WO2017039148A1 - 전극 합제층 형성 몰드를 포함하는 이차전지용 전극 제조 장치 - Google Patents

전극 합제층 형성 몰드를 포함하는 이차전지용 전극 제조 장치 Download PDF

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Definitions

  • the present invention relates to a secondary battery electrode manufacturing apparatus comprising an electrode mixture layer forming mold.
  • lithium secondary batteries such as lithium ion batteries and lithium ion polymer batteries is high.
  • secondary batteries are classified according to the structure of an electrode assembly having a structure in which a positive electrode, a negative electrode, and a separator interposed between the positive electrode and the negative electrode are formed.
  • Jelly-roll type electrode assembly having a structure wound in a state where a separator is interposed, a stack type electrode assembly in which a plurality of anodes and cathodes cut in units of a predetermined size are sequentially stacked with a separator therebetween
  • an electrode assembly having an advanced structure which is a mixed form of the jelly-roll type and the stack type has a predetermined unit.
  • Stacked / foldable electrode having a structure in which positive and negative electrodes are sequentially wound in a state in which unit cells stacked on a separator film are stacked with a separator interposed therebetween Developed body lip.
  • the secondary battery is a cylindrical battery and a rectangular battery in which the electrode assembly is embedded in a cylindrical or rectangular metal can according to the shape of the battery case, and a pouch type battery in which the electrode assembly is embedded in a pouch type case of an aluminum laminate sheet. Are classified.
  • a pouch-type battery having a stacked or stacked / folding electrode assembly in a pouch-type battery case of an aluminum laminate sheet has attracted much attention due to its low manufacturing cost, small weight, and easy shape deformation. And its usage is gradually increasing.
  • an electrode of such a secondary battery is manufactured by applying an electrode mixture in which an electrode active material, a conductive agent, a binder, and the like are mixed on an electrode current collector, followed by drying and pressing.
  • Figure 1 is a schematic diagram schematically showing the structure of a conventional electrode sheet manufacturing apparatus.
  • the electrode sheet manufacturing apparatus 100 includes a transfer unit 130, a slot die 110 for coating an electrode mixture slurry, and drying units 121 and 122.
  • the electrode current collector sheet 140 is wound in the form of a roll 141 and is transported by a transfer unit 130 positioned at an opposite end of the roll 141.
  • the conveyer 130 is composed of two rollers 131 and 132, and the two rollers 131 and 132 rotate 101 and 102 in opposite directions to each other so that the current collector 140 moves toward the conveyer 130. Is transferred 103.
  • the slot die 110 has a coating liquid discharged into the slot 111, which is a gap between two ends of the slot die 110, as the ink comes out of the pen tip, so that the slot die 110 itself moves or the current collector sheet. As the 140 moves, the electrode mixture slurry is applied onto the current collector sheet 140. Since the coating method using the slot die 110 is superior to other coating methods in terms of maintenance and productivity, in addition to applying the electrode mixture slurry to the current collector sheet 140 of the secondary battery electrode, a flat panel display It is also widely used for manufacturing panels of devices.
  • the current collector sheet 140 coated with the electrode mixture slurry is transferred 103 to the drying units 121 and 122.
  • the drying units 121 and 122 are configured to dry one side and the other side of the current collector sheet 140 coated with the electrode mixture slurry by high temperature hot air or a light source.
  • the electrode sheet thus produced is cut and molded to a desired size to complete the electrode for constructing the electrode assembly.
  • the electrode sheet manufacturing apparatus 100 dries the electrode sheet at a portion having the predetermined lengths of the drying units 121 and 122, the coating amount of the electrode mixture slurry on the current collector sheet 140 increases, the coating. Cracking may occur at the site, thereby increasing the coating amount of the electrode mixture slurry, thereby limiting the capacity of the electrode.
  • the electrode mixture slurry is applied on the current collector sheet 140 in a liquid phase, when the viscosity of the electrode mixture slurry does not reach a predetermined level, a desired high coating amount per unit area of the current collector 140 is achieved. There is a case where the electrode mixture slurry cannot be applied.
  • a mold support portion which supports an electrode mixture layer forming mold by an upper surface thereof facing the open first surface of the electrode mixture layer forming mold;
  • the press is the outer surface shape of the portion facing the electrode mixture slurry is the same as the inner surface of the open second surface of the electrode mixture layer forming mold, pressurize the dried electrode mixture slurry while being introduced into the electrode mixture layer forming mold It may be a structure.
  • the electrode mixture slurry injected into the hollow portion of the electrode mixture layer forming mold 210 is dried by drying units 240 disposed at upper and lower portions of the electrode mixture layer forming mold 210 and the mold support 220.
  • the mixed electrode mixture slurry is pressurized by the press 250 to form the electrode mixture layer sheet 271.
  • the current collector cutting part 260 cuts the current collector sheet 280 having an elongated sheet shape, thereby manufacturing the electrode current collector 290.
  • FIG. 4 is a schematic diagram schematically illustrating a process in which the electrode mixture layer sheet manufactured by the electrode manufacturing apparatus for secondary batteries of FIG. 2 is attached to an electrode current collector.
  • the electrode mixture layer sheets 271 and 272 are in close contact with the outer circumferential direction in which the electrode tabs 291 of the electrode current collector 290 are formed, and the center portions 292 of the upper and lower surfaces of the electrode current collector 290. Is attached to.

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Abstract

본 발명은 이차전지용 전극 합제 슬러리를 공급하는 슬러리 공급부; 서로 대향하는 제 1 면 및 제 2 면이 개방된 중공형 구조로 이루어져 있으며, 상기 슬러리 공급부로부터 공급된 전극 합제 슬러리가 중공 부위로 주입되는 전극 합제층 형성 몰드(mold); 상기 전극 합제층 형성 몰드의 중공 부위에 주입된 전극 합제 슬러리를 건조하는 건조부; 상기 전극 합제 슬러리를 가압함으로써 전극 합제층 시트를 형성하는 프레스(press); 및 상면이 상기 전극 합제층 형성 몰드의 개방된 제 1 면과 대면함으로써, 상기 전극 합제층 형성 몰드를 지지하는 몰드 지지부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지용 전극 제조 장치를 제공한다.

Description

전극 합제층 형성 몰드를 포함하는 이차전지용 전극 제조 장치
본 발명은 전극 합제층 형성 몰드를 포함하는 이차전지용 전극 제조 장치에 관한 것이다.
본 출원은 2015.08.31 일자 한국 특허 출원 제10-2015-0122688호에 기초한 우선권의 이익을 주장하며, 해당 한국 특허 출원의 문헌에 개시된 모든 내용은 본 명세서의 일부로서 포함된다.
최근, 화석연료의 고갈에 의한 에너지원의 가격 상승, 환경 오염의 관심이 증폭되며, 친환경 대체 에너지원에 대한 요구가 미래생활을 위한 필수 불가결한 요인이 되고 있다. 이에 원자력, 태양광, 풍력, 조력 등 다양한 전력 생산기술들에 대한 연구가 지속되고 있으며, 이렇게 생산된 에너지를 더욱 효율적으로 사용하기 위한 전력저장장치 또한 지대한 관심이 이어지고 있다.
특히, 모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서의 전지의 수요가 급격히 증가하고 있고, 그에 따라 다양한 요구에 부응할 수 있는 전지에 대한 많은 연구가 행해지고 있다.
대표적으로 전지의 형상 면에서는 얇은 두께로 휴대폰 등과 같은 제품들에 적용될 수 있는 각형 이차전지와 파우치형 이차전지에 대한 수요가 높고, 재료 면에서는 높은 에너지 밀도, 방전 전압, 출력 안정성 등의 장점을 가진 리튬이온 전지, 리튬이온 폴리머 전지 등과 같은 리튬 이차전지에 대한 수요가 높다.
또한, 이차전지는 양극, 음극, 및 양극과 음극 사이에 개재되는 분리막이 적층된 구조의 전극조립체가 어떠한 구조로 이루어져 있는지에 따라 분류되기도 하는 바, 대표적으로는, 긴 시트형의 양극들과 음극들을 분리막이 개재된 상태에서 권취한 구조의 젤리-롤형(권취형) 전극조립체, 소정 크기의 단위로 절취한 다수의 양극과 음극들을 분리막을 개재한 상태로 순차적으로 적층한 스택형(적층형) 전극조립체 등을 들 수 있으며, 최근에는, 상기 젤리-롤형 전극조립체 및 스택형 전극조립체가 갖는 문제점을 해결하기 위해, 상기 젤리-롤형과 스택형의 혼합 형태인 진일보한 구조의 전극조립체로서, 소정 단위의 양극과 음극들을 분리막을 개재한 상태로 적층한 단위셀들을 분리필름 상에 위치시킨 상태에서 순차적으로 권취한 구조의 스택/폴딩형 전극조립체가 개발되었다.
또한, 이차전지는 전지케이스의 형상에 따라, 전극조립체가 원통형 또는 각형의 금속 캔에 내장되어 있는 원통형 전지 및 각형 전지와, 전극조립체가 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치형 케이스에 내장되어 있는 파우치형 전지로 분류된다.
특히, 최근에는 스택형 또는 스택/폴딩형 전극조립체를 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치형 전지케이스에 내장한 구조의 파우치형 전지가, 낮은 제조비, 작은 중량, 용이한 형태 변형 등을 이유로, 많은 관심을 모으고 있고 또한 그것의 사용량이 점차적으로 증가하고 있다.
일반적으로, 이러한 이차전지의 전극은 전극 집전체 상에 전극 활물질, 도전제, 바인더 등이 혼합된 전극 합제를 도포한 후 건조 및 프레스(press)하여 제조된다.
도 1에는 종래의 전극 시트 제조장치의 구조를 개략적으로 나타낸 모식도가 도시되어 있다.
도 1을 참조하면, 전극 시트 제조장치(100)는 이송부(130), 전극 합제 슬러리를 코팅하는 슬롯 다이(110) 및 건조부(121, 122)를 포함하고 있다.
전극용 집전체 시트(140)는 롤(141) 형태로 감겨 있으며, 상기 롤(141)의 대향측 단부에 위치한 이송부(130)에 의해 이송된다.
이송부(130)는 2개의 롤러(131, 132)로 구성되어 있으며, 2개의 롤러(131, 132)가 상호 반대 방향으로 회전(101, 102)함으로써, 집전체(140)가 이송부(130) 방향으로 이송(103)된다.
슬롯 다이(110)는 만년필에서 잉크가 펜촉 끝으로 나오듯이 슬롯 다이(110)의 두 쪽으로 나뉜 단부의 틈인 슬롯(111)으로 코팅액이 배출되도록 하여 슬롯 다이(110) 자체가 움직이거나, 집전체 시트(140)가 움직이면서 집전체 시트(140) 상에 전극 합제 슬러리를 도포하게 된다. 이러한 슬롯 다이(110)를 사용한 코팅방법은 유지 보수 및 생산성 측면에서 여타의 코팅방법에 비해 우수하기 때문에 현재까지 이차전지 전극의 집전체 시트(140)에 전극 합제 슬러리를 도포하는 것 외에, 평판 디스플레이장치의 패널 제조 등에도 널리 사용되고 있다.
전극 합제 슬러리가 도포된 집전체 시트(140)는 건조부(121, 122)로 이송(103)된다.
건조부(121, 122)는 고온의 열풍 또는 광원(光源)에 의해 전극 합제 슬러리가 코팅된 집전체 시트(140)의 일면 및 타면을 건조시키도록 이루어져 있다.
이와 같이 제조된 전극 시트는 소망하는 크기로 절취 및 성형되어, 전극조립체를 구성하기 위한 전극을 완성시킨다.
그러나, 이러한 전극 시트 제조장치(100)는 건조부(121, 122)가 일정한 길이를 갖는 부위에서 전극 시트를 건조하므로, 집전체 시트(140)에 대한 전극 합제 슬러리의 코팅량이 높아질수록, 상기 코팅 부위에 균열이 발생할 수 있어, 상기 전극 합제 슬러리의 코팅량을 증가시킴으로써, 전극의 용량을 증가시키는데 한계가 있다.
또한, 상기 전극 합제 슬러리는 액상으로 집전체 시트(140) 상에 도포되므로, 상기 전극 합제 슬러리의 점도가 일정 수준에 미치지 못할 경우, 집전체(140)의 단위 면적당 소망하는 정도의 높은 코팅량으로 전극 합제 슬러리를 도포하지 못하는 경우가 발생한다.
더욱이, 상기 전극 시트는 전극 합제 슬러리의 코팅이 완료되고, 소망하는 크기로 절취 및 성형되기 전, 롤(roll) 형태로 권취되는 바, 전극 합제 슬러리를 높은 코팅량으로 도포하더라도, 상기 권취 과정에서 높은 코팅량으로 도포된 전극 합제 슬러리가 집전체 시트(140)와의 물리적 특성의 차이로 인해, 집전체 시트(140)로부터 탈리될 수 있는 문제점이 있다.
따라서, 이러한 문제점을 근본적으로 해결할 수 있는 기술에 대한 필요성이 높은 실정이다.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.
본 출원의 발명자들은 심도 있는 연구와 다양한 실험을 거듭한 끝에, 이후 설명하는 바와 같이, 전극 합제 슬러리가 주입되어 성형되는 전극 합제층 형성 몰드(mold)를 포함하도록 구성함으로써, 상기 전극 합제층 형성 몰드에 의해 별도로 제조된 전극 합제층 시트를 커팅된 전극 집전체에 부착하므로, 높은 코팅량의 전극 합제층을 보다 용이하게 형성할 수 있으며, 상기 전극 합제를 집전체 시트 상에 직접 코팅하는 경우에 비해, 전극 합제층과 집전체의 접착력을 향상시킬 수 있어, 구조적 안정성을 향상시키고, 전극 합제층의 균열을 방지함으로써, 제품의 불량률을 저하시켜, 공정에 대한 신뢰성을 향상시킬 수 있음을 확인하고, 본 발명을 완성하기에 이르렀다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 이차전지용 전극 제조 장치는,
이차전지용 전극 합제 슬러리를 공급하는 슬러리 공급부;
서로 대향하는 제 1 면 및 제 2 면이 개방된 중공형 구조로 이루어져 있으며, 상기 슬러리 공급부로부터 공급된 전극 합제 슬러리가 중공 부위로 주입되는 전극 합제층 형성 몰드(mold);
상기 전극 합제층 형성 몰드의 중공 부위에 주입된 전극 합제 슬러리를 건조하는 건조부;
상기 전극 합제 슬러리를 가압함으로써 전극 합제층 시트를 형성하는 프레스(press); 및
상면이 상기 전극 합제층 형성 몰드의 개방된 제 1 면과 대면함으로써, 상기 전극 합제층 형성 몰드를 지지하는 몰드 지지부;
를 포함하는 구조일 수 있다.
따라서, 상기 전극 합제층 형성 몰드에 의해 별도로 제조된 전극 합제층 시트를 커팅된 전극 집전체에 부착하므로, 높은 코팅량의 전극 합제층을 보다 용이하게 형성할 수 있으며, 상기 전극 합제를 집전체 시트 상에 직접 코팅하는 경우에 비해, 전극 합제층과 집전체의 접착력을 향상시킬 수 있어, 구조적 안정성을 향상시키고, 전극 합제층의 균열을 방지함으로써, 제품의 불량률을 저하시켜, 공정에 대한 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 전극 합제 슬러리는 전극 합제층 형성 몰드의 개방된 제 2 면으로 주입되는 구조일 수 있다.
더욱 구체적으로, 상기 전극 합제층 형성 몰드는 서로 대향하는 제 1 면 및 제 2 면이 개방된 중공형 구조로 이루어져 있으며, 상기 제 1 면이 몰드 지지부의 상면과 대면해 있는 구조일 수 있다.
따라서, 상기 전극 합제층 형성 몰드는 제 2 면만이 개방된 상태를 유지하므로, 상기 전극 합제층 형성 몰드의 제 2 면으로 주입된 전극 합제 슬러리는 제 1 면을 통해 외부로 유출되지 않는다.
또한, 상기 전극 합제층 형성 몰드는 중공 부위의 형상이 평면상으로 원형, 타원형, 삼각형, 사각형 또는 다각형으로 이루어진 구조일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 전극 합제층 형성 몰드의 제작에 지나치게 많은 시간 및 비용이 소요되지 않는 동시에, 상기 이차전지용 전극 제조 장치에 의해 제조되는 전극이 적용되는 전지셀 및 디바이스의 다양한 형상에 따라 적절히 선택될 수 있는 구조라면, 그 형상이 크게 제한되는 것은 아니다.
한편, 상기 전극 합제층 형성 몰드는 소망하는 형상 및 크기의 중공 구조를 갖는 구조로 성형될 수 있는 소재라면, 그 종류가 크게 제한되는 것은 아니며, 상세하게는, 금속, 또는 내열성 고분자 수지, 또는 고분자 복합체로 이루어질 수 있다.
이러한 경우에, 상기 내열성 플라스틱 또는 고분자 복합체의 융점은 섭씨 130도 내지 400도일 수 있다.
더욱 구체적으로, 상기 전극 합제층 형성 몰드에 주입되는 전극 합제 슬러리는 고온의 액상 형태로 주입되며, 이에 따라, 상기 전극 합제층 형성 몰드를 형성하는 내열성 플라스틱 또는 고분자 복합체는 섭씨 130도 내지 400도의 융점을 가짐으로써, 상기 고온을 갖는 전극 합제 슬러리의 온도 범위에서 내열성을 발휘하며, 전극 합제층 시트의 형성 과정에서, 안정적으로, 전극 합제 슬러리를 지지할 수 있다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 건조부는 전극 합제층 형성 몰드의 중공 부위에 주입된 전극 합제 슬러리를 효과적으로 건조할 수 있는 구조라면, 그 종류가 크게 제한되는 것은 아니며, 상세하게는, 상기 건조부는 고온의 열풍 또는 광원에 의해 전극 합제 슬러리를 건조시키는 구조일 수 있다.
이러한 경우에, 상기 열풍 또는 광원의 온도는 전극 합제 슬러리의 특성에 변화를 일으키지 않는 동시에, 상기 전극 합제 슬러리를 효과적으로 건조시킬 수 있는 범위에서, 상기 전극 합제 슬러리의 주입량, 온도 등의 조건에 따라 적절히 조절될 수 있다.
또한, 상기 프레스는 전극 합제층 형성 몰드의 개방된 제 2 면을 통해 건조된 전극 합제 슬러리를 가압하는 구조일 수 있다.
앞서 설명한 바와 마찬가지로, 상기 전극 합제층 형성 몰드는 개방된 제 1 면과 제 2 면 중에서, 상기 제 1 면이 몰드 지지부에 대면해 있는 상태이므로, 상기 프레스는 전극 합제 슬러리가 주입된 전극 합제층 형성 몰드의 개방된 제 2 면을 통해 건조된 전극 합제 슬러리를 가압함으로써, 소망하는 에너지 밀도 및/또는 공극률을 갖는 전극 합제층 시트를 형성할 수 있다.
이때, 상기 프레스는 전극 합제 슬러리와 대면하는 부위의 외면 형상이 전극 합제층 형성 몰드의 개방된 제 2 면의 내면과 동일하여, 전극 합제층 형성 몰드의 내부로 도입되면서 건조된 전극 합제 슬러리를 가압하는 구조일 수 있다.
다시 말해, 상기 프레스는 전극 합제층 형성 몰드의 제 2 면을 통해 전극 합제 슬러리를 가압하므로, 상기 전극 합제 슬러리와 대면하는 프레스의 부위의 외면 형상은 전극 합제층 형성 몰드의 개방된 제 2 면의 내면과 동일한 구조일 수 있으며, 이에 따라, 상기 프레스는 전극 합제층 형성 몰드의 제 2 면을 통해, 상기 전극 합제층 형성 몰드의 내면, 즉 중공 부위로 도입되면서 건조된 전극 합제 슬러리를 가압 및 성형할 수 있다.
한편, 상기 전극 합제층 시트는 프레스 이후에 전극 합제층 형성 몰드 및 몰드 지지부로부터 분리되는 구조일 수 있다.
즉, 상기 전극 합제층 시트는 집전체를 포함하고 있지 않으므로, 상기 전극 합제층 시트는 프레스에 의한 형성 종료 이후에, 집전체 상에 부가될 수 있도록, 상기 전극 합제층 형성 몰드 및 몰드 지지부로부터 분리되는 구조일 수 있다.
이때, 상기 전극 합제층 형성 몰드의 제 1 면을 지지하는 몰드 지지부의 상면에는, 완성된 전극 합제층 시트가 보다 용이하게 분리될 수 있도록, 소정의 분리제가 부가되어 있는 구조일 수도 있다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 이차전지용 전극 제조 장치는, 집전체 시트를 절취하여 전극 집전체를 제조하는 집전체 커팅부를 더 포함하는 구조일 수 있다.
더욱 구체적으로, 상기 전극 합제층 시트는 집전체 또는 집전체 시트 상에서 형성되는 경우, 높은 코팅량의 전극 합제 슬러리에 대한 프레스의 높은 압력으로 인해, 상기 집전체 또는 집전체 시트가 손상 및 변형될 수 있다.
더욱이, 상기 집전체 시트는 하나의 연속적인 시트로 연결되어 있으므로, 상기 전극 합제 시트를 부착하는 과정에서 인가되는 장력에 의해 손상 및 변형될 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 이차전지용 전극 제조 장치는 상기 집전체 시트를 절취하여 전극 집전체를 별도로 제조하는 집전체 커팅부를 더 포함함으로써, 상기 집전체 시트 상에 전극 합제 시트를 부가할 경우, 발생할 수 있는 문제점을 예방할 수 있다.
이러한 경우에, 상기 전극 집전체의 서로 대향하는 일면 및 타면의 면적은 평면상으로 전극 합제층 시트의 면적에 대해 상대적으로 큰 크기로 이루어져 있으며, 상기 전극 합제층 시트는 전극 집전체의 일면 및 타면의 중앙 부위에 부착되는 구조일 수 있다.
더욱 구체적으로, 상기 전극 집전체는 서로 동일한 극성을 갖는 전극 합제층 시트들 사이에 위치하며, 이에 따라, 상기 전극 합제층 시트가 상대적으로 큰 면적으로 갖는 전극 집전체의 일면 및 타면의 중앙 부위에 부착된 이후, 상기 전극 집전체의 나머지 부위가 제거됨으로써, 상기 전극 합제층 시트와 동일한 면적을 갖도록 구성할 수 있다.
이에 따라, 상기 전극 합제층 시트가 부착되는 전극 집전체의 일면 및 타면의 면적은 전극 합제층 시트의 면적에 대해 110% 내지 130%의 크기일 수 있다.
만일, 상기 전극 합제층 시트가 부착되는 전극 집전체의 일면 및 타면의 면적이 전극 합제층 시트의 면적에 대해 110% 미만일 경우에는, 전극 합제층 시트가 전극 집전체의 일면 및 타면에서, 중앙 부위에 맞추어 부착되기 용이하지 않을 수 있으며, 이에 따라, 상기 전극의 제조에 소요되는 시간이 지연될 수 있다.
이와 반대로, 상기 전극 합제층 시트가 부착되는 전극 집전체의 일면 및 타면의 면적이 전극 합제층 시트의 면적에 대해 130%를 초과할 경우에는, 상기 전극 합제층 시트의 부착 과정에서, 전극 집전체에 인가되는 장력에 의해, 상기 전극 집전체가 손상 및 변형될 수 있으며, 앞서 설명한 바와 마찬가지로, 상기 전극 집전체의 제거되는 나머지 부위가 지나치게 커지므로, 전극의 제조 비용을 증가시키는 요인으로 작용할 수 있다.
한편, 상기 전극 합제층 시트는 전극 집전체에 손상 또는 변형을 유발하지 않는 동시에, 상기 전극 집전체에 대한 전극 합제층 시트의 소망하는 접착력을 발휘할 수 있는 방법이라면, 그 부착 방법 내지 구조가 크게 제한되는 것은 아니며, 상세하게는, 상기 전극 합제층 시트는 바인더에 의해 전극 집전체의 일면 및 타면에 부착되는 구조일 수 있다.
또한, 상기 전극 집전체는 적어도 일측의 외주변 방향에 형성된 전극 탭을 포함하는 구조일 수 있으며, 상기 전극 집전체는 전극 합제층 시트가 부착된 이후에, 상기 전극 합제층 시트가 부착된 부위 및 전극 탭 부위를 제외한 나머지 부위가 제거되는 구조일 수 있다.
따라서, 이에 따라 제조되는 전극은 전극 합제층이 형성되지 않은 무지부로서, 전극 탭을 포함하는 동시에, 상기 전극 탭을 제외한 전극 집전체와 전극 합제층 시트가 동일한 면적을 갖는 구조로 제조될 수 있다.
또한, 본 발명은 상기 이차전지용 전극 제조 장치를 이용한 이차전지용 전극의 제조 방법을 제공하는 바, 상기 제조 방법은,
a) 몰드 지지부의 상면에 전극 합제층 형성 몰드의 개방된 제 1 면이 대면하도록 위치시키는 과정;
b) 전극 합제층 형성 몰드의 중공 부위에 전극 합제 슬러리를 주입하는 과정;
c) 상기 전극 합제층 형성 몰드의 중공 부위에 주입된 전극 합제 슬러리를 건조하는 과정; 및
d) 상기 건조된 전극 합제 슬러리를 압축함으로써, 전극 합제층 시트를 형성하는 과정;
e) 상기 전극 합제층 시트를 전극 합제층 형성 몰드 및 몰드 지지부로부터 분리하는 과정;
f) 집전체 시트를 절취하여 전극 집전체를 제조하는 과정;
g) 상기 전극 집전체의 서로 대향하는 일면 및 타면의 중앙 부위에 전극 합제층 시트를 부착하는 과정;
h) 상기 전극 집전체에서, 전극 합제층 시트가 부착된 부위 및 전극 탭 부위를 제외한 나머지 부위를 제거하여 최종 전극을 제조하는 과정;
을 포함할 수 있다.
즉, 상기 이차전지용 전극 제조 방법은 전극 합제층 형성 몰드를 이용해, 높은 코팅량을 갖는 전극 합제층 시트와 이에 대응되는 전극 집전체를 별도로 제조하고, 상기 전극 합제층 시트와 전극 집전체를 부착함으로써, 전극을 제조할 수 있다.
따라서, 상기 이차전지용 전극 제조 방법은 높은 코팅량의 전극 합제층을 보다 용이하게 형성할 수 있으며, 상기 전극의 구조적 안정성을 향상시키고, 전극 합제층의 균열을 방지함으로써, 제품의 불량률을 저하시켜, 공정에 대한 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
한편, 본 발명은 상기 방법을 사용하여 제조되는 이차전지용 전극을 제공하는 바, 상기 전극은 양극 또는 음극일 수 있다.
즉, 본 발명은 높은 코팅량을 갖는 전극이라면, 상기 전극의 극성에 관계 없이, 양극과 음극 모두에 적용될 수 있다.
본 발명은 또한, 상기 전극을 포함하는 전지셀 및 상기 전지셀을 포함하는 디바이스를 제공하는 바, 상기 전지셀 및 디바이스는 당업계에 공지되어 있으므로, 본 명세서에서는 그에 대한 구체적인 설명을 생략한다.
도 1은 종래의 전극 시트 제조장치의 구조를 개략적으로 나타낸 모식도이다;
도 2는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 이차전지용 전극 제조 장치의 구조를 개략적으로 나타낸 모식도이다;
도 3은 도 2의 전극 합제층 형성 몰드 및 몰드 지지부의 구조를 개략적으로 나타낸 모식도이다;
도 4는 도 2의 이차전지용 전극 제조 장치에 의해 제조된 전극 합제층 시트가 전극 집전체에 부착되는 과정을 개략적으로 나타낸 모식도이다.
이하에서는, 본 발명의 실시예에 따른 도면들을 참조하여 본 발명을 더욱 상술하지만, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.
도 2에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 이차전지용 전극 제조 장치의 구조를 개략적으로 나타낸 모식도가 도시되어 있다.
도 2를 참조하면, 이차전지용 전극 제조 장치(200)는 슬러리 공급부(230), 전극 합제층 형성 몰드(210), 건조부(240), 프레스(250), 몰드 지지부(220), 및 집전체 커팅부(260)를 포함하고 있다.
이차전지용 전극 합제 슬러리는 전극 합제층 형성 몰드(210)의 제 1 면이 몰드 지지부(220)의 상면에 대면한 상태에서, 슬러리 공급부(230)로부터 전극 합제층 형성 몰드(210)의 중공 부위로 주입된다.
전극 합제층 형성 몰드(210)의 중공 부위에 주입된 전극 합제 슬러리는 전극 합제층 형성 몰드(210)와 몰드 지지부(220)의 각 상부 및 하부에 위치한 건조부(240)에 의해 건조되며, 건조된 전극 합제 슬러리는 프레스(250)에 의해 가압됨으로써, 전극 합제층 시트(271)를 형성한다.
제조된 전극 합제층 시트(271)는 전극 합제층 형성 몰드(210) 및 몰드 지지부(220)로부터 분리된다.
집전체 커팅부(260)는 긴 시트 형상으로 이루어진 집전체 시트(280)를 절취함으로써, 전극 집전체(290)를 제조한다.
전극 집전체(290) 상에는 제조된 전극 합제층 시트(271)가 부착됨으로써, 이차전지용 전극을 형성한다.
따라서, 본원발명에 따른 이차전지용 전극 제조 장치는 높은 코팅량을 포함하는 전극 합제층 시트와 이에 대응되는 전극 집전체를 각각 별도로 제조하여, 상기 전극 집전체 상에 제조된 전극 합제층 시트를 부착함으로써, 높은 코팅량을 포함하는 이차전지용 전극을 보다 용이하게 제조할 수 있다.
도 3에는 도 2의 전극 합제층 형성 몰드 및 몰드 지지부의 구조를 개략적으로 나타낸 모식도가 도시되어 있다.
도 3을 참조하면, 전극 합제층 형성 몰드(210)는 서로 대향하는 제 1 면(215)과 제 2 면(216)이 개방된 중공형 구조로 이루어져 있으며, 4개의 측벽들(211, 212, 213, 214)에 의해 중공 부위를 형성하고 있다.
몰드 지지부(220)는 전극 합제층 형성 몰드(210)의 개방된 제 1 면(215)과 대면하는 상면 방향으로 4개의 측벽들(221, 222, 223, 224)이 상향 돌출되어 있다.
몰드 지지부(220)의 측벽들(221, 222, 223, 224)은 전극 합제층 형성 몰드(210)의 측벽들(211, 212, 213, 214)의 외주면 하부 부위를 감싸는 형태로서, 몰드 지지부(220)의 측벽들(221, 222, 223, 224)의 높이(210a)는 전극 합제층 형성 몰드(210)의 측벽들(211, 212, 213, 214)의 높이(220a)에 비해 작은 구조로 이루어져 있다.
따라서, 몰드 지지부(220)에 대면한 전극 합제층 형성 몰드(210)는 제 1 면(215)이 몰드 지지부(220)의 상면에 의해 안정적으로 폐쇄된 상태를 유지하는 동시에, 프레스에 의해 전극 합제 슬러리를 가압하는 과정에서, 전극 합제층 형성 몰드(210)의 유동을 안정적으로 방지할 수 있다.
또한, 상기 구조에 따라, 전극 합제층 형성 몰드(210)는 작업자 또는 작업 도구 내지 장비에 의해 몰드 지지부(220)로부터 용이하게 이탈될 수 있으며, 이에 따라, 전극 합제 슬러리를 가압함으로써 형성된 전극 합제층 시트는 전극 합제층 형성 몰(210)드와 몰드 지지부(220)로부터 보다 용이하게 분리될 수 있다.
도 4에는 도 2의 이차전지용 전극 제조 장치에 의해 제조된 전극 합제층 시트가 전극 집전체에 부착되는 과정을 개략적으로 나타낸 모식도가 도시되어 있다.
도 4를 참조하면, 전극 합제층 시트들(271, 272)은 바인더에 의해 전극 집전체(290)의 상면 및 하면에 각각 부착된다.
전극 집전체(290)는 일측의 외주변 방향에 형성된 전극 탭(291)을 포함하고 있으며, 평면상으로 전극 합제층 시트들(271, 272)의 면적에 비해 큰 면적으로 형성되어 있다.
전극 합제층 시트들(271, 272)은 전극 집전체(290)의 전극 탭(291)이 형성된 외주변 방향으로 밀착된 상태에서, 전극 집전체(290)의 상면 및 하면의 중앙 부위(292)에 부착된다.
전극 합제층 시트들(271, 272)이 부착된 이후에는, 상기 전극 합제층 시트들(271, 272)이 부착된 전극 집전체(290)의 중앙 부위(292) 및 전극 탭(291) 부위를 제외한 나머지 부위(293)가 제거됨으로써, 최종적인 이차전지용 전극이 제조된다.
본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주내에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 이차전지용 전극 제조 장치는, 전극 합제 슬러리가 주입되어 성형되는 전극 합제층 형성 몰드(mold)를 포함하도록 구성됨으로써, 상기 전극 합제층 형성 몰드에 의해 별도로 제조된 전극 합제층 시트를 커팅된 전극 집전체에 부착하므로, 높은 코팅량의 전극 합제층을 보다 용이하게 형성할 수 있으며, 상기 전극 합제를 집전체 시트 상에 직접 코팅하는 경우에 비해, 전극 합제층과 집전체의 접착력을 향상시킬 수 있어, 구조적 안정성을 향상시키고, 전극 합제층의 균열을 방지함으로써, 제품의 불량률을 저하시켜, 공정에 대한 신뢰성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

Claims (20)

  1. 이차전지용 전극 합제 슬러리를 공급하는 슬러리 공급부;
    서로 대향하는 제 1 면 및 제 2 면이 개방된 중공형 구조로 이루어져 있으며, 상기 슬러리 공급부로부터 공급된 전극 합제 슬러리가 중공 부위로 주입되는 전극 합제층 형성 몰드(mold);
    상기 전극 합제층 형성 몰드의 중공 부위에 주입된 전극 합제 슬러리를 건조하는 건조부;
    상기 전극 합제 슬러리를 가압함으로써 전극 합제층 시트를 형성하는 프레스(press); 및
    상면이 상기 전극 합제층 형성 몰드의 개방된 제 1 면과 대면함으로써, 상기 전극 합제층 형성 몰드를 지지하는 몰드 지지부;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지용 전극 제조 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 전극 합제 슬러리는 전극 합제층 형성 몰드의 개방된 제 2 면으로 주입되는 것을 특징으로 하는 이차전지용 전극 제조 장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 전극 합제층 형성 몰드는 중공 부위의 형상이 평면상으로 원형, 타원형, 삼각형, 사각형 또는 다각형으로 이루어진 것을 특징으로 하는 이차전지용 전극 제조 장치.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 전극 합제층 형성 몰드는 금속, 또는 내열성 고분자 수지, 또는 고분자 복합체로 이루어진 것을 특징으로 하는 이차전지용 전극 제조 장치.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 내열성 플라스틱 또는 고분자 복합체의 융점은 섭씨 130도 내지 400도인 것을 특징으로 하는 이차전지용 전극 제조 장치.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 건조부는 고온의 열풍 또는 광원에 의해 전극 합제 슬러리를 건조시키는 것을 특징으로 하는 이차전지용 전극 제조 장치.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 프레스는 전극 합제층 형성 몰드의 개방된 제 2 면을 통해 건조된 전극 합제 슬러리를 가압하는 것을 특징으로 하는 이차전지용 전극 제조 장치.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 프레스는 전극 합제 슬러리와 대면하는 부위의 외면 형상이 전극 합제층 형성 몰드의 개방된 제 2 면의 내면과 동일하여, 전극 합제층 형성 몰드의 내부로 도입되면서 건조된 전극 합제 슬러리를 가압하는 것을 특징으로 하는 이차전지용 전극 제조 장치.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 전극 합제층 시트는 프레스 이후에 전극 합제층 형성 몰드 및 몰드 지지부로부터 분리되는 것을 특징으로 하는 이차전지용 전극 제조 장치.
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 이차전지용 전극 제조 장치는, 집전체 시트를 절취하여 전극 집전체를 제조하는 집전체 커팅부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지용 전극 제조 장치.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 전극 집전체의 서로 대향하는 일면 및 타면의 면적은 평면상으로 전극 합제층 시트의 면적에 대해 상대적으로 큰 크기로 이루어져 있으며, 상기 전극 합제층 시트는 전극 집전체의 일면 및 타면의 중앙 부위에 부착되는 것을 특징으로 하는 이차전지용 전극 제조 장치.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 전극 합제층 시트가 부착되는 전극 집전체의 일면 및 타면의 면적은 전극 합제층 시트의 면적에 대해 110% 내지 130%의 크기인 것을 특징으로 하는 이차전지용 전극 제조 장치.
  13. 제 11 항에 있어서, 상기 전극 합제층 시트는 바인더에 의해 전극 집전체의 일면 및 타면에 부착되는 것을 특징으로 하는 이차전지용 전극 제조 장치.
  14. 제 11 항에 있어서, 상기 전극 집전체는 적어도 일측의 외주변 방향에 형성된 전극 탭을 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지용 전극 제조 장치.
  15. 제 11 항에 있어서, 상기 전극 집전체는 전극 합제층 시트가 부착된 이후에, 상기 전극 합제층 시트가 부착된 부위 및 전극 탭 부위를 제외한 나머지 부위가 제거되는 것을 특징으로 하는 이차전지용 전극 제조 장치.
  16. 제 1 항 내지 제 15 항 중 어느 하나에 따른 이차전지용 전극 제조 장치를 이용한 이차전지용 전극의 제조 방법으로서,
    a) 몰드 지지부의 상면에 전극 합제층 형성 몰드의 개방된 제 1 면이 대면하도록 위치시키는 과정;
    b) 전극 합제층 형성 몰드의 중공 부위에 전극 합제 슬러리를 주입하는 과정;
    c) 상기 전극 합제층 형성 몰드의 중공 부위에 주입된 전극 합제 슬러리를 건조하는 과정; 및
    d) 상기 건조된 전극 합제 슬러리를 압축함으로써, 전극 합제층 시트를 형성하는 과정;
    e) 상기 전극 합제층 시트를 전극 합제층 형성 몰드 및 몰드 지지부로부터 분리하는 과정;
    f) 집전체 시트를 절취하여 전극 집전체를 제조하는 과정;
    g) 상기 전극 집전체의 서로 대향하는 일면 및 타면의 중앙 부위에 전극 합제층 시트를 부착하는 과정;
    h) 상기 전극 집전체에서, 전극 합제층 시트가 부착된 부위 및 전극 탭 부위를 제외한 나머지 부위를 제거하여 최종 전극을 제조하는 과정;
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지용 전극 제조 방법.
  17. 제 16 항에 따른 방법을 사용하여 제조되는 것을 특징으로 하는 이차전지용 전극.
  18. 제 17 항에 있어서, 상기 전극은 양극 또는 음극인 것을 특징으로 하는 이차전지용 전극.
  19. 제 17 항에 따른 전극을 포함하는 전지셀.
  20. 제 19 항에 따른 전지셀을 포함하는 것을 특징으로 하는 디바이스.
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