KR20230114350A - 이차전지용 전극조립체 및 그의 제조 방법 및 - Google Patents

이차전지용 전극조립체 및 그의 제조 방법 및 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지용 전극조립체는, 제1 분리막; 상기 제1 분리막의 상하 양면 중 일면에 고정되는 제1 양극체; 상기 제1 분리막의 상하 양면 중 상기 제1 양극체와 마주 보는 타면에 고정되는 제1 음극체; 상기 제1 분리막과 일체 또는 별개로 형성되어 상기 제1 분리막의 상측 또는 하측에 위치하는 제2 분리막; 상기 제2 분리막의 상하 양면 중 일면에 고정되는 제2 양극체; 및 상기 제2 분리막의 상하 양면 중 상기 제2 양극체와 마주 보는 타면에 고정되는 제2 음극체;를 포함하며, 상기 제1 분리막 및 상기 제2 분리막은 동일한 패턴으로 좌우방향을 따라 교대로 접힌 상태로 마련될 수 있다.

Description

이차전지용 전극조립체 및 그의 제조 방법 및 {ELECTRODE ASSEMBLY BODY FOR SECONDARY BATTERY AND MENUFACTURING METHOD THEREOF}
본 발명은 이차전지용 전극조립체 및 그의 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 리튬이차전지의 생산성을 극대화할 수 있고 공정을 단순화할 수 있는 이차전지용 전극조립체 및 그의 제조 방법에 관한 것이다.
최근 첨단 전자산업의 발달로 전자장비의 소량화 및 경량화가 가능하게 됨에 따라 휴대용 전자 기기, 다양한 형태의 모바일 기기의 사용이 증대되고 있다. 이러한 휴대용 전자 기기, 모바일 기기 등의 전원으로 높은 에너지 밀도를 가진 전지의 필요성이 증대되어 리튬이차전지의 연구가 활발하게 진행되고 있다.
2차 전지 내부 셀 스택을 제작하는 방식은 크게 두 가지로 나뉜다. 소형 2차 전지의 경우 음극판 및 양극판을 분리막 상에 배치하고 이를 말아서(winding) 젤리-롤(jelly-roll) 형태로 제작하는 방식이 많이 사용 되며, 보다 많은 전기 용량을 가지는 중대형 2차 전지의 경우에는 음극판, 양극판 및 분리막을 적절한 순서로 적층하여(stacking) 제작하는 방식이 많이 사용된다.
적층식으로 2차 전지 내부 셀 스택을 제작하는 방식은 여러 가지가 있는데, 그 중 Z-폴딩(Z-folding, zigzag folding 또는 accordion folding이라고도 함) 방식에서는 분리막이 지그재그로 접힌 형태를 이루며 그 사이에 음극판 및 양극판이 교번되어 삽입된 형태로 적층되도록 한다.
종래의 Z-폴딩 방식은 도 1의 (a)에 도시된 바와 같이, 분리막(30)의 상면 및 하면 중 어느 일면에 양극체(10)를 위치시키고 그 타면에 음극체(20)를 위치시킨 상태에서 양극체(10) 및 음극체(20)가 교대로 위치하도록 양극체(10) 및 음극체(20)의 폭방향 양측에 위치하는 분리막(30)을 교대로 접는 방식이다. 이때, 양극탭(19)과 음극택(29)의 분리막(30)의 폭방향 양단 중 동일한 일측에 위치하는 것이 바람직하다.
이와 같은 방식으로 Z-폴딩을 하게 되면 도 1의 (b)와 같은 전극조립체(1) 또는 셀 스택(스택 셀)을 얻을 수 있다.
도 1의 (b)를 참조하면, 양극체(10)는 알루미늄 박판으로 형성되는 양극집전체(11), 양극집전체(11)의 상하 양면 중 적어도 일면에 코팅 또는 도포되는 양극활물질(12)을 포함할 수 있다. 음극체(20)는 구리 박판으로 형성되는 음극집전체(21), 음극집전체(21)의 상하 양면 중 적어도 일면에 코팅 또는 도포되는 음극활물질(22)을 포함할 수 있다.
전극조립체(1)의 최외각(최상단 및 최하단)에는 양극집전체(11)의 일면에만 양극활물질(12)이 마련되는 양극체(10) 또는 음극집전체(21)의 일면에만 음극활물질(22)이 마련되는 음극체(20)가 위치할 수 있다.
도 1의 (b)에서 도면부호 40은 Z-폴딩에 의해 적층된 전극조립체(1)를 둘러싸는 마감 분리막이다.
최근에 전기자동차의 보급이 늘어나면서 전기자동차용 이차전지와 같이 대용량의 이차전지에 대한 수요가 커지고 있다. 이차전지의 용량을 키우기 위해서는 기본적으로 전극조립체를 구성하는 전극체의 적층수를 늘여야 한다. 그런데, 도 1에 도시된 바와 같은 종래기술에 따른 Z-폴딩 방식을 사용하여 전극체의 적층수를 늘리기 위해서는 폴딩 회수를 늘려야 하고 분리막의 길이도 증가해야 하기 때문에 생산시간이 길어지는 등 생산성이 좋지 않다는 문제점이 있다.
본 출원인은, 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명을 제안하게 되었다.
미국공개특허 제2005-0048361호(공개일 2005.03.03.)
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 생산성을 향상시킬 수 있고 폴딩에 소요되는 시간을 줄이고 폴딩 속도를 늘일 수 있는 이차전지용 전극조립체 및 그의 제조 방법을 제공한다.
본 발명은 전극 형상 또는 세라믹 분리막 등의 한계를 없앨 수 있는 이차전지용 전극조립체 및 그의 제조 방법을 제공한다.
상기한 바와 같은 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지용 전극조립체는, 제1 분리막; 상기 제1 분리막의 상하 양면 중 일면에 고정되는 제1 양극체; 상기 제1 분리막의 상하 양면 중 상기 제1 양극체와 마주 보는 타면에 고정되는 제1 음극체; 상기 제1 분리막과 일체 또는 별개로 형성되어 상기 제1 분리막의 상측 또는 하측에 위치하는 제2 분리막; 상기 제2 분리막의 상하 양면 중 일면에 고정되는 제2 양극체; 및 상기 제2 분리막의 상하 양면 중 상기 제2 양극체와 마주 보는 타면에 고정되는 제2 음극체;를 포함하며, 상기 제1 분리막 및 상기 제2 분리막은 동일한 패턴으로 좌우방향을 따라 교대로 접힌 상태로 마련될 수 있다.
상기 제1 양극체, 상기 제1 음극체, 상기 제2 양극체 및 상기 제2 음극체는 이 순서대로 반복 적층되고, 상기 제1 분리막 및 상기 제2 분리막은 동시에 좌우방향을 따라 교대로 접힌 상태로 마련될 수 있다.
상기 제1 분리막은 상기 제1 양극체 및 상기 제1 음극체가 위치하지 않는 부분이 접힌 상태로 마련되고, 상기 제2 분리막은 상기 제2 양극체 및 상기 제2 음극체가 위치하지 않는 부분이 접힌 상태로 마련될 수 있다.
상기 제1 분리막의 양단 중 일단 측에 고정되는 상기 제1 양극체의 양극활물질은 양극집전체의 일면에만 형성되되 상기 제1 분리막과 상기 양극집전체 사이에 마련되고, 상기 제1 분리막의 양단 중 타단 측에 고정되는 상기 제1 음극체의 음극활물질은 음극집전체의 일면에만 형성되되 상기 제1 분리막과 상기 음극집전체 사이에 마련될 수 있다.
상기 제1 분리막과 상기 제2 분리막이 나란히 마주 보도록 펼친 상태에서 상기 제1 분리막과 상기 제2 분리막의 사이에는 상기 제1 음극체 및 상기 제2 음극체만 위치하도록 마련될 수 있다.
상기 제1 양극체 및 상기 제1 음극체는 각각 상기 제2 양극체 및 상기 제2 음극체 보다 많은 개수로 마련될 수 있다.
상기 제2 분리막의 양단에는 상기 제2 양극체 및 상기 제2 음극체가 위치하지 않도록 마련될 수 있다.
한편, 발명의 다른 분야에 의하면, 본 발명은 이차전지용 전극조립체의 제조 방법에 있어서, 상기 제1 분리막의 상하 양면 중 일면에 상기 제1 양극체를 부착하는 단계; 상기 제1 분리막의 상하 양면 중 상기 제1 양극체와 마주 보는 타면에 상기 제1 음극체를 부착하는 단계; 상기 제2 분리막의 상하 양면 중 일면에 상기 제2 양극체를 부착하는 단계; 상기 제2 분리막의 상하 양면 중 상기 제2 양극체와 마주 보는 타면에 상기 제2 음극체를 부착하는 단계; 상기 제1 음극체 사이에 상기 제2 음극체가 위치하도록 상기 제1 분리막과 상기 제2 분리막을 마주 보게 하는 단계; 및 상기 제1 분리막 및 상기 제2 분리막 중 상기 제1 음극체와 상기 제2 음극체 사이에 위치하는 부분을 좌우방향을 따라 교대로 접는 단계;를 포함하는 이차전지용 전극조립체의 제조 방법을 제공할 수 있다.
상기 제1 분리막 및 상기 제2 분리막 중 상기 제1 음극체와 상기 제2 음극체 사이에 위치하는 부분을 좌우방향을 따라 교대로 접는 단계에서는, 상기 제1 음극체와 상기 제2 양극체가 마주 보도록 상기 제1 분리막과 상기 제2 분리막을 동시에 좌우방향을 따라 교대로 접거나 상기 제1 양극체와 상기 제2 음극체가 마주 보도록 상기 제1 분리막과 상기 제2 분리막을 동시에 좌우방향을 따라 교대로 접을 수 있다.
상기 제1 분리막의 상하 양면 중 일면에 상기 제1 양극체를 부착하는 단계에서 상기 제1 분리막의 양단 중 일단에는 양극집전체의 일면에만 양극활물질이 마련된 양극체를 부착하고, 상기 제1 분리막의 상하 양면 중 상기 제1 양극체와 마주 보는 타면에 상기 제1 음극체를 부착하는 단계에서 상기 제1 분리막의 양단 중 타단에는 음극집전체의 일면에만 음극활물질이 마련된 음극체를 부착할 수 있다.
본 발명에 따른 이차전지용 전극조립체 및 그의 제조 방법은 분리막의 상하 양면에 양극체와 음극체가 각각 부착된 단위 전극체를 적어도 2개씩 한꺼번에 Z-폴딩하기 때문에 양극체와 음극체의 적층수가 많은 대용량의 전극조립체를 제조하는데 소요되는 시간을 줄일 수 있고, 폴딩 속도를 늘일 수 있다.
본 발명에 따른 이차전지용 전극조립체 및 그의 제조 방법은 분리막의 상하 양면에 양극체와 음극체가 각각 부착 및 고정되어 있기 때문에 폴딩 과정에서 양극체와 음극체의 얼라인먼트를 조정할 필요가 없다.
본 발명에 따른 이차전지용 전극조립체 및 그의 제조 방법은 분리막을 녹이지 않고 접착제를 이용하여 양극체 및 음극체를 분리막에 부착하기 때문에 세라믹 분리막을 사용할 수 있는 등 분리막의 재질 선택에 대한 자유도를 확보할 수 있다.
도 1은 종래기술에 따른 전극조립체의 Z-폴딩 방식 및 그에 의해 제조된 전극조립체를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지용 전극조립체의 제조 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지용 전극조립체의 제조에 사용되는 단위 전극체를 도시한 도면이다.
도 4 내지 도 6은 도 3에 도시된 단위 전극체를 복수개 사용하여 전극조립체를 제조하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지용 전극조립체를 도시한 도면이다.
본 발명의 이점 및/또는 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다.
또한, 이하 실시되는 본 발명의 바람직한 실시예는 본 발명을 이루는 기술적 구성요소를 효율적으로 설명하기 위해 각각의 시스템 기능구성에 기 구비되어 있거나, 또는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상적으로 구비되는 시스템 기능 구성은 가능한 생략하고, 본 발명을 위해 추가적으로 구비되어야 하는 기능 구성을 위주로 설명한다. 만약 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면, 하기에 도시하지 않고 생략된 기능 구성 중에서 종래에 기 사용되고 있는 구성요소의 기능을 용이하게 이해할 수 있을 것이며, 또한 상기와 같이 생략된 구성 요소와 본 발명을 위해 추가된 구성 요소 사이의 관계도 명백하게 이해할 수 있을 것이다.
또한, 이하의 설명에 있어서, 신호 또는 정보의 "전송", "통신", "송신", "수신" 기타 이와 유사한 의미의 용어는 일 구성요소에서 다른 구성요소로 신호 또는 정보가 직접 전달되는 것뿐만이 아니라 다른 구성요소를 거쳐 전달되는 것도 포함한다. 특히 신호 또는 정보를 일 구성요소로 "전송" 또는 "송신"한다는 것은 그 신호 또는 정보의 최종 목적지를 지시하는 것이고 직접적인 목적지를 의미하는 것이 아니다. 이는 신호 또는 정보의 "수신"에 있어서도 동일하다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지용 전극조립체의 제조 방법을 설명하기 위한 도면, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지용 전극조립체의 제조에 사용되는 단위 전극체를 도시한 도면, 도 4 내지 도 6은 도 3에 도시된 단위 전극체를 복수개 사용하여 전극조립체를 제조하는 방법을 설명하기 위한 도면, 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지용 전극조립체를 도시한 도면이다.
이하에서 설명하는 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지용 전극조립체(1000) 및 그의 제조 방법은 리튬이차전지에 사용되는 것으로서, 파우치형 타입(pouch type)의 리튬이차전지를 예로써 설명하지만 이에 한정되는 것은 아니다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지용 전극조립체(1000) 및 전극조립체(1000)의 제조 방법에 대해서 자세하게 설명한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지용 전극조립체(1000)는, 도 7에 도시된 바와 같이, 제1 분리막(130); 제1 분리막(130)의 상하 양면 중 일면에 고정되는 제1 양극체(110); 제1 분리막(130)의 상하 양면 중 제1 양극체(110)와 마주 보는 타면에 고정되는 제1 음극체(120); 제1 분리막(130)과 일체 또는 별개로 형성되어 제1 분리막(130)의 상측 또는 하측에 위치하는 제2 분리막(230); 제2 분리막(230)의 상하 양면 중 일면에 고정되는 제2 양극체(210); 및 제2 분리막(230)의 상하 양면 중 제2 양극체(210)와 마주 보는 타면에 고정되는 제2 음극체(220);를 포함할 수 있다.
여기서, 제1 분리막(130) 및 제2 분리막(230)은 동일한 패턴으로 좌우방향을 따라 교대로 접힌 상태로 마련될 수 있다. 즉, 제1 분리막(130) 및 제2 분리막(230)은 동시에(한꺼번에) Z-폴딩 방식으로 접힌 상태이다.
도 7을 참조하면, 제1 분리막(130)과 제2 분리막(230)이 접힌 부분이 수직인 형태로 도시되어 있는데, 이는 설명의 편의를 위해서 도시된 것이다.
도 7을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지용 전극조립체(1000)는 제1 양극체(110)와 제1 음극체(120)가 상하면에 각각 부착(접착)된 제1 분리막(130)과, 제2 양극체(210)와 제2 음극체(220)가 상하면에 각각 부착(접착)된 제2 분리막(230)을 상하로 배치한 상태에서 제1 분리막(130)과 제2 분리막(230)을 동시에 Z-폴딩함으로써 얻을 수 있다.
여기서, 제1 분리막(130)의 상하 양면에 부착된 복수개의 제1 양극체(110)와 제1 음극체(120)는 제1 단위 전극체(100)를 형성하고, 제2 분리막(230)의 상하 양면에 부착된 복수개의 제2 양극체(210)와 제2 음극체(220)는 제2 단위 전극체(200)를 형성할 수 있다.
제1 양극체(110) 및 제2 양극체(210)는 각각 양극집전체(111,211) 및 양극집전체(111,211)의 상하 양면 중 적어도 일면에 코팅 또는 도포되는 양극활물질(112,212)을 포함할 수 있다. 또한, 제1 음극체(120) 및 제2 음극체(220)는 각각 음극집전체(121,221) 및 음극집전체(121,221)의 상하 양면 중 적어도 일면에 코팅 또는 도포되는 음극활물질(122,222)을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지용 전극조립체(1000)는 제1 양극체(110), 제1 음극체(120), 제2 양극체(210) 및 제2 음극체(220)가 이 순서대로 반복 적층되고, 제1 분리막(130) 및 제2 분리막(230)은 동시에 좌우방향을 따라 교대로 접힌 상태 즉, Z-폴딩된 상태로 마련될 수 있다.
도 7을 참조하면, 제1 양극체(110), 제1 음극체(120), 제2 양극체(210) 및 제2 음극체(220)가 순서대로 두께방향(상하방향)으로 적층(stack)될 수 있다. 제1 분리막(130)과 제2 분리막(230)은 양극체(110,210) 및 음극체(120,220)의 두께 방향을 따라 접힌 후 양극체(110,210) 및 음극체(120,220)의 면방향을 따라 접히는 형태가 반복된다.
이와 같이, 제1 분리막(130)은 제1 양극체(110) 및 제1 음극체(120)가 위치하지 않는 부분(양극체 및 음극체의 두께면에 대응하는 부분)이 접힌 상태로 마련되고, 제2 분리막(230)은 제2 양극체(210) 및 제2 음극체(220)가 위치하지 않는 부분(양극체 및 음극체의 두께면에 대응하는 부분)이 접힌 상태로 마련될 수 있다.
전극조립체(1000)는 위쪽에서부터 아래쪽으로 제1 양극체(110), 제1 음극체(120), 제2 양극체(210) 및 제2 음극체(220)가 이 순서대로 반복 적층된 구조를 가지는 반면에, 제1 분리막(130), 제2 분리막(230), 제2 분리막(230), 제1분리막(130), 제1 분리막(130), 제2 분리막(230)이 반복되는 순서로 적층된 구조를 가진다. 즉, 전극조립체(1000)의 상단 또는 하단에는 제1 분리막(130) 또는 제2 분리막(230) 중 어느 하나가 위치하지만, 전극조립체(1000)의 가운데 부분에는 2개(2장)의 제1 분리막(130)과 2개(2장)의 제2 분리막(230)이 각각 교대로 위치하게 된다.
한편, 제1 분리막(130)의 양단 중 일단 측에 고정되는 제1 양극체(110)의 양극활물질(112)은 양극집전체(111)의 일면에만 형성되되 제1 분리막(130)과 양극집전체(111) 사이에 마련되고, 제1 분리막(130)의 양단 중 타단 측에 고정되는 제1 음극체(120)의 음극활물질(122)은 음극집전체(121)의 일면에만 형성되되 제1 분리막(130)과 음극집전체(121) 사이에 마련될 수 있다.
도 7을 참조하면, 전극조립체(1000)의 최외각 중 최상단에는 양극집전체(111)의 일면에만 양극활물질(112)이 형성(코팅 또는 도포)된 제1 양극체(110)가 위치하고, 최외각 중 최하단에는 음극집전체(121)의 일면에만 음극활물질(122)이 형성(코팅 또는 도포)된 제1 음극체(120)가 위치할 수 있다. 여기서, 최상단에 위치하는 제1 양극체(110)는 양극활물질(112)이 양극집전체(111)와 제1 분리막(130) 사이에 위치하고, 최하단에 위치하는 제1 음극체(120)는 음극활물질(122)이 음극집전체(121)와 제1 분리막(130) 사이에 위치하는 형태가 된다.
이와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지용 전극조립체(1000)는 최외각 즉 최상단 및 최하단 중 어느 하나에는 양극활물질(112)이 양극집전체(111)의 일면에만 형성되어 있는 단면 제1 양극체(110)가 위치하고 다른 하나에는 음극활물질(122)이 음극집전체(121)의 일면에만 형성되어 있는 단면 제1 음극체(120)가 위치할 수 있다.
전극조립체(1000)는 교대로 적층된 양극체(110,210), 분리막(130,230), 음극체(120,220)를 둘러싸는 마감 분리막(180)을 더 포함할 수도 있다. 마감 분리막(180)은 양극체(110,210) 및 음극체(120,220)가 적층된 상태를 유지하게 하거나 외부의 충격 등으로부터 양극체(110,210) 및 음극체(120,220)를 보호하는 역할을 할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지용 전극조립체(1000)는 제1 분리막(130)의 양단에는 단면 제1 양극체(110) 및 단면 제1 음극체(120)가 각각 위치하는 반면에, 제2 분리막(230)의 양단에는 제2 양극체(210) 또는 제2 음극체(220)가 위치하도록 마련될 수 있다. 따라서, 제1 분리막(130)에 부착된 제1 양극체(110) 및 제1 음극체(120)는 각각 제2 분리막(230)에 부착된 제2 양극체(210) 및 제2 음극체(220) 보다 많은 개수로 마련될 수 있다.
이와 같이, 제2 양극체(210)와 제2 음극체(220)가 제1 양극체(110) 및 제1 음극체(120) 보다 많은 개수로 마련되기 때문에 전극조립체(1000)의 최외각(최상단 및 최하단)은 제1 분리막(130)이 감싸는 형태가 될 수 있다.
도 7에 도시된 이차전지용 전극조립체(1000)의 제1 분리막(130)과 제2 분리막(230)을 각각 동일하게 펼치게 되면, 제1 음극체(120) 사이에 제2 음극체(220)가 위치하는 패턴이 반복될 수 있다. 즉, 도 4의 (c)에 도시된 바와 같이 제1 분리막(130)과 제2 분리막(230)이 나란히 마주 보도록 펼친 상태에서 제1 분리막(130)과 제2 분리막(230)의 사이에는 제1 음극체(120) 및 제2 음극체(220)만 위치하되 서로 교대로 위치하도록 마련될 수 있다.
한편, 발명의 다른 분야에 의하면, 본 발명은 이차전지용 전극조립체(1000)의 제조 방법에 있어서, 제1 분리막(130)의 상하 양면 중 일면에 제1 양극체(110)를 부착(접착)하는 단계; 제1 분리막(130)의 상하 양면 중 제1 양극체(110)와 마주 보는 타면에 제1 음극체(120)를 부착(접착)하는 단계; 제2 분리막(230)의 상하 양면 중 일면에 제2 양극체(210)를 부착(접착)하는 단계; 제2 분리막(230)의 상하 양면 중 제2 양극체(210)와 마주 보는 타면에 제2 음극체(220)를 부착(접착)하는 단계; 제1 음극체(120) 사이에 제2 음극체(220)가 위치하도록 제1 분리막(130)과 제2 분리막(230)을 마주 보게 하는 단계; 및 제1 분리막(130) 및 제2 분리막(230) 중 제1 음극체(120)와 제2 음극체(220) 사이에 위치하는 부분을 좌우방향을 따라 교대로 접는 단계;를 포함하는 이차전지용 전극조립체(1000)의 제조 방법을 제공할 수 있다.
이하에서는 도면을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지용 전극조립체(1000)의 제조 방법에 대해서 설명한다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지용 전극조립체(1000)는 제1 단위 전극체(100)와 제2 단위 전극체(200)를 위아래로 겹쳐 놓은 상태에서 제1 단위 전극체(100)의 제1 분리막(130)와 제2 단위 전극체(200)의 제2 분리막(230)을 한꺼번에 Z-폴딩하는 방법에 의해서 제조될 수 있다.
도 2에는 제1 단위 전극체(100)와 제2 단위 전극체(200)를 각각 1개씩 위아래로 배치하고 한꺼번에 Z-폴딩하는 방식이 도시되어 있지만, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 제1 단위 전극체(100), 제2 단위 전극체(200) 및 제1 단위 전극체(100)를 차례대로 상하로 배치하고 한꺼번에 Z-폴딩할 수도 있고 제1 단위 전극체(100)와 제2 단위 전극체(200)를 각각 2개씩 상하 교대로 배치하고 동시에 Z-폴딩할 수도 있다. 제조하려는 전극조립체(1000)의 용량 등에 따라서 제1 단위 전극체(100) 및 제2 단위 전극체(200)의 개수를 선택하면 된다.
다만, 전극조립체(1000)의 최외각에 위치하는 분리막(130)의 두께 만큼 이차전지의 폭이 넓어지기 때문에 단위 전극체는 5개 이상을 넘기지 않는게 바람직 하다.
도 2의 경우, 제1 단위 전극체(100)와 제2 단위 전극체(200)가 별도로 도시되어 있는데, 경우에 따라서는 제1 단위 전극체(100)와 제2 단위 전극체(200)를 일체로 형성하고 일부를 접고, 접힌 상태에서 상하로 배치된 2겹의 분리막을 동시에 Z-폴딩하는 것도 가능하다. 제1 단위 전극체(100)와 제2 단위 전극체(200)가 일체로 형성되는 경우에는 제1 분리막(130)과 제2 분리막(230)은 서로 연결된 한 장의 분리막으로 마련될 수 있다.
이하에서, 제1 분리막(130)과 제2 분리막(230)은 분리된 경우와 일체로 형성된 경우를 모두 포함하고, 설명의 편의를 위해 2장의 분리막이 상하로 배치된 것으로 보고 제1 분리막(130)과 제2 분리막(230)으로 호칭한다.
도 2를 참조하면, 위쪽에 위치하는 제1 단위 전극체(100)의 경우에는, 제1 분리막(130)의 양단 중 일단에는 단면 제1 양극체(110)와 양면 제1 음극체(120)가 위치하고 타단에는 양면 제1 양극체(110)와 단면 제1 음극체(120)가 위치한다. 반면에, 제1 단위 전극체(100)의 아래쪽에 위치하는 제2 단위 전극체(200)의 경우에는, 제2 분리막(230)의 양단에 제2 양극체(210) 및 제2 음극체(220)가 위치하지 않는다. 즉, 제2 분리막(230)의 양단 중 전극체의 폭에 대응하는 길이 부분에는 제2 양극체(210) 및 제2 음극체(220)가 위치하지 않는다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지용 전극조립체(1000)의 제조에 사용되는 제1 단위 전극체(100)가 도시되어 있다. 제2 단위 전극체(200)의 형태도 제1 단위 전극체(100)의 형태와 동일하다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지용 전극조립체(1000)의 제조 방법에 있어서, 제1 분리막(130)의 상하 양면 중 일면에 제1 양극체(110)를 부착하는 단계는 도 3에 도시된 바와 같이 제1 분리막(130)의 상면에 복수개의 제1 양극체(110)를 일정한 간격 만큼 띄우고 부착하게 된다.
이때, 제1 분리막(130)을 가열해서 녹인 상태에서 제1 양극체(110)를 부착하는 것이 아니고, 제1 양극체(110)를 부착하기 위한 접착제를 제1 분리막(130)의 상면에 도포한 후에 제1 양극체(110)를 제1 분리막(130)에 부착하게 된다. 접착제는 제1 분리막(130)의 상면 전체에 도포되기 보다는 제1 양극체(110)가 부착되는 부분에만 미리 도포되는 것이 바람직하다.
여기서, 상기 접착제로는 MEK, PDVF, PE 등의 폴리머 접착제를 소량 사용하는 것이 바람직하다. 이와 같이, 분리막(130)을 녹이지 않고 접착제를 사용해서 양극체(110) 등의 전극체를 분리막에 부착하기 때문에 분리막의 재질 선택에 대한 폭을 넓힐 수 있다. 예를 들면, 세라믹 재질의 분리막을 사용하는 것도 가능하다.
도 3에 도시된 바와 같이, 제1 분리막(130)의 길이방향을 따라 상면에 배치된 복수개의 제1 양극체(110) 사이의 간격은 제1 음극체(120)의 폭 보다 다소 큰 것이 바람직하다.
상기 제1 분리막(130)의 상하 양면 중 제1 양극체(110)와 마주 보는 타면에 제1 음극체(120)를 부착하는 단계는, 제1 양극체(110)의 바로 아래에 위치하도록 제1 음극체(120)를 제1 분리막(130)의 하면에 접착제로 부착하게 된다. 이때, 접착제는 제1 양극체(110)의 부착에 사용되는 접착제와 동일한 것이 사용된다.
제1 분리막(130)의 상면에는 제1 양극체(110)가 위치하고 하면에는 제1 음극체(120)가 위치하게 되는데, 이때 제1 양극체(110)와 제1 음극체(120)를 서로 얼라인먼트(정렬)시켜야 한다. 도 3을 참조하면, 제1 음극체(120)의 가장자리 내에 제1 양극체(110)가 위치하도록 양자를 얼라인먼트(정렬)시켜야 한다.
상기 제2 분리막(230)의 상하 양면 중 일면에 제2 양극체(210)를 부착하는 단계와, 상기 제2 분리막(230)의 상하 양면 중 제2 양극체(210)와 마주 보는 타면에 제2 음극체(220)를 부착하는 단계는 제1 분리막(130)의 상하 양면에 제1 양극체(110)와 제1 음극체(120)를 부착하는 단계와 동일하다.
상기 제1 분리막(130)의 상하 양면 중 일면에 제1 양극체(110)를 부착하는 단계에서 제1 분리막(110)의 양단 중 일단에는 양극집전체(111)의 일면에만 양극활물질(112)이 마련된 단면 제1 양극체(110)를 부착하고, 제1 분리막(130)의 상하 양면 중 제1 양극체(110)와 마주 보는 타면에 제1 음극체(120)를 부착하는 단계에서 제1 분리막(130)의 양단 중 타단에는 음극집전체(121)의 일면에만 음극활물질(122)이 마련된 단면 제1 음극체(120)를 부착할 수 있다(도 2 참조).
한편, 도 3에서 도면부호 190은 제1 양극체(110)와 제1 음극체(120)의 상하 배치가 반복되는 것을 의미한다.
상기 제1 음극체(120) 사이에 제2 음극체(220)가 위치하도록 제1 분리막(130)과 제2 분리막(230)을 마주 보게 하는 단계는, 도 4의 (a) 및 (b)를 참조하여 설명한다.
도 4의 (a)에 도시된 바와 같이 제1 단위 전극체(100)와 제2 단위 전극체(200)가 별개로 마련된 경우에는, 상기 제1 음극체(120) 사이에 제2 음극체(220)가 위치하도록 제1 분리막(130)과 제2 분리막(230)을 마주 보게 하는 단계는 제2 단위 전극체(200)를 화살표 방향을 따라 뒤집어야 한다(도 4의 (b) 참조).
도 4의 (a)의 경우에는 제2 단위 전극체(200)의 제2 양극체(210)가 제1 단위 전극체(100)를 향해 있는데 이 상태로 제1 단위 전극체(100)와 제2 단위 전극체(200)를 포개게 되면, 제1 음극체(120) 사이에 제2 양극체(210)가 교대로 위치하게 된다. 이 상태에서 제1 단위 전극체(100)와 제2 단위 전극체(200)를 동시에 Z-폴딩하게 되면, 도 7에 도시된 전극조립체(1000)를 얻을 수 없다. 따라서, 제2 단위 전극체(200)를 뒤집어서 도 4의 (b)에 도시된 바와 같이 제2 단위 전극체(200)의 제2 음극체(220)가 제1 단위 전극체(100)를 향하게 만들어야 한다.
도 4의 (a)에 도시된 바와 같이, 제1 단위 전극체(100)와 제2 단위 전극체(200)가 별도로 있는 경우에는 도 4의 (b)와 같이 어느 하나의 단위 전극체를 뒤집어 음극체끼리 인접하게 만들어야 하지만, 제1 단위 전극체(100)와 제2 단위 전극체(200)가 일체인 경우에는 음극체(120,220)끼리 인접하도록 어느 한 쪽을 접으면 된다.
예를 들어, 도 4의 (a)에 도시된 제2 단위 전극체(200)의 좌측단이 제1 단위 전극체(100)의 우측단 반복부(190)에 연결되어 제1 단위 전극체(100)와 제2 단위 전극체(200)가 일체로 형성된 경우에는, 반복부(190)를 기준으로 우측에 위치하는 단위 전극체(200)를 반복부(190)의 좌측에 위치하는 단위 전극체(100)의 아래쪽에 위치하도록 접으면 도 4의 (b)의 상태를 얻을 수 있다. 이때, 도 4의 (c)에 도시된 바와 같이, 제1 음극체(120) 사이에 제2 음극체(220)가 위치해야 한다.
도 4의 (c)에 도시된 것은, 상기 제1 음극체(120) 사이에 제2 음극체(220)가 위치하도록 제1 분리막(130)과 제2 분리막(230)을 마주 보게 하는 단계를 수행한 결과를 나타낸다.
도 4의 (c)를 참조하면, 제1 분리막(130)과 제2 분리막(230)이 상하로 나란하게 배치되어 있고, 제1 분리막(130)과 제2 분리막(230) 사이에는 제1 음극체(120)와 제2 음극체(220)가 교대로 위치하는 상태가 된다. 제1 양극체(110)는 맨 위쪽에 위치하고, 제2 양극체(210)는 맨 아래쪽에 위치하는 상태이다.
한편, 제1 분리막(130)과 제2 분리막(230) 사이에 위치하는 제1 음극체(120)와 제2 음극체(220)는 서로 밀착한 상태로 배치되는 것이 아니라 일정한 간격(140)을 두고 배치되는 것이 바람직하다.
상기 제1 분리막(130) 및 제2 분리막(230) 중 제1 음극체(120)와 제2 음극체(220) 사이에 위치하는 부분을 좌우방향을 따라 교대로 접는 단계에서는, 제1 분리막(130)과 제2 분리막(230) 중에서 제1 음극체(120)와 제2 음극체(220) 사이의 간격(140)을 덮는 부분을 동시에 Z-폴딩하게 된다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 도 4의 (c)에 도시된 바와 같이 겹쳐진 상태의 제1 단위 전극체(100)와 제2 단위 전극체(200)를 이송 롤러(310)를 이용해서 이송하면서 Z-폴딩할 수 있다. 이때, 겹쳐진 상태로 이송되는 제1 단위 전극체(100)와 제2 단위 전극체(200)는 이송 롤러(310)를 통과한 후에는 이송 롤러(310) 보다 아래 쪽에 위치하는 푸셔(330)를 지나도록 이송되는 것이 바람직하다.
푸셔(330)는 제1 및 제2 단위 전극체(100,200)와 교차하는 방향으로 배치되고 제1 및 제2 단위 전극체(100,200)를 향해 전진 또는 후진할 수 있다. 이때, 푸셔(330)는 제1 및 제2 단위 전극체(100,200)의 제1 분리막(130)과 제2 분리막(230) 중에서 제1 음극체(120)와 제2 음극체(220) 사이의 간격(140)을 덮는 부분이 푸셔(330)의 앞쪽에 위치하게 되면 푸셔(330)가 전진해서 제1 및 제2 단위 전극체(100,200)를 Z-폴딩할 수 있다.
푸셔(330)가 전진 및 후진하는 동안 이송롤러(310)는 멈추는 것이 필요하다. 예를 들면, 제1 분리막(130)과 제2 분리막(230) 중에서 제1 음극체(120)와 제2 음극체(220) 사이의 간격(140)을 덮는 부분이 푸셔(330)의 앞쪽에 위치하게 되면 이송롤러(310)는 작동을 멈추고 푸셔(330)가 전진하게 된다.
푸셔(330)가 전진해서 제1 및 제2 단위 전극체(100,200)를 타격함으로써 도 6에 도시된 바와 같이, 제1 음극체(120)와 제2 양극체(210)가 마주 보도록 제1 분리막(130)과 제2 분리막(230)이 동시에 좌우방향을 따라 교대로 접히거나 제1 양극체(110)와 제2 음극체(220)가 마주 보도록 제1 분리막(130)과 제2 분리막(230)이 동시에 좌우방향을 따라 교대로 접힐 수 있다.
상기 제1 분리막(130) 및 제2 분리막(230) 중 제1 음극체(120)와 제2 음극체(220) 사이에 위치하는 부분(140)을 좌우방향을 따라 교대로 접는 단계는 푸셔(330)의 전진 및 후진에 의해서 수행될 수 있다.
푸셔(330)가 제1 및 제2 분리막(130,230)을 타격한 후 후진하게 되면 그 다음 전극체가 접혀 있는 전극체 위에 놓이게 된다(도 6의 A 참조). 이러한 과정을 반복하여 도 7에 도시된 이차전지용 전극조립체(1000)을 얻을 수 있다.
이상과 같이 본 발명의 실시예에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 청구범위뿐 아니라 이 청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
100: 제1 단위 전극체 110: 제1 양극체
120: 제1 음극체 130: 제1 분리막
200: 제2 단위 전극체 210: 제2 양극체
220: 제2 음극체 230: 제2 분리막
1000: 이차전지용 전극조립체

Claims (10)

  1. 제1 분리막;
    상기 제1 분리막의 상하 양면 중 일면에 고정되는 제1 양극체;
    상기 제1 분리막의 상하 양면 중 상기 제1 양극체와 마주 보는 타면에 고정되는 제1 음극체;
    상기 제1 분리막과 일체 또는 별개로 형성되어 상기 제1 분리막의 상측 또는 하측에 위치하는 제2 분리막;
    상기 제2 분리막의 상하 양면 중 일면에 고정되는 제2 양극체; 및
    상기 제2 분리막의 상하 양면 중 상기 제2 양극체와 마주 보는 타면에 고정되는 제2 음극체;를 포함하며,
    상기 제1 분리막 및 상기 제2 분리막은 동일한 패턴으로 좌우방향을 따라 교대로 접힌 상태로 마련되는 것을 특징으로 하는 이차전지용 전극조립체.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 양극체, 상기 제1 음극체, 상기 제2 양극체 및 상기 제2 음극체는 이 순서대로 반복 적층되고,
    상기 제1 분리막 및 상기 제2 분리막은 동시에 좌우방향을 따라 교대로 접힌 상태로 마련되는 것을 특징으로 하는 이차전지용 전극조립체.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1 분리막은 상기 제1 양극체 및 상기 제1 음극체가 위치하지 않는 부분이 접힌 상태로 마련되고,
    상기 제2 분리막은 상기 제2 양극체 및 상기 제2 음극체가 위치하지 않는 부분이 접힌 상태로 마련되는 것을 특징으로 하는 이차전지용 전극조립체.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제1 분리막의 양단 중 일단 측에 고정되는 상기 제1 양극체의 양극활물질은 양극집전체의 일면에만 형성되되 상기 제1 분리막과 상기 양극집전체 사이에 마련되고,
    상기 제1 분리막의 양단 중 타단 측에 고정되는 상기 제1 음극체의 음극활물질은 음극집전체의 일면에만 형성되되 상기 제1 분리막과 상기 음극집전체 사이에 마련되는 것을 특징으로 하는 이차전지용 전극조립체.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제1 분리막과 상기 제2 분리막이 나란히 마주 보도록 펼친 상태에서 상기 제1 분리막과 상기 제2 분리막의 사이에는 상기 제1 음극체 및 상기 제2 음극체만 위치하도록 마련되는 것을 특징으로 하는 이차전지용 전극조립체.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 제1 양극체 및 상기 제1 음극체는 각각 상기 제2 양극체 및 상기 제2 음극체 보다 많은 개수로 마련되는 것을 특징으로 하는 이차전지용 전극조립체.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 제2 분리막의 양단에는 상기 제2 양극체 및 상기 제2 음극체가 위치하지 않도록 마련되는 것을 특징으로 하는 이차전지용 전극조립체.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 따른 이차전지용 전극조립체의 제조 방법에 있어서,
    상기 제1 분리막의 상하 양면 중 일면에 상기 제1 양극체를 부착하는 단계;
    상기 제1 분리막의 상하 양면 중 상기 제1 양극체와 마주 보는 타면에 상기 제1 음극체를 부착하는 단계;
    상기 제2 분리막의 상하 양면 중 일면에 상기 제2 양극체를 부착하는 단계;
    상기 제2 분리막의 상하 양면 중 상기 제2 양극체와 마주 보는 타면에 상기 제2 음극체를 부착하는 단계;
    상기 제1 음극체 사이에 상기 제2 음극체가 위치하도록 상기 제1 분리막과 상기 제2 분리막을 마주 보게 하는 단계; 및
    상기 제1 분리막 및 상기 제2 분리막 중 상기 제1 음극체와 상기 제2 음극체 사이에 위치하는 부분을 좌우방향을 따라 교대로 접는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지용 전극조립체의 제조 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제1 분리막 및 상기 제2 분리막 중 상기 제1 음극체와 상기 제2 음극체 사이에 위치하는 부분을 좌우방향을 따라 교대로 접는 단계에서는,
    상기 제1 음극체와 상기 제2 양극체가 마주 보도록 상기 제1 분리막과 상기 제2 분리막을 동시에 좌우방향을 따라 교대로 접거나 상기 제1 양극체와 상기 제2 음극체가 마주 보도록 상기 제1 분리막과 상기 제2 분리막을 동시에 좌우방향을 따라 교대로 접는 것을 특징으로 하는 이차전지용 전극조립체의 제조 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제1 분리막의 상하 양면 중 일면에 상기 제1 양극체를 부착하는 단계에서 상기 제1 분리막의 양단 중 일단에는 양극집전체의 일면에만 양극활물질이 마련된 양극체를 부착하고,
    상기 제1 분리막의 상하 양면 중 상기 제1 양극체와 마주 보는 타면에 상기 제1 음극체를 부착하는 단계에서 상기 제1 분리막의 양단 중 타단에는 음극집전체의 일면에만 음극활물질이 마련된 음극체를 부착하는 것을 특징으로 하는 이차전지용 전극조립체의 제조 방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20050048361A (ko) 2003-11-19 2005-05-24 엘지전자 주식회사 동기 리럭턴스 모터의 회전자 체결구조

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KR20050048361A (ko) 2003-11-19 2005-05-24 엘지전자 주식회사 동기 리럭턴스 모터의 회전자 체결구조

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