KR102580191B1 - 포켓형 양극 분리막을 이용한 배터리용 셀의 제조 방법 - Google Patents

포켓형 양극 분리막을 이용한 배터리용 셀의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 포켓형 양극 분리막을 이용한 배터리용 셀의 제조 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 양극 분리막을 음극과 동일한 크기(사이즈)로 하되, 포켓형으로 제조함으로써, 적층 공정 간소화 및 셀 얼라인먼트(Cell Alignment) 유지에 대하여 최적화시키기 위한 포켓형 양극 분리막을 이용한 배터리용 셀의 제조 방법에 관한 것이다.

Description

포켓형 양극 분리막을 이용한 배터리용 셀의 제조 방법{Method of manufacturing battery cell using pocket-type anode separator}
본 발명은 포켓형 양극 분리막을 이용한 배터리용 셀의 제조 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 양극 분리막을 음극과 동일한 크기(사이즈)로 하되, 포켓형으로 제조함으로써, 적층 공정 간소화 및 셀 얼라인먼트(Cell Alignment) 유지에 대하여 최적화시키기 위한 포켓형 양극 분리막을 이용한 배터리용 셀의 제조 방법에 관한 것이다.
기본적으로 배터리 격리판은 전자적으로는 부도체이며 이온적으로는 도체이다.
즉, 배터리에 구성되는 격리판은 반대 극성의 전극들 간의 직접적인 전자적 접촉을 방지하는 반면에 상기 전극들 간의 이온 전류를 가능하게 한다.
이러한 두 가지 기능을 만족하기 위해서는, 격리판은 일반적으로 덴드라이트(dendrites) 또는 판(plate) 입자(particles)에 의한 전자적 단락을 방지하기 위하여 가능한 한 작은 공극(pores)을 가지며, 내부의 전지 저항을 최소화하기 위해 가능한 한 높은 공극률(porosity)을 가지는 다공성 (porous) 부도체이다.
배터리에서 격리판은 또한, 적절한 전극 간격을 결정하며, 그것에 의해 셀 반응에 참가하는 전해질의 양을 규정한다.
격리판은 전지의 사용기한 내내 안정하여야 한다.(대한민국공개특허공보 10-2001-0042790 참조)
잘 알려진 바와 같이, 자동차 등에 사용되는 배터리는 충전과 방전이 가능한 2차 전지로 이는 전해액으로서 묽은 황산(H2SO4)을 사용하고 전극의 활물질로서 양(+)극에 이산화연(PbO2)을 도포하고, 음(-)극에 해면상(海綿狀) 납(Pb)을 도포하여 외부 회로에 연결하면 전기가 흐르면서 방전(초기의 양극과 음극의 활물질 조성이 황산납(PbSO4)으로 변하는 과정)과 외부에서 전류를 흘려주면 충전(황산납이 방전 전의 초기 양극 활물질과 음극 활물질로 변하는 과정)이 되는 원리를 이용한 것이다.
한편, 스마트폰 등의 모바일 기기, 전기자동차 등의 수요가 급증함에 따라 에너지원으로서 이차전지(secondarybattery) 및 배터리의 수요는 점점 확대되고 있다.
최근들어, 전지의 수요는 전자산업, 자동차 산업 및 에너지저장 산업 등 다양한 산업분야로 더욱 확대되고 있는 추세이며, 나아가, 기존의 이차전지보다 고에너지밀도, 고전력밀도 및 우수한 전지의 안정성 등과 같은 높은 성능이 요구되고 있다.
분리막(separator)은 전지 내의 양극과 음극간의 이온의 이동은 허용하면서 전자전도는 차단함으로써, 단락(short)되는 것을 방지하는 격리막으로 작용한다.
전지용 분리막은 물리적인 절연 기능을 가지므로 전지의 안정성에 중요한 기능을 담당하고 있다.
일반적으로 사용되고 있는 분리막은 폴리프로필렌(polypropylene) 또는 폴리에틸렌(polyethylene)과 같은 폴리올레핀계 고분자로부터 만들어지고 있다.
그러나, 재료적 특성과 연신(stretching)을 포함하는 제조공정상의 특징으로 인해 100℃ 이상의 온도에서 극심한 열 수축 (thermal shrinkage)을 보이게 되고, 또한 금속 입자와 같은 전지 내부 이물질들에 의해 물리적으로 쉽게 파열되는 약점을 보여, 전지의 내부 단락을 일으키는 궁극적인 원인으로 파악되고 있다.
또한, 폴리올레핀 계열 분리막은 소수성(hydrophobicity)을 나타내기 때문에 극성인 전해액과의 친화성이 낮다.
이로 인해 전해액 침투가 어려워 전지 외부로의 누액 우려가 있고, 전해액 함침성이 낮아서 최종 전지 성능에도 좋지 않은 영향을 끼친다.
이러한 현상들은 전지자동차용 전지와 같이 고출력을 요구하는 응용 분야에서 더욱 두드러지게 나타난다.
따라서, 기존의 폴리올레핀 계열 분리막의 근본적 단점들인 열적/기계적 안정성, 전해액에 대한 친화성 등을 개선시킨 차세대 분리막 개발이 요구되는 실정이며, 이러한 연구는 고안정성, 고성능 이차전지의 개발을 앞당기는 방안이 될 수 있다.
그리고, 폴리올레핀계 분리막이란, 배터리 내에서 양극판과 음극판을 접촉을 방지하고 전기적으로 절연 시키면서도 분리막의 기공을 통해 이온의 투과도를 높여 이온 전도도를 지속적으로 유지시키며 충방전이 가능하게 하는 격리판을 의미한다.
폴리올레핀계 분리막은 외부 충격에 대해서도 손상이 없이 일정한 형태를 유지해야 하며 인장 강도 및 연신율이 높은 분리막 제조 기술 연구가 이루어지고 있다.
본 발명과 관련된 종래 기술에 대하여 부연 설명하면, 배터리의 양극판은 전기 통로 역할을 하는 그리드와 전기에너지를 방출, 저장하는 역할인 활물질로 구성되어 있다.
활물질은 충방전을 반복하며 화학조성이 이산화납에서 황산화납으로 다시 이산화납으로 변경되기를 반복한다.
최근 개발되고 있는 차량들은 이전에 비해 운전자들의 안전 및 편의를 향상시키기 위한 전장장치가 다양해졌고 그에 따라 차량에서 필요로 하는 전력량이 증가하였다.
따라서, 배터리의 역할도 이를 지원하기 위해 종래 얕은 수준의 방전을 유지하며 충전이 되는 환경에서 깊은 심도에서 방전이 유지됨에 따라 충전 수입성과 내구성이 개선된 배터리의 개발이 요구되고 있다.
잦고 깊은 심도의 충방전 환경에서 양극판의 활물질은 팽창, 수축을 반복하며 활물질 - 활물질, 활물질 - 그리드간의 마찰이 발생하며, 그로 인해 상호간의 결합이 약해지며, 활물질은 진흙처럼 질퍽한 상태의 연화 현상이 관찰되며 지속되면 최종적으로 활물질이 극판에서 탈락하게 된다.
그에 따라 배터리의 용량은 감소하며 내부저항이 증가함에 따라 그 수명 또한 감소하게 된다.
또한, 탈락된 활물질들은 배터리 내부 바닥에 떨어져있다가 충전 시 발생하는 가스에 의해 바닥에서 전해액 상층부로 떠오르며 결집을 이루게 되고, 이렇게 연결된 활물질들이 이끼처럼 스트랍을 덮어 저항을 증가시켜 제품의 성능을 감소시키며, 결집된 활물질들이 분리막을 넘어 음극판 상단에 다리처럼 연결이 되면 양극판이 음극판에 닿는 통로역할을 하며 단락(쇼트)를 야기하여 수명단축의 원인이 된다.
한편, 각형, 원통형, 파우치형 리튬이차전지 Cell 제작 시 양극과 음극의 물리적 접촉으로 인한 쇼트를 방지하기 위하여 양극과 음극 사이에 8 ~ 20μm 두께의 Polymer 재질(Poly Ethylene, Poly Propylene)의 분리막(격리판)을 삽입하는 공정을 필수로 추가하여 제작하고 있다.
적층형 이차전지 제작 시 양극과 음극이 일정한 위치로 적층되어 Alignment를 유지하는 것이 중요하지만, 양극과 음극 전극 사이즈가 상이하여 Alignment가 맞지 않는 경우가 다수 발생한다.
이때, Alignment가 맞지 않을 경우 Cell 성능 저하 및 양극과 음극 무지부 및 전극 모서리에 의해 쇼트를 유발하므로, 제품 선별 시 Voltage Drop test 등으로 불량 선별이 필요하다.
따라서, 상기한 제품 선별 공정을 제거할 수 있으면서도 성능저하 방지와 수명개선을 제공할 수 있는 포켓형 양극 분리막을 이용한 배터리용 셀의 제조 방법을 제안하게 된 것이다.
대한민국공개특허번호 제10-2020-0040961호
따라서, 본 발명은 상기 종래의 문제점을 해소하기 위해 안출된 것으로,
본 발명의 목적은 양극 분리막을 음극과 동일한 크기(사이즈)로 하되, 포켓형으로 제조함으로써, 적층 공정 간소화 및 셀 얼라인먼트(Cell Alignment) 유지에 대하여 최적화시키기 위한 포켓형 양극 분리막을 이용한 배터리용 셀의 제조 방법을 제공하고자 한다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 일실시예에 따른 포켓형 양극 분리막을 이용한 배터리용 셀의 제조 방법은,
배터리의 셀 제조 공정에서,
압출기를 이용하여 분리막(100)을 시트 상태로 제조하기 위한 분리막성형단계(S100);와
상기 시트 상태로 제조된 분리막의 정 중앙 부위를 접기 위한 분리막중앙부위접기단계(S200);와
상기 분리막중앙부위접기단계를 거친 분리막의 접힌 부위에 양극(200)을 안착시킨 후, 양측의 분리막을 양극 방향으로 접어 양극의 양면에 각각의 분리막을 접촉시키는 분리막접촉단계(S300);와
상기 양극의 양면에 각각 접촉된 분리막의 끝부위를 음극(300)의 길이와 동일한 길이로 레이저를 이용하여 커팅하기 위한 레이저커팅단계(S400);와
음극과 분리막에 쌓여 있는 양극을 1조로 하여 다수 적층시켜 배터리 셀을 완성시키는 배터리셀완성단계(S500);를 포함함으로써, 본 발명의 과제를 해결하게 된다.
본 발명인 포켓형 양극 분리막을 이용한 배터리용 셀의 제조 방법을 통해,
양극 분리막을 음극과 동일한 크기(사이즈)로 하되, 포켓형으로 제조함으로써, 적층 공정 간소화 및 셀 얼라인먼트(Cell Alignment) 유지에 대하여 최적화할 수 있게 되어 성능저하 방지와 궁극적으로 배터리 기초 성능과 충전 효율을 향상시킬 수 있는 수명 개선 효과를 제공하게 된다.
또한, 분리막 Roll to Roll 형태로 자동화가 가능하며, Pocket형태를 함으로써 전극 탈리로 인하여 발생한 Burr에 의한 쇼트 방지로 인한 Cell 안전성 강화가 가능하다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 포켓형 양극 분리막을 이용한 배터리용 셀의 제조 방법의 공정도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 포켓형 양극 분리막을 이용한 배터리용 셀의 제조 방법을 개략적으로 설명한 예시도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 포켓형 양극 분리막을 이용한 배터리용 셀의 제조 방법 중 레이저 커팅을 수행한 후, 실링 상태를 나타낸 예시도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 포켓형 양극 분리막을 이용한 배터리용 셀의 제조 방법에 의해 음극과 분리막에 쌓여 있는 양극의 크기가 동일함을 나타낸 예시도이다.
도 5는 종래 일반적인 적층형 셀 모식도와 본 발명인 포켓 적층형 셀 모식도를 비교한 예시도이다.
본 발명의 일실시예에 따른 포켓형 양극 분리막을 이용한 배터리용 셀의 제조 방법은,
배터리의 셀 제조 공정에서,
압출기를 이용하여 분리막(100)을 시트 상태로 제조하기 위한 분리막성형단계(S100);와
상기 시트 상태로 제조된 분리막의 정 중앙 부위를 접기 위한 분리막중앙부위접기단계(S200);와
상기 분리막중앙부위접기단계를 거친 분리막의 접힌 부위에 양극(200)을 안착시킨 후, 양측의 분리막을 양극 방향으로 접어 양극의 양면에 각각의 분리막을 접촉시키는 분리막접촉단계(S300);와
상기 양극의 양면에 각각 접촉된 분리막의 끝부위를 음극(300)의 길이와 동일한 길이로 레이저를 이용하여 커팅하기 위한 레이저커팅단계(S400);와
음극과 분리막에 쌓여 있는 양극을 1조로 하여 다수 적층시켜 배터리 셀을 완성시키는 배터리셀완성단계(S500);를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 레이저커팅단계(S400)는, 레이저의 열원으로 인하여 폴리머 재질의 분리막의 양 끝부위 끼리 녹이어 서로 접착시키는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 레이저커팅단계(S400)는, 분리막이 PE 재질일 경우에 105 ~ 110도 범위 내의 레이저 열원을 이용하며, 분리막이 PP 재질일 경우에 165도의 레이저 열원을 이용하는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 레이저커팅단계(S400)는, 음극과 분리막에 쌓여 있는 양극의 크기를 동일하게 형성시킴으로써, 음극과 분리막에 쌓여 있는 양극을 1조로 하여 다수 적층시, 셀 얼라인먼트(Cell Alignment)를 유지시킬 수 있는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 분리막성형단계(S100)에서 제조되는 분리막의 길이는 분리막의 정 중앙 부위를 접었을 경우에 접힌 분리막의 양면의 길이가 양극 코팅부위(210)의 길이보다 길도록 제조되는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 분리막을 포켓형으로 제조함으로써, 전극 탈리로 인하여 발생하는 Burr에 의한 쇼트를 방지하여 적층 셀의 안전성을 강화시킬 수 있는 것을 특징으로 한다.
따라서, 상기 제조 방법에 의해, 제조된 포켓형 양극 분리막을 포함하고 있는 배터리를 제공할 수가 있게 되는 것이다.
이하, 본 발명에 의한 포켓형 양극 분리막을 이용한 배터리용 셀의 제조 방법의 실시예를 통해 상세히 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 포켓형 양극 분리막을 이용한 배터리용 셀의 제조 방법의 공정도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 포켓형 양극 분리막을 이용한 배터리용 셀의 제조 방법을 개략적으로 설명한 예시도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 포켓형 양극 분리막을 이용한 배터리용 셀의 제조 방법 중 레이저 커팅을 수행한 후, 실링 상태를 나타낸 예시도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 포켓형 양극 분리막을 이용한 배터리용 셀의 제조 방법에 의해 음극과 분리막에 쌓여 있는 양극의 크기가 동일함을 나타낸 예시도이다.
도 5는 종래 일반적인 적층형 셀 모식도와 본 발명인 포켓 적층형 셀 모식도를 비교한 예시도이다.
도 1 내지 도 2에 도시한 바와 같이, 본 발명인 포켓형 양극 분리막을 이용한 배터리용 셀의 제조 방법은,
배터리의 셀 제조 공정에서,
압출기를 이용하여 분리막(100)을 시트 상태로 제조하기 위한 분리막성형단계(S100);와
상기 시트 상태로 제조된 분리막의 정 중앙 부위를 접기 위한 분리막중앙부위접기단계(S200);와
상기 분리막중앙부위접기단계를 거친 분리막의 접힌 부위에 양극(200)을 안착시킨 후, 양측의 분리막을 양극 방향으로 접어 양극의 양면에 각각의 분리막을 접촉시키는 분리막접촉단계(S300);와
상기 양극의 양면에 각각 접촉된 분리막의 끝부위를 음극(300)의 길이와 동일한 길이로 레이저를 이용하여 커팅하기 위한 레이저커팅단계(S400);와
음극과 분리막에 쌓여 있는 양극을 1조로 하여 다수 적층시켜 배터리 셀을 완성시키는 배터리셀완성단계(S500);를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 상기와 같은 제조 과정을 거치게 되고, 이를 통해 양극 분리막을 음극과 동일한 크기(사이즈)로 하되, 포켓형으로 제조함으로써, 적층 공정 간소화 및 셀 얼라인먼트(Cell Alignment) 유지에 대하여 최적화할 수 있게 되어 성능저하 방지와 궁극적으로 배터리 기초 성능과 충전 효율을 향상시킬 수 있는 수명 개선 효과를 제공하게 된다.
한편, 배터리의 고장 원인은 사용 중에 부하의 종류와 관리하는 방법에 따라 좌우된다.
주된 고장 요인은 활물질 설페이션화, 극판 활물질 탈락, 양극 격자부식, 격리판 파손, 복합적인 요인 등이 있다.
특히, 자동차에 장착된 제품의 경우, 운행 조건에 따라 분리막이 손상되는 일이 빈번하게 이루어져 이를 개선하는 기술이 필요한 실정이다.
구체적으로 설명하자면, 폴리올레핀계 분리막이란, 배터리 내에서 양극판과 음극판 간의 접촉을 방지하고, 전기적으로 절연시키면서도 분리막의 기공을 통해 이온의 투과도를 높여 이온 전도도를 지속적으로 유지시키며 충방전이 가능하게 하는 격리판을 의미한다.
분리막의 경우, 외부 충격에 대해서도 손상없이 일정한 형태를 유지해야 하며, 인장 강도 및 연신율이 높은 분리막 제조 기술 연구가 이루어지고 있다.
한편, 본 발명에서는 분리막 제조 기술 중 양극 분리막을 음극과 동일한 크기(사이즈)로 하되, 포켓형으로 제조함으로써, 적층 공정 간소화 및 셀 얼라인먼트(Cell Alignment) 유지할 수 있도록 함으로써, 궁극적으로 성능저하 방지와 수명개선을 하고자 하는 분리막 제조 기술에 해당한다.
상기 단계를 설명하기에 앞서, 좀 더 구체적으로 일반적인 제조 공정에 대하여 설명하도록 하겠다.
즉, 배터리에서 사용되는 폴리올레핀계 분리막은 제조 공정에 따라 습식과 건식으로 분류된다.
습식법은 분리막의 성형 과정에서 고분자에 첨가한 유동파라핀 또는 고상 왁스와 같은 가소제를 유기용매로 추출할 때, 발생한 기공을 연신하여 확장한 것으로서, 강도, 탄성 및 두께, 기공균일도 등이 우수하다.
건식법은 압출 필름을 저온에서 연신하여 결정계면에서 미세 균열을 발생시키는 방식으로 용매를 사용하지 않기 때문에 공정법이 간편하고 생산성이 우수하다.
다음은 본 발명인 포켓형 양극 분리막을 이용한 배터리용 셀의 제조 방법에 대하여 구체적으로 설명하도록 하겠다.
상기 분리막성형단계(S100)는 압출기를 이용하여 분리막(100)을 시트 상태로 제조하기 위한 공정이다.
상기에서 상술한 바와 같이, 일반적인 습식법 혹은 건식법 등을 이용하여 분리막을 시트 상태로 제조하게 되는 것이다.
이후, 분리막중앙부위접기단계(S200)는 상기 시트 상태로 제조된 분리막의 정 중앙 부위를 접기 위한 공정이다.
도 2에 도시한 바와 같이, 일반적인 절곡 장치 혹은 펀칭기 등을 이용하여 분리막을 접게 되는데, 바람직하게는 분리막의 정 중앙 부위를 접게 되는 것이다.
예를 들어, 가로 길이가 10cm라면, 5cm 부위를 접게 되는 것이다.
이후, 분리막접촉단계(S300)는 상기 분리막중앙부위접기단계를 거친 분리막의 접힌 부위에 양극(200)을 안착시킨 후, 양측의 분리막을 양극(200) 방향으로 접어 양극의 양면에 각각의 분리막을 접촉시키는 것이다.
한편, 상기 분리막성형단계(S100)에서 제조되는 분리막의 길이는 분리막의 정 중앙 부위를 접었을 경우에 접힌 분리막의 양면의 길이가 양극 코팅부위(210)의 길이보다 길도록 제조되는 것을 특징으로 한다.
따라서, 분리막의 끝부위가 충분히 양극을 감쌀 수 있게 되는 것이다.
이때, 상기 레이저커팅단계(S400)는 상기 양극의 양면에 각각 접촉된 분리막의 끝부위를 음극(300)의 길이와 동일한 길이로 레이저를 이용하여 커팅하기 위한 공정이다.
도 2에 도시한 바와 같이, 양극의 양면에 각각 접촉된 분리막의 끝부위가 양극의 끝부위보다 길게 형성되어 있게 되므로 여기서 레이저를 이용하여 음극의 길이와 동일한 길이로 커팅을 수행하게 되는 것이다.
또한, 상기 레이저커팅단계(S400)는, 레이저의 열원으로 인하여 폴리머 재질의 분리막의 양 끝부위 끼리 녹이어 서로 접착시키는 것을 특징으로 한다.
즉, 도 2와 같이, 레이저를 이용하여 커팅을 실시하게 되면 열원에 의하여 분리막이 녹게 되어 양 끝부위끼리 서로 접착되게 된다.
이때, 상기 레이저커팅단계(S400)는, 분리막이 PE 재질일 경우에 105 ~ 110도 범위 내의 레이저 열원을 이용하며, 분리막이 PP 재질일 경우에 165도의 레이저 열원을 이용하는 것을 특징으로 한다.
일반적으로 PE 재질의 경우, 녹는 점이 105 ~ 110도 범위이므로 상기 범위 내에서 레이저의 열원을 공급하게 되면, 분리막이 녹게 되어 양 끝부위끼리 서로 접착되게 되는 것이다.
그리고, PP 재질의 경우, 녹는 점이 165도이므로 상기 온도로 레이저의 열원을 공급하게 되면, 분리막이 녹게 되어 양 끝부위끼리 서로 접착되게 되는 것이다.
따라서, 상기 레이저커팅단계(S400)는 음극과 분리막에 쌓여 있는 양극의 크기를 동일하게 형성시킴으로써, 음극과 분리막에 쌓여 있는 양극을 1조로 하여 다수 적층시, 셀 얼라인먼트(Cell Alignment)를 유지시킬 수 있는 것이다.
이후, 상기 배터리셀완성단계(S500)는 음극과 분리막에 쌓여 있는 양극을 1조로 하여 다수 적층시켜 배터리 셀을 완성시키는 공정이다.
즉, 도 2에 도시한 바와 같이, 음극과 분리막에 쌓여 있는 양극을 1조로 8층을 적층시켜 배터리 셀을 완성시키게 되는 것이다.
상기와 같이, 제조되게 되면 도 5에 도시한 바와 같이, 전극 탈리로 인하여 발생한 Burr에 의한 쇼트를 방지할 수 있게 되어 Cell 안전성 강화가 가능한 효과를 제공하게 되는 것이다.
위에서 상술한 바와 같이 본 발명의 효과를 파악하기 위해 포켓형 양극 분리막의 기초성능 및 수명시험을 하였다.
후술하는 종래품이라 함은, 출원인이 제조하는 배터리에 사용하는 일반적인 분리막을 포함하는 제품을 말하며, 개선품은 본 발명의 제조 방법을 통해 제조된 포켓형 양극 분리막을 포함하고 있는 제품을 말한다.
또한, 후속 공정인 조립 및 기판에 전기 전도도를 부여하는 화성 등의 공정을 통해 최종적인 70Ah 용량(20시간율 용량)을 갖는 종래품과 개선품을 제작하였으며, 포켓형 양극 분리막의 효과를 입증하기 위하여 충전수입성과 50% DoD 내구성 시험을 진행하였다.
1) 충전수입성 시험 (CA: Charge Acceptance test)
만충전된 시료를 상온(25±2℃)에서 5시간율 전류(70Ah 기준 17.5A)로 2.5시간 방전한 후, 0±2℃ 온도에서 12시간이상 방치한다.
이후 정전압 14.4V±0.1V으로 충전하여 충전 10분때 전류를 측정한다.
시험결과, 전지전도도 및 충전 효율이 높아 개선품이 종래품 대비 10분 정도에 전류가 약 25% 증대되었음을 알 수 있었다.
구분 시간 종래품 개선품





충전수입성		 1분 27.25 28.17
2분 24.21 27.38
3분 22.14 24.23
4분 21.25 23.92
5분 20.11 22.83
6분 19.35 22.24
7분 18.74 21.85
8분 17.68 21.21
9분 17.04 20.87
10분 16.43 20.55
상기와 같은 결과를 나타낸 것은 전극 탈리로 인하여 발생한 Burr에 의한 쇼트 방지로 인한 Cell 안전성 강화와 Pocket형태의 양극과 음극 사이즈가 동일함에 따라 적층시 Cell Alignment 유지가 있었기에 가능한 것으로 분석되고, 최종적으로 배터리의 기초성능 및 수명을 향상시키는 것이다.
따라서, 상기한 특성을 지니는 포켓형 양극 분리막을 본 발명에서 도입하게 된 것이며, 이를 통해 기초성능 및 수명을 향상하는 효과를 제공할 수 있게 되었다.
2) RC 용량 시험
구분 종래품 개선품
RC 118 min 135 min
한편, 표 2는 배터리 성능 평가 중 RC 용량에 관한 비교표로서, 일반적인 분리막을 적용한 종래품의 경우에는 RC 용량은 118 min로 나타났으며, 포켓형 양극 분리막을 적용한 개선품의 경우에는 RC 용량은 135 min으로 나타났다.
이는 포켓형 양극 분리막을 적용함으로써, RC 용량이 약 14% 증대함을 알 수 있었다.
상기와 같은 제조 방법을 통해, 양극 분리막을 음극과 동일한 크기(사이즈)로 하되, 포켓형으로 제조함으로써, 적층 공정 간소화 및 셀 얼라인먼트(Cell Alignment) 유지에 대하여 최적화할 수 있게 되어 성능저하 방지와 궁극적으로 배터리 기초 성능과 충전 효율을 향상시킬 수 있는 수명 개선 효과를 제공하게 된다.
상기와 같은 내용의 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시된 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다.
S100 : 분리막성형단계
S200 : 분리막중앙부위접기단계
S300 : 분리막접촉단계
S400 : 레이저커팅단계
S500 : 배터리셀완성단계

Claims (4)

  1. 포켓형 양극 분리막을 이용한 배터리용 셀의 제조 방법에 있어서,
    배터리의 셀 제조 공정에서,
    압출기를 이용하여 분리막(100)을 시트 상태로 제조하기 위한 분리막성형단계(S100);와
    상기 시트 상태로 제조된 분리막의 정 중앙 부위를 접기 위한 분리막중앙부위접기단계(S200);와
    상기 분리막중앙부위접기단계를 거친 분리막의 접힌 부위에 양극(200)을 안착시킨 후, 양측의 분리막을 양극 방향으로 접어 양극의 양면에 각각의 분리막을 접촉시키는 분리막접촉단계(S300);와
    상기 양극의 양면에 각각 접촉된 분리막의 끝부위를 음극(300)의 길이와 동일한 길이로 레이저를 이용하여 커팅하기 위한 레이저커팅단계(S400);와
    음극과 분리막에 쌓여 있는 양극을 1조로 하여 다수 적층시켜 배터리 셀을 완성시키는 배터리셀완성단계(S500);를 포함하는 것을 특징으로 하되,
    상기 분리막성형단계(S100)에서 제조되는 분리막의 길이는 분리막의 정 중앙 부위를 접었을 경우에 접힌 분리막의 양면의 길이가 양극 코팅부위(210)의 길이보다 길도록 제조되는 것을 특징으로 하며,
    상기 레이저커팅단계(S400)는, 레이저의 열원으로 인하여 폴리머 재질의 분리막의 양 끝부위 끼리 녹이어 서로 접착시키는 것을 특징으로 하며,
    상기 레이저커팅단계(S400)는, 분리막이 PE 재질일 경우에 105 ~ 110도 범위 내의 레이저 열원을 이용하며, 분리막이 PP 재질일 경우에 165도의 레이저 열원을 이용하는 것을 특징으로 하며,
    상기 레이저커팅단계(S400)는, 음극과 분리막에 쌓여 있는 양극의 크기를 동일하게 형성시킴으로써, 음극과 분리막에 쌓여 있는 양극을 1조로 하여 다수 적층시, 셀 얼라인먼트(Cell Alignment)를 유지시킬 수 있는 것을 특징으로 하며,
    상기 분리막성형단계(S100)에서 제조되는 분리막의 길이는 분리막의 정 중앙 부위를 접었을 경우에 접힌 분리막의 양면의 길이가 양극 코팅부위(210)의 길이보다 길도록 제조되는 것을 특징으로 하며,
    상기 분리막을 포켓형으로 제조함으로써, 전극 탈리로 인하여 발생하는 Burr에 의한 쇼트를 방지하여 적층 셀의 안전성을 강화시킬 수 있는 것을 특징으로 하는 포켓형 양극 분리막을 이용한 배터리용 셀의 제조 방법.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제 1항의 제조 방법에 의해,
    제조된 포켓형 양극 분리막을 포함하고 있는 배터리.
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