KR20200002150A - 전극 조립체 제조방법 - Google Patents

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Abstract

전극 조립체 제조방법이 개시된다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 전극과 분리막을 교대로 적층하여 제조되는 기본 단위체를 복수 구비하는 제1 단계; 복수의 상기 기본 단위체를 적층하여 전극 적층체를 제조하는 제2 단계; 및 상기 전극 적층체의 외면을 가압함으로써 상기 전극 적층체에 곡률 반경을 갖는 곡면이 형성된 전극 조립체를 제조하는 제3 단계; 를 포함하고, 상기 제3 단계 이전에 형성되는 접착력으로서, 상기 전극 적층체 내부의 전극과 분리막 간의 접착력 중 상기 제3 단계 이후에 잔존하는 접착력의 합을 F1이라 하고, 상기 전극과 분리막의 형상이 상기 제3 단계에서 상기 전극 적층체가 가압되기 전의 형상으로 돌아가도록 상기 전극과 분리막이 다시 펼쳐지려고 하는 힘의 합을 R이라고 하고, 상기 제3 단계에 의해 상기 전극 조립체 내부의 전극과 분리막 간에 추가로 형성된 접착력의 합을 F2라고 하면, F1 + R ≤ F2의 식을 만족하는 전극 조립체 제조방법이 개시된다.

Description

전극 조립체 제조방법{Method of manufacturing electrode assembly}
본 발명은 전극 조립체 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 곡면이 형성된 전극 조립체 제조방법에 관한 것이다.
전자기기에 대한 수요 및 전자기기에 대한 수요자의 요구가 점차 다양해짐에 따라 전자기기에 장착되며 반복적인 충전 및 방전이 가능한 이차전지(secondary battery)에 요구되는 사양(specification) 역시 다양해지고 있다. 예를 들어, 최근 전자기기의 사용자가 전자기기를 손에 쥐었을 때의 그립감 향상을 위해 전자기기는 기존의 각진 형태를 벗어나 곡면 형상을 가질 것이 요구되는데, 이를 위해 이차전지 역시 기존의 형상을 벗어나 곡면 형상을 가질 것이 요구된다. 또는, 전자기기의 내부 공간의 활용성을 극대화하기 위해 이차전지의 형상이 기존의 정형적인 형상을 벗어나 곡면 형상 등의 비정형적인 형상을 가질 것이 요구된다.
곡면이 형성되는 이차전지를 제조하기 위해서는 곡면을 포함하는 가압 프레스를 이용하여 전극 조립체의 외부면을 가압하는 과정이 필요한 것이 일반적이다. 그러나, 종래 기술에 따르면 가압 프레스를 이용하여 전극 조립체의 외부면을 가압하여 곡면을 형성하는 과정에서 여러 가지 문제점이 있었다.
예를 들어, 가압 프레스에 의해 가압되기 전의 전극 조립체 내에서 전극과 분리막은 서로 접착된 상태인데, 가압 프레스로 전극 조립체를 가압하여 곡면이 형성되더라도, 가압 프레스에 의해 가압되기 전 전극과 분리막과의 접착력에 의해 곡면이 유지되지 못하고 가압되기 전의 상태로 돌아가는 문제점이 있었다. 이러한 문제점은 가압 프레스에 의해 형성되는 곡면의 곡률 반경이 작아질수록(즉, 가압 프레스에 의해 전극 조립체가 많이 휠수록) 심해지는 경향이 있었다.
이러한 문제점은 종래에 비해 작은 곡률 반경을 갖는 곡면이 형성된 전극 조립체 및 이차전지를 제조하는데 장애로 작용하였다.
따라서, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 종래에 비해 작은 곡률 반경을 갖는 곡면이 형성된 전극 조립체를 제조하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따르면, 전극과 분리막을 교대로 적층하여 제조되는 기본 단위체를 복수 구비하는 제1 단계; 복수의 상기 기본 단위체를 적층하여 전극 적층체를 제조하는 제2 단계; 및 상기 전극 적층체의 외면을 가압함으로써 상기 전극 적층체에 곡률 반경을 갖는 곡면이 형성된 전극 조립체를 제조하는 제3 단계; 를 포함하고, 상기 제3 단계 이전에 형성되는 접착력으로서, 상기 전극 적층체 내부의 전극과 분리막 간의 접착력 중 상기 제3 단계 이후에 잔존하는 접착력의 합을 F1이라 하고, 상기 전극과 분리막의 형상이 상기 제3 단계에서 상기 전극 적층체가 가압되기 전의 형상으로 돌아가도록 상기 전극과 분리막이 다시 펼쳐지려고 하는 힘의 합을 R이라고 하고, 상기 제3 단계에 의해 상기 전극 조립체 내부의 전극과 분리막 간에 추가로 형성된 접착력의 합을 F2라고 하면, F1 + R ≤ F2의 식을 만족하는 전극 조립체 제조방법이 제공된다.
상기 전극 적층체 내의 기본 단위체들 간의 상대적인 거리가 유지되도록 상기 전극 적층체의 둘레를 상기 전극 적층체를 구성하는 상기 분리막과 별개의 분리막인 와인딩 분리막으로 감싸는 와인딩 단계; 를 더 포함하고, 상기 와인딩 단계는 상기 제2 단계 및 상기 제3 단계 사이에서 이루어지고, 상기 F2는 제3 단계에서 추가로 형성되며 상기 전극 적층체 내부의 전극과 분리막 간의 접착력(e1) 및 상기 제3 단계에서 추가로 형성되며 상기 전극 적층체와 상기 와인딩 분리막 간의 접착력(e2)을 포함할 수 있다.
상기 곡률 반경은 70 내지 200mm일 수 있다.
상기 제1 단계에서, 상기 전극과 분리막이 접착되는 온도는 30℃ 내지 70℃일 수 있다.
상기 제3 단계에서, 상기 전극 적층체가 가압되는 압력은 400kgf 내지 800kgf일 수 있다.
상기 제3 단계에서, 상기 전극 적층체를 가압하는 온도는 60℃ 내지 100℃일 수 있다.
상기 와인딩 단계에서, 상기 와인딩 분리막은 상기 전극 적층체의 둘레 전체를 감쌀 수 있다.
상기 기본 단위체는, 최외곽 양면에 각각 양극이 구비되는 제1 바이셀; 및 최외곽 양면에 각각 음극이 구비되는 제2 바이셀; 을 포함하고, 상기 제2 단계에서, 상기 제1 바이셀 및 상기 제2 바이셀은 교대로 적층되되 상기 제1 바이셀 및 상기 제2 바이셀 사이에는 별도의 분리막인 삽입 분리막이 구비될 수 있다.
상기 제1 바이셀은, 양극, 분리막, 음극, 분리막, 양극이 배치된 구조를 가지고, 상기 제2 바이셀은, 음극, 분리막, 양극, 분리막, 음극이 배치된 구조를 가질 수 있다.
상기 제2 단계에서, 상기 전극 적층체의 최외곽 양면에는 상기 제1 바이셀이 구비되고, 상기 전극 적층체의 최외곽 양면에 구비되는 상기 제1 바이셀의 최외곽 양면 중 바깥쪽 면에는 집전체의 일면에만 양극 활물질이 코팅된 단면 양극이 구비될 수 있다.
상기 제2 단계에서, 상기 전극 적층체에 상기 제1 바이셀은 8개가 구비되고, 상기 전극 적층체에 상기 제2 바이셀은 7개가 구비될 수 있다.
상기 제3 단계에서, 상기 전극 적층체에서 상기 곡률 반경이 형성되는 상기 곡면의 끝부의 곡률 반경은 상기 곡률 반경이 형성되는 상기 곡면의 중앙부의 곡률 반경보다 2 내지 8% 작을 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 측면에 따르면, 전극과 분리막을 교대로 적층하여 제조되는 기본 단위체를 복수 구비하는 제1 단계; 복수의 상기 기본 단위체를 적층하여 전극 적층체를 제조하는 제2 단계; 상기 전극 적층체 내의 기본 단위체들 간의 상대적인 거리가 유지되도록 상기 전극 적층체의 둘레 중 적어도 일부를 상기 전극 적층체를 구성하는 상기 분리막과 별개의 분리막인 와인딩 분리막으로 감싸는 와인딩 단계; 및 상기 전극 적층체의 외면을 가압함으로써 상기 전극 적층체에 곡률 반경을 갖는 곡면이 형성된 전극 조립체를 제조하는 제3 단계; 를 포함하고, 상기 제1 단계에서, 상기 전극과 분리막이 접착되는 온도는 30℃ 내지 70℃이고, 상기 제3 단계에서, 상기 전극 적층체가 가압되는 온도는 60℃ 내지 100℃일 수 있다.
상기 곡률 반경은 70 내지 200mm일 수 있다.
상기 제2 단계에서 상기 기본 단위체를 적층할 때 상기 기본 단위체가 가압되는 압력은 상기 제3 단계에서 상기 전극 적층체가 가압되는 압력의 10% 이하일 수 있다.
본 발명에 따르면, 종래에 비해 작은 곡률 반경을 갖는 곡면이 형성된 전극 조립체를 제조할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 예에 따른 전극 적층체의 구조를 도시한 측면도이다.
도 2는 본 발명의 일 예에 따른 곡면이 형성되기 전의 전극 조립체의 구조를 도시한 측면도이다.
도 3은 본 발명의 일 예에 따른 전극 조립체를 구성하는 제1 바이셀을 도시한 측면도이다.
도 4는 본 발명의 일 예에 따른 전극 조립체를 구성하는 제2 바이셀을 도시한 측면도이다.
도 5는 본 발명의 일 예에 따른 곡면이 형성된 전극 조립체를 도시한 사시도이다.
이하, 도면을 참고하여 본 발명에 따른 전극 조립체의 구조에 대해 설명하도록 한다.
전극 조립체
도 1은 본 발명의 일 예에 따른 전극 적층체의 구조를 도시한 측면도이고, 도 2는 본 발명의 일 예에 따른 곡면이 형성되기 전의 전극 조립체의 구조를 도시한 측면도이다.
도 1 및 도 2를 참고하면, 같이 본 발명의 일 예에 따른 전극 조립체(10)는 복수의 기본 단위체(110, 120)가 순차적으로 적층된 전극 적층체(100)를 포함할 수 있다. 복수의 기본 단위체(110, 120)는 기본 단위체의 세부적인 구성에 따라 몇 가지 종류로 나뉠 수 있다. 예를 들어, 복수의 기본 단위체(110, 120)는 서로 다른 구조를 갖는 제1 기본 단위체(110) 및 제2 기본 단위체(120)로 이루어질 수 있다. 이 경우, 전극 적층체(110)는 제1 기본 단위체(110) 및 제2 기본 단위체(120)가 교대로 적층된 구조를 가질 수 있다. 그러나, 이에 제한되지 않고, 본 발명의 일 예에 따른 전극 적층체는 세 종류 이상의 기본 단위체가 교대로 적층된 구조를 가질 수도 있고, 한 종류의 기본 단위체가 적층된 구조를 가질 수도 있다.
한편, 본 명세서에서 '기본 단위체'는 적어도 하나의 전극을 포함하는 구성으로 이해될 수 있다. 즉, 본 발명에 따르면 '기본 단위체'는 전극과 분리막을 포함하는 구성뿐 아니라, 전극으로만 이루어진 구성도 포함하는 개념으로 이해될 수 있다.
한편, 도 2에 도시된 바와 같이 본 발명의 일 예에 따른 전극 조립체(10)는 전극 적층체(100)의 둘레 중 적어도 일부를 감싸는 분리막(102)을 포함할 수 있다. 하기에서는 전극 적층체(100)의 둘레 중 적어도 일부를 감싸는 분리막(102)을 '와인딩 분리막'이라 부르기로 한다.
와인딩 분리막(102)은 전극 적층체(100)의 둘레 전체를 감쌀 수 있다. 예를 들어, 와인딩 분리막(102)은 도 2에 도시된 바와 같이 전극 적층체(100)의 둘레를 한 바퀴 감쌀 수 있다.
이때, '와인딩 분리막(102)이 전극 적층체(100)의 둘레를 한 바퀴 감싼다'라는 것은 도 2에 도시된 바와 같이, 와인딩 분리막(102)의 양 끝부가 서로 접착될 수 있도록 와인딩 분리막(102)의 양 끝부가 서로 중첩되는 경우를 포함하는 것으로 해석되어야 할 것이다.
또한, '와인딩 분리막(102)이 전극 적층체(100)의 둘레 전체를 감쌀 수 있다'라는 것은 와인딩 분리막(102)이 전극 적층체(100)의 모든 외면을 감쌈으로써 전극 적층체(100)를 외부로부터 격리하는 것을 의미하는 것은 아니며, 와인딩 분리막(102)의 양 끝부가 서로 만나 접착되는 것을 의미할 수 있다.
와인딩 분리막(102)은 전극 적층체(100)를 구성하는 분리막과는 별개의 분리막일 수 있다. 즉, 전극 조립체(10)는, 전극 적층체(100)의 둘레를 전극 적층체(100) 내의 분리막과는 별개의 분리막(즉, 와인딩 분리막)이 감싸는 구조를 가질 수 있다.
본 발명의 일 예에 따른 전극 조립체(10)에서 전극 적층체를 구성하는 기본 단위체들은 바이셀(bi-cell)일 수 있다. 이하, 바이셀에 대해서 설명하도록 한다.
도 3은 본 발명의 일 예에 따른 전극 조립체를 구성하는 제1 바이셀을 도시한 측면도이고, 도 4는 본 발명의 일 예에 따른 전극 조립체를 구성하는 제2 바이셀을 도시한 측면도이다.
도 3을 참고하면, 제1 바이셀(110a)은 최외곽 양면에 각각 양극이 구비된 구조를 갖는 바이셀일 수 있다. 이때, 제1 바이셀(110a)은 도 3에 도시된 바와 같이 양극(142), 분리막(146), 음극(144), 분리막(146) 및 양극(142)이 순차적으로 배치된 5층 구조를 가질 수 있다.
한편, 도 4를 참고하면, 제2 바이셀(120a)은 최외곽 양면에 각각 음극이 구비된 구조를 갖는 바이셀일 수 있다. 이때, 제2 바이셀(120a)은 도 4에 도시된 바와 같이 음극(144), 분리막(146), 양극(142), 분리막(146) 및 음극(144)이 순차적으로 배치된 5층 구조를 가질 수 있다.
전술한 바와 같이 복수의 기본 단위체는 제1 기본 단위체 및 제2 기본 단위체로 나뉠 수 있으므로, 제1 바이셀(110a)은 제1 기본 단위체에 대응될 수 있고, 제2 바이셀(120a)은 제2 기본 단위체에 대응될 수 있다.
기본 단위체가 제1 바이셀 및 제2 바이셀로 나뉘는 경우 본 발명에 따른 전극 조립체(10)의 전극 적층체(100)는 도 1에 도시된 바와 같이 제1 바이셀(110a) 및 제2 바이셀(120a)이 교대로 적층된 구조를 가질 수 있다. 이때, 제1 바이셀과 제2 바이셀이 서로 직접 접촉하도록 적층되는 경우 제1 바이셀의 최외곽 양면에 구비된 양극과 제2 바이셀의 최외곽 양면에 구비된 음극이 직접 접촉할 수 있다. 이를 방지하기 위해, 도 1에 도시된 바와 같이, 제1 바이셀(110a)과 제2 바이셀(120a) 사이에는 별도의 분리막(130)이 배치될 수 있다. 하기에서는 제1 바이셀(110a)과 제2 바이셀(120a) 사이에 배치되는 별도의 분리막을 '삽입 분리막'이라 부르기로 한다.
즉, 본 발명의 일 예에 따르면, 전극 적층체(100)는 제1 바이셀(110a), 삽입 분리막(130) 및 제2 바이셀(120)이 교대로 적층된 구조를 가질 수 있다.
또한, 도 1에 도시된 바와 같이 전극 적층체(100)의 최외곽 양면에는 모두 제1 바이셀(110a)이 배치될 수 있다. 즉, 전극 적층체(100)의 최외곽 양면에는 모두 제1 바이셀(110a)의 최외곽 일면에 배치된 양극이 배치될 수 있다. 그리고, 전극 적층체(100)의 최외곽 양면에 구비되는 제1 바이셀(110a)의 최외곽 양면 중 바깥쪽 면(즉, 전극 적층체의 최외곽 면)에는 집전체의 일면에만 양극 활물질이 코팅된 단면 양극이 구비될 수 있다. 전극 적층체의 최외곽 양면에 배치되는 양극 중 일부(보다 상세하게는, 집전체의 바깥쪽에 코팅된 양극 활물질)는 충전 및 방전 과정에서 반응에 관여하지 않으므로, 본 발명의 일 예에 따라 전극 적층체의 최외곽 양면에 모두 단면 양극이 배치되는 경우, 전극 적층체의 단위 부피 당 전기 용량이 향상될 수 있다.
본 발명의 일 예에 따른 전극 적층체(100)에는 8개의 제1 바이셀(110a)과 7개의 제2 바이셀(120a), 그리고 제1 바이셀과 제2 바이셀 사이에 배치되는 14개의 삽입 분리막(130)이 구비될 수 있다.
한편, 와인딩 분리막(102)은 제1 바이셀(110a)을 구성하는 분리막, 제2 바이셀(120a)을 구성하는 분리막 및 제1 바이셀(110a)과 제2 바이셀(120a) 사이에 구비되는 삽입 분리막(130)과는 별개의 분리막일 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 예에 따른 곡면이 형성된 전극 조립체를 도시한 사시도이다.
도 5에 도시된 바와 같이 본 발명의 일 예에 따른 전극 조립체(10)에는 일정한 곡률 반경을 갖는 곡면(C)이 형성될 수 있다. 도 5에 도시된 바와 같이 곡면(C)은 전극 조립체(10)의 상면 및 하면 모두에 형성될 수 있다. 이와 달리 곡면(C)은 전극 조립체(10)의 상면 또는 하면에만 형성될 수도 있다.
이때, 전극 적층체의 둘레를 감싸는 와인딩 분리막(102)은 전극 적층체의 상면 또는 하면에 형성된 곡면(C)을 감싸는 구성일 수 있다. 본 발명에 따르면, 와인딩 분리막(102)이 전극 적층체의 곡면(C)을 감쌈으로써, 서로 인접한 기본 단위체(또는, 바이셀) 간의 상대적인 거리가 유지될 수 있다. 따라서, 기본 단위체 간에 박리 현상이 발생하는 것을 방지할 수 있다. 또는, 본 발명에 따르면, 와인딩 분리막(102)이 전극 적층체의 곡면(C)을 감쌈으로써, 전극 적층체를 구성하며 서로 인접한 전극과 분리막 간에 박리 현상이 발생하는 것을 방지하는 것으로 이해될 수도 있다.
곡면이 형성된 전극 조립체 중에서도 상대적으로 곡면의 곡률 반경이 작은(즉, 곡면이 많이 휘어진) 전극 조립체를 제조하는 것이 어렵다. 곡률 반경이 작은 곡면이 형성되는 전극 조립체를 제조하기 위해서는 곡면이 형성된 가압 프레스로 전극 조립체 또는 전극 적층체를 가압해야 하는데, 곡률 반경이 작을수록 전극 적층체를 구성하는 전극과 분리막 간에 박리 현상이 많이 일어나 전극 조립체에 형성되는 곡면이 유지되지 못하기 때문이다.
전술한 바와 같이 와인딩 분리막(102)은 그러한 박리 현상을 방지하는 구성으로, 와인딩 분리막(102)은 특히, 곡률 반경이 작은 곡면이 형성된 전극 조립체에서 전극과 분리막 간의 박리 현상이 발생하는 것을 효과적으로 방지할 수 있다.
이하, 도면을 참고하여, 본 발명의 일 예에 따른 전극 조립체의 제조방법을 설명하도록 한다.
전극 조립체 제조방법
본 발명의 일 예에 따른 전극 조립체 제조방법은, 전극과 분리막을 교대로 적층하여 제조되는 기본 단위체를 복수 구비하는 제1 단계, 복수의 기본 단위체를 적층하여 전극 적층체를 제조하는 제2 단계; 및 전극 적층체의 외면을 가압함으로써 전극 적층체에 곡률 반경을 갖는 곡면이 형성된 전극 조립체를 제조하는 제3 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 예에 따른 전극 조립체 제조방법은, 제3 단계 이전에 형성되는 접착력으로서 전극과 분리막 간의 접착력 중, 상기 제3 단계 이후에 잔존하는 접착력의 합을 F1이라 하고, 전극과 분리막의 형상이 제3 단계에서 전극 적층체가 가압되기 전의 형상으로 돌아가도록 전극과 분리막이 다시 펼쳐지려고 하는 힘의 합을 R이라고 하고, 제3 단계에 의해 전극 조립체 내부의 전극과 분리막 간에 추가로 형성된 접착력의 합을 F2라고 하면, F1 + R ≤ F2의 식을 만족할 수 있다.
전극 조립체의 제조 과정에 따라, 제3 단계에서 전극 조립체에 형성되는 곡면은 시간이 지남에 따라 다시 펴질 수 있다. 전극 조립체에 형성되는 곡면이 형상을 그대로 유지할 것인지 여부는 전극 조립체의 곡면에 작용하는 힘들 간의 관계에 의해 결정될 수 있다.
우선, 전극 조립체에 형성된 곡면이 다시 펴지도록 작용하는 힘(이하, '복원력'이라 한다)은 크게 상기 제3 단계 이전에 형성되는 접착력으로서, 전극과 분리막 간에 작용하는 접착력의 합 F1'와, 전극과 분리막의 형상이 제3 단계에서 전극 적층체가 가압되기 전의 형상으로 돌아가도록 전극과 분리막이 다시 펼쳐지려고 하는 힘의 합 R로 나뉠 수 있다. 즉, F1'은 복수의 기본 단위체를 제조하고 복수의 기본 단위체를 적층하는 단계에서 형성되는 힘으로, 전극과 분리막이 평평한 상태일 때 형성되는 힘이므로 곡면 형상을 유지하는 데 방해하는 힘으로 작용한다. 따라서, 상기 F1'과 R의 크기가 클수록 전극 조립체에 형성된 곡면은 원래 형태로 돌아가려는 경향이 강해진다.
반면, 제3 단계에서 형성된 곡면의 형상을 유지하는 힘(이하, '곡면 형성력'이라 한다)은 제3 단계에서 전극 조립체 내부의 전극과 분리막 간에 추가로 형성된 접착력의 합 F2라고 볼 수 있다.
그런데, F1'중 일부는 은 제3 단계에서 사라질 수 있다. 즉, 전극 조립체에 곡면이 형성되는 과정에서 전극 조립체에 가해지는 온도와 압력 등에 의해 제3 단계 이전에 형성된 전극과 분리막 간의 접착력 중 일부는 사라질 수 있다. 따라서, 제3 단계 이전에 형성되는 접착력으로서, 전극과 분리막 간의 접착력 중 제3 단계 이후에도 잔존하는 접착력의 합은 F1'보다 작을 수 있다. 하기에서는, 제3 단계 이전에 형성되는 접착력으로서, 전극과 분리막 간의 접착력 중 제3 단계 이후에도 잔존하는 접착력의 합을 F1이라 부르기로 한다.
제3 단계에서 형성된 전극 조립체의 곡면이 형상이 유지되기 위해서는 제3 단계 이후에서, 곡면 형성력이 복원력보다 커야 한다. 따라서, 본 발명에 따르면, 전극 조립체 제조단계에서 F2가 F1과 R의 합보다 큼으로써 전극 조립체에 형성된 곡면의 형상이 유지될 수 있다.
한편, 본 발명의 일 예에 따른 전극 조립체 제조방법은, 전극 적층체 내의 기본 단위체들 간의 상대적인 거리가 유지되도록 전극 적층체의 둘레를 전극 적층체를 구성하는 분리막과 별개의 분리막인 와인딩 분리막으로 감싸는 와인딩 단계를 더 포함할 수 있다. 이때, 와인딩 단계는 상기 제2 단계 및 상기 제3 단계 사이에서 이루어질 수 있다. 또한, 와인딩 단계에서 와인딩 분리막은 전극 적층체의 둘레 전체를 감쌀 수 있다.
본 발명에 따른 전극 조립체 제조방법이 와인딩 단계를 더 포함하는 경우, 곡면 형성력, 즉, F2는 다시 두 가지로 나뉠 수 있다.
즉, F2는 제3 단계에서 추가로 형성되며 전극 적층체 내부의 전극과 분리막 간의 접착력의 합 e1과 제3 단계에서 추가로 형성되며 전극 적층체와 와인딩 분리막 간의 접착력의 합 e2로 나뉠 수 있다. 즉, 접착력이 형성되는 단계에 따라 전극 적층체 내부에서 전극과 분리막 간의 접착력 중 일부(즉, F1)는 복원력으로 작용하기도 하고, 다른 일부(즉, e1)는 곡면 형성력으로 작용하기도 하는 것이다.
제1 단계에서 전극과 분리막이 접착되는 온도는 30℃ 내지 70℃일 수 있다.
제1 단계에서 전극과 분리막이 접착되는 온도가 30℃ 미만인 경우 전극 적층체 내에서 전극과 분리막의 접착이 제대로 이루어지지 않아 제3 단계에서 전극과 분리막 간에 박리 현상이 일어날 수 있다. 반대로, 제1 단계에서 전극과 분리막이 접착되는 온도가 70℃를 초과하는 경우 전극 적층체 내의 전극과 분리막 간에 너무 강한 접착이 일어나게 되어(즉, F1이 너무 커지게 되어) 제3 단계에서 전극 조립체에 형성된 곡면이 다시 펴지게 될 수 있다. 바람직하게는, 제1 단계에서 전극 적층체 내의 전극과 분리막이 접착되는 온도는 30℃ 내지 55℃일 수 있고, 가장 바람직하게는, 35℃ 내지 45℃일 수 있다.
제3 단계에서 형성되는 전극 적층체(100)의 곡면(C)의 곡률 반경은 70 내지 200mm일 수 있다.
전술한 바와 같이 본 발명은 종래에 비해 작은 곡률 반경을 갖는 전극 조립체를 제조하기 위한 것일 수 있다. 특히, 본 발명의 출원인은 실험을 통해 종래 기술에 따를 경우 200mm 미만의 곡률 반경을 갖는 전극 조립체를 제조하는 것이 불가능하거나 200mm 미만의 곡률 반경을 갖는 전극 조립체를 제조하는 데 현저하게 오랜 시간이 걸린다는 것을 발견하였다. 제3 단계에서 전극 적층체(100)의 곡면(C)의 곡률 반경은 70 내지 150mm일 수 있고, 바람직하게는, 제3 단계에서 전극 적층체(100)의 곡면(C)의 곡률 반경은 80 내지 130mm일 수 있다. 가장 바람직하게는, 85 내지 95mm일 수 있다.
제3 단계에서 전극 적층체가 가압되는 압력은 400kgf 내지 800kgf일 수 있다.
제3 단계에서 전극 적층체가 가압되는 압력이 400kgf 미만인 경우 곡면 형성 과정에서 전극 조립체 내 전극과 분리막 간의 접착이 충분히 강하지 않으므로(즉, F2가 너무 작아지게 되어) 전극 조립체에 형성된 곡면이 다시 펴지게 될 수 있다. 반대로, 제3 단계에서 전극 적층체가 가압되는 압력이 800kgf를 초과하는 경우 전극 및 분리막에 손상이 일어날 수 있다. 바람직하게는, 제3 단계에서 전극 적층체가 가압되는 압력은 500kgf 내지 700kgf일 수 있고, 가장 바람직하게는 550kgf 내지 650kgf일 수 있다.
제3 단계에서 전극 적층체를 가압하는 온도는 60℃ 내지 100℃일 수 있다.
제3 단계에서 전극 적층체를 가압하는 온도가 60℃ 미만인 경우 곡면 형성 과정에서 전극 조립체 내 전극과 분리막 간의 접착이 충분히 강하지 않으므로(즉, F2가 너무 작아지게 되어) 전극 조립체에 형성된 곡면이 다시 펴지게 될 수 있다. 반대로, 제3 단계에서 전극 적층체가 가압하는 온도가 100℃를 초과하는 경우 전극 및 분리막에 손상이 일어날 수 있다. 바람직하게는, 제3 단계에서 전극 적층체가 가압되는 온도는 70℃ 내지 90℃일 수 있고, 가장 바람직하게는 75℃ 내지 85℃일 수 있다.
제3 단계에서 전극 적층체를 가압하는 시간은 30초 내지 190초일 수 있다.
제3 단계에서 전극 적층체를 가압하는 시간이 30초 미만인 경우 곡면 형성 과정에서 전극 조립체 내 전극과 분리막 간의 접착이 충분히 강하지 않으므로(즉, F2가 너무 작아지게 되어) 전극 조립체에 형성된 곡면이 다시 펴지게 될 수 있다. 반대로, 제3 단계에서 전극 적층체를 가압하는 시간이 190초를 초과하는 경우 전극 및 분리막에 손상이 일어날 수 있고 전극 조립체의 생산성이 현저하게 떨어질 수 있다. 바람직하게는, 제3 단계에서 전극 적층체를 가압하는 시간은 40초 내지 100초일 수 있고, 가장 바람직하게는 50초 내지 70초일 수 있다.
한편, 전극 적층체의 기본 단위체는 최외곽 양면에 각각 양극이 구비되는 제1 바이셀 및 최외곽 양면에 각각 음극이 구비되는 제2 바이셀을 포함할 수 있다. 또한, 제2 단계에서 제1 바이셀 및 제2 바이셀은 교대로 적층되되 제1 바이셀 및 제2 바이셀 사이에는 별도의 분리막인 삽입 분리막이 구비될 수 있다. 이때, 제1 바이셀은 양극, 분리막, 음극, 분리막, 양극이 배치된 구조를 가질 수 있고, 제2 바이셀은 음극, 분리막, 양극, 분리막, 음극이 배치된 구조를 가질 수 있다.
또한, 제2 단계에서 전극 적층체의 최외곽 양면에는 제1 바이셀이 구비될 수 있다. 이때, 전극 적층체의 최외곽 양면에 구비되는 제1 바이셀의 최외곽 양면 중 바깥쪽 면에는 집전체의 일면에만 양극 활물질이 코팅된 단면 양극이 구비될 수 있다. 또한, 제2 단계에서 전극 적층체에는 제1 바이셀이 8개가 구비될 수 있고, 제2 바이셀은 7개가 구비될 수 있다.
한편, 전극 조립체에 곡면이 형성된 직후에는 곡면의 곡률 반경이 그대로 유지되지만 시간이 지남에 따라 전극 조립체에 형성된 곡면의 곡률 반경이 증가하는 현상이 발생할 수 있다. 이러한 현상은 특히, 전극 조립체의 중앙부에 비해 전극 조립체의 양끝부에서 많이 발생하는데, 이는 전극 조립체의 중앙부의 곡률 반경과 양끝부의 곡률 반경의 차이를 야기하여 일정한 곡률 반경을 갖는 곡면을 형성하는 데 장애가 될 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 전극 조립체 제조방법의 제3 단계에서, 전극 적층체에서 곡률 반경이 형성되는 곡면의 양끝부의 곡률 반경은 곡률 반경이 형성되는 곡면의 중앙부의 곡률 반경보다 2% 내지 8% 작을 수 있다. 이 경우, 시간이 지나 곡면의 곡률 반경에 다소 변화가 생기더라도 곡면의 중앙부의 곡률 반경과 곡면의 양끝부의 곡률 반경 간의 차이를 최소화할 수 있다.
한편, 제3 단계에서 기본 단위체를 적층할 때 기본 단위체가 가압되는 압력이 지나치게 작을 경우, 곡면 형성 과정에서 전극 조립체 내 전극과 분리막 간의 접착이 충분히 강하지 않으므로 전극 조립체에 형성된 곡면이 다시 펴지게 될 수 있다. 따라서, 제2 단계에서 기본 단위체를 적층할 때 기본 단위체가 가압되는 압력은 제3 단계에서 전극 적층체가 가압되는 압력에 비해 상대적으로 작을 수 있다. 제2 단계에서 기본 단위체를 적층할 때 기본 단위체가 가압되는 압력은 제3 단계에서 전극 적층체가 가압되는 압력의 10% 이하일 수 있고, 바람직하게는 5% 이하일 수 있다.
전술한 바와 같이 본 발명의 일 예에 따른 전극 조립체는 복수의 기본 단위체를 순차적으로 적층 및 접착하여 전극 적층체를 제조한 후, 전극 적층체의 둘레를 와인딩 분리막으로 감쌈으로써 제조될 수 있다. 이러한 제조 방식에 의해 제조된 전극 조립체는, 분리 필름에 복수의 기본 단위체를 배치한 후 분리 필름을 폴딩함으로써 제조되는, 이른바 스택앤 폴딩형 전극 조립체와 비교하여 다음과 같은 장 점을 가질 수 있다.
스택앤 폴딩형 전극 조립체의 경우, 분리 필름 상에 기본 단위체를 배치한 후 분리 필름을 폴딩함으로써 제조되고 이 과정에서 분리 필름 및 기본 단위체의 움직임이 많기 때문에, 분리 필름의 폴딩 과정에서 기본 단위체가 폴딩 필름으로부터 박리되거나, 기본 단위체 내의 전극과 분리막 간에 박리 현상이 일어나기 쉽다. 그러므로, 스택앤 폴딩형 전극 조립체를 제조하기 위해서는 기본 단위체의 제조 과정에서 기본 단위체 내 전극과 분리막 간의 접착력과 폴딩 과정에서 기본 단위체와 분리 필름 간의 접착력이 상대적으로 강할 필요가 있다.
그러나, 곡면이 형성되기 전에 전극과 분리막 또는 기본 단위체와 분리 필름 간에 접착력이 강한 경우, 전극 조립체에 곡면을 형성하는 데 장애가 될 수 있다. 즉, 곡면이 형성된 가압 프레스로 전극 조립체를 가압하여 전극 조립체에 곡면을 형성하더라도, 곡면이 형성되기 전에 형성된 기본 단위체 내 전극과 분리막간의 접착력과 기본 단위체와 분리 필름 간의 접착력이 일종의 복원력으로 작용하여 곡면 형상이 유지되는 것을 방해하기 때문이다. 이러한 경향은 전극 조립체에 형성된 곡면의 곡률 반경이 작을수록(즉, 곡면이 많이 휠수록) 강해진다. 따라서, 스택앤 폴딩형 전극 조립체의 경우 곡면의 곡률 반경이 제한되는 문제가 있을 수 있다.
반면, 본 발명의 일 예에 따른 전극 조립체의 경우 복수의 기본 단위체를 적층함으로써 제조되기 때문에 전극 조립체의 제조 과정에서 기본 단위체의 움직임이 적기 때문에 기본 단위체 내 전극과 분리막의 접착력이 강할 필요가 없다. 따라서, 가압 프레스로 전극 조립체를 가압하여 곡면을 형성하더라도 전극 조립체 내부의 접착력에 의한 복원력이 상대적으로 작게 작용하므로 전극 조립체에 형성되는 곡면의 곡률 반경을 상대적으로 자유롭게 형성할 수 있다.
실시예 1
양극, 분리막, 음극, 분리막 및 양극이 교대로 적층된 구조를 갖는 제1 바이셀을 8개 준비하고, 음극, 분리막, 양극, 분리막 및 음극이 교대로 적층된 구조를 갖는 제2 바이셀을 7개 준비하고, 14개의 분리막을 준비하였다. 8개의 제1 바이셀 중 2개의 제1 바이셀을 최외곽 양면에 단면 양극이 구비되도록 준비하였다. 모든 전극과 분리막은 직사각형의 시트 형상을 가졌다.
한편, 제1 바이셀 및 제2 바이셀을 제조하는 과정에서 전극과 분리막을 접착하기 위해 전극과 분리막에 가해진 가압 온도는 40℃였다.
실시예 1에 사용된 양극의 가로 길이는 32.26mm였고, 세로 길이는 56.25mm였다. 실시예 1에 사용된 음극의 가로 길이는 33.96mm였고, 세로 길이는 57.95mm였다. 실시예 1에 사용된 분리막의 가로 길이는 35.46mm였고, 세로 길이는 60mm였다.
이후, 밑에서부터 제1 바이셀, 분리막, 제2 바이셀, 제1 바이셀 순으로 제1 바이셀, 분리막 및 제2 바이셀을 순차적으로 적층함으로써 제1 바이셀, 분리막 및 제2 바이셀 서로 접착된 구조를 갖는 전극 적층체를 제조하였다(즉, 전극 적층체는 최외곽의 양면에 제1 바이셀이 배치된 구조를 가짐). 이때, 전극 적층체의 최외곽의 양면에 배치된 제1 바이셀은 단면 양극이 구비된 제1 바이셀이었다.
이후, 전극 적층체를 구성하는 분리막과는 별개의 분리막을 준비하여 전극 적층체의 둘레를 따라 별개의 분리막을 한 바퀴 감싼 후, 별개의 분리막의 양 끝부를 서로 접착하였다.
이후, 가압 프레스로 전극 적층체를 가압하여 89mm의 곡률 반경을 갖는 곡면이 형성된 전극 조립체를 제조하였다.
가압 프레스로 전극 조립체를 가압할 때의 가압 온도는 80℃, 가압 압력은 600kgf, 가압 시간은 60초였다.
실시예 2
8개의 제1 바이셀, 7개의 제2 바이셀, 14개의 분리막으로 전극 적층체를 제조하는 것 및 전극 적층체의 구조는 실시예 1과 동일하였다. 또한, 전극 적층체를 구성하는 분리막과 별개의 분리막을 준비하여 전극 적층체의 둘레를 따라 별개의 분리막을 준비하여 전극 적층체의 둘레를 따라 별개의 분리막을 한 바퀴 감싼 후, 별개의 분리막의 양 끝부를 서로 접착하는 것 역시 실시예 1과 동일하였다. 또한, 전극과 분리막의 가로 및 세로 길이 역시 실시예 1과 동일하였다.
한편, 제1 바이셀 및 제2 바이셀을 제조하는 과정에서 전극과 분리막을 접착하기 위해 전극과 분리막에 가해진 가압 온도는 50℃였다.
또한, 실시예 2에서는 가압 프레스로 전극 적층체를 가압하여 108mm의 곡률 반경을 갖는 곡면이 형성된 전극 조립체를 제조하였다.
가압 프레스로 전극 조립체를 가압할 때의 가압 온도는 80℃, 가압 압력은 600kgf, 가압 시간은 60초였다.
실시예 3
8개의 제1 바이셀, 7개의 제2 바이셀, 14개의 분리막으로 전극 적층체를 제조하는 것 및 전극 적층체의 구조는 실시예 1과 동일하였다. 또한, 전극 적층체를 구성하는 분리막과 별개의 분리막을 준비하여 전극 적층체의 둘레를 따라 별개의 분리막을 준비하여 전극 적층체의 둘레를 따라 별개의 분리막을 한 바퀴 감싼 후, 별개의 분리막의 양 끝부를 서로 접착하는 것 역시 실시예 1과 동일하였다. 또한, 전극과 분리막의 가로 및 세로 길이 역시 실시예 1과 동일하였다.
한편, 제1 바이셀 및 제2 바이셀을 제조하는 과정에서 전극과 분리막을 접착하기 위해 전극과 분리막에 가해진 가압 온도는 60℃였다.
또한, 실시예 3에서는 가압 프레스로 전극 적층체를 가압하여 125mm의 곡률 반경을 갖는 곡면이 형성된 전극 조립체를 제조하였다.
가압 프레스로 전극 조립체를 가압할 때의 가압 온도는 80℃, 가압 압력은 600kgf, 가압 시간은 60초였다.
비교예 1
양극, 분리막, 음극, 분리막 및 양극이 교대로 적층된 구조를 갖는 제1 바이셀을 8개 준비하고, 음극, 분리막, 양극, 분리막 및 음극이 교대로 적층된 구조를 갖는 제2 바이셀을 7개 준비하고, 분리 필름 1개를 준비하였다.
모든 전극과 분리막은 직사각형의 시트 형상을 가졌으며, 전극과 분리막의 가로 및 세로 길이는 실시예 1과 동일하였다.
이후, 분리 필름 상에 분리 필름의 일끝부부터 타끝부 방향으로 제1 바이셀과 제2 바이셀을 교대로 서로 인접하게 배치하되, 분리 필름의 일끝부에는 제1 바이셀을 배치하였고, 분리 필름의 타끝부 방향으로 제1 바이셀의 폭만큼 이격된 거리에 제2 바이셀을 배치하였다.
이후, 분리 필름을 폴딩하여 전극 조립체를 제조하였다. 분리 필름이 폴딩되는 간격은 제1 바이셀 및 제2 바이셀 각각의 폭과 동일하였다. 분리 필름을 폴딩할 때 전극 조립체에 가해지는 가압 온도는 70℃였다.
이후, 가압 프레스로 전극 조립체를 가압하여 서로 다른 곡률 반경을 갖는 곡면이 형성된 전극 조립체들을 다수 제조하였다.
가압 프레스로 전극 조립체를 가압할 때의 가압 온도는 80℃, 가압 압력은 600kgf, 가압 시간은 60초였다.
비교예 2
가압 프레스로 전극 조립체를 가압할 때의 가압 시간이 320초인 것을 제외하고는, 비교예 1과 동일하게 전극 조립체를 제조하였다.
비교예 3
가압 프레스로 전극 조립체를 가압할 때의 가압 시간이 900초인 것을 제외하고는, 비교예 1과 동일하게 전극 조립체를 제조하였다.
실험예
실시예 및 비교예에 의해 제조된 전극 조립체를 구성하는 전극과 분리막 간에 박리 현상이 발생하였는지 여부를 육안으로 확인하였다.
확인 결과, 실시예 1 내지 3에 의해 제조된 전극 조립체에서는 모두 박리 현상은 관찰되지 않았다.
반면, 비교예에 의해 제조된 전극 조립체들 중 일부에는 박리 현상이 관찰되었다. 즉, 비교예 1에서는 310mm보다 작은 곡률 반경을 갖는 전극 조립체에서 박리 현상이 관찰되었고, 비교예 2에서는 208mm보다 작은 곡률 반경을 갖는 전극 조립체에서 박리 현상이 관찰되었다. 그리고, 비교예 3에서는 175mm보다 작은 곡률 반경을 갖는 전극 조립체에서 박리 현상이 관찰되었다.
이상에서 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 실시가 가능함은 물론이다.
10 : 전극 조립체
100 : 전극 적층체
102 : 와인딩 분리막
110 : 제1 기본 단위체
120 : 제2 기본 단위체
110a : 제1 바이셀
120a : 제2 바이셀
130 : 삽입 분리막
142 : 양극
144 : 음극
146 : 분리막
C : 곡면

Claims (15)

  1. 전극과 분리막을 교대로 적층하여 제조되는 기본 단위체를 복수 구비하는 제1 단계;
    복수의 상기 기본 단위체를 적층하여 전극 적층체를 제조하는 제2 단계; 및
    상기 전극 적층체의 외면을 가압함으로써 상기 전극 적층체에 곡률 반경을 갖는 곡면이 형성된 전극 조립체를 제조하는 제3 단계; 를 포함하고,
    상기 제3 단계 이전에 형성되는 접착력으로서, 상기 전극 적층체 내부의 전극과 분리막 간의 접착력 중 상기 제3 단계 이후에 잔존하는 접착력의 합을 F1이라 하고,
    상기 전극과 분리막의 형상이 상기 제3 단계에서 상기 전극 적층체가 가압되기 전의 형상으로 돌아가도록 상기 전극과 분리막이 다시 펼쳐지려고 하는 힘의 합을 R이라고 하고,
    상기 제3 단계에 의해 상기 전극 조립체 내부의 전극과 분리막 간에 추가로 형성된 접착력의 합을 F2라고 하면,
    F1 + R ≤ F2의 식을 만족하는 전극 조립체 제조방법.
  2. 청구항 1에서,
    상기 전극 적층체 내의 기본 단위체들 간의 상대적인 거리가 유지되도록 상기 전극 적층체의 둘레를 상기 전극 적층체를 구성하는 상기 분리막과 별개의 분리막인 와인딩 분리막으로 감싸는 와인딩 단계; 를 더 포함하고,
    상기 와인딩 단계는 상기 제2 단계 및 상기 제3 단계 사이에서 이루어지고,
    상기 F2는 제3 단계에서 추가로 형성되며 상기 전극 적층체 내부의 전극과 분리막 간의 접착력의 합(e1) 및 상기 제3 단계에서 추가로 형성되며 상기 전극 적층체와 상기 와인딩 분리막 간의 접착력의 합(e2)을 포함하는 전극 조립체 제조방법.
  3. 청구항 1에서,
    상기 곡률 반경은 70 내지 200mm인 전극 조립체 제조방법.
  4. 청구항 1에서,
    상기 제1 단계에서,
    상기 전극과 분리막이 접착되는 온도는 30℃ 내지 70℃인 전극 조립체 제조방법.
  5. 청구항 1에서,
    상기 제3 단계에서,
    상기 전극 적층체가 가압되는 압력은 400kgf 내지 800kgf인 전극 조립체 제조방법.
  6. 청구항 1에서,
    상기 제3 단계에서,
    상기 전극 적층체를 가압하는 온도는 60℃ 내지 100℃인 전극 조립체 제조방법.
  7. 청구항 2에서,
    상기 와인딩 단계에서,
    상기 와인딩 분리막은 상기 전극 적층체의 둘레 전체를 감싸는 전극 조립체 제조방법.
  8. 청구항 1에서,
    상기 기본 단위체는,
    최외곽 양면에 각각 양극이 구비되는 제1 바이셀; 및
    최외곽 양면에 각각 음극이 구비되는 제2 바이셀; 을 포함하고,
    상기 제2 단계에서,
    상기 제1 바이셀 및 상기 제2 바이셀은 교대로 적층되되 상기 제1 바이셀 및 상기 제2 바이셀 사이에는 별도의 분리막인 삽입 분리막이 구비되는 전극 조립체 제조방법.
  9. 청구항 8에서,
    상기 제1 바이셀은,
    양극, 분리막, 음극, 분리막, 양극이 배치된 구조를 가지고,
    상기 제2 바이셀은,
    음극, 분리막, 양극, 분리막, 음극이 배치된 구조를 가지는 전극 조립체 제조방법.
  10. 청구항 8에서,
    상기 제2 단계에서,
    상기 전극 적층체의 최외곽 양면에는 상기 제1 바이셀이 구비되고, 상기 전극 적층체의 최외곽 양면에 구비되는 상기 제1 바이셀의 최외곽 양면 중 바깥쪽 면에는 집전체의 일면에만 양극 활물질이 코팅된 단면 양극이 구비되는 전극 조립체 제조방법.
  11. 청구항 8에서,
    상기 제2 단계에서,
    상기 전극 적층체에 상기 제1 바이셀은 8개가 구비되고,
    상기 전극 적층체에 상기 제2 바이셀은 7개가 구비되는 전극 조립체 제조방법.
  12. 청구항 1에서,
    상기 제3 단계에서,
    상기 전극 적층체에서 상기 곡률 반경이 형성되는 상기 곡면의 끝부의 곡률 반경은 상기 곡률 반경이 형성되는 상기 곡면의 중앙부의 곡률 반경보다 2 내지 8% 작은 전극 조립체 제조방법.
  13. 전극과 분리막을 교대로 적층하여 제조되는 기본 단위체를 복수 구비하는 제1 단계;
    복수의 상기 기본 단위체를 적층하여 전극 적층체를 제조하는 제2 단계;
    상기 전극 적층체 내의 기본 단위체들 간의 상대적인 거리가 유지되도록 상기 전극 적층체의 둘레 중 적어도 일부를 상기 전극 적층체를 구성하는 상기 분리막과 별개의 분리막인 와인딩 분리막으로 감싸는 와인딩 단계; 및
    상기 전극 적층체의 외면을 가압함으로써 상기 전극 적층체에 곡률 반경을 갖는 곡면이 형성된 전극 조립체를 제조하는 제3 단계; 를 포함하고,
    상기 제1 단계에서,
    상기 전극과 분리막이 접착되는 온도는 30℃ 내지 70℃이고,
    상기 제3 단계에서,
    상기 전극 적층체가 가압되는 온도는 60℃ 내지 100℃인 전극 조립체 제조방법.
  14. 청구항 13에서,
    상기 곡률 반경은 70 내지 200mm인 전극 조립체 제조방법.
  15. 청구항 13에서,
    상기 제2 단계에서 상기 기본 단위체를 적층할 때 상기 기본 단위체가 가압되는 압력은 상기 제3 단계에서 상기 전극 적층체가 가압되는 압력의 10% 이하인 전극 조립체 제조방법.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2022270827A1 (ko) * 2021-06-22 2022-12-29 주식회사 엘지에너지솔루션 전극 조립체 제조공정

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20130131246A (ko) * 2012-05-23 2013-12-03 주식회사 엘지화학 전극조립체 및 이를 포함하는 전기화학소자
KR101578367B1 (ko) * 2013-07-31 2015-12-17 주식회사 엘지화학 휘어진 형상의 전극 적층체 및 이를 포함하는 전지셀
KR20160115357A (ko) * 2015-03-27 2016-10-06 주식회사 엘지화학 휘어진 형상의 전지셀 제조방법
JP2018511144A (ja) * 2015-06-23 2018-04-19 エルジー・ケム・リミテッド 湾曲型電極組立体の製造方法

Family Cites Families (26)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100515571B1 (ko) * 2000-02-08 2005-09-20 주식회사 엘지화학 중첩 전기 화학 셀
EP1421636A2 (en) * 2001-08-24 2004-05-26 Koninklijke Philips Electronics N.V. Method of manufacturing a lithium battery, a lithium battery and an electrical appliance
KR100858790B1 (ko) 2006-05-15 2008-09-17 주식회사 엘지화학 고용량 및 우수한 안전성의 이차전지
KR101049841B1 (ko) * 2008-03-12 2011-07-15 주식회사 엘지화학 휘어진 형상의 전지셀 및 이를 포함하는 전지팩
US20120183825A1 (en) * 2011-01-14 2012-07-19 Seung-Hun Lee Secondary battery and method of manufacturing the same
US20130108907A1 (en) * 2011-10-28 2013-05-02 Apple Inc. Curved battery cells for portable electronic devices
KR20130103202A (ko) 2012-03-09 2013-09-23 한화케미칼 주식회사 전극 조립체 및 이를 포함하는 이차 전지
KR101523427B1 (ko) 2012-06-28 2015-05-27 주식회사 엘지화학 전극조립체의 제조공정
CN102769146A (zh) * 2012-06-29 2012-11-07 宁德新能源科技有限公司 一种锂离子电池极芯及其制备方法
JP2014165096A (ja) * 2013-02-27 2014-09-08 Nippon Zeon Co Ltd リチウムイオン二次電池耐熱層用スラリーの製造方法及びリチウムイオン二次電池用電極の製造方法
US20140272543A1 (en) * 2013-03-15 2014-09-18 Apple Inc. Manufacturing techniques using fiducials in three-dimensional stacked-cell batteries
PL2882027T3 (pl) 2013-05-23 2020-09-07 Lg Chem, Ltd. Zespół elektrodowy i jednostka rodnikowa dla niego
TWM482169U (zh) 2013-07-05 2014-07-11 Power Source Energy Co Ltd 曲面電池
KR101738734B1 (ko) 2013-09-26 2017-06-08 주식회사 엘지화학 파우치형 이차전지
JP6254290B2 (ja) 2013-09-30 2017-12-27 エルジー・ケム・リミテッド 曲面構造の電池パック
US9912005B2 (en) * 2013-10-29 2018-03-06 Samsung Sdi Co., Ltd. Method of manufacturing curved secondary battery
ITMO20130311A1 (it) * 2013-11-11 2015-05-12 Kemet Electronics Italia S R L Metodo di laminazione
KR102305766B1 (ko) 2014-03-31 2021-09-27 가부시키가이샤 한도오따이 에네루기 켄큐쇼 전력 저장 장치 및 전자 장치
KR102256294B1 (ko) * 2014-07-14 2021-05-26 삼성에스디아이 주식회사 가요성 이차 전지
JP2016033988A (ja) * 2014-07-31 2016-03-10 ダイハツ工業株式会社 二次電池
WO2016093589A1 (ko) * 2014-12-08 2016-06-16 주식회사 엘지화학 안전성이 향상된 전극조립체, 그의 제조방법 및 상기 전극조립체를 포함하는 전기화학소자
CN107810563B (zh) 2015-06-25 2020-04-14 Lg伊诺特有限公司 紫外光发光二极管、发光二极管封装及照明装置
WO2017090937A1 (ko) * 2015-11-23 2017-06-01 주식회사 엘지화학 구조 변형이 적은 곡면 전지셀 및 이를 제조하는 방법
US9837682B1 (en) * 2016-08-29 2017-12-05 Microsoft Technology Licensing, Llc Variable layer thickness in curved battery cell
KR102187172B1 (ko) * 2016-12-01 2020-12-07 주식회사 엘지화학 커브드 케이스용 금형장치 및 그를 이용한 커브드 이차전지 제조방법
KR102347981B1 (ko) 2018-04-23 2022-01-07 주식회사 엘지에너지솔루션 전극 조립체 및 그 전극 조립체 제조방법

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20130131246A (ko) * 2012-05-23 2013-12-03 주식회사 엘지화학 전극조립체 및 이를 포함하는 전기화학소자
KR101578367B1 (ko) * 2013-07-31 2015-12-17 주식회사 엘지화학 휘어진 형상의 전극 적층체 및 이를 포함하는 전지셀
KR20160115357A (ko) * 2015-03-27 2016-10-06 주식회사 엘지화학 휘어진 형상의 전지셀 제조방법
JP2018511144A (ja) * 2015-06-23 2018-04-19 エルジー・ケム・リミテッド 湾曲型電極組立体の製造方法

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2022270827A1 (ko) * 2021-06-22 2022-12-29 주식회사 엘지에너지솔루션 전극 조립체 제조공정

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Publication number Publication date
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EP3683879A4 (en) 2021-04-07
US11621434B2 (en) 2023-04-04
WO2020004759A1 (ko) 2020-01-02
CN111201658A (zh) 2020-05-26
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