KR20150037086A - 이차전지 제조공정 및 이의 공정으로 제조된 이차전지 - Google Patents

이차전지 제조공정 및 이의 공정으로 제조된 이차전지 Download PDF

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KR20150037086A
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Abstract

본 발명은 이차전지 제조공정에 관한 것으로서, 제1 전극, 제2 전극 및 분리막을 준비하는 준비 단계; 상기 제1 전극, 상기 제2 전극 및 상기 분리막 중의 적어도 어느 하나에 전해액을 주액하는 주액 단계; 상기 주액 단계 이후에 상기 제1 전극, 상기 제2 전극 및 상기 분리막을 권취하여 전극 조립체를 형성하는 형성 단계; 및 상기 전극 조립체를 케이스에 삽입하는 삽입 단계를 포함하며, 상기 형성 단계는 상기 제1 전극과 상기 제2 전극의 사이에 상기 분리막이 위치하도록 권취가 이루어지는 것을 특징으로 한다.

Description

이차전지 제조공정 및 이의 공정으로 제조된 이차전지{Process For Manufacturing Secondary Battery And Secondary Battery Manufactured Thereby}
본 발명은 이차전지 제조공정 및 이의 공정으로 제조된 이차전지에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 이차전지의 제조시, 사전 주액을 통하여 와인딩 및 조립 공정상의 전극과 분리막 간의 접착성을 강화시켜, 와인딩 공정 및 외부 충격에 의해 발생되는 사행 품질 악화를 방지할 수 있는 이차전지 제조공정 및 이의 공정으로 제조된 이차전지에 관한 것이다.
최근 에너지 저장 기술에 대한 관심이 갈수록 높아지고 있다. 휴대폰, 캠코더 및 노트북, 나아가서는 전기 자동차의 에너지까지 적용분야가 확대되면서 전지의 연구와 개발에 대한 노력이 점점 구체화되고 있다. 그 중에서도 충방전이 가능한 이차전지의 개발은 관심의 초점이 되고 있다.
이차전지는 다양한 형태로 제조가 가능한데, 대표적으로 권취(winding)형, 적층(lamination, stack)형 등이 있다. 일반적으로 이차전지는 양극, 음극 및 양극과 음극 사이에 개재되는 분리막으로 구성된 전극 조립체를 적층하거나 권취한 상태로 파우치, 알루미늄 캔 또는 전지케이스에 내장한 다음 전해액을 주입하거나 함침시키는 것으로 구성되어 있다.
도 3은 이러한 권취형 전극 조립체(40)의 단면을 도시한 도면이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 음극 활물질 및 양극 활물질이 각각 도포되어 길게 형성된 제1 전극(10) 및 제2 전극(20) 사이에 분리막(30)이 개재되어 함께 권취된다. 제1 전극과 제2 전극의 처음과 끝에는 활물질이 코팅되지 않는다. 이러한 코팅되지 않은 부분에는 전극판에 축적된 전기를 외부 연결도선으로 인출하기 위한 탭이 부착된다.
이러한 이차전지의 전극 조립체(40)의 와인딩 및 조립 공정 시 여러 구간에 있어서 사행(snake)이 발생한다. 특히 전극 조립체(40)의 이송도중에 빈번히 발생하며, 도포막의 불균일, 전극 조립체(40)의 권취시의 진동, 설비 정도 및 외부 충격에 의하여 사행이 악화되는 경우가 있었다. 이러한 사행은 이차전지의 내부 단락을 일으키는 등 안전성과 품질을 저하시키므로 해결해야 할 문제점이었다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 이차전지의 제조시 발생할 수 있는 사행을 줄일 수 있는 이차전지 제조공정을 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 이차전지 제조공정은, 제1 전극, 제2 전극 및 분리막을 준비하는 준비 단계; 상기 제1 전극, 상기 제2 전극 및 상기 분리막 중의 적어도 어느 하나에 전해액을 주액하는 주액 단계; 상기 주액 단계 이후에 상기 제1 전극, 상기 제2 전극 및 상기 분리막을 권취하여 전극 조립체를 형성하는 형성 단계; 및 상기 전극 조립체를 케이스에 삽입하는 삽입 단계를 포함하며,상기 형성 단계는 상기 제1 전극과 상기 제2 전극의 사이에 상기 분리막이 위치하도록 권취가 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서, 상기 분리막은 제1 분리막과 제2 분리막을 포함하고, 상기 형성 단계는 상기 제1 전극, 상기 제1 분리막, 상기 제2 전극 및 상기 제2 분리막이 순차적으로 적층된 상태에서 권취가 이루어지는 것이 바람직하다.
본 발명에서, 상기 주액 단계는 상기 제1 전극과 상기 제1 분리막 중의 적어도 어느 하나에 전해액을 주액하는 제1 주액 단계, 및 상기 제2 전극과 상기 제2 분리막 중의 적어도 어느 하나에 전해액을 주액하는 제2 주액 단계를 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명에서, 상기 제1 주액 단계는 상기 제1 전극과 상기 제1 분리막 중의 적어도 어느 하나의 두 개의 면 중에 다른 하나를 바라보는 면에 전해액을 주액하고, 상기 제2 주액 단계는 상기 제2 전극과 상기 제2 분리막 중의 적어도 어느 하나의 두 개의 면 중에 다른 하나를 바라보는 면에 전해액을 주액하는 것이 바람직하다.
본 발명에서, 상기 주액 단계는 상기 제1 분리막과 상기 제2 전극 중의 적어도 어느 하나에 전해액을 주액하는 제3 주액 단계를 더 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명에서, 상기 제3 주액 단계는 상기 제1 분리막과 상기 제2 전극 중의 적어도 어느 하나의 두 개의 면 중에 다른 하나를 바라보는 면에 전해액을 주액하는 것이 바람직하다.
본 발명에서, 상기 주액 단계는 상기 제1 전극의 두 개의 면 중에 제1 분리막을 바라보지 않는 면에 전해액을 주액하는 제4 주액 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 것이 바람직하다.
본 발명에서, 상기 주액 단계는 상기 제2 분리막의 두 개의 면 중에 제2 전극을 바라보지 않는 면에 전해액을 주액하는 제5 주액 단계를 더 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명에서, 상기 주액 단계는 도포, 침지 또는 분사 중의 어느 하나의 방법으로 전해액을 주액하는 것이 바람직하다.
본 발명에서, 상기 삽입 단계 이후에 상기 케이스에 전해액을 추가로 주액하는 추가 주액 단계를 더 포함하는 것이 바람직하다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 이차전지 제조공정은 전해액의 사전 주액에 의하여 전극 조립체의 와인딩 및 조립 공정상의 전극과 분리막 간의 접착성을 강화시켜, 와인딩 공정 및 외부 충격에 의해 발생되는 사행에 의한 품질 악화를 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 이차전지 제조공정의 순서를 도시한 도면.
도 2는 본 발명에 따른 이차전지 제조공정 중 주액 단계를 도시한 도면.
도 3은 전극 조립체의 단면을 도시한 도면.
이하에서는 첨부도면을 참조하여 본 발명에 대하여 상세히 설명한다. 설명에 앞서, 종래 기술과 동일한 부분에는 동일한 도면부호를 사용함을 미리 밝혀둔다.
본 발명에 따른 이차전지 제조 공정은, 도 1에 도시된 바와 같이, 제1 전극(10), 제2 전극(20) 및 분리막(30)을 준비하는 준비 단계(S1); 제1 전극(10), 제2 전극(20) 및 분리막(30) 중 적어도 어느 하나에 전해액을 주액하는 주액 단계(S21, S22, S23, S24, S25); 주액 단계(S21, S22, S23, S24, S25) 이후에 제1 전극(10), 제2 전극(20) 및 분리막(30)을 권취하여 전극 조립체(40)를 형성하는 형성 단계(S3); 및 전극 조립체를 케이스(100)에 삽입하는 삽입 단계(S4)를 포함한다.
우선 준비 단계(S1)를 통하여 제1 전극(10), 제2 전극(20) 및 분리막(30)을 준비한다. 제1 전극(10), 제2 전극(20)은 길게 연장된 시트형으로 형성된 전극판(집전체)에 각각 양극(또는 음극)의 전극 활물질과 음극(또는 양극)의 전극 활물질을 도포하여 구비된다. 이는 종래와 동일한 방법으로, 여기서의 상세한 설명은 생략한다.
본 실시예에서 분리막(30)은 제1 분리막(31)과 제2 분리막(32)으로 2개가 구비된다. 제1 분리막(31)과 제2 분리막(32) 각각은 후술할 형성 단계(S3)를 통하여 각각 제1 전극(10)과 제2 전극(20) 사이에, 그리고 제2 전극(20)의 외측에 구비된다. 이를 통해 제1 전극(10)과 제2 전극(20)의 사이에 분리막(31, 32)이 위치하도록 권취가 이루어질 수 있다.
준비 단계(S1) 이후, 준비 단계(S1)에서 구비된 제1 전극(10), 제2 전극(20), 분리막(30) 중 어느 하나에 전해액을 주액하는 주액 단계(S21, S22, S23, S24, S25)를 거친다. 여기서, 전해액의 주액이란 도 2에 도시된 바와 같이, 분사부(70)로부터 전해액이 분사되는 것을 일 예로 들었으나, 반드시 이와 같은 방법으로 한정되는 것은 아니며, 전해액을 도포하거나 침지하는 등, 전해액이 제1 전극, 제2 전극, 분리막 중 어느 하나의 일면에 묻힐 수 있는 방법이라면 다른 방법도 가능함은 당연하다.
주액 단계(S21, S22, S23, S24, S25)는 제1 전극(10)과 제1 분리막(31) 중 어느 하나에 전해액을 주액하는 제1 주액 단계(S21)와, 제2 전극(20)과 제2 분리막(32) 중 어느 하나에 전해액을 주액하는 제2 주액 단계(S22)를 포함한다. 또한, 제1 전극(10)과 제2 전극(20) 및 분리막(30) 사이사이에 전해액이 주액되도록, 제3 주액 단계(S23), 제4 주액 단계(S24), 제5 주액 단계(S25)를 더 포함할 수 있다.
제1 주액 단계(S21)는 제1 전극(10)과 제1 분리막(31) 중 적어도 어느 하나의 일면에 전해액을 주액한다. 즉, 시트형으로 구비되는 제1 전극(10)과 제1 분리막(31) 중 적어도 어느 하나의 양면 중 다른 하나를 바라보는 면에 전해액을 주액한다. 예를 들어, 도 2를 기준으로 제1 전극(10)의 우측면에 전해액을 주액하거나, 제1 분리막(31)의 좌측면에 전해액을 주액하거나, 또는 제1 전극(10)의 우측면과 제1 분리막(31)의 좌측면에 모두 전해액을 주액할 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 제1 전극(10) 및 제1 분리막(31)의 이송을 가이드하는 가이드부(60)에 의해 제1 전극(10)과 제1 분리막(31)이 이송된다. 이때, 이송되는 제1 전극(10)과 제1 분리막(31) 사이에 위치하는 제1 분사부(71)를 통하여 전해액이 분사된다. 이에, 제1 전극(10)과 제1 분리막(31) 사이에 전해액이 주액됨으로써, 주액 단계 이후 후술할 형성 단계(S3)를 통하여 제1 전극(10)과 제1 분리막(31)이 밀착되도록 한다.
제2 주액 단계(S22)는 제2 전극(20)과 제2 분리막(32) 중 적어도 어느 하나의 일면에 전해액을 주액한다. 예를 들어, 도 2를 기준으로 제2 전극(20)의 우측면에 전해액을 주액하거나, 제2 분리막(32)의 좌측면에 전해액을 주액하거나, 또는 제2 전극(20)의 우측면과 제2 분리막(32)의 좌측면에 모두 전해액을 주액할 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 제2 전극(20) 및 제2 분리막(32)의 이송을 가이드하는 가이드부(60)에 의해 제2 전극(20)과 제2 분리막(32)이 이송된다. 이때, 이송되는 제2 전극(20)과 제2 분리막(32) 사이에 위치하는 제2 분사부(72)를 통하여 전해액이 분사된다. 이에, 제2 전극(20)과 제2 분리막(32) 사이에 전해액이 주액됨으로써, 주액 단계 이후 후술할 형성 단계(S3)를 통하여 제2 전극(20)과 제2 분리막(32)이 밀착되도록 한다.
제3 주액 단계(S23)는 제1 분리막(31)과 제2 전극(20) 중 적어도 어느 하나의 일면에 전해액을 주액하는 것이다. 예를 들어, 도 2를 기준으로 제1 분리막(31)의 우측면에 전해액을 주액하거나, 제2 전극(20)의 좌측면에 전해액을 주액하거나, 또는 제1 분리막(31)의 우측면과 제2 전극(20)의 좌측면에 모두 전해액을 주액할 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 제1 분리막(31) 및 제2 전극(32)의 이송을 가이드하는 가이드부(60)에 의해 제1 분리막(31)과 제2 전극(20)이 이송된다. 이송되는 제1 분리막(31)과 제2 전극(20) 사이에 제3 분사부(73)를 통하여 전해액이 분사된다. 이에, 제3 주액 단계(S23)를 거쳐, 주액 단계 이후 후술할 형성 단계(S3)를 통하여, 제1 분리막(31)과 제2 전극(20)이 서로 밀착되도록 한다.
제4 주액 단계(S24)는 제1 전극(10)의 양면 중 제1 분리막(31)을 바라보지 않는 일면에 전해액을 주액하는 것이다. 즉, 도 2를 기준으로 제1 전극(10)의 좌측면에 전해액을 주액한다. 제4 주액 단계(S24)는 제1 전극(10)의 이면에 제4 분사부(74)를 통하여 전해액이 분사된다. 이에, 주액 단계 이후 후술할 형성 단계(S3)를 통하여, 제1 전극(10)의 이면과 권취시 서로 접촉되는 제2 분리막(32)이 서로 밀착되도록 한다.
제5 주액 단계(S25)는 제2 분리막(32)의 양면 중 제2 전극(20)을 바라보지 않는 일면에 전해액을 주액하는 것이다. 즉, 도 2를 기준으로 제2 분리막(32)의 우측면에 전해액을 주액한다. 제5 주액 단계(S25)는 제2 분리막(32)의 이면에 분사부(75)를 통하여 전해액이 분사된다. 이에, 주액 단계 이후 후술할 형성 단계(S3)를 통하여, 제2 분리막(32)의 이면과 권취시 서로 접촉되는 제1 전극(10)이 서로 밀착되도록 한다.
상기와 같은 주액 단계(S21, S22, S23, S24, S25)를 거쳐 제1 전극(10), 제1 분리막(31), 제2 전극(20), 제2 분리막(32)에 전해액을 주액한 후, 형성 단계(S3)를 거친다. 형성 단계(S3)에서는 가이드부(60)에 의해 이송되는 제1 전극(10)과 제2 전극(20) 사이에 제1 분리막(31)과 제2 분리막(32)이 각각 개재되어 권취부(50)에 의하여 권취된다. 이때, 각각의 전극 사이에는 전해액이 주액되어 있으므로 제1 전극(10)과 제2 전극(20) 사이 사이에 제1 분리막(31)과 제2 분리막(32)이 각각 밀착된다. 이에, 제1 전극(10)과 제2 전극(20) 사이에 제1 분리막(31)과 제2 분리막(32)이 밀착된 전극 조립체(40)를 형성하게 된다.
형성 단계(S3)를 통하여 형성된 전극 조립체(40)는 삽입 단계를 통하여 케이스(100) 내에 삽입된다.
이후, 전극 조립체(40)를 삽입한 케이스(100)에 추가로 전해액을 추가하는 추가 주액 단계(S5)를 더 거칠 수 있다. 이에, 주액 단계(S21, S22, S23, S24, S25) 이후 한번더 전해액을 주액함으로써, 전해액의 함침성을 더 향상시킬 수 있다.
상기와 같이, 제1 전극(10), 제2 전극(20) 및 분리막(30)이 서로 권취되기 이전에 전해액을 주액함으로써, 제1 전극(10), 제2 전극(20) 및 분리막(30) 간의 접착성을 강화시킬 수 있다. 이에 종래 문제점으로 지적되었던 사행을 개선할 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 이로부터 다양한 실시예가 가능하다. 따라서 본 발명의 진정한 보호 범위는 청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.
10: 제1 전극 20: 제2 전극 30: 분리막
50: 권취부 60: 가이드부

Claims (11)

  1. 제1 전극, 제2 전극 및 분리막을 준비하는 준비 단계;
    상기 제1 전극, 상기 제2 전극 및 상기 분리막 중의 적어도 어느 하나에 전해액을 주액하는 주액 단계;
    상기 주액 단계 이후에 상기 제1 전극, 상기 제2 전극 및 상기 분리막을 권취하여 전극 조립체를 형성하는 형성 단계; 및
    상기 전극 조립체를 케이스에 삽입하는 삽입 단계를 포함하며,
    상기 형성 단계는 상기 제1 전극과 상기 제2 전극의 사이에 상기 분리막이 위치하도록 권취가 이루어지는 것을 특징으로 하는 이차전지 제조공정.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 분리막은 제1 분리막과 제2 분리막을 포함하고,
    상기 형성 단계는 상기 제1 전극, 상기 제1 분리막, 상기 제2 전극 및 상기 제2 분리막이 순차적으로 적층된 상태에서 권취가 이루어지는 것을 특징으로 하는 이차전지 제조공정.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 주액 단계는 상기 제1 전극과 상기 제1 분리막 중의 적어도 어느 하나에 전해액을 주액하는 제1 주액 단계, 및 상기 제2 전극과 상기 제2 분리막 중의 적어도 어느 하나에 전해액을 주액하는 제2 주액 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지 제조공정.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 제1 주액 단계는 상기 제1 전극과 상기 제1 분리막 중의 적어도 어느 하나의 두 개의 면 중에 다른 하나를 바라보는 면에 전해액을 주액하고, 상기 제2 주액 단계는 상기 제2 전극과 상기 제2 분리막 중의 적어도 어느 하나의 두 개의 면 중에 다른 하나를 바라보는 면에 전해액을 주액하는 것을 특징으로 하는 이차전지 제조공정.
  5. 청구항 3에 있어서,
    상기 주액 단계는 상기 제1 분리막과 상기 제2 전극 중의 적어도 어느 하나에 전해액을 주액하는 제3 주액 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지 제조공정.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 제3 주액 단계는 상기 제1 분리막과 상기 제2 전극 중의 적어도 어느 하나의 두 개의 면 중에 다른 하나를 바라보는 면에 전해액을 주액하는 것을 특징으로 하는 이차전지 제조공정.
  7. 청구항 3에 있어서,
    상기 주액 단계는 상기 제1 전극의 두 개의 면 중에 제1 분리막을 바라보지 않는 면에 전해액을 주액하는 제4 주액 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지 제조공정.
  8. 청구항 3에 있어서,
    상기 주액 단계는 상기 제2 분리막의 두 개의 면 중에 제2 전극을 바라보지 않는 면에 전해액을 주액하는 제5 주액 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지 제조공정.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 주액 단계는 도포, 침지 또는 분사 중의 어느 하나의 방법으로 전해액을 주액하는 것을 특징으로 하는 이차전지 제조공정.
  10. 청구항 1에 있어서,
    상기 삽입 단계 이후에 상기 케이스에 전해액을 추가로 주액하는 추가 주액 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지 제조공정.
  11. 청구항 1 내지 10중 어느 하나의 청구항에 따른 방법으로 제조되는 것을 특징으로 하는 이차전지.
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