KR101741875B1 - 젤리롤형 전극 조립체 제조 방법 및 이를 통해 제조된 젤리롤형 전극 조립체 - Google Patents

젤리롤형 전극 조립체 제조 방법 및 이를 통해 제조된 젤리롤형 전극 조립체 Download PDF

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Abstract

본 발명은 젤리롤형 전극 조립체 제조 방법에 관한 것으로서, 보다 자세하게는 젤리롤의 외경을 최소화 하면서도 품질이 우수한 젤리롤형 전극 조립체를 제조할 수 있는 젤리롤형 전극 조립체 제조 방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 젤리롤형 전극 조립체 제조 방법은 전극 및 분리막이 교대로 적층된 적층체를 제조하는 적층체 제조 단계, 전극에 전극 탭을 부착하는 전극 탭 부착 단계, 및 전극 탭에 적층체를 권취하는 권취 단계를 포함한다.

Description

젤리롤형 전극 조립체 제조 방법 및 이를 통해 제조된 젤리롤형 전극 조립체{MANUFACTURING METHOD FOR JELLY-ROLL TYPE ELECTRODE ASSEMBLY AND JELLY-ROLL TYPE ELECTRODE ASSEMBLY MANUFACTURED USING THE SAME}
본 발명은 젤리롤형 전극 조립체 제조 방법 및 이를 통해 제조된 젤리롤(jelly-roll)형 전극 조립체에 관한 것으로서, 보다 자세하게는 젤리롤의 외경을 최소화 하면서도 품질이 우수한 젤리롤형 전극 조립체를 제조할 수 있는 젤리롤형 전극 조립체 제조 방법 및 이를 통해 제조된 젤리롤형 전극 조립체에 관한 것이다.
이차 전지는 일차 전지와는 달리 재충전이 가능하고, 또 소형 및 대용량화 가능성으로 인해 근래에 많이 연구 개발되고 있다. 모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서의 이차 전지의 수요가 급격하게 증가하고 있다.
이차 전지는 전지 케이스의 형상에 따라, 코인형 전지, 원통형 전지, 각형 전지, 및 파우치형 전지로 분류된다. 이차 전지에서 전지 케이스 내부에 장착되는 전극 조립체는 양극/분리막/음극의 적층 구조로 이루어진 충방전이 가능한 발전소자이다.
전극 조립체는 활물질이 도포된 시트형의 양극과 음극 사이에 분리막을 개재(介在)하여 권취한 젤리롤(Jelly-roll)형, 다수의 양극과 음극을 분리막이 개재된 상태에서 순차적으로 적층한 스택형, 및 스택형의 단위 셀들을 긴 길이의 분리 필름으로 권취한 스택/폴딩형으로 대략 분류할 수 있다. 이 중 젤리롤형 전극 조립체는 제조가 용이하면서도 중량당 에너지 밀도가 높은 장점을 가지고 있어 널리 사용되고 있다.
도 1은 젤리롤형 전극 조립체가 삽입되는 원통형 이차전지의 개략적인 조립도이다. 도 1에서 도시되는 바와 같이 원통형 이차전지는 젤리롤형 전극 조립체(20)가 원통형의 캔(30)에 삽입되고 덮개인 캡(10)을 씌우는 방식으로 제조된다.
종래에 이러한 젤리롤형 전극 조립체는 권심이라는 도구를 이용하여 제작할 수 있었다. 도 2는 권심의 일 형태를 도시하는 도면이다. 전극 및 분리막이 교대로 적층된 적층체를 권심(90)의 틈새(93)에 끼운 후 권심(90)을 회전시킴에 따라 적층체가 말리고 이러한 과정을 거쳐서 젤리롤 형 전극 조립체(20)가 만들어질 수 있었다.
종래의 이러한 젤리롤형 전극 조립체 제조 방법은 권심의 존재와, 권심의 형상 특성으로 인하여, 전극 조립체 제조 시 전극의 품질이 불량인 젤리롤형 전극 조립체가 제조될 수 있었다. 또한, 젤리롤형 전극 조립체의 외경을 감소시키기에 어려움이 있는 문제가 발생할 수 있었다.
따라서 본 발명은 위와 같은 문제를 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 과제는 전극의 불량이 없고 품질이 우수한 전극 조립체를 제조할 수 있는 젤리롤형 전극 조립체 제조 방법 및 이를 통해 제조된 젤리롤형 전극 조립체를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 과제는 전극 조립체의 외경을 최소화할 수 있는 젤리롤형 전극 조립체 제조 방법 및 이를 통해 제조된 젤리롤형 전극 조립체를 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 젤리롤형 전극 조립체 제조 방법은 전극 및 분리막이 교대로 적층된 적층체를 제조하는 적층체 제조 단계, 전극에 전극 탭을 부착하는 전극 탭 부착 단계, 및 전극 탭에 적층체를 권취하는 권취 단계를 포함한다.
본 발명에 따른 젤리롤형 전극 조립체는 전극 및 분리막이 교대로 적층된 적층체, 및 적층체의 전극에 부착된 전극 탭을 포함하고, 적층체는 전극 탭에 권취된다.
본 발명에 따른 젤리롤형 전극 조립체 제조 방법 및 이를 통해 제조된 젤리롤형 전극 조립체는 적층체가 전극 탭에 권취됨으로 인하여, 젤리롤형 전극 조립체의 전극이 불량이 없고 품질이 우수하게 되며, 전극 조립체의 외경을 최소화할 수 있다.
도 1은 젤리롤형 전극 조립체가 삽입되는 원통형 이차전지의 개략적인 조립도이다.
도 2는 권심의 일 형태를 도시하는 도면이다.
도 3은 권심을 이용하여 젤리롤형 전극 조립체를 제조하는 방법을 도시하는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 젤리롤형 전극 조립체 제조 방법을 도시하는 도면이다.
이하에서는 첨부의 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다. 그러나 본 발명이 이하의 실시예에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
도 3은 권심을 이용하여 젤리롤형 전극 조립체를 제조하는 방법을 도시하는 도면이다.
먼저, 도 3을 참조하여, 권심(90)을 이용하여 젤리롤형 전극 조립체를 제조하는 방법에 대하여 설명한다. 권심(90)을 이용하여 젤리롤형 전극 조립체를 제조하는 방법에서는 전극(111,113) 및 분리막(115)이 교대로 적층된 적층체(110)를 권심(90)의 두 권심바(91) 사이 틈새(93)에 끼운 후 권심(90)을 R방향으로 회전시킴에 따라 적층체(110)가 말리고 이러한 과정을 거쳐서 젤리롤 형 전극 조립체가 만들어질 수 있다. 여기서 전극(111,113)은 양극(111)과 음극(113)으로 이루어질 수 있다.
그런데 두 부분으로 갈라진 권심바(91)를 구비하는 권심(90)을 이용하여 젤리롤형 전극 조립체를 제조하는 경우 여러가지 문제가 발생할 수 있다.
권심(90)을 이용하여 젤리롤형 전극 조립체를 제조하는 방법의 경우 전극 탭(117)이 전극 조립체에 부착된 상태로 권심(90)에 의하여 전극 조립체가 말리게 된다. 이 경우 권심(90)과 권심(90)에 감기는 전극(111,113) 사이에 전극 탭(117)이 끼이고, 이때, 전극 탭(117)이 가지는 단차로 인하여 전극(111,113)에 전극 탭(117)의 흔적이 전사될 수 있다. 전극 탭(117)의 흔적이 심하게 남는 경우는 전극(111,113)이 끊어질 수도 있다. 이러한 현상은 전극 조립체의 품질이 심각하게 저하되는 요인이 될 수 있다.
또, 두 부분으로 갈라진 권심바(91)를 구비하는 권심(90)의 형상 특성으로 인하여 권심(90)의 외경을 최소화하는데 한계가 발생할 수 있다. 즉, 젤리롤형 전극(111,113) 조립체의 외경을 최소화 하기 위해서 권심(90)의 직경 또한 작게 제작하여야 하는데, 두 갈래로 갈라진 권심(90)의 직경이 작아지면 권심(90)을 이용하여 적층체(110)를 권취 시 권심(90)이 쉽게 부러질 수 있는 것이다.
이는 권심(90)의 형상이 이미 중심부를 기준으로 두 갈래로 갈라진 형상이기 때문에 권심(90)을 부러뜨리는 외부 힘이 쉽게 권심(90)의 중심부로부터 작용될 수 있기 때문이다.
이러한 이유로 권심(90)의 굵기(크기)(도 2의 D)를 필요한 만큼 작게 하지 못하게 된다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 젤리롤형 전극 조립체 제조 방법을 도시하는 도면이다.
이하에서는 도 4를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 젤리롤형 전극 조립체 제조 방법에 대하여 설명한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 젤리롤형 전극 조립체 제조 방법은 적층체 제조 단계, 전극 탭 부착 단계, 및 권취 단계를 포함한다.
도 4를 참조하면, 전극(211,213) 및 분리막(215)이 교대로 적층된 적층체(210)는 적층체 제조 단계에 의하여 제조되고 준비될 수 있다. 도 4에서 적층체(210)는 양극(211), 분리막(215), 음극(213), 분리막(215)의 순서로 적층되어 있지만, 반드시 이러한 순서에 한정되는 것은 아니다. 적층체(210)는 서로 다른 두 전극 사이에 분리막(215)이 개재된 형태이면 본 발명에서 말하는 적층체(210)의 형태가 될 수 있다. 이때, 전극(211,213)은 양극(211)과 음극(213)일 수 있다.
적층체(210)의 전극에 부착되는 전극 탭(217)은 전극 탭 부착 단계에 의하여 마련될 수 있다. 전극 탭 부착단계에서는 전극 탭(217)을 용접 등의 과정을 거쳐서 전극(211,213) 판 상에 부착할 수 있다. 이때, 전극(211,213)을 권취하기 위해서 상기 전극에 부착되는 전극 탭(217)은 상기 전극의 폭방향으로 부착되는 부분의 길이가 상기 전극의 폭보다 작을 수 있다(도 4 참조).
전극 탭(217)이 부착되는 전극(211,213)은 양극(211) 또는 음극(213)일 수 있다. 도 4에서는 전극 탭(217)이 양극(211)에 부착된 상태를 도시하고 있다.
권취 단계에서는 전극 탭(217)에 적층체(210)를 권취할 수 있다. 즉, 도 4에 도시되는 것처럼 전극에 부착된 전극 탭(217)을 S방향으로 회전시켜서 적층체(210)를 권취할 수 있다. 전극 탭(217)을 중심으로 하여 적층체(210)가 말릴 수 있다. 그에 따라 전극 탭(217)에 적층체(210)가 권취되어 젤리롤형 전극 조립체가 제조될 수 있다.
이러한 방식으로 권심을 사용하지 않고 전극 탭(217)을 이용하여 직접 적층체(210)를 권취하면, 말려지는 전극(211,213)에 전극 탭(217)의 흔적이 남지 않게 된다. 그에 따라 전극(211,213)의 불량이 없고 품질이 우수한 전극 조립체를 제조할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 젤리롤형 전극 조립체 제조 방법에서는 적층체(210)를 마는 전극 탭(217)이 두 갈래로 갈라진 형상을 가지고 있지 않고, 속이 차 있다. 그렇기 때문에 전극 탭(217)의 외경을 필요한 만큼 충분히 최소화 시키더라도 전극 탭(217)이 쉽게 부러지지 않게 된다. 결과적으로 말려지는 전극 조립체의 외경을 필요한 만큼 충분히 작게 할 수 있다.
한편, 전극 탭(217)은 권취 단계에서 적층체(210)와 닿는 부분이 곡면 형상을 가질 수 있다. 곡면 형상을 가지면, 전극 탭(217)에 의하여 적층체(210)에 스크래치가 나는 것이 방지될 수 있다. 특히 전극 탭(217)이 원기둥 형상을 가지는 경우 최적의 효과를 발휘할 수 있다. 즉, 원기둥 형상은 외면이 곡면이라 전극(211,213)에 스크래치가 나지 않을 뿐만 아니라 속이 꽉 차있으므로 작은 외경에도 상대적으로 큰 강도로 적층체(210)를 권취할 수 있다.
원기둥 형상 이외에도 전극 탭(217)은 속이 빈 파이프 형상(미도시)을 가질 수도 있다. 전극 탭(217)의 무게를 조금 더 줄이고 하는 경우에는 파이프 형상이 더 효과적일 수 있다.
이하에서는 앞에서 설명한 본 발명의 일 실시예에 따른 젤리롤형 전극 조립체 제조 방법에 따라 제조된 젤리롤형 전극 조립체에 대해서 설명한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 젤리롤형 전극 조립체 제조 방법에 따라 제조된 젤리롤형 전극 조립체(미도시)는 전극(211,213) 및 분리막(215)이 교대로 적층된 적층체(210), 및 전극(211,213)에 부착된 전극 탭(217)을 포함하고, 이때, 적층체(210)는 전극 탭(217)에 권취된 형태를 가진다.
전극 탭(217)을 회전 중심으로 하여 적층체(210)를 권취한 경우 전극 탭(217)은 말려진 적층체(210)의 중심부에 위치할 수 있다. 그러나 이렇게 전극 탭(217)이 말려진 적층체(210)의 중심부에 위치하는 경우만 있는 것은 아니다. 전극 탭(217)이 말려진 적층체(210)의 중심부에서 벗어난 위치에 있다고 하더라도 적층체(210)가 전극 탭(217)에 권취된 형상이면 본 발명의 젤리롤형 전극 조립체일 수 있다.
전극(211,213)에 스크래치가 나는 것을 방지하기 위해, 말려진 적층체(210)와 닿는 부분에서 전극 탭(217)이 곡면의 형상을 가질 수 있다.
특히, 전극 탭(217)은 원기둥 형상을 가질 수 있는데, 이는 앞서 설명한 것과 같이 최적화된 전극 탭의 형상일 수 있다.
원기둥 형상의 전극 탭(217)은 전극(211,213)에 스크래치를 발생시키지 않을 뿐만 아니라, 작은 외경에도 상대적으로 큰 강도로 적층체(210)를 권취할 수 있다.
무게를 줄이기 위한 경우라면, 역시 전극 탭(217)은 파이프 형상(미도시)을 가질 수도 있다.
이상에서 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
10: 캡
20: 전극 조립체
21: 전극 탭
30: 원통형의 캔
90: 권심
91; 권심바
93: 틈새
110,210: 적층체
111,211: 양극
113,213: 음극
115,215: 분리막
117,217: 전극 탭
D: 권심의 굵기(크기)

Claims (8)

  1. 전극 및 분리막이 교대로 적층된 적층체를 제조하는 적층체 제조 단계;
    상기 전극에 전극 탭을 부착하는 전극 탭 부착 단계; 및
    상기 전극 탭에 상기 적층체를 권취하는 권취 단계;를 포함하고,
    상기 전극을 권취하기 위해서 상기 전극에 부착되는 상기 전극 탭은 상기 전극의 폭방향으로 부착되는 부분의 길이가 상기 전극의 폭보다 작으며,
    상기 전극 탭은 파이프 형상을 가지는 것을 특징으로 하는 젤리롤형 전극 조립체 제조 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 전극 탭은 상기 권취 단계에서 상기 적층체와 닿는 부분이 곡면 형상을 가지는 것을 특징으로 하는 젤리롤형 전극 조립체 제조 방법.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 전극 및 분리막이 교대로 적층된 적층체; 및
    상기 적층체의 전극에 부착된 전극 탭;을 포함하고,
    상기 적층체는 상기 전극 탭에 권취되며,
    상기 전극을 권취하기 위해서 상기 전극에 부착되는 상기 전극 탭은 상기 전극의 폭방향으로 부착되는 부분의 길이가 상기 전극의 폭보다 작고,
    상기 전극 탭은 파이프 형상을 가지는 것을 특징으로 하는 젤리롤형 전극 조립체.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 전극 탭은 말려진 상기 적층체와 닿는 부분이 곡면 형상을 가지는 것을 특징으로 하는 젤리롤형 전극 조립체.
  7. 삭제
  8. 삭제
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