KR102155707B1 - 전극 조립체 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 전극 조립체 및 전극 조립체 제조방법에 관한 것으로, 본 발명에 따른 전극 조립체는, 전극과 상기 전극 보다 큰 분리막이 교대로 적층된 전극 적층체; 및 상기 전극 적층체의 하부에서 상기 전극 보다 길게 연장 형성된 상기 분리막의 연장부에 부착되는 바텀 테이프를 포함하고, 상기 전극 적층체의 하단부에 위치하는 복수의 상기 연장부는 모두 동일한 방향으로 벤딩된다.

Description

전극 조립체 및 그 제조방법{ELECTRODE ASSEMBLY AND THE MANUFACTURING METHOD}
본 발명은 전극 조립체 및 그 제조방법에 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 전극 및 분리막의 적층 구조로 이루어진 충방전이 가능한 발전소자이다.
전극 조립체는 활물질이 도포된 시트형의 양극과 음극 사이에 분리막을 개재(介在)하여 권취한 젤리 롤(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. 이중 젤리 롤형 전극 조립체는 제조가 용이하면서도 중량당 에너지 밀도가 높은 장점을 가지고 있어 널리 사용되고 있다.
한국 공개특허 제 10-2016-0010121호
본 발명의 하나의 관점은 전극 조립체의 하부측에 임팩트(Impact)가 발생될때 충격을 최소화 할 수 있는 전극 조립체 및 그 제조방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 전극 조립체는, 전극과 상기 전극 보다 큰 분리막이 교대로 적층된 전극 적층체 및 상기 전극 적층체의 하부에서 상기 전극 보다 길게 연장 형성된 상기 분리막의 연장부에 부착되는 바텀 테이프를 포함하고, 상기 전극 적층체의 하단부에 위치하는 복수의 상기 연장부는 모두 동일한 방향으로 벤딩될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 전극 조립체 제조방법은, 전극과 상기 전극 보다 큰 분리막을 교대로 적층하여 전극 적층체를 형성시키는 적층체 형성과정 및 상기 전극 적층체의 하부에서 상기 전극 보다 길게 연장 형성된 상기 분리막의 연장부를 가압하며 바텀 테이프를 부착하는 테이프 부착과정을 포함하고, 상기 테이프 부착과정은 상기 전극 적층체의 하단부에 위치하는 복수의 상기 연장부를 모두 동일한 방향으로 벤딩시키도록, 경사를 형성시킨 상기 바텀 테이프로 상기 연장부를 가압하면서 상기 바텀 테이프를 상기 전극 적층체에 부착할 수 있다.
상기 테이프 부착 과정은 상기 분리막의 상기 연장부에서 상기 전극과 맞닿는 면에 접착제를 도포하여 점착층을 형성시키고, 상기 연장부와 상기 전극을 접착시키는 접착과정을 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 전극 조립체 및 그 제조방법은 분리막의 하단부가 일방향으로 향하도록 바텀 테이프를 전극 적층체의 하부에 부착하여 전극 조립체의 하부측에 임팩트가 발생될때 충격을 최소화 할 수 있다.
특히, 전극 보다 길에 연장 형성된 분리막의 연장부가 바텀 테이프에 의해 일방향으로 벤딩되며 전극의 하단을 감싸도록 구비됨으로써, 전극 조립체의 하부에 충격이 발생될때 전극의 손상을 방지 또는 최소화 할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체를 나타낸 분리 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체가 적용되는 이차전지를 나타낸 분리 사시도이다.
도 3은 도 2에서 A-A'선을 따라 절개한 요부 단면도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 전극 조립체를 나타낸 요부 단면도이다.
도 5는 도 4에서 전극 적층체를 나타낸 요부 단면도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 전극 조립체 제조방법에서 바텀 테이프를 전극 적층체에 부착하는 과정을 나타낸 개념도이다.
본 발명의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되어지는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예들로부터 더욱 명백해질 것이다. 본 명세서에서 각 도면의 구성요소들에 참조번호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 번호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다. 또한, 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고, 본 발명을 설명함에 있어서, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 관련된 공지 기술에 대한 상세한 설명은 생략하도록 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체를 나타낸 분리 사시도이다.
도 1을 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체(100)는 전극(113)과 분리막(114)이 교대로 적층된 전극 적층체(110)와, 전극 적층체(110)의 하부에 부착되는 바텀 테이프(120)를 포함한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체가 적용되는 이차전지를 나타낸 분리 사시도이고, 도 3은 도 2에서 A-A'선을 따라 절개한 요부 단면도이다.
이하에서, 도 1 내지 도 3을 참조하여, 본 발명의 일 실시예인 전극 조립체에 대해 보다 상세히 설명하기로 한다.
도 2 및 도 3을 참고하면, 전극 적층체(110)는 충방전이 가능한 발전소자로서, 전극(113)과 분리막(114)이 결집되어 교대로 적층된 구조를 형성한다. 여기서, 전극 적층체(110)는 권취된 형태를 가질 수 있다.
또한, 전극 적층체(110)는 예를 들어 전지 케이스(11)에 삽입되고 탑 캡(미도시)으로 덮어 밀봉하는 형태로 이차전지(10)에 적용할 수 있다.
전극(113)은 양극 시트(111)와 음극 시트(112)를 포함할 수 있다. 그리고, 분리막(114)은 양극 시트(111)와 음극 시트(112)를 분리하여 전기적으로 절연시킨다. 여기서, 양극 시트(111)와 음극 시트(112)는 분리막(114)과 함께 권취되어 젤리 롤(Jelly roll) 형으로 형성될 수 있다. 이때, 전극 적층체(110)는 원형 또는 타원형 형태로 권취될 수 있다.
도 3을 참고하면, 양극 시트(111)는 알루미늄(Al) 재질을 포함하는 시트(sheet)로 이루어질 수 있다. 여기서, 양극 시트(111)는 양극 집전체(미도시) 및 양극 집전체에 도포된 양극 활물질(미도시)을 포함하여 구성될 수 있다.
양극 집전체는 예를 들어 알루미늄(Al) 재질의 포일(foil)로 이루어질 수 있다.
양극 활물질은 예를 들어 리튬망간산화물, 리튬코발트산화물, 리튬니켈산화물, 리튬인산철, 또는 이들 중 1종 이상이 포함된 화합물 및 혼합물 등으로 이루어질 수 있다.
음극 시트(112)는 구리(Cu) 또는 니켈(Ni) 재질을 포함하는 시트로 이루어질 수 있다. 여기서, 음극 시트(112)는 음극 집전체(미도시)와, 음극 집전체에 도포된 음극 활물질(미도시)을 포함하여 구성될 수 있다.
음극 집전체는 예를 들어 구리(Cu) 또는 니켈(Ni) 재질로 이루어진 포일(foil)로 이루어질 수 있다.
음극 활물질은 일례로 인조흑연을 포함하는 재질로 이루어질 수 있다.
또한, 음극 활물질은 다른 예로 리튬금속, 리튬합금, 카본, 석유코크, 활성화 카본, 그래파이트, 실리콘 화합물, 주석 화합물, 티타늄 화합물 또는 이들의 합금으로 이루어질 수 있다.
분리막(114)은 전극(113) 보다 크게 형성되고, 전극 적층체(110)의 하부에 전극(113) 보다 길게 연장된 연장부(114a)가 형성된다. 이때, 분리막(114)의 연장부(114a)는 전극(113)의 끝단을 감싸며 벤딩(bending)될 수 있다. 이에 따라, 분리막(114)의 연장부(114a)에 의해 전극(113)의 하단이 외부 충격으로부터 보호될 수 있다.
아울러, 분리막(114)은 절연 재질로 이루어져 양극 시트(111) 및 음극 시트(112)와 교대로 적층된다. 여기서, 분리막(114)은 양극 시트(111) 및 음극 시트(112) 사이와, 양극 시트(111) 및 음극 시트(112)의 외측면에 위치될 수 있다.
그리고, 분리막(114)은 예를 들어 미다공성을 가지는 폴리에칠렌, 폴리프로필렌 또는 이들의 조합에 의해 제조되는 다층 필름이나, 폴리비닐리덴 플루오라이드, 폴리에틸렌 옥사이드, 폴리아크릴로니트릴 또는 폴리비닐리덴 플루오라이드 헥사플루오로프로필렌 공중합체와 같은 고체 고분자 전해질용 또는 겔형 고분자 전해질용 고분자 필름일 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체(100)는 전극(113)과 전기적으로 연결되는 전극 탭(130)을 더 포함할 수 있다.
도 1 내지 도 3을 참고하면, 바텀 테이프(Bottom tape)(120)는 전극 적층체(110)의 하부에 전극(113) 보다 길게 연장 형성된 분리막(114)의 연장부(114a)를 가압하며 부착된다.
또한, 바텀 테이프(120)는 전극 적층체(110)의 하단부에 위치하는 복수의 분리막(114)의 연장부(114a)를 모두 동일한 방향으로 벤딩(bending)되도록 부착될 수 있다.
아울러, 바텀 테이프(120)는 전극 적층체(110)의 하부면과 하부면에 인접한 외측면 적어도 일부를 감싸도록 부착될 수 있다.
상기와 같이 구성된 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체(100)는, 바텀 테이프(120)가 전극 적층체(110)의 하부에 전극(113) 보다 길게 형성된 분리막(114)의 연장부(114a)를 일방향으로 위치되록 부착되어, 전극 적층체(110)의 하부 충격발생시 전극 적층체(110)의 충격을 최소화 할 수 있다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 전극 조립체를 나타낸 요부 단면도이고, 도 5는 도 4에서 전극 적층체를 나타낸 요부 단면도이다.
도 3 및 도 4를 참고하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 전극 조립체(200)는 전술한 일 실시예에 따른 전극 조립체(100)와 비교할 때, 분리막(114)의 연장부(114b)가 전극(113)의 끝단 또는 바텀 테이프(120)의 접촉면과 대응되는 형태로 벤딩될 수 있다.
따라서, 본 실시예는 일 실시예와 중복되는 내용은 간략히 기술하고, 차이점을 중심으로 기술하도록 한다.
도 4 및 도 5를 참고하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 전극 조립체(200)에서 분리막(114)의 연장부(114b)는 전극(113)과 분리막(114)이 적층되는 적층방향으로 벤딩될 수 있다. 이에 따라, 분리막(114)의 연장부(114b)가 전극(113)의 하부 끝단을 감싸며 벤딩되어 외부 충격시 전극(113)으로 전해지는 충격을 흡수하여 전극(113)의 손상을 방지 또는 최소화 할 수 있다. 이때, 분리막(114)의 연장부(114b)는 예를 들어 전극 적층체(110)의 하단부에 수평방향으로 형성될 수 있다.
또한, 분리막(114)의 연장부(114b)의 길이는 일례로 전극(113)의 끝단 폭에 대응되도록 형성될 수 있다. 여기서, 분리막(114)의 연장부(114b)는 전극(113)의 끝단의 접촉면에 대응되는 형태로 형성될 수 있다. 이때, 분리막(114)의 연장부(114b)는 예를 들어 전극 적층체(110)의 하단부에 수평방향으로 형성될 수 있다.
아울러, 분리막(114)의 연장부(114b)의 길이는 다른 예로 분리막(114) 사이의 간격에 비례하도록 형성될 수 있다. 여기서, 분리막(114)의 연장부(114b)는 바텀 테이프(120)의 접촉면에 대응되는 형태로 형성될 수 있다.
한편, 분리막(114)의 연장부(114b)는 "ㄴ"형태로 절곡 형성될 수 있다. 이때, 분리막(114)의 연장부(114b)의 길이는 상기 전극(113)의 끝단 폭과 같도록 형성될 수 있다. 즉, 분리막(114)의 연장부(114b)가 절곡되어 전극(113)의 하부 끝단과 대면 시, 분리막(114)의 연장부(114b) 길이와 전극(113)의 하부 끝단의 폭은 동일하도록 형성될 수 있다.
그리고, 분리막(114)의 연장부(114b)에서 전극(113)과 맞닿는 면에 점착층(114c)이 더 형성되어 연장부(114b)와 전극(113)이 접착될 수 있다. 이에 따라, 연장부(114b)가 전극(113)의 하부에 견고히 결합되어 전극(113)의 하부로의 충격 발생 시 보다 효과적으로 완충할 수 있다. 여기서, 점착층(114c)은 폴리비닐리덴 플루오라이드-헥사플루오로프로필렌 (PVDF-co-HFP), 폴리비닐리덴 플루오라이드(polyvinylidene fluoride, PVDF), 폴리아크릴로니트릴 (polyacrylonitrile), 폴리메틸 메타크릴레이트(polymethyl methacrylate), 스티렌-부타디엔 고무 (SBR, styrene butadiene rubber) 및 카르복실 메틸 셀룰로오스 (CMC, carboxyl methyl cellulose)로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물로 이루어질 수 있다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 전극 조립체 제조방법에서 바텀 테이프를 전극 적층체에 부착하는 과정을 나타낸 개념도이다.
도 1 및 도 6을 참고하면, 본 발명의 실시예에 의한 전극 적층체 제조방법은 전극 적층체(110)를 형성시키는 적층체 형성과정 및 전극 적층체(110)에 바텀 테이프(120)를 부착하는 테이프 부착과정을 포함한다.
이하에서, 도 1 내지 도 6을 참조하여, 본 발명의 실시예에 의한 전극 조립체의 제조방법에 대해 보다 상세히 설명하기로 한다.
보다 상세히, 도 1 및 도 6을 참고하면, 적층체 형성과정은 전극(113)과 전극(113) 보다 큰 분리막(114)을 교대로 적층하여 전극 적층체(110)를 형성시킬 수 있다.
또한, 적층체 형성과정은 전극 적층체(110)의 하부에서 전극(113) 보다 분리막(114)을 더 길게 연장한 연장부(114a)가 형성되도록 전극 적층체(110)를 형성한다.
그리고, 적층체 형성과정은 분리막(114)의 연장부(114b)의 길이가 전극(113)의 끝단 폭과 같도록 형성시킬 수 있다.
한편, 적층체 형성과정은 전극(113)과 분리막(114)을 교대로 적층하여 적층체를 형성시키는 적층과정 및 적층된 적층체를 권취시키는 권취과정을 포함할 수 있다.
도 3 및 도 6을 참고하면, 테이프 부착과정은 전극 적층체(110)의 하부에서 전극(113) 보다 길게 연장 형성된 분리막(114)의 연장부(114a)를 가압하며 바텀 테이프(120)를 부착한다.
또한, 테이프 부착과정은 전극 적층체(110)의 하단부에 위치하는 복수의 상기 연장부(114a)를 모두 동일한 방향으로 벤딩시키도록 바텀 테이프(120)를 전극 적층체(110)에 부착할 수 있다. 이때, 테이프 부착과정은 바텀 테이프(120)에 경사를 형성시켜 연장부(114a)를 가압하면서 전극 적층체(110)에 부착한다.
한편, 테이프 부착과정은 바텀 테이프(120)의 접착층을 분리막(114)의 연장부(114a)에 점착시켜 연장부(114a)를 일방향으로 벤딩시키며 전극 적층체(110)에 바텀 테이프(120)를 부착할 수 있다. 이때, 테이프 부착과정은 바텀 테이프(120)를 전극 적층체(110)의 하부 평면에 대해 30도 이상의 경사로 부착할 수 있다.
즉, 전극 적층체(110)에 바텀 테이프(120)의 부착 각도(α)를 30도 이상으로 형성시키며, 전극 적층체(110)의 하부에서 전극 적층체(110) 방향으로 바텀 테이프(120)를 밀어 올리면, 바텀 테이프(120)의 일면에 도포된 접착층이 전극 적층체(110)의 하부에 돌출된 분리막(114)의 연장부(114a)에 점착되며 분리막(114)의 연장부(114a)를 일방향으로 벤딩시킨다. 이때, 다수로 권취된 전극 적층체(110)의 하단에는 바텀 테이프(120)와 마주보는 다수의 연장부(114a)가 형성되고, 다수의 연장부(114a)는 모두 바텀 테이프(120)가 밀어 올리는 방향으로 벤딩될 수 있다. 이에 따라, 전극 적층체(110)의 하부 충격 발생시 일방향을 향해에 굴곡된 분리막(114)의 연장부(114a)가 충격을 흡수하여 전극 적층체(110)의 손상을 방지할 수 있다.
한편, 도 4를 참고하면, 테이프 부착과정은 분리막(114)의 연장부(114b)가 전극(113)의 끝단을 감싸도록 전극 적층체(110)에 바텀 테이프(120)를 부착할 수 있다. 이에 따라, 분리막(114)의 연장부(114b)는 전극(113)의 끝단을 감싸도록 굴곡되어 전극(113)의 손상을 방지할 수 있다. 이때, 테이프 부착 과정은 분리막(114)의 연장부(114b)를 “ㄴ”형태로 절곡시킬 수 있다.
한편, 테이프 부착 과정은 분리막(114)의 연장부(114b)에서 전극(113)과 맞닿는 면에 점착제를 도포하여 점착층(114c)을 형성시키고, 분리막(114)의 연장부(114b)와 전극(113)을 접착시키는 접착과정을 더 포함할 수 있다.
이상 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세히 설명하였으나, 이는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명에 따른 전극 조립체 및 그 제조방법은 이에 한정되지 않는다. 본 발명의 기술적 사상 내에서 당해 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 실시가 가능하다고 할 것이다.
또한, 발명의 구체적인 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의하여 명확해질 것이다.
100,200: 전극 조립체
110: 전극 적층체
111: 양극 시트
112: 음극 시트
113: 전극
114: 분리막
114a,114b: 연장부
114c: 점착층
120: 바텀 테이프
130: 전극 탭

Claims (14)

  1. 전극과 상기 전극 보다 큰 분리막을 교대로 적층하여 전극 적층체를 형성시키는 적층체 형성과정; 및
    상기 전극 적층체의 하부에서 상기 전극 보다 길게 연장 형성된 상기 분리막의 연장부를 가압하며 바텀 테이프(Bottom tape)를 부착하는 테이프 부착과정을 포함하고,
    상기 테이프 부착과정은 상기 전극 적층체의 하단부에 위치하는 복수의 상기 연장부를 모두 동일한 방향으로 벤딩(bending)시키도록, 경사를 형성시킨 상기 바텀 테이프로 상기 연장부를 가압하면서 상기 바텀 테이프를 상기 전극 적층체에 부착하며,
    상기 적층체 형성과정은, 상기 분리막의 상기 연장부의 길이가 상기 전극의 끝단 폭과 같도록 형성시키고,
    상기 테이프 부착 과정은 분리막의 연장부와 전극의 끝단이 밀착되도록 상기 분리막의 상기 연장부를 "ㄴ"형태로 절곡시키며,
    상기 테이프 부착 과정은, 상기 분리막의 상기 연장부에서 상기 전극과 맞닿는 면에 접착제를 도포하여 점착층을 형성시키고, 상기 연장부와 상기 전극을 접착시키는 접착과정을 더 포함하는 전극 조립체 제조방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 테이프 부착 과정은
    상기 분리막의 상기 연장부가 상기 전극의 끝단을 감싸도록 상기 전극 조립체에 상기 바텀 테이프를 부착하는 전극 조립체 제조방법.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 테이프 부착 과정은
    상기 바텀 테이프의 점착층을 상기 분리막의 상기 연장부에 점착시켜 상기 연장부를 일방향으로 벤딩시키며 상기 전극 조립체에 상기 바텀 테이프를 부착하는 전극 조립체 제조방법.
  4. 삭제
  5. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 테이프 부착 과정은
    상기 바텀 테이프를 상기 전극 적층체의 하부 평면에 대해 30도 이상의 경사로 부착하는 전극 조립체 제조방법.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 전극과 상기 전극 보다 큰 분리막이 교대로 적층된 전극 적층체; 및
    상기 전극 적층체의 하부에서 상기 전극 보다 길게 연장 형성된 상기 분리막의 연장부에 부착되는 바텀 테이프를 포함하고,
    상기 전극 적층체의 하단부에 위치하는 복수의 상기 연장부는 모두 동일한 방향으로 벤딩되며,
    상기 분리막의 상기 연장부의 길이는 상기 전극의 끝단 폭과 같도록 형성되고,
    상기 분리막의 연장부와 전극의 끝단이 밀착되도록 상기 분리막의 상기 연장부는 "ㄴ"형태로 절곡 형성되며,
    상기 분리막의 상기 연장부에서 상기 전극과 맞닿는 면에 점착층이 더 형성되어 상기 연장부와 상기 전극이 접착된 전극 조립체.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 분리막의 상기 연장부는 상기 전극의 끝단을 감싸며 벤딩된 전극 조립체.
  10. 삭제
  11. 청구항 8에 있어서,
    상기 분리막의 상기 연장부는 상기 전극과 상기 분리막이 적층되는 적층방향으로 벤딩된 전극 조립체.
  12. 청구항 8에 있어서,
    상기 바텀 테이프는 상기 전극 적층체의 하부면과 상기 하부면에 인접한 외측면 적어도 일부를 감싸도록 부착되는 전극 조립체.
  13. 삭제
  14. 삭제
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