KR101084889B1 - 이차 전지용 전극 조립체 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 이차전지용 전극 조립체 및 그 제조방법에 관한 것이다. 본 발명에 의하면, 다수의 제1전극부재; 상기 다수의 제1전극부재와 교대로 적층되게 배열된 다수의 제2전극부재; 교대로 적층된 상기 제1전극부재 및 제2전극부재 사이에서 권취되어 인접한 제1전극부재 및 제2전극부재 사이에 위치하는 제1세퍼레이터; 및 교대로 적층된 상기 제1전극부재 및 제2전극부재 사이에서 권취되어 인접한 제1전극부재 및 제2전극부재 사이에 위치하고, 인접한 상기 제1세퍼레이터의 사이에 위치하는 제2세퍼레이터를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지용 전극 조립체 및 그 제조방법이 제공된다.

Description

이차 전지용 전극 조립체 및 그 제조방법{ELECTRODE ASSEMBLY FOR SECONDARY BATTERY AND METHOD OF MAKING THE ELECTRODE ASSEMBLY}
본 발명은 이차전지용 전극 조립체 및 그 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로, 이차전지는 양극판과 음극판 및 이들 두 전극판 사이에 개재된 세퍼레이터로 구성된 전극 조립체를 전해액과 함께 외장 케이스에 수납하여 형성된다.
고용량 이차전지에서, 다수의 단위 전극과 세퍼레이터로 형성된 권취형 전극 조립체가 사용되기도 한다. 이러한 구조의 전극 조립체는 권취수가 증가할 경우에 세퍼레이터를 사이에 두고 단위 전극이 정확하게 정렬되기가 쉽지 않다.
본 발명의 목적은 전체 단위 전극들이 정확하게 정렬되는 구조를 갖는 전극 조립체 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일측면에 따르면, 다수의 제1전극부재; 상기 다수의 제1전극부재와 교대로 적층되게 배열된 다수의 제2전극부재; 교대로 적층된 상기 제1전극부재 및 제2전극부재 사이에서 권취되어 인접한 제1전극부재 및 제2전극부재 사이에 위치하는 제1세퍼레이터; 및 교대로 적층된 상기 제1전극부재 및 제2전극부재 사이에서 권취되어 인접한 제1전극부재 및 제2전극부재 사이에 위치하고, 인접한 상기 제1세퍼레이터의 사이에 위치하는 제2세퍼레이터를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지용 전극 조립체를 제공한다.
상기 제1세퍼레이터는 다수의 적층된 제1세퍼레이터부재로 이루어지며, 상기 제2세퍼레이터는 다수의 적층된 제2세퍼레이터부재로 이루어지며, 상기 제1세퍼레이터부재 및 제2세퍼레이터부재는 적층된 전극부재 내의 제1전극부재 및 제2전극부재 사이에 교대로 놓여질 수 있다.
상기 제1세퍼레이터부재의 내측 표면은 전극 조립체의 가장 안쪽에 위치하고, 상기 제2세퍼레이터부재의 내측 표면은 상기 제1세퍼레이터부재의 내측 표면과 서로 대향되게 전극 조립체의 가장 안쪽에 위치할 수 있다.
적층된 상기 제1전극부재 및 제2전극부재는 가장 안쪽 영역을 포함하도록 조립되고, 상기 제1세퍼레이터 및 제2세퍼레이터는 내측 표면과 내측 및 외측 단부를 구비하며, 상기 제1세퍼레이터의 내측표면은 전극 조립체의 가장 안쪽 영역에 위치하고, 제2세퍼레이터의 내측표면은 제1세퍼레이터와 제2세퍼레이터가의 내측 표면들이 서로 대향되게 가장 안쪽 영역에 위치할 수 있다.
상기 제1세퍼레이터와 제2세퍼레이터의 내측 단부는 적층된 전극부재의 가장 안쪽 영역에 위치할 수 있다.
상기 제1전극부재는 양극판을 포함하고, 상기 제2전극부재는 음극판을 포함할 수 있다.
상기 제1전극부재 및 제2전극부재는 다수의 별개의 세퍼레이터에 의하여 분리된 다수의 전극판을 포함할 수 있다.
상기 제1전극부재는 제1 및 제2 양극판 및 상기 제1 및 제2 양극판 사이에 위치하는 음극판을 포함하며, 상기 별개의 세퍼레이터는 상기 제1 및 제2 양극판과 상기 음극판 사이에 위치할 수 있다.
상기 제2전극부재는 제1 및 제2 음극판 및 상기 제1 및 제2 음극판 사이에 위치하는 양극판을 포함하며, 상기 별개의 세퍼레이터는 상기 제1 및 제2 음극판과 상기 양극판 사이에 위치할 수 있다.
상기 제1전극부재 및 제2전극부재 각각은 그 사이에 위치하는 별개의 세퍼레이터를 갖는 양극판 및 음극판을 포함할 수 있다.
상기 제1전극부재는 제1 및 제2 측면을 갖는 양극판을 포함하며, 상기 양극판은 전극 집전체를 포함하며, 상기 양극판의 제1 및 제2 측면은 양극 활물질로 코팅된 것일 수 있다.
상기 제2전극부재는 제1 및 제2측면을 갖는 음극판을 포함하며, 상기 음극판은 전극 집전체를 포함하며, 상기 음극판의 제1 및 제2측면은 음극 활물질로 코팅된 것일 수 있다.
상기 제1세퍼레이터는 적층된 전극부재의 제1방향을 따라 권취되는 연속성의 하나의 부재이고, 상기 제2세퍼레이터는 적층된 전극부재의 제1방향을 따라 권취되는 연속성의 하나의 부재일 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 내측 단부를 갖는 제1측 시점으로부터 권취중심부를 향해 제1세퍼레이터를 공급하는 단계; 내측 단부를 갖는 제2측 시점으로부터 권취중심부를 향해 제2세퍼레이터를 공급하는 단계; 및 상기 제1세퍼레이터 및 제2세퍼레이터의 내측 단부들이 전극조립체의 가장 안쪽 영역내에 위치하도록 상기 제1세퍼레이터 및 제2세퍼레이터를 함께 권취하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전극조립체의 제조방법을 제공한다.
상기 전극 조립체의 제조방법은 제1세퍼레이터에 제1전극부재를 위치시키는 단계; 및 제2세퍼레이터에 제2전극부재를 위치시키는 단계를 더 포함하여 이루어져, 상기 제1세퍼레이터 및 제2세퍼레이터를 권취하는 단계에서 상기 제1세퍼레이터와 제2세퍼레이터가 제1전극부재 및 제2전극부재 사이에 교대로 놓여지게 하는 것이 바람직하다.
상기 제1전극부재 및 제2전극부재는 권취전에 상기 제1세퍼레이터 및 제2세퍼레이터에 각각 위치할 수 있다.
상기 제1세퍼레이터와 제2세퍼레이터를 함께 권취하는 단계는 상기 제1세퍼레이터와 제2세퍼레이터를 권취하여 상기 제1세퍼레이터의 내측 표면과 상기 제2세퍼레이터의 내측 표면이 모두 전극 조립체의 가장 안쪽 영역에 위치하도록 하고, 상기 제1세퍼레이터의 내측 표면 및 제2세퍼레이터의 내측 표면은 서로 대향되도록 하는 것일 수 있다.
상기 연속되는 제1세퍼레이터와 제2세퍼레이터 위에 다수의 전극부재를 위치시키는 단계는 제1세퍼레이터 위에 양극 전극부재를 위치시키고, 제2세퍼레이터 위에 음극 전극부재를 위치시키는 것을 포함할 수 있다.
상기 제1세퍼레이터 및 제2세퍼레이터 위에 상기 제1전극부재 및 제2전극부재를 위치시키는 단계는 제1세퍼레이터와 제2세퍼레이터 위에 별개의 세퍼레이터에 의해 분리되는 다수의 전극판을 포함하는 전극부재들을 위치시키는 단계를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 제1전극부재는 제1 및 제2 양극판 및 상기 제1 및 제2 양극판 사이에 위치하는 음극판을 포함하며, 상기 별개의 세퍼레이터는 상기 제1 및 제2 양극판과 상기 음극판 사이에 위치하는 것일 수 있다.
상기 제2전극부재는 제1 및 제2 음극판 및 상기 제1 및 제2 음극판 사이에 위치하는 양극판을 포함하며, 상기 별개의 세퍼레이터는 상기 제1 및 제2 음극판과 상기 양극판 사이에 위치하는 것일 수 있다.
상기 제1전극부재 및 제2전극부재 각각은 그 사이에 위치하는 별개의 세퍼레이터를 갖는 양극판 및 음극판을 포함할 수 있다.
상기 전극부재들은 상기 세퍼레이터들 위에 위치하며, 상기 전극부재들이 상기 세퍼레이터들의 내측단부로부터 더 멀리 위치할수록 상기 세퍼레이터들 위의 인접한 전극부재들은 각각 더 멀리 위치할 수 있다.
본 발명의 구성을 따르면 앞서서 기재한 본 발명의 목적을 달성 할 수 있다. 구체적으로는 본 발명에 의하면, 두 세퍼레이터가 중심부에서 내면이 서로 대향하며 권취된 구조를 가지므로 세퍼레이터 사이에 위치하는 전극부재들을 더욱 정확하게 정렬시킬 수 있다.
도1은 본 발명의 일실시예에 따른 이차전지의 사시도이다.
도2는 도1에 도시한 전극 조립체의 모식도이다.
도3은 도2에 도시한 전극 조립체의 제조공정을 도시한 도면이다.
도4a는 도2에 도시한 제1 전극부재의 다른 실시예를 도시한 모식도이다.
도4b는 도2에 도시한 제2 전극부재의 다른 실시예를 도시한 모식도이다.
도 4c는 도 4a 및 도 4b에 도시한 제1전극부재 및 제2전극부재를 적용한 전극 조립체의 모식도이다.
도5는 도1에 도시한 전극 조립체의 다른 실시예를 도시한 모식도이다.
도6은 도5에 도시한 전극 조립체의 제조공정을 도시한 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 다른 실시예의 구성 및 작용을 상세히 설명한다.
도1은 본 발명의 일실시예에 따른 전극 조립체를 구비하는 이차전지의 사시도이다.
도1을 참조하면, 이차전지(10)는 파우치형으로서, 파우치 케이스(20)와, 파우치 케이스(20)에 수용되는 전극 조립체(100)를 구비한다.
파우치 케이스(20)는 본체(22)와, 커버(24)를 구비한다. 본체(22)에는 전극 조립체(100)가 수용되는 공간인 수용부(22a)와, 수용부(22a)의 입구측에 바깥쪽으로 확장되어 형성된 밀봉부(23)가 형성된다. 커버(24)는 밀봉부(23)의 일측변과 일체로 연결되어 형성된다. 전극 조립체(100)가 본체(22)의 수용부(22a)에 수용된 후 본체(22)와 커버(24)는 밀착된 상태에서 밀봉부(23)가 열융착된다.
도2는 도1에 도시한 전극 조립체의 모식도이다. 도1과 도2를 참조하면, 전극 조립체(100)는 제1 세퍼레이터(110)와, 제2 세퍼레이터(120)와, 다수의 전극부재(130)를 구비한다.
제1 세퍼레이터(110)는 일측방향(도면 상에서는 중심부로부터 반시계방향)으로 권취되어 있다. 권취된 제1 세퍼레이터(110)에는 적층된 형태인 다수의 제1 분리부(111a, 111b, 111c, 111d)와, 다수의 제1 분리부(111a, 111b, 111c, 111d)를 이어주는 다수의 제1 연결부(112a, 112b, 112c, 112d)가 형성된다. 다수의 제1 분리부(111a, 111b, 111c, 111d) 각각은 양쪽에 위치하는 두 전극부재(130)를 분리시킨다. 제1 세퍼레이터(110)의 외측 끝단(110c)은 접착 테이프(113)에 의해 제2 세퍼레이터(120)의 외주면(120d)에 부착된다. 제1 세퍼레이터(110)에는 미세기공이 형성되고, 그 미세기공을 통해 전극부재(130) 사이를 이동하는 리튬 이온이 통과한다. 제1 세퍼레이터(110)는 폴리 에틸렌(PE) 또는 폴리 프로필렌(PP)와 같은 고분자 수지로 형성될 수 있다.
제2 세퍼레이터(120)는 제1 세퍼레이터(110)와 함께 겹쳐져서 일측방향(도면 상에서는 중심부로부터 반시계방향)으로 권취되어 있다. 권취된 제2 세퍼레이터(120)에는 적층된 형태의 다수의 제2 분리부(121a, 121b, 121c, 121d)와, 다수의 제2 분리부(121a, 121b, 121c, 121d)를 이어주는 다수의 제2 연결부(122a, 122b, 122c, 122d)가 형성된다. 제2 분리부(121a, 121b, 121c, 121d) 각각은 제1 분리부(111a, 111b, 111c, 111d) 사이에 위치하며, 제2 연결부(122a, 122b, 122c, 122d) 각각은 제1 연결부(112a, 112b, 112c, 112d) 사이에 위치한다. 그에 따라, 제1 세퍼레이터(110)에 형성된 다수의 제1 분리부(111a, 111b, 111c, 111d)와 제2 세퍼레이터(120)에 형성된 다수의 제2 분리부(121a, 121b, 121c, 121d)는 적층된 형태로 서로 번갈아 위치하게 된다. 다수의 제2 분리부(121a, 121b, 121c, 121d) 각각은 양쪽에 위치하는 두 전극부재(130)을 분리시킨다. 다수의 제2 분리부(121a, 121b, 121c, 121d) 중 가장 안쪽에 위치하는 제2 분리부(121a)의 내면(120a)은 제1 세퍼레이터(110)의 다수의 제1 분리부(111a, 111b, 111c, 111d) 중 가장 안쪽에 위치하는 제1 분리부(111a)의 내면(110a)과 마주본다. 제2 세퍼레이터(120)의 외측 끝단(120c)은 접착 테이프(123)에 의해 제1 세퍼레이터(110)의 외주면(110d)에 부착된다. 제2 세퍼레이터(120)에는 미세기공이 형성되고, 그 미세기공을 통해 전극부재(130) 사이를 이동하는 리튬 이온이 통과한다. 제2 세퍼레이터(120)는 폴리 에틸렌(PE) 또는 폴리 프로필렌(PP)와 같은 고분자 수지로 형성될 수 있다.
다수의 전극부재(130)는 제1 세퍼레이터(110)의 다수의 제1 분리부(111a, 111b, 111c, 111d)와 제2 세퍼레이터(120)의 다수의 제2 분리부(121a, 121b, 121c, 121d)의 사이 각각에 하나씩 위치한다. 다수의 전극부재(130)는 이웃한 두 전극부재(130)가 상기 제1 세퍼레이터(110) 또는 제2 세퍼레이터(120)를 사이에 두고 중심부가 동일한 위치에 놓이도록 정렬되어 있다. 그에 따라, 모든 전극부재(130)는 분리부(111a, 111b, 111c, 111d, 121a, 121b, 121c, 121d)에 수직인 방향을 따라 정확하게 정렬된다. 다수의 전극부재(130) 중 제1 세퍼레이터(110)의 가장 안쪽에 위치하는 제1 분리부(111a)와 제2 세퍼레이터(120)의 가장 안쪽에 위치하는 제2 분리부(121a)의 사이에 위치하는 중심 전극부재(140a)는 제2 분리부(121a)의 내면(120a)에 부착되어 있으며, 이를 제외한 나머지 전극부재들(130)은 제1 분리부(111a, 111b, 111c, 111d)의 외면(110b) 또는 제2 분리부(121a, 121b, 121c, 121d)의 외면(120b)에 부착되어 있다.
다수의 전극부재(130)는 다수의 제1 전극부재(140a, 140b, 140c, 140d, 140e)와, 다수의 제2 전극부재(150a, 150b, 150c, 150d)를 구비한다. 제1 전극부재(140a, 140b, 140c, 140d, 140e)와 제2 전극부재(150a, 150b, 150c, 150d)는 교대로 위치한다.
제1 전극부재(140a, 140b, 140c, 140d, 140e)는 하나의 양극판(141)으로 이루어진다. 양극판(141)은 양극 집전체(142)와, 양극 집전체(142)의 양면에 코팅된 양극 활물질(143)을 구비한다. 일반적으로 양극 집전체(142)는 알루미늄과 같은 전도성 금속판으로 형성된다. 양극 집전체(142)에는 양극 활물질(143)이 형성되지 않고 외부로 돌출된 양극탭(142a)이 마련된다. 각 양극판(141)의 양극탭(142a)은 파우치 케이스(20)의 외부로 인출되는 양극단자(160)와 초음파 용접, 저항 용접 등과 같은 방법에 의해 융착된다. 양극 활물질(143)은 리튬을 포함하는 층상화합물과, 전도성을 향상시키는 도전재와, 층상화합물과 도전재 간의 결합력을 향상시키는 바인더를 포함하여 형성된다.
제2 전극부재(150a, 150b, 150c, 150d)는 하나의 음극판(151)으로 이루어진다. 음극판(151)은 음극 집전체(152)와, 음극 집전체(152)의 양면에 코팅된 음극 활물질(153)을 구비한다. 일반적으로 음극 집전체(152)는 구리와 같은 전도성 금속판으로 형성된다. 음극 집전체(152)에는 음극 활물질(153)이 형성되지 않고 외부로 돌출된 음극탭(152a)이 마련된다. 각 음극판(151)의 음극탭(152a)은 파우치 케이스(20)의 외부로 인출되는 음극단자(170)와 초음파 용접 또는 저항용접과 같은 방법에 의해 융착된다. 음극 활물질(153)은 탄소를 함유하는 흑연과 같은 카본과, 카본 입자들의 결합력을 향상시키는 바인더를 포함하여 형성된다. 또한, 음극 활물질(143)로는 주석산화물(SnO) 또는 리튬 티타늄 산화물(LTO)로 형성될 수 있다. 음극 활물질로서 흑연이 사용되는 경우 대응하는 양극판이 음극판보다 작은 면적으로 형성될 수 있다. 또한, 음극활물질로서 SnO 또는 리튬 티타늄 산화물이 사용되는 경우에는 대응하는 양극판이 음극판보다 큰 면적으로 형성될 수 있다.
도3은 도2에 도시한 전극 조립체의 제조공정을 도시한 도면이다. 도3을 참조하면, 권취위치(P) 쪽으로 양쪽에서 제1 세퍼레이터(110)와 제2 세퍼레이터(120)가 각각 제공된다.
제1 세퍼레이터(110)는 도면 상 좌측에서 권취위치(P)를 향해 우측 방향으로 이동하며 제공된다. 제1 세퍼레이터(110)는 권취시 안쪽 면이 되는 내면(110a)과, 권취시 바깥 쪽 면이 되며 내면(110a)의 반대면인 외면(110b)을 구비한다. 제1 세퍼레이터(110)에는 다수의 전극부재(130)가 부착되어 있다. 제1 세퍼레이터(110)에 부착된 다수의 전극부재(130)는 제1 세퍼레이터(110)의 외면(110b)에 제1 세퍼레이터(110)의 이동방향을 따라 서로 이격되어 위치한다. 제1 세퍼레이터(110)의 외면(110b)에 부착된 다수의 전극부재(130)는 제1 전극부재(140b, 140d)와 제2 전극부재(150a, 150c)가 교대로 위치한다. 본 실시예에서는 제1 세퍼레이터(110)의 외면(110b)에 부착된 다수의 전극부재(130) 중 최초로 권취되는 부분(110e)에 위치하는 제1 끝단 전극부재(150a)가 제2 전극부재인 것으로 하는데, 본 발명은 이에 제한되는 것은 아니다. 제1 끝단 전극부재(150a)는 제1 전극부재일 수도 있다.
제2 세퍼레이터(120)는 도면 상 우측에서 권취위치(P)를 향해 좌측 방향으로 이동하며 제공된다. 제2 세퍼레이터(120)는 권취시 안쪽 면이 되는 내면(120a)과, 권취시 바깥 쪽 면이 되며 내면(120a)의 반대면인 외면(120b)을 구비한다. 제2 세퍼레이터(120)에는 다수의 전극부재(130)가 부착되어 있다. 제2 세퍼레이터(120)에 부착된 다수의 전극부재(130)는 제2 세퍼레이터(120)의 외면(120b)에 제2 세퍼레이터(120)의 이동방향을 따라 서로 이격되어 위치한다. 제2 세퍼레이터(120)의 외면(120b)에 부착된 다수의 전극부재(130)는 제1 전극부재(140c, 140e)와 제2 전극부재(150b, 150d)가 교대로 위치한다. 본 실시예에서는 제2 세퍼레이터(120)의 외면(120b)에 부착된 다수의 전극부재(130) 중 최초로 권취되는 부분(120e)에 위치하는 제2 끝단 전극부재(150b)는 제1 끝단 전극부재(150a)와 동일한 극성을 갖도록 제2 전극부재로 이루어진다. 제2 세퍼레이터(120)의 내면(120a)에는 중심 전극부재(140a)가 부착되어 있다. 중심 전극부재(140a)는 제2 세퍼레이터(120)에서 최초로 권취되는 부분(120e)에 제2 끝단 전극부재(150b)와 대응하여 위치한다. 중심 전극부재(140a)는 제2 끝단 전극부재(150b)와 반대의 극성을 갖도록 제1 전극부재로 이루어진다.
권취가 시작되기 전에, 권취위치(P)에서 중심 전극부재(140a) 상에 제1 세퍼레이터(110)를 사이에 두고 제1 끝단 전극부재(150a)를 위치시킨다. 그에 따라, 제1 끝단 전극부재(150a), 중심 전극부재(140a), 제2 끝단 전극부재(150a)가 제1 세퍼레이터(110)와 제2 세퍼레이터(120)를 각각 사이에 두고 차례대로 적층된 형태로 정렬된다. 이 상태에서 제1 끝단 전극부재(150a), 중심 전극부재(140a), 제2 끝단 전극부재(150a)를 잡고 권취시켜, 도2에 도시된 바와 같은 전극 조립체(100)를 형성한다. 이때, 권취방향은 중심 전극부재(140a)를 제외한 나머지 전극부재들(140b, 140c, 140d, 140e, 150a, 150b, 150c, 150d)이 바깥쪽에 형성되도록 하는 방향이다. 다수의 전극부재(130)는 권취과정에서 제공될 수 있으며, 전극부재들(130) 사이의 이격거리는 정확한 정렬이 이루어지도록 용이하게 권취과정에서 조절될 수 있다. 즉, 권취가 진행되면서, 전극부재들(130)은 그 이격거리가 더 멀어지도록 세퍼레이터(110, 120)에 제공된다. 따라서, 전극부재들(130)이 정확한 위치에 정렬될 수 있다.
도4a는 도2에 도시한 제1 전극부재의 다른 실시예를 도시한 모식도이고, 도4b는 도2에 도시한 제2 전극부재의 다른 실시예를 도시한 모식도이며, 도 4c는 도 4a 및 도 4b에 도시한 제1전극부재 및 제2전극부재를 적용한 전극 조립체의 모식도이다.
도4a를 참조하면, 제1 전극부재(240)는 두 개의 양극판(241, 242)과, 두 양극판(241, 242)의 사이에 위치하는 하나의 음극판(243)과, 음극판(243)과 두 양극판(241, 242) 사이 각각에 삽입된 두 개의 세퍼레이터(244, 245)를 구비한다. 양극판(241, 242)은 도2에 도시된 실시예의 양극판(141)과 동일한 구성이며, 음극판(243)은 도2에 도시된 실시예의 음극판(151)과 동일한 구성이므로 이에 대한 상세한 설명은 생략한다. 두 세퍼레이터(244, 245)에는 미세기공이 형성되고, 그 미세기공을 통해 전극판(241, 242, 243) 사이를 이동하는 리튬 이온이 통과한다. 세퍼레이터(244, 245)는 폴리 에틸렌(PE) 또는 폴리 프로필렌(PP)와 같은 고분자 수지로 형성될 수 있다.
도4b를 참조하면, 제2 전극부재(250)는 두 개의 음극판(251, 252)과, 두 음극판(251, 252)의 사이에 위치하는 하나의 양극판(253)과, 양극판(253)과 두 음극판(251, 252) 사이 각각에 삽입된 두 개의 세퍼레이터(254, 255)를 구비한다. 음극판(251, 252)은 도2에 도시된 실시예의 음극판(151)과 동일한 구성이며, 양극판(253)은 도2에 도시된 실시예의 양극판(141)과 동일한 구성이므로 이에 대한 상세한 설명은 생략한다. 두 세퍼레이터(254, 255)에는 미세기공이 형성되고, 그 미세기공을 통해 전극판(251, 252, 253) 사이를 이동하는 리튬 이온이 통과한다. 세퍼레이터(254, 255)는 폴리 에틸렌(PE) 또는 폴리 프로필렌(PP)와 같은 고분자 수지로 형성될 수 있다.
도 4c를 참조하면, 제1전극부재(240) 및 제2전극부재(250)는 도 2에서 설명한 바와 같은 동일한 방법으로 그들 사이에 위치하는 제1세퍼레이터(110) 및 제2세퍼레이터(120)를 갖는 전극조립체 내에서 교대로 배열된다. 따라서 상기 제1전극부재(240), 제2전극부재(250), 제1세퍼레이터(110) 및 제2세퍼레이터(120)의 배열은 도 2에서의 제1전극부재(140), 제2전극부재(150), 제1세퍼레이터(110) 및 제2세퍼레이터(120)의 배열과 실질적으로 동일한 배열을 가지므로, 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.
도4a, 도4b 및 도4c의 실시예에서는 3개의 전극판을 이용하여 제1 전극부재와 제2 전극부재가 형성되는 것을 설명하였으나, 본 발명은 이에 제한되는 것은 아니다. 그 보다 더 많은 전극판을 이용하여 제1 전극부재와 제2 전극부재를 형성할 수 있다. 서로 다른 극성의 전극판이 교대로 위치하며, 양면의 전극판이 동일한 극성을 갖는 구성이라면 어느 것이든 가능하다.
도5는 도1에 도시한 전극 조립체의 다른 실시예를 도시한 모식도이다. 도5를 참조하면, 전극 조립체(300)는 제1 세퍼레이터(310)와, 제2 세퍼레이터(320)와, 다수의 전극부재(330a, 330b, 330c, 330d, 330e, 330f, 330g, 330h, 330i)를 구비한다.
제1 세퍼레이터(310) 및 제2 세퍼레이터(320)의 구성 및 작용은 도2에 도시된 제1 세퍼레이터(110) 및 제2 세퍼레이터(120)의 구성 및 작용과 동일하므로 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.
다수의 전극부재(330a, 330b, 330c, 330d, 330e, 330f, 330g, 330h, 330i)는 제1 세퍼레이터(310)의 다수의 제1 분리부(311a, 311b, 311c, 311d)와 제2 세퍼레이터(320)의 다수의 제2 분리부(321a, 321b, 321c, 321d)의 사이 각각에 하나씩 위치한다. 다수의 전극부재(330a, 330b, 330c, 330d, 330e, 330f, 330g, 330h, 330i)는 이웃한 두 전극부재가 상기 제1 세퍼레이터(310) 또는 제2 세퍼레이터(320)를 사이에 두고 동일한 위치에 놓이도록 정렬되어 있다. 다수의 전극부재(330a, 330b, 330c, 330d, 330e, 330f, 330g, 330h, 330i) 중 제1 세퍼레이터(310)의 가장 안쪽에 위치하는 제1 분리부(311a)와 제2 세퍼레이터(320)의 가장 안쪽에 위치하는 제2 분리부(321a)의 사이에 위치하는 중심 전극부재(330a)는 제2 분리부(321a)의 내면(320a)에 부착되어 있으며, 이를 제외한 나머지 전극부재들(330b, 330c, 330d, 330e, 330f, 330g, 330h, 330i)은 제1 분리부(311a, 311b, 311c, 311d)의 외면(310b) 또는 제2 분리부(321a, 321b, 321c, 321d)의 외면(320b)에 부착되어 있다.
전극부재(330a, 330b, 330c, 330d, 330e, 330f, 330g, 330h, 330i)는 세퍼레이터(331)를 사이에 두고 양쪽에 형성된 양극판(332)과 음극판(333)을 구비한다. 세퍼레이터(331)에는 미세기공이 형성되고, 그 미세기공을 통해 전극판(332, 333) 사이를 이동하는 리튬 이온이 통과한다. 세퍼레이터(331)는 폴리 에틸렌(PE) 또는 폴리 프로필렌(PP)와 같은 고분자 수지로 형성될 수 있다. 양극판(332)은 도2에 도시한 실시예의 양극판(141)과 동일한 구성이며, 음극판(333)은 도2에 도시된 실시예의 음극판(151)과 동일한 구성이므로 이에 대한 상세한 설명은 생략한다. 전극부재(330a, 330b, 330c, 330d, 330e, 330f, 330g, 330h, 330i)는 제1 세퍼레이터(310) 또는 제2 세퍼레이터(320)를 사이에 두고 서로 다른 극성의 전극판이 대향하도록 형성된다.
도6은 도5에 도시한 전극 조립체의 제조공정을 도시한 도면이다. 도6을 참조하면, 권취위치(P) 쪽으로 양쪽에서 제1 세퍼레이터(310)와 제2 세퍼레이터(320)가 각각 제공된다.
제1 세퍼레이터(310)는 도면 상 좌측에서 권취위치(P)를 향해 우측 방향으로 이동하며 제공된다. 제1 세퍼레이터(310)는 권취시 안쪽 면이 되는 내면(310a)과, 권취시 바깥 쪽 면이 되며 내면(310a)의 반대면인 외면(310b)을 구비한다. 제1 세퍼레이터(310)에는 다수의 전극부재(330b, 330d, 330f)가 부착되어 있다. 제1 세퍼레이터(310)에 부착된 다수의 전극부재(330b, 330d, 330f)는 제1 세퍼레이터(310)의 외면(310b)에 제1 세퍼레이터(310)의 이동방향을 따라 서로 이격되어 위치한다. 제1 세퍼레이터(310)의 외면(310b)에 부착된 다수의 전극부재(330b, 330d, 330f)는 반대의 극성이 번갈아 제1 세퍼레이터(310)와 접하도록 형성된다. 본 실시예에서는 제1 세퍼레이터(310)의 외면(310b)에 부착된 다수의 전극부재(330b, 330d, 330f) 중 최초로 권취되는 부분(310e)에 위치하는 제1 끝단 전극부재(330b)의 음극판(333b)이 제1 세퍼레이터(310)와 접하는 것으로 하는데, 본 발명은 이에 제한되는 것은 아니다. 제1 끝단 전극부재(330b)의 양극판(332b)이 제1 세퍼레이터(310)와 접하도록 형성될 수 있다.
제2 세퍼레이터(320)는 도면 상 우측에서 권취위치(P)를 향해 좌측 방향으로 이동하며 제공된다. 제2 세퍼레이터(320)는 권취시 안쪽 면이 되는 내면(320a)과, 권취시 바깥 쪽 면이 되며 내면(320a)의 반대면인 외면(320b)을 구비한다. 제2 세퍼레이터(320)에는 다수의 전극부재(320c, 320e, 320g)가 부착되어 있다. 제2 세퍼레이터(320)에 부착된 다수의 전극부재(320c, 320e, 320g)는 제2 세퍼레이터(320)의 외면(320b)에 제2 세퍼레이터(320)의 이동방향을 따라 서로 이격되어 위치한다. 제2 세퍼레이터(320)의 외면(320b)에 부착된 다수의 전극부재(320c, 320e, 320g)는 반대의 극성이 번갈아 제1 세퍼레이터(310)와 접하도록 형성된다. 본 실시예에서는 제2 세퍼레이터(320)의 외면(320b)에 부착된 다수의 전극부재(320c, 320e, 320g) 중 최초로 권취되는 부분(320e)에 위치하는 제2 끝단 전극부재(330c)의 양극판(332c)이 제2 세퍼레이터(320)에 접하도록 형성된다. 제2 세퍼레이터(320)의 내면(320a)에는 중심 전극부재(330a)가 부착되어 있다. 중심 전극부재(330a)는 제2 세퍼레이터(320)에서 최초로 권취되는 부분(320e)에 제2 끝단 전극부재(330c)와 대응하여 위치한다. 중심 전극부재(330a)의 음극판(333a)이 제2 세퍼레이터(320)와 접하게 형성되어, 중심 전극부재(330a)의 음극판(333a)와 제2 끝단 전극부재(330c)의 양극판(332c)는 제2 세퍼레이터(320)를 사이에 두고 대향하게 된다.
권취가 시작되기 전에, 권취위치(P)에서 중심 전극부재(330a) 상에 제1 세퍼레이터(310)를 사이에 두고 제1 끝단 전극부재(330b)를 위치시킨다. 그에 따라, 제1 끝단 전극부재(330b), 중심 전극부재(330a), 제2 끝단 전극부재(330c)가 제1 세퍼레이터(310)와 제2 세퍼레이터(320)를 각각 사이에 두고 차례대로 적층된 형태로 정렬된다. 이 상태에서 제1 끝단 전극부재(330b), 중심 전극부재(330a), 제2 끝단 전극부재(330c)를 잡고 권취시켜, 도5에 도시된 바와 같은 전극 조립체(300)를 형성한다. 이때, 권취방향은 중심 전극부재(330a)를 제외한 나머지 전극부재들(330b, 330c, 330d, 330e, 330f, 330g, 330h, 330i)이 바깥쪽에 형성되도록 하는 방향이다. 그 외의 구성 및 작용은 도2 및 도3에 도시된 실시예와 동일하다.
이상 본 발명을 상기 실시예들을 들어 설명하였으나, 본 발명은 이에 제한되는 것이 아니다. 당업자라면, 본 발명의 취지 및 범위를 벗어나지 않고 수정, 변경을 할 수 있으며 이러한 수정과 변경 또한 본 발명에 속하는 것임을 알 수 있을 것이다
10 : 이차전지 100 : 전극 조립체
110 : 제1 세퍼레이터 120 : 제2 세퍼레이터
130 : 전극부재

Claims (23)

  1. 다수의 제1전극부재;
    상기 다수의 제1전극부재와 교대로 적층되게 배열된 다수의 제2전극부재;
    교대로 적층된 상기 제1전극부재 및 제2전극부재 사이에서 권취되어 인접한 제1전극부재 및 제2전극부재 사이에 위치하는 제1세퍼레이터; 및
    교대로 적층된 상기 제1전극부재 및 제2전극부재 사이에서 권취되어 인접한 제1전극부재 및 제2전극부재 사이에 위치하고, 인접한 상기 제1세퍼레이터의 사이에 위치하는 제2세퍼레이터를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지용 전극 조립체.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 제1세퍼레이터는 다수의 적층된 제1세퍼레이터부재로 이루어지며, 상기 제2세퍼레이터는 다수의 적층된 제2세퍼레이터부재로 이루어지며, 상기 제1세퍼레이터부재 및 제2세퍼레이터부재는 적층된 전극부재 내의 제1전극부재 및 제2전극부재 사이에 교대로 놓여지는 것을 특징으로 하는 이차전지용 전극 조립체.
  3. 청구항 2에 있어서, 상기 제1세퍼레이터부재의 내측 표면은 전극 조립체의 가장 안쪽에 위치하고, 상기 제2세퍼레이터부재의 내측 표면은 상기 제1세퍼레이터부재의 내측 표면과 서로 대향되게 전극 조립체의 가장 안쪽에 위치하는 것을 특징으로 하는 이차전지용 전극 조립체.
  4. 청구항 1에 있어서, 적층된 상기 제1전극부재 및 제2전극부재는 가장 안쪽 영역을 포함하도록 조립되고, 상기 제1세퍼레이터 및 제2세퍼레이터는 내측 표면과 내측 및 외측 단부를 구비하며, 상기 제1세퍼레이터의 내측표면은 전극 조립체의 가장 안쪽 영역에 위치하고, 제2세퍼레이터의 내측표면은 제1세퍼레이터와 제2세퍼레이터가의 내측 표면들이 서로 대향되게 가장 안쪽 영역에 위치하는 것을 특징으로 하는 이차전지용 전극 조립체.
  5. 청구항 4에 있어서, 상기 제1세퍼레이터와 제2세퍼레이터의 내측 단부는 적층된 전극부재의 가장 안쪽 영역에 위치하는 것을 특징으로 하는 이차전지용 전극 조립체.
  6. 청구항 1에 있어서, 상기 제1전극부재는 양극판을 포함하고, 상기 제2전극부재는 음극판을 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지용 전극 조립체.
  7. 청구항 1에 있어서, 상기 제1전극부재 및 제2전극부재는 다수의 별개의 세퍼레이터에 의하여 분리된 다수의 전극판을 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지용 전극 조립체.
  8. 청구항 7에 있어서, 상기 제1전극부재는 제1 및 제2 양극판 및 상기 제1 및 제2 양극판 사이에 위치하는 음극판을 포함하며, 상기 별개의 세퍼레이터는 상기 제1 및 제2 양극판과 상기 음극판 사이에 위치하는 것을 특징으로 하는 이차전지용 전극 조립체.
  9. 청구항 7에 있어서, 상기 제2전극부재는 제1 및 제2 음극판 및 상기 제1 및 제2 음극판 사이에 위치하는 양극판을 포함하며, 상기 별개의 세퍼레이터는 상기 제1 및 제2 음극판과 상기 양극판 사이에 위치하는 것을 특징으로 하는 이차전지용 전극 조립체.
  10. 청구항 7에 있어서, 상기 제1전극부재 및 제2전극부재 각각은 그 사이에 위치하는 별개의 세퍼레이터를 갖는 양극판 및 음극판을 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지용 전극 조립체.
  11. 청구항 1에 있어서, 상기 제1전극부재는 제1 및 제2 측면을 갖는 양극판을 포함하며, 상기 양극판은 전극 집전체를 포함하며, 상기 양극판의 제1 및 제2 측면은 양극 활물질로 코팅된 것을 특징으로 하는 이차전지용 전극 조립체.
  12. 청구항 1에 있어서, 상기 제2전극부재는 제1 및 제2측면을 갖는 음극판을 포함하며, 상기 음극판은 전극 집전체를 포함하며, 상기 음극판의 제1 및 제2측면은 음극 활물질로 코팅된 것을 특징으로 하는 이차전지용 전극 조립체.
  13. 청구항 1에 있어서, 상기 제1세퍼레이터는 적층된 전극부재의 제1방향을 따라 권취되는 연속성의 하나의 부재이고, 상기 제2세퍼레이터는 적층된 전극부재의 제1방향을 따라 권취되는 연속성의 하나의 부재인 것을 특징으로 하는 이차전지용 전극 조립체.
  14. 내측 단부를 갖는 제1측 시점으로부터 권취중심부를 향해 제1세퍼레이터를 공급하는 단계;
    내측 단부를 갖는 제2측 시점으로부터 권취중심부를 향해 제2세퍼레이터를 공급하는 단계; 및
    상기 제1세퍼레이터 및 제2세퍼레이터의 내측 단부들이 전극조립체의 가장 안쪽 영역내에 위치하도록 상기 제1세퍼레이터 및 제2세퍼레이터를 함께 권취하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전극조립체의 제조방법.
  15. 청구항 14에 있어서, 제1세퍼레이터에 제1전극부재를 위치시키는 단계; 및 제2세퍼레이터에 제2전극부재를 위치시키는 단계를 더 포함하여 이루어져, 상기 제1세퍼레이터 및 제2세퍼레이터를 권취하는 단계에서 상기 제1세퍼레이터와 제2세퍼레이터가 제1전극부재 및 제2전극부재 사이에 교대로 놓여지게 하는 것을 특징으로 하는 전극 조립체의 제조방법.
  16. 청구항 15에 있어서, 상기 제1전극부재 및 제2전극부재는 권취전에 상기 제1세퍼레이터 및 제2세퍼레이터에 각각 위치하는 것을 특징으로 하는 전극 조립체의 제조방법.
  17. 청구항 14에 있어서, 상기 제1세퍼레이터와 제2세퍼레이터를 함께 권취하는 단계는 상기 제1세퍼레이터와 제2세퍼레이터를 권취하여 상기 제1세퍼레이터의 내측 표면과 상기 제2세퍼레이터의 내측 표면이 모두 전극 조립체의 가장 안쪽 영역에 위치하도록 하고, 상기 제1세퍼레이터의 내측 표면 및 제2세퍼레이터의 내측 표면은 서로 대향되도록 하는 것을 특징으로 하는 전극 조립체의 제조방법.
  18. 청구항 17에 있어서, 상기 연속되는 제1세퍼레이터와 제2세퍼레이터 위에 다수의 전극부재를 위치시키는 단계는 제1세퍼레이터 위에 양극 전극부재를 위치시키고, 제2세퍼레이터 위에 음극 전극부재를 위치시키는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 전극 조립체의 제조방법.
  19. 청구항 15에 있어서, 상기 제1세퍼레이터 및 제2세퍼레이터 위에 상기 제1전극부재 및 제2전극부재를 위치시키는 단계는 제1세퍼레이터와 제2세퍼레이터 위에 별개의 세퍼레이터에 의해 분리되는 다수의 전극판을 포함하는 전극부재들을 위치시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전극 조립체의 제조방법.
  20. 청구항 19에 있어서, 상기 제1전극부재는 제1 및 제2 양극판 및 상기 제1 및 제2 양극판 사이에 위치하는 음극판을 포함하며, 상기 별개의 세퍼레이터는 상기 제1 및 제2 양극판과 상기 음극판 사이에 위치하는 것을 특징으로 하는 이차전지용 전극 조립체의 제조방법.
  21. 청구항 19에 있어서, 상기 제2전극부재는 제1 및 제2 음극판 및 상기 제1 및 제2 음극판 사이에 위치하는 양극판을 포함하며, 상기 별개의 세퍼레이터는 상기 제1 및 제2 음극판과 상기 양극판 사이에 위치하는 것을 특징으로 하는 이차전지용 전극 조립체의 제조방법.
  22. 청구항 19에 있어서, 상기 제1전극부재 및 제2전극부재 각각은 그 사이에 위치하는 별개의 세퍼레이터를 갖는 양극판 및 음극판을 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지용 전극 조립체의 제조방법.
  23. 청구항 15에 있어서, 상기 전극부재들은 상기 세퍼레이터들 위에 위치하며, 상기 전극부재들이 상기 세퍼레이터들의 내측단부로부터 더 멀리 위치할수록 상기 세퍼레이터들 위의 인접한 전극부재들은 각각 더 멀리 위치하는 것을 특징으로 하는 전극 조립체의 제조방법.
KR1020100031911A 2009-05-28 2010-04-07 이차 전지용 전극 조립체 및 그 제조방법 KR101084889B1 (ko)

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