WO2020085685A1 - 단차 보정 부재를 포함하는 롤 압연 장치 및 이를 사용한 압연 방법 - Google Patents

단차 보정 부재를 포함하는 롤 압연 장치 및 이를 사용한 압연 방법 Download PDF

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Definitions

  • the electrode assembly embedded in the battery case is an anode / separator.
  • the jelly-roll type electrode assembly has advantages of easy manufacturing and high energy density per weight. These jelly-roll electrode assemblies are mainly used in cylindrical batteries and prismatic batteries.
  • the step correction member may be a structure that can be detachably attached to such a rolling roll.
  • the upper roll and the lower roll of the roll rolling device may be located up and down at positions spaced apart from each other with a width narrower than the thickness of the double-sided coating portion of the electrode sheet so that the electrode sheet can be rolled while passing.
  • the roll rolling device may further include a thickness control part, a space adjusting part, an automatic execution part, a unique character recognition part, a transfer roll, and a winding roll, in addition to the rolling roll and the step correction member.
  • the position adjusting part of the step correcting member may be further included.
  • the position control unit may be performed on a principle similar to the thickness control unit, the space separation unit.
  • the step correction member provides a thickness corresponding to the step difference between the double-sided coating portion and the single-sided coating portion, thereby minimizing the difference in the rolling pressure between the double-sided coating portion and the single-sided coating portion to perform almost the same.
  • it is possible to solve the problem of electrode deformation and deterioration in life characteristics due to a significant difference in the conventional porosity.
  • the step correcting member is coupled to the rolling roll to roll the one side coating part of the electrode sheet at the start of rolling, and the electrode sheets are coated with the electrode mixture from the one side coating part to the space between the rolling rolls.
  • the side that is not, that is, one side of the coating portion may be inserted to be in contact with the other side.
  • the method of moving and fixing is also not limited, but referring to FIG. 4, for example, the step correcting member 230 moves in a state in which the first roll 210 is coupled to the upper roll 210 (FIG. 4 (a)) and 2 However, it is fixed in a combined state (Fig. 4 (b)).

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Abstract

본 발명은 집전체의 양면에 전극 합제가 도포되어 있는 양면 코팅부, 및 집전체의 일면에 전극 합제가 도포되어 있는 일면 코팅부를 포함하는 전극시트들을 한 쌍의 압연 롤 사이의 이격공간으로 통과시켜 압연하는 롤 압연 장치로서, 상기 압연 롤은 상부 롤 및 하부 롤을 포함하고, 상기 상부 롤 또는 하부 롤은, 상기 양면 코팅부 및 일면 코팅부의 단차에 해당하는 두께로 압연 롤의 두께에 단차를 부여하는 단차 보정 부재를 포함하는, 롤 압연 장치 및 이를 사용하여 전극시트를 압연하는 압연 방법을 제공한다.

Description

단차 보정 부재를 포함하는 롤 압연 장치 및 이를 사용한 압연 방법
관련 출원(들)과의 상호 인용
본 출원은 2018년 10월 25일자 한국 특허 출원 제10-2018-0128401호에 기초한 우선권의 이익을 주장하며, 해당 한국 특허 출원의 문헌들에 개시된 모든 내용은 본 명세서의 일부로서 포함된다.
본 발명은 단차 보정 부재를 포함하는 롤 압연 장치 및 이를 사용한 압연 방법에 관한 것이다.
모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서의 이차전지의 수요가 급격히 증가하고 있고, 그러한 이차전지 중 높은 에너지 밀도와 방전 전압의 리튬 이차전지에 대해 많은 연구가 행해졌고 또한 상용화되어 널리 사용되고 있다.
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
또한, 전지케이스에 내장되는 상기 전극조립체는 양극/분리막. /음극의 적층 구조로 이루어진 충방전이 가능한 발전소자로서, 활물질이 도포된 긴 시트형의 양극과 음극 사이에 분리 필름을 개재하여 권취한 젤리-롤형과, 소정 크기의 다수의 양극과 음극을 분리막에 개재된 상태에서 순차적으로 적층한 스택형, 및 스택형의 단위 셀들을 긴 길이의 분리 필름으로 권취한 스택/폴딩형으로 대략 분류할 수 있다. 그 중 젤리-롤형 전극조립체는 제조가 용이하고 중량당 에너지 밀도가 높은 장점을 가지고 있다. 이러한 젤리-롤형 전극조립체는 주로 원통형 전지와 각형 전지에 사용되고 있다.
도 1은 그 중 종래 젤리-롤형 전극조립체에 포함되는 전극 시트의 단면도이다. 이하 이에 대해 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1을 참조하면, 각 전극의 대향 면적을 높이기 위해 전극 시트는, 전극 집전체(10) 양면에 활물질 코팅을 실시하여 형성한다. 젤리-롤 구조의 특성상 겹치는 두 전극의 내측면/외측면(12,14)에서 서로 대향하지 못하는 구간이 생긴다. 즉, 내측 전극의 처음 감기는 내측면의 제1 권회 구간과 외측 전극의 최종에 감기는 외측면의 권회 구간은 두 전극의 대향면이 형성되지 않는다. 따라서, 이들 구간에서는 전극 양면 가운데 전극간의 대향이 이루어지는 측면에만 활물질층(20,30) 도포가 이루어진다. 이하 이들 편면에만 활물질 도포가 이루어지는 구간을 일면 코팅부(40)라 한다.
한편, 활물질이 도포되지 않고 집전체 금속박이 드러난 부분을 '무지부'라 할 때, 무지부는 비 대면 구간에 한정되는 것은 아니다. 전극 집전체(10)를 통해 이동된 전하를 전지 셀 외부로 인출하는 통로를 이루는 전극 탭(50)이 무지부에 용접되며, 젤리-롤형 전극 조립체 권취시 맨드렐이 전극을 파지하는 부분도 무지부가 된다.
그런데, 일면 코팅부(40)는 편면에만 활물질 도포가 이루어진 관계로 활물질 도포 후 전극 활물질층 밀도를 높이기 위한 압연 단계에서, 집전체의 양면에 활물질 도포가 이루어진 양면 코팅부와의 관계에서 압연의 균일성이 유지되지 않게 되고, 전극의 공극률에도 일면 코팅부(40)과 양면 코팅부는 약 10% 정도의 차이를 갖게 된다.
이러한 이유로 리튬 이차전지가 완성되어 충전 및 방전이 이루어질 때 이런 불균일 부분에서는 다른 부분과 비교할 때 전기 화학적인 반응, 전지 현상이 과잉으로 혹은 과소로 이루어지기 쉽고, 이로 인하여 전기 기능을 저하시키거나, 전지의 불량, 수명의 단축을 가져올 수 있어 문제가 된다. 또한, 전지를 제조하는 단계에서도 이런 부분의 불균일성으로 인하여 공정상의 불량이 발생할 수 있다.
가령, 일면 코팅부에는 전극 제조를 위한 압연, 프레스 공정에서 얇은 두께로 인하여 낮은 압력이 가해지고, 활물질 코팅이 낮은 압력, 낮은 밀도로 전극 조립체와 결합된다. 따라서, 충전에 의한 부피 변화시에는 양면 코팅부 구간과의 압력 차이가 더 심해지고 이로 인해, 전극 조립체의 변형과 그에 따른 전지 스웰링 현상에 의한 수명 특성이 급격히 저하되는 문제를 일으킬 수도 있다.
따라서, 상기와 같은 문제를 해결할 수 있는 젤리-롤형 전극조립체의 전극 압연 공정에 대한 필요성이 높은 실정이다.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.
구체적으로, 본 발명은, 집전체의 일면에만 전극 합제가 도포되어 있는 일면 코팅부가, 집전체의 양면에 전극 합제가 도포되어 있는 양면 코팅부와의 단차를 형성함에 따른 압연 문제를 개선하기 위한 것으로서, 상기 단차에 해당하는 두께의 단차 보정 부재를 포함하는 롤 압연 장치를 제공한다.
따라서, 본 발명의 일 구현예에 따르면,
본 발명은, 집전체의 양면에 전극 합제가 도포되어 있는 양면 코팅부, 및 집전체의 일면에 전극 합제가 도포되어 있는 일면 코팅부를 포함하는 전극시트들을 한 쌍의 압연 롤 사이의 이격공간으로 통과시켜 압연하는 롤 압연 장치로서,
상기 압연 롤은 상부 롤 및 하부 롤을 포함하고,
상기 상부 롤 또는 하부 롤은,
상기 양면 코팅부 및 일면 코팅부의 단차에 해당하는 두께로 압연 롤의 두께에 단차를 부여하는 단차 보정 부재를 포함하는, 롤 압연 장치를 제공한다.
또한, 본 발명에 또 다른 일 구현예에 따르면,
본 발명은,
롤 압연 장치를 사용하여 전극 시트를 압연하는 방법으로서,
(a) 전극 활물질, 바인더, 및 도전재를 포함하는 전극 슬러리를 집전체의 일면 및 양면에 도포하고 건조하여, 양면 코팅부 및 일면 코팅부를 포함하는 전극시트들을 준비하는 과정;
(b) 양면 코팅부 및 일면 코팅부의 단차에 해당하는 두께에 대응하도록 단차 보정 부재를 상부 롤 또는 하부 롤에 결합하여 롤 압연 장치를 준비하는 과정; 및
(c) 상부 롤 또는 하부 롤에 형성된 단차 보정 부재가 일면 코팅부의 코팅되지 않은 타면을 압연하도록 전극시트들을 롤 압연 장치에 삽입하여 압연하는 과정;
을 포함하는 압연 방법을 제공한다.
도 1은 종래의 일면 코팅부를 포함하는 전극시트의 단면도이다;
도 2는 본 발명의 일 구현예에 따른 롤 압연 장치를 사용 전극시트를 압연하는 하나의 예를 모식적으로 나타낸 단면도이다;
도 3은 본 발명의 일 구현예에 따른 롤 압연 장치의 압연 롤과 단차 보정 부재가 결합된 형태의 상면도이다;
도 4는 본 발명의 일 구현예에 따른 롤 압연 장치의 압연 롤과 단차 보정 부재가 결합된 형태의 측면도이다.
도 5는 본 발명의 일 구현예에 따른 단차 보정 부재의 단면도이다.
이하, 본 발명에 대한 이해를 돕기 위해 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다.
본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
본 명세서에서 사용되는 용어는 단지 예시적인 실시예들을 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도는 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 명세서에서, "포함하다", "구비하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 실시된 특징, 숫자, 단계, 구성 요소 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 구성 요소, 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명의 일 구현예에 따르면,
집전체의 양면에 전극 합제가 도포되어 있는 양면 코팅부, 및 집전체의 일면에 전극 합제가 도포되어 있는 일면 코팅부를 포함하는 전극시트들을 한 쌍의 압연 롤 사이의 이격공간으로 통과시켜 압연하는 롤 압연 장치로서,
상기 압연 롤은 상부 롤 및 하부 롤을 포함하고,
상기 상부 롤 또는 하부 롤은,
상기 양면 코팅부 및 일면 코팅부의 단차에 해당하는 두께로 압연 롤의 두께에 단차를 부여하는 단차 보정 부재를 포함하는, 롤 압연 장치가 제공된다.
상기 전극시트는, 전극 합제가 도포되어 있는 양면 코팅부 및 일면 코팅부를 포함하므로, 전극 합제가 도포되어 있지 않은 부분을 '무지부' 라 할 때, 상기 일면 코팅부의 타면 역시 무지부라 할 수 있다. 따라서, 일면 코팅부에서는 집전체의 일면만이 무지부이다.
또한, 상기 양면 코팅부와 일면 코팅부는 집전체의 길이 방향, 또는 코팅 방향으로 인접하여 형성되는데, 이러한 집전체의 길이 방향, 또는 코팅 방향으로 일측면 또는 양측면에는 전극 탭이 부착될 무지부를 포함한다. 이때, 상기 전극 탭이 부착되는 부분은 집전체의 양면이 모두 무지부일 수 있다.
한편, 본원발명에 따르면 상기 일면 코팅부의 타면은 전극 합제가 도포되어 있지 않아, 전극 합제가 집전체의 양면에 도포되어 있는 양면 코팅부와 비교하면, 전극의 두께가 양면 코팅부의 타측에 도포되어 있는 전극 합제의 두께만큼 작다. 이러한 두께의 차이를 양면 코팅부 및 일면 코팅부의 단차라 한다.
이러한 단차는, 일정한 간격으로 이격되어 있는 상하의 롤에 의해 압연을 수행하는 압연 공정에서 일면 코팅부의 압연이 제대로 이루어지게 하지 않고, 당연히 양면 코팅부에 가해지는 압력과 비교하여 상대적으로 작은 압력만이 가해지는 바, 상기에서 설명한 바와 같이, 이후 이를 포함하여 이차전지를 제조하고, 사이클이 진행되면, 충전에 의한 부피 변화에 의해 양면 코팅부 구간과의 압력 차이가 더 심해져, 전극 조립체의 변형을 유발할 수 있을 뿐 아니라, 공극률에도 차이가 있는 바, 전해액의 소모가 가속화되면서 수명 특성이 급격이 저하되는 문제를 야기한다.
이에, 상기 일면 코팅부의 압연을 양면 코팅부와 다르게 진행하기 위해, 압연 속도를 감소한다거나, 전극 시트 투입 순서를 변경하는 등의 시도가 있었으나, 이 경우에도 개선 효과는 약 1~2% 수준 밖에 미치지 못하고, 공극률도 여전히 최소 6% 이상의 차이를 가지고 있었다.
이에, 본 출원의 발명자들은, 일면 코팅부의 압연에 있어, 상기 단차에 해당하는 두께만큼 상하의 롤 간격을 줄여 수행하면 거의 동일한 정도의 압연 압력을 가할 수 있는 바, 공극률 차이를 최소화할 수 있음을 확인하였다. 그러나, 이를 위해 압연 롤의 위치를 조정하는 경우에는 추가적인 공정이 필요할 뿐 아니라, 롤의 위치를 움직임으로 인해 집전체의 변형이 일어날 수 있는 문제가 있는 바, 롤의 위치를 변화시키지 않고도 단차에 해당하는 만큼의 간격을 감소시키는 방법으로 상기 문제를 해결하였다.
이는, 상기 양면 코팅부 및 일면 코팅부의 단차에 해당하는 두께로 압연 롤의 두께에 단차를 부여하는 단차 보정 부재를 포함함으로써 달성된다.
여기서, 상기 '압연 롤의 두께' 는, 압연 롤의 반지름과 같은 롤의 중심부에서 롤 표면까지의 거리를 의미한다. 따라서, 상기 '압연 롤의 두께에 단차를 부여한다' 함은, 단차 보정 부재가 압연 롤에 결합됨으로써, 일정 부분에서 압연 롤의 두께, 즉 반지름을 크게 함으로써, 상기 단차 보정 부재가 결합되지 않은 부위와 두께에 있어 단차를 가지게 만드는 것을 의미한다.
또한, 상기 단차 보정 부재는, 상기 단차를 부여하여, 전극 합제가 집전체의 일면에만 도포되어 있는 일면 코팅부만을 상기 단차 보정 부재가 압연할 수 있도록 하기 위해, 압연 롤의 폭과 동일하거나 큰 폭을 가질 수 있으며, 일면 코팅부의 압연 방향으로의 길이와는 동일한 길이를 가질 수 있다.
여기서, 상기 폭은 압연 롤의 축방향으로의 거리를 의미하고, 길이는 일면 코팅부의 압연 방향으로 롤의 표면상의 거리이다.
상기와 같은 구조를 가질 때, 양면 코팅부와 일면 코팅부의 단차에 해당하는 만큼의 상부와 하부 롤의 간격을 줄여 일면 코팅부와 양면 코팅부의 압연 압력이 동일해질 수 있다
한편, 상기 단차 보정 부재는 이러한 압연 롤에 탈부착이 가능한 구조일 수 있다.
이와 같은 구조를 가지는 경우, 일면 코팅부만 상기 단차 보정 부재가 압연 롤에 결합된 상태에서 압연하고, 탈착하여 이후 압연을 수행할 수 있는 바, 전극 시트의 길이에 상관 없이 본 발명에 따른 롤 압연 장치를 사용할 수 있다.
여기서, 상기 탈부착 방법은 가능한 구조 및 방법이라면 한정되지 아니하나, 암수 결합의 기계적 체결 방식일 수 있고, 예를 들어, 상기 단차 보정 부재는 체결구 또는 체결홈을 가지고, 상기 압연 롤은 상기 체결구 또는 체결홈에 대응하는 체결홈 또는 체결구를 가져 기계적으로 결합될 수 있다.
또한, 일면 코팅부의 형성 위치에 관계 없이 상기 단차 보정 부재가 일면 코팅부를 가압할 수 있도록, 상기 단차 보정 부재는, 압연 롤에 결합된 상태에서, 압연 롤의 표면을 따라 이동, 고정이 가능한 구조를 가질 수 있다.
이와 같이, 상기 단차 보정 부재는 일면 코팅부의 위치와 상관 없이일면 코팅부만을 가압할 수 있도록 움직일 수 있는 바, 다양한 형태의 전극 시트에, 간단한 조작으로도 적용이 가능하므로, 공정 비용 및 효율성 측면에서 매우 우수하다.
이러한 이동, 및 고정의 방법 역시 한정되지 아니하나, 상기 단차 보정 부재를 압연 롤에 1단 결합한 상태에서 움직이고 2단 결합한 상태로 고정하는 형태일 수 있다.
여기서 1단 결합은 단차 보정 부재와 압연 롤이 암수의 형태로 기계적 체결되나 단차 보정 부재가 압연 롤에서 빠지지 않을 정도의 결합력으로 결합된 형태이고, 2단 결합은 더욱 견고히 결합되어 단차 보정 부재가 압연 롤의 표면을 따라 이동할 수 있는 없는 형태를 의미한다.
예를 들어, 상기 단차 보정 부재는 돌출된 형태의 체결구 또는 만입된 형태의 체결홈을 가지고, 상기 압연 롤은 상기 단차 보정 부재의 체결구 또는 체결홈에 대응되는 체결홈 또는 체결구를 가질 때, 상기 체결구가 체결홈에 얕게 삽입되는 1단 결합, 깊게 삽입되는 2단 결합이 가능하도록 포함함으로써, 상기 이동 및 고정이 가능할 수 있다.
이때, 상기 결합 상태의 고정은, 한정되지 아니하고, 다양한 방법으로 이루어질 수 있고, 예를 들어, 탄성력과 마찰력을 가지는 재질이 체결홈과 체결구에 형성되어 있거나, 체결홈과 체결구에 돌기가 형성되어 있을 수 있다.
한편, 상기 단차 보정 부재는, 단일체로 이루어질 수도 있고, 둘 이상의 보조 부재들로 이루어져 있고, 상기 보조 부재들은 서로 결합, 분리될 수 있는 구조일 수도 있다.
이와 같이, 단차 보정 부재가 둘 이상의 보조 부재들로 이루어져 있고, 서로 결합 분리될 수 있는 경우, 일면 코팅부와 양면 코팅부의 단차가 다른 다른 종류의 전극 시트들에도 단차에 해당하는 두께만큼 둘 이상의 보조 부재들을 결합, 분리시켜 적용할 수 있는 바, 공정 측면에서 효율적이다.
이때, 상기 둘 이상의 보조 부재들의 결합, 분리 역시, 그 방법에 있어 한정되지 아니하나, 상기에서 설명한 바와 같은 체결홈, 체결구에 의한 기계적 결합 방식에 의해 달성될 수 있다.
한편, 상기 롤 압연 장치의 상부 롤 및 하부 롤은, 구체적으로, 전극 시트가 통과하면서 압연될 수 있도록 전극 시트의 양면 코팅부의 두께보다 좁은 폭으로 상호 이격된 위치에서 상하로 위치할 수 있다.
또한, 상기 롤 압연 장치는, 상기 압연 롤 및 단차 보정 부재 외에 두께 제어부, 이격공간 조절부, 자동 실행부, 고유문자 인식부, 이송 롤 및 권취 롤을 추가로 포함할 수 있다.
이러한 구조의 구체적인 구성들은 당업계에 알려진 바에 따르고, 따라서, 이에 대한 설명은 생략한다.
더 나아가, 상기 본 발명에 따른 단차 보정 부재의 압연 롤 표면에서의 이동을 자동화 시키기 위해, 단차 보정 부재의 위치 조절부를 더 포함할 수도 있다. 이때, 상기 위치 조절부는 두께 제어부, 이격공간 조절부와 유사한 원리로 행해질 수 있다.
본 발명의 또 다른 일 구현예에 따르면,
상기 롤 압연 장치를 사용하여 전극 시트를 압연하는 방법으로서,
(a) 전극 활물질, 바인더, 및 도전재를 포함하는 전극 슬러리를 집전체의 일면 및 양면에 도포하고 건조하여, 양면 코팅부 및 일면 코팅부를 포함하는 전극시트들을 준비하는 과정;
(b) 양면 코팅부 및 일면 코팅부의 단차에 해당하는 두께에 대응하도록 단차 보정 부재를 상부 롤 또는 하부 롤에 결합하여 롤 압연 장치를 준비하는 과정; 및
(c) 상부 롤 또는 하부 롤에 형성된 단차 보정 부재가 일면 코팅부의 코팅되지 않은 타면을 압연하도록 전극시트들을 롤 압연 장치에 삽입하여 압연하는 과정;
을 포함하는 압연 방법이 제공된다.
상기와 같은 압연 방법에 따르면, 상기 단차 보정 부재가 양면 코팅부와 일면 코팅부의 단차에 해당하는 만큼의 두께를 부여함으로써, 양면 코팅부와 일면 코팅부의 압연 압력의 차이를 최소화하여 거의 동일하게 수행할 수 있는 바, 종래 공극률의 현저한 차이에 따른 전극 변형, 수명 특성 저하의 문제를 해결할 수 있다.
이때, 상기 단차 보정 부재는 일면 코팅부에 해당하는 위치에 결합되어야 하고, 일면 코팅부만을 가압해야 하는 바, 일면 코팅부를 단차 보정 부재에 의해 먼저 가압하고, 상기 단차 보정 부재를 압연 롤으로부터 탈착하는 것이 바람직하다.
따라서, 상기 단차 보정 부재는 압연의 시작시 전극시트의 일면 코팅부를 압연하도록 압연 롤에 결합되어 있고, 상기 전극시트들은 압연 롤 사이의 이격공간으로 일면 코팅부부터 단차 보정 부재가 전극 합제가 도포되어 있지 않은 쪽, 즉, 일면 코팅부의 타면에 접촉되는 형태가 되도록 삽입될 수 있다.
이와 같이 압연의 시작시 일면 코팅부부터 압연하면, 일면 코팅부의 압연이 끝난 후 단차 보정 부재를 탈착할 수 있는 바, 이후 양면 코팅부의 길이에 상관없이 동일한 압력으로의 압연 수행이 가능하다.
따라서, 상기 단차 보정 부재는, 일면 코팅부를 압연한 후 압연 롤로부터 제거될 수 있다.
한편, 상기 단차 보정 부재는 상기에서 설명한 바와 같이, 양면 코팅부와 일면 코팅부의 단차의 크기와 상관없이 적용가능하도록, 단일체로 이루어지거나, 또는 둘 이상의 보조 부재를 포함하는 구조일 수 있다.
본 발명의 더욱 상세한 설명을 위해, 도 2 내지 도 5에는 롤 압연 장치의 모식도와 롤 압연 장치를 사용하여 전극시트를 압연하는 모식도 등이 도시되어 있다.
도 2를 참조하면, 전극시트(100)은 집전체(110)의 양면에 전극 합제(120, 130)가 도포되어 있는 양면 코팅부(140), 및 집전체(110)의 일면에 전극 합제(130)가 도포되어 있는 일면 코팅부(150)를 포함한다.
한편, 이러한 전극시트(100)를 압연하는 롤 압연 장치는, 전극시트(100)가 삽입되는 이격 공간을 기준으로 상부에 위치한 상부 롤(210)과, 하부에 위치한 하부 롤(220)를 포함하고, 양면 코팅부 및 일면 코팅부의 단차에 해당하는 두께(T1)에 대응하는 두께(t2)를 가지는 단차 보정 부재(230)이 상부 롤(210)에 결합되어 있는 구조로 이루어져 있다.
이때, 일면 코팅부(150)의 타면은 전극 합제(120)가 도포되어 있지 않아, 전극 합제(120, 130)가 집전체(110)의 양면에 도포되어 있는 양면 코팅부(140)와 비교하면, 그 두께가 양면 코팅부(140)의 타측에 도포되어 있는 전극 합제(120)의 두께만큼 작다. 이러한 두께의 차이(T1)를 양면 코팅부(140) 및 일면 코팅부(150)의 단차라 한다.
전극시트(100)은 단차 보정 부재(230)이 결합된 상부 롤(210)과 하부 롤(220)이 이루는 이격 공간에 삽입되어 압연되는데, 이때, 단차 보정 부재(230)가 일면 코팅부(150)의 코팅되지 않은 타면을 압연하도록 전극시트(100)가 삽입되며, 일면 코팅부(150)를 압연한 후, 단차 보정 부재(230)이 제거되어 이후 공정에 영향을 미치지 않도록 전극시트(100)의 일면 코팅부(150)부터 롤 압연 장치에 삽입된다.
이러한 롤 압연 장치에 대해 더욱 구체적으로 살펴보기 위해, 도 3 내지 도 5를 함께 참조한다.
먼저, 도 3에는 단차 보정 부재(230)이 결합된 상부 롤(210)을 상부에서 내려다 본 상면도이다. 이때 단차 보정 부재(230)이 결합된 형태를 검토하기 위해, 단차 보정 부재(230)이 상부 롤(210)의 중간에 위치한 형태의 상면도를 제공한다.
도 3을 도 2와 함께 참조하면, 단차 보정 부재(230)는, 전극 합제가 집전체의 일면에만 도포되어 있는 일면 코팅부(150)만을 압연하도록 상부 롤(210)의 폭(W1)과 동일하거나 큰 폭(w2)을 가질 수 있으며, 일면 코팅부(150)의 압연 방향으로의 길이(L1)와는 동일한 길이(l2)를 가진다.
또한, 단차 보정 부재(230)는 전극시트(100)의 일면 코팅부(150)를 압연하고 제거될 수 있도록 상부 롤(210)에 탈부착이 가능한 구조를 가진다.
단차 보정 부재(230)의 상부 롤(210)에의 탈부착 방법은 결합 및 탈착이 가능한 구조 및 방법이라면 한정되지 아니하나, 예를 들어 도 4에 도시된 것과 같이, 암수 결합의 기계적 체결 방식일 수 있다. 도 4에는 하나의 예로서, 단차 보정 부재(230)의 상부 롤(210)에의 결합형태를 보여주기 위한 측면도가 도시되어 있다.
도 4를 도 2 및 도 3과 함께 참조하면, 단차 보정 부재(230)는 체결구(235)를 가지고, 상부 롤(210)은 단차 보정 부재(230)의 체결구(235)에 대응되는 체결홈(211) 가져 기계적으로 결합된다. 물론 반대의 경우도 가능하다.
또한, 일면 코팅부(150)의 형성 위치에 관계 없이 단차 보정 부재(230)가 일면 코팅부(150)를 가압할 수 있도록 하기 위해, 단차 보정 부재(230)는, 상부 롤(210)에 결합된 상태에서, 상부 롤(210)의 표면을 따라 이동, 고정이 가능한 구조를 가진다. 따라서, 상부 롤(2110)의 표면에는 단차 보정 부재(230)의 이동 및 고정이 가능하도록 표면의 길이 방향으로 연장된 체결홈(211)을 가진다.
이때, 이동, 및 고정의 방법 역시 한정되지 아니하나, 도 4를 참조하면, 예를 들어 단차 보정 부재(230)이 상부 롤(210)에 1단 결합한 상태(도 4(a))에서 움직이고 2단 결합한 상태(도 4(b))로 고정된다.
한편, 단차 보정 부재(230)은, 도 4와 같이 단일체로 이루어질 수도 있으나, 양면 코팅부(140)과 일면 코팅부(150)의 단차에 대응하여 그 두께를 달리할 수 있도록, 둘 이상의 보조 부재들로 이루어질 수 있다.
도 5에는 이러한 구조를 보여주기 위해, 둘 이상의 보조 부재들(231, 232, 233)로 이루어진 단차 보정 부재(230)의 단면도가 도시되어 있다.
도 5를 도 3과 함께 참조하면, 보조 부재들(231, 232, 233)은 서로 결합, 분리될 수 있는 구조일 수 있고. 둘 이상의 보조 부재들(231, 232, 233)의 결합, 분리 역시, 그 방법에 있어 한정되지 아니하나, 도 4에서 설명한 바와 같은 체결홈, 체결구에 의한 기계적 결합 방식에 의해 달성될 수 있는 바, 보조 부재들(231, 232, 233)은 각각, 상부에 위치하는 보조 부재의 체결구(235)와 결합할 수 있는 체결홈(234)을 가지고 있으며, 하부에 위치하는 보조 부재의 체결홈(234)과 결합할 수 있는 체결구(235)를 가지고 있다.
따라서, 도 4와 도 5를 함께 참조하면, 단차 보정 부재(230)는 단일체이든 둘 이상의 보조 부재들이든 상관 없이 체결구 및 체결홈을 가지고 있어 서로 결합이 가능하며, 상부 롤(210)과도 결합이 가능한 구조를 가진다.
물론, 상기 결합 방식은 하나의 예에 불과하며, 탈부착이 가능한 구조라면, 본 발명의 범주에 포함됨은 물론이다.
본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 롤 압연 장치는,
집전체의 일면에만 전극 합제가 도포되어 있는 일면 코팅부와, 집전체의 양면에 전극 합제가 도포되어 있는 양면 코팅부의 단차에 해당하는 두께의 단차 보정 부재를 포함함으로써, 일면 코팅부 역시 동일한 압력으로 압연될 수 있는 바, 전체적으로 균일한 공극률을 확보할 수 있어, 불량 가능성을 낮추며, 완성된 이차전지 내에서 균일한 반응으로 수명 특성을 개선할 수 있는 효과가 있다.
또한, 상기 단차 보정 부재는 압연 롤에 탈 부착 가능하며, 일면 코팅부와 양면 코팅부의 두께 차이에 따라 단차 보정 부재의 두께를 변경 가능하도록 함으로써, 다양한 전극시트에 모두 적용 가능하여, 공정 비용 및 효율성에서 매우 우수하다.

Claims (13)

  1. 집전체의 양면에 전극 합제가 도포되어 있는 양면 코팅부, 및 집전체의 일면에 전극 합제가 도포되어 있는 일면 코팅부를 포함하는 전극시트들을 한 쌍의 압연 롤 사이의 이격공간으로 통과시켜 압연하는 롤 압연 장치로서,
    상기 압연 롤은 상부 롤 및 하부 롤을 포함하고,
    상기 상부 롤 또는 하부 롤은,
    상기 양면 코팅부 및 일면 코팅부의 단차에 해당하는 두께로 압연 롤의 두께에 단차를 부여하는 단차 보정 부재를 포함하는, 롤 압연 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 단차 보정 부재는, 압연 롤의 폭과 동일하거나, 보다 큰 폭을 가지는, 롤 압연 장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 단차 보정 부재는, 일면 코팅부의 압연 방향으로의 길이와 동일한 길이를 가지는, 롤 압연 장치.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 단차 보정 부재는, 압연 롤에 탈부착이 가능한 구조인, 롤 압연 장치.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 단차 보정 부재는 체결구 또는 체결홈을 가지고, 상기 압연 롤은 상기 체결구 또는 체결홈에 대응하는 체결홈 또는 체결구를 가지는, 롤 압연 장치.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 단차 보정 부재는, 압연 롤에 결합된 상태에서 압연 롤의 표면을 따라 이동, 고정이 가능한 구조를 가지는, 롤 압연 장치.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 단차 보정 부재는 체결구 또는 체결홈을 가지고, 상기 압연 롤은 상기 체결구 또는 체결홈에 대응하는 체결홈 또는 체결구를 가지며, 상기 체결구 및 체결홈은, 체결구가 체결홈에 얕게 삽입되어 체결되는 1단 결합, 깊게 삽입되어 체결되는 2단 결합의 다단 결합이 가능한 구조인, 롤 압연 장치.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 단차 보정 부재는, 둘 이상의 보조 부재들로 이루어져 있고, 상기 보조 부재들은 서로 결합, 분리되는, 롤 압연 장치.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 롤 압연 장치는 두께 제어부, 이격공간 조절부, 자동 실행부, 고유문자 인식부, 이송 롤 및 권취 롤을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 롤 압연 장치.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 하나에 따른 롤 압연 장치를 사용하여 전극 시트를 압연하는 방법으로서,
    (a) 전극 활물질, 바인더, 및 도전재를 포함하는 전극 슬러리를 집전체의 일면 및 양면에 도포하고 건조하여, 양면 코팅부 및 일면 코팅부를 포함하는 전극시트들을 준비하는 과정;
    (b) 양면 코팅부 및 일면 코팅부의 단차에 해당하는 두께에 대응하도록 단차 보정 부재를 상부 롤 또는 하부 롤에 결합하여 롤 압연 장치를 준비하는 과정; 및
    (c) 상부 롤 또는 하부 롤에 형성된 단차 보정 부재가 일면 코팅부의 코팅되지 않은 타면을 압연하도록 전극시트들을 롤 압연 장치에 삽입하여 압연하는 과정;
    을 포함하는 압연 방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 단차 보정 부재는 압연의 시작시 전극시트의 일면 코팅부를 압연하도록 압연 롤에 결합되어 있고, 상기 전극시트들은 압연 롤 사이의 이격공간으로 일면 코팅부부터 삽입되는, 압연 방법.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 단차 보정 부재는 단일체로 이루어지거나, 또는 둘 이상의 보조 부재를 포함하는 압연 방법.
  13. 제 10 항에 있어서,
    상기 단차 보정 부재는, 일면 코팅부를 압연한 후 제거되는, 압연 방법.
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