KR101595621B1 - 전극조립체 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 전극조립체 제조방법은, 제1 전극, 제1 분리막, 제2 전극 및 제2 분리막을 순차적으로 적층하여 4층 구조의 기본단위체를 제조하는 기본단위체 제조단계, 기본단위체를 기본단위체 단위로 적층하여 전극조립체를 제조하는 전극조립체 제조단계, 및 전극조립체에 열과 압력을 가하여 기본단위체를 서로 접착시키는 기본단위체 접착단계를 포함한다.

Description

전극조립체 제조방법 {METHOD FOR ELECTRODE ASSEMBLY}
본 발명은 전극조립체 제조방법에 관한 것으로서, 보다 자세하게는 적층만으로 제조되는 새로운 타입의 전극조립체에 대해 적층 안정성을 보다 용이하게 향상시킬 수 있는 전극조립체 제조방법에 관한 것이다.
이차전지는 전극조립체의 구조에 따라 다양하게 분류될 수 있다. 일례로 이차전지는 스택형 구조, 권취형(젤리롤형) 구조 또는 스택/폴딩형 구조로 분류될 수 있다. 그런데 스택형 구조는 전극조립체를 구성하는 전극단위(양극, 분리막 및 음극)가 서로 별개로 적층되기 때문에, 전극조립체를 정밀하게 정렬하는 것이 매우 어려울 뿐만 아니라, 전극조립체를 생산하기 위해 매우 많은 공정이 요구된다는 단점이 있다. 그리고 스택/폴딩형 구조는 일반적으로 2대의 라미네이션 장비와 1대의 폴딩 장비가 요구되기 때문에, 전극조립체의 제조공정이 매우 복잡하다는 단점이 있다. 특히, 스택/폴딩형 구조는 폴딩을 통해 풀셀이나 바이셀을 적층하기 때문에 풀셀이나 바이셀을 정밀하게 정렬하기 어렵다는 단점도 있다.
이와 같은 단점을 보완하기 위해 최근 적층만으로 전극조립체를 제조하면서도 전극조립체를 정밀하게 정렬시킬 수 있을 뿐만 아니라, 생산성을 향상시킬 수 있는 제조방법이 제안된 바 있다. 그런데 이와 같은 제조방법으로 전극조립체를 제조할 경우, 전극조립체를 구성하는 기본단위체를 서로 고정시켜 적층 안정성을 향상시킬 필요가 있으며, 이를 위해 고정 테이프를 사용하는 방법이 제안된 바 있다(특허문헌 1 참조).
그러나 이와 같이 고정 테이프를 사용할 경우, 고정 테이프가 추가적으로 요구된다는 문제, 고정 테이프가 고정 이후에 탈리될 수 있다는 문제, 고정 테이프가 필요한 위치에 정확하게 부착될 필요가 있다는 문제, 그리고 고정 테이프가 전극조립체의 두께를 증가시켜 용적효율을 저하시킬 수 있다는 문제가 발생할 수 있다.
한국 특허출원 제10-2013-0016514호
따라서 본 발명은 위와 같은 문제들을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 과제는 적층만으로 제조되는 새로운 타입의 전극조립체에 대해 적층 안정성을 보다 용이하게 향상시킬 수 있는 전극조립체 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 전극조립체 제조방법은, 제1 전극, 제1 분리막, 제2 전극 및 제2 분리막을 순차적으로 적층하여 4층 구조의 기본단위체를 제조하는 기본단위체 제조단계, 기본단위체를 기본단위체 단위로 적층하여 전극조립체를 제조하는 전극조립체 제조단계, 및 전극조립체에 열과 압력을 가하여 기본단위체를 서로 접착시키는 기본단위체 접착단계를 포함한다.
본 발명에 따른 전극조립체 제조방법은, 적층만으로 제조되는 새로운 타입의 전극조립체에 대해 열과 압력을 가하는 것으로 기본단위체를 서로 접착시키기 때문에, 전극조립체의 적층 안정성을 보다 용이하게 향상시킬 수 있다는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 기본단위체의 제1 구조를 도시하고 있는 측면도
도 2는 본 발명에 따른 기본단위체의 제2 구조를 도시하고 있는 측면도
도 3은 본 발명에 따른 기본단위체를 제조하는 공정을 도시하고 있는 공정도
도 4는 본 발명에 따른 기본단위체를 적층하여 제조한 전극조립체를 도시하고 있는 측면도
도 5는 본 발명에 따라 가열 프레스로 전극조립체에 열과 압력을 가하는 개념을 설명하기 위한 측면도
도 6은 본 발명에 따른 기본단위체와 제1 보조단위체를 포함한 전극조립체의 제1 구조를 도시하고 있는 측면도
도 7은 본 발명에 따른 기본단위체와 제1 보조단위체를 포함한 전극조립체의 제2 구조를 도시하고 있는 측면도
도 8은 본 발명에 따른 기본단위체와 제2 보조단위체를 포함한 전극조립체의 제3 구조를 도시하고 있는 측면도
도 9는 본 발명에 따른 기본단위체와 제2 보조단위체를 포함한 전극조립체의 제4 구조를 도시하고 있는 측면도
도 10은 본 발명에 따른 기본단위체, 제1 보조단위체와 제2 보조단위체를 포함한 전극조립체의 제5 구조를 도시하고 있는 측면도
도 11은 본 발명에 따른 기본단위체와 제1 보조단위체를 포함한 전극조립체의 제6 구조를 도시하고 있는 측면도
도 12는 본 발명에 따른 기본단위체와 제2 보조단위체를 포함한 전극조립체의 제7 구조를 도시하고 있는 측면도
이하에서는 첨부의 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다. 그러나 본 발명이 이하의 실시예에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전극조립체 제조방법은 기본단위체를 제조하는 기본단위체 제조단계, 기본단위체를 적층하여 전극조립체를 제조하는 전극조립체 제조단계, 및 기본단위체를 접착시키는 기본단위체 접착단계를 포함한다.
먼저 기본단위체 제조단계에 대해 살펴본다. 기본단위체(110)는 제1 전극(111), 제1 분리막(112), 제2 전극(113) 및 제2 분리막(114)이 순차적으로 적층되어 제조된다. 이처럼 기본단위체(110)는 기본적으로 4층 구조를 가진다. 보다 구체적으로 기본단위체(110a, 110b)는 도 1에 도시되어 있는 것과 같이 제1 전극(111), 제1 분리막(112), 제2 전극(113) 및 제2 분리막(114)이 상측에서 하측으로 순차적으로 적층되어 형성되거나, 또는 도 2에 도시되어 있는 것과 같이 제1 전극(111), 제1 분리막(112), 제2 전극(113) 및 제2 분리막(114)이 하측에서 상측으로 순차적으로 적층되어 형성될 수 있다. 이때 제1 전극(111)과 제2 전극(113)은 서로 반대되는 전극이다. 예를 들어, 제1 전극(111)이 양극이면 제2 전극(113)은 음극이다.
이와 같은 기본단위체(110)는 다음과 같은 공정으로 제조될 수 있다(도 3 참조). 먼저 제1 전극 재료(121), 제1 분리막 재료(122), 제2 전극 재료(123) 및 제2 분리막 재료(124)를 준비한다. 이와 같이 재료들을 준비한 다음에 제1 전극 재료(121)를 커터(C1)를 통해 소정 크기로 절단한다. 그리고 제2 전극 재료(123)도 커터(C2)를 통해 소정 크기로 절단한다. 그런 다음 소정 크기의 제1 전극 재료(121)를 제1 분리막 재료(122)에 적층하고, 소정 크기의 제2 전극 재료(123)를 제2 분리막 재료(124)에 적층한다.
그런 다음 재료들을 라미네이터(L1, L2)로 공급한다. 라미네이터(L1, L2)는 재료들에 압력을 가하거나, 또는 열과 압력을 가하여 전극 재료와 분리막 재료를 서로 접착시킨다. 이와 같은 접착으로 인해 전극조립체 제조단계에서 기본단위체를 보다 용이하게 적층할 수 있다. 또한 이와 같은 접착은 전극조립체의 정렬에도 유리하다. 이와 같은 접착 후에 제1 분리막 재료(122)와 제2 분리막 재료(124)를 커터(C3)를 통해 소정 크기로 절단하면 기본단위체(110)가 제조될 수 있다.
한편, 분리막(분리막 재료)은 접착력을 가지는 코팅 물질로 표면이 코팅될 수 있다. 이때 코팅 물질은 무기물 입자와 바인더 고분자의 혼합물일 수 있다. 여기서 무기물 입자는 분리막의 열적 안정성을 향상시킬 수 있다. 즉, 무기물 입자는 고온에서 분리막이 수축되는 것을 방지할 수 있다.
그리고 바인더 고분자는 무기물 입자를 고정시킬 수 있다. 이를 통해 무기물 입자는 분리막의 코팅층에 기공 구조를 형성할 수 있다. 이와 같은 기공 구조로 인해 분리막은 (코팅층에 불구하고) 양호한 이온투과성을 가질 수 있다. 또한 바인더 고분자는 무기물 입자를 분리막에 고정시켜 분리막의 기계적 안정성도 향상시킬 수 있다. 뿐만 아니라, 바인더 고분자는 분리막을 전극에 보다 안정적으로 접착시킬 수 있다. (이와 같은 코팅을 SRS 코팅이라 한다.) 참고로, 분리막은 폴리올레핀 계열의 기재로 형성될 수 있다.
한편, 도 1과 도 2에서 도시하고 있는 것과 같이, 제1 분리막(112)은 양면에 전극(111, 113)이 위치하는데 반해, 제2 분리막(114)은 일면에만 전극(113)이 위치한다. 따라서 제1 분리막(112)은 양면에 코팅 물질이 코팅될 수 있고, 제2 분리막(114)은 일면에만 코팅 물질이 코팅될 수 있다. 즉, 제1 분리막(112)은 제1 전극(111)과 제2 전극(113)을 바라보는 양면에 코팅 물질이 코팅될 수 있고, 제2 분리막(114)은 제2 전극(113)을 바라보는 일면에만 코팅 물질이 코팅될 수 있다.
그런데 후술할 바와 같이 기본단위체(110)도 서로 접착될 수 있으므로 제2 분리막(114)도 양면에 코팅 물질이 코팅될 수 있다. 즉, 제2 분리막(114)도 제2 전극(113)을 바라보는 일면과 그 반대면에 코팅 물질이 코팅될 수 있다.
참고로, 기본단위체(110)가 4층 구조를 가져야만 하는 것은 아니다. 예를 들어, 기본단위체(110)는 제1 전극(111), 제1 분리막(112), 제2 전극(113), 제2 분리막(114), 제1 전극(111), 제1 분리막(112), 제2 전극(113) 및 제2 분리막(114)이 순차적으로 적층되어 형성되는 8층 구조를 가질 수도 있다. 즉, 기본단위체(110)는 4층 구조가 반복적으로 적층되어 형성되는 구조를 가질 수도 있다.
다음으로 전극조립체 제조단계에 대해 살펴본다. 도 4에서 도시하고 있는 것과 같이, 본 실시예에서 전극조립체(100, 전극조립체는 후술할 보조단위체를 포함한다)는 적어도 2개의 기본단위체(110a)가 적층되어 제조된다. 이때 기본단위체(110a)는 기본단위체 단위로 적층된다. 즉, 전극조립체(100)는 기본단위체 제조단계에서 제조된 기본단위체(110a)가 반복적으로 적층되어 제조된다. 이와 같이 전극조립체(100)를 제조하면 기본단위체(110)를 매우 정밀하게 정렬시킬 수 있다는 장점과, 생산성을 향상시킬 수 있다는 장점을 가질 수 있다.
마지막으로 기본단위체 접착단계에 대해 살펴본다. 전극조립체(100)에서 기본단위체(110)는 서로 분리될 수 있으므로 기본단위체(110)를 서로 고정시키는 것이 적층 안정성의 측면에서 바람직하다. 이를 위해 본 실시예에 따른 제조방법은 기본단위체 접착단계를 포함한다. 여기서 기본단위체 접착단계는 전극조립체(100)에 열과 압력을 가하여 기본단위체를 서로 접착시키는 단계를 말한다.
보다 구체적으로 기본단위체 접착단계에서 가열 프레스(160)는 전극조립체 (100)의 상하에서 전극조립체(100)를 가압할 수 있다. 즉, 도 5에서 도시하고 있는 것과 같이, 하부 가열 프레스(161)로 전극조립체(100)를 이송한 다음, 상부 가열 프레스(162)로 전극조립체(100)를 가압할 수 있다. (이때 하부 가열 프레스와 상부 가열 프레스 중의 적어도 어느 하나가 이동할 수 있다.) 이처럼 전극조립체(100)에 열과 압력을 가하면 기본단위체(110)로 열과 압력이 전달되어 기본단위체(110)가 서로 접착될 수 있다. 이와 같은 접착을 위해 전술한 바와 같이 제2 분리막(114)의 양면에 접착력을 가지는 코팅 물질이 코팅될 수 있다. 참고로, 가열 프레스(160)는 가열을 위해 내부에 히터(163)를 구비할 수 있다.
그런데 가열 프레스(160)는 기본단위체(110)의 평단면 형상에 대응되는 형상의 가압면(165)을 가질 수 있다. 가열 프레스(160)가 이와 같은 가압면(165)을 가지면 기본단위체(110)의 정렬을 유지한 채로 전극조립체(100)를 보다 효과적으로 가압할 수 있게 된다.
이에 대해 상술하면, 전극과 분리막은 통상 직사각형의 형상을 가진다. 이에 따라 기본단위체(110)는 통상 직사각형의 평단면 형상을 가진다. 이에 대응하여 가열 프레스(160)도 직사각형의 가압면(165)을 가지면 가열 프레스(160)가 상하에서 전극조립체(100)를 전체적으로 가압할 수 있게 된다. 즉, 면 접촉 상태에서 가압이 일어난다. 이에 따라 가열 프레스(160)가 전극조립체(100)를 가압할 때 기본단위체 (110)의 정렬(align)이 흐트러지지 않을 수 있다. 이와 달리 롤(roll)을 이용하여 전극조립체(100)를 가압하면 기본단위체(110)의 정렬이 흐트러질 우려가 있다. 롤은 전극조립체(100)의 한쪽 모서리로부터 반대쪽 모서리로 순차적으로 이동하며 전극조립체(100)를 가압할 수밖에 없기 때문이다.
참고로, 가압면(165)은 적어도 전극보다 큰 것이 바람직하다. 절연을 위해 전극을 분리막보다 작게 형성하는 것이 일반적이다. 따라서 가압면(165)이 전극보다 크면 전극과 분리막의 접착면을 전체적으로 동시에 가압할 수 있게 된다.
한편, 가열 프레스(160)는 10~150 kgf/cm2의 압력으로 전극조립체(100)를 가압하는 것이 바람직하다. 10 kgf/cm2보다 작은 압력으로 전극조립체(100)를 가압하면 가압력이 낮아 접착이 원활히 이루어지지 않을 수 있기 때문에 바람직하지 않고, 150 kgf/cm2보다 큰 압력으로 전극조립체(100)를 가압하면 분리막 변형이 유발될 수 있기 때문에 바람직하지 않다.
또한, 가열 프레스(160)는 50~130 ℃의 온도로 가열된 상태에서 전극조립체 (100)를 가압하는 것이 바람직하다. 50 ℃보다 낮은 온도로 가열된 상태에서 전극조립체(100)를 가압하면 낮은 온도로 인해 접착이 발현되지 않을 수 있기 때문에 바람직하지 않고, 130 ℃보다 높은 온도로 가열된 상태에서 전극조립체(100)를 가압하면 열에 의한 분리막 변형이 발생할 수 있기 때문에 바람직하지 않다.
참고로, 분리막 원단(재료)의 종류에 따라 위의 온도 조건은 조금씩 달라질 수 있다. 위의 온도 조건은 PE 계 원단을 사용할 경우에 적용 가능한 온도 범위를 나타낸 것이다. PE의 녹는점은 130 ℃ 정도이기 때문에, 전술한 SRS 코팅이 이루어진 분리막이라 하더라도 이보다 높은 온도에서는 열적 변형이 수반될 수 있다. 그러나 PP 계 원단을 사용할 경우는, PP의 녹는점이 170 ℃ 정도이기 때문에, 상한을 170℃ 정도로 상향시킬 수 있다. 하한은 동일하게 설정 가능하다. 이처럼 녹는점 등의 원단 물성에 따라 상한 온도 조건은 변경될 수 있다.
뿐만 아니라, 가열 프레스(160)는 0.5~60 초 동안 전극조립체(100)를 가압하는 것이 바람직하다. 0.5 초보다 짧게 전극조립체(100)를 가압하면 접착을 위한 열이 내부까지 잘 전달되지 않을 수 있기 때문에 바람직하지 않고, 60 초보다 길게 전극조립체(100)를 가압하면 생산성이 떨어지기 때문에 바람직하지 않다.
그런데 전극조립체(100)의 두께가 두꺼워지면 전극조립체(100)의 중심 부분까지 열이 잘 전달되지 않을 수 있다. 이와 같은 경우 전극조립체(100)의 중심 부분에서 기본단위체(110)의 접착이 잘 일어나지 않을 수 있다. 이를 막기 위해 높은 온도에서 전극조립체(100)를 가압하면 높은 온도가 직접 가해지는 전극조립체(100)의 외측 부분에서 분리막의 변형이 발생할 수 있다.
이러한 문제의 발생을 막기 위해 기본단위체 접착단계는 전극조립체(100)를 예열하는 예열단계와, 예열단계 이후에 전극조립체(100)를 가압하는 가압단계를 포함할 수 있다.
여기서 예열단계는 소정 온도의 챔버(미도시)에서 전극조립체(100)를 예열하는 단계일 수 있다. 예를 들어, 소정 온도로 유지되는 챔버의 내부에 전극 조립체(100)를 소정 시간 동안 놓아두어 전극조립체(100)가 전체적으로 균일하게 가열되도록 할 수 있다. 이와 같은 챔버는 독립적으로 설치될 수도 있지만, 전극 조립체(100)를 이송하는 컨베이어 상에 설치될 수도 있다. 이와 같이 설치되면 전극조립체(100)가 챔버에서 컨베이어를 따라 이동하면서 예열될 수 있기 때문에 작업시간을 단축시키는 데에 도움이 된다.
참고로, 챔버는 50~130 ℃의 온도에서 전극조립체(100)를 예열하는 것이 바람직하다. 50℃보다 낮은 온도에서 전극조립체(100)를 예열하면 낮은 온도로 인해 분리막과 전극의 사이에서 접착이 발현되지 않을 수 있기 때문에 바람직하지 않고, 130℃보다 높은 온도에서 전극조립체(100)를 예열하면 열에 의한 분리막 수축이 발생할 수 있기 때문에 바람직하지 않다. (참고로, 전술한 것과 동일하게 원단의 종류에 따라 상한 온도 조건은 변경될 수 있다.)
그리고 가압단계는 가열 프레스(160)를 통해 전극조립체(100)의 상하에서 전극조립체(100)를 가압하는 단계일 수 있다. 이때 가열 프레스(160)는 전극조립체 (100)를 예열한 온도로 가열되어 있는 것이 바람직하다. 예열단계에서 전극조립체를 예열한 온도와 가압단계에서 가열 프레스(160)가 가지는 온도가 동일하면 온도 차이로 인한 스트레스를 전극조립체(100)에 가하지 않을 수 있기 때문이다.
한편, 전극조립체(100)는 제1 보조단위체(130)와 제2 보조단위체(140) 중의 적어도 어느 하나를 더 포함할 수 있다. 즉, 전극조립체 제조단계에서 전극조립체(100)에 제1 보조단위체(130)와 제2 보조단위체(140) 중의 적어도 어느 하나를 더 적층할 수 있다. 이때 기본단위체를 모두 적층한 다음에 보조단위체를 적층할 수도 있고, 보조단위체 위에 기본단위체를 차례로 적층할 수도 있다.
먼저 제1 보조단위체(130)에 대해 살펴본다. 기본단위체(110)는 제1 전극(111), 제1 분리막(112), 제2 전극(113) 및 제2 분리막(114)이 순차적으로 적층되어 형성된다. 따라서 기본단위체(110)가 적층되어 형성되는 전극조립체(100)의 가장 위쪽이나 가장 아래쪽에는 제1 전극(116, 이하 '제1 말단 전극'이라 한다)이 위치하게 된다. 제1 보조단위체(130)는 이와 같은 제1 말단 전극(116)에 추가적으로 적층된다. (제1 말단 전극은 양극일 수도 있고 음극일 수도 있다.)
보다 구체적으로 제1 보조단위체(130a)는 도 6에서 도시하고 있는 것과 같이 제1 전극(111)이 양극이고 제2 전극(113)이 음극이면, 제1 말단 전극(116)으로부터 순차적으로, 즉 제1 말단 전극(116)으로부터 외측(도 6을 기준으로 상측)으로 분리막(114), 음극(113), 분리막(112) 및 양극(111)이 차례로 적층되어 형성될 수 있다. 또한 제1 보조단위체(130b)는 도 7에서 도시하고 있는 것과 같이 제1 전극(111)이 음극이고 제2 전극(113)이 양극이면, 제1 말단 전극(116)으로부터 순차적으로, 즉 제1 말단 전극(116)으로부터 외측으로 분리막(114) 및 양극(113)이 차례로 적층되어 형성될 수 있다. 전극조립체(100)는 도 6 또는 도 7에서 도시하고 있는 것과 같이 제1 보조단위체(130)로 인하여 제1 말단 전극(116) 측의 가장 외측에 양극을 위치시킬 수 있다.
전극은 일반적으로 집전체와, 집전체의 양면에 도포되는 활물질층으로 구성된다. 이에 따라 도 6을 기준으로 양극의 활물질층 중 집전체의 아래쪽에 위치한 활물질층은 분리막을 매개로 음극의 활물질층 중 집전체의 위쪽에 위치한 활물질층과 서로 반응한다. 그런데 기본단위체(110)를 동일하게 형성한 다음에 이를 차례로 적층하여 전극조립체(100)를 형성하면, 전극조립체(100)의 가장 위쪽 또는 가장 아래쪽에 위치한 제1 말단 전극은 다른 제1 전극과 동일하게 집전체의 양면에 활물질층을 구비할 수밖에 없다. 그러나 제1 말단 전극이 집전체의 양면에 활물질층을 도포한 구조를 가지면 제1 말단 전극의 활물질층 중 외측에 위치한 활물질층은 다른 활물질층과 반응할 수 없다. 따라서 활물질층이 낭비되는 문제가 초래된다.
제1 보조단위체(130)는 이와 같은 문제를 해결하기 위한 것이다. 즉, 제1 보조단위체(130)는 기본단위체(110)와 별개로 형성된다. 따라서 제1 보조단위체 (130)는 집전체의 일면에만 활물질층이 형성된 양극을 구비할 수 있다. 즉, 제1 보조단위체(130)는 집전체의 양면 중에 기본단위체(110)를 바라보는 일면(도 6을 기준으로 아래쪽을 바라보는 일면)에만 활물질층이 코팅된 양극을 구비할 수 있다.
결과적으로, 제1 말단 전극(116)에 추가적으로 제1 보조단위체(130)를 적층하여 전극조립체(100)를 형성하면, 제1 말단 전극(116) 측의 가장 외측에 단면만 코팅된 양극을 위치시킬 수 있다. 따라서 활물질층이 낭비되는 문제를 해결할 수 있다. 그리고 양극은 (예를 들어) 니켈 이온을 방출하는 구성이므로, 가장 외측에 양극을 위치시키는 것이 전지 용량에 유리하다.
다음으로 제2 보조단위체(140)에 대해 살펴본다. 제2 보조단위체(140)는 기본적으로 제1 보조단위체(130)와 동일한 역할을 수행한다. 보다 구체적으로 설명한다. 기본단위체(110)는 제1 전극(111), 제1 분리막(112), 제2 전극(113) 및 제2 분리막(114)이 상측에서 하측으로, 또는 하측에서 상측으로 순차적으로 적층되어 형성된다. 따라서 기본단위체(110)가 적층되어 형성되는 전극조립체(100)의 가장 위쪽이나 가장 아래쪽에는 제2 분리막(117, 이하 '제2 말단 분리막'이라 한다)이 위치하게 된다. 제2 보조단위체(140)는 이와 같은 제2 말단 분리막(117)에 추가적으로 적층된다.
보다 구체적으로 제2 보조단위체(140a)는 도 8에서 도시하고 있는 것과 같이 제1 전극(111)이 양극이고 제2 전극(113)이 음극이면, 양극(111)으로 형성될 수 있다. 또한 제2 보조단위체(140b)는 도 9에서 도시하고 있는 것과 같이 제1 전극(111)이 음극이고 제2 전극(113)이 양극이면, 제2 말단 분리막(117)으로부터 순차적으로, 즉 제2 말단 분리막(117)으로부터 외측으로 음극(111), 분리막(112) 및 양극(113)이 차례로 적층되어 형성될 수 있다. 제2 보조단위체(140)도 제1 보조단위체(130)와 동일하게 집전체의 양면 중에 기본단위체(110)를 바라보는 일면(도 9을 기준으로 위쪽을 바라보는 일면)에만 활물질층이 코팅된 양극을 구비할 수 있다. 결과적으로 제2 말단 분리막(117)에 제2 보조단위체(140)를 추가적으로 적층하여 전극조립체(100)를 형성하면, 제2 말단 분리막(117) 측의 가장 외측에 단면만 코팅된 양극을 위치시킬 수 있다.
참고로, 제1 보조단위체(130)와 제2 보조단위체(140)는 필요에 따라 가장 외측에 분리막을 더 포함할 수도 있다. 예를 들어, 가장 외측에 위치한 양극이 케이스와 전기적으로 절연될 필요가 있을 경우, 제1 보조단위체(130)와 제2 보조단위체(140)는 양극의 외측에 분리막을 더 포함할 수 있다. 같은 이유에서, 도 8과 같이 제2 보조단위체(140)가 적층되어 있는 쪽의 반대쪽, 즉 도 8의 전극조립체의 최상측에 노출되어 있는 양극에도 분리막이 더 포함될 수 있다.
한편, 도 10 내지 도 12에서 도시하고 있는 것과 같이, 전극조립체를 형성하는 것이 바람직하다. 우선, 도 10에서 도시하고 있는 것과 같이 전극조립체(100e)를 형성할 수 있다. 기본단위체(110b)는 하측에서 상측으로 제1 전극(111), 제1 분리막(112), 제2 전극(113) 및 제2 분리막(114)이 차례로 적층되어 형성될 수 있다. 이때 제1 전극(111)은 양극일 수 있고 제2 전극(113)은 음극일 수 있다. 그리고 제1 보조단위체(130c)는 제1 말단 전극(116)으로부터 순차적으로, 즉 도 10을 기준으로 상측에서 하측으로 분리막(114), 음극(113), 분리막(112) 및 양극(111)이 적층되어 형성될 수 있다. 이때 제1 보조단위체(130c)의 양극(111)은 기본단위체(110b)를 바라보는 일면에만 활물질층이 형성될 수 있다.
또한 제2 보조단위체(140c)는 제2 말단 분리막(117)으로부터 순차적으로 양극(111, 제1 양극), 분리막(112), 음극(113), 분리막(114) 및 양극(118, 제2 양극)이 적층되어 형성될 수 있다. 이때 제2 보조단위체(140c)의 양극 중 가장 외측에 위치한 양극(118, 제2 양극)은 기본단위체(110b)를 바라보는 일면에만 활물질층이 형성될 수 있다. 참고로, 보조단위체가 분리막을 포함하면 단위체의 정렬에 유리하다.
다음으로, 도 11에서 도시하고 있는 것과 같이 전극조립체(100f)를 형성할 수 있다. 기본단위체(110b)는 하측에서 상측으로 제1 전극(111), 제1 분리막(112), 제2 전극(113) 및 제2 분리막(114)이 차례로 적층되어 형성될 수 있다. 이때 제1 전극(111)은 양극일 수 있고 제2 전극(113)은 음극일 수 있다. 그리고 제1 보조단위체(130d)는 제1 말단 전극(116)으로부터 순차적으로 분리막(114), 음극(113) 및 분리막(112)이 적층되어 형성될 수 있다. 이때 제2 보조단위체는 구비되지 않아도 무방하다. 참고로, 음극은 전위차로 인해 전극 케이스의 알루미늄층과 반응을 일으킬 수 있다. 따라서 음극은 분리막을 통해 전극 케이스로부터 절연되는 것이 바람직하다.
마지막으로 도 12에 도시되어 있는 것과 같이 전극조립체(100g)를 형성할 수 있다. 기본단위체(110c)는 상측에서 하측으로 제1 전극(111), 제1 분리막(112), 제2 전극(113) 및 제2 분리막(114)이 적층되어 형성될 수 있다. 이때 제1 전극(111)은 음극일 수 있고 제2 전극(113)은 양극일 수 있다. 그리고 제2 보조단위체(140d)는 제2 말단 분리막(117)으로부터 순차적으로 음극(111), 분리막(112), 양극(113), 분리막(114) 및 음극(119)이 차례로 적층되어 형성될 수 있다. 이때 제1 보조단위체는 구비되지 않아도 무방하다.
100(100a, 100b, 100c, 100d, 100e, 100f, 100g): 전극조립체
110(110a, 110b, 110c): 기본단위체
111: 제1 전극 112: 제1 분리막
113: 제2 전극 114: 제2 분리막
116: 제1 말단 전극 117: 제2 말단 분리막
121: 제1 전극 재료 122: 제1 분리막 재료
123: 제2 전극 재료 124: 제2 분리막 재료
130(130a, 130b, 130c, 130d): 제1 보조단위체
140(140a, 140b. 140c, 140d): 제2 보조단위체
160: 가열 프레스 161: 하부 가열 프레스
162: 상부 가열 프레스 163: 히터
165: 가압면

Claims (24)

  1. 제1 전극, 제1 분리막, 제2 전극 및 제2 분리막을 순차적으로 적층하여 4층 구조의 기본단위체를 제조하는 기본단위체 제조단계;
    상기 기본단위체를 기본단위체 단위로 적층하여 전극조립체를 제조하는 전극조립체 제조단계; 및
    상기 전극조립체에 열과 압력을 가하여 상기 기본단위체를 서로 접착시키는 기본단위체 접착단계를 포함하는 전극조립체 제조방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 기본단위체 접착단계는 가열 프레스로 상기 전극조립체의 상하에서 상기 전극조립체를 가압하는 것을 특징으로 하는 전극조립체 제조방법.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 가열 프레스는 상기 기본단위체의 평단면 형상에 대응되는 형상의 가압면을 가지는 것을 특징으로 하는 전극조립체 제조방법.
  4. 청구항 2에 있어서,
    상기 가열 프레스는 10~150 kgf/cm2의 압력으로 상기 전극조립체를 가압하는 것을 특징으로 하는 전극조립체 제조방법.
  5. 청구항 2에 있어서,
    상기 가열 프레스는 50~130 ℃의 온도로 가열된 상태에서 상기 전극조립체를 가압하는 것을 특징으로 하는 전극조립체 제조방법.
  6. 청구항 2에 있어서,
    상기 가열 프레스는 0.5~60 초 동안 상기 전극조립체를 가압하는 것을 특징으로 하는 전극조립체 제조방법.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 기본단위체 접착단계는 상기 전극조립체를 예열하는 예열단계와, 상기 예열단계 이후에 상기 전극조립체를 가압하는 가압단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전극조립체 제조방법.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 예열단계는 소정 온도의 챔버에서 상기 전극조립체를 예열하는 것을 특징으로 하는 전극조립체 제조방법.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 챔버는 상기 전극조립체를 이송하는 컨베이어 상에 설치되고, 상기 전극조립체는 상기 챔버에서 상기 컨베이어를 따라 이동하면서 예열되는 것을 특징으로 하는 전극조립체 제조방법.
  10. 청구항 8에 있어서,
    상기 챔버는 50~130 ℃의 온도에서 상기 전극조립체를 예열하는 것을 특징으로 하는 전극조립체 제조방법.
  11. 청구항 7에 있어서,
    상기 가압단계는 상기 예열단계에서 상기 전극조립체를 예열한 온도와 동일한 온도를 가지는 가열 프레스를 통해 상기 전극조립체의 상하에서 상기 전극조립체를 가압하는 것을 특징으로 하는 전극조립체 제조방법.
  12. 청구항 1에 있어서,
    상기 기본단위체 제조단계는 상기 전극과 상기 분리막을 접착시켜 상기 기본단위체를 제조하는 것을 특징으로 하는 전극조립체 제조방법.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 기본단위체 제조단계는 라미네이팅에 의해 상기 전극과 상기 분리막을 접착시켜 상기 기본단위체를 제조하는 것을 특징으로 하는 전극조립체 제조방법.
  14. 청구항 12에 있어서,
    상기 분리막은 접착력을 가지는 코팅 물질이 표면에 코팅되어 있는 것을 특징으로 하는 전극조립체 제조방법.
  15. 청구항 14에 있어서,
    상기 코팅 물질은 무기물 입자와 바인더 고분자의 혼합물인 것을 특징으로 하는 전극조립체 제조방법.
  16. 청구항 14에 있어서,
    상기 제1 분리막은 상기 제1 전극과 상기 제2 전극을 바라보는 양면에 상기 코팅 물질이 코팅되고, 상기 제2 분리막은 상기 제2 전극을 바라보는 일면과 그 반대면에 상기 코팅 물질이 코팅되는 것을 특징으로 하는 전극조립체 제조방법.
  17. 청구항 1에 있어서,
    상기 기본단위체 제조단계는 상기 4층 구조를 반복적으로 적층하여 상기 기본단위체를 제조하는 것을 특징으로 하는 전극조립체 제조방법.
  18. 청구항 1에 있어서,
    상기 전극조립체 제조단계는 상기 전극조립체의 가장 위쪽 또는 가장 아래쪽에 위치한 제1 전극인 제1 말단 전극에 제1 보조단위체를 더 적층하며,
    상기 제1 보조단위체는, 상기 제1 전극이 양극이고 상기 제2 전극이 음극일 때 상기 제1 말단 전극으로부터 순차적으로 분리막, 음극, 분리막 및 양극이 적층되어 형성되고, 상기 제1 전극이 음극이고 상기 제2 전극이 양극일 때 상기 제1 말단 전극으로부터 순차적으로 분리막 및 양극이 적층되어 형성되는 것을 특징으로 하는 전극조립체 제조방법.
  19. 청구항 18에 있어서,
    상기 제1 보조단위체의 양극은 집전체, 및 상기 집전체의 양면 중에 상기 기본단위체를 바라보는 일면에만 코팅된 활물질을 구비하는 것을 특징으로 하는 전극조립체 제조방법.
  20. 청구항 1에 있어서,
    상기 전극조립체 제조단계는 상기 전극조립체의 가장 위쪽 또는 가장 아래쪽에 위치한 제1 전극인 제1 말단 전극에 제1 보조단위체를 더 적층하며,
    상기 제1 보조단위체는, 상기 제1 전극이 양극이고 상기 제2 전극이 음극일 때 상기 제1 말단 전극으로부터 순차적으로 분리막, 음극 및 분리막이 적층되어 형성되는 것을 특징으로 하는 전극조립체 제조방법.
  21. 청구항 1에 있어서,
    상기 전극조립체 제조단계는 상기 전극조립체의 가장 위쪽 또는 가장 아래쪽에 위치한 제2 분리막인 제2 말단 분리막에 제2 보조단위체를 더 적층하며,
    상기 제2 보조단위체는, 상기 제1 전극이 양극이고 상기 제2 전극이 음극일 때 양극으로 형성되고, 상기 제1 전극이 음극이고 상기 제2 전극이 양극일 때 상기 제2 말단 분리막으로부터 순차적으로 음극, 분리막 및 양극이 적층되어 형성되는 것을 특징으로 하는 전극조립체 제조방법.
  22. 청구항 21에 있어서,
    상기 제2 보조단위체의 양극은 집전체, 및 상기 집전체의 양면 중에 상기 기본단위체를 바라보는 일면에만 코팅된 활물질을 구비하는 것을 특징으로 하는 전극조립체 제조방법.
  23. 청구항 1에 있어서,
    상기 전극조립체 제조단계는 상기 전극조립체의 가장 위쪽 또는 가장 아래쪽에 위치한 제2 분리막인 제2 말단 분리막에 제2 보조단위체를 더 적층하며,
    상기 제2 보조단위체는, 상기 제1 전극이 양극이고 상기 제2 전극이 음극일 때 상기 제2 말단 분리막으로부터 순차적으로 제1 양극, 분리막, 음극, 분리막 및 제2 양극이 적층되어 형성되며,
    상기 제2 보조단위체의 제2 양극은 집전체, 및 상기 집전체의 양면 중에 상기 기본단위체를 바라보는 일면에만 코팅된 활물질을 구비하는 것을 특징으로 전극조립체 제조방법.
  24. 청구항 1에 있어서,
    상기 전극조립체 제조단계는 상기 전극조립체의 가장 위쪽 또는 가장 아래쪽에 위치한 제2 분리막인 제2 말단 분리막에 제2 보조단위체를 더 적층하며,
    상기 제2 보조단위체는, 상기 제1 전극이 음극이고 상기 제2 전극이 양극일 때 상기 제2 말단 분리막으로부터 순차적으로 음극, 분리막, 양극, 분리막 및 음극이 적층되어 형성되는 것을 특징으로 전극조립체 제조방법.
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