KR20120139363A - 이차 전지 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 기재에 제1 활물질이 코팅된 제1 활물질 코팅부와 상기 제1 활물질이 코팅되지 않은 제1 무지부를 구비하는 제1 극판; 기재에 제2 활물질이 코팅된 제2 활물질 코팅부와 상기 제2 활물질이 코팅되지 않은 제2 무지부를 구비하는 제2 극판; 및 상기 제1 및 제2 극판 사이에 개재되는 세퍼레이터;를 포함하고, 상기 제1 또는 제2 극판은 중 적어도 어느 하나는 각각의 활물질 코팅부와 무지부 사이에 파형 경계부를 갖는 전극 조립체를 포함하는 이차 전지와 이의 제조 방법에 관한 것이다.

Description

이차 전지 {SECONDARY BATTERY}
본 발명은 전극 조립체와 상기 전극 조립체는 포함하는 이차 전지에 관한 것으로, 보다 상세하게는 안전성 및 신뢰성이 향상된 이차 전지에 관한 것이다.
통상, 이차 전지는 복수회의 충방전이 가능한 전지로, 최근 전기, 전자, 통신 및 컴퓨터 등의 산업이 발달함에 따라 휴대용 기기의 전원으로 채용이 용이한 이차 전지에 대한 수요가 증가하고 있다. 이차 전지는 그 사용형태 및 사용량이 증가할수록 성능 및 안전성을 향상시키기 위하여 다양한 방면으로 연구가 진행되고 있다.
또한, 이차 전지는 소형화 및 고용량화에 대한 요구가 증대되고 있다. 이차 전지는 용량을 증대시키기 위하여 일반적으로 크기가 증대되나, 이에 반하여 소형화에 따라 다양한 연구가 진행되고 있다. 특히, 고용량 이차 전지는 안전성이 문제될 수 있고, 이는 이러한 이차 전지가 외부 전자 기기의 전원으로 사용될 경우 전자 기기에 의한 시너지 효과로 더 큰 위험을 야기할 수 있다는 문제점이 있다.
상술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 본 발명의 목적은 신규한 이차 전지의 제조 방법을 이용하여 안전성이 향상된 이차 전지를 제공하기 위한 것이다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 고용량 이차 전지의 불량률을 감소시킴으로써 생산성이 향상된 이차 전지의 제조 방법을 제공하기 위함이다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따르면, 본 발명은 이차 전지에 관한 것으로, 상기 이차 전지는 기재에 제1 활물질이 코팅된 제1 활물질 코팅부와 상기 제1 활물질이 코팅되지 않은 제1 무지부를 구비하는 제1 극판; 기재에 제2 활물질이 코팅된 제2 활물질 코팅부와 상기 제2 활물질이 코팅되지 않은 제2 무지부를 구비하는 제2 극판; 및 상기 제1 및 제2 극판 사이에 개재되는 세퍼레이터;를 포함하고, 상기 제1 또는 제2 극판은 중 적어도 어느 하나는 각각의 활물질 코팅부와 무지부 사이에 파형 경계부를 갖는 전극 조립체를 포함한다.
상기 제1 또는 제2 극판은 상기 제1 또는 제2 무지부를 타발하여 구비되는 제1 또는 제2 기재탭부를 포함할 수 있다.
또한, 상기 제1 또는 제2 기재탭부는 상기 제1 또는 제2 활물질 코팅부에서 연장되어 구비될 수 있다.
이때, 상기 제1 또는 재2 기재탭부는 상기 제1 또는 제2 활물질 코팅부에서 연장되도록 구비되되, 상기 제1 또는 제2 기재탭부와 상기 제1 또는 제2 활물질 코팅부 사이에 파형 경계부를 포함할 수 있다.
상기 제1 또는 제2 극판은 기재에 상기 제1 또는 제2 활물질을 간헐 코팅하여 구비될 수 있다.
상기 제1 또는 제2 극판은 활물질이 코팅되는 방향으로 연속적으로 구비되는 하나 이상의 제1 또는 제2 활물질 코팅부를 포함하고, 상기 제1 또는 제2 활물질 코팅부 사이에는 하나 이상의 제1 또는 제2 무지부가 구비될 수 있다.
또한, 상기 제1 또는 제2 극판은 활물질이 코팅되는 방향으로 상기 제1 또는 제2 활물질 코팅부와 상기 제1 또는 제2 무지부 사이에 구비되는 적어도 하나 이상의 파형 경계부를 포함할 수 있다.
상기 제1 극판 또는 제2 극판은 제1 또는 제2 무지부를 타발하여 구비되는 하나 이상의 제1 또는 제2 기재탭부를 포함하고, 상기 제1 또는 제2 기재탭부는 활물질이 코팅되는 방향으로 지그재그 형태로 배열될 수 있다.
상기 제1 또는 제2 극판은 제1 또는 제2 활물질 코팅부의 중심이 슬리팅될 수 있다.
상기 파형 경계부는 상기 제1 또는 제2 활물질이 코팅되는 방향으로 상기 제1 또는 제2 활물질 코팅부의 말단에 구비될 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 특징에 따르면, 본 발명은 이차 전지의 제조 방법에 관한 것으로, 상기 이차 전지의 제조 방법은 기재에 제1 활물질을 간헐 코팅하여 하나 이상의 제1 활물질 코팅부와 상기 제1 활물질이 코팅되지 않은 제1 무지부를 구비시키는 제1 극판 코팅단계; 기재에 제2 활물질을 간헐 코팅하여 하나 이상의 제2 활물질 코팅부와 상기 제2 활물질이 코팅되지 않은 제2 무지부를 구비시키는 제2 극판 코팅단계; 상기 제1 무지부를 타발하여 제1 기재탭부 구비시키는 제1 극판 타발단계; 상기 제2 무지부를 타발하여 제2 기재탭부를 구비시키는 제2 극판 타발단계; 및 상기 제1 또는 제2 극판 사이에 세퍼레이터를 개재하면서 상기 극판들을 적층하는 극판 적층단계;를 포함한다.
상기 제1 또는 제2 극판 코팅단계는 기재에 상기 제1 또는 제2 활물질을 간헐 코팅하여 하나 이상의 제1 또는 제2 활물질 코팅부를 구비할 수 있다.
상기 제1 또는 제2 극판 타발단계는 상기 제1 또는 제2 무지부를 타발하되, 상기 제1 또는 제2 활물질 코팅부와 상기 제1 또는 제2 기재탭부 사이에 적어도 하나 이상의 파형 경계부가 포함되도록 타발할 수 있다.
상기 제1 또는 제2 극판 타발단계는 상기 제1 또는 제2 기재탭부가 제1 또는 제 활물질이 코팅되는 방향으로 지그재그 형태로 배열되도록 타발할 수 있다.
상기 극판 적층단계는 상기 제1 및 제2 기재탭부가 동일한 방향을 향하도록 적층하되, 상기 제1 및 제2 기재탭부가 서로 중첩되지 않도록 상기 제1 및 제2 극판을 교대로 적층할 수 있다.
이상 살펴본 바와 같은 본 발명에 따르면, 내부 단락으로 인한 전압강하를 예방하여 안전성이 향상된 이차 전지를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면 고용량 이차 전지를 구성하는 전극 조립체를 효율적으로 제작함으로써 생산성이 향상된 이차 전지의 제조 방법을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 이차 전지의 분해사시도.
도 2a는 도 1의 전극 조립체의 사시도.
도 2b는 도 1의 A-A에 따른 단면도.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 이차 전지의 제조 방법을 나타낸 흐름도.
도 4a는 양극판 코팅단계를 개략적으로 도시한 도면.
도 4b는 도 4a의 B-B에 따른 단면도.
도 5a는 양극판을 슬리팅하는 단계를 개략적으로 도시한 도면.
도 5b는 도 5a의 C-C에 따른 단면도.
도 6은 양극판 타발단계를 개략적으로 도시한 도면.
도 7은 극판 적층단계를 개략적으로 도시한 도면.
기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 이하의 설명에서 어떤 부분이 다른 부분과 연결되어 있다고 할 때, 이는 직접적으로 연결되어 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 전기적으로 연결되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 도면에서 본 발명과 관계없는 부분은 본 발명의 설명을 명확하게 하기 위하여 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다.
이하, 첨부된 도면들을 참고하여 본 발명에 대해 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 이차 전지를 나타낸 도면이다. 도 2a는 도 1의 전극 조립체의 사시도이고, 도 2b는 도 1의 A-A에 따른 단면도이다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 이차 전지 (10)는 기재 (111)에 제1 활물질이 코팅된 제1 활물질 코팅부 (112)와 상기 제1 활물질이 코팅되지 않은 제1 무지부를 구비하는 제1 극판 (110); 기재 (121)에 제2 활물질이 코팅된 제2 활물질 코팅부 (122)와 상기 제2 활물질이 코팅되지 않은 제2 무지부를 구비하는 제2 극판(110); 및 상기 제1 및 제2 극판 (110, 120)에 개재되는 세퍼레이터 (130);를 포함하고, 상기 제1 또는 제2 극판 (110, 120)은 중 적어도 어느 하나는 각각의 활물질 코팅부 (112, 122)와 무지부 사이에 파형 경계부 (114, 124, 도 7 참조)를 갖는 전극 조립체 (100)를 포함한다.
도 1 내지 도 2b를 참조하면, 본 실시예에 따른 전극 조립체 (100)는 하나 이상의 제1 및 제2 극판 (110, 120)과, 상기 극판들 (110, 120) 사이에 개재되는 세퍼레이터 (130)를 포함할 수 있다. 또한, 이차 전지 (10)는 상기 전극 조립체 (100)와 전지 케이스 (20)를 포함할 수 있다.
제1 극판 (110)은 양극판일 수 있고, 상기 제1 활물질은 양극 활물질을 포함할 수 있다. 양극판 (110)은 기재 (111)에 양극 활물질이 코팅된 양극 활물질 코팅부 (112)와, 기재 (111)에 상기 양극 활물질이 코팅되지 않은 양극 무지부로 구성될 수 있다.
제2 극판 (120)은 음극판일 수 있고, 또한 상기 제2 활물질은 음극 활물질을 포함할 수 있다. 음극판 (120)은 기재에 음극 활물질을 코팅된 음극 활물질 코팅부 (122)와, 상기 음극 활물질이 코팅되지 않은 음극 무지부로 구성될 수 있다.
세퍼레이터 (130)는 양극판 (110) 및 음극판 (120) 사이에 개재될 수 있다. 상기 세퍼레이터 (130)는 이온의 통로가 되는 동시에 양극판 (110)과 음극판 (120)이 직접 접촉하는 것을 막는다.
또한, 상기 양극판 또는 음극판 (110, 120)은 양극 또는 음극 무지부를 타발하여 구비되는 양극 또는 음극 기재탭부 (113a, 123a)를 포함할 수 있다. 이때, 양극 또는 음극 기재탭부 (113a, 123a)는 각각의 활물질 코팅부 (112, 122)에서 연장되어 구비될 수 있다.
통상, 전극 조립체는 제조 방법에 따라 권취형 또는 적층형 등으로 분류될 수 있으며, 이는 이차 전지의 설계에 따라 적절하게 변형될 수 있다. 이때, 적층형 전극 조립체를 포함하는 이차 전지에서, 상기 전극 조립체는 복수개의 단위체로 이루어진 양극판과 음극판이 서로 대면하도록 구비되되, 상기 극판들 사이에 세퍼레이터가 개재되도록 하여 교대로 적층되어 구비될 수 있다.
본 발명에 따른 전극 조립체 (100)는 서로 다른 극성을 갖는 극판들이 접촉하지 않도록 함과 동시에, 동일한 극성을 갖는 극판들이 용이하게 연결되도록 각각의 극판의 양극 또는 음극 기재탭부 (113a, 123a)의 구비되는 위치를 제안하여 적층할 수 있다. 또한, 각각의 극판들은 양극 또는 음극 기재탭부 (113a, 123a)를 포함할 수 있다. 상기 양극 또는 음극 기재탭부 (113a, 123a)는 안전성 및 생산성 등을 감안하여 각각의 극판의 무지부측에 구비될 수 있다.
양극판 및 음극판 (110, 120)은 양극 및 음극 기재탭부 (113a, 123a)가 동일한 방향을 향하도록 교대로 적층되되, 상기 양극 및 음극 기재탭부 (113a, 123a)가 서로 중첩되지 않도록 적층될 수 있다. 이와 같이 제조된 전극 조립체 (100)에서, 양극 및 음극 기재탭부 (113a, 123a)는 세퍼레이터 (130)를 통하여 외부로 인출되도록 구비될 수 있다. 이때, 같은 극성을 갖는 기재탭부는 이웃하는 기재탭부끼리 서로 일렬로 정렬되고, 서로 다른 극성을 갖는 기재탭부는 서로 이격되도록 정렬되어 상기 양극판 (110) 및 음극판 (120)을 적층할 수 있다. 양극 기재탭부 (113a) 및 음극 기재탭부 (123a)는 각각의 극판에서 발생하는 전기 화학적 에너지를 외부로 전달하는 통로의 역할을 할 있다.
양극 기재탭부 (113a) 및 음극 기재탭부 (123a)는 각각 동일한 극성끼리 한데 모아져 용접되고, 용접된 부분은 각각 양극리드 (30) 및 음극리드 (40)에 의하여 연장될 수 있다. 상기 양극리드 (30) 및 음극리드 (40)는 상기 극판들이 외부와 전기적인 연결이 용이하도록 구비되는 것으로, 재료 및 형태에 제한되지 아니다. 또한, 상기 양극리드 (30) 및 음극리드 (40)는 각각 절연성의 리드테이프 (31, 41)를 더 포함할 수 있다.
이와 같이 제작된 전극 조립체 (100)는 전해액과 함께 전지 케이스 (20)에 수납될 수 있는데, 이때 전해액은 상기 극판들 사이의 전류의 이동이 용이하도록 구비될 수 있다. 상기 전해액은 리튬 이온의 공급원으로 작용하는 리튬염과, 전기 화학적 반응에 관여하는 이온들이 이동할 수 있는 매질 역할을 하는 비수성 유기 용매를 포함할 수 있다.
상기 전지 케이스 (20)는 수납할 수 있는 공간을 구비한 본체 (21)와 커버 (22)로 이루어지는 파우치를 포함할 수 있다. 상기 파우치 (20)에서, 본체 (21)에는 전극 조립체 (100)와 전해액이 수납되고, 수납된 전극 조립체 (100) 및 전해액의 이탈을 방지하기 위하여 상기 본체 (21)는 커버 (22)로 밀폐되다. 이때, 본체 (21)의 가장자리 측에는 밀봉부 (21a)가 구비될 수 있다. 이차 전지 (10)는 전극 조립체 (100)와 함께 전해액을 파우치 (20)의 본체 (21)에 수용시킨 다음, 본체 (21)와 커버 (22)를 밀착시킨 상태에서 밀봉부 (21a)를 열융착하여 제작될 수 있다.
상기 파우치 (20)에서, 전극 조립체 (100)는 양극리드 (30) 및 음극리드 (40)가 외부로 돌출되도록 수납될 수 있다. 상기 양극리드 (20) 및 음극리드 (40)에 구비되는 리드테이프 (31, 41)은 각각의 양극 또는 음극리드 (30, 40)에서 상기 밀봉부 (21a)와 접촉하는 부분에 구비될 수 있다. 따라서, 파우치 (20)가 열융착시 발생할 수 있는 양극리드 (20) 및 음극리드 (40)와 파우치 (20)와의 단락을 방지할 수 있다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 이차 전지의 제조 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 이차 전지의 제조 방법은 양극 활물질 및 음극 활물질을 준비한 다음, 준비된 양극 및 음극 활물질을 이용하여 전극 조립체를 제조할 수 있다. 상기 이차 전지의 제조 방법은 극판 코팅단계 (S1), 극판 타발단계 (S2) 및 극판 적층단계 (S3)를 포함할 수 있다.
도 4a는 양극판 코팅단계 (S1)를 개략적으로 도시한 도면이고, 도 4b는 도 4a의 B-B에 따른 단면도이다. 도 5a는 양극판을 슬리팅하는 단계를 개략적으로 도시한 도면이고, 도 5b는 도 5a의 C-C에 따른 단면도이다. 도 6은 양극판 타발단계 (S2)를 개략적으로 도시한 도면이다. 도 4a 내지 도 6에서는 양극판에 대해서 도시하였으나, 음극판도 동일하게 적용될 수 있다.
도 3 내지 도 6을 참조하면, 상기 이차 전지 (10)의 제조 방법은 기재 (111)에 양극 활물질을 코팅하여 양극 활물질 코팅부 (112)와 상기 양극 활물질이 코팅되지 않은 양극 무지부 (113)를 구비시키는 양극판 (110) 코팅단계 (S1); 기재 (121)에 음극 활물질을 코팅하여 음극 활물질 코팅부 (122)와 상기 제2 활물질이 코팅되지 않은 음극 무지부 (123)를 구비시키는 음극판 (120) 코팅단계 (S1); 상기 양극 무지부 (113)를 타발하여 양극 기재탭부 (113a)를 구비시키는 양극판 (110) 타발단계 (S2); 상기 음극 무지부 (123)를 타발하여 음극 기재탭부 (123a)를 구비시키는 음극판 (120) 타발단계 (S2); 및 상기 양극판 (110) 및 음극판 (120) 사이에 세퍼레이터 (130)를 개재하면서 상기 양극판 (110) 및 음극판 (120)을 적층하는 양극판 (110) 및 음극판 (120) 적층단계 (S3);를 포함한다.
도 4a 내지 도 5b를 참조하면, 상기 극판 코팅단계 (S1)는 기재 (111)에 상기 양극 또는 음극 활물질을 간헐 코팅하여 하나 이상의 양극 또는 음극 활물질 코팅부 (112)를 구비시키는 것을 특징으로 할 수 있다. 이때, 상기 양극 및 음극 활물질은 이차 전지에 따라 다양하게 변형이 가능하며, 본 실시예에서는 양극 활물질로는 리튬 화합물을, 음극 활물질로는 흑연을 이용하여 용매에 혼합시킴으로써 슬러리 형태로 준비하였다.
즉, 양극판 (110) 또는 음극판은 각각 기재 (111)에 상기 양극 또는 음극 활물질을 간헐 코팅하여 구비될 수 있다. 간헐 코팅은 하나의 기재 (111)에 활물질을 코팅시 한번에 기재를 코팅하는 것이 아닌, 코팅과 코팅 사이에 휴지기를 두고 코팅을 수행하는 것을 의미한다. 이러한 간헐 코팅에 의하여, 양극판 (110) 또는 음극판은 활물질이 코팅되는 방향인 X방향으로 불연속적으로 구비되는 하나 이상의 양극 활물질 코팅부 (112) 또는 음극 활물질 코팅부를 포함할 수 있다.
이웃하는 양극 활물질 코팅부 (112) 사이에는 양극 무지부 (113)가, 이웃하는 음극 활물질 코팅부 사이에는 음극 무지부가 구비될 수 있다. 양극 무지부 (113) 또는 음극 무지부는 활물질이 코팅되지 않은 부분으로 기재가 노출되는 부분이다. 또한, 상기 양극 활물질 코팅부 (112) 또는 음극 활물질 코팅부는 양극판 (110) 또는 음극판의 대량 생산이 용이하도록 간헐 코팅시 그 간격이 일정하도록 코팅될 수 있다. 따라서, 상기 양극판 (110) 또는 음극판 내에 구비되는 하나 이상의 양극 무지부 (113) 또는 음극 무지부는 대략 동일한 면적으로 구비될 수 있다.
또한, 상기 양극판 (110) 또는 음극판은 X방향으로 상기 양극 활물질 코팅부 (112)와 양극 무지부 (113) 사이, 또는 음극 활물질 코팅부와 음극 무지부 사이에 구비되는 적어도 하나 이상의 파형 경계부 (114)를 포함할 수 있다. 상기 파형 경계부 (114)는 X방향으로 상기 양극 활물질 코팅부 (112) 또는 음극 활물질 코팅부의 말단에 구비될 수 있다.
통상, 양극판 (110) 또는 음극판은 기재에 활물질을 코팅시, 기재의 양쪽 가장자리를 제외하고는 코팅 사이의 휴지기없이 연속적으로 코팅이 수행되어 제작된다. 따라서, 각 극판에는 하나의 양극 또는 음극 활물질 코팅부로 이루어지며, 각각의 양극 또는 음극 활물질 코팅부의 양쪽 가장자리에는 활물질이 코팅되지 않은 무지부를 구비하게 된다. 상기 무지부는 추후 타발하여 양극 기재탭부 또는 음극 기재탭부를 구성하게 된다.
또한, 활물질 코팅은 벌크한 (bulk) 양극 또는 음극 활물질을 기재 상에 일정 두께를 갖도록 펼치는 연속공정이다. 구체적으로, 기재에 슬러리 형태로 활물질을 얹고, 상기 기재와 일정 갭을 갖도록 조정한, 예컨데 블레이드 (blade) 등을 이용하여 상기 활물질을 코팅한다. 면적 당 코팅된 활물질의 양을 로딩레벨 (loading level)이라고 할 때, 이와 같은 코팅에서 활물질 코팅부는 활물질이 코팅되는 방향으로 양쪽 가장자리가 중심부에 비하여 활물질 로딩레벨이 더 높은 경향을 보인다. 또한, 코팅폭이 증가되면, 중심부와 가장자리와의 활물질 로딩레벨의 편차는 심해진다. 이와 같이 코팅된 극판의 단면은 양쪽 가장자리가 높고 중심부가 낮은 크라운 (crown) 형태로 나타난다.
이와 같은 극판 내의 로딩레벨의 편차는 전류 흐름의 불균형을 가져올 수 있고, 장기간 사용시 이차 전지의 신뢰성의 문제가 될 수 있다. 또한. 양쪽 가장자리 부위로 전류가 집중되게 되어 저항이 커질 수 있으며, 따라서 이차 전지의 안전성에 문제가 된다.
통상. 극판에서 활물질이 코팅되는 방향으로 양쪽 가장자리는 활물질 로딩레벨의 편차에 의하여 이차 전지의 성능에 문제가 될 수 있다. 그럼에도, 양극판 및 음극판은 양쪽 가장자리측에 인접하여 구비되는 무지부를 이용하여 기재탭부를 구비하게 되므로, 필연적으로 양쪽 가장자리를 포함하게 된다. 즉, 이와 같은 방식에 의하여 제작된 이차 전지는 전술한 문제점을 가질 뿐 아니라, 활물질이 코팅되는 폭이 제한되므로 고용량 이차 전지의 제작에 문제가 될 수 있다.
본 실시예에 따른 이차 전지는 간헐 코팅된 양극판 (110) 또는 음극판을 포함할 수 있다. 상기 극판들은 하나 이상의 양극 활물질 코팅부 (112) 또는 음극 활물질 코팅부 (113)를 포함할 수 있으며, 이웃하는 활물질 코팅부 사이에는 양극 무지부 (113) 또는 음극 무지부를 구비할 수 있다.
양극판 (110) 또는 음극판은 각각의 활물질 코팅부 사이에 구비되는 무지부측에 양극 기재탭부 (113a) 또는 음극 기재탭부를 구비시킬 수 있다. 따라서, X방향을 따라서 양쪽 가장자리에 구비되는 무지부를 필요로 하지 않는다. 즉, 도 5a 및 도 5b에 도시한 바와 같이, 양극판 (110) 또는 음극판은 활물질 코팅부에서 상대적으로 활물질 로딩레벨이 높은 주변부 (112a)가 슬리팅된 극판을 사용할 수 있으므로 주변부 (112a)의 활물질 로딩레벨에 따른 안전성 등의 문제점을 예방할 수 있다, 또한, 상기 양극판 (110) 또는 음극판은 활물질을 코팅할 수 있는 폭에 대한 제한도 없으므로 고용량 이차 전지를 용이하게 제조할 수 있다.
도 6을 참조하면, 극판 타발단계 (S2)에서 상기 양극판 (110) 또는 음극판은 양극 무지부 (113) 또는 음극 무지부를 타발하되, 각각의 활물질 코팅부 (112)와 상기 기재탭부 사이에 적어도 하나 이상의 파형 경계부 (114)가 포함되도록 타발될 수 있다. 또한, 상기 극판 타발단계 (S2)에서 각각의 극판들은 X방향으로 양극 기재탭부 (113a) 또는 음극 기재탭부가 지그재그 형태로 배열되도록 타발할 수 있다.
전술한 바와 같이, 활물질의 코팅은 슬러리 형태의 활물질을 블레이드를 이용하여 기재상에 퍼지도록 수행되는데, 이때 활물질과 기재와의 마찰력에 의하여 활물질 코팅부는 X방향으로 끌림 현상에 의하여 파형 경계부 (114)를 구비할 수 있다. 특히, 이는 활물질 코팅부의 전단에 비하여 말단에서 더 빈번하게 일어 날 수 있으며, 상기 파형 경계부 (114)는 활물질 코팅부 (112)의 말단에 인접하여 타발된 기재탭부 (113a)의 경계에서 더욱 뚜렷하게 나타날 수 있다. 도면에서는 상기 파형 경계부 (114)는 상대적으로 빈번하게 나타나는 활물질 코팅부 (112)의 말단에만 도시하였으나, 이는 상기 활물질 코팅부 (112)의 전단에도 구비될 수 있다.
양극 기재탭부 (113a) 또는 음극 기재탭부는 각가의 활물질 코팅부에서 연장되도록 구비되되, 기재탭부와 활물질 코팅부 사이에 파형 경계부 (114)를 포함할 수 있다. 양극판 (110) 또는 음극판은 양극 무지부 (113) 또는 음극 무지부를 타발하여 구비되는 하나 이상의 양극 기재탭부 (113a) 또는 음극 기재탭부를 포함하고, 상기 양극 기재탭부 (113a) 또는 음극 기재탭부는 활물질이 코팅되는 방향으로 지그재그 형태로 배열될 수 있다.
상기 기재탭부는 활물질이 구비되는 않으므로 이차 전지의 용량에 기여를 할 수 없는 부분이나, 극판들 사이를 보다 안전하게 연결하기 위하여 구비될 필요가 있다. 또한, 상기 기재탭부는 이차 전지의 설계에 따라 일정 이상의 크기로 구비되어야 하는데, 이와 같은 기재탭부는 이웃하는 무지부를 지그재그 형태로 타발하여 구비시킬 수 있다. 따라서, 극판 타발단계 (S2)에서 불필요하게 버려지는 기재를 감소할 수 있으므로, 생산비를 절감할 수 있다.
양극판 (110) 또는 음극판은 각각의 활물질 코팅부의 중심이 슬리팅될 수 있다. 한번의 슬리팅에 의하여 각각의 활물질 코팅부는 적어도 두개 이상으로 나누어질 수 있으므로 간헐 코팅의 횟수를 줄일 수 있다. 따라서, 이차 전지의 생산시간을 단축할 수 있고, 불필요한 기재 낭비를 최소화할 수 있으므로 생산단가를 낮출 수 있다.
도 7은 극판 적층단계 (S3)를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 7을 참조하면, 극판 적층단계 (S3)에서, 양극판 (110) 및 음극판 (120)은 양극 및 음극 기재탭부 (113a, 123a)가 동일한 방향을 향하도록 적층하되, 상기 양극 및 음극 기재탭부 (113a, 123a)가 서로 중첩되지 않도록 상기 양극판 (110) 및 음극판 (120)을 교대로 적층하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 극판들은 서로 다른 극성이므로, 단락을 방지하기 위하여 직접 접촉을 피해야 한다. 반면, 이차 전지의 전류 이동이 효율적으로 수행되도록, 상기 양극판 (110) 및 음극판 (120)은 서로 근접하도록 배치되어야 한다. 따라서, 극판 적층단계 (S3)에서, 극판들은 상기 극판들 사이에 세퍼레이터 (130)가 개재되도록 하여 교대로 적층된다.
또한, 극판의 적층단계 (S3)에서, 극성이 동일한 극판들 사이의 전기적인 연결을 위하여, 각각의 극판에서 인출된 양극 기재탭부 (113a)와 음극 기재탭부 (123a)는 동일한 극성끼리 일렬로 정렬되며, 이때에도 상기 극성이 다른 기재탭부는 서로 이격되도록 하여 단락을 예방할 수 있다.
이때, 상기 양극 활물질 코팅부 (112)와 양극 기재탭부 (113a) 사이, 또는 음극 활물질 코팅부 (122)와 음극 기재탭부 (123a) 사이에는 파형 경계부 (114, 124)가 구비될 수 있다. 상기 양극 및 음극 무지부 (113, 123)는 각각의 활물질 코팅부 (112, 122)의 전단 또는 말단에서 연결되도록 구비되고, 따라서, 활물질을 코팅할 때 형성될 수 있는 활물질 끌림 현상에 의하여 무지부와 활물질 코팅부 사이에 파형의 경계부가 형성될 수 있다. 또한, 상기 양극 및 음극 기재탭부 (113a, 123a)는 각각의 무지부 (113, 123)를 타발하여 구비되므로, 활물질 코팅부의 전단 또는 말단, 특히 말단에 형성되는 활물질 끌림 현상은 기재탭부와의 경계에서 파형 경계부 (114, 124)로 잔존하며, 그 외의 부분은 타발될 수 있다.
본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구의 범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구의 범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
10: 이차 전지 20: 전지 케이스
30: 양극리드 40: 음극리드
100: 전극 조립체 110: 양극판
112: 양극 활물질 코팅부 113: 양극 무지부
113a: 양극 기재탭부 120: 음극판
122: 음극 활물질 코팅부 123: 음극 무지부
123a: 음극 기재탭부

Claims (15)

  1. 기재에 제1 활물질이 코팅된 제1 활물질 코팅부와 상기 제1 활물질이 코팅되지 않은 제1 무지부를 구비하는 제1 극판;
    기재에 제2 활물질이 코팅된 제2 활물질 코팅부와 상기 제2 활물질이 코팅되지 않은 제2 무지부를 구비하는 제2 극판; 및
    상기 제1 및 제2 극판 사이에 개재되는 세퍼레이터;를 포함하고,
    상기 제1 또는 제2 극판은 중 적어도 어느 하나는 각각의 활물질 코팅부와 무지부 사이에 파형 경계부를 갖는 전극 조립체를 포함하는 이차 전지.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 또는 제2 극판은 상기 제1 또는 제2 무지부를 타발하여 구비되는 제1 또는 제2 기재탭부를 포함하는 이차 전지.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1 또는 제2 기재탭부는 상기 제1 또는 제2 활물질 코팅부에서 연장되어 구비되는 이차 전지.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제1 또는 재2 기재탭부는 상기 제1 또는 제2 활물질 코팅부에서 연장되도록 구비되되, 상기 제1 또는 제2 기재탭부와 상기 제1 또는 제2 활물질 코팅부 사이에 파형 경계부를 포함하는 이차 전지.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1 또는 제2 극판은 기재에 상기 제1 또는 제2 활물질을 간헐 코팅하여 구비되는 이차 전지.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제1 또는 제2 극판은 활물질이 코팅되는 방향으로 연속적으로 구비되는 하나 이상의 제1 또는 제2 활물질 코팅부를 포함하고, 상기 제1 또는 제2 활물질 코팅부 사이에는 하나 이상의 제1 또는 제2 무지부가 구비되는 이차 전지.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제1 또는 제2 극판은 활물질이 코팅되는 방향으로 상기 제1 또는 제2 활물질 코팅부와 상기 제1 또는 제2 무지부 사이에 구비되는 적어도 하나 이상의 파형 경계부를 포함하는 이차 전지.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제1 극판 또는 제2 극판은 제1 또는 제2 무지부를 타발하여 구비되는 하나 이상의 제1 또는 제2 기재탭부를 포함하고, 상기 제1 또는 제2 기재탭부는 활물질이 코팅되는 방향으로 지그재그 형태로 배열되는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제1 또는 제2 극판은 제1 또는 제2 활물질 코팅부의 중심이 슬리팅되는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 파형 경계부는 상기 제1 또는 제2 활물질이 코팅되는 방향으로 상기 제1 또는 제2 활물질 코팅부의 말단에 구비되는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  11. 기재에 제1 활물질을 간헐 코팅하여 하나 이상의 제1 활물질 코팅부와 상기 제1 활물질이 코팅되지 않은 제1 무지부를 구비시키는 제1 극판 코팅단계;
    기재에 제2 활물질을 간헐 코팅하여 하나 이상의 제2 활물질 코팅부와 상기 제2 활물질이 코팅되지 않은 제2 무지부를 구비시키는 제2 극판 코팅단계;
    상기 제1 무지부를 타발하여 제1 기재탭부 구비시키는 제1 극판 타발단계;
    상기 제2 무지부를 타발하여 제2 기재탭부를 구비시키는 제2 극판 타발단계; 및
    상기 제1 또는 제2 극판 사이에 세퍼레이터를 개재하면서 상기 극판들을 적층하는 극판 적층단계;를 포함하는 이차 전지의 제조 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제1 또는 제2 극판 코팅단계는 기재에 상기 제1 또는 제2 활물질을 간헐 코팅하여 하나 이상의 제1 또는 제2 활물질 코팅부를 구비시키는 것을 특징으로 하는 이차 전지의 제조 방법.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 제1 또는 제2 극판 타발단계는 상기 제1 또는 제2 무지부를 타발하되, 상기 제1 또는 제2 활물질 코팅부와 상기 제1 또는 제2 기재탭부 사이에 적어도 하나 이상의 파형 경계부가 포함되도록 타발하는 것을 특징으로 하는 이차 전지의 제조 방법.
  14. 제11항에 있어서,
    상기 제1 또는 제2 극판 타발단계는 상기 제1 또는 제2 기재탭부가 제1 또는 제 활물질이 코팅되는 방향으로 지그재그 형태로 배열되도록 타발하는 것을 특징으로 하는 이차 전지의 제조 방법.
  15. 제11항에 있어서,
    상기 극판 적층단계는 상기 제1 및 제2 기재탭부가 동일한 방향을 향하도록 적층하되, 상기 제1 및 제2 기재탭부가 서로 중첩되지 않도록 상기 제1 및 제2 극판을 교대로 적층하는 것을 특징으로 하는 이차 전지의 제조 방법.
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