KR20240062119A - 전극시트 가열장치, 전극시트 가열방법 및 젤리롤형 전극조립체 - Google Patents

전극시트 가열장치, 전극시트 가열방법 및 젤리롤형 전극조립체 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전극시트 가열장치에 관한 것으로서, 소정 피딩방향으로 피딩되는 전극시트 중 소정 영역의 하면을 가열하게 마련되는 가열부를 포함하고, 상기 전극시트는 권취되어 젤리롤형 전극조립체 중의 권취형 전극으로 제조되게 마련되고, 상기 소정 영역은 상기 젤리롤형 전극조립체 중 상기 권취형 전극의 가장 외측 말단에 위치하는 말단 영역에 대응되는 상기 전극시트의 일 영역을 포함하거나, 또는 상기 젤리롤형 전극조립체 중 권취형 전극들의 길이차로 인해 상기 권취형 전극들의 외측 말단에서 단차가 발생할 때, 상기 권취형 전극들 중 하나의 단차 발생 영역에 대응되는 상기 전극시트의 일 영역을 포함할 수 있다.

Description

전극시트 가열장치, 전극시트 가열방법 및 젤리롤형 전극조립체{HEATING DEVICE FOR ELECTRODE SHEET, HEATING METHOD FOR ELECTRODE SHEET AND JELLY-ROLL TYPE ELECTRODE ASSEMBLY}
본 발명은 전극시트 가열장치, 전극시트 가열방법 및 젤리롤형 전극조립체에 관한 것이다.
일반적으로, 이차 전지는 충전이 불가능한 일차 전지와 달리, 충방전이 가능한 전지를 의미하며, 휴대폰, 노트북, 캠코더 등의 전자기기 또는 전기 자동차 등에 널리 사용되고 있다. 특히, 리튬 이차 전지는 니켈-카드뮴 전지 또는 니켈-수소 전지보다 큰 용량을 가지며, 에너지 밀도가 높기 때문에 그 활용 정도가 급속도로 증가되는 추세에 있다.
이차 전지는 전지 케이스의 형상에 따라, 전극조립체가 원통형의 금속 캔에 내장되어 있는 원통형 전지, 전극조립체가 각형의 금속 캔에 내장되어 있는 각형 전지, 및 전극조립체가 라미네이트 시트의 파우치형 케이스에 내장되어 있는 파우치형 전지 등으로 분류될 수 있다.
도 1은 일반적인 원통형 전지를 도시하고 있는 사시도이고, 도 2는 도 1의 원통형 전지의 분해 사시도이다. 도 1과 도 2에 도시되어 있듯이 원통형 전지는 젤리롤형 전극조립체(20)와, 젤리롤형 전극조립체(20)를 수용하는 원통형 케이스(10)를 포함할 수 있다.
젤리롤형 전극조립체(20)는 원통형 케이스(10)의 개구를 통해 원통형 케이스(10)의 내부로 삽입될 수 있다. 삽입 후에는 개구를 통해 원통형 케이스(10)의 내부로 전해액이 주입될 수 있다. 전해액의 주입 후에는 원통형 케이스(10)의 개구를 캡 조립체(30)로 커버할 수 있다.
캡 조립체(30)는 상단 캡(31)과 안전 벤트(32)를 포함할 수 있다. 상단 캡(31)은 안전 벤트(32)에 밀착되게 마련되며 안전 벤트(32)에 전기적으로 연결될 수 있다. 전극조립체(20)의 전극 중 하나는 안전 벤트(32)를 매개로 상단 캡(31)에 전기적으로 연결될 수 있다.
원통형 전지는 원통형 케이스(10)와 캡 조립체(30) 사이의 밀봉을 위해 개스킷(40)을 더 포함할 수 있다. 원통형 케이스(10)의 상부 말단은 개스킷(40)의 설치 후에 개스킷(40)을 향해 절곡될 수 있다.
한편, 젤리롤형 전극조립체(20)는 제1 권취형 전극과 제2 권취형 전극이 분리막의 개재 상태에서 권취된 구조를 가질 수 있다. 권취형 전극들의 길이는 서로 다를 수 있다. 젤리롤형 전극조립체(20)의 외측 말단에는 이런 길이 차이로 인해 권취형 전극들의 사이에서 단차가 형성될 수 있다. 이차 전지의 경우 활성화를 위해 충방전 과정을 진행할 수 있는데, 이런 과정 중에 전극조립체(20)의 부피가 팽창할 수 있으며, 이런 팽창은 단차를 형성하는 권취형 전극의 일 부분에 강한 스트레스를 가할 수 있다. 이는 권취형 전극 중 집전체의 파단을 초래할 수 있다. 집전체의 파단은 전지 저항의 증가를 초래하여 발열에 의한 화재 위험을 높일 수 있다.
본 발명의 과제는, 젤리롤형 전극조립체 중 권취형 전극의 어느 영역이 젤리롤형 전극조립체의 단차를 형성하더라도 그 영역에서 집전체의 파단이 발생하지 않는, 또는 파단의 발생이 지연되는 전극시트 가열장치, 전극시트 가열방법 및 젤리롤형 전극조립체를 제공하는 것이다.
일 예에서 전극시트 가열장치는, 소정 피딩방향으로 피딩되는 전극시트 중 소정 영역의 하면을 가열하게 마련되는 가열부를 포함하고, 상기 전극시트는 권취되어 젤리롤형 전극조립체 중의 권취형 전극으로 제조되게 마련되고, 상기 소정 영역은 상기 젤리롤형 전극조립체 중 상기 권취형 전극의 가장 외측 말단에 위치하는 말단 영역에 대응되는 상기 전극시트의 일 영역을 포함하거나, 또는 상기 젤리롤형 전극조립체 중 권취형 전극들의 길이차로 인해 상기 권취형 전극들의 외측 말단에서 단차가 발생할 때, 상기 권취형 전극들 중 하나의 단차 발생 영역에 대응되는 상기 전극시트의 일 영역을 포함할 수 있다.
다른 일 예에서 상기 전극시트는 집전체 시트와 상기 집전체 시트에 도포되는 활물질층을 포함하고, 상기 가열부는 상기 집전체 시트의 연신율이 증가되게 하는 온도에서 상기 소정 영역을 가열할 수 있다.
또 다른 일 예에서 상기 가열부는 130℃~150℃에서 상기 소정 영역을 가열할 수 있다.
또 다른 일 예에서 상기 전극시트는 집전체 시트와 상기 집전체 시트에 도포되는 활물질층을 포함하고, 상기 가열부는 상기 소정 영역에 인접하는 상기 전극시트의 인접 영역에 구비되는 집전체 시트의 연신율이 10% 이하일 때, 상기 소정 영역에 구비되는 집전체 시트의 연신율이 13%~20%가 되게 상기 소정 영역을 가열할 수 있다.
또 다른 일 예에서 상기 가열부는 상기 피딩방향을 가로지르는 방향으로 연장되어 상기 전극시트의 하면을 지지하게 마련되는 지지 플레이트, 및 상기 지지 플레이트를 가열하게 마련되는 히터를 포함할 수 있다.
또 다른 일 예에서 전극시트 가열장치는 상기 지지 플레이트에 의해 지지된 상기 소정 영역의 상면에 테이프를 부착하게 마련되는 부착부를 더 포함할 수 있다.
또 다른 일 예에서 상기 부착부는 상기 지지 플레이트를 바라보게 배치되어 상기 전극시트의 상면을 향해 이동하게 마련되는 가압 플레이트, 및 상기 가압 플레이트를 상기 전극시트의 상면을 향하는 방향과 이의 반대방향으로 이동시키도록 마련되는 구동 로드를 포함할 수 있다.
또 다른 일 예에서 상기 가압 플레이트는 상기 전극시트의 상면에 부착될 테이프를 흡입으로 상기 가압 플레이트의 하면에 부착시키도록 마련될 수 있다.
또 다른 일 예에서 제1 권취형 전극과 제2 권취형 전극이 분리막의 개재 상태에서 권취된 구조를 갖는 젤리롤형 전극조립체에 있어, 상기 제1 권취형 전극의 가장 외측 말단에 위치하는 말단 영역을 포함하는 제1 영역의 연신율은, 상기 전극조립체의 중심에서부터 상기 제1 권취형 전극이 권취되는 방향을 권취방향이라 할 때, 상기 권취방향의 반대방향을 따라 상기 제1 영역에 인접하게 위치하는 상기 제1 권취형 전극의 제2 영역의 연실율보다 높을 수 있다.
또 다른 일 예에서 상기 제1 권취형 전극은 제1 집전체 시트와 상기 제1 집전체 시트에 도포되는 제1 활물질층을 포함하고, 상기 제2 권취형 전극은, 제2 집전체 시트와 상기 제2 집전체 시트에 도포되는 제2 활물질층을 포함하고, 상기 제1 및 제2 권취형 전극의 연신율은 상기 제1 및 제2 집전체 시트의 연신율에 기초해서 획득될 수 있다.
또 다른 일 예에서 상기 제1 영역에 구비되는 집전체 시트의 연신율은 13%~20%이고, 상기 제2 영역에 구비되는 집전체 시트의 연신율은 10% 이하일 수 있다.
또 다른 일 예에서 상기 제1 권취형 전극의 가장 외층은 상기 제2 권취형 전극의 가장 외층보다 상기 젤리롤형 전극조립체의 반경방향 외측에 위치하고, 상기 제1 권취형 전극의 가장 외측 말단은 상기 권취방향을 따라 상기 제2 권취형 전극의 가장 외측 말단보다 외측으로 돌출될 수 있다.
또 다른 일 예에서 상기 제1 영역은 상기 제2 권취형 전극의 가장 외측 말단보다 외측으로 돌출되는 상기 제1 권취형 전극의 영역을 포함할 수 있다.
또 다른 일 예에서 젤리롤형 전극조립체는 상기 제2 권취형 전극의 가장 외측 말단보다 외측으로 돌출되는 상기 제1 권취형 전극의 영역에 부착되는 테이프를 더 포함할 수 있다.
또 다른 일 예에서 상기 제1 권취형 전극은 음극의 권취형 전극일 수 있다.
또 다른 일 예에서 제1 권취형 전극과 제2 권취형 전극이 분리막의 개재 상태에서 권취된 구조를 갖는 젤리롤형 전극조립체에 있어, 상기 제1 권취형 전극의 가장 외층은 상기 제2 권취형 전극의 가장 외층보다 상기 젤리롤형 전극조립체의 반경방향 외측에 위치하고, 상기 제1 권취형 전극의 가장 외측 말단은 상기 전극조립체의 중심에서부터 상기 제1 권취형 전극이 권취되는 방향을 권취방향이라 할 때, 상기 권취방향을 따라 상기 제2 권취형 전극의 가장 외측 말단보다 외측으로 돌출되고, 상기 제1 권취형 전극은 상기 제2 권취형 전극의 가장 외측 말단에 대응되는 상기 제1 권취형 전극의 일 지점을 포함하는 제1 영역과, 상기 제1 영역에서 상기 권취방향 또는 상기 권취방향의 반대방향으로 연장되는 제2 영역을 포함하고, 상기 제1 영역의 연신율은 상기 제2 영역의 연실율보다 높을 수 있다.
또 다른 일 예에서 전극시트 가열방법은 (a) 소정 피딩방향으로 전극시트를 피딩하는 단계, 및 (b) 상기 전극시트 중 소정 영역의 일면을 가열하는 단계를 포함할 수 있고, 상기 단계 (b)에서 상기 전극시트는 상기 전극시트 중 집전체 시트의 연신율이 증가되게 하는 온도에서 가열될 수 있다.
또 다른 일 예에서 상기 소정 영역은 젤리롤형 전극조립체 중 권취형 전극의 가장 외측 말단에 위치하는 말단 영역에 대응되는 상기 전극시트의 일 영역을 포함하거나, 또는 상기 젤리롤형 전극조립체 중 권취형 전극들의 길이차로 인해 상기 권취형 전극들의 외측 말단에서 단차가 발생할 때, 상기 권취형 전극들 중 하나의 단차 발생 영역에 대응되는 상기 전극시트의 일 영역을 포함할 수 있다.
또 다른 일 예에서 전극시트 가열방법은 상기 단계 (b)와 동시에 상기 전극시트 중 상기 소정 영역의 타면에 테이프를 부착하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또 다른 일 예에서 상기 단계 (b)는 상기 집전체 시트의 소재 특성에 기초해서 가열 온도를 결정하는 단계일 수 있다.
본 발명에 의하면, 전극시트의 소정 영역을 전극조립체의 제조 중에 미리 가열하여 해당 영역 내의 집전체 시트의 연신율을 증가시킴으로써, 전극조립체의 제조 후에 권취형 전극의 소정 영역이 젤리롤형 전극조립체의 단차를 형성하더라도 집전체 시트의 파단을 방지 또는 지연시킬 수 있다.
또한 본 발명에 의하면, 젤리롤형 전극조립체 중 권취형 전극의 제1 영역이 인접하는 제2 영역보다 높은 연신율을 가지므로, 권취형 전극의 소정 영역이 젤리롤형 전극조립체의 단차를 형성하더라도 집전체 시트의 파단을 방지 또는 지연시킬 수 있다.
도 1은 일반적인 원통형 전지를 도시하고 있는 사시도이다.
도 2는 도 1의 원통형 전지의 분해 사시도이다.
도 3은 본 발명의 실시예 1에 따른 전극시트 가열장치가 적용된 젤리롤형 전극조립체 제조장치를 도시하고 있는 사시도이다.
도 4는 온도에 따른 구리의 연신율을 나타내는 그래프이다.
도 5는 본 발명의 실시예 2에 따른 젤리롤형 전극조립체를 도시하고 있는 단면도이다.
도 6는 도 5의 젤리롤형 전극조립체에 대한 변형예를 도시하고 있는 단면도이다.
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.
실시예 1
도 3은 본 발명의 실시예 1에 따른 전극시트 가열장치가 적용된 젤리롤형 전극조립체 제조장치를 도시하고 있는 사시도이다.
도 3에 도시되어 있듯이 젤리롤형 전극조립체(A)는 연속적으로 공급되는 제1 분리막시트(S1), 제1 전극시트(110), 제2 분리막시트(S2)및 제2 전극시트(120)가 소정의 권취 중심(C)을 중심으로 권취되어 제조될 수 있다. 젤리롤형 전극조립체(A)는 이런 과정을 통해 제1 권취형 전극(210; 도 5 참조)과 제2 권취형 전극(220; 도 5 참조)이 분리막(271, 272; 도 5 참조)의 개재 상태에서 권취된 구조를 가질 수 있다. 제1 전극시트(110)는 권취 후 절단되어 젤리롤형 전극조립체(200; 도 5 참조)의 일부를 형성함으로써 젤리롤형 전극조립체(200)중의 제1 권취형 전극(210)으로 제조될 수 있다. 이는 제2 전극시트(120)도 동일하다.
제1 전극시트(110)는 음극시트일 수 있다. 제1 전극시트(110)는 제1 집전체 시트(111)와, 제1 집전체 시트(111)에 도포되는 제1 활물질층(112)을 포함할 수 있다. 제1 집전체 시트(111)는 구리 포일 등을 포함할 수 있으나, 제1 집전체 시트(111)가 이에 한정되는 것은 아니다.
제2 전극시트(120)는 양극시트일 수 있다. 제2 전극시트(120)는 제2 집전체 시트(121)와, 제2 집전체 시트(121)에 도포되는 제2 활물질층(122)을 포함할 수 있다. 제2 집전체 시트(121)는 알루미늄 포일 등을 포함할 수 있으나, 제2 집전체 시트(121)가 이에 한정되는 것은 아니다.
전극시트 가열장치(100)
본 실시예의 가열장치(100)는 소정 피딩방향(F)으로 피딩되는 전극시트(110) 중 소정 영역(110a)의 하면을 가열하게 마련되는 가열부(130)를 포함할 수 있다.
도 3에는 제1 및 제2 전극시트(110, 120) 중 제1 전극시트(110)를 가열하는 가열장치(100)가 예시되어 있다. 가열장치(100)는 제2 전극시트(120)를 가열하게 마련될 수도 있다. 이하에선 가열장치(100)가 제1 전극시트(110)를 가열하는 경우에 대해 설명한다. 그리고 도 3에는 제1 전극시트(110)의 하면을 가열하는 가열장치(100)가 예시되어 있다. 가열장치(100)는 제1 전극시트(110)의 상면을 가열하게 마련될 수도 있다. 참고로 피딩방향(F)은 전극시트(110)의 권취를 위해서 전극시트(100)를 권취 중심(C)으로 이송하는 방향일 수 있다.
제1 전극시트(110)의 소정 영역(110a)은 젤리롤형 전극조립체(200; 도 5 참조) 중 제1 권취형 전극(210; 도 5 참조)의 가장 외측 말단(210c)에 위치하는 말단 영역(210a)에 대응되는 제1 전극시트(110)의 어느 영역을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 전극시트(110)의 소정 영역(110a)은 권취되어 젤리롤형 전극조립체(200)를 형성하면 젤리롤형 전극조립체(200) 중 제1 권취형 전극(210)의 말단 영역(210a)을 형성하게 되는 제1 전극시트(110)의 어느 영역일 수 있다.
젤리롤형 전극조립체(200)의 경우 도 5에 도시되어 있듯이 제1 권취형 전극(210)의 가장 외층이 제2 권취형 전극(220)의 가장 외층보다 젤리롤형 전극조립체(A)의 반경방향(D1) 외측에 위치할 수 있다. 그리고 제1 권취형 전극(210)의 가장 외측 말단(210c)은 권취방향(D2)을 따라 제2 권취형 전극(220)의 가장 외측 말단(220c)보다 외측으로 돌출될 수 있다. 제1 권취형 전극(210)의 말단 영역(210a)은 제2 권취형 전극(220)의 가장 외측 말단(220c)보다 권취방향(D2)을 따라 더 외측에 위치하는 부분을 포함하거나, 또는 이 부분과, 제2 권취형 전극(220)의 가장 외측 말단(220c)보다 권취방향의 반대방향(D3)을 따라 더 내측에 위치하는 부분을 포함할 수 있다. 제1 권취형 전극(210)의 전체 길이는 제2 권취형 전극(220)의 전체 길이보다 길 수 있다. 참고로 권취방향(D2)은 젤리롤형 전극조립체(200)의 중심에서부터 제1 권취형 전극(210)이 권취되는 방향일 수 있다. 젤리롤형 전극조립체(200)의 경우 위와 같은 구조로 인해서 권취방향(D2)의 말단에 단차(R)가 형성될 수 있다.
한편, 활성화를 위한 충방전 과정 중에 전극조립체(200)의 부피가 팽창할 수 있다. 그런데 부피가 팽창하면 단차(R)를 형성하는 제1 권취형 전극(210)의 일 부분에 강한 스트레스가 가해질 수 있다. 이는 제1 권취형 전극(210) 중 제1 집전체 시트(111; 도 3 참조)의 파단을 초래할 수 있다. 제1 집전체 시트(111)의 파단은 전지 저항의 증가를 초래하여 발열에 의한 화재 위험을 높일 수 있다.
본 실시예의 가열장치(100)는 젤리롤형 전극조립체(200)의 전술한 단차(R)를 형성할 수 있는 제1 권취형 전극(210)의 말단 영역(210a)에 대응되는 전극시트(110)의 소정 영역(110a; 도 3 참조)을 전극조립체(A)의 제조 중에 미리 가열함으로써, 결과적으로 제1 권취형 전극(210)의 말단 영역(210a; 도 5 참조)에서 제1 권취형 전극(210) 중 제1 집전체 시트(111)의 연신율을 증가시킬 수 있으며, 이를 통해 제1 집전체 시트(111)의 파단을 방지 또는 지연시킬 수 있다. 제1 집전체 시트(111)를 구성하는 구리 등은 특정 온도에서 가열함에 따라 연신율이 증가하는 특성을 가지는데, 연신율이 증가하면 소성 파괴에 요구되는 에너지도 증가하여 파단이 어려워지기 때문이다.
위와 같이 본 실시예의 가열장치(100)는 권취형 전극(210)의 말단 영역(210a)에 대응되는 전극시트(110)의 일 영역을 포함하는 전극시트(110)의 소정 영역(110a)을 전극조립체(A)의 제조 중에 미리 가열하여 해당 영역 내의 집전체 시트(111)의 연신율을 증가시킴으로써, 전극조립체(200)의 제조 후 권취형 전극(210)의 말단 영역(210a)이 전극조립체(200)의 단차(R)를 형성하더라도 집전체 시트(111)의 파단을 방지 또는 지연시킬 수 있다.
가열부(130)
본 실시예의 가열장치(100)는 도 3에 도시되어 있듯이 전극시트(110) 중 소정 영역(110a)의 가열을 위해 가열부(130)를 포함할 수 있다. 이하에선 가열부(130)에 대해 상술한다.
가열부(130)는 피딩방향(F)을 가로지르는 방향(예. 피딩방향에 직교하는 방향)으로 연장되어 전극시트(110)의 하면을 지지하게 마련되는 지지 플레이트(131)를 포함할 수 있다. 지지 플레이트(131)는 전극시트(110)의 하면에 밀착되기 위해 상하방향으로 이동하게 마련될 수 있다. 또는 지지 플레이트(131)는 전극시트(110)의 하면에 밀착되기 위한 위치에 고정되어 있을 수도 있다. 가열부(130)는 지지 플레이트(131)를 가열하게 마련되는 히터(132)를 포함할 수 있다. 히터(132)는 지지 플레이트(131)에 내장되는 코일 히터일 수 있다. 가열부(130)는 히터(132)를 제어하여 지지 플레이트(131)를 가열함으로써 지지 플레이트(131)에 지지되는 전극시트(110)를 소정 온도에서 가열할 수 있다.
가열부(130)는 집전체 시트(111)의 연신율이 증가되게 하는 온도에서 전극시트(110)의 소정 영역(110a)을 가열할 수 있다. 예를 들어, 가열부(130)는 130℃~150℃에서 전극시트(110)의 소정 영역(110a)을 가열할 수 있다. 이와 같은 온도 범위는 도 4에 도시되어 있듯이 집전체 시트(111)가 구리 포일로 형성될 때 효과적일 수 있다. 도 4는 온도에 따른 구리의 연신율을 나타내는 그래프이다. 구리 소재의 경우 130℃~150℃에서 가열할 때 연신율이 상대적으로 크게 증가할 수 있다. 가열부(130)가 소정 영역(110a)을 가열하는 온도 범위는 집전체 시트(111)를 구성하는 소재의 특성에 따라 달라질 수 있다.
가열부(130)는, 전극시트(110)의 소정 영역(110a)에 인접하는 전극시트(110)의 인접 영역(110b)에 구비되는 집전체 시트(111)의 연신율이 10% 이하일 때, 소정 영역(110a)에 구비되는 집전체 시트의 연신율이 13%~20%가 되게 소정 영역(110a)을 가열할 수 있다.
참고로 연신율은 인장시험기로 측정할 수 있다. 예를 들어, 열처리된 집전체 시트를 소정 길이(예. 10~15mm)만큼 획득한 후, 이를 일축으로 인장시키면서(예. 속도 50mm/min) 파괴되기 전까지의 인장 길이를 측정하면, 집전체 시트의 연신율(집전체 시트의 늘어나는 비율)을 측정할 수 있다.
부착부(140)
본 실시예의 가열장치(100)는 도 3에 도시되어 있듯이 지지 플레이트(131)에 의해 지지된 전극시트(110) 중 소정 영역(110a)의 상면에 테이프(150)를 부착하게 마련되는 부착부(140)를 포함할 수 있다. 전술한 바와 같이 전극조립체(200)의 단차(R; 도 5 참조) 부분에선 집전체 시트가 파단되기 쉬운데, 전극조립체(A)의 제조 중에 미리 해당 영역에 테이프(150)를 부착하면 위와 같은 파단의 발생을 방지 또는 지연시킬 수 있다.
부착부(140)는 지지 플레이트(131)를 바라보게 배치되어 전극시트(110)의 상면을 향해 이동하게 마련되는 가압 플레이트(141)를 포함할 수 있다. 부착부(140)는 가압 플레이트(141)를 전극시트(110)의 상면을 향하는 방향과 이의 반대방향으로 이동시키도록 마련되는 구동 로드(142)를 포함할 수 있다. 지지 플레이트(131)에 의해 지지되어 있는 전극시트(110)의 상면으로 가압 플레이트(141)를 구동 로드(142)에 의해 이동시킴으로써, 전극시트(110)의 상면에 테이프(150)를 부착시킬 수 있다. 가압 플레이트(141)는 테이프(150)를 개재시킨 상태에서 지지 플레이트(131)를 가압할 때까지 이동할 수 있다.
가압 플레이트(141)는 자신의 하면에 테이프(150)를 선택적으로 부착시킬 수 있는데, 이를 위해서 가압 플레이트(141)는 테이프(150)를 흡입하는 구조를 가질 수 있다. 예를 들어, 흡입에 의해 가압 플레이트(141)의 하면에 테이프(150)가 부착될 수 있고, 흡입 해제에 의해 가압 플레이트(141)의 하면에서 테이프(150)가 탈착될 수 있다.
한편, 전극시트(110)의 상면에 테이프(150)를 부착하는 테이프 부착장치는 테이프(150)의 부착을 위한 가압을 위해 가압 플레이트(141)를 포함할 수 있고, 가압 플레이트(141)에 의한 가압 중에 전극시트(110)의 하면을 지지하기 위해 지지 플레이트(131)를 포함할 수 있다. 이런 부착장치 중 지지 플레이트(131)에 발열 기능을 부여하면 테이프(150)의 부착과 전극시트(110)의 가열을 동시에 구현할 수 있다.
전극시트 가열방법
전극시트(110)는 다음과 같은 일련의 과정을 거쳐 가열될 수 있다.
우선 소정 피딩방향으로 전극시트(110)를 피딩할 수 있다. 피딩의 계속 중 또는 피딩의 중단 중 전극시트(110)의 소정 영역(110a)의 일면(예. 하면)을 가열할 수 있다. 전극시트(110)는 전극시트(110) 중 집전체 시트(111)의 연신율이 증가되게 하는 온도에서 가열될 수 있다. 가열 온도는 집전체 시트(111)의 소재 특성에 기초해서 결정될 수 있다.
전극시트(110)의 소정 영역(110a)은 젤리롤형 전극조립체 중 권취형 전극의 가장 외측 말단에 위치하는 말단 영역에 대응되는 전극시트(110)의 일 영역을 포함할 수 있다. 또는 전극시트(110)의 소정 영역(110a)은 젤리롤형 전극조립체 중 권취형 전극들의 길이차로 인해 권취형 전극들의 외측 말단에서 단차가 발생할 때, 권취형 전극들 중 하나의 단차 발생 영역에 대응되는 전극시트(110)의 일 영역을 포함할 수 있다. 예를 들어, 단차 발생 영역은 전극조립체에 있어 제2 권취형 전극(220)의 가장 외측 말단(220c)에 대응되는 제1 권취형 전극(210)의 일 지점(P1; 도 6 참조)을 포함하게 특정될 수 있다.
전극시트(110)의 소정 영역(110a)에 대한 가열과 동시에 전극시트 중 소정 영역(110a)의 타면(예. 상면)에 테이프를 부착할 수도 있다.
실시예 2
도 5는 본 발명의 실시예 2에 따른 젤리롤형 전극조립체를 도시하고 있는 단면도이다. 실시예 2의 젤리롤형 전극조립체(200)는 실시예 1의 전극시트 가열장치(100)에 의해 열처리된 전극시트가 채용된 전극조립체(200)일 수 있다. 다만, 실시예 2의 젤리롤형 전극조립체(200)에 적용되는 전극시트가 실시예 1의 전극시트 가열장치(100)에 의해 열처리된 전극시트로 한정되는 것은 아니다.
본 실시예의 젤리롤형 전극조립체(200)는 제1 권취형 전극(210)과 제2 권취형 전극(220)이 분리막(271, 272)의 개재 상태에서 권취된 구조를 가질 수 있다. 제1 권취형 전극(210)은 음극의 권취형 전극일 수 있고, 제2 권취형 전극(220)은 양극의 권취형 전극일 수 있다.
제1 권취형 전극(210)은 제1 권취형 전극(210)의 가장 외측 말단(210c)에 위치하는 말단 영역(210a)을 포함하는 제1 영역(261)을 포함할 수 있다. 제1 영역(261)은 말단 영역(210a)과 동일할 수도 있고, 말단 영역(210a)을 포함하되 말단 영역(210a)보다 넓을 수도 있다. 제1 권취형 전극(210)은 권취방향의 반대방향(D3)을 따라 제1 영역(261)에 인접하게 위치하는 제1 권취형 전극(210)의 제2 영역(262)을 포함할 수 있다.
제1 영역(261)은 제1 권취형 전극(210) 중 권취방향(D2)을 따라 3cm ~ 6cm의 길이를 갖는 영역일 수 있다. 제1 영역(261)의 길이는 테이프의 부착을 허용하는 정도의 길이일 수 있다. 제1 영역(261)은 제1 권취형 전극(210)의 권취방향(D2)에 따른 전체 길이 중 5% ~ 10%에 해당하는 길이를 갖는 영역일 수 있다.
본 실시예에 있어 제1 권취형 전극(210) 중 제1 영역(261)의 연신율은 제2 영역(262)의 연신율보다 높을 수 있다. 제1 및 제2 권취형 전극(210, 220)의 연신율은 제1 및 제2 권취형 전극(210, 220)을 각각 구성하는 제1 및 제2 집전체 시트(111, 121; 도 3 참조)의 연신율에 기초해서 획득될 수 있다. 예를 들어, 제1 집전체 시트(111)의 연신율을 제1 권취형 전극(210)의 연신율로 볼 수 있다.
본 실시예의 젤리롤형 전극조립체(200)는 권취형 전극(210)의 말단 영역(210a)을 포함하는 권취형 전극(210)의 제1 영역(261)이 인접하는 제2 영역(262)보다 높은 연신율을 가지므로, 권취형 전극(210)의 말단 영역(210a)이 젤리롤형 전극조립체(200)의 단차(R)를 형성하더라도 집전체 시트(111)의 파단을 방지 또는 지연시킬 수 있다.
본 실시예의 젤리롤형 전극조립체(200) 중 제1 권취형 전극(210)에 있어 제1 영역(261)에 구비되는 집전체 시트(111)의 연신율은 13%~20%일 수 있고, 제2 영역(262)에 구비되는 집전체 시트(111)의 연신율은 10% 이하일 수 있다.
한편, 제1 권취형 전극(210)의 가장 외층은 제2 권취형 전극(220)의 가장 외층보다 젤리롤형 전극조립체(200)의 반경방향(D1) 외측에 위치할 수 있다. 제1 권취형 전극(210)의 가장 외측 말단(210c)은 권취방향(D2)을 따라 제2 권취형 전극(220)의 가장 외측 말단(220c)보다 외측으로 돌출될 수 있다. 이와 같은 구조로 인해 젤리롤형 전극조립체(200)에는 단차(R)가 형성될 수 있다.
제1 권취형 전극(210)의 제1 영역(261)은 제2 권취형 전극(220)의 가장 외측 말단(220c)보다 외측으로 돌출되는 제1 권취형 전극(210)의 일 영역(이하 돌출 영역; 예를 들어, 도 5의 210a 영역)을 포함할 수 있다. 제1 권취형 전극(210)의 돌출 영역(210a)은 전술한 단차(R)를 형성하는 영역일 수 있으므로, 파단의 발생을 방지하기 위해, 돌출 영역(210a)의 전체를 포함하는 제1 영역(261)의 연신율을 다른 영역보다 높게 형성시킬 수 있다. 참고로, 돌출 영역은 도 5의 210a 영역과 동일할 수도 있고, 210a 영역의 일부일 수도 있다. 그리고 제1 영역(261)은 돌출 영역의 전부, 또는 돌출 영역의 전부와 돌출 영역에서 연장되는 영역을 포함하는 영역으로 특정될 수 있다.
본 실시예의 전극조립체(200)는 제1 권취형 전극(210)의 돌출 영역에 부착되는 테이프(250)를 더 포함할 수 있다. 돌출 영역에 부착되는 테이프(250)를 더 구비하면 파단 발생의 방지에 더 효과적일 수 있다.
한편, 전술한 제1 영역과 제2 영역은 도 6과 같이 특정될 수도 있다. 도 6은 도 5의 젤리롤형 전극조립체에 대한 변형예를 도시하고 있는 단면도이다. 도 6의 전극조립체(200')는 도 5의 전극조립체(200)와 제1 및 제2 영역의 위치에 있어 차이가 있다.
도 6의 전극조립체(200')에 있어 제1 영역(261')은 제2 권취형 전극(220)의 가장 외측 말단(220c)에 대응되는 제1 권취형 전극(210)의 일 지점(P1)을 포함하게 특정될 수 있다. 제2 영역(262')은 제1 영역(261')에서 권취방향(D2) 또는 권취방향의 반대방향(D3)으로 연장되는 영역일 수 있다. 이때 제1 영역(261')의 연신율은 제2 영역(262')의 연실율보다 높을 수 있다. 전극조립체의 단차에 있어 제1 권취형 전극(210)에 가장 크게 힘이 가해지는 부분은 제2 권취형 전극(220)의 가장 외측 말단(220c)에 대응되는 제1 권취형 전극(210)의 일 지점(P1)일 수 있다. 본 변형예의 경우 이런 점을 고려해서 제1 영역(261')을 위와 같이 특정할 수 있다. 이와 같은 제1 영역과 제2 영역(소정 영역과 인접 영역)의 특정은 전술한 실시예 1의 가열장치에도 동일하게 적용될 수 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다.
따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100: 전극시트 가열장치
110: 제1 전극시트
110a: 전극시트의 소정 영역
110b: 전극시트의 인접 영역
111: 제1 집전체 시트
112: 제1 활물질층
120: 제2 전극시트
121: 제2 집전체 시트
122: 제2 활물질층
130: 가열부
131: 지지 플레이트
132: 히터
140: 부착부
141: 가압 플레이트
142: 구동 로드
150: 테이프
200: 젤리롤형 전극조립체
210: 제1 권취형 전극
210a: 제1 권취형 전극의 말단 영역
210c: 제1 권취형 전극의 외측 말단
220: 제2 권취형 전극
220c: 제2 권취형 전극의 외측 말단
261: 제1 권취형 전극의 제1 영역
262: 제1 권취형 전극의 제2 영역
D1: 반경방향
D2: 권취방향
D3: 권취방향의 반대방향
R; 단차

Claims (20)

  1. 소정 피딩방향으로 피딩되는 전극시트 중 소정 영역의 하면을 가열하게 마련되는 가열부를 포함하고,
    상기 전극시트는, 권취되어 젤리롤형 전극조립체 중의 권취형 전극으로 제조되게 마련되고,
    상기 소정 영역은, 상기 젤리롤형 전극조립체 중 상기 권취형 전극의 가장 외측 말단에 위치하는 말단 영역에 대응되는 상기 전극시트의 일 영역을 포함하거나, 또는 상기 젤리롤형 전극조립체 중 권취형 전극들의 길이차로 인해 상기 권취형 전극들의 외측 말단에서 단차가 발생할 때, 상기 권취형 전극들 중 하나의 단차 발생 영역에 대응되는 상기 전극시트의 일 영역을 포함하는, 전극시트 가열장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 전극시트는, 집전체 시트와 상기 집전체 시트에 도포되는 활물질층을 포함하고,
    상기 가열부는, 상기 집전체 시트의 연신율이 증가되게 하는 온도에서 상기 소정 영역을 가열하는, 전극시트 가열장치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 가열부는, 130℃~150℃에서 상기 소정 영역을 가열하는, 전극시트 가열장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 전극시트는, 집전체 시트와 상기 집전체 시트에 도포되는 활물질층을 포함하고,
    상기 가열부는, 상기 소정 영역에 인접하는 상기 전극시트의 인접 영역에 구비되는 집전체 시트의 연신율이 10% 이하일 때, 상기 소정 영역에 구비되는 집전체 시트의 연신율이 13%~20%가 되게 상기 소정 영역을 가열하는, 전극시트 가열장치.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 가열부는,
    상기 피딩방향을 가로지르는 방향으로 연장되어 상기 전극시트의 하면을 지지하게 마련되는 지지 플레이트; 및
    상기 지지 플레이트를 가열하게 마련되는 히터를 포함하는, 전극시트 가열장치.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 지지 플레이트에 의해 지지된 상기 소정 영역의 상면에 테이프를 부착하게 마련되는 부착부를 더 포함하는, 전극시트 가열장치.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 부착부는,
    상기 지지 플레이트를 바라보게 배치되어 상기 전극시트의 상면을 향해 이동하게 마련되는 가압 플레이트; 및
    상기 가압 플레이트를 상기 전극시트의 상면을 향하는 방향과 이의 반대방향으로 이동시키도록 마련되는 구동 로드를 포함하는, 전극시트 가열장치.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 가압 플레이트는, 상기 전극시트의 상면에 부착될 테이프를 흡입으로 상기 가압 플레이트의 하면에 부착시키도록 마련되는, 전극시트 가열장치.
  9. 제1 권취형 전극과 제2 권취형 전극이 분리막의 개재 상태에서 권취된 구조를 갖는 젤리롤형 전극조립체에 있어,
    상기 제1 권취형 전극의 가장 외측 말단에 위치하는 말단 영역을 포함하는 제1 영역의 연신율은, 상기 전극조립체의 중심에서부터 상기 제1 권취형 전극이 권취되는 방향을 권취방향이라 할 때, 상기 권취방향의 반대방향을 따라 상기 제1 영역에 인접하게 위치하는 상기 제1 권취형 전극의 제2 영역의 연실율보다 높은, 젤리롤형 전극조립체.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 제1 권취형 전극은, 제1 집전체 시트와 상기 제1 집전체 시트에 도포되는 제1 활물질층을 포함하고,
    상기 제2 권취형 전극은, 제2 집전체 시트와 상기 제2 집전체 시트에 도포되는 제2 활물질층을 포함하고,
    상기 제1 및 제2 권취형 전극의 연신율은, 상기 제1 및 제2 집전체 시트의 연신율에 기초해서 획득되는, 젤리롤형 전극조립체.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 제1 영역에 구비되는 집전체 시트의 연신율은 13%~20%이고,
    상기 제2 영역에 구비되는 집전체 시트의 연신율은 10% 이하인, 젤리롤형 전극조립체.
  12. 청구항 10에 있어서,
    상기 제1 권취형 전극의 가장 외층은, 상기 제2 권취형 전극의 가장 외층보다 상기 젤리롤형 전극조립체의 반경방향 외측에 위치하고,
    상기 제1 권취형 전극의 가장 외측 말단은, 상기 권취방향을 따라 상기 제2 권취형 전극의 가장 외측 말단보다 외측으로 돌출되는, 젤리롤형 전극조립체.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 제1 영역은, 상기 제2 권취형 전극의 가장 외측 말단보다 외측으로 돌출되는 상기 제1 권취형 전극의 영역을 포함하는, 젤리롤형 전극조립체.
  14. 청구항 12에 있어서,
    상기 제2 권취형 전극의 가장 외측 말단보다 외측으로 돌출되는 상기 제1 권취형 전극의 영역에 부착되는 테이프를 더 포함하는, 젤리롤형 전극조립체.
  15. 청구항 9에 있어서,
    상기 제1 권취형 전극은 음극의 권취형 전극인, 젤리롤형 전극조립체.
  16. 제1 권취형 전극과 제2 권취형 전극이 분리막의 개재 상태에서 권취된 구조를 갖는 젤리롤형 전극조립체에 있어,
    상기 제1 권취형 전극의 가장 외층은, 상기 제2 권취형 전극의 가장 외층보다 상기 젤리롤형 전극조립체의 반경방향 외측에 위치하고,
    상기 제1 권취형 전극의 가장 외측 말단은, 상기 전극조립체의 중심에서부터 상기 제1 권취형 전극이 권취되는 방향을 권취방향이라 할 때, 상기 권취방향을 따라 상기 제2 권취형 전극의 가장 외측 말단보다 외측으로 돌출되고,
    상기 제1 권취형 전극은, 상기 제2 권취형 전극의 가장 외측 말단에 대응되는 상기 제1 권취형 전극의 일 지점을 포함하는 제1 영역과, 상기 제1 영역에서 상기 권취방향 또는 상기 권취방향의 반대방향으로 연장되는 제2 영역을 포함하고,
    상기 제1 영역의 연신율은, 상기 제2 영역의 연실율보다 높은, 젤리롤형 전극조립체.
  17. (a) 소정 피딩방향으로 전극시트를 피딩하는 단계; 및
    (b) 상기 전극시트 중 소정 영역의 일면을 가열하는 단계를 포함하고,
    상기 단계 (b)에서 상기 전극시트는, 상기 전극시트 중 집전체 시트의 연신율이 증가되게 하는 온도에서 가열되는, 전극시트 가열방법.
  18. 청구항 17에 있어서,
    상기 소정 영역은, 젤리롤형 전극조립체 중 권취형 전극의 가장 외측 말단에 위치하는 말단 영역에 대응되는 상기 전극시트의 일 영역을 포함하거나, 또는 상기 젤리롤형 전극조립체 중 권취형 전극들의 길이차로 인해 상기 권취형 전극들의 외측 말단에서 단차가 발생할 때, 상기 권취형 전극들 중 하나의 단차 발생 영역에 대응되는 상기 전극시트의 일 영역을 포함하는, 전극시트 가열방법.
  19. 청구항 17에 있어서,
    상기 단계 (b)와 동시에 상기 전극시트 중 상기 소정 영역의 타면에 테이프를 부착하는 단계를 더 포함하는, 전극시트 가열방법.
  20. 청구항 17에 있어서,
    상기 단계 (b)는, 상기 집전체 시트의 소재 특성에 기초해서 가열 온도를 결정하는 단계인, 전극시트 가열방법.
KR1020230148852A 2022-11-01 2023-11-01 전극시트 가열장치, 전극시트 가열방법 및 젤리롤형 전극조립체 KR20240062119A (ko)

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