Search

KR-20260060638-A - Electrode Sheet Manufacturing Device And Electrode Sheet Manufacturing Method Using The Same

KR20260060638AKR 20260060638 AKR20260060638 AKR 20260060638AKR-20260060638-A

Abstract

본 발명은 전극 시트 제조 장치 및 이를 이용한 전극 시트 제조 방법에 관한 것으로, 상세하게는 전극 집전체를 공급하는 언와인더부, 상기 전극 집전체에 전극 활물질을 도포하는 코팅부, 상기 전극 집전체의 이송을 가이드하는 하나 이상의 가이드부, 상기 전극 활물질이 도포된 전극 집전체를 가압하는 압연부, 상기 압연된 전극 집전체를 절단하는 슬리팅부, 상기 압연된 전극 집전체의 가장자리 일부분을 가압하는 보조 가압부, 및 상기 슬리팅된 전극 집전체를 회수하는 리와인더부를 포함하는 것을 특징으로 하는 전극 시트 제조 장치 및 이를 이용한 전극 시트 제조 방법에 관한 것이다.

Inventors

  • 김동욱

Assignees

  • 주식회사 엘지에너지솔루션

Dates

Publication Date
20260506
Application Date
20241025

Claims (10)

  1. 전극 집전체를 공급하는 언와인더부; 상기 전극 집전체에 전극 활물질을 도포하는 코팅부; 상기 전극 집전체의 이송을 가이드하는 하나 이상의 가이드부; 상기 전극 활물질이 도포된 전극 집전체를 가압하는 압연부; 상기 압연된 전극 집전체를 절단하는 슬리팅부; 상기 압연된 전극 집전체의 가장자리 일부분을 가압하는 보조 가압부; 및 상기 슬리팅된 전극 집전체를 회수하는 리와인더부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 전극 시트 제조 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 슬리팅부는 원기둥 형상의 슬리팅 롤러, 상기 슬리팅 롤러 외측면에 구비된 커터, 및 상기 슬리팅 롤러의 양측부를 지지하는 지지부를 포함하는 것을 특징으로 하는 전극 시트 제조 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 보조 가압부는 상기 전극 집전체와 밀착하는 밀착부, 일측이 상기 밀착부와 연결되어 있는 연결축, 및 일측이 상기 연결축과 연결되어 있는 부착부를 포함하는 것을 특징으로 하는 전극 시트 제조 장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 밀착부는 발열 기능이 구비된 것을 특징으로 하는 전극 시트 제조 장치.
  5. 제3항에 있어서, 상기 보조 가압부는 상기 지지부에 탈부착이 가능한 것을 특징으로 하는 전극 시트 제조 장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 보조 가압부와 상기 지지부는 자력에 의해 탈부착이 가능한 것을 특징으로 하는 전극 시트 제조 장치.
  7. 제3항에 있어서, 상기 밀착부는 회전 가능한 원기둥 형상인 것을 특징으로 하는 전극 시트 제조 장치.
  8. 제3항에 있어서, 상기 보조 가압부는 상기 슬리팅부와 상기 리와인더부 사이에 위치하는 것을 특징으로 하는 전극 시트 제조 장치.
  9. 전극 집전체를 공급하는 제1 단계; 상기 전극 집전체에 전극 활물질을 도포하는 제2 단계; 상기 전극 활물질이 도포된 전극 집전체를 가압하는 제3 단계; 상기 가압된 전극 집전체를 절단하는 제4 단계; 및 절단된 상기 전극 집전체를 회수하는 제5 단계;를 포함하되, 상기 제4 단계에서는 상기 전극 집전체의 가장자리 일부를 가압하면서 절단하는 것을 특징으로 하는 전극 시트 가공방법.
  10. 제9항에 있어서, 상기 제4 단계에서 상기 전극 집전체의 가장자리 일부를 가압 및 가열하면서 절단하는 것을 특징으로 하는 전극 시트 가공방법.

Description

전극 시트 제조 장치 및 이를 이용한 전극 시트 제조 방법{Electrode Sheet Manufacturing Device And Electrode Sheet Manufacturing Method Using The Same} 본 발명은 전극 시트 제조 장치 및 이를 이용한 전극 시트 제조 방법에 관한 것으로, 전극 시트를 슬리팅할 시 전극 시트의 로딩 불균일 및 두께 불균일 등으로 인해 발생할 수 있는 너울 현상을 완화시켜 리와인딩 과정에서 사행 불량이 발생하는 것을 방지할 수 있는 전극 시트 제조 장치 및 이를 이용한 전극 시트 제조 방법에 관한 것이다. 최근 화석연료 사용에 따른 대기오염, 에너지 고갈로 인한 대체에너지 개발로 인해 생산된 전기 에너지를 저장할 수 있는 이차전지에 관한 수요가 증가하고 있다. 현대사회에서 필수불가결하게 사용되고 있는 각종 전자기기의 에너지원으로 사용되고 있는 이차전지는 모바일 기기의 사용량 증가 및 복잡화, 전기 자동차 등의 개발로 인해 요구되는 용량이 증가되고 있다. 사용자의 수요를 충족시키기 위해 소형 기기에는 다수의 전지 셀을 배치하고 있으나, 자동차 등에는 다수개의 전지 셀을 전기적으로 연결하는 전지 모듈 또는 이러한 전지 모듈을 다수 구비한 전지 팩이 사용된다. 한편, 전극을 제조하는 과정에서는 전극 집전체에 전극 활물질을 도포한 후 가압하며, 일정 폭이 되도록 슬리팅한 후 전극 탭이 형성되도록 노칭하는 과정을 통해 전극을 제조한다. 하지만 전극 활물질의 로딩이나 두께가 균일하지 못할 경우, 슬리팅 과정이나 슬리팅 이후 전극 집전체 가장자리 부근에서 너울 현상이 발생할 수 있고, 이는 슬리팅된 전극 집전체의 사행 불량으로 이어질 수 있다. 도 1은 종래기술에 따른 이차전지용 절단 장치를 나타낸 사시도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 종래기술에 따른 이차전지용 절단 장치는 이송되는 전극 시트(10)를 절단하는 절단부(20), 무지층(2)을 가압하여 주름을 펴주는 지지부(30)를 포함하여 구성된다. 종래기술에 따른 이차전지용 절단 장치는 절단 시 전극 활물질층(1) 사이에 형성되는 무지층(2)에 발생할 수 있는 주름을 제거하기 위해 지지부(30)로 무지층(2)을 가압한 상태에서 절단을 수행한다. 하지만, 이러한 종래기술에 따른 이차전지용 절단 장치는, 유지부(1)와 유지부(1) 사이의 무지부(2)만을 가압하는 구조로서, 전극 활물질층(1)의 로딩이나 두께가 균일하지 못할 시 전극 시트(10)의 가장자리에서 너울 현상이 발생할 수 있고, 이는 전극 시트(10)의 사행 불량으로 이어질 수 있다는 문제점이 있다. 도 1은 종래기술에 따른 이차전지용 절단 장치를 나타낸 사시도이다. 도 2는 본 발명의 바람직한 제1 실시예에 따른 전극 시트 제조 장치를 정면에서 바라본 도면이다. 도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 전극 시트 제조 장치를 구성하는 보조 가압부를 확대한 사시도이다. 도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 전극 시트 제조 장치에서, 보조 가압부가 장착되는 위치를 설명하기 위한 사시도이다. 도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 전극 시트 제조 장치에서, 보조 가압부가 전극 집전체를 가압하는 모습을 설명하기 위한 사시도이다. 도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 전극 시트 제조 장치에서, 보조 가압부가 전극 집전체를 가압하는 모습을 설명하기 위한 사시도이다. 도 7은 본 발명의 전극 시트 제조 장치를 구성하는 보조 가압부의 제1 변형예이다. 도 8은 본 발명의 전극 시트 제조 장치를 구성하는 보조 가압부의 제2 변형예이다. 도 9는 본 발명에 따른 전극 시트 제조 방법의 흐름도이다. 이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 쉽게 실시할 수 있는 실시예를 상세히 설명한다. 다만, 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 동작 원리를 상세하게 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하도록 한다. 또한, 도면 전체에 걸쳐 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 사용한다. 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 연결되어 있다고 할 때, 이는 직접적으로 연결되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고, 간접적으로 연결되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 어떤 구성요소를 포함한다는 것은 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라, 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 이하, 본 발명에 따른 전극 시트 제조 장치 및 이를 이용한 전극 시트 제조 방법에 관하여 첨부한 도면들을 참고하면서 설명하기로 한다. 도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 전극 시트 제조 장치를 정면에서 바라본 도면이고, 도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 전극 시트 제조 장치를 구성하는 보조 가압부를 확대한 사시도이다. 또 도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 전극 시트 제조 장치에서, 보조 가압부가 장착되는 위치를 설명하기 위한 사시도이고, 도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 전극 시트 제조 장치에서, 보조 가압부가 전극 집전체를 가압하는 모습을 설명하기 위한 사시도이다. 이들 도 2 내지 도 5를 참조하여 설명하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 전극 시트 제조 장치는 언와인더부(100), 코팅부(200), 가이드부(300), 압연부(400), 슬리팅부(500), 보조 가압부(600), 및 리와인더부(700)를 포함하여 구성된다. 먼저, 언와인더부(100)는 와인딩되어 있는 전극 집전체(E)를 언와딩인하여 전방으로 공급하는 것으로, 회전이 가능한 롤러 형상이다. 즉, 언와인더부(100)는 와인딩된 전극 집전체(E)가 풀어지는 방향으로 회전하여 코팅부(200)가 위치하는 방향으로 전극 집전체(E)를 지속적으로 공급할 수 있다. 여기서, 전극 집전체(E)는 양극 집전체 또는 음극 집전체일 수 있다. 먼저, 양극 집전체는 일반적으로 3 내지 500 ㎛의 두께를 가질 수 있다. 이러한 양극 집전체는, 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 높은 도전성을 가지는 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 스테인리스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소, 또는 알루미늄이나 스테인리스 스틸의 표면에 카본, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면 처리한 것 등이 사용될 수 있다. 또한, 양극 집전체는 표면에 미세한 요철을 형성하여 양극 활물질의 접착력을 높일 수도 있으며, 필름, 시트, 호일, 네트, 다공질체, 발포체, 부직포체 등 다양한 형태가 가능하다. 음극 집전체는 일반적으로 3 내지 500 ㎛의 두께로 만든다. 이러한 음극 집전체는, 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 높은 도전성을 가지는 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 음극활물질의 결합력을 강화시킬 수도 있으며, 필름, 시트, 호일, 네트, 다공질체, 발포체, 부직포체 등 다양한 형태로 사용될 수 있다. 코팅부(200)는 언와인더부(100)에서 공급되어 이송되는 전극 집전체(E) 상부에 위치하여 전극 집전체(E) 표면에 전극 활물질을 도포한다. 즉, 전극 활물질을 도포하여 유지부(A)를 형성한다. 여기서, 코팅부(200)는 전극 집전체(E)의 폭 방향으로 일정 길이 연장된 토출구를 통해 전극 활물질을 토출하는 코터 일 수 있으나, 전극 활물질을 도포할 수 있다면 특별히 제한하지 않는다. 이 때, 코팅부(200)는 전극 집전체(E)의 폭 방향 양측 가장자리 일부에는 전극 활물질을 도포하지 않음으로써 무지부(B)가 형성될 수 있고, 또 전극 집전체(E) 길이 방향으로 무지부가 일정 간격으로 형성되도록 패턴 형상으로 전극 활물질을 도포할 수 있다. 이 때, 전극 활물질은 양극 활물질 또는 음극 활물질일 수 있다. 양극 활물질은 리튬 코발트 산화물(LiCoO2), 리튬 니켈 산화물(LiNiO2) 등의 층상 화합물이나 또는 그 이상의 전이금속으로 치환된 화합물; 화학식 Li1+xMn2-xO4 (여기서, x 는 0 ~ 0.33 임), LiMnO3, LiMn2O3, LiMnO2 등의 리튬 망간 산화물; 리튬 구리 산화물(Li2CuO2); LiV3O8, V2O5, Cu2V2O7 등의 바나듐 산화물; 화학식 LiNi1-xMxO2 (여기서, M = Co, Mn, Al, Cu, Fe, Mg, B 또는 Ga이고, x = 0.01 ~ 0.3 임)으로 표현되는 Ni 사이트형 리튬 니켈 산화물; 화학식 LiMn2-xMxO2 (여기서, M = Co, Ni, Fe, Cr, Zn 또는 Ta 이고, x = 0.01 ~0.1 임) 또는 Li2Mn3MO8 (여기서, M = Fe, Co, Ni, Cu 또는 Zn 임)으로 표현되는 리튬 망간 복합 산화물; 화학식의 Li 일부가 알칼리토금속 이온으로 치환된 LiMn2O4; 디설파이드 화합물; Fe2(MoO4)3 , LiNixMn2-xO4(0.01 ≤ x≤ 0.6) 등을 사용할 수 있다. 또 양극 활물질에는 도전재 및 바인더가 혼합될 수 있고, 필요에 따라서는 충진제를 더 첨가하기도 한다. 도전재는 통상적으로 양극 활물질을 포함한 혼합물 전체 중량을 기준으로 1 내지 50 중량%로 첨가된다. 이러한 도전재는 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 천연 흑연이나 인조 흑연 등의 흑연; 카본블랙, 아세틸렌 블랙, 케첸 블랙, 채널 블랙, 퍼네이스 블랙, 램프 블랙, 서머 블랙 등의 카본블랙; 탄소 섬유나 금속 섬유 등의 도전성 섬유; 불화 카본, 알루미늄, 니켈 분말 등의 금속 분말; 산화아연, 티탄산 칼륨 등의 도전성 위스키; 산화 티탄 등의 도전성 금속 산화물; 폴리페닐렌 유도체 등의 도전성 소재 등이 사용될 수 있다. 바인더는 양극 활물질과 도전재 등의 결합과 집전체에 대한 결합에 조력하는 성분으로서, 통상