特表 2023-554312 電極走行ローラー及びこれを含むノッチング装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2023-12-27

(54)【発明の名称】電極走行ローラー及びこれを含むノッチング装置

(51)【国際特許分類】

   H01M 4/04 20060101AFI20231220BHJP

【ＦＩ】

H01M4/04 A

【審査請求】有

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2023535350

(86)(22)【出願日】2022-08-31

(85)【翻訳文提出日】2023-06-14

(86)【国際出願番号】 KR2022013005

(87)【国際公開番号】W WO2023033531

(87)【国際公開日】2023-03-09

(31)【優先権主張番号】10-2021-0115349

(32)【優先日】2021-08-31

(33)【優先権主張国・地域又は機関】KR

(31)【優先権主張番号】10-2022-0109300

(32)【優先日】2022-08-30

(33)【優先権主張国・地域又は機関】KR

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】521065355

【氏名又は名称】エルジー エナジー ソリューション リミテッド

(74)【代理人】

【識別番号】110000877

【氏名又は名称】弁理士法人ＲＹＵＫＡ国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】リー、ヨウンハク

(72)【発明者】

【氏名】キム、ジュン ワン

(72)【発明者】

【氏名】リー、ハク シク

【テーマコード（参考）】

5H050

【Ｆターム（参考）】

5H050AA19

5H050BA08

5H050GA03

5H050GA04

5H050GA29

5H050HA04

5H050HA12

(57)【要約】

本発明は、集電体に電極活物質がコーティングされた電極シートを走行させる電極走行ローラーであって、
前記走行ローラーは、円筒型区間；及び前記円筒型区間の一側端部から延びるテーパ区間；を含み、
前記テーパ区間は、テーパ区間の末端部に向かって外径が徐々に減少する形態である電極走行ローラーに関する。

【特許請求の範囲】

【請求項1】

集電体に電極活物質がコーティングされた電極シートを走行させる電極走行ローラーであって、
前記電極走行ローラーは、円筒型区間；及び前記円筒型区間の一側端部から延びるテーパ区間；を含み、
前記テーパ区間は、前記テーパ区間の末端部に向かって外径が徐々に減少する形態である電極走行ローラー。

【請求項2】

前記円筒型区間の長さ及び前記テーパ区間の長さの比率は４：１～１：１である、請求項１に記載の電極走行ローラー。

【請求項3】

前記テーパ区間は、上部が切断された円錐形態である、請求項１に記載の電極走行ローラー。

【請求項4】

前記テーパ区間は、前記円筒型区間の外周面を基準とした中心軸に向かって０．２～０．５の角度で傾斜した外周面を形成する、請求項１に記載の電極走行ローラー。

【請求項5】

前記電極シートは、電極活物質がコーティングされた有地部及び前記電極活物質がコーティングされていない無地部を含み、
前記電極走行ローラーは、前記テーパ区間に前記無地部が位置するように配置される、請求項１に記載の電極走行ローラー。

【請求項6】

前記電極走行ローラーは、前記円筒型区間と前記テーパ区間との境界部に前記電極シートの有地部が位置するように配置される、請求項５に記載の電極走行ローラー。

【請求項7】

前記電極シートは、前記無地部を除いた部分が前記円筒型区間の外周面に接触する、請求項５に記載の電極走行ローラー。

【請求項8】

電池セルの生産工程において集電体の一面または両面に電極活物質がコーティングされている連続的な電極シートに電極タブを形成するためのノッチング装置であって、
前記電極シートの一部に前記電極タブが形成されるように前記電極シートを打ち抜くプレス；
前記プレスによって打ち抜かれたスクラップが排出されるように、前記プレスに対応する形状の開口が形成されているダイ；及び
前記プレスの動作に同期化して前記プレスに電極シートを移送する、請求項１～７のいずれか一項に記載の電極走行ローラーを含むノッチング装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本出願は、２０２１年８月３１日付け韓国特許出願第１０－２０２１－０１１５３４９号及び２０２２年８月３０日付け韓国特許出願第１０－２０２２－０１０９３００号に基づく優先権の利益を主張し、当該韓国特許出願の文献に開示されたすべての内容を本明細書の一部として含む。

【0002】

本発明は、電極走行ローラー及びこれを含むノッチング装置に関する。

【背景技術】

【0003】

モバイル機器に関する技術開発と需要が増加するにつれて、再充電が可能な二次電池は様々なモバイル機器のエネルギー源として広範囲に使用されている。また、二次電池は、既存のガソリン車両やディーゼル車両の大気汚染などを解決するための方案として提示されている電気自動車、ハイブリッド自動車などのエネルギー源としても注目を浴びている。

【0004】

二次電池は、電極組立体が内蔵される電池ケースの形状によってコイン型電池、円筒型電池、角型電池及びパウチ型電池に分類される。一般的に、電池ケースに内蔵される電極組立体は、正極と負極との間に分離膜を介在して巻き取ったゼリーロール型、正極と負極との間に分離膜が介在した複数の単位セルを積層したスタック型、及び単位セルを分離フィルムで巻き取ったスタック／フォールディング型に分類される。

【0005】

このような二次電池は、電極集電体上に電極活物質、導電剤、バインダーなどが混合された電極合剤を塗布した後、乾燥して電極を製造し、製造された電極を分離膜と共に積層して電極組立体を製造した後、電解液と共に電池ケースに内蔵及び密封して製造することができる。前記電極組立体は、製造方法によってスタック型、フォールディング型、スタック－フォールディング型などに区分される。スタック型またはスタック－フォールディング型電極組立体の場合、単位組立体が正極と負極が分離膜を挟んで順次積層される構造からなる。このような電極組立体を作るためには、電極タブが形成された正極と負極をまず製造することが必要である。

【0006】

すなわち、電極タブが形成された単位電極を製造するためには、まず、一面または両面に電極活物質が塗布されている連続的な電極シートに電極タブを形成するノッチング（ｎｏｔｃｈｉｎｇ）過程が必要である。前記ノッチング過程は、一般的にダイ上に電極シートを位置させ、プレスを用いて電極シートの一部を打ち抜く工程からなる。ここで、電極シートは、プレスの動作に同期化して走行する走行ローラーによって移送され、順次打ち抜かれて電極タブを形成する。

【0007】

前記電極シートの表面は、活物質が塗布されている有地部と活物質が塗布されていない無地部とからなり、走行ローラーは円筒型からなっている。前記電極シートは走行ローラーの外周面に密着して移動し、前記電極シートが走行ローラーを走行するとき、電極シート表面の有地部と無地部はそれぞれの摩擦係数が異なり、ローラーとの張力において差が発生する。そのため、無地部が折れたり、有地部と無地部との境界で破断が発生したりするなどの問題がある。

【0008】

したがって、前記問題点を解決することができる技術に対する必要性が高いのが実情である。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0009】

【特許文献1】韓国登録特許第１０－１７５９５７０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0010】

本発明は、走行ローラーによって電極シートを移送されるとき、電極シートの有地部と無地部との境界面で破断が発生する問題を解決することができる電極走行ローラーを提供することを目的とする。

【0011】

また、本発明は、前記走行ローラーを含むノッチング装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0012】

前記目的を達成するために、
本発明は、集電体に電極活物質がコーティングされた電極シートを走行させる電極走行ローラーであって、
前記走行ローラーは、円筒型区間；及び前記円筒型区間の一側端部から延びるテーパ区間；を含み、
前記テーパ区間は、テーパ区間の末端部に向かって外径が徐々に減少する形態である電極走行ローラーを提供する。

【0013】

本発明の一実施形態において、前記円筒型区間の長さ及びテーパ区間の長さの比率は４：１～１：１であってもよい。

【0014】

本発明の一実施形態において、前記テーパ区間は、上部が切断された円錐形態であってもよい。

【0015】

本発明の一実施形態において、前記テーパ区間は、円筒型区間の外周面を基準とした中心軸に向かって０．２～０．５の角度で傾斜した外周面を形成するものであってもよい。

【0016】

本発明の一実施形態において、前記電極シートは、電極活物質がコーティングされた有地部及び電極活物質がコーティングされていない無地部を含み、
前記電極走行ローラーは、テーパ区間に前記無地部が位置するように配置されるものであってもよい。

【0017】

本発明の一実施形態において、前記電極走行ローラーは、円筒型区間とテーパ区間との境界部に電極シートの有地部が位置するように配置されるものであってもよい。

【0018】

本発明の一実施形態において、前記電極シートは、無地部を除いた部分が前記円筒型区間の外周面に接触するものであってもよい。

【0019】

また、本発明は、電池セルの生産工程において集電体の一面または両面に電極活物質がコーティングされている連続的な電極シートに電極タブを形成するためのノッチング装置であって、
前記電極シートの一部に電極タブが形成されるように電極シートを打ち抜くプレス；
前記プレスによって打ち抜かれたスクラップが排出されるように、前記プレスに対応する形状の開口が形成されているダイ；及び
前記プレスの動作に同期化してプレスに電極シートを移送する前記本発明の電極走行ローラーを含むノッチング装置を提供する。

【発明の効果】

【0020】

本発明の電極走行ローラーは、円筒型区間の一側端部に延びるテーパ区間を含み、前記テーパ区間に電極シートの無地部を配置することにより、電極走行時に電極シートの有地部と無地部との境界で発生する破断を減少させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0021】

【図1】本発明の一実施例に係る電極走行ローラーを示す斜視図である。

【図2】電極シートの断面図である。

【図3】従来の電極走行ローラーを示す斜視図である。

【図4】本発明の一実施例に係る電極走行ローラーが適用された状態を例示的に示す斜視図である。

【図5】本発明の一実施例に係る電極走行ローラーを含むノッチング装置を示す正面図である。

【図6】実施例１～４及び比較例１～３の電極走行ローラーの最大有効応力を測定して示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0022】

以下、添付の図面を参照して、本発明について本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者が容易に実施できるように詳しく説明する。しかし、本発明は、色々と異なる形態で具現されることができ、ここで説明する実施例に限定されない。

【0023】

本発明を明確に説明するために説明と関係のない部分は省略し、明細書の全体を通じて同一または類似の構成要素については同一の参照符号を付す。

【0024】

また、本明細書及び特許請求の範囲に使用された用語や単語は通常的かつ辞典的な意味に限定して解釈されてはならず、発明者自らは発明を最良の方法で説明するために用語の概念を適切に定義することができるとの原則に即して、本発明の技術的思想に適合する意味と概念に解釈されなければならない。

【0025】

図１は、本発明の一実施例に係る電極走行ローラーを示す斜視図である。

【0026】

図１を参照すると、本発明の一実施例に係る電極走行ローラー１００は、集電体１１に電極活物質がコーティングされた電極シート１０を走行させる電極走行ローラー１００であって、前記走行ローラー１００は、円筒型区間１１０及び前記円筒型区間１１０の一側端部から延びるテーパ区間１２０を含む。前記テーパ区間１２０は、テーパ区間１２０の末端部に向かって外径が徐々に減少する形態である。

【0027】

ここで、図２を参照すると、前記電極シート１０は、集電体１１の一面または両面に電極活物質がコーティングされた有地部１２及び電極活物質がコーティングされていない無地部１３を含むことができる。

【0028】

具体的に、前記電極シート１０の有地部１２は、電極走行ローラー１００の走行方向に沿って電極活物質が連続的にコーティングされたものであってもよい。また、前記無地部１３は、電極走行ローラー１００の走行方向の側部に電極活物質がコーティングされていないものであってもよい。

【0029】

また、前記電極走行ローラー１００において、前記電極シート１０の無地部１３は、走行ローラー１００のテーパ区間１２０に位置するように配置されることができる。

【0030】

図３は、従来の一実施例に係る電極走行ローラーを示す斜視図である。

【0031】

図３を参照すると、従来の電極走行ローラー１００は、円筒型区間１１０及び前記円筒型区間の外周面に段差Ｓ１が形成されるように、円筒型区間１１０の直径より小さい可変区間１３０を含む。

【0032】

このとき、電極シート１０の有地部１２は、円筒型区間１１０の外周面に接触する位置に配置されることができ、前記無地部１３は、走行ローラー１００の可変区間１３０に位置するように配置されることができる。また、有地部１２と無地部１３との境界面は円筒型区間１１０の外周面に接触することができる。そのため、電極走行ローラー１００の走行時、円筒型区間１１０が前記有地部１２と無地部１３との境界面に直接接して外力として作用するため、応力を遮断及び分散させる効果が微々たるものとなる。それにより、走行ローラー１００によって電極シート１０が移送されるとき、電極シート１０の破断が発生する問題がある。

【0033】

そこで、本発明では、円筒型区間１１０の一側端部から延びるテーパ区間１２０を含む電極走行ローラー１００を提供し、前記の問題点を解決しようとした。

【0034】

以下、図１を参照して、本発明の一実施例である電極走行ローラー１００についてより詳細に説明する。

【0035】

本発明の一実施形態において、前記円筒型区間の長さＣ及びテーパ区間の長さＬの比率は、４：１～１：１であってもよく、好ましくは３：２～７：３であってもよい。前記の比率範囲で電極シート１０の有地部１２と無地部１３との境界面で発生する応力を減少させることができ、電極シート１０の破断発生を改善することができる。具体的に、電極シート１０の有地部１２と無地部１３との境界で発生する最大有効応力が５０ＭＰａ以上の場合、電極シート１０に破断が発生することがある。しかし、円筒型区間の長さＣ及びテーパ区間の長さＬの比率が４：１～１：１であると、電極シート１０の有地部１２と無地部１３との境界で発生する最大有効応力が５０ＭＰａ未満であり、それにより、電極シート１０で破断が発生する問題を改善させることができる。もし、円筒型区間の長さ（Ｃ）及びテーパ区間の長さ（Ｌ）の比率が４：１～１：１の範囲外の場合には、応力が５０ＭＰａ以上で発生して電極シート１０に発生する破断問題の改善効果が低い。

【0036】

また、本発明の一実施形態において、前記テーパ区間１２０は、上部が切断された円錐形態であってもよく、円筒型区間１１０の外周面を基準として中心軸Ｐに向かって０．２～０．５の角度、好ましくは、０．２５～０．３５の角度で傾斜した外周面を形成するものであってもよい。前記角度範囲において、電極シート１０の無地部１３とテーパ区間１２０との接触を最小化することができ、電極シート１０の破断発生を改善することができる。

【0037】

図４は、本発明の一実施例に係る電極走行ローラーが適用された状態を例示的に示す斜視図である。

【0038】

図４を参照すると、本発明の一実施例に係る電極走行ローラー１００は、テーパ区間１２０に電極シート１０の無地部１３が位置するように配置され、前記電極走行ローラー１００は、円筒型区間１１０とテーパ区間１２０との境界部に電極シート１０の有地部１２が配置されることができる。また、前記電極シート１０は、無地部１３を除いた部分が円筒型区間１１０の外周面に接触することができる。

【0039】

したがって、前記のように構成された本発明の一実施例に係る電極走行ローラー１００は、電極シート１０の走行時に電極シート１０が外周面に密着する円筒型区間１１０の一側端部にテーパ区間１２０を形成させ、電極シート１０で電極活物質がコーティングされていない無地部１３を除いた部分が円筒型区間１１０の外周面に密着することができ、無地部１３と有地部１２の境界面で発生する破断を防止することができる。

【0040】

以下では、本発明の実施例に係るノッチング装置を説明する。

【0041】

図５は、本発明の一実施例に係る電極走行ローラーを含むノッチング装置を示す正面図である。

【0042】

図５を参照すると、本発明の一実施例に係るノッチング装置２００は、電極シート１０を走行させる電極走行ローラー１００を含む。

【0043】

より具体的に、本発明の一実施例に係るノッチング装置２００は、プレス２１０、ダイ２２０及び電極走行ローラー１００からなり、集電体の一面または両面に電極活物質が塗布されている連続的な電極シート１０がノッチング装置２００の電極走行ローラー１００上に走行するようになる。

【0044】

前記プレス２１０は、電極シート１０に電極タブが形成されるように電極シート１０を一定の間隔で打ち抜き、電極走行ローラー１００はプレス２１０の動作に同期化してプレス２１０に電極シート１０を移送する機能を行う。

【0045】

また、ダイ２２０は、プレス２１０によって打ち抜かれたスクラップが排出され得るようにプレス２１０に対応する形状の開口２２１が形成されている。

【0046】

前記電極走行ローラー１００は、前述した本発明の一実施例による。

【実施例】

【0047】

以下、本発明の理解を助けるために好ましい実施例を提示するが、以下の実施例は本発明を例示するに過ぎず、本発明の範囲及び技術思想の範囲内で種々の変更及び修正が可能であることは当業者にとって明らかであり、このような変形及び修正が添付の特許請求の範囲に属することも当然のことである。

【0048】

実施例１～４及び比較例１～３．電極走行ローラーの製造
下記表１に示すように、円筒型区間の長さＣ及びテーパ区間の長さＬの比率を有する実施例１～４及び比較例２～３の電極走行ローラーを製造した。

【0049】

また、テーパ区間の代わりに可変区間を含む比較例１の電極走行ローラーを製造した。

【0050】

【表1】

【0051】

実験例１．電極走行ローラーの最大有効応力の測定
前記実施例１～４及び比較例１～３の電極走行ローラーを用いて電極シートを走行させたとき、電極シートの無地部及び有地部の境界面で発生する最大有効応力を測定した。

【0052】

前記最大有効応力の測定は、仮想検証モデルである柔軟多物体動力学技法で測定し、測定結果を下記表２に示す。

【0053】

【表2】

【0054】

最大有効応力が５０ＭＰａ以上であると、電極シートに破断が発生することがある。

【0055】

前記表２の結果から、円筒型区間の一側端部から延びるテーパ区間を含む実施例１～４の電極走行ローラーは、最大有効応力が５０ＭＰａ未満の結果を示した。これより、本発明の電極走行ローラーは電極シートに発生する破断を予防することができ、安定して電極シートを移送させることが分かる。

【0056】

また、円筒型区間の長さ及びテーパ区間の長さの比率が７：３である実施例１及び３：２である実施例３が、円筒型区間の長さ及びテーパ区間の長さの比率が１：１である実施例２及び４：１である実施例４よりも最大有効応力が低い結果を示した。前記の結果から、円筒型区間の長さ及びテーパ区間の長さの比率が３：２～７：３であることが電極シートの破断予防の側面においてより好ましいことも分かる。

【0057】

比較例１は、円筒型区間の一側端部にテーパ区間の代わりに可変区間を含む電極走行ローラーで、円筒型区間とテーパ区間の段差により最大有効応力が５０ＭＰａ以上の結果を示し、これより、比較例１の電極走行ローラーは電極シートの移送時に破断の発生を予防できないということを予測することができる。

【0058】

また、比較例２及び比較例３は、円筒型区間の長さ及びテーパ区間の長さの比率が４：１～１：１の範囲に該当しないもので、段差が形成された比較例１よりは低い最大有効応力を示したが、５０ＭＰａ以上の結果を示した。前記の結果から、円筒型区間の長さ及びテーパ区間の長さの比率が４：１～１：１の場合にのみ、最大有効応力が５０ＭＰａ未満であり、これより、電極シートで発生し得る破断を予防できることが分かる。

【符号の説明】

【0059】

１０：電極シート
１１：集電体
１２：有地部
１３：無地部
１００：電極走行ローラー
１１０：円筒型区間
１２０：テーパ区間
１３０：可変区間
２００：ノッチング装置
２１０：プレス
２２０：ダイ
２２１：開口

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【国際調査報告】