KR20180082135A - 단위셀 정렬 수단을 포함하는 전극조립체 제조 장치 - Google Patents

단위셀 정렬 수단을 포함하는 전극조립체 제조 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 분리필름 상에 단위셀들이 소정의 간격으로 배열되어 있는 웹(web)에서, 제 1 단위셀을 고정하고 이를 기준으로 웹을 권취하는 권취부; 및 상기 웹의 하부를 지지하는 복수의 롤러들로 구성되어 있고, 권취부의 회전 시, 롤러들의 회전에 의해 분리필름과 단위셀들을 권취부로 유도하는 웹 이송부;를 포함하고 있으며, 상기 권취부에 인접한 웹 이송부에는, 웹의 이송 방향에 대한 수직 방향에서 단위셀에 밀착되는 가이드 부가 장착되어 있고, 상기 단위셀이 가이드 부를 따라 이송되면서, 웹이 권취부에 대해 수직으로 정렬된 상태로 권취되는 것을 특징으로 하는 제조 장치를 제공한다.

Description

단위셀 정렬 수단을 포함하는 전극조립체 제조 장치 {Apparatus Manufacturing Electrode Assembly Including Means for Aligning Unit cell}
본 발명은 단위셀 정렬 수단을 포함하는 전극조립체 제조 장치에 관한 것이다.
모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서의 이차전지에 대해 수요가 급격히 증가하고 있고, 그러한 이차전지 중에서도 높은 에너지 밀도와 작동 전위를 나타내고, 사이클 수명이 길며, 자기방전율이 낮은 리튬 이차전지가 상용화되어 널리 사용되고 있다.
이차전지를 구성하는 전극조립체는 그것의 구조에 따라 크게 전극들과 분리막이 권취된 권취형과 전극들과 분리막이 적층된 스택형으로 구분된다. 권취형 전극조립체는, 집전체로 사용되는 금속 호일에 전극 활물질 등을 코팅하고 건조 및 프레싱한 후, 소망하는 폭과 길이의 밴드 형태로 재단하고 분리막을 사용하여 음극과 양극을 격막한 후 나선형으로 감아 제조된다. 권취형 전극조립체는 원통형 전지에는 적합하지만, 각형 또는 파우치형 전지에 적용함에 있어서는 전극 활물질의 박리 문제, 낮은 공간 활용성 등의 단점을 가지고 있다. 반면에, 스택형 전극조립체는 다수의 양극 및 음극 단위체들을 순차적으로 적층한 구조로서, 각형의 형태를 얻기가 용이한 장점이 있지만, 제조과정이 번잡하고 충격이 가해졌을 때 전극이 밀려서 단락이 유발되는 단점이 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여 상기 권취형과 스택형의 혼합 형태인 진일보한 구조의 전극조립체로서, 일정한 단위 크기의 양극, 음극과 이들 사이에 분리막이 개재된 구조의 풀셀(full cell) 또는 양극(음극), 분리막, 음극(양극), 분리막, 양극(음극)이 순차적으로 적층된 구조의 바이셀(bicell) 등의 단위셀들을 긴 길이의 연속적인 분리필름을 이용하여 폴딩한 구조의 전극조립체가 개발되었고, 이는 본 출원인의 한국 특허출원공개 제2001-82058호, 제2001-82059호, 제2001-82060호 등에 개시된 바가 있다. 본 출원에서는 이러한 구조의 전극조립체를 스택/폴딩형 전극조립체로서 칭한다.
상기와 같은 전극조립체를 전지케이스에 내장한 구조의 이차전지는 다양한 형태일 수 있으며, 그것의 대표적인 예가 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치형 케이스를 이차전지이다.
이러한 이차전지는 전극(양극 및 음극)과 분리막을 열융착시킨 전극조립체에 전해액을 함침시킨 구조로서, 주로 스택형 또는 스택/폴딩형 전극조립체를 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치형 케이스에 밀봉한 형태로서 많이 사용되고 있다. 따라서, 상기 구조의 이차전지를 종종 파우치형 전지로 칭하기도 한다.
일반적으로 상기 스택/폴딩형 전극조립체는 분리필름과 단위셀들을 배열 및 접착 시킨 웹(web)을 권취하여 단위셀들이 분리필름을 사이에 두고 적층된 구조로 제조된다.
그러나, 웹은 연성의 분리필름 상에 단위셀들이 배열된 구조인 바, 웹의 권취 과정에서 권취 이전의 웹 부위들이 권취 부위에 대해 사선으로 틀어질 수 있다.
이 과정에서 분리필름이 연신되거나 파손되면서 불량을 야기할 수 있고, 권취가 완료되더라도 단위셀들이 일정하게 적층되어 있지 않아 전극조립체의 성능이 저하될 수 있다.
따라서, 단위셀 및 분리필름이 파손되지 않으면서도 소망하는 형태로 전극조립체를 제조할 수 있는 장치의 필요성이 매우 높은 실정이다.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.
구체적으로, 본 발명의 목적은, 단위셀의 분리필름의 손상 없이도, 소망하는 형태로 전극조립체를 제조할 수 있는 장치를 제공하는 것이다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 제조 장치는,
복수의 단위셀들이 분리필름 상에 배열된 상태로 분리필름과 함께 권취된 구조의 전극조립체를 제조하는 장치로서,
분리필름 상에 단위셀들이 소정의 간격으로 배열되어 있는 웹(web)에서, 제 1 단위셀을 고정하고 이를 기준으로 웹을 권취하는 권취부; 및
상기 웹의 하부를 지지하는 복수의 롤러들로 구성되어 있고, 권취부의 회전 시, 롤러들의 회전에 의해 분리필름과 단위셀들을 권취부로 유도하는 웹 이송부;
를 포함하고 있으며,
상기 권취부에 인접한 웹 이송부에는, 웹의 이송 방향에 대한 수직 방향에서 단위셀에 밀착되는 가이드 부가 장착되어 있고,
상기 단위셀이 가이드 부를 따라 이송되면서, 웹이 권취부에 대해 수직으로 정렬된 상태로 권취되는 것을 특징으로 한다.
즉, 본 발명에 따른 제조 장치는 웹 상에서 단위셀이 가이드 부를 따라 이송되면서, 웹 전체가 권취부에 대해 수직으로 정렬되는 바, 권취부에서 정렬된 웹이 권취되어 소망하는 형태로 전극조립체를 제조할 수 있다. 또한, 웹의 정렬에 외력이 가해지는 형태가 아니므로, 단위셀의 손상 없이도 정렬이 가능한 점에 주목해야 한다.
이하에서는 상기 효과를 달성하기 위한 가이드 부의 구체적인 구조와 기능을 비제한적인 예들을 통해 상세하게 설명한다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 가이드 부는, 웹 이송부를 따라 이송되는 웹의 단위셀들이 가이드 부와 웹 이송부 사이에 밀착된 상태로 정렬되도록, 웹 이송부를 기준으로 대칭적으로 위치하는 한 쌍의 제 1 가이드와 제 2 가이드로 이루어질 수 있다.
여기서, 상기 제 1 가이드는 단위셀에서 전극 탭이 돌출되어 있는 제 1 단부에 밀착되고; 상기 제 2 가이드는 제 1 단부에 대향하는 제 2 단부에 밀착될 수 있다.
또한, 상기 제 1 가이드와 제 2 가이드는 각각, 웹의 이송 방향에 대향하는 단부가 웹 이송부를 기준으로, 외향 절곡된 구조일 수 있으며, 이러한 구조에 기반하여 단위셀이 제 1 가이드와 제 2 가이드 사이로 쉽게 진입할 수 있다.
이처럼, 단위셀은 서로 대향하는 단부 부위들이 한 쌍의 가이드에 의해 밀착되므로, 웹의 이송 간에 제 1 가이드와 제 2 가이드가 설정하는 사이 공간에 대응되도록 단위셀이 정렬되면서 웹 전체가 정렬될 수 있다.
이는 가이드 부의 설치만으로 달성될 수 있는 바, 제조 공정성이 높은 이점을 제공한다.
다만, 전극 탭의 경우, 단위셀의 몸체로부터 외향으로 돌출된 구조이므로 가이드에 간섭될 경우, 전극 탭이 변형될 수 있고, 변형 이외에도 전극 탭이 가이드에 마찰되면서 전극 탭의 표면 결함, 마찰에 의한 전극의 발화 등이 발생될 수 있다.
본 발명에서는 이를 해소하기 위하여, 이송 과정에서 단위셀의 전극 탭이 제 1 가이드 또는 제 2 가이드에 간섭되지 않도록, 상기 제 1 가이드 및 제 2 가이드 중 적어도 하나는 전극 탭을 제외한 단위셀 부위에 밀착되는 구조로 이루어져 있다.
따라서, 본 발명에서 전극 탭은 가이드에 전혀 접촉되지 않도록, 상기 제 1 가이드 및 제 2 가이드 중 적어도 하나는, 분리필름으로부터의 단위셀의 높이 대비 5% 내지 20%의 높이로, 웹 이송부로부터 상향으로 돌출되어 있는 구조일 수 있다.
상기 크기 범위는 단위셀의 크기와 전극 탭이 돌출되어 있는 높이에 따라 적절하게 설계될 수는 있으나, 너무 낮은 높이를 가지도록 가이드가 설계되는 경우에는 본 발명에서 의도한 단위셀의 정렬이 용이하지 않을 수 있다. 따라서, 상기 가이드의 돌출 높이는 단위셀의 높이 대비 적어도 5%가 바람직한 것이다.
한편, 단위셀은 상호 반대 극성의 전극들이 분리막을 사이에 두고 적층된 구조일 수 있으며, 이러한 단위셀에서는 전극의 표면이 가이드에 노출되는 바, 가이드와 단위셀이 밀착되면서 슬라이딩 될 때, 이들 사이에 형성되는 마찰과 정전기에 의해, 전극으로부터 유래되는 전극활물질 입자 또는 전극의 집전체로부터 유래되는 금속 가루 등의 이물이 비산될 수 있다.
이 경우, 비산된 이물들이 상호 반대 극성의 전극에 유입되거나, 다른 단위셀에 유입되면서 단위셀의 성능을 저하시킬 수 있다.
이에 본 발명에서는 단위셀과의 마찰 및 정전기 발생을 최소화 하기 위하여, 제 1 가이드와 제 2 가이드에서 단위셀에 밀착되는 표면에 마찰 계수가 0.1 내지 0.4로 낮으면서도 정전기 발생을 억제하는 패드가 부가되어 있는 구조로 이루어질 수 있다.
상기 패드는 예를 들어 마찰 계수가 낮고, 그에 따라 정전기를 최소화 가능한 테프론일 수 있으나, 이것만으로 한정되는 것은 아니다.
이러한 구성에 의해, 본 발명에 따른 장치는, 이물이나 정전기의 발생이 최소화되는 형태로 단위셀들이 가이드에 밀착되면서 슬라이딩되므로 단위셀에 대한 정렬이 보다 자연스럽게 이루어질 수 있다.
또한, 상기 제 1 가이드와 제 2 가이드 중 적어도 하나에는, 밀착된 단위셀의 슬라이딩을 위한 복수의 회전 롤들이 장착되어 있을 수 있다.
이러한 회전 롤들은 웹이 이송됨에 따라 단위셀이 가이드에 밀착된 상태로 슬라이딩 되는데, 이 때, 단위셀에 밀착된 회전 롤들이 회전하면서 단위셀의 슬라이딩을 용이하게 하여, 단위셀과 가이드 사이에 높은 마찰력이 형성되는 것을 방지한다.
상기 회전 롤들 각각은 단위셀의 제 1 단부 또는 제 2 단부의 길이 대비 5% 내지 10%의 직경을 가지는 원통형 롤로 구성될 수 있다.
이처럼 단위셀 대비 상대적을 작은 크기의 롤 복수개가 단위셀에 밀착된 상태로 함께 회전할 경우, 단위셀 표면에 대해 더 작은 마찰력을 가지게 되며, 웹의 이송 속도에도 더 유리하다.
다만, 상기 범위 미만의 크기의 회전 롤 사용에서는, 회전 롤 각각과 단위셀간 밀착 면적이 매우 좁아, 회전 롤이 회전될 수 있는 힘이 회전 롤에 형성되지 않는 바, 회전 롤에 의한 슬라이딩 효과를 기대할 수 없다.
반대로, 상기 범위를 초과하는 크기의 회전 롤은 장치의 전반적인 크기가 증가하게 될 뿐만 아니라, 회전 롤을 회전시킬 만한 힘이 단위셀로서 회전 롤에 인가하기 어려운 바, 앞선 예와 마찬가지로, 회전 롤에 의한 슬라이딩 효과를 기대할 수 없다.
상기 회전 롤 중 적어도 하나에는, 마찰계수가 0.1 내지 0.4로 낮으면서도 정전기 발생을 억제하는 물질, 예를 들어, 테프론 등의 물질이 코팅되어 있을 수 있으나 이것만으로 한정되는 것은 아니다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 제조 장치는,
분리필름 상에 판상형 단위셀들을 순차적으로 배치시키는 단위셀 배치부; 및
열 및/또는 압력에 의해 분리필름과 단위셀들을 접착 또는 열융착시켜 웹(web)을 제조하는 단위셀 접합부;를 더 포함하고 있고,
상기 가이드 부가 분리필름에 접착된 단위셀을 웹의 권취 방향에 대한 수직 방향으로 정렬시켜, 권취된 분리필름에 사행(Meandering)이 형성되는 것을 방지할 수 있다.
상기 단위셀들은, 제 1 단위셀과 제 2 단위셀이 적어도 하나의 단위셀 폭과 대응하는 간격으로 이격되어 분리필름 상에 배치되며, 제 2 단위셀 이후의 단위셀들은 권취 폭에 대응하는 크기로 각각의 간격이 점증하는 배열 형태로 분리필름 상에 배치될 수 있다.
상기 권취부는 단위셀의 상부와 상기 단위셀에 대응하는 분리필름의 하부에서 웹을 잡아 고정하는 형태의 권취 지그를 포함할 수 있다.
본 발명은 또한, 상기 제조 장치로 제조된 전극조립체 및 상기 전극조립체가 전해액과 함께 전지케이스에 내장되어 있는 이차전지를 제공한다.
한편, 본 발명의 이차전지는 그것의 종류가 특별히 한정되는 것은 아니지만, 구체적인 예로서, 높은 에너지 밀도, 방전 전압, 출력 안정성 등의 장점을 가진 리튬 이온(Li-ion) 이차전지, 리튬 폴리머(Li-polymer) 이차전지, 또는 리튬 이온 폴리머(Li-ion polymer) 이차전지 등과 같은 리튬 이차전지일 수 있다.
일반적으로, 리튬 이차전지는 양극, 음극, 분리막, 및 리튬염 함유 비수 전해액으로 구성되어 있다.
상기 양극은, 예를 들어, 양극 집전체 및/또는 연장 집전부 상에 양극 활물질, 도전재 및 바인더의 혼합물을 도포한 후 건조하여 제조되며, 필요에 따라서는, 상기 혼합물에 충진제를 더 첨가하기도 한다.
상기 양극 집전체 및/또는 연장 집전부는 일반적으로 3 내지 500 마이크로미터의 두께로 만든다. 이러한 양극 집전체 및 연장 집전부는, 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 높은 도전성을 가지는 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 스테인리스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소, 또는 알루미늄이나 스테인리스 스틸의 표면에 카본, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면처리한 것 등이 사용될 수 있다. 양극 집전체 및 연장 집전부는 그것의 표면에 미세한 요철을 형성하여 양극활물질의 접착력을 높일 수도 있으며, 필름, 시트, 호일, 네트, 다공질체, 발포체, 부직포체 등 다양한 형태가 가능하다.
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 및/또는 연장 집전부 상에 음극 활물질을 도포, 건조하여 제작되며, 필요에 따라, 앞서 설명한 바와 같은 성분들이 선택적으로 더 포함될 수도 있다.
상기 음극 집전체 및/또는 연장 집전부는 일반적으로 3 내지 500 마이크로미터의 두께로 만들어진다. 이러한 음극 집전체 및/또는 연장 집전부는, 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 구리, 스테인리스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소, 구리나 스테인리스 스틸의 표면에 카본, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면처리한 것, 알루미늄-카드뮴 합금 등이 사용될 수 있다. 또한, 양극 집전체와 마찬가지로, 표면에 미세한 요철을 형성하여 음극 활물질의 결합력을 강화시킬 수도 있으며, 필름, 시트, 호일, 네트, 다공질체, 발포체, 부직포체 등 다양한 형태로 사용될 수 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 마이크로미터이고, 두께는 일반적으로 5 ~ 300 마이크로미터다. 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.
상기 전해액은 리튬염 함유 비수계 전해액일 수 있고, 비수 전해액과 리튬염으로 이루어져 있다. 비수 전해액으로는 비수계 유기용매, 유기 고체 전해질, 무기 고체 전해질 등이 사용되지만 이들만으로 한정되는 것은 아니다.
상기 비수계 유기용매로는, 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, 비수 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 있으며, FEC(Fluoro-Ethylene Carbonate), PRS(Propene sultone) 등을 더 포함시킬 수 있다.
하나의 구체적인 예에서, LiPF6, LiClO4, LiBF4, LiN(SO2CF3)2 등의 리튬염을, 고유전성 용매인 EC 또는 PC의 환형 카보네이트와 저점도 용매인 DEC, DMC 또는 EMC의 선형 카보네이트의 혼합 용매에 첨가하여 리튬염 함유 비수계 전해질을 제조할 수 있다.
한편, 본 발명은 또한, 상기 이차전지를 하나 이상 포함하는 전지팩 및 상기 전지팩을 포함하는 디바이스를 제공한다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 전극조립체 제조 장치는 웹 상에서 단위셀이 가이드 부를 따라 이송되면서, 웹 전체가 권취부에 대해 수직으로 정렬되는 바, 권취부에서 정렬된 웹이 권취되어 소망하는 형태로 전극조립체를 제조할 수 있다.
도 1은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전극조립체 제조 장치의 모식도이다;
도 2는 가이드 부가 위치한 제조 장치의 측면 모식도이다;
도 3은 가이드 부와 단위셀의 정렬 구조에 대한 모식도이다;
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 가이드 부의 모식도이다.
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 1에는 본 발명에 따른 전극조립체 제조 장치가 모식적으로 도시되어 있고, 도 2에는 가이드 부가 위치한 제조 장치의 측면 모식도 및 도 3에는 가이드 부와 단위셀의 정렬 구조가 모식적으로 도시되어 있다.
이들 도면을 참조하면, 제조 장치(100)는 단위셀 배치부(120), 단위셀 접합부(130), 웹 이송부(110) 및 권취부(140)를 포함한다.
단위셀 배치부(120)는 분리필름(60) 상에 판상형의 단위셀들(270)을 소정 간격으로 배치시키는 구조로 이루어져 있고, 단위셀 접합부(130)는 분리필름(60)과 단위셀(50)에 열 또는 압력, 또는 열 및 압력을 가하여 분리필름(60)과 단위셀(50)이 서로 접착되어 웹(70, web)을 제조하는 구조로 이루어져 있다.
권취부(140)는 분리필름(60) 상에 단위셀들(50, 50')이 소정의 간격으로 배열되어 있는 웹(70)에서, 제 1 단위셀(50')을 고정하고 이를 기준으로 웹(70)을 권취 하여, 분리필름(60)을 사이에 두고 단위셀들(50, 50')이 적층된 구조의 전극조립체를 제조한다.
웹 이송부(110)는 웹(70)의 하부를 지지하는 복수의 롤러들(112)을 포함하고, 권취부(140)가 회전하여 웹(70)을 권취하면, 롤러들(112)이 회전하면서 분리필름(60)과 단위셀들(50, 50')을 권취부(140) 방향(도 2의 X축)으로 유도하도록 구성되어 있다.
여기서, 권취부(140)에 인접한 웹 이송부(110)에는, 단위셀들을 X축 방향으로 정렬시키기 위한 가이드 부(200)가 형성되어 있다.
가이드 부(200)는, 웹 이송부(110)를 따라 이송되는 웹의 단위셀(50)들이 가이드 부(200)와 웹 이송부(110) 사이에 밀착된 상태로 정렬되도록, 웹 이송부(110)를 기준으로 대칭적으로 위치하는 한 쌍의 제 1 가이드(210)와 제 2 가이드(220)로 이루어져 있다.
제 1 가이드(210)와 제 2 가이드(220)는 각각, 웹의 이송 방향에 대향하는 단부가 웹 이송부(110)를 기준으로, 외향 절곡되어 있다.
제 1 가이드(210)는 단위셀(50)에서 전극 탭(51)이 돌출되어 있는 제 1 단부(1)에 밀착되고, 제 2 가이드(220)는 제 1 단부(1)에 대향하는 제 2 단부(2)에 밀착되도록 구성되어 있다.
다만, 제 1 단부(1)에는 단위셀(50)의 전극 탭(51)이 위치하는 바, 단위셀(50)의 전극 탭(51)이 제 1 가이드(210)에 간섭되지 않도록, 제 1 가이드(210)는 전극 탭(51)을 제외한 단위셀(50) 부위에 밀착되도록 구성되어 있다.
도 2에서와 같이, 분리필름(60)으로부터의 단위셀(50)의 높이 대비 대략 5% 높이로, 웹 이송부(110)로부터 제 1 가이드(210)가 상향으로 돌출되어 있다.
이와는 달리, 제 2 가이드(220)는 전극 탭(51)이 형성되지 않은 제 2 단부(2)에 밀착되는 바, 단위셀(50)의 제 2 단부(2) 대부분에 밀착되도록 구성될 수 있다. 다만 이는 하나의 예로서, 제 2 가이드(220) 역시 제 1 가이드(210)와 동일한 높이에서 단위셀(50)을 정렬시킬 수 있음은 물론이다.
도면에 도시하지는 않았지만, 제 1 가이드와 제 2 가이드는 단위셀에 밀착되는 표면에 마찰 계수가 0.1 내지 0.4로 낮으면서도 정전기 발생을 억제하는 패드가 부가되어 있다.
도 4에는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 가이드 부의 모식도가 도시되어 있다.
도 4을 참조하면, 제 1 가이드(310)와 제 2 가이드(320)에는, 밀착된 단위셀(330)의 슬라이딩을 위한 복수의 회전 롤들(340, 350)이 장착되어 있다.
회전 롤들(340, 350)은 웹이 이송됨에 따라 단위셀(330)이 가이드들(310, 320)에 밀착된 상태로 슬라이딩 되는데, 이 때, 단위셀(330)에 밀착된 회전 롤들(340, 350)이 회전하면서 단위셀(330)의 슬라이딩을 용이하게 하여, 단위셀(330)과 가이드들(310, 320) 사이에 높은 마찰력이 형성되는 것을 방지한다.
본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주내에서 다양한 응용 및 변형을 수행하는 것이 가능할 것이다.

Claims (13)

  1. 복수의 단위셀들이 분리필름 상에 배열된 상태로 분리필름과 함께 권취된 구조의 전극조립체를 제조하는 장치로서,
    분리필름 상에 단위셀들이 소정의 간격으로 배열되어 있는 웹(web)에서, 제 1 단위셀을 고정하고 이를 기준으로 웹을 권취하는 권취부; 및
    상기 웹의 하부를 지지하는 복수의 롤러들로 구성되어 있고, 권취부의 회전 시, 롤러들의 회전에 의해 분리필름과 단위셀들을 권취부로 유도하는 웹 이송부;
    를 포함하고 있으며,
    상기 권취부에 인접한 웹 이송부에는, 웹의 이송 방향에 대한 수직 방향에서 단위셀에 밀착되는 가이드 부가 장착되어 있고,
    상기 단위셀이 가이드 부를 따라 이송되면서, 웹이 권취부에 대해 수직으로 정렬된 상태로 권취되는 것을 특징으로 하는 제조 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 가이드 부는, 웹 이송부를 따라 이송되는 웹의 단위셀들이 가이드 부와 웹 이송부 사이에 밀착된 상태로 정렬되도록, 웹 이송부를 기준으로 대칭적으로 위치하는 한 쌍의 제 1 가이드와 제 2 가이드로 이루어진 것을 특징으로 하는 제조 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 가이드는 단위셀에서 전극 탭이 돌출되어 있는 제 1 단부에 밀착되고;
    상기 제 2 가이드는 제 1 단부에 대향하는 제 2 단부에 밀착되는 것을 특징으로 하는 제조 장치.
  4. 제 3 항에 있어서, 이송 과정에서, 단위셀의 전극 탭이 제 1 가이드 또는 제 2 가이드에 간섭되지 않도록, 상기 제 1 가이드 및 제 2 가이드 중 적어도 하나는 전극 탭을 제외한 단위셀 부위에 밀착되는 것을 특징으로 하는 제조 장치.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 제 1 가이드 및 제 2 가이드 중 적어도 하나는, 분리필름으로부터의 단위셀의 높이 대비 5% 내지 20%의 높이로, 웹 이송부로부터 상향으로 돌출되어 있는 것을 특징으로 하는 제조 장치.
  6. 제 2 항에 있어서, 상기 제 1 가이드와 제 2 가이드는 단위셀에 밀착되는 표면에 마찰 계수가 0.1 내지 0.4로 낮으면서도 정전기 발생을 억제하는 패드가 부가되어 있는 것을 특징으로 하는 제조 장치.
  7. 제 2 항에 있어서, 상기 제 1 가이드와 제 2 가이드는 각각, 웹의 이송 방향에 대향하는 단부가 웹 이송부를 기준으로, 외향 절곡되어 있는 것을 특징으로 하는 제조 장치.
  8. 제 2 항에 있어서, 상기 제 1 가이드와 제 2 가이드 중 적어도 하나에는, 밀착된 단위셀의 슬라이딩을 위한 복수의 회전 롤들이 장착되어 있는 것을 특징으로 하는 제조 장치.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 회전 롤들 각각은 단위셀의 제 1 단부 또는 제 2 단부의 길이 대비 5% 내지 10%의 직경을 가지는 원통형 롤인 것을 특징으로 하는 제조 장치.
  10. 제 8 항에 있어서, 상기 회전 롤 중 적어도 하나에는, 마찰계수가 0.1 내지 0.4로 낮으면서도 정전기 발생을 억제하는 물질이 코팅되어 있는 것을 특징으로 하는 제조 장치.
  11. 제 1 항에 있어서, 상기 제조 장치는,
    분리필름 상에 판상형 단위셀들을 순차적으로 배치시키는 단위셀 배치부; 및
    열 및/또는 압력에 의해 분리필름과 단위셀들을 접착 또는 열융착시켜 웹(web)을 제조하는 단위셀 접합부;
    를 더 포함하고 있고,
    상기 가이드 부가 분리필름에 접착된 단위셀을 웹의 권취 방향에 대한 수직 방향으로 정렬시켜, 권취된 분리필름에 사행(Meandering)이 형성되는 것을 방지하는 것을 특징으로 하는 제조 장치.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 단위셀들은, 제 1 단위셀과 제 2 단위셀이 적어도 하나의 단위셀 폭과 대응하는 간격으로 이격되어 분리필름 상에 배치되며, 제 2 단위셀 이후의 단위셀들은 권취 폭에 대응하는 크기로 각각의 간격이 점증하는 배열 형태로 분리필름 상에 배치되는 것을 특징으로 하는 제조 장치.
  13. 제 1 항에 있어서, 상기 권취부는 단위셀의 상부와 상기 단위셀에 대응하는 분리필름의 하부에서 웹을 잡아 고정하는 형태의 권취 지그를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 제조 장치.








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