KR20210073338A - 단위셀의 제조장치 및 제조방법 - Google Patents

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신현경
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Abstract

본 발명에 따른 단위셀의 제조방법은, 서로 마주하는 가이드롤러들 사이로 음극, 분리막, 양극이 적층된 상태로 투입시키되, 연속적으로 공급되는 분리막의 상면에는 일정 크기로 절단된 양극과 음극 중 어느 하나가 적층되고 하면에는 다른 하나가 적층되도록 투입되는 단위셀의 제조방법에 있어서, 상기 분리막은 바인더가 도포된 상태로 제조되고, 상기 가이드롤러로 분리막이 투입되기 전에 상기 분리막을 용제액에 담지시켜 경화된 바인더를 연화시키는 용제액담지단계(S10);를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 단위셀의 제조장치는, 분리막이 통과하는 동안 회전하는 이송롤러가 적어도 두 개 이상 내부에 장착되며, 용제액이 미리정해진 수위(水位)로 저장된 수조; 및 수조를 통과한 분리막이 일정 크기로 절단된 양극 및 음극과 함께 투입되며, 상기 분리막의 양면에 음극과 양극이 이동되도록 가이드롤러들이 배치된 챔버부;를 포함하고, 상기 분리막이 수조를 통과하는 동안, 상기 분리막은 적어도 일부 영역이 수조의 용제액에 담지되는(dipped) 것을 특징으로 한다.

Description

단위셀의 제조장치 및 제조방법{Apparatus and method for manufacturing unit cell}
본 발명은 미리정해진 갯수와 순서대로 음극, 분리막, 양극이 미리정해진 순서로 반복적층된 단위셀의 제조장치 및 제조방법에 관한 것으로써, 더욱 상세하게는 상기 분리막의 적층 전에 상기 분리막을 용제액에 담지시켜 바인더를 연화시킴으로써, 열과 압력에 의한 불량 발생을 억제할 수 있는 단위셀의 제조장치 및 제조방법에 관한 것이다.
전기 에너지를 저장하는 전지는 일반적으로 일차 전지와 이차 전지로 구분될 수 있다. 일차 전지는 일회용 소모성 전지인 반면에, 이차 전지는 전류와 물질 사이의 산화 및 환원 과정이 반복 가능한 소재를 사용하여 제조되는 충전식 전지이다. 즉, 전류에 의해 소재에 대한 환원 반응이 수행되면 전원이 충전되고, 소재에 대한 산화 반응이 수행되면 전원이 방전되는데, 이와 같은 충전-방전이 반복적으로 수행되면서 전기가 생성된다.
일반적으로, 이차 전지의 종류로는 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 리튬 이온 전지 및 리튬 이온 폴리머 전지 등이 있다. 이러한 이차 전지는 디지털 카메라, P-DVD, MP3P, 휴대폰, PDA, Portable Game Device, Power Tool 및 E-bike 등의 소형 제품뿐만 아니라, 전기 자동차나 하이브리드 자동차와 같은 고출력이 요구되는 대형 제품과 잉여 발전 전력이나 신재생 에너지를 저장하는 전력 저장 장치와 백업용 전력 저장 장치에도 적용되어 사용되고 있다.
이중, 리튬 이차 전지는 일반적으로 양극(Cathode), 분리막(Separator) 및 음극(Anode)이 적층되어 형성된다. 그리고 이들의 재료는 전지수명, 충방전 용량, 온도특성 및 안정성 등을 고려하여 선택된다. 리튬 이온이 양극의 리튬 금속 산화물로부터 음극으로 삽입(Intercalation) 및 탈리(Deintercalation)되는 과정이 반복되면서, 리튬 이차 전지의 충방전이 진행된다.
일반적으로 양극/분리막/음극의 3층 구조, 또는 양극/분리막/음극/분리막/양극 또는 음극/분리막/양극/분리막/음극의 5층 구조로 적층된 단위셀들이 모여, 하나의 전극 조립체가 된다. 그리고 이러한 전극조립체는 원통형 캔 또는 각형 파우치 등과 같은 케이스에 수용된다.
종래의 방식에 따라 단위셀이 제조되는 모습이 도시된 도 1 을 참조하면, 종래의 단위셀(4) 제조방식은, 연속적으로 제공되는 두 장의 분리막들(1) 사이로 일정크기로 절단된 음극(3)을 투입하고, 상측 분리막(1) 위로 일정크기로 절단된 양극(2)을 투입한 상태에서 라미네이팅장치(5)로 진입되도록 구성된다. 이때, 양극(2)과 음극(3)의 위치는 바뀔 수 있고, 상기 양극(2), 음극(3) 및 분리막(1)은 더 높은 층수로 제공될 수도 있다.
한편, 이와같이, 음극(3)과 양극(2) 및 분리막(1)이 적층된 상태에서 라미네이팅장치(5)로 투입되면, 상기 라미네이팅장치(5) 내에 장착된 가이드롤러들(6)을 통과하며 가압되고, 상기 라미네이팅장치(5) 내에 탑재된 히터(미도시)에 의해서 또는 상기 가이드롤러들(6)을 가열을 함으로써, 가열이 이뤄진다. 즉, 상기 라미네이팅장치(5) 내에서 음극(3), 양극(2), 분리막(1)은 서로 맞닿은 지점에서 가열과 가압되어 접착이 이뤄진다. 그리고, 상기 라미네이팅장치(5)를 통과한 후에는 절단이 이뤄져 단위셀(4)의 제조가 이뤄진다.
이때, 가해지는 열은 분리막(1)에 포함된 경화된 바인더를 풀어주는 역할을 하고 가해지는 압력은 접착력을 발생시킨다. 그러나, 가열과 가압과정에서 의도하지 않게 분리막(1)의 두께가 감소하는 문제가 발생할 수 있었고, 이는 안정성 및 성능면에서 악영향을 미칠 수 있었다.
따라서, 본 발명은 열을 통하여 경화된 바인더를 풀어주는(연화시키는) 종래의 공정을 대신하여 용제액에 담지하여 분리막을 풀어줌으로써 상기 분리막의 두께 감소를 방지할 수 있는 단위셀의 제조장치 및 제조방법을 제공하는 것에 주목적이 있다.
전술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 단위셀의 제조방법은, 서로 마주하는 가이드롤러들 사이로 음극, 분리막, 양극이 적층된 상태로 투입시키되, 연속적으로 공급되는 분리막의 상면에는 일정 크기로 절단된 양극과 음극 중 어느 하나가 적층되고 하면에는 다른 하나가 적층되도록 투입되는 단위셀의 제조방법으로써, 상기 분리막은 바인더가 도포된 상태로 제조되고, 상기 가이드롤러들로 분리막이 투입되기 전에 상기 분리막을 용제액에 담지시켜 경화된 바인더를 연화시키는 용제액담지단계(S10);를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 분리막은 음극과 양극 사이에 배치되는 분리막 외에도 최외각층에 적층되는 분리막이 추가로 투입되는 구조를 가지며, 상기 용제액은 DMC(디메틸 카보네이트: Dimethyl carbonate)가 함유된 용액이고, 상기 바인더는 DMC 에 의해 연화되도록 제조된다.
상기 가이드롤러들 사이에서 분리막이 통과하는 동안 상기 분리막을 건조시키는 건조단계(S20);를 포함하고, 상기 건조단계(S20)에서 분리막에 함유된 용제액의 건조가 이뤄짐과 함께 음극과 양극은 분리막과 맞닿은 표면에서 접착이 이뤄진다.
그리고, 상기 가이드롤러를 통과하는 동안 기화된 용제액은 냉각되어 액체상태로 모아지고, 모아진 용제액은 분리막이 담지되는 수조로 회수되는 회수단계(S30);를 더 포함한다.
상기 회수단계(S30)는, 가이드롤러들이 배치되고 용제액의 건조가 이뤄지는 챔버부에 일단이 연결되고 타단은 상기 수조로 연결되는 연결관에서, 상기 연결관의 내부 기압을 챔버부의 내부 기압 보다 낮추는 음압생성단계(S31); 상기 챔버부에서 유입된 기체상태의 용제를 냉각시키켜 용제액으로 액화시키는 냉각단계(S32); 및 액체상태의 용제액을 상기 수조로 운송하는 배수단계(S33);를 포함하여 구성된다.
한편, 상기 용제액담지단계(S10)는, 상기 분리막의 담지 시간을 조절하여 분리막에 흡수되는 용제액의 양을 조절하는 담지시간조절단계(S11);을 포함한다.
또한, 상기 용제액담지단계(S10)에서 분리막은 미리 정해진 영역만 용제액에 담지되고 나머지 다른 부분은 담지되지 않을 수도 있다.
아울러, 본 발명은 위와 같은 단위셀의 제조방법으로 단위셀을 제조할 수 있는 단위셀의 제조장치를 추가로 제공한다.
본 발명에 따른 단위셀의 제조장치는, 연속적으로 공급되는 분리막의 상면에는 일정 크기로 절단된 양극과 음극 중 어느 하나가 적층되고 하면에는 다른 하나가 적층되며, 상기 분리막에 양극과 음극이 접착되도록 하는 단위셀의 제조장치로써, 분리막이 통과하는 동안 회전하는 이송롤러가 적어도 두 개 이상 내부에 장착되며 용제액이 미리정해진 수위(水位)로 저장된 수조; 및 수조를 통과한 분리막이 일정 크기로 절단된 양극 및 음극과 함께 투입되며, 상기 분리막의 양면에 음극과 양극이 이동되도록 가이드롤러들이 배치된 챔버부;를 포함하고, 상기 분리막이 수조를 통과하는 동안, 상기 분리막은 적어도 일부 영역이 수조의 용제액에 담지되는(dipped) 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 챔버부 내에서는 용제액의 건조가 이뤄진다.
상기 수조는, 양극과 음극 사이에 투입되는 분리막이 통과하는 제1수조; 및 제1수조를 통과하는 분리막과 별도로 최외각층에 적층되는 분리막이 통과하는 제2수조;를 포함할 수 있다.
또한, 상기 제1수조 또는 제2수조 중 어느 하나와 챔버부를 연결하는 연결관;을 포함하고, 상기 챔버부에서 건조되어 분리막에서 제거된 용제액은 상기 연결관을 통해 제1수조 또는 제2수조로 회수된다.
상기 연결관에는 기화된 용제액을 액화시키는 냉각장치가 결합될 수 있다.
상기 제1수조와 제2수조는 개통관으로 연결되고 상기 개통관에는 밸브가 장착되어 어느 한 곳에서 다른 한 곳으로 용제액을 급수할 수 있다.
상기 이송롤러들 중 적어도 어느 하나의 이송롤러에는 직경의 크기가 부분적으로 증가된 돌출부가 둘레를 따라 형성되고, 상기 분리막에서 돌출부를 지나는 영역만 용제액에 담지될 수 있다.
상기 이송롤러들 중 적어도 두 개에는 돌출부가 각각 형성되되, 돌출부의 형성되는 위치는 각각의 이송롤러들마다 상이하게 구성될 수 있다.
아울러, 상기 이송롤러의 외주면 표면은 적어도 일부영역에서 요철(凹凸)이 형성되도록 가공될 수 있다. 그리고, 상기 이송롤러들 중 적어도 두 개에는 돌출부가 각각 형성되되 어느 하나의 돌출부의 외주면 표면에 형성된 요철과 다른 하나의 돌출부의 외주면 표면에 형성된 요철은 서로 상이하게(즉, 요철의 크기와 모양이 다르게) 형성될 수 있다.
또한, 상기 이송롤러들 중 적어도 어느 하나 이상은 수조에서 장착된 위치의 조절이 가능하게 구성될 수 있다.
상기와 같은 구성을 갖는 본 발명은 열을 통해 경화된 바인더를 풀어주는 방식을 대신하여 용제액을 통해 바인더를 풀어주므로, 분리막의 두께가 감소하는 종래 구조의 문제점을 해소할 수 있다.
그리고, 챔버부에서 기화된 용제액은 제1수조 또는 제2수조 중 한 곳으로 회수될 수 있으므로, 용제액의 낭비를 방지할 수 있고, 상기 제1수조와 제2수조는 개통관으로 연결되어, 회수된 용제액을 제1수조와 제2수조에 적절하게 분배할 수 있다.
아울러, 수조에 장착된 이송롤러들에는 돌출부가 형성되어 상기 돌출부를 지나는 곳에서만 용제액을 담지시킬 수 있다. 따라서, 분리막은 용제액에 부분적으로 담지될 수 있다.
또한, 상기 돌출부에는 요철부가 형성되어, 표면의 볼록한 부분에서만 용제액의 담지가 이뤄짐으로써, 더 다양한 패턴으로 용제액에 부분적인 담지가 가능하다.
아울러, 상기 이송롤러들 중 적어도 어느 하나 이상은 수조에서 장착된 위치의 조절이 가능하게 구성되어, 분리막이 용제액에 담지되는 영역을 조절해 담지 시간을 제어할 수 있다.
도 1 은 종래의 방식에 따라 단위셀이 제조되는 모습이 단순화되어 도시된 도면.
도 2 는 본 발명에 따른 단위셀 제조방법의 각 단계들이 도시된 순서도.
도 3 은 본 발명에 따른 단위셀 제조장치를 단순화하여 도시한 도면.
도 4 는 돌출부가 양끝단에 형성된 이송롤러의 정면도(a) 및 상기 이송롤러를 통과하여 용제액에 부분적으로 담지된 분리막의 평면도(b)가 도시된 도면.
도 5 는 돌출부가 양끝단에서부터 중심부쪽으로 이격되어 배치된 이송롤러의 정면도(a) 및 상기 이송롤러를 통과하여 용제액에 부분적으로 담지된 분리막의 평면도(b)가 도시된 도면.
도 6 은 이송롤러들 중 어느 하나가 다른 이송롤러에 상대적으로 근접배치됐을 때의 모습(i), (i)상태에서 이격배치됐을 때의 모습(ii), (ii)상태에서 더 이격배치됐을 때의 모습(iii)이 나타난 도면.
이하, 첨부된 도면에 의거하여 본 발명에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.
또한, 본 명세서 및 특허청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정하여 해석되어서는 안되며, 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.
본 발명은 서로 마주하는 가이드롤들 사이로 음극(3), 분리막(1), 양극(2)이 적층된 상태로 투입시키되, 연속적으로 공급되는 분리막(1)의 상면에는 일정 크기로 절단된 양극(2)과 음극(3) 중 어느 하나가 적층되고 하면에는 다른 하나가 적층되도록 투입되는 단위셀(4)의 제조방법 및 제조장치에 관한 것이다.
제1실시예
본 발명은 단위셀의 제조방법을 제1실시예로써 제공한다. 본 발명에 따른 단위셀 제조방법의 각 단계들이 도시된 순서도인 도 2 를 참조하면, 본 발명의 제조방법에서는 용제액담지단계(S10)를 포함한다.
본 발명에서 제공되는 분리막(1)은 음극(3)과 양극(2) 사이에 배치되고 최외각층 중 한곳에서 추가적으로 배치되므로, 적어도 두 장이 계속적으로 공급되도록 구성되며, 상기 분리막(1)에 포함되어 경화된 바인더는 용제액에 함유된 DMC(디메틸 카보네이트: Dimethyl carbonate)에 의해 연화될 수 있도록 제조된다.
한편, 상기 용제액담지단계(S10)는 챔버부(20)에 장착된 가이드롤러(21)로 분리막(1)이 투입되기 전에, 용제액(S)이 일정 범위의 수위를 유지하도록 저장된 수조(10: 10a, 10b)를 상기 분리막(1)이 통과하도록 구성된다.
상기 용제액(S)에 담지된 분리막(1)은 바인더가 풀린상태(연화된 상태)로 가이드롤러들(21) 사이로 음극(3), 양극(1)과 함께 투입된다.
아울러, 상기 용제액담지단계(S10)는 상기 분리막(1)의 담지 시간을 조절하여 분리막(1)에 흡수되는 용제액(S)의 양을 조절하는 담지시간조절단계(S11)을 포함할 수 있다. 상기 분리막(1)의 담지시간은 수조(10)에 장착되어 분리막(1)을 이송시키는 이송롤러들(11)의 회전속도를 조절하여 분리막(1)의 이송속도를 조절하거나, 또는 이송롤러들(11) 사이의 간격을 조절하여 상기 분리막(1)이 용제액(S)에 담지되는 시간을 조절할 수 있다.
또한, 상기 용제액담지단계(S10)에서 분리막(1)은 미리 정해진 영역만 용제액(S)에 담지되고 나머지 다른 부분은 담지되지 않을 수도 있다. 즉, 분리막(1)의 일부영역만 용제액(S)에 담지되도록 함으로써, 상기 분리막(1)의 일부만 용제액(S)에 적셔진 상태로 제공될 수 있다.
그리고, 용제액(S)에 적셔진 분리막(1)은 음극(3) 및 양극(2)과 적층된 상태로 챔버부(20)로 투입된다. 상기 챔버부(20) 내에서 가이드롤러들(21) 사이에서 이송되는 동안 상기 분리막(1)의 건조가 이뤄지는 건조단계(S20)가 실시된다.
상기 건조단계(S20)에서의 건조는 공기를 가열하는 히터와 가열된 공기를 챔버부(20) 내부로 송풍하는 송풍기 등을 포함하는 건조장치(22)에 의해 이뤄질 수 있다. 상기 건조장치(22)에서 생성된 고온건조한 열풍은 분리막(1)에 과도한 압력을 가하지 않고 용제액을 기화시킬 수 있다.
이때, 용제액(S)의 기화에 의해 분리막(1)에 포함된 바인더의 경화가 이뤄지며, 음극(3)과 양극(2)은 분리막(1)과 맞닿은 표면에서 접착이 이뤄진다.
한편, 건조장치(22)에서 공급된 열풍과 기화된 용제액(S) 분자는 수조(10)와 챔버부(20)를 연결하는 연결관(50)을 통해 상기 수조(10)로 회수된다.
이때, 챔버부(20) 내부로는 건조장치(22)로부터 열풍이 추가로 유입되므로 상기 챔버부(20) 내부의 기압은 수조(10)쪽의 기압보다 더 높아서 기화된 용제액(S)은 연결관(50)을 통해 수조(10)쪽으로 이동될 수 있으나, 연결관(50) 양단의 높이 내부 온도 등에 따라 이동이 방해될 수 있으므로, 원활한 이동이 이뤄질 수 있게 상기 연결관(50) 내 기압을 낮춰 강제적으로 용제액을 이동시키는 음압생성장치(미도시) 등이 상기 연결관(50)에 연결 또는 결합될 수 있다.
아울러, 상기 기체상태의 용제액(S)이 수조(10)에 도달하기 전 액체상태가 되도록 기화된 용제액을 냉각시켜 액화시키는 냉각장치(51) 등이 상기 연결관(50)에 결합되거나 추가 장착될 수 있다. 또한, 상기 수조(10)와 챔버부(20) 사이의 거리가 상당한 경우에는 용제액(s)을 강제로 배수시키는 펌프(미도시) 등이 상기 연결관(50)에 추가로 장착될 수 있다.
그러므로, 본 발명의 회수단계(S30)에서는 상기 음압생성장치에 의해 연결관(50) 기압을 낮추는 음압생성단계(S31)가 이뤄질 수 있고, 상기 냉각장치(51)에 의해 용제액(S)을 액화시키는 냉각단계(S32)가 이뤄질 수 있으며, 상기 펌프에 의해 용제액(S)을 수조(10)로 강제 운송시키는 배수단계(S33)가 이뤄질 수 있다. 다만, 상기 음압생성단계(S31), 냉각단계(S32), 배수단계(S33)는 회수단계(S30)에서 반드시 포함될 필요는 없으며, 수조(10)와 챔버부(20)의 구성에 따라 선택적으로 적용될 수 있다.
제2실시예
본 발명은 제1실시예에 따른 제조방법으로 단위셀(4)을 제조할 수 있는 제조장치를 제2실시예로써 제공한다. 본 발명에 따른 단위셀 제조장치는 연속적으로 공급되는 분리막(1)의 상면에는 일정 크기로 절단된 양극(2)과 음극(3) 중 어느 하나가 적층되고 하면에는 다른 하나가 적층되며, 상기 분리막(1)에 양극(2)과 음극(3)이 접착되도록 하는 단위셀(4)의 제조하도록 구성된다.
본 발명에 따른 단위셀 제조장치를 단순화하여 도시된 도 3 에 나타난 바와 같이, 본 발명의 제조장치는 수조(10), 챔버부(20)를 포함하여 구성된다.
상기 수조(10)는 분리막(1)이 통과하는 동안 회전하는 이송롤러(11)가 적어도 두 개 이상 내부에 장착되며 용제액(S)이 미리정해진 수위(水位)로 저장된다. 상기 용제액(S)은 수위센서에 의해 수위가 실시간으로 모니터링되고 일정 수위를 유지할 수 있도록 급수가 조절될 수 있다.
상기 수조(10)는, 양극(2)과 음극(3) 사이에 투입되는 분리막(1)이 통과하는 제1수조(10a) 및 제1수조(10a)를 통과하는 분리막(1)과 별도로 최외각층에 적층되는 분리막(1)이 통과하는 제2수조(10b)를 포함할 수 있되, 투입되는 분리막(1)의 갯수에 따라서 제3수조, 제4수조 순서대로 추가될 수도 있다.
아울러, 본 발명에서는 상기 이송롤러들(11) 중 적어도 어느 하나의 이송롤러(11)에는 직경의 크기가 부분적으로 증가된 돌출부(11b)가 둘레를 따라 선택적으로 형성될 수 있다.
도 4 는 돌출부(11b)가 양끝단에 형성된 이송롤러(11)의 정면도(a) 및 상기 이송롤러(11)를 통과하여 용제액(S)에 부분적으로 담지된 분리막의 평면도(b)가 도시되었고, 도 5 는 돌출부(11b)가 양끝단에서부터 중심부쪽으로 이격되어 배치된 이송롤러(11)의 정면도(a) 및 상기 이송롤러(11)를 통과하여 용제액(S)에 부분적으로 담지된 분리막(1)의 평면도(b)가 도시되었다.
상기 이송롤러(11)는 원통형 모양을 가짐에 따라 축회전을 함으로써 분리막(1)을 이동시키되, 직경이 확장된 돌출부(11b)를 지나는 영역에서만 분리막을 용제액에 담지시킬 수 있다.
즉, 도 4, 5 에 도시된 바와 같이, 상기 돌출부(11b)는 이송롤러(11)의 양끝단 각각에 하나씩 배치될 수 있고, 보다 중앙에 근접하여 배치될 수도 있다. 이 때, 수조(10)에 저장된 용제액(S)의 수위를 조절하거나 이송롤러가 장착되는 높이를 조절함으로써, 분리막(1)이 돌출부(11b)를 지나는 지점(1b)에서만 용제액(S)에 적셔지고, 돌출부(11)를 지나지 않는 나머지 지점은(1a)은 용제액(S)이 적셔지지 않도록 구성될 수 있다. 즉, 상기 분리막(1)은 적어도 일부 영역이 수조(10)의 용제액(S)에 담지될 수 있다. 참고로 도면에서는, 상기 돌출부(11b) 형성된 부분과 미형성된 부분(11a)은 도면에서 단차가 형성된 모양으로 도시되었으나, 실제로는 단차가 형성되지 않고 완만한 경사를 이루도록 구성될 수도 있다.
또는, 분리막(1)의 지나는 위치를 변경함으로써, 위와 같이 일부 영역에서만 용제액(S)을 담지시킬 수 있다. 즉, 수조(10)에 장착된 이송롤러(11)의 아래로 돌출부(11b)만 용제액(S)에 잠기고, 나머지 지점(1a)은 용제액(S)에 잠기지 않도록 배치하고, 상기 이송롤러(11)의 돌출부(11b)에서만 맞닿은 상태로 분리막(1)이 이송롤러(11) 위를 지나게 한다면, 상기 돌출부(11b)는 아랫쪽에서 용제액(S)이 표면에 묻은 상태로 회전하게 되므로, 윗쪽에서 분리막(1)의 맞닿은 지점에서만 용제액(S)으로 적셔질 수 있다. 이때, 이송롤러(11)는 용제액(S)을 일정양만큼 흡수할 수 있는 재질로 제조되는 것이 바람직하다.
도 4, 5 에서 상기 돌출부(11b)는 이송롤러(11)에서 두 개가 배치되었으나, 상기 돌출부(11b)의 갯수와 형성 위치는 달라질 수 있다. 또한, 원통형 이송롤러(11)에 돌출부(11b)를 형성할 때, 상기 이송롤러(11)의 제조시 상기 돌출부(11b)가 일체로 마련되도록 제조될 수도 있지만, 분리가능한 링 모양의 별도부재를 상기 이송롤러(11)에 체결하는 방식으로 구성하여, 착탈가능하고 장착위치와 갯수조절이 가능하게 상기 돌출부(11b)가 제공될 수 있다. 이 실시예에서는, 상기 이송롤러들(11) 중 적어도 두 개에는 돌출부(11b)가 각각 형성되되, 돌출부(11b)의 형성되는 위치는 각각의 이송롤러들(11)마다 상이하게 구성될 수 있다.
한편, 상기 이송롤러(11)의 외주면 표면은 적어도 일부영역에서 요철(凹凸)이 형성되도록 가공될 수 있다. 가령, 돌출부(11b)가 형성되는 경우에는 분리막(1)과 맞닿는 표면에 요철이 형성될 수 있고, 돌출부(11b)가 미형성되고 전체적으로 원통모양을 갖는 경우에는 이송롤러(11) 외주면 전체 또는 부분적으로 요철이 형성될 수 있다.
또한, 돌출부(11)가 각각 형성된 이송롤러들(11)은 서로 다른 크기와 형태의 요철이 각각의 돌출부(11) 표면에서 형성될 수 있다.
이와 같이 분리막(1)과 맞닿는 표면에서 요철이 형성됨에 따라, 분리막(1)에 가해지는 표면압력이 달라지므로, 분리막(1)에 용제액(S)이 적셔진 문양이 요철의 형태에 따라 특정형태의 패턴을 갖도록 구성될 수 있다.
또한, 이러한 요철은 분리막(1)이 이송롤러(11)를 지나는 동안 경화된 바인더를 더 효율적으로 풀어주는 기능을 제공할 수도 있다.
도 6 은 이송롤러들(11) 중 어느 하나가 다른 이송롤러(11)에 상대적으로 근접배치됐을 때의 모습(i), (i)상태에서 이격배치됐을 때의 모습(ii), (ii)상태에서 더 이격배치됐을 때의 모습(iii)이 나타난 도면이다.
본 발명에서는 상기 이송롤러들(11) 중 적어도 어느 하나 이상은 수조(10)에서 장착된 위치의 조절이 가능하게 구성될 수 있다. 물론 상기 이송롤러들(11)의 축회전 속도를 조절하여 분리막(1)의 이동 속도를 증가시키거나 늦출수도 있다.
즉, 본 발명에서는 이송롤러들(11)의 축회전 속도를 조절하는 것 뿐만이니라, 이송롤러들(11) 사이의 간격조절을 통해서 상기 분리막(1)이 이동하는 동안 담지되는 시간을 조절할 수 있다.
그리고, 상기 이송롤러들(11)이 각각 배치된 제1수조(10a)와 제2수조(10b)는 개통관(60)으로 연결되고 상기 개통관(60)에는 밸브(61)가 장착되어 어느 한 곳에서 다른 한 곳으로 용제액(S)을 급수할 수 있다.
한편, 상기 제1수조(10a)와 제2수조(10b)에서 용제액(S)에 담지된 분리막들(1)은 미리 정해진 크기로 절단되는 음극(3) 및 양극(2)과 적층된 상태로 챔버부(20)로 투입된다. 상기 음극(3)과 양극(2)은 단위셀(4)의 크기에 맞게 절단된 상태로 투입되되 상하로 정렬이 이뤄진 상태로 투입된다.
상기 챔버부(20) 내에는 분리막(1), 음극(3), 양극(2)을 이동시키며 적층방향으로 압력을 가할 수 있도록 상하로 가이드롤러들(21)이 배치된다. 상기 가이드롤러들(21)을 통과하는 동안 분리막들(1)은 챔버부(20) 내에서 용제액(S)의 건조가 이뤄진다.
상기 분리막(1)의 건조는 공기를 가열하는 히터와 가열된 공기를 챔버부(20) 내부로 송풍하는 송풍기 등을 포함하는 건조장치(22)가 챔버부에 결합되어 이뤄질 수 있다. 또는, 상기 건조장치(22)는 열풍을 대신하여 적외선을 조사하여 건조가 이뤄지는 방식으로 구성될 수도 있다. 즉, 적외선램프에서 조사되는 적외선을 분리막으로 조사시켜 분리막(1) 표면을 가열하여 용제액(S)을 기화시키는 방식으로 건조가 이뤄질 수 있다.
이때, 용제액(S)의 기화에 의해 분리막(1)에 포함된 바인더의 경화가 이뤄지며, 음극(3)과 양극(2)은 분리막(1)과 맞닿은 표면에서 접착이 이뤄진다.
한편, 건조장치(22)에서 공급된 열풍과 기화된 용제액(S) 분자는 수조(10)와 챔버부(20)를 연결하는 연결관(50)을 통해 상기 수조(10)로 회수된다. 즉, 본 발명의 제조장치는 상기 제1수조(10a) 또는 제2수조(10b) 중 어느 하나와 챔버부(20)를 연결하는 연결관(50)을 포함한다.
그리고, 상기 연결관(50)에는 기화된 용제액(S)을 액화시키는 냉각장치(51)가 결합될 수 있다.
아울러, 기화된 용제액(S)이 강제로 수조(10)쪽으로 이동될 수 있도록 상기 연결관(50)에는, 상기 연결관(50) 내 기압을 낮추는 음압생성장치, 용제액(S)을 강제로 배수시키는 펌프 등이 추가로 연결될 수 있다.
상기와 같은 구성을 갖는 본 발명은 열을 통해 경화된 바인더를 풀어주는 방식을 대신하여 용제액(S)을 통해 바인더를 풀어주므로, 분리막(1)의 두께가 감소하는 종래 구조의 문제점을 해소할 수 있다.
그리고, 챔버부(20)에서 기화된 용제액(S)은 제1수조(10a) 또는 제2수조(10b) 중 한 곳으로 회수될 수 있으므로, 용제액(S)의 낭비를 방지할 수 있고, 상기 제1수조(10a)와 제2수조(10b)는 개통관(50)으로 연결되어, 회수된 용제액(S)을 제1수조(10a)와 제2수조(10b)에 적절하게 분배할 수 있다.
아울러, 수조(10)에 장착된 이송롤러들(11)에는 돌출부(11b)가 형성되어 상기 돌출부(11b)를 지나는 곳에서만 용제액(S)을 담지시킬 수 있다. 따라서, 분리막(1)은 용제액(S)에 부분적으로 담지될 수 있다.
또한, 상기 돌출부(11b)에는 요철부가 형성되어, 표면의 볼록한 부분에서만 용제액(S)의 담지가 이뤄짐으로써, 더 다양한 패턴으로 용제액(S)에 부분적인 담지가 가능하다.
아울러, 상기 이송롤러들(11) 중 적어도 어느 하나 이상은 수조(10)에서 장착된 위치의 조절이 가능하게 구성되어, 분리막(1)이 용제액(S)에 담지되는 영역을 조절해 담지 시간을 제어할 수 있다.
이상에서 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 실시가 가능하다.
1 : 분리막
2 : 양극
3 : 음극
10 : 수조
20 : 챔버부
50 : 연결관

Claims (19)

  1. 서로 마주하는 가이드롤러들 사이로 음극, 분리막, 양극이 적층된 상태로 투입시키되, 연속적으로 공급되는 분리막의 상면에는 일정 크기로 절단된 양극과 음극 중 어느 하나가 적층되고 하면에는 다른 하나가 적층되도록 투입되는 단위셀의 제조방법에 있어서,
    상기 분리막은 바인더가 도포된 상태로 제조되고,
    상기 가이드롤러로 분리막이 투입되기 전에 상기 분리막을 용제액에 담지시켜 경화된 바인더를 연화시키는 용제액담지단계(S10);를 포함하는 것을 특징으로 하는 단위셀의 제조방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 분리막은 음극과 양극 사이에 배치되는 분리막 외에도 최외각층에 적층되는 분리막이 추가로 투입되는 것을 특징으로 하는 단위셀의 제조방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 용제액은 DMC(디메틸 카보네이트: Dimethyl carbonate)가 함유된 용액이고, 상기 바인더는 DMC 에 의해 연화되는 것을 특징으로 하는 단위셀의 제조방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 가이드롤러들 사이에서 분리막이 통과하는 동안 상기 분리막을 건조시키는 건조단계(S20);를 포함하고,
    상기 건조단계(S20)에서 분리막에 함유된 용제액의 건조가 이뤄짐과 함께 음극과 양극은 분리막과 맞닿은 표면에서 접착이 이뤄지는 것을 특징으로 하는 단위셀의 제조방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 가이드롤러를 통과하는 동안 기화된 용제액은 냉각되어 액체상태로 모아지고, 모아진 용제액은 분리막이 담지되는 수조로 회수되는 회수단계(S30);를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 단위셀의 제조방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 회수단계(S30)는,
    가이드롤러들이 배치되고 용제액의 건조가 이뤄지는 챔버부에 일단이 연결되고 타단은 상기 수조로 연결되는 연결관에서, 상기 연결관의 내부 기압을 챔버부의 내부 기압 보다 낮추는 음압생성단계(S31);
    상기 챔버부에서 유입된 기체상태의 용제를 냉각시키켜 용제액으로 액화시키는 냉각단계(S32); 및
    액체상태의 용제액을 상기 수조로 운송하는 배수단계(S33);를 포함하는 것을 특징으로 하는 단위셀의 제조방법.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 용제액담지단계(S10)는,
    상기 분리막의 담지 시간을 조절하여 분리막에 흡수되는 용제액의 양을 조절하는 담지시간조절단계(S11);을 포함하는 것을 특징으로 하는 단위셀의 제조방법.
  8. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 용제액담지단계(S10)에서 분리막은 미리 정해진 영역만 용제액에 담지되고 나머지 다른 부분은 담지되지 않는 것을 특징으로 하는 단위셀의 제조방법.
  9. 연속적으로 공급되는 분리막의 상면에는 일정 크기로 절단된 양극과 음극 중 어느 하나가 적층되고 하면에는 다른 하나가 적층되며, 상기 분리막에 양극과 음극이 접착되도록 하는 단위셀의 제조장치에 있어서,
    분리막이 통과하는 동안 회전하는 이송롤러가 적어도 두 개 이상 내부에 장착되며, 용제액이 미리정해진 수위(水位)로 저장된 수조; 및
    수조를 통과한 분리막이 일정 크기로 절단된 양극 및 음극과 함께 투입되며, 상기 분리막의 양면에 음극과 양극이 이동되도록 가이드롤러들이 배치된 챔버부;를 포함하고,
    상기 분리막이 수조를 통과하는 동안, 상기 분리막은 적어도 일부 영역이 수조의 용제액에 담지되는(dipped) 것을 특징으로 하는 단위셀의 제조장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 챔버부 내에서 용제액의 건조가 이뤄지는 것을 특징으로 하는 단위셀의 제조장치.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 수조는,
    양극과 음극 사이에 투입되는 분리막이 통과하는 제1수조; 및
    제1수조를 통과하는 분리막과 별도로 최외각층에 적층되는 분리막이 통과하는 제2수조;를 포함하는 것을 특징으로 하는 단위셀의 제조장치.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 제1수조 또는 제2수조 중 어느 하나와 챔버부를 연결하는 연결관;을 포함하고,
    상기 챔버부에서 건조되어 분리막에서 제거된 용제액은 상기 연결관을 통해 제1수조 또는 제2수조로 회수되는 것을 특징으로 하는 단위셀의 제조장치.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 연결관에는 기화된 용제액을 액화시키는 냉각장치가 결합된 것을 특징으로 하는 단위셀의 제조장치.
  14. 제 11 항에 있어서,
    상기 제1수조와 제2수조는 개통관으로 연결되고 상기 개통관에는 밸브가 장착되어 어느 한 곳에서 다른 한 곳으로 용제액을 급수할 수 있는 것을 특징으로 하는 단위셀의 제조장치.
  15. 제 9 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 이송롤러들 중 적어도 어느 하나의 이송롤러에는 직경의 크기가 부분적으로 증가된 돌출부가 둘레를 따라 형성되고, 상기 분리막에서 돌출부를 지나는 영역만 용제액에 담지되는 것을 특징으로 하는 단위셀의 제조장치.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 이송롤러들 중 적어도 두 개에는 돌출부가 각각 형성되되, 돌출부의 형성되는 위치는 각각의 이송롤러들마다 상이한 것을 특징으로 하는 단위셀의 제조장치.
  17. 제 15 항에 있어서,
    상기 이송롤러의 외주면 표면은 적어도 일부영역에서 요철(凹凸)이 형성되도록 가공된 것을 특징으로 하는 단위셀의 제조장치.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 이송롤러들 중 적어도 두 개에는 돌출부가 각각 형성되고, 어느 하나의 돌출부의 외주면 표면에 형성된 요철과 다른 하나의 돌출부의 외주면 표면에 형성된 요철은 서로 상이하게 형성된 것을 특징으로 하는 단위셀의 제조장치.
  19. 제 9 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 이송롤러들 중 적어도 어느 하나 이상은 수조에서 장착된 위치의 조절이 가능한 것을 특징으로 하는 단위셀의 제조장치.
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