KR101917661B1 - 전기화학적 리튬-이온 배터리의 반자동 제조방법 - Google Patents

전기화학적 리튬-이온 배터리의 반자동 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전기화학적 리튬-이온 배터리의 신규한 반자동 제조 방법에 관한 것으로서, 이 방법에 따르면 전해 격리판의 연속적인 스트립(5)은 수작업에 의해 극성에 따라 번갈아서 적층된 양면 전극들에 자동적으로 권취된다. 본 발명에 따르면, 적층체 내에서 반대인 극성을 가지며 인접해 있는 두 개의 전극들 사이에 수작업으로 절단된 각각의 전해 격리판을 삽입하고 조립할 필요가 없게 된다.

Description

전기화학적 리튬-이온 배터리의 반자동 제조방법{Semi-automatic method for manufacturing an electrochemical Li-ion battery}
본 발명은 적어도 하나의 전극에서 리튬의 삽입(insertion) 또는 삽입해제(deinsertion), 다시 말하면 인터칼레이션-디인터칼레이션(intercalation-deintercalation)의 원리에 따라서 작동하는 리튬 전기화학 발전기(lithium electrochemical generator)의 분야에 관한 것이다.
보다 구체적으로, 본 발명은 전기화학적 리튬-이온 축전지에 관한 것이며, 그러한 축전지를 제작하기 위한 신규한 방법에 관한 것이다.
전기화학적 리튬-이온 축전지를 만들기 위해서 예를 들어 적층체를 적층하거나 또는 권취하는 방법이 공지되어 있다.
상기 적층체는 전기화학 코어(electrochemical core)의 다양한 구성요소들(전극들, 전해 격리판, 집전체들)을 위한 안내부로서 이용되는 조립 장치들의 도움을 받아 완전히 수작업으로 제작되거나, 또는 완전히 자동화된 방법에 의하여 제작되는데, 이것은 복잡하고 고가인 장비를 필요로 한다.
권취는 훨씬 단순한 장비에 의하여 수행될 수 있는바, 이 경우에는 격리판을 권취해제(풀음; unwind)하기 위한 권취해제체, 집전체에 의하여 지지되는 소정 극성을 갖는 전극당 하나의 플레이트(plate), 및 조립체의 권취를 가능하게 하는 만드렐만이 필요하다. 현재 이용되는 이와 같은 방법의 단점은, 지지용 집전체들을 구비한 전극들이 충분히 유연한 것이어야 한다는 점이다. 실제에 있어서, 그들을 권취함에 있어서는 그들이 자연히 어느 정도의 실질적인 곡률 각도(curvature angle)에 따라 접히게 됨을 수반한다. 현재로서는, 전극 재료, 관련된 지지용 집전체, 그들의 기초 중량(base weight), 및 그들의 다공도(porosity)에 따라서, 어떤 전극들은 관련된 소정의 집전체가 구비된 경우에 접혀질 수 없다.
또한 현재까지는, 어떤 전극들은 관련된 소정의 집전체가 구비된 경우에 완전히 수작업에 의한 적층 방법에 의하여만 조립될 수 있다. 이와 같은 완전 수작업식 적층 방법의 단점은, 관련된 개별의 절단 및 적층 단계들에 있어서 전해 격리판의 수작업에 의한 취급을 필요로 한다는 점이다. 현재, 본질적으로, 리튬-이온 축전지들에서 가장 흔히 사용되는 전해 격리판은 통상적으로 1㎛ 내지 50㎛ 정도의 두께를 갖는, 매우 얇고 매우 취성이 높은 재료이다. 또한, 그것의 취급(handling)은 구멍형성(perforation), 그리고 이에 따라 전기화학 코어의 단락(short circuit)의 위험을 수반한다.
나아가, 접혀질 수 없어서 권취되는 전극들은 전체적으로 뒤틀리고(편평도 결함), 적층 단계 중에 다양한 층(stratum)들을 유지하는 것이 어렵다. 마지막으로, 위에 기재된 모든 수작업 단계들에서는 각 구성요소들이 다른 구성요소들에 대하여 위치선정 되어야 하므로 - 즉, 전해 격리판은 양 전극 집전체에 의해 지지되는 양 전극(positive electrode)에 대해 위치선정되어야 하고, 양 전극 집전체는 음 전극(negative electrode)에 대해 위치선정되어야 하며, 이와 같은 상대적인 위치선정은 각 층에 대해 이루어져야 하므로 - 상대적으로 오랜 시간이 소요된다.
전술된 문제점을 해결하기 위한 중간적 해결안은 이미 제안된바, 이것은 적층과 권취의 혼합 방법에 해당된다. 이 해결안은 KR20080036250 특허출원 또는 EP1177591B1 특허에 개시되어 있다. 이 문헌들에 개시된 해결안의 주요 단점은, 전극들을 적층하고 이미 적층된 전극들을 권취한다는 점에 있다. 이것은 필연적으로 예비적인 적층을 위하여, 전해 격리판의 수작업을 필요로 한다. 또한, KR20080036250 특허출원에 개시된 권취 방법은 권취체를 적용하지 않고 완전히 수작업에 의존하는 것으로 보인다.
따라서, 본 발명의 목적은 전술된 문제점들의 전부 또는 일부를 갖지 않는 전기화학적 리튬-이온 축전지를 제조하는 방법을 제안하는 것이다.
다시 말하면, 본 발명의 목적은 완전히 자동화된 권취 방법, 완전히 수작업인 적층에 의한 방법, 또는 KR20080036250 또는 EP1177591B1 에서 제안된 것과 같은 적층 및 권취의 혼합 방법에 의하지 않은, 신규한 전기화학적 리튬-이온 축전지의 제조 방법을 제안하는 것이다.
상기 목적의 달성을 위하여 본 발명에 의한 전기화학적 리튬-이온 축전지의 제조 방법이 제안되는바, 이 전기화학적 리튬-이온 축전지의 제조 방법은:
(a) 복수의 양면 전극(two-sided electrode)들을 제작하는 단계로서, 상기 양면 전극들 각각은 집전체(current collector)를 형성하는 전기도전성 기판(electrically conducting substrate)을 포함하고, 전기도전성 기판의 대향된 양측 면에는 소정 극성의 전극 재료가 지지되며, 상기 복수의 전극들은 두 개의 그룹(group)들로 나뉘어지되 그 중의 일 그룹은 다른 그룹의 전극들과 반대인 극성을 갖는 전극들을 포함하는, 단계;
(a') 일면 전극(one-sided electrode)들을 제작하는 단계로서, 상기 일면 전극들 각각은 집전체를 형성하는 전기도전성 기판을 포함하고, 전기 도전성 기판의 면들 중 일 면에는 소정 극성의 전극 재료가 지지되며, 단일의 전극 재료를 지지하는 두 개의 일면 전극들은 동일한 극성을 갖는, 단계;
(b) 두 개의 평행한 가장자리들을 갖는 만드렐(mandrel)의 일 가장자리에 전해 격리판(electrolytic separator)이 배치하기 위하여, 권취체(winder)로부터 연속적인 스트립(strip) 형태인 전해 격리판을 권취해제(unwinding)하는, 단계;
(c) 상기 연속적인 격리판 스트립이 이미 배치되어 있는 가장자리에 평행한 상기 만드렐의 가장자리에, 상기 그룹들 중 일 그룹의 제1의 양면 전극을 수작업으로 배치시키는, 단계;
(d) 상기 연속적인 격리판 스트립에 의해서 상기 그룹의 제1의 양면 전극과 상기 만드렐이 감싸여지도록 만드렐을 회전시키는, 단계;
(e) 상기 연속적인 격리판 스트립이 배치되어 있는 만드렐의 가장자리에 상기 다른 그룹의 제1의 양면 전극을 수작업으로 배치시키는, 단계;
(f) 상기 연속적인 격리판 스트립에 의해서 상기 다른 그룹의 제1의 양면 전극도 감싸여지도록 단계(c)에서와 같은 방향으로 만드렐을 회전시키는, 단계; 및
(g) 단계(a) 및 단계(a')에 의하여 제작된 다른 전극들 모두에 대해서 단계(c) 및 단계(f)를 반복하여 상기 만드렐에 전극들이 적층되도록 함으로써 적층체가 형성되도록 하고, 상기 일면 전극들 각각이 상기 적층체의 단부들 중 일 단부에 배치되도록 하며, 상기 연속적인 격리판 스트립은 상기 전극들 모두를 감싸고 또한 서로 반대인 극성을 갖는 두 개의 인접한 전극들을 분리시키도록 배치되는, 단계;을 포함한다.
다시 말하면, 본 발명은 최종 적층체의 전극들 모두를 수작업으로 배치시키되, 연속적인 전해 격리판 스트립에 의한 자동적인 권취를 수행하는 것으로 이루어지는바, 예전처럼 구성요소들의 일부분과 개별의 격리판들이 수작업으로 적층되지 않는다.
달리 표현하면, 본 발명은 동일한 극성을 갖는 양면 전극들에 연속적인 스트립 형태의 격리판을 자동적으로 권취하는 것으로서, 양면 전극들 각각과 마지막의 일면 전극 각각은 수작업으로 배치되어 적층체를 형성한다.
"자동"이라 함은, 적층이 모터의 구동에 의하여 수행되거나 또는 예를 들어 손으로 크랭크(crank)를 구동함으로써 수행되되 반드시 권취체를 거쳐서 수행되는 경우를 일컫는다.
따라서, 연속적인 스트립의 형태를 갖는 격리판이 상기 스트립의 자동 권취를 가능하게 하는 권취체 상에 초기에 권취되기 때문에, 상기 격리판의 수작업에 의한 조작이 필요하지 않다. 본 발명에 이용되는 양면 전극들 및 일면 전극들은 미리 절단되어 있을 수 있고, 이들은 본 발명에 따라서 수작업에 의해 적층되기 때문에, 재료 및/또는 기초 중량 및/또는 다공도때문에 권취가 허용되지 않는 전극들을 이용하는 것이 가능하다.
나아가, 권취체를 이용함으로써, 구성요소들의 배치에 정확성이 유지되고 또한 목표로 하는 리튬-이온 축전지의 조립이 신속하게 유지될 수 있다.
단계(f)가 수행된 후에 만드렐로부터 상기 적층체를 후퇴시키는 단계가 수행되고, 그 다음에 서로 반대인 극성을 가지며 인접한 두 개의 전극들을 개별적으로 분리하도록 그리고 상기 일면 전극 상에 있는 스트립 부분만이 남도록, 상기 전극들의 주변부에서 상기 연속적인 격리판 스트립을 절단하는 단계가 수행된다.
본 발명의 유리한 대안예에 따르면, 권취해제를 위한 각각의 단계(b)는, 슬리터-리와인더(slitter-rewinder)의 출력부에 있고 미리 스트립 형태로 절단된 연속적인 스트립이 권취되어 있는 권취체로부터 수행된다.
유리하게는, 권취해제를 위한 각각의 단계(b)는, 1㎛ 내지 50㎛의 두께를 갖는 연속적인 격리판 스트립(5)에 대해서 0.5N 내지 3N 사이의 인장력을 유지함에 의하여 수행된다. 이 값들에 의하면, 상기 스트립은 격리판에 구멍이 형성될 위험없이 항상 인장된 상태로 유지된다.
본 발명의 유리한 실시예에 따르면:
단계(a) 및 단계(a')는 각각의 집전체의 일부분이 전극 재료들을 지지하는 부위로부터 돌출되어 탭(tab)을 형성하게끔 수행되고;
단계(c) 및 단계(g)는 상기 탭들이 상기 격리판의 권취 방향에 대해 실질적으로 직각인 평면에 배치되게끔 수행되며;
단계(g)가 수행된 후, 동일한 극성을 갖는 전극들의 집전체들의 탭들 모두와 그보다 더 큰 두께를 갖는 탭을 함께 접합 및 용접하여, 상기 더 큰 두께를 갖는 두 개의 탭들이 리튬-이온 축전지의 폴(pole)들을 형성하도록 하는 단계(h)가 수행된다.
본 발명에 따른 축전지를 완성하기 위하여, 단계(h)가 수행된 후, 서로 반대인 극성을 가지며 인접한 두 개의 전극들을 개별적으로 분리시키는 상기 전해 격리판 스트립의 부분들을 구비한 상기 전극들의 적층체는 누설방지 패키지(leak-proof package)로 감싸여지되, 상기 폴들은 상기 패키지를 횡단하도록 배치된다.
또한 본 발명은 위에서 정의된 방법에 따라서 얻어진 리튬-이온 축전지에 관한 것이기도 한바, 여기에서 음의 극성을 갖는 전극들 모두는 그래파이트(graphite)를 기초로 하여 제작되고, 양의 극성을 갖는 전극들 모두는 LiFePO4를 기초로 하여 제작된다.
대안예에 따르면, 상기 두 개의 폴들은 상기 패키지의 동일한 측부로부터 각각 돌출되도록 배치된다.
대안적인 변형예에 따르면, 상기 두 개의 폴들은 상기 패키지의 상이한 측부들로부터 각각 돌출되도록 배치된다.
본 발명에 따른 축전지의 패키지는 유연성 유형 또는 견고한 유형의 패키지일 수 있다.
본 발명의 다른 장점 및 특징들은 하기의 도면들을 참조로 하여 비제한적인 예로서 제시되는 하기의 상세한 설명으로부터 잘 이해될 것이다.
도 1a 내지 도 1c 에는 본 발명에 따른 리튬-이온 축전지의 제조 방법에서 이용되는 일면 전극 또는 양면 전극을 제작하기 위한 다양한 단계들이 도시되어 있고,
도 2a 내지 도 2c 에는 본 발명에 따른 리튬-이온 축전지의 제조 방법의 다양한 단계들이 정면도로서 도시되어 있고,
도 3 에는 본 발명에 따른 제작 방법의 단계들이 수행되고 만드릴에 제거된 후의 리튬-이온 축전지의 정면도가 도시되어 있고,
도 4 에는 도 3 의 리튬-이온 축전지의 측면도가 도시되어 있고,
도 5a 및 도 5b 에는, 폴(pole)들에 대한 전기 연결을 위한 단계가 수행되고 나서 패키지의 제작 전에, 도 4 에 도시된 축전지의 평면도 및 측면도가 각각 도시되어 있고,
도 6a 및 도 6b 에는 도 5a 및 도 5b 에 대한 대안적인 전기 연결의 모습들이 패키지의 제작 전과 후의 모습으로 평면도로서 도시되어 있다.
본 설명에서, 집전체들은 명확성을 위해 모두 동일한 참조번호 1 로 표시되는바, 이 집전체들은 당연히 양 전극과 음 전극에 대해 상이할 수 있다.
도 2a 내지 도 2c 에서, 곡선형의 화살표는 만드렐의 회전 방향을 지시한다.
또한, 양 전극들 모두는 동일한 참조 번호 20 을, 그리고 음 전극들 모두는 동일한 참조 번호 21 으로 지시한다.
동일한 극성을 갖는 전극들 모두는 동일한 재료로 제작되고, 동일한 기초 중량(basis weight) 및 동일한 다공도를 갖는 것으로 상정한다. 본 발명에 따른 리튬-이온 축전지를 제작하기 위하여, 본 발명의 범위 내에서 동일한 극성을 갖는 수작업으로 적층된 전극들에 상이한 재료 및/또는 기초 중량 및/또는 다공도가 사용될 수 있다.
바람직하게는, 본 발명에 따른 축전지를 제작하기 위하여,
- 10㎛ 내지 40㎛의 두께와 100mm 내지 600mm의 폭을 갖는 알루미늄으로 된 집전체(1)의 일면 또는 양면에 코팅되고, 5mAh/cm2 정도의 표면 용량(surface capacity)을 갖는 LiFePO4 을 기초 재료로 삼는 양 전극(20)들; 및
- 10㎛ 내지 40㎛의 두께와 100mm 내지 600mm의 폭을 갖는 구리로 된 집전체(1)의 일면 또는 양면에 코팅되고, 5.5mAh/cm2 정도의 표면 용량을 갖는 그래파이트를 기초 재료로 삼는 음 전극(21)들;을 이용할 수 있다.
먼저, 일면 전극들(3M-, 3M-) 또는 양면 전극들(3B-, 3B+)을 제작하기 위하여, 다음과 같은 방식으로 진행하는 것이 바람직할 수 있다. 집전체(1)를 형성하는 기판의 면들 중 하나 또는 양 면들에, 집전체의 폭보다 작은 폭에 걸쳐 양 또는 음의 전극 재료를 기초로 한 잉크를 코팅한다. 주변의 프레임(10)을 코팅하지 않은 채 남겨둠으로써, 집전체(1)의 중앙에 배치된 전극(2)이 얻어진다.
다음, 얻어진 지지체(1, 2)(도 1b)는 두 개로 잘려지고, 집전체(1)의 탭(10L)은 주변부를 향하여 연장된 채로 두면서 전극(3)들을 개별적으로 절단한다 (도 1b). 이로써 얻어진 전극(3)들은 본 발명에 따른 방법에 따라서 조립될 수 있다.
엄밀하게 말해서는 조립 작업 전에, 전해 격리판은 적어도 그 폭이 모두가 동일한 폭을 갖는 전극(3)들에 대응되는 폭을 갖도록 슬릿터(slitter)에 의하여 절단된다. 이로써 다수의 연속적인 전해 격리판 스트립들이 얻어지며, 그 절단된 연속적인 스트립(5) 각각은 슬릿터의 출력부에서 핀(pin)에 권취되는데, 그 핀은 나중에 권취체의 입력부에 설치될 수 있다.
다시 말하면, 전해 격리판을 위한 이러한 절단 및 권취 단계들 모두는 동일한 슬리터-리와인더(slitter-rewinder)에서 자동적으로 수행될 수 있다.
첫 단계에서 상기 연속적인 전해 격리판 스트립(5)은 슬리터-리와인더(6)로부터 권취해제되고(=풀려지고), 기계의 만드렐(4)의 평행한 두 가장자리들 중 하나의 가장자리(40)에 배치된다.
전술된 바와 같이 얻어진 제1의 양의 양면 전극(30B+)은, 연속적인 격리판 스트립(5)이 배치되어 있는 만드렐의 가장자리(40)에 평행하게 만드렐의 가장자리(41)에 수작업으로 배치된다. 그 다음에 만드렐(4)의 회전이 수행되면, 만드렐(4)과 제1의 양의 양면 전극(30B+) 둘 다가 인장력이 인가된 상태에서 감겨진다(도 2a).
언제나 동일한 방향으로 수행되는 만드렐(4)의 회전이 180°만큼 수행된 다음, 전술된 바에 따라 얻어진 제1의 음의 양면 전극(30B-)이 수작업으로 배치되는데, 이 때 연속적인 격리판 스트립(5)의 일부분은 이미 만드렐(4)의 가장자리(40) 상에 배치된 상태이다(도 2b).
이와 같은 자동식 권취 단계는 항상 동일한 방향으로 이루어지는 만드렐의 180° 회전시마다 반복되는데, 이 때 격리판(5)은 인장력인 인가된 상태로 유지되며, 양의 양면 전극(30B+)과 음의 양면 전극(31B-)이 서로 번갈아 배치되도록 수작업으로 적층되고, 그 적층의 끝에서는 음의 일면 전극들(3M-, 3M-)이 적층된다. 이로써 격리판(5)으로 감싸여진 전극(3)들의 완전한 적층체가 얻어지는데, 상기 격리판은 만드렐(4)의 일 측에 있는 전극들(30B+, 31B-; 31B-, 32B+; 32B+, 3M-)과 만드렐(4)의 타 측에 있는 전극들(30B-, 31B+; 31B+, 3M-) 등, 반대의 극성을 갖는 두 인접한 전극들을 개별적으로 분리시킨다(도 2c).
그 다음, 격리판 스트립(5)이 권취체(6)의 출력부에서 절단되고, 이로써 얻어진 적층체는 만드렐(4)로부터 꺼내어진다(도 3).
실제에서, 격리판은 임의의 수단, 예를 들어 단순한 접착제에 의하여 제1의 전극의 집전체 탭에 고정된다. 이와 같은 방식으로, 격리판은 제 위치에 유지되고 만드렐로부터의 꺼냄 또는 분리 중에 인장력이 인가되는 상태가 유지된다.
그 다음, 격리판(5)이 각 전극의 주변부에서 절단되어, 반대의 극성을 갖는 전극들 사이에 개별적으로 삽입되거나 적층체의 끝에 있는 일면 전극(3M-)들 위에 있는 전해 격리판의 부분(50)들만이 남게 된다(도 4). 이와 같은 절단 단계는, 적합한 절단 수단, 예를 들어 스칼펠(scalpel), 길로틴(guillotine)에 의하여 수행될 수 있다.
격리판의 재료로서는, 폴리비닐리덴 플루오라이드(polyvinylidene fluoride; PVDF), 폴리프로필렌(polypropylene; PP), 또는 폴리에틸렌(polyethylene; PE)이 사용될 수 있다. 전극들 간의 이온 전달을 보장하는 전해질(electrolyte)은 액체일 수 있는바, 예를 들면 카보네이트, 또는 농축물 전위(concentrate potentials)에서 안정적이고 (예를 들면 LiPF6 와 같은) 리튬염(lithium salt)의 분해를 허용하는 다른 임의의 화합물을 기초로 한 액체일 수 있다.
도 4 에 잘 도시되어 있는 바와 같이, 초기에 전극들의 슬릿터에 의한 절단 단계 중에 생성된 집전체의 탭(10L)들은, 개별적으로 적층체의 측부들 중 하나로 연장되어 격리판(5)의 적층체로부터 벗어난 채 남겨져 있다. 도 4 에서, 양 전극(30B+,　31B+,　32B+)의 집전체들의 탭(10L+)들 모두는, 음 전극(30B-, 31B-+, 3M-, 3M-)의 집전체들의 탭(10L-)들이 연장되어 있는 가장자리의 반대측 가장자리에서 연장되어 있다.
그 다음, 동일한 극성을 갖는 탭들(10L+)(10L-)은 통상적으로 50㎛ 내지 1mm 의 두께를 갖는 상대적으로 더 두꺼운 탭(7+)(7-)에 부가하여 서로 모아진다. 그 후, 동일한 극성을 갖는 탭들(10L-, 7-)(10L+, 7+)은 서로 용접(welding)된다(도 5a 및 도 5b). 이 용접은 초음파 용접, 전기 용접, 또는 레이저 용접에 의하여 수행될 수 있다. 두꺼운 탭들(7+, 7-)은 본 발명에 따른 리튬-이온 축전지의 출력 전기 연결부 또는 폴(pole)을 형성한다.
본 발명에 따른 축전지의 폴들(7+, 7-)의 다른 대안적인 실시예가 도 6a 에 도시되어 있는바, 이 경우에 그 폴들은 본 발명에 따른 축전지의 동일한 가장자리 측으로 연장된다.
이로써 얻어진 리튬-이온 축전지는 통상적으로 유연성 유형 또는 견고한 유형의 패키지 안에 패키징(packaging)되고 밀봉될 수 있는데, 이 때 탭들(7+, 7-)만이 그 패키지(8) 밖으로 돌출되어 폴들을 형성한다(도 6b).
위에서 설명된 발명은 유리하게도, 재료 및/또는 기초 중량 및/또는 다공도로 인하여 소정의 곡률로 접힐 수 없는 전극들을 가지고서도, 전해 격리판들의 취급(예를 들어, 절단, 조립)을 수작업으로 할 필요없이, 리튬-이온 축전지를 조립할 수 있는 가능성을 제공한다. 또한, 본 발명에 따른 방법에 의하여, 연속적인 스트립 형태를 갖는 전해 격리판이 전극들을 감싸기 위해서 권취해제되는 중에 항상 인장 상태로 유지될 수 있는바, 이것은 다양한 구성요소들이 우수한 결합(cohesion)에 의하여 소형으로 적층됨을 보장한다.
본 발명의 범위를 벗어나지 않는 범위 내에서 다른 실시예들을 구현하는 것도 가능하다. 예를 들어, 만일 예시된 리튬-이온 축전지가 세 개의 양의 양면 전극들, 두 개의 음의 양면 전극들, 및 두 개의 음의 일면 전극들을 포함한다면, 전체적으로는 동일한 구성을 가지되 세 개의 음의 양면 전극들, 두 개의 양의 양면 전극들, 및 두 개의 양의 일면 전극들을 포함하는 축전지를 제작하는 것도 당연히 고려할 수 있다. 또한, 본 발명에 의하여, 상이한 용량, 전압, 및 에너지 특성을 갖는 다른 축전지를 고려하는 것도 가능하다.

Claims (10)

  1. 전기화학적 리튬-이온 축전지(lithium-ion electrochemical accumulator)의 제조 방법에 있어서,
    (a) 복수의 양면 전극(two-sided electrode)들을 제작하는 단계로서, 상기 양면 전극들 각각은 집전체(current collector)를 형성하는 전기도전성 기판(electrically conducting substrate)을 포함하고, 전기도전성 기판의 대향된 양측 면에는 소정 극성의 전극 재료가 지지되며, 상기 복수의 전극들은 두 개의 그룹(group)들로 나뉘어지되 그 중의 일 그룹은 다른 그룹의 전극들과 반대인 극성을 갖는 전극들을 포함하는, 단계;
    (a') 일면 전극(one-sided electrode)들을 제작하는 단계로서, 상기 일면 전극들 각각은 집전체를 형성하는 전기도전성 기판을 포함하고, 전기 도전성 기판의 면들 중 일 면에는 소정 극성의 전극 재료가 지지되며, 단일의 전극 재료를 지지하는 두 개의 일면 전극들은 동일한 극성을 갖는, 단계;
    (b) 두 개의 평행한 가장자리들을 갖는 만드렐(mandrel)의 일 가장자리에 전해 격리판(electrolytic separator)을 배치하기 위하여, 권취체(winder)로부터 연속적인 스트립(strip) 형태인 전해 격리판을 권취해제(unwinding)하는, 단계;
    (c) 상기 연속적인 격리판 스트립이 이미 배치되어 있는 가장자리에 대해 평행한 상기 만드렐의 가장자리에, 상기 그룹들 중 일 그룹의 제1의 양면 전극을 수작업으로 배치시키는, 단계;
    (d) 상기 연속적인 격리판 스트립에 의해서 상기 그룹의 제1의 양면 전극과 상기 만드렐이 감싸여지도록 만드렐을 회전시키는, 단계;
    (e) 상기 연속적인 격리판 스트립이 배치되어 있는 만드렐의 가장자리에 상기 다른 그룹의 제1의 양면 전극을 수작업으로 배치시키는, 단계;
    (f) 상기 연속적인 격리판 스트립에 의해서 상기 다른 그룹의 제1의 양면 전극도 감싸여지도록 단계(c)에서와 같은 방향으로 만드렐을 회전시키는, 단계; 및
    (g) 단계(a) 및 단계(a')에 의하여 제작된 다른 전극들 모두에 대해서 단계(c) 및 단계(f)를 반복하여 상기 만드렐에 전극들이 적층되도록 함으로써 적층체가 형성되도록 하고, 상기 일면 전극들 각각이 상기 적층체의 단부들 중 일 단부에 배치되도록 하며, 상기 연속적인 격리판 스트립은 상기 전극들 모두를 감싸고 또한 서로 반대인 극성을 갖는 두 개의 인접한 전극들을 분리시키도록 배치되는, 단계;를 포함하는, 전기화학적 리튬-이온 축전지의 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    단계(f)가 수행된 후에 만드렐로부터 상기 적층체를 분리하는 단계가 수행되고, 그 다음에 서로 반대인 극성을 가지며 인접한 두 개의 전극들을 개별적으로 분리하도록 그리고 상기 일면 전극 상에 있는 스트립 부분만이 남도록, 상기 전극들의 주변부에서 상기 연속적인 격리판 스트립을 절단하는 단계가 수행되는, 리튬-이온 축전지의 제조 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    권취해제를 위한 각각의 단계(b)는, 슬리터-리와인더(slitter-rewinder)의 출력부에 있고 미리 스트립 형태로 절단된 연속적인 스트립이 권취되어 있는 권취체로부터 수행되는, 리튬-이온 축전지의 제조 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    권취해제를 위한 각각의 단계(b)는, 1㎛ 내지 50㎛의 두께를 갖는 연속적인 격리판 스트립(5)에 대해서 0.5N 내지 3N 사이의 인장력을 유지하면서 수행되는, 리튬-이온 축전지의 제조 방법.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    단계(a) 및 단계(a')는 각각의 집전체의 일부분이 전극 재료들을 지지하는 부위로부터 돌출되어 탭(tab)을 형성하게끔 수행되고,
    단계(c) 및 단계(g)는 상기 탭들이 상기 격리판의 권취 방향에 대해 실질적으로 직각인 평면에 배치되게끔 수행되며,
    단계(g)가 수행된 후, 동일한 극성을 갖는 전극들의 집전체들의 탭들 모두와 그보다 더 큰 두께를 갖는 탭을 함께 접합 및 용접하여, 상기 더 큰 두께를 갖는 두 개의 탭들이 리튬-이온 축전지의 폴(pole)들을 형성하도록 하는 단계(h)가 수행되는, 리튬-이온 축전지의 제조 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    단계(h)가 수행된 후, 서로 반대인 극성을 가지며 인접한 두 개의 전극들을 개별적으로 분리시키는 상기 전해 격리판 스트립의 부분들을 구비한 상기 전극들의 적층체는 누설방지 패키지(leak-proof package) 내에 감싸여지되, 상기 폴들은 상기 패키지를 횡단하는, 리튬-이온 축전지의 제조 방법.
  7. 제6항의 리튬-이온 축전지의 제조 방법에 따라 제작된 리튬-이온 축전지로서,
    음의 극성을 갖는 전극들 모두는 그래파이트(graphite)를 기초로 하여 제작되고, 양의 극성을 갖는 전극들 모두는 LiFePO4를 기초로 하여 제작된, 리튬-이온 축전지.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 두 개의 폴들은 상기 패키지의 동일한 측부로부터 돌출되도록 배치된, 리튬-이온 축전지.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 두 개의 폴들은 상기 패키지의 상이한 측부들로부터 각각 돌출되도록 배치된, 리튬-이온 축전지.
  10. 삭제
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Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB201704295D0 (en) 2017-03-17 2017-05-03 Dyson Technology Ltd Energy storage device
GB201704293D0 (en) * 2017-03-17 2017-05-03 Dyson Technology Ltd Energy storage device
GB201704294D0 (en) * 2017-03-17 2017-05-03 Dyson Technology Ltd Energy storage device
GB201704292D0 (en) 2017-03-17 2017-05-03 Dyson Technology Ltd Energy storage device
KR102255535B1 (ko) * 2017-08-23 2021-05-25 주식회사 엘지에너지솔루션 전극 조립체 제조방법 및 전극 조립체용 와인더
WO2019108017A1 (ko) 2017-12-01 2019-06-06 주식회사 엘지화학 전극 및 전극조립체
KR102278998B1 (ko) 2017-12-26 2021-07-20 주식회사 엘지에너지솔루션 이차전지의 제조시스템 및 제조방법
JP2021170465A (ja) * 2020-04-15 2021-10-28 株式会社日立製作所 リチウムイオン二次電池

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2010087123A1 (ja) 2009-01-28 2010-08-05 株式会社村田製作所 電池とその製造方法

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5498489A (en) 1995-04-14 1996-03-12 Dasgupta; Sankar Rechargeable non-aqueous lithium battery having stacked electrochemical cells
GB9821225D0 (en) 1998-10-01 1998-11-25 Shetland Seafood Specialities Method
KR100515572B1 (ko) 2000-02-08 2005-09-20 주식회사 엘지화학 중첩 전기화학 셀 및 그의 제조 방법
WO2004097971A1 (en) * 2003-04-25 2004-11-11 Enerland Co. Ltd. Stacked lithium secondary battery and its fabrication
KR100933427B1 (ko) 2005-08-16 2009-12-23 주식회사 엘지화학 교차분리막으로 이루어진 전기화학소자
KR101123059B1 (ko) 2006-10-23 2012-03-15 주식회사 엘지화학 혼합형 스택 및 폴딩형 전극조립체와 이를 포함하고 있는이차전지
KR100966024B1 (ko) 2007-04-24 2010-06-24 주식회사 엘지화학 이종의 세퍼레이터를 구비한 전기화학소자
WO2011026087A2 (en) * 2009-08-31 2011-03-03 Porous Power Technologies, Llc Battery manufacturing using laminated assemblies
US8709637B2 (en) * 2009-11-02 2014-04-29 Samsung Sdi Co., Ltd. Electrode assembly with centrally wound separator member

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2010087123A1 (ja) 2009-01-28 2010-08-05 株式会社村田製作所 電池とその製造方法

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