KR20170055722A - 노칭부를 포함하는 전극 시트를 이용하여 전극판을 제조하는 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 집전체 일면 또는 양면에 전극 활물질이 도포되어 있는 구조의 전극판을 제조하는 방법으로서, (a) 폭 방향(가로 방향)을 기준으로 중심 부위가 활물질 도포 예정부 및 양 측 부위가 각각 노칭 예정부로 구성되어 있는 집전체 시트를 준비하는 과정; (b) 활물질 도포 예정부에 전극 활물질을 도포하여 전극 시트를 제조하는 과정; (c) 전극 시트의 길이 방향(세로 방향)을 따라 세로 방향의 중심선을 슬리팅하여 2개의 예비 전극판들을 제조하는 과정; (d) 예비 전극판의 노칭 예정부를 각각 노칭하여 전극 탭들을 형성하는 과정; 및 (e) 전극판의 폭 크기에 대응하는 간격으로 예비 전극판을 가로 방향으로 슬리팅하여 개별 전극판들을 제조하는 과정;을 포함하는 전극판 제조방법을 제공한다.

Description

노칭부를 포함하는 전극 시트를 이용하여 전극판을 제조하는 방법 {Method of Manufacturing Electrode Plate Using Electrode Sheet Including Notching Part}

본 발명은 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 위치시킨 상태에서, 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.

또한, 전극 활물질을 도포하는 공정의 경우, 설계된 길이 또는 폭에 대해서 일정 수준의 오차를 가지게 되므로, 전극 활물질의 도포되는 길이 또는 폭을 설계된 전극판의 길이보다 길게 구성하여야 한다.

이러한 구조에서 전극 탭을 형성하기 위하여 노칭하는 과정에서, 끝선 정렬(Edge Position Control: EPC) 기준을 전극 탭이 위치하는 단부로 설정할 경우, 전극 탭이 위치하는 부위의 대향 단부를 노칭하는 과정에서 집전체에 도포되어 있는 전극 활물질이 스크랩(Scrap)과 함께 버려지는 문제가 발생한다.

따라서, 전극판 제조 시, 버려지는 무지부 및 전극 활물질을 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.

즉, 본 발명의 목적은 전극판을 제조하는 방법으로서, 폭 방향(가로 방향)을 기준으로 중심 부위가 활물질 도포 예정부 및 양 측 부위가 각각 노칭 예정부로 구성되어 있는 집전체 시트에 전극 활물질을 도포하고, 전극 시트의 길이 방향(세로 방향)을 따라 세로 방향의 중심선을 슬리팅하여 2개의 예비 전극판들을 제조하는 과정을 포함함으로써, 제조 공정을 간소화하면서, 낭비되는 소재를 최소화하여, 제조 비용을 절감할 수 있는 효과를 제공할 수 있다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전극판 제조방법은,

집전체 일면 또는 양면에 전극 활물질이 도포되어 있는 구조의 전극판을 제조하는 방법으로서,

(a) 폭 방향(가로 방향)을 기준으로 중심 부위가 활물질 도포 예정부 및 양 측 부위가 각각 노칭 예정부로 구성되어 있는 집전체 시트를 준비하는 과정;

(b) 활물질 도포 예정부에 전극 활물질을 도포하여 전극 시트를 제조하는 과정;

(c) 전극 시트의 길이 방향(세로 방향)을 따라 세로 방향의 중심선을 슬리팅하여 2개의 예비 전극판들을 제조하는 과정;

(d) 예비 전극판의 노칭 예정부를 각각 노칭하여 전극 탭들을 형성하는 과정; 및

(e) 전극판의 폭 크기에 대응하는 간격으로 예비 전극판을 가로 방향으로 슬리팅하여 개별 전극판들을 제조하는 과정;

을 포함하도록 구성되어 있다.

따라서, 본 발명에 따른 전극판 제조방법은 폭 방향(가로 방향)을 기준으로 중심 부위가 활물질 도포 예정부 및 양 측 부위가 각각 노칭 예정부로 구성되어 있는 집전체 시트에 전극 활물질을 도포하고, 전극 시트의 길이 방향(세로 방향)을 따라 세로 방향의 중심선을 슬리팅하여 2개의 예비 전극판들을 제조하는 과정을 포함함으로써, 제조 공정을 간소화하면서, 낭비되는 소재를 최소화하여, 제조 비용을 절감할 수 있는 효과를 제공할 수 있다.

상기 집전체 시트에서 노칭 예정부는 전극 활물질이 도포되지 않은 무지부에 해당하며, 활물질 도포 예정부에 전극 활물질을 도포하는 과정을 통해 형성될 수 있다.

또한, 상기 집전체 시트는 연속 제조 공정에 적합하도록 롤(roll) 형태일 수 있으며, 롤 형태의 집전체 시트를 펼치면서 상기 과정들을 수행할 수 있다.

하나의 구체적인 예에서, 상기 과정(a)의 집전체 시트는 세로 길이가 가로 길이에 비해 상대적으로 긴 시트형 집전체를 세로 방향을 따라 둘 이상의 개수로 슬리팅하여 제조되는 구조일 수 있다.

또한, 상기 집전체에 시트상에 전극 활물질이 도포되어 있는 구조의 전극 시트는 세로 길이가 가로 길에 비해 상대적으로 긴 집전체 시트에 전극 활물질을 도포하여 제조할 수 있는 바, 전극 활물질이 도포되지 않는 집전체 시트를 슬리팅한 이후에 전극 활물질을 도포하여 전극 시트형태로 제조하거나, 전극 활물질이 도포되어 있는 집전체 시트를 슬리팅하여 전극 시트를 제조하는 것이 가능하다.

한편, 상기 과정(b)의 전극 시트는 적어도 2행 x 2열 구조의 개별 전극판을 형성하기 위한 크기로 형성되는 것이 바람직하며, 상기 전극 시트는 전극 시트의 길이 방향(세로 방향)을 따라 세로 방향의 중심선을 슬리팅하여 양측에 동일한 크기 및 형상의 예비 전극판들을 제조하는 구성에 해당하므로, 2행을 유지하는 구조에서 2행 x 3열, 2행 x 4열 등의 구성도 가능하다.

일반적으로 공정의 경우, 설계된 길이 또는 폭에 대해서 일정 수준의 오차를 가지게 되므로, 상기 과정(b)에서 전극 활물질이 도포되는 전극 시트의 가로 폭은 개별 전극판 2개의 길이(2X) + 잉여 길이(L)인 구조로 제조하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 잉여 길이(L)는 전극 활물질의 낭비를 최소화 하기 위해서 대략적으로, 전극판의 길이에 대해 0.1 내지 1% 길이로 형성하는 것이 바람직하다.

따라서, 전극 시트의 가로 폭이 대략적으로 2개의 개별 전극판의 길이와 잉여 길이(L)를 포함하는 구조로서, 전극 시트의 길이 방향(세로 방향)을 따라 세로 방향의 중심선을 슬리팅할 경우, 양측에 동일한 길이 및 폭을 가지는 예비 전극판들을 얻을 수 있다.

상기에서, 노칭 예정부 노칭하여 형성된 전극 탭의 위치는 적용되는 전지팩 또는 디바이스의 구성에 따라 형태를 달리할 수 있으며, 하나의 구체적인 예에서, 상기 과정(d)에서 노칭된 전극 탭은 개별 전극판의 폭 방향을 기준으로 수직 이등분선 상에 위치하도록 형성될 수 있다.

또 다른 구체적인 예에서, 상기 과정(d)에서 노칭된 전극 탭은 개별 전극판의 폭 방향을 기준으로 수직 이등분선의 좌측 또는 우측으로 편향되어 위치하도록 형성될 수 있으며, 양측에 위치하는 예비 전극판들은 동일한 길이 및 폭을 가지므로, 전극 탭 또한 동일한 위치로 편향되도록 형성될 수 있다.

한편, 앞서 설명한 바와 같이, 종래에는 전극 탭을 형성하기 위하여 노칭하는 과정에서, 끝선 정렬(Edge Position Control: EPC) 기준을 전극 탭이 위치하는 단부로 설정할 경우, 전극 탭이 위치하는 부위의 대향 단부를 노칭하는 과정에서 집전체에 도포되어 있는 전극 활물질이 스크랩(Scrap)과 함께 버려지는 문제가 발생할 수 있다.

반면에, 본 발명에 따른 전극판 제조방법의 경우, 상기 전극 탭이 위치하는 부위의 대향 단부가 전극 시트의 길이 방향(세로 방향)을 따라 세로 방향의 중심선을 슬리팅하여 형성되므로, 추가적으로 해당 부위를 노칭할 필요가 없으며, 상기 과정(d)의 노칭 과정에서 끝선 정렬(Edge Position Control: EPC) 기준을 전극 시트의 세로 방향의 중심선으로 설정할 수 있다.

이러한 구조에서는, 상기 EPC 기준이 전극 시트의 세로 방향의 중심선으로 설정됨에 따라, 전극 활물질이 도포되는 전극 시트의 잉여 길이(L)만큼 전극 탭 방향으로 상향 이동하게 되며, 노칭된 스크랩4에는 국부적으로 전극 활물질이 도포되어 있고, 전극 탭은 하단부에 전극 활물질이 일부 도포된 구조로 제조되는 것이 가능하다.

즉, 하나의 전극 시트 상에 2개의 예비 전극판을 제조하는 과정에 해당하므로, 상기 전극 탭에서 하단부에 도포된 전극 활물질은, 전극 시트에 도포된 전극 활물질의 잉여 길이(L) 보다 작은 길이로 도포되어 있을 수 있으며, 대략적으로, 잉여 길이(L)의 1/2만큼 도포되어 있는 구조로 제조될 수 있다.

따라서, 종래에 낭비되는 전극 활물질의 양을 상대적으로 감소시킬 수 있으며, 전극 탭의 하단 부에 전극 활물질이 일부 도포되는 구조로 제조되므로, 소정의 용량을 추가적으로 확보할 수 있는 효과 또한 제공할 수 있다.

또한, 상기 전극은 전지의 안정성을 고려할 때, 음극에 바람직하게 적용될 수 있다.

본 발명은 또한, 노칭 및 슬리팅에 의해 2개 이상의 전극판들을 제조할 수 있는 전극 시트를 제공하며, 이러한 전극 시트는,

세로의 길이가 가로의 길이에 비해 상대적으로 길고, 가로 방향을 기준으로 중심 부위가 활물질 도포 예정부 및 양 측 부위가 각각 노칭 예정부로 구성되어 있는 집전체 시트를 포함하고 있고,

상기 활물질 도포 예정부에 전극 활물질이 도포되어 있는 구조로 구성되어 있다.

이때, 상기 노칭 예정부는 EPC 기준이 전극 시트의 세로 방향의 중심선으로 설정된 상태에서 노칭되는 구조로 구성될 수 있다.

본 발명은 또한, 상기 전극판 제조방법에 의해 제조되는 전극판을 제공할 수 있으며, 상기 전극판은

집전체의 일면 또는 양면에 전극 활물질이 도포되어 있고 일측 단부에 전극 탭이 형성되어 있으며,

상기 전극 탭의 돌출 방향에 대향하는 전극 탭의 하단부에 전극 활물질이 도포되어 있는 구조로 구성된다.

또한, 상기 전극 탭은 EPC 기준이 전극판의 하단 변으로 설정된 상태에서 노칭되어 형성되는 구조일 수 있으며, 상기 전극 탭의 하단부에 도포된 전극 활물질의 도포 길이는 전극판의 길이에 대해 0.1 내지 1% 크기로 구성될 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.

참고로, 상기 이차전지는 리튬이온 이차전지 또는 리튬이온 폴리머 이차전지일 수 있으며, 상기 이차전지는 양극, 음극, 분리막, 및 리튬염 함유 비수 전해액으로 구성될 수 있다.

상기 양극은, 예를 들어, 양극 집전체 상에 양극 활물질, 도전재 및 바인더의 혼합물을 도포한 후 건조하여 제조되며, 필요에 따라서는, 상기 혼합물에 충진제를 더 첨가하기도 한다.

상기 양극 활물질은 리튬 코발트 산화물(LiCoO₂), 리튬 니켈 산화물(LiNiO₂) 등의 층상 화합물이나 1 또는 그 이상의 전이금속으로 치환된 화합물; 화학식 Li_1+xMn_2-xO₄ (여기서, x 는 0 ~ 0.33 임), LiMnO₃, LiMn₂O₃, LiMnO₂ 등의 리튬 망간 산화물; 리튬 동 산화물(Li₂CuO₂); LiV₃O₈, LiFe₃O₄, V₂O₅, Cu₂V₂O₇ 등의 바나듐 산화물; 화학식 LiNi_1-xM_xO₂ (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 LiMn_2-xM_xO₂ (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 혼합물 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 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 브티렌 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.

상기 음극은 음극 집전체 상에 음극 활물질을 도포, 건조하여 제작되며, 필요에 따라, 앞서 설명한 바와 같은 성분들이 선택적으로 더 포함될 수도 있다.

상기 음극 활물질로는, 예를 들어, 난흑연화 탄소, 흑연계 탄소 등의 탄소; Li_xFe₂O₃(0≤x≤1), Li_xWO₂(0≤x≤1), Sn_xMe_1-xMe'_yO_z (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.

상기 분리막은 양극과 음극 사이에 개재되며, 높은 이온 투과도와 기계적 강도를 가지는 절연성의 얇은 박막이 사용된다. 분리막의 기공 직경은 일반적으로 0.01 ~ 10 ㎛이고, 두께는 일반적으로 5 ~ 300 ㎛이다. 이러한 분리막으로는, 예를 들어, 내화학성 및 소수성의 폴리프로필렌 등의 올레핀계 폴리머; 유리섬유 또는 폴리에틸렌 등으로 만들어진 시트나 부직포 등이 사용된다. 전해질로서 폴리머 등의 고체 전해질이 사용되는 경우에는 고체 전해질이 분리막을 겸할 수도 있다.

리튬염 함유 비수계 전해액은, 극성 유기 전해액과 리튬염으로 이루어져 있다. 전해액으로는 비수계 액상 전해액, 유기 고체 전해질, 무기 고체 전해질 등이 사용된다.

상기 비수계 액상 전해액으로는, 예를 들어, N-메틸-2-피롤리디논, 프로필렌 카르보네이트, 에틸렌 카르보네이트, 부틸렌 카르보네이트, 디메틸 카르보네이트, 디에틸 카르보네이트, 감마-부틸로 락톤, 1,2-디메톡시 에탄, 테트라히드록시 프랑(franc), 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 술파이드, 폴리비닐 알코올, 폴리 불화 비닐리덴, 이온성 해리기를 포함하는 중합체 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 비수계 전해질에 용해되기 좋은 물질로서, 예를 들어, LiCl, LiBr, LiI, LiClO₄, LiBF₄, LiB₁₀Cl₁₀, LiPF₆, LiCF₃SO₃, LiCF₃CO₂, LiAsF₆, LiSbF₆, LiAlCl₄, CH₃SO₃Li, CF₃SO₃Li, (CF₃SO₂)₂NLi, 클로로 보란 리튬, 저급 지방족 카르본산 리튬, 4 페닐 붕산 리튬, 이미드 등이 사용될 수 있다.

또한, 비수계 전해액에는 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 있다.

본 발명은 또한 상기 이차전지를 단위전지로서 포함하는 것을 특징으로 하는 전지팩을 제공할 수 있다.

또한, 상기 전지팩을 전원으로 포함하는 디바이스를 제공할 수 있는 바, 상기 디바이스는 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.

이들 디바이스의 구조 및 그것의 제작 방법은 당업계에 공지되어 있으므로, 본 명세서에서는 그에 대한 자세한 설명은 생략한다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 전극판 제조방법은 폭 방향(가로 방향)을 기준으로 중심 부위가 활물질 도포 예정부 및 양 측 부위가 각각 노칭 예정부로 구성되어 있는 집전체 시트에 전극 활물질을 도포하고, 전극 시트의 길이 방향(세로 방향)을 따라 세로 방향의 중심선을 슬리팅하여 2개의 예비 전극판들을 제조하는 과정을 포함함으로써, 제조 공정을 간소화하면서, 낭비되는 소재를 최소화하여, 제조 비용을 절감할 수 있는 효과를 제공할 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 3 및 4는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전극판을 제조하는 과정을 나타낸 모식도들이다;
도 5 및 6은 본 발명의 하나의 다른 실시예에 따른 전극판과 종래의 전극판을 비교하기 위한 모식도들이다;
도 7은 도 6의 B 부위에 대한 확대도 이다.

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.

먼저, 도 1을 참조하면, 전극 시트(10)는 집전체 시트(11) 상에 2개의 줄로 전극 활물질이 도포되어 있는 코팅부(12, 13) 및 코팅부(12, 13)가 형성되지 않은 무지부(14)를 포함하고 있다.

집전체 시트(11)는 세로 길이가 가로 길이에 비해 상대적으로 긴 시트형 집전체를 세로 방향을 따라 슬리팅하여 제조되며, 커팅 예정선(A₁, A₂)따라 커팅하는 방식으로 총 4개의 개별 전극판을 제조할 수 있다.

상기 코팅부(12, 13) 각각의 폭(W)은 설계되는 전극판의 길이(X) + 잉여길이(L₁)로 설정되어 전극판의 길이보다 코팅부(12, 13)의 길이가 크게 전극활물질이 도포된다.

다음으로, 도 2를 도 1과 함께 참조하면, 세로 방향의 커팅 예정선(A₁)을 커팅하고, 무지부(14)를 노칭 금형을 이용하여, 전극 탭 형상(15)으로 노칭하여 전극 탭 (16)을 형성하며, 이때, 전극 탭 형상(15)으로 노칭하기 위한 끝선 정렬(Edge Position Control: EPC) 기준을 코팅부(12)와 전극 탭(16)이 접하는 일측 단부로 설정하여 노칭을 진행하고, 전극 탭(16)의 대향 단부(17) 또한 일직선으로 노칭하고, 가로 방향의 커팅 예정선(A₂)을 커팅하여 개별 전극판(18)을 완성한다.

상기 구조에서 EPC 기준을 코팅부(12)와 전극 탭(16)이 접하는 일측 단부로 설정하기 때문에, 전극 탭(16)의 대향 단부(17)에서 코팅부(12)의 일부가 대략적인 상기 잉여 길이에 해당하는 폭(L₁)만큼 노칭에 의해 스크랩으로 제거되며, 무지부(14)의 일부 또한 대략적인 폭(L₂)만큼 제거되므로, L₂+ L₃만큼의 소재의 낭비가 발생하게 된다.

도 3 및 4에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전극판을 제조하는 과정을 나타낸 모식도들이 도시되어 있다.

이들 도면을 참조하여, 본 발명에 따른 전극판 제조방법을 설명하면, 폭방향(가로방향)을 기준으로 중심 부위가 도포 예정부 및 양 측 부위가 각각 노칭 예정부(114)로 구성된 집전체 시트(111)를 준비하는 과정, 활물질 도포 예정부에 전극 활물질(112)을 도포하여 전극 시트(100)를 제조하는 과정을 과정을 포함한다.

상기 과정에서 전극 시트(100)를 제조하는 과정은 세로 길이가 가로 길에 비해 상대적으로 긴 시트형 집전체를 세로 방향을 따라 둘 이상의 개수로 슬리팅하여 집전체 시트(111)를 준비하고, 이후에 전극 활물질을 도포하여 제조할 수 있으며, 또는, 세로 길이가 가로 길이에 비해 상대적으로 긴 집전체 시트(111) 상에 전극 활물질을 도포하고, 이후에 필요한 크기에 따라 슬리팅하여 사용하는 것도 가능하다.

도 3에서 개시되어 있는 전극 시트(100)는 집전체 시트(111)의 중심 부위에 상에 전극 활물질(112)이 도포되어 있고, 양 측에 노칭 예정부(114)가 형성된 구조로 구성되어 있으며, 2행 x 2열 구조의 개별 전극판을 형성하기 위한 크기로 구성된다.

또한, 집전체 시트(111)의 중심 부위에 도포되는 전극 활물질(112)의 폭(W)은 개별 전극판 2개의 길이(2X) + 잉여 길이(L₁)로 형성된다.

다음으로, 전극 시트(100)의 길이 방향(세로 방향)을 따라 세로 방향의 중심선(A₁)을 슬리팅하여 2개의 예비 전극판들을 제조하는 과정을 포함하며, 예비 전극판의 노칭 예정부(115)를 각각 노칭하여 전극 탭(116)을 형성하는 과정 및 전극판의 폭 크기에 대응하는 간격으로 예비 전극판을 가로 방향선(A₂)로 슬리팅하여 개별 전극판(118)을 제조하는 하는 과정을 포함한다.

이때, 노칭과정에서 EPC 기준은 세로 방향의 중심선(A₁)에 대해 슬리팅된 전극판(118)의 단부로 설정되며, 그에 따라, 전극 활물질(112)에 포도된 잉여 길이(L₁)에 1/2에 해당하는 길이(L₃)이만큼 노칭되어 스크랩으로 제거되어 전극 탭(116)이 형성되며, 전극 탭(116)의 위치는 전극판(118)의 폭 방향을 기준으로 수직 이등분선 상에 위치하도록 형성된다.

따라서, 상기와 같은 전극판 제조방법에 의해 제조된 전극판(118)의 경우, 도 1 및 2에 개시되어 있는 종래의 전극판(12)에 비하여, 상대적으로 적은 크기의 무지부 및 전극 활물질(112)이 제거되어 소재의 낭비를 최소화할 수 있다.

도 4에 개시되어 있는 전극판(118)에 형성된 전극 탭(116)의 경우, 전극판(118)의 폭 방향을 기준으로 수직 이등분선 상에 위치하도록 형성되어 있으나, 필요에 따라 전극판의 폭 방향을 기준으로 수직 이등분선의 좌측 또는 우측으로 편향되어 위치하도록 형성되는 것도 가능하다.

도 5 및 6은에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전극판과 종래의 전극판을 비교하기 위한 모식도들이 도시되어 있고, 도 7에는 도 6의 B 부위에 대한 확대도가 모식적으로 도시되어 있다.

이들 도면을 도 1 내지 4와 함께 참조하면, 전극 시트(10) 상에 전극 활물질(12)이 도포되어 있는 종래의 전극판(18)의 경우, 노칭에 의해 전극 탭(16)을 형성하는 과정에서, EPC 기준을 코팅부(12)와 전극 탭(16)이 접하는 일측 단부로 설정된 상태에서 노칭을 진행하게 되며, 이때, 상기 전극 탭(16)이 위치하지 않은 대향 단부 즉, 하단 변을 추가적인 노칭을 진행하여야 하므로, 소재의 낭비가 발생한다.

반면에, 본 발명에 따른 전극판(118)의 경우, EPC 기준이 전극 탭(116)이 위치하지 않는 대향 단부 즉, 하단 변으로 설정된 상태에서 노칭이 진행되므로, 소재의 낭비를 최소화 하고, 추가적인 노칭을 필요로 하지 않는다.

또한, 도 7에 도시되어 있는 바와 같이, EPC 기준이 하단 변으로 설정되어 노칭이 진행되므로, 전극 탭(116)의 돌출 방향에 대향하는 전극 탭(116)의 하단부에 전극 활물질(112)의 잉여길이(L₃)만큼 전극 활물질(112)이 도포되어 있는 구조로 제조되므로, 종래의 전극판(18)에 비하여 추가적인 용량을 확보할 수 있는 장점을 제공할 수 있다.

본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주내에서 다양한 응용 및 변형을 수행하는 것이 가능할 것이다.

Claims (22)

1. 집전체 일면 또는 양면에 전극 활물질이 도포되어 있는 구조의 전극판을 제조하는 방법으로서,
   (a) 폭 방향(가로 방향)을 기준으로 중심 부위가 활물질 도포 예정부 및 양 측 부위가 각각 노칭 예정부로 구성되어 있는 집전체 시트를 준비하는 과정;
   (b) 활물질 도포 예정부에 전극 활물질을 도포하여 전극 시트를 제조하는 과정;
   (c) 전극 시트의 길이 방향(세로 방향)을 따라 세로 방향의 중심선을 슬리팅하여 2개의 예비 전극판들을 제조하는 과정;
   (d) 예비 전극판의 노칭 예정부를 각각 노칭하여 전극 탭들을 형성하는 과정; 및
   (e) 전극판의 폭 크기에 대응하는 간격으로 예비 전극판을 가로 방향으로 슬리팅하여 개별 전극판들을 제조하는 과정;
   을 포함하는 전극판 제조방법.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 과정(a)의 집전체 시트는 세로 길이가 가로 길이에 비해 상대적으로 긴 시트형 집전체를 세로 방향을 따라 둘 이상의 개수로 슬리팅하여 제조되는 것을 특징으로 하는 전극판 제조방법.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 과정(b)의 전극 시트는 세로 길이가 가로 길에 비해 상대적으로 긴 집전체 시트에 전극 활물질을 도포하여 제조하는 것을 특징으로 하는 전극판 제조방법.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 과정(b)의 전극 시트는 적어도 2행 x 2열 구조의 개별 전극판을 형성하기 위한 크기인 것을 특징으로 하는 전극판 제조방법.
5. 제 1 항에 있어서, 상기 과정(b)에서 전극 활물질이 도포되는 전극 시트의 가로 폭은 개별 전극판 2개의 길이(2X) + 잉여 길이(L)인 것을 특징으로 하는 전극판 제조방법.
6. 제 5 항에 있어서, 상기 잉여 길이(L)는 하나의 전극판의 길이에 대해 0.1 내지 1% 길이인 것을 특징으로 하는 전극판 제조방법.
7. 제 1 항에 있어서, 상기 과정(c)에서 제조된 예비 전극판들은 동일한 길이 및 폭을 가지는 것을 특징으로 하는 전극판 제조방법.
8. 제 1 항에 있어서, 상기 과정(d)에서 노칭된 전극 탭은 개별 전극판의 폭 방향을 기준으로 수직 이등분선 상에 위치하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 전극판 제조방법.
9. 제 1 항에 있어서, 상기 과정(d)에서 노칭된 전극 탭은 개별 전극판의 폭 방향을 기준으로 수직 이등분선의 좌측 또는 우측으로 편향되어 위치하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 전극판 제조방법.
10. 제 1 항에 있어서, 상기 과정(d)의 노칭 과정에서 끝선 정렬(Edge Position Control: EPC) 기준을 전극 시트의 세로 방향의 중심선으로 설정하는 것을 특징으로 하는 전극판 제조방법.
11. 제 10 항에 있어서, 상기 EPC 기준이 전극 시트의 세로 방향의 중심선으로 설정됨에 따라, 노칭된 스크랩(Scrap)에는 국부적으로 전극 활물질이 도포되어 있고, 전극 탭은 하단부에 전극 활물질이 일부 도포된 구조로 제조되는 것을 특징으로 하는 전극판 제조방법.
12. 제 11 항에 있어서, 상기 전극 탭에서 하단부에 도포된 전극 활물질은, 전극 시트에 도포된 전극 활물질의 잉여 길이(L) 보다 작은 길이로 도포되어 있는 것을 특징으로 하는 전극판 제조방법.
13. 제 1 항에 있어서, 상기 전극은 음극인 것을 특징으로 하는 전극판 제조방법.
14. 노칭 및 슬리팅에 의해 2개 이상의 전극판들을 제조할 수 있는 전극 시트로서,
    세로의 길이가 가로의 길이에 비해 상대적으로 길고, 가로 방향을 기준으로 중심 부위가 활물질 도포 예정부 및 양 측 부위가 각각 노칭 예정부로 구성되어 있는 집전체 시트를 포함하고 있고,
    상기 활물질 도포 예정부에 전극 활물질이 도포되어 있는 것을 특징으로 하는 전극 시트.
15. 제 14 항에 있어서, 상기 노칭 예정부는 EPC 기준이 전극 시트의 세로 방향의 중심선으로 설정된 상태에서 노칭되는 것을 특징으로 하는 전극 시트.
16. 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 하나에 따른 방법에 의해 제조되는 전극판으로서,
    집전체의 일면 또는 양면에 전극 활물질이 도포되어 있고 일측 단부에 전극 탭이 형성되어 있으며,
    상기 전극 탭의 돌출 방향에 대향하는 전극 탭의 하단부에 전극 활물질이 도포되어 있는 것을 특징으로 하는 전극판.
17. 제 16 항에 있어서, 상기 전극 탭은 EPC 기준이 전극판의 하단 변으로 설정된 상태에서 노칭되어 형성되는 것을 특징으로 하는 전극판.
18. 제 16 항에 있어서, 상기 전극 탭의 하단부에 도포된 전극 활물질의 도포 길이는 전극판의 길이에 대해 0.1 내지 1% 크기인 것을 특징으로 하는 전극판.
19. 제 16 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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