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KR-20260061596-A - UNIT CELL MANUFACTURING APPARATUS AND METHOD FOR MANUFACTURING UNIT CELLS USING THE SAME

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Abstract

예시적인 실시예들에 따르면, 단위 셀 제조 장치가 제공된다. 상기 단위 셀 제조 장치는, 순환하는 제1 벨트부를 포함하는 제1 실링 장치; 및 상기 제1 실링 장치와 이격되고, 순환하는 제2 벨트부를 포함하는 제2 실링 장치;를 포함할 수 있다. 상기 제1 실링 장치와 상기 제2 실링 장치는, 상기 제1 실링 장치와 상기 제2 실링 장치 사이의 적층체에 압력을 인가하도록 구성될 수 있다. 상기 제1 실링 장치와 상기 제2 실링 장치에 의해 상기 적층체에 인가된 압력은 상기 적층체의 진행 방향에 따라 가변적일 수 있다.

Inventors

  • 장승원

Assignees

  • 주식회사 엘지에너지솔루션

Dates

Publication Date
20260506
Application Date
20241028

Claims (15)

  1. 순환하는 제1 벨트부를 포함하는 제1 실링 장치; 및 상기 제1 실링 장치와 이격되고, 순환하는 제2 벨트부를 포함하는 제2 실링 장치;를 포함하고, 상기 제1 실링 장치와 상기 제2 실링 장치는, 상기 제1 실링 장치와 상기 제2 실링 장치 사이의 적층체에 압력을 인가하도록 구성되고, 및 상기 제1 실링 장치와 상기 제2 실링 장치에 의해 상기 적층체에 인가된 압력은 상기 적층체의 진행 방향에 따라 가변적인 것을 특징으로 하는, 단위 셀 제조 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 압력은, 상기 진행 방향의 가장자리부에서 보다 상기 진행 방향의 중심부에서 더 큰 것을 특징으로 하는, 단위 셀 제조 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 압력은, 상기 진행 방향의 중심부에서 상기 진행 방향의 가장자리부로 갈수록 점진적으로 감소하는 것을 특징으로 하는, 단위 셀 제조 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 제1 실링 장치와 상기 제2 실링 장치는 갭을 두고 이격되고, 상기 갭은, 상기 진행 방향의 가장자리부에서 보다 상기 진행 방향의 중심부에서 더 작은 것을 특징으로 하는, 단위 셀 제조 장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 제1 실링 장치와 상기 제2 실링 장치는 갭을 두고 이격되고, 상기 갭은, 상기 진행 방향의 중심부에서 상기 진행 방향의 가장자리부로 살수록 점진적으로 증가하는 것을 특징으로 하는, 단위 셀 제조 장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 제1 실링 장치 및 상기 제2 실링 장치는, 상기 적층체의 실링부에 상기 압력을 인가하는 것을 특징으로 하는, 단위 셀 제조 장치.
  7. 제1항에 있어서, 상기 적층체는, 상기 진행 방향으로 연장되는 제1 분리막 시트; 상기 제1 분리막 시트 상에서 상기 진행 방향으로 일정한 간격을 두고 이격 배치된 복수의 제1 전극들; 및 상기 진행 방향으로 연장되고, 상기 복수의 제1 전극들 상에 배치되는 제2 분리막 시트;를 포함하고, 상기 제1 실링 장치 및 상기 제2 실링 장치는, 상기 적층체의 상기 제1 분리막 시트와 상기 제2 분리막 시트를 접합시키도록 구성된 것을 특징으로 하는, 단위 셀 제조 장치.
  8. 제1항에 있어서, 각각의 상기 제1 벨트부 및 상기 제2 벨트부는 표면에 압축성 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는, 단위 셀 제조 장치.
  9. 제1항에 있어서, 상기 제1 벨트부의 이동 속도는 상기 적층체의 이동 속도와 동일하고, 상기 제2 벨트부의 이동 속도는 상기 적층체의 이동 속도와 동일한 것을 특징으로 하는, 단위 셀 제조 장치.
  10. 제1항에 있어서, 각각의 상기 제1 실링 장치 및 상기 제2 실링 장치는, 상기 진행 방향에서의 양 단부의 제1 롤 및 제2 롤; 상기 진행 방향에서의 중심부의 제3 롤;을 더 포함하고, 상기 제3 롤의 직경은, 상기 제1 롤의 직경 및 상기 제2 롤의 직경 각각보다 더 큰 것을 특징으로 하는, 단위 셀 제조 장치.
  11. 적층체를 이동시키는 단계; 및 상기 적층체의 실링부에 압력을 인가하는 단계;를 포함하고, 상기 적층체의 실링부에 압력을 인가하는 단계는, 상기 적층체의 진행 방향에 따라 상기 실링부에 변화하는 압력을 인가하는 것을 특징으로 하는, 단위 셀을 제조하는 방법.
  12. 제11항에 있어서, 상기 적층체의 실링부에 압력을 인가하는 단계는, 상기 실링부에 점진적으로 증가하다가 점진적으로 감소하는 압력을 인가하는 것을 특징으로 하는, 단위 셀을 제조하는 방법.
  13. 제12항에 있어서, 상기 적층체의 실링부에 압력을 인가하는 단계는, 상기 적층체의 상기 진행 방향에서 상기 실링부의 서로 다른 부분에 서로 다른 압력을 동시에 인가하는 것을 특징으로 하는, 단위 셀을 제조하는 방법.
  14. 제11항에 있어서, 상기 적층체의 실링부에 압력을 인가하는 단계는, 상기 적층체의 분리막 시트들을 접합하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는, 단위 셀을 제조하는 방법.
  15. 제14항에 있어서, 상기 적층체는 상기 분리막 시트들 사이에 복수 개의 전극들을 포함하고, 상기 단위 셀을 제조하는 방법은, 상기 복수 개의 전극들 사이에서 상기 분리막 시트들을 실링하는 단계; 및 상기 복수 개의 전극들 사이를 커팅하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 단위 셀을 제조하는 방법.

Description

단위 셀 제조 장치 및 이를 이용한 단위 셀 제조 방법{UNIT CELL MANUFACTURING APPARATUS AND METHOD FOR MANUFACTURING UNIT CELLS USING THE SAME} 본 발명은 단위 셀 제조 장치 및 이를 이용한 단위 셀 제조 방법에 관한 것이다. 이차 전지는 양극, 분리막, 및 음극을 적층한 전극 조립체를 전지 케이스에 수납하고 전해액을 주입한 후 실링하여 제조된다. 전극 조립체는 제조 방식에 따라 다양한 종류로 분류된다. 예를 들어, 양극들, 분리막들, 및 음극들을 교차하여 적층하는 단순 스택형(Simple Stack Type), 양극, 분리막, 및 음극을 이용하여 단위 셀을 먼저 제조한 후 이러한 단위 셀들을 적층하는 라미네이션 앤 스태킹형(Lamination and Stacking Type), 길이가 일측으로 긴 분리막 시트의 일면에 단위 셀들을 이격시켜 부착하고 분리막 시트를 일단으로부터 동일한 방향으로 반복적으로 폴딩해 나가는 스택 앤 폴딩형(Stack and Folding Type) 등이 있다. 라미네이션 앤 스태킹형 또는 스택 앤 폴딩형의 전극 조립체를 제조하기 위해서는, 먼저 단위 셀을 제조할 수 있다. 일반적으로, 분리막 시트, 음극들, 분리막 시트, 및 양극들을 라미네이션 및 커팅하여 단위 셀을 제조한다. 단위 셀의 안정성을 개선하기 위해, 전극들의 장변부 및 단변부에서 라미네이션된 적층체의 분리막 시트들을 서로 접합시키는 공정을 수행할 수 있다. 그러나, 분리막 시트들을 서로 접합시키기 위해 압력을 인가하는 과정에서, 분리막 시트들이 손상될 우려가 있다. 따라서, 분리막 시트들의 손상 없이 분리막 시트들을 접합시키기 위한 해결책이 요구된다. 도 1은 예시적인 실시예들에 따른 단위 셀 제조 장치를 나타내는 상면도이다. 도 2는 예시적인 실시예들에 따른 적층체를 나타내는 단면도이다. 도 3은 예시적인 실시예들에 따른 단변 실링 유닛을 나타내는 상면도이다. 도 4는 예시적인 실시예들에 따른 단변 실링 유닛을 나타내는 단면도이다. 도 5 내지 도 9는 예시적인 실시예들에 따른 단변 실링 공정을 나타내는 상면도들이다. 도 10 내지 도 14는 예시적인 실시예들에 따른 단변 실링 공정을 나타내는 단면도들이다. 도 15는 예시적인 실시예들에 따른 단위 셀의 제조 방법을 나타내는 순서도이다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다. 본 발명의 실시형태는 통상의 기술자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이므로 도면에서의 구성요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시될 수 있다. 따라서, 각 구성요소의 크기나 비율은 실제적인 크기나 비율을 전적으로 반영하는 것은 아니다. (제1 실시예) 도 1은 예시적인 실시예들에 따른 단위 셀 제조 장치(1)를 나타내는 상면도이다. 도 2는 예시적인 실시예들에 따른 적층체(ST)를 나타내는 단면도이다. 도 3은 예시적인 실시예들에 따른 단위 셀 제조 장치(1)의 단변 실링 유닛(100)을 나타내는 상면도이다. 도 4는 예시적인 실시예들에 따른 단위 셀 제조 장치(1)의 단변 실링 유닛(100)을 나타내는 단면도이다. 도 4는 도 3의 X-X'을 따른 단면을 나타낸다. 도 1 내지 도 4를 참조하면, 단위 셀 제조 장치(1)는 적층체(ST)를 가접, 단변 실링, 라미네이션, 장변 실링, 및 커팅하여 복수의 단위 셀들(CL)로 제조할 수 있다. 적층체(ST)는 일정한 속도를 가지고 일 방향으로 이동할 수 있다. 적층체(ST)의 이동 방향을 진행 방향(Machine Direction)(MD)이라고 지칭한다. 진행 방향(MD)은 적층체(ST)의 길이 방향이라고 지칭될 수도 있다. 적층체(ST)에 수직한 방향을 적층체(ST)의 횡 방향(Transverse Direction)(TD)으로 정의한다. 횡 방향(TD)은 적층체(ST)의 폭 방향이라고 지칭될 수도 있다. 수직 방향(VD)은 진행 방향(MD) 및 횡 방향(TD)에 실질적으로 수직할 수 있다. 적층체(ST)는 제1 분리막 시트(SP1), 제1 전극들(AN), 제2 분리막 시트(SP2), 및 제2 전극들(CA)이 차례로 적층된 구조를 가질 수 있다. 제1 분리막 시트(SP1) 및 제2 분리막 시트(SP2) 각각은 MD 방향으로 연장될 수 있다. 제1 분리막 시트(SP1) 및 제2 분리막 시트(SP2) 각각은 TD 방향에서의 폭을 가질 수 있다. 제1 전극들(AN)은 제1 분리막 시트(SP1)와 제2 분리막 시트(SP2) 사이에 개재될 수 있다. 제1 전극들(AN)은 MD 방향으로 배열될 수 있다. 제1 전극들(AN)은 서로 일정한 간격을 두고 배열될 수 있다. 제1 전극들(AN) 각각은 TD 방향들 따라 연장되는 장변, 및 MD 방향을 따라 연장되는 단변을 포함할 수 있다. 제2 전극들(CA)은 제2 분리막 시트(SP2) 상에 배치될 수 있다. 제2 전극들(CA)은 MD 방향으로 배열될 수 있다. 제2 전극들(CA)은 서로 일정한 간격을 두고 배열될 수 있다. 제2 전극들(CA) 각각은 TD 방향을 따라 연장되는 장변, 및 MD 방향을 따라 연장되는 단변을 포함할 수 있다. 제1 전극들(AN) 각각은 제2 전극들(CA) 중 대응하는 것과 VD 방향에서 중첩될 수 있다. 예시적인 실시예들에 따르면, 각각의 제1 전극들(AN)은 각각의 제2 전극들(CA)을 덮을 수 있을 만큼 넓은 면적을 가질 수 있다. 예시적인 실시예들에 따르면, 각각의 제1 전극들(AN)은 음극일 수 있다. 각각의 제1 전극들(AN)은 음극 집전체 및 음극 집전체 상에 도포된 음극 활물질 층을 포함할 수 있다. 음극 집전체는 구리 포일 또는 니켈 포일 등일 수 있다. 음극 활물질은 리튬 금속, 흑연, 코크스, 실리콘, 또는 주석 등을 포함할 수 있다. 제1 전극들(AN) 각각은 제1 전극들(AN) 각각의 TD 방향을 따른 일단에 음극 전극 리드를 포함할 수 있다. 예시적인 실시예들에 따르면, 각각의 제2 전극들(CA)은 양극일 수 있다. 각각의 제2 전극들(CA)은 양극 집전체 및 양극 집전체 상에 도포된 양극 활물질 층을 포함할 수 있다. 양극 집전체는 알루미늄 포일 등일 수 있다. 양극 활물질 층은 LiCoO2, LiNiO2, LiNi1-xCoxO2(0.2x≤0.5), LiNi1/3Mn1/3Co1/3O2, LiNi0.5Mn0.5O2, LiMn2O4, LiMn2-xMxO4 (M은 Al 또는 Li 등), 또는 LiFePO4 등을 포함할 수 있다. 제2 전극들(CA) 각각은 제2 전극들(CA) 각각의 TD 방향을 따른 일단에 양극 전극 리드를 포함할 수 있다. 단위 셀 제조 장치(1)는 가접 유닛(TL), 단변 실링 유닛(100), 라미네이션 유닛(LM), 장변 실링 유닛(LS), 및 커팅 유닛(CU)을 포함할 수 있다. 적층체(ST)는 단위 셀 제조 장치(1)에서 일정한 속도로 MD 방향으로 이동할 수 있다. 도 1에서 도면 번호가 부여되지 않은 화살표는 적층체(ST)의 진행 방향을 나타낸다. 가접 유닛(TL)은 적층체(ST)에 압력을 가해 적층체(ST)의 제1 분리막 시트(SP1), 제1 전극들(AN), 제2 분리막 시트(SP2), 및 제2 전극들(CA)을 고정시키도록 구성될 수 있다. 가접 유닛(TL)은 VD 방향에서 서로 이격된 가접 롤러들을 포함할 수 있다. 가접 유닛(TL)의 가접 롤러들은 각각 TD 방향으로 연장될 수 있다. 적층체(ST)는 회전하는 가접 롤러들 사이에서 MD 방향으로 이동할 수 있다. 단변 실링 유닛(100)은 적층체(ST)의 단변 실링부(SS1)에서 제1 분리막 시트(SP1) 및 제2 분리막 시트(SP2)를 접합하도록 구성될 수 있다. 단변 실링 유닛(100)은 적층체(ST)의 진행 방향(MD 방향)에서 가접 유닛(TL)의 하류에 있을 수 있다. 이에 따라, 단변 실링 유닛(100)은 가접 유닛(TL)에 의해 처리된 적층체(ST)를 처리하도록 구성될 수 있다. 단변 실링 유닛(100)은 적층체(ST)의 TD 방향을 따른 양 단부에 각각 위치할 수 있다. 단변 실링 유닛(100)은 VD 방향에서 서로 이격된 제1 실링 장치(110) 및 제2 실링 장치(120)를 포함할 수 있다. 적층체(ST)는 제1 실링 장치(110)와 제2 실링 장치(120) 사이에서 MD 방향으로 이동할 수 있다. 라미네이션 유닛(LM)은 적층체(ST)를 라미네이션 하도록 구성될 수 있다. 라미네이션 유닛(LM)은 적층체(ST)의 진행 방향(MD 방향)에서 단변 실링 유닛(100)의 하류에 있을 수 있다. 이에 따라, 라미네이션 유닛(LM)은 단변 실링 유닛(100)에 의해 처리된 적층체(ST)를 처리하도록 구성될 수 있다. 라미네이션 유닛(LM)은 VD 방향으로 서로 이격된 라미네이션 롤러들을 포함할 수 있다. 라미네이션 유닛(LM)의 롤러들은 각각 TD 방향으로 연장될 수 있다. 적층체(ST)는 회전하는 라미네이션 롤러들 사이에서 MD 방향으로 이동할 수 있다. 장변 실링 유닛(LS)은 적층체(ST)의 장변 실링부(SS2)에서 제1 분리막 시트(SP1) 및 제2 분리막 시트(SP2)를 접합하도록 구성될 수 있다. 적층체(ST)의 장변 실링부(SS2)는 복수의 전극들 사이의 부분을 포함할 수 있다. 장변 실링 유닛(LS)은 적층체(