説明

エネルギー貯蔵装置の電極製造用ドーピング装置及びこれを用いた電極製造方法

【課題】リチウムイオンキャパシタの電極に効果的にリチウムイオンをドーピングさせるとともに、ドーピング工程時間を短縮させるエネルギー貯蔵装置の電極製造用ドーピング装置及びこれを用いた電極製造方法を提供する。
【解決手段】本発明はエネルギー貯蔵装置の電極製造用ドーピング装置に関し、本発明によるドーピング装置は、電極板にリチウムイオンをドーピング(doping)させる工程が遂行されるドーピング空間を提供するドーピングチャンバ本体及び前記ドーピングチャンバ本体内に備えられ、リチウム(lithium)を含んだ複数のドーピングローラー(doping rollers)を含み、前記ドーピングローラーは前記ドーピングチャンバ本体内で前記電極板を巻回して移送させる。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明はエネルギー貯蔵装置の電極製造用ドーピング装置及びこれを用いた電極製造方法に関し、より詳細には、リチウムイオンキャパシタ(Lithium Ion Capacitor:LIC)の陰極製造のために、陰極製造用電極板にリチウムイオンをドーピングさせるドーピング装置及びこれを用いてリチウムイオンキャパシタの電極を製造する方法に関する。
【背景技術】
【0002】
次世代エネルギー貯蔵装置のうちウルトラキャパシタまたはスーパーキャパシタと呼ばれる装置は、早い充放電速度、高い安定性、そして低環境負荷特性により、次世代エネルギー貯蔵装置として脚光を浴びている。一般的なスーパーキャパシタは、電極構造体(electrode structure)、分離膜(separator)、そして電解液(electrolyte solution)などで構成される。前記スーパーキャパシタは、前記電極構造体に電力を加えて、電解液内のキャリアイオンを選択的に前記電極に吸着させる電気化学的反応メカニズムの原理で駆動される。
【0003】
現在、代表的なスーパーキャパシタとして、リチウムイオンキャパシタ(Lithium Ion Capacitor:LIC)がある。一般的なリチウムイオンキャパシタは、活性炭素からなった陽極(positive electrode)と多様な種類のカーボン材料(例えば、グラファイト(graphite)、ソフトカーボン(soft carbon)及びハードカーボン(hard carbon))などからなった陰極(negative electrode)を備えた電極構造体を有する。このようなリチウムイオンキャパシタの製造工程は、陽極、分離膜及び陰極を順に繰り返して積層して電極構造物を形成する電極製造工程、前記電極構造物にプラス及びマイナス端子を熔接させる端子熔接工程、そして前記陰極にリチウムイオン(Li)を予めドーピングさせるリチウムイオンドーピング工程(lithium ion doping process)などを含む。
【0004】
従来の代表的なリチウムドーピング工程は、電解液が満たされるドーピング槽を準備し、前記ドーピング槽内に前記電極構造体及び前記電極構造体に対向されるように配置されたリチウム含有ドーピング板を配置する。そして、陽極と陰極に電圧を印加する充電工程と陽極とリチウム金属板に電圧を印加する放電工程を数回繰り返して遂行して、前記ドーピング板内のリチウムイオンを前記陰極にドーピングさせる。しかし、上述のようなリチウムドーピング工程は、陰極全体に均一にリチウムイオンがドーピングされるまで、略10日以上の期間がかかる。このような長いリチウムドーピング工程は一般的なリチウムイオンキャパシタの生産効率を低下させる主要要因となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】特開2008−077963号公報
【特許文献2】特開2008−091191号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
本発明が解決しようとする課題は、リチウムイオンキャパシタの電極に効果的にリチウムイオンをドーピングさせるドーピング装置を提供することである。
【0007】
本発明が解決しようとする課題は、リチウムイオンキャパシタの電極にリチウムイオンをドーピングさせるドーピング工程時間を短縮させるリチウムドーピング装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0008】
本発明によるエネルギー貯蔵装置用ドーピング装置は、電極板にリチウムイオンをドーピング(doping)させる工程が遂行されるドーピング空間を提供するドーピングチャンバ本体及び前記ドーピングチャンバ本体内に備えられ、リチウム(lithium)を含んだ複数のドーピングローラー(doping rollers)を含み、前記ドーピングローラーは前記ドーピングチャンバ本体内で前記電極板を巻回して移送させることができる。
【0009】
本発明の実施例によると、前記ドーピングローラーは、前記ドーピング板の一面に接触される第1ドーピングローラー及び前記ドーピング板の他面に接触される第2ドーピングローラーを含むことができる。
【0010】
本発明の実施例によると、前記ドーピングローラーを移動させる駆動器をさらに含み、前記駆動器は前記第1ドーピングローラーを前記電極板に向けて第1方向に移動させ、前記第2ドーピングローラーを前記電極板に向けて前記第1方向の反対方向に移動させることができる。
【0011】
本発明の実施例によると、前記ドーピングローラーは前記ドーピングチャンバ本体を横切る一直線を基準に両側に配置され、前記一直線の一側に配置される前記ドーピングローラーは前記一直線を基準に前記一直線の他側に配置される前記ドーピングローラーとジグザグ構造(zigzag structure)を有するように配置されることができる。
【0012】
本発明の実施例によると、前記電極板を移送させる電極板移送器をさらに含み、前記電極板移送器は、前記リチウムドーピング工程前の前記電極板を巻回して待機(stand−by)させる第1ローラー、前記リチウムドーピング工程が遂行されて、前記ドーピングチャンバ本体から搬出される前記電極板を巻回して回収させる第2ローラー、そして前記第1ローラーから引き出される前記電極板を前記ドーピングローラーに案内した後、前記ドーピングローラーによって移送された前記電極板を前記第2ローラーに回収させる第3ローラーを含むことができる。
【0013】
本発明の実施例によると、前記電解液の温度が20℃から70℃の温度範囲を満足するように前記電解液を加熱させる加熱器をさらに含むことができる。
【0014】
本発明の実施例によると、前記ドーピングチャンバは前記内部空間を満たす電解液をさらに含み、前記電解液はLiPF6、LiBF4、LiSbF6、LiAsF5、LiClO4、LiN、CF3SO3、LiN(SO2CF3)2、LiN(SO2C2F5)2、LiC(SO2CF3)2、LiPF4(CF3)2、LiPF3(C2F5)3、LiPF3(CF3)3、LiPF5(iso−C3F7)3、LiPF5(iso−C3F7)、(CF2)2(SO2)2NLi、そして(CF2)3(SO2)2NLiのうち少なくとも何れか一つのリチウム系電解質塩を含むことができる。
【0015】
本発明の実施例によると、前記電極板を乾燥させる乾燥チャンバをさらに含むことができる。
【0016】
本発明の実施例によると、前記乾燥チャンバは、乾燥チャンバ本体、前記乾燥チャンバ本体の内部にジグザグ構造(zigzag structure)を有するように配置された第4ローラー、そして前記第4ローラーによって移動される前記電極板を加熱させる加熱器を含むことができる。
【0017】
本発明による電極製造方法は、電極板を待機(stand−by)させる段階、リチウムイオンを含んだドーピングローラーを用いて、前記電極板を移送させるとともに前記電極板にリチウムイオンをドーピング(doping)させる段階、そして前記電極板を回収させる段階を含み、前記電極板を待機させる段階、前記電極板にリチウムイオンをドーピングさせる段階、そして前記電極板を回収させる段階はイン−サイチュ(in−situ)で遂行されることができる。
【0018】
本発明の実施例によると、前記電極板を待機させる段階は、前記リチウムドーピング工程が遂行される前の前記電極板が巻回された第1ローラーを準備する段階を含み、前記電極板を回収させる段階は、前記リチウムドーピング工程が遂行された後の前記電極板を第2ローラーに巻回して回収させる段階を含むことができる。
【0019】
本発明の実施例によると、前記電極板にリチウムイオンをドーピングさせる段階は、電解液が満たされたドーピングチャンバ本体を準備する段階、前記ドーピングチャンバ本体内に前記ドーピングローラーを配置する段階、そして前記電極板に前記ドーピングローラーを接触させた状態で前記ドーピングローラーを回転させて、前記電極板を移送させる段階を含むことができる。
【0020】
本発明の実施例によると、前記電極板にリチウムイオンをドーピングさせる段階は、前記電極板の一面に接触する第1ドーピングローラーを準備する段階、前記電極板の他面に接触する第2ドーピングローラーを準備する段階、そして前記電極板の一面及び他面を前記第1ドーピングローラー及び前記第2ドーピングローラーに交互に繰り返して接触させる段階を含むことができる。
【0021】
本発明の実施例によると、前記電極板にリチウムイオンをドーピングさせる段階は、前記電極板の一面に対してリチウムイオンをドーピングさせる段階及び前記電極板の他面に対してリチウムイオンをドーピングさせる段階を含み、前記電極板の一面に対してリチウムイオンをドーピングさせる段階と前記電極板の他面に対してリチウムイオンをドーピングさせる段階は交互に繰り返して遂行されることができる。
【0022】
本発明の実施例によると、前記電極板にリチウムイオンをドーピングさせる段階は、前記電解液の温度が20℃から70℃の温度範囲を満足するように前記電解液を加熱させる段階を含むことができる。
【0023】
本発明の実施例によると、前記電解液はLiPF6、LiBF4、LiSbF6、LiAsF5、LiClO4、LiN、CF3SO3、LiN(SO2CF3)2、LiN(SO2C2F5)2、LiC(SO2CF3)2、LiPF4(CF3)2、LiPF3(C2F5)3、LiPF3(CF3)3、LiPF5(iso−C3F7)3、LiPF5(iso−C3F7)、(CF2)2(SO2)2NLi、そして(CF2)3(SO2)2NLiのうち少なくとも何れか一つのリチウム系電解質塩を含むことができる。
【0024】
本発明の実施例によると、前記リチウムドーピング工程が遂行された後の前記電極板を乾燥させる段階をさらに含むことができる。
【0025】
本発明の実施例によると、前記電極板に前記ドーピングローラーを密着させる段階をさらに含むことができる。
【発明の効果】
【0026】
本発明によるエネルギー貯蔵装置の電極製造用ドーピング装置は、ドーピング板が積層された内部空間を有するドーピングチャンバ、前記ドーピング板の間の隙間を順に経由するように前記電極板を移動させる電極板移送器を備え、前記ドーピングチャンバ及び前記電極板移送器は前記電極板が前記隙間を移動する前記電極板の移動距離及びドーピング時間を最大化することができる構造を有することができる。これにより、本発明によるリチウムドーピング装置は、単位面積あたり前記電極板と前記ドーピング板の間のドーピング区間を増加させて、リチウムドーピング工程の効率を向上させることができる。
【0027】
本発明によるドーピング装置は、ドーピング前の電極板の待機(stand−by)工程、ドーピング工程、乾燥工程、そして回収工程を連続的に自動処理することができる。これにより、本発明によるリチウムドーピング装置は、リチウムドーピング工程をイン−ライン(in−line)自動化させて、前記リチウムドーピング工程の効率を向上させるとともに、前記リチウムドーピング工程の時間を短縮させることができる。
【0028】
本発明の実施例による電極製造方法は、電極板の待機工程、リチウムイオンのドーピング工程、電極板の乾燥工程、そして電極板の回収工程を一つのドーピング装置でイン−ライン方式に自動化して処理して遂行することにより、エネルギー貯蔵装置の電極製造の工程時間を短縮し、生産量を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【0029】
【図1】本発明の実施例によるリチウムドーピング装置を示す図面である。
【図2】本発明の実施例によるドーピング装置を用いた電極製造方法を説明するためのフローチャートである。
【図3】本発明の実施例による電極製造過程を説明するための図面である。
【図4】本発明の実施例による電極製造過程を説明するための図面である。
【図5】本発明の実施例による電極製造過程を説明するための図面である。
【発明を実施するための形態】
【0030】
本発明の利点及び特徴、そしてそれらを果たす方法は、添付図面とともに詳細に後述される実施例を参照すると明確になるであろう。しかし、本発明は以下で開示される実施例に限定されず、相異なる多様な形態で具現されることができる。本実施例は、本発明の開示が完全になるようにするとともに、本発明が属する技術分野にて通常の知識を有する者に発明の範疇を完全に伝達するために提供されることができる。明細書全体において、同一参照符号は同一構成要素を示す。
【0031】
本明細書で用いられる用語は、実施例を説明するためのものであり、本発明を限定しようとするものではない。本明細書で、単数型は文句で特別に言及しない限り複数型も含む。明細書で用いられる「含む(comprise)」及び/または「含んでいる(comprising)」は言及された構成要素、段階、動作及び/または素子は一つ以上の他の構成要素、段階、動作及び/または素子の存在または追加を排除しない。
【0032】
以下、添付図面を参照して、本発明の実施例によるリチウムドーピング装置に対して詳細に説明する。
【0033】
図1は本発明の実施例によるリチウムドーピング装置を示す図面である。図1に示したように、本発明の実施例によるリチウムドーピング装置100は、ドーピングチャンバ110、電極板移送器120、乾燥チャンバ130、そして超音波提供器140を含むことができる。
【0034】
前記ドーピングチャンバ110は、電極板10に対してリチウムイオン(Li)をドーピング(doping)させるリチウムドーピング工程(lithium pre−doping process)が遂行される工程空間を提供することができる。ここで、前記電極板10はいわゆるウルトラキャパシタまたはスーパーキャパシタと呼ばれるエネルギー貯蔵装置の電極を製造するための金属板であることができる。一例として、前記電極板10はリチウムイオンキャパシタ(Lithium Ion Capacitor:LIC)の陰極(negative electrode)製造用金属板であることができる。
【0035】
前記ドーピングチャンバ110は、ドーピングチャンバ本体112、ドーピングローラー116、温度調節器118、そして電解液循環器119を含むことができる。
【0036】
前記ドーピングチャンバ本体112は前記電極板10にリチウムイオンをドーピングさせる工程を遂行する内部空間を有することができる。前記ドーピングチャンバ本体112は前記ドーピング装置100の構成を支持するための支持体として用いられることができる。前記ドーピングチャンバ本体112には前記電極板10が出入するための開口(未図示)が形成されることができる。
【0037】
前記ドーピングチャンバ本体112の前記内部空間には所定の電解液114が満たされることができる。前記電解液114は、所定の溶媒にリチウムイオン(Li)を含む電解質塩を溶解させて製造された組成物であることができる。前記電解質塩にはリチウム系電解質塩が用いられることができる。前記リチウム系電解質塩は、LiPF6、LiBF4、LiSbF6、LiAsF5、LiClO4、LiN、CF3SO3、そしてLiCのうち少なくとも何れか一つを含むことができる。または、前記リチウム系電解質塩は、LiN(SO2CF3)2、LiN(SO2C2F5)2、LiC(SO2CF3)2、LiPF4(CF3)2、LiPF3(C2F5)3、LiPF3(CF3)3、LiPF5(iso−C3F7)3、LiPF5(iso−C3F7)、(CF2)2(SO2)2NLi、そして(CF2)3(SO2)2NLiのうち少なくとも何れか一つを含むことができる。上述のような電解液114は前記ドーピングローラー116から前記電極板10に前記リチウムイオンを移動させる媒介体として用いられることができる。
【0038】
前記ドーピングローラー116は、前記電極板10にリチウムイオンをドーピングさせるためのローラーであることができる。このために、前記ドーピングローラー116はリチウムイオンを含むローラー(roller)であることができる。一例として、前記ドーピングローラー116はその自体がリチウムからなるローラーであることができる。他の例として、前記ドーピングローラー116は、表面にリチウムを含んだ所定のプレートまたはフィルム、または膜がコーティングされたローラーであることができる。前記ドーピングローラー116は複数個が配置されることができる。前記ドーピングローラー116が複数個で備えられる場合、前記ドーピングローラー116は、前記ドーピングチャンバ本体112の内部で前記電極板10に直接接触されるとともに、前記電極板10の移動を案内するように構成されることができる。例えば、前記ドーピングローラー116は、前記電極板10の一面と接触される第1ドーピングローラー116a及び前記電極板10の他面と接触される第2ドーピングローラー116bを有することができる。前記第1ドーピングローラー116aと前記第2ドーピングローラー116bは前記電極板10の移動経路に沿って交互に配置されるように構成されることができる。これに加えて、前記第1ドーピングローラー116aと前記第2ドーピングローラー116bは略ジグザグ構造(zigzag structure)をなすように配置されることができる。これにより、前記電極板10は前記第1ドーピングローラー116aによってその一面に対するリチウムイオンのドーピング工程が遂行され、前記第2ドーピングローラー116bによってその他面に対するリチウムイオンのドーピング工程が遂行されることができる。この際、前記電極板10の一面に対するドーピング工程と前記電極板10の他面に対するドーピング工程は、交互に繰り返して遂行されることができる。
【0039】
また、前記ドーピングローラー116は、前記電極板10が前記ドーピングローラー116に密着されながら前記ドーピングチャンバ110の内部を移動するように、前記電極板10を移送させることができる。即ち、前記ドーピングローラー116は、前記電極板10が前記ドーピングローラー116に一定の圧力で加圧されながら前記ドーピングチャンバ110を移動するように、前記電極板10を移送させることができる。このために、前記ドーピングローラー116は前記電極板10が引き締まるように、前記電極板10を加圧させることができる。一例として、前記ドーピングローラー116は前記リチウムドーピング工程時、前記第1ドーピングローラー116aと前記第2ドーピングローラー116b夫々が相異なる方向に前記電極板10を押し出すように移動されることができる。より具体的には、前記第1ドーピングローラー116aは第1方向aに移動されるように構成され、前記第2ドーピングローラー116bは前記第1方向aと反対となる第2方向bに移動されるように構成されることができる。このために、前記ドーピング装置100は前記ドーピングローラー116夫々を前記第1方向aまたは前記第2方向bに移動させるための所定の駆動器(未図示)を備えることができる。他の例として、前記ドーピングローラー116は前記駆動器を備えず、前記電極板10が前記ドーピングローラー116によって移送される間、前記ドーピングローラー116に加圧がなされるように構成されることができる。
【0040】
前記温度調節器118は前記ドーピングチャンバ本体112内の電解液114の温度を調節することができる。前記温度調節器118は少なくとも一つのヒーター(heater)を含むことができる。前記温度調節器118は前記電解液114の温度が略20℃から70℃の温度範囲を満足するように、前記ドーピングチャンバ110を加熱することができる。前記温度調節器118には少なくとも一つのヒーター(heater)が用いられることができる。前記ヒーターは前記ドーピングチャンバ本体112の多様な位置に備えられることができ、図1に図示されたものに限定されない。
【0041】
前記電解液循環器119は前記ドーピングチャンバ本体112内の電解液114を循環させることができる。前記電解液循環器119が前記電解液114を循環させる方式は多様な方法が用いられることができる。一例として、前記電解液循環器119は、前記ドーピングチャンバ本体112に連結されて、前記電解液114を供給及び排出させるように電解液循環ライン及びこれに連結されたポンプで構成されることができる。これに加えて、前記電解液循環器119は前記ドーピングチャンバ本体112内に備えられた撹拌器をさらに含むことができる。
【0042】
前記電極板移送器120は、前記電極板10が前記ドーピングチャンバ110の内部に搬入されて前記ドーピングローラー116によってリチウムイオンのドーピング処理が遂行された後、前記ドーピングチャンバ110から搬出されるように、前記電極板10を移送させることができる。これに加えて、前記電極板移送器120は前記ドーピング処理された前記電極板10が前記乾燥チャンバ130を経由するように、前記電極板10を移送させることができる。例えば、前記電極板移送器120は複数のローラー(roller)を含むローラー構造体(roller structure)を有することができる。一例として、前記電極板移送器120は第1ローラー122、第2ローラー124、そして第3ローラー126を含むことができる。
【0043】
前記第1ローラー122は前記ドーピング工程が遂行される前の前記電極板10を待機(stand−by)させるローラーであることができる。このために、前記第1ローラー122はドーピング前に電極板10が巻回された状態で、前記ドーピング装置100に備えられることができる。これに反し、前記第2ローラー124は前記ドーピング工程が遂行された前記電極板10を回収するローラーであることができる。これにより、前記第1ローラー122は前記電極板10が引き出されるようにするローラーであり、前記第2ローラー124は前記第1ローラー122から引き出される前記電極板10を巻回して回収させるローラーであることができる。
【0044】
前記第3ローラー126は前記第1ローラー122から引き出される前記電極板10が前記ドーピングチャンバ110内の前記ドーピングローラー116と接触されてドーピング処理された後、前記第2ローラー124に回収されるように、前記電極板10の移動を案内するローラーであることができる。これに加えて、前記第3ローラー126は前記ドーピングチャンバ110から搬出された前記電極板10が前記乾燥チャンバ130を経由した後、前記第2ローラー124に回収されるように、前記電極板10の移動を案内することができる。
【0045】
前記乾燥チャンバ130は前記ドーピング工程が遂行された前記電極板10を乾燥させることができる。例えば、前記乾燥チャンバ130は、乾燥チャンバ本体132、第4ローラー134、そして加熱器136を含むことができる。前記乾燥チャンバ本体132は前記電極板10を乾燥させる乾燥工程を遂行する内部空間を有することができる。前記第4ローラー134は前記乾燥チャンバ本体132の内部で前記電極板10の移動経路を増加させるために提供されることができる。このために、前記第4ローラー134は前記乾燥チャンバ本体132の内部で相異なる高さでジグザグ構造をなすように配置されることができる。そして、前記加熱器136は前記乾燥チャンバ本体132の内部で前記第4ローラー134によって移動される前記電極板10を加熱することができる。前記加熱器136にはヒーターまたは熱風器が用いられることができる。
【0046】
上述のように、本発明の実施例によるリチウムドーピング装置100は、リチウムを含んだドーピングローラー116が備えられたドーピングチャンバ110を備え、前記電極板10が前記ドーピングローラー116によって前記ドーピングチャンバ110の内部を移動する過程で前記電極板10にリチウムイオンがドーピングされるようにすることができる。これにより、本発明によるリチウムドーピング装置は前記電極板10が移送される過程で前記ドーピングローラー116と直接接触してリチウムドーピング工程が遂行されるようにして、リチウムドーピング工程の効率を向上させることができる。
【0047】
また、本発明の実施例によるリチウムドーピング装置100は、ドーピング前の電極板10の待機(stand−by)、ドーピング工程、乾燥工程、そして回収工程を連続的に自動処理することができる。これにより、本発明によるリチウムドーピング装置はリチウムドーピング工程をイン−ライン(in−line)自動化させて、前記リチウムドーピング工程の効率を向上させるとともに、前記リチウムドーピング工程の時間を短縮させることができる。
【0048】
次に、本発明の実施例によるエネルギー貯蔵装置の電極製造用ドーピング装置を用いた電極製造工程について詳細に説明する。ここで、図1を参照して上述したドーピング装置100に対して重複される内容は省略または簡素化されることができる。
【0049】
図2は本発明の実施例によるドーピング装置を用いた電極製造方法を説明するためのフローチャートであり、図3から図5は本発明の実施例による電極製造過程を説明するための図面である。
【0050】
本発明の実施例によるエネルギー貯蔵装置の電極製造方法は、図1を参照して上述したドーピング装置100を用いて、電極板を待機させる段階、電極板にリチウムイオンをドーピングさせる段階、電極板を乾燥させる段階、そして電極板を回収させる段階をイン−サイチュ(in−situ)で連続処理してなされることができる。これにより、本発明による電極製造方法は、上述した電極板の待機工程、リチウムイオンのドーピング工程、電極板の乾燥工程、そして電極板の回収工程をイン−ライン方式に自動化して処理されることができる。
【0051】
以下、前記電極板の待機段階、前記リチウムイオンのドーピング段階、前記電極板の乾燥段階、そして前記電極板の回収段階夫々に対して具体的に説明する。
【0052】
図2及び図3に示したように、ドーピング装置100に電極板10を待機(stand−by)させることができる(S110)。前記電極板10を待機させる段階は、箔(foil)形態に製作された電極板10を準備する段階、前記電極板10を第1ローラー122に巻回して貯蔵させる段階、そして前記電極板10が巻回された前記第1ローラー122を前記ドーピング装置100に装着させる段階を含むことができる。
【0053】
図2及び図4に示したように、電極板10にリチウムイオンをドーピング(doping)させることができる(S120)。前記電極板10にリチウムイオンをドーピングさせる段階は、電解液114が満たされたドーピングチャンバ本体112を準備する段階、前記ドーピングチャンバ本体112内にリチウムイオンを含んだドーピングローラー116の積層構造体を配置する段階、そして前記電極板10が前記電解液114に浸漬された状態で前記ドーピングローラー116に接触されて移送されながら、前記ドーピングローラー116によってリチウムイオンをドーピングさせる段階を含むことができる。この際、前記電極板10の一面は前記ドーピングローラー116の第1ドーピングローラー116aと接触され、前記電極板10の他面は前記ドーピングローラー116の第2ドーピングローラー116bと接触されることができる。これにより、前記電極板10はその両面に対して交互にリチウムイオンがドーピングされることにより、前記電極板10に対するドーピング工程効率が増加されることができる。ここで、前記電極板10を移送させる段階は、第1から第3ローラー122、124、126からなったローラー構造体を駆動させてなされることができる。
【0054】
一方、前記電極板10にリチウムイオンをドーピングさせる過程で、前記電解液114の工程温度は略20℃から70℃の温度範囲を満足するように調節されることができる。このために、前記温度調節器118は前記電解液114の温度が前記工程温度を満足するように、前記電解液114を持続的に加熱することができる。これに加えて、前記電解液循環器119は前記ドーピングチャンバ本体112内の電解液114を循環させることができる。
【0055】
また、前記電極板10に前記リチウムイオンをドーピングさせる過程で、前記ドーピングローラー116を前記電極板10に密着させる段階がさらに加えられることができる。前記電極板10に前記ドーピングローラー116を密着させるほど、前記電極板10に対するリチウムイオンのドーピング効率が増加されることができる。このために、前記第1ドーピングローラー116aは第1方向aに移動され、前記第2ドーピングローラー116bは前記第1方向aと略反対となる第2方向bに移動されることができる。これにより、前記電極板10が前記ドーピングローラー116に加圧されながらリチウムイオンのドーピングがなされることができる。
【0056】
図2及び図5に示したように、前記電極板10を乾燥させることができる(S130)。例えば、前記リチウムイオンをドーピングさせた後、前記ドーピングチャンバ本体112から搬出される前記電極板10は前記電解液114によって濡れた(wetting)状態であることができる。これにより、前記電極板10に残留する前記電解液114を除去させる工程が遂行されることができる。このために、前記電極板10を乾燥させる段階は、前記電極板10を所定のヒーター(heater)で加熱したり、熱風器で熱風を加えてなされることができる。
【0057】
そして、リチウムドーピング工程が遂行された電極板10を回収させることができる(S140)。前記電極板10を回収させる工程は、前記乾燥処理が完了された前記電極板10を第2ローラー124に巻回して貯蔵させることができる。ここで、前記第1ローラー122に巻回された前記電極板10が全て前記第2ローラー124に巻回されると、前記第2ローラー124を前記ドーピング装置100から分離させて、電極製造のための後続工程が遂行される場所に移動させることができる。
【0058】
上述したように、本発明の実施例による電極製造方法は、電極板10を待機させる段階、前記電極板10にリチウムイオンをドーピングさせる段階、前記電極板10を乾燥させる段階、そして前記電極板10を回収させる段階をイン−サイチュ(in−situ)で連続処理してなされることができる。これにより、本発明による電極製造方法は、電極板の待機工程、リチウムイオンのドーピング工程、電極板の乾燥工程、そして電極板の回収工程を一つのドーピング装置100からイン−ライン方式に自動化して処理して遂行することにより、エネルギー貯蔵装置の電極製造の工程時間を短縮して、生産量を向上させることができる。
【0059】
以上の詳細な説明は本発明を例示するものである。また、上述の内容は本発明の好ましい実施形態を示して説明するものに過ぎず、本発明は多様な他の組合、変更及び環境で用いることができる。即ち、本明細書に開示された発明の概念の範囲、述べた開示内容と均等な範囲及び/または当業界の技術または知識の範囲内で変更または修正が可能である。上述の実施例は本発明を実施するにおいて最善の状態を説明するためのものであり、本発明のような他の発明を用いるにおいて当業界に公知された他の状態での実施、そして発明の具体的な適用分野及び用途で要求される多様な変更も可能である。従って、以上の発明の詳細な説明は開示された実施状態に本発明を制限しようとする意図ではない。また、添付された請求範囲は他の実施状態も含むと解釈されるべきである。
【符号の説明】
【0060】
100 リチウムドーピング装置
110 ドーピングチャンバ
112 ドーピングチャンバ本体
114 電解液
116 ドーピングローラー
116a 第1ドーピングローラー
116b 第2ドーピングローラー
118 温度調節器
119 電解液循環器
120 電極板移送器
122 第1ローラー
124 第2ローラー
126 第3ローラー
130 乾燥チャンバ
132 乾燥チャンバ本体
134 第4ローラー
136 加熱器

【特許請求の範囲】
【請求項1】
電極板にリチウムイオンをドーピングさせる工程が遂行されるドーピング空間を提供するドーピングチャンバ本体;及び
前記ドーピングチャンバ本体内に備えられ、リチウムを含んだ複数のドーピングローラーを含み、
前記ドーピングローラーは前記ドーピングチャンバ本体内で前記電極板を巻回して移送させる、エネルギー貯蔵装置の電極製造用ドーピング装置。
【請求項2】
前記ドーピングローラーは、
前記ドーピング板の一面に接触される第1ドーピングローラー;及び
前記ドーピング板の他面に接触される第2ドーピングローラーを含む請求項1に記載のエネルギー貯蔵装置の電極製造用ドーピング装置。
【請求項3】
前記ドーピングローラーを移動させる駆動器をさらに含み、
前記駆動器は前記第1ドーピングローラーを前記電極板に向けて第1方向に移動させ、前記第2ドーピングローラーを前記電極板に向けて前記第1方向の反対方向に移動させる請求項2に記載のエネルギー貯蔵装置の電極製造用ドーピング装置。
【請求項4】
前記ドーピングローラーは前記ドーピングチャンバ本体を横切る一直線を基準に両側に配置され、前記一直線の一側に配置される前記ドーピングローラーは前記一直線を基準に前記一直線の他側に配置される前記ドーピングローラーとジグザグ構造を有するように配置される請求項1に記載のエネルギー貯蔵装置の電極製造用ドーピング装置。
【請求項5】
前記電極板を移送させる電極板移送器をさらに含み、
前記電極板移送器は、
前記リチウムドーピング工程前の前記電極板を巻回して待機させる第1ローラー;
前記リチウムドーピング工程が遂行されて、前記ドーピングチャンバ本体から搬出される前記電極板を巻回して回収させる第2ローラー;及び
前記第1ローラーから引き出される前記電極板を前記ドーピングローラーに案内した後、前記ドーピングローラーによって移送された前記電極板を前記第2ローラーに回収させる第3ローラーを含む請求項1に記載のエネルギー貯蔵装置の電極製造用ドーピング装置。
【請求項6】
前記電解液の温度が20℃から70℃の温度範囲を満足するように前記電解液を加熱させる加熱器をさらに含む請求項1に記載のエネルギー貯蔵装置の電極製造用ドーピング装置。
【請求項7】
前記ドーピングチャンバは前記内部空間を満たす電解液をさらに含み、
前記電解液はLiPF6、LiBF4、LiSbF6、LiAsF5、LiClO4、LiN、CF3SO3、LiN(SO2CF3)2、LiN(SO2C2F5)2、LiC(SO2CF3)2、LiPF4(CF3)2、LiPF3(C2F5)3、LiPF3(CF3)3、LiPF5(iso−C3F7)3、LiPF5(iso−C3F7)、(CF2)2(SO2)2NLi、そして(CF2)3(SO2)2NLiのうち少なくとも何れか一つのリチウム系電解質塩を含む請求項1に記載のエネルギー貯蔵装置の電極製造用ドーピング装置。
【請求項8】
前記電極板を乾燥させる乾燥チャンバをさらに含む請求項1に記載のエネルギー貯蔵装置の電極製造用ドーピング装置。
【請求項9】
前記乾燥チャンバは、
乾燥チャンバ本体;
前記乾燥チャンバ本体の内部にジグザグ構造を有するように配置された第4ローラー;及び
前記第4ローラーによって移動される前記電極板を加熱させる加熱器を含む請求項8に記載のエネルギー貯蔵装置の電極製造用ドーピング装置 。
【請求項10】
エネルギー貯蔵装置の電極を製造する方法において、
電極板を待機させる段階;
リチウムイオンを含んだドーピングローラーを用いて、前記電極板を移送させるとともに前記電極板にリチウムイオンをドーピングさせる段階;及び
前記電極板を回収させる段階を含み、
前記電極板を待機させる段階、前記電極板にリチウムイオンをドーピングさせる段階、そして前記電極板を回収させる段階はイン−さいチュで遂行される電極製造方法。
【請求項11】
前記電極板を待機させる段階は、前記リチウムドーピング工程が遂行される前の前記電極板が巻回された第1ローラーを準備する段階を含み、
前記電極板を回収させる段階は、前記リチウムドーピング工程が遂行された後の前記電極板を第2ローラーに巻回して回収させる段階を含む請求項10に記載の電極製造方法。
【請求項12】
前記電極板にリチウムイオンをドーピングさせる段階は、
電解液が満たされたドーピングチャンバ本体を準備する段階;
前記ドーピングチャンバ本体内に前記ドーピングローラーを配置する段階;及び
前記電極板に前記ドーピングローラーを接触させた状態で前記ドーピングローラーを回転させて、前記電極板を移送させる段階を含む請求項10に記載の電極製造方法。
【請求項13】
前記電極板にリチウムイオンをドーピングさせる段階は、
前記電極板の一面に接触する第1ドーピングローラーを準備する段階;
前記電極板の他面に接触する第2ドーピングローラーを準備する段階;及び
前記電極板の一面及び他面を前記第1ドーピングローラー及び前記第2ドーピングローラーに交互に繰り返して接触させる段階を含む請求項10に記載の電極製造方法。
【請求項14】
前記電極板にリチウムイオンをドーピングさせる段階は、
前記電極板の一面に対してリチウムイオンをドーピングさせる段階;及び
前記電極板の他面に対してリチウムイオンをドーピングさせる段階を含み、
前記電極板の一面に対してリチウムイオンをドーピングさせる段階と前記電極板の他面に対してリチウムイオンをドーピングさせる段階は交互に繰り返して遂行される請求項10に記載の電極製造方法。
【請求項15】
前記電極板にリチウムイオンをドーピングさせる段階は、前記電解液の温度が20℃から70℃の温度範囲を満足するように前記電解液を加熱させる段階を含む請求項10に記載の電極製造方法。
【請求項16】
前記電解液はLiPF6、LiBF4、LiSbF6、LiAsF5、LiClO4、LiN、CF3SO3、LiN(SO2CF3)2、LiN(SO2C2F5)2、LiC(SO2CF3)2、LiPF4(CF3)2、LiPF3(C2F5)3、LiPF3(CF3)3、LiPF5(iso−C3F7)3、LiPF5(iso−C3F7)、(CF2)2(SO2)2NLi、そして(CF2)3(SO2)2NLiのうち少なくとも何れか一つのリチウム系電解質塩を含む請求項10に記載の電極製造方法。
【請求項17】
前記リチウムドーピング工程が遂行された後の前記電極板を乾燥させる段階をさらに含む請求項10に記載の電極製造方法。
【請求項18】
前記電極板に前記ドーピングローラーを密着させる段階をさらに含む請求項10に記載の電極製造方法。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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【公開番号】特開2012−49543(P2012−49543A)
【公開日】平成24年3月8日(2012.3.8)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2011−184680(P2011−184680)
【出願日】平成23年8月26日(2011.8.26)
【出願人】(594023722)サムソン エレクトロ−メカニックス カンパニーリミテッド. (1,585)
【Fターム(参考)】