JP6699874B2 - 電極組立体およびその製造方法 - Google Patents

Description

［関連出願の相互参照］
本出願は、２０１６年２月１６日付けの韓国特許出願第２０１６‐００１８００２号に基づく優先権の利益を主張し、該当韓国特許出願の文献に開示されている全ての内容は、本明細書の一部として組み込まれる。

本発明は、電極組立体およびその製造方法に関し、特に、電極とセパレータの接着性、濡れ（ｗｅｔｔｉｎｇ）性が良好で、ガス除去が容易な電極組立体およびその製造方法に関する。

一般的に、二次電池（ｒｅｃｈａｒｇｅａｂｌｅ ｂａｔｔｅｒｙ）は、充電が不可能な一次電池とは異なり、充電および放電が可能な電池を意味し、かかる二次電池は、携帯電話、ノートパソコンおよびカムコーダなどの先端電子機器の分野において広く使用されている。

従来技術による二次電池は、電極組立体を含み、前記電極組立体は、セパレータの上面と下面に正極（ｐｏｓｉｔｉｖｅ ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ）および負極（ｎｅｇａｔｉｖｅ ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ）をそれぞれ配置し、圧力でラミネート（ｌａｍｉｎａｔｉｏｎ）した後、折り畳む（ｆｏｌｄｉｎｇ）ことで製造される。

しかし、上述の電極組立体は、負極に比べて正極の接着力が高く、そのため、正極と負極を同じ条件でセパレータに接着する場合、正極と負極の接着力偏差が生じ、結果、均一な品質の電極組立体を製造できないという問題があった。

本発明は、かかる問題を解決するための発明であり、本発明の目的は、セパレータの上面と下面の接着層をパターン化することで、正極と負極を同じ接着力で接着することができ、濡れ（ｗｅｔｔｉｎｇ）性が良好で、ガスを容易に排出することができる電極組立体およびその製造方法を提供することにある。

前記のような目的を達成するための本発明に係る電極組立体は、第１のセパレータシートと、前記第１のセパレータシートの両面にそれぞれ接着される第１の電極シートおよび第２の電極シートとを含み、前記第１のセパレータシートの両面には、互いに異なる接着力を有するパターン化したマスクが形成され、前記両面のうち高い接着力を有する第１の面のマスクに前記第１の電極シートが接着され、低い接着力を有する第２の面のマスクに前記第２の電極シートが接着されてもよい。

前記第１のセパレータシートの両面は、プラズマ（ｐｌａｓｍａ）処理によって所定のパターンを有し、接着力が活性化したマスクが形成され、前記第２の面は、前記第１の面よりも弱くプラズマ処理されてもよい。

前記第１のセパレータシートは、前記第１の面のみプラズマ処理して所定のパターンを有し、接着力が活性化したマスクを形成してもよい。

前記第１のセパレータシートの両面または第１の面において前記マスク以外の表面は、接着力がないかまたは前記マスクよりも低い接着力を有してもよい。

前記第１のセパレータシートは、両面に所定のパターンのマスクが設けられたバインダー（ｂｉｎｄｅｒ）コーティング層が形成され、前記第２の面は、前記第１の面よりも小さい面積と小さい厚さのマスクが設けられたバインダーコーティング層が形成されてもよい。

前記バインダーコーティング層は、プラズマ（ｐｌａｓｍａ）処理によって所定のパターンを有し、接着力が活性化したマスクが突出して形成されてもよい。

前記第２の面は、前記第１の面よりも弱くプラズマ処理されてもよい。

前記プラズマ処理された前記バインダーコティ層において前記マスク以外の表面は、接着力がないかまたは前記マスクよりも低い接着力を有してもよい。

前記第１の電極シートは負極であり、前記第２の電極シートは正極であってもよい。

前記第１の電極シートまたは前記第２の電極シートのいずれか一つの外側面に接着される第２のセパレータシートをさらに含んでもよい。

前記第２のセパレータシートにおいて前記第１の電極シートまたは前記第２の電極シートに接着される面はプラズマ（ｐｌａｓｍａ）処理によって所定のパターンを有し、接着力が活性化したマスクが形成されてもよい。

前記第２の電極シートの外側面に前記第２のセパレータシートが接着されると、前記第２のセパレータシートに形成されたマスクと前記第１のセパレータシートの第２の面に形成されたマスクは同じ接着力を有してもよい。

前記第１の電極シートの外側面に前記第２のセパレータシートが接着されると、前記第２のセパレータシートに形成されたマスクと前記第１のセパレータシートの第１の面に形成されたマスクは同じ接着力を有してもよい。

一方、かかる構成を有する本発明に係る電極組立体の製造方法は、両面が互いに異なる接着力を有するパターン化したマスクが形成されるように第１のセパレータシートを製造するステップ（Ｓ１０）と、前記第１のセパレータシートの両面のうち相対的に高い接着力を有する第１の面のマスクに第１の電極シートを配置し、前記第１のセパレータシートの両面のうち相対的に低い接着力を有する第２の面のマスクに第２の電極シートを配置するステップ（Ｓ２０）と、熱と圧力を加えて前記第１のセパレータシートの両面に前記第１の電極シートおよび前記第２の電極シートを接着し、基本単位体を製造するステップ（Ｓ３０）とを含んでもよい。

前記ステップ（Ｓ１０）は、前記第１のセパレータシートの両面にプラズマ（ｐｌａｓｍａ）処理して所定のパターンを有し、接着力が活性化したマスクを形成し、前記第２の面には、前記第１の面に加えられるプラズマよりも弱くプラズマ処理してもよい。

前記ステップ（Ｓ１０）は、前記第１の面のみプラズマ処理して所定のパターンを有し、接着力が活性化したマスクを形成してもよい。

前記ステップ（Ｓ１０）では、前記第１のセパレータシートの両面に所定のパターンのマスクが突出して形成されたバインダーコーティング層が形成され、前記第２の面に設けられたマスクは、前記第１の面に設けられたマスクよりも小さい面積と小さい厚さに形成されてもよい。

前記ステップ（Ｓ３０）の後、前記基本単位体の第２の電極シートに第２のセパレータシートを熱と圧力を加えて接着し、前記基本単位体を巻き取り電極組立体を製造するステップ（Ｓ４０）をさらに含んでもよい。

本発明は、下記のような効果を有する。

第一に、第１のセパレータシートの両面に異なる接着力を適用したパターン化したマスクを形成することで、第１の電極シートおよび第２の電極シートの接着力を均一に調節することができ、特に、パターン化したマスクの間の空間を介してガスが排出されるか、または電解液が流入されて含浸力を向上させ、結果、電極組立体の品質性を向上させることができる効果がある。

第二に、第１のセパレータシートの第１の面と第２の面に加えられるプラズマを異ならせることで、第１のセパレータシートの両面に異なる接着力を適用したパターン化したマスクを形成することができる効果がある。

第三に、第１のセパレータシートの第１の面のみプラズマを処理してパターン化したマスクを活性化させることで、第１のセパレータシートの両面に異なる接着力を適用することができる効果がある。

第四に、第１のセパレータシートの両面にコーティングされるバインダーコーティング層に、面積と厚さが互いに異なるパターン化したマスクを適用することで、第１のセパレータシートの両面に異なる接着力を適用することができる効果がある。

本発明の第１の実施形態に係る電極組立体を示した断面図である。 本発明に係る電極組立体に含まれた第１の分離シートの第１の面を示した平面図である。 本発明に係る電極組立体に含まれた第１の分離シートの第２の面を示した平面図である。 図１に表示されている「Ａ」部分の拡大図である。 本発明の第２の実施形態に係る電極組立体を示した断面図である。 本発明の第１の実施形態で第２のセパレータシートを含む電極組立体を示した断面図である。 本発明に係る電極組立体の製造方法を示したフローチャートである。 本発明の第１の実施形態に係る第１のセパレータシートの製造工程を示した図である。 本発明の第２の実施形態に係る第１のセパレータシートの製造工程を示した図である。

以下、添付の図面を参照して、本発明が属する技術分野において通常の知識を有する者が容易に実施することができるように、本発明の実施形態について詳細に説明する。しかし、本発明は、各種の相違する形態に実現されてもよく、ここで説明する実施形態に限定されない。また、図面において、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、明細書全体にわたり類似した部分については類似の図面符号を付けた。

［電極組立体］
本発明に係る電極組立体１００は、図１に示されているように、第１のセパレータシート１３０と前記第１のセパレータシート１３０の両面、すなわち、図１において、上面と下面にそれぞれ接着される第１の電極シート１１０と、第２の電極シート１２０とを含む。ここで、第１の電極シート１１０は負極であり、第２の電極シート１２０は正極である。

一方、電極組立体１００は、負極である第１の電極シート１１０に比べて正極である第２の電極シート１２０の接着力が高く、そのため、第１の電極シート１１０および第２の電極シート１２０を第１のセパレータシート１３０の両面に同じ接着力で接着する場合、第２の電極シート１２０の接着力が第１の電極シート１１０よりも過剰に大きいため、界面接着性を阻害する要因となる。

特に、電極組立体１００の接着時に、第１のセパレータシート１３０と第１の電極シート１１０との間、および第１のセパレータシート１３０と第２の電極シート１２０との間にガスが発生し、このガスが外部に排出されず、接着性を阻害する要因となる。

かかる問題を解決するために、本発明に係る電極組立体１００は、図２および図３に示されているように、両面の接着力が異なるパターン化したマスクを有する第１のセパレータシート１３０により、第１の電極シート１１０および第２の電極シート１２０の接着力を均一に調節することができる。特に、パターン化したマスク間の通路を介して、電極組立体の接着時に発生したガスを外部に迅速に排出することができ、さらに、電解液が流入されることで含浸力を向上させることができる。

すなわち、本発明に係る電極組立体１００において、第１のセパレータシート１３０の両面には、図４に示されているように、互いに異なる接着力を有するパターン化したマスク１３３、１３４がそれぞれ形成され、両面のうち高い接着力を有する第１の面１３１のマスク１３３に第１の電極シート１１０が接着され、低い接着力を有する第２の面１３２のマスク１３４に第２の電極シート１２０が接着される。

つまり、第１のセパレータシート１３０の両面に接着力を有するパターン化したマスク１３３、１３４をそれぞれ形成し、第２の電極シート１２０が接着される第１のセパレータシート１３０の第２の面１３２に設けられるマスク１３４の接着力を低減することで、第１の電極シート１１０と第２の電極シート１２０の接着力を均一に調節することができる。

特に、第１のセパレータシート１３０の両面に形成されるマスク１３３、１３４は、所定のパターンで形成され、且つマスク１３３、１３４の間に長さ方向または幅方向に通路を形成し、この通路を介して、電極組立体１００の接着時に発生したガスが外部に排出されるか、または電解液が流入されることで、含浸力を向上させることができる。

以下、本発明に係る電極組立体１００の実施形態について、添付の図面を参照して詳細に説明する。

第１の実施形態
第１の実施形態として、電極組立体１００において、第１のセパレータシート１３０は、図１および図８を参照すると、両面にプラズマ（ｐｌａｓｍａ）装置２００のプラズマ処理によって所定のパターンを有し、接着力が活性化したマスク１３３、１３４がそれぞれ形成され、この際、第２の面１３２は、第１の面１３１よりも弱くプラズマ処理され、これにより第２の面１３２のパターン化したマスク１３３は、第１の面１３１のパターン化したマスク１３４よりも低い接着力を有する。

このように弱くプラズマ処理された第２の面１３２のマスク１３４に第２の電極シート１２０を接着し、第２の面１３２よりも強くプラズマ処理された第１の面１３１のマスク１３３に第１の電極シート１１０を接着することにより、第１の電極シート１１０および第２の電極シート１２０の接着力を均一に調整することができる。

この際、マスク１３３、１３４は、第１のセパレータシート１３０の両面に所定のパターンで突出して形成されてもよく、これによりマスク１３３、１３４の間にガス排出空間を形成して電極組立体１００の接着時にガスをより容易に排出させることができる。

ここで、マスク１３３、１３４は、円形、楕円形、四角形、多角形、長いバー形のいずれか一つの形態を有してもよい。

特に、マスク１３３、１３４のないガス排出空間である表面は、接着力がないか、またはマスク１３３、１３４よりも小さい接着力を有することがあり、これにより接着力とガス排出力を同時に得ることができる。

ここで、本発明の電極組立体１００は、図７に示されているように、第１の電極シート１１０または第２の電極シート１２０のいずれか一つの外側面に接着される第２のセパレータシート１４０をさらに含む。

すなわち、電極組立体１００を巻き取り、ゼリーロール形態に製造するためには、最外側に第２のセパレータシート１４０を含む必要がある。したがって、本発明の電極組立体１００は、図６に示されているように、第２の電極シート１２０の下部に第２のセパレータシート１４０を接着して、第１の電極シート１１０、第１のセパレータシート１３０、第２の電極シート１２０および第２のセパレータシート１４０に積層された構造を形成し、巻き取ってゼリーロール形態の電極組立体を製造する。

一方、第２のセパレータシート１４０は、第１の電極シート１１０または第２の電極シート１２０に接着される面にプラズマ（ｐｌａｓｍａ）処理されて、所定のパターンを有し、接着力が活性化したマスク１４１が形成され、これにより第２のセパレータシート１４０に接着される電極シートの接着力を高めることができる。

ここで、第２の電極シート１２０の外側面に第２のセパレータシート１４０が接着されると、第２のセパレータシート１４０のマスク１４１と第１のセパレータシート１３０の第２の面１３２に設けられたマスク１３４は同じ接着力を有し、これにより第２の電極シート１２０の両面接着力を同様に調整することができる。

また、第１の電極シート１１０の外側面に第２のセパレータシート１４０が接着されると、第２のセパレータシート１４０のマスク１４１と、第１のセパレータシート１３０の第１の面１３１に設けられたマスク１３３は、同じ接着力を有し、これにより、第１の電極シート１１０の両面の接着力を同様に調整することができる。

第２の実施形態
第２の実施形態として、電極組立体１００において、第１のセパレータシート１３０は、図５および図９を参照すると、第１の面１３１のみプラズマ処理されて、所定のパターンを有し、接着力が活性化したマスク１３３が形成される。すなわち、プラズマ処理により、第１の面１３１の接着力を第２の面１３２の接着力よりも高めることで、第１の電極シート１１０および第２の電極シート１２０の接着力を均一に調整することができる。

［電極組立体の製造方法］
かかる構成を有する本発明に係る電極組立体の製造方法について説明する。

本発明に係る電極組立体の製造方法は、図７に示されているように、両面が互いに異なる接着力を有するパターン化したマスク１３３、１３４が形成されるように第１のセパレータシート１３０を製造するステップ（Ｓ１０）と、第１のセパレータシート１３０の両面に第１の電極シート１１０および第２の電極シート１２０を配置するステップ（Ｓ２０）と、第１のセパレータシート１３０の両面に形成されたマスク１３３、１３４に第１の電極シート１１０および第２の電極シート１２０をそれぞれ接着するステップ（Ｓ３０）とを含み、未完成の電極組立体は、ゼリーロール形態に巻き取ると、完成された電極組立体１００が製造される。

ステップ（Ｓ１０）は、第１のセパレータシート１３０の両面に互いに異なる接着力を有するパターン化したマスク１３３、１３４を形成する。

第１の方法として、図８に示されているように、プラズマ装置２００により第１のセパレータシート１３０の両面をプラズマ（ｐｌａｓｍａ）処理して、所定のパターンを有し、接着力を活性化したマスク１３３、１３４をそれぞれ形成する際、第２の面１３２には、第１の面１３１に加えられるプラズマよりも弱くプラズマ処理し、これにより第２の面１３２のマスク１３４は、第１の面１３１のマスク１３３よりも弱い接着力を有することになる。

すなわち、接着力が高い第１の面１３１のマスク１３３と接着力が弱い負極である第１の電極シート１１０が接着され、接着力が弱い第２の面１３２のマスク１３４と接着力が高い正極である第２の電極シート１２０が接着されることで、第１の電極シート１１０および第２の電極シート１２０の接着力を均一に調整することができる。特に、パターン化したマスク１３３、１３４の間の空間から接着時に発生したガスが排出され、これにより、ガスによる接着不良を防止することができる。

第２の方法として、図９に示されているように、プラズマ装置２００により第１のセパレータシート１３０の両面のうち第１の面１３１のみ選択的にプラズマ処理して、所定のパターンを有し、接着力が活性化したマスク１３３を形成し、これにより、第２の面１３２は、第１の面１３１よりも弱い接着力を有する。これにより、第１の電極シート１１０および第２の電極シート１２０の接着力を均一に調整することができる。

ステップ（Ｓ２０）では、第１のセパレータシート１３０の両面のうち相対的に高い接着力を有する第１の面１３１に第１の電極シート１１０を配置し、第１のセパレータシート１３０の両面のうち相対的に低い接着力を有する第２の面１３２に第２の電極シート１２０を配置する。

ステップ（Ｓ３０）では、熱と圧力を加えて第１のセパレータシート１３０の両面に第１の電極シート１１０および第２の電極シート１２０を接着し、未完成の電極組立体を製造する。

ステップ（Ｓ３０）の後、未完成の電極組立体の最外側に第２のセパレータシート１４０を接着するステップ（Ｓ４０）を含む。

ステップ（Ｓ４０）では、図６に示されているように、未完成の電極組立体の第２の電極シート１２０に第２のセパレータシート１４０を熱と圧力を加えて接着し、ゼリーロール形態に巻き取り電極組立体を製造する。ここで、第２のセパレータシート１４０のマスク１４１は、第１のセパレータシート１３０の第２の面１３２に設けられたマスク１３４と同じ接着力を有する。

したがって、本発明に係る電極組立体は、接着力が互いに異なる両面を有するセパレータに第１の電極シート１１０および第２の電極シート１２０をそれぞれ接着することで第１の電極シート１１０および第２の電極シート１２０の接着力を均一に調整することができ、これにより品質性を高めることができる。

本発明の範囲は、前記詳細な説明でなく、後述する特許請求の範囲により定められ、特許請求の範囲の意味および範囲、またその均等概念から導き出される様々な実施形態が可能である。

１００ 電極組立体
１１０ 第１の電極シート
１２０ 第２の電極シート
１３０ 第１のセパレータシート
１３１ 第１の面
１３２ 第２の面
１３３、１３４ マスク
１４０ 第２のセパレータシート

Claims (12)

1. 第１のセパレータシートと、
   前記第１のセパレータシートの両面にそれぞれ接着される第１の電極シートおよび第２の電極シートと、を含み、
   前記第１のセパレータシートの両面には、互いに異なる接着力を有するパターン化したマスクが形成され、前記両面のうち高い接着力を有する第１の面のマスクに前記第１の電極シートが接着され、低い接着力を有する第２の面のマスクに前記第２の電極シートが接着され、
   前記第１の電極シートは負極であり、前記第２の電極シートは正極であり、
   前記マスクは、前記第１の電極シートおよび前記第２の電極シートの接着力が均一になるように調整されていることを特徴とする、電極組立体。
2. 前記第１のセパレータシートの両面は、プラズマ（ｐｌａｓｍａ）処理によって所定のパターンを有し、接着力が活性化したマスクが形成され、前記第２の面は、前記第１の面よりも弱くプラズマ処理されることを特徴とする、請求項１に記載の電極組立体。
3. 第１のセパレータシートと、
   前記第１のセパレータシートの両面にそれぞれ接着される第１の電極シートおよび第２の電極シートと、を含み、
   前記第１のセパレータシートは、第１の面のみプラズマ処理して、所定のパターンを有し、接着力が活性化したマスクを形成し、
   前記第１の面のマスクに前記第１の電極シートが接着され、第２の面に前記第２の電極シートが接着され、
   前記第１の電極シートは負極であり、前記第２の電極シートは正極であり、
   前記マスクは、前記第１の電極シートおよび前記第２の電極シートの接着力が均一になるように調整されていることを特徴とする、電極組立体。
4. 前記第１のセパレータシートの両面または第１の面において前記マスク以外の表面は、接着力がないかまたは前記マスクよりも低い接着力を有することを特徴とする、請求項２または３に記載の電極組立体。
5. 前記第１の電極シートまたは前記第２の電極シートのいずれか一つの外側面に接着される第２のセパレータシートをさらに含むことを特徴とする、請求項１に記載の電極組立体。
6. 前記第２のセパレータシートにおいて前記第１の電極シートまたは前記第２の電極シートに接着される面には、プラズマ（ｐｌａｓｍａ）処理によって所定のパターンを有し、接着力が活性化したマスクが形成されることを特徴とする、請求項５に記載の電極組立体。
7. 前記第２の電極シートの外側面に前記第２のセパレータシートが接着されると、前記第２のセパレータシートに形成されたマスクと前記第１のセパレータシートの第２の面に形成されたマスクは同じ接着力を有することを特徴とする、請求項６に記載の電極組立体。
8. 前記第１の電極シートの外側面に前記第２のセパレータシートが接着されると、前記第２のセパレータシートに形成されたマスクと前記第１のセパレータシートの第１の面に形成されたマスクは同じ接着力を有することを特徴とする、請求項６に記載の電極組立体。
9. 両面が互いに異なる接着力を有するパターン化したマスクが形成されるように第１のセパレータシートを製造するステップ（Ｓ１０）と、
   前記第１のセパレータシートの両面のうち相対的に高い接着力を有する第１の面のマスクに第１の電極シートを配置し、前記第１のセパレータシートの両面のうち相対的に低い接着力を有する第２の面のマスクに第２の電極シートを配置するステップ（Ｓ２０）と、
   熱と圧力を加えて前記第１のセパレータシートの両面に前記第１の電極シートおよび前記第２の電極シートを接着し、基本単位体を製造するステップ（Ｓ３０）と、を含み、
   前記第１の電極シートは負極であり、前記第２の電極シートは正極であり、
   前記マスクは、前記第１の電極シートおよび前記第２の電極シートの接着力が均一になるように調整されることを特徴とする、電極組立体の製造方法。
10. 前記ステップ（Ｓ１０）は、前記第１のセパレータシートの両面にプラズマ（ｐｌａｓｍａ）処理して、所定のパターンを有し、接着力が活性化したマスクを形成し、前記第２の面には、前記第１の面に加えられるプラズマよりも弱くプラズマ処理することを特徴とする、請求項９に記載の電極組立体の製造方法。
11. 接着力を有するパターン化したマスクが第１の面のみに形成されるように第１のセパレータシートを製造するステップであって、前記第１のセパレータシートの前記第１の面のみプラズマ処理して、所定のパターンを有し、接着力が活性化したマスクを形成するステップと、
    前記第１の面のマスクに第１の電極シートを配置し、前記第１のセパレータシートの第２の面に第２の電極シートを配置するステップと、
    熱と圧力を加えて前記第１のセパレータシートの両面に前記第１の電極シートおよび前記第２の電極シートを接着し、基本単位体を製造するステップと、を含み、
    前記第１の電極シートは負極であり、前記第２の電極シートは正極であり、
    前記マスクは、前記第１の電極シートおよび前記第２の電極シートの接着力が均一になるように調整されることを特徴とする、電極組立体の製造方法。
12. 前記ステップ（Ｓ３０）の後、前記基本単位体の第２の電極シートに第２のセパレータシートを熱と圧力を加えて接着し、前記基本単位体を巻き取り電極組立体を製造するステップ（Ｓ４０）をさらに含むことを特徴とする、請求項９に記載の電極組立体の製造方法。