KR20130122647A - 전기 화학 에너지 저장 전지에 사용하기 위한 전해질로 충전된 전극/분리막 스택을 제조하는 방법 - Google Patents

Abstract

시트들(2), 특히 전극 시트들 및/또는 분리막 시트들(2)의 스택(1)과 액상 전해질(4)을 포함하는 전기 화학 에너지 저장 전지를 제조하는 방법을 개시한다. 본 제조 방법은 스택(1)에 있는 다수의 인접한 시트들(2) 사이에 개재 공간들을 생성하는 단계(S1 단계), 스택(1)을 전해질(4)과 접촉시키는 단계(S2 단계), 및 S1 단계에서 스택(1)에 있는 다수의 인접한 시트들(2) 사이에 생성된 개재 공간들을 제거하는 단계(S3 단계)를 포함한다. 그럼으로써, 전해질(4)이 다수의 시트들(2)의 표면들 상에 신속하고 균일하게 분포될 수 있다. 본 제조 방법의 매우 바람직한 구성에 있어서, S1 단계는 스택(1)의 다수의 시트들(2)을 적어도 하나의 지점에서 서로에 대해 고정하는 부분 단계(S1.1 단계, 선택적), 스택(1)을 굽히되, 이때 스택(1)의 시트들(2)이 적어도 부분적으로 서로에 대해 이동할 수 있는 부분 단계(S1.2) 단계), 굽혀진 스택(1)의 다수의 시트들(2)이 적어도 2개의 지점들에서 서로에 대해 고정되도록 다수의 시트들(2)을 서로에 대해 고정하는 부분 단계(S1.3 단계), 및 S1.1 단계 및/또는 S1.3 단계의 고정을 유지하면서 굽혀진 스택(1)을 스택(1) 출발 형태에 대략 해당하는 형태로 복귀시키는 부분 단계(S1.4 단계)를 포함한다.

Description

전기 화학 에너지 저장 전지에 사용하기 위한 전해질로 충전된 전극/분리막 스택을 제조하는 방법{METHOD FOR PRODUCING AN ELECTRODE/SEPARATOR STACK INCLUDING FILLING WITH AN ELECTROLYTE FOR USE IN AN ELECTROCHEMICAL ENERGY STORAGE CELL}

본 언급에 의해, 우선권 출원 DE 10 2010 052 843.9의 전체 내용이 인용에 의해 본 출원의 구성 요소로 병합된다.

본 발명은 시트들, 특히 전극 시트들 및/또는 분리막 시트들의 스택과 액상 전해질을 포함하는 전기 화학 에너지 저장 전지(electrochemical energy storage cell)를 제조하는 방법에 관한 것이다.

전기 화학 에너지 저장 전지란 전기 에너지를 화학적으로 저장하는 장치의 가장 작은 단위를 의미하는 것으로, 특히 알칼리 배터리 전지와 같은 일차 전지로도 불리는 재충전 가능한 에너지 저장 전지 및 니켈 금속 하이브리드 배터리 전지 또는 리튬 이온 배터리 전지와 같은 이차 전지로도 불리는 충전 가능한 에너지 저장 전지를 의미한다.

그러한 에너지 저장 전지는 일반적으로 번갈아 가면서 서로 상하로 놓인 다수의 평면 전극들 또는 전극 층들로 이뤄진 전극 어셈블리를 포함하는데, 하나씩의 플러스 전극(양극)과 하나씩의 마이너스 전극(음극)이 번갈아 가면서 배치된다. 2개씩의 인접한 전극들 또는 전극 층들 사이에는 분리막(separator) 또는 분리막 층이 배치되는데, 그 분리막 또는 분리막 층은 상이한 극성의 2개의 전극들 사이의 전기 접촉 및 그에 따른 단락을 회피시키는 역할을 한다. 전극 어셈블리는 에너지 저장 전지의 내부에서 전기 전도성을 조성하기 위해 전해질, 바람직하게는 액상 전해질로 충전된다. 전극들 또는 분리막들의 표면들의 성질(예컨대 평활하거나 다공질인) 여하에 따라, 그 표면들이 예컨대 전해질로 단지 살짝 적셔지기만 하거나 흠뻑 젖기도 한다. 그러나 양호한 전도성 및 그에 따른 전기 화학 에너지 저장 전지의 큰 용량을 보장하기 위해서는, 전극들 또는 분리막들의 표면들에서의 전해질의 분포가 전체 면적에 걸쳐 커버되어야 한다.

리튬 이온 전지의 경우, 전극들은 예컨대 흑연으로 코팅된 알루미늄 포일들 또는 구리 포일들로 이뤄질 수 있고, 분리막은 플라스틱 기판 상에 부착된 세라믹 재료로 이뤄질 수 있다. 분리막은 예컨대 리튬 이온을 함유한 유기 재료로 이뤄질 수 있다.

그러한 전극 어셈블리는 예컨대 포개어진 전극 스트립들과 분리막 스트립들을 말거나 개별 전극 시트들과 분리막 시트들을 교대로 상하 적층함으로써 제조된다. 적층형 전극 어셈블리의 경우, 모든 음극 시트들 또는 모든 양극 시트들은 각각 전류 도출을 위한 금속 집전체에 의해 서로 도전 연결된다.

본 발명에서는, 시트들, 특히 전극 시트들과 분리막 시트들의 상하 적층에 의해 얻어지는 방금 언급한 타입의 전극 어셈블리들만을 고찰하기로 한다. 개별 시트들이 대략 평탄하고 대략 평행한 면들을 형성하는 상하 적층된 시트들의 그러한 어셈블리를 이하에서는 "스택(stack)"으로 지칭하기로 한다. 시트(sheet)란 납작한 물체, 바람직하게는 얇은 납작한 물체, 즉 그 면에 수직한 방향의 치수가 그 면에 완전 내접하는 최대 원의 지름보다 훨씬 더 작은 납작한 물체를 의미한다. 이때, 개별 시트들은 바람직하게는 직사각형 형태를 갖고, 크기에 있어서도 동일한 것이 바람직하다. 따라서 본 발명은 동일한 크기의 직사각형 시트들과 관련하여 설명될 것이다. 그러나 시트들은 어떠한 임의의 형태와 크기를 가질 수도 있다는 것을 유의하여야 할 것이다.

그러한 전극 어셈블리를 포함하는 에너지 저장 전지를 제조할 때에는, 전해질이 전극 시트들과 분리막 시트들의 모든 표면들과 완전히 접촉하도록 액상 전해질로 전극 어셈블리를 충전하여야 하는 문제점이 제기된다. 그것은 개별 시트들이 제작 과정에서 충전 직전에 이미 밀접하게 맞닿아 있고, 그에 따라 시트들 사이에 전해질을 균일하게 분포시켜 개별 시트들의 표면들과 완전히 접촉시키기 위해 전해질을 힘들게만 외부로부터 시트들 사이에 도달시킬 수 있기 때문에 어려운 것이다. 시트들이 전해질과 가장 먼저 접촉하는 바깥쪽 영역들에서 완전히 젖어서 재료 여하에 따라 어쩌면 부풀어 오르고, 그로 인해 전해질이 시트 표면들의 안쪽 영역들로 더 이상 전혀 진입할 수 없게 되는 위험도 존재한다.

전극 시트들과 분리막 시트들의 스택을 세로로 세우고 스택의 긴 사이드(long side) 또는 좁은 사이드(narrow side)에서 전해질을 충전하는 방식으로 스택으로 이뤄진 그러한 전극 어셈블리를 충전하는 것이 공지되어 있다. 그러면 전해질이 중력에 의해 또는 모세관 작용에 의해 아래쪽으로 스택 내로 들어가서 거기에서 다소 빠르고 균일하게 시트들의 표면들 상에 분포된다. 이때, 그러한 분포 과정은 전해질이 시트들 상에 균일하게 분포하는 것을 보장하기 위해 분 단위의 범위 또는 시간 단위의 범위에 있거나 아울러 일 단위의 범위에도 있을 수 있는 충분히 긴 작용 시간에 의해 지원된다. 그러한 긴 작용 시간은 생산 과정에서의 상당한 지연들을 초래한다.

따라서 본 발명의 과제는 전해질을 간단하고 신속하며 확실하게 전극 시트들과 분리막 시트들의 표면들과 접촉시킬 수 있는 방법을 개발하는 것이다.

그러한 과제는 청구항 1에 따른 전기 화학 에너지 저장 전지의 제조 방법에 의해 해결되는데, 그러한 방법의 바람직한 개선들 및 구성들이 종속 청구항들에 담겨져 있다.

본 발명에 따른 방법은 스택의 인접한 시트들 사이에 각각 작은 개재 공간이 존재하면, 액상 전해질이 스택의 시트들 사이에 더 쉽게 침투하여 그 표면들과 접촉할 수 있다는 사상을 기반으로 하고 있다. 그러나 스택의 시트들은 조밀하게 포개져 배치되어 있기 때문에, 스택의 시트들을 "펼침"으로써 "층상(lamella)" 구조로 되게 하기 위한 방법이 필요하다. 그리고 나서 펼쳐진 측이 위쪽으로 향하도록 스택을 세로로 세워 전해질을 위로부터 지장 없이 개별 시트들 사이의 개재 공간들에 충전할 수 있다. 그러면 전해질이 스택의 모든 시트들의 모든 표면들 상에 균일하게 분포되는데, 왜냐하면 전해질이 그 표면들에 직접 방해 없이 도달할 수 있기 때문이다.

따라서 본 발명에 따른 방법은 청구항 1에 따라 다음의 단계들을 포함하는데, 그 단계들은 여러 번 및/또는 기재된 순서와는 다른 순서로 수행될 수도 있다:

- 스택에 있는 다수의 인접한 시트들 사이에 개재 공간들을 생성하는 단계.

- 스택을 전해질과 접촉시키는 단계.

- 스택에 있는 다수의 인접한 시트들 사이에 생성된 개재 공간들을 다시 제거하는 단계.

본 발명에 따른 방법에서, 개개 공간의 폭은 적어도 시트의 폭에 달하는 것이 바람직하고, 시트의 폭의 적어도 2배에 달하는 것이 더욱 바람직하다.

본 방법에서도 역시, 스택을 전해질과 접촉시키는 단계와 시트들 사이의 개재 공간들을 제거하는 단계 사이에 일정한 "작용 시간"을 제공할 수 있는데, 여기서 필요한 작용 시간의 길이는 시트들 사이의 개개 공간들이 존재하지 않는 때보다 훨씬 더 짧다.

본 발명에 따른 방법의 매우 바람직한 일 구성에 있어서, 스택에 있는 다수의 인접한 시트들 사이에 개재 공간들을 생성하는 단계는 적어도 다음의 부분 단계들을 기재된 순서로 포함한다:

- 스택의 다수의 시트들을 적어도 하나의 지점에서 서로에 대해 고정하는 단계. 여기서, "고정"이란 그 지점에서 시트들이 서로 상대 이동할 소지를 바람직하게는 클램핑 또는 스토퍼에 의해 저지하는 것을 의미한다. 본 부분 단계는 본 방법의 그 단계에서 선택 사항이다(하기 참조).

- 스택을 굽히되, 이때 스택의 시트들이 적어도 부분적으로 서로에 대해 이동할 수 있는 단계. 그러한 굽힘은 외부로부터 적절한 힘들을 인가함으로써 이뤄진다. 본 부분 단계에서, 굽혀진 스택의 형태는 시트들 그 자체의 재료 특성들, 특히 굽힘 강도에 의해, 외부로부터 인가되는 힘들에 의해, 또는 굽힘 중에 스택이 맞대어지는 성형체에 의해 주어질 수 있다.

본 부분 단계에서, 스택을 굽히는 각도(즉, 원을 따른 굽힘의 경우에 그 원에 대한 굽혀진 스택의 접촉 각(arc of contact))는 가능한 한 크게 선택되는 것이 바람직하다. 그러한 각도는 적어도 90도에 달하는 것이 바람직하고, 적어도 180에 달하는 것이 더욱 바람직하다.

스택은 개별 시트들의 두께로 인해 전체적으로 역시 일정한 두께를 갖기 때문에, 스택의 외부 가장자리(굽힘의 가상 중심점의 반대쪽을 향한)에 있는 시트들보다 스택의 내부 가장자리(굽힘의 가상 중심점 쪽을 향한)에 있는 시트들이 더 크게 굽혀진다. 이때, 굽힘이 이뤄지는 평면에 대해 수직으로 연장되고, 그에 따라 그 자체가 굽혀지지 않는 개별 시트들의 사이드 에지들이 약간 서로에 대해 이동한다. 그러한 이동은 시트들이 서로에 대해 고정되지 않은 측에서 일어나거나, 전술한 고정 단계를 수행하지 않는 경우에는 어쩌면 시트들의 마주한 양측에서도 일어난다.

- 굽혀진 스택의 다수의 시트들을 서로에 대해 고정한다. 시트들을 제1 부분 단계에서 이미 일 지점에서 서로에 대해 고정한 경우에는, 본 부분 단계에서는 단지 적어도 하나의 또 다른 지점에서 고정하는 것만이 필요하고, 그렇지 않으면 적어도 2개의 또 다른 지점들에서 고정하는 것이 필요하다. 어느 경우든, 시트들은 이제 적어도 2개의 지점들에서 서로에 대해 각각 고정된다.

- 수행된 고정을 유지하면서 굽혀진 스택을 대략 그 출발 형태에 해당하는 형태로 복귀시킨다. 그러한 스택의 복귀는 굽힘을 일으키는 외력을 제거함으로써 이뤄지는 것이 바람직한데, 스택은 굽혀진 개별 시트들의 텐션 해제에 의해 대략 그 출발 형태로 다시 복귀한다. 그러나 스택을 복귀시키는 것을 굽힘력이 반대쪽으로 향한 힘에 의해 능동적으로 일으킬 수도 있다.

그러나 스택의 굽힘 및 고정에 의해 다수의 시트들의 사이드 에지들이 서로에 대해 전술한 이동을 하기 때문에, 시트들이 서로 평행한 그 원래의 위치로 완전히 복귀할 수 없다. 오히려, 2개씩의 인접한 시트들 사이에 상호 이동의 보상으로서 그 2개의 시트들의 약간 상이한 곡률이 형성되고, 그에 따라 그들 사이에 작은 갭(gap)이 형성되는데, 그러한 갭은 고정 지점 쪽으로 점감하고, 갭의 대칭적 형태를 가정한다면 중앙에서 그 최대 폭을 갖는다. 또한, 고정에 의해 스택이 기계적으로 안정하게 된다.

본 단계의 수행 후에, 전해질을 스택과 접촉시킬 수 있다. 본 발명의 매우 바람직한 구성에서는, 전해질을 충전함으로써 그것을 수행한다. 갭이 형성된 스택의 측이 위쪽으로 향하도록 스택을 정렬하는 것이 바람직하다. 그리고 나서 위쪽으로부터 스택 쪽을 향하는 액체 제트에 의해 전해질을 충전하는 것이, 예컨대 점적하거나 분사하는 것이 바람직하다.

대안적으로, 전체의 스택을 전해질 욕에 담그거나, 반대로 스택을 용기에 집어넣고 스택이 완전히 전해질로 덮일 때까지 그 용기에 전해질을 채움으로써 스택에 전해질을 주입하는 것도 가능하다. 양 과정들에서 모두, 어차피 전해질과 접촉하지 않아야 할 집전체들(본 제작 단계에서 그들이 이미 존재하는 경우)에서 위쪽으로부터 스택을 붙들어 유지할 수 있다.

S2 단계에서 스택을 전해질과 접촉시키는 동안 및/또는 접촉시키고 난 후에 스택을 원심 이동시키는 것도 가능한데, 여기서 원심 이동이란 회전축을 중심으로 빠르게 회전시키는 것을 의미한다. 이때, 원심 이동은 원심 이동 중에 스택의 불균형을 방지하기 위해 스택의 하나의 대칭축을 중심으로 또는 다수의 대칭축들(서로 나란한)을 중심으로 이뤄지는 것이 바람직하다. 스택을 전해질과 접촉시키는 동안 원심 이동이 이뤄지는 경우, 전해질을 원심 이동 과정의 회전축을 따라 위로부터 스택에 충전하는 것이 바람직하다. 그러한 원심 이동은 전해질이 발생하는 원심력에 의해 더욱 잘 스택에 분포되도록 하는 것을 보장한다.

매우 바람직한 일 구성에서는, 본 발명에 따른 방법의 마지막 단계인 스택에 있는 다수의 인접한 시트들 사이의 개재 공간들을 제거하는 단계를 수행된 고정의 해제에 의해 수행한다, 시트들이 충분한 크기의 굽힘 강도를 갖는 경우, 시트들은 평탄한 면들로서의 그 원래의 형태를 스스로 다시 취하게 된다. 그럼으로써, 스택도 역시 조밀하게 포개져 놓인 시트들로 이뤄진 그 원래의 형태를 스스로 다시 취하는데, 이제는 전해질이 시트들의 표면들 상에 균일하게 분포되어 있다. 대안적으로, 고정의 해제 후에 스택의 양측의 가장 바깥쪽 시트들에 외부로부터 약간의 압력을 가함으로써 스택의 원래의 형태를 다시 얻을 수도 있다.

또한, 개재 공간들의 제거 후에, 전해질이 스택의 내부에 더욱 잘 분포되도록 하기 위해 외부로부터 스택에 힘을 인가할 수 있다. 그러한 힘은 프레싱(pressing) 이동, 스윕핑(sweeping) 이동, 또는 롤링(rolling) 이동인 것이 바람직하다. 그러한 힘은 이동의 타입 여하에 따라 외부에서 일측 또는 양측으로부터 스택을 압축하는 하나 이상의 플레이트들에 의해, 외부로부터 일측 또는 양측에 압력을 주면서 스택의 표면 위를 쓸고 지나가는 하나 이상의 독터 블레이드들에 의해, 또는 외부로부터 일측 또는 양측에 압력을 주면서 스택의 표면 위를 구르는 하나 이상의 롤들에 의해 인가되는 것이 바람직하다. 이때, 스윕핑 또는 롤링은 전해질을 스택에서 모든 방향으로 잘 분포시키기 위해 여러 방향으로 수행될 수 있다.

본 발명의 바람직한 일 구성에 있어서, 다수의 시트들을 고정하는 단계, 스택을 굽히는 단계, 및 굽혀진 스택을 복귀시키는 단계로 이뤄진 단계들의 2개의 시퀀스들을 순차적으로 수행한다. 이때, 양 단계 시퀀스들에서 스택을 반대 방향으로 각각 굽힌다. 그것은 스택의 제1 굽힘 및 복귀 후에 최대의 곡률을 갖고 그들 사이에 최소의 갭이 위치하는 시트들이 반대 방향으로의 스택의 굽힘 및 복귀 후에는 최소의 곡률을 갖고 그들 사이에 최대의 갭이 위치하고, 그 역으로도 된다는 이점을 갖는다. 따라서 적어도 하나의 그러한 단계 시퀀스 후에 2개씩의 시트들 사이에 충분히 큰 갭이 제공되고, 그럼으로써 전해질이 거기에 지장 없이 분포될 수 있게 된다. 제1 단계 시퀀스를 수행한 후에 전해질의 일부를 스택에 충전하고, 제2 단계 시퀀스의 수행 후에 전해질의 또 다른 일부 또는 나머지 부분을 스택에 충전하는 것도 가능하다.

본 발명의 또 다른 바람직한 구성에서는, 다수의 시트들을 고정하는 단계, 스택을 굽히는 단계, 및 굽혀진 스택을 복귀시키는 단계로 이뤄진 단계들의 2개의 시퀀스들을 순차적으로 수행한다. 이때, 다수의 시트들의 고정을 스택의 여러 지점들에서 적어도 부분적으로, 바람직하게는 스택의 2개의 서로 마주한 에지들을 따라 위로부터 아래로 또는 아래로부터 위로 섹션별로 수행하고, 스택을 세로로 세운다.

그와 같이 다수의 시트들을 단지 부분적으로만, 바람직하게는 섹션별로 고정하는 경우에도, 스택은 여전히 거의 동일하게 굽혀질 수 있고, 그에 따라 시트들 사이의 원하는 개재 공간들이 여전히 동일하게 생성될 수 있다. 그러나 그와 동시에, 전체의 방법 동안 시트들의 표면들 상에 고정 장치, 예컨대 클램핑 레일들에 의해 덮이거나 인접한 시트들에 맞대어 눌리는 지점이 없게 되는 것이 보장된다. 그러한 지점은 고정을 해제하고 난 후에야 비로소 전해질이 도달할 수 있는 지점이다. 따라서 본 구성에 의해 전해질에 스택에 더욱 잘 분포하는 것이 보장되게 된다.

본 발명의 바람직한 일 구성에 있어서, 굽혀진 스택에 있는 다수의 시트들을 스택의 2개의 서로 마주한 에지들의 영역에서, 바람직하게는 양 긴 사이드들 또는 양 좁은 사이드들에서 서로에 대해 고정한다. 그와 같이 하여, 스택이 고정 전후에 고정의 방향에 대해 수직으로 연장되는 방향으로 약간 굽혀질 수 있다. 따라서 방법의 모든 단계들이 스택의 사이드 에지들과 평행한 방향으로 수행되고, 그것은 기계적으로 매우 쉽게 구현될 수 있다.

본 발명의 또 다른 바람직한 구성에 있어서, 굽혀진 다수의 시트들을 스택의 하나의 에지의 영역에서 및 그 에지에 놓이지 않은 스택의 적어도 하나의 모퉁이의 영역에서 서로에 대해 고정한다. 예컨대, 제작 중에 장소 관계로 인해 스택의 2개의 서로 마주한 사이드들 중의 하나에서 전해질을 충전하여야 하고 스택의 다른 쌍의 서로 마주한 사이드들에는 고정을 위해 접근할 수 없기 때문에 스택의 2개의 서로 마주한 사이드들이 고정에 제공되지 못하는 경우에는, 모퉁이에서 스택을 고정하는 것이 유리할 수 있다. 그러나 본 구성에서는, 여러 사이드들로부터, 예컨대 하나의 긴 사이드들과 1개 또는 2개의 좁은 사이드들로부터 전해질을 충전하는 것도 가능하고, 그럼으로써 스택의 시트들의 전체의 표면들에 더욱 잘 도달할 수 있는 것이 보장되게 된다.

스택의 다수의 시트들을 서로에 대해 고정하는 것은 다수의 시트들을 클램핑 요소들에 의해 클램핑함으로써 이뤄지는 것이 바람직하다.

여기서, 클램핑이란 원하는 지점에서 양측으로부터 스택에 압력을 인가하는 것을 의미하는데, 이때 압력은 그 지점에서 시트들이 더 이상 서로에 대해 거의 이동할 수 없지만 변형되거나 손상될 수도 없는 정도의 크기로 된다. 그에 적합한 클램핑 요소들은 예컨대 스프링 압력에 의해 눌러지는 클램핑 레일들 또는 점형(point-shaped) 클램프들이다.

그러나 대안적으로, 고정은 굽혀진 스택의 다수의 시트들을 스토퍼 요소, 예컨대 스토퍼 프로파일에 맞댐으로써 이뤄질 수도 있다. 이때, 스토퍼 요소들은 스택의 복귀 시에 시트들의 적어도 하나의 사이드 에지가 스토퍼 요소에 맞닿기 때문에 시트들이 그 출발 이치로 완전히 되돌아가는 것을 방지하도록 형성된다. 여기서는, 스토퍼 요소가 V형 프로파일의 형태를 갖는 것이 바람직하다.

본 발명의 또 다른 바람직한 구성에 있어서, 방법의 모든 또는 거의 모든 단계들 동안 스택을 전체적으로 또는 부분적으로 케이싱 내에 배치한다. 그것은 전해질을 스택과 접촉시킨 후에 전해질이 스택으로부터 다시 누출되지 않아 임시의 밀봉 조치를 필요 없게 하는 역할을 한다. 그와 같이 하여, 방법의 진행이 현저히 간단해진다. 물론, 그러한 구성은 개별 방법 단계들, 특히 스택을 굽히는 단계 및 시트들을 고정하는 단계를 가능하게 하기 위해 케이싱이 충분히 플렉서블(flexible)하다는 것을 그 전제로 한다.

케이싱은 전기 화학 에너지 저장 전지의 외부 쉘(outer shell)인 것이 매우 바람직하다. 플렉서블 외부 쉘을 구비한 그러한 에너지 저장 전지, 소위 파우치 전지(pouch cell) 또는 커피백 전지(coffeebag cell)는 이미 공지되어 널리 보급되어 있다. 전술한 바람직한 구성의 의미에서 에너지 저장 전지의 외부 쉘을 케이싱으로서 사용함으로써 방법이 한층 더 간단해지게 되는데, 왜냐하면 방법의 수행 전에 이미 스택이 그 최종 외부 쉘에 도입되어 방법의 수행 동안 및 수행 후에 그 외부 쉘에 계속 머물기 때문이다.

대안적으로, 케이싱은 예컨대 얇은 탄성 포일 백의 형태의 추가의 플렉서블 케이싱일 수도 있는데, 그러한 추가의 플렉서블 케이싱은 추후에 완성된 에너지 저장 전지의 외부 쉘(어쩌면 플렉서블하지 않을 수 있는)의 내부에서 스택의 둘레를 두른 추가의 층을 형성한다.

이제, 본 발명에 따른 방법을 부분적으로 개략적인 도 1 내지 도 4를 참조하여 다수의 실시예들에 의거해서 설명하기로 한다. 첨부 도면들 중에서,
도 1은 스택을 굽힘 후에 2개의 마주한 사이드들에서 고정하는 제1 실시예의 방법 단계들을 나타낸 도면이고;
도 2는 스택을 굽힘 전에 하나의 사이드에서 고정하고, 굽힘 후에 제1 사이드와 마주한 사이드에서 고정하는 제2 실시예의 방법 단계들을 나타낸 도면이며;
도 3은 스택을 하나의 사이드와 2개의 모퉁이들에서 고정하는 제3 실시예의 방법 단계들을 나타낸 도면이고;
도 4는 스택의 2개의 서로 마주한 사이드 에지들을 2개의 스토퍼 프로파일들에 의해 고정하는 제1 실시예의 변형을 나타낸 도면이다.

도 1a)에는, 6개의 전극 시트들 또는 분리막 시트들(2)로 이뤄진 스택(1)이 횡단면도로 개략적으로 도시되어 있는데, 개별 시트들(2) 사이의 갭들은 단지 시트들(2)을 잘 식별할 수 있도록 하는 역할만을 할 뿐이고, 시트들(2)은 실제로 밀접하게 포개져 있다.

도 1b)에서는, 스택(1)을 2개의 서로 마주한 사이드 에지들에 가까운 2개의 지점들에서 2개의 에지 클램프들(3)에 의해 헐겁게 클램핑하고, 그에 따라 시트들이 2개의 클램핑 지점들에서 여전히 서로에 대해 이동할 수 있다. 에지 클램프들(3)은 도면에서 각각 점선에 의해 연결된 2개의 흑색 정사각형들(클램핑 레일들)로 표시되어 있다. 클램핑은 스택(1)의 전체의 사이드 에지들에 걸쳐 각각 이뤄지게 된다.

본 실시예에서는, 스택(1)의 굽힘 전에 시트들(2)을 고정하는 선택적 단계(S1.1 단계)를 수행하지 않는다.

도 1c)에서는, 스택(1)을 대략 원의 경로를 따라 굽힘 방향(5)으로 굽힌다(S1.2 단계). 이때, 시트들(2)은 에지 클램프들(3) 사이에서 서로에 대해 이동한다.

도 1d)에서는, 양 에지 클램프들(3)에서 각각 안쪽으로 향한 2개의 화살표들에 의해 지시된 바와 같이 양 클램핑 레일들을 서로 조임으로써 스택(1)의 클램핑을 고정한다(S1.3 단계). 이제, 고정된 에지 클램프들(3) 사이에서는 시트들(2)이 더 이상 서로에 대해 이동하지 못한다. 그러한 고정 후에, 굽힘력을 제거함으로써 스택(1)을 화살표 방향(7)으로 다시 그 출발 위치로(가능한 최대 한도로) 복귀시킨다(S1.4 단계). 이때, 안쪽으로부터 바깥쪽으로(굽힘 반지름의 중심점으로부터 보았을 때에) 폭이 감소하는 원하는 개재 공간들이 시트들(2) 사이에 형성된다. 스택(1)의 그 상태에서는, 에지 클램프들(3)을 풀지 않는 한 시트들(2)이 전극 시트들과 분리막 시트들(2)의 굽힘 강도에 의해 유지되고, 그에 따라 시트들 사이의 개재 공간들도 그 형태를 유지하게 된다.

도 1e)에서는, 이제 전해질(4)(도면에서 음영으로 도시된)을 위로부터 화살표 방향(10)으로 스택(1)의 시트들(2) 사이의 개재 공간들에 충전한다(S2 단계). 개재 공간들에 의해, 아마도 고정된 에지 클램프들(3)의 영역을 제외하고는 전해질(4)이 시트들(2)에서 지장 없이 분포될 수 있다.

도 1f)에서는, 에지 클램프들(2)에 의한 스택의 고정을 경우에 따라서는 짧은 작용 시간 후에 다시 푼다. 그럼으로써, 스택이 최종적으로 평탄하고 평행한 시트들(2)로 이뤄진 그 원래의 형태를 취하게 되고, 형성된 개재 공간들이 제거된다(S3 단계). 전해질(4)이 늦어도 이제는 에지 클램프들(3)의 영역에서의 시트들(2) 사이에도 분포될 수 있다.

스택(1)의 굽힘, 에지 클램프들(3)의 고정 및 해제, 및 스택(1)의 복귀는 적절한 기계 장치들(도시되지 않음)에 의해 수행되고, 제작 과정에서 완전 자동화될 수 있다.

도 2에 도시된 방법은 굽힘 전에 이미 스택(2)의 좌측 가장자리에서 스택(1)을 에지 클램프(3)에 의해 고정하는(S1.1 단계) 반면에, 우측 가장자리에서는 굽힘 전에 스택(1)을 단지 헐겁게만 클램핑한다는 점에서 도 1에 도시된 방법과 구별된다(도 2b 참조).

도 2c)에서는, 스택(1)을 굽힘 방향(5)으로 굽히되, 에지 클램프(3)에 의한 고정을 그대로 유지한다(S1.2 단계). 또한, 도시된 구성에서는, 굽힘 동안 고정된 에지 클램프(3)를 또한 고정된 위치로 유지하는데, 그러나 스택(1)의 굽힘 시에는 스택의 그 쪽이 이동할 수도 있다(도 1c)에 도시된 바와 같이). 그러나 스택(1)의 우측 가장자리에 있는 에지 클램프(3)의 영역에서는, 굽힘 동안 시트들(2)이 또한 서로에 대해 이동할 수 있다.

도 2d)에서는, 스택(1)의 굽혀진 상태에서 스택(1)우측 가장자리에 있는 에지 클램프(3)까지도 고정한다(S1.3 단계). 그러면 스택(1)이 우측에서 화살표 방향(7)을 따라 대략 그 출발 위치로 다시 복귀한다(S1.4 단계).

도 2e) 및 도 2f)에는, 도 1e) 및 도 1f)에서와 유사하게 전해질(4)을 충전하고(S2 단계), 전해질(4)로 충전된 스택(1)의 텐션을 해제하여 그 출발 위치로 복귀시킴으로써 개재 공간들을 제거하는(S3 단계) 것이 도시되어 있다.

도 3a)는 하부 긴 사이드에서 이미 클램핑 레일(8)에 의해 고정된(S1.1 단계에 해당) 스택(1)의 사시도를 도시하고 있다. 즉, 스택(1)의 그러한 긴 사이드에는 이미 패키지로 결합하여 본 제작 단계에서 더 이상 분리될 수 없는 전극 시트들(2)의 도출 플래그들(도시되지 않음)이 위치한다. 본 경우에도, 스택(1)을 긴 사이드들에서 클램핑하고 전해질(4)을 좁은 사이드에서 충전하는 방식으로 도 2에 도시된 방법을 유사하게 적용할 수 있기는 하다. 그러나 그것은 스택(1)의 좁은 사이드들의 길이가 긴 사이드들의 길이에 비해 짧음으로 인해 부적절할 수 있는데, 왜냐하면 그 경우에는 전해질(4)이 스택(1)의 가장 깊은 지점까지 스택(1)의 긴 사이드를 따라 상대적으로 먼 거리를 나아가야 하기 때문이다.

따라서 본 경우에는 다음의 변형된 방법을 사용한다.

도 3b)에 도시된 바와 같이, 클램핑 레일(8)과 마주한 양 모퉁이들의 영역에서 스택(1)을 포인트 클램프들(9)에 의해 대략 점형으로 우선 헐겁게 클램핑한다.

도 3c)에서는, 이어서 스택(1)을 그 양 모퉁이들에서 2개의 굽힘 방향들(5, 6)을 따라 앞쪽으로 대각선상으로 굽힌다(S1.2 단계).

이어서, 도 3d)에서는, 역시 안쪽으로 향한 2개의 화살표들에 의해 각각 도시된 바와 같이 포인트 클램프들(9)을 고정하고(S1.3 단계), 스택(1)을 다시 화살표 방향(7)으로 그 출발 위치로(가능한 최대 한도로) 복귀시킨다(S1.4 단계). 이때, 상부 긴 사이드에서는 물론 양측 좁은 사이드들에서도 시트들(2)의 펼쳐짐이 일어나는데, 스택(1)의 2개의 시트들(2) 사이의 개재 공간의 폭이 위로부터 아래로(클램핑 레일(8) 쪽으로) 감소한다.

여기서도 역시, 도 3e)에 도시된 바와 같이, 전해질(4)을 위로부터 충전 방향(10)으로 스택(1)에 충전하고(S2 단계), 그러면 전해질(4)이 아래쪽으로 분포될 수 있으며, 그런 연후에 비로소 도 3f)에서 고정된 포인트 클램프들(9)의 해제에 의해 스택(1)을 다시 최종적으로 그 출발 위치를 차지하게 하고 개재 공간들을 제거한다(S3 단계).

도 4는 도 1의 도시된 방법의 변형을 도시한 것으로, 부분 도면들 4a), 4b) 및 4c)는 부분 도면들 1b), 1c), 및 1d)의 단계들에 각각 해당한다.

도 4에서는, 스택(1)의 시트들(2)을 클램핑하는 것이 아니라, 2개의 마주한 사이드들에서 2개의 스토퍼 프로파일들(11)에 맞대어 놓는데, 스토퍼 프로파일들(11)은 횡단면에서 예각을 이루고 있다(도 4a 참조).

도 4b)에서는, 스택(1)을 굽힘 방향(5)으로 굽히는데, 이때 시트들(2)의 사이드 에지들이 서로에 대해 이동하여 각각 스토퍼 프로파일들(11)의 내부로 미끄러져 들어간다(S1.2 단계).

도 4c)에서는, 스택(1)을 화살표 방향(7)으로 복귀시키는데(S1.4 단계), 이때 시트들(2)의 사이드 에지들이 스토퍼 프로파일들(11)에 의해 그 서로에 대해 이동한 위치로 붙들려 유지되고(S1.3 단계), 그러한 이동에 의해 개별 시트들(2) 사이에 원하는 개재 공간들이 생성된다. 시트들(2)을 스토퍼 프로파일들(11)의 내면에 붙들어 유지하는 것을 기계적으로 지원하고, 시트들(2)이 스토퍼 프로파일들(11)의 내면에서 미끄러져 내리는 것을 방지하기 위해, 스토퍼 프로파일들(11)의 내면에 거친 논슬립 형태 또는 비늘 형태의 표면이 구비될 수 있다.

그럼으로써, 시트들(2)을 기계적으로 매우 간단하게 시트들(2)의 손상의 위험 없이 클램핑에 의해 서로에 대해 고정하는 것이 가능하게 된다.

1: 스택 2: 시트
3: 에지 클램프 4: 전해질
5, 6: 굽힘 방향 8: 클램핑 레일
9: 포인트 클램프 10: 전해질 충전 방향
11: 스토퍼 프로파일

Claims (14)

1. 시트들(2), 특히 전극 시트들 및/또는 분리막 시트들(2)의 스택(1)과 액상 전해질(4)을 포함하는 전기 화학 에너지 저장 전지를 제조하는 방법에 있어서,
   상기 방법은 적어도
   - 스택(1)에 있는 다수의 인접한 시트들(2) 사이에 개재 공간들을 생성하는 단계(S1 단계),
   - 스택(1)을 전해질(4)과 접촉시키는 단계(S2 단계), 및
   - S1 단계에서 스택(1)에 있는 다수의 인접한 시트들(2) 사이에 생성된 개재 공간들을 제거하는 단계(S3 단계)를 포함하되, 상기 단계들은 여러 번 및/또는 기재된 순서와는 다른 순서로 수행될 수도 있는 것을 특징으로 하는 전기 화학 에너지 저장 전지의 제조 방법.
2. 제 1 항에 있어서, 스택(1)에 있는 다수의 인접한 시트들(2) 사이에 개재 공간들을 생성하는 S1 단계는 적어도
   - 스택(1)의 다수의 시트들(2)을 적어도 하나의 지점에서 서로에 대해 고정하는 부분 단계(S1.1 단계),
   - 스택(1)을 굽히되, 이때 스택(1)의 시트들(2)이 적어도 부분적으로 서로에 대해 이동할 수 있는 부분 단계(S1.2 단계),
   - 굽혀진 스택(1)의 다수의 시트들(2)이 적어도 2개의 지점들에서 서로에 대해 고정되도록 다수의 시트들(2)을 서로에 대해 고정하는 부분 단계(S1.3 단계), 및
   - S1.1 단계 및/또는 S1.3 단계의 고정을 유지하면서 굽혀진 스택(1)을 스택(1) 출발 형태에 대략 해당하는 형태로 복귀시키는 부분 단계(S1.4 단계)를 기재된 순서대로 포함하되, S1.1 단계는 선택적인 것을 특징으로 하는 전기 화학 에너지 저장 전지의 제조 방법.
3. 선행 항들 중의 어느 한 항에 있어서, S2 단계에서 스택(1)을 전해질(4)과 접촉시키는 것을 전해질(4)을 스택(1)에 충전하거나 분사함으로써, 스택(1)을 전해질(2) 중에 담금으로써, 및/또는 전해질(4)을 스택(1)에 주입함으로써 수행하는 것을 특징으로 하는 전기 화학 에너지 저장 전지의 제조 방법.
4. 선행 항들 중의 어느 한 항에 있어서, S2 단계에서 스택(1)을 전해질(4)과 접촉시키는 동안 및/또는 접촉시킨 후에 스택(1)을 원심 이동시키는 것을 특징으로 하는 전기 화학 에너지 저장 전지의 제조 방법.
5. 선행 항들 중의 어느 한 항에 있어서, S1 단계에서 스택(1)에 있는 다수의 인접한 시트들(2) 사이에 생성된 개재 공간들을 제거한(S3 단계) 후에, 외부로부터 힘을 바람직하게는 프레싱 이동, 스윕핑 이동, 또는 롤링 이동의 형태로 스택(1)에 인가하는 것을 특징으로 하는 전기 화학 에너지 저장 전지의 제조 방법.
6. 제 2 항에 있어서, S1 단계에서 스택(1)에 있는 다수의 인접한 시트들(2) 사이에 생성된 개재 공간들을 S3 단계에서 제거하는 것을 S1.1 단계 및/또는 S1.3 단계에서 수행된 고정을 해제하는 것에 의해 수행하는 것을 특징으로 하는 전기 화학 에너지 저장 전지의 제조 방법.
7. 제 2 항 또는 제 6 항 중의 어느 한 항에 있어서, 다수의 시트들(2)을 고정하는 단계(S1.1 단계 및/또는 S1.3 단계), 스택(1)을 굽히는 단계(S1.2 단계), 및 굽혀진 스택(1)을 복귀시키는 단계(1.4 단계)로 이뤄진 단계들의 2개의 시퀀스들을 순차적으로 수행하되, S1.2 단계에서 스택(1)을 반대 방향(5, 6)으로 각각 굽히는 것을 특징으로 하는 전기 화학 에너지 저장 전지의 제조 방법.
8. 제 2 항, 제 6 항, 또는 제 7 항에 있어서, 다수의 시트들(2)을 고정하는 단계(S1.1 단계 및/또는 S1.3 단계), 스택(1)을 굽히는 단계(S1.2 단계), 및 굽혀진 스택(1)을 복귀시키는 단계(1.4 단계)로 이뤄진 단계들의 2개의 시퀀스들을 순차적으로 수행하되, S1.1 단계 및/또는 S1.3 단계에서 다수의 시트들(2)을 고정하는 것을 스택(1)의 여러 지점들에서 적어도 부분적으로 수행하는 것을 특징으로 하는 전기 화학 에너지 저장 전지의 제조 방법.
9. 제 2 항, 제 6 항, 제 7 항, 또는 제 8 항에 있어서, S1.1 단계 및/또는 S1.3 단계에서 굽혀진 스택(1)의 다수의 시트들(2)을 스택(1)의 2개의 서로 마주한 에지들의 영역에서 서로에 대해 고정하는 것을 특징으로 하는 전기 화학 에너지 저장 전지의 제조 방법.
10. 제 2 항, 제 6 항, 제 7 항, 제 8 항, 또는 제 9 항에 있어서, S1.1 단계 및/또는 S1.3 단계에서 굽혀진 스택(1)의 다수의 시트들(2)을 스택(1)의 하나의 에지의 영역 및 그 에지에 놓이지 않은 스택(1)의 적어도 하나의 모퉁이에서 서로에 대해 고정하는 것을 특징으로 하는 전기 화학 에너지 저장 전지의 제조 방법.
11. 제 2 항, 제 6 항, 제 7 항, 제 8 항, 제 9 항, 또는 제 10 항에 있어서, S1.1 단계 및/또는 S1.3 단계에서 스택(1)의 다수의 시트들(2)을 서로에 대해 고정하는 것을 클램핑 요소들(3, 8, 9)에 의해 다수의 시트들(2)을 클램핑함으로써 및/또는 다수의 시트들(2)을 스토퍼 요소(11)에 맞대어 놓음으로써 수행하는 것을 특징으로 하는 전기 화학 에너지 저장 전지의 제조 방법.
12. 선행 항들 중의 어느 한 항에 있어서, 방법의 모든 또는 거의 모든 단계들 동안 스택(1)을 전체적으로 또는 부분적으로 케이싱 내에 위치시키는 것을 특징으로 하는 전기 화학 에너지 저장 전지의 제조 방법.
13. 제 12 항에 있어서, 케이싱은 전기 화학 에너지 저장 전지의 외부 쉘인 것을 특징으로 하는 전기 화학 에너지 저장 전지의 제조 방법.
14. 선행 항들 중의 어느 한 항에 따른 방법으로 제조된 전기 화학 에너지 저장 전지.

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