KR20200066901A - 전극 조립체 제조장치 및 전극 조립체 제조방법 - Google Patents
전극 조립체 제조장치 및 전극 조립체 제조방법 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 전극 조립체 제조장치 및 전극 조립체 제조방법에 관한 것으로, 본 발명에 따른 전극 조립체 제조장치는, 전극 또는 분리막 중에서 어느 하나 이상의 두께를 측정하는 두께 측정부 및 상기 두께 측정부를 통과하며 적층되는 상기 전극 및 상기 분리막을 위,아래로 배치되는 한 쌍의 가압 롤부 사이로 통과시키며 가압하여 상기 전극 및 상기 분리막을 접합시키는 라미네이션부를 포함하고, 상기 라미네이션부는 상기 두께 측정부를 통해 측정된 상기 전극 또는 상기 분리막 중에서 어느 하나 이상의 두께에 따라, 상기 한 쌍의 가압 롤부의 위치, 상기 한 쌍의 가압 롤부 사이의 간격, 및 상기 한 쌍의 가압 롤부의 가압력 중 적어도 어느 하나 이상을 조절하며 상기 전극 및 상기 분리막 사이를 접합시킨다.
Description
본 발명은 전극 조립체 제조장치 및 전극 조립체 제조방법에 관한 것이다.
이차 전지는 일차 전지와는 달리 재충전이 가능하고, 또 소형 및 대용량화 가능성으로 인해 근래에 많이 연구 개발되고 있다. 모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서의 이차 전지의 수요가 급격하게 증가하고 있다.
이차 전지는 전지 케이스의 형상에 따라, 코인형 전지, 원통형 전지, 각형 전지, 및 파우치형 전지로 분류된다. 이차 전지에서 전지 케이스 내부에 장착되는 전극 조립체는 전극 및 분리막의 적층 구조로 이루어진 충방전이 가능한 발전소자이다.
전극 조립체는 활물질이 도포된 시트형의 양극과 음극 사이에 분리막을 개재(介在)하여 권취한 젤리 롤(Jelly-roll)형, 다수의 양극과 음극을 분리막이 개재된 상태에서 순차적으로 적층한 스택형, 및 스택형의 단위 셀들을 긴 길이의 분리필름으로 권취한 스택 앤 폴딩형으로 대략 분류할 수 있다.
본 발명의 하나의 관점은 전극 및 분리막을 통과시키며 접합시키는 라미네이션 공정에서 투입 재료의 두께 차이를 반영하여 라미네이션 공정을 수행할 수 있는 전극 조립체 제조장치 및 전극 조립체 제조방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 전극 조립체 제조장치는, 전극 또는 분리막 중에서 어느 하나 이상의 두께를 측정하는 두께 측정부 및 상기 두께 측정부를 통과하며 적층되는 상기 전극 및 상기 분리막을 위,아래로 배치되는 한 쌍의 가압 롤부 사이로 통과시키며 가압하여 상기 전극 및 상기 분리막을 접합시키는 라미네이션부를 포함하고, 상기 라미네이션부는 상기 두께 측정부를 통해 측정된 상기 전극 또는 상기 분리막 중에서 어느 하나 이상의 두께에 따라, 상기 한 쌍의 가압 롤부의 위치, 상기 한 쌍의 가압 롤부 사이의 간격, 및 상기 한 쌍의 가압 롤부의 가압력 중 적어도 어느 하나 이상을 조절하며 상기 전극 및 상기 분리막 사이를 접합시킬 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 전극 조립체 제조방법은, 전극 또는 분리막 중에서 어느 하나 이상의 두께를 측정하는 두께측정공정 및 상기 전극 및 상기 분리막을 적층시켜 위,아래로 배치되는 한 쌍의 가압 롤부 사이로 통과시키며 가압하여 상기 전극 및 상기 분리막을 접합시키는 라미네이션 공정을 포함하고, 상기 라미네이션 공정은 상기 두께측정공정을 통해 측정된 상기 전극 또는 상기 분리막 중에서 어느 하나 이상의 두께에 따라, 상기 한 쌍의 가압 롤부의 위치, 상기 한 쌍의 가압 롤부 사이의 간격, 및 상기 한 쌍의 가압 롤부의 가압력 중 적어도 어느 하나 이상을 조절하며 상기 전극 및 상기 분리막 사이를 접합시킬 수 있다.
본 발명에 따르면, 전극 및 분리막을 통과시키며 접합시키는 라미네이션 공정 투입 전에, 투입 재료의 두께 차이를 감지하고, 이를 반영하며 라미네이션 공정을 수행함에 따라, 접착력 불균일이 완화되고, 변형이 최소화 되며, 불필요한 공정(코로나 공정)을 수행하지 않을 수 있다.
특히, 투입 재료의 두께 차이를 자동으로 감지하여 다수개의 가압롤에서 개별 가압롤에 실시간으로 전달 후, 개별 가압롤의 위치, 간격, 및 가압력을 실시간 피드백(Feed back)하여 개별로 자동 제어하여 라미네이션 공정을 수행함에 따라, 보다 정밀하게 재료의 코팅 공차를 줄일 수 있어 접착력이 현저히 균일해지며, 코팅 공차 극복을 위해 기존에 과도한 압력을 가하던 것을 완화할 수 있어 분리막의 변형을 방지 또는 최소화 할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체 제조장치의 개념을 나타낸 블럭도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체 제조장치를 예시적으로 나타낸 측면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체 제조장치에서 라미네이션부를 나타낸 정면도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 전극 조립체 제조장치의 개념을 나타낸 블럭도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 전극 조립체 제조장치에서 두께 측정부를 나타낸 정면도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전극 조립체 제조장치에서 라미네이션부를 나타낸 정면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체 제조장치를 예시적으로 나타낸 측면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체 제조장치에서 라미네이션부를 나타낸 정면도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 전극 조립체 제조장치의 개념을 나타낸 블럭도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 전극 조립체 제조장치에서 두께 측정부를 나타낸 정면도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전극 조립체 제조장치에서 라미네이션부를 나타낸 정면도이다.
본 발명의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되어지는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예들로부터 더욱 명백해질 것이다. 본 명세서에서 각 도면의 구성요소들에 참조번호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 번호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다. 또한, 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고, 본 발명을 설명함에 있어서, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 관련된 공지 기술에 대한 상세한 설명은 생략하도록 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체 제조장치의 개념을 나타낸 블록도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체 제조장치를 예시적으로 나타낸 측면도이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체 제조장치에서 라미네이션부를 나타낸 정면도이다.
도 1 및 도 2를 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체 제조장치(100)는 전극(13) 또는 분리막(14) 중에서 어느 하나 이상의 두께를 측정하는 두께 측정부(110) 및 두께 측정부(110)를 통과하며 적층되는 전극(13) 및 분리막(14)을 한 쌍의 가압 롤부(120,130) 사이로 통과시키며 가압하여 접합시키는 라미네이션부(140)를 포함하여 전극 조립체(10)를 제조할 수 있다. 또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체 제조장치(100)는 두께 측정부(110) 및 두께 측정부(110)를 통과하며 적층된 전극(13) 및 분리막(14)의 적층체(S)에 열을 가하는 히팅부(170)와, 한 쌍의 가압 롤부(120,130) 사이의 위치, 간격, 및 가압력을 조절하는 제어부(150)를 더 포함할 수 있다.
도 3을 참고하면, 전극 조립체(10)는 충방전이 가능한 발전소자로서, 전극(11) 및 분리막(14)이 교대로 적층되어 결집된 형태로 형성될 수 있다. 여기서, 전극(13)은 양극(12) 및 음극(11)으로 구성될 수 있다.
전극 조립체(10)는 양극(12), 분리막(14), 및 음극(11)이 교대로 적층되어 형성될 수 있다.
양극(12)은 양극 집전체(12a) 및 양극 집전체(12a)에 도포된 양극 활물질(12b)을 포함할 수 있다. 양극 집전체(12a)는 예를 들어 알루미늄 재질의 포일(Foil)로 이루어질 수 있고, 양극 활물질(12b)은 예를 들어 리튬망간산화물, 리튬코발트산화물, 리튬니켈산화물, 리튬인산철, 또는 이들 중 1종 이상이 포함된 화합물 및 혼합물 등으로 이루어질 수 있다.
음극(11)은 음극 집전체(11a) 및 음극 집전체(11a)에 도포된 음극 활물질(11b)을 포함할 수 있다. 음극 집전체(11a)는 예를 들어 구리(Cu) 또는 니켈(Ni) 재질로 이루어진 포일(foil)로 이루어질 수 있다. 음극 활물질(11b)은 예를 들어 인조흑연, 리튬금속, 리튬합금, 카본, 석유코크, 활성화 카본, 그래파이트, 실리콘 화합물, 주석 화합물, 티타늄 화합물 또는 이들의 합금으로 이루어질 수 있다. 이때, 음극 활물질은 예를 들어 비흑연계의 SiO(silica, 실리카) 또는 SiC(silicon carbide, 실리콘카바이드) 등이 더 포함되어 이루어질 수 있다.
분리막(14)은 절연 재질 및 연성이 있는 재질로 이루어질 수 있다. 이때, 분리막(14)은 예를 들어 미다공성을 가지는 폴리에칠렌, 폴리프로필렌 등 폴리올레핀계 수지막으로 형성될 수 있다.
도 1 및 도 2를 참고하면, 두께 측정부(110)는 전극(13) 또는 분리막(14) 중에서 어느 하나 이상의 두께를 측정할 수 있다.
두께 측정부(110)는 접촉식 두께 측정 게이지로 이루어질 수 있다. 여기서, 접촉식 두께 측정 게이지는 예를 들어 다이알 게이지(Dial Gauge) 또는 초음파 두께 측정기로 이루어질 수 있다.(이때, 다이얼 게이지는 보다 구체적으로 예를 들어 미스토요 사의 다이알두께게이지7321 제품을 통해 측정할 수 있지만 본 발명이 여기에 반드시 한정되는 것은 아니다.)
여기서, 두께 측정부(110)는 음극(11)의 두께를 측정하는 제1 두께 측정기(111)와, 분리막(14) 두께를 측정하는 제2 두께 측정기(112), 및 양극(12)의 두께를 측정하는 제3 두께 측정기(113)를 포함할 수 있다. 즉, 두께 측정부(110)에서 제1 두께 측정기(111), 제2 두께 측정기(112), 및 제3 두께 측정기(113)는 예를 들어 접촉식 두께 측정 게이지로 이루어질 수 있다.
히팅부(170)는 두께 측정부(110) 및 두께 측정부(110)를 통과하며 적층된 전극(13) 및 분리막(14)의 적층체(S)에 열을 가할 수 있다.
또한, 히팅부(170)는 적층체(S)의 상측에 위치되는 상측 히팅부(171) 및 적층체(S)의 하측에 위치되는 하측 히팅부(172)를 포함할 수 있다. 이때, 상측 히팅부(171) 및 하측 히팅부(172)는 각각 히터(Heater)(미도시)에 의해 가열되며 상측 히팅부(171) 및 하측 히팅부(172) 사이를 통과하는 적층체(S)에 열을 전달하여 가열할 수 있다.
한편, 히팅부(170)는 제어부(150)와 전기적으로 연결되어 제어부(150)에 의해 작동을 제어받을 수 있다.
도 1 내지 도 3을 참고하면, 라미네이션(lamination)부(140)는 두께 측정부(110)를 통과하며 적층되고, 히팅부(170)를 통과하며 가열된 전극(13) 및 분리막(14)을 위,아래로 배치되는 한 쌍의 가압 롤부(120,130) 사이로 통과시키며 압력을 가하여 전극(13) 및 분리막(14)을 접합시킬 수 있다.
또한, 라미네이션부(140)는 두께 측정부(110)를 통해 측정된 전극(13) 또는 분리막(14) 중에서 어느 하나 이상의 두께에 따라 한 쌍의 가압 롤부(120,130)의 위치, 한 쌍의 가압 롤부(120,130) 사이의 간격, 및 한 쌍의 가압 롤부(120,130)의 가압력 중 적어도 어느 하나 이상을 조절하며 전극(13) 및 분리막(14) 사이를 접합시켜 전극 조립체(10)를 제조할 수 있다. 이때, 전극 조립체(10)는 일례로 전극(13) 및 분리막(14)의 적층체(S)를 커터(30)를 통해 일정 크기로 절단한 형태일 수 있다. 또한, 전극 조립체(10)는 다른 예로 커터(30)를 통해 일정 크기로 일정 크기로 절단된 단위셀이 분리막의 사이로 다수로 적층된 형태일 수 있다.
그리고, 라미네이션부(140)는 제어부(150)를 더 포함하고, 제어부(150)에서 두께 측정부(110)를 통해 측정된 두께 측정값과 메모리((160)에 저장된 두께 표준값을 비교하여, 한 쌍의 가압 롤부(120,130) 사이의 위치, 간격, 및 가압력을 조절할 수 있다.
한 쌍의 가압 롤부(120,130)는 전극(13) 및 분리막(14)의 적층체(S)에서 상측 방향에 위치된 상측 가압 롤부(120) 및 하측 방향에 위치된 하측 가압 롤부(130)로 구성될 수 있다.
여기서, 상측 가압 롤부(120)는 상측 가압롤(121) 및 상측 가압롤(121)을 이동시키는 상측 이동부(122)를 포함할 수 있다. 또한, 하측 가압 롤부(130)는 하측 가압롤(131) 및 하측 가압롤(131)을 이동시키는 하측 이동부(132)를 포함할 수 있다.
상측 가압롤(121) 및 하측 가압롤(131)은 각각 원기둥 형태의 롤(Roll)로 이루어져 상측 가압롤(121) 및 하측 가압롤(131) 사이를 통과하는 전극(13) 및 분리막(14)의 양면을 가압할 수 있다.
상측 이동부(122) 및 하측 이동부(132)는 예를 들어 액추에이터(actuator)이루어져 상측 가압롤(121) 및 하측 가압롤(131)을 상호 가까워지거나 멀어지는 방향으로 이동시킬 수 있다.
여기서, 상측 이동부(122) 및 하측 이동부(132)는 각각 예를 들어 실린더(132b) 및 실린더(132b) 로부터 이동되는 이동대(132a)를 포함할 수 있다. 이때, 이동대(132a)는 상측 가압롤(121) 및 하측 가압롤(131)을 회전가능하게 지지하며 상측 가압롤(121) 및 하측 가압롤(131)을 이동시킬 수 있다.
그리고, 액추에이터는 구체적으로 예를 들어 공기압식, 유압식, 전기식, 또는 압식 액추에이터 중에서 어느 하나로 이루어질 수 있다.
상기와 같이 구성된 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체 제조장치(100)는 전극(13) 및 분리막(14)을 통과시키며 접합시키는 라미네이션부(140)로 투입 전에, 두께 측정부(110)에서 측정한 전극(13) 또는 분리막(14) 중에서 어느 하나 이상의 두께에 따라, 한 쌍의 가압 롤부(120,130)의 위치, 한 쌍의 가압 롤부(120,130) 사이의 간격, 및 한 쌍의 가압 롤부(120,130)의 가압력 중 적어도 어느 하나 이상을 제어부(150)에서 조절하며 전극(13) 및 분리막(14) 사이를 라미네이션시킬 수 있다. 따라서, 전극(13) 또는 분리막(14)의 공차를 반영하여 라미네이션시킴에 따라, 접착력 불균일을 완화시킬 수 있고, 공차 극복을 위해 과도한 압력을 가하지 않아도 되므로 분리막(14)의 변형을 최소화 할 수 있다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 전극 조립체 제조장치의 개념을 나타낸 블록도이고, 도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 전극 조립체 제조장치에서 두께 측정부를 나타낸 정면도이며, 도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전극 조립체 제조장치에서 라미네이션부를 나타낸 정면도이다.
이하에서 본 발명의 다른 실시예에 따른 전극 조립체 제조장치를 설명하기로 한다.
도 4 내지 도 6을 참고하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 전극 조립체 제조장치는 전극(13) 또는 분리막(14) 중에서 어느 하나 이상의 두께를 측정하는 두께 측정부(210) 및 두께 측정부(210)를 통과하며 적층되는 전극(13) 및 분리막(14)을 다수개의 가압롤(221a,221b,221c,231a,231b,231c)을 포함하는 한 쌍의 가압 롤부(220,230) 사이로 통과시키며 가압하여 접합시키는 라미네이션부(240)를 포함하여 전극 조립체를 제조할 수 있다. 또한, 본 발명의 다른 실시예에 따른 전극 조립체 제조장치는 두께 측정부(210) 및 두께 측정부(210)를 통과하며 적층된 전극(13) 및 분리막(14)의 적층체(S)에 열을 가하는 히팅부(270)와, 한 쌍의 가압 롤부(220,230) 사이의 위치, 간격, 및 가압력을 조절하는 제어부(250)를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 전극 조립체 제조장치(200)는 전술한 일 실시예에 따른 전극 조립체 제조장치와 비교할 때, 두께 측정부(210)에서 전극(13) 또는 분리막(14)의 다수 곳의 두께를 측정하고, 한 쌍의 가압 롤부(220,230)가 각각 다수개의 가압롤(221a,221b,221c,231a,231b,231c)로 이루어진 차이가 있다.
따라서, 본 실시예는 일 실시예와 중복되는 내용은 간략히 기술하고, 차이점을 중심으로 기술하도록 한다.
보다 상세히, 본 발명의 다른 실시예에 따른 전극 조립체 제조장치에서 두께 측정부(210)는 전극(13) 또는 분리막(14) 중에서 어느 하나 이상의 두께를 측정할 수 있다.
두께 측정부(210)는 접촉식 두께 측정 게이지로 이루어질 수 있다. 여기서, 접촉식 두께 측정 게이지는 예를 들어 다이알 게이지(Dial Gauge) 또는 초음파 두께 측정기로 이루어질 수 있다. 이에 따라, 두께 측정부(210)는 마이크로 단위의 두께를 정밀하게 측정할 수 있다.
여기서, 두께 측정부(210)는 일례로 단부가 측정부분과 접촉되는 다수개의 측정봉(212a,2212b,212c) 을 포함하는 두께 측정 게이지로 이루어질 수 있다. 이때, 다수개의 측정봉(212a,212b,212c) 은 전극(13) 및 분리막(14) 중에서 어느 하나 이상에서 폭방향(W)으로 다수 곳의 두께를 측정할 수 있다. 여기서, 다수개의 측정봉(212a,212b,212c)은 지지체(211)에 수직이동가능하게 지지될 수 있다. 이때, 폭방향은 예를 들어 도 5에 도시된 Y축 방향일 수 있다.
히팅부(270)는 두께 측정부(110) 및 두께 측정부(110)를 통과하며 적층된 전극(13) 및 분리막(14)의 적층체(S)에 열을 가할 수 있다.
또한, 히팅부(270)는 히터로 가열되어 전극(13) 및 분리막(14)의 적층체(S)에 열을 전달하며 가열할 수 있다.
한편, 히팅부(270)는 제어부(250)와 전기적으로 연결되어 제어부(250)에 의해 작동을 제어받을 수 있다.
라미네이션부(240)는 두께 측정부(210)를 통과하며 적층되고, 히팅부(270)를 통과하며 가열된 전극(13) 및 분리막(14)을 위,아래로 배치되는 한 쌍의 가압 롤부(220,230) 사이로 통과시키며 압력을 가하여 전극(13) 및 분리막(14)을 접합시킬 수 있다.
또한, 라미네이션부(240)는 두께 측정부(210)를 통해 측정된 전극(13) 또는 분리막(14) 중에서 어느 하나 이상의 두께에 따라, 한 쌍의 가압 롤부(220,230)의 위치, 한 쌍의 가압 롤부(220,230) 사이의 간격, 및 한 쌍의 가압 롤부(220,230)의 가압력 중 적어도 어느 하나 이상을 조절하며 전극(13) 및 분리막(14) 사이를 접합시킬 수 있다.
이때, 제어부(250)는 두께 측정부(210)를 통해 측정된 두께 측정값과 메모리(260)에 저장된 두께 표준값을 실시간으로 비교하여, 한 쌍의 가압 롤부(220,230)의 위치, 간격, 또는 가압력을 조절할 수 있다.
한 쌍의 가압 롤부(220,230)는 각각 다수개의 가압롤(221a,221b,221c,231a,231b,231c)을 포함하고, 제어부(250)는 다수개의 가압롤(221a,221b,221c,231a,231b,231c)의 위치, 간격, 또는 가압력을 각 가압롤(221a,221b,221c,231a,231b,231c) 마다 개별적으로 조절할 수 있다.
또한, 한 쌍의 가압 롤부(220,230)의 다수개의 가압롤(221a,221b,221c,231a,231b,231c)은 폭방향(W)을 따라 배열될 수 있다. 이때, 제어부(250)는 두께 측정부(210)에서 측정된 다수 곳의 전극(13) 또는 분리막(14)의 두께에 따라 다수개의 가압롤(221a,221b,221c,231a,231b,231c)의 위치, 간격, 또는 가압력을 개별적으로 조절할 수 있다.
한편, 한 쌍의 가압 롤부(220,230)는 전극(13) 및 분리막(14)의 적층체(S)에서 상측 방향에 위치된 상측 가압 롤부(220) 및 하측 방향에 위치된 하측 가압 롤부(230) 로 구성될 수 있다.
상측 가압 롤부(220)는 다수개의 상측 가압롤(221a,221b,221c) 및 다수개의 상측 가압롤(221a,221b,221c)을 각각 이동시키는 다수개의 상측 이동부(222a,222b,222c)를 포함할 수 있다. 또한, 하측 가압 롤부(230)는 다수개의 하측 가압롤(231a,231b,231c) 및 다수개의 하측 가압롤(231a,231b,231c)을 각각 이동시키는 다수개의 하측 이동부(232a,232b,232c)를 포함할 수 있다.
다수개의 상측 가압롤(221a,221b,221c) 및 다수개의 하측 가압롤(231a,231b,231c)은 각각 원기둥 형태의 롤로 이루어져 다수개의 상측 가압롤(221a,221b,221c) 및 다수개의 하측 가압롤(231a,231b,231c) 사이를 통과하는 전극(13) 및 분리막(14)의 양면을 각각 개별적으로 가압할 수 있다.
다수개의 상측 이동부(222a,222b,222c) 및 다수개의 하측 이동부(232a,232b,232c)는 예를 들어 액추에이터(actuator)이루어져 다수개의 상측 가압롤(221a,221b,221c) 및 다수개의 하측 가압롤(231a,231b,231c)을 상호 가까워지거나 멀어지는 방향으로 이동시킬 수 있다.
그리고, 액추에이터는 구체적으로 예를 들어 공기압식, 유압식, 전기식, 또는 압식 액추에이터 중에서 어느 하나로 이루어질 수 있다.
상기와 같이 구성된 본 발명의 다른 실시예에 따른 전극 조립체 제조장치(200)는 두께 측정부(210)에서 전극(13) 또는 분리막(14)의 다수 곳의 두께를 측정하고, 전극(13) 또는 분리막(14)을 가압하여 접합시키는 라미네이션 부가 각각 다수개의 가압롤(221a,221b,221c,231a,231b,231c)을 포함하여 이루어진다. 이에 따라, 두께 측정부(210)에서 측정한 전극(13) 또는 분리막(14)의 다수 곳의 두께에 따라 제어부(250)에서 실시간 피드백(Feed back)하여 다수개의 가압롤(221a,221b,221c,231a,231b,231c)의 위치, 간격, 또는 가압력을 개별적으로 자동 제어하며 조절할 수 있다. 따라서, 전극(13) 또는 분리막(14)의 공차를 정밀하게 반영하여 라미네이션시킴에 따라, 접착력 불균일을 현저히 완화시킬 수 있다. 또한, 공차 극복을 위해 과도한 압력을 가하지 않아도 되므로 분리막의 변형을 현저히 최소화 할 수 있다. 아울러, 코로나 공정 같은 공정들이 불필요해져 공정이 단순화되고 제조 시간 및 제조 단가를 낮출 수 있다.
이하에서 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체 제조방법을 설명하기로 한다.
도 1 및 도 2를 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체 제조방법은 전극(13) 또는 분리막(14) 중에서 어느 하나 이상의 두께를 측정하는 두께 측정공정 및 전극(13) 및 분리막(14)을 적층시켜 위,아래로 배치되는 한 쌍의 가압 롤부(120,130) 사이로 통과시키며 가압하여 전극(13) 및 분리막(14)을 접합시키는 라미네이션 공정을 포함하여 전극 조립체(10)를 제조할 수 있다. 또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체 제조방법은 두께측정공정을 통과하여 적층된 전극(13) 및 분리막(14)의 적층체(S)에 열을 가하는 히팅공정, 및 라미네이션 공정을 통해 접합된 전극(13) 및 분리막(14)의 불량 유무를 판별하는 검사공정을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체 제조방법은 전술한 일 실시예에 따른 전극 조립체 제조장치를 통해 전극 조립체를 제조하는 방법이다. 따라서, 본 실시예는 전술한 실시예와 중복되는 내용은 간략히 기술하고, 차이점을 중심으로 기술하도록 한다.
보다 상세히, 도 1 내지 도 3을 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체 제조방법에서 두께측정공정은 전극(13) 또는 분리막(14) 중에서 어느 하나 이상의 두께를 측정할 수 있다.
또한, 두께측정공정은 예를 들어 접촉식 두께 측정 게이지로 이루어진 두께 측정부(110)를 통해 전극(13) 또는 분리막(14) 중에서 어느 하나 이상의 두께를 측정할 수 있다.
히팅공정은 두께측정공정을 통과하여 적층된 전극(13) 및 분리막(14)의 적층체(S)에 열을 가할 수 있다.
또한, 히팅공정은 적층체(S)의 상측에 위치되는 상측 히팅부(171) 및 적층체(S)의 하측에 위치되는 하측 히팅부(172)를 포함하는 히팅부(170)를 통해 전극(13) 및 분리막(14)의 적층체(S)를 가열할 수 있다.
라미네이션 공정은 전극(13) 및 분리막(14)을 적층시켜 위,아래로 배치되는 한 쌍의 가압 롤부(120,130) 사이로 통과시키며 가압하여 전극(13) 및 분리막(14)을 접합시킬 수 있다.
또한, 라미네이션 공정은 두께측정공정을 통해 측정된 전극(13) 또는 분리막(14) 중에서 어느 하나 이상의 두께에 따라, 한 쌍의 가압 롤부(120,130)의 위치, 한 쌍의 가압 롤부(120,130) 사이의 간격, 및 한 쌍의 가압 롤부(120,130)의 가압력 중 적어도 어느 하나 이상을 조절하며 전극(13) 및 분리막(14) 사이를 접합시킬 수 있다.
라미네이션 공정은 두께측정공정을 통해 측정된 두께 측정값과 메모리(160)에 저장된 두께 표준값을 제어부(150)에서 비교하여, 두께 측정값이 두께 표준값에 비해 작으면 한 쌍의 가압 롤부(120,130) 사이의 간격이 가까워지도록 이동시키고 작으면 한 쌍의 가압 롤부(120,130)가 가압하는 가압력을 낮추며, 두께 측정값이 두께 표준값에 비해 크면 한 쌍의 가압 롤부(120,130) 사이의 간격이 멀게 이동시키고, 한 쌍의 가압 롤부(120,130)가 가압하는 가압력을 높일 수 있다.
한편, 한 쌍의 가압 롤부(120,130)는 전극(13) 및 분리막(14)의 적층체(S)에서 상측 방향에 위치된 상측 가압 롤부(120) 및 하측 방향에 위치된 하측 가압 롤부(130)로 구성될 수 있다. 여기서, 상측 가압 롤부(120)는 상측 가압롤(121) 및 상측 가압롤(121)을 이동시키는 상측 이동부(122)를 포함할 수 있다. 또한, 하측 가압 롤부(130)는 하측 가압롤(131) 및 하측 가압롤(131)을 이동시키는 하측 이동부(132)를 포함할 수 있다.
그리고, 라미네이션 공정에서 상측 가압롤(121) 및 하측 가압롤(131)은 각각 원기둥 형태의 롤로 이루어져 상측 가압롤(121) 및 하측 가압롤(131) 사이를 통과하는 전극(13) 및 분리막(14)의 양면을 가압하도록 할 수 있다. 그리고, 상측 이동부(122) 및 하측 이동부(132)는 예를 들어 액추에이터(actuator)이루어져 상측 가압롤(121) 및 하측 가압롤(131)을 상호 가까워지거나 멀어지는 방향으로 이동시킬 수 있다.
이때, 라미네이션 공정은 제어부(150)에서 상측 이동부(122) 및 하측 이동부(132)를 통해 상측 가압롤(121) 및 하측 가압롤(131)을 상,하 방향으로 이동시키며 상측 가압롤(121) 및 하측 가압롤(131) 사이의 위치, 간격, 및 가압력을 조절할 수 있다.
한편, 도 2 및 도 3을 참고하면, 전극(13) 및 분리막(14)이 두께측정공정을 거쳐 히팅 공정을 통해 라미네이션 공정으로 진행하는 진행 방향(G)은 예를 들어 X축 방향이고, 전극(13) 및 분리막(14)의 폭방향(W)은 Y축 방향이며, 전극(13) 및 분리막(14)의 두께 방향은 Z축 방향일 수 있다.
이하에서 본 발명의 다른 실시예에 따른 전극 조립체 제조방법을 설명하기로 한다.
도 4 내지 도 6을 참고하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 전극 조립체 제조방법은 전극(13) 또는 분리막(14) 중에서 어느 하나 이상의 두께를 측정하는 두께 측정공정 및 전극(13) 및 분리막(14)을 적층시켜 위,아래로 배치되는 한 쌍의 가압 롤부(220,230) 사이로 통과시키며 가압하여 전극(13) 및 분리막(14)을 접합시키는 라미네이션 공정을 포함하여 전극 조립체를 제조할 수 있다. 또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체 제조방법은 두께측정공정을 통과하여 적층된 전극(13) 및 분리막(14)의 적층체(S)에 열을 가하는 히팅공정, 및 라미네이션 공정을 통해 접합된 전극(13) 및 분리막(14)의 불량 유무를 판별하는 검사공정을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 전극 조립체 제조방법은 전술한 일 실시예에 따른 전극 조립체 제조방법과 비교할 때, 두께 측정공정에서 전극(13) 또는 분리막(14)의 다수 곳의 두께를 측정하고, 라미네이션 공정에서 전극(13) 및 분리막(14)을 한 쌍의 가압 롤부(220,230)가 다수개의 가압롤(221a,221b,221c,231a,231b,231c) 이루어져 개별적으로 가압하는 차이가 있다. 따라서, 본 실시예는 일 실시예와 중복되는 내용은 간략히 기술하고, 차이점을 중심으로 기술하도록 한다.
보다 상세히, 본 발명의 다른 실시예에 따른 전극 조립체 제조방법에서 두께측정공정은 전극(13) 또는 분리막(14) 중에서 어느 하나 이상의 두께를 측정할 수 있다. 이때, 두께측정공정은 전극(13) 및 분리막(14)의 진행 방향(G)에 대해 직각인 폭방향(W)으로 다수 곳의 두께를 측정할 수 있다. 여기서, 진행 방향(G)은 예를 들어 X축 방향이고, 폭방향(W)은 Y축 방향이며, 두께 방향은 Z축 방향일 수 있다.(도 2 참조)
또한, 두께측정공정은 예를 들어 접촉식 두께 측정 게이지로 이루어진 두께 측정부(210)를 통해 전극(13) 또는 분리막(14) 중에서 어느 하나 이상의 두께를 측정할 수 있다.
여기서, 두께측정공정은 일례로 단부가 측정부분과 접촉되는 다수개의 측정봉(212a,212b,212c) 을 포함하는 두께 측정 게이지로 이루어질 수 있다. 이때, 다수개의 측정봉(212a,212b,212c) 은 전극(13) 및 분리막(14) 중에서 어느 하나 이상에서 폭방향(W)으로 다수 곳의 두께를 측정할 수 있다.
히팅공정은 두께측정공정을 통과하여 적층된 전극(13) 및 분리막(14)의 적층체(S)에 열을 가할 수 있다.
또한, 히팅공정은 히터로 가열되는 히팅부(170)를 통해 전극(13) 및 분리막(14)의 적층체(S)를 가열할 수 있다.
라미네이션 공정은 전극(13) 및 분리막(14)을 적층시켜 위,아래로 배치되는 한 쌍의 가압 롤부(220,230) 사이로 통과시키며 가압하여 전극(13) 및 분리막(14)을 접합시킬 수 있다.
또한, 라미네이션 공정은 두께측정공정을 통해 측정된 전극(13) 또는 분리막(14) 중에서 어느 하나 이상의 두께에 따라, 한 쌍의 가압 롤부(220,230)의 위치, 한 쌍의 가압 롤부(220,230) 사이의 간격, 및 한 쌍의 가압 롤부(220,230)의 가압력 중 적어도 어느 하나 이상을 조절하며 전극(13) 및 분리막(14) 사이를 접합시킬 수 있다.
이때, 라미네이션 공정은 제어부(250)에서 두께측정공정을 통해 측정된 두께 측정값과 메모리(260)에 저장된 두께 표준값을 실시간으로 비교하여, 한 쌍의 가압 롤부(220,230)의 위치, 간격, 또는 가압력을 조절할 수 있다.
한편, 라미네이션 공정에서 한 쌍의 가압 롤부(220,230)는 각각 다수개의 가압롤(221a,221b,221c,231a,231b,231c)을 포함하여, 다수개의 가압롤(221a,221b,221c,231a,231b,231c)의 위치, 간격, 또는 가압력을 제어부(250)에서 각 가압롤(221a,221b,221c,231a,231b,231c) 마다 개별적으로 조절할 수 있다.
또한, 라미네이션 공정에서 한 쌍의 가압 롤부(220,230)의 다수개의 가압롤(221a,221b,221c,231a,231b,231c)은 폭방향(W)을 따라 배열될 수 있다. 이때, 라미네이션 공정은 두께 측정공정에서 측정된 다수 곳의 전극(13) 또는 분리막(14)의 두께에 따라 다수개의 가압롤(221a,221b,221c,231a,231b,231c)의 위치, 간격, 또는 가압력을 제어부(250)에서 개별적으로 조절할 수 있다.
한편, 한 쌍의 가압 롤부(220,230)는 전극(13) 및 분리막(14)의 적층체(S)에서 상측 방향에 위치된 상측 가압 롤부(220) 및 하측 방향에 위치된 하측 가압 롤부(230)로 구성될 수 있다. 여기서, 상측 가압 롤부(220)는 다수개의 상측 가압롤(221a,221b,221c) 및 다수개의 상측 가압롤(221a,221b,221c)을 각각 이동시키는 다수개의 상측 이동부(222a,222b,222c)를 포함할 수 있다. 또한, 하측 가압 롤부(230)는 다수개의 하측 가압롤(231a,231b,231c) 및 다수개의 하측 가압롤(231a,231b,231c)을 각각 이동시키는 다수개의 하측 이동부(232a,232b,232c)를 포함할 수 있다.
이때, 라미네이션 공정은 제어부(250)에서 다수개의 상측 이동부(222a,222b,222c) 및 다수개의 하측 이동부(232a,232b,232c)를 통해 다수개의 상측 가압롤(221a,221b,221c) 및 다수개의 하측 가압롤(231a,231b,231c)을 개별적으로 상,하 방향으로 이동시키며 다수개의 상측 가압롤(221a,221b,221c) 및 다수개의 하측 가압롤(231a,231b,231c) 사이의 위치, 간격, 및 가압력을 개별적으로 조절할 수 있다.
이상 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세히 설명하였으나, 이는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명에 따른 전극 조립체 제조장치 및 전극 조립체 제조방법은 이에 한정되지 않는다. 본 발명의 기술적 사상 내에서 당해 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 실시가 가능하다고 할 것이다.
또한, 발명의 구체적인 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의하여 명확해질 것이다.
10: 전극 조립체
11: 음극
11a: 음극 집전체
11b: 음극 활물질
12: 양극
12a: 양극 집전체
12b: 양극 활물질
13: 전극
14: 분리막
30: 커터
100,200: 전극 조립체 제조장치
110,210: 두께 측정부
120,220: 상측 가압 롤부
121: 상측 가압롤
122: 상측 이동부
122a: 이동대
122b: 실링더
130,230: 하측 가압 롤부
131: 하측 가압롤
132: 하측 이동부
132a: 이동대
132b: 실린더
140,240: 라미네이션부
150,250: 제어부
160,260: 메모리
170,270: 히팅부
171: 상측 히팅부
172: 하측 히팅부
211: 지지체
S: 적층체
11: 음극
11a: 음극 집전체
11b: 음극 활물질
12: 양극
12a: 양극 집전체
12b: 양극 활물질
13: 전극
14: 분리막
30: 커터
100,200: 전극 조립체 제조장치
110,210: 두께 측정부
120,220: 상측 가압 롤부
121: 상측 가압롤
122: 상측 이동부
122a: 이동대
122b: 실링더
130,230: 하측 가압 롤부
131: 하측 가압롤
132: 하측 이동부
132a: 이동대
132b: 실린더
140,240: 라미네이션부
150,250: 제어부
160,260: 메모리
170,270: 히팅부
171: 상측 히팅부
172: 하측 히팅부
211: 지지체
S: 적층체
Claims (14)
- 전극 또는 분리막 중에서 어느 하나 이상의 두께를 측정하는 두께 측정부; 및
상기 두께 측정부를 통과하며 적층되는 상기 전극 및 상기 분리막을 위,아래로 배치되는 한 쌍의 가압 롤부 사이로 통과시키며 가압하여 상기 전극 및 상기 분리막을 접합시키는 라미네이션부를 포함하고,
상기 라미네이션부는 상기 두께 측정부를 통해 측정된 상기 전극 또는 상기 분리막 중에서 어느 하나 이상의 두께에 따라, 상기 한 쌍의 가압 롤부의 위치, 상기 한 쌍의 가압 롤부 사이의 간격, 및 상기 한 쌍의 가압 롤부의 가압력 중 적어도 어느 하나 이상을 조절하며 상기 전극 및 상기 분리막 사이를 접합시키는 전극 조립체 제조장치. - 청구항 1에 있어서,
두께 측정부를 통과하며 적층된 상기 전극 및 상기 분리막의 적층체를 가압하기 전 열을 가하는 히팅부를 더 포함하는 전극 조립체 제조장치. - 청구항 2에 있어서,
상기 라미네이션부는 제어부를 더 포함하고,
상기 제어부는 상기 두께 측정부를 통해 측정된 두께 측정값과 메모리에 저장된 두께 표준값을 비교하여, 상기 한 쌍의 가압 롤부의 위치, 간격, 또는 가압력을 조절하는 전극 조립체 제조장치. - 청구항 3에 있어서,
상기 한 쌍의 가압 롤부는 각각 다수개의 가압롤을 포함하고,
상기 제어부는 상기 다수개의 가압롤의 위치, 간격, 또는 가압력을 각 가압롤 마다 개별적으로 조절하는 전극 조립체 제조장치. - 청구항 4에 있어서,
상기 두께 측정부는 상기 전극 및 상기 분리막의 진행 방향에 대해 직각인 폭방향으로 다수 곳의 두께를 측정하고,
상기 한 쌍의 가압 롤부의 다수개의 가압롤은 상기 폭방향을 따라 배열되며,
상기 제어부는 상기 두께 측정부에서 측정된 다수 곳의 상기 전극 또는 상기 분리막의 두께에 따라 상기 다수개의 가압롤의 위치, 간격, 또는 가압력을 개별적으로 조절하는 전극 조립체 제조장치. - 청구항 5에 있어서,
상기 두께 측정부는
단부가 측정부분과 접촉되는 다수개의 측정봉을 포함하는 접촉식 두께 측정 게이지로 이루어지는 전극 조립체 제조장치. - 청구항 6에 있어서,
상기 다수개의 측정봉은
상기 전극 및 상기 분리막 중 어느 하나 이상에서 폭방향으로 다수 곳의 두께를 측정하는 전극 조립체 제조장치. - 전극 또는 분리막 중에서 어느 하나 이상의 두께를 측정하는 두께측정공정; 및
상기 전극 및 상기 분리막을 적층시켜 위,아래로 배치되는 한 쌍의 가압 롤부 사이로 통과시키며 가압하여 상기 전극 및 상기 분리막을 접합시키는 라미네이션 공정을 포함하고,
상기 라미네이션 공정은 상기 두께측정공정을 통해 측정된 상기 전극 또는 상기 분리막 중에서 어느 하나 이상의 두께에 따라, 상기 한 쌍의 가압 롤부의 위치, 상기 한 쌍의 가압 롤부 사이의 간격, 및 상기 한 쌍의 가압 롤부의 가압력 중 적어도 어느 하나 이상을 조절하며 상기 전극 및 상기 분리막 사이를 접합시키는 전극 조립체 제조방법. - 청구항 8에 있어서,
상기 두께측정공정을 통과하여 적층된 상기 전극 및 상기 분리막의 적층체에 열을 가하는 히팅공정을 더 포함하는 전극 조립체 제조방법. - 청구항 9에 있어서,
상기 라미네이션 공정은
상기 두께측정공정을 통해 측정된 두께 측정값과 메모리에 저장된 두께 표준값을 제어부에서 비교하여, 상기 한 쌍의 가압 롤부 사이의 위치, 간격, 또는 가압력을 조절하는 전극 조립체 제조방법. - 청구항 10에 있어서,
상기 라미네이션 공정은
상기 두께측정공정을 통해 측정된 두께 측정값과 상기 메모리에 저장된 두께 표준값을 제어부에서 비교하여,
상기 두께 측정값이 상기 두께 표준값에 비해 작으면 상기 한 쌍의 가압 롤부 사이의 간격이 가까워지도록 이동시키고 작으면 상기 한 쌍의 가압 롤부가 가압하는 가압력을 낮추며,
상기 두께 측정값이 상기 두께 표준값에 비해 크면 상기 한 쌍의 가압 롤부 사이의 간격이 멀게 이동시키고, 상기 한 쌍의 가압 롤부가 가압하는 가압력을 높이는 전극 조립체 제조방법. - 청구항 10에 있어서,
상기 라미네이션 공정에서,
상기 한 쌍의 가압 롤부는 각각 다수개의 가압롤을 포함하여,
상기 제어부에서 상기 다수개의 가압롤 사이의 위치, 간격, 또는 가압력을 가압롤 마다 개별적으로 조절하는 전극 조립체 제조방법. - 청구항 12에 있어서,
상기 두께측정공정은 상기 전극 및 상기 분리막의 진행 방향에 대해 직각인 폭방향으로 다수 곳의 두께를 측정하고,
상기 라미네이션 공정에서 상기 다수개의 가압롤이 상기 폭방향을 따라 배열되어, 상기 두께측정공정에서 측정된 다수 곳의 상기 전극 또는 상기 분리막의 두께에 따라 상기 다수개의 가압롤 사이의 위치, 간격, 또는 가압력을 상기 제어부에서 개별적으로 조절하는 전극 조립체 제조방법. - 청구항 9에 있어서,
상기 라미네이션 공정을 거친 후,
상기 라미네이션 공정을 통해 접합된 상기 전극 및 상기 분리막의 전체 두께를 측정하여 불량 유무를 판별하는 검사공정을 더 포함하는 전극 조립체 제조방법.
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