JP2024515074A - ゼリーロール型電極組立体およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

本発明の一実施例に係るゼリーロール型電極組立体は、電極および分離膜を含むシート型積層体が巻き取られたゼリーロール型電極組立体であって、前記分離膜は、両面コーティング層を含み、前記コーティング層は、第１アルミナおよび第２アルミナの混合物を含み、前記混合物１００重量部に対して、第２アルミナは、１６から４０重量部で含まれ、前記第１アルミナの粒子直径は、前記第２アルミナの粒子直径より小さい。

Description

関連出願（等）との相互引用
本出願は、２０２１年０７月２０日付の韓国特許出願第１０－２０２１－００９４７０９号および２０２２年０７月１９日付の韓国特許出願第１０－２０２２－００８８８３２号に基づいた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本明細書の一部として含まれる。

本発明は、ゼリーロール型電極組立体およびその製造方法に関するものであって、より具体的には、安全性が向上し、工程収率が高いゼリーロール型電極組立体およびその製造方法に関するものである。

現代社会では、携帯電話機、ノートパソコン、キャムコーダー、デジタルカメラなどの携帯型機器の使用が日常化しつつ、前記のようなモバイル機器に関連する分野の技術に対する開発が活発になっている。また、充放電が可能な二次電池は、化石燃料を使用する従来のガソリン車両などの大気汚染などを解決するための案として、電気自動車（ＥＶ）、ハイブリッド電気自動車（ＨＥＶ）、プラグインハイブリッド電気自動車（Ｐ－ＨＥＶ）などの動力源として用いられているので、二次電池に対する開発の必要性が高まっている。

現在商品化した二次電池としては、ニッケルカドミウム電池、ニッケル水素電池、ニッケル亜鉛電池、リチウム二次電池などがあるが、このなかで、リチウム二次電池は、充放電が自在で、自己放電率が低く、エネルギー密度が高いというメリットがあって脚光を浴びている。

二次電池は、電池ケースの形状に応じて、電極組立体が円筒形または角形の金属カンに組み込まれている円筒型電池および角型電池と、電極組立体がアルミニウムラミネートシートのパウチ型ケースに組み込まれているパウチ型電池に分類される。

二次電池は、正極、負極、および正極と負極の間に介在される分離膜が積層された構造の電極組立体が如何なる構造からなっているかによって分類されることもある。代表的には、長いシート型の正極と負極とを分離膜が介在された状態で巻き取った構造のゼリーロール型（巻取型）電極組立体、所定の大きさの単位で切り出した複数の正極と負極とを分離膜を介在した状態で順次に積層したスタック型（積層型）電極組立体などが挙げられる。最近は、前記ゼリーロール型電極組立体およびスタック型電極組立体が有する問題点を解決するために、前記ゼリーロール型とスタック型との混合形態であるスタック／フォルディング型電極組立体も開発されている。そのうち、ゼリーロール型電極組立体は製造が最も容易であり、重量当たりのエネルギー密度が高いというメリットを有している。

分離膜とは、二次電池内の二つの電極（正極／負極）を離隔させ、物理的接触による電気的短絡を遮断し、微細気孔内に担持された電解液を通じてイオンが二つの電極の間に移動できる通路を提供することによって、イオン伝導性を有するようにする機能を有したフィルム素材である。電気自動車用二次電池の場合、既存の小型電子機器とは異なり、１５０℃程度の熱に露出される環境でも電池の安全性を確保すべき耐熱特性が求められる。これにより、最近は、熱的特性に優れたポリプロピレン（ＰＰ）などが分離膜の素材として用いられており、分離膜の単面または両面にセラミック粒子および高分子バインダーをコーティングして耐熱性を向上させたセラミックコーティングＳＲＳ（ｓａｆｅｔｙ ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ ｓｅｐａｒａｔｏｒ）分離膜が二次電池に適用されている。

一方、ゼリーロール型電極組立体に両面ＳＲＳ分離膜を適用するにおいて、ＳＲＳ分離膜と巻芯の表面粗さ値、またはこれに伴うＳＲＳ分離膜と巻芯の間の摩擦力によって工程収率が多少低くなるという問題があった。具体的には、両面ＳＲＳ分離膜の適用時に、分離膜に形成されたコーティング層の摩擦力、または巻芯と分離膜の摩擦力の差によってスリップ現象や、巻芯の除去時にテールアウト現象が生じることがあり、これによりゼリーロール型電極組立体の工程性を確保しにくかった。

したがって、従来の技術のこのような問題を解決するために、ＳＲＳ分離膜と巻芯の表面粗さ値を考慮したゼリーロール型電極組立体およびその製造方法が必要な実情である。

本発明が解決しようとする課題は、安全性が向上し、工程収率が高いゼリーロール型電極組立体およびその製造方法を提供することにある。

しかし、本発明の実施例が解決しようとする課題は、前述の課題に限定されず、本発明に含まれた技術的な思想の範囲で多様に拡張可能である。

本発明の一実施例に係る電極および分離膜を含むシート型積層体が巻き取られたゼリーロール型電極組立体は、前記分離膜は、両面コーティング層を含み、前記両面コーティング層は、第１アルミナおよび第２アルミナの混合物を含み、前記分離膜の表面粗さＲａは、５００ｎｍから１μｍであり、前記第１アルミナの粒子直径は、前記第２アルミナの粒子直径より小さくてもよい。

前記混合物１００重量部に対して、前記第２アルミナは１６から４０重量部で含まれてもよい。

前記混合物１００重量部に対して、前記第１アルミナは６０から８４重量部で含まれてもよい。

前記第１アルミナの粒子直径は、２０から５０ｎｍであってもよい。

前記第２アルミナの粒子直径は、３００から５００ｎｍであってもよい。

前記電極組立体（ゼリーロール型電極組立体）は、分離膜、正極、分離膜、負極の順に積層された両面ＳＲＳ積層体であってもよい。

前記ゼリーロール型電極組立体のコアの長さは、約１０ｃｍから１２ｃｍであり、半径は、約４ｃｍから５ｃｍであってもよい。

本発明の一実施例に係るゼリーロール型電極組立体の製造方法は、両面コーティング層を含む分離膜を提供するステップ、前記分離膜および巻芯の表面粗さの差値を算出するステップ、前記分離膜と前記巻芯の表面粗さ値の差が第１値未満であると、第１工程を用いて前記巻芯の表面粗さを調節し、前記分離膜と前記巻芯の表面粗さ値の差が前記第１値以上であると、第２工程を用いて前記巻芯の表面粗さを調節するステップ、前記表面粗さが調節された前記巻芯を用いて、電極および前記分離膜を含むシート型積層体を巻き取るステップを含み、前記両面コーティング層は、第１アルミナおよび第２アルミナの混合物を含み、前記分離膜の表面粗さＲａは、５００ｎｍから１μｍであり、前記第１アルミナの粒子直径は、前記第２アルミナの粒子直径より小さくてもよい。

前記混合物１００重量部に対して、前記第２アルミナは１６から４０重量部で含まれてもよい。

前記混合物１００重量部に対して、前記第１アルミナは６０から８４重量部で含まれてもよい。

前記第１値（Ｒｍａｘ）は、０．０５ｓから０．１５ｓの間であってもよい。

前記第１工程は、サンディング工程であってもよい。

前記第２工程は、ラッピング工程であってもよい。

前記シート型積層体は、ロッド（ｒｏｄ）状の巻芯によって巻き取られ、前記巻芯は、回転軸を中心に分離された第１部分および第２部分を含み、前記シート型積層体の一端は、前記第１部分および前記第２部分の間のスリットに挿入されることによって固定され、前記スリットの大きさは、０．８ｍｍより大きくてもよい。

前記シート型積層体は、ロッド（ｒｏｄ）状の巻芯によって巻き取られ、前記巻芯の表面粗さは、第２値以下であり、前記第２値（Ｒｍａｘ）は、０．１５ｓから０．２５ｓであってもよい。

前記巻芯の表面粗さを調節するステップで、前記第２工程が用いられた場合、前記分離膜および前記巻芯の表面粗さの差値を算出するステップが再び行われてもよい。

再び行われた前記分離膜および前記巻芯の表面粗さの差値を算出するステップで、算出された表面粗さの差値が第１値以上であると、第２工程を用いて前記巻芯の表面粗さを調節するステップが行われてもよい。

再び行われた前記分離膜および前記巻芯の表面粗さの差値を算出するステップで、算出された表面粗さの差値が第１値未満であると、第１工程を用いて前記巻芯の表面粗さを調節するステップが行われ、前記表面粗さが調節された前記巻芯を用いて、電極および前記分離膜を含むシート型積層体を巻き取るステップが行われてもよい。

本発明の他の実施例に係る電池セルは、前述のゼリーロール型電極組立体を含む。

実施例によると、本発明のゼリーロール型電極組立体およびその製造方法は、両面ＳＲＳ分離膜を含むことによって耐熱性および安全性が向上し、ＳＲＳ分離膜および巻芯の表面粗さを調節することによって工程収率を向上させることができる。

本発明の効果は、以上で言及した効果に制限されず、言及されていない他の効果は特許請求の範囲の記載から当業者に明確に理解できるだろう。

図１は、本発明の一実施例に係るゼリーロール型電極組立体を示す斜視図である。 図２は、本発明の一実施例に係るゼリーロール型電極組立体製造方法のフローチャートである。 図３は、本発明の一実施例に係るゼリーロール型電極組立体製造方法に用いられる巻芯の側面図である。 図４は、本発明の一実施例に係るゼリーロール型電極組立体製造方法に用いられる巻芯の断面図である。

以下、添付した図面を参考にして、本発明の様々な実施例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。本発明は、 以下で説明した以外に様々な異なる形態に具現することができ、本発明の範囲はここで説明する実施例に限定されない。

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ており、明細書全体にわたっ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るようにする。

また、図面に示された各構成の大きさおよび厚さは、説明の便宜のために任意に拡大するか縮小して示したので、本発明の内容が示されたものに限定されないことは自明である。以下の図面で様々な層および領域を明確に表現するために各層の厚さを拡大して示した。そして、以下の図面では、説明の便宜のために、一部の層および領域の厚さを誇張して示した。

また、層、膜、領域、板などの部分が他の部分の「の上に」または「上に」あるとするとき、これは該当する層、膜、領域、板などの部分が他の部分の「直上に」ある場合だけでなく、その間にまた他の部分がある場合も含むものと解析しなければならない。これと逆に、 該当する層、膜、領域、板などの部分が他の部分の「直上に」あると説明するときには、その間に他の部分がないことを意味する。また、基準となる部分の「の上に」または「上に」あるというのは、基準となる部分の上または下に位置することであり、必ず重力反対方向に向けて「の上に」または「上に」位置することを意味するものではない。一方、他の部分の「の上に」にまたは「上に」あると説明することと同様に、他の部分「の下に」または「下に」あると説明することも、前述の内容を参照して理解できるだろう。

また、明細書全体において、ある部分がある構成要素を「含む」とするとき、これは特に反対する記載がない限り、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んでもよいことを意味する。

また、明細書全体において、「平面上」とするとき、これは当該部分を上からみたときを意味し、「断面上」とするとき、これは当該部分を垂直に切り出した断面を側からみたときを意味する。

以下では、本発明の一実施例に係るゼリーロール型電極組立体について説明する。

図１は、本発明の一実施例に係るゼリーロール型電極組立体を示す斜視図である。

図１を参照すると、本実施例のゼリーロール型電極組立体１００は、正極１１０、負極１２０および正極１１０と負極１２０の間に介在された分離膜１３０を含んでもよい。図１では、分離膜１３０、正極１１０、分離膜１３０、負極１２０の順に積層され、正極１１０が内側に位置するように巻き取られたゼリーロール型電極組立体１００を示しているが、必ずしもそうではなく、負極１２０が内側に位置するように分離膜１３０、負極１２０、分離膜１３０、正極１１０の順に積層されることも可能である。また、正極１１０、分離膜１３０、負極１２０、分離膜１３０の順に積層されるか、負極１２０、分離膜１３０、正極１１０、分離膜１３０の順に積層されることも可能である。このように、電極（正極１１０、負極１２０）と分離膜１３０とは交互に積層されてシート型積層体を形成し、シート型積層体は長いロッド状の巻芯によって巻き取られてもよい。

正極１１０および負極１２０は、電極（正極１１０、負極１２０）と総称することができる。電極（正極１１０、負極１２０）は、集電体上に電極活物質を含むスラリーが塗布されたものであってもよい。ここで、電極スラリーは、通常、電極活物質、導電剤、バインダーおよび溶媒を含んでもよいが、これに制限されるものではない。また、ここで、集電体は、ステンレススチール、アルミニウム、銅、ニッケル、チタン、焼成炭素などが用いられてもよく、フィルム、シート、箔、ネット、多孔質体、発泡体、不織布体など多様な形態に提供されてもよい。正極１１０に用いられる集電体の例としては、アルミニウムまたはその合金が挙げられ、負極１２０に用いられる集電体の例としては、銅、ニッケル、ステンレス鋼またはこれらのいずれか一つの合金が挙げられる。

分離膜１３０は、正極１１０と負極１２０間を分離し、正極１１０と負極１２０間を移動するイオンの移動通路を提供することができる。分離膜１３０は、二次電池の性能を左右する主な構成であって、分離膜１３０が二次電池に適した物性を有するためには厚さを最少化して電気抵抗を下げ、気孔度および気孔の大きさを最大化するなど物理的特性が満たされなければならない。また、電解液との濡れ性（ｗｅｔｔｉｎｇ）のような電気化学的特性も満たされなければならない。

一方、二次電池が中大型デバイスに用いられることになり、電池セル内部の温度が１５０℃水準、またはその以上に上昇することにより、分離膜１３０が溶融して電池セルの内部短絡を発生させるという問題が発生した。したがって、二次電池に用いられる分離膜１３０は、物理的・電気化学的特性の他にも耐熱性が満たされなければならないため、分離膜１３０の素材をポリオレフィン、ポリエチレン、ポリプロピレンまたはこれらの複合体に変更しようとする試みがあった。最近は、単に素材を変更することから、ひいては、ポリオレフィン、ポリエチレン、ポリプロピレンなどのような多孔性基材の一面または両面をセラミック素材のコーティング材でコーティングした分離膜１３０を製造する方法が主に用いられている。このような分離膜１３０は、ＳＲＳまたはＳＲＳ分離膜と称することができ、ＳＲＳ分離膜に対する詳細な内容は、公知の文献を参照して説明することができる。

分離膜１３０の一面または両面にはコーティング材が塗布されることによってコーティング層を形成することができ、コーティング層によって分離膜１３０の耐熱性および安全性を向上させることができる。例えば、分離膜１３０の原反の一面または両面にはアルミナ（Ａｌ_３Ｏ_２）およびバインダーが含まれたコーティング材がコーティングされてもよい。原反に耐熱性が強いアルミナがコーティングされると、分離膜１３０は、熱暴走のような電池セル内部の高温状態でも正極と負極との接触を物理的に持続して遮断することによって、電池セルの内部短絡を防止することができる。

分離膜１３０は、両面ＳＲＳ分離膜に提供されてもよい。電極（正極１１０、負極１２０）と対向する分離膜１３０の原反の二つにはいずれもコーティング材が塗布されることによってコーティング層が形成されてもよい。分離膜１３０の両面にコーティング層が形成される場合、分離膜１３０の一面または他面のいずれか一つの面が電極（正極１１０、負極１２０）と接触すればよいので、工程内で分離膜１３０の配置が自在である。また、これにより工程の単純化、工程時間の節減を達成することができる。

分離膜１３０のコーティング層は、セラミック粒子および高分子バインダーを含んでもよい。セラミック粒子の例としては、アルミナが挙げられ、アルミナの直径によって分離膜１３０の特性が異なることがある。例えば、アルミナの直径が小さいほど粒子の表面積が増加し、比較的に多数の粒子が分離膜１３０の原反と接触することができるので、粒子の固着力が向上して分離膜１３０の変形を抑制することができる。また、分離膜１３０の原反上にコーティング材を繰り返し塗布する場合にも、粒子の直径が小さいとコーティング層の厚さが薄くなることがあるので、粒子の直径が大きい場合と比較してコーティング層の通気度が増加し、分離膜１３０のイオン伝導抵抗が低くなることがある。前述の効果を具現するために、直径が小さい微細粒子アルミナ（ｆｕｍｅｄ ａｌｕｍｉｎａ）がコーティング材の材料に用いられてもよく、これらの直径は、２０から５０ｎｍであってもよい。

分離膜１３０のコーティング層は両面に形成されてもよく、分離膜１３０の表面粗さはコーティング層によって決められてもよい。微細粒子アルミナを用いて分離膜１３０のコーティング層を形成すると、コーティング層の表面粗さが低いことがあり、これにより巻取工程時に分離膜１３０がすべる現象（スリップ現象）が生じることもある。また、コーティング層の表面粗さが過度に大きいと巻取工程時に分離膜１３０が切断されるか破損される現象が生じることがある。その他に、分離膜１３０の表面粗さによって巻芯を除去する過程で分離膜１３０が巻芯について引き出されるか、分離膜１３０が損傷する現象が生じることがある。したがって、ゼリーロール型電極組立体１００に適用される分離膜１３０の表面粗さ（ｓｕｒｆａｃｅ ｒｏｕｇｈｎｅｓｓ）は適切に調節されなければならない。

分離膜１３０の表面粗さは、コーティング材に含まれるアルミナの粒子大きさを調節することによって調節されてもよい。一例として、コーティング材は、微細粒子アルミナと一般のアルミナとの混合物を含んでもよい。混合物に含まれた微細粒子アルミナと一般のアルミナとの比率によってコーティング層の表面粗さが異なることがあるので、二つの粒子の比率を異にすることによって分離膜１３０に求められる適切な水準のコーティング層を形成することができる。このとき、適切な水準の表面粗さは、巻芯との粗さ差、分離膜１３０の幅、またはゼリーロール型電極組立体の大きさによって異なることがあるので、各条件が変更されることによって適切な混合物の比率はそれぞれ異なることがある。後述するが、混合物は一般のアルミナを４０％以内の比率で含むことが好ましい。混合物は一般のアルミナを１６％以上の比率で含むことが好ましい。

ここで、一般のアルミナは、微細粒子アルミナとの区別のためのものであって、微細粒子アルミナよりその直径が大きいアルミナ粒子を称するものであってもよい。一般のアルミナの直径は３００から５００ｎｍであってもよい。また、便宜に応じて、微細粒子アルミナは第１アルミナと、一般のアルミナは第２アルミナと称することができる。

以下では、本発明の一実施例に係るゼリーロール型電極組立体の製造方法に関して説明する。

シート型積層体で、分離膜１３０の長さ値は電極（正極１１０、負極１２０）の長さ値より大きいので、巻取工程で巻芯は電極（正極１１０、負極１２０）の一末端から長く延びた分離膜１３０の一末端と接触することができる。したがって、分離膜１３０と巻芯の間の表面粗さ差が大きい場合、巻芯の排出時に分離膜１３０の一部が引き出されるか、分離膜１３０が損傷する問題が発生することがあり、これによって電極組立体１００の収率が低くなることがある。

このように分離膜１３０と巻芯の表面粗さ差によって、ゼリーロール型電極組立体１００の収率が低くなることがあるので、分離膜１３０の表面粗さを変更する以外に、巻芯の表面粗さも調節する必要がある。したがって、本実施例に係る製造方法は、分離膜１３０と巻芯の表面粗さ差によって、巻芯の表面粗さを調節する過程を含んでもよい。

図２は、本発明の一実施例に係るゼリーロール型電極組立体製造方法のフローチャートである。図３は、本発明の一実施例に係るゼリーロール型電極組立体製造方法に用いられる巻芯の側面図である。図４は、本発明の一実施例に係るゼリーロール型電極組立体製造方法に用いられる巻芯の断面図である。

図２を参照すると、本実施例に係る電極組立体１００の製造方法（Ｓ１０００）は、
分離膜を準備するステップ（Ｓ１１００）、分離膜および巻芯の表面粗さ値を比較するステップ（Ｓ１２００）、比較された値に基づいて巻芯の表面粗さを調節するステップ（Ｓ１３００）、および巻芯を用いて分離膜および電極を含むシート型積層体を巻き取るステップ（Ｓ１４００）を含んでもよい。

以下では、本発明の一実施例に係るゼリーロール型電極組立体の製造方法に関してより具体的に説明するに先立ち、本製造方法に用いることができる巻芯について説明することにする。

図３および図４を参照すると、巻芯２００は長いロッド（ｒｏｄ）状を有してもよい。巻芯２００の断面は全体的に円形の形状を有してもよい。巻芯２００の一端は、中心軸を基準に分離されてもよく、分離された部分の断面はそれぞれ半円形の形状を有してもよい。分離された部分はそれぞれ第１部分２１０ａおよび第２部分２１０ｂと称することができる。巻芯２００で向き合う第１部分２１０ａおよび第２部分２１０ｂの間にはシート型積層体が挿入されてもよく、巻芯２００の一方向の回転によってシート型積層体が巻芯２００の外面２２０に沿って巻かれてもよい。巻芯２００の回転を通じてシート型積層体はゼリーロール型に巻き取られることができる。ゼリーロール型電極組立体１００で、巻芯２００はコア１００ａに位置してもよい。巻取工程が完了すると、コア１００ａに位置した巻芯２００はゼリーロール型電極組立体１００から除去することができる。

一方、巻芯２００を除去する工程のうち、電極組立体１００の最内層に位置する分離膜１３０と巻芯２００の間の摩擦力によって巻芯２００が排出されないことがある。また、分離膜１３０と巻芯２００の間の摩擦力によって分離膜１３０が損傷するか、分離膜１３０が電極組立体１００の外に引き出される不良が発生することによって生産効率が低下することがあり、電極（正極１１０、負極１２０）の断線および内部短絡など二次電池の安全性を低下させるという問題が発生することもある。したがって、このような現象を最少化するために、巻芯２００の外面２２０の一部には長さ方向上で延びる平坦部２３０が形成されてもよい。平坦部２３０が形成されることによって巻芯２００と分離膜１３０との接触面を最小化することができ、これを通じて巻芯の除去時に発生し得る問題点を最小化することができる。平坦部２３０の長さｔ１はシート型積層体の長さ、具体的にはコア１００ａの長さに対応することができる。

シート型積層体が挿入される第１部分２１０ａと第２部分２１０ｂ間の間隔は、シート型積層体の厚さより大きくてもよい。第１部分２１０ａと第２部分２１０ｂ間の間隔がシート型積層体の厚さと類似していると、巻芯２００とシート型積層体の間をきちんと固定することはできるが、巻芯２００の除去過程で、シート型積層体の一部が損傷する恐れがある。第１部分２１０ａと第２部分２１０ｂの間の離隔空間、つまりスリットの大きさｇ１は巻芯２００とシート型積層体の間を固定するが、巻芯２００とシート型積層体間の接触は最小化する水準で設計される必要がある。従来のスリットの大きさｇ１は０．８ｍｍ前後に設計されていたが、両面ＳＲＳ分離膜が適用された本実施例でスリットの大きさｇ１は０．８ｍｍ以上であることが好ましい。本実施例のスリットの大きさｇ１は０．８から１．２ｍｍの水準で設計されることが好ましい。

分離膜１３０は、両面ＳＲＳ分離膜に提供されてもよい（Ｓ１１００）。分離膜１３０の両面にはコーティング材が塗布されることによってコーティング層が形成されてもよい。コーティング材はセラミック粒子および高分子バインダーを含んでもよい。セラミック粒子は第１アルミナおよび第２アルミナを含んでもよく、第２アルミナの比率は４０％以内であってもよい。ステップＳ１１００で説明する「分離膜１３０の提供」とは、分離膜１３０が製造されること、または製造された分離膜１３０が本製造工程に投入されることをいずれも含むものと解釈することができる。

提供された分離膜１３０は、正極１１０および負極１２０と交互に積層され、シート型積層体を形成することができる。シート型積層体は、巻芯２００によって巻き取られ、ゼリーロール型電極組立体１００に製造することができる。

ゼリーロール型電極組立体１００の巻取工程に先立って、分離膜１３０の損傷およびテールアウト現象などを防止するために、分離膜１３０と巻芯２００の間の摩擦力が調節されなければならない。そのために、本実施例の製造過程は、分離膜１３０と巻芯２００の表面粗さの差値を算出するステップを含んでもよい。ここで、巻芯２００の表面粗さとは、外面２２０の表面粗さを意味するものであってもよい。

分離膜１３０および巻芯２００の表面粗さが比較され、二つの値の差が算出されてもよい（Ｓ１２００）。表面粗さの比較および差値の算出は、本製造方法を行う装置の制御部またはサーバーによって行われてもよい。分離膜１３０および巻芯２００の表面粗さはそれぞれ測定されるか、分離膜１３０または巻芯２００の提供者から得られてもよい。ここで、表面粗さの測定は、非接触式または接触式粗さ計によって行われてもよく、一例として、ミツトヨ社のＳＪ－４１０粗さ計などによって測定されてもよい。分離膜１３０および巻芯２００の表面粗さ値が測定されるか得られると、制御部またはサーバーは測定されるか得られた表面粗さの値を比較し、その差値を算出することができる。

算出された差値に基づいて、巻芯２００の表面粗さは調節されてもよい（Ｓ１３００）。通常、工作物の表面粗さ、つまり摩擦力を改善するためには接触面積に応じた摩擦抵抗防止、表面粗さに応じた溝発生防止、硬度差による溝発生防止または表面処理を通じた凝着防止などが達成されなければならない。

本実施例のように巻芯２００の表面粗さを改善するにあっては、サンディング（ＳａｎｄＢｌａｓｔｉｎｇ）、ラッピング（Ｌａｐｐｉｎｇ）のように表面を研磨することによって摩擦抵抗を最少化し、溝発生を防止する研磨工程が適切である。また、追加的に表面処理が必要な場合には、表面をコーティングすることによって凝着を防止するＤＬＣ（Ｄｉａｍｏｎｄ Ｌｉｋｅ Ｃａｒｂｏｎ）またはＣｒＮ（Ｃｈｒｏｍｅ Ｎｉｔｒａｔｅ）のような表面処理方法が適用されてもよい。ここで、巻芯２００の表面粗さは、分離膜１３０の摩擦力を改善するためのものであるので、巻芯２００と分離膜１３０の表面粗さの差値に基づいてそれぞれ異なる工程が適用されてもよい。

下記の表１は、サンディング工程とラッピング工程の仕上げ程度を示したものであり、表２は、仕上げ記号による加工水準を表示したものである。ここで、Ｒｍａｘは表面粗さの最大高さを意味し、Ｒｚは１０個点の平均粗さを意味し、Ｒａは中心線の平均粗さを意味する。

サンディング工程は、高圧の空気または高速回転するインペラーを用いて多様な材質の微粒子を工作物の表面に噴射することによって被作業物の表面を仕上げる工程である。サンディング工程によって工作物の表面には均一な凹凸が形成されることがあり、加工後に残っていた表面の異物が除去されることもある。ここで、サンディング工程に用いられる粒子の大きさは１２０から１５０ｍｅｓｈ水準であってもよい。１５０ｍｅｓｈは１０６μｍ水準を意味する。

ラッピング工程は、ラップという工具とラップ剤とを用いて、摩耗及び研削作用によって工作物を仕上げる精密加工方法である。ラッピング工程は、ラップを工作物に当てて適当な圧力を加えて動作させることによって、工作物表面の突起部分を除去するので、表面精密度が向上し、接触面の接触度が高くなる。巻芯２００の表面処理がラッピング工程によって行われた場合、その表面粗さは０．１５ｓから０．２５ｓＲｍａｘであってもよく、好ましくは０．２ｓＲｍａｘ水準であってもよい。ラッピング工程を通じて、巻芯２００の表面粗さが改善されることによって、巻芯２００の除去時に発生し得る分離膜１３０の損傷を防止することができる。

表１および表２を参照すると、ラッピング工程の研磨水準がサンディング工程の研磨水準より高いことが分かる。したがって、特定の基準値を基準に巻芯２００と分離膜１３０の表面粗さ差が大きい場合には、巻芯２００の表面粗さを改善するためにラッピング工程を適用することができる。表面粗さ差が大きくない場合には、巻芯２００の表面粗さを改善するためにサンディング工程を適用することができる。

巻芯２００と分離膜１３０の表面粗さの差は、所定の値を基準に比較することができる。表面粗さの差が所定の値未満であると巻芯２００と分離膜１３０の表面粗さが類似しているものと解釈し、所定の値以上であると巻芯２００と分離膜１３０の表面粗さの差が大きいものと解釈することができる。

したがって、算出された差値に基づいて、巻芯２００の表面粗さを調節するステップＳ１３００は、巻芯２００と分離膜１３０の表面粗さ差が第１値未満であると第１工程を適用し、第１値以上であると第２工程を適用するステップを含んでもよい。ここで、第１値は０．０５ｓから０．１５ｓＲｍａｘ、好ましくは０．１ｓＲｍａｘであってもよい。また、ここで、第１工程はサンディング工程であり、第２工程はラッピング工程であってもよい。

一方、本実施例の製造方法は、前述の表面粗さを調節するステップＳ１３００が行われた後、シート型積層体を巻き取るステップＳ１４００に進んでもよいが、巻芯２００と分離膜１３０の表面粗さ差が第１値未満になるまでステップＳ１２００とステップＳ１３００が繰り返し行われてもよい。これは、巻芯２００と分離膜１３０の間の表面粗さの差値が第１値以下となるようにすることによって、巻芯２００と分離膜１３０の間の摩擦力が所望の水準で形成されるようにするためである。このとき、所望の巻芯２００の表面粗さは０．１５ｓから０．２５ｓＲｍａｘであってもよく、好ましくは０．２ｓＲｍａｘ水準であってもよい。

具体的に、ステップＳ１２００を通じて算出された巻芯２００と分離膜１３０の表面粗さ差が第１値以上である場合、ステップＳ１３００を通じて巻芯２００にはラッピング工程が適用されてもよい。次に、本実施例に係る製造方法は、再びステップＳ１２００に進み、ラッピング工程が適用された巻芯２００の表面粗さが測定されてもよい。ステップＳ１２００を通じてラッピング工程が完了した巻芯２００の表面粗さ値が確認され、ラッピング工程が完了した巻芯２００の表面粗さと分離膜１３０との表面粗さの差値が再び算出されてもよい。算出された差値が第１値以上であるとステップＳ１３００を通じて巻芯２００にラッピング工程が適用され、再びステップＳ１２００が繰り返されてもよい。算出された差値が第１値未満であるとステップＳ１３００を通じて巻芯２００にはサンディング工程が適用されてもよい。次に、本実施例に係る製造方法はステップＳ１４００に進んでもよい。

巻芯２００の表面粗さが調節された後、前記巻芯２００を用いて分離膜および電極を含むシート型積層体が巻き取られてもよい（Ｓ１４００）。前述のように、巻芯２００の一端は、中心軸を基準に切断された第１部分２１０ａおよび第２部分２１０ｂを含んでもよい。第１部分２１０ａおよび第２部分２１０ｂの間のスリットにシート型積層体の一端が挿入され、巻芯２００が一方向に回転すると、巻芯２００の外面２２０に沿ってシート型積層体を巻き取ることができる。このとき、分離膜１３０は第１アルミナおよび第２アルミナの比率によって表面粗さ値が調節された状態であるので、スリップ現象などを最小化することができる。

ここで、スリットの大きさｇ１は、巻芯２００とシート型積層体の間を固定するが、巻芯２００とシート型積層体間の接触は最小化する水準で設計される必要がある。このとき、スリットの大きさｇ１は０．８ｍｍから１．２ｍｍの水準で設計されることが好ましい。

図示してはいないが、本実施例の製造方法は、ゼリーロール型電極組立体１００から巻芯２００を除去するステップをさらに含んでもよい。電極組立体１００の内側で巻芯２００と接触する分離膜１３０は、第１アルミナおよび第２アルミナの比率によって表面粗さ値が調節された状態であってもよい。前述の製造方法で巻芯２００と分離膜１３０の間の表面粗さは所定の値以下に調節することができる。したがって、巻芯２００が排出される過程で、分離膜１３０が巻き取られたゼリーロール型電極組立体１００の外に引っ張られるか、分離膜１３０が損傷することを最小化することができる。

前述の本実施例に係るゼリーロール型電極組立体の製造方法は、ゼリーロール型電極組立体の製造装置によって行われてもよい。

具体的に、製造装置は、シート型組立体を移送する移送部、シート型組立体を巻き取る巻取部、分離膜１３０または巻芯２００の表面粗さを測定する測定部、分離膜１３０または巻芯２００の表面粗さ値を比較し、その差値を算出する制御部、差値に基づいて巻芯２００の表面粗さを調節する工作部を含んでもよい。

ここで、巻取部は、前述の巻芯２００を含んでもよい。測定部は、表面粗さを測定する非接触式または接触式粗さ計などを含んでもよい。工作部は、サンディング工程に用いられるサンディング装置およびラッピング工程に用いられるラッピング装置を含んでもよい。制御部は、測定された表面粗さ値を比較し、差値を算出できるだけでなく、前述の製造装置の全体的な動作を制御することができる。例えば、制御部は、分離膜１３０または巻芯２００の表面粗さを測定するように測定部を制御することができる。他の例を挙げると、測定された値に基づいて制御部はサンディング工程またはラッピング工程が行われるようにサンディング装置またはラッピング装置の動作を制御することができる。

以下では、本発明の一実施例に係るゼリーロール型電極組立体の実験結果に関して説明する。

前記表３は、アルミナ混合物に含まれた第１アルミナおよび第２アルミナの比率によって巻取工程時に生じる問題点が改善されるかをテストした結果である。表３で、単面ＳＲＳの場合、第２アルミナとして直径が５００ｎｍであるアルミナを用いており、両面ＳＲＳの場合、第２アルミナとして直径が３００ｎｍであるアルミナを用いたことを予め明らかにしておく。また、両面ＳＲＳ分離膜を適用した例示の場合、前述の実施例の製造方法によって巻芯の表面粗さを調節するステップを適用しており、これにより巻芯と両面ＳＲＳ分離膜の表面粗さ差は第１値以下である。

比較群として提示された単面ＳＲＳ分離膜の場合、原反の一面だけコーティング層が形成されるので、シート型積層体の巻取時に両面ＳＲＳ分離膜よりスリップ現象がよく発生しない。また、単面ＳＲＳ分離膜を用いる場合、シート型積層体の巻取時にコーティング層が形成されていない面に巻芯を置いて巻き取ることになるので、両面ＳＲＳ分離膜を用いた場合より、テールアウト現象または分離膜損傷現象などのような問題点がより少なく発生する。しかし、単面ＳＲＳ分離膜を用いる場合、分離膜のコーティング層が電極と対面するように配置しなれなければならないので、製造工程にかかる時間および製造工程のステップを増加させるという問題がある。

両面ＳＲＳ分離膜に対する実験結果をみると、それぞれの例示でスリップ現象および巻芯の排出自体は大きな問題を引き起こしていないが、第２アルミナが低い比率で含まれた例示では分離膜の損傷がより大きく生じることが確認された。これは相対的に粒子が小さい第１アルミナだけを用いてコーティング層を形成した場合、巻芯とコーティング層の間の表面粗さ差が大きく、これによって巻芯の排出時にコーティング層がより多く損傷するものと解釈することができる。また、表３の例示で、第２アルミナが低い比率で含まれてもスリップ現象が生じないことは、本例示のゼリーロール型電極組立体１００が多少大きいサイズで提供されるためである。参考までに、表３の実験は、コア１００ａの長さが約１０から１２ｃｍであり、ゼリーロール型電極組立体１００の半径が４から５ｃｍの場合である。

具体的に、アルミナ混合物に第１アルミナだけが含まれた場合、これによって形成された分離膜１３０の表面粗さは巻芯の表面粗さとその差が大きい可能性があるので、これを改善するために巻芯の表面粗さを調節する必要がある。従来にはそのために巻芯にサンディング工程およびＤＬＣコーティング工程を適用することもあったが、巻芯が排出されないという問題（自動排出イシュー）があって、本実施例に用いるには適切ではなかった。

したがって、本例では、巻芯の表面粗さを改善するために、巻芯にサンディング工程を適用し、コーティング工程ＲＴ－５０００を適用した。その結果、サンディングおよびＤＬＣコーティングを用いる場合より自動排出イシューは改善されたが、巻芯の排出時に分離膜１３０が損傷することが確認された。

アルミナ混合物に第２アルミナが１６ｗｔ％含まれた場合も、巻芯の表面粗さを調節する一部の工程を適用することによって自動排出イシューは解決したが、前述の例示のように分離膜１３０の損傷が確認された。

しかし、アルミナ混合物に第２アルミナが２４ｗｔ％含まれた場合には、このような分離膜１３０の損傷が多少改善されるものと示され、表に具体的に記載してはいないが、第２アルミナが４０ｗｔ％含まれた場合にも類似の結果が示された。

前述の例示を参照すると、分離膜１３０のコーティング層に用いられるアルミニウム混合物には、第２アルミナが２４ｗｔ％以上含まれることが適切である。しかし、第１アルミナと第２アルミナとを含むアルミナ混合物で、第１アルミナと第２アルミナとの比率は目的とする表面粗さおよび物理的／電気化学的特性などによって適切に調節されなければならない。

第２アルミナの比率が増加するほど表面粗さが向上して、スリップ現象および巻芯の排出時に生じるテールアウト現象、または分離膜損傷現象を改善できるが、粒子直径が小さい第１アルミナの比率が増加するほどコーティング層の通気度および固着力を向上できると知られているので、第２アルミニウムの比率は適切な値以内に含まれることが好ましい。例えば、第２アルミナはアルミナ混合物に４０ｗｔ％以内に含まれることが適切である。第２アルミナはアルミナ混合物に２４ｗｔ％から４０ｗｔ％以内に含まれることが適切である。

また、前述のように適切な表面粗さの値は、巻芯との粗さ差、分離膜１３０の幅、またはゼリーロール型電極組立体１００の大きさによって異なることがある。ゼリーロール型電極組立体１００の大きさが増加すると巻芯と分離膜１３０間の接触面積が増加し、巻き取られた分離膜１３０と電極（正極１１０、負極１２０）間の接触面積も増加することになるので、テールアウト現象または分離膜１３０の損傷がより頻繁に生じることもある。

ゼリーロール型電極組立体１００の大きさまたはコア１００ａの長さが大きく形成される場合には、分離膜１３０の表面粗さ値は多少大きく設計され、ゼリーロール型電極組立体１００またはコア１００ａの長さが小さく形成された場合には、分離膜１３０の表面粗さ値は多少小さく設計されることが好ましい。表３の実験は、コア１００ａの長さが約１０から１２ｃｍであり、ゼリーロール型電極組立体１００の半径が４から５ｃｍの場合である。したがって、ゼリーロール型電極組立体１００の大きさがこれより小さく設計される場合には、好ましい第２アルミナの比率は２４ｗｔ％以下である。具体的に、第２アルミナがアルミナ混合物に１６ｗｔ％水準または２４ｗｔ％水準で含まれた場合、巻取時にスリップ現象が生じないと共に、巻芯の排出時にテールアウト現象または分離膜１３０の損傷が生じないことがある。したがって、第２アルミナはアルミナ混合物に１６ｗｔ％以上で含まれることが好ましい。第２アルミナはアルミナ混合物に１６ｗｔ％から２４ｗｔ％以内に含まれることが適切である。第２アルミナはアルミナ混合物に１６ｗｔ％から４０ｗｔ％以内に含まれることが適切である。

また、両面ＳＲＳ分離膜の表面粗さＲａは、５００ｎｍから１μｍであってもよく、好ましくは５５０ｎｍから９３０ｎｍであってもよい。

表面粗さＲａ、ｎｍの測定は、例えば製造された試片を３００ｍｍ×３００ｍｍの大きさにサンプルを製造した後、表面粗さ測定機器（ミツトヨ社ＳＪ－２１０モデル）を載せた後、組込みチップを０．５ｍｍ／ｓの速度にして、表面粗さを測定し、表面粗さのパラメータであるＲａ（ｎｍ）値を数値化して示すことができる。

一方、前述の本実施例に係るゼリーロール型電極組立体１００は、電池セルに含まれてもよい。ゼリーロール型電極組立体１００は円筒形または角形金属容器に挿入された後、電解液が充填され、金属容器を密封して電池セルに製造されもよい。ゼリーロール型電極組立体１００を含む電池セルは、円筒型電池または角型電池であってもよいが、ゼリーロール型電極組立体１００を含む電池セルの形状が前述の例示に限定されるものではない。

以上で本発明の好ましい実施例について詳細に説明しているが、本発明の範囲はこれに限定されるものではなく、以下の特許請求の範囲で定義している本発明の基本概念を用いた当業者の色々な変形および改良形態も、本発明の範囲に属する。

１００：電極組立体
１００ａ：コア
１１０：正極
１２０：負極
１３０：分離膜
２００：巻芯
２１０ａ：第１部分
２１０ｂ：第２部分
２２０：外面
２３０：平坦部

Claims (19)

1. 電極および分離膜を含むシート型積層体が巻き取られたゼリーロール型電極組立体において、
   前記分離膜は、両面コーティング層を含み、
   前記両面コーティング層は、第１アルミナおよび第２アルミナの混合物を含み、
   前記分離膜の表面粗さＲａは、５００ｎｍから１μｍであり、前記第１アルミナの粒子直径は、前記第２アルミナの粒子直径より小さい、ゼリーロール型電極組立体。
2. 前記混合物１００重量部に対して、前記第２アルミナは１６から４０重量部で含まれる、請求項１に記載のゼリーロール型電極組立体。
3. 前記混合物１００重量部に対して、前記第１アルミナは６０から８４重量部で含まれる、請求項２に記載のゼリーロール型電極組立体。
4. 前記第１アルミナの粒子直径は、２０から５０ｎｍである、請求項１に記載のゼリーロール型電極組立体。
5. 前記第２アルミナの粒子直径は、３００から５００ｎｍである、請求項１に記載のゼリーロール型電極組立体。
6. 前記ゼリーロール型電極組立体は、分離膜、正極、分離膜、負極の順に積層された両面ＳＲＳ積層体である、請求項１に記載のゼリーロール型電極組立体。
7. 前記ゼリーロール型電極組立体のコアの長さは、約１０ｃｍから１２ｃｍであり、半径は、約４ｃｍから５ｃｍである、請求項１に記載のゼリーロール型電極組立体。
8. 両面コーティング層を含む分離膜を提供するステップ、
   前記分離膜および巻芯の表面粗さの差値を算出するステップ、
   前記分離膜と前記巻芯の表面粗さ値の差が第１値未満であると、第１工程を用いて前記巻芯の表面粗さを調節し、
   前記分離膜と前記巻芯の表面粗さ値の差が前記第１値以上であると、第２工程を用いて前記巻芯の表面粗さを調節するステップ、
   前記表面粗さが調節された前記巻芯を用いて、電極および前記分離膜を含むシート型積層体を巻き取るステップを含み、
   前記両面コーティング層は、第１アルミナおよび第２アルミナの混合物を含み、
   前記分離膜の表面粗さＲａは、５００ｎｍから１μｍであり、前記第１アルミナの粒子直径は、前記第２アルミナの粒子直径より小さい、ゼリーロール型電極組立体の製造方法。
9. 前記混合物１００重量部に対して、前記第２アルミナは１６から４０重量部で含まれる、請求項８に記載のゼリーロール型電極組立体の製造方法。
10. 前記混合物１００重量部に対して、前記第１アルミナは６０から８４重量部で含まれる、請求項９に記載のゼリーロール型電極組立体の製造方法。
11. 前記第１値（Ｒｍａｘ）は、０．０５ｓから０．１５ｓの間である、請求項８に記載のゼリーロール型電極組立体の製造方法。
12. 前記第１工程は、サンディング工程である、請求項８に記載のゼリーロール型電極組立体の製造方法。
13. 前記第２工程は、ラッピング工程である、請求項８に記載のゼリーロール型電極組立体の製造方法。
14. 前記シート型積層体は、ロッド（ｒｏｄ）状の前記巻芯によって巻き取られ、
    前記巻芯は、回転軸を中心に分離された第１部分および第２部分を含み、
    前記シート型積層体の一端は、前記第１部分および前記第２部分の間のスリットに挿入されることによって固定され、
    前記スリットの大きさは、０．８ｍｍより大きい、請求項８に記載のゼリーロール型電極組立体の製造方法。
15. 前記シート型積層体は、ロッド（ｒｏｄ）状の前記巻芯によって巻き取られ、
    前記巻芯の表面粗さは、第２値以下であり、
    前記第２値（Ｒｍａｘ）は、０．１５ｓから０．２５ｓである、請求項８に記載のゼリーロール型電極組立体の製造方法。
16. 前記巻芯の表面粗さを調節するステップで、前記第２工程が用いられた場合、前記分離膜および前記巻芯の表面粗さの差値を算出するステップが再び行われる、請求項８に記載のゼリーロール型電極組立体の製造方法。
17. 再び行われた前記分離膜および前記巻芯の表面粗さの差値を算出するステップで、算出された表面粗さの差値が前記第１値以上であると、前記第２工程を用いて前記巻芯の表面粗さを調節するステップが行われる、請求項１６に記載のゼリーロール型電極組立体の製造方法。
18. 再び行われた前記分離膜および前記巻芯の表面粗さの差値を算出するステップで、算出された表面粗さの差値が前記第１値未満であると、前記第１工程を用いて前記巻芯の表面粗さを調節するステップが行われ、
    前記表面粗さが調節された前記巻芯を用いて、電極および前記分離膜を含むシート型積層体を巻き取るステップが行われる、請求項１６に記載のゼリーロール型電極組立体の製造方法。
19. 請求項１から７のいずれか一項に記載のゼリーロール型電極組立体を含む、電池セル。

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