KR20240076270A - 리튬 포일 사이드 클래딩 장치 및 이를 이용한 리튬 포일 사이드 클래딩 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 리튬 포일의 폭을 넓히는 사이드 클래딩 장치로서, 제 1 리튬 포일 및 제 2 리튬 포일의 적어도 일부분이 중첩되도록 배열하는 정렬부; 및 확폭을 위하여 적어도 일부분이 중첩되도록 배열되어 이송되는 상기 제 1 리튬 포일과 제 2 리튬 포일의 중첩 영역을 적어도 폭 방향으로 변형시키면서 압착하여 상기 제 1 리튬 포일과 제 2 리튬 포일을 접합할 수 있는 금형접합부;를 포함하고, 상기 금형접합부는, 중첩되도록 배열된 상기 제 1 리튬 포일과 제 2 리튬 포일의 이동 방향을 따라, 상기 중첩 영역에 대응되는 일부분에 하방이 개방되어 하방에서 상방으로 리세스되게 형성된 경사진 홈부를 구비하는 금형을 포함하고, 상기 경사진 홈부는, 중첩되도록 배열된 상기 제 1 리튬 포일과 제 2 리튬 포일의 이동 방향을 기준으로 전단부에서 후단부로 갈수록, 홈 깊이가 점점 얕아지도록 길이 방향의 경사를 갖고, 상기 중첩 영역이 적어도 폭 방향으로 변형되도록, 상기 전단부의 적어도 일부분은 내측에서 외측으로 갈수록 상기 홈 깊이가 점점 깊어지도록 폭 방향의 경사를 가질 수 있다.
Description
본 발명은 리튬 포일 사이드 클래딩 장치 및 이를 이용한 리튬 포일 사이드 클래딩 방법에 관한 것으로서, 더 상세하게는 리튬 이차전지의 음극재로 사용되는 리튬 포일의 폭을 넓힐 수 있는 리튬 포일 사이드 클래딩 장치 및 이를 이용한 리튬 포일 사이드 클래딩 방법에 관한 것이다.
리튬 이온 이차전지는, 충방전 용량이 높고, 고출력화가 가능한 이차전지다. 리튬 이온 이차전지는, 주로 모바일 전자기기용의 전원으로서 이용되고 있으며, 최근에는 전기자동차용의 전원으로서 기대되고 있다. 리튬 이온 이차전지는, 리튬을 흡착 및 방출할 수 있는 활물질을 정극 및 음극에 각각 갖는다. 그리고, 양극간에 존재하는 전해 액체 중을 전하담체인 리튬 이온이 이동하는 것에 의해, 리튬 이온 이차전지는 동작한다.
그런데, 필요에 따라, 활물질, 전극, 리튬 이온 이차전지 등의 대상물에 리튬 이온을 도입하며, 이하에서, 해당 대상물에 리튬 이온을 도입하는 것을, 리튬을 도핑한다고 한다. 이러한 리튬의 도핑 방법으로서, 전기적 도핑법, 직접 표적 도핑법 등이 있다.
한편, 리튬은 다른 금속 대비 상대적으로 무른 성질 때문에, 압연시 압연롤과 리튬소재 사이에 발생하는 전단변형을 이기지 못해 리튬이 압연롤에 붙는 스티킹(sticking) 현상이 발생하고, 또한 압연시 쉽게 변형되어 얇으면서도 두께가 균일한 넓은 시트를 제조하는 것은 결코 쉽지 않다.
리튬 시트의 변형 원인은, 압연시 압연용 롤로부터 리튬 원박에 큰 힘이 작용하게 되면, 롤과 리튬 원박이 강하게 접촉하고, 경우에 따라 리튬 원박이 롤에 압착된다. 리튬 원박이 롤에 압착되면, 압연후의 리튬 박을 변형이나 파손 없이 롤로부터 제거하는 것은 곤란하기 때문에, 결과적으로 제품 리튬 박에는 형상의 붕괴나 파손이 생기기 쉽다.
또한, 전기자동차용으로 사용되는 리튬 이온 이차전지의 경우, 폭이 넓은 리튬 음극재가 필요하다. 하지만, 폭이 넓은 리튬 음극재를 제조하기 위해서, 압연시 리튬 소재의 물성에 따른 스티킹 현상으로 인해 가공이 용이하지 않다. 이에 따라, 폭이 넓으면서도 두께가 얇은 리튬 포일을 제조하는 것은 매우 어렵다.
본 발명은 상기와 같은 요구사항을 해결하기 위하여 고안된 것으로서, 리튬 이차전지의 음극재로 사용되는 리튬 포일의 변형이나 파손 없이 두께가 매우 얇고, 광폭의 리튬 포일을 제조할 수 있는 리튬 포일 사이드 클래딩 장치 및 이를 이용한 리튬 포일 사이드 클래딩 방법을 제공하는데 그 목적이 있다. 그러나 이러한 과제는 예시적인 것으로, 이에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 리튬 포일의 폭을 넓히는 사이드 클래딩 장치를 제공한다. 상기 리튬 포일 사이드 클래딩 장치는 제 1 리튬 포일 및 제 2 리튬 포일의 적어도 일부분이 중첩되도록 배열하는 정렬부; 및 확폭을 위하여 적어도 일부분이 중첩되도록 배열되어 이송되는 상기 제 1 리튬 포일과 제 2 리튬 포일의 중첩 영역을 적어도 폭 방향으로 변형시키면서 압착하여 상기 제 1 리튬 포일과 제 2 리튬 포일을 접합할 수 있는 금형접합부;를 포함하고, 상기 금형접합부는, 중첩되도록 배열된 상기 제 1 리튬 포일과 제 2 리튬 포일의 이동 방향을 따라, 상기 중첩 영역에 대응되는 일부분에 하방이 개방되어 하방에서 상방으로 리세스되게 형성된 경사진 홈부를 구비하는 금형을 포함하고, 상기 경사진 홈부는, 중첩되도록 배열된 상기 제 1 리튬 포일과 제 2 리튬 포일의 이동 방향을 기준으로 전단부에서 후단부로 갈수록, 홈 깊이가 점점 얕아지도록 길이 방향의 경사를 갖고, 상기 중첩 영역이 적어도 폭 방향으로 변형되도록, 상기 전단부의 적어도 일부분은 내측에서 외측으로 갈수록 상기 홈 깊이가 점점 깊어지도록 폭 방향의 경사를 가질 수 있다.
상기 리튬 포일 사이드 클래딩 장치에 있어서, 상기 경사진 홈부에서 상기 폭 방향의 경사는 상기 전단부에서 후단부로 갈수록 점점 작아질 수 있다.
상기 리튬 포일 사이드 클래딩 장치에 있어서, 상기 경사진 홈부의 후단은 상기 제 1 리튬 포일의 표면과 수평을 이룰 수 있다.
상기 리튬 포일 사이드 클래딩 장치에 있어서, 중첩되도록 배열된 상기 제 1 리튬 포일과 제 2 리튬 포일이 이송되며 상기 중첩 영역이 가공될 때, 상기 금형의 일측에는 상기 중첩 영역의 형상을 따라 상부와 하부로 이동되어 위치를 설정하도록 제어하는 구동부;를 포함할 수 있다.
상기 리튬 포일 사이드 클래딩 장치에 있어서, 스티킹 현상을 억제하기 위해서, 상기 금형의 적어도 어느 일부는 고분자 혹은 세라믹 소재로 코팅될 수 있다.
상기 리튬 포일 사이드 클래딩 장치에 있어서, 상기 금형에 의한 적어도 폭 방향으로 변형시키면서 압착이 용이하도록, 상기 금형접합부 이전에 상기 제 1 리튬 포일과 제 2 리튬 포일의 중첩 영역의 일부를 가공할 수 있는 예비 가공부;를 더 포함할 수 있다.
상기 리튬 포일 사이드 클래딩 장치에 있어서, 상기 예비 가공부는, 적어도 일부분이 중첩되도록 배열된 상기 제 1 리튬 포일과 제 2 리튬 포일의 중첩 영역을 압연 가공할 수 있도록, 상기 제 1 리튬 포일 또는 상기 제 2 리튬 포일의 표면과 소정의 각도로 기울어진 경사 롤을 포함할 수 있다.
상기 리튬 포일 사이드 클래딩 장치에 있어서, 상기 예비 가공부는, 적어도 일부분이 중첩되도록 배열된 상기 제 1 리튬 포일과 제 2 리튬 포일의 중첩 영역을 절삭 가공할 수 있도록, 커터(cutter)를 포함할 수 있다.
상기 리튬 포일 사이드 클래딩 장치에 있어서, 상기 커터는 상기 중첩 영역을 경사진 형태로 가공하기 위해, 상기 제 1 리튬 포일의 측면 모서리 부분을 절삭할 수 있도록 경사진 굴곡부를 포함할 수 있다.
상기 리튬 포일 사이드 클래딩 장치에 있어서, 스티킹(sticking) 현상을 억제하기 위해서, 상기 정렬부 후단에는 상기 제 1 리튬 포일 및 상기 제 2 리튬 포일의 적어도 어느 일면에 윤활제를 분사하는 윤활제 공급부를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 리튬 포일의 폭을 넓히는 사이드 클래딩 방법을 제공한다. 상기 리튬 포일 사이드 클래딩 방법은 적어도 일부분이 중첩되도록 제 1 리튬 포일과 제 2 리튬 포일을 배열하는 단계; 및 확폭을 위하여 중첩되도록 배열된 상기 제 1 리튬 포일과 제 2 리튬 포일의 중첩 영역을 적어도 폭 방향으로 변형시키면서 압착하여, 상기 제 1 리튬 포일과 제 2 리튬 포일을 접합하는 단계;를 포함하고, 상기 접합하는 단계는, 중첩되도록 배열된 상기 제 1 리튬 포일과 제 2 리튬 포일의 이동 방향을 따라, 상기 중첩 영역에 대응되는 일부분에 하방이 개방되어 하방에서 상방으로 리세스되게 형성된 경사진 홈부를 구비하는 금형을 이용하여 접합하는 단계를 포함하며, 상기 경사진 홈부는, 중첩되도록 배열된 상기 제 1 리튬 포일과 제 2 리튬 포일의 이동 방향을 기준으로 전단부에서 후단부로 갈수록, 홈 깊이가 점점 얕아지도록 길이 방향의 경사를 갖고, 상기 중첩 영역이 적어도 폭 방향으로 변형되도록, 상기 전단부의 적어도 일부분은 내측에서 외측으로 갈수록 상기 홈 깊이가 점점 깊어지도록 폭 방향의 경사를 가질 수 있다.
상기 리튬 포일 사이드 클래딩 방법에 있어서, 상기 접합하는 단계는, 상기 금형에 의해 상기 중첩 영역을 적어도 폭 방향으로 변형시키면서 압착이 용이하도록, 상기 금형으로 가공하기 이전에 상기 제 1 리튬 포일과 제 2 리튬 포일의 중첩 영역의 일부를 예비 가공하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 리튬 포일 사이드 클래딩 방법에 있어서, 상기 예비 가공하는 단계는, 적어도 일부분이 중첩되도록 배열된 상기 제 1 리튬 포일과 제 2 리튬 포일의 중첩 영역을 압연 가공할 수 있도록, 상기 제 1 리튬 포일 또는 상기 제 2 리튬 포일의 표면과 소정의 각도로 기울어진 경사 롤을 이용하여 가공하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 리튬 포일 사이드 클래딩 방법에 있어서, 상기 예비 가공하는 단계는, 적어도 일부분이 중첩되도록 배열된 상기 제 1 리튬 포일과 제 2 리튬 포일의 중첩 영역을 절삭 가공할 수 있도록, 상기 커터(cutter)를 이용하여 가공하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 리튬 포일 사이드 클래딩 방법에 있어서, 스티킹(sticking) 현상을 억제하기 위해서, 상기 제 1 리튬 포일과 제 2 리튬 포일을 접합하기 전 상기 제 1 리튬 포일과 제 2 리튬 포일의 적어도 어느 일면에 윤활제를 분사할 수 있다.
상기한 바와 같이 이루어진 본 발명의 일 실시예에 따르면, 리튬 포일 사이드 클래딩 장치를 이용하여 스티킹 현상없이 폭이 넓은 리튬 포일을 구현할 수 있다. 물론 이러한 효과에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 리튬 포일 사이드 클래딩 장치의 구조를 개략적으로 도해하는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 리튬 포일 사이드 클래딩 장치의 구성 중 금형에 대한 구조를 개략적으로 도해하는 사시도이다.
도 4는 도 3에 도시된 금형의 정면도이다.
도 5는 도 3에 도시된 금형의 측면도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 리튬 포일 사이드 클래딩 장치의 구성 중 금형에 대한 구조를 개략적으로 도해하는 사시도이다.
도 7은 도 1에 도시된 리튬 포일 사이드 클래딩 장치를 이용한 리튬 포일 사이드 클래딩 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 리튬 포일 사이드 클래딩 장치의 구조를 개략적으로 도해하는 도면이다.
도 9는 도 8에 도시된 리튬 포일 사이드 클래딩 장치를 이용한 리튬 포일 사이드 클래딩 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 리튬 포일 사이드 클래딩 장치의 구성 중 금형에 대한 구조를 개략적으로 도해하는 사시도이다.
도 4는 도 3에 도시된 금형의 정면도이다.
도 5는 도 3에 도시된 금형의 측면도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 리튬 포일 사이드 클래딩 장치의 구성 중 금형에 대한 구조를 개략적으로 도해하는 사시도이다.
도 7은 도 1에 도시된 리튬 포일 사이드 클래딩 장치를 이용한 리튬 포일 사이드 클래딩 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 리튬 포일 사이드 클래딩 장치의 구조를 개략적으로 도해하는 도면이다.
도 9는 도 8에 도시된 리튬 포일 사이드 클래딩 장치를 이용한 리튬 포일 사이드 클래딩 방법을 설명하기 위한 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 여러 실시예들을 상세히 설명하기로 한다.
본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려 이들 실시예들은 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다. 이하, 본 발명의 실시예들은 본 발명의 이상적인 실시예들을 개략적으로 도시하는 도면들을 참조하여 설명한다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 리튬 포일 사이드 클래딩 장치의 구조를 개략적으로 도해하는 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 리튬 포일 사이드 클래딩 장치(100)는 제 1 리튬 포일(60A)을 공급하는 릴(50A)과 제 2 리튬 포일(60B)을 공급하는 릴(50B)을 포함한다. 공급되는 제 1 리튬 포일(60A)과 제 2 리튬 포일(60B)의 폭과 두께는 서로 동일하거나 또는 다를 수도 있다. 예를 들어, 리튬 포일의 두께는 리튬 이차전지의 음극재로 사용되기 위해 제조된 포일(foil)로서, 100um 이하의 두께를 가질 수 있다. 바람직하게는 리튬 포일의 두께는 60um 이하일 수 있으며, 더 바람직하게는 20um 이하일 수 있다. 리튬 포일의 폭은 100mm 내지 500mm의 크기를 가질 수 있다. 바람직하게는 리튬 포일의 폭은 100mm 내지 300mm일 수 있으며, 더 바람직하게는 100mm 내지 200mm 일 수 있다. 리튬 포일의 두께와 폭은 그 용도에 따라서 적절하게 선택될 수 있고, 이 실시예의 범위를 제한하지 않는다.
제 1 리튬 포일(60A) 및 제 2 리튬 포일(60B)은 정렬부(10)에서 확폭을 위해서 제 1 리튬 포일(60A) 및 제 2 리튬 포일(60B)의 적어도 일부분이 중첩되도록 배열될 수 있다. 여기서, 상기 중첩되도록 배열되는 것은 제 1 리튬 포일(60A)과 제 2 리튬 포일(60B)이 서로 적층되는 형태가 아니라, 제 1 리튬 포일(60A)의 일측과 제 2 리튬 포일(60B)의 일측이 서로 포개져 일부가 중첩되는 것을 의미한다. 예를 들어, 제 2 리튬 포일(60B)의 일측의 일부가 제 1 리튬 포일(60A)의 일측의 일부 아래에 배치될 수 있다.
금형접합부(24)에서 확폭을 위하여 적어도 일부분이 중첩되도록 배열된 제 1 리튬 포일(60A)과 제 2 리튬 포일(60B)의 중첩 영역을 적어도 폭 방향으로 변형시키면서 압착하여, 제 1 리튬 포일(60A)과 제 2 리튬 포일(60B)을 접합함으로써, 제 3 리튬 포일(61)을 형성할 수 있다.
제조된 광폭의 제 3 리튬 포일(61)은 제 1 리튬 포일(60A)과 제 2 리튬 포일(60B)이 공급되는 릴(50A, 50B)의 반대방향에 대향되는 곳에 배치된 릴(51)에 감긴다. 이때, 각 리튬 포일의 이송속도를 조절하고, 적절하게 장력을 제어함으로써, 리튬 포일이 평평하게 릴(51)에 감기도록 리튬 포일 사이드 클래딩 장치(100)의 일부에 복수개의 텐션 롤(40A, 40B, 40C)이 형성된다. 복수개의 텐션 롤(40A, 40B, 40C)은 단순하게 한쪽 방향에 위치하여 리튬 포일의 장력을 제어할 수 있으며, 또는 리튬 포일의 양면에 지그재그 형태로 배치되어 리튬 포일의 장력을 보다 효율적으로 제어할 수 있다.
그러나, 리튬은 다른 금속 대비 상대적으로 무른 금속이기 때문에, 금형접합부에서 가공 중 스티킹 현상에 의해 리튬 포일이 찢어지거나, 혹은 변형이 발생할 가능성이 높다.
이를 해결하기 위해서, 정렬부(10)에서 제 1 리튬 포일(60A)과 제 2 리튬 포일(60B)이 적어도 일부분이 중첩되도록 배열된 이후에 정렬부(10)의 후단에는 제 1 리튬 포일(60A) 및 제 2 리튬 포일(60B)의 적어도 어느 일면에 윤활제를 분사하는 윤활제 공급부(30)를 포함할 수 있다.
윤활제 공급부(30)의 형태는 방울을 도포하는 형태, 스프레이 형태로 윤활제를 분사하거나, 혹은 브러쉬 등을 이용하여 리튬 시트의 표면에 직접 도포하는 형태일 수 있다. 윤활제는 유기용매 중 어느 하나를 사용할 수 있으며, 예를 들어, 펜탄, 헥산, 헵탄, 옥탄, 노난, 데칸, 탄산 에틸 메틸, 프로필렌카보네이트, 디메틸카보네이트, 디에틸카보네이트, 플루오로메틸 메틸카보네이트, 디플루오로메틸 메틸카보네이트, 2, 2, 2-트리플루오로에틸메틸카보네이트, 비스(2,2,2-트리플루오로에틸) 카보네이트, 아세토니트릴, 프로피오니트릴, 부티로니트릴, 아크릴로니트릴, 디메톡시 메탄, 1, 2-디메톡시 에탄, 테트라히드로푸란, 2-메틸 테트라히드로 프랑, 1, 2-디옥산, 1, 3-디옥산, 1, 4-디옥산, 2, 2-디메틸-1, 3-디옥솔란, 2-메틸 테트라히드로 피란, 1, 3-디옥솔란, N, N-디메틸 아세트아미드, 이소프로필 이소시아네이트, n-프로필 이소시아네이트, 클로로 메틸 이소시아네이트, 디메틸 아세탈, 디에틸 에테르, 메틸 이소부틸 케톤, 1, 2-디메톡시 에탄, 1,2-디에톡시에탄, 포름산 메틸, 포름산 에틸, 포름산 프로필, 초산 메틸, 초산 에틸, 초산 부틸, 초산프로필, 초산 이소프로필, 초산 이소부틸, 프로피온산 메틸, 초산 비닐, 메틸 아크릴레이트, 메타크릴산메틸, 글리시딜 메틸 에테르, 에폭시 부탄, 2-에틸 옥시란, 옥사졸, 2-에틸옥사졸, 옥사졸린, 2-메틸-2-옥사졸린, 아세톤, 메틸에틸케톤, 무수초산, 1-니트로 프로판, 2-니트로 프로판, 퓨란, γ-부티로락톤, 티오펜, 피리딘, 1-메틸 파일로리 진, N-메틸 모르폴린 등을 사용할 수 있다.
이후에 적어도 일부분이 중첩되도록 배열된 제 1 리튬 포일(60A)과 제 2 리튬 포일(60B)은 금형접합부(20)로 이송되어, 제 1 리튬 포일(60A)과 제 2 리튬 포일(60B)의 중첩 영역을 적어도 폭 방향으로 변형시키면서 압착하여, 제 1 리튬 포일(60A)과 제 2 리튬 포일(60B)이 접합된다.
금형접합부(24)는, 중첩되도록 배열된 제 1 리튬 포일(60A)과 제 2 리튬 포일(60B)의 이동 방향을 따라, 상기 중첩 영역에 대응되도록 경사진 홈부를 구비하는 금형을 포함할 수 있다. 이하에서 도 3 내지 도 6을 참조하여 금형의 구조에 대해 구체적으로 후술한다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 리튬 포일 사이드 클래딩 장치(110)는 도 1에 도시된 클래딩 장치와 기본적인 구성은 동일하다. 다만, 금형접합부(24)에 의해 접합된 제 3 리튬 포일(60C)이 이송 중 변형이나 파손되는 것을 방지하기 위해서, 컨베이어 장치(20)를 이용하여 제 3 리튬 포일(60C)에 걸리는 장력을 보다 효과적으로 제어할 수 있다.
일 예로서, 컨베이어 장치(20)는 제 3 리튬 포일(60C)을 지지하기 위한 지지대, 상기 지지대를 감싸며 제 3 리튬 포일(60C)과 맞닿는 벨트 및 상기 벨트를 구동하기 위한 구동부를 포함할 수 있다. 여기서, 구동부는 구동 롤과 구동 롤을 회전시켜 상기 벨트를 구동할 수 있는 동력부를 포함할 수 있다.
또한, 상기 벨트는 제 3 포일(60C)의 하면에 적어도 일부분이 면접촉되어 제 3 리튬 포일(60C)에 걸리는 장력을 제어하면서 제 3 리튬 포일(60C)을 이송할 수 있다.
상기 벨트는 구동부의 외주면을 따라 구동하도록 배치될 수 있으며, 벨트의 내부에는 제 3 리튬 포일(60C)을 지지할 수 있도록 지지대가 형성되어 있다. 여기서, 지지대의 양 측에는 컨베이어 장치(20)가 구동되는데 방해가 되지 않도록 지지하는 앵커부가 형성되어 있다. 상기 지지대는 컨베이어 장치(20)의 구동 롤의 직경과 거의 유사한 크기로 형성되어 벨트를 밀착하여 제 3 리튬 포일(60C)이 처지는 것을 방지할 수 있다.
벨트의 폭은 제 3 리튬 포일(60C)의 폭보다 크고, 제 3 리튬 포일(60C)은 벨트의 구동력에 의해서 벨트와 면접촉된 상태로 벨트와 동일 속도로 이송될 수 있다. 만약, 벨트의 폭이 제 3 리튬 포일의 폭과 같거나, 혹은 더 작을 경우, 제 3 리튬 포일(60C)에 걸리는 장력을 적절하게 제어하지 못해, 리튬 스티킹 현상을 억제하지 못할 수 있다. 따라서, 벨트의 폭은 제 3 리튬 포일(60C)의 폭보다 항상 크게 형성되어야 한다.
상기 벨트의 재질은 예를 들어, 고분자 재질을 포함할 수 있다. 고분자 재질의 종류는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 비닐리덴, 폴리올레핀 및 폴리에스테르 중 어느 하나를 포함할 수 있으며, 이외에도 리튬과 점착성이 낮아 리튬 스티킹(sticking) 현상이 일어나지 않는 재질이면 어떤 것이든 사용해도 무방하다.
제 3 리튬 포일(60C)의 하면과 벨트의 일부분이 면접촉되어 이에 따라 발생하는 저항력에 의해, 제 3 리튬 포일(60C)이 벨트를 따라 이송되며 최종적으로 릴(51)에 권취된다.
또한, 컨베이어 장치(20)와 대향되는 제 3 리튬 포일(60C)의 상면의 어느 일부에 접촉되는 가이드 롤을 더 포함할 수 있다. 상기 가이드 롤은 제 3 리튬 포일(60C)의 이송에만 관여할 뿐, 컨베이어 장치(20)와 밀착되어 제 3 리튬 포일(60C)의 형상에는 영향을 미치지 않도록 일정한 갭을 유지한다.
한편, 컨베이어 장치(20)를 이용하여 장력을 제어할 경우, 금형접합부(24)와 컨베이어 장치(20)에 구비된 벨트(belt) 사이에 장력이 걸리면 리튬 포일이 직접적인 장력을 받으면서 판파단이 발생하거나, 혹은 표면 품질에 이상이 발생할 가능성이 높다. 이를 해결하기 위해, 금형접합부(24)와 컨베이어 장치(20) 사이에 리튬 포일이 직접적인 장력을 받지 않도록 금형접합부와 벨트 사이의 장력을 조절하는 장치(이하, 댄서 롤(dancer roll)이라 함)를 구성하는 것이 중요하다.
도 2에 도시된 바와 같이, 금형접합부(24)와 컨베이어 장치(20) 사이에 댄서 롤(42A, 42B, 42C)을 부가적으로 구성함으로써, 제 3 리튬 포일(60C)에 직접적인 장력이 걸리지 않도록 제어할 수 있다. 이하에서 댄서 롤(42A, 42B, 42C)은 이미 공지된 기술이므로 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 리튬 포일 사이드 클래딩 장치의 구성 중 금형에 대한 구조를 개략적으로 도해하는 사시도이고, 도 4는 도 3에 도시된 금형의 정면도이며, 도 5는 도 3에 도시된 금형의 측면도이고, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 리튬 포일 사이드 클래딩 장치의 구성 중 금형에 대한 구조를 개략적으로 도해하는 사시도이다. 또, 도 7은 도 1에 도시된 리튬 포일 사이드 클래딩 장치를 이용한 리튬 포일 사이드 클래딩 방법을 설명하기 위한 도면이다. 이하에서, 상술한 도면들을 참조하여 경사진 홈부를 구비하는 금형을 이용한 리튬 포일 사이드 클래딩 방법을 구체적으로 설명한다.
도 3 내지 도 7을 참조하면, 금형접합부(24)는 중첩되도록 배열된 제 1 리튬 포일(60A)과 제 2 리튬 포일(60B)의 이동 방향을 따라, 상기 중첩 영역에 대응되도록 경사진 홈부를 구비하는 금형(24A)을 포함한다. 금형(24A)의 개수는 한 개로 도시되어 있으나, 복수개가 형성될 수 있다. 금형(24A)의 개수는 리튬 포일의 두께 및 중첩영역의 폭에 따라서 적절하게 선택될 수 있다.
상기 경사진 홈부는, 제 1 리튬 포일(60A)과 제 2 리튬 포일(60B)의 이동 방향을 따라, 상기 중첩 영역에 대응되는 일부분에 하방이 개방되어 하방에서 상방으로 리세스되게 형성될 수 있다. 여기서, 상기 경사진 홈부는 직선적으로 소정의 각도를 갖고 기울어진 형태로 형성될 수 있다. 또는, 리튬 포일의 길이방향을 따라 제 1 리튬 포일(60A) 및 제 2 리튬 포일(60B)의 중첩 영역을 폭 방향으로 변형시키면서 압착하기 용이하도록, 상기 경사진 홈부는 직선적이지 않을 수 있고, 곡면 형상으로 형성될 수 있다.
상기 경사진 홈부는, 중첩되도록 배열된 제 1 리튬 포일(60A)과 제 2 리튬 포일(60B)의 이동 방향을 기준으로 전단부에서 후단부로 갈수록, 홈 깊이가 점점 얕아지도록 길이 방향의 경사를 갖고, 상기 중첩 영역이 적어도 폭 방향으로 변형되도록, 상기 전단부의 적어도 일부분은 내측에서 외측으로 갈수록 상기 홈 깊이가 점점 깊어지도록 폭 방향의 경사를 가질 수 있다.
또한, 상기 경사진 홈부에서 상기 폭 방향의 경사는 상기 전단부에서 후단부로 갈수록 점점 작아지도록 설계될 수 있다. 상기 경사진 홈부의 가장 후단은 제 1 리튬 포일(60A)의 표면과 수평을 이루도록 형성될 수 있다.
정리하면, 중첩되도록 배열된 제 1 리튬 포일(60A)과 제 2 리튬 포일(60B)의 이동 방향을 기준으로 전방에서 후방으로 갈수록, 제 1 리튬 포일(60A) 또는 제 2 리튬 포일(60B)의 표면과 이루는 경사 각도가 점점 작아지도록 설계될 수 있다.
금형(24A)의 선단부, 즉, 가장 처음 제 1 리튬 포일(60A)의 측면 모서리와 접하게 되는 금형(24A)에 구비된 경사진 홈부의 경사면은, 홈부의 내벽과 제 1 리튬 포일(60A)의 표면이 이루는 각이 가장 크게 설계되며, 이때, 상기 각은 90°보다 작은 각으로 제어될 수 있다. 이후에 금형(24A)의 후단으로 갈수록 홈부의 경사면이 점점 더 작은 각을 갖도록 형성되어, 가장 끝단에 위치한 홈부의 경사면은 제 1 리튬 포일(60A)의 표면과 수평을 이룰 수 있다.
금형(24A)에서, 제 1 리튬 포일(60A) 또는 제 2 리튬 포일(60B)이 중첩된 영역과 맞닿는 부분과 반대되는 부분은 도 6에 도시된 금형(24B)과 같이, 제 2 리튬 포일(60B)의 일측 끝에 대응되도록 가로방향으로 길게 형성될 수 있다. 금형(24B)의 하부면이 제 2 리튬 포일(60B)의 상면과 접하면서 눌러줌으로써, 제 2 리튬 포일(60B) 표면의 적어도 일부분에 변형이 발생하지 않도록 제어할 수 있다.
예를 들어, 제 1 리튬 포일(60A)이 제 2 리튬 포일(60B)의 일부 상에 중첩되도록 배열될 때, 금형(24B)의 경사진 홈부는 제 1 리튬 포일(60A)과 제 2 리튬 포일(60B)이 중첩된 영역을 가공하기 위해 배치된다. 상기 경사진 홈부가 위치한 중첩 영역에서부터 제 2 리튬 포일(60B)의 측면 끝단으로 금형(24B)이 길게 형성될 수 있으며, 금형(24B)의 하부면이 제 2 리튬 포일(60B)의 상면과 접촉되어 제 2 리튬 포일(60B)의 적어도 일부분에 변형이 발생하지 않도록 제어할 수 있다. 금형(24B)의 하부면이 제 2 리튬 포일(60B)의 상면과 접촉될 때, 리튬 포일의 표면과 접하도록 적절한 갭을 유지해야 하되, 리튬 포일을 가압하여 리튬 포일의 형상을 변형시키도록 큰 힘이 인가되지 않도록 유의해야 한다.
또한, 금형(24A)의 일측에는 상기 중첩 영역의 형상을 따라 상부와 하부로 이동되어 위치를 설정하도록 제어하는 구동부(미도시)를 더 포함할 수 있다. 제 1 리튬 포일(60A)과 제 2 리튬 포일(60B)의 중첩 영역의 형태와 크기에 따라, 구동부는 금형(24A)의 높이를 제어하여 상기 제 1 리튬 포일(60A)과 제 2 리튬 포일(60B)을 접합할 수 있다.
금형(24A)의 재질은 리튬 소재를 가공할 수 있는 소재면 어떤 것을 사용해도 무방하다. 그러나, 리튬 소재 자체의 물성에 의해, 스티킹 현상이 발생할 수 있으므로, 이를 억제하기 위해서 금형(24A)의 일부를 고분자 소재 혹은 세라믹 소재를 코팅하여 사용할 수 있다. 혹은 금형(24A)의 일부를 수지 필름으로 감싸고, 가공접합을 수행할 수도 있다. 상기 수지 필름은 예를 들어, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 비닐리덴, 폴리올레핀 및 폴리에스테르 중 어느 하나를 포함할 수 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 리튬 포일 사이드 클래딩 장치의 구조를 개략적으로 도해하는 도면이고, 도 9는 도 8에 도시된 리튬 포일 사이드 클래딩 장치를 이용한 리튬 포일 사이드 클래딩 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 8 및 도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 리튬 포일 사이드 클래딩 장치(120)로서, 기본적으로 도 1을 참조하여 상술한 리튬 포일 사이드 클래딩 장치(100)와 동일한 구성을 갖는다. 다만, 리튬 포일 사이드 클래딩 장치(120)는 금형접합부(24) 앞 단에 예비 가공부(22)를 더 포함할 수 있다. 예비 가공부(22)를 이용하여, 제 1 리튬 포일(60A)과 제 2 리튬 포일(60B)의 중첩 영역을 사전에 미리 가공함으로써, 금형에 의한 적어도 폭 방향으로 변형시키면서 압착 및 이에 의한 접합이 용이하게 이루어지도록 할 수 있다.
일 예로서, 예비 가공부(22)는 적어도 일부분이 중첩되도록 배열된 제 1 리튬 포일(60A)과 제 2 리튬 포일(60B)의 중첩 영역을 압연 가공할 수 있도록, 제 1 리튬 포일(60A) 또는 제 2 리튬 포일(60B)의 표면과 소정의 각도로 기울어진 경사 롤(22A)을 포함할 수 있다.
경사 롤(22A)과 제 1 리튬 포일(60A) 또는 제 2 리튬 포일(60B)의 표면이 서로 이루는 각은 리튬 포일의 두께 및 제 1 리튬 포일(60A)과 제 2 리튬 포일(60B)의 중첩 영역의 폭에 따라서 상이한 각도로 제어될 수 있다. 경사 롤(22A)은 도면에 도시된 바와 같이, 하나로 이루어져 예비 가공을 수행할 수 있으나, 경우에 따라, 복수개의 롤러가 구비될 수 있다. 상기 복수개의 롤러는 동일한 경사 각도를 가질 수 있도록 설계될 수 있으나, 상기 중첩 영역을 효율적으로 가공하기 위해, 금형(24A)에 구비된 경사진 홈부와 같은 형태로 리튬 포일의 이송방향을 따라 선단부에서 후단부로 갈수록 경사 각도가 점진적으로 낮아지는 형태로 설계될 수도 있다.
경사 롤(22A)은 경사 각도가 가변적으로 제어될 수 있도록 자유로이 동작이 가능한 형태로 설계될 수 있다. 상기 동작이 가능하도록 로봇(robot) 팔 등을 이용하거나, 혹은 경사 롤에 회전력을 부여하기 위한 형태로 구동을 제어할 수도 있다. 이외에도 경사 롤(22A)을 원활하게 회전 및 가압하여 제 1 리튬 포일(60A)과 제 2 리튬 포일(60B)의 중첩 영역을 압연하여 예비 가공할 수 있는 구동방법이 있다면 이를 이용할 수 있다.
경사 롤(22A)의 소재도 리튬 포일의 스티킹 현상을 억제하기 위해서, 고분자 소재를 사용할 수 있으나, 경사 롤(22A)의 표면에 고분자 혹은 세라믹 소재로 코팅한 것을 사용할 수 있다. 또는 수지 필름을 이용하여 경사 롤(22A)의 표면을 감싼 형태의 것을 사용할 수 있다.
다른 예로서, 예비 가공부(22)는, 적어도 일부분이 중첩되도록 배열된 제 1 리튬 포일(60A)과 제 2 리튬 포일(60B)의 중첩 영역을 절삭 가공할 수 있도록, 커터(cutter, 미도시)를 포함할 수 있다. 상기 커터는 상기 중첩 영역을 경사진 형태로 가공하기 위해, 즉, 제 1 리튬 포일(60A)의 측면 모서리 부분을 절삭할 수 있도록 경사진 굴곡부를 포함할 수 있다. 또, 상기 커터는 리튬과 반응하지 않으며, 스티킹 현상을 억제할 수 있는 고분자 혹은 세라믹 소재를 사용할 수 있으며, 예를 들어, 리튬 소재를 절삭가공할 수 있도록 일부가 가공된 금형을 사용할 수도 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
10: 정렬부
20: 컨베이어 장치
22: 예비 가공부
22A: 경사 롤
24: 금형접합부
24A, 24B: 금형
30: 윤활제 공급부
40A, 40B, 40C: 텐션 롤
42A, 42B, 42C: 댄스 롤
50A, 50B, 51: 릴
60A: 제 1 리튬 포일
60B: 제 2 리튬 포일
61: 제 3 리튬 포일
100, 110, 120: 리튬 포일 사이드 클래딩 장치
20: 컨베이어 장치
22: 예비 가공부
22A: 경사 롤
24: 금형접합부
24A, 24B: 금형
30: 윤활제 공급부
40A, 40B, 40C: 텐션 롤
42A, 42B, 42C: 댄스 롤
50A, 50B, 51: 릴
60A: 제 1 리튬 포일
60B: 제 2 리튬 포일
61: 제 3 리튬 포일
100, 110, 120: 리튬 포일 사이드 클래딩 장치
Claims (15)
- 제 1 리튬 포일 및 제 2 리튬 포일의 적어도 일부분이 중첩되도록 배열하는 정렬부; 및
확폭을 위하여 적어도 일부분이 중첩되도록 배열되어 이송되는 상기 제 1 리튬 포일과 제 2 리튬 포일의 중첩 영역을 적어도 폭 방향으로 변형시키면서 압착하여 상기 제 1 리튬 포일과 제 2 리튬 포일을 접합할 수 있는 금형접합부;를 포함하고,
상기 금형접합부는,
중첩되도록 배열된 상기 제 1 리튬 포일과 제 2 리튬 포일의 이동 방향을 따라, 상기 중첩 영역에 대응되는 일부분에 하방이 개방되어 하방에서 상방으로 리세스되게 형성된 경사진 홈부를 구비하는 금형을 포함하고,
상기 경사진 홈부는,
중첩되도록 배열된 상기 제 1 리튬 포일과 제 2 리튬 포일의 이동 방향을 기준으로 전단부에서 후단부로 갈수록, 홈 깊이가 점점 얕아지도록 길이 방향의 경사를 갖고,
상기 중첩 영역이 적어도 폭 방향으로 변형되도록, 상기 전단부의 적어도 일부분은 내측에서 외측으로 갈수록 상기 홈 깊이가 점점 깊어지도록 폭 방향의 경사를 갖는,
리튬 포일 사이드 클래딩 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 경사진 홈부에서 상기 폭 방향의 경사는 상기 전단부에서 후단부로 갈수록 점점 작아지는,
리튬 포일 사이드 클래딩 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 경사진 홈부의 후단은 상기 제 1 리튬 포일의 표면과 수평을 이루는,
리튬 포일 사이드 클래딩 장치. - 제 1 항에 있어서,
중첩되도록 배열된 상기 제 1 리튬 포일과 제 2 리튬 포일이 이송되며 상기 중첩 영역이 가공될 때, 상기 금형의 일측에는 상기 중첩 영역의 형상을 따라 상부와 하부로 이동되어 위치를 설정하도록 제어하는 구동부;를 포함하는,
리튬 포일 사이드 클래딩 장치. - 제 1 항에 있어서,
스티킹 현상을 억제하기 위해서, 상기 금형의 적어도 어느 일부는 고분자 혹은 세라믹 소재로 코팅된,
리튬 포일 사이드 클래딩 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 금형에 의한 적어도 폭 방향으로 변형시키면서 압착이 용이하도록, 상기 금형접합부 이전에 상기 제 1 리튬 포일과 제 2 리튬 포일의 중첩 영역의 일부를 가공할 수 있는 예비 가공부;를 더 포함하는,
리튬 포일 사이드 클래딩 장치. - 제 6 항에 있어서,
상기 예비 가공부는,
적어도 일부분이 중첩되도록 배열된 상기 제 1 리튬 포일과 제 2 리튬 포일의 중첩 영역을 압연 가공할 수 있도록, 상기 제 1 리튬 포일 또는 상기 제 2 리튬 포일의 표면과 소정의 각도로 기울어진 경사 롤을 포함하는,
리튬 포일 사이드 클래딩 장치. - 제 6 항에 있어서,
상기 예비 가공부는,
적어도 일부분이 중첩되도록 배열된 상기 제 1 리튬 포일과 제 2 리튬 포일의 중첩 영역을 절삭 가공할 수 있도록, 커터(cutter)를 포함하는,
리튬 포일 사이드 클래딩 장치. - 제 8 항에 있어서,
상기 커터는 상기 중첩 영역을 경사진 형태로 가공하기 위해, 상기 제 1 리튬 포일의 측면 모서리 부분을 절삭할 수 있도록 경사진 굴곡부를 포함하는,
리튬 포일 사이드 클래딩 장치. - 제 1 항에 있어서,
스티킹(sticking) 현상을 억제하기 위해서, 상기 정렬부 후단에는 상기 제 1 리튬 포일 및 상기 제 2 리튬 포일의 적어도 어느 일면에 윤활제를 분사하는 윤활제 공급부를 포함하는,
리튬 포일 사이드 클래딩 장치. - 적어도 일부분이 중첩되도록 제 1 리튬 포일과 제 2 리튬 포일을 배열하는 단계; 및
확폭을 위하여 중첩되도록 배열된 상기 제 1 리튬 포일과 제 2 리튬 포일의 중첩 영역을 적어도 폭 방향으로 변형시키면서 압착하여, 상기 제 1 리튬 포일과 제 2 리튬 포일을 접합하는 단계;를 포함하고,
상기 접합하는 단계는,
중첩되도록 배열된 상기 제 1 리튬 포일과 제 2 리튬 포일의 이동 방향을 따라, 상기 중첩 영역에 대응되는 일부분에 하방이 개방되어 하방에서 상방으로 리세스되게 형성된 경사진 홈부를 구비하는 금형을 이용하여 접합하는 단계를 포함하며,
상기 경사진 홈부는,
중첩되도록 배열된 상기 제 1 리튬 포일과 제 2 리튬 포일의 이동 방향을 기준으로 전단부에서 후단부로 갈수록, 홈 깊이가 점점 얕아지도록 길이 방향의 경사를 갖고,
상기 중첩 영역이 적어도 폭 방향으로 변형되도록, 상기 전단부의 적어도 일부분은 내측에서 외측으로 갈수록 상기 홈 깊이가 점점 깊어지도록 폭 방향의 경사를 갖는,
리튬 포일 사이드 클래딩 방법. - 제 11 항에 있어서,
상기 접합하는 단계는,
상기 금형에 의해 상기 중첩 영역을 적어도 폭 방향으로 변형시키면서 압착이 용이하도록, 상기 금형으로 가공하기 이전에 상기 제 1 리튬 포일과 제 2 리튬 포일의 중첩 영역의 일부를 예비 가공하는 단계를 포함하는,
리튬 포일 사이드 클래딩 방법. - 제 12 항에 있어서,
상기 예비 가공하는 단계는,
적어도 일부분이 중첩되도록 배열된 상기 제 1 리튬 포일과 제 2 리튬 포일의 중첩 영역을 압연 가공할 수 있도록, 상기 제 1 리튬 포일 또는 상기 제 2 리튬 포일의 표면과 소정의 각도로 기울어진 경사 롤을 이용하여 가공하는 단계를 포함하는,
리튬 포일 사이드 클래딩 방법. - 제 12 항에 있어서,
상기 예비 가공하는 단계는,
적어도 일부분이 중첩되도록 배열된 상기 제 1 리튬 포일과 제 2 리튬 포일의 중첩 영역을 절삭 가공할 수 있도록, 상기 커터(cutter)를 이용하여 가공하는 단계를 포함하는,
리튬 포일 사이드 클래딩 방법. - 제 14 항에 있어서,
스티킹(sticking) 현상을 억제하기 위해서, 상기 제 1 리튬 포일과 제 2 리튬 포일을 접합하기 전 상기 제 1 리튬 포일과 제 2 리튬 포일의 적어도 어느 일면에 윤활제를 분사하는,
리튬 포일 사이드 클래딩 방법.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020220158658A KR20240076270A (ko) | 2022-11-23 | 2022-11-23 | 리튬 포일 사이드 클래딩 장치 및 이를 이용한 리튬 포일 사이드 클래딩 방법 |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| KR (1) | KR20240076270A (ko) |
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2022
- 2022-11-23 KR KR1020220158658A patent/KR20240076270A/ko not_active Application Discontinuation
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