서, M = Co, Ni, Fe, Cr, Zn 또는 Ta 이고, x = 0.01 ~ 0.1 임) 또는 Li2Mn3MO8 (여기서, M = Fe, Co, Ni, Cu 또는 Zn 임)으로 표현되는 리튬 망간 복합 산화물; 화학식의 Li 일부가 알칼리토금속 이온으로 치환된 LiMn2O4; 디설파이드 화합물; Fe2(MoO4)3 등을 들 수 있지만, 이들만으로 한정되는 것은 아니다.
양극 집전체에 사용할 수 있는 재료는 특별히 제한되지 않는다. 양극 집전체는 바람직하게는 전지에 사용될 때 화학적 변화를 일으키지 않고 비교적 높은 전도도를 갖는다. 예를 들어, 스테인레스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소, 또는 알루미늄이나 스테인레스 스틸의 표면에 카본, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면처리한 것 등이 사용될 수 있다. 바람직하게는, 양극 집전체는 알루미늄일 수 있다. 바람직하게는, 집전체의 코팅 혼합물과 접하는 표면에 미세한 요철을 포함함으로써, 집전체와 양극 코팅 혼합물 사이 접착력을 높일 수 있다. 또한, 필름, 시트, 호일, 네트, 다공질체, 발포체, 부직포체 등 다양한 형태가 가능하다. 양극 집전체는 일반적으로 3 ㎛ 내지 500 ㎛의 두께를 가질 수 있다.
상기 양극 코팅 혼합물에 포함된 도전재는 일반적으로 양극 활물질을 포함하는 혼합물 전체 중량의 1 내지 50중량%로 포함될 수 있다. 예를 들어, 천연 흑연이나 인조 흑연 등의 흑연; 카본블랙, 아세틸렌 블랙, 케첸 블랙, 채널 블랙, 퍼네이스 블랙, 램프 블랙, 서머 블랙 등의 카본블랙; 탄소 섬유나 금속 섬유 등의 도전성 섬유; 불화 카본, 알루미늄, 니켈 분말 등의 금속 분말; 산화아연, 티탄산 칼륨 등의 도전성 위스키; 산화 티탄 등의 도전성 금속 산화물; 폴리페닐렌 유도체 등의 도전성 소재 등이 사용될 수 있다.
양극 코팅 혼합물의 바인더는 활물질과 전도성 물질 사이 결합 및 코팅 혼합물을 집전체에 결합하는 것을 보조하는 성분이다. 이러한 바인더는 일반적으로 양극 활물질을 포함하는 혼합물 전체 중량의 1 내지 50 중량%의 양으로 포함될 수 있다. 이러한 바인더의 예로는, 폴리불화비닐리덴, 폴리비닐알코올, 카르복시메틸셀룰로우즈(CMC), 전분, 히드록시프로필셀룰로우즈, 재생 셀룰로우즈, 폴리비닐피롤리돈, 테트라플루오로에틸렌, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 에틸렌-프로필렌-디엔 테르 폴리머(EPDM), 술폰화 EPDM, 스티렌 브티렌 고무, 불소 고무, 다양한 공중합체 등을 들 수 있다.
양극 코팅 혼합물에 임의로 첨가되는 충전제는 양극의 팽창을 억제하는 성분으로 사용될 수 있다. 이러한 충전재는 특별히 제한되지 않으며, 전지에 사용될 때 화학적 변화를 일으키지 않는 섬유상 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등의 올리핀계 중합체; 유리섬유, 탄소섬유 등의 섬유상 물질이 사용된다.
일 실시상태에 있어서, 음극은 음극 집전체 상에 음극 활물질을 도포, 건조 및 압착하여 제조할 수 있으며, 필요에 따라 상기에서와 같은 도전재, 바인더, 충전제 등이 선택적으로 더 포함될 수 있다. 이 경우에도 해당 분야에서 통상적으로 사용되는 물질이 사용될 수 있다. 구체적으로, 상기 음극 활물질은, 예를 들어, 난흑연화 탄소, 흑연계 탄소 등의 탄소; LixFe2O3(0≤x≤1), LixWO2(0≤x≤1), SnxMe1-xMe'yOz (Me: Mn, Fe, Pb, Ge; Me': Al, B, P, Si, 주기율표의 1족, 2족, 3족 원소, 할로겐; 0<x≤1; 1≤y≤3; 1≤z≤8) 등의 금속 복합 산화물; 리튬 금속; 리튬 합금; 규소계 합금; 주석계 합금; SnO, SnO2, PbO, PbO2, Pb2O3, Pb3O4, Sb2O3, Sb2O4, Sb2O5, GeO, GeO2, Bi2O3, Bi2O4, 및 Bi2O5 등의 금속 산화물; 폴리아세틸렌 등의 도전성 고분자; Li-Co-Ni 계 재료 등을 사용할 수 있다.
음극 집전체에 사용될 수 있는 재료는 특별히 제한되지 않는다. 음극 집전체는 전지에 사용될 때 화학적 변화를 일으키지 않고 비교적 높은 전도도를 갖는 것이 바람직하다. 예를 들어, 구리, 스테인레스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소, 구리나 스테인레스 스틸의 표면에 카본, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면처리한 것, 알루미늄-카드뮴 합금 등이 사용될 수 있다. 또한, 양극 집전체와 마찬가지로, 표면에 미세한 요철을 형성하여 음극 활물질의 결합력을 강화시킬 수도 있다. 필름, 시트, 호일, 네트, 다공질체, 발포체, 부직포체 등 다양한 형태로 사용될 수 있다. 또한, 상기 음극 집전체는 일반적으로 3 ㎛ 내지 500 ㎛의 두께일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 분리막은 유/무기 복합 다공성의 SRS(Safety-Reinforcing Separators) 분리막일 수 있다. 상기 SRS 분리막은 폴리올레핀 계열 분리막 기재상에 무기물 입자와 바인더 고분자를 포함하는 코팅층 성분이 도포된 구조일 수 있다.
이러한 SRS 분리막은 무기물 입자의 내열성으로 인해 고온 열수축이 발생하지 않는바, 침상 도체에 의해 전극조립체가 관통되더라도, 안전 분리막의 연신율을 유지할 수 있다.
이러한, SRS 분리막은 분리막 기재 자체에 포함된 기공 구조와 더불어 코팅층 성분인 무기물 입자들간의 빈 공간(interstitial volume)에 의해 형성된 균일한 기공 구조를 가질 수 있다. 상기 기공은 전극 조립체에 가해지는 외부의 충격을 상당히 완화 시킬 수 있을 뿐만 아니라, 기공을 통해 리튬 이온의 원활한 이동이 이루어지고, 다량의 전해액이 채워져 높은 함침율을 나타낼 수 있으므로, 전지의 성능 향상을 함께 도모할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 분리막은 인접한 양극 및 음극들과 대응되는 가장자리를 넘어 양측에서 외측으로 연장(이하 “잉여부”)되도록 분리막의 폭 치수(분리막이 펼쳐진 길이 방향 치수에 직각)로 치수가 정해질 수 있다. 또한, 상기 분리막 잉여부의 양측부의 일면 또는 양면에 분리막 수축 방지를 위해 분리막의 두께보다 두꺼운 코팅층이 형성되어 있는 구조로 구성되어 있다. 분리막의 바깥쪽으로 연장된 잉여부의 두꺼운 코팅층에 대한 자세한 내용은 전체 내용이 여기에 참조로 포함되는 한국 공개특허공보 제10-2016-0054219호를 참조한다. 본 발명의 일 실시예에 있어서, 분리막 잉여부는 각각 분리막의 폭을 기준으로 5% 내지 12%의 크기일 수 있다. 더욱이, 본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 코팅층은 일측의 분리막 잉여부의 폭을 기준으로 50% 내지 90%의 크기로 분리막 양면에 코팅될 수 있다. 또한, 상기 양면의 코팅층들의 폭은 서로 동일하거나 다른 크기일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 코팅층은 무기물 입자 및 바인더 고분자를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 폴리올레핀 계열 분리막 성분의 예로는 고밀도 폴리에틸렌, 선형 저밀도 폴리에틸렌, 저밀도 폴리에틸렌, 초고분자량 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 또는 이들의 유도체 등이 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 코팅층의 두께는 상기 제1 전극 또는 제2 전극의 두께보다 작을 수 있다. 구체적인 예에서, 상기 코팅층의 두께는 제1 전극 또는 제2 전극의 두께의 30% 내지 99% 크기일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 코팅층은 습식 코팅 또는 건식 코팅에 의해 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 기재와 코팅층은 폴리올레핀 계열 분리막 기재 표면의 기공과 코팅층이 상호 엉켜있는 형태(anchoring)로 존재하여 분리막 기재와 활성층이 물리적으로 견고하게 결합할 수 있다. 상기 분리막의 기재와 활성층의 두께비는 9:1 내지 1:9일 수 있다. 바람직하게 두께 비율은 5:5일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 무기물 입자는 당 업계에서 통상적으로 사용되는 무기물 입자가 사용될 수 있다. 상기 무기물 입자들은 서로 상호작용하여 무기물 입자들 사이에 빈 공간 형태의 미세 기공을 형성함과 동시에 코팅층의 물리적 형태를 구조적으로 유지하는데 도움을 줄 수 있다. 또한, 상기 무기물 입자는 일반적으로 200℃ 이상의 고온이 되어도 물리적 특성이 변하지 않는 특성을 갖기 때문에, 형성된 유/무기 복합 다공성 필름이 탁월한 내열성을 갖게 된다.
또한, 무기물 입자에 사용될 수 있는 물질은 특별히 제한되지 않으나, 바람직하게는 전기화학적으로 안정한 물질이다. 즉, 본 발명에서 사용할 수 있는 무기물 입자는 적용되는 전지의 작동 전압 범위(예컨대, Li/Li+ 기준으로 0~5V)에서 산화 및/또는 환원 반응이 일어나지 않는 것이면 특별히 제한되지 않는다. 특히, 이온 전달 능력이 있는 무기물 입자를 사용하는 경우, 전기 화학 소자 내의 이온 전도도를 높여 성능 향상시킬 수 있다. 따라서, 가능한 이온 전도도가 높은 무기물 입자를 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 무기물 입자가 높은 밀도를 갖는 경우, 코팅 시 무기물 입자의 분산이 어렵고, 전지 제조 시 전지의 무게를 증가시키는 문제점이 있다. 따라서, 가능한 밀도가 낮은 무기물 입자를 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 유전율이 높은 무기물인 경우, 액체 전해질 내 전해질 염, 예컨대 리튬염의 해리도 증가에 기여하여 전해액의 이온 전도도를 향상시킬 수 있다.
전술한 이유들로 인해, 상기 무기물 입자는 압전성(piezoelectricity)을 갖는 무기물 입자 및 리튬 이온 전달 능력을 갖는 무기물 입자로 구성된 군으로부터 선택된 1종 이상일 수 있다.
상기 압전성(piezoelectricity) 무기물 입자는 상압에서는 부도체이나, 일정 압력이 인가되었을 경우 내부 구조 변화에 의해 전기가 통하는 물성을 갖는 물질을 의미한다. 또한, 유전율 상수가 100 이상인 고유전율 특성을 나타내는 물질이다. 압전성을 갖는 무기물 입자는 또한 일정 압력을 인가하여 인장 또는 압축되는 경우 전하가 발생하여 한 면은 양으로, 반대편은 음으로 각각 대전됨으로써, 양쪽 면 간에 전위차가 발생하는 기능을 갖는 물질(예를 들어, 분리막)이다.
상기와 같은 특징을 갖는 무기물 입자를 코팅층 성분으로 사용하는 경우, 침상 도체와 같은 외부 충격에 의해 양(兩) 전극의 내부 단락이 발생하는 경우 분리막에 코팅된 무기물 입자로 인해 양극과 음극이 직접 접촉하지 못할 수 있다. 또한, 무기물 입자의 압전성으로 인해 입자 내 전위차가 발생하게 되고 이로 인해 양(兩) 전극 간의 전자 이동(즉, 미세한 전류의 흐름)을 야기하여 완만한 전지의 전압 감소 및 이로 인한 안전성 향상을 도모할 수 있다.
상기 압전성을 갖는 무기물 입자의 예로는 BaTiO3, Pb(Zr,Ti)O3 (PZT), Pb1-xLaxZr1-yTiyO3 (PLZT), PB(Mg3Nb2/3)O3-PbTiO3 (PMN-PT) 및 hafnia (HfO2)로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 리튬 이온 전달 능력을 갖는 무기물 입자는 리튬 원소를 함유하되 리튬을 저장하지 않고 대신 리튬 이온을 이동시키는 기능을 갖는 무기물 입자를 의미한다. 리튬 이온 전달 능력을 갖는 무기물 입자는 입자 구조 내부에 존재하는 일종의 결함(defect)으로 인해 리튬 이온을 전달 및 이동시킬 수 있다. 그 결과, 전지 내 리튬 이온 전도도가 향상되고, 이로 인해 전지 성능 향상을 도모할 수 있다.
상기 리튬 이온 전달 능력을 갖는 무기물 입자의 예로는 리튬포스페이트(Li3PO4), 리튬티타늄포스페이트(LixTiy(PO4)3, 0<x<2, 0<y<3), 리튬알루미늄티타늄포스페이트 (LixAlyTiz(PO4)3, 0<x<2, 0<y<1, 0<z<3), (LiAlTiP)xOy 계열 glass(0<x<4, 0<y<13), 리튬란탄티타네이트 (LixLayTiO3, 0<x<2, 0<y<3), 리튬게르마니움티오포스페이트 (LixGeyPzSw, 0<x<4, 0<y<1, 0<z<1, 0<w<5), 리튬나이트라이드 (LixNy, 0<x<4, 0<y<2), SiS2(LixSiySz, 0<x<3, 0<y<2, 0<z<4) 계열 glass 및 P2S5 (LixPySz, 0<x<3, 0<y< 3, 0<z<7) 계열 glass로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 분리막의 코팅층을 구성하는 무기물 입자 및 바인더 고분자의 조성비는 특별히 제한되지 않으나, 10:90 내지 99:1 중량% 범위 내에서 조절 가능하며, 80:20 내지 99:1 중량% 범위가 바람직하다. 상기 조성비가 10:90 중량% 비 미만인 경우, 고분자의 함량이 지나치게 많게 되어 무기물 입자들 사이에 형성된 빈 공간의 감소로 인한 기공 크기 및 기공도가 감소되어 최종 전지 성능 저하가 야기될 수 있다. 한편, 99:1 중량% 비를 초과하는 경우, 고분자 함량이 너무 적기 때문에 무기물 사이의 접착력 약화로 인해 최종 유/무기 복합 다공성 분리막의 기계적 물성이 저하될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 바인더 고분자는 당 업계에서 통상적으로 사용되는 바인더 고분자가 사용될 수 있다.
상기 유/무기 복합 다공성 분리막 중 코팅층은 전술한 무기물 입자 및 바인더 고분자 이외에, 통상적으로 알려진 기타 첨가제를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 코팅층은 활성층이라고 할 수도 있다.
이상, 본 발명을 구성예를 통하여 상세히 설명하였지만, 본 발명에 따른 전극 조립체의 제조장치는 이러한 구성에 한정되지 않는다. 본 발명의 기술적 사상 내에서 본 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 구현이 가능하다.
또한, 본 발명에 따른 전극 조립체의 제조 장치 및 장치의 구성에 대한 설명은 본 발명에 따른 전극 조립체의 제조 방법 및 상기 제조 방법에 의해 제조된 전극 조립체에 적용 가능하다. 전극 조립체는 본 발명에 따른 전극 조립체의 제조 장치에 의해 제조될 수 있는 것이다.
1) 실시예 1
양극 공급부, 음극 공급부 및 분리막 공급부로부터 각각 양극 19매, 음극 20매 및 분리막을 스택 테이블에 공급하였다.
보다 구체적으로, 양극 및 음극은 각각 양극 시트 및 음극 시트에서 절단된 형태로 공급되고, 분리막은 분리막 시트의 형태로 공급되었다. 그 후, 스택 테이블을 회전시키면서 공급되는 분리막을 접고, 양극, 음극 및 분리막을 적층하였다. 이 때, 스택 테이블의 최상부에 적층된 양극 또는 음극의 상면을 그리퍼로 가압하여 고정하면서 적층을 수행하였고, 그 결과 접힌 분리막 사이사이에 양극 및 음극이 교대로 배치되는 형태로 양극, 음극 및 분리막을 스택 테이블 위에 적층하여 전극 39장을 이용한 적층물을 제조하였다.
적층물 제조 후, 적층물을 그리퍼로 파지하고 주위 온도 70℃ 및 가압력 1.91MPa 환경에서 적층물을 가열하면서 15초간 가압하였다(제1차 히트 프레스 단계 진행).
제1차 히트 프레스 단계 이 후, 하기 표 1과 같이 스택 테이블을 70℃의 온도(온도 조건)로 가열하고, 프레스의 가압 블록으로 적층물에 2.71 MPa의 압력(압력 조건)을 10초간(프레스 시간)동안 가압하는 제2차 히트 프레스 단계를 진행하여, 실시예 1의 전극 조립체를 제조하였다.
전극 조립체를 제조하는 과정에서 상술한 본 발명의 내용이 적용될 수 있다.
2) 실시예 2 내지 12
하기 표 1에 기재된 온도 조건, 압력 조건 및 프레스 시간으로 제2차 히트 프레스를 수행한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 실시예 2 내지 12의 전극 조립체를 제조하였다. 즉, 실시예 1 내지 12의 제1차 히트 프레스 조건은 동일하다.
| 제1차 히트 프레스 | ||||
| 온도조건 (℃) |
압력 조건 프레스 면적 (314.57 cm2) |
프레스 시간 (s) |
||
| Tonf | MPa | |||
| 실시예 1 | 70 | 6 | 1.91 | 15 |
| 실시예 2 | ||||
| 실시예 3 | ||||
| 실시예 4 | ||||
| 실시예 5 | ||||
| 실시예 6 | ||||
| 실시예 7 | ||||
| 실시예 8 | ||||
| 실시예 9 | ||||
| 실시예 10 | ||||
| 실시예 11 | ||||
| 실시예 12 | ||||
| 제2차 히트 프레스 | ||||
| 온도조건 (℃) |
압력 조건 프레스 면적 (554.1 cm2) |
프레스 시간 (s) |
||
| Tonf | MPa | |||
| 실시예 1 | 70 | 5 | 2.71 | 10 |
| 실시예 2 | 70 | 5 | 2.71 | 20 |
| 실시예 3 | 70 | 4 | 2.17 | 10 |
| 실시예 4 | 70 | 4 | 2.17 | 20 |
| 실시예 5 | 60 | 4 | 2.17 | 10 |
| 실시예 6 | 60 | 4 | 2.17 | 20 |
| 실시예 7 | 60 | 5 | 2.71 | 10 |
| 실시예 8 | 60 | 5 | 2.71 | 20 |
| 실시예 9 | 80 | 4 | 2.17 | 10 |
| 실시예 10 | 80 | 4 | 2.17 | 20 |
| 실시예 11 | 80 | 5 | 2.71 | 10 |
| 실시예 12 | 80 | 5 | 2.71 | 20 |
3) 비교예 1 내지 5
하기 표 2에 기재된 온도 조건, 압력 조건 및 프레스 시간으로 제1차 히트 프레스 단계를 수행하고, 제2차 히트 프레스 단계를 진행하지 않은 것을 제외하고, 실시예 1과 동일한 방법으로 비교예 1 내지 5의 전극 조립체를 제조하였다.
| 제1차 히트 프레스 | ||||
| 온도 조건 (℃) |
압력 조건 프레스 면적 (314.57 cm2) |
프레스 시간 (s) |
||
| Tonf | MPa | |||
| 비교예 1 | 70 | 6 | 1.91 | 8 |
| 비교예 2 | 80 | 6 | 1.91 | 8 |
| 비교예 3 | 90 | 4 | 1.27 | 8 |
| 비교예 4 | 90 | 4 | 1.27 | 15 |
| 비교예 5 | 90 | 6 | 1.91 | 8 |
| 비교예 6 | 90 | 8 | 2.54 | 8 |
| 비교예 7 | 90 | 8 | 2.54 | 15 |
| 제2차 히트 프레스 (미실시) | ||||
| 온도 조건 (℃) |
압력 조건 프레스 면적 (554.1 cm2) |
프레스 시간 (s) |
||
| Tonf | MPa | |||
| 비교예 1 | - | - | - | - |
| 비교예 2 | - | - | - | - |
| 비교예 3 | - | - | - | - |
| 비교예 4 | - | - | - | - |
| 비교예 5 | - | - | - | - |
| 비교예 6 | - | - | - | - |
| 비교예 7 | - | - | - | - |
표 1 및 2의 조건으로 제조된 실시예 1 내지 12 및 비교예 1 내지 5의 전극 조립체를 본 발명에 따른 전극 공급부의 조건과 동일한 조건에서 60초간 진공 흡인한 결과, 비교예 1 내지 5의 모든 전극 조립체에서 60초 이전에 전극과 분리막이 분리되는 것이 관찰되었다.
이는 비교예 1 내지 5의 전극 조립체는 전극과 분리막의 접착 상태가 불량함을 의미하는 것으로, 제1차 및 제2차 프레스를 진행한 본 발명에 따른 전극 조립체는 접착 상태가 양호하여 전극 조립체의 폴딩 풀어짐을 방지할 수 있는 우수한 효과가 있다.
비교예 6, 7의 경우 60초 이전에는 전극과 분리막의 분리가 관찰되지 않았지만, 2.54 MPa의 압력 조건에서 진공흡착을 하여 전극 조립체에 손상이 발생한 것을 확인하였다.
3) 실험예 1 - 접착력 평가 및 내전압 평가
진공 흡입의 결과 60초 이전에 전극과 분리막의 분리가 관찰되지 않은 실시예 1 내지 12 및 비교예 6, 7의 전극 조립체를 분해 분석하여 상면, 하면 및 중간면의 접착력을 측정하였다. 구체적으로, 전극 조립체의 적층 방향을 기준으로 가장 하단에 위치한 음극과 분리막 사이의 접착력(음극 접착력)을 측정하여 이를 하면 접착력으로 판단하였고, 전극 조립체의 적층 방향을 기준으로 가장 상단에 위치하는 음극과 분리막 사이의 접착력(양극 접착력)을 측정하여 이를 상면 접착력으로 판단하였다. 전극 조립체의 상단과 하단 사이의 중간 위치에 위치한 음극과 분리막 사이의 접착력(음극 접착력)을 측정하고, 측정된 접착력을 중간 접착력으로 결정하였다.
보다 구체적으로, 전극 조립체의 상단, 하단 및 상단과 하단 사이의 중간 위치에 해당하는 부분을 전극 조립체의 적층 방향을 따라 분리하였다.
각각의 분리된 전극 조립체를 폭 방향으로 폭 55mm, 길이 20mm의 음극 및 분리막을 샘플링하였다.
샘플링된 샘플을 슬라이드 글라스의 접착면에 전극이 위치되도록 슬라이드 글라스에 접착시켰다.
그 후, 샘플이 접착된 슬라이드 글라스를 접착력 측정기에 거치시킨 후, 슬라이드 글라스가 거치된 평면과 수직하는 방향으로 분리막을 잡아당겨 분리막이 전극에서 박리될 때의 값을 측정하였다.
그 결과는 하기 표 3과 같았다.
| 음극 접착력 (gf/20mm) | ||||
| 상면 | 중간 | 하면 | 편차 | |
| 실시예 1 | 19.8 | 10.8 | 21.5 | 10.7 |
| 실시예 2 | 20.3 | 9.7 | 19.5 | 10.6 |
| 실시예 3 | 9.9 | 5.2 | 11.4 | 6.2 |
| 실시예 4 | 16.6 | 9.2 | 17 | 7.8 |
| 실시예 5 | 9.4 | 4.0 | 9.9 | 5.9 |
| 실시예 6 | 11.1 | 7.1 | 14.3 | 7.2 |
| 실시예 7 | 7.9 | 6.2 | 10.5 | 4.3 |
| 실시예 8 | 13.4 | 8.9 | 18 | 9.1 |
| 실시예 9 | 14 | 5.2 | 10.4 | 8.8 |
| 실시예 10 | 14.2 | 7.9 | 14.6 | 6.7 |
| 실시예 11 | 16.7 | 7.2 | 18.5 | 11.3 |
| 실시예 12 | 25.3 | 12.0 | 22.4 | 13.3 |
| 비교예 6 | 15.6 | 7.2 | 25.9 | 18.7 |
| 비교예 7 | 30.7 | 12.6 | 25.1 | 18.1 |
상기 표 3의 결과를 참조하면, 비교예 6 및 7의 경우 전술한 바와 같이 2.54MPa의 압력 조건에서 진공흡착을 수행하여 전극 조립체에 손상이 발생할 수 있으며, 접착력 편차가 15gf/20mm보다 훨씬 크게 큰 것을 확인하였다. 이는 위치에 따라 전극 조립체의 성능이 균일하지 않을 수 있음을 의미한다.
한편, 실시예 1 내지 12의 경우 접착력의 편차가 15gf/20mm 미만으로 유의미하지 않은 것으로 확인되었다. 즉, 실시예 1 내지 12의 전극 조립체는 균일한 성능을 가짐을 확인하였다.
3) 실험예 2 - 통기성 평가
실시예 1 내지 12 중 제2차 프레스의 온도 조건만 다른 실시예 1, 6, 12의 전극 조립체의 통기성을 평가하였다.
구체적으로, 실시예 1, 6, 12의 전극 조립체에서 분리막을 회수한 후, 분리막을 절단하여 5 cm X 5 cm(폭 X 길이) 크기의 분리막 샘플을 제조하였다. 그 후, 분리기 샘플을 아세톤으로 세척하였다.
이후, 실시예 1, 6 및 12의 공기 투과도는 일본 산업 표준의 JIS 걸리 측정 방법에 따라 Toyoseiki의 Gurley 유형 Densometer(No. 158)를 사용하여 상온 및 0.05MPa의 압력조건에서 1평방인치의 분리막에 100ml(또는 100cc)의 공기가 통과하는데 걸리는 시간을 측정하였다.
그 결과는 표 4와 같았다.
| 통기성 (sec/100ml) | ||||
| 상면 | 중간 | 하면 | 편차 | |
| 실시예 1 | 88 | 76 | 84 | 11.1 |
| 실시예 6 | 88 | 75 | 87 | 12.3 |
| 실시예 12 | 101 | 84 | 100 | 17.4 |
상기 표 4의 결과로부터, 본 발명에 따른 제2차 히트 프레스의 조건을 만족하였을 때, 각 위치에 해당하는 통기성이 120초/100ml 미만으로 전극 조립체로 사용하기에 적정한 수준의 통기성을 가짐을 확인하였다. 또한, 위치에 따른 통기도 편차도 20초/100ml 이하로 균일하다고 판단할 수 있는 통기도 편차 수준을 가짐을 확인하였다. 즉, 본 발명에 따른 제조방법으로 제조된 전극 조립체의 성능이 균일함을 다시 한 번 확인하였다.
그 중 온도 조건이 70℃인 실시예 1의 경우 통기도 편차가 가장 작은 것을 확인하였다. 상기 실험예를 통하여 본 발명에 따른 전극 조립체는 적절하고 균일한 통기도 및 접착력을 가짐을 확인하였다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
S: 적층물
1: 제1 전극
1a: 제1 전극 탭
2: 제2 전극
4: 제1 분리막
4a: 적층부
4b: 폴딩부
5: 제2 분리막
100: 전극 조립체 제조장치
10: 스택 테이블
20: 분리막 공급부
21: 분리막 롤
30: 제1 전극 공급부
31: 제1 전극 안착 테이블
32: 제1 이송 헤드
33: 제1 전극 롤
34: 제1 커터
35: 제1 컨베이어
36: 제1 전극 공급 헤드
37: 제1 이동부
40: 제2 전극 공급부
41: 제2 전극 안착 테이블
42: 제2 이송 헤드
43: 제2 전극 롤
44: 제2 커터
45: 제2 컨베이어
46: 제2 전극 공급 헤드
47: 제2 이동부
50, 150: 제1 프레스부
50a, 50b, 150a, 150b: 제1 가압블럭
51: 그리퍼
51a: 본체
51b: 고정부
52: 그리퍼 홈
60, 160: 제2 프레스부
60a, 60b, 160a, 160b: 제2 가압블럭
1: 제1 전극
1a: 제1 전극 탭
2: 제2 전극
4: 제1 분리막
4a: 적층부
4b: 폴딩부
5: 제2 분리막
100: 전극 조립체 제조장치
10: 스택 테이블
20: 분리막 공급부
21: 분리막 롤
30: 제1 전극 공급부
31: 제1 전극 안착 테이블
32: 제1 이송 헤드
33: 제1 전극 롤
34: 제1 커터
35: 제1 컨베이어
36: 제1 전극 공급 헤드
37: 제1 이동부
40: 제2 전극 공급부
41: 제2 전극 안착 테이블
42: 제2 이송 헤드
43: 제2 전극 롤
44: 제2 커터
45: 제2 컨베이어
46: 제2 전극 공급 헤드
47: 제2 이동부
50, 150: 제1 프레스부
50a, 50b, 150a, 150b: 제1 가압블럭
51: 그리퍼
51a: 본체
51b: 고정부
52: 그리퍼 홈
60, 160: 제2 프레스부
60a, 60b, 160a, 160b: 제2 가압블럭
Claims (20)
- 제1 전극, 제2 전극, 및 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이의 분리막의 제2 전극부를 포함하는 적층물을 제조하기 위한 전극 조립체 제조장치에 있어서,
상기 적층물을 지지하는 스택 테이블;
상기 적층물을 고정하는 그리퍼 및
상기 그리퍼에 의해 고정된 상기 적층물을 가열 및 압축하는 제1 프레스부
를 포함하는 전극 조립체 제조장치. - 청구항 1에 있어서, 상기 제1 프레스부는 상기 적층물의 대향하는 표면을 압축하도록 구성된 한 쌍의 가압블록을 포함하고,
상기 한 쌍의 가압블록은 서로를 향한 방향으로 이동 가능하고 상기 적층물 및 상기 그리퍼 중 어느 하나 또는 둘 모두를 압축하는 것인 전극 조립체 제조장치. - 청구항 2에 있어서, 상기 그리퍼는 상기 적층물의 상부 표면에 의해 정의되는 상부면 및 상기 적층물의 하부 표면에 의해 정의되는 하부면 중 어느 하나 또는 둘 모두에 평행한 방향으로 연장되는 기둥 또는 플레이트 형태로 구비되고,
상기 그리퍼는 상기 적층물을 고정하기 위해 상기 고정부의 상부면 및 하부면 중 어느 하나 또는 둘 모두의 일부를 가압하고,
상기 제1 프레스부의 한 쌍의 가압블록 중 적어도 하나 이상은 상기 그리퍼의 형상에 대응하는 형태의 그리퍼홈을 포함하는 것인 전극 조립체 제조장치. - 청구항 3에 있어서, 상기 적층물을 가열 및 압착하는 제2 프레스부를 더 포함하고,
상기 제2 프레스부의 한 쌍의 가압블록은 상기 적층물과 접촉하며 상기 적층물을 가압하는 평탄한 가압면을 구비하는 것인 전극 조립체 제조장치. - 청구항 2에 있어서, 상기 적층물을 가열하여 가압하는 제2 프레스부를 더 포함하고,
상기 그리퍼는 상기 적층물의 상부 표면에 의해 정의되는 상부면 및 상기 적층물의 하부 표면에 의해 정의되는 하부면 중 어느 하나 또는 둘 모두에 평행한 방향으로 연장되는 기둥 또는 플레이트의 형태로 구비되고,
상기 그리퍼는 상기 적층물의 상부면 및 하부면 중 어느 하나 또는 둘 모두의 일부를 고정하고,
상기 제1 프레스부의 한 쌍의 가압블록 각각은 상기 적층물과 접촉하여 상기 적층물을 압착하는 평평한 가압면을 가지며,
상기 제2 프레스부의 한 쌍의 가압블록 중 적어도 하나 이상은 상기 적층물의 대응하는 압축 부분 위에 놓이도록 구성된 적어도 하나 이상의 제2 가압블록 홈을 포함하는 것인 전극 조립체 제조장치. - 청구항 2에 있어서, 상기 그리퍼는 상기 적층물의 상부 표면에 의해 정의되는 상부면 및 상기 적층물의 하부 표면에 의해 정의되는 하부면 중 어느 하나 또는 둘 모두에 평행한 방향으로 연장되는 기둥 또는 플레이트 형태로 구비되고,
상기 그리퍼는 상기 적층물을 고정하기 위해 상기 적층물의 상부면 및 하부면 중 어느 하나 또는 둘 모두의 일부를 가압하고,
상기 제1 프레스부의 한 쌍의 가압블록 중 적어도 하나 이상은 상기 그리퍼가 상기 적층물을 가압하도록 상기 그리퍼를 가압하는 것인 전극 조립체 제조장치. - 청구항 2에 있어서, 상기 제1 프레스부는 한 쌍의 가압블록을 가열하는 프레스 히터를 포함하는 것인 전극 조립체 제조장치.
- 청구항 2에 있어서, 상기 한 쌍의 가압블록의 가압면의 길이 및 폭은 상기 적층물의 길이 및 상기 적층물의 폭보다 큰 것인 전극 조립체 제조장치.
- 청구항 1에 있어서, 상기 스택 테이블에 상기 분리막을 공급하는 분리막 공급부,
상기 스택 테이블에 지지된 상기 분리막의 제1 전극부에 상기 제1 전극을 적층하는 제1 전극 공급부는 상기 분리막에 상기 제1 전극이 적층되기 전에 상기 제1 전극을 안착시키는 제1 전극 안착 테이블; 및 상기 제1 전극을 임시 고정하고, 상기 제1 전극이 임시 고정된 상태에서 상기 스택 테이블에 지지된 분리막에 상기 제1 전극을 상기 제1 전극 안착 테이블로부터 상기 제1 전극부로 이송하는 제1 이송 헤드를 포함하고,
상기 제2 전극부가 상기 스택 테이블에 지지되는 경우, 상기 분리막의 제2 전극부에 상기 제2 전극을 적층하는 제2 전극 공급부는 상기 분리막에 상기 제2 전극이 적층되기 전에 상기 제2 전극이 안착되는 제2 전극 안착 테이블 및 상기 제2 전극을 임시 고정하고, 상기 제2 전극이 임시 고정된 상태에서 상기 제2 전극 암착 테이블로부터 상기 스택 테이블에 지지된 분리막의 상기 제2 전극부로 상기 제2 전극을 이송하는 제2 이송 헤드를 포함하는 전극 조립체 제조장치. - 청구항 8에 있어서, 상기 스택 테이블을 회전시키는 회전부를 더 포함하고,
상기 제1 전극 공급부는 상기 회전부의 일측에 구비되고, 상기 제2 전극 공급부는 상기 회전부의 일측에 반대되는 타측에 구비되고,
상기 제2 전극이 적층될 때 상기 제2 이송 헤드를 향하도록 상기 스택 테이블을 제2 측으로 회전시키는 것인 전극 조립체 제조장치. - 청구항 10에 있어서, 상기 회전부는 상기 스택 테이블을 상기 제1 전극 공급부의 방향과 상기 제2 전극 공급부의 방향으로 교대로 회전시키는 것인 전극 조립체 제조장치.
- 청구항 1에 있어서, 상기 제1 프레스부는 주위 온도가 45℃ 내지 75℃ 범위이고 1MPa 내지 2.5MPa 범위의 압력이 인가되는 환경에서 5초 내지 20초 범위의 시간 동안 상기 적층물을 가압하는 것인 전극 조립체 제조장치.
- 청구항 1에 있어서, 상기 적층물을 가열 및 가압하는 제2 프레스부는 상기 제1 프레스부에 의해 50℃ 내지 90℃의 주변 온도를 가지며, 1MPa 내지 6MPa의 압력이 인가되는 환경에서 5초 내지 60초 동안 상기 적층물을 가압하는 것인 전극 조립체 제조장치.
- 제1 전극, 분리막 및 제2 전극을 공급하고 적층하여 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 상기 분리막을 배치하여 상기 제1 전극과 상기 제2 전극의 적층물을 제조하는 단계;
그리퍼를 사용하여 상기 적층물을 고정하는 동안 제1 프레스부로 스택을 가열 및 가압하는 단계 및
상기 제1 프레스부로 상기 적층물을 가열 및 가압하는 단계 이후에, 제2 프레스부를 이용하여 상기 적층물을 가열 및 가압하는 단계
를 포함하는 전극 조립체 제조방법. - 청구항 14에 있어서, 상기 제2 프레스부를 이용하여 상기 적층물을 가열 및 가압하는 단계는 상기 그리퍼가 제거된 후 상기 적층물을 가열 및 가압하는 것인 전극 조립체 제조방법.
- 청구항 14에 있어서, 상기 제1 프레스부로 상기 적층물을 가열 및 가압하는 단계는 상기 그리퍼가 위치하지 않는 상기 적층물의 표면이 가압되는 것인 전극 조립체 제조방법.
- 청구항 14에 있어서, 상기 제1 프레스부로 상기 적층물을 가열 및 가압하는 단계는 상기 그리퍼가 상기 적층물의 표면에 구비된 상기 적층물의 표면을 가압하는 것인 전극 조립체 제조방법.
- 청구항 14에 있어서, 상기 적층물을 제1 프레스부로 가열 및 가압하는 단계는 45℃ 내지 75℃의 주변 온도를 가지며, 1MPa 내지 2.5MPa의 압력이 인가되는 환경 내에서 5초 내지 20초의 시간 동안 가압되는 것인 전극 조립체 제조방법.
- 청구항 14에 있어서, 상기 적층물을 상기 제2 프레스부로 가열 및 가압하는 단계는 주변 온도가 50℃ 내지 90℃이고, 1MPa 내지 6MPa 범위의 압력이 인가되는 환경 내에서 5초 내지 60초 동안 가압되는 것인 전극 조립체 제조방법.
- 제1 전극, 제2 전극, 상기 제1 전극에 기초하는 분리막의 제1 전극부 및 상기 제1 전극과 제2 전극 사이의 분리막의 제2 전극부를 포함하는 적층물을 제조하기 위한 전극 조립체 제조장치에 있어서,
상기 적층물을 지지하도록 구성된 스택 테이블;
상기 스택 테이블에 상기 분리막을 공급하기 위해 구성된 분리막 공급 장치;
상기 스택 테이블에 의해 지지되는 상기 분리막의 제1 전극부에 상기 제1 전극을 적층하도록 구성된 제1 전극 공급부;
상기 스택 테이블에 의해 지지되는 상기 분리막의 제2 전극부에 상기 제2 전극을 적층하도록 구성된 제2 전극 공급부;
상기 적층물을 고정하기 위해 구성된 그리퍼;
상기 그리퍼에 의해 고정된 상기 적층물을 가열 및 가압하도록 구성된 제1 프레스부 및
상기 적층물을 가열 및 가압하기 위해 구성된 제2 프레스부
를 포함하는 전극 조립체 제조장치.
Applications Claiming Priority (7)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020210090592 | 2021-07-09 | ||
| KR1020210090588 | 2021-07-09 | ||
| KR20210090592 | 2021-07-09 | ||
| KR20210090588 | 2021-07-09 | ||
| KR20210090589 | 2021-07-09 | ||
| KR1020210090589 | 2021-07-09 | ||
| KR1020220084666A KR20230009861A (ko) | 2021-07-09 | 2022-07-08 | 전극 조립체 제조장치 및 제조방법 |
Related Parent Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020220084666A Division KR20230009861A (ko) | 2021-07-09 | 2022-07-08 | 전극 조립체 제조장치 및 제조방법 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20230150924A true KR20230150924A (ko) | 2023-10-31 |
Family
ID=84801831
Family Applications (6)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020220084662A KR102572761B1 (ko) | 2021-07-09 | 2022-07-08 | 전극 조립체 |
| KR1020220084666A KR20230009861A (ko) | 2021-07-09 | 2022-07-08 | 전극 조립체 제조장치 및 제조방법 |
| KR1020220084663A KR20230009859A (ko) | 2021-07-09 | 2022-07-08 | 전극 조립체 |
| KR1020230111754A KR102685720B1 (ko) | 2021-07-09 | 2023-08-25 | 전극 조립체, 전극 조립체 제조장치 및 제조방법 |
| KR1020230140860A KR20230150924A (ko) | 2021-07-09 | 2023-10-20 | 전극 조립체 제조장치 및 제조방법 |
| KR1020240014618A KR20240017892A (ko) | 2021-07-09 | 2024-01-31 | 전극 조립체 |
Family Applications Before (4)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020220084662A KR102572761B1 (ko) | 2021-07-09 | 2022-07-08 | 전극 조립체 |
| KR1020220084666A KR20230009861A (ko) | 2021-07-09 | 2022-07-08 | 전극 조립체 제조장치 및 제조방법 |
| KR1020220084663A KR20230009859A (ko) | 2021-07-09 | 2022-07-08 | 전극 조립체 |
| KR1020230111754A KR102685720B1 (ko) | 2021-07-09 | 2023-08-25 | 전극 조립체, 전극 조립체 제조장치 및 제조방법 |
Family Applications After (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020240014618A KR20240017892A (ko) | 2021-07-09 | 2024-01-31 | 전극 조립체 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (3) | EP4233116A4 (ko) |
| JP (3) | JP2023552127A (ko) |
| KR (6) | KR102572761B1 (ko) |
| CN (3) | CN116745986A (ko) |
| WO (3) | WO2023282720A1 (ko) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117446268B (zh) * | 2023-12-22 | 2024-04-02 | 张家港市固业金属制品有限公司 | 一种铝型材打包设备 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20200023854A (ko) | 2018-08-27 | 2020-03-06 | 주식회사 엘지화학 | 전극 조립체 제조장치 |
Family Cites Families (17)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8426069B2 (en) * | 2005-05-10 | 2013-04-23 | Panasonic Corporation | Battery having a belt-like separator |
| KR101014817B1 (ko) * | 2007-12-14 | 2011-02-14 | 주식회사 엘지화학 | 안전 부재를 포함하고 있는 스택/폴딩형 전극조립체 및그것의 제조방법 |
| JP5259453B2 (ja) * | 2009-02-25 | 2013-08-07 | 富士重工業株式会社 | 蓄電デバイスおよびその製造方法 |
| KR101058786B1 (ko) * | 2010-03-03 | 2011-08-25 | 아주대학교산학협력단 | 적층구조 생성기, 이를 구비하는 이차전지용 스태킹 장치 및 방법 |
| CN103328199B (zh) * | 2011-01-27 | 2015-01-28 | 新东工业株式会社 | 层叠体固定夹具、层叠接合体制造系统以及层叠接合体的制造方法 |
| ITPD20120167A1 (it) * | 2012-05-24 | 2013-11-25 | Sovema Spa | Macchina e procedimento per la realizzazione di celle per accumulatori elettrici e cella per accumulatore elettrico |
| JP5969131B2 (ja) * | 2013-02-15 | 2016-08-17 | エルジー・ケム・リミテッド | 電極組立体の製造方法 |
| KR101663351B1 (ko) * | 2013-10-31 | 2016-10-06 | 주식회사 엘지화학 | 전기화학소자용 셀 및 이의 제조 방법 |
| KR101941144B1 (ko) * | 2016-05-02 | 2019-01-23 | 주식회사 엘지화학 | 이차전지의 제조방법 및 전극 조립체의 제조방법 |
| KR101963313B1 (ko) * | 2016-05-02 | 2019-03-28 | 주식회사 엘지화학 | 이차전지의 제조방법 및 전극 조립체의 제조방법 |
| KR102016645B1 (ko) * | 2016-07-08 | 2019-08-30 | 주식회사 엘지화학 | 전극 조립체 및 그의 제조 방법 |
| KR102455141B1 (ko) * | 2017-05-24 | 2022-10-17 | 에스케이온 주식회사 | 이차 전지용 배터리 셀의 전극 조립체 제조 방법 |
| KR102578204B1 (ko) * | 2018-08-27 | 2023-09-14 | 주식회사 엘지에너지솔루션 | 전극 조립체 제조장치 |
| KR102692319B1 (ko) * | 2018-12-06 | 2024-08-07 | 현대자동차주식회사 | 이차전지의 셀 스태킹 장치 및 이차전지의 제조시스템 |
| KR20200094325A (ko) * | 2019-01-30 | 2020-08-07 | 주식회사 엘지화학 | 전극 조립체와 이차전지의 제조 방법 및 제조 장치 |
| KR20200145375A (ko) * | 2019-06-21 | 2020-12-30 | 삼성에스디아이 주식회사 | 전극 조립체의 제조 방법 |
| KR20210051164A (ko) * | 2019-10-30 | 2021-05-10 | 주식회사 엘지화학 | 가압 지그 및 이를 이용한 이차전지 제조 방법 |
-
2022
- 2022-07-08 EP EP22838073.9A patent/EP4233116A4/en active Pending
- 2022-07-08 WO PCT/KR2022/010007 patent/WO2023282720A1/en active Application Filing
- 2022-07-08 KR KR1020220084662A patent/KR102572761B1/ko active IP Right Grant
- 2022-07-08 CN CN202280008461.6A patent/CN116745986A/zh active Pending
- 2022-07-08 CN CN202280008457.XA patent/CN116670912A/zh active Pending
- 2022-07-08 WO PCT/KR2022/010008 patent/WO2023282721A1/en active Application Filing
- 2022-07-08 CN CN202280008425.XA patent/CN116686154A/zh active Pending
- 2022-07-08 WO PCT/KR2022/010009 patent/WO2023282722A1/en active Application Filing
- 2022-07-08 EP EP22838072.1A patent/EP4244924A4/en active Pending
- 2022-07-08 KR KR1020220084666A patent/KR20230009861A/ko not_active Application Discontinuation
- 2022-07-08 EP EP22838071.3A patent/EP4238162A4/en active Pending
- 2022-07-08 JP JP2023532231A patent/JP2023552127A/ja active Pending
- 2022-07-08 KR KR1020220084663A patent/KR20230009859A/ko active Application Filing
- 2022-07-08 JP JP2023533755A patent/JP2023552987A/ja active Pending
- 2022-07-08 JP JP2023532836A patent/JP2023552532A/ja active Pending
-
2023
- 2023-08-25 KR KR1020230111754A patent/KR102685720B1/ko active IP Right Grant
- 2023-10-20 KR KR1020230140860A patent/KR20230150924A/ko active Application Filing
-
2024
- 2024-01-31 KR KR1020240014618A patent/KR20240017892A/ko active Application Filing
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20200023854A (ko) | 2018-08-27 | 2020-03-06 | 주식회사 엘지화학 | 전극 조립체 제조장치 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2023552987A (ja) | 2023-12-20 |
| KR20230009858A (ko) | 2023-01-17 |
| EP4233116A1 (en) | 2023-08-30 |
| WO2023282720A1 (en) | 2023-01-12 |
| KR102685720B1 (ko) | 2024-07-19 |
| JP2023552127A (ja) | 2023-12-14 |
| EP4244924A4 (en) | 2024-10-23 |
| KR20230009859A (ko) | 2023-01-17 |
| KR20240017892A (ko) | 2024-02-08 |
| CN116686154A (zh) | 2023-09-01 |
| CN116670912A (zh) | 2023-08-29 |
| WO2023282721A1 (en) | 2023-01-12 |
| CN116745986A (zh) | 2023-09-12 |
| EP4238162A1 (en) | 2023-09-06 |
| EP4238162A4 (en) | 2024-07-24 |
| JP2023552532A (ja) | 2023-12-18 |
| KR20230127966A (ko) | 2023-09-01 |
| WO2023282722A1 (en) | 2023-01-12 |
| KR102572761B1 (ko) | 2023-08-30 |
| EP4233116A4 (en) | 2024-07-31 |
| KR20230009861A (ko) | 2023-01-17 |
| EP4244924A1 (en) | 2023-09-20 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR20230150924A (ko) | 전극 조립체 제조장치 및 제조방법 | |
| KR102579153B1 (ko) | 전극 조립체 제조장치 및 제조방법 | |
| KR102608542B1 (ko) | 전극 조립체 제조 방법 및 전극 조립체 제조장치 | |
| KR102560892B1 (ko) | 전극 조립체 | |
| KR102608540B1 (ko) | 전극 조립체 제조 방법 | |
| US20230016993A1 (en) | Assembly Manufacturing Equipment and Method for Electrode Assembly | |
| KR20240065839A (ko) | 전극 조립체, 전극 조립체 제조 방법 및 전극 조립체 제조 장치 | |
| KR20240088385A (ko) | 전극 조립체 및 전극 조립체 제조 방법 | |
| KR20240065842A (ko) | 전극 조립체 제조 방법 및 전극 조립체 제조 장치 | |
| KR20240109188A (ko) | 전극 공급 장치, 이를 이용하는 전극 조립체 제조 장치, 전극 공급 방법 및 이를 이용하는 전극 조립체 제조 방법 | |
| KR20240102429A (ko) | 전극 공급 장치, 이를 이용하는 전극 조립체 제조 장치, 전극 공급 방법 및 이를 이용하는 전극 조립체 제조 방법 | |
| KR20240102426A (ko) | 전극 공급 장치, 이를 이용하는 전극 조립체 제조 장치, 전극 공급 방법 및 이를 이용하는 전극 조립체 제조 방법 | |
| KR20240061212A (ko) | 전극 조립체, 전극 조립체 제조장치 및 전극 조립체 제조 방법 | |
| CN116711114A (zh) | 电极组件的组件制造设备和方法 | |
| KR20240102428A (ko) | 전극 공급 장치, 이를 이용하는 전극 조립체 제조 장치, 전극 공급 방법 및 이를 이용하는 전극 조립체 제조 방법 | |
| KR20240056285A (ko) | 전극 조립체 제조 장치 및 전극 조립체 제조 방법 | |
| CN116888784A (zh) | 电极组件的制造方法及电极组件制造设备 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A107 | Divisional application of patent |