KR20160143587A

KR20160143587A - 전극 조립체의 라미네이션용 보호 부재 및 이를 이용한 이차 전지의 제조 방법

Info

Publication number: KR20160143587A
Application number: KR1020160070522A
Authority: KR
Inventors: 김영덕; 성동욱
Original assignee: 주식회사 엘지화학
Priority date: 2015-06-04
Filing date: 2016-06-07
Publication date: 2016-12-14
Also published as: KR101816765B1

Abstract

본 발명은 양극/분리막/음극이 적층되어 있는 구조의 웹의 표면을 보호하는 보호 부재에 대한 것이다. 더욱 상세하게는 웹이 열접합에 의해 라미네이션될 때 웹의 표면에 배치되어 이의 표면을 보호하는 보호 부재에 대한 것이다. 본원 발명에 따른 보호 부재는 전극 조립체의 라미네이션 공정 중 전극 조립체에 열과 압력이 균일하게 인가되도록 함으로써 전극과 분리막 전면에서 고른 결착력을 나타내며 박리 현상의 발생을 저감하는 효과가 있다.

Description

전극 조립체의 라미네이션용 보호 부재 및 이를 이용한 이차 전지의 제조 방법{A protection film for a lamination of an electrode and a method for manufacturing a secondary battery using the same}

본 발명은 양극/분리막/음극이 적층되어 있는 구조의 웹의 표면을 보호하는 보호 부재에 대한 것이다. 더욱 상세하게는 웹이 열접합에 의해 라미네이션될 때 웹의 표면에 배치되어 이의 표면을 보호하는 보호 부재에 대한 것이다. 또한 본 발명은 상기 보호 부재를 이용한 이차 전지의 제조 방법에 대한 것이다.

최근, 노트북, 비디오 카메라, 휴대용 전화기 등과 같은 휴대용 전자 제품의 수요가 급격하게 증대되고, 전기 자동차, 에너지 저장용 축전지, 로봇, 위성 등의 개발이 본격화됨에 따라, 반복적인 충방전이 가능한 고성능 이차 전지에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.

현재 상용화된 이차 전지로는 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지, 리튬 이차 전지 등이 있는데, 이 중에서 리튬 이차 전지는 니켈 계열의 이차 전지에 비해 메모리 효과가 거의 일어나지 않아 충 방전이 자유롭고, 자가 방전율이 매우 낮으며 에너지 밀도가 높은 장점으로 각광을 받고 있다.

이러한 이차 전지는 전극 조립체가 전해액과 함께 전지 케이스에 내장되는 형태로 제조된다. 상기 전극 조립체는 제조 방법에 따라 스택형, 폴딩형 및 스택-폴딩형 등으로 구분된다. 스택형 또는 스택-폴딩형 전극 조립체의 경우, 단위 조립체가 양극과 음극이 분리막을 사이에 두고 순차적으로 적층되는 구조로 이루어져 있다. 이러한 단위 조립체를 만들기 위해서는 전극과 분리막 사이를 접합시키는 라미네이션 과정이 필요하다.

상기 라미네이션 과정은 일반적으로 상기 단위 조립체를 가열하여 전극과 분리막이 접착되는 과정을 거친다. 이를 위한 가열 방법으로는 주로 복사 및 대류에 의한 간접 가열 방식을 사용하고 있다. 이러한 방식은 대량 생산을 위하여 이차 전지의 각 제조 공정이 유기적으로 연결되어 있으므로, 상기 단위 조립체를 이송 중에 라미네이션 하기 위함이다.

이때 라미네이션 장치와 전극 조립체의 접착 현상이 발생하지 않도록 하기 위해서 별도의 보호 부재를 웹과 라미네이션 장치 사이에 위치시키게 된다. 종래에는 상기 보호 부재로 PET 필름을 주로 이용하였는데 PET 필름을 통해 전극-분리막 접착면 방향으로 압력을 균일하게 전달되지 않아 라미네이션 공정 이후에 전극 조립체의 박리 현상이 발생되는 문제가 있었다.

본 발명은 음극/분리막/양극이 적층된 전극 구조체/전극 조립체의 표면을 보호하고 라미네이션 공정시 전극 조립체에 균일한 열과 압력이 인가될 수 있도록 하는 신규한 보호 부재를 제공하는 것을 목적으로 한다. 또한, 본 발명은 상기 보호 부재를 이용하여 전극과 분리막 등 전기화학소자간 박리 현상의 발생이 적은 이차 전지를 제조하는 방법을 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다. 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기 설명에 의해서 이해될 수 있을 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허청구범위에서 기재되는 수단 또는 방법, 및 이의 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.

본 발명은 상기 과제를 해결하기 위한 전극 조립체의 제조 방법을 제공한다.

본 발명의 제1 구현예는 전극 조립체의 제조 방법에 대한 것으로서, 상기 제조 방법은 (S1) 분리막을 개재하여 제1 전극과 제2 전극이 순차적으로 적층된 적층 구조체가 준비되는 단계; (S2) 상기 적층 구조체의 일측면 또는 양측면에 보호 부재가 배치되는 단계; 및 (S3) 상기 보호 부재를 매개로 하여 상기 적층 구조체에 열 및/또는 압력이 인가되는 라미네이션 공정 수행 단계; 를 포함하며, 상기 보호 부재는 탄성 물질을 포함하며, 상기 적층 구조체는 상기 (S3) 단계를 통해 제1 전극, 제2 전극 및 분리막이 결착되는 것이다.

본 발명의 제2 구현예는, 상기 제1 구현예에 있어서, 상기 보호 부재가 탄성층(elastic layer) 및 상기 탄성층의 일측면에 구비된 보강층(support layer)을 포함하며, 상기 보호 부재에서 탄성층의 표면이 상기 적층 구조체와 대면하고, 상기 열 및/또는 압력은 상기 보강층을 통해 탄성층 및 적층 구조체로 순차적으로 전달되는 것이며, 상기 탄성층은 탄성 물질을 포함하는 것이다.

본 발명의 제3 구현예는, 상기 제2 구현예에 있어서, 상기 보강층은 탄성층이 구비된 측면의 타측 표면에 이형 처리가 되어 있는 것이다.

본 발명의 제4 구현예는, 상기 제1 내지 제3 구현예 중 어느 하나에 있어서, 상기 탄성 물질이 천연 고무, 인조 고무, 폴리올레핀계 탄성 중합체(polyolefin eslatomer, POE), 스티렌계 블록 공중합체(styrenic block copolymer, SBC), 염화비닐계 탄성 중합체(vinyl choloride elastomer), 염소화 폴리 에틸렌계 탄성 중합체(염소화 폴리에틸렌계 탄성중합체(chlorinated polyethylene elastomer, CPE), 폴리우레탄 폼 (polyurethane foam), 폴리우레탄계 탄성 중합체(urethane elastomer, TPU), 폴리에스테르계 탄성중합체(polyester elastomer, TPEE), 폴리아미드계 탄성중합체(polyamide elastomer, TPAE), 불소계 탄성중합체(fluorinated elastomer) 및 실리콘계 탄성중합체(silicone elastomer)로 이루어진 그룹에서 선택된 1종 이상인 것이다.

본 발명의 제5 구현예는, 상기 제1 내지 제4 구현예 중 어느 하나에 있어서, 상기 (S3)은 하부 지지 부재와 상부 가압 부재를 포함하는 라미네이션 장치를 이용하여 수행되며, 상기 하부 지지대의 상부측에 적층 구조체가 배치되고 상기 상부 가압 부재가 상기 적층 구조체를 하방 가압함으로써 라미네이션 공정이 수행되는 것이다.

본 발명의 제6 구현예는, 상기 제5 구현예에 있어서, 상기 적층 구조체의 양쪽 외측면에 보호 부재가 각각 배치되어 있어 상기 적층 구조체와 상기 라미네이션 장치는 직접 접촉하지 않는 것이다.

본 발명의 제7 구현예는, 상기 제2 내지 제6 구현예 중 어느 하나에 있어서, 상기 보강층은 열가소성 수지를 포함하며, 두께가 20~70㎛이고, 탄성계수가 2000MPa 내지 2700MPa인 것을 특징으로 하는 것이다.

본 발명의 제8 구현예는, 상기 제7 구현예에 있어서, 상기 열가소성 수지가 폴리에스테르 수지인 것이다.

본 발명의 제9 구현예는, 상기 제2 내지 제8 구현예 중 어느 하나에 있어서, 상기 탄성층이 폴리우레탄 폼을 포함하며, 두께가 100~200㎛이고, 탄성계수가 0.1 내지 1MPa인 것을 특징으로 하는 것이다.

또한, 본 발명은 전극 조립체 표면 보호용 보호 부재를 제공한다.

본 발명의 제10 구현예는 전극 조립체 표면 보호용 보호 부재에 대한 것으로서, 상기 보호 부재는, 분리막을 사이에 두고 제1 전극과 제2 전극이 순차적으로 적층된 적층 구조체를 라미네이션 장치를 이용하여 가열 및/또는 가압하여 전극 조립체를 제조하는 전극 조립체 라미네이션 공정에 사용되며, 상기 적층 구조체의 최외측부의 적어도 일측면 또는 양측면에 배치되어 라미네이션 장치로부터 가하여지는 상기 열 및/또는 압력이 전극 조립체에 균일하게 인가되도록 하며, 탄성 물질을 포함하는 것이다.

본 발명의 제11 구현예는, 상기 제10 구현예에 있어서, 상기 보호 부재는 탄성층(elastic layer) 및 상기 탄성층의 일측면에 구비된 보강층(support layer)을 포함하며, 상기 보호 부재에서 보강층의 표면이 상기 적층 구조체와 대면하고, 상기 열 및/또는 압력은 탄성층을 통해 보강층 및 적층 구조체로 순차적으로 전달되는 것이며, 상기 탄성층은 탄성 물질을 포함하는 것이다.

본 발명의 제12 구현예는, 상기 제10 또는 제11 구현예에 있어서, 상기 탄성 물질은 천연 고무, 인조 고무, 폴리올레핀계 탄성 중합체(polyolefin eslatomer, POE), 스티렌계 블록 공중합체(styrenic block copolymer, SBC), 염화비닐계 탄성 중합체(vinyl choloride elastomer), 염소화 폴리 에틸렌계 탄성 중합체(염소화 폴리에틸렌계 탄성중합체(chlorinated polyethylene elastomer, CPE), 폴리우레탄 폼 (polyurethane foam), 폴리우레탄계 탄성 중합체(urethane elastomer, TPU), 폴리에스테르계 탄성중합체(polyester elastomer, TPEE), 폴리아미드계 탄성중합체(polyamide elastomer, TPAE), 불소계 탄성중합체(fluorinated elastomer) 및 실리콘계 탄성중합체(silicone elastomer)로 이루어진 그룹에서 선택된 1종 이상인 것이다.

본 발명의 제13 구현예는, 상기 제11 또는 제12 구현예에 있어서, 상기 보강층이 열가소성 수지를 포함하며, 두께가 20~70㎛이고, 탄성계수가 2000MPa 내지 2700MPa인 것을 특징으로 하는 것이다.

본 발명의 제14 구현예는, 상기 제11 내지 제13 구현예 중 어느 하나에 있어서, 상기 탄성층이 폴리 우레탄 폼을 포함하며, 두께가 100~200㎛이고, 탄성계수가 0.1 내지 1MPa인 것을 특징으로 하는 것이다.

본 발명의 제15 구현예는, 상기 제11 내지 제14 구현예 중 어느 하나에 있어서, 상기 보강층은 탄성층이 구비된 측면의 타측 표면에 이형 처리가 되어 있는 것이다.

본 발명의 제16 구현예는, 상기 제10 내지 제15 구현예 중 어느 하나에 있어서, 상기 전극 조립체의 라미네이션 공정 수행 후 전극 조립체의 표면의 손상없이 제거되는 것이다.

본원 발명에 따른 보호 부재는 전극 조립체의 라미네이션 공정 중 전극 조립체에 열과 압력이 균일하게 인가되도록 함으로써 전극과 분리막 전면에서 고른 결착력을 나타내며 박리 현상의 발생을 저감하는 효과가 있다.

첨부된 도면은 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 상세한 설명과 함께 본 발명의 원리를 설명하는 것으로, 발명의 범위가 이에 국한되는 것은 아니다. 한편, 본 명세서에 수록된 도면에서의 요소의 형상, 크기, 축척 또는 비율 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장될 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 전극 조립체의 제조 방법의 공정 순서도를 개략적으로 도시한 것이다.
도 2는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 라미네이션 장치의 모식도이다.
도 3은 본 발명의 구체적인 일 실시양태에 따른 보호 부재의 구성을 도시한 것이다.
도 4는 표면에 탄성 부재가 구비되어 있는 것을 상부 가압 부재를 도식화하여 나타낸 것이다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본원 발명을 상세하게 설명한다. 본 명세서 및 특허청구범위에 사용된 용어 또는 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

본 발명은 라미네이션 공정에서 전극 조립체의 전면에 균일한 열과 압력이 가하여 질 수 있도록 하기 위해 전극 조립체의 표면에 보호 부재를 배치하는 전극 조립체에 제조 방법에 대한 것이다. 또한, 본 발명에 있어서 상기 보호 부재는 탄성 물질을 포함하는 것을 특징으로 한다.

도 1은 본 발명의 전극 조립체 제조 방법의 공정 흐름도이며, 도 2는 이를 개략적으로 도식화 하여 나타낸 것이다. 이하, 상기 도면을 참조하여 본 발명을 상세하게 설명한다.

본 발명의 구체적인 일 실시양태에 있어서, 상기 제조 방법은 분리막과 전극을 적층하여 적층 구조체는 준비하는 단계(S1), 상기 적층 구조체의 표면에 보호 부재를 배치하는 단계(S2) 및 상기 적층 구조체에 열 및/또는 압력을 인가하여 전극 조립체를 제조하는 단계(S3)을 포함한다.

우선, 분리막과 전극이 순착적으로 적층된 적층 구조체를 준비한다(S1). 본 발명의 구체적인 일 실시양태에 있어서, 상기 적층 구조체는 예를 들어, 분리막을 사이에 두고 제1 전극과 제 2 전극이 순차적으로 적층된 구조인 것으로서, 라미네이션 공정이 수행되기 전(前), 분리막과 전극 등 전극 조립체의 구성 요소들이 서로 분리된 상태로 쌓여있는 것을 말한다. 본 발명의 구체적인 일 실시양태에 있어서, 전지의 용량이나 제조 공정상 편의 등을 위해 상기 분리막, 제1 및 제2 전극은 각각 1개 이상 포함될 수 있다. 또한, 본 발명에 있어서, 상기 제1 전극 및 제2 전극은 전기화학적인 극성이 서로 반대되는 것이다. 예를 들어 제1 전극은 음극 또는 양극일 수 있으며, 제2 전극은 이에 반대되는 극성을 갖는다.

도 2는 본 발명의 구체적인 일 실시양태를 모식화하여 나타낸 것이다. 도 2를 참조하면 음극(101), 양극(102) 및 분리막(103)이 라미네이션 장치로 공급되기 전 음극과 양극이 분리막을 매개로 하여 적층된 적층 구조체(p100)의 형태로 준비된다.

상기 분리막(103)은 다공성 구조로 이루어져 있어서, 완성된 이차 전지에서 양극과 음극을 전기적으로 격리시키면서 리튬이온 등과 같은 이온들의 통과를 허여하는 작용을 한다.

상기 적층 구조체(p100)는 전극 조립체의 단위체(유닛셀)을 제조하기 위한 것으로서, 상기 유닛셀은 풀셀 또는 바이셀(미도시)일 수 있다.

상기 풀셀은 양극/분리막/음극의 단위 구조로 이루어져 있는 셀로서, 셀의 양측에 각각 양극과 음극이 위치하는 셀이다. 이러한 풀셀은 가장 기본적인 구조의 가장 기본적인 구조의 양극/분리막/음극 셀과 양극/분리막/음극/분리막/양극/분리막/음극 등을 들 수 있다.

또한, 바이셀은 양극/분리막/음극/분리막/양극의 단위 구조 및 음극/분리막/양극/분리막/음극의 단위 구조와 같이 셀의 양측에 동일한 전극이 위치하는 셀이다. 일반적으로 상기 양극/분리막/음극/분리막/양극 구조의 셀을 'C형 바이셀'로서 칭하고, 음극/분리막/양극/분리막/음극 구조의 셀을 'A형 바이셀'로 칭한다. 즉, 양측에 양극이 위치하는 셀을 C형 바이셀이라고 하고, 양측에 음극이 위치하는 셀을 A형 바이셀이라고 한다.

이러한 바이셀들은 셀 양측의 전극의 동일한 구조라면 그것을 이루는 양극 및 음극의 분리막의 수가 특별히 제한되는 것은 아니다.

다음으로, 상기 적층 구조체(p100)의 적어도 일측면 또는 양측면에 보호 부재(200) 가 배치된다(S2).

본 발명에 있어서, 상기 보호 부재(200)는 탄성 물질을 포함한다. 본 발명에서 보호 부재로 연질의 탄성 소재를 사용함으로써 라미네이션 공정에서 인가되는 열 및/또는 압력이 국소 부위에 편중되지 않고 전극과 분리막의 접착면 방향으로 균일하게 전달되어 전면 동일한 열과 압력 수준에서 더욱 견고한 결착력이 얻어질 수 있다. 또한, 본 발명에 있어서, 상기 보호 부재(200)는 라미네이션 공정 수행 중 또는 후에 라미네이션 장치에 상기 적층 구조체 또는 완성된 전극 조립체가 접착되는 현상이 발생하지 않도록 방지하는 역할을 수행한다.

본 발명에 있어서, 상기 탄성 물질은 천연 고무, 인조 고무, 폴리올레핀계 탄성 중합체(polyolefin eslatomer, POE), 스티렌계 블록 공중합체(styrenic block copolymer, SBC), 염화비닐계 탄성 중합체(vinyl choloride elastomer), 염소화 폴리 에틸렌계 탄성 중합체(염소화 폴리에틸렌계 탄성중합체(chlorinated polyethylene elastomer, CPE), 폴리우레탄 폼 (polyurethane foam), 폴리우레탄계 탄성 중합체(urethane elastomer, TPU), 폴리에스테르계 탄성중합체(polyester elastomer, TPEE), 폴리아미드계 탄성중합체(polyamide elastomer, TPAE), 불소계 탄성중합체(fluorinated elastomer) 및 실리콘계 탄성중합체(silicone elastomer)로 이루어진 그룹에서 선택된 1종 이상인 것이다.

본 발명의 구체적인 일 실시양태에 있어서, 상기 보호 부재는 탄성층(elastic layer)과 상기 탄성층의 일측면에 구비된 보강층(support layer)을 포함한다. 도 4는 본 발명의 구체적인 일 실시양태에 따른 보호 부재(200)를 도식화하여 나타낸 것으로서, 이를 참조하면 상기 보호 부재는 탄성층(210)의 일측 표면에 보강층(220)이 배치된 구조를 갖는다. 본 발명에 따른 보호 부재에서, 탄성층이 형성된 일측면은 적층 구조체의 외측 표면과 접촉하며, 보강층이 형성된 타측면은 라미네이션 장치 등의 표면과 접촉하여 이로부터 가하여지는 열 및/또는 압력이 직접 인가된다. 즉, 라미네이션 공정이 수행되기 전, 전극 구조체의 최외측 면에 보호 부재가 배치됨으로써 적층 구조체와 라미네이션 장치는 직접 접촉하지 않으며, 라미네이션 장치에서 인가되는 열 및/또는 압력은 일차적으로 보강층에 인가되며, 이 후 탄성층 및 적층 구조체로 순차적으로 전달된다.

본 발명의 구체적인 실시양태에 따르면 상기 보강층은 탄성층의 표면에 감압성 접착제나 감압성 접착층 등 점착성분을 매개로 하여 접착될 수 있으나, 특별히 이에 한정되는 것은 아니다. 보강층과 탄성층은 상기 방법 이외에도 적절한 방법으로 결착될 수 있다.

본 발명에 있어서, 상기 탄성층은 탄성 물질을 포함하며, 탄성층에 포함되는 탄성 물질은 전술한 내용을 참조로 한다. 본 발명의 구체적인 일 실시양태에 있어서 상기 탄성층은 바람직하게는 주요 구성 성분으로 폴리우레탄 탄성 중합체 및/또는 폴리우레탄 폼을 포함한다. 본 발명의 구체적인 일 실시양태에 있어서, 상기 탄성층은 탄성 계수가 0.01 MPa 내지 10 MPa, 또는 0.01 내지 5 MPa, 또는 0.01 MPa 내지 1 MPa인 것이며, 두께가 100㎛ 내지 200㎛인 것이다.

본 발명의 구체적인 일 실시양태에 있어서, 상기 탄성층은 폴리우레탄 폼을 포함한다. 상기 폴리우레탄 폼은 폴리우레탄 발포체로 탄성층이 전술한 범위의 탄성 계수를 확보할 수 있는 것이면 특별히 종류가 한정되는 것은 아니다. 예를 들어 상기 폴리우레탄 폼은 연질 폴리우레탄 폼 및 경질 폴리우레탄 폼 중 하나 이상을 포함하는 것일 수 있다.

본원 발명에 있어서, 상기 보강층은 보호 부재의 표면 보호 및 내구성을 높이는 역할을 한다. 본 발명에 있어서, 상기 보강층은 열가소성 수지를 포함할 수 있다. 상기 열가소성 수지는 예를 들어 에스테르계 고분자이며, 구체적으로 폴리부틸렌테레프탈레이트, 폴리에틸렌테페프탈레이트 등이 있으나 특별히 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명의 구체적인 일 실시양태에 있어서, 상기 보강층은 두께가 20㎛ 내지 70㎛이며, 바람직하게는 30㎛ 내지 60㎛이고, 탄성 계수는 2000 MPa 내지 2700 MPa 인 것이다.

본 발명에 있어서, 상기 보호 부재(200)는 라미네이션 온도에서 변화가 없고 라미네이션 공정 중 라미네이션 장치, 적층 구조체, 전극 조립체 등과 접착되거나 결착되지 않고 후술하는 단계에서 전극 조립체의 표면을 손상하지 않고 제거될 수 있도록 적절한 표면 특성이 부가될 수 있다.

본 발명의 구체적인 일 실시양태에 있어서, 상기 보강층은 탄성층이 구비된 측면의 타측 표면, 즉, 라미네이션 장치와 직접 접촉하는 표면이 이형 처리가 되어 있을 수 있다. 상기 이형 처리는 한편, 본 발명의 구체적인 일 실시양태에 있어서, 상기 보강층은 표면에 이형처리가 되어 있을 수 있다. 상기 이형처리는 예를 들어 PDMS 처리가 된 것일 수 있으나 특별히 이에 한정되는 것은 아니며, 제조된 전극 조립체의 표면에 손상을 주지 않고 제거될 수 있도록 하는 것이면 어느 것이나 적용될 수 있다.

전술한 바와 같이, 보호 부재(200)으로 연질의 탄성 소재를 사용함으로써 전극과 분리막의 접착면 방향으로 압력이 균일하게 전달되어 동일한 열과 압력 수준에서 더욱 견고한 결착력이 얻어질 수 있다. 일반적으로 전극은 입자 형상의 전극 활물질이 집전체 표면에 코팅되어 있는 것으로서 표면이 매끄럽지 않다. 또한, 분리막의 경우에도 무기물 입자를 포함하는 내열층이 더 구비될 수 있는데 이 경우 상기 무기물 입자는 일반적으로 전극의 활물질 입자에 비해 입경이 크다. 따라서 적층 구조체의 경우 표면의 평활도가 낮고 표면이 고르지 않고 울퉁불퉁하여 적층시 층간 이격되어 있는 부분이 발생될 수 있다. 따라서 경질의 보호 부재를 이용하여 라미네이션 공정을 수행하는 경우에는 전극 구조체의 표면에 전달되는 압력의 불균일이 발생될 수 있으며 이에 따라 층간 밀착 효율이 저하되는 문제가 발생할 수 있다. 특히 연속 공정을 위해 롤 라미네이션을 통해 전극 조립체를 제조하는 경우 롤러의 단면의 접선 부분과 적층 구조체의 선접촉에 의해 압력이 가하여지므로 가압 면적이 적은 문제가 있다. 따라서 전극과 분리막의 결착에 필요한 충분한 압력을 전달하기 위해서는 높은 압력을 가하거나 롤러 이동 시간을 연장하여야 하므로 공정상 효율이 저하되는 문제가 있다.

본 발명은 연성의 보호 부재를 사용함으로써 가압 면적이 증가되어 동일 시간에 넓은 면적이 가압되는 효과가 있으며, 전극과 분리막의 밀착력 향상을 위해 압력 증가가 수반되는 경우에도 보호 부재에 의한 완충 작용이 가능한 장점이 있다. 종래 일반적으로 보호 부재로 사용되는 PET 필름은 통상적으로 2000MPa 내지 2700MPa의 탄성계수를 갖는데 이러한 소재의 보호 부재에 의해서는 본 발명에 따른 보호 부재와 같은 완충 작용이 가능하지 않다.

본 발명에 있어서, 상기 보호 부재는 적층 구조체의 상면 및/또는 하면에 배치될 수 있으며, 바람직하게는 라미네이션 장치와 대면하는 적층 구조체(또는 전극 조립체)의 모든 표면에 배치되는 것이 바람직하다. 도 2를 참조하면 상기 보호 부재는 적층 구조체의 상면 및 하면에 모두 배치되어 적층 구조체와 함께 라미네이션 장치(300)로 이송될 수 있다.

다음으로 상기 적층 구조체(p100)에 열 및/또는 압력을 인가하는 라미네이션 공정을 수행한다(S3). 이때 상기 적층 구조체의 표면에는 보호 부재가 배치되어 있어 상기 열 및/또는 압력은 상기 보호 부재를 통해 간접적으로 적층 구조체에 전달된다.

본 발명의 구체적인 일 실시양태에 있어서, 전극 조립체의 가열은 60℃ 내지 105℃ 인 것이 바람직하다. 상기 온도가 60℃보다 낮으면 라미네이션 온도에 도달하는 시간이 길어질 수 있고, 반대로 105℃보다 높으면 분리막 원단의 수축으로 인해 셀 성능 저하를 일으킬 수 있으며, 보호 부재의 유리 결정화로 라미네이션 장치에 부착되는 현상이 발생하여 공정 불량이 발생될 수 있다.

본 발명의 구체적인 일 실시양태에 따르면 상기 라미네이션 공정은 상부 가압 부재(310) 및 하부 지지 부재(320)를 포함하는 라미네이션 장치(300)를 이용하여 수행될 수 있다. 상기 라미네이션 공정은 가열 조건에서 수행되며, 본 발명의 구체적인 일 실시양태에 따르면 상기 라미네이션 장치에 가열 장치가 별도로 또는 라미네이션 장치와 함께 일체로 구비될 수 있다. 도 2는 본 발명의 구체적인 일 실시양태에 따른 라미네이션 공정(S3)을 개략적으로 도식화하여 나타낸 것이다. 이를 참조하면, 하부 지지 부재(320)는 적층 구조체를 하부에서 상방 지지하는 하판(321) 및 상기 하판의 상면을 지나며 적층 구조체를 공정 진행 방향으로 이송시키는 이송 벨트(322) 및 상기 이송 벨트에 이송력을 제공하는 이송 롤러(323)을 포함한다.

본 발명의 구체적인 일 실시양태에 따르면 상기 하부 지지 부재(320)에 상기 적층 구조체(p100)가 안치되고 상기 적층 구조체(p100)의 상면이 상부 가압 부재(310)에 의해 하방으로 가압되며 이에 의해 전극과 분리막이 결착되어 전극 조립체(100)가 제조된다. 이때 상기 적층 구조체의 하면 및 상면에 보호 부재가 배치된다. 즉, 상기 하부 지지 부재와 적층 구조체의 사이 및 상기 상부 가압 부재와 적층 구조체의 사이에 보호 부재가 배치된다.

본 발명의 구체적인 일 실시양태에서 상기 하부 지지 부재가 하판과 이송 롤러를 포함하는 것으로 설명되었으나 상기 하부 지지 부재는 본 명세서에 기재된 내용에 한정되는 것은 아니며 상기 적층 구조체를 상방 지지하는 역할을 수행할 수 있는 것이면 제한 없이 사용할 수 있다.

본 발명의 구체적인 일 실시양태에 있어서, 상기 상부 가압 부재는 롤러의 형상으로 구비되어 적층 구조체의 가압과 함께 롤러의 회전에 의해 적층 구조체(p100)를 공정 진행 방향으로 이송시킬 수 있다. 그러나 상기 상부 가압 부재는 롤러의 형상으로 한정되는 것은 아니며 상기 적층 구조체을 하방으로 가압할 수 있는 역할을 수행할 수 있는 것이면 제한 없이 사용할 수 있다. 예를 들어 상기 상부 가압 부재는 판형으로 준비될 수 있다.

또한, 본 발명의 구체적인 일 실시양태에 따르면, 상기 라미네이션 장치(300)는 가압 대상물과 대면하는 장치의 표면에 탄성 부재가 더 구비되어 있을 수 있다.

도 5는 표면에 탄성 부재가 구비되어 있는 것을 상부 가압 부재(310)를 도식화하여 나타낸 것이다. 이를 참조하면, 상기 롤러는 원통형의 지지 부재(312) 및 상기 지지 부재의 표면을 피복하는 탄성 부재(311)를 포함하며, 상기 가압 부재는 탄성 부재(311)에 가압 대상물인 적층 구조체를 탄성 가압하게 된다.

상기 상부 가압 부재 외에도 하부 지지 부재(321)에, 구체적으로는 하판(321)과 가압 대상물인 적층 구조체의 사이에 탄성 부재가 더 구비될 수 있다(미도시). 본 발명의 구체적인 일 실시양태에 있어서, 상기 탄성 부재는 탄성 물질을 포함한다. 상기 탄성 물질은 본 발명에 따른 보호 부재의 포함되는 탄성 물질과 동일한 것으로서, 보호 부재에 대한 탄성 물질에 대한 내용으로 갈음하며 중복 기재를 피한다.

본 발명의 구체적인 일 실시양태에 있어서, 라미네이션 공정을 통해 전극 조립체가 완성된 이후에, 상기 보호 부재는 전극 조립체에서 제거된다. 구체적인 일 실시양태에 따르면 보호 부재를 회수하기 위한 별도의 필름 회수 롤러(미도시)를 구비할 수 있다.

본 발명의 일 실시양태에 있어서, 상기 전극은 음극 또는 양극인 것이며, 분리막을 기준으로 하여 서로 반대되는 극성의 전극이 배치된다. 상기 전극은 당업계에 알려진 통상 적인 방법에 따라 전극 활물질을 전극 전류집전체에 접착된 형태로 제조할 수 있다. 상기 전극 활물질 중 양극 활물질의 비제한적인 예로는 종래 전기 화학 소자의 양극에 사용될 수 있는 통상적인 양극 활물질이 사용가능하며, 특히 리튬망간산화물, 리튬코발트산화물, 리튬니켈산화물, 리튬철산화물 또는 이들의 조합에 의하여 형성되는 복합산화물 등과 같은 리튬흡착물질(lithium intercalation material) 등이 바람직하다. 음극 활물질의 비제한적인 예로는 종래 전기 화학 소자의 음극에 사용될 수 있는 통상적인 음극 활물질이 사용 가능하며, 특히 리튬 금속 또는 리튬 합금, 탄소, 석유코크(petroleum coke), 활성화 탄소(activated carbon), 그래파이트(graphite) 또는 기타 탄소류 등과 같은 리튬 흡착물질 등이 바람직하다. 양극 전류집전체의 비제한적인 예로는 알루미늄, 니켈 또는 이들의 조합에 의하여 제조되는 호일 등이 있으며, 음극 전류집전체의 비제한적인 예로는 구리, 금, 니켈 또는 구리 합금 또는 이들의 조합에 의하여 제조되는 호일 등이 있다.

상기와 같이 준비된 전극 조립체는 적절한 전지 외장재에 장입한 후 전해액을 주입하고 밀봉함으로써 전지셀로 제조될 수 있다.

본 발명의 기술 사상은 상기 바람직한 실시예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 발명의 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술 사상의 범위 내에서 다양한 변형예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다. 전술한 발명에 대한 권리범위는 이하의 특허청구범위에서 정해지는 것으로써, 명세서 본문의 기재에 구속되지 않으며, 청구범위의 균등 범위에 속하는 변형과 변경은 모두 본 발명의 범위에 속할 것이다.

Claims

(S1) 분리막을 개재하여 제1 전극과 제2 전극이 순차적으로 적층된 적층 구조체가 준비되는 단계;
(S2) 상기 적층 구조체의 일측면 또는 양측면에 보호 부재가 배치되는 단계; 및
(S3) 상기 보호 부재를 매개로 하여 상기 적층 구조체에 열 및/또는 압력이 인가되는 라미네이션 공정 수행 단계;
를 포함하며,
여기에서, 상기 보호 부재는 탄성 물질을 포함하며, 상기 적층 구조체는 상기 (S3) 단계를 통해 제1 전극, 제2 전극 및 분리막이 결착되는 것인, 전극 조립체의 제조 방법.
제1항에 있어서,
상기 보호 부재는 탄성층(elastic layer) 및 상기 탄성층의 일측면에 구비된 보강층(support layer)을 포함하며, 상기 보호 부재에서 탄성층의 표면이 상기 적층 구조체와 대면하고, 상기 열 및/또는 압력은 상기 보강층을 통해 탄성층 및 적층 구조체로 순차적으로 전달되는 것이며, 상기 탄성층은 탄성 물질을 포함하는 것인, 전극 조립체의 제조 방법.
제2항에 있어서,
상기 보강층은 탄성층이 구비된 측면의 타측 표면에 이형 처리가 되어 있는 것인, 전극 조립체의 제조 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 탄성 물질은 천연 고무, 인조 고무, 폴리올레핀계 탄성 중합체(polyolefin eslatomer, POE), 스티렌계 블록 공중합체(styrenic block copolymer, SBC), 염화비닐계 탄성 중합체(vinyl choloride elastomer), 염소화 폴리 에틸렌계 탄성 중합체(염소화 폴리에틸렌계 탄성중합체(chlorinated polyethylene elastomer, CPE), 폴리우레탄 폼 (polyurethane foam), 폴리우레탄계 탄성 중합체(urethane elastomer, TPU), 폴리에스테르계 탄성중합체(polyester elastomer, TPEE), 폴리아미드계 탄성중합체(polyamide elastomer, TPAE), 불소계 탄성중합체(fluorinated elastomer) 및 실리콘계 탄성중합체(silicone elastomer)로 이루어진 그룹에서 선택된 1종 이상인 것인, 전극 조립체의 제조 방법.
제1항에 있어서,
상기 (S3)은 하부 지지 부재와 상부 가압 부재를 포함하는 라미네이션 장치를 이용하여 수행되며, 상기 하부 지지대의 상부측에 적층 구조체가 배치되고 상기 상부 가압 부재가 상기 적층 구조체를 하방 가압함으로써 라미네이션 공정이 수행되는 것인, 전극 조립체의 제조 방법.
제5항에 있어서,
상기 적층 구조체의 양쪽 외측면에 보호 부재가 각각 배치되어 있어 상기 적층 구조체와 상기 라미네이션 장치는 직접 접촉하지 않는 것인, 전극 조립체의 제조 방법.
제2항에 있어서,
상기 보강층은 열가소성 수지를 포함하며, 두께가 20~70㎛이고, 탄성계수가 2000MPa 내지 2700MPa인 것을 특징으로 하는 것인, 전극 조립체의 제조 방법.
제7항에 있어서,
상기 열가소성 수지는 폴리에스테르 수지인 것인, 전극 조립체의 제조 방법.
제2항에 있어서,
상기 탄성층은 폴리우레탄 폼을 포함하며, 두께가 100~200㎛이고, 탄성계수가 0.1 내지 1MPa인 것을 특징으로 하는 것인, 전극 조립체의 제조 방법.
분리막을 사이에 두고 제1 전극과 제2 전극이 순차적으로 적층된 적층 구조체를 라미네이션 장치를 이용하여 가열 및/또는 가압하여 전극 조립체를 제조하는 전극 조립체 라미네이션 공정에 사용되며, 상기 적층 구조체의 최외측부의 적어도 일측면 또는 양측면에 배치되어 라미네이션 장치로부터 가하여지는 상기 열 및/또는 압력이 전극 조립체에 균일하게 인가되도록 하며, 탄성 물질을 포함하는 것인, 전극 조립체 표면 보호용 보호 부재.
제10항에 있어서,
상기 보호 부재는 탄성층(elastic layer) 및 상기 탄성층의 일측면에 구비된 보강층(support layer)을 포함하며, 상기 보호 부재에서 보강층의 표면이 상기 적층 구조체와 대면하고, 상기 열 및/또는 압력은 탄성층을 통해 보강층 및 적층 구조체로 순차적으로 전달되는 것이며, 상기 탄성층은 탄성 물질을 포함하는 것인, 전극 조립체 표면 보호용 보호 부재.
제10항 또는 제11항에 있어서,
상기 탄성 물질은 천연 고무, 인조 고무, 폴리올레핀계 탄성 중합체(polyolefin eslatomer, POE), 스티렌계 블록 공중합체(styrenic block copolymer, SBC), 염화비닐계 탄성 중합체(vinyl choloride elastomer), 염소화 폴리 에틸렌계 탄성 중합체(염소화 폴리에틸렌계 탄성중합체(chlorinated polyethylene elastomer, CPE), 폴리우레탄 폼 (polyurethane foam), 폴리우레탄계 탄성 중합체(urethane elastomer, TPU), 폴리에스테르계 탄성중합체(polyester elastomer, TPEE), 폴리아미드계 탄성중합체(polyamide elastomer, TPAE), 불소계 탄성중합체(fluorinated elastomer) 및 실리콘계 탄성중합체(silicone elastomer)로 이루어진 그룹에서 선택된 1종 이상인 것인, 전극 조립체 표면 보호용 보호 부재.
제11항에 있어서,
상기 보강층은 열가소성 수지를 포함하며, 두께가 20~70㎛이고, 탄성계수가 2000MPa 내지 2700MPa인 것을 특징으로 하는 것인, 전극 조립체 표면 보호용 보호 부재.
제11항에 있어서,
상기 탄성층은 폴리 우레탄 폼을 포함하며, 두께가 100~200㎛이고, 탄성계수가 0.1 내지 1MPa인 것을 특징으로 하는 것인, 전극 조립체 표면 보호용 필름.
제11항에 있어서,
상기 보강층은 탄성층이 구비된 측면의 타측 표면에 이형 처리가 되어 있는 것인, 전극 조립체의 제조 방법.
제10항에 있어서,
상기 전극 조립체의 라미네이션 공정 수행 후 전극 조립체의 표면의 손상없이 제거되는 것인, 전극 조립체 표면 보호용 보호 부재.