KR101182892B1 - 극판과 그 제조방법 및 이 극판을 포함한 이차전지 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일실시예는 극판 및 이를 포함하는 이차전지에 관한 것이다.
본 발명의 일실시예는 집전체와 상기 집전체의 적어도 일면에 코팅된 활물질 코팅부 및 무지부가 형성된 극판에 있어서, 상기 극판을 단차가 형성된 프레스기로 압착하여 주름의 방향이 한쪽방향으로 일정하게 형성된 극판 및 이를 포함하는 이차전지를 개시한다.

Description

극판과 그 제조방법 및 이 극판을 포함한 이차전지{Electrode plate and method for manufacturing electrode plate and secondary battery having the same}
본 발명은 극판과 그 제조방법 및 이 극판을 포함한 이차전지에 관한 것이다.
이차전지는 양극판, 음극판 및 세퍼레이터가 권취된 전극조립체를 케이스에 삽입한 후 캡조립체로 밀봉되어 형성된다. 상기 양극판 또는 음극판(이하 ‘극판’ 이라 한다)은 알루미늄 또는 구리 박막에 활물질 슬러리가 코팅된 활물질코팅부와 코팅되지 않은 무지부로 형성된다.
상기 활물질코팅부는 전극 집전체와 접착성이 증가되고, 활물질 용량밀도가 증가되도록 압연과정이 포함된다. 상기 압연된 극판은 건조 후 일정한 폭의 커터를 통과하여 소정의 크기로 절단되어 사용될 수 있다.
본 발명의 일실시예는 활물질이 코팅된 집전체를 단차 프레스기로 가압하여 활물질 코팅부와 무지부의 경계면에 눌림부가 형성된 극판을 제공한다.
본 발명의 일실시예는 전극 집전체의 코팅 면과 무지부에 대응되도록 단차가 형성된 단차 프레스기로 가압되어 활물질 코팅부와 무지부의 경계면에서 한쪽방향으로 일정하게 형성된 눌림부가 형성되는 극판 제조방법을 제공한다.
본 발명의 일실시예는 활물질 코팅부와 무지부의 경계면에서 한쪽방향으로 일정하게 형성된 눌림부가 형성된 극판이 포함된 전극조립체가 제공되어, 성능이 향상된 이차전지를 제공한다.
본 발명의 일실시예 따른 극판은 집전체와 상기 집전체의 적어도 일면에 코팅된 활물질 코팅부 및 무지부가 형성된 극판에 있어서, 상기 무지부는 상기 활물질 코팅부와 무지부의 경계면에서 한쪽방향으로 일정하게 형성된 눌림부가 형성되고, 상기 눌림부는 활물질 코팅부와 무지부의 경계면에서 상기 극판의 폭 방향으로 연장된 무지부의 10mm 영역 내에 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 눌림부는 복수개의 주름이 연속적으로 형성될 수 있다.
또한, 상기 주름은 전극 집전체가 공급되는 방향을 기준으로 활물질 코팅부와 무지부의 경계면에서 10° 내지 50°의 각도로 형성될 수 있다.
또한, 상기 주름은 활물질 코팅부와 무지부의 경계면에서 4 내지 10mm의 폭을 가지도록 형성될 수 있다.
또한, 상기 주름은 1.3mm/EA 내지 1.7mm/EA 주기로 형성될 수 있다.
또한, 상기 주름은 단면에서 두께가 152㎛이하로 형성될 수 있다.
또한, 상기 집전체는 알루미늄 금속 박판인 것을 특징으로 형성될 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 극판의 제조방법은 전극 집전체를 가이드 하는 롤에 의해 공급되는 전극 집전체 공급단계, 상기 전극 집전체에 코팅될 활물질이 형성되도록 도전재가 혼합되는 활물질 혼합단계, 상기 전극 집전체의 적어도 일면에서 활물질이 코팅되는 활물질 코팅단계, 상기 코팅된 전극 집전체는 활물질 코팅 면에 대응되는 활물질 압착부와 활물질이 코팅되지 않은 무지부에 대응되는 무지부 압착부가 형성되고, 상기 활물질 압착부와 무지부 압착부는 활물질 코팅 두께와 대응되도록 단차가 형성되는 단차 프레스기로 가압하는 압착단계 및 상기 가압된 전극 집전체의 활물질층이 건조되는 건조단계를 포함하고, 상기 가압된 전극 집전체의 무지부에는 전극 집전체가 공급되는 방향을 기준으로 활물질 코팅부와 무지부의 경계면에 일정하게 눌림부가 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 이차전지는 서로 다른 극성의 극판과 세퍼레이터가 형성된 전극조립체와, 상기 전극조립체가 수용되는 전극조립체 수용부 및 상기 전극조립체 수용부가 밀봉되어 형성된 것으로 이루어지고, 상기 극판의 활물질 코팅부와 무지부의 경계면에서 한쪽방향으로 일정하게 형성된 눌림부가 형성된 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일실시예에 따른 극판 및 이 극판의 제조방법은 단차 프레스기로 가압되어 활물질 코팅부와 무지부의 경계면에 눌림부가 한쪽 방향으로 일정하게 형성되어 무지부가 끊어지는 것과 같은 불량을 방지할 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 이차전지는 활물질 코팅부와 무지부의 경계면에서 한쪽방향으로 일정하게 형성된 눌림부가 형성된 극판이 포함된 전극조립체가 형성되어 전지의 성능이 향상된다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 극판을 제조하는 과정을 설명하는 구성도이다.
도 2는 도1의 제조 과정에서 가압단계를 설명하는 단면도이다.
도 3은 도2의 가압단계에서 극판의 눌림부를 설명하는 구성도이다.
도 4a는 도3의 B부분을 확대하여 눌림부의 각도를 설명한 평면도이다.
도 4b는 도3의 B부분을 확대하여 눌림부의 폭을 설명한 평면도이다.
도 4c는 도3의 B부분을 확대하여 눌림부의 주기를 설명한 평면도이다.
도 4d는 도4c의 C-C’부분의 단면에서 눌림부의 두께를 설명한 단면도이다.
도 5는 각 극판 설계에 따라 도2의 가압단계에서 형성된 눌림부의 확대사진(D) 및 주름의 단면사진(E)이다.
도 6은 도1의 제조과정을 설명한 흐름도이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 이차전지의 분리 사시도이다.
이하에서 실시예와 첨부한 도면을 통하여 본 발명의 극판과 그 제조방법 및 이 극판을 포함한 이차전지에 대하여 보다 구체적으로 설명한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 극판을 제조하는 과정을 설명하는 구성도이다. 도 2는 도1의 제조 과정에서 가압단계를 설명하는 단면도이다. 도 3은 도2의 가압단계에서 극판의 눌림부를 설명하는 구성도이다. 도 4a는 도3의 B부분을 확대하여 눌림부의 각도를 설명한 평면도이다. 도 4b는 도3의 B부분을 확대하여 눌림부의 폭을 설명한 평면도이다. 도 4c는 도3의 B부분을 확대하여 눌림부의 주기를 설명한 평면도이다. 도 4d는 도4c의 C-C’부분의 단면에서 눌림부의 두께를 설명한 단면도이다. 도 5는 각 극판 설계에 따라 도2의 가압단계에서 형성된 눌림부의 확대사진(D) 및 주름의 단면사진(E)이다. 도 6은 도1의 제조과정을 설명한 흐름도이다.
본 발명의 일실시예에 따른 극판은 전극 집전체(10)의 코팅 면과 무지부에 대응되도록 단차가 형성된 단차 프레스기(40)로 가압되어 활물질 코팅부(32)와 무지부(12, 14)의 경계면에서 한쪽방향으로 일정하게 형성된 눌림부가 형성된다.
상기 극판은 서로 다른 극성인 양극판 또는 음극판으로 형성 될 수 있다. 상기 극판은 알루미늄 금속 박판으로 형성될 수 있다. 상기 양극판은 양극집전체와 상기 양극집전체의 적어도 일면에 코팅된 양극활물질 코팅부와 활물질이 코팅되지 않은 무지부로 형성된다. 상기 음극판은 음극집전체와 상기 음극집전체의 적어도 일면에 음극활물질 코팅부와 활물질이 코팅되지 않은 무지부로 형성된다.
상기 눌림부는 활물질 코팅부(32)와 무지부(12, 14)의 경계면에서 극판의 폭 방향으로 연장된 무지부의 10mm 영역 내에 형성된다. 상기 눌림부는 복수개의 주름이 연속적으로 형성된다. 이하에서는 눌림부의 일실시예인 주름(13)으로 설명하도록 한다.
상기 주름(13)은 하기에 설명되는 전극 집전체(10)가 공급되는 방향을 기준으로 활물질 코팅부(32)와 무지부(12, 14)의 경계면에서 10°(θmin) 내지 50°(θmax)의 각도로 형성된다. 상기 활물질 코팅부(32)와 무지부(12, 14)의 경계면에서 전극 집전체의 폭을 가로지르는 가상선(미도시)은 90°이다.
또한, 상기 주름(13)은 활물질 코팅부와 무지부의 경계면에서 4(Wmin) 내지 10(Wmax)mm의 폭으로 형성된다. 상기 주름(13)은 복수개가 연속적으로 형성되는 데, 각 주름(13)은 1.3mm/EA 내지 1.7mm/EA 주기로 형성된다. 예를 들면 상기 주름(13)은, 도 4c에 도시된 바와 같이, 전극 집전체(10)가 공급되는 방향을 기준으로 26.5mm의 길이에서 15개 내지 20개가 형성될 수 있다. 이 경우, 연속되는 두 개의 주름(13) 사이의 거리는 1.3mm 내지 1.7mm로 형성될 수 있다.
또한, 상기 주름(13)의 두께는, 도 4c 및 도4d에 도시된 바와 같이, 가상선 C-C’의 단면에서 152㎛이하로 형성된다. 상기 주름(13)은 무지부(12, 14)에 단차 프레스기(40)가 가압되어 눌림이 형성된 것이다. 상기 주름(13)은 최대 152㎛로 형성될 수 있으며, 무지부(12, 14) 표면에 눌림이 형성되어 주름(13)의 최소 두께가 0㎛로 형성될 수도 있다. 상기 주름(13)은 0㎛ 내지 152㎛의 두께 범위 내에서 다양하게 형성될 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시예에 상기 극판의 제조방법은 전극집전체 공급단계(S100), 활물질 혼합단계(S200), 활물질 코팅단계(S300), 압착단계(S400) 및 건조단계(S500)를 포함하여 형성된다.
상기 극판의 제조방법은 전극 집전체(10)의 코팅 면과 무지부에 대응되도록 단차가 형성된 단차 프레스기(40)로 가압되어 활물질 코팅부(32)와 무지부(12, 14)의 경계면에서 한쪽방향으로 일정하게 형성된 눌림부가 형성된다.
상기 전극 집전체 공급단계(S100)는 도전성 금속 박판으로 형성된 양극집전체 또는 음극집전체(이하 ‘전극 집전체’ 라 한다)가 제공된다. 상기 전극 집전체는 금속 박판으로 형성된다. 상기 금속 박판은 알루미늄으로 형성될 수 있다. 상기 전극 집전체는 권취 롤(21)에서 복수 개의 가이드 롤(22, 23, 24, 25)을 통하여 일정한 장력으로 공급된다.
상기 활물질 혼합단계(S200)는 바인더 솔루션(binder solution)에 양극 또는 음극활물질(이하‘전극활물질’이라 한다) 및 도전재가 활물질 저장부(31)에서 혼합되어 저장된다.
상기 활물질에서 양극 활물질로는 칼코게나이드(chalcogenide) 화합물이 사용된다. 상기 칼코게나이드(chalcogenide) 화합물은 LiCoO2, LiMn2O4, LiNiO2, LiNi1-xCoxO2(0<x<1), LiMnO2등의 복합 금속 산화물들이 사용된다. 또한, 상기 양극 활물질에는 NCM계 양극활물질인 Li[NiCoMn]O2 또는 NCA계 양극활물질인 Li[NiAlCo]O2 또는 LFP게 양극활물질인 LiFePO4가 사용된다.
상기 음극 활물질로는 리튬 금속, 리튬과 합금화 가능한 금속물질, 전이 금속 산화물, 리튬을 도프 및 탈도프 할 수 있는 물질, 리튬과 가역적으로 반응하여 화합물을 형성할 수 있는 물질, 또는 리튬 이온을 가역적으로 인터칼레이션/디인터칼레이션할 수 있는 물질 등을 사용할 수 있다. 상기 리튬과 합금화 가능한 금속 물질로는 Na, K, Rb, Cs, Fr, Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Ra, Ti, Ag, Zn, Cd, Al, Ga, In, Si, Ge, Sn, Pb, Sb, Bi 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 것을 사용할 수 있다. 또한　상기 전이 금속 산화물, 리튬을 도프 및 탈도프 할 수 있는 물질, 또는 리튬과 가역적으로 반응하여 화합물을 형성할 수 있는 물질로는 바나듐 산화물, 리튬 바나듐 산화물, Si, SiOx(0 < x < 2), 실리콘 함유 금속합금, Sn, SnO2, 틴 합금 복합체(composite tin alloys) 등을 들 수 있다. 상기 양극활물질 및 음극활물질의 재질로 본 발명이 한정되는 것은 아니다.
상기 활물질 코팅단계(S300)는 활물질이 전극 집전체의 적어도 어느 일면에 일정한 두께로 도포된다. 이때, 활물질이 코팅되는 영역(32)은 전극집전체의 일면 또는 양면으로 형성될 수 있다. 상기 활물질 코팅단계(S300)는 슬롯다이(30)를 통하여 전극 집전체에 수직으로 도포될 수 있다. 상기 슬롯다이(30)는 전극 집전체에 활물질(32)이 도포되는 장치에 있어서 일 예이며, 상기 슬롯다이(30)로 본 발명이 한정되는 것은 아니다.
상기 활물질 코팅단계(S300)에는 전극 집전체의 단위 면적에 도포되는 활물질의 무게를 설정하여 코팅되는 것을 포함한다. 또한, 상기 활물질이 코팅되는 단위 면적 당 무게를 설정할 때, 압축 후 활물질 코팅부(32)의 두께가 설정된다. 이 경우 설정 데이터로 본 발명이 한정되는 것은 아니다.
상기 압착단계(S400)는 활물질 코팅부(32)와 전극 집전판(10)의 접착력이 증가되도록 단차 프레스기(40)로 압착된다. 상기 압착단계(S400)는 활물질 코팅단계(S300)에서 설정된 압축 후 활물질 코팅부(32)의 두께까지 압착된다.
도1 내지 도2에 도시된 단차 프레스기(40)는 활물질이 전극 집전판(10)의 일면에 코팅되는 경우를 도시한 것이다. 상기 활물질이 전극 집전판(10)이 양면에 코팅되면, 상부 및 하부 프레스기(41, 42) 모두 활물질 코팅 면(32)과 대응되도록 단차(44, 45)가 형성된다.
본 실시예에서는 활물질이 전극 집전판(10)의 일면에 코팅되는 경우에 대하여 설명하기로 한다.
상기 단차 프레스기(40)는 상부 프레스기(41) 및 하부 프레스기(42)를 포함한다. 상기 단차 프레스기(40)는 롤 형상으로 형성될 수도 있다.
상기 상부 프레스기(41)는 활물질 코팅부(32)와 무지부(12, 14)의 두께 차이와 대응되는 단차(44, 45)가 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기 상부 프레스기(41)는 활물질 압착부(43)와 무지부 압착부(46, 47)를 포함한다. 상기 활물질 압착부(43)는 전극 집전체(10)의 활물질 코팅 면(32)에 대응된다. 상기 무지부 압착부(46, 47)는 전극 집전체의 무지부(12, 14)에 각 대응되도록 형성된다. 상기 활물질 압착부(43)와 무지부 압착부(46, 47)의 단차(44, 45) 높이는 압축 후 활물질의 두께와 일치되도록 형성된다. 상기 무지부 압착부(46, 47)는 무지부(12, 14)를 압착하여 이동하기 때문에 눌림부가 형성된다.
상기 활물질이 코팅된 전극 집전체(10)는 단차 프레스기(40)를 통과한 후 무지부에 눌림부가 형성된다. 상기 눌림부는 활물질 코팅부(32)와 무지부(12, 14)의 경계면에서 일정한 방향으로 형성된다. 상기 눌림부는 복수개의 주름(13)이 연속적으로 형성될 수 있다.
상기 주름(13)은 전극 집전체(10)가 공급되는 방향(A)을 기준으로 일정한 각도로 형성될 수 있다. 상기 주름(13)은 활물질 코팅부(32)와 무지부(12, 14)의 경계면에서 50°(θmax)이하의 각도로 형성될 수 있다. 상기 주름(13)은 10°(θmin) 내지 50°(θmax) 각도 범위 내에서 형성되는 것이 바람직하다.
또한, 눌림부는 활물질 코팅부(32)와 무지부(12, 14)의 경계면에 근접한 위치에서 형성된다. 주름(13)은 최대 10mm의 폭으로 형성될 수 있다. 상기 주름(13)은 활물질 코팅부(32)와 무지부(12, 14)의 경계면에서 4(Wmin) 내지 10(Wmax)mm의 폭으로 형성되는 것이 바람직하다. 또한, 상기 주름(13)은 1.3mm 내지 1.7mm의 간격으로 형성되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 주름(13)의 두께는 단면에서 152㎛이하로 형성된다. 상기 주름(13)은 무지부(12, 14)에 상부 프레스기(41)가 가압되어 눌림이 형성된 것이다. 이 경우, 상기 주름(13)의 두께는 최대 152㎛로 형성될 수 있으며, 최소 0㎛ 이상으로 형성될 수도 있다. 상기 주름(13)의 두께가 0㎛인 경우는 주름(13)이 없는 경우를 의미할 수 있으므로, 주름(13)이 두께를 가질 수 있도록 0㎛ 이상 152㎛ 이하로 형성되는 것이 바람직하다.
다음은 상기 압착단계(S400)에서 단차 프레스(40)로 가압된 전극판의 실시예들에 대하여 설명하기로 한다.
도 5는 각 극판 설계에 따라 도2의 가압단계에서 형성된 눌림부의 확대사진(D) 및 주름의 단면사진(E)이다. 상기 눌림부는 복수개의 주름(13) 형상으로 나타난다. 하기에 설명될 실험 1, 2 및 3은 도2에 도시된 단차 프레스기(40)로 가압된다. 상기 단차프레스기(40)는 상부 프레스기(41) 및 하부 프레스기(42)로 형성된다. 상기 단차프레스기(40)는 11M/min 속도로 가압될 수 있다. 상기 프레스기(40) 속도로 본 발명이 한정되는 것은 아니다. 하기 실험 1 내지 3에는 전극집전체(10)가 알루미늄 금속 박판이 사용된다. 또한, 본 실험에서 설정된 데이터는 전지의 특성에 따른 것이다. 상기 설정 데이터로 본 발명이 한정되는 것은 아니다.
실험 1
V3+NCM523을 90: 5: 5의 비율로 형성된 양극활물질을 전극 집전체에 도포하였다. 상기 전극 집전체의 단위 면적당(㎠) 도포되는 활물질의 무게(㎎)를 50.00㎎/㎠ 로 설정, 가압 후 활물질층의 두께를 208㎛로 설정, 합제밀도(g/cc)를 2.65로 설정하였다.
상기 활물질을 전극집전체에 도포한 후 측정된 활물질층의 두께는 280㎛이었다. 상기 활물질은 설정된 두께 및 합제밀도와 일치되도록 가압되었다. 상기 도2에 도시된 바와 같이 단차 프레스기(40)로 가압되면 활물질 코팅부(32)와 무지부(12, 14)의 경계면에 눌림부가 형성되었다.
상기 눌림부는 확대한 사진(D)에 나타낸 바와 같이 복수개의 주름(13)이 일정한 방향으로 형성되었다. 상기 주름(13)은 전극 집전체(10)가 공급되는 방향을 기준으로 활물질 코팅부(32)와 무지부(12, 14)의 경계면에서 10.5° 내지 49.6°의 각도로 형성되었다. 또한, 상기 주름(13)은 활물질 코팅부(32)와 무지부(12, 14)의 경계면에서 4 내지 8mm의 폭을 가지도록 형성되었다. 또한, 상기 무지부(12, 14)의 길이가 26.5mm인 경우, 주름(13)이 16 내지 17개가 형성되었다. 상기 각 주름(13)의 간격은 1.56mm/EA 내지 1.65 mm/EA으로 형성되었다. 상기 주름(13)의 최대 두께(Tmax)는 153.1㎛가 형성되었다.
실험 2
LCO/NCA=6:4을 94: 3: 3의 비율로 형성된 양극활물질을 전극 집전체에 도포하였다. 상기 전극 집전체의 단위 면적당(㎠) 도포되는 활물질의 무게(㎎)를 18.24㎎/㎠ 로 설정, 가압 후 활물질층의 두께를 79㎛로 설정, 합제밀도(g/cc)를 3.09로 설정하였다.
상기 활물질을 전극집전체에 도포한 후 측정된 활물질층의 두께는 107㎛이었다. 상기 활물질은 설정된 두께 및 합제밀도와 일치되도록 가압되었다. 상기 도2에 도시된 바와 같이 단차 프레스기(40)로 가압되면 활물질 코팅부(32)와 무지부(12, 14)의 경계면에 눌림부가 형성되었다.
상기 눌림부는 확대한 사진(D)에 나타낸 바와 같이 복수개의 주름(13)이 일정한 방향으로 형성되었다. 상기 주름(13)은 전극 집전체(10)가 공급되는 방향을 기준으로 활물질 코팅부(32)와 무지부(12, 14)의 경계면에서 22.4° 내지 40.7°의 각도로 형성되었다. 또한, 상기 주름(13)은 활물질 코팅부(32)와 무지부(12, 14)의 경계면에서 5 내지 10mm의 폭을 가지도록 형성되었다. 또한, 상기 무지부(12, 14)의 길이가 26.5mm인 경우, 주름(13)이 18 내지 19개가 형성되었다. 상기 각 주름(13)의 간격은 1.39mm/EA 내지 1.47 mm/EA으로 형성된다. 상기 주름(13)의 최대 두께(Tmax)는 80.7㎛가 형성되었다.
실험 3
LTO(1002)를 89: 6: 6의 비율로 형성된 음극활물질을 전극 집전체에 도포하였다. 상기 전극 집전체의 단위 면적당(㎠) 도포되는 활물질의 무게(㎎)를 17.36㎎/㎠ 로 설정, 가압 후 활물질층의 두께를 111㎛로 설정, 합제밀도(g/cc)를 1.91로 설정하였다.
상기 활물질을 전극집전체에 도포한 후 측정된 활물질층의 두께는 195㎛이다. 상기 활물질은 설정된 두께 및 합제밀도와 일치되도록 가압되었다. 상기 도2에 도시된 바와 같이 단차 프레스기(40)로 가압되면 활물질 코팅부(32)와 무지부(12, 14)의 경계면에 눌림부가 형성되었다.
상기 눌림부는 확대한 사진(D)에 나타낸 바와 같이 복수개의 주름(13)이 일정한 방향으로 형성되었다. 상기 주름(13)은 전극 집전체가 공급되는 방향을 기준으로 활물질 코팅부(32)와 무지부(12, 14)의 경계면에서 22.4° 내지 40.7°의 각도로 형성되었다. 또한, 상기 주름(13)은 활물질 코팅부(32)와 무지부(12, 14)의 경계면에서 4 내지 7mm의 폭을 가지도록 형성되었다. 또한, 상기 무지부(12, 14)의 길이가 24mm인 경우, 주름(13)이 16개가 형성되었다. 상기 각 주름(13)의 간격은 1.5mm/EA로 형성되었다. 상기 주름(13)의 최대 두께(Tmax)는 86.9㎛가 형성되었다.
상기 실험 1 내지 3의 결과에 따르면, 상기 압착단계(S400)에서 단차 프레스(40)에 형성된 단차(44, 45)의 높이가 활물질 코팅부(32)의 코팅된 두께에 대응되도록 형성되어 가압되기 때문에 무지부(12, 14)에 주름(13)이 형성 된다. 그 결과 상기 실험과 같이 활물질 코팅부(32)와 무지부(12, 14)의 경계면에는 주름(13)이 형성된다. 상기 주름(13)은 각도, 폭 및 주기가 실험 결과에 나타난 범위에 내에서 형성되기 때문에 종래의 극판 제작 시 무지부(12, 14)에 나타나는 끊김 등의 품질 불량의 발생을 감소시킬 수 있다. 또한, 상기 실험결과에 따르면 극판 제조 공정에서 생산 효율 및 재료 손실을 줄일 수 있으며, 양질의 극판이 제공되기 때문에 이차전지의 성능도 향상시킬 수 있다.
상기 건조 단계(S500)는 가입된 전극 집전체(10)가 진공 챔버(VD)(50)에서 건조된다. 상기 진공 챔버(50)에서 활물질(32)의 용매 및 수분이 제거될 수 있다.
다음은 본 발명의 일실시예인 이차전지(100)에 관하여 설명하기로 한다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 이차전지(100)의 분리 사시도이다. 상기 도7은 이차전지의 일 예로 각형 전지를 도시한 것이지만, 본 발명은 각형에 제한되지 않으며, 원통형 및 파우치형과 같이 다양한 형태의 이차전지에 적용이 가능하다.
상기 이차전지(100)는 전극조립체(110), 캔(120), 전극단자(130) 및 캡플레이트(140)를 포함한다.
상기 전극조립체(110)는 서로 다른 극성의 극판과 세퍼레이터(114)가 형성된다. 상기 극판은 양극판(113) 및 음극판(115)으로 형성된다. 상기 양극판(113)은 양극활물질이 코팅되고, 음극판(115)에는 음극활물질이 코팅된다. 상기 양극판(113)은 무지부에 양극탭(117)이 연결되고, 음극판(115)의 무지부에는 음극탭(116)이 연결된다. 또한, 상기 양극탭(117)은 전극단자(130)와 전기적으로 연결된다.
상기 양극판(113) 또는 음극판(115) 중 어느 하나의 극판을 예를 들어 설명하도록 한다. 상기 양극판(113) 및 음극판(115)에는 무지부가 형성되며, 상기 무지부는 눌림부를 포함한다. 이 경우, 눌림부는 양극판(113) 및 음극판(115) 모두에 형성될 수 있으며, 양극판(113) 또는 음극판(115)에 형성될 수도 있다. 상기 눌림부의 형상 및 기능이 동일하기 때문에 이하에서는 양극판(113)에 대하여 설명하기로 한다. 상기 양극판(113)은 도1 내지 도2에 도시된 공정으로 제조된다. 상기 양극판(113)은, 도3을 참조하면, 전극집전체(10)의 어느 일면에 활물질 코팅부(32)와 무지부(12, 14)를 포함한다. 상기 활물질 코팅부(32)와 무지부(12, 14)의 경계면에서 한쪽방향으로 일정하게 형성된 눌림부가 형성된다. 상기 눌림부는 복수 개의 연속된 주름(13)으로 형성될 수 있다.
상기 주름(13)은 활물질 코팅부와 무지부의 경계면에서 10°(θmin) 내지 50°(θmax)의 각도로 형성된다. 또한, 상기 주름(13)은 활물질 코팅부와 무지부(12,14)의 경계면에서 4(Wmin) 내지 10(Wmax)mm 의 폭으로 형성된다. 상기 주름(13)은 복수개가 연속적으로 형성되는 데, 각 주름(13)은 1.3mm/EA 내지 1.7mm/EA 주기로 형성된다. 상기 연속되는 두 개의 주름(13) 사이의 거리는 1.3mm 내지 1.7mm로 형성될 수 있다. 또한, 상기 주름(13)의 두께는 단면에서 152㎛이하로 형성된다. 상기 주름(13)은 무지부(12, 14)에 단차 프레스기(40)가 가압되어 눌림이 형성된 것이다. 상기 주름(13)은 최대(Tmax) 152㎛로 형성될 수 있으며, 무지부 표면에 눌림이 형성되어 주름(13)의 최소 두께가 0㎛로 형성될 수도 있다. 상기 주름(13)은 0㎛ 내지 152㎛의 두께 범위 내에서 다양하게 형성될 수 있다.
상기 전극조립체는 양극판(113)의 무지부에 주름(13)이 한쪽방향으로 일정하게 형성된 눌림부가 형성되어 이차전지(100)의 성능이 향상된다.
상기 캔(120)은 일반적으로 금속재인 알루미늄 또는 그 합금 재질로 형성되며, 딥드로잉 방식에 의하여 제작된다. 상기 캔(120)의 하면(120b)은 일반적으로 거의 평면 형상으로 형성된다. 상기 캔(120)은 그 자체가 단자역할을 수행하는 것이 가능하다. 상기 캔(120)은 상부가 개구되어 상단개구부(120a)가 형성된다. 상기 상단개구부(120a)를 통해 전극조립체(110)가 수용된다.
상기 캡플레이트(140)는 별도의 절연케이스(150)와 결합되어 캔(120)의 상단개구부(120a)에 결합되어 캔(120)을 밀봉하게 된다. 상기 캡플레이트(140)에는 전극단자(130)가 삽입되도록 관통홀(141)이 형성된다. 상기 관통홀(141)과 전극단자(130)의 사이에는 가스켓(146)이 형성되어 밀봉된다. 또한, 상기 캡플레이트(140)는 전해액 주입구(미도시), 마개(142a) 및 안전벤트(142b)를 포함한다.
또한, 상기 캡플레이트(140)는 하부에 절연플레이트(143) 및 터미널플레이트(145)를 포함한다. 상기 절연플레이트(143)는 캡플레이트(140)의 관통홀(141)에 대응되는 위치에 단자통공1(144)이 형성된다. 상기 절연플레이트(143)는 가스켓(146)과 같은 절연물질로 형성된다.
상기 터미널 플레이트(145)는 절연플레이트(143) 하면에 장착된다. 상기 터미널 플레이트(145)는 일반적으로 니켈 합금으로 형성될 수 있다. 상기 터미널 플레이트(145)는 단자통공1(144)에 대응되는 위치에 단자통공2(146)이 형성된다. 상기 전극단자(130)는 관통홀(141), 단자통공1(144) 및 단자통공2(146)을 관통하여 결합되며, 상기 터미널 플레이트(145)는 일측에 양극탭(117)이 연결된다. 또한, 상기 음극탭(115)는 캡플레이트(140)의 하면과 연결된다. 상기 연결되는 방법의 일 예로 용접이 있으며, 용접 방법으로는 저항용접, 레이저 용접 등이 사용된다. 일반적으로는 저항용접이 사용된다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형의 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 특허청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.
10: 전극 집전체 12, 14: 무지부
13: 주름
21, 26: 권취 롤 22, 23, 24, 25: 가이드 롤러
30: 슬롯다이 31: 활물질 저장부
32: 활물질 코팅부
40: 단차 프레스기 41: 상부 프레스기
42: 하부 프레스기 43: 활물질 압착부
44, 45: 단차 46, 47: 무지부 압착부
50: 진공챔버(VD) 100: 이차전지
110: 전극조립체 113: 양극판
114: 세퍼레이터 115: 음극판
116: 음극탭 117: 양극탭
120: 캔 130: 전극단자
140: 캡플레이트 141: 관통홀
143: 절연플레이트 145: 터미널 플레이트
150: 절연케이스

Claims (9)

  1. 집전체와 상기 집전체의 적어도 일면에 코팅된 활물질 코팅부 및 무지부가 형성된 극판에 있어서,
    상기 무지부는
    상기 활물질 코팅부와 무지부의 경계면에서 한쪽방향으로 일정하게 형성된 눌림부가 형성되고,
    상기 눌림부는 활물질 코팅부와 무지부의 경계면에서 상기 극판의 폭 방향으로 연장된 무지부의 10mm 영역 내에 형성되는 것을 특징으로 하는 극판.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 눌림부는 복수개의 주름이 연속적으로 형성되는 것을 특징으로 하는 극판.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 주름은 전극 집전체가 공급되는 방향을 기준으로 활물질 코팅부와 무지부의 경계면에서 10° 내지 50°의 각도로 형성되는 것을 특징으로 하는 극판.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 주름은 활물질 코팅부와 무지부의 경계면에서 4 내지 10mm의 폭을 가지도록 형성되는 것을 특징으로 하는 극판.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 주름은 1.3mm/EA 내지 1.7mm/EA 주기로 형성되는 것을 특징으로 하는 극판.
  6. 제 2 항에 있어서,
    상기 주름은 단면에서 두께가 152㎛이하로 형성되는 것을 특징으로 하는 극판.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 집전체는 알루미늄 금속 박판인 것을 특징으로 하는 극판.
  8. 전극 집전체를 가이드 하는 롤에 의해 공급되는 전극 집전체 공급단계와;
    상기 전극 집전체에 코팅될 활물질이 형성되도록 도전재가 혼합되는 활물질 혼합단계;
    상기 전극 집전체의 적어도 일면에서 활물질이 코팅되는 활물질 코팅단계;
    상기 코팅된 전극 집전체는 활물질 코팅 면에 대응되는 활물질 압착부와 활물질이 코팅되지 않은 무지부에 대응되는 무지부 압착부가 형성되고, 상기 활물질 압착부와 무지부 압착부는 활물질 코팅 두께와 대응되도록 단차가 형성되는 단차 프레스기로 가압하는 압착단계; 및
    상기 가압된 전극 집전체의 활물질층이 건조되는 건조단계를 포함하고, 상기 가압된 전극 집전체의 무지부에는 전극 집전체가 공급되는 방향을 기준으로 활물질 코팅부와 무지부의 경계면에 일정하게 눌림부가 형성되는 것을 특징으로 하는 전극판 제조방법.
  9. 제 1항 내지 제 7항 중 어느 한 항으로 형성된 서로 다른 극성의 극판과 세퍼레이터가 형성된 전극조립체와,
    상기 전극조립체가 수용되는 전극조립체 수용부 및
    상기 전극조립체 수용부가 밀봉되어 형성된 것을 특징으로 하는 이차전지.
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