KR102265221B1 - 전해액 함침성을 향상시키기 위한 전지셀의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 젤리-롤형 전극적층체가 셀 케이스에 전해액과 함께 내장되어 있는 전지셀을 제조하는 방법으로서,
(a) 각각 제 1 방향에서 상대적으로 긴 길이를 가진 양극 및 음극용 집전체를 준비하는 과정;
(b) 상기 집전체의 일면 또는 양면에 전극 활물질을 포함하는 전극 합제를 도포하여 전극 시트를 제작하고, 양극 시트, 분리막 및 음극 시트를 적층하여 전극적층체를 제조하는 과정;
(c) 상기 전극적층체를 챔버의 내부에 수납하고 전해액을 함침하는 과정; 및
(d) 상기 전극적층체를 권취하여 제조된 젤리-롤형 전극적층체를 셀 케이스의 내부에 장착하고 전해액을 추가로 주입하는 과정;
을 포함하고 있고,
상기 과정(b)에서, 전극 합제의 코팅층에, 제 1 방향에 수직인 제 2 방향으로 전극 합제가 코팅되지 않은 슬릿형 무지부가 하나 이상 포함되도록, 집전체에 전극 합제를 코팅하며,
상기 과정(c)에서, 전극적층체 또는 챔버에 진동을 인가하는 전지셀 제조방법에 대한 것이다.
(a) 각각 제 1 방향에서 상대적으로 긴 길이를 가진 양극 및 음극용 집전체를 준비하는 과정;
(b) 상기 집전체의 일면 또는 양면에 전극 활물질을 포함하는 전극 합제를 도포하여 전극 시트를 제작하고, 양극 시트, 분리막 및 음극 시트를 적층하여 전극적층체를 제조하는 과정;
(c) 상기 전극적층체를 챔버의 내부에 수납하고 전해액을 함침하는 과정; 및
(d) 상기 전극적층체를 권취하여 제조된 젤리-롤형 전극적층체를 셀 케이스의 내부에 장착하고 전해액을 추가로 주입하는 과정;
을 포함하고 있고,
상기 과정(b)에서, 전극 합제의 코팅층에, 제 1 방향에 수직인 제 2 방향으로 전극 합제가 코팅되지 않은 슬릿형 무지부가 하나 이상 포함되도록, 집전체에 전극 합제를 코팅하며,
상기 과정(c)에서, 전극적층체 또는 챔버에 진동을 인가하는 전지셀 제조방법에 대한 것이다.
Description
본 발명은 전해액 함침성을 향상시키기 위한 전지셀의 제조방법에 관한 것이다.
최근, 모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서의 이차전지의 수요가 급격히 증가하고 있으며, 그러한 이차전지 중에서도 높은 에너지 밀도와 방전 전압을 가진 리튬 이차전지에 대한 많은 연구가 행해지고 있고 또한 상용화되어 널리 사용되고 있다.
리튬 이차전지는 전극 집전체 상에 각각 활물질이 도포되어 있는 양극과 음극 사이에 다공성 분리막이 개재된 전극조립체에 리튬염을 포함하는 비수계 전해질이 함침되어 있는 구조로 이루어져 있다.
일반적인 리튬 이차전지의 조립은, 양극 및 음극을 교대로 적층하고, 상기 양극 및 음극 사이에 분리막을 개재한 구조의 전극조립체를 제조한 후, 일정 크기 및 모양의 캔(can) 또는 파우치(pouch)로 이루어진 전지 케이스에 상기 전극조립체를 삽입하고, 최종적으로 전해액을 주입하는 방식으로 진행된다. 이때, 전해액은 모세관 힘(capillary force)에 의해 양극, 음극 및 분리막 사이로 스며들게 된다. 그러나, 재료의 특성상, 양극, 음극 및 분리막 모두 소수성(hydrophobicity)이 큰 물질인 반면, 전해액은 친수성(hydrophilicity) 물질이기 때문에, 전해액의 전극 및 분리막에 대한 젖음성(wetting)을 높이기 위해 상당한 시간이 필요하고 까다로운 공정 조건이 요구된다.
이러한 전극의 젖음성 향상을 위해 높은 온도에서 전해액을 주입하거나, 또는 가압 또는 감압 상태에서 전해액을 주입하는 등의 방법이 이용되고 있다. 그러나, 이와 같은 방법을 사용하는 경우, 기존의 전극조립체 및 전해액이 열에 의해 변형되어 내부 단락 등을 일으키는 등의 문제점이 있다.
또한, 상기 공정은 전극조립체를 전해액과 함께 전지케이스에 수납한 후에 이루어지는 바, 전극조립체에 대한 전해액의 함침성이 불균일하게 이루어질 수 있는 문제점이 있으며, 특히 젤리-롤형 전극조립체의 경우, 권회 중심부와 외측부 간에 함침성의 불균일이 발생하기 쉬운 바, 결과적으로, 전지의 수명 특성이 저하되는 문제점이 있다.
따라서, 이러한 문제점을 근본적으로 해결할 수 있는 기술에 대한 필요성이 높은 실정이다.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.
본 출원의 발명자들은 심도 있는 연구와 다양한 실험을 거듭한 끝에, 이후 설명하는 바와 같이, 전극 합제가 코팅되지 않은 복수의 슬릿형 무지부들이 형성되어 있는 다수의 전극적층체를 전해액이 들어있는 챔버 내부에 수납하고, 상기 전극적층체 또는 챔버에 진동을 인가하는 경우, 전해액에 대한 전극적층체의 함침성을 높이고 제조에 소요되는 시간 및 비용을 절약할 수 있음을 발견하고, 본 발명을 완성하기에 이르렀다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전지셀 제조방법은,
젤리-롤형 전극적층체가 셀 케이스에 전해액과 함께 내장되어 있는 전지셀을 제조하는 방법으로서,
(a) 각각 제 1 방향에서 상대적으로 긴 길이를 가진 양극 및 음극용 집전체를 준비하는 과정;
(b) 상기 집전체의 일면 또는 양면에 전극 활물질을 포함하는 전극 합제를 도포하여 전극적층체인 시트를 제작하고, 양극 시트, 분리막 및 음극 시트를 적층하여 전극적층체를 제조하는 과정;
(c) 상기 전극적층체를 챔버의 내부에 수납하고 전해액을 함침하는 과정; 및
(d) 상기 전극적층체를 권취하여 제조된 젤리-롤형 전극적층체를 셀 케이스의 내부에 장착하고 전해액을 추가로 주입하는 과정;
을 포함하고 있고,
상기 과정(b)에서, 전극 합제의 코팅층에, 제 1 방향에 수직인 제 2 방향으로 전극 합제가 코팅되지 않은 슬릿형 무지부가 하나 이상 포함되도록, 집전체에 전극 합제를 코팅하며, 상기 과정(c)에서, 젤리-롤형 전극적층체 또는 챔버에 진동을 인가하는 것으로 구성될 수 있다.
즉, 본 발명에 따른 전지셀 제조방법은 내부에 수납부가 구비되어 있는 챔버에 단일 또는 다수의 전극적층체를 수납한 후, 전극적층체가 충분히 침지 될 수 있도록 챔버에 전해액을 주입한 상태에서, 전극적층체 또는 챔버에 소정의 진동을 인가하는 과정을 포함하는 바, 전극적층체의 표면부에서 중심부까지 이동하는 전해액의 확산 속도를 증가시킬 수 있으므로 전해액의 함침 시간을 단축시킬 수 있을 뿐 아니라, 전극적층체와 전해액 계면 접촉성, 즉 함침성을 향상시킬 수 있다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 전지셀은 제 1 방향에서 상대적으로 긴 길이를 가진 전극 집전체의 일면 또는 양면에 전극 활물질을 포함하는 전극 합제를 도포하여 전극 시트를 제작하는 바, 상기 전극 합제의 코팅시 전극 집전체 상에 하나 이상의 슬릿형 무지부가 형성되도록 도포할 수 있다.
구체적으로, 상기 슬릿형 무지부는 제 2 방향과 평행한 슬릿 형태로 형성되는 것이 바람직한 바, 제 1 방향의 폭 크기가 전극시트의 제 2 방향의 폭 크기의 0.1% 내지 10% 범위로 형성될 수 있고, 상세하게는 1% 내지 10%로 형성될 수 있다.
상기 슬릿형 무지부의 제 1 방향의 폭 크기가 전극 시트의 제 2 방향의 폭 크기의 0.1% 보다 좁은 경우에는, 전해액의 함침성을 향상시키기 위한 목적을 달성하기 어렵고, 10%보다 넓은 경우에는 무지부가 차지하는 면적이 넓어짐에 따라 전극 합제의 로딩량이 줄어들 수 있으므로 전지의 용량을 고려할 때 바람직하지 않다.
상기 슬릿형 무지부는, 무지부의 형성 과정의 용이성을 고려할 때, 양측 단부들이 전극 시트의 양측 단부들에 도달하는 길이로 형성될 수 있다.
또한, 상기 전극 시트에는 등간격으로 이격된 복수의 슬릿형 무지부들이 형성될 수 있는 바, 이와 같이 무지부의 이격 간격이 동일한 경우에는 전극 시트 전체적으로 전해액 함침율이 균일하게 나타날 수 있다.
예를 들어, 슬릿형 무지부의 이격 거리는 전극 시트의 제 2 방향의 폭 크기의 20% 내지 300% 범위일 수 있고, 상세하게는 50% 내지 300%일 수 있으며, 더욱 상세하게는 100% 내지 300%일 수 있다.
상기 슬릿형 무지부의 이격 거리가 전극 시트의 제 2 방향의 폭 크기의 20% 보다 적은 경우에는, 무지부가 매우 촘촘하게 형성되기 때문에 전극 합제의 용량이 감소하는 문제가 발생할 수 있고, 300% 보다 큰 경우에는, 전극 합제층 사이에 무지부를 형성함으로써 전해액에 대한 전극 시트의 함침율을 증가시키기 위한 효과가 낮아질 수 있으므로 바람직하지 않다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 양극 시트와 음극 시트에는 각각 슬릿형 무지부들이 형성되어 있고, 권취된 상태에서 양극 시트의 슬릿형 무지부들과 음극 시트의 슬릿형 무지부들의 배열 위치가 일치하도록 이루어질 수 있다.
이와 같은 구조를 형성하기 위하여, 권취된 상태에서 외측에 위치하는 전극 시트의 슬릿형 무지부의 간격은 내측에 위치하는 전극 시트의 슬릿형 무지부의 간격보다 더 긴 간격으로 형성되어야 하기 때문에 양극 시트 및 음극 시트 간 전극 합제의 코팅 간격에 차이가 발생할 수 있다. 그러나, 권취된 상태에서 양극 시트 및 음극 시트의 무지부들의 배열 위치가 서로 일치함은, 무지부의 개수 및 무지부의 폭 크기가 동일함을 의미하는 바, 전극적층체를 셀 케이스의 내부에 장착하고 전해액을 추가로 주입하는 경우, 최종적인 양극 시트 및 음극 시트의 전해액 함침율은 거의 동일하게 측정될 것으로 예상할 수 있다.
다른 하나의 구체적인 예에서, 상기 양극 시트와 음극 시트에는 각각 슬릿형 무지부들이 형성되어 있고, 권취된 상태에서 양극 시트의 슬릿형 무지부들과 음극 시트의 슬릿형 무지부들의 배열 위치가 어긋나도록 이루어 질 수 있다.
이와 같은 경우, 권취된 상태에서 양극 시트 및 음극 시트의 슬릿형 무지부들 위치를 일치시키기 위하여 무지부들의 간격을 조절할 필요가 없으나, 양극 시트의 무지부 및 음극 시트의 무지부의 개수 내지 무지부의 폭 크기가 차이가 있는 경우, 최종적인 양극 시트 및 음극 시트의 전해액 함침율에 차이가 날 수 있다. 또는, 양극 시트 및 음극 시트 각각에 형성된 무지부의 개수 및 무지부의 폭 크기가 동일한 경우라면, 서로 다른 전극에 형성된 무지부를 통해 전해액이 이동할 수 있으므로, 전해액 함침율이 더욱 증가될 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 전지셀은, 전극적층체 상에 슬릿형 무지부가 반복되는 패턴 구조를 구성하여, 전극 합제층의 비표면적을 증가시킬 수 있으므로, 종래에 에너지 밀도가 높은 전지를 만들기 위해 전극적층체에 도포되는 합제층의 두께를 증가시킴으로써 전해액 함침성이 낮아지는 문제점을 해결할 수 있다.
한편, 상기 과정(c)에서 전해액은 챔버 내에서 전극적층체로 함침될 수 있는 바, 전지케이스에 수납되기 전의 전극적층체를 전해액이 담긴 챔버에 수납한 상태에서, 전극적층체 또는 챔버에 진동을 인가하기 때문에, 전극적층체의 모든 부분에 균일한 전해액 함침이 일어날 수 있고, 전해액의 이동을 빠르게 할 수 있어 전해액 함침에 필요한 시간을 현저히 단축시킬 수 있다.
한편, 상기 진동 인가 방식은 전해액 또는 챔버에 진동을 인가하여 전해액의 함침율을 증가시킬 수 있는 것이라면 특별히 제한되지 않지만, 예를 들어, 사익 진동은 초음파일 수 있다. 상기 초음파의 발생을 위한 진동장치는 챔버의 하부 및/또는 측면에 한 개 또는 복수 개로 부착되어 챔버에 진동을 인가할 수 있는 바, 전해액이 매질이 되어 전극적층체에 진동이 도달되는 구조일 수 있으며, 상기 진동장치의 위치 변경이 가능한 구조일 수 있다. 또는, 상기 진동장치는 전극적층체와 접촉된 상태에서 전극적층체에 진동을 직접적으로 인가하는 구조일 수 있다. 예를 들어, 챔버 내부에 전극 시트를 수납하고 지지할 수 있는 지지대가 형성된 구조일 수 있으며, 상기 지지대 상에 전극 시트가 위치한 상태에서 지지대에 진동을 인가하는 경우, 전극적층체에 대해 직접적인 진동이 인가될 수 있는 바, 이와 같이 전극적층체에 진동이 직접 인가되는 경우에는, 전해액 함침율이 더욱 향상될 수 있다.
상기 과정(c)에서 챔버 내로 전해액의 주입 이전에 단일 또는 다수의 전극적층체들이 겹치지 않도록 수납될 수 있는 바, 긴 형태의 전극 시트가 적층되어 제조된 전극적층체들이 서로 겹치지 않도록 수납하기 위하여, 상기 챔버 내부에는 전극적층체를 지지할 수 있는 지지대가 형성될 수 있다. 상기 지지대는 챔버 내부의 지면과 평행한 방향으로 형성될 수 있고, 또는, 지면과 수직인 방향으로 형성될 수 있는 바, 복수 개의 전극적층체들 각각이 지지대 상에 위치함으로써 챔버 내부에서 중첩되지 않도록 배열될 수 있다. 또한, 상기 지지대는 네트 구조로 이루어질 수 있는 바, 지지대가 형성된 챔버를 사용하더라도 챔버 내에서 전해액의 이동이 자유롭게 이루어질 수 있다.
한편, 상기 과정(c)에서 전해액은 전극적층체의 내부로 이동하여 전극적층체를 함침시키기 때문에 챔버 내 전해액의 수위가 줄어들 수 있는 바, 챔버 내로 전해액의 주입은 전극적층체가 잠길 수 있도록 연속적으로 이루어지는 것이 바람직하다. 따라서, 전극적층체의 개수 및 두께 등을 고려하여 함침에 필요한 전해액의 양 및 주입 속도를 설정할 수 있다.
상기 과정 (d)에서 상기 셀 케이스는 각형의 금속 캔일 수 있는 바, 젤리-롤형 전극조립체를 권취할 때 각형의 셀 케이스 형상과 대응되는 형상으로 권취하거나, 권통형 젤리-롤형 전극조립체를 제조한 후 가압하여 각형의 셀 케이스 형상과 대응되는 형상으로 변형할 수 있다.
또는, 상기 셀 케이스는 원통형의 금속 캔일 수 있는 바, 젤리-롤형 전극조립체를 원통형의 형상으로 권취한 후, 원통형 셀 케이스에 수납한 후 추가 전해액의 주입 및 활성화 과정을 거칠 수 있다.
본 발명은, 상기 전지셀 제조방법에 의해 제조되는 전지셀을 제공한다.
본 발명은 또한, 상기 전지셀을 단위전지로 포함하는 전지팩 및 상기 전지팩을 전원으로서 포함하고 있는 디바이스를 제공한다.
구체적으로, 상기 전지팩은 고온 안전성 및 긴 사이클 특성과 높은 레이트 특성 등이 요구되는 디바이스의 전원으로 사용될 수 있으며, 이러한 디바이스의 상세한 예로는 모바일 전자기기(mobile device), 웨어러블 전자기기(wearable device), 전지 기반 모터에 의해 동력을 받아 움직이는 파워 툴(power tool); 전기자동차(Electric Vehicle, EV), 하이브리드 전기자동차(Hybrid Electric Vehicle, HEV), 플러그-인 하이브리드 전기자동차(Plug-in Hybrid Electric Vehicle, PHEV) 등을 포함하는 전기차; 전기 자전거(E-bike), 전기 스쿠터(E-scooter)를 포함하는 전기 이륜차; 전기 골프 카트(electric golf cart); 전력저장용 시스템 등을 들 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
중대형 전지모듈은 다수의 전지셀들을 포함하는 것으로 구성되어 있고, 그에 따라 전지셀 제조에 사용되는 부재들의 비용이 전지모듈 전체의 제작 비용에 큰 영향을 미치므로, 본 발명에 따른 이차전지는 이러한 중대형 전지모듈에 특히 바람직하게 적용될 수 있다.
이들 디바이스의 구조 및 그것의 제작 방법은 당업계에 공지되어 있으므로, 본 명세서에서는 그에 대한 자세한 설명은 생략한다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 전지셀 제조방법은, 복수의 슬릿형 무지부들이 형성되어 있는 전극적층체를 전해액이 들어있는 챔버 내부에 수납하고, 상기 전극적층체 또는 챔버에 진동을 인가하는 경우, 전해액의 함침 속도가 증가되어 전극적층체의 전해액 함침 시간을 현저히 줄일 수 있고, 전극적층체의 전 부분에서 균일하게 전해액이 함침될 수 있다.
따라서 전해액 함침에 필요한 시간 및 비용을 절감할 수 있으며, 전해액의 불균일 함침에 의해 전지셀의 수명이 감소하는 문제점을 해결할 수 있다.
도 1은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전극 시트의 평면 모식도이다;
도 2는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 젤리-롤형 전극적층체의 평면도 및 부분 확대도이다;
도 3은 본 발명의 다른 하나의 실시예에 따른 젤리-롤형 전극적층체의 평면도 및 부분 확대도이다;
도 4는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 챔버의 측면도이다; 및
도 5는 본 발명의 다른 하나의 실시예에 따른 챔버의 측면도이다.
도 2는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 젤리-롤형 전극적층체의 평면도 및 부분 확대도이다;
도 3은 본 발명의 다른 하나의 실시예에 따른 젤리-롤형 전극적층체의 평면도 및 부분 확대도이다;
도 4는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 챔버의 측면도이다; 및
도 5는 본 발명의 다른 하나의 실시예에 따른 챔버의 측면도이다.
이하에서는, 본 발명에 따른 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 상설하지만, 이는 본 발명의 더욱 용이한 이해를 위한 것으로, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 슬릿형 무지부가 형성된 전극 시트의 평면도를 모식적으로 도시하고 있다.
도 1을 참조하면, 전극 시트(10)는 제 1 방향(A)의 길이가 상대적으로 긴 형태로서 양극 시트 또는 음극 시트일 수 있으며, 전극 집전체(1)의 일면 또는 양면에는 전극 합제(3)가 코팅되어 있다. 전극 집전체(1) 상에는 제 1 방향(A)에 수직인 제 2 방향(B)과 평행하도록 슬릿형의 무지부(2)가 형성되어 있으며, 제 1 방향(A)의 우측 끝 단에는 전극 탭 부착을 위한 무지부(4)가 형성되어 있다. 전극 시트(10)는 3개의 무지부가 형성되어 있으나, 전극 집전체(1)의 제 1 방향의 길이 및 전지의 용량을 고려하여 3개 이상 형성될 수 있음은 물론이다.
슬릿형 무지부(2)는 제 1 방향(A)의 폭 크기(d)가 전극시트의 제 2 방향(B)의 폭 크기의 0.1% 내지 10% 범위 내에서 양측 단부들이 전극 시트의 양측 단부들에 도달하는 길이로 형성되어 있고, 상기 무지부(2)는 등간격으로 이격되어 형성되어 있다. 그러나, 슬릿형 무지부(2)들의 이격 거리(C)는 등간격으로 설정되지 않을 수 있고, 전극 시트의 제 2 방향(B)의 폭 크기의 20% 내지 300% 범위 내에서 자유롭게 설정될 수 있다.
도 2 및 도 3은 본 발명에 따른 젤리-롤형 전극적층체의 평면도 및 전극적층체의 부분 확대도를 모식적으로 도시하고 있다.
전극적층체(100)는 도 1과 같은 형태의 양극 시트 및 음극 시트가 분리막을 사이에 개재한 상태로 권취되어 형성된 젤리-롤형 전극적층체로서, 양극 시트(103, 107)는 양극 집전체(110)의 양면에 양극 합제(111)가 도포된 양면 전극이고 음극 시트(101, 105, 109)는 음극 집전체(112)의 양면에 음극 합제(113)가 도포된 양면 전극이며, 양극 시트 및 음극 시트 사이에는 분리막(102, 104, 106, 108)이 개재된 상태에서 권취되어 있다.
양극 시트(103, 107) 및 음극 시트(101, 105, 109)에는 등간격으로 이격된 복수의 슬릿형 무지부(120)가 형성되어 있고 권취된 상태에서 양극 시트(103, 107)의 슬릿형 무지부(120)들과 음극시트(101, 105, 109)의 슬릿형 무지부(120)들의 배열 위치가 일치하도록 위치하고 있다.
전극적층체(200)는 도 1과 같은 형태의 양극 시트 및 음극 시트가 분리막을 사이에 개재한 상태로 권취되어 형성된 젤리-롤형 전극적층체로서, 양극 시트(203, 207)는 양극 집전체(210)의 양면에 양극 합제(211)가 도포된 양면 전극이고 음극 시트(201, 205, 209)는 음극 집전체(212)의 양면에 음극 합제(213)가 도포된 양면 전극이며, 양극 시트 및 음극 시트 사이에는 분리막(202, 204, 206, 208)이 개재된 상태에서 권취되어 있다.
양극 시트(203, 207) 및 음극 시트(201, 205, 209)에는 등간격으로 이격된 복수의 슬릿형 무지부(220)가 형성되어 있고 권취된 상태에서 양극 시트(203, 207)의 슬릿형 무지부(220)들과 음극시트(201, 205, 209)의 슬릿형 무지부(120)들의 배열 위치가 어긋나도록 위치하고 있다.
도 4 및 도 5는 본 발명에 따른 챔버의 측면도를 모식적으로 도시하고 있다.
도 4를 참조하면, 챔버(350)에는 일정한 수위를 유지하도록 전해액(370)이 담겨 있고, 전극적층체들(301, 302, 303, 304)이 중첩되지 않도록 지면과 평행한 형태 지지대들(321, 322, 323, 324)이 형성되어 있으며, 전극적층체들(301, 302, 303, 304)은 지지대들 상에 지면과 평행하게 위치하고 있다.
챔버(350)의 하부에는 연속적으로 전해액이 공급되는 전해액 유입관(380)이 형성되어 있어서, 전극적층체들의 전해액 함침이 이루어지더라도 일정한 수준의 전해액 수위를 유지할 수 있다. 챔버(350)의 하부에는 챔버에 진동을 인가할 수 있는 진동장치(390)가 위치하는 구조이나, 진동장치는 챔버의 측면에 위치할 수 있고, 측면 및 하면에 위치할 수도 있다. 또한, 지지대들(321, 322, 323, 324)에도 진동장치가 연결될 수 있는 바, 이와 같은 경우, 전극적층체들에 직접적으로 진동의 인가가 가능하기 때문에 더욱 신속하게 전해액 함침량을 증가시킬 수 있을 것이다.
지지대들(321, 322, 323, 324)은 네트구조로 이루어질 수 있는 바, 전해액이 지지대의 네트 사이를 통과할 수 있으므로, 지지대들로 인해 전해액의 이동이 방해받지 않게 된다.
도 5를 참조하면, 챔버(450)에는 일정한 수위를 유지하도록 전해액(470)이 담겨 있고, 전극적층체들(401, 402, 403, 404)이 중첩되지 않도록 지면과 수직인 형태 지지대들(421, 422, 423, 424)이 형성되어 있으며, 전극적층체들(301, 302, 303, 304)은 지면과 수직인 상태로 지지대들 사이에 위치하게 된다.
챔버(450)의 하부에는 연속적으로 전해액이 공급되는 전해액 유입관(480)이 형성되어 있어서, 전극적층체들의 전해액 함침이 이루어지더라도 일정한 수준의 전해액 수위를 유지할 수 있다. 챔버(450)의 하부에는 챔버에 진동을 인가할 수 있는 진동장치(490)가 위치하는 구조이나, 진동장치는 챔버의 측면에 위치할 수 있고, 측면 및 하면에 위치할 수도 있다. 또한, 지지대들(421, 422, 423, 424)에도 진동장치가 연결될 수 있는 바, 이와 같은 경우, 전극적층체들에 직접적으로 진동의 인가가 가능하기 때문에 더욱 신속하게 전해액 함침량을 증가시킬 수 있을 것이다.
지지대들(421, 422, 423, 424)은 네트구조로 이루어질 수 있는 바, 전해액이 지지대의 네트 사이를 통과할 수 있으므로, 지지대들로 인해 전해액의 이동이 방해받지 않게 된다.
이와 같이, 본 발명에 따른 전지셀 제조방법을 이용하는 경우, 전극 시트의 무지부 및 진동 인가가 동시에 적용되기 때문에 신속하고 균일하게 전해액이 함침된 전극적층체를 제공할 수 있다.
본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주내에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다.
Claims (13)
- 젤리-롤형 전극적층체가 셀 케이스에 전해액과 함께 내장되어 있는 전지셀을 제조하는 방법으로서,
(a) 각각 제 1 방향에서 상대적으로 긴 길이를 가진 양극 및 음극용 집전체를 준비하는 과정;
(b) 상기 집전체의 일면 또는 양면에 전극 활물질을 포함하는 전극 합제를 도포하여 전극 시트를 제작하고, 양극 시트, 분리막 및 음극 시트를 적층하여 전극적층체를 제조하는 과정;
(c) 상기 전극적층체를 챔버의 내부에 수납하고 전해액을 함침하는 과정; 및
(d) 상기 전극적층체를 권취하여 제조된 젤리-롤형 전극적층체를 셀 케이스의 내부에 장착하고 전해액을 추가로 주입하는 과정;
을 포함하고 있고,
상기 과정(b)에서, 전극 합제의 코팅층에, 제 1 방향에 수직인 제 2 방향으로 전극 합제가 코팅되지 않은 슬릿형 무지부가 하나 이상 포함되도록, 집전체에 전극 합제를 코팅하며,
상기 과정(c)에서, 챔버에 전해액을 주입한 상태에서, 전극적층체 또는 챔버에 진동을 인가하는 것을 특징으로 하는 전지셀 제조방법. - 제 1 항에 있어서, 상기 슬릿형 무지부는 제 1 방향의 폭 크기가 전극 시트의 제 2 방향의 폭 크기의 0.1% 내지 10% 범위인 것을 특징으로 하는 전지셀 제조방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 슬릿형 무지부는 양측 단부들이 전극 시트의 양측 단부들에 도달하는 길이로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지셀 제조방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 전극 시트에는 등간격으로 이격된 복수의 슬릿형 무지부들이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지셀 제조방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 슬릿형 무지부들의 이격 거리는 전극 시트의 제 2 방향의 폭 크기의 20% 내지 300% 범위인 것을 특징으로 하는 전지셀 제조방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 양극 시트와 음극 시트에는 각각 슬릿형 무지부들이 형성되어 있고, 권취된 상태에서 양극 시트의 슬릿형 무지부들과 음극 시트의 슬릿형 무지부들의 배열 위치가 일치하도록 위치하는 것을 특징으로 하는 전지셀 제조방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 양극 시트와 음극 시트에는 각각 슬릿형 무지부들이 형성되어 있고, 권취된 상태에서 양극 시트의 슬릿형 무지부들과 음극 시트의 슬릿형 무지부들의 배열 위치가 어긋나 있는 것을 특징으로 하는 전지셀 제조방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 과정(c)에서 전해액은 챔버 내에서 전극적층체로 함침되는 것을 특징으로 하는 전지셀 제조방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 진동은 초음파인 것을 특징으로 하는 전지셀 제조방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 과정(c)에서 챔버 내로 전해액의 주입 이전에 단일 또는 다수의 전극적층체들이 겹치지 않도록 수납되어 있는 것을 특징으로 하는 전지셀 제조방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 과정(c)에서 챔버 내로 전해액의 주입은 전극적층체가 잠길 수 있도록 연속적으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 전지셀 제조방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 과정(d)에서 상기 셀 케이스는 각형의 금속 캔인 것을 특징으로 하는 전지셀 제조방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 셀 케이스는 원통형의 금속 캔인 것을 특징으로 하는 전지셀 제조방법.
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Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006513574A (ja) * | 2003-01-21 | 2006-04-20 | エプコス アクチエンゲゼルシャフト | 電気化学セル用電極、電極巻回体、電気化学セルおよび電気化学セル用電極の製造方法 |
| KR101475918B1 (ko) * | 2009-09-07 | 2014-12-24 | 주식회사 엘지화학 | 이차 전지 및 이에 적용되는 전극 조립체 |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| US9941506B2 (en) * | 2014-02-21 | 2018-04-10 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Current collector, secondary battery, electronic device, and manufacturing method thereof |
| KR101671421B1 (ko) * | 2014-04-16 | 2016-11-01 | 주식회사 엘지화학 | 패턴 코팅된 전극을 포함하는 플렉서블 전극조립체 |
| KR101998585B1 (ko) * | 2015-09-02 | 2019-07-10 | 주식회사 엘지화학 | 함침의 향상을 위해 진동을 이용하는 전지셀 제조용 전해액 함침 장치 |
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Patent Citations (2)
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|---|---|---|---|---|
| JP2006513574A (ja) * | 2003-01-21 | 2006-04-20 | エプコス アクチエンゲゼルシャフト | 電気化学セル用電極、電極巻回体、電気化学セルおよび電気化学セル用電極の製造方法 |
| KR101475918B1 (ko) * | 2009-09-07 | 2014-12-24 | 주식회사 엘지화학 | 이차 전지 및 이에 적용되는 전극 조립체 |
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