KR20180048419A - 전극조립체 및 그 전극조립체의 제조 방법 - Google Patents

전극조립체 및 그 전극조립체의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 멀티 탭을 갖는 전극조립체의 탭을 정렬할 수 있는 전극조립체 및 그 전극조립체의 제조 방법에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 전극탭을 구비하는 음극과 전극탭을 구비하는 양극 사이에 분리막이 적층되도록 음극, 분리막, 양극을 반복적으로 적층하여 전극적층체를 형성하는 적층 단계, 상기 전극적층체의 전극탭들 중 적어도 두 개 이상을 동일한 극의 전극탭들끼리 결합하는 전극탭 결합 단계 및 상기 전극적층체를 권취하는 권취 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

전극조립체 및 그 전극조립체의 제조 방법{ELECTRODE ASSEMBLY AND MANUFACTURING METHODE FOR ELECTRODE ASSEMBLY}
본 발명은 전극조립체 및 그 전극조립체의 제조 방법에 관한 것으로서, 보다 자세하게는 멀티 탭을 갖는 전극조립체의 탭을 정렬할 수 있는 전극조립체 및 그 전극조립체의 제조 방법에 관한 것이다.
리튬 2차 전지는 전해질 형태에 따라 리튬 금속전지, 리튬 이온전지, 리튬 2차 전지로 나눌 수 있다.
여기서 리튬 2차 전지는 견고한 금속 외장을 사용할 필요가 없고, 용도에 따라 다양한 크기와 모양으로 제조할 수 있으며, 3mm 이하 두께로 제작이 가능하고 무게도 30% 이상 줄일 수 있으며, 대량생산 및 대형전지 제조가 가능하다.
이런 이유로 리튬 2차 전지는 현재 상용화되어 다양한 분야에서 사용되고 있다.
대한민국등록특허공보 제10-1136156호에는 종래의 이차전지 및 그 이차전지의 제조방법이 공지되어 있다.
종래의 전극조립체는 양극판, 음극판, 분리막을 권취한 후 권취된 양극판 및 음극판의 무지부에 각각 단자(또는 전극탭)를 부착하여 전극조립체를 제조하였다.
하지만, 이러한 전극조립체 제조 방식은 권취된 양극판과 음극판의 무지부에 단자(전극탭)를 부착하기 때문에 복수 개로 구성되는 멀티 전극탭의 경우에 전극탭의 정렬이 어렵다는 문제점이 있다.
그리고 전극탭 정렬이 일정하지 않으면, 전자 이동 루트가 달라지게 되어 사이클 퇴화의 원인 중 하나인 키네틱 발란스(kinetic balance)가 맞지 않게 되는 문제점이 있다.
따라서 본 발명은 위와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 과제는 전극탭을 안정적으로 정렬할 수 있는 전극조립체 및 그 전극조립체의 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 전극조립체의 제조 방법은 전극탭을 구비하는 음극과 전극탭을 구비하는 양극 사이에 분리막이 적층되도록 음극, 분리막, 양극을 반복적으로 적층하여 전극적층체를 형성하는 적층 단계, 상기 전극적층체의 전극탭들 중 적어도 두 개 이상을 동일한 극의 전극탭들끼리 결합하는 전극탭 결합 단계 및 상기 전극적층체를 권취하는 권취 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 전극탭들은 상기 음극에 형성된 음극탭과 상기 양극에 형성된 양극탭을 포함하며, 상기 적층 단계에서, 상기 음극, 분리막, 양극은 각각 복수 개로 적층하며, 복수 개의 음극에 형성된 음극탭들은 음극탭끼리 서로 적층하고, 복수 개의 양극에 형성된 양극탭들은 양극탭끼리 서로 적층하며, 상기 전극탭 결합 단계에서, 상기 양극탭은 양극탭끼리, 상기 음극탭은 음극탭끼리 결합될 수 있다.
상기 전극탭들은 상기 음극에 형성된 음극탭과 상기 양극에 형성된 양극탭을 포함하며, 상기 적층 단계에서, 상기 음극, 분리막, 양극은 각각 복수 개로 적층하며, 복수 개의 음극에 형성된 음극탭들은 음극탭끼리 서로 적층하고, 복수 개의 양극에 형성된 양극탭들은 양극탭끼리 상호 적층하며, 상기 전극탭 결합 단계에서는, 상기 양극탭은 양극탭끼리 결합하되, 상기 음극탭은 음극탭끼리 서로 결합되지 않을 수 있다.
상기 권취 단계 이후에 상기 복수 개의 음극에 각각 형성된 음극탭을 상기 전극적층체의 중심 방향으로 절곡하여 단부를 서로 적층할 수 있다.
상기 적층된 음극탭의 단부들을 상기 전극적층체의 중심 축 방향에서 서로 결합할 수 있다.
상기 적층 단계, 상기 전극탭 결합 단계, 상기 권취 단계는 순차적으로 이루어질 수 있다.
상기 전극탭들은 상기 음극에 형성된 음극탭과 상기 양극에 형성된 양극탭을 포함하며, 상기 적층 단계에서, 상기 음극, 분리막, 양극은 각각 복수 개로 적층되고, 상기 복수 개의 양극의 양극탭은 동일 수직선상에 위치하고, 상기 복수 개의 음극의 음극탭은 상기 음극의 적층 방향으로 갈수록 상기 양극탭과 이격되는 거리를 가깝게 형성할 수 있다.
상기 적층 단계에서, 상기 복수 개의 양극에 형성된 양극탭은 양극탭끼리 서로 적층하고, 상기 전극탭 결합 단계에서는, 상기 양극탭은 양극탭끼리 결합하되, 상기 음극탭은 음극탭끼리 서로 결합되지 않을 수 있다.
서로 이격되어 배치되는 상기 복수 개의 음극탭들의 위치는 상기 권취 단계에서 권취된 후에 서로 동일한 수직선 상에 겹쳐지도록 하는 위치일 수 있다.
상기 권취 단계에서, 상기 양극탭과의 이격되는 거리가 짧은 음극탭이 형성된 음극을 상기 전극적층체의 권취 방향 내측에 위치하도록 상기 전극적층체를 권취할 수 있다.
상기 권취 단계에서, 복수 개의 상기 음극탭은 동일 수직선상에서 겹쳐지도록 적층될 수 있다.
상기 권취 단계 이후에 상기 복수 개의 음극에 각각 형성된 음극탭을 서로 적층하여 결합할 수 있다.
상기 적층하여 결합한 음극탭들의 단부를 권취된 상기 전극적층체의 중심 방향으로 벤딩(bending) 할 수 있다.
서로 이격되어 배치되는 상기 복수 개의 음극탭들의 위치는, 상기 권취 단계(S3)에서 권취된 전극적층체의 중심축을 중심으로 등간격이 되도록 하는 위치이고, 상기 권취 단계(S3)에서, 상기 복수 개의 음극에 각각 형성된 상기 음극탭은 권취된 상기 전극적층체의 중축을 중심으로 등간격으로 배치되고 상기 권취 단계(S3) 이후에, 상기 음극탭을 권취된 상기 전극적층체의 중심 방향으로 벤딩하고, 벤딩된 상기 음극탭의 단부를 서로 적층하여 결합할 수 있다.
본 발명에 따른 전극조립체는 음극, 분리막, 양극을 반복적으로 적층하여 권취된 전극집합체, 상기 전극집합체에 적층된 상기 음극의 전극탭들 및 상기 양극의 전극탭들 중 적어도 하나의 동일한 극을 갖는 전극탭들끼리 결합한 전극탭뭉치를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 전극탭뭉치는, 상기 전극집합체에 적층된 복수 개의 음극에 형성된 음극탭들끼리 적층되어 결합된 음극탭뭉치 및 상기 전극집합체에 적층된 복수 개의 양극에 형성된 양극탭들끼리 적층되어 결합된 양극탭뭉치 중 어느 하나 이상일 수 있다.
상기 전극탭뭉치는, 상기 전극집합체에 적층된 복수 개의 음극에 형성된 음극탭을 상기 전극집합체의 중심부 방향으로 벤딩하고 서로 결합한 음극탭뭉치 및 상기 전극집합체에 적층된 복수 개의 양극에 형성된 양극탭들끼리 적층되어 결합된 양극탭뭉치를 포함할 수 있다.
상기 복수 개의 음극에 형성된 음극탭은 상기 전극집합체를 권취한 상태에서 서로 등간격으로 이격될 수 있다.
상기 전극집합체에 적층된 복수 개의 상기 양극의 전극탭은 동일 수직선 상에 위치하고, 상기 전극집합체에 적층된 상기 음극의 전극탭은 복수 개의 상기 음극의 적층 방향에 따라 상기 양극의 전극탭으로부터의 이격 거리가 가까워지고, 상기 음극의 전극탭은 단부가 상기 전극집합체의 중심부에서 서로 겹쳐지도록 벤딩되어 있을 수 있다.
상기 전극집합체에서 동일 수직선 상에 적층된 복수 개의 상기 양극의 전극탭끼리 적층되어 결합된 양극탭뭉치를 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 음극과 양극과 분리막을 권취하기 전에 전극탭을 정렬하여 결합하기 때문에 전극조립체를 권취하여 조립한 후에도 전극탭이 가지런하게 정렬된 상태를 유지하게 하는 효과가 있다.
본 발명에 따르면, 전극탭을 가지런하게 정렬하여 전자의 이동 루트를 일정하게 하는 효과가 있다.
본 발명에 따르면, 전자의 이동 루트를 일정하게 하여 키네틱 발란스를 일정하게 유지할 수 있어 사이클 특성을 향상시키는 효과가 있다.
본 발명에 따르면, 권취된 전극조립체에 주름이 발생하는 것을 방지하는 효과가 있다.
본 발명에 따르면, 음극탭에 의해 전극조립체의 크기가 증가하는 것을 방지하는 효과가 있다.
본 발명에 따르면, 2차 전지의 충전 효율을 극대화하는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시예 1에 따른 전극조립체 제조 방법을 도시한 흐름도이다.
도 2는 본 발명의 실시예 1에 따른 전극조립체를 분해하여 도시한 분해 사시도이다.
도 3은 도 2를 적층한 것을 도시한 사시도이다.
도 4는 본 발명의 실시예 1에 따른 양극탭뭉치를 도시한 평면도이다.
도 5는 본 발명의 실시예 1에 따른 음극탭뭉치를 도시한 저면도이다.
도 6은 본 발명의 실시예 2에 따른 음극탭뭉치를 도시한 저면도이다.
도 7은 본 발명의 실시예 3에 따른 전극조립체를 분해하여 도시한 분해 사시도이다.
도 8은 도 7의 전극조립체가 적층된 상태를 도시한 사시도이다.
도 9는 도 8의 전극조립체를 권취하여 도시한 정면도이다.
도 10은 본 발명의 실시예 4에 따른 전극조립체가 권취된 상태를 도시한 정면도이다.
도 11은 도 10의 저면도이다.
도 12는 본 발명의 실시예 5에 따른 권취된 전극조립체의 저면을 도시한 저면도이다.
도 13은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 전극조립체가 수용된 2차 전지를 도시한 사시도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전극조립체 및 그 전극조립체의 제조 방법에 대하여 상세히 설명하기로 한다.
본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과하고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도면에서 각 구성요소 또는 그 구성요소를 이루는 특정 부분의 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었다. 따라서, 각 구성요소의 크기는 실제크기를 전적으로 반영하는 것은 아니다. 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우, 그러한 설명은 생략하도록 한다.
도 1은 본 발명의 실시예 1에 따른 전극조립체 제조 방법을 도시한 흐름도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예 1에 따른 전극조립체 제조 방법은 적층 단계(S1), 전극탭 결합 단계(S2) 및 권취 단계(S3)를 포함한다.
도 2는 본 발명의 실시예 1에 따른 전극조립체를 분해하여 도시한 분해 사시도이고, 도 3은 도 2를 적층한 것을 도시한 사시도이다.
도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예 1에 따른 적층 단계(S1)는 전극탭을 구비하는 음극(110)과 전극탭을 구비하는 양극(150) 사이에 분리막(130)이 적층되도록 복수 개의 음극(110), 분리막(130), 양극(150)을 반복적으로 적층하여 전극적층체(101)를 형성하는 단계이다.
양극(150)은 알루미늄 판일 수 있으며, 양극 활물질이 도포된 양극 활물질부와, 양극 활물질이 도포되지 않은 양극 무지부를 포함할 수 있다.
양극 활물질은 LiCoO2, LiNiO2, LiMnO2, LiMnO4와 같은 리튬 함유 전이금속 산화물 또는 리튬 칼코게나이드 화합물일 수 있다.
양극 활물질부는 예를 들어, 알루미늄 판의 적어도 어느 한 면의 일부에 양극 활물질을 도포하여 형성하며, 양극 활물질이 미 도포된 알루미늄 판의 나머지 부분이 양극 무지부가 될 수 있다.
양극 무지부에는 양극탭(151)이 전기적으로 연결된다.
음극(110)은 구리 판일 수 있으며, 음극 활물질이 도포된 음극 활물질부와 음극 활물질이 도포되지 않은 음극 무지부를 포함할 수 있다.
음극 활물질은, 결정질 탄소, 비정질 탄소, 탄소 복합체, 탄소 섬유와 같은 탄소 재료, 리튬 금속 또는 리튬 합금 등일 수 있다.
음극 활물질부는 예를 들어, 구리 판의 적어도 어느 한 면의 일부에 음극 활물질을 도포하여 형성하며, 음극 활물질이 미 도포된 구리 판의 나머지 부분이 음극 무지부가 될 수 있다.
음극 무지부에는 음극탭(111)이 전기적으로 연결된다.
분리막(130)은 예를 들어, 폴리에틸렌(PE), 폴리스틸렌(PS), 폴리프로필렌(PP) 및 폴리에틸렌(PE)과 폴리프로필렌(PP)의 공중합체(co-polymer)로 이루어지는 군에서 선택되는 어느 하나의 기재에 폴리비닐리덴 플로우라이드-헥사플로로프로필렌 공중합체(PVDF-HFP co-polymer)를 코팅함으로써 제조될 수 있다.
복수 개의 음극(110)에 형성된 음극탭(111)들은 음극탭(111)끼리 서로 적층하고, 복수 개의 양극(150)에 형성된 양극탭(151)들은 양극탭(151)끼리 서로 적층될 수 있다.
본 발명의 실시예 1에 따른 전극탭 결합 단계(S2)는 전극적층체(101)에 적층된 각각의 전극에 연결된 전극탭들 중에서 적어도 하나의 동일한 극의 전극탭들끼리 결합하는 단계이다.
즉, 전극적층체(101)에 적층된 전극 중에서 각 양극(150)에 전기적으로 연결된 양극탭(151)들끼리 결합하거나, 전극적층체(101)에 적층된 전극 중에서 각 음극(110)에 전기적으로 연결된 음극탭(111)들끼리 결합하는 단계이다.
또는, 전극탭 결합 단계(S2)에서 전극적층체(101)에 적층된 전극 중 양극(150)에 전기적으로 연결된 양극탭(151)들은 양극탭(151)들끼리 결합함과 함께 음극(110)에 전기적으로 연결된 음극탭(111)들은 음극탭(111)들끼리 결합할 수 있다.
또한, 음극탭(111)들과 양극탭(151)들은 각각 용접 등에 의해 결합될 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시예 1에 따른 양극탭뭉치를 도시한 평면도이고, 도 5는 본 발명의 실시예 1에 따른 음극탭뭉치를 도시한 저면도이다.
도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예 1에 따른 권취 단계(S3)는 적어도 하나의 동일한 극의 전극탭들끼리 결합한 전극적층체(101)를 권취하여 젤리 롤 형의 전극집합체(100)를 형성하는 단계이다.
한편, 양극탭(151)은 음극탭(111)에 비해 전극집합체(100)의 권취 중심 방향에 위치하기 때문에 전극탭 결합 단계(S2)에서 양극탭(151)들끼리 결합한 후에 권취 단계(S3)에서 전극적층체(101)를 권취하고 권취 단계(S3) 후에 음극탭(111)들끼리 결합하면 전극조립체의 제조를 쉽게 하면서 전극집합체(100)의 전극탭을 가지런하게 정렬할 수 있다.
또한, 양극탭(151)과 음극탭(111)을 모두 전극탭 결합 단계(S2)에서 양극탭(151)은 양극탭(151)끼리 결합하고 음극탭(111)은 음극탭끼리 결합한 후에 권취 단계(S3)에서 전극적층체(101)를 권취하여 전극집합체(100)를 제조함에 따라 양극탭(151)과 음극탭(111)을 모두 가지런하게 정렬하는 장점도 있다.
도 6은 본 발명의 실시예 2에 따른 음극탭뭉치를 도시한 저면도이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예 2에 따른 적층 단계(S1)는 음극, 분리막, 양극을 각각 복수 개로 적층하며, 복수 개의 음극에 형성된 음극탭(111)들은 음극탭(111)끼리 서로 적층하고, 복수 개의 양극에 형성된 양극탭(151)들은 양극탭(151)끼리 서로 적층할 수 있다.
그리고 본 발명의 실시예 2에 따른 전극탭 결합 단계(S2)는 적층된 양극탭(151)끼리 용접 등에 의해 서로 결합하고 적층된 음극탭(111)들은 서로 결합하지 않을 수 있다.
본 발명의 실시예 2에 따른 권취 단계(S3)는 양극탭(151)끼리 용접 등에 의해 서로 결합되고 음극탭(111)들은 서로 결합하지 않은 상태에서 전극적층체(101)를 권취할 수 있다.
그리고 권취 단계(S3) 이후에 전극적층체(101)를 권취하여 형성된 전극집합체(100)의 복수 개의 음극탭(111)을 전극집합체(100)의 중심 방향으로 절곡하여 복수 개의 음극탭(111)의 단부(1111)를 서로 적층할 수 있다. 서로 적층된 음극탭(111)의 단부(1111)는 전극집합체(100)의 중심 축 방향에서 용접 등에 의해 서로 결합될 수 있다.
본 발명의 실시예 2에 따른 전극조립체 제조 방법은 전극탭 결합 단계(S2)에서 양극탭(151)들끼리 용접 결합하고 음극탭(111)들은 결합하지 않은 상태에서 권취 단계(S3)를 통해 전극적층체(101)를 권취하여 전극집합체(100)를 형성하고 음극탭(111)들은 전극집합체(100)를 형성한 후에 음극탭(111)끼리 서로 결합하는 방법 중 하나일 수 있다.
상술한 본 발명의 실시예 2에 따른 전극조립체 제조 방법은 전극집합체(100)의 권취 방향 외측에 위치하는 음극탭(111)들을 상기 권취 단계(S3) 이후에 서로 결합하여 전극적층체(101)의 권취 단계에서 주름이 발생하는 현상(일명 우는 현상)을 방지하면서도 전극집합체(100)의 권취 방향 내측에 위치하는 양극탭(151)들을 권취 단계(S3) 이전에 서로 결합하여 전극탭을 가지런하게 정렬하여 키네틱 발란스(kinetic balance)를 일치시키는 효과가 있다. 또, 이 경우 음극탭(111)의 단부(1111)에서는 음극탭도 일치되는 부분이 있으므로, 음극탭(111)에서도 일정부분 키네틱 발란스를 일치시키는 효과를 가질 수 있다.
도 7은 본 발명의 실시예 3에 따른 전극조립체를 분해하여 도시한 분해 사시도이고, 도 8은 도 7의 전극조립체가 적층된 상태를 도시한 사시도이고, 도 9는 도 8의 전극조립체를 권취하여 도시한 정면도이다.
도 7 내지 도 9에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예 3에 따른 전극조립체 제조 방법은 적층 단계(S1)에서 복수 개의 양극의 양극탭(151)은 동일 수직선상(V)에 위치하여 서로 적층하고, 복수 개의 음극의 음극탭(111)은 음극의 적층 방향으로 갈수록 양극탭(151)과 이격되는 거리를 가깝게 형성할 수 있다.
이때, 서로 이격되는 음극탭(111)들의 위치는 권취 단계(S3)에서 권취된 후에 음극탭(111)들이 동일한 수직선(H)상에 겹쳐지도록 하는 위치일 수 있다(도 9 참조).
전극탭 결합 단계(S2)에서는 서로 적층된 양극탭(151)들끼리 결합하되, 음극탭(111)들은 서로 결합하지 않을 수 있다.
권취 단계(S3)에서는 양극탭(151)들이 권취되는 전극적층체(101)의 권취 방향 중심측에 위치하도록 전극적층체(101)를 권취하면서 권취되는 전극적층체(101)의 음극탭(111)들은 동일한 수직선상에서 겹쳐지는 상태가 될 수 있다. 이때, 복수개의 음극탭(111) 중에서 양극탭(151)과의 거리가 가장 짧은 것에서부터 먼 순서대로 전극집합체(100)의 권취 방향 내측에서부터 외측으로 위치할 수 있다.
그리고 권취 단계(S3) 이후에 동일한 수직선(H)상에 겹쳐지도록 위치한 음극탭(111)들을 서로 적층하여 용접 등에 의해 결합할 수 있다.
또한, 서로 결합된 음극탭(111)의 단부를 전극집합체(100)의 중심 방향으로 벤딩(bending)하여 전극집합체(100)의 부피 증가를 극소화할 수 있다.
도 10은 본 발명의 실시예 4에 따른 전극조립체가 권취된 상태를 도시한 정면도이고, 도 11은 도 10의 저면도이고, 도 12는 본 발명의 실시예 5에 따른 권취된 전극조립체의 저면을 도시한 저면도이다.
도 11 및 도 12에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예 4, 실시예 5에 따른 전극조립체 제조 방법은 적층 단계(S1)에서 복수 개의 양극의 양극탭(151)은 동일 수직선상(V)에 위치하여 서로 적층하고, 복수 개의 음극의 음극탭(111)은 음극의 적층 방향으로 갈수록 양극탭(151)과 이격되는 거리를 가깝게 형성하되 서로 이격되어 배치되는 복수 개의 음극탭들의 위치를 권취 단계(S3)에서 권취된 전극적층체(101)의 중심축을 중심으로 등간격이 되도록 하는 위치로 할 수 있다.
그 결과 권취 단계(S3)에서 권취하게 되면, 복수개의 음극에 각각 형성된 음극탭(111)은 권취된 전극적층체(101)인 전극집합체(100)의 중심축을 중심으로 등간격으로 배치될 수 있다.
그리고 권취 단계(S3) 이후에 등간격으로 배치된 음극탭(111)들을 전극집합체(100)의 중심 방향으로 벤딩하고, 벤딩된 음극탭(111)들의 단부를 서로 적층하여 용접 등에 의해 결합할 수 있다. 이때, 음극탭(111)의 개수에 따라 등간격으로 배치된 음극탭(111)의 형상은 전극집합체(100)의 저면에서 보아 방사형(도 11 참조) 또는 십자형(도 12 참조) 등의 형상을 형성할 수 있다.
상술한 적층 단계(S1), 전극탭 결합 단계(S2) 및 권취 단계(S3)는 순차적으로 이루어질 수 있다.
도면을 참조하여 본 발명의 다양한 일실시예에 따른 전극조립체를 상세히 설명한다.
도 2 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예 1에 따른 전극조립체(100)는 음극(110), 분리막(130), 양극(150)을 반복적으로 적층하여 권취되며, 상기 전극집합체(100)에 적층된 상기 음극(110)의 전극탭 및 상기 양극(150)의 전극탭 중 적어도 하나의 동일한 극을 갖는 전극탭끼리 결합된 전극탭뭉치를 포함한다.
상기 전극탭뭉치는 실시예 1로 상기 전극집합체(100)에 적층된 복수 개의 음극(110)에 형성된 음극탭(111)들끼리 적층되어 결합된 음극탭뭉치(111a) 또는 상기 전극집합체(100)에 적층된 복수 개의 양극(150)에 형성된 양극탭(151)들끼리 적층되어 결합된 양극탭뭉치(151a)를 포함할 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 실시예 1에 따른 전극조립체는 복수 개의 음극탭(111)또는 복수 개의 양극탭(151)을 동일한 극의 전극탭끼리 가지런하게 적층하여 용접 결합하기 때문에 전자의 이동 루트가 동일하게 되어 키네틱 발란스를 일치시킴으로 인해 2차 전지의 사이클 특성을 향상시킬 수 있다.
도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예 2에 따른 전극조립체는 권취 후에 전극집합체(100)에 적층된 음극(110)의 전극탭들이 권취 과정에서 위치가 약간씩 어긋나 있을 수 있다. 그러나 벤딩을 통해서 음극탭의 단부(1111)에서는 일치되어 있을 수 있다.
그리고 상기 전극탭뭉치는 전극집합체(100)에 적층된 복수 개의 음극(110)에 형성된 음극탭(111)들끼리 적층되어 결합된 음극탭의 단부(1111)와 함께 전극집합체(100)에 적층된 복수 개의 양극(150)에 형성된 양극탭(151)들끼리 동일 수직선상에 적층되어 결합된 양극탭뭉치(151a)를 포함할 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 실시예 2에 따른 전극조립체는 복수 개의 음극탭(111)과 복수 개의 양극탭(151)을 각각 동일한 극의 전극탭끼리 가지런하게 적층하여 용접 등에 의해 결합하기 때문에 전자의 이동 루트가 동일하게 되어 키네틱 발란스를 일치시킴으로 인해 2차 전지의 사이클 특성을 향상시킬 수 있다.
한편, 전극집합체(100)를 캔부재의 내부에 설치 시 음극탭(111)은 캔부재의 저면 측에 접촉하기 때문에 음극탭(111)을 캔부재의 저면 측으로 곧게 형성하게 되면 캔부재 내부 공간을 지나치게 많이 차지하게되어 이차전지의 용량 저하의 원인이 될 수 있다.
따라서 본 발명의 실시예 2에 따른 전극조립체는 음극탭(111)의 단부를 전극집합체(100)의 중심부 방향으로 벤딩하여 음극탭(111)의 설치 공간을 극소화할 수 있다.
도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예 3에 따른 전극조립체는 음극(110), 분리막(130), 양극(150)을 반복적으로 적층하여 권취하는데, 전극집합체(100)에 적층된 복수 개의 양극(150)에 형성된 양극탭(151)은 동일 수직선상에 적층되어 결합된 상태에서 권취되며, 전극집합체(100)에 적층된 복수의 음극(110)에 형성된 음극탭(111)은 복수 개의 음극(110)의 적층 방향에 따라 양극탭(151)으로부터 이격 거리가 가깝게 형성될 수 있다.
즉, 복수 개의 양극탭(151)은 전극집합체(100)의 권취 전에 서로 적층되어 용접 등에 의해 결합된 상태로 전극집합체(100)를 권취하고, 복수 개의 음극탭(111)은 서로 이격된 채로 전극집합체(100)를 권취한 후에 복수 개의 음극탭(111)의 단부를 서로 적층하여 용접 등에 의해 결합할 수 있다.
도 9에 도시된 바와같이, 본 발명의 실시예 3에 따른 전극조립체는 복수 개의 양극탭(151)을 전극집합체(100)의 권취 전에 동일 수직선 상에서 서로 적층하고 결합하여 양극탭뭉치(151a)를 형성할 수 있고, 복수 개의 음극탭(111)을 전극집합체(100)를 권취 한 후에 동일 수직선 상에서 서로 적층하고 결합하여 음극탭뭉치(111c)를 형성할 수 있다.
그리고 음극탭뭉치(111c)의 단부를 전극집합체(100)의 중심부측으로 벤딩하여 캔부재 내부에서의 설치 공간을 극소화할 수 있다.
도 10 내지 도 12에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예 4, 실시예 5에 따른 전극조립체는 복수 개의 양극탭(151)이 전극집합체(100)의 권취 전에 동일 수직선 상에서 서로 적층하고 결합하여 양극탭뭉치(151a)를 형성할 수 있고, 복수 개의 음극탭(111)은 전극집합체(100)를 권취 한 후에 전극집합체(100)의 중앙부를 중심으로 서로 등간격으로 이격될 수 있다. 그리고 서로 이격된 복수 개의 음극탭(111)은 전극집합체(100)의 중앙부 측으로 벤딩되어 음극탭(111)들의 단부를 서로 적층한 후에 용접 등에 의래 결합함에 따라 음극탭뭉치(111d)를 형성할 수 있다.
한편, 음극탭뭉치는 음극탭(111)의 개수에 따라 방사형 음극탭뭉치(111e)(도 11 참조)로 형성되거나 십자형 음극탭뭉치(111f)(도 12 참조) 등과 같은 다양한 형상을 형성할 수 있다.
도 13은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 전극조립체가 수용된 2차 전지를 도시한 사시도이다.
도 13에 도시된 바와 같이, 상술한 본 발명의 다양한 실시예에 따른 전극조립체는 캔부재(200) 등에 수용되어 2차 전지를 형성한다.
그리고 사이클 특성이 향상된 본 발명의 다양한 실시예에 따른 전극조립체가 설치된 2차 전지는 충전 효율이 극대화될 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 음극과 양극과 분리막을 권취하기 전에 전극탭을 정렬하여 결합하기 때문에 전극조립체를 권취하여 조립한 후에도 전극탭이 가지런하게 정렬된 상태를 유지하게 하는 효과가 있다.
본 발명에 따르면, 전극탭을 가지런하게 정렬하여 전자의 이동 루트를 일정하게 하는 효과가 있다.
본 발명에 따르면, 전자의 이동 루트를 일정하게 하여 키네틱 발란스를 일정하게 유지할 수 있어 사이클 특성을 향상시키는 효과가 있다.
본 발명에 따르면, 권취된 전극조립체에 주름이 발생하는 것을 방지하는 효과가 있다.
본 발명에 따르면, 음극탭에 의해 전극조립체의 크기가 증가하는 것을 방지하는 효과가 있다.
본 발명에 따르면, 2차 전지의 충전 효율을 극대화하는 효과가 있다.
이상과 같이 본 발명에 따른 전극조립체 및 그 전극조립체의 제조 방법을 예시된 도면을 참고하여 설명하였으나, 본 발명은 이상에서 설명된 실시예와 도면에 의해 한정되지 않으며, 특허청구범위 내에서 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자들에 의해 다양한 실시가 가능하다.
100: 전극집합체
110: 음극
111: 음극탭
1111: 음극탭의 단부
111a, 111c, 111d, 111e, 111f: 음극탭뭉치
130: 분리막
150: 양극
151: 양극탭
151a: 양극탭뭉치
200: 캔부재

Claims (20)

  1. 전극탭을 구비하는 음극과 전극탭을 구비하는 양극 사이에 분리막이 적층되도록 음극, 분리막, 양극을 반복적으로 적층하여 전극적층체를 형성하는 적층 단계(S1);
    상기 전극적층체의 전극탭들 중 적어도 두 개 이상을 동일한 극의 전극탭들끼리 결합하는 전극탭 결합 단계(S2); 및
    상기 전극적층체를 권취하는 권취 단계(S3); 를 포함하는 것을 특징으로 하는 전극조립체 제조 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 전극탭들은 상기 음극에 형성된 음극탭과 상기 양극에 형성된 양극탭을 포함하며,
    상기 적층 단계(S1)에서,
    상기 음극, 분리막, 양극은 각각 복수 개로 적층하며, 복수 개의 음극에 형성된 음극탭들은 음극탭끼리 서로 적층하고, 복수 개의 양극에 형성된 양극탭들은 양극탭끼리 서로 적층하며,
    상기 전극탭 결합 단계(S2)에서,
    상기 양극탭은 양극탭끼리, 상기 음극탭은 음극탭끼리 결합되도록 하는 것을 특징으로 하는 전극조립체 제조 방법.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 전극탭들은 상기 음극에 형성된 음극탭과 상기 양극에 형성된 양극탭을 포함하며,
    상기 적층 단계(S1)에서,
    상기 음극, 분리막, 양극은 각각 복수 개로 적층하며, 복수 개의 음극에 형성된 음극탭들은 음극탭끼리 서로 적층하고, 복수 개의 양극에 형성된 양극탭들은 양극탭끼리 서로 적층하며,
    상기 전극탭 결합 단계(S2)에서는,
    상기 양극탭은 양극탭끼리 결합하되, 상기 음극탭은 음극탭끼리 서로 결합되지 않는 것을 특징으로 하는 전극조립체 제조 방법.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 권취 단계(S3) 이후에 상기 복수 개의 음극에 각각 형성된 음극탭을 상기 전극적층체의 중심 방향으로 절곡하여 단부를 서로 적층하는 것을 특징으로 하는 전극조립체 제조 방법.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 적층된 음극탭의 단부들을 상기 전극적층체의 중심 축 방향에서 서로 결합하는 것을 특징으로 하는 전극조립체 제조 방법.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 적층 단계(S1), 상기 전극탭 결합 단계(S2), 상기 권취 단계(S3)는 순차적으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 전극조립체 제조 방법.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 전극탭들은 상기 음극에 형성된 음극탭과 상기 양극에 형성된 양극탭을 포함하며,
    상기 적층 단계(S1)에서,
    상기 음극, 분리막, 양극은 각각 복수 개로 적층되고, 상기 복수 개의 양극의 양극탭은 동일 수직선상에 위치하고, 상기 복수 개의 음극의 음극탭은 상기 음극의 적층 방향으로 갈수록 상기 양극탭과 이격되는 거리를 가깝게 형성하는 것을 특징으로 하는 전극조립체 제조 방법.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 적층 단계(S1)에서,
    상기 복수 개의 양극에 형성된 양극탭은 양극탭끼리 서로 적층하고,
    상기 전극탭 결합 단계(S2)에서는,
    상기 양극탭은 양극탭끼리 결합하되, 상기 음극탭은 음극탭끼리 서로 결합되지 않는 것을 특징으로 하는 전극조립체 제조 방법.
  9. 청구항 8에 있어서,
    서로 이격되어 배치되는 상기 복수 개의 음극탭의 위치는 상기 권취 단계(S3)에서 권취된 후에 서로 동일한 수직선 상에 겹쳐지도록 하는 위치인 것을 특징으로 하는 전극조립체 제조 방법.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 권취 단계(S3)에서,
    상기 양극탭과의 이격되는 거리가 짧은 음극탭이 형성된 음극을 상기 전극적층체의 권취 방향 내측에 위치하도록 상기 전극적층체를 권취하는 것을 특징으로 하는 전극조립체 제조 방법.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 권취 단계(S3)에서,
    복수 개의 상기 음극탭은 동일 수직선상에서 겹쳐지도록 적층되는 것을 특징으로 하는 전극조립체 제조 방법.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 권취 단계(S3) 이후에 상기 복수 개의 음극에 각각 형성된 음극탭을 서로 적층하여 결합하는 것을 특징으로 하는 전극조립체 제조 방법.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 적층하여 결합한 음극탭들의 단부를 권취된 상기 전극적층체의 중심 방향으로 벤딩(bending)하는 것을 특징으로 하는 전극조립체 제조 방법.
  14. 청구항 8에 있어서,
    서로 이격되어 배치되는 상기 복수 개의 음극탭들의 위치는, 상기 권취 단계(S3)에서 권취된 전극적층체의 중심축을 중심으로 등간격이 되도록 하는 위치이고,
    상기 권취 단계(S3)에서,
    상기 복수 개의 음극에 각각 형성된 상기 음극탭은 권취된 상기 전극적층체의 중축을 중심으로 등간격으로 배치되고
    상기 권취 단계(S3) 이후에,
    상기 음극탭을 권취된 상기 전극적층체의 중심 방향으로 벤딩하고, 벤딩된 상기 음극탭의 단부를 서로 적층하여 결합하는 것을 특징으로 하는 전극조립체 제조 방법.
  15. 음극(110), 분리막(130), 양극(150)을 반복적으로 적층하여 권취된 전극집합체(100);
    상기 전극집합체(100)에 적층된 상기 음극(110)의 전극탭들 및 상기 양극(150)의 전극탭들 중 적어도 하나의 동일한 극을 갖는 전극탭들끼리 결합한 전극탭뭉치; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 전극조립체.
  16. 청구항 15에 있어서,
    상기 전극탭뭉치는,
    상기 전극집합체(100)에 적층된 복수 개의 음극(110)에 형성된 음극탭(111)들끼리 적층되어 결합된 음극탭뭉치(111a) 및
    상기 전극집합체(100)에 적층된 복수 개의 양극(150)에 형성된 양극탭(151)들끼리 적층되어 결합된 양극탭뭉치(151a) 중 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는 전극조립체.
  17. 청구항 15에 있어서,
    상기 전극탭뭉치는,
    상기 전극집합체(100)에 적층된 복수 개의 음극(110)에 형성된 음극탭(111)을 상기 전극집합체(100)의 중심부 방향으로 벤딩하고 서로 결합한 음극탭뭉치(111a) 및
    상기 전극집합체(100)에 적층된 복수 개의 양극(150)에 형성된 양극탭(151)들끼리 적층되어 결합된 양극탭뭉치(151a)를 포함하는 것을 특징으로 하는 전극조립체.
  18. 청구항 17에 있어서,
    상기 복수 개의 음극(110)에 형성된 음극탭(111)은 상기 전극집합체(100)를 권취한 상태에서 서로 등간격으로 이격된 것을 특징으로 하는 전극조립체.
  19. 청구항 15에 있어서,
    상기 전극집합체(100)에 적층된 복수 개의 상기 양극(150)의 전극탭은 동일 수직선 상에 위치하고,
    상기 전극집합체(100)에 적층된 상기 음극(110)의 전극탭은 복수 개의 상기 음극(110)의 적층 방향에 따라 상기 양극(150)의 전극탭으로부터의 이격 거리가 가까워지고,
    상기 음극(110)의 전극탭은 단부가 상기 전극집합체(100)의 중심부에서 서로 겹쳐지도록 벤딩되어 있는 것을 특징으로 하는 전극조립체.
  20. 청구항 19에 있어서,
    상기 전극집합체(100)에서 동일 수직선 상에 적층된 복수 개의 상기 양극(150)의 전극탭끼리 적층되어 결합된 양극탭뭉치(151a)를 포함하는 것을 특징으로 하는 전극조립체.
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