KR100614369B1 - 이차 전지의 극판 제조 방법 및 이에 의한 이차 전지 - Google Patents

이차 전지의 극판 제조 방법 및 이에 의한 이차 전지 Download PDF

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Abstract

본 발명은 이차 전지의 극판 제조 방법 및 이에 의한 이차 전지에 관한 것으로서, 해결하고자 하는 기술적 과제는 용량 산포가 균일하여 전지의 신뢰성을 향상시키는데 있다.
이를 위해 본 발명에 의한 해결 방법의 요지는 양극 또는 음극으로 이용될 극판을 준비하는 단계와, 극판의 양쪽 표면에 일정 패턴 및 두께로 활물질을 코팅하는 단계와, 활물질이 코팅된 극판의 질량을 측정하는 단계와, 극판에서 기준 질량을 초과하는 면적만큼 활물질을 레이저, 프레스, 스크래퍼 또는 초음파중 어느하나를 이용하여 제거하는 단계를 포함한다.
이러한 방법에 의해 제조된 극판 및 이를 이용한 이차 전지는 용량 산포가 균일해짐으로써, 전지의 신뢰성이 대폭 향상된다.
극판, 활물질, 질량 측정, 레이저, 프레스, 스크래퍼, 초음파

Description

이차 전지의 극판 제조 방법 및 이에 의한 이차 전지{Manufacturing method of electrode plate for secondary battery and secondary battery using the same}
도 1은 본 발명에 의한 이차 전지의 극판 제조 방법을 도시한 플로우 챠트이다.
도 2는 본 발명에 의한 이차 전지의 극판 제조 방법중 극판에 활물질이 코팅된 후 건조된 상태를 도시한 단면도이다.
도 3은 본 발명에 의한 이차 전지의 극판 제조 방법중 레이저에 의해 활물질의 일부가 제거되는 상태를 도시한 단면도이다.
도 4는 본 발명에 의한 이차 전지의 극판 제조 방법중 프레스에 의해 활물질의 일부가 제거되는 상태를 도시한 단면도이다.
도 5는 본 발명에 의한 이차 전지의 극판 제조 방법중 스크래퍼에 의해 활물질의 일부가 제거되는 상태를 도시한 단면도이다.
도 6은 본 발명에 의한 이차 전지의 극판 제조 방법중 초음파에 의해 활물질의 일부가 제거되는 상태를 도시한 단면도이다.
도 7a는 본 발명에 의한 극판 제조 방법이 적용된 이차 전지의 일례를 도시한 사시도이고, 도 7b는 도 7a의 1-1선 단면을 도시한 단면도이다.
도 8은 도 7a의 2-2선 단면도로서, 극판중 레이저에 의해 활물질의 일부가 제거된 상태를 도시한 것이다.
도 9는 도 7a의 2-2선 단면도로서, 극판중 프레스에 의해 활물질의 일부가 제거된 상태를 도시한 것이다.
도 10은 도 7a의 2-2선 단면도로서, 극판중 스크래퍼 또는 초음파에 의해 활물질의 일부가 제거된 상태를 도시한 것이다.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
100; 본 발명에 의한 리튬 이온 2차 전지
110; 전극 조립체 111; 양극 리드
112; 상부 절연판 113; 음극 극판
114; 세퍼레이터 115; 양극 극판
115a; 제1면 115b; 제2면
115c; 활물질 115d; 무지부
115e; 홀 116; 하부 절연판
117; 음극 리드 120; 캔
121; 측면 122; 하면
123; 크리핑부 124; 비딩부
130; 캡 조립체 131; 안전 벤트
132; 인쇄회로기판(PCB: Printed Circuit Board)
133; 양성온도소자(PTC: Positive Temperature Coefficient)
134; 캡 135; 절연 가스켓
140; 전해액
본 발명은 이차 전지의 극판 제조 방법 및 이에 의한 이차 전지에 관한 것으로서, 더욱 상세하게 설명하면 용량 산포가 균일하여 전지의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 리튬 이온 이차 전지의 극판 제조 방법 및 이에 의한 이차 전지에 관한 것이다.
일반적으로 리튬 이온 이차 전지(이하, 이차 전지로 통칭함)는 크게 극판 제조 공정, 조립 공정 및 화성 공정에 의해 제조된다.
상기 극판 제조 공정에서는 양극 극판과 음극 극판이 제조된다. 먼저 상기 양극 극판은 주로 알루미늄 포일의 양면에 활물질이 일정 패턴 및 두께로 코팅된 후 고온 및 진공 상태로 건조되어 제조된다. 여기서, 상기 활물질은 주로 코발트산 리튬(예를 들면, LiCoO2)이며, 이것에는 소량의 도전제 및 바인더가 혼합된 형태를 한다. 또한, 상기 음극 극판은 주로 구리 포일의 양면에 활물질이 일정 패턴 및 두께로 코팅된 후 고온 및 진공 상태로 건조되어 제조된다. 여기서, 상기 활물질은 주로 흑연이며, 이것에는 소량의 첨가제 및 바인더가 혼합된 형태를 한다.
다음으로, 상기 조립 공정에서는 상기 양극 극판과 음극 극판에 각각 양극 리드 및 음극 리드가 용접된다. 그리고, 상기 양극 극판과 음극 극판 사이에 세퍼레이터가 개재되어 소정 형태로 와인딩된 후 또는 캔에 삽입되고, 이어서, 상술한 양극 리드 및 음극 리드가 캔의 소정 영역에 용접된 후 전해액이 주입된다.
마지막으로, 상기 화성 공정에서는 이차 전지를 충전, 에이징, 방전, 용량 선별을 함으로써, 이차 전지의 구조를 안정화시키고 사용 가능한 상태가 되도록 한다.
한편, 이러한 이차 전지의 용량은 주로 양극 극판과 음극 극판에 코팅된 활물질의 질량으로 결정된다. 특히, 양극 극판에 코팅된 양극 활물질의 질량은 이차 전지의 용량과 직결된다. 여기서, 상기 용량이란 일정 전류를 일정 시간 동안 흐르게 할 수 있는 전하량을 의미한다. 예를 들어, 이차 전지의 용량이 1800mAh 라는 것은 1800mA의 전류를 사용하더라도 1 시간을 쓸 수 있는 전하 저장 능력이 있는 이차 전지를 의미한다.
그러나, 종래에는 상기 극판 제조 공정에서, 극판에 활물질이 한번 코팅되면, 이후에는 활물질의 질량이 다시 변경되는 일 없이, 조립 및 화성 공정까지 일괄적으로 진행됨으로써, 완성된 이차 전지에서 용량 산포가 커지는 문제가 있다. 즉, 상기 활물질의 코팅 공정중 장비 오차로 인해 코팅된 활물질의 질량이 기준 질량보다 많거나 또는 작을 수 있는데, 이러한 오차가 모두 무시된 채 최종 공정인 화성 공정까지 일괄적으로 진행되기 때문에, 완성된 이차 전지에서 용량 산포가 커진다.
더욱이, 화성 공정중 충전, 에이징, 방전 및 선별 공정을 완료한 후 표준 오 차 범위의 용량으로부터 벗어나는 이차 전지는 모두 폐기 처분되는데, 위와 같이 용량 산포가 커짐으로써, 폐기 처분되는 이차 전지의 갯수도 증가하는 문제가 있다.
더불어, 상술한 바와 같이 화성 공정에서는 용량을 선별하기 위해 용량 선별기가 사용되는데, 이때 상기 용량 선별후 폐기되는 이차 전지가 많기 때문에, 고가인 용량 선별기의 가동률도 저하되는 문제가 있다.
또한, 종래의 이차 전지는 상술한 바와 같이 표준 오차 범위내의 용량을 갖는다고 해도, 그 표준 오차 범위내에서 각 이차 전지의 용량 산포가 크기 때문에, 전지의 신뢰성이 떨어지는 문제가 있다. 즉, 용량 산포가 큰 낱개의 이차 전지를 다시 다수개로 직,병렬 연결하여 이차 전지 팩을 만들게 되면, 각 낱개의 이차 전지마다 용량 산포가 큼으로써, 전체적인 전지 팩의 충방전 효율이 저하된다.
본 발명은 상술한 종래의 문제점을 극복하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 용량 산포가 균일하여 전지의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 리튬 이온 이차 전지의 극판 제조 방법 및 이에 의한 이차 전지를 제공하는데 있다.
상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명에 의한 이차 전지의 극판 제조 방법은 평평한 제1면과, 이것의 반대면인 평평한 제2면을 갖는 극판을 준비하는 단계와, 상기 극판의 제1면 및 제2면에 차례로 일정 패턴 및 두께를 갖는 활물질을 코팅하여 건조하는 단계와, 상기 활물질이 코팅된 극판의 질량을 측정하는 단계와, 상기 극판에서 기준 질량을 초과한 면적만큼 활물질을 제거하는 단계를 포함한다.
상기 활물질 코팅 단계에서는, 활물질이 항상 기준 질량을 초과하도록, 양(+)의 공차를 가지며 코팅될 수 있다.
상기 극판은 알루미늄 포일일 수 있다.
상기 활물질에는 코발트산 리튬, 니켈산 리튬, 망간산 리튬중 선택된 어느 하나가 포함될 수 있다.
상기 극판은 구리 포일일 수 있다.
상기 활물질에는 흑연이 포함될 수 있다.
상기 활물질 제거 단계에서는 일정 면적의 활물질을 레이저로 박리하여 제거할 수 있다.
상기 활물질 제거 단계에서는 일정 면적의 활물질을 프레스로 프레싱하여 제거할 수 있다.
상기 활물질 제거 단계에서는 프레스에 의해 일정 면적의 활물질 및 이것에 대응하는 극판도 함께 제거할 수 있다.
상기 활물질 제거 단계에서는 일정 면적의 활물질을 스크래퍼로 박리하여 제거할 수 있다.
상기 활물질 제거 단계에서는 일정 면적의 활물질을 초음파로 박리하여 제거할 수 있다.
또한, 상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명에 의한 이차 전지는 외측으로 돌출된 일정 길이의 제1리드가 용접되고, 표면에는 양극 활물질이 코팅되어 있되, 일정 면적의 양극 활물질은 레이저, 프레스, 스크래퍼 또는 초음파중 어느 하나에 의해 제거된 제1극판, 세퍼레이터 및 외측으로 돌출된 일정 길이의 제2리드가 용접되고, 표면에는 음극 활물질이 코팅되어 있는 제2극판이 다수회 권취되어 형성된 전극 조립체와, 상기 전극 조립체가 결합되며, 상기 제1리드 또는 제2리드중 어느 하나가 용접되는 도전성 캔과, 상기 도전성 캔의 상부에 결합되는 동시에, 상기 도전성 캔에 용접되지 않은 제1리드 또는 제2리드중 어느 하나가 용접되는 캡과, 상기 도전성 캔에 주입된 전해액을 포함할 수 있다.
상기 제1극판에는 일정 면적으로 제거된 활물질과 대응되는 영역에 홀이 형성될 수 있다.
상기 제2극판에는 일정 면적의 음극 활물질이 레이저, 프레스, 스크래퍼 또는 초음파중 어느 하나에 의해 제거될 수 있다.
상기 제2극판에는 일정 면적으로 제거된 활물질과 대응되는 영역에 홀이 형성될 수 있다.
상기와 같이 하여 본 발명에 의한 이차 전지의 극판 제조 방법 및 이에 의한 이차 전지에 의하면, 극판에 활물질을 양(+)의 공차를 가지며 과코팅되도록 한 후, 상기 극판 및 활물질의 질량을 함께 측정하고, 상기 활물질의 코팅된 질량이 기준 질량이 되도록 일정 면적의 활물질을 여러가지 방법으로 제거함으로써, 이를 이용하여 제조된 이차 전지의 용량 산포가 최소화된다.
또한, 이러한 방법에 의해 제조된 이차 전지는 화성 공정중 선별 단계에서 표준 오차 범위의 용량으로부터 벗어는 이차 전지가 거의 없게 됨으로써, 전지의 폐기율이 현저히 줄어들게 된다.
더불어, 이러한 방법에 의해 제조된 이차 전지는 화성 공정중 용량 선별기로부터 불량 처리되는 이차 전지가 거의 없기 때문에, 용량 선별기의 가동률도 향상된다.
더욱이, 상술한 바와 같이 이차 전지의 용량 산포가 거의 없기 때문에, 다수의 이차 전지를 직병렬로 연결하여 이차 전지 팩을 만들 경우, 각각의 이차 전지에 대한 용량 산포가 거의 없음으로써, 전체적인 전지 팩의 충방전 효율이 좋고, 따라서 전지 팩의 신뢰성도 향상된다.
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 의한 이차 전지의 극판 제조 방법이 플로우 챠트로서 도시되어 있고, 도 2를 참조하면, 본 발명에 의한 이차 전지의 극판 제조 방법중 극판에 활물질이 코팅되고 건조된 상태의 단면도가 도시되어 있다.
도시된 바와 같이 본 발명에 의한 극판 제조 방법은 극판 준비 단계(S1)와, 활물질 코팅 및 건조 단계(S2)와, 질량 측정 단계(S3)와, 일정 면적의 활물질 제거 단계(S4)로 이루어져 있다.
먼저 상기 극판 준비 단계(S1)에서는 대략 평평하거나 완전히 평평한 제1면(115a)과, 이것의 반대면으로서 대략 평평하거나 완전히 평평한 제2면(115b)을 갖 는 극판(115)이 준비된다. 일례로 이러한 극판(115)은 대략 10㎛ 내외의 두께를 갖는 알루미늄(Al) 포일 또는 구리(Cu) 포일일 수 있다. 여기서, 상기 극판(115)은 재질이 알루미늄 포일일 경우 양극 극판이 될 수 있고, 재질이 구리 포일일 경우 음극 극판이 될 수 있다.
이어서, 상기 활물질 코팅 및 건조 단계(S2)에서는, 상기 극판(115)의 제1면(115a) 및 제2면(115b)에 각각 일정 패턴 및 두께로 활물질(115c)이 코팅된다. 이때, 상기 활물질(115c)은 기준 질량보다 항상 많은 질량을 갖도록 코팅된다. 즉, 상기 활물질(115c)은 양(+)의 공차를 갖도록 충분한 두께로 코팅된다. 물론, 상기 활물질(115c)은 먼저 극판(115)의 제1면(115a)에 코팅되어 건조된 후, 이어서 제2면(115b)에 코팅되어 건조된다. 더욱이, 상기 건조는 불순물이 포함되지 않도록 하고 물성이 안정화되도록 고온 및 진공 상태에서 진행된다.
일례로, 상기 활물질(115c)은 대략 120㎛ 내외의 두께를 갖는 코발트산 리튬, 니켈산 리튬, 망간산 리튬 또는 그 등가물중 선택된 어느 하나가 포함될 수 있다. 물론, 이러한 활물질(115c)에는 소량의 도전체 및 바인더가 함께 혼합되어 극판(115)에 코팅됨으로써, 전기 전도도가 향상되고, 또한 극판(115)과의 접착력이 향상되도록 한다. 바람직하기로 이러한 코발트산 리튬 등을 포함하는 활물질(115c)은 알루미늄 포일에 코팅되어 양극 극판을 이룰 수 있다. 더불어, 상술한 코발트산 리튬 등을 포함한 활물질(115c)이 코팅된 양극 극판의 경우에는 압연 공정이 더 추가될 수 있다. 즉, 활물질(115c)의 용량 밀도를 높이고 부수적으로 극판(115)과 활물질(115c) 사이의 접착력을 높이기 위해, 상기 활물질(115c)이 코팅된 극판(115) 이 대략 120~140℃의 온도로 가열된 롤(roll)을 통과함으로써, 그 활물질(115c)이 원하는 두께로 압축된다.
또다른 일례로, 상기 활물질(115c)은 대략 120㎛ 내외의 두께를 갖는 흑연 또는 그 등가물중 선택된 어느 하나가 포함될 수 있다. 물론, 이러한 활물질(115c)에는 소량의 첨가제 및 바인더가 함께 혼합되어 극판(115)에 코팅됨으로써, 전기 전도도가 향상되고, 접착력이 향상되도록 한다. 바람직하기로 이러한 흑연 등이 포함된 활물질(115c)은 구리 포일에 코팅되어 음극의 극판을 이룰 수 있다.
이어서, 상기 질량 측정 단계(S3)에서는, 상기와 같이 활물질(115c)이 코팅된 극판(115)의 질량이 측정된다. 물론, 상술한 바와 같이 상기 활물질(115c)은 양(+)의 공차를 갖도록 코팅되어 있기 때문에, 상기 극판(115)의 질량은 기준 질량보다 항상 크게 측정된다.
마지막으로, 상기 일정 면적의 활물질 제거 단계(S4)에서는, 상술한 질량 측정 단계에서 초과된 질량만큼 활물질(115c)이 여러가지 방법으로 제거되어 극판(115)에 무지부(115d)가 형성된다. 물론, 실제로는 초과된 질량과 대응되는 일정 면적의 활물질(115c)이 제거된다. 또한, 바람직하기로 상기와 같은 활물질(115c)의 제거는 코발트산 리튬 등을 포함하는 활물질(115c)이 포함된 극판(115) 즉, 양극으로 이용될 알루미늄 재질의 극판에서 제거됨이 좋다. 왜냐하면, 전지 용량과 직접적으로 관계된 물질이 바로 코발트산 리튬 등을 포함하는 활물질(115c)의 질량이기 때문이다. 그러나, 본 발명에서 상기 활물질(115c)이 제거될 극판(115)을 알루미늄 재질의 극판으로만 한정하는 것은 아니며, 상기 알루미늄 재질의 극판과 함께 구리 재질의 극판에서도 활물질(115c)(흑연이 포함된 활물질)이 제거될 수 있다. 더욱이, 상술한 구리 재질의 극판에서만 활물질(115c)이 제거될 수도 있다.
상술한 바와 같은 일정 면적의 활물질(115c)을 제거하는 방법은 여러가지가 이용될 수 있다. 일례로 상기 활물질(115c)은, 도 3에서와 같이, 극판(115)의 일정 영역이 레이저에 의해 박리됨으로써 제거될 수 있다. 즉, 에너지 밀도가 큰 레이저를 활물질(115c)의 일정 영역에 입사시킴으로써, 기준 질량보다 초과하는 면적만큼의 활물질(115c)을 박리하거나 또는 태워서 제거한다. 물론, 이때 상기 레이저의 에너지 밀도를 적절히 조절함으로써, 상기 활물질(115c)의 하부에 위치된 극판(115)에는 어떠한 손상도 발생하지 않도록 한다. 더불어, 이러한 활물질(115c)의 제거에 의해 극판(115)에는 일정 면적의 무지부(115d)가 형성된다.
다른 예로, 상기 활물질(115c)은, 도 4에서와 같이, 극판(115)의 소정 영역과 함께 프레싱되어 제거될 수 있다. 즉, 기계적 강도가 큰 프레스가 활물질(115c)의 일정 영역을 타발하도록 함으로써, 상기 활물질(115c) 및 이에 대응하는 극판(115)도 함께 제거되도록 한다. 물론, 이러한 프레스의 작동에 의해 극판(115)에는 소정폭의 무지부(115d) 및 홀(115e)이 형성된다.
또다른 예로, 상기 활물질(115c)은, 도 5에서와 같이, 극판(115)의 일정 영역이 스크래퍼에 의해 박리됨으로써 제거될 수 있다. 즉, 날카로운 스크래퍼가 극판(115)중 소정 영역의 활물질(115c)을 스크래핑하도록 함으로써, 기준 질량보다 초과하는 면적만큼의 활물질(115c)이 박리되도록 한다. 물론, 이러한 활물질(115c)의 제거에 의해 극판(115)에는 일정 면적의 무지부(115d)가 형성된다.
또다른 예로, 상기 활물질(115c)은, 도 6에서와 같이, 극판(115)에서 일정 영역이 초음파에 의해 박리됨으로써 제거될 수 있다. 즉, 에너지 밀도가 큰 초음파를 활물질(115c)의 일정 영역에 입사시킴으로써, 기준 질량보다 초과하는 면적만큼의 활물질(115c)을 박리한다. 물론, 이때에도 상기 초음파의 에너지의 밀도를 적절히 조절함으로써, 상기 활물질(115c)의 하부에 위치된 극판(115)에는 어떠한 손상도 발생하지 않도록 한다. 더불어, 이러한 활물질(115c)의 제거에 의해 극판(115)에는 일정 면적의 무지부(115d)가 형성된다.
이와 같이 하여 본 발명은 모든 극판(115)에 형성된 활물질(115c)의 질량을 정확하게 제어함으로써, 이를 이용한 이차 전지의 용량 산포를 현저히 감소시킬 수 있다. 또한, 이와 같이 용량 산포가 감소함으로써, 화성 공정후 선별 단계에서 폐기되는 전지의 갯수도 급격히 줄어들게 된다. 더불어, 용량 선별기에 거의 유사한 용량을 갖는 전지들만이 장착됨으로써, 그 가동률도 향상시킬 수 있고, 또한 이를 이용한 전지 팩에 있어서도 충방전 효율이 향상된다.
도 7a를 참조하면, 본 발명에 의한 극판 제조 방법이 적용된 이차 전지의 일례가 사시도로서 도시되어 있고, 도 7b를 참조하면, 도 7a의 1-1선 단면도가 도시되어 있다.
도시된 바와 같이 본 발명에 의한 이차 전지는 전압차를 발생시키는 전극 조립체(110)와, 상기 전극 조립체(110)가 수납되는 캔(120)과, 상기 캔(120)의 상부에 조립되어 상기 전극 조립체(110)가 이탈되지 않도록 하는 캡 조립체(130)와, 상 기 캔(120)에 주입되어 전극 조립체(110)간에 이온 이동이 가능하게 하는 전해액(140)으로 이루어져 있다. 여기서 이차 전지는 대략 원통형 전지를 예로 하여 설명하나, 본 발명을 이것으로만 한정하는 것은 아니다. 즉, 본 발명의 방법으로 제조된 극판은 원통형 전지 뿐만 아니라, 각형 전지 및 파우치 전지에도 그대로 적용될 수 있음을 이해하여야 한다.
상기 전극 조립체(110)는 양극 활물질(115c)(예를 들면 코발트산 리튬, 니켈산 리튬, 망간산 리튬)이 부착된 양극 극판(115), 음극 활물질(113c)(예를 들면 흑연)이 부착된 음극 극판(113) 및 양극 극판(115)과 음극 극판(113) 사이에 위치되어 쇼트(short)를 방지하고 리튬 이온의 이동만 가능하게 하는 세퍼레이터(114)로 이루어져 있으며, 위의 양극 극판(115), 음극 극판(113) 및 세퍼레이터(114)은 대략 원통 형태로 권취되어 캔(120)에 수납되어 있다. 여기서, 상기 양극 극판(115)은 알루미늄(Al) 포일, 상기 음극 극판(113)은 구리(Cu) 포일, 상기 세퍼레이터(114)는 폴리에틸렌(PE) 또는 폴리프로필렌(PP)일 수 있으나, 본 발명에서 위의 재질을 한정하는 것은 아니다. 또한, 상기 양극 극판(115)에는 상부로 일정 길이 돌출된 양극 리드(111)가 용접되어 있고, 상기 음극 극판(113)에는 하부로 일정 길이 돌출된 음극 리드(117)가 용접되어 있다. 상기 양극 리드(111)는 알루미늄(Al) 재질, 상기 음극 리드(117)는 니켈(Al) 재질일 수 있으나, 본 발명에서 위의 재질을 한정하는 것은 아니다. 더불어, 상기 전극 조립체(110)의 상,하부에는 각각 직접적인 캡 조립체(130) 또는 캔(120)과의 접촉을 피하기 위해 상,하부 절연 플레이트(112,115)가 부착되어 있다.
상기 캔(120)은 상기 전극 조립체(110)가 결합될 수 있도록 소정 공간을 가지며 일정 직경을 갖는 측면(121)이 형성되어 있고, 상기 측면(121)의 하부에는 그 측면(121)의 하부 공간을 막는 하면(122)이 형성되어 있으며, 상기 측면(121)의 상부는 개구(開口)되어 있다. 또한, 상기 캔(120)의 하면(122) 중앙에는 상기 전극 조립체(110)중 음극 극판(113)에 형성된 음극 리드(117)가 저항 용접되어 있다. 물론, 상기와 같이 음극 리드(117)가 캔(120)의 하면(122)에 저항 용접됨으로써, 상기 캔(120) 자체는 음극 역할을 하게 된다. 한편, 상기 캔(120)은 통상 알루미늄(Al), 철(Fe), 합금 또는 이의 등가물로 형성 가능하며, 여기서 그 재질을 한정하는 것은 아니다. 더불어, 상기 캔(120)은 상부에서 상기 캡 조립체(130)를 압박하도록 안쪽으로 휘어진 크리핑부(123)가 형성되고, 하부에서 상부 방향으로 상기 캡 조립체(130)를 압박하도록 안쪽으로 움푹 파인 비딩부(124)가 더 형성되어 있다.
상기 캡 조립체(130)는 상기 양극 리드(111)가 용접된 동시에, 과충전 또는 이상 발열시 형태가 반전되는 도전성 안전 벤트(131)와, 상기 도전성 안전 벤트(131) 상부에 전기적 및 기계적으로 연결되어, 상기 안전 벤트(131)의 반전시 회로가 끊어지는 인쇄회로기판(132)과, 상기 인쇄회로기판(132) 상부에 전기적 및 기계적으로 연결되어, 소정 온도 이상에서 회로가 끊어지는 양성 온도 소자(133)와, 상기 양성 온도 소자(133)의 상부에 전기적 및 기계적으로 연결되어, 실제의 전류를 외부로 인가하는 도전성 양극 캡(134)과, 상기 안전 벤트(131), 인쇄회로기판(132), 양성 온도 소자(133) 및 양극 캡(134)의 측부 둘레를 감싸는 형태를 하며 상기 캔(120)으로부터 위에 나열한 것들을 절연시키는 절연 가스켓(135)으로 이루 어져 있다.
한편, 상기 전해액(140)은 충방전시 전지 내부의 양극 및 음극에서 전기화학적 반응에 의해 생성되는 리튬 이온의 이동 매체 역할을 하며, 이는 리튬염과 고순도 유기 용매류의 혼합물인 비수질계 유기 전해액일 수 있다. 더불어, 상기 전해액(140)은 고분자 전해질을 이용한 폴리머일 수도 있으며, 여기서 상기 전해액의 종류를 한정하는 것은 아니다.
도 8을 참조하면, 도 7a의 2-2선 단면도로서, 극판중 레이저에 의해 활물질의 일부가 제거된 상태가 도시되어 있다. 여기서, 양극 극판, 세퍼레이터 및 음극 극판은 이해의 편의를 위해 덜 촘촘하게 도시되어 있으나, 실제의 제품에서는 매우 촘촘하고 그 권취 횟수도 훨씬 많다는 것을 이해하여야 한다.
도시된 바와 같이 본 발명에 의한 이차 전지는 극판중 일정 영역이 레이저에 의해 박리됨으로써 제거될 수 있다. 예를 들면, 양극 극판(115)중 일정 영역의 활물질(115c)이 레이저에 의해 제거됨으로써, 일정 영역에 무지부(115d)가 형성될 수 있다. 또한, 상기 제거되는 활물질(115c)의 위치는 비록 도면에서는 권취 영역의 거의 끝부분으로 되어 있으나, 이러한 위치를 본 발명에서 한정하는 것은 아니다. 또한, 도면에서는 비록 양극 극판(115)중 일정 영역의 활물질(115c)이 레이저에 의해 제거된 상태이나, 반대로 음극 극판(113)중 일정 영역의 활물질(113c)이 레이저에 의해 제거될 수 있다.
도 9를 참조하면, 도 7a의 2-2선 단면도로서, 극판중 프레스에 의해 활물질 의 일부가 제거된 상태가 도시되어 있다.
도시된 바와 같이 본 발명에 의한 이차 전지는 극판(115)중 일정 영역이 프레스에 의해 제거될 수 있다. 예를 들면, 양극 극판(115)중 일정 영역의 활물질(115c) 및 그것과 대응되는 영역의 양극 극판(115)이 제거될 수 있다. 한편, 프레스를 이용했기 때문에, 상기 양극 극판(115)에는 무지부(115d)외에 홀(115e)이 더 형성될 수 있다. 또한, 상기 제거되는 활물질(115c)의 위치는 비록 도면에서 권취 영역의 거의 끝부분으로 되어 있으나, 이러한 위치를 본 발명에서 한정하는 것은 아니다. 또한, 도면에서는 비록 양극 극판(115)중 일정 영역의 활물질(115c)이 프레스에 의해 제거된 상태이나, 반대로 음극 극판(113)중 일정 영역의 활물질(113c)이 프레스에 의해 제거될 수 있다.
도 10을 참조하면, 도 7a의 2-2선 단면도로서, 극판중 스크래퍼 또는 초음파에 의해 활물질의 일부가 제거된 상태가 도시되어 있다.
도시된 바와 같이 본 발명에 의한 이차 전지는 극판(115)중 일정 영역이 스크래퍼 또는 초음파에 의해 제거될 수 있다. 예를 들면, 양극 극판(115)중 일정 영역의 활물질(115c)이 제거되어 무지부(115d)가 형성될 수 있다. 또한, 상기 제거되는 활물질(115c)의 위치는 비록 도면에서 권취 영역의 거의 끝부분으로 되어 있으나, 이러한 위치를 본 발명에서 한정하는 것은 아니다. 또한, 도면에서는 비록 양극 극판(115)중 일정 영역의 활물질(115c)이 프레스에 의해 제거된 상태이나, 반대로 음극 극판(113)중 일정 영역의 활물질(113c)이 스크래퍼 또는 초음파에 의해 제거될 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 이차 전지의 극판 제조 방법 및 이에 의한 이차 전지는, 극판에 활물질을 양(+)의 공차를 가지며 과코팅되도록 한 후, 상기 극판 및 활물질의 질량을 함께 측정하고, 상기 활물질의 코팅된 질량이 기준 질량이 되도록 일정 면적의 활물질을 여러가지 방법으로 제거함으로써, 이를 이용하여 제조된 이차 전지의 용량 산포가 최소화된다.
또한, 이러한 방법에 의해 제조된 이차 전지는 화성 공정중 선별 단계에서 표준 오차 범위의 용량으로부터 벗어는 이차 전지가 거의 없게 됨으로써, 전지의 폐기율이 현저히 줄어들게 된다.
더불어, 이러한 방법에 의해 제조된 이차 전지는 화성 공정중 용량 선별기로부터 불량 처리되는 이차 전지가 거의 없기 때문에, 용량 선별기의 가동률도 향상된다.
더욱이, 상술한 바와 같이 이차 전지의 용량 산포가 거의 없기 때문에, 다수의 이차 전지를 직병렬로 연결하여 이차 전지 팩을 만들 경우, 각각의 이차 전지에 대한 용량 산포가 거의 없음으로써, 전체적인 전지 팩의 충방전 효율이 좋고, 따라서 전지 팩의 신뢰성도 향상된다.
이상에서 설명한 것은 본 발명에 따른 이차 전지의 극판 제조 방법 및 이에 의한 이차 전지를 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라 면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.

Claims (15)

  1. 평평한 제1면과, 이것의 반대면인 평평한 제2면을 갖는 극판을 준비하는 단계;
    상기 극판의 제1면 및 제2면에 차례로 일정 패턴 및 두께를 갖는 활물질을 코팅하여 건조하는 단계;
    상기 활물질이 코팅된 극판의 질량을 측정하는 단계; 및,
    상기 극판에서 기준 질량을 초과한 면적만큼 활물질을 제거하는 단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 이차 전지의 극판 제조 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 활물질 코팅 단계는 활물질이 항상 기준 질량을 초과하도록, 양(+)의 공차를 가지며 코팅됨을 특징으로 하는 이차 전지의 극판 제조 방법.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 극판은 알루미늄 포일인 것을 특징으로 하는 이차 전지의 극판 제조 방법.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 활물질은 코발트산 리튬, 니켈산 리튬, 망간산 리튬중 선택된 어느 하나가 포함됨을 특징으로 하는 이차 전지의 극판 제조 방법.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 극판은 구리 포일인 것을 특징으로 하는 이차 전지의 극판 제조 방법.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 활물질은 흑연이 포함됨을 특징으로 하는 이차 전지의 극판 제조 방법.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 활물질 제거 단계는 일정 면적의 활물질을 레이저로 박리하여 제거함을 특징으로 하는 이차 전지의 극판 제조 방법.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 활물질 제거 단계는 일정 면적의 활물질을 프레스로 프레싱하여 제거함을 특징으로 하는 이차 전지의 극판 제조 방법.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 활물질 제거 단계는 프레스에 의해 일정 면적의 활물질 및 이것에 대응하는 극판도 함께 제거됨을 특징으로 하는 이차 전지의 극판 제조 방법.
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 활물질 제거 단계는 일정 면적의 활물질을 스크래퍼로 박리하여 제거함을 특징으로 하는 이차 전지의 극판 제조 방법.
  11. 제 1 항에 있어서, 상기 활물질 제거 단계는 일정 면적의 활물질을 초음파로 박리하여 제거함을 특징으로 하는 이차 전지의 극판 제조 방법.
  12. 외측으로 돌출된 일정 길이의 제1리드가 용접되고, 표면에는 양극 활물질이 코팅되어 있되, 질량을 측정하여 기준 질량을 초과한 일정 면적의 양극 활물질은 레이저, 프레스, 스크래퍼 또는 초음파중 어느 하나에 의해 제거된 제1극판, 세퍼레이터 및 외측으로 돌출된 일정 길이의 제2리드가 용접되고, 표면에는 음극 활물질이 코팅된 제2극판이 다수회 권취되어 형성된 전극 조립체;
    상기 전극 조립체가 결합되며, 상기 제1리드 또는 제2리드중 어느 하나가 용접되는 도전성 캔;
    상기 도전성 캔의 상부에 결합되는 동시에, 상기 도전성 캔에 용접되지 않은 제1리드 또는 제2리드중 어느 하나가 용접되는 캡; 및,
    상기 도전성 캔에 주입된 전해액을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  13. 제 12 항에 있어서, 상기 제1극판은 일정 면적으로 제거된 활물질과 대응되는 영역에 홀이 형성된 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  14. 제 12 항에 있어서, 상기 제2극판은 질량을 측정하여 기준 질량을 초과한 일정 면적의 음극 활물질이 레이저, 프레스, 스크래퍼 또는 초음파중 어느 하나에 의해 제거된 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  15. 제 14 항에 있어서, 상기 제2극판은 일정 면적으로 제거된 활물질과 대응되는 영역에 홀이 형성된 것을 특징으로 하는 이차 전지.
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