KR20150043754A - 이차 전지의 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 이차 전지의 제조방법에 관한 발명으로, 이차전지 제조 시 전해액 주입 후 세퍼레이터에 주름이 발생하는 문제점을 개선한 이차 전지의 제조방법에 관한 발명이다.

Description

이차 전지의 제조방법{MANUFACTURING METHOD OF SECONDARY BATTERY}
본 발명은 이차 전지의 제조방법에 관한 발명으로, 이차전지 제조 시 전해액 주입 후 세퍼레이터에 주름이 발생하는 문제점을 개선한 이차 전지의 제조방법에 관한 발명이다.
최근, 전자 기기의 소형화, 경량화는 놀라울 정도이며, 그에 따라 전원이 되는 전지에 대해서도 소형 경량화에 대한 요구가 매우 높다.
따라서, 소형 경량이며，동시에 고용량으로 충방전이 가능한 전지로서 리튬 이온 전지로 대표되는 비수 전해질 이차 전지가 실용화되어，소형 비디오 카메라, 휴대용 전화 및 노트북 컴퓨터 등의 휴대용 전자·통신 기기 등에 사용되게 되었다.
이러한 종류의 비수 전해질 이차 전지는 양극/음극 활물질을 이용하여 각각의 양극 필름과 음극 필름을 제조하고 상기 양극/음극 필름을 집전체에 도포하여 절연체인 분리막과 함께 감거나 적층하여 젤리-롤형의 전극조립체를 제조하고, 상기 전극조립체를 포장재에 수납한 후, 전해액을 주입하여 밀봉한 다음, 충방전하고, 마지막으로 충전 초기에 발생되는 가스를 제거하기 위한 탈기공정(degassing)을 수행하는 것을 포함하는 것으로 이루어진다. 그러나, 상기 공정에서 제대로 탈기가 이루어지지 않을 경우 잔여 가스로 인한 전지의 열화 및 전지 수명에 치명적인 문제가 될 수 있다.
또한, 상기 탈기공정에서 한 쌍의 누름판을 이용하여 탈기공정을 수행하며, 이때 사용되는 누름판은 평판상의 메탈소재의 누름판을 사용하고 있으며, 상기 누름판으로 압력을 가한 상태에서 전해액을 주입한다.
상기 문제점을 해소하기 위하여 일본 공개특허공보 제 2009-146602(2009.07.02)호에는 평판상의 메탈소재의 누름판을 사용하여 압력을 가한 상태에서 전해액을 주입하는 방법이 기재되어 있다.
그러나 전해액이 주액되면 젤리-롤형 전극조립체의 가장자리에서부터 중심부로 전해액이 함침되며, 이때 전해액이 세퍼레이터에 젖어 들어가면서 주름을 형성하게 되고, 마지막에 함침되는 젤리-롤형 전극조립체의 중심부를 중심으로 세퍼레이터의 주름이 형성이 된다.
이러한 세퍼레이터의 주름은 전극과 세퍼레이터간 밀착성을 저해하며, 충방전 시 이온 이동의 방해물로 작용을 하며, 미충전 또는 리튬염과 같은 품질 문제를 야기할 수 있다.
또한, 전해액 주입 후 발생하는 세퍼레이터 주름이 공기 방울 상태로 트랩되기도 한다. 이에 따라 탈기공정(degassing)을 다시 수행하여 공기를 제거하는데 진공시간이 길어지거나, 누름판으로 압력을 가하는 횟수가 증가하여 공정 시간이 길어지는 문제가 있었으며, 완벽하게 탈기되지 않는 경우는 위와 같은 문제가 발생할 수 있다.
일본 공개특허공보 제2009-146602(2009.07.02)
전해액 주입 후, 분리막의 주름이 형성되어 일부 공기가 트랩(trap) 됨에 따라 탈기공정에서 완벽하게 기포가 제거되지 않는 문제점을 해결하기 위한 본 발명은, 전해액 주액 후 분리막의 주름이 형성되는 것을 방지하는 것을 목적으로 한다. 이에 따라 전해액 주입 후 별도의 탈기공정을 수행하지 않거나 탈기공정의 탈기 횟수를 줄일 수 있는 제조방법을 제공하고자 하며, 이때 사용되는 누름판을 제공하고자 한다.
또한, 본 발명은 구형 또는 반구형의 가변소재로 이루어진 누름판을 제공하고자 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은
양극판, 음극판 및 세퍼레이터를 적층한 전극조립체를 포장재에 수납한 후 전해액 주입구를 제외하고 밀봉하고, 상기 전극조립체가 들어있는 포장재에 전해액을 주입한 후, 전해액 주액부를 밀봉하고 한 쌍의 누름판으로 양쪽에서 눌러 탈기(degassing)를 하는 공정을 포함하며,
상기 누름판은 판상의 기판과; 서로 마주보는 면에 접촉 방향에 대해 중심부에서부터 둘레로 갈수록 두께가 낮아지는 반원 또는 타원 형태의 구형 가압부;를 구비하는 것인 이차 전지의 제조방법에 관한 것이다.
또한, 본 발명은
이차전지 제조 시 탈기공정에 사용되는 누름판에 있어서,
서로 마주보는 한 쌍의 누름판으로 이루어지며,
상기 누름판은 판상의 기판과; 서로 마주보는 면에 접촉 방향에 대해 중심부에서부터 둘레로 갈수록 두께가 낮아지는 반원 또는 타원 형태의 구형 가압부;를 구비하는 것인 이차전지 제조용 누름판에 관한 것이다.
본 발명에 따른 누름판은 중심부에서부터 둘레로 서서히 가압이 됨에 따라 젤리-롤형 전극조립체 중심부의 주름을 자연스럽게 가장자리로 밀어낼 수 있으며, 이에 따라 트랩되는 주름을 최소화할 수 있다.
이에 따라 종래 다수회의 누름판의 가압횟수를 줄임으로써 공정시간 단축을 기대할 수 있다.
또한 강성 소재의 플레이트 판에 비해 연질의 가변 소재를 사용할 경우 셀 파우치 표면에 생길 수 있는 표면 불량 가능성을 줄일 수 있다.
도 1은 본 발명의 누름판의 일 양태를 도시한 것이다.
도 2는 본 발명의 누름판을 이용하여 전극조립체에 가압을 하는 일 양태를 도시한 것이다.
도 3은 본 발명의 누름판을 이용하여 전극조립체에 가압을 하는 일 양태를 도시한 것이다.
도 4는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 누름판의 측면도를 도시한 것이다.
도 5는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 누름판의 측면도를 도시한 것이다.
이하는 본 발명의 일 양태를 들어 구체적으로 설명한다.
본 발명은 이차 전지의 제조방법에 관한 것으로,
본 발명의 제 1 양태는 양극판, 음극판 및 세퍼레이터를 적층한 전극조립체를 포장재에 수납한 후 전해액 주입구를 제외하고 밀봉하고, 상기 전극조립체가 들어있는 포장재에 전해액을 주입한 후, 전해액 주액부를 밀봉하고 한 쌍의 누름판으로 양쪽에서 눌러 탈기(degassing)를 하는 공정을 포함하며,
상기 누름판은 판상의 기판과; 서로 마주보는 면에 접촉 방향에 대해 중심부에서부터 둘레로 갈수록 두께가 낮아지는 반원 또는 타원 형태의 구형 가압부;를 구비하는 것일 수 있다.
본 발명의 제 1 양태에서, 상기 탈기는 초기 탈기(pre-degassing)를 하여 공기를 탈기한 후, 누름판을 제거하고 전류를 가하는 1차 충전을 수행하고, 1차 충전 시 발생되는 가스를 제거하기 위하여 다시 한 쌍의 누름판으로 양쪽에서 눌러 2차 탈기를 하는 공정을 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 제 1 양태에서 각각의 탈기공정에 의해 내부 공기나 가스가 탈기되면서 전극 계면 접촉성이 자연스럽게 증가되고, 이에 따라 충전 시 품질 향상에 기여가 가능할 수 있다.
본 발명의 제 2 양태는 상기 2차 탈기 후 전류를 가하는 2차 충전을 더 수행하는 것일 수 있다.
본 발명의 제 3 양태는
a) 양극판, 음극판 및 세퍼레이터를 적층한 전극조립체를 제조하는 단계;
b) 일단이 개방된 개구부를 이루고 내부에 상기 전극조립체를 수용하는 공간부를 갖는 포장재에 상기 전극조립체를 수납한 후 전해액 주입구를 제외하고 밀봉하는 단계; 및
c) 상기 전극조립체가 들어있는 포장재에 전해액을 주입한 후, 전해액 주액부를 밀봉하고 한 쌍의 누름판으로 양쪽에서 눌러 초기 탈기(pre-degassing)를 하는 단계;
d) 누름판을 제거하고 전류를 가하는 1차 충전을 수행하는 단계; 및
e) 1차 충전 시 발생되는 가스를 제거하기 위하여 다시 한 쌍의 누름판으로 양쪽에서 눌러 2차 탈기를 하는 단계;
를 포함하며, 상기 누름판은 판상의 기판과; 서로 마주보는 면에 접촉 방향에 대해 중심부에서부터 둘레로 갈수록 두께가 낮아지는 반원 또는 타원 형태의 구형 가압부;를 구비하는 것일 수 있다.
본 발명의 제 4 양태는 상기 e)단계 후, f) 전류를 가하는 2차 충전을 더 수행하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 양태에서, 상기 구형 가압부는 탄성을 갖는 소재로 이루어지는 것일 수 있다.
본 발명의 일 양태에서, 상기 전극조립체는 양극판과 음극판 및 상기 전극판들 사이에 개재된 세퍼레이터로 이루어지며, 권취롤을 이용하여 타원형으로 권취된 젤리-롤형 전극조립체를 형성한 것일 수 있다.
또한, 본 발명은 이차전지 제조 시 탈기공정에 사용되는 누름판에 관한 것으로,
서로 마주보는 한 쌍의 누름판으로 이루어지며,
상기 누름판은 판상의 기판과; 서로 마주보는 면에 접촉 방향에 대해 중심부에서부터 둘레로 갈수록 두께가 낮아지는 반원 또는 타원 형태의 구형 가압부;를 구비하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 양태에서, 상기 구형 가압부는 탄성을 갖는 소재로 이루어지는 것일 수 있다.
이하, 상기와 같은 본 발명의 일 실시 예에 대하여 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 누름판이 도시되어 있다.
도 1을 참조하면 본 발명의 누름판은 서로 마주보는 한 쌍의 누름판(100)으로 이루어지며,
상기 누름판(100)은 판상의 기판(10)과; 서로 마주보는 면에 접촉 방향에 대해 중심부(21)에서부터 둘레로 갈수록 두께가 낮아지는 반원 또는 타원 형태의 구형 가압부(20);를 구비한다.
본 발명의 일 양태에서, 상기 누름판(100)은 기판(10)과 구형 가압부(20)가 적층되어 이루어지거나, 일체로 형성되는 것일 수 있다.
상기 기판(10)은 판상형으로 금속소재로 이루어지는 것일 수 있다.
상기 구형 가압부(20)는 탄성을 갖는 소재로 이루어지는 것일 수 있으며, 가압 후 다시 원상태로 복원이 되는 것이 바람직하다. 제한되는 것은 아니나 예를 들면 천연고무, 합성고무 등을 사용할 수 있다.
도 2는 본 발명의 누름판을 이용하여 전해액을 주입하는 공정의 일 양태를 도시한 것이며, 도 3은 본 발명의 누름판을 이용하여 전극조립체에 가압을 하는 일 양태를 도시한 것이다.
도 2 및 도 3에서 보이는 바와 같이, 본 발명은 한 쌍의 누름판(100)을 이용하여 전극조립체(30)의 양쪽에서 가압을 하는 것으로, 구형 가압부(20)의 중심부(21)에서부터 둘레로 서서히 압력이 전달되므로 젤리-롤형 전극조립체의 중심부에서부터 밀착이 됨에 따라, 전극조립체의 중심부에 공기가 트랩되는 것을 방지할 수 있다. 이에 따라, 전극조립체, 즉 젤리-롤형 전극조립체 내부에 트랩되는 공기를 제거할 수 있으며, 다수의 가압과정을 거치지 않고도 탈기가 가능하므로 전해액 공정 시간 및 비용을 절감할 수 있다.
본 발명의 일 양태에서, 상기 전극조립체는 양극판과 음극판 및 상기 전극판들 사이에 개재된 세퍼레이터로 이루어지며, 권취롤을 이용하여 타원형으로 권취된 젤리-롤형 전극조립체를 형성한 것일 수 있다.
본 발명의 일 양태에서, 상기 전극조립체와 전해액을 수납하기 위한 포장재는 당업계에서 통상적으로 사용되는 것이라면 제한되지 않고 사용할 수 있다.
이하 본 발명의 누름판의 일 양태에 대하여 도면을 참조하여 설명한다.
[실시예 1]
도 4는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 누름판의 측면도가 도시되어 있다.
도시된 바와 같이, 누름판은 반원 형태의 구형 가압부를 구비할 수 있으며, 구형 가압부의 중심부(21)로부터 둘레로 갈수록 두께(L1)가 낮아지는 것일 수 있다.
본 발명의 일 양태에서, 상기 누름판(100)은 기판(10)과 구형 가압부(20)가 적층되어 이루어지거나, 일체로 형성되는 것일 수 있다.
[실시예 2]
도 5는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 누름판의 측면도가 도시되어 있다.
도시된 바와 같이, 누름판은 타원 형태의 구형 가압부를 구비할 수 있으며, 구형 가압부의 중심부(21)로부터 둘레로 갈수록 두께(L2)가 낮아지는 것일 수 있다.
본 발명의 일 양태에서, 상기 누름판(100)은 기판(10)과 구형 가압부(20)가 적층되어 이루어지거나, 일체로 형성되는 것일 수 있다.
본 발명의 상기한 실시 예에 한정하여 기술적 사상을 해석해서는 안 된다. 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당업자의 수준에서 다양한 변형 실시가 가능하다. 따라서 이러한 개량 및 변경은 당업자에게 자명한 것인 한 본 발명의 보호범위에 속하게 된다.
10 : 기판
20 : 구형 가압부
21 : 중심부
30 : 전극조립체
100 : 누름판

Claims (8)

  1. 양극판, 음극판 및 세퍼레이터를 적층한 전극조립체를 포장재에 수납한 후 전해액 주입구를 제외하고 밀봉하고, 상기 전극조립체가 들어있는 포장재에 전해액을 주입한 후, 전해액 주액부를 밀봉하고 한 쌍의 누름판으로 양쪽에서 눌러 탈기(degassing)를 하는 공정을 포함하며,
    상기 누름판은 판상의 기판과; 서로 마주보는 면에 접촉 방향에 대해 중심부에서부터 둘레로 갈수록 두께가 낮아지는 반원 또는 타원 형태의 구형 가압부;를 구비하는 것인 이차 전지의 제조방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 탈기는 초기 탈기(pre-degassing)를 하여 공기를 탈기한 후, 누름판을 제거하고 전류를 가하는 1차 충전을 수행하고, 1차 충전 시 발생되는 가스를 제거하기 위하여 다시 한 쌍의 누름판으로 양쪽에서 눌러 2차 탈기를 하는 공정을 포함하는 이차 전지의 제조방법.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 구형 가압부는 탄성을 갖는 소재로 이루어지는 것인 이차 전지의 제조방법.
  4. 제 2항에 있어서,
    상기 2차 탈기 후 전류를 가하는 2차 충전을 더 수행하는 것인 이차 전지의 제조방법.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 전극조립체는 양극판과 음극판 및 상기 전극판들 사이에 개재된 세퍼레이터로 이루어지며, 권취롤을 이용하여 타원형으로 권취된 젤리-롤형 전극조립체를 형성한 것인 이차 전지의 제조방법.
  6. 제 1항에 있어서,
    a) 양극판, 음극판 및 세퍼레이터를 적층한 전극조립체를 제조하는 단계;
    b) 일단이 개방된 개구부를 이루고 내부에 상기 전극조립체를 수용하는 공간부를 갖는 포장재에 상기 전극조립체를 수납한 후 전해액 주입구를 제외하고 밀봉하는 단계; 및
    c) 상기 전극조립체가 들어있는 포장재에 전해액을 주입한 후, 전해액 주액부를 밀봉하고 한 쌍의 누름판으로 양쪽에서 눌러 초기 탈기(pre-degassing)를 하는 단계;
    d) 누름판을 제거하고 전류를 가하는 1차 충전을 수행하는 단계; 및
    e) 1차 충전 시 발생되는 가스를 제거하기 위하여 다시 한 쌍의 누름판으로 양쪽에서 눌러 2차 탈기를 하는 단계;
    를 포함하며,
    상기 누름판은 판상의 기판과; 서로 마주보는 면에 접촉 방향에 대해 중심부에서부터 둘레로 갈수록 두께가 낮아지는 반원 또는 타원 형태의 구형 가압부;를 구비하는 것인 이차 전지의 제조방법.
  7. 이차전지 제조 시 탈기공정에 사용되는 누름판에 있어서,
    서로 마주보는 한 쌍의 누름판으로 이루어지며,
    상기 누름판은 판상의 기판과;
    서로 마주보는 면에 접촉 방향에 대해 중심부에서부터 둘레로 갈수록 두께가 낮아지는 반원 또는 타원 형태의 구형 가압부;를 구비하는 것인 이차전지 제조용 누름판.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 구형 가압부는 탄성을 갖는 소재로 이루어지는 것인 이차전지 제조용 누름판.
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