KR101108118B1 - 이차전지 제조방법 및 이차전지 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 두 장의 세퍼레이터와 전해질 물질(활물질)이 코팅된 양극판과 음극판을 와인딩(권취)한 구조를 갖는 이차전지 제조방법 및 이차전지를 제공하는 것을 목적으로 하는 것으로, 본 발명은 전극판에 고율 충방전이 가능하도록 양극판과 음극판에서 직접 멀티탭을 제작 사용하는 방법을 기본으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 의한 이차전지 제조방법은 음극판(30)을 기준으로 상하부에 두 장의 세퍼레이터(10)를 배치하고 상기 상측 세퍼레이터(10)의 위쪽이나 하측 세퍼레이터(10)의 아래쪽에는 양극판(40)을 배치하여, 이들을 한쪽 끝단을 기준으로 동일 이송라인을 따라 길게 맨드릴(20)측에 공급하는 과정과, 연속으로 공급되는 상기 음극판(30)과 양극판(40)의 이송 방향과 교차되는 세로 방향의 양측단 중에서 적어도 일측단을 펀칭하여 복수개의 음극탭(32)을 상기 음극판(30)에 일정 간격(g)으로 형성하고 복수개의 양극탭(42)을 상기 양극판(40)에 일정 간격(g)으로 형성하는 과정과, 상기 맨드릴(20)에 의해 상기 세퍼레이터(10)와 음극판(30)과 세퍼레이터(10) 및 양극판(40)의 적층체(S)를 함께 와인딩하여 적어도 일측단에 복수개의 음극탭(32)과 양극탭(42)이 적층 구비된 전극 조립체(50)를 만드는 과정과, 상기 맨드릴(20)을 상기 전극 조립체(50)에서 분리하고 홀딩유닛에 의해 상기 전극 조립체(50)를 이송시키는 과정과, 상기 전극 조립체(50)에 이어지는 세퍼레이터(10)와 음극판(30)과 세퍼레이터(10) 및 양극판(40)을 컷팅유닛을 이용하여 컷팅하는 과정을 포함하며, 상기 양극탭(42)과 음극탭(32)의 이송 속도를 조절하여 상기 적층체(S) 와인딩 작업하여 상기 전극 조립체(50)를 성형할 때에 복수층의 개별 양극탭(42)과 음극탭(32)이 전극의 두께만큼 옆으로 어긋나면서 적층되는 현상을 방지하도록 된 것을 특징으로 한다.
세퍼레이터, 양극판, 음극판, 양극탭, 음극탭, 와인딩

Description

이차전지 제조방법 및 이차전지{Secondary battery manufacturing method and secondary batter thereby}
본 발명은 이차전지 제조방법 및 이차전지에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 제조 공정을 간소화시켜 고속 대량 생산이 유리하며 전지의 안전성 개선 및 전지 성능 개선 등의 효율을 기대할 수 있고, 특히, 각 극판의 멀티탭 부분을 이용하여 고율 충방전이 가능한 이차전지 제조방법 및 이차전지에 관한 것이다.
전력을 저장하고 공급하기 위한 장치가 오랫동안 사용되어 왔다. 전지라고 하면 적어도 한 세트의 단자 사이에서 전위를 공급하는 전기 화학적 전지(electro-chemical cell) 및 전지들의 집합을 포함하는 장치를 의미한다. 전지의 단자들은 전기적, 예를 들면 직류(DC) 부하에 접속되어 그 부하에 에너지 즉 전압을 제공할 수 있다. 전지는 건전지, 습전지(예를 들면, 납-산(lead-acid) 전지), 및 일반적으로 화학적으로 이용 가능한 기전력을 전류로 변환하는 기타 장치를 포함한다.
이러한 전지 중에서 이차전지는 양극판/세퍼레이터/음극판의 3단층 구조 또 는 양극판/세퍼레이터/음극판/세퍼레이터/양극판의 5단층 이상의 다층 구조로 된 전극조립체를 이용하여 제작되는 것으로, 이러한 이차전지는 사용 후 "재충전" 될 수 있고, 그 용량이 무한정은 아니지만 어느 정도까지 방전 처리를 역으로 행함으로써 동일 전지의 반복적인 사용이 가능하다.
그런데, 종래 이차전지 설계 중에는 한 쪽에서 세퍼레이터를 공급하고, 다른 쪽에서는 단위셀(양극탭을 가진 양극판과 음극탭을 가진 음극판이 구비된 셀)을 주기적으로 공급하여 이차전지를 제조하는 방식이 있는데, 이러한 이차전지 제조방식은 공정수가 많이 들어가므로 생산성이 상대적으로 저조하여 대량 생산에는 적절하지 못하다는 단점과, 전극 측면 절단시 발생하는 이물질(파티클 등)에 의해 전지 안전성에 악영향을 끼치고 높을 수율을 달성할 수 없다는 단점을 가지고 있다.
또한, 종래의 이차전지 설계에서 나타나는 다른 문제점은 극판, 다시 말해, 양극판과 음극판 간의 적층 용접 방식 등을 채용함으로써, 양극과 음극간의 단차(틀어짐 현상 등)를 정확히 조절하지 못하는 단점이 있으며, 이는 전지 신뢰성 및 안전성 등의 측면에서 바람직하지 못하다는 것을 의미한다.
본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 제조 공정이 간소화되어 고속 대량 생산이 유리하며 제조 안전성 개선 및 전지 성능 개선 등의 효율을 기대할 수 있도록 된 새로운 이차전지 제조방법 및 이차전지를 제공하고자 하는 것이다.
또한, 본 발명은 양극 및 음극간의 공차(예를 들어, 양극 및 음극이 정위치에서 틀어지는 현상 등)를 방지할 수 있고, 전극 절단시의 이물(파티클) 및 버어(burr)에 의한 치명적인 전지 안전성 결함을 방지할 수 있어서 전지의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 이차전지 제조방법 및 이차전지를 제공하는 것을 목적으로 한다.
이러한 목적을 구현하기 위한 본 발명에 따르면, 음극판(30)을 기준으로 상하부에 두 장의 세퍼레이터(10)를 배치하고 상기 상측 세퍼레이터(10)의 위쪽이나 하측 세퍼레이터(10)의 아래쪽에는 양극판(40)을 배치하여, 상기 세퍼레이터(10)와 음극판(30)과 세퍼레이터(10) 및 양극판(40)을 한쪽 끝단을 기준으로 동일 이송라인을 따라 길게 맨드릴(20)측에 공급하는 과정과, 연속으로 공급되는 상기 음극판(30)과 양극판(40)의 이송 방향과 교차되는 세로 방향의 양측단 중에서 적어도 일측단을 펀칭하여 복수개의 음극탭(32)을 상기 음극판(30)에 일정 간격(g)으로 형성하고 복수개의 양극탭(42)를 상기 양극판(40)에 일정 간격(g)으로 형성하는 과정과, 상기 맨드릴(20)에 의해 상기 세퍼레이터(10)와 음극판(30)과 세퍼레이터(10) 및 양극판(40)의 적층체(S)를 함께 와인딩하여 적어도 일측단에 복수개의 음극탭(32)과 양극탭(42)이 적층 구비된 전극 조립체(50)를 만드는 과정과, 상기 맨드릴(20)을 상기 전극 조립체(50)에서 분리하고 홀딩유닛에 의해 상기 전극 조립체(50)를 이송시키는 과정과, 상기 전극 조립체(50)에 이어지는 세퍼레이터(10)와 음극판(30)과 세퍼레이터(10) 및 양극판(40)을 컷팅유닛을 이용하여 컷팅하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지 제조방법이 제공된다.
상기 음극판(30)과 양극판(40)의 세로 방향 일측단을 간헐적으로 펀칭하여 복수개의 음극탭(32)을 상기 음극판(30)에 일정 간격(g)으로 형성하고 복수개의 양극탭(42)를 상기 양극판(40)에 일정 간격(g)으로 형성하여 상기 양극탭(42)과 상기 음극탭(32)이 상기 전극 조립체(50)의 세로 방향 일측단에 함께 구비되도록 하는 것을 특징으로 한다.
상기 음극판(30)의 세로 방향 일측단을 간헐적으로 펀칭하여 복수개의 음극탭(32)을 상기 음극판(30)의 일측단에 일정 간격(g)으로 형성하고, 상기 양극판(40)의 세로 방향 양측단 중에서 상기 음극판(30)의 상기 음극탭(32)과 반대되는 타측단에 위치되도록 복수개의 양극탭(42)을 상기 양극판(40)의 타측단에 일정 간격(g)으로 형성하여, 상기 전극 조립체(50)의 세로 방향 양측단에 상기 양극탭(42)과 상기 음극탭(32)이 각각 구비되도록 하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 실시예에 의하면, 음극판(30)을 기준으로 상하부에 두 장의 세퍼레이터(10)를 배치하고 상기 상측 세퍼레이터(10)의 위쪽이나 하측 세퍼레이터(10)의 아래쪽에는 양극판(40)을 배치하여 상기 세퍼레이터(10)와 음극판(30)과 세퍼레이터(10) 및 양극판(40)을 한쪽 끝단을 기준으로 이송라인을 따라 맨드릴(20)측에 공급하는 과정과, 연속으로 공급되는 상기 세퍼레이터(10)와 음극판(30)과 세퍼레이터(10) 및 양극판(40)의 적층체(S)를 상기 맨드릴(20)에 의해 함께 와인딩하여 세로 방향의 양측단에 복수개의 음극탭(32)과 양극탭(42)이 적층 구비된 전극 조립체(50)를 만드는 과정과, 상기 맨드릴(20)을 상기 전극 조립체(50)에서 분리하고 홀딩유닛에 의해 상기 전극 조립체(50)를 이송시키는 과정과, 상기 전극 조립체(50)에 이어지는 세퍼레이터(10)와 음극판(30)과 세퍼레이터(10) 및 양극판(40)을 컷팅유닛을 이용하여 컷팅하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지 제조방법이 제공된다.
상기 전극 조립체(50)의 상기 음극탭(32)과 상기 양극탭(42)의 가로 방향 양끝단 엣지 부분을 절단하여 상기 음극탭(32)과 상기 양극탭(42)에 각각 엣지 컷팅부(57)를 형성하는 과정과, 상기 음극탭(32)과 상기 양극탭(42)에 각각 양극리드 단자(44)와 음극리드 단자(34)를 접합하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 양극탭(42)과 상기 음극탭(32)에 각각 접합되는 상기 양극리드 단자(44)와 음극리드 단자(34)에 별도의 탭테이프(70)를 부착하는 과정과, 상기 양극탭(42)과 음극탭(32)에 상기 양극리드 단자(44)와 음극리드 단자(34)가 접합된 상태의 전극 조립체(50)를 파우치(90)로 밀봉하는 과정을 더 포함하며, 상기 양극리드 단자(44)와 상기 음극리드 단자(34) 및 상기 파우치(90) 사이는 상기 탭테이프(70)를 매개로 밀봉적으로 상호 융착 접합시키는 것을 특징으로 한다.
상기 양극탭(42)과 양극리드 단자(44)의 접합 부분 및 상기 음극탭(32)과 상 기 음극리드 단자(34)의 접합 부분을 커버하도록 별도의 보호 테이프(80)를 더 부착한 다음, 상기 전극 조립체(50)를 밀봉하도록 상기 파우치(90)를 융착 접합시키는 과정을 수행하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 세퍼레이터와 음극판과 세퍼레이터 및 양극판을 이송라인을 따라 공급하면서 양극판과 음극판에 펀칭 가공에 의해 복수개의 양극탭과 음극탭을 형성하고, 이어서 맨드릴을 이용하여 세퍼레이터와 음극판과 세퍼레이터 및 양극판으로 이루어진 적층체를 와인딩하여 전극 조립체를 형성하는 것으로서, 연속적인 공정으로 다량의 전극 조립체를 신속하게 형성할 수 있어서, 기존 적층 타입의 제조 공정에 비하여 제조 공정이 간소화되는 효과가 있고, 고속 대량 생산에 매우 유리하며 제조 안전성 개선 등의 효과를 얻을 수 있다.
또한, 와인딩(권취) 타입의 형상으로 전극간의 계면 저항을 줄일 수 있어서 전지 특성 산포의 안정화를 이룰 수 있으며, 전극 절단으로 인한 이물(파티클 등) 및 버어(burr) 발생을 제거할 수 있어서 전지 안전성 및 조립 수율 향상에 크게 기여하는 효과가 있다.
또한, 양극탭과 음극탭 부분이 멀티탭으로 구성되어 전기 이동성을 향상시킴으로써 고율 전지로서의 성능 개선 효과를 얻을 수 있고, 양극탭 또는 음극탭 부분의 위치 틀어짐 현상에 크게 영향을 받지 않는 장점이 있다.
본 발명의 실시예로는 세퍼레이터와 음극판과 세퍼레이터 및 양극판을 이송라인을 따라 공급하면서 펀칭 가공을 수행하지 않고 세퍼레이터와 음극판과 세퍼레이터 및 양극판 적층체를 와인딩하여 전극 조립체를 형성할 때, 이러한 전극 조립체의 세로 방향(즉, 세퍼레이터와 음극판과 세퍼레이터 및 양극판 적층체가 연속 공급되어 와인딩되는 방향과 직교하는 방향) 양단부측에 각각 양극탭과 음극탭을 구비하는 실시예가 있는데, 이러한 전지의 세로 방향 양단부에 각각 양극탭과 음극탭이 구비된 실시예 역시 상기와 동일 유사한 효과가 있다.
한편, 전지의 세로 방향 양단부측에 각각 음극탭과 양극탭을 구비한 실시예의 경우 음극리드 단자 및 양극 리드단자에 부착되는 탭 테이프는 음극 및 양극 리드단자 보다 커야 하므로 결과적으로 완성된 전지는 적층체보다 훨씬 커지는 결과를 낳게 되어, 단위면적당 에너지 효율을 떨어뜨리게 된다. 따라서, 리드단자를 부착한 적층체가 음극 및 양극 극판 셀 사이즈 내에 들어오게 맞추어서 불필요한 공간을 줄이기 위해서, 전극 조립체의 음극탭과 양극탭의 가로 방향 양끝단 엣지 부분을 컷팅 가공하여 엣지 컷팅부를 구비하도록 하였으며, 이러한 엣지 컷팅부를 구비함으로 인하여 결과적으로 완성된 전지의 단위 면적당 에너지 효율을 높이는 결과를 얻게 된다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 의거하여 설명하면 다음과 같다. 도 1은 본 발명에 의한 이차전지 제조방법을 개략적으로 보여주는 측면도, 도 2는 1에 도시된 음극판에 음극탭을 형성하는 과정 및 양극판에 양극탭을 형 성하는 과정을 보여주는 평면도, 도 3은 본 발명에 사용되는 맨드릴의 사용 상태를 보여주는 정면도, 도 4는 도 3에 도시된 맨드릴의 평면도, 도 5는 본 발명에 의해 제조된 이차전지의 평면도, 도 6은 도 5의 단면도, 도 7은 도 5에 도시된 전극 조립체의 양극탭과 음극탭에 양극리드 단자와 음극리드 단자를 웰딩하는 과정을 보여주는 도면, 도 8은 본 발명의 다른 실시예에서 음극판에 음극탭을 형성하는 과정 및 양극판에 양극탭을 형성하는 과정을 보여주는 평면도, 도 9는 본 발명의 다른 실시예에 의해 제조된 이차전지의 전극 조립체의 양극탭과 음극탭에 양극 리드단자와 음극리드 단자를 웰딩하는 과정을 보여주는 도면으로서 양극탭과 음극탭이 전극 조립체 와인딩 작업시 전극의 두께에 의한 어긋남 현상이 없이 양극리드 및 음극리드와 용접되는 과정을 보여주는 도면, 도 10은 본 발명에 의한 이차전지의 제1실시예에 의해 제조된 이차전지를 보여주는 사시도이다. 이를 참조하면, 본 발명은 상측에서부터 순차적으로 배치된 공급롤에서 최상측 양극판(40), 세퍼레이터(10), 이러한 세퍼레이터(10) 하측의 음극판(30), 이 음극판(30) 아래의 세퍼레이터(10)를 동일한 이송라인 상에서 맨드릴(20) 측에 연속적으로 공급한다. 이때, 각 세페레이터(10)와 음극판(30) 및 양극판(40)은 별도의 가이드롤과 같은 공급가이더에 의해 이송라인을 따라 연속공급될 수 있다. 한편, 음극판(30)은 전해질 물질(활물질)이 코팅 처리되어 있는 코팅면(31)과, 세로 방향(여기서 세로 방향이라 함은 음극판(30)의 이송방향과 직교하는 방향을 의미함) 일측단 위치의 표면에 구비된 비코팅면(33)(즉, 전해질 물질(활물징)이 코팅처리되지 않은 면)으로 구획된 구조이고, 양극판(40) 역시 코팅면(41)과 비코팅면(43)으로 구획된 구조이며, 각 세퍼레이 터(10)의 세로 방향 너비(즉, 이송방향과 직교하는 방향의 너비)는 양극판(40)의 코팅면(41) 및 음극판(30)의 코팅면(31) 보다 일정한 길이(통상 음극판(30) 대비 0.5mm ~ 4.0 mm 정도 세퍼레이터(10)가 큰 사이즈로 됨) 이상 크게 구성되어 있다.
상기와 같이 연속으로 공급되는 음극판(30)의 세로 방향(즉, 음극판(30)이 길게 이송되는 가로 방향과 직교하는 방향) 일측단의 비코팅면(33)을 펀칭유닛에 의해 각각 펀칭하여 복수개의 음극탭(32)을 음극판(30)의 세로 방향 일측단 위치에 일정 간격(g)으로 형성하고, 연속으로 공급되는 양극판(40)의 세로 방향(즉, 양극판(40)이 길게 이송되는 가로 방향과 직교하는 방향) 일측단의 비코팅면(43)도 역시 펀칭유닛에 의해 각각 복수개의 양극탭(42)을 양극판(40)의 세로 방향 일측단 위치에 일정 간격(g)으로 형성한다. 이때, 도 2에 도시된 바와 같이, 음극판(30)의 음극탭(32)과 양극판(40)의 양극탭(42)은 가로 이송방향과 교차되는 세로 방향을 기준으로 서로 어긋난 위치에 배열되도록 각각의 펀칭유닛에 의해 음극판(30)의 일측과 양극판(40)의 일측을 펀칭 가공한다. 그래야만, 후술할 전극 조립체(50)를 형성할 때 음극탭(32)과 양극탭(42)이 겹치지 않고 나란하게 형성될 수 있게 된다. 도 2에 도시된 폴딩라인(fl)은 후술할 적층체(S)를 말아주는 과정(와인딩 과정)을 통해 전극 조립체(50)를 형성할 때 접혀지는 선을 의미한다.
이어서, 맨드릴(20)에 의해 세퍼레이터(10)와 음극판(30)과 세퍼레이터(10) 및 양극판(40)의 적층체(S)를 와인딩하여 일측에 양극탭(42)과 음극탭(32)이 적층 구비된 전극 조립체(50)를 만든다. 다시 말해, 복수층의 세퍼레이터(10) 사이에 복수층의 양극판(40)과 음극판(30)이 적층되고 일측에는 양극탭(42)과 음극탭(32)이 함께 구비된 구조의 전극 조립체(50)를 형성할 수 있게 된다.
이러한 전극 조립체(50)에서 맨드릴(20)을 분리하여 이송방향 외측으로 인출시키고 홀딩유닛에 의해 전극 조립체(50)를 이송라인을 따라 계속 이송시킨다. 물론, 세퍼레이터(10)와 음극판(30)과 세퍼레이터(10) 및 양극판(40)의 적층체(S)는 전극 조립체(50)에 이어져 있다.
다음, 맨드릴(20)을 상기와 같이 형성된 전극 조립체(50)에 이어지는 부분으로 진입시켜 세퍼레이터(10)와 음극판(30)과 세퍼레이터(10) 및 양극판(40)을 그립핑하고 맨드릴(20)의 다음단에 배치된 컷터 등의 컷팅유닛에 의해 전극 조립체(50)에 이어져 있는 적층체(S)의 세퍼레이터(10)와 음극판(30)과 세퍼레이터(10) 및 양극판(40)을 컷팅하여 개별 전극 조립체(50)를 제작한다.
그리고, 상기와 같은 과정을 계속적으로 수행함으로써 복수층의 세퍼레이터(10) 사이에 복수층의 양극판(40)과 음극판(30)이 적층되고 일측에는 양극탭(42)과 음극탭(32)이 구비된 구조의 전극 조립체(50)를 대량으로 제작할 수 있게 된다.
한편, 본 발명에서 채용되는 맨드릴은 한 쌍의 전후진 가능한 맨드릴 부재와, 맨드릴 부재의 서로 마주하는 면에 돌출 형성된 홀딩부재를 포함하여 구성된 것으로, 도 3에 도시된 바와 같이, 한 쌍의 맨드릴 부재가 후퇴하여 있다가 적층체(S)를 한 쌍의 맨드릴 부재가 전진하여 각각의 홀딩부재에 의해 그립핑한 상태에서 맨드릴 자체가 함께 회전하여 적층체(S)를 와인딩함으로써, 상기 전극 조립체(50)를 형성하게 된다.
이러한 전극 조립체(50)를 와인딩 방식으로 권취시켜 만든 다음, 전극 조립 체(50)의 양극탭(42)과 음극탭(32)을 각각 용접하여 탭(32,42) 끼리 접합시킨 후, 탭(32,42)의 끝단부를 트리밍(trimming) 작업하여 각 탭(32,42)의 끝단 길이를 동일하게 맞추어 준다.
전극 조립체(50)의 양극탭(42)과 음극탭(32)을 용접한 다음에는 양극탭(42)과 음극탭(32)에 각각 양극리드 단자(44)와 음극리드 단자(34)를 용접하여 접합시킨다. 이때에는 초음파 융착기와 같은 통상의 장치를 이용할 수 있다.
그리고, 양극탭(42)과 음극탭(32)에 양극리드 단자(44)와 음극리드 단자(34)가 융착된 전극 조립체(50)를 파우치(90)에 의해 밀봉 처리한다. 이때, 양극리드 단자(44)와 음극리드 단자(34)에 미리 융착용 탭테이프(70)를 먼저 붙인 다음에 파우치(90)에 의해 전극 조립체(50)를 밀봉 처리한다.
다시 말해, 파우치(90)를 전극 조립체(50)의 양면을 커버하도록 파우치(90) 내부에 전극 조립체(50)를 집어넣고, 파우치(90)의 상하 좌우 네 둘레부 중에서 상하측 둘레부와 좌측 또는 우측 둘레부를 먼저 열간 실링 방식으로 융착 접합한다.
그러면, 파우치(90)의 좌측 또는 우측 둘레부가 밀봉되는 한편 파우치(90)의 상단 둘레부에서 양극리드 단자(44)와 음극리드 단자(34)와 마주하는 부분은 미리 부착되어 있던 탭테이프(70)에 의해 일체로 양극리드 단자(44)와 음극리드 단자(34)와 융착되는 방식으로 밀봉 접합될 수 있게 된다. 즉, 탭테이프(70)를 매개로 양극리드 단자(44)와 음극리드 단자(34)에 파우치(90)를 보다 견고하게 융착 접합할 수 있으므로, 양극 및 음극리드 단자(34)와 파우치(90) 사이의 밀봉성을 더욱 높일 수 있는 것이다.
한편, 본 발명의 이차전지를 구성하는 부분인 파우치(90)의 전체 둘레부 중에서 한쪽의 둘레부는 실링처리하지 않고 개방부를 형성한 상태에서 전해액을 주입하고, 이차전지에 충방전을 완료한 다음, 전지 내부의 가스를 제거 후 여분의 파우(90)를 잘라낸 후, 파우치(90)의 나머지 부분을 실링 처리한다. 이차전지에 충방전 작업시에 가스 등이 발생하여 파우치(90)의 내부에 차게 되고, 파우치(90)가 이로 인해 부풀어 오르는데, 파우치(90) 내부의 여유공간으로 가스가 모이면, 이후 가스 제거(degassing) 작업을 통해 내부 가스를 빼내고 여유분 파우치(90)를 잘라낸 후, 파우치(90)의 나머지 개방부를 열간 실링 등의 방식으로 밀봉 처리하면 되는 것이다.
이때, 도 23에 도시된 바와 같이, 파우치(90)를 융착 접합하기 이전에 양극탭(42)과 양극리드 단자(44)의 접합 부분 및 음극탭(32)과 음극리드 단자(34)의 접합 부분을 커버하도록 별도의 보호 테이프(80)를 더 부착한 다음, 전극 조립체(50)를 밀봉하도록 파우치(90)를 융착 접합시키는 과정을 수행한다.
각 극판(30,40)의 비코팅면(33,43)을 도 18 또는 도 20과 같이 엣지 컷팅 작업시, 엣지 컷팅부(57)에 버어(burr)가 발생할 수 있으며, 또한 비코팅면(33,43)과 탭(32,42) 및 리드 단자(34,44)의 용접등으로 용접부(W)(도 22에 도시됨)에도 버어가 발생하고, 이러한 버어 등은 파우치(90) 내의 알루미늄층과의 상호 작용에 의한 쇼트 발생 또는 부식 발생 현상이 야기되는데, 이러한 쇼트 발생이나 부식 발생 등을 보호 테이프(80)에 의해 방지할 수 있게 된다.
파우치(90)의 알루미늄층과의 부식발생은 음극전위의 탭과 동일전위에 놓여 있을때 부식이 발생하게 된다. 그런데, 본 발명에서는 상기와 같은 보호 테이프(80)를 더 부착하여 줌으로써, 쇼트 발생 또는 부식 발생을 방지할 수 있는 것이며, 이로 인해, 전지의 신뢰성 향상 효과 등을 취득할 수 있게 된다.
한편, 상기의 실시예에서는 음극판(30)의 일측과 양극판(40)의 일측을 펀칭하여 형성되는 각각의 펀칭홈은 사각홈 형상으로 구성되어, 음극판(30)의 음극탭(32)과 양극판(40)의 양극탭(42)이 사각 단자 형상으로 구성된 것을 보여주는데, 음극탭(32)과 양극탭(42)을 마름모꼴로 형성할 수도 있다. 이밖에도, 음극탭(32)과 양극탭(42)은 제반 조건에 따라 다양한 모양으로 형성될 수 있음을 밝혀둔다.
도 8과 도 9는 본 발명의 다른 실시예를 보여주는 도면으로서, 도 8 및 도 9에 의한 본 발명은 음극판(30)의 일측과 양극판(40)의 일측에 형성하는 펀칭홈의 간격(g)을 이송 방향을 따라 갈수록 점차적으로 넓혀주어 음극탭(32)과 양극탭(42)의 거리가 점차적으로 길어지도록 형성한 다음, 세퍼레이터(10)와 음극판(30)과 세퍼레이터(10) 및 양극판(40)의 적층체(S)를 와인딩하여 일측부에 복수개의 음극탭(32)과 양극탭(42)이 적층 구비된 전극 조립체(50)를 형성하게 된다.
이때, 펀칭장치로 공급되는 양극판(40)과 음극판(30)의 이송 속도를 점차적으로 높여줌으로써 음극판(30)의 일측과 양극판(40)의 일측에 형성하는 펀칭홈의 간격(g)을 이송 방향을 따라 갈수록 점차적으로 넓혀주고, 이로 인해, 음극탭(32)과 양극탭(42)의 거리가 점차적으로 길어지도록 형성할 수 있게 된다. 따라서 이송속도 조절에 의해, 와인딩시 음/양극 전극 및 세퍼레이터 두께 만큼 탭(32,42) 위치가 어긋나는 것을 보상할 수 있게 된다.
다시 말해, 적층체(S)를 와인딩(권취)하여 전극 조립체(50)를 만들면, 점차적으로 전극 조립체(50)의 두께가 점점 두꺼워지고, 전극 조립체(50)의 두께가 점점 두꺼워짐에 따라 개별 양극탭(42)과 음극탭(32)이 옆으로 조금씩 어긋난 상태로 적층되는데, 이러한 와인딩 작업에 의해 전극 조립체(50)를 만들기 이전에 양극판(40)의 개별 양극탭(42)과 음극판(30)의 개별 음극탭(32) 사이의 간격(g)을 점차적으로 넓혀지도록 미리 맞춰 줌으로써 전극의 두께만큼 개별 양극탭(42)과 개별 음극탭(32)들이 서로 옆으로 조금씩 어긋난 상태로 적층되는 현상을 방지할 수 있게 된다. 즉, 양극탭(42)과 음극탭(32)이 옆으로 어긋나지 않고 똑바로 정렬된 상태로 적층될 수 있는 것이다.
도 8은 적층체(S) 와인딩 작업 이전에 전극 조립체(50)의 두께를 감안하여 양극판(40)과 음극판(30)의 각각의 양극탭(42)과 음극탭(32) 사이의 간격(g)을 점차적으로 넓어지도록 형성한 상태를 보여주는 도면이고, 도 9는 적층체(S) 와인딩 작업에 의해 전극 조립체(50)를 형성하였을 때, 각 양극탭(42)과 음극탭(32)이 옆으로 어긋나지 않고 일렬로 정렬된 상태로 적층된 것을 보여주는 도면이다.
도 8 및 도 9에 도시된 실시예의 경우, 각각의 양극탭(42)과 음극탭(32)이 적층 와인딩 작업에 의해 조금씩 위치가 틀어지는 현상 없이 제 위치에서 적층되므로, 양극탭(42)과 음극탭(32) 부분의 용접 안정성이 더욱 확실하게 확보되어 전기 이동성을 더욱 향상시킬 수 있다.
상기와 같은 본 발명의 이차전지 제조방법에 의해 도 10에 도시된 이차전지를 만들 수 있게 된다. 본 발명에 의한 세로 방향 일측단 위치에 복수개의 음극 탭(32)이 구비된 음극판(30)과 세로 방향 일측단 위치에 복수개의 양극탭(42)이 구비된 양극판(40) 사이에 세퍼레이터(10)를 개재시키고, 이들을 와인딩 작업을 통해 권취된 형상으로 구성한 전극 조립체(50)와, 이러한 전극 조립체(50)의 세로 방향 일측단에 구비되어 양극리드 단자(44)와 음극리드 단자(34)가 각각 접합되도록 된 음극탭(32) 및 양극탭(42)을 포함하여 구성되며, 이러한 전극 조립체(50)를 파우치(90)에 의해 밀봉 처리하여 구성될 수 있다.
상기 양극리드 단자(44)와 음극리드 단자(34)에는 탭테이프(70)를 매개로 파우치(90)가 견실하게 융착 결합되는데, 도 23에 도시된 바와 같이, 파우치(90)를 융착 접합하기 이전에 양극탭(42)과 양극리드 단자(44)의 접합 부분 및 음극탭(32)과 음극리드 단자(34)의 접합 부분을 커버하도록 보호 테이프(80)를 더 부착한 구조를 가짐으로써 숏트 발생이나 부식 발생을 보다 확실하게 방지할 수 있음은 전술한 바와 같다.
도 11 내지 도 14는 본 발명의 다른 실시예를 보여주는데, 도 11 내지 도 14에 도시된 본 발명은 양극판(40)의 비코팅면(43)과 음극판(30)의 비코팅면(33) 위치를 세로 방향을 기준으로 서로 반대 방향에 배치되도록 한 상태에서 펀칭유닛 등을 이용하여 양극판(40)의 비코팅면(43)과 음극판(30)의 비코팅면(33)을 펀칭 가공하여 복수개의 양극탭(42)과 음극탭(32)을 만들고, 양극판/세퍼레이터/음극판/세퍼레이터(10)의 적층체(S)를 맨드릴(20)측으로 공급하여 와인딩함으로써, 세로 방향 양측단으로 양극탭(42)과 음극탭(32)이 각각 구비된 이차전지를 만들 수 있게 된다. 나머지 공정은 상기의 실시예와 동일하므로, 이에 대한 중복설명은 생략하기로 한다.
또한, 도 15 내지 도 19는 본 발명의 또 다른 실시예를 보여주는데, 도 15 내지 도 19에 도시된 본 발명에 의하면, 펀칭 가공 작업을 수행하지 않고 양극판/세퍼레이터/음극판/세퍼레이터(10)의 적층체(S)를 맨드릴(20)측으로 공급하여 와인딩함으로써, 세로 방향 양측단으로 양극탭(42)과 음극탭(32)이 각각 구비된 이차전지를 만들 수 있게 된다. 즉, 세퍼레이터(10)의 세로 방향 너비는 양극판(40)과 음극판(30)의 전해질 물질 코팅면(31)의 세로 방향 너비보다 일정한 크기 만큼 크게 한 상태에서 적층체(S)를 와인딩(권취)함으로써 세로 방향 양측단 위치에 양극탭(42)과 음극탭(32)이 각각 구비된 이차전지를 제조하게 된다.
이때, 도 18에 도시된 바와 같이, 전극 조립체(50)의 음극탭(32)과 양극탭(42)의 가로 방향 양끝단 엣지 부분을 컷팅함으로써, 음극탭(32)과 양극탭(42)의 좌우단 엣지 부분에 엣지 컷팅부(57)를 형성한다.
한편, 엣지 컷팅부(57)는 도 18에 도시된 바와 같이 사각홈 형상으로 구성될 수도 있고, 도 20에 도시된 바와 같이 경사진 형태로 구성될 수도 있으며, 기타 여러 가지 형태로 구성될 수 있음은 물론이다.
아울러, 상기의 모든 실시예는 기본적으로 와인딩 방식에 의해 이차전지의 주요 바디부인 전극 조립체(50)를 형성하고, 이러한 전극 조립체(50)에 양극탭(42)과 음극탭(32)을 구비하고, 양극탭(42)과 음극탭(32)에는 양극리드 단자(44)와 음극리드 단자(34)를 접합하고, 파우치(90)로 밀봉하는 구조의 이차전지를 제조하게 되는데, 상기한 탭테이프(70)와 보호 테이프(80)의 구성을 가지도록 구성할 수 있 음은 당연하다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 점이 이 분야의 통상의 지식을 가진 자에게 명백할 것이다.
도 1은 본 발명에 의한 이차전지 제조방법을 개략적으로 보여주는 측면도
도 2는 1에 도시된 음극판에 음극탭을 형성하는 과정 및 양극판에 양극탭을 형성하는 과정을 보여주는 평면도
도 3은 본 발명에 사용되는 맨드릴의 사용 상태를 보여주는 정면도
도 4는 도 3에 도시된 맨드릴의 평면도
도 5는 본 발명에 의해 제조된 이차전지의 평면도
도 6은 도 5의 단면도
도 7은 도 5에 도시된 전극 조립체의 양극탭과 음극탭에 양극리드 단자와 음극리드 단자를 웰딩하는 과정을 보여주는 도면
도 8은 본 발명의 다른 실시예에서 음극판에 음극탭을 형성하는 과정 및 양극판에 양극탭을 형성하는 과정을 보여주는 평면도
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 의해 제조된 이차전지의 양극탭과 음극탭이 와인딩시 전극의 두께에 의한 어긋남 현상이 없이 양극리드 및 음극리드와 용접되는 과정을 보여주는 도면
도 10은 본 발명에 의한 이차전지의 제1실시예에 의해 제조된 이차전지를 보여주는 사시도
도 11과 도 12는 본 발명의 제2실시예에서 전극 조립체를 형성을 위해 공급되는 세퍼레이터와 음극판 및 양극판을 보여주는 도면
도 13은 본 발명의 제2실시예에서 와인딩 방식으로 제조된 전극 조립체를 보 여주는 평면도
도 14는 도 13의 전극 조립체의 양극탭과 음극탭에 양극리드 단자와 음극리드 단자를 접합한 상태를 보여주는 평면도
도 15와 도 16은 본 발명의 제3실시예에서 전극 조립체를 형성을 위해 공급되는 세퍼레이터와 음극판 및 양극판을 보여주는 도면
도 17은 본 발명의 제3실시예에서 와인딩 방식으로 제조된 전극 조립체를 보여주는 평면도
도 18은 도 17에 도시된 전극 조립체의 양극탭과 음극탭에 엣지 컷팅부를 형성한 상태를 보여주는 평면도
도 19는 도 18에 도시된 전극 조립체의 양극탭과 음극탭에 각각 양극리드 단자와 음극리드 단자를 접합한 상태를 보여주는 평면도
도 20은 도 17에 도시된 전극 조립체의 양극탭과 음극탭에 다른 모양의 엣지 컷팅부를 형성한 상태를 보여주는 평면도
도 21은 도 20에 도시된 전극 조립체의 양극탭과 음극탭에 각각 양극리드 단자와 음극리드 단자를 접합한 상태를 보여주는 평면도
도 22는 본 발명의 실시예에서 전극 조립체의 양극탭과 음극탭에 양극리드 단자와 음극리드 단자를 접합한 상태를 개념적으로 보여주는 평면도
도 23은 도 22에 도시된 전극 조립체의 양극탭과 음극탭 부분에 보호 테이프를 붙인 상태를 보여주는 평면도

Claims (13)

  1. 음극판(30)을 기준으로 상하부에 세퍼레이터(10)를 배치하고 상측 세퍼레이터(10)의 위쪽이나 하측 세퍼레이터(10)의 아래쪽에는 양극판(40)을 배치하여 세퍼레이터(10)와 음극판(30)과 세퍼레이터(10) 및 양극판(40)을 이송라인을 따라 맨드릴(20)측에 연속 공급하는 과정과, 상기 음극판(30)과 양극판(40)의 이송 방향과 교차되는 세로 방향의 양측단 중에서 적어도 일측단을 펀칭하여 복수개의 음극탭(32)을 상기 음극판(30)에 간격(g)을 확보하여 형성하고 복수개의 양극탭(42)을 상기 양극판(40)에 간격(g)을 확보하여 형성하는 과정과, 상기 맨드릴(20)에 의해 상기 세퍼레이터(10)와 음극판(30)과 세퍼레이터(10) 및 양극판(40)의 적층체(S)를 함께 와인딩하여 적어도 일측단에 복수개의 음극탭(32)과 양극탭(42)이 적층 구비된 전극 조립체(50)를 만드는 과정과, 상기 맨드릴(20)을 상기 전극 조립체(50)에서 분리하고 홀딩유닛에 의해 상기 전극 조립체(50)를 이송시키는 과정과, 상기 전극 조립체(50)에 이어지는 세퍼레이터(10)와 음극판(30)과 세퍼레이터(10) 및 양극판(40)을 컷팅유닛을 이용하여 컷팅하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지 제조방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 음극판(30)의 상기 음극탭(32)과 상기 양극판(40)의 상기 양극탭(42)은 이송방향과 직교하는 세로 방향을 기준으로 서로 어긋난 위치에 배열되는 것을 특징으로 하는 이차전지 제조방법.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 음극판(30)의 상기 음극탭(32)과 상기 양극판(40)의 상기 양극탭(42)은 이송방향을 기준으로 서로 반대되는 단부측에 각각 배열되는 것을 특징으로 하는 이차전지 제조방법.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 전극 조립체(50)의 상기 양극탭(42)과 음극탭(32)을 용접/트리밍을 수행하는 과정과, 상기 양극탭(42)과 상기 음극탭(32)에 각각 양극리드 단자(44)와 음극리드 단자(34)를 융착 접합시키는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지 제조방법.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 음극판(30)과 상기 양극판(40)에 형성하는 펀칭홈의 간격(g)을 이송 방향을 따라 갈수록 점차적으로 넓혀서 상기 음극탭(32)과 상기 양극탭(42)의 거리가 점차적으로 길어지도록 형성하고, 상기 세퍼레이터(10)와 음극판(30)과 세퍼레이터(10) 및 양극판(40)의 적층체(S)를 와인딩하여 적어도 일측단에 복수개의 음극탭(32)과 양극탭(42)이 적층 구비된 상기 전극 조립체(50)를 형성하도록 된 것을 특징으로 하는 이차전지 제조방법.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 양극탭(42)과 상기 음극탭(32)에 각각 접합되는 양극리드 단자(44)와 음극리드 단자(34)에 탭테이프(70)를 부착하는 과정과, 상기 양극탭(42)과 음극탭(32)에 상기 양극리드 단자(44)와 음극리드 단자(34)가 접합된 상태의 전극 조립체(50)를 파우치(90)로 밀봉하는 과정을 더 포함하며, 상기 양극리드 단자(44)와 상기 음극리드 단자(34) 및 상기 파우치(90) 사이는 상기 탭테이프(70)를 매개로 밀봉적으로 상호 융착 접합시키는 것을 특징으로 하는 이차전지 제조방법.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 양극탭(42)과 양극리드 단자(44)의 접합 부분 및 상기 음극탭(32)과 상기 음극리드 단자(34)의 접합 부분을 커버하도록 보호 테이프(80)를 더 부착한 다음, 상기 전극 조립체(50)를 밀봉하도록 상기 파우치(90)를 융착 접합시키는 과정을 수행하는 것을 특징으로 하는 이차전지 제조방법.
  8. 음극판(30)을 기준으로 상하부에 두 장의 세퍼레이터(10)를 배치하고 상측 세퍼레이터(10)의 위쪽이나 하측 세퍼레이터(10)의 아래쪽에는 양극판(40)을 배치하여 세퍼레이터(10)와 음극판(30)과 세퍼레이터(10) 및 양극판(40)을 이송라인을 따라 맨드릴(20)측에 연속 공급하는 과정과, 상기 맨드릴(20)에 의해 상기 세퍼레이터(10)와 음극판(30)과 세퍼레이터(10) 및 양극판(40)의 적층체(S)를 함께 와인딩하여 상기 적층체(S)의 이송 방향과 직교하는 세로 방향 양측단에 각각 복수개의 음극탭(32)과 양극탭(42)이 적층 구비된 구조의 전극 조립체(50)를 만드는 과정과, 상기 맨드릴(20)을 상기 전극 조립체(50)에서 분리하고 홀딩유닛에 의해 상기 전극 조립체(50)를 이송시키는 과정과, 상기 전극 조립체(50)에 이어지는 세퍼레이터(10)와 음극판(30)과 세퍼레이터(10) 및 양극판(40)을 컷팅유닛을 이용하여 컷팅하는 과정을 포함하며,
    상기 전극 조립체(50)의 상기 음극탭(32)과 상기 양극탭(42)의 가로 방향 양끝단 엣지 부분을 컷팅하여 상기 음극탭(32)과 상기 양극탭(42)에 각각 엣지 컷팅부(57)를 형성하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지 제조방법.
  9. 삭제
  10. 제 8 항에 있어서, 상기 양극탭(42)과 상기 음극탭(32)에 각각 접합되는 양극리드 단자(44)와 음극리드 단자(34)에 탭테이프(70)를 부착하는 과정과, 상기 양극탭(42)과 음극탭(32)에 상기 양극리드 단자(44)와 음극리드 단자(34)가 접합된 상태의 전극 조립체(50)를 파우치(90)로 밀봉하는 과정을 더 포함하며, 상기 양극리드 단자(44)와 상기 음극리드 단자(34) 및 상기 파우치(90) 사이는 상기 탭테이프(70)를 매개로 밀봉적으로 상호 융착 접합시키는 것을 특징으로 하는 이차전지 제조방법.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 양극탭(42)과 양극리드 단자(44)의 접합 부분 및 상기 음극탭(32)과 상기 음극리드 단자(34)의 접합 부분을 커버하도록 보호 테이프(80)를 더 부착한 다음, 상기 전극 조립체(50)를 밀봉하도록 상기 파우치(90)를 융착 접합시키는 과정을 수행하는 것을 특징으로 하는 이차전지 제조방법.
  12. 삭제
  13. 삭제
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