KR101115385B1 - 정전기에 의해 전극과 분리막의 밀착력을 강화시킨젤리-롤형 전극조립체의 제조방법 - Google Patents

정전기에 의해 전극과 분리막의 밀착력을 강화시킨젤리-롤형 전극조립체의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 젤리-롤형 전극조립체의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 활물질이 도포되어 있는 양극 시트와 활물질이 도포되어 있는 음극 시트를 분리막을 개재한 상태에서 권취하여 젤리-롤형 전극조립체(젤리-롤)를 제조하는 방법으로서, 상기 권취 직전에 분리막과 전극 시트들에 반대 극성의 정전기를 하전시켜, 권취시 분리막과 전극 시트들의 밀착력을 높이는 것으로 구성된 젤리-롤형 전극조립체의 제조방법 및 이를 포함하는 이차전지를 제공한다.
본 발명의 방법에 따르면, 분리막과 전극 시트들 상호간의 밀착력이 증대됨에 따라, 상대적으로 낮은 장력을 이용하여 권취가 가능하며, 이로 인해, 내부의 잔류 응력이 감소되어 뒤틀림 현상이 억제되고, 젤리-롤의 두께가 감소되는 효과를 얻을 수 있다.

Description

정전기에 의해 전극과 분리막의 밀착력을 강화시킨 젤리-롤형 전극조립체의 제조방법 {Process for Preparation of Jelly-roll Type Electrode Assembly Having Improved Contact Intensity by Static Electricity}
도 1 및 2는 각각 본 발명의 하나의 실시예에 따른 하전 부재의 사시도와 정면도이다;
도 3은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 젤리-롤 제조 장치의 모식도이다;
도 4는 도 3의 제조 장치를 구성하는 하전부를 중심으로 정전기 발생 영역과 극성을 나타낸 모식도이다;
도 5는 본 발명의 실시예와 비교예에 따라 제조된 젤리-롤들에 대한 두께 비교 사진이다.
본 발명은 젤리-롤형 전극조립체의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 활물질이 도포되어 있는 양극 시트와 활물질이 도포되어 있는 음극 시트를 분 리막을 개재한 상태에서 권취하여 젤리-롤형 전극조립체(젤리-롤)를 제조하는 방법으로서, 상기 권취 직전에 분리막과 전극 시트들에 반대 극성의 정전기를 하전시켜, 권취시 분리막과 전극 시트들의 밀착력을 높이는 것으로 구성된 젤리-롤형 전극조립체의 제조방법 및 이를 포함하는 이차전지를 제공한다.
모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서의 이차전지의 수요가 급격히 증가하고 있고, 그러한 이차전지 중 높은 에너지 밀도와 방전 전압의 리튬 이차전지에 대해 많은 연구가 행해졌고 또한 상용화되어 널리 사용되고 있다.
이차전지는 전지케이스의 형상에 따라, 전극조립체가 원통형 또는 각형의 금속 캔에 내장되어 있는 원통형 전지 및 각형 전지와, 전극조립체가 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치형 케이스에 내장되어 있는 파우치형 전지로 분류된다.
또한, 전지케이스에 내장되는 상기 전극조립체는 양극/분리막/음극의 적층 구조로 이루어진 충방전이 가능한 발전소자로서, 활물질이 도포된 긴 시트형의 양극과 음극 사이에 분리막을 개재하여 권취한 젤리-롤형과, 소정 크기의 다수의 양극과 음극을 분리막이 개재된 상태에서 순차적으로 적층한 스택형으로 분류된다. 그 중 젤리-롤형 전극조립체는 제조가 용이하고 중량당 에너지 밀도가 높은 장점을 가지고 있다.
이러한 젤리-롤형 전극조립체는 양극 활물질이 알루미늄 호일에 도포되어 있는 양극 시트와 음극 활물질이 구리 호일에 도포되어 있는 음극 시트 사이에 분리막을 개재한 후 둥글게 권취하여 제조하게 된다. 상기 권취는 권심(mandrel)에 분 리막을 우선 감은 후 양극 시트와 음극 시트를 함께 감는 과정으로 수행하게 된다.
한편, 이차전지에 대한 수요가 증가하고 제품의 종류가 다양해짐에 따라, 전지셀의 두께가 중요한 문제로 대두되고 있다. 전지셀의 두께를 결정하는 가장 중요한 요소 중의 하나는 내장되는 전극조립체의 두께이다. 전극조립체의 두께가 두꺼울 경우, 전지케이스의 형합에 문제가 생겨 이를 장착하는 제품의 크기가 증가하게 되고, 전극간 거리가 멀어짐에 따라 전해액 소모량이 증가하게 된다. 또한, 전해액의 증가로 인해, 충방전시 반복적인 팽창과 수축을 겪으면서 변형이 일어나게 되고, 전해액이 분해되면서 발생되는 가스압의 상승으로 인해 전지가 파열될 수 있다. 이러한 젤리-롤의 변형은, 또한, 전극들 상호간의 거리 변화를 유발하여 내부 저항 증가, 용량 감소, 수명 단축 등의 문제점도 초래한다. 그러나, 전극조립체의 두께를 줄이기 위해서 권취시 가하는 장력을 높이게 되면, 내부 응력이 증가되면서 전지가 비틀리는 등의 변형이 일어나고 불량률이 높아지게 되는 문제점이 발생하게 된다.
특히, 분리막을 구성하는 고분자 필름은 정전기가 발생하는 경향이 강한 소재이므로, 젤리-롤의 제조과정에서 서로 달라붙거나 정전기 유도 현상에 의해 전극 시트의 순차적인 권취를 어렵게 만드는 경향이 있다. 또한, 분리막이 전기적 중성이 아닌 어떤 극성을 띄게 되면, 공기 중에 부유하고 있는 반대 극성의 이물질이 흡착될 가능성이 높으며, 흡착된 이물질은 젤리-롤 내부로 유입되어 전기적 절연을 파괴할 위험이 있다.
따라서, 이러한 정전기의 발생으로 인해 권취가 곤란해지는 문제점을 해결하 기 위한 기술에 대한 연구가 다양하게 진행되었다. 예를 들어, 일본 특허출원공개 제2006-147396호는 전극박 표면을 브러싱하는 장치와 상기 브러싱 장치의 후처리 공정으로 전극박의 표면에 대전하고 있는 정전기를 중화하기 위한 제전장치를 구비하는 기술을 개시하고 있으며, 일본 특허출원공개 제09-097624호는 양극, 음극, 및 분리막을 권취하기 전에 정전기 흡착에 의해 세정을 행하는 기술을 개시하고 있다.
그러나, 상기 기술들은 분리막이 권취되기 전에 세정 내지 정전기의 제거를 목적으로 하고 있을 뿐, 젤리-롤의 제조 과정에서 발생되는 다양한 문제점들에 대한 근본적인 해결책을 제시하지 못하고 있다. 즉, 젤리-롤의 권취 과정에서 가하는 장력을 낮추게 되면 젤리-롤의 두께 증가로 인해 위에서 언급한 문제점들이 발생하게 되고, 반대로 장력을 높이게 되면 전지 내부 응력의 증가로 인한 문제점들이 발생하게 된다.
따라서, 젤리-롤형 전극조립체의 제조 공정시 분리막 등의 정전기 발생으로 인한 문제점을 해결함과 동시에 분리막과 전극 시트 간의 밀착력을 효과적으로 향상시킬 수 있는 기술에 대한 필요성이 높은 실정이다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.
본 출원의 발명자들은 심도 있는 연구와 다양한 실험을 거듭한 끝에, 권취 직전에 분리막과 전극 시트를 반대 극성의 전하로 하전시킨 상태에서 젤리-롤을 권 취할 경우, 분리막과 전극 시트들 상호간의 밀착력이 증대되며, 이에 따라, 상대적으로 낮은 장력을 이용하여 권취가 가능하고, 내부의 잔류 응력이 감소되어 뒤틀림 현상이 억제될 뿐만 아니라, 젤리-롤의 두께가 감소되는 등 다양한 잇점을 확인하고, 본 발명을 완성하기에 이르렀다.
따라서, 본 발명에 따른 젤리-롤형 전극조립체의 제조방법은, 활물질이 도포되어 있는 양극 시트와 활물질이 도포되어 있는 음극 시트를 분리막을 개재한 상태에서 권취하여 젤리-롤을 제조하는 방법으로서, 상기 권취 직전에 분리막과 전극 시트들에 반대 극성의 정전기를 하전시켜, 권취시 분리막과 전극 시트들의 밀착력을 높이는 것으로 구성되어 있다.
본 발명에 따른 젤리-롤형 전극조립체의 제조방법은, 분리막과 전극 시트들이 겹쳐지면서 권취되는 시점에 정전기에 의해 밀착성이 증대되게 된다. 이로 인해, 권취되는 과정에서 슬립(slip)되는 현상이 줄어들게 되며, 상대적으로 작은 크기의 장력으로 권취 작업을 행할 수 있게 된다. 권취 공정에서 가해지는 장력이 낮아지게 되면, 충방전 과정에서 젤리-롤의 팽창 또는 수축시 내부 응력이 감소되면서, 전극이 뒤틀리는 현상이 줄어들 뿐만 아니라 젤리-롤 자체의 두께가 감소되는 효과를 얻을 수 있다.
상기 분리막과 전극 시트들은 권취되기 전 공정에서 상호간에 반대 극성의 정전기를 하전시켜 밀착력을 높이게 된다. 따라서, 양극 시트/분리막/음극 시트의 순으로 적층되는 적층체에서, 교대로 반대 극성의 정전기를 하전하게 된다. 하나의 바람직한 예로서, 상기 분리막에는 음 정전기를 하전시키고, 양극 시트 및 음극 시트에는 각각 양 정전기를 하전시키는 것으로 구성될 수 있으며, 반대로 상기 분리막에는 양 정전기를 하전시키고, 양극 시트 및 음극 시트에는 각각 음 정전기를 하전시키는 것으로 구성될 수 있다.
또한, 상기 분리막의 정전기 하전에 앞서, 분리막을 중성으로 만드는 공정이 추가로 포함되는 것이 바람직하다. 일반적으로, 분리막은 정전기가 발생하는 경향이 강한 고분자 필름 소재로 이루어져 있으므로, 공기 중에 부유하고 있는 이물질이 흡착될 가능성이 높으며, 흡착된 이물질은 전기적 절연을 파괴하는 등 여러 가지 문제점을 유발하게 된다. 이러한 이물질의 흡착을 방지하기 위해서, 상기 분리막의 정전기 하전에 앞서, 정전기를 제거하는 중성화 부재를 통해, 분리막을 중성으로 만들어 준 다음, 다시 특정 극성의 정전기를 하전하는 공정을 거치는 것이 바람직하다.
경우에 따라서는, 분리막이 전극 시트들에 비해 권심에 우선적으로 감겨서 전기적 절연상태를 유지하는 것이 바람직하므로, 권취의 개시 시점에서, 권심에 상기 분리막을 적어도 1 회 권취한 후, 양극 시트와 음극 시트를 분리막이 개재된 상태에서 함께 권취하는 구성일 수 있다.
본 발명은 또한 상기 제조방법을 이용한 젤리-롤 제조 장치를 제공한다.
상기 제조 장치의 바람직한 예로서, 활물질이 도포되어 있는 양극 시트를 공급하는 적어도 하나의 롤('양극 피드-롤'), 활물질이 도포되어 있는 음극 시트를 공급하는 적어도 하나의 롤('음극 피드-롤'), 분리막을 공급하는 적어도 하나의 롤('분리막 피드-롤'), 권심이 설치되는 회전 롤('권취 롤'), 권심에 권취된 젤리-롤의 외면에 부착될 실 테이프를 공급하는 롤('테이프 피드-롤'), 및 상기 전극 시트들과 분리막 및 실 테이프를 소정의 위치를 따라 제공하는 다수의 가이드 롤들을 포함하고 있고, 상기 분리막과 전극 시트들을 권심에 연속적으로 제공하는 가이드 롤('닙-롤')의 상측에는 분리막과 전극 시트들에 반대 극성의 정전기를 하전시키는 부재('하전 부재')가 설치되어 있는 것을 포함하는 것으로 구성되어 있다.
따라서, 상기 젤리-롤 제조 장치는, 양극 시트, 분리막 및 음극 시트들이 각각의 '피드-롤'에서 상기 '닙-롤'까지 공급되는 과정에서, 하전 부재에 의해 인접하는 부재들 사이에 상호 반대 극성의 정전기로 하전된 후, 권취-롤에서 권취 공정을 거쳐 테이프 피드-롤에서 권취 과정을 마무리하게 된다.
바람직하게는, 상기 분리막 피드-롤과 그것의 가이드 롤 사이에는 분리막을 중성으로 만드는 부재('중성화 부재')가 설치되어 있는 구조일 수 있다. 상기 중성화 부재는, 하전 부재에 의해 특정 극성의 정전기로 하전되기 전까지, 분리막을 전기적으로 중성으로 만드는 역할을 하게 되는데, 이는 분리막을 구성하는 고분자 필름은 정전기가 발생하는 경향이 강한 소재로 되어 있으므로, 공기 중에 부유하고 있는 극성의 이물질이 흡착될 가능성이 높기 때문에, 이러한 이물질의 흡착을 사전에 제거하기 위한 것이다.
본 발명은 또한 상기의 방법으로 제조된 젤리-롤이 전지케이스에 내장되어 있는 이차전지를 제공한다.
본 발명에 따른 이차전지는, 상기와 같은 제조방법의 효과로서, 전극조립체를 구성하는 부재 상호간의 밀착력을 향상시켜 보다 얇은 두께의 전지를 구현할 수 있으며, 전해액의 소모량을 감소시켜 안정성을 향상시킬 뿐만 아니라 내부 저항의 감소, 용량 증가, 전지 수명의 향상 등의 효과를 얻을 수 있다.
본 발명의 상기 이차전지로는 젤리-롤형의 이차전지에 대하여 종류와 형상에 관계없이 사용 가능하며, 바람직하게는 높은 에너지 밀도, 방전 전압, 및 출력 안정성의 리튬 이차전지일 수 있다.
이하, 도면들을 참조하여 본 발명을 더욱 상술하지만, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.
도 1에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 하전 부재의 사시도가 모식적으로 도시되어 있고, 도 2에는 도 1의 하전 부재의 정면도가 모식적으로 도시되어 있다.
이들 도면을 참조하면, 분리막(110)은 분리막 피드-롤(120)에서 공급되는 과정에서, 하전 부재(100)에 의해 양 정전기를 하전하게 된다.
하전 부재(100)는 상부(100a)와 하부(100b) 부재로 구성되어 있으며, 이러한 하전 부재(100)를 통과하면서 분리막(110)은 양 정전기를 하전하게 되고, 다수의 가이드 롤들(131, 132)을 경유하여 권취 롤(도시하지 않음)에 공급되도록 구성되어 있다.
상기 도 1 및 2의 하전 부재(100)는 활물질이 도포되어 있는 양극 시트와 활물질이 도포되어 있는 음극 시트에 대해서도 동일한 구성으로 이루어져 있으며, 분 리막(110)에 양 정전기를 하전하는 경우에는, 반대 극성의 정전기, 즉, 음 정전기를 하전하게 된다.
도 3에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 젤리-롤 제조 장치에 대한 모식도가 도시되어 있다.
도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 젤리-롤 제조 장치는, 활물질이 도포되어 있는 양극 시트(400)를 공급하는 양극 피드-롤(410), 활물질이 도포되어 있는 음극 시트(500)를 공급하는 음극 피드-롤(510), 분리막(600a, 600b)을 공급하는 분리막 피드-롤(610, 620), 권심이 설치되는 권취 롤(710), 권심에 권취된 젤리-롤의 외면에 부착될 실 테이프를 공급하는 테이프 피드-롤(730), 및 상기 전극 시트들(400, 500)과 분리막(600a, 600b) 및 실 테이프를 소정의 위치를 따라 제공하는 다수의 가이드 롤들(420, 520 등)을 포함하고 있으며, 상기 분리막(600a, 600b)과 전극 시트들(400, 500)을 권심에 연속적으로 제공하는 닙-롤(720)의 상측에는 분리막(600a, 600b)과 전극 시트들(400, 500)에 반대 극성의 정전기를 하전시키는 하전 부재(도시하지 않음)가 설치되어 있다.
양극 시트(400)는 알루미늄 호일 상에 양극 활물질이 도포되어 있는 형태이며, 양극 피드-롤(410)에서 공급되어 가이드 롤(420)을 경유하여, 하전 부재(도시하지 않음)가 위치하는 하전부(200)에서 음 정전기를 하전한 상태로 닙-롤(720)을 거쳐 권취-롤(710)에서 권취된다. 또한, 초음파 용착기(430)를 거치면서 양극 시트(400)의 일측 단부에 접속단자로서의 금속 탭(431)이 부착된다.
음극 시트(500)는 구리 호일 상에 음극 활물질이 도포되어 있는 형태이며, 음극 피드-롤(510)에서 공급되어 가이드 롤(520)을 경유하여, 하전 부재가 위치하는 하전부(200)에서 음 정전기를 하전한 상태로 닙-롤(720)을 거쳐 권취-롤(710)에서 권취된다. 또한, 초음파 용착기(530)를 거치면서 음극 시트(500)의 일측 단부에 접속단자로서의 금속 탭(531)이 부착된다.
분리막(600)은, 양극 시트(400)와 음극 시트(500) 사이에 개재되는 분리막(600a)과 음극 시트(500)의 반대편 일면에 밀착되는 분리막(600b)으로 구성된다. 분리막 피드-롤(610, 620)에서 각각 공급되어 중성화 부재(도시하지 않음)에서 전기적으로 중성화된 상태에서, 가이드 롤을 경유하게 되며, 닙-롤(720)을 통과하기 전에 하전 부재가 위치하는 하전부(200)에서 양 정전기를 하전한 상태로 권취 과정을 거치게 된다.
상기 하전 부재는, 제어부(300)에 의해 제어되어 전극 시트들(400, 500)과 분리막(600a, 600b)을 각각의 극성에 따른 정전기를 하전하게 된다. 하전 부재의 구체적인 구성은 도 1 및 2에 도시되어 있으며, 하전 부재가 설치되어 있는 하전부(200) 부위의 정전기적 변화에 대해서는 도 4에서 좀 더 상세히 살펴보도록 한다.
상기 중성화 부재는 분리막 피드-롤(610, 620)과 하전부(200) 사이의 임의의 위치에 설치될 수 있으며, 바람직하게는 분리막 피드-롤(610, 620)에 인접한 위치에 설치될 수 있다.
권취-롤(710)은, 3 개의 권심이 하나의 회전 롤 상에 설치되어 있으며, 하나의 권심에 대해 권취가 행해진 후, 회전 롤이 회전하면서 다음 차례의 권심에 권취 가 행해지는 방식으로 작동하게 된다. 권취가 이루어진 젤리-롤은 테이프 피드-롤(730)로 옮겨져, 외면에 실 테이프를 부착하게 된다.
도 4에는 도 3의 하전 부재를 중심으로 정전기 발생 영역과 극성이 모식적으로 도시되어 있다. 설명의 편의를 위하여, 도 4에는 하전부재를 별도로 도시하지 않고, 전극 시트와 분리막이 각각 하전되는 양상만을 모식적으로 도시하였다.
도 4를 참조하면, 양극 시트(400), 분리막(600a, 600b) 및 음극 시트(500)는 각각의 피드-롤(도시하지 않음)에서 공급되어 권취되기 직전 적층체를 이루게 되며, 하전 부재가 위치하는 하전부(도 3: 200)을 지나면서 서로 반대되는 극성의 정전기로 하전되도록 구성되어 있다. 하전부(도 3: 200)를 지나기 전에는 전기적으로 중성인 영역(210)을 이루고 있으며, 하전 부재(도시하지 않음)를 경유하면서 서로 반대되는 극성의 정전기를 하전하게 된다.
이하, 실시예를 통해 본 발명을 더욱 상술하지만, 하기 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명의 범주가 이들만으로 한정되는 것은 아니다.
[실시예 1]
1-1. 전극 시트 및 분리막의 제조
양극 시트는, 양극 활물질로서 리튬 코발트 산화물(LiCoO2) 95 중량%, Super-P(도전제) 2.5 중량% 및 PVdF(결합제) 2.5 중량%를 용제인 NMP(N-methyl-2- pyrrolidone)에 첨가하여 양극 혼합물 슬러리를 제조하고, 알루미늄 호일의 일면에 각각 코팅, 건조, 및 압착하여 제조하였다.
음극 시트는, 음극 활물질로서 인조흑연 85 중량%, 음극 첨가제로서 Li2.6Co0.4N를 10 중량%, Super-P(도전제) 2.5 중량% 및 PVdF(결합제) 2.5 중량%를 NMP에 첨가하여 음극 혼합물 슬러리를 제조하였다.
분리막으로는, 높은 이온 투과도와 기계적 강도를 가지는 절연성의 얇은 박막인 셀가드TM를 사용하였다.
1-2. 권심을 이용한 젤리-롤의 제조
도 3의 제조 장치를 사용하여, 도 4에서와 같이, 상기 분리막은 양 정전기로 하전시키고, 양극 시트 및 음극 시트는 음 정전기로 하전시킨 후, 양극 시트/분리막/음극 시트의 순으로 적층하여 권심을 이용해 젤리-롤을 제조하였다.
상기 분리막은 양 정전기로 하전시키기 전에 중성화 부재를 통해 정전기적 중성화 과정을 거쳤으며, 권심에 분리막을 1 회 권취한 후, 양극 시트와 음극 시트를 분리막이 개재된 상태에서 함께 권취하였다.
권취된 젤리-롤은 외면 일측에 실 테이프를 부착하여 고정하였으며, 판상형으로 압축하였다.
[비교예 1]
분리막과 전극 시트들에 대해 정전기를 하전하지 않았다는 점을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 젤리-롤을 제조하였다.
[실험예 1]
상기 실시예 1에서 하전량을 달리하여 제조된 3 종류(d2, d3, d4)의 젤리-롤과 비교예 1(d1)에 제조된 젤리-롤에서, 분리막과 전극 시트들 상호 간의 밀착력을 확인하기 위하여, 젤리-롤의 두께를 측정하였다. 그 결과를 하기 표 1에 나타내었으며, 제조된 젤리-롤의 모습은 도 5에 나타나 있다.
<표 1>
Figure 112006082565411-pat00001
상기 표 1과 도 5를 함께 살펴보면, 실시예 1에 의한 젤리-롤이 비교예 1에 의한 젤리-롤에 비해 두께가 현저하게 줄어 들었음을 확인할 수 있다. 이는 분리막과 전극 시트들을 반대 극성의 전하로 하전시켜 상호간의 밀착력이 증대됨에 따라, 그렇지 않은 젤리-롤에 비해 작은 장력으로도 밀착력이 우수하고 두께가 얇은 젤리-롤을 제조할 수 있음을 알 수 있다.
또한, 실시예 1에서 보는 바와 같이, 하전량이 상대적으로 큰 젤리-롤(d3)은 하전량이 상대적으로 작은 젤리-롤(d2)에 비해 두께가 작음을 확인할 수 있다. 즉, 하전량의 증가에 따라 밀착력이 커져 젤리-롤의 두께가 작아짐을 알 수 있다.
[실험예 2]
상기 실시예 1과 비교예 1에 따른 전극조립체의 수명특성을 확인하기 위하여, 실시예 1 및 비교예 1에 따라 제조된 젤리-롤을 판상형 전지케이스에 수납한 후, 전해액을 충전하여 이차전지를 각각 제조하였다. 제조된 전지에 대하여, 초기 용량을 측정하였고, 3.0 내지 4.2 V 영역에서 충방전을 진행하면서 50 사이클 및 100 사이클에서의 용량을 측정하였고, 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
<표 2>
Figure 112006082565411-pat00002
상기 표 2를 살펴보면, 실시예 1의 젤리-롤은 초기 전지 용량이 상대적으로 클 뿐만 아니라, 충방전이 반복될수록 그 차이는 더욱 현저해지는 것을 확인할 수 있다. 이를 통해, 젤리-롤의 내경이 줄어들어 그만큼 전지 용량이 증가하고, 충방전시 젤리-롤의 반복적인 팽창과 수축에도 젤리-롤의 변형이 최소화되어 사이클 특성이 우수함을 알 수 있다.
[실험예 3]
젤리-롤 제조 과정에서 발생하는 불량률을 측정하기 위해 실시예 1에 따른 젤리-롤 및 비교예 1에 따른 젤리-롤을 각각 100 개씩 제조하여 불량의 발생 여부를 확인하였다.
그 결과, 실시예 1 에 따른 젤리-롤의 제조시에는 1 개의 불량이 발생하였으나, 비교예 1에 따른 젤리-롤의 제조시는 5 개의 불량이 발생하였다.
이러한 불량 발생의 원인은, 젤리-롤의 제조시 전극 시트에 가해지는 응력에 의한 것이며, 특히 전극 시트에 결합되어 있는 금속 탭 부분에 응력이 집중되는 것이 주요 원인으로 파악된다. 이에 반해, 본 발명에 따른 젤리-롤은, 높은 밀착력으로 인해 상대적으로 작은 크기의 장력으로도 젤리-롤의 권취가 가능하기 때문에 불량률이 현저하게 감소한 것으로 판단된다.
본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면, 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주 내에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 젤리-롤형 전극조립체의 제조방법은, 분리막과 전극 시트들 간의 밀착성이 증대되며, 이로 인해 권취되는 과정에서 슬립(slip)되는 현상이 줄어들게 되고, 작은 크기의 장력으로도 권취 작업이 가능하게 된다. 작은 장력으로 권취 공정을 행하게 되면, 충방전 과정에서 젤리-롤의 팽창 또는 수축시 내부 응력이 감소하게 되고, 내부 전극이 뒤틀리는 형상이 줄어 들게 되면서 젤리-롤 자체의 두께가 감소되는 효과를 얻을 수 있다.

Claims (10)

  1. 활물질이 도포되어 있는 양극 시트와 활물질이 도포되어 있는 음극 시트를 분리막을 개재한 상태에서 권취하여 젤리-롤형 전극조립체를 제조하는 방법으로서, 상기 권취 직전에 분리막과 전극 시트들에 반대 극성의 정전기를 하전시켜, 권취시 분리막과 전극 시트들의 밀착력을 높이는 것을 특징으로 하는 제조방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 분리막에는 음 정전기를 하전시키고, 양극 시트 및 음극 시트에는 각각 양 정전기를 하전시키는 것을 특징으로 하는 제조방법.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 분리막에는 양 정전기를 하전시키고, 양극 시트 및 음극 시트에는 각각 음 정전기를 하전시키는 것을 특징으로 하는 제조방법.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 분리막의 정전기 하전에 앞서, 분리막을 중성으로 만드는 것을 특징으로 하는 제조방법.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 권취의 개시 시점에서, 권심에 상기 분리막을 적어도 1 회 권취한 후, 양극 시트와 음극 시트를 분리막이 개재된 상태에서 함께 권취하는 것을 특징으로 하는 제조방법.
  6. 활물질이 도포되어 있는 양극 시트를 공급하는 적어도 하나의 롤('양극 피드-롤'), 활물질이 도포되어 있는 음극 시트를 공급하는 적어도 하나의 롤('음극 피드-롤'), 분리막을 공급하는 적어도 하나의 롤('분리막 피드-롤'), 권심이 설치되는 회전 롤('권취 롤'), 권심에 권취된 젤리-롤의 외면에 부착될 실 테이프를 공급하는 롤('테이프 피드-롤'), 및 전극 시트들과 분리막 및 실 테이프를 소정의 위치를 따라 제공하는 다수의 가이드 롤들을 포함하고 있고, 상기 분리막과 전극 시트들을 권심에 연속적으로 제공하는 가이드 롤('닙-롤')의 상측에는 분리막과 전극 시트들에 반대 극성의 정전기를 하전시키는 부재('하전 부재')가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 젤리-롤형 전극조립체의 제조 장치.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 분리막 피드-롤과 그것의 가이드 롤 사이에는 분리막을 중성으로 만드는 부재('중성화 부재')가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 젤리-롤형 전극조립체의 제조 장치.
  8. 제 1 항에 따른 방법으로 제조된 젤리-롤형 전극조립체가 전지케이스에 내장되어 있는 이차전지.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 젤리-롤형 전극조립체는 둥글게 권취된 후 판상형으로 압축된 후, 전지케이스로서 각형 캔에 삽입되는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  10. 제 8 항에 있어서, 상기 전지는 리튬 이차전지인 것을 특징으로 하는 이차전지.
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