KR-20260061663-A - Manufacturing Apparatus and Method for Electrode Assembly

Abstract

본 개시에 따른 전극 조립체 제조장치는 제1분리막 시트, 제1전극 시트, 제2분리막 시트, 및 제2전극 시트를 권취하는 제조장치로써, 제1분리막 시트, 제1전극 시트, 제2분리막 시트, 및 제2전극 시트를 일 방향으로 연속적으로 공급하는 공급부; 상기 제1분리막 시트 및 제2분리막 시트 중 적어도 하나의 시트 일 표면에 전해액을 코팅하기 위한 전해액 코팅부; 및 상기 제1분리막 시트, 제1전극 시트, 제2분리막 시트, 및 제2전극 시트를 함께 권취하여 전극 조립체를 제조하는 권취부;를 구비한다. 일 실시예에 따른 전극 조립체 제조장치는 특정 온도를 갖는 전해액을 분리막 시트에 코팅함으로써 전극과 분리막 사이의 부착성이 향상되어 전극 얼라임 틀어짐이 방지될 뿐만 아니라, 원통형 전지 제조 시 주액 공정시간이 단축되어 공정시간이 절감되고 감압공정이 단축됨에 따라 공정비용을 절감할 수 있다.

Inventors

• 신나현

Assignees

• 에스케이온 주식회사

Dates

Publication Date

20260506

Application Date

20241028

Claims (7)

1. 제1분리막 시트, 제1전극 시트, 제2분리막 시트, 및 제2전극 시트를 권취하는 전극 조립체 제조장치에 있어서, 제1분리막 시트, 제1전극 시트, 제2분리막 시트, 및 제2전극 시트를 일 방향으로 연속적으로 공급하는 공급부; 상기 제1분리막 시트 및 제2분리막 시트 중 적어도 하나의 시트의 일 표면에 전해액을 코팅하기 위한 전해액 코팅부; 및 상기 제1분리막 시트, 제1전극 시트, 제2분리막 시트, 및 제2전극 시트를 함께 권취하여 전극 조립체를 제조하는 권취부;를 구비하고, 상기 전해액 코팅부는 공급부보다 권취부에 인접하여 위치하는, 전극 조립체 제조장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 전해액 코팅부는 스프레이 코팅(Spray Coating), 브러시 코팅(brush Coating), 딥 코팅(dip Coating), 및 볼 코팅(ball Coating) 방법에 의해 적용되는, 전극 조립체 제조장치.
3. 제1항에 있어서, 상기 전해액의 온도는 25℃ 이상 80℃ 미만인, 전극 조립체 제조장치.
4. 제1항에 있어서, 상기 제1전극 시트는 양극 시트이고, 상기 제2전극 시트는 음극 시트인, 전극 조립체 제조장치.
5. 제1분리막 시트, 제1전극 시트, 제2분리막 시트, 및 제2전극 시트를 준비하는 단계; 상기 제1 분리막 시트 및 제2분리막 시트 중 적어도 어느 하나의 시트에 전해액을 코팅하는 단계; 및 상기 제1분리막 시트, 제1전극 시트, 제2분리막 시트 및 제2전극 시트를 권취하는 단계;를 포함하고, 상기 전해액의 코팅은, 상기 제1분리막 시트 및 제2분리막 시트 중 적어도 어느 하나의 시트를 권취하기 직전 진행되는, 전극조립체의 제조방법.
6. 제5항에 있어서, 상기 전해액의 코팅은, 스프레이 코팅(Spray Coating), 브러시 코팅(brush Coating), 딥 코팅(dip Coating), 및 볼 코팅(ball Coating)으로 진행되는, 전극조립체의 제조방법.
7. 제5항에 있어서, 상기 전해액의 온도는 25℃ 이상 80℃ 미만인, 전극조립체의 제조방법.

Description

전극조립체의 제조장치 및 제조방법{Manufacturing Apparatus and Method for Electrode Assembly} 본 개시는 젤리-롤형 전극조립체를 제조하는 전극조립체의 제조장치 및 제조방법에 관한 것이다. (EV, Electric Vehicle) 또는 하이브리드 차량(HV, Hybrid Vehicle) 등에 널리 적용되고 있으며, 화석 연료의 사용을 획기적으로 감소시킬 수 있다는 일차적인 장점뿐만 아니라 에너지의 사용에 따른 부산물이 전혀 발생되지 않는다는 점에서 친환경 및 에너지 효율성 제고를 위한 새로운 에너지원으로 주목받고 있다. 이차 전지는 전지 케이스의 형상에 따라, 전극 조립체가 원통형 또는 각형의 금속 전지 케이스에 내장되어 있는 원통형 전지 및 각형 전지와, 전극조립체가 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치형 전지 케이스에 내장되어 있는 파우치형 전지로 분류된다. 또한, 전지 케이스에 내장되는 전극조립체는 양극/분리막/음극의 적층 구조로 이루어진 충방전이 가능한 발전소자로서, 활물질이 도포된 긴 시트형의 양극과 음극 사이에 분리막을 개재하여 권취한 폴딩형 전극조립체(젤리-롤)과, 소정 크기의 다수의 양극과 음극을 분리막이 개재된 상태에서 순차적으로 적층한 스택형 전극조립체로 분류된다. 그 중, 젤리-롤은 제조가 용이하고 중량당 에너지 밀도가 높은 장점을 가지고 있다. 젤리-롤형 전극 조립체는 양극과 음극이 권취되어 형성되고, 이 때 양극과 음극 사이에 분리막이 개재된 상태로 권취되어 형성될 수 있다. 하지만, 권취 시 분리막과 전극 사이의 부착성이 결여되어 얼라인 틀어짐이 발생하는 단점 및 원통형 전지 제조 시 전해액의 함침성이 낮은 단점이 있다. 도 1은 일 실시예에 따른 전극 조립체 제조장치를 간략하게 도시한 개략도이다. 도 2는 일 실시예에 따른 전극 조립체 제조장치 중 스프레이 코팅인 전해액 코팅부 단면도이다. 도 3은 일 실시예에 따른 전극 조립체 제조장치 중 브러시 코팅인 전해액 코팅부 단면도이다. 도 4는 일 실시예에 따른 전극 조립체 제조장치 중 딥 코팅인 전해액 코팅부 단면도이다. 도 5는 일 실시예에 따른 전극 조립체 제조장치 중 볼 코팅인 전해액 코팅부 단면도이다. 도 6 내지 도 9는, 일 실시예에 따른 전극 조립체 제조장치에서 전해액의 온도를 달리했을 때 전해액 온도별 전해액 증발량(도 6), 밀도(도 7), 점도(도 8), 이온전도도(도 9) 결과를 나타낸 그래프이다. 이상의 목적들, 다른 목적들, 특징들 및 이점들은 첨부된 도면과 관련된 이하의 바람직한 실시예들을 통해서 쉽게 이해될 것이다. 그러나 여기서 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 통상의 기술자에게 기술적 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 첨부된 도면에 있어서, 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 위하여 실제보다 확대하여 도시한 것이다. 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "상에" 있다고 할 경우, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분, 및 다른 부분 "바로 아래에" 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 달리 명시되지 않는 한, 사용된 성분, 반응 조건, 폴리머 조성물 및 배합물의 양을 표현하는 모든 숫자, 값 및/또는 표현은, 이러한 숫자들이 본질적으로 다른 것들 중에서 이러한 값을 얻는 데 발생하는 측정의 다양한 불확실성이 반영된 근사치들이므로, 모든 경우 "약"이라는 용어에 의해 수식되는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 본 기재에서 수치범위가 개시되는 경우, 이러한 범위는 연속적이며, 달리 지적되지 않는 한 이러한 범 위의 최소값으로부터 최대값이 포함된 상기 최대값까지의 모든 값을 포함한다. 더 나아가, 이러한 범위가 정수를 지칭하는 경우, 달리 지적되지 않는 한 최소값으로부터 최대값이 포함된 상기 최대값까지를 포함하는 모든 정수가 포함된다. 범위가 변수에 대해 기재되는 경우, 상기 변수는 상기 범위의 기재된 종료점들을 포함하는 기재된 범위 내의 모든 값들을 포함하는 것으로 이해될 것이다. 예를 들면, "5 내지 10"의 범위는 5, 6, 7, 8, 9, 및 10의 값들뿐만 아니라 6 내지 10, 7 내지 10, 6 내지 9, 7 내지 9 등의 임의의 하위 범위를 포함하고, 5.5, 6.5, 7.5, 5.5 내지 8.5 및 6.5 내지 9 등과 같은 기재된 범위의 범주에 타당한 정수들 사이의 임의의 값도 포함하는 것으로 이해될 것이다. 또한 예를 들면, "10% 내지 30%"의 범위는 10%, 11%, 12%, 13% 등의 값들과 30%까지를 포함하는 모든 정수들뿐만 아니라 10% 내지 15%, 12% 내지 18%, 20% 내지 30% 등의 임의의 하위 범위를 포함하고, 10.5%, 15.5%, 25.5% 등과 같이 기재된 범위의 범주 내의 타당한 정수들 사이의 임의의 값도 포함하는 것으로 이해될 것이다. 이하에서는, 첨부된 도면을 참조로 본 개시에 대해 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 이는 예시적인 것에 불과하고 본 개시가 예시적으로 설명된 구체적인 실시 형태로 제한되는 것은 아니다. 도 1은 일 실시예에 따른 전극조립체의 제조장치를 간략하게 도시한 개략도이다. 또한, 도 2 내지 도 5는 일 실시예에 따른 전극 조립체 제조장치 중 스프레이 코팅, 브러시 코팅, 딥 코팅, 및 볼 코팅인 전해액 코팅부를 각각 나타낸 단면도이다. 도 1 내지 도 5를 참조하면, 일 실시예에 따른 전극 조립체 제조장치(이하, '제조장치'라 한다)는 공급부(10)에서 제1분리막 시트(1), 제1전극 시트(3), 제2분리막 시트(2), 및 제2전극 시트(4)를 각각 언롤(unroll)하여 일 방향으로 연속적으로 공급하고, 권취부(30)에서 제1전극 시트(3), 제1분리막 시트(1), 제2전극 시트(4), 및 제2분리막 시트(2)가 교대로 위치시킨 상태에서 권취하여 전극조립체(5)를 제조한다. 이때, 일 실시예에 따라 차폐부(40) 내 위치한 전해액 코팅부(20)는 제1분리막 시트(1) 및 제2분리막 시트(2) 중 적어도 하나의 시트에 전해액을 코팅할 수 있다. 본 개시에 따라, 상기 전극조립체(5)는 이차전지의 외장재 케이스에 최종적으로 수납되는 전극조립체를 지칭하는 것은 물론이고, 이외에도 전극조립체를 제조하기 위한 단위구조체들(예컨대, 바이셀 또는 모노셀) 등을 포함하는 의미로 사용될 수 있다. 또한, 도 1에서는 총 4개의 시트로 이루어지는 전극조립체를 예로 들어서 설명하였으나, 일 실시예에 따른 제조장치는 4개의 시트보다 더 많은 많은 시트로 이루어진 전극조립체를 제조하는 구조로 이루어 질 수 있다. 본 개시에 따라, 상기 공급부(10)는 각 시트의 종류에 따라 각각의 공급부에서 언롤(unroll)하여 일 방향으로 연속적으로 공급할 수 있다. 구체적으로, 제1분리막 시트 공급부(11)는 제1분리막 시트(1)를, 제2분리막 시트 공급부(12)는 제2분리막 시트(2)를, 제1전극 시트 공급부(13)는 제1전극 시트(3)를, 제2전극 시트 공급부(14)는 제2전극 시트(4)를 각각 언롤(unroll)하여 일 방향으로 연속적으로 공급할 수 있다. 본 개시에 따라, 제1전극 시트(3) 및 제2전극 시트(4)는 각각 독립적으로 음극 시트 또는 양극 시트일 수 있고, 구체적으로, 제1전극 시트는 양극 시트이고, 상기 제2전극 시트는 음극 시트일 수 있다. 본 개시에 따라, 제1전극 시트가 양극 시트일 경우, 양극 시트는 양극 집전체 및 상기 양극 집전체의 적어도 일면에 배치된 양극 합제층을 포함할 수 있다. 상기 양극 집전체는 스테인레스강, 니켈, 알루미늄, 티탄 또는 이들의 합금을 포함할 수 있다. 양극 집전체는 카본, 니켈, 티탄, 은으로 표면 처리된 알루미늄 또는 스테인레스강을 포함할 수도 있다. 상기 양극 집전체는 이에 한정하는 것은 아니지만, 예를 들어, 10 내지 50 μm일 수 있다. 상기 양극 합제층은 양극 활물질을 포함할 수 있다. 상기 양극 활물질은 리튬 이온을 가역적으로 인터칼레이션 및 디인터칼레이션 할 수 있는 화합물을 포함할 수 있다. 예시적인 실시예들에 따르면, 상기 양극 활물질은 리튬-니켈 금속 산화물을 포함할 수 있다. 상기 리튬-니켈 금속 산화물은 코발트(Co), 망간(Mn) 및 알루미늄(Al) 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 양극 활물질 또는 상기 리튬-니켈 금속 산화물은 하기의 화학식 1로 표시되는 층상 구조 또는 결정 구조를 포함할 수 있다. [화학식 1] LixNiaMbO2+z 화학식 1 중, 0.9≤x≤1.2, 0.6≤a≤0.99, 0.01≤b≤0.4, -0.5≤z≤0.1일 수 있다. 상술한 바와 같이, M은 Co, Mn 및/또는 Al을 포함할 수 있다. 화학식 1로 표시된 화학 구조는 양극 활물질의 층상 구조 또는 결정 구조 내에 포함되는 결합 관계를 나타내며 다른 추가적인 원소들을 배제하는 것이 아니다. 예를 들면, M은 Co 및/또는 Mn을 포함하며, Co 및/또는 Mn은 Ni과 함께 양극 활물질의 주 활성 원