KR102045258B1 - 이차전지의 제작방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전극 조립체가 권취되어 고정되도록 하는 이차전지의 제작방법에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 음극, 분리막, 양극이 적층된 전극 조립체를 권취하는 권취 단계, 권취된 상기 전극 조립체의 단부에 접착제를 도포하는 접착제 도포 단계 및 상기 접착제가 도포된 상기 전극 조립체의 단부를 권취된 상기 전극 조립체의 외주면에 부착하는 고정 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

이차전지의 제작방법{MANUFACTURING METHOD FOR SECONDARY BATTERY}

본 발명은 이차전지의 제작방법에 관한 것으로서, 보다 자세하게는 전극 조립체가 권취되어 고정되도록 하는 이차전지의 제작방법에 관한 것이다.

최근에는 셀룰라 폰, 노트북 컴퓨터, 캠코더 등의 콤팩트하고 경량화된 전기 및 전자 장치들이 활발하게 개발 및 생산되고 있다.

이러한 휴대용 전기 및 전자 장치들은 별도의 전원이 구비되지 않은 장소에서도 작동될 수 있도록 전지 팩을 내장하고 있다.

내장된 전지 팩은 휴대용 전기 및 전자 장치를 일정기간 동안 구동시키기 위해 일정 레벨의 전압을 출력시킬 수 있도록 내부에 적어도 하나의 전지를 구비하고 있다.

전지 팩은 경제적인 측면을 고려하여 충방전이 가능한 이차전지를 채용하는 추세이다.

이차전지에는 대표적으로, 니켈-카드뮴(Ni-Cd) 전지와 니켈-수소(Ni-MH)전지 및 리튬(Li) 전지와 리튬 이온(Li-ion) 전지 등의 리튬 이차 전지 등이 있다.

특히, 리튬 이차전지는 작동 전압이 3.6V로서, 휴대용 전자 장비 전원으로 많이 사용되고 있는 니켈-카드뮴 전지나, 니켈-수소 전지보다 3배나 높고, 단위 중량당 에너지 밀도가 높다는 측면에서 급속도로 신장되고 있는 추세이다.

이러한 리튬 이차전지는 주로 양극 활물질로 리튬계 산화물, 음극 활물질로는 탄소재를 사용하고 있다. 일반적으로는, 전해액의 종류에 따라 액체 전해질 전지와, 고분자 전해질 전지로 분류되며, 액체 전해질을 사용하는 전지를 리튬 이온 전지라 하고, 고분자 전해질을 사용하는 전지를 리튬 폴리머 전지라고 한다. 또한, 리튬 이차전지는 여러 가지 형상으로 제조되고 있는데, 대표적인 형상으로는 원통형과, 각형과, 파우치형을 들 수 있다.

통상적으로, 소형의 전자 기기의 전원으로 이용되고 있는 리튬 이차전지는 양극 활물질이 코팅된 양극 전극판, 음극 활물질이 코팅된 음극 전극판 및 상기 양극 전극판과 음극 전극판 사이에 위치되어 쇼트를 방지하고 리튬 이온(Li-ion)의 이동만을 가능하게 하는 세퍼레이터가 권취된 전극 조립체와, 상기 전극 조립체를 수용하는 리튬 이차전지용 케이스와, 상기 리튬 이차전지용 케이스 내측에 주입되어 리튬 이온의 이동을 가능하게 하는 전해액 등으로 이루어져 있다.

이러한 리튬 이차전지는 상기 양극 활물질이 코팅되며 양극 탭이 연결된 양극 전극판, 음극 활물질이 코팅되며, 음극 탭이 연결된 음극 전극판 및 세퍼레이터를 적층한 후, 이를 권취하여 젤리-롤(Jelly-roll) 형으로 전극 조립체를 제조한다.

그런 다음, 상기 전극 조립체를 상기 리튬 이차전지용 케이스에 수용하여 상기 전극 조립체가 이탈하지 않도록 한 후, 상기 리튬 이차전지용 케이스에 전해액을 주입한 후, 밀봉하여 리튬 이차 전지를 완성한다.

이때, 전극 조립체는 젤리롤의 외면을 감싸도록 고정 테이프를 부착한 후, 고정 테이프가 부착된 전극 젤리롤을 압착하여 형성된다.

대한민국공개특허공보 제10-2010-0124196호에는 종래의 이차전지 및 그 이차전지의 제조 방법이 공지되어 있다.

하지만, 종래의 기술은 고정 테이프가 젤리 롤 길이의 2/3 정도 부착되어야 젤리 롤을 충분히 고정시킬 수 있기 때문에 이차전지의 원가를 증가시키는 문제점이 있다.

또한, 고정 테이프에 의해 이차전지의 부피가 증가하는 문제점이 있다.

따라서 본 발명은 위와 같은 문제점들을 해소하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 과제는 젤리 롤형 전극 조립체를 접착제에 의해 고정할 수 있는 이차전지의 제작방법을 제공하는 것이다.

본 발명에 따른 이차전지의 제작방법은 음극, 분리막, 양극이 적층된 전극 조립체를 권취하는 권취 단계, 권취된 상기 전극 조립체의 단부에 접착제를 도포하는 접착제 도포 단계 및 상기 접착제가 도포된 상기 전극 조립체의 단부를 권취된 상기 전극 조립체의 외주면에 부착하는 고정 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 분사 단계에서는 접착제를 도포함과 동시에 상기 접착제가 도포된 부분의 음극, 분리막, 양극을 적층된 상태로 고정할 수 있다.

본 발명에 따르면, 젤리 롤 형 전극 조립체의 단부를 접착제로 부착하여 이차전지의 원가를 절감하는 효과가 있다.

본 발명에 따르면, 젤리 롤 형 전극 조립체의 단부를 접착제로 부착하여 이차전지의 부피를 최소화하는 효과가 있다.

본 발명에 따르면, 전극 조립체의 단부에 접착제를 분사하여 도포함에 따라 제작을 쉽고 빠르게 하는 장점이 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지의 제작방법을 순차적으로 도시한 흐름도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따라 원통형 전극 조립체의 단부를 전개하여 단부에 접착제가 도포된 것을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지의 제작방법에 의해 제작된 원통형 이차전지를 도시한 사시도이다.
도 4는 도 3의 분해 사시도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차전지의 제작방법에 의해 제작된 각형 이차전지를 도시한 사시도이다.
도 6은 도 5의 내부에 내장되는 전극 조립체의 단부를 전개하여 단부에 접착제가 도포된 것을 개략적으로 도시한 도면이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 설명한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는바, 특정 실시예들이 도면에 예시되고 관련된 상세한 설명이 본 명세서에 기재되어 있다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경 및/또는 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 도면의 설명과 관련하여, 유사한 구성요소에 대해서는 유사한 참조 부호가 사용되었다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지의 제작방법을 순차적으로 도시한 흐름도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따라 원통형 전극 조립체의 단부를 전개하여 단부에 접착제가 도포된 것을 개략적으로 도시한 도면이다.

도 1 내지 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지의 제작방법은 권취 단계(S1), 접착제 도포 단계(S2) 및 고정 단계(S3)를 포함한다.

상기 권취 단계(S1)는 음극, 분리막, 양극이 적층된 전극 조립체(10)를 권취하는 단계이다.

전극 조립체(10)는 양극 활물질이 양면에 코팅된 양극, 음극 활물질이 양면에 코팅된 음극, 양극 및 음극 사이에 위치하여 양극과 음극의 쇼트(short)를 방지하고 리튬 이온의 이동만 가능하게 하는 분리막으로 이루어진다.

양극 활물질로는 칼코게나이드(chalcogenide) 화합물이 사용되고 있으며, 그 예로 LiCoO₂, LiMn₂O₄, LiNiO₂, LiNi₁-xCoxO₂(0<x<1), LiMnO₂ 등의 복합 금속 산화물들이 사용되고 있다.

음극 활물질은 탄소(C) 계열 물질, 규소(Si), 주석(Sn), 틴 옥사이드, 틴 합금 복합체(compositetin alloys), 전이 금속 산화물, 리튬 금속 나이트라이드 또는 리튬 금속 산화물 등이 사용되고 있다.

또한, 일반적으로 양극은 알루미늄(Al) 재질, 음극은 구리(Cu) 재질을 사용하며, 분리막은 예를 들어, 폴리에틸렌(PE), 폴리스틸렌(PS), 폴리프로필렌(PP) 및 폴리에틸렌(PE)과 폴리프로필렌(PP)의 공중합체(co-polymer)로 이루어지는 군에서 선택되는 어느 하나의 기재에 폴리비닐리덴 플로우라이드-헥사플로로프로필렌 공중합체(PVDF-HFP co-polymer)를 코팅함으로써 제조될 수 있지만, 본 발명에서 위의 소재를 한정하는 것은 아니다.

상기 접착제 도포 단계(S2)는 권취된 상기 전극 조립체(10)의 단부에 접착제(30)를 도포하는 단계이다.

원통형 또는 각형 이차전지는 일정한 크기의 캔(can) 또는 파우치(pouch) 안에 양극과 분리막과 음극을 권취하는 젤리 롤(jelly roll)을 내장한다.

그리고 젤리 롤은 권취된 양극과 분리막과 음극이 풀어지지 않도록 단부를 고정해야 한다.

따라서 본 발명에서는 전극 조립체(10)의 단부에 접착제(30)를 도포함과 동시에 접착제(30)가 도포된 부분의 음극, 분리막, 양극이 접착제에 의해 적층된 상태로 권취되어 고정되게 한다.

한편, 본 발명은 전극 조립체(10)의 단부에 접착제(30)를 스프레이(spray) 방식으로 분사하여 도포할 수 있다.

종래에는 일반적으로 전극 조립체의 단부에 접착 테이프를 부착하여 양극과 분리막과 음극이 권취된 상태로 고정되도록 고정하였지만, 이러한 접착 테이프를 사용하는 방식은 전극 조립체 전체 크기의 2/3 정도를 차지하도록 접착 테이프를 전극 조립체에 부착해야 하기 때문에 전극 조립체의 부피(외경)을 증가시키고 이차전지의 생산 원가를 증가시켰다.

하지만, 본 발명은 전극 조립체(10)의 단부에 접착제(30)를 스프레이 방식으로 분사하기 때문에 전극 조립체(10)의 외경 증가를 극소화하고 원가를 절감하는 효과가 있다.

즉, 테이프를 이용한 종래 기술과 대비하여 본원 발명에서와 같이 스프레이 방식으로 제작되는 전극 조립체(10)는 상대적으로 작은 직경을 가질 수 있으므로, 보다 콤팩트(compact)한 사이즈의 전극 조립체를 제작할 수 있을 뿐만 아니라, 단위 부피당 전기 용량이 큰 전극 조립체를 제작할 수 있다.

또한, 접착제(30)를 전극 조립체(10)의 단부에 스프레이 방식으로 분사하여 제작하기 때문에 전극 조립체의 제작 공정 중에 접착제를 스프레이 방식으로 분사하는 장치를 추가 배치하는 것만으로 전극 조립체(10)의 제작을 쉽고 빠르게 할 수 있다.

여기서 접착제를 스프레이 방식으로 분사하는 장치는 일반적으로 사용하고 있는 장치임으로 상세한 설명은 생략한다.

상기 고정 단계(S3)는 상기 접착제 도포 단계(S2)에서 접착제(30)가 도포된 전극 조립체(10)의 단부를 권취된 전극 조립체(10)의 외주면에 압착하여 접착제(30)에 의해 부착되게 하는 단계이다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지의 제작방법에 의해 제작된 원통형 이차전지를 도시한 사시도이고, 도 4는 도 3의 분해 사시도이다.

도 3 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 원통형 이차전지(1)의 경우 전극 조립체(10)가 대략 원형으로 권취되어 원통형 캔부재(20)에 수납된다.

캔부재(20)은 일반적으로 알루미늄(Al), 철(Fe) 또는 이들의 합금 소재로 형성되나, 본 발명에서는 캔부재(20)의 소재를 상술한 소재로 한정하는 것은 아니다.

도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차전지의 제작방법에 의해 제작된 각형 이차전지를 도시한 사시도이고, 도 6은 도 5의 내부에 내장되는 전극 조립체의 단부를 전개하여 단부에 접착제가 도포된 것을 개략적으로 도시한 도면이다.

도 5 내지 도 6에 도시된 바와 같이, 각형 이차전지(1a)의 경우 전극 조립체(10a)가 대략 타원형으로 권취되어 각형 캔부재 또는 파우치(20a)에 수납된다.

상술한 바와 같이 본원 발명에 따른 이차전지의 제작방법은 원통형 이차전지(1) 또는 각형 이차전지(1a)에 모두 적용되며 이외에 전극 조립체가 적층되게 권취되는 구조라면 그 형상에 한정되지 않는다.

상술한 바와 같은 본 발명에 따르면, 충전 또는 방전 과정과 함께 가압지그로 이차전지를 가압하여 요구되는 소정 형상의 이차전지를 제작할 수 있게 하는 효과가 있다.

본 발명에 따르면, 충전 또는 방전 과정과 함께 가압하여 이차전지를 성형하기 때문에 전극 조립체의 활물질이 경화되어 이차전지의 강도를 높이는 효과가 있다.

이상과 같이 본 발명에 따른 이차전지의 제작방법을 예시된 도면을 참고하여 설명하였으나, 본 발명은 이상에서 설명된 실시예와 도면에 의해 한정되지 않으며, 특허청구범위 내에서 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자들에 의해 다양한 수정 및 변형이 가능하다.

1: 이차전지
10: 전극 조립체
20: 캔부재
30: 접착제

Claims (2)

1. 음극, 분리막, 양극이 적층된 전극 조립체를 권취하는 권취 단계(S1);
   권취된 상기 전극 조립체의 단부에 접착제를 스프레이 방식으로 분사하는 접착제 분사 단계(S2); 및
   상기 접착제가 도포된 상기 전극 조립체의 단부를 권취된 상기 전극 조립체의 외주면에 부착하는 고정 단계(S3); 를 포함하며,
   상기 접착제 분사 단계(S2)에서는 상기 접착제가 분사된 부분에서 음극, 분리막, 양극이 적층된 상태로 고정되도록 분사가 이뤄지고,
   상기 고정 단계(S3)에서는 상기 접착제가 분사된 전극 조립체의 단부에서 음극, 분리막, 양극이 풀어지지 않고 고정된 상태로 상기 전극 조립체의 외주면에 압착되어 부착이 이뤄지는 것을 특징으로 하는 이차전지의 제작 방법.
2. 삭제

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