KR20120052041A - 세퍼레이터 실링 장치 및 이를 적용한 이차전지의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 세퍼레이터 실링 장치 및 이를 적용한 이차전지의 제조방법을 개시한다. 상기 세퍼레이터 실링 장치는 전극판을 개재하여 서로 맞닿게 겹쳐진 세퍼레이터를 가공대상으로 하고, 상기 전극판 주변을 따라 서로 맞대어진 세퍼레이터를 열 융착시키는 세퍼레이터 실링 장치로서, 베이스 플레이트와, 베이스 플레이트 상에 안착된 세퍼레이터에 대해 융착 열을 제공하는 것으로, 전극판의 둘레를 따라 연장된 히팅 와이어를 구비한 가열 블록;을 포함한다.
본 발명에 의하면, 전극 조립체의 형성 작업 및 취급성을 개선시킬 수 있는 세퍼레이터 실링 장치 및 이차전지의 제조방법이 제공된다.
본 발명에 의하면, 전극 조립체의 형성 작업 및 취급성을 개선시킬 수 있는 세퍼레이터 실링 장치 및 이차전지의 제조방법이 제공된다.
Description
본 발명은 세퍼레이터 실링 장치 및 이를 적용한 이차전지의 제조방법에 관한 것이다.
최근 전기 자동차나 하이브리드 자동차 등의 전원으로서 리튬이온 2차 전지가 기대되고 있다. 휴대전화나 모바일 기기의 전원에는 극판이나 세퍼레이터를 권회한 권취형 리튬이온 전지가 주류로서 사용되지만, 자동차 등의 높은 출력이 필요한 용도에 이용하기 위해서는 복수의 전극판을 적층한 적층형 2차 전지의 쪽이 적합하다.
본 발명의 일 실시형태는 전극 조립체의 형성 작업 및 취급성을 개선시킬 수 있는 세퍼레이터 실링 장치 및 이차전지의 제조방법를 포함한다.
상기와 같은 목적 및 그 밖의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 세퍼레이터 실링 장치는,
전극판을 개재하여 서로 맞닿게 겹쳐진 세퍼레이터를 가공대상으로 하고, 상기 전극판 주변을 따라 서로 맞대어진 세퍼레이터를 열 융착시키는 세퍼레이터 실링 장치로서,
베이스 플레이트; 및
상기 베이스 플레이트 상에 안착된 세퍼레이터에 대해 융착 열을 제공하는 것으로, 상기 전극판의 둘레를 따라 연장된 히팅 와이어를 구비한 가열 블록;을 포함한다.
예를 들어, 상기 히팅 와이어는 상기 베이스 플레이트에 대해 수평하게 연장되는 라인 형태를 갖는다.
예를 들어, 상기 히팅 와이어의 길이방향을 따라 적어도 일 개소에는 상기 베이스 플레이트로부터 상대적으로 멀어지도록 오프셋된 오프셋부가 형성된다.
예를 들어, 상기 히팅 와이어는 길이방향을 따라 요철 패턴을 가질 수 있다.
예를 들어, 상기 히팅 와이어는 길이방향을 따라 베이스 플레이트에 대해 돌출된 요철부와, 베이스 플레이트로부터 멀어지는 방향으로 오프셋된 요입부를 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 히팅 와이어는 전체적으로 베이스 플레이트와 수평하게 연장되는 본체부와, 상기 본체부의 양단에서 베이스 플레이트와 반대 방향으로 절곡된 단자부를 포함한다.
예를 들어, 상기 단자부는 상기 히팅 와이어의 양단에 형성된 제1, 제2 단자부를 포함한다.
예를 들어, 상기 베이스 플레이트에는 상기 세퍼레이터를 흡착 고정하기 위한 흡입장치가 형성되어 있다.
예를 들어, 상기 히팅 와이어는 상기 세퍼레이터의 각 변부를 따라 배치된 제1, 제2, 제3 및 제4 히팅 와이어를 포함한다.
예를 들어, 상기 세퍼레이터 실링 장치는, 베이스 플레이트 상에 안착된 세퍼레이터를 가압하여 위치 고정하기 위한 가압 블록을 더 포함한다.
예를 들어, 상기 가열 블록의 세퍼레이터를 향한 면에는 이형 코팅층이 형성되어 있다. 예를 들어, 상기 이형 코팅층은 테프론 코팅층을 포함한다.
본 발명의 다른 측면에 따른 이차전지의 제조방법은,
제1 전극판을 개재하여 서로에 대해 맞대어진 세퍼레이터를 가공대상으로 하고, 상기 세퍼레이터 상의 제1 전극판 주변을 따라 융착 접합부를 형성하여 제1 전극판 조립체를 형성하는 단계;
제2 전극판을 개재하여 서로에 대해 맞대어진 세퍼레이터를 가공대상으로 하고, 상기 세퍼레이터 상의 제2 전극판 주변을 따라 융착 접합부를 형성하여 제2 전극판 조립체를 형성하는 단계;
상기 제1 전극판 조립체 및 제2 전극판 조립체를 적층하여 전극 조립체를 형성하는 단계; 및
상기 전극 조립체를 외장부재로 밀봉하는 단계;를 포함한다.
예를 들어, 상기 제1 전극판 조립체를 형성하는 단계 및 제2 전극판 조립체를 형성하는 단계 각각은,
전극판을 개재하고 서로에 대해 맞대어진 세퍼레이터를 베이스 플레이트 상에 안착시키는 단계;
상기 전극판의 주변을 따라 연장된 히팅 와이어를 구비한 가열 블록을 세퍼레이터 상에 위치시키는 단계; 및
상기 히팅 와이어에 구동전류를 공급함에 따라 세퍼레이터 상의 전극판 주변으로 융착 접합부를 형성하는 단계;를 포함한다.
예를 들어, 상기 이차전지의 제조방법은,
상기 가열 블록을 세퍼레이터 상에 위치시키는 단계 이전에,
상기 가열 블록과 세퍼레이터 사이에 테프론 시트를 개재시키는 단계를 더 포함한다.
본 발명에 의하면, 전극판을 포위하는 주머니 형상의 세퍼레이터를 적층하는 방식으로 이차전지용 전극 조립체를 형성함으로써, 전극 조립체의 적층작업이 용이해지고, 전극 활물질의 이탈이 방지됨으로써 전극 조립체의 취급성이 향상된다.
본 발명에 의하면, 전극판을 개재한 세퍼레이터 시트의 열 융착 작업을 위한 전용의 세퍼레이터 실링 장치가 제공되므로, 전극 조립체의 형성 공정이 더욱 용이하게 이루어질 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시형태에 관한 세퍼레이터 실링 장치의 분해 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 장치의 실링 작업 상태를 보여주는 사시도이다.
도 3a 및 도 3b는 세퍼레이터 시트의 서로 다른 실시형태에 관한 사시도이다.
도 4는 도 1의 IV-IV 선을 따라 취한 단면도이다.
도 5는 본 발명에 적용될 수 있는 히팅 와이어의 일 실시형태를 보여주는 사시도이다.
도 6은 도 5의 히팅 와이어에 의한 전극판 조립체의 형상을 보여주는 도면이다.
도 7은 본 발명에 적용될 수 있는 히팅 와이어의 다른 실시형태를 보여주는 사시도이다.
도 8은 도 7의 히팅 와이어에 의한 전극판 조립체의 형상을 보여주는 도면이다.
도 9는 본 발명에 적용될 수 있는 히팅 와이어의 또 다른 실시형태를 보여주는 사시도이다.
도 10은 도 9의 히팅 와이어에 의한 전극판 조립체의 형상을 보여주는 도면이다.
도 11 내지 도 16은 본 발명의 다른 측면에 따른 이차전지의 제조방법을 설명하기 위한 공정 단계별 도면들이다.
도 2는 도 1에 도시된 장치의 실링 작업 상태를 보여주는 사시도이다.
도 3a 및 도 3b는 세퍼레이터 시트의 서로 다른 실시형태에 관한 사시도이다.
도 4는 도 1의 IV-IV 선을 따라 취한 단면도이다.
도 5는 본 발명에 적용될 수 있는 히팅 와이어의 일 실시형태를 보여주는 사시도이다.
도 6은 도 5의 히팅 와이어에 의한 전극판 조립체의 형상을 보여주는 도면이다.
도 7은 본 발명에 적용될 수 있는 히팅 와이어의 다른 실시형태를 보여주는 사시도이다.
도 8은 도 7의 히팅 와이어에 의한 전극판 조립체의 형상을 보여주는 도면이다.
도 9는 본 발명에 적용될 수 있는 히팅 와이어의 또 다른 실시형태를 보여주는 사시도이다.
도 10은 도 9의 히팅 와이어에 의한 전극판 조립체의 형상을 보여주는 도면이다.
도 11 내지 도 16은 본 발명의 다른 측면에 따른 이차전지의 제조방법을 설명하기 위한 공정 단계별 도면들이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시형태에 관한 세퍼레이터 실링 장치 및 이차전지의 제조방법에 대해 상세히 설명하기로 한다.
충, 방전이 가능한 이차전지는, 발전소자로서의 전극 조립체가 금속 캔과 같은 외장용기에 수납되거나 또는 가요성의 외장부재에 봉입됨으로써 형성될 수 있다. 이때, 상기 전극 조립체는 각각 2개 이상의 제1 전극판 및 제2 전극판과, 그 사이에 세퍼레이터를 재개하여 이들을 적층시켜서 형성될 수 있다.
상기 세퍼레이터는 제1 전극판과 제2 전극판을 분리시켜 단락을 방지하고, 예를 들어, 리튬 이온의 이동통로를 제공하기 위한 것으로서, 폴리올레핀, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등의 고분자막 또는 이들의 다중막, 미세 다공성 필름, 직포 및 부직포와 같은 것들이 사용될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시형태에 관한 세퍼레이터 실링 장치(100)의 분해 사시도이다. 도 2는 도 1에 도시된 장치의 실링 작업 상태를 보여주는 도면이다. 도 3a 및 도 3b는 도 1 및 도 2에 도시된 장치의 작업대상으로서의 세퍼레이터의 서로 다른 실시형태를 보여주는 사시도들이다.
본 명세서를 통하여, 세퍼레이터 실링 장치(100)란, 도 3a에 도시된 바와 같이, 전극판(20)을 사이에 두고 양편으로 배치되는 독립된 2장의 세퍼레이터 시트(10) 또는 전극판(20)을 둘러싸도록 서로 포개어진 1장의 세퍼레이터(10`) 시트를 서로 열 융착시키기 위한 것으로, 전극판(20)의 외주부를 따라 서로 포개어진 세퍼레이터(10) 부분을 상호 접합시킴으로써 전극판(20)을 수납한 주머니 형상의 전극판 조립체를 형성하는 장치를 의미한다.
상기 전극판 조립체란 전극판(20)을 수납하는 주머니 형상의 세퍼레이터(10)를 의미하는 것으로, 상기 전극판(20)은 양극판 또는 음극판을 의미할 수 있다. 양극판을 포함하는 전극판 조립체와 음극판을 포함하는 전극판 조립체를 교대로 적층시킴으로써 세퍼레이터(10)에 의해 물리적으로 분리된 양극판과 음극판을 포함하는 전극 조립체가 형성될 수 있다.
예를 들어, 서로 다른 극성의 전극판(20)을 갖춘 전극판 조립체 다수가 교대로 적층되어 대용량의 전지가 제공될 수 있다. 이와 같이, 전극판(20) 외주를 따라 접합된 주머니 형상의 세퍼레이터(10, 전극판 조립체에 해당)를 이용하여, 전극판(20)으로부터 탈락한 활물질이 외부로 이탈되는 것을 방지할 수 있으며, 전극 조립체의 형성공정이 단순화될 수 있다. 또한 적층되는 전극판(20) 개수를 조절함으로써 요구되는 전지 용량에 신축적으로 대응할 수 있다. 또한, 전극판 조립체의 적층작업시 오류가 발생하였을 때, 오류를 바로잡기 위한 재작업이 용이하게 이루어질 수 있다.
상기 세퍼레이터 실링 장치(100)는 세퍼레이터(10) 시트가 안착되는 베이스 플레이트(110)와, 세퍼레이터(10) 시트를 압박하도록 베이스 플레이트(110)의 상방에 배치되는 가압 블록(120)과, 상기 세퍼레이트(10) 시트의 적어도 일 변부, 예를 들어, 세퍼레이터(10) 시트의 4 변부를 따라 히팅 와이어(151)를 내장한 가열 블록(150)을 포함한다.
상기 베이스 플레이트(110)는 전극판(20)을 개재하여 서로 맞대어진 세퍼레이터(10)가 안착되는 곳으로, 세퍼레이터(10) 실링의 작업대로 기능한다. 상기 베이스 플레이트(110)는 세퍼레이터(10)가 안착되는 평편한 작업 면을 갖는 플레이트 형상으로 제공될 수 있다.
베이스 플레이트(110) 상면에는 흡입구(110`)가 형성될 수 있으며, 적정의 흡입장치(미도시)를 통하여 음압을 걸어줌으로써 세퍼레이터(10)를 견고하게 위치 고정시키고, 정 위치에서 이탈되는 것을 방지할 수 있으며, 세퍼레이터(10) 시트를 팽팽하게 잡아 당겨줌으로써 융착부 주변으로 세퍼레이터(10)가 주름지지 않도록 한다. 전극판(20)을 포위하는 주머니 형상의 세퍼레이터(10)에 주름이 발생할 경우, 이차전지 내부의 전기 저항이 증가될 수 있기 때문에, 주름 발생을 억제하는 것이 바람직하다.
상기 가압 블록(120)은 베이스 플레이트(110) 상에 안착된 세퍼레이터(10) 시트를 정 위치에 고정시키고, 세퍼레이트(10) 시트를 팽팽하게 잡아 당겨줌으로써 융착부 주변으로 주름이 발생하지 않거나 주름 발생이 억제되도록 한다. 도면에 도시되어 있지는 않지만, 예를 들어, 상기 가압 블록(120)은 적정의 구동수단(미도시)에 의해 동력을 제공받고, 가이드 레일(미도시)을 따라 승하강 운동을 수행하면서, 베이스 플레이트(110) 상에 안착된 세퍼레이터(10) 시트에 대해 접근하거나 또는 세퍼레이터(10) 시트로부터 이격될 수 있다.
상기 가열 블록(150)은 세퍼레이터(10) 시트 상에 안착된 가압 블록(120)과의 물리적인 간섭을 피하기 위해 중앙의 오프닝(W)을 포함할 수 있다. 다른 실시형태에서, 상기 가열 블록(150)은 가압 블록(120)과 마주하는 위치에 가압 블록(120)을 수용할 수 있는 수용 공간(미도시)을 포함할 수 있다.
상기 가열 블록(150)은 베이스 플레이트(110)와의 사이에서 세퍼레이트(10) 시트를 협지하고 세퍼레이터(10) 시트에 대한 열 융착을 수행하는데, 예를 들어, 전기적 신호를 입력으로 하여 저항 열을 발생하는 라인 형태의 히팅 와이어(151)와, 상기 히팅 와이어(151)를 내장하는 테두리 형상의 프레임(154)을 포함할 수 있다.
상기 히팅 와이어(151)는 세퍼레이터(10)의 각 변부를 둘러싸는 제1 내지 제4 히팅 와이어(151a,151b,151c,151d)를 포함할 수 있다. 서로 분리된 형태의 히팅 와이어(151a,151b,151c,151d)를 통하여 세퍼레이터(10) 시트의 각 변부에 대해 균일한 가열 조건이 부여될 수 있도록 할 수 있다. 분리된 히팅 와이어(151a,151b,151c,151d)에는 각각의 단자(152,153, 도 2)를 통하여 구동전류가 공급되므로, 세퍼레이터(10) 시트의 각 변부에 대해 균일한 가열환경을 제공할 수 있으며, 예를 들어, 일체형 히팅 와이어에서 야기될 수 있는 전류패스의 순서에 따른 열적 환경의 차등을 제거할 수 있다.
다만, 본 발명은 도시된 바에 의해 한정되지 않고, 예를 들어, 세퍼레이터(10) 전체 변부를 둘러싸도록 연장되는 일체형 히팅 와이어가 마련될 수도 있음은 물론이다.
상기 히팅 와이어(151)를 내장하고 있는 프레임(154)은 세퍼레이터(10)의 전체 둘레를 둘러싸도록 일체화되어 있으나, 예를 들어, 세퍼레이터(10)의 각 변부 마다 서로 분리된 형태의 제1 내지 제4 프레임(미도시)을 포함할 수도 있음은 물론이다.
상기 가열 블록(150)은 승하강 수단(미도시)과 동력 연결되어 베이스 플레이트(110) 상에 안착된 세퍼레이터(10) 시트에 대해 접근하거나 또는 세퍼레이터(10) 시트로부터 이격될 수 있다.
도 4는 도 1의 IV-IV 선을 따라 취한 수직 단면도이다. 도면을 참조하면, 가열 블록(150)의 저면, 즉, 가열 블록(150)의 세퍼레이터(10) 시트에 대한 접촉 면에는 테프론 코팅층(158)이 형성될 수 있다. 상기 테프론 코팅층(158)은 가열 블록(150)과 세퍼레이터(10) 간의 이형 분리를 용이하게 하고, 세퍼레이터(10)가 가열 블록(150)에 눌러 붙지 않도록 하는 역할을 한다.
추가적으로, 또는 대안적으로, 도 1에 도시된 바와 같이, 가열 블록(150)과 세퍼레이터(10) 사이에 별도의 테프론 시트(180)를 개재하여 열 융착을 수행하는 것도 가능함은 물론이다. 상기 테프론 시트(180)는 가열 블록(150)과 세퍼레이터(10) 간의 이형 분리를 용이하게 하고, 세퍼레이터(10)가 손상되지 않도록 보호하는 기능을 한다.
도 2에 도시된 바와 같이, 상기 히팅 와이어(151) 양단의 제1, 제2 단자부(152,153)는 미도시된 회로부에 의해 제어되는 구동전류를 인가받을 수 있고, 구동전류의 세기와 인가시간을 제어함으로써 가열량을 조절할 수 있다. 예를 들어, 상기 구동전류는 임펄스 형태로 인가될 수 있다.
상기 가압 블록(120)과 가열 블록(150)은 기능적으로 구분된 것이며, 도시된 바와 같이 물리적으로 별개의 구성으로 마련될 필요는 없다. 예를 들어, 가압 블록(120)과 가열 블록(150)은 세퍼레이터(10) 시트의 거의 전면을 커버하는 플레이트 형상으로 일체화될 수 있다.
도 5에는 본 발명에 적용될 수 있는 히팅 와이어(151)의 일 실시형태가 도시되어 있다. 도면을 참조하면, 상기 히팅 와이어(151)는 전체적으로 베이스 플레이트(110)와 수평하게 연장되는 본체부(155)와, 상기 본체부(155)의 양단에서 베이스 플레이트(110)와 반대 방향으로 절곡된 단자부(152,153)를 포함한다.
상기 본체부(155)는 세퍼레이터(10) 시트와의 접촉 면에 상대적으로 근접하게 배치된다. 상기 본체부(155)는 그 양단부에서 연장되는 제1, 제2 단자부(152,153)를 통하여 인가된 전류신호에 따라 저항 열을 생성하여 세퍼레이터(10) 시트를 열 융착시키게 된다. 상기 본체부(155)는 세퍼레이터(10) 시트와 접하는 가열 블록(150)의 저면에 대해 상대적으로 접근하도록 단자부(152,153)로부터 하방으로 돌출되게 형성되며, 베이스 플레이트(110)와 수평하게 동일한 레벨로 연장되는 라인 형태로 형성될 수 있다.
도 6은 도 5의 히팅 와이어(151)에 의해 형성된 전극판 조립체의 형상을 보여준다. 도면을 참조하면, 세퍼레이터(10) 상에는 융착 접합부(15)가 형성되는데, 보다 구체적으로, 전극판(20)의 외주를 따라 융착 접합부(15)가 형성된다. 상기 융착 접합부(15)는 전극판(20)의 외주를 따라 연속적인 형태로 형성된다. 연속적인 라인 형태의 본체부(155, 도 5 참조)가 서로 중첩되게 포개어진 세퍼레이터(10)를 열 융착시킴으로써 연속적인 형태의 융착 접합부(15)가 형성될 수 있다.
주머니 형상의 세퍼레이터(10)에 수납된 전극판(20)의 일 측에는 전극 탭(21)이 접속되어 있고, 전극탭(21)은 세퍼레이터(10)의 외부로 돌출 형성된다. 도시된 실시형태에서는 전극탭(21)이 형성된 부분에도 융착 접합부(15)가 형성되어 세퍼레이터(10)와 함께 전극탭(21)이 열 융착될 수 있다. 이 경우, 세퍼레이터(10)의 전체 테두리를 따라 연속적인 융착 접합부(15)가 형성되며 융착 접합부(15)에 의해 밀폐된 형태를 이루게 된다. 다른 실시형태에서, 전극탭(21)이 형성된 부분에는 융착 접합부(15)가 형성되지 않을 수 있다. 즉, 전극탭(21)이 형성된 부분은 외부로 개방된 형태를 이루게 된다.
도 7은 본 발명에 적용될 수 있는 히팅 와이어(251)의 다른 실시형태에 관한 사시도이다. 도면을 참조하면, 상기 히팅 와이어(251)는 제어된 구동전류가 인가되는 양단의 제1, 제2 단자부(252,253)와, 상기 제1, 제2 단자부(252,253) 사이이고, 세퍼레이터 시트와의 접촉면에 상대적으로 근접하게 배치되는 본체부(255)를 포함한다. 상기 본체부(255)는 제1, 제2 단자부(252,253)를 통하여 인가된 구동전류에 따라 저항 열을 생성하여 세퍼레이터 시트를 열 융착시키게 된다. 상기 본체부(255)는 세퍼레이터 시트와 접촉하는 가열 블록(150)의 저면에 대해 상대적으로 접근하도록 단자부(252,253)로부터 하방으로 돌출되게 형성된다.
이때, 도 7에 도시된 바와 같이, 본체부(255)의 길이방향을 따라 소정위치에는 세퍼레이터 시트로부터 멀어지는 방향(상방)으로 오프셋된 오프셋부(251`)가 형성될 수 있다. 상기 오프셋부(251`)는 세퍼레이터 시트로부터 멀어지도록 오프셋됨으로써 세퍼레이터 상에 비 접합부를 형성하게 된다. 상기 비 접합부는 세퍼레이터 상에 형성된 융착 접합부들 사이의 접합되지 않은 영역을 의미하며 비 접합부에서 외부로 개방된 형태를 형성하게 된다.
도 8은 도 7의 히팅 와이어(251)에 의해 형성된 전극판 조립체의 형상을 보여준다. 도면을 참조하면, 세퍼레이터(30) 상에는 융착 접합부(35)가 형성되는데, 보다 구체적으로, 전극판(20)의 외주를 따라 융착 접합부(35)가 형성된다. 상기 융착 접합부(35)는 전극판(20)의 외주를 따라 형성되는데, 이웃한 융착 접합부(35) 사이에는 서로 접합되어 있지 않은 비 접합부(36)가 형성되고, 비 접합부(36)를 개재하고 융착 접합부(35)가 이웃하게 된다. 예를 들어, 상기 비 접합부(36)는 서로 포개어지게 적층된 세퍼레이터(30) 시트의 일 변을 따라 소정 위치에 형성될 수 있는데, 예를 들어, 세퍼레이터(30) 시트의 일 변을 따라 대략 중앙위치에 형성될 수 있다.
이러한 비 접합부(36)는 열 융착 과정에서 생길 수 있는 응력을 이완시키고, 융착 접합부(35)가 연속적으로 형성됨으로써 발생될 수 있는 세퍼레이터(30) 시트의 주름 발생을 방지하기 위한 목적에 기여할 수 있다. 즉, 융착 접합부(35)가 세퍼레이터(30)의 전체 둘레를 따라 형성되지 않고 간헐적으로 접합되지 않은 비 접합부(36)가 개재됨으로써 융착 접합부(35) 주변으로 주름이 발생되는 것을 억제할 수 있다. 또한, 비 접합부(36)를 통하여 전해액이 세퍼레이터(30) 내부로 용이하게 침투할 수 있다.
주머니 형상의 세퍼레이터(10)에 수납된 전극판(20)의 일 측에는 전극탭(21)이 접속되어 있으며, 상기 전극탭(21)은 세퍼레이터(30)의 외부로 인출된다. 상기 비 접합부(36)는 전극탭(21) 부분에 형성될 수 있다. 예를 들어, 전극탭(21) 부분에 형성된 비 접합부(36)는 히팅 와이어(251, 도 7)에 형성된 오프셋부(251`, 도 7)에 대응되며, 상기 히팅 와이어(251)에는 전극탭(21) 크기에 대응되는 사이즈의 오프셋부(251`)가 형성될 수 있다. 다른 실시형태에서 상기 전극탭(21)이 형성된 부분을 따라서도 융착 접합부(36)가 형성될 수 있다.
도 9는 본 발명에 적용될 수 있는 히팅 와이어(351)의 또 다른 실시형태에 관한 사시도이다. 도면을 참조하면, 상기 히팅 와이어(351)는 제어된 구동전류가 인가되는 양단의 제1, 제2 단자부(352,353)와, 상기 제1, 제2 단자부(352,353) 사이이고, 세퍼레이터(10) 시트와의 접촉면에 상대적으로 근접하게 배치되는 본체부(355a,355b)를 포함한다. 상기 본체부(355a,355b)는 제1, 제2 단자부(352,353)를 통하여 인가된 구동전류에 따라 저항 열을 생성하여 세퍼레이터 시트를 열 융착시키게 된다. 상기 본체부(355a,355b)는 세퍼레이터 시트와 접촉하는 가열 블록의 저면에 대해 상대적으로 접근하도록 하방으로 돌출되게 형성된다.
상기 본체부(355a,355b)는 길이방향을 따라 요철 패턴을 가질 수 있다. 예를 들어, 상기 본체부(355a,355b)는 베이스 플레이트(110)에 대해 돌출된 다수의 요철부(355a)들과, 베이스 플레이트(110)로부터 멀어지는 방향으로 오프셋된 다수의 요입부(355b)들을 가질 수 있으며, 길이방향을 따라 요철부(355a)와 요입부(355b)들이 반복적으로 형성될 수 있다.
상기 요철부(355a)는 세퍼레이터에 대해 근접하도록 하방으로 돌출 형성됨으로써 융착 접합부를 형성할 수 있다. 즉, 길이방향을 따라 요철부(355a)가 간헐적으로 형성됨으로써 세퍼레이터 상에는 간헐적으로 반복되는 융착 접합부가 형성된다. 상기 요입부(355b)는 세퍼레이터로부터 멀어지는 방향으로 오프셋됨으로써 세퍼레이터에 비 접합부를 형성하게 된다. 상기 비 접합부는 이웃한 융착 접합부들 사이에서 서로 맞대어진 세퍼레이터 시트가 접합되지 않은 영역을 의미하며, 전극판을 포위하는 주머니 형상의 세퍼레이터는 비 접합부에서 외부로 개방된 형태를 갖게 된다.
도 10은 도 9의 히팅 와이어(351)에 의해 형성된 전극판 조립체의 형상을 보여준다. 도면을 참조하면, 세퍼레이터(50) 상에는 융착 접합부(55)가 형성되는데, 보다 구체적으로, 전극판(20)의 외주를 따라 간헐적으로 융착 접합부(55)가 형성된다. 상기 융착 접합부(55)는 전극판(20)의 외주를 따라 형성되는데, 이웃한 융착 접합부(55)들은 서로 접합되어 있는 않은 비 접합부(56)를 개재하여 서로 격리되어 있다.
간헐적으로 형성된 비 접합부(56)는 열 융착 과정에서 생길 수 있는 응력을 이완시키고, 융착 접합부(55)가 연속적으로 형성됨으로써 발생될 수 있는 세퍼레이터(50) 시트의 주름 발생을 방지하기 위한 목적에 기여할 수 있다. 즉, 융착 접합부(55)가 세퍼레이터(50)의 전체 둘레를 따라 형성되지 않고 간헐적으로 접합되지 않은 비 접합부(56)가 개재됨으로써 융착 접합부(55) 주변으로 주름이 발생되는 것을 억제할 수 있다. 또한, 비 접합부(56)를 통하여 전해액이 주머니 형상의 세퍼레이터(50) 내로 용이하게 침투할 수 있다.
도 5, 도 7 및 도 9에 도시된 다양한 구조의 히팅 와이어는, 도 1에 도시된 제1 내지 제4 히팅 와이어(151a,151b,151c,151d)에 대해 적용될 수 있으며, 예를 들어, 제1 내지 제4 히팅 와이어(151a,151b,151c,151d)의 전부에 대해 일괄적으로 동일한 구조의 히팅 와이어가 적용될 수 있다. 다른 실시형태로서, 제1 내지 제4 히팅 와이어(151a,151b,151c,151d)에 대해 서로 다른 구조의 히팅 와이어가 적용될 수도 있다. 예를 들어, 전극탭에 대응되는 세퍼레이터의 일 변부에는 오프셋을 갖춘 도 7의 히팅 와이어(251)가 적용되는 한편으로, 세퍼레이터의 나머지 변부에는 연속적인 라인 형태를 갖춘 도 5의 히팅 와이어(151)가 적용될 수 있다.
이하, 본 발명의 다른 측면에 따른 이차전지의 제조방법에 대해 설명하기로 한다. 도 11 내지 도 16은 이차전지의 제조방법을 공정 단계별로 도시한 도면들이다.
먼저, 도 11에 도시된 바와 같이, 전극판(20)을 준비한다. 예를 들어, 전극판(20)은 전극기재(25)와, 전극기재(25)의 적어도 일면에 도포된 활물질층(26)을 포함한다.
양극 전극판의 경우, 상기 전극기재로는 스테인레스 강, 니켈, 알루미늄, 티탄, 또는 이들의 합금, 알루미늄 또는 스테인레스 강의 표면에 니켈, 티탄, 은을 표면 처리시킨 것을 사용할 수 있다. 음극 전극판의 경우, 상기 전극기재로는 스테인레스 강, 니켈, 구리, 티탄, 또는 이들의 합금, 구리 또는 스테인레스 강의 표면에 카본, 니켈, 티탄, 은을 표면 처리시킨 것 등을 사용할 수 있다.
상기 전극기재의 적어도 일면 상에는 양극 활물질 또는 음극 활물질이 도포된다. 양극 활물질로는 리튬함유 전이금속 산화물 또는 리튬 칼코게나이드 화합물을 모두 사용할 수 있다. 상기 음극 활물질로는 결정질 탄소, 비정질 탄소, 탄소 복합체, 탄소 섬유 등의 탄소 재료, 리튬 금속, 리튬 합금이 사용될 수 있다.
상기 활물질층이 형성되지 않은 무지부(28) 상에는 전극탭(21)이 용접된다. 상기 전극탭(21)은 점 용접, 레이저 용접, 초음파 용접과 같은 용접이나 도전성 접착제에 의하여 통전 가능하게 부착될 수 있다.
다음에, 도 12에 도시된 바와 같이, 세퍼레이터(10) 시트를 준비한다. 예를 들어, 상기 세퍼레이터 시트로는, 폴리올레핀, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등의 고분자막 또는 이들의 다중막, 미세 다공성 필름, 직포 및 부직포와 같은 것들이 사용될 수 있다.
도면에 도시된 바와 같이, 상기 세퍼레이터(10) 시트로는 전극판(20)을 사이에 두고 양편으로 겹쳐지게 배치되는 2장의 세퍼레이터(10) 시트가 사용될 수 있다. 대안으로, 상기 세퍼레이터 시트로는 전극판을 둘러싸도록 접어지는 1장의 세퍼레이터 시트가 사용될 수도 있다.
다음에, 전극판(20)을 개재하여 서로 포개어진 세퍼레이터(10) 시트를 세퍼레이터 실링 장치(100)에 장착한다. 즉, 도 1에서 볼 수 있듯이, 베이스 플레이트(110) 상에 세퍼레이터(10) 시트를 안착시키고, 가압 블록(120)을 이용하여 세퍼레이터(10) 시트를 위치 고정한다. 예를 들어, 상기 베이스 플레이트(110)에 형성된 흡입구(110)를 통하여 세퍼레이터(10)를 진공 흡착하여 세퍼레이터(10)가 정 위치에서 이탈하지 않도록 하고, 세퍼레이터(10) 시트가 팽팽하게 당겨지도록 할 수 있다. 이로써 열 융착시 세퍼레이터(10)의 주름 발생을 억제할 수 있다.
다음에, 세퍼레이터(10) 시트 상으로 가열 블록(150)을 적용하여 열 융착을 수행한다. 상기 가열 블록(150) 내에는 도 5, 도 7 및 도 9에 도시된 바와 같은 히팅 와이어(151,251,351)가 내장될 수 있다. 목적하는 융착 접합부의 형상에 따라 적정의 히팅 와이어(151,251,351)를 구비한 가열 블록(150)을 선택할 수 있다. 열 융착은 히팅 와이어(151,251,351)에 제어된 구동전류를 인가함으로써 이루어지며, 예를 들어, 임펄스 방식으로 인가전류 및 인가시간을 제어함으로써 열 융착을 위한 열량을 조절할 수 있다.
열 융착이 완료되면, 예를 들어, 도 13에 도시된 바와 같이, 전극판(20)을 수납한 주머니 형상의 세퍼레이터(10)를 포함하는 전극판 조립체(80)가 완성된다.
도 1에 도시된 바와 같이, 세퍼레이터(10)와 가열 블록(150) 사이에는 이형 분리가 원활하게 이루어지도록 테프론 시트(180)가 개재될 수 있다. 이렇게 테프론 시트(180)를 개입시킴으로써 열 융착이 완료된 후, 세퍼레이터(10)로부터 가열 블록(150)이 용이하게 분리되며 세퍼레이터(10)의 찢어짐과 같은 손상이 방지될 수 있다.
이때, 베이스 플레이트(110)에 안착된 세퍼레이터(10) 시트 상으로 별도의 테프론 시트(180)를 배치하는 단계가 더 수행되며, 이후에 테프론 시트(180) 상으로 가열 블록(150)을 적용하여 열 융착을 수행하게 된다. 대안으로, 상기 테프론 시트(180)를 대체하여, 세퍼레이터(10)와 접하는 가열 블록(150)의 저면에 테프론 코팅층(158, 도 4)이 형성될 수 있다.
다음에, 도 14에 도시된 바와 같이, 앞서 설명된 공정들을 반복 수행함으로써 제1 전극판을 수용한 제1 전극판 조립체(81)와 제2 전극판을 수용한 제2 전극판 조립체(82)를 형성하고, 제1 전극판 조립체(81)와 제2 전극판 조립체(82)를 교대로 적층한다. 이로써 세퍼레이터에 의해 물리적으로 분리된 제1 전극판과 제2 전극판을 포함하는 전극 조립체(90)가 형성될 수 있다. 예를 들어, 서로 다른 극성의 전극판을 갖춘 전극판 조립체(81,82) 다수가 교대로 적층되어 대용량의 전지가 제공될 수 있다.
다음에, 도 15에 도시된 바와 같이, 적층된 전극판 조립체(81,82)들로부터 외부로 인출되는 다수의 전극탭(21)들이 서로 포개어진 형태로 중첩되게 배치되고, 이렇게 밀집된 전극탭(21)들은 리드부재(91)와 전기적으로 연결된다. 예를 들어, 전극탭(21)들과 리드부재(91)는 초음파 융착 등의 방법으로 결속될 수 있다.
다음에, 도 16에 도시된 바와 같이, 선행공정에 의해 형성된 전극 조립체(90)를 금속 캔과 같은 외장용기에 수납하거나, 또는 가요성의 외장부재(200)에 밀봉시킴으로써 이차전지를 형성할 수 있다. 예를 들어, 상기 전극 조립체(90)는 가요성의 외장부재(200)로서 접철부를 통하여 서로 연결되어 있는 제1, 제2 케이스(201,202)를 포함할 수 있으며, 전극 조립체(90)를 개재하여 상기 제1, 제2 케이스(201,202)를 서로 마주하게 접합시킴으로써 전극 조립체(90)를 밀봉시킬 수 있다. 이때, 상기 리드부재(91)는 적어도 그 일부가 제1, 제2 케이스(201,202)의 접합 면들 사이를 통하여 외부로 인출된다. 상기 리드부재(91)에는 제1, 제2 케이스(201,202)와 절연상태를 유지하고, 밀봉도를 높이기 위한 절연필름(미도시)이 부착될 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
10,30,50 : 세퍼레이터 20 : 전극판
21 : 전극탭 15,35,55 : 융착 접합부
36,56 : 비 접합부 80,81,82 : 전극판 조립체
90 : 전극 조립체 91 : 리드부재
100 : 세퍼레이터 실링 장치 110 : 베이스 플레이트
110` : 흡입구 120 : 가압 블록
150 : 가열 블록 151,251,351 : 히팅 와이어
151a~151d : 제1 내지 제4 히팅 와이어
152,153,252,253,352,353 : 단자부 155,255 : 본체부
180 : 테프론 시트 200 : 외장부재
251` : 오프셋부 355a : 히팅 와이어의 요철부
355b : 히팅 와이어의 요입부
21 : 전극탭 15,35,55 : 융착 접합부
36,56 : 비 접합부 80,81,82 : 전극판 조립체
90 : 전극 조립체 91 : 리드부재
100 : 세퍼레이터 실링 장치 110 : 베이스 플레이트
110` : 흡입구 120 : 가압 블록
150 : 가열 블록 151,251,351 : 히팅 와이어
151a~151d : 제1 내지 제4 히팅 와이어
152,153,252,253,352,353 : 단자부 155,255 : 본체부
180 : 테프론 시트 200 : 외장부재
251` : 오프셋부 355a : 히팅 와이어의 요철부
355b : 히팅 와이어의 요입부
Claims (15)
- 전극판을 개재하여 서로 맞닿게 겹쳐진 세퍼레이터를 가공대상으로 하고, 상기 전극판 주변을 따라 서로 맞대어진 세퍼레이터를 열 융착시키는 세퍼레이터 실링 장치로서,
베이스 플레이트; 및
상기 베이스 플레이트 상에 안착된 세퍼레이터에 대해 융착 열을 제공하는 것으로, 상기 전극판의 둘레를 따라 연장된 히팅 와이어를 구비한 가열 블록;을 포함하는 세퍼레이터 실링 장치. - 제1항에 있어서,
상기 히팅 와이어는 상기 베이스 플레이트에 대해 수평하게 연장되는 라인 형태를 갖는 것을 특징으로 하는 세퍼레이터 실링 장치. - 제1항에 있어서,
상기 히팅 와이어의 길이방향을 따라 적어도 일 개소에는 상기 베이스 플레이트로부터 상대적으로 멀어지도록 오프셋된 오프셋부가 형성되는 것을 특징으로 하는 세퍼레이터 실링 장치. - 제1항에 있어서,
상기 히팅 와이어는 길이방향을 따라 요철 패턴을 갖는 것을 특징으로 하는 세퍼레이터 실링 장치. - 제1항에 있어서,
상기 히팅 와이어는 길이방향을 따라 베이스 플레이트에 대해 돌출된 요철부와, 베이스 플레이트로부터 멀어지는 방향으로 오프셋된 요입부를 포함하는 것을 특징으로 하는 세퍼레이터 실링 장치. - 제1항에 있어서,
상기 히팅 와이어는 전체적으로 베이스 플레이트와 수평하게 연장되는 본체부와, 상기 본체부의 양단에서 베이스 플레이트와 반대 방향으로 절곡된 단자부를 포함하는 것을 특징으로 하는 세퍼레이터 실링 장치. - 제6항에 있어서,
상기 단자부는 상기 히팅 와이어의 양단에 형성된 제1, 제2 단자부를 포함하는 것을 특징으로 하는 세퍼레이터 실링 장치. - 제1항에 있어서,
상기 베이스 플레이트에는 상기 세퍼레이터를 흡착 고정하기 위한 흡입장치가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 세퍼레이터 실링 장치. - 제1항에 있어서,
상기 히팅 와이어는 상기 세퍼레이터의 각 변부를 따라 배치된 제1, 제2, 제3 및 제4 히팅 와이어를 포함하는 것을 특징으로 하는 세퍼레이터 실링 장치. - 제1항에 있어서,
상기 베이스 플레이트 상에 안착된 세퍼레이터를 가압하여 위치 고정하기 위한 가압 블록을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 세퍼레이터 실링 장치. - 제1항에 있어서,
상기 가열 블록의 세퍼레이터를 향한 면에는 이형 코팅층이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 세퍼레이터 실링 장치. - 제10항에 있어서,
상기 이형 코팅층은 테프론 코팅층을 포함하는 것을 특징으로 하는 세퍼레이터 실링 장치. - 제1 전극판을 개재하여 서로에 대해 맞대어진 세퍼레이터를 가공대상으로 하고, 상기 세퍼레이터 상의 제1 전극판 주변을 따라 융착 접합부를 형성하여 제1 전극판 조립체를 형성하는 단계;
제2 전극판을 개재하여 서로에 대해 맞대어진 세퍼레이터를 가공대상으로 하고, 상기 세퍼레이터 상의 제2 전극판 주변을 따라 융착 접합부를 형성하여 제2 전극판 조립체를 형성하는 단계;
상기 제1 전극판 조립체 및 제2 전극판 조립체를 적층하여 전극 조립체를 형성하는 단계; 및
상기 전극 조립체를 외장부재로 밀봉하는 단계;를 포함하는 이차전지의 제조방법. - 제13항에 있어서,
상기 제1 전극판 조립체를 형성하는 단계 및 제2 전극판 조립체를 형성하는 단계 각각은,
전극판을 개재하고 서로에 대해 맞대어진 세퍼레이터를 베이스 플레이트 상에 안착시키는 단계;
상기 전극판의 주변을 따라 연장된 히팅 와이어를 구비한 가열 블록을 세퍼레이터 상에 위치시키는 단계; 및
상기 히팅 와이어에 구동전류를 공급함에 따라 세퍼레이터 상의 전극판 주변으로 융착 접합부를 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지의 제조방법. - 제14항에 있어서,
상기 가열 블록을 세퍼레이터 상에 위치시키는 단계 이전에,
상기 가열 블록과 세퍼레이터 사이에 테프론 시트를 개재시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지의 제조방법.
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