KR101965830B1

KR101965830B1 - 롤 프레스 및 롤 프레스를 이용한 라미네이션 방법

Info

Publication number: KR101965830B1
Application number: KR1020160021314A
Authority: KR
Inventors: 성낙기; 배준성
Original assignee: 주식회사 엘지화학
Priority date: 2016-02-23
Filing date: 2016-02-23
Publication date: 2019-04-04
Also published as: WO2017146386A1; CN207852821U; KR20170099213A

Abstract

본 발명은 전극과 분리막의 라미네이션을 위한 롤 프레스 및 롤 프레스를 이용한 라미네이션 방법에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 전극과 분리막을 압착하여 서로 접착시키기 위한 롤부재 및 상기 롤부재의 표면에 형성되어 상기 전극과 분리막에 전달되는 압착력이 일부 영역에만 가해지도록 하는 패턴부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

롤 프레스 및 롤 프레스를 이용한 라미네이션 방법{ROLL PRESS AND LAMINATION METHOD USING ROLL PRESS}

본 발명은 롤 프레스 및 롤 프레스를 이용한 라미네이션 방법에 관한 것으로서, 보다 자세하게는 전극과 분리막의 라미네이션을 위한 롤 프레스 및 롤 프레스를 이용한 라미네이션 방법에 관한 것이다.

이차 전지는 일차 전지와는 달리 재충전이 가능하고, 또 소형 및 대용량화 가능성으로 인해 근래에 많이 연구 개발되고 있다.

이러한 이차전지는 하나의 전지 셀이 팩으로 포장된 형태 또는 전지 셀을 수십 개 연결한 팩 형태로 제작되어 휴대폰, 노트북, 및 전기 자동차의 모터 구동용 전원 등으로 널리 사용되고 있다.

이차전지의 전극은 활물질 및 도전재가 혼합되어 있는 전극 슬러리(slurry)를 전극 시트 위에 도포하고, 고온의 상태로 건조한 뒤 프레싱 과정을 거쳐 제작된다.

대한민국 공개특허공보 제10-2015-0037089호에는 종래의 전극 가이드를 포함하는 라미네이션 장치가 공지되어 있다.

이와 같이 종래의 전극 가이드를 포함하는 라미네이션 장치를 포함하여 롤 프레스 등을 활용하는 고온 가압 공정으로 라미네이션(lamination)을 수행하여 전극과 분리막을 결착한다.

그런데 전극과 분리막 전(全)면을 부착하게 됨으로써 계면간의 접착력은 증가하게 되나 공정조건에 따라 접착력이 크게 증가할 경우 분리막과 전극 계면 사이로 전해액의 이동이 어렵다는 문제점이 있다.

따라서 본 발명은 위와 같은 문제점들을 해소하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 과제는 전극과 분리막과의 사이에 라미네이션을 수행하여 전해액의 이동 향상과 함께 접착력을 확보할 수 있게 하는 롤 프레스 및 롤 프레스를 이용한 라미네이션 방법를 제공하는 것이다.

본 발명에 따른 롤 프레스는 전극과 분리막을 압착하여 서로 접착시키기 위한 롤부재 및 상기 롤부재의 표면에 형성되어 상기 전극과 분리막에 전달되는 압착력이 일부 영역에만 가해지도록 하는 패턴부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 패턴부는 상기 롤부재의 표면에 음각 또는 양각 중 어느 하나 이상으로 형성될 수 있다.

상기 패턴부의 음각 또는 양각은 상기 롤부재의 표면으로부터 1um ~ 5um 높이의 단차가 형성될 수 있다.

상기 패턴부에 의해 상기 전극과 상기 분리막은 서로 접촉되는 접착부와 서로 접촉되지 않는 비접착부가 형성될 수 있다.

본 발명에 따른 롤 프레스를 이용한 라미네이션 방법은 롤부재의 표면에 패턴부를 형성하는 패턴형성 단계, 전극과 분리막을 서로 포개진 상태로 이송하는 이송 단계 및 상기 롤부재로 상기 전극과 상기 분리막을 압착하는 압착 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 롤부재에 패턴부를 형성하여 전극과 분리막에 접착부와 미접착부가 형성되게 함에 따라 전극과 분리막의 접착력은 유지하면서 전해액의 이동은 수월하게 하는 효과가 있다.

본 발명에 따르면, 롤부재의 패턴부가 롤부재의 표면으로부터 1um ~ 5um의 높이 단차를 형성하여 전극과 분리막 사이에 접착부와 미접착부를 효과적으로 형성하는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 롤부재를 개략적으로 도시한 사시도이다.
도 2는 도 1의 평면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 롤 프레스를 이용해 라미네이션 된 전극과 분리막을 개략적으로 도시한 평면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 롤 프레스를 이용한 전극과 분리막의 라미네이션 공정을 개략적으로 도시한 공정도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 롤 프레스를 이용한 라미네이션 방법을 순차적으로 도시한 흐름도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 롤 프레스 및 롤 프레스를 이용한 라미네이션 방법에 대하여 상세히 설명하기로 한다.

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 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과하고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

도면에서 각 구성요소 또는 그 구성요소를 이루는 특정 부분의 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었다. 따라서, 각 구성요소의 크기는 실제크기를 전적으로 반영하는 것은 아니다. 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우, 그러한 설명은 생략하도록 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 롤부재를 개략적으로 도시한 사시도이고, 도 2는 도 1의 평면도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 롤 프레스를 이용해 라미네이션 된 전극과 분리막을 개략적으로 도시한 평면도이다.

도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 롤 프레스는 전극(30)과 분리막(40)을 압착하여 서로 접촉시키기 위한 롤부재(10) 및 상기 롤부재(10)의 표면에 형성되어 상기 전극(30)과 분리막(40)에 전달되는 압착력이 일부 영역에만 가해지도록 하는 패턴부(20)를 포함한다.

라미네이션은 전극(30)과 분리막(40)을 부착하여 전극 조립체를 조립하기 위한 공정이다.

이차 전지의 전극 조립체는 양극 활물질이 양면에 코팅된 양극, 음극 활물질이 양면에 코팅된 음극, 양극 및 음극 사이에 위치하여 양극과 음극의 쇼트(short)를 방지하고 리튬 이온의 이동만 가능하게 하는 분리막(40)으로 이루어진다.

그리고 본 발명에서 전극(30)은 양극 또는 음극일 수 있다.

양극 활물질로는 칼코게나이드(chalcogenide) 화합물이 사용되고 있으며, 그 예로 LiCoO2, LiMn2O4, LiNiO2, LiNi1-xCoxO2(0<x<1), LiMnO2 등의 복합 금속 산화물들이 사용되고 있다.

음극 활물질은 탄소(C) 계열 물질, 규소(Si), 주석(Sn), 틴 옥사이드, 틴 합금 복합체(compositetin alloys), 전이 금속 산화물, 리튬 금속 나이트라이드 또는 리튬 금속 산화물 등이 사용되고 있다.

또한, 일반적으로 양극은 알루미늄(Al) 재질, 음극은 구리(Cu) 재질을 사용하며, 분리막(40)은 예를 들어, 폴리에틸렌(PE), 폴리스틸렌(PS), 폴리프로필렌(PP) 및 폴리에틸렌(PE)과 폴리프로필렌(PP)의 공중합체(co-polymer)로 이루어지는 군에서 선택되는 어느 하나의 기재에 폴리비닐리덴 플로우라이드-헥사플로로프로필렌 공중합체(PVDF-HFP co-polymer)를 코팅함으로써 제조될 수 있지만, 본 발명에서 위의 소재를 한정하는 것은 아니다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 롤 프레스를 이용한 전극과 분리막의 라미네이션 공정을 개략적으로 도시한 공정도이다.

도 4에 도시된 바와 같이, 롤부재(10)는 전극조립체 제작 공정에 설치되어 컨베이어 벨트 등과 같은 이송수단(C)에 전극(30)과 분리막(40)을 서로 포개어 이동하면서 이동되는 전극(30)과 분리막(40)을 가열 압착하여 서로 접착시키기 위한 것이다.

롤부재(10)는 일반적으로 원기둥형을 형성하며 중앙의 회전축을 중심으로 회전하면서 상기 이송수단(C)에 의해 이동하는 전극(30)과 분리막(40)을 압착한다.

이때, 롤부재(10)는 가열되어 전극(30)과 분리막(40)을 압착할 시 가열 압착하여 분리막(40)에 코팅된 바인더를 녹여 전극(30)과 분리막(40)을 접착시킬 수 있다.

도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 패턴부(20)는 일 실시예로 롤부재(10)의 표면에 음각으로 형성되어 롤부재(10)가 분리막(40)과 전극(30)을 압착할 시 전극(30)과 분리막(40)에 접착부(31)와 비접착부(33)가 형성되게 한다.

하지만, 다른 실시예로 패턴부(20)는 롤부재(10)의 표면에 양각으로 형성될 수도 있다.

즉, 롤부재(10)가 전극(30)과 분리막(40)을 압착할 시 패턴부(20)에 의해 롤부재(10)의 표면 중 돌출된 부분만이 전극(30)과 분리막(40)을 압착하여 전극(30)과 분리막(40)은 롤부재(10)에 의해 압착된 부분만 접착하는 접착부(31)를 형성하고 압착되지 않은 부분은 접착되지 않아 비접착부(33)를 형성한다.

이때, 패턴부(20)가 음각으로 형성되면 롤부재(10)에서 패턴부(20)를 제외한 부분이 전극(30)과 분리막(40)을 압착하게 되고, 패턴부(20)가 양각으로 형성되면 패턴부(20)가 전극(30)과 분리막(40)을 압착하게 된다.

패턴부(20)는 롤부재(10)의 표면과의 사이에 1um ~ 5um의 높이 단차를 형성한다.

패턴부(20)와 롤부재(10)의 표면과의 단차가 1um 미만이면 패턴부(20)를 형성해도 롤부재(10)가 전극(30)과 분리막(40)을 압착하는 하중이 전극(30)과 분리막(40)의 전면에 전달되어 전극(30)과 분리막(40) 사이의 비접착부(33)를 형성할 수 없다.

그리고 패턴부(20)와 롤부재(10)의 표면과의 단차가 5um를 초과하는 경우에는 단차가 1um ~ 5um 사이인 경우와 비교하여 효과에 있어서는 큰 차이가 없으면서 패턴부(20)의 제작이 어렵고 패턴부(20) 제작의 비용과 시간상으로 효율성이 떨어지는 문제점이 있다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 롤 프레스에 의해 제작된 전극조립체는 비접착부(33)를 통해 전극(30)과 분리막(40)의 사이로 이차 전지의 전해액이 원활히 이동하게 된다.

이하, 본 발명에 따른 롤 프레스를 이용한 라미네이션 방법을 상세히 설명한다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 롤 프레스를 이용한 라미네이션 방법을 순차적으로 도시한 흐름도이다.

도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 롤 프레스를 이용한 라미네이션 방법은 패턴형성 단계(S1), 이송 단계(S2) 및 압착 단계(S3)를 포함한다.

패턴형성 단계(S1)는 도 1 내지 도 2에 도시된 바와 같이, 롤부재(10)의 표면에 음각 또는 양각의 소정 패턴(pattern)을 갖는 패턴부(20)를 형성하는 단계이다.

이송 단계(S2)는 도 4에 도시된 바와 같이 전극(30)과 분리막(40)을 서로 포개진 상태로 컨베이어 벨트 등과 같은 이송수단(C)을 사용하여 이송하는 단계이다.

압착 단계(S3)는 롤부재(10)를 사용하여 이송수단(C)에 의해 이송되는 전극(30)과 분리막(40)을 가열 압착하는 단계이다.

이때, 롤부재(10)에 의해 가열 압착된 분리막(40)은 분리막(40)에 도포된 바인더가 녹으면서 전극(30)과 접착하게 되는데, 롤부재(10)에 형성된 패턴부(20)의 위치에 따라 전극(30)과 분리막(40)의 접착력이 달라져 전극(30)과 분리막(40)은 일부 영역만 압착되어 접합된다.

이렇게 제작된 전극조립체는 전극(30)과 분리막(40) 사이가 접착되는 접착부(31)와 전극(30)과 분리막(40) 사이가 접착되지 않는 비접착부(33)가 형성되어 접착부(31)에 의해 전극(30)과 분리막(40) 사이의 접착력은 유지하면서 비접착부(33)에 의해 전극(30)과 분리막(40) 사이로 전해액이 원활하게 이동하게 한다.

상술한 바와 같은 본 발명에 따르면, 롤부재에 패턴부를 형성하여 전극과 분리막에 접착부와 미접착부가 형성되게 함에 따라 전극과 분리막의 접착력은 유지하면서 전해액의 이동은 수월하게 하는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 롤부재의 패턴부가 롤부재의 표면으로부터 1um ~ 5um의 높이 단차를 형성하여 전극과 분리막 사이에 접착부와 미접착부를 효과적으로 형성하는 효과가 있다.

이상과 같이 본 발명에 따른 롤 프레스 및 롤 프레스를 이용한 라미네이션 방법을 예시된 도면을 참고하여 설명하였으나, 본 발명은 이상에서 설명된 실시예와 도면에 의해 한정되지 않으며, 특허청구범위 내에서 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자들에 의해 다양한 수정 및 변형이 가능하다.

10: 롤부재
20: 패턴부
30: 전극
40: 분리막

Claims

전극(30)과 분리막(40)을 압착하여 서로 접착시키기 위한 롤부재(10); 및
상기 롤부재(10)의 표면에 형성되어 상기 전극(30)과 분리막(40)에 전달되는 압착력이 일부 영역에만 가해지도록 하는 패턴부(20); 를 포함하되,
상기 롤부재(10)는 가열되어 상기 전극(30)과 상기 분리막(40)을 압착할 시 가열 압착하여 상기 분리막(40)에 코팅된 바인더를 녹여 상기 전극(30)과 상기 분리막(40)을 접착시키는 것을 특징으로 하는 롤 프레스.
청구항 1에 있어서,
상기 패턴부(20)는 상기 롤부재(10)의 표면에 음각 또는 양각 중 어느 하나 이상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 롤 프레스.
청구항 2에 있어서,
상기 패턴부(20)의 음각 또는 양각은 상기 롤부재(10)의 표면으로부터 1um ~ 5um 높이의 단차가 형성되는 것을 특징으로 하는 롤 프레스.
청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
상기 패턴부(20)에 의해 상기 전극(30)과 상기 분리막(40)은 서로 접촉되는 접착부(31)와 서로 접촉되지 않는 비접착부(33)가 형성되는 것을 특징으로 하는 롤 프레스.
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