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WO2015046690A1 - 전극 가이드를 포함하는 라미네이션 장치 - Google Patents

전극 가이드를 포함하는 라미네이션 장치 Download PDF

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Publication number
WO2015046690A1
WO2015046690A1 PCT/KR2014/002825 KR2014002825W WO2015046690A1 WO 2015046690 A1 WO2015046690 A1 WO 2015046690A1 KR 2014002825 W KR2014002825 W KR 2014002825W WO 2015046690 A1 WO2015046690 A1 WO 2015046690A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
electrode
electrode material
cut
guide
laminator
Prior art date
Application number
PCT/KR2014/002825
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
노형구
박기범
김민수
박지수
Original Assignee
주식회사 엘지화학
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사 엘지화학 filed Critical 주식회사 엘지화학
Priority to JP2016523621A priority Critical patent/JP6210352B2/ja
Priority to CN201480038699.9A priority patent/CN105359323B/zh
Publication of WO2015046690A1 publication Critical patent/WO2015046690A1/ko

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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/04—Construction or manufacture in general
    • H01M10/0404—Machines for assembling batteries
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/04—Construction or manufacture in general
    • H01M10/0413—Large-sized flat cells or batteries for motive or stationary systems with plate-like electrodes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
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    • H01M10/04—Construction or manufacture in general
    • H01M10/0436—Small-sized flat cells or batteries for portable equipment
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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    • Y02E60/10—Energy storage using batteries
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Definitions

  • a lamination apparatus comprising an electrode guide.
  • lithium (ion / polymer) secondary batteries have high energy density, high operating voltage, and excellent storage and life characteristics. It is widely used as an energy source for various electronic products as well as devices.
  • the thickness of lithium secondary batteries mounted in mobile devices is required to be thinner.
  • a single-sided electrode material is used in the secondary battery manufacturing process.
  • the single-sided electrode material has a problem that the curl of the electrode material is not constant due to the thickness of the electrode material which is thinned, and the degree of curling is further increased.
  • the problem of poor electrode input in the lamination process due to curl of the electrode material is frequently generated, the speed of the overall lamination process is also slowed, the yield of the normal electrode assembly is also reduced.
  • An object of the present invention is to provide a lamination device including an electrode guide that can be effectively solved to solve the conventional problems as described above, which can effectively improve the electrode insertion failure by the curl of the electrode material.
  • Another object of the present invention is to improve electrode injection failure due to curling of the electrode material, to improve the speed of the lamination process, and to improve overall productivity and yield.
  • the present invention is located in the front end of the cutter for cutting the electrode material unloaded from the electrode material roll, the conveying means for conveying the cut electrode material, the laminating means is placed on the conveying means An electrode guide for guiding the cut electrode material into the lamination means of the laminator;
  • a lamination device including a laminator for laminating by applying heat and pressure to the cut electrode material in a state, a plurality of arms of a square plate shape having a predetermined size is spaced at a predetermined interval to one body of the square plate shape Providing the electrode guide having a shape that is connected at right angles The.
  • the size of one side in the direction in which the cut electrode material is transported in the electrode guide may be determined to have a maximum size within a limit without interference between the electrode guide, the transfer means, and the feeding means of the laminator.
  • the size of one side of the direction perpendicular to the direction in which the cut electrode material is transferred in the electrode guide may be determined based on the size of the cut electrode material or the separator material.
  • the electrode material according to an embodiment of the present invention may be a single-sided electrode material coated with an electrode only on one surface.
  • the electrode material roll may be wound so that the cross section coated with the electrode faces the inner surface and the foil layer faces the outer surface.
  • cross-sectional electrode material in which the separator material is laminated by the lamination apparatus may be used for manufacturing an R-type bicell or an L-type bicell.
  • the electrode guide according to an embodiment of the present invention may be detachable.
  • FIG. 1 is a view showing a lamination device including an electrode guide according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a view showing an electrode guide according to an embodiment of the present invention.
  • FIG 3 is a view showing an electrode material applied to the lamination apparatus of the present invention, (a) is a view showing a cross-sectional electrode material, (b) is a view showing a double-side electrode material.
  • FIG. 4 is a view showing a winding direction of the cross-sectional electrode material according to an embodiment of the present invention, (a) is a view showing the foil layer inner surface winding direction, (b) is a view showing the foil layer outer surface winding direction. .
  • R1, R2 input means
  • the lamination apparatus 100 includes a conveying means 20, cutters C1 and C2, an electrode guide 30, feeding means R1 and R2, and laminators L1 and L2.
  • the input means R1 and R2 of the laminators L1 and L2 of the electrode material 10 cut at the front end of the input means R1 and R2 of the laminators L1 and L2. It includes an electrode guide 30 for guiding the input to the device, thereby reducing the electrode input failure rate by the curl (curl) of the electrode material 10 and improves the speed of the lamination process.
  • the cutter C1 cuts the electrode material 10 unwound from the electrode material roll.
  • the electrode material 10 is wound in a notching step, which is a previous step, and is supplied in a rolled state.
  • the lamination apparatus 100 unwinds the electrode material 10 from the electrode material roll for lamination, and cuts the uncovered electrode material 10 into a predetermined size using the cutter C1.
  • the transfer means 20 transfers the electrode material 10 cut by the cutter C1.
  • the cut electrode material 10 transferred by the conveying means 20 is fed into the laminators L1 and L2 by the feeding means R1 and R2 of the laminators L1 and L2.
  • the cut electrode material 10 is supplied to the laminators L1 and L2 by the feeding means R1 and R2 of the laminators L1 and L2 via the electrode guide 30.
  • the conveying means 20 may be generally implemented as a conveyor belt widely used, but is not necessarily limited thereto.
  • the conveying means 20 may include all means for conveying the cut electrode material 10.
  • the electrode guide 30 is located at the front end of the feeding means R1 and R2 of the laminators L1 and L2, and in order to feed the cut electrode material 10 on the conveying means 20 into the laminators L1 and L2.
  • the laminators L1 and L2 are guided to the feeding means R1 and R2.
  • the electrode guide 30 is a metal plate having a predetermined thickness, and a detailed description of the electrode guide 30 will be described with reference to FIG. 2.
  • the feeding means R1 and R2 feed the cut electrode material 10 and the separator material 40 into the laminators L1 and L2.
  • the input means (R1, R2) may be implemented as a first roller (R1) and a second roller (R2) positioned to correspond to the upper, lower, as shown in FIG.
  • the first roller R1 and the second roller R2 are rotatable in mutually corresponding directions about the roller axis. Accordingly, the first roller R1 and the second roller R2 rotate the cut electrode material 10 and the separator material 40 passing through the electrode guide 30 at the front end of the laminators L1 and L2.
  • the laminator (L1, L2) that is, the cut electrode material 10 and the separator material 40 are introduced into the laminators L1 and L2 in an overlapping state.
  • the separator material 40 is supplied to the laminators L1 and L2 as unwound from the roll, and the electrode material 10 is supplied to the upper or lower portion of the separator material 40 in a cut state.
  • the separator material 40 does not necessarily have to be supplied to the laminators L1 and L2 as it is unwound from the roll, but is cut by a separate cutter and supplied to the laminators L1 and L2 as in the electrode material 10. May be
  • the laminators L1 and L2 laminate the separator material 40 by applying heat and pressure to the cut electrode material 10 in a state where the separator material 40 overlaps the upper or lower portion of the cut electrode material 10.
  • the laminators L1 and L2 may be implemented as upper and lower laminators L1 and lower laminators L2 positioned corresponding to upper and lower portions.
  • the upper laminator L1 and the lower laminator L2 are lowered or raised by driving of the lifting means (not shown), respectively, so that the upper laminator L1 and the lower laminator L2 are the electrode material 10 and the separator material 40, respectively.
  • Laminate by heating and pressing the surface in contact with). Accordingly, a sheet laminated in the form of the electrode material 10 / separator material 40 can be produced.
  • the lamination apparatus 100 illustrated in FIG. 1 it is illustrated that one electrode material 10 and one separator material 40 are stacked in the form of an electrode material 10 / separator material 40, but is not limited thereto. Do not. According to another exemplary embodiment, the lamination apparatus 100 may further include another electrode material (not shown) or a separator material (not shown), and may be stacked in two or more sheets.
  • the lamination device 100 may further include a cutter (C2) for cutting the laminated sheet at a predetermined interval.
  • the cutter C2 is disposed on the output end sides of the laminators L1 and L2 to cut the stacked sheets.
  • the electrode material 10 is manufactured by coating a positive electrode or a negative electrode on a foil layer, and the positive electrode is manufactured by applying a mixture of a positive electrode active material, a conductive material, and a binder onto a positive electrode current collector, and then drying and compressing the same.
  • the negative electrode like the manufacture of the positive electrode, the negative electrode is manufactured by applying a negative electrode active material on the negative electrode current collector, followed by drying and pressing, and optionally, a conductive material, a binder, a filler, and the like may be further included.
  • the separator material 40 is made of a material positioned between the positive electrode and the negative electrode to prevent a short and to allow only the movement of ions.
  • the separator material 40 may be formed of a material having a microporous structure such as polyethylene, polypropylene, or the like.
  • the present invention is not limited thereto and may be used in the separator material 40 as long as the material has an insulating structure and a porous structure capable of moving ions.
  • the separator material 40 may be coated with a coating material on the surface in contact with the electrode material 10.
  • the separator material 40 may be coated with a coating material having an adhesive force.
  • the coating material may be a mixture of inorganic particles and a binder polymer. Due to such a structure, even if the inorganic particles are coated on the separator material 40, ions can smoothly move between the positive electrode and the negative electrode through the separator material 40.
  • the sheets laminated by the lamination apparatus 100 may be used for the manufacture of the bicell. Furthermore, at least one bicell may be stacked to form an electrode assembly.
  • the electrode assembly may be implemented as any one of a jelly roll type electrode assembly, a stack & folding electrode assembly, and a stack & folding type electrode assembly.
  • FIG. 2 is a view showing an electrode guide according to an embodiment of the present invention.
  • Electrode guide 30 is a plate of a metal material having a predetermined thickness, as shown in Figure 2, a rectangular plate-shaped body 32 and one side of the body 32 is spaced at a predetermined interval spaced at right intervals It consists of a plurality of arms 31 of the rectangular plate shape having a predetermined size connected to.
  • the plurality of arms 31 each have a rectangular plate shape having a predetermined length, and the cutting means R1 and R2 are not inserted into the electrode material 10 due to the curl of the cut electrode material 10.
  • the body 32 has a square plate shape like the plurality of arms 31 and connects the plurality of arms 31 to one so that the electrode guide 30 can be stably used in the lamination device 100.
  • the fastening part 33 serves to fix one side of the electrode guide 30 to the conveying means 20 side. Accordingly, when the electrode guide 30 is installed in the lamination device 100, the electrode guide 30 is fixed to the conveying means 20 side through the fastening portion 33, the laminating means R1, R2 ) Is spaced apart by a predetermined interval.
  • the longitudinal length of the electrode guide 30 (the length in the direction in which the cut electrode material 10 is conveyed) may cause interference between the electrode guide 30 and the conveying means 20 and the laminating means R1 and R2. It can be determined to have the maximum size within the limit. In this case, the electrode is transported in the direction in which the plurality of arms 31 are positioned in the fastening part 33.
  • the horizontal length of the electrode guide 30 (the length in a direction perpendicular to the direction in which the cut electrode material 10 is transferred) may be determined based on the size of the cut electrode material 10 or the separator material 40. That is, the horizontal length of the electrode guide 30 is manufactured according to the size of the cut electrode material 10 or the separator material 40.
  • the electrode guide 30 may be detachable. Accordingly, the lamination device 100 can easily change the electrode guide 30 to match the size of the cut electrode material 10 or the separator material 40.
  • the lamination apparatus 100 can reduce the occurrence of electrode injection failure by the curl of the cut electrode material 10 by using the electrode guide 30 composed of a plurality of arms.
  • the speed of the lamination process is improved, and the overall electrode assembly productivity and yield may be increased.
  • FIG 3 is a view showing an electrode material applied to the lamination apparatus of the present invention, (a) is a view showing a cross-sectional electrode material, (b) is a view showing a double-side electrode material.
  • both the single-sided electrode material and the double-sided electrode material of FIG. 3 may be used.
  • the double-sided electrode material is coated with electrodes on both sides of the foil layer
  • the single-sided electrode material is coated with electrodes only on one surface of the foil layer.
  • the lamination device 100 including the electrode guide 30 has a greater effect in the case of a single-sided electrode material as compared with the conventional lamination device.
  • the cross-sectional electrode material in which the separator material is laminated by the lamination apparatus 100 according to the present embodiment may be used for manufacturing an R-type bicell or an L-type bicell.
  • the R-type bi-cell and the L-type bi-cell are basic units having a structure in which an anode / separator / cathode / separator / anode are sequentially stacked, and a single-sided electrode material in which electrodes are coated on only one surface based on a foil layer on only the last anode is used. .
  • the R type bicell and the L type bicell are classified according to the positions of the negative electrode tab and the positive electrode tab.
  • the positive electrode tab is on the right side of the negative electrode tab, and the positive electrode tab is on the left side, and the positive electrode tab is on the left side is the R type bicell.
  • An electrode assembly may be manufactured using at least one of such an R-type bicell or an L-type bicell.
  • FIG. 4 is a view showing a winding direction of the cross-sectional electrode material according to an embodiment of the present invention, (a) is a view showing the foil layer inner surface winding direction, (b) is a view showing the foil layer outer surface winding direction. .
  • the single-sided electrode material is coated with an electrode only on one surface of the foil layer. Accordingly, the electrode material roll wound around the cross-sectional electrode material is wound so that the cross section coated with the electrode faces the outer surface and the foil layer faces the inner surface, or conversely, the cross section coated with the electrode faces the inner surface, and the foil layer faces the outer surface. Can be wound to face. At this time, the inner surface shows the direction toward the center of the roll in the electrode material roll.
  • (a) is a cross-sectional view of an inner surface of the foil layer, in which an electrode-coated cross section faces an outer surface and a foil layer faces an inner surface in an electrode member roll wound around an electrode material.
  • (b) is a cross-sectional view of the foil layer outer surface winding, so that the cross section coated with the electrode toward the inner surface, the foil layer toward the outer surface in the electrode material roll wound around the cross-sectional electrode material.
  • the occurrence of electrode injection failure can be reduced also by the winding direction of the electrode material roll, such as whether the foil layer is wound toward the inner surface or wound toward the outer surface.
  • the electrode material cut like 11 is randomly bent, and the degree of bending is also different.
  • the winding direction of the electrode material roll is changed to the foil layer outer surface winding, the curl of the electrode material cut like 12 appears constantly, and the degree of warpage is also small.
  • a plurality of arms of a rectangular plate shape having a predetermined size are spaced at predetermined intervals.
  • the laminators L1 and L2 of the cut electrode material are inserted, using the electrode guide 30 having a shape connected to one body in a rectangular plate shape at right angles, the laminator L1, Since it can be added to L2) there is an effect that can significantly increase the yield of the normal electrode assembly.

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Abstract

본 발명에 따른 라미네이션 장치는 전극재 롤로부터 권출된 전극재를 커팅하는 커터, 커팅된 전극재를 이송시키는 이송 수단, 라미네이터의 투입 수단의 전단에 위치하여 이송 수단 상의 커팅된 전극재의 라미네이터의 투입 수단에의 투입을 가이드하는 전극 가이드, 커팅된 전극재와 세퍼레이터재를 라미네이터에 투입시키는 투입 수단 및 세퍼레이터재를 커팅된 전극재의 상부 또는 하부에 겹친 상태에서 커팅된 전극재에 열과 압력을 가하여 라미네이팅하는 라미네이터를 포함하고, 상기 전극 가이드는 소정의 크기를 갖는 사각판 형상의 복수의 팔들이 소정의 간격으로 이격되어 사각판 형상의 하나의 몸체에 직각으로 연결되어 있는 형태를 가진다.

Description

전극 가이드를 포함하는 라미네이션 장치
전극 가이드를 포함하는 라미네이션 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요의 증가로 이차전지의 수요 또한 급격히 증가하고 있으며, 그 중에서도 에너지 밀도와 작동 전압이 높고 보존과 수명 특성이 우수한 리튬(이온/폴리머) 이차 전지는 각종 모바일 기기는 물론 다양한 전자제품의 에너지원으로 널리 사용되고 있다.
한편, 모바일 기기의 디자인에 대한 높아진 관심과 휴대용 모바일 기기의 증가된 수요에 따라, 모바일 기기에 탑재되는 리튬 이차 전지의 두께도 더욱 얇아질 것이 요구되고 있다.
이러한 요구에 따라, 이차 전지 제조 공정 시, 단면 전극재가 사용된다. 단면 전극재는 기존의 양면 전극재와 비교하여 얇아진 전극재의 두께에 의해 전극재의 컬이 일정하지 않고, 컬의 정도도 더 심해지는 문제점이 있다. 특히, 전극재의 컬에 의한 라미네이션 공정에서의 전극 투입 불량 문제가 빈번히 발생되고 있어, 전체적인 라미네이션 공정의 속도도 느려지고, 정상 전극조립체의 수율도 떨어지게 된다.
본 발명은 상술한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 전극재의 컬에 의한 전극 투입 불량을 효과적으로 개선할 수 있는 전극 가이드를 포함하는 라미네이션 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 다른 목적은, 전극재의 컬에 의한 전극 투입 불량을 개선하여, 라미네이션 공정의 속도를 향상시키고, 전체적인 생산성과 수율을 향상시키는 것에 있다.
상술한 과제를 해결하기 위한 수단으로서, 본 발명은 전극재 롤로부터 권출된 전극재를 커팅하는 커터, 상기 커팅된 전극재를 이송시키는 이송 수단, 라미네이터의 투입 수단의 전단에 위치하여 상기 이송 수단 상의 상기 커팅된 전극재의 상기 라미네이터의 투입 수단에의 투입을 가이드하는 전극 가이드, 상기 커팅된 전극재와 세퍼레이터재를 상기 라미네이터에 투입시키는 투입 수단 및 상기 세퍼레이터재를 상기 커팅된 전극재의 상부 또는 하부에 겹친 상태에서 상기 커팅된 전극재에 열과 압력을 가하여 라미네이팅하는 라미네이터를 포함하는 라미네이션 장치에 있어서, 소정의 크기를 갖는 사각판 형상의 복수의 팔들이 소정의 간격으로 이격되어 사각판 형상의 하나의 몸체에 직각으로 연결되어 있는 형태를 가지는 상기 전극 가이드를 제공한다.
상기 전극 가이드에서 상기 커팅된 전극재가 이송되는 방향의 일측면의 크기는 상기 전극 가이드와 상기 이송 수단 및 상기 라미네이터의 투입 수단 간의 간섭이 없는 한도 내에서 최대의 크기를 갖도록 결정될 수 있다.
또한, 상기 전극 가이드에서 상기 커팅된 전극재가 이송되는 방향과 수직한 방향의 일측면의 크기는 상기 커팅된 전극재 또는 상기 세퍼레이터재의 크기에 기초하여 결정될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 상기 전극재는 일면에만 전극이 코팅된 단면 전극재일 수 있다.
그리고, 상기 전극재 롤은 상기 전극이 코팅된 단면이 내면을 향하고, 호일층이 외면을 향하도록 권취된 것일 수 있다.
나아가, 상기 라미네이션 장치에 의해서 상기 세퍼레이터재가 라미네이팅된 상기 단면 전극재는 R형 바이셀 또는 L형 바이셀의 제조에 이용될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 상기 전극 가이드는 탈부착될 수 있다.
라미네이션 공정에서 라미네이터에 전극 투입 시, 전극재의 컬(curl)에 의한 전극 투입 불량의 발생을 줄일 수 있다. 효율적인 전극 투입에 의하여 라미네이션 공정의 속도를 개선하고, 전체적인 생산성 및 수율을 증가시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 가이드를 포함하는 라미네이션 장치를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명에 일 실시예에 따른 전극 가이드를 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 라미네이션 장치에 적용되는 전극재를 나타낸 도면으로서, (a)는 단면 전극재를 도시한 도면이고, (b)는 양면 전극재를 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 단면 전극재의 권취 방향을 나타낸 도면으로서, (a)는 호일층 내면 권취 방향을 도시한 도면이고, (b)는 호일층 외면 권취 방향을 도시한 도면이다.
부호의 설명
100 : 라미네이션 장치
10 : 전극재
20 : 이송 수단
30 : 전극 가이드
40 : 세퍼레이터재
C1, C2 : 커터
R1, R2 : 투입 수단
L1, L2 : 라미네이터
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 가이드를 포함하는 라미네이션 장치를 도시한 도면이다. 도 1을 참조하면, 라미네이션 장치(100)는 이송 수단(20), 커터(C1, C2), 전극 가이드(30), 투입 수단(R1, R2) 및 라미네이터(L1, L2)로 구성된다.
도 1에 도시된 라미네이션 장치(100)는 본 실시예의 특징이 흐려지는 것을 방지하기 위하여 본 실시예와 관련된 구성요소들만이 도시되어 있다. 따라서, 도 1에 도시된 구성요소들 외에 다른 범용적인 구성요소들이 더 포함될 수 있음을 본 실시예와 관련된 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이해할 수 있다.
본 실시예에 따른 라미네이션 장치(100)는 라미네이터(L1, L2)의 투입 수단(R1, R2)의 전단에 커팅된 전극재(10)의 라미네이터(L1, L2)의 투입 수단(R1, R2)에의 투입을 가이드하는 전극 가이드(30)를 포함하며, 이에 전극재(10)의 컬(curl)에 의한 전극 투입 불량률 감소 및 라미네이션 공정의 속도를 향상시키는 장치이다.
커터(C1)는 전극재 롤로부터 권출된 전극재(10)를 커팅한다. 전극재(10)는 공정의 자동화를 위해서 미리 이전 공정인 노칭(notching) 공정에서 권취되어, 권취된 롤 상태로 공급된다. 라미네이션 장치(100)는 라미네이션을 위하여 전극재 롤에서 전극재(10)를 권출하고, 권출된 전극재(10)를 커터(C1)를 이용하여 소정의 사이즈로 절단한다.
이송 수단(20)은 커터(C1)에 의하여 커팅된 전극재(10)를 이송시킨다. 이송 수단(20)에 의해서 이송된 커팅된 전극재(10)는 라미네이터(L1, L2)의 투입 수단(R1, R2)에 의해 라미네이터(L1, L2)에 투입된다. 그리고, 커팅된 전극재(10)는 전극 가이드(30)를 거쳐서, 라미네이터(L1, L2)의 투입 수단(R1, R2)에 의해 라미네이터(L1, L2)에 공급된다. 여기서, 이송 수단(20)은 일반적으로 널리 사용되는 컨베이어 벨트 등으로 구현될 수 있으나, 반드시 이에 한정되지 않으며, 이 외에도 커팅된 전극재(10)를 이송하도록 하는 모든 수단을 포함한다.
전극 가이드(30)는 라미네이터(L1, L2)의 투입 수단(R1, R2)의 전단에 위치하며, 이송 수단(20) 상의 커팅된 전극재(10)를 라미네이터(L1, L2)에 투입시키기 위하여 라미네이터(L1, L2)의 투입 수단(R1, R2)에의 투입을 가이드한다.
본 실시예에 따른 전극 가이드(30)는 소정의 두께를 갖는 금속 재질의 플레이트로서, 전극 가이드(30)의 구체적인 형태와 관련하여 구체적인 설명은 도 2를 참조한다.
투입 수단(R1, R2)은 커팅된 전극재(10)와 세퍼레이터재(40)를 라미네이터(L1, L2)에 투입시킨다. 일 실시예에 따르면, 투입 수단(R1, R2)은 도 1에 도시된 바와 같이 상, 하부에 대응되게 위치하는 제 1 롤러(R1) 및 제 2 롤러(R2)로 구현될 수 있다. 제 1 롤러(R1) 및 제 2 롤러(R2)는 롤러 축을 중심으로 상호 대응하는 방향으로 회전 가능하다. 이에 따라, 제 1 롤러(R1) 및 제 2 롤러(R2)는 라미네이터(L1, L2)의 바로 전단에서 전극 가이드(30)를 통과한 커팅된 전극재(10)와 세퍼레이터재(40)를 회전에 의하여 동시에 라미네이터(L1, L2)에 투입시킨다. 즉, 커팅된 전극재(10)와 세퍼레이터재(40)는 겹쳐진 상태에서 라미네이터(L1, L2) 내부로 투입되게 된다.
이때, 세퍼레이터재(40)는 롤에서 권출되는 상태 그대로 라미네이터(L1, L2)에 공급되고, 전극재(10)는 커팅된 상태로 세퍼레이터재(40)의 상부 또는 하부에 공급된다. 다만, 세퍼레이터재(40)가 반드시 롤에서 권출되는 상태 그대로 라미네이터(L1, L2)에 공급되어야만 하는 것은 아니고, 전극재(10)와 마찬가지로 별도의 커터에 의하여 커팅되어 라미네이터(L1, L2)에 공급될 수도 있다.
라미네이터(L1,L2)는 세퍼레이터재(40)를 커팅된 전극재(10)의 상부 또는 하부에 겹친 상태에서 커팅된 전극재(10)에 열과 압력을 가하여 라미네이팅한다. 라미네이터(L1,L2)는 도 1에 도시된 바와 같이 상, 하부에 대응되게 위치하는 상부 라미네이터(L1)와 하부 라미네이터(L2)로 구현될 수 있다. 상부 라미네이터(L1)와 하부 라미네이터(L2)는 승강 수단(미도시)의 구동에 의해 각각 하강 또는 상승하여 상부 라미네이터(L1)와 하부 라미네이터(L2)가 각각 전극재(10) 및 세퍼레이터재(40)와 맞닿는 면을 가열, 가압하여 라미네이팅한다. 이에 따라, 전극재(10)/세퍼레이터재(40)의 형태로 적층된 시트가 생성될 수 있다.
도 1에 도시된 라미네이션 장치(100)는 하나의 전극재(10)와 하나의 세퍼레이터재(40)가 전극재(10)/세퍼레이터재(40)의 형태로 적층되는 것으로 도시하였으나, 이에 한정되지 않는다. 다른 실시예에 따라, 라미네이션 장치(100)는 또 다른 전극재(미도시)나 세퍼레이터재(미도시)를 더 포함하여, 2층 이상의 시트로 적층할 수도 있다.
일 실시예에 따라, 라미네이션 장치(100)는 적층된 시트를 일정 간격으로 커팅하는 커터(C2)를 더 포함할 수 있다. 본 실시예에 다르면, 커터(C2)는 라미네이터(L1, L2)의 출력단 측에 배치되어, 적층된 시트를 커팅한다.
한편, 전극재(10)는 호일층에 양극 또는 음극이 코팅되어 제조된 것으로, 양극은 양극 집전체 상에 양극 활물질, 도전재 및 바인더의 혼합물을 도포한 후 건조 및 압착하여 제조된다. 음극의 경우도, 양극의 제조와 마찬가지로 음극은 음극 집전체 상에 음극 활물질을 도포한 후 건조 및 압착하여 제조되며, 필요에 따라 도전재, 바인더, 충진재 등이 선택적으로 더 포함될 수 있다.
세퍼레이터재(40)는 양극과 음극 사이에 위치하여 쇼트를 방지하고 이온의 이동만을 가능하게 하는 물질로 이루어진다. 예를 들면, 세퍼레이터재(40)는 폴리에틸렌(polyethylene), 폴리프로필렌(polypropylene) 등과 같은 미세 다공 구조를 가지는 물질로 구현될 수 있다. 그러나, 이에 한정되지 않으며, 절연성을 나타내고 이온의 이동이 가능한 다공성 구조를 갖는 물질이라면 세퍼레이터재(40)에 사용될 수 있다.
또한, 세퍼레이터재(40)는 전극재(10)와 접촉하는 면에 코팅 물질이 코팅될 수 있다. 여기서 세퍼레이터재(40)는 접착력을 가지는 코팅 물질로 표면이 코팅될 수 있다. 이때 코팅 물질은 무기물 입자와 바인더 고분자의 혼합물일 수 있다. 이와 같은 구조로 인해, 무기물 입자가 세퍼레이터재(40)에 코팅되어 있더라도 이온은 세퍼레이터재(40)를 통해 양극과 음극 사이에 원활하게 이동할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 라미네이션 장치(100)에 의해서 적층된 시트는 바이셀의 제조에 이용될 수 있다. 나아가, 적어도 하나 이상의 바이셀을 적층하여 전극조립체를 형성할 수 있다. 이때, 전극조립체는 젤리 롤형 전극조립체, 스택(stack) & 폴딩(folding)형 전극조립체, 스택 & 폴딩형 전극조립체 중 어느 하나로 구현될 수 있다.
도 2는 본 발명에 일 실시예에 따른 전극 가이드를 도시한 도면이다.
전극 가이드(30)는 소정 두께를 갖는 금속 재질의 플레이트로서, 도 2에 도시된 바와 같이, 사각판 형상의 하나의 몸체(32)와 몸체(32)의 일측면에 소정의 간격으로 이격되어 직각으로 연결된 소정의 크기를 갖는 사각판 형상의 복수의 팔들(31)로 구성된다.
복수의 팔들(31)은 각각 소정 길이의 사각판 형상을 가지며, 커팅된 전극재(10)가 커팅된 전극재(10)의 컬(curl)로 인한 전극 투입 불량 없이 투입 수단(R1, R2)에 정확하게 투입될 수 있도록 한다.
몸체(32)는 복수의 팔들(31)과 마찬가지로 사각판 형상을 가지며, 복수의 팔들(31)을 하나로 연결하여 전극 가이드(30)가 라미네이션 장치(100)에서 안정적으로 사용될 수 있도록 한다.
체결부(33)는 전극 가이드(30)의 일측면을 이송 수단(20) 측에 고정시키는 역할을 한다. 이에 따라, 전극 가이드(30)가 라미네이션 장치(100)에 설치되는 경우, 전극 가이드(30)는 체결부(33)를 통하여 이송 수단(20) 측에 고정되며, 라미네이터의 투입 수단(R1, R2)과는 소정의 간격만큼 이격되어 설치된다.
한편, 전극 가이드(30)의 세로 길이(커팅된 전극재(10)가 이송되는 방향의 길이)는 전극 가이드(30)와 이송 수단(20) 및 라미네이터의 투입 수단(R1, R2) 간의 간섭이 없는 한도 내에서 최대의 크기를 갖도록 결정될 수 있다. 이때, 이송되는 방향은 체결부(33)에서 복수의 팔들(31)이 위치한 방향으로 전극이 이송된다.
전극 가이드(30)의 가로 길이(커팅된 전극재(10)가 이송되는 방향과 수직한 방향의 길이)는 커팅된 전극재(10) 또는 세퍼레이터재(40)의 크기에 기초하여 결정될 수 있다. 즉, 전극 가이드(30)의 가로 길이는 커팅된 전극재(10) 또는 세퍼레이터재(40)의 크기에 맞게 제작된다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 전극 가이드(30)는 탈부착될 수 있다. 이에 따라, 라미네이션 장치(100)는 커팅된 전극재(10) 또는 세퍼레이터재(40)의 크기에 맞추어 전극 가이드(30)를 쉽게 변경할 수 있다.
이에 따라, 본 발명의 실시예에 따른 라미네이션 장치(100)는 복수의 팔들로 구성된 전극 가이드(30)를 이용하여, 커팅된 전극재(10)의 컬에 의한 전극 투입 불량의 발생을 줄일 수 있으며, 이에, 라미네이션 공정의 속도가 개선되며, 전체적인 전극조립체 생산성 및 수율이 증가될 수 있다.
도 3은 본 발명의 라미네이션 장치에 적용되는 전극재를 나타낸 도면으로서, (a)는 단면 전극재를 도시한 도면이고, (b)는 양면 전극재를 도시한 도면이다.
라미네이션 장치(100)는 도 3의 단면 전극재 및 양면 전극재가 모두 이용될 수 있다. 도 3에 따르면, 양면 전극재는 호일층을 기준으로 양면 모두에 전극이 코팅된 것이고, 단면 전극재는 호일층을 기준으로 일면에만 전극이 코팅된 것이다.
특히, 단면 전극재의 경우, 기존의 양면 전극재와 비교하여 전극재의 두께가 얇아, 전극재의 컬의 형태도 일정하지 않고, 컬의 정도도 더 심하다. 이에 따라, 전극 가이드(30)를 포함하는 라미네이션 장치(100)는 종래의 라미네이션 장치와 비교하여, 단면 전극재의 경우에 더 큰 효과가 나타난다. 본 실시예에 따른 라미네이션 장치(100)에 의해서 세퍼레이터재가 라미네이팅된 단면 전극재는 R형 바이셀 또는 L형 바이셀의 제조에 이용될 수 있다.
R형 바이셀 및 L형 바이셀은 양극/분리막/음극/분리막/양극이 순차적으로 적층된 구조를 갖는 기본 단위체로, 마지막 양극에만 호일층을 기준으로 일면에만 전극이 코팅된 단면 전극재가 사용된다. 이때, 음극탭과 양극탭의 위치에 따라 R형 바이셀과 L형 바이셀이 구분된다. 호일층에서 음극탭을 기준으로 오른쪽에 양극탭이 오는 구조이면 R형 바이셀이 되고, 왼쪽에 양극탭이 오는 구조이면 R형 바이셀이 된다. 이와 같은 R형 바이셀 또는 L형 바이셀을 적어도 하나 이상 사용하여 전극 조립체를 제조할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 단면 전극재의 권취 방향을 나타낸 도면으로서, (a)는 호일층 내면 권취 방향을 도시한 도면이고, (b)는 호일층 외면 권취 방향을 도시한 도면이다.
도 3에서 설명한 바와 같이, 단면 전극재는 호일층을 기준으로 일면에만 전극이 코팅된 것이다. 이에 따라, 단면 전극재를 권취한 전극재 롤은 전극이 코팅된 단면이 외면을 향하고, 호일층이 내면을 향하도록 권취하거나, 반대로, 전극이 코팅된 단면이 내면을 향하고, 호일층이 외면을 향하도록 권취될 수 있다. 이때, 내면은 전극재 롤에서 롤의 중심을 향하는 방향을 나타낸다.
도 3을 참조하면, (a)는 단면 전극재를 권취한 전극재 롤에서 전극이 코팅된 단면이 외면을 향하고, 호일층이 내면을 향하도록 권취된 것으로, 호일층 내면 권취를 도시한 도면이고, (b)는 단면 전극재를 권취한 전극재 롤에서 전극이 코팅된 단면이 내면을 향하고, 호일층이 외면을 향하도록 권취된 것으로, 호일층 외면 권취를 도시한 도면이다.
단면 전극재의 경우, 호일층이 내면을 향하도록 권취되었는지, 외면을 향하도록 권취되었는지와 같이 전극재 롤의 권취 방향에 의해서도 전극 투입 불량의 발생을 줄일 수 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 호일층 내면 권취의 전극재 롤로부터 커팅된 전극재의 경우, 11과 같이 커팅된 전극재가 랜덤으로 휘며, 휘는 정도도 제각각으로 나타난다. 반면, 전극재 롤의 권취 방향을 호일층 외면 권취로 변경하는 경우, 12와 같이 커팅된 전극재의 컬이 일정하게 나타나며, 휘는 정도도 적다.
이에 따라, 전극 가이드(30)를 포함하는 라미네이션 장치(100)에서 기존의 호일층 내면 권취 대신에, 호일층 내면 권취 방향으로 권취된 단면 전극재의 전극재 롤을 사용하는 경우, 커팅된 단면 전극재의 라미네이터(L1, L2) 투입 시 발생하는 전극재 컬에 의한 전극 투입 불량의 발생을 더욱더 줄일 수 있다.
이상에서와 같이, 상술한 실시예들을 통해 살펴본 본 발명에 따른 전극 가이드(30)를 포함하는 라미네이션 장치(100)에 따르면, 소정의 크기를 갖는 사각판 형상의 복수의 팔들이 소정의 간격으로 이격되어 사각판 형상의 하나의 몸체에 직각으로 연결되어 있는 형태를 갖는 전극 가이드(30)를 이용하여, 커팅된 전극재의 라미네이터(L1, L2) 투입 시, 투입 불량의 발생 없이, 정확히 라미네이터(L1, L2)에 투입할 수 있기 때문에 정상 전극조립체의 수율을 크게 높일 수 있는 효과가 있다.
본 발명은 상술한 특정 바람직한 실시 예에 한정되지 아니하고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변형실시는 본 발명의 청구범위 기재 범위 내에 있게 된다.

Claims (7)

  1. 라미네이션 장치에 있어서,
    전극재 롤로부터 권출된 전극재를 커팅하는 커터;
    상기 커팅된 전극재를 이송시키는 이송 수단;
    라미네이터의 투입 수단의 전단에 위치하며, 상기 이송 수단 상의 상기 커팅된 전극재의 상기 라미네이터의 투입 수단에의 투입을 가이드하는 전극 가이드;
    상기 커팅된 전극재와 세퍼레이터재를 상기 라미네이터에 투입시키는 투입 수단; 및
    상기 세퍼레이터재를 상기 커팅된 전극재의 상부 또는 하부에 겹친 상태에서 상기 커팅된 전극재에 열과 압력을 가하여 라미네이팅하는 라미네이터;를 포함하고,
    상기 전극 가이드는 소정의 크기를 갖는 사각판 형상의 복수의 팔들이 소정의 간격으로 이격되어 사각판 형상의 하나의 몸체에 직각으로 연결되어 있는 형태를 가지는 것을 특징으로 하는 라미네이션 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 전극 가이드에서 상기 커팅된 전극재가 이송되는 방향의 일측면의 크기는 상기 전극 가이드와 상기 이송 수단 및 상기 라미네이터의 투입 수단 간의 간섭이 없는 한도 내에서 최대의 크기를 갖도록 결정되는 것을 특징으로 하는 라미네이션 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 전극 가이드에서 상기 커팅된 전극재가 이송되는 방향과 수직한 방향의 일측면의 크기는 상기 커팅된 전극재 또는 상기 세퍼레이터재의 크기에 기초하여 결정되는 것을 특징으로 하는 라미네이션 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 전극재는 일면에만 전극이 코팅된 단면 전극재인 것을 특징으로 하는 라미네이션 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 전극재 롤은 상기 전극이 코팅된 단면이 내면을 향하고, 호일층이 외면을 향하도록 권취되어 있는 것을 특징으로 하는 라미네이션 장치.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 라미네이션 장치에 의해서 상기 세퍼레이터재가 라미네이팅된 상기 단면 전극재는 R형 바이셀 또는 L형 바이셀의 제조에 이용되는 것을 특징으로 하는 라미네이션 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 전극 가이드는 탈부착이 가능한 것을 특징으로 하는 라미네이션 장치.
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