WO2026005165A1 - 전고체 전지용 전극 절단 장치 - Google Patents

전고체 전지용 전극 절단 장치

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WO2026005165A1
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shear
cutting device
solid
electrode cutting
state battery
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심현희
최중혁
정영석
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Samsung SDI Co Ltd
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Samsung SDI Co Ltd
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    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Definitions

  • the present invention relates to an electrode cutting device, and more particularly, to an electrode cutting device for an all-solid-state battery including a coating capable of preventing detachment during shearing of a brittle material.
  • All-solid-state batteries unlike lithium-ion batteries, utilize solid electrolytes, leading to changes in the electrode material. Consequently, all-solid-state batteries are replacing copper (Cu) with SUS as the anode substrate to reduce reactivity with the electrolyte. While aluminum (Al) is used as the cathode substrate, SUS, the anode substrate, has a tensile strength more than three times that of Al, requiring high shear force when shearing the anode plate. However, the brittleness of the coating applied to the anode plate limits the increase in shear force. Therefore, a cutting technology for all-solid-state batteries that minimizes shear load is required.
  • the problem to be solved by the present invention is to provide an electrode cutting device for an all-solid-state battery that prevents detachment during cutting of an electrode having high tensile strength and strong brittleness.
  • Another problem to be solved by the present invention is to provide an electrode cutting device for an all-solid-state battery that increases the clearance between the upper and lower layers by adjusting the upper layer through incomplete bonding of the upper layer holder and the upper layer and lateral pressure.
  • an electrode cutting device for an all-solid-state battery comprises: a top-coat cutting portion including a top-coat holder, a top-coat, and a joining portion; a top-coat adjusting portion located on a side of the top-coat; and a lower portion, wherein the top-coat includes a shearing blade that is inclined upward from one end of the lower portion toward the other end at a shearing angle ⁇ , and the shearing blade includes a top-coat land portion, and a ratio of the length of the top-coat land portion to the shearing angle ⁇ may be 0.15 mm/° or more and less than 1 mm/°.
  • an electrode cutting device for an all-solid-state battery comprises: a top-coat cutting portion including a top-coat holder, a top-coat, and a joining portion; a top-coat adjusting portion located on a side of the top-coat; and a lower portion, wherein the top-coat includes a first shear blade and a second shear blade having different shear angles, wherein the first shear blade is inclined upward at a shear angle ⁇ 1 and includes a first top-coat land portion, and the second shear blade is inclined upward at a shear angle ⁇ 2 and includes a second top-coat land portion, wherein ⁇ 1 is smaller than ⁇ 2, and a ratio of a length of the first top-coat land portion to ⁇ 1 may be greater than a ratio of a length of the second top-coat land portion to ⁇ 2.
  • the present invention can reduce detachment during electrode cutting by varying the shear angle and the length of the upper land portion.
  • the electrode cutting device for an all-solid-state battery according to the present invention can increase the clearance between the upper and lower layers by incomplete bonding of the upper layer holder and the upper layer.
  • FIG. 1 is a schematic conceptual diagram illustrating an electrode cutting device according to embodiments of the present invention.
  • FIGS 2 to 7 are conceptual diagrams showing the top view of an electrode cutting device for an all-solid-state battery according to embodiments of the present invention.
  • FIGS. 8A to 12 are conceptual diagrams showing the lower part of the top view of an electrode cutting device for an all-solid-state battery according to embodiments of the present invention illustrated in FIGS. 3 to 8.
  • FIG. 13 is a side view of a top view of an electrode cutting device for an all-solid-state battery according to embodiments of the present invention.
  • FIG. 14 is a perspective view showing a top view of an electrode cutting device for an all-solid-state battery according to embodiments of the present invention.
  • Figure 15 is a drawing showing a fastening state of an electrode cutting device for an all-solid-state battery according to embodiments of the present invention.
  • FIG. 16 is a drawing showing a fastening state of an electrode cutting device including a stripper according to embodiments of the present invention.
  • Figures 17 to 19 are conceptual diagrams briefly illustrating an electrode cutting process of an electrode cutting device according to embodiments of the present invention.
  • FIG. 1 is a schematic conceptual diagram illustrating an electrode cutting device according to embodiments of the present invention.
  • the electrode cutting device for an all-solid-state battery may include an upper part (UK) and a lower part (LK).
  • the electrode cutting device for an all-solid-state battery may include an upper cutting portion (UKP), an upper part adjusting portion (UKAP), and a lower part (LK).
  • the upper cutting portion (UKP) may include an upper part holder (UKH), an upper part (UK), a coupling portion (CP), a guide (GD), and a lower part (LK).
  • FIG. 2 is a conceptual diagram illustrating an electrode cutting device for an all-solid-state battery according to embodiments of the present invention.
  • the upper part (UK) may be positioned at the top of the electrode cutting device as a knife for transferring an electrode.
  • the upper part (UK) may be driven up and down to contact the lower part (LK).
  • the upper part (UK) may be driven up and down along a guide.
  • the upper part (UK) may move up and down to cooperate with the lower part (LK) to cut the electrode.
  • the top cover (UK) can be joined to the upper holder (UKH).
  • the top cover (UK) and the top cover (UK) can be incompletely joined.
  • the incomplete joining means that the top cover (UK) and the top cover (UK) are not completely joined.
  • the top cover (UK) and the top cover (UK) can be fastened with bolts, and the protrusion attached to the top holder (UKH) can be joined by contacting the hole formed in the top cover (UK).
  • the top coat (UK) can be adjusted vertically with respect to the bottom coat (LK) by the top coat adjustment part (UKAP).
  • the top coat adjustment part (UKAP) can apply lateral pressure to the side of the top coat (UK) to increase the clearance between the top coat (UK) and the bottom coat (LK).
  • the clearance refers to the gap between the top coat (UK) and the bottom coat (LK).
  • the UK blade can have a wide width on both sides of the blade's lower edge and a narrow blade toward the center in the longitudinal direction.
  • the blade at the bottom of the UK can form a blade that slopes upward toward the center in the longitudinal direction of the UK.
  • the reason for this configuration may be to increase the shear angle of the part (both sides) that first comes into contact with the electrode during electrode cutting. Increasing the shear angle facilitates pressure distribution on both sides of the blade, which can prevent the electrode from being torn or damaged.
  • the upper part (UK) may include a first shear blade (SB1) and a second shear blade (SB2).
  • the angle formed between the first shear blade (SB1) and a longitudinal horizontal line (HL) of the upper part (UK) is a shear angle ⁇ 1.
  • the angle formed between the second shear blade (SB2) and a longitudinal horizontal line of the upper part (UK) is a shear angle ⁇ 2.
  • the first shear blade (SB1) can be formed to be inclined upward at ⁇ 1 toward the central axis (CA) of the upper surface (UK) from one end (T1) of the lower surface.
  • the second shear blade (SB2) can be formed to be inclined upward at ⁇ 2 toward the central axis (CA) of the upper surface (UK) from the other end (T2) of the lower surface.
  • the shear angles ⁇ 1 and ⁇ 2 may be the same or different.
  • at least one of ⁇ 1 and ⁇ 2 may have an angular range of 0.1° to 5°, 0.3° to 3.5°, 0.5° to 3.5°, or 2.5° to 3.5°.
  • phase diagrams (UK) can have symmetrical structures with respect to the phase diagram central axis (CA).
  • the upper part (UK) may include a third shear blade (SB3) to a sixth shear blade (SB6).
  • the angle formed by the third shear blade (SB3) and a longitudinal horizontal line (HL1) of the upper part (UK) may be a shear angle ⁇ 3.
  • the angle formed by the fourth shear blade (SB4) and another longitudinal horizontal line (HL2) of the upper part (UK) may be a shear angle ⁇ 4.
  • shear angles ⁇ 5 and ⁇ 6 may be defined.
  • the third shear blade (SB3) can be formed to be inclined upward at ⁇ 3 toward the central axis (CA) of the upper surface (UK) from one end (T1).
  • the fifth shear blade (SB5) can be formed to be inclined upward at ⁇ 5 toward the central axis (CA) of the upper section (UK) from the other end (T2) of the lower section.
  • the fourth shear blade (SB4) can be formed to be inclined upward at ⁇ 4 toward the central axis (CA) from the tip (T3) of the third shear blade (SB3).
  • the sixth shear blade (SB6) can be formed to be inclined upward at ⁇ 6 toward the central axis (CA) from the tip (T4) of the fifth shear blade (SB5).
  • the shear angle ⁇ 4 may be greater than ⁇ 3, and ⁇ 6 may be greater than ⁇ 5. Furthermore, the shear angles ⁇ 3 and ⁇ 5 may be the same or different. At least one of ⁇ 3 and ⁇ 5 may have an angular range of 0.1° to 5°, 0.3° to 3°, or 0.5° to 1°.
  • the shear angles ⁇ 4 and ⁇ 6 may be the same or different.
  • at least one of ⁇ 4 and ⁇ 6 may have an angular range of 0.1° to 5°, 0.3° to 4°, 0.5° to 4°, 1° to 4°, or 2.5° to 3.5°.
  • the phase diagrams (UK) can have symmetrical structures with respect to the phase diagram center axis (CA).
  • the UKL is located at the lowest part of the UK and is the part that comes into contact with the LK.
  • the UKL may be the same thickness as the UK, or may be thinner than the UK. The longer the UKL, the more likely it is that the detachment will occur when the electrode is cut.
  • the UKL may have a length of 0.5 mm to 7 mm, 0.5 mm to 5 mm, or 0.5 mm to 2.5 mm.
  • the lower blade (LK) is a knife that engages with the upper blade (UK) to cut the electrode and can be located at the bottom of the electrode cutting device. Unlike the upper blade (UK) that moves up and down along a guide, the lower blade (LK) can be fixed in place. Unlike the upper blade (UK), the lower blade (LK) may not be equipped with a separate lower blade holder, but this is not necessarily limited to this, and a device for fixing the lower blade (LK), such as a lower frame, can be added.
  • the UKH can serve to fix the UK and support the upper cutting part (UKP) so that it can slide up and down.
  • the UKH can fix the UK while moving it up and down along a guide.
  • the UKH can be positioned above the UK and can be larger than the UK.
  • the UKAP may include a UKA and a cylinder (CD).
  • the UKAP may be positioned on the side of the UK.
  • the lower line (LK) may be positioned on one side of the UK, and the UKA may be positioned on the other side.
  • the UKA can fine-tune the clearance and perpendicularity of the UK to the lower coat (LK) within tolerance.
  • the clearance between the UK and the lower coat can be a factor affecting electrode quality.
  • the UKA can apply lateral pressure to the side of the UK to align the UK perpendicular to the lower coat (LK).
  • the applied lateral pressure aligns the UK perpendicular to the lower coat (LK), increasing the clearance and thus increasing the electrode cutting force, which can in turn improve electrode quality.
  • FIG. 7 illustrates another embodiment of a UK according to the present invention, wherein the UK has different shear angles ⁇ 3 and ⁇ 5, and ⁇ 4 and ⁇ 6.
  • ⁇ 3 may be greater than ⁇ 5, and ⁇ 4 may be greater than ⁇ 6.
  • the point where the fourth shear blade (SB4) and the sixth shear blade (SB6) contact each other may move in the opposite direction to the second direction (D2) with respect to the central axis of the topography (CA).
  • ⁇ 3 may be less than ⁇ 5, and ⁇ 4 may be less than ⁇ 6.
  • the point where the fourth shear blade (SB4) and the sixth shear blade (SB6) contact each other may be horizontally offset with respect to the central axis of the topography (CA).
  • Fig. 8a is a conceptual diagram showing the lower part of a top view among the electrode cutting devices for all-solid-state batteries according to embodiments of the present invention.
  • Fig. 8a shows the top view (UK) of Fig. 1 as viewed from below with respect to the first direction (D1).
  • the top view (UK) When the top view (UK) is viewed directly from below, it may have a rectangular shape as shown in Fig. 8a.
  • the part indicated by the solid line in Fig. 8a is the top view land portion (UKL), and the part indicated by the dotted line may be a part of the lower surface of the top view (UK) excluding the top view land portion (UKL).
  • the following Figs. 8b to 12 illustrate only the top view land portion (UKL).
  • the length (L) of the upper surface land portion may be the width length of the upper surface land portion (UKL) and may be a length in a direction parallel to the third direction (D3).
  • a typical upper surface land portion (UKL) may have a rectangular shape as illustrated in Fig. 8a. In this case, the length (L) of the upper surface land portion may be maintained constant.
  • FIG. 8b is a conceptual diagram illustrating the lower part of the top coat (UK) in the electrode cutting device for an all-solid-state battery according to the embodiments of the present invention illustrated in FIG. 3.
  • the lower part of the top coat (UK) may have a length (L) of the top coat land portion that gradually becomes thicker as it goes in the second direction (D2).
  • the thickness of the lower part of the top coat (UK) may be the same as the length (L) of the top coat land portion. That is, the length (L) of the top coat land portion may increase as it goes in the second direction (D2).
  • the length (L) of the top coat land portion may increase linearly as it goes in the second direction (D2), or may increase in steps as shown in FIGS. 8c to 12.
  • FIG. 9A is a conceptual diagram illustrating a lower portion of a top coat among the electrode cutting devices for all-solid-state batteries according to the embodiments of the present invention illustrated in FIG. 4.
  • the lower portion of the top coat (UK) of FIG. 4 may gradually become thicker as it goes in the second direction (D2).
  • the thickness of the lower portion of the top coat (UK) illustrated in FIG. 9A may be equal to the length (L) of the top coat land portion. That is, the length of the top coat land portion may increase as it goes in the second direction (D2) based on FIG. 9A.
  • the length (L) of the top coat land portion of the lower portion of the top coat (UK) may increase as it goes in the direction opposite to the second direction (D2).
  • the lengths of the top coat land portions may also be different.
  • the length (Lc) of the top surface land portion of the c shear blade may be longer than the length (Lb) of the top surface land portion of the b shear blade.
  • the length (Lb) of the top surface land portion of the b shear blade may be 0.5 mm to 5 mm.
  • the length (Lc) of the top surface land portion of the c shear blade may be 0.5 mm to 5 mm.
  • the ratio of the length (Lb) of the top surface land portion of the b shear blade to the shear angles b and c and the ratio of the length (Lc) of the top surface land portion of the c shear blade may have a value substituted into Equation 1 below.
  • the ratio of the length (Lb) of the top surface land portion of the b shear blade (SBb) to the shear angle b can have a value of 0.1 mm/° to 5 mm/°, 0.1 mm/° to 3 mm/°, or 0.2 mm/° to 2 mm/°.
  • the ratio of the length (Lc) of the top surface land portion of the c shear blade (SBc) to the shear angle c can have a value of 0.15 mm/° to 3 mm/°, 0.15 mm/° to 2 mm/°, or 0.3 mm/° to 2 mm/°.
  • the shear angle b may be smaller than the shear angle c.
  • the length (Lb) of the top surface land of the b shear blade (SBb) may be shorter than the length (Lc) of the top surface land of the c shear blade (SBc).
  • the ratio of the length (Lb) of the top surface land of the b shear blade (SBb) to the shear angle b may be greater than the ratio of the length (Lc) of the top surface land of the c shear blade (SBc) to the shear angle c.
  • the length (L) of the land portion of the land portion may also increase.
  • the increase ratio can be expressed as the difference in the ratio of the length of the land portion of the land portion to the shear angle.
  • the increase ratio can be the value obtained by subtracting the ratio of the length (Lb) of the land portion of the b shear edge (SBb) to the b shear angle from the ratio of the length (Lc) of the land portion of the c shear edge (SBc) to the c shear angle.
  • Fig. 9a may illustrate a case where the ratio of the increase in the shear angle and the increase in the length of the upper surface land portion is 0.2 mm/° to 2 mm/°.
  • Fig. 9b is a conceptual diagram illustrating the lower part of a top surface of an electrode cutting device for an all-solid-state battery according to embodiments of the present invention.
  • Fig. 9b is a diagram illustrating a case in which the sizes of shear angles b and c are the same as those of Fig. 9a, and the difference in the length of the top surface land portion is greater. Referring to Fig. 9b, in Fig. 9b, the increase ratio of the length of the top surface land portion according to the increase in the size of the shear angle may be greater than in the case of Fig. 9a.
  • FIG. 9C is a conceptual diagram illustrating the lower part of a top coat among electrode cutting devices for all-solid-state batteries according to embodiments of the present invention.
  • FIG. 9C is a diagram illustrating a case where the sizes of shear angles b and c are the same as those of FIG. 9A and the difference in the length of the top coat land portion is smaller.
  • the increase ratio of the length of the top coat land portion according to the increase in the size of the shear angle may be smaller than that of FIG. 9A.
  • the difference in the length of the top coat land portion may be small.
  • the ratio of the top surface land length (Ld) of the d shear blade (SBd) to the shear angles d and e and the ratio of the top surface land length (Le) of the e shear blade (SBe) to the shear angles d and e can have values of 0.1 mm/° to 5 mm/°, 0.1 mm/° to 3 mm/° and 0.15 mm/° to 3 mm/°.
  • the lengths of the top coat land portions may also be different.
  • the length of the top surface land of the fourth shear blade (SB4) may be longer than that of the third shear blade (SB3).
  • the length of the top surface land of the fifth shear blade (SB5) may be longer than that of the sixth shear blade (SB6).
  • the length (L4) of the top surface land of the fourth shear blade (SB4) and the length (L5) of the top surface land of the fifth shear blade (SB5) may be the same or different.
  • the length (L3) of the top surface land of the third shear blade (SB3) may be 0.5 mm to 5 mm.
  • the lengths (L4, L5, and L6) of the top surface lands of the fourth shear blade (SB4), the fifth shear blade (SB5), and the sixth shear blade (SB6) may each be 0.5 mm to 5 mm.
  • the ratio of the top surface land length (L3) of the third shear blade (SB3) for shear angles ⁇ 3, ⁇ 4, ⁇ 5, and ⁇ 6, the ratio of the top surface land length (L4) of the fourth shear blade (SB4), the ratio of the top surface land length (L5) of the fifth shear blade (SB5), and the ratio of the top surface land length (L6) of the sixth shear blade (SB6) can have the values substituted into the above equation 1.
  • the ratio of the top surface land length (L3) of the third shear blade (SB3) to the shear angles ⁇ 3 and ⁇ 4 and the ratio of the top surface land length (L4) of the fourth shear blade (SB4) may have values of 0.1 mm/° to 5 mm/°, 0.1 mm/° to 3 mm/° and 0.15 mm/° to 3 mm/°.
  • the ratio of the top surface land length (L6) of the sixth shear blade (SB6) to the shear angles ⁇ 6 and ⁇ 5 and the ratio of the top surface land length (L5) of the fifth shear blade (SB5) may have values of 0.1 mm/° to 5 mm/°, 0.1 mm/° to 3 mm/° and 0.15 mm/° to 3 mm/°.
  • Fig. 12 is a conceptual diagram showing the lower part of the electrode cutting device for an all-solid-state battery according to embodiments of the present invention illustrated in Fig. 7.
  • Fig. 12 is a diagram showing a case in which the shear angle ⁇ 3 is greater than ⁇ 6 and ⁇ 4 is greater than ⁇ 5 in Fig. 11 described above.
  • Fig. 13 is a side view of a top view (UK) of an electrode cutting device for an all-solid-state battery according to embodiments of the present invention.
  • the top view (UK) may include a coupling portion (CP) that couples the top view (UK) and a top view holder (UKH).
  • the coupling portion (CP) may include a first coupling hole (CH1) and a second coupling hole (CH2).
  • Fig. 14 is a perspective view of a top view of an electrode cutting device for an all-solid-state battery according to embodiments of the present invention.
  • the top view (UK) may include a first coupling hole (CH1) and a second coupling hole (CH2).
  • the first coupling hole (CH1) may be a hole formed on the upper portion of the UK and may be a hole fastened with a bolt.
  • the first coupling hole (CH1) may include two to six holes.
  • the first coupling hole (CH1) may be fastened in a tab-through or hole-through manner depending on the direction in which the bolt is fastened.
  • FIG. 15 is a drawing showing a connection state of an electrode cutting device for an all-solid-state battery according to embodiments of the present invention.
  • the electrode cutting device may include an upper cutting part (UKP), a top coat adjusting part (UKAP), and a lower coat (LK).
  • the top coat adjusting part (UKAP) may be coupled to the upper cutting part (UKP) or may be positioned separately.
  • the upper cutting part (UKP) may include a top coat holder (UKH), a coupling part (CP), and a top coat (UK).
  • the top coat holder (UKH) and the top coat (UK) may be integrally coupled.
  • the top coat holder (UKH) and the top coat (UK) may be incompletely coupled.
  • the top coat holder (UKH) coupled to the top coat (UK) may be driven up and down.
  • An electrode supply section (ES) may be located on the side of the lower section (LK).
  • the electrode supply section (ES) serves to continuously supply electrodes.
  • the electrode (EP) supplied from the electrode supply section (ES) may be cut at regular intervals by the upper cutting section (UKP) that moves up and down and the fixed lower section (LK).
  • Fig. 16 is a drawing showing a fastening state of an electrode cutting device including a stripper (STP) according to embodiments of the present invention.
  • the stripper (STP) can be arranged on the lower side of the top plate holder (UKH).
  • the stripper (STP) prevents the electrode material from easily falling off the top plate (UK) and rising upward when the top plate (UK) rises upward after cutting the electrode material. That is, the stripper (STP) is provided to be elastically slidable by a guide that extends and is installed from the top plate holder (UKH). This controls the electrode material to be pressed by elastic force so that it does not rise upward when the top plate holder (UKH) is raised and lowered by a conventional driving means such as a conventional hydraulic or pneumatic cylinder.
  • FIGs 17 to 19 are conceptual diagrams briefly illustrating an electrode cutting process of an electrode cutting device according to embodiments of the present invention.
  • the top plate (UK) has at least a portion of a wide and thin plate shape.
  • the top plate (UK) may be installed in the top plate holder (UKH) by forming an inclined edge in an upright state according to an upwardly inclined shearing angle, but is not limited thereto.
  • the top plate (UK) may have cutting particles coated on its surface. That is, the top plate (UK) may cut the electrode in one stroke by rapidly moving downward, but is not limited thereto, and the top plate (UK) may cut the electrode by reciprocating at short intervals to cut the electrode.
  • the cutting particles are not limited and may be various, but are preferably particles with high hardness, such as diamond, to ensure low wear even with high friction.
  • the electrode (EP) continuously supplied from the electrode supply unit (ES) can be cut into a certain size by an electrode cutting device located on the electrode supply unit (ES).
  • Fig. 18 is a front view of an electrode cutting device according to an embodiment of the present invention.
  • the upper surface (UK) may have a symmetrical structure with respect to a first direction (D1), or may have an asymmetrical structure if the shear angles of both ends are different.
  • the second direction (D2) is orthogonal to the first direction (D1) and the third direction (D3) and is parallel to the direction parallel to the electrode (EP).
  • the first direction (D1) may be a direction penetrating the center of the upper surface (UK).
  • the UK moves along the first direction (D1), particularly in the up-and-down direction, and cuts the electrode (EP).
  • the UK since kinetic energy is proportional to the square of the speed, the UK must move at a very high speed so that its kinetic energy increases significantly and the electrode (EP) can be easily cut.
  • the UK If the UK is heavy, its potential energy is proportional to its weight, so when the UK is positioned upward, its potential energy is large. Therefore, even if it simply falls freely downward, the converted kinetic energy is also large, so the electrode (EP) can be easily cut.
  • the UK is light, its potential energy is not large. Therefore, when the UK holder (UKH) moves the UK from upward to downward, it is desirable for a separate power device to apply power to increase the kinetic energy.
  • a separate power device may include, but is not limited to, various devices such as a hydraulic or pneumatic press, an electric motor, etc.
  • the lower surface of the UK simply strikes the electrode EP when the UK moves downward. Then, the contact area between the lower surface of the UK and the electrode EP is relatively large, so that the kinetic energy is dispersed and the electrode EP may not be sharply cut.
  • Fig. 19 is a conceptual diagram illustrating a side view of an electrode cutting device according to an embodiment of the present invention.
  • the thin side, i.e., the lower surface, of the upper surface (UK) according to an embodiment of the present invention for cutting the electrode (EP) may be symmetrical with respect to an imaginary plane.
  • the imaginary plane is a plane that simultaneously includes a first direction (D1) and a third direction (D3), and the first direction (D1) may penetrate the center of the lower surface of the upper surface (UK).
  • the point at which the upper surface (UK) descends and contacts the electrode may preferably be close to one end of the surface of the lower surface (LK) that supports the electrode.
  • the normal force that the lower surface (LK) supports the electrode upward and the force that the upper surface (UK) applies to the electrode when it descends may have opposite action directions.
  • the lower right portion of the upper surface (UK) may be formed to be inclined.
  • the lower portion of the upper surface (UK) may be inclined upward from the upper surface land portion (UKL) in the opposite direction of the lower surface (LK). Accordingly, when the upper surface (UK) is lowered to cut the electrode (EP), the cut electrode can move in the opposite direction of the lower surface (LK) along the third direction (D3) at the same time as being cut. Accordingly, a gap of a certain distance may be generated between the electrodes cut by the electrode cutting device.
  • the top coat (UK) may have a thickness of 0.02 mm to 0.1 mm in the plate-shaped portion.
  • Conventional top coats (UK) may require a separate process, such as a cutting process, to manufacture the lower surface.
  • it may not be easy to manufacture the lower surface with a width of less than 0.1 mm.
  • the top coat (UK) according to one embodiment of the present invention has at least a portion of a wide plate shape, and thus can be manufactured with a thickness of less than 0.1 mm, particularly up to 0.02 mm. Therefore, the top coat (UK) may be sharper, so that the electrode can be cut more sharply.
  • a surface with a shear angle of 1° was produced, and an electrode cutting device was manufactured by combining this surface with a surface holder to cut the cathode. At this time, the length of the surface land portion was 0.5 mm.
  • a 3° shear angle was created, and an electrode cutting device was created by combining the 3° shear angle with a 3° shear angle holder to cut the cathode.
  • the length of the 3° shear angle land was 0.5 mm.
  • a 1° shear angle was created, and an electrode cutting device was created by combining this with a 1° shear angle holder to cut the positive electrode. At this time, the length of the 1° land portion was 0.5 mm.
  • a 3° shear angle was created, and an electrode cutting device was created by combining the 3° shear angle with a 3° shear angle holder to cut the positive electrode.
  • the length of the 3° shear angle land portion was 0.5 mm.
  • a plate with a shear angle of 0.5° and a length of 0.1 mm was produced, and an electrode cutting device was manufactured by combining the plate with a plate holder to cut the cathode.
  • a plate with a shear angle of 1° and a length of 0.1 mm was produced, and an electrode cutting device was produced by combining the plate with a plate holder to cut the cathode.
  • a plate with a shear angle of 1° and a length of 0.5 mm was produced, and an electrode cutting device was produced by combining the plate with a plate holder to cut the cathode.
  • a plate with a shear angle of 3° and a length of 0.1 mm was produced, and an electrode cutting device was manufactured by combining the plate with a plate holder to cut the cathode.
  • a plate with a shear angle of 3° and a length of 0.5 mm was produced, and an electrode cutting device was produced by combining the plate with a plate holder to cut the cathode.
  • a plate with a shear angle of 3° and a length of 1 mm on the plate land was manufactured, and an electrode cutting device was manufactured by combining the plate with a plate holder to cut the cathode.
  • a shear angle-free surface was produced, and an electrode cutting device was manufactured by combining this surface with a surface holder to cut the cathode. At this time, the length of the surface land was 0.5 mm.
  • a plate without a plate land was manufactured, and an electrode cutting device was manufactured by combining this plate with a plate holder to cut the cathode. At this time, the shear angle was 0.5°.
  • a 0.5 mm long slab was manufactured, and after attaching it to a slab holder, a 0.1 MPa lateral pressure was applied using a slab adjuster to manufacture an electrode cutting device to cut the cathode. At this time, the shear angle was 0.5°.
  • a plate with a shear angle of 0.5° and a length of 0.5 mm was produced, and an electrode cutting device was produced by combining the plate with a plate holder to cut the cathode.
  • a plate with a shear angle of 0.5° and a length of 1 mm on the plate land was manufactured, and an electrode cutting device was manufactured by combining the plate with a plate holder to cut the cathode.
  • a plate with a shear angle of 0.3° and a length of 1 mm on the plate land was manufactured, and an electrode cutting device was manufactured by combining the plate with a plate holder to cut the cathode.
  • the cutting height of the base material refers to the height of the triangle formed by the shear blade of the upper drawing shown in FIGS. 2 to 7 and the horizontal line in the longitudinal direction of the upper drawing.
  • Example 1 1 cathode 1.0612 214.4131
  • Example 2 3 cathode 3.1842 107.2065
  • Example 3 1 anode 1.0053 218.1747
  • Example 4 3 anode 3.0166 109.0873 Comparative Example 1 doesn't exist cathode 0 458.4490
  • the electrode cutting devices of Examples 1 and 2 have a reduced shear force compared to the electrode cutting device of Comparative Example 1.
  • the shear force decreases as the shear angle of the top coat increases.
  • the shear angle of the top coat is 3°, the lowest shear force is shown, indicating that the shear load applied to the top coat is the lowest.
  • the shear angle is 3°, the least detachment occurs during electrode cutting. This is because as the shear angle of the top coat approaches 3°, the cutting height of the base material increases, thereby reducing the shear force applied to the top coat.
  • the delamination decreases as the lateral pressure of the top coat adjustment part increases. This is believed to be because the clearance between the top coat and the bottom coat and the pressure applied to the electrode increase as the top coat land part becomes smaller and the lateral pressure of the top coat adjustment part increases, which increases the cutting force.
  • the delamination was measured to be the lowest when the length of the top coat land part was 0 mm and the lateral pressure was 0.2 MPa.

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Abstract

본 발명은 전고체 전지용 전극 절단 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 상도 홀더, 상도 및 결합부를 포함하는 상도 커팅부; 상기 상도의 측면에 위치한 상도 조정부; 및 하도를 포함하고, 상기 상도는 상기 하부의 일 단에서 타 단을 향하여 전단각 θ로 상향 경사지는 전단날을 포함하고, 상기 전단날은 상도 랜드부를 포함하며, 상기 전단각 θ에 대한 상기 상도 랜드부의 길이의 비는 0.15 mm/° 이상 1 mm/° 미만이다.

Description

전고체 전지용 전극 절단 장치
본 발명은 전극 절단 장치에 관한 것으로 보다 상세하게는, 취성이 강한 재료의 전단시 탈리를 방지할 수 있는 상도를 포함하는 전고체 전지용 전극 절단 장치에 관한 것이다.
전고체 전지는 리튬이온전지와 달리 고체전해질이 사용되면서 극판의 소재도 변경되었다. 이에 전고체 전지는 전해질과의 반응성 저감을 위한 음극 기재로 구리(Cu) 대신 SUS로 대체하고 있다. 양극 기재로는 Al을 유지하는 반면, 음극 기재인 SUS는 Al 대비 3배 이상의 높은 인장강도를 갖는 재질로서 음극 극판 전단 시 높은 전단력이 요구된다. 하지만 음극 극판에 도포된 코팅면의 강한 취성에 의해 전단력 상향의 한계가 존재한다. 이를 위해 전단하중을 최소화하여 전단하는 전고체 전지용 전극 절단 기술이 요구되는 실정이다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 높은 인장강도 및 강한 취성을 가진 전극 절단 시 탈리를 방지하는 전고체 전지용 전극 절단 장치를 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는, 상도 홀더와 상도의 불완전 결합 및 측압을 통한 상도 조정으로 상도와 하도의 클리어런스를 높이는 전고체 전지용 전극 절단 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 개념에 따른, 전고체 전지용 전극 절단 장치는, 상도 홀더, 상도 및 결합부를 포함하는 상도 커팅부; 상기 상도의 측면에 위치한 상도 조정부; 및 하도를 포함하고, 상기 상도는 상기 하부의 일 단에서 타 단을 향하여 전단각 θ로 상향 경사지는 전단날을 포함하고, 상기 전단날은 상도 랜드부를 포함하며, 상기 전단각 θ에 대한 상기 상도 랜드부의 길이의 비는 0.15 mm/° 이상 1mm/° 미만 일 수 있다.
본 발명의 다른 개념에 따른, 전고체 전지용 전극 절단 장치는, 상도 홀더, 상도 및 결합부를 포함하는 상도 커팅부; 상기 상도의 측면에 위치한 상도 조정부; 및 하도를 포함하고, 상기 상도는 서로 다른 전단각을 가지는 제1 전단날 및 제2 전단날을 포함하고, 상기 제1 전단날은 전단각 θ1으로 상향 경사지며 제1 상도 랜드부를 포함하고, 상기 제2 전단날은 전단각 θ2로 상향 경사지며 제2 상도 랜드부를 포함하고, 상기 θ1은 상기 θ2보다 작으며, 상기 θ1에 대한 상기 제1 상도 랜드부의 길이의 비는, 상기 θ2에 대한 상기 제2 상도 랜드부의 길이의 비보다 클 수 있다.
본 발명은 전단각과 상도 랜드부의 길이를 달리 함으로써, 전극 절단 시 탈리를 저감할 수 있다.
본 발명에 따른 전고체 전지용 전극 절단 장치는, 상도 홀더와 상도의 불완전 결합으로 상도와 하도의 클리어런스를 높일 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 전극 절단 장치를 간략히 나타낸 개념도이다.
도 2 내지 도 7은 본 발명의 실시예들에 따른 전고체 전지용 전극 절단 장치의 상도를 나타낸 개념도이다.
도 8a 내지 도 12는 도 3 내지 도 8에 도시한 본 발명의 실시예들에 따른 전고체 전지용 전극 절단 장치의 상도의 하부를 나타낸 개념도이다.
도 13은 본 발명의 실시예들에 따른 전고체 전지용 전극 절단 장치의 상도의 측면도를 나타낸 도면이다.
도 14는 본 발명의 실시예들에 따른 전고체 전지용 전극 절단 장치의 상도의 사시도를 나타낸 도면이다.
도 15는 본 발명의 실시예들에 따른 전고체 전지용 전극 절단 장치의 체결상태도를 나타낸 도면이다.
도 16은 본 발명의 실시예들에 따른 스트리퍼를 포함하는 전극 절단 장치의 체결상태도를 나타낸 도면이다.
도 17 내지 도 19는 본 발명의 실시예들에 따른 전극 절단 장치의 전극 절단 과정을 간략히 나타낸 개념이다.
본 발명의 구성 및 효과를 충분히 이해하기 위하여, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 설명한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라, 여러가지 형태로 구현될 수 있고 다양한 변경을 가할 수 있다. 단지, 본 실시예들의 설명을 통해 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위하여 제공되는 것이다.
본 명세서에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소 상에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 구성요소 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 구성요소가 개재될 수도 있다는 것을 의미한다. 또한, 도면들에 있어서, 구성요소들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호로 표시된 부분은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
본 명세서에서 특별한 언급이 없는 한, 단수로 표시한 것은 복수 또한 포함할 수 있다. 아울러, 특별한 언급이 없는 한, "A 또는 B"는 "A를 포함하거나, B를 포함하거나, A 및 B를 포함하는"을 의미할 수 있다. 본 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소는 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 전극 절단 장치를 간략히 나타낸 개념도이다. 도 1을 참조하면, 전고체 전지용 전극 절단 장치는 상도(UK)와 하도(LK)를 포함할 수 있다. 도 1 및 후술할 도 15를 참조하면, 전고체 전지용 전극 절단 장치는 상부 커팅부(UKP), 상도 조정부(UKAP) 및 하도(LK)를 포함할 수 있다. 상부 커팅부(UKP)는 상도 홀더(UKH), 상도(UK), 결합부(CP), 가이드(GD) 및 하도(LK)를 포함할 수 있다.
도 2는 본 발명의 실시예들에 따른 전고체 전지용 전극 절단 장치의 상도를 나타낸 개념이다. 도 2를 참조하면, 상도(UK)는 전극을 전달하기 위한 나이프(Knife)로 전극 절단 장치의 상부에 위치할 수 있다. 상도(UK)는 상 하 방향으로 구동하여 하도(LK)와 접촉할 수 있다. 상도(UK)는 가이드를 따라 상 하 방향으로 구동할 수 있다. 상도(UK)는 상하로 이동하여 하도(LK)와 협력하여 전극을 커팅할 수 있다.
상도(UK)는 상부 홀더(UKH)에 결합될 수 있다. 상부 홀더(UKH)와 상도(UK)는 불완전하게 결합될 수 있다. 상기 불완전 결합은 상부 홀더(UKH)와 상도(UK)가 완전히 밀착하여 결합되지 않는 것을 뜻한다. 상부 홀더(UKH)와 상도(UK)는 볼트로 체결될 수 있고 상부 홀더(UKH)에 부착된 돌출부와 상도(UK)에 형성된 홀(hole)이 맞닿아 결합될 수 있다.
상도 홀더(UKH)와 상도(UK)가 불완전 결합됨에 따라 상도(UK)는 상도 조정부(UKAP)에 의해 하도(LK)와 수직하게 조정될 수 있다. 상도 조정부(UKAP)는 상도(UK)와 하도(LK)의 클리어런스를 높이기 위해 상도(UK) 측면에 측압을 가할 수 있다. 클리어런스란, 상도(UK)와 하도(LK)의 갭을 나타낸 것이다.
상도(UK)는 상도 하단의 날 부분 중 양측면의 폭은 크고 길이방향 중심을 향하여 날이 좁아지는 형태일 수 있다. 즉, 상도(UK) 하단의 날 부분이 상도(UK) 길이방향 중심을 향하여 상향으로 경사진 날을 형성할 수 있다. 이와 같은 형태로 구성한 이유는 전극 커팅시 가장 먼저 전극과 접촉하게 되는 부분(양 측면)의 전단각을 크게 하기 위함일 수 있다. 전단각을 크게 하면 날 부분 양쪽으로 압력 분산이 용이하여 전극이 찢어지거나 손상되는 것을 방지할 수 있다.
상도(UK)는 제1 전단날(SB1)과 제2 전단날(SB2)을 포함할 수 있다. 제1 전단날(SB1)과 상도(UK)의 길이 방향의 수평선(HL)과 이루는 각도가 전단각 θ1이다. 또한, 제2 전단날(SB2)과 상도(UK)의 길이 방향의 수평선과 이루는 각도는 전단각 θ2 이다.
제1 전단날(SB1)은 상도(UK) 하부의 일 단(T1)에서 상도 중심축(CA)을 향하여 θ1으로 상향 경사지게 형성될 수 있다.
제2 전단날(SB2)은 상도(UK) 하부의 타 단(T2)에서 상도 중심축(CA)을 향하여 θ2로 상향 경사지게 형성될 수 있다.
전단각 θ1과 θ2는 동일 할 수도 있고 서로 상이할 수도 있다. 또한, θ1과 θ2 중 적어도 어느 하나는 각도 범위가 0.1° 내지 5°, 0.3° 내지 3.5°, 0.5° 내지 3.5° 또는 2.5° 내지 3.5° 일 수 있다.
전단각 θ1과 θ2가 동일한 경우, 상도(UK)는 상도 중심축(CA)을 기준으로 서로 대칭된 구조일 수 있다.
전단각 θ1은 θ2 보다 클 수 있다. θ1이 θ2 보다 큰 경우, 제1 전단날(SB1)과 제2 전단날(SB2)가 접하는 지점은 상도 중심축(CA)을 기준으로 좌측으로 이동할 수 있다. 이와 반대로, θ1이 θ2 보다 작을 수도 있다. θ1이 θ2 보다 작은 경우, 제1 전단날(SB1)과 제2 전단날(SB2)가 접하는 지점은 상도 중심축(CA)을 기준으로 수평적으로 오프셋될 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시예들에 따른 전고체 전지용 전극 절단 장치 중 상도를 나타낸 개념도이다. 도 3을 참조하면, 상도는 전단각 a로 상향 경사진 전단날(SBa)을 포함할 수 있다. 전단각은 전단날과 상도의 길이 방향의 수평선과 이루는 각도를 말한다. 전단날(SBa)은 도 3을 기준으로 제2 방향(D2)으로 상향 경사진 형태일 수 있고 제2 방향(D2)과 반대의 방향으로 상향 경사진 형태일 수도 있다. 전단각 a는 각도 범위가 0.1° 내지 5°, 0.3° 내지 3.5°, 0.5° 내지 3.5° 또는 2.5° 내지 3.5° 일 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시예들에 따른 전고체 전지용 전극 절단 장치 중 상도를 나타낸 개념도이다. 도 4를 참조하면, 상도는 전단각 b 및 c로 각각 상향 경사진 b 전단날(SBb)과 c 전단날(SBc)을 포함할 수 있다. 도 4를 기준으로, b 전단날(SBb)과 c 전단날(SBc)은 제2 방향(D2)으로 상향 경사진 형태일 수 있고 제2 방향(D2)과 반대의 방향으로 상향 경사진 형태일 수도 있다. 전단각 b는 각도 범위가 0.1° 내지 5°, 0.3° 내지 3.5°, 0.5° 내지 3.5° 또는 2.5° 내지 3.5° 일 수 있다. 또한, 전단각 c는 각도 범위가 0.1° 내지 5°, 0.3° 내지 3.5°, 0.5° 내지 3.5° 또는 2.5° 내지 3.5° 일 수 있다. 전단각 b와 전단각 c는 같을 수도 있고 다를 수도 있다. 전단각 b와 전단각 c가 같은 경우 b 전단날(SBb)와 c 전단날(SBc)는 동일 선상에 위치할 수 있다.
도 5는 본 발명의 실시예들에 따른 전고체 전지용 전극 절단 장치 중 상도를 나타낸 개념도이다. 도 5를 참조하면, 상도는 전단각 d, e 및 f로 각각 상향 경사진 d 전단날(SBd), e 전단날(SBe) 및 f 전단날(SBf)을 포함할 수 있다. 도 5를 기준으로, d 전단날(SBd), e 전단날(SBe) 및 f 전단날(SBf)은 제2 방향(D2)으로 상향 경사진 형태일 수 있고 제2 방향(D2)과 반대의 방향으로 상향 경사진 형태일 수도 있다. 전단각 d는 각도 범위가 0.1° 내지 5°, 0.3° 내지 3.5°, 0.5° 내지 3.5° 또는 2.5° 내지 3.5° 일 수 있다. 또한, 전단각 e는 각도 범위가 0.1° 내지 5°, 0.3° 내지 3.5°, 0.5° 내지 3.5° 또는 2.5° 내지 3.5° 일 수 있다. 전단각 f는 각도 범위가 0.1° 내지 5°, 0.3° 내지 3.5°, 0.5° 내지 3.5° 또는 2.5° 내지 3.5° 일 수 있다. 전단각 d와 전단각 e는 같을 수도 있고 다를 수도 있다. 전단각 d와 전단각 e가 같은 경우 d 전단날(SBd)와 e 전단날(SBe)는 동일 선상에 위치할 수 있다. 전단각 e와 전단각 f는 같을 수도 있고 다를 수도 있다. 전단각 e와 전단각 f가 같은 경우 e 전단날(SBe)와 f 전단날(SBf)는 동일 선상에 위치할 수 있다.
도 6을 참조하면, 상도(UK)는 제3 전단날(SB3) 내지 제6 전단날(SB6)을 포함할 수 있다. 제3 전단날(SB3)과 상도(UK)의 길이 방향의 수평선(HL1)과 이루는 각도가 전단각 θ3 일 수 있다. 또한, 제4 전단날(SB4)과 상도의 길이 방향의 다른 수평선(HL2)과 이루는 각도는 전단각 θ4 이다. 이와 마찬가지로, 전단각 θ5 와 θ6이 정의될 수 있다.
제3 전단날(SB3)은 상도(UK) 하부의 일 단(T1)에서 상도 중심축(CA)을 향하여 θ3으로 상향 경사지게 형성될 수 있다.
제5 전단날(SB5)은 상도(UK) 하부의 타 단(T2)에서 상도 중심축(CA)을 향하여 θ5로 상향 경사지게 형성될 수 있다.
제4 전단날(SB4)은 제3 전단날(SB3)의 끝단(T3)에서 상도 중심축(CA)을 향하여 θ4로 상향 경사지게 형성될 수 있다.
제6 전단날(SB6)은 제5 전단날(SB5)의 끝단(T4)에서 상도 중심축(CA)을 향하여 θ6로 상향 경사지게 형성될 수 있다.
전단각 θ4는 θ3 보다 클 수 있고, θ6은 θ5 보다 클 수 있다. 또한, 전단각 θ3 와 θ5는 동일 할 수도 있고 서로 상이할 수도 있다. θ3과 θ5 중 적어도 어느 하나는 각도 범위가 0.1° 내지 5°, 0.3° 내지 3° 또는 0.5° 내지 1° 일 수 있다.
전단각 θ4 와 θ6은 동일 할 수도 있고 서로 상이할 수도 있다. 또한, θ4 와 θ6 중 적어도 어느 하나는 각도 범위가 0.1° 내지 5°, 0.3° 내지 4°, 0.5° 내지 4°, 1° 내지 4° 또는 2.5° 내지 3.5° 일 수 있다.
전단각 θ3 과 θ5 및 θ4 와 θ6이 동일한 경우, 상도(UK)는 상도 중심축(CA)을 기준으로 서로 대칭된 구조일 수 있다.
상도 랜드부(UKL)는 상도(UK)의 가장 하부에 위치한 것으로, 하도(LK)와 맞닿는 부분이다. 상도 랜드부(UKL)는 상도(UK)의 두께와 동일 할 수도 있고, 상도(UK)의 두께보다 얇을 수 있다. 상도 랜드부(UKL)의 길이가 클 수록, 전극 절단시 탈리가 증가할 수 있다. 상도 랜드부(UKL)는 0.5 mm 내지 7mm, 0.5 mm 내지 5 mm 또는 0.5 mm 내지 2.5mm의 길이를 가질 수 있다.
하도(LK)는 상도(UK)와 맞물려 전극을 절단하는 나이프로 전극 절단 장치의 하부에 위치할 수 있다. 가이드를 따라 상하로 구동되는 상도(UK)와 달리, 하도(LK)는 제자리에 고정되어 있을 수 있다. 하도(LK)는 상도(UK)와 달리 별도의 하도 홀더가 구비되지 않을 수 있으나 반드시 이에 한정되지 않고 하부 프레임 등 하도(LK)를 고정하기 위한 장치가 추가될 수 있다.
상도 홀더(UKH)는 상도(UK)를 고정 지지하며 상부 커팅부(UKP)를 상하로 슬라이딩 가능하게 지지하는 역할을 할 수 있다. 상도 홀더(UKH)는 상도(UK)를 고정하면서 가이드를 따라 상하로 구동할 수 있다. 상도 홀더(UKH)는 상도(UK) 보다 상부에 위치하고 크기 또한 상도(UK) 보다 클 수 있다.
상도 조정부(UKAP)는 상도 조정기(UKA)와 실린더(CD)를 포함할 수 있다. 상도 조정부(UKAP)는 상도(UK)의 측면에 위치할 수 있다. 상도(UK)를 기준으로 일 면에는 하도(LK)가 위치하고, 타 면에 상도 조정기(UKA)가 위치할 수 있다.
상도 조정기(UKA)는 상도(UK)가 하도(LK)와의 클리어런스 및 직각도를 공차 범위 내로 하도록 미세 조정하는 역할을 수행할 수 있다. 상하도 간의 클리어런스는 전극 품질에 영향을 미치는 요소일 수 있다. 상도 조정기(UKA)는 상도(UK)를 하도(LK)의 수직하게 위치하도록 상도(UK) 측면에 측압을 가할 수 있다. 측압이 가해진 상도(UK)는 하도(LK)와 수직을 이루고 클리어런스 또한 높아져 전극 절삭력이 상승하고 그에 따라 전극 품질이 상승될 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 다른 상도(UK)를 나타낸 것으로, 전단각 θ3 과 θ5 및 θ4 와 θ6이 상이한 상도(UK)를 나타낸 것이다. 도 3을 참조하면, θ3 은 θ5 보다 클 수 있고, θ4는 θ6 보다 클 수 있다. θ3 및 θ4가 각각 θ5 및 θ6 보다 큰 경우, 제4 전단날(SB4)과 제6 전단날(SB6)이 접하는 지점은 상도 중심축(CA)을 기준으로 제2 방향(D2)과 반대 방향으로 이동할 수 있다. 이와 반대로, θ3 은 θ5 보다 작을 수도 있고, θ4는 θ6 보다 작을 수도 있다. θ3 및 θ4가 각각 θ5 및 θ6 보다 작은 경우, 제4 전단날(SB4)과 제6 전단날(SB6)이 접하는 지점은 상도 중심축(CA)을 기준으로 수평적으로 오프셋될 수 있다.
도 8a는 본 발명의 실시예들에 따른 전고체 전지용 전극 절단 장치 중 상도의 하부를 나타낸 개념도이다. 도 8a는 도 1의 상도(UK)를 제1 방향(D1)을 기준으로 하부에서 바라본 모습을 나타낸 것이다. 상도(UK)를 하부에서 바로 볼 때, 도 8a와 같이 직사각형 형태의 모습일 수 있다. 도 8a에서 실선으로 표시된 부분은 상도 랜드부(UKL)이고 점선으로 표시된 부분은 상도(UK)의 하부면에서 상도 랜드부(UKL)를 제외한 부분일 수 있다. 이하 도 8b 내지 도 12는 상도 랜드부(UKL)만 도시하였다.
상도 랜드부의 길이(L)는 상도 랜드부(UKL)의 폭 길이로써 제 3방향(D3)과 평행한 방향의 길이일 수 있다. 일반적인 상도 랜드부(UKL)는 도 8a에서 도시된 것과 같이 직사각형 형태일 수 있다. 이때, 상도 랜드부의 길이(L)는 일정하게 유지될 수 있다.
도 8b 도 3에서 도시한 본 발명의 실시예들에 따른 전고체 전지용 전극 절단 장치 중 상도(UK)의 하부를 나타낸 개념도이다. 도 8b를 참조하면, 상도(UK)의 하부는 제2 방향(D2)으로 갈수록 점차 상도 랜드부의 길이(L)가 두꺼워질 수 있다. 상도(UK) 하부의 두께는 상도 랜드부의 길이(L)와 같을 수 있다. 즉, 상도 랜드부의 길이(L)는 제2 방향(D2)으로 갈수록 그 길이가 증가할 수 있다. 도 8b와 같이 상도 랜드부의 길이(L)는 제2 방향(D2)으로 갈수록 선형적으로 증가할 수도 있고, 도 8c 내지 도 12와 같이 단계적으로 길이가 증가할 수도 있다.
도 9a는 도 4에서 도시한 본 발명의 실시예들에 따른 전고체 전지용 전극 절단 장치 중 상도의 하부를 나타낸 개념도이다. 도 9a를 참조하면, 도 4의 상도(UK)의 하부는 제2 방향(D2)으로 갈수록 점차 두께가 두꺼워질 수 있다. 도 9a에 도시된 상도(UK) 하부의 두께는 상도 랜드부의 길이(L)와 같을 수 있다. 즉, 도 9a를 기준으로 제2 방향(D2)으로 갈수록 상도 랜드부의 길이가 증가할 수 있다. 또한, 상도(UK)의 하부는 제2 방향(D2)과 반대 방향으로 갈수록 상도 랜드부의 길이(L)가 증가할 수도 있다. 도 4의 상도(UK)는 전단각이 상이한 b 전단날과 c 전단날을 포함하므로 상도 랜드부의 길이 또한 상이할 수 있다. 도 9a를 참조하면, b 전단날의 상도 랜드부의 길이(Lb) 보다 c 전단날의 상도 랜드부의 길이(Lc)가 더 길 수 있다. b 전단날의 상도 랜드부의 길이(Lb)는 0.5 mm 내지 5 mm 일 수 있다. 또한, c 전단날의 상도 랜드부의 길이(Lc)는 0.5 mm 내지 5 mm 일 수 있다. 전단각 b 및 c에 대한 b 전단날의 상도 랜드부의 길이(Lb)의 비 및 c 전단날의 상도 랜드부의 길이(Lc)의 비는 아래의 식 1에 대입한 값을 가질 수 있다.
<식 1>
상도 랜드부 길이(mm) / 전단각 (°)
식 1을 참조하면, 전단각 b에 대한 b 전단날(SBb)의 상도 랜드부의 길이(Lb)의 비는 0.1 mm/° 내지 5 mm/°, 0.1 mm/° 내지 3 mm/° 또는 0.2 mm/° 내지 2 mm/°의 값을 가질 수 있다. 전단각 c에 대한 c 전단날(SBc)의 상도 랜드부의 길이(Lc)의 비는 0.15 mm/° 내지 3 mm/°, 0.15 mm/° 내지 2 mm/° 또는 0.3 mm/° 내지 2 mm/°의 값을 가질 수 있다.
전단각 b는 전단각 c보다 작을 수 있다. b 전단날(SBb)의 상도 랜드부의 길이(Lb)는 c 전단날(SBc)의 상도 랜드부의 길이(Lc) 보다 짧을 수 있다. 또한, 전단각 b에 대한 b 전단날(SBb)의 상도 랜드부의 길이(Lb)의 비는 전단각 c에 대한 c 전단날(SBc)의 상도 랜드부의 길이(Lc)의 비 보다 클 수 있다.
상도(UK) 전단각의 크기가 증가할수록 상도 랜드부의 길이(L)도 증가할 수 있다. 이때, 증가 비율은 전단각에 대한 상도 랜드부의 길이 비율의 차이로 나타낼 수 있다. 예를 들어, 도 9a의 경우 증가 비율은 b 전단각에 대한 b 전단날(SBb)의 상도 랜드부의 길이(Lb)의 비에서 c 전단각에 대한 c 전단날(SBc)의 상도 랜드부의 길이(Lc)의 비를 뺀 값일 수 있다.
상술한 증가 비율이 클수록 전극 절단 시 탈리의 발생이 증가할 수 있다. 또한, 증가 비율이 클수록 전극 절단시 절단면이 고르지 않을 수 있다. 그 중 도 9a는 전단각의 크기 증가와 상도 랜드부의 길이 증가 비율이 0.2 mm/° 내지 2 mm/° 인 경우를 나타낸 것일 수 있다.
도 9b는 본 발명의 실시예들에 따른 전고체 전지용 전극 절단 장치 중 상도의 하부를 나타낸 개념도이다. 도 9b는 도 9a와 전단각 b 및 c의 크기가 같고, 상도 랜드부의 길이의 차이가 더 큰 경우를 나타낸 도면이다. 도 9b를 참조하면, 도 9b는 전단각의 크기 증가에 따른 상도 랜드부의 길이 증가 비율이 도 9a의 경우보다 클 수 있다. 전단각의 크기 증가에 따른 상도 랜드부의 길이 증가 비율이 큰 경우 상도 랜드부 길이의 차가 커질 수 있다. 이 경우, 전극 절단시 절단면이 고르지 않게 절단되어 탈리 발생이 증가할 수 있다.
도 9c는 본 발명의 실시예들에 따른 전고체 전지용 전극 절단 장치 중 상도의 하부를 나타낸 개념도이다. 도 9c는 도 9a와 전단각 b 및 c의 크기가 같고, 상도 랜드부의 길이의 차이가 더 작은 경우를 나타낸 도면이다. 도 9c를 참조하면, 도 9c는 전단각의 크기 증가에 따른 상도 랜드부의 길이 증가 비율이 도 9a의 경우보다 작을 수 있다. 전단각의 크기 증가에 따른 상도 랜드부의 길이 증가 비율이 작은 경우 상도 랜드부 길이의 차가 작아질 수 있다. 이 경우, 전극 절단시 절단면이 고르게 절단되어 탈리 발생이 감소할 수 있다. 그러나 전단각이 큰 전단날의 상도 랜드부의 길이가 감소하여 전단날의 내구성이 감소할 수 있다. 예를 들어, 도 9c에서 전단각 c와 전단각 b의 크기 차이가 큰 경우, 전단각의 크기 차이에 비해 상도 랜드부의 길이 차이(Lb와 Lc의 차이)는 작아지게 될 수 있다. 이때, c 전단날(SBc)은 전단각은 큰 반면 상도 랜드부의 길이(Lc)가 작아 전단날의 내구성이 감소할 수 있다.
도 10은 도 5에서 도시한 본 발명의 실시예들에 따른 전고체 전지용 전극 절단 장치 중 상도의 하부를 나타낸 개념도이다. 도 10을 참조하면, 도 5의 상도(UK)의 하부는 제2 방향(D2)으로 점차 두께가 두꺼워질 수 있다. 이와 반대로, 제2 방향(D2)과 반대의 방향으로 점차 두께가 두꺼워질 수도 있다. 도 10에 도시된 상도(UK) 하부의 두께는 상도 랜드부(UKL)와 같을 수 있다. 즉, 도 10을 기준으로 제2 방향(D2)으로 갈수록 상도 랜드부(UKL)의 길이가 증가할 수 있다. 도 10의 상도(UK)는 전단각이 상이한 d 전단날(SBd), e 전단날(SBe) 및 f 전단날(SBf)을 포함하므로 상도 랜드부(UKL)의 길이 또한 상이할 수 있다. 도 10을 참조하면, d 전단날(SBd)의 상도 랜드부의 길이(Ld) 보다 e 전단날(SBe)의 상도 랜드부의 길이(Le)가 더 길 수 있다. 또한, e 전단날(SBe)의 상도 랜드부의 길이(Le) 보다 f 전단날(SBf)의 상도 랜드부의 길이(Lf)가 더 길 수 있다. e 전단날(SBe)의 상도 랜드부의 길이(Le)는 0.5 mm 내지 5 mm 일 수 있다. 또한, e 전단날(SBe) 및 f 전단날(SBf)의 상도 랜드부의 길이(Le 및 Lf)는 0.5 mm 내지 5 mm 일 수 있다. 전단각 d, e 및 f에 대한 d 전단날(SBd)의 상도 랜드부 길이(Ld, Le 및 Lf)의 비, e 전단날(SBe)의 상도 랜드부 길이(Le)의 비 및 f 전단날(SBf)의 상도 랜드부 길이(Lf)의 비는 위 식 1에 대입한 값을 가질 수 있다.
식 1을 참조하면, 전단각 d 및 e에 대한 d 전단날(SBd)의 상도 랜드부 길이(Ld)의 비 및 e 전단날(SBe)의 상도 랜드부 길이(Le)의 비는 0.1 mm/° 내지 5 mm/°, 0.1 mm/° 내지 3 mm/° 및 0.15 mm/° 내지 3 mm/°의 값을 가질 수 있다. 또한, 전단각 e 및 f에 대한 e 전단날(SBe)의 상도 랜드부 길이(Le)의 비 및 f 전단날(SBf)의 상도 랜드부 길이(Lf)의 비는 0.15 mm/° 내지 3 mm/°, 0.15 mm/° 내지 2 mm/° 및 0.3 mm/° 내지 2 mm/°의 값을 가질 수 있다.
도 11은 도 6에서 도시한 본 발명의 실시예들에 따른 전고체 전지용 전극 절단 장치 중 상도의 하부를 나타낸 개념도이다. 도 11을 참조하면, 도 6의 상도(UK)의 하부는 양 끝단에서 상도(UK) 중심 방향으로 점차 두께가 두꺼워질 수 있다. 이와 반대로, 양 끝단에서 상도(UK) 중심 방향으로 점차 두께가 얇아질 수도 있다. 도 11에 도시된 상도(UK) 하부의 두께는 상도 랜드부(UKL)와 같을 수 있다. 즉, 도 11을 기준으로 양 끝단에서 중심 방향으로 갈수록 상도 랜드부(UKL)의 길이가 증가할 수 있다. 도 10의 상도(UK)는 전단각이 상이한 제3 전단날(SB3), 제4 전단날(SB4), 제5 전단날(SB5) 및 제6 전단날(SB6)을 포함하므로 상도 랜드부의 길이 또한 상이할 수 있다. 도 11을 참조하면, 제3 전단날(SB3) 보다 제4 전단날(SB4)의 상도 랜드부의 길이가 더 길 수 있다. 또한, 제6 전단날(SB6) 보다 제5 전단날(SB5)의 상도 랜드부의 길이가 더 길 수 있다. 제4 전단날(SB4)의 상도 랜드부의 길이(L4)와 제5 전단날(SB5)의 상도 랜드부의 길이(L5)는 같을 수도 있고 다를 수도 있다. 제3 전단날(SB3)의 상도 랜드부의 길이(L3)는 0.5 mm 내지 5 mm 일 수 있다. 또한, 제4 전단날(SB4), 제5 전단날(SB5) 및 제6 전단날(SB6)의 상도 랜드부의 길이(L4, L5 및 L6)는 각각 0.5 mm 내지 5 mm 일 수 있다. 전단각 θ3, θ4, θ5 및 θ6에 대한 제3 전단날(SB3)의 상도 랜드부 길이(L3)의 비, 제4 전단날(SB4)의 상도 랜드부 길이(L4)의 비, 제5 전단날(SB5)의 상도 랜드부 길이(L5)의 비 및 제6 전단날(SB6)의 상도 랜드부 길이(L6)의 비는 위 식 1에 대입한 값을 가질 수 있다.
식 1을 참조하면, 전단각 θ3 및 θ4에 대한 제3 전단날(SB3)의 상도 랜드부 길이(L3)의 비 및 제4 전단날(SB4)의 상도 랜드부 길이(L4)의 비는 0.1 mm/° 내지 5 mm/°, 0.1 mm/° 내지 3 mm/° 및 0.15 mm/° 내지 3 mm/°의 값을 가질 수 있다. 또한, 전단각 θ6 및 θ5에 대한 제6 전단날(SB6)의 상도 랜드부 길이(L6)의 비 및 제5 전단날(SB5)의 상도 랜드부 길이(L5)의 비는 0.1 mm/° 내지 5 mm/°, 0.1 mm/° 내지 3 mm/° 및 0.15 mm/° 내지 3 mm/°의 값을 가질 수 있다.
도 12는 도 7에서 도시한 본 발명의 실시예들에 따른 전고체 전지용 전극 절단 장치 중 상도의 하부를 나타낸 개념도이다. 도 12는 상술한 도 11에서 전단각 θ3이 θ6 보다 크고, θ4가 θ5 보다 클 때를 나타낸 도면이다.
도 13은 본 발명의 실시예들에 따른 전고체 전지용 전극 절단 장치의 상도(UK)의 측면도를 나타낸 도면이다. 도 13을 참조하면, 상도(UK)는 상도(UK)와 상도 홀더(UKH)를 결합하는 결합부(CP)를 포함할 수 있다. 결합부(CP)는 제1 결합홀(CH1)과 제2 결합홀(CH2)을 포함할 수 있다.
제1 결합홀(CH1)은 상도(UK)와 상도 홀더(UKH)를 볼트로 체결하여 결합시킬 수 있다. 제1 결합홀(CH1)이 볼트로 체결되는 경우, 볼트로서 완전히 체결된 상태를 완전 결합이라고 할 수 있다. 반면, 볼트가 완전히 체결되지 않고 완전 체결 상태에서 다소 볼트가 풀려진 상태를 불완전 결합이라고 할 수 있다.
제2 결합홀(CH2)은 상도(UK) 교체시 용이하게 하기 위한 가이드 역할과 상도(UK)를 상하 방향으로 고정하는 역할을 할 수 있다. 제2 결합홀(CH2)은 상도 홀더(UKH)에 위치한 돌출부가 결합되는 부분일 수 있다.
상도(UK)는 제1 결합홀(CH1)과 제2 결합홀(CH2)에 의해 상도 홀더(UKH)와 결합할 수 있다. 완전 결합의 경우 제1 결합홀(CH1)과 제2 결합홀(CH2)은 각각 볼트와 돌출부에 의해 완전히 밀착되게 결합될 수 있다. 반면, 불완전 결합의 경우 제2 결합홀(CH2)은 밀착되게 결합될 수 있으나 제1 결합홀(CH1)은 밀착되게 결합되지 않을 수 있다. 또한, 불완전 결합의 경우 제1 결합홀(CH1) 뿐만 아니라 제2 결합홀(CH2)도 밀착되게 결합되지 않을 수 있다.
도 14는 본 발명의 실시예들에 따른 전고체 전지용 전극 절단 장치의 상도의 사시도를 나타낸 도면이다. 도 14를 참조하면, 상도(UK)는 제1 결합홀(CH1)과 제2 결합홀(CH2)을 포함할 수 있다.
제1 결합홀(CH1)은 상도(UK)의 상부에 형성된 구멍으로써 볼트로 체결되는 구멍일 수 있다. 제1 결합홀(CH1)은 2개 내지 6개의 홀(Hole)을 포함할 수 있다. 제1 결합홀(CH1)은 볼트가 체결되는 방향에 따라 탭 스루(Tab Thru)와 홀 스루(Hole Thru) 방식으로 체결될 수 있다.
도 15는 본 발명의 실시예들에 따른 전고체 전지용 전극 절단 장치의 체결상태도를 나타낸 도면이다. 도 15를 참조하면, 전극 절단 장치는 상부 커팅부(UKP)와 상도조정부(UKAP) 및 하도(LK)를 포함할 수 있다. 상도 조정부(UKAP)는 상부 커팅부(UKP)와 결합되어 있을 수 있고 분리되어 위치할 수도 있다. 상부 커팅부(UKP)는 상도 홀더(UKH), 결합부(CP) 및 상도(UK)를 포함할 수 있다. 상도 홀더(UKH) 및 상도(UK)는 일체로 결합되어 있을 수 있다. 상도 홀더(UKH)와 상도(UK)는 불완전 결합되어 있을 수 있다. 상도(UK)가 결합된 상도 홀더(UKH)는 상하로 구동할 수 있다.
하도(LK)의 측면에는 전극 공급부(ES)가 위치할 수 있다. 전극 공급부(ES)는 전극을 연속적으로 공급하는 역할을 한다. 전극 공급부(ES)에서 공급된 전극(EP)은 상하로 구동하는 상부 커팅부(UKP)와 고정된 하도(LK)에 의해 일정 간격으로 절단될 수 있다.
도 16은 본 발명의 실시예들에 따른 스트리퍼(STP)를 포함하는 전극 절단 장치의 체결상태도를 나타낸 도면이다. 도 16을 참조하면, 상도 홀더(UKH)의 하부 측으로 스트리퍼(STP)가 배치될 수 있다. 스트리퍼(STP)는 상도(UK)가 극판소재를 절단하고 나서 위로 올라갈 때 극판소재를 상도(UK)로부터 쉽게 떨어져 상부측으로 올라가는 것을 막아 준다. 즉, 상기 스트리퍼(STP)는 상도 홀더(UKH)에서 연장되어 설치되는 가이드에 의해 탄성적으로 슬라이딩 가능하도록 구비된다. 이는 상도 홀더(UKH)가 통상의 유압 또는 공압 실린더 등과 같은 통상의 구동수단 등에 의해서 상하 승강될 때 탄성력으로 극판소재를 눌러 상부측으로 올라가지 못하도록 제어한다.
도 16을 참조하면, 스트리퍼(STP)는 상도(UK)와 밀착되어 있지 않을 수 있다. 이를 조정하기 위해 도 6의 상도 조정기(UKA)가 측압을 가할 수 있다. 상도 조정기(UKA)가 상도(UK) 또는 상도 홀더(UKH)에 가하는 측압은 0.05MPa 내지 1MPa, 0.05MPa 내지 0.5MPa 또는 0.1MPa 내지 0.5MPa의 범위일 수 있다.
도 17 내지 도 19는 본 발명의 실시예들에 따른 전극 절단 장치의 전극 절단 과정을 간략히 나타낸 개념이다. 도 17을 참조하면, 상도(UK)는 적어도 일부가 넓고 얇은 판 형상을 가진다. 본 발명의 일 실시예와 같이, 상도(UK)는 전단각에 따라 상향 경사진 전단날을 형성한 만큼, 직립한 상태에서 경사를 형성하여 상도 홀더(UKH)에 설치될 수도 있으나, 이에 제한되지 않는다. 상도(UK)는 표면에 절삭용 입자가 코팅될 수 있다. 즉, 상도(UK)가 하방으로 빠르게 이동하면서, 전극을 일격에 절단할 수도 있으나, 이에 제한되지 않고 상도(UK)가 짧은 간격으로 왕복 운동하여 전극을 절삭함으로써 전극을 절단할 수도 있다. 절삭용 입자는 제한되지 않고 다양할 수 있으나, 높은 마찰에도 마모가 적기 위해, 다이아몬드와 같이 경도가 높은 입자인 것이 바람직하다.
도 17을 참조하면, 전극 공급부(ES)에서 연속적으로 공급된 전극(EP)은 전극 공급부(ES) 상에 위치한 전극 절단 장치에 의해 일정한 크기로 절단될 수 있다.
도 18은 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 절단 장치의 정면도이다. 도 18을 참조하면, 상도(UK)는 제1 방향(D1)을 중심으로 대칭인 구조일 수 있고, 양 단의 전단각이 상이한 경우 비대칭의 구조일 수 있다. 제2 방향(D2)은 제1 방향(D1) 및 제3 방향(D3)과 함께 직교하며 상기 전극(EP)과 평행한 방향과 나란하다. 상기 제1 방향(D1)은 상도(UK)의 중심을 관통하는 방향일 수 있다.
상도(UK)는 제1 방향(D1)을 따라, 특히 상하 방향으로 이동하며 전극(EP)을 절단한다. 이 때, 운동에너지는 속도의 제곱에 비례하므로, 상도(UK)는 매우 빠른 속도로 이동하여야 운동에너지가 크게 증가하여 전극(EP)을 용이하게 절단할 수 있다. 만약 상도(UK)의 무게가 무겁다면, 위치에너지는 무게에 비례하므로, 상도(UK)가 상방에 위치할 때의 위치에너지가 크다. 따라서, 하방으로 단순히 자유낙하만을 하더라도, 변환되는 운동에너지도 크므로, 전극(EP)을 용이하게 절단할 수 있다. 그러나, 상도(UK)의 무게가 가볍다면, 위치에너지가 크지 않다. 따라서, 상도 홀더(UKH)가 상도(UK)를 상방에서 하방으로 이동시킬 때 별도의 동력 장치가 동력을 인가하여 운동에너지를 증가시키는 것이 바람직하다. 이러한 별도의 동력 장치로는, 유압식 또는 공압식 프레스, 전기 모터 등 제한되지 않고 다양한 장치를 포함할 수 있다.
한편, 만약 상도(UK)가 경사를 형성하지 않아, 상도(UK)의 하면이 전극(EP)과 평행하게 배치된다면, 상도(UK)가 하방으로 이동하였을 때 하면이 전극(EP)을 단순히 타격한다. 그러면, 상도(UK)의 하면과 전극(EP)이 접촉하는 면적이 상대적으로 넓어 상기 운동에너지가 분산되고 전극(EP)이 예리하게 절단되지 않을 수 있다.
도 19는 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 절단 장치를 측면에서 나타낸 개념도이다. 상기 기술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 상도(UK)의 상기 전극(EP)을 절단하는 얇은 측면, 즉 하면은 가상의 평면을 기준으로 대칭을 형성할 수 있다. 여기서, 상기 가상의 평면은 제1 방향 (D1) 및 제3 방향(D3)을 동시에 포함하는 평면이며, 제1 방향(D1)은 상도(UK)의 하면의 중심을 관통할 수 있다. 그리고 도 19에 도시된 바와 같이, 상도(UK)가 하강하여 전극과 접촉하는 지점은, 하도(LK)가 전극을 지지하는 면의 일단과 근접한 것이 바람직할 수 있다. 하도(LK)가 전극을 상방으로 지지하는 수직항력과, 상도(UK)가 하강할 때 전극에 가하는 힘은 작용 방향이 서로 반대일 수 있다.
도 15 및 도 19를 참조하면, 상도(UK)의 우측 하부는 경사지게 형성될 수 있다. 상도(UK)의 하부는 상도 랜드부(UKL)로부터 하도(LK)의 반대 방향으로 상향 경사지는 형태일 수 있다. 이에 따라 상도(UK)가 하강하여 전극(EP)을 절단 시, 절단된 전극은 절단됨과 동시에 제3 방향(D3)을 따라 하도(LK)와 반대의 방향으로 이동할 수 있다. 따라서 전극 절단 장치에 의해 절단된 전극과 전극 사이에는 일정 간격의 틈이 발생할 수 있다.
상도(UK)는 상기 판 형상을 가지는 부분이 두께가 0.02mm 내지 0.1mm 일 수 있다. 종래의 상도(UK)는 하면을 제조하기 위해, 절삭공정 등 별도의 공정을 수행해야 할 수 있다. 그런데 실제 공정상으로는 하면의 폭을 0.1mm 보다 작게 제조하는 것이 용이하지 않을 수 있다. 그러나, 본 발명의 일 실시예에 따른 상도(UK)는 적어도 일부가 넓은 판 형상을 가지므로, 두께를 0.1mm 보다 작게, 특히 0.02mm까지 제조할 수 있다. 따라서, 상도(UK)가 더욱 첨예할 수 있어, 전극을 더욱 예리하게 절단할 수 있다.
이하, 본 발명을 실시예를 통하여 보다 상세하게 설명한다. 그러나 이들 실시예는 본 발명을 예시적으로 설명하기 위한 것으로 본 발명의 범위가 이들 실시예에 한정되는 것은 아니다.
실시예 1
전단각이 1°인 상도를 제작하였고 이를 상도 홀더에 결합한 전극 절단 장치를 제작하여 음극을 커팅하였다. 이때 상도 랜드부의 길이는 0.5mm였다.
실시예 2
전단각이 3°인 상도를 제작하였고 이를 상도 홀더에 결합한 전극 절단 장치를 제작하여 음극을 커팅하였다. 이때 상도 랜드부의 길이는 0.5mm였다.
실시예 3
전단각이 1°인 상도를 제작하였고 이를 상도 홀더에 결합한 전극 절단 장치를 제작하여 양극을 커팅하였다. 이때 상도 랜드부의 길이는 0.5mm였다.
실시예 4
전단각이 3°인 상도를 제작하였고 이를 상도 홀더에 결합한 전극 절단 장치를 제작하여 양극을 커팅하였다. 이때 상도 랜드부의 길이는 0.5mm였다.
실시예 5
전단각이 0.5°이고 상도 랜드부의 길이가 0.1mm인 상도를 제작하였고 이를 상도 홀더에 결합한 전극 절단 장치를 제작하여 음극을 커팅하였다.
실시예 6
전단각이 1°이고 상도 랜드부의 길이가 0.1mm인 상도를 제작하였고 이를 상도 홀더에 결합한 전극 절단 장치를 제작하여 음극을 커팅하였다.
실시예 7
전단각이 1°이고 상도 랜드부의 길이가 0.5mm인 상도를 제작하였고 이를 상도 홀더에 결합한 전극 절단 장치를 제작하여 음극을 커팅하였다.
실시예 8
전단각이 3°이고 상도 랜드부의 길이가 0.1mm인 상도를 제작하였고 이를 상도 홀더에 결합한 전극 절단 장치를 제작하여 음극을 커팅하였다.
실시예 9
전단각이 3°이고 상도 랜드부의 길이가 0.5mm인 상도를 제작하였고 이를 상도 홀더에 결합한 전극 절단 장치를 제작하여 음극을 커팅하였다.
실시예 10
전단각이 3°이고 상도 랜드부의 길이가 1mm인 상도를 제작하였고 이를 상도 홀더에 결합한 전극 절단 장치를 제작하여 음극을 커팅하였다.
비교예 1
전단각이 없는 상도를 제작하였고 이를 상도 홀더에 결합한 전극 절단 장치를 제작하여 음극을 커팅하였다. 이때 상도 랜드부의 길이는 0.5mm였다.
비교예 2
상도 랜드부가 없는 상도를 제작하였고 이를 상도 홀더에 결합한 전극 절단 장치를 제작하여 음극을 커팅하였다. 이때, 전단각은 0.5° 였다.
비교예 3
상도 랜드부의 길이가 0.5mm인 상도를 제작하였고 이를 상도 홀더에 결합한 후 상도 조정기로 0.1MPa의 측압을 가한 전극 절단 장치를 제작하여 음극을 커팅하였다. 이때, 전단각은 0.5° 였다.
비교예 4
상도 랜드부의 길이가 0.5mm인 상도를 제작하였고 이를 상도 홀더에 결합한 후 상도 조정기로 0.2MPa의 측압을 가한 전극 절단 장치를 제작하여 음극을 커팅하였다. 이때, 전단각은 0.5° 였다.
비교예 5
전단각이 0.5°이고 상도 랜드부의 길이가 0.5mm인 상도를 제작하였고 이를 상도 홀더에 결합한 전극 절단 장치를 제작하여 음극을 커팅하였다.
비교예 6
전단각이 0.5°이고 상도 랜드부의 길이가 1mm인 상도를 제작하였고 이를 상도 홀더에 결합한 전극 절단 장치를 제작하여 음극을 커팅하였다.
비교예 7
전단각이 0.3°이고 상도 랜드부의 길이가 1mm인 상도를 제작하였고 이를 상도 홀더에 결합한 전극 절단 장치를 제작하여 음극을 커팅하였다.
평가예 1: 전단각 크기에 따른 전극 커팅 시 탈리 정도
실시예 1 내지 6과 비교예 1에서 제작된 전극 절단 장치로 양극 또는 음극을 절단하였을 때의 모재 절삭 높이와 전단력을 표 1에 나타내었다.
모재 절삭 높이는 도 2 내지 도 7에 도시된 상도의 전단날과 상도의 길이 방향의 수평선이 이루는 삼각형의 높이를 의미한다.
실시예 전단각(θ) 전극 모재 절삭 높이
(H, mm) 		전단력 P(kgf)
실시예 1 1 음극 1.0612 214.4131
실시예 2 3 음극 3.1842 107.2065
실시예 3 1 양극 1.0053 218.1747
실시예 4 3 양극 3.0166 109.0873
비교예 1 없음 음극 0 458.4490
표 1에서 보여지는 바와 같이, 실시예 1 및 2의 전극 절단 장치는 비교예 1의 전극 절단 장치에 비하여 전단력이 감소하는 것을 확인할 수 있다. 특히, 실시예 1 및 2를 비교하였을 때 상도의 전단각이 증가할수록 전단력이 감소하는 것을 확인할 수 있다. 상도의 전단각이 3° 일 때 가장 낮은 전단력을 보임으로써 상도에 가해지는 전단 하중이 가장 낮은 것을 알 수 있다. 실시예 2 및 실시예 4를 참조하면, 전단각이 3° 일 때 전극 절단 시 탈리가 가장 적게 발생하는 것을 알 수 있다. 이는 상도의 전단각이 3°에 가까워질수록 모재의 절삭 높이가 증가하여 상도에 가해지는 전단력이 줄어들기 때문인 것으로 판단된다. 실시예 3 및 4를 비교하였을 때, 전단각을 점차 증가하여 양극을 절단하는 경우에도 전단각이 3°에 가까워질수록 전단력이 점차 감소하는 것을 확인할 수 있다. 이는 상도의 전단각이 3°에 가까워질수록 모재의 절삭 높이가 증가하여 상도에 가해지는 전단력이 줄어들기 때문인 것으로 판단된다. 상도에 가해지는 전단력이 줄어들면 전극 절단 장치의 절삭력이 증가하고 그로 인해 절단 장치의 품질을 증가시킬 수 있다.
평가예 2: 상도 랜드부 길이에 따른 전극 커팅 시 탈리 수준
비교예 2 내지 4에서 제작된 전극 절단 장치로 음극을 절단하였을 때의 탈리 정도를 표 2에 나타내었다.
실시예 상도랜드부(mm) 측압(MPa) 탈리(μm)
비교예 2 0 0 미컷팅
비교예 3 0.5 0.1 405.05
비교예 4 0.5 0.2 342.83
표 2를 참조하면, 상도 랜드부가 넓을수록 탈리가 증가하는 것을 확인할 수 있다. 또한, 상도 조정부의 측압이 증가할수록 탈리가 감소하는 것을 확인할 수 있다. 이는 상도 랜드부가 작고 상도 조정부의 측압이 증가할수록 상도 및 하도의 클리어런스와 전극에 가해지는 압력이 증가하여 절삭력이 증가하기 때문인 것으로 판단된다. 특히 상도 랜드부의 길이가 0mm이고, 측압이 0.2MPa일 때 탈리가 가장 낮게 측정되었다.
평가예 3: 전단각에 대한 상도 랜드부 길이에 따른 전극 커팅 시 탈리 수준
실시예 5 내지 실시예 10 및 비교예 5 내지 7에서 제작된 전극 절단 장치로 음극을 절단하였을 때의 탈리 정도를 표 3에 나타내었다.
실시예 상도랜드부(mm) / 전단각(°) 탈리(μm)
실시예 5 0.2 85.38~89.97
실시예 6 0.1 미진행
실시예 7 0.5 미진행
실시예 8 0.03 80
실시예 9 0.167 82
실시예 10 0.33 79
비교예 5 1 332.87
비교예 6 2 332.87
비교예 7 3.33 332.87
표 3을 참조하면, 실시예 5, 7, 9 및 실시예 10과 실시예 6 및 실시예 8과 비교예 5 내지 비교예 7을 비교하였을 때, 전단각에 대한 상도 랜드부의 길이의 비가 0.15 mm/° 이상 1mm/° 미만의 범위를 초과하였을 때 탈리가 증가하는 것을 확인할 수 있다.
이상을 통해 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.

Claims (20)

  1. 상도 홀더, 상도 및 결합부를 포함하는 상도 커팅부;
    상기 상도의 측면에 위치한 상도 조정부; 및
    하도를 포함하고,
    상기 상도는 상기 하부의 일 단에서 타 단을 향하여 전단각 θ로 상향 경사지는 전단날을 포함하고,
    상기 전단날은 상도 랜드부를 포함하며,
    상기 전단각 θ에 대한 상기 상도 랜드부의 길이의 비(ratio)는 0.15 mm/° 이상 1mm/° 미만인, 전고체 전지용 전극 절단 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 전단각 θ는 0.5° 내지 5°인, 전고체 전지용 전극 절단 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 상도 랜드부는 길이가 0.5 mm 내지 5 mm 인, 전고체 전지용 전극 절단 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 상도는 상하 방향으로 이동하며 상기 상도의 일 면과 상기 하도의 일 면이 교차하는, 전고체 전지용 전극 절단 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 상도 조정부는 상도의 측면에 측압을 가하는 상도조정기를 포함하는, 전고체 전지용 전극 절단 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 결합부는 상기 상도 홀더와 결합되는 제1 결합홀과 제2 결합홀로 구성되고,
    상기 제1 결합홀은 상기 상도 홀더와 볼트로 체결되는, 전고체 전지용 전극 절단 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제1 결합홀 및 상기 제2 결합홀은 상기 상도 홀더와 불완전 결합된, 전고체 전지용 전극 절단 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 상도와 상기 하도 사이에 위치하고 전극을 상기 상도로부터 분리시키는 스트리퍼를 더 포함하는, 전고체 전지용 전극 절단 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 상도 조정기의 측압이 0.05MPa 내지 0.2MPa인, 전고체 전지용 전극 절단 장치.
  10. 상도 홀더, 상도 및 결합부를 포함하는 상도 커팅부;
    상기 상도의 측면에 위치한 상도 조정부; 및
    하도를 포함하고,
    상기 상도는 서로 다른 전단각을 가지는 제1 전단날 및 제2 전단날을 포함하고,
    상기 제1 전단날은 전단각 θ1으로 상향 경사지며 제1 상도 랜드부를 포함하고,
    상기 제2 전단날은 전단각 θ2로 상향 경사지며 제2 상도 랜드부를 포함하고,
    상기 θ1은 상기 θ2보다 작으며,
    상기 θ1에 대한 상기 제1 상도 랜드부의 길이의 비는, 상기 θ1에 대한 상기 제2 상도 랜드부의 길이의 비보다 큰, 전고체 전지용 전극 절단 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 θ1에 대한 상기 제1 상도 랜드부의 길이의 비는 0.1 mm/° 이상 1mm/ ° 미만이고,
    상기 θ2에 대한 상기 제2 상도 랜드부의 길이의 비는 0.15 mm/° 이상 1mm/° 미만인, 전고체 전지용 전극 절단 장치.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 θ1은 0.5° 내지 1°인, 전고체 전지용 전극 절단 장치.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 θ2는 1° 내지 4°인, 전고체 전지용 전극 절단 장치.
  14. 제10항에 있어서,
    상기 제1 상도 랜드부 및 상기 제2 상도 랜드부 중 적어도 어느 하나는 길이가 0.5 mm 내지 5 mm 인, 전고체 전지용 전극 절단 장치.
  15. 제10항에 있어서,
    상기 상도는 상하 방향으로 이동하며 상기 상도의 일 면과 상기 하도의 일 면이 교차하는, 전고체 전지용 전극 절단 장치.
  16. 제10항에 있어서,
    상기 상도 조정부는 상도의 측면에 측압을 가하는 상도조정기를 포함하는, 전고체 전지용 전극 절단 장치.
  17. 제10항에 있어서,
    상기 결합부는 상기 상도 홀더와 결합되는 제1 결합홀과 제2 결합홀로 구성되고,
    상기 제1 결합홀은 상기 상도 홀더와 볼트로 체결되는, 전고체 전지용 전극 절단 장치.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 제1 결합홀 및 상기 제2 결합홀은 상기 상도 홀더와 불완전 결합된, 전고체 전지용 전극 절단 장치.
  19. 제10항에 있어서,
    상기 상도와 상기 하도 사이에 위치하고 전극을 상기 상도로부터 분리시키는 스트리퍼를 더 포함하는, 전고체 전지용 전극 절단 장치.
  20. 제10항에 있어서,
    상기 상도 조정기의 측압이 0.05MPa 내지 0.5MPa인, 전고체 전지용 전극 절단 장치.
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