KR102444997B1 - 전극조립체와 상기 전극조립체를 내장하는 이차전지 및 그 제조방법 - Google Patents

전극조립체와 상기 전극조립체를 내장하는 이차전지 및 그 제조방법 Download PDF

Info

Publication number
KR102444997B1
KR102444997B1 KR1020180070333A KR20180070333A KR102444997B1 KR 102444997 B1 KR102444997 B1 KR 102444997B1 KR 1020180070333 A KR1020180070333 A KR 1020180070333A KR 20180070333 A KR20180070333 A KR 20180070333A KR 102444997 B1 KR102444997 B1 KR 102444997B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
electrode
cell
separator
separators
mono
Prior art date
Application number
KR1020180070333A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20190142974A (ko
Inventor
한현규
전호진
Original Assignee
주식회사 엘지에너지솔루션
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사 엘지에너지솔루션 filed Critical 주식회사 엘지에너지솔루션
Priority to KR1020180070333A priority Critical patent/KR102444997B1/ko
Publication of KR20190142974A publication Critical patent/KR20190142974A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102444997B1 publication Critical patent/KR102444997B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/04—Construction or manufacture in general
    • H01M10/0459—Cells or batteries with folded separator between plate-like electrodes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/04—Construction or manufacture in general
    • H01M10/0468—Compression means for stacks of electrodes and separators
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/04—Construction or manufacture in general
    • H01M10/049—Processes for forming or storing electrodes in the battery container
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/61—Types of temperature control
    • H01M10/615—Heating or keeping warm
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/10—Primary casings; Jackets or wrappings
    • H01M50/102—Primary casings; Jackets or wrappings characterised by their shape or physical structure
    • H01M50/105—Pouches or flexible bags
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/10—Primary casings; Jackets or wrappings
    • H01M50/116—Primary casings; Jackets or wrappings characterised by the material
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/40—Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
    • H01M50/409—Separators, membranes or diaphragms characterised by the material
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/40—Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
    • H01M50/46—Separators, membranes or diaphragms characterised by their combination with electrodes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/40—Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
    • H01M50/463—Separators, membranes or diaphragms characterised by their shape
    • H01M50/466—U-shaped, bag-shaped or folded
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/50—Current conducting connections for cells or batteries
    • H01M50/531—Electrode connections inside a battery casing
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)

Abstract

본 발명의 전극조립체의 제조방법은, 연속적으로 공급되는 두 장의 분리막들 사이에 제1전극을 적층시키고, 상기 제1전극 위에 놓이도록 윗층의 분리막 위에 제2전극을 적층하여 모노셀을 미리 정해진 갯수만큼 형성하는 단계; 상기 모노셀 중 하나의 아랫층 분리막 아래에 제2전극을 추가로 적층하여 바이셀을 형성하는 단계; 및 바이셀부터 시작되도록 상기 바이셀과 모노셀을 폴딩하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 전극조립체의 제조방법.
본 발명의 전극조립체는, 나란히 배치된 두 장의 분리막들; 제1전극과 제2전극이 상기 분리막들에 추가로 적층되어 위에서부터 아래로 제2전극/분리막/제1전극/분리막/제2전극 순서로 적층된 구조를 가지며 상기 분리막들의 일측에 형성되는 바이셀; 및 제1전극과 제2전극이 상기 분리막들에 추가로 적층되어 위에서부터 아래로 제2전극/분리막/제1전극/분리막 순서로 적층된 구조를 가지며 상기 바이셀과 일정한 거리를 둔 위치에서부터 서로 간에 간격을 두고 복수개가 연속적으로 형성된 모노셀;을 포함하고, 상기 바이셀부터 시작하여 모노셀을 한 개씩 폴딩함으로서 바이셀과 모노셀이 적층되도록 제조된 것을 특징으로 한다.

Description

전극조립체와 상기 전극조립체를 내장하는 이차전지 및 그 제조방법{Electrode assembly, secondary battery equipped with it and method for manufacturing thereof}
본 발명은 전극조립체와 상기 전극조립체를 내장하는 이차전지 및 그 것들의 제조방법에 관한 것으로써, 더욱 상세하게는 스택앤폴딩방식으로 제조되는 전극조립체에 있어서 종래 구조 대비 공정 속도 및 공차를 줄여 불량발생을 낮추고 에너지 밀도를 증가시킬 수 있는 제조방법 및 그 제조방법에 의해 제조된 전극조립체 및 이차전지에 관한 것이다.
휴대 기기 및 전기 자동차 분야 등에서 고효율 이차전지에 대해 수요가 급격히 증가하고 있다. 그러한 이차전지 중에서도 에너지 밀도가 높고 상대적으로 고전압을 유지할 수 있으며 자기방전율이 낮은 리튬 이차전지가 상용화되어 널리 사용되고 있고 성능향상을 위한 연구개발이 활발히 이루어지고 있다.
이차전지는 캔, 파우치 등과 같은 케이스 내에 전극조립체와 전해질이 내장되는 구조를 갖는다. 전극조립체는 양극, 분리막, 음극이 반복 적층된 구조를 갖되, 일반적으로 양극, 분리막, 음극이 적층된 상태에서 둘둘 말아져 케이스 내에 내장되는 권취형, 일정한 크기로 양극, 분리막, 음극이 절단된 상태에서 적층이 이루어지는 스택형(적층형)으로 구분될 수 있다.
상기 권취형 전극조립체는 나선형으로 감겨지는 구조상, 원통형 전지에는 탑재가 적합한 반면에 각형 또는 파우치형 전지에는 공간 활용도에 있어서 불리하고, 반대로 스택형 전극조립체는 전극과 분리막 절단 시 크기 조절이 가능하므로 케이스에 맞는 각형태를 얻기 용이하나 제조과정이 상대적으로 복잡해지고 외부 충격에 상대적으로 취약한 단점이 있다.
그리고, 권취형과 스택형의 장점을 취합하도록 스택앤폴딩(Stack&Folding) 방식이 개발된 바 있다. 스택앤폴딩 방식은 도 1 에 도시된 바와 같이, 폴딩분리막(4) 위에 양극(2)/분리막(3)/음극(1)/분리막(3)/양극(2) 적층구조를 갖는 C타입바이셀과 음극(1)/분리막(3)/양극(2)/분리막(3)/음극(1) 적층구조를 갖는 A타입바이셀을 올려놓고 상기 바이셀들을 (도 1 에 도시된 화살표 방향을 따라 회전시킴으로써) 폴딩하여 제조가 이루어진다.
이와 같은 스택앤폴딩 방식은 종래의 구조들과 대비하여 안정성이 뛰어난 장점을 가지나, A타입바이셀과 C타입바이셀을 별도로 제작한 후 폴딩분리막(4)에서 추가적으로 폴딩을 해야하므로 생산공정이 길어지는 문제가 있었다.
즉, 각 바이셀 제작 공정과 상기 바이셀들의 폴딩 공정이 별도로 이루어지므로, 생산속도가 저하되고 공정이 증가함에 따라 각 공정상의 공차발생(불량 발생) 및 생산로스(loss)가 증가할 위험이 있었다.
따라서, 본 발명은 종래의 스택앤폴딩 방식의 문제점을 해소할 수 있도록 공정이 더욱 단순화될 수 있고 그로 인해 공차 및 생산로스 발생을 낮출 수 있는 전극조립체와 그 제조방법 그리고 상기 전극조립체를 내장하는 이차전지를 제공하는 것에 주목적이 있다.
전술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 연속적으로 공급되는 두 장의 분리막들 사이에 제1전극을 적층시키고, 상기 제1전극 위에 놓이도록 윗층의 분리막 위에 제2전극을 적층하여 모노셀을 미리 정해진 갯수만큼 형성하는 단계; 상기 모노셀 중 하나의 아랫층 분리막 아래에 제2전극을 추가로 적층하여 바이셀을 형성하는 단계; 및 바이셀부터 시작되도록 상기 바이셀과 모노셀을 폴딩하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서는 선택적으로 다음의 단계들을 더 포함 수 있다. 즉, 모노셀과 바이셀이 각각 형성된 후 폴딩이 이루어지기 전에, 분리막들에 전극들이 접착되도록 열과 압력을 가하는 단계;를 더 포함할 수 있고, 또는 모노셀과 바이셀이 각각 형성된 후 폴딩이 이루어지기 전에, 모노셀과 모노셀 사이 및 모노셀과 바이셀 사이의 공간에서 윗층의 분리막과 아랫층의 분리막의 접착이 이루어지도록 열과 압력을 가하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
아울러, 본 발명에서 상기 제1전극과 제2전극 각각은 금속재 호일의 표면에 활물질이 코팅된 유지부와 활물질이 미코팅된 무지부를 포함하고, 상기 제1전극과 제2전극 중 적어도 어느 하나 이상은 이웃하는 동일한 제1전극 또는 제2전극과 무지부끼리 연결될 수 있다.
이때, 이웃하는 제1전극 또는 제2전극과 연결되는 무지부는 한 갈래로 연결되거나, 이웃하는 제1전극 또는 제2전극과 연결되는 무지부는 두 갈래 이상으로 연결될 수 있다.
그리고, 이웃하는 제1전극 또는 제2전극과 연결되는 무지부는 폴딩이 이루어질 때 꺽이는 부분이 다른 부분 보다 두께가 얇게 형성될 수 있다. 즉, 용이하게 꺾일 수 있도록 노치(notch)가 형성될 수 있다.
또한, (두 분리막이 동일한 재질로 제조되는 경우에는 폴딩이 용이하게 이루어지고 폭 크기를 줄일 수 있도록) 폴딩이 이루어졌을 때 내측에 위치하게 되는 분리막은 외측에 위치하게 되는 분리막 보다 두께가 얇게 형성되는 것이 바람직하다. 그리고, 상기 분리막들은 서로 다른 종류의 재질로 제조될 수 있되, 이때는 전극조립체의 외부표면에 노출되는 분리막이 더 강건한 재질로 제조되는 것이 바람직하다.
아울러, 본 발명에 따른 이차전지의 제조방법은 위와 같은 방법으로 제조된 전극조립체가 파우치 내에 내장되는 단계를 포함함으로써 구성된다.
전술한 바와 같은 제조방법으로 제조된 본 발명의 전극조립체는, 나란히 배치된 두 장의 분리막들; 제1전극과 제2전극이 상기 분리막들에 추가로 적층되어 위에서부터 아래로 제2전극/분리막/제1전극/분리막/제2전극 순서로 적층된 구조를 가지며 상기 분리막들의 일측에 형성되는 바이셀; 및 제1전극과 제2전극이 상기 분리막들에 추가로 적층되어 위에서부터 아래로 제2전극/분리막/제1전극/분리막 순서로 적층된 구조를 가지며 상기 바이셀과 일정한 거리를 둔 위치에서부터 서로 간에 간격을 두고 복수개가 연속적으로 형성된 모노셀;을 포함하고, 상기 바이셀부터 시작하여 모노셀을 한 개씩 폴딩함으로서 바이셀과 모노셀이 적층되도록 제조된 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 분리막들은 제1전극 및 제2전극과 맞닿는 지점이 접착되거나, 모노셀과 모노셀 사이 및 모노셀과 바이셀 사이의 공간에서 분리막끼리 접착이 이루어질 수 있다.
아울러, 본 발명의 전극조립체에서 상기 제1전극과 제2전극 각각은 금속재 호일의 표면에 활물질이 코팅된 유지부와 활물질이 미코팅된 무지부를 포함하고, 기 제1전극과 제2전극 중 적어도 어느 하나 이상은 이웃하는 동일한 제1전극 또는 제2전극과 무지부끼리 연결된다. 그리고, 이웃하는 제1전극 또는 제2전극과 연결되는 무지부는 폴딩이 이루어질 때 꺽이는 부분이 다른 부분 보다 두께가 얇게 형성된다.
또한, 본 발명에서는 전술한 바와 같은 기술적 특징을 갖는 전극조립체가 파우치 내에 장착된 이차전지가 추가로 제공된다.
위와 같은 구성을 갖는 본 발명은, 분리막들 사이에서 하나의 바이셀과 복수 개의 모노셀들이 연속적으로 형성된 상태에서 폴딩이 바로 이루어질 수 있으므로 종래의 구조 대비 (C타입바이셀과 A타입바이셀을 별도로 제작하고 각 바이셀들을 폴딩분리막 위에 안착시키는 공정이 삭제되므로) 생산속도를 증대시킬 수 있으므로 전체 공정이 축소됨에 따라 불량발생률 또한 감소시킬 수 있다.
아울러, 종래의 폴딩분리막이 삭제될 수 있으므로, 동일한 용량이라면 두께가 더 얇게 제조될 수 있다.
본 발명에서는, 바이셀이 분리막과 접하는 부분에서; 이웃하는 바이셀 또는 모노셀 사이의 공간에서; 접착이 이루어지므로, 외부충격이 가해질때나 폴딩시에 바이셀과 모노셀의 흔들림을 억제하고 고정시킬 수 있다.
그리고, 본 발명에서 모노셀 및 바이셀을 구성하는 제1전극과 제2전극 각각은 이웃하는 동일한 제1전극 또는 제2전극과 무지부끼리 연결되어 전기적 연결성을 증대시키 수 있고 고정력을 증대시킬 수 있다. 뿐만 아니라, 이웃하는 제1전극 또는 제2전극과 연결되는 무지부에는 노치가 형성되어 폴딩이 원활히 이루어질 수 있다.
또한, 상기 분리막들은 서로 다른 종류의 재질로 제조되거나, 두께가 다르게 형성되어, 폴딩이 원활히 이루어질 수 있으며 (내측에 위치되는 분리막의 두께가 얇게 형성되는 만큼) 부피가 작아질 수 있다.
도 1 은 종래의 스택앤폴딩 공정으로 전극조립체를 제조할 때, 폴딩분리막 위에 A타입바이셀과 C타입바이셀이 놓여진 상태로써 폴딩 전의 모습이 도시된 사시도.
도 2a 는 본 발명의 실시예에 따른 제조방법에 따라 일측(좌측) 끝단에 바이셀(10)이 구성된 상태에서 간격을 두고 복수개의 모노셀들(20)이 구성된 모습이 도시된 평면도.
도 2b 는 본 발명의 실시예에 따른 제조방법에 따라 일측(좌측) 끝단에 바이셀(10)이 구성된 상태에서 간격을 두고 복수개의 모노셀들(20)이 구성된 모습이 도시된 측면도.
도 3 은 본 발명의 실시예에 따른 바이셀(10)과 모노셀(20) 각각의 분해된 모습이 도시된 사시도.
도 4 는 본 발명의 실시예에 따른 바이셀(10)과 모노셀(20) 각각에서 전극들(1, 2)이 분리막들(30, 40)과 (접촉하는 부분에서) 접착이 이루어진 모습이 도시된 측면도.
도 5a 는 본 발명의 실시예에 따른 바이셀(10)과 모노셀(20) 사이 및 이웃하는 모노셀들(20) 사이의 공간에서 윗층의 분리막(30)과 아랫층의 분리막(40)끼리 접착된 모습이 도시된 평면도.
도 5b 는 본 발명의 실시예에 따른 바이셀(10)과 모노셀(20) 사이 및 이웃하는 모노셀들(20) 사이의 공간에서 윗층의 분리막(30)과 아랫층의 분리막(40)끼리 접착된 모습이 도시된 측면도.
도 6a 는 본 발명의 실시예에서 이웃하는 전극의 무지부끼리 연결된 모습이 도시된 평면도.
도 6b 는 본 발명의 실시예에서 이웃하는 전극의 무지부끼리 연결된 모습이 도시된 측면도.
도 6c 는 본 발명의 실시예에서 이웃하는 전극을 연결하는 무지부에 노치(N)가 형성된 모습이 도시된 평면도.
이하, 첨부된 도면에 의거하여 본 발명에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.
또한, 본 명세서 및 특허청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정하여 해석되어서는 안되며, 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.
본 발명은 전극조립체와 상기 전극조립체를 내장하는 이차전지 및 그 것들의 제조방법에 관한 것이다. 본 발명은 종래 구조 대비 공정 속도 및 공차를 줄여 불량발생을 낮출 수 있는 제조방법 및 그 제조방법에 의해 제조된 전극조립체 및 이차전지를 제공한다. 이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 더욱 상세히 설명한다.
실시예1
본 발명은 전극조립체 및 상기 전극조립체가 내장되는 이차전지의 제조방법을 실시예1로써 제공한다. 이 실시예에서는 도 2a 와 2b 에 도시된 바와 같이, 두 장의 분리막들(30, 40)의 길이방향을 따라 한 개의 바이셀(10)과 복수 개의 모노셀(20)이 형성되고, 상기 바이셀(10)부터 폴딩이 시작되는 것을 특징으로 한다. 즉, 실시예1에 따른 제조발명은 분리막들(30, 40) 사이에서 하나의 바이셀(10)과 복수 개의 모노셀들(20)이 연속적으로 형성된 상태에서 폴딩이 바로 이루어질 수 있으므로(종래의 구조 대비 C타입바이셀과 A타입바이셀을 별도로 제작하고 각 바이셀들을 폴딩분리막 위에 안착시키는 공정이 삭제되므로) 생산속도를 증대시킬 수 있으므로 전체 공정이 축소되며 이에 따라 불량발생률 또한 감소시킬 수 있는 효과를 기대할 수 있다.
위와 같은 구성은 먼저, 연속적으로 공급되는 두 장의 분리막들(30, 40) 사이에 제1전극(1)을 적층시키고, 상기 제1전극(1) 위에 놓이도록 윗층의 분리막(30) 위에 제2전극(2)을 적층하여 모노셀(20)을 미리 정해진 갯수만큼 형성하고 끝단에 위치한 모노셀의 아랫층 분리막(40) 하부에 제2전극(2)을 적층하여 구성될 수 있다.
이때, 제1전극(1)은 음극 또는 양극 중 하나를 의미하며 제2전극(2)은 제1전극(1)과는 다른 음극 또는 양극 중 나머지 다른 하나를 의미한다.
더 상세하게는 아랫층 분리막(40)이 깔린 상태에서 그 위에 제1전극들(1)을 일정한 간격을 두고 올려놓은 후에, 다시 그 위를 윗층 분리막(30)으로 덮은 다음에, 상기 윗층 분리막(30) 위에 제2전극들(2)을 일정한 간격을 두고 올려놓고 가장 끝쪽에 위치한 곳에서 아랫층 분리막(40) 아래로 제2전극(2)을 추가로 적층시키는 방식으로 단계가 진행된다.
따라서, 도 2b 와 도 3 에 도시된 바와 같이 윗쪽부터 아랫쪽으로 제2전극(2)/윗층 분리막(30)/제1전극(1)/아랫층 분리막(40) 순서로 적층된 모노셀(20)이 상기 분리막들(30, 40)의 길이방향을 따라 나란하게 형성된다. 그 다음 단계로써, 상기 모노셀들(20) 중 가장 끝단(도 2b 에서 좌측 끝단)의 모노셀의 아랫층 분리막(40) 아래에 제2전극(2)을 추가로 적층하여 윗쪽부터 아랫쪽으로 제2전극(2)/윗층 분리막(30)/제1전극(1)/아랫층 분리막(40)/제2전극(2) 순서로 적층된 바이셀(10)을 추가로 형성된다.
이와 같이, 맨끝쪽에 바이셀(10)이 형성되고 그 다음으로 연속적으로 복수개의 모노셀들(20)이 형성된 상태에서 (도 2b 의 화살표 같은 방향을 따라) 폴딩이 이루어지면, 제1전극(1)과 제2전극(2)이 순차적으로 반복되는 적층구조를 갖는 전극조립체의 제조가 이루어진다.
한편, 본 발명에서는 폴딩시 제1전극(1)과 제2전극(2)의 이탈 및 흔들림을 방지하고, 폴딩이 이루어진 후에도 안정성을 높이기 위해 제1전극(1)과 제2전극(2)의 움직임이 구속되는 구조를 갖는다.
즉, 도 4 에 도시된 바와 같이, 아랫층 분리막(40)과 윗층 분리막(30)에 제1전극(1)과 제2전극(2)이 안착될 때 안착과 동시에 (분리막 또는 전극 중 어느 한 곳 또는 두 곳 모두에) 열과 압력을 가하여 분리막들(30, 40)과 전극들(1, 2)의 접촉면이 접착이 이루어지도록 구성할 수 있다.
또는 다른 방법으로써, 모노셀(20)과 바이셀(10)을 각각 형성한 후에, 상기 모노셀(20)과 바이셀(10) 사이의 공간에서 윗층의 분리막(30)과 아랫층의 분리막(40)을 접착시키는 방식도 가능하다. 즉, 도 5a 와 5b 에 도시된 바와 같이, 제1전극(1)과 제2전극(2)에 열을 가하지 않고 윗층 분리막(30)과 아랫층 분리막(40)끼리만 접착되어 폐쇄된 공간을 형성함으로써 전극들(1, 2)의 흔들림을 방지할 수 있다.
다만, 위의 방식 중에서 전극(1, 2)과 분리막(30, 40)이 직접적으로 접착되는 전자의 방식은 제1전극(1)과 제2전극(2) 모두가 분리막(30, 40)에 접착되므로 보다 더 안정적으로 흔들림이 방지될 것이나, 분리막(30, 40)의 재질이나 두께 등에 따라 접착이 어려울 경우에는 후자의 방식이 적용될 수도 있을 것이다.
폐쇄된 공간을 형성하는 후자의 방식은 윗층 분리막(30)과 아랫층 분리막(40) 사이에 놓인 제1전극(1)만 구속되며 제2전극(2)의 흔들림을 방지하기는 상대적으로 불리하나 전극들(1, 2)에 직접적인 열과 압력이 가해지지 않으므로 전극(1, 2)에 열스트레스가 가해지는 것을 피할 수 있을 것이다. 따라서, 전극(1, 2)와 분리막(30, 40)의 스팩 및 특성에 따라서 전자와 후자의 방법 중 적합한 방식이 선택적으로 채택될 수 있을 것이다.
아울러, 본 발명에서 상기 제1전극(1)과 제2전극(2) 각각은 알루미늄, 구리와 같은 금속재 호일(1b, 2b)의 표면에 활물질(1a)이 코팅되어 구성되되, 상기 활물질(1a)은 전극탭이 가공될 수 있게 부분적으로 도포되어 활물질(1a)이 도포된 유지부와 활물질(1a)이 미도포된 무지부 영역으로 구성된다. 즉, 상기 활물질(1a)에서 전기화학적 반응이 발생할 때, 금속재 호일(1b, 2b)은 전류 이동의 통로가 되며 이러한 통로는 단면적이 증가할수록 내부저항을 낮추게된다.
따라서, 본 발명에서는 내부저항을 낮추고 전극들(1,2)의 움직임을 구속할 수 있도록 상기 제1전극(1)과 제2전극(2)은 이웃하는 동일한 제1전극(1) 또는 제2전극(2)과 무지부(금속재 호일에서 활물질이 덮이지 않은 부분)끼리 연결될 수 있다.
즉, 도 6a 와 6b 에 도시된 바와 같이, 상기 제1전극(1)과 제2전극(2)은 이웃하는 동일한 전극들(1, 2)과 무지부를 통해서 연결될 수 있다. 이와 같이, 무지부끼리 연결되는 구성은 전극들(1, 2)을 제조하는 공정 중 전극들(1, 2)을 적절한 크기로 절단하는 슬릿팅 공정과 커팅 공정에서 절단장치의 셋팅을 변경함으로써 이루어질 수 있다.
이때, 해당 전극(1, 2)이 놓이는 위치 또는 금속재 호일(1b, 2b)의 특성에 따라 이웃하는 전극들(1, 2)을 연결하는 무지부의 부분은 한 갈래로 형성되거나 두 갈래 이상으로 형성될 수 있되, 그 형상과 폭 크기는 전극조립체의 설계요건에 따라서 자유롭게 셋팅될 수 있을 것이다.
아울러, 이웃하는 전극들(1, 2)을 연결하는 무지부 부분은 폴딩 시 꺾여지게되므로 폴딩과정이 용이하게 이루어질 수 있게 다른 부분 보다 두께가 얇게 형성되어 꺾임을 유도하는 노치(N)가 도 6c 에 도시된 바와 같이 추가적으로 형성될 수 있을 것이다.
또한, 도면에는 도시되지 않았으나, 폴딩이 이루어져 전극조립체로 제조가 완성되었을 때, 제조된 전극조립체의 부피가 축소될 수 있도록 본 발명에서 사용되는 두 개의 분리막(30, 40)은 서로 재질이 다르거나 두께가 다르게 제조될 수 있다.
즉, 두 분리막(30, 40)이 동일한 재질로 제조되는 경우에는 폴딩이 용이하게 이루어지고 폭 크기를 줄일 수 있도록 폴딩이 이루어졌을 때 내측에 위치하게 되는 분리막은 외측에 위치하게 되는 분리막 보다 두께가 얇게 형성되는 것이 바람직하다. 그리고, 상기 분리막들(30, 40)은 서로 다른 종류의 재질로 제조된다면, 이때는 전극조립체의 외부표면에 노출되는 분리막이 더 강건한 재질로 제조되는 것이 바람직하다.
한편, 본 발명에서는 전술한 바와 같은 전극조립체의 제조방법에 따라 제조된 전극조립체를 파우치 내에 장착하는 단계를 추가적으로 제공함으로써 이차전지를 제조하는 방법이 제공된다.
실시예2
본 발명은 실시예1의 제조방법에 따라 제조된 전극조립체 및 상기 전극조립체가 내장되는 이차전지를 실시예2로써 제공한다. 이 실시예에 따른 전극조립체는, 두 장의 분리막들(30, 40)의 길이방향을 따라서 바이셀(10)이 형성된 후 그 다음으로 모노셀들(20)이 연속적으로 형성되되, 상기 바이셀부(10)터 폴딩이 이루어져 제1전극(1)과 제2전극(2)이 반복적으로 적층된 구조를 갖는다.
즉, 도 2b 에 도시된 바와 같이, 본 발명의 전극조립체는 폴딩이 이루어지기 전에 나란히 배치된 두 장의 분리막들(30, 40) 사이로 제1전극(1)이 일정한 간격을 두고 삽입되고, 윗층 분리막(30) 위에 (제1전극의 바로 위에서) 제2전극(2)이 추가로 배치되어 복수 개의 모노셀들(20)이 형성된 구조를 갖는다. 이때, 폴딩이 시작되는 쪽 끝단의 모노셀에는 아랫층 분리막(40) 아래로 제2전극(2)이 추가적으로 적층되어 바이셀(10)이 형성된 구조를 갖는다.
따라서, 본 발명의 바이셀(10)은 위에서부터 아래로 제2전극(2)/분리막(30)/제1전극(1)/분리막(40)/제2전극(2) 순서로 적층된 구조를 가지며, 모노셀(20)은 위에서부터 아래로 제2전극(2)/분리막(30)/제1전극(1)/분리막(40) 순서로 적층된 구조를 갖는다. 그리고, 상기 바이셀(10)부터 시작하여 (도 2b 에 표시된 화살표 방향을 따라) 모노셀(20)이 한 개씩 폴딩됨에 따라 본 발명의 전극조립체는 제1전극(1)과 제2전극(2)이 순차적으로 반복 적층된 구조를 갖는다.
상기 분리막들(30, 40)은 제1전극(1) 및 제2전극(2)과 맞닿는 지점이 접착되거나, 모노셀(20)과 모노셀(20) 사이 및 모노셀(20)과 바이셀(10) 사이의 공간에서 분리막(30, 40)끼리 접착이 이루어질 수 있고, 이웃하는 동일한 제1전극(1) 또는 제2전극(2)과 무지부끼리 연결될 수 있다.
본 발명에서 위와 같이 구성된 전극조립체는 파우치나 다른 형태의 케이스에 내장되어 이차전지를 제공할 수 있다.
위와 같은 구성을 갖는 본 발명은, 분리막들(30, 40) 사이에서 모노셀(20)과 바이셀이 연속적으로 형성된 상태에서 폴딩이 바로 이루어질 수 있으므로 종래의 구조 대비 생산속도를 증대시킬 수 있다. 그리고, 전체 공정이 축소됨에 따라 불량발생률 또한 감소시킬 수 있으며, 종래의 폴딩분리막이 삭제될 수 있으므로, 동일한 용량이라면 두께가 더 얇아게 제조될 수 있다.
본 발명에서는, 전극들(1, 2)이 분리막(30, 40)과 접하는 부분에서; 이웃하는 바이셀(10) 또는 모노셀들(20) 사이의 공간에서; 접착이 이루어지므로, 외부충격이 가해질때나 폴딩시에 전극들(1, 2)의 흔들림을 억제하고 고정시켜 안정성을 향상시킬 수 있다.
아울러, 본 발명에서 모노셀(20) 및 바이셀(10)을 구성하는 제1전극(1)과 제2전극(2) 각각은 이웃하는 동일한 제1전극(1) 또는 제2전극(2)과 무지부끼리 연결되어 전기적 연결성을 증대시키 수 있고 고정력을 증대시킬 수 있다. 그리고, 이웃하는 제1전극(1) 또는 제2전극(2)과 연결되는 무지부에는 노치(N)가 형성되어 폴딩이 원활히 이루어질 수 있다.
또한, 상기 분리막들(30, 40)은 서로 다른 종류의 재질로 제조되거나, 두께가 다르게 형성되어, 폴딩이 원활히 이루어질 수 있으며 (내측에 위치되는 분리막의 두께가 얇게 형성되는 만큼) 부피가 작아질 수 있다.
이상에서 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 실시가 가능하다.
10 : 바이셀
20 : 모노셀
30 : 윗층 분리막
40 : 아랫층 분리막

Claims (16)

  1. 연속적으로 공급되는 두 장의 분리막들 사이에 제1전극을 적층시키고, 상기 제1전극 위에 놓이도록 윗층의 분리막 위에 제2전극을 적층하여 모노셀을 미리 정해진 갯수만큼 형성하는 단계;
    상기 모노셀 중 끝단에 위치한 모노셀의 아랫층 분리막 아래에 제2전극을 추가로 적층하여 바이셀을 형성하는 단계; 및
    바이셀부터 시작되도록 상기 바이셀과 모노셀을 폴딩하는 단계;를 포함하고,
    상기 제1전극과 제2전극 각각은 금속재 호일의 표면에 활물질이 코팅된 유지부와 활물질이 미코팅된 무지부를 포함하며, 상기 제1전극과 제2전극 중 적어도 어느 하나 이상은 이웃하는 동일한 제1전극 또는 제2전극과 무지부끼리 연결되고, 이웃하는 제1전극 또는 제2전극과 연결되는 무지부는 폴딩이 이루어질 때 꺾이는 부분이 다른 부분 보다 두께가 얇게 형성된 것을 특징으로 하는 전극조립체의 제조방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    모노셀과 바이셀이 각각 형성된 후 폴딩이 이루어지기 전에, 분리막들에 전극들이 접착되도록 열과 압력을 가하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전극조립체의 제조방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    모노셀과 바이셀이 각각 형성된 후 폴딩이 이루어지기 전에, 모노셀과 모노셀 사이 및 모노셀과 바이셀 사이의 공간에서 윗층의 분리막과 아랫층의 분리막의 접착이 이루어지도록 열과 압력을 가하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전극조립체의 제조방법.
  4. 삭제
  5. 제 1 항에 있어서,
    이웃하는 제1전극 또는 제2전극과 연결되는 무지부는 한 갈래로 연결되는 것을 특징으로 하는 전극조립체의 제조방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    이웃하는 제1전극 또는 제2전극과 연결되는 무지부는 두 갈래 이상으로 연결되는 것을 특징으로 하는 전극조립체의 제조방법.
  7. 삭제
  8. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    폴딩이 이루어졌을 때 내측에 위치하게 되는 분리막은 외측에 위치하게 되는 분리막 보다 두께가 얇게 형성된 것을 특징으로 하는 전극조립체의 제조방법.
  9. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 분리막들은 서로 다른 종류의 재질로 제조된 것을 특징으로 하는 전극조립체의 제조방법.
  10. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항의 전극조립체의 제조방법으로 제조된 전극조립체를 파우치 내에 장착하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지의 제조방법.
  11. 나란히 배치된 두 장의 분리막들;
    제1전극과 제2전극이 상기 분리막들에 추가로 적층되어 위에서부터 아래로 제2전극/분리막/제1전극/분리막/제2전극 순서로 적층된 구조를 가지며 상기 분리막들의 일측에 형성되는 바이셀; 및
    제1전극과 제2전극이 상기 분리막들에 추가로 적층되어 위에서부터 아래로 제2전극/분리막/제1전극/분리막 순서로 적층된 구조를 가지며 상기 바이셀과 일정한 거리를 둔 위치에서부터 서로 간에 간격을 두고 복수개가 연속적으로 형성된 모노셀;을 포함하고,
    상기 바이셀부터 시작하여 모노셀을 한 개씩 폴딩함으로서 바이셀과 모노셀이 적층되도록 제조되며,
    상기 제1전극과 제2전극 각각은 금속재 호일의 표면에 활물질이 코팅된 유지부와 활물질이 미코팅된 무지부를 포함하며, 상기 제1전극과 제2전극 중 적어도 어느 하나 이상은 이웃하는 동일한 제1전극 또는 제2전극과 무지부끼리 연결되고, 이웃하는 제1전극 또는 제2전극과 연결되는 무지부는 폴딩이 이루어질 때 꺾이는 부분이 다른 부분 보다 두께가 얇게 형성된 것을 특징으로 하는 전극조립체.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 분리막들이 제1전극 및 제2전극과 맞닿는 지점은 접착된 것을 특징으로 하는 전극조립체.
  13. 제 11 항에 있어서,
    모노셀과 모노셀 사이 및 모노셀과 바이셀 사이의 공간에서 분리막끼리 접착이 이루어진 것을 특징으로 하는 전극조립체.
  14. 삭제
  15. 삭제
  16. 제 11 항의 전극조립체가 파우치 내에 장착된 것을 특징으로 하는 이차전지.
KR1020180070333A 2018-06-19 2018-06-19 전극조립체와 상기 전극조립체를 내장하는 이차전지 및 그 제조방법 KR102444997B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020180070333A KR102444997B1 (ko) 2018-06-19 2018-06-19 전극조립체와 상기 전극조립체를 내장하는 이차전지 및 그 제조방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020180070333A KR102444997B1 (ko) 2018-06-19 2018-06-19 전극조립체와 상기 전극조립체를 내장하는 이차전지 및 그 제조방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20190142974A KR20190142974A (ko) 2019-12-30
KR102444997B1 true KR102444997B1 (ko) 2022-09-20

Family

ID=69102886

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020180070333A KR102444997B1 (ko) 2018-06-19 2018-06-19 전극조립체와 상기 전극조립체를 내장하는 이차전지 및 그 제조방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102444997B1 (ko)

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101731149B1 (ko) * 2014-09-03 2017-04-28 에스케이이노베이션 주식회사 리튬 폴리머 이차전지의 분리막 및 이를 포함하는 리튬 폴리머 이차전지
KR101847679B1 (ko) * 2014-11-17 2018-04-10 주식회사 엘지화학 이차전지용 전극조립체 및 이를 포함하는 이차전지
KR102065131B1 (ko) * 2016-10-05 2020-03-02 주식회사 엘지화학 전극 조립체 및 이의 제조 방법
KR20180049537A (ko) * 2016-11-03 2018-05-11 에스케이이노베이션 주식회사 음극판, 이를 포함하는 전극조립체 및 그 제조방법

Also Published As

Publication number Publication date
KR20190142974A (ko) 2019-12-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10923758B2 (en) Electrode assembly having step, secondary battery, battery pack and device including electrode assembly, and method of manufacturing electrode assembly
JP6567491B2 (ja) 折り重ねた電極とセパレーターを有する電気化学電池、この電池を含むバッテリー、およびこれらを形成する方法
JP6453515B1 (ja) 積層式二次電池の製造方法
KR100309604B1 (ko) 리튬 2차 전지
KR101103499B1 (ko) 전지용 전극조립체 및 그 제조방법
EP2750241B1 (en) Electrode assembly having stepped levels and battery cell, battery pack, and device comprising same
KR100861705B1 (ko) 구조적 안정성과 전해액의 젖음성이 우수한 전극조립체 및이를 포함하는 이차전지
KR100907623B1 (ko) 신규한 적층 구조의 이차전지용 전극조립체
KR101553542B1 (ko) 2차 전지 내부 셀 스택 방법 및 이를 이용하여 제조되는 셀 스택
US20200028200A1 (en) Method for producing an electrode unit for a battery cell and electrode unit
JP7446444B2 (ja) 断線防止層を含む電極組立体及びその製造方法
KR101663351B1 (ko) 전기화학소자용 셀 및 이의 제조 방법
KR102227307B1 (ko) 전극 조립체
JP2024503795A (ja) 電極組立体及びこれを含む二次電池
WO2009048303A2 (en) Electrochemical cell
KR20200033018A (ko) 전극조립체
CN110419133B (zh) 电极组件及其制造方法
KR101615712B1 (ko) 이차전지용 전극 조립체 및 이를 구비한 이차전지
KR102444997B1 (ko) 전극조립체와 상기 전극조립체를 내장하는 이차전지 및 그 제조방법
JP2018055904A (ja) 電気化学セルおよび電気化学セルの製造方法
US11018395B2 (en) Electrode assembly and manufacturing method thereof
KR20230068676A (ko) 전지 조립체 제조방법, 전지 조립체 및 이를 포함하는 이차 전지
KR102196103B1 (ko) 전극조립체의 제조방법 및 이에 의해서 제조된 전극조립체 및 이를 포함하는 리튬이차전지
US20230143528A1 (en) Electrode Assembly and Method for Manufacturing Same
KR102340101B1 (ko) 이차 전지 및 이의 제조방법

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant