WO2022108349A1 - 전극 제조 장치 - Google Patents

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WO2022108349A1
WO2022108349A1 PCT/KR2021/016946 KR2021016946W WO2022108349A1 WO 2022108349 A1 WO2022108349 A1 WO 2022108349A1 KR 2021016946 W KR2021016946 W KR 2021016946W WO 2022108349 A1 WO2022108349 A1 WO 2022108349A1
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outer diameter
electrode
central portion
pressing roll
manufacturing apparatus
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PCT/KR2021/016946
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박금용
설정수
김환한
이정은
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주식회사 엘지에너지솔루션
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Publication date
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    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/04Processes of manufacture in general
    • H01M4/043Processes of manufacture in general involving compressing or compaction
    • H01M4/0435Rolling or calendering
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05CAPPARATUS FOR APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05C9/00Apparatus or plant for applying liquid or other fluent material to surfaces by means not covered by any preceding group, or in which the means of applying the liquid or other fluent material is not important
    • B05C9/08Apparatus or plant for applying liquid or other fluent material to surfaces by means not covered by any preceding group, or in which the means of applying the liquid or other fluent material is not important for applying liquid or other fluent material and performing an auxiliary operation
    • B05C9/12Apparatus or plant for applying liquid or other fluent material to surfaces by means not covered by any preceding group, or in which the means of applying the liquid or other fluent material is not important for applying liquid or other fluent material and performing an auxiliary operation the auxiliary operation being performed after the application
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
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    • B05C11/00Component parts, details or accessories not specifically provided for in groups B05C1/00 - B05C9/00
    • B05C11/02Apparatus for spreading or distributing liquids or other fluent materials already applied to a surface ; Controlling means therefor; Control of the thickness of a coating by spreading or distributing liquids or other fluent materials already applied to the coated surface
    • B05C11/023Apparatus for spreading or distributing liquids or other fluent materials already applied to a surface
    • B05C11/025Apparatus for spreading or distributing liquids or other fluent materials already applied to a surface with an essentially cylindrical body, e.g. roll or rod
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B21MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21BROLLING OF METAL
    • B21B2267/00Roll parameters
    • B21B2267/18Roll crown; roll profile
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries

Definitions

  • the present invention relates to an electrode manufacturing apparatus, and to an electrode manufacturing apparatus in which a uniform pressure is applied between a coated portion and an uncoated portion of an electrode to reduce elongation variation.
  • secondary batteries are of great interest not only as mobile devices such as mobile phones, digital cameras, notebooks, and wearable devices, but also as energy sources for power devices such as electric bicycles, electric vehicles, and hybrid electric vehicles.
  • the secondary battery may be formed by inserting an electrode assembly including a positive electrode, a negative electrode, and a separator into a case and then sealing the electrode assembly.
  • an electrode for a secondary battery such as a positive electrode or a negative electrode includes a coating portion and an uncoated portion on a current collector, the coating portion is formed with an active material layer coated with an active material slurry, and the uncoated portion is an uncoated portion on which the active material slurry is not coated applies to
  • the uncoated part includes an insulating coating part coated with an insulating material and a non-insulating coating part not coated with an insulating material.
  • the uncoated part there is a problem that folds or wrinkles may occur during the electrode manufacturing process, and thus an additional pressing process is required.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing a conventional electrode manufacturing apparatus.
  • FIG. 2 is a view showing the electrode manufacturing apparatus of FIG. 1 used for an uncoated portion of the electrode.
  • the conventional electrode manufacturing apparatus includes a pressing roll 10 , wherein the pressing roll 10 includes a central portion 11 , a first end 13 , and a second end 15 .
  • the outer surface of the center 11 is parallel to the horizontal plane, and the outer diameter r2 of the center 11 connected to the first end 13 and the center connected to the second end 15 .
  • the outer diameter r2 of (11) is the same.
  • the first end 130 of the conventional pressing roll 10 is between the insulating coating part 21 and the non-insulating coating part 25 formed on the uncoated part 20 of the electrode for secondary batteries. located adjacent to the boundary of Here, the conventional pressing roll 10 descends toward the uncoated portion 20 and applies pressure to the insulating coated portion 21 and the non-insulated coated portion 25 .
  • the thickness of the insulating coating portion 21 and the non-insulating coating portion 25, so that the first end 13 of the conventional pressing roll 10 is lifted unlike the second end 15. . That is, the distribution of the force applied to the uncoated portion 20 by the conventional pressing roll 10 may be non-uniform, and the elongation variation within the uncoated portion 20 may also be increased. Accordingly, unlike the prior art, it is necessary to develop the pressing roll 10 in which the elongation variation is reduced.
  • An object to be solved by the present invention is to provide an electrode manufacturing apparatus in which a uniform pressure is applied between a coated portion and an uncoated portion of an electrode, and the elongation deviation is reduced.
  • the electrode manufacturing apparatus includes a pressing roll for applying pressure to an uncoated portion of the electrode, wherein the pressing roll includes a central portion, a first end, and a second end, and the uncoated portion is insulated a coating and a non-insulating coating, wherein the first end is adjacent to a boundary between the insulating coating and the non-insulating coating, and the second end is located at a portion remote from the insulating coating; A first outer diameter of the central portion connected to the first end is greater than a second outer diameter of the central portion connected to the second end.
  • the first end and the second end may have the same width.
  • the outer diameter of each of the first end and the second end may decrease from the center toward the outside.
  • a taper angle of an outer surface of the first end may be greater than a taper angle of an outer surface of the second end.
  • An outer diameter of the second end remote from the central portion may be smaller than or the same as an outer diameter of the first end farther from the central portion.
  • the first outer diameter compared to the second outer diameter may be 1.0001 or more and 1.01 or less.
  • a difference between the first outer diameter and the second outer diameter may be 0.03 mm or more and 0.399 mm or less.
  • the outer surface of the central portion may extend from the first end to the second end, and a taper angle of the outer surface of the central portion may be 0.1 degrees or more and 0.759 degrees or less.
  • the central portion, the first end, and the second end may be integrated.
  • the pressing roll may transfer a sawtooth shape to the uncoated portion.
  • An outer surface of at least one of the central portion, the first end, and the second end may be formed in a sawtooth shape.
  • the electrode for a secondary battery according to another embodiment of the present invention may be manufactured by the above-described electrode manufacturing apparatus.
  • the present invention provides an electrode manufacturing apparatus having different outer diameters of the central portion connected to both ends of the pressing roll, so that a uniform pressure is applied between the coated portion and the uncoated portion of the electrode, so that the elongation deviation is reduced can be
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing a conventional electrode manufacturing apparatus.
  • FIG. 2 is a view showing the electrode manufacturing apparatus of FIG. 1 used for an uncoated portion of the electrode.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating an electrode manufacturing apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a view showing the electrode manufacturing apparatus of FIG. 3 used for the uncoated portion of the electrode.
  • 5 to 7 are diagrams showing experimental data for an electrode manufactured by the electrode manufacturing apparatus of FIG. 3 .
  • planar it means when the target part is viewed from above, and "in cross-section” means when viewed from the side when a cross-section of the target part is vertically cut.
  • an electrode manufacturing apparatus according to an embodiment of the present invention will be described.
  • the description will be made based on one end of the electrode for a secondary battery, but the description is not necessarily limited thereto, and the same or similar content may be described at the other end.
  • the electrode will be described with reference to the upper surface of the upper and lower surfaces of the current collector, but the present invention is not limited thereto, and the same or similar contents may be described in the case of the lower surface.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating an electrode manufacturing apparatus according to an embodiment of the present invention. 4 is a view showing the electrode manufacturing apparatus of FIG. 3 used for the uncoated portion of the electrode.
  • the electrode manufacturing apparatus includes a pressing roll 100 for applying pressure to the uncoated portion 200 of the electrode, and the pressing roll 100 is a central portion 110, a first end 130 , and a second end 150 .
  • the uncoated part 200 includes an insulating coating part 210 and a non-insulating coating part 250
  • the first end 130 is formed between the insulating coating part 210 and the non-insulating coating part 250 .
  • Adjacent to the boundary, the second end 150 may be located at a portion remote from the insulating coating 210 .
  • the pressing roll 100 may have a central portion 110 , a first end 130 , and a second end 150 integrated therein.
  • the first end 130 and the second end 150 may be processed through an additional process based on the central portion 110 .
  • the center 110, the first end 130, and the second end 150 are manufactured separately, respectively, the center 110, the first end 130, and the second end according to an additional process.
  • the two ends 150 may be coupled to each other.
  • the present invention is not limited thereto, and the pressing roll 100 may be manufactured in various ways.
  • the outer surface of at least one of the central portion 110, the first end 130, and the second end 150 of the pressing roll 100 is formed in a sawtooth shape, so that the pressing roll 100 is an uncoated portion ( As the pressure is applied to the 200), the pressing roll 100 may transfer the sawtooth shape to the uncoated portion 200 . Accordingly, the pressing roll 100 may increase the elongation of the uncoated portion 200 , or reduce wrinkles of the uncoated portion 200 , and suppress the occurrence of folds.
  • the shape formed on the outer surface of the pressing roll 100 is not limited thereto, and the outer surface of the pressing roll 100 may be formed in a shape.
  • the first outer diameter r2 of the central portion 110 connected to the first end 130 and the second outer diameter r3 of the central portion 110 connected to the second end 150 may be different from each other. have. More preferably, the first outer diameter r2 of the central portion 110 connected to the first end 130 may be larger than the second outer diameter r3 of the central portion 110 connected to the second end 150 .
  • the first outer diameter r2 compared to the second outer diameter r3 may be 1.0001 or more and 1.01 or less. More specifically, in the central portion 110 of the pressing roll 100 , the first outer diameter r2 compared to the second outer diameter r3 may be 1.0015 or more and 1.0097 or less. For example, in the central portion 110 of the pressing roll 100 , the first outer diameter r2 compared to the second outer diameter r3 may be 1.0025 or more and 1.0087 or less.
  • the pressing roll 100 when the first outer diameter r2 compared to the second outer diameter r3 satisfies the above-mentioned range, the pressing roll 100 is conventionally Compared to that, a larger load may be applied to the first end 130 with respect to the central portion 110 . Accordingly, even if the pressing roll 100 descends toward the uncoated portion 200 and pressure is applied, it is adjacent to the boundary between the insulating coated portion 210 and the non-insulated coated portion 250 of the uncoated portion 200 . A phenomenon in which the first end 110 is lifted may be suppressed. In addition, the elongation deviation of the insulating coating portion 210 and the non-insulating coating portion 250 in the uncoated portion 200 may also be reduced, and the swell level may also be reduced by the uniform elongation.
  • the pressing roll 100 is based on the center 110 As a result, the load on the side of the first end 130 is not sufficiently or excessively applied, and there is a problem that the elongation deviation of the insulating coating part 210 and the non-insulating coating part 250 is still generated in the uncoated part 200 .
  • the difference between the first outer diameter r2 and the second outer diameter r3 may be 0.03 mm or more and 0.399 mm or less. More specifically, the difference between the first outer diameter r2 and the second outer diameter r3 may be 0.04 mm or more and 0.39 mm or less. For example, the difference between the first outer diameter r2 and the second outer diameter r3 may be 0.05 mm or more and 0.35 mm or less.
  • the pressing roll 100 when the difference between the first outer diameter r2 and the second outer diameter r3 satisfies the above-described range, the pressing roll 100 is Compared to the related art, a larger load may be applied to the first end 130 with respect to the central portion 110 . Accordingly, the pressing roll 100 may suppress the phenomenon that the first end 110 is lifted. In addition, the elongation deviation within the uncoated portion 200 may also be reduced, and the swell level may also be reduced by the uniform elongation.
  • the pressing roll 100 when the difference between the first outer diameter (r2) and the second outer diameter (r3) is less than 0.03mm or more than 0.399mm, the pressing roll 100 is the center ( Based on 110), the load on the side of the first end 130 is not sufficiently or excessively applied, so that the elongation deviation of the insulating coating part 210 and the non-insulating coating part 250 in the uncoated part 200 is still generated. there is a problem.
  • the outer surface of the central portion 110 extends from the first end 130 to the second end 150 , the outer surface of the central portion 110 .
  • the taper angle may be 0.1 degrees or more and 0.759 degrees or less. More specifically, in the central part 110 of the pressing roll 100, the taper angle of the outer surface may be 0.14 degrees or more and 0.73 degrees or less. For example, in the central part 110 of the pressing roll 100, the taper angle of the outer surface may be 0.19 degrees or more and 0.70 degrees or less.
  • the pressing roll 100 when the taper angle of the outer surface of the central part 110 satisfies the above-mentioned range, the pressing roll 100 is compared with the conventional central part 110 ), a greater load may be applied to the first end 130 side. Accordingly, the pressing roll 100 may suppress the phenomenon that the first end 110 is lifted. In addition, the elongation variation within the uncoated portion 200 may also be reduced, and the swell level may also be reduced by the uniform elongation.
  • the central part 110 of the pressing roll 100 when the taper angle of the outer surface of the central part 110 is less than 0.1 degrees or more than 0.759 degrees, the pressing roll 100 is the central part 110 ), the load is not sufficiently applied or excessively applied to the side of the first end 130 based on, so that the elongation deviation of the insulating coating part 210 and the non-insulating coating part 250 in the uncoated part 200 is still generated.
  • the width r4 of the first end 130 and the width r4 of the second end 150 may be different or the same. More preferably, the width r4 of the first end 130 and the width r4 of the second end 150 may be the same.
  • each of the first end 130 and the second end 150 may decrease from the central portion 110 toward the outside.
  • the taper angle of the outer surface of the first end 130 may be greater than the taper angle of the outer surface of the second end 150 .
  • the outer diameter of the first end 130 far from the center 110 and the outer diameter of the second end 150 far away from the center 110 may be different or the same. More preferably, the outer diameter of the second end 150 farther from the central portion 110 may be smaller than or the same as the outer diameter of the first end 130 farther from the central portion 110 .
  • the pressing roll 100 is uniformly stretched without generating a step difference on the boundary between the insulating coating part 210 and the non-insulating coating part 250 of the uncoated part 200 . .
  • the electrode for a secondary battery according to another embodiment of the present invention may be manufactured by the above-described electrode manufacturing apparatus.
  • the electrode for a secondary battery manufactured by the electrode manufacturing apparatus described above may be applied to various secondary batteries.
  • These secondary batteries include a cylindrical battery in which the electrode assembly is built into a cylindrical metal can, a prismatic battery in which the electrode assembly is built in a square metal can, and a pouch-type battery in which the electrode assembly is built in a pouch-type case of an aluminum laminate sheet.
  • the present invention is not limited thereto and can be applied to various secondary batteries in which an electrode for secondary batteries can be used, which also falls within the scope of the present invention.
  • Example 1 the first outer diameter (r2) of the central portion 110 connected to the first end 130 is 40.025 mm, and the second outer diameter of the central portion 110 connected to the second end 150 is A pressing roll having (r3) of 40 mm was manufactured, and at this time, the taper angle of the outer surface of the central part 110 was 0.04 degrees.
  • Example 2 the first outer diameter (r2) of the central portion 110 connected to the first end 130 in Embodiment 1 is 40.05 mm, and the taper angle of the outer surface of the central portion 110 is 0.1 degrees except that The same as in Example 1.
  • Example 3 the first outer diameter (r2) of the central part 110 connected to the first end 130 in Embodiment 1 is 40.2 mm, and the taper angle of the outer surface of the central part 110 is 0.38 degrees, except that The same as in Example 1.
  • Example 4 the first outer diameter r2 of the central portion 110 connected to the first end 130 in Embodiment 1 is 40.3 mm, and the taper angle of the outer surface of the central portion 110 is 0.57 degrees, except that The same as in Example 1.
  • Example 5 the first outer diameter (r2) of the central portion 110 connected to the first end 130 in Embodiment 1 is 40.4 mm, except that the taper angle of the outer surface of the central portion 110 is 0.76 degrees Same as Example 1.
  • Comparative Example is Example 1, except that the first outer diameter r2 of the central portion 110 connected to the first end 130 in Example 1 is 40 mm, and the taper angle of the outer surface of the central portion 110 is 0 degrees. same as
  • the length of the prepared electrode was prepared in a range of 1.2 m to 1.25 m, and a camber measurement specimen was prepared by sampling with a width of 20 mm based on the interface between the coated and uncoated portions of the electrode.
  • the coating part of the electrode means an active material layer.
  • One end of the prepared camber measurement specimen was fixed using an electrode fixing clamp, and the degree of camber of the other end of the specimen was measured after contacting and running a roller on the specimen, and the results are shown in FIG. 5 .
  • the length of the prepared electrode was prepared to be 1.2 m to 1.25 m, and the uncoated part of the electrode was cut along the interface between the coated part and the uncoated part of the electrode to prepare a reverse camber measurement specimen.
  • One end of the prepared reverse camber measurement specimen was fixed using an electrode clamping clamp, and after contacting and running a roller on the specimen, the reverse camber degree of the other end of the specimen was measured, and the results are shown in FIG. 6 .
  • the length of the prepared electrode was prepared in a range of 0.2 m to 0.25 m, and a foil lifting specimen was prepared.
  • a 20 cm ruler was placed on the coated portion of the electrode along the interface between the coated and uncoated portions of the electrode, and the degree of lifting of the foil from the bottom was measured while pressing the electrode, and the results are shown in FIG. indicated.
  • the overall reverse camber level gradually decreases as the offset between the first outer diameter and the second outer diameter increases. Accordingly, in the case of Examples 1 to 3, it is possible to prevent the uncoated portion 200 from being folded in the rolling/slitting process, and it is possible to reduce the degree of defects occurring in the notching process.
  • Example 3 it can be seen that all of the camber, reverse camber, and foil lifting levels are the lowest, the elongation amount and the elongation rate deviation are also the most excellent, and it can be confirmed that the defect prevention effect in the process is also excellent.
  • Example 5 when the difference between the first outer diameter and the second outer diameter is excessively large, the camber and the foil lifting level have smaller values compared to the comparative example, but the reverse camber has a negative value. It can be seen that the pressing phenomenon of the insulating coating part 210 of 200 is severe.

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 전극 제조 장치는 전극의 미코팅부에 압력을 가하는 프레싱롤을 포함하고, 상기 프레싱롤은 중심부, 제1 단부 및 제2 단부를 포함하고, 상기 미코팅부는 절연 코팅부와 비절연 코팅부를 포함하고, 상기 제1 단부는 상기 절연 코팅부와 상기 비절연 코팅부 사이의 경계에 인접하고, 상기 제2 단부는 상기 절연 코팅부에서 멀리 떨어진 부분에 위치하고, 상기 제1 단부와 연결된 상기 중심부의 제1 외경은 상기 제2 단부와 연결된 상기 중심부의 제2 외경보다 크다.

Description

전극 제조 장치
관련 출원(들)과의 상호 인용
본 출원은 2020년 11월 18일자 한국 특허 출원 제10-2020-0154719호에 기초한 우선권의 이익을 주장하며, 해당 한국 특허 출원의 문헌에 개시된 모든 내용은 본 명세서의 일부로서 포함된다.
본 발명은 전극 제조 장치에 관한 것으로, 전극의 코팅부와 미코팅부 사이에 균일한 압력이 가해져, 연신률 편차가 감소되는 전극 제조 장치에 관한 것이다.
모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서 이차 전지의 수요가 급격히 증가하고 있다. 특히, 이차 전지는 휴대폰, 디지털 카메라, 노트북, 웨어러블 디바이스 등의 모바일 기기뿐만 아니라, 전기 자전거, 전기 자동차, 하이브리드 전기 자동차 등의 동력 장치에 대한 에너지원으로도 많은 관심을 가지고 있다.
이차 전지는 양극, 음극 및 분리막으로 이루어진 전극 조립체를 케이스에 삽입한 후 밀봉되어 형성될 수 있다. 여기서, 양극 또는 음극과 같은 이차 전지용 전극은 집전체 상에서 코팅부와 미코팅부를 포함하고, 상기 코팅부는 활물질 슬러리가 코팅된 활물질층이 형성되어 있고, 상기 미코팅부는 활물질 슬러리가 코팅되지 않는 무지부에 해당된다. 여기서, 상기 미코팅부는 절연 물질이 코팅된 절연 코팅부와 절연 물질이 코팅되지 않은 비절연 코팅부를 포함한다. 특히, 상기 미코팅부의 경우, 전극 제조 공정 상에서 접힘 혹은 주름 등이 발생될 수 있는 문제가 있어, 추가적인 프레싱 공정이 요구된다.
도 1은 종래의 전극 제조 장치를 나타내는 단면도이다. 도 2는 전극의 미코팅부에 사용되는 도 1의 전극 제조 장치를 나타내는 도면이다.
도 1을 참조하면, 종래의 전극 제조 장치는 프레싱롤(10)을 포함하되, 프레싱롤(10)은 중심부(11), 제1 단부(13), 및 제2 단부(15)를 포함한다. 여기서, 전극 제조 장치(10)는 중심부(11)의 외면이 수평면을 기준으로 평행하고, 제1 단부(13)와 연결된 중심부(11)의 외경(r2)과 제2 단부(15)와 연결된 중심부(11)의 외경(r2)이 동일하다.
도 2를 참조하면, 종래의 프레싱롤(10)의 제1 단부(130)는 이차 전지용 전극의 미코팅부(20)에 형성되어 있는 절연 코팅부(21)와 비절연 코팅부(25) 사이의 경계에 인접하게 위치한다. 여기서, 종래의 프레싱롤(10)은 미코팅부(20)를 향해 하강하며, 절연 코팅부(21) 및 비절연 코팅부(25)에 압력을 가하게 된다.
그러나, 절연 코팅부(21)와 비절연 코팅부(25)의 두께 차이가 있어, 종래의 프레싱롤(10)의 제1 단부(13)가 제2 단부(15)와 달리 들림 현상이 발생된다. 즉, 종래의 프레싱롤(10)이 미코팅부(20)에 가하는 힘의 분포는 불균일하게 형성될 수 있고, 미코팅부(20) 내의 연신률 편차 또한 증가될 수 있다. 이에 따라, 종래와 달리, 연신률 편차가 감소되는 프레싱롤(10)을 개발할 필요가 있다.
본 발명의 해결하고자 하는 과제는, 전극의 코팅부와 미코팅부 사이에 균일한 압력이 가해져, 연신률 편차가 감소되는 전극 제조 장치를 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제가 상술한 과제로 제한되는 것은 아니며, 언급되지 아니한 과제들은 본 명세서 및 첨부된 도면으로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전극 제조 장치는, 전극의 미코팅부에 압력을 가하는 프레싱롤을 포함하고, 상기 프레싱롤은 중심부, 제1 단부 및 제2 단부를 포함하고, 상기 미코팅부는 절연 코팅부와 비절연 코팅부를 포함하고, 상기 제1 단부는 상기 절연 코팅부와 상기 비절연 코팅부 사이의 경계에 인접하고, 상기 제2 단부는 상기 절연 코팅부에서 멀리 떨어진 부분에 위치하고, 상기 제1 단부와 연결된 상기 중심부의 제1 외경은 상기 제2 단부와 연결된 상기 중심부의 제2 외경보다 크다.
상기 제1 단부 및 상기 제2 단부는 동일한 폭을 가질 수 있다.
상기 제1 단부 및 상기 제2 단부는 각각 상기 중심부에서 외부를 향할수록 외경이 작아질 수 있다.
상기 제1 단부의 외면의 테이퍼 각도가 상기 제2 단부의 외면의 테이퍼 각도보다 클 수 있다.
상기 중심부로부터 멀리 떨어진 상기 제1 단부의 외경에 비해 상기 중심부로부터 멀리 떨어진 상기 제2 단부의 외경이 작거나 동일할 수 있다.
상기 제2 외경 대비 상기 제1 외경은 1.0001 이상 내지 1.01 이하일 수 있다.
상기 제1 외경과 상기 제2 외경의 차이는 0.03mm 이상 내지 0.399mm 이하일 수 있다.
상기 중심부의 외면은 상기 제1 단부에서 상기 제2 단부로 연장되되, 상기 중심부의 외면의 테이퍼 각도는 0.1도 이상 내지 0.759도 이하일 수 있다.
상기 중심부, 상기 제1 단부, 및 상기 제2 단부는 일체화되어 있을 수 있다.
상기 프레싱롤은 상기 미코팅부에 톱니 형상을 전사시킬 수 있다.
상기 중심부, 상기 제1 단부, 및 상기 제2 단부 중 적어도 하나의 외면이 톱니 형상으로 형성되어 있을 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따른 이차 전지용 전극은 상술한 전극 제조 장치로 제조될 수 있다.
실시예들에 따르면, 본 발명은 프레싱롤의 양 단부와 연결된 중심부의 각 외경이 서로 상이한 전극 제조 장치를 제공하여, 전극의 코팅부와 미코팅부 사이에 균일한 압력이 가해져, 연신률 편차가 감소될 수 있다.
본 발명의 효과가 상술한 효과들로 제한되는 것은 아니며, 언급되지 아니한 효과들은 본 명세서 및 첨부된 도면으로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확히 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 종래의 전극 제조 장치를 나타내는 단면도이다.
도 2는 전극의 미코팅부에 사용되는 도 1의 전극 제조 장치를 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 제조 장치를 나타내는 단면도이다.
도 4는 전극의 미코팅부에 사용되는 도 3의 전극 제조 장치를 나타내는 도면이다.
도 5 내지 도 7은 도 3의 전극 제조 장치로 제조된 전극에 대한 실험 데이터를 나타내는 도면이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 여러 실시예들에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예들에 한정되지 않는다.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.
또한, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다. 도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 그리고 도면에서, 설명의 편의를 위해, 일부 층 및 영역의 두께를 과장되게 나타내었다.
또한, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 “포함”한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
또한, 명세서 전체에서, "평면상"이라 할 때, 이는 대상 부분을 위에서 보았을 때를 의미하며, "단면상"이라 할 때, 이는 대상 부분을 수직으로 자른 단면을 옆에서 보았을 때를 의미한다.
이하에서는, 본 발명의 실시예에 따른 전극 제조 장치에 대해 설명하고자 한다. 다만, 여기서 이차 전지용 전극의 일단부를 기준으로 설명될 것이나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니고 타단부에도 동일하거나 유사한 내용으로 설명될 수 있다. 또한, 여기서 전극은 집전체의 상하면 중 상면을 기준으로 설명될 것이나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니고 하면인 경우에도 동일하거나 유사한 내용으로 설명될 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 제조 장치를 나타내는 단면도이다. 도 4는 전극의 미코팅부에 사용되는 도 3의 전극 제조 장치를 나타내는 도면이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 본 실시예에 다른 전극 제조 장치는 전극의 미코팅부(200)에 압력을 가하는 프레싱롤(100)을 포함하고, 프레싱롤(100)은 중심부(110), 제1 단부(130), 및 제2 단부(150)를 포함한다. 여기서, 미코팅부(200)는 절연 코팅부(210)와 비절연 코팅부(250)를 포함하고, 제1 단부(130)는 절연 코팅부(210)와 비절연 코팅부(250) 사이의 경계에 인접하고, 제2 단부(150)는 절연 코팅부(210)에서 멀리 떨어진 부분에 위치할 수 있다.
프레싱롤(100)은 중심부(110), 제1 단부(130), 및 제2 단부(150)가 일체화되어 있을 수 있다. 일 예로, 프레싱롤(100)은 중심부(110)를 기준으로 추가 공정을 통해 제1 단부(130) 및 제2 단부(150)가 가공될 수 있다. 또는 프레싱롤(100)은 중심부(110), 제1 단부(130), 및 제2 단부(150)가 각각 별도로 제조되되, 추가 공정에 따라 중심부(110), 제1 단부(130), 및 제2 단부(150)가 서로 결합될 수 있다. 다만, 이에 제한되지 아니하고, 다양한 방법으로 프레싱롤(100)이 제조될 수 있다.
또한, 프레싱롤(100)의 중심부(110), 제1 단부(130), 및 제2 단부(150) 중적어도 하나의 외면이 톱니 형상으로 형성되어 있어, 프레싱롤(100)이 미코팅부(200)에 대해 압력을 가함에 따라, 프레싱롤(100)은 미코팅부(200)에 톱니 형상을 전사시킬 수 있다. 이에 따라, 프레싱롤(100)은 미코팅부(200)의 연신률을 증가시키거나, 미코팅부(200)의 주름이 완화되고, 접힘 발생 또한 억제될 수 있다. 다만, 프레싱롤(100)의 외면에 형성된 형상은 이에 제한되지 아니하고, 프레싱롤(100)의 외면은 형상으로 형성되어 있을 수 있다.
프레싱롤(100)은 제1 단부(130)와 연결된 중심부(110)의 제1 외경(r2)과 제2 단부(150)와 연결된 중심부(110)의 제2 외경(r3)는 서로 상이할 수 있다. 보다 바람직하게는, 제1 단부(130)와 연결된 중심부(110)의 제1 외경(r2)이 제2 단부(150)와 연결된 중심부(110)의 제2 외경(r3)보다 클 수 있다.
또한, 프레싱롤(100)의 중심부(110)에서, 제2 외경(r3) 대비 제1 외경(r2)은 1.0001 이상 내지 1.01 이하일 수 있다. 보다 구체적으로, 프레싱롤(100)의 중심부(110)에서, 제2 외경(r3) 대비 제1 외경(r2)은 1.0015 이상 내지 1.0097 이하일 수 있다. 일 예로, 프레싱롤(100)의 중심부(110)에서, 제2 외경(r3) 대비 제1 외경(r2)은 1.0025 이상 내지 1.0087 이하일 수 있다.
이에 따라, 본 실시예에 따른 프레싱롤(100)의 중심부(110)에서, 제2 외경(r3) 대비 제1 외경(r2)이 상술한 범위를 만족하는 경우, 프레싱롤(100)은 종래에 비해 중심부(110)를 기준으로 제1 단부(130) 쪽에 하중이 더 크게 실릴 수 있다. 이에 따라, 프레싱롤(100)은 미코팅부(200)를 향해 하강하여 압력을 가하더라도, 미코팅부(200)의 절연 코팅부(210)와 비절연 코팅부(250) 사이의 경계에 인접한 제1 단부(110)가 들리는 현상이 억제될 수 있다. 또한, 미코팅부(200) 내에 절연 코팅부(210) 및 비절연 코팅부(250)의 연신률 편차 또한 감소될 수 있고, 균일한 연신률에 의해 너울 수준 또한 감소될 수 있다.
이와 달리, 제2 외경(r3) 대비 제1 외경(r2)이 1.0001 미만이거나 1.0097 초과인 경우에는, 프레싱롤(100)의 중심부(110)에서, 프레싱롤(100)은 중심부(110)를 기준으로 제1 단부(130) 쪽에 하중이 충분히 실리지 않거나 지나치게 실리게 되어, 미코팅부(200) 내에 절연 코팅부(210) 및 비절연 코팅부(250)의 연신률 편차가 여전히 발생되는 문제가 있다.
또한, 프레싱롤(100)의 중심부(110)에서, 제1 외경(r2)와 제2 외경(r3)의 차이는 0.03mm 이상 내지 0.399mm 이하일 수 있다. 보다 구체적으로, 제1 외경(r2)와 제2 외경(r3)의 차이는 0.04mm 이상 내지 0.39mm 이하일 수 있다. 일 예로, 제1 외경(r2)와 제2 외경(r3)의 차이는 0.05mm 이상 내지 0.35mm 이하일 수 있다.
이에 따라, 본 실시예에 따른 프레싱롤(100)의 중심부(110)에서, 제1 외경(r2)와 제2 외경(r3)의 차이가 상술한 범위를 만족하는 경우, 프레싱롤(100)은 종래에 비해 중심부(110)를 기준으로 제1 단부(130) 쪽에 하중이 더 크게 실릴 수 있다. 이에 따라, 프레싱롤(100)은 제1 단부(110)가 들리는 현상이 억제될 수 있다. 또한, 미코팅부(200) 내에 연신률 편차 또한 감소될 수 있고, 균일한 연신률에 의해 너울 수준 또한 감소될 수 있다.
이와 달리, 프레싱롤(100)의 중심부(110)에서, 제1 외경(r2)와 제2 외경(r3)의 차이가 0.03mm 미만이거나 0.399mm 초과인 경우에는, 프레싱롤(100)은 중심부(110)를 기준으로 제1 단부(130) 쪽에 하중이 충분히 실리지 않거나 지나치게 실리게 되어, 미코팅부(200) 내에 절연 코팅부(210) 및 비절연 코팅부(250)의 연신률 편차가 여전히 발생되는 문제가 있다.
또한, 본 실시예에 따른 프레싱롤(100)의 중심부(110)에서, 중심부(110)의 외면은 제1 단부(130)에서 제2 단부(150)로 연장되되, 중심부(110)의 외면의 테이퍼 각도는 0.1도 이상 내지 0.759도 이하일 수 있다. 보다 구체적으로, 프레싱롤(100)의 중심부(110)에서, 외면의 테이퍼 각도는 0.14도 이상 내지 0.73도 이하일 수 있다. 일 예로, 프레싱롤(100)의 중심부(110)에서, 외면의 테이퍼 각도는 0.19도 이상 내지 0.70도 이하일 수 있다.
이에 따라, 본 실시예에 따른 프레싱롤(100)의 중심부(110)에서, 중심부(110)의 외면의 테이퍼 각도가 상술한 범위를 만족하는 경우, 프레싱롤(100)은 종래에 비해 중심부(110)를 기준으로 제1 단부(130) 쪽에 하중이 더 크게 실릴 수 있다. 이에 따라, 프레싱롤(100)은 제1 단부(110)가 들리는 현상이 억제될 수 있다. 또한, 미코팅부(200) 내에 연신률 편차 또한 감소될 수 있고, 균일한 연신률에 의해 너울 수준 또한 감소될 수 있다.
이와 달리, 본 실시예에 따른 프레싱롤(100)의 중심부(110)에서, 중심부(110)의 외면의 테이퍼 각도가 0.1도 미만이거나 0.759도 초과인 경우에는, 프레싱롤(100)은 중심부(110)를 기준으로 제1 단부(130) 쪽에 하중이 충분히 실리지 않거나 지나치게 실리게 되어, 미코팅부(200) 내에 절연 코팅부(210) 및 비절연 코팅부(250)의 연신률 편차가 여전히 발생되는 문제가 있다.
또한, 프레싱롤(100)에서, 제1 단부(130)의 폭(r4)와 제2 단부(150)의 폭(r4)는 상이하거나 동일할 수 있다. 보다 바람직하게는, 제1 단부(130)의 폭(r4)와 제2 단부(150)의 폭(r4)는 동일할 수 있다.
또한, 제1 단부(130) 및 제2 단부(150)는 각각 중심부(110)에서 외부를 향할수록 외경이 작아질 수 있다. 여기서, 제1 단부(130)의 외면의 테이퍼 각도가 제2 단부(150)의 외면의 테이퍼 각도보다 클 수 있다.
또한, 중심부(110)로부터 멀리 떨어진 제1 단부(130)의 외경과 중심부(110)로부터 멀리 떨어진 제2 단부(150)의 외경은 상이하거나 동일할 수 있다. 보다 바람직하게는, 중심부(110)로부터 멀리 떨어진 제1 단부(130)의 외경에 비해 중심부(110)로부터 멀리 떨어진 제2 단부(150)의 외경이 작거나 동일할 수 있다.
이에 따라, 프레싱롤(100)은, 미코팅부(200)의 절연 코팅부(210)와 비절연 코팅부(250) 사이의 경계에 대해 단차가 발생되지 않으면서, 균일하게 연신되는 이점이 있다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따른 이차 전지용 전극은 상술한 전극 제조 장치로 제조될 수 있다. 앞서 설명한 전극 제조장치로 제조된 이차 전지용 전극은 다양한 이차 전지에 적용될 수 있다. 이러한 이차 전지에는 전극 조립체가 원통형 금속 캔에 내장되어 있는 원통형 전지, 전극 조립체가 각형의 금속 캔에 내장되어 있는 각형 전지 및 전극 조립체가 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치형 케이스에 내장되어 있는 파우치형 전지에 적용될 수 있으나, 본 발명은 이에 제한되지 않고 이차 전지용 전극이 사용될 수 있는 다양한 이차 전지에 적용 가능하며, 이 또한 본 발명의 권리 범위에 속한다.
이하에서는, 실시예를 통해 본 발명의 내용을 설명하지만, 하기 실시예는 본 발명을 예시적으로 설명하기 위한 것이며, 본 발명의 권리 범위가 이에 한정되는 것은 아니다.
표 1을 참조하면, 실시예 1은 제1 단부(130)와 연결된 중심부(110)의 제1 외경(r2)이 40.025mm이고, 제2 단부(150)와 연결된 중심부(110)의 제2 외경(r3)이 40mm인 프레싱롤이 제조되었고, 이때 중심부(110)의 외면의 테이퍼 각도는 0.04도 이다.
실시예 2는, 실시예 1에서 제1 단부(130)와 연결된 중심부(110)의 제1 외경(r2)이 40.05mm이고, 중심부(110)의 외면의 테이퍼 각도가 0.1도인 점을 제외하고는 실시예 1과 동일하다.
실시예 3은, 실시예 1에서 제1 단부(130)와 연결된 중심부(110)의 제1 외경(r2)이 40.2mm이고, 중심부(110)의 외면의 테이퍼 각도가 0.38도인 점을 제외하고는 실시예 1과 동일하다.
실시예 4는, 실시예 1에서 제1 단부(130)와 연결된 중심부(110)의 제1 외경(r2)이 40.3mm이고, 중심부(110)의 외면의 테이퍼 각도가 0.57도인 점을 제외하고는 실시예 1과 동일하다.
실시예 5는, 실시예 1에서 제1 단부(130)와 연결된 중심부(110)의 제1 외경(r2)이 40.4mm이고, 중심부(110)의 외면의 테이퍼 각도가 0.76도인 점을 제외하고는 실시예 1과 동일하다.
비교예는 실시예 1에서 제1 단부(130)와 연결된 중심부(110)의 제1 외경(r2)이 40mm이고, 중심부(110)의 외면의 테이퍼 각도가 0도인 점을 제외하고는 실시예 1과 동일하다.
제1 외경(mm) 제2 외경(mm) Offset(mm) 테이퍼 각도(°)
비교예 40 40 0 0
실시예 1 40.02 40 0.025 0.04
실시예 2 40.05 40 0.05 0.1
실시예 3 40.2 40 0.2 0.38
실시예 4 40.3 40 0.3 0.57
실시예 5 40.4 40 0.4 0.76
<실험예>
동일하게 제조된 전극의 미코팅부에 대해, 실시예 1 내지 3, 실시예 5 및 비교예에서 제조된 프레싱롤을 이용하여 프레싱 공정을 수행하고, 프레싱 공정이 수행된 각각의 전극에 대한 캠버, 역캠버, 및 호일(foil) 들림을 각각 측정하였다.
여기서, 제조된 전극의 길이를 1.2m 내지 1.25m으로 준비하고, 전극의 코팅부와 미코팅부의 경계면을 기준으로 20mm의 폭으로 샘플링하여 캠버 측정 시편을 준비하였다. 여기서 전극의 코팅부는 활물질층을 의미한다. 준비된 캠버 측정 시편의 일단부를 전극 고정 클램프를 이용하여 고정시키고, 상기 시편 상으로 롤러를 접촉 및 주행 시킨 후 상기 시편의 타단부의 캠버 정도를 측정하였고, 그 결과는 도 5에 나타내었다.
또한, 제조된 전극의 길이를 1.2m 내지 1.25m으로 준비하고, 전극의 코팅부와 미코팅부의 경계면을 따라 전극의 미코팅부를 절단하여, 역캠버 측정 시편을 준비하였다. 준비된 역캠버 측정 시편의 일단부를 전극 고정 클램프를 이용하여 고정시키고, 상기 시편 상으로 롤러를 접촉 및 주행 시킨 후 상기 시편의 타단부의 역캠버 정도를 측정하였고, 그 결과는 도 6에 나타내었다.
또한, 제조된 전극의 길이를 0.2m 내지 0.25m으로 준비하여, 호일 들림 시편을 준비하였다. 준비된 호일 들림 시편에서, 전극의 코팅부와 미코팅부의 경계면을 따라 전극의 코팅부에 20cm의 자를 위치시킨 후, 전극을 누른 상태에서 바닥면으로부터 호일 들림 정도를 측정하였고, 그 결과는 도 7에 나타내었다.
도 5 및 도 7을 참조하면, 비교예와 달리, 실시예 1 내지 실시예 3은 제1 외경과 제2 외경의 차이(offset)이 커질수록, 전반적으로 캠버 및 호일(foil) 들림 수준이 점차적으로 감소하는 것을 확인할 수 있다. 이에 따라, 실시예 1 내지 실시예 3과 같이 제1 외경과 제2 외경이 차이를 가지는 경우, 미코팅부(200)의 연신량이 우수하면서도, 전극 너울 및 연신률 편차 또한 감소하는 것을 확인할 수 있다.
또한, 도 6을 참조하면, 비교예와 달리, 실시예 1 내지 실시예 3은 제1 외경과 제2 외경의 차이(offset)이 커질수록 전반적으로 역캠버 수준이 점차적으로 감소하는 것을 확인할 수 있다. 이에 따라, 실시예 1 내지 실시예 3의 경우 압연/슬리팅 공정 내에서 미코팅부(200)가 접히는 것을 방지할 수 있고, 노칭 공정 내에서 발생되는 불량 정도도 감소시킬 수 있다.
특히, 실시예 3의 경우 캠버, 역캠버, 및 호일 들림 수준이 모두 가장 낮은 것을 확인할 수 있고, 연신량 및 연신률 편차 또한 가장 우수하며, 공정 내 불량 방지 효과도 우수한 것을 확인할 수 있다.
다만, 실시예 5와 같이, 제1 외경과 제2 외경의 차이가 지나치게 큰 경우에는 캠버 및 호일 들림 수준이 비교예에 비해 작은 값을 가지지만 역캠버가 마이너스 값을 가지는 점에서, 미코팅부(200)의 절연 코팅부(210) 쪽의 눌림 현상이 심하게 나타나는 것을 확인할 수 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 상세하게 설명하였으나, 본 발명의 권리 범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리 범위에 속하는 것이다.
[부호의 설명]
100: 프레싱롤
110: 중심부
130: 제1 단부
150: 제2 단부
200: 미코팅부
210: 절연 코팅부
250: 비절연 코팅부

Claims (12)

  1. 전극의 미코팅부에 압력을 가하는 프레싱롤을 포함하고,
    상기 프레싱롤은 중심부, 제1 단부 및 제2 단부를 포함하고,
    상기 미코팅부는 절연 코팅부와 비절연 코팅부를 포함하고,
    상기 제1 단부는 상기 절연 코팅부와 상기 비절연 코팅부 사이의 경계에 인접하고,
    상기 제2 단부는 상기 절연 코팅부에서 멀리 떨어진 부분에 위치하고,
    상기 제1 단부와 연결된 상기 중심부의 제1 외경은 상기 제2 단부와 연결된 상기 중심부의 제2 외경보다 큰 전극 제조 장치.
  2. 제1항에서,
    상기 제1 단부 및 상기 제2 단부는 동일한 폭을 가지는 전극 제조 장치.
  3. 제2항에서,
    상기 제1 단부 및 상기 제2 단부는 각각 상기 중심부에서 외부를 향할수록 외경이 작아지는 전극 제조 장치.
  4. 제3항에서,
    상기 제1 단부의 외면의 테이퍼 각도가 상기 제2 단부의 외면의 테이퍼 각도보다 큰 전극 제조 장치.
  5. 제3항에서,
    상기 중심부로부터 멀리 떨어진 상기 제1 단부의 외경에 비해 상기 중심부로부터 멀리 떨어진 상기 제2 단부의 외경이 작거나 동일한 전극 제조 장치.
  6. 제1항에서,
    상기 제2 외경 대비 상기 제1 외경은 1.0001 이상 내지 1.01 이하인 전극 제조 장치.
  7. 제1항에서,
    상기 제1 외경과 상기 제2 외경의 차이는 0.03mm 이상 내지 0.399mm 이하인 전극 제조 장치.
  8. 제1항에서,
    상기 중심부의 외면은 상기 제1 단부에서 상기 제2 단부로 연장되되, 상기 중심부의 외면의 테이퍼 각도는 0.1도 이상 내지 0.759도 이하인 전극 제조 장치.
  9. 제1항에서,
    상기 중심부, 상기 제1 단부, 및 상기 제2 단부는 일체화되어 있는 전극 제조 장치.
  10. 제1항에서,
    상기 프레싱롤은 상기 미코팅부에 톱니 형상을 전사시키는 전극 제조 장치.
  11. 제10항에서,
    상기 중심부, 상기 제1 단부, 및 상기 제2 단부 중 적어도 하나의 외면이 톱니 형상으로 형성되어 있는 전극 제조 장치.
  12. 제1항에 따른 전극 제조 장치로 제조된 이차 전지용 전극.
PCT/KR2021/016946 2020-11-18 2021-11-18 전극 제조 장치 WO2022108349A1 (ko)

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