WO2020106017A1 - 전극 조립체 제조장치 및 전극 조립체 제조방법 - Google Patents

전극 조립체 제조장치 및 전극 조립체 제조방법

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WO2020106017A1
WO2020106017A1 PCT/KR2019/015847 KR2019015847W WO2020106017A1 WO 2020106017 A1 WO2020106017 A1 WO 2020106017A1 KR 2019015847 W KR2019015847 W KR 2019015847W WO 2020106017 A1 WO2020106017 A1 WO 2020106017A1
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electrode assembly
laminate
heater
heater portion
moving
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이수호
김재홍
이관보
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주식회사 엘지화학
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Definitions

  • the present invention relates to an electrode assembly manufacturing apparatus and an electrode assembly manufacturing method.
  • a secondary battery is rechargeable, and has been researched and developed in recent years due to its small size and high capacity. As technology development and demand for mobile devices increase, the demand for secondary batteries as an energy source is rapidly increasing.
  • Secondary batteries are classified into coin-type batteries, cylindrical batteries, prismatic batteries, and pouch-type batteries according to the shape of the battery case.
  • an electrode assembly mounted inside a battery case is a power plant capable of charging and discharging consisting of a stacked structure of electrodes and separators.
  • the electrode assembly is a jelly-roll type wound by interposing a separator between a positive electrode and a negative electrode of a sheet-like sheet coated with an active material, and a stack type in which a plurality of positive and negative electrodes are sequentially stacked with a separator interposed. , And the stack-type unit cells can be roughly classified into a stack-and-fold type wound with a long separation film.
  • Patent Document Korean Patent Publication No. 10-2014-0015647
  • One aspect of the present invention is an electrode assembly manufacturing apparatus and an electrode assembly manufacturing method capable of preventing defects due to shrinkage of a separation membrane due to heat when equipment is stopped when laminating an electrode and a separation membrane by applying heat to produce an electrode assembly. It is intended to provide.
  • the lamination apparatus when a stack of electrodes and a separator passes, a heater unit that heats the stack and a stack that is heated while passing between the heater units are laminated.
  • the lamination apparatus may include a moving unit that positions the laminate at a predetermined distance from the heater unit so that heat transferred from the heater unit to the laminate is reduced or blocked when the lamination apparatus is stopped.
  • the electrode assembly manufacturing method a heating process for applying heat by passing a stack of electrodes and separators through a heater unit, and a lamination process of laminating while passing the stack through a lamination device and When the operation of the lamination device is stopped, a heat transfer limiting process of separating the stacked body from the heater part by a predetermined distance may be included to reduce or block heat transferred from the heater part to the stacked body.
  • the stack when laminating a stack of electrodes and a separator through heat through a heater, when the lamination device is stopped, the stack is moved to be located at a distance from the heater so that the stack continues to heat by the heater. It is possible to reduce or prevent shrinkage of the separator by preventing the exposure.
  • the laminate by spraying air between the laminate and the heater unit to prevent heat from being applied to the laminate, the laminate can be cooled to prevent shrinkage of the separator.
  • the heater unit when laminating the laminate of the electrode and the separator by heating through the heater unit, when the lamination device is stopped, the heater unit is moved to be more spaced apart from the laminate so that the separator shrinks and is defective. This can be prevented more effectively.
  • FIG. 1 is a block diagram showing the concept of an electrode assembly manufacturing apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 2 is a front view showing an electrode assembly manufacturing apparatus according to an embodiment of the present invention by way of example.
  • Figure 3 is a perspective view of a main portion showing an exemplary stacked movement cylinder in the electrode assembly manufacturing apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 4 is a graph showing the distance between the anode and the separator in the electrode assembly manufactured by the electrode assembly manufacturing apparatus according to an embodiment of the present invention and an electrode assembly manufacturing apparatus according to the prior art.
  • FIG. 5 is a block diagram showing the concept of an electrode assembly manufacturing apparatus according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a perspective view illustrating an exemplary heater unit and a moving unit in an electrode assembly manufacturing apparatus according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a block diagram showing the concept of an electrode assembly manufacturing apparatus according to an embodiment of the present invention
  • Figure 2 is a front view showing an electrode assembly manufacturing apparatus according to an embodiment of the present invention by way of example.
  • the electrode assembly manufacturing apparatus 100 includes a heater unit 120 for heating the laminate 10 and a lamination apparatus for laminating the laminate 10 It includes a moving unit 140 for positioning the stacked body 10 to be spaced a predetermined distance from the heater 120 when the operation of the lamination device 130 is stopped.
  • the electrode assembly manufacturing apparatus 100 when the operation of the air blower 150 and the lamination device 130 for cooling the laminate 10 is stopped, the upper heater unit 122 and the lower The control unit 110 to stop the heating operation of the heater unit 121 may be further included.
  • FIG. 3 is a perspective view of a main portion showing an exemplary stacked movement cylinder in the electrode assembly manufacturing apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is an enlarged view of area A shown in FIG. 2.
  • the electrode assembly manufacturing apparatus 100 laminates the stacked electrodes 10 of the alternately stacked electrodes 13 and the separation membrane 14 to perform electrode assembly. It is a device to manufacture.
  • the electrode assembly 10 is a power generator capable of charging and discharging, and the electrode 11 and the separator 14 may be alternately stacked and formed in a collective form.
  • the electrode 13 may be composed of an anode 12 and a cathode 11.
  • the laminate 10 may be formed by alternately stacking the anode 12, the separator 14, and the cathode 11.
  • the stacked body 10 may be, for example, a separator 14, a cathode 11, a separator 14, and an anode 12 sequentially stacked.
  • the laminate 10 is another example, the separation film 14, the cathode 11, the separation film 14 and the anode 12 in the form of sequentially stacked protective film 21, 22 is further attached to both outermost surfaces Can be in the form of
  • the positive electrode 12 may include a positive electrode current collector (not shown) and a positive electrode active material (not shown) applied to the positive electrode current collector.
  • the positive electrode current collector may be made of, for example, aluminum foil, and the positive electrode active material may include, for example, lithium manganese oxide, lithium cobalt oxide, lithium nickel oxide, lithium iron phosphate, or one or more of them. And compounds and mixtures.
  • the negative electrode 11 may include a negative electrode current collector (not shown) and a negative electrode active material (not shown) applied to the negative electrode current collector.
  • the negative electrode current collector may be made of, for example, a foil made of copper (Cu) or nickel (Ni).
  • the negative electrode active material may be made of, for example, artificial graphite, lithium metal, lithium alloy, carbon, petroleum coke, activated carbon, graphite, silicon compounds, tin compounds, titanium compounds, or alloys thereof. In this case, the negative electrode active material may be made of, for example, non-graphite-based SiO (silica, silica) or SiC (silicon carbide).
  • the separator 14 may be made of an insulating material and a ductile material. At this time, the separator 14 may be formed of, for example, a polyolefin-based resin film such as polyethylene or polypropylene having microporous properties.
  • the laminate 10 when the electrode 13 and the separator 14 are laminated, the protective film 21 and 22 are further provided on the upper and lower layers to pass through the heater unit 120 and the lamination device 130.
  • the electrode 13 and the separator 14 can be prevented from being damaged. Then, after the laminate 10 passes through the heater 120 and the lamination device 130, the protective films 21 and 22 located on both sides of the laminate 10 may be removed.
  • the heater unit 120 may heat the stack 10 when the stack 10 of the electrode 13 and the separator 14 passes.
  • the heater unit 120 includes an upper heater unit 122 and a lower heater unit 121, and is stacked when the laminate 10 passes between the upper heater unit 122 and the lower heater unit 121.
  • the sieve 10 can be heated.
  • the upper heater unit 122 and the lower heater unit 121 are each equipped with a heater to generate heat by heating the heater to transfer heat to the laminate 10 to heat it.
  • the upper heater unit 122 and the lower heater unit 121 are spaced apart from each other at regular intervals to form a heating zone in which the stack 10 is moved and heated, and an inlet section into which the stack 10 is drawn in the heating zone. 123 may be formed, and an outlet portion 124 through which the laminate 10 is drawn may be formed.
  • the heater unit 120 moves the stacked body 10 along the upper surface of the lower heater unit 121, heats the lower portion of the stacked body 10, and spaces a certain distance from the lower heater unit 121 in the upper direction.
  • the upper portion of the stacked body 10 may be heated through the upper heater portion 122.
  • the lamination apparatus 130 may laminate the heated laminate 10 while passing between the heater units 120.
  • Lamination apparatus 130 including the first roller 131 and the second roller 132, passing through the stack 10 between the first roller 131 and the second roller 132, pressurized, heated lamination
  • the sieve 10 can be attached to each other.
  • the moving part 140 moves the stacked body 10 from the heater part 120 at a predetermined distance so that heat transferred from the heater part 120 to the stacked body 10 is reduced or blocked when the lamination device 130 is stopped. It can be positioned spaced apart.
  • the moving part 140 may include a stacked moving cylinder 141 that moves the stacked body 10 upward so as to be spaced apart from the lower heater part 121.
  • the stacked moving cylinder 141 may be formed of, for example, a pneumatic cylinder or a hydraulic cylinder (Cylinder).
  • the stacked moving cylinder 141 may include a gripping part 141a for gripping the stacked body 10 and a moving shaft 141b for linearly moving the gripping part 141a in the up and down directions.
  • the stacked moving cylinder 141 may lift the stacked body 10 upward, for example, to be spaced 5 to 30 mm from the lower heater unit 121.
  • the stack moving cylinder 141 may specifically lift the stack 10 to be spaced 10 to 15 mm from the lower heater part 121.
  • the stacked moving cylinder 141 spaces the stack 10 over 10 mm to the lower heater 121 to reduce or prevent heat from the lower heater 121 from being transferred to the stack 10.
  • the heat of the lower heater unit 121 is stacked 10 by securing a space in which air discharged through the air blower 150 can be sprayed or moved between the lower heater unit 121 and the stacked body 10 It can block the transfer to, and can be easy to cool the stack (10).
  • a plurality of stacked moving cylinders 141 may be provided on both sides of the heater unit 120 to grasp and lift both sides of the stacked body 10.
  • the air blower 150 may cool the stack 10 by spraying air between the stack 10 and the lower heater unit 121.
  • the air injection outlet of the air blower 150 may face the lower portion of the stacked body 10 located at the inlet 123 of the heater unit 120, for example. At this time, the air blower 150 may be located on the inlet 123 side.
  • the air blower 150 is, for example, an upward angle of 0 ° to 90 ° ( ⁇ ) based on an imaginary horizontal line H connecting the inlet 123 and the outlet 124 of the heater 120. Air can be injected.
  • the air blower 150 is specifically, for example, an upward angle of 60 ° to 80 ° based on a virtual horizontal line H connecting the inlet 123 and the outlet 124 of the heater 120 ⁇ ) can be used to inject air. Therefore, by spraying air in the upper 60 ° to 80 ° range, there may be an effect (advantage) of preventing shrinkage of the separation membrane 14 and deterioration of adhesion between the electrode 13 and the separation membrane 14.
  • the air blower 150 may be further positioned at the outlet portion 124 of the heater portion 120 to face the lower portion of the stacked body 10 portion.
  • the air blower 150b positioned at the outlet portion 124 may be installed in a form corresponding to the air blower 150a positioned at the inlet portion 123.
  • the air blower 150b located in the outlet part 124 is, for example, upward 0 based on a virtual horizontal line H connecting the inlet part 123 and the outlet part 124 of the heater part 120. Air can be injected at an angle from ß to 90 ° (ß).
  • the air blower 150b located in the outlet part 124 is specifically, for example, based on a virtual horizontal line H connecting the inlet part 123 and the outlet part 124 of the heater part 120. Air can be injected at an upward angle of 60 ° to 80 ° (ß).
  • the control unit 110 controls the heating operation of the upper heater unit 122 and the lower heater unit 121, and when the operation of the lamination device 130 is stopped, the heating operation of the upper heater unit 122 and the lower heater unit 121 It can be stopped to stop applying heat to the stack (10). At this time, the control unit 110 may be electrically connected to the lamination device 130 to control the operation of the lamination device 130.
  • control unit 110 may restart the heating operation of the upper heater unit 122 and the lower heater unit 121 upon restarting after the lamination device 130 is stopped.
  • control unit 110 may be electrically connected to the stacked movement cylinder 141 and the air blower 150 to control the operation of the stacked movement cylinder 141 and the air blower 150.
  • the electrode assembly manufacturing apparatus 100 When the electrode assembly manufacturing apparatus 100 according to an embodiment of the present invention configured as described above is laminated by applying heat through the heater unit 120 to the laminate 10 of the electrode 13 and the separator 14, When the lamination device 130 is stopped, the laminate 10 is moved to be located at a distance from the heater 120 to prevent the laminate 10 from being continuously exposed to heat by the heater 120. Shrinkage of the separator 14 can be reduced or prevented.
  • Figure 4 is a graph showing the distance between the anode and the separator in the electrode assembly manufactured by the electrode assembly manufacturing apparatus according to an embodiment of the present invention and an electrode assembly manufacturing apparatus according to the prior art.
  • FIG. 4 shows the graph by measuring the distance between the anode and the separator for each section of the electrode assembly after the lamination device is stopped and then operated again.
  • the horizontal axis is the X-axis is the number of sections of the electrode assembly manufactured by passing the laminate of the electrode and the separator through the heater unit and the lamination device
  • the vertical axis is the Y-axis between the anode and the separator in the electrode assembly. The distance (in mm) is indicated.
  • the electrode assembly manufactured according to the prior art is represented by T1
  • the electrode assembly manufactured through the electrode assembly manufacturing apparatus according to an embodiment of the present invention is represented by T2 and T3.
  • T2 denotes an electrode assembly manufactured by providing an air blower on one side of the heater unit
  • T3 denotes an electrode assembly manufactured by providing an air blower on both sides of the heater unit.
  • the electrode assembly manufactured through the electrode assembly manufacturing apparatus according to an embodiment of the present invention (T2, T3) after lifting the laminate through the moving portion when the lamination device is stopped It can be seen that the air is blown through the air blower between the lower heater portion and the stacked body to block heat transfer between the lower heater portion and the stacked body and to cool the stacked body so that the separation membrane is not shrunk.
  • the electrode assembly T1 according to the prior art when the lamination device is stopped, it can be seen that the laminate is continuously exposed to the heat of the heater portion, and the gap between the anode and the separator is narrowed due to shrinkage of the separator in sections 11 to 22 on the horizontal axis. .
  • the electrode assembly manufactured through the electrode assembly manufacturing apparatus according to an embodiment of the present invention, when the lamination device is stopped, the laminate is continuously exposed to heat by the heater unit It can be seen that by blocking and cooling the laminate, shrinkage of the separator can be prevented to prevent defects in the electrode assembly.
  • the electrode assembly manufacturing apparatus 200 includes a heater unit 120 for heating the laminate 10 and a lamination apparatus for laminating the laminate 10 (130), when the lamination device 130 stops working, the moving part (240) for positioning the stacked body (10) to be spaced a certain distance from the heater (120), and an air blower (4) for cooling the stacked body (10 150) and when the operation of the lamination device 130 is stopped, may include a control unit 210 for stopping the heating operation of the upper heater unit 122 and the lower heater unit 121 (see FIG. 3).
  • Electrode assembly manufacturing apparatus 200 compared to the electrode assembly manufacturing apparatus according to the above-described embodiment, the moving part 240 moves the upper heater portion moving cylinder 242 and the lower heater portion There is a difference further comprising a cylinder 243.
  • the moving part 240 includes a stacked moving cylinder 241, a lower heater part moving cylinder 243, and an upper heater part moving cylinder ( 242).
  • the stacked movement cylinder 241 may move the stacked body upward to be spaced apart from the lower heater unit 121.
  • the lower heater portion moving cylinder 243 may move the lower heater portion 121 downward to be spaced apart from the upper heater portion 122 and the stacked body.
  • the lower heater portion moving cylinder 243 may consist of a plurality of lower heater portions 121 and may be respectively located at the lower portions of both sides.
  • the upper heater portion moving cylinder 242 may move the upper heater portion 122 upwardly to be spaced apart from the laminate.
  • the upper heater portion moving cylinders 242a and 242b may be formed of a plurality and may be respectively located at the lower portions of both sides of the upper heater portion 122.
  • the stacked moving cylinder 241, the lower heater portion 121 moving cylinder 242, and the upper heater portion moving cylinder 242 may be formed of, for example, a pneumatic cylinder or a hydraulic cylinder.
  • the lower heater portion moving cylinder 243 and the upper heater portion moving cylinder 242 may be supported on the support 270.
  • the support 270 may be, for example, a support frame.
  • the control unit 210 controls the heating operation of the upper heater unit 122 and the lower heater unit 121, and when the operation of the lamination device 130 is stopped, the heating operation of the upper heater unit 122 and the lower heater unit 121 Can be stopped.
  • control unit 210 may restart the heating operation of the upper heater unit 122 and the lower heater unit 121 upon restarting after the lamination device 130 is stopped.
  • control unit 210 is electrically connected to the stacked movement cylinder 241, the lower heater unit 121 movement cylinder 242, the upper heater unit movement cylinder 242 and the air blower 150 to move the lower heater unit
  • the operation of the cylinder 243, the upper heater portion moving cylinder 242, and the air blower 150 may be controlled.
  • the electrode assembly manufacturing apparatus 200 is a lamination apparatus (when laminating the stack of the electrodes 13 and the separation membrane 14 through the heater unit 120 by heating.
  • the heater unit 120 is moved to be spaced apart from the laminate, thereby continuously heating, shrinking the separation membrane 14 and preventing defects from occurring more effectively.
  • the method of manufacturing an electrode assembly includes a heating process for applying heat by passing the laminate 10 through the heater unit 120, and laminating the laminate 10 It includes a lamination process and a heat transfer limiting process for separating the laminate 10 from the heater unit 120 by a predetermined distance when the lamination device 130 is stopped.
  • An electrode assembly manufacturing method is a method of manufacturing an electrode assembly through the electrode assembly manufacturing apparatus according to the above-described embodiment. Therefore, in this embodiment, contents overlapping with the above-described embodiment will be briefly described, and the differences will be mainly described.
  • the heating process in the electrode assembly manufacturing method includes the electrode 10 and the laminate 10 of the separator 14 as the heater unit 120. Heat can be applied through.
  • the heater unit 120 includes the upper heater unit 122 and the lower heater unit 121 so that the laminate 10 passes between the upper heater unit 122 and the lower heater unit 121 and is stacked.
  • the sieve 10 can be heated.
  • the upper heater unit 122 and the lower heater unit 121 are spaced apart from each other at regular intervals to form a heating zone in which the stack 10 is moved and heated, and an inlet section into which the stack 10 is drawn in the heating zone. 123 may be formed, and an outlet portion 124 through which the laminate 10 is drawn may be formed.
  • the heating process moves the stacked body 10 along the upper surface of the lower heater part 121 and heats the lower part of the stacked body 10, and the upper heater spaced a certain distance from the lower heater part 121 in the upper direction.
  • the upper portion of the stacked body 10 may be heated through the portion 122.
  • the lamination process may be performed by laminating the laminate 10 through the lamination device 130.
  • Lamination apparatus 130 including the first roller 131 and the second roller 132, passing through the stack 10 between the first roller 131 and the second roller 132, pressurized, heated lamination
  • the sieve 10 can be attached to each other.
  • the heater 10 is transferred through the moving unit 140 so that the heat transferred from the heater 120 to the stack 10 is reduced or blocked. 120).
  • the heat transfer limiting process may include a stack moving process, a cooling process, and a heating control process.
  • the stack 10 may be moved upward through the stack moving cylinder 141 so as to be spaced apart from the lower heater unit 121.
  • the stack moving process may lift the stack 10, for example, 5 to 30 mm apart from the lower heater unit 121.
  • the stack moving process may specifically lift the stack 10 so as to be spaced 10 to (15) mm away from the lower heater part 121.
  • the stack moving cylinder 141 is made up of a plurality of positions on both sides of the heater unit 120, and is located on both sides of the heater unit 120 and is stacked through a plurality of stack moving cylinders ( It can be lifted by holding both sides of 10).
  • the cooling process is performed by spraying air with the air blower 150 between the stacked body 10 and the lower heater part 121 moved to be spaced apart from the lower heater part 121 through the stacking process. It can be cooled.
  • the air injection outlet of the air blower 150 may face the lower portion of the stacked body 10 located at the inlet 123 of the heater 120.
  • the air blower 150 sprays air between 0 ° to 90 ° upward based on a virtual horizontal line connecting, for example, the inlet 123 and the outlet 124 of the heater 120. can do.
  • the air blower 150 is specifically, for example, the air between the upper 60 ° ⁇ 80 ° based on the virtual horizontal line connecting the inlet 123 and the outlet 124 of the heater 120 Can be sprayed.
  • control unit 210 controls the heating operation of the upper heater unit 122 and the lower heater unit 121, and when the lamination device 130 is stopped, the upper heater unit 122 and the lower heater unit ( 121) can stop the heating operation. At this time, in the heating control process, the control unit 210 may be electrically connected to the lamination device 130 to control the operation of the lamination device 130.
  • the heating control process may restart the heating operation of the upper heater unit 122 and the lower heater unit 121 in the control unit 210 when the operation is restarted after the lamination apparatus 130 is stopped.
  • the stacked movement cylinder 141 and the air blower 150 and the control unit 210 are electrically connected, and the control unit 210 operates the stacked movement cylinder 141 and the air blower 150. Can be controlled.
  • the electrode assembly manufacturing method is a lamination device (when laminating the laminate 10 of the electrode 13 and the separation membrane 14 through the heater unit 120 by heating)
  • the stack 10 is continuously exposed to heat by the heater 120 by moving the stack 10 to be located at a distance from the heater 120 through a heat transfer limiting process.
  • the shrinkage of the separator 14 can be reduced or prevented.
  • the air is injected between the laminate 10 and the heater unit 120 through a cooling process to block heat from being applied to the laminate 10 and cool the laminate 10 to separate the membrane 14. Can prevent shrinkage.
  • a method of manufacturing an electrode assembly includes a heating process for applying heat by passing the laminate 10 through the heater unit 120, and laminating the laminate 10 It includes a lamination process and a heat transfer limiting process for separating the stack 10 from the heater unit 120 by a predetermined distance when the lamination device 130 is stopped. (See FIG. 3)
  • the electrode assembly manufacturing method according to another embodiment of the present invention has a difference that the heat transfer limiting process further includes an upper heater part moving process and a lower heater part moving process when compared with the electrode assembly manufacturing method according to the above-described embodiment. . Therefore, in this embodiment, contents overlapping with one embodiment are briefly described, and the differences are mainly described.
  • the heat transfer limiting process includes a stack moving process, a cooling process, a heating control process, a lower heater part moving process, and an upper heater part moving process. can do.
  • the stack may be moved upward to be separated from the lower heater unit 121.
  • the stacked body may be cooled by spraying air between the stacked body and the lower heater part 121 moved so as to be spaced apart from the lower heater part 121 through the stacking process.
  • control unit 210 controls the heating operation of the upper heater unit 122 and the lower heater unit 121, and when the lamination device 130 is stopped, the upper heater unit 122 and the lower heater unit ( 121) can stop the heating operation. At this time, in the heating control process, the control unit 210 may be electrically connected to the lamination device 130 to control the operation of the lamination device 130.
  • the heating control process may restart the heating operation of the upper heater unit 122 and the lower heater unit 121 in the control unit 210 when the operation is restarted after the lamination apparatus 130 is stopped.
  • control unit 210 is electrically connected to the stacked moving cylinder 241, the lower heater portion moving cylinder 243, the upper heater portion moving cylinder 242 and the air blower 150, and the lower heater
  • the operation of the secondary moving cylinder 243, the upper heater moving cylinder 242 and the air blower 150 may be controlled.
  • the lower heater portion moving process the lower heater portion 121 may be moved downward to be spaced apart from the laminate.
  • the lower heater portion moving cylinder 243 may be formed of a plurality of lower heater portions 121 and may be respectively located at the lower portions of both sides.
  • the upper heater portion moving process may move the upper heater portion 122 upward to be spaced apart from the stacked body when the lamination device 130 is stopped.
  • the upper heater portion moving cylinder 242 is composed of a plurality of upper heater portion 122 may be located on each side of the lower portion.
  • the stacked moving cylinder 241, the lower heater portion moving cylinder 243, and the upper heater portion moving cylinder 242 may be formed of, for example, a pneumatic cylinder or a hydraulic cylinder.
  • the heater unit 120 when laminating the laminate of the electrode and the separator 14 with heat through the heater unit 120, when the lamination device 130 is stopped, In the heat transfer limiting process, the heater unit 120 is moved to be spaced apart from the laminate, thereby continuously heating, shrinking the separation membrane 14 and preventing defects from occurring more effectively.

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Abstract

본 발명은 전극 조립체 제조장치 및 전극 조립체 제조방법에 관한 것으로, 본 발명에 따른 전극 조립체 제조장치는, 전극 및 분리막의 적층체가 통과될 때, 상기 적층체를 가열하는 히터부와, 상기 히터부 사이를 통과하면서 가열된 상기 적층체를 라미네이션(lamination) 시키는 라미네이션 장치 및 상기 라미네이션 장치의 작동 정지 시 상기 히터부로부터 상기 적층체에 전달되는 열이 감소 또는 차단되도록, 상기 적층체를 상기 히터부로부터 일정거리 이격되게 위치시키는 이동부를 포함한다

Description

전극 조립체 제조장치 및 전극 조립체 제조방법
관련출원과의 상호인용
본 출원은 2018년 11월 20일자 한국특허출원 제10-2018-0143262호에 기초한 우선권의 이익을 주장하며, 해당 한국특허출원의 문헌에 개시된 모든 내용은 본 명세서의 일부로서 포함된다.
기술분야
본 발명은 전극 조립체 제조장치 및 전극 조립체 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, 원통형 전지, 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.
[선행기술문헌]
[특허문헌] 한국 공개특허 제10-2014-0015647호
본 발명의 하나의 관점은 전극 및 분리막을 열을 가하여 라미네이션 시켜 전극 조립체를 제조할 때, 설비 정지 시 열에 의한 분리막의 수축으로 불량이 발생되는 것을 방지할 수 있는 전극 조립체 제조장치 및 전극 조립체 제조방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 전극 조립체 제조장치는, 전극 및 분리막의 적층체가 통과될 때, 상기 적층체를 가열하는 히터부와, 상기 히터부 사이를 통과하면서 가열된 상기 적층체를 라미네이션(lamination) 시키는 라미네이션 장치 및 상기 라미네이션 장치의 작동 정지 시 상기 히터부로부터 상기 적층체에 전달되는 열이 감소 또는 차단되도록, 상기 적층체를 상기 히터부로부터 일정거리 이격되게 위치시키는 이동부를 포함할 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 전극 조립체 제조방법은, 전극 및 분리막의 적층체를 히터부로 통과시켜 열을 가하는 히팅공정과, 상기 적층체를 라미네이션 장치로 통과시키며 라미네이션(lamination) 하는 라미네이션 공정 및 상기 라미네이션 장치의 작동 정지 시, 상기 히터부로부터 상기 적층체에 전달되는 열이 감소 또는 차단되도록 상기 적층체를 상기 히터부에서 일정거리 이격시키는 열전달 제한 공정을 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 전극 및 분리막의 적층체를 히터부를 통해 열을 가하며 라미네이션시킬 때, 라미네이션 장치의 정지 시, 적층체를 히터부에서 이격된 거리에 위치되도록 이동시켜 적층체가 히터부에 의한 열에 계속적으로 노출되는 것을 방지하여 분리막의 수축을 감소 또는 방지할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 적층체와 히터부 사이에 에어를 분사하여 적층체에 열이 가해지는 것을 차단함과 아울러 적층체를 냉각시켜 분리막의 수축을 방지할 수 있다.
그리고, 본 발명에 따르면, 전극 및 분리막의 적층체를 히터부를 통해 열을 가하며 라미네이션시킬 때, 라미네이션 장치의 정지 시, 히터부를 이동시켜 적층체와 보다 이격되도록 함으로써 계속적으로 가열되며 분리막이 수축되며 불량이 발생되는 것을 보다 효과적으로 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체 제조장치의 개념을 나타낸 블럭도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체 제조장치를 예시적으로 나타낸 정면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체 제조장치에서 적층체 이동 실린더를 예시적으로 나타낸 요부 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체 제조장치 및 종래기술에 따른 전극 조립체 제조장치를 통해 제조된 전극 조립체에서 양극과 분리막 사이의 거리를 나타낸 그래프이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 전극 조립체 제조장치의 개념을 나타낸 블럭도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전극 조립체 제조장치에서 히터부 및 이동부를 예시적으로 나타낸 사시도이다.
본 발명의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되어지는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예들로부터 더욱 명백해질 것이다. 본 명세서에서 각 도면의 구성요소들에 참조번호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 번호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다. 또한, 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고, 본 발명을 설명함에 있어서, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 관련된 공지 기술에 대한 상세한 설명은 생략하도록 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체 제조장치의 개념을 나타낸 블록도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체 제조장치를 예시적으로 나타낸 정면도이다.
도 1 및 도 2를 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체 제조장치(100)는 적층체(10)를 가열하는 히터부(120)와, 적층체(10)를 라미네이션 시키는 라미네이션 장치(130) 및 라미네이션 장치(130)의 작동 정지 시 적층체(10)를 히터부(120)로부터 일정거리 이격되게 위치시키는 이동부(140)를 포함한다. 또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체 제조장치(100)는 적층체(10)를 냉각시키는 에어 블로워(150) 및 라미네이션 장치(130)의 작동 정지 시, 상부 히터부(122) 및 하부 히터부(121)의 히팅 작동을 중지시키는 제어부(110)를 더 포함할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체 제조장치에서 적층체 이동 실린더를 예시적으로 나타낸 요부 사시도이다. 여기서, 도 3은 도 2에 도시된 A영역을 확대하여 나타내었다.
이하에서, 도 1 내지 도 4를 참조하여, 본 발명의 일 실시예인 전극 조립체 제조장치에 대해 보다 상세히 설명하기로 한다.
도 2 및 도 3을 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체 제조장치(100)는 교대로 적층된 전극(13) 및 분리막(14)의 적층체(10)를 라미네이션 하여 전극 조립체를 제조하는 장치이다.
전극 조립체(10)는 충방전이 가능한 발전소자로서, 전극(11) 및 분리막(14)이 교대로 적층되어 결집된 형태로 형성될 수 있다. 여기서, 전극(13)은 양극(12) 및 음극(11)으로 구성될 수 있다.
적층체(10)는 양극(12), 분리막(14), 및 음극(11)이 교대로 적층되어 형성될 수 있다. 또한, 적층체(10)는 일례로 분리막(14), 음극(11), 분리막(14) 및 양극(12)이 순차적으로 적층된 형태일 수 있다. 또한, 적층체(10)는 다른 예로 분리막(14), 음극(11), 분리막(14) 및 양극(12)이 순차적으로 적층된 형태에서 최외각 양면에 보호 필름(21,22)이 더 부착된 형태일 수 있다.
양극(12)은 양극 집전체(미도시) 및 양극 집전체에 도포된 양극 활물질(미도시)을 포함할 수 있다. 양극 집전체는 예를 들어 알루미늄 재질의 포일(Foil)로 이루어질 수 있고, 양극 활물질은 예를 들어 리튬망간산화물, 리튬코발트산화물, 리튬니켈산화물, 리튬인산철, 또는 이들 중 1종 이상이 포함된 화합물 및 혼합물 등으로 이루어질 수 있다.
음극(11)은 음극 집전체(미도시) 및 음극 집전체에 도포된 음극 활물질(미도시)을 포함할 수 있다. 음극 집전체는 예를 들어 구리(Cu) 또는 니켈(Ni) 재질로 이루어진 포일(foil)로 이루어질 수 있다. 음극 활물질은 예를 들어 인조흑연, 리튬금속, 리튬합금, 카본, 석유코크, 활성화 카본, 그래파이트, 실리콘 화합물, 주석 화합물, 티타늄 화합물 또는 이들의 합금으로 이루어질 수 있다. 이때, 음극 활물질은 예를 들어 비흑연계의 SiO(silica, 실리카) 또는 SiC(silicon carbide, 실리콘카바이드) 등이 더 포함되어 이루어질 수 있다.
분리막(14)은 절연 재질 및 연성이 있는 재질로 이루어질 수 있다. 이때, 분리막(14)은 예를 들어 미다공성을 가지는 폴리에칠렌, 폴리프로필렌 등 폴리올레핀계 수지막으로 형성될 수 있다.
한편, 적층체(10)는 전극(13) 및 분리막(14)의 적층 시, 적층 상,하면에 보호 필름(21,22)을 더 구비시켜 히터부(120) 및 라미네이션 장치(130)를 통과하며 전극(13) 및 분리막(14)이 손상되는 것을 방지할 수 있다. 그리고, 적층체(10)가 히터부(120) 및 라미네이션 장치(130)를 통과한 후 적층체(10)의 양면에 위치된 보호 필름(21,22)을 제거할 수 있다.
히터부(120)는 전극(13) 및 분리막(14)의 적층체(10)가 통과될 때, 적층체(10)를 가열할 수 있다.
또한, 히터부(120)는 상부 히터부(122) 및 하부 히터부(121)를 포함하며, 적층체(10)가 상부 히터부(122) 및 하부 히터부(121) 사이를 통과할 때 적층체(10)를 가열할 수 있다.
상부 히터부(122) 및 하부 히터부(121)는 각각 히터(Heater)가 내장되어 히터의 가열에 의하여 열을 발생시켜 적층체(10)로 열을 전달하여 가열할 수 있다.
아울러, 상부 히터부(122) 및 하부 히터부(121)는 일정 간격 상호 이격되어 적층체(10)가 이동되며 가열되는 히팅영역이 형성되고, 히팅영역에서 적층체(10)가 인입되는 입구부(123)가 형성되고, 적층체(10)가 인출되는 출구부(124)가 형성될 수 있다.
한편, 히터부(120)는 적층체(10)를 하부 히터부(121)의 상면을 따라 이동시키며 적층체(10)의 하부를 가열하고, 하부 히터부(121)로부터 상부방향으로 일정거리 이격된 상부 히터부(122)를 통해 적층체(10)의 상부를 가열할 수 있다.
라미네이션 장치(130)는 히터부(120) 사이를 통과하면서 가열된 적층체(10)를 라미네이션(lamination) 시킬 수 있다.
라미네이션 장치(130) 제1 롤러(131) 및 제2 롤러(132)를 포함하여, 제1 롤러(131) 및 제2 롤러(132) 사이로 적층체(10)를 통과시키며 가압하여, 가열된 적층체(10)를 상호 부착시킬 수 있다.
이동부(140)는 라미네이션 장치(130)의 작동 정지 시 히터부(120)로부터 적층체(10)에 전달되는 열이 감소 또는 차단되도록, 적층체(10)를 히터부(120)로부터 일정거리 이격되게 위치시킬 수 있다.
이동부(140)는 적층체(10)를 하부 히터부(121)로부터 이격되도록 상부로 이동시키는 적층체 이동 실린더(141)를 포함할 수 있다.
적층체 이동 실린더(141)는 예를 들어 공압식 실린더 또는 유압식 실린더(Cylinder)로 이루어질 수 있다.
적층체 이동 실린더(141)는 적층체(10)를 파지하는 파지부(141a) 및 파지부(141a)를 상,하 방향으로 직선 이동시키는 이동축(141b)을 포함할 수 있다.
적층체 이동 실린더(141)는 예를 들어 하부 히터부(121)로부터 5 ~ 30 mm 이격되도록 적층체(10)를 상부로 들어 올릴 수 있다. 여기서, 적층체 이동 실린더(141)는 구체적으로 예를 들어 하부 히터부(121)로부터 10 ~ 15 mm 이격되도록 적층체(10)를 상부로 들어 올릴 수 있다. 이에 따라, 적층체 이동 실린더(141)가 10mm 이상 적층체(10)를 하부 히터부(121)로 이격시켜 하부 히터부(121)의 열이 적층체(10)에 전달되는 것을 감소 또는 방지하고, 에어 블로워(150)를 통해 배출되는 에어가 하부 히터부(121) 및 적층체(10) 사이에 분사 또는 이동될 수 있는 공간을 확보함으로써 하부 히터부(121)의 열이 적층체(10)에 전달되는 것을 차단하고, 적층체(10)를 냉각시키기 용이할 수 있다. 한편, 적층체 이동 실린더(141)가 15mm 이하로 적층체(10)를 하부 히터부(121)로 이격시키면 분리막(14) 수축방지 및 전극(13)과 분리막(14)의 접착력 저하 방지 효과(장점)이 있을 수 있다.
적층체 이동 실린더(141)는 복수개로 구비되어 히터부(120)의 양측에 위치되어 적층체(10)의 양측부를 파지하여 들어올릴 수 있다.
에어 블로워(150)는 적층체(10)와 하부 히터부(121) 사이에 에어를 분사하여 적층체(10)를 냉각시킬 수 있다.
여기서, 에어 블로워(150)의 에어 분사 출구는 예를 들어 히터부(120)의 입구부(123)에 위치된 적층체(10) 부분의 하부를 향할 수 있다. 이때, 에어 블로워(150)는 입구부(123) 측에 위치될 수 있다.
또한, 에어 블로워(150)는 예를 들어 히터부(120)의 입구부(123)와 출구부(124)를 연결하는 가상의 수평선(H)을 기준으로 상방 0° ~ 90° 각도(α)로 에어(air)를 분사할 수 있다. 여기서, 에어 블로워(150)는 구체적으로 예를 들어 히터부(120)의 입구부(123)와 출구부(124)를 연결하는 가상의 수평선(H)을 기준으로 상방 60° ~ 80° 각도(α)로 에어(air)를 분사할 수 있다. 따라서, 상방 60° ~ 80° 범위로 에어(air)를 분사하여 분리막(14) 수축방지 및 전극(13)과 분리막(14)의 접착력 저하 방지 효과(장점)이 있을 수 있다.
한편, 에어 블로워(150)는 히터부(120)의 출구부(124)에 더 위치되어 적층체(10) 부분의 하부를 향할 수 있다. 이때, 출구부(124)에 위치되는 에어 블로워(150b)는 입구부(123)에 위치되는 에어 블로워(150a)와 대응되는 형태로 설치될 수 있다. 이때, 출구부(124)에 위치되는 에어 블로워(150b)는 예를 들어 히터부(120)의 입구부(123)와 출구부(124)를 연결하는 가상의 수평선(H)을 기준으로 상방 0° ~ 90° 각도(ß)로 에어(air)를 분사할 수 있다. 또한, 출구부(124)에 위치되는 에어 블로워(150b)는 구체적으로 예를 들어 히터부(120)의 입구부(123)와 출구부(124)를 연결하는 가상의 수평선(H)을 기준으로 상방 60° ~ 80° 각도(ß)로 에어(air)를 분사할 수 있다.
제어부(110)는 상부 히터부(122) 및 하부 히터부(121)의 히팅 작동을 제어하고, 라미네이션 장치(130)의 작동 정지 시 상부 히터부(122) 및 하부 히터부(121)의 히팅 작동을 중지시켜 적층체(10)로 열을 가하는 것을 중지시킬 수 있다. 이때, 제어부(110)는 라미네이션 장치(130)와 전기적으로 연결되어 라미네이션 장치(130)의 작동을 제어할 수 있다.
또한, 제어부(110)는 라미네이션 장치(130)의 작동 정지 후 재 작동 시 상부 히터부(122) 및 하부 히터부(121)의 히팅 작동을 다시 시작시킬 수 있다.
아울러, 제어부(110)는 적층체 이동 실린더(141) 및 에어 블로워(150)와 전기적으로 연결되어 적층체 이동 실린더(141) 및 에어 블로워(150)의 작동을 제어할 수 있다.
상기와 같이 구성된 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체 제조장치(100)는 전극(13) 및 분리막(14)의 적층체(10)를 히터부(120)를 통해 열을 가하며 라미네이션시킬 때, 라미네이션 장치(130)의 정지 시, 적층체(10)를 히터부(120)에서 이격된 거리에 위치되도록 이동시켜 적층체(10)가 히터부(120)에 의한 열에 계속적으로 노출되는 것을 방지하여 분리막(14)의 수축을 감소 또는 방지할 수 있다.
또한, 적층체(10)와 히터부(120) 사이에 에어를 분사하여 적층체(10)에 열이 가해지는 것을 차단함과 아울러 적층체(10)를 냉각시켜 분리막(14)의 수축을 방지할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체 제조장치 및 종래기술에 따른 전극 조립체 제조장치를 통해 제조된 전극 조립체에서 양극과 분리막 사이의 거리를 나타낸 그래프이다.
여기서, 도 4는 라미네이션 장치를 정지시킨 후 다시 작동시킨 후 전극 조립체의 구간별 양극 및 분리막 사이의 거리를 측정하여 그래프로 나타내었다.
이때, 도 4에 도시된 그래프에서 가로축인 X축은 전극 및 분리막의 적층체를 히터부 및 라미네이션 장치를 통과하며 제조되는 전극 조립체의 구간별 번호이고, 세로축인 Y축은 전극 조립체에서 양극과 분리막 사이의 거리(단위 mm)를 나타낸다.
그리고, 도 4에 도시된 그래프에서, 종래 기술에 따라 제조된 전극 조립체를 T1으로 나타내고, 본 발명의 일 실시에 따른 전극 조립체 제조 장치를 통해 제조된 전극 조립체를 T2 및 T3로 나타내었다. 여기서, T2는 에어 블로워를 히터부의 일측에 구비시켜 제조된 전극 조립체를 나타내고, T3는 에어 블로워를 히터부의 양측에 구비시켜 제조된 전극 조립체를 나타낸다.
도 4에 도시된 그래프에 나타난 바와 같이, 본 발명의 일 실시에 따른 전극 조립체 제조 장치를 통해 제조된 전극 조립체는(T2,T3)는 라미네이션 장치가 정지되었을 때 이동부를 통해 적층체를 들어 올린 후 하부 히터부와 적층체 사이로 에어 블로워를 통해 에어를 분사하여 하부 히터부와 적층체 사이에 열전달을 차단하고 적층체를 냉각시켜 분리막이 수축되지 않을 것을 알 수 있다. 하지만, 종래 기술에 따른 전극 조립체(T1)는 라미네이션 장치의 정지 시 적층체가 히터부의 열에 계속적으로 노출되어 가로축으로 11~22구간에서 분리막의 수축으로 인해 양극과 분리막 사이에 간격이 좁아진 것을 알 수 있다.
따라서, 도 4에 도시된 그래프에 나타난 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체 제조장치를 통해 제조된 전극 조립체는 라미네이션 장치의 정지 시, 적층체가 히터부에 의한 열에 계속적으로 노출되는 것을 차단하고 적층체를 냉각시켜 분리막의 수축을 방지하여 전극 조립체에 불량이 발생되는 것을 방지할 수 있음을 알 수 있다.
이하에서 본 발명의 다른 실시예에 따른 전극 조립체 제조장치를 설명하기로 한다.
도 5 및 도 6을 참고하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 전극 조립체 제조장치(200)는 적층체(10)를 가열하는 히터부(120)와, 적층체(10)를 라미네이션 시키는 라미네이션 장치(130)와, 라미네이션 장치(130)의 작동 정지 시 적층체(10)를 히터부(120)로부터 일정거리 이격되게 위치시키는 이동부(240)와, 적층체(10)를 냉각시키는 에어 블로워(150) 및 라미네이션 장치(130)의 작동 정지 시, 상부 히터부(122) 및 하부 히터부(121)의 히팅 작동을 중지시키는 제어부(210)를 포함할 수 있다.(도 3 참조)
본 발명의 다른 실시예에 따른 전극 조립체 제조장치(200)는 전술한 일 실시예에 따른 전극 조립체 제조장치와 비교할 때, 이동부(240)가 상부 히터부 이동 실린더(242) 및 하부 히터부 이동 실린더(243)를 더 포함하는 차이가 있다.
따라서, 본 실시예는 일 실시예와 중복되는 내용은 간략히 기술하고, 차이점을 중심으로 기술하도록 한다.
보다 상세히, 본 발명의 다른 실시예에 따른 전극 조립체 제조장치(200)에서 이동부(240)는 적층체 이동 실린더(241)와, 하부 히터부 이동 실린더(243), 및 상부 히터부 이동 실린더(242)를 포함할 수 있다.
적층체 이동 실린더(241)는 적층체를 하부 히터부(121)로부터 이격되도록 상부로 이동시킬 수 있다.
하부 히터부 이동 실린더(243)는 하부 히터부(121)를 상부 히터부(122) 및 적층체와 이격되도록 하부로 이동시킬 수 있다. 아울러, 하부 히터부 이동 실린더(243)는 복수개로 이루어져 하부 히터부(121)의 양측부 하부에 각각 위치될 수 있다.
상부 히터부 이동 실린더(242)는 상부 히터부(122)를 적층체와 이격되도록 상부로 이동시킬 수 있다. 또한, 상부 히터부 이동 실린더(242a,242b)는 복수개로 이루어져 상부 히터부(122)의 양측부 하부에 각각 위치될 수 있다.
한편, 적층체 이동 실린더(241)와, 하부 히터부(121) 이동 실린더(242) 및 상부 히터부 이동 실린더(242)는 예를 들어 공압식 실린더 또는 유압식 실린더로 이루어질 수 있다.
한편, 하부 히터부 이동 실린더(243) 및 상부 히터부 이동 실린더(242)는 지지체(270)에 지지될 수 있다. 이때, 지지체(270)는 예를 들어 지지 프레임일 수 있다.
제어부(210)는 상부 히터부(122) 및 하부 히터부(121)의 히팅 작동을 제어하고, 라미네이션 장치(130)의 작동 정지 시 상부 히터부(122) 및 하부 히터부(121)의 히팅 작동을 중지시킬 수 있다.
또한, 제어부(210)는 라미네이션 장치(130)의 작동 정지 후 재 작동 시 상부 히터부(122) 및 하부 히터부(121)의 히팅 작동을 다시 시작시킬 수 있다.
아울러, 제어부(210)는 적층체 이동 실린더(241), 하부 히터부(121) 이동 실린더(242), 상부 히터부 이동 실린더(242) 및 에어 블로워(150)와 전기적으로 연결되어 하부 히터부 이동 실린더(243), 상부 히터부 이동 실린더(242) 및 에어 블로워(150)의 작동을 제어할 수 있다.
상기와 같이 구성된 본 발명의 다른 실시예에 따른 전극 조립체 제조장치(200)는 전극(13) 및 분리막(14)의 적층체를 히터부(120)를 통해 열을 가하며 라미네이션시킬 때, 라미네이션 장치(130)의 정지 시, 히터부(120)를 이동시켜 적층체와 보다 이격되도록 함으로써 계속적으로 가열되며 분리막(14)이 수축되며 불량이 발생되는 것을 보다 효과적으로 방지할 수 있다.
이하에서 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체 제조방법을 설명하기로 한다.
도 1 및 도 2를 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체 제조방법은 적층체(10)를 히터부(120)로 통과시켜 열을 가하는 히팅공정과, 적층체(10)를 라미네이션하는 라미네이션 공정 및 라미네이션 장치(130)의 작동 정지 시 적층체(10)를 히터부(120)에서 일정거리 이격시키는 열전달 제한 공정을 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체 제조방법은 전술한 일 실시예에 따른 전극 조립체 제조장치를 통해 전극 조립체를 제조하는 방법이다. 따라서, 본 실시예는 전술한 실시예와 중복되는 내용은 간략히 기술하고, 차이점을 중심으로 기술하도록 한다.
보다 상세히, 도 2 및 도 3을 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체 제조방법에서 히팅공정은 전극(13) 및 분리막(14)의 적층체(10)를 히터부(120)로 통과시켜 열을 가할 수 있다.
또한, 히팅공정은 히터부(120)가 상부 히터부(122) 및 하부 히터부(121)를 포함하여 적층체(10)를 상부 히터부(122) 및 하부 히터부(121) 사이로 통과시키며 적층체(10)를 가열할 수 있다. 여기서, 상부 히터부(122) 및 하부 히터부(121)는 일정 간격 상호 이격되어 적층체(10)가 이동되며 가열되는 히팅영역이 형성되고, 히팅영역에서 적층체(10)가 인입되는 입구부(123)가 형성되고, 적층체(10)가 인출되는 출구부(124)가 형성될 수 있다.
아울러, 히팅공정은 적층체(10)를 하부 히터부(121)의 상면을 따라 이동시키며 적층체(10)의 하부를 가열하고, 하부 히터부(121)로부터 상부방향으로 일정거리 이격된 상부 히터부(122)를 통해 적층체(10)의 상부를 가열할 수 있다.
라미네이션 공정은 적층체(10)를 라미네이션 장치(130)로 통과시키며 라미네이션(lamination) 할 수 있다.
라미네이션 장치(130) 제1 롤러(131) 및 제2 롤러(132)를 포함하여, 제1 롤러(131) 및 제2 롤러(132) 사이로 적층체(10)를 통과시키며 가압하여, 가열된 적층체(10)를 상호 부착시킬 수 있다.
열전달 제한 공정은 라미네이션 장치(130)의 작동 정지 시, 히터부(120)로부터 적층체(10)에 전달되는 열이 감소 또는 차단되도록 적층체(10)를 이동부(140)를 통해 히터부(120)에서 일정거리 이격시킬 수 있다.
또한, 열전달 제한 공정은 적층체 이동공정, 냉각공정, 및 히팅제어공정을 포함할 수 있다.
적층체 이동공정은 라미네이션 장치(130)의 작동 정지 시, 적층체(10)를 하부 히터부(121)로부터 이격되도록 적층체 이동 실린더(141)를 통해 상부로 이동시킬 수 있다.
또한, 적층체 이동공정은 예를 들어 적층체(10)를 하부 히터부(121)로부터 5 ~ 30 mm 이격되도록 상부로 들어 올릴 수 있다. 여기서, 적층체 이동공정은 구체적으로 예를 들어 적층체(10)를 하부 히터부(121)로부터 10 ~ (15)mm 이격되도록 상부로 들어 올릴 수 있다.
아울러, 적층체 이동공정에서 적층체 이동 실린더(141)가 복수개로 이루어져 히터부(120)의 양측에 위치시키고, 히터부(120)의 양측에 위치되 복수개의 적층체 이동 실린더를 통해 적층체(10)의 양측부를 파지하여 들어올릴 수 있다.
냉각공정은 적층체 이동공정을 통해 하부 히터부(121)에서 이격되도록 이동된 적층체(10)와 하부 히터부(121) 사이에 에어 블로워(150)로 에어를 분사하여 적층체(10)를 냉각시킬 수 있다. 여기서, 에어 블로워(150)의 에어 분사 출구는 히터부(120)의 입구부(123)에 위치된 적층체(10) 부분의 하부를 향할 수 있다. 이때, 에어 블로워(150)는 예를 들어 히터부(120)의 입구부(123)와 출구부(124)를 연결하는 가상의 수평선을 기준으로 상방 0° ~ 90° 사이로 에어(air)를 분사할 수 있다. 그리고, 에어 블로워(150)는 구체적으로 예를 들어 히터부(120)의 입구부(123)와 출구부(124)를 연결하는 가상의 수평선을 기준으로 상방 60° ~ 80° 사이로 에어(air)를 분사할 수 있다.
히팅제어공정은 제어부(210)에서 상부 히터부(122) 및 하부 히터부(121)의 히팅 작동을 제어하고, 라미네이션 장치(130)의 작동 정지 시, 상부 히터부(122) 및 하부 히터부(121)의 히팅 작동을 중지시킬 수 있다. 이때, 히팅제어공정은 제어부(210)가 라미네이션 장치(130)와 전기적으로 연결되어 라미네이션 장치(130)의 작동을 제어할 수 있다.
또한, 히팅제어공정은 라미네이션 장치(130)의 작동 정지 후 재 작동 시, 제어부(210)에서 상부 히터부(122) 및 하부 히터부(121)의 히팅 작동을 다시 시작시킬 수 있다.
아울러, 히팅제어공정은 적층체 이동 실린더(141) 및 에어 블로워(150)와 제어부(210)가 전기적으로 연결되고, 제어부(210)에서 적층체 이동 실린더(141) 및 에어 블로워(150)의 작동을 제어하도록 할 수 있다.
상기와 같이 구성된 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체 제조방법은 전극(13) 및 분리막(14)의 적층체(10)를 히터부(120)를 통해 열을 가하며 라미네이션시킬 때, 라미네이션 장치(130)의 정지 시, 열전달 제한 공정을 통해 적층체(10)를 히터부(120)에서 이격된 거리에 위치되도록 이동시켜 적층체(10)가 히터부(120)에 의한 열에 계속적으로 노출되는 것을 방지하여 분리막(14)의 수축을 감소 또는 방지할 수 있다.
또한, 냉각공정을 통해 적층체(10)와 히터부(120) 사이에 에어를 분사하여 적층체(10)에 열이 가해지는 것을 차단함과 아울러 적층체(10)를 냉각시켜 분리막(14)의 수축을 방지할 수 있다.
이하에서 본 발명의 다른 실시예에 따른 전극 조립체 제조방법을 설명하기로 한다.
도 5 및 도 6을 참고하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 전극 조립체 제조방법은 적층체(10)를 히터부(120)로 통과시켜 열을 가하는 히팅공정과, 적층체(10)를 라미네이션하는 라미네이션 공정 및 라미네이션 장치(130)의 작동 정지 시 적층체(10)를 히터부(120)에서 일정거리 이격시키는 열전달 제한 공정을 포함한다.(도 3 참조)
본 발명의 다른 실시예에 따른 전극 조립체 제조방법은 전술한 일 실시예에 따른 전극 조립체 제조방법과 비교할 때, 열전달 제한 공정은 상부 히터부 이동공정 및 하부 히터부 이동공정을 더 포함하는 차이가 있다. 따라서, 본 실시예는 일 실시예와 중복되는 내용은 간략히 기술하고, 차이점을 중심으로 기술하도록 한다.
보다 상세히, 본 발명의 다른 실시예에 따른 전극 조립체 제조방법에서 열전달 제한 공정은 열전달 제한 공정은 적층체 이동공정, 냉각공정, 히팅제어공정, 하부 히터부 이동공정, 및 상부 히터부 이동공정을 포함할 수 있다.
적층체 이동공정은 라미네이션 장치(130)의 작동 정지 시, 적층체를 하부 히터부(121)로부터 이격되도록 상부로 이동시킬 수 있다.
냉각공정은 적층체 이동공정을 통해 하부 히터부(121)에서 이격되도록 이동된 적층체와 하부 히터부(121) 사이에 에어를 분사하여 적층체를 냉각시킬 수 있다.
히팅제어공정은 제어부(210)에서 상부 히터부(122) 및 하부 히터부(121)의 히팅 작동을 제어하고, 라미네이션 장치(130)의 작동 정지 시, 상부 히터부(122) 및 하부 히터부(121)의 히팅 작동을 중지시킬 수 있다. 이때, 히팅제어공정은 제어부(210)가 라미네이션 장치(130)와 전기적으로 연결되어 라미네이션 장치(130)의 작동을 제어할 수 있다.
또한, 히팅제어공정은 라미네이션 장치(130)의 작동 정지 후 재 작동 시, 제어부(210)에서 상부 히터부(122) 및 하부 히터부(121)의 히팅 작동을 다시 시작시킬 수 있다.
아울러, 히팅제어공정에서 제어부(210)는 적층체 이동 실린더(241), 하부 히터부 이동 실린더(243), 상부 히터부 이동 실린더(242) 및 에어 블로워(150)와 전기적으로 연결되어, 하부 히터부 이동 실린더(243), 상부 히터부 이동 실린더(242) 및 에어 블로워(150)의 작동을 제어할 수 있다.
하부 히터부 이동공정은 하부 히터부(121)를 적층체와 이격되도록 하부로 이동시킬 수 있다. 여기서, 하부 히터부 이동 실린더(243)는 복수개로 이루어져 하부 히터부(121)의 양측부 하부에 각각 위치될 수 있다.
상부 히터부 이동공정은 라미네이션 장치(130)의 작동 정지 시, 상부 히터부(122)를 적층체와 이격되도록 상부로 이동시킬 수 있다. 이때, 상부 히터부 이동 실린더(242)는 복수개로 이루어져 상부 히터부(122)의 양측부 하부에 각각 위치될 수 있다.
한편, 적층체 이동 실린더(241)와, 하부 히터부 이동 실린더(243) 및 상부 히터부 이동 실린더(242)는 예를 들어 공압식 실린더 또는 유압식 실린더로 이루어질 수 있다.
상기와 같이 구성된 본 발명의 다른 실시예에 따른 전극 조립체 제조방법은 전극 및 분리막(14)의 적층체를 히터부(120)를 통해 열을 가하며 라미네이션시킬 때, 라미네이션 장치(130)의 정지 시, 열전달 제한 공정에서 히터부(120)를 이동시켜 적층체와 보다 이격되도록 함으로써 계속적으로 가열되며 분리막(14)이 수축되며 불량이 발생되는 것을 보다 효과적으로 방지할 수 있다.
이상 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세히 설명하였으나, 이는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명에 따른 전극 조립체 제조장치 및 전극 조립체 제조방법은 이에 한정되지 않는다. 본 발명의 기술적 사상 내에서 당해 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 실시가 가능하다고 할 것이다.
또한, 발명의 구체적인 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의하여 명확해질 것이다.

Claims (15)

  1. 전극 및 분리막의 적층체가 통과될 때, 상기 적층체를 가열하는 히터부;
    상기 히터부 사이를 통과하면서 가열된 상기 적층체를 라미네이션(lamination) 시키는 라미네이션 장치; 및
    상기 라미네이션 장치의 작동 정지 시 상기 히터부로부터 상기 적층체에 전달되는 열이 감소 또는 차단되도록, 상기 적층체를 상기 히터부로부터 일정거리 이격되게 위치시키는 이동부를 포함하는 전극 조립체 제조장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 히터부는 상부 히터부 및 하부 히터부를 포함하며, 상기 적층체가 상기 상부 히터부 및 상기 하부 히터부 사이를 통과할 때 상기 적층체를 가열하고,
    상기 이동부는 상기 적층체를 상기 하부 히터부로부터 이격되도록 상부로 이동시키는 적층체 이동 실린더를 포함하는 전극 조립체 제조장치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 이동부는
    상기 하부 히터부를 상기 상부 히터부 및 상기 적층체와 이격되도록 하부로 이동시키는 하부 히터부 이동 실린더를 더 포함하는 전극 조립체 제조장치.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 이동부는
    상기 상부 히터부를 상기 적층체와 이격되도록 상부로 이동시키는 상부 히터부 이동 실린더를 더 포함하는 전극 조립체 제조장치.
  5. 청구항 2 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적층체와 상기 하부 히터부 사이에 에어를 분사하여 상기 적층체를 냉각시키는 에어 블로워를 더 포함하는 전극 조립체 제조장치.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 에어 블로워의 에어 분사 출구는 상기 히터부의 입구부에 위치된 상기 적층체 부분의 하부를 향하는 전극 조립체 제조장치.
  7. 청구항 2에 있어서,
    상기 라미네이션 장치의 작동 정지 시, 상기 상부 히터부 및 상기 하부 히터부의 히팅 작동을 중지시키는 제어부를 더 포함하는 전극 조립체 제조장치.
  8. 전극 및 분리막의 적층체를 히터부로 통과시켜 열을 가하는 히팅공정;
    상기 적층체를 라미네이션 장치로 통과시키며 라미네이션(lamination) 하는 라미네이션 공정; 및
    상기 라미네이션 장치의 작동 정지 시, 상기 히터부로부터 상기 적층체에 전달되는 열이 감소 또는 차단되도록 상기 적층체를 상기 히터부에서 일정거리 이격시키는 열전달 제한 공정;을 포함하는 전극 조립체 제조방법.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 히팅공정은 상기 히터부가 상부 히터부 및 하부 히터부를 포함하여 상기 적층체를 상기 상부 히터부 및 상기 하부 히터부 사이로 통과시키며 상기 적층체를 가열하고,
    상기 열전달 제한 공정은 상기 라미네이션 장치의 작동 정지 시, 상기 적층체를 상기 하부 히터부로부터 이격되도록 상부로 이동시키는 적층체 이동공정을 포함하는 전극 조립체 제조방법.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 열전달 제한 공정은
    상기 하부 히터부를 상기 적층체와 이격되도록 하부로 이동시키는 하부 히터부 이동공정을 더 포함하는 전극 조립체 제조방법.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 열전달 제한 공정은
    상기 라미네이션 장치의 작동 정지 시, 상기 상부 히터부를 상기 적층체와 이격되도록 상부로 이동시키는 상부 히터부 이동공정을 더 포함하는 전극 조립체 제조방법.
  12. 청구항 9 내지 청구항 11 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 열전달 제한 공정은
    상기 적층체 이동공정을 통해 상기 하부 히터부에서 이격되도록 이동된 상기 적층체와 상기 하부 히터부 사이에 에어를 분사하여 상기 적층체를 냉각시키는 냉각공정을 더 포함하는 전극 조립체 제조방법.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 적층체 이동공정은
    상기 적층체를 상기 하부 히터부로부터 10 ~ 15 mm 이격되도록 상부로 들어 올리는 전극 조립체 제조방법.
  14. 청구항 9에 있어서,
    상기 열전달 제한 공정은
    상기 라미네이션 장치의 작동 정지 시, 상기 상부 히터부 및 상기 하부 히터부의 히팅 작동을 중지시키는 히팅제어공정을 더 포함하는 전극 조립체 제조방법.
  15. 청구항 9에 있어서,
    상기 히팅공정은
    상기 적층체를 상기 하부 히터부의 상면을 따라 이동시키며 상기 적층체의 하부를 가열하고,
    상기 하부 히터부로부터 상부방향으로 일정거리 이격된 상기 상부 히터부를 통해 상기 적층체의 상부를 가열하는 전극 조립체 제조방법.
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