WO2022235011A1 - 이차전지용 복합 고체전해질 분리막 제조장치 - Google Patents

이차전지용 복합 고체전해질 분리막 제조장치 Download PDF

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roller
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solid electrolyte
heating
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하영균
임두현
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주식회사 에너지11
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Definitions

  • the present invention relates to an apparatus for manufacturing a composite solid electrolyte separator for a secondary battery, and more particularly, a composite solid electrolyte separator formed by uniformly distributing a composite solid electrolyte on an inorganic sheet as a separator disposed between the positive and negative electrodes of a secondary battery. It relates to an apparatus for manufacturing a composite solid electrolyte separator for a secondary battery that can be effectively manufactured.
  • the lithium secondary battery is composed of a positive electrode, an electrolyte and a negative electrode.
  • Commercially available lithium secondary batteries have a structure in which a polymer separator with a thickness of 15 to 25 ⁇ m is added in a liquid electrolyte composed of an organic solvent and lithium salt. Electrons also move from the cathode to the anode, and vice versa during charging.
  • the driving force of such Li + ion migration is generated by chemical stability according to the potential difference between the two electrodes.
  • the capacity (Ah) of a battery is determined by the amount of Li + ions moving from the negative electrode to the positive electrode and from the positive electrode to the negative electrode. Since the movement of Li + ions is made through the electrolyte, it is known that the conductivity of Li + ions in the electrolyte affects the charge/discharge rate of the battery.
  • the all-solid-state battery replaces the liquid electrolyte with a solid electrolyte among the above battery components. Compared with liquid electrolyte, there is no risk of battery explosion or fire, the manufacturing process is simplified, and high energy density It is in the spotlight as a next-generation secondary battery in terms of its potential.
  • the all-solid-state secondary battery uses a solid electrolyte, safety, etc. is higher than that of a liquid electrolyte, but there is a problem in that the ion conductivity decreases because the ion conduction path is small due to a decrease in interfacial contact with the electrode.
  • sodium metal oxide is used as a positive electrode active material
  • a sodium secondary battery is being developed in which a metal, a sodium metal alloy, crystalline or amorphous carbon, or a carbon composite is used as the negative electrode active material.
  • This sodium secondary battery is charged and discharged while repeating the process of intercalation and deintercalation of sodium ions from the sodium metal oxide of the positive electrode into the graphite electrode of the negative electrode.
  • the separator is a core component of the secondary battery, and NASICON is mainly used to safely use the secondary battery by preventing the risk of fire.
  • Nasicon is a type of ceramic and exhibits high ionic conductivity, but high surface resistance and cracking occur, so a composite solid electrolyte mixed with a polymer is used.
  • the composite solid electrolyte has a low tensile strength, so its utility is not high, and although a nonwoven fabric is used to make a support and coated the composite solid electrolyte, there is a problem that deformation occurs even at low temperatures.
  • the present applicant is researching a composite solid electrolyte separator using inorganic fibers, which has improved usability by increasing lifespan and heat resistance, and a secondary battery using the same.
  • the conventional device for manufacturing a separator for an all-solid-state secondary battery does not have dedicated equipment, and it is common to use a modified device used for a separator using an existing liquid electrolyte, so it is impossible to provide an optimal manufacturing environment, so stable productivity can be secured. There are no limitations.
  • the conventional apparatus for manufacturing a separator for an all-solid-state secondary battery has a problem in that it is difficult to uniformly distribute the composite solid electrolyte on the surface of the separator or to manufacture it with an appropriate thickness and density, so that sufficient quality cannot be guaranteed.
  • the conventional separator manufacturing apparatus for secondary batteries takes a lot of time to produce because the movement path of the main sheet is too long, and because the device is complicated and there are many failure points, productivity is low due to an increase in downtime due to maintenance and maintenance.
  • productivity is low due to an increase in downtime due to maintenance and maintenance.
  • the present invention has been proposed in view of the above, and it is an apparatus for manufacturing a composite solid electrolyte separator for a secondary battery that can effectively manufacture a composite solid electrolyte separator while evenly distributing the composite solid electrolyte to an inorganic sheet with an even thickness and density through a flow operation Its purpose is to provide
  • an apparatus for manufacturing a composite solid electrolyte separator for a secondary battery comprising: a lower sheet supply unit for supplying a lower sheet; an electrolyte supply unit for supplying a composite solid electrolyte to the surface of the lower sheet supplied from the lower sheet supply unit; an electrolyte treatment unit for evenly distributing the composite solid electrolyte supplied to the surface of the lower sheet; an inorganic sheet supply unit for supplying an inorganic sheet to the upper surface of the composite solid electrolyte via the electrolyte treatment unit; an inorganic sheet laminating unit for laminating the inorganic sheet supplied from the inorganic sheet supply unit to face the lower sheet; and a separation membrane winding unit in which the separation membrane formed while passing through the inorganic sheet lamination unit is wound.
  • the electrolyte treatment unit may be configured to include a heating press unit that pressurizes while heating the composite solid electrolyte.
  • the lower sheet supply unit includes a lower sheet unwinder for supplying the lower sheet
  • the electrolyte supply unit includes a dispenser that supplies a composite solid electrolyte to the surface of the lower sheet drawn out from the lower sheet unwinder.
  • the heating pressurizing unit and the inorganic sheet lamination unit include a heating roller for pressing while applying heat through a rotational operation
  • the inorganic sheet supply unit includes an inorganic sheet unwinder for drawing the wound inorganic sheet and
  • the separation membrane winding unit may be configured to include a; separation membrane winder in which the separation membrane formed while passing through the inorganic sheet lamination unit is wound.
  • the composite solid electrolyte separator manufacturing apparatus for a secondary battery is a composite solid electrolyte separator manufacturing apparatus for a secondary battery, comprising: a lower sheet supply unit for supplying a lower sheet; an electrolyte supply unit for supplying a composite solid electrolyte to the surface of the lower sheet supplied from the lower sheet supply unit; an electrolyte treatment unit for evenly distributing the composite solid electrolyte supplied to the surface of the lower sheet; an inorganic sheet supply unit for supplying an inorganic sheet to the upper surface of the composite solid electrolyte via the electrolyte treatment unit; an inorganic sheet laminating unit for laminating the inorganic sheet supplied from the inorganic sheet supply unit to face the lower sheet; and a separator winding part on which the separator formed while passing through the inorganic sheet lamination part is wound, wherein the electrolyte processing part includes: an upper sheet supply part supplying an upper sheet to the upper surface of the composite solid electrolyte; an upper
  • the lower sheet supply unit includes a lower sheet unwinder for supplying the lower sheet
  • the electrolyte supply unit includes a dispenser that supplies a composite solid electrolyte to the surface of the lower sheet drawn out from the lower sheet unwinder.
  • the upper sheet supply unit includes an upper sheet unwinder for supplying the upper sheet to the upper surface of the lower sheet through the dispenser, and the upper sheet bonding unit applies heat while applying heat to the lower sheet and the upper sheet includes a heating pressurizing part for pressing so as to be superimposed on each other
  • the upper sheet separating part includes an upper sheet tree winder in which the upper sheet passing through the upper sheet lamination part is separated and wound
  • the inorganic sheet supply part supplies the inorganic sheet Including an inorganic sheet unwinder, wherein the inorganic sheet laminating unit includes a heating pressing unit for laminating the inorganic sheet drawn out from the inorganic sheet unwinder on the upper surface of the lower sheet, and the separator winding unit is via the inorganic sheet
  • the lower sheet unwinder may include an unwinder roller on which the lower sheet is wound, an unwinder roller support for supporting both ends of the unwinder roller, and a roller cylinder for moving the unwinder roller. .
  • the separation membrane winder includes a separation membrane roller on which the separation membrane is wound, a separation membrane roller support part for supporting both ends of the separation membrane roller, a roller cylinder for moving the separation membrane roller, a drawing operation of the lower sheet and a winding operation of the separation membrane to perform the separation membrane It may be configured to include a separator roller driving unit for rotating the roller.
  • the upper sheet unwinder may include an unwinder roller on which the upper sheet is wound, an unwinder roller support for supporting both ends of the unwinder roller, and a roller cylinder for moving the unwinder roller. .
  • the upper sheet tree winder includes a rewinder roller on which the upper sheet is wound, a rewinder roller support part for supporting both ends of the rewinder roller, a roller cylinder for moving the rewinder roller, and to perform a drawing operation of the upper sheet and a winding operation of the upper sheet. It may be configured to include a rewinder roller driving unit for rotating the rewinder roller.
  • the upper sheet lamination unit a pair of roller installation frames that are installed to be spaced apart on both sides of the main frame; a first heating driving roller and a second heating driving roller installed on the roller installation frame; a first heating driven roller and a second heating driven roller installed to face the first heating driving roller and the second heating driving roller; a heating roller driving unit for rotating the first heating driving roller and the second heating driving roller; and a heating roller elevating unit for adjusting the separation distance between the first heating driving roller and the first heating driven roller and the separation distance between the second heating driving roller and the second heating driven roller; .
  • the heating roller lifting unit, the first heating driven roller and the second heating driven roller roller shafts are rotatably connected so that the bearing is built-in and a lifting block disposed inside the roller installation frame; an elevating cylinder installed on the roller installation frame and having a rod connected to the elevating block; and a slide unit installed on a side wall facing the lifting block and the roller installation frame.
  • the inorganic sheet unwinder may include an unwinder roller on which the inorganic sheet is wound, an unwinder roller support for supporting both ends of the unwinder roller, and a roller cylinder for moving the unwinder roller. .
  • the inorganic sheet lamination part is a first lamination heating roller and a second lamination heating roller disposed to face each other so that the lower sheet and the inorganic sheet are introduced while laminating, and a lamination heating roller supporting part for supporting both ends of the first and second lamination heating rollers , and may be configured to include a lamination roller adjusting unit for adjusting the separation distance between the first and second lamination heating rollers.
  • the composite solid electrolyte separator manufacturing apparatus for a secondary battery includes a cutting unit for cutting the excess portion of the inorganic sheet laminated to the lower sheet, a cutting sheet winding unit on which the excess portion of the inorganic sheet is wound, and the cutting It is characterized in that it includes a surplus sheet processing unit provided with a cutting sheet pulling driving unit for rotating the sheet winding unit.
  • the cutting sheet take-up portion may include a take-up wheel on which the excess portion is wound, and a wheel shaft coupled to the center of the take-up wheel.
  • the cutting sheet pulling driving part is formed with a tension bar through which the excess part passes and a winding part frame on which the wheel shaft is rotatably installed, a driven pulley installed on the wheel shaft, a belt having one end connected to the driven pulley, the other end of the belt
  • the connected drive pulley may be configured to include a wheel rotation motor in which the drive pulley is installed on the output shaft.
  • a composite solid electrolyte separator having a lifespan and heat resistance similar to that of an all-solid separator is uniformly distributed on an inorganic sheet through an automated flow process to achieve an even thickness and density. It can be manufactured effectively while forming, and through this, stable quality and productivity can be secured, and manufacturing costs and maintenance costs can be reduced.
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram for explaining the technical idea of an apparatus for manufacturing a composite solid electrolyte separator for a secondary battery according to a first embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is an overall external view for explaining an apparatus for manufacturing a composite solid electrolyte separator for a secondary battery according to a first embodiment of the present invention
  • FIG. 3A and 3B are perspective views showing the main components of an apparatus for manufacturing a composite solid electrolyte separator for a secondary battery according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 3A is a state in which the lower cover is coupled, and FIG. state is indicated.
  • FIG. 4 is a front view showing the main components of an apparatus for manufacturing a composite solid electrolyte separator for a secondary battery according to a first embodiment of the present invention
  • FIG. 5 is a perspective view showing a lower sheet unwinder of an apparatus for manufacturing a composite solid electrolyte separator for a secondary battery according to a first embodiment of the present invention
  • FIG. 6 is a perspective view showing an upper sheet lamination part of an apparatus for manufacturing a composite solid electrolyte separator for a secondary battery according to a first embodiment of the present invention
  • FIG. 7 is a perspective view showing the upper sheet tree winder of the apparatus for manufacturing a composite solid electrolyte separator for a secondary battery according to the first embodiment of the present invention
  • FIG. 8 is a perspective view showing an inorganic sheet laminating unit and an surplus sheet processing unit of the apparatus for manufacturing a composite solid electrolyte separator for a secondary battery according to the first embodiment of the present invention
  • FIG. 9 is an enlarged perspective view showing an inorganic sheet lamination part of the apparatus for manufacturing a composite solid electrolyte separator for a secondary battery according to the first embodiment of the present invention.
  • 10A is a perspective view showing an excess sheet processing unit of the apparatus for manufacturing a composite solid electrolyte separator for a secondary battery according to a first embodiment of the present invention
  • Fig. 10B is an enlarged view of part A of Fig. 10A;
  • FIG. 11 is a schematic configuration diagram for explaining the technical idea of an apparatus for manufacturing a composite solid electrolyte separator for a secondary battery according to a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram for explaining the technical idea of an apparatus for manufacturing a composite solid electrolyte separator for a secondary battery according to a first embodiment of the present invention.
  • the apparatus for manufacturing a composite solid electrolyte separator for a secondary battery according to the first embodiment of the present invention is an apparatus for manufacturing a composite solid electrolyte separator in which the composite solid electrolyte is evenly distributed to an appropriate thickness on the surface of the separator.
  • a lower sheet supply unit (2), an electrolyte supply unit (3), an electrolyte treatment unit (4), an inorganic sheet supply unit (5), an inorganic sheet lamination unit (6), and a separator winding unit (7) are provided.
  • the lower sheet supply unit 2 is a component for supplying the lower sheet (a), and there is no particular limitation in the form or structure as long as the lower sheet (c) can be smoothly supplied. It may be configured to include a lower sheet unwinder (2a) to supply (unwind).
  • the electrolyte supply unit 3 is a component that supplies the composite solid electrolyte (b) to the surface of the lower sheet (a) supplied from the lower sheet supply unit 2, and there is no particular limitation in shape or structure as long as the electrolyte can be easily supplied. , it may be configured to include a dispenser (3a) for supplying the composite solid electrolyte to the surface of the lower sheet drawn out from the lower sheet unwinder (2a).
  • the electrolyte treatment unit 4 is a component that evenly distributes the composite solid electrolyte (b) supplied to the surface of the lower sheet (a), and an upper sheet supply unit (41) that supplies the upper sheet (c) to the upper surface of the composite solid electrolyte.
  • an upper sheet lamination part 42 for laminating the upper sheet c supplied from the upper sheet supply unit 41 to face the lower sheet a, and an upper sheet c) via the upper sheet lamination unit 42 It may be configured to include an upper sheet separating part 43 to separate the.
  • the inorganic sheet supply unit 5 is a component that supplies the inorganic sheet d to the upper surface of the composite solid electrolyte via the electrolyte treatment unit 4, and there is no particular limitation as long as the inorganic sheet can be easily supplied. It may be configured to include an inorganic sheet unwinder (5a).
  • the inorganic sheet laminating unit 6 is a component for laminating the inorganic sheet (d) supplied from the inorganic sheet supply unit (5) to face the lower sheet (a). Although there is no particular limitation, it may be configured to include a heating pressing unit (not shown) for laminating the inorganic sheet drawn out from the inorganic sheet unwinder 5a on the upper surface of the lower sheet.
  • the separation membrane winding unit 7 is a component for winding and storing the separation membrane s formed while passing through the inorganic sheet lamination unit 6, and there is no particular limitation if the separation membrane s can be easily wound and stored.
  • the separator formed while passing through the sheet lamination unit 6 may be configured to include a separator winder 7a in which the separator is wound (rewind).
  • the upper sheet supply unit 41 may include an upper sheet unwinder 41a that supplies the upper sheet c to the upper surface of the lower sheet a via the dispenser 3a.
  • the upper sheet lamination part 42 may include a heating pressing part (not shown) that presses the lower sheet (a) and the upper sheet (c) to be superimposed on each other while applying heat.
  • the upper sheet separation unit 43 may be configured to include an upper sheet tree winder 43a in which the upper sheet c passed through the upper sheet bonding unit 42 is separated and wound.
  • the above-mentioned lower sheet (a) is a sheet in the form of a film attached to the lower side of the composite solid electrolyte (b) in the form of adhesion, and is made of a thermoplastic resin, a thermosetting resin, or the like. And the lower sheet (a) performs the function of a protective release paper that is separated and removed in the process of manufacturing a secondary battery using the separator (s) manufactured by the present invention.
  • the upper sheet (c) is a sheet in the form of a film attached to the upper side of the composite solid electrolyte in the form of adhesion, and is usually composed of a sheet called Teflon.
  • the upper sheet (c) functions to form a composite solid electrolyte layer of uniform density while evenly spreading the composite solid electrolyte (b) in the manufacturing process of the separator according to the present invention, and in the upper sheet unwinder (41a) After being drawn out and used, if it is wound in a roll form on the upper sheet unwinder 43a, it can be moved and installed to the upper sheet unwinder 41a to be reused.
  • the inorganic sheet (d) can be applied to various thin film inorganic fiber sheets proposed to be applied to the composite solid electrolyte, but in this embodiment is composed of a glass fiber sheet.
  • the composite solid electrolyte (b) refers to an electrolyte prepared in a state that is neither solid nor liquid by mixing the powder and electrolyte applied to the separator (s).
  • PEO polyethylene oxide
  • a mixture of electrolyte is applied.
  • FIGS. 3A and 3B are a composite solid electrolyte separator for a secondary battery according to the first embodiment of the present invention. It is a perspective view showing the main components of the device, in which Fig. 3a shows a state in which the lower cover is coupled, and Fig. 3b shows a state in which the lower cover is removed.
  • 4 is a front view showing main components of an apparatus for manufacturing a composite solid electrolyte separator for a secondary battery according to a first embodiment of the present invention
  • FIG. 5 is an apparatus for manufacturing a composite solid electrolyte separator for a secondary battery according to the first embodiment of the present invention. It is a perspective view showing the lower sheet unwinder.
  • the apparatus M for manufacturing a composite solid electrolyte separator for a secondary battery according to a first embodiment of the present invention includes the above-described lower sheet unwinder 2a and the dispenser 3a on the main frame 1 .
  • upper sheet unwinder (41a), upper sheet lamination part 42, upper sheet tree winder (43a), inorganic sheet unwinder (5a), inorganic sheet laminating unit (6), and separator membrane winder (7a) is composed of
  • the main frame 1 is manufactured as a frame of a substantially rectangular parallelepiped shape by a profile 11 or a section steel, and a lower cover 12 is installed on its outer surface.
  • the main frame 1 has a clean room 15 installed so as to surround its periphery where the above-mentioned main components can be stored cleanly and safely.
  • the clean room 15 is a well-known configuration, a detailed description thereof will be omitted.
  • the non-explained reference numeral F in FIG. 2 is an apparatus for manufacturing a composite solid electrolyte for a secondary battery, and the composite solid electrolyte manufactured here is supplied to the dispenser 3a.
  • the lower sheet unwinder 2a is a component for supplying the lower sheet b as shown in FIGS. 2 to 5, and includes an unwinder roller 21, an unwinder roller ( 21)
  • the winder base plate 24 on which the unwinder roller support part 22 supporting both ends, the roller cylinder 23 for moving the unwinder roller 21, and the unwinder roller support part 22 are installed is provided.
  • the unwinder roller 21 is installed on a roller shaft 211 connected to the unwinder roller support part 22, and a roller shaft 211 into which the lower sheet roll wound in the form of a lower sheet (a) is inserted.
  • a roll seating part 212 and the like are provided.
  • the unwinder roller support part 22 includes a roller support plate 221, a shaft support member 222 installed on the roller support plate 221 so that the roller shaft 211 is installed, and a connecting link connected to the shaft support member 222 ( 223), etc. are provided.
  • the roller cylinder 23 is composed of a hydraulic cylinder in which the rod is connected to the connection link 223.
  • the shaft support member 222 connected to the connection link 223 is removed. It is possible to improve the convenience of work because it can be moved to widen the distance so that it can be easily attached and detached.
  • the dispenser 3a is a component that supplies the composite solid electrolyte (b) to the surface of the lower sheet (a) drawn out from the lower sheet unwinder (2a) as shown in FIGS. 1 and 4, and the composite solid electrolyte
  • a plurality of electrolyte discharge nozzles 32 arranged are provided.
  • the upper sheet unwinder 41a is a component for supplying the upper sheet c, and is arranged to supply the upper sheet c to the upper surface of the lower sheet a via the dispenser 3a.
  • the upper sheet unwinder 41a is an unwinder roller 411 on which the upper sheet c is wound, and an unwinder roller support part for supporting both ends of the unwinder roller 411 as shown in FIG. 412, a roller cylinder (not shown) for moving the unwinder roller 411 is provided.
  • a roller cylinder (not shown) for moving the unwinder roller 411 is provided.
  • FIG. 6 is a perspective view showing an upper sheet lamination part of an apparatus for manufacturing a composite solid electrolyte separator for a secondary battery according to a first embodiment of the present invention.
  • the upper sheet laminated portion 42 is applied to the heat, as can be composed of a heating pressurizing portion that presses the lower sheet (a) and the upper sheet (c) to be superimposed on each other, the composite solid electrolyte The lower sheet and the upper sheet are superimposed on each other and adhered, and the pressure is applied to the composite solid electrolyte disposed therebetween, thereby exhibiting the effect of maintaining the thickness and density constant.
  • the heating pressing part applied to the upper sheet lamination part 42 is installed in a pair of roller installation frames 421 and roller installation frames 421 spaced apart on both sides of the main frame 1 as shown in FIG.
  • the first heating driven roller 422 and the second heating driving roller 423, the first heating driving roller 422 and the first heating driven roller 424 installed on the upper side facing the second heating driving roller 423 and a second heating driven roller 425, a heating roller driving unit 426 for rotating the first heating driving roller 422 and the second heating driving roller 423, and between the first heating driving roller and the first heating driven roller It consists of a heating roller elevating part 427 for adjusting the separation distance and the separation distance between the second heating driving roller and the second heating driven roller.
  • the heating roller driving unit 426 is a driving unit for rotating the first heating driving roller 422 and the second heating driving roller 423, and a driving motor 4262 installed on the motor base 4261, a driving motor 4261.
  • the driving pulley 4263 installed on the motor shaft of the belt 4264, the first heating driving roller 422 and the second heating driving roller 423 having one side installed on the driving pulley 4263 are installed on one side of the belt A driven pulley 4265 to which the other side is connected is provided.
  • the heating roller elevating unit 427 faces each of the first heating driven roller 422 and the second heating driven roller 423 by adjusting the height of the first heating driven roller 424 and the second heating driven roller 425 . ) and to adjust the gap, it is composed of a lifting block 4271 , a lifting cylinder 4272 and a slide unit 4273 .
  • the lifting block 4271 has a bearing built in so that the roller shafts of the first heating driven roller 424 and the second heating driven roller 425 are rotatably connected, and is disposed inside the roller installation frame 421 .
  • the lifting cylinder 4272 is installed on the upper part of the roller installation frame 421 and consists of a hydraulic cylinder in which the rod is connected to the lifting block 4271 .
  • the slide unit 4273 is a component installed on the opposite sidewall of the lifting block 4271 and the roller installation frame 421 to guide the lifting operation, and a guide rail 4273a installed on the inner surface of the side wall of the roller installation frame 421 . ) and a guide block (4273b) inserted into the guide rail (4273a) and installed on the outer surface of the side wall of the elevating block (4271).
  • first and second heating driving rollers 422 and 423 and the first and second heating driven rollers 424 and 425 have a heater rod (not shown) or a heating wire (not shown) embedded therein, so that electricity is supplied when power is supplied. It is configured to generate heat by resistance.
  • first and second heating driving rollers 422 and 423 and the first and second heating driven rollers 424 and 425 have a built-in temperature sensor (not shown), and set when a temperature sensing signal from the temperature sensor is applied to the control unit. It is designed to turn on/off the power in comparison with the temperature.
  • FIG. 7 is a perspective view showing the upper sheet winder of the apparatus for manufacturing a composite solid electrolyte separator for a secondary battery according to the first embodiment of the present invention.
  • the upper sheet tree winder (43a) is a component in which the upper sheet (c) via the heating pressing unit applied as the upper sheet lamination unit (42) is separated and wound, and the upper sheet (c) is a rewinder in which the upper sheet (c) is wound.
  • the rewinder roller 431 is provided with a roller shaft 4311 connected to the rewinder roller support part 432, a roll seating part 4312 installed on the roller shaft 4311 on which the upper sheet c is wound in a roll form, etc. have.
  • the unwinder roller support 432 includes a roller support plate 4321, a shaft support member 4322 installed on the roller support plate 4321 so that the roller shaft 4311 is installed, and a connecting link connected to the shaft support member 4322 ( 4323), etc. are provided.
  • the roller cylinder 433 is composed of a hydraulic cylinder in which the rod is connected to the connecting link 4323, and when the rod is moved forward when the upper seat roll on which the upper sheet is wound is replaced, the shaft support connected to the connecting link 4323 By moving the member 4322, it is possible to increase the interval so that the detachable operation can be easily performed, thereby improving the convenience of the operation.
  • the rewinder roller driving unit 435 is a driving unit for rotating the roller shaft 4311, the driving motor 4352 installed on the motor base 4351, the driving pulley 4353 installed on the motor shaft of the driving motor 4352, A belt 4354 having one side installed on the driving pulley 4353, a driven pulley 4355 installed on one side of the roller shaft 4311 and connected to the other side of the belt are provided.
  • the inorganic sheet unwinder 5a is a component for supplying the inorganic sheet d, and an unwinder roller 51 on which the inorganic sheet is wound, an unwinder supporting both ends of the unwinder roller 51 .
  • a roller support part 52 and a roller cylinder 53 for moving the unwinder roller 52 are provided.
  • FIG. 8 is a perspective view showing the inorganic sheet laminating part and the surplus sheet processing part of the apparatus for manufacturing a composite solid electrolyte separator for a secondary battery according to the first embodiment of the present invention
  • FIG. 9 is a composite solid electrolyte for a secondary battery according to the first embodiment of the present invention.
  • An enlarged perspective view showing the inorganic sheet lamination part of the separator manufacturing apparatus FIG. 10a is a perspective view showing the surplus sheet processing part of the composite solid electrolyte separator manufacturing apparatus for secondary batteries according to the first embodiment of the present invention
  • FIG. 10b is an enlarged view of part A of FIG. 10a to be.
  • the inorganic sheet laminating unit 6 is a heating pressing unit for laminating the inorganic sheet (d) drawn out from the inorganic sheet unwinder (5a) on the upper surface of the lower sheet (a), the first laminating heating roller (61), the second lamination heating roller 62, the first and second lamination heating rollers (61, 62) the lamination heating roller support part 63 for supporting both ends, the first and second lamination heating rollers
  • the separation distance between A paper roller adjustment unit 64 for adjusting is provided.
  • the first lamination heating roller 61 and the second lamination heating roller 62 are rollers disposed to face each other so that the lower sheet (a) and the inorganic sheet (d) are introduced while laminating, and a heater rod (not shown) or A heating wire (not shown) is built-in to generate heat by electric resistance when power is supplied, and a temperature sensor (not shown) is built-in.
  • the laminating roller adjustment unit 64 is provided with a forward and backward movement block 641, a guide member 642 and a forward and backward movement cylinder 643, and is configured to move the first lamination heating roller 61 back and forth, but the second paper It may be configured to move the heating roller 62 back and forth.
  • the forward and backward movement block 641 has a bearing built in so that the roller shaft of the first lamination heating roller 61 is rotatably connected.
  • the guide member 642 is formed as a square bar installed vertically on the lamination heating roller support 63 to guide the movement of the forward and backward movement block 641 .
  • the forward and backward movement cylinder 643 is composed of a hydraulic cylinder in which the rod is connected to the forward and backward movement block 641 .
  • the composite solid electrolyte separator manufacturing apparatus for a secondary battery comprises a surplus sheet processing unit 9 for cutting and processing the surplus portion formed at the edge of the inorganic sheet (or lower sheet). have.
  • the surplus sheet processing part 9 is a cutting part 91 for cutting the surplus part d2 of the inorganic sheet d laminated to the lower sheet a, and a cutting sheet winding part on which the surplus part of the inorganic sheet d is wound. (92), and a cutting sheet pulling driving unit 93 for rotating the cutting sheet winding portion 92 is provided.
  • the cutting part 91 passes through the first and second lamination heating rollers 61 and 62 and adheres to the composite solid electrolyte (b) and then cuts both excess portions (d2) of the inorganic sheet (d) that is moved downward.
  • the cutter body 912 installed on the cutter mounting plate 911 horizontally installed on the main frame 1, the cutter shaft 913 and the cutter shaft 913 rotatably installed on the cutter body 912 are installed A rotary blade 914 is provided.
  • the cutter mounting plate 911 is formed of a plate-like member, and a cutter slit 911a for preventing damage to the rotating blade is perforated at the installation site of the rotating blade 914 .
  • the cutting sheet pulling driving part 93 is a driven pulley 932 installed on the wheel shaft 922, the winding part frame 931 in which the tension bar 931a through which the surplus part d2 of the inorganic sheet d passes, the driven pulley 932, driven A belt 933 having one end connected to the pulley 932 , a driving pulley 934 connected to the other end of the belt 933 , and a wheel rotation motor 935 having a driving pulley 934 installed on an output shaft are provided.
  • the cut sheet take-up part 92 includes a take-up wheel 921 on which the surplus part d2 is wound, and a wheel shaft 922 coupled to the center of the take-up wheel 921 and installed on the take-up part frame 931 . .
  • the separation membrane winder (7a) passes through the inorganic sheet lamination unit (6) and the separation membrane (s) formed to form a layer in the order of the inorganic sheet (d), the composite solid electrolyte (b) and the lower sheet (a) is wound.
  • a separation membrane roller driving unit (not shown) for rotating the separation membrane roller 71 to perform a pulling operation for drawing out (a) and a winding operation of the separation membrane s is provided.
  • the separation membrane winder 7a has a detailed configuration and operational effects similar to those of the upper sheet winder 43a described above, and thus a detailed description thereof will be omitted.
  • unexplained reference numeral 8 in FIG. 4 is a tension device that allows the lower sheet (a), the upper sheet (c), the inorganic sheet (d), and the separation membrane (s) to be transported while maintaining the tension, and to properly maintain the tension.
  • it can be structured, it can be configured without any particular limitation on the structure or shape, but typically it can be configured with a structure equipped with a tension roller shaft.
  • the manufacturing process of the composite solid electrolyte separator for secondary battery using the composite solid electrolyte separator for secondary battery manufacturing apparatus according to the first embodiment of the present invention is first performed in which the lower sheet (a) is wound in the form of a roll on the lower sheet unwinder (2a).
  • Install the lower seat roll install the upper seat roll in which the upper sheet (c) is wound in a roll form in the upper sheet unwinder (41a), and use the inorganic seat roll in which the inorganic sheet (d) is wound in a roll form. It is installed in the sheet unwinder (5a).
  • the lower sheet and the inorganic sheet are taken out in advance and wound and fixed to some extent on the separator roller 71 of the separator winder 7a, and the upper sheet c of the upper sheet unwinder 41a is also drawn out and the upper sheet tree winder ( It is wound around the rewinder roller 431 of 43a) and fixed.
  • the rewinder roller driving part 435 of the separator winder 7a and the upper sheet tree winder 43a is operated to apply a pulling force according to the rotational operation, and the upper sheet lamination part 42 of the electrolyte treatment part 4 and , while supplying power to the heating pressing unit of the inorganic sheet lamination unit 6 to be heated, various motors (the driving motor 4262 of the heating roller driving unit 426, the cutting sheet pulling driving unit 93) and the wheel rotation motor ( 935)) works.
  • the composite solid electrolyte supplied from the composite solid electrolyte manufacturing apparatus F is dispensed from the dispenser. After flowing into the electrolyte inlet 31 of (3a), it is ejected to the surface of the lower sheet (a) through a plurality of electrolyte discharge nozzles (32).
  • the composite solid electrolyte (b) is formed by hot air and pressing force. It spreads evenly and is processed to have an even density.
  • the upper sheet c adhered to the upper surface of the composite solid electrolyte b is caused by the pulling action of the upper sheet tree winder 43a. As it moves, it is separated and then wound up.
  • the separation membrane s from which the excess portion d2 is cut is wound by the rotational operation of the separation membrane winder 7a, and the manufacturing process is completed.
  • FIG. 11 is a schematic configuration diagram for explaining the technical idea of an apparatus for manufacturing a composite solid electrolyte separator for a secondary battery according to a second embodiment of the present invention.
  • the composite solid electrolyte separator manufacturing apparatus for secondary batteries has a lower sheet (a) and an inorganic sheet (d) with the composite solid electrolyte (b) interposed therebetween. It is characterized in that the structure is configured to be more concise and simpler than the above-described first embodiment by eliminating the device for supply and separation of the upper sheet, but configured to manufacture the separation membrane (s) of the form.
  • the composite solid electrolyte separator manufacturing apparatus for a secondary battery according to the second embodiment of the present invention is supplied from the lower sheet supply unit 2, the lower sheet supply unit for supplying the lower sheet (a) similarly to the first embodiment described above.
  • the inorganic sheet supply unit 5 for supplying the inorganic sheet to the inorganic sheet supply unit, the inorganic sheet lamination unit 6 for laminating the inorganic sheet supplied from the inorganic sheet supply unit to face the lower sheet, and the separation membrane formed while passing through the inorganic sheet lamination unit is stored. It is configured to include a winding part (7).
  • the lower sheet supply unit 2 may be configured to include a lower sheet unwinder 2a for supplying the lower sheet c, similar to the first embodiment.
  • the electrolyte supply unit 3 may include a dispenser 3a for supplying the composite solid electrolyte to the surface of the lower sheet drawn out from the lower sheet unwinder 2a, similar to the first embodiment described above.
  • the electrolyte treatment unit 4 is a component for evenly distributing the composite solid electrolyte (b) supplied to the surface of the lower sheet (a), and may include a heating press unit that pressurizes the composite solid electrolyte while heating it.
  • the heating pressing unit may be composed of upper and lower heating rollers 45 and 45' that pressurize while applying heat through a rotational operation similar to the first embodiment described above.
  • the heating press portion of the electrolyte treatment unit 4 may be formed in a bar shape and may be composed of a heating bar (not shown) disposed in the width direction of the lower sheet (a). At this time, it is preferable that the heating bar is configured to be able to move up and down so that the thickness of the composite solid electrolyte (b) can be adjusted.
  • the inorganic sheet supply unit 5 may be configured to include an inorganic sheet unwinder 5a similar to the first embodiment described above.
  • the inorganic sheet laminating unit 6 may include a heating pressing unit (not shown) for laminating the inorganic sheet d drawn out from the inorganic sheet unwinder 5a on the upper surface of the lower sheet a.
  • the heating pressing unit may be composed of upper and lower heating rollers 65 and 65' that pressurize while applying heat through a rotational operation similar to the first embodiment described above.
  • the separation membrane winding unit 7 may be configured to include a separation membrane winder 7a on which the separation membrane formed while passing through the inorganic sheet lamination unit 6 is wound.
  • the upper sheet bonding part 42 and the upper sheet separating part 43 shown in the first embodiment can be deleted, so that the structure is more Because it is concise and simple, it is possible to further reduce manufacturing cost and maintenance cost, and improve productivity.
  • the present invention relates to an apparatus for manufacturing a composite solid electrolyte separator for a secondary battery, and it is possible to effectively manufacture a separator while uniformly distributing a composite solid electrolyte to an inorganic sheet with an even thickness and density through a flow operation. can be applied to

Abstract

본 발명은 이차전지용 복합 고체전해질 분리막 제조장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 이차전지의 양극과 음극 사이에 배치되는 분리막으로서 무기질시트에 복합 고체전해질을 고르게 등분포 시켜 형성한 복합 고체전해질 분리막을 효과적으로 제조할 수 있는 이차전지용 복합 고체전해질 분리막 제조장치에 관한 것이다. 본 발명에 따른 이차전지용 복합 고체전해질 분리막 제조장치는 이차전지용 복합 고체전해질 분리막 제조장치에 있어서, 하부시트를 공급하는 하부시트공급부; 상기 하부시트공급부로터 공급되는 상기 하부시트의 표면에 복합 고체전해질을 공급되는 전해질공급부; 상기 하부시트의 표면에 공급된 상기 복합 고체전해질을 고르게 분포시키는 전해질처리부; 상기 전해질처리부를 경유한 상기 복합 고체전해질의 상면으로 무기물시트를 공급하는 무기물시트공급부; 상기 무기물시트공급부로부터 공급되는 상기 무기물시트를 상기 하부시트와 마주보게 합지시키는 무기물시트합지부; 및 상기 무기물시트합지부를 경유하면서 형성된 분리막이 권취되는 분리막권취부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

이차전지용 복합 고체전해질 분리막 제조장치
본 발명은 이차전지용 복합 고체전해질 분리막 제조장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 이차전지의 양극과 음극 사이에 배치되는 분리막으로서 무기질시트에 복합 고체전해질을 고르게 등분포 시켜 형성한 복합 고체전해질 분리막을 효과적으로 제조할 수 있는 이차전지용 복합 고체전해질 분리막 제조장치에 관한 것이다.
일반적으로, 스마트폰 등과 같은 전자기기의 사용이 보편화 되고 소형화되면서 이차전지 또한 소형화 되고 있으며, 이차전지 중에서도 유기 전해액을 사용하여 기존의 알칼리 수용액을 사용하는 전지보다 2배 이상 높은 방전 전압 및 높은 에너지 밀도를 보이는 리튬 이차전지가 많이 사용되고 있다.
상기한 리튬 이차전지는 양극, 전해질 및 음극으로 구성되어 있다. 상용화 된 리튬 이차전지는 유기용매와 리튬염으로 구성된 액체 전해질내에 15~25 ㎛ 두께의 고분자 분리막이 추가된 구조로 되어, 방전시에는 Li+ 이온이 음극에서 양극으로 이동하고 Li이 이온화되면서 발생된 전자도 음극에서 양극으로 이동하며, 충전시에는 이와 반대로 이동한다.
이러한 Li+ 이온 이동의 구동력은 두 전극의 전위차에 따른 화학적 안정성에 의해 발생된다. 음극에서 양극으로 또 양극에서 음극으로 이동하는 Li+ 이온의 양에 의해 전지의 용량(capacity, Ah)이 결정된다. 이러한 Li+ 이온의 이동은 전해질을 통하여 이루어지기 때문에 전해질의 Li+ 이온 전도도는 전지의 충/방전속도에 영향이 주는 것으로 알려져 있다.
한편, 전고체 이차전지(All-Solid-State Battery)는 이상의 전지 구성요소 가운데 액체 전해질을 고체 전해질로 대체한 것으로서 액체 전해질에 비해 전지의 폭발이나 화재의 위험성이 없고 제조 공정이 단순화되며 고에너지 밀도화 가능성에서 차세대 이차전지로 각광 받고 있다.
하지만, 전고체 이차전지는 고체 전해질을 사용함에 따라 액체 전해질에 비해 안전성 등이 높은 반면, 전극과의 계면 접촉 저하로 인한 이온 전도 경로가 적기 때문에 이온전도도가 감소하는 문제가 있다.
한편, 근래에는 양극 활물질로 나트륨 금속산화물이 사용되고, 음극 활물질은 금속, 나트륨금속 합금, 결정질 또는 비정질 탄소 또는 탄소 복합체가 사용되는 나트륨 이차 전지가 개발되고 있다. 이 나트륨 이차 전지는 양극의 나트륨 금속 산화물로부터 나트륨이온이 음극의 흑연 전극으로 삽입(Intercalation) 및 탈리(Deintercalation)되는 과정을 반복하면서 충전과 방전이 이루어진다
그리고, 분리막은 이차전지의 핵심 구성으로 화재 위험을 방지하여 이차전지를 안전하게 이용하기 위해 나시콘(NASICON)을 주로 이용한다. 나시콘은 세라믹의 한 종류로 높은 이온전도도를 나타내지만 높은 표면저항과 깨지는 현상이 발생하기 때문에 고분자와 혼합한 복합 고체전해질을 사용한다. 그러나 복합 고체전해질은 인장강도가 낮아 활용성이 높지 않고, 부직포를 이용하여 지지체를 만들어 복합 고체전해질을 코팅하여 이용하지만 부직포는 낮은 온도에서도 변형이 발생하는 문제가 있다
이러한 문제를 해결하기 위해 본 출원인은 수명 및 내열성을 증가시켜 활용성을 높인 무기질 섬유를 이용한 복합 고체전해질 분리막 및 이를 이용한 이차전지에 대해 연구하고 있다.
하지만 종래 전고체 이차전지용 분리막 제조장치는 전용 장비가 없는 실정이고, 기존 액체 전해질을 이용한 분리막에 이용되는 장치를 변형하여 사용하는 것이 일반적이어서 최적의 제조 환경을 제공할 수 없으므로 안정적인 생산성을 확보할 수 없는 한계점이 있다.
그리고 종래 전고체 이차전지용 분리막 제조장치는 분리막의 표면에 복합 고체전해질을 등분포 시키거나 적절한 두께와 밀도로 제조하는 것이 어려워 충분한 품질을 담보할 수 없는 문제점이 있다.
그 외에도, 종래 이차전지용 분리막 제조장치는 메인시트의 이동 경로가 지나치게 길어서 생산에 많은 시간이 소요되고, 장치가 복잡하여 고장 개소가 많으므로 유지보수에 따른 휴지 시간의 증가로 생산성이 낮은 단점이 있고, 운전비용과 유지보수비용이 상승되는 단점이 있다.
본 발명은 상기 내용에 착안하여 제안된 것으로, 흐름 작업을 통해 무기질시트에 복합 고체전해질을 고른 두께와 밀도로 등분포 시키면서 복합 고체 전해질 분리막을 효과적으로 제조할 수 있도록 한 이차전지용 복합 고체전해질 분리막 제조장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 이차전지용 복합 고체전해질 분리막 제조장치는 이차전지용 복합 고체전해질 분리막 제조장치에 있어서, 하부시트를 공급하는 하부시트공급부; 상기 하부시트공급부로터 공급되는 상기 하부시트의 표면에 복합 고체전해질을 공급되는 전해질공급부; 상기 하부시트의 표면에 공급된 상기 복합 고체전해질을 고르게 분포시키는 전해질처리부; 상기 전해질처리부를 경유한 상기 복합 고체전해질의 상면으로 무기물시트를 공급하는 무기물시트공급부; 상기 무기물시트공급부로부터 공급되는 상기 무기물시트를 상기 하부시트와 마주보게 합지시키는 무기물시트합지부; 및 상기 무기물시트합지부를 경유하면서 형성된 분리막이 권취되는 분리막권취부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 전해질처리부는 상기 복합 고체전해질을 가온하면서 가압하는 히팅가압부를 포함하여 구성될 수 있다.
바람직하게, 상기 하부시트공급부는 상기 하부시트를 공급하는 하부시트언와인더를 포함하고, 상기 전해질공급부는 상기 하부시트언와인더로부터 인출되는 상기 하부시트의 표면에 복합 고체전해질을 공급되는 디스펜서를 포함하고, 상기 히팅가압부 및 상기 무기물시트합지부는 회전 동작을 통해 열을 인가하면서 가압하는 히팅롤러를 포함하고, 상기 무기물시트공급부는 권취된 상기 무기질시트를 인출시키는 무기질시트언와인더를 포함하고, 상기 분리막권취부는 상기 무기물시트합지부를 경유하면서 형성된 분리막이 권취되는 분리막와인더;를 포함하여 구성될 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 이차전지용 복합 고체전해질 분리막 제조장치는 이차전지용 복합 고체전해질 분리막 제조장치에 있어서, 하부시트를 공급하는 하부시트공급부; 상기 하부시트공급부로터 공급되는 상기 하부시트의 표면에 복합 고체전해질을 공급되는 전해질공급부; 상기 하부시트의 표면에 공급된 상기 복합 고체전해질을 고르게 분포시키는 전해질처리부; 상기 전해질처리부를 경유한 상기 복합 고체전해질의 상면으로 무기물시트를 공급하는 무기물시트공급부; 상기 무기물시트공급부로부터 공급되는 상기 무기물시트를 상기 하부시트와 마주보게 합지시키는 무기물시트합지부; 및 상기 무기물시트합지부를 경유하면서 형성된 분리막이 권취되는 분리막권취부;를 포함하고, 상기 전해질처리부는, 상기 복합 고체전해질의 상면으로 상부시트를 공급하는 상부시트공급부; 상기 상부시트공급부로부터 공급되는 상기 상부시트를 상기 하부시트와 마주보게 합지시키는 상부시트합지부; 및 상기 상부시트합지부를 경유한 상기 상부시트를 분리하는 상부시트분리부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 하부시트공급부는 상기 하부시트를 공급하는 하부시트언와인더를 포함하고, 상기 전해질공급부는 상기 하부시트언와인더로부터 인출되는 상기 하부시트의 표면에 복합 고체전해질을 공급되는 디스펜서를 포함하고, 상기 상부시트공급부는 상기 디스펜서를 경유한 상기 하부시트의 상면으로 상기 상부시트를 공급하는 상부시트언와인더를 포함하고, 상기 상부시트합지부는 열을 인가하면서 상기 하부시트와 상기 상부시트가 서로 포개어지도록 가압하는 히팅가압부를 포함하고, 상기 상부시트분리부는 상기 상부시트합지부를 경유한 상기 상부시트가 분리되어 감김되는 상부시트리와인더를 포함하고, 상기 무기물시트공급부는 상기 무기물시트를 공급하는 무기물시트언와인더를 포함하고, 상기 무기물시트합지부는 상기 무기물시트언와인더로부터 인출되는 상기 무기물시트를 상기 하부시트 상면에 합지시키는 히팅가압부를 포함하고, 상기 분리막권취부는 상기 무기물시트합지부를 경유하면서 형성된 분리막이 권취되는 분리막와인더;를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 하부시트언와인더는 상기 하부시트가 권취되는 언와인더롤러, 상기 언와인더롤러 양단을 지지하는 언와인더롤러지지부, 상기 언와인더롤러를 이동시키는 롤러실린더를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 분리막와인더는 상기 분리막이 권취되는 분리막롤러, 상기 분리막롤러 양단을 지지하는 분리막롤러지지부, 상기 분리막롤러를 이동시키는 롤러실린더, 상기 하부시트의 인출동작과 상기 분리막의 권취동작을 수행하도록 상기 분리막롤러를 회전시키는 분리막롤러구동부를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 상부시트언와이더는 상기 상부시트가 권취되는 언와인더롤러, 상기 언와인더롤러 양단을 지지하는 언와인더롤러지지부, 상기 언와인더롤러를 이동시키는 롤러실린더를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 상부시트리와인더는 상기 상부시트가 권취되는 리와인더롤러, 상기 리와인더롤러 양단을 지지하는 리와인더롤러지지부, 상기 리와인더롤러를 이동시키는 롤러실린더, 상기 상부시트의 인출동작과 상기 상부시트의 권취동작을 수행하도록 상기 리와인더롤러를 회전시키는 리와인더롤러구동부를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 상부시트합지부는, 메인프레임의 양쪽에 이격 설치되는 한 쌍의 롤러설치프레임; 상기 롤러설치프레임에 설치되는 제1 히팅구동롤러 및 제2 히팅구동롤러; 상기 제1 히팅구동롤러 및 제2 히팅구동롤러와 마주보게 설치되는 제1 히팅종동롤러 및 제2 히팅종동롤러; 상기 제1 히팅구동롤러 및 제2 히팅구동롤러를 회전시키는 히팅롤러구동부; 및 상기 제1 히팅구동롤러와 상기 제1 히팅종동롤러 사이의 이격거리 및 제2 히팅구동롤러와 상기 제2 히팅종동롤러 사이의 이격거리를 조정하는 히팅롤러승강부;를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 히팅롤러승강부는, 상기 제1 히팅종동롤러 및 제2 히팅종동롤러의 롤러축이 회전 가능하게 접속되도록 베어링이 내장되고 상기 롤러설치프레임의 내부에 배치되는 승강블럭; 상기 롤러설치프레임의 상부에 설치되고 로드가 상기 승강블럭에 접속되는 승강실린더; 및 상기 승강블럭과 상기 롤러설치프레임의 마주보는 측벽에 설치되는 슬라이드유닛;을 포함하여 구성될 수 있다.
상기 무기물시트언와인더는 상기 무기물시트가 권취되는 언와인더롤러, 상기 언와인더롤러 양단을 지지하는 언와인더롤러지지부, 상기 언와인더롤러를 이동시키는 롤러실린더를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 무기물시트합지부는 상기 하부시트 및 상기 무기물시트가 합지되면서 유입되도록 마주보게 배치되는 제1 합지히팅롤러 및 제2 합지히팅롤러, 상기 제1 및 제2 합지히팅롤러 양단을 지지하는 합지히팅롤러지지부, 및 상기 제1 및 제2 합지히팅롤러 사이의 이격거리를 조정하는 합지롤러조정부를 포함하여 구성될 수 있다.
특히, 본 발명에 따른 이차전지용 복합 고체전해질 분리막 제조장치는 상기 하부시트에 합지되는 상기 무기물시트의 잉여 부분을 절단하는 커팅부, 상기 무기물시트의 잉여 부분이 감김되는 절단시트감김부, 및 상기 절단시트감김부를 회전시키는 절단시트당김구동부가 구비된 잉여시트처리부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 절단시트감김부는 상기 잉여 부분이 감김되는 감김휠과, 상기 감김휠의 중심에 결합되는 휠축을 구비할 수 있다.
상기 절단시트당김구동부는 상기 잉여 부분이 경유하는 텐션바가 형성되고 상기 휠축이 회전 가능하게 설치되는 감김부프레임, 상기 휠축에 설치되는 종동풀리, 상기 종동풀리에 일단이 접속되는 벨트, 상기 벨트의 타단이 접속되는 구동풀리, 출력축에 상기 구동풀리가 설치되는 휠회전모터를 포함하여 구성될 수 있다.
본 발명에 따른 이차전지용 복합 고체전해질 분리막 제조장치에 의하면, 전고체 분리막과 유사한 수명 및 내열성 갖춘 복합 고체전해질 분리막을 자동화된 흐름공정을 통해 무기질시트에 복합 고체전해질을 등분포 시켜 고른 두께와 밀도로 형성하면서 효과적으로 제조할 수 있고, 이를 통해 안정적인 품질과 생산성을 확보할 수 있으며 제조원가와 유지보수비용을 절감할 수 있는 효과가 있다.
도1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 이차전지용 복합 고체전해질 분리막 제조장치의 기술적 사상을 설명하기 위한 개략적인 구성도,
도2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 이차전지용 복합 고체전해질 분리막 제조장치를 설명하기 위한 전체적인 외관도,
도3a 및 도3b는 본 발명의 제1 실시예에 따른 이차전지용 복합 고체전해질 분리막 제조장치의 주요 구성요소를 나타낸 사시도로서 도3a는 하부커버가 결합된 상태를, 도3b는 하부커버를 삭제한 상태를 나타낸 것이다.
도4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 이차전지용 복합 고체전해질 분리막 제조장치의 주요 구성요소를 나타낸 정면도,
도5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 이차전지용 복합 고체전해질 분리막 제조장치의 하부시트언와인더를 나타낸 사시도,
도6은 본 발명의 제1 실시예에 따른 이차전지용 복합 고체전해질 분리막 제조장치의 상부시트합지부를 나타낸 사시도,
도7은 본 발명의 제1 실시예에 따른 이차전지용 복합 고체전해질 분리막 제조장치의 상부시트리와인더를 나타낸 사시도,
도8은 본 발명의 제1 실시예에 따른 이차전지용 복합 고체전해질 분리막 제조장치의 무기물시트합지부 및 잉여시트처리부를 나타낸 사시도,
도9는 본 발명의 제1 실시예에 따른 이차전지용 복합 고체전해질 분리막 제조장치의 무기물시트합지부를 나타낸 확대 사시도,
도10a는 본 발명의 제1 실시예에 따른 이차전지용 복합 고체전해질 분리막 제조장치의 잉여시트처리부를 나타낸 사시도,
도10b는 도10a의 A부 확대도이다.
도11은 본 발명의 제2 실시예에 따른 이차전지용 복합 고체전해질 분리막 제조장치의 기술적 사상을 설명하기 위한 개략적인 구성도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면 도1 내지 도11에 의거하여 상세히 설명하되, 도1 내지 도11에 있어서 동일한 구성 요소에 대해서는 동일한 참조번호가 부여하여 설명하도록 한다.
한편, 각각의 도면에서 일반적인 기술로부터 이 분야의 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 알 수 있는 구성과 그에 대한 작용 및 효과에 대한 상세한 설명은 간략히 하거나 생략한다. 또한, 본 발명이 이차전지용 복합 고체전해질 분리막 제조장치에 특징을 갖는 것이므로 이와 관련된 부분들을 중심으로 도시 및 설명하고 나머지 부분에 대한 설명은 간략화하거나 생략하도록 한다.
도1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 이차전지용 복합 고체전해질 분리막 제조장치의 기술적 사상을 설명하기 위한 개략적인 구성도이다.
도1을 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 이차전지용 복합 고체전해질 분리막 제조장치는 복합 고체전해질을 분리막의 표면에 적정한 두께로 고르게 등분포 시킨 복합 고체전해질 분리막을 제조하기 위한 장치로서, 하부시트공급부(2), 전해질공급부(3), 전해질처리부(4), 무기물시트공급부(5), 무기물시트합지부(6), 및 분리막권취부(7)가 구비되어 있다.
하부시트공급부(2)는 하부시트(a)를 공급하는 구성요소로서, 하부시트(c)를 원활하게 공급할 수 있다면 형태나 구조에 특별한 제한은 없지만, 후술되는 구체적인 실시예와 같이 하부시트를 풀어서 공급(unwind)하는 하부시트언와인더(2a)를 포함하여 구성될 수 있다.
전해질공급부(3)는 하부시트공급부(2)로부터 공급되는 하부시트(a)의 표면에 복합 고체전해질(b)을 공급되는 구성요소로서 전해질을 용이하게 공급할 수 있다면 형태나 구조에 특별한 제한은 없지만, 하부시트언와인더(2a)로부터 인출되는 하부시트의 표면에 복합 고체전해질을 공급되는 디스펜서(3a)를 포함하여 구성될 수 있다.
전해질처리부(4)는 하부시트(a)의 표면에 공급된 복합 고체전해질(b)을 고르게 분포시키는 구성요소로서, 복합 고체전해질의 상면으로 상부시트(c)를 공급하는 상부시트공급부(41), 상부시트공급부(41)로부터 공급되는 상부시트(c)를 하부시트(a)와 마주보게 합지시키는 상부시트합지부(42), 및 상부시트합지부(42)를 경유한 상부시트(c)를 분리하는 상부시트분리부(43)를 포함하여 구성될 수 있다.
무기물시트공급부(5)는 전해질처리부(4)를 경유한 복합 고체전해질의 상면으로 무기물시트(d)를 공급하는 구성요소로서 무기물시트를 용이하게 공급할 수 있다면 특별한 제한은 없지만, 무기물시트를 공급하는 무기물시트언와인더(5a)를 포함하여 구성될 수 있다.
무기물시트합지부(6)는 무기물시트공급부(5)로부터 공급되는 무기물시트(d)를 하부시트(a)와 마주보게 합지시키는 구성요소로서, 합지작업을 용이하게 수행할 수 있다면 형태나 구조에 특별한 제한은 없지만, 무기물시트언와인더(5a)로부터 인출되는 무기물시트를 하부시트 상면에 합지시키는 히팅가압부(미도시)를 포함하여 구성될 수 있다.
분리막권취부(7)는 무기물시트합지부(6)를 경유하면서 형성된 분리막(s)을 권취, 보관하기 위한 구성요소로서, 분리막(s)을 용이하게 권취, 보관할 수 있다면 특별한 제한이 없지만, 무기물시트합지부(6)를 경유하면서 형성된 분리막이 권취(rewind)되는 분리막와인더(7a)를 포함하여 구성될 수 있다.
한편, 상부시트공급부(41)는 디스펜서(3a)를 경유한 하부시트(a)의 상면으로 상부시트(c)를 공급하는 상부시트언와인더(41a)를 포함하여 구성될 수 있다.
상부시트합지부(42)는 열을 인가하면서 하부시트(a)와 상부시트(c)가 서로 포개어지도록 가압하는 히팅가압부(미도시)를 포함하여 구성될 수 있다.
상부시트분리부(43)는 상부시트합지부(42)를 경유한 상부시트(c)가 분리되어 감김되는 상부시트리와인더(43a)를 포함하여 구성될 수 있다.
한편, 전술한 하부시트(a)는 복합 고체전해질(b) 하측에 점착되는 형태로 부착되는 필름 형태의 시트로서 열가소성수지, 열경화성수지 등으로 제작된다. 그리고 하부시트(a)는 본 발명에 의해 제조 완료된 분리막(s)을 이용하여 이차전지를 제조하는 공정에서 분리, 제거되는 보호용 이형지의 기능을 수행한다.
그리고, 상부시트(c)는 복합 고체전해질 상측에 점착되는 형태로 부착되는 필름 형태의 시트로서 통상 테프론으로 호칭되는 시트로 구성된다. 이 상부시트(c)는 본 발명에 따른 분리막의 제조과정에서 복합 고체전해질(b)을 등분포되게 펼치면서 고른 밀도의 복합 고체전해질 층을 형성하는 기능을 하는 것으로서 상부시트언와인더(41a)에서 인출되어 사용된 후 상부시트리와인더(43a)에 롤 형태로 권취되면 이를 상부시트언와인더(41a)로 이동 설치하여 재사용할 수 있다.
또한, 무기질시트(d)는 복합 고체전해질에 적용할 수 있도록 제안된 다양한 박막 무기질 섬유 시트를 적용할 수 있지만 본 실시예에서는 유리섬유시트(Glass fiber sheet)로 구성되어 있다.
한편, 본 발명에서 복합 고체전해질(b)은 분리막(s)에 적용되는 파우더와 전해액을 혼합함으로써 고체도, 액체도 아닌 상태로 조성한 전해질을 의미하는 것으로서 본 실시예의 경우 PEO(폴리에틸렌옥사이드)파우터와 전해액을 혼합한 것을 적용한다.
도2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 이차전지용 복합 고체전해질 분리막 제조장치를 설명하기 위한 전체적인 외관도, 도3a 및 도3b는 본 발명의 제1 실시예에 따른 이차전지용 복합 고체전해질 분리막 제조장치의 주요 구성요소를 나타낸 사시도로서 도3a는 하부커버가 결합된 상태를, 도3b는 하부커버를 삭제한 상태를 나타낸 것이다. 도4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 이차전지용 복합 고체전해질 분리막 제조장치의 주요 구성요소를 나타낸 정면도, 도5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 이차전지용 복합 고체전해질 분리막 제조장치의 하부시트언와인더를 나타낸 사시도이다.
도1 내지 도5를 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 이차전지용 복합 고체전해질 분리막 제조장치(M)는 메인프레임(1)에 전술한 하부시트언와인더(2a), 디스펜서(3a), 상부시트언와인더(41a), 상부시트합지부(42), 상부시트리와인더(43a), 무기물시트언와인더(5a), 무기물시트합지부(6), 및 분리막와인더(7a)가 구성되어 있다.
메인프레임(1)은 프로파일(11) 또는 형강재 등에 의해 대략 직육면체 형태의 틀로 제작된 것으로서, 그 외면에 하부커버(12)가 설치되어 있다.
메인프레임(1)은 도2에 도시된 바와 같이 전술한 주요 구성요소를 청결하고 안전하게 보관할 수 있는 그 외곽을 둘러싸도록 크린룸(15)이 설치되어 있다. 여기서, 크린룸(15)은 주지된 구성이므로 구체적인 설명을 생략한다.
그리고, 도2의 미설명부호 F는 이차전지용 복합 고체전해질 제조장치로서 여기서 제조된 복합 고체전해질은 디스펜서(3a)로 공급되도록 되어 있다.
하부시트언와인더(2a)는 도2 내지 도5에 도시된 바와 같이 하부시트(b)를 공급하기 위한 구성요소로서, 하부시트가 권취되는 언와인더롤러(21), 언와인더롤러(21) 양단을 지지하는 언와인더롤러지지부(22), 언와인더롤러(21)를 이동시키는 롤러실린더(23), 및 언와인더롤러지지부(22)가 설치되는 와인더베이스판(24)가 구비되어 있다.
언와인더롤러(21)는 언와인더롤러지지부(22)에 접속되는 롤러축(211), 하부시트(a)가 롤 형태로 권취된 하부시트롤이 삽입되는 롤러축(211)에 설치되는 롤안착부(212) 등이 구비되어 있다.
언와인더롤러지지부(22)는 롤러지지판(221), 롤러축(211)이 설치되도록 롤러지지판(221)에 설치되는 축지지부재(222), 축지지부재(222)에 연결되는 연결링크(223) 등이 구비되어 있다.
롤러실린더(23)는 로드가 연결링크(223)에 접속되는 유압실린더로 구성된 것으로서, 하부시트롤의 교체시에 로드를 전진 이동 시키게 되면 연결링크(223)에 접속된 축지지부재(222)를 이동시켜 간격을 넓혀 용이하게 착탈작업을 수행할 수 있으므로 작업의 편의성을 향상시킬 수 있다.
디스펜서(3a)는 도1 및 도4에 도시된 바와 같이 하부시트언와인더(2a)로부터 인출되는 하부시트(a)의 표면에 복합 고체전해질(b)을 공급되는 구성요소로서, 복합 고체전해질 제조장치(F)로부터 제조된 후 공급되는 복합 고체전해질이 유입되는 전해질유입부(31)와, 하부시트(a)의 표면으로 복합 고체전해질(b)을 배출하도록 이 전해질유입부(31)에 배열되는 다수의 전해질배출노즐(32)이 구비되어 있다.
상부시트언와인더(41a)는 상부시트(c)를 공급하기 위한 구성요소로서, 디스펜서(3a)를 경유한 하부시트(a)의 상면으로 상부시트(c)를 공급할 수 있도록 배치되어 있다.
예컨대, 상부시트언와이더(41a)는 도4에 도시된 바와 같이 상부시트(c)가 권취되는 언와인더롤러(411), 언와인더롤러(411) 양단을 지지하는 언와인더롤러지지부(412), 언와인더롤러(411)를 이동시키는 롤러실린더(미도시)가 구비되어 있다. 여기서, 상부시트언와이더(41a)는 그 세부 구성이 도5에 도시된 하부시트언와인더(2a)와 유사하므로 구체적인 설명을 생략한다.
첨부도면 도6은 본 발명의 제1 실시예에 따른 이차전지용 복합 고체전해질 분리막 제조장치의 상부시트합지부를 나타낸 사시도이다.
도3 내지 도6을 참조하면, 상부시트합지부(42)는 열을 인가하면서 하부시트(a)와 상부시트(c)가 서로 포개어지도록 가압하는 히팅가압부로 구성될 수 있는 것으로서, 복합 고체전해질을 사이에 두고 하부시트 및 상부시트가 서로 포개어져 점착되고, 그 사이에 배치된 복합 고체전해질에 압력이 작용되면서 그 두께와 밀도를 일정하게 유지시키는 작용효과를 발휘한다.
상부시트합지부(42)로 적용되는 히팅가압부는 도6에 도시된 바와 같이 메인프레임(1)의 양쪽에 이격 설치되는 한 쌍의 롤러설치프레임(421), 롤러설치프레임(421)에 설치되는 제1 히팅구동롤러(422) 및 제2 히팅구동롤러(423), 제1 히팅구동롤러(422) 및 제2 히팅구동롤러(423)와 마주보는 상측에 설치되는 제1 히팅종동롤러(424) 및 제2 히팅종동롤러(425), 제1 히팅구동롤러(422) 및 제2 히팅구동롤러(423)를 회전시키는 히팅롤러구동부(426), 및 제1 히팅구동롤러와 제1 히팅종동롤러 사이의 이격거리 및 제2 히팅구동롤러와 상기 제2 히팅종동롤러 사이의 이격거리를 조정하는 히팅롤러승강부(427)로 구성되어 있다.
히팅롤러구동부(426)는 제1 히팅구동롤러(422) 및 제2 히팅구동롤러(423)를 회전시키기 위한 구동부로서, 모터베이스(4261)에 설치되는 구동모터(4262), 구동모터(4261)의 모터축에 설치되는 구동풀리(4263), 구동풀리(4263)에 일측이 설치되는 벨트(4264), 제1 히팅구동롤러(422) 및 제2 히팅구동롤러(423)의 일측에 설치되고 벨트의 타측이 접속되는 종동풀리(4265)가 구비되어 있다.
상기 히팅롤러승강부(427)는 제1 히팅종동롤러(424) 및 제2 히팅종동롤러(425)의 높낮이를 조절함으로써 마주하는 각 제1 히팅구동롤러(422) 및 제2 히팅구동롤러(423)와의 틈새 간격을 조절하기 위한 것으로서, 승강블럭(4271), 승강실린더(4272) 및 슬라이드유닛(4273)으로 구성되어 있다.
승강블럭(4271)은 제1 히팅종동롤러(424) 및 제2 히팅종동롤러(425)의 롤러축이 회전 가능하게 접속되도록 베어링이 내장되고 롤러설치프레임(421)의 내부에 배치되어 있다.
승강실린더(4272)는 롤러설치프레임(421)의 상부에 설치되고 로드가 승강블럭(4271)에 접속되는 유압실린더로 구성되어 있다.
슬라이드유닛(4273)은 승강블럭(4271)과 롤러설치프레임(421)의 마주보는 측벽에 설치되어 승강동작을 안내하는 구성요소로서, 롤러설치프레임(421) 측벽의 내면에 설치되는 가이드레일(4273a)과, 이 가이드레일(4273a)에 삽입되고 승강블럭(4271) 측벽 외면에 설치되는 가이드블록(4273b)으로 구성되어 있다.
그리고, 제1 및 제2 히팅구동롤러(422,423)와, 제1 및 제2 히팅종동롤러(424,425)는 내부에 히터봉(미도시) 또는 열선(미도시)이 내장되어 전원의 공급시에 전기저항에 의해 발열되도록 구성되어 있다. 아울러, 제1 및 제2 히팅구동롤러(422,423)와, 제1 및 제2 히팅종동롤러(424,425)는 온도센서(미도시)가 내장되어 있고, 온도센서로부터 온도감지신호가 제어부에 인가되면 설정된 온도와 비교하여 전원을 오/오프 하도록 되어 있다.
도7은 본 발명의 제1 실시예에 따른 이차전지용 복합 고체전해질 분리막 제조장치의 상부시트리와인더를 나타낸 사시도이다.
도7을 참조하면, 상부시트리와인더(43a)는 상부시트합지부(42)로 적용된 히팅가압부를 경유한 상부시트(c)가 분리되어 감김되는 구성요소로서, 상부시트(c)가 권취되는 리와인더롤러(431), 리와인더롤러(431) 양단을 지지하는 리와인더롤러지지부(432), 리와인더롤러(431)를 이동시키는 롤러실린더(433), 리와인더롤러지지부(431)가 설치되는 리와인더베이스판(434), 및 상부시트(c)의 인출동작과 상부시트의 권취동작을 수행하도록 리와인더롤러(431)를 회전시키는 리와인더롤러구동부(435)가 구비되어 있다.
리와인더롤러(431)는 리와인더롤러지지부(432)에 접속되는 롤러축(4311), 상부시트(c)가 롤 형태로 권취되는 롤러축(4311)에 설치되는 롤안착부(4312) 등이 구비되어 있다.
언와인더롤러지지부(432)는 롤러지지판(4321), 롤러축(4311)이 설치되도록 롤러지지판(4321)에 설치되는 축지지부재(4322), 축지지부재(4322)에 연결되는 연결링크(4323) 등이 구비되어 있다.
롤러실린더(433)는 로드가 연결링크(4323)에 접속되는 유압실린더로 구성된 것으로서, 상부시트가 권취된 상부시트롤의 교체시에 로드를 전진 이동 시키게 되면 연결링크(4323)에 접속된 축지지부재(4322)를 이동시킴으로써 간격을 넓혀 용이하게 착탈작업을 수행할 수 있으므로 작업의 편의성을 향상시킬 수 있다.
리와인더롤러구동부(435)는 롤러축(4311)를 회전시키기 위한 구동부로서, 모터베이스(4351)에 설치되는 구동모터(4352), 구동모터(4352)의 모터축에 설치되는 구동풀리(4353), 구동풀리(4353)에 일측이 설치되는 벨트(4354), 롤러축(4311)의 일측에 설치되고 벨트의 타측이 접속되는 종동풀리(4355)가 구비되어 있다.
한편, 무기질시트언와인더(5a)는 무기질시트(d)를 공급하는 구성요소로서, 무기질시트가 권취되는 언와인더롤러(51), 언와인더롤러(51) 양단을 지지하는 언와인더롤러지지부(52), 언와인더롤러(52)를 이동시키는 롤러실린더(53)가 구비되어 있다.
여기서, 무기질시트언와이더(5a)는 그 세부 구성이 전술한 하부시트언와인더(2a)와 유사하므로 구체적인 설명을 생략한다.
도8은 본 발명의 제1 실시예에 따른 이차전지용 복합 고체전해질 분리막 제조장치의 무기물시트합지부 및 잉여시트처리부를 나타낸 사시도, 도9는 본 발명의 제1 실시예에 따른 이차전지용 복합 고체전해질 분리막 제조장치의 무기물시트합지부를 나타낸 확대 사시도, 도10a는 본 발명의 제1 실시예에 따른 이차전지용 복합 고체전해질 분리막 제조장치의 잉여시트처리부를 나타낸 사시도, 도10b는 도10a의 A부 확대도이다.
도8을 참조하면, 무기물시트합지부(6)는 무기질시트언와인더(5a)로부터 인출되는 무기질시트(d)를 하부시트(a) 상면에 합지시키는 히팅가압부로서, 제1 합지히팅롤러(61), 제2 합지히팅롤러(62), 제1 및 제2 합지히팅롤러(61,62) 양단을 지지하는 합지히팅롤러지지부(63), 제1 및 제2 합지히팅롤러 사이의 이격거리를 조정하는 합지롤러조정부(64)가 구비되어 있다.
제1 합지히팅롤러(61) 및 제2 합지히팅롤러(62)는 하부시트(a) 및 무기질시트(d)가 합지되면서 유입되도록 마주보게 배치되는 롤러로서, 내부에 히터봉(미도시) 또는 열선(미도시)이 내장되어 전원의 공급시에 전기저항에 의해 발열되도록 구성되어 있고, 온도센서(미도시)가 내장되어 있다.
합지롤러조정부(64)는 전후이동블럭(641), 가이드부재(642) 및 전후이동실린더(643)가 구비된 것으로서 제1 합지히팅롤러(61)를 전후로 이동시키도록 구성되어 있지만, 제2 합지히팅롤러(62)를 전후 이동시키도록 구성할 수도 있다.
전후이동블럭(641)은 제1 합지히팅롤러(61)의 롤러축이 회전 가능하게 접속되도록 베어링이 내장되어 있다.
가이드부재(642)는 전후이동블럭(641)의 이동을 안내하도록 합지히팅롤러지지부(63)에 상하로 설치되는 사각바로 형성되어 있다.
전후이동실린더(643)는 로드가 전후이동블럭(641)에 접속되는 유압실린더로 구성되어 있다.
도10a 및 도10b를 참조하면, 본 발명에 따른 이차전지용 복합 고체전해질 분리막 제조장치는 무기질시트(또는 하부시트)의 가장자리에 형성되는 잉여 부분을 절단하여 처리하는 잉여시트처리부(9)가 구성되어 있다.
잉여시트처리부(9)는 하부시트(a)에 합지되는 무기질시트(d)의 잉여 부분(d2)을 절단하는 커팅부(91), 무기질시트(d)의 잉여 부분이 감김되는 절단시트감김부(92), 및 절단시트감김부(92)를 회전시키는 절단시트당김구동부(93)가 구비되어 있다.
커팅부(91)는 제1 및 제2 합지히팅롤러(61,62)를 통과하면서 복합 고체전해질(b)에 점착된 후 하방으로 이동되는 무기질시트(d) 양쪽 잉여 부분(d2)을 절단하는 장치로서, 메인프레임(1)에 횡설되는 커터설치판(911)에 설치되는 커터바디(912), 커터바디(912)에 회전 가능하게 설치되는 커터축(913) 및 커터축(913)에 설치되는 회전날(914)이 구비되어 있다.
여기서 커터설치판(911)은 판상부재로 형성된 것으로서 회전날(914)의 설치 부위에 회전날의 손상을 방지하기 위한 커터용슬릿(911a)이 천공되어 있다.
절단시트당김구동부(93)는 무기질시트(d)의 잉여 부분(d2)이 경유하는 텐션바(931a)가 형성된 감김부프레임(931), 휠축(922)에 설치되는 종동풀리(932), 종동풀리(932)에 일단이 접속되는 벨트(933), 벨트(933)의 타단이 접속되는 구동풀리(934), 출력축에 구동풀리(934)가 설치되는 휠회전모터(935)를 구비한다.
절단시트감김부(92)는 잉여 부분(d2)이 감김되는 감김휠(921)과, 이 감김휠(921)의 중심에 결합되어 감김부프레임(931)에 설치되는 휠축(922)을 구비한다.
한편, 분리막와인더(7a)는 무기물시트합지부(6)를 경유하면서 무기물시트(d), 복합 고체전해질(b) 및 하부시트(a) 순의 층을 이루도록 형성된 분리막(s)이 권취되는 구성요소로서, 분리막(s)이 권취되는 분리막롤러(71), 분리막롤러(71) 양단을 지지하는 분리막롤러지지부(72), 분리막롤러(71)를 이동시키는 롤러실린더(미도시), 하부시트(a)의 인출을 위한 당김 동작과 분리막(s)의 권취동작을 수행하도록 분리막롤러(71)를 회전시키는 분리막롤러구동부(미도시)가 구비되어 있다.
분리막와인더(7a)는 그 세부 구성 및 작용효과가 전술한 상부시트리와인더(43a)와 유사하므로 구체적인 설명을 생략한다.
한편, 도4의 미설명부호 8은 하부시트(a), 상부시트(c), 무기질시트(d) 및 분리막(s)이 장력을 유지한 상태에서 이송되도록 하는 텐션장치로서 장력을 적절하게 유지할 수 있는 구조라면 구조나 형태에 특별한 제한 없이 구성할 수 있지만, 대표적으로 텐션롤러축이 구비된 구조로 구성할 수 있다.
이하 본 발명의 제1 실시예에 따른 이차전지용 복합 고체전해질 분리막 제조장치의 작용을 간략하게 설명한다.
본 발명의 제1 실시예에 따른 이차전지용 복합 고체전해질 분리막 제조장치를 이용한 이차전지용 복합 고체전해질 분리막의 제조과정은 먼저 하부시트언와인더(2a)에 하부시트(a)가 롤 형태로 권취된 하부시트롤을 설치하고, 상부시트언와인더(41a)에 상부시트(c)가 롤 형태로 권취된 상부시트롤을 설치하고, 무기물시트(d)가 롤 형태로 권취된 무기물시트롤을 무기물시트언와인더(5a)에 설치한다. 그리고 하부시트와 무기물시트는 사전 인출하여 분리막와인더(7a)의 분리막롤러(71)에 어느 정도 감아 고정하고, 상부시트언와인더(41a)의 상부시트(c) 또한 인출하여 상부시트리와인더(43a)의 리와인더롤러(431)에 감아 고정한다.
이러한 상태에서 분리막와인더(7a) 및 상부시트리와인더(43a)의 리와인더롤러구동부(435)를 작동시켜 회전동작에 따른 당김력을 인가하고, 전해질처리부(4)의 상부시트합지부(42)와, 무기물시트합지부(6)의 히팅가압부에 전원을 공급하여 가열되도록 하는 한편, 각종 모터(히팅롤러구동부(426)의 구동모터(4262), 절단시트당김구동부(93)의 휠회전모터(935))를 작동시킨다.
전술한 분리막와인더(7a)의 회전동작에 따라 하부시트언와인더(2a)의 하부시트(b)가 인출되어 이동되는 상태에서 복합 고체전해질 제조장치(F)로부터 공급되는 복합 고체전해질이 디스펜서(3a)의 전해질유입부(31)로 유입된 후 다수의 전해질배출노즐(32)을 통해 하부시트(a) 표면으로 분출된다.
이어 하부시트(a)에 올려진 복합 고체전해질(b)의 상측으로 상부시트언와인더(41a)에서 인출된 상부시트(c)가 공급된 후, 상부시트합지부(42)의 제1 히팅구동롤러(422)와 제1 히팅종동롤러(424) 사이와, 제2 히팅구동롤러(423)와 제2 히팅종동롤러(425) 사이를 통과하면서 열기와 가압력에 의해 복합 고체전해질(b)이 등분포 되게 펼쳐지고 고른 밀도를 갖도록 처리된다.
이와 같이 제2 히팅구동롤러(423)와 제2 히팅종동롤러(425)를 통과하면 복합 고체전해질(b)의 상면에 점착된 상부시트(c)는 상부시트리와인더(43a)의 당김작용에 의해 이동되면서 분리된 후 감겨지게 된다.
연이어, 무기질시트언와이더(5a)로부터 인출되는 무기질시트(d)가 하부시트(a)에 점착된 복합 고체전해질(b)의 상측으로 공급된 후 제1 및 제2 합지히팅롤러(61,62) 사이로 진입되면서 열기와 가압력에 의해 점착된다. 이와 같이 제1 및 제2 합지히팅롤러(61,62)를 통과하면 도10a 및 도10b에 도시된 바와 같은 커팅부(91)에 의해 무기질시트(d)의 잉여 부분(d2)이 절단된 후 절단시트당김구동부(93)의 작동으로 절단시트감김부(92)에 감겨지게 되고 분리막(s)이 형성된다.
그리고, 잉여 부분(d2)이 절단된 분리막(s)은 분리막와인더(7a)의 회전동작에 의해 권취되면서 제조과정이 완료된다.
이하, 본 발명에 따른 다른 실시예를 설명하되, 전술한 제1 실시예에 나타난 구성요소와 유사한 구성요소에 대하여는 구체적인 설명을 생략하고 차이점을 갖는 구성요소를 중심으로 설명한다. 그리고, 이하의 제2 실시예에서는 제1 실시예와 유사하게 구성되는 구성요소에 대한 구체적인 설명이나 도면상 도시는 생략한다. 아울러, 본 발명의 제2 실시예에 따른 이차전지용 복합 고체전해질 분리막 제조장치의 작용은 전술한 제1 실시예와 유사하므로 이에 대한 설명을 생략한다.
도11은 본 발명의 제2 실시예에 따른 이차전지용 복합 고체전해질 분리막 제조장치의 기술적 사상을 설명하기 위한 개략적인 구성도이다.
도11을 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 이차전지용 복합 고체전해질 분리막 제조장치는 복합 고체전해질(b)를 사이에 두고 하부시트(a)와 무기질시트(d)가 포개어져 점착된 형태의 분리막(s)을 제조하도록 구성하되, 상부시트 공급 및 분리를 위한 장치를 삭제함으로써 전술한 제1 실시예에 비해 구조가 보다 간결, 단순해지도록 구성한 점에 특징이 있다.
그리고, 본 발명의 제2 실시예에 따른 이차전지용 복합 고체전해질 분리막 제조장치는 전술한 제1 실시예와 유사하게 하부시트(a)를 공급하는 하부시트공급부(2), 하부시트공급부로터 공급되는 하부시트의 표면에 복합 고체전해질(b)을 공급되는 전해질공급부(3), 하부시트의 표면에 공급된 복합 고체전해질을 고르게 분포시키는 전해질처리부(4), 전해질처리부를 경유한 복합 고체전해질의 상면으로 무기물시트를 공급하는 무기물시트공급부(5), 무기물시트공급부로부터 공급되는 무기물시트를 하부시트와 마주보게 합지시키는 무기물시트합지부(6), 및 무기물시트합지부를 경유하면서 형성된 분리막이 보관되는 분리막권취부(7)를 포함하여 구성된다.
하부시트공급부(2)는 제1 실시예와 유사하게 하부시트(c)를 공급하는 하부시트언와인더(2a)를 포함하여 구성될 수 있다.
전해질공급부(3)는 전술한 제1 실시예와 유사하게 하부시트언와인더(2a)로부터 인출되는 하부시트의 표면에 복합 고체전해질을 공급되는 디스펜서(3a)를 포함하여 구성될 수 있다.
전해질처리부(4)는 하부시트(a)의 표면에 공급된 복합 고체전해질(b)을 고르게 분포시키는 구성요소로서, 복합 고체전해질을 가온하면서 가압하는 히팅가압부를 포함하여 구성될 수 있다.
여기서, 히팅가압부는 전술한 제1 실시예와 유사하게 회전 동작을 통해 열을 인가하면서 가압하는 상하 히팅롤러(45,45')로 구성할 수 있다.
그리고, 전해질처리부(4)의 히팅가압부는 막대 형상으로 형성되어 하부시트(a)의 폭방향으로 배치되는 히팅바(미도시)로 구성될 수 있다. 이때 히팅바는 승강 가능하게 구성되어 복합 고체전해질(b)의 두께를 조절할 수 있도록 구성하는 것이 바람직하다.
무기물시트공급부(5)는 전술한 제1 실시예와 유사하게 무기물시트언와인더(5a)를 포함하여 구성될 수 있다.
무기물시트합지부(6)는 무기물시트언와인더(5a)로부터 인출되는 무기물시트(d)를 하부시트(a) 상면에 합지시키는 히팅가압부(미도시)를 포함하여 구성될 수 있다.
여기서, 히팅가압부는 전술한 제1 실시예와 유사하게 회전 동작을 통해 열을 인가하면서 가압하는 상하 히팅롤러(65,65')로 구성할 수 있다.
분리막권취부(7)는 무기물시트합지부(6)를 경유하면서 형성된 분리막이 권취되는 분리막와인더(7a)를 포함하여 구성될 수 있다.
전술한 바와 같이 본 발명의 제2 실시예에 따른 이차전지용 복합 고체전해질 분리막 제조장치는 제1 실시예에 나타난 상부시트합지부(42)와 상부시트분리부(43)를 삭제할 수 있어서 구조가 보다 간결, 단순해지므로 제조원가 및 유지보수 비용을 좀더 절감할 수 있고 생산성을 향상시킬 수 있다.
이상 설명한 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지용 복합 고체전해질 분리막 제조장치의 구성 및 동작에 대해서 설명하였으나, 이는 예시적인 것으로서 본 기술분야에 통상의 지식을 가진자는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위에서 전술한 실시예의 일부를 치환 및 변형하는 것이 가능함을 이해할 수 있을 것이다.
따라서 본 발명의 보호범위는 특허청구범위에 기재된 발명 및 그 균등물에 미치는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 발명은 이차전지용 복합 고체전해질 분리막 제조장치에 관한 것으로서, 흐름 작업을 통해 무기질시트에 복합 고체전해질을 고른 두께와 밀도로 등분포 시키면서 분리막을 효과적으로 제조할 수 있으므로 이차전지에 사용되는 다양한 분리막의 제조에 적용할 수 있다.

Claims (12)

  1. 이차전지용 복합 고체전해질 분리막 제조장치에 있어서,
    하부시트를 공급하는 하부시트공급부;
    상기 하부시트공급부로터 공급되는 상기 하부시트의 표면에 복합 고체전해질을 공급되는 전해질공급부;
    상기 하부시트의 표면에 공급된 상기 복합 고체전해질을 고르게 분포시키는 전해질처리부;
    상기 전해질처리부를 경유한 상기 복합 고체전해질의 상면으로 무기물시트를 공급하는 무기물시트공급부;
    상기 무기물시트공급부로부터 공급되는 상기 무기물시트를 상기 하부시트와 마주보게 합지시키는 무기물시트합지부; 및
    상기 무기물시트합지부를 경유하면서 형성된 분리막이 권취되는 분리막권취부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지용 복합 고체전해질 분리막 제조장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 전해질처리부는 상기 복합 고체전해질을 가온하면서 가압하는 히팅가압부를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지용 복합 고체전해질 분리막 제조장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 하부시트공급부는 상기 하부시트를 공급하는 하부시트언와인더를 포함하고,
    상기 전해질공급부는 상기 하부시트언와인더로부터 인출되는 상기 하부시트의 표면에 복합 고체전해질을 공급되는 디스펜서를 포함하고,
    상기 히팅가압부 및 상기 무기물시트합지부는 회전 동작을 통해 열을 인가하면서 가압하는 히팅롤러를 포함하고,
    상기 무기물시트공급부는 권취된 상기 무기질시트를 인출시키는 무기질시트언와인더를 포함하고,
    상기 분리막권취부는 상기 무기물시트합지부를 경유하면서 형성된 분리막이 권취되는 분리막와인더;를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지용 복합 고체전해질 분리막 제조장치.
  4. 이차전지용 복합 고체전해질 분리막 제조장치에 있어서,
    하부시트를 공급하는 하부시트공급부; 상기 하부시트공급부로터 공급되는 상기 하부시트의 표면에 복합 고체전해질을 공급되는 전해질공급부; 상기 하부시트의 표면에 공급된 상기 복합 고체전해질을 고르게 분포시키는 전해질처리부; 상기 전해질처리부를 경유한 상기 복합 고체전해질의 상면으로 무기물시트를 공급하는 무기물시트공급부; 상기 무기물시트공급부로부터 공급되는 상기 무기물시트를 상기 하부시트와 마주보게 합지시키는 무기물시트합지부; 및 상기 무기물시트합지부를 경유하면서 형성된 분리막이 권취되는 분리막권취부;를 포함하고,
    상기 전해질처리부는, 상기 복합 고체전해질의 상면으로 상부시트를 공급하는 상부시트공급부; 상기 상부시트공급부로부터 공급되는 상기 상부시트를 상기 하부시트와 마주보게 합지시키는 상부시트합지부; 및 상기 상부시트합지부를 경유한 상기 상부시트를 분리하는 상부시트분리부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지용 복합 고체전해질 분리막 제조장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 하부시트공급부는 상기 하부시트를 공급하는 하부시트언와인더를 포함하고,
    상기 전해질공급부는 상기 하부시트언와인더로부터 인출되는 상기 하부시트의 표면에 복합 고체전해질을 공급되는 디스펜서를 포함하고,
    상기 상부시트공급부는 상기 디스펜서를 경유한 상기 하부시트의 상면으로 상기 상부시트를 공급하는 상부시트언와인더를 포함하고,
    상기 상부시트합지부는 열을 인가하면서 상기 하부시트와 상기 상부시트가 서로 포개어지도록 가압하는 히팅가압부를 포함하고,
    상기 상부시트분리부는 상기 상부시트합지부를 경유한 상기 상부시트가 분리되어 감김되는 상부시트리와인더를 포함하고,
    상기 무기물시트공급부는 상기 무기물시트를 공급하는 무기물시트언와인더를 포함하고,
    상기 무기물시트합지부는 상기 무기물시트언와인더로부터 인출되는 상기 무기물시트를 상기 하부시트 상면에 합지시키는 히팅가압부를 포함하고,
    상기 분리막권취부는 상기 무기물시트합지부를 경유하면서 형성된 분리막이 권취되는 분리막와인더;를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지용 복합 고체전해질 분리막 제조장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 하부시트언와인더는 상기 하부시트가 권취되는 언와인더롤러, 상기 언와인더롤러 양단을 지지하는 언와인더롤러지지부, 상기 언와인더롤러를 이동시키는 롤러실린더를 포함하고,
    상기 분리막와인더는 상기 분리막이 권취되는 분리막롤러, 상기 분리막롤러 양단을 지지하는 분리막롤러지지부, 상기 분리막롤러를 이동시키는 롤러실린더, 상기 하부시트의 인출동작과 상기 분리막의 권취동작을 수행하도록 상기 분리막롤러를 회전시키는 분리막롤러구동부를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지용 복합 고체전해질 분리막 제조장치.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 상부시트언와이더는 상기 상부시트가 권취되는 언와인더롤러, 상기 언와인더롤러 양단을 지지하는 언와인더롤러지지부, 상기 언와인더롤러를 이동시키는 롤러실린더를 포함하고,
    상기 상부시트리와인더는 상기 상부시트가 권취되는 리와인더롤러, 상기 리와인더롤러 양단을 지지하는 리와인더롤러지지부, 상기 리와인더롤러를 이동시키는 롤러실린더, 상기 상부시트의 인출동작과 상기 상부시트의 권취동작을 수행하도록 상기 리와인더롤러를 회전시키는 리와인더롤러구동부를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지용 복합 고체전해질 분리막 제조장치.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 상부시트합지부는,
    메인프레임의 양쪽에 이격 설치되는 한 쌍의 롤러설치프레임;
    상기 롤러설치프레임에 설치되는 제1 히팅구동롤러 및 제2 히팅구동롤러;
    상기 제1 히팅구동롤러 및 제2 히팅구동롤러와 마주보게 설치되는 제1 히팅종동롤러 및 제2 히팅종동롤러;
    상기 제1 히팅구동롤러 및 제2 히팅구동롤러를 회전시키는 히팅롤러구동부; 및
    상기 제1 히팅구동롤러와 상기 제1 히팅종동롤러 사이의 이격거리 및 제2 히팅구동롤러와 상기 제2 히팅종동롤러 사이의 이격거리를 조정하는 히팅롤러승강부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지용 복합 고체전해질 분리막 제조장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 히팅롤러승강부는,
    상기 제1 히팅종동롤러 및 제2 히팅종동롤러의 롤러축이 회전 가능하게 접속되도록 베어링이 내장되고 상기 롤러설치프레임의 내부에 배치되는 승강블럭;
    상기 롤러설치프레임의 상부에 설치되고 로드가 상기 승강블럭에 접속되는 승강실린더; 및
    상기 승강블럭과 상기 롤러설치프레임의 마주보는 측벽에 설치되는 슬라이드유닛;을 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지용 복합 고체전해질 분리막 제조장치.
  10. 제5항에 있어서,
    상기 무기물시트언와인더는 상기 무기물시트가 권취되는 언와인더롤러, 상기 언와인더롤러 양단을 지지하는 언와인더롤러지지부, 상기 언와인더롤러를 이동시키는 롤러실린더를 포함하고,
    상기 무기물시트합지부는 상기 하부시트 및 상기 무기물시트가 합지되면서 유입되도록 마주보게 배치되는 제1 합지히팅롤러 및 제2 합지히팅롤러, 상기 제1 및 제2 합지히팅롤러 양단을 지지하는 합지히팅롤러지지부, 및 상기 제1 및 제2 합지히팅롤러 사이의 이격거리를 조정하는 합지롤러조정부를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지용 복합 고체전해질 분리막 제조장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 하부시트에 합지되는 상기 무기물시트의 잉여 부분을 절단하는 커팅부, 상기 무기물시트의 잉여 부분이 감김되는 절단시트감김부, 및 상기 절단시트감김부를 회전시키는 절단시트당김구동부가 구비된 잉여시트처리부를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지용 복합 고체전해질 분리막 제조장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 절단시트감김부는 상기 잉여 부분이 감김되는 감김휠과, 상기 감김휠의 중심에 결합되는 휠축을 구비하고,
    상기 절단시트당김구동부는 상기 잉여 부분이 경유하는 텐션바가 형성되고 상기 휠축이 회전 가능하게 설치되는 감김부프레임, 상기 휠축에 설치되는 종동풀리, 상기 종동풀리에 일단이 접속되는 벨트, 상기 벨트의 타단이 접속되는 구동풀리, 출력축에 상기 구동풀리가 설치되는 휠회전모터를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지용 복합 고체전해질 분리막 제조장치.
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