KR20230076789A - 젤리롤 전극 조립체 및 이를 포함하는 이차전지 - Google Patents

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KR20230076789A
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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따르면, 양극 시트, 음극 시트, 및 상기 양극 시트와 상기 음극 시트 사이에 개재된 분리막이 함께 권취된 젤리롤 전극 조립체로서,
상기 젤리롤 전극 조립체의 최외각에는 상기 음극 시트에 활물질층이 형성되지 않은 무지부가 권취되어 있고,
상기 음극 시트의 무지부에는 상기 젤리롤 전극 조립체 중심부 방향으로의 내면에 스웰링 테이프가 부착되어 있으며,
상기 스웰링 테이프에는 1 이상의 요철 또는 주름이 형성되어 있는 젤리롤 전극 조립체가 제공된다.

Description

젤리롤 전극 조립체 및 이를 포함하는 이차전지{Jelly-Roll Electrode Assembly and Secondary Battery Comprising the Same}
본 발명은 젤리롤 전극 조립체 및 이를 포함하는 이차전지에 관한 것이다.
모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서 이차전지의 수요가 급격히 증가하고 있다. 특히, 이차전지는 휴대폰, 디지털 카메라, 노트북, 웨어러블 디바이스 등의 모바일 기기 뿐만 아니라, 전기 자전거, 전기 자동차, 하이브리드 전기 자동차 등의 동력 장치에 대한 에너지원으로도 많은 관심을 가지고 있다.
이차 전지는 전지 케이스의 형상에 따라, 전극 조립체가 원통형 금속 캔에 내장되어 있는 원통형 전지, 전극 조립체가 각형의 금속 캔에 내장되어 있는 각형 전지 및 전극 조립체가 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치형 케이스에 내장되어 있는 파우치형 전지로 분류된다. 그 중 원통형 전지는 상대적으로 용량이 크고 구조적으로 안정하다는 장점을 가진다.
전지 케이스에 내장되는 상기 전극 조립체는 양극, 분리막, 음극의 적층 구조로 이루어진 충방전이 가능한 발전소자로서, 젤리-롤형, 스택형, 및 스택/폴딩형으로 분류된다. 젤리-롤형은 활물질이 도포된 긴 시트형의 양극과 음극 사이에 분리막을 개재하여 권취한 형태이고, 스택형은 소정 크기의 다수의 양극과 음극을 분리막이 개재된 상태에서 순차적으로 적층한 형태이며, 스택/폴딩형은 젤리-롤형과 스택형의 복합 구조이다. 그 중 젤리-롤형 전극 조립체는 제조가 용이하고 중량당 에너지 밀도가 높은 장점을 가지고 있다.
이에, 최근 고용량, 고출력을 구현하기 위한 전지의 필요성이 커짐에 따라, 원통형 전지의 경우, 한정된 공간 안에 많은 양의 전극을 넣기 위해 집전체나 분리막의 두께, 캔 및 탑 캡 등의 크기나 형상을 변경하면 최적화를 진행 중에 있다.
그 방법의 하나로서, 음극 집전체로서 구리를 외곽 탭으로 활용하는 방식이 제안되었다. 즉, 바깥쪽의 탭과 분리막을 제거해 원통형 캔에 구리 집전체가 물리적으로 닿아 전류를 흘려보내는 것이다.
이러한 방식을 통해 분리막의 투입량과 탭 투입량을 줄이고, 외경을 소폭 감소시켜 공간 확보 및 원가 절감의 효과를 볼 수 있으며, 확보한 공간을 활용해 용량을 늘리거나 출력을 개선시킬 수 있다. 또한, 구리 집전체가 캔에 직접 맞닿으므로, 열을 전달하는 면적이 증가하여 발열 수준도 개선시킬 수 있다.
그러나, 실제로 구리를 외곽부에 노출시킨 경우, 젤리롤의 진원도에 따라 외경이 큰 한, 두 곳이 캔과 맞닿아 기존 예상대비 효과가 감소하게 된다.
이를 개선하기 위해 전해질에 반응해 부풀어오르는 성질을 가진 스웰링 테이프를 활용하여 접촉 수준은 개선하였으나, 제조공정에서 부착 시 공기 트랩(air trap)이 발생하게 되고, 이로 인해 외경이 증가하여 생산성이 저하되는 문제가 있었다.
따라서, 이러한 문제를 해결할 수 있는 젤리롤 전극 조립체 및 이차전지 기술의 개발이 필요한 실정이다.
본 발명의 해결하고자 하는 과제는, 스웰링 테이프 부착에 따라 발생되는 공기 트랩을 균일하게 제어함으로써 공기 트랩으로 인한 외경 증가의 문제를 해소하면서도, 최외각 음극 무지부의 전지케이스와의 접촉 수준을 개선할 수 있는 젤리롤 전극 조립체 및 이차전지에 관한 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제가 상술한 과제로 제한되는 것은 아니며, 언급되지 아니한 과제들은 본 명세서 및 첨부된 도면으로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 젤리롤 전극 조립체는, 양극 시트, 음극 시트, 및 상기 양극 시트와 상기 음극 시트 사이에 개재된 분리막이 함께 권취된 젤리롤 전극 조립체로서,
상기 젤리롤 전극 조립체의 최외각에는 상기 음극 시트에 활물질층이 형성되지 않은 무지부가 권취되어 있고,
상기 음극 시트의 무지부에는 상기 젤리롤 전극 조립체 중심부 방향으로의 내면에 스웰링 테이프가 부착되어 있으며,
상기 스웰링 테이프에는 1 이상의 요철 또는 주름이 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.
상기 스웰링 테이프는, 상기 음극 시트의 무지부 내면의 일부와, 상기 음극 시트의 무지부와 상기 활물질층이 형성되어 있는 유지부의 경계면에서 상기 음극 시트의 유지부 방향으로 상기 음극 시트의 유지부의 일부까지 부착되어 있을 수 있다.
또는, 상기 스웰링 테이프는 상기 음극 시트의 무지부 내면 일부에만 형성되어 있을 수 있다.
또한, 상기 스웰링 테이프는 상기 음극 시트의 무지부 내면의 전체 면적의 10% 내지 90%를 덮도록 형성되어 있을 수 있다.
더욱이, 상기 스웰링 테이프가 형성되는 상기 최외각의 음극 시트의 무지부는 내측에 위치하는 상기 음극 시트의 유지부와 대면할 수 있다.
한편, 상기 스웰링 테이프가 접촉하는 음극 시트의 무지부에는 상기 스웰링 테이프에 대응되는 요철 또는 주름이 형성될 수 있다.
상기 음극 시트의 무지부에 형성된 요철 또는 주름은 상기 스웰링 테이프의 요철 또는 주름이 전사된 것일 수 있다.
이러한 상기 스웰링 테이프의 요철 또는 주름에는 공기가 트랩되어 있을 수 있다.
여기서, 상기 공기는 상기 스웰링 테이프와 상기 음극 시트의 무지부 사이에 트랩되어 있을 수 있다.
상기 요철은, 규칙적인 패턴을 가질 수 있고, 구체적으로, 상기 요철의 거칠기(Ra)는 0.1mm 내지 20mm일 수 있고, 크기는 10㎛ 내지 5mm일 수 있으며, 2 이상 형성되어 있을 때, 이들의 간격은 50㎛ 내지 5mm일 수 있다.
반면, 상기 주름은 불규칙성을 가지며 형성되어 있을 수 있다.
한편, 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따르면,
젤리롤 전극 조립체의 제조방법으로서,
양극 시트, 음극 시트, 및 상기 양극 시트와 상기 음극 시트 사이에 분리막을 개재하여 권취하고 최외각에는 상기 음극 시트의 활물질층이 형성되지 않은 무지부를 권취하여 젤리롤 전극 조립체를 제조하는 전극 조립체 제조 단계; 및
상기 음극 시트의 무지부에는 상기 젤리롤 전극 조립체 중심부 방향으로의 내면에 요철이 형성되어 있는 스웰링 테이프를 부착하거나, 주름이 형성되도록 스웰링 테이프를 부착하는 테이프 부착 단계를 포함하는 젤리롤 전극 조립체 제조방법이 제공된다.
이때, 상기 주름이 형성되도록 스웰링 테이프를 부착하는 것은, 스웰링 테이프 부착시 일부를 미부착한 형태로 부착하거나, 부착부에 진동을 주어 미세기포 또는 미세주름을 유도하거나, 스웰링 테이프를 부착하는 흡착패드의 중앙부를 들뜬 상태로 만들어 진공 공간을 형성함으로써 부착시에 기포가 생기도록 유도하는 것일 수 있다.
또는, 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따르면,
젤리롤 전극 조립체의 제조방법으로서,
음극 시트의 일단의 무지부에 요철이 형성되어 있는 스웰링 테이프를 부착하거나, 주름이 형성되도록 스웰링 테이프를 부착하는 테이프 부착 단계; 및
상기 스웰링 테이프가 부착된 부분이 상기 젤리롤 전극 조립체의 최외각에서 상기 젤리롤 전극 조립체 중심부 방향으로의 내면에 위치하도록, 양극 시트, 음극 시트, 및 상기 양극 시트와 상기 음극 시트 사이에 분리막을 개재하여 권취하고 최외각에는 상기 음극 시트의 무지부를 권취하여 젤리롤 전극 조립체를 제조하는 전극 조립체 제조 단계를 포함하는 젤리롤 전극 조립체 제조방법이 제공된다.
이때, 상기 주름이 형성되도록 스웰링 테이프를 부착하는 것은, 스웰링 테이프 부착시 일부를 미부착한 형태로 부착하거나, 부착부에 진동을 주어 미세기포 또는 미세주름을 유도하거나, 스웰링 테이프를 부착하는 흡착패드의 중앙부를 들뜬 상태로 만들어 진공 공간을 형성함으로써 부착시에 기포가 생기도록 유도하는 것일 수 있다.
한편, 본 발명은 또한, 상기 젤리롤 전극 조립체를 포함하는 이차전지를 제공한다.
실시예들에 따르면, 본 발명의 젤리롤 전극 조립체는 최외각의 음극 시트의전지 무지부 내면에 스웰링 테이프를 포함하고, 상기 스웰링 테이프에 요철 또는 주름을 의도적으로 형성시켜 공기의 트랩을 균일하게 제어함으로써, 이를 활용해 최외각에 위치하는 음극 무지부와 이후 전지케이스와의 접촉 면적을 늘릴 수 있는 바, 전도성을 확보하여 저항을 개선할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 젤리롤 전극 조립체의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 젤리롤 전극 조립체의 음극 시트의 상면도다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 젤리롤 전극 조립체의 권취전 단면도이다.
도 4은 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 젤리롤 전극 조립체의 권취전 단면도이다.
도 5는 도 1의 A-A’에 따른 단면도이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 여러 실시예들에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예들에 한정되지 않는다.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.
또한, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다. 도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 그리고 도면에서, 설명의 편의를 위해, 일부 층 및 영역의 두께를 과장되게 나타내었다.
또한, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 “포함”한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
또한, 명세서 전체에서, "평면상"이라 할 때, 이는 대상 부분을 위에서 보았을 때를 의미하며, "단면상"이라 할 때, 이는 대상 부분을 수직으로 자른 단면을 옆에서 보았을 때를 의미한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 젤리롤 전극 조립체의 사시도이다.
도 1을 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 젤리롤 전극 조립체(100)는 양극 시트, 음극 시트, 및 상기 양극 시트와 상기 음극 시트 사이에 개재된 분리막이 함께 권취된 형상을 가지고 있을 수 있다.
이때, 양극 시트에는 양극 탭(113)이 형성되어 있을 수 있으며, 이는 이후 원통형 전지의 캡 조립체 등과 전기적 연결을 이루어 양극 단자를 형성할 수 있다.
한편, 젤리롤 전극 조립체(100)의 최외각에는 음극 시트에 활물질층이 형성되지 않은 무지부(121)가 권취되어 있고, 이러한 무지부(121)가 이후 이차전지의 캔의 내측 벽면에 접촉하게 되는 것이다. 따라서, 음극 시트의 무지부(121)가 단자 역할을 수행하면서 원통형 이차전지 케이스인 캔과 전기적으로 직접적으로 연결될 수 있는 바, 음극 탭이 별도로 필요 없을 수 있다.
또한, 젤리롤 전극 조립체(100)은 최외각에 분리막이 형성되어 있지 않을 수 있는 바, 외경 감소 효과를 얻고, 이로 인해 전지 내부 공간 확보, 용량 증대, 에너지 밀도 향상 및 전지 성능 효과 개선을 얻을 수 있다.
다만, 상기에서도 설명한 바와 같이, 실제로 음극 시트의 무지부(121)를 외각부에 노출시킨 경우, 젤리롤의 진원도에 따라 외경이 큰 한, 두 곳이 캔과 맞닿아 기존 예상대비 효과가 감소하게 되는 문제가 있어, 본 발명에서는 이를 개선하기 위해서는 전해질에 반응해 부풀어오르는 성질을 가진 스웰링 테이프를 적용하였다.
이때, 스웰링 테이프는 용량에 영향을 주지 않고, 최외각의 음극 시트의 무지부(121)가 이후 원통형 이차전지 케이스와 전체적으로 접촉하도록 할 수 있도록 젤리롤 전극 조립체(100)의 음극 시트의 무지부(121) 외각이 아닌 젤리롤 전극 조립체(100) 중심부 방향으로의 내면에 부착된 구조를 가진다.
따라서, 도 1에는 이러한 스웰링 테이프가 도시되어 있지 않다.
한편, 본 발명에 따른 상기 스웰링 테이프에 대해 구체적으로 설명하기 위 해 도 2에는 상기 도 1의 젤리롤 전극 조립체(100)에서 권취 전 음극 시트(120)의 상면도가 도시되어 있고, 도 3에는 도 1의 젤리롤 전극 조립체(100)의 권취 전 단면도가 도시되어 있으며, 도 4에는 또 하나의 일 실시예예 따른 젤리롤 전극 조립체(100)의 권취 전 단면도가 도시되어 있고, 도 5에는 도 1의 젤리롤 전극 조립체(100)의 A-A’에 따른 단면도가 도시되어 있다.
먼저, 도 2 및 도 3을 참조하면, 양극 시트(110)는 양극 활물질층이 형성되는 유지부와 양극 활물질층이 형성되어 있지 않은 무지부를 포함하며, 이러한 무지부는 유지부들 사이에 구비되고, 무지부에는 양극 탭(113)이 부착되어 있는 구조를 가진다.
또한, 양극 시트(110)와 음극 시트(120) 사이에는 분리막(130)이 개재된다.
음극 시트(120)는 음극 집전체(124) 상에 활물질층(123)이 형성되어 있는 유지부(122)와, 활물질층(123)이 형성되어 있지 않은 무지부(121)를 포함하며, 이때, 무지부(121)는 일측에 위치하여 최외각에 권취됨으로써 음극 단자로서의 역할을 수행한다.
한편, 무지부(121)의 권취 내면에는 스웰링 테이프(125)가 부착되어 있다.
여기서, 스웰링 테이프(125)는 음극 시트(120)의 무지부(121)의 내면 전체 면적(A)의 10% 내지 90%를 덮는 면적(A’)으로 형성될 수 있다.
또한, 스웰링 테이프(125)는 음극 시트(120)의 유지부(123)와는 겹치지 않도록 무지부(121) 내면 일부에만 형성되어 있을 수 있다.
또는, 도 4를 참조하면, 스웰링 테이프(125’)는 음극 시트(120’)의 무지부(121’) 내면의 일부와, 음극 시트의 무지부(121’)와 유지부(122’)의 경계면에서 상기 음극 시트(120’)의 유지부(122’) 방향으로 음극 시트(120)의 유지부(122’)의 일부에 부착되어 있는 것일 수 있다. 이때, 대면하는 양극 시트(110)의 활물질층과는 중첩되지 않는 길이(l) 범위 내에서 형성될 수 있다.
다만, 어느 경우에도, 스웰링 테이프(125)가 형성되는 최외각의 음극 시트(120)의 무지부(121)는 내측에 위치하는 음극 시트(120)의 활물질층(123), 즉, 유지부(122)와 대면한다.
따라서, 스웰링 테이프(125)가 활물질층(123)이 양극과 대면하지 않는 부분, 즉 용량에 기여하지 않는 부분에 형성되므로 용량의 문제가 발생하지 않는다. 동시에 스웰링 테이프(125)는 젤리롤 전극 조립체(100)의 최외각에서 음극 시트(120)의 집전체(124) 내측에 형성되므로 집전체(124)가 이후 원통형 전지 케이스의 캔과 전체적으로 접촉할 수 있어, 전도성 및 발열 수준 개선이 저하되지 않고도 본원이 의도한 효과를 달성할 수 있다.
한편, 이러한 스웰링 테이프(125)는, 전해액을 흡수하면 부피가 팽창하는 성질을 가지는 것으로서, 단면 또는 양면 테이프일 수 있다.
이때, 상기 단면 또는 양면 테이프는 폴리우레탄(PU), 폴리에틸렌(PE), 폴리카보네이트(PC), 폴리프로필렌(PP), 및 폴리 이미드(PI)로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상으로 이루어질 수 있다.
또는, 스웰링 테이프(125)는 원단 기재의 단면 또는 양면에 점착층이 형성되어 있는 구조일 수 있다.
여기서, 상기 원단 기재는, 폴리올레핀계 기재일 수 있고, 예를 들어, 폴리에틸렌(PE), 또는 폴리 프로필렌(PP)일 수 있으며, 상기 점착층은 폴리아크릴레이트(PA), 고무(rubber), 및 스티렌(styrene)으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 물질을 포함할 수 있다.
한편, 이러한 스웰링 테이프(125)에는 1 이상의 요철 또는 주름(126)이 형성되어 있다
요철 또는 주름(126)은 스웰링 테이프(125)가 적절한 위치에 공기를 트랩할 수 있도록 형성되는 것인 바, 스웰링 테이프(125)으 요철 또는 주름(126)에는 공기가 트랩되어 있다. 구체적으로는 스웰링 테이프(125)와 집전체(124)의 사이에 형성되어 있다.
따라서, 스웰링 테이프(125)의 요철 또는 주름(126)에 트랩된 공기에 의해 이를 부착하는 경우 음극 시트(120)의 무지부(121)에도 스웰링 테이프(125)에 대응되는 요철 또는 주름이 형성될 수 있다.
즉, 다시 도 1을 참조하면, 음극 시트의 무지부(121)에 요철 또는 주름(128)이 전사된 것을 확인할 수 있다.
따라서, 스웰링 테이프(125)를 무지부(121)에 부착하면서 발생할 수 있는 공기 트랩을 인위적으로 제어함으로써, 이로부터 발생되는 비정형 외경 증가를 방지하고, 또한, 오히려, 음극 시트의 무지부(121)의 표면에 요철 또는 주름을 발생시킴으로써 무지부(121)가 이후 전지케이스의 내면과 접촉하는 면적을 넓힐 수 있어, 전도성을 증가시켜 저항을 개선할 수 있다.
한편, 상기 요철 또는 주름(126)은 인위적으로 형성할 수 있다.
구체적으로 요철은 규칙적인 패턴을 가지도록 규칙적인 패턴을 가지는 압연 롤 등에 의해 형성할 수 있다.
이때, 요철의 중심선 평균 거칠기(Ra)는 0.1mm 내지 20mm일 수 있고, 상세하게는, 1mm 내지 3mm일 수 있다.
상기 요철의 거칠기(Ra)는 요철의 높이를 의미하는 것으로, 평면부에서 볼록부의 가장 높은 곳까지의 높이이다.
이는 스웰링 테이프에 요철 제조시 그 높이를 조절할 수 있다.
상기 범위를 벗어나, 거칠기가 너무 작은 경우에는 공기의 적절한 트랩이나, 음극 시트의 무지부에 요철 형상의 전사가 충분히 이루어지지 않을 수 있고, 너무 큰 경우에는 전체적인 부피가 커질 수 있어, 바람직하지 않다.
또한, 상기 요철의 크기(W)는 10㎛ 내지 5mm, 상세하게는, 100㎛ 내지 2mm일 수 있다.
상기 크기는 요철의 형상이 원형일 때는 지름을, 다각형인 경우에는 가장 긴 직선의 거리를 의미한다.
상기 범위를 벗어나 요철의 크기가 너무 작은 경우, 외측으로 밀어주는 힘이 부족해 본 발명이 의도한 표면 밀착 효과를 충분히 볼 수 없고, 크기가 너무 큰 경우, 전체적인 부피가 커질 수 있어, 바람직하지 않다.
또한, 상기 요철은 2 이상 형성되어 있을 수 있으며, 이때, 이들의 간격(D)은 50㎛ 내지 5mm, 상세하게는 100㎛ 내지 2mm일 수 있다.
상기 범위를 벗어나, 간격이 너무 작은 경우, 요철 내부 공기가 합쳐져 형상이 바뀔 수 있고, 이에 따른 저항 산포가 바뀔 수 있으며, 간격이 너무 큰 경우, 의도한 저항 감소 효과가 적어질 수 있어, 바람직하지 않다.
한편, 상기 스웰링 테이프(125)에는 규칙적인 패턴의 요철이 아닌 불규칙성을 가지는 주름이 형성될 수도 있다.
여기서, 불규칙성이라고 함은 일정한 크기, 높이, 간격으로 형성된 패턴이 아니라, 스웰링 테이프(125) 부착 또는 제조시 의도적으로 형성하나, 규칙성을 가지지 않고, 형성된 것을 의미한다.
그럼에도 이러한 주름 역시 공기가 트랩될 수 있는 공간을 인위적으로 제공함으로써 공기의 트랩을 제어 가능하며, 트랩된 공기에 의해 음극 시트의 무지부에도 주름을 발생시킬 수 있는 바, 이러한 방법으로, 최외각의 음극 시트의 무지부와 전지케이스 간 접촉 면적을 증가시킬 수 있다.
이하에서는, 이러한 요철 및 주름의 형성 방법을 보다 구체적으로 설명한다.
본 발명의 또 다른 일 실시예에 따르면, 또한,
젤리롤 전극 조립체의 제조방법으로서,
양극 시트, 음극 시트, 및 상기 양극 시트와 상기 음극 시트 사이에 분리막을 개재하여 권취하고 최외각에는 상기 음극 시트의 활물질층이 형성되지 않은 무지부를 권취하여 젤리롤 전극 조립체를 제조하는 전극 조립체 제조 단계; 및
상기 음극 시트의 무지부에는 상기 젤리롤 전극 조립체 중심부 방향으로의 내면에 요철이 형성되어 있는 스웰링 테이프를 부착하거나, 주름이 형성되도록 스웰링 테이프를 부착하는 테이프 부착 단계를 포함하는 젤리롤 전극 조립체 제조방법을 제공한다.
또는, 젤리롤 전극 조립체의 제조방법으로서,
음극 시트의 일단의 무지부에 요철이 형성되어 있는 스웰링 테이프를 부착하거나, 주름이 형성되도록 스웰링 테이프를 부착하는 테이프 부착 단계; 및
상기 스웰링 테이프가 부착된 부분이 상기 젤리롤 전극 조립체의 최외각에서 상기 젤리롤 전극 조립체 중심부 방향으로의 내면에 위치하도록, 양극 시트, 음극 시트, 및 상기 양극 시트와 상기 음극 시트 사이에 분리막을 개재하여 권취하고 최외각에는 상기 음극 시트의 무지부를 권취하여 젤리롤 전극 조립체를 제조하는 전극 조립체 제조 단계를 포함하는 젤리롤 전극 조립체 제조방법을 제공한다.
즉, 다시 말해, 전극 조립체를 먼저 제조하고, 권취하는 중에 음극 시트의 무지부에 스웰링 테이프를 부착하는 방법과, 전극 조립체를 제조하기 전에 먼저, 음극 시트의 무지부에 스웰링 테이프를 부착하고, 이후, 이러한 음극 시트와, 다른 구성요소들을 권취하여 전극 조립체를 제조할 수 있다.
다만, 어느 경우라도, 스웰링 테이프에 요철을 형성하는 경우에는, 한정되지 아니하나, 예를 들어, 요철이 형성된 롤러 등을 사용하여 스웰링 테이프 제조시 요철을 형성하고, 이미 요철이 형성된 스웰링 테이프를 음극 시트의 무지부에 붙여 제조한다.
한편, 스웰링 테이프에 주름을 형성하는 경우는 다양한 방법으로 형성된다.
구체적으로, 상기 주름이 형성되도록 스웰링 테이프를 부착하는 것은, 스웰링 테이프 부착시 일부를 미부착한 형태로 부착하거나, 부착부에 진동을 주어 미세기포 또는 미세주름을 유도하거나, 스웰링 테이프를 부착하는 흡착패드의 중앙부를 들뜬 상태로 만들어 진공 공간을 형성함으로써 부착시에 기포가 생기도록 유도하는 것일 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 스웰링 테이프를 부착할 때, 일부를 미부착한 형태로 부착한 후, 상기 음극 시트의 무지부에 롤러를 사용하여 부착하면 미부착한 부분에서 주름이 발생하게 된다.
또는, 부착부에 진동을 주면, 부착부가 흔들리면서 공기가 삽입된 상태로 상기 스웰링 테이프의 부착이 수행되면서 미세기포가 발생하고, 미세주름이 만들어지게 된다.
또는, 상기 스웰링 테이프를 음극 시트의 무지부에 부착하는 경우, 흡착패드를 사용하여 부착하는데, 이때, 흡착패드의 중앙부를 들뜬 상태로 만들어 진공 공간을 형성함으로써 부착시에 중앙부에 기포가 생기도록 유도함으로써 기포에 의한 주름을 형성할 수 있다
상기 스웰링 테이프에 요철 또는 주름을 형성할 수 있는 방법은 다양하며, 상기 방법으로 한정되는 것은 아니나, 상기와 같이 간단한 방법으로 형성할 수 있다.
한편, 본 발명에 따르면, 이러한 방법으로, 공기의 트랩을 제어할 수 있어, 상기 스웰링 테이프에 형성되는 트랩된 공기에 의해 음극 시트의 무지부와 전지케이스의 접촉 면적을 늘릴 수 있다.
기타 젤리롤 전극 조립체를 구성하는 양극 시트, 음극 시트, 및 분리막의 조성, 구조 등은 당업계에 알려져 있는 바, 본 명세서에서 자세한 설명은 생략한다.
한편, 본 발명은 상기 젤리롤 전극 조립체를 포함하는 이차전지를 제공한다.
이때 이차전지는, 젤리롤 전극조립체를 캔에 내장하는 원통형 이차전지 또는 각형 이차전지일 수 있다.
이러한 이차전지에 대해서도 당업계에 알려져 있는 바, 본 명세서에서는 자세한 설명을 생략한다.
이상에서는 도면을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였으나, 본 발명의 권리 범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리 범위에 속하는 것이다.
100: 젤리롤 전극 조립체
110: 양극 시트
120: 음극 시트
130: 분리막
113: 양극 탭
121: 음극 시트의 무지부
122: 음극 시트의 유지부
125: 스웰링 테이프
126: 요철 또는 주름

Claims (18)

  1. 양극 시트, 음극 시트, 및 상기 양극 시트와 상기 음극 시트 사이에 개재된 분리막이 함께 권취된 젤리롤 전극 조립체로서,
    상기 젤리롤 전극 조립체의 최외각에는 상기 음극 시트에 활물질층이 형성되지 않은 무지부가 권취되어 있고,
    상기 음극 시트의 무지부에는 상기 젤리롤 전극 조립체 중심부 방향으로의 내면에 스웰링 테이프가 부착되어 있으며,
    상기 스웰링 테이프에는 1 이상의 요철 또는 주름이 형성되어 있는 젤리롤 전극 조립체.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 스웰링 테이프는, 상기 음극 시트의 무지부 내면의 일부와, 상기 음극 시트의 무지부와 상기 활물질층이 형성되어 있는 유지부의 경계면에서 상기 음극 시트의 유지부 방향으로 상기 음극 시트의 유지부의 일부까지 부착되어 있는 젤리롤 전극 조립체.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 스웰링 테이프는 상기 음극 시트의 무지부 내면 일부에만 형성되어 있는 젤리롤 전극 조립체.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 스웰링 테이프는 상기 음극 시트의 무지부 내면의 전체 면적의 10% 내지 90%를 덮도록 형성되어 있는 젤리롤 전극 조립체.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 스웰링 테이프가 형성되는 상기 최외각의 음극 시트의 무지부는 내측에 위치하는 상기 음극 시트의 유지부와 대면하는 젤리롤 전극 조립체.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 스웰링 테이프가 접촉하는 음극 시트의 무지부에는 상기 스웰링 테이프에 대응되는 요철 또는 주름이 형성되는 젤리롤 전극 조립체.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 음극 시트의 무지부에 형성되는 요철 또는 주름은 상기 스웰링 테이프의 요철 또는 주름에 의해 전사된 것인 젤리롤 전극 조립체.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 스웰링 테이프의 요철 또는 주름에는 공기가 트랩되어 있는 젤리롤 전극 조립체.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 요철은 규칙적인 패턴을 가지는 젤리롤 전극 조립체.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 요철의 거칠기(Ra)는 0.1mm 내지 20mm인 젤리롤 전극 조립체.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 요철의 크기는 10㎛ 내지 5mm인 젤리롤 전극 조립체.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 요철은 2 이상 형성되어 있으며, 이들의 간격은 50㎛ 내지 5mm인 젤리롤 전극 조립체.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 주름은 불규칙성을 가지며 형성되어 있는 젤리롤 전극 조립체.
  14. 제1항에 따른 젤리롤 전극 조립체의 제조방법으로서,
    양극 시트, 음극 시트, 및 상기 양극 시트와 상기 음극 시트 사이에 분리막을 개재하여 권취하고 최외각에는 상기 음극 시트의 활물질층이 형성되지 않은 무지부를 권취하여 젤리롤 전극 조립체를 제조하는 전극 조립체 제조 단계; 및
    상기 음극 시트의 무지부에는 상기 젤리롤 전극 조립체 중심부 방향으로의 내면에 요철이 형성되어 있는 스웰링 테이프를 부착하거나, 주름이 형성되도록 스웰링 테이프를 부착하는 테이프 부착 단계를 포함하는 젤리롤 전극 조립체 제조방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 주름이 형성되도록 스웰링 테이프를 부착하는 것은, 스웰링 테이프 부착시 일부를 미부착한 형태로 부착하거나, 부착부에 진동을 주어 미세기포 또는 미세주름을 유도하거나, 스웰링 테이프를 부착하는 흡착패드의 중앙부를 들뜬 상태로 만들어 진공 공간을 형성함으로써 부착시에 기포가 생기도록 유도하는 것인 젤리롤 전극 조립체 제조방법.
  16. 제1항에 따른 젤리롤 전극 조립체의 제조방법으로서,
    음극 시트의 일단의 무지부에 요철이 형성되어 있는 스웰링 테이프를 부착하거나, 주름이 형성되도록 스웰링 테이프를 부착하는 테이프 부착 단계; 및
    상기 스웰링 테이프가 부착된 부분이 상기 젤리롤 전극 조립체의 최외각에서 상기 젤리롤 전극 조립체 중심부 방향으로의 내면에 위치하도록, 양극 시트, 음극 시트, 및 상기 양극 시트와 상기 음극 시트 사이에 분리막을 개재하여 권취하고 최외각에는 상기 음극 시트의 무지부를 권취하여 젤리롤 전극 조립체를 제조하는 전극 조립체 제조 단계를 포함하는 젤리롤 전극 조립체 제조방법.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 주름이 형성되도록 스웰링 테이프를 부착하는 것은, 스웰링 테이프 부착시 일부를 미부착한 형태로 부착하거나, 부착부에 진동을 주어 미세기포 또는 미세주름을 유도하거나, 스웰링 테이프를 부착하는 흡착패드의 중앙부를 들뜬 상태로 만들어 진공 공간을 형성함으로써 부착시에 기포가 생기도록 유도하는 것인 젤리롤 전극 조립체 제조방법.
  18. 제1항에 따른 젤리롤 전극 조립체를 포함하는 이차전지.
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