JP6210352B2 - 電極ガイドを含むラミネーション装置 - Google Patents

Description

電極ガイドを含むラミネーション装置に関する。

一般に、モバイル機器に対する技術開発と需要の増加により二次電池の需要もまた急激に増加しており、その中でもエネルギー密度と作動電圧が高く、保存と寿命特性に優れたリチウム（イオン/ポリマー）二次電池は、各種のモバイル機器はもちろん、多様な電子製品のエネルギー源として広く用いられている。

一方、モバイル機器のデザインに対する高まった関心と、携帯用モバイル機器の増加された需要とに伴い、モバイル機器に搭載されるリチウム二次電池の厚さもさらに薄くなることが求められている。

このような要求に応じて、二次電池の製造工程時に片面電極材が用いられる。片面電極材は、既存の両面電極材と比べて薄くなった電極材の厚さにより、電極材のカールが一定でなく、カールの程度もさらに甚だしくなる問題点がある。特に、電極材のカールによるラミネーション工程における電極投入不良の問題が頻繁に発生しているので、全体的なラミネーション工程の速度も遅くなり、正常の電極組立体の収率も低下することになる。

本発明は、前述したところのような従来の問題点を解決するために案出されたものであって、電極材のカールによる電極投入不良を効果的に改善することができる電極ガイドを含むラミネーション装置を提供することを目的にする。

本発明の他の目的は、電極材のカールによる電極投入不良を改善し、ラミネーション工程の速度を向上させ、全体的な生産性と収率を向上させることにある。

前述した課題を解決するための手段として、本発明は、電極材ロールから巻き戻された電極材をカッティングするカッター、前記カッティングされた電極材を移送させる移送手段、ラミネーターの投入手段の前段に位置し、前記移送手段上の前記カッティングされた電極材の前記ラミネーターの投入手段への投入をガイドする電極ガイド、前記カッティングされた電極材とセパレーター材を前記ラミネーターに投入させる投入手段、及び前記セパレーター材を前記カッティングされた電極材の上部または下部に重ねた状態で、前記カッティングされた電極材に熱と圧力を加えてラミネーティングするラミネーターを含むラミネーション装置において、所定の大きさを有する四角板形状の複数のアームが所定の間隔に離隔され、四角板形状の一つのボディーに直角に連結されている形態を有する前記電極ガイドを提供する。

前記電極ガイドで前記カッティングされた電極材が移送される方向の一側面の大きさは、前記電極ガイドと前記移送手段及び前記ラミネーターの投入手段の間の干渉のない限度内で最大の大きさを有するように決定されてよい。

さらに、前記電極ガイドで前記カッティングされた電極材が移送される方向と垂直の方向の一側面の大きさは、前記カッティングされた電極材または前記セパレーター材の大きさに基づいて決定されてよい。

本発明の一実施形態に係る前記電極材は、片面にのみ電極がコーティングされた片面電極材であってよい。

また、前記電極材ロールは、前記電極がコーティングされた片面が内面に向かい、ホイル層が外面に向かうように巻き取られているものであってよい。

さらに、前記ラミネーション装置によって前記セパレーター材がラミネーティングされた前記片面電極材は、R型バイセルまたはL型バイセルの製造に利用されてよい。

本発明の一実施形態に係る前記電極ガイドは脱着されてよい。

ラミネーション工程でラミネーターに電極を投入するとき、電極材のカール（curl）による電極投入不良の発生を低減させることができる。効率的な電極投入によってラミネーション工程の速度を改善し、全体的な生産性及び収率を増加させることができる。

本発明の一実施形態に係る電極ガイドを含むラミネーション装置を示した図である。 本発明の一実施形態に係る電極ガイドを示した図である。 本発明のラミネーション装置に適用される電極材を示した図であって、（a）は片面電極材を示した図で、（b）は両面電極材を示した図である。 本発明の一実施形態に係る片面電極材の巻取方向を示した図であって、（a）はホイル層内面の巻取方向を示した図で、（b）はホイル層外面の巻取方向を示した図である。

以下、図面を参照し、本発明の属する技術分野で通常の知識を有する者が容易に実施することができるよう、本発明の実施例を詳しく説明する。しかし、本発明は幾多の相違する形態に具現されてよく、ここで説明する実施形態に限定されない。また、図面で本発明を明らかに説明するため、説明と係わりのない部分は省略し、明細書全体を通して類似の部分に対しては類似の図面符号を付けた。

図1は、本発明の一実施形態に係る電極ガイドを含むラミネーション装置を示した図である。図1に示す通り、ラミネーション装置100は、移送手段20、カッターC1、C2、電極ガイド30、投入手段R1、R2及びラミネーターL1、L2からなる。

図1に示されているラミネーション装置100は、本実施形態の特徴がぼやかされることを防止するため、本実施形態と係わる構成要素のみ示されている。よって、図1に示されている構成要素以外に他の汎用的な構成要素がさらに含まれ得ることを、本実施形態と係わる技術分野で通常の知識を有する者であれば理解することができる。

本実施形態に係るラミネーション装置100は、ラミネーターL1、L2の投入手段R1、R2の前段にカッティングされた電極材10のラミネーターL1、L2の投入手段R1、R2への投入をガイドする電極ガイド30を含み、よって、電極材10のカール（curl）による電極投入不良率の減少及びラミネーション工程の速度を向上させる装置である。

カッターC1は、電極材ロールから巻き戻された電極材10をカッティングする。電極材10は、工程の自動化のため、予め以前の工程であるノッチング（notching）工程で巻き取られ、巻き取られたロール状態で供給される。ラミネーション装置100は、ラミネーションのため電極材ロールから電極材10を巻き戻し、巻き戻された電極材10をカッターC1を利用して所定のサイズに切断する。

移送手段20は、カッターC1によってカッティングされた電極材10を移送させる。移送手段20によって移送されたカッティングされた電極材10は、ラミネーターL1、L2の投入手段R1、R2によってラミネーターL1、L2に投入される。そして、カッティングされた電極材10は、電極ガイド30を経て、ラミネーターL1、L2の投入手段R1、R2によりラミネーターL1、L2に供給される。ここで、移送手段20は、一般に広く用いられるコンベヤーベルトなどで具現されてよいが、必ずしもこれに限定されず、以外にもカッティングされた電極材10を移送させる全ての手段を含む。

電極ガイド30は、ラミネーターL1、L2の投入手段R1、R2の前段に位置し、移送手段20上のカッティングされた電極材10をラミネーターL1、L2に投入させるため、ラミネーターL1、L2の投入手段R1、R2への投入をガイドする。

本実施形態に係る電極ガイド30は、所定の厚さを有する金属材質のプレートであって、電極ガイド30の具体的な形態と関連した具体的な説明は図2を参照する。

投入手段R1、R2は、カッティングされた電極材10とセパレーター材40をラミネーターL1、L2に投入させる。一実施形態によれば、投入手段R1、R2は、図1に示す通り、上下部に対応するように位置する第1ローラーR1及び第2ローラーR2で具現されてよい。第1ローラーR1及び第2ローラーR2は、ローラー軸を中心に互いに対応する方向に回転可能である。これに伴い、第1ローラーR1及び第2ローラーR2は、ラミネーターL1、L2のすぐ前段で電極ガイド30を通過したカッティングされた電極材10とセパレーター材40を、回転によって同時にラミネーターL1、L2に投入させる。つまり、カッティングされた電極材10とセパレーター材40は重なった状態でラミネーターL1、L2の内部に投入されることになる。

このとき、セパレーター材40はロールから巻き戻される状態のままラミネーターL1、L2に供給され、電極材10はカッティングされた状態でセパレーター材40の上部または下部に供給される。但し、セパレーター材40が必ずしもロールから巻き戻される状態のままラミネーターL1、L2に供給されなければならないものではなく、電極材10と同様に、別途のカッターによりカッティングされてラミネーターL1、L2に供給されてもよい。

ラミネーターL1、L2は、セパレーター材40をカッティングされた電極材10の上部または下部に重ねた状態で、カッティングされた電極材10に熱と圧力を加えてラミネーティングする。ラミネーターL1、L2は、図1に示す通り、上下部に対応するように位置する上部ラミネーターL1と下部ラミネーターL2で具現されてよい。上部ラミネーターL1と下部ラミネーターL2は、昇降手段（図示省略）の駆動によってそれぞれ下降または上昇し、上部ラミネーターL1と下部ラミネーターL2がそれぞれ電極材10及びセパレーター材40と当接する面を加熱、加圧してラミネーティングする。これによって、電極材10/セパレーター材40の形態に積層されたシートが生成され得る。

図1に示されているラミネーション装置100は、一つの電極材10と一つのセパレーター材40が電極材10/セパレーター材40の形態に積層されるものと示したが、これに限定されない。他の実施形態に基づき、ラミネーション装置100は、さらに他の電極材（図示省略）やセパレーター材（図示省略）をさらに含み、2層以上のシートに積層することもできる。

一実施形態に基づき、ラミネーション装置100は、積層されたシートを一定の間隔にカッティングするカッターC2をさらに含むことができる。本実施形態によれば、カッターC2は、ラミネーターL1、L2の出力端側に配置され、積層されたシートをカッティングする。

一方、電極材10はホイル層に正極または負極がコーティングされて製造されたものであって、正極は、正極集電体上に正極活物質、導電材及びバインダーの混合物を塗布したあと、乾燥及び圧着して製造される。負極の場合も、正極の製造と同様に、負極は、負極集電体上に負極活物質を塗布したあと、乾燥及び圧着して製造され、必要に応じて導電材、バインダー、充填材などが選択的にさらに含まれてよい。

セパレーター材40は、正極と負極の間に位置してショートを防止し、イオンの移動のみを可能にする物質からなる。例えば、セパレーター材40は、ポリエチレン（polyethylene）、ポリプロピレン（polypropylene）などのような微細多孔構造を有する物質で具現されてよい。しかし、これに限定されず、絶縁性を呈してイオンの移動が可能な多孔性構造を有する物質であればセパレーター材40に用いられ得る。

さらに、セパレーター材40は、電極材10と接触する面にコーティング物質がコーティングされてよい。ここで、セパレーター材40は接着力を有するコーティング物質で表面がコーティングされてよい。このとき、コーティング物質は無機物粒子とバインダー高分子の混合物であってよい。このような構造により、無機物粒子がセパレーター材40にコーティングされていても、イオンはセパレーター材40を介し正極と負極の間に円滑に移動することができる。

本発明の一実施形態によれば、ラミネーション装置100によって積層されたシートはバイセルの製造に利用され得る。さらに、少なくとも一つ以上のバイセルを積層して電極組立体を形成することができる。このとき、電極組立体はゼリーロール型電極組立体、スタック（stack）型電極組立体、スタック・アンド・フォールディング型電極組立体のうちいずれか一つに具現されてよい。

図2は、本発明の一実施形態に係る電極ガイドを示した図である。

電極ガイド30は、所定の厚さを有する金属材質のプレートであって、図2に示す通り、四角板形状の一つのボディー32と、ボディー32の一側面に所定の間隔に離隔されて直角に連結された、所定の大きさを有する四角板形状の複数のアーム31とからなる。

複数のアーム31は、それぞれ所定の長さの四角板形状を有し、カッティングされた電極材10がカッティングされた電極材10のカール（curl）による電極投入不良なく、投入手段R1、R2に正確に投入され得るようにする。

ボディー32は、複数のアーム31と同様に四角板形状を有し、複数のアーム31を一つに連結して電極ガイド30がラミネーション装置100で安定的に用いられ得るようにする。

締結部33は、電極ガイド30の一側面を移送手段20側に固定させる役割を果たす。これに伴い、電極ガイド30がラミネーション装置100に設けられる場合、電極ガイド30は締結部33を介し移送手段20側に固定され、ラミネーターの投入手段R1、R2とは所定の間隔ほど離隔して設けられる。

一方、電極ガイド30の垂直長（カッティングされた電極材10が移送される方向の長さ）は、電極ガイド30と移送手段20及びラミネーターの投入手段R1、R2の間の干渉のない限度内で最大の大きさを有するように決定されてよい。このとき、移送される方向は、締結部33から複数のアーム31が位置した方向に電極が移送される。

電極ガイド30の水平長（カッティングされた電極材10が移送される方向と垂直の方向の長さ）は、カッティングされた電極材10またはセパレーター材40の大きさに基づいて決定されてよい。つまり、電極ガイド30の水平長は、カッティングされた電極材10またはセパレーター材40の大きさに合わせて製作される。

本発明の一実施形態に基づき、電極ガイド30は脱着されてよい。これに伴い、ラミネーション装置100は、カッティングされた電極材10またはセパレーター材40の大きさに合わせて電極ガイド30を容易に変更することができる。

これに伴い、本発明の実施形態に係るラミネーション装置100は、複数のアームからなる電極ガイド30を利用し、カッティングされた電極材10のカールによる電極投入不良の発生を低減させることができ、よって、ラミネーション工程の速度が改善し、全体的な電極組立体の生産性及び収率が増加することができる。

図3は、本発明のラミネーション装置に適用される電極材を示した図であって、（a）は片面電極材を示した図で、（b）は両面電極材を示した図である。

ラミネーション装置100は、図3の片面電極材及び両面電極材が全て利用されてよい。図3によれば、両面電極材はホイル層を基準に両面全部に電極がコーティングされたものであり、片面電極材はホイル層を基準に片面にのみ電極がコーティングされたものである。

特に、片面電極材の場合、既存の両面電極材と比べて電極材の厚さが薄いため、電極材のカールの形態も一定でなく、カールの程度も一層甚だしい。これに伴い、電極ガイド30を含むラミネーション装置100は、従来のラミネーション装置に比べて片面電極材の場合にさらに大きい効果が表れる。本実施形態に係るラミネーション装置100によってセパレーター材がラミネーティングされた片面電極材は、R型バイセルまたはL型バイセルの製造に利用され得る。

R型バイセル及びL型バイセルは、正極/分離膜/負極/分離膜/正極が順次積層された構造を有する基本単位体であって、最後の正極にだけ、ホイル層を基準に片面にのみ電極がコーティングされた片面電極材が用いられる。このとき、負極タブと正極タブの位置に従いR型バイセルとL型バイセルに区分される。ホイル層で負極タブを基準に右側に正極タブが来る構造であればR型バイセルとなり、左側に正極タブが来る構造であればR型バイセルとなる。このようなR型バイセルまたはL型バイセルを少なくとも一つ以上用いて電極組立体を製造することができる。

図4は、本発明の一実施形態に係る片面電極材の巻取方向を示した図であって、（a）はホイル層内面の巻取方向を示した図で、（b）はホイル層外面の巻取方向を示した図である。

図3で説明したところのように、片面電極材は、ホイル層を基準に片面にのみ電極がコーティングされたものである。これに伴い、片面電極材を巻き取った電極材ロールは、電極がコーティングされた片面が外面に向かい、ホイル層が内面に向かうように巻き取るか、逆に、電極がコーティングされた片面が内面に向かい、ホイル層が外面に向かうように巻き取られてよい。このとき、内面は電極材ロールでロールの中心に向ける方向を表す。

図3に示す通り、（a）は、片面電極材を巻き取った電極材ロールで電極がコーティングされた片面が外面に向かい、ホイル層が内面に向かうように巻き取られたもので、ホイル層内面の巻取りを示した図であり、（b）は、片面電極材を巻き取った電極材ロールで電極がコーティングされた片面が内面に向かい、ホイル層が外面に向かうように巻き取られたもので、ホイル層外面の巻取りを示した図である。

片面電極材の場合、ホイル層が内面に向かうように巻き取られているのか、外面に向かうように巻き取られているのかのように、電極材ロールの巻取方向によっても電極投入不良の発生を低減させることができる。

図4に示す通り、ホイル層内面巻取りの電極材ロールからカッティングされた電極材の場合、11のようにカッティングされた電極材がランダムに撓み、撓む程度も別々に表れる。一方、電極材ロールの巻取方向をホイル層外面巻取りに変更する場合、12のようにカッティングされた電極材のカールが一定になり、撓む程度も微小となる。

これに伴い、電極ガイド30を含むラミネーション装置100で、既存のホイル層内面巻取りの代りに、ホイル層内面巻取りの方向に巻き取られた片面電極材の電極材ロールを用いる場合、カッティングされた片面電極材のラミネーターL1、L2への投入時に発生する、電極材カールによる電極投入不良の発生をなおさら低減させることができる。

以上のように、前述した実施形態等を介し検討してみた、本発明に係る電極ガイド30を含むラミネーション装置100によれば、所定の大きさを有する四角板形状の複数のアームが所定の間隔に離隔され、四角板形状の一つのボディーに直角に連結されている形態を有する電極ガイド30を利用し、カッティングされた電極材のラミネーターL1、L2への投入時に、投入不良の発生なく、正確にラミネーターL1、L2に投入することができるので、正常の電極組立体の収率を大きく高めることができる効果がある。

本発明は、前述した特定の好ましい実施形態に限定されず、特許請求の範囲で請求する本発明の要旨を外れることなく、当該発明の属する技術分野で通常の知識を有する者であれば誰でも多様な変形実施が可能であるのは勿論、そのような変形実施は、本発明の特許請求の範囲の記載範囲内にあることになる。

100…ラミネーション装置
10…電極材
20…移送手段
30…電極ガイド
40…セパレーター材
C1、C2…カッター
R1、R2…投入手段
L1、L2…ラミネーター

Claims (7)

1. ラミネーション装置において、
   電極材ロールから巻き戻された電極材をカッティングするカッター；
   前記カッティングされた電極材を移送させる移送手段；
   ラミネーターの投入手段の前段に位置し、前記移送手段上の前記カッティングされた電極材の前記ラミネーターの投入手段への投入をガイドする電極ガイド；
   前記カッティングされた電極材とセパレーター材を前記ラミネーターに投入させる投入手段；及び
   前記セパレーター材を前記カッティングされた電極材の上部または下部に重ねた状態で、前記カッティングされた電極材に熱と圧力を加えてラミネーティングするラミネーター；を含み、
   前記電極ガイドは、所定の大きさを有する四角板形状の複数のアームが所定の間隔に離隔され、四角板形状の一つのボディーに直角に連結されている形態を有するラミネーション装置。
2. 前記電極ガイドで前記カッティングされた電極材が移送される方向の一側面の大きさは、前記電極ガイドと前記移送手段及び前記ラミネーターの投入手段の間の干渉のない限度内で最大の大きさを有するように決定される請求項1に記載のラミネーション装置。
3. 前記電極ガイドで前記カッティングされた電極材が移送される方向と垂直の方向の一側面の大きさは、前記カッティングされた電極材または前記セパレーター材の大きさに基づいて決定される請求項1または2に記載のラミネーション装置。
4. 前記電極材は、片面にのみ電極がコーティングされた片面電極材である請求項1から3のいずれか一項に記載のラミネーション装置。
5. 前記電極材ロールは、前記電極がコーティングされた片面が内面に向かい、ホイル層が外面に向かうように巻き取られている請求項4に記載のラミネーション装置。
6. 前記ラミネーション装置によって前記セパレーター材がラミネーティングされた前記片面電極材は、R型バイセルまたはL型バイセルの製造に利用される請求項4または5に記載のラミネーション装置。
7. 前記電極ガイドは、脱着可能である請求項1から6のいずれか一項に記載のラミネーション装置。

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