KR102231584B1

KR102231584B1 - 이차전지용 전극 조립체, 이의 제조 방법 및 이를 포함하는 리튬이차전지

Info

Publication number: KR102231584B1
Application number: KR1020190088665A
Authority: KR
Inventors: 정창문; 조충래; 편규호; 홍지준
Original assignee: 주식회사 루트제이드
Priority date: 2019-07-23
Filing date: 2019-07-23
Publication date: 2021-03-24
Also published as: WO2021015459A1; KR20210011584A

Abstract

본 발명의 실시예에 따른 이차전지용 전극 조립체는, 양극의 양면에 분리막이 배치된 형상으로 마련된 양극체, 및 상기 양극체의 상면 또는 하면 중 적어도 어느 한 면에 적층되게 배치되고 상기 양극체를 수용하는 양극 수용부가 상기 양극체와의 접촉면에 도포된 절연성 부재에 의해 마련된 음극체를 포함한다.

Description

이차전지용 전극 조립체, 이의 제조 방법 및 이를 포함하는 리튬이차전지{ELECTRODE ASSEMBLY FOR SECONDARY BATTERY, METHOD OF MANUFACTURING THE SAME AND LITHIUM SECONDARY BATTERY COMPRISING THE SAME}

본 발명은 이차전지용 전극 조립체, 이의 제조 방법 및 이를 포함하는 리튬이차전지에 관한 것으로서, 더 상세하게는 양극체가 수용되는 양극 수용부를 음극체에 절연성 부재로 형성하여 양극체와 음극체를 정위치에 간편하게 적층시킬 수 있고, 양극체의 양극을 분리막과 절연성 부재로 포케팅하여 내부 단락의 위험성을 대폭 감소시킬 수 있는 이차전지용 전극 조립체, 이의 제조 방법 및 이를 포함하는 리튬이차전지에 관한 것이다.

최근 첨단 전자산업의 발달로 전자장비의 소량화 및 경량화가 가능하게 됨에 따라 휴대용 전자 기기, 다양한 형태의 모바일 기기의 사용이 증대되고 있다. 이러한 휴대용 전자 기기, 모바일 기기 등의 전원으로 높은 에너지 밀도를 가진 전지의 필요성이 증대되어 리튬이차전지의 수요가 크게 증가하고, 아울러 리튬이차전지의 성능 향상을 위한 연구가 활발하게 진행되고 있다.

특히, 전자기기 및 모바일 기기 등의 급속한 박형화와 소형화는 얇은 두께의 박형 리튬이차전지에 대한 수요를 급속히 확대시키고 있다. 한편, 기존의 원통형이나 각형 리튬이차전지는 전지의 박형화에 따르는 부피당 에너지 밀도 측면에서 우수하지 못하다는 한계가 있다. 따라서, 통상 5mm 이하의 두께를 갖는 박형 전지를 휴대전화, 캠코더, 노트북 컴퓨터 등의 고성능 휴대용 전자기기, 모바일 기기 등에 채용할 경우, 충분한 구동시간을 얻기 힘든 실정이다.

구체적으로, 각형 리튬이차전지는 젤리롤 형상을 갖는 전극체 구조로 인하여 용적 대비 전지의 효율성이 좋지 않고, 저온 연신으로 제조된 금속 포장재의 벽체 두께를 감소시키는 데 대한 기술적 제약으로 인하여 전지 두께가 줄어들어 에너지 밀도가 저하된다.

반면에, 적층된 전극 조립체를 알루미늄 라미네이트 포장재로 밀봉하여 조립된 리튬 고분자 전지의 경우, 젤리롤에 의해 발생되는 공간의 낭비를 감소시킬 수 있으나, 전극 사이의 밀착성을 높이기 위해 고분자 바인더를 과량 사용하거나 전극-전해질 계면에 접착층을 도포하여야 하므로, 이에 의한 에너지 밀도 및 그에 따른 전지 성능의 저하가 발생하는 문제가 있다. 또한, 알루미늄 라미네이트 포장재 자체의 기계적 취약성과 고분자 내피층과 금속 탭으로 이루어진 접착면의 접착 강도 부족으로 인하여 전지의 내구성, 안전성이 취약한 문제점도 내포하고 있다.

이러한 문제를 해결하기 위해, 본 출원인은 한국등록특허 제10-1168650호 또는 한국 등록특허 제10-1168651호에 개시된 포케팅 전극체(양극)를 적층하여 리튬 이차전지를 제조하는 기술을 개발하여 실시해 오고 있다.

그런데, 한국 등록특허 제10-1168650호 또는 한국 등록특허 제10-1168651호의 도 3에 도시된 바와 같이, 기존의 포케팅 전극체(양극)에서는 양극을 인캡슐레이션(encapsulation)시키기 위해서 별도의 절연성 부재와 분리막으로 양극을 포케팅하고 있다. 즉, 기존의 포케팅 전극체(양극)를 만들기 위해서는 절연성 고분자 필름에 양극판 모양과 유사한 모양의 수납공간을 펀칭(천공) 또는 타발하여 만들어야 한다. 이때, 수납공간에 해당하는 절연성 고분자 필름 즉, 타발된 절연성 고분자 필름은, 재사용할 수 없고 그대로 버려지기 때문에 절연성 고분자 필름을 낭비하는 문제가 있다. 또한, 포케팅 전극체(양극)을 제조하기 위해서 반복적인 타발 공정을 수행해야 하기 때문에 생산성도 낮은 문제가 있다.

이러한 문제를 해결하기 위해서, 절연성 고분자 필름의 두께 보다 얇은 양극판을 사용할 수도 있는데, 절연성 고분자 필름 보다 얇은 양극판을 사용하게 되면 전지의 에너지 밀도 측면에서 불리하고 전극체의 안착이 불안정할 경우에는 전지 불량이 발생할 가능성이 크다는 문제가 있다.

한국등록특허 제10-1168650호(등록공고 2012.07.25.) 한국등록특허 제10-1168651호(등록공고 2012.07.26.)

본 발명의 실시예는, 양극체와 음극체를 간편하고 신속하게 적층시킬 수 있고, 양극체와 음극체의 적층시 양극체와 음극체를 정위치에 안정적으로 정렬시킬 수 있는 이차전지용 전극 조립체, 이의 제조 방법 및 이를 포함하는 리튬이차전지를 제공한다.

또한, 본 발명의 실시예는, 기존의 양극 포케팅에서 사용되던 절연성 고분자 필름을 생략하고, 분리막 및 음극체의 양극 수용부를 이용하여 양극을 포케팅 형상으로 배치할 수 있는 이차전지용 전극 조립체, 이의 제조 방법 및 이를 포함하는 리튬이차전지를 제공한다.

또한, 본 발명의 실시예는, 양극의 포케팅시 사용되던 절연 고분자 필름을 생략함에 따라 절연 고분자 필름과 관련된 다수의 공정도 생략하여 생산성과 공정성을 향상시킬 수 있고, 절연 고분자 필름을 사용하지 않음에 따라 제조 비용을 절감할 수 있는 이차전지용 전극 조립체, 이의 제조 방법 및 이를 포함하는 리튬이차전지를 제공한다.

또한, 본 발명의 실시예는, 분리막과 양극 수용부에 의해 양극을 안정적으로 포케팅하여 내부 단락의 위험을 차단할 수 있고, 양극과 음극의 접촉 단면적을 증가시켜 에너지 밀도와 출력을 향상시킬 수 있는 이차전지용 전극 조립체, 이의 제조 방법 및 이를 포함하는 리튬이차전지를 제공한다.

또한, 본 발명의 실시예는, 사각형 구조의 이차전지뿐만 아니라 삼각형, 오각형, 원형, 타원형 등과 같은 이형 구조의 이차전지에도 용이하게 적용시킬 수 있는 이차전지용 전극 조립체, 이의 제조 방법 및 이를 포함하는 리튬이차전지를 제공한다.

본 발명의 일실시예에 따르면, 양극의 양면에 분리막이 배치된 형상으로 마련된 양극체, 및 상기 양극체의 상면 또는 하면 중 적어도 어느 한 면에 적층되게 배치되고 상기 양극체를 수용하는 양극 수용부가 상기 양극체와의 접촉면에 도포된 절연성 부재에 의해 마련된 음극체를 포함하는 이차전지용 전극 조립체를 제공한다.

바람직하게, 상기 양극 수용부는, 상기 음극체의 일면 또는 양면 중 어느 한 면의 테두리부에 상기 절연성 부재를 증착 또는 3D 프린팅 중 어느 한 방식으로 도포하여 상기 양극체의 측면을 둘러싸는 형상으로 마련될 수 있다. 이때, 상기 양극은 상기 분리막과 상기 양극 수용부에 의해 포케팅될 수 있다.

바람직하게, 상기 양극 수용부는, 상기 음극체의 일면 또는 양면 중 어느 한 면의 중앙부에 양극 수용부 마스크를 배치한 상태에서 상기 음극체의 일면 또는 양면 중 어느 한 면에 상기 절연성 부재를 설정 두께로 증착한 후 상기 양극 수용부 마스크를 제거하는 방식으로 형성될 수 있다.

상기 양극 수용부 마스크는 상기 양극체와 동일한 형상으로 형성될 수 있다. 상기 양극 수용부의 형상은 상기 양극 수용부 마스크의 형상에 따라 변경될 수 있다.

바람직하게, 상기 절연성 부재는 절연성 고분자 소재로 형성될 수 있다. 상기와 같은 절연성 고분자 소재는, 폴리 올레핀 수지, 폴리 에스테르 수지, 폴리 스티렌 수지, 폴리 이미드 수지, 폴리 아마이드 수지, 플로로 카본 수지, 에비에스(ABS) 수지, 폴리 아크릴계 수지, 아세탈계 수지, 또는 폴리 카보네이트 수지로 구성된 군에서 선택되는 하나 이상의 수지로 이루어질 수 있다.

바람직하게, 상기 양극체와 상기 음극체는, 상기 음극체들의 사이에 상기 양극체가 각각 위치되도록 서로 교차되는 형상으로 적층될 수 있다. 상기와 같이 음극체들의 서로 마주보는 면에 도포된 상기 절연성 부재들은, 동일 형상으로 서로 대칭되게 형성될 수 있고, 직접적으로 가열 접착되거나 또는 접착제를 첨가한 후 가열 접착될 수 있다.

상기 절연성 부재는 상기 음극체들의 일면 또는 양면 중 어느 한 면의 테두리부에 설정 두께와 설정 폭으로 도포될 수 있다. 상기 절연성 부재의 설정 두께는 상기 양극체의 두께의 1/2 크기로 설정될 수 있고, 상기 절연성 부재의 설정 폭은 상기 양극체와 상기 음극체 간의 면적 차이에 따라 설정될 수 있다.

상기 음극체는 적층 위치에 따라 단면 음극체 또는 양면 음극체가 사용될 수 있다. 여기서, 상기 단면 음극체는, 상기 양극체의 상면 또는 하면 중 어느 한 면에만 적층되게 배치될 수 있고, 상기 양극체와 접촉되는 일면에만 상기 양극 수용부가 형성될 수 있다. 그리고, 상기 양면 음극체는, 상기 양극체들의 사이에서 상기 양극체의 상면과 하면에 적층되게 배치될 수 있고, 상기 양극체와 접촉되는 양면에 상기 양극 수용부가 각각 형성될 수 있다.

상기 단면 음극체는 최고층과 최하층에 배치될 수 있고, 상기 양면 음극체는 최고층과 최하층의 사이에 위치한 중간층에 배치될 수 있다. 상기 양극체는, 상기 단면 음극체들 사이에 배치되거나, 상기 단면 음극체와 상기 양면 음극체 사이에 배치되거나, 또는 상기 양면 음극체들 사이에 배치될 수 있다.

상기 단면 음극체의 음극은 음극 집전체의 일면에만 음극 활물질을 도포한 형상으로 형성될 수 있고, 상기 단면 음극체의 상기 양극 수용부는 상기 음극 집전체의 일면에만 도포된 상기 음극 활물질의 테두리부를 따라 상기 절연성 부재를 설정 두께로 도포한 형상으로 형성될 수 있다.

상기 양면 음극체의 음극은, 음극 집전체의 양면에 음극 활물질을 도포한 형상으로 형성될 수 있고, 상기 양면 음극체의 상기 양극 수용부는 상기 음극 집전체의 양면에 도포된 상기 음극 활물질의 테두리부를 따라 상기 절연성 부재를 설정 두께로 도포한 형상으로 각각 형성될 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 분리막에 의해 양극이 둘러싸인 형상으로 마련된 포케팅 양극체, 및 상기 포케팅 양극체의 상부 또는 하부 중 적어도 어느 한 부위에 적층되게 배치되고 상기 포케팅 양극체의 상부 또는 하부를 수용하는 양극 수용부가 상기 포케팅 양극체와의 접촉면에 도포된 절연성 부재에 의해 마련된 음극체를 포함하는 이차전지용 전극 조립체를 제공한다.

바람직하게, 상기 분리막은, 상기 양극보다 넓은 면적로 형성되고 상기 양극이 중앙부에 위치하도록 상기 양극의 상면에 마련된 제1 분리막, 및 상기 제1 분리막과 동일한 형상으로 형성되고 상기 제1 분리막과 대응되게 배치되도록 상기 양극의 하면에 마련된 제2 분리막을 포함할 수 있다.

상기 포케팅 양극체에서는, 상기 양극이 위치되지 않은 상기 제1 분리막과 상기 제2 분리막의 테두리부가 서로 접착되어 상기 양극이 상기 제1 분리막과 상기 제2 분리막에 의해 포케팅될 수 있다.

바람직하게, 상기 양극 수용부는 상기 음극체의 일면 또는 양면 중 어느 한 면의 테두리부에 상기 절연성 부재를 증착 또는 3D 프린팅 중 어느 한 방식으로 도포하여 상기 포케팅 양극체의 상부 또는 하부 중 어느 하나를 수용하는 형상으로 형성될 수 있다. 상기와 같은 제1 분리막과 상기 제2 분리막의 테두리부는 상기 절연성 부재에 밀착되게 배치될 수 있다.

바람직하게, 상기 포케팅 양극체와 상기 음극체는, 상기 음극체들의 사이에 상기 포케팅 양극체가 각각 위치되도록 서로 교차되는 형상으로 적층될 수 있다. 상기 음극체들의 서로 마주보는 면에 도포된 상기 절연성 부재들은, 동일 형상으로 서로 대칭되게 형성될 수 있고, 상기 제1 분리막과 상기 제2 분리막의 테두리부에 밀착되게 배치될 수 있다.

한편, 본 발명의 다른 측면에 따르면, 위에 기재된 전극 조립체, 및 상기 전극 조립체의 외부를 둘러싸는 형상으로 마련되고 상기 전극 조립체와 함께 전해액이 밀봉 수납되는 전지 케이스를 포함하는 리튬이차전지를 제공한다.

또한, 본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 분리막을 양극과 동일한 크기로 준비하는 단계, 상기 양극의 양면에 상기 분리막을 각각 배치하여 양극체를 제조하는 단계, 상기 양극체보다 큰 면적으로 음극을 준비하는 단계, 상기 음극의 일면 또는 양면 중 어느 한 면의 테두리부에 절연성 부재를 증착 또는 3D 프린팅 중 어느 한 방식으로 도포하여 상기 양극체를 수용하기 위한 양극 수용부가 구비된 음극체를 제조하는 단계, 및 상기 양극체와 상기 음극체를 적층하는 단계를 포함하는 전극 조립체의 제조 방법을 제공한다.

바람직하게, 상기 음극체를 제조하는 단계는, 상기 음극을 롤투롤 방식으로 공급하는 단계, 상기 음극의 일면 또는 양면 중 어느 한 면에 복수개의 양극 수용부 마스크를 일정 간격으로 배치하는 단계, 상기 양극 수용부 마스크들이 배치된 상기 음극의 일면 또는 양면 중 어느 한 면의 테두리부에 상기 절연성 부재를 증착 또는 3D 프린팅 중 어느 한 방법으로 도포하는 단계, 상기 절연성 부재의 도포가 완료되면 상기 양극 수용부 마스크들을 제거하여 상기 양극 수용부를 형성하는 단계, 및 상기 양극 수용부를 기준으로 절단 또는 타발하여 상기 음극체를 획득하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 양극체는 다각형, 원형, 또는 이형 중 어느 한 형상으로 형성될 수 있다. 상기 양극 수용부 마스크는 상기 양극체와 동일 형상으로 형성될 수 있다. 상기 양극 수용부의 형상은 상기 양극 수용부 마스크의 형상에 따라 변경될 수 있다.

상기 양극체와 상기 음극체를 적층하는 단계에서는, 상기 음극체들의 사이에 상기 양극체를 각각 위치시키기 위하여 상기 양극체와 상기 음극체를 서로 교차되는 형상으로 적층할 수 있다. 상기 단면 음극체는 최고층과 최하층에 배치할 수 있다. 상기 양극체는 최고층과 최하층 사이의 중간층에 적어도 하나를 배치할 수 있다. 상기 양면 음극체는 복수개의 상기 양극체들 사이에 각각 배치할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 이차전지용 전극 조립체, 이의 제조 방법 및 이를 포함하는 리튬이차전지는, 음극체의 테두리부에 절연성 부재를 도포하여 양극체가 수용되기 위한 양극 수용부를 음극체의 일면 또는 양면에 형성한 구조이므로, 양극체를 음극체의 양극 수용부에 수용시키는 방식으로 양극체와 음극체를 적층하여 양극체와 음극체를 간편하고 신속하게 적층시킬 수 있고, 양극체와 음극체의 적층시 양극체와 음극체를 정위치에 간편하게 배치하여 별도의 라미네이션(lamination) 공정 없이도 양극체와 음극체의 적층 위치를 안정적으로 정렬시킬 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 이차전지용 전극 조립체, 이의 제조 방법 및 이를 포함하는 리튬이차전지는, 음극체의 양극 수용부를 형성하는 절연성 부재 및 양극체의 양극의 양면에 배치한 분리막에 의해서 양극체의 양극이 인캡슐레이션(encapsulation) 형상으로 포케팅되는 구조이므로, 기존의 양극 포케팅시 사용되던 절연성 고분자 필름을 생략할 수 있고, 절연성 고분자 필름의 생략으로 인하여 전극 조립체의 제조 공정 및 제조 비용을 절감할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 이차전지용 전극 조립체, 이의 제조 방법 및 이를 포함하는 리튬이차전지는, 음극체의 양극 수용부에 양극체를 배치한 구조이므로, 내부 단락의 위험을 미연에 방지할 수 있고, 양극과 음극의 접촉 단면적을 증가시켜 전극 조립체의 에너지 밀도와 출력을 향상시킬 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 이차전지용 전극 조립체, 이의 제조 방법 및 이를 포함하는 리튬이차전지는, 절연 고분자 필름을 사용하지 않고 분리막과 양극 수용부를 이용하여 양극을 포케팅하는 형상이므로, 기존과 같이 절연 고분자 필름을 천공 또는 타발하는 공정이나 절연 고분자 필름을 적층하는 공정을 생략할 수 있고, 그로 인하여 전극 조립체의 공정성 및 생산성을 대폭 향상시킬 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 이차전지용 전극 조립체, 이의 제조 방법 및 이를 포함하는 리튬이차전지는, 음극체의 양극 수용부를 형성하는 절연성 부재가 양극체보다 절반의 두께로 음극체에 도포되므로, 음극체의 일면 또는 양면에 양극 수용부를 동일 형상으로 형성하여 음극체를 적층 방향성이 없는 구조로 형성할 수 있고, 그에 따라 양극체와 음극체의 적층시 양극체와 음극체를 간편하게 적층할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 이차전지용 전극 조립체, 이의 제조 방법 및 이를 포함하는 리튬이차전지는, 음극체의 일면 또는 양면에 양극 수용부 마스크를 배치한 상태에서 음극체에 절연성 부재를 증착한 후 양극 수용부 마스크를 제거하여 양극 수용부를 형성하므로, 양극 수용부의 형상을 변경하는 간단한 방법을 통하여 다양한 형상의 양극 수용부를 음극체에 간편하게 형성할 수 있고, 그에 따라 통상적인 사각형 구조의 이차전지뿐만 아니라 삼각형, 오각형, 원형, 타원형 등과 같은 이형 구조의 이차전지의 제조에 용이하게 적용할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 전극 조립체가 도시된 정면도이다.
도 2는 도 1에 도시된 전극 조립체의 분해 상태를 나타낸 정면도이다.
도 3은 도 1에 도시된 전극 조립체를 나타낸 분해 사시도이다.
도 4는 도 1에 도시된 양극체의 제작 과정을 나타낸 도면이다.
도 5는 도 1에 도시된 단면 음극체의 제작 과정을 나타낸 도면이다.
도 6은 도 1에 도시된 양면 음극체의 제작 과정을 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전극 조립체가 도시된 정면도이다.
도 8은 도 7에 도시된 전극 조립체의 분해 상태를 나타낸 정면도이다.

이하에서, 본 발명에 따른 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 그러나, 본 발명이 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 전극 조립체(100)가 도시된 정면도이고, 도 2는 도 1에 도시된 전극 조립체(100)의 분해 상태를 나타낸 정면도이며, 도 3은 도 1에 도시된 전극 조립체(100)를 나타낸 분해 사시도이다. 도 4는 도 1에 도시된 양극체(110)의 제작 과정을 나타낸 도면이고, 도 5는 도 1에 도시된 단면 음극체(120)의 제작 과정을 나타낸 도면이며, 도 6은 도 1에 도시된 양면 음극체(130)의 제작 과정을 나타낸 도면이다.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 리튬이차전지(미도시)는 전극 조립체(100) 및 전지 케이스(미도시)를 포함할 수 있다.

여기서, 전극 조립체(100)는 전기의 충전 또는 방전이 이루어지는 구성으로서, 양극체(110)와 음극체(120, 130)가 상하 방향으로 서로 교차되게 적층된 구조로 형성될 수 있다. 상기와 같은 전극 조립체(100)의 두께는 0.2㎜ 이하로 매우 얇게 형성될 수 있다.

본 발명에서는 전극조립체(100)가 일반적인 리튬이차전지 뿐만 아니라 이형셀 타입의 리튬이차전지에도 사용될 수 있다. 여기서, "이형셀"은 전지의 모양이 정해져 있지 않거나 다양한 모양의 전지를 의미한다. 즉, 일반적인 리튬이차전지에 사용되는 전극 조립체(100)는 사각형의 평면 구조로 형성되지만, 이형셀 타입의 리튬이차전지에 사용되는 전극 조립체는 삼각형, 오각형, 원형, 타원형 등과 같은 이형의 평면 구조로 형성될 수 있다.

그리고, 전지 케이스는 전극 조립체(100)의 외부를 둘러싸는 형상으로 마련될 수 있다. 즉, 전지 케이스의 내부에는 전극 조립체(100)와 함께 전해액이 밀봉 수납될 수 있다.

한편, 전극 조립체(100)을 구성하는 분리막, 양극(양극 집전체 및 양극활물질), 음극(음극 집전체 및 음극활물질), 전해액 등은, 한국등록특허 제10-1168650호 또는 한국등록특허 제10-1168651호에 개시된 전극조립체 및 리튬이차전지에 사용되는 것과 동일하므로 이에 대한 자세한 설명은 생략한다.

이하에서는, 본 발명의 일실시예에 따른 이차전지용 전극 조립체(100)의 기술적 특징을 더 상세하게 설명하기로 한다.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 이차전지용 전극 조립체(100)는, 양극체(110) 및 음극체(120, 130)를 포함한다.

본 실시예에 따른 이차전지용 전극 조립체(100)에서는, 양극체(110)와 음극체(120, 130)이 서로 교차되는 형상으로 수직하게 적층될 수 있다. 즉, 양극체(110)은, 복수개의 음극체(120, 130) 사이에 하나씩 배치될 수 있다.

상기와 같은 양극체(110)와 음극체(120, 130)는 별도의 제조 공정에 의해 제조된 후 전극 조립체(100)의 적층시 개별적으로 사용될 수 있다. 이때, 양극체(110)는 음극체(120, 130)의 중앙부에 형성된 양극 수용부(S)에 수용된 형상으로 배치될 수 있다. 그로 인해서, 음극체(120, 130)의 양극 수용부(S)는 양극체(110)와 동일 형상으로 형성될 수 있고, 음극체(120, 130)는 양극체(110)보다 더 넓은 면적으로 형성될 수 있다.

도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 실시예의 양극체(110)는 양극(112) 및 분리막(114, 116)을 포함할 수 있다. 양극체(110)는 양극(112)의 양면에 분리막(114, 116)이 배치된 형상으로 마련될 수 있다. 따라서, 양극(112)과 분리막(114, 116)은 서로 동일한 형상의 평면 구조로 형성될 수 있다.

양극(112)은 양극 집전체(112a), 양극 활물질(112b), 및 양극 무지부(112c)를 포함할 수 있다. 양극 활물질(112b)은 양극 집전체(112a)의 양면에 도포될 수 있다. 양극 무지부(112c)는 양극 활물질(112b)이 도포되지 않은 형상으로 길게 형성될 수 있다. 양극 무지부(112c)의 일단부는 양극 집전체(112a)의 가장자리부 일측에 연결될 수 있고, 양극 무지부(112c)의 타단부는 후술하는 음극체(120, 130)의 절연성 부재(124, 134)를 거쳐서 전극 조립체(100)의 외측에 배치될 수 있다.

분리막(114, 116)은 제1 분리막(114) 및 제2 분리막(116)을 포함할 수 있다. 제1 분리막(114)은, 양극(112)과 동일한 형상으로 형성될 수 있고, 양극(112)의 상면을 덮는 형상으로 양극(112)의 상면에 배치될 수 있다. 제2 분리막(116)은, 제1 분리막(114)과 동일하게 양극(112)과 동일한 형상으로 형성될 수 있고, 양극(112)의 하면을 덮는 형상으로 양극(112)의 하면에 배치될 수 있다.

도 1 내지 도 3, 도 5, 도 6를 참조하면, 본 실시예의 음극체(120, 130)는 양극체(110)의 상면 또는 하면 중 적어도 어느 한 면에 적층되게 배치될 수 있다. 상기와 같이 음극체(120, 130)는 양극체(110)와 접촉되는 접촉면에 양극 수용부(S)가 형성될 수 있다. 양극 수용부(S)는 음극체(120, 130)의 일면 또는 양면 중 어느 한 면에 절연성 부재(124, 134)를 도포하는 방식으로 마련될 수 있다.

양극 수용부(S)는 양극체(110)의 측면을 둘러싸는 형상으로 마련될 수 있다. 상기와 같은 양극체(110)의 측면에는 분리막(114, 116)이 배치되지 않아 양극(112)이 외부로 노출된 상태이다. 하지만, 본 실시예에서는 전극 조립체(100)의 적층시 양극체(110)의 측면이 양극 수용부(S)에 의해 둘러싸인 구조로 배치되므로, 양극체(110)의 측면이 양극 수용부(S)에 의해 차폐될 수 있고, 양극 수용부(S)에 의해서 양극체(110)의 측면이 외부로 노출되지 않는다.

상기와 같이 양극체(110)는 서로 이웃하게 배치된 음극체(120, 130)들 사이에서 음극체(120, 130)들의 대향면에 형성된 양극 수용부(S)에 수용되기 때문에 음극체(120, 130)와 양극 수용부(S)에 의해 인캡슐레이션(encapsulation) 형상으로 배치될 수 있다. 이때, 양극체(110)의 양극(112)은 제1 분리막(114), 제2 분리막(116) 및 양극 수용부(S)의 절연성 부재(124, 134)에 의해 포케팅되는 형상으로 배치될 수 있다. 그러므로, 전극 조립체(100)의 내부에서 발생되는 단락 현상도 미연에 방지될 수 있다.

또한, 절연성 부재(124, 134)는 음극체(120, 130)에 양극 수용부(S)를 형성하도록 음극체(120, 130)의 일면 또는 양면 중 어느 한 면의 테두리부에 증착 또는 3D 프린팅 중 어느 한 방식으로 도포될 수 있다. 즉, 절연성 부재(124, 134)는, 증착 방식에 의해 음극체(120, 130)의 테두리부의 표면에 설정 두께(T2)와 설정 폭으로 도포되거나, 또는 3D 프린팅 방식에 의해 음극체(120, 130)의 테두리부를 따라 설정 두께(T2)와 설정 폭으로 도포될 수 있다.

상기와 같은 절연성 부재(124, 134)는, 음극체(120, 130)의 일면 또는 양면 중 어느 한 면에 증착 또는 3D 프린팅 중 어느 한 방식으로 도포되므로, 음극체(120, 130)와의 접착력을 향상시키는 재질로 형성됨이 바람직하다. 즉, 절연성 부재(124, 134)와 음극체(120, 130)의 접착력이 향상되면, 절연성 부재(124, 134)가 음극체(120, 130)의 일면 또는 양면 중 어느 한 면에 더욱 견고하게 도포될 수 있고, 그 뿐만 아니라 절연성 부재(124, 134)에 의해 형성된 양극 수용부(S)가 더 안정적으로 유지될 수 있다. 이를 위하여, 본 실시예에서는 음극체(120, 130)의 음극(122, 132)의 음극 활물질(122b, 132b)에 포함되는 바인더(binder)와 동일하거나 유사한 재질의 절연성 부재(124, 134)가 사용되거나, 또는 접착 성분이 포함된 절연성 부재(124, 134)가 사용될 수 있다.

여기서, 절연성 부재(124, 134)의 설정 두께(T2)는 양극체(110)의 두께(T1)의 1/2 크기로 설정될 수 있다. 즉, 전극 조립체(100)에서 양극체(110)의 상측과 하측에 배치된 음극체(120, 130)들의 양극 수용부(S)는, 양극체(110)의 절반 크기에 해당하는 양극체(110)의 상측 부위와 하측 부위를 각각 수용하는 동일 형상으로 형성될 수 있다. 따라서, 본 실시예에서는 음극체(120, 130)들에 형성된 양극 수용부(S)가 모두 동일 형상으로 형성되므로, 양극 수용부(S)의 크기에 따른 음극체(120, 130)의 적층 방향성을 제거하여 음극체(120, 130)의 적층 작업이 간편해질 수 있다.

그리고, 절연성 부재(124, 134)의 설정 폭은 양극체(110)와 음극체(120, 130) 간의 면적 차이에 따라 설정될 수 있다. 즉, 양극체(110)는 음극체(120, 130)의 중앙부에 형성된 양극 수용부(S)에 수용되게 배치되되, 음극체(120, 130)보다 작은 면적으로 형성될 수 있다. 따라서, 본 실시예에서는 절연성 부재(124, 134)의 설정 폭은 음극체(120, 130)와 양극체(110)의 적층시 양극체(110)가 배치되지 않는 음극체(120, 130)의 테두리부에 대응되는 폭으로 설정될 수 있다.

이하, 본 실시예에서는 절연성 부재(124, 134)가 증착 방식 중에서 '화학 기상 증착 공정(CVD, chemical vapor deposition)' 방식에 의해 음극체(120, 130)의 일면 또는 양면에 도포되는 것으로 설명하지만, 이에 한정되는 것은 아니며 전극 조립체(100)의 설계 조건 및 상황에 따라 다양한 방식이 적용될 수 있다.

통상적으로, 고분자 물질의 화학 기상 증착 공정(CVD)은, 기존에 잘 알려진 액상 유기 합성 반응을 기상 반응 공정에 적용한 것으로서, 기화된 단량체가 기상 반응기 내에서 활성화되어 고분자 중합 반응이 이루어져 기판 위로 고분자 박막을 형성한다.

본 발명에서는 화학 기상 증착 공정(CVD) 외에 iCVD, 3D 프린팅 공정 등을 이용할 수도 있다. 개시제를 이용한 화학 기상 증착 공정(iCVD, initiative chemical vapor deposition)은, 진공 반응기의 내부에서 자유 라디칼(free radical)을 이용한 고분자 중합 반응을 통해 고분자 필름을 증착한다. 개시제를 이용한 화학 기상 증착 공정(iCVD)에 의해 제작된 고분자 절연막은 PECVD 또는 ALD 등의 공정으로 증착된 무기물 기반 절연막의 성능과 유사한 절연 특성을 가지면서도 고분자 특유의 유연성 및 경량성을 유지할 수 있다. 그리고, 개시제를 이용한 화학 기상 증착 공정(iCVD)은 기존의 화학 기상 증착 공정보다 공정 온도가 매우 낮기 때문에 고분자 고유의 작용기가 많이 보존되는 장점을 가지고 있으며, 이를 활용하여 얇은 두께로도 우수한 접착 강도를 가지는 접착 박막을 제작할 수도 있다.

도 5와 도 6에 도시된 바와 같이, 본 실시예에서는 음극체(120, 130)의 일면 또는 양면 중 어느 한 면의 중앙부에 양극 수용부 마스크(140)를 배치한 상태에서 절연성 부재(124, 134)를 음극체(120, 130)의 일면 또는 양면 중 어느 한 면에 설정 두께(T2)로 증착한 후 양극 수용부 마스크(140)를 제거하여 양극 수용부(S)를 형성할 수 있다. 이때, 절연성 부재(124, 134)의 증착은 화학 기상 증착 공정(CVD)으로 진행될 수 있다.

상기와 같은 양극 수용부 마스크(140)는 양극체(110)와 동일한 형상으로 형성될 수 있다. 따라서, 양극 수용부(S)가 양극 수용부 마스크(140)의 제거된 부위에 형성되므로, 양극 수용부(S)는 양극체(110)와 동일한 형상으로 형성될 수 있다. 그로 인하여, 양극 수용부(S)의 형상은 양극 수용부 마스크(140)의 형상에 따라 다양하게 변경될 수 있다.

또한, 절연성 부재(124, 134)는 절연성 고분자 소재로 형성될 수 있다. 일례로, 절연성 고분자 소재는, 폴리 올레핀 수지, 폴리 에스테르 수지, 폴리 스티렌 수지, 폴리 이미드 수지, 폴리 아마이드 수지, 플로로 카본 수지, 에비에스(ABS) 수지, 폴리 아크릴계 수지, 아세탈계 수지, 또는 폴리 카보네이트 수지로 구성된 군에서 선택되는 하나 이상의 수지로 이루어질 수 있다.

한편, 본 실시예의 음극체(120, 130)은, 양극체(110)에 적층되는 위치에 따라 단면 음극체(120) 또는 양면 음극체(130)가 사용될 수 있다.

도1 내지 도 3 및 도 5에 도시된 바와 같이, 단면 음극체(120)는 양극체(110)의 상면 또는 하면 중 어느 한 면에만 적층되는 형상으로 배치될 수 있다. 따라서, 양극 수용부(S)도 단면 음극체(120)의 일면에만 형성될 수 있다.

상기와 같은 단면 음극체(120)는, 양극체(110)과 음극체(120, 130)의 적층시 전극 조립체(100)의 최고층과 최하층에 배치될 수 있다. 이때, 단면 음극체(120)는 전극 조립체(100)의 상측 또는 하측으로 음극 집전체(122a)를 노출시키도록 전극 조립체(100)의 최고층과 최하층에 배치될 수 있다.

예를 들면, 단면 음극체(120)는 제1 음극(122) 및 제1 절연성 부재(124)를 포함할 수 있다.

제1 음극(122)은 제1 음극 집전체(122a), 제1 음극 활물질(122b), 및 제1 음극 무지부(122c)를 포함할 수 있다.

여기서, 제1 음극 활물질(122b)은 제1 음극 집전체(122a)의 일면에 도포될 수 있다. 이때, 양극 수용부(S)는 제1 음극 집전체(122a)의 일면에 도포된 제1 음극 활물질(122b)에 제1 절연성 부재(124)를 도포하여 제1 음극 활물질(122b)의 중앙 부위에 홈 형상으로 마련될 수 있다.

그리고, 제1 음극 무지부(122c)는 제1 음극 활물질(122b)이 도포되지 않은 형상으로 길게 형성될 수 있다. 제1 음극 무지부(122c)의 일단부는 제1 음극 집전체(122a)의 가장자리부 일측에 연결될 수 있고, 제1 음극 무지부(122c)의 타단부는 절연성 부재(124, 134)를 거쳐서 전극 조립체(100)의 외측에 배치될 수 있다.

제1 절연성 부재(124)는 제1 음극 집전체(122a)의 일면에만 도포된 제1 음극 활물질(122b)의 테두리부를 따라 설정 두께와 설정 폭으로 도포될 수 있다. 상기와 같이 제1 절연성 부재(124)가 제1 음극 활물질(122b)의 테두리부를 따라 도포되면, 제1 절연성 부재(124)와 제1 음극 활물질(122b)에 의해서 단면 음극체(120)의 일면의 중앙부에 양극 수용부(S)가 양극체(110)와 동일한 형상으로 형성될 수 있다.

도1 내지 도 3, 도 6에 도시된 바와 같이, 양면 음극체(130)은 양극체(110)들의 사이에서 양극체(110)의 상면과 하면에 동시에 적층되는 형상으로 배치될 수 있다. 따라서, 양극 수용부(S)는 양극체(110)와 접촉되는 양면 음극체(130)의 양면에 각각 형성될 수 있다.

상기와 같은 양면 음극체(130)는, 양극체(110)와 음극체(120, 130)의 적층시 전극 조립체(100)의 최고층과 최하층 사이에 위치한 중간층에 배치될 수 있다. 즉, 양면 음극체(130)는 양극체(110)들의 사이에 각각 배치될 수 있다.

예를 들면, 양면 음극체(130)는 제2 음극(132) 및 제2 절연성 부재(134)를 포함할 수 있다.

제2 음극(132)은 제2 음극 집전체(132a), 제2 음극 활물질(132b), 및 제2 음극 무지부(132c)를 포함할 수 있다.

여기서, 제2 음극 활물질(132b)은 제2 음극 집전체(132a)의 양면에 각각 도포될 수 있다. 이때, 양극 수용부(S)는, 제2 음극 집전체(132a)의 양면에 도포된 제2 음극 활물질(132b)에 제2 절연성 부재(134)를 도포하여 제2 음극 활물질(132b)의 중앙 부위에 홈 형상으로 마련될 수 있다. 특히, 양면 음극체(130)에 형성된 양극 수용부(S)는, 제2 음극 집전체(124a)를 기준으로 상하 방향을 따라 서로 대칭되게 형성될 수 있다.

제1 음극 집전체(122a)와 제2 음극 집전체(132a)는 서로 다른 구조와 소재로 형성될 수 있지만, 본 실시예에서는 제1 음극 집전체(122a)와 제2 음극 집전체(132a)가 동일한 구조와 소재로 형성된 것으로 설명한다. 뿐만 아니라, 제1 음극 활물질(122b)과 제2 음극 활물질(132b)도 서로 다른 구조와 소재로 형성될 수 있지만, 본 실시예에서는 제1 음극 활물질(122b)과 제2 음극 활물질(132b)도 동일한 구조와 소재로 형성된 것으로 설명한다.

그리고, 제2 음극 무지부(132c)는 제2 음극 활물질(132b)이 도포되지 않은 형상으로 길게 형성될 수 있다. 제2 음극 무지부(132c)의 일단부는 제2 음극 집전체(132a)의 가장자리부 일측에 연결될 수 있고, 제2 음극 무지부(132c)의 타단부는 절연성 부재(124, 134)를 거쳐서 전극 조립체(100)의 외측에 배치될 수 있다. 한편, 제2 음극 무지부(132c)는 제1 음극 무지부(122c)와의 접촉을 방지하도록 제1 음극 무지부(122c)와 서로 엇갈린 위치에 배치될 수 있다.

제2 절연성 부재(134)는 제2 음극 집전체(132a)의 양면에 도포된 제2 음극 활물질(132b)의 테두리부를 따라 설정 두께(T2)와 설정 폭으로 도포될 수 있다. 상기와 같이 제2 절연성 부재(134)가 제2 음극 활물질(132b)의 테두리부를 따라 도포되면, 제2 절연성 부재(134)와 제2 음극 활물질(132b)에 의해서 양면 음극체(130)의 양면의 중앙부에 양극 수용부(S)가 양극체(110)와 동일한 형상으로 각각 형성될 수 있다.

한편, 본 실시예에서는 양극체(110)와 음극체(120, 130)가 서로 교차되는 형상으로 적층되되, 양극체(110)가 서로 이웃하는 음극체(120, 130)들의 사이에 각각 배치될 수 있다. 따라서, 양극체(110)는, 단면 음극체(120)들 사이에 배치되거나, 단면 음극체(120)와 양면 음극체(130) 사이에 배치되거나, 또는 양면 음극(122, 132)들 사이에 배치될 수 있다.

이때, 양극체(110)은, 단면 음극체(120)와 양극 음극체(120, 130)보다 작은 면적으로 형성될 수 있고, 단면 음극체(120) 또는 양극 음극체(120, 130)의 중앙부에 형성된 양극 수용부(S)에 배치될 수 있다. 뿐만 아니라, 단면 음극체(120)와 양면 음극체(130)는 양극체(110)의 면적보다 더 넓은 면적으로 형성될 수 있고, 절연성 부재(124, 134)는 양극체(110)와 대응되지 않는 단면 음극체(120)의 테두리부 또는 양면 음극체(130)의 테두리부에 도포될 수 있다.

또한, 단면 음극체(120)들의 대향면, 양면 음극체(130)들의 대향면, 또는 단면 음극체(120)와 양면 음극체(130)의 대향면에는, 제1,2 절연성 부재(124, 134)들에 의해서 양극 수용부(S)가 동일 형상으로 서로 대칭되게 형성될 수 있다. 상기와 같이 양극 수용부(S)가 음극체(120, 130)들의 대향면에 동일 형상으로 대칭되게 형성되면, 양극체(110)와 음극체(120, 130)의 적층시 음극체(120, 130)들의 대향면에 양극 수용부(S)를 형성하는 절연성 부재(124, 134)가 서로 밀착되게 배치될 수 있다. 이때, 절연성 부재(124, 134)는 직접적으로 가열 접착되거나, 또는 접착제를 첨가한 후 가열 접착될 수 있다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 일실시예에 따른 전극 조립체(100)의 제조 방법을 살펴보면 다음과 같다.

도 4 내지 도 6을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 전극 조립체(100)의 제조 방법은, 분리막(114, 116)을 양극(112)과 동일한 크기로 준비하는 단계(도 4의 (a) 참조), 양극(112)의 양면에 분리막(114, 116)을 각각 배치하여 양극체(110)를 제조하는 단계(도 4의 (b) 및 도 4의 (c) 참조), 양극체(110)보다 큰 면적으로 음극(122, 132)을 준비하는 단계(도 5의 (a) 및 도 6의 (a) 참조), 음극(122, 132)의 일면 또는 양면 중 어느 한 면의 테두리부에 절연성 부재(124, 134)를 증착 또는 3D 프린팅 중 어느 한 방식으로 도포하여 양극체(110)를 수용하기 위한 양극 수용부(S)가 구비된 음극체(120, 130)를 제조하는 단계(도 5 및 도 6 참조), 및 양극체(110)와 음극체(120, 130)를 적층하는 단계(도 1과 도 2 참조)를 포함한다.

분리막(114, 116)과 양극(112)을 준비하는 단계(도 4의 (a) 참조)에서는, 분리막(114, 116)과 양극(112)을 소정의 폭으로 형성된 긴 띠 모양으로 마련한다. 상기와 같은 분리막(114, 116)과 양극(112)은 롤투롤 방식으로 공급하여 양극체(110)를 제조한다.

양극체(110)를 제조하는 단계(도 4의 (b) 및 도 4의 (c) 참조)에서는, 분리막(114, 116)과 양극(112)을 롤투롤 방식으로 공급하여 양극(112)의 양면에 분리막을 덮는 형상으로 배치한다. 즉, 양극(112)의 상면에는 제1 분리막(114)이 양극(112)의 상면과 동일한 형상으로 배치되고, 양극(112)의 하면에는 제2 분리막(116)이 양극(112)의 하면과 동일한 형상으로 배치된다. 상기와 같이 분리막(114, 116)을 양극(112)의 양면에 배치하면, 적정 간격으로 절단 또는 타발하여 복수개의 양극체(110)를 원하는 형상과 크기로 제조한다. 이하, 본 실시예에서는 양극(112)이 사각형의 평면 구조로 제조되는 것으로 설명한다.

음극(122, 132)을 준비하는 단계(도 5의 (a) 및 도 6의 (a) 참조)에서는, 양극체(110)보다 큰 면적으로 음극(122, 132)을 소정의 폭으로 형성된 긴 띠 모양으로 마련한다. 상기와 같은 음극(122, 132)은 롤투롤 방식으로 공급하여 음극체(120, 130)를 제조한다.

한편, 단면 음극체(120)에 사용되는 제1 음극(122)은, 양극체(110)보다 큰 면적의 긴 띠 모양으로 형성된 제1 음극 집전체(122a)를 롤투롤 방식으로 공급하고, 제1 음극 활물질(122b)을 제1 음극 집전체(122a)의 일면에 도포하여 제1 음극(122)을 제조한다. (도 5의 (a) 참조)

또한, 양면 음극체(130)에 사용되는 제1 음극(122)은, 양극체(110)보다 큰 면적의 긴 띠 모양으로 형성된 제2 음극 집전체(132a)를 롤투롤 방식으로 공급하고, 제2 음극 활물질(132b)을 제2 음극 집전체(132a)의 양면에 도포하여 제2 음극(132)을 제조한다. (도 6의 (a) 참조)

음극체(120, 130)를 제조하는 단계(도 5의 (b) 내지 도 5의 (d), 도 6의 (b) 내지 도 6의 (d) 참조)에서는, 제1 음극(122)의 일면의 테두리부 또는 제2 음극(132)의 양면의 테두리부에 절연성 부재(124, 134)를 증착 또는 3D 프린팅 중 어느 한 방식으로 도포하여 제1 음극(122)의 일면의 중앙부 또는 제2 음극(132)의 양면의 중앙부에 양극 수용부(S)를 형성한다.

예를 들면, 음극체(120, 130)를 제조하는 단계는, 제1 음극(122) 또는 제2 음극(132)을 롤투롤 방식으로 공급하는 단계(도 5의 (a) 또는 도 6의 (a) 참조), 제1 음극(122)의 일면 또는 제2 음극(132)의 양면에 복수개의 양극 수용부 마스크(140)를 일정 간격으로 배치하는 단계(도 5의 (b) 또는 도 6의 (b) 참조), 양극 수용부 마스크(140)들이 배치된 제1 음극(122)의 일면 또는 제2 음극(132)의 양면에 절연성 부재(124, 134)를 증착하는 단계(도 5의 (c) 또는 도 6의 (c) 참조), 절연성 부재(124, 134)의 도포가 완료되면 양극 수용부 마스크(140)들을 제거하여 양극 수용부(S)를 형성하는 단계(도 5의 (d) 또는 도 6의 (d) 참조), 및 양극 수용부(S)를 기준으로 절단 또는 타발하여 음극체(120, 130)를 획득하는 단계(도 5의 (d) 또는 도 6의 (d) 참조)를 포함할 수 있다.

즉, 본 실시예에서는, 절연성 부재(124, 134)의 증착시 양극 수용부 마스크(140)를 이용하여 제1 음극(122)의 제1 음극 활물질(122b)의 테두리부 또는 제2 음극(132)의 제2 음극 활물질(132b)의 테두리부에 절연성 부재(124, 134)를 도포한다. 상기와 같이 제1 음극(122)과 제2 음극(132)에 도포된 절연성 부재(124, 134)로 인하여 제1 음극(122)의 제1 음극 활물질(122b)의 중앙부 또는 제2 음극(132)의 제2 음극 활물질(132b)의 중앙부에 양극 수용부(S)를 형성할 수 있다.

이때, 양극 수용부 마스크(140)는 양극체(110)와 동일 형상으로 형성될 수 있고, 양극 수용부(S)의 형상은 양극 수용부 마스크(140)의 형상에 따라 변경될 수 있다. 따라서, 양극체(110)이 사각형 이외의 형상, 예를 들면 다각형, 원형, 타원형 또는 이형 중 어느 한 형상으로 형성되면, 양극 수용부 마스크(140)도 양극체(110)와 동일한 형상으로 변경한다. 그로 인해서, 양극 수용부(S)의 형상도 양극체(110)와 동일하게 변경하여 양극체(110)의 수용이 가능하다.

결론적으로, 양극 수용부 마스크(140)의 형상을 변경하는 간단한 구조 변경만으로도, 양극 수용부(S)의 형상을 양극체(110)에 대응되게 형성할 수 있고, 그로 인해서 양극체(110)와 음극체(120, 130)를 다양한 형상으로 형성할 수 있기 때문에 리튬이차전지를 이형셀 구조로 간편하게 형성할 수 있다.

양극체(110)와 음극체(120, 130)를 적층하는 단계(도 1과 도 2 참조)에서는, 양극체(110)와 음극체(120, 130)를 서로 교차시키면서 수직하게 적층한다. 즉, 양극체(110)를 음극체(120, 130)들의 사이에 각각 위치시키는 구조로 양극체(110)와 음극체(120, 130)를 적층한다.

이때, 단면 음극체(120)는 전극 조립체(100)의 최상층과 최하층에 배치하고, 양면 음극체(130)는 전극 조립체(100)의 최상층과 최하층 사이에 배치된 중간층에서 서로 이웃하게 배치된 2개의 양극체(110) 사이에 각각 배치한다.

특히, 양극체(110)를 음극체(120, 130)의 일면 또는 양면에 형성된 양극 수용부(S)에 수용시키면서 양극체(110)과 음극체(120, 130)의 적층이 이루어지므로, 양극체(110)과 음극체(120, 130)의 적층 위치를 정확하게 정렬시킨 상태로 적층 공정을 진행할 수 있고, 그로 인해서 양극체(110)과 음극체(120, 130)의 적층시 정렬을 위한 별도의 라미네이션 공정을 추가로 진행할 필요가 없다.

도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전극 조립체(200)가 도시된 정면도이고, 도 8은 도 7에 도시된 전극 조립체(200)의 분해 상태를 나타낸 정면도이다.

도 7 내지 도 8에서 도 1 내지 도 3에 도시된 참조부호와 동일 유사한 참조부호는 동일한 부재를 나타내며, 그에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다. 이하에서는 도 1 내지 도 3에 도시된 이차전지용 전극 조립체(100)와 상이한 점을 중심으로 서술하도록 한다.

도 7 및 도 8을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차전지용 전극 조립체(200)가 도 1 내지 도 3에 도시된 이차전지용 전극 조립체(100)와 상이한 점은, 양극(112)이 분리막(214, 216)에 의해 포케팅된 구조로 마련된다는 점이 상이하다.

즉, 본 실시예에 따른 이차전지용 전극 조립체(200)는 포케팅 양극체(210) 및 음극체(220, 230)를 포함할 수 있다.

포케팅 양극체(210)는 양극(112) 및 분리막(214, 216)을 포함할 수 있다. 즉, 포케팅 양극체(210)은 분리막(214, 216)으로 양극(112)을 포케팅한 형상으로 마련될 수 있다. 따라서, 양극(112)은 분리막(214, 216)의 내부에 인캡슐레이션(encapsulation) 구조로 배치될 수 있다.

여기서, 양극(112)은 도 1 내지 도 3에 도시된 양극체(110)의 양극(112)과 동일한 구조로 형성될 수 있다.

그리고, 분리막(214, 216)은 제1 분리막(214) 및 제2 분리막(216)을 포함할 수 있다. 제1 분리막(214)은, 양극(112)보다 넓은 면적로 형성될 수 있고, 양극(112)이 중앙부에 위치하도록 양극(112)의 상면에 마련될 수 있다. 제2 분리막(216)은, 제1 분리막(214)과 동일한 형상으로 형성될 수 있고, 제1 분리막(214)과 대응되게 배치되도록 양극(112)의 하면에 마련될 수 있다.

본 실시예에서는 제1 분리막(214)과 제2 분리막(216)의 테두리부(218)를 서로 접착시킴으로써, 양극(112)은 제1 분리막(214)과 제2 분리막(216)에 의해 인캡슐레이션 형상으로 포케팅될 수 있다. 상기와 같은 제1 분리막(214)과 제2 분리막(216)의 테두리부(218)는 제1 분리막(214)과 제2 분리막(216)에서 양극(112)이 위치되는 않은 부위에 해당한다. 제1 분리막(214)과 제2 분리막(216)의 테두리부(218)는, 직접 가열 접착되거나, 테두리부(118)의 접촉면에 접착제를 도포한 상태에서 가열 접착될 수 있다.

음극체(220, 230)는 포케팅 양극체(210)의 상부 또는 하부 중 적어도 어느 한 부위에 적층되게 배치될 수 있다. 상기와 같이 포케팅 양극체(210)와 접촉되는 음극체(220, 230)의 접촉면에는, 절연성 부재(124, 134)를 도포하여 포케팅 양극체(210)의 상부 또는 하부가 수용되는 양극 수용부(S)를 마련할 수 있다.

즉, 본 실시예의 양극 수용부(S)는, 음극체(220, 230)의 일면 또는 양면 중 어느 한 면의 테두리부를 따라 절연성 부재(224, 234)를 증착 또는 3D 프린팅 중 어느 한 방식으로 도포함으로써, 포케팅 양극체(210)의 상부 또는 하부 중 어느 하나를 수용하는 형상으로 형성될 수 있다. 이때, 제1 분리막(214)과 제2 분리막(216)의 테두리부(218)는 양극 수용부(S)를 형성하는 절연성 부재(224, 234)에 밀착되게 배치될 수 있다.

따라서, 본 실시예의 음극체(220, 230)에서는, 절연성 부재(224, 234)의 설정 두께(T2')가 포케팅 양극체(210)의 두께(T1)에서 제1 분리막(214)과 제2 분리막(216)의 테두리부(218)의 두께(T3)를 제외한 두께(T1-T3)의 1/2 크기로 설정될 수 있다. 즉, 본 실시예의 절연성 부재(224, 234)는 도 1 내지 도 3에 도시된 절연성 부재(124, 134)와 비교하여 제1 분리막(214)과 제2 분리막(216)의 테두리부(218)의 두께(T3)를 감소시킨 형상으로 형성된다.

본 실시예에 따른 이차전지용 전극 조립체(200)는, 분리막(214, 216)을 이용하여 양극(112)을 포케팅한 포케팅 양극체(210)를 사용하므로, 도 1 내지 도 3에 도시된 이차전지용 전극 조립체(100)보다 양극(112)의 포케팅 구조가 더 안정적으로 형성될 수 있다.

이상과 같이 본 발명의 실시예에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 청구범위뿐 아니라 이 청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.

100, 200: 전극 조립체
110: 양극체
112: 양극
114, 214: 제1 분리막
116, 216: 제2 분리막
218: 제1 분리막과 제2 분리막의 테두리부
120: 단면 음극체
122: 제1 음극
124: 제1 절연성 부재
130: 양면 음극체
132: 제2 음극
134: 제2 절연성 부재
140: 양극 수용부 마스크
S: 양극 수용부
T1: 양극체의 두께
T2, T2': 절연성 부재의 설정 두께

Claims

양극의 양면에 분리막이 배치된 형상으로 마련된 양극체; 및
상기 양극체의 상면 또는 하면 중 적어도 어느 한 면에 적층되게 배치되고, 상기 양극체를 수용하는 양극 수용부가 상기 양극체와의 접촉면에 마련된 음극체;를 포함하며,
상기 양극 수용부는 상기 음극체의 접촉면에 미리 설정된 두께로 도포된 절연성 부재에 의해 형성되되, 상기 절연성 부재는 상기 양극체의 측면을 둘러싸는 형상으로 마련되도록 상기 음극체의 접촉면의 테두리부를 따라 배치되며,
상기 양극은 상기 분리막과 상기 양극 수용부에 의해 포케팅되고,
상기 양극체와 상기 음극체가 서로 교차되는 형상으로 적층되어 상기 양극체가 상기 음극체들의 사이에 각각 위치되며,
상기 절연성 부재가 상기 음극체들의 서로 마주보는 면에 동일 형상으로 서로 대칭되도록 각각 마련되어 상기 양극체와 상기 음극체의 적층시 서로 접착되고,
상기 양극체와 상기 음극체의 적층시 접착된 상기 절연성 부재들은, 상기 음극체들의 테두리부 사이에 존재하는 공간에 대응하는 두께와 폭으로 마련된 것을 특징으로 하는 이차전지용 전극 조립체.
제1항에 있어서,
상기 양극 수용부는, 상기 음극체의 일면 또는 양면 중 어느 한 면의 테두리부에 상기 절연성 부재를 증착 또는 3D 프린팅 중 어느 한 방식으로 도포하여 상기 양극체의 측면을 둘러싸는 형상으로 마련된 것을 특징으로 하는 이차전지용 전극 조립체.
제1항에 있어서,
상기 양극 수용부는, 상기 음극체의 일면 또는 양면 중 어느 한 면의 중앙부에 양극 수용부 마스크를 배치한 상태에서 상기 음극체의 일면 또는 양면 중 어느 한 면에 상기 절연성 부재를 설정 두께로 증착한 후 상기 양극 수용부 마스크를 제거하는 방식으로 형성되고,
상기 양극 수용부 마스크는 상기 양극체와 동일한 형상으로 형성되며,
상기 양극 수용부의 형상은 상기 양극 수용부 마스크의 형상에 따라 변경되는 것을 특징으로 하는 이차전지용 전극 조립체.
제1항에 있어서,
상기 절연성 부재는 절연성 고분자 소재로 형성되고,
상기 절연성 고분자 소재는, 폴리 올레핀 수지, 폴리 에스테르 수지, 폴리 스티렌 수지, 폴리 이미드 수지, 폴리 아마이드 수지, 플로로 카본 수지, 에비에스(ABS) 수지, 폴리 아크릴계 수지, 아세탈계 수지, 또는 폴리 카보네이트 수지로 구성된 군에서 선택되는 하나 이상의 수지로 이루어진 것을 특징으로 하는 이차전지용 전극 조립체.
삭제
제1항에 있어서,
상기 절연성 부재는 상기 음극체의 일면 또는 양면 중 어느 한 면의 테두리부에 설정 두께와 설정 폭으로 도포되며,
상기 절연성 부재의 설정 두께는 상기 양극체의 두께에 의해 1/2 크기로 마련되고, 상기 절연성 부재의 설정 폭은 상기 양극체와 상기 음극체 간의 면적 차이를 보상하기 위한 폭으로 마련된 것을 특징으로 하는 이차전지용 전극 조립체.
제1항에 있어서,
상기 음극체는 적층 위치에 따라 단면 음극체 또는 양면 음극체가 사용되며,
상기 단면 음극체는, 상기 양극체의 상면 또는 하면 중 어느 한 면에만 적층되게 배치되고, 상기 양극체와 접촉되는 일면에만 상기 양극 수용부가 형성되며,
상기 양면 음극체는, 상기 양극체들의 사이에서 상기 양극체의 상면과 하면에 적층되게 배치되고, 상기 양극체와 접촉되는 양면에 상기 양극 수용부가 각각 형성된 것을 특징으로 하는 이차전지용 전극 조립체.
제7항에 있어서,
상기 단면 음극체는 최고층과 최하층에 배치되고, 상기 양면 음극체는 최고층과 최하층의 사이에 위치한 중간층에 배치되며,
상기 양극체는, 상기 단면 음극체들 사이에 배치되거나, 상기 단면 음극체와 상기 양면 음극체 사이에 배치되거나, 또는 상기 양면 음극체들 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 이차전지용 전극 조립체.
제7항에 있어서,
상기 단면 음극체의 음극은 음극 집전체의 일면에만 음극 활물질을 도포한 형상으로 형성되고, 상기 단면 음극체의 상기 양극 수용부는 상기 음극 집전체의 일면에만 도포된 상기 음극 활물질의 테두리부를 따라 상기 절연성 부재를 설정 두께로 도포한 형상으로 형성되며,
상기 양면 음극체의 음극은, 음극 집전체의 양면에 음극 활물질을 도포한 형상으로 형성되고, 상기 양면 음극체의 상기 양극 수용부는 상기 음극 집전체의 양면에 도포된 상기 음극 활물질의 테두리부를 따라 상기 절연성 부재를 설정 두께로 도포한 형상으로 각각 형성되는 것을 특징으로 하는 이차전지용 전극 조립체.
분리막에 의해 양극이 둘러싸인 형상으로 마련된 포케팅 양극체; 및
상기 포케팅 양극체의 상부 또는 하부 중 적어도 어느 한 부위에 적층되게 배치되고, 상기 포케팅 양극체의 상부 또는 하부를 수용하는 양극 수용부가 상기 포케팅 양극체와의 접촉면에 마련된 음극체;를 포함하며,
상기 양극 수용부는 상기 음극체의 접촉면에 미리 설정된 두께로 도포된 절연성 부재에 의해 형성되되, 상기 절연성 부재는 상기 포케팅 양극체의 측면을 둘러싸는 형상으로 마련되도록 상기 음극체의 접촉면의 테두리부를 따라 배치되며,
상기 분리막은, 상기 양극보다 넓은 면적으로 형성되고, 상기 양극이 중앙부에 위치하도록 상기 양극의 상면에 마련된 제1 분리막; 및 상기 제1 분리막과 동일한 형상으로 형성되고, 상기 제1 분리막과 대응되게 배치되도록 상기 양극의 하면에 마련된 제2 분리막;을 포함하며,
상기 포케팅 양극체에서는, 상기 양극이 위치되지 않은 상기 제1 분리막과 상기 제2 분리막의 테두리부가 서로 접착되어 상기 양극이 상기 제1 분리막과 상기 제2 분리막에 의해 포케팅되고,
상기 포케팅 양극체와 상기 음극체가 서로 교차되는 형상으로 적층되어 상기 포케팅 양극체가 상기 음극체들의 사이에 각각 위치되며,
상기 절연성 부재가 상기 음극체들의 서로 마주보는 면에 동일 형상으로 서로 대칭되도록 각각 마련되어 상기 포케팅 양극체와 상기 음극체의 적층시 상기 제1 분리막과 상기 제2 분리막의 테두리부에 밀착되고,
상기 포케팅 양극체와 상기 음극체의 적층시 상기 제1,2 분리막의 테두리부와 상기 절연성 부재들은, 상기 음극체들의 테두리부 사이에 존재하는 공간에 대응하는 두께와 폭으로 마련된 것을 특징으로 하는 이차전지용 전극 조립체.
삭제
제10항에 있어서,
상기 양극 수용부는 상기 음극체의 일면 또는 양면 중 어느 한 면의 테두리부에 상기 절연성 부재를 증착 또는 3D 프린팅 중 어느 한 방식으로 도포하여 상기 포케팅 양극체의 상부 또는 하부 중 어느 하나를 수용하는 형상으로 형성되며,
상기 제1 분리막과 상기 제2 분리막의 테두리부는 상기 절연성 부재에 밀착되게 배치되는 것을 특징으로 하는 이차전지용 전극 조립체.
삭제
제1항, 제2항, 제3항, 제4항, 제6항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 전극 조립체; 및
상기 전극 조립체의 외부를 둘러싸는 형상으로 마련되고, 상기 전극 조립체와 함께 전해액이 밀봉 수납되는 전지 케이스;
를 포함하는 리튬이차전지.
제1항, 제2항, 제3항, 제4항, 제6항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 전극 조립체의 제조 방법에 있어서,
분리막을 양극과 동일한 크기로 준비하는 단계;
상기 양극의 양면에 상기 분리막을 각각 배치하여 양극체를 제조하는 단계;
상기 양극체보다 큰 면적으로 음극을 준비하는 단계;
상기 음극의 일면 또는 양면 중 어느 한 면의 테두리부에 절연성 부재를 증착 또는 3D 프린팅 중 어느 한 방식으로 도포하여 상기 양극체를 수용하기 위한 양극 수용부가 구비된 음극체를 제조하는 단계; 및
상기 양극체와 상기 음극체를 적층하는 단계;
를 포함하는 전극 조립체의 제조 방법.
제15항에 있어서,
상기 음극체를 제조하는 단계는,
상기 음극을 롤투롤 방식으로 공급하는 단계;
상기 음극의 일면 또는 양면 중 어느 한 면에 복수개의 양극 수용부 마스크를 일정 간격으로 배치하는 단계;
상기 양극 수용부 마스크들이 배치된 상기 음극의 일면 또는 양면 중 어느 한 면의 테두리부에 상기 절연성 부재를 증착 또는 3D 프린팅 중 어느 한 방식으로 도포하는 단계;
상기 절연성 부재의 도포가 완료되면 상기 양극 수용부 마스크들을 제거하여 상기 양극 수용부를 형성하는 단계; 및
상기 양극 수용부를 기준으로 절단 또는 타발하여 상기 음극체를 획득하는 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 전극 조립체의 제조 방법.
제16항에 있어서,
상기 양극체는 다각형, 원형, 또는 이형 중 어느 한 형상으로 형성되고,
상기 양극 수용부 마스크는 상기 양극체와 동일 형상으로 형성되며,
상기 양극 수용부의 형상은 상기 양극 수용부 마스크의 형상에 따라 변경되는 것을 특징으로 하는 전극 조립체의 제조 방법.
제16항에 있어서,
상기 음극체는 적층 위치에 따라 단면 음극체 또는 양면 음극체가 사용되며,
상기 단면 음극체는, 상기 양극체의 상면 또는 하면 중 어느 한 면에만 적층되게 배치되고, 상기 양극체와 접촉되는 일면에만 상기 양극 수용부가 형성되며,
상기 양면 음극체는, 상기 양극체들의 사이에서 상기 양극체의 상면과 하면에 적층되게 배치되고, 상기 양극체와 접촉되는 양면에 상기 양극 수용부가 각각 형성되며,
상기 양극체와 상기 음극체를 적층하는 단계에서는, 상기 음극체들의 사이에 상기 양극체를 각각 위치시키기 위하여 상기 양극체와 상기 음극체를 서로 교차되는 형상으로 적층하며,
상기 단면 음극체는 최고층과 최하층에 배치하고, 상기 양극체는 최고층과 최하층 사이의 중간층에 적어도 하나를 배치하며, 상기 양면 음극체는 복수개의 상기 양극체들 사이에 각각 배치하는 것을 특징으로 하는 전극 조립체의 제조 방법.