KR20200076944A - 분리막 일체형의 전극 제조방법 및 이를 이용하여 제조된 전극을 포함하는 전극조립체 - Google Patents

분리막 일체형의 전극 제조방법 및 이를 이용하여 제조된 전극을 포함하는 전극조립체 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전극 합제가 코팅된 상태로 권취된 전극과 권취된 분리막을 취출하면서 상기 전극과 분리막을 라미네이션(Lamination)하는 과정, 및 일체화된 전극과 분리막을 컷팅(cutting)하는 과정을 포함하는 분리막 일체형의 전극 제조방법에 대한 것으로서, 전극과 분리막을 먼저 일체화한 후 컷팅을 함으로써 분리막의 크기를 전극의 크기와 동일하게 형성할 수 있다.

Description

분리막 일체형의 전극 제조방법 및 이를 이용하여 제조된 전극을 포함하는 전극조립체 {Method for Preparing Separator Integrated type Electrode and Electrode Assembly Comprising Electrode Manufactured Using the Same}
본원 발명은 분리막의 잉여분이 생기는 것을 방지하기 위하여 전극과 분리막의 크기를 일치시키는 분리막 일체형의 전극 제조방법 및 이를 이용하여 제조된 전극을 포함하는 전극조립체에 대한 것이다.
재충전이 불가능한 일차전지와 달리, 충방전이 가능한 전지를 이차전지라 하는데, 이는 휴대폰, 노트북, 태플릿PC 등 휴대용 전자 기기들 뿐만 아니라 자동화 시스템, 전기자동차, 항공 산업 분야에서도 널리 사용되고 있다.
상기 이차전지의 종류로서 종래에는 니켈-카드뮴전지, 니켈-수소전지 등의 니켈계 이차전지가 사용되었으나, 높은 작동 전압을 갖고 니켈계 이차전지보다 약 3배의 용량을 가지며 단위 중량당 에너지 밀도가 높은 리튬 이차전지의 사용이 급속도로 증가되고 있다.
상기 리튬 이차전지는 양극 활물질과 음극 활물질이 각각 도포된 양극과 음극이 분리막을 사이에 두고 배치된 구조를 가진 전극조립체, 상기 전극조립체를 수납하는 외장 케이스, 및 상기 전극조립체에 함침되어 있는 전해액을 포함한다.
일반적으로, 상기 전극조립체는 서로 독립적으로 존재하는 양극, 분리막, 음극을 적층하여 형성하는데, 양극과 음극이 접촉하는 경우 단락이 일어날 수 있기 때문에 이들을 정렬하는 과정이 정밀하게 이루어져야 한다.
또한, 전극조립체에서 양극과 음극이 접촉하는 것을 방지하기 위하여, 양극 및 음극의 면적보다 상대적으로 면적이 넓은 분리막을 사용하는데, 양극 및 음극의 외주변에서 연장된 잉여 분리막에 의해 전극조립체의 용량이 상대적으로 저하되는 문제가 있다.
이와 관련하여, 특허문헌 1은 동일한 개수의 전극과 분리막이 교대로 배치되어 일체로 결합된 1종 또는 2종의 기본 단위체가 반복적으로 배치된 구조의 단위체 스택부를 포함하는 전극조립체로서, 전극의 길이와 분리막의 길이가 동일한 구조를 개시하나, 전극과 분리막을 교대로 적층하여 배치하는 방법을 사용하고 있다. 이와 같이, 1단위의 전극과 1단위의 분리막을 적층하여 배치하는 경우에는 이들을 정렬하기 위해 정밀한 과정이 필요한 단점이 있다.
특허문헌 2는 전극과 분리막이 교대로 적층되어 있고, 상기 전극과 분리막의 테두리를 부분적으로 접합하여 일체화된 접합부와, 상기 이웃하는 접합부 사이에 통로를 형성하는 구조를 포함하는 전극조립체를 개시하고 있다.
상기 특허문헌 2의 전극조립체는 전극과 분리막을 열압착하여 접합부가 형성된 구조로서 일체형의 전극조립체를 형성하나, 전극보다 면적이 넓은 분리막을 사용하고 있다.
특허문헌 3은 양극 전극, 음극 전극, 양극 전극과 음극 전극 사이에 개재되는 세퍼레이터를 포함하며, 양극 활물질층과 음극 활물질층의 면적은 동일하거나 공차범위 내에서 양극 활물질층의 면적이 더 큰 전극조립체를 개시하고 있다.
그러나, 특허문헌 3은 양극 전극과 음극 전극의 면적 범위에 대한 한정을 하고 있으나, 세퍼레이터의 면적을 양극 또는 음극의 면적과 일치시키기 위한 해결방안은 개시하지 못하고 있다.
이와 같이, 상기 특허문헌들은 분리막의 잉여분을 제거할 수 있으면서 안전성을 확보할 수 있는 기술을 제시하지 못하는 바, 전극조립체에서 양극 및 음극 사이에 개재되는 분리막의 면적을 최소화하면서, 양극 및 음극이 접촉하여 단락이 일어나는 것을 방지할 수 있는 기술에 대한 필요성이 높은 실정이다.
한국 공개특허공보 제2016-0014370호 한국 공개특허공보 제2016-0016174호 한국 공개특허공보 제2011-0058380호
본원 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위한 것으로서, 양극 및 음극 사이에 분리막을 개재한 상태로 적층한 구조를 포함하는 전극조립체에서, 분리막의 면적을 최소화하면서 양극과 음극의 접촉을 방지하여 안전성을 확보할 수 있는 전극의 제조방법 및 이를 이용하여 제조된 전극을 포함하는 전극조립체를 제공하는 것을 목적으로 한다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본원 발명에 따른 전극 제조방법은, 전극 합제가 코팅된 상태로 권취된 전극과 권취된 분리막을 취출하면서 상기 전극과 분리막을 라미네이션(Lamination)하여 일체화하는 과정, 및 일체화된 전극과 분리막을 컷팅(cutting)하는 과정을 포함하는 분리막 일체형의 전극 제조방법일 수 있다.
상기 전극은 노칭(Notching)된 상태에서 분리막과 라미네이션될 수 있다.
또한, 상기 노칭은 취출되는 전극의 양측 끝단 중 전극 탭이 형성되는 제1측 끝단에 전극 탭을 형성하는 과정일 수 있다.
또는, 상기 일체화된 전극과 분리막을 노칭한 후 컷팅할 수 있다.
또는, 상기 일체화된 전극과 분리막의 컷팅과 노칭이 함께 이루어질 수 있다.
상기 노칭은 일체화된 전극과 분리막에서 전극 탭이 형성되는 제1측 끝단에는 전극 탭을 형성하고, 상기 제1측 끝단의 반대 방향인 제2측 끝단에서는 일체화된 전극과 분리막의 잉여부분을 함께 제거하는 과정일 수 있다.
상기 전극은 양극 또는 음극, 또는 양극 및 음극일 수 있다.
상기 분리막은 전극의 상면 및 하면 중 적어도 일측면에 위치할 수 있다.
상기 분리막 일체형 전극은, 전극과 분리막의 취출 방향 길이가 동일할 수 있다.
또는, 상기 분리막 일체형 전극은, 전극과 분리막의 취출 방향 길이가 동일하고, 상기 제1측 끝단에서 제2측 끝단까지의 길이가 동일할 수 있다.
본 발명은 또한, 상기 제조방법을 이용하여 제조된 전극을 포함하는 전극조립체를 제공한다.
상기 전극조립체는 분리막 일체형 음극, 및 양극을 포함할 수 있다.
상기 전극조립체는 분리막 일체형 음극의 면적이 양극의 면적보다 클 수 있다.
본 발명은 또한, 상기 전극조립체를 포함하는 이차전지를 단위셀로 포함하는 전지팩을 제공한다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본원 발명에 따른 전극 제조방법은 전극과 분리막이 일체화된 상태에서 전극과 분리막을 컷팅하기 때문에, 전극 및 분리막의 취출 방향을 기준으로 전극과 분리막의 길이가 동일하게 형성된다.
또한, 전극과 분리막을 일체화한 상태에서 노칭을 수행하는 경우에는, 전극 탭이 돌출된 방향을 기준으로 전극과 분리막의 길이를 동일하게 형성할 수 있다.
이와 같이, 전극과 분리막의 면적을 동일하게 형성할 수 있으므로, 잉여분의 분리막 사용을 절약할 수 있으며, 상대적으로 전극의 면적을 종래 분리막의 면적까지 증가시킬 수 있는 바, 고용량의 전극조립체를 제공할 수 있다.
또한, 전극조립체 제조시 양극과 분리막 일체형 음극을 분리막을 사이에 놓고 적층할 때 양극과 음극의 정렬을 용이하게 할 수 있는 바, 종래에 분리막이 상대적으로 음극보다 크기 때문에 분리막 아래에 놓이는 양극의 위치를 정렬하는 데에 어려움이 있었던 문제를 해결할 수 있다.
도 1은 제1실시예에 따른 전극 제조방법을 나타내고 있다.
도 2는 제2실시예에 따른 전극 제조방법을 나타내고 있다.
도 3은 제3실시예에 따른 전극 제조방법을 나타내고 있다.
도 4는 도 2에 도시된 전극 제조방법을 이용하여 제조된 전극을 포함하는 전극조립체의 분해 사시도이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본원 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본원 발명을 쉽게 실시할 수 있는 실시예를 상세히 설명한다. 다만, 본원 발명의 바람직한 실시예에 대한 동작 원리를 상세하게 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본원 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.
또한, 도면 전체에 걸쳐 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 사용한다. 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 연결되어 있다고 할 때, 이는 직접적으로 연결되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고, 간접적으로 연결되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 어떤 구성요소를 포함한다는 것은 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라, 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
본 발명에 따른 전극 제조방법은, 권취된 전극 및 권취된 분리막을 취출하면서 전극과 분리막을 라미네이션하여 분리막과 전극을 일체화하고, 일체화된 전극과 분리막을 컷팅하는 과정을 포함하는 바, 분리막이 전극에 부착된 상태에서 컷팅이 되기 때문에 분리막과 전극의 크기가 동일하게 형성될 수 있다.
구체적으로, 양극, 분리막, 음극 가운데 가장 면적이 큰 분리막의 크기가 종래의 분리막 크기와 동일한 경우, 상대적으로 양극보다 큰 음극을 분리막의 크기와 동일하게 형성할 수 있다. 또한, 본 발명은 양극과 음극의 정렬이 용이한 점을 고려할 때, 양극의 크기와 음극의 크기 차이를 종래의 전극조립체에서 양극과 음극의 크기 차이보다 줄일 수 있다.
따라서, 종래에 컷팅된 전극에 컷팅된 분리막을 적층하여 제조하는 전극조립체와 비교할 때, 본원발명은 음극의 크기가 분리막의 크기까지 증가될 수 있고, 양극의 크기도 종래의 양극보다 증가할 수 있는 바, 전지의 용량이 증가될 수 있는 장점이 있다.
또한, 전지케이스 내부에서 전극조립체가 차지하는 부피가 증가되기 때문에 에너지 밀도가 증가하는 효과를 얻을 수 있다.
또한, 양극 및 음극의 접촉을 방지하기 위하여, 상대적으로 크기가 큰 음극을 분리막과 일체형 구조로 형성하고, 양극은 상기 음극보다 작게 형성할 수 있다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 전극은 노칭된 상태에서 분리막과 라미네이션될 수 있다.
구체적으로, 전극 합제가 코팅된 상태로 권취된 전극롤과 분리막롤이 언와인딩(unwinding)되면 전극과 분리막이 취출되어 서로 포개어진 후 상하로 배치된 압연롤 사이를 이동하면서 열과 압력을 인가하는 방식으로 진행된다. 전극 합제층을 구성하는 전극 활물질, 바인더의 종류 및 전극 합제층의 두께 등을 고려하여 압연롤이 인가하는 열과 압력을 조절할 수 있다.
이와 같은 라미네이션 과정을 통해 분리막 일체형의 전극을 제조할 수 있다.
취출되는 분리막은 취출되는 전극의 일측 또는 양측면에 위치하도록 전극롤 및 분리막롤을 배치할 수 있는 바, 전극의 일측면에만 분리막이 결합된 구조, 및 전극의 양측면에 분리막이 결합된 구조의 분리막 일체형의 전극을 제조할 수 있다.
상기 언와인딩 되는 전극롤은 전극 탭이 형성되기 전 상태일 수 있는 바, 취출된 전극은 제1측 끝단에서 전극 탭 형성을 위한 노칭이 이루어질 수 있고, 이후 노칭된 전극과 분리막이 라미네이션되어 분리막 일체형 전극을 형성하고 컷팅부재에 의한 컷팅이 이루어질 수 있다.
이와 관련하여 도 1은 제1실시예에 따른 전극 제조방법을 나타내고 있다.
도 1을 참조하면, 전극 합제가 코팅된 전극롤(110) 및 분리막이 권취된 분리막롤(120, 130) 각각에서 전극(111) 및 분리막(121, 131)이 취출되는 바, 취출되는 전극(111)을 중심으로 상부에 분리막(121)이 위치하고 하부에 분리막(131)이 위치하도록 적층된다.
또는, 도 1에 도시된 바와 달리, 분리막은 전극의 상부 또는 하부에만 위치하도록 적층될 수 있음은 물론이다.
취출되는 전극(111)에서 제1측 끝단(115)에는 노칭부재(180)가 위치하는 바, 노칭부재(180)에 의해 전극(111)의 제1측 끝단(115)에는 전극 탭(112)이 형성된다.
전극 탭(112)이 형성된 전극 및 분리막 적층체는 한 쌍의 압연롤(140)을 이용하여 가열 가압되어 라미네이션된다. 도 1의 압연롤(140)은 상부압연롤(141) 및 하부압연롤(142) 한 쌍의 구조로 이루어져 있으나, 도 1에 도시된 바와 달리, 복수의 압연롤 쌍들로 이루어질 수 있다.
압연롤(140)에 의해 가압된 분리막과 전극은 일체형 구조가 되는 바, 소망하는 전극의 크기로 컷팅부재(150)에 의해 컷팅되어 분리막 일체형의 전극(170)이 제조된다.
이와 같이, 분리막 일체형 전극(170)은 전극(111)과 분리막(121, 131)이 라미네이션되어 일체화된 상태에서 컷팅이 되기 때문에, 전극(111)과 분리막(121, 131)의 취출 방향 길이(w1)는 동일하게 형성된다.
분리막(121, 131)의 제1측 끝단(115)에서 제2측 끝단(116)까지의 길이(d2)는 전극(111)에서 전극 탭(112)을 제외한 전극 본체의 제1측 끝단(115)에서 제2측 끝단(116)까지의 길이(d1)와 동일할 수 있다.
또는, 분리막과 전극 적층시 분리막이 전극을 완전히 덮도록 하기 위해 정밀한 과정이 필요할 수 있는 바, 안정적인 작업을 위하여 분리막(121, 131)의 제1측 끝단(115)이 전극 본체의 제1측 끝단(115) 외측으로 연장되고 분리막(121, 131)의 제2측 끝단(116)이 전극 본체의 제2측 끝단(116) 외측으로 연장될 수 있다. 따라서, 분리막의 제1측 끝단(115)에서 제2측 끝단(116)까지의 길이(d2)는 전극 본체의 제1측 끝단(115)에서 제2측 끝단(116)까지의 길이(d1)보다 길 수 있다. 그러나, 전극 탭(112)이 분리막 바깥으로 노출되어야 하는 점을 고려할 때, 분리막(121, 131)의 연장 길이가 돌출된 전극 탭(112)을 부분적으로 덮을 수는 있으나, 완전히 덮을 정도로 연장되는 것은 바람직하지 않다.
상기 컷팅부재(150)는 반복적으로 컷팅작업을 수행함에 따라 전극 합제층 등이 표면에 묻는 등 오염이 유발될 수 있다. 따라서, 오염된 컷팅부재(150)를 세척할 수 있는 클리닝부재를 선택적으로 포함할 수 있다. 이에, 도 1은 컷팅부재(150)의 인접부에 클리닝부재(151)가 부가된 구조를 도시하고 있다.
다만, 도 1에 도시된 바와 달리, 컷팅부재(150)의 세척이 가능한 구조라면, 그 형태 및 위치가 특정되지 않으며, 예를 들어, 클리닝부재(151)는 컷팅부재(150)와 이격되도록 배치될 수 있음은 물론이다.
또한, 클리닝부재(151)의 세척 방법은 특별히 한정되지 않는 바, 예를 들어, 공기분사 방법에 의한 세척 방법을 이용할 수 있고, 컷팅부재(150)의 컷팅날 전체 부분이 세척될 수 있도록 클리닝부재(151)의 폭은 컷팅부재(150)의 폭과 같거나 더 큰 크기로 이루어질 수 있다.
도 1에서 전극(111)은 음극 또는 양극 일 수 있으나, 적어도 분리막과 취출 방향 길이가 동일하게 형성되는 점을 고려할 때, 상대적으로 면적이 넓은 음극인 것이 바람직하다.
그러나, 분리막 일체형의 양극을 제조할 수 있음은 물론이다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 전극과 분리막은 라미네이션 과정을 통해 일체화된 상태에서 노칭한 후 컷팅하는 순서로 제조될 수 있다.
이와 관련하여 도 2는 제2실시예에 따른 전극 제조방법을 나타내고 있다.
도 2를 참조하면, 전극 합제가 코팅된 전극롤(210) 및 분리막이 권취된 분리막롤(220, 230) 각각에서 전극(211) 및 분리막(221, 231)이 취출되는 바, 취출되는 전극(211)을 중심으로 상부에 분리막(221)이 위치하고 하부에 분리막(231)이 위치하도록 적층된다.
도 2에 도시된 전극 제조방법은 도 1에 도시된 전극 제조방법과 달리, 라미네이션을 통해 분리막 일체형의 전극을 제조한 후 전극 탭을 형성하기 위한 노칭 과정을 수행하는 바, 분리막(221, 231)은 전극(211)이 노출되지 않도록 전극 탭(212)이 형성되는 제1측 끝단(215)을 제외한 전극(211)을 완전히 덮은 상태에서 압연롤(240)에 의해 가열 및 가압되어 라미네이션 된다.
도 2의 압연롤(240)은 상부압연롤(241) 및 하부압연롤(242) 한 쌍의 구조로 이루어져 있으나, 도 2에 도시된 바와 달리, 복수의 압연롤 쌍들로 이루어질 수 있다.
라미네이션 과정 이후, 일체화된 전극 및 분리막에서 제1측 끝단(215)에는 전극 탭을 형성하고, 제2측 끝단(216)에는 전극과 분리막을 함께 제거하는 노칭을 진행한다.
노칭부재(260)는 제1측 끝단(215)에 전극 탭(212)을 형성하기 위하여, 컷팅 전 전극(211)에서 전극 합제 미코팅 부분인 전극 탭(212)과 전극 탭(212) 사이 부분을 잘라낸다. 또한, 제2측 끝단(216)에서는 전극과 분리막의 제2측 끝단이 일치하도록 일체화된 전극 및 분리막을 함께 잘라낸다.
따라서, 제2실시예에 따른 전극 제조방법을 사용하는 경우, 분리막 일체형 전극(270)은 전극(211)과 분리막(221, 231)의 취출 방향 길이(w2)가 동일할 뿐 아니라, 전극 탭(212)을 제외한 전극의 제1측 끝단(215)에서 제2측 끝단(216)까지의 길이(d3)는 분리막(221, 231)의 제1측 끝단(215)에서 제2측 끝단(216)까지의 길이(d4)와 동일하다.
노칭된 전극은 컷팅부재(250)에 의해 소망하는 크기의 전극으로 컷팅되어 분리막 일체형 전극(270)이 제조된다.
분리막(221, 231)과 전극(211)의 컷팅이 반복될수록 컷팅부재(250)의 표면에 전극 합제층이 묻는 등 오염될 수 있는 바, 컷팅부재(250)의 세척이 필요할 수 있다. 따라서, 오염된 컷팅부재(250)를 세척할 수 있는 클리닝부재를 선택적으로 포함할 수 있다. 이에, 도 2는 컷팅부재(250)의 인접부에 클리닝부재(251)가 부가된 구조를 도시하고 있다.
다만, 도 2에 도시된 바와 달리, 컷팅부재(250)의 세척이 가능한 구조라면, 그 형태 및 위치가 특정되지 않으며, 예를 들어, 클리닝부재(251)는 컷팅부재(250)와 이격되도록 배치될 수 있다.
또한, 클리닝부재(251)의 세척 방법은 특별히 한정되지 않는 바, 예를 들어, 공기분사 방법에 의한 세척 방법을 이용할 수 있고, 컷팅부재(250)의 컷팅날 전체 부분이 세척될 수 있도록 클리닝부재(251)의 폭은 컷팅부재(250)의 폭과 같거나 더 큰 크기로 이루어질 수 있다.
다른 하나의 구체적인 예에서, 상기 분리막 일체형의 전극에서 컷팅과 노칭이 함께 이루어질 수 있다.
이와 관련하여, 도 3은 제3실시예에 따른 전극 제조방법을 나타내고 있다.
도 3을 참조하면, 전극 합제가 코팅된 전극롤(310) 및 분리막이 권취된 분리막롤(320, 330) 각각에서 전극(311) 및 분리막(321, 331)이 취출되는 바, 취출되는 전극(311)을 중심으로 상부에 분리막(321)이 위치하고 하부에 분리막(331)이 위치하도록 적층된다.
분리막(321, 331)은 전극(311)이 노출되지 않도록 전극 탭(312)이 형성되는 제1측 끝단(315)을 제외한 전극(311)을 완전히 덮은 상태에서 압연롤(340)에 의해 가열 및 가압되어 라미네이션 된다.
도 3의 압연롤(340)은 상부압연롤(341) 및 하부압연롤(342) 한 쌍의 구조로 이루어져 있으나, 도 3에 도시된 바와 달리, 복수의 압연롤 쌍들로 이루어질 수 있다.
라미네이션 과정 이후, 일체화된 전극 및 분리막에서 제1측 끝단(315)에는 전극 탭을 형성하고 제2측 끝단(316)에는 전극과 분리막을 함께 잘라내기 위하여 노칭부재(360)를 이용한 노칭이 이루어진다. 이와 함께, 소망하는 크기의 전극을 형성하기 위하여 컷팅부재(350)에 의한 컷팅이 이 이루어진다.
도 3의 전극 제조방법은 도 2에 도시된 전극 제조방법과 달리, 노칭부재(360)와 컷팅부재(350)가 일체형 구조로 이루어지는 바, 노칭 과정과 컷팅 과정이 동시에 이루어질 수 있으므로 제조 과정의 간소화가 가능하다.
도 3의 전극 제조방법에 의해 제조된 분리막 일체형 전극(370)은 전극(311)과 분리막(321, 331)의 취출 방향 길이(w3)가 동일할 뿐 아니라, 전극 탭(312)을 제외한 전극의 제1측 끝단(315)에서 제2측 끝단(316)까지의 길이(d5)는 분리막(321, 331)의 제1측 끝단(315)에서 제2측 끝단(316)까지의 길이(d6)와 동일하다.
상기 컷팅부재(350)는 반복적으로 컷팅작업을 수행함에 따라 전극 합제층 등이 표면에 묻는 등 오염이 유발될 수 있다. 따라서, 오염된 컷팅부재(350)를 세척할 수 있는 클리닝부재를 선택적으로 포함할 수 있다. 이에, 도 3은 컷팅부재(350)의 인접부에 클리닝부재(351)가 부가된 구조를 도시하고 있다.
다만, 도 3에 도시된 바와 달리, 컷팅부재(350)의 세척이 가능한 구조라면, 그 형태 및 위치가 특정되지 않으며, 예를 들어, 클리닝부재(351)는 컷팅부재(350)와 이격되도록 배치될 수 있음은 물론이다.
또한, 클리닝부재(351)의 세척 방법은 특별히 한정되지 않는 바, 예를 들어, 공기분사 방법에 의한 세척 방법을 이용할 수 있고, 컷팅부재(350)의 컷팅날 전체 부분이 세척될 수 있도록 클리닝부재(351)의 폭은 컷팅부재(350)의 폭과 같거나 더 큰 크기로 이루어질 수 있다.
그 외의 구조 및 제조방법은 도 2의 설명과 동일하므로 생략한다.
종래에는, 1단위의 분리막과 1단위의 전극을 형성한 후 적층 및 압연하기 위하여, 분리막 자체를 컷팅하는 과정이 필요했는데, 분리막 소재의 특성 상 컷팅이 용이하지 않은 문제가 있었다.
그러나, 본원발명과 같이, 전극과 분리막이 일체화된 구조를 형성한 상태에서 노칭 및 컷팅이 이루어지는 바, 컷팅력이 향상되는 효과를 얻을 수 있다.
도 4는 도 2에 도시된 전극 제조방법을 이용하여 제조된 전극을 포함하는 전극조립체의 분해 사시도를 모식적으로 도시하고 있다.
도 4를 참조하면, 위에서부터 아래 방향으로 분리막(221), 전극(211), 분리막(231) 및 전극(301)이 적층되어 있고 분리막(221), 전극(211) 및 분리막(231)은 전극과 분리막이 일체형 구조로 이루어진 상태로서 전극의 제1측 끝단에서 제2측 끝단까지의 길이(d3)와 분리막의 제1측 끝단에서 제2측 끝단까지의 길이(d4)가 동일하게 형성된다.
그러나, 전극(301)은 상대적으로 d3 및 d4 각각보다 작은 크기로 이루어지는 바, 바람직하게는 전극(211)은 음극이고 전극(301)은 양극일 수 있다.
또한, 도 4에 도시된 바와 달리, 전극조립체는 상대적으로 크기가 작은 전극(301)도 도 1 내지 도 3에 도시된 전극의 제조방법에 의해 제조된 분리막 일체형의 전극일 수 있으며, 또는, 전극(211)과 분리막(221)이 일체형 구조이고, 분리막(231)이 전극(301)과 동일한 크기로 이루어진 일체형 구조일 수 있음은 물론이다.
또한, 도 4에 도시된 전극조립체가 복수개 연속적으로 적층된 구조로 이루어질 수 있다.
이하에서는, 본원 발명의 실시예를 참조하여 설명하지만, 이는 본원 발명의 더욱 용이한 이해를 위한 것으로, 본원 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.
비교예로서, 평면상 정사각형 형태의 양극으로서, 하기 표 1의 면적을 갖는 양극을 제조하였다.
상기 정사각형 형태의 양극보다 한 변의 길이가 3mm 더 큰 음극을 제조하면, 상기 음극의 면적은 하기 표 1과 같다.
실시예로서, 본 발명에 따른 전극 제조방법에 의해 제조된 분리막 일체형 전극으로 음극을 제조하면, 음극과 분리막의 크기가 동일하게 된다. 또한, 음극과 분리막의 크기가 동일하기 때문에 양극과의 정렬을 용이하게 할 수 있는 바, 상기 음극의 한 변의 길이보다 1mm 작은 크기를 갖는 양극을 이용하여 제조할 수 있다.
이와 같이 제조된 음극 및 양극의 크기와, 상기 증가된 양극 크기로 인한 용량증가비율을 하기 표 1에 나타내었다.
비교예 실시예
양극 (mm2) 음극 (mm2) 양극 (mm2) 음극 (mm2) 용량증가비율(%)
100(10*10) 169(13*13) 144(12*12) 169(13*13) 1.44
225(15*15) 324(18*18) 289(17*17) 324(18*18) 1.28
400(20*20) 529(23*23) 484(22*22) 529(23*23) 1.21
625(25*25) 784(28*28) 729(27*27) 784(28*28) 1.17
900(30*30) 1,089(33*33) 1,024(32*32) 1,089(33*33) 1.14
상기 표 1을 참조하면, 실시예의 경우, 동일한 크기의 음극을 사용하는 경우, 양극의 면적이 증가하게 되는 바, 전지의 전체 용량이 증가됨을 알 수 있다.
본원 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본원 발명의 범주내에서 다양한 응용 및 변형을 수행하는 것이 가능할 것이다.
110, 210, 310: 전극롤
111, 211, 311, 301: 전극
112, 212, 312: 전극 탭
115, 215, 315: 제1측 끝단
116, 216, 316: 제2측 끝단
120, 130, 220, 230, 320, 330: 분리막롤
121, 131, 221, 231, 321, 331: 분리막
140, 240, 340: 압연롤
141, 241, 341: 상부압연롤
142. 242, 342: 하부압연롤
150, 250, 350: 컷팅부재
170, 270, 370: 분리막 일체형의 전극
151, 251, 351: 클리닝부재
180, 260, 360: 노칭부재
d1, d3, d5: 전극의 제1측 끝단에서 제2측 끝단까지의 길이
d2, d4, d6: 분리막의 제1측 끝단에서 제2측 끝단까지의 길이
w1, w2, w3: 전극과 분리막의 취출 방향 길이

Claims (14)

  1. 전극 합제가 코팅된 상태로 권취된 전극과 권취된 분리막을 취출하면서 상기 전극과 분리막을 라미네이션(Lamination)하여 일체화하는 과정; 및
    일체화된 전극과 분리막을 컷팅(cutting)하는 과정;
    을 포함하는 분리막 일체형의 전극 제조방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 전극은 노칭(Notching)된 상태에서 분리막과 라미네이션되는 전극 제조방법.
  3. 제2항에 있어서, 상기 노칭은 취출되는 전극의 양측 끝단 중 전극 탭이 형성되는 제1측 끝단에 전극 탭을 형성하는 과정인 전극 제조방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 일체화된 전극과 분리막을 노칭한 후 컷팅하는 전극 제조방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 일체화된 전극과 분리막의 컷팅과 노칭이 함께 이루어지는 전극 제조방법.
  6. 제4항 또는 제5항에 있어서, 상기 노칭은, 일체화된 전극과 분리막에서 전극 탭이 형성되는 제1측 끝단에는 전극 탭을 형성하고, 상기 제1측 끝단의 반대 방향인 제2측 끝단에서는 일체화된 전극과 분리막의 잉여부분을 함께 제거하는 과정인 전극 제조방법.
  7. 제1항에 있어서, 상기 전극은 양극 또는 음극, 또는 양극 및 음극인 전극 제조방법.
  8. 제1항에 있어서, 상기 분리막은 전극의 상면 및 하면 중 적어도 일측면에 위치하는 전극 제조방법.
  9. 제1항에 있어서, 상기 분리막 일체형 전극은, 전극과 분리막의 취출 방향 길이가 동일한 전극 제조방법.
  10. 제4항 또는 제5항에 있어서, 상기 분리막 일체형 전극은, 전극과 분리막의 취출 방향 길이가 동일하고, 상기 제1측 끝단에서 제2측 끝단까지의 길이가 동일한 전극 제조방법.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 따른 전극 제조방법을 이용하여 제조된 전극을 포함하는 전극조립체.
  12. 제11항에 있어서, 상기 전극조립체는 분리막 일체형 음극, 및 양극을 포함하는 전극조립체.
  13. 제11항에 있어서, 상기 전극조립체는 분리막 일체형 음극의 면적이 양극의 면적보다 큰 전극조립체.
  14. 제11항에 따른 전극조립체를 포함하는 이차전지를 단위셀로 포함하는 전지팩.
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KR20110058380A (ko) 2009-11-26 2011-06-01 삼성에스디아이 주식회사 전극 조립체 및 이를 포함하는 이차전지
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KR20160016174A (ko) 2014-08-04 2016-02-15 주식회사 엘지화학 전극조립체, 전지셀 및 전지셀 제조방법

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