KR20240078859A - 전고체전지 제조장치 - Google Patents

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KR20240078859A
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Abstract

본 발명의 일 실시예는 일면에 피가공물이 안착되는 거치대, 상기 거치대의 상기 일면 상에 배치되며, 상기 거치대에 안착된 상기 피가공물을 기설정된 압력으로 가압하고, 바디부 및 상기 바디부의 일단에 배치되며, 상기 바디부를 향하여 일정한 곡률로 오목하게 형성된 수용공간을 포함하는 압반부를 포함하는 가압유닛, 및 상기 가압유닛의 일단에 배치되며 상기 피가공물을 가압하는 탄성재질로 이루어지고, 평평한 표면을 통해 피가공물을 가압하는 가압패드를 포함하는 전고체전지 제조장치를 제공하며, 이를 통해 피가공물을 보다 효율적으로 가압하는 전고체전지 제조장치를 제공할 수 있다.

Description

전고체전지 제조장치{ALL SOLID STATE BATTERY MANUFACTURING DEVICE}
본 발명은 전고체전지 제조장치에 관한 것이다.
리튬이온전지는 성능 개선의 한계에 왔으며 최근, 전해액을 고체전해질로 치환한 전고체전지(All Solid Battery)가 주목을 받고 있다. 액체상태의 전해액을 이용하는 이차전지와 비교하여, 전고체전지는 전지의 과충전에 기인하는 전해액의 분해 등이 생기는 일 없으며, 또한 높은 사이클 내구성 및 에너지 밀도를 가지고 있다.
고체이기 때문에 온도 변화와 외부 충격에 따른 위험이 적어 안전할 뿐 아니라, 에너지 밀도 역시 리튬이온전지 대비 높다.
한편, 전고체전지는 전지 반응을 담당하는 활물질입자 간, 또는 활물질입자와 고체전해질 입자 간의 접촉저항이 전지의 내부 저항에 크게 영향을 미치고 있는 것이 알려져 있으며, 이러한 활물질입자 간, 또는 활물질입자와 고체전해질 입자 사이의 접촉성을 개선하여 내부저항의 증대 등을 억제하는 기술이 제안되고 있다.
이러한 입자들 사이의 접촉성을 개선하기 위한 전고체전지 제조방법으로, 입자 사이의 공극이 최대한 적어지도록 입자 사이를 밀착시키는 방법이 제시되었으며, 전고체전지를 가압하여 제조하는 전고체전지 제조방법들이 제안되었다.
다만, 종래 제시된 전고체전지 제조방법에 의해서는, 전고체전지 내의 공극이 충분히 제거되지 못하거나, 가압과정에서 전고체전지가 손상되어 전지의 성능이 떨어지는 문제점이 있었다. 이에, 전고체전지 내의 공극을 충분히 제거되면서, 가압과정에서도 전고체전지가 손상되지 않게 하는 전고체전지 제조장치가 필요한 실정이다.
대한민국 공개특허공보 제10-2022-0089332호
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 전고체전지 내의 공극을 충분히 제거할 수 있는 전고체전지 제조장치를 제공하는 데 있다.
또한, 본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 전체적으로 균일하게 가압되는 전지셀을 제조할 수 있는 전고체전지 제조장치를 제공하는 데 있다.
또한, 본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 가압과정에서도 전고체전지가 손상되지 않도록 하는 전고체전지 제조장치를 제공하는 데 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예는 일면에 피가공물이 안착되는 거치대, 상기 거치대의 상기 일면 상에 배치되며, 상기 거치대에 안착된 상기 피가공물을 기설정된 압력으로 가압하고, 바디부 및 상기 바디부의 일단에 배치되며, 상기 바디부를 향하여 일정한 곡률로 오목하게 형성된 수용공간을 포함하는 압반부를 포함하는 가압유닛, 및 상기 가압유닛의 일단에 배치되며 상기 피가공물을 가압하는 탄성재질로 이루어지고, 평평한 표면을 통해 피가공물을 가압하는 가압패드를 포함하는, 전고체전지 제조장치를 제공한다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예는 일면에 피가공물이 안착되는 거치대, 및 상기 거치대의 상기 일면 상에 배치되며, 상기 거치대에 안착된 상기 피가공물을 기설정된 압력으로 가압하는 가압유닛을 포함하고, 상기 가압유닛은 일단에 상기 피가공물을 가압하고, 상기 거치대 방향으로 일정한 곡률로 볼록하게 형성되는 볼록면을 포함하는 가압패드를 포함하고, 상기 볼록면의 면적은 상기 피가공물의 면적보다 큰, 전고체전지 제조장치를 제공한다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예는 일면에 피가공물이 안착되는 안착부와 상기 안착부에 인접하게 배치되며, 일정 두께를 갖는 탄성부재를 구비하는 버퍼부를 포함하는 거치대, 및 상기 거치대의 상기 일면 상에 배치되며, 상기 거치대에 안착된 상기 피가공물을 기설정된 압력으로 가압하는 가압유닛을 포함하고, 상기 버퍼부는 상기 안착부의 전(全) 측면을 둘러싸도록 형성되는, 전고체전지 제조장치를 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 전고체전지 내의 공극을 충분히 제거할 수 있는 전고체전지 제조장치를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 전체적으로 균일하게 가압되는 전지셀을 제조할 수 있는 전고체전지 제조장치를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 가압과정에서도 전고체전지가 손상되지 않도록 하는 전고체전지 제조장치를 제공할 수 있다.
본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 특허청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
도1은 본 발명의 일 실시예에 의해 제공되는 전고체전지 제조장치의 예시도면이다.
도2는 본 발명의 일 실시예에 의해 제공되는 전고체전지 제조장치의 예시도면이다.
도3은 일 실시예에 의해 제공되는 거치대의 평면도를 보여주는 도면이다.
도4는 일 실시예에 의해 제공되는 전고체전지 제조장치의 가압유닛의 예시도면이다.
도5는 일 실시에에 의해 제공되는 전고체전지 제조장치의 사용시 예시도면이다.
도6 및 도7은 일 실시예에 의해 제공되는 가압유닛의 예시도면이다.
도8은 일 실시예에 의해 제공되는 피가공물 제조장치의 공정을 보여주는 도면이다.
도9는 일 실시예에 의해 제공되는 가압유닛의 너비에 대한 설명을 보조하는 도면이다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시예로 한정되는 것은 아니다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
제1, 제2, A, B 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결(접속, 접촉, 결합)"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
소자(elements) 또는 층이 다른 소자 또는 층의 "위(on)" 또는 "상(on)"으로 지칭되는 것은 다른 소자 또는 층의 바로 위뿐만 아니라 중간에 다른 층 또는 다른 소자를 개재한 경우를 모두 포함한다. 반면, 소자가 "직접 위(directly on)" 또는 "바로 위"로 지칭되는 것은 중간에 다른 소자 또는 층을 개재하지 않은 것을 나타낸다.
종래 전고체전지 내 입자 사이의 공극이 최대한 적어지도록 입자 사이를 밀착시키는 방법이 제시되었으며, 전고체전지를 가압하여 제조하는 전고체전지 제조방법들이 제안되었다. 다만, 종래 제시된 전고체전지 제조방법에 의해서는, 전고체전지 내의 공극이 충분히 제거되지 못하거나, 가압과정에서 전고체전지가 손상되어 전지의 성능이 떨어지는 문제점이 있었다.
이에, 전고체전지 내의 공극을 충분히 제거되면서, 가압과정에서도 전고체전지가 손상되지 않게 하는 전고체전지 제조장치가 필요한 실정이다.
이하, 본 발명의 일 실시예의 전고체전지 제조장치(10)를 설명한다.
도1은 본 발명의 일 실시예에 의해 제공되는 전고체전지 제조장치의 예시도면이다.
도1을 참고하면 상기 기술적 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 일 실시예는, 피가공물(20)이 거치되는 거치대(100)와 가압유닛(200)을 포함하는 전고체전지 제조장치(10)를 제공한다.
거치대(100)는 일면에 피가공물(20)이 안착되는 구성이다.
가압유닛(200)은 거치대(100)에 안착되는 피가공물(20)을 가압하는 구성이고, 가압유닛(200)의 일단에는 피가공물(20)을 가압하는 탄성재질로 이루어진 가압패드(210)를 포함한다.
이때 피가공물은 전지셀 또는 파우치형 전지를 모두 포함하는 것을 의미하며, 또한, 전지셀은 모노셀과 적층셀 모두를 포함하는 의미로, 고체상태의 양극재, 이때 음극재, 및 고체전해질을 포함하여, 가압 등의 공정을 통해 전고체전지가 되는 것을 의미할 수 있다.
모노셀은 상기 양극층, 상기 음극층 및 상기 고체전해질층으로 구성된 단일의 셀이고, 적층셀은 모노셀이 복수개로 구비되어 적층된 셀을 지칭할 수 있다.
적층셀은, 당해 기술 분야에서 널리 알려져 있는 바이폴라 구조의 셀일 수 있다.
양극재는 리튬 이차 전지의 양극에 통상적으로 사용될 수 있는 양극재라면 모두 사용될 수 있다. 예를 들어, 상기 양극재는 리튬 산화물일 수 있다. 구체적으로, 양극재는 리튬 코발트 산화물(LiCoO2), 리튬 니켈 산화물(LiNiO2) 등의 층상 화합물이나 1 또는 그 이상의 전이금속으로 치환된 화합물, LiMnO3, LiMn2O3 등의 리튬 망간 산화물, 리튬 동 산화물, LiV3O8, LiFe3O4, V2O5, Cu2V2O7 등의 바나듐 산화물, Ni 사이트형 리튬 니켈산화물, 리튬 망간 복합 산화물 또는 이들의 조합 등이 사용될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
음극재는 리튬 이차전지의 음극에 통상적으로 사용될 수 있는 음극재라면 모두 포함할 수 있다. 예를 들어, 난흑연화 탄소, 흑연계 탄소(천연흑연, 인조흑연) 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, Sb2O3, GeO, GeO2, Bi2O3, Bi2O4 등의 금속 산화물, 폴리아세틸렌 등의 도전성 고분자, Li-Co-Ni계 재료, 티타늄 산화물, 리튬 티타늄 산화물 또는 이들의 조합 등이 사용될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
고체전해질은 LGPS(Li10 Ge P2 S12), LSPSCl(Li9.54 Si1.74 P1.44 S11.7 Cl0.3), Argyrodite 등 황화물계 물질, Perovskite(LLTO), Garnet(LLZO), NASICON, LISICON 등의 산화물계 물질 또는 PEO 등의 고분자계 물질로 구비될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
고체전해질은 양극재와 혼합되어 하나의 층을 형성할 수 있다. 예를 들어, 고체전해질의 원료 분말과 상기 양극재의 원료 분말을 혼합하여, 서로 혼합되거나 밀착된 상태로써, 상기 고체전해질층 및 상기 양극층을 형성할 수 있다.
또한, 피가공물은 전고체전지가 사용되는 제품의 위치, 형태, 또는 산업분야에 따라 다양한 형태 및 크기를 가지게 될 수 있으며, 예를 들면, 원판의 코인형태, 사각형 형태 등의 형태를 가지는 전지셀일 수 있다.
이하에서는, 거치대(100)에 대해 설명한다.
전술한 바와 같이, 거치대(100)는 일면에 피가공물(20)이 안착된다.
도2는 본 발명의 일 실시예에 의해 제공되는 전고체전지 제조장치의 예시도면이다.
도3은 일 실시예에 의해 제공되는 거치대의 평면도를 보여주는 도면이다.
도2 및 도3을 참고하면 일 실시예에 있어서, 거치대(100)는 일면에 피가공물(20)이 안착되는 안착부(110)와, 상기 안착부(110)에 인접하게 배치되며, 상기 안착부의 전(全) 측면을 둘러싸도록 형성되는 버퍼부(120)를 포함할 수 있다. 이때 버퍼부(120)는 일정두께를 갖는 탄성부재를 포함한다.
가압유닛(200)에 의해 피가공물(20)이 가압되는 경우, 가압방향의 수직된 모든 방향으로 피가공물(20)은 팽창하게 되는데, 이때 안착부(110)에 인접하게 배치되며 안착부(110)의 전(全) 측면을 둘러싸도록 형성된 버퍼부(120)는 피가공물(20)의 팽창을 제어하며, 그 외형을 제어할 수 있다.
버퍼부(120)는 탄성부재를 포함하는 것으로, 가압유닛(200)으로 피가공물(20)을 가압하여 피가공물(20)이 가압방향의 수평방향으로 팽창하는 경우, 피가공물(20)의 외형을 고정해주는 기능을 수행한다.
또한, 버퍼부(120)는 후술하는 가압유닛(200)이 피가공물(20)을 가압하는 경우, 가압유닛(200)의 가장자리 부분을 탄성지지하는 기능을 수행함으로써, 보다 균일하게 피가공물(20)을 가압할 수 있게 한다.
이와 같이, 거치대(100)의 일 영역에 탄성부재가 포함되도록 함으로써, 전고체전지 제조장치(10)의 사용과정에서 피가공물(20)이 팽창하더라도, 피가공물(20)의 외형을 유지해 줄 수 있다. 이를 통해 전고체전지의 성능이 저하되지 않도록 할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 탄성부재는 후술할 가압패드(210)에 사용되는 탄성재질과 동일한 소재를 사용할 수 있으며, 후술할 가압유닛(200)의 가압조건에 따라 그 탄성재질의 종류는 달라질 수 있다.
일 실시예에 있어서, 탄성부재는 고무재를 포함할 수 있으나, 상기 예시에 한정되는 것은 아니며, 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 기술자가 용이하게 선택할 수 있는 탄성재질의 물질과 이로 이루어지는 가압패드는 모두 본 발명의 권리범위에 속하는 것으로 해석해야 할 것이다.
일 실시예에 있어서, 버퍼부(120)를 포함하는 거치대(100)를 사용함으로써, 프레스와 하부 압반 사이의 편평도를 보완하는 효과를 제공할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 버퍼부(120)는 거치대(100)와 인접하는 외측둘레(미도시)에 배치되어 거치대(100)의 프레임(130)과 고정하는 고정부재(미도시)를 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 버퍼부(120)는 프레임(130)의 내측둘레를 따라 형성될 수 있다. 이때 전고체전지 제조장치(10)의 반복되는 사용에 의해 버퍼부(120)는 손상이 일어날 수 있다. 이에, 버퍼부(120)의 외측둘레에 거치대(100)의 프레임(130)과 부착되는 고정부재(미도시)를 포함함으로써, 손상된 버퍼부(120)를 효율적으로 교체할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 고정부재는 버퍼부(120)가 거치대(100)의 프레임(130)에 부착 및 탈착이 가능하도록 하는 것으로서 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 기술자가 사용할 수 있는 고정부재는 모두 본 발명의 권리범위에 속하는 것으로 해석해야 할 것이다.
이하에서는 가압유닛(200)에 대해 설명한다.
가압유닛(200)은 거치대(100)의 일면 상에 배치되고, 거치대(100)에 안착된 피가공물(20)을 기설정된 압력으로 가압할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 가압유닛(200)은 거치대(100)에 안착된 피가공물(20)을 균일하게 가압하도록 가압면이 평평한 면으로 이루어질 수 있다. 이 경우, 가압유닛(200)은 일정 크기의 강성(stiffness) 재질로 이루어져, 가압하는 압력에 의해 가압유닛(200)의 가압면과 피가공물(20)이 흡착되는 것을 방지할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 기설정된 압력은 대상 피가공물(20)에 포함되어 있는 양극재, 음극재, 및 고체전해질의 두께와 종류에 따라 달라질 수 있으며, 제조되는 전고체전지의 사용목적에 따라서 달라질 수 있다. 일 예시로는, 가압유닛(200)은 2500kN 이하의 압력으로 가압하는 것일 수 있다.
도4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 전고체전지 제조장치를 설명하기 위한 개념도이다.
도5는 도 4의 전고체전지 제조장치의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도4를 참고하면 일 실시예에 있어서, 가압유닛(200)은 일단에 피가공물(20)을 가압하고 탄성재질로 이루어진 가압패드(210)를 더 포함한다.
도5를 참고하면 가압유닛(200)은 일단에 탄성재질로 이루어진 가압패드(210)를 포함함으로써, 가압유닛(200)으로 피가공물(20)을 가압할 때 높은 압력으로 가압 하더라도 피가공물(20)을 보다 부드럽게 가압할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 탄성재질로 이루어진 가압패드(210)는 상기 압력조건으로 피가공물(20)을 가압할 수 있으며, 상기 압력조건 하에서 피가공물(20)을 가압하되, 피가공물(20)의 양극재, 음극재, 및 고체전해질을 손상시키지 않으며 피가공물(20) 내부의 공극들을 제거하기 위해 적절한 탄성과 함께 일정한 경도를 가지는 탄성재질을 사용할 수 있다. 일 예시로는, 가압유닛(200)은 탄성계수가 1 Mpa 이상인 탄성재질을 포함할 수 있으며, 다른 일 예시로는 1 Mpa 내지 100Mpa 이하인 탄성재질의 가압패드(210)를 포함할 수 있다. 탄성패드에 포함된 부재의 탄성계수가 1 Mpa 미만인 경우에는, 해당 부재의 경도가 낮아 가압과정에서 피가공물(20)에 균일한 압력이 전달되지 못할 수 있으며, 100 Mpa를 초과하는 경우에는 해당 부재가 너무 단단해져 탄성재질의 기능을 수행하지 못할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 탄성재질로 이루어진 가압패드(210)는, 고무재를 포함할 수 있으나, 상기 예시에 한정되는 것은 아니며, 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 기술자가 용이하게 선택할 수 있는 탄성재질의 물질과 이로 이루어지는 가압패드(210)는 모두 본 발명의 권리범위에 속하는 것으로 해석해야 할 것이다.
일 실시예에 있어서, 가압패드(210)는 피가공물(20)과 접하는 방향의 면이 거치대 방향으로 일정한 곡률로 볼록한 볼록면을 포함할 수 있다.
가압유닛(200)이 피가공물(20)을 가압할 때, 피가공물(20)의 가장자리 영역에 응력이 집중되는 문제가 발생할 수 있다. 그러나, 도5(b) 통해 알 수 있듯이, 본 발명의 일 실시예에 따른 가압유닛(200)은 거치대(100) 방향으로 일정한 곡률로 볼록한 볼록면을 가지는 가압패드(210)를 포함함으로써, 피가공물(20)의 가장자리 영역에 응력이 집중되는 현상을 방지할 수 있다.
"볼록"이라 함은, 단일곡률을 형성하고 있는 경우뿐만이 아니라, 다단 또는 층계를 형성하여 중심 영역이 가장자리 영역보다 바깥으로 튀어나오도록 형성된 모든 형태를 포함하는 의미로 해석해야 할 것이다.
구체적으로, 가압과정에서 가압유닛(200)의 중심영역에 두껍게 형성된 탄성재질의 가압패드(210)는 가압패드(210)의 가장자리에 비해 많이 압축된다. 이를 통해 가압패드(210)의 가장자리 영역이 피가공물(20)을 가압하게 되어, 피가공물(20)의 가장자리 영역에 형성되는 응력이 분산되도록 할 수 있다.
한편, 피가공물(20)과 접촉하는 가압유닛(200)의 일단이 평평(flat)하거나 오목한 경우, 피가공물(20)이 가압유닛(200)에 흡착되어 떨어지지 않는 현상이 발생할 수 있다. 그러나, 상기 구조를 가짐으로써, 가압유닛(200)이 피가공물(20)을 가압한 후 피가공물(20)을 회수하는 과정에서, 피가공물(20)이 가압유닛(200)에 흡착되지 않도록 하여 보다 용이하게 피가공물(20)을 회수할 수 있다.
도6 및 도7은 일 실시예에 의해 제공되는 가압유닛의 예시도면이다.
도6을 참고하면, 일 실시예에 있어서, 가압유닛(200)은 바디부(220)와 가압유닛(200)의 일단에 배치되는 압반부(225)를 포함하고, 상기 압반부(225)의 일 영역에는 상기 바디부(220)를 향하여 일정한 곡률로 오목하게 형성되는 수용공간(S)을 포함할 수 있다.
이와 같이 일정한 곡률로 오목하게 형성됨으로써, 제조장치(10)를 이용하여 가압공정을 수행할 때, 가압유닛(200) 내의 압력을 균일하게 분산할 수 있도록 하여, 보다 안정적이고 치밀하게 가압을 수행할 수 있다.
이때, 가압패드(210)는 가압유닛(200)의 일단에 배치되며 피가공물(20)을 가압하게 되며, 보다 구체적으로 가압패드(210)는 가압유닛(200)의 압반부(225)의 일 영역에 배치될 수 있다.
도8은 일 실시예에 의해 제공되는 전지셀 제조장치의 공정을 보여주는 도면이다.
도8을 참고하면 일 실시예에 있어서, 가압패드(210)는 압반부(225)의 일 영역에 배치되며, 압반부(225)의 일 영역에 형성된 수용공간(S)에는 상기 가압패드가 채워질 수 있다. 가압패드(210)는 압반부(225)의 일 영역에 배치되는데, 압반부(225)의 수용공간(S)의 상부를 덮는 형태를 이루게 된다. 이때, 수용공간(S)에 가압패드(210)가 채워지도록 함으로써, 전지셀 제조장치(10)를 이용하여 피가공물(20)을 가압할 때, 전지셀의 상부 영역에서 가압하는 힘들(F1)이 모두 동일하게 가압할 수 있어, 보다 균일한 가압공정을 수행할 수 있도록 한다.
또한, 압반부(225)가 바디부(200)의 중심방향으로 오목하게 함으로써, 가압과정에서 피가공물(20)을 보다 효율적으로 가압할 수 있으며, 이때 가장자리에 형성되는 응력을 최소화할 수 있다.
"오목"이라 함은, 단일곡률을 형성하고 있는 경우뿐만 아니라, 다단 또는 층계를 형성하도록 함으로써 중심영역이 가장자리의 영역보다 움푹한 모든 형태를 포함하는 의미로 해석해야 할 것이다.
예를 들면, 다시 도7을 참고하여 일 실시예에 있어서, 압반부(225)는 단차를 이루는 형태를 포함할 수 있다. 압반부(225)는 그 중심영역에 깊게 형성된 제1압반영역(216)과 제1압반영역(216)의 외측을 둘러싸면서 형성되는 제2압반영역(217a, 217b)를 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 압반부(225)의 일 가압패드(210)는, 피가공물(20)과 접촉하는 표면이 평평할 수 있다. 압반부(225)가 바디부(200)의 중심방향으로 오목하게 형성되면서, 압반부(225)의 일 면에는 피가공물(20)과 접촉하는 표면이 평평하도록 함으로써, 피가공물(20)의 가장자리에 형성되는 응력을 더욱 최소화할 수 있다.
다시 도6 및 도7을 참고하면, 일 실시예에 있어서, 압반부(225)는 상기 수용공간(S)을 측면에서 둘러싸는 압반둘레영역(226)을 포함할 수 있고, 가압패드(210)는 가압패드(210)의 가장자리에 배치되는 패드둘레영역(215a, 215b)를 포함하되, 상기 패드둘레영역(215a, 215b)는 압반둘레영역(226)에 인접하여 배치되도록 할 수 있다.
이와 같이, 가압패드(210)의 둘레영역(215a, 215b)를 압반둘레영역(226)에 인접하도록 함으로써, 가압패드(210)가 압반부(225)에 보다 안정적으로 부착되도록 할 수 있으며, 전지셀 제조장치(10)의 공정진행시 가압패드(210)가 압반부(225)에서 탈착되는 현상을 방지할 수 있다.
도9는 일 실시예에 의해 제공되는 가압유닛의 너비에 대한 설명을 보조하는 도면이다.
도9를 참고하면 일 실시예에 있어서, 가압유닛(200)이 가압하는 가압 방향에서 바라본 가압패드(210)의 볼록면의 면적은 피가공물(20)의 면적과 동일하거나 피가공물(20)의 면적보다 큰 것일 수 있다.
일 실시예에 있어서, 가압 방향에 대한 가압패드(210)의 단면 중 최대면적을 가지는 단면은 피가공물(20)의 단면 중 최대면적을 가지는 단면보다 클 수 있다. 가압과정에서 가압 패드(210)의 단면 중 최대면적을 가지는 단면이 피가공물(20)의 단면 중 최대면적을 가지는 단면보다 작은 경우에는, 균일한 압력을 인가하지 못하고, 가압과정에서 피가공물(20)이 압축되면서 가압패드(210) 밖으로 빠져나오는 현상이 발생할 수 있으며, 이 과정에서 전고체전지의 전지성능이 저하되는 문제점도 발생할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 일 방향에 대한 가압패드(210)의 제1폭(W1)은 피가공물(20)의 제2폭(W2)보다 큰, 전고체 제조장치(10)일 수 있다.
상기 구조를 통해, 가압패드(210)의 적어도 일 방향이 피가공물(20)을 충분하게 덮도록 하여, 가압과정에서 피가공물(20)이 가압패드(210) 위로 말려 올라가며 손상이 일어나는 것을 방지할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 가압패드(210)의 가장자리에 배치되는 일 영역(S1)은 버퍼부(120)의 일 영역(S2)의 상부에 배치될 수 있다. 피가공물(20)은 가압패드(210)의 가압에 의해 팽창하게 되는데, 이때 가압 압력에 따라 피가공물(20)이 가압유닛(200)의 밖으로 말려 올라가며 그 외형이 손상될 수 있다.
그러나, 가압패드(210)의 가장자리에 배치되는 일 영역(S1)이 버퍼부(120)의 일 영역(S2)의 상부에 배치되면, 피가공물(20)이 팽창하더라도, 가압유닛(200)과 버퍼부(120)가 피가공물(20)을 둘러싸고 있기 때문에, 가압패드(210)가 가압유닛(200) 밖으로 말려 나가는 것을 방지할 수 있다.
그리고 일 실시예에 있어서, 전고체전지 제조장치(10)는 피가공물(20)에 가해지는 압력을 측정하는 압력측정유닛(300)을 더 포함할 수 있으며, 이때 압력측정유닛(300)은 로드셀(Load cell) 등 피가공물(20)에 가해지는 압력을 측정하는 센서일 수 있다.
전술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 의해 제공되는 전고체전지 제조장치(10)에 사용할 수 있는 피가공물(20)은, 다양한 형태 및 크기를 가지게 될 수 있으며, 이에 따라 전고체전지 제조장치(10)는 압력측정유닛(300)을 통해 피가공물(20)에 가해지는 압력을 측정하여 피가공물(20)에 균일한 압력을 가할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전고체전지 제조장치(10)는 압력측정유닛(300)을 이용하여 사용된 가압 압력을 측정하여 기록할 수 있으며, 이를 통해 일정한 전지성능을 가지는 전고체전지의 양산이 가능하도록 할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 피가공물(20)에 가해지는 압력을 측정하는 압력측정유닛(300)은 가압유닛(200)에 연결되어 배치될 수 있다.
다른 실시예에 있어서, 압력 측정 유닛(300)은 거치대(100)에 배치되어, 가압유닛(200)이 피가공물(20)을 가압하는 동안 가압 압력을 측정할 수 있다. 또는, 압력 측정 유닛(300)은 거치대(100) 및 가압유닛(200) 모두에 배치될 수도 있다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
10: 제조장치
20: 전지셀
100: 거치대
200: 가압유닛
300: 압력측정유닛

Claims (10)

  1. 일면에 피가공물이 안착되는 거치대;
    상기 거치대의 상기 일면 상에 배치되며, 상기 거치대에 안착된 상기 피가공물을 기설정된 압력으로 가압하고, 바디부 및 상기 바디부의 일단에 배치되며, 상기 바디부를 향하여 일정한 곡률로 오목하게 형성된 수용공간을 포함하는 압반부를 포함하는 가압유닛; 및
    상기 가압유닛의 일단에 배치되며 상기 피가공물을 가압하는 탄성재질로 이루어지고, 평평한 표면을 통해 피가공물을 가압하는 가압패드;를 포함하는, 전고체전지 제조장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 압반부의 수용공간에는 상기 가압패드가 채워지는, 전고체전지 제조장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 가압유닛이 상기 피가공물을 가압하는 동안 상기 피가공물에 가해진 압력을 측정하는 압력측정유닛;을 더 포함하는, 전고체전지 제조장치.
  4. 일면에 피가공물이 안착되는 거치대; 및
    상기 거치대의 상기 일면 상에 배치되며, 상기 거치대에 안착된 상기 피가공물을 기설정된 압력으로 가압하는 가압유닛;을 포함하고,
    상기 가압유닛은 일단에 상기 피가공물을 가압하고, 탄성재질로 이루어지며, 상기 거치대 방향으로 일정한 곡률로 볼록하게 형성되는 볼록면을 포함하는 가압패드를 포함하고,
    상기 볼록면의 면적은 상기 피가공물의 면적보다 큰, 전고체전지 제조장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 가압유닛이 상기 피가공물을 가압하는 동안 상기 피가공물에 가해진 압력을 측정하는 압력측정유닛;을 더 포함하는, 전고체전지 제조장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 압력측정유닛은 상기 가압유닛에 연결되어 배치되는, 전고체전지 제조장치.
  7. 일면에 피가공물이 안착되는 안착부와 상기 안착부에 인접하게 배치되며, 일정 두께를 갖는 탄성부재를 구비하는 버퍼부를 포함하는 거치대; 및
    상기 거치대의 상기 일면 상에 배치되며, 상기 거치대에 안착된 상기 피가공물을 기설정된 압력으로 가압하는 가압유닛;을 포함하고,
    상기 버퍼부는 상기 안착부의 전(全) 측면을 둘러싸도록 형성되는, 전고체전지 제조장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 가압유닛은 일단에 상기 피가공물을 가압하는 가압패드를 포함하고,
    상기 가압패드는 상기 피가공물 및 상기 버퍼부의 일부를 동시에 가압하는, 전고체전지 제조장치.
  9. 제8항에 있어서,
    일 방향에 대한 상기 가압패드의 제1폭은 상기 피가공물의 제2폭보다 큰, 전고체 제조장치.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 가압유닛이 상기 피가공물을 가압하는 동안 상기 피가공물에 가해진 압력을 측정하는 압력측정유닛;을 더 포함하는, 전고체전지 제조장치.
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