JP2023515604A - フォルディング部を含む電極の製造方法及びフォルディング部を含む電極シート - Google Patents
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Abstract
本発明はフォルディング可能な電池セルを製造するための電極の製造方法であって、電極合剤がコーティングされていない未コーティング部を含むように電極合剤コーティング部を電極シート上に形成するコーティング段階と、前記電極シートを複数の単位電極シートになるようにスリッティング（ｓｌｉｔｔｉｎｇ）する段階と、前記スリッティングされた電極シートをノッチングする段階とを含み、前記未コーティング部は、前記電極シートの取出方向に平行に形成される第１未コーティング部、及び前記電極シートの前記取出方向に垂直に形成される第２未コーティング部を含む電極の製造方法に関するものである。
Description
本出願は２０２０年６月８日付の韓国特許出願第２０２０－００６９１１８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はこの明細書の一部として含まれる。
本発明はフォルディング部を含む電極の製造方法及びフォルディング部を含む電極シートに関し、具体的に、フォルディング可能な電池セル製造用に使用可能なフォルディング部を含む電極の製造方法及びフォルディング部を含む電極シートに関する。
充放電の可能なリチウム二次電池はワイヤレスモバイル機器（ｗｉｒｅｌｅｓｓ ｍｏｂｉｌｅ ｄｅｖｉｃｅ）または身体に着用するウェアラブル機器（ｗｅａｒａｂｌｅ ｄｅｖｉｃｅ）のエネルギー源として広範囲に使われているだけではなく、大気汚染を引き起こす既存のガソリン車両及びディーゼル車両に対する代案として提示されている電気自動車、ハイブリッド電気自動車などのエネルギー源としても使われている。
また、多機能小型化製品が増加し、電子機器においてデザイン的要素を重要に考慮する趨勢に合わせて、曲面を含む形態、幾何学的形態など、既存の平面や角形の単純な構造を脱した新形態の製品が増えている。
このように、多様な形態に構成された製品にリチウム二次電池を適用するために、長方形のリチウム二次電池の形態から脱して、段差形、多角形などの多様な形態を有するリチウム二次電池デザインが開発されている。
例えば、スマートフォンの場合、把持感を高めるために、側面が曲面処理されるか、または曲がれるか折られることができるフレキシブルディスプレイ製品も登場している。
このように、曲がれるか折られるデバイスに長方形の電池セルを使う場合、死空間が多く発生する問題がある。よって、非定型的デザインを有するデバイスに装着しても死空間を減らしながら容量は確保することができる電池セルの開発が必要である。
これに関連して、特許文献１は正極活物質層と負極活物質層とを一定の間隔でコーティングし、前記正極活物質層及び前記負極活物質層がコーティングされていない未コーティング部で折り曲げられるベンディング領域を含む二次電池を開示している。
しかし、前記特許文献１の二次電池は長い形態のデバイスに適用するのには適した形態であるが、複数のベンディング領域を形成することによって未コーティング部が広くなるので、エネルギー密度が低くなる問題がある。
特許文献２は、電極合剤を区画する一つ以上の未コーティング部が形成された集電体を含み、前記未コーティング部が位置する電池ケース部位で折り曲げられて形状が変形される電池セルに関するものである。
前記特許文献２は、電極組立体と電池ケースとが分離された状態であるので、電池セルの折曲の際、電池ケースの折曲部と電極組立体の折曲部とが互いにずれる問題がある。
特許文献３は、帯形の電極集電体上に電極活物質が一定の間隔で繰り返しパターンが印刷された電極を開示する。
しかし、前記特許文献３に開示された発明は所定の長さ及び幅に裁断された状態の電極であり、外装材内に収容された電極が折り曲げられた形態を有する。
このように、前記特許文献等は、電極合剤がコーティングされていない未コーティング部を含む電極のみを開示しているので、このような形態の電極を製造するための方法や電極シートの形態に対する研究が必要な実情である。
本発明は前記のような問題を解決するためのものであり、フォルディング電池セル用電極を製造するために、電極合剤がコーティングされていない未コーティング部からなるフォルディング部を含む電極の製造方法及び前記フォルディング部を含む電極シートを提供することを目的とする。
このような目的を達成するための本発明による電極の製造方法は、電極合剤がコーティングされていない未コーティング部を含むように電極合剤コーティング部を電極シート上に形成するコーティング段階と、前記電極シートを複数の単位電極シートになるようにスリッティング（ｓｌｉｔｔｉｎｇ）する段階と、前記スリッティングされた電極シートをノッチングする段階とを含み、前記未コーティング部は、前記電極シートの取出方向に平行に形成される第１未コーティング部、及び前記電極シートの前記取出方向に垂直に形成される第２未コーティング部を含む。
本発明による電極の製造方法において、前記スリッティングする段階は、前記第１未コーティング部と前記第１未コーティング部に隣接した他の第１未コーティング部との間にあるコーティング部をスリッティングする段階であってもよい。
本発明による電極の製造方法において、前記第２未コーティング部はフォルディング部であり、前記ノッチングする段階は、前記第２未コーティング部と前記第２未コーティング部に隣接した他の第２未コーティング部との間にあるコーティング部を分割して単位電極を製造することができる。
本発明による電極の製造方法において、前記第２未コーティング部はノッチング部及びフォルディング部を含み、前記ノッチング部及びフォルディング部が交互に配置され、前記ノッチング部のノッチングによって単位電極を製造することができる。
また、前記ノッチング部の幅とフォルディング部の幅とが互いに異なるように未コーティング部を形成する段階を含むことができる。
本発明による電極の製造方法において、前記ノッチングする段階は、前記第１未コーティング部に電極タブを形成するためのノッチング工程、及び単位電極製造のためのコーティング部のノッチング工程を含むことができる。
また、前記電極タブを形成するためのノッチング工程、及び前記コーティング部のノッチング工程を同時に遂行することができる。
本発明による電極の製造方法において、前記ノッチングする段階は、前記第１未コーティング部に電極タブを形成するためのノッチング工程、及び単位電極製造のための前記ノッチング部のノッチング工程を含むことができる。
本発明による電極の製造方法において、前記電極タブを形成するためのノッチング工程、及び前記ノッチング部のノッチング工程を同時に遂行することができる。
本発明による電極シートは、電極合剤がコートされたコーティング部及び電極合剤がコーティングされていない未コーティング部を含む電極シートであって、前記未コーティング部は、前記電極シートの取出方向に平行に形成される第１未コーティング部、及び前記電極シートの前記取出方向に垂直に形成される第２未コーティング部を含み、前記第１未コーティング部は電極タブ予定部であり、前記第２未コーティング部は、ノッチング部及びフォルディング部を含むことができる。
本発明による電極シートにおいて、前記ノッチング部及び前記フォルディング部は交互に配列されることができる。
前記フォルディング部を基準に両側に形成される第１コーティング部及び第２コーティング部のうちいずれか一つのコーティング部と前記電極タブ予定部との境界部に電極タブが形成されることができる。
本発明による電極シートにおいて、前記第１コーティング部及び前記第２コーティング部は同じ大きさを有するように形成されることができる。
本発明による電極シートにおいて、前記ノッチング部の幅より前記フォルディング部の幅が大きく形成されることができる。
本発明による電極シートにおいて、前記フォルディング部の幅は前記コーティング部の厚さ×πより大きくてもよい。
以上で説明したように、本発明による電極の製造方法は、電極シート上に電極タブ予定部用の未コーティング部だけでなく、フォルディング電極を製造するための未コーティング部を形成するために、電極合剤を電極シートの一部にのみコートする方法を使うので、電極シート全体に電極合剤をコーティングした後にコーティングを除去する方法より製造段階を減らすことができ、コーティング除去工程で発生し得る不良を減らすことができる。
また、単位電極製造のためのノッチング工程で、フォルディング部が単位電極に含まれるようにノッチングを遂行するので、コーティング部及び未コーティング部の面積が一定に形成された単位電極を得ることができる。
また、単位電極にフォルディング部が含まれるようにノッチングするとき、電極タブ予定部の取出方向を基準に両側のそれぞれに形成されるコーティング部に電極タブが一つずつ交互に形成されるので、前記単位電極を積層したとき、電極タブが積層方向に沿って重畳することができる。
以下、添付図面を参照して本発明が属する技術分野で通常の知識を有する者が本発明を容易に実施することができる実施例を詳細に説明する。ただ、本発明の好適な実施例に対する動作原理を詳細に説明するにあたり、関連した公知の機能または構成についての具体的な説明が本発明の要旨を不必要にあいまいにする可能性があると判断される場合にはその詳細な説明を省略する。
また、図面全般にわたって類似の機能及び作用をする部分に対しては同じ図面符号を使う。明細書全般で、ある部分が他の部分と連結されていると言うとき、これは直接的に連結されている場合だけではなく、その中間に他の素子を挟んで間接的に連結されている場合も含む。また、ある構成要素を含むというのは、特に反対の記載がない限り、他の構成要素を除くものではなく、他の構成要素をさらに含むことができることを意味する。
図面を参照して詳細な実施例に基づいて本発明を説明する。
図１は一実施例による電極シートの平面図である。
本発明による電極の製造方法は、電極合剤がコーティングされていない未コーティング部を含むように電極合剤コーティング部を電極シート上に形成するコーティング段階、前記電極シートを複数の単位電極シートになるようにスリッティング（ｓｌｉｔｔｉｎｇ）する段階、及び前記スリッティングされた電極シートをノッチングする段階を含む。
図１を参照すると、電極シートは矢印方向に取り出されるうちに電極合剤コーティング部１１０が形成される。ここで、電極合剤がコーティングされていない未コーティング部が形成されるようにコーティング部１１０が形成される。ここで、電極シートの取出方向に平行に第１未コーティング部１２０が形成され、前記電極シートの取出方向に垂直に第２未コーティング部１３０が形成される。
コーティング部は電極シートの上面及び下面のうちのいずれか一面にのみ形成されることができ、または電極シートの両面に形成されることができる。
第１未コーティング部１２０は電極タブ予定部であり、単位電極１０１の電極タブ１０２が第１未コーティング部１２０に形成される。
第２未コーティング部１３０は電極が折られる部分であるフォルディング部であり、単位電極１０１は第２未コーティング部１３０を含むようにノッチングされる。
すなわち、第２未コーティング部１３０を基準に、両側のそれぞれに第１コーティング部１１０ａと第２コーティング部１１０ｂとが形成され、第１コーティング部１１０ａ及び第２コーティング部１１０ｂのいずれか一方に電極タブが形成され、第１コーティング部１１０ａ及び第２コーティング部１１０ｂの大きさが同一である。
電極シートは複数の単位電極シート１５０になるようにスリッティングされ、スリッティングライン１４０はコーティング層上に形成される。したがって、図１の電極シートでは２個の単位電極シート１５０が形成される。
ただ、電極シートの幅及び単位電極の大きさによってスリッティングラインが２個以上形成されるようにコーティング部及び未コーティング部が形成されることができ、スリッティングラインはコーティング部を二等分するように形成される。
すなわち、スリッティング段階は、第１未コーティング部１２０と、第１未コーティング部１２０に隣接した他の第１未コーティング部１２０との間にあるコーティング部１１０をスリッティングする方法で遂行することができる。
図２は図１の電極シートにノッチング部を表示したものを示す平面図である。
図２を参照すると、前記ノッチング段階は電極タブ及び単位電極の外周辺を電極シートから打ち抜く工程であり、太い点線で表示した単位電極１０１を形成するために、電極タブ１０２、及び第２未コーティング部１３０と第２未コーティング部１３０に隣接した他の第２未コーティング部１３０との間にあるコーティング部１１０を分割して単位電極を製造する工程である。
前記ノッチングする段階は、第１未コーティング部１２０に電極タブ１０２を形成するためのノッチング工程、及び単位電極製造のためのコーティング部のノッチング工程を含み、電極タブを形成するためのノッチング工程及びコーティング部のノッチング工程を順次遂行することができる。
もしくは、前記電極タブを形成するためのノッチング工程及び前記コーティング部のノッチング工程を同時に遂行することができる。前記電極タブを形成するためのノッチング工程及び前記コーティング部のノッチング工程を同時に遂行すれば、電極製造時間を短縮させることができる。
図３は他の一実施例による電極シートの平面図である。
図３を参照すると、電極シートは矢印方向に取り出されるうちにコーティング部２１０が形成される。ここで、電極合剤がコーティングされていない未コーティング部が形成されるようにコーティング部２１０が形成され、電極シートの取出方向に平行に第１未コーティング部２２０が形成され、前記電極シートの取出方向に垂直に第２未コーティング部２３０が形成される。
第１未コーティング部２２０は電極タブ予定部であり、太い実線で表示した単位電極２０１の電極タブ２０２が第１未コーティング部２２０に形成される。
第２未コーティング部２３０は、電極が折られる部分であるフォルディング部２３１、及びノッチング部２３２を含む。
本発明はフォルディング部２３１を含むように単位電極が形成される。コーティング部を除き、電極シートの取出方向に沿ってフォルディング部２３１及びノッチング部２３２が交互に配列される。
第２未コーティング部２３０のうち、フォルディング部２３１を基準に両側のそれぞれに第１コーティング部２１０ａ及び第２コーティング部２１０ｂが形成され、第１コーティング部２１０ａ及び第２コーティング部２１０ｂのうちのいずれか一つに電極タブが形成され、第１コーティング部２１０ａの大きさと第２コーティング部２１０ｂの大きさは同一である。
図３の電極シートは、図１及び図２の電極シートとは違い、未コーティング部としてノッチング部２３２が形成される。ノッチング部２３２が広くなればコーティング部２１０が減少するので、電池セルの容量が減少する問題が発生することがある。しかし、ノッチング部２３２を打ち抜いて単位電極を製造する場合には、コーティング部から打ち抜かれるとき電極合剤層が脱離するか電極合剤層パウダーの汚染が発生する問題を防止することができる。
図３の電極シートのノッチング段階は、第１未コーティング部２２０に電極タブ２０２を形成するためのノッチング工程、及び単位電極２０１の製造のためのノッチング部２３２のノッチング工程を含む。前記電極タブを形成するためのノッチング工程と前記ノッチング部のノッチング工程は順次遂行することができる。
もしくは、前記電極タブを形成するためのノッチング工程及び前記ノッチング部のノッチング工程を同時に遂行することができる。前記電極タブを形成するためのノッチング工程及び前記ノッチング部のノッチング工程を同時に遂行すれば、電極製造時間を短縮させることができる。
図４は図３の電極シートの垂直断面図である。
図４を参照すると、電極シートの取出方向をノッチング部２３２の幅Ｗ２の方向及びフォルディング部２３１の幅Ｗ１の方向にするとき、ノッチング部２３２の幅Ｗ２とフォルディング部２３１の幅Ｗ１とは互いに異なる大きさを有するように形成されることができる。例えば、ノッチング部２３２の幅Ｗ２がフォルディング部２３１の幅Ｗ１より小さく形成されることができる。
フォルディング部２３１は電極がフォルディングされた状態で互いに対面するように配置され、フォルディング部２３１の幅Ｗ１は少なくともコーティング部の厚さＨを半径とする円周の少なくとも１／２程度は確保することが好ましい。よって、フォルディング部２３１の幅Ｗ１はコーティング部の厚さＨ×πより大きく形成されることができる。
本発明が属する分野で通常の知識を有する者であれば前記内容に基づいて本発明の範囲内で多様な応用及び変形の実施が可能であろう。
以上で説明したように、本発明による電極の製造方法は、電極シート上に電極タブ予定部用未コーティング部のみならず、フォルディング電極を製造するための未コーティング部を形成するために電極合剤を電極シートの一部にのみコートする方法を使うので、電極シート全体に電極合剤をコーティングした後にコーティングを除去する方法より製造段階を減らすことができ、コーティング除去工程で発生し得る不良を減らすことができる。
また、単位電極製造のためのノッチング工程で、フォルディング部が単位電極に含まれる形態でノッチングを遂行するので、コーティング部及び未コーティング部の面積が一定に形成された単位電極を得ることができる。
また、単位電極にフォルディング部が含まれるようにノッチングするとき、電極タブ予定部の取出方向を基準に両側のそれぞれに形成されるコーティング部に電極タブが一つずつ交互に形成されるので、前記単位電極を積層したとき、電極タブが積層方向に沿って重畳することができる。
１０１、２０１ 単位電極
１０２、２０２ 電極タブ
１１０、２１０ コーティング部
１１０ａ、２１０ａ 第１コーティング部
１１０ｂ、２１０ｂ 第２コーティング部
１２０、２２０ 第１未コーティング部
１３０、２３０ 第２未コーティング部
１４０、２４０ スリッティングライン
１５０ 単位電極シート
２３１ フォルディング部
２３２ ノッチング部
Ｈ コーティング部の厚さ
Ｗ１ フォルディング部の幅
Ｗ２ ノッチング部の幅
１０２、２０２ 電極タブ
１１０、２１０ コーティング部
１１０ａ、２１０ａ 第１コーティング部
１１０ｂ、２１０ｂ 第２コーティング部
１２０、２２０ 第１未コーティング部
１３０、２３０ 第２未コーティング部
１４０、２４０ スリッティングライン
１５０ 単位電極シート
２３１ フォルディング部
２３２ ノッチング部
Ｈ コーティング部の厚さ
Ｗ１ フォルディング部の幅
Ｗ２ ノッチング部の幅
Claims (15)
- 電極の製造方法であって、
電極合剤がコーティングされていない未コーティング部を含むように電極合剤コーティング部を電極シート上に形成するコーティング段階と、
前記電極シートを複数の単位電極シートになるようにスリッティング（ｓｌｉｔｔｉｎｇ）する段階と、
前記スリッティングされた電極シートをノッチングする段階と、
を含み、
前記未コーティング部は、前記電極シートの取出方向に平行に形成される第１未コーティング部、及び前記電極シートの前記取出方向に垂直に形成される第２未コーティング部を含む、電極の製造方法。 - 前記スリッティングする段階は、前記第１未コーティング部と前記第１未コーティング部に隣接した他の第１未コーティング部との間にあるコーティング部をスリッティングする段階である、請求項１に記載の電極の製造方法。
- 前記第２未コーティング部はフォルディング部であり、
前記ノッチングする段階は、前記第２未コーティング部と前記第２未コーティング部に隣接した他の第２未コーティング部との間にあるコーティング部を分割して単位電極を製造する、請求項１または２に記載の電極の製造方法。 - 前記第２未コーティング部はノッチング部及びフォルディング部を含み、
前記ノッチング部及び前記フォルディング部が交互に配置され、
前記ノッチング部のノッチングによって単位電極を製造する、請求項１または２に記載の電極の製造方法。 - 前記ノッチング部の幅と前記フォルディング部の幅とが互いに異なるように前記未コーティング部を形成する段階を含む、請求項４に記載の電極の製造方法。
- 前記ノッチングする段階は、前記第１未コーティング部に電極タブを形成するためのノッチング工程、及び単位電極製造のためのコーティング部のノッチング工程を含む、請求項３に記載の電極の製造方法。
- 前記電極タブを形成するためのノッチング工程、及び前記コーティング部のノッチング工程を同時に遂行する、請求項６に記載の電極の製造方法。
- 前記ノッチングする段階は、前記第１未コーティング部に電極タブを形成するためのノッチング工程、及び単位電極製造のための前記ノッチング部のノッチング工程を含む、請求項４に記載の電極の製造方法。
- 前記電極タブを形成するためのノッチング工程、及び前記ノッチング部のノッチング工程を同時に遂行する、請求項８に記載の電極の製造方法。
- 電極合剤がコートされたコーティング部及び電極合剤がコーティングされていない未コーティング部を含む電極シートであって、
前記未コーティング部は、前記電極シートの取出方向に平行に形成される第１未コーティング部、及び前記電極シートの前記取出方向に垂直に形成される第２未コーティング部を含み、
前記第１未コーティング部は電極タブ予定部であり、前記第２未コーティング部は、ノッチング部及びフォルディング部を含む、電極シート。 - 前記ノッチング部及び前記フォルディング部は交互に配列される、請求項１０に記載の電極シート。
- 前記フォルディング部を基準に両側に形成される第１コーティング部及び第２コーティング部のうちいずれか一つのコーティング部と前記電極タブ予定部との境界部に電極タブが形成される、請求項１０または１１に記載の電極シート。
- 前記第１コーティング部及び前記第２コーティング部は同じ大きさを有するように形成される、請求項１２に記載の電極シート。
- 前記ノッチング部の幅より前記フォルディング部の幅が大きく形成される、請求項１０～１３の何れか一項に記載の電極シート。
- 前記フォルディング部の幅は前記コーティング部の厚さ×πより大きい、請求項１０～１３の何れか一項に記載の電極シート。
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