KR20220140417A - 전극 조립체, 배터리 셀, 배터리 셀 가공장치, 이를 포함하는 배터리 팩 및 차량 - Google Patents

전극 조립체, 배터리 셀, 배터리 셀 가공장치, 이를 포함하는 배터리 팩 및 차량 Download PDF

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KR20220140417A
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Abstract

본 발명은 전극 조립체, 배터리 셀, 배터리 셀 커팅장치, 이를 포함하는 배터리 팩 및 차량을 개시한다. 본 발명은, 시트 형태의 제1전극시트(11)와 제2전극시트(12) 사이에 분리막(13)이 적층되고, 상기 제1전극시트(11)와 상기 제2전극시트(12) 및 상기 분리막(13)이 젤리롤 타입으로 권취되며, 상기 제1전극시트(11)와 상기 제2전극시트(12)의 폭방향 단부에 활물질층이 코팅되지 않는 무지부(15)가 형성되는 전극셀 바디부(111); 상기 전극셀 바디부(111)의 코어부(112)를 중심으로 원주방향을 따라 상기 무지부(15)의 일부를 절단함에 따라 형성되는 복수의 절단면부(115); 및 상기 절단면부(115) 사이에 배치되고, 상기 무지부(15)의 비절단부(117a)를 가압하여 눕힘에 따라 형성되는 복수의 포밍부(117);를 포함하는, 전극 조립체(110)를 제공한다.

Description

전극 조립체, 배터리 셀, 배터리 셀 가공장치, 이를 포함하는 배터리 팩 및 차량{Electrode assembly, cylindrical battery cell, battery cell cutting device and battery pack and vehicle including the same}
본 발명은 전극 조립체, 상기 전극 조립체의 무지부 커팅장치와 절곡 가공 장치, 상기 전극 조립체를 포함하는 배터리 셀, 및 상기 배터리 셀을 포함하는 배터리 팩 및 차량에 관한 것이다.
일반적으로 이차전지는 양극, 음극 및 전해질을 포함하고, 화학 반응을 이용하여 전기 에너지를 발생시킨다. 제품 군에 따른 적용 용이성이 높고, 높은 에너지 밀도 등의 전기적 특성을 가지는 이차 전지는 휴대용 기기뿐만 아니라 전기적 구동원에 의하여 구동하는 전기 자동차(EV, Electric Vehicle) 또는 하이브리드 자동차(HEV, Hybrid Electric Vehicle) 등에 보편적으로 응용되고 있다.
이러한 이차 전지는 화석 연료의 사용을 획기적으로 감소시킬 수 있다는 일차적인 장점이 있다. 이차 전지는 에너지의 사용에 따른 부산물이 전혀 발생되지 않는다는 장점이 있다. 이 때문에 이차 전지는 친환경 및 에너지 효율성 제고를 위한 새로운 에너지원으로 주목받고 있다.
현재 널리 사용되는 이차 전지의 종류에는 리튬 이온 전지, 리튬 폴리머 전지, 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지 등이 있다. 이러한 단위 이차 전지 셀, 즉, 단위 배터리 셀(100)의 작동 전압은 약 2.5V ~ 4.5V이다. 따라서, 이보다 더 높은 출력 전압이 요구될 경우, 복수 개의 배터리 셀을 직렬로 연결하여 배터리 팩을 구성하기도 한다. 또한, 배터리 팩에 요구되는 충방전 용량에 따라 다수의 배터리 셀(100)을 병렬 연결하여 배터리 팩을 구성하기도 한다. 따라서, 상기 배터리 팩에 포함되는 배터리 셀의 개수 및 전기적 연결 형태는 요구되는 출력 전압 및/또는 충방전 용량에 따라 다양하게 설정될 수 있다.
한편, 단위 이차 전지 셀의 종류로서, 원통형, 각형 및 파우치형 배터리 셀이 알려져 있다. 원통형 배터리 셀의 경우, 양극과 음극 사이에 절연체인 분리막을 개재하고 이를 권취하여 젤리롤 형태의 전극 조립체를 형성하고, 이를 전지 캔 내부에 삽입하여 전지를 구성한다. 그리고 상기 양극 및 음극 각각의 무지부에는 스트립 형태의 전극 탭이 연결될 수 있다. 전극 탭은 전극 조립체와 외부로 노출되는 전극 단자 사이를 전기적으로 연결한다. 참고로, 양극 전극 단자는 전지 캔의 개방구를 밀봉하는 밀봉체의 캡 플레이트이고, 음극 전극 단자는 전지 캔이다. 그런데, 이와 같은 구조를 갖는 종래의 원통형 배터리 셀에 의하면, 양극 무지부 및/또는 음극 무지부와 결합되는 스트립 형태의 전극 탭에 전류가 집중되기 때문에 저항이 크고 열이 많이 발생하며 집전 효율이 좋지 않다는 문제점이 있었다. 즉, 전극 탭의 단면적이 급격하게 감소되어 전류 흐름의 병목 현상을 일으킬 수 있다.
18650이나 21700의 폼 팩터를 가진 소형 원통형 배터리 셀은 저항과 발열이 큰 이슈가 되지 않는다. 하지만, 원통형 배터리 셀을 전기 자동차에 적용하기 위해 폼 팩터를 증가시킬 경우, 급속 충전 과정에서 전극 탭 주변에서 많은 열이 발생하면서 원통형 배터리 셀이 발화하는 문제가 발생할 수 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위해, 젤리롤 타입의 전극 조립체의 상단 및 하단에 각각 양극 무지부 및 음극 무지부가 위치하도록 설계하고, 이러한 무지부에 집전 플레이트를 용접시켜 집전 효율이 개선된 구조를 갖는 원통형 배터리 셀(소위 탭-리스(Tab-less) 원통형 배터리 셀)이 제시되었다.
제1전극시트와 제2전극시트는 시트(sheet) 모양의 집전체에 활물질이 코팅된 구조를 가지며, 권취 방향을 따라 한쪽 장변 측에 무지부를 포함한다.
전극 조립체는 제1전극시트와 제2전극시트를 2장의 분리막과 함께 순차적으로 적층시킨 후 일방향으로 권취시켜 제작한다. 이 때, 제1전극시트와 제2전극시트의 무지부는 서로 반대 방향으로 배치된다.
권취 공정 이후, 제1전극시트의 무지부와 제2전극시트의 무지부는 코어 측으로 절곡된다. 그 이후에는, 무지부에 집전 플레이트를 각각 용접시켜 결합시킨다.
양극 무지부와 음극 무지부에는 별도의 전극 탭이 결합되어 있지 않으며, 집전 플레이트가 외부의 전극 단자와 연결되며, 전류 패스가 전극 조립체의 권취 축 방향을 따라 큰 단면적으로 형성되므로 배터리 셀의 저항을 낮출 수 있는 장점이 있다. 저항은 전류가 흐르는 통로의 단면적에 반 비례하기 때문이다.
탭-리스 원통형 배터리 셀에서, 무지부와 집전 플레이트의 용접 특성을 향상시키기 위해서는 무지부의 용접 지점에 강한 압력을 가하여 최대한 평평하게 무지부를 절곡시켜야 한다.
그런데, 무지부의 용접 지점을 절곡시킬 때 무지부의 모양이 불규칙하게 일그러지면서 변형될 수 있다. 이 경우, 변형된 부위가 반대 극성의 전극판과 접촉하여 내부 단락을 일으키거나 무지부에 미세한 크랙을 유발할 수 있다. 또한 전극 조립체의 코어에 인접한 무지부가 절곡되면서 전극 조립체의 코어에 있는 공동을 전부 또는 상당 부분을 폐색한다. 이 경우, 전해액 주액 공정에서 문제를 일으킨다. 즉, 전극 조립체의 코어에 있는 공동은 전해액이 주입되는 통로로 사용된다. 그런데, 해당 통로가 폐색되면 전해액 주입이 어렵다. 또한, 전해액 주입기가 공동에 삽입되는 과정에서 코어 근처의 무지부와 간섭을 일으켜 무지부가 찢어지는 문제가 발생할 수 있다.
또한, 집전 플레이트가 용접되는 무지부의 절곡 부위는 여러 겹으로 중첩되어 있어야 하고 빈 공간(빈틈)이 존재하면 안 된다. 그래야만, 충분한 용접 강도를 얻을 수 있고 레이저 용접 등의 최신 기술을 사용하더라도 레이저가 전극 조립체 내부로 침투하여 분리막이나 활물질을 손상시키는 문제를 방지할 수 있다.
대한민국 공개특허공보 제2022-0023100호(2022.03.02. 공개)에는 집전 구조가 개선된 원통형 이차전지가 개시된다. 원통형 이차전지는 집전 플레이트가 무지부의 단부에 선접촉된 상태로 용접되므로, 집전 플레이트와 무지부의 용접 단면적이 무지부 사이의 틈새에 의해 감소되는 문제가 있다. 이에 따라, 전류의 통로인 용접 단면적에서 전기 저항이 증가하므로, 배터리 셀의 발열량이 증가되고, 발화 가능성이 증가될 수 있다.
대한민국 공개특허공보 제2016-0110610(2016.09.22)에는 이차 전지 및 원통형 리튬 이차 전지가 개시된다. 이러한 이차 전지는 제1집전판이 제1무지부에 직접 접촉되게 전기적으로 연결되고, 제2집전판이 제2무지부에 직접 접촉되게 전기적으로 연결되는 구성이 개시된다. 이 또한, 제1집전판과 제2집전판이 제1무지부와 제2무지부의 단부에 선접촉된 상태로 각각 연결되므로, 집전 플레이트와 무지부의 접촉 단면적이 무지부 사이의 틈새에 의해 감소되는 문제가 있다. 접촉 단면적을 증가시킨 데에 한계가 있다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 전극 조립체와 집전 플레이트의 용접 단면적을 증가시켜 전류 패스를 확대할 수 있는 전극 조립체, 배터리 셀, 배터리 셀 커팅장치 및 이를 포함하는 배터리 팩 및 차량을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 전극 조립체가 대용량의 배터리 셀에 적용되더라도 배터리 셀의 발열량 증가를 억제하고 발화 가능성을 감소시킬 수 있는 전극 조립체, 배터리 셀, 배터리 셀 커팅장치 및 이를 포함하는 배터리 팩 및 차량을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 포밍부와 절단면부의 경계부가 찢어지거나 불규칙하게 일그러지면서 변형되는 것을 방지할 수 있는 전극 조립체, 배터리 셀, 배터리 셀 커팅장치 및 이를 포함하는 배터리 팩 및 차량을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 배터리 셀의 발열량을 감소시키거나 폭발 가능성을 현저히 감소시킬 수 있는 전극 조립체, 배터리 셀, 배터리 셀 커팅장치 및 이를 포함하는 배터리 팩 및 차량을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 기술적 과제들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있고, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 이해될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명은, 서로 다른 극성을 가지는 제1전극시트와 제2전극시트 및 이들 간의 절연을 위한 분리막을 적층하고 권취한 젤리-롤 형태의 전극셀 바디부를 포함하는 전극 조립체에 적용될 수 있다.
상기 시트의 적층은, 제1전극시트, 분리막, 제2전극시트, 분리막의 순으로 적층될 수 있다.
상기 권취는 상기 적층된 시트들의 길이방향을 따라 이루어질 수 있다. 이에 따라 형성되는 젤리-롤 형태의 전극셀 바디부의 축방향 길이는 상기 적층된 시트들의 폭과 대응할 수 있다.
상기 제1전극시트와 제2전극시트 중 적어도 어느 한 시트에는 폭방향 단부에 활물질층이 코팅되지 않은 무지부가 마련된다. 이에 따라 상기 무지부는 전극셀 바디부의 축방향 단부에 마련된다. 상기 무지부는 전극셀 바디부의 축방향 단부 어느 일측에 마련되거나, 양측 모두에 마련될 수 있다.
상기 전극 조립체의 전극셀 바디부의 무지부는, 상기 무지부의 일부분을 절취해 냄에 따라 형성되는 복수의 절단면부를 구비한다. 상기 일부분을 절취하고 남은 무지부 부분은 비절단부를 구성한다.
상기 절단면부는 코어부를 중심으로 원주방향을 따라 복수 개 배치된다. 상기 비절단부는 원주방향으로 이웃하는 두 절단면부 사이에 배치된다.
상기 전극 조립체는 상기 비절단부를 절곡 가공함에 따라 형성되는 복수의 포밍부를 포함한다.
상기 절단면부는 상기 전극셀 바디부의 코어부를 중심으로 원주방향을 따라 부채꼴 형태로 형성될 수 있다.
상기 절단면부는 30°~ 180°의 중심각을 가질 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 절단면부는 45°~ 180°, 보다 바람직하게는 상기 절단면부은 60°~ 120°의 중심각을 가질 수 있다.
상기 절단면부는 상기 무지부와 유지부의 경계부에서 상기 축방향 외측으로 일정 거리 이격된 부분을 절단함에 따라 형성될 수 있다. 즉 상기 절단면부는 상기 유지부와 무지부 중 무지부를 커팅하는 것이라 할 수 있다.
상기 포밍부는 상기 전극셀 바디부의 코어부를 중심으로 방사상으로 형성될 수 있다.
상기 포밍부는 상기 비절단부를 상기 전극셀 바디부의 반경방향으로 절곡하여 눕혀지는 형태로 형성될 수 있다. 상기 비절단부는 코어부 측으로 눕혀질 수 있다.
상기 포밍부는 상기 전극셀 바디부의 반경방향과 나란하게 형성될 수 있다.
상기 전극셀 바디부는 원통형으로 형성될 수 있다.
상기 코어부는 상기 전극셀 바디부의 중심부를 관통하는 중공 형태로 형성될 수 있다.
상기 비절단부가 코어부 쪽으로 눕혀질 때 상기 코어부가 절곡된 비절단부에 의해 폐색되는 것을 방지하기 위해, 전극 조립체의 코어부와 외주부 중 코어부 쪽에 가까이 배치되는 무지부 부분을 제거하여 삭제할 수 있다. 상기 무지부의 삭제는 권취 공정 전에 먼저 이루어질 수 있다.
즉, 권취 방향으로, 상기 코어부에 인접한 소정의 구간에서 상기 무지부는 제거된 형태일 수 있다.
이렇게 코어 측의 무지부가 제거된 형태의 시트 적층체를 권취하면, 상기 절단면부를 형성하기 전에 이미 코어 부근의 무지부 삭제되어 있는 상태가 된다. 즉 상기 비절단부도 코어 측에는 제공되지 않는다. 따라서, 비절단부를 코어 측으로 절곡하더라도, 눕혀진 포밍부가 전극 조립체의 코어부를 가리지 않는다.
본 발명은, 상기 전극 조립체를 포함하는 배터리 셀을 제공한다.
상기 배터리 셀은; 상기 전극 조립체가 수용되며, 상기 제1전극시트 및 상기 제2전극시트 중 어느 하나와 전기적으로 연결되어 제1극성을 띠는 전지캔; 상기 전지캔의 개방단을 밀봉하는 밀봉캡부; 및 상기 제1전극시트 및 상기 제2전극시트 중 다른 하나와 전기적으로 연결되는 제2극성을 띠는 제1집전 플레이트;를 포함한다.
상기 제1집전 플레이트는 상기 전극 조립체의 포밍부에 용접 등의 방식으로 고정되어 전기적으로 연결될 수 있다.
상기 제1전극시트 및 상기 제2전극시트 중 어느 하나와 전지캔은 직접 연결되거나 제2집전 플레이트를 통해 연결될 수 있다.
상기 전지캔은 상기 전지캔의 내주에서 반경방향 내측으로 더 돌출된 서포터부를 포함할 수 있다. 상기 서포터부는 상기 밀봉캡부를 지지할 수 있다.
상기 배터리 셀은 서로 다른 극성의 단락 방지를 위한 인슐레이터를 더 포함할 수 있다.
상기 인슐레이터는 상기 전지캔과 밀봉캡부 사이에 개재되어 이들 사이를 절연할 수 있다. 보다 구체적으로 상기 인슐레이터는 상기 밀봉캡부의 외주면과 전지캔의 내주면 사이에 개재되고, 상기 서포터부와 상기 밀봉캡부 사이에 개재될 수 있다.
상기 인슐레이터는 전지캔과 상기 제1집전 플레이트 사이에 개재되어 이들 사이를 절연할 수 있다. 가령, 상기 인슐레이터는 상기 제1집전 플레이트와 상기 서포터부 사이에 개재될 수 있다.
본 발명은 상기 배터리 셀을 적어도 하나 포함하는, 배터리 팩을 제공한다.
본 발명은 상기 배터리 팩을 적어도 하나 포함하는, 자동차를 제공한다.
본 발명은 상기 전극 조립체의 전극셀 바디부의 축방향 단부에 마련된 무지부를 절단하는 커팅장치를 제공한다.
상기 커팅장치는, 상기 전극 조립체의 축방향으로 이동하면서 상기 무지부에 축방향으로 제1절단라인을 형성하는 제1커터부와, 상기 전극 조립체의 반경방향으로 이동하면서 상기 무지부에 둘레방향으로 제2절단라인을 형성하는 제2커터부를 포함한다.
상기 제2커터부는 둘레 방향으로 권취된 상기 무지부의 일부 구간을 둘레방향으로 절단하는 제2절단라인을 형성하되, 상기 제2절단라인이 상기 제1절단라인과 연결되도록 절단라인을 형성한다.
상기 제1절단라인과 제2절단라인이 연결됨에 따라, 상기 제1절단라인과 제2절단라인에 의해 둘러싸인 무지부 부분은 절취될 수 있다.
본 발명은, 상기 커팅장치와, 커팅장치에 의해 절취되고 남은 비절단부를 절곡 가공하는 프레스부를 포함하는 가공장치를 제공할 수 있다.
상기 프레스부는 상기 무지부의 비절단부를 가압하여 눕힘에 따라 포밍부를 형성한다.
상기 비절단부는 상기 프레스부에 의해 반경방향으로 가압되고, 이에 따라 비절단부는 상기 제2절단라인과 대응하는 부위가 벤딩되며 반경방향으로 눕혀질 수 있다.
상기 제1커터부는 상기 제1커터부에 방사상으로 배치되는 복수의 제1블레이드를 포함할 수 있다.
상기 제1블레이드는 축"?향으?* 연장되고 축방향 선단부에 칼날이 형성될 수 있다.
상기 제1커터부는 제1진동 발생부를 더 포함할 수 있다. 상기 제1진동 발생부는 미세 진동을 일으킬 수 있다.
상기 제2커터부는 상기 무지부의 일부를 부채꼴 형태로 절단하도록 삼각 형태로 형성될 수 있다.
상기 제2커터부의 첨단부에 마련된 두 변에는 칼날이 형성될 수 있다.
상기 제2커터부는 제2진동 발생부를 더 포함할 수 있다. 상기 제2진동 발생부는 미세 진동을 일으킬 수 있다.
상기 프레스부는 상기 전극셀 바디부의 반경방향(방사 방향)으로 이동되면서 상기 무지부의 비절단부를 상기 전극셀 바디부의 코어부 측으로 눕힐 수 있다.
본 발명은, 상술한 배터리 셀을 제조하는 방법을 제공한다.
이러한 배터리 셀 제조 방법은, 제1전극시트와 제2전극시트와 분리막을 적층하고, 이를 권취하여 전극 조립체를 제작하는 단계를 포함한다.
이에 따라 상기 전극 조립체는, 상기 전극시트들과 분리막들이 함께 권취된 전극셀 바디부를 포함할 수 있다.
상기 전극셀 바디부는 원통형일 수 있다.
상기 전극셀 바디부는 중공의 코어부를 구비할 수 있다.
상기 제1전극시트와 제2전극시트 중 적어도 어느 하나의 시트에는 폭방향의 어느 일 측 단부에 활물질층이 도포되지 않은 무지부를 포함한다. 제1전극시트와 제2전극시트가 모두 무지부를 구비할 때에는, 이들 무지부가 폭방향의 양측 단부에 각각 마련될 수 있다.
이에 따라 상기 전극셀 바디부의 축방향 단부에는 무지부가 축방향으로 연장 돌출된 형태로 제공될 수 있다.
상기, 권취 방향으로, 상기 코어부에 인접한 소정의 구간에서 상기 무지부는 삭제된 형태일 수 있다.
상기 무지부의 삭제는, 전극 적층체를 구성한 후 권취 공정 전 이루어질 수 있다. 이러한 가공은 가령 레이저 가공을 통해 이루어질 수 있다.
상기 무지부의 삭제는, 전극 적층체를 구성하기 전 전극시트를 제공하는 단계에서 이미 이루어져 있을 수도 있다.
상기 무지부의 삭제는, 전극 적층체를 권취하여 전극셀 바디부를 구성한 뒤 이루어질 수도 있다. 이러한 가공은 가령 초음파 진동하는 블레이드를 구비한 커터에 의해 이루어질 수 있다.
상기 배터리 셀 제조 방법은, 전극셀 바디부의 축방향 단부에 마련된 상기 무지부의 일부 영역을 제거하는 단계를 포함한다.
구체적으로, 상기 무지부 제거 단계는 제1커터부가 상기 배터리 셀의 축방향으로 이동하면서 상기 무지부를 축방향으로 소정 깊이만큼 컷팅해 들어가, 상기 무지부에 축방향으로 제1절단라인을 형성하는 단계를 포함한다.
상기 제1절단라인은 복수 개 마련될 수 있다. 복수 개의 상기 제1절단라인들은 방사상으로 배치될 수 있다.
또한 상기 무지부 제거 단계는, 상기 제1절단라인 형성 후, 제2커터부가 상기 배터리 셀의 외주 측으로부터 반경방향 내측으로 이동하면서 상기 무지부에 둘레방향으로 제2절단라인을 형성하는 단계를 포함한다.
상기 제2절단라인은 복수 개 마련될 수 있다. 상기 제2절단라인은 둘레방향으로 연장되고, 복수 개의 상기 제2절단라인은 반경방향으로 정렬될 수 있다.
복수 개의 상기 제2절단라인의 둘레방향 길이는, 반경방향으로 코어 측에서 외주 측으로 갈수록 그 길이가 점점 커질 수 있다.
상기 제2커터부는 상기 제2절단라인이, 둘레방향으로 이웃하는 두 제1절단라인과 연결되도록 상기 무지부를 커팅한다. 그러면 원주방향으로 형성되는 제2절단라인 및 상기 제2절단라인의 양단부에 각각 연결되는 한 쌍의 제1절단라인들에 의해 둘러싸인 무지부 부위는 절취될 수 있다.
상기 무지부가 절취된 위치에 형성되는 절단면부는 상기 전극셀 바디부의 코어부를 중심으로 원주방향을 따라 부채꼴 형태로 형성될 수 있다.
상기 절단면부는 60°-120°의 중심각을 가질 수 있다.
상기 배터리 셀 제조 방법은, 상기 절단라인들에 의해 절취되고 남은 무지부 부위인 비절단부를 반경방향으로 절곡하여 눕히는 포밍부 형성 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 절곡 가공은 프레스부로 상기 비절단부를 반경방향으로 누름으로써 이루어질 수 있다.
상기 포밍부는 상기 전극셀 바디부의 코어부를 중심으로 방사상으로 형성될 수 있다.
상기 포밍부는 상기 무지부의 비절단부가 상기 전극셀 바디부의 코어부 측으로 눕혀지는 형태로 형성될 수 있다.
상기 포밍부는 상기 전극셀 바디부의 반경방향을 따라 형성될 수 있다.
상기 절단면부는 상기 무지부와 유지부의 경계부에서 상기 축방향 외측으로 일정 거리 이격된 부분을 절단함에 따라 형성될 수 있다.
상기 제1커터부는 제1진동 발생부에 의해 진동되면서 상기 무지부를 절단할 수 있다. 상기 제1커터부는 초음파 커터일 수 있다.
상기 제2커터부는 제2진동 발생부에 의해 진동되면서 상기 무지부를 절단할 수 있다. 상기 제2커터부는 초음파 커터일 수 있다.
본 발명에 의하면, 포밍부가 집전 플레이트에 면접촉된 상태로 용접되므로, 포밍부의 면적이 넓어질수록 전극 조립체와 집전 플레이트의 전류 패스가 상대적으로 증가될 수 있다.
본 발명에 의하면, 포밍부가 무지부 사이의 간격을 합한 면적만큼 전류 패스를 증가시키므로, 대용량의 배터리 셀에 적용되더라도 배터리 셀의 발열량 증가를 억제하고 발화 가능성을 감소시킬 수 있다.
본 발명에 의하면, 무지부에서 절단 예정부와 비절단부가 서로 분리된 후 절단 예정부를 절단하여 절단면부를 형성하고, 비절단부를 가압하여 눕힘에 따라 포밍부를 형성한다. 이에 따라, 비절단부를 가압하여 포밍부를 형성할 때에, 포밍부와 절단면부의 경계부가 찢어지거나 불규칙하게 일그러지면서 변형되는 것을 방지할 수 있다.
본 발명에 의하면, 포밍부와 절단면부의 경계부가 찢어지거나 변형되는 것을 방지할 수 있으므로, 찢어지거나 변형된 부위에서 반대 극성의 전극시트와 접촉하는 것을 방지할 수 있다.
본 발명에 의하면, 무지부와 유지부의 경계부가 찢어지거나 변형되는 것을 방지하므로, 유지부에 코팅된 활물질이 유지부로부터 탈리되거나 접합력이 약화되는 것을 방지할 수 있다. 이에 따라, 배터리 셀의 성능과 용량이 감소되는 것을 억제할 수 있다.
본 발명에 의하면, 분리막의 가장자리가 경계부의 찢어지거나 변형된 부분에 의해 들뜨거나 손상되는 것을 방지할 수 있다. 이에 따라, 제1전극시트와 제2전극시트의 단락을 방지할 수 있다. 나아가, 배터리 셀의 발열량을 감소시키거나 폭발 가능성을 현저히 감소시킬 수 있다.
본 발명에 의하면, 포밍부를 구성하지 않는 영역의 축방향으로 연장된 무지부를 절단하여 절단면부를 형성하므로, 전극셀 바디부의 양단에서 무지부가 축방향으로 차지하는 길이를 줄일 수 있다. 이에 따라, 전지캔에 수용되는 전극셀 바디부의 축방향 체적을 더 확보할 수 있다. 따라서 배터리 셀의 체적 대비 전기 용량을 더 높일 수 있다.
상술한 효과와 더불어 본 발명의 구체적인 효과는 이하 발명을 실시하기 위한 구체적인 사항을 설명하면서 함께 기술한다.
도 1은 본 발명에 따른 전극셀 적층체를 개략적으로 도시한 평면도이다.
도 2는 도 1의 전극셀 적층체를 A-A 방향으로 절단한 상태를 도시한 단면도이다.
도 3은 도 1의 전극셀 적층체를 권취하여 전극셀 바디부를 제조한 상태를 도시한 사시도이다.
도 4는 본 발명에 따른 전극셀 바디부를 제1커터부가 절단한 상태를 도시한 사시도이다.
도 5는 본 발명에 따른 제1커터부를 도시한 사시도이다.
도 6은 본 발명에 따른 제1커터부를 도시한 배면도이다.
도 7은 본 발명에 따른 제2커터부가 전극셀 바디부의 무지부를 절단한 상태를 도시한 평면도이다.
도 8은 본 발명에 따른 제2커터부가 전극셀 바디부의 무지부를 절단하기 이전 상태를 도시한 사시도이다.
도 9는 본 발명에 따른 제2커터부가 전극셀 바디부의 무지부를 절단하는 상태를 도시한 측면도이다.
도 10은 본 발명에 따른 제2커터부가 전극셀 바디부의 무지부를 절단한 상태에서 프레스부가 비절단부를 가압하는 상태를 도시한 사시도이다.
도 11은 본 발명에 따른 프레스부가 비절단부를 가압하는 포밍부를 형성한 상태를 도시한 사시도이다.
도 12는 본 발명에 따른 프레스부가 비절단부를 가압하는 포밍부를 형성한 상태를 도시한 측면도이다.
도 13은 본 발명에 따른 배터리 셀의 제조방법을 도시한 플로우차트이다.
도 14는 본 발명에 따른 전극 조립체를 도시한 단면도이다.
도 15는 본 발명에 따른 전극 조립체가 팩 하우징에 수용된 상태를 도시한 사시도이다.
도 16은 본 발명에 따른 배터리 팩이 차량에 설치된 상태를 도시한 사시도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조로 하여 상세히 설명한다.
본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 다양한 변경을 가할 수 있고 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있다. 단지 본 실시 예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위하여 제공되는 것이다. 따라서 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라, 어느 하나의 실시예의 구성과 다른 실시예의 구성을 서로 치환하거나 부가하는 것은 물론 본 발명의 기술적 사상과 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 도면에서 구성요소들은 이해의 편의 등을 고려하여 크기나 두께가 과장되게 크거나 작게 표현될 수 있으나, 이로 인해 본 발명의 보호범위가 제한적으로 해석되어서는 아니 될 것이다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 구현예나 실시예를 설명하기 위해 사용되는 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 그리고 단수의 표현은, 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 명세서에서 ~포함하다, ~이루어진다 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이다. 즉 명세서에서 ~포함하다, ~이루어진다 등의 용어는. 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들이 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소의 "상부에 있다"거나 "하부에 있다"고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소의 바로 위에 배치되어 있는 것뿐만 아니라 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 본 발명의 실시예에 따른 전극 조립체에 관해 설명하기로 한다.
설명의 편의를 위해, 본 명세서에서 젤리롤 형태로 감기는 전극 조립체(110)의 권취축의 길이방향을 따르는 방향을 축방향(Y)이라 지칭한다. 그리고 상기 권취축을 둘러싸는 방향을 원주방향(X) 또는 둘레방향이라 지칭한다. 그리고 상기 권취축에 가까워지거나 권취축으로부터 멀어지는 방향을 반경방향 또는 방사방향(Z)이라 지칭한다. 이들 중 특히 권취축에 가까워지는 방향을 구심방향, 권취축으로부터 멀어지는 방향을 원심방향이라 지칭한다.
도 1은 본 발명에 따른 전극셀 적층체를 개략적으로 도시한 평면도이고, 도 2는 도 1의 전극셀 적층체를 A-A 방향으로 절단한 상태를 도시한 단면도이고, 도 3은 도 1의 전극셀 적층체를 권취하여 전극셀 바디부를 제조한 상태를 도시한 사시도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 전극 적층체(10)는 제1전극시트(11), 제2전극시트(12) 및 분리막(13)을 포함한다. 전극 적층체(10)는 시트 형태의 제1전극시트(11)와 제2전극시트(12) 사이에 분리막(13)이 적층되어 이루어진다. 예들 들면, 전극 적층체(10)는 하나의 제1전극시트(11), 하나의 제2전극시트(12) 및 2개의 분리막(13)이 적층되어 이루어질 수 있다. 또한, 전극 적층체(10)는 2개 이상의 제1전극시트(11), 2개 이상의 제2전극시트(12) 및 3개 이상의 분리막(13)이 적층되어 이루어질 수도 있다. 이러한 전극 적층체(10)에서 제1전극시트(11), 제2전극시트(12) 및 분리막(13)이 적층되는 개수가 증가할수록 원하는 직경의 전극 조립체(110)의 권취 시간 및 제조 시간이 단축될 수 있다.
제1전극시트(11)와 제2전극시트(12)는 활물질이 코팅되는 유지부(14)와, 활물질이 코팅되지 않는 무지부(15)를 각각 포함한다. 무지부(15)는 제1전극시트(11)와 제2전극시트(12)의 폭방향 일측에 형성될 수 있다. 무지부(15)의 적어도 일부는 그 자체로서 전극탭으로 사용될 수 있다. 전극 조립체(110)가 원통형으로 권취되는 경우, 제1전극시트(11)의 무지부(15)는 축방향 일측(도 1의 상측 또는 하측)에 배치되고, 제2전극시트(12)의 무지부(15)는 축방향 타측에 배치될 수 있다.
제1전극시트(11)의 무지부(15)와 제2전극시트(12)의 무지부(15)는 동일한 폭을 갖도록 형성될 수 있다. 또한, 제1전극시트(11)의 무지부(15)와 제2전극시트(12)의 무지부(15)는 서로 다른 폭을 갖도록 형성될 수 있다.
제1전극시트(11)는 음극 활물질이 코팅된 음극시트이고, 제2전극시트(12)는 양극 활물질이 코팅된 양극시트일 수 있다. 제1전극시트(11)는 양극 활물질이 코팅된 양극시트이고, 제2전극시트(12)는 음극 활물질이 코팅된 음극시트일 수 있음은 물론이다.
제1전극시트(11)와 제2전극시트(12)는 금속 포일로 이루어진 집전체와 활물질층을 포함한다. 금속 포일은 알루미늄 또는 구리일 수 있다. 활물질층은 제1전극시트(11)와 제2전극시트(12)의 일면 또는 양면에 코팅될 수 있다.
무지부(15)의 폭은 유지부(14)의 폭에 비해 현저히 좁게 형성된다. 무지부(15)는 폭이 좁은 밴드형태로 형성될 수 있다. 또한, 무지부(15)는 무지부(15)의 길이방향을 따라 이격되어 톱니 형태로 형성되는 복수의 분절편으로 이루어질 수도 있다. 분절편은 그 형상이 사각형, 삼각형, 반원형, 반타원형, 평행사변형 등으로 변경될 수 있다.
상기 무지부(15)는, 코어 측에 가까운 일부 구간(C)이 삭제된 형태일 수 있다. 해당 구간은, 전극 적층체(10)를 구성한 뒤 권취 전 레이저 가공 등을 통해 제거될 수 있다.
물론, 전극시트 제공단계에서 해당 구간(C)의 무지부가 미리 삭제된 형태일 수도 있고, 권취 후 후가공을 통해 코어측 무지부 제거부위(112a)를 형성할 수도 있다.
본 발명에 있어서, 제1전극시트(11)에 코팅되는 양극 활물질과 제2전극시트(12)에 코팅되는 음극 활물질은 당업계에 공지된 활물질이라면 제한없이 사용될 수 있다.
상기 양극 활물질은 리튬 코발트 산화물(LiCoO2), 리튬 니켈 산화물(LiNiO2) 등의 층상 화합물 또는 1종 이상의 전이금속으로 치환된 화합물; 화학식 Li1+xMn2-xO4(여기서, x는 0 내지 0.33임), LiMnO3, LiMn2O3, LiMnO2 등의 리튬 망간 산화물(LiMnO2); 리튬 구리 산화물(Li2CuO2); LiV3O8, LiFe3O4, V2O5, Cu2V2O7 등의 바나듐 산화물; 화학식 LiNi1-xMxO2(여기서, M = Co, Mn, Al, Cu, Fe, Mg, B 또는 Ga이고, x = 0.01 내지 0.3임)으로 표현되는 니켈사이트형 리튬 니켈 산화물(lithiated nickel oxide); 화학식 LiMn2-xMxO2(여기서, M = Co, Ni, Fe, Cr, Zn 또는 Ta이고, x = 0.01 내지 0.1임) 또는 Li2Mn3MO8(여기서, M = Fe, Co, Ni, Cu 또는 Zn임)로 표현되는 리튬 망간 복합 산화물; 화학식의 리튬 일부가 알칼리 토금속 이온으로 치환된 LiMn2O4; 디설파이드 화합물; Fe2(MoO4)3 또는 이들의 조합에 의해 형성되는 복합 산화물 등과 같이 리튬 흡착 물질(lithium intercalation material)을 주성분으로 할 수 있다. 양극 활물질로는 상기와 같은 종류들이 있지만, 이들만으로 한정되는 것은 아니다.
상기 양극 집전체는 예컨대 3 내지 500 ㎛의 두께를 갖는다. 이러한 양극 집전체는, 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 양극 집전체는 스테인리스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소, 또는 알루미늄이나 스테인리스 스틸의 표면에 카본, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면처리한 것 등이 사용될 수 있다. 전극 집전체는 그것의 표면에 미세한 요철을 형성하여 양극 활물질의 접착력을 높일 수도 있다. 이러한 전극 집전체는 필름, 시트, 호일, 네트, 다공질체, 발포체, 부직포체 등 다양한 형태가 가능하다.
상기 양극 활물질 입자에는 도전재가 추가로 혼합될 수 있다. 이러한 도전재는 예컨대 양극 활물질을 포함한 혼합물 전체 중량을 기준으로 1 내지 50 중량%로 첨가된다. 이러한 도전재는 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 높은 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 도전재는 천연 흑연, 인조 흑연 등의 흑연; 카본블랙, 아세틸렌 블랙, 케첸 블랙, 채널 블랙, 퍼네이스 블랙, 램프 블랙, 서머 블랙 등의 카본블랙; 탄소 섬유, 금속 섬유 등의 도전성 섬유; 불화 카본, 알루미늄, 니켈 분말 등의 금속 분말; 산화아연, 티탄산칼륨 등의 도전성 위스키; 산화 티탄 등의 도전성 산화물; 폴리페닐렌 유도체 등의 도전성 소재 등이 사용될 수 있다.
또한, 음극시트는 음극 집전체 상에 음극 활물질 입자를 도포 및 건조하여 제작되며, 필요에 따라, 앞서 설명한 도전재, 바인더, 용매 등과 같은 성분들이 더 포함될 수 있다.
상기 음극 집전체는 예컨대 3 내지 500 ㎛의 두께를 갖는다. 이러한 음극 집전체는, 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 음극 집전체는 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 다양 한 형태로 사용될 수 있다.
상기 음극 활물질은 예컨대 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)의 금속 복합 산화물; 리튬 금속; 리튬 합금; 규소계 합금; 주석계 합금; SnO, SnO2, PbO, PbO2, Pb2O3, Pb3O4, Sb2O3, Sb2O4, Sb2O5, GeO, GeO2, Bi2O3, Bi2O4, Bi2O5 등의 산화물; 폴리아세틸렌 등의 도전성 고분자; Li-Co-Ni계 재료 등을 사용할 수 있다.
상기 전극시트에 사용가능한 바인더 고분자는 전극 활물질 입자와 도전재 등의 결합과 전극 집전체에 대한 결합에 조력하는 성분으로서, 예를 들어 전극 활물질을 포함하는 혼합물 전체 중량을 기준으로 1 내지 50 중량%로 첨가된다. 이러한 바인더 고분자의 예로는 폴리비닐리덴 플루오라이드-헥사플루오로프로필렌(polyvinylidene fluoride-co-hexafluoropropylene: PVdF), 폴리비닐리덴 플루오라이드-트리클로로에틸렌(polyvinylidene fluoride-co-trichloroethylene), 폴리메틸메타크릴레이트(polymethylmethacrylate), 폴리부틸아크릴레이트(polybutylacrylate), 리아크릴로니트릴(polyacrylonitrile), 폴리비닐피롤리돈(polyvinylpyrrolidone), 폴리비닐아세테이트(polyvinylacetate), 에틸렌 비닐 아세테이트 공중합체(polyethylene-co-vinyl acetate), 폴리에틸렌옥사이드(polyethylene oxide), 폴리아릴레이트(polyarylate), 셀룰로오스 아세테이트(cellulose acetate), 셀룰로오스 아세테이트 부티레이트(cellulose acetate butyrate), 셀룰로오스 아세테이트 프로피오네이트 (cellulose acetate propionate), 시아노에틸플루란(cyanoethylpullulan), 시아노에틸폴리비닐알콜(cyanoethylpolyvinylalcohol), 시아노에틸셀룰로오스(cyanoethylcellulose), 시아노에틸수크로오스 (cyanoethylsucrose), 풀루란(pullulan) 및 카르복실메틸 셀룰로오스(carboxyl methyl cellulose)로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나의 바인더 고분자 또는 이들 중 2종 이상의 혼합물을 사용할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 전극 제조에 사용되는 용매의 비제한적인 예로는 아세톤(acetone), 테 트라하이드로퓨란(tetrahydrofuran), 메틸렌클로라이드(methylene chloride), 클로로포름(chloroform), 디메틸포름아미드(dimethylformamide), N-메틸-2-피롤리돈(N-methyl-2-pyrrolidone, NMP), 시클로헥산(cyclohexane), 물 또는 이들의 혼합체 등이 있다. 이러한 용매들은 전극 집전체 표면에 대해 소망하는 수준으로 슬러리 도포 층이 만들어질 수 있도록 적정한 수준의 점도를 제공한다.
분리막(13)은 다공성 고분자 기재와, 상기 다공성 고분자 기재의 양면 상에 위치하고, 무기물 입자 및 바인더 고분자를 포함하는 다공성 코팅층을 가진다.
상기 다공성 고분자 기재는 폴리올레핀계 다공성 기재일 수 있다.
상기 폴리올레핀 다공성 기재는 필름(film) 또는 부직웹(non-woven web) 형태일 수 있다. 이와 같이 다공성 구조를 가짐으로써 양극과 음극 간의 전해액 이동이 원활하게 이루어질 수 있게 된다. 다공성 구조는 기재 자체의 전해액 함침성도 증가하게 되어 우수한 이온 전도성이 확보될 수 있으며, 전기화학소자 내부의 저항증가가 방지 되어 전기화학소자의 성능저하가 방지될 수 있다.
본 발명에서 사용되는 폴리올레핀 다공성 기재는 통상적으로 전기화학소자에 사용되는 평면상의 다공성 기재라면 모두 사용이 가능하며, 그 재질이나 형태는 목적하는 바에 따라 다양하게 선택할 수 있다.
폴리올레핀 다공성 기재는 비제한적으로 고밀도 폴리에틸렌, 저밀도 폴리에틸렌, 선형저밀도 폴리에틸렌, 초고분자량 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 도는 이들 중 2종 이상의 혼합물로 형성된 필름(film) 혹은 부직웹(non-woven web)일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 폴리올레핀 다공성 기재는 8 내지 30 ㎛의 두께를 가질 수 있으나, 이는 단지 예시일 뿐 기계적인 물성이나 전지의 고효율 충방전 특성을 고려하여 상기 범위를 벗어난 두께도 채택가능하다.
본 발명에 따른 분리막(13)은 1 내지 100㎛ 또는 5 내지 50㎛의 두께를 가질 수 있다. 분리막(13)의 두께가 1㎛ 미만이면 분리막(13)의 기능이 충분히 발휘되지 못하고 기계적 특성의 열화가 발생할 수 있다. 분리막(13)의 두께가 100㎛ 초과이면 고율 충방전시 전지의 특성이 열화될 수 있다. 또한, 40 ~ 60% 공극률을 가질 수 있으며, 150 내지 300 초/100mL의 통기도를 가질 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따른 분리막(13)을 사용하는 경우, 다공성 고분자 기재의 양측에 다공성 코팅층을 구비하고 있으므로, 전해액에 대한 함침 성능 향상으로 균일한 고체전해질계면층을 형성할 수 있고, 종래의 단면 무기물 코팅 분리막(13)과 대비하여 우위의 통기도를 확보할 수 있다. 예를 들어 120s/100cc 이내일 수 있다. 또 한, 양면에 무기물 다공성 코팅층을 구비하여도 종래 단면 무기물 코팅 분리막(13) 수준의 두께를 구현할 수 있다. 예를 들어 ~15.0㎛ 이내일 수 있다.
또한, 본 발명의 일 구현예에 따른 분리막(13)을 사용하는 경우, 분리막(13)의 안정 성이 개선되어 내열 및 내압축 특성을 확보할 수 있다. 구체적으로 180
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기준 5% 이내의 열수축 특성을 갖는 내열 특성을 확보할 수 있고, 550gf 이상의 관통 강도(Puncture strength) 물성을 확보할 수 있으며, 이러한 분리막(13)을 채용한 전지의 사이클 중 코어 변형(core deformation) 발생 시 단차 부에서 분리막(13)의 손상 또는 관통이 방지될 수 있다.
상기한 전극 적층체를 이용하여 제조되는 전극 조립체에 관해 설명하기로 한다.
도 4는 본 발명에 따른 전극셀 바디부를 제1커터부가 절단한 상태를 도시한 사시도이고, 도 5는 본 발명에 따른 제1커터부를 도시한 사시도이고, 도 6은 본 발명에 따른 제1커터부를 도시한 배면도이고, 도 7은 본 발명에 따른 제2커터부가 전극셀 바디부의 무지부를 절단한 상태를 도시한 평면도이고, 도 8은 본 발명에 따른 제2커터부가 전극셀 바디부의 무지부를 절단하기 이전 상태를 도시한 사시도이고, 도 9는 본 발명에 따른 제2커터부가 전극셀 바디부의 무지부를 절단하는 상태를 도시한 측면도이고, 도 10은 본 발명에 따른 제2커터부가 전극셀 바디부의 무지부를 절단한 상태에서 프레스부가 비절단부를 가압하는 상태를 도시한 사시도이고, 도 11은 본 발명에 따른 프레스부가 비절단부를 가압하는 포밍부를 형성한 상태를 도시한 사시도이고, 도 12는 본 발명에 따른 프레스부가 비절단부를 가압하는 포밍부를 형성한 상태를 도시한 측면도이다.
도 4 내지 도 12를 참조하면, 전극 조립체(110)는 전극셀 바디부(111), 복수의 절단면부(115) 및 복수의 포밍부(117)를 포함한다.
전극셀 바디부(111)는 시트 형태의 제1전극시트(11)와 제2전극시트(12) 사이에 분리막(13)이 적층된 상태에서 젤리롤 타입(jelly roll type)으로 권취된 원통형 부위이다. 앞서 설명한 바와 같이, 제1전극시트(11)와 제2전극시트(12)의 폭방향 단부에 활물질층이 코팅되지 않는 무지부(15)가 형성되고, 이들은 각각 전극셀 바디부(111)의 축방향 일측과 타측에 각각 배치되며, 축방향으로 연장된다.
전극셀 바디부(111)는 길이방향으로 길게 연장된 상기 적층체를 권취봉(미도시) 둘레에 감고, 권취봉을 전극셀 바디부(111)에서 빼냄으로써 형성할 수 있다. 이때, 전극 적층체(10)에 제1전극시트(11)와 제2전극시트(12) 및 분리막(13)이 많이 적층될수록 전극 조립체(110)의 권취 시간 및 제조 시간을 단축시킬 수 있다. 상기 전극셀 바디부(111)에서 상기 권취봉이 빠져나간 자리는 중공의 코어부(112)를 구성한다.
전극셀 바디부(111)의 축방향 일측에는 제1전극시트(11)의 무지부(15)가 일정 높이 노출되고, 전극셀 바디부(111)의 축방향 타측에는 제2전극시트(12)의 무지부(15)가 일정 높이 노출된다.
또한 앞서 설명한 무지부 삭제 부위(C)에 의해, 상기 코어부(112)와 인접하는 무지부 구간에는 리세스부(112a)가 마련된다.
제1커터부(210)가 전극셀 바디부(111)의 무지부(15)를 축방향으로 절단하여 절단 예정부(115a)와 비절단부(117a)를 둘레방향으로 분리시킨다. 절단 예정부(115a)와 비절단부(117a) 사이에는 제1절단라인(113)이 형성된다. 상기 제1절단라인(113)은 무지부(15)의 축방향 단부로부터 전극셀 바디부(111) 쪽으로 축방향으로 연장되는 형태로 형성된다. 이때, 절단 예정부(115a)와 비절단부(117a)는 전극셀 바디부(111)의 축방향을 따라 세워진 상태를 그대로 유지한다.
제2커터부(220)는 무지부(15)의 절단 예정부(115a)의 축방향 하부를 반경방향으로 절단하여 상기 절단 예정부(115a)를 전극셀 바디부(111)로부터 제거한다. 상기 제2커터부(220)는 절단 예정부(115a)에 해당하는 영역에 있는 무지부(15)의 하부에 원주방향으로 연장되는 제2절단라인(16a)을 형성한다. 상기 제2절단라인(16a)은 무지부(15)의 둘레방향을 따라 형성되고, 반경방향으로 이웃하여 배치되는 무지부 부위들 하부에 각각 마련된다. 상기 제2절단라인의 원주방향 양단부가 상기 절단 예정부(115a)의 원주방향 양 측에 있는 제1절단라인(13)과 연결되면, 상기 한 쌍의 제1절단라인(13)과 제2절단라인에 의해 둘러싸인 절단 예정부(115a)는 상기 전극셀 바디부(111)로부터 떨어져 나간다. 상기 절단 예정부(115a)가 절취되고 남은 짧은 무지부 부위는 절단면부(115)를 구성한다.
이에 따라, 상기 전극셀 바디부(111)의 무지부(15)에 절단면부(115)와 비절단부(117a)가 마련된다.
상기 제1절단라인(113)을 컷팅 가공하는 제1커터부(210)는, 얇은 무지부를 축방향으로 컷팅할 때 발생할 수 있는 좌굴 현상을 방지하기 위해, 초음파 컷터가 사용될 수 있다.
상기 제1커터부(210)는, 전극셀 바디부(111)의 반경방향과 대응하는 방향으로 배치되는 복수의 제1블레이드(211)와, 상기 제1블레이드(211)가 고정되는 제1진동 발생부(213)를 포함한다.
상기 제1진동 발생부(213)는, 원형 플레이트와, 상기 원형 플레이트를 진동시키기 위한 진동원을 포함한다.
상기 복수의 제1블레이드(211)는, 그 기단부가 제1진동 발생부(213)의 원형 플레이트 표면에 고정되고, 전극셀 바디부(111)의 축방향과 대응하는 방향으로 연장되며, 선단부에 날카로운 칼날이 마련될 수 있다.
복수의 제1블레이드(211)는 제1진동 발생부(213)의 중심부를 기준으로 방사상으로 배치된다. 예를 들면, 비절단부(117a)를 규정하게 되는 한 쌍의 제1블레이드(211)가 제1진동 발생부(213)의 중심부를 기준으로 십(+)자 형태로 4개소에 형성될 수 있다. 이와 달리, 상기 한 쌍의 제1블레이드(211)는 60° 간격마다 6개소에 방사상으로 배치될 수 있다. 이와 달리, 한 쌍의 제2블레이드(221)는 120° 간격마다 3개소에 방사상으로 배치될 수 있다. 이러한 한 쌍의 제1블레이드(211)들 간의 각도는 전극셀 바디부(111)의 직경이나 배터리 팩의 용량, 그리고 거기에 용접될 집전 플레이트의 형상에 따라 적절하게 선택될 수 있다.
실시예에서는 바람직한 구조로서 비절단부(117a)를 규정하는 한 쌍의 제1블레이드(211)가 서로 평행하게 배치된 구조를 예시하고 있다. 그러나 한 쌍의 제1블레이트(211)가 반드시 평행하게 배치될 필요는 없다. 가령, 한 쌍의 제1블레이드(211)는 원심 쪽으로 갈수록 점차 그 사이가 멀어지는 형태이거나, 구심 쪽으로 갈수록 점차 그 사이가 멀어지는 형태일 수도 있다. 또한 상기 제1블레이드(211)는 직선형인 것을 예시하고 있으나, 상기 제1블레이드(211)가 반드시 직선형이어야 하는 것도 아니다. 가령 상기 제1블레이드(211)는 완만한 곡선 형태일 수도 있다.
한 쌍의 제1블레이드(211) 및 이와 이웃하는 다른 한 쌍의 제1블레이드(211) 사이의 원주방향 거리는, 구심방향으로 갈수록 가까워지고, 원심방향으로 갈수록 멀어질 수 있다. 즉 이는 절단면부(115)의 부채꼴 형상을 규정할 수 있다.
후술할 제2커터부(220)에 의한 제2절단라인의 가공을 위해, 상기 한 쌍의 제1블레이드(211) 및 이와 이웃하는 다른 한 쌍의 제1블레이드(211) 사이의 원주방향 거리가 구심방향으로 갈수록 멀어지지 않도록 하거나 원심방향으로 갈수록 가까워지지 않도록 하는 것이 바람직하다.
제1진동 발생부(213)는 초음파 진동자를 포함할 수 있다. 제1진동 발생부(213)의 중심부에는 코어부와 연통되도록 제1연통홀부(215)가 형성된다. 제1진동 발생부(213)는 제1블레이드(211)가 전극셀 바디부(111)의 축방향으로 이동되면서 무지부(15)를 절단할 때에 초음파 진동된다.
제1블레이드(211)가 상기 무지부(15)를 축방향으로 누르는 힘이 제1절단라인(113)을 가공하는 데에 사용되지 않고 상기 무지부(15)를 누르게 되면, 무지부(15)가 좌굴되거나, 제1절단라인(113) 부근의 무지부(15) 부위가 휘거나 접히는 등의 변형이 발생할 여지가 있다.
제1블레이드(211)가 초음파 진동하게 되면, 제1블레이드(211)가 무지부(15)를 커팅할 때 위와 같은 현상을 방지하고 컷팅 가공이 매우 원활하게 이루어진다. 이에 따라, 무지부(15)의 절단 속도를 향상시키고, 무지부(15)의 제1절단라인(113)을 매끄럽게 형성할 수 있다. 이러한 제1진동 발생부(213)는 제1블레이드(211)를 진동시키는 한 다양한 진동 방식이 적용될 수 있다.
제2커터부(220)는 무지부(15)를 반경방향으로 절단하는 제2블레이드(221)와, 제2블레이드(221)가 고정되는 제2진동 발생부(223)를 포함한다.
제2블레이드(221)는 선단부로 갈수록 그 폭이 좁아지는 형태일 수 있다. 구체적으로 상기 제2블레이드(221)는 삼각판 또는 쐐기판 형태를 구비할 수 있다. 예들 들면, 제2블레이드(221)는 꼭지점 부분이 60-120°의 각도(θ2)로 형성될 수 있다. 제2블레이드(221)의 꼭지점 부분의 각도(θ2)는 아래에서 설명할 절단면부(115)의 중심각에 대응되도록 형성된다. 실시예에서는 제12블레이드(221)가 대략 90도의 꼭지점 각도를 가짐을 예시한다. 상기 제2블레이드(221)는 양날형일 수 있다. 즉 상기 선단부로 연장되는 두 빗변 부분에 해당하는 위치에 칼날이 구비될 수 있다.
상기 제2블레이드가 반경방향으로 진행하며 제2절단라인을 형성할 때, 상기 제2블레이드의 뾰족한 선단부가 먼저 무지부의 절단 예정부(115a)의 둘레방향 중앙부를 커팅하여 들어가고, 제2블레이드가 구심 방향으로 진행할수록 양날이 제2절단라인을 원주방향 양측으로 확대해 나아간다. 제2블레이드가 반경방향으로 무지부의 측면에 힘을 가할 때, 제2블레이드의 넓은 면적이 한꺼번에 무지부의 측면에 닿지 않고, 뾰족한 선단부에 힘이 집중되어 무지부에 가해진다. 따라서 무지부의 측면에 제2절단라인을 형성함에 있어서, 무지부가 측방으로 눌려 변형되지 않게 된다. 일단 선단부가 무지부를 절단하여 들어간 뒤에는, 제2커터부가 구심 방향으로 이동함에 따라 제2커터부의 양날이 제2절단라인을 둘레방향으로 가압하며 절개해 나아간다. 이러한 제2커터부의 절개 방식과 절개 방향은 무지부의 변형을 최소화한다.
제2진동 발생부(223)는 초음파 진동자를 포함할 수 있다. 제2진동 발생부(223)는 제2블레이드(221)가 전극셀 바디부(111)의 반경방향으로 이동되면서 무지부(15)를 절단할 때에 초음파 진동된다. 이에 따라, 무지부(15)의 절단 속도를 향상시키고, 절단면부(115)가 매끄럽게 형성될 수 있다. 이러한 제2진동 발생부(223)는 제2블레이드(221)를 진동시키는 한 다양한 진동 방식이 적용될 수 있다.
전극셀 바디부(111)의 축방향 일측 또는 양측에는 무지부(15)와 코어부(112) 사이에 리세스부(112a)가 형성된다. 리세스부(112a)는 코어부(112)를 둘러싸도록 환형으로 형성된다. 리세스부(112a)의 반경방향 폭(W2)은 무지부(15)의 높이(W1)와 동일하거나 약간 넓거나 좁게 형성될 수 있다. 리세스부(112a)는 코어부(112)와 동심을 이루도록 형성된다. 리세스부(112a)는 절단면부(115)와 동일 평면을 이루거나 약간 낮게 형성될 수 있다.
복수의 절단면부(115)는, 전극셀 바디부(111)의 코어부(112)를 중심으로 원주방향을 따라 무지부(15)의 일부인 절단 예정부(115a)를 절취해 냄에 따라 형성된다. 이때, 복수의 절단면부(115)는 코어부(112)를 중심으로 원주방향을 따라 동일 간격으로 배치될 수 있다. 또한, 복수의 절단면부(115)는 동일한 크기 및 동일한 형태로 형성될 수 있다.
복수의 포밍부(117)는, 절단면부(115) 사이에 배치된 무지부(15)의 비절단부(117a)를 축방향에 교차하는 방향, 가령 반경방향으로 가압하여 눕힘에 따라 형성된다. 복수의 포밍부(117)는 아래에 설명할 프레스부(230)를 이용하여 무지부(15)의 비절단부(117a)를 가압하여 눕힘에 따라 형성될 수 있다. 이때, 복수의 포밍부(117)는 비절단부(117a)을 이루는 복수의 비절단편이 연속으로 겹쳐지면서 눕혀질 수 있다. 이에 따라, 포밍부(117)는 전극셀 바디부(111)의 축방향에 대해 경사지게 형성되거나 완전히 눕혀져서 평평하게 형성될 수 있다.
상기한 복수의 포밍부(117)는 집전 플레이트(130,140)에 용접되어 전류 패스(전류 통로)를 형성하는 부분이다. 추가적으로, 복수의 절단면부(115)도 집전 플레이트(130,140)와 용접될 수 있다. 다만 절단면부(115)는 집전 플레이트(130,140)와 선접촉된 상태로 집전 플레이트(130,140)에 용접(가령, 레이저 용접)되므로, 절단면부(115)는 상기 포밍부(117)와 대비하여 전류 패스를 증가시키는 효과가 그리 크지는 않다. 반면, 포밍부(117)는 비절단부(117a)를 반경방향으로 눕힘에 따라 형성되므로, 포밍부(117)가 분리막(13)의 두께만큼 이격된 무지부(15)의 간격을 덮어준다. 이러한 포밍부(117)는 집전 플레이트(130,140)에 면접촉된 상태로 용접되므로, 포밍부(117)의 면적이 넓어질수록 전극 조립체(110)와 집전 플레이트(130,140)의 전류 패스가 상대적으로 증가될 수 있다. 이러한 포밍부(117)는 무지부(15) 사이의 간격을 합한 면적만큼 전류 패스를 증가시키므로, 대용량의 배터리 셀(100)에 적용되더라도 배터리 셀(100)의 발열량 증가를 억제하고 발화 가능성을 감소시킬 수 있다.
상기 절단면부(115)가 집전 플레이트(130, 140)와 용접되지 않고 노출되면, 상기 전극조립체에 전해액을 주입할 때 전해액의 함침성이 증가될 수 있다. 비절단편을 절곡함으로 인해 상기 포밍부(117) 부위에서는 전해액의 함침성이 약해질 수 있지만, 상기 절단면(115)가 상기 포밍부(117)와 이웃하며 이를 보완해주므로, 전해액의 함침에 별다른 문제가 없다.
본 발명에 따르면, 무지부(15)에서 절단 예정부(115a)와 비절단부(117a)가 축방향으로 제1절단라인을 형성하는 제1커터부에 의해 서로 둘레방향으로 분리된 후, 절단 예정부(115a)의 하단부를 제2커터부로 절단하여 절단면부(115)를 형성하고, 비절단부(117a)를 가압하여 눕힘에 따라 포밍부(117)를 형성한다. 이에 따라, 비절단부(117a)를 가압하여 포밍부(117)를 형성할 때에, 포밍부(117)와 절단면부(115)의 경계부(16)가 찢어지거나 불규칙하게 일그러지면서 변형되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 포밍부(117)와 절단면부(115)의 경계부(16)가 찢어지거나 변형되는 것을 방지할 수 있으므로, 찢어지거나 변형된 부위에서 반대 극성의 전극시트(11,12)와 접촉하는 것을 방지할 수 있다. 또한, 무지부(15)와 유지부(14)의 경계부(16)가 찢어지거나 변형되는 것을 방지함으로써, 유지부(14)에 코팅된 활물질이 유지부(14)로부터 탈리되거나 접합력이 약화되는 것을 방지할 수 있다. 이에 따라, 배터리 셀(100)의 성능과 용량이 감소되는 것을 억제할 수 있다.
또한, 분리막(13)의 가장자리가 경계부(16)의 찢어지거나 변형된 부분에 의해 들뜨거나 손상되는 것을 방지할 수 있다. 이에 따라, 제1전극시트(11)와 제2전극시트(12)의 단락을 방지할 수 있다. 나아가, 배터리 셀(100)의 발열량을 감소시키거나 폭발 가능성을 현저히 감소시킬 수 있다.
또한, 비절단부(117a)의 양측에 절단면부(115)가 제거된 상태에서 비절단부(117a)를 가압하여 포밍부(117)를 형성하므로, 비절단부(117a)의 비절단편들이 스프링백(spring back) 현상에 의해 경사지게 세워지면서 벌어지는 것을 방지할 수 있다. 또한, 프레스부(230)를 이용하여 비절단부(117a)를 강한 압력으로 가압하면, 포밍부(117)(비절단부(117a)의 비절단편들)가 절단면부(115)에 최대한 평평하게 밀착된 상태로 중첩될 수 있다. 이에 따라, 포밍부(117)와 절단부가 집전 플레이트(130,140)에 면접촉된 상태로 용접됨에 따라 용접 단면적이 현저히 증가될 수 있다. 또한, 용접 단면적이 증가됨에 따라 전류 패스의 단면적이 증가되어 배터리 셀(100)의 저항을 현저히 감소시킬 수 있는 장점이 있다. 저항은 전류가 흐르는 통로의 단면적에 반비례하기 때문이다.
절단면부(115)는 전극셀 바디부(111)의 코어부(112)를 중심으로 원주방향을 따라 부채꼴 형태로 형성된다. 절단면부(115)의 꼭지점부는 코어부(112)를 향한다. 절단면부(115)가 부채꼴 형태로 형성되므로, 각 포밍부(117)가 코어부(112)를 중심으로 복수의 절단면부(115) 사이에 방사상으로 배치될 수 있다. 또한, 포밍부(117)는 부채꼴 형태의 절단면부(115)의 중심각에 따라 외곽측의 폭이 코어부(112) 측의 폭과 동일하거나 넓어질 수 있다.
절단면부(115)은 60°-120°의 중심각(θ1: 도 7 참조)을 가질 수 있다. 중심각(θ1)은 부채꼴의 꼭지점에서 양측 변이 벌어지는 각도이다. 절단면부(115)의 중심각(θ1)이 90°인 경우, 절단면부(115)는 무지부(15)의 원주방향으로 4개가 십자 형태로 형성될 수 있다. 절단면부(115)의 중심각(θ1)이 60°인 경우, 절단면은 무지부(15)의 원주방향으로 6개가 형성될 수 있다. 절단면부(115)의 중심각(θ1)이 120°인 경우, 절단면은 무지부(15)의 원주방향으로 3개가 형성될 수 있다. 본 발명에서, 상기 절단면부의 중심각이 위 범위에 한정되는 것은 아니다. 가령 상기 중심각은 45도이거나 30도일 수도 있고, 180도일 수도 있다.
절단면부(115)는 무지부(15)와 유지부(14)의 경계부(16)에서 축방향 외측으로 일정 거리 이격된 부분(16a)을 절단함에 따라 형성될 수 있다. 이에 따라, 제2커터부(220)가 유지부(14)에서 이격된 위치에서 무지부(15)를 절단하므로, 유지부(14)에 코팅된 활물질이 탈리되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 무지부(15)가 약간 변형되면서 절단되더라도 유지부(14)가 손상되거나 변형되는 것을 방지할 수 있다.
상기한 절단면부(115)의 중심각은 전극셀 바디부(111)의 직경, 배터리 셀(100)의 용량 등을 고려하여 적절하게 선택될 수 있다. 예들 들면, 전극셀 바디부(111)의 직경이 커질수록 절단면부(115)의 중심각을 60°에 가깝게 형성할 수 있다. 이는 전극셀 바디부(111)의 직경이 커질수록 전류 패스의 단면적 확대가 발열이나 발화 방지에 유리하므로, 포밍부(117)의 면적을 증가시키기 위해 절단면부(115)의 중심각을 감소시키는 것이다. 또한, 전극셀 바디부(111)의 용량이 증가될수록 절단면부(115)의 중심각을 60°에 가깝게 형성할 수 있다.
포밍부(117)는 전극셀 바디부(111)의 코어부(112)를 중심으로 방사상으로 형성될 수 있다. 4개의 포밍부(117)가 십자 형태로 형성되는 경우, 절단면부(115)의 중심각은 90°를 이룬다. 6개의 포밍부(117)가 코어부(112)를 중심으로 방사상으로 형성되는 경우, 절단면부(115)의 중심각은 60°를 이룬다. 3개의 포밍부(117)가 코어부(112)를 중심으로 방사상으로 형성되는 경우, 절단면부(115)의 중심각은 120°를 이룬다. 포밍부(117)가 코어부(112)를 중심으로 방사상으로 형성되므로, 전류 패스가 전극셀 바디부(111)의 원주방향으로 고르게 분산될 수 있다.
포밍부(117)는 무지부(15)의 비절단부(117a)를 전극셀 바디부(111)의 코어부(112) 측으로 눕혀지는 형태로 형성될 수 있다. 이에 따라, 포밍부(117)가 전극셀 바디부(111)의 외주면에서 바깥쪽으로 돌출되는 것을 방지하므로, 배터리 셀(100) 제조시 전극 조립체(110)가 전지캔(120)의 내부에 원활하게 투입될 수 있다. 또한, 포밍부(117)가 전지캔(120)에 걸리는 것을 방지할 수 있다.
비절단부(117a)를 전극셀 바디부(111)의 코어부(112) 측으로 눕히는 경우, 코어부(112)와 인접한 비절단부(117a)가 눕혀질 때 상기 코어부(112)를 가리는 현상이 발생할 수 있다. 즉, 도 1(a)에 도시된 바와 같이 코어 측에 배치되는 무지부의 일부 구간을 삭제하지 않은 채로 제작된 전극셀 바디부(111)는 리세스부(112a)를 구비하지 않는다. 이처럼 비절단부(117a)가 코어부(112)에 인접한 권회턴의 무지부에도 존재하게 되면, 코어부(112)에 인접한 무지부(15)가 눕혀짐에 따라 포밍부(117)가 코어부(112)를 가릴 수 있다.
상기 코어부(112)는 전해액이 투입되는 통로가 되기도 하고, 경우에 따라서는 용접봉이 삽입되는 통로가 될 수도 있다. 이에 상기 코어부(112)는 축방향으로 오픈되어 있는 것이 바람직하다. 이에, 도 1의 (b)에 도시된 바와 같이, 코어 측에 위치하는 무지부의 일부 구간을 미리 커팅한 상태에서 앞서 설명한 바와 같이 전극 조립체를 제작하면, 코어부(112)와 인접하는 무지부가 삭제된 형태의 리세스부(112a)가 마련되고, 이 상태에서 포밍부(117)를 형성하면, 코어부(112)가 가려지는 일이 없게 된다.
리세스부(112a)의 반경방향 폭(W2)은 무지부의 높이(W1)와 동일하게 형성될 수 있다(도 9 참조). 또한, 리세스부(112a)의 반경방향 폭(W2)은 무지부의 높이(W1)보다 약간 넓거나 좁게 형성될 수 있음은 물론이다.
포밍부(117)는 전극셀 바디부(111)의 반경방향과 나란하게 형성될 수 있다. 포밍부(117)는 전극셀 바디부(111)의 코어부(112)를 중심으로 대칭되게 형성될 수 있다. 이에 따라, 포밍부(117)가 전극셀 바디부(111)의 반경방향으로 거의 동일한 면적의 전류 패스를 형성할 수 있다.
전극셀 바디부(111)의 중심부에는 코어부(112)가 형성될 수 있다. 코어부(112)는 전극셀 바디부(111)의 중심부를 관통하는 중공 형태로 형성된다. 코어부(112)의 단면은 원형일 수 있다. 코어부(112)가 중공 형태로 형성되므로, 전극 조립체(110)가 전지캔(120)에 투입된 후 전해액 주입기(미도시)가 코어부(112)를 통해 전해액을 주입할 수 있다. 이에 따라, 전해액 주입 시간을 단축할 수 있으므로, 배터리 셀(100)의 제조 시간을 단축할 수 있다. 또한, 전해액 주입기가 코어부(112)에 삽입될 때에, 코어부(112) 근처의 전극시트(11,12)나 분리막(13)이 걸려 찢어지거나 손상되는 것을 방지할 수 있다.
전극셀 바디부(111)는 원통형으로 형성될 수 있다. 이에 따라, 원통형 전지캔(120)의 내측면에 전극셀 바디부(111)의 외측면이 밀착되도록 투입할 수 있다.
다음으로, 본 발명에 따른 배터리 셀의 제조방법에 관해 설명하기로 한다.
시트 형태의 제1전극시트(11)와 제2전극시트(12) 사이에 분리막(13)이 적층된다(S11). 이때, 제1전극시트(11), 제2전극시트(12) 및 분리막(13)이 적층된 구조물을 전극 적층체(10)라고 한다. 전극 적층체(10)에서 제1전극시트(11)의 무지부(15)는 전극 적층체(10)의 폭방향 일측으로 돌출되고, 제2전극시트(12)의 무지부(15)는 전극 적층체(10)의 폭방향 타측으로 돌출된다.
제1전극시트(11)와 제2전극시트(12) 및 분리막(13)이 젤리롤 타입으로 권취된다(S12). 이때, 전극 적층체(10)를 권취봉에 권취하여 전극 조립체(110)를 형성하고, 권취봉을 전극 조립체(110)에서 분리한다. 전극 조립체(110) 중심부에는 권취봉이 빠진 부분에 중공 형태의 코어부(112)가 형성된다. 코어부(112)는 전극 조립체(110)의 축방향을 관통하도록 형성된다. 상기 전극 적층체(10)에 제1전극시트(11)와 제2전극시트(12) 및 분리막(13)이 많이 적층될수록 전극 조립체(110)의 권취 시간 및 제조 시간을 단축시킬 수 있다.
제1커터부(210)가 배터리 셀(100)의 축방향으로 이동되면서 제1전극시트(11)와 제2전극시트(12)의 무지부(15)를 방사상으로 절단한다(S13). 이때, 제1커터부(210)가 전극셀 바디부(111)의 무지부(15)를 축방향으로 절단하여 절단 예정부(115a)와 비절단부(117a)를 분리시킨다. 이때, 절단 예정부(115a)와 비절단부(117a)는 전극셀 바디부(111)의 축방향을 따라 세워진 상태를 그대로 유지한다.
제2커터부(220)가 배터리 셀(100)의 방사방향으로 이동되면서 무지부(15)의 일부를 절단하여 절단면부(115)를 형성한다(S14). 제2커터부(220)가 무지부(15)의 절단 예정부(115a)를 반경방향으로 절단하여 전극셀 바디부(111)에서 제거한다. 이에 따라, 전극셀 바디부(111)의 무지부(15)에서 절단면부(115)와 비절단부가 서로 분리된다.
프레스부(230)가 무지부(15)의 비절단부(117a)를 가압하여 눕힘에 따라 포밍부(117)를 형성한다(S15). 복수의 포밍부(117)는 절단면부(115) 사이에 배치되고, 무지부(15)의 비절단부(117a)를 가압하여 눕힘에 따라 형성된다. 복수의 포밍부(117)는 아래에 설명할 프레스부(230)를 이용하여 무지부(15)의 비절단부(117a)를 가압하여 눕힘에 따라 형성될 수 있다. 이때, 복수의 포밍부(117)는 비절단부(117a)을 이루는 복수의 비절단편이 연속으로 겹쳐지면서 눕혀질 수 있다. 이에 따라, 포밍부(117)는 전극셀 바디부(111)의 축방향에 약간 경사지게 형성될 수 있다.
절단면부(115)는 집전 플레이트(130,140)와 선접촉된 상태로 집전 플레이트(130,140)에 레이저 용접되므로, 절단면부(115)는 전류 패스를 거의 증가시키지 못한다. 반면, 포밍부(117)는 비절단부(117a)를 반경방향으로 눕혀 형성하므로, 포밍부(117)가 분리막(13)의 두께만큼 이격된 무지부(15)의 간격을 덮어준다. 이러한 포밍부(117)는 집전 플레이트(130,140)에 면접촉된 상태로 용접되므로, 포밍부(117)의 면적이 넓어질수록 전극 조립체(110)와 집전 플레이트(130,140)의 전류 패스가 상대적으로 증가될 수 있다. 이러한 포밍부(117)는 무지부(15)의 간격을 합한 면적만큼 전류 패스를 증가시키므로, 대용량의 배터리 셀(100)에 적용되더라도 배터리 셀(100)의 발열량 증가를 억제하고 발화 가능성을 감소시킬 수 있다.
무지부(15)에서 절단 예정부(115a)와 비절단부(117a)가 서로 분리된 후 절단 예정부(115a)를 절단하여 절단면부(115)를 형성하고, 비절단부(117a)를 가압하여 눕힘에 따라 포밍부(117)를 형성한다. 이에 따라, 비절단부(117a)를 가압하여 포밍부(117)를 형성할 때에, 포밍부(117)와 절단면부(115)의 경계부(16)가 찢어지거나 불규칙하게 일그러지면서 변형되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 분리막(13)의 가장자리가 경계부(16)의 찢어지거나 변형된 부분에 의해 들뜨거나 손상되는 것을 방지할 수 있다. 이에 따라, 제1전극시트(11)와 제2전극시트(12)의 단락을 방지할 수 있다. 나아가, 배터리 셀(100)의 발열량을 감소시키거나 폭발 가능성을 현저히 감소시킬 수 있다.
절단면부(115)는 전극셀 바디부(111)의 코어부(112)를 중심으로 원주방향을 따라 부채꼴 형태로 형성될 수 있다. 절단면부(115)의 꼭지점부는 코어부(112)를 향한다. 절단면부(115)가 부채꼴 형태로 형성되므로, 각 포밍부(117)가 코어부(112)를 중심으로 복수의 절단면부(115) 사이에 방사상으로 배치될 수 있다.
절단면부(115)는 60°-120°의 중심각(θ1)을 가질 수 있다. 예들 들면, 절단면부(115)의 중심각(θ1)이 90°인 경우, 절단면부(115)는 무지부(15)의 원주방향으로 4개가 십자 형태로 형성될 수 있다. 절단면부(115)의 중심각(θ1)이 60°인 경우, 절단면은 무지부(15)의 원주방향으로 6개가 형성될 수 있다. 절단면부(115)의 중심각(θ1)이 120°인 경우, 절단면은 무지부(15)의 원주방향으로 3개가 형성될 수 있다.
절단면부(115)는 무지부(15)와 유지부(14)의 경계부(16)에서 축방향 외측으로 일정 거리 이격된 부분을 절단함에 따라 형성될 수 있다. 이에 따라, 제2커터부(220)가 유지부(14)에서 이격된 위치에서 무지부(15)를 절단하므로, 유지부(14)에 코팅된 활물질이 탈리되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 무지부(15)가 약간 변형되면서 절단되더라도 유지부(14)가 손상되거나 변형되는 것을 방지할 수 있다.
포밍부(117)는 전극셀 바디부(111)의 코어부(112)를 중심으로 방사상으로 형성될 수 있다. 4개의 포밍부(117)가 십자 형태로 형성되는 경우, 절단면부(115)의 중심각(θ1)은 90°를 이룬다. 6개의 포밍부(117)가 코어부(112)를 중심으로 방사상으로 형성되는 경우, 절단면부(115)의 중심각(θ1)은 60°를 이룬다. 3개의 포밍부(117)가 코어부(112)를 중심으로 방사상으로 형성되는 경우, 절단면부(115)의 중심각(θ1)은 120°를 이룬다. 포밍부(117)가 코어부(112)를 중심으로 방사상으로 형성되므로, 전류 패스가 전극셀 바디부(111)의 원주방향으로 고르게 분산될 수 있다.
포밍부(117)는 무지부(15)의 비절단부(117a)가 전극셀 바디부(111)의 코어부(112) 측으로 눕혀지는 형태로 형성될 수 있다. 이에 따라, 포밍부(117)가 전극셀 바디부(111)의 외주면에서 바깥쪽으로 돌출되는 것을 방지하므로, 배터리 셀(100) 제조시 전극 조립체(110)가 전지캔(120)의 내부에 원활하게 투입될 수 있다. 또한, 포밍부(117)가 전지캔(120)에 걸리는 것을 방지할 수 있다.
포밍부(117)는 전극셀 바디부(111)의 반경방향을 따라 형성될 수 있다. 포밍부(117)는 전극셀 바디부(111)의 코어부(112)를 중심으로 대칭되게 형성될 수 있다.
제1커터부(210)는 제1진동 발생부(213)에 의해 진동되면서 무지부(15)를 절단한다. 제1진동 발생부(213)는 초음파 진동자를 포함할 수 있다. 제1커터부(210)가 진동되면서 무지부(15)를 절단하므로, 무지부(15)의 절단 성능 및 절단 속도가 향상될 수 있다.
제2커터부(220)는 제2진동 발생부(223)에 의해 진동되면서 무지부(15)를 절단한다. 제2진동 발생부(223)는 초음파 진동자를 포함할 수 있다. 제2커터부(220)가 진동되면서 무지부(15)를 절단하므로, 무지부(15)의 절단 성능 및 절단 속도가 향상될 수 있다.
상술한 절단면부의 가공은, 제1커터부에 의한 가공을 먼저 한 뒤, 제2커터부에 의한 가공을 하는 것이 바람직하다.
상기와 같은 전극 조립체를 이용하여 제조되는 배터리 셀에 관해 설명하기로 한다.
도 13을 참조하면, 본 발명에 따른 배터리 셀(100)은 전극 조립체(110), 전지캔(120), 밀봉캡부(150) 및 제1집전 플레이트(130)를 포함한다.
전극 조립체(110)는 상술한 바와 실질적으로 동일하므로 그 설명을 생략하기로 한다.
전지캔(120)의 내부에는 전극 조립체(110)가 수용된다. 전지캔(120)은 제1전극시트(11) 및 제2전극시트(12) 중 어느 하나와 전기적으로 연결되어 제1극성을 띤다. 전지캔(120)은 전류가 흐를 수 있도록 도전성 재질로 형성될 수 있다. 예들 들면, 전지캔(120)은 스테인리스 재질, 알루미늄 재질 등을 포함하는 재질로 제조될 수 있다. 전지캔(120)은 일측에 개방단이 형성되는 원통형으로 형성될 수 있다.
밀봉캡부(150)는 전지캔(120)의 개방단을 밀봉한다. 밀봉캡부(150)는 전지캔(120)과 절연되도록 설치된다. 밀봉캡부(150)는 외부의 이물질이나 습기가 전지캔(120) 내부로 침투되는 것을 방지한다.
제1집전 플레이트(130)는 제1전극시트(11) 및 제2전극시트(12) 중 다른 하나와 전기적으로 연결되는 제2극성을 띤다. 제1집전 플레이트(130)는 전극 조립체(110)와 밀봉캡부(150) 사이에 배치될 수 있다. 제1집전 플레이트(130)는 밀봉캡부(150)에 전기적으로 연결된다. 제1집전 플레이트(130)는 제1전극시트(11) 및 제2전극시트(12) 중 다른 하나의 무지부(15)와 용접될 수 있다. 이때, 무지부(15)의 포밍부(117)는 제1집전 플레이트(130)에 면접촉된 상태로 용접되고, 무지부(15)의 절단면부(115)는 제1집전 플레이트(130)에 선접촉된 상태로 용접될 수 있다. 이에 따라, 무지부(15)와 제1집전 플레이트(130)의 용접 단면적이 증가되므로, 전류 패스의 단면적이 증가되어 배터리 셀(100)의 전기 저항을 현저히 감소시킬 수 있다. 또한, 배터리 셀(100)의 발열량을 감소시키고, 배터리 셀(100)의 발화 가능성을 낮출 수 있다.
제1전극시트(11)는 음극시트이고, 제2전극시트(12)는 양극시트일 수 있다. 또한, 제1전극시트(11)는 양극시트이고, 제2전극시트(12)는 음극시트일 수 있다.
상기한 전지캔(120)의 내부에는 전극 조립체(110)의 코어부(112)를 통해 전해액을 주입한다.
전해액은 A +B-와 같은 구조를 갖는 염일 수 있다. 여기서, A+는 Li +, Na+, K+ 와 같은 알칼리 금속 양이온이나 이들의 조합으로 이루어진 이온을 포함한다. 그리 고 B-는 F-, Cl-, Br-, I-, NO3 -, N(CN)2 -, BF4 -, ClO4 -, AlO4 -, AlCl4 -, PF6 -, SbF6 -, AsF6 -, BF2C2O4 -, BC4O8 -, (CF3)2PF4 -, (CF3)3PF3 -, (CF3)4PF2 -, (CF3)5PF-, (CF3)6P-, CF3SO3 -, C4F9SO3 -, CF3CF2SO3 -, (CF3SO2) 2N-, (FSO2)2N-, CF3CF2(CF3)2CO-, (CF3SO2)2CH-, (SF5)3C-, (CF3SO2)3C-, CF3(CF2)7SO3 -, CF3CO2 -, CH3CO2 -, SCN-및 (CF3CF2SO2)2N-로 이루 어진 군에서 선택된 어느 하나 이상의 음이온을 포함한다.
전해액은 또한 유기 용매에 용해시켜 사용할 수 있다. 유기 용매로는, 프로필렌 카보네이트(propylene carbonate, PC), 에틸렌 카보네이 트(ethylenecarbonate, EC), 디에틸카보네이트(diethyl carbonate, DEC), 디메틸카보네이트(dimethyl carbonate, DMC), 디프로필카보네이트(dipropyl carbonate, DPC), 디메틸설프옥사이드(dimethyl sulfoxide), 아세토니트릴 (acetonitrile), 디메톡시에탄(dimethoxyethane), 디에톡시에탄(diethoxyethane), 테트라하이드로퓨란(tetrahydrofuran), N-메틸-2-피롤리돈(N-methyl-2-pyrrolidone, NMP), 에틸 메틸카보네이트(ethyl methyl carbonate, EMC), 감마 부티로락톤(γ-butyrolactone) 또는 이들의 혼합물이 사용될 수 있다.
밀봉캡부(150)는, 제1집전 플레이트(130)를 커버하며, 가장자리가 서포터부(122)의 내주면과 제1집전 플레이트(130) 사이에 개재된 인슐레이터(157)를 더 포함할 수 있다. 인슐레이터(157)는 밀봉캡부(150)와 전지캔(120)을 전기적으로 절연시킨다.
인슐레이터(157)는 절연성이 있는 고분자 수지로 이루어질 수 있다. 예를 들면, 인슐레이터(157)는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리이미드 또는 폴리부틸렌테레프탈레이트로 이루어질 수 있다.
밀봉캡부(150)는 전지캔(120)의 개방단을 차단하도록 설치되는 캡 플레이트(151)를 포함한다. 캡 플레이트(151)는 전체적으로 원판 형태로 형성될 수 있다. 캡 플레이트(151)의 중심부에는 외부 단자(152)가 외측(도 13의 상측)으로 돌출되게 형성된다.
밀봉캡부(150)는 캡 플레이트(151)의 하측에 배치되는 벤트 플레이트(153)를 포함한다. 벤트 플레이트(153)(vent plate)는 전지캔(120)의 내부 압력이 기 설정된 압력 이상이 되면 파손된다. 이러한 벤트 플레이트(153)는 배터리 셀(100)의 폭발을 방지한다.
벤트 플레이트(153)와 제1집전 플레이트(130)는 리드부(155)에 의해 전기적으로 연결된다. 또한, 벤트 플레이트(153)는 캡 플레이트(151)와 접촉되어 전류 패스의 일부를 형성한다.
전지캔(120)의 개방단의 하측에는 전지캔(120)의 내측으로 함몰되는 서포터부(122)가 형성된다. 서포터부(122)의 상측에는 벤트 플레이트(153)와 캡 플레이트(151)가 적층된다.
서포터부(122)의 내측면과 벤트 플레이트(153)와 캡 플레이트(151)의 둘레부에는 인슐레이터(157)가 개재된다. 인슐레이터(157)는 제1집전 플레이트(130)를 커버하며, 가장자리가 서포터부(122)의 내주면과 제1집전 플레이트(130) 사이에 개재한다. 이러한 인슐레이터(157)는 밀봉캡부(150)의 일부를 구성한다.
전지캔(120)의 개방단에는 캡 플레이트(151)와 인슐레이터(157)를 가압하도록 클램핑부(123)가 형성된다. 클램핑부(123)를 전지캔(120)의 개방단을 내측으로 절곡하여 캡 플레이트(151)의 둘레와 전지캔(120)의 개방단 사이를 밀봉한다. 서포터부(122)가 클램핑부(123)가 제1집전 플레이트(130)와 벤트 플레이트(153)의 둘레를 압착하면서 고정시키므로, 제1집전 플레이트(130)와 벤트 플레이트(153)의 이동이 제한되어 배터리 셀(100)의 조립 안정성이 향상될 수 있다. 또한, 외부 충격에 의해 전지캔(120)의 기밀이 누설되는 것을 방지할 수 있다.
제1전극시트(11) 및 제2전극시트(12) 중 어느 하나가 전지캔(120)은 제2집전 플레이트(140)를 매개로 전기적으로 연결될 수 있다. 이때, 제2집전 플레이트(140)는 제1전극시트(11) 및 제2전극시트(12) 중 어느 하나에 형성된 무지부(15)와 용접될 수 있다. 무지부(15)의 절단면부(115) 및 포밍부(117)와 제2집전 플레이트(140)가 레이저에 의해 용접될 수 있다. 이에 따라, 무지부(15)와 제2집전 플레이트(140)의 용접 단면적이 증가되므로, 전류 패스의 단면적이 증가되어 배터리 셀(100)의 전기 저항을 현저히 감소시킬 수 있다. 또한, 배터리 셀(100)의 발열량을 감소시키고, 배터리 셀(100)의 발화 가능성을 낮출 수 있다.
또한, 제1전극시트(11) 및 제2전극시트(12) 중 어느 하나에 형성된 무지부(15)는 전지캔(120)의 내측면에 직접 용접될 수 있음은 물론이다.
도 15는 본 발명에 따른 전극 조립체가 팩 하우징에 수용된 상태를 도시한 사시도이다.
도 15를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 배터리 팩은 원통형 배터리 셀(100)이 전기적으로 연결된 집합체 및 이를 수용하는 팩 하우징(101)을 포함한다. 원통형 배터리 셀(100)은 상술한 실시예에 따른 배터리 셀(100) 중 어느 하나일 수 있다. 도면에서는, 도면 도시의 편의상 원통형 배터리 셀(100)들의 전기적 연결을 위한 버스바(미도시), 냉각 유닛(미도시), 외부 단자(미도시) 등의 부품의 도시는 생략되었다.
배터리 팩은 차량(300)에 탑재될 수 있다. 차량(300)은 일 예로 전기 자동차, 하이브리드 자동차 또는 플러그인 하이브리드 자동차일 수 있다. 자동차는 4륜 자 동차 또는 2륜 자동차를 포함한다.
도 16은 본 발명에 따른 배터리 팩을 포함하는 차량을 설명하기 위한 도면이다.
도 16을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 차량(300)은, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 셀(100)을 포함한다. 자동차는, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 셀(100)로부터 전력을 공급받아 운행된다.
이상과 같이 본 발명에 대해서 예시한 도면을 참조로 하여 설명하였으나, 본 명세서에 개시된 실시예와 도면에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술사상의 범위 내에서 통상의 기술자에 의해 다양한 변형이 이루어질 수 있음은 자명하다. 아울러 앞서 본 발명의 실시예를 설명하면서 본 발명의 구성에 따른 작용 효과를 명시적으로 기재하여 설명하지 않았을 지라도, 해당 구성에 의해 예측 가능한 효과 또한 인정되어야 함은 당연하다.
10: 전극 적층체
11: 제1전극시트
12: 제2전극시트
13: 분리막
14: 유지부
15: 무지부
16: 경계부
16a: 제2절단라인
100: 배터리 셀
101: 팩 하우징
110: 전극 조립체
111: 전극셀 바디부
112: 코어부
112a: 코어측 무지부 제거부위, 리세스부
113: 제1절단라인
115: 절단면부
115a: 절단 예정부
117: 포밍부
117a: 비절단부
120: 전지캔
121: 전지캔 바디부
122: 서포터부
123: 클램핑부
130: 제1집전 플레이트
132: 중심홀부
140: 제2집전 플레이트
150: 밀봉캡부
151: 캡 플레이트
152: 외부 단자
153: 벤트 플레이트
155: 리드부
157: 인슐레이터
210: 제1커터부
211: 제1블레이드
213: 제1진동 발생부
215: 제1연통홀부
220: 제2커터부
221: 제2블레이드
223: 제2진동 발생부
230: 프레스부
300: 차량

Claims (27)

  1. 시트 형태의 제1전극시트(11)와 제2전극시트(12)와 분리막(13)이 적층된 상태로 권취되며, 상기 제1전극시트(11)와 상기 제2전극시트(12) 중 적어도 어느 한 시트의 폭방향 단부에 활물질층이 코팅되지 않는 무지부(15)가 구비된 전극셀 바디부(111)를 구비하는 전극 조립체(110)의 무지부(15)의 적어도 일 부분을 절단하는 커팅장치로서,
    상기 전극 조립체(110)의 축방향으로 이동하면서 축방향으로 연장된 상기 무지부(15)에 축방향으로 제1절단라인을 형성하는 제1커터부(210); 및
    상기 전극 조립체(110)의 반경방향으로 이동하면서 둘레방향으로 권취된 상기 무지부(15)에 둘레방향으로 제2절단라인을 형성하되 상기 제2절단라인이 상기 제1절단라인에 연결되도록 하여 상기 제1절단라인과 상기 제2절단라인에 의해 둘러싸인 무지부 부분을 절취해 냄으로써 상기 전극 조립체(110)의 무지부(15)에 절단면부(115)를 형성하는 제2커터부(220);를 포함하는 커팅장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1커터부(210)는 방사상으로 배치되고 축방향으로 연장된 복수의 제1블레이드(211)를 포함하는, 커팅장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1커터부(210)는 제1진동 발생부(213)를 더 포함하는, 커팅장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제2커터부(220)는 상기 무지부(15)의 일부를 부채꼴 형태로 절단하도록 두 변에 칼날이 형성된 삼각 형태로 형성되는, 커팅장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제2커터부(220)는 제2진동 발생부(223)를 더 포함하는, 커팅장치.
  6. 제1항의 커팅장치; 및
    상기 무지부(15)가 절취되지 않은 비절단부(117a)를 가압하여 눕힘으로써 포밍부(117)를 형성하는 프레스부(230);를 포함하는 전극 조립체 가공 장치로서,
    상기 프레스부(230)는 상기 전극셀 바디부(111)의 반경방향으로 이동되하서 상기 무지부(15)의 비절단부(117a)를 상기 전극셀 바디부(111)의 반경방향으로 눕히는, 전극 조립체 가공 장치.
  7. 시트 형태의 제1전극시트(11)와 제2전극시트(12)와 분리막(13)을 적층하고 권취하여 전극셀 바디부(111)를 제작하는 단계;
    제1커터부(210)가 상기 전극셀 바디부(111)의 축방향으로 이동하면서 상기 제1전극시트(11)와 상기 제2전극시트(12)의 무지부(15)에 축방향으로 제1절단라인을 형성하는 단계;
    제2커터부(220)가 상기 전극셀 바디부(111)의 반경방향으로 이동하면서 둘레방향으로 권취된 상기 무지부(15)에 둘레방향으로 제2절단라인을 형성하되 상기 제2절단라인이 상기 제1절단라인에 연결되도록 하여 상기 제1절단라인과 상기 제2절단라인에 의해 둘러싸인 무지부 부분을 절취해 냄으로써 상기 전극 조립체(110)의 무지부(15)에 절단면부(115)를 형성하는 단계; 및
    프레스부(230)가 상기 무지부(15)의 비절단부(117a)를 가압하여 반경방향으로 눕힘에 따라 포밍부(117)를 형성하는 단계를 포함하는, 배터리 셀(100)의 제조방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 절단면부(115)는 상기 전극셀 바디부(111)의 코어부(112)를 중심으로 원주방향을 따라 부채꼴 형태로 형성되는, 배터리 셀(100)의 제조방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 절단면부(115)는 60°-120°의 중심각을 갖는, 배터리 셀(100)의 제조방법.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 포밍부(117)는 상기 전극셀 바디부(111)의 코어부(112)를 중심으로 방사상으로 형성되는, 배터리 셀(100)의 제조방법.
  11. 제7항에 있어서,
    상기 포밍부(117)는 상기 무지부(15)의 비절단부(117a)가 상기 전극셀 바디부(111)의 코어부(112) 측으로 눕혀지는 형태로 형성되는, 배터리 셀(100)의 제조방법.
  12. 제7항에 있어서,
    상기 포밍부(117)는 상기 전극셀 바디부(111)의 반경방향을 따라 형성되는, 배터리 셀(100)의 제조방법.
  13. 제7항에 있어서,
    상기 절단면부(115)는 상기 무지부(15)와 유지부(14)의 경계부(16)에서 상기 축방향 외측으로 일정 거리 이격된 부분을 절단함에 따라 형성되는, 배터리 셀(100)의 제조방법.
  14. 제7항에 있어서,
    상기 제1커터부(210)는 제1진동 발생부(213)에 의해 진동되면서 상기 무지부(15)를 절단하는, 배터리 셀(100)의 제조방법.
  15. 제7항에 있어서,
    상기 제2커터부(220)는 제2진동 발생부(223)에 의해 진동되면서 상기 무지부(15)를 절단하는, 배터리 셀(100)의 제조방법.
  16. 시트 형태의 제1전극시트(11)와 제2전극시트(12) 사이에 분리막(13)이 적층되고, 상기 제1전극시트(11)와 상기 제2전극시트(12) 및 상기 분리막(13)이 젤리롤 타입으로 권취되며, 상기 제1전극시트(11)와 상기 제2전극시트(12)의 폭방향 단부에 활물질층이 코팅되지 않는 무지부(15)가 형성되는 전극셀 바디부(111);
    상기 전극셀 바디부(111)의 코어부(112)를 중심으로 원주방향을 따라 상기 무지부(15)의 일부를 절단함에 따라 형성되는 복수의 절단면부(115); 및
    상기 절단면부(115) 사이에 배치되고, 상기 무지부(15)의 비절단부(117a)를 가압하여 눕힘에 따라 형성되는 복수의 포밍부(117);를 포함하는, 전극 조립체(110).
  17. 제16항에 있어서,
    상기 절단면부(115)는 상기 전극셀 바디부(111)의 코어부(112)를 중심으로 원주방향을 따라 부채꼴 형태로 형성되는, 전극 조립체(110).
  18. 제17항에 있어서,
    상기 절단면부(115)은 30°-180°의 중심각을 갖는, 전극 조립체(110).
  19. 제16항에 있어서,
    상기 절단면부(115)는 상기 무지부(15)와 유지부(14)의 경계부(16)에서 축방향 외측으로 일정 거리 이격된 부분을 절단함에 따라 형성되는, 전극 조립체(110).
  20. 제16항에 있어서,
    상기 포밍부(117)는 상기 전극셀 바디부(111)의 코어부(112)를 중심으로 방사상으로 형성되는, 전극 조립체(110).
  21. 제16항에 있어서,
    상기 포밍부(117)는 상기 비절단부(117a)를 상기 전극셀 바디부(111)의 코어부(112) 측으로 눕혀지는 형태로 형성되는, 전극 조립체(110).
  22. 제21항에 있어서,
    권취방향으로 상기 코어부(112)에 인접한 소정의 구간에서 상기 무지부(15)는 제거된 형태인, 전극 조립체(110).
  23. 제16항에 있어서,
    상기 코어부(112)는 상기 전극셀 바디부(111)의 중심부를 관통하는 중공 형태로 형성되고, 상기 포밍부(117)는 축방향으로 상기 코어부(112)를 가리지 않는, 전극 조립체(110).
  24. 제16항 내지 제23항 중 어느 한 항의 전극 조립체(110);
    상기 전극 조립체(110)가 수용되며, 상기 제1전극시트(11) 및 상기 제2전극시트(12) 중 어느 하나와 전기적으로 연결되어 제1극성을 띠는 전지캔(120);
    상기 전지캔(120)의 개방단을 밀봉하는 밀봉캡부(150); 및
    상기 제1전극시트(11) 및 상기 제2전극시트(12) 중 다른 하나와 전기적으로 연결되는 제2극성을 띠는 제1집전 플레이트(130);를 포함하는, 배터리 셀(100).
  25. 제24항에 있어서,
    상기 제1집전 플레이트(130)는 상기 포밍부(117)에 용접되는, 배터리 셀(100).
  26. 제25항에 기재된 배터리 셀(100);을 적어도 하나 포함하는, 배터리 팩.
  27. 제26항에 기재된 배터리 팩;을 적어도 하나 포함하는, 차량.
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