KR20170112367A - 전극 조립체 제조 방법 - Google Patents

전극 조립체 제조 방법 Download PDF

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Abstract

전극 조립체의 제조 방법이 개시된다.
본 발명에 따르면 전극 조립체의 적어도 일면에 상기 전극 조립체의 정렬 상태 유지를 위한 테이프를 부착하는 테이핑 단계 이후에 상기 테이프를 가열 및 가압하여 상기 전극 조립체와 상기 테이프 간의 접착력이 향상되는 접착력 향상 단계를 추가함으로써 테이프의 접착력을 향상시킬 수 있다.

Description

전극 조립체 제조 방법{Method of manufacturing electrode assembly}
본 발명은 전극 조립체 제조 방법에 관한 것이다.
전극과 분리막이 교대로 적층되어 형성되는 전극 조립체는, 전극과 분리막의 적층 방식에 따라 스택형 전극 조립체, 스택 앤 폴딩형 전극 조립체, Z-폴딩형 전극 조립체 등 여러가지로 구분될 수 있다. 한편, 이차 전지가 탑재되는 전자 기기의 형상이 다양해짐에 따라 이차 전지에 탑재되는 전극 조립체의 형상 역시 다양하게 요구되고 있다.
한편, 전극 조립체를 이용하여 이차 전지를 제조하는 과정 및 완성된 이차 전지를 사용하는 과정에서 전극 조립체의 정렬(alignment) 상태 유지를 위해 전극 조립체 상에 적어도 부분적으로 정렬용 테이프를 부착한다. 도 1은 종래기술에 따른, 전극 조립체에 정렬용 테이프가 부착된 모습을 도시한 평면도. 도 2는 종래기술에 따른 함침 과정에서 테이프가 딸려나가는 모습을 도시한 평면도이고, 도 3은 종래기술에 따른, 함침 과정에서 딸려나간 테이프가 실링 과정에서 실링 부재와 간섭하는 모습을 도시한 평면도이다. 도 1 내지 도 3을 참조하면, 전극 조립체(1)에 정렬용 테이프(2)가 부착된 모습이 도시되어 있다. 테이프가 부착된 이후, 전극 조립체는 케이스(3)에 탑재된 후 전해액을 전극 조립체 내부에 주입하는 함침(wetting) 과정을 거치게 된다.
이때, 함침 단계에서 전극 조립체 주변 영역과 외부 영역 사이에는 압력 차이가 발생한다. 즉, 함침 단계에서 전극 조립체의 주변 영역은 상대적으로 고압인 반면, 전극 조립체와 상대적으로 떨어져 있는 외부 영역은 상대적으로 저압인, 진공 상태에 놓이게 될 수 있다.
따라서, 이 경우 함침 단계에서 테이프가 압력 차이에 의해 전극 조립체에 고정되지 못하고 진공 방향으로 딸려나가는 현상이 발생한다. 즉, 도 2에 도시된 바와 같이 전극 조립체(1)에 부착된 테이프(2)가 상대적으로 저압인 진공 영역으로 딸려나가게 된다(도 2의 화살표 참조). 따라서, 도 3에 도시된 바와 같이 전극 조립체(1)를 외부로부터 격리시키는 실링 과정에서 진공 방향으로 딸려나간 테이프(2)와 실링 부재(4) 간의 간섭 현상이 발생하게 되어 전극 조립체(1)가 탑재되는 케이스(3)의 절연층이 손상되는 문제점이 발생한다.
또한, 테이프가 전극 조립체에 제대로 고정되지 않게 되므로 전극 조립체의 정렬 상태가 불량해지는 문제점도 발생할 수 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 전극 조립체를 외부로부터 격리시키는 실링 과정에서 전극 조립체에 부착되는 정렬용 테이프가 딸려나가는 것을 방지함으로써 전극 조립체가 탑재되는 케이스의 절연층이 손상되는 것을 방지하는 데 있다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 테이프가 전극 조립체에 제대로 고정되도록 함으로써 전극 조립체의 정렬 상태를 향상시키는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따르면, 전극과 분리막을 교대로 적층하여 형성되는 전극 조립체를 제조하는 제조 단계; 상기 전극 조립체의 적어도 일면에 상기 전극 조립체의 정렬 상태 유지를 위한 테이프를 부착하는 테이핑 단계; 및 상기 테이프를 가열 및 가압하여 상기 전극 조립체와 상기 테이프 간의 접착력이 향상되는 접착력 향상 단계; 를 포함하는 전극 조립체 제조 방법이 제공된다.
상기 테이프는 상기 전극 조립체의 길이 영역(L)에 적어도 하나 부착되고, 상기 접착력 향상 단계는, 상기 전극 조립체의 상기 길이 영역에 부착된 적어도 하나의 상기 테이프를 가열 및 가압할 수 있다.
상기 접착력 향상 단계에서, 상기 가열 온도는 섭씨 90도 내지 섭씨 120도의 범위 내일 수 있다.
상기 접착력 향상 단계에서, 상기 가압 압력은 0.3125 내지 0.4375 kgf/mm2의 범위 내일 수 있다.
상기 테이프 중 적어도 하나는 상기 전극 조립체의 상면 및 하면에 걸쳐 부착되고, 상기 접착력 향상 단계는, 상기 전극 조립체의 상면 및 하면에 걸쳐 부착된 상기 테이프를 상기 전극 조립체의 두께(t) 방향으로 가열 및 가압할 수 있다.
상기 전극 조립체에 전해액이 스며들도록 하는 함침(wetting) 단계; 를 더 포함하며, 상기 함침 단계는 상기 접착력 향상 단계 이후에 이루어질 수 있다.
상기 전극 조립체는 케이스 내부에 구비되고, 상기 전극 조립체를 상기 케이스의 외부와 격리시키는 실링 단계; 를 더 포함하고, 상기 실링 단계는 상기 접착력 향상 단계 이후에 이루어질 수 있다.
본 발명에 따르면 전극 조립체를 외부로부터 격리시키는 실링 과정에서 전극 조립체에 부착되는 정렬룡 테이프가 딸려나가는 것을 방지함으로써 전극 조립체가 탑재되는 케이스의 절연층이 손상되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면 테이프가 전극 조립체에 제대로 고정되도록 함으로써 전극 조립체의 정렬 상태가 향상될 수 있다.
도 1은 종래기술에 따른, 전극 조립체에 정렬용 테이프가 부착된 모습을 도시한 평면도이다.
도 2는 종래기술에 따른, 함침 과정에서 테이프가 딸려나가는 모습을 도시한 평면도이다.
도 3은 종래기술에 따른, 함침 과정에서 딸려나간 테이프가 실링 과정에서 실링 부재와 간섭하는 모습을 도시한 평면도이다.
도 4는 본 발명이 적용되는 전극 조립체 및 전극 조립체에 부착되는 정렬용 테이프가 부착된 모습을 도시한 평면도이다.
도 5는 본 발명에 따른, 전극 조립체에 부착된 테이프를 가압 및 가열하는 모습을 도시한 평면도이다.
도 6은 본 발명에 따른, 전극 조립체에 부착된 테이프를 가압 및 가열하는 모습을 도시한 측면도이다.
도 7은 본 발명에 따른, 실링 단계가 완료된 전극 조립체의 모습을 도시한 평면도이다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명에 따른 전극 조립체 제조 방법을 설명하도록 한다.
도 4는 본 발명이 적용되는 전극 조립체 및 전극 조립체에 부착되는 정렬용 테이프가 부착된 모습을 도시한 도면이다.
본 발명에 따르면 전극 조립체(10)가 구비된다. 전극 조립체(10)는 전극 및 분리막이 교대로 적층되어 형성된 구성이다. 전극 조립체(10)는 그 적층 방법에 따라 스택형 전극 조립체, 스택 앤 폴딩형 전극 조립체, Z-폴딩형 전극 조립체 등일 수 있으나, 이에 제한되지 않고, 다양한 적층 방법이 적용될 수 있다.
전술한 바와 같이 전극 조립체(10)는 전극 및 분리막이 교대로 적층되어 형성된 구성으로서, 보다 상세하게는, 양극, 음극 및 분리막이 교대로 적층되어 형성된다. 따라서, 전극 조립체(10)는 양극과 음극으로부터 돌출된 전극탭(12)을 포함한다.
한편, 본 발명에 따른 전극 조립체(10)는 다양한 기하학적 형상을 가질 수 있다. 도 4에 도시된 바와 같이 전극 조립체(10)는 길이(L), 폭(W) 및 두께(t)를 가질 수 있다. 예를 들어, 전극 조립체(10)는 직육면체 형상을 가질 수 있다. 이때, 하기에서 살펴볼 전극 조립체(10)의 함침 단계에서 상대적으로 저압인 영역에 인접한 영역을 길이 영역으로 정의하고, 그렇지 않은 영역을 폭 영역으로 정의할 수 있다.
전극 조립체는 본래 서로 다른 구성이었던 전극 및 분리막을 적층하여 형성되는 것이므로, 전극 조립체를 이용하여 이차 전지를 제조하는 과정 및 완성된 이차 전지를 사용하는 과정에서 전극 조립체의 정렬(alignment) 상태가 흐트러질 수 있다. 이를 방지하고자, 도 4에 도시된 바와 같이 전극 조립체의 정렬 상태 유지를 위해 전극 조립체 정렬용 테이프(20)가 부착될 수 있다. 테이프(20)는 전극 조립체(10)의 일부에 부착될 수 있으며, 전극 조립체(10)의 측부에 부착될 수 있다. 보다 상세하게는, 도 4에 도시된 바와 같이 테이프(20)는 길이(L) 영역 및/또는 폭(W) 영역에 부착될 수 있고, 길이 영역에 적어도 하나가 부착될 수 있다. 또한, 도 4에 도시된 바와 같이 테이프 중 적어도 하나는 전극 조립체(10)의 상면 및 하면에 걸쳐 부착될 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 전극 조립체의 제조 방법은, 전극과 분리막을 교대로 적층하여 형성되는 전극 조립체(10)를 제조하는 제조 단계; 및 전극 조립체(10)의 적어도 일면에 전극 조립체의 정렬 상태 유지를 위한 테이프(20)를 부착하는 테이핑 단계; 를 포함한다. 전극 조립체 및 테이프와 관련해서는 전술한 바 있다.
테이프가 부착된 이후, 전극 조립체는 케이스에 탑재된 후 전해액을 전극 조립체 내부에 주입하는 함침(wetting) 과정을 거치게 된다. 이때, 함침 단계에서 전극 조립체 주변 영역과 외부 영역 사이에는 압력 차이가 발생한다. 즉, 함침 단계에서 전극 조립체의 주변 영역은 상대적으로 고압인 반면, 전극 조립체와 상대적으로 떨어져 있는 외부 영역은 상대적으로 저압인, 진공 상태에 놓이게 될 수 있다(도 2 참조).
따라서, 이 경우 함침 단계에서 테이프가 압력 차이에 의해 전극 조립체에 부착된 테이프가 상대적으로 저압인 진공 영역으로 딸려나가게 된다. 따라서, 도 3에 도시된 바와 같이 전극 조립체(1)를 외부로부터 격리시키는 실링 과정에서 진공 방향으로 딸려나간 테이프와 실링 부재 간의 간섭 현상이 발생하게 되어 전극 조립체가 탑재되는 케이스의 절연층이 손상되는 문제점이 발생한다.
본 발명은 상기의 문제점을 해결하고자, 전극 조립체와 테이프 간의 접착력을 향상시키기 위한 발명으로서, 본 발명에 따른 전극 조립체의 제조 방법은, 테이프(20)를 가열 및 가압하여 상기 전극 조립체(10)와 상기 테이프(20) 간의 접착력이 향상되는 접착력 향상 단계; 를 더 포함한다. 접착력 향상 단계는 테이핑 단계 이후에 이루어진다. 접착력 향상 단계에 대한 보다 상세한 설명은 도 5 및 도 6을 참조하여 설명하도록 한다.
도 5 및 도 6은 본 발명에 따른, 전극 조립체에 부착된 테이프를 가압 및 가열하는 모습을 도시한 도면이다.
접착력 향상 단계는 도 5 및 도 6에 도시된 접착력 향상 장치(40)에 의해 이루어진다. 접착력 향상 장치(40)는 테이핑 단계에서 전극 조립체에 접착된 테이프를 가열 및 가압함으로써 전극 조립체와 테이프 간의 접착력을 향상하는 구성이다.
전술한 바와 같이 종래기술에 의하면, 함침 단계에서 테이프가 딸려나가게 되는데 특히 이러한 현상은 도 2에 도시된 바와 같이 전극 조립체에 부착된 테이프 중 함침 단계에서 저압인 진공 상태가 되는 영역과 인접한 영역(즉, 도 4에서 길이(L) 영역에 부착된 테이프)에 부착된 테이프에서 더욱 자주 발생한다.
따라서, 접착력 향상 단계에서 접착력 향상 장치(40)는 상대적으로 테이프가 자주 딸려나가는, 전극 조립체의 길이(L) 영역에 부착된 테이프를 가열 및 가압하여 전극 조립체와 테이프 간의 접착력을 향상시킬 수 있다. 이 경우 전극 조립체의 길이 영역에 부착된 테이프의 접착력은 폭 방향에 부착된 테이프의 접착력보다 상대적으로 더 높은 접착력으로 전극 조립체에 부착될 수 있다.
물론 필요 시는 다른 영역(예를 들어, 폭(W) 영역)에 부착된 테이프를 가열 및 가압할 수도 있다.
한편, 테이프(20)가 전극 조립체(10)의 상면 및 하면에 걸쳐 부착되는 경우 접착력 향상 단계에서, 접착력 향상 장치(40)는 전극 조립체(20)의 상면 및 하면에 걸쳐 부착된 테이프를 전극 조립체(10)의 두께(t) 방향으로 가열 및 가압할 수 있다(도 6 참조).
접착력 향상 단계가 완료되고 난 후 전극 조립체는 케이스(30, 도 7 참조)에 탑재될 수 있고, 이후에 전해액이 전극 조립체에 스며들도록 하는 함침(wetting) 단계; 가 이루어질 수 있다. 함침 단계가 완료되고 난 후에는 케이스에 탑재된 전극 조립체를 케이스의 외부와 격리시키는 실링 단계; 가 이루어질 수 있다.
도 7은 본 발명에 따른, 실링 단계가 완료된 전극 조립체의 모습을 도시한 도면이다.
실링 단계에서는, 실링 부재(50)에 의하여 케이스(30) 내의 전극 조립체(20)와 케이스(30)의 외부가 격리될 수 있다.
본 발명에 따르면, 테이핑 단계와 함침 단계 사이에 접착력 향상 단계를 추가함으로써 테이프가 딸려 나오는 것을 방지함으로써 함침 단계 이후에 이루어지는 실링 단계에서 실링 부재와 테이프 간의 간섭이 일어나는 것을 방지하여 케이스의 절연층 손상을 방지하는 동시에 실링 부재의 밀봉력을 향상시킬 수 있다.
접착력 향상 단계에서 테이프를 가열 및 가압할 때, 압력이 지나치게 낮은 경우, 테이프가 제대로 접착되지 않을 수 있으며, 압력이 지나치게 높은 경우에는 전극 조립체 또는 테이프의 손상 문제가 발생할 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 접착력 향상 단계에서 가압 압력은 0.3125 내지 0.4375 kgf/mm2 의 범위 내일 수 있다.
가열 온도의 경우에도 온도가 지나치게 낮은 경우, 테이프가 제대로 접착되지 않을 수 있고, 가열 온도가 지나치게 높은 경우에는 전극 조립체 또는 테이프의 손상 문제가 발생할 수 있다. 따라서, 접착력 향상 단계에서의 가열 및 가압 범위를 한정할 필요가 있다.
따라서, 가열 온도는 섭씨 90도 내지 섭씨 120도의 범위 내일 수 있다.
1 - 전극 조립체
2 - 테이프
3 - 케이스
4 - 실링 부재
10 - 전극 조립체
12 - 전극 탭
20 - 테이프
30 - 케이스
40 - 접착력 향상 장치
50 - 실링 부재
L - 길이
W - 폭
t - 두께

Claims (7)

  1. 전극과 분리막을 교대로 적층하여 형성되는 전극 조립체를 제조하는 제조 단계;
    상기 전극 조립체의 적어도 일면에 상기 전극 조립체의 정렬 상태 유지를 위한 테이프를 부착하는 테이핑 단계; 및
    상기 테이프를 가열 및 가압하여 상기 전극 조립체와 상기 테이프 간의 접착력이 향상되는 접착력 향상 단계; 를 포함하는 전극 조립체 제조 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 테이프는 상기 전극 조립체의 길이(L) 영역에 적어도 하나 부착되고,
    상기 접착력 향상 단계는,
    상기 전극 조립체의 상기 길이 영역에 부착된 적어도 하나의 상기 테이프를 가열 및 가압하는 전극 조립체 제조 방법.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 접착력 향상 단계에서,
    상기 가열 온도는 섭씨 90도 내지 섭씨 120도의 범위 내인 전극 조립체 제조 방법.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 접착력 향상 단계에서,
    상기 가압 압력은 0.3125 내지 0.4375 kgf/mm2의 범위 내인 전극 조립체 제조 방법.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 테이프 중 적어도 하나는 상기 전극 조립체의 상면 및 하면에 걸쳐 부착되고,
    상기 접착력 향상 단계는,
    상기 전극 조립체의 상면 및 하면에 걸쳐 부착된 상기 테이프를 상기 전극 조립체의 두께(t) 방향으로 가열 및 가압하는 전극 조립체 제조 방법.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 전극 조립체에 전해액이 스며들도록 하는 함침(wetting) 단계; 를 더 포함하며,
    상기 함침 단계는 상기 접착력 향상 단계 이후에 이루어지는 전극 조립체 제조 방법.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 전극 조립체는 케이스 내부에 구비되고,
    상기 전극 조립체를 상기 케이스의 외부와 격리시키는 실링 단계; 를 더 포함하고,
    상기 실링 단계는 상기 접착력 향상 단계 이후에 이루어지는 전극 조립체 제조 방법.
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