KR101166062B1 - 2차 전지의 전극탭용 코팅설비 및 코팅방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 2차 전지의 전극탭 코팅설비 및 코팅방법에 관한 것으로서, 전극탭의 기재가 되는 메탈(양극재료와 음극재료)의 표면에 코팅 처리를 통한 내구성 강화용 피막을 형성 및 부식 저항성과 산화방지효과를 높일 수 있으며, 메탈의 롤투롤 공급 및 이송 방식과 침지방식의 적용으로 원스텝 공정과 피막 형성을 위한 코팅 효율을 높일 수 있으며, 설비의 수명을 높일 수 있으면서 간단하게 설비를 구축할 수 있고 기존 전극탭에 의한 2차 전지의 성능저하요인을 개선할 수 있는 2차 전지의 전극탭 코팅설비 및 코팅방법에 관한 것이다.

Description

2차 전지의 전극탭용 코팅설비 및 코팅방법{COATING EQUIPMENT AND METHOD FOR ELECTRODE TAB OF SECONDARY BATTERY}

본 발명은 리튬계 2차 전지의 전극탭용 코팅설비 및 코팅방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전극탭의 기재가 되는 메탈의 표면에 코팅 처리를 통한 내구성 강화용 피막을 형성시킬 수 있도록 하며, 피막 형성을 위한 코팅 효율을 높일 수 있도록 한 2차 전지의 전극탭용 코팅설비 및 코팅방법에 관한 것이다.

일반적으로 핸드폰, 노트북, 휴대용 개인정보 단말기(PDA) 등의 휴대용 모바일기기는 충방전이 가능한 2차 전지인 축전지가 포함된 배터리팩을 단말기의 일측면에 결합하여 사용하며, 이 배터리팩은 단말기측에 탈부착 가능하도록 구비되므로 휴대용 단말기의 휴대성과 더불어 이동성을 보장하여준다.

이와 같이, 휴대성과 이동성을 제공할 뿐만 아니라 재충전이 가능한 배터리인 2차 전지는 화학에너지와 전기에너지의 가역적인 상호변환을 통해 충전과 방전을 반복할 수 있는 전지로서, 최근에는 에너지밀도가 높은 리튬계 2차 전지가 가장 많이 활용되고 있다.

이 리튬계 2차 전지는 전해액의 종류에 따라 액체 전해질이 사용되는 리튬이온 전지와 고분자 전해질이 사용되는 리튬이온폴리머 전지로 나눌 수 있다.

도 1은 종래 일반적으로 사용되는 리튬계 2차 전지를 나타낸 개략 사시도이고, 도 2는 도 1에서 전극탭의 구성요소를 발췌해 낸 사시도로서, 리튬계 2차 전지의 구성을 개략적으로 살펴보면, 전지부(10)와, 상기 전지부(10)가 수용되는 수용공간을 갖는 파우치(20)로 이루어진다.

상기 전지부(10)는 양극판, 세퍼레이터, 음극판의 순서로 배열된 단위 셀(unit cell) 또는 양극판, 세퍼레이터, 음극판, 세퍼레이터, 양극판, 세퍼레이터, 음극판의 순서로 배열된 바이 셀(bi-cell)을 전지 용량에 맞게 젤리-롤형(jelly-roll type)으로 와인딩하거나 적층형(stack type)으로 다 수개를 라미네이팅하여 구성된다.

이때, 전지부(10)의 각 극판에는 전극단자인 양극 단자(11)와 음극 단자(12)의 일단이 전기적으로 접속되어 인출되어 있고, 이 양극 단자(11)와 음극 단자(12)에는 금속재질인 양극 탭(13)과 음극 탭(14)이 대응 매칭되어 그 일단이 용접 등의 방법으로 각각 연결되어 있으며, 이 양극 탭(13)과 음극 탭(14)의 타단은 외부와 통전이 가능하도록 파우치(20)의 가장자리측에 형성된 실링부(21)의 외측에 노출되도록 구비된다.

또한, 상기 양극 탭(13)과 음극 탭(14)의 각각에는 그 양면으로 필름(15)을 부착함으로써 전극탭("단자탭 또는 리드탭"이라고 함)을 구성하게 되는데, 여기서 필름(15)은 파우치(20) 내에 충진되는 전해액이 누설되지 않도록 기능함과 더불어 절연기능을 발휘하게 된다.

상기 전극탭은 띠와 같은 형태로 구비된 양극 탭(13)의 금속재료(예를 들면, Al) 및 음극 탭(14)의 금속재료(예를 들면, Ni)에 그 양면으로 필름(15)을 위치시킨 다음 열원을 이용하여 융착 고정시킴에 의해 구비되는데, 이후 필요 길이로 절단하고 이를 양극 단자(11)측과 음극 단자(12)측에 용접 등의 방법으로 연결하게 된다.

덧붙여, 상기와 같이 전극탭을 양극 단자(11)측과 음극 단자(12)측에 연결한 다음에는 전지부(10)를 파우치(20)의 수용공간 내에 수납한 상태에 전해액을 충진한 후, 파우치(20)를 실링 처리하면 실링부(21)에서의 열융착에 의해 밀폐된다.

이때, 필름(15)이 부착된 양극 탭(13) 및 음극 탭(14)의 전극탭은 필름(15)이 파우치(20)의 실링부(21)측 접점부위에 개재되어 함께 열융착 실링처리에 사용됨에 의해 파우치(20) 내에 충진된 전해액이 양극 탭(13) 및 음극 탭(14)이 위치된 지점을 통하여 외부로 누출되는 현상을 방지할 수 있고, 외부의 습기가 파우치(20) 내부로 유입되는 현상을 차단할 수 있으며, 전극탭 부위에서 발생될 수 있는 단락(short)을 미연에 방지하는 기능을 발휘하게 된다.

한편, 양극 단자(11)측과 음극 단자(12)측에 직접적으로 연결되어지는 양극 탭(13)과 음극 탭(14)으로는 주로 알루미늄(Al) 소재의 메탈과 니켈(Ni) 소재의 메탈이 사용되는데, 부식 및 산화 등에 의해 내구성이 떨어지는 문제점이 있고, 이로 인해 단락(short) 등이 발생될 수 있어 2차 전지의 성능 저하 요인이 되기도 한다.

본 발명은 상술한 문제점 등을 감안하여 안출된 것으로서, 전극탭의 기재가 되는 메탈(양극재료와 음극재료)의 표면에 코팅 처리를 통한 내구성 강화용 피막을 형성 및 용이한 수행을 가능하게 하며, 메탈의 롤투롤(roll-to-roll) 공급 및 이송 방식과 침지방식을 적용하여 피막 형성을 위한 코팅 효율을 높일 수 있도록 한 2차 전지의 전극탭용 코팅설비 및 코팅방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명은 전극탭의 기재가 되는 메탈(양극재료와 음극재료)의 표면에 침지방식에 의한 코팅 처리로 피막 형성작업을 수행하고, 이를 통해 부식 저항성 및 산화방지효과를 높일 수 있도록 함으로써 메탈의 내구성을 강화시킬 수 있도록 하는 2차전지의 전극탭용 코팅설비 및 코팅방법을 제공하는데 있다.

본 발명은 설비의 수명을 높일 수 있으면서 간단하게 설비를 구축할 수 있고, 원스텝 공정처리가 가능하며, 작업환경을 개선할 수 있는 2차전지의 전극탭용 코팅설비를 제공하는데 있다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 2차 전지의 전극탭용 코팅설비는, 전극탭의 기재가 되는 메탈을 롤투롤 방식으로 공급 및 권취하기 위한 언코일러와 리코일러를 갖고; 상기 언코일러와 리코일러의 사이에 탈지조, 제1수세조, 스머트 제거조, 제2수세조, 제1피막 처리조, 제3수세조, 제2피막 처리조, 제4수세조, 에어샤워기, 열풍건조기가 순차 설치되며; 상기 탈지조를 비롯한 제1수세조, 스머트 제거조, 제2수세조, 제1피막 처리조, 제3수세조, 제2피막 처리조, 제4수세조의 각각에는 외부 상측에 한쌍 구조의 제1가이드롤러가 회전 가능하도록 설치되어 메탈의 이송 가이드 및 각 처리조로의 진입과 진출을 가이드하도록 구비되고, 상기 각 처리조의 내부에는 한쌍 구조의 제2가이드롤러가 회전 가능하도록 설치되어 메탈에 대해 각 처리조 내에서의 침지상태 유지와 이송을 가이드하도록 구비되어지되; 상기 제1가이드롤러는 다수의 설치개수 중에서 일부가 자연 회전력을 갖도록 설치됨과 더불어 중간 중간에 구동수단에 의한 인위적 구동 회전력을 갖도록 나누어 배열함으로써 메탈을 끊김없이 연속적으로 공급 및 이송시키면서 메탈 측에 미치는 장력 부하를 완충해줄 수 있도록 구비되며; 상기 전극탭의 기재가 되는 메탈의 표면에 1차 또는 2차에 걸친 피막 처리가 가능하도록 구비되는 것을 특징으로 한다.

바람직하게, 상기 제1가이드롤러의 인위적 구동 회전력을 부여하기 위한 구동수단은 2개의 자석과 1개의 판으로 이루어진 자성체를 한쌍 구조로 배치하여 자력을 이용한 회전동력을 전달할 수 있도록 구비하되, 설비의 길이방향으로 배치된 일자형 축 상에 제1자성체를 결합하고, 상기 제1자성체 위에 제2자성체를 위치시켜 교차 방향으로 배열시킨 상태에 제1가이드롤러 측과 결합시킴으로써 비접촉식 구조로 구비될 수 있다.

바람직하게, 상기 제2가이드롤러는 수직나사봉에 나사 결합시킴으로써 수직나사봉의 회전방향에 따라 승강(昇降)이 가능토록 하여 메탈의 각 처리조 내에 머무는 침지시간을 조정할 수 있도록 구비될 수 있다.

바람직하게, 상기 탈지조를 비롯한 스머트 제거조, 제1피막 처리조, 제2피막 처리조에는 여과기를 각각 연결 설치함으로써 각 처리조의 내부로 투입되는 처리용액에 대해 순환 및 여과 처리하여 사용할 수 있도록 구비될 수 있다.

바람직하게, 상기 탈지조를 비롯한 제1수세조, 스머트 제거조, 제2수세조, 제1피막 처리조, 제3수세조, 제2피막 처리조, 제4수세조의 외부 상측으로는 배기팬을 갖는 덕트를 설치하여 각 처리조에서 발생되는 냄새는 물론 오염공기를 배기 처리할 수 있도록 구비될 수 있다.

한편, 상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 2차 전지의 전극탭용 코팅방법은, 양극재료인 알루미늄 소재의 메탈 표면에 피막을 형성하기 위한 것으로서; 띠 형태를 갖는 알루미늄 소재의 메탈을 구비하되, 언코일러과 리코일러에 감아 롤투롤 이송 처리하도록 하고, 한쌍 구조의 제1가이드롤러와 제2가이드롤러를 통하여 메탈을 침지상태로 이송 가능하게 하는 소재이송 준비단계; 탈지액이 투입된 탈지조에 메탈을 침지상태로 통과시키되, 100~150ℓ 기준하여 금속탈지제가 5~20%의 농도로 혼합되고 pH 7을 유지하며 40~70℃의 온도를 갖는 조건에서 탈지 처리하는 탈지단계; 수세 처리하는 1차 수세단계; 스머트 제거액이 투입된 스머트 제거조에 메탈을 침지상태로 통과시키되, 100~150ℓ 기준하여 디스머트제가 3~10%의 농도로 혼합되고 pH 2를 유지하며 상온(20~30℃) 조건에서 디스머트 처리하는 스머트 제거단계; 수세 처리하는 2차 수세단계; 제1피막액이 투입된 제1피막 처리조에 메탈을 침지상태로 통과시키되, 120~200ℓ 기준하여 크로메이트제가 20~35%의 농도로 혼합되고 pH 4를 유지하며 30~50℃의 온도를 갖는 조건에서 크로메이트 처리하여 내식성을 위한 제1피막을 형성시키는 제1피막 형성단계; 수세 처리하는 3차 수세단계; 제2피막액이 투입된 제2피막 처리조에 메탈을 침지상태로 통과시키되, 120~200ℓ 기준하여 마이크로씰(micro seal) 용액이 15~30%의 농도로 혼합되고 pH 11을 유지하며 상온(20~30℃)에서 내식성을 더욱 강화하기 위한 제2피막을 형성시키는 제2피막 형성단계; 수세 처리하는 4차 수세단계; 메탈의 표면으로 에어를 분사하여 메탈이 머금은 물기를 1차적으로 제거하기 위한 에워 샤워단계; 메탈의 표면으로 열풍을 공급하여 메탈로부터 수분 및 물기를 완전히 제거하고 건조 처리하기 위한 열풍건조단계; 를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또한, 상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 2차 전지의 전극탭용 코팅방법은, 음극재료인 니켈 소재의 메탈 표면에 피막을 형성하기 위한 것으로서; 띠 형태를 갖는 알루미늄 소재의 메탈을 구비하되, 언코일러과 리코일러에 감아 롤투롤 이송 처리하도록 하고, 한쌍 구조의 제1가이드롤러와 제2가이드롤러를 통하여 메탈을 침지상태로 이송 가능하게 하는 소재이송 준비단계; 탈지액이 투입된 탈지조에 메탈을 침지상태로 통과시키되, 100~150ℓ 기준하여 금속탈지제가 5~20%의 농도로 혼합되고 pH 11을 유지하며 30~55℃의 온도를 갖는 조건에서 탈지 처리하는 탈지단계; 수세 처리하는 1차 수세단계; 스머트 제거액이 투입된 스머트 제거조에 메탈을 침지상태로 통과시키되, 100~150ℓ 기준하여 황산이 2~5%의 농도로 혼합되고 pH 3을 유지하며 상온(20~30℃)에서 산세척하는 스머트 제거단계; 수세 처리하는 2차 수세단계; 제1피막액이 투입된 제1피막 처리조에 메탈을 침지상태로 통과시키되, 120~200ℓ 기준하여 크로메이트제(중크롬산)가 0.5~3%의 농도로 혼합되고 pH 7을 유지하며 30~50℃의 온도를 갖는 조건에서 크로메이트 처리하여 내식성을 위한 제1피막을 형성시키는 제1피막 형성단계; 수세 처리하는 3차 수세단계; 메탈의 표면으로 에어를 분사하여 메탈이 머금은 물기를 1차적으로 제거하기 위한 에워 샤워단계; 메탈의 표면으로 열풍을 공급하여 메탈로부터 수분 및 물기를 완전히 제거하고 건조 처리하기 위한 열풍건조단계; 를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 전극탭의 기재가 되는 메탈(양극재료와 음극재료)의 표면에 코팅 처리를 수행함으로써 내구성 강화용 피막을 형성시킴에 따라 부식 저항성과 산화방지효과를 높일 수 있고 기존 전극탭에 의한 2차 전지의 성능저하요인을 개선할 수 있으며, 메탈의 롤투롤 공급 및 이송 방식과 침지방식의 적용으로 원스텝 공정처리가 가능하고 피막 형성을 위한 코팅 효율 또한 높일 수 있는 유용한 효과를 달성할 수 있다.

본 발명은 자력을 이용하여 회전동력을 전달할 수 있도록 자성체를 활용하되 이를 제1가이드롤러의 일부 회전구동수단으로 채택함에 따라 긴 라인설비에도 불구하고 간단하게 설비를 구축할 수 있으면서 설비의 수명을 높여줄 수 있고 비접촉식 구조로 구성할 수 있으며, 별도의 구동전력이 필요없게 되므로 소비전력을 절감할 수 있을 뿐만 아니라 설비 사용시 무분진과 무소음 등의 장점을 발휘할 수 있는 유용함을 제공할 수 있다.

도 1은 종래 일반적으로 사용되는 리튬계 2차 전지를 나타낸 개략 사시도.
도 2는 도 1에서 전극탭의 구성요소를 발췌해 낸 사시도.
도 3은 본 발명의 실시예에 의한 2차 전지의 전극탭용 코팅설비를 나타낸 개략적 전체 구성도.
도 4는 본 발명에 따른 2차 전지의 전극탭용 코팅설비에 있어 요부 구성을 나타낸 사시도.
도 5는 본 발명에 따른 2차 전지의 전극탭용 코팅설비에 있어 제2가이드롤러의 승강식 설치구조를 나타낸 도면.
도 6은 본 발명의 실시예에 의한 2차 전지의 전극탭용 코팅방법을 나타낸 흐름도.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 의한 2차 전지의 전극탭용 코팅방법을 나타낸 흐름도.

본 발명에 대해 첨부한 도면을 참조하여 바람직한 실시예를 설명하면 다음과 같으며, 이와 같은 상세한 설명을 통해서 본 발명의 목적과 구성 및 그에 따른 특징들을 보다 잘 이해할 수 있게 될 것이다.

본 발명의 실시예에 의한 2차 전지의 전극탭용 코팅설비는, 일정 폭을 갖는 띠 유형의 금속재료(이하 '메탈'이라 한다.)의 표면에 코팅 처리에 의한 피막을 형성시킴으로써 2차 전지에 사용되어 전극탭을 구성하는 양극재료 또는 음극재료의 내구성 강화를 위한 자동화라인 설비로서, 도 3에서와 같이, 전극탭의 기재가 되는 메탈(M)을 롤투롤(roll-to-roll) 방식으로 공급 및 권취하기 위한 언코일러(uncoiler)(101)와 리코일러(recoiler)(102)가 전방과 후방에 간격 배치되어 구비된다.

상기 메탈(M)은 전극탭의 제조를 위한 기재(基材) 및 피코팅재가 되는 것으로서, 양극재료로 알루미늄(Al) 메탈이 사용되고, 음극재료로 니켈(Ni) 메탈이 사용된다 할 것이다.

상기 언코일러(101)와 리코일러(102)의 사이에는 메탈(M)이 공급되는 방향에서 권취가 수행되는 방향쪽으로 순차 설치되어지되, 메탈(M)의 표면에 침지방식에 의한 코팅 처리를 수행할 수 있도록 탈지조(110), 제1수세조(112), 스머트(smut) 제거조(114), 제2수세조(116), 제1피막 처리조(118), 제3수세조(120), 제2피막 처리조(122), 제4수세조(124), 에어샤워기(130), 열풍건조기(140)가 설치된다.

상기 탈지조(110)를 비롯한 제1수세조(112), 스머트 제거조(114), 제2수세조(116), 제1피막 처리조(118), 제3수세조(120), 제2피막 처리조(122), 제4수세조(124)에는 해당 공정을 수행하기 위한 처리용액이 각각 투입된다 할 것이다.

여기서, 양극재료인 알루미늄(Al) 메탈에 피막을 형성시키는데 상기 나열된 설비들이 모두 사용된다 할 것이며, 음극재료인 니켈(Ni) 메탈에 피막을 형성시키는 경우에는 1번의 피막 처리만을 수행하여도 되므로 제2피막 처리조(122)와 제4수세조(124)가 제외된 상태로 사용된다 할 것이다.

상기 탈지조(110)를 비롯한 제1수세조(112), 스머트 제거조(114), 제2수세조(116), 제1피막 처리조(118), 제3수세조(120), 제2피막 처리조(122), 제4수세조(124) 각각에는 처리조의 외부 상측에 한쌍 구조의 제1가이드롤러(103)가 회전 가능하도록 설치되어 메탈(M)의 이송 가이드 및 각 처리조로의 진입과 진출을 가이드하도록 구비되고, 이와 더불어 각 처리조의 내부에도 한쌍 구조의 제2가이드롤러(104)가 회전 가능하도록 설치되어 피코팅재인 메탈(M)에 대해 해당 공정에서의 침지상태 유지와 코팅작업의 원활한 수행이 이루어지도록 구비된다.

이때, 각 처리조의 외부 상측에 설치되는 상기 제1가이드롤러(103)에 있어서는 다수의 설치개수 중에서 일부가 자연 회전력을 갖도록 설치되고 자연 회전력을 갖는 제1가이드롤러(103)의 중간 중간에 구동수단에 의한 인위적 구동 회전력을 갖도록 적절히 배열하여 설치함으로써 메탈(M)의 이송에 따른 원활함과 더불어 메탈(M) 측에 미치는 장력 부하를 완충해줄 수 있도록 하여 메탈(M)을 끊김없이 연속적으로 공급 및 이송할 수 있도록 구성함이 바람직하다.

상기 제1가이드롤러(103)의 다수 중 일부에 인위적 구동 회전력을 부여하기 위한 구동수단(150)으로는 자력을 이용하여 피구동체(제1가이드롤러)에 회전동력을 전달할 수 있도록 2개의 자석과 1개의 판으로 이루어진 자성체를 한쌍 구조로 사용함이 바람직하다 할 것이다.

부연하여, 도 4에 나타낸 바와 같이, 제1자성체(151)와 제2자성체(152)로 한쌍을 구비하되, 제1자성체(151)는 설비의 길이방향으로 배치된 일자형 축(105) 상에 결합되며, 제2자성체(152)는 제1자성체(151) 위에 위치시켜 교차 방향으로 배열시킨 상태에 제1가이드롤러(103) 측과 결합되게 구성할 수 있다.

즉, 제1자성체(151)와 제2자성체(152)가 비접촉식 구조로 상하 위치되어 상호간 자력에 의해 제2자성체(152)를 회전시킴으로써 제1가이드롤러(103)에 회전동력을 전달하는 구동수단(150)으로서 기능하게 되는 것이다.

이와 같이, 제1가이드롤러(103)의 일부 구동수단(150)으로 자성체를 이용함으로써 다수의 수조를 라인설비로 구축함에 따른 코팅설비의 긴 라인길이(10~15m)에도 유연하게 대처하여 전체 코팅설비를 보다 용이하게 구축할 수 있으며, 제1자성체(151)와 제2자성체(152)간 비접촉식 설치로 종래 많이 사용되는 치합(齒合;기어 맞물림)에 의한 통상의 기어결합방식에 비해 정밀성을 필요치 않으므로 약간의 설치공차가 있어도 무방하고 일축(一軸) 구조 상에 중간 중간 연결하여 회전구동을 가능하게 하는 등 설치의 용이함 및 간단하게 설치할 수 있으며, 자력을 이용한 회전력을 제공하므로 별도의 구동전력이 필요없을 뿐만 아니라 설비의 전반적인 수명을 높일 수 있고 무분진과 무소음 등의 장점을 발휘할 수 있어 깨끗한 작업환경을 조성하여줄 수 있다.

또한, 일자형 축(105)에 의한 일축(一軸) 구조를 가능하게 하므로 본 발명과 같은 라인설비를 구축함에 있어서의 더욱 유용함을 제공할 수 있으며, 이때 일자형 축(105)은 라인설비를 구축함에 따라 장축(長軸)의 구성이 요구되는데 도 4에 나타낸 바와 같이, 커플러(106)를 사용함으로써 일자형 축(105)의 완충작용 및 내구력을 높여줄 수 있도록 구성할 수 있다 할 것이다.

나아가, 각 처리조의 내부에 설치되는 상기 제2가이드롤러(104)는 도 5의 예시에서와 같이, 수직나사봉(107)에 나사 결합되게 연결함으로써 수직나사봉(107)의 회전방향에 따라 수직나사봉(107)을 타고 승강(昇降) 가능하도록 설치함이 바람직하다.

이와 같이, 상기 제2가이드롤러(104)에 대해 승강 설치구조를 채택함은 제2가이드롤러(104)의 설치위치에 따라 각각의 처리조에 침지되는 메탈(M)의 각 처리용액 내에 머무는 시간 즉, 침지시간을 조정할 수 있도록 하기 위함이며, 이를 통해 코팅작업의 유용한 대처를 가능하게 하면서도 메탈(M)이나 처리용액 등에 수정작업이 이루어질 시 빠르게 대응할 수 있다.

그리고, 상기 탈지조(110)를 비롯한 제1수세조(112), 스머트 제거조(114), 제2수세조(116), 제1피막 처리조(118), 제3수세조(120), 제2피막 처리조(122), 제4수세조(124)의 외부 상측으로는 배기팬을 갖는 덕트(160)를 설치하여 처리용액에서 발생되는 냄새는 물론 공정 수행에 따라 발생되는 오염공기를 배기 처리할 수 있도록 함으로써 작업환경을 깨끗하게 조성할 수 있도록 함이 바람직하다.

덧붙여, 상기 탈지조(110)를 비롯한 스머트 제거조(114), 제1피막 처리조(118), 제2피막 처리조(122)에는 찌꺼기 등 부산물의 발생율이 높다 할 수 있는데, 각각 여과기(170)를 연결 설치함으로써 각 처리조의 내부로 투입되는 처리용액에 대해 순환 및 여과 처리하여 사용할 수 있도록 구성함이 바람직하다.

한편, 상기 언코일러(101)와 리코일러(102)는 메탈(M)의 신속한 이송 공급과 공정의 원스텝 처리 및 메탈의 장력 유지를 가능하게 하는 수단으로서, 이들 간의 회전력을 제어함에 따라 메탈의 장력을 적절히 조절할 수 있는 것이다.

상기 탈지조(110)는 초음파 세정을 위한 초음파 진동자(미 도시됨)가 구비된다 할 것이며, 메탈(M)에 묻어있는 기름기와 이물질 등을 제거하기 위한 것으로서, 내부에 탈지액이 투입된다.

상기 스머트 제거조(114)는 메탈(M)의 표면에 대한 디스머트(desmut) 효과를 통해 스머트(smut)를 제거함으로써 피막 형성을 위한 후공정의 밀착성을 최대로 높여주기 위한 것으로서, 스머트 제거액이 투입된다.

상기 제1피막 처리조(118)는 메탈(M)의 표면에 침적을 통한 피막을 형성시킴으로써 부식방지 및 산화방지를 위한 내식성을 갖게 하기 위한 것으로서, 제1피막액이 투입된다.

상기 제2피막 처리조(122)는 메탈(M)로 알루미늄을 사용하였을 때 주로 사용되는 것이기는 하나, 메탈(M)로 니켈을 사용하였을 때에도 내식성 강화를 위해 사용될 수 있다 할 것이며, 메탈(M)의 표면에 기 형성된 피막의 보호층 및 내식성 강화층을 형성하기 위함은 물론 오염방지효과를 제공하기 위한 것으로서, 더욱 뛰어난 내식성을 통해 내구성 증대효과를 부여하기 위한 것이다.

상기 제2피막 처리조(122)에는 제2피막액이 투입된다.

상기 제1수세조(112), 제2수세조(116), 제3수세조(120) 및/또는 제4수세조(124)는 피막 형성을 위한 메탈(M)의 표면이 깨끗하여지도록 씻어내는 작업으로서, 메탈(M)로부터 탈지액, 스머트 제거액, 제1피막액, 제2피막액 등을 씻어내기 위한 것이며, 상온(20~30℃)의 공업용수 또는 증류수 등과 같은 순수한 물이 사용된다 할 것이다.

이때, 상기 제1수세조(112), 제2수세조(116), 제3수세조(120) 및/또는 제4수세조(124)는 각각 수세효율을 높이기 위해 다단으로 수세작업이 가능하도록 구비될 수 있다 할 것이다.

또한, 제3수세조(120), 제4수세조(124)에는 주로 최종적인 수세작업이 이루어지는 처리조로 증류수 등과 같은 순수한 물을 사용함이 바람직하다.

상기 에어샤워기(130)는 피막과 수세 과정을 모두 마친 메탈(M)의 표면으로 에어를 분사하여 줌으로써 메탈(M)이 머금은 물기를 1차적으로 제거하여주기 위한 것으로서, 도시하지는 않았으나, 하나의 라인형 에어노즐몸체에 다수의 작은 노즐공을 일렬로 라인 배열하여 에어를 메탈(M) 측에 분사할 수 있도록 구비함이 바람직하다 할 것이다.

상기 열풍건조기(140)는 피막이 형성된 메탈(M) 측에 열풍을 공급함으로써 수분 및 물기를 완전히 제거하여 건조시키기 위한 것이다.

한편, 상술한 구성으로 이루어진 본 발명에 의한 2차 전지의 전극탭 코팅설비를 이용하는 2차 전지의 전극탭 코팅방법에 대해 도 6과 도 7을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

먼저, 도 6을 참조하여 피코팅재로 양극재료인 알루미늄(Al)의 메탈 표면에 피막 코팅을 실시하는 방법에 대해 설명하면, 소재이송 준비단계(S11), 탈지단계(S12), 1차 수세단계(S13), 스머트 제거단계(S14), 2차 수세단계(S15), 제1피막 형성단계(S16), 3차 수세단계(S17), 제2피막 형성단계(S18), 4차 수세단계(S19), 에워 샤워단계(S20), 열풍건조단계(S21)를 포함하여 이루어진다.

상기 소재이송 준비단계(S11)는 띠(밴드) 형태를 갖는 알루미늄(Al) 소재의 메탈(M)을 구비하되, 언코일러(101)과 리코일러(102)에 감아 이를 통해 메탈(M)을 롤투롤(Roll to Roll) 이송 처리할 수 있도록 함으로써 원스텝 공정으로 피막 처리를 완료할 수 있도록 구비되며, 한쌍 구조의 제1가이드롤러(103)와 제2가이드롤러(104)를 통하여 메탈(M)을 침지상태로 피막 처리할 수 있도록 구비된다.

상기 탈지단계(S12)는 탈지조(110) 내에 탈지액을 투입하되, 100~150ℓ 기준하여 금속탈지제가 5~20%의 농도를 유지하도록 혼합되고 pH 7의 중성을 유지되게 하며 40~70℃의 온도를 갖는 조건에서 메탈(M)을 침지 및 이송시켜 메탈(M)에 묻어있는 기름기와 이물질 등을 제거토록 한다.

상기 1차 수세단계(S13)는 공업용수가 담긴 제1수세조(112)를 메탈(M)이 통과토록 함으로써 메탈(M)에 묻어있는 탈지액을 씻어낼 수 있도록 세척한다.

상기 스머트 제거단계(S14)는 스머트 제거조(114) 내에 스머트 제거액을 투입하되, 100~150ℓ 기준하여 디스머트제가 3~10%의 농도를 유지하도록 혼합되고 pH 2의 산성을 유지되게 하며 상온(20~30℃) 조건에서 메탈(M)을 침지 및 이송시켜 메탈(M)의 표면으로부터 스머트(smut)를 제거토록 한다.

상기 2차 수세단계(S15)는 공업용수가 담긴 제2수세조(116)를 메탈(M)이 통과토록 함으로써 메탈(M)에 묻어있는 스머트 제거액을 씻어낼 수 있도록 세척한다.

상기 제1피막 형성단계(S16)는 제1피막 처리조(118) 내에 제1피막액을 투입하되, 120~200ℓ 기준하여 크로메이트제가 20~35%의 농도를 유지하도록 혼합되고 pH 4의 산성을 유지되게 하며 30~50℃의 온도를 갖는 조건에서 메탈(M)을 침지 및 이송시켜 메탈(M)의 표면에 크로메이트 처리에 의한 제1피막을 형성시킴으로써 부식방지 및 산화방지를 위한 내식성을 갖게 한다.

상기 3차 수세단계(S17)는 공업용수가 담긴 제3수세조(120)를 메탈(M)이 통과토록 함으로써 메탈(M)에 묻어있는 제1피막액을 씻어낼 수 있도록 세척한다.

상기 제2피막 형성단계(S18)는 제2피막 처리조(122) 내에 제2피막액을 투입하되, 120~200ℓ 기준하여 마이크로씰(micro seal) 용액이 15~30%의 농도를 유지하도록 혼합되고 pH 11의 알칼리성을 유지되게 하며 상온(20~30℃)의 조건에서 메탈(M)을 침지 및 이송시켜 메탈(M)의 표면에 기 형성된 제1피막을 보호하고 내식성을 강화 및 오염방지효과를 제공하기 위한 제2피막을 더 형성시킴으로써 메탈(M)에 더욱 뛰어난 내식성을 부여할 수 있도록 한다.

상기 4차 수세단계(S19)는 증류수와 같은 순수한 물이 담긴 제4수세조(124)를 메탈(M)이 통과토록 함으로써 메탈(M)에 묻어있는 제2피막액을 씻어낼 수 있도록 세척한다.

상기 에워 샤워단계(S20)는 하나의 라인형 에어노즐몸체에 다수의 작은 노즐공을 일렬로 라인 배열한 에어샤워기(130)를 통하여 피막과 수세 과정을 모두 마친 메탈(M)의 표면으로 에어를 분사하여 줌으로써 메탈(M)이 머금은 물기를 1차적으로 제거하여준다.

상기 열풍건조단계(S21)는 60ㅁ 10℃의 온도조건과 10ㅁ 5N㎥/min의 풍량으로 열풍을 공급하는 열풍건조기(140)를 메탈(M)이 통과토록 함으로써 내식성 강화 및 내구성 증대를 위한 제1피막과 제2피막을 갖는 메탈(M)로부터 수분 및 물기를 완전히 제거하여 건조시킨다.

그리고, 도 7을 참조하여 피코팅재로 음극재료인 니켈(Al)의 메탈 표면에 피막 코팅을 실시하는 방법에 대해 설명하면, 소재이송 준비단계(S31), 탈지단계(S32), 1차 수세단계(S33), 스머트 제거단계(S34), 2차 수세단계(S35), 피막 형성단계(S36), 3차 수세단계(S37), 에워 샤워단계(S38), 열풍건조단계(S39)를 포함하여 이루어진다.

상기 소재이송 준비단계(S31)는 이미 상술한 바와 같이 언코일러(101)과 리코일러(102), 한쌍 구조의 제1가이드롤러(103)와 제2가이드롤러(104)를 통하여 니켈(Ni) 소재인 메탈(M)을 이송 및 침지상태로 피막 처리할 수 있도록 구비된다.

상기 탈지단계(S32)는 탈지조(110) 내에 탈지액을 투입하되, 100~150ℓ 기준하여 금속탈지제가 5~20%의 농도를 유지하도록 혼합되고 pH 11의 알칼리성을 유지되게 하며 30~55℃의 온도를 갖는 조건에서 메탈(M)을 침지 및 이송시켜 메탈(M)에 묻어있는 기름기와 이물질 등을 제거토록 한다.

상기 1차 수세단계(S33)는 공업용수가 담긴 제1수세조(112)를 메탈(M)이 통과토록 함으로써 메탈(M)에 묻어있는 탈지액을 씻어낼 수 있도록 세척한다.

상기 스머트 제거단계(S34)는 스머트 제거조(114) 내에 스머트 제거액을 투입하되, 100~150ℓ 기준하여 황산이 2~5%의 농도를 유지하도록 혼합되고 pH 3의 산성을 유지되게 하며 역시 상온(20~30℃)을 유지되게 하는 조건에서 메탈(M)을 침지 및 이송시켜 메탈(M)의 표면으로부터 스머트(smut)를 제거토록 산세척한다.

상기 2차 수세단계(S35)는 공업용수가 담긴 제2수세조(116)를 메탈(M)이 통과토록 함으로써 메탈(M)에 묻어있는 스머트 제거액을 씻어낼 수 있도록 세척한다.

상기 제1피막 형성단계(S36)는 제1피막 처리조(118) 내에 제1피막액을 투입하되, 120~200ℓ 기준하여 크로메이트제(중크롬산)가 0.5~3%의 농도를 유지하도록 혼합되고 pH 7의 중성을 유지되게 하며 30~50℃의 온도를 갖는 조건에서 메탈(M)을 침지 및 이송시켜 메탈(M)의 표면에 크로메이트 처리에 의한 제1피막을 형성시킴으로써 부식방지 및 산화방지를 위한 내식성을 갖게 한다.

상기 3차 수세단계(S37)는 증류수 등과 같은 순수한 물이 담긴 제3수세조(120)를 메탈(M)이 통과토록 함으로써 메탈(M)에 묻어있는 제1피막액을 씻어낼 수 있도록 세척한다.

상기 에워 샤워단계(S38)는 하나의 라인형 에어노즐몸체에 다수의 작은 노즐공을 일렬로 라인 배열한 에어샤워기(130)를 통하여 피막과 수세 과정을 모두 마친 메탈(M)의 표면으로 에어를 분사하여 줌으로써 메탈(M)이 머금은 물기를 1차적으로 제거하여준다.

상기 열풍건조단계(S39)는 60±10℃의 온도조건과 10±5N㎥/min의 풍량으로 열풍을 공급하는 열풍건조기(140)를 메탈(M)이 통과토록 함으로써 내식성 강화를 위한 제1피막을 갖는 메탈(M)로부터 수분 및 물기를 완전히 제거하여 건조시킨다.

덧붙여, 본 발명에 있어서 상술한 각 처리조 내 처리용액의 pH 조절은 가성소다와 황산을 적절히 사용함으로써 이루어질 수 있다 할 것이며, 1차 내지 4차 수세단계에 있어서는 각 단계마다 수세효율을 높이기 위해 다단으로 수세작업을 수행할 수 있다 할 것이다.

이상에서 설명한 실시예는 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한 것에 불과하고 이러한 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상과 특허청구범위 내에서 이 기술분야의 당업자에 의하여 다양한 수정과 변형 또는 치환이 이루어질 수 있다 할 것이다.

101: 언코일러 102: 리코일러
103: 제1가이드롤러 104: 제2가이드롤러
105: 일자형 축 106: 커플러
107: 수직나사봉 110: 탈지조
112: 제1수세조 114: 스머트 제거조
116: 제2수세조 118: 제1피막 처리조
120: 제3수세조 122: 제2피막 처리조
124: 제4수세조 130: 에워샤워기
140: 열풍건조기 150: 구동수단
151: 제1자성체 152: 제2자성체
160: 덕트 170: 여과기
M: 메탈(양극재료 또는 음극재료)

Claims (7)

1. 전극탭의 기재가 되는 메탈을 롤투롤 방식으로 공급 및 권취하기 위한 언코일러와 리코일러를 갖고;
   상기 언코일러와 리코일러의 사이에 탈지조, 제1수세조, 스머트 제거조, 제2수세조, 제1피막 처리조, 제3수세조, 제2피막 처리조, 제4수세조, 에어샤워기, 열풍건조기가 순차 설치되며;
   상기 탈지조를 비롯한 제1수세조, 스머트 제거조, 제2수세조, 제1피막 처리조, 제3수세조, 제2피막 처리조, 제4수세조의 각각에는 외부 상측에 한쌍 구조의 제1가이드롤러가 회전 가능하도록 설치되어 메탈의 이송 가이드 및 각 처리조로의 진입과 진출을 가이드하도록 구비되고, 상기 각 처리조의 내부에는 한쌍 구조의 제2가이드롤러가 회전 가능하도록 설치되어 메탈에 대해 각 처리조 내에서의 침지상태와 이송을 가이드하도록 구비되어지되;
   상기 제1가이드롤러는 다수의 설치개수 중에서 일부가 자연 회전력을 갖도록 설치됨과 더불어 중간 중간에 구동수단에 의한 인위적 구동 회전력을 갖도록 나누어 배열함으로써 메탈을 끊김없이 연속적으로 공급 및 이송시키면서 메탈 측에 미치는 장력 부하를 완충해줄 수 있도록 구비되며;
   상기 전극탭의 기재가 되는 메탈의 표면에 1차 또는 2차에 걸친 피막 처리가 가능하도록 구비되고,
   상기 제1가이드롤러의 인위적 구동 회전력을 부여하기 위한 구동수단은 2개의 자석과 1개의 판으로 이루어진 자성체를 한쌍 구조로 배치하여 자력을 이용한 회전동력을 전달할 수 있도록 구비하되,
   설비의 길이방향으로 배치된 일자형 축 상에 제1자성체를 결합하고, 상기 제1자성체 위에 제2자성체를 위치시켜 교차 방향으로 배열시킨 상태에 제1가이드롤러 측과 결합시킴으로써 비접촉식 구조로 구비되며,
   상기 제2가이드롤러는 수직나사봉에 나사 결합시킴으로써 수직나사봉의 회전방향에 따라 승강(昇降)이 가능토록 하여 메탈의 각 처리조 내에 머무는 침지시간을 조정할 수 있도록 구비되는 것을 특징으로 하는 2차 전지의 전극탭용 코팅설비.
   
2. 삭제
3. 삭제
4. 제 1항에 있어서,
   상기 탈지조를 비롯한 스머트 제거조, 제1피막 처리조, 제2피막 처리조에는 여과기를 각각 연결 설치함으로써 각 처리조의 내부로 투입되는 처리용액에 대해 순환 및 여과 처리하여 사용할 수 있도록 구비되는 것을 특징으로 하는 2차 전지의 전극탭용 코팅설비.
5. 제 1항에 있어서,
   상기 탈지조를 비롯한 제1수세조, 스머트 제거조, 제2수세조, 제1피막 처리조, 제3수세조, 제2피막 처리조, 제4수세조의 외부 상측으로는 배기팬을 갖는 덕트를 설치하여 각 처리조에서 발생되는 냄새는 물론 오염공기를 배기 처리할 수 있도록 구비되는 것을 특징으로 하는 2차 전지의 전극탭용 코팅설비.
6. 양극재료인 알루미늄 소재의 메탈 표면에 피막을 형성하기 위한 것으로서;
   띠 형태를 갖는 알루미늄 소재의 메탈을 구비하되, 언코일러과 리코일러에 감아 롤투롤 이송 처리하도록 하고, 한쌍 구조의 제1가이드롤러와 제2가이드롤러를 통하여 메탈을 침지상태로 이송 가능하게 하는 소재이송 준비단계;
   탈지액이 투입된 탈지조에 메탈을 침지상태로 통과시키되, 100~150ℓ 기준하여 금속탈지제가 5~20%의 농도로 혼합되고 pH 7을 유지하며 40~70℃의 온도를 갖는 조건에서 탈지 처리하는 탈지단계;
   수세 처리하는 1차 수세단계;
   스머트 제거액이 투입된 스머트 제거조에 메탈을 침지상태로 통과시키되, 100~150ℓ 기준하여 디스머트제가 3~10%의 농도로 혼합되고 pH 2를 유지하며 상온(20~30℃) 조건에서 디스머트 처리하는 스머트 제거단계;
   수세 처리하는 2차 수세단계;
   제1피막액이 투입된 제1피막 처리조에 메탈을 침지상태로 통과시키되, 120~200ℓ 기준하여 크로메이트제가 20~35%의 농도로 혼합되고 pH 4를 유지하며 30~50℃의 온도를 갖는 조건에서 크로메이트 처리하여 내식성을 위한 제1피막을 형성시키는 제1피막 형성단계;
   수세 처리하는 3차 수세단계;
   제2피막액이 투입된 제2피막 처리조에 메탈을 침지상태로 통과시키되, 120~200ℓ 기준하여 마이크로씰(micro seal) 용액이 15~30%의 농도로 혼합되고 pH 11을 유지하며 상온(20~30℃)에서 내식성을 더욱 강화하기 위한 제2피막을 형성시키는 제2피막 형성단계;
   수세 처리하는 4차 수세단계;
   메탈의 표면으로 에어를 분사하여 메탈이 머금은 물기를 1차적으로 제거하기 위한 에워 샤워단계;
   메탈의 표면으로 열풍을 공급하여 메탈로부터 수분 및 물기를 완전히 제거하고 건조 처리하기 위한 열풍건조단계; 를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 2차 전지의 전극탭용 코팅방법.
7. 음극재료인 니켈 소재의 메탈 표면에 피막을 형성하기 위한 것으로서;
   띠 형태를 갖는 알루미늄 소재의 메탈을 구비하되, 언코일러과 리코일러에 감아 롤투롤 이송 처리하도록 하고, 한쌍 구조의 제1가이드롤러와 제2가이드롤러를 통하여 메탈을 침지상태로 이송 가능하게 하는 소재이송 준비단계;
   탈지액이 투입된 탈지조에 메탈을 침지상태로 통과시키되, 100~150ℓ 기준하여 금속탈지제가 5~20%의 농도로 혼합되고 pH 11을 유지하며 30~55℃의 온도를 갖는 조건에서 탈지 처리하는 탈지단계;
   수세 처리하는 1차 수세단계;
   스머트 제거액이 투입된 스머트 제거조에 메탈을 침지상태로 통과시키되, 100~150ℓ 기준하여 황산이 2~5%의 농도로 혼합되고 pH 3을 유지하며 상온(20~30℃)에서 산세척하는 스머트 제거단계;
   수세 처리하는 2차 수세단계;
   제1피막액이 투입된 제1피막 처리조에 메탈을 침지상태로 통과시키되, 120~200ℓ 기준하여 크로메이트제(중크롬산)가 0.5~3%의 농도로 혼합되고 pH 7을 유지하며 30~50℃의 온도를 갖는 조건에서 크로메이트 처리하여 내식성을 위한 제1피막을 형성시키는 제1피막 형성단계;
   수세 처리하는 3차 수세단계;
   메탈의 표면으로 에어를 분사하여 메탈이 머금은 물기를 1차적으로 제거하기 위한 에워 샤워단계;
   메탈의 표면으로 열풍을 공급하여 메탈로부터 수분 및 물기를 완전히 제거하고 건조 처리하기 위한 열풍건조단계; 를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 2차 전지의 전극탭용 코팅방법.

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