KR20170006437A - 중심에 노칭부를 포함하는 전극 시트를 이용하여 전극판을 제조하는 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 이차전지용 전극판을 제조하는 방법으로서,
(a) 가로가 세로에 비해 상대적으로 길고, 세로 방향을 기준으로 일측 부위가 제 1 본체부, 중심 부위가 노칭부, 및 타측 부위가 제 2 본체부로 구성되어 있는 집전체 시트를 준비하는 과정;
(b) 상기 집전체 시트의 제 1 본체부 및/또는 제 2 본체부의 적어도 일면에 전극 활물질을 도포하여 전극 시트를 제조하는 과정; 및
(c) 제 1 전극 탭 및 제 2 전극 탭의 형상을 각각 하나 이상 포함하도록 상기 노칭부를 노칭하는 과정;
을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

중심에 노칭부를 포함하는 전극 시트를 이용하여 전극판을 제조하는 방법 {Method of Manufacturing Electrode Plate Using Electrode Sheet Including Notching Part at Center}
본 발명은 중심에 노칭부를 포함하는 전극 시트를 이용하여 전극판을 제조하는 방법에 관한 것이다.
화석연료 사용의 급격한 증가로 인하여 대체 에너지나 청정에너지의 사용에 대한 요구가 증가하고 있으며, 그 일환으로 가장 활발하게 연구되고 있는 분야가 전기화학을 이용한 발전, 축전 분야이다.
현재 이러한 전기화학적 에너지를 이용하는 전기화학 소자의 대표적인 예로 이차전지를 들 수 있으며, 점점 더 그 사용 영역이 확대되고 있는 추세이다.
이차전지는 전지케이스의 형상에 따라, 전극조립체가 원통형 또는 각형의 금속 캔에 내장되어 있는 원통형 전지 및 각형 전지와, 전극조립체가 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치형 케이스에 내장되어 있는 파우치형 전지로 분류된다.
전지케이스에 내장되는 전극조립체는 양극/분리막/음극의 적층 구조로 이루어진 충방전이 가능한 발전소자로서, 활물질이 도포된 긴 시트형의 양극과 음극 사이에 분리막을 개재하여 권취한 젤리-롤형과, 소정 크기의 다수의 양극과 음극을 분리막이 개재된 상태에서 순차적으로 적층한 스택형으로 분류된다.
이러한 젤리-롤형과 스택형의 혼합 형태인 진일보한 구조의 전극조립체로서, 일정한 단위 크기의 양극/분리막/음극 구조의 풀셀(full cell) 또는 양극(음극)/분리막/음극(양극)/분리막/양극(음극) 구조의 바이셀(bicell)을 긴 길이의 연속적인 분리필름을 이용하여 폴딩한 구조의 스택/폴딩형 전극조립체가 개발되었다.
또한, 기존 스택형 전극조립체의 공정성을 향상시키고, 다양한 형태의 이차전지 수요를 충족시키기 위해, 전극과 분리막이 교대로 적층되어 접합(lamination)되어 있는 단위셀들을 적층한 구조의 라미네이션/스택형 전극조립체도 개발되었다.
한편, 일반적으로 스택형, 스택/폴딩형, 및 라미네이션/스택형과 같은 스택 구조의 전극조립체의 경우, 집전체의 일면 또는 양면에 전극 활물질이 도포되어 있는 단면 전극판 또는 양면 전극판을 사용한다.
이러한 전극판을 제조하기 위해서는, 긴 시트형의 집전체의 일부에 전극 활물질을 도포하고, 일부에 전극 활물질이 코팅되지 않은 무지부를 위치시키고, 무지부를 노칭하여 전극 탭의 형상으로 제조하는 방법이 알려져 있다.
일반적인 전극 탭의 면적은 무지부 하나의 면적 대비 5% 내지 40% 정도이고, 따라서, 하나의 무지부로 하나의 전극 탭을 제조하는 경우 전극 탭 하나의 면적을 제외한 나머지는 버려지는 문제가 있었다.
따라서, 전극판 제조 시, 버려지는 무지부를 절약하여 원가를 절감하고, 제조 공정을 간소화하면서도 생산성을 증가 시킬 수 있는 기술에 대한 필요성이 높은 실정이다.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.
본 출원의 발명자들은 심도 있는 연구와 다양한 실험을 거듭한 끝에, 이후 설명하는 바와 같이, 세로 방향을 기준으로 일측 부위가 제 1 본체부, 중심 부위가 노칭부, 및 타측 부위가 제 2 본체부로 구성되어 있는 집전체 시트의 제 1 본체부 및/또는 제 2 본체부의 적어도 일면에 전극 활물질을 도포하여 전극 시트를 제조하고, 노칭부를 전극 탭으로 노칭하는 경우, 제조 공정을 간소화하면서, 제조 비용을 절감할 수 있음을 확인하고, 본 발명을 완성하기에 이르렀다.
따라서, 본 발명에 따른 이차전지용 전극판을 제조하는 방법은,
(a) 가로가 세로에 비해 상대적으로 길고, 세로 방향을 기준으로 일측 부위가 제 1 본체부, 중심 부위가 노칭부, 및 타측 부위가 제 2 본체부로 구성되어 있는 집전체 시트를 준비하는 과정;
(b) 상기 집전체 시트의 제 1 본체부 및/또는 제 2 본체부의 적어도 일면에 전극 활물질을 도포하여 전극 시트를 제조하는 과정; 및
(c) 제 1 전극 탭 및 제 2 전극 탭의 형상을 각각 하나 이상 포함하도록 상기 노칭부를 노칭하는 과정;
을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 노칭부는 전극 활물질이 도포되지 않은 무지부에 해당한다. 상기 노칭부를 통해 적어도 2개의 전극 탭, 즉, 하나의 제 1 전극 탭 및 하나의 제 2 전극 탭을 제조할 수 있으므로, 종래의 하나의 단위 무지부에서 하나의 전극 탭만을 제조하는 기술 대비, 2개의 전극판을 생산할 때마다 단위 노칭부의 면적만큼 집전체 시트를 절감할 수 있다.
상기 집전체 시트는 연속 제조 공정에 적합하도록 롤(roll) 형태일 수 있으며, 롤 형태의 집전체 시트를 펼치면서 상기 과정들을 수행할 수 있다.
또한, 상기 전극 시트는 연속 공정을 통해 더욱 효율적으로 전극판들을 생산할 수 있도록, 상기 노칭부는 제 1 전극 탭 및 제 2 전극 탭의 형상을 각각 둘 이상의 복수로 포함할 수 있고, 상세하게는 각각 5개 이상 포함할 수 있다. 이때, 상기 전극 탭들은 노칭부 상에서 전극 시트의 가로 방향으로 제 1 전극 탭 및 제 2 전극 탭이 교번 배열된 반복 구조로 형성될 수 있다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 제 1 본체부 및 제 2 본체부의 면적은 동일하거나 상이하며, 상세하게는 동일할 수 있다. 상기 제 1 본체부 및 제 2 본체부의 면적이 상이한 경우에는, 면적이 상이한 전극판들을 생산하기에 적합하고, 면적이 동일한 경우에는 면적이 동일한 전극판들을 생산하기에 적합하다.
한편, 일반적으로 스택형, 스택/폴딩형, 및 라미네이션/스택형과 같은 스택 구조의 전극조립체의 경우, 에너지 밀도를 향상 시키고, 원가를 절감하기 위하여, 집전체의 양면에 전극 활물질이 도포되어 있는, 양면 전극판을 사용하는 것이 일반적이다.
다만, 이러한 스택 구조의 전극조립체의 최외곽에 위치하는 전극판에 있어서는, 전극조립체의 외부를 향하는 면에는 전극 활물질이 도포되어 있지 않고, 전극조립체의 내부를 향하는 면에만 전극 활물질이 도포되어 있는 단면 전극판을 사용한다. 최외곽 전극판의 경우에 전극조립체의 외부를 향하는 면은 대향 전극과 대면하지 않으므로 이차전지의 용량 향상에 크게 기여하지 못하고, 외력 작용 또는 외부 물체의 관통 시 안전성에 취약하기 때문이다.
또한, 스택 구조의 전극조립체에 포함되는 전극판들은 그 극성에 따라, 전극 탭의 위치를 다르게 구성될 필요가 있고, 이러한 구조를 통해, 전극판들의 극성을 구분하기 용이하고, 전극판 및 분리막들을 적층한 후 전극 리드를 통해 동일한 극성의 전극 탭들을 전기적으로 연결하는 것이 더욱 용이하다.
이와 같이 전극 탭의 위치를 다르게 구성하기 위하여, 상기 과정(c)에서 커팅 후 전극판의 형상이, 전극 탭이 형성된 변의 수직 이등분선을 기준으로 양측이 비대칭이 되도록, 전극 탭을 노칭할 수 있다.
이때, 전극조립체의 최외곽에 위치하는 단면 전극판은, 전극 탭의 위치가 동일한 극성의 다른 양면 전극판들 또는 단면 전극판과 동일해야 한다.
하지만, 단면 전극판이 전극조립체의 위쪽 최외곽에 위치하는 경우 단면 전극판의 하면에 전극 활물질이 도포되고 상면에 무지부가 위치해야 하고, 단면 전극판이 전극조립체의 아래쪽 최외곽에 위치하는 경우 상면에 전극 활물질이 도포되고 하면에 무지부가 위치해야 한다.
따라서, 스택형 구조의 전극조립체에 단면 전극판을 적용 시, 전극 조립체의 양측 최외곽에 위치하는 단면 전극판들은 서로 상이한 구조 가져야만 하며, 상이한 구조의 단면 전극판을 제조하기 위한 별도의 제조 공정을 거쳐야 한다.
이와 같이 상이한 구조의 단면 전극판들을 제조하기 위해서는, 각각의 단면 전극판들을 제조하기 위한, 집전체 시트 및 금형들이 필요하여, 제조 공정이 복잡해지고, 원재료의 단가가 상승하여, 제조 비용이 상승하는 문제가 있다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 제 1 본체부 및 제 2 본체부는 양면 중 일면에만 전극 활물질이 도포되어 있는 구조일 수 있다. 이러한 구조를 통해서 스택 구조의 전극조립체의 최외곽에 위치하는 단면 전극판을 제조할 수 있다.
더욱이, 상기 제 1 본체부 및 제 2 본체부의 양면 중 전극 활물질이 도포되는 면을 조절하여, 서로 다른 구조의 전극판들을 제조할 수 있다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 양면은 제 1 면 및 제 2 면으로 이루어져 있으며, 제 1 본체부 및 제 2 본체부는 각각 제 1 면에만 전극 활물질이 도포되어 있는 구조일 수 있다.
또 다른 예에서, 상기 양면은 제 1 면 및 제 2 면으로 이루어져 있으며, 제 1 본체부는 제 1 면에만 전극 활물질이 도포되어 있고, 제 2 본체부는 제 2 면에만 전극 활물질이 도포되어 있는 구조일 수 있다.
한편, 상기 과정(b)에서, 제 1 전극 탭은 제 1 본체부로부터 연장된 구조로 형성되고, 제 2 전극 탭은 제 2 본체부로부터 연장된 구조로 형성될 수 있다.
이와 같이, 전극 탭이 코팅부의 집전체로부터 연장된 구조를 통해, 전극 탭과 집전체를 용접하는 공정을 생략할 수 있고, 전극 탭과 집전체의 연결부위의 전기 저항을 감소시킬 수 있다.
상기 과정(b)는 하기 (b1) 및 (b2)를 포함할 수 있다:
(b1) 상기 집전체 시트의 제 1 본체부 및/또는 제 2 본체부의 적어도 일면에 전극 활물질 슬러리를 도포하고 건조하는 과정; 및
(b2) 상기 전극 활물질이 도포된 집전체 시트를 압연하는 과정
또한, 상기 과정(c) 이후에 하기 과정(d)를 더 포함할 수 있다:
(d) 상기 제 1 본체부 및 제 1 전극 탭을 포함하는 제 1 전극 시트와, 제 2 본체부 및 제 2 전극 탭을 포함하는 제 2 전극 시트로, 전극 시트를 분리하는 과정.
이와 같이 상기 제 1 전극 시트 및 제 2 전극 시트로 분리하여 각각 다음 공정에서 이용할 수 있으며, 다음 공정으로 이동하기 위하여, 제 1 전극 시트 및 제 2 시트를 각각 롤 형태로 권취할 수도 있다.
상기 과정(d) 이후에 하기 과정(e)를 더 포함할 수 있다:
(e) 상기 전극 시트의 노칭부에는 제 1 전극 탭 및 제 2 전극 탭이 각각 2개 이상 형성되어 있고, 하나의 전극 탭을 포함하는 전극판을 제조하기 위하여 제 1 전극 시트 및 제 2 전극 시트를 세로 방향으로 커팅하는 과정.
이와 같이 커팅을 통해서, 제 1 전극 시트 및 제 2 전극 시트로부터 전극판들을 제조할 수 있다. 필요에 따라서는, 상기 과정(e) 전에 전극 시트와 분리막 시트를 라미네이팅하는 공정이 추가로 포함될 수 있으며, 이 경우, 커팅을 통해서, 전극판과 분리판이 라미네이팅되어 있는 구조의 단위셀을 제조할 수 있다.
한편, 상기 과정(e)에서 제 1 전극 시트를 커팅하여 제조되는 제 1 전극판과 제 2 전극 시트를 커팅하여 제조되는 제 2 전극판은 집전체의 양면 중 일면에만 전극 활물질이 도포되어 있는 단면 전극판이고, 전극 탭의 위치가 동일하거나 상이할 수 있다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 제 1 전극판은 전극 활물질이 도포된 면이 하면이고, 전극 탭이 위치한 변이 상변일 때, 전극 탭이 상변의 좌측에 편향되어 위치하는 L형 전극판이고; 상기 제 2 전극판은 활물질이 도포된 면이 하면이고, 전극 탭이 위치한 변이 상변일 때, 전극 탭이 상변의 우측에 편향되어 위치하는 R형 전극판일 수 있다.
이때, 상기 L형 전극판 및 R형 전극판에서 각각의 전극 탭은, 수직 이등분선으로부터 편향되어 있는 거리가 동일할 수 있다. 즉, 상기 L형 전극판 및 R형 전극판은 전극 활물질이 도포되어 있는 방향을 제외하고는, 집전체 및 전극 탭의 위치 및 형상 자체는 동일할 수 있다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 과정(c)에서 노칭부는 제 1 전극 탭 및 제 2 전극 탭의 형상을 각각 둘 이상 포함하고, 평면상으로 좌측에 위치한 제 1 전극 탭과 우측에 위치한 제 2 전극 탭 사이의 거리가 D1이고, 좌측에 위치한 제 2 전극 탭과 우측에 위치한 제 1 전극 탭 사이의 거리가 D2일 때, D1 및 D2가 동일하거나 상이할 수 있다.
상기 노칭부에 전극 탭 형상을 노칭 시, 전극 탭들 사이의 거리가 너무 가까우면 간섭에 의해 전극 탭 형상이 변형되는 문제가 발생할 수 있다. 따라서, 모든 전극 탭들 사이에 충분한 거리를 확보하기 위해서는 D1 및 D2가 동일한 것이 보다 유리할 수 있다.
상기 제 1 본체부의 커팅 예정선과 제 2 본체부의 커팅 예정선은, 가로 위치가 서로 일치하거나 불일치할 수 있다.
스택/폴딩형 전극조립체를 예로 들면, 홀수개의 바이셀들을 포함하는 경우, 전극조립체의 최외곽에 동일한 극성의 단면 전극판들이 위치하게 되고, 이때 최외곽에 위치하는 단면 전극판들은 활물질이 도포되어 있는 면과 전극 탭의 위치를 기준으로 상이한 구조를 가지게 되며, 결국, 두 종류의 단면 전극판들을 제조 해야한다.
다른 예에서, 짝수개의 바이셀들을 포함하는 경우, 전극조립체의 최외곽에 상이한 극성의 단면 전극판들이 위치하게 되고, 결국 동일한 극성의 단면 전극판들은 동일한 구조를 가지도록 제조 해야한다.
본 발명에 따르면, 단면 전극판을 제조 시, 하나의 집전체 시트로부터 동일한 구조의 단면 전극판들을 제조하거나, 또는, 서로 상이한 구조의 단면 전극판들을 제조할 수 있다.
상기 전극 활물질을 도포하는 면의 방향, 상기 커팅 예정선의 위치를 조절하여, 상이한 구조의 단면 전극판들 또는 동일한 구조의 단면 전극판들을 제조할 수 있다.
하나의 예에서, 상기 제 1 본체부 및 제 2 본체부의 제 1 면에만 전극 활물질이 도포되어 있고, 상기 커팅 예정선의 가로 위치가 일치하는 경우, 동일한 구조의 단면 전극판들을 제조할 수 있다.
또 다른 예에서, 상기 제 1 본체부는 제 1 면에만 전극 활물질이 도포되어 있고, 제 2 본체부는 제 2 면에만 전극 활물질이 도포되어 있고, 상기 커팅 예정선의 가로 위치가 일치하는 경우, 상이한 구조의 단면 전극판들을 제조할 수 있다.
또 다른 예에서, 상기 제 1 본체부 및 제 2 본체부의 제 1 면에만 전극 활물질이 도포되어 있고, 상기 커팅 예정선의 가로 위치가 불일치하는 경우, 상이한 구조의 단면 전극판들을 제조할 수 있다.
또 다른 예에서, 상기 제 1 본체부는 제 1 면에만 전극 활물질이 도포되어 있고, 제 2 본체부는 제 2 면에만 전극 활물질이 도포되어 있고, 상기 커팅 예정선의 가로 위치가 불일치하는 경우, 동일한 구조의 단면 전극판들을 제조할 수 있다.
본 발명은 또한, 노칭 및/또는 커팅에 의해 2개 이상의 전극판들을 제조할 수 있는 전극 시트를 제공하며, 이러한 전극 시트는,
가로가 세로에 비해 상대적으로 길고, 세로 방향을 기준으로 일측 부위가 제 1 본체부, 중심 부위가 전극 탭의 형상으로 노칭되는 노칭부, 및 타측 부위가 제 2 본체부로 구성되어 있는 집전체 시트를 포함하고 있고, 상기 집전체 시트의 제 1 본체부 및/또는 제 2 본체부의 적어도 일면에는 전극 활물질이 도포될 수 있다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 제 1 본체부 및 제 2 본체부는 양면 중 일면에만 전극 활물질이 도포되어 있는 구조일 수 있다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 노칭부는, 커팅 후 전극판의 형상이, 전극 탭이 형성된 변의 수직 이등분선을 기준으로 양측이 비대칭이 되도록, 전극 탭이 노칭되어 있는 구조일 수 있다.
본 발명은 또한, 상기 제조 방법에 의해 제조되는 전극판, 이러한 전극판을 포함하는 전극조립체, 및 이러한 전극조립체가 전해액과 함께 전지케이스에 내장되어 있는 이차전지를 제공한다.
이하, 상기 이차전지의 기타 성분에 대해서 설명한다.
상기 전극은 음극과 양극을 통칭하며, 상기 양극은, 예를 들어, 양극 집전체에 양극 활물질, 도전재 및 바인더가 혼합된 양극 합제를 도포하여 제조될 수 있고, 필요에 따라서는 상기 양극 합제에 충진제를 더 첨가할 수 있다.
상기 양극 집전체는 일반적으로 3 ~ 201 ㎛의 두께로 제조되며, 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 높은 도전성을 가지는 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 스테인레스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티타늄, 및 알루미늄이나 스테인레스 스틸의 표면에 카본, 니켈, 티타늄 또는 은으로 표면처리 한 것 중에서 선택되는 하나를 사용할 수 있고, 상세하게는 알루미늄이 사용될 수 있다. 집전체는 그것의 표면에 미세한 요철을 형성하여 양극 활물질의 접착력을 높일 수도 있으며, 필름, 시트, 호일, 네트, 다공질체, 발포체, 부직포체 등 다양한 형태가 가능하다.
상기 양극 활물질은, 예를 들어, 리튬 코발트 산화물(LiCoO2), 리튬 니켈 산화물(LiNiO2) 등의 층상 화합물이나 1 또는 그 이상의 전이금속으로 치환된 화합물; 화학식 Li1+xMn2-xO4 (여기서, x 는 0 ~ 0.33 임), LiMnO3, LiMn2O3, LiMnO2 등의 리튬 망간 산화물; 리튬 동 산화물(Li2CuO2); LiV3O8, LiV3O4, V2O5, Cu2V2O7 등의 바나듐 산화물; 화학식 LiNi1-xMxO2 (여기서, M = Co, Mn, Al, Cu, Fe, Mg, B 또는 Ga 이고, x = 0.01 ~ 0.3 임)으로 표현되는 Ni 사이트형 리튬 니켈 산화물; 화학식 LiMn2-xMxO2 (여기서, M = Co, Ni, Fe, Cr, Zn 또는 Ta 이고, x = 0.01 ~ 0.1 임) 또는 Li2Mn3MO8 (여기서, M = Fe, Co, Ni, Cu 또는 Zn 임)으로 표현되는 리튬 망간 복합 산화물; 화학식의 Li 일부가 알칼리토금속 이온으로 치환된 LiMn2O4; 디설파이드 화합물; Fe2(MoO4)3 등을 들 수 있지만, 이들만으로 한정되는 것은 아니다.
상기 도전재는 통상적으로 양극 활물질을 포함한 양극 합제 전체 중량을 기준으로 1 내지 30 중량%로 첨가된다. 이러한 도전재는 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 천연 흑연이나 인조 흑연 등의 흑연; 카본블랙, 아세틸렌 블랙, 케첸 블랙, 채널 블랙, 퍼네이스 블랙, 램프 블랙, 서머 블랙 등의 카본블랙; 탄소 섬유나 금속 섬유 등의 도전성 섬유; 불화 카본, 알루미늄, 니켈 분말 등의 금속 분말; 산화아연, 티탄산 칼륨 등의 도전성 위스키; 산화 티탄 등의 도전성 금속 산화물; 폴리페닐렌 유도체 등의 도전성 소재 등이 사용될 수 있다.
상기 양극에 포함되는 바인더는 활물질과 도전재 등의 결합과 집전체에 대한 결합에 조력하는 성분으로서, 통상적으로 양극 활물질을 포함하는 혼합물 전체 중량을 기준으로 1 내지 30 중량%로 첨가된다. 이러한 바인더의 예로는, 폴리불화비닐리덴, 폴리비닐알코올, 카르복시메틸셀룰로우즈(CMC), 전분, 히드록시프로필셀룰로우즈, 재생 셀룰로우즈, 폴리비닐피롤리돈, 테트라플루오로에틸렌, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 에틸렌-프로필렌-디엔 테르 폴리머(EPDM), 술폰화 EPDM, 스티렌-부타디엔 고무, 불소 고무, 다양한 공중합체 등을 들 수 있다.
상기 충진제는 양극의 팽창을 억제하는 성분으로서 선택적으로 사용되며, 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 섬유상 재료라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등의 올리핀계 중합체; 유리섬유, 탄소섬유 등의 섬유상 물질이 사용된다.
반면에, 음극은 음극 집전체에 음극 활물질, 도전재, 및 바인더를 포함하는 음극 합제를 도포하여 제조될 수 있으며, 이에 충진제 등이 선택적으로 더 포함될 수 있다.
상기 음극 집전체는 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 구리, 스테인레스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소, 구리나 스테인레스 스틸의 표면에 카본, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면처리한 것, 알루미늄-카드뮴 합금 등이 사용될 수 있다. 또한, 양극 집전체와 마찬가지로, 표면에 미세한 요철을 형성하여 음극 활물질의 결합력을 강화시킬 수도 있으며, 필름, 시트, 호일, 네트, 다공질체, 발포체, 부직포체 등 다양한 형태로 사용될 수 있다.
본 발명에서 음극 집전체의 두께는 3 내지 201 ㎛의 범위 내에서 모두 동일할 수 있으나, 경우에 따라서는 각각 서로 다른 값을 가질 수 있다.
상기 음극 활물질은, 예를 들어, 난흑연화 탄소, 흑연계 탄소 등의 탄소; LixFe2O3(0≤x≤1), LixWO2(0≤x≤1), SnxMe1-xMe'yOz (Me: Mn, Fe, Pb, Ge; Me': Al, B, P, Si, 주기율표의 1족, 2족, 3족 원소, 할로겐; 0<x≤1; 1≤y≤3; 1≤z≤8) 등의 금속 복합 산화물; 리튬 금속; 리튬 합금; 규소계 합금; 주석계 합금; SnO, SnO2, PbO, PbO2, Pb2O3, Pb3O4, Sb2O3, Sb2O4, Sb2O5, GeO, GeO2, Bi2O3, Bi2O4, and Bi2O5 등의 금속 산화물; 폴리아세틸렌 등의 도전성 고분자; Li-Co-Ni 계 재료 등을 사용할 수 있다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 분리막은, 당업계에서 통상적으로 사용되는 폴리올레핀 계열의 필름일 수 있고, 예를 들어, 고밀도 폴리에틸렌, 저밀도 폴리에틸렌, 선형저밀도 폴리에틸렌, 초고분자량 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌테레프탈레이트 (polyethyleneterephthalate), 폴리부틸렌테레프탈레이트(polybutyleneterephthalate), 폴리에스테르(polyester), 폴리아세탈(polyacetal), 폴리아미드(polyamide), 폴리카보네이트(polycarbonate), 폴리이미드(polyimide), 폴리에테르에테르케톤(polyetheretherketone), 폴리에테르설폰(polyethersulfone), 폴리페닐렌옥사이드(polyphenyleneoxide), 폴리페닐렌설파이드로(polyphenylenesulfidro), 폴리에틸렌나프탈렌(polyethylenenaphthalene) 및 이들의 혼합체로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상으로 이루어진 시트일 수 있다.
상기 분리막은, 동일한 물질로 이루어진 것일 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니고, 전지셀의 안전성, 에너지 밀도, 및 전반적인 성능에 따라서, 서로 상이한 물질로 이루어질 수 있음은 물론이다.
상기 분리막의 기공 크기 및 기공도는 특별한 제한이 없으나, 기공도는 10 내지 95% 범위, 기공 크기(직경)는 0.1 내지 50 ㎛일 수 있다. 기공 크기 및 기공도가 각각 0.1 ㎛ 및 10% 미만인 경우에는 저항층으로 작용하게 되며, 기공 크기 및 기공도가 50 ㎛ 및 95%를 초과할 경우에는 기계적 물성을 유지하기가 어렵게 된다.
상기 전해액은 리튬염 함유 비수 전해질일 수 있고, 상기 리튬염 함유 비수 전해질은 비수 전해질과 리튬염으로 이루어져 있으며, 상기 비수 전해질로는 비수계 유기용매, 유기 고체 전해질, 무기 고체 전해질 등이 사용되지만 이들만으로 한정되는 것은 아니다.
상기 비수계 유기용매로는, 예를 들어, N-메틸-2-피롤리디논, 프로필렌 카르보네이트, 에틸렌 카르보네이트, 부틸렌 카르보네이트, 디메틸 카르보네이트, 디에틸 카르보네이트, 감마-부틸로 락톤, 1,2-디메톡시 에탄, 테트라히드록시푸란, 2-메틸 테트라하이드로푸란, 디메틸술폭시드, 1,3-디옥소런, 포름아미드, 디메틸포름아미드, 디옥소런, 아세토니트릴, 니트로메탄, 포름산 메틸, 초산메틸, 인산 트리에스테르, 트리메톡시 메탄, 디옥소런 유도체, 설포란, 메틸 설포란, 1,3-디메틸-2-이미다졸리디논, 프로필렌 카르보네이트 유도체, 테트라하이드로푸란 유도체, 에테르, 피로피온산 메틸, 프로피온산 에틸 등의 비양자성 유기용매가 사용될 수 있다.
상기 유기 고체 전해질로는, 예를 들어, 폴리에틸렌 유도체, 폴리에틸렌 옥사이드 유도체, 폴리프로필렌 옥사이드 유도체, 인산 에스테르 폴리머, 폴리 에지테이션 리신(agitation lysine), 폴리에스테르 설파이드, 폴리비닐 알코올, 폴리 불화 비닐리덴, 이온성 해리기를 포함하는 중합제 등이 사용될 수 있다.
상기 무기 고체 전해질로는, 예를 들어, Li3N, LiI, Li5NI2, Li3N-LiI-LiOH, LiSiO4, LiSiO4-LiI-LiOH, Li2SiS3, Li4SiO4, Li4SiO4-LiI-LiOH, Li3PO4-Li2S-SiS2 등의 Li의 질화물, 할로겐화물, 황산염 등이 사용될 수 있다.
상기 리튬염은 상기 비수 전해질에 용해되기 좋은 물질로서, 예를 들어, LiCl, LiBr, LiI, LiClO4, LiBF4, LiB10Cl10, LiPF6, LiCF3SO3, LiCF3CO2, LiAsF6, LiSbF6, LiAlCl4, CH3SO3Li, (CF3SO2)2NLi, 클로로 보란 리튬, 저급 지방족 카르본산 리튬, 4 페닐 붕산 리튬, 이미드 등이 사용될 수 있다.
또한, 비수 전해질에는 충방전 특성, 난연성 등의 개선을 목적으로, 예를 들어, 피리딘, 트리에틸포스파이트, 트리에탄올아민, 환상 에테르, 에틸렌 디아민, n-글라임(glyme), 헥사 인산 트리 아미드, 니트로벤젠 유도체, 유황, 퀴논 이민 염료, N-치환 옥사졸리디논, N,N-치환 이미다졸리딘, 에틸렌 글리콜 디알킬 에테르, 암모늄염, 피롤, 2-메톡시 에탄올, 삼염화 알루미늄 등이 첨가될 수도 있다. 경우에 따라서는, 불연성을 부여하기 위하여, 사염화탄소, 삼불화에틸렌 등의 할로겐 함유 용매를 더 포함시킬 수도 있고, 고온 보존 특성을 향상시키기 위하여 이산화탄산 가스를 더 포함시킬 수도 있으며, FEC(Fluoro-Ethylene Carbonate), PRS(Propene sultone) 등을 더 포함시킬 수 있다.
하나의 구체적인 예에서, LiPF6, LiClO4, LiBF4, LiN(SO2CF3)2 등의 리튬염을, 고유전성 용매인 EC 또는 PC의 환형 카보네이트와 저점도 용매인 DEC, DMC 또는 EMC의 선형 카보네이트의 혼합 용매에 첨가하여 리튬염 함유 비수 전해질을 제조할 수 있다.
본 발명은 또한, 이러한 이차전지를 단위전지로서 포함하는 전지팩, 및 이러한 전지팩을 전원으로서 포함하는 디바이스를 제공한다.
상기 디바이스는, 예를 들어, 노트북 컴퓨터, 넷북, 태블릿 PC, 휴대폰, MP3, 웨어러블 전자기기, 파워 툴(power tool), 전기자동차(Electric Vehicle, EV), 하이브리드 전기자동차(Hybrid Electric Vehicle, HEV), 플러그-인 하이브리드 전기자동차(Plug-in Hybrid Electric Vehicle, PHEV), 전기 자전거(E-bike), 전기 스쿠터(E-scooter), 전기 골프 카트(electric golf cart), 또는 전력저장용 시스템일 수 있지만, 이들만으로 한정되지 않음은 물론이다.
이러한 디바이스의 구조 및 제작 방법은 당업계에 공지되어 있으므로, 본 명세서에서는 그에 대한 자세한 설명을 생략한다.
상기에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 방법은, 1 단위의 노칭부로부터 2개의 전극 탭들을 제조할 수 있으므로, 기존의 방법에 비해 1 단위의 노칭부의 면적만큼 집전체 시트를 절감할 수 있다.
또한, 하나의 전극 시트, 노칭 금형, 커팅 금형만을 이용하여, 서로 다른 종류의 전극판들 또는 동일한 전극판들을 두 배의 공정 효율로 제조할 수 있으므로, 제조 비용을 절감할 수 있고, 금형 제작에 필요한 기간을 단축할 수 있다.
도 1은 일반적인 전극 시트를 이용하여 전극판을 제조하는 과정을 나타낸 모식도이다;
도 2는 도 1의 전극 시트를 커팅하여 제조된 단위 전극 시트를 노칭하여 전극판을 제조하는 과정을 나타낸 모식도이다;
도 3은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전극 시트를 모식적으로 나타낸 평면도 및 수직단면도이다;
도 4는 도 3의 전극 시트를 제 1 전극시트와 제 2 전극 시트로 분리하여 커팅하는 과정을 나타낸 모식도이다;
도 5는 도 4의 전극 시트들을 커팅하여 제조된 2 종의 전극판들을 모식적으로 나타낸 평면도 및 수직단면도이다;
도 6, 도 7 및 도9는 각각 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전극 시트를 모식적으로 나타낸 평면도 및 수직 단면도이다;
도 8은 도 7의 전극 시트를 커팅하여 제조된 2 종의 전극판들을 모식적으로 나타낸 평면도 및 수직단면도이다.
이하에서는, 본 발명의 실시예에 따른 도면을 참조하여 설명하지만, 이는 본 발명의 더욱 용이한 이해를 위한 것으로, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.
도 1에는 일반적인 전극 시트를 이용하여 전극판을 제조하는 과정이 모식적으로 도시되어 있고, 도 2에는 전극 시트를 커팅하여 제조된 단위 전극 시트를 노칭하여 전극판을 제조하는 과정이 모식적으로 도시되어 있다.
우선, 도 1을 참조하면, 전극 시트(100)는 집전체 시트(101) 상에 전극 활물질이 도포되어 있는 코팅부(110) 및 무지부(120)를 포함하고 있다.
코팅부(110)는 집전체 시트(101)의 세로 방향을 기준으로 하측에 위치하고 있으며, 무지부(120)은 코팅부와 인접하여 집전체 시트(101)의 상측에 위치하고 있다.
집전체 시트(101)는 가로가 세로보다 상대적으로 긴 형태이며, 집전체 시트(101)를 세로 방향으로 커팅 예정선(A1, A2, A3, A4)를 따라 커팅하면, 5개의 단위 전극 시트들을 제조할 수 있다.
다음으로, 도 1 및 도 2를 참조하면, 단위 전극 시트(151)는 코팅부(111) 및 무지부(121)을 포함하고 있으며, 단위 전극 시트(151)의 하측에 코팅부(111), 상측에 무지부(121)가 위치하고 있다.
노칭 금형을 이용하여, 단위 전극 시트(151)의 무지부(121)를 전극 탭(121a)의 형상으로 노칭하여, 전극판(151a)을 제조하였다. 전극 탭(121a)은 코팅부(111)의 집전체로부터 연장된 구조로 형성되어 있다.
도 3에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전극 시트의 평면도와 수직단면도가 모식적으로 도시되어 있다.
도 3을 참조하면, 전극 시트(200)의 평면도가 위쪽에 도시되어 있고, 아래쪽에는 전극시트(200)를 세로 방향으로 절단한 수직단면도가 도시되어 있다.
전극 시트(200)는 제 1 본체부(210), 제 2 본체부(220), 노칭부(230)를 포함하는 집전체 시트(201)에 전극 활물질을 도포하여 제조된다.
집전체 시트(201)는 가로가 세로에 비해 상대적으로 길고, 세로 방향을 기준으로 하측에 제 1 본체부(210), 중심에 노칭부(230), 상측에 제 2 본체부(220)가 위치하고 있다.
제 1 본체부(210) 및 제 2 본체부(220)는 각각 일면에 전극 활물질이 도포되어 있고, 제 1 본체부(210)는 상면에 전극 활물질이 도포되어 있으며, 제 2 본체부(220)는 하면에 전극 활물질이 도포되어 있다. 또한, 제 1 본체부(210) 및 제 2 본체부(220)는 서로 면적이 동일하여, 면적이 동일한 전극판들을 제조할 수 있다.
노칭부(230)에는 제 1 전극 탭들(241, 242, 243, 244, 245) 및 제 2 전극 탭들(251, 252, 253, 254, 255)이 노칭을 통해 형성되어 있다.
도 1 및 도 2의 전극 시트(100)와 비교할 때, 전극 시트(100)는 1 단위의 무지부(121)로부터 하나의 전극 탭(121a)만을 제조할 수 있고, 본 발명에 따른 전극 시트(200)는 1 단위의 노칭부로부터 2개의 전극 탭들(241, 251)을 제조할 수 있으므로, 1 단위의 노칭부의 면적만큼 집전체 시트를 절감할 수 있다.
한편, 제 1 전극 탭들(241, 242, 243, 244, 245)은 제 1 본체부(210)로부터 연장된 구조로 형성되어 있고, 제 2 전극 탭들(251, 252, 253, 254, 255)은 제 2 본체부(220)로부터 연장된 구조로 형성되어 있다.
평면상으로 좌측에 위치한 제 1 전극 탭(241)과 우측에 위치한 제 2 전극 탭(251) 사이의 거리가 D1이고, 좌측에 위치한 제 2 전극 탭(251)과 우측에 위치한 제 1 전극 탭(242) 사이의 거리가 D2일 때, D1 및 D2가 동일하다.
이러한 구조를 통해, 노칭부(230)에 전극 탭 형상을 노칭 시, 전극 탭들(241, 242, 243, 244, 245, 251, 252, 253, 254, 255) 사이의 거리를 충분히 확보할 수 있고, 따라서, 간섭에 의해 전극 탭들의 형상이 변형되는 문제를 방지할 수 있다.
제 1 본체부(210) 및 제 2 본체부(220)로부터 전극판을 제조하기 위해서는 커팅 공정을 거쳐야 하며, 제 1 본체부(210)의 커팅 예정선(A1, A2, A3, A4)과 제 2 본체부(220)의 커팅 예정선(A1, A2, A3, A4)은, 가로 위치가 서로 일치한다.
전극 탭들(241, 242, 243, 244, 245, 251, 252, 253, 254, 255)은 커팅을 통해 제조되는 전극판의 형상에 있어서, 전극 탭이 형성된 변의 수직 이등분선을 기준으로 양측이 비대칭이 되도록 형성되어 있다.
특히, 제 1 본체부(210)로부터 제조되는 전극판들과 제 2 본체부(220)로부터 제조되는 전극판들은 전극 활물질이 도포되는 방향을 제외하고는, 집전체의 면적 및 전극 탭의 위치가 서로 동일하도록 전극 탭들(241, 242, 243, 244, 245, 251, 252, 253, 254, 255)이 노칭되어 있다.
도 4에는 도 3의 전극 시트를 제 1 전극시트와 제 2 전극 시트로 분리하여 커팅하는 과정이 모식적으로 도시되어 있다.
도 3과 함께 도 4를 참조하면, 제 1 본체부(210) 및 제 1 전극 탭들(241, 242, 243, 244, 245)을 포함하는 제 1 전극 시트(219)와, 제 2 본체부(220) 및 제 2 전극 탭들(251, 252, 253, 254, 255)을 포함하는 제 2 전극 시트(229)로, 전극 시트(200)를 분리하였다.
이와 같이 분리된 제 1 및 제 2 전극 시트들(219, 229)을 커팅 예정선(A1, A2, A3, A4)를 따라 세로 방향으로 커팅하면, 도 5와 같이 상이한 종류의 전극판들을 제조할 수 있다.
도 5에는 도 4의 전극 시트들을 커팅하여 제조된 2 종의 전극판들의 평면도 및 수직단면도가 각각 도시되어 있다.
도 3 및 도 4와 함께 도 5를 참조하면, 전극 시트들(219, 229)를 통해 제조된 R형 전극판(261) 및 L형 전극판(271)이 도시되어 있다. 구체적으로 좌측 상단에 R형 전극판(261)의 평면도, 좌측 하단에 R형 전극판(261)의 수직단면도, 우측 상단에 L형 전극판(271)의 평면도, 우측 하단에 L형 전극판(271)의 수직단면도가 도시되어 있다.
R형 전극판(261)은 전극 활물질이 집전체(211)의 하면에 도포되어 있고, 전극 탭(241)이 위치한 변이 상변일 때, 전극 탭(241)이 우측에 편향되어 위치하고 있다.
L형 전극판(271)은 전극 활물질이 집전체(221)의 하면에 도포되어 있고, 전극 탭(251)이 위치한 변이 상변일 때, 전극 탭(251)이 좌측에 편향되어 위치하고 있다.
R형 전극판(261)은 제 1 전극 시트(219)를 커팅하여 제조되고, L형 전극판(271)은 제 2 전극 시트(229)를 커팅하여 제조된다.
이와 같이, 전극 시트(200)의 제 1 본체부(210)와 제 2 본체부(220)에 전극 활물질을 서로 다른 방향에 도포하고, 커팅 예정선(A1, A2, A3, A4)의 가로 위치가 일치하도록 하는 경우, 하나의 전극 시트로부터, 서로 다른 형태의 전극판들(261, 271)을 제조 할 수 있다.
일반적으로, 서로 다른 형태의 전극판들(261, 271)을 제조하기 위해서는 각각의 전극판들에 부합하는 전극 시트, 노칭 금형, 커팅 금형 등이 필요하다. 반면에 본 발명에 따르면, 하나의 전극 시트, 노칭 금형, 커팅 금형만을 이용하여, 서로 다른 종류의 전극판들(261, 271)을 제조할 수 있으므로, 제조 비용을 절감할 수 있고, 금형 제작에 필요한 기간을 단축할 수 있다.
도 6에는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전극 시트의 평면도와 수직 단면도가 모식적으로 도시되어 있다.
도 6을 참조하면, 전극 시트(200a)의 평면도가 위쪽에 도시되어 있고, 아래쪽에는 전극시트(200a)를 세로 방향으로 절단한 수직단면도가 도시되어 있다.
전극 시트(200a)는 제 1 본체부(210), 제 2 본체부(220), 노칭부(230)를 포함하는 집전체 시트(201)에 전극 활물질을 도포하여 제조된다.
집전체 시트(201)는 가로가 세로에 비해 상대적으로 길고, 세로 방향을 기준으로 하측에 제 1 본체부(210), 중심에 노칭부(230), 상측에 제 2 본체부(220)가 위치하고 있다.
제 1 본체부(210) 및 제 2 본체부(220)는 각각 일면에 전극 활물질이 도포되어 있고, 제 1 본체부(210)는 상면에 전극 활물질이 도포되어 있으며, 제 2 본체부(220) 또한 상면에 전극 활물질이 도포되어 있다. 제 1 본체부(210) 및 제 2 본체부(220)는 서로 면적이 동일하여, 면적이 동일한 전극판들을 제조할 수 있다.
노칭부(230)에는 제 1 전극 탭들(241, 242, 243, 244, 245) 및 제 2 전극 탭들(251, 252, 253, 254, 255)이 노칭을 통해 형성되어 있다.
제 1 전극 탭들(241, 242, 243, 244, 245)은 제 1 본체부(210)로부터 연장된 구조로 형성되어 있고, 제 2 전극 탭들(251, 252, 253, 254, 255)은 제 2 본체부(220)로부터 연장된 구조로 형성되어 있다.
평면상으로 좌측에 위치한 제 1 전극 탭(241)과 우측에 위치한 제 2 전극 탭(251) 사이의 거리가 D1'이고, 좌측에 위치한 제 2 전극 탭(251)과 우측에 위치한 제 1 전극 탭(242) 사이의 거리가 D2'일 때, D1' 및 D2'가 상이하다.
제 1 본체부(210) 및 제 2 본체부(220)로부터 전극판을 제조하기 위해서는 커팅 공정을 거쳐야 하며, 제 1 본체부(210)의 커팅 예정선(A1, A2, A3, A4)과 제 2 본체부(220)의 커팅 예정선(A1, A2, A3, A4)은, 가로 위치가 서로 일치한다.
전극 탭들(241, 242, 243, 244, 245, 251, 252, 253, 254, 255)은 커팅을 통해 제조되는 전극판의 형상에 있어서, 전극 탭이 형성된 변의 수직 이등분선을 기준으로 양측이 비대칭이 되도록 형성되어 있다.
특히, 제 1 본체부(210)로부터 제조되는 전극판들과 제 2 본체부(220)로부터 제조되는 전극판들은 전극 활물질이 도포되는 방향을 제외하고는, 집전체의 면적 및 전극 탭의 위치가 서로 동일하도록 전극 탭들(241, 242, 243, 244, 245, 251, 252, 253, 254, 255)이 노칭되어 있다.
도 6의 전극 시트(200a)를 커팅 예정선(A1, A2, A3, A4)를 따라 세로로 커팅하면, 제 1 본체부(210) 및 제 2 본체부(220)로부터 동일한 형상의 전극판들만이 제조되고, 구체적으로, 도 5의 R형 전극판(261)과 같은 1종의 전극판들만이 제조된다.
도 7에는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전극 시트의 평면도와 수직 단면도가 모식적으로 도시되어 있다.
도 7을 참조하면, 전극 시트(200b)의 평면도가 위쪽에 도시되어 있고, 아래쪽에는 전극시트(200b)를 세로 방향으로 절단한 수직단면도가 도시되어 있다.
전극 시트(200b)는 제 1 본체부(210), 제 2 본체부(220), 노칭부(230)를 포함하는 집전체 시트(201)에 전극 활물질을 도포하여 제조된다.
집전체 시트(201)는 가로가 세로에 비해 상대적으로 길고, 세로 방향을 기준으로 하측에 제 1 본체부(210), 중심에 노칭부(230), 상측에 제 2 본체부(220)가 위치하고 있다. 참고로, 전극 시트(200b)는 연속된 형상의 일부를 나타내고 있으며, 좌측 단부 및 우측 단부가 일부 생략된 것으로 볼 수 있다.
제 1 본체부(210) 및 제 2 본체부(220)는 각각 일면에 전극 활물질이 도포되어 있고, 제 1 본체부(210)는 상면에 전극 활물질이 도포되어 있으며, 제 2 본체부(220) 또한 상면에 전극 활물질이 도포되어 있다. 제 1 본체부(210) 및 제 2 본체부(220)는 서로 면적이 동일하여, 면적이 동일한 전극판들을 제조할 수 있다.
노칭부(230)에는 각각 5개의 제 1 전극 탭들(241, 242, 243, 244, 245) 및 제 2 전극 탭들(251, 252, 253, 254, 255)이 노칭을 통해 형성되어 있고, 모든 전극 탭들(241, 242, 243, 244, 245, 251, 252, 253, 254, 255) 간의 거리는 동일하다.
제 1 전극 탭들(241, 242, 243, 244, 245)은 제 1 본체부(210)로부터 연장된 구조로 형성되어 있고, 제 2 전극 탭들(251, 252, 253, 254, 255)은 제 2 본체부(220)로부터 연장된 구조로 형성되어 있다.
제 1 본체부(210) 및 제 2 본체부(220)로부터 전극판을 제조하기 위해서는 커팅 공정을 거쳐야 하며, 제 1 본체부(210)의 커팅 예정선(B1, B2, B3, B4, B5)과 제 2 본체부(220)의 커팅 예정선(A1, A2, A3, A4)은, 가로 위치가 서로 불일치한다.
전극 탭들(241, 242, 243, 244, 245, 251, 252, 253, 254, 255)은 커팅을 통해 제조되는 전극판의 형상에 있어서, 전극 탭이 형성된 변의 수직 이등분선을 기준으로 양측이 비대칭이 되도록 형성되어 있다.
특히, 제 1 본체부(210)로부터 제조되는 전극판들과 제 2 본체부(220)로부터 제조되는 전극판들은 전극 활물질이 도포되는 방향을 제외하고는, 집전체의 면적 및 전극 탭의 위치가 서로 동일하도록 전극 탭들(241, 242, 243, 244, 245, 251, 252, 253, 254, 255)이 노칭되어 있다.
도 7의 전극 시트(200b)를 커팅 예정선(A1, A2, A3, A4, B1, B2, B3, B4, B5)를 따라 세로로 커팅하면, 도 8과 같이 상이한 종류의 전극판들을 제조할 수 있다.
도 8에는 도 7의 전극 시트를 커팅하여 제조된 2 종의 전극판들의 평면도 및 수직단면도가 각각 도시되어 있다.
도 7과 함께 도 8을 참조하면, 전극 시트(200b)를 통해 제조된 L형 전극판(261b) 및 R형 전극판(271b)이 도시되어 있다. 구체적으로, 좌측 상단에 L형 전극판(261b)의 평면도, 좌측 하단에 L형 전극판(261b)의 수직단면도, 우측 상단에 R형 전극판(271b)의 평면도, 우측 하단에 R형 전극판(271b)의 수직단면도가 도시되어 있다.
L형 전극판(261b)는 전극 활물질이 집전체(211)의 하면에 도포되어 있고, 전극 탭(242)이 위치한 변이 상변일 때, 전극 탭(242)이 좌측에 편향되어 위치하고 있다.
R형 전극판(271b)은 전극 활물질이 집전체(221)의 하면에 도포되어 있고, 전극 탭(251)이 위치한 변이 상변일 때, 전극 탭(251)이 우측에 편향되어 위치하고 있다.
L형 전극판(261b)은 제 1 본체부(210)를 커팅하여 제조되고, R형 전극판(271b)은 제 2 본체부(220)를 커팅하여 제조된다.
도 9에는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전극 시트의 평면도와 수직 단면도가 모식적으로 도시되어 있다.
도 9를 참조하면, 전극 시트(200c)의 평면도가 위쪽에 도시되어 있고, 아래쪽에는 전극시트(200c)를 세로 방향으로 절단한 수직단면도가 도시되어 있다.
전극 시트(200c)는 제 1 본체부(210), 제 2 본체부(220), 노칭부(230)를 포함하는 집전체 시트(201)에 전극 활물질을 도포하여 제조된다.
집전체 시트(201)는 가로가 세로에 비해 상대적으로 길고, 세로 방향을 기준으로 하측에 제 1 본체부(210), 중심에 노칭부(230), 상측에 제 2 본체부(220)가 위치하고 있다. 참고로, 전극 시트(200c)는 연속된 형상의 일부를 나타내고 있으며, 좌측 단부 및 우측 단부가 일부 생략된 것으로 볼 수 있다.
제 1 본체부(210) 및 제 2 본체부(220)는 각각 일면에 전극 활물질이 도포되어 있고, 제 1 본체부(210)는 상면에 전극 활물질이 도포되어 있으며, 제 2 본체부(220)는 하면에 전극 활물질이 도포되어 있다. 제 1 본체부(210) 및 제 2 본체부(220)는 서로 면적이 동일하여, 면적이 동일한 전극판들을 제조할 수 있다.
노칭부(230)에는 각각 5개의 제 1 전극 탭들(241, 242, 243, 244, 245) 및 제 2 전극 탭들(251, 252, 253, 254, 255)이 노칭을 통해 형성되어 있고, 모든 전극 탭들(241, 242, 243, 244, 245, 251, 252, 253, 254, 255) 간의 거리는 동일하다.
제 1 전극 탭들(241, 242, 243, 244, 245)은 제 1 본체부(210)로부터 연장된 구조로 형성되어 있고, 제 2 전극 탭들(251, 252, 253, 254, 255)은 제 2 본체부(220)로부터 연장된 구조로 형성되어 있다.
제 1 본체부(210) 및 제 2 본체부(220)로부터 전극판을 제조하기 위해서는 커팅 공정을 거쳐야 하며, 제 1 본체부(210)의 커팅 예정선(B1, B2, B3, B4, B5)과 제 2 본체부(220)의 커팅 예정선(A1, A2, A3, A4)은, 가로 위치가 서로 불일치한다.
전극 탭들(241, 242, 243, 244, 245, 251, 252, 253, 254, 255)은 커팅을 통해 제조되는 전극판의 형상에 있어서, 전극 탭이 형성된 변의 수직 이등분선을 기준으로 양측이 비대칭이 되도록 형성되어 있다.
특히, 제 1 본체부(210)로부터 제조되는 전극판들과 제 2 본체부(220)로부터 제조되는 전극판들은 전극 활물질이 도포되는 방향을 제외하고는, 집전체의 면적 및 전극 탭의 위치가 서로 동일하도록 전극 탭들(241, 242, 243, 244, 245, 251, 252, 253, 254, 255)이 노칭되어 있다.
도 9의 전극 시트(200c)를 커팅 예정선(A1, A2, A3, A4, B1, B2, B3, B4, B5)를 따라 세로로 커팅하면, 제 1 본체부(210) 및 제 2 본체부(220)로부터 동일한 형상의 전극판들만이 제조되고, 구체적으로, 도 8의 L형 전극판(261b)과 같은 1종의 전극판들만이 제조된다.
이와 같이, 본 발명에 따르면, 전극 활물질을 도포하는 면의 방향, 커팅 예정선의 위치를 조절하여, 상이한 구조의 단면 전극판들 또는 동일한 구조의 단면 전극판들을 제조할 수 있다.
어떠한 경우에도, 1 단위의 노칭부로부터 2개의 전극 탭들을 제조할 수 있으므로, 기존의 방법에 비해 1 단위의 노칭부의 면적만큼 집전체 시트를 절감할 수 있다.
또한, 하나의 전극 시트, 노칭 금형, 커팅 금형만을 이용하여, 서로 다른 종류의 전극판들 또는 동일한 전극판들을 두 배의 공정 효율로 제조할 수 있으므로, 제조 비용을 절감할 수 있고, 금형 제작에 필요한 기간을 단축할 수 있다.
이상 본 발명의 실시예에 따른 도면을 참조하여 설명하였지만, 본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주 내에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다.

Claims (22)

  1. 이차전지용 전극판을 제조하는 방법으로서,
    (a) 가로가 세로에 비해 상대적으로 길고, 세로 방향을 기준으로 일측 부위가 제 1 본체부, 중심 부위가 노칭부, 및 타측 부위가 제 2 본체부로 구성되어 있는 집전체 시트를 준비하는 과정;
    (b) 상기 집전체 시트의 제 1 본체부 및/또는 제 2 본체부의 적어도 일면에 전극 활물질을 도포하여 전극 시트를 제조하는 과정; 및
    (c) 제 1 전극 탭 및 제 2 전극 탭의 형상을 각각 하나 이상 포함하도록 상기 노칭부를 노칭하는 과정;
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 본체부 및 제 2 본체부의 면적은 동일하거나 상이한 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 본체부 및 제 2 본체부는 양면 중 일면에만 전극 활물질이 도포되어 있는 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 양면은 제 1 면 및 제 2 면으로 이루어져 있으며, 제 1 본체부 및 제 2 본체부는 각각 제 1 면에만 전극 활물질이 도포되어 있는 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제 3 항에 있어서, 상기 양면은 제 1 면 및 제 2 면으로 이루어져 있으며, 제 1 본체부는 제 1 면에만 전극 활물질이 도포되어 있고, 제 2 본체부는 제 2 면에만 전극 활물질이 도포되어 있는 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 과정(b)에서, 제 1 전극 탭은 제 1 본체부로부터 연장된 구조로 형성되고, 제 2 전극 탭은 제 2 본체부로부터 연장된 구조로 형성되는 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 과정(b)는 하기 (b1) 및 (b2)를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법:
    (b1) 상기 집전체 시트의 제 1 본체부 및/또는 제 2 본체부의 적어도 일면에 전극 활물질 슬러리를 도포하고 건조하는 과정; 및
    (b2) 상기 전극 활물질이 도포된 집전체 시트를 압연하는 과정.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 과정(c) 이후에 하기 과정(d)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법:
    (d) 상기 제 1 본체부 및 제 1 전극 탭을 포함하는 제 1 전극 시트와, 제 2 본체부 및 제 2 전극 탭을 포함하는 제 2 전극 시트로, 전극 시트를 분리하는 과정.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 과정(d) 이후에 하기 과정(e)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법:
    (e) 상기 전극 시트의 노칭부에는 제 1 전극 탭 및 제 2 전극 탭이 각각 2개 이상 형성되어 있고, 하나의 전극 탭을 포함하는 전극판을 제조하기 위하여 제 1 전극 시트 및 제 2 전극 시트를 세로 방향으로 커팅하는 과정.
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 과정(c)에서 커팅 후 전극판의 형상이, 전극 탭이 형성된 변의 수직 이등분선을 기준으로 양측이 비대칭이 되도록, 전극 탭을 노칭하는 것을 특징으로 하는 방법.
  11. 제 9 항에 있어서, 상기 과정(e)에서 제 1 전극 시트를 커팅하여 제조되는 제 1 전극판과 제 2 전극 시트를 커팅하여 제조되는 제 2 전극판은 집전체의 양면 중 일면에만 전극 활물질이 도포되어 있는 단면 전극판이고, 전극 탭의 위치가 동일하거나 상이한 것을 특징으로 하는 방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 제 1 전극판은 전극 활물질이 도포된 면이 하면이고, 전극 탭이 위치한 변이 상변일 때, 전극 탭이 상변의 좌측에 편향되어 위치하는 L형 전극판이고;
    상기 제 2 전극판은 활물질이 도포된 면이 하면이고, 전극 탭이 위치한 변이 상변일 때, 전극 탭이 상변의 우측에 편향되어 위치하는 R형 전극판인 것을 특징으로 하는 방법.
  13. 제 1 항에 있어서, 상기 과정(c)에서 노칭부는 제 1 전극 탭 및 제 2 전극 탭의 형상을 각각 둘 이상 포함하고, 평면상으로 좌측에 위치한 제 1 전극 탭과 우측에 위치한 제 2 전극 탭 사이의 거리가 D1이고, 좌측에 위치한 제 2 전극 탭과 우측에 위치한 제 1 전극 탭 사이의 거리가 D2일 때, D1 및 D2가 동일하거나 상이한 것을 특징으로 하는 방법.
  14. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 본체부의 커팅 예정선과 제 2 본체부의 커팅 예정선은, 가로 위치가 서로 일치하거나 불일치하는 것을 특징으로 하는 방법.
  15. 노칭 및/또는 커팅에 의해 2개 이상의 전극판들을 제조할 수 있는 전극 시트로서,
    가로가 세로에 비해 상대적으로 길고, 세로 방향을 기준으로 일측 부위가 제 1 본체부, 중심 부위가 전극 탭의 형상으로 노칭되는 노칭부, 및 타측 부위가 제 2 본체부로 구성되어 있는 집전체 시트를 포함하고 있고,
    상기 집전체 시트의 제 1 본체부 및/또는 제 2 본체부의 적어도 일면에는 전극 활물질이 도포되어 있는 것을 특징으로 하는 전극 시트.
  16. 제 15 항에 있어서, 상기 제 1 본체부 및 제 2 본체부는 양면 중 일면에만 전극 활물질이 도포되어 있는 것을 특징으로 하는 전극 시트.
  17. 제 15 항에 있어서, 상기 노칭부는, 커팅 후 전극판의 형상이, 전극 탭이 형성된 변의 수직 이등분선을 기준으로 양측이 비대칭이 되도록, 전극 탭이 노칭되어 있는 것을 특징으로 하는 전극 시트.
  18. 제 1 항에 따른 방법에 의해 제조되는 것을 특징으로 하는 전극판.
  19. 제 18 항에 따른 전극판을 포함하는 것을 특징으로 하는 전극조립체.
  20. 제 19 항에 따른 전극조립체가 전해액과 함께 전지케이스에 내장되어 있는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  21. 제 20 항에 따른 이차전지를 단위전지로서 포함하는 것을 특징으로 하는 전지팩.
  22. 제 21 항에 따른 전지팩을 전원으로서 포함하는 것을 특징으로 하는 디바이스.
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