WO2023085796A1 - 이차전지의 전극 제조를 위한 롤 및 이를 적용한 전극 제조 장치 - Google Patents

이차전지의 전극 제조를 위한 롤 및 이를 적용한 전극 제조 장치 Download PDF

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류덕현
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장진수
이윤주
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Definitions

  • At least one traveling roll positioned close to the rolling roll among the plurality of traveling rolls may have both a base surface and a stepped surface, and a traveling roll disposed behind it may have only a base surface.
  • the roll may include a base roll having a predetermined diameter and a stepped ring coupled to an outer circumference of the base roll.
  • a traveling roll following the rolling roll performs complementary stretching, thereby generating wrinkles in the metal foil of the uncoated portion. phenomenon can be prevented.
  • the active material layer 30 may be applied to at least one of the first surface 21 and the second surface 22 .
  • a structure applied to both surfaces is exemplified.
  • the silicon-based compound may include at least one of SiO x (0 ⁇ x ⁇ 2) and SiC.
  • the friction coefficient of the stepped surface 422 may be greater than that of the base surface 413 as much as the friction coefficient of the holding part 13 is greater than that of the uncoated part 12 .
  • the step ring 42 is thermally expanded and inserted into the base roll 41 in a state where its inner diameter is expanded and cooled so that the inner diameter is reduced, so that the step ring 42 is the base roll ( 41) can be fixed.
  • the base roll 41 may include a first metal material
  • the stepped ring 42 may include a second metal material having a higher coefficient of thermal expansion than the first metal material. Selection of such a material provides more convenience when separating the stepped ring 42 coupled to the base roll 41.
  • the adhesive or adhesive layer between the inner circumferential surface of the stepped ring 42 and the outer circumferential surface of the base roll 41 may be removed.
  • the step ring 42 may be inserted into the base roll 41 in an elastically or thermally deformed state so that its diameter is expanded.

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Abstract

본 발명은 제1면 및 그 이면인 제2면을 구비하는 금속 포일의 적어도 어느 일 면에 활물질층이 도포된 시트 형태의 전극을 압연하고 이송하는 전극 제조 장치이다. 상기 전극을 압연하는 압연 롤, 및 상기 전극을 압연한 뒤 이송하는 주행 롤 중 적어도 어느 하나의 롤은, 소정의 직경을 가지고 외주에 베이스면이 마련된 베이스롤; 및 상기 베이스롤의 외주에 결합되고, 상기 베이스면보다 직경이 확장된 형태의 단차면을 구비하는 단차링;을 구비한다. 상기 단차링은 상기 베이스롤에 착탈 가능하게 결합된다. 상기 단차의 크기는 상기 활물질층의 두께와 다르다. 상기 단차면의 표면에서 측정되는 마찰계수는, 상기 베이스면의 마찰계수와 다르다. 상기 단차링의 탄성계수는 상기 베이스롤의 탄성계수보다 작다.

Description

이차전지의 전극 제조를 위한 롤 및 이를 적용한 전극 제조 장치
본 출원은 2021년 11월 11일자 대한민국 특허출원 제10-2021-0155217호 및 2022년 4월 15자 대한민국 특허출원 제10-2022-0046994호에 기초한 우선권의 이익을 주장하며, 해당 한국 특허출원의 문헌에 개시된 모든 내용은 본 명세서의 일부로서 포함된다.
본 발명은 이차전지의 전극 제조를 위한 롤에 과한 것으로, 보다 상세하게는 활물질층이 코팅된 영역과 코팅되지 않은 영역 간의 전극 두께 단차에도 불구하고 연신이 균일하게 이루어질 수 있고 연신 후 이송 과정에서도 전극의 변형을 방지할 수 있는 롤 구조에 관한 것이다.
모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서의 이차전지의 수요가 급격히 증가하고 있고, 최근에는 전기자동차(EV), 하이브리드 전기자동차(HEV)의 동력원으로서 이차전지의 사용이 실현화되고 있어, 그러한 이차전지 중 높은 에너지 밀도와 높은 방전 전압 및 출력 안정성의 리튬 이차전지에 대한 수요가 높다.
이차전지는 양극/분리막/음극 구조의 전극조립체가 어떠한 구조로 이루어져 있는지에 따라 분류되기도 하며, 대표적으로는, 긴 시트형의 양극들과 음극들을 분리막이 개재된 상태에서 권취한 구조의 젤리-롤(권취형) 전극 조립체, 소정 크기의 단위로 절취한 다수의 양극과 음극들을 분리막을 개재한 상태로 순차적으로 적층한 스택형(적층형) 전극조립체, 소정 단위의 양극과 음극들을 분리막을 개재한 상태로 적층한 유닛셀들, 예를 들어, 바이셀(Bi-cell) 또는 풀셀(Full cell)들을 권취한 구조의 스택-폴딩형 전극조립체 등을 들 수 있다.
이러한 전극조립체의 제조를 위해서는, 먼저 양극과 음극에 해당하는 시트 형태의 전극을 제조하여야 한다. 시트 형태의 전극은, 시트의 표면에 활물질층이 도포 내지 코팅된 유지부와, 상기 활물질층이 도포되지 않은 무지부를 구비한다. 이러한 시트 형태의 전극은 그보다 더욱 폭이 넓고 길이가 더욱 긴 금속 시트로부터 제작되므로, 이송 방향을 따라 길게 연장되는 멀티-레인(multi-lane) 형태로 제작된다. 멀티-레인 형태의 전극 시트는, 복수 개의 무지부가 길이방향으로 연장되고 폭방향으로 이격 배치되는 형태를 가진다.
전극 시트에서 활물질층이 도포된 부위와 도포되지 않은 부위는 두께의 차이를 가지게 된다. 이에 따라 상기 멀티-레인 전극 시트를 압연 롤에서 압연할 때 유지부와 무지부 간 연신량 차이가 발생하고, 이로 인해 무지부에 주름이나 변형이 발생한다. 또한 이렇게 무지부가 변형된 전극 시트가 이송 롤로 주행하는 과정에서 주름이나 변형이 심화되고 심지어 무지부가 접혀 단선되는 문제가 발생할 수 있다.
US 2015-0360268 A1과 KR 2261491 B1에는, 전극 시트의 무지부와 유지부의 두께 차이에 대응하도록 롤에 단차를 두어 무지부와 유지부 간 연신량 차이에 대응하는 기술이 개시되어 있다. 그러나 단순히 압연 롤에 기하학적으로 무지부와 유지부의 두께 차이에 해당하는 단차를 두는 것만으로는, 연신량의 차이에 의해 무지부에 발생하는 주름을 즉시 잡아주는 기능을 할 뿐, 무지부에 주름이 발생하는 것 자체를 방지하지는 못하였다.
결국 압연 롤을 거치며 발생한 전극 시트의 유지부 영역의 금속 포일의 연신량과 무지부 영역의 금속 포일의 연신량의 차이를 해소하지 아니하면, 전극 시트의 주행이 계속되는 과정에서 연신량의 차이로 인한 변형이 재발할 수밖에 없다.
아울러, 위와 같은 롤은, 제조하고자 하는 전극 시트의 활물질층 두께 치수가 변경될 경우, 함께 교체해야 하는 번거로움이 있었다. 아울러 전극 시트의 무지부의 위치, 즉 레인의 위치가 다른 전극 시트를 제조할 때마다 마찬가지로 롤을 교체해야 하는 번거로움이 있었다. 아울러, 서로 다른 치수의 멀티 레인 전극 시트를 제작하고자 할 때마다 그에 대응하는 롤을 함께 제작해야 한다는 번거로움이 있었다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 무지부와 유지부의 두께 차이로 인해, 전극을 연신할 때 무지부에 주름이 발생하는 것을 원천적으로 방지할 수 있는 롤 및 이를 적용한 전극 제조 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은, 가공하고자 하는 전극 시트의 활물질층의 두께가 변경되거나 무지부의 위치나 폭 등이 변경되더라도, 변경된 전극 시트에 각각 대응하는 롤을 모두 제작할 필요 없이 변경된 전극 시트에 롤을 유연하게 대응시킬 수 있는 롤 및 이를 적용한 전극 제조 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 기술적 과제들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있고, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 이해될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명은, 제1면 및 그 이면인 제2면을 구비하는 금속 포일의 적어도 어느 일 면에 활물질층이 도포된 시트 형태의 전극을 압연하고 이송하는 전극 제조 장치를 제공한다.
상기 전극 제조 장치는, 상기 전극을 압연하는 압연 롤, 및 상기 전극을 압연한 뒤 이송하는 주행 롤을 포함한다.
상기 압연 롤은 한 쌍 구비될 수 있다. 상기 전극은 상기 한 쌍의 압연 롤 사이를 지나며 가압되어 압연될 수 있다.
상기 주행 롤은 적어도 하나 이상 복수 개 구비될 수 있다.
각각의 주행 롤은, 상기 전극의 제1면과 제2면 중 어느 한 면에 접할 수 있다.
상기 주행 롤은 전극의 주행방향으로 서로 다른 위치에서 상기 전극의 상부와 하부에 배치될 수 있다.
상기 주행 롤은 전극의 주행방향으로 동일한 위치에서 상기 전극의 상부와 하부에 배치될 수 있다.
상기 전극은 금속 포일의 표면에 활물질층이 도포된 유지부 영역과, 상기 표면에 활물질층이 도포되지 않은 무지부 영역을 포함할 수 있다.
상기 유지부 영역과 무지부 영역은 상기 전극의 제1면에 구비될 수 있다.
상기 유지부 영역과 무지부 영역은 상기 전극의 제2면에 구비될 수 있다.
상기 유지부 영역과 무지부 영역은 상기 전극의 제1면 및 제2면에 모두 구비될 수 있다. 이때, 상기 제1면과 제2면에 마련된 무지부 영역과 유지부 영역은 서로 대응할 수 있다.
상기 무지부 영역은 전극의 주행방향(길이방향)으로 연장될 수 있다.
상기 무지부 영역은 전극의 폭방향을 따라 복수 개 이격 배치될 수 있다.
상기 전극에서 무지부 영역의 두께는 유지부 영역의 두께보다 얇을 수 있다.
상기 압연 롤 및 주행 롤 중 적어도 어느 하나의 롤은 소정의 직경을 가지는 베이스면과, 그보다 확대된 직경을 가지는 단차면을 구비할 수 있다.
일 예로서, 상기 압연 롤은 상기 베이스면과 단차면을 모두 구비하고, 상기 주행 롤은 단차면은 구비하지 않고 베이스면만을 구비할 수 있다.
다른 일 예로서, 상기 압연 롤은 상기 단차면은 구비하지 않고 베이스면만을 구비하고, 상기 주행 롤은 베이스면과 단차면을 모두 구비할 수 있다.
다른 일 예로서, 상기 압연 롤은 상기 베이스면과 단차면을 모두 구비하고, 상기 주행 롤도 베이스면과 단차면을 모두 구비할 수 있다.
다른 일 예로서, 복수 개의 주행 롤 중 상기 압연 롤에 가깝게 위치하는 하나 이상의 주행 롤은 베이스면과 단차면을 모두 구비하고, 그보다 뒤에 배치되는 주행 롤은 베이스면만을 구비할 수 있다.
상기 단차면은, 상기 전극의 무지부 영역과 대응하는 위치에 링 형상으로 마련될 수 있다.
상기 롤은, 소정의 직경을 가지는 베이스롤과, 상기 베이스롤의 외주에 결합되는 단차링;을 구비할 수 있다.
상기 베이스롤은 그 외주에 원통형의 베이스면이 마련될 수 있다.
상기 단차링은 그 외주면이 상기 베이스면보다 직경이 확장된 형태의 단차면을 구비할 수 있다.
상기 베이스면과 단차면의 단차는, 상기 유지부와 무지부의 단차, 즉 상기 활물질층의 표면과 노출된 금속 포일의 표면 간의 단차와 대응할 수 있다. 이에 따라, 동일한 회전속도로 회전하는 롤의 단차면의 선속도는 베이스면의 선속도보다 더 클 수 있다. 즉 유지부의 표면에 접하는 베이스면의 선속도보다 무지부의 표면에 접하는 단차면의 선속도가 더 클 수 있다. 무지부의 표면에 접하는 단차면의 선속도가 크면, 그만큼 유지부의 금속 포일보다 무지부의 금속 포일에 더 큰 장력이 작용하게 되므로, 무지부의 금속 포일의 연신량을 더 증가시킬 수 있다.
상기 압연 롤에서, 상기 베이스면과 단차면의 단차는 상기 유지부와 무지부의 단차보다 작을 수 있다. 이에 따라, 유지부에 대한 베이스면의 압력이 크게 작용하도록 하여, 압연이 원활하게 이루어질 수 있다.
상기 압연 롤은 베이스면만을 구비할 수 있다. 이에 따라 유지부에 대한 베이스면의 압력이 크게 작용하도록 하여, 압연이 원활하게 이루어질 수 있다.
상기 주행 롤에서, 상기 베이스면과 단차면의 단차는 상기 유지부와 무지부의 단차보다 클 수 있다. 이에 따라, 무지부에 대한 단차면의 압력이 크게 작용하도록 하여, 무지부에 대한 연신량을 증가시킴으로써, 압연 롤을 거치며 발생하였던 유지부 영역의 금속 포일의 연신량과 무지부 영역의 금속 포일의 연신량의 차이를 줄일 수 있다.
베이스면과 단차면을 모두 구비하는 주행 롤은, 상기 압연 롤에 바로 후행하여 배치될 수 있다.
베이스면과 단차면을 모두 구비하는 주행 롤에 의해 유지부의 금속 포일의 연신량과 무지부의 금속 포일의 연신량의 차이를 소정 비율 이상 해소한 경우, 이보다 후행하는 주행 경로에는 베이스면만을 구비하는 주행 롤을 배치할 수 있다.
상기 소정 비율은, 유지부의 금속 포일의 연신량과 무지부의 금속 포일의 연신량의 차이로 인해 주행 과정에서 무지부에 변형이 생기지 않을 정도의 범위에서 결정될 수 있다.
상기 롤에서, 베이스면은 베이스롤에 의해 규정되고, 단차면은 단차링에 의해 규정될 수 있다.
상기 베이스면은 유지부의 표면과 접하고, 상기 단차면은 상기 무지부와 접할 수 있다.
상기 단차링이 설치된 위치는 상기 롤이 접하는 전극의 무지부 영역의 위치와 대응할 수 있다.
상기 단차링의 폭은 단차링과 대응하는 무지부 영역의 폭과 대응하거나, 그보다 1mm 내외로 더 작을 수 있다.
상기 단차링의 외주에 마련된 상기 단차면의 표면에서 측정되는 마찰계수는, 상기 베이스롤의 외주에 마련된 상기 베이스면의 마찰계수보다 더 클 수 있다.
상기 단차면이 상기 베이스면보다 마찰계수가 더 큰 것은, 상기 전극의 활물질층의 표면이 금속 포일의 표면보다 마찰계수가 더 큰 것과 상보적일 수 있다.
이에 따라, 상기 베이스면과 상기 활물질층 간의 마찰계수와, 상기 단차면과 상기 금속 포일 간의 마찰계수의 균형을 맞출 수 있다. 이에 따라, 상기 유지부와 무지부의 압연율의 차이를 더 줄일 수 있게 된다.
이렇게 단차링의 마찰계수가 베이스면의 마찰계수보다 더 큰 롤 구조는, 가령 압연 롤에 적용될 수 있다.
상기 단차링의 외주에 마련된 상기 단차면의 표면에서 측정되는 마찰계수는, 상기 베이스롤의 외주에 마련된 상기 베이스면의 마찰계수보다 더 작을 수 있다.
이에 따라, 롤의 회전력에 의해 전극 시트에 전달되는 힘이 상대적으로 폭이 좁은 무지부에 집중되지 않도록 하여 무지부의 지나친 변형이 발생하지 않도록 함은 물론, 단차링의 내구성도 확보할 수 있다.
이렇게 단차링의 마찰계수가 베이스면의 마찰계수보다 더 작은 롤 구조는, 가령 주행 롤에 적용될 수 있다.
상기 단차링의 탄성계수는 상기 베이스롤의 탄성계수보다 작을 수 있다. 이러한 구조가 압연 롤에 적용될 때, 상기 압연 효과를 더욱 높일 수 있다. 이러한 구조가 주행 롤에 적용될 때, 무지부의 지나친 변형이 발생하지 않도록 함은 물론, 단차링의 내구성도 확보할 수 있다.
상기 베이스롤은 제1 금속 재질을 포함하고, 상기 단차링은 상기 제1 금속 재질보다 연질의 제2 금속 재질을 포함할 수 있다. 이와 달리, 상기 베이스롤은 금속 재질을 포함하고, 상기 단차링은 합성수지 재질을 포함할 수 있다.
이에 따라 무지부의 압연율을 향상시켜 상기 유지부의 압연율과의 차이를 더 줄일 수 있다.
상기 베이스롤과 단차링은 개별의 부품으로서 제공될 수 있다.
이에 따라 상기 단차링은 상기 베이스롤에 착탈 가능하게 결합될 수 있다.
상기 롤은, 준비된 베이스롤의 외주에 단차링을 설치하여 제작될 수 있다.
상기 단차링은 상기 베이스롤에 점착 또는 접착될 수 있다.
상기 단차링은 밴드를 상기 베이스롤에 1회 또는 2회 이상 감아 구현할 수 있다.
상기 밴드는 PTFE(Polytetrafluoroethylene)가 코팅된 재질일 수 있다.
상기 단차링을 탄성 변형시켜 그 내경을 확장한 상태에서 상기 베이스롤에 끼우고 그 내경이 축소되도록 탄성 복원시키는 방식으로, 상기 단차링을 상기 베이스롤에 고정시킬 수 있다.
상기 단차링은 축방향으로 상기 베이스롤의 외주에 압입(press fit)될 수 있다. 이러한 압입의 편의를 위해 상기 단차링은 상기 베이스롤보다 연질일 수 있다.
상기 단차링을 열 팽창시켜 그 내경을 확장한 상태에서 상기 베이스롤에 끼우고 그 내경이 축소되도록 냉각시키는 방식으로, 상기 단차링을 상기 베이스롤에 고정시킬 수 있다. 이러한 열 박음의 편의를 위해 상기 베이스롤은 제1 금속 재질을 포함하고, 상기 단차링은 상기 제1 금속 재질보다 열팽창계수가 더 큰 제2 금속 재질을 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 상기 전극 제조 장치의 롤은, 상기 롤이 감는 전극의 치수와 형태에 따라 교환될 수 있다.
상기 전극 제조 장치의 롤 교환 방법은, 베이스롤에 기 결합된 단차링을 상기 베이스롤로부터 분리하는 단차링 제거 단계와, 다시 상기 베이스롤에 다른 단차링을 결합하는 단차링 재설치 단계를 포함한다.
단차링 제거 단계에서, 상기 단차링의 내주면과 상기 베이스롤의 외주면 사이의 점착 또는 접착층이 제거될 수 있다.
단차링 제거 단계에서, 상기 단차링은 그 직경이 확장되도록 탄성 변형 또는 열 변형된 상태에서 상기 베이스롤로부터 제거될 수 있다.
단차링 제거 단계에서, 상기 단차링은 상기 베이스롤로부터 축방향으로 압출될 수 있다.
단차링 재설치 단계에서, 상기 단차링의 내주면과 상기 베이스롤의 외주면은 점착 또는 접착될 수 있다.
단차링 재설치 단계에서, 상기 단차링은 그 직경이 확장되도록 탄성 변형 또는 열 변형된 상태에서 상기 베이스롤에 끼워질 수 있다.
단차링 재설치 단계에서, 상기 단차링은 상기 베이스롤에 축방향으로 압입될 수 있다.
본 발명에 따르면, 압연 롤을 통과하며 연신율에 차이가 발생한 무지부와 유지부에 대해, 상기 압연 롤에 후행하는 주행 롤에서 이에 상보적인 연신이 이루어지게 함으로써, 무지부의 금속 포일에 주름이 발생하는 현상을 방지할 수 있다.
본 발명에 따르면, 압연 롤과 주행 롤의 특성에 적합하도록, 베이스면과 단차면의 단차의 크기를 정하고, 베이스면과 단차면의 마찰계수에 차별을 두며, 베이스롤과 단차링의 탄성계수를 다르게 적용함으로써, 무지부에 주름이 발생하는 것을 원천적으로 방지할 수 있다.
본 발명은, 베이스면을 구성하는 베이스롤과 단차면을 구성하는 단차링을 착탈 가능하게 제공하여 롤을 구성하므로, 가공하고자 하는 전극 시트의 활물질층의 두께가 변경되거나 무지부의 위치나 폭 등이 변경되더라도, 변경된 전극 시트에 대응하도록 롤을 쉽게 구성할 수 있다. 이는 전극의 치수나 형상이 변경될 때마다 개별적으로 롤을 구비해야 하는 번거로움을 줄여준다.
상술한 효과와 더불어 본 발명의 구체적인 효과는 이하 발명을 실시하기 위한 구체적인 사항을 설명하면서 함께 기술한다.
도 1은 본 발명의 전극 제조 장치에 의해 압연 가공이 일어날 전극의 실시예를 나타낸 사시도이고, 도 2는 그 평면도이다.
도 3과 도 4는 본 발명에 따른 전극 제조 장치에 전극이 주행되는 상태와 해당 전극을 생략한 상태를 제1방향에서 바라본 사시도이다.
도 5와 도 6은 본 발명에 따른 전극 제조 장치에 전극이 주행되는 상태와 해당 전극을 생략한 상태를 상기 제1방향과 다른 제2방향에서 바라본 사시도이다.
도 7과 도 8은 본 발명에 따른 전극 제조 장치에 전극이 주행되는 상태를 각각 측면과 위에서 바라본 측면도와 평면도이다.
도 9 내지 도 11는 전극 제조 장치의 롤의 베이스롤과 단차링의 조립 과정의 제1 내지 제3 실시예를 나타낸 도면이다.
[부호의 설명]
10: 전극 12: 무지부 13: 유지부 20: 금속 포일 21: 제1면 22: 제2면 30: 활물질층 40: 롤 41: 베이스롤 413: 베이스면 42: 단차링 422: 단차면 A: 압연 롤 B: 주행 롤 C: 텐션 롤
전술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 후술되며, 이에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 상세한 설명을 생략한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 도면에서 동일한 참조부호는 동일 또는 유사한 구성요소를 가리키는 것으로 사용된다.
비록 제1, 제2 등이 다양한 구성요소들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 구성요소들은 이들 용어에 의해 제한되지 않음은 물론이다. 이들 용어들은 단지 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위하여 사용하는 것으로, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 제1 구성요소는 제2 구성요소일 수도 있음은 물론이다.
명세서 전체에서, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 각 구성요소는 단수일 수도 있고 복수일 수도 있다.
이하에서 구성요소의 "상부 (또는 하부)" 또는 구성요소의 "상 (또는 하)"에 임의의 구성이 배치된다는 것은, 임의의 구성이 상기 구성요소의 상면 (또는 하면)에 접하여 배치되는 것뿐만 아니라, 상기 구성요소와 상기 구성요소 상에 (또는 하에) 배치된 임의의 구성 사이에 다른 구성이 개재될 수 있음을 의미할 수 있다.
또한 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 상기 구성요소들은 서로 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성요소 사이에 다른 구성요소가 "개재"되거나, 각 구성요소가 다른 구성요소를 통해 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 명세서에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "구성된다" 또는 "포함한다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 여러 구성 요소들, 또는 여러 단계들을 반드시 모두 포함하는 것으로 해석되지 않아야 하며, 그 중 일부 구성 요소들 또는 일부 단계들은 포함되지 않을 수도 있고, 또는 추가적인 구성 요소 또는 단계들을 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다.
또한, 본 명세서에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "구성된다" 또는 "포함한다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 여러 구성 요소들, 또는 여러 단계들을 반드시 모두 포함하는 것으로 해석되지 않아야 하며, 그 중 일부 구성 요소들 또는 일부 단계들은 포함되지 않을 수도 있고, 또는 추가적인 구성 요소 또는 단계들을 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다.
명세서 전체에서, "A 및/또는 B" 라고 할 때, 이는 특별한 반대되는 기재가 없는 한, A, B 또는 A 및 B를 의미하며, "C 내지 D" 라고 할 때, 이는 특별한 반대되는 기재가 없는 한, C 이상이고 D 이하인 것을 의미한다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조로 하여 상세히 설명한다.
실시예를 설명함에 있어서, 전극의 길이방향은 전극이 주행 이송되는 방향을 의미하고 전극의 폭방향은 롤의 폭과 대응하는 방향을 의미한다.
<전극 시트>
이하 도 1 및 도 2를 참조하여 본 발명의 전극 제조 장치에 사용될 전극의 실시예를 설명한다. 전극(10)은 소정의 폭을 가지고 길이방향으로 연장된 시트 형상의 금속 포일(20)을 포함한다. 상기 금속 포일의 표면과 이면인 제1면(21)과 제2면(22)에는, 활물질층(30)이 도포 내지 코팅된다.
상기 활물질층(30)은 제1면(21)과 제2면(22) 중 적어도 어느 한 면에 도포될 수 있다. 실시예에서는 두 면에 모두 도포된 구조가 예시된다.
상기 금속 포일(20)의 표면에 활물질층(30)을 도포할 때에는, 상기 활물질층(30)을 도포하는 영역과 도포하지 않는 영역이 존재할 수 있다. 이때 상기 활물질층(30)이 유지부(13) 영역 내에, 상기 활물질층(30)이 도포되지 않은 하나 또는 둘 이상의 무지부(12) 영역이 길이방향으로 길게 연장될 수 있다. 또한, 상기 제1면(21)과 제2면(22)에 마련된 무지부(12) 영역과 유지부(13) 영역은 서로 대응하는 위치에 형성될 수 있다.
실시예에서는 활물질층(30)의 폭방향 내부에, 2 레인(lane)의 무지부(12)가 마련됨이 예시되나, 이러한 무지부(12)의 레인 수는 하나 또는 둘 이상 다양할 수 있다. 무지부(12)의 레인 수가 복수 개인 경우, 상기 무지부(12) 영역은 전극의 폭방향을 따라 복수 개 이격 배치될 수 있다.
결과적으로, 상기 유지부(13) 영역과 상기 무지부(12) 영역은 일정한 폭을 가지며 전극의 주행방향(길이방향)으로 연장되는 형태를 가질 수 있다.
상기 전극(10)에서 무지부(12) 영역의 두께는 유지부(13) 영역의 두께보다 얇다.
상기 전극(10)은 이차전지의 양극판을 구성하거나 음극판을 구성할 수 있다.
본 발명에 있어서, 양극판에 코팅되는 양극 활물질과 음극판에 코팅되는 음극 활물질은 당업계에 공지된 활물질이라면 제한없이 사용될 수 있다.
상기 양극 활물질은 리튬 코발트 산화물(LiCoO2), 리튬 니켈 산화물(LiNiO2) 등의 층상 화합물 또는 1종 이상의 전이금속으로 치환된 화합물; 화학식 Li1+xMn2-xO4(여기서, x는 0 내지 0.33임), LiMnO3, LiMn2O3, LiMnO2 등의 리튬 망간 산화물(LiMnO2); 리튬 구리 산화물(Li2CuO2); LiV3O8, LiFe3O4, V2O5, Cu2V2O7 등의 바나듐 산화물; 화학식 LiNi1-xMxO2(여기서, M = Co, Mn, Al, Cu, Fe, Mg, B 또는 Ga이고, x = 0.01 내지 0.3임)으로 표현되는 니켈사이트형 리튬 니켈 산화물(lithiated nickel oxide); 화학식 LiMn2-xMxO2(여기서, M = Co, Ni, Fe, Cr, Zn 또는 Ta이고, x = 0.01 내지 0.1임) 또는 Li2Mn3MO8(여기서, M = Fe, Co, Ni, Cu 또는 Zn임)로 표현되는 리튬 망간 복합 산화물; 화학식의 리튬 일부가 알칼리 토금속 이온으로 치환된 LiMn2O4; 디설파이드 화합물; Fe2(MoO4)3 또는 이들의 조합에 의해 형성되는 복합 산화물 등과 같이 리튬 흡착 물질(lithium intercalation material)을 주성분으로 하며, 상기와 같은 종류들이 있지만, 이들만으로 한정되는 것은 아니다.
상기 금속 포일, 즉 양극 집전체는 예컨대 3 내지 500 ㎛의 두께를 갖는다. 이러한 양극 집전체는, 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 스테인리스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소, 또는 알루미늄이나 스테인리스 스틸의 표면에 카본, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면처리한 것 등이 사용될 수 있다. 전극 집전체는 그것의 표면에 미세한 요철을 형성하여 양극 활물질의 접착력을 높일 수도 있으며, 필름, 시트, 호일, 네트, 다공질체, 발포체, 부직포체 등 다양한 형태가 가능하다.
상기 양극 활물질 입자에는 도전재가 추가로 혼합될 수 있다. 이러한 도전 재는 예컨대 양극 활물질을 포함한 혼합물 전체 중량을 기준으로 1 내지 50 중량%로 첨가된다. 이러한 도전재는 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 높은 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 천연 흑연, 인조 흑연 등의 흑연; 카본블랙, 아세틸렌 블랙, 케첸 블랙, 채널 블랙, 퍼네이스 블랙, 램프 블랙, 서머 블랙 등의 카본블랙; 탄소 섬유, 금속 섬유 등의 도전성 섬유; 불화 카본, 알루미늄, 니켈 분말 등의 금속 분말; 산화아연, 티탄산칼륨 등의 도전성 위스키; 산화 티탄 등의 도전성 산화물; 폴리페닐렌 유도체 등의 도전성 소재 등이 사용될 수 있다.
또한, 음극은 금속 포일인 음극 집전체 상에 음극 활물질 입자를 도포 및 건조하여 제작되며, 필요에 따라, 앞서 설명한 도전재, 바인더, 용매 등과 같은 성분들이 더 포함될 수 있다.
상기 음극 집전체는 예컨대 3 내지 500 ㎛의 두께를 갖는다. 이러한 음극 집전체는, 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 구리, 스테인리스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소, 구리나 스테인리스 스틸의 표면에 카본, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면처리한 것, 알루미늄-카드뮴 합금 등이 사용될 수 있다. 또한, 양극 집전체와 마찬가지로, 표면에 미세한 요철을 형성하여 음극 활물질의 결합력을 강화시킬 수도 있으며, 필름, 시트, 호일, 네트, 다공질체, 발포체, 부직포체 등 다양 한 형태로 사용될 수 있다.
상기 음극 활물질은 예컨대 난흑연화 탄소, 흑연계 탄소 등의 탄소; LixFe2O3(0≤x≤1), LixWO2(0≤x≤1), SnxMe1-xMe'yOz(Me: Mn, Fe, Pb, Ge; Me': Al, B, P, Si, 주기율표의 1족, 2족, 3족 원소, 할로겐; 0<x≤1; 1≤y≤3; 1≤z≤8)의 금속 복합 산화물; 리튬 금속; 리튬 합금; 규소계 합금; 주석계 합금; SnO, SnO2, PbO, PbO2, Pb2O3, Pb3O4, Sb2O3, Sb2O4, Sb2O5, GeO, GeO2, Bi2O3, Bi2O4, Bi2O5 등의 산화물; 폴리아세틸렌 등의 도전성 고분자; Li-Co-Ni계 재료 등을 사용할 수 있다.
상기 전극에 사용가능한 바인더 고분자는 전극 활물질 입자와 도전재 등의 결합과 전극 집전체에 대한 결합에 조력하는 성분으로서, 예를 들어 전극 활물질을 포함하는 혼합물 전체 중량을 기준으로 1 내지 50 중량%로 첨가된다. 이러한 바인더 고분자의 예로는 폴리비닐리덴 플루오라이드-헥사플루오로프로필렌(polyvinylidene fluoride-co-hexafluoropropylene: PVdF), 폴리비닐리덴 플루오라이드-트리클로로에틸렌(polyvinylidene fluoride-co-trichloroethylene), 폴리메틸메타크릴레이트(polymethylmethacrylate), 폴리부틸아크릴레이트(polybutylacrylate), 폴리아크릴로니트릴(polyacrylonitrile), 폴리비닐피롤리돈(polyvinylpyrrolidone), 폴리비닐아세테이트(polyvinylacetate), 에틸렌 비닐 아세테이트 공중합체(polyethylene-co-vinyl acetate), 폴리에틸렌옥사이드(polyethylene oxide), 폴리아릴레이트(polyarylate), 셀룰로오스 아세테이트(cellulose acetate), 셀룰로오스 아세테이트 부티레이트(cellulose acetate butyrate), 셀룰로오스 아세테이트 프로피오네이트 (cellulose acetate propionate), 시아노에틸플루란(cyanoethylpullulan), 시아노에틸폴리비닐알콜(cyanoethylpolyvinylalcohol), 시아노에틸셀룰로오스(cyanoethylcellulose), 시아노에틸수크로오스 (cyanoethylsucrose), 풀루란(pullulan) 및 카르복실메틸 셀룰로오스(carboxyl methyl cellulose)로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나의 바인더 고분자 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물을 사용할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 전극 제조에 사용되는 용매의 비제한적인 예로는 아세톤(acetone), 테 트라하이드로퓨란(tetrahydrofuran), 메틸렌클로라이드(methylene chloride), 클로로포름(chloroform), 디메틸포름아미드(dimethylformamide), N-메틸-2-피롤리돈(N-methyl-2-pyrrolidone, NMP), 시클로헥산(cyclohexane), 물 또는 이들의 혼합체 등이 있다. 이러한 용매들은 전극 집전체 표면에 대해 소망하는 수준으로 슬러리 도포 층이 만들어질 수 있도록 적정한 수준의 점도를 제공한다.
상기 음극은, 집전체; 및 상기 집전체의 적어도 일면에 위치하고, 음극활물질, 바인더 고분자, 및 도전재를 포함하는 음극활물질층을 구비하고, 상기 음극활물질층이 상기 집전체와 면접하는 하층 영역과 상기 하층 영역과 면접하면서 음극 활물질층의 표면까지 연장되는 상층 영역으로 이루어지고, 상기 하층 영역 및 상층 영역이 각각 독립적으로 음극활물질로서 흑연 및 규소계 화합물 중 적어도 1종 이상을 포함할 수 있다.
상기 하층 영역이 음극활물질로서 천연흑연을 포함하고, 상기 상층 영역에는 음극활물질로서 인조흑연을 포함할 수 있다.
상기 하층 영역 및 상층 영역이 각각 독립적으로 음극활물질로서 규소계 화 합물을 더 포함할 수 있다.
상기 규소계 화합물이 SiOx(0≤x≤2) 및 SiC 중 1종 이상을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 음극은 하층용 음극활물질로 포함하는 하층용 슬러리를 집전체에 도포 및 건조하여 하층 영역을 형성하고, 이후 하층 영역 상에 상층용 음극활물질로 포함하는 상층용 슬러리를 도포 및 건조하여 상층 영역을 형성하여 제조될 수 있다.
또한, 본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 음극은 하층용 음극활물질을 포함하는 하층용 슬러리;와, 상층용 음극활물질 포함하는 상층용 슬러리;를 준비하는 단계;
음극 집전체의 일면에 상기 하층용 슬러리를 코팅하고, 동시에 또는 소정의 시간차를 두고 상기 하층용 슬러리 위에 상기 상층용 슬러리를 코팅하는 단계; 및
상기 코팅된 하층용 슬러리 및 상층용 슬러리를 동시에 건조하여 활물질층을 형성하는 단계;를 포함하는 방법에 의해 제조될 수 있다.
이렇게 후자의 방법으로 제조되는 경우에, 상기 음극에서 하층 영역과 상층 영역이 맞닿는 부분에 이들 상이한 종류의 활물질들이 서로 혼재하는 혼합 영역(인터믹싱, intermixing)이 존재할 수 있다. 이는 하층 음극활물질로 포함하는 하층용 슬러리와 상층 음극활물질로 포함하는 상층용 슬러리를 집전체 상에 동시에 또는 매우 짧은 시간 차이를 두고 연속적으로 코팅을 하고, 이후 동시에 건조하는 방식으로 활물질층을 형성하는 경우에, 하층용 슬러리와 상층용 슬러리가 건조전에 맞 닿은 계면 상에 소정의 혼합 구간이 발생하고 이후 건조되면서 이러한 혼합 구간이 혼합 영역의 층 형태로 형성되기 때문이다.
본 발명의 일 구현예의 음극의 활물질층에서, 상기 상층 영역과 상기 하층 영역의 중량비 (또는 단위 면적당 로딩양의 비)는 20:80 내지 50:50, 상세하게는 25:75 내지 50:50일 수 있다.
본 발명의 음극의 활물질층의 하층 영역 및 상층 영역의 두께는 상기 코팅된 하층용 슬러리 및 상기 코팅된 상층용 슬러리의 두께와 완전히 일치하지는 않을 수 있다. 하지만, 건조 또는 선택적인 압연 공정을 거친 결과, 최종 얻어지는 본 발명의 음극의 음극의 활물질층의 하층 영역 및 상층 영역의 두께의 비율은 상기 코팅된 하층용 슬러리 및 상기 코팅된 상층용 슬러리의 두께의 비율과는 일치할 수 있다.
상기 제1 슬러리를 코팅하고, 동시에 또는 소정의 시간차를 두고 상기 제1 슬러리 위에 상기 제2 슬러리를 코팅하고, 본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 소정의 시간차는 0.6초 이하, 또는 0.02초 내지 0.6초, 또는 0.02초 내지 0.06초, 또는 0.02초 내지 0.03초의 시간차일 수 있다. 이와 같이 제1 슬러리와 제2 슬러리의 코팅시에 시간차가 발생하는 것은 코팅 장비에 기인하는 것이므로, 상기 제1 슬러리와 제2 슬러리를 동시에 코팅하는 것이 더 바람직할 수 있다. 상기 제1 슬러리 상에 제2 슬러리를 코팅하는 방법은 이중 슬롯 다이(double slot die), 등의 장치를 이용할 수 있다.
상기 활물층을 형성하는 단계에서, 건조 단계 이후 활물질층을 압연시키는 단계를 더 포함할 수 있다. 이때, 압연은 롤 프레싱(roll pressing)와 같이 당업 분야에서 통상적으로 사용되는 방법에 의해 수행될 수 있으며, 예컨대, 1 내지 20 MPa의 압력 및 15 내지 30℃의 온도에서 수행될 수 있다.
상기 코팅된 하층용 슬러리 및 상층용 슬러리를 동시에 건조하여 활물질층을 형성하는 단계는, 열풍 건조 및 적외선 건조 장치가 조합한 장치를 이용하고, 당업 분야에서 통상적으로 사용되는 방법으로 실시될 수 있다.
상기 하층용 슬러리의 고형분에서 제1 바인더 고분자의 중량%가 상기 상층용 슬러리의 고형분에서 제2 바인더 고분자의 중량%과 동일하거나 더 많을 수 있다. 본 발명의 일 구현예에 따르며, 상기 하층용 슬러리의 고형분에서 제1 바인더 고분 자의 중량%가 상기 상층용 슬러리의 고형분에서 제2 바인더 고분자의 중량%보다 1.0 내지 4.2배, 또는 1.5 내지 3.6배, 또는 1.5 내지 3 배 클 수 있다.
이때, 상기 코팅된 하층용 슬러리에서 제1 바인더의 중량% 및 상기 코팅된 상층용 슬러리에서 제2 바인더의 중량%의 비율이 이러한 범위를 만족하는 경우에 하층 영역의 바인더가 너무 적지 않아서 전극층의 탈리가 발생하지 않으며, 상층 영역의 바인더가 너무 많지 않아서 전극 상층부의 저항이 감소되고 급속충전성능이 유리할 수 있다.
상기 하층용 슬러리의 고형분에서 제1 바인더 고분자의 중량%가 2 내지 30 중량%, 또는 5 내지 20 중량%. 또는 5 내지 20 중량%일 수 있고, 상기 상층용 슬러리의 고형분에서 제2 바인더 고분자의 비율(중량%)이 0.5 내지 20 중량%, 또는 1 내지 15 중량%, 또는 1 내지 10 중량%, 또는 2 내지 5 중량%일 수 있다.
상기 하층용 슬러리 및 상기 상층용 슬러리 전체의 고형분에서 제1 바인더 고분자 및 제2 바인더 고분자의 총비율(중량%)이 2 내지 20 중량%, 또는 5 내지 15 중량%일 수 있다.
<전극 제조 장치>
이하 도 3내지 도 8을 참조하여, 상기 롤 프레싱에 의한 압연 공정을 수행하는 본 발명의 전극 제조 장치에 대해 설명한다.
본 발명의 전극 제조 장치는, 상술한 시트 형태의 전극(10)을 압연하는 압연 롤(A)과, 이를 이송하는 주행 롤(B)과, 전극(10)의 텐션을 조절하는 텐션 롤(C)을 포함할 수 있다. 주행 롤(B)은 압연 롤(A) 이전에도 존재할 수 있으나, 본 발명에 따른 롤(40) 형태는 압연 롤(A) 이후에 존재하면 족하므로, 실시예에서는 압연 롤(A) 이후의 주행 롤(B)과 텐션 롤(C)을 개시한다.
실시예에서 상기 압연 롤(A)은 나란하게 한 쌍 구비된다. 상기 전극(10)은 상기 한 쌍의 압연 롤(A) 사이를 지나며 압연될 수 있다.
상기 주행 롤(B)은 적어도 하나 이상 복수 개 구비될 수 있다. 각각의 주행 롤(B)은, 상기 전극의 제1면(21)과 제2면(22) 중 어느 한 면에 접할 수 있다. 실시예에서 도시된 주행 롤(B)과 텐션 롤(C)의 배치는 일 예에 불과하며, 본 발명의 기술적 범위가 이러한 롤들의 배치에 한정되지 않음은 당연하다.
상기 압연 롤(A) 및 상기 압연 롤(A)보다 후행하는 주행 롤(B)은 소정의 직경을 가지는 베이스면(413)과, 그보다 확대된 직경을 가지는 단차면(422)을 구비할 수 있다.
상기 단차면(422)은, 상기 전극 제조 장치를 활주하는 전극(10)의 무지부(12) 영역과 대응하는 위치에 링 형상으로 마련될 수 있다.
상기 베이스면(413)과 단차면(422)은 일 부품으로 제작되는 롤(40)에 마련될 수 있다.
이와 달리 상기 베이스면(413)을 제공하는 부품과 단차면(422)을 제공하는 부품이 개별의 부품으로서 제작된 뒤 결합되는 형태로 롤(40)이 제공될 수도 있다.
상기 베이스면(413)은 소정의 직경을 가지는 베이스롤(41)의 외주면에 의해 규정된다. 즉 상기 베이스롤(41)은 그 외주에 원통형의 베이스면(413)이 마련될 수 있다.
상기 단차면(422)은 상기 베이스롤(41)의 외주에 결합되는 단차링(42)에 의해 규정된다. 즉 상기 단차링(42)은 그 외주면이 상기 베이스면(413)보다 직경이 확장된 형태의 단차면(422)을 구비할 수 있다.
이렇게 서로 다른 부품으로서 베이스롤(41)과 단차링(42)을 제작하면, 서로 다른 재질을 적용할 수 있다. 서로 다른 재질은 서로 다른 고유의 성질을 가진다. 가령 베이스롤(41)과 단차링(42)은 탄성계수가 다른 재질일 수 있고, 계열(금속, 합성수지 등) 자체가 다른 재질일 수 있으며, 연성, 열팽창 계수 등 서로 다른 성질을 가지는 재질로서 제작될 수 있다.
상기 베이스면(413)과 단차면(422)의 단차, 즉 반경의 차이는, 상기 유지부(13)와 무지부(12)의 단차, 즉 상기 활물질층(30)의 표면과 노출된 금속 포일(20)의 표면 간의 단차, 즉 높이의 차이와 실질적으로 대응할 수 있다.
이에 따라 상기 베이스면(413)은 유지부(13)의 표면과 접하고, 상기 단차면(422)은 상기 무지부(12)의 표면과 접할 수 있다.
아울러 베이스롤(41) 상에 상기 단차링(42)이 설치된 위치는, 상기 롤(40)이 접하는 전극(10)의 무지부(12) 영역의 위치와 대응할 수 있다.
상기 단차링(42)의 폭은 단차링(42)과 대응하는 무지부(12) 영역의 폭과 대응하거나, 그보다 1mm 내외로 더 작을 수 있다.
상기 단차링(42)의 외주에 마련된 상기 단차면(422)의 표면에서 측정되는 마찰계수는, 상기 베이스롤(41)의 외주에 마련된 상기 베이스면(413)의 마찰계수와 다를 수 있다.
마찬가지로, 상기 전극(10)의 유지부(13)의 표면의 마찰계수와 무지부(12)의 표면의 마찰계수는 서로 다를 수 있다.
상기 단차면(422)의 마찰계수와 상기 베이스면(413)의 마찰계수가 다른 것은, 상기 무지부(12)의 표면의 마찰계수와 상기 유지부(13)의 표면의 마찰계수가 다른 것과 상보적일 수 있다.
가령 유지부(13)의 마찰계수가 상기 무지부(12)의 마찰계수보다 크면, 상기 단차면(422)의 마찰계수가 상기 베이스면(413)의 마찰계수보다 클 수 있다.
또한 가령 유지부(13)의 마찰계수가 상기 무지부(12)의 마찰계수보다 큰 만큼, 상기 단차면(422)의 마찰계수가 상기 베이스면(413)의 마찰계수보다 더 클 수도 있다.
이에 따라, 상기 베이스면(413)에 의해 상기 활물질층(30)이 가압될 때 작용하는 마찰력과 유사하게, 상기 단차면(422)에 의해 상기 금속 포일(20)이 가압될 때에도 마찰력이 작용할 수 있다. 이에 따라, 전극(10)이 압연 롤(A)을 지나며 압연될 때 상기 유지부(13)와 무지부(12)의 압연율의 차이를 더 줄일 수 있게 된다.
상기 단차링(42)의 탄성계수는 상기 베이스롤(41)의 탄성계수보다 작을 수 있다. 가령 상기 베이스롤(41)은 제1 금속 재질을 포함하고, 상기 단차링(42)은 상기 제1 금속 재질보다 연질의 제2 금속 재질을 포함할 수 있다. 이와 달리, 상기 베이스롤(41)은 금속 재질을 포함하고, 상기 단차링(42)은 합성수지 재질을 포함할 수 있다. 이에 따라 무지부의 압연율을 향상시켜 상기 유지부의 압연율과의 차이를 더욱 줄일 수 있다.
상기 전극 제조 장치는, 상기 압연 롤(A)을 단차링(42)을 구비하는 롤(40)로 구성하고, 그보다 후위에 위치하는 주행 롤(B) 역시 단차링(42)을 구비하는 롤(40)로 구성하되, 상기 주행 롤(B)은 2 이상 구비되고, 이들 중 어느 하나는 전극(10)의 제1면(21)과 접하고, 이들 중 다른 하나는 전극(10)의 제2면에 접하도록 구성함으로써, 압연 롤(A)에서 혹시 발생할 수 있는 무지부(12)의 변형을 이송 주행 과정에서 주행 롤(B)의 단차링(42)이 다시 복원하도록 할 수 있다.
<롤의 교환>
본 발명에 따르면, 상기 전극 제조 장치의 롤(40)은, 상기 롤(40)이 감는 전극(10)의 치수와 형태에 따라 교환될 수 있다.
앞서 설명한 바와 같이, 단차링(42)의 위치는 무지부(12)의 위치와 대응하도록 설정되고, 단차링(42)의 폭은 무지부(12)의 폭과 대응되도록 설정된다. 따라서 전극 제조 장치에 적용되는 전극(10)의 무지부(12) 레인의 개수나 위치나 폭이 달라지게 되면, 단차링(42)이 적용된 롤(40)을 모두 교환해야 한다.
본 발명의 롤(40)은, 상기 베이스롤(41)과 단차링(42)을 개별의 부품으로서 제공하되, 상기 단차링(42)이 상기 베이스롤(41)에 착탈 가능하게 결합되도록 제공된다.
이에 따라, 서로 다른 형태의 전극(10)에 대응하는 롤들을 모두 개별적으로 구비하지 않고, 하나의 베이스롤(41)에 적용되는 단차링(42)의 폭을 서로 다르게 구성하는 것만으로도, 서로 다른 형태의 전극(10)에 대응할 수 있다. 즉, 서로 다른 재질의 별개의 부품으로 베이스롤(41)과 단차링(42)을 제작하는 것은, 앞서 설명한 바와 같이 압연이나 이송 과정에서 롤(40)과 전극(10) 간의 상호작용을 보다 세밀하게 제어하는 것이 가능하도록 해 줌은 물론, 전극(10)에 대응하는 롤(40)을 구비하는 방법에 있어서도 큰 이점을 가져오는 것이다.
도 9를 참조하면, 상기 베이스롤(41)에 상기 단차링(42)을 결합시키는 방법은, 먼저 상기 단차링(42)을 탄성 변형시켜 그 내경을 확장한 상태에서 상기 베이스롤(41)에 끼우고, 상기 단차링(42)의 내경이 축소되도록 상기 단차링(42)을 탄성 복원시킴으로써 상기 단차링(42)의 내주면이 상기 베이스롤(41)의 외주면에 압착되는 방식일 수 있다.
물론 이에 따르면, 이미 단차링(42)이 베이스롤(41)에 결합된 상태에서 상기 단차링(42)을 상기 베이스롤(41)로부터 분리시키는 방법은, 위 결합 방법의 역순으로 진행할 수 있다.
상기 단차링(42)은 탄성 변형시키기에 충분할 정도로 탄성 계수가 작고, 탄성 변형 범위가 넓은 재질일 수 있다. 이는 가령, 고무 링일 수 있다.
다음으로, 상기 단차링(42)을 열 팽창시켜 그 내경을 확장한 상태에서 상기 베이스롤(41)에 끼우고 그 내경이 축소되도록 냉각시키는 방식으로, 상기 단차링(42)을 상기 베이스롤(41)에 고정시킬 수도 있다. 이러한 열 박음의 편의를 위해 상기 베이스롤(41)은 제1 금속 재질을 포함하고, 상기 단차링(42)은 상기 제1 금속 재질보다 열팽창계수가 더욱 큰 제2 금속 재질을 포함할 수 있다. 이러한 재질의 선정은, 베이스롤(41)에 결합되어 있는 단차링(42)을 분리할 때 더욱 편리함을 제공한다.
다음으로 도 10을 참조하면, 상기 단차링(42)은 축방향으로 상기 베이스롤(41)의 외주에 압입(press fit)될 수 있다. 이러한 압입의 편의를 위해 상기 단차링(42)은 상기 베이스롤(41)보다 연질일 수 있다. 이는 물론 베이스롤(41)로부터 단차링(42)을 분리하는 압출 과정에서도 유리하다.
다음으로 도 11을 참조하면, 상기 단차링(42)은 상기 베이스롤(41)의 둘레를 테이프나 밴드로 1회 내지 수회 감싸는 방식으로 베이스롤(41)에 결합할 수 있다. 이 때 상기 단차링(42)은 상기 베이스롤(41)에 점착 또는 접착될 수 있다. 상기 단차링(42)을 베이스롤(41)로부터 분리할 때에는, 상기 점착 또는 접착을 파괴시키며 상기 단차링(42)을 상기 베이스롤(41)로부터 분리할 수 있다.
이에 따라, 상기 전극 제조 장치의 롤(40) 교환 방법은, 베이스롤(41)에 기 결합된 단차링(42)을 상기 베이스롤(41)로부터 분리하는 단차링 제거 단계와, 다시 상기 베이스롤(41)에 다른 단차링(42)을 결합하는 단차링 재설치 단계를 포함한다.
앞서 설명한 바와 같이, 단차링 제거 단계에서, 상기 단차링(42)은 그 직경이 확장되도록 탄성 변형 또는 열 변형된 상태에서 상기 베이스롤(41)로부터 제거될 수 있다.
이와 달리, 상기 단차링(42)은 상기 베이스롤(41)로부터 축방향으로 압출될 수 있다.
이와 달리, 상기 단차링(42)의 내주면과 상기 베이스롤(41)의 외주면 사이의 점착 또는 접착층이 제거될 수 있다.
단차링 재설치 단계에서, 상기 단차링(42)은 그 직경이 확장되도록 탄성 변형 또는 열 변형된 상태에서 상기 베이스롤(41)에 끼워질 수 있다.
이와 달리, 상기 단차링(42)은 상기 베이스롤(41)에 축방향으로 압입될 수 있다.
이와 달리, 상기 단차링(42)의 내주면과 상기 베이스롤(41)의 외주면은 점착 또는 접착될 수 있다.
전술된 실시예는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로 이해되어야 하며, 본 발명의 범위는 전술된 상세한 설명보다는 후술될 특허청구범위에 의해 나타내어질 것이다. 그리고 후술될 특허청구범위의 의미 및 범위는 물론, 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 및 변형 가능한 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
이상과 같이 본 발명에 대해서 예시한 도면을 참조로 하여 설명하였으나, 본 명세서에 개시된 실시예와 도면에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술사상의 범위 내에서 통상의 기술자에 의해 다양한 변형이 이루어질 수 있음은 자명하다. 아울러 앞서 본 발명의 실시예를 설명하면서 본 발명의 구성에 따른 작용 효과를 명시적으로 기재하여 설명하지 않았을 지라도, 해당 구성에 의해 예측 가능한 효과 또한 인정되어야 함은 당연하다.

Claims (20)

  1. 제1면(21) 및 그 이면인 제2면(22)을 구비하는 금속 포일(20)의 적어도 어느 일 면에 활물질층(30)이 도포된 시트 형태의 전극을 압연하고 이송하는 전극 제조 장치로서,
    상기 전극을 압연하는 압연 롤, 및 상기 전극을 압연한 뒤 이송하는 주행 롤 중 적어도 어느 하나의 롤(40)은,
    소정의 직경을 가지고 외주에 베이스면(413)이 마련된 베이스롤(41); 및
    상기 베이스롤(41)의 외주에 결합되고, 상기 베이스면(413)보다 직경이 확장된 형태의 단차면(422)을 구비하는 단차링(42);을 구비하는, 전극 제조 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 압연 롤은 상기 단차링(42)을 구비하지 않고, 상기 주행 롤은 상기 단차링(42)을 구비하는, 전극 제조 장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 압연 롤과 주행 롤은 모두 상기 단차링(42)을 구비하는, 전극 제조 장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    복수 개의 주행 롤 중 상기 압연 롤에 가깝게 위치하는 하나 이상의 주행 롤은 베이스롤과 단차링을 모두 구비하고, 그보다 뒤에 배치되는 주행 롤은 단차링을 구비하지 않는, 전극 제조 장치.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 단차링(42)은 상기 베이스롤(41)에 착탈 가능하게 결합되는, 전극 제조 장치.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 단차링(42)의 외주에 마련된 상기 단차면(422)의 표면에서 측정되는 마찰계수는, 상기 베이스롤(41)의 외주에 마련된 상기 베이스면(413)의 마찰계수보다 더 큰, 전극 제조 장치.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 단차면(422)과 베이스면(413)의 단차는, 상기 활물질층(30)의 두께보다 더 작은, 전극 제조 장치.
  8. 청구항 6 또는 청구항 7에 있어서,
    상기 단차링(42)은 상기 압연 롤에 구비된, 전극 제조 장치.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 단차링(42)의 외주에 마련된 상기 단차면(422)의 표면에서 측정되는 마찰계수는, 상기 베이스롤(41)의 외주에 마련된 상기 베이스면(413)의 마찰계수보다 더 작은, 전극 제조 장치.
  10. 청구항 1에 있어서,
    상기 단차면(422)과 베이스면(413)의 단차는, 상기 활물질층(30)의 두께보다 더 큰, 전극 제조 장치.
  11. 청구항 9 또는 청구항 10에 있어서,
    상기 단차링(42)은 상기 주행 롤에 구비된, 전극 제조 장치.
  12. 청구항 1에 있어서,
    상기 단차링(42)의 탄성계수는 상기 베이스롤(41)의 탄성계수보다 작은, 전극 제조 장치.
  13. 청구항 1에 있어서,
    상기 베이스롤(41)은 금속 재질을 포함하고, 상기 단차링(42)은 합성수지 재질을 포함하는, 전극 제조 장치.
  14. 청구항 1에 있어서,
    상기 베이스롤(41)은 제1 금속 재질을 포함하고, 상기 단차링(42)은 상기 제1 금속 재질보다 연질의 제2 금속 재질을 포함하는, 전극 제조 장치.
  15. 청구항 1에 있어서,
    상기 베이스롤(41)은 제1 금속 재질을 포함하고, 상기 단차링(42)은 상기 제1 금속 재질보다 열팽창계수가 더 큰 제2 금속 재질을 포함하는, 전극 제조 장치.
  16. 청구항 1에 있어서,
    상기 단차링(42)은 밴드를 상기 베이스롤(41)의 외주에 1회 또는 2회 이상 감아 형성된, 전극 제조 장치.
  17. 소정의 직경을 가지고 외주에 베이스면(413)이 마련된 베이스롤(41); 및
    상기 베이스롤(41)의 외주에 결합되고, 상기 베이스면(413)보다 직경이 확장된 형태의 단차면(422)을 구비하는 단차링(42);을 구비하는 롤(40)의 제작 방법으로서,
    베이스롤(41)을 준비하는 단계; 및
    상기 베이스롤(41)의 외주에 단차링(42)을 설치하는 단계;를 포함하는, 롤 제작 방법.
  18. 청구항 17에 있어서,
    상기 단차링(42)은 그 직경이 확장되도록 탄성 변형된 상태에서 상기 베이스롤(41)에 끼워지는, 롤 제작 방법.
  19. 청구항 17에 있어서,
    상기 단차링(42)은 그 직경이 확장되도록 가열된 상태에서 상기 베이스롤(41)에 끼워지고, 끼워진 상태에서 냉각되는, 롤 제작 방법.
  20. 청구항 17에 있어서,
    상기 단차링(42)은 밴드를 상기 베이스롤(41)의 외주에 1회 또는 2회 이상 감아 형성하는, 롤 제작 방법.
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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20130001294A (ko) * 2010-03-26 2013-01-03 도판 인사츠 가부시키가이샤 연료 전지 막 전극 접합체의 제조 방법, 및 연료 전지 막 전극 접합체의 제조 장치
KR20160087115A (ko) * 2015-01-13 2016-07-21 주식회사 엘지화학 가스 배출 통로를 포함하는 전극조립체 및 이의 제조 방법
KR20160141448A (ko) * 2015-06-01 2016-12-09 주식회사 엘지화학 압연에 따른 전극 시트의 너울 또는 주름을 방지할 수 있는 전극 압연 장치
KR20200046788A (ko) * 2018-10-25 2020-05-07 주식회사 엘지화학 단차 보정 부재를 포함하는 롤 압연 장치 및 이를 사용한 압연 방법
KR20200069906A (ko) * 2018-12-07 2020-06-17 삼성전자주식회사 전극 압연 장치

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20130001294A (ko) * 2010-03-26 2013-01-03 도판 인사츠 가부시키가이샤 연료 전지 막 전극 접합체의 제조 방법, 및 연료 전지 막 전극 접합체의 제조 장치
KR20160087115A (ko) * 2015-01-13 2016-07-21 주식회사 엘지화학 가스 배출 통로를 포함하는 전극조립체 및 이의 제조 방법
KR20160141448A (ko) * 2015-06-01 2016-12-09 주식회사 엘지화학 압연에 따른 전극 시트의 너울 또는 주름을 방지할 수 있는 전극 압연 장치
KR20200046788A (ko) * 2018-10-25 2020-05-07 주식회사 엘지화학 단차 보정 부재를 포함하는 롤 압연 장치 및 이를 사용한 압연 방법
KR20200069906A (ko) * 2018-12-07 2020-06-17 삼성전자주식회사 전극 압연 장치

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