KR20170100291A - 이차 전지 및 그 이차 전지의 제조 방법 - Google Patents

Abstract

이차 전지 및 그 이차 전지의 제조 방법이 개시된다.
본 발명의 목적은 프리폼 이차 전지를 제조하기 위하여 원하는 형상에 따라 절단된 전극 적층체가 파우치에 수용되는 과정에서 분리막이 파우치와 간섭을 일으키지 않도록 하여 프리폼 이차 전지를 제조하는 과정에서 파우치의 밀봉이 제대로 이루어질 수 있도록 하는 이차 전지의 제조 방법을 제공하는 데 있다.
또한, 본 발명의 프리폼 이차 전지를 제조하기 위하여 원하는 형상에 따라 절단된 전극 적층체의 분리막이 파우치와 간섭을 일으키지 않도록 제조된 이차 전지를 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따르면, 이차 전지의 제조 방법에서, 전극 적층체의 두께 방향으로 위치한 두 개의 분리막 중 더 긴 분리막이 상기 파우치의 바닥면과 더 가깝도록 상기 전극 적층체가 상기 파우치에 수용된다.

Description

이차 전지 및 그 이차 전지의 제조 방법{Second battery and method of the same}

본 발명은 이차 전지 및 그 이차 전지의 제조 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요의 증가로 이차 전지의 수요 또한 급격히 증가하고 있으며, 그 중에서도 에너지 밀도와 작동 전압이 높고 보존과 수명 특성이 우수한 리튬(이온/폴리머) 이차전지는 각종 모바일 기기는 물론 다양한 전자제품의 에너지원으로 널리 사용되고 있다.

일반적인 이차전지의 구조는 더욱 상세하게는 좌우대칭이며 대략 직육면체 형상인 파우치형 이차전지의 구조가 개시되어 있다.

통상적으로는 이차전지가 설치되는 디바이스의 공간활용 측면에 있어서, 이러한 직육면체 형상의 이차전지가 유리하다. 그러나, 어떤 경우에는 직육면체 형상의 이차전지가 오히려 디바이스의 공간활용을 제약하는 경우가 있다. 특히, 전자 제품의 형상 및 구조에 따라 종래의 직육면체 형상과 같은 이차전지는 전자 제품에 탑재하기 곤란한 경우가 많다.

한편, 최근에는 이차 전지가 전자 제품에 탑재되는 경우의 공간 활용도를 보다 향상시키기 위해 직사각형 이차 전지 등 기존의 정형적인 형상의 이차 전지가 아닌, 보다 자유로운 형상의 이차 전지가 각광받고 있다. 이와 같이, 종래의 이차 전지와 대비하여 자유로운 형상을 갖는 이차 전지를 프리폼 이차 전지(free-form battery)라고 한다.

이러한, 프리폼 이차 전지를 제조하기 위해서는 전극과 분리막이 교대로 적층된 전극 적층체를 원하는 형상에 맞게 두께 방향으로 절단하는 과정이 필요하다. 한편, 전극 적층체를 두께 방향으로 절단하는 과정에서 분리막이 절단되는데 이 분리막은 두께 방향에 따라 길이가 달라지게 된다.

그런데, 이와 같이 절단된 전극 적층체를 파우치 등에 수용하는 과정에서 파우치와 분리막 간의 간섭 현상이 일어날 수 있다. 파우치와 분리막 간의 간섭 현상이 일어나게 되는 경우 파우치가 전극 적층체를 제대로 밀봉하지 못하게 되는 문제가 발생하게 된다.

따라서, 본 발명의 목적은 프리폼 이차 전지를 제조하기 위하여 원하는 형상에 따라 절단된 전극 적층체가 파우치에 수용되는 과정에서 분리막이 파우치와 간섭을 일으키지 않도록 하여 프리폼 이차 전지를 제조하는 과정에서 파우치의 밀봉이 제대로 이루어질 수 있도록 하는 이차 전지의 제조 방법을 제공하는 데 있다.

또한, 본 발명의 프리폼 이차 전지를 제조하기 위하여 원하는 형상에 따라 절단된 전극 적층체의 분리막이 파우치와 간섭을 일으키지 않도록 제조된 이차 전지를 제공하는 데 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따르면, 전극 및 분리막을 교대로 복수 개 적층하여 전극 적층체를 제조하는 적층체 제조 단계; 상기 전극 적층체의 형상을 가공하기 위해 상기 전극 적층체의 상기 분리막을 절단하는 분리막 절단 단계; 및 상기 전극 적층체가 수용되는 파우치에 상기 전극 적층체가 수용되는 수용 단계; 를 포함하고, 상기 수용 단계에서, 상기 전극 적층체의 두께 방향으로 위치한 두 개의 분리막 중 더 긴 분리막이 상기 파우치의 바닥면과 더 가깝도록 상기 전극 적층체가 상기 파우치에 수용되는 이차 전지의 제조 방법이 제공된다.

상기 전극 적층체는 상기 두께 방향으로 이동함에 따라 상기 분리막의 길이가 변하고, 상기 수용 단계는, 상기 전극 적층체에 구비된 상기 분리막 각각의 길이가 길수록 상기 파우치의 바닥면과 가까이 위치하도록 상기 전극 적층체가 상기 파우치에 수용될 수 있다.

상기 분리막 절단 단계에서 절단된 상기 전극 적층체의 분리막들은 절단된 부분에서 서로 직접 연결될 수 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 측면에 따르면, 전극 및 분리막을 적층하여 형성된 전극 적층체; 및 상기 전극 적층체가 수용되는 파우치; 를 포함하되, 상기 전극 적층체는, 상기 전극 적층체의 두께 방향으로 위치한 두 개의 분리막 중 더 긴 분리막이 상기 파우치의 바닥면과 더 가까이 위치하는 이차 전지가 제공된다.

상기 전극 적층체는 상기 두께 방향으로 이동함에 따라 상기 분리막의 길이가 변하고, 상기 전극 적층체는, 상기 전극 적층체에 구비된 상기 분리막 각각의 길이가 길수록 상기 파우치의 바닥면과 가까이 위치할 수 있다.

상기 전극 적층체의 분리막들은 일끝부에서 서로 직접 연결될 수 있다.

본 발명에 따르면, 프리폼 이차 전지를 제조하기 위하여 원하는 형상에 따라 절단된 전극 적층체가 파우치에 수용되는 과정에서 분리막이 파우치와 간섭을 일으키지 않도록 하여 파우치의 밀봉이 제대로 이루어질 수 있는 프리폼 이차 전지를 제조할 수 있다.

도 1은 본 발명이 적용될 수 있는 프리폼 이차 전지의 일 예를 도시한 도면이다.
도 2는 프리폼 이차 전지에 사용되기 위하여 전극 적층체가 절단되는 모습을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3은 전극 적층체가 절단된 후에 전극 적층체의 두께 방향에 따른 분리막의 길이를 도시한 도면이다.
도 4는 전극 적층체와 파우치 간의 간섭 현상이 일어날 수 있는 경우를 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 경우의 전극 적층체와 파우치의 결합 관계를 도시한 도면이다.

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명을 상세하게 설명한다. 그러나, 본 발명이 이하의 실시예에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다.

한편, 본 발명은 프리폼(free-form) 이차 전지에, 또는, 프리폼 이차 전지를 제조하는 경우에 적용될 수 있다.

도 1은 본 발명이 적용될 수 있는 프리폼 이차 전지의 일 예를 도시한 도면이다.

도 1에 도시된 이차 전지(1)는 프리폼 이차 전지로서, 종래의 단순한 형상을 가진 이차 전지와 달리 다양한 형상을 가진 프리폼 이차 전지이다. 도 1에서는 이차 전지(1)가 육각형의 형상을 가진 이차 전지로서, 직사각형의 이차 전지의 양 하부에 챔퍼(Chamfer)면(5)이 형성된 프리폼 이차 전지인 경우를 도시하고 있다. 그러나, 본 발명이 적용될 수 있는 프리폼 이차 전지의 형상은 이에 제한되지 않고 다양한 형상의 프리폼 이차 전지에 적용될 수 있다.

이러한 프리폼 이차 전지를 제조하기 위해서는 전극 및 분리막이 교대로 적층되어 형성되는 전극 적층체를 먼저 제조한 후 이를 원하는 형상으로 절단하는 공정이 필요하다. 예를 들어, 도 1에 도시된 바와 같은 육각형의 형상을 갖는 이차 전지를 제조하기 위해서 먼저 직사각형의 형상을 갖는 전극 적층체를 제조한 후, 직사각형 전극 적층체가 다각형 형상을 갖도록 전극 적층체의 분리막을 절단하는 공정이 필요할 수 있다. 이후에, 원하는 형상으로 절단된 전극 적층체는 파우치에 수용되어 이차 전지의 일부를 구성하게 된다.

도 2는 프리폼 이차 전지에 사용되기 위하여 전극 적층체가 절단되는 모습을 개략적으로 도시한 도면이다.

한편, 전극 적층체를 원하는 형상으로 절단하는 과정에서 전극 적층체는 두께 방향으로 절단되는데, 이 과정에서 양극(미도시)과 음극(미도시) 사이에 구비되는 분리막(12)이 절단된다. 이러한 절단 과정은 도 2에 도시된 바와 같이, 전극 적층체(10)를 다이(D) 상부에 올려놓고 난 후, 펀치(P)를 이용해 전극 적층체(10), 보다 자세하게는 전극 적층체(10)의 분리막(12)을 절단함으로써 이루어질 수 있다. 즉, 펀치(P)에 의해 분리막(12)이 절단된다.

이와 달리, 전극 적층체(10)의 절단 과정에서 전극(음극 및 양극)(미도시)은 절단되지 않을 수 있다. 이는, 분리막(12)과 달리 전극은 적층 단계 이전에 이미 원하는 형상대로의 가공이 완료되었기 때문일 수 있다. 따라서,절단이 완료된 후에 전극 적층체(10)의 분리막의 끝부와 전극의 끝부 사이에는 일정한 거리(G)(이하, '분리막-전극 거리'라고 함.)가 형성될 수 있다. 양극의 길이보다 음극의 길이가 긴 경우 분리막-전극 거리(G)는 분리막의 끝부와 음극의 끝부 간의 거리일 수 있다.

한편, 이러한 절단 과정에서 절단된 분리막(12)의 길이는 일정하지 않게 된다. 즉, 절단 과정에서 절단된 분리막(12)의 길이는 전극 적층체의 두께의 영향으로, 전극 적층체의 두께 방향으로 이동함에 따라 변하게 되는 것이 일반적이다. 즉, 도 2를 참조하여 자세히 설명하면, 펀치(P)가 전극 적층체(10)와 접촉하며 전극 적층체(10)를 절단하는 과정에서 펀치(P)와 빨리 접촉하는 분리막(도 2에서 전극 적층체(10)의 상부에 위치한 분리막)일수록 절단된 후 분리막의 길이가 길어지게 된다. 이는, 펀치가 전극 적층체(10)를 절단하기 위하여 전극 적층체(10)의 절단되는 부위를 가압하는 과정에서 전극 적층체(10)의 분리막 중 펀치와 먼저 접촉하게 되는 분리막(12)이 밀려서 이동하기 때문일 수 있다. 도 2에서는, 전극 적층체(10)의 절단 과정에서 펀치가 하방으로 이동하여 상부에 위치한 분리막(12)이 하방으로 밀려 내려간 모습이 도시되어 있다. 전극 적층체의 절단 과정이 끝나고 나면, 전극 적층체(10)는 전극 적층체의 두께 방향으로 이동함에 따라 분리막의 길이가 변하는 모습을 갖게 된다.

도 3은 전극 적층체가 절단된 후에 전극 적층체의 두께 방향에 따른 분리막의 길이를 도시한 도면으로서, 펀치(P)가 하방으로 이동하여 전극 적층체(10)를 절단한 경우, 전극 적층체(10)의 두께 방향으로 아래쪽으로 이동함에 따라 분리막의 두께가 짧아지는 모습이 도시되어 있다. 도 2 및 도 3과 달리 펀치가 상방으로 이동하면서 전극 적층체를 절단하는 경우 절단된 전극 적층체의 분리막은 전극 적층체의 두께 방향으로 위쪽으로 이동함에 따라 분리막의 두께가 짧아질 수 있다.

한편, 전극 적층체의 분리막 절단 과정이 종료된 후 전극 적층체는 파우치에 수용된다. 이때, 어떤 경우에는 전극 적층체와 파우치 간에 간섭 현상이 발생할 수 있다.

도 4는 전극 적층체와 파우치 간의 간섭 현상이 일어날 수 있는 경우를 도시한 도면이다.

도 4에 도시된 바와 같이, 파우치(20)는 전극 적층체(10)가 수용되는 공간을 제공하는 보관부(22)를 포함한다. 또한, 파우치(20)는 파우치의 하단을 구성하는 바닥면(24)을 포함한다.

그런데, 전극 적층체(10)를 파우치(20)에 수용하는 과정에서, 전극 적층체(10)에 구비된 분리막(12)의 길이가 길수록 분리막(12)이 파우치(20)의 바닥면(24)과 멀리 위치하도록 전극 적층체(10)가 파우치(20)에 수용되는 경우, 전극 적층체(10)와 파우치(20) 간에 간섭 현상이 발생할 수 있다(예를 들어, 파우치(20)의 양끝 둘레를 형성하는 실링부(26)와 전극 적층체(10)의 절단된 부분 간에 간섭 현상이 발생할 수 있다.). 이와 같이 간섭 현상이 발생하면 파우치의 밀봉에 제대로 이루어지지 않게 된다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 경우의 전극 적층체와 파우치의 결합 관계를 도시한 도면이다.

본 발명은 프리폼 이차 전지의 제조시에 파우치와 전극 적층체 간의 간섭 현상이 발생하는 것을 방지하기 위한 발명이다.

도 5에 도시된 바와 같이, 상기 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따르면, 전극 적층체(10)는 전극 적층체(10)의 두께 방향으로 위치한 두 개의 분리막 중 더 긴 분리막이 파우치(20)의 바닥면과 더 가까이 위치한다. 예를 들어, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 전극 적층체(10)에 구비된 분리막(12)의 길이가 길수록 파우치(20)의 바닥면(24)과 가까이 위치할 수 있다.

한편, 도 5에 도시된 바와 같이 절단이 완료된 전극 적층체(10)의 양 끝부에 형성된 절단부(14)에는 절단된 전극 적층체의 분리막들이 서로 직접 연결되어 있을 수 있는데, 이는 펀치에 의한 전극 적층체의 절단 과정에 의해 발생한 것일 수 있으며, 또는 전극 적층체(10)가 파우치(20)에 수용되는 과정에서 발생한 것일 수도 있다. 이하, 도면 및 전술한 내용을 토대로 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지의 제조 방법에 대해 설명하도록 한다.

먼저, 전극 및 분리막을 교대로 복수 개 적층하여 전극 적층체를 제조하는 적층체 제조 단계; 가 이루어진다.

이후, 전극 적층체의 형상을 가공하기 위해 전극 적층체의 분리막을 절단하는 분리막 절단 단계; 가 이루어진다.

이후, 전극 적층체가 수용되는 파우치에 전극 적층체가 수용되는 수용 단계; 가 이루어진다. 이때, 전술한 바와 같이 상기 수용 단계에서, 전극 적층체의 두께 방향으로 위치한 두 개의 분리막 중 더 긴 분리막이 파우치의 바닥면과 더 가깝도록 전극 적층체가 파우치에 수용될 수 있다. 예를 들어, 상기 수용 단계에서, 전극 적층체에 구비된 분리막의 길이가 길수록 파우치의 바닥면과 가까이 위치하도록 전극 적층체가 파우치에 수용될 수 있다.

1 - 이차 전지
5 - 챔퍼면
10 - 전극 적층체
12 - 분리막
14 - 절단부
20 - 파우치
22 - 보관부
24 - 바닥면
26 - 실링부
G - 분리막-전극 거리
D - 다이
P - 펀치

Claims (6)

1. 전극 및 분리막을 교대로 복수 개 적층하여 전극 적층체를 제조하는 적층체 제조 단계;
   상기 전극 적층체의 형상을 가공하기 위해 상기 전극 적층체의 상기 분리막을 절단하는 분리막 절단 단계; 및
   상기 전극 적층체가 수용되는 파우치에 상기 전극 적층체가 수용되는 수용 단계; 를 포함하고,
   상기 수용 단계에서,
   상기 전극 적층체의 두께 방향으로 위치한 두 개의 분리막 중 더 긴 분리막이 상기 파우치의 바닥면과 더 가깝도록 상기 전극 적층체가 상기 파우치에 수용되는 이차 전지의 제조 방법.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 전극 적층체는 상기 두께 방향으로 이동함에 따라 상기 분리막의 길이가 변하고,
   상기 수용 단계는,
   상기 전극 적층체에 구비된 상기 분리막의 길이가 길수록 상기 파우치의 바닥면과 가까이 위치하도록 상기 전극 적층체가 상기 파우치에 수용되는 이차 전지의 제조 방법.
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 분리막 절단 단계에서 절단된 상기 전극 적층체의 분리막들은 절단된 부분에서 서로 직접 연결되어 있는 이차 전지의 제조 방법.
4. 전극 및 분리막을 적층하여 형성된 전극 적층체; 및
   상기 전극 적층체가 수용되는 파우치; 를 포함하고,
   상기 전극 적층체는,
   상기 전극 적층체의 두께 방향으로 위치한 두 개의 분리막 중 더 긴 분리막이 상기 파우치의 바닥면과 더 가까이 위치하는 이차 전지.
5. 청구항 4에 있어서,
   상기 전극 적층체는 상기 두께 방향으로 이동함에 따라 상기 분리막의 길이가 변하고,
   상기 전극 적층체는,
   상기 전극 적층체에 구비된 상기 분리막의 길이가 길수록 상기 파우치의 바닥면과 가까이 위치하는 이차 전지.
6. 청구항 4에 있어서,
   상기 전극 적층체의 분리막들은 일끝부에서 서로 직접 연결되어 있는 이차 전지.

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