KR102083296B1 - Method of Preparing Battery Cell Comprising Electrode Having Hole - Google Patents

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Abstract

본 발명은 하나 이상의 양극판과 하나 이상의 음극판이 분리막과 접합되어 있는 구조의 단위셀 둘 이상이 분리시트 또는 분리막이 개재되어 있는 상태로 전극조립체를 포함하는 전지셀을 제조하는 방법에 있어서, (a) 집전체의 일면 또는 양면에 전극 활물질을 도포하여 양극판 및 음극판을 제조하는 과정, 양극판 및 음극판에서, 전극 활물질이 도포되어 있지 않은 집전체 외주변의 무지부를 노칭(notching)하여 전극 탭을 형성하면서, 전극 활물질이 도포되어 있는 코팅부에 활물질 코팅층과 집전체를 관통하는 하나 이상의 관통 홀을 각각 천공하는 과정, 및 관통 홀이 서로 연통되도록 하는 위치에서 양극판과 음극판을 분리막에 접합하여 단위셀을 제조하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 전지셀 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of manufacturing a battery cell including an electrode assembly in which at least two unit cells having a structure in which at least one positive electrode plate and at least one negative electrode plate are bonded to a separator are provided with a separator sheet or a separator (a) In the process of manufacturing the positive electrode plate and the negative electrode plate by applying the electrode active material on one or both sides of the current collector, in the positive electrode plate and the negative electrode plate, while notching the uncoated portion of the outer periphery of the current collector is not coated (electrode active material) to form an electrode tab, Manufacturing a unit cell by perforating the active material coating layer and at least one through hole through the current collector to the coating part coated with the electrode active material, and bonding the positive electrode plate and the negative electrode plate to the separator at a position where the through holes communicate with each other; It relates to a battery cell manufacturing method comprising the process.

Description

천공된 전극을 포함하고 있는 전지셀 제조방법 {Method of Preparing Battery Cell Comprising Electrode Having Hole}Battery cell manufacturing method including a perforated electrode {Method of Preparing Battery Cell Comprising Electrode Having Hole}

본 발명은 천공된 전극을 포함하고 있는 전지셀 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a battery cell manufacturing method comprising a perforated electrode.

화석연료 사용의 급격한 증가로 인하여 대체 에너지나 청정에너지의 사용에 대한 요구가 증가하고 있으며, 그 일환으로 가장 활발하게 연구되고 있는 분야가 전기화학을 이용한 발전, 축전 분야이다.Due to the rapid increase in the use of fossil fuels, the demand for the use of alternative energy or clean energy is increasing. As a part of this, the most actively researched fields are power generation and storage using electrochemistry.

현재 이러한 전기화학적 에너지를 이용하는 전기화학 소자의 대표적인 예로 이차전지를 들 수 있으며, 점점 더 그 사용 영역이 확대되고 있는 추세이다.A representative example of an electrochemical device using such electrochemical energy is a secondary battery, and its use area is gradually increasing.

최근에는 휴대용 컴퓨터, 휴대용 전화기, 카메라 등의 휴대용 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서 이차전지의 수요가 급격히 증가하고 있고, 그러한 이차전지 중 높은 충방전 특성과 수명특성을 나타내고 친환경적인 리튬 이차전지에 대해 많은 연구가 행해져 왔고, 또한 상용화되어 널리 사용되고 있다.Recently, as the development and demand of portable devices such as portable computers, portable telephones, cameras, and the like, the demand for secondary batteries is increasing rapidly. Among them, high charge / discharge characteristics and lifetime characteristics are shown. Many researches have been conducted on lithium secondary batteries, which are commercially available and widely used.

이차전지는 양극, 음극 및 분리막으로 이루어진 전극조립체가 어떠한 구조로 이루어져 있는지에 따라 분류되기도 하는 바, 대표적으로는, 긴 시트형의 양극들과 음극들을 분리막이 개재된 상태에서 권취한 구조의 젤리-롤(권취형) 전극조립체, 소정 크기의 단위로 절취한 다수의 양극과 음극들을 분리막을 개재한 상태로 순차적으로 적층한 스택형(적층형) 전극조립체, 소정 단위의 양극과 음극들을 분리막을 개재한 상태로 적층한 바이셀(Bi-cell) 또는 풀셀(Full cell)들을 권취한 구조의 스택/폴딩형 전극조립체 등을 들 수 있다. 특히, 최근에는 스택형 또는 스택/폴딩형 전극조립체를 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치형 전지케이스에 내장한 구조의 파우치형 전지가, 낮은 제조비, 작은 중량, 용이한 형태 변형 등을 이유로, 많은 관심을 모으고 있고 또한 그것의 사용량이 점차적으로 증가하고 있다.Secondary batteries are classified according to the structure of the electrode assembly consisting of a positive electrode, a negative electrode, and a separator, typically, a jelly-roll having a structure in which long sheets of positive electrode and negative electrode are wound with a separator interposed therebetween. (Winding type) electrode assembly, a plurality of stacked and laminated electrode assemblies, in which a plurality of positive and negative electrodes cut in a predetermined size unit are sequentially stacked through a separator, and a positive and negative electrodes of a predetermined unit are interposed through a separator And a stacked / folding electrode assembly having a structure in which bi-cell or full cells are stacked. In particular, a pouch-type battery having a structure in which a stack type or a stack / fold type electrode assembly is incorporated in a pouch type battery case of an aluminum laminate sheet has attracted much attention due to its low manufacturing cost, small weight, and easy shape deformation. And its usage is gradually increasing.

그러나, 이차전지의 경우, 전극조립체가 전해액과 함께 전지케이스에 내장됨으로써, 상기 전해액에 충분히 함침 및 습윤(wetting)되어 전기적 성능을 발휘하는 바, 상기 전해액에 대한 함침 시, 전극조립체의 크기 및 적층 구조 등의 영향으로 인해, 전극조립체의 중앙 부위를 비롯한 전면적에 걸쳐 균일한 습윤이 어려워지고, 이에 따라, 충, 방전 싸이클이 진행될 때 전극의 전면적에 걸친 균일한 전극 반응이 어려운 문제점이 있다.However, in the case of the secondary battery, the electrode assembly is embedded in the battery case together with the electrolyte solution, so that the electrolyte solution is sufficiently impregnated and wetted to exhibit electrical performance. Due to the influence of the structure, uniform wetting over the entire area including the central portion of the electrode assembly is difficult, and thus, there is a problem that the uniform electrode reaction over the entire area of the electrode is difficult when the charging and discharging cycles proceed.

한편, 단위셀의 제조 시 전극과 분리막을 밀착시키는 경우, 전극과 분리막 사이에 가스가 트랩되어 셀 내부에 미 충전 영역 생기는 문제로 전지의 성능이 저하되는 문제가 발생되며, 나아가 셀의 두께가 불균일해 지고, 전극이 탈리되는 문제가 발생하여 셀의 외관 불량 및 전지 안전성이 떨어지는 문제가 발생된다.On the other hand, when the electrode and the separator are in close contact with each other during the manufacturing of the unit cell, gas is trapped between the electrode and the separator to cause an uncharged region inside the cell, thereby degrading the performance of the battery, resulting in uneven thickness of the cell. Then, the problem of detachment of the electrode occurs, resulting in a problem of poor appearance of the cell and poor battery safety.

이러한 문제점을 해결하기 위해 최근에는 전극조립체에 관통 홀을 형성하여 관통 홀을 통한 전해액 함침을 유도하는 기술이 제안되었다.In order to solve this problem, a technique for inducing an electrolyte impregnation through the through hole has been recently proposed by forming a through hole in the electrode assembly.

그러나, 상기 관통 홀을 형성하기 위해서는 별도의 관통 홀 형성 공정이 요구되는 바, 제조 공정이 번잡해져 생산 수율이 떨어지는 문제가 있고, 관통 홀 형성 공정을 수행하기 위한 별도의 장비를 구비해야 함에 따른 생산 비용 증가 문제가 있다.However, in order to form the through-holes, a separate through-hole forming process is required. As a result, the manufacturing process is complicated, resulting in a low production yield, and production according to a separate equipment for performing the through-hole forming process. There is a problem of increased cost.

따라서, 이러한 문제점을 근본적으로 해결할 수 있는 기술에 대한 필요성이 높은 실정이다.Therefore, there is a high need for a technology that can fundamentally solve these problems.

본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.The present invention aims to solve the problems of the prior art as described above and the technical problems that have been requested from the past.

본 출원의 발명자들은 심도 있는 연구와 다양한 실험을 거듭한 끝에, 이후 설명하는 바와 같이, 전지셀 제조 시 전극 판을 노칭하여 전극 탭을 형성하는 과정에서 전극 활물질이 도포되어 있는 코팅부에 활물질 코팅층과 집전체를 관통하는 하나 이상의 관통 홀을 형성하는 경우, 이차전지의 전해액 함침성 및 전지 내부 가스트랩 문제를 개선하면서도 제조 공정의 간소화 및 생산 비용을 절감할 수 있음을 확인하고, 본 발명을 완성하기에 이르렀다.After repeated studies and various experiments, the inventors of the present application, as will be described later, the active material coating layer and the coating portion on which the electrode active material is applied in the process of forming the electrode tab by notching the electrode plate during battery cell manufacturing In the case of forming one or more through-holes penetrating the current collector, it can be confirmed that it is possible to simplify the manufacturing process and reduce the production cost, while improving the electrolyte impregnability and the internal battery trap problem of the secondary battery. Reached.

따라서, 본 발명에 따른 전지셀 제조방법은, 하나 이상의 양극판과 하나 이상의 음극판이 분리막과 접합되어 있는 구조의 단위셀들이 둘 이상이 분리시트 또는 분리막이 개재되어 있는 상태의 전극조립체를 포함하는 전지셀을 제조하는 방법에 있어서, Therefore, the battery cell manufacturing method according to the present invention, the unit cell of the structure in which at least one positive electrode plate and at least one negative electrode plate is bonded to the separator, the battery cell comprising an electrode assembly in a state in which at least two separator sheets or separators are interposed. In the method for producing

(a) 집전체의 일면 또는 양면에 전극 활물질을 도포하여 양극판 및 음극판을 제조하는 과정;(a) applying a electrode active material to one or both surfaces of a current collector to manufacture a positive electrode plate and a negative electrode plate;

(b) 양극판 및 음극판에서, 전극 활물질이 도포되어 있지 않은 집전체 외주변의 무지부를 노칭(notching)하여 전극 탭을 형성하면서, 전극 활물질이 도포되어 있는 코팅부에 활물질 코팅층과 집전체를 관통하는 하나 이상의 관통 홀을 각각 천공하는 과정;(b) In the positive electrode plate and the negative electrode plate, through the active material coating layer and the current collector to the coating portion on which the electrode active material is applied while forming electrode tabs by notching the uncoated portion of the outer periphery of the current collector to which the electrode active material is not coated. Drilling each of the one or more through holes;

(c) 관통 홀이 서로 연통되도록 하는 위치에서 양극판과 음극판을 분리막에 접합하여 단위셀을 제조하는 과정;(c) manufacturing a unit cell by bonding the positive electrode plate and the negative electrode plate to the separator at a position such that the through holes communicate with each other;

을 포함하는 것을 특징으로 한다.Characterized in that it comprises a.

종래 전극조립체 또는 전극에 관통 홀을 형성하기 위해서는 별도의 천공 장비에 의해 천공 공정을 수행해야 하는 것이 일반적이었다. 이 경우, 활물질층이 형성된 전극을 천공 장치로 이동시킨 후에 천공 공정을 수행해야 하는 번거로움이 존재하고, 제조 공정 상의 시간적, 비용적 손실이 발생하게 된다.In order to form the through-holes in the electrode assembly or the conventional electrode, it was common to perform the drilling process by a separate drilling equipment. In this case, after moving the electrode on which the active material layer is formed to the punching device, there is a hassle to perform the punching process, and time and cost loss in the manufacturing process occurs.

그러나, 본 발명은 전지셀 제조 시 전극 판에 전극 탭을 형성하는 노칭(Notching) 공정을 수행하는 단계에서 전극 활물질이 도포되어 있는 코팅부에 코팅층과 집전체를 관통하는 관통 홀을 형성함으로써, 전극조립체에 관통 홀을 형성하는 제조방법 상의 문제점들을 개선할 수 있다.However, the present invention, by forming a through hole penetrating the coating layer and the current collector in the coating portion is coated with the electrode active material in the step of performing a notching process for forming an electrode tab on the electrode plate when manufacturing the battery cell, Problems in the manufacturing method of forming the through holes in the assembly can be improved.

일반적으로, 단위 전극의 적층 구조를 포함하는 전극조립체의 제조 공정은, 양극과 음극 합제를 제조하는 공정, 양극 집전체와 음극 집전체에 각각의 합제를 도포하여 양극 및 음극으로 이루어진 시트 형태의 전극들을 각각 제조하는 공정, 전극 상에 전극 탭을 형성하는 공정, 전극들을 프레싱(Pressing)하는 공정, 전극들을 소망하는 크기로 소폭 절단(Slitting)하여 전극을 제조 하는 공정, 진공 건조 공정, 제조된 전극인 양극, 음극 및 분리막 구성된 전극조립체를 형성하는 공정 등을 포함한다.In general, the manufacturing process of the electrode assembly including a laminated structure of the unit electrode, a process for producing a positive electrode and a negative electrode mixture, the electrode in the form of a sheet consisting of a positive electrode and a negative electrode by applying the respective mixture to the positive electrode collector and the negative electrode collector Manufacturing the electrodes, forming the electrode tabs on the electrodes, pressing the electrodes, pressing the electrodes to a desired size, and forming the electrodes by narrowing the desired size, vacuum drying process, manufactured electrode Forming an electrode assembly composed of a phosphorus anode, a cathode, and a separator;

이 중, 전극 탭을 형성하는 공정에서, 전극에서 단부 부근에 설정된 탭 예정 부위를 따라 절삭이 가능한 장치로 가공하는 공정을 노칭 공정이라 한다. 구체적으로, 상하로 운동 가능한 캐비티로 전극을 절삭하도록 구성되어 있고, 구체적으로 캐비티 내부에 탭 예정 부위를 제외한 부위만을 가압 및 절삭하도록 특정 형태의 노칭 패턴(notching pattern)이 형성되어 있으며 캐비티가 하강할 때, 노칭 패턴에 따라 전극의 단부 일부만을 절삭하는 장치를 이용하여 노칭 공정을 수행하며, 절삭 이후 전극의 단부에서 돌출된 형태로 잔존하는 부위가 전극 탭으로 사용된다.Among these, in the process of forming an electrode tab, the process of processing with the apparatus which can cut along the tab planned part set in the electrode near the edge part is called a notching process. Specifically, it is configured to cut the electrode into a cavity that can move up and down, and specifically, a notching pattern of a specific form is formed in the cavity to press and cut only a portion except a tab scheduled portion, and the cavity may be lowered. At this time, the notching process is performed using a device that cuts only a portion of the end portion of the electrode according to the notching pattern, and a portion remaining in the form protruding from the end portion of the electrode after cutting is used as the electrode tab.

도 1에는 종래의 노칭 공정에서의 노칭 패턴을 나타낸 평면도가 도시되어 있다.1 is a plan view showing a notching pattern in a conventional notching process.

도 1을 참조하면, 전극 판의 전극 활물질이 도포되어 있지 않은 집전체(100) 외주변의 무지부에 전극 탭을 형성하기 위해 노칭이 수행되는 부위가 도시되어 있다. 캐비티가 하강할 때, 탭 예정 부위를 제외한 부위(20)에 압력이 가해져 절삭됨으로써 전극 탭이 형성된다. Referring to FIG. 1, a portion where notching is performed to form an electrode tab in a non-constant portion of the outer periphery of the current collector 100 to which the electrode active material of the electrode plate is not coated is illustrated. When the cavity descends, pressure is applied to the portion 20 except for the tab scheduled portion to form an electrode tab.

본 발명의 노칭 장치는 캐비티 내부에 탭 예정 부위를 제외한 부위(20)뿐만 아니라, 전극판 내부에 형성되는 관통 홀의 예정 위치에 가압 및 절삭하도록 노칭 패턴이 형성되어 있다. 캐비티가 하강할 때, 노칭 패턴에 따라 전극활물질이 도포되어 있지 않은 집전체 외주변의 무지부에서 전극 탭 부위를 제외한 부분이 절삭되는 동시에 전극 활물질이 도포되어 있는 코팅부에 활물질 코팅층과 집전체에 관통 홀이 형성된다.In the notching device of the present invention, notching patterns are formed to press and cut not only the portion 20 except the tab scheduled portion in the cavity but also a predetermined position of the through hole formed in the electrode plate. When the cavity is lowered, a portion other than the electrode tab portion is cut from the uncoated portion of the outer periphery of the current collector to which the electrode active material is not applied according to the notching pattern, and the active material coating layer and the current collector are applied to the coating portion on which the electrode active material is applied. Through holes are formed.

상기 관통 홀은 개수는 문제되지 않으나, 하나의 구체적인 예에서, 양극판과 음극판은 평면상으로 활물질 코팅층의 중앙에 천공된 제 1 관통 홀을 포함할 수 있다. 또한, 상기 제 1 관통 홀과 함께, 평면상으로 제 1 관통 홀을 중심으로 대칭 위치에 둘 이상의 제 2 관통 홀들을 포함할 수 있다. 여기서, 전극판이 각각 둘 이상의 관통 홀들을 포함하는 경우, 평면상으로 상기 관통 홀들의 총 면적은 활물질 코팅층의 총 면적에 대해 0.1 내지 1% 인 것일 수 있다. The number of the through holes is not a problem, but in one specific example, the positive electrode plate and the negative electrode plate may include a first through hole drilled in the center of the active material coating layer on a plane. In addition, together with the first through hole, two or more second through holes may be included in a symmetrical position with respect to the first through hole in a plane. Here, when the electrode plate each includes two or more through holes, the total area of the through holes in the plane may be 0.1 to 1% relative to the total area of the active material coating layer.

다만, 양극판과 음극판의 관통 홀의 개수는 상호 동일하며, 양극판과 음극판은 관통 홀이 서로 연통되도록 분리막에 접합하여 단위셀을 구성한다. 양극판의 관통 홀과 음극판의 관통 홀이 서로 연통되는 위치에서 접합되는 경우에 전해액의 함침성이 좋고, 동일한 노칭 장치를 이용하여 양극판 및 음극판에 관통 홀을 형성할 수 있어, 제조 비용 및 제조 공정 상 유리한 점이 있다. However, the number of through holes of the positive electrode plate and the negative electrode plate is the same, and the positive electrode plate and the negative electrode plate are joined to the separator so that the through holes communicate with each other to form a unit cell. In the case where the through hole of the positive electrode plate and the through hole of the negative electrode plate are joined at a position in communication with each other, the electrolyte impregnation property is good, and through holes can be formed in the positive electrode plate and the negative electrode plate using the same notching device, and thus, in terms of manufacturing cost and manufacturing process There is an advantage.

본 발명에 따라 제조된 전지셀의 단위셀들은 관통 홀을 포함한 전극판을 관통 홀을 포함하지 않는 분리막에 접합시킨 단위셀로서, 관통 홀 형성부위에서 양극 및 음극들이 직접 접촉을 방지함으로써, 전지셀의 내부 단락 및 이에 따른 화재를 예방할 수 있다. 한편, 상기 단위셀은 양측 외곽에 위치하는 극판들이 동일한 극성을 가진 극판들로 이루어진 바이셀이거나, 양측 외곽에 위치하는 극판들이 반대 극성을 가진 극판들로 이루어진 풀셀일 수 있다.The unit cells of the battery cell manufactured according to the present invention are unit cells in which an electrode plate including a through hole is bonded to a separator not including a through hole, and the positive and negative electrodes prevent direct contact at the through hole forming portion, thereby Internal short circuits and consequent fires can be prevented. On the other hand, the unit cell may be a bicell consisting of pole plates having the same polarity of the pole plates located on both outer sides, or may be a full cell of the pole plates located on both outer sides of the pole plates having the opposite polarity.

상기 관통 홀은 형상은 특별히 제한되지 않으나, 평면상으로 원형, 타원형 또는 다각형 형상 등을 가질 수 있다. 관통 홀의 연통 위치에 분리막이 개재되므로 양극판의 관통 홀과 음극판의 관통 홀은 반드시 동일한 형상을 가져야 하는 것은 아니나, 서로 동일한 형상을 가지는 경우에는 전해액의 유동이 원활하므로 바람직할 수 있다. The through hole is not particularly limited in shape, but may have a circular, elliptical or polygonal shape in plan view. Since the separation membrane is interposed at the communication hole of the through-hole, the through-hole of the positive electrode plate and the through-hole of the negative electrode plate do not necessarily have the same shape, but in the case of having the same shape, the flow of the electrolyte may be preferable.

한편, 전극판의 관통 홀의 크기는 양극판의 관통 홀의 크기가 음극판의 관통 홀의 크기보다 상대적으로 큰 것일 수 있다. 구체적으로는 평면상으로 상기 양극판 관통 홀의 면적은 음극판 관통 홀의 면적에 대해 101% 내지 200% 크기일 수 있고, 바람직하게는 105% 내지 150%의 크기일 수 있다. On the other hand, the size of the through hole of the electrode plate may be that the size of the through hole of the positive electrode plate is relatively larger than the size of the through hole of the negative electrode plate. Specifically, the area of the positive electrode plate through hole may be 101% to 200% of the size of the negative electrode plate through hole, and preferably 105% to 150% of the area of the negative plate through hole.

본 발명의 양극판의 관통 홀의 크기가 음극판의 관통 홀의 크기보다 크므로, 서로 관통되는 위치에 위치시키는 경우에 평면상으로 상기 양극판 관통 홀의 내주변은 음극판 관통 홀의 내주변과 겹치지 않으면서 음극판 관통 홀의 내주변의 외측에 위치하는 것이 바람직하다. 각 관통 홀 사이에 분리막이 개재되어 있으나, 전지의 외부 충격 등의 문제로 관통 홀 부분의 분리막이 찢어지는 경우에 양극판과 음극판이 접촉하여 화재가 발생하는 것을 방지하는 등의 전지 안전성을 재차 확보하기 위함이다. 구체적으로는, 평면상으로 상기 음극판 관통 홀의 중심은 양극판 관통 홀의 중심과 동일 축 상에 위치하는 것일 수 있다.Since the through hole of the positive electrode plate of the present invention is larger than the size of the through hole of the negative electrode plate, the inner periphery of the positive electrode plate through hole in the plane does not overlap with the inner periphery of the negative plate through hole when placed in a position where they penetrate each other. It is preferable to be located outside of the periphery. Although a separator is interposed between the through holes, when the separator of the through hole is torn due to a problem such as external impact of the battery, the positive electrode and the negative electrode contact each other to prevent the occurrence of fire. For sake. Specifically, the center of the cathode plate through hole may be located on the same axis as the center of the anode plate through hole in plan view.

한편, 양극판 관통 홀과 음극판 관통 홀의 위치는 전극판 내에서 반드시 대칭적인 위치에 존재할 필요는 없다. 양 극판 내 관통 홀이 서로 연통되는 위치에 존재한다면 전극 내의 관통 홀이 반드시 대칭적인 위치에 형성된 것이 아니라도 무방하다.On the other hand, the positions of the positive electrode plate through hole and the negative electrode plate through hole do not necessarily need to exist at symmetrical positions in the electrode plate. If the through-holes in the positive electrode plate are present in communication with each other, the through-holes in the electrode may not necessarily be formed in symmetrical positions.

구체적으로, 본 발명의 전지셀에 포함되는 전극조립체는 복수의 단위셀들이 분리시트에 의해 권취되어 있는 구조의 스택/폴딩형 전극조립체일 수 있고, 또 다른 구체적인 예에서 복수의 단위셀들이 분리막이 개재된 상태로 적층되어 있는 구조의 라미네이션/스택형 전극조립체일 수 있다. Specifically, the electrode assembly included in the battery cell of the present invention may be a stack / foldable electrode assembly having a structure in which a plurality of unit cells are wound by a separating sheet, and in another specific example, the plurality of unit cells may include a separator. It may be a lamination / stack type electrode assembly having a structure laminated in an interposed state.

상기 단위셀은 양극/음극 집전체에 양극/음극 활물질을 도포하여 코팅부를 형성한 뒤, 노칭 장치를 통해 전극 탭 및 전극 판에 관통 홀이 형성된 양극판과 음극판을 제조하고, 상기 양극판 및 음극판을 관통 홀을 포함하지 않는 분리막에 접합하여 제조된다. 상기 분리막의 종류는 제한되지 않으나 유/무기 복합 다공성의 SRS(Safety-Reinforcing Separators) 분리막일 수 있다.The unit cell is formed by coating a cathode / cathode active material on a cathode / cathode current collector to form a coating part, and then manufacturing a cathode plate and a cathode plate having through holes formed in the electrode tab and the electrode plate through a notching device, and penetrating the anode plate and the cathode plate. It is prepared by bonding to a separator that does not contain holes. The type of the separator is not limited, but may be a safety-reinforcing separator (SRS) separator of an organic / inorganic hybrid porous material.

본 발명에 따르면, 음극 활물질로서는 리튬 이차전지에 일반적으로 사용되는 음극 활물질을 제한 없이 사용할 수 있으며, 예를 들어, 난흑연화 탄소, 흑연계 탄소 등의 탄소계 물질; LixFe2O3(0≤x≤1), LixWO2(0≤x≤1), SnxMe1-xMe'yOz (Me: Mn, Fe, Pb, Ge; Me': Al, B, P, Si, 주기율표의 1족, 2족, 3족 원소, 할로겐; 0<x≤1; 1≤y≤3; 1≤z≤8) 등의 금속 복합 산화물; 리튬 금속; 리튬 합금; 규소계 합금; 주석계 합금; SnO, SnO2, PbO, PbO2, Pb2O3, Pb3O4, Sb2O3, Sb2O4, Sb2O5, GeO, GeO2, Bi2O3, Bi2O4, 및 Bi2O5 등의 금속 산화물; 폴리아세틸렌 등의 도전성 고분자; Li-Co-Ni 계 재료 등을 사용할 수 있다.According to the present invention, as the negative electrode active material, a negative electrode active material generally used in a lithium secondary battery can be used without limitation, and examples thereof include carbon-based materials such as non-graphitizable carbon and graphite carbon; Li x Fe 2 O 3 (0 ≦ x ≦ 1), Li x WO 2 (0 ≦ x ≦ 1), Sn x Me 1-x Me ' y O z (Me: Mn, Fe, Pb, Ge; Me' Metal complex oxides such as Al, B, P, Si, Group 1, Group 2, Group 3 elements of the periodic table, halogen, 0 <x ≦ 1; 1 ≦ y ≦ 3; 1 ≦ z ≦ 8); Lithium metal; Lithium alloys; Silicon-based alloys; Tin-based alloys; SnO, SnO 2 , PbO, PbO 2 , Pb 2 O 3 , Pb 3 O 4 , Sb 2 O 3 , Sb 2 O 4 , Sb 2 O 5 , GeO, GeO 2 , Bi 2 O 3 , Bi 2 O 4 , And metal oxides such as Bi 2 O 5 ; Conductive polymers such as polyacetylene; Li-Co-Ni-based materials and the like can be used.

다만, 모든 음극 활물질이 동일한 효과를 나타내는 것은 아니며, 상기 음극 활물질들 중, 탄소계 물질인 경우 가장 우수한 효과를 나타낼 수 있다. 상세하게는, 상기 탄소계 물질은 흑연계 탄소, 코크스계 탄소, 소프트 카본 및 하드 카본으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상일 수 있다.However, not all negative electrode active materials exhibit the same effect, and among the negative electrode active materials, the carbon-based material may exhibit the best effect. Specifically, the carbonaceous material may be at least one selected from the group consisting of graphite carbon, coke carbon, soft carbon and hard carbon.

이러한 천연 흑연은 인편상 천연 흑연 원재료를 분쇄, 조립하여 구형 형태로 제조할 수 있으며, 이렇게 제조된 구형 천연 흑연은, 비표면적이 최소화되므로 활물질 표면에서의 전해질 분해반응이 감소될 수 있다. 따라서, 상기 구형 조립화된 천연 흑연을 인편상 형태의 천연 흑연과 혼합하여 사용할 경우 전극의 충진밀도가 증가하고, 에너지 밀도가 향상될 수 있다.Such natural graphite may be prepared in a spherical form by pulverizing and assembling a raw natural graphite raw material, and the spherical natural graphite prepared as described above may reduce the electrolyte decomposition reaction on the surface of the active material because the specific surface area is minimized. Therefore, when the spherical granulated natural graphite is mixed with the natural graphite in the scaly form, the packing density of the electrode may be increased, and the energy density may be improved.

더욱 상세하게는, 상기 음극 활물질은 천연 흑연, 인조 흑연, 또는 천연 흑연 및 인조 흑연일 수 있다.More specifically, the negative active material may be natural graphite, artificial graphite, or natural graphite and artificial graphite.

본 발명에 따르면, 양극 활물질은, 예를 들어, 리튬 코발트 산화물(LiCoO2), 리튬 니켈 산화물(LiNiO2) 등의 층상 화합물이나 1 또는 그 이상의 전이금속으로 치환된 화합물; 화학식 Li1+xMn2-xO4 (여기서, x 는 0 ~ 0.33 임), LiMnO3, LiMn2O3, LiMnO2 등의 리튬 망간 산화물; 리튬 동 산화물(Li2CuO2); LiV3O8, LiV3O4, V2O5, Cu2V2O7 등의 바나듐 산화물; 화학식 LiNi1-xMxO2 (여기서, M = Co, Mn, Al, Cu, Fe, Mg, B 또는 Ga 이고, x = 0.01 ~ 0.3 임)으로 표현되는 Ni 사이트형 리튬 니켈 산화물; 화학식 LiMn2-xMxO2 (여기서, M = Co, Ni, Fe, Cr, Zn 또는 Ta 이고, x = 0.01 ~ 0.1 임) 또는 Li2Mn3MO8 (여기서, M = Fe, Co, Ni, Cu 또는 Zn 임)으로 표현되는 리튬 망간 복합 산화물; 화학식의 Li 일부가 알칼리토금속 이온으로 치환된 LiMn2O4; 디설파이드 화합물; Fe2(MoO4)3 등을 들 수 있지만, 이들만으로 한정되는 것은 아니다.According to the present invention, the positive electrode active material may be, for example, a layered compound such as lithium cobalt oxide (LiCoO 2 ), lithium nickel oxide (LiNiO 2 ), or a compound substituted with one or more transition metals; Lithium manganese oxides such as Li 1 + x Mn 2-x O 4 (where x is 0 to 0.33), LiMnO 3 , LiMn 2 O 3 , LiMnO 2, and the like; Lithium copper oxide (Li 2 CuO 2 ); Vanadium oxides such as LiV 3 O 8 , LiV 3 O 4 , V 2 O 5 , Cu 2 V 2 O 7, and the like; Ni-site-type lithium nickel oxide represented by the formula LiNi 1-x M x O 2 , wherein M = Co, Mn, Al, Cu, Fe, Mg, B, or Ga, and x = 0.01 to 0.3; Formula LiMn 2-x M x O 2 , wherein M = Co, Ni, Fe, Cr, Zn or Ta, and x = 0.01 to 0.1, or Li 2 Mn 3 MO 8 , where M = Fe, Co, Lithium manganese composite oxide represented by Ni, Cu or Zn); LiMn 2 O 4 in which a part of Li in the formula is substituted with alkaline earth metal ions; Disulfide compounds; Fe 2 (MoO 4 ) 3 and the like, but are not limited to these.

본 발명은 또한, 본 발명의 전지셀 제조방법에 따라 제조된 전지셀을 하나 이상 포함하는 디바이스를 제공한다. 상기 디바이스는 구체적으로, 휴대폰, 태블릿 컴퓨터, 노트북 컴퓨터, 파워 툴, 웨어러블 전자기기, 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 플러그-인 하이브리드 전기자동차, 및 전력저장 장치로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나인 것일 수 있다.The present invention also provides a device including at least one battery cell manufactured according to the battery cell manufacturing method of the present invention. Specifically, the device may be any one selected from the group consisting of a mobile phone, a tablet computer, a notebook computer, a power tool, a wearable electronic device, an electric vehicle, a hybrid electric vehicle, a plug-in hybrid electric vehicle, and a power storage device. have.

이러한 디바이스의 구조 및 제작 방법은 당업계에 공지되어 있으므로, 본 명세서에서는 그에 대한 자세한 설명을 생략한다.Since the structure and fabrication method of such a device are known in the art, detailed description thereof will be omitted herein.

상기에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 전지셀 제조방법은 전지셀 제조 시, 전극 탭을 형성하는 노칭 공정에서 전극판에 관통 홀을 형성함으로써, 전극조립체의 전해액 함침성을 증가시키고, 관통 홀 형성을 위해 별도의 공정을 거치지 않고 종래 전지셀 제조방법을 이용하므로 전지셀 제조 공정이 간이화하고, 제조 비용이 절감할 수 있다.As described above, in the battery cell manufacturing method according to the present invention, through-holes are formed in the electrode plate in the notching process of forming the electrode tabs during battery cell manufacturing, thereby increasing the electrolyte solution impregnation of the electrode assembly and forming the through-holes. In order to use a conventional battery cell manufacturing method without going through a separate process for simplifying the battery cell manufacturing process, the manufacturing cost can be reduced.

또한, 양극판과 음극판의 관통 홀이 연통하는 부분에 분리막이 개재되어 양극 및 음극의 접촉을 방지되고, 전극과 분리막 사이에 가스가 트랩되는 것이 방지되어 전지셀의 안전성 및 전지 외관 불량율이 개선될 수 있다.In addition, a separator is interposed in a portion where the through-holes of the positive electrode plate and the negative electrode plate communicate with each other to prevent contact between the positive electrode and the negative electrode, and gas is prevented from being trapped between the electrode and the separator, thereby improving battery cell safety and defective battery appearance. have.

도 1은 종래의 전극 노칭에 대한 모식도이다;
도 2는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 관통 홀을 형성하는 노칭을 나타낸 평면도이다;
도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 관통 홀을 형성하는 노칭을 나타낸 모식도이다;
도 4는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전극조립체를 이루는 단위셀의 적층 구조를 개략적으로 나타낸 모식도이다;
도 5는 도 4의 O-O'를 따라 절단한 단위셀의 적층 구조를 개략적으로 나타낸 수직 단면도이다.1 is a schematic diagram of a conventional electrode notching;
2 is a plan view illustrating notching to form a through hole in accordance with one embodiment of the present invention;
3 is a schematic diagram showing notching for forming a through hole according to another embodiment of the present invention;
4 is a schematic diagram schematically showing a stacked structure of a unit cell constituting an electrode assembly according to an embodiment of the present invention;
FIG. 5 is a vertical cross-sectional view schematically illustrating a stacked structure of unit cells cut along O-O ′ of FIG. 4.

이하에서는, 본 발명의 실시예에 따른 도면을 참조하여 설명하지만, 이는 본 발명의 더욱 용이한 이해를 위한 것으로, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, although described with reference to the drawings according to an embodiment of the present invention, this is for easier understanding of the present invention, the scope of the present invention is not limited thereto.

일반적인 노칭 장치는 상하 운동하는 캐비티(도시하지 않음)를 구비하고, 노칭 공정에서 캐비티가 하강함으로써, 도 1에서 보는 바와 같이 탭 예정 부위를 제외한 부위(20)에 노칭을 수행한다. The general notching device includes a cavity (not shown) that moves up and down, and the cavity is lowered in the notching process, thereby performing notching on the portion 20 except for the tab scheduled portion as shown in FIG. 1.

도 2는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 관통 홀을 형성하는 노칭을 나타낸 평면도이다. 본 발명에 따르면, 캐비티 내부가 도 2와 같이 노칭을 수행할 수 있도록 형성되어 있는 노칭 장치를 이용하여, 전극 판(300)의 코팅부(200) 상에 위치하는 제 1 관통 홀 형성 부위(30)를 노칭함으로써 제 1 관통 홀을 형성한다. 이 때, 코팅부를 구성하는 활물질 코팅층 및 집전체를 함께 천공하여 관통 홀을 형성한다.2 is a plan view illustrating notching for forming a through hole according to an embodiment of the present invention. According to the present invention, the first through-hole forming portion 30 positioned on the coating part 200 of the electrode plate 300 by using a notching device formed inside the cavity to perform notching as shown in FIG. 2. ), The first through hole is formed by notching. At this time, the active material coating layer constituting the coating unit and the current collector are perforated together to form through holes.

도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 관통 홀을 형성하는 노칭을 나타낸 모식도이다. 도 2에 도시된 제 1 관통 홀 형성 부위(30) 외에, 두 개의 탭 예정 부위(10, 10')의 사이로 제 1 관통 홀 형성 부위(30)을 관통하는 가상의 선을 기준으로 대칭적으로 존재하는 제 2 관통 홀 형성 부위(40, 40')를 도시하고 있다. 각 관통 홀의 형상은 동일한 전극 내에서나 서로 다른 전극 내에서 상이하더라도 무방하나, 음극판의 관통 홀(321) 및 양극판의 관통 홀(311)은 서로 연통되도록 하는 위치에서 분리막(400)에 접합된 형태일 수 있다.Figure 3 is a schematic diagram showing the notching to form a through hole according to another embodiment of the present invention. In addition to the first through hole forming portion 30 shown in FIG. 2, symmetrically with respect to an imaginary line passing through the first through hole forming region 30 between two tab predetermined portions 10 and 10 ′. The second through hole forming portions 40, 40 ′ present are shown. The shape of each through hole may be different in the same electrode or in different electrodes, but the through hole 321 of the negative electrode plate and the through hole 311 of the positive electrode plate are bonded to the separator 400 at a position to communicate with each other. Can be.

도 4는 각각 관통 홀(311, 321)을 포함하는 양극판(310)과 음극판(320) 및 두 전극판 사이에 개재되며 관통 홀을 갖지 않는 분리막(400)의 적층 구조를 개략적으로 나타낸 모식도이다. 양극판(310)의 관통 홀(311)은 음극판(320)의 관통 홀(321)의 크기보다 크고, 관통 홀의 중심(O, O')이 동일 축 상에 위치함으로써, 양극판(310)의 관통 홀(311)의 내주변이 음극판 관통 홀의 내주변과 겹치지 않으면서 음극판 관통 홀의 내주변의 외측에 위치하게 된다.FIG. 4 is a schematic diagram schematically illustrating a laminated structure of a separator 400 including a positive electrode plate 310 including a through hole 311 and 321, and a negative electrode plate 320 and two electrode plates and having no through hole. The through hole 311 of the positive electrode plate 310 is larger than the size of the through hole 321 of the negative electrode plate 320, and the through holes of the positive electrode plate 310 are disposed on the same axis by the centers O and O ′ of the through holes. The inner periphery of 311 is positioned outside the inner periphery of the negative plate through hole without overlapping with the inner periphery of the negative plate through hole.

다만, 도 3 내지 도 4에 도시된 관통 홀의 위치에 제한되지 않고, 반드시 관통 홀들이 극판 내에서 대칭적인 위치에 천공된 것으로 제한되지 않는다. However, the present invention is not limited to the positions of the through holes illustrated in FIGS. 3 to 4, and the through holes are not necessarily limited to those drilled at symmetrical positions in the electrode plate.

도 5는 도 4의 각 전극 판의 관통 홀의 중심을 연장한 O-O' 를 따라 절단한 단위셀의 적층 구조를 개략적으로 나타낸 수직 단면도이다.FIG. 5 is a vertical cross-sectional view schematically illustrating a stacked structure of unit cells cut along a line O ′ extending from the center of the through hole of each electrode plate of FIG. 4.

상기에서 설명한 바와 같이, 양극판(310)의 관통 홀(311)의 크기는 음극판(320)의 관통 홀(321)의 크기보다 크고, 관통 홀을 포함하는 전극 판 사이에 개재되는 분리막(400)은 관통 홀을 포함하지 않는다. 일반적인 단위셀 내지는 복수의 단위셀을 포함하는 전극조립체들은 전극 판의 단부 쪽으로부터 전극 판 중앙 부분으로 전해액이 유입되나, 본 발명에 따른 전극 조립체는 전극 판에 형성된 관통 홀을 통해서도 전해액이 유입되므로, 전해액 함침성이 크게 증가되는 효과가 있다. 또한, 상기 관통 홀을 통해, 가스가 방출되므로, 전극과 분리막 사이에 가스가 트랩되어 발생되는 전지 안전성 및 불량율 문제를 개선할 수 있다.As described above, the size of the through hole 311 of the positive electrode plate 310 is larger than that of the through hole 321 of the negative electrode plate 320, and the separation membrane 400 interposed between the electrode plates including the through hole is Does not include through holes In the electrode assembly including a general unit cell or a plurality of unit cells, the electrolyte flows into the center portion of the electrode plate from the end side of the electrode plate, but the electrode assembly according to the present invention also receives the electrolyte through the through hole formed in the electrode plate. Electrolytic solution impregnation is greatly increased. In addition, since the gas is discharged through the through hole, it is possible to improve battery safety and defective rate problems caused by the gas trapped between the electrode and the separator.

이상 본 발명의 실시예를 참조하여 설명하였지만, 본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주 내에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다.Although described above with reference to embodiments of the present invention, those skilled in the art will be able to perform various applications and modifications within the scope of the present invention based on the above contents.

Claims (17)

하나 이상의 양극판과 하나 이상의 음극판이 분리막과 접합되어 있는 구조의 단위셀 둘 이상이 분리시트 또는 분리막이 개재되어 있는 상태로 전극조립체를 포함하는 전지셀을 제조하는 방법에 있어서,
(a) 집전체의 일면 또는 양면에 전극 활물질을 도포하여 양극판 및 음극판을 제조하는 과정;
(b) 양극판 및 음극판에서, 전극 활물질이 도포되어 있지 않은 집전체 외주변의 무지부를 노칭(notching)하여 전극 탭을 형성하면서, 전극 활물질이 도포되어 있는 코팅부에 활물질 코팅층과 집전체를 관통하는 하나 이상의 관통 홀을 각각 천공하는 과정;
(c) 관통 홀이 서로 연통되도록 하는 위치에서 양극판과 음극판을 분리막에 접합하여 단위셀을 제조하는 과정;
을 포함하는 것을 특징으로 하는 전지셀 제조방법에 있어서,
상기 양극판과 음극판은 평면상으로 활물질 코팅층의 중앙에 천공된 제 1 관통 홀만을 포함하고 있으며,
평면상으로 상기 관통 홀들의 총 면적은 활물질 코팅층의 총 면적에 대해 0.1% 내지 1% 범위이고,
평면상으로 상기 음극판 관통 홀의 중심은 양극판 관통 홀의 중심과 동일 축 상에 위치하며,
상기 분리막은 유/무기 복합 다공성의 SRS(Safety-Reinforcing Separators) 분리막인 것을 특징으로 하는 전지셀 제조방법.In the method of manufacturing a battery cell comprising an electrode assembly in a state in which at least two of the unit cell of the structure in which at least one positive electrode plate and at least one negative electrode plate is bonded to the separator, the separator sheet or the separator is interposed,
(a) applying a electrode active material to one or both surfaces of a current collector to manufacture a positive electrode plate and a negative electrode plate;
(b) In the positive electrode plate and the negative electrode plate, through the active material coating layer and the current collector to the coating portion on which the electrode active material is applied while notching a non-solid portion around the current collector that is not coated with the electrode active material to form an electrode tab Drilling each of the one or more through holes;
(c) manufacturing a unit cell by bonding the positive electrode plate and the negative electrode plate to the separator at a position such that the through holes communicate with each other;
In the battery cell manufacturing method comprising a;
The positive electrode plate and the negative electrode plate includes only the first through-hole perforated in the center of the active material coating layer on a plane,
The total area of the through holes in the plane ranges from 0.1% to 1% of the total area of the active material coating layer,
The center of the cathode plate through-hole is located on the same axis as the center of the anode plate through-hole in a plane,
The separator is a battery cell manufacturing method characterized in that the organic / inorganic composite porous SRS (Safety-Reinforcing Separators) separator. 제 1 항에 있어서, 상기 전극조립체는 복수의 단위셀들이 분리시트에 의해 권취되어 있는 구조의 스택/폴딩형 전극조립체인 것을 특징으로 하는 전지셀 제조방법.The method of claim 1, wherein the electrode assembly is a stack / foldable electrode assembly having a structure in which a plurality of unit cells are wound by a separation sheet. 제 1 항에 있어서, 상기 전극조립체는 복수의 단위셀들이 분리막이 개재된 상태로 적층되어 있는 구조의 라미네이션/스택형 전극조립체인 것을 특징으로 하는 전지셀 제조방법.The method of claim 1, wherein the electrode assembly is a lamination / stack type electrode assembly having a structure in which a plurality of unit cells are stacked with a separator interposed therebetween. 제 1 항에 있어서, 상기 단위셀은 양측 외곽에 위치하는 극판들이 동일한 극성을 가진 극판들로 이루어진 바이셀인 것을 특징으로 하는 전지셀 제조방법.The method of claim 1, wherein the unit cell is a battery cell manufacturing method, characterized in that the bipolar plates located on both outer edges of the bipolar plate having the same polarity. 제 1 항에 있어서, 상기 단위셀은 양측 외곽에 위치하는 극판들이 반대 극성을 가진 극판들로 이루어진 풀셀인 것을 특징으로 하는 전지셀 제조방법.The method of claim 1, wherein the unit cell is a battery cell manufacturing method, characterized in that the pole plates located on both outer sides are full cells consisting of pole plates having opposite polarities. 삭제delete 삭제delete 삭제delete 제 1 항에 있어서, 상기 관통 홀은 평면상으로 원형, 타원형 또는 다각형 형상으로 이루어진 것을 특징으로 하는 전지셀 제조방법.The method of claim 1, wherein the through hole is a battery cell manufacturing method, characterized in that consisting of a circular, elliptical or polygonal shape in a plane. 제 1 항에 있어서, 상호 연통되는 위치에 있는 양극판 관통 홀의 크기는 음극판 관통 홀의 크기보다 상대적으로 큰 것을 특징으로 하는 전지셀 제조방법.The method of claim 1, wherein the size of the positive electrode plate through hole in the mutually communicating position is relatively larger than the size of the negative plate through hole. 제 10 항에 있어서, 평면상으로 상기 양극판 관통 홀의 면적은 음극판 관통 홀의 면적에 대해 101% 내지 200% 크기인 것을 특징으로 하는 전지셀 제조방법.The method of claim 10, wherein the area of the positive electrode plate through-hole is planar in size from 101% to 200% of the area of the negative electrode plate through-hole. 제 10 항에 있어서, 평면상으로 상기 음극판 관통 홀의 내주변은 양극판 관통 홀의 내주변과 겹치지 않으면서 양극판 관통 홀의 내주변의 외측에 위치하는 것을 특징으로 하는 전지셀 제조방법.The method of claim 10, wherein an inner circumference of the negative plate through hole is located outside the inner circumference of the positive plate through hole without overlapping with an inner circumference of the positive plate through hole. 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete
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