KR20230103953A - 이차전지용 전극조립체 및 이의 제작방법 - Google Patents

Abstract

본 개시는 이차전지용 전극조립체에 관한 것으로, 제1 전극판과; 제2 전극판; 및 제1 전극판과 제2 전극판 사이에 개재되는 분리막;을 포함한 적층체를 포함하고, 여기서 분리막은 적층체 외곽을 권취하여 외장마감할 수 있다.
또한, 본 개시는 분리막으로 외장마감하는 이차전지용 전극조립체의 제작방법을 포함할 수 있다.

Description

이차전지용 전극조립체 및 이의 제작방법 {Electrode assembly for secondary battery and method of manufacturing the same}

본 개시는 이차전지용 전극조립체에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 분리막으로 권취하여 외장마감하는 전극조립체에 관한 것이다.

또한, 본 개시는 이차전지용 전극조립체를 마감처리하는 방법을 포함한다.

이차전지(secondary battery)는 반복적 충방전이 가능하며 각종 모바일 기기, 전기자동차(EV), 하이브리드 차량(HEV), 에너지 저장 시스템(ESS) 등과 같이 다양한 분야에 적용될 수 있으며, 계속적인 기술의 발전에 따라 보다 조밀(compact)하고 강력한 파워를 출력할 수 있는 모델이 개발되고 있다.

통상적으로, 이차전지는 양극판과 음극판 및 분리막으로 구성된 전극조립체와, 전극조립체와 전해액을 수납하는 파우치 외장재로 이루어질 수 있다. 이러한 전극조립체는 양극판, 음극판, 분리막의 적층 상태를 유지하기 위해 전극조립체의 외주면에 절연성 테이프를 부착하여 권취된 전극조립체가 풀리지 않도록 고정한다.

종래의 전극조립체는 특허문헌 1에서 도시된 바와 같이 양극판과 음극판 및 분리막으로 이루어진 적층체의 적층면 상에 절연성 테이프를 부착한다. 이는 전극조립체의 외주면 상에 권취 말단과 함께 절연성 테이프를 중첩 배치하고 있기 때문에 적층체의 적층방향, 예컨대 전극조립체의 두께가 증가할 수밖에 없다.

당해분야의 숙련자들에게 알려져 있듯이, 이차전지는 에너지 밀도, 다시 말하자면 체적 에너지 밀도(전지의 단위 부피당 에너지)를 증가시키기 위해서 갈수록 이차전지의 두께를 얇게 제작하고 있는 추세에 있다. 하지만, 특허문헌 1과 같이 테이핑 방식으로 마감처리하는 전극조립체는 이차전지의 두께 감소화 추세에 역행하는 결과를 초래하게 된다.

대한민국 등록특허공보 제10-2183796호

본 개시는 전술된 문제점을 해결하기 위해 창출된 것으로, 적층체 외곽을 분리막으로 권취하여 외장마감하는 전극조립체를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 개시는 전극조립체의 외곽을 분리막의 미접철된(unfolded) 권취부 로 권취하여 외장마감할 수 있는 제작방법을 포함한다.

상기 목적을 달성하기 위해서, 본 개시에 따른 이차전지용 전극조립체는 제1 전극판과; 제2 전극판; 및 제1 전극판과 제2 전극판 사이에 개재되는 분리막;을 포함한 적층체를 포함하고, 여기서 분리막은 적층체 외곽을 권취하여 외장마감할 수 있다.

바람직하기로, 본 개시는 적층체의 적층방향과 직교하는 수직면 상에 분리막의 접합 영역을 형성할 수 있다.

본 개시의 실시예에서, 분리막은 제1 전극판과 제2 전극판을 교호적으로 적층가능하도록 폴딩되어 형성된 폴딩부와, 이 폴딩부의 끝 부분에 연속적으로 연장된 권취부를 포함하는데, 권취부는 적층체 외면을 권취하고 적층체의 적층방향과 직교하는 수직면 상에 권취 종단을 위치되도록 길이연장될 수 있다.

덧붙여서, 폴딩부는 지그재그 형태로 폴딩될 수 있다.

선택가능하기로, 권취 종단은 수직면의 적층방향 높이의 1/2 이상을 덮어 씌울 수 있다.

또한, 본 개시는 분리막의 권취 종단을 적층체의 외곽을 권취하는 권취부 외면 상에 배치된 접합부재로 접합될 수 있다.

본 개시에서, 분리막의 권취 종단은 절단면에 0 ㎜ 내지 2 ㎜ 범위의 깊이를 갖는 요철을 포함할 수 있다.

더욱이, 접합부재는 접착제를 포함할 수 있다.

본 개시에 따른 이차전지용 전극조립체의 제작방법은 폴딩된 분리막 사이에 제1 전극판과 제2 전극판을 교호적으로 적층하는 적층체를 형성하는 단계와; 적층체 외곽을 권취할 수 있는 연장 길이를 갖도록 분리막을 재단하는 단계; 적층체 외관을 분리막으로 권취하는 단계; 적층체 외면에 접합부재를 도포하는 단계; 및 분리막을 적층체 외면에 도포된 접합부재에 접합하는 단계;를 포함할 수 있다.

본 개시의 실시예에서, 분리막은 제1 전극판과 제2 전극판을 교호적으로 적층가능하도록 폴딩되어 형성된 폴딩부와, 폴딩부의 끝 부분에 연속적으로 연장된 권취부를 포함하고, 권취부는 적층체 외면을 권취하고 적층체의 적층방향과 직교하는 수직면 상에 권취 종단을 위치되도록 길이연장될 수 있다.

접합부재의 도포 단계에서, 접합부재는 적층체의 적층방향과 직교되는 수직면 상에 도포될 수 있다.

분리막의 접합 단계에서, 분리막의 권취 종단은 적층체의 수직면을 향해 가압 밀착될 수 있다.

분리막의 재단 단계 전에, 본 개시는 분리막에 장력을 제공하는 단계를 추가로 포함할 수 있다.

선택가능하기로, 본 개시는 분리막의 절단 예정선 부위를 예열하는 단계를 추가로 포함할 수 있다.

본 개시에서, 분리막의 권취 종단은 절단면에 0 ㎜ 내지 2 ㎜ 범위의 깊이를 갖는 요철을 포함할 수 있다.

본 개시의 특징 및 이점들은 첨부도면에 의거한 다음의 상세한 설명으로 더욱 명백해질 것이다.

이에 앞서 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이고 사전적인 의미로 해석되어서는 아니 되며, 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

이상 본 발명의 설명에 의하면, 본 개시는 전극조립체 외면 둘레를 분리막으로 권취하여 외장마감할 수 있도록 제공된다.

특히, 본 개시는 전극조립체의 적층방향과 직교되는 방향으로 배치되는 수직면 상에 도포된 접착제를 수단으로 하여 분리막의 권취 종단을 접합한다. 이로써, 본 개시는 전극조립체의 수직면 상에 접합 영역을 배치함으로써 적층방향으로 두께 증가 없이도 얇고 균일한 두께의 전극조립체를 제작할 수 있으며, 이와 같이 제작된 전극조립체를 사용한 이차전지의 에너지 밀도를 향상시킬 수 있다. 덧붙여서, 본 개시는 전술되었듯이 접합 영역을 수직면 상에 배치하고 있기 때문에 적층면에 굴곡없이 편평하게 유지시켜 적층방향으로 이차전지의 양호한 스택을 보장할 수 있다.

본 개시는 접합부재의 접착제를 수단으로 하여 분리막의 권취 종단을 용이하게 접합시킬 수 있을 뿐만 아니라 예컨대 전극조립체의 협폭(狹幅) 수직면에서도 분리막을 확실하면서도 용이하게 위치고정시킬 수 있다.

본 개시는 앞서 기술된 바와 같이 분리막으로 전극조립체 외면을 감싸고 있어 전극조립체를 구성하는 구성부재 간에 계면의 벌어짐을 방지할 수도 있다.

또한, 본 개시는 분리막의 권취 종단을 매끄럽게 가공하여 절단면의 절단 품질을 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 개시의 일 실시예에 따른 이차전지용 전극조립체를 개략적으로 도시한 사시도이다.
도 2는 도 1의 Ⅰ-Ⅰ 선으로 절취한 전극조립체를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 3은 본 개시의 일 실시예에 따른 이차전지용 전극조립체의 최외곽면을 전개한 도면이다.
도 4는 본 개시의 일 실시예에 따른 이차전지용 전극조립체의 다른 일례를 개략적으로 도시한 사시도이다.
도 5는 본 개시의 다른 실시예에 따른 이차전지용 전극조립체를 개략적으로 도시한 사시도이다.
도 6a 내지 도 6f는 본 개시에 따른 이차전지용 전극조립체의 마감 방법을 단계별로 도해한 개요도이다.

본 개시의 목적, 장점, 및 특징들은 첨부된 도면들과 연관되는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예들로부터 더욱 명백해질 것이나, 본 개시가 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 개시를 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 개시의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다.

본 문서에 기재된 실시예 및 첨부된 도면은 본 개시를 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니다. 본 개시는 실시예의 다양한 변경(modifications), 균등물(equivalents), 및/또는 대체물(alternatives)을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

도면의 구성요소들에 참조부호를 부여함에 있어서, 동일한 구성요소들은 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 참조부호가 부여되고, 유사한 구성요소에 대해서는 유사한 참조부호가 부여됨에 유의하여야 한다.

본 문서에서, 제1, 제2 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위해 사용되는 것으로, 구성요소가 상기 용어들에 의해 제한되는 것은 아니다. 첨부 도면에 있어서, 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었으며, 각 구성요소의 크기는 실제 크기를 전적으로 반영하는 것은 아니다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 개시의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

이차전지는 알려져 있듯이 전지 케이스인 파우치 외장재와, 파우치 외장재 내부에 수납된 전극조립체를 포함한다. 물론, 이차전지는 전극조립체를 전해액과 함께 내장하고 파우치 외장재를 밀봉하여 구성할 수 이다.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 개시의 일 실시예에 따른 이차전지용 전극조립체(1)는 제1 전극판(110)/분리막(130)/제2 전극판(120)을 포함하는 적층체(1a) 외곽 둘레를 분리막(130)으로 권취하는 것을 특징으로 한다.

이차전지용 전극조립체(1)는 하나 이상의 제1 전극판(110)과, 하나 이상의 제2 전극판(120), 및 제1 전극판(110)과 제2 전극판(120) 사이를 절연하기 위해 삽입배치되는 분리막(130)을 포함한다. 제1 전극판(110)은 제1 전극탭(111)을 돌출되게 구비할 수 있고, 제2 전극판(120)은 제2 전극탭(121)을 돌출되게 구비할 수 있다.

더욱이, 본 개시는 제1 전극탭(111)과 제2 전극탭(121)을 전극조립체의 길이방향 양단에서 서로 반대방향, 즉 배향(背向)되도록 양방향(혹은 쌍방향)으로 연장되어 있다.

본 개시의 일 실시예에 따른 전극조립체(1)는 앞서 기술된 바와 같이 제1 전극판(110)과 제2 전극판(120) 사이에 분리막(130)을 개재하여 적층배열하는 스택형 전극조립체로서, 바람직하기로는 제1 전극판(110)과 제2 전극판(120)의 적층방향으로 지그재그 형태로 폴딩된 분리막(130)을 사이에 두고 제1 전극판(110)과 제2 전극판(120)을 교호(交互)적으로 삽입된 형태로 적층된 Z-폴딩형(Z-folding; 또는 zigzag folding, accordion folding 이라고도 칭함) 방식의 발전소자일 수 있다. 전극조립체(1)는 하나 이상의 제1 전극판(110)과 하나 이상의 제2 전극판(120)을 순서대로 적층될 수 있는데, 선택적으로 도 2에 도시되었듯이 전극조립체의 최외각층(最外殼層), 즉 최상층과 최하층에 제2 전극판(120)이 배치되도록 구성될 수 있다. 여기서, 제1 전극판(110)은 양극판이며 제2 전극판(120)은 음극판일 수 있다.

바람직하기로, 본 개시의 일 실시예는 스택형 전극조립체, 구체적으로 적층체(1a)의 외곽 둘레를 분리막(130)으로 권취하여 외장마감될 수 있다. 다시 말하자면, 본 개시는 적층체(1a) 외곽을 분리막(130)의 미접철된 부분인 권취부(132)로 권취하여 적층체의 풀림없이 마감처리할 수 있다. 도시된 바와 같이, 전극조립체(1)는 제1 전극판(110)의 측면과 제2 전극판(120)의 측면을 외부로 노출되지 않도록 적층체(1a)의 최외곽을 두루마리식으로 분리막(130)으로 완전히 감쌀 수 있다.

본 개시에서, 분리막(130)은 지그재그 형태로 접철된 폴딩부(131)와, 이 폴딩부(131)에서 연속적으로 연장된 권취부(132)로 이루어진 긴 시트 형상으로 형성될 수 있다. 또한, 본 개시는 제1 전극판(110)과 제2 전극판(120)의 적층방향으로 지그재그 형태로 접혀 있는 분리막(130)의 폴딩부(131) 사이에 제1 전극판(110)과 제2 전극판(120)을 교호적으로 삽입시켜 적층체(1a)를 형성할 수 있다.

도시된 바와 같이, 본 개시는 제1 및 제2 전극탭(111,121)의 돌출방향 연장된 가상의 축선을 중심으로 적층체(1a)의 둘레방향을 따라 분리막(130)의 권취부(132)로 휘감을 수 있다. 바람직하기로, 권취부(132)의 진행방향(즉, 권취방향)은 도 6d의 화살표 방향으로 권취될 수 있다.

이에, 본 개시는 분리막(130)의 권취방향과 직교되는 방향으로 제1 및 제2 전극탭(111,121)을 돌출 형성하고 있기 때문에 제1 및 제2 전극탭(111,121)과의 간섭을 없애 쉽게 분리막(130)의 권취 작업을 수행할 수 있다. 또한, 본 개시는 분리막(130)의 권취부(132)에 의한 권취 작업을 통해 적층체(1a)의 외곽면, 예컨대 적층면(1b)과 수직면(1c)을 일정하게 가압하기 때문에 전지의 안정성을 기대할 수 있다. 적층면(1b)에 가해지는 면압력은 파우치형 이차전지의 특성으로 인해 부풀어 오르는 스웰링 현상을 억제할 수 있을 뿐만 아니라 전극조립체를 구성하는 전극판과 분리막 사이에 안정적인 계면 접촉을 보장할 수 있다. 또한, 수직면(1c)에 가해지는 면압력은 분리막의 폴딩부 사이에서 적층된 제1 ·제2 전극판의 정렬(alignment) 상태를 양호하게 유지시킬 수 있다.

분리막(130)은 앞서 기술된 바와 같이 지그재그 형태로 접혀 있는 폴딩부(131)의 끝 부분에서 연속적으로 연장된 권취부(132)를 구비하는데, 적층체(1a) 외면의 둘레방향으로 복수회, 바람직하기로는 1회 이상, 더욱 바람직하기로는 1회 권취할 수 있는 권취부(132)의 연장 길이(L)를 제공할 수 있다. 즉, 권취부(132)의 연장 길이(L)은 적층체(1a)의 외곽을 감싸면서 권취부의 권취 종단을 적층체의 수직면(1c) 상에 위치시킬 수 있는 크기를 갖도록 한다. 여기서, 수직면은 적층체(1a)의 적층방향과 직교하는 폭방향으로 서로 마주보는 2개의 측면을 의미하고, 참고로 적층면(1b)은 적층체(1a)의 적층방향으로 서로 마주보는 2개의 편평면을 의미한다.

특히, 본 개시의 일 실시예에 따른 전극조립체(1)는 분리막(130)의 끝단, 즉 폴딩부(131)에서 연장된 권취부(132)의 권취 종단(132a)을 접합부재(140)로 접합시켜 분리막(130) 및/또는 제1·제2 전극판(110,120)의 풀림을 방지할 수 있다. 물론, 본 개시에 기술된 접합부재(140)는 절연성 접착제일 수 있다.

당해분야의 숙련자들에게 널리 알려져 있듯이, 종래의 전극조립체는 이의 적층면 상에 접착 테이프를 부착하여 마감처리한다. 이와 달리, 본 개시는 접착 테이프를 대신하여 분리막의 권취부와 권취 종단 사이에 접합부재(140)를 개재하여 접합 영역을 형성하게 된다. 더욱이, 본 개시의 일 실시예에 따른 전극조립체는 분리막의 권취 종단과의 접합 영역을 전극조립체의 적층방향과 대략 직교하는 수직면(1c)에 배치되도록 한다. 더욱 구체적으로, 본 개시는 접합부재의 도포로 형성될 접합 영역을 권취부(132)의 개시 부위에 인접한 수직면 상에 배치되도록 한다.

이를 위해서, 본 개시는 전극조립체(1)의 적층체(1a)의 수직면(1c)을 덮어씌우는 권취부(132) 외면 상에 접합부재(140)를 도포한다. 물론, 권취부(132)의 권취 종단(132a)이 접합부재(140)를 도포한 적층체의 수직면과 대면되도록 권취부를 길이연장한다. 전극조립체(1)는 적층체(1a)의 수직면(1c)에서 충분한 접합 영역을 확보하면서 분리막의 신뢰할 수 있는 접합력을 보장하기 위해서 권취 종단으로 수직면(1c)의 적층방향 높이(T)의 1/2 이상을 덮어씌울 수 있도록 한다.

선택가능하기로, 본 개시는 분리막의 사용량을 저감시켜 제작비용을 절약하기 위해 적층체(1a)의 적층방향 상측에 마련된 제2 전극판(120)과 제1 전극판(110) 사이에서 인출된 분리막(130)의 권취부(132), 즉 권취부(132)의 개시 부위인 권취 시단을 하측으로 절곡하고 적층체(1a) 외면 둘레를 따라 권취하여 권취 종단(132a)을 권취 시단(132b)을 지나 연장되게 한다. 이로써, 전극조립체(1)는 적층체(1a) 외면의 둘레방향을 따라 권취부(132)를 1회 권취하여 권취 종단(132a)으로 권취부의 개시 부위에 인접한 수직면(1c) 상에서 권취부(132)와 대면시킬 수 있다.

따라서, 본 개시는 권취부의 개시 부위에 인접한 수직면(1c) 상에 접합 영역을 배치시켜 박막의 전극조립체를 구현할 수 있다. 이는 적층면(1b)에 굴곡없이 편평하게 유지시킬 수 있기 때문에 박막의 전극조립체를 제공할 수 있는바, 결과적으로 체적 에너지 밀도를 개선한 얇은 두께의 이차전지를 제작할 수 있고 이차전지의 적층방향 두께를 균일하게 제공하여 이차전지의 양호한 스택(적층)을 보장할 수 있다.

본 개시의 일 실시예에 따른 전극조립체는 폴딩부(131)와 미접철된 권취부(132)를 제공할 수 있도록 분리막(130)을 재단한다. 분리막(130)은 적층체(1a) 외면을 한바퀴 둘러 감쌀 수 있을 만큼의 권취부(132)의 연장 길이(L)를 확보할 수 있는 소정의 길이로 절단해야 한다.

분리막(130) 절단시, 분리막(130)의 절단면, 즉 권취 종단(132a)의 절단면에 응력이 집중되기 때문에, 권취 종단의 절단면이 매끄럽지 못하고 소정의 거칠기를 갖는 미세 요철(크랙 포함)을 형성할 수밖에 없다. 이러한 미세 요철은 절단면의 절단 품질을 저하시키고 결과적으로는 이차전지의 불량을 초래할 수 있다.

이에, 본 개시는 권취 종단의 절단면에 존재하는 요철을 0 ㎜ 내지 2 ㎜ 범위의 깊이(D)로 제한하여 신뢰할 수 있는 절단 품질을 보장할 수 있다.

도 4는 본 개시의 일 실시예에 따른 이차전지용 전극조립체의 다른 일례를 개략적으로 도시한 사시도이다.

본 개시의 다른 실례에서, 이차전지용 전극조립체(1)는 하나 이상의 제1 전극판(110)과, 하나 이상의 제2 전극판(120), 제1 전극판(110)과 제2 전극판(120) 사이를 절연하기 위해 삽입배치되는 분리막(130), 분리막의 폴딩부에서 연속적으로 연장된 권취부(132)의 권취 종단(132a)을 접합하는 접합부재(140)를 포함한다. 당해분야의 숙련자들에게 알려져 있듯이, 제1 전극탭(111)과 제2 전극탭(121)은 각각 제1 전극판(110)과 제2 전극판(120)으로부터 돌출되어 있다. 여기서, 제1 전그판(110)이 양극판인 경우에는 제2 전극판(120)이 음극판일 수 있으며, 이때 제1 전극탭은 양극탭이고 제2 전극탭은 음극탭일 수 있다.

도시되었듯이, 본 개시는 제1 전극탭(110)과 제2 전극탭(120)을 전극조립체(1)의 길이방향 일단에서 이격된 상태로 서로 동일방향, 즉 평행하도록 일방향(단방향)으로 연장되어 있다.

특히, 전극조립체(1)는 적층체 외면의 최외곽 둘레를 따라 분리막(130)의 미접철된 권취부(132)로 권취되는데, 적층체의 적층방향과 대략 직교하는 수직면을 덮어씌우는 권취부(132) 외면 상에 접합부재(140)를 도포하고, 권취부(132)의 권취 종단(132a)을 수직면 상에 도포된 접합부재(140)로 고정한다. 본 개시는 이러한 전극조립체의 외장 마감을 통해 제1 ·제2 전극판과 분리막의 스택/폴딩 구조를 확실하게 유지할 수 있다.

도 5는 본 개시의 다른 실시예에 따른 이차전지용 전극조립체를 개략적으로 도시한 사시도이다. 도 5에 도시된 전극조립체는 도 1 내지 도 3에 도시된 본 개시의 일 실시예에 따른 전극조립체의 변형예로서, 분리막의 폴딩 방식을 제외하고는 매우 유사한 구조로 이루어져 있기 때문에, 본 개시의 명료한 이해를 돕기 위해서 유사하거나 동일한 구성에 대한 설명은 여기서 배제할 것이다.

본 개시의 다른 실시예에 따른 전극조립체는 앞서 기술된 바와 같이 제1 전극판(110)과 제2 전극판(120) 사이에 분리막(130)을 개재하여 적층배열하는 스택형 전극조립체로서, 바람직하기로는 분리막의 일면에 제1 전극판(110)과 제2 전극판(120)을 교대로 이격 배치하고 분리막(130)을 동일방향으로 반복적으로 폴딩하는 와인딩형(winding) 방식의 발전소자이다.

당해분야의 숙련자들에게 알려져 있듯이, 본 개시의 다른 실시예에 따른 전극조립체는 분리막의 일면에 하나 이상의 제1 전극판(110)을 이격 배치하고 분리막의 타면에 하나 이상의 제2 전극판(120)을 이격 배치하여 분리막(130)을 동일방향으로 반복적으로 폴딩될 수도 있다.

바람직하기로, 본 개시의 다른 실시예는 적층형 전극조립체, 구체적으로 적층체(1a)의 외곽 둘레를 분리막(130)으로 권취하여 외장마감할 수 있다. 다시 말하자면, 본 개시는 적층체(1a) 외곽을 분리막(130)의 미접철된 부분인 권취부(132)로 권취하여 적층체의 풀림없이 마감처리할 수 있다. 도시된 바와 같이, 전극조립체(1)는 제1 전극판(110)의 측면과 제2 전극판(120)의 측면을 외부로 노출되지 않도록 적층체(1a)의 최외곽을 두루마리식으로 분리막(130)으로 완전히 감쌀 수 있다.

본 개시에서, 분리막(130)은 일방향으로 반복적으로 접철된 폴딩부(131)와, 이 폴딩부에서 연속적으로 연장된 권취부(132)로 이루어진 긴 시트 형상으로 형성될 수 있다.

본 개시의 다른 실시예에 따른 전극조립체(1)는 분리막(130)의 끝단, 즉 폴딩부에서 연장된 권취부(132)의 권취 종단(132a)을 접합부재(140)로 접합시켜 분리막(130) 및/또는 제1·제2 전극판(110,120)의 풀림을 방지할 수 있다. 물론, 본 개시에 기술된 접합부재(140)는 절연성 접착제일 수 있다.

도시되었듯이, 본 개시는 분리막의 권취부와 권취 종단 사이에 접합부재(140)를 개재하여 접합 영역을 형성하게 된다. 더욱이, 본 개시의 다른 실시예에 따른 전극조립체는 분리막의 권취 종단과의 접합 영역을 전극조립체의 적층방향과 대략 직교하는 수직면(1c)에 배치되도록 한다.

전극조립체(1)는 적층체(1a)의 수직면(1c)에서 충분한 접합 영역을 확보하면서 분리막의 신뢰할 수 있는 접합력을 보장하기 위해서 권취 종단으로 수직면(1c)의 적층방향 높이의 1/2 이상을 덮어씌울 수 있도록 한다.

이외에도, 본 개시에 따른 이차전지용 전극조립체는 예컨대 제1 전극판과 제2 전극판 사이에 분리막을 개재시켜 나선 형태로 권취(와인딩)되어 형성된 젤리-롤형 전극조립체일 수 있고, 제1 전극판과 분리막 및 제2 전극판을 반복적으로 적층하면서 적층방향으로 소정의 두께를 제공할 수 있는 전극조립체라면 특정 형태로 한정되지 않는다.

앞서 기술되었듯이, 본 개시는 전극조립체의 외면을 분리막으로 권취하면서 분리막의 권취 종단을 전극조립체의 수직면에 위치시키는 것을 특징으로 한다. 이하는 전극조립체의 외면을 분리막으로 휘감아 마감처리하는 제작방법에 대한 설명이다. 여기서, 본 개시는 Z-폴딩형 방식의 전극조립체를 기초로 하여 분리막의 귀취 방식을 설명하도록 한다.

도 6a를 참조로, 본 개시는 하나 이상의 제1 전극판(110)과 하나 이상의 제2 전극판(120) 사이에 분리막(130)을 개재하여 적층배열된 적층체(1a)를 형성하는 단계(S100)를 포함한다. 도시된 바와 같이, 분리막(130)은 지그재그 형태로 접혀 있는 폴딩부(131)와 폴딩부(131)의 끝 부분에서 연속적으로 연장된 권취부(132)를 포함하는바, 구체적으로 단계(S100)에서는 제1 전극판(110)과 제2 전극판(120)의 적층방향으로 지그재그 형태로 접혀 있는 분리막(130)의 폴딩부(131) 사이에 제1 전극판(110)과 제2 전극판(120)을 교호적으로 적층한 적층체(1a)를 형성할 수 있다.

적층체를 형성한 다음에, 본 개시는 도 6c에 도시된 분리막의 재단 단계에 앞서 분리막(130)에 장력을 제공하는 단계(S200)를 포함할 수 있다.

분리막에 장력이 일정하게 유지되지 않으면, 분리막이 접혀지는 현상이 발생하게 되고 이에 따라 적층 불량 문제가 발생될 수 있으며, 커팅과 같은 물리적인 외력이 분리막에 가해질 때 권취 종단의 절단면에 응력이 집중되어 분리막이 찢어지 등의 문제를 야기할 수 있다.

분리막(130)이 느슨해지지 않고 팽팽하게 당겨진 상태를 유지시키기 위해, 본 개시는 장력 조절부재(200)를 통해 분리막에 일정한 장력을 인가할 수 있다. 장력 조절 수단(200)은 도시된 바와 같이 텐션 롤러, 분리막을 클램핑 또는 클램핑 해지할 수 있는 클램프 등으로 구성될 수 있다.

덧붙여서, 장력 제공 단계(S200)는 단계(S100)부터 단계(S300)까지, 단계(S100)부터 단계(S600)까지 개입하여 분리막의 원활한 폴딩을 유도하고, 분리막의 절단면을 매끄럽게 재단하고, 분리막의 권취부를 효과적으로 권취시킬 수 있을 것이다.

본 개시는 도 6c에 도시된 바와 같이 분리막(130)을 재단하는 단계(S300)를 포함한다. 바람직하기로, 본 개시는 적층체 외면의 최외곽을 따르는 권취방향으로 복수회, 바람직하기로는 1회 이상, 더욱 바람직하기로는 1회 권취할 수 있도록 긴 길이의 분리막을 재단한다.

다시 말하자면, 분리막(130)은 제1 전극판과 제2 전극판을 교호적으로 적층되도록 폴딩한 후 미접철된 부분에 해당하는 권취부(132)를 포함한다. 권취부(132)는 적층체 외면을 두루마리식으로 감쌀 수 있는 연장 길이(L;도 3 참조)를 갖도록 한다. 부가적으로, 권취부(132)의 연장 길이는 적층체의 외곽 둘레 길이보다 긴 크기를 갖도록 한다.

본 개시의 단계(S300)는 도시된 바와 같이 나이프(knife)로 분리막을 커팅하거나 레이저, 열선 등을 이용하여 분리막을 절단할 수 있다.

분리막 절단시, 분리막(130)의 절단면, 즉 권취 종단(132a;도 1 참조)의 절단 품질을 향상시켜 매끄러운 절단면을 제공할 수 있도록 한다. 이에, 본 개시는 권취 종단의 절단면에 존재하는 요철을 0 ㎜ 내지 2 ㎜ 범위의 깊이(D;도 1 참조)를 갖도록 한다.

본 개시는 전술되었듯이 재단 단계에서 분리막(130)의 권취 종단(132a)의 미세 요철(도 1, 도 4, 도 5 참조)을 매끄럽게 절단 가공할 수 있도록 장력이 인가되는 분리막(130)의 길이연장방향에 직교하는 분리막의 폭방향으로 절단부재(300)를 배열할 수 있다.

선택가능하기로, 본 개시는 분리막(130)을 예열하여 절단 예정선(즉, 권취 종단)에 인접한 부위를 연화(軟化)시켜, 절단시 권취 종단의 절단면에 크랙 및/또는 찢어짐 등의 발생을 최소화하면서 절단면을 매끄럽게 가공할 수 있다. 이를 위해서, 본 개시는 분리막(300)의 절단 예정선에 인접하게 배치되는 히팅부재(400)를를 추가로 포함할 수 있다. 히팅부재(400)는 장력 조절부재(200) 내부에 내장되어 장력 조절부재를 통해 분리막의 절단면을 미리 예열시키면서 분리막에 장력을 인가할 수 있다. 이와 달리, 히팅부재는 절단부재의 상류측에 더욱 인접 배치될 수 있도록 장력 조절부재(200)와 절단부재(300) 사이에 개재될 수 있다.

여기서, 히팅부재(400)는 예컨대 고분자 수지계 분리막의 연화점(열변형하기 시작하는 온도) 또는 용융점 이하로 가열 온도를 설정하도록 한다. 전술된 히팅부재의 설정온도로 분리막의 절단 예정선 부위를 예열함으로써, 분리막의 절단 예정선 부위에 열변형을 방지하면서 분리막의 물성을 연화시켜 권취 종단의 절단면을 매끄럽게 절단 가공할 수 있다. 이와 달리, 연화점 또는 용융점 이상으로 분리막을 가열할 경우에, 절단면이 매끄럽지 못할 뿐만 아니라 재융착되는 현상이 발생될 수 있다. 또한, 본 개시는 절단시 분리막의 연화 공정을 통해 절삭분의 비산을 미연에 방지할 수 있을 뿐만 아니라 작은 가압력으로도 용이하게 절단할 수 있다.

도 6d는 적층체 외곽을 분리막(130)으로 권취하는 단계(S400)를 나타낸다. 권취 단계(S400)는 분리막(130)의 폴딩부와 제1·제2 전극판(110,120) 사이의 계면에 유격을 방지하기 위해 적층체(1a)의 둘레방향으로 분리막(130)의 권취부(132)를 1회 이상 권취할 수 있다.

바람직하기로, 분리막(130)의 권취부(132)는 도 6d의 화살표 방향으로 권취시켜 적층체의 적층면과 권취부의 중첩 기회를 최소화시켜 전극조립체의 적층방향에 대한 두께 증가를 배제시킬 수 있다. 즉, 본 개시는 도 2에 도시되었듯이 최하층에 배치된 제2 전극판(120;예컨대 음극판)을 폴딩부(131)의 시작 부분에 위치시키고 이와 대응되게 최상층에 배치된 제2 전극판(120)을 폴딩부의 끝 부분에 위치하는데, 폴딩부(131)의 끝 부분에서 연장된 권취부(132)를 적층체의 최하층, 적층체의 최상층의 순서로 덮을 수 있게 전극조립체의 둘레방향을 따라 권취되도록 한다.

본 개시에서, 분리막의 재단 단계(S300)와 분리막의 권취 단계(S400)는 순서와 상관없이 진행될 수 있다. 기술된 바와 같이, 본 개시는 재단 단계(S300)를 선처리한 후에 권취 단계(S400)를 처리할 수 있으며, 그 반대의 경우도 가능하다.

그런 다음에, 본 개시는 적층체(1a)의 외면에 접합부재(140), 예컨대 절연성 접착제를 도포하는 단계(S500)를 포함한다(도 6e 참조).

특별하기로, 본 개시는 적층체(1a)의 적층면과 직교되는 방향으로 배치되는 수직면(1c) 상에 접합부재(140)를 도포한다. 더욱 상세하게는, 접합부재(140)가 전극조립체의 길이방향을 따라 수직면에 중첩 배치된 권취부(132) 외면 상에 도포된다.

접합부재(140)는 도시되었듯이 적층체 외면을 감싸는 권취부의 권취 종단과 중첩 배치되는 수직면 상에만 도포될 수 있으며, 이에 국한되지 않고 귄취부의 양호한 귄취 상태를 유지하기 위해 적층체의 적층방향과 대략 직교하는 양 수직면 상에 접합부재를 도포할 수도 있다.

덧붙여서, 접합부재(140)는 도시되었듯이 접착제 분사노즐(A)을 수단으로 하여 도포되되, 수직면(1c)의 적층방향 높이의 1/2 지점에 접합부재를 도포할 수 있다.

접합부재의 도포 위치와 상응하도록, 본 개시는 권취부(132)의 권취 종단(132a)을 전극조립체의 수직면 상에 위치선정될 수 있도록 단계(S300)에서 기 설정된 연장 길이로 권취부(132)를 재단할 수 있다. 즉, 본 개시는 분리막(30)의 권취 종단(132a)으로 수직면의 적층방향 높이의 1/2 이상을 덮어씌울 수 있도록 단계(S300)에서 권취부를 재단한다.

이상에서는, 단계(S400) 이후에 단계(S500)가 수행되는 것으로 설명하였으나, 본 개시는 이에 한정되지 않고, 전술된 단계(S400)와 단계(S500)가 동시에 수행될 수도 있고, 단계(S500)가 먼저 수행된 후에 단계(S400)가 수행될 수도 있다.

최종적으로, 본 개시는 단계(S600)를 통해 분리막의 끝단, 다시 말하자면 권취 종단(132a)을 적층체 외면에 접합 고정시킬 수 있다(도 6f). 본 개시는 적층체의 수직면(1c) 상에 도포된 접합부재(140)를 통해 권취 종단(132a)을 적층체 외곽을 둘러싸는 권취부에 접합한다.

더욱이, 본 개시는 분리막의 권취 종단과 적층체의 수직면 간의 신뢰할 수 있는 접합 상태를 보장하기 위해 브러쉬(brush)/롤러의 가압 또는 블로우의 공압을 이용하여 권취 종단을 수직면에 가압 밀착시킬 수 있다. 도시된 바와 같이, 롤러는 전극조립체의 수직면에 밀착되어 주행하면서 분리막의 권취 종단을 분리막의 권취부에 가압하여 부착시킬 수 있다. 롤러는 도 6f에 도시된 화살표 방향, 즉 적층방향으로 설정된 주행 구간에서 주행함으로써, 롤러의 주행 구간을 짧게 하여 작업 효율을 높일 수 있다. 또한, 롤러는 전극조립체의 길이방향으로의 길이보다 길게 형성되어, 접합시 권취 종단이 밀리는 현상을 줄일 수 있다.

이상 본 개시를 구체적인 실시예를 통하여 상세히 설명하였다. 실시예는 본 개시를 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 개시는 이에 한정되지 않는다. 본 개시의 기술적 사상 내에서 당해 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함은 명백하다고 할 것이다.

본 개시의 단순한 변형 내지 변경은 모두 본 개시의 영역에 속하는 것으로 본 개시의 구체적인 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의하여 명확해질 것이다.

1 : 이차전지용 전극조립체 110 : 제1 전극판
120 : 제2 전극판 130 : 분리막
131 : 폴딩부 132 : 권취부
140 : 접합부재 200 : 장력 조절부재
300 : 절단부재 400 : 히팅부재

Claims (15)

1. 제1 전극판과;
   제2 전극판; 및
   상기 제1 전극판과 상기 제2 전극판 사이에 개재되는 분리막;을 포함한 적층체를 포함하고,
   상기 분리막은 상기 적층체 외곽을 권취하여 외장마감하는, 이차전지용 전극조립체.
   
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 전극조립체는 상기 적층체의 적층방향과 직교하는 수직면 상에 상기 분리막의 접합 영역을 형성하는, 이차전지용 전극조립체.
   
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 분리막은 상기 제1 전극판과 상기 제2 전극판을 교호적으로 적층가능하도록 폴딩되어 형성된 폴딩부와, 상기 폴딩부의 끝 부분에 연속적으로 연장된 권취부를 포함하고,
   상기 권취부는 상기 적층체 외면을 권취하고 상기 적층체의 적층방향과 직교하는 수직면 상에 권취 종단을 위치되도록 길이연장되는, 이차전지용 전극조립체.
   
4. 청구항 3에 있어서,
   상기 폴딩부는 지그재그 형태로 폴딩되어 있는, 이차전지용 전극조립체.
   
5. 청구항 3에 있어서,
   상기 권취 종단은 상기 수직면의 적층방향 높이의 1/2 이상을 덮어 씌우는, 이차전지용 전극조립체.
   
6. 청구항 1에 있어서,
   상기 분리막의 권취 종단은 상기 적층체의 외곽을 권취한 상기 권취부 외면 상에 배치된 접합부재로 접합되는, 이차전지용 전극조립체.
   
7. 청구항 1에 있어서,
   상기 분리막의 권취 종단은 절단면에 0 ㎜ 내지 2 ㎜ 범위의 깊이를 갖는 요철을 포함하는, 이차전지용 전극조립체.
   
8. 청구항 6에 있어서,
   상기 접합부재는 접착제를 포함하는, 이차전지용 전극조립체.
   
9. 폴딩된 분리막 사이에 제1 전극판과 제2 전극판을 교호적으로 적층하는 적층체를 형성하는 단계와;
   상기 적층체 외곽을 권취할 수 있는 연장 길이를 갖도록 상기 분리막을 재단하는 단계;
   상기 적층체 외관을 상기 분리막으로 권취하는 단계;
   상기 적층체 외면에 접합부재를 도포하는 단계; 및
   상기 분리막을 상기 적층체 외면에 도포된 접합부재에 접합하는 단계;를 포함하는, 이차전지용 전극조립체의 제작방법.
   
10. 청구항 9에 있어서,
    상기 분리막은 상기 제1 전극판과 상기 제2 전극판을 교호적으로 적층가능하도록 폴딩되어 형성된 폴딩부와, 상기 폴딩부의 끝 부분에 연속적으로 연장된 권취부를 포함하고,
    상기 권취부는 상기 적층체 외면을 권취하고 상기 적층체의 적층방향과 직교하는 수직면 상에 권취 종단을 위치되도록 길이연장되는, 이차전지용 전극조립체의 제작방법.
    
11. 청구항 9에 있어서,
    상기 접합부재의 도포 단계에서,
    상기 접합부재는 상기 적층체의 적층방향과 직교되는 수직면 상에 도포되는, 이차전지용 전극조립체의 제작방법.
    
12. 청구항 9에 있어서,
    상기 분리막의 접합 단계에서,
    상기 분리막의 권취 종단은 상기 적층체의 수직면을 향해 가압 밀착되는, 이차전지용 전극조립체의 제작방법.
    
13. 청구항 9에 있어서,
    상기 분리막의 재단 단계 전에,
    상기 분리막에 장력을 제공하는 단계를 추가로 포함하는, 이차전지용 전극조립체의 제작방법.
    
14. 청구항 9에 있어서,
    상기 분리막의 절단 예정선 부위를 예열하는 단계를 추가로 포함하는, 이차전지용 전극조립체의 제작방법.
    
15. 청구항 10에 있어서,
    상기 분리막의 권취 종단은 절단면에 0 ㎜ 내지 2 ㎜ 범위의 깊이를 갖는 요철을 포함하는, 이차전지용 전극조립체의 제작방법.

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