KR20140034974A - 래핑 전극체 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 래핑 전극체는, 전극 적층방식으로 제조되는 이차전지에 사용되는 전극체에 있어서, 리튬이온을 가역적으로 흡장, 방출할 수 있는 전극 활물질의 코팅층 및 무지돌출부를 가지는 전극판; 상기 무지 돌출부만을 노출시키면서 상기 전극판의 양면을 피복하는 제1분리막 및 제2분리막; 및 상기 전극판 둘레의 적어도 일부에서 상기 제1분리막 및 상기 제2분리막 사이에 위치하여 상기 제1분리막 및 상기 제2분리막과 접착되는 절연성 고분자 필름;을 포함하며, 상기 절연성 고분자 필름은 적어도 2개의 부분으로 분리 형성됨으로써, 전극판을 수납하는 공간을 형성하기 위해서 절연성 고분자 필름을 타발하거나 천공하는 공정을 없앨 수 있고, 타발 또는 천공 과정에서 절연성 고분자 필름이 낭비되는 것을 방지할 수 있다.

Description

래핑 전극체 및 그 제조방법{WRAPPING ELECTRODE PLATE FOR USE IN LITHIUM ION SECONDARY BATTERY AND MANUFACTURING METHOD OF THE SAME}
본 발명은 이차전지에 사용되는 래핑 전극체 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 전극판을 수납하기 위해서 절연성 고분자 필름을 타발하거나 천공하는 공정이 필요 없고 절연성 고분자 필름을 낭비를 방지할 수 있는 래핑 전극체 및 그 제조방법을 제공한다.
휴대전화, 캠코더, 노트북 컴퓨터 등의 휴대용 전자기기 시장이 확대되고 다양화됨에 따라 재충전이 가능한 전원공급용 이차 전지에 대한 수요도 확대되고 있다. 휴대용 전자기기의 소형화, 경량화, 고성능화 및 다기능화는 전력원으로 사용되는 이차 전지의 에너지 저장밀도의 계속적인 향상을 요구하고 있다. 따라서, 이를 충족하기 위한 다년간의 연구결과, 현재 리튬의 가역적인 삽입, 방출이 가능한 탄소음극과 리튬의 가역적인 삽입, 방출이 가능한 양극물질을 채용한 리튬이온 이차 전지가 등장하였다.
이 리튬이온 이차 전지는, 기존의 니켈-카드뮴 및 니켈-수소와 같은 수용액계 이차 전지와 비교할 경우, 단위무게당 에너지 밀도 및 충방전 수명이 상대적으로 크기 때문에 최근 휴대용 전자기기의 새로운 에너지원으로 급속히 기존 전지를 대치하고 있다. 그러나, 휴대용 전자기기의 급속한 발전과 다변화에 따라 더 높은 에너지 밀도와 다양한 규격의 전지 선택에 대한 요구가 급증하고 있는 바, 현재 리튬이온 이차 전지는 이와 같은 요구를 충족시켜 주지는 못하고 있는 실정이다.
특히, 전자기기의 급속한 박형화와 소형화는 얇은 두께의 박형 리튬이온 이차 전지에 대한 수요를 급속히 확대시키고 있는 반면, 기존의 원통형이나 각형 리튬이온 이차 전지의 조립방법을 그대로 채용하는 경우, 박형화에 따르는 부피당 에너지 밀도의 하락이 지나치게 큰 편이다. 따라서, 부피당 에너지 밀도가 높은 박형 리튬이온 이차 전지의 개발은 다양한 휴대용 전자기기의 소형화, 경량화, 박형화를 이룩하는 데 필수적이라고 판단된다.
이차전지의 부피당 에너지 밀도를 높이기 위해서는 양극판/분리막/음극판의 적층이 정확하게 되어야 한다. 즉, 음극판의 면적이 양극판의 양극활물질 코팅 면적 보다 큰 상태를 유지하면서 전극판이 적층되어야 한다. 만약, 양극판과 음극판을 적층하는 과정에서 양극판의 활물질 코팅 부분이 음극판 내에 정확하게 위치하하지 않은 상태가 되면 전지의 성능이 저하되는 문제가 있다.
본 출원인은 양극판과 음극판을 정확하게 적층하기 위해서 한국등록특허 제10-0337707호에서 양극판 또는 음극판 중 어느 하나의 전극판을 분리막들과 절연성 고분자 필름으로 둘러싸는 포케팅 전극체를 제안한 바 있다. 포케팅 전극체를 형성하기 위해서 절연성 고분자 필름에 전극판이 수용되는 다수의 타발공간을 형성해야 하는데, 이 과정에서 절연성 고분자 필름이 낭비되는 문제가 있었다. 즉, 타발공간에 대응하는 절연성 고분자 필름은 사용되지 않고 버려지는 단점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 절연성 고분자 필름을 타발하거나 천공하는 공정이 필요 없는 래핑 전극체 및 그 제조방법을 제공한다.
본 발명은 절연성 고분자 필름의 낭비를 줄일 수 있는 래핑 전극체 및 그 제조방법을 제공한다.
상기한 바와 같은 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 래핑 전극체는, 전극 적층방식으로 제조되는 이차전지에 사용되는 전극체에 있어서, 리튬이온을 가역적으로 흡장, 방출할 수 있는 전극 활물질의 코팅층 및 무지돌출부를 가지는 전극판; 상기 무지 돌출부만을 노출시키면서 상기 전극판의 양면을 피복하는 제1분리막 및 제2분리막; 및 상기 전극판 둘레의 적어도 일부에서 상기 제1분리막 및 상기 제2분리막 사이에 위치하여 상기 제1분리막 및 상기 제2분리막과 접착되는 절연성 고분자 필름;을 포함하며, 상기 절연성 고분자 필름은 적어도 2개의 부분으로 분리 형성될 수 있다.
상기와 같이 전극판을 둘러 싸는 절연성 고분자 필름을 분리된 형태로 형성함으로써, 전극판을 수납하는 공간을 형성하기 위해서 절연성 고분자 필름을 타발하거나 천공하는 공정을 없앨 수 있고, 타발 또는 천공 과정에서 절연성 고분자 필름이 낭비되는 것을 방지할 수 있다.
상기 절연성 고분자 필름은 상기 전극판의 두께 방향 측면을 따라 배치되는 제1부재 내지 제4부재를 포함하며, 상기 제1부재 내지 상기 제4부재의 두께 방향 양면에는 접착제가 도포될 수 있다.
상기 절연성 고분자 필름은 상기 전극판의 두께 방향 측면을 따라 배치되는 제1부재 내지 제4부재를 포함하며, 상기 제1부재 내지 상기 제4부재의 두께 방향 양면과 마주 보는 상기 제1분리막 및 상기 제2분리막에는 접착제가 도포될 수 있다.
상기 제1부재 내지 상기 제4부재 중 어느 하나에는 상기 전극판의 탭이 수용되는 탭 수용부가 형성될 수 있다.
상기 제1부재 내지 상기 제4부재는 서로 인접한 부재와 밀착 형성될 수 있다.
상기 제1부재 내지 상기 제4부재는 서로 인접한 부재와의 사이에 간극이 존재하도록 배치될 수 있다.
상기 제1분리막 및 상기 제2분리막에 의해 피복되는 상기 전극판의 크기는 상기 제1분리막 및 상기 제2분리막에 의해 피복되지 않는 다른 전극판의 크기 보다 작게 형성될 수 있다.
상기 제1분리막 또는 상기 제2분리막의 최대 투영 면적은 상기 다른 전극판의 최대 투영 면적과 동일하게 형성될 수 있다.
상기 절연성 고분자 필름은 폴리 올레핀 수지 필름, 폴리 에스테르 수지 필름, 폴리 스티렌 수지 필름, 폴리 이미드 필름, 폴리 아마이드 필름, 플로로 카본 수지 필름, 에비에스 필름, 폴리 아크릴계 필름, 아세탈 계 필름, 폴리 카보네이트 필름으로 구성된 군으로부터 선택된 어느 하나를 포함하여 형성될 수 있다.
상기 절연성 고분자 필름은 에틸렌비닐아세테이트, 에틸렌 에틸 아세테이트, 에틸렌 아크릴릭 애시드 계 화합물, 아이오노머계 화합물, 폴리 에틸렌, 폴리 비닐 아세테이트, 폴리 비닐 뷰티랄로 구성된 고온 용융형 접착물질군으로부터 선택된 어느 하나의 접착 성분을 포함하여 형성될 수 있다.
한편, 발명의 다른 분야에 의하면, 본 발명은 전극판 적층 방식으로 제조되는 이차전지에 사용되는 전극체의 제조방법에 있어서, 리튬이온을 가역적으로 흡장, 방출할 수 있는 전극 활물질의 코팅층 및 무지돌출부를 그 각각이 가지는 동일 형상의 다수 전극판들을 준비하는 단계; 상기 전극판이 수납될 수 있는 공간이 형성되도록 적어도 2개의 부분으로 분리 형성된 절연성 고분자 필름을 준비하는 단계; 상기 전극판 및 상기 절연성 고분자 필름의 상면 및 하면에 각각 위치하는 띠 형상의 제1분리막 및 제2분리막을 준비하는 단계; 상기 제1분리막 또는 상기 제2분리막 중 상기 절연성 고분자 필름의 하부에 위치하는 어느 하나와 상기 절연성 고분자 필름을 접착시키는 단계; 상기 절연성 고분자 필름에 의해 형성된 공간 내에 상기 전극판을 위치시키는 단계; 및 상기 제1분리막 또는 상기 제2분리막 중 상기 절연성 고분자 필름의 상부에 위치하는 다른 어느 하나와 상기 절연성 고분자 필름을 접착시키는 단계;를 포함하는 래핑 전극체의 제조방법을 제공할 수 있다.
상기 제1분리막 또는 상기 제2분리막 중 상기 절연성 고분자 필름의 하부에 위치하는 어느 하나와 상기 절연성 고분자 필름을 접착시키는 단계에서는, 상기 제1분리막 또는 상기 제2분리막 중 상기 절연성 고분자 필름의 하부에 위치하는 어느 하나의 분리막 또는 상기 절연성 고분자 필름에 접착제를 도포한 후 상기 분리막 위에 상기 절연성 고분자 필름을 위치시켜서 상기 전극판이 수납될 공간을 형성할 수 있다.
상기 제1분리막 또는 상기 제2분리막 중 상기 절연성 고분자 필름의 하부에 위치하는 어느 하나와 상기 절연성 고분자 필름을 접착시키는 단계에서는, 상기 전극판의 두께 방향 측면을 따라 배치되는 상기 절연성 고분자 필름의 제1부재 내지 제4부재의 길이 방향을 따라 접착제를 분사하는 접착제 분사장치를 사용하여 접착제를 도포할 수 있다.
상기 제1분리막 또는 상기 제2분리막 중 상기 절연성 고분자 필름의 상부에 위치하는 다른 어느 하나와 상기 절연성 고분자 필름을 접착시키는 단계에서는, 상기 절연성 고분자 필름과 상기 분리막을 가열하며 가압 롤 사이로 통과시킬 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 래핑 전극체 및 그 제조방법은 절연성 고분자 필름을 천공하거나 타발하는 공정을 생략할 수 있다.
본 발명에 따른 래핑 전극체 및 그 제조방법은 천공 또는 타발에 의해서 절연성 고분자 필름이 버려지는 것을 방지할 수 있기 때문에 절연성 고분자 필름의 재료비를 절감할 수 있다.
본 발명에 따른 래핑 전극체 및 그 제조방법은 전극판의 크기에 대한 제약이 크지 않기 때문에 동일한 제조 설비를 이용하여 다양한 크기의 전극체를 제조할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 래핑 전극체를 도시한 분해 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 절연성 고분자 필름을 도시한 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 래핑 전극체의 제조에 사용되는 접착제 분사장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 4 내지 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 래핑 전극체를 제조하는 과정을 도시한 도면이다.
도 7은 도 6의 절단선 "Ⅶ-Ⅶ"에 따른 단면도이다.
이하에서, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예들을 상세하게 설명한다. 그러나, 본 발명이 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 래핑 전극체를 도시한 분해 사시도, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 절연성 고분자 필름을 도시한 사시도, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 래핑 전극체의 제조에 사용되는 접착제 분사장치를 개략적으로 도시한 도면, 도 4 내지 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 래핑 전극체를 제조하는 과정을 도시한 도면, 도 7은 도 6의 절단선 "Ⅶ-Ⅶ"에 따른 단면도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 래핑 전극체(100)는 이차전지에 사용되며 특히 리튬이온 이차전지에 사용될 수 있다. 상기한 이차전지는 래핑 전극체(100)를 포함하는 전극조립체(미도시)가 수용되는 캔(미도시) 및 상기 캔을 밀폐하는 캡(미도시)을 포함할 수 있다. 상기 캡과 캔은 스테인레스스틸과 같은 금속성 재질로 만들어지며, 캔에는 전극조립체를 수용하기 위한 공간이 형성될 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 래핑 전극체(100)는 전극조립체를 형성하는 것으로 래핑 전극체(100, wrapping electrode plate)와 베어전극판(bare electrode plate, 분리막으로 둘러 싸이지 않은 전극판)이 차례로 여러 번 적층되어 전극조립체가 형성될 수 있다. 여기서, 래핑 전극체(100)는 포케팅 전극체(pocketing electrode plate)라고 불릴 수도 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 래핑 전극체(100)는 코인형 또는 버튼형 등의 소형전지에 사용될 수도 있고, 박형 광면적으로 형성된 대형전지에도 사용될 수 있다. 다만, 본 발명의 일 실시예에 따른 래핑 전극체(100)는 대형전지에 사용되는 것이 보다 바람직하다. 이하에서는 대형전지에 사용되는 사각형의 전극판(110)에 적용되는 래핑 전극체(100)에 대해서 설명한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 래핑 전극체(100)는, 전극 적층방식으로 제조되는 이차전지에 사용되는 래핑 전극체에 있어서, 리튬이온을 가역적으로 흡장, 방출할 수 있는 전극 활물질의 코팅층 및 무지돌출부(112)를 가지는 전극판(110), 무지 돌출부(112)만을 노출시키면서 전극판(110)의 양면을 피복하는 제1분리막(120) 및 제2분리막(130) 및 전극판(110) 둘레의 적어도 일부에서 제1분리막(120) 및 제2분리막(130) 사이에 위치하여 제1분리막(120) 및 제2분리막(130)과 접착되는 절연성 고분자 필름(140)을 포함할 수 있다.
여기서, 절연성 고분자 필름(140)은 적어도 2개의 부분으로 분리 형성될 수 있다.
상기와 같이 전극판(110)을 둘러 싸는 절연성 고분자 필름(140)을 분리된 형태로 형성함으로써, 전극판(110)을 수납하는 공간을 형성하기 위해서 절연성 고분자 필름을 타발하거나 천공하는 공정을 없앨 수 있고, 타발 또는 천공 과정에서 절연성 고분자 필름이 낭비되는 것을 방지할 수 있다.
활물질이 코팅된 전극판(110)의 양면은 2개의 분리막 즉, 제1분리막(120)과 제2분리막(130)에 의해서 피복될 수 있다. 이 때, 제1분리막(120)과 제2분리막(130)의 가장자리 중 적어도 일부는 서로 접합될 수도 있다. 예를 들면, 무지돌출부(112)가 형성된 전극판(110)의 가장자리를 제외한 나머지 3군데의 가장자리 중 적어도 한 군데를 둘러싸도록 제1/제2분리막(120,130)이 서로 접합될 수도 있다.
보다 바람직하게는, 본 발명의 일 실시예에 따른 래핑 전극체(100)는 제1분리막(120)과 제2분리막(130) 사이에 전극판(110)과 절연성 고분자 필름(140)이 위치하도록 형성될 수 있다. 즉, 제1분리막(120)과 제2분리막(130)은 절연성 고분자 필름(140)을 사이에 두고 절연성 고분자 필름(140)과 서로 접착될 수 있다.
제1분리막(120)과 제2분리막(130) 사이에 전극판(110)이 위치하게 되는데, 이 때 전극판(110)과 마주 보는 제1/제2분리막(120,130)의 일면을 내면이라고 하고 그 반대쪽 일면을 외면이라고 하면, 절연성 고분자 필름(140)은 제1 및 제2분리막(120,130)의 내면 사이에 위치하게 된다.
한편, 도 1 및 도 2를 참조하면, 절연성 고분자 필름(140)은 일체로 형성된 것이 아니라, 적어도 2개의 부분으로 분리 형성될 수 있다. 이와 같이, 적어도 2개의 부분으로 분리 형성된 절연성 고분자 필름(140)을 이용하여 전극판(110)의 수납 공간(145)을 형성하기 때문에, 전극판(110)의 수납 공간(145)을 형성하기 위해서 절연성 고분자 필름(140)을 타발할 필요가 없으며, 수납 공간(145)에 해당하는 절연성 고분자 필름(140)이 버려지는 것도 방지할 수 있다.
도 2에 도시된 절연성 고분자 필름(140)은 전극판(110)의 두께 방향 측면을 따라 배치되는 제1부재 내지 제4부재(141~144)를 포함한다. 여기서, 제1부재 내지 제4부재(141,142,143,144)는 사각형 모양의 전극판(110)의 가장자리와 각각 대면하도록 형성된다. 즉, 제1부재 내지 제4부재(141~144)는 전극판(110)을 둘러 쌀 수 있도록 대략 사각형 모양으로 배치될 수 있다. 제1부재 내지 제4부재(141~144)가 사각형 모양으로 배치됨으로써, 그 내부에는 전극판(110)이 수납되는 수납공간(145)이 형성될 수 있다.
도 2를 참조하면, 절연성 고분자 필름(140)의 제1부재(141)와 제4부재(144)가 서로 마주 보도록 놓고, 그 사이에 제2 및 제3부재(142,143)가 놓여 있다. 이 때, 제2부재(142) 및 제3부재(143)는 제1부재(141) 및 제4부재(144)의 외부로 돌출되지 않도록 놓이는 것이 바람직하다.
제2부재 내지 제4부재(142~144)는 대략 막대기 모양(또는 사각 기둥 모양)으로 형성된 반면에, 제1부재(141)는 나머지 부재(142~144) 보다 폭이 크게 형성됨을 알 수 있다. 제1부재(141)에는 전극판(110)의 무지 돌출부(112)가 수용되는 탭 수용부(146)가 형성되기 때문에, 나머지 부재들(142~144) 보다 큰 폭을 가지도록 형성되는 것이 바람직하다. 다만, 제1부재(141)는 생략될 수도 있으며, 나머지 부재들(142~144)과 동일한 폭을 가지는 제1부재(141)를 이용할 수도 있다. 이와 같이, 제1부재 내지 제4부재(141~144) 중 어느 하나에는 전극판(110)의 무지 돌출부 또는 탭(112)이 수용되는 탭 수용부(146)가 형성될 수 있다.
한편, 절연성 고분자 필름(140)은 4개의 부재들(141~144)로 형성될 수도 있으나, 최소 2개의 부재들로 형성될 수도 있다. 예를 들면, 제1부재(141)와 제2부재(142)가 일체로 형성되고, 제3부재(143)과 제4부재(144)가 일체로 형성된 2개의 부재들로 형성될 수도 있다. 또한, 일체로 형성된 제2 내지 제4부재(142~144)와 제1부재(141)로 형성될 수도 있다. 절연성 고분자 필름(140)을 형성하는 부재의 개수는 전극판의 크기 또는 모양 등 설계사항을 고려하여 선택될 수 있다.
절연성 고분자 필름(140)의 제1부재 내지 제4부재(141~144)는 서로 인접한 부재와 밀착 형성될 수 있다. 전극판(110)의 수납 공간(145)을 형성하기 위해 서로 인접하는 부재와의 사이에 틈이 없도록 접촉한 상태에서 제1 또는 제2분리막(120,130) 중 어느 하나에 접착될 수 있다. 즉, 도 2에서 간극(g)가 없도록 각 부재가 서로 밀착하여 형성될 수 있다. 이 때, 각 부재가 서로 밀착하는 경우에는 인접하는 부재와의 접합면에 접착제가 제공될 수도 있다. 이와 같이, 각각의 부재가 인접하는 부재와 밀착됨으로써, 절연성 고분자 필름(140)을 타발하는 것과 동일한 형태의 수납 공간(145)을 만들 수 있다.
또한, 경우에 따라서는 제1부재 내지 제4부재(141~144)는 서로 인접한 부재와의 사이에 간극(g)이 존재하도록 배치될 수 있다. 서로 인접하는 부재와의 사이에 간극(g)이 형성되기 때문에 제1 내지 제4부재(141~144)의 치수에 다소 오차가 있거나 전극판(110)의 치수에 오차가 있더라도 수납 공간(145) 내에 전극판(110)을 수납할 수 있다. 또한, 인접 부재와의 사이에 형성된 간극(g)을 통해 접착제가 스며들어 부재 상호간의 접합 상태를 견고하게 할 수도 있다. 여기서, 간극(g)이 있는 경우 간극(g)의 크기는 0.1mm 이하인 것이 바람직하다.
전극판(110)의 치수에 따라 절연성 고분자 필름(140)을 자르거나 가공해서 제1부재 내지 제4부재(141~144)를 미리 만들어 놓으며, 동일한 모양의 부재는 하나의 카트리지(미도시)에 적재될 수 있다. 카트리지에 적재된 부재는 흡착수단을 구비한 부재이송장치(미도시)에 의해서 분리막 위에 놓여질 수 있다.
한편, 절연성 고분자 필름(140)의 부재들(141~144)이 모두 분리되어 있기 때문에 전극판(110)이 수납되는 수납공간(145)을 절연성 고분자 필름(140)에 형성하는 것이 중요하다. 즉, 동일한 크기 또는 모양을 가지는 수납 공간(145)이 부재들(141~144)의 배치에 의해서 반복적으로 형성될 수 있어야 한다.
부재들(141~144)에 의해서 형성되는 수납 공간(145)에 전극판(110)을 수납하기 전에 각각의 부재들(141~144)의 위치가 고정되어야 한다. 이를 위해, 제1부재 내지 제4부재(141~144)의 두께 방향 양면에는 접착제가 도포될 수 있다. 또한, 제1부재 내지 제4부재(141~144)의 두께 방향 양면과 마주 보는 제1분리막(120) 및 제2분리막(130)에는 접착제가 도포될 수 있다. 이와 같이, 부재들(141~144) 또는 분리막(120,130)에 접착제를 도포함으로써, 부재들(141~144)을 어느 하나의 분리막에 접착 고정시켜서 수납공간(145)을 안정적으로 확보한 후에 수납 공간(145)에 전극판(110)을 수납시킬 수 있다.
도 1의 경우를 보면, 제1분리막(120)은 제1 내지 제4부재(141~144)의 위쪽에 위치하고 제2분리막(130)은 아래쪽에 위치한다. 이 상태에서 아래쪽에 위치하는 제2분리막(130)에 부재들(141~144)을 1차적으로 고정시킨 후에 수납 공간(145)에 전극판(110)을 넣을 수 있다. 도 1의 제2분리막(130)에는 제1부재 내지 제4부재(141~144)가 접착되는 접착부(138)가 표시되어 있다.
제2분리막(130)의 접착부(138)에 제1 내지 제4부재(141~144)를 접착 고정시키기 위해 접착부(138) 또는 이와 대면하는 제1 내지 제4부재(141~144)에 접착제를 도포해야 한다. 접착제는 균일한 양을 정해진 영역에 도포해야 하기 때문에 자동화된 접착제 도포수단을 사용하는 것이 필요하다.
본 발명의 일 실시예에 따른 래핑 전극체(100)는 도 3에 도시된 접착제 분사장치(150)를 사용하여 절연성 고분자 필름(140) 또는 분리막(130)에 접착제를 도포할 수 있다. 접착제 분사장치(150)는 X축 스테이지(152), X축 스테이지(152)를 따라 X축 방향으로 움직이는 Y축 스테이지(151), Y축 스테이지(151)를 따라 Y축 방향으로 움직이는 노즐 스테이지(153) 및 노즐 스테이지(153) 상에서 회전할 수 있으며 다수의 분사노즐을 구비한 노즐유닛(154)을 포함할 수 있다.
접착제 분사장치(150)의 노즐유닛(154)은 제2분리막(130)의 접착부(138)와 마주 보도록 제공될 수 있다. 즉, 제2분리막(130)의 접착부(138) 상에 노즐유닛(154)이 위치한 상태에서 노즐 스테이지(153)가 X축 또는 Y축 방향으로 움직이면서 접착부(138)에 접착제를 도포할 수 있다.
부재들(141~144)의 표면에 접착제가 도포될 수도 있다. 이 경우에는 노즐유닛(154)의 상부에 부재들(141~144)이 위치하는 것이 바람직하다.
이와 같이, 제2분리막(130)의 접착부(138)에 접착제를 도포한 후, 상기 부재이송장치에 의해서 부재들(141~144)이 접착부(138)에 놓이게 된다. 접착제가 도포된 접착부(138)에 부재들(141~144)이 놓인 후 시간이 경과하면 부재들(141~144)에 제2분리막(130)에 접착 고정된다. 이 상태에서 수납 공간(145)에 전극판(110)을 수납시킬 수 있다.
수납 공간(145)에 전극판(110)을 위치시킨 후 제1분리막(120)과 절연성 고분자 필름(140)을 접합하여 밀봉하게 된다. 제1분리막(120)과 부재들(141~144)의 접착을 위해서 제1분리막(120) 또는 부재들(141~144)의 표면에 접착제를 도포할 수도 있고, 경우에 따라서는 별도의 접착제를 도포하지 않을 수도 있다. 절연성 고분자 필름(140) 내지 부재들(141~144)이 접착 성분을 포함하는 경우에는 별도의 접착제를 도포하지 않을 수도 있다.
전극판(110)이 부재들(141~144) 사이에 수납된 상태에서 부재들(141~144)의 상면과 제1분리막(120)의 접합은 도 5에 도시된 가압 롤(160)에 의해서 이루어질 수 있다. 절연성 고분자 필름(140)의 수납공간(145) 내에 전극판(110)이 들어간 상태에서 제1분리막(120)과 제2분리막(130)의 외면을 가압 롤(160)에 의해서 가압하면서 가열하여 제1분리막(120) 및 제2분리막(130)을 절연성 고분자 필름(140)과 접합할 수 있다. 이 때, 절연성 고분자 필름(140)에 함유된 접착 성분이 제1분리막(120과 제2분리막(130)에 스며들면서 접합이 가능하게 된다.
제1분리막(120) 및 제2분리막(130)이 절연성 고분자 필름(140)과 접착된 상태에서, 도 4에 도시된 절단선(점선 참조)을 따라 절단하면, 도 6에 도시된 래핑 전극체(100)를 얻을 수 있다. 이 때, 절단선 사이의 거리(d)는 래핑 조립체(100)의 길이가 된다.
제1분리막(120) 및 제2분리막(130)에 의해 피복되는 전극판(110)의 크기는 제1분리막(120) 및 제2분리막(130)에 의해 피복되지 않는 다른 전극판의 크기 보다 작게 형성될 수 있다. 즉, 래핑 전극체(100)를 형성하는 전극판(110)의 폭은 베어전극판(미도시)의 폭 보다 작게 형성될 수 있다. 다시 말하면, 이차전지를 전극체 적층방식으로 제조할 경우에 래핑 전극체(100)와 베어전극판의 활성면 간의 모서리 불일치를 방지하고 원활한 적층 정렬을 위해, 래핑 전극체(100)의 크기가 베어전극판의 크기보다 작지 않으며, 베어전극판의 면적이 래핑 전극체(100) 전극판(110)의 활물질 코팅면적보다 큰 것이 바람직하다.
래핑 전극체(100)를 형성하는 제1분리막(120) 또는 제2분리막(130)의 최대 투영 면적은 베어전극판의 최대 투영 면적과 동일하게 형성될 수 있다. 래핑 전극체(100)의 모서리와 베어전극판의 모서리가 일치한다면, 래핑 전극체(100)를 형성하는 제1/제2분리막(120,130)의 투영면적은 베어전극판의 투영면적과 동일하게 된다.
래핑 전극체(100)를 형성하는 절연성 고분자 필름(140)은 폴리 올레핀 수지 필름, 폴리 에스테르 수지 필름, 폴리 스티렌 수지 필름, 폴리 이미드 필름, 폴리 아마이드 필름, 플로로 카본 수지 필름, 에비에스 필름, 폴리 아크릴계 필름, 아세탈 계 필름, 폴리 카보네이트 필름으로 구성된 군으로부터 선택된 어느 하나를 포함하여 형성될 수 있다.
또한, 절연성 고분자 필름(140)은 에틸렌비닐아세테이트, 에틸렌 에틸 아세테이트, 에틸렌 아크릴릭 애시드 계 화합물, 아이오노머계 화합물, 폴리 에틸렌, 폴리 비닐 아세테이트, 폴리 비닐 뷰티랄로 구성된 고온 용융형 접착물질군으로부터 선택된 어느 하나의 접착 성분을 포함하여 형성될 수 있다.
한편, 도 5 및 도 7을 참조하면, 전극판(110)과 부재들(141~144) 사이에 소정 크기의 간극이 형성됨을 알 수 있다. 즉, 수납 공간(145)은 전극판(110) 보다 크게 형성되는 것이 바람직하다. 이로 인해, 수납 공간(145)에 전극판(110)을 수납시킬 때 전극판(110)이 수납 공간(145)에 꽉 끼이거나, 전극판(110)와 수납 공간(145)이 접촉하여 어느 하나가 손상되는 것을 방지할 수 있다.
이하에서는, 본 발명의 일 실시예에 따른 래핑 전극체를 제조하는 방법에 대해서 설명한다.
발명의 다른 분야에 의하면, 본 발명은 전극판 적층 방식으로 제조되는 이차전지에 사용되는 래핑 전극체(100)의 제조방법에 있어서, 리튬이온을 가역적으로 흡장, 방출할 수 있는 전극 활물질의 코팅층 및 무지돌출부(112)를 그 각각이 가지는 동일 형상의 다수 전극판(110)들을 준비하는 단계; 전극판(110)이 수납될 수 있는 공간(145)이 형성되도록 적어도 2개의 부분으로 분리 형성된 절연성 고분자 필름(140)을 준비하는 단계; 전극판(110) 및 절연성 고분자 필름(140)의 상면 및 하면에 각각 위치하는 띠 형상의 제1분리막(120) 및 제2분리막(130)을 준비하는 단계; 제1분리막(120) 또는 제2분리막(130) 중 절연성 고분자 필름(140)의 하부에 위치하는 어느 하나(130)와 절연성 고분자 필름(140)을 접착시키는 단계; 절연성 고분자 필름(140)에 의해 형성된 공간(145) 내에 전극판(110)을 위치시키는 단계; 및 제1분리막(120) 또는 제2분리막(130) 중 절연성 고분자 필름(140)의 상부에 위치하는 다른 어느 하나(120)와 절연성 고분자 필름(140)을 접착시키는 단계를 포함하는 래핑 전극체의 제조방법을 제공할 수 있다.
제1분리막(120) 또는 제2분리막(130) 중 절연성 고분자 필름(140)의 하부에 위치하는 어느 하나(130, 제2분리막)와 절연성 고분자 필름(140)을 접착시키는 단계에서는, 제1분리막(120) 또는 제2분리막(130) 중 절연성 고분자 필름(140) 내지 부재들(141~144)의 하부에 위치하는 어느 하나의 분리막(130) 또는 절연성 고분자 필름(140)에 접착제를 도포한 후 분리막(130) 위에 절연성 고분자 필름(140) 내지 부재들(141~144)을 위치시켜서 전극판(110)이 수납될 수납공간(145)을 형성할 수 있다.
이와 같이, 제2분리막(130)의 접착부(138)에 접착제를 도포한 후, 상기 부재이송장치에 의해서 부재들(141~144)이 접착부(138)에 놓이게 된다. 접착제가 도포된 접착부(138)에 부재들(141~144)이 놓인 후 시간이 경과하면 부재들(141~144)에 제2분리막(130)에 접착 고정된다. 이 상태에서 수납 공간(145)에 전극판(110)을 수납시킬 수 있다.
제1분리막(120) 또는 제2분리막(130) 중 절연성 고분자 필름(140)의 하부에 위치하는 어느 하나(130)와 절연성 고분자 필름(140)을 접착시키는 단계에서는, 전극판(110)의 두께 방향 측면을 따라 배치되는 절연성 고분자 필름(140)의 제1부재 내지 제4부재(141~144)의 길이 방향을 따라 접착제를 분사하는 접착제 분사장치(150)를 사용하여 접착제를 도포할 수 있다.
제1분리막(120) 또는 제2분리막(130) 중 절연성 고분자 필름(140)의 상부에 위치하는 다른 어느 하나(120, 제1분리막)와 절연성 고분자 필름(140)을 접착시키는 단계에서는, 절연성 고분자 필름(140) 내지 부재들(141~144)과 분리막(120)을 가열하며 가압 롤(160) 사이로 통과시킬 수 있다. 절연성 고분자 필름(140)의 수납공간(145) 내에 전극판(110)이 들어간 상태에서 제1분리막(120)과 제2분리막(130)의 외면을 가압 롤(160)에 의해서 가압하면서 가열하여 제1분리막(120) 및 제2분리막(130)을 절연성 고분자 필름(140)과 접합할 수 있다. 이 때, 절연성 고분자 필름(140)에 함유된 접착 성분이 제1분리막(120과 제2분리막(130)에 스며들면서 접합이 가능하게 된다.
여기서, 절연성 고분자 필름(140) 내지 제1 내지 제4부재(141~144)는 폴리 올레핀 수지 필름, 폴리 에스테르 수지 필름, 폴리 스티렌 수지 필름, 폴리 이미드 필름, 폴리 아마이드 필름, 플로로 카본 수지 필름, 에비에스 필름, 폴리 아크릴계 필름, 아세탈 계 필름, 폴리 카보네이트 필름으로 구성된 군으로부터 선택된 어느 하나를 포함할 수 있다.
또한, 절연성 고분자 필름(140) 내지 제1 내지 제4부재(141~144)는 에틸렌비닐아세테이트, 에틸렌 에틸 아세테이트, 에틸렌 아크릴릭 애시드 계 화합물, 아이오노머계 화합물, 폴리 에틸렌, 폴리 비닐 아세테이트, 폴리 비닐 뷰티랄로 구성된 고온 용융형 접착물질군으로부터 선택된 어느 하나의 접착 성분을 포함할 수 있다.
이러한 제조방법에 의해서 만들어진 래핑 전극체(100)와 베어전극판(미도시, 래핑되지 않은 전극판)을 교대로 여러 개 적층하여 전극조립체를 만들고, 이러한 전극조립체는 캔에 넣고 캔을 캡으로 밀봉하면 이차전지를 얻을 수 있다.
한편, 래핑 전극체(100)를 형성하는 전극판(110)은 양극 전극판이고 베어전극판은 음극 전극판인 것이 바람직하지만, 반드시 이에 국한되는 것은 아니다. 밸런스가 음극 전극판이 양극 전극판 보다 커도 되는 경우에는 래핑 전극체는 음극 전극판을 이용하고 베어전극판은 양극 전극판이 될 수도 있다.
상기한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 래핑 전극체 및 그 제조방법에 따르면, 절연성 고분자 필름에 천공 또는 타발할 필요가 없기 때문에 절연성 고분자 필름의 낭비를 막을 수 있다.
이상과 같이 본 발명의 일실시예에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
100: 래핑 전극체 110: 전극판
120: 제1분리막 130: 제2분리막
140: 절연성 고분자 필름 141: 제1부재
142: 제2부재 143: 제3부재
144: 제4부재 145: 수납 공간
150: 접착제 분사장치 160: 가압 롤

Claims (14)

  1. 전극 적층방식으로 제조되는 이차전지에 사용되는 전극체에 있어서,
    리튬이온을 가역적으로 흡장, 방출할 수 있는 전극 활물질의 코팅층 및 무지돌출부를 가지는 전극판;
    상기 무지 돌출부만을 노출시키면서 상기 전극판의 양면을 피복하는 제1분리막 및 제2분리막; 및
    상기 전극판 둘레의 적어도 일부에서 상기 제1분리막 및 상기 제2분리막 사이에 위치하여 상기 제1분리막 및 상기 제2분리막과 접착되는 절연성 고분자 필름;을 포함하며,
    상기 절연성 고분자 필름은 적어도 2개의 부분으로 분리 형성되는, 래핑 전극체.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 절연성 고분자 필름은 상기 전극판의 두께 방향 측면을 따라 배치되는 제1부재 내지 제4부재를 포함하며,
    상기 제1부재 내지 상기 제4부재의 두께 방향 양면에는 접착제가 도포되는, 래핑 전극체.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 절연성 고분자 필름은 상기 전극판의 두께 방향 측면을 따라 배치되는 제1부재 내지 제4부재를 포함하며,
    상기 제1부재 내지 상기 제4부재의 두께 방향 양면과 마주 보는 상기 제1분리막 및 상기 제2분리막에는 접착제가 도포되는, 래핑 전극체.
  4. 제2항 또는 제3항에 있어서,
    상기 제1부재 내지 상기 제4부재 중 어느 하나에는 상기 전극판의 탭이 수용되는 탭 수용부가 형성되는, 래핑 전극체.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제1부재 내지 상기 제4부재는 서로 인접한 부재와 밀착 형성되는, 래핑 전극체.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 제1부재 내지 상기 제4부재는 서로 인접한 부재와의 사이에 간극이 존재하도록 배치되는, 래핑 전극체.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 제1분리막 및 상기 제2분리막에 의해 피복되는 상기 전극판의 크기는 상기 제1분리막 및 상기 제2분리막에 의해 피복되지 않는 다른 전극판의 크기 보다 작게 형성되는, 래핑 전극체.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제1분리막 또는 상기 제2분리막의 최대 투영 면적은 상기 다른 전극판의 최대 투영 면적과 동일하게 형성되는, 래핑 전극체.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 절연성 고분자 필름은 폴리 올레핀 수지 필름, 폴리 에스테르 수지 필름, 폴리 스티렌 수지 필름, 폴리 이미드 필름, 폴리 아마이드 필름, 플로로 카본 수지 필름, 에비에스 필름, 폴리 아크릴계 필름, 아세탈 계 필름, 폴리 카보네이트 필름으로 구성된 군으로부터 선택된 어느 하나를 포함하는, 래핑 전극체.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 절연성 고분자 필름은 에틸렌비닐아세테이트, 에틸렌 에틸 아세테이트, 에틸렌 아크릴릭 애시드 계 화합물, 아이오노머계 화합물, 폴리 에틸렌, 폴리 비닐 아세테이트, 폴리 비닐 뷰티랄로 구성된 고온 용융형 접착물질군으로부터 선택된 어느 하나의 접착 성분을 포함하는, 래핑 전극체.
  11. 전극판 적층 방식으로 제조되는 이차전지에 사용되는 전극체의 제조방법에 있어서,
    리튬이온을 가역적으로 흡장, 방출할 수 있는 전극 활물질의 코팅층 및 무지돌출부를 그 각각이 가지는 동일 형상의 다수 전극판들을 준비하는 단계;
    상기 전극판이 수납될 수 있는 공간이 형성되도록 적어도 2개의 부분으로 분리 형성된 절연성 고분자 필름을 준비하는 단계;
    상기 전극판 및 상기 절연성 고분자 필름의 상면 및 하면에 각각 위치하는 띠 형상의 제1분리막 및 제2분리막을 준비하는 단계;
    상기 제1분리막 또는 상기 제2분리막 중 상기 절연성 고분자 필름의 하부에 위치하는 어느 하나와 상기 절연성 고분자 필름을 접착시키는 단계;
    상기 절연성 고분자 필름에 의해 형성된 공간 내에 상기 전극판을 위치시키는 단계; 및
    상기 제1분리막 또는 상기 제2분리막 중 상기 절연성 고분자 필름의 상부에 위치하는 다른 어느 하나와 상기 절연성 고분자 필름을 접착시키는 단계;
    를 포함하는 래핑 전극체의 제조방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제1분리막 또는 상기 제2분리막 중 상기 절연성 고분자 필름의 하부에 위치하는 어느 하나와 상기 절연성 고분자 필름을 접착시키는 단계에서는,
    상기 제1분리막 또는 상기 제2분리막 중 상기 절연성 고분자 필름의 하부에 위치하는 어느 하나의 분리막 또는 상기 절연성 고분자 필름에 접착제를 도포한 후 상기 분리막 위에 상기 절연성 고분자 필름을 위치시켜서 상기 전극판이 수납될 공간을 형성하는, 래핑 전극체의 제조방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 제1분리막 또는 상기 제2분리막 중 상기 절연성 고분자 필름의 하부에 위치하는 어느 하나와 상기 절연성 고분자 필름을 접착시키는 단계에서는,
    상기 전극판의 두께 방향 측면을 따라 배치되는 상기 절연성 고분자 필름의 제1부재 내지 제4부재의 길이 방향을 따라 접착제를 분사하는 접착제 분사장치를 사용하여 접착제를 도포하는, 래핑 전극체의 제조방법.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 제1분리막 또는 상기 제2분리막 중 상기 절연성 고분자 필름의 상부에 위치하는 다른 어느 하나와 상기 절연성 고분자 필름을 접착시키는 단계에서는,
    상기 절연성 고분자 필름과 상기 분리막을 가열하며 가압 롤 사이로 통과시키는, 래핑 전극체의 제조방법.
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