KR20170072525A - 절연부재를 포함하는 원통형 전지셀의 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 전극조립체가 전지케이스에 내장되어 있는 구조의 전지셀을 제조하는 방법으로서, (a) 양극, 음극 및 상기 양극과 음극 사이에 분리막이 개재된 구조의 전극조립체를 제조하는 과정; (b) 전극조립체의 상단 및 하단에 각각 상단 절연부재(top insulator) 및 하단 절연부재(bottom insulator)를 부착하는 과정; (c) 상단 절연부재 및 하단 절연부재가 각각 부착되어 있는 전극조립체를 전지케이스에 수납하는 과정; 및 (d) 전해액을 주입하고 캡 어셈블리를(cap assembly)를 결합하는 과정;를 포함하는 것을 특징으로 하는 전지셀 제조방법을 제공한다.

Description

절연부재를 포함하는 원통형 전지셀의 제조방법 {Method of Manufacturing Cylindrical Battery Cell Comprising Insulating Member}
본 발명은 절연부재를 포함하는 원통형 전지셀의 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 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. 그 중 원통형 전지는 상대적으로 용량이 크고 구조적으로 안정하다는 장점을 가진다.
전지케이스에 내장되는 상기 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 스택형, 및 젤리-롤형과 스택형의 복합 구조인 스택/폴딩형으로 분류된다. 그 중 젤리-롤형 전극조립체는 제조가 용이하고 중량당 에너지 밀도가 높은 장점을 가지고 있다.
이와 관련하여, 종래의 원통형 이차전지의 구조가 도 1에 도시되어 있으며, 원통형 이차전지에서 일반적으로 사용되는 절연부재가 도 2 및 도 3에 평면도로서 모식적으로 도시되어 있다.
이들 도면을 참조하면, 원통형 이차전지(100)는 젤리-롤형(권취형) 전극조립체(120)를 전지케이스(130)에 수납하고, 전지케이스(130) 내에 전해액을 주입한 후에, 케이스(130)의 개방 상단에 전극 단자(예를 들어, 양극 단자; 도시하지 않음)가 형성되어 있는 캡 어셈블리(140)를 결합하여 제작한다.
전극조립체(120)는 양극(121)과 음극(122) 및 이들 사이에 분리막(123)을 개재한 후 둥근 형태로 감은 구조로서, 그것의 권심(젤리-롤의 중심부)에는 원통형의 센터 핀(150)이 삽입되어 있다. 센터 핀(150)은 일반적으로 소정의 강도를 부여하기 위해 금속 소재로 이루어져 있으며, 판재를 둥글게 절곡한 중공형의 원통형 구조로 이루어져 있다. 이러한 센터 핀(150)은 전극조립체를 고정 및 지지하는 작용과 충방전 및 작동시 내부 반응에 의해 발생되는 가스를 방출하는 통로로서 작용한다.
또한, 전극조립체(120)의 상단면 및 하단면에는 판상형 구조의 절연부재(180a, 180b)가 장착되고 전극조립체(120)의 양극 탭(142)이 캡 어셈블리(140)의 캡 플레이트(145)에 연결될 수 있도록, 중앙에 센터 핀(150)의 관통구(151)와 연통되는 개구가 형성되어 있다.
일반적으로, 젤리-롤 상단 및 하단에 위치하는 절연부재(180a, 180b)는 각각 CTI 공정(Cylindrical Top insulator inserting) 및 CCI 공정(Cylindrical Can Inserting)에서 진행하게 되는 바, 전지셀을 제조하는 공정에서 상기 절연부재(180a, 180b)의 삽입을 위한 별도의 공정을 필요로 하므로, 공정에 많은 시간이 소요되고 결과적으로 생산성이 떨어지는 문제점을 가지고 있다
따라서, 전지의 조립공정 중을 최소화하여 전지셀의 생상선을 향상시키고, 제조 비용을 절감하는 기술에 대한 필요성이 높은 실정이다.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.
즉, 본 발명의 목적은 양극, 음극 및 상기 양극과 음극 사이에 분리막이 개재된 구조의 전극조립체를 제조한 이후 전극조립체의 상단 및 하단에 각각 상단 절연부재 및 하단 절연부재를 부착하는 과정을 포함함으로써, 전지셀의 조립공정을 단순화하고, 제조 공정시간을 단축하는 효과를 제공할 수 있는 전지셀 제조방법을 제공하는 것이다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전지셀 제조방법은, 전극조립체가 전지케이스에 내장되어 있는 구조의 전지셀을 제조하는 방법으로서,
(a) 양극, 음극 및 상기 양극과 음극 사이에 분리막이 개재된 구조의 전극조립체를 제조하는 과정;
(b) 전극조립체의 상단 및 하단에 각각 상단 절연부재(top insulator) 및 하단 절연부재(bottom insulator)를 부착하는 과정;
(c) 상단 절연부재 및 하단 절연부재가 각각 부착되어 있는 전극조립체를 전지케이스에 수납하는 과정; 및
(d) 전해액을 주입하고 캡 어셈블리를(cap assembly)를 결합하는 과정;
을 포함하도록 구성되어 있다.
앞서 설명한 바와 같이, 일반적인 원통형 전지셀의 경우, 전극조립체의 상단 및 하단에 위치하는 절연부재는 각각 CTI 공정(Cylindrical Top insulator inserting) 및 CCI 공정(Cylindrical Can Inserting)에서 진행하게 되는 바, 전지셀을 제조하는 공정에서 상기 절연부재(180a, 180b)의 삽입을 위한 별도의 공정을 필요로 한다.
반면에, 본 발명에 따른 전지셀 제조방법은 양극, 음극 및 상기 양극과 음극 사이에 분리막이 개재된 구조의 전극조립체를 제조한 이후 전극조립체의 상단 및 하단에 각각 상단 절연부재 및 하단 절연부재를 부착하는 과정을 포함함으로써, 전지셀의 제조 공정중에서 절연부재를 삽입하기 위한 별도의 공정을 포함하지 않으므로, 전지셀의 조립공정을 단순화하고, 제조 공정시간을 단축하는 효과를 제공할 수 있다.
본 발명에서 상기 전극조립체는 집전체로 사용되는 금속 호일에 양극 및 음극으로 구성된 전극 활물질 등을 코팅하고 건조 및 프레싱한 후, 소망하는 폭과 길이의 밴드 형태로 재단하고 분리막을 사용하여 음극과 양극을 격막한 후 권취한 구조의 젤리-롤형 전극조립체가 바람직하게 사용될 수 있다.
또한, 이러한 젤리-롤형 전극조립체는 원통형 금속 캔으로 구성된 전지케이스에 수용되어 전해액과 함께 밀봉되는 구조로 전지셀을 완성한다.
한편, 상기 상단 절연부재 및 하단 절연부재는 전극조립체의 상단 및 하단 각각의 반경에 대응하는 크기로 타발되어 제조되는 것이 바람직하며, 상기 상단 절연부재 및 하단 절연부재에는 전극조립체의 전극단자가 관통하여 외부로 돌출될 수 있도록 천공된 개구를 포함하도록 구성될 수 있다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 상단 절연부재 및 하단 절연부재는 전극조립체, 전지케이스 및 캡 어셈블리간의 절연을 달성할 수 있도록 전기절연성의 고분자 수지 또는 고분자 복합체로 구성되는 것이 바람직하다.
상기 고분자 수지는 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP), 폴리부틸렌(PB), 폴리스틸렌(PS), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 천연고무 및 합성고무로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상일 수 있다.
또한, 상기 상단 절연부재 및 하단 절연부재는 전극조립체의 상단 및 하단에 각각 부착되는 형태로서, 전지의 작동에 영향을 미치지 않은 비반응성 접착제(non-reactive adhesive)를 사용하여 부착되는 것이 바람직하다.
상기 비반응성 접착제는 전해액이나 전극 활물질 등과 부반응을 유발하지 않는 접착제를 의미하며, 예를 들어, 실리콘 폴리머 접착제 또는 탄소 광섬유 폴리머 접착제일 수 있으나, 이들만으로 한정되는 것은 아니다.
한편, 본 발명의 전극조립체는 일반적인 젤리-롤형 전극조립체로서, 과정(a)의 전극조립체는 권취기에 의해 회전하는 권심 상에 전극 시트를 권취하여 제조될 수 있다.
또한, 상기 과정(b)에서 상단 절연부재 및 하단 절연부재는 전극조립체가 제조된 직후 부착되며, 이후의 과정을 위해, 상단 절연부재 및 하단 절연부재가 각각 부착된 전극조립체를 컨베이어벨트를 통해 이송하여 트레이에 적재되는 단계를 추가로 포함할 수 있다.
일반적으로, 전극조립체가 트레이에 적재되는 과정은, 전지케이스 내부에 전극조립체를 삽입하기 이전 공정에 해당하며, 트레이 적재는, 전극조립체 각각을 이송하기 위한 복수의 지그들에 의해 전극조립체가 지지된 상태에서 트레이로 이송되는 작업 공정을 포함할 수 있다.
상기 트레이에는 전극조립체의 외면에 대응하는 형상의 안착홈들이 형성되어 전극조립체들을 안정적으로 적재되는 구조일 수 있으며, 구체적으로 상기 안착홈들은 전극단자 형성 위치에 대향하는 전극조립체 하단이 고정될 수 있도록, 전극조립체 하단의 형상에 대응하는 수납부 구조로 이루어질 수 있다.
본 발명은 또한, 상기 전지셀 제조방법에 의해 제조되는 전지셀을 제조할 수 있으며, 상기 전지셀은 전해액이 전극조립체와 함께 원통형 전지케이스에 내장되어 있는 구조로 구성될 수 있다.
참고로, 상기 전지셀은 리튬이온 전지셀 또는 리튬이온 폴리머 전지셀일 수 있으며, 상기 전지셀은 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 Li1+xMn2-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 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 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; 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.
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 전지셀을 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 전지셀 제조방법은 양극, 음극 및 상기 양극과 음극 사이에 분리막이 개재된 구조의 전극조립체를 제조한 이후 전극조립체의 상단 및 하단에 각각 상단 절연부재 및 하단 절연부재를 부착하는 과정을 포함함으로써, 전지셀의 제조 공정중에서 절연부재를 삽입하기 위한 별도의 공정을 포함하지 않으므로, 전지셀의 조립공정을 단순화하고, 제조 공정시간을 단축하는 효과를 제공할 수 있다.
도 1은 원통형 이차전지의 대표적인 단면 모식도이다;
도 2 내지 6은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지셀 제조방법의 순서를 나타내는 모식도들이다;
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 2 내지 6에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지셀 제조방법의 순서를 나타내는 모식도들이 도시되어 있다.
이들 도면을 참조하여 전지셀 제조방법을 설명하면, 먼저, 본 발명에 따른 전극조립체(120)는 양극, 음극 및 상기 양극과 음극 사이에 분리막이 개재된 구조로 구성되며, 권취기에 의해 회전하는 권심(160) 상에 전극 시트(170)를 권취하여 제조된다.
다음으로 도 3에 도시되어 있는 바와 같이, 고분자 수지로 구성되고, 전극조립체(120)의 상단 및 하단 각각의 반경에 대응하는 크기로 타발된 상단 절연부재(180a) 및 하단 절연부재(180b)가 전극조립체(120)가 제조된 직후 각각 전극조립체(120)의 상단 및 하단에 부착되게 된다.
또한, 상단 절연부재(180a) 및 하단 절연부재(180b)에서 전극조립체(120)와 접촉하는 일면에 비반응성 접착제로서 실리콘 폴리머 접착제가 도포된 상태로 전극조립체(120)에 부착되게 된다.
상단 절연부재(180a)는 전극조립체(120)의 양극 단자(142)가 외부로 돌출될 수 있도록 천공된 개구(182)를 포함하고 있고, 하단 절연부재(180b)는 전극조립체(120)의 음극 단자(141)가 외부로 돌출될 수 있도록 천공된 개구(181)를 포함하고 있다.
도 3에 도시되어 있는 구조는 양극 단자(142)가 상단 절연부재(180a)의 중앙에 인접하게 위치하도록 개구(182)가 천공되어 있는 구조로 구성되어 있고, 음극 단자(141)가 하단 절연부재(180b)의 중앙에서 외측으로 편향된 부위에 위치하도록 개구(181)가 천공되어 있는 구조로 구성되어 있는 것으로 설명되어 있지만, 적용되는 전지셀의 구조 및 형태로 따라 다양한 위치로 구성되는 것이 가능함은 물론이다.
다음으로, 도 4에 도시되어 있는 바와 같이, 상단 절연부재(180a) 및 하단 절연부재(180b)가 부착된 전극조립체(120)는 컨베이어벨트(200)를 통해 이송되며, 도 5에 도시되어 있는 바와 같이, 전극조립체(120)를 지지하는 지그(310)에 의해 전극조립체(120) 외면에 대응하는 형상의 안착홈(320)들이 형성되어 있는 트레이(300)로 이송된다.
이때, 트레이(300)에 적재되는 전극조립체(120)는 음극 단자(141)가 상단 방향을 향하고, 양극 단자(142)가 하단 방향을 향하도록 트레이(300)에 적재된다.
트레이(300)에 적재된 전극조립체(120)는 도 6에 도시되어 있는 바와 같이, 상단 및 하단에 각각 상단 절연부재(180a) 및 하단 절연부재(180b)가 부착된 상태로 개별적으로 이동하여 원통형 전지케이스(130)에 수납되며, 전지케이스(130) 내부에 전해액을 주입하고, 캡 어셈블리(140)를 결합하여 전지셀(100)을 완성한다.
따라서, 본 발명에 따른 전지셀(100) 제조방법은, 양극, 음극 및 상기 양극과 음극 사이에 분리막이 개재된 구조의 전극조립체(120)를 제조한 이후 전극조립체(120)의 상단 및 하단에 각각 상단 절연부재(180a) 및 하단 절연부재(180b)를 접착체에 의하여 간단하게 부착하는 과정을 포함함으로써, 전지셀()의 제조 공정중에서 절연부재를 삽입하기 위한 별도의 공정을 포함하지 않으므로, 전지셀(100)의 조립공정을 단순화하고, 제조 공정시간을 단축하는 효과를 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 (17)

  1. 전극조립체가 전지케이스에 내장되어 있는 구조의 전지셀을 제조하는 방법으로서,
    (a) 양극, 음극 및 상기 양극과 음극 사이에 분리막이 개재된 구조의 전극조립체를 제조하는 과정;
    (b) 전극조립체의 상단 및 하단에 각각 상단 절연부재(top insulator) 및 하단 절연부재(bottom insulator)를 부착하는 과정;
    (c) 상단 절연부재 및 하단 절연부재가 각각 부착되어 있는 전극조립체를 전지케이스에 수납하는 과정; 및
    (d) 전해액을 주입하고 캡 어셈블리를(cap assembly)를 결합하는 과정;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 전지셀 제조방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 전극조립체는 양극, 음극 및 상기 양극과 음극 사이에 분리막이 개재된 상태로 권취하는 구조의 젤리-롤형 전극조립체인 것을 특징으로 하는 전지셀 제조방법.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 전지케이스는 원통형 구조의 금속 캔인 것을 특징으로 하는 전지셀 제조방법.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 상단 절연부재 및 하단 절연부재는 전극조립체의 상단 및 하단 각각의 반경에 대응하는 크기로 타발되어 제조되는 것을 특징으로 하는 전지셀 제조방법.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 상단 절연부재 및 하단 절연부재에는 전극조립체의 전극단자가 관통하여 외부로 돌출될 수 있도록 천공된 개구를 포함하는 것을 특징으로 하는 전지셀 제조방법.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 상단 절연부재 및 하단 절연부재는 전기 절연성의 고분자 수지 또는 고분자 복합체로 이루어진 것을 특징으로 하는 전지셀 제조방법.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 고분자 수지는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리부티렌, 폴리스틸렌, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 천연고무 및 합성고무로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상인 것을 특징으로 하는 전지셀 제조방법.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 상단 절연부재 및 하단 절연부재는 전극조립체와 접촉하는 일면에 비반응성 접착제(non-reactive adhesive)가 도포되어 있고, 전극조립체와 상기 접착제에 의해 부착되는 것을 특징으로 하는 전지셀 제조방법.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 비반응성 접착제는 실리콘 폴리머 접착제 또는 탄소 광섬유 폴리머 접착제인 것을 특징으로 하는 전지셀 제조방법.
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 과정(a)의 전극조립체는 권취기에 의해 회전하는 권심 상에 전극 시트를 권취하여 제조되는 것을 특징으로 하는 전지셀 제조방법.
  11. 제 1 항에 있어서, 상기 과정(b)에서 상단 절연부재 및 하단 절연부재는 전극조립체가 제조된 직후 부착되며, 이후의 과정을 위해, 상단 절연부재 및 하단 절연부재가 각각 부착된 전극조립체를 컨베이어벨트를 통해 이송하여 트레이에 적재되는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 전지셀 제조방법.
  12. 제 11 항에 있어서, 트레이 적재는, 전극조립체 각각을 이송하기 위한 복수의 지그들에 의해 전극조립체가 지지된 상태에서 트레이로 이송되는 작업 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 전지셀 제조방법.
  13. 제 11 항에 있어서, 상기 트레이에는 전극조립체의 외면에 대응하는 형상의 안착홈들이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지셀 제조방법.
  14. 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 하나에 따른 방법에 의해 제조되는 것을 특징으로 하는 전지셀.
  15. 제 14 항에 있어서, 상기 전지셀은 전해액이 전극조립체와 함께 원통형 전지케이스에 내장되어 있는 것을 특징으로 하는 전지셀.
  16. 제 14 항에 따른 전지셀을 단위전지로서 포함하는 것을 특징으로 하는 전지팩.
  17. 제 16 항에 따른 전지팩을 전원으로서 포함하는 것을 특징으로 하는 디바이스.
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