KR102107410B1 - 각형 이차전지 셀의 분리막 제공 방법 - Google Patents

각형 이차전지 셀의 분리막 제공 방법 Download PDF

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장승규
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신혁
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Abstract

각형 이차전지 셀의 극판 사이에 개재되는 분리막을 제공하는 방법에 있어서, 극판의 측면으로 분리막이 접히는 것에 의해 극판과 극판 사이에 분리막이 연속적으로 제공되고, 분리막이 접히기 이전 단계에서, 분리막의 폴딩 라인을 따라 분리막을 가공하는 단계를 포함하는 각형 이차전지 셀의 분리막 제공 방법이 제공된다.

Description

각형 이차전지 셀의 분리막 제공 방법{METHOD FOR PROVIDING SEPARATOR FOR PRISMATIC SECONDARY BATTERY CELL}
본 발명은 이차전지의 극판 적층 공정에 관한 것으로, 구체적으로는 이차전지의 극판 적층시 분리막(separator)을 제공하는 방법에 관한 것이다.
일반적으로 화학전지는 양극판과 음극판의 전극 한 쌍과 전해질로 구성되어 있는 전지로서, 전극과 전해질을 구성하는 물질에 따라 저장할 수 있는 에너지의 양이 달라진다. 이러한 화학전지는 충전 반응이 매우 느려서 1회 방전 용도로만 쓰이는 일차전지와, 반복적인 충방전을 통해 재사용이 가능한 이차전지로 구분되는데, 최근 들어서는 충방전이 가능한 장점으로 인해 이차전지의 사용이 늘고 있다.
이차전지는 그 장점으로 인해 산업 전반에 걸친 다양한 기술분야에 적용되고 있는데, 스마트폰과 같은 이동 통신 장치의 에너지원으로 광범위하게 사용되고 있을 뿐아니라, 전기 자동차의 에너지원으로도 주목받고 있다.
이러한 이차전지는 양극판, 분리막, 음극판이 순차적으로 적층되어 전해액에 담가진 형태로 이루어지는데, 이와 같은 이차전지의 내부 셀 스택을 제작하는 방식은 크게 두 가지로 나뉜다.
소형 이차전지의 경우 음극판과 양극판을 분리막 상에 배치하고 이를 말아서(winding) 젤리-롤(jelly-roll) 형태로 제작하는 방식이 많이 사용되는 반면, 보다 많은 전기 용량을 가지는 중대형 이차전지의 경우에는 음극판과 양극판을 분리막과 적절한 순서로 적층(stacking)하여 제작하는 방식이 많이 사용된다.
특히, 적층 방식의 경우 주로 타발된 극판이 사용되므로, 극판의 엣지(edge)와 분리막 사이에 전해액이 스며들 수 있는 공간이 상대적으로 넓어서 전지의 성능이 우수하다.
적층 방식으로 이차전지 셀 스택을 제작하는 방법 중 널리 사용되는 지그재그(zigzag) 타입('z-폴딩' 타입이라고도 함)의 적층 방식에서는, 분리막이 지그재그로 접힌 형태를 이루며 그 사이에 음극판과 양극판이 교번되어 삽입된 형태로 적층된다.
이러한 적층 방식들에서는 분리막을 극판에 맞춰 접어가며 적층이 진행된다. 이때 분리막이 접히는 부분은 양쪽 바깥 부분을 그리퍼로 고정한 상태에서 성형을 하므로, 그리퍼가 잡지 못한 부분은 분리막의 장력으로 인해 극판 측면에 접촉하여 손상을 주기 쉽다.
종래에는 대부분의 이차전지가 소형이어서 분리막의 접힘성이 크게 문제되지 않았다. 그러나, 최근에는 전기 자동차와 같은 대형 전기 장치에 대한 관심과 수요가 증가하면서, 크기와 용량이 큰 중대형 전지의 필요성이 증가하고 있다. 전지 자체의 크기가 증가할수록 분리막의 접힘성 불량이 더 심해지므로, 전지의 크기가 클수록 극판 손상의 가능성은 높아진다.
또한, 이렇게 적층한 셀은 다음 공정에서 파우치, 또는 캔에 삽입된 후 전해액을 공급하고 전해액이 셀에 잘 스며들게 하는 공정을 하게 되는데, 이때 분리막이 접힌 부위에 전해액이 잘 스며들지 않는다는 문제가 있다.
등록특허 제10-1627061호(2016. 6. 3. 공고)는 내부 발생 가스를 배출하면서도 전해액의 누액을 방지하도록, 이차전지의 밀봉부와 발전요소 사이에 가스 배출 구멍을 형성하는 개공 공정과 후속하는 밀봉 공정을 개시하고 있다.
본 발명은 분리막의 접힘성이 우수하고, 접힌 부위에 전해액이 잘 스며들 수 있는 각형 이차전지 셀의 분리막 제공 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 또한 분리막의 접힘성이 우수하고, 접힌 부위에 전해액이 잘 스며들 수 있는 각형 이차전지의 셀 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 또한 분리막의 접힘성이 우수하고, 접힌 부위에 전해액이 잘 스며들 수 있는 각형 이차전지 셀을 제공하는 것을 목적으로 한다
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 다음 양태들 및 이들의 임의의 조합을 포함한다.
본 발명의 한 양태는, 각형 이차전지 셀의 극판 사이에 개재되는 분리막을 제공하는 방법에 있어서, 극판의 측면으로 분리막이 접히는 것에 의해 극판과 극판 사이에 분리막이 연속적으로 제공되고, 분리막이 접히기 이전 단계에서, 분리막의 폴딩 라인을 따라 분리막을 가공하는 단계를 포함하는 각형 이차전지 셀의 분리막 제공 방법이다.
본 발명의 다른 양태는, 상기 분리막을 가공하는 단계는 분리막의 폴딩 라인을 따라 분리막에 일련의 칼집을 형성하는 것 또는 일련의 홀을 타공하는 것인 각형 이차전지 셀의 분리막 제공 방법이다.
본 발명의 다른 양태는, 상기 분리막의 가공 단계는 분리막이 접히는 부위마다 실행되는 것인 각형 이차전지 셀의 분리막 제공 방법이다.
본 발명의 한 양태는, 각형 이차전지의 셀 제조 방법에 있어서, 각형 이차전지 셀의 극판 사이에 개재되는 분리막이, 극판의 측면으로 접히는 것에 의해 극판과 극판 사이에 연속적으로 제공되고, 분리막이 접히기 이전 단계에서, 분리막의 폴딩 라인을 따라 분리막을 가공하는 단계를 포함하는 각형 이차전지의 셀 제조 방법이다.
본 발명의 다른 양태는, 상기 분리막을 가공하는 단계는 분리막의 폴딩 라인을 따라 분리막에 일련의 칼집을 형성하는 것 또는 일련의 홀을 타공하는 것인 각형 이차전지의 셀 제조 방법이다.
본 발명의 다른 양태는, 상기 분리막의 가공 단계는 분리막이 접히는 부위마다 실행되는 것인 각형 이차전지의 셀 제조 방법이다.
본 발명의 한 양태는, 극판의 측면으로 접혀서 극판과 극판 사이에 연속적으로 제공된 분리막을 포함하고, 상기 분리막의 폴딩 라인을 따라 일련의 홀이 형성된 각형 이차전지 셀이다.
본 발명의 다른 양태는, 상기 분리막의 폴딩 라인마다 일련의 칼집 또는 홀이 형성된 각형 이차전지 셀이다.
본 발명에 따르면 이차전지 셀의 극판 적층시 극판 측면이 분리막에 의해 손상되는 것이 방지된다.
또한, 본 발명에 따르면 전해액 공급 공정에서 극판의 측면에 분리막이 접히는 부위에 전해액이 빠르고 고르게 스며들어 생산시간이 단축된다.
또한, 본 발명에 따르면 전해액이 셀에 잘 스며들어 전지의 성능이 향상될 수 있다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급된 효과로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따라, 이차전지 셀의 지그재그 타입 적층 공정에서의 분리막 가공을 나타낸 것이다.
첨부된 도면에 제시된 실시예는 본 발명의 명확한 이해를 위한 것으로 본 발명은 이에 제한되지 않는다. 아래의 설명에서 서로 다른 도면에서 동일한 도면 부호를 가지는 구성요소는 유사한 기능을 가지므로 발명의 이해를 위하여 필요하지 않는다면 반복하여 설명되지 않으며 공지의 구성요소는 간략하게 설명이 되거나 생략이 되지만 본 발명의 실시예에서 제외되는 것으로 이해되지 않아야 한다.
이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명을 상세히 설명한다.
도 1에는 지그재그 타입의 적층 공정에서 분리막의 접히는 부위를 가공하는 것이 예시적으로 도시되어 있다.
도 1의 (A)에는 음극(E1)과 양극(E2) 사이로 지그재그로 개재된 분리막(S)이 나타나 있다. 도면상에 "가공"이라고 표시된 화살표가 분리막에서 가공이 수행된 부위를 지시하고 있다. 여기서 "가공"이라 함은 적어도 분리막의 접힘성이 향상될 수 있도록 분리막을 처리하는 것, 이를테면 핀홀 또는 칼집의 형성, 피어싱, 타공 등을 포함한다. 분리막(S)이 전극(E1 또는 E2)의 측면, 즉 한쪽 변을 둘러싸며 접히는 부위에 가공이 이루어져 있다. 이 화살표가 가리키는 위치에서 가공이 수행됨을 의미하는 것은 아니다.
이와 같은 분리막(S)의 가공은 분리막(S)이 접히기 이전 단계에서 이루어진다. 예를 들어, 분리막이 롤에서 풀려 나온 후에 극판에 도달하기까지 가이드 롤러 등 여러 롤러를 거쳐 주행하게 되는데, 마지막 엔드 롤러를 지나기 직전에 분리막(S)에 대한 가공이 이루어질 수 있다.
도 1의 (B)에는 분리막(S)의 가공 형태가 나타나 있다. 즉, 분리막(S)이 접히는 라인(이하, "폴딩 라인"이라 함)을 따라 가공이 이루어지는데, 여기에서는 분리막(S)에 일련의 칼집(10)이 난 형태이다. 이러한 가공은 분리막(S)의 폴딩 라인마다 이루어질 수 있다. 폴딩 라인은 도 1의 (B)에 형성된 칼집(10) 라인과 일치하므로 편의상 따로 표시하지 않았다.
예시적 실시예에서, 분리막(S)의 주행 경로 내의 특정 위치에서, 일렬로 배열된 다수의 미세날을 구비한 액추에이터를 분리막(S)쪽으로 반복적으로 전후진 시킴으로써 이와 같은 가공이 수행될 수 있다.
도 1 (B)의 양 측면으로는 한 극판을 중심으로 분리막이 접힌 부위에 형성된 칼집을 표현하였다(설명의 편의상 두께가 과장됨). 좌측면에는 양극탭(E2a)을 갖는 양극판을 감싸며 접힌 부위를, 우측면에는 음극탭(E1a)을 갖는 음극판을 감싸며 접힌 부위를 도시하였다.
도 1의 (C)는 칼집 대신에 일련의 홀(20)이 분리막(S)의 폴딩 라인을 따라 타공된 형태이다.
삭제
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이런 식으로 분리막이 접히는 부분이 둥글게 뜨지 않고 잘 접힐 수 있도록 가이드해주는 선이 형성될 수 있다면, 도시된 방식 외의 다른 임의의 방식으로 가공하는 것도 가능할 것이다.
가공된 분리막을 구비한 셀은 전해액 침투 공정에서 분리막이 접힌 부분에 틈을 형성할 수도 있고, 그 틈을 통해 전해액이 잘 스며들 수 있다.
S: 분리막
E1: 음극
E2: 양극
E1a: 음극탭
E2a: 양극탭
10: 칼집
20: 홀

Claims (8)

  1. 지그재그 타입 적층 장치에서 각형 이차전지 셀의 극판 사이에 개재되는 분리막을 제공하는 방법에 있어서,
    극판의 측면으로 분리막이 접히는 것에 의해 극판과 극판 사이에 분리막이 연속적으로 제공되고,
    분리막이 상기 적층 장치의 엔드 롤러를 지나기 직전 단계에서, 분리막의 폴딩 라인을 따라 분리막을 가공하는 단계를 포함하고,
    상기 분리막을 가공하는 단계는, 일렬로 배열된 다수의 미세날을 구비한 액추에이터를 분리막쪽으로 전진시킴으로써 분리막에 일련의 칼집을 형성하는 것인
    지그재그 타입 적층 장치에서 각형 이차전지 셀의 분리막 제공 방법.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 분리막의 가공 단계는 분리막이 접히는 부위마다 실행되는 것인
    지그재그 타입 적층 장치에서 각형 이차전지 셀의 분리막 제공 방법.
  4. 지그재그 타입 적층 장치를 이용한 각형 이차전지의 셀 제조 방법에 있어서,
    각형 이차전지 셀의 극판 사이에 개재되는 분리막이, 극판의 측면으로 접히는 것에 의해 극판과 극판 사이에 연속적으로 제공되고,
    분리막이 상기 적층 장치의 엔드 롤러를 지나기 직전 단계에서, 분리막의 폴딩 라인을 따라 분리막을 가공하는 단계를 포함하고,
    상기 분리막을 가공하는 단계는, 일렬로 배열된 다수의 미세날을 구비한 액추에이터를 분리막쪽으로 전진시킴으로써 분리막에 일련의 칼집을 형성하는 것인
    지그재그 타입 적층 장치를 이용한 각형 이차전지의 셀 제조 방법.
  5. 삭제
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 분리막의 가공 단계는 분리막이 접히는 부위마다 실행되는 것인
    지그재그 타입 적층 장치를 이용한 각형 이차전지의 셀 제조 방법.
  7. 제 4 항 또는 제 6 항에 따른 방법으로 제조된,
    각형 이차전지 셀.
  8. 삭제
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