KR102160554B1 - 전극 및 그 전극의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전극의 손실을 최소화할 수 있는 전극 및 그 전극의 제조방법에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 전극 포일을 준비하는 준비 단계, 상기 전극 포일의 일부에 활물질을 도포하여 상기 활물질이 도포되는 유지부와 상기 활물질이 도포되지 않는 무지부를 형성하는 활물질 도포 단계, 상기 무지부에서 상기 유지부 방향으로 상기 유지부 상의 활물질을 일부 삭마하여 상기 무지부와 연속하는 삭마부를 형성하는 활물질 삭마 단계, 상기 무지부에 전극 탭부를 부착하는 설치 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

전극 및 그 전극의 제조방법{ELECTRODE AND MANUFACTURING METHOD FOR THE ELECTRODE}

본 발명은 전극 및 그 전극의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 자세하게는 전극의 손실을 최소화할 수 있는 전극 및 그 전극의 제조방법에 관한 것이다.

물질의 물리적 반응이나 화학적 반응을 통해 전기에너지를 생성시켜 외부로 전원을 공급하게 되는 전지(cell, battery)는 각종 전기전자 기기로 둘러싸여 있는 생활환경에 따라, 건물로 공급되는 교류 전원을 획득하지 못할 경우나 직류전원이 필요할 경우 사용하게 된다.

이와 같은 전지 중에서 화학적 반응을 이용하는 화학전지인 일차전지와 이차전지가 일반적으로 많이 사용되고 있는데, 일차전지는 건전지로 통칭되는 것으로 소모성 전지이다. 또한, 이차전지는 전류와 물질 사이의 산화환원과정이 다수 반복 가능한 소재를 사용하여 제조되는 재충전식 전지로서, 전류에 의해 소재에 대한 환원반응이 수행되면 전원이 충전되고, 소재에 대한 산화반응이 수행되면 전원이 방전되는데, 이와 같은 충전-방전이 반복적으로 수행되면서 전기가 생성되게 된다.

한편, 이차 전지 중 리튬 이온 전지는 양극 도전 포일과 음극 도전 포일에 각각 활물질을 일정한 두께로 코팅하고, 상기 양 도전 포일 사이에는 분리막이 개재되도록 하여 대략 젤리 롤(jelly roll) 내지는 원통 형태로 다수 회 권취하여 제작한 전극 조립체를 원통형 또는 각형 캔, 파우치 등에 수납하고 이를 밀봉 처리하여 제작된다.

대한민국 공개특허공보 제10-2008-0037867호에는 종래의 전극조립체와 이를 이용한 리튬 이차전지 및 리튬이차전지의 제조방법이 개시되어 있다.

종래의 이차 전지는 활물질이 도포되는 전극의 유지부에 전극 탭을 설치하기 위해 유지부의 일부를 삭마(ablation)하여 전극 탭을 부착한 후 전극 탭이 부착된 측의 유지부의 단부 일부를 절단하였다.

하지만, 이러한 전극 제조방식은 활물질의 손실이 커서 비용 증가의 원인이 된다는 문제점이 있었다.

또한, 전극에서 활물질을 삭마하는 공정이 많아 공정시간이 증가되고 생산성이 떨어진다는 문제점이 있었다.

또한, 리드를 단자와 접합 시 전극에서 활물질이 삭마된 영역에 접합할 시 접착강도가 약해진다는 문제점이 있었다.

따라서 본 발명은 위와 같은 문제점들을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 과제는 전극에 전극 탭 설치 시 활물질의 삭마와 손실을 최소화할 수 있는 전극 및 그 전극의 제조방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 전극은 전극 포일에 활물질이 도포된 유지부, 상기 전극 포일의 단부에 활물질이 도포되지 않은 무지부, 상기 무지부에서 상기 유지부 방향으로 상기 유지부 상의 활물질을 일부 삭마하여 상기 무지부와 연속하도록 형성된 삭마부 및 상기 무지부에 부착되는 전극 탭부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 무지부는 상기 전극 탭부와 부착되지 않는 부분 중 적어도 일부가 제거될 수 있다.

상기 무지부는 상기 전극 포일에서 상기 전극 탭부가 부착되는 측의 단부에 형성될 수 있다.

상기 삭마부는 상기 유지부에서 상기 전극 탭부가 부착되는 측의 활물질이 제거될 수 있다.

본 발병의 일 실시예에 따른 전극의 제조방법은 전극 포일을 준비하는 준비 단계, 상기 전극 포일의 일부에 활물질을 도포하여 상기 활물질이 도포되는 유지부와 상기 활물질이 도포되지 않는 무지부를 형성하는 활물질 도포 단계, 상기 무지부에서 상기 유지부 방향으로 상기 유지부 상의 활물질을 일부 삭마하여 상기 무지부와 연속하는 삭마부를 형성하는 활물질 삭마 단계, 상기 무지부에 전극 탭부를 부착하는 설치 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 활물질 삭마 단계와 상기 설치 단계 사이에, 상기 무지부에서 상기 전극 탭부가 부착되지 않는 부분 중 적어도 일부를 제거하는 무지부 제거 단계를 더 포함할 수 있다.

상기 설치 단계에서 상기 전극 탭부는 용접에 의해 상기 무지부에 부착될 수 있다.

본 발명에 따르면, 전극 내 활물질의 삭마를 극소화하는 효과가 있다.

본 발명에 따르면, 전극 내 단위면적당 활물질의 삭마를 극소화하여 공정시간을 줄이는 효과가 있다.

본 발명에 따르면, 전극 내 단위면적당 활물질의 삭마를 극소화하여 공정시간을 줄임에 따라 생산속도를 높이는 효과가 있다.

본 발명에 따르면, 전극 내 활물질의 손실을 극소화하여 원가를 절감하는 효과가 있다.

본 발명에 따르면, 단자와 접합 시 전극 내 활물질의 삭마부를 회피하여 접합할 수 있도록 하여 접합 강도를 높이는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전극의 제조방법을 순차적으로 도시한 흐름도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전극포일을 도시한 평면도이다.
도 3은 도 2에 활물질을 도포한 것을 도시한 평면도이다.
도 4는 도 3에서 활물질을 삭마한 것을 도시한 평면도이다.
도 5는 도 4에서 무지부의 일부를 제거한 것을 도시한 평면도이다.
도 6은 도 5에 전극 탭부를 부착한 것을 도시한 평면도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전극 및 그 전극의 제조방법에 대하여 상세히 설명하기로 한다.

본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과하고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

도면에서 각 구성요소 또는 그 구성요소를 이루는 특정 부분의 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었다. 따라서, 각 구성요소의 크기는 실제크기를 전적으로 반영하는 것은 아니다. 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우, 그러한 설명은 생략하도록 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전극의 제조방법을 순차적으로 도시한 흐름도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전극의 제조 방법은 준비 단계(S1), 활물질 도포 단계(S2), 활물질 삭마 단계(S3) 및 설치 단계(S4)를 포함한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전극포일을 도시한 평면도이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 준비 단계(S1)는 전극의 전극 포일(1)을 준비하는 단계이다.

도 3은 도 2에 활물질을 도포한 것을 도시한 평면도이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 활물질 도포 단계(S2)는 전극 포일(1)의 일부에 전극 활물질을 도포하는 단계이다.

이때 전극 포일(1)의 일단 측에 활물질이 도포하지 않은 무지부(20)를 형성하여 전극 포일(1)의 일측 표면에 활물질이 도포된 유지부(10)와 함께 활물질이 도포되지 않은 무지부(20)를 형성할 수 있다.

도 4는 도 3에서 활물질을 삭마한 것을 도시한 평면도이다.

도 4에 도시된 바와 같이, 활물질 삭마 단계(S3)는 무지부(20)에서 유지부(10) 방향으로 유지부(10) 상의 활물질을 일부 삭마하여 무지부(20)와 연속하는 삭마부(30)를 형성하는 단계이다.

이와 같이 무지부(20)와 연속하도록 유지부(10) 상에 활물질을 일부 삭마하여 삭마부(30)를 형성함에 따라 유지부(10)의 활물질을 최소한으로 삭마하면서 전극 탭부(40)를 전극에 설치하기 위한 영역을 확보할 수 있어 활물질 손실을 극소화할 수 있다.

활물질의 삭마는 유지부(10)에 레이저 등을 사용하여 수행할 수 있다.

도 5는 도 4에서 무지부의 일부를 제거한 것을 도시한 평면도이다.

도 5에 도시된 바와 같이, 상기 활물질 삭마 단계(S3) 이후에 무지부 제거 단계를 포함할 수 있다.

도 4에서 점선은 무지부(20)를 절개하기 위한 가상의 절개선을 표시한 것이다.

무지부 제거 단계는 무지부(20)에서 전극 탭부(40)가 부착되지 않는 부분(20a) 중 적어도 일부를 제거하는 단계이다.

이때, 무지부 제거 단계는 무지부(20)에서 전극 탭부(40)가 부착되지 않는 부분(20a)을 제거할 수 있고 또는, 무지부(20)에서 전극 탭부(40)가 부착되는 영역과 대응되는 영역 이외에 소정의 영역이 더 남겨지되도록 무지부(20)를 제거할 수도 있다.

이와 같은 무지부 제거 영역에 대한 결정은 전극의 크기, 전극의 활용 및 전극에 설치되는 부품 등을 고려하여 결정할 수 있다.

무지부 제거는 전극 포일(1)에 레이저 및 나이프 등을 사용하여 수행할 수 있다.

도 6은 도 5에 전극 탭부를 부착한 것을 도시한 평면도이다.

도 6에 도시된 바와 같이, 설치 단계(S4)는 무지부(20)에 용접 등의 방법으로 전극 탭부(40)를 부착할 수 있다.

상술한 바와 같이, 무지부(20)에 부착된 전극 탭부(40)를 단자와 접합할 시 활물질이 도포되지 않은 무지부(20)를 활용하여 단자를 용접 등의 방법 사용하여 접합하기 때문에 활물질이 삭마된 영역을 활용하여 접합하는 종래의 방법에 비해 접합강도가 2배 이상 높은 장점이 있다.

설치 단계(S4)는 상기 무지부 제거 단계 이후에 수행될 수 있다.

도 2 내지 도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 전극은 전극 포일(1)에 활물질이 도포된 유지부(10), 상기 전극 포일(1)의 단부에 활물질이 도포되지 않은 무지부(20), 상기 무지부(20)에서 상기 유지부(10) 방향으로 상기 유지부(10) 상의 활물질을 일부 삭마하여 상기 무지부(20)와 연속하도록 형성된 삭마부(30) 및 상기 무지부(20)에 부착되는 전극 탭부(40)를 포함한다.

이러한 전극은 양극 활물질이 도포된 양극과 음극 활물질이 도포된 음극 중 어느 하나일 수 있으며, 양극과 음극 사이에 분리막이 개재되도록 양극, 음극 및 분리막을 복수 회 적층하여 전극 집합체를 제작할 수 있다.

그리고 전극 집합체는 양극과 분리막 및 음극을 적층한 적층체를 젤리 롤 형태로 권취하여 제작할 수도 있다.

양극은 알루미늄 판일 수 있으며, 양극 활물질이 도포된 양극 유지부와, 양극 활물질이 도포되지 않은 양극 무지부를 포함할 수 있다.

양극 활물질은 LiCoO2, LiNiO2, LiMnO2, LiMnO4와 같은 리튬 함유 전이금속 산화물 또는 리튬 칼코게나이드 화합물일 수 있다.

양극 유지부는 예를 들어, 알루미늄판의 적어도 어느 한 면의 일부에 양극 활물질을 도포하여 형성하며, 양극 활물질이 미 도포된 알루미늄판의 나머지 부분이 양극 무지부가 될 수 있다.

음극은 구리 판일 수 있으며, 음극 활물질이 도포된 음극 유지부와 음극 활물질이 도포되지 않은 음극 무지부를 포함할 수 있다.

음극 활물질은, 결정질 탄소, 비정질 탄소, 탄소 복합체, 탄소 섬유와 같은 탄소 재료, 리튬 금속 또는 리튬 합금 등일 수 있다.

음극 유지부는 예를 들어, 구리판의 적어도 어느 한 면의 일부에 음극 활물질을 도포하여 형성하며, 음극 활물질이 미 도포된 구리판의 나머지 부분이 음극 무지부가 될 수 있다.

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 있다.

무지부(20)는 유지부(10)의 최외각선으로부터 소정의 거리만큼 이격되도록 전극 포일(1)에서 전극 탭부(40)가 부착되는 측의 단부에 형성될 수 있다.

그리고 무지부(20)는 전극 탭부(40)와 부착되지 않는 부분(20a) 중 적어도 일부가 제거될 수 있다.

즉, 무지부(20)는 전극 탭부(40)와 부착되는 영역과 대응되는 영역만이 남도록 제거되거나, 전극 탭부(40)와 부착되는 영역 이외의 소정의 영역이 더 포함되도록 제거될 수 있다.

이러한 무지부(20)의 제거는 결국 전극의 형상 및 전극의 크기 최소화 등을 위해 전극에서 필요없는 무지부(20)의 영역을 제거하기 위한 것으로 무지부(20)의 활용도에 따라 무지부(20)의 제거 영역은 변경될 수 있다.

이때, 본 발명은 활물질이 도포된 유지부(10)가 아닌 무지부(20)를 제거하여 전극의 크기를 최소화하기 때문에 활물질의 손실을 극소화 시킬 수 있다.

삭마부(30)는 전극 포일(1)에 전극 탭부(40)를 부착하기 위해 유지부(10)에서 활물질 일부를 제거하는 것이다.

따라서 삭마부(30)는 유지부(10)에서 전극 탭부(40)가 부착되는 측의 활물질 일부를 무지부(20)와 연속되게 제거하여 형성할 수 있다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 전극 내 활물질의 삭마를 극소화하는 효과가 있다.

본 발명에 따르면, 전극 내 단위면적당 활물질의 삭마를 극소화하여 공정시간을 줄이는 효과가 있다.

본 발명에 따르면, 전극 내 단위면적당 활물질의 삭마를 극소화하여 공정시간을 줄임에 따라 생산속도를 높이는 효과가 있다.

본 발명에 따르면, 전극 내 활물질의 손실을 극소화하여 원가를 절감하는 효과가 있다.

본 발명에 따르면, 단자와 접합 시 전극 내 활물질의 삭마부를 회피하여 접합할 수 있도록 하여 접합 강도를 높이는 효과가 있다.

이상과 같이 본 발명에 따른 전극 및 그 전극의 제조방법을 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 실시가 가능하다.

1: 전극포일
10: 유지부
20: 무지부
20a: 전극 탭부와 부착되지 않는 부분
30: 삭마부
40: 전극 탭부

Claims (7)

1. 전극 포일(1)에 활물질이 도포된 유지부(10);
   상기 전극 포일(1)의 단부에 활물질이 도포되지 않은 무지부(20);
   상기 무지부(20)에서 상기 유지부(10) 방향으로 상기 유지부(10) 상의 활물질을 일부 삭마하여 상기 무지부(20)와 연속하도록 형성된 삭마부(30); 및
   상기 무지부(20) 및 삭마부(30)에 함께 걸쳐서 부착되는 전극 탭부(40); 를 포함하는 것을 특징으로 하는 전극.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 무지부(20)는 상기 전극 탭부(40)와 부착되지 않는 부분(20a) 중 적어도 일부가 제거되어 있는 것을 특징으로 하는 전극.
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 무지부(20)는 상기 전극 포일(1)에서 상기 전극 탭부(40)가 부착되는 측의 단부에 형성되는 것을 특징으로 하는 전극.
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 삭마부(30)는 상기 유지부(10)에서 상기 전극 탭부(40)가 부착되는 측의 활물질이 제거되는 것을 특징으로 하는 전극.
5. 전극 포일(1)을 준비하는 준비 단계(S1);
   상기 전극 포일(1)의 일부에 활물질을 도포하여 상기 활물질이 도포되는 유지부(10)와 상기 활물질이 도포되지 않는 무지부(20)를 형성하는 활물질 도포 단계(S2);
   상기 무지부(20)에서 상기 유지부(10) 방향으로 상기 유지부(10) 상의 활물질을 일부 삭마하여 상기 무지부(20)와 연속하는 삭마부를 형성하는 활물질 삭마 단계(S3);
   상기 무지부(20) 및 삭마부(30)에 함께 걸쳐서 전극 탭부(40)를 부착하는 설치 단계(S4); 를 포함하는 것을 특징으로 하는 전극의 제조방법.
6. 청구항 5에 있어서,
   상기 활물질 삭마 단계(S3)와 상기 설치 단계(S4) 사이에,
   상기 무지부(20)에서 상기 전극 탭부(40)가 부착되지 않는 부분 중 적어도 일부를 제거하는 무지부 제거 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전극의 제조방법.
7. 청구항 5에 있어서,
   상기 설치 단계(S4)에서 상기 전극 탭부(40)는 용접에 의해 상기 무지부에 부착되는 것을 특징으로 하는 전극의 제조방법.

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