KR102274052B1 - 포케팅 전극체의 제조 방법 - Google Patents

포케팅 전극체의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 실시예에 따른 포케팅 전극체의 제조 방법은, 제1 분리막의 상면에 전극체를 배치하는 단계, 상기 전극체의 외각에서 상기 제1 분리막의 상면을 따라 상기 전극체를 향해 복수개의 절연성 고분자 필름을 이동시키는 단계, 상기 전극체의 측면부를 둘러싸는 형상으로 상기 절연성 고분자 필름들을 배치하는 단계, 상기 절연성 고분자 필름들과 상기 전극체를 덮도록 상기 제1 분리막의 상면에 제2 분리막을 배치하는 단계, 상기 제1 분리막과 상기 절연성 고분자 필름들 및 상기 제2 분리막의 적층부를 절단하여 상기 전극체의 측면부를 둘러싸는 형상으로 포케팅부를 마련하는 단계, 및 상기 포케팅부를 가열 접착하여 포케팅 전극체를 형성하는 단계를 포함한다.

Description

포케팅 전극체의 제조 방법 {METHOD OF MANUFACTURING POCKETED ELECTRODE PLATE}
본 발명은 포케팅 전극체의 제조 방법에 관한 것으로서, 더 상세하게는 포케팅 전극체의 제조시 절연성 고분자 필름의 버려지는 양을 대폭 감소할 수 있고, 이형셀의 포케팅 전극체에 원활하게 적용할 수 있는 포케팅 전극체의 제조 방법에 관한 것이다.
최근 첨단 전자산업의 발달로 전자장비의 소형화 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 제10-1148650호 또는 한국 등록특허 제10-1148651호에 개시된 포케팅 전극체(양극)를 적층하여 리튬 이차전지를 제조하는 기술을 개발하여 실시해 오고 있다.
그런데, 한국 등록특허 제10-1148650호 또는 한국 등록특허 제10-1148651호의 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 제10-1148650호(등록공고 2012.07.25.) 한국등록특허 제10-1148651호(등록공고 2012.07.26.)
본 발명의 실시예는, 포케팅 전극체의 제조시 절연성 고분자 필름의 천공 공정 또는 타발 공정을 생략하여 생산성을 향상시킬 수 있는 포케팅 전극체의 제조 방법을 제공한다.
또한, 본 발명의 실시예는, 포케팅 전극체의 제조시 버려지는 절연성 고분자 필름의 낭비를 대폭 감소시켜 제조 비용을 절감할 수 있는 포케팅 전극체의 제조 방법을 제공한다.
또한, 본 발명의 실시예는, 사각형 구조의 포케팅 전극체뿐만 아니라 삼각형, 오각형, 원형, 타원형 등과 같은 이형셀 구조의 포케팅 전극체에도 용이하게 적용시킬 수 있는 포케팅 전극체의 제조 방법을 제공한다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 제1 분리막의 상면에 전극체를 배치하는 단계, 상기 전극체의 외각에서 상기 제1 분리막의 상면을 따라 상기 전극체를 향해 복수개의 절연성 고분자 필름을 이동시키는 단계, 상기 전극체의 측면부를 둘러싸는 형상으로 상기 절연성 고분자 필름들을 배치하는 단계, 상기 절연성 고분자 필름들과 상기 전극체를 덮도록 상기 제1 분리막의 상면에 제2 분리막을 배치하는 단계, 상기 제1 분리막과 상기 절연성 고분자 필름들 및 상기 제2 분리막의 적층부를 절단하여 상기 전극체의 측면부를 둘러싸는 형상으로 포케팅부를 마련하는 단계, 및 상기 포케팅부를 가열 접착하여 포케팅 전극체를 형성하는 단계를 포함하는 포케팅 전극체의 제조 방법을 제공한다.
바람직하게, 상기 절연성 고분자 필름들은, 상기 전극체의 측면부의 둘레를 따라 복수개로 분할된 형상으로 마련될 수 있고, 상기 제1 분리막의 상면에 슬라이딩 이동 가능하게 배치될 수 있다.
상기 절연성 고분자 필름들을 이동시키는 단계에서는, 상기 절연성 고분자 필름들이 상호 간섭되지 않는 복수개의 이동 경로를 따라 상기 전극체의 측면부로 각각 이동될 수 있다.
상기 절연성 고분자 필름들의 일단부는 상기 전극체의 측면부에 대응되는 형상으로 각각 형성될 수 있다. 따라서, 상기 절연성 고분자 필름들을 배치하는 단계에서는, 상기 절연성 고분자 필름들의 일단부가 상기 전극체의 측면부의 둘레를 따라 연속적으로 배치될 수 있다.
바람직하게, 상기 적층부를 절단하는 단계 및 상기 포케팅부를 가열 접착하는 단계는, 가열 절단 금형을 사용하여 하나의 공정에서 동시에 진행될 수 있다.
예를 들면, 상기 가열 절단 금형은, 상기 포케팅부를 가열 접착시키도록 상기 포케팅부에 대응되는 형상으로 가열 압착면이 마련되는 가열 접착 금형부, 및 상기 적층부에서 상기 포케팅부를 절단하도록 상기 가열 접착 금형부에서 상기 적층부를 향해 돌출된 형상으로 절단날이 마련되는 절단 지지 금형부를 포함할 수 있다.
상기 절단 지지 금형부는 상기 적층부를 절단하는 단계에서 사용될 수 있고, 상기 가열 접착 금형부는 상기 포케팅부를 가열 접착하는 단계에서 사용될 수 있다.
즉, 상기 적층부를 절단하는 단계에서는, 상기 절단날이 상기 적층부를 절단하여 상기 포케팅부를 형성함과 아울러 상기 절단날이 상기 포케팅부의 측면을 지지할 수 있다. 또한, 상기 포케팅부를 가열 접착하는 단계에서는, 상기 가열 압착면이 상기 포케팅부에 압착된 상태에서 상기 포케팅부를 가열 접착시킬 수 있다.
상기 가열 절단 금형에는 상기 전극체의 무지 돌출부가 배치되기 위한 금형 회피부가 마련될 수도 있다.
바람직하게, 상기 제1 분리막의 상면에 전극체의 배치를 안내하기 위한 가이드 부재를 배치하는 단계, 및 상기 가이드 부재를 상기 제1 분리막의 상면에서 탈거하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 가이드 부재를 배치하는 단계는 상기 전극체를 배치하는 단계 이전에 실시될 수 있고, 상기 가이드 부재를 탈거하는 단계는 상기 제2 분리막을 배치하는 단계 이전에 실시될 수 있다.
예를 들면, 상기 가이드 부재는, 상기 전극체의 측면부를 감싸는 형상으로 마련될 수 있고, 상기 전극체와 상기 절연성 고분자 필름들 사이에 형성된 틈새에 대응하는 두께로 형성될 수 있다. 상기 가이드 부재의 중앙부에는 상기 전극체가 삽입되는 삽입홀부가 형성될 수 있다.
상기 전극체를 배치하는 단계에서는, 상기 삽입홀부에 상기 전극체를 삽입할 수 있다. 상기 절연성 고분자 필름들을 이동시키는 단계에서는, 상기 가이드 부재의 측면부에 밀착될 때까지 상기 절연성 고분자 필름들을 이동시킬 수 있다. 상기 절연성 고분자 필름들을 배치하는 단계에서는, 상기 절연성 고분자 필름들을 상기 가이드 부재의 측면부에 밀착되게 배치할 수 있다. 상기 가이드 부재를 탈거하는 단계에서는, 상기 전극체와 상기 절연성 고분자 필름들 사이에서 상기 가이드 부재만을 분리할 수 있다.
상기 가이드 부재에는 상기 전극체의 무지 돌출부가 배치되기 위한 가이드 부재 회피부가 마련될 수 있다.
바람직하게, 상기 전극체는 양극으로 형성될 수 있다. 상기 절연성 고분자 필름은 폴리올레핀 수지 필름, 폴리에스테르 필름, 폴리스티렌 수지 필름, 폴리이미드 필름, 폴리 아마이드 필름, 플루오로카본 수지 필름, ABS 필름, 폴리아크릴계 필름, 아세탈계 필름, 또는 폴리카보네이트 필름으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나의 다공성 필름으로 형성될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 포케팅 전극체의 제조 방법은, 복수개로 분할된 절연성 고분자 필름을 전극체의 외각에서 제1 분리막의 상면을 따라 전극체의 측면부로 이동시켜 전극체의 측면부를 둘러싸는 형상으로 배치하는 방식이므로, 기존의 제조 방법과 다르게 절연성 고분자 필름을 천공하거나 타발하기 위한 공정을 생략할 수 있고, 절연성 고분자 필름의 천공 공정 또는 타발 공정을 생략함에 따라 포케팅 전극체의 생산성을 현저하게 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 포케팅 전극체의 제조 방법은, 절연성 고분자 필름을 천공 또는 타발하지 않으므로, 절연성 고분자 필름의 천공 공정 또는 타발 공정에서 발생되는 절연성 고분자 필름의 낭비를 대폭 감소시킬 수 있고, 절연성 고분자 필름의 낭비를 개선하여 포케팅 전극체의 제조 비용을 절감할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 포케팅 전극체의 제조 방법은, 가열 절단 금형의 절단 지지 금형부를 이용하여 분리막과 절연성 필름의 적층부를 절단함과 동시에 가열 절단 금형부의 가열 접착 금형부를 이용하여 적층부의 절단시 형성된 포케팅부를 가열 접착시키는 방식이므로, 가열 절단 금형을 이용하여 분리막과 절연성 필름의 절단 공정과 접착 공정이 하나의 공정으로 신속하고 간편하게 진행할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 포케팅 전극체의 제조 방법은, 가이드 부재를 사용하여 전극체의 배치 위치를 안내하는 방식이므로, 전극체를 정확한 위치에 배치시킬 수 있고, 분할된 절연성 고분자 필름들을 전극체로 이동 및 배치하는 과정에서 전극체의 위치가 임의로 이동되는 현상도 미연에 방지할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 포케팅 전극체의 제조 방법은, 전극체의 형상에 대응하는 형상으로 가이드 부재와 가열 절단 금형을 마련함과 아울러 전극체의 형상에 따라 절연성 고분자 필름을 적절하게 분할 배치함으로써, 포케팅 전극체를 다양한 형상으로 간편하게 형성할 수 있고, 그로 인하여 일반적인 사각형셀 구조의 이차전지뿐만 아니라 삼각형, 오각형, 원형, 타원형 등과 같은 이형셀 구조의 이차전지에도 용이하게 적용할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 포케팅 전극체를 포함하는 전극 조립체가 도시된 도면이다.
도 2와 도 3은 도 1에 도시된 포케팅 전극체의 다양한 예를 나타낸 분해 사시도이다.
도 4는 도 1에 도시된 포케팅 전극체의 제조 공정을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 5 내지 도 8은 도 4에 도시된 포케팅 전극체의 제조 상태를 나타낸 사시도이다.
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 포케팅 전극체(110)를 포함하는 전극 조립체(100)가 도시된 도면이고, 도 2와 도 3은 도 1에 도시된 포케팅 전극체(110)의 다양한 예를 나타낸 분해 사시도이다. 도 4는 도 1에 도시된 포케팅 전극체(110)의 제조 공정을 개략적으로 나타낸 도면이고, 도 5 내지 도 7은 도 4에 도시된 포케팅 전극체(110)의 제조 상태를 나타낸 사시도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 리튬이차전지(미도시)는 전극 조립체(100) 및 전지 케이스(미도시)를 포함할 수 있다.
본 발명의 전극 조립체(100)는 전기의 충전 또는 방전이 이루어지는 구성으로서, 음극(120)과 포케팅 전극체(110)을 상하 방향으로 서로 교차되게 적층한 구조로 형성될 수 있다. 상기와 같은 전극 조립체(100)의 두께는 0.2㎜ 이하로 매우 얇게 형성될 수 있다.
전극 조립체(100)에서는, 포케팅 전극체(110)의 전극체가 양극(112)이며, 분리막(114, 116)과 절연성 고분자 필름(130)이 양극(112)을 포케팅한 구조로 형성될 수 있다. 따라서, 전극 조립체(100)의 내부 단락에 따른 위험성이 최소화될 수 있다.
이하, 본 실시예에서는, 설명의 편의를 위하여 포케팅 전극체(110)의 전극체가 양극(112)인 것으로 설명하지만, 이에 한정되는 것은 아니며 포케팅 전극체(110)의 전극체를 음극으로 형성할 수도 있다.
또한, 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.
본 발명의 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) 및 전해액 등은, 한국등록특허 제10-1148650호 또는 한국등록특허 제10-1148651호에 개시된 전극조립체 및 리튬이차전지에 사용되는 것과 동일하므로 이에 대한 자세한 설명은 생략한다.
이하에서는, 본 발명의 일실시예에 따른 포케팅 전극체(110)를 포함하는 전극 조립체(100)를 중심으로 더 상세하게 설명하기로 한다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 전극 조립체(100)는, 포케팅 전극체(110) 및 음극(120)을 포함한다.
포케팅 전극체(110)와 음극(120)은 서로 교차되는 형상으로 수직하게 적층될 수 있다. 이때, 포케팅 전극체(110)는 서로 이웃하게 배치된 복수개의 음극(120) 사이에 하나씩 적층될 수 있다.
통상의 전극 조립체(100)에서는 음극(120)이 양극(112)보다 상대적으로 넓은 크기로 형성된다. 하지만, 양극(112)을 분리막(114, 116)과 절연성 고분자 필름(130)으로 감싼 형상의 포케팅 전극체(110)는, 음극(120)과 동일 면적으로 형성될 수 있다. 따라서, 포케팅 전극체(110)와 음극(120)이 동일한 크기와 형상으로 마련될 수 있고, 그로 인해서 포케팅 전극체(110)와 음극(120)의 적층 작업이 안정적으로 실시될 수 있다. 즉, 포케팅 전극체(110)와 음극(120)은 별도의 제조 공정에 의해 개별적으로 제조된 후 전극 조립체(100)의 적층시 사용될 수 있다.
한편, 도 2와 도 3에는 포케팅 전극체(110)의 일례가 도시되어 있다. 즉, 도 2의 포케팅 전극체(110)는 이형셀 타입의 리튬이차전지에 사용되는 이형의 평면 구조로 형성되고, 도 3의 포케팅 전극체(110)는 일반적인 리튬이차전지에 사용되는 사각형의 평면 구조로 형성된다.
이하, 본 실시예에서는, 설명의 편의를 위하여 도 2에 도시된 이형셀 타입의 포케팅 전극체(110)인 것으로 설명하지만, 이에 한정되는 것은 아니며 도 3과 같이 일반적인 리튬이차전지에 사용되는 사각형셀 타입의 포케팅 전극체이거나 다른 형상의 이형셀 타입의 포케팅 전극체로 형성될 수 있다.
도 1 내지 도 3를 참조하면, 본 실시예의 포케팅 전극체(110)은 양극(112), 분리막(114, 116), 및 절연성 고분자 필름(130)을 포함할 수 있다. 포케팅 전극체(110)은 분리막(114, 116)와 절연성 고분자 필름(130)에 의해 양극(112)이 둘러싸인 포케팅 형상으로 마련될 수 있다. 따라서, 양극(112)은 분리막(114, 116)과 절연성 고분자 필름(130)의 내부 공간에 인캡슐레이션(encapsulation) 구조로 배치되므로, 전극 조립체(100)의 내부에서 발생되는 단락 현상도 미연에 방지될 수 있다.
양극(112)은 양극 집전체(112a), 양극 활물질(112b), 및 양극 무지 돌출부(112c)를 포함할 수 있다. 양극 활물질(112b)은 양극 집전체(112a)의 양면에 도포될 수 있다. 양극 무지 돌출부(112c)는 양극 활물질(112b)이 도포되지 않은 형상으로 양극 집전체(112a)의 일측에서 길게 돌출될 수 있다. 양극 무지 돌출부(112c)의 일단부는 양극 집전체(112a)에 연결될 수 있고, 양극 무지 돌출부(112c)의 타단부는 절연성 고분자 필름(130)에 관통되게 배치되어 전극 조립체(100)의 외측에 노출되게 마련될 수 있다.
분리막(114, 116)은 제1 분리막(116) 및 제2 분리막(114)을 포함할 수 있다. 제1 분리막(116)은, 양극(112)보다 넓은 크기로 형성될 수 있고, 양극(112)이 중앙부에 위치하도록 양극(112)의 하면에 마련될 수 있다. 제2 분리막(114)은, 제1 분리막(116)과 동일한 형상으로 형성될 수 있고, 제1 분리막(116)과 대응되게 배치되도록 양극(112)의 상면에 마련될 수 있다.
절연성 고분자 필름(130)은 양극(112)의 측면부 둘레를 둘러싸는 구조로 제1 분리막(116)과 제2 분리막(114)의 사이에 마련될 수 있다. 상기와 같은 절연성 고분자 필름(130)은 제1 분리막(116)과 제2 분리막(114)에 대응하는 넓이로 형성될 수 있다. 여기서, 절연성 고분자 필름(130)의 중앙부에는 양극(112)이 배치되기 위한 중앙홀부(130a)가 형성될 수 있고, 절연성 고분자 필름(130)의 일측에는 양극 무지 돌출부(112c)가 관통되게 배치되기 위한 관통부(130b)가 형성될 수 있다.
한편, 절연성 고분자 필름(130)은 폴리올레핀 수지 필름, 폴리에스테르 필름, 폴리스티렌 수지 필름, 폴리이미드 필름, 폴리 아마이드 필름, 플루오로카본 수지 필름, ABS 필름, 폴리아크릴계 필름, 아세탈계 필름, 또는 폴리카보네이트 필름으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나의 다공성 필름으로 형성될 수 있다. 일례로, 본 실시예에서는 폴리에스테르 필름(PET 필름)과 EVA 필름을 합지한 절연성 고분자 필름(130)을 사용한다. 상기와 같은 절연성 고분자 필름(130)은 가열시 제1 분리막(116)과 제2 분리막(114)에 접착될 수 있다.
도 1를 참조하면, 본 실시예의 음극(120)은, 포케팅 전극체(110)의 상면 또는 하면 중 적어도 어느 한 면에 적층되게 배치될 수 있다. 상기와 같이 음극(120)은 포케팅 전극체(110)와 동일한 크기로 형성될 수 있다.
상기와 같은 음극(120)은 전극 조립체(100)의 적층 위치 및 적층 조건에 따라 단면 음극(122) 또는 양면 음극(124)이 사용될 수 있다.
단면 음극(120)은 포케팅 전극체(110)의 상면 또는 하면 중 어느 한 면에만 적층될 수 있다. 상기와 같은 단면 음극(122)은, 전극 조립체(100)의 최고층과 최하층에 배치될 수 있다. 이때, 단면 음극(122)은 최고층의 상측 또는 최하층의 하측으로 후술하는 음극 집전체(120a)가 노출되도록 적층될 수 있다.
양면 음극(124)은 포케팅 전극체(110)의 양면에 동시에 적층될 수 있다. 상기와 같은 양면 음극(124)은, 전극 조립체(100)의 최고층과 최하층 사이에 위치한 중간층에 배치될 수 있다. 이때, 양면 음극(124)은 포케팅 전극체(110)들의 사이에 각각 배치되도록 적층될 수 있다.
예를 들면, 음극(120)은 음극 집전체(120a), 음극 활물질(120b), 및 음극 무지 돌출부(120c)를 포함할 수 있다.
여기서, 음극 활물질(120b)은 음극 집전체(120a)의 일면 또는 양면에 도포될 수 있다. 단면 음극(120)은 음극 집전체(120a)의 일면에 음극 활물질이 도포될 수 있고, 양면 음극(120)은 음극 집전체(120a)의 양면에 음극 활물질이 도포될 수 있다.
그리고, 음극 무지 돌출부(120c)는 음극 활물질(120b)이 도포되지 않은 형상으로 음극 집전체(120a)에서 길게 돌출될 수 있다. 음극 무지 돌출부(120c)의 일단부는 음극 집전체(120a)의 일측에 연결될 수 있고, 음극 무지 돌출부(120c)의 타단부는 제1 전극 조립체(100)의 외측에 노출되게 마련될 수 있다.
도 4는 도 1에 도시된 포케팅 전극체(110)의 제조 공정을 개략적으로 나타낸 도면이고, 도 5 내지 도 8은 도 4에 도시된 포케팅 전극체(110)의 제조 상태를 나타낸 사시도이다.
본 발명의 일실시예에 따른 포케팅 전극체(110)의 제조 방법을 도 4 내지 도 7를 참조하여 살펴보면 다음과 같다. 이하에서도, 포케팅 전극체(110)의 전극체를 양극(112)으로 한정하여 설명한다.
도 4 내지 도 8를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 포케팅 전극체(110)의 제조 방법은, 제1 분리막(116)의 상면에 양극(112)을 배치하는 단계(도 4의 (b) 및 도 5 참조), 양극(112)의 외각에서 제1 분리막(116)의 상면을 따라 양극(112)을 향해 복수개의 절연성 고분자 필름(132, 134, 136, 138)을 이동시키는 단계(도 4의 (c) 및 도 6 참조), 양극(112)의 측면부를 둘러싸는 형상으로 절연성 고분자 필름(132, 134, 136, 138)들을 배치하는 단계(도 4의 (c) 및 도 6 참조), 절연성 고분자 필름(132, 134, 136, 138)들과 양극(112)을 덮도록 제1 분리막(116)의 상면에 제2 분리막(114)을 배치하는 단계(도 4의 (e) 및 도 8 참조), 제1 분리막(116)과 절연성 고분자 필름(132, 134, 136, 138)들 및 제2 분리막(114)의 적층부(S)를 절단하여 양극(112)의 측면부를 둘러싸는 형상으로 포케팅부(A)를 마련하는 단계(도 4의 (f)와 (g) 및 도 8 참조), 및 포케팅부(A)를 가열 접착하여 포케팅 전극체(110)를 형성하는 단계(도 4의 (g) 및 도 8 참조)를 포함한다.
도 4의 (b) 및 도 5에 도시된 바와 같이, 양극(112)을 배치하는 단계에서는, 제1 분리막(116)의 상면의 정위치에 양극(112)을 배치할 수 있다. 만약, 제1 분리막(116)이 롤투롤 방식으로 공급되면, 양극(112)을 제1 분리막(116)의 길이 방향을 따라 일정 간격으로 복수개를 배치한다.
도 4의 (c) 및 도 6에 도시된 바와 같이, 절연성 고분자 필름(132, 134, 136, 138)들을 이동시키는 단계에서는, 제1 분리막(116)의 상면에 배치된 양극(112)의 측면부를 향해 양극(112)의 외각에서 제1 분리막(116)의 상면을 따라 복수개의 절연성 고분자 필름(132, 134, 136, 138)을 이동시킬 수 있다.
즉, 절연성 고분자 필름(132, 134, 136, 138)들은 양극(112)의 측면부의 둘레를 따라 복수개로 분할된 형상으로 마련될 수 있다. 예를 들면, 본 실시예의 절연성 고분자 필름(132, 134, 136, 138)들은, 양극(112)의 전방에서 양극(112)의 측면부를 향해 후방으로 이동 및 배치되는 전방 절연성 고분자 필름(132), 양극(112)의 후방에서 양극(112)의 측면부를 향해 전방으로 이동 및 배치되는 후방 절연성 고분자 필름(134), 양극(112)의 우측에서 양극(112)의 측면부를 향해 좌측으로 이동 및 배치되는 우측 절연성 고분자 필름(136), 및 양극(112)의 좌측에서 양극(112)의 측면부를 향해 우측으로 이동 및 배치되는 좌측 절연성 고분자 필름(138)으로 마련될 수 있다.
상기와 같은 절연성 고분자 필름(132, 134, 136, 138)들은, 제1 분리막(116)의 상면에 양극(112)과 동일 형상으로 배치된 구조로 제1 분리막(116)의 상면을 따라 슬라이딩 이동될 수 있다. 즉, 절연성 고분자 필름(132, 134, 136, 138)들과 양극(112)은 제1 분리막(116)의 상면을 기준으로 동일 평면 상에 배치된 구조이다.
또한, 절연성 고분자 필름(132, 134, 136, 138)들은 상호 간섭되지 않는 복수개의 이동 경로(미도시)를 따라 양극(112)의 측면부로 각각 이동될 수 있다. 도 6을 참조하면, 전방 절연성 고분자 필름(132)의 이동 경로는 양극(112)의 전방에서 전후 방향을 따라 직선 형상으로 마련될 수 있고, 후방 절연성 고분자 필름(134)의 이동 경로는 양극(112)의 후방에서 전후 방향을 따라 직선 형상으로 마련될 수 있으며, 우측 절연성 고분자 필름(136)은 양극(112)의 우측에서 좌우 방향을 따라 직선 형상으로 마련될 수 있고, 좌측 절연성 고분자 필름(138)은 양극(112)의 좌측에서 좌우 방향을 따라 직선 형상으로 마련될 수 있다.
한편, 절연성 고분자 필름(132, 134, 136, 138)들은, 포케팅 전극체(110)의 설계 조건 및 상황에 따라 2개, 3개 또는 5개 이상으로 마련될 수 있고, 이동 경로도 다양한 형상으로 마련될 수 있다.
도 4의 (c) 및 도 6에 도시된 바와 같이, 절연성 고분자 필름(132, 134, 136, 138)들을 배치하는 단계에서는, 절연성 고분자 필름(132, 134, 136, 138)들을 양극(112)의 측면부를 둘러싸는 형상으로 양극(112)의 주위에 배치할 수 있다.
즉, 절연성 고분자 필름(132, 134, 136, 138)들의 일단부는, 양극(112)의 측면부에 대응되는 형상으로 각각 형성될 수 있다. 따라서, 양극(112)의 측면부 둘레에는 절연성 고분자 필름(132, 134, 136, 138)들의 일단부가 연속적으로 배치될 수 있다.
상기와 같이 본 실시예에서는, 복수개로 분할된 절연성 고분자 필름(132, 134, 136, 138)들을 양극(112)의 측면부 둘레에 배치하는 구조이므로, 단수개의 절연성 고분자 필름(132, 134, 136, 138)을 양극(112)의 측면부를 둘러싸는 형상으로 천공하거나 타발하는 기존의 방식보다 절연성 고분자 필름(132, 134, 136, 138)의 사용량이 대폭 감소될 수 있다. 즉, 기존의 방식에서는 넓은 면적의 절연성 고분자 필름(132, 134, 136, 138)에서 단수개의 절연성 고분자 필름(132, 134, 136, 138)을 천공 또는 타발하기 때문에 다른 부위는 사용이 불가능하여 폐기하고 있다. 하지만, 본 실시예에서는 복수개로 분할된 절연성 고분자 필름(132, 134, 136, 138)을 개별적으로 제조하여 사용하므로, 사용이 불가능하여 폐기되는 부분을 최소화시킬 수 있다.
도 4의 (e) 및 도 8에 도시된 바와 같이, 제2 분리막(114)을 배치하는 단계에서는, 제1 분리막(116)의 상면에 제2 분리막(114)을 배치할 수 있다. 이때, 절연성 고분자 필름(132, 134, 136, 138)들과 양극(112)은 제1 분리막(116)과 제2 분리막(114)의 사이에 위치될 수 있다.
상기와 같이 제1 분리막(116)과 절연성 고분자 필름(132, 134, 136, 138)들 및 제2 분리막(114)이 적층된 적층부(S)는, 양극(112)을 배치한 부위를 제외한 모든 부위에서 형상될 수 있다. 이때, 적층부(S)는 제1 분리막(116)과 절연성 고분자 필름(132, 134, 136, 138)들 및 제2 분리막(114)을 단순 적층시킨 구조로 형성될 수 있다.
도 4의 (f)와 (g) 및 도 8에 도시된 바와 같이, 적층부(S)를 절단하는 단계에서는, 양극(112)의 측면부를 둘러싸는 형상으로 적층부(S)를 절단하여 포케팅부(A)를 마련할 수 있다.
여기서, 포케팅부(A)는 양극(112)을 포케팅하기 위하여 제1 분리막(116)과 절연성 고분자 필름(132, 134, 136, 138)들 및 제2 분리막(114)을 가열 접착시키는 부분이다. 즉, 적층부(S)를 절단하는 단계에서는, 적층부(S) 중에서 양극(112)의 측면부를 둘러싸는 부분을 제외한 다른 부분을 절단시켜 제거할 수 있다. 상기와 같이 양극(112)의 측면부를 둘러싸는 형상으로 절단된 적층부(S)가 포케팅부(A)에 해당하며, 포케팅부(A)의 폭은 포케팅 전극체(110)의 설계 조건 및 상황에 따라 다양하게 변경할 수 있다.
도 4의 (g) 및 도 8에 도시된 바와 같이, 포케팅부(A)를 가열 접착하는 단계에서는, 적층부(S)의 절단에 의해 마련된 포케팅부(A)를 가열 접착시켜 포케팅 전극체(110)를 형성할 수 있다.
즉, 포케팅부(A)를 가열 접착하면, 포케팅부(A)를 형성하는 제1 분리막(116)과 제2 분리막(114)이 절연성 고분자 필름(132, 134, 136, 138)들에 의해 접착될 수 있고, 포케팅부(A)를 형성하는 절연성 고분자 필름(132, 134, 136, 138)들도 서로 접착되어 원하는 형상의 절연성 고분자 필름(130)이 획득될 수 있다. 따라서, 양극(112)은 제1 분리막(116)과 제2 분리막(114) 및 절연성 고분자 필름(130)에 의해 포케팅되므로, 제1 분리막(116)과 제2 분리막(114) 및 절연성 고분자 필름(130)의 내부에 인캡슐레이션 형상으로 배치될 수 있다.
한편, 적층부(S)를 절단하는 단계 및 포케팅부(A)를 가열 접착하는 단계는, 가열 절단 금형(150)을 사용하여 하나의 공정에 의해 동시에 진행될 수 있다. 즉, 가열 절단 금형(150)으로 적층부(S)를 가열 절단하는 한번의 공정에 의해서 포케팅 전극체(110)를 제조할 수 있다.
예를 들면, 가열 절단 금형(150)은, 가열 접착 금형부(152) 및 절단 지지 금형부(154)를 포함할 수 있다.
가열 접착 금형부(152)는 포케팅부(A)를 가열 접착시키는 구성으로써, 포케팅부(A)를 가열 접착하는 단계에서 사용될 수 있다. 상기와 같은 가열 접착 금형부(152)에는 포케팅부(A)에 대응되는 형상으로 가열 압착면(152a)이 마련될 수 있다.
즉, 가열 접착 금형부(152)는, 포케팅부(A)에 가열 압착면(152a)을 압착시킨 상태에서 가열 압착면(152a)을 통해 포케팅부(A)를 가열한다. 따라서, 포케팅부(A)에서는, 가열 접착 금형부(152)에서 전달되는 열에 의해 절연성 고분자 필름(132, 134, 136, 138)들의 상면과 하면에 제1 분리막(116)과 제2 분리막(114)이 접착될 수 있다.
절단 지지 금형부(154)는 적층부(S)에서 포케팅부(A)를 절단하는 구성으로써, 적층부(S)를 절단하는 단계에서 사용될 수 있다. 상기와 같은 절단 지지 금형부(154)에는 가열 접착 금형부(152)에서 적층부(S)를 향해 돌출된 형상으로 절단날(154a)이 마련될 수 있다.
즉, 절단 지지 금형부(154)는 가열 접착 금형부(152)보다 먼저 적층부(S)에 압착하면서 절단날(154a)을 통해 적층부(S)를 원하는 형상으로 절단한다. 상기와 같은 절단 지지 금형부(154)의 절단날(154a)은, 적층부(S)를 절단하여 포케팅부(A)를 형성하는 역할을 수행할 수 있고, 뿐만 아니라 적층부(S)를 절단한 상태에서 포케팅부(A)의 측면을 지지하는 역할도 수행할 수 있다.
한편, 가열 절단 금형(150)의 일측에는 양극(112)의 양극 무지 돌출부(112c)가 배치되기 위한 금형 회피부가 마련될 수 있다.
도 4 내지 도 8를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 포케팅 전극체(110)의 제조 방법은, 제1 분리막(116)의 상면에 양극(112)의 배치를 안내하기 위한 가이드 부재(140)를 배치하는 단계(도 4의 (a) 및 도 5 참조), 및 가이드 부재(140)를 제1 분리막(116)의 상면에서 탈거하는 단계(도 4의 (d) 및 도 7 참조)를 더 포함할 수 있다.
예를 들면, 가이드 부재(140)는 양극(112)의 측면부를 감싸는 형상으로 마련될 수 있다. 이때, 가이드 부재(140)는 양극(112)과 절연성 고분자 필름(132, 134, 136, 138)들 사이에 형성된 틈새(T)에 대응하는 두께(T)로 형성될 수 있다. 따라서, 가이드 부재(140)는 양극(112)의 측면부 둘레를 따라 링 형상으로 형성될 수 있다.
상기와 같은 가이드 부재(140)의 중앙부에는 양극(112)이 삽입되기 위한 삽입홀부(142)가 형성될 수 있다. 참고로, 가이드 부재(140)의 일측에는 양극(112)의 양극 무지 돌출부(112c)가 배치되기 위한 가이드 부재 회피부가 마련될 수 있다.
도 4의 (a) 및 도 5에 도시된 바와 같이, 가이드 부재(140)를 배치하는 단계는 양극(112)을 배치하는 단계 이전에 실시될 수 있다. 이때, 가이드 부재(140)는 양극(112)을 설치 위치에 대응하는 위치에 배치될 수 있다.
따라서, 양극(112)을 배치하는 단계에서는 가이드 부재(140)의 삽입홀부(142)에 양극(112)을 삽입하는 간단한 동작으로 양극(112)을 정위치에 간편하게 배치할 수 있다. 그리고, 절연성 고분자 필름(132, 134, 136, 138)들을 이동시키는 단계에서는 가이드 부재(140)의 측면부에 밀착될 때까지 절연성 고분자 필름(132, 134, 136, 138)들을 이동시킬 수 있다. 또한, 절연성 고분자 필름(132, 134, 136, 138)들을 배치하는 단계에서는, 절연성 고분자 필름(132, 134, 136, 138)들을 가이드 부재(140)의 측면부의 둘레에 밀착되게 배치할 수 있다.
도 4의 (d) 및 도 7에 도시된 바와 같이, 가이드 부재(140)를 탈거하는 단계는 제2 분리막(114)을 배치하는 단계 이전에 실시될 수 있다. 이때, 가이드 부재(140)는 제1 분리막(116)의 상면에 양극(112)과 절연성 고분자 필름(132, 134, 136, 138)들을 남겨 놓은 상태로 제1 분리막(116)의 상면에서 분리될 수 있다. 따라서, 양극(112)과 절연성 고분자 필름(132, 134, 136, 138)들의 사이에는 가이드 부재(140)의 두께(T)에 대응하는 틈새(T)가 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: 전극 조립체
110: 포케팅 전극체
112: 양극, 전극체
116: 제1 분리막
114: 제2 분리막
120: 음극
130, 132, 134, 136, 138: 절연성 고분자 필름
140: 가이드 부재
150: 가열 절단 금형
152: 가열 접착 금형부
154: 절단 지지 금형부
S: 적층부
A: 포케팅부

Claims (12)

  1. 제1 분리막의 상면에 전극체를 배치하는 단계; 상기 전극체의 외각에서 상기 제1 분리막의 상면을 따라 상기 전극체를 향해 복수개의 절연성 고분자 필름을 이동시키는 단계; 상기 전극체의 측면부를 둘러싸는 형상으로 상기 절연성 고분자 필름들을 배치하는 단계; 상기 절연성 고분자 필름들과 상기 전극체를 덮도록 상기 제1 분리막의 상면에 제2 분리막을 배치하는 단계; 상기 제1 분리막과 상기 절연성 고분자 필름들 및 상기 제2 분리막의 적층부를 절단하여 상기 전극체의 측면부를 둘러싸는 형상으로 포케팅부를 마련하는 단계; 및 상기 포케팅부를 가열 접착하여 포케팅 전극체를 형성하는 단계;를 포함하며,
    상기 적층부를 절단하는 단계 및 상기 포케팅부를 가열 접착하는 단계는, 가열 절단 금형을 사용하여 하나의 공정에서 동시에 진행되고,
    상기 가열 절단 금형은, 상기 포케팅부를 가열 접착시키도록 상기 포케팅부에 대응되는 형상으로 가열 압착면이 마련되는 가열 접착 금형부; 및 상기 적층부에서 상기 포케팅부를 절단하도록 상기 가열 접착 금형부에서 상기 적층부를 향해 돌출된 형상으로 절단날이 마련되는 절단 지지 금형부;를 포함하며,
    상기 절단 지지 금형부는 상기 적층부를 절단하는 단계에서 사용되고, 상기 가열 접착 금형부는 상기 포케팅부를 가열 접착하는 단계에서 사용되고,
    상기 적층부를 절단하는 단계에서는, 상기 절단날이 상기 적층부를 절단하여 상기 포케팅부를 형성함과 아울러 상기 절단날이 상기 포케팅부의 측면을 지지하며,
    상기 포케팅부를 가열 접착하는 단계에서는, 상기 가열 압착면이 상기 포케팅부에 압착된 상태에서 상기 포케팅부를 가열 접착시키는 것을 특징으로 하는 포케팅 전극체의 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 절연성 고분자 필름들은, 상기 전극체의 측면부의 둘레를 따라 복수개로 분할된 형상으로 마련되고, 상기 제1 분리막의 상면에 슬라이딩 이동 가능하게 배치되며,
    상기 절연성 고분자 필름들을 이동시키는 단계에서는, 상기 절연성 고분자 필름들이 상호 간섭되지 않는 복수개의 이동 경로를 따라 상기 전극체의 측면부로 각각 이동되는 것을 특징으로 하는 포케팅 전극체의 제조 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 절연성 고분자 필름들의 일단부는 상기 전극체의 측면부에 대응되는 형상으로 각각 형성되고,
    상기 절연성 고분자 필름들을 배치하는 단계에서는, 상기 절연성 고분자 필름들의 일단부가 상기 전극체의 측면부의 둘레를 따라 연속적으로 배치되는 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 하는 포케팅 전극체의 제조 방법.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서,
    상기 가열 절단 금형에는 상기 전극체의 무지 돌출부가 배치되기 위한 금형 회피부가 마련된 것을 특징으로 하는 포케팅 전극체의 제조 방법.
  8. 제1 분리막의 상면에 전극체를 배치하는 단계; 상기 전극체의 외각에서 상기 제1 분리막의 상면을 따라 상기 전극체를 향해 복수개의 절연성 고분자 필름을 이동시키는 단계; 상기 전극체의 측면부를 둘러싸는 형상으로 상기 절연성 고분자 필름들을 배치하는 단계; 상기 절연성 고분자 필름들과 상기 전극체를 덮도록 상기 제1 분리막의 상면에 제2 분리막을 배치하는 단계; 상기 제1 분리막과 상기 절연성 고분자 필름들 및 상기 제2 분리막의 적층부를 절단하여 상기 전극체의 측면부를 둘러싸는 형상으로 포케팅부를 마련하는 단계; 및 상기 포케팅부를 가열 접착하여 포케팅 전극체를 형성하는 단계;를 포함하며,
    상기 제1 분리막의 상면에 전극체의 배치를 안내하기 위한 가이드 부재를 배치하는 단계; 및
    상기 가이드 부재를 상기 제1 분리막의 상면에서 탈거하는 단계;를 더 포함하며,
    상기 가이드 부재를 배치하는 단계는 상기 전극체를 배치하는 단계 이전에 실시되고, 상기 가이드 부재를 탈거하는 단계는 상기 제2 분리막을 배치하는 단계 이전에 실시되는 것을 특징으로 하는 포케팅 전극체의 제조 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 가이드 부재는, 상기 전극체의 측면부를 감싸는 형상으로 마련되고, 상기 전극체와 상기 절연성 고분자 필름들 사이에 형성된 틈새에 대응하는 두께로 형성되며,
    상기 가이드 부재의 중앙부에는 상기 전극체가 삽입되는 삽입홀부가 형성되는 것을 특징으로 하는 포케팅 전극체의 제조 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 전극체를 배치하는 단계에서는, 상기 삽입홀부에 상기 전극체를 삽입하고,
    상기 절연성 고분자 필름들을 이동시키는 단계에서는, 상기 가이드 부재의 측면부에 밀착될 때까지 상기 절연성 고분자 필름들을 이동시키며,
    상기 절연성 고분자 필름들을 배치하는 단계에서는, 상기 절연성 고분자 필름들을 상기 가이드 부재의 측면부에 밀착되게 배치하고,
    상기 가이드 부재를 탈거하는 단계에서는, 상기 전극체와 상기 절연성 고분사 필름들 사이에서 상기 가이드 부재만을 분리하는 것을 특징으로 하는 포케팅 전극체의 제조 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 가이드 부재에는 상기 전극체의 무지 돌출부가 배치되기 위한 가이드 부재 회피부가 마련된 것을 특징으로 하는 포케팅 전극체의 제조 방법.
  12. 제1항 또는 제8항에 있어서,
    상기 전극체는 양극이고,
    상기 절연성 고분자 필름은 폴리올레핀 수지 필름, 폴리에스테르 필름, 폴리스티렌 수지 필름, 폴리이미드 필름, 폴리 아마이드 필름, 플루오로카본 수지 필름, ABS 필름, 폴리아크릴계 필름, 아세탈계 필름, 또는 폴리카보네이트 필름으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나의 다공성 필름인 것을 특징으로 하는 포케팅 전극체의 제조 방법.
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