KR20170122030A - 전극조립체 제조방법 - Google Patents

전극조립체 제조방법 Download PDF

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KR20170122030A
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Abstract

본 발명은 전극조립체 제조방법에 관한 것으로서, 분리막의 표면에 접합물질을 코팅하는 접합물질 코팅단계(S10); 상기 접합물질이 코팅된 복수의 분리막과 복수의 전극을 교대로 적층하는 미접합 전극조립체 제조단계(S20); 상기 미접합 전극조립체의 분리막에 열에너지를 전달하여 상기 분리막에 코팅된 접합물질을 열변형시키는 접합물질 열변형단계(S30); 및 상기 미접합 전극조립체의 최상단과 최하단을 동시에 가압하여 상호 대응하는 전극과 열변형된 접합물질이 코팅된 분리막을 접합하는 접합 전극조립체 제조단계(S40)를 포함할 수 있다.

Description

전극조립체 제조방법{MANUFACTURING METHOD FOR ELECTRODE ASSEMBLY}
본 발명은 전극조립체 제조방법에 관한 것으로서, 특히 전극과 분리막의 접합력을 균일하게 하기 위해 간접유도가열 방식을 적용한 전극조립체 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 이차전지(secondary battery)는 충전이 불가능한 일차 전지와는 달리 충전 및 방전이 가능한 전지를 말하며, 이러한 이차 전지는 폰, 노트북 컴퓨터 및 캠코더 등의 첨단 전자 기기 분야에서 널리 사용되고 있다.
특허등록번호 제10-0958649호
이차전지는 전극조립체와, 상기 전극조립체가 수용되는 케이스를 포함하며, 상기 전극조립체는 복수의 전극과 복수의 분리막으로 마련된다.
즉, 상기 전극조립체는 복수의 전극과 복수의 분리막을 교대로 적층한 다음, 적층된 전극과 분리막의 최상단과 최하단을 동시에 열과 압력을 가하여 제조한다.
그러나 상기 전극조립체는 전극과 분리막의 접합면 전체에 동일한 열이 전달되지 못함으로써 불균일한 접합이 이루어지며, 특히 전극과 분리막의 불균일한 접합력에 의해 전극조립체의 충방전시 미반응 영역이 발생하면서 성능저하가 발생하는 문제가 있었다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전극조립체 제조방법은 분리막의 표면에 접합물질을 코팅하는 접합물질 코팅단계(S10); 상기 접합물질이 코팅된 복수의 분리막과 복수의 전극을 교대로 적층하는 미접합 전극조립체 제조단계(S20); 상기 미접합 전극조립체의 분리막에 열에너지를 전달하여 상기 분리막에 코팅된 접합물질을 열변형시키는 접합물질 열변형단계(S30); 및 상기 미접합 전극조립체의 최상단과 최하단을 동시에 가압하여 상호 대응하는 전극과 열변형된 접합물질이 코팅된 분리막을 접합하는 접합 전극조립체 제조단계(S40)를 포함할 수 있다.
상기 접합물질 열변형단계(S30)는 간접유도가열 방식으로 상기 분리막에 열에너지를 전달할 수 있다.
상기 접합물질 열변형단계(S30)는 간접유도가열 방식으로 상기 분리막에 열에너지를 전달하는 전기전도체인 유도가열로에 의해 이루어질 수 있다.
상기 접합물질은 상기 전극이 적층되는 상기 분리막의 표면에만 코팅될 수 있다.
상기 미접합 전극조립체에서 최외각에 전극이 적층되면, 상기 분리막은 양면에 접합물질이 코팅될 수 있다.
상기 미접합 전극조립체에서 최외각에 상기 분리막이 적층되면, 상기 최외각 분리막은 내측 표면에만 접합물질이 코팅될 수 있다.
상기 접합물질은 폴리비닐이딘 플루오라이드 코폴리머(Polyvinylidene fluoride copolymer)로 마련될 수 있다.
상기 접합물질의 열변형 온도는 상기 분리막이 수축되는 온도 보다 낮은 온도를 가질 수 있다.
상기 분리막은 비전도체로 마련될 수 있다.
상기 전극은 양극 및 음극으로 마련되며, 상기 양극과 음극 사이에 상기 분리막이 개재될 수 있다.
상기 접합 전극조립체 제조단계(S40)는 상기 미접합 전극조립체의 최상단과 최하단을 동시에 가압하는 가압프레스에 의해 이루어질 수 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전극조립체 제조방법은 분리막의 표면에 접합물질을 코팅하는 접합물질 코팅단계(S10); 상기 접합물질이 코팅된 복수의 분리막과 복수의 전극을 교대로 적층하는 미접합 전극조립체 제조단계(S20); 상기 미접합 전극조립체의 분리막에 열에너지를 전달하여 상기 분리막에 코팅된 접합물질을 열변형시키는 접합물질 열변형단계(S30); 및 상기 미접합 전극조립체의 최상단과 최하단을 동시에 가압하여 상호 대응하는 전극과 열변형된 접합물질이 코팅된 분리막을 접합하는 접합 전극조립체 제조단계(S40)를 포함할 수 있다.
상기 접합물질 열변형단계(S30)는 간접유도가열 방식으로 상기 분리막에 열에너지를 전달할 수 있다.
상기 접합물질 열변형단계(S30)는 간접유도가열 방식으로 상기 분리막에 열에너지를 전달하는 전기전도체인 유도가열로에 의해 이루어질 수 있다.
상기 접합물질은 상기 전극이 적층되는 상기 분리막의 표면에만 코팅될 수 있다.
상기 미접합 전극조립체에서 최외각에 전극이 적층되면, 상기 분리막은 양면에 접합물질이 코팅될 수 있다.
상기 미접합 전극조립체에서 최외각에 상기 분리막이 적층되면, 상기 최외각 분리막은 내측 표면에만 접합물질이 코팅될 수 있다.
상기 접합물질은 폴리비닐이딘 플루오라이드 코폴리머(Polyvinylidene fluoride copolymer)로 마련될 수 있다.
상기 접합물질의 열변형 온도는 상기 분리막이 수축되는 온도 보다 낮은 온도를 가질 수 있다.
상기 분리막은 비전도체로 마련될 수 있다.
상기 전극은 양극 및 음극으로 마련되며, 상기 양극과 음극 사이에 상기 분리막이 개재될 수 있다.
상기 접합 전극조립체 제조단계(S40)는 상기 미접합 전극조립체의 최상단과 최하단을 동시에 가압하는 가압프레스에 의해 이루어질 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전극조립체를 도시한 도면.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 전극조립체 제조방법을 나타낸 순서도.
도 3 내지 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 전극조립체 제조방법의 작업상태를 나타낸 도면으로, 도 3은 접합물질 코팅단계(S10)의 작업상태를 도시한 도면이고, 도 4는 미접합 전극조립체 제조단계(S20)의 작업상태를 도시한 도면이며, 도 5는 접합물질 열변형단계(S30)의 작업상태를 도시한 도면이고, 도 6은 접합 전극조립체 제조단계(S40)의 작업상태를 도시한 도면임.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
[본 발명의 실시예에 따른 전극조립체]
본 발명의 실시예에 따른 전극조립체(10)는 도 1에 도시되어 있는 것과 같이, 복수의 전극(11)과 복수의 분리막(12)이 교대로 적층되어 마련되며, 복수의 전극(11)은 양극(11a)과 음극(11b)으로 마련된다.
즉, 본 발명의 실시예에 따른 전극조립체(10)는 양극(11a), 분리막(12), 음극(11b) 및 분리막(12)이 순차적으로 적층되는 기본단위체, 또는 상기 기본단위체가 복수개 적층되는 구조로 마련된다.
여기서 종래기술에 따른 전극조립체는 전극과 분리막의 접합력이 균일하지 못하며, 이에 전극조립체의 충방전시 미 반응영역이 표출되면서 성능 저하가 발생할 수 있다.
이와 같은 문제를 해결하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 전극조립체(10)는 접합물질(20)을 더 포함하여 전극(11)과 분리막(12)의 접합력을 높일 수 있다.
즉, 본 발명의 실시예에 따른 전극조립체(10)는 분리막(12)의 표면에 접합물질(20)이 코팅되고, 이 접합물질(20)에 의해 상호 대응하는 전극(11)과 분리막(12)의 접합력을 높일 수 있다.
특히 접합물질(20)은 간접유도가열 방식에 의해 균일하게 열변형되면서 상호 대응하는 전극(11)과 분리막(12) 접합면의 접합력을 균일하게 형성할 수 있으며, 이에 전극조립체(10)의 충방전시 미 반응영역이 없어 성능 저하를 방지할 수 있다.
따라서 본 발명의 실시예에 따른 전극조립체(10)는 간접유도가열 방식에 의해 열병형되는 접합물질(20)을 포함함으로써 상호 대응하는 전극(11)과 분리막(12)의 균일한 접합력을 유도할 수 있다.
한편, 도 1에서 보았을 때 최하단에 적층된 분리막(12)의 외측면에는 접합물질(20)을 코팅하지 않으며, 이에 접합물질(20)의 낭비를 방지할 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예에서는 양극(11a), 분리막(12), 음극(11b) 및 분리막(12)이 순차적으로 적층되는 4층 구조를 하나의 실시예로 설명하였으나, 이에 한정되지 않으며, 다양한 적층 구조 또는 폴딩 구조에서도 동일하게 적용될 수 있다.
이와 같은 구성을 가진 본 발명의 실시예에 따른 전극조립체(10)의 제조방법을 설명하면 다음과 같다.
[본 발명의 실시예에 따른 전극조립체 제조방법]
본 발명의 실시예에 따른 전극조립체 제조방법은 복수의 전극과 복수의 분리막을 교대로 적층하여 전극조립체를 제조하되, 상기 분리막에 코팅된 접합물질을 간접유도방식으로 열변형시키고, 이 열변형된 접합물질을 통해 전극과 분리막의 접합면을 접착한다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 전극조립체 제조방법은 접합물질 코팅단계(S10), 미접합 전극조립체 제조단계(S20), 접합물질 열변형단계(S30), 및 접합 전극조립체 제조단계(S40)를 포함한다.
접합물질 코팅단계(S10)
접합물질 코팅단계(S10)에서는 복수의 전극(11)과 복수의 분리막(12)을 준비한다. 그리고 준비한 분리막(12)의 표면에 접합물질(20)을 코팅한다. 이는 도 3에서 도시되고 있다.
여기서 복수의 전극(11)은 양극(11a)과 음극(11b)으로 마련된다. 즉, 양극(11a)과 음극(11b) 사이에 분리막(12)이 적층되면서 미접착 전극조립체(10')를 형성한다.
한편, 접합물질(20)은 전극(11)이 적층되는 분리막(12)의 표면에만 코팅된다. 즉, 접합물질(20)의 낭비를 방지하기 위해 전극(11)이 적층되는 분리막(12)의 표면에만 접합물질(20)을 코팅할 수 있다.
일례로, 복수의 전극(11)과 복수의 분리막(12)을 교대로 적층하여 미접합 전극조립체(10')을 제조한다. 이때 최외각에 전극(11)이 적층되면, 최외각 전극(11) 사이에 적층된 분리막(12)은 양면에 접합물질(20)이 코팅된다. 즉, 분리막(12)의 양면에 전극(11)이 적층되기에 분리막(12)의 양면에 접합물질(20)을 코팅하여 접합력을 높일 수 있다.
그리고, 미접합 전극조립체(10')의 최외각에 분리막(12)이 적층되면, 최외각 분리막(12)은 내측 표면에만 접합물질(20)이 코팅된다. 즉, 최외각 분리막(12)의 외측은 전극(11)이 적층되지 않기에 접합물질(20)을 코팅하지 않는다.
여기서 접합물질(20)은 폴리비닐이딘 플루오라이드 코폴리머(Polyvinylidene fluoride copolymer)로 마련되며, 폴리비닐이딘 플루오라이드 코폴리머를 사용함에 따라 안정된 열변형을 유도할 수 있다.
한편, 폴리비닐이딘 플루오라이드는 불소수지의 일종으로 기계적 성질이 뛰어나 결정성이 높은 수지이고, 압전 고분자 재료의 장점을 가지며, 가해진 전기장(electrical field)으로부터 변형(mechanical strain)을 생성한다.
한편, 분리막(12)은 비전도체로 마련되며, 이에 분리막(12)을 기준으로 상하에 적층된 양극과 음극이 전류가 통하는 것을 방지한다.
상기와 같이 전극(11)과 분리막(12)의 준비가 완료되면, 미접합 전극조립체 제조단계(S20)를 수행한다.
미접합 전극조립체 제조단계(S20)
미접합 전극조립체 제조단계(S20)는 도 4에 도시되어 있는 것과 같이, 복수의 전극(11)과 접합물질(20)이 코팅된 복수의 분리막(12)을 교대로 적층하여 미접합 전극조립체(10')를 제조한다. 일례로, 양극(11a), 분리막(12), 음극(11b) 및 분리막(12)을 순차적으로 적층하여 미접합 전극조립체(10')를 제조한다. 이때 분리막(12)에는 양극(11a) 또는 음극(11b)이 적층되는 표면에만 접합물질(20)이 코팅될 수 있다.
이와 같이 미접합 전극조립체(10')이 제조되면, 접합물질 열변형단계(S30)를 수행한다.
접합물질 열변형단계(S30)
접합물질 열변형단계(S30)는 도 5에 도시되어 있는 것과 같이, 미접합 전극조립체(10')의 분리막(12)에 열에너지를 전달하여 분리막(12)에 코팅된 접합물질(20)을 열변형시킨다. 이때 전기 전도체인 유도 가열로(100)를 사용한다.
즉, 유도 가열로(100)에 미접합 전극조립체(10')를 배치한다. 그런 다음 유도 가열로(100)에 전기장을 걸어 유도 가열로(100)가 유도 전류에 의해 가열되면, 유도 가열로(100) 내에 있는 분리막이 가열될 수 있다. 이때 가열된 분리막의 열에너지로 분리막(12)에 코팅된 접합물질(20) 전체를 열변형 시킬 수 있다.
이때, 간접유도가열 방식에 의해 분리막(12) 전체에는 균일한 열이 인가되기 때문에 분리막(12) 전체에 균일한 열에너지가 분포하며, 이에 접합물질(20) 전체를 균일하게 열변형 시킬 수 있다.
한편, 접합물질(20)의 열변형 온도는 분리막(12)이 수축되는 온도 보다 낮은 온도를 가진다. 즉, 접합물질(20)의 열변형 온도가 분리막(12)의 수축되는 온도와 같거나 또는 클 경우 접합물질(20)에 전달된 열에너지에 의해 분리막(12)이 수축되면서 쇼트 등의 사고가 발생할 수 있다. 이를 방지하기 위해 접합물질(20)의 열변형 온도를 분리막(12)이 수축되는 온도 보다 낮게 설정하여 분리막(12)에 의해 발생하는 사고를 미연에 방지한다.
이와 같이 접합물질(20)이 열변형되면, 접합 전극조립체 제조단계(S40)를 수행한다.
접합 전극조립체 제조단계(S40)
접합 전극조립체 제조단계(S40)는 도 6에 도시되어 있는 것과 같이, 접합물질(20)이 열변형된 미접합 전극조립체(10')를 가압프레스(200)에 배치한다. 그런 다음 가압프레스(200)를 통해 미접합 전극조립체(10')의 최상단과 최하단을 동시에 가압하여 상호 대응하는 전극(12)과 열변형된 접합물질(20)이 코팅된 분리막(12)을 접합하여 접합 전극조립체(10)를 제조한다.
이때, 접합물질(20)은 전체가 균일하게 열변형되어 있어 전극(11)과 분리막(12) 접합면의 접합력을 균일하게 형성할 수 있다.
이와 같이 접합 전극조립체 제조단계(S40)가 완료되면 전극(11)과 분리막(12)의 접합력이 균일한 접합 전극조립체(10)를 제조할 수 있다.
한편, 상기와 같이 제조된 접합 전극조립체(10)는 전해액과 함께 케이스에 수용하여 이차전지(미도시)를 제조하고, 제조된 이차전지는 성능 향상을 위해 충방전을 실시한다.
이때 접합 전극조립체(10)가 수용된 이차전지는 접합물질(20)에 의해 전극(11)과 분리막(12)의 미접합부분이 없기 때문에 미 반응영역이 생성되지 않으며, 이에 성능을 향상시킬 수 있다.
따라서 본 발명에 따른 전극조립체 제조방법은 간접 유도가열방식을 적용함으로써 접합물질(20)이 코팅된 분리막(12)과 전극(11)의 접합력을 균일하게 형성할 수 있으며, 이에 성능이 유수한 전극조립체를 얻을 수 있다.
본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
10: 전극조립체
11: 전극
11a: 양극
11b: 음극
12: 분리막
20: 접합물질
100: 유도 가열로
200: 가압프레스

Claims (12)

  1. 분리막의 표면에 접합물질을 코팅하는 접합물질 코팅단계(S10);
    상기 접합물질이 코팅된 복수의 분리막과 복수의 전극을 교대로 적층하는 미접합 전극조립체 제조단계(S20);
    상기 미접합 전극조립체의 분리막에 열에너지를 전달하여 상기 분리막에 코팅된 접합물질을 열변형시키는 접합물질 열변형단계(S30); 및
    상기 미접합 전극조립체의 최상단과 최하단을 동시에 가압하여 상호 대응하는 전극과 열변형된 접합물질이 코팅된 분리막을 접합하는 접합 전극조립체 제조단계(S40)를 포함하는 전극조립체 제조방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 접합물질 열변형단계(S30)는 균일하게 상기 분리막에 열에너지를 전달하는 전극조립체 제조방법.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 접합물질 열변형단계(S30)는 간접유도가열 방식으로 상기 분리막에 열에너지를 전달하는 전극조립체 제조방법.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 접합물질 열변형단계(S30)는 간접유도가열 방식으로 상기 분리막에 열에너지를 전달하는 전기전도체인 유도가열로에 의해 이루어지는 전극조립체 제조방법.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 접합물질은 상기 전극이 적층되는 상기 분리막의 표면에만 코팅되는 전극조립체 제조방법.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 미접합 전극조립체에서 최외각에 전극이 적층되면, 상기 분리막은 양면에 접합물질이 코팅되는 전극조립체 제조방법.
  7. 청구항 5에 있어서,
    상기 미접합 전극조립체에서 최외각에 상기 분리막이 적층되면, 상기 최외각 분리막은 내측 표면에만 접합물질이 코팅되는 전극조립체 제조방법.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 접합물질은 폴리비닐이딘 플루오라이드 코폴리머(Polyvinylidene fluoride copolymer)로 마련되는 전극조립체 제조방법.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 접합물질의 열변형 온도는 상기 분리막이 수축되는 온도 보다 낮은 전극조립체 제조방법.
  10. 청구항 1에 있어서,
    상기 분리막은 비전도체로 마련되는 전극조립체 제조방법.
  11. 청구항 1에 있어서,
    상기 전극은 양극 및 음극으로 마련되며, 상기 양극과 음극 사이에 상기 분리막이 개재되는 전극조립체 제조방법.
  12. 청구항 1에 있어서,
    상기 접합 전극조립체 제조단계(S40)는 상기 미접합 전극조립체의 최상단과 최하단을 동시에 가압하는 가압프레스에 의해 이루어지는 전극조립체 제조방법.
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