KR100614390B1 - 권취형 전극 조립체와 이를 구비하는 리튬 이온 이차 전지및 이의 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 권취형 전극 조립체의 권취시 사용되는 권심 부재를 전극 조립체의 변형 방지체로 사용함으로써, 리튬 이온 이차 전지의 제조 공정을 단순화하며, 권취형 전극 조립체의 변형을 방지하는 권취형 전극 조립체와 리튬 이온 이를 구비하는 리튬 이온 이차 전지 및 이의 제조 방법에 관한 것으로, 양극 활물질 및 음극 활물질 중 어느 하나가 코팅된 제 1 전극판과; 상기 양극 활물질 및 음극 활물질 중 다른 하나가 코팅된 제 2 전극판과; 상기 제 1 전극판 및 제 2 전극판의 사이에 개재되어 이들을 절연시키는 세퍼레이터와; 상기 제 1 전극판, 제 2 전극판 및 세퍼레이터가 권취된 중심부에 개재되는 권심 부재를 구비하는 권취형 전극 조립체를 제공하는 것을 특징으로 한다.
리튬 이온 이차 전지, 권심 부재

Description

권취형 전극 조립체와 이를 구비하는 리튬 이온 이차 전지 및 이의 제조 방법{Jelly-Roll Type Electrode Assembly and Li Ion Secondary Battery with the same and Method of fabricating the same}
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 리튬 이온 이차 전지의 제조 방법을 설명하기 위한 개략도.
도 2a는 본 발명의 일 실시예에 따른 리튬 이온 이차 전지를 설명하기 위한 사시도.
도 2b는 도 1a의 1a-1a 라인에 따른 종단면도.
도 2c는 도 2a의 1b-1b 라인에 따른 횡단면도.
도 3a는 본 발명의 다른 실시예에 따른 리튬 이온 이차 전지를 설명하기 위한 도면.
도 3b는 도 3a의 A-A 라인을 따른 횡단면도.
(도면의 주요 부위에 대한 부호의 설명)
100; 리튬 이온 이차 전지 제조 장치
110; 제 2 전극판 공급부 120; 제 1 전극판 공급부
130, 140; 세퍼레이터 공급부 150; 권취부
160; 권취 고정 테이프 공급부 200; 리튬 이온 이차 전지
150a, 300, 800; 전극 조립체 110a, 310, 810; 제 2 전극판
120a, 320, 820; 제 1 전극판 130a, 140a, 330, 830; 세퍼레이터
400; 리튬 이온 이차 전지용 케이스
500; 캡 조립체 700, 900; 권심 부재
본 발명은 권취형 전극 조립체와 리튬 이온 이를 구비하는 리튬 이온 이차 전지 및 이의 제조 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 권취형 전극 조립체의 권취시 사용되는 권심 부재를 전극 조립체의 변형 방지체로 사용함으로써, 리튬 이온 이차 전지의 제조 공정을 단순화하며, 권취형 전극 조립체의 변형을 방지하는 권취형 전극 조립체와 리튬 이온 이를 구비하는 리튬 이온 이차 전지 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.
최근에는 셀룰라 폰, 노트북 컴퓨터, 캠코더 등의 콤팩트하고 경량화된 전기/전자장치들이 활발하게 개발 및 생산되고 있다. 이러한 휴대용 전기/전자장치들은 별도의 전원이 구비되지 않은 장소에서도 작동될 수 있도록 전지 팩을 내장하고 있다. 내장된 전지 팩은 휴대용 전기/전자장치를 일정기간동안 구동시키기 위해 일정 레벨의 전압을 출력시킬 수 있도록 내부에 적어도 하나의 전지를 구비하고 있다.
상기 전지 팩은 경제적인 측면을 고려하여 최근에는 충방전이 가능한 이차전지를 채용하고 있다. 이차전지에는 대표적으로, 니켈-카드뮴(Ni-Cd) 전지와 니켈- 수소(Ni-MH)전지 및 리튬(Li) 전지와 리튬 이온(Li-ion) 전지 등의 리튬 이차 전지 등이 있다.
특히, 리튬 이차 전지는 작동 전압이 3.6V로서, 휴대용 전자 장비 전원으로 많이 사용되고 있는 니켈-카드뮴 전지나, 니켈-수소 전지보다 3배나 높고, 단위 중량당 에너지 밀도가 높다는 측면에서 급속도로 신장되고 있는 추세이다.
이러한 리튬 이차 전지는 주로 양극 활물질로 리튬계 산화물, 음극 활물질로는 탄소재를 사용하고 있다. 일반적으로는, 전해액의 종류에 따라 액체 전해질 전지와, 고분자 전해질 전지로 분류되며, 액체 전해질을 사용하는 전지를 리튬 이온 전지라 하고, 고분자 전해질을 사용하는 전지를 리튬 폴리머 전지라고 한다. 또한, 리튬 이차 전지는 여러 가지 형상으로 제조되고 있는데, 대표적인 형상으로는 원통형과, 각형과, 파우치형을 들 수 있다.
통상적으로, 상기 리튬 이차 전지는 양극 활물질이 코팅된 양극 전극판, 음극 활물질이 코팅된 음극 전극판 및 상기 양극 전극판과 음극 전극판 사이에 위치되어 쇼트를 방지하고 리튬 이온(Li-ion)의 이동만을 가능하게 하는 세퍼레이터가 권취된 전극 조립체와, 상기 전극 조립체를 수용하는 리튬 이차 전지용 케이스와, 상기 리튬 이차 전지용 케이스 내측에 주입되어 리튬 이온의 이동을 가능하게 하는 전해액 등으로 이루어져 있다.
이러한 리튬 이차 전지는 상기 양극 활물질이 코팅되며 양극 탭이 연결된 양극 전극판, 음극 활물질이 코팅되며, 음극 탭이 연결된 음극 전극판 및 세퍼레이터를 적층한 후, 이를 권취하여 전극 조립체를 제조한다.
그런 다음, 상기 전극 조립체를 상기 리튬 이차 전지용 케이스에 수용하여 상기 전극 조립체가 이탈하지 않도록 한 후, 상기 리튬 이차 전지용 케이스에 전해액을 주입한 후, 밀봉하여 리튬 이차 전지를 완성한다.
한편, 상기한 바와 같은 리튬 이차 전지는 전극 조립체의 권취시 맨드릴(mandrel)이라 불리는 권심을 이용하여 상기 양극 전극판, 음극 전극판, 및 세퍼레이터를 권취한다.
그러나, 상기한 바와 같은 전극 조립체는 상기 전극 조립체가 전해액에 함침되고, 충ㆍ방전시 또는 열이 축적될 때 체적 변화와 선팽창 등이 이루어짐에 따라 부피 팽창이 심화될 수 있다. 또한, 리튬 이온 이차 전지의 화성 공정에서 초기 충ㆍ방전시에 발생하는 가스 압력에 의하여 상기 전극 조립체에 힘이 가해지게 되고, 점차적으로 전극판에 리튬 이온이 석출되어 삽입되면서, 전극판이 팽창하여 더욱 전극 조립체에 힘이 가해져, 상기 전극 조립체의 변형을 유발한다.
또한, 상기 전극 조립체는 리튬 이온 이차 전지용 케이스에 제한되므로, 상기 전극 조립체의 축 방향을 기준으로 부분적으로 축에서 이격되면서 굽어지는 변형을 일으키게 된다.
이러한 변형과 함께, 상기 리튬 이온 이차 전지용 케이스 자체가 두께 방향으로 두꺼워지는 스웰링(Swelling) 현상이 발생되어 전지의 케이스 장착을 어렵게 하고 불량을 발생시키는 문제점이 있다.
본 발명의 목적은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명은 권취형 전극 조립체의 권취시 사용되는 권심 부재를 전극 조립체의 변형 방지체로 사용함으로써, 리튬 이온 이차 전지의 제조 공정을 단순화하며, 권취형 전극 조립체의 변형을 방지하는 권취형 전극 조립체와 리튬 이온 이를 구비하는 리튬 이온 이차 전지 및 이의 제조 방법을 제공하는 데에 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 양극 활물질 및 음극 활물질 중 어느 하나가 코팅된 제 1 전극판과; 상기 양극 활물질 및 음극 활물질 중 다른 하나가 코팅된 제 2 전극판과; 상기 제 1 전극판 및 제 2 전극판의 사이에 개재되어 이들을 절연시키는 세퍼레이터와; 상기 제 1 전극판, 제 2 전극판 및 세퍼레이터가 권취된 중심부에 개재되는 권심 부재를 구비하는 권취형 전극 조립체를 제공하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 제 1 전극판, 제 2 전극판, 상기 제 1 전극판 및 제 2 전극판 사이에 개재된 세퍼레이터를 구비하는 권취형 전극 조립체와; 상기 전극 조립체의 중심부에 개재되는 권심 부재와; 상기 전극 조립체를 감싸는 케이스와; 상기 케이스와 결합되어 이를 밀봉하며 상기 전극 조립체와 전기적으로 연결되는 단자부가 형성된 캡 조립체를 포함하는 리튬 이온 이차 전지를 제공하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 양극 탭 및 음극 탭 중 어느 하나가 부착된 제 1 전극판과, 상기 양극 탭 및 음극 탭 중 다른 하나가 부착된 제 2 전극판 및 세퍼레이터를 공급하는 단계와; 상기 제 1 전극판, 제 2 전극판 및 세퍼레이터를 권심 부재를 이용 하여 권취하여, 전극 조립체를 형성하는 단계와; 상기 권심 부재를 포함하는 상기 전극 조립체를 이차 전지용 케이스에 수용하는 단계와; 상기 전극 조립체의 상기 양극 탭 및 음극 탭 중 어느 하나를 상기 권심 부재를 이용하여 상기 이차 전지용 케이스의 하면판과 압착하여 용접하는 단계를 포함하는 리튬 이온 이차 전지의 제조 방법를 제공하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 권심 부재는 봉형 또는 사각형의 판상형인 것이 바람직하다.
상기 권심 부재는 금속 또는 절연 물질로 이루어지는 것이 바람직하며, 상기 절연 물질은 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌프로프탈레이트, 폴리이미드 중 어느 하나인 것이 바람직하다.
또한, 상기 세퍼레이터를 상기 권심 부재에 고정시키기 위한 세퍼레이터 고정 테이프를 더 포함할 수도 있다.
이하 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명의 실시예를 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 리튬 이온 이차 전지의 제조 방법을 설명하기 위한 개략도이다.
도 1을 참조하면, 우선, 제 1 전극판 공급부(110), 제 2 전극판 공급부(120), 제 1 세퍼레이터 공급부(130) 및 제 2 세퍼레이터 공급부(140)와, 상기 제 1 전극판 공급부(110), 제 2 전극판 공급부(120), 제 1 세퍼레이터 공급부(130) 및 제 2 세퍼레이터 공급부(140)에서 공급되는 제 1 전극판(110a), 제 2 전극판(120a), 제 1 세퍼레이터(130a) 및 제 2 세퍼레이터(140a)를 권취하는 전극 조립체 권취부(150)로 이루어지는 리튬 이온 이차 전지의 제조 장치(100)를 이용하여, 전극 조립체(150a)를 형성한다.
이때, 상기 제 1 전극판 공급부(110)는 양극 전극판 또는 음극 전극판 중 어느 하나, 예를 들면 양극 전극판인 제 1 전극판(110a)이 권취되어 상기 전극 조립체 권취부(150)로 상기 제 1 전극판(110a)을 공급하는 제 1 전극 릴(111, Reel)과, 상기 제 1 전극 릴(111)에서 공급되는 상기 제 1 전극판(110a)에 예를 들면, 양극 탭인 제 1 전극 탭을 부착하는 제 1 전극 탭 부착부(115)로 이루어진다.
또한, 상기 제 2 전극판 공급부(120)는 양극 전극판 또는 음극 전극판 중 다른 하나, 예를 들면 음극 전극판인 제 2 전극판(120a)이 권취되어 상기 전극 조립체 권취부(150)로 제 2 전극판(120a)을 공급하는 제 2 전극 릴(121)과, 상기 제 2 전극 릴(121)에서 공급되는 상기 제 2 전극판(120a)에 예를 들면, 음극 탭인 제 2 전극 탭을 부착하는 제 2 전극 탭 부착부(125)로 이루어진다.
또한, 상기 제 1 세퍼레이터 공급부(130) 및 제 2 세퍼레이터 공급부(140)는 상기 제 1 전극판(110a) 및 제 2 전극판(120a) 사이의 쇼트를 방지하며, 리튬 이온의 이동만을 가능하게 하며, 전극 조립체(150a)의 권취시 상기 제 1 전극판(110a) 및 제 2 전극판(120a) 사이에 개재되는 세퍼레이터(130a, 140a)를 제공하는 역할을 한다. 또한, 제 1 세퍼레이터 공급부(130) 및 제 2 세퍼레이터 공급부(140)는 상기 세퍼레이터(130a, 140a)가 권취되어 있는 릴의 형태로 이루어진다.
상기 전극 조립체 권취부(150)는 다양한 형태의 맨드릴과 같은 권심 부재(155)를 이용하여 상기 제 1 전극판 공급부(110), 제 2 전극판 공급부(120), 제 1 세퍼레이터 공급부(130) 및 제 2 세퍼레이터 공급부(140)에서 공급되는 제 1 전극판(110a), 제 2 전극판(120a), 세퍼레이터(130a, 140a)를 권취하여 권취형 전극 조립체(150a)를 형성하는 역할을 수행한다.
이때, 상기 권심 부재(155)는 권취 후 제거하지 않음으로써, 상기 권심 부재(155)는 원통형 리튬 이온 이차 전지의 경우, 단면이 대략 원형인 봉의 형태로 이루어져 상기 전극 조립체(150a)의 변형을 방지하며, 또한, 센터 핀과 같은 역할을 수행할 수 있다. 또한, 상기 권심 부재(155)는 각형 또는 파우치형 리튬 이온 이차 전지의 경우에는 판상형으로 이루어져, 상기 전극 조립체(150a)의 변형을 방지한다.
한편, 상기 리튬 이온 이차 전지의 제조 장치(100)는 권취 고정 테이프(seal tape) 공급부(160)를 더 구비할 수 있다. 상기 권취 고정 테이프 공급부(160)는 권취 고정 테이프(160a)를 공급하여, 상기 권취 고정 테이프(160a)가 상기 권취형 전극 조립체(150a)를 감싸도록 부착하여 상기 권취형 전극 조립체(150a)가 풀리는 것을 방지한다.
상기한 바와 같은 리튬 이차 전지의 제조 장치(100)를 이용하는 리튬 이차 전지 전극 조립체(150a)의 제조 방법은 상기 제 1 전극판 공급부(110), 제 2 전극판 공급부(120), 세퍼레이터 공급부(130, 140)를 통하여 각각 제 1 전극판(110a), 제 2 전극판(120a), 세퍼레이터(130a, 140a)를 상기 전극 조립체 권취부(150)로 공급한다. 이때, 상기 제 1 전극판 공급부(110) 및 제 2 전극판 공급부(110)는 상기 제 1 전극 탭 부착부(115) 및 제 2 전극 탭 부착부(125)에서 상기 제 1 전극판 (110a) 및 제 2 전극판(120a)에 제 1 전극 탭 및 제 2 전극 탭을 부착하여, 제 1 전극판(110a) 및 제 2 전극판(120a)을 상기 전극 조립체 권취부(150)의 상기 권심 부재(155)로 공급한다.
그런 다음, 상기 전극 조립체 권취부(150)의 권심 부재(155)를 회전시켜, 상기 제 1 전극판(110a), 제 2 전극판(120a) 및 상기 제 1 전극판(110a) 및 제 2 전극판(120a) 사이에 개재된 세퍼레이터(130a, 140a)로 이루어지며, 다수회 권취된 권취형 전극 조립체(150a)를 형성한다.
이때, 세퍼레이터 고정 테이프(도면 상에는 미도시)를 이용하여 상기 세퍼레이터(130a, 140a)의 권취 선단부를 상기 권심 부재에 고정시킨 후, 권취를 시작할 수도 있다.
또한, 상기 권취형 전극 조립체(150a)가 풀리는 것을 방지하기 위한 권취 고정 테이프(160a)를 권취 고정 테이프 공급부(160)에서 공급하여 상기 전극 조립체(150a)의 외부면에 부착하는 공정을 더 수행할 수 있다.
상기 권취형 전극 조립체(150a)를 형성한 후, 상기 권심 부재(155)를 제거하지 않고, 상기 권취형 전극 조립체(150a)를 리튬 이온 이차 전지용 케이스에 수용하여 상기 전극 조립체(150a)가 이탈하지 않도록 한 후, 상기 리튬 이차 전지용 케이스에 전해액을 주입한 후, 밀봉하여 리튬 이차 전지를 완성한다.
이때, 상기 권심 부재(155)는 상기 리튬 이온 이차 전지가 원통형인 경우, 센터 핀과 같은 역할을 수행하여 상기 전극 조립체(150a)의 제 1 전극 탭을 리튬 이온 이차 전지용 케이스에 부착하는 공정에서 상기 제 1 전극 탭에 압력을 가하여 상기 제 1 전극 탭이 상기 리튬 이온 이차 전지용 케이스에 접촉을 유지하도록 한다.
또한, 상기 권심 부재(155)는 상기 리튬 이온 이차 전지가 각형 또는 파우치형 리튬 이온 이차 전지인 경우에는 변형 방지 지지체로써, 상기 권취형 전극 조립체(150a)가 압력 또는 열에 의한 변형되는 것을 방지한다.
도 2a는 본 발명의 일 실시예에 따른 리튬 이온 이차 전지를 설명하기 위한 사시도로써, 원통형 리튬 이온 이차 전지를 예를 들어 설명하는 도면이며, 도 2b는 도 1a의 1a-1a 라인에 따른 종단면도이며, 도 2c는 도 2a의 1b-1b 라인에 따른 횡단면도이다.
도 2a 내지 도 2c에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 원통형 리튬 이차 전지(200)는 충ㆍ방전 시 전압차를 발생시키는 전극 조립체(300)와, 상기 전극 조립체(300)를 수납하는 리튬 이온 이차 전지용 케이스(400)와, 상기 리튬 이온 이차 전지용 케이스(400) 상부에 조립되어 상기 전극 조립체(300)가 이탈되지 않도록 하는 캡 조립체(500)와, 상기 리튬 이온 이차 전지용 케이스(400)에 주입되어 상기 전극 조립체(300) 간에 리튬 이온의 이동이 가능하게 하는 전해액(600)과, 상기 전극 조립체(330)의 중심부에 위치하는 권심 부재(700)로 이루어져 있다.
상기 전극 조립체(300)는 양극 활물질 또는 음극 활물질 중 어느 하나, 예를 들면 상기 양극 활물질이 코팅된 제 1 전극판(310), 양극 활물질 또는 음극 활물질 중 다른 하나, 예를 들면, 음극 활물질이 코팅된 제 2 전극판(320), 상기 제 1 전극판(310) 및 제 2 전극판(320) 사이에 위치하여 상기 제 1 전극판(310)과 제 2 전 극판(320)의 쇼트(short)를 방지하고 리튬 이온의 이동만 가능하게 하는 세퍼레이터(330)로 이루어진다. 또한, 상기 제 1 전극판(310), 제 2 전극판(320) 및 세퍼레이터(330)는 대략 원형으로 권취되어 상기 리튬 이온 이차 전지용 케이스(400)에 수납된다. 또한, 상기 제 1 전극판(310)에는 일반적으로 알루미늄(Al) 재질로 이루어지며, 상부로 일정 길이 돌출되며, 예를 들면 양극 탭인 제 1 전극 탭(315)이 접합되어 있다. 상기 제 2 전극판(320)에는 일반적으로 니켈(Ni) 재질로 이루어지며, 하부로 일정 길이 돌출되며, 예를 들면 음극 탭인 제 2 전극 탭(325)이 접합되어 있으나, 본 발명에서 위의 재질을 한정하는 것은 아니다. 더불어 상기 전극 조립체(300)의 상ㆍ하부에는 각각 직접적인 캡 조립체(500) 또는 리튬 이온 이차 전지용 케이스(400)와의 접촉을 피하기 위해 상ㆍ하부 절연 플레이트(341, 345)가 더 부착되어 있다.
상기 리튬 이온 이차 전지용 케이스(400)는 상기 원통형 전극 조립체(300)가 결합될 수 있도록 소정 공간을 가지며 일정 직경을 갖는 원통형 측면판(410)이 형성되어 있고, 상기 원통형 측면판(410)의 하부에는 그 원통형 측면판(410)의 하부 공간을 막은 하면판(420)이 형성되어 있으며, 상기 원통형 측면판(410)의 상부는 상기 전극 조립체(400)를 삽입하기 위하여 개구(開口)되어 있다. 한편, 상기 리튬 이온 이차 전지용 케이스(400)는 상기 전극 조립체(300)의 제 1 전극 탭(315) 및 제 2 전극 탭(325) 중 어느 하나가 전기적으로 접합됨으로써, 상기 리튬 이온 이차 전지용 케이스(400) 자체는 양극 또는 음극 역할을 수행하게 된다.
상기 캡 조립체(500)는 상기 제 1 전극 탭(315) 및 제 2 전극 탭(325) 중 상 기 리튬 이온 이차 전지용 케이스와 전기적으로 접합되지 않는 어느 하나와 일부분이 전기적으로 연결되며, 안전 벤트, 인쇄회로 기판, 양성 온도 소자, 전극 캡, 가스켓 등의 다양한 구성 요소로 이루어진다.
상기 전해액(600)은 충ㆍ방전시 전지 내부의 양극 및 음극에서 전기 화학적 반응에 의하여 생성되는 리튬 이온(Li Ion)의 이동 매체 역할을 하며, 이는 리튬염과 고순도 유기 용매류의 혼합물인 비수질계 유기 전해액일 수 있다. 더불어, 상기 전해액(600)은 고분자 전해질을 이용한 폴리머일 수도 있으며, 여기서 상기 전해액 물질의 종류를 한정하는 것은 아니다.
상기 권심 부재(700)는 도 1에 도시된 바와 같은 제조 공정을 통하여 상기 전극 조립체(300)의 형성 시, 상기 제 1 전극판(310), 제 2 전극판(320) 및 상기 제 1 전극판(310)과 제 2 전극판(320) 사이에 개재된 세퍼레이터(330)를 권취하기 위한 맨드릴로써, 대략 봉형 또는 이의 등가 형상으로 이루어지는 것이 바람직하다. 상기 권심 부재(700)는 전극 조립체(300)의 변형을 방지하며, 상기 원통형 리튬 이온 이차 전지(200)의 센터 핀으로 작용한다.
다시 말해, 상기 권심 부재(700)는 원통형 리튬 이온 이차 전지(200)의 권취형 전극 조립체(300)의 권취가 풀리는 것을 방지하는 역할을 수행하며, 상기 전극 조립체(300)의 제 2 전극 탭(325)을 상기 원통형 케이스(400)에 용접하는 공정에서 상기 제 2 전극 탭(325)에 압력을 가하여 상기 원통형 케이스(400) 하면판(420)에 접촉하도록 하는 역할을 수행한다. 또한, 상기 권심 부재(700)는 상기 원통형 리튬 이온 이차 전지의 충ㆍ방전시 상기 전극 조립체(300)의 부피 팽창으로 인한 변형을 방지하는 역할도 수행한다.
또한, 상기 권심 부재(700)는 상기 전극 조립체(300)에 가해지는 힘에 대항하여 상기 전극 조립체(300)의 변형을 방지할 수 있을 정도의 기계적 강도를 갖는 것이 바람직하다.
또한, 상기 권심 부재(700)는 일반적으로 금속으로 이루어질 수 있으며, 또는 필요에 따라 절연 물질로 형성될 수 있다. 상기 절연 물질로는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌테레프탈레이트 및 폴리이미드 중 어느 하나인 것이 바람직하다.
한편, 도 3a는 본 발명의 다른 실시예에 따른 리튬 이온 이차 전지를 설명하기 위한 도면으로써, 각형 또는 파우치형 리튬 이온 이차 전지의 전극 조립체를 예를 들어 도시한 도면이며, 도 3b는 도 3a의 A-A 라인을 따른 횡단면도이다.
도 3a 및 도 3b를 참조하면, 전극 조립체(800)가 각형 또는 파우치형 리튬 이온 이차 전지용 전극 조립체이다.
상기 전극 조립체(800)는 양극 활물질 또는 음극 활물질 중 어느 하나, 예를 들면 양극 활물질이 코팅되며, 제 1 전극 탭(815)이 부착된 제 2 전극판(810)과, 양극 활물질 또는 음극 활물질 중 다른 하나, 예를 들면 음극 활물질이 코팅되며, 제 2 전극 탭(825)이 부착된 제 2 전극판(820)과, 상기 제 1 전극판(810) 및 제 2 전극판(820) 사이에 개재된 세퍼레이터(830)를 판상형의 권심 부재(900)를 이용하여 권취된 형태로 이루어진다.
이때, 상기 전극 조립체(800)를 권취한 후, 상기 권심 부재(900)를 제거하지 않고, 리튬 이온 이차 전지의 일반적인 제조 공정을 수행함으로써, 상기 권심 부재(900)가 변형 방지 지지체의 역할을 수행할 수 있다. 즉, 상기 권심 부재(900)는 상기 전극 조립체(800)의 풀림 및 변형을 방지하는 역할을 수행한다.
이때, 상기 권심 부재(900)의 두께는 상기 전극 조립체(800)에 가해지는 힘에 대항하여 상기 전극 조립체(800)의 변형을 방지할 수 있을 정도의 기계적 강도를 가지면서도, 상기 전극 조립체(800)의 두께를 증가시키지 않는 것이 바람직하다.
또한, 상기 권심 부재(900)는 다양한 형태의 판상형의 구조로 이루어질 수 있으며, 바람직하게는 도 3a에서와 같이, 사각형의 판상 구조로 이루어진다. 이때, 상기 권심 부재(900)는 일반적으로 금속으로 이루어질 수 있으며, 또는 필요에 따라 절연 물질로 형성될 수 있다. 상기 절연 물질로는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌테레프탈레이트 및 폴리이미드 중 어느 하나인 것이 바람직하다.
또한, 도 3b에서와 같이, 상기 권심 부재(900)의 양 끝단이 전극 조립체(800)의 내주부에 접하는 크기로 구성되는 것이 바람직하다. 이는 상기 권심 부재(900)가 상기 전극 조립체(800)의 전체 면적에 결처서 보다 강한 기계적 지지력을 발휘하도록 하기 위함이다. 상기 "내주부"라 함은 상기 전극 조립체(800)의 중심부의 타원형 내면을 의미한다.
상기한 바와 같이 본 발명에 따른 리튬 이온 이차 전지는 전극 조립체(150a, 300, 800)의 중심부에 권심 부재(700, 900)를 구비함으로써, 리튬 이온 이차 전지의 충ㆍ방전 시에 발생할 수 있는 전극 조립체(150a, 300, 800)의 변형을 방지할 수 있다.
또한, 원통형 리튬 이온 이차 전지의 경우, 상기 권심 부재(300)가 센터 핀의 역할을 동시에 수행함으로써, 센터 핀의 삽입을 위한 추가 공정이 생략된다.
또한, 상기 권심 부재(155, 700, 900)를 전극 조립체의 권취시에 사용되는 맨드릴을 이용함으로써, 상기 권심 부재(155, 700, 900)를 삽입하기 위한 공정의 추가가 없다.
상기한 바와 같이 본 발명에 따르면, 본 발명은 권취형 전극 조립체의 권취시 사용되는 권심 부재를 전극 조립체의 변형 방지체로 사용함으로써, 리튬 이온 이차 전지의 제조 공정을 단순화하며, 권취형 전극 조립체의 변형을 방지하는 권취형 전극 조립체와 리튬 이온 이를 구비하는 리튬 이온 이차 전지 및 이의 제조 방법을 제공할 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (14)

  1. 양극 활물질 및 음극 활물질 중 어느 하나가 코팅된 제 1 전극판과;
    상기 양극 활물질 및 음극 활물질 중 다른 하나가 코팅된 제 2 전극판과;
    상기 제 1 전극판 및 제 2 전극판의 사이에 개재되어 이들을 절연시키는 세퍼레이터와;
    상기 제 1 전극판, 제 2 전극판 및 세퍼레이터가 권취된 중심부에 개재되는 권심 부재를 구비하며,
    상기 세퍼레이터를 상기 권심 부재에 고정시키기 위한 세퍼레이터 고정 테이프를 포함하는 것을 특징으로 하는 권취형 전극 조립체.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 권심 부재는 봉형인 것을 특징으로 하는 권취형 전극 조립체.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 권심 부재는 사각형의 판상형인 것을 특징으로 하는 권취형 전극 조립체.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 권심 부재는 금속 또는 절연 물질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 권취형 전극 조립체.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 절연 물질은 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌프로프탈레이트, 폴리이미드 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 권취형 전극 조립체.
  6. 삭제
  7. 제 1 전극판, 제 2 전극판, 상기 제 1 전극판 및 제 2 전극판 사이에 개재된 세퍼레이터를 구비하는 권취형 전극 조립체와;
    상기 전극 조립체의 중심부에 개재되는 권심 부재와;
    상기 전극 조립체를 감싸는 케이스와;
    상기 케이스와 결합되어 이를 밀봉하며 상기 전극 조립체와 전기적으로 연결되는 단자부가 형성된 캡 조립체를 포함하며,
    상기 세퍼레이터를 상기 권심 부재에 고정시키기 위한 세퍼레이터 고정 테이프를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 리튬 이온 이차 전지.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 권심 부재는 봉형 또는 사각형의 판상형인 것을 특징으로 하는 리튬 이온 이차 전지.
  9. 제 7항에 있어서,
    상기 권심 부재는 금속 또는 절연 물질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 리튬 이온 이차 전지.
  10. 삭제
  11. 양극 탭 및 음극 탭 중 어느 하나가 부착된 제 1 전극판과, 상기 양극 탭 및 음극 탭 중 다른 하나가 부착된 제 2 전극판 및 세퍼레이터를 공급하는 단계와;
    상기 제 1 전극판, 제 2 전극판 및 세퍼레이터를 권심 부재를 이용하여 권취하여, 전극 조립체를 형성하는 단계와;
    상기 권심 부재를 포함하는 상기 전극 조립체를 이차 전지용 케이스에 수용하는 단계와;
    상기 전극 조립체의 상기 양극 탭 및 음극 탭 중 어느 하나를 상기 권심 부재를 이용하여 상기 이차 전지용 케이스의 하면판과 압착하여 용접하는 단계; 및
    상기 세퍼레이터의 공급시, 상기 세퍼레이터를 세퍼레이터 고정 테이프를 이용하여 상기 권심 부재에 고정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 리튬 이온 이차 전지의 제조 방법.
  12. 제 11항에 있어서,
    상기 권심 부재는 봉형 또는 사각형의 판상형인 것을 특징으로 하는 리튬 이 온 이차 전지의 제조 방법.
  13. 제 11항에 있어서,
    상기 권심 부재는 금속 또는 절연 물질인 것을 특징으로 하는 리튬 이온 이차 전지의 제조 방법.
  14. 삭제
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