KR20220112515A - Method for manufacturing electrode assembly including line compression and surface compression, electrode assembly manufactured using the same - Google Patents
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Abstract
Description
본원발명은 선압착 및 면압착을 포함하는 전극조립체 제조방법, 이를 이용하여 제조된 전극조립체에 관한 것이다. 구체적으로 전극의 상단에 배치되는 분리막 상단면을 압착 롤러로 롤링하면서 가압하고, 전극과 분리막의 적층체를 한쌍의 압착 플레이트를 이용하여 가압하여 전극과 분리막의 접합력을 강화할 수 있는 선압착 및 면압착을 포함하는 전극조립체 제조방법 및 이를 이용하여 제조된 전극조립체에 관한 것이다.The present invention relates to a method for manufacturing an electrode assembly including line compression bonding and surface compression bonding, and an electrode assembly manufactured using the same. Specifically, the upper surface of the separator disposed on the top of the electrode is pressed while rolling with a compression roller, and the laminate of the electrode and the separator is pressed using a pair of compression plates to strengthen the bonding force between the electrode and the separator. It relates to an electrode assembly manufacturing method comprising a, and an electrode assembly manufactured using the same.
스마트폰 등의 모바일 기기에 대한 수요가 증가함에 따라 이들의 에너지원으로 사용되는 이차전지에 대한 수요가 커지고 있다. 이차전지는 또한 전기 자동차(EV), 하이브리드 전기자동차(HEV), 플러그-인 하이브리드 전기자동차(P-HEV) 및 에너지 저장 디바이스(ESS) 등에도 적용되고 있다.As the demand for mobile devices such as smartphones increases, the demand for secondary batteries used as their energy sources is increasing. Secondary batteries are also being applied to electric vehicles (EVs), hybrid electric vehicles (HEVs), plug-in hybrid electric vehicles (P-HEVs), and energy storage devices (ESSs).
한편, 이차전지는 형상에 따라 원통형 전지, 각형 전지, 파우치형 전지 등으로 구분할 수 있다. 그 중에서도 높은 집적도로 적층될 수 있고 중량당 에너지 밀도가 높으며 형태의 변형이 용이한 파우치형 전지가 많은 관심을 모으고 있다. 파우치형 전지는 전지케이스가 라미네이트 시트로 이루어진 전지를 의미하며, 전지케이스 내부에 전극조립체가 내장되는 구조이다.On the other hand, the secondary battery can be classified into a cylindrical battery, a prismatic battery, a pouch-type battery, etc. according to the shape. Among them, a pouch-type battery that can be stacked with a high degree of integration, has a high energy density per weight, and is easily deformable in shape, is attracting a lot of attention. The pouch-type battery means a battery in which the battery case is made of a laminate sheet, and has a structure in which an electrode assembly is built into the battery case.
이차전지를 구성하는 양극/분리막/음극 구조의 전극조립체는 그것의 구조에 따라 크게 젤리-롤형(권취형)과 스택형(적층형) 및 스택-폴딩형으로 구분된다. 젤리-롤형 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. 젤리-롤형 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 있다. 스택-폴딩형은 상기 젤리-롤형과 스택형의 혼합 형태인 진일보한 구조의 전극조립체로서, 일정한 단위 크기의 양극/분리막/음극 기본 구조의 풀셀(full cell) 또는 양극(음극)/분리막/음극(양극)/분리막/양극(음극) 기본 구조의 바이셀(bicell)을 긴 길이의 연속적인 분리막 필름을 이용하여 폴딩하는 구조이다. The electrode assembly of the anode/separator/cathode structure constituting the secondary battery is largely divided into a jelly-roll type (winding type), a stack type (laminated type), and a stack-folding type according to its structure. The jelly-roll type electrode assembly is formed by coating an electrode active material on a metal foil used as a current collector, drying and pressing, cutting it into a band of a desired width and length, and separating the negative electrode and the positive electrode using a separator, and then spiral manufactured by winding The jelly-roll type electrode assembly is suitable for a cylindrical battery, but has disadvantages such as a peeling problem of the electrode active material and low space utilization when applied to a prismatic or pouch type battery. On the other hand, the stacked electrode assembly has a structure in which a plurality of positive and negative electrode units are sequentially stacked, and has an advantage in that it is easy to obtain a prismatic shape. The stack-folding type is an electrode assembly having an advanced structure that is a mixture of the jelly-roll type and the stack type, and is a full cell or positive electrode (cathode)/separator/negative electrode having a basic structure of a positive electrode/separator/negative electrode of a certain unit size. (Anode)/Separator/Anode (Cathode) This is a structure in which a bicell with a basic structure is folded using a long continuous separator film.
도 1에 도시한 바와 같이 종래의 기술에 따른 스택형 전극조립체는 분리막(103)/제1 전극(101)/분리막(103)/제2 전극(102)/분리막(103)을 순차적으로 적층한 후 압착 플레이트를 이용하여 압착한다. As shown in FIG. 1 , the stacked electrode assembly according to the prior art is obtained by sequentially stacking a
또한 도 2에 도시한 바와 같이 종래의 기술에 따른 스택-폴딩형 전극조립체는 분리막(203)을 지그재그로 절곡하면서 제1 전극(201) 및 제2 전극(202)이 적층되면서 전극조립체가 제조된다. 제조과정에서 절곡 유닛(230) 이동방향을 고려하여 텐션 롤러(240)이 배치되고, 전극의 일측 외부변 상면에 배치되는 맨드릴(220)이 분리막을 고정시켜 주면서 분리막(203)의 장력이 낮아지는 것을 방지해 준다.In addition, as shown in FIG. 2, in the stack-folding type electrode assembly according to the prior art, the
상기와 같은 종래의 기술들은 분리막과 전극들 사이에 충분한 접착력을 제공하기 어렵고, 따라서 전극조립체의 두께가 두꺼워지는 문제점이 있다. The conventional techniques as described above have a problem in that it is difficult to provide sufficient adhesion between the separator and the electrodes, and thus the thickness of the electrode assembly is increased.
따라서 파우치형 이차전지의 개발에서 분리막과 전극의 합치성 및 전극조립체의 두께는 필수적인 고려사항이다. Therefore, in the development of a pouch-type secondary battery, the compatibility of the separator and the electrode and the thickness of the electrode assembly are essential considerations.
특허문헌 1은 분리막 공급장치, 상기 분리막 공급장치에 의해 공급된 분리막을 가열하는 히팅부, 전극 공급장치, 전극 공급장치에 의해 공급된 전극과 히팅부에 의해 가열된 분리막을 합치하는 합치장치를 포함하는 이차전지용 라미네이션 장치를 개시하였다. 특허문헌 1은 전극과 합치하기 위한 분리막을 가열하는 히팅부를 포함하는 라미네이션 기술을 개시하였으나, 라미네이션 과정에서 접합되는 양전극과 음전극 사이에 구비되는 분리막이 한쪽으로 쏠려 두 극의 숏트 발생으로 과열되어 베터리 화재사고 등이 발생하는 문제점이 있다지
이와 같이 전극조립체 제조공정에서 분리막과 전극의 접합력을 향상시킬 수 있는 효과적인 기술은 아직까지 제시되지 않고 있다. As such, an effective technique for improving the bonding strength between the separator and the electrode in the electrode assembly manufacturing process has not been proposed yet.
본원발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위한 것으로서, 스택형 전극조립체 또는/및 스택-적층형 전극조립체를 제조하는 과정에서 서로 대면하는 분리막과 전극의 접착력을 향상 시킬 수 있도록 압착 롤러 및 압착플레이트를 이용하는 전극조립체 제조장치 및 이를 이용하여 제조된 전극조립체를 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention is to solve the above problems, and uses a pressing roller and a pressing plate to improve adhesion between a separator and an electrode facing each other in the process of manufacturing a stacked electrode assembly or/and a stack-laminated electrode assembly An object of the present invention is to provide an electrode assembly manufacturing apparatus and an electrode assembly manufactured using the same.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본원발명은, (s1) 분리막, 제1 전극을 순차적으로 배치하는 단계, (s2) 상기 제1 전극의 상단면에 분리막을 배치하고, 상기 분리막의 상단면 일단에서 타단까지 압착 롤러를 이용하여 롤링하면서 압착하는 선압착단계, (s3) 상기 분리막의 상단면 위에 제2 전극을 배치하는 단계, (s4) 상기 제2 전극의 상단면에 분리막을 배치하고, 상기 분리막의 상단면 일단에서 타단까지 압착 롤러를 이용하여 롤링하면서 압착하는 선압착단계 및 (s5) 상기 (s1) 단계 내지 (s4) 단계에서 제조된 전극조립체를 압착 플레이트를 이용하여 압착하는 면압착단계를 포함하는 전극조립체 제조방법을 제공할 수 있다.In the present invention for achieving the above object, (s1) sequentially disposing a separator and a first electrode, (s2) placing a separator on the upper surface of the first electrode, and at one end of the upper surface of the separator A pre-compression step of pressing while rolling using a compression roller to the other end, (s3) disposing a second electrode on the upper surface of the separator, (s4) disposing a separator on the upper surface of the second electrode, and the separator A pre-compression step of pressing while rolling from one end to the other end of the top surface of the It is possible to provide a method for manufacturing an electrode assembly comprising.
본원발명에 따른 전극조립체 제조방법에서, 전극조립체는 스택형 전극조립체일 수 있다.In the electrode assembly manufacturing method according to the present invention, the electrode assembly may be a stacked electrode assembly.
또한, 본원발명에 따른 상기 전극조립체 제조방법에서, 상기 (s2) 단계 및/또는 (s4) 단계에서 하나 이상의 압착 롤러를 이용할 수 있다.In addition, in the electrode assembly manufacturing method according to the present invention, one or more pressing rollers may be used in the (s2) and/or (s4) steps.
또한, 본원발명에 따른 전극조립체 제조방법에서, 전극조립체는 스택-폴딩형 전극조립체일 수 있다.In addition, in the electrode assembly manufacturing method according to the present invention, the electrode assembly may be a stack-folding type electrode assembly.
또한, 본원발명에 따른 상기 전극조립체 제조방법에서, 상기 (s2)단계와 상기 (s3)단계 사이에, 압착 롤러를 지지축으로 하여 분리막을 폴딩하는 단계를 포함할 수 있다.In addition, in the electrode assembly manufacturing method according to the present invention, between the (s2) and (s3) steps, the step of folding the separator using a pressing roller as a support shaft may be included.
는 전극조립체 제조방법.is an electrode assembly manufacturing method.
또한, 본원발명에 따른 상기 전극조립체 제조방법에서, 상기 (s3)단계와 (s4)단계사이에, 압착 롤러를 분리막 사이에서 빼낸 후, 폴딩 된 상부측 분리막을 폴딩 방향으로 당겨주는 텐션단계를 포함하는 전극조립체 제조방법.In addition, in the electrode assembly manufacturing method according to the present invention, between the steps (s3) and (s4), after pulling out the compression roller between the separators, a tension step of pulling the folded upper separator in the folding direction is included. A method for manufacturing an electrode assembly.
또한, 본원발명에 따른 상기 전극조립체 제조방법에서, 상기 (s2)단계를 수행 후, 압착 플레이트를 이용하여 압착하는 단계를 포함할 수 있다.In addition, in the electrode assembly manufacturing method according to the present invention, after performing the step (s2), it may include the step of pressing using a pressing plate.
또한, 본원발명에 따른 상기 전극조립체 제조방법에서, 상기 압착 롤러의 온도, 압력 및 롤링 속도는 제어부에 의해 조절될 수 있다.In addition, in the electrode assembly manufacturing method according to the present invention, the temperature, pressure, and rolling speed of the compression roller may be adjusted by a control unit.
또한, 본원발명에 따른 상기 전극조립체 제조방법에서, 상기 분리막은 접착력을 가지는 코팅 물질이 표면에 코팅되어 있을 수 있다.In addition, in the electrode assembly manufacturing method according to the present invention, the separator may be coated with a coating material having an adhesive force on the surface.
본원발명은, 상기 전극조립체 제조방법에 따라 생산된 전극조립체를 제공하며, 또한, 상기 전극조립체를 포함하는 이차전지와 상기 이차전지를 포함하는 전지모듈을 제공한다. The present invention provides an electrode assembly produced according to the electrode assembly manufacturing method, and also provides a secondary battery including the electrode assembly and a battery module including the secondary battery.
본원발명은 또한 상기 과제의 해결 수단을 다양하게 조합한 형태로도 제공이 가능하다.The present invention can also be provided in the form of various combinations of means for solving the above problems.
이상에서 설명한 바와 같이, 본원발명에 따른 전극조립체 제조방법은 선압착 및 면압착을 이용하는 방법을 이용하여, 대면하는 전극과 분리막 사이의 접착력을 향상시킬 수 있다.As described above, the electrode assembly manufacturing method according to the present invention can improve the adhesion between the facing electrode and the separator by using a method using a line compression bonding and a surface compression bonding.
압착롤러를 이용하여 분리막의 폴딩 위치를 지지해 주는 바, 폴딩된 분리막의 주름 생성 방지에 유리하다.A bar supporting the folding position of the separation membrane by using a pressing roller is advantageous in preventing wrinkling of the folded separation membrane.
또한, 대면하는 전극과 분리막의 접착력을 향상시킴으로써, 전극들과 분리막들의 적층되어형성되는 전극조립체의 적층 두께를 축소시킬 수 있다.In addition, by improving the adhesion between the facing electrode and the separator, it is possible to reduce the stacking thickness of the electrode assembly formed by stacking the electrodes and the separator.
이와 같이, 본원발명은 두께가 얇아진 전극조립체를 제조할 수 있는바, 상기 전극조립체를 이용하는 이차전지 및 전지모듈의 에너지 밀도를 향상시킬 수 있다.As described above, according to the present invention, since an electrode assembly having a reduced thickness can be manufactured, the energy density of a secondary battery and a battery module using the electrode assembly can be improved.
도 1은 종래의 기술에 따른 스택형 전극조립체 제조 과정 모식도이다.
도 2는 종래의 기술에 따른 스택-폴딩형 전극조립체 제조 과정 모식도이다.
도 3은 본원발명의 제1실시예에 따른 스택형 전극조립체 제조 과정 모식도이다.
도 4 내지 도 8은 본원발명의 제2실시예에 따른 스택-폴딩형 전극조립체 제조 과정 모식도이다.
도 9는 전극과 분리막 간 Wet 접착력 측정방법 개요도이다.
도 10은 전극과 분리막 간 Wet 접착력 측정 결과도이다.1 is a schematic diagram of a manufacturing process of a stacked electrode assembly according to the prior art.
2 is a stack according to the prior art - a schematic diagram of a manufacturing process of a folding type electrode assembly.
3 is a schematic diagram of a manufacturing process of a stacked electrode assembly according to a first embodiment of the present invention.
4 to 8 are stacks according to a second embodiment of the present invention - a schematic diagram of a manufacturing process of a folding type electrode assembly.
9 is a schematic diagram of a method for measuring wet adhesion between an electrode and a separator.
10 is a view showing the measurement result of wet adhesion between the electrode and the separator.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본원발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본원발명을 쉽게 실시할 수 있는 실시예를 상세히 설명한다. 다만, 본원발명의 바람직한 실시예에 대한 동작 원리를 상세하게 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본원발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.Hereinafter, embodiments in which those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains can easily practice the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, when it is determined that a detailed description of a related well-known function or configuration may unnecessarily obscure the gist of the present invention in describing the operating principle of the preferred embodiment of the present invention in detail, the detailed description thereof will be omitted.
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.In addition, the same reference numerals are used throughout the drawings for parts having similar functions and functions. Throughout the specification, when it is said that a part is connected to another part, it includes not only a case in which it is directly connected, but also a case in which it is indirectly connected with another element interposed therebetween. In addition, the inclusion of a certain component does not exclude other components unless otherwise stated, but means that other components may be further included.
또한, 구성요소를 한정하거나 부가하여 구체화하는 설명은, 특별한 제한이 없는 한 모든 발명에 적용될 수 있으며, 특정한 발명에 대한 설명으로 한정되지 않는다.In addition, descriptions that limit or add elements are applicable to all inventions unless there are special limitations, and are not limited to descriptions of specific inventions.
또한, 본원의 발명의 설명 및 청구범위 전반에 걸쳐서 단수로 표시된 것은 별도로 언급되지 않는 한 복수인 경우도 포함한다.Also, throughout the description and claims of the present application, the singular includes the plural unless otherwise indicated.
또한, 본원의 발명의 설명 및 청구범위 전반에 걸쳐서 "또는"은 별도로 언급되지 않는 한 "및"을 포함하는 것이다. 그러므로 "A 또는 B를 포함하는"은 A를 포함하거나, B를 포함하거나, A 및 B를 포함하는 상기 3가지 경우를 모두 의미한다.Also, throughout the description and claims herein, "or" is intended to include "and" unless stated otherwise. Therefore, "comprising A or B" means all three cases including A, including B, or including A and B.
이하, 본원발명에 따른 전극조립체 제조방법을 첨부한 도면을 참조하여 설명하기로 한다.Hereinafter, a method for manufacturing an electrode assembly according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
도 3은 본원발명의 제1실시예에 따른 스택형 전극조립체 제조 과정 모식도이다.3 is a schematic diagram of a manufacturing process of a stacked electrode assembly according to a first embodiment of the present invention.
도 3을 참조하면, 본원발명의 제1실시예에 따른 스택형 전극조립체 제조방법은 다음과 같다.도 3의 (c1)에 도시한 바와 같이, 첫번째 층 분리막(1103), 제1 전극(1101) 및 두번째 층 분리막(1103)을 하부 압착 플레이트(1111)의 상단면에 순차적으로 적층한다. 다음 압착 롤러(1120)를 이용하여 최상단에 위치하는 두번째 층 분리막(1103)의 상단면의 일단 모서리에서 타단 모서리까지 x축 방향에서 좌측으로 롤링하면서 가압한다. 또한, 한 개 이상의 압축 롤러(1120)를 마련하여 연속적으로 롤링하면서 가압할 수 있다.Referring to FIG. 3 , a method for manufacturing a stacked electrode assembly according to a first embodiment of the present invention is as follows. As shown in FIG. 3 ( c1 ), a
압축 롤러(1120)는 50~100 kgf/cm2의 압력으로 상기 최상단에 위치하는 두번째 층 분리막(1103)의 상단면을 롤링하면서 가압할 수 있다. 50kgf/cm2 보다 작은 압력으로 가압하면 분리막(1103)과 제1 전극(1101)이 서로 접착되지 않거나, 접착되더라도 쉽게 떨어질 수 있고, 100kgf/cm2 보다 큰 압력으로 가압하면 분리막(1103) 및/또는 전극(제1 전극 또는 후술 제2 전극)이 손상될 수 있기 때문에 바람직하지 않다.The
또한, 압축 롤러(1120)는 80~100 ℃의 온도로 가열된 상태에서 상기 최상단에 위치하는 두번째 층 분리막(1103)의 상단면을 롤링하면서 가압할 수 있다. 80 ℃보다 낮은 온도에서 가압하면 분리막(1103)과 제1 전극(1101)이 서로 접착되지 않거나, 접착되더라도 쉽게 떨어질 수 있기 때문에 바람직하지 않고, 100 ℃보다 높은 온도에서 가압하면 분리막(1103)의 pore가 막히거나 분리막(1103) 및/또는 전극(제1 전극 또는 후술 제2 전극)이 변형이 발생 할 수 있기 때문에 바람직하지 않다.In addition, the
상기 압축 롤러(1120)로 상기 최상단에 위치하는 두번째 층 분리막(1103)을 가압 완료한 후, 상부 압착 플레이트(1112)를 이용하여 상기 최상단 두번째 층 분리막(1103)을 가압할 수 있다. 이때 하부 압착 플레이트(1111)는 상부에 위치하는 첫번째 층 분리막(1103)의 하단면을 제1 전극(1101)의 방향으로 상향 가압 할 수 있다. 이는 제1 전극(1101)의 하단면과 대면하여 위치하는 첫번째 층 분리막(1103)의 접착성을 향상시키는데 유리하다. After pressing the uppermost second
또한, 상기 상부 압착 플레이트(1111)와 하부 압착 플레이트(1112)는 80~100 ℃의 온도로 가열될 수 있고, 50~100 kgf/cm2의 압력으로 가압할 수 있다. 상기 온도와 압력 조건은 상기 압축 롤러(1120)의 설명에 기재되었으므로 생략한다.In addition, the
이어서, 도 3의 (c2)에 도시한 바와 같이, 압축 롤러(1120)로 가압한 후, 상기 두번째 층 분리막(1103)의 상단면에 제2 전극(1102)과 세번째 층 분리막(1103)을 순차적으로 추가 적층한다. 다음 상기 세번째 층 분리막(1103)의 상단면을 하나 이상의 압축 롤러(1120)를 이용하여 분리막의 모서리 일단에서 대면하는 타단까지 x축 방향에서 우측으로 롤링하면서 가압한다.Subsequently, as shown in (c2) of FIG. 3, after pressing with a
다음은, 도 3의 (c3)에 도시한 바와 같이, 상기 적층된 첫번째 층 분리막(1103), 제1 전극(1101), 두번째 층 분리막(1103), 제2 전극(1102) 및 세번째 층 분리막(1103)로 구성된 적층체는 상부 압축 플레이트(1112) 및/또는 하부 압축 플레이트(1111)를 이용하여 가압하여 전극조립체 기본단위체가 완성된다.Next, as shown in (c3) of FIG. 3, the stacked
본원발명에서 상기 압축 롤러(1120)의 온도, 압력 및 롤링 속도, 상기 상부 압축 플레이트(1112)와 상기 하부 압축 플레이트(1111)의 온도, 압력 및 가압 속도는 별도로 마련된 제어부(미도시)에 의해 제어된다.In the present invention, the temperature, pressure, and rolling speed of the
상기 제1 전극은 양극, 제2 전극은 음극이 될 수 있고, 또는 반대일 수 있다.The first electrode may be an anode, the second electrode may be a cathode, or vice versa.
상기 본원발명의 제1 실시예에서는 분리막/제1 전극/분리막/제2 전극/분리막으로 구성된 전극조립체 기본단위체를 설명하였으나, 양극/분리막/음극과 양극/분리막/음극/분리막/양극/분리막/음극 구조의 풀셀(Full cell) 또는 양극/분리막/음극/분리막/양극의 단위 구조 및 음극/분리막/양극/분리막/음극의 단위구조의 바이세(Bi-cell) 구조일 수 있으며, 상기 풀셀 및/또는 바이셀들이 분리막을 사이에 배치하면서 조합된 전극조립체일 수 있다. In the first embodiment of the present invention, the electrode assembly basic unit composed of separator/first electrode/separator/second electrode/separator has been described, but anode/separator/cathode and anode/separator/cathode/separator/anode/separator/ It may be a full cell with a negative electrode structure or a bi-cell structure with a unit structure of positive electrode / separator / negative electrode / separator / positive electrode and a unit structure of negative electrode / separator / positive electrode / separator / negative electrode, the full cell and It may be an electrode assembly in which bicells are combined with a separator interposed therebetween.
도 4 내지 도 8은 본원발명의 제2실시예에 따른 스택-폴딩형 전극조립체 제조 과정 모식도이다.4 to 8 are stacks according to a second embodiment of the present invention - a schematic diagram of a manufacturing process of a folding type electrode assembly.
도 4 내지 도 8을 참조하면, 본원발명에서 스택-폴딩형 전극조립체 제조방법은 하기 설명과 같다.4 to 8, in the present invention, the stack-folding type electrode assembly manufacturing method is as described below.
도 4에 도시된 바와 같이, 긴 시트 형태의 분리막(1203)을 하부 압착 플레이트(1211)의 상단면에 평평하게 배치한 후, 상기 분리막(1203)의 상단면에 제1 전극(1201)을 위치시키고, 상기 긴 시트 형태의 분리막(1230)을 상기 제1 전극(1201)의 측면을 감싸면서 제1 전극(1201)의 상단면을 덮을 수 있도록 폴딩 시킨다. 폴딩된 제1 전극(1201)의 상단면에 위치하는 분리막(1203)을 폴딩방향으로 잡아당겨 상기 분리막(1203)이 제1 전극(1201)의 상단면에 팽팽하게 위치할 수 있도록 분리막 텐션부재(미도시)가 구비될 수 있다. 물론 상기 제1 전극(1201)과 하부 압착 플레이트(1211) 사이에 위치하는 분리막(1203)의 변형이나 이동이 발생하지 않게 하는 것은 자명하다. As shown in FIG. 4 , after the
이어서, 압착 롤러(1220)를 이용하여 분리막(1203)으로 감싼 제1 전극(1201)의 상기 측면과 제1 전극(1201)이 접하는 모서리 측에서 시작하여, 상기 모서리와 대면하는 타단 모서리까지 롤링하면서 x축 방향에서 좌측으로 상기 분리막(1203)의 상단면을 가압한다. Then, starting from the edge side where the
다음은, 도 5에 도시한 바와 같이, 압착 롤러(1220)를 이용하여 상기 제1 전극(1201)의 상단면에 폴딩된 분리막(1203)의 상단면을 가압한 후, 제2 전극(1202)을 상기 가압된 분리막(1203)의 상단면에 배치한다. Next, as shown in FIG. 5 , after pressing the upper surface of the
그 다음, 도 6에 도시한 바와 같이, 긴 시트 형태의 분리막(1203)을 압착 롤러(1220)를 지지부로 하여 x축 방향에서 우측으로 폴딩하고, 상기 압착 롤러(1220)를 폴딩 된 분리막 사이에서 빼낸다. 그 다음, 제2 전극(1202)의 상단면에 폴딩된 분리막(1203)은 제2 전극(1202)의 상단면을 덮을 수 있도록 당기는 텐션부재(미도시)를 이용하여 x축 방향에서 우측으로 당긴 후 텐션을 유지한다. Next, as shown in FIG. 6 , the long sheet-shaped
이어서, 도 7에 도시한 바와 같이, 제2 전극(1202)의 상단면을 덮은 분리막(1203)의 상단면을 압착 롤러(1220)을 이용하여 x축 방향에서 우측으로 롤링하면서 가압한다. 압착 롤러(1220)는 분리막(1203)이 폴딩되는 제2 전극(1202)의 모서리 측에서 시작하여, 대면하는 타측 방향까지 롤링하면서 이동한다. Then, as shown in FIG. 7 , the upper surface of the
그 다음, 도 8에 도시한 바와 같이, 상기 압착 롤러(1202)가 상기 제2 전극(1202) 상단면에 위치하는 분리막(1203)의 상부를 롤링하면서 가압 완료 후, 상부 압착 플레이트(1212)와 하부 압착 플레이트(1211)의 사이에 폴딩된 분리막(1203), 그 사이에 위치하는 제1 전극(1201) 및 제2 전극(1202)를 위치시킨 후, 대향 가압할 수 있다. 여기에서 제1 전극(1201)과 제2 전극(1202)는 폴딩된 분리막(1203) 사이에 교대로 배치될 수 있고, 그 개수는 특히 한정되지 않는다.Then, as shown in FIG. 8 , after completion of pressing while rolling the upper portion of the
본원발명에 따른 스택-폴딩형 전극조립체 제조방법에서 압착 롤러(1220)의 운전 온도, 압력 및 롤링 속도, 상부 압착 플레이트(1202) 및 하부 압착 플레이트(1201)의 운전 온도, 압력 및 가압 속도는 상기 스택형 전극조립체 제조방법과 동일함으로 생략한다.In the stack-folding type electrode assembly manufacturing method according to the present invention, the operating temperature, pressure, and rolling speed of the
본원발명은 상기 전극조립체 제조방법을 이용하여 스택형 전극조립체 또는 스택-폴딩형 전극조립체를 제공한다.The present invention provides a stack-type electrode assembly or a stack-folding-type electrode assembly using the electrode assembly manufacturing method.
본원발명에 따른 전극조립체 제조방법을 이용하여 제조된 스택형 전극조립체 또는 스택-폴딩형 전극조립체를 포함하는 이차전지 및 전지모듈을 제공한다. 상기 이차전지 및 전지모듈은 압착 롤러 및 한쌍의 압착 플레이트에 의해 히팅 가압되어, 전극과 분리막의 접착력이 향상되고 전극과 분리막 적층체의 두께가 축소된 전극조립체를 포함함으로써 에너지밀도가 향상될 수 있다.A stack-type electrode assembly or a stack-type electrode assembly manufactured using the method for manufacturing an electrode assembly according to the present invention provides a secondary battery and a battery module including the folding-type electrode assembly. The secondary battery and the battery module are heated and pressed by a pressing roller and a pair of pressing plates, so that the adhesion between the electrode and the separator is improved and the energy density can be improved by including an electrode assembly in which the thickness of the electrode and the separator laminate is reduced. .
이하, 실시예를 참조하여, 본원발명의 내용을 더욱 구체적으로 설명하지만, 본원발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the content of the present invention will be described in more detail with reference to Examples, but the scope of the present invention is not limited thereto.
실시예 1Example 1
하부 압착 플레이트 상단에 음극을 배치하고, 상기 음극 상단에 분리막을 배치한 후, 압착 롤러를 이용하여 분리막의 상단을 롤링하면서 가압한다. 그 다음, 상기 가압된 음극과 분리막적층체를 상부 압착 플레이트와 하부 압착 플레이트 사이에 배치한 후, 상기 상부 압착 플레이트와 하부 압축 플레이트를 대향 방향으로 가운데 위치하는 압착 롤러에 의해 가압된 음극과 분막을 다시 가압하여 음극과 분리막 적층체를 제조하였다.A negative electrode is disposed on the upper side of the lower compression plate, and a separator is disposed on the top of the negative electrode, and the upper end of the separator is pressed while rolling using a compression roller. Then, after placing the pressurized negative electrode and the separator laminate between the upper pressing plate and the lower pressing plate, the negative electrode and the separator pressed by a pressing roller centered in the opposite direction between the upper pressing plate and the lower pressing plate Pressurized again to prepare a negative electrode and a separator laminate.
실시예 2Example 2
음극 대신 양극을 사용하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하다.It is the same as Example 1 except for using an anode instead of a cathode.
비교예 1Comparative Example 1
하부 압착 플레이트 상단에 음극을 배치하고, 상기 음극 상단에 분리막을 배치한 후, 상부 압착 플레이트와 하부 압착 플레이트 사이에 배치한다. 그 다음, 상기 상부 압착 플레이트와 하부 압축 플레이트를 대향 방향으로 가운데 위치하는 음극과 분막을 다시 가압하여 음극과 분리막 적층체를 제조하였다.A negative electrode is disposed on the upper side of the lower compression plate, a separator is disposed on the top of the negative electrode, and then the negative electrode is disposed between the upper compression plate and the lower compression plate. Then, the negative electrode and the separator positioned in the center of the upper compression plate and the lower compression plate in opposite directions were pressed again to prepare a negative electrode and a separator laminate.
비교예 2Comparative Example 2
음극 대신 양극을 사용하는 것을 제외하고는 비교예 1과 동일하다.It is the same as in Comparative Example 1 except for using a positive electrode instead of a negative electrode.
전극과 분리막 간 Wet 접착력 측정 방법Method of measuring wet adhesion between electrode and separator
도 9에 도시한 바와 같이, 파우치에 전극과 분리막 적층체와 전해액을 수납한 다음, 파우치를 제거한 후의 전극과 분리막 적층체를 이용하여 전극과 분리막 사이의 Wet 접착력을 측정한다. 전극과 분리막 적층체의 최 상단에 위치하는 분리막을 연결부 역할을 할 수 있는 테이프와 접착한 후, UTM 장비에 상기 테이프를 고정하여, 측정되는 접착 강도(adhesion strength) 값을 기록한다. 음극과 분리막 간의 접착력 층정 시에는 당겨져 떨어지는 분리막 하단에 음극이 위치(c)해 있고, 양극과 분리막간의 접착력 측정시에는 양극이 분리막 하단(d)에 위치한다.As shown in FIG. 9 , the electrode, separator, and electrolyte are accommodated in a pouch, and then the wet adhesion between the electrode and the separator is measured using the electrode and separator stack after the pouch is removed. After bonding the electrode and the separator positioned at the top of the separator with a tape that can serve as a connection part, the tape is fixed to the UTM equipment, and the measured adhesive strength value is recorded. When measuring the adhesive force between the negative electrode and the separator, the negative electrode is located at the lower end of the separator that is pulled off (c), and when measuring the adhesive force between the positive electrode and the separator, the positive electrode is located at the lower end of the separator (d).
UTM 장비에 세팅된 측정 조건(속도, 거리)에 따라 전극과 분리막의 접착력(접착력=adhesion strength)이 UTM 장비에 기록된다. 본원발명에서 UTM 장비는 AMETEK 제조사의 universal Test Machine LS1모델 기기로 이용하였다.According to the measurement conditions (speed, distance) set in the UTM equipment, the adhesion between the electrode and the separator (adhesion strength = adhesion strength) is recorded on the UTM equipment. In the present invention, the UTM equipment was used as a universal Test Machine LS1 model instrument manufactured by AMETEK.
도 10에 도시한 바와 같이, 본원발명에 따른 선압착 및 면압착에 따른 음극과 분리막의 접착력은 면압착만을 이용한 음극과 분리막의 접착력의 약 24배 정도이고, 본원발명에 따른 선압착 및 면압착에 따른 약극과 분리막의 접착력은 면압착만을 이용한 약극과 분리막의 접착력의 약 4배 정도인 것으로 나타났다.As shown in FIG. 10, the adhesive force between the negative electrode and the separator according to the linear compression and surface compression according to the present invention is about 24 times the adhesive force between the negative electrode and the separator using only the surface compression, and the linear compression and surface compression according to the present invention. The adhesive force between the weak electrode and the separator according to the method was found to be about 4 times that of the weak electrode and the separator using only surface compression.
이상으로 본원발명 내용의 특정한 부분을 상세히 기술하였는 바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게, 이러한 구체적 기술은 단지 바람직한 실시 양태일 뿐이며, 이에 의해 본원발명의 범위가 제한되는 것은 아니며, 본원발명의 범주 및 기술사상 범위 내에서 다양한 변경 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속하는 것도 당연하다.As described above in detail a specific part of the content of the present invention, for those of ordinary skill in the art, these specific descriptions are only preferred embodiments, and the scope of the present invention is not limited thereby, It is obvious to those skilled in the art that various changes and modifications can be made within the scope and spirit of the present invention, and it is natural that such variations and modifications fall within the scope of the appended claims.
100: 종래의 기술에 때른 스택형 전극조립체 제조과정
101, 201: 제1 전극
102, 202: 제2 전극
103, 203, 1103, 1203: 분리막
110: 압착 플레이트
200: 종래의 기술에 따른 스택/폴딩형 전극조립체 제조과정
220: 맨드릴
230: 절곡 유닛
231: 가이드 롤러
232: 텐션 롤러
240: 분리막 공급부
1101, 1201: 제1 전극
1102, 1202: 제2 전극
1110, 1210: 압착 플레이트
1111, 1211: 베이스 플레이트
1112, 1212: 상부 압착플레이트
1120, 1220: 히팅 압착롤러100: Stacked electrode assembly manufacturing process according to the prior art
101, 201: first electrode
102, 202: second electrode
103, 203, 1103, 1203: separator
110: crimp plate
200: stack / folding type electrode assembly manufacturing process according to the prior art
220: mandrel
230: bending unit
231: guide roller
232: tension roller
240: separator supply unit
1101, 1201: first electrode
1102, 1202: second electrode
1110, 1210: press plate
1111, 1211: base plate
1112, 1212: upper compression plate
1120, 1220: heating pressing roller
Claims (12)
(s2) 상기 제1 전극의 상단면에 분리막을 배치하고, 상기 분리막의 상단면 일단에서 타단까지 압착 롤러를 이용하여 롤링하면서 압착하는 선압착단계;
(s3) 상기 분리막의 상단면 위에 제2 전극을 배치하는 단계;
(s4) 상기 제2 전극의 상단면에 분리막을 배치하고, 상기 분리막의 상단면 일단에서 타단까지 압착 롤러를 이용하여 롤링하면서 압착하는 선압착단계; 및
(s5) 상기 (s1) 단계 내지 (s4) 단계에서 제조된 전극조립체를 압착 플레이트를 이용하여 압착하는 면압착단계;를 포함하는 전극조립체 제조방법.(s1) sequentially disposing a separator and a first electrode;
(s2) a pre-compression bonding step of arranging a separator on an upper surface of the first electrode, and rolling from one end to the other end of the upper surface of the separator using a compression roller;
(s3) disposing a second electrode on the upper surface of the separator;
(s4) a pre-compression bonding step of arranging a separator on an upper surface of the second electrode and pressing while rolling using a compression roller from one end of the upper surface of the separator to the other end; and
(s5) a surface compression step of pressing the electrode assembly prepared in the steps (s1) to (s4) using a compression plate;
상기 전극조립체는 스택형 전극조립체인 전극조립체 제조방법.According to claim 1,
The electrode assembly is a method of manufacturing an electrode assembly that is a stacked electrode assembly.
상기 (s2) 단계 및/또는 (s4) 단계에서 하나 이상의 압착 롤러를 이용하는 전극조립체 제조방법.3. The method of claim 2,
An electrode assembly manufacturing method using one or more compression rollers in the step (s2) and/or step (s4).
상기 전극조립체는 스택-폴딩형 전극조립체인 전극조립체 제조방법.According to claim 1,
The electrode assembly is a stack-folding electrode assembly method of manufacturing an electrode assembly.
상기 (s2)단계와 상기 (s3)단계 사이에, 압착 롤러를 지지축으로 하여 분리막을 폴딩하는 단계를 포함하는 전극조립체 제조방법.5. The method of claim 4,
Between the step (s2) and the step (s3), the electrode assembly manufacturing method comprising the step of folding the separator using a pressing roller as a support shaft.
상기 (s3)단계와 (s4)단계사이에, 압착 롤러를 분리막 사이에서 빼낸 후, 폴딩 된 상부측 분리막을 폴딩 방향으로 당겨주는 텐션단계를 포함하는 전극조립체 제조방법.6. The method of claim 5,
Between the steps (s3) and (s4), after pulling out the compression roller between the separators, the method of manufacturing an electrode assembly comprising a tension step of pulling the folded upper separator in the folding direction.
상기 (s2)단계를 수행 후,
압착 플레이트를 이용하여 압착하는 단계를 포함하는 전극조립체 제조방법.The method of claim 1,
After performing the step (s2),
An electrode assembly manufacturing method comprising the step of pressing using a pressing plate.
상기 압착 롤러의 온도, 압력 및 롤링 속도는 제어부에 의해 조절되는 전극조립체 제조방법.According to claim 1,
An electrode assembly manufacturing method in which the temperature, pressure and rolling speed of the compression roller are controlled by a control unit.
상기 분리막은 접착력을 가지는 코팅 물질이 표면에 코팅되어 있는 전극조립체 제조방법.According to claim 1,
The separator is an electrode assembly manufacturing method in which a coating material having an adhesive force is coated on the surface.
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