WO2023085773A1 - 전극 제조 장치 및 전극롤 - Google Patents

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WO2023085773A1
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최순식
권오철
김지환
이정원
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주식회사 엘지에너지솔루션
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    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Definitions

  • the present specification relates to an electrode manufacturing apparatus and an electrode roll.
  • lithium secondary batteries such as lithium ion batteries and lithium ion polymer batteries, which have advantages such as high energy density, discharge voltage, and output stability.
  • a secondary battery has a structure including an electrode assembly having a stacked structure of a positive electrode, a negative electrode, and a separator positioned between the positive electrode and the negative electrode.
  • the positive and negative electrodes are prepared by coating a slurry containing an active material on a current collector.
  • the manufactured electrode is stored by winding it on a bobbin before assembling the battery, and is moved when necessary.
  • a plurality of electrodes may be coated on one current collector and wound together on a bobbin to be stored, but in this case, wrinkles may occur in the current collector where the slurry is not applied between the electrodes. It is necessary to devise a method to solve this storage problem.
  • the present specification is intended to provide an electrode manufacturing apparatus and an electrode roll.
  • An exemplary embodiment of the present specification is a supply unit for supplying a substrate; At least one surface of the supplied substrate is coated with two or more areas spaced apart in the direction perpendicular to the supply direction of the substrate, and the electrode layer is divided into an applied portion to which the electrode slurry is applied and an uncoated portion between the coated portion of the two or more areas. Coating wealth; a drying unit for drying the coated electrode layer to produce an electrode film; and a recovery unit for recovering the electrode film, wherein the recovery unit is inserted into a bobbin winding the electrode film and the bobbin to be movable in the longitudinal direction of the bobbin, and includes a variable ring provided in correspondence to the position of the non-coating unit. It provides an electrode manufacturing apparatus that includes.
  • variable ring is an elastic band.
  • the width of the variable ring is 0.1 times or more and less than 1 time the width of the non-coating portion.
  • variable ring has a thickness of 1 mm or more and 5 mm or less.
  • the coating unit is spaced apart in two areas on at least one surface of the supplied substrate in a direction perpendicular to the supply direction of the substrate, and the ratio between the application unit to which the electrode slurry is applied and the application unit of the two areas
  • the electrode layer divided into the aeration part is coated, and the recovery part includes one variable ring provided to correspond to the position of the non-coating part.
  • the coating unit is spaced apart in three areas on at least one surface of the supplied substrate in a direction perpendicular to the supply direction of the substrate, and between the application unit to which the electrode slurry is applied and the application unit of the three areas, respectively
  • An electrode layer divided into two non-coating parts is coated, and the recovery part includes two variable rings provided respectively corresponding to the positions of the two non-coating parts.
  • a base material and an electrode slurry on at least one surface of the base material are separated into two or more regions in the longitudinal direction of the base material, and an applied part provided between the two or more coated parts.
  • an electrode roll including an electrode film including an electrode layer, a bobbin winding the electrode film, and a variable ring inserted into the bobbin to be movable in the longitudinal direction of the bobbin and provided corresponding to the position of the uncoated portion.
  • variable ring is an elastic band.
  • the width of the variable ring is 0.1 times or more and less than 1 time the width of the non-coating portion.
  • variable ring has a thickness of 1 mm or more and 5 mm or less.
  • the electrode layer is divided into an applied portion provided on at least one surface of the substrate with two areas spaced apart in the longitudinal direction of the substrate and an uncoated portion provided between the coated portion of the two areas,
  • the variable ring is provided corresponding to the position of the non-coating part.
  • the electrode layer is divided into an applied part provided on at least one surface of the substrate with three areas spaced apart in the longitudinal direction of the substrate and two uncoated parts provided between the applied parts of the three areas, respectively.
  • the variable ring is provided to correspond to the positions of the two non-coating parts, respectively.
  • One embodiment of the present specification has the advantage of reducing wrinkles occurring between a plurality of electrodes coated on one substrate.
  • An exemplary embodiment of the present specification has an advantage of reducing a thickness difference between an electrode-applied portion and an uncoated portion.
  • An exemplary embodiment of the present specification has an advantage of reducing a difference in physical properties between an electrode-applied portion and an uncoated portion.
  • FIG. 1 is a block diagram showing an electrode manufacturing apparatus according to an exemplary embodiment of the present specification.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view showing an electrode manufacturing apparatus according to an exemplary embodiment of the present specification.
  • FIG. 3(a) is a perspective view of the recovery unit in which the electrode film is recovered before recovery
  • FIG. 3(b) is a perspective view of the recovery unit after the recovery of the electrode film is completed.
  • FIG. 4 shows cases 1 to 3 in which wrinkles occurred in the non-coated area in the electrode films recovered from FIGS. 3(a) and 3(b) as (a) to (c), respectively.
  • FIG. 5(a) is a perspective view before recovery of a recovery unit in which an electrode film having two uncoated parts is recovered according to an exemplary embodiment of the present specification
  • FIG. 5(b) is a recovery unit in which an electrode film having one uncoated part is recovered. I am a perspective view.
  • FIG. 6 (a) is a cross-sectional view of a bobbin equipped with a variable ring according to one embodiment of the present specification
  • FIG. 6 (b) is a cross-sectional view of a bobbin equipped with a variable ring according to another exemplary embodiment of the present specification
  • (c) is an enlarged view of a bobbin equipped with a variable ring according to another embodiment of the present specification.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view showing an electrode manufacturing apparatus according to another exemplary embodiment of the present specification.
  • FIG 8 is a perspective view showing a state in which a cutting unit is provided according to another embodiment of the present specification.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view showing a state in which a cutting unit is provided according to another embodiment of the present specification.
  • top coat 650 bottom coat
  • FIG. 1 is a block diagram showing an electrode manufacturing apparatus 500 according to an exemplary embodiment of the present specification
  • FIG. 2 is a cross-sectional view showing the electrode manufacturing apparatus 500 according to an exemplary embodiment of the present specification.
  • the electrode manufacturing apparatus 500 includes a supply unit 100, a coating unit 200, a drying unit 300, and a recovery unit 400.
  • the recovery unit 400 is inserted into the bobbin 410 winding the electrode film 30 and the bobbin 410 to be movable in the longitudinal direction of the bobbin 410, and the electrode slurry is applied among the electrode films. It includes a variable ring provided to correspond to the position of the non-coating part 22 provided between the parts 21.
  • FIG. 3 (a) when the electrode film 30 having the non-coating portion 22 provided between the coating portions to which the electrode slurry is applied is wound on a bobbin without a variable ring, FIG. 3 (b) As such, wrinkles, such as cases 1 to 3 in (a) to (c) of FIG.
  • wrinkles When the coated electrode is dried and finally wound up, wrinkles mainly occur in the middle uncoated part, which is caused by the difference in thickness between the coated part and the uncoated part. In this phenomenon, the degree of wrinkles becomes more severe as the thickness of the coated portion is thicker because the thickness of the foil, which is the base material, is thin and the coating amount of the electrode is relatively large.
  • the variable ring 420 may be a ring formed of an elastic material, and specifically may be an elastic band.
  • the material is not particularly limited as long as it has appropriate rubber elasticity and mechanical strength, is excellent in wear resistance, and has a small coefficient of friction, but rubber such as urethane rubber, natural rubber, and acrylic rubber can be used.
  • rubber such as urethane rubber, natural rubber, and acrylic rubber can be used.
  • the variable ring 420 since the variable ring 420 has elasticity, it is easy to move the variable ring 420 according to the position of the non-coated part 22 of the electrode film to be collected, and since it is placed in close contact with the surface of the bobbin after the movement, the designated position is maintained. It is not easily changed during the process.
  • the shape can be changed by force, even if the force applied toward the center of the bobbin increases due to the stacked electrode films, it is possible to adapt by appropriately changing the shape.
  • the width (W) of the variable ring 420 is 0.1 times or more and less than 1 time, 0.2 times or more and less than 1 time, 0.3 times or more and less than 1 time, 0.4 times or more and less than 1 time, 0.5 times the width of the non-coated portion 22. It may be more than 1x and less than 1x, 0.6x and less than 1x, 0.7x and less than 1x, 0.8x and less than 1x, or 0.9x and less than 1x.
  • the width of the variable ring 420 may be substantially the same as the width of the uncoated portion 22, but if it is equal to or larger than that, it may come into contact with the edge of the coated portion 21 and cause deformation. When the above-described range is satisfied, the width of the variable ring 420 compensates for the step difference with the coating portion 21 and does not cause deformation of the coating portion 21 .
  • the thickness H of the variable ring 420 may be selected in consideration of the height of the coating portion 21, and specifically may be greater than or equal to 1 mm and less than or equal to 10 mm, or greater than or equal to 1 mm and less than or equal to 5 mm.
  • the thickness (H) of the variable ring is implemented as one variable ring as shown in FIG. 6 (a) or by stacking two or more variable rings as shown in FIG. It can be implemented by stacking the first variable ring 420' having a thickness of H1 and the second variable ring 420'' having a thickness of H2.
  • the bobbin 410 is not particularly limited as long as it can be stored and moved by winding the electrode film, but may have a cylindrical shape.
  • the bobbin 410 may have a shape like a bobbin.
  • the center of the bobbin 410 on which the electrode film 30 is to be wound has a constant diameter, and both ends of the bobbin 410 are larger than the diameter of the center, preventing the electrode film 30 wound in the center from escaping to both ends. there is.
  • the length of the bobbin 410 is longer than the width of the electrode film 30 and is not particularly limited as long as there is no problem in storage of the electrode film 30 .
  • the diameter of the bobbin 410 is not particularly limited as long as it can withstand the physical force caused by the electrode film 30 wound during storage of the electrode film 30 .
  • the electrode manufacturing apparatus 500 further includes a cutting unit 600 together with a supply unit 100, a coating unit 200, a drying unit 300, and a recovery unit 400.
  • the cutting part 600 includes a cutter, and the electrode manufactured by cutting the uncoated part in the supply direction with the cutter can be separated into two or more parts. Two or more electrodes separated in this way may each have a recovery unit 400 according to the number of separated electrodes.
  • Equipment for manufacturing electrodes with a width of 1000 mm or more, 1100 mm or more, or 1200 mm or more is advantageous for mass production of electrodes, but in the case of providing one recovery unit 400 according to the width of the electrode manufactured with a wide width, Since the number of uncoated parts inevitably increases in the vertical direction, defects due to a thickness difference between the coated part and the uncoated part inevitably increase.
  • the electrode manufactured in a wide width through the cutting part 600 before winding on the recovery part 400 is changed to the thickness difference between the applied part and the non-coated part with the variable ring 420 provided in the recovery part 400.
  • a plurality of recovery units 400 may be provided according to the number of cut electrodes by cutting the resulting defects to a controllable width.
  • FIG. 8 is a perspective view showing a state in which the cutting part 600 is provided according to another embodiment of the present specification
  • FIG. 9 is a cross-sectional view showing a state in which the cutting part 600 is provided according to another embodiment of the present specification.
  • the cutting part 600 can cut electrodes passing between two knife wheels 611 and 651 while rotating, and the undercoating 650 provided under the substrate 10 based on the substrate 10 and the substrate (10) may include a top coat 610 provided above.
  • the upper coat 610 and the lower coat 650 may each include knife wheels 611 and 651 and housings 612 and 652 into which the knife wheels are inserted and fixed.
  • One of the two knife wheels 611 and 651 rotates in the same direction as the rotation direction of the adjacent guide rolls 700 and 700', and the other of the two knife wheels 611 and 651 rotates in the same direction as the adjacent guide rolls 700 and 700'. 700') and can rotate in the opposite direction.
  • the two knife wheels 611 and 651 may have different rotational directions but the same rotational speed. More specifically, the rotation speed of the two knife wheels 611 and 651 may be the same as the rotation speed of the guide rolls 700 and 700'.
  • the supply unit 100 supplies the substrate 10, and the supply form of the substrate is not particularly limited as long as the substrate 10 can be supplied, but the substrate 10 can be supplied while being unwound from the rolled roll.
  • the substrate 10 is not particularly limited as long as it can coat the electrode, but the substrate 10 may be a current collector, specifically, a metal foil, and may be a foil made of copper, aluminum, or a combination thereof. there is.
  • the coating unit 200 two or more areas are spaced apart from each other on at least one surface of the supplied substrate 10 in the direction perpendicular to the supply direction of the substrate 10, and the coating unit 21 to which the electrode slurry is applied and the two or more areas The electrode layer divided by the non-coating part 22 between the applied parts is coated.
  • a method of applying the electrode slurry by the coating unit 200 is not particularly limited, and a method of applying the electrode slurry in general, such as a slot die, a blade, or a comma coating, may be selected and changed as needed.
  • the electrode slurry applied by the coating unit 200 may include an electrode active material, a binder, and a solvent.
  • the electrode active material is not particularly limited as long as it is used for a positive electrode or a negative electrode of a battery, but may be a cobalt-based active material, a three-component active material, a nickel-based active material, a manganese-based active material, or a phosphoric acid-based active material.
  • the binder is not particularly limited as long as it can aggregate the electrode active material, but may be polyvinylidene fluoride, styrene butadiene rubber (SBR), or the like.
  • the solvent is not particularly limited as long as it can impart fluidity to the electrode slurry, but may be water, N-methyl pyrrolidone, or the like.
  • the drying unit 300 dries the coated electrode layer to remove the solvent in the coated electrode slurry.
  • the drying means of the drying unit 300 is not particularly limited, but may be selected according to the characteristics of the electrode slurry to be dried, and at least one of hot air, heater, and UV irradiation may be selected.
  • the drying temperature and time of the drying unit 300 are not particularly limited, but may be adjusted according to the characteristics of the electrode slurry to be dried. For example, drying may be performed at a temperature of about 200° C. or less for 20 seconds to 5 minutes.
  • the coating unit 200 is an application unit in which electrode slurry is applied by spaced two regions apart in a direction perpendicular to the supply direction of the substrate on at least one surface of the supplied substrate ( 21) and the non-applied part 22 between the applied parts of the two areas, the electrode layer 20 is coated, and the recovery part 400 is one variable provided corresponding to the position of the non-coated part 22 A ring 420 may be included.
  • the coating unit 200 has an electrode slurry applied to at least one surface of the supplied substrate with three regions spaced apart in the supply direction of the substrate 21 and The electrode layer 20 divided into two uncoated parts 22 located between the applied parts of the three areas is coated, and the recovery part 400 is provided to correspond to the positions of the two uncoated parts, respectively. It may include two variable rings 420.
  • Another embodiment of the present specification is a substrate, and an electrode slurry on at least one surface of the substrate is spaced apart in two or more areas in the longitudinal direction (supply direction) of the substrate and provided between the two or more coating parts
  • An electrode including an electrode film including an electrode layer divided into uncoated parts, a bobbin winding the electrode film, and a variable ring inserted into the bobbin to be movable in the longitudinal direction of the bobbin and provided corresponding to the position of the uncoated part. rolls are provided.
  • the electrode roll may refer to the description of the electrode manufacturing apparatus described above.
  • the electrode layer 20 includes an application unit 21 provided on at least one surface of the substrate with two areas spaced apart in the longitudinal direction of the substrate and an application unit of the two areas. It is divided into non-coating parts 22 provided therebetween, and the variable ring 420 may be provided corresponding to the position of the non-coating parts 22 .
  • the electrode layer 20 includes an application unit 21 provided on at least one surface of the substrate with three areas spaced apart in the longitudinal direction of the substrate and an application unit of the three areas. It is divided into two non-coating parts 22 provided therebetween, and the variable ring 420 may be provided to correspond to the positions of the two non-coating parts 22, respectively.

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Abstract

본 명세서는 비도포부의 위치에 대응하여 위치하는 가변링이 구비된 보빈을 포함하는 전극 제조 장치 및 전극롤에 관한 것이다.

Description

전극 제조 장치 및 전극롤
본 출원은 2021년 11월 09일에 한국특허청에 제출된 한국 특허 출원 제10-2021-0153117호의 출원일의 이익을 주장하며, 그 내용 전부는 본 명세서에 포함된다.
본 명세서는 전극 제조 장치 및 전극롤에 관한 것이다.
최근 화석연료의 고갈에 의한 에너지원의 가격 상승, 환경 오염의 관심이 증폭되어 친환경 대체 에너지원에 대한 요구가 증가하고 있다. 이에 원자력, 태양광, 풍력, 조력 등 다양한 전력 생산기술들에 대한 연구가 지속되고 있으며 이렇게 생산된 에너지를 더욱 효율적으로 사용하기 위한 전력 저장장치에 관심도 크다.
특히 모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서의 전지의 수요가 급격히 증가하고 있다. 이러한 수요에 부응할 수 있는 전지에 대한 많은 연구가 행해지고 있다.
대표적으로 전지의 형상 면에서는 얇은 두께를 가지며 휴대폰 등과 같은 제품들에 적용될 수 있는 각형 이차전지와 파우치형 이차전지에 대한 수요가 높다. 재료 면에서는 높은 에너지 밀도, 방전 전압, 출력 안정성 등의 장점을 가진 리튬이온 전지, 리튬이온 폴리머 전지 등과 같은 리튬 이차전지에 대한 수요가 높다.
일반적으로 이차전지는 양극, 음극, 및 양극과 음극 사이에 위치하는 분리막이 적층된 구조의 전극 조립체를 포함하는 구조이다. 상기 양극 및 음극은 집전체 상에 활물질을 포함하는 슬러리를 코팅함으로써 제조된다. 제조된 전극은 전지 조립 전에 보빈에 감아 보관하고 필요시 이동시킨다.
전극 코팅 공정의 효율을 높이기 위해 다수의 전극을 하나의 집전체에 코팅하고 함께 보빈에 감아 보관할 수 있으나, 이 경우 전극과 전극 사이에 슬러리가 도포되지 않은 집전체에서 주름이 발생할 수 있다. 이러한 보관 상의 문제를 해결할 수 있는 방법의 고안이 필요하다.
본 명세서는 전극 제조 장치 및 전극롤을 제공하고자 한다.
본 명세서의 일 실시상태는 기재를 공급하는 공급부; 상기 공급된 기재의 적어도 일면에 상기 기재의 공급방향의 수직방향으로 2 이상 영역이 이격하여 전극 슬러리가 도포된 도포부와 상기 2 이상 영역의 도포부 사이의 비도포부로 구분된 전극층을 코팅하는 코팅부; 상기 코팅된 전극층을 건조하여 전극필름을 제조하는 건조부; 및 상기 전극필름을 회수하는 회수부를 포함하며, 상기 회수부는 상기 전극필름을 감는 보빈 및 상기 보빈에 끼워져 상기 보빈의 길이방향으로 이동이 가능하고, 상기 비도포부의 위치에 대응하여 구비된 가변링을 포함하는 것인 전극 제조 장치를 제공한다.
본 명세서의 일 실시상태에서, 상기 가변링은 탄성밴드이다.
본 명세서의 일 실시상태에서, 상기 가변링의 폭은 상기 비도포부의 폭의 0.1배 이상 1배 미만이다.
본 명세서의 일 실시상태에서, 상기 가변링의 두께는 1 mm 이상 5mm 이하이다.
본 명세서의 일 실시상태에서, 상기 코팅부는 상기 공급된 기재의 적어도 일면에 상기 기재의 공급방향의 수직방향으로 2 영역이 이격하여 전극 슬러리가 도포된 도포부와 상기 2 영역의 도포부 사이의 비도포부로 구분된 전극층을 코팅하고, 상기 회수부는 상기 비도포부의 위치에 대응하여 구비된 하나의 가변링을 포함한다.
본 명세서의 다른 실시상태에서, 상기 코팅부는 상기 공급된 기재의 적어도 일면에 상기 기재의 공급방향의 수직방향으로 3 영역이 이격하여 전극 슬러리가 도포된 도포부와 상기 3 영역의 도포부 사이에 각각 위치하는 2개의 비도포부로 구분된 전극층을 코팅하고, 상기 회수부는 상기 2개의 비도포부의 위치에 각각 대응하여 구비된 2개의 가변링을 포함한다.
본 명세서의 또 다른 실시상태는 기재, 및 상기 기재의 적어도 일면에 전극 슬러리가 상기 기재의 길이방향으로 2 이상 영역으로 이격하여 구비된 도포부와 상기 2 이상의 도포부 사이에 구비된 비도포부로 구분된 전극층을 포함하는 전극필름, 상기 전극필름을 감는 보빈 및 상기 보빈에 끼워져 상기 보빈의 길이방향으로 이동이 가능하고, 상기 비도포부의 위치에 대응하여 구비된 가변링을 포함하는 전극롤을 제공한다.
본 명세서의 또 다른 실시상태에서, 상기 가변링은 탄성밴드이다.
본 명세서의 또 다른 실시상태에서, 상기 가변링의 폭은 상기 비도포부의 폭의 0.1배 이상 1배 미만이다.
본 명세서의 또 다른 실시상태에서, 상기 가변링의 두께는 1 mm 이상 5mm 이하이다.
본 명세서의 또 다른 실시상태에서, 상기 전극층은 상기 기재의 적어도 일면에 상기 기재의 길이방향으로 2 영역이 이격하여 구비된 도포부와 상기 2 영역의 도포부 사이에 구비된 비도포부로 구분되고, 상기 가변링은 상기 비도포부의 위치에 대응하여 구비된다.
본 명세서의 다른 실시상태에서, 상기 전극층은 상기 기재의 적어도 일면에 상기 기재의 길이방향으로 3 영역이 이격하여 구비된 도포부와 상기 3 영역의 도포부 사이에 각각 구비된 2개의 비도포부로 구분되고, 상기 가변링은 상기 2개의 비도포부의 위치에 각각 대응하여 구비된다.
본 명세서의 일 실시상태는 하나의 기재에 코팅된 다수의 전극 사이에 발생하는 주름이 감소하는 장점이 있다.
본 명세서의 일 실시상태는 전극이 도포된 도포부와 비도포부 사이의 두께차를 줄여주는 장점이 있다.
본 명세서의 일 실시상태는 전극이 도포된 도포부와 비도포부 사이 물리적 성질 차이를 줄여주는 장점이 있다.
도 1은 본 명세서의 일 실시상태에 따른 전극 제조 장치를 나타낸 블록도이다.
도 2는 본 명세서의 일 실시상태에 따른 전극 제조 장치를 나타낸 단면도이다.
도 3(a)은 전극필름이 회수되는 회수부의 회수전 사시도이고, 도 3(b)는 전극필름의 회수가 완료된 회수부의 회수후 사시도이다.
도 4는 도 3(a) 및 도 3(b)에서 회수된 전극필름에서 비도포부의 주름이 발생된 사례 1 내지 사례 3을 각각 (a) 내지 (c)로 도시했다.
도 5(a)은 본 명세서의 일 실시상태에 따라 비도포부가 2개인 전극필름이 회수되는 회수부의 회수전 사시도이고, 도 5(b)는 비도포부가 1개인 전극필름이 회수되는 회수부의 회수전 사시도이다.
도 6(a)는 본 명세서의 일 실시상태에 따라 가변링이 구비된 보빈의 단면도이며, 도 6(b)는 본 명세서의 다른 실시상태에 따라 가변링이 구비된 보빈의 단면도이며, 도 6(c)는 본 명세서의 또 다른 실시상태에 따라 가변링이 구비된 보빈의 확대도이다.
도 7은 본 명세서의 또 다른 실시상태에 따른 전극 제조 장치를 나타낸 단면도이다.
도 8은 본 명세서의 다른 실시상태에 따라 절단부의 구비상태를 나타내는 사시도이다.
도 9는 본 명세서의 다른 실시상태에 따라 절단부의 구비상태를 나타내는 단면도이다.
[부호의 설명]
10: 기재
20: 전극층
21: 도포부
22: 비도포부
23: 가장자리부
30: 전극필름
100: 공급부
200: 코팅부
300: 건조부
400, 400': 회수부
410: 보빈
420: 가변링
420': 제1 가변링
420”: 제2 가변링
500: 전극 제조 장치
600: 절단부
610: 상도 650: 하도
611, 651: 나이프휠
612, 652: 하우징
이하에서는 도면을 참고하여 본 발명을 상세히 설명한다. 그러나, 도면은 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명의 범위가 도면에 의하여 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 명세서의 일 실시상태에 따른 전극 제조 장치(500)를 나타낸 블록도이고, 도 2는 본 명세서의 일 실시상태에 따른 전극 제조 장치(500)를 나타낸 단면도이다. 전극 제조 장치(500)는 공급부(100), 코팅부(200), 건조부(300) 및 회수부(400)를 포함한다.
상기 회수부(400)는 상기 전극필름(30)을 감는 보빈(410) 및 상기 보빈(410)에 끼워져 상기 보빈(410)의 길이방향으로 이동이 가능하고, 전극필름 중 전극 슬러리가 도포된 도포부(21) 사이에 구비된 비도포부(22)의 위치에 대응하여 구비된 가변링을 포함한다.
도 3(a)에 도시된 바와 같이 가변링을 구비하지 않은 보빈에 전극 슬러리가 도포된 도포부 사이에 구비된 비도포부(22)를 갖는 전극필름(30)을 감는 경우, 도 3(b)와 같이 와이딩 완료 후 표시된 부분, 즉 비도포부에서 도 4의 (a) 내지 (c)의 사례 1 내지 사례 3과 같은 주름이 발생된다. 코팅 전극이 건조되고 최종 권취될 때 주로 가운데 비도포부에서 주름이 발생하며, 이는 도포부와 비도포부의 두께차로 인해 주름이 발생한다. 이와 같은 현상은 기재인 호일의 두께가 얇고, 상대적으로 전극의 코팅량이 많아 도포부의 두께가 두꺼울수록 주름의 정도는 더 심해진다.
반면, 도 5에 도시된 바와 같이, 전극필름 중 전극 슬러리가 도포된 도포부(21) 사이에 구비된 비도포부(22)의 위치에 대응하여 구비된 가변링(420)을 구비하는 경우, 전극이 도포된 도포부(21)와 비도포부(22) 사이의 단차를 줄여주어 이로 인해 발생되는 주름이 감소한다.
상기 가변링(420)은 탄성재료로 형성된 링일 수 있으며, 구체적으로 탄성밴드일 수 있다. 재료로는 적당한 고무탄성과 기계적 강도를 갖고, 내마모성이 뛰어나고, 마찰계수가 작다면 특별히 한정하지 않으나, 우레탄 고무, 천연 고무, 아크릴 고무 등의 고무를 사용할 수 있다. 이 경우, 가변링(420)이 탄성력이 있어 회수대상 전극필름의 비도포부(22)의 위치에 따라 가변링(420)을 이동시키기 용이하고, 이동 후 보빈의 표면과 밀착되어 위치되므로 지정된 위치가 공정 중 쉽게 변경되지 않는다. 또한, 힘에 의해 형태의 변화가 가능하여 여러겹으로 쌓인 전극필름에 의해 보빈의 중심방향으로 가해지는 힘이 증가하더라도 적절히 형태를 변화시켜 적응이 가능하다.
상기 가변링(420)의 폭(W)은 상기 비도포부(22)의 폭의 0.1배 이상 1배 미만, 0.2배 이상 1배 미만, 0.3배 이상 1배 미만, 0.4배 이상 1배 미만, 0.5배 이상 1배 미만, 0.6배 이상 1배 미만, 0.7배 이상 1배 미만, 0.8배 이상 1배 미만 또는 0.9배 이상 1배 미만일 수 있다. 상기 가변링(420)의 폭은 비도포부(22)의 폭와 거의 일치하는 폭일 수 있으나, 동일 이상인 경우 도포부(21)의 가장자리와 닿아 변형을 초래할 수 있다. 상술한 범위를 만족하는 경우, 가변링(420)의 폭은 도포부(21)와의 단차를 보완하고 도포부(21)를 변형을 초래하지 않는다.
상기 가변링(420)의 두께(H)는 도포부(21)의 높이를 고려하여 선택할 수 있으며, 구체적으로 1 mm 이상 10mm 이하, 또는 1 mm 이상 5mm 이하일 수 있다. 이때, 가변링의 두께(H)는 도 6(a)와 같이 하나의 가변링으로 구현하거나, 도 6(b)와 같이 2 이상의 가변링의 적층하여 목표하는 두께(H=H1+H2)를 H1의 두께를 갖는 제1 가변링(420')과 H2의 두께를 갖는 제2 가변링(420”)을 적층하여 구현할 수 있다.
상기 보빈(410)은 전극필름을 감아 보관 및 이동할 수 있는 형태라면 특별히 한정하지 않으나, 원기둥의 형태를 가질 수 있다.
상기 보빈(410)은 실패와 같은 형태를 가질 수 있다. 이때, 전극필름(30)이 감길 보빈(410)의 중앙부는 지름이 일정하고, 보빈(410)의 양단부는 중앙부의 지름보다 커 중앙부에 감긴 전극필름(30)이 양단부로 빠져나가지 않도록 방지할 수 있다.
상기 보빈(410)의 길이는 전극필름(30)의 폭보다 길고 전극필름(30)의 보관에 문제가 없다면 특별히 한정하지 않는다.
상기 보빈(410)의 지름은 전극필름(30)의 보관 시 감긴 전극필름(30)에 의한 물리적인 힘을 견딜 수 있는 정도라면 특별히 한정하지 않는다.
도 7은 본 명세서의 또 다른 실시상태에 따른 전극 제조 장치를 나타낸 단면도이다. 전극 제조 장치(500)는 공급부(100), 코팅부(200), 건조부(300) 및 회수부(400)와 함께, 절단부(600)를 더 포함한다.
상기 절단부(600)는 커터를 구비하고, 상기 커터로 비도포부를 공급 방향으로 절단하여 제조된 전극을 2 이상으로 분리할 수 있다. 이렇게 분리된 2 이상의 전극은 분리된 전극의 개수에 맞추어 각각 회수부(400)를 구비할 수 있다.
폭이 1000mm 이상, 1100mm 이상, 또는 1200mm 이상의 광폭으로 전극을 제조하는 설비는 전극의 대량생산에 유리하나, 광폭으로 제조된 전극의 폭에 맞추어 하나의 회수부(400)을 구비하는 경우 공급방향의 수직방향으로 비도포부의 개수가 증가할 수 밖에 없으므로, 도포부와 비도포부의 두께차로 인한 불량이 증가할 수 밖에 없다.
광폭으로 제조되는 설비 말단에 회수부(400)에 감기 전 절단부(600)를 통해 광폭으로 제조된 전극을, 회수부(400)에 구비된 가변링(420)으로 도포부와 비도포부의 두께차로 인한 불량을 제어할 수 있는 폭으로 절단하여, 절단된 전극의 개수에 맞추어 복수의 회수부(400)를 구비할 수 있다.
도 8은 본 명세서의 다른 실시상태에 따라 절단부(600)의 구비상태를 나타내는 사시도이고, 도 9는 본 명세서의 다른 실시상태에 따라 절단부(600)의 구비상태를 나타내는 단면도이다.
상기 절단부(600)는 두 개의 나이프휠(611, 651)이 회전하며 그 사이를 지나가는 전극을 커팅할 수 있으며, 기재(10)를 기준으로 기재(10) 아래에 구비된 하도(650)와 기재(10) 위에 구비된 상도(610)를 포함할 수 있다. 상도(610)와 하도(650)는 각각 나이프휠(611, 651)과 나이프휠이 삽입되어 고정된 하우징(612, 652)을 포함할 수 있다.
두 개의 나이프휠(611, 651) 중 어느 하나는 인접한 가이드롤(700, 700')의 회전방향과 동일한 방향으로 회전하며, 두 개의 나이프휠(611, 651) 중 나머지는 인접한 가이드롤(700, 700')의 회전방향과 반대 방향으로 회전할 수 있다.
두 개의 나이프휠(611, 651)은 서로 회전방향은 상이하나 회전속도는 동일할 수 있다. 더 구체적으로, 두 개의 나이프휠(611, 651)의 회전속도는 가이드롤(700, 700')의 회전속도와 동일할 수 있다.
공급부(100)는 기재(10)를 공급하는 것으로, 기재(10)를 공급할 수 있다면 기재의 공급형태는 특별히 한정하지 않으나, 기재(10)가 감긴 롤로부터 풀어내면서 기재를 공급할 수 있다.
이때, 기재(10)는 전극을 코팅할 수 있다면 특별히 한정하지 않으나, 상기 기재(10)는 집전체일 수 있고, 구체적으로 금속 호일일 수 있으며, 구리, 알루미늄 또는 이들이 조합된 재질의 호일일 수 있다.
코팅부(200)는 공급된 기재(10)의 적어도 일면에 상기 기재(10)의 공급방향의 수직방향으로 2 이상 영역이 이격하여 전극 슬러리가 도포된 도포부(21)와 상기 2 이상 영역의 도포부 사이의 비도포부(22)로 구분된 전극층을 코팅한다.
상기 코팅부(200)가 전극 슬러리를 도포하는 방법은 특별히 한정하지 않으며, 슬롯 다이, 블레이드, 콤마 코팅 등 일반적으로 전극 슬러리를 도포하는 방법을 필요에 따라 선택하고 변경할 수 있다.
코팅부(200)에 의해 도포되는 전극 슬러리는 전극 활물질, 바인더 및 용매를 포함할 수 있다.
상기 전극 활물질은 전지의 양극 또는 음극에 사용되는 물질이라면 특별히 한정하지 않으나, 코발트계 활물질, 3성분계 활물질, 니켈계 활물질, 망간계 활물질, 인산계 활물질 등일 수 있다.
상기 바인더는 전극 활물질을 응집시킬 수 있다면 특별히 한정하지 않으나, 폴리비닐리덴 플루오라이드(Polyvinylidene fluoride), 스티렌부타디엔고무(SBR) 등일 수 있다.
상기 용매는 전극 슬러리의 유동성을 부여할 수 있다면 특별히 한정하지 않으나, 물, N-메틸 피롤리돈(N-methyl pyrrolidone) 등일 수 있다.
건조부(300)는 상기 코팅된 전극층을 건조하여, 도포된 전극 슬러리 내 용매를 제거한다.
건조부(300)의 건조 수단은 특별히 한정하지 않으나, 이는 건조 대상인 전극 슬러리의 특징에 따라 선택할 수 있으며, 열풍, 히터 및 UV조사 중 적어도 하나를 선택할 수 있다.
건조부(300)의 건조 온도 및 시간은 특별히 한정하지 않으나, 이는 건조 대상인 전극 슬러리의 특징에 따라 조절할 수 있다. 예를 들면, 약 200℃ 이하의 온도에서, 20초 내지 5 분 동안 건조를 수행할 수 있다.
일 실시상태에서, 도 5(b)와 같이, 상기 코팅부(200)는 상기 공급된 기재의 적어도 일면에 상기 기재의 공급방향의 수직방향으로 2 영역이 이격하여 전극 슬러리가 도포된 도포부(21)와 상기 2 영역의 도포부 사이의 비도포부(22)로 구분된 전극층(20)을 코팅하고, 상기 회수부(400)는 상기 비도포부(22)의 위치에 대응하여 구비된 하나의 가변링(420)을 포함할 수 있다.
다른 실시상태에서, 도 5(a)와 같이, 상기 코팅부(200)는 상기 공급된 기재의 적어도 일면에 상기 기재의 공급방향으로 3 영역이 이격하여 전극 슬러리가 도포된 도포부(21)와 상기 3 영역의 도포부 사이에 각각 위치하는 2개의 비도포부(22)로 구분된 전극층(20)을 코팅하고, 상기 회수부(400)는 상기 2개의 비도포부의 위치에 각각 대응하여 구비된 2개의 가변링(420)을 포함할 수 있다.
본 명세서의 또 다른 실시상태는 기재, 및 상기 기재의 적어도 일면에 전극 슬러리가 상기 기재의 길이방향(공급방향)으로 2 이상 영역으로 이격하여 구비된 도포부와 상기 2 이상의 도포부 사이에 구비된 비도포부로 구분된 전극층을 포함하는 전극필름, 상기 전극필름을 감는 보빈 및 상기 보빈에 끼워져 상기 보빈의 길이방향으로 이동이 가능하고, 상기 비도포부의 위치에 대응하여 구비된 가변링을 포함하는 전극롤을 제공한다.
이때, 전극롤은 상술한 전극 제조 장치의 설명을 인용할 수 있다.
일 실시상태에서, 도 5(b)와 같이, 상기 전극층(20)은 상기 기재의 적어도 일면에 상기 기재의 길이방향으로 2 영역이 이격하여 구비된 도포부(21)와 상기 2 영역의 도포부 사이에 구비된 비도포부(22)로 구분되고, 상기 가변링(420)은 상기 비도포부(22)의 위치에 대응하여 구비될 수 있다.
다른 실시상태에서, 도 5(a)와 같이, 상기 전극층(20)은 상기 기재의 적어도 일면에 상기 기재의 길이방향으로 3 영역이 이격하여 구비된 도포부(21)와 상기 3 영역의 도포부 사이에 각각 구비된 2개의 비도포부(22)로 구분되고, 상기 가변링(420)은 상기 2개의 비도포부(22)의 위치에 각각 대응하여 구비될 수 있다.
본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 다양한 실시 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (12)

  1. 기재를 공급하는 공급부;
    상기 공급된 기재의 적어도 일면에 상기 기재의 공급방향의 수직방향으로 2 이상 영역이 이격하여 전극 슬러리가 도포된 도포부와 상기 2 이상 영역의 도포부 사이의 비도포부로 구분된 전극층을 코팅하는 코팅부;
    상기 코팅된 전극층을 건조하여 전극필름을 제조하는 건조부; 및
    상기 전극필름을 회수하는 회수부를 포함하며,
    상기 회수부는 상기 전극필름을 감는 보빈 및
    상기 보빈에 끼워져 상기 보빈의 길이방향으로 이동이 가능하고, 상기 비도포부의 위치에 대응하여 구비된 가변링을 포함하는 것인 전극 제조 장치.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 가변링은 탄성밴드인 것인 전극 제조 장치.
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 가변링의 폭은 상기 비도포부의 폭의 0.1배 이상 1배 미만인 것인 전극 제조 장치.
  4. 청구항 1에 있어서, 상기 가변링의 두께는 1 mm 이상 5mm 이하인 것인 전극 제조 장치.
  5. 청구항 1에 있어서, 상기 코팅부는 상기 공급된 기재의 적어도 일면에 상기 기재의 공급방향의 수직방향으로 2 영역이 이격하여 전극 슬러리가 도포된 상기 도포부와 상기 2 영역의 도포부 사이의 상기 비도포부로 구분된 전극층을 코팅하고,
    상기 회수부는 상기 비도포부의 위치에 대응하여 구비된 하나의 가변링을 포함하는 것인 전극 제조 장치.
  6. 청구항 1에 있어서, 상기 코팅부는 상기 공급된 기재의 적어도 일면에 상기 기재의 공급방향의 수직방향으로 3 영역이 이격하여 전극 슬러리가 도포된 상기 도포부와 상기 3 영역의 도포부 사이에 각각 위치하는 2개의 비도포부로 구분된 전극층을 코팅하고,
    상기 회수부는 상기 2개의 비도포부의 위치에 각각 대응하여 구비된 2개의 가변링을 포함하는 것인 전극 제조 장치.
  7. 기재, 및 상기 기재의 적어도 일면에 전극 슬러리가 상기 기재의 길이방향으로 2 이상 영역으로 이격하여 구비된 도포부와 상기 2 이상의 도포부 사이에 구비된 비도포부로 구분된 전극층을 포함하는 전극필름,
    상기 전극필름을 감는 보빈 및
    상기 보빈에 끼워져 상기 보빈의 길이방향으로 이동이 가능하고, 상기 비도포부의 위치에 대응하여 구비된 가변링을 포함하는 전극롤.
  8. 청구항 7에 있어서, 상기 가변링은 탄성밴드인 것인 전극롤.
  9. 청구항 7에 있어서, 상기 가변링의 폭은 상기 비도포부의 폭의 0.1배 이상 1배 미만인 것인 전극롤.
  10. 청구항 7에 있어서, 상기 가변링의 두께는 1 mm 이상 5mm 이하인 것인 전극롤.
  11. 청구항 7에 있어서, 상기 전극층은 상기 기재의 적어도 일면에 상기 기재의 길이방향으로 2 영역이 이격하여 구비된 도포부와 상기 2 영역의 도포부 사이에 구비된 비도포부로 구분되고,
    상기 가변링은 상기 비도포부의 위치에 대응하여 구비된 것인 전극롤.
  12. 청구항 7에 있어서, 상기 전극층은 상기 기재의 적어도 일면에 상기 기재의 길이방향으로 3 영역이 이격하여 구비된 도포부와 상기 3 영역의 도포부 사이에 각각 구비된 2개의 비도포부로 구분되고,
    상기 가변링은 상기 2개의 비도포부의 위치에 각각 대응하여 구비된 것인 전극롤.
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