KR-20260061868-A - Electrode Sheet Manufacturing Device

Abstract

본원발명은 전극집전체 시트를 공급하는 전극집전체 시트 공급롤과 상기 전극집전체 시트를 되감는 전극집전체 시트 권취롤을 포함하는 전극집전체부, 상기 전극집전체 시트에 전극슬러리를 코팅하는 코팅부, 및 상기 전극슬러리가 흘러내리는 것을 방지하기 위한 띠 형상의 가이드부재를 포함하는 가이드부를 포함하고, 상기 가이드부재는 상기 전극집전체 시트에 접촉되되 부착되지 않는 형태인 전극시트 제조장치에 관한 것이다.

Inventors

• 이재성

Assignees

• 주식회사 엘지에너지솔루션

Dates

Publication Date

20260506

Application Date

20241028

Claims (14)

1. 전극집전체 시트를 공급하는 전극집전체 시트 공급롤과 상기 전극집전체 시트를 되감는 전극집전체 시트 권취롤을 포함하는 전극집전체부; 상기 전극집전체 시트에 전극슬러리를 코팅하는 코팅부; 및 상기 전극슬러리가 흘러내리는 것을 방지하기 위한 띠 형상의 가이드부재를 포함하는 가이드부; 를 포함하고, 상기 가이드부재는 상기 전극집전체 시트에 접촉되되 부착되지 않는 형태인 전극시트 제조장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 가이드부는 상기 전극집전체 시트의 이송 방향과 평행한 양 끝단에 상기 가이드부재를 부가하고, 상기 코팅부는 상기 가이드부재가 부가된 전극집전체 시트에 상기 전극슬러리를 코팅하는 전극시트 제조장치.
3. 제2항에 있어서, 상기 코팅부는 상기 전극집전체 시트의 표면 중 상기 가이드부재가 위치하지 않은 나머지 부위에 전극슬러리를 코팅하는 전극시트 제조장치.
4. 제1항에 있어서, 상기 전극집전체 시트 권취롤의 전단에 상기 전극슬러리를 건조하는 건조부를 더 포함하는 전극시트 제조장치.
5. 제1항에 있어서, 상기 가이드부재의 두께는 상기 전극슬러리의 코팅 두께 보다 두껍게 구성되는 전극시트 제조장치.
6. 제1항에 있어서, 상기 가이드부재의 이송 속도는 상기 전극집전체 시트의 이송 속도와 동일하게 구성되는 전극시트 제조장치.
7. 제1항에 있어서, 상기 가이드부재의 이탈을 방지하기 위한 복수의 지지대를 더 포함하고, 상기 복수의 지지대는 상기 가이드부재의 외면 중 상기 전극슬러리와 대면하는 제1면의 반대측 외면인 제2면을 지지하도록 위치하는 전극시트 제조장치.
8. 제7항에 있어서, 상기 지지대에서 상기 가이드부재와 접촉하는 부분에 롤러가 장착되어 있는 전극시트 제조장치.
9. 제7항에 있어서, 상기 지지대의 길이 조절을 위한 조절부를 더 포함하는 전극시트 제조장치.
10. 제1항에 있어서, 상기 가이드부는 상기 가이드부재의 이송 방향을 가이드하는 복수의 가이드롤을 더 포함하는 전극시트 제조장치.
11. 제1항에 있어서, 상기 가이드부재를 세척하기 위한 세척부를 더 포함하는 전극시트 제조장치.
12. 제1항에 있어서, 상기 가이드부재는 회전축에 의해 회전하는 롤에 감겨진 권취형으로 이루어지고, 상기 가이드부는 상기 전극집전체 시트의 양끝단에 가이드부재를 공급하는 가이드부재 공급롤, 및 상기 전극슬러리의 코팅 및 건조가 완료된 후에 상기 가이드부재를 되감는 가이드부재 권취롤을 포함하는 전극시트 제조장치.
13. 제1항에 있어서, 상기 가이드부재는 복수의 가이드라인이 연결 링크를 통해 폐회로 형태로 연결되도록 구성되고, 상기 가이드부재가 상기 전극집전체 시트의 양 끝단에 부가된 상태에서 이송롤러에 의해 회전하는 전극시트 제조장치.
14. 제13항에 있어서, 상기 연결 링크를 통해 상기 가이드부재의 길이 조절이 이루어지는 전극시트 제조장치.

Description

전극시트 제조장치 {Electrode Sheet Manufacturing Device} 본원발명은 전극시트 제조장치에 관한 것이다. 구체적으로, 전극집전체 시트에 코팅된 전극슬러리가 흘러내리는 것을 방지하여 두께가 균일한 전극층을 형성하기 위한 전극시트 제조장치에 관한 것이다. 빠르게 악화되는 기후변화와 탄소 배출 규제에 따른 친환경 대체 에너지에 대한 필요성으로 인하여 고에너지밀도 및 고출력 특성이 있는 리튬 이차전지에 대한 연구 개발이 활발하게 이루어지고 있다. 리튬 이차전지는 전극집전체 시트의 적어도 일면에 전극합제층을 형성하여 전극 시트를 제조하고, 상기 전극 시트를 슬리팅 및 노칭하여 단위 전극을 형성하며, 상기 단위 전극을 분리막과 함께 적층하여 전극조립체를 제조하는 과정으로 제조될 수 있다. 상기 전극조립체는 양극 및 음극 사이에 분리막을 적층한 후 이들을 가열 및 가압하는 라미네이션 공정을 거쳐 전극과 분리막 간의 접착력을 높일 수 있다. 다만, 상기 전극합제층을 형성하기 위해 전극슬러리를 전극집전체 시트에 코팅한 후 건조하는데, 건조되기 전에 상기 전극합제층의 양 끝단에서 상기 전극슬러리가 흘러내려 두께가 얇아지는 부분이 생길 수 있으며, 이와 같이 전극합제층의 두께가 얇아진 부분을 슬라이딩부라고 한다. 상기 슬라이딩부가 생기는 경우 해당 부분에서 분리막과 밀착되지 못하고 들뜨게 되는데, 이는 충방전 효율을 떨어뜨릴 뿐만 아니라 리튬이온의 석출을 야기하는 원인이 될 수 있다. 리튬이온의 석출이 누적되면 전지의 용량이 감소할 수 있기 때문에, 슬라이딩부가 생기는 것을 방지하기 위한 다양한 시도가 이루어지고 있다. 특허문헌 1은 집전체 표면에 마스킹 테이프를 부착한 후 활물질을 적층하고, 이후 상기 마스킹 테이프를 제거하여 활물질 비적층부를 형성하는 과정으로 전극을 제조한다. 그러나, 특허문헌 1의 전극 제조방법은 마스킹 테이프 위에도 활물질을 적층하고, 상기 활물질이 적층된 마스킹 테이프를 제거하는 과정을 포함하는 바, 활물질이 불필요하게 낭비되는 단점이 있다. 특허문헌 2는 집전체 상에 소정의 폭을 가지며 전극 슬러리의 코팅 예정 영역을 둘러싸는 형상의 댐 라인 코팅층을 형성하고, 상기 댐 라인 코팅층에 의해 둘러싸인 영역 내에 전극 슬러리를 코팅하여 전극 합제층을 형성하는 전극의 제조방법을 개시한다. 특허문헌 2에서 제조된 전극은 전극 합제층 외주변 전체를 둘러싸는 댐 라인 코팅층이 형성된 형태로서, 상기 댐 라인 코팅층이 형성된 면적만큼 전극 합제층의 면적이 감소하게 되는 바, 필연적으로 전지의 용량이 줄어들 수밖에 없다. 또한, 특허문헌 2는 단일 전극을 제조하기 위한 방법이므로, 전극시트를 제조하는 공정에 적용하기 어려운 문제가 있다. 이에, 전극시트를 제조하기 위하여 전극집전체 시트에 전극합제층을 형성하는 단계에서 상기 전극합제층에 슬라이딩부가 생기는 것을 방지하여 두께가 일정한 전극합제층을 형성하기 위한 기술이 필요하다. 도 1은 본원발명에서 제1실시예에 따른 전극시트 제조장치의 모식도이다. 도 2는 도 1의 A부분의 확대도로서 가이드부재가 부가된 전극집전체 시트에 전극슬러리가 코팅되는 것을 보여주는 사시도이다. 도 3은 전극시트에 지지대가 부가된 상태의 수직 단면도이다. 도 4는 전극시트에 지지대가 부가된 상태의 평면도이다. 도 5는 본원발명에서 제2실시예에 따른 전극시트 제조장치의 모식도이다. 이하 첨부된 도면을 참조하여 본원발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본원발명을 쉽게 실시할 수 있는 실시예를 상세히 설명한다. 본원발명의 실시예에 대한 동작 원리를 상세하게 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본원발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다. 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. 구성요소를 한정하거나 부가하여 구체화하는 설명은, 특별한 제한이 없는 한 모든 발명에 적용될 수 있으며, 특정한 발명에 대한 설명으로 한정되지 않는다. 본원의 발명의 설명 및 청구범위 전반에 걸쳐서 단수로 표시된 것은 별도로 언급되지 않는 한 복수인 경우도 포함한다. 본원의 발명의 설명 및 청구범위 전반에 걸쳐서 "또는"은 별도로 언급되지 않는 한 "및"을 포함하는 것이다. 그러므로 "A 또는 B를 포함하는"은 A를 포함하거나, B를 포함하거나, A 및 B를 포함하는 상기 3가지 경우를 모두 의미한다. 본원발명을 도면에 따라 상세한 실시예와 같이 설명한다. 도 1은 본원발명에서 제1실시예에 따른 전극시트 제조장치의 모식도이고, 도 2는 도 1의 A부분의 확대도로서 가이드부재가 부가된 전극집전체 시트에 전극슬러리가 코팅되는 것을 보여주는 사시도이다. 도 1 및 도 2를 참조하면, 본원발명에 따른 전극시트 제조장치는 전극집전체 시트(10)를 공급하는 전극집전체 시트 공급롤(110)과 전극집전체 시트(10)를 되감는 전극집전체 시트 권취롤(120)을 포함하는 전극집전체부(100), 전극집전체 시트(10)에 전극슬러리(20)를 코팅하는 코팅부(200), 및 전극슬러리(20)가 흘러내리는 것을 방지하기 위한 띠 형상의 가이드부재(310)를 포함한다. 본원발명에서 가이드부재(310)는 전극집전체 시트(10)에 접촉되되 부착되지 않는 형태로 구성되는 바, 가이드부재(310)는 전극집전체 시트(10)의 상면에 밀착되도록 배치된다. 본원발명에 따른 전극시트 제조장치의 제1실시예에서, 가이드부재(310)는 회전축에 의해 회전하는 롤에 감겨진 권취형으로 이루어지고, 가이드부(300)는 전극집전체 시트(10)의 양끝단에 가이드부재(310)를 공급하는 가이드부재 공급롤(320), 및 전극슬러리(20)의 코팅 및 건조가 완료된 후에 가이드부재(310)를 되감는 가이드부재 권취롤(330)을 포함한다. 가이드부재 공급롤(320)은 전극집전체 시트 공급롤(110)의 전단에 위치하고 가이드부재 권취롤(330)은 전극집전체 시트 권취롤(120)의 후단에 위치하되, 가이드부(300)는 가이드부재(310)의 이송 방향을 가이드하는 복수의 가이드롤(340)을 더 포함할 수 있다. 가이드부재 공급롤(320)과 전극집전체 시트 공급롤(110) 사이에 가이드롤(340)이 위치하여 가이드부재(310)의 이송 방향을 90도 변경할 수 있고, 전극집전체 시트 권취롤(120)과 가이드부재 권취롤(330) 사이에 가이드롤(340)이 위치하여 가이드부재(310)의 이송 방향을 90도 변경할 수 있다. 이와 같이 가이드부재 공급롤(320)과 가이드부재 권취롤(330) 사이에 복수의 가이드부재(310)가 배치되어 가이드부재(310)의 이송 경로를 변경함으로써 가이드부재(310)가 팽팽한 상태로 이동할 수 있다. 또는, 가이드롤(340)의 개수 및 위치가 도 1에 도시된 형태로 한정되지 않고, 더 많은 가이드롤(340)이 배치되어 가이드부재(310)의 이송 경로가 지그재그 형태로 구성될 수 있으며, 가이드부재(310)의 이송 방향 변경도 90도에 한정되지 않는다. 가이드부(300)는 전극집전체 시트(10)의 이송 방향(x)과 평행한 양 끝단 각각에 가이드부재(310)를 부가하고, 코팅부(200)는 가이드부재(310)가 부가된 전극집전체 시트(10)에 전극슬러리(20)를 코팅한다. 구체적으로, 코팅부(200)는 전극집전체 시트(10)의 표면 중 가이드부재(310)가 위치하지 않은 나머지 부위에 전극슬러리(20)를 코팅한다. 즉, 전극슬러리(20)는 가이드부재들 (310) 사이 공간 내에서 가이드부재(310)와 중첩되지 않도록 코팅된다. 전극슬러리(20)가 건조되기 전에 그 자체의 흐름성으로 인해 흘러내려 퍼질 수 있는데, 가이드부재(310)를 부가함으로써 전극슬러리(20)가 흘러내리는 것을 방지할 수 있으므로, 슬라이딩부가 생기는 것을 최소화하여 전극합제층에 두께 편차가 생기는 것을 방지할 수 있다. 또한, 도 2를 참조하면, 가이드부재의 두께(D2)를 전극슬러리의 코팅 두께(D1)와 동일하거나 또는 더 두껍게 구성함으로써, 전극슬러리가 건조되기 이전에 흘러내려 슬라이딩부가 생기는 것을 방지할 수 있다. 또한, 전극슬러리가 가이드부재(310)를 넘어 흘러내리는 것을 방지할 수 있다. 구체적으로 전극슬러리의 코팅 두께(D1)는 단일 모델에서 균일한 두께로 형성되되 모델별로는 50 ㎛ 내지 500 ㎛의 범위에서 필요한 두께로 형성될 수 있는 바, 가이드부재의 두께(D2)는 전극슬러리의 코팅 두께(D1)와 동일하거나, 또는 전극슬러리의 코팅 두께(D1) 보다 적어도 1 ㎛ 이상 더 두껍게 형성될 수 있다. 본원발명은 전극슬러리를 빠르게 건조하고, 건조된 전극시트를 전극집전체 시트 권취롤에 권취할 수 있도록, 전극집전체 시트 권취롤(120)의 전단에 전극슬러리를 건조하는 건조부(400)를 더 포함할 수 있다. 한편, 가이드부재(310)의 이송 속도는 가이드부재 공급롤(320) 및 가이드부재 권취롤(330)의 회전 속도에 따라 결정될 수 있는데, 가이드부재(310)의 이송 속도와 전극집전체 시트의 이송 속도에 차이가 생기면 둘 사이의 마찰력으로 인해 전단력이 생긴다. 이와 같은 전단력에 의해 전극슬러리는 전극집전체 시트의 이송 방향과 반대 방향으로 이동하게 될 수 있으며, 전극슬러리 코팅에 불필요한 경사가 생겨 코팅 두께에 편차가 생길 수 있다. 이와 같은 코팅 두께 차이 및 전극활물질 로딩량 차이는 전극 품질에 영향을 줄 수 있다. 따라서, 가이드부재의 이송 속도는 전극집전체 시트의 이송 속도와 동일하게 구성되는 것이 바람직하다. 도 3은 전극시트에 지지대가 부가된 상태의 수직 단면도이고, 도 4는 전극시트에 지지대가 부가된 상태의 평면도이다. 도 3 및 도 4를 참조하면, 전극집전체 시트(10)에 전극슬러리(20)가 코팅되고, 전극집전체 시트