KR20170059787A - 폴딩형 전극조립체 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

공정을 간소화시킨 전극조립체 및 그 제조방법을 제공한다. 본 발명에 따른 전극조립체는 두 장의 분리막이 일 방향으로 폴딩되며 전개되어 복수층으로 적층되어 있고, 복수층으로 적층된 분리막의 각 층 사이에 번갈아 적층되는 불연속적인 구조의 음극과 양극을 포함하여 구성되는 것이다.

Description

폴딩형 전극조립체 및 그 제조방법{Folding type Electrode assembly and method for fabricating the same}
본 발명은 전극조립체 및 그 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 제조 공정을 간소화시킨 폴딩형 전극조립체 및 그 제조방법에 관한 것이다.
모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요의 증가로, 이차전지의 수요 또한 급격히 증가하고 있으며, 그 중에서도 에너지 밀도와 작동전압이 높고 보존과 수명 특성이 우수한 리튬 이차전지는 각종 모바일 기기는 물론 다양한 전자제품의 에너지원으로 널리 사용되고 있다.
이차전지는 외부 및 내부의 구조적 특징에 따라 대략 원통형 전지, 각형 전지 및 파우치형 전지로 분류되며, 그 중에서도 높은 집적도로 적층될 수 있고, 길이 대비 작은 폭을 가진 각형 전지와 파우치형 전지가 특히 주목받고 있다.
이차전지를 구성하는 양극/분리막/음극 구조의 전극조립체는 그것의 구조에 따라 크게 젤리-롤형(권취형)과 스택형(적층형)으로 구분된다. 젤리-롤형 전극조립체는, 집전체로 사용되는 금속 호일에 전극 활물질 등을 코팅하고 건조 및 프레싱한 후, 소망하는 폭과 길이의 밴드 형태로 재단하고 분리막을 사용하여 음극과 양극을 격막한 후 나선형으로 감아 제조된다. 젤리-롤형 전극조립체는 원통형 전지에는 적합하지만, 각형 또는 파우치형 전지에 적용함에 있어서는 전극 활물질의 박리 문제, 낮은 공간 활용성 등의 단점이 있다. 반면에, 스택형 전극조립체는 다수의 양극 및 음극 단위셀들을 순차적으로 적층한 구조로서, 각형의 형태를 얻기가 용이한 장점이 있지만, 제조과정이 번잡하고 충격이 가해졌을 때 전극이 밀려서 단락이 유발되는 단점이 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여 상기 젤리-롤형과 스택형의 혼합 형태 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 폴딩 분리막 시트를 사용하여 폴딩한 구조의 스택-폴딩형 전극조립체가 개발되었다.
도 1 및 도 2에는 이러한 스택-폴딩형 전극조립체의 예시적인 구조 및 제조과정이 모식적으로 도시되어 있다.
이들 도면을 참조하면, 단위 셀로서 순차적으로 음극/분리막/양극/분리막/음극 구조의 C 타입 바이셀(10, 13, 14)과 양극/분리막/음극/분리막/양극 구조의 A 타입 바이셀(11, 12)이 번갈아 중첩되어 있고, 각각의 중첩부에는 폴딩 분리막 시트(20)가 개재되어 있다. 폴딩 분리막 시트(20)는 바이셀을 감쌀 수 있는 단위길이를 갖고, 단위길이마다 내측으로 꺾여서 중앙의 바이셀(10)로부터 시작되어 최외각의 바이셀(14)까지 연속하여 각각의 바이셀을 감싸는 구조로 바이셀의 중첩부에 개재되어 있다. 폴딩 분리막 시트(20)의 말단부는 열융착하거나 접착 테이프(25) 등을 붙여서 마무리한다.
이러한 스택-폴딩형 전극조립체는, 예를 들어, 긴 길이의 폴딩 분리막 시트(20) 상에 바이셀들(10, 11, 12, 13, 14)을 배열하고 폴딩 분리막 시트(20)의 일 단부(21)에서 시작하여 순차적으로 폴딩함으로써 제조된다.
이 때, 단위 셀인 바이셀들(10, 11, 12, 13, 14)의 배열 조합을 살펴보면, 제1 바이셀(10)과 제2 바이셀(11)은 적어도 한 개의 바이셀에 대응하는 폭 간격으로 이격된 거리에 위치되어 있어서, 폴딩 과정에서 제1 바이셀(10)의 외면이 폴딩 분리막 시트(20)로 완전히 도포된 후 제1 바이셀(10)의 하단면 전극(음극, -)이 제2 바이셀(11)의 상단면 전극(양극, +)에 접하게 된다. 제2 바이셀(11) 이후의 바이셀들(12, 13, 14)은 폴딩에 의한 순차적인 적층 과정에서 폴딩 분리막 시트(20)의 도포 길이가 증가하게 되므로, 폴딩 방향으로 그들 사이의 간격이 순차적으로 늘어나도록 배치되어 있다. 또한, 이러한 바이셀들(10, 11, 12, 13, 14)은 폴딩시 적층된 계면에서 양극과 음극이 대면하도록 구성되어야 하는 바, 제1 바이셀(10)은 상단면 전극이 음극인 바이셀이고, 제2 바이셀(11)과 제3 바이셀(12)은 상단면 전극이 양극인 바이셀이고, 제4 바이셀(13)과 제5 바이셀(14)은 상단면 전극이 음극인 바이셀로 이루어져 있다. 즉, 바이셀이 두 개의 단위로 교번되는 배열로 탑재되게 된다.
이러한 스택-폴딩형 전극조립체는 상기 젤리-롤과 스택형 전극조립체의 단점들을 보완하고 있지만, 고에너지 밀도를 위해 바이셀 스택수를 증가시키면 폴딩 횟수가 늘어남으로써 전극조립체 셀 치수 변화/불량률 증가와 공정 시간 증가의 문제가 발생한다.
그리고, 도 2에서 보는 바와 같이 폴딩 분리막 시트에 놓이는 전극의 종류가 주기적으로 바뀌므로 셀 유형(A 타입 바이셀, C 타입 바이셀)의 교환에 따른 시간 손실이 발생되어 전지 제조 효율성이 떨어진다.
뿐만 아니라, 도 2와 같이 폴딩 공정을 진행하기 전에 별도의 공정으로 단위 셀인 바이셀들(10, 11, 12, 13, 14)을 제조해두어야 한다.
이러한 바이셀 제조 공정은 도 3과 같은 라미네이션 공정으로 알려져 있다. 도 3을 참조하면, 음극/분리막(S)/양극/분리막(S)/음극 순으로 적층을 한 후 절단하여 C 타입 바이셀을 만들고, 양극/분리막(S)/음극/분리막(S)/양극 순으로 적층을 한 후 절단하여 A 타입 바이셀을 만든다.
이와 같이 기존 스택-폴딩형 전극조립체 제조방법은 바이셀 단위의 반제품을 생산하는 라미네이션 공정과 바이셀들을 폴딩 분리막 시트로 권취하는 폴딩 공정을 진행하여야 한다. 반제품을 2번 만들게 되므로 설비, 공정, 불량 로스(loss) 측면에서 불리하다.
따라서, 공정 간소화 및 생산성 향상을 위해 개선된 전극조립체 및 그 제조방법이 요구된다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 공정을 간소화시킨 전극조립체 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 전극조립체는 두 장의 분리막이 일 방향으로 폴딩되며 전개되어 복수층으로 적층되어 있고, 복수층으로 적층된 분리막의 각 층 사이에 번갈아 적층되는 불연속적인(discrete) 구조의 음극과 양극을 포함하여 구성되는 것이다.
이 전극조립체는 최외각에 음극이 위치하는 것일 수 있다.
상기 분리막은 상기 전극들을 감쌀 수 있는 단위길이를 가지며, 단위길이마다 내측으로 꺾여서 중앙 전극으로부터 시작되어 최외곽의 전극까지 연속하여 감싸고 있는 것일 수 있다.
본 발명에 따른 전극조립에 제조방법에서는, 상면에 불연속적인 구조의 음극들을 배치한 제1 분리막, 상기 제1 분리막과 적층시 상기 음극들과 대응되는 위치에 오도록 상면에 불연속적인 구조의 양극들을 배치한 제2 분리막을 마련하는 단계; 및 상기 제1 분리막과 제2 분리막을 적층하여 함께 일 방향으로 폴딩하는 단계를 포함하여, 두 장의 분리막이 일 방향으로 폴딩되며 전개되어 복수층으로 적층되어 있고, 복수층으로 적층된 분리막의 각 층 사이에 번갈아 적층되는 불연속적인 구조의 음극과 양극을 포함하여 구성되는 전극조립체를 제조한다.
상기 제1 분리막과 제2 분리막 중 상단에 놓이는 분리막은 두번째 단의 전극을 비워두고 첫번째 단부터 함께 일 방향으로 폴딩하는 것일 수 있다.
본 발명에서는 이러한 전극조립체를 포함하는 이차전지도 제공한다.
본 발명에 따르면, 공정 간소화 및 생산성 향상을 위해 스택-폴딩형 전극조립체 구조를 변경하여 폴딩 공정만으로 반제품인 전극조립체를 제조할 수 있다. 본 발명에 따르면, 바이셀 단위로 제작하는 기존의 라미네이션 공정을 생략하고 폴딩 단계에서 반제품 제작이 가능하여 공정 간소화, 생산성 향상, 설비 간소화에 도움을 줄 수 있다. 이에 따라, 설비, 공정, 불량 로스 면에서 보다 나은 제조방법을 제공할 수 있다.
특히, 종래 A 타입 바이셀 및 C 타입 바이셀 두 종류를 제조한 후 각각의 바이셀들을 교번식으로 권취하는 제조방법에 비해, 셀 유형(A 타입 바이셀, C 타입 바이셀)의 교환에 따른 시간 손실을 감소시킬 수 있으므로, 전지 제조 효율성을 극대화할 수 있다. 제조 공정을 단순화시켜 생산 효율을 크게 향상시킬 수 있다.
도 1은 종래 스택-폴딩형 전극조립체의 예시적인 구조에 대한 모식도이다.
도 2는 도 1의 스택-폴딩형 전극조립체의 제조 공정에서 단위셀들의 배열 조합을 예시적으로 도시한 모식도이다.
도 3은 종래 바이셀 제조를 위한 라미네이션 공정을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전극조립체 제조방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 전극조립체 구조에 대한 모식도이다.
이하에서 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 상세하게 설명한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전극조립체 제조방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 4를 참조하면, 상면에 불연속적인 구조의 음극(120)들을 배치한 제1 분리막(110), 상기 제1 분리막(110)과 적층시 상기 음극(120)들과 대응되는 위치에 오도록 상면에 불연속적인 구조의 양극(140)들을 배치한 제2 분리막(130)을 마련한다.
여기서 불연속적인 구조라 함은 끊김이 없이 일체형으로 연장되지 않는다는 것을 의미하며 일정 크기를 가진 여러 개의 서로 분리된 개별적인 전극이라는 것을 의미한다.
음극(120)은 음극 집전체 상에 음극 활물질을 도포, 건조 및 프레싱하여 제조되며, 필요에 따라 도전재, 바인더, 충진제 등이 선택적으로 더 포함될 수 있다. 음극 집전체는 일반적으로 3 ~ 500 ㎛의 두께로 만들어진다. 이러한 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. 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, 및 Bi2O5 등의 금속 산화물; 폴리아세틸렌 등의 도전성 고분자; Li-Co-Ni 계 재료 등을 사용할 수 있다.
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. 바인더는 활물질과 도전재 등의 결합과 집전체에 대한 결합에 조력하는 성분으로서, 통상적으로 활물질을 포함하는 혼합물 전체 중량을 기준으로 1 내지 50 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. 충진제는 전극의 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.
양극(140)은 양극 집전체의 양면에 양극 활물질, 도전재, 및 바인더의 혼합물을 도포한 후 건조 및 프레싱하여 제조되며, 필요에 따라서는 상기 혼합물에 충진제를 더 첨가하기도 한다. 양극 집전체는 일반적으로 3 ~ 500 ㎛의 두께로 만든다. 이러한 양극 집전체는, 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 높은 도전성을 가지는 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 스테인레스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소, 또는 알루미늄이나 스테리인레스 스틸의 표면에 카본, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면처리한 것 등이 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. 양극 활물질은 리튬 이차전지인 경우 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, x는 0 ~ 0.33 임), LiMnO3, LiMn2O3, LiMnO2 등의 리튬 망간 산화물; 리튬 동 산화물(Li2CuO2); LiV3O8, LiFe3O4, 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-xM'xO2 (여기서, M' = Co, Ni, Fe, Cr, Zn 또는 Ta 이고, x = 0.01 ~ 0.1 임) 또는 Li2Mn3M"O8 (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.
이와 같이 음극(120) 및 양극(140)들은 각각의 집전체(전극시트) 양면에 활물질이 도포되어 있을 수 있으나, 편의상 집전체는 도시하지 않았다.
분리막(110, 130)은 미세 기공을 포함하는 폴리에틸렌 필름, 폴리프로필렌 필름, 또는 이들 필름의 조합에 의해서 제조되는 다층 필름, 및 폴리비닐리덴 플루오라이드, 폴리에틸렌 옥사이드, 폴리아크릴로니트릴, 또는 폴리비닐리덴 플루오라이드 헥사플루오로프로필렌 공중합체의 고분자 전해질용 고분자 필름으로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 한 개 이상의 재질로 이루어진 것일 수 있으며, 상기 재질을 이용하여 제조된 이중층 이상의 다층으로 이루어진 분리막일 수 있다.
다음, 도시한 바와 같이 음극(120)이 배치된 제1 분리막(110)과 양극(140)이 배치된 제2 분리막(130)을 적층하여 함께 일 방향으로 폴딩한다. 도시한 예에서는 우측 일단부에서부터 시작하여 화살표 방향으로 폴딩하는 것이다.
본 실시예에서는 음극(120)들을 배치한 제1 분리막(110)이 아래에 오고 양극(140)들을 배치한 제2 분리막(130)이 위에 오는 경우를 예로 들었다. 이 때, 전극들이 분리막으로 충분히 감싸여질 수 있도록, 제1 분리막(110)과 제2 분리막(130) 중 상단에 놓이는 분리막, 본 실시예에서는 제2 분리막(130)을, 두번째 단의 전극을 비워두는 식으로 배치한다. 그리고, 첫번째 단부터 함께 일 방향으로, 즉 도시한 화살표 방향으로 폴딩한다.
즉, 양극(140)의 배열을 살펴보면, 제2 분리막(130) 위에서 폴딩 개시 시점에 위치하는 첫번째 단의 양극(140)과 그 다음 양극(140)은 적어도 하나의 양극(140)에 해당하는 폭만큼 이격된 거리에 위치되는 양상이 되어, 폴딩 과정에서 첫번째 단에 놓인 양극(140)의 외면이 제2 분리막(130)로 완전히 도포된 후 제1 분리막(110) 위에 배치된 음극(120)과 접하게 된다. 이후의 전극들의 폴딩에 의한 순차적인 적층 과정에서 분리막(110, 130)의 도포 길이가 증가하게 되므로, 폴딩 방향으로 그들 사이의 간격이 순차적으로 늘어나도록 배치됨이 바람직하다.
도 5는 이러한 제조방법에 의해 제조된 전극조립체 구조에 대한 모식도이다.
도 5를 참조하면, 전극조립체는 두 장의 분리막(110, 130)이 일 방향으로 폴딩되며 전개되어 복수층으로 적층되어 있고, 복수층으로 적층된 분리막(110, 130)의 각 층 사이에 불연속적인 구조의 음극(120)과 양극(140)이 번갈아 적층되어 있다.
분리막(110, 130)는 전극(120, 140)들을 감쌀 수 있는 단위길이를 갖고, 단위길이마다 내측으로 꺾여서 중앙의 전극, 본 실시예의 경우 음극(120)으로부터 시작되어 최외각의 전극, 본 실시예의 경우 음극(120)까지 연속하여 각각의 전극(120, 140)을 감싸는 구조로 전극(120, 140)의 중첩부에 개재되어 있다. 또한 분리막(110, 130)의 말단부는 열융착하거나 접착 테이프(미도시) 등을 붙여서 마무리할 수 있다.
양극(140)과 음극(120)은 불연속적인 구조이므로 분리막(110, 130)이 폴딩되어 꺾어지면서 중첩되는 부분에 이들 양극(140)과 음극(120)이 위치하지 않는다. 따라서, 양극(140)과 음극(120)에 폴딩으로 인한 응력이 전가되지 않는다.
양극(140)과 음극(120)이 번갈아 위치하며, 중앙 음극(120)을 중심으로 상하에 각각 위치하는 전극(120, 140)들이 서로 대칭 구조를 갖게 된다. 전극조립체 최외각에는 음극(120)이 위치하게 된다.
다수의 양극/음극 대면 구조로 적층이 될 때, 가능하면 음극이 많은 면적을 차지하도록 구성함으로써, 예를 들어 리튬 이차전지에 사용되는 경우, 충방전시 리튬 금속 등이 음극에서 수지상 성장(dendrite)하는 현상을 최대한 억제할 수 있다. 이에 따라 양극보다 음극을 더 넓은 면적으로 형성하거나 및/또는 전극조립체 최외각을 음극으로 구성할 수 있다. 본 발명의 실시예에 따른 전극조립체는 전극조립체 최외각에는 음극(120)이 위치하게 되므로 수지상 성장을 최대한 억제할 수 있다.
본 발명에 따른 전극조립체는 양극(140)/분리막(130)/음극(120)/분리막(110)의 적층 구조를 일 방향으로 폴딩하여 제조할 수 있으므로 폴딩형 전극조립체라고 할 수 있다. 종래 권취형 전극조립체는 양극과 음극이 끊김없이 분리막과 함께 일체로 전개되는 구조이지만, 본 발명에 따른 폴딩형 전극조립체는 양극과 음극이 불연속적인 구조인 점에서 상이하다. 뿐만 아니라, 종래 권취형 전극조립체에서는 긴 시트형의 양극과 음극을 밀집된 상태로 권취하여 단면상으로 원통형 또는 타원형의 구조로 만들므로, 충방전시 전극의 팽창 및 수축으로 인해 유발되는 응력이 전극조립체 내부에 축적되게 되고, 그러한 응력 축적이 일정한 한계를 넘어서면 전극조립체의 변형이 발생하게 된다. 전극조립체의 변형으로, 전극 간의 간격이 불균일해져 전지의 성능이 급격히 저하되고 내부 단락으로 인해 전지의 안전성이 위협받게 되는 문제점을 초래한다. 또한, 긴 시트형의 양극과 음극을 권취해야 하므로, 양극과 음극의 간격을 일정하게 유지하면서 빠르게 권취하는 것이 어려우므로 생산성이 저하되는 문제점도 가지고 있다. 본 발명에서는 불연속적인 구조의 전극을 사용함으로써 권취에 따른 전극 활물질 박리 문제가 없고 폴딩형으로 전극 크기와 유사한 판상형 전지를 제조할 수 있어 각형이나 파우치형 전지로 제조하기에 적합하다.
또한 본 발명은, 폴딩이 개시되는 부분에 놓인 전극을 분리막으로 완전히 감싸기 위하여, 상단에 놓이는 분리막의 두번째 단 전극은 배치하지 않고 비워두어 분리막으로 첫번째 단 전극을 완전히 감쌀 수 있도록 한 데에 기존의 전극조립체 제조방법들과는 차별화되는 공정상 특징이 있다.
이상 설명한 실시예에서는 종래와 같은 라미네이션 공정없이 분리막 상에 전극들을 배치한 후 함께 폴딩하는 폴딩 공정만으로 전극조립체를 제조한다. 기존 라미네이션 공정 생략에 따라 공정 간소화가 가능히며. 종래 A 타입 바이셀 및 C 타입 바이셀 두 종류를 제조한 후 각각의 바이셀들을 교번식으로 권취하는 제조방법에 비해, 셀 유형(A 타입 바이셀, C 타입 바이셀)의 교환에 따른 시간 손실을 감소시킬 수 있으므로, 전지 제조 효율성을 극대화할 수 있다. 단위셀들의 전극 배향 방향을 교번 배향 방식에 의해 배열할 필요 없이, 하나의 분리막 위에는 음극만을, 다른 하나의 분리막 위에는 양극만을 배열한 후 폴딩하여 제조할 수 있으므로, 제조 공정을 단순화시켜 생산 효율을 크게 향상시킬 수 있다.
이러한 전극조립체를 이용한 이후의 전지 제조 공정은 다음과 같다. 제작된 전극조립체의 전극탭 부분에 양극과 음극 리드를 웰딩한다. 이 때 상기 양극으로는 알루미늄, 음극으로는 구리를 사용하는 것이 효과적이다. 상기 웰딩한 셀을 알루미늄 파우치로 패킹(packing) 작업 후 전해액을 주입한다.
상기 전해액으로는 당분야에서 사용하는 것으로 그 성분을 특별히 한정하지 않는다. 구체적으로 DMC(dimethyl carbonate), EC(ethylene carbonate), EMC(ethyl methyl carbonate), PC(propylene carbonate), DEC(diethyl carbonate), EC(ethylene carbonate), DMC(dimethyl carbonate), DMA(dimethyl acetamide), DMF(N,N-dimethylformamide), NMP(N-methyl-2-pyrrolidinone), DMSO(dimethyl sulfoxide), THF(tetrahydrofuran), PC(propylene carbonate) 및 DEC(diethylene carbonate) 등 중에서 선택한 1 종 이상을 사용한다.
특히 본 발명은 스택의 수가 10개 이하인 저 스택-폴딩형 전극조립체에 대한 개선 효과가 탁월하다.
기존의 저 스택-폴딩형 전극조립체는 폴딩 횟수가 작음에도 불구하고 라미네이션 공정과 폴딩 공정을 반드시 사용하여야 하므로 공정, 설비, 품질 불량, 생산 속도 등이 고 스택-폴딩형 전극조립체에 비하여 손실이 있다. 본 발명에서와 같은 구조 변경을 통한 공정 간소화를 적용하면 설비 감소, 생산속도 증가로 비용 절감 효과가 있으며 공정 간소화로 품질 관리 및 확보에도 유리하다.
이상, 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.
110, 130 : 분리막
120: 음극
140: 양극

Claims (8)

  1. 두 장의 분리막이 일 방향으로 폴딩되며 전개되어 복수층으로 적층되어 있고,
    복수층으로 적층된 분리막의 각 층 사이에 번갈아 적층되는 불연속적인(discrete) 구조의 음극과 양극을 포함하여 구성되는 전극조립체.
  2. 제1항에 있어서, 전극조립체 최외각에 음극이 위치하는 것을 특징으로 하는 전극조립체.
  3. 제1항에 있어서, 상기 분리막은 상기 전극들을 감쌀 수 있는 단위길이를 가지며, 단위길이마다 내측으로 꺾여서 중앙 전극으로부터 시작되어 최외곽의 전극까지 연속하여 감싸고 있는 것을 특징으로 하는 전극조립체.
  4. 제1항에 따른 스택-폴딩형 전극조립체를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지.
  5. 상면에 불연속적인 구조의 음극들을 배치한 제1 분리막, 상기 제1 분리막과 적층시 상기 음극들과 대응되는 위치에 오도록 상면에 불연속적인 구조의 양극들을 배치한 제2 분리막을 마련하는 단계; 및
    상기 제1 분리막과 제2 분리막을 적층하여 함께 일 방향으로 폴딩하는 단계를 포함하여,
    두 장의 분리막이 일 방향으로 폴딩되며 전개되어 복수층으로 적층되어 있고,
    복수층으로 적층된 분리막의 각 층 사이에 번갈아 적층되는 불연속적인 구조의 음극과 양극을 포함하여 구성되는 전극조립체를 제조하는 전극조립체 제조방법.
  6. 제5항에 있어서, 전극조립체 최외각에 음극이 위치하는 것을 특징으로 하는 전극조립체 제조방법.
  7. 제5항에 있어서, 상기 제1 및 제2 분리막은 상기 전극들을 감쌀 수 있는 단위길이를 가지며, 단위길이마다 내측으로 꺾여서 중앙 전극으로부터 시작되어 최외곽의 전극까지 연속하여 감싸고 있는 것을 특징으로 하는 전극조립체 제조방법.
  8. 제5항에 있어서, 상기 제1 분리막과 제2 분리막 중 상단에 놓이는 분리막은 두번째 단의 전극을 비워두고 첫번째 단부터 함께 일 방향으로 폴딩하는 것을 특징으로 하는 전극조립체 제조방법.
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