KR20230039580A - 전극조립체, 이를 포함하는 이차전지, 이를 제조하는 이차전지 제조방법 및 이에 이용되는 이차전지 제조장치. - Google Patents
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Abstract
본 발명은 전극조립체, 이를 포함하는 이차전지, 이를 제조하는 이차전지 제조방법 및 이에 이용되는 이차전지 제조장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 단위 셀 내부의 전극과 분리막의 미접착 영역 및 전극조립체 내부의 단위 셀과 분리막 시트의 미접착 영역을 개선할 수 있는 전극조립체, 이를 포함하는 이차전지, 이를 제조하는 이차전지 제조방법 및 이에 이용되는 이차전지 제조장치에 관한 것이다.
본 발명은, 전극 및 분리막을 포함하는 단위 셀을 제조하는 단위 셀 제조단계; 다수의 단위 셀 및 분리막 시트가 교대로 적층되도록 폴딩하여 전극조립체를 제조하는 전극조립체 제조단계; 상기 전극조립체 외면에 형성되는 높이 차이를 보정하는 보정 단계; 및 상기 전극조립체를 가압하는 가압 단계를 포함하며; 상기 보정 단계는, 상기 전극조립체의 내부를 기준으로 상대적으로 높이가 낮게 형성된 영역에 보정시트를 배치함으로써 상기 전극조립체 외면에 형성되는 높이 차이를 보정하는 것을 특징으로 하는 이차전지 제조방법을 제공한다.
본 발명은, 전극 및 분리막을 포함하는 단위 셀을 제조하는 단위 셀 제조단계; 다수의 단위 셀 및 분리막 시트가 교대로 적층되도록 폴딩하여 전극조립체를 제조하는 전극조립체 제조단계; 상기 전극조립체 외면에 형성되는 높이 차이를 보정하는 보정 단계; 및 상기 전극조립체를 가압하는 가압 단계를 포함하며; 상기 보정 단계는, 상기 전극조립체의 내부를 기준으로 상대적으로 높이가 낮게 형성된 영역에 보정시트를 배치함으로써 상기 전극조립체 외면에 형성되는 높이 차이를 보정하는 것을 특징으로 하는 이차전지 제조방법을 제공한다.
Description
본 발명은 전극조립체, 이를 포함하는 이차전지, 이를 제조하는 이차전지 제조방법 및 이에 이용되는 이차전지 제조장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 단위 셀 내부의 전극과 분리막의 미접착 영역 및 전극조립체 내부의 단위 셀과 분리막 시트의 미접착 영역을 개선할 수 있는 전극조립체, 이를 포함하는 이차전지, 이를 제조하는 이차전지 제조방법 및 이에 이용되는 이차전지 제조장치에 관한 것이다.
물질의 물리적 반응이나 화학적 반응을 통해 전기에너지를 생성시켜 외부로 전원을 공급하게 되는 전지(cell, battery)는 각종 전기전자 기기로 둘러싸여 있는 생활환경에 따라, 건물로 공급되는 교류 전원을 획득하지 못할 경우나 직류전원이 필요할 경우 사용하게 된다.
이와 같은 전지 중에서 화학적 반응을 이용하는 화학전지인 일차전지와 이차전지가 일반적으로 많이 사용되고 있는데, 일차전지는 건전지로 통칭되는 것으로 소모성 전지이다. 또한 이차전지는 전류와 물질 사이의 산화환원과정이 다수 반복 가능한 소재를 사용하여 제조되는 재충전식 전지로서, 전류에 의해 소재에 대한 환원반응이 수행되면 전원이 충전되고, 소재에 대한 산화반응이 수행되면 전원이 방전되는데, 이와 같은 충전-방전이 반복적으로 수행되면서 전기가 생성되게 된다.
이때, 이차 전지 중 리튬 이온 전지는 양극 도전 포일과 음극 도전 포일에 각각 활물질, 도전재 및 바인더가 혼합되어 있는 전극 슬러리(slurry)를 일정한 두께로 코팅함으로써 전극을 제조하고, 양 도전 포일 사이에는 분리막이 개재되도록 하여 전극조립체를 제조할 수 있다.
또한 이차전지는 양극/분리막/음극 구조의 전극조립체가 어떠한 구조로 이루어져 있는지에 따라 분류될수도 있다. 예를 들어 상기 이차전지는 긴 시트형의 양극들과 음극들을 분리막이 개재된 상태에서 대량 젤리 롤(jelly roll) 형태로 다수회 권취하여 전극조립체를 제조하고, 제조된 전극조립체를 원통형 캔 등에 수납하고 이를 밀봉처리하여 제작되는 원통형 이차전지와, 소정 크기 단위의 양극과 음극들을 분리막을 개재한 상태로 적층한 바이셀(bi-cell) 등이 적층되도록 폴딩하여 전극조립체를 제조하고, 제조된 전극조립체를 파우치에 수납하여 이를 밀봉처리하여 제작되는 파우치형 이차전지 등으로 분류될 수 있다.
한편, 전극 제조 시, 전극 슬러리의 점성으로 인하여 전극 슬러리가 도전 포일에 불균일하게 도포되어 전극 슬러리의 코팅 두께 차이가 발생하는 문제가 있었다. 특히, 파우치형 이차전지에서 이러한 전극 슬러리의 코팅 두께 차이는, 전극 제조 이후 상기 전극을 포함하여 제조되는 단위 셀 내부의 전극 및 분리막의 미접착 영역과, 상기 단위 셀을 포함하는 전극조립체의 단위 셀 및 분리막 시트의 미접착 영역을 형성하게 되었으며, 이는 음극에 계면저항에 의한 리튬 석출의 원인이 되어 전극의 저항을 증가시키게 되었다.
본 발명은 위와 같은 문제를 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 과제는 단위 셀 내부의 전극과 분리막의 미접착 영역 및 전극조립체 내부의 단위 셀과 분리막 시트의 미접착 영역을 개선하는 전극조립체, 이를 포함하는 이차전지, 이를 제조하는 이차전지 제조방법 및 이에 이용되는 이차전지 제조장치를 제공하는 것이다.
본 발명은, 전극 및 분리막을 포함하는 단위 셀을 제조하는 단위 셀 제조단계; 다수의 단위 셀 및 분리막 시트가 교대로 적층되도록 폴딩하여 전극조립체를 제조하는 전극조립체 제조단계; 상기 전극조립체 외면에 형성되는 높이 차이를 보정하는 보정 단계; 및 상기 전극조립체를 가압하는 가압 단계를 포함하며; 상기 보정 단계는, 상기 전극조립체의 내부를 기준으로 상대적으로 높이가 낮게 형성된 영역에 보정시트를 배치함으로써 상기 전극조립체 외면에 형성되는 높이 차이를 보정하는 것을 특징으로 하는 이차전지 제조방법을 제공한다.
상기 보정 단계는, 상기 전극조립체 외면의 높이가 균일하도록 보정할 수 있다.
상기 전극조립체는, 제1 높이를 가지는 제1 영역; 및 상기 제1 높이보다 낮은 높이로 형성되는 제2 높이를 가지는 제2 영역을 포함하며; 상기 보정 단계는, 상기 제2 영역에 상기 보정시트를 배치하여 상기 제1 영역 및 상기 제2 영역의 높이 차이를 보정할 수 있다.
상기 보정 단계는, 상기 보정시트를 상기 제1 높이에 대한 상기 제2 높이의 높이 차이만큼 상기 제2 영역에 배치할 수 있다.
상기 제2 영역은 상기 전극조립체의 가장자리에 대응되어 위치될 수 있다.
상기 전극조립체는 상기 전극에 연결되는 전극 탭을 포함하며; 상기 제2 영역은, 상기 전극조립체의 상기 전극 탭이 위치하는 영역에 대응되어 위치될 수 있다.
상기 보정시트는, 절연 재질일 수 있다.
상기 보정시트는, 합성수지 및 접착물질을 포함할 수 있다.
상기 보정시트는, CPP 테이프(Cast PolyPropylene tape)일 수 있다.
또한 본 발명은, 전극 및 분리막을 포함하는 다수의 단위 셀 및 분리막 시트가 교대로 적층되는 전극조립체로서, 상기 전극조립체는, 제1 높이를 가지는 제1 영역; 상기 제1 높이보다 낮은 높이로 형성되는 제2 높이를 가지는 제2 영역; 및상기 제2 영역에 배치되어 상기 제1 영역 및 상기 제2 영역의 높이 차이를 보정하는 보정시트를 포함하는 것을 특징으로 하는 전극조립체를 제공할 수 있다.
상기 보정시트는, 상기 제1 영역 및 상기 제2 영역의 높이 차이만큼 배치될 수 있다.
상기 제2 영역은 상기 전극조립체의 가장자리에 대응되어 위치될 수 있다.
상기 전극조립체는 상기 전극에 연결되는 전극 탭을 포함하며; 상기 제2 영역은, 상기 전극조립체의 상기 전극 탭이 위치하는 영역에 대응되어 위치될 수 있다.
또한, 본 발명은 전극 및 분리막을 포함하는 다수의 단위 셀 및 분리막 시트가 교대로 적층되는 전극조립체를 포함하는 이차전지로서, 상기 전극조립체는, 제1 높이를 가지는 제1 영역; 상기 제1 높이보다 낮은 높이로 형성되는 제2 높이를 가지는 제2 영역; 및 상기 제2 영역에 배치되어 상기 제1 영역 및 상기 제2 영역의 높이 차이를 보정하는 보정시트를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지를 제공할 수 있다.
또한 본 발명은, 전극 및 분리막을 포함하는 다수의 단위 셀 및 분리막 시트가 교대로 적층되도록 폴딩되는 전극조립체를 포함하는 이차전지를 제조하는 이차전지 제조장치에 있어서, 상기 전극조립체는, 제1 높이를 가지는 제1 영역; 상기 제1 높이보다 낮은 높이로 형성되는 제2 높이를 가지는 제2 영역; 및 상기 제2 영역에 배치되어 상기 제1 영역 및 상기 제2 영역의 높이 차이를 보정하는 보정시트를 포함하며; 상기 이차전지 제조장치는, 상기 전극조립체를 가압하는 가압 프레스를 포함하고; 상기 가압 프레스는, 상기 전극조립체를 가압하는 가압면이 단차지게 형성되는 이차전지 제조장치를 제공할 수 있다.
상기 가압면은, 상기 제1 영역을 가압하는 제1 가압면; 상기 제2 영역을 가압하는 제2 가압면; 및 상기 제1 가압면 및 상기 제2 가압면을 연결하는 연결면을 포함하며; 상기 제2 가압면은, 상기 전극조립체를 향하여 상기 제1 가압면보다 돌출되도록 형성될 수 있다.
상기 연결면은, 상기 제1 가압면 및 상기 제2 가압면에 대하여 경사를 가지도록 형성될 수 있다.
또한 본 발명은, 전극 및 분리막을 포함하는 단위 셀을 제조하는 단위 셀 제조단계; 다수의 단위 셀 및 분리막 시트가 교대로 적층되도록 폴딩하여 전극조립체를 제조하는 전극조립체 제조단계; 상기 전극조립체 외면에 형성되는 높이 차이를 보정하는 보정 단계; 및 상기 전극조립체를 가압하는 가압 단계를 포함하며; 상기 가압 단계는, 제1 가압 프레스를 사용하여 상기 전극조립체를 가압하는 제1 가압 단계; 및 제2 가압 프레스를 사용하여 상기 전극조립체를 가압하는 제2 가압 단계를 포함하고; 상기 제1 가압 프레스 및 상기 제2 가압 프레스 중 적어도 어느 하나는, 상기 전극조립체를 가압하는 가압면이 단차지게 형성되는 것을 특징으로 하는 이차전지 제조방법을 제공할 수 있다.
상기 제1 가압 프레스는, 상기 전극조립체를 가압하는 가압면이 단차지게 형성되며; 상기 제2 가압 프레스는, 상기 전극조립체를 가압하는 상기 가압면이 일정한 높이로 평평하게 형성될 수 있다.
본 발명은, 전극조립체 외면에 형성되는 높이 차이를 보정하는 보정단계를 포함함으로써 가압 단계에서 단위 셀 내부의 전극 및 분리막의 미접착 영역과, 전극조립체 내부의 단위 셀 및 분리막 시트의 미접착 영역을 가압할 수 있게 하여 상기와 같은 미접착 영역을 접착시킴으로써 이차전지의 성능을 개선할 수 있게 하는 이점이 있다.
또한, 본 발명은, 전극 조립체를 가압하는 가압 프레스 중 적어도 어느 하나의 가압면을 단차지게 형성함으로써 단위 셀 내부의 전극 및 분리막의 미접착 영역과, 전극조립체 내부의 단위 셀 및 분리막 시트의 미접착 영역을 가압할 수 있게 하여 상기와 같은 미접착 영역을 접착시킴으로써 이차전지의 성능을 개선할 수 있게 하는 이점이 있다.
도 1은, 본 발명에 따른 이차전지 제조방법의 순서를 보여주는 순서도이다.
도 2는, 본 발명에 따라 높이 차이가 보정된 전극조립체의 측면을 보여주는 측면도이다.
도 3은, 본 발명에 따라 높이 차이가 보정된 전극조립체의 정면을 보여주는 정면도이다.
도 4a는 본 발명에 따른 이차전지 제조장치의 가압 프레스가 전극 조립체를 가압하는 모습을 보여주는 개념도이다.
도 4b는, 도 4a의 A부분을 확대한 확대도로서, 가압 프레스의 가압면을 보다 자세하게 보여주는 확대도이다.
도 5는, 본 발명에 따른 이차전지 제조방법에서 가압 단계의 순서를 보다 구체적으로 보여주는 순서도이다.
도 6은, 본 발명에 따른 이차전지 제조방법에서 제1 가압 프레스 및 제2 가압 프레스를 이용하여 전극조립체를 가압하는 모습을 보여주는 개념도이다.
도 7a 내지 도 7b는, 종래 기술 및 본 발명에 따라 제조된 단위 셀(bi-cell)에 있어서 전극 및 분리막 미접착 영역의 형성 여부를 보여주는 이미지이다.
도 2는, 본 발명에 따라 높이 차이가 보정된 전극조립체의 측면을 보여주는 측면도이다.
도 3은, 본 발명에 따라 높이 차이가 보정된 전극조립체의 정면을 보여주는 정면도이다.
도 4a는 본 발명에 따른 이차전지 제조장치의 가압 프레스가 전극 조립체를 가압하는 모습을 보여주는 개념도이다.
도 4b는, 도 4a의 A부분을 확대한 확대도로서, 가압 프레스의 가압면을 보다 자세하게 보여주는 확대도이다.
도 5는, 본 발명에 따른 이차전지 제조방법에서 가압 단계의 순서를 보다 구체적으로 보여주는 순서도이다.
도 6은, 본 발명에 따른 이차전지 제조방법에서 제1 가압 프레스 및 제2 가압 프레스를 이용하여 전극조립체를 가압하는 모습을 보여주는 개념도이다.
도 7a 내지 도 7b는, 종래 기술 및 본 발명에 따라 제조된 단위 셀(bi-cell)에 있어서 전극 및 분리막 미접착 영역의 형성 여부를 보여주는 이미지이다.
이하에서는 첨부의 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 이하의 실시예에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분 또는 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 관련 공지 기술에 대한 상세한 설명은 생략하였으며, 본 명세서에서 각 도면의 구성요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서는, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일 또는 유사한 참조 부호를 붙이도록 한다
또한, 본 명세서 및 특허청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정하여 해석되어서는 안되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
본 발명은, 도 1에 도시된 바와 같이, 전극 및 분리막을 포함하는 단위 셀을 제조하는 단위 셀 제조단계(S10); 다수의 단위 셀 및 분리막 시트가 교대로 적층되도록 폴딩하여 전극조립체를 제조하는 전극조립체 제조단계(S20); 상기 전극조립체 외면에 형성되는 높이 차이를 보정하는 보정 단계(S30); 및 상기 전극조립체를 가압하는 가압 단계(S40)를 포함하는 이차전지 제조방법을 제공한다.
먼저, 단위 셀 제조단계(S10)는, 전극 및 분리막을 포함하는 단위 셀을 제조하는 단계로서, 다양한 방법으로 수행될 수 있다.
예를 들어 상기 단위 셀 제조단계(S10)는, 전극 집전체(ex. 도전 포일)상에 전극 슬러리를 도포하여 전극 집전체 상에 코팅함으로써 양극 또는 음극의 전극을 제조할 수 있으며, 상기 전극 사이에 분리막을 개재한 후 전극 및 분리막을 가압하여 접착함으로써 단위 셀의 제조를 수행할 수 있다.
다만, 전극 제조과정에서 전극 슬러리가 전극 집전체 상의 일부 영역에 불균일하게 코팅될 수 있으며, 전극 슬러리가 불균일하게 코팅된 일부 영역에서는 균일하게 전극 슬러리가 코팅된 영영과 코팅된 전극 슬러리 간의 두께 차이가 발생될 수 있다. 특히, 전극 슬러리가 불균일하게 코팅된 영역이 주변의 균일하게 코팅된 영역보다 전극 슬러리가 더 적게 도포된 경우 전극 및 분리막 사이에 빈 공간이 형성되어 미접착 영역이 발생할 수 있다.
한편, 상기 단위 셀 제조단계(S10) 이후에는 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 단위 셀을 포함하는 전극조립체(10)를 제조하는 전극조립체 제조단계(S20)가 수행될 수 있다.
여기서 전극조립체 제조단계(S20)는, 다수의 단위 셀 및 분리막 시트가 교대로 적층되도록 폴딩하여 전극조립체를 제조하는 단계로서, 다양한 방법으로 수행될 수 있다.
구체적으로 전극조립체 제조단계(S20)는, 상술한 단위 셀 제조단계(S10)에서 제조한 단위 셀들을 분리막 시트에 나란하게 배치하며, 일면이 상호 대응되는 면적과 형상으로 형성된 상기 단위 셀 및 분리막 시트가 교대로 적층되도록 배치하고, 분리막 시트가 분리막 시트 상에 위치한 단위 셀을 감싸는 방향으로 상기 분리막 시트를 복수회 폴딩함으로써 전극조립체(10)를 제조할 수 있다. 이와 같이 제조된 전극조립체(10)의 외면은 분리막 시트가 전극조립체(10)를 감싸는 형상으로 형성 될 수 있다. 즉, 단위 셀과 분리막 시트가 상호 대응되는 면적과 형상으로 형성되므로 제조된 전극조립체(10)의 외면은 단위 셀의 전극 부분이 노출되지 않고, 분리막 시트로 온전히 감싸질 수 있어 분리막 시트 안쪽에 위치한 단위 셀을 보호할 수 있다.
다만, 전극 및 분리막 사이 일부 영역에서는 전극 슬러리가 전극에 불균일하게 코팅될 수 있다. 이러한 경우 균일하게 코팅된 주변 영역과 불균일하게 코팅된 영역간 전극 슬러리 코팅의 두께 차이가 발생하여 전극 및 분리막 사이에 미접착 영역이 발생될 수 있다. 미접착 영역이 발생한 단위 셀의 경우, 상기 단위 셀의 특정 영역은 타 영역에 비하여 전극 슬러리 코팅의 두께 차이만큼 상대적으로 높이가 낮게 형성될 수 있다. 이에 전극조립체(10) 제조 시, 상기 단위 셀들을 일 방향을 향하여 평행하게 배치하여 적층하는 경우, 단위 셀과 분리막 시트간에는 단위 셀에 형성된 상기 미접착 영역에 의해 다시 미접착 영역이 형성될 수 있으며, 이후 분리막 시트를 복수회 폴딩하는 경우 상기 미접착 영역들이 누적되며 상기 전극조립체(10)의 특정 영역은 타 영역에 비하여 상대적으로 높이가 낮게 형성될 수 있다.
구체적으로, 상기 전극조립체(10)는, 외면이 계단 형상으로 단차지게 형성되거나, 외면이 소정의 기울기를 가지고 경사지게 형성되는 등 외면 상에 높이 차이가 형성될 수 있다.
이 경우 상기 전극조립체(10)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 제1 높이(H1)를 가지는 제1 영역(11); 및 상기 제1 높이(H1)보다 낮게 형성되는 제2 높이(H2)를 가지는 제2 영역(12)을 포함할 수 있다. 다만, 도 2에서 제1 영역(11) 및 제2 영역(12) 사이에 배치된 점선은, 제1 영역(11) 및 제2 영역(12)의 위치를 이해하기 위하여 도시된 것으로, 전극조립체(10)의 내부 영역이 나뉘어 있음을 의미하는 것은 아니다.
구체적으로 상기 제1 영역(11)은, 전극조립체(10)에서 제1 높이(H1)를 가지는 영역을 의미한다.
여기서 제1 높이(H1)는, 상기 단위 셀의 적층 방향에 위치한 상기 전극조립체(10)의 일면을 기준으로 상기 일면과 마주보는 타면까지의 높이가 가장 높게 형성된 높이로 정의될 수 있다. 이로써, 상기 제1 영역(11)은 상기 전극조립체(10)에 있어서, 두께가 가장 두꺼운 영역으로 이해될 수 있다.
한편, 상기 제2 영역(12)은, 전극조립체(10)에서 상기 제1 높이(H1)보다 낮게 형성되는 제2 높이(H2)를 가지는 영역을 의미한다. 제2 높이(H2)와 제1 높이(H1)의 높이 차이는 단위 셀에서 전극에 코팅된 전극 슬러리의 코팅 두께 차에 의해 형성된 전극과 분리막 사이의 미접착 영역과 이후 단위 셀 및 분리막 시트를 교대로 적층하며 형성된 미접착 영역이 분리막 시트가 여러 번 폴딩되면서 누적되어 형성될 수 있다.
여기서 상기 제2 높이(H2)는, 상기 단위 셀의 적층 방향에 위치한 상기 전극조립체(10)의 일면을 기준으로 상기 일면과 마주보는 타면까지의 높이가 상기 제1 높이(H1)보다 낮게 형성되는 높이로 정의될 수 있다. 이로써 상기 제2 영역(12)은, 상기 전극조립체(10)에서 상기 제1 영역(11)보다 얇은 두께를 가지는 모든 영역으로 이해될 수 있다.
그리고, 상기 제2 영역(12)은, 상기 전극조립체(10)의 어느 부위에나 위치될 수 있다.
예를 들어, 전극 집전체의 길이가 길어질수록 전극 슬러리 도포 시 전극 집전체의 가장자리에 전극 슬러리가 덜 도달하기 쉬우므로, 상기 제2 영역(12)은 상기 전극조립체(10)의 가장자리에 대응되도록 위치될 수 있다.
특히, 상기 제2 영역(12)은, 전극조립체(10)의 가장자리 영역 중, 전극 탭(14)이 위치하는 전극조립체(10)의 가장자리 영역에 대응되어 위치될 수 있다.
이는 전극 제조 시, 하나의 전극 집전체의 중앙부에 전극 슬러리를 도포 및 건조한 후, 중앙부를 자름으로써 2개의 전극을 제조하는 경우, 본래 전극 집전체의 중앙부에 해당했던 전극조립체(10)의 가장자리 영역에는 전극 슬러리가 충분히 도포되어 있을 것으로 예상되나, 전극 탭(14)이 위치되는 전극조립체(10)의 가장자리 영역은 전극 슬러리가 상대적으로 덜 도달하기 쉽기 때문으로 이해될 수 있다. 즉, 가장자리 영역에는 전극 슬러리가 덜 도달하면서 전극 슬러리가 코팅되는 두께가 얇아지며, 제2 영역(12)이 형성될 수 있다.
여기서 전극 탭(14)은 전극 슬러리가 코팅되기 이전에 상기 전극 집전체 상에 노칭(notching)공정을 통해 형성되거나, 전극 슬러리 코팅 이후에 상기 전극 집전체의 어느 한 부위에 부착됨으로써 전극과 연결될 수 있다.
한편, 상기 전극조립체 제조단계(S20) 이후, 후술할 가압 단계(S40)에서 전극조립체(10)의 외면이 균일하게 가압될 수 있도록 전극조립체(10) 외면 상에 형성된 높이 차이를 보정하는 보정 단계(S30)가 추가로 수행될 수 있다.
즉, 상기 보정 단계(S30)를 거쳐 상기 전극조립체(10)의 외면의 높이 차이가 보정됨으로써 전극조립체(10)에서 상대적으로 높이가 높은 제1 영역(11)뿐만 아니라 상대적으로 높이가 낮게 형성된 제2 영역(12) 또한 후술하는 가압 단계(S40)에서 가압될 수 있으며, 이에 제2 영역(12)에 위치된 전극 및 분리막의 미접착 영역 및 단위 셀 및 분리막 시트의 미접착 영역이 개선될 수 있다.
구체적으로, 상기 보정단계(S30)는, 상기 전극조립체(10)에서 상대적으로 높이가 낮게 형성된 영역에 보정시트(13)를 배치함으로써 상기 전극조립체(10) 외면에 형성되는 높이 차이를 보정하는 단계로서, 다양한 방법으로 수행될 수 있다.
예를 들어, 상기 보정 단계(S30)는, 도 2 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 전극조립체(10)에서 상대적으로 낮은 높이를 가지는 상기 제2 영역(12)의 분리막 시트 상측에 상기 보정시트(13)를 배치하여 상기 제1 영역(11) 및 상기 제2 영역(12)의 높이 차이(H1-H2)를 보정할 수 있다. 단위 셀 및 분리막 시트는 상호 대응되는 면적과 형상으로 마련되어 전극조립체(10)가 제조되고, 제조된 전극조립체(10)의 외면은 분리막 시트가 감싸는 형상으로 형성되므로 보정시트(13)는 제2 영역(12)의 분리막 시트 상측에 마련되어 부착될 수 있다. 한편 도 3에는 도면부호 12, 13이 동일한 위치를 가리키는 것으로 도시되어 있으나, 보정시트(13)는 제2 영역(12) 상에 추가로 배치되는 구성이므로, 본 발명에서 제2 영역(12)과 보정시트(13)는 구별되는 개념임에 유의한다. 또한, 도 3에서 제1 영역(11) 및 제2 영역(12) 사이에 배치된 실선은, 제1 영역(11) 및 제2 영역(12) 상에 추가로 배치된 보정 시트(13)를 구분하기 위하여 도시된 것으로, 전극조립체(10)의 내부 영역이 나뉘어 있음을 의미하는 것은 아니다.
여기서 상기 보정시트(13)는, 상기 제1 영역(11) 및 상기 제2 영역(12)의 높이 차이(H1-H2)를 감소시키기 위하여 다양한 개수로 적층 배치될 수 있다.
예를 들어, 보정 시트(13)는 보정시트(13)의 두께 및 상기 제1 영역(11) 및 상기 제2 영역(12)의 높이 차이(H1-H2)에 따라 적어도 하나이상으로 적층되어 배치될 수 있다.
이때, 상기 보정시트(13)는, 전극조립체(10) 외면의 높이가 균일하게 형성되도록 상기 보정시트(130)를 상기 제1 높이(H1)에 대한 상기 제2 높이(H2)의 높이 차이(H1-H2)만큼 상기 제2 영역(12)의 분리막 시트 상측에 배치될 수 있음은 물론이다.
한편, 상기 보정시트(13)는, 다양한 재질을 가질 수 있다. 예를 들어, 상기 보정시트(13)는, 전극조립체의 성능에 영향을 미치지 않는 재질이라면 어떠한 재질이나 가능하며, 예를 들어 합성수지 및 접착물질을 포함할 수 있다.
또한, 상기 보정시트(13)는, 절연 재질의 테이프가 사용될 수 있으며, 예를 들어 종래 전극 탭 절연을 위하여 이용되는 CPP 테이프(Cast PolyPropylene tape)가 사용될 수 있다.
또한, 상기 보정시트(13)는, 다양한 폭 및 두께를 가질 수 있으며, 예를 들어 상기 보정시트(13)는, 폭 12mm, 두께 0.03t로 형성될 수 있다.
한편, 상기 보정 단계(S30) 수행 이후에는 상기 전극조립체(10)를 가압하여 전극조립체(10)의 단위 셀 및 분리막 시트를 서로 접착시키는 가압 단계(S40)가 수행된다.
여기서 가압 단계(S40)는, 상기 전극조립체(10)를 가압하는 단계로서, 다양한 방법으로 수행될 수 있다.
예를 들어 상기 가압 단계(S40)는, 도 4a에 도시된 바와 같이, 컨베이어 벨트 상에서 이동하는 상기 전극조립체(10)를 가압하는 가압 프레스(100)를 포함하는 이차전지 제조장치를 이용하여 수행될 수 있다. 이때 전극조립체(10)는, 컨베이어 벨트 상에서 도면의 y-z평면에 수직한 x 방향(도면을 뚫고 나오는 방향)으로 이동될 수 있다.
여기서 가압 프레스(100)는, 상기 전극조립체(10)를 가압하는 구성으로서, 다양한 구성이 가능하다.
예를 들어, 상기 가압 프레스(100)는, 전술한 바와 같이, 상기 전극조립체(10)의 외면에 높이 차이가 형성된 경우에도, 전극조립체(10)의 외면을 최대한 균일하게 가압할 수 있도록 상기 전극조립체(10)의 외면에 형성된 높이 차이에 대응하여 단차지게 형성된 가압면(110)을 가질 수 있다.
구체적으로 상기 가압면(110)은, 도 4b에 도시된 바와 같이, 상기 가압 프레스(100)의 하부에 형성되어, 상기 제1 영역(11)을 가압하는 제1 가압면(111); 상기 제2 영역(12)을 가압하는 제2 가압면(112); 및 상기 제1 가압면(111) 및 상기 제2 가압면(112)을 연결하는 연결면(113)을 포함할 수 있다.
제1 가압면(111)은, 상기 제1 영역(11)을 가압하는 가압면으로서, 다양한 구성이 가능하다. 예를 들어, 상기 제1 가압면(111)은, 상기 제1 영역(11)을 가압할 수 있는 형상이라면 어떠한 형상이나 가질 수 있다.
제2 가압면(112)은, 상기 제2 영역(12)을 가압하는 가압면으로서, 다양한 구성이 가능하다. 예를 들어 상기 제2 가압면(112)은, 상기 제2 영역(12)을 가압할 수 있는 형상이라면 어떠한 형상이나 가질 수 있다.
이때, 상기 제2 가압면(112)은, 상기 전극조립체(10)를 향하여 상기 제1 가압면(111)보다 돌출되도록 형성될 수 있다.
즉, 상기 제1 가압면(111)과 상기 제2 가압면(112)은 서로 단차지게 형성될 수 있으며, 이때 상기 제2 가압면(112)은 상기 제1 가압면(111)보다 상기 전극조립체(10) 제1 영역(11) 및 상기 제2 영역(12)의 높이 차이(H1-H2)만큼 돌출되게 형성될 수 있다.
이로써 가압 프레스(100)가 전극조립체(10)를 가압 시, 상기 전극조립체(10) 외형의 제1 영역(11) 및 상기 제2 영역(12)의 높이 차이에도 불구하고 상기 전극조립체(10)의 제1 영역(11) 및 상기 제2 영역(12)이 형성하는 일면을 균일하게 가압할 수 있는 이점이 있다.
한편, 연결면(113)은, 상기 제1 가압면(111) 및 상기 제2 가압면(112)을 연결하는 구성으로서, 다양한 구성이 가능하다.
구체적으로 연결면(113)은, 상기 제1 가압면(111) 및 상기 제2 가압면(112) 사이에 배치되어 서로 다른 높이를 가지는 상기 제1 가압면(111) 및 상기 제2 가압면(112)을 연결하는 역할을 할 수 있다.
이때, 상기 연결면(113)은, 상기 제1 가압면(111) 및 상기 제2 가압면(112)에 대하여 다양하게 연결될 수 있다.
예를 들어, 상기 연결면(113)은, 도 4b에 도시된 바와 같이, 라인성 스크래치 및 전극 표면의 Damage로 인한 손상을 최소화하기 위하여 상기 제1 가압면(111) 및 상기 제2 가압면(112)에 대하여 경사지게 연결될 수 있다.
또한, 상기 가압 프레스(100)는, 상기 전극조립체(10)를 가열 압착하기 위하여 실온 초과의 온도로 가열되는 가열부재(미도시)를 포함할 수 있음은 물론이다.
한편, 상기 가압 단계(S40)는, 도 5에 도시된 바와 같이, 제1 가압 프레스를 사용하여 상기 전극조립체를 가압하는 제1 가압 단계(S41); 및 제2 가압 프레스를 사용하여 상기 전극조립체를 가압하는 제2 가압 단계(S42)를 포함할 수 있다.
즉, 상기 가압 단계(S40)는, 도 6에 도시된 바와 같이, 제1 가압 프레스 및 제2 가압 프레스를 컨베이어 벨트 상에서의 상기 전극조립체(10)의 이동방향을 따라 순차 배치함으로써 상술한 전극조립체(10)를 적어도 2회 이상 가압할 수 있다. 이때 제1 가압 프레스 및 제2 가압 프레스는, 도면 상 x-y평면에 수직한 z 방향(도면을 뚫고 나오는 방향)으로 이동함으로써 상기 전극조립체(10)를 가압할 수 있다.
이때 상기 제1 가압 프레스 및 상기 제2 가압 프레스 중 적어도 어느 하나는, 전술한 바와 같이, 상기 전극조립체(10)를 가압하는 가압면(110)이 단차지게 형성된 가압 프레스(100)가 적용될 수 있다. 이때 상기 가압 프레스(100)에 대한 내용은 전술한 내용에 갈음할 수 있다.
예를 들어, 상기 제1 가압 프레스는, 상기 전극조립체(10)를 가압하는 가압면(110)이 서로 다른 높이를 가지도록 단차지게 형성되며; 상기 제2 가압 프레스의 가압면은 일정한 높이로 평평하게 형성될 수 있다.
이하에서는 도 7을 참조하여, 본 발명의 적용 여부에 따른 단위 셀의 전극-분리막 미접착 영역의 크기를 살펴본다. 도 7의 (a)는 종래 기술에 따라 제조된 단위 셀(bi-cell)의 전면 이미지(이하 '비교예'라 한다)가 개시되어 있으며, 도 7의 (b)에는 본 발명에 따라 제조된 단위 셀(bi-cell)의 전면 이미지(이하 '본 발명의 실시예'라 한다)가 개시되어 있다.
먼저, 도 7(a)의 비교예에 의해 형성된 단위 셀의 전면 이미지를 살펴보면, 단위 셀의 상부, 즉, 전극 탭에 대응하는 가장자리부(B)에 검은 색의 전극-분리막 미접착 영역이 형성되어 있음을 알 수 있다. 또한 상기와 같은 단위 셀을 포함하는 전극조립체의 경우, 단위 셀-분리막 시트 간의 미접착 영역이 발생할 것이 예상되므로 음극 상에 리튬이 석출되어 전극의 저항이 증가할 수 있다. 이에 이차전지의 성능이 저하되는 문제가 발생할 수 있다.
반면에 도7(b)의 본 발명의 실시예에 따라 형성된 단위 셀의 전면 이미지를 살펴보면, 단위 셀의 상부, 즉, 전극 탭에 대응하는 가장자리부(B)에 미접착 영역이 거의 형성되어 있지 않음을 알 수 있다. 이로써 본 발명의 실시예에 따라 형성되는 단위 셀은, 단위셀 내부의 전극-분리막의 미접착 영역뿐만 아니라, 전극조립체 상에서 단위셀 및 분리막 시트 간의 미접착 영역 또한 거의 형성하지 않을 것으로 예상 되므로 음극 상에 계면 저항에 의한 리튬 석출을 최소화하여 이차전지의 성능을 개선시킬 수 있는 이점이 있다.
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 가능하다.
10 : 전극조립체
11 : 제1 영역
12 : 제2 영역
13 : 보정 시트
14 : 전극 탭
100 : 가압 프레스
110 : 가압면
111 : 제1 가압면
112 : 제2 가압면
113: 연결면
S10 : 단위 셀 제조단계
S20 : 전극조립체 제조단계
S30 : 보정 단계
S40 : 가압 단계
S41 : 제1 가압 단계
S42 : 제2 가압 단계
11 : 제1 영역
12 : 제2 영역
13 : 보정 시트
14 : 전극 탭
100 : 가압 프레스
110 : 가압면
111 : 제1 가압면
112 : 제2 가압면
113: 연결면
S10 : 단위 셀 제조단계
S20 : 전극조립체 제조단계
S30 : 보정 단계
S40 : 가압 단계
S41 : 제1 가압 단계
S42 : 제2 가압 단계
Claims (28)
- 전극 및 분리막을 포함하는 단위 셀을 제조하는 단위 셀 제조단계;
다수의 단위 셀 및 분리막 시트가 교대로 적층되도록 폴딩하여 전극조립체를 제조하는 전극조립체 제조단계;
상기 전극조립체 외면에 형성되는 높이 차이를 보정하는 보정 단계; 및
상기 전극조립체를 가압하는 가압 단계를 포함하며;
상기 보정 단계는,
상기 전극조립체의 내부를 기준으로 상대적으로 높이가 낮게 형성된 영역에 보정시트를 배치함으로써 상기 전극조립체 외면에 형성되는 높이 차이를 보정하는 것을 특징으로 하는 이차전지 제조방법. - 청구항 1에 있어서,
상기 보정 단계는, 상기 전극조립체 외면의 높이가 균일하도록 보정하는 것을 특징으로 하는 이차전지 제조방법. - 청구항 1에 있어서,
상기 전극조립체는,
제1 높이를 가지는 제1 영역; 및
상기 제1 높이보다 낮은 높이로 형성되는 제2 높이를 가지는 제2 영역을 포함하며;
상기 보정 단계는,
상기 제2 영역에 상기 보정시트를 배치하여 상기 제1 영역 및 상기 제2 영역의 높이 차이를 보정하는 것을 특징으로 하는 이차전지 제조방법. - 청구항 3에 있어서,
상기 보정 단계는,
상기 보정시트를 상기 제1 높이에 대한 상기 제2 높이의 높이 차이만큼 상기 제2 영역에 배치하는 것을 특징으로 하는 이차전지 제조방법. - 청구항 3에 있어서,
상기 제2 영역은 상기 전극조립체의 가장자리에 대응되어 위치되는 것을 특징으로 하는 이차전지 제조방법. - 청구항 3에 있어서,
상기 전극조립체는 상기 전극에 연결되는 전극 탭을 포함하며;
상기 제2 영역은, 상기 전극조립체의 상기 전극 탭이 위치하는 영역에 대응되어 위치되는 것을 특징으로 하는 이차전지 제조방법. - 청구항 1에 있어서,
상기 보정시트는, 절연 재질인 것을 특징으로 하는 이차전지 제조방법. - 청구항 1에 있어서,
상기 보정시트는, 합성수지 및 접착물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지 제조방법. - 청구항 8에 있어서,
상기 보정시트는, CPP 테이프(Cast PolyPropylene tape)인 것을 특징으로 하는 이차전지 제조방법. - 청구항 1에 있어서,
상기 전극에는 전극 슬러리가 코팅되고,
상기 높이 차이는 상기 코팅된 전극 슬러리의 두께 차이에 의해 형성된 이차전지 제조방법. - 청구항 1에 있어서,
상기 단위 셀과 상기 분리막 시트는 일면이 상호 대응되는 면적으로 형성된 이차전지 제조방법. - 청구항 1에 있어서,
상기 보정 시트는 상기 분리막 시트의 상측에 마련된 이차전지 제조방법. - 전극 및 분리막을 포함하는 다수의 단위 셀 및 분리막 시트가 교대로 적층되는 전극조립체로서,
상기 전극조립체는,
제1 높이를 가지는 제1 영역;
상기 제1 높이보다 낮은 높이로 형성되는 제2 높이를 가지는 제2 영역; 및
상기 제2 영역에 배치되어 상기 제1 영역 및 상기 제2 영역의 높이 차이를 보정하는 보정시트를 포함하는 것을 특징으로 하는 전극조립체. - 청구항 13에 있어서,
상기 보정시트는, 상기 제1 영역 및 상기 제2 영역의 높이 차이만큼 배치되는 것을 특징으로 하는 전극조립체. - 청구항 13에 있어서,
상기 제2 영역은 상기 전극조립체의 가장자리에 대응되어 위치되는 것을 특징으로 하는 전극조립체. - 청구항 13에 있어서,
상기 전극조립체는 상기 전극에 연결되는 전극 탭을 포함하며;
상기 제2 영역은, 상기 전극조립체의 상기 전극 탭이 위치하는 영역에 대응되어 위치되는 것을 특징으로 하는 전극조립체. - 청구항 13에 있어서,
상기 전극에는 전극 슬러리가 코팅되고,
상기 제2 높이는 상기 코팅된 전극 슬러리의 두께 차이에 의해 상기 제1 높이보다 낮은 높이로 형성된 전극조립체. - 청구항 13에 있어서,
상기 단위 셀과 상기 분리막 시트는 일면이 상호 대응되는 면적으로 형성된 전극조립체. - 청구항 13에 있어서,
상기 보정시트는 상기 분리막 시트의 상측에 마련된 전극조립체. - 전극 및 분리막을 포함하는 다수의 단위 셀 및 분리막 시트가 교대로 적층되는 전극조립체를 포함하는 이차전지로서,
상기 전극조립체는,
제1 높이를 가지는 제1 영역;
상기 제1 높이보다 낮은 높이로 형성되는 제2 높이를 가지는 제2 영역; 및
상기 제2 영역에 배치되어 상기 제1 영역 및 상기 제2 영역의 높이 차이를 보정하는 보정시트를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지. - 전극 및 분리막을 포함하는 다수의 단위 셀 및 분리막 시트가 교대로 적층되도록 폴딩되는 전극조립체를 포함하는 이차전지를 제조하는 이차전지 제조장치에 있어서,
상기 전극조립체는,
제1 높이를 가지는 제1 영역;
상기 제1 높이보다 낮은 높이로 형성되는 제2 높이를 가지는 제2 영역; 및
상기 제2 영역에 배치되어 상기 제1 영역 및 상기 제2 영역의 높이 차이를 보정하는 보정시트를 포함하며;
상기 이차전지 제조장치는,
상기 전극조립체를 가압하는 가압 프레스를 포함하고;
상기 가압 프레스는, 상기 전극조립체를 가압하는 가압면이 단차지게 형성되는 것을 특징으로 하는 이차전지 제조장치. - 청구항 21에 있어서,
상기 가압면은,
상기 제1 영역을 가압하는 제1 가압면;
상기 제2 영역을 가압하는 제2 가압면; 및
상기 제1 가압면 및 상기 제2 가압면을 연결하는 연결면을 포함하며;
상기 제2 가압면은, 상기 전극조립체를 향하여 상기 제1 가압면보다 돌출되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 이차전지 제조장치. - 청구항 22에 있어서,
상기 연결면은, 상기 제1 가압면 및 상기 제2 가압면에 대하여 경사를 가지도록 형성되는 것을 특징으로 하는 이차전지 제조장치. - 청구항 21에 있어서,
상기 전극에는 전극 슬러리가 코팅되고,
상기 제2 높이는 상기 코팅된 전극 슬러리의 두께 차이에 의해 상기 제1 높이보다 낮은 높이로 형성된 이차전지 제조장치. - 청구항 21에 있어서,
상기 단위 셀과 상기 분리막 시트는 일면이 상호 대응되는 면적으로 형성된 이차전지 제조장치. - 청구항 21에 있어서,
상기 보정시트는 상기 분리막 시트 상측에 마련된 이차전지 제조장치. - 전극 및 분리막을 포함하는 단위 셀을 제조하는 단위 셀 제조단계;
다수의 단위 셀 및 분리막 시트가 교대로 적층되도록 폴딩하여 전극조립체를 제조하는 전극조립체 제조단계;
상기 전극조립체 외면에 형성되는 높이 차이를 보정하는 보정 단계; 및
상기 전극조립체를 가압하는 가압 단계를 포함하며;
상기 가압 단계는,
제1 가압 프레스를 사용하여 상기 전극조립체를 가압하는 제1 가압 단계; 및
제2 가압 프레스를 사용하여 상기 전극조립체를 가압하는 제2 가압 단계를 포함하고;
상기 제1 가압 프레스 및 상기 제2 가압 프레스 중 적어도 어느 하나는, 상기 전극조립체를 가압하는 가압면이 단차지게 형성되는 것을 특징으로 하는 이차전지 제조방법. - 청구항 27에 있어서,
상기 제1 가압 프레스는, 상기 전극조립체를 가압하는 가압면이 단차지게 형성되며;
상기 제2 가압 프레스는, 상기 전극조립체를 가압하는 상기 가압면이 일정한 높이로 평평하게 형성되는 것을 특징으로 하는 이차전지 제조방법.
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