KR20240065839A - 전극 조립체, 전극 조립체 제조 방법 및 전극 조립체 제조 장치 - Google Patents
전극 조립체, 전극 조립체 제조 방법 및 전극 조립체 제조 장치 Download PDFInfo
- Publication number
- KR20240065839A KR20240065839A KR1020220147049A KR20220147049A KR20240065839A KR 20240065839 A KR20240065839 A KR 20240065839A KR 1020220147049 A KR1020220147049 A KR 1020220147049A KR 20220147049 A KR20220147049 A KR 20220147049A KR 20240065839 A KR20240065839 A KR 20240065839A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- electrode
- separator
- stack table
- stack
- stacked
- Prior art date
Links
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 91
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 35
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 claims description 22
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 claims description 5
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 32
- 239000010954 inorganic particle Substances 0.000 description 28
- 238000000034 method Methods 0.000 description 26
- 239000011247 coating layer Substances 0.000 description 15
- -1 LiV 3 O 8 Chemical class 0.000 description 14
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 11
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N nickel Substances [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 10
- 230000008569 process Effects 0.000 description 10
- HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N Lithium ion Chemical compound [Li+] HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 9
- 229910001416 lithium ion Inorganic materials 0.000 description 9
- 239000000463 material Substances 0.000 description 9
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 8
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 8
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 8
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 7
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 6
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 6
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 6
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 5
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 5
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000007774 positive electrode material Substances 0.000 description 5
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 5
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 5
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 4
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 4
- 239000004743 Polypropylene Substances 0.000 description 3
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 3
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 3
- 239000000945 filler Substances 0.000 description 3
- 238000007689 inspection Methods 0.000 description 3
- 239000007773 negative electrode material Substances 0.000 description 3
- 229920000098 polyolefin Polymers 0.000 description 3
- 229920001155 polypropylene Polymers 0.000 description 3
- 230000032258 transport Effects 0.000 description 3
- 229920000049 Carbon (fiber) Polymers 0.000 description 2
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229920002943 EPDM rubber Polymers 0.000 description 2
- 229910015645 LiMn Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910014689 LiMnO Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000004698 Polyethylene Substances 0.000 description 2
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- PPBRXRYQALVLMV-UHFFFAOYSA-N Styrene Chemical compound C=CC1=CC=CC=C1 PPBRXRYQALVLMV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N Zinc monoxide Chemical compound [Zn]=O XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000011149 active material Substances 0.000 description 2
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 2
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000004917 carbon fiber Substances 0.000 description 2
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 2
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 2
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 2
- 229920001971 elastomer Polymers 0.000 description 2
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 2
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 2
- 239000002657 fibrous material Substances 0.000 description 2
- 239000006260 foam Substances 0.000 description 2
- 239000011888 foil Substances 0.000 description 2
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 2
- 229910010272 inorganic material Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011147 inorganic material Substances 0.000 description 2
- 230000037427 ion transport Effects 0.000 description 2
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052748 manganese Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011572 manganese Substances 0.000 description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 2
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 2
- 229920000573 polyethylene Polymers 0.000 description 2
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000004332 silver Substances 0.000 description 2
- OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N titanium oxide Inorganic materials [Ti]=O OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000037303 wrinkles Effects 0.000 description 2
- 229910015902 Bi 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229920002134 Carboxymethyl cellulose Polymers 0.000 description 1
- 229910000925 Cd alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- YCKRFDGAMUMZLT-UHFFFAOYSA-N Fluorine atom Chemical compound [F] YCKRFDGAMUMZLT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910005793 GeO 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229920002153 Hydroxypropyl cellulose Polymers 0.000 description 1
- 229910018119 Li 3 PO 4 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000733 Li alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910007969 Li-Co-Ni Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910008163 Li1+x Mn2-x O4 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910010116 LiAlTiP Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910012851 LiCoO 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910015643 LiMn 2 O 4 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910013709 LiNi 1-x M Inorganic materials 0.000 description 1
- WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N Lithium Chemical compound [Li] WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910016599 LixFe Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910006555 Li—Co—Ni Inorganic materials 0.000 description 1
- MKGYHFFYERNDHK-UHFFFAOYSA-K P(=O)([O-])([O-])[O-].[Ti+4].[Li+] Chemical compound P(=O)([O-])([O-])[O-].[Ti+4].[Li+] MKGYHFFYERNDHK-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 1
- PPVYRCKAOVCGRJ-UHFFFAOYSA-K P(=S)([O-])([O-])[O-].[Ge+2].[Li+] Chemical compound P(=S)([O-])([O-])[O-].[Ge+2].[Li+] PPVYRCKAOVCGRJ-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 1
- 229910020213 PB(Mg3Nb2/3)O3-PbTiO3 Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002033 PVDF binder Substances 0.000 description 1
- 229910020210 Pb(Mg3Nb2/3)O3—PbTiO3 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229920000265 Polyparaphenylene Polymers 0.000 description 1
- 239000004372 Polyvinyl alcohol Substances 0.000 description 1
- 229910020346 SiS 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910006404 SnO 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229920002472 Starch Polymers 0.000 description 1
- ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N Tin Chemical compound [Sn] ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N Titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004699 Ultra-high molecular weight polyethylene Substances 0.000 description 1
- QDDVNKWVBSLTMB-UHFFFAOYSA-N [Cu]=O.[Li] Chemical compound [Cu]=O.[Li] QDDVNKWVBSLTMB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- JFBZPFYRPYOZCQ-UHFFFAOYSA-N [Li].[Al] Chemical compound [Li].[Al] JFBZPFYRPYOZCQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- XHCLAFWTIXFWPH-UHFFFAOYSA-N [O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[V+5].[V+5] Chemical class [O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[V+5].[V+5] XHCLAFWTIXFWPH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000006230 acetylene black Substances 0.000 description 1
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 1
- 229910001420 alkaline earth metal ion Inorganic materials 0.000 description 1
- HSFWRNGVRCDJHI-UHFFFAOYSA-N alpha-acetylene Natural products C#C HSFWRNGVRCDJHI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- AZDRQVAHHNSJOQ-UHFFFAOYSA-N alumane Chemical compound [AlH3] AZDRQVAHHNSJOQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000004873 anchoring Methods 0.000 description 1
- 229910021383 artificial graphite Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 239000006229 carbon black Substances 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 239000006231 channel black Substances 0.000 description 1
- 229920001940 conductive polymer Polymers 0.000 description 1
- 229920001577 copolymer Polymers 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- NJLLQSBAHIKGKF-UHFFFAOYSA-N dipotassium dioxido(oxo)titanium Chemical compound [K+].[K+].[O-][Ti]([O-])=O NJLLQSBAHIKGKF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000010494 dissociation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000005593 dissociations Effects 0.000 description 1
- 150000002019 disulfides Chemical class 0.000 description 1
- 239000008151 electrolyte solution Substances 0.000 description 1
- 229910052731 fluorine Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011737 fluorine Substances 0.000 description 1
- 239000006232 furnace black Substances 0.000 description 1
- 230000004927 fusion Effects 0.000 description 1
- 229910052733 gallium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052732 germanium Inorganic materials 0.000 description 1
- PVADDRMAFCOOPC-UHFFFAOYSA-N germanium monoxide Inorganic materials [Ge]=O PVADDRMAFCOOPC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000003365 glass fiber Substances 0.000 description 1
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 1
- CJNBYAVZURUTKZ-UHFFFAOYSA-N hafnium(iv) oxide Chemical compound O=[Hf]=O CJNBYAVZURUTKZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052736 halogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000002367 halogens Chemical class 0.000 description 1
- 229920001903 high density polyethylene Polymers 0.000 description 1
- 239000004700 high-density polyethylene Substances 0.000 description 1
- 239000001863 hydroxypropyl cellulose Substances 0.000 description 1
- 235000010977 hydroxypropyl cellulose Nutrition 0.000 description 1
- 238000005470 impregnation Methods 0.000 description 1
- 239000012212 insulator Substances 0.000 description 1
- 239000003273 ketjen black Substances 0.000 description 1
- 239000006233 lamp black Substances 0.000 description 1
- 229910052745 lead Inorganic materials 0.000 description 1
- 229920000092 linear low density polyethylene Polymers 0.000 description 1
- 239000004707 linear low-density polyethylene Substances 0.000 description 1
- 239000011244 liquid electrolyte Substances 0.000 description 1
- 239000001989 lithium alloy Substances 0.000 description 1
- 229910000625 lithium cobalt oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000659 lithium lanthanum titanates (LLT) Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910021445 lithium manganese complex oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910002102 lithium manganese oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001386 lithium phosphate Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910003002 lithium salt Inorganic materials 0.000 description 1
- 159000000002 lithium salts Chemical class 0.000 description 1
- BFZPBUKRYWOWDV-UHFFFAOYSA-N lithium;oxido(oxo)cobalt Chemical compound [Li+].[O-][Co]=O BFZPBUKRYWOWDV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- VROAXDSNYPAOBJ-UHFFFAOYSA-N lithium;oxido(oxo)nickel Chemical compound [Li+].[O-][Ni]=O VROAXDSNYPAOBJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- VLXXBCXTUVRROQ-UHFFFAOYSA-N lithium;oxido-oxo-(oxomanganiooxy)manganese Chemical group [Li+].[O-][Mn](=O)O[Mn]=O VLXXBCXTUVRROQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- URIIGZKXFBNRAU-UHFFFAOYSA-N lithium;oxonickel Chemical compound [Li].[Ni]=O URIIGZKXFBNRAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920001684 low density polyethylene Polymers 0.000 description 1
- 239000004702 low-density polyethylene Substances 0.000 description 1
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 1
- 229910021382 natural graphite Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910021470 non-graphitizable carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 1
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 1
- 229920001197 polyacetylene Polymers 0.000 description 1
- 229920002451 polyvinyl alcohol Polymers 0.000 description 1
- 229920002981 polyvinylidene fluoride Polymers 0.000 description 1
- 229920000036 polyvinylpyrrolidone Polymers 0.000 description 1
- 239000001267 polyvinylpyrrolidone Substances 0.000 description 1
- 235000013855 polyvinylpyrrolidone Nutrition 0.000 description 1
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 1
- 238000010248 power generation Methods 0.000 description 1
- 238000006722 reduction reaction Methods 0.000 description 1
- 239000004627 regenerated cellulose Substances 0.000 description 1
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- 125000006850 spacer group Chemical group 0.000 description 1
- 239000008107 starch Substances 0.000 description 1
- 235000019698 starch Nutrition 0.000 description 1
- 229920005608 sulfonated EPDM Polymers 0.000 description 1
- 238000004381 surface treatment Methods 0.000 description 1
- BFKJFAAPBSQJPD-UHFFFAOYSA-N tetrafluoroethene Chemical group FC(F)=C(F)F BFKJFAAPBSQJPD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- TXEYQDLBPFQVAA-UHFFFAOYSA-N tetrafluoromethane Chemical compound FC(F)(F)F TXEYQDLBPFQVAA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- JUWGUJSXVOBPHP-UHFFFAOYSA-B titanium(4+);tetraphosphate Chemical compound [Ti+4].[Ti+4].[Ti+4].[O-]P([O-])([O-])=O.[O-]P([O-])([O-])=O.[O-]P([O-])([O-])=O.[O-]P([O-])([O-])=O JUWGUJSXVOBPHP-UHFFFAOYSA-B 0.000 description 1
- 229910052723 transition metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000003624 transition metals Chemical group 0.000 description 1
- BHZCMUVGYXEBMY-UHFFFAOYSA-N trilithium;azanide Chemical compound [Li+].[Li+].[Li+].[NH2-] BHZCMUVGYXEBMY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- TWQULNDIKKJZPH-UHFFFAOYSA-K trilithium;phosphate Chemical compound [Li+].[Li+].[Li+].[O-]P([O-])([O-])=O TWQULNDIKKJZPH-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 1
- 229920000785 ultra high molecular weight polyethylene Polymers 0.000 description 1
- 229910001935 vanadium oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000003313 weakening effect Effects 0.000 description 1
- 235000015041 whisky Nutrition 0.000 description 1
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011701 zinc Substances 0.000 description 1
- 239000011787 zinc oxide Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/04—Construction or manufacture in general
- H01M10/0459—Cells or batteries with folded separator between plate-like electrodes
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/04—Construction or manufacture in general
- H01M10/0404—Machines for assembling batteries
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
- H01M10/058—Construction or manufacture
- H01M10/0583—Construction or manufacture of accumulators with folded construction elements except wound ones, i.e. folded positive or negative electrodes or separators, e.g. with "Z"-shaped electrodes or separators
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Secondary Cells (AREA)
Abstract
본 발명은 전극 조립체, 전극 조립체 제조 장치 및 전극 조립체 제조 방법을 제공하기 위한 것이다.
Description
본 발명은 전극 조립체, 전극 조립체 제조 방법 및 전극 조립체 제조 장치에 관한 것이다.
이차 전지는 일차 전지와는 달리 재충전이 가능하고, 또 소형 및 대용량화 가능성으로 인해 근래에 많이 연구 개발되고 있다. 모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서의 이차 전지의 수요가 급격하게 증가하고 있다.
이차 전지는 전지 케이스의 형상에 따라, 코인형 전지, 원통형 전지, 각형 전지, 및 파우치형 전지로 분류된다. 이차 전지에서 전지 케이스 내부에 장착되는 전극 조립체는 전극 및 분리막의 적층 구조로 이루어진 충방전이 가능한 발전소자이다.
전극 조립체는 활물질이 도포된 시트형의 양극과 음극 사이에 분리막을 개재(介在)하여 권취한 젤리 롤(Jelly-roll)형, 다수의 양극과 음극을 분리막이 개재된 상태에서 순차적으로 적층한 스택형, 및 스택형의 단위 셀들을 긴 길이의 분리필름으로 권취한 스택 앤 폴딩형으로 대략 분류할 수 있다.
여기서, 스택 앤 폴딩형의 전극 조립체에서 분리막이 지그 재그로 폴딩되어 전극이 사이사이에 위치된 형태에서 다수의 전극을 사용하여 전극 조립체를 제조하게 된다.
이 때, 상기 분리막을 스택 테이블에 공급하고 상기 분리막 및 전극을 적층하는 과정에서 상기 분리막의 주름이 발생하거나, 상기 분리막이 접히는 문제가 있었다. 이러한 분리막의 주름 또는 분리막이 접히는 현상은 전압 강하와 같은 전극 조립체의 성능을 저하시키는 문제가 있어왔다.
따라서, 전극 조립체의 제조 과정에서 공급되는 분리막의 주름 또는 분리막이 접히는 현상을 방지하기 위한 공정 조건 또는 방법이 필요한 상황이다.
본 발명은 전극 조립체, 전극 조립체 제조 방법 및 전극 조립체 제조 장치를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 일 실시상태는, 폴딩되는 분리막 사이사이에 제1 전극 및 제2 전극이 교대로 배치되는 형태인 전극 조립체의 제조 방법으로서, 상기 분리막을 스택 테이블에 공급하는 단계; 상기 제1 전극을 스택 테이블에 공급하는 단계; 상기 제2 전극을 스택 테이블에 공급하는 단계; 상기 스택 테이블에 처음으로 적층되는 분리막 또는 마지막으로 적층되는 분리막 중 적어도 하나는 분리막 잉여부를 포함하고, 상기 폴딩되는 상기 분리막 사이사이에 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극이 교대로 배치되는 형태로 상기 제1 전극, 분리막 및 제2 전극을 스택 테이블 위에 적층하여 적층물을 제조하는 단계; 상기 분리막 잉여부를 접어서 상기 적층물의 측면과 접촉시키는 단계; 및 상기 분리막 잉여부가 접촉된 상기 적층물의 측면을 가열하는 단계를 포함하는 것인 전극 조립체의 제조 방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시상태는, 폴딩되는 분리막 사이사이에 제1 전극 및 제2 전극이 교대로 배치되는 형태인 전극 조립체를 제조하는 전극 조립체 제조 장치로서, 상기 폴딩되는 상기 분리막 사이사이에 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극이 교대로 배치되는 형태로 상기 제1 전극, 분리막 및 제2 전극이 적층되는 스택 테이블; 상기 분리막을 상기 스택 테이블 측으로 상기 분리막을 공급하는 분리막 공급부; 상기 제1 전극을 공급하는 제1 전극 공급부; 상기 제2 전극을 공급하는 제2 전극 공급부; 상기 스택 테이블에 처음으로 공급된 분리막 및 마지막으로 공급된 분리막 중 적어도 하나가 분리막 잉여부를 갖도록 상기 스택 테이블에 처음으로 공급된 분리막 및 마지막으로 공급된 분리막 중 분리막 잉여부가 형성되는 분리막을 파지하는 홀딩 기구; 상기 적층물을 가열 및 가압하여 상기 제1 전극, 상기 분리막 및 상기 제2 전극 사이를 접착시키는 프레스부; 상기 분리막 잉여부가 상기 적층물의 측면에 접하도록 상기 분리막 잉여부를 폴딩시키는 분리막 잉여부 폴딩부; 및 상기 적층물의 측면 방향에 대해 수직으로 이동하여 상기 적층물의 측면에 접하도록 상기 분리막 잉여부를 가열하는 분리막 잉여부 가열부를 포함하는 것인 전극 조립체 제조 장치를 제공한다.
마지막으로, 본 발명의 일 실시상태는, 폴딩되는 분리막 사이사이에 제1 전극 및 제2 전극이 교대로 배치되는 형태인 전극 조립체로서, 상기 전극 조립체의 최상단 및 최하단은 각각 분리막이 위치하고, 상기 최상단 및 최하단의 분리막 중 적어도 하나는 분리막 잉여부를 포함하고, 상기 분리막 잉여부는 상기 전극 조립체의 측면에 접착되어 있는 것인 전극 조립체를 제공한다.
본 출원의 실시상태에 따른 전극 조립체 제조 장치 및 전극 조립체의 제조 방법은 분리막의 주름 또는 분리막의 접힙 현상을 방지할 수 있어서, 상기 제조 장치 또는 제조 방법에 의해 제조된 전극 조립체는 성능이 우수하다. 특히, 전극 조립체의 안전성 측면에서 그 성능이 우수하다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 분리막 잉여부를 형성하는 과정을 보여주는 도이다.
도 2은 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체 제조 장치를 예시적으로 나타낸 평면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체 제조 장치의 개념을 나타낸 정면도이다.
도 4는 통상적인 전극 조립체를 예시적으로 나타낸 단면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체 제조 방법 또는 제조 장치를 적용하여 제조되는 전극 조립체를 예시적으로 나타낸 단면도이다.
도 6는 본 발명의 일 실시예에 따른 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체 제조 방법 또는 제조 장치의 프레스하는 과정을 나타낸 개념도이다.
도 7(a)는 본 발명의 일 실시상태에 따른 제1 프레스부(50)를 도시한 사시도이고, 도 7(b)는 본 발명의 일 실시상태에 따른 제2 프레스부(60)를 도시한 사시도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체 제조 장치에서 스택 테이블을 나타낸 사시도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체 제조 장치에서 제1 전극 안착 테이블을 나타낸 사시도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체 제조 장치에서 제2 전극 안착 테이블을 나타낸 사시도이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체 제조 장치에서 제1 석션 헤드를 나타낸 사시도이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체 제조 장치에서 제1 석션 헤드를 나타낸 저면도이다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체 제조 장치에서 홀딩기구 및 스택 테이블을 나타낸 평면도이다.
도 2은 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체 제조 장치를 예시적으로 나타낸 평면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체 제조 장치의 개념을 나타낸 정면도이다.
도 4는 통상적인 전극 조립체를 예시적으로 나타낸 단면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체 제조 방법 또는 제조 장치를 적용하여 제조되는 전극 조립체를 예시적으로 나타낸 단면도이다.
도 6는 본 발명의 일 실시예에 따른 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체 제조 방법 또는 제조 장치의 프레스하는 과정을 나타낸 개념도이다.
도 7(a)는 본 발명의 일 실시상태에 따른 제1 프레스부(50)를 도시한 사시도이고, 도 7(b)는 본 발명의 일 실시상태에 따른 제2 프레스부(60)를 도시한 사시도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체 제조 장치에서 스택 테이블을 나타낸 사시도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체 제조 장치에서 제1 전극 안착 테이블을 나타낸 사시도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체 제조 장치에서 제2 전극 안착 테이블을 나타낸 사시도이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체 제조 장치에서 제1 석션 헤드를 나타낸 사시도이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체 제조 장치에서 제1 석션 헤드를 나타낸 저면도이다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체 제조 장치에서 홀딩기구 및 스택 테이블을 나타낸 평면도이다.
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명에 대하여 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 구성에만 한정되지 않는다.
본 명세서에서 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 '포함'한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다.
본 명세서에서 'p 내지 q'는 'p 이상, q 이하'를 의미한다.
본 명세서에 있어서, '분리막 잉여부'는 상기 분리막이 처음으로 스택 테이블에 적층될 때 또는 상기 분리막이 마지막으로 스택 테이블에 적층될 때, 상기 분리막이 폴딩되는 부분의 반대 방향으로 일정 길이 이상의 마진(margin)을 남겨 놓은 영역을 의미한다. 구체적인 내용에 대해서는 후술하도록 한다.
본 명세서에 있어서, 상기 분리막에 '분리막 잉여부가 형성'된다는 것은 상기 분리막이 분리막 잉여부를 포함한다는 것을 의미할 수 있다.
본 명세서에 있어서 폴딩되는 상기 분리막 사이사이에 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극이 교대로 배치되는 형태로 적층되는 것을 지그 재그 폴딩(Zig Zag Folding)이라고 한다.
본 명세서에 있어서, 상기 적층물은 미완성 전극 조립체에 대응될 수 있다. 또한 본 명세서에 있어서, 상기 전극 조립체의 최상단 및 최하단은 각각 상기 적층물의 상면 및 하면에 대응되는 위치 또는 미완성 전극 조립체의 바닥면과 윗면에도 대응되는 위치일 수 있다.
본 발명을 설명함에 있어서, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 관련된 공지 기술에 대한 상세한 설명은 생략하도록 한다.
본 발명의 일 실시상태는, 폴딩되는 분리막 사이사이에 제1 전극 및 제2 전극이 교대로 배치되는 형태인 전극 조립체의 제조 방법으로서, 상기 분리막을 스택 테이블에 공급하는 단계; 상기 제1 전극을 스택 테이블에 공급하는 단계; 상기 제2 전극을 스택 테이블에 공급하는 단계; 상기 스택 테이블에 처음으로 적층되는 분리막 또는 마지막으로 적층되는 분리막 중 적어도 하나는 분리막 잉여부를 포함하고, 상기 폴딩되는 상기 분리막 사이사이에 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극이 교대로 배치되는 형태로 상기 제1 전극, 분리막 및 제2 전극을 스택 테이블 위에 적층하여 적층물을 제조하는 단계; 상기 분리막 잉여부를 접어서 상기 적층물의 측면과 접촉시키는 단계; 및 상기 분리막 잉여부가 접촉된 상기 적층물의 측면을 가열하는 단계를 포함하는 것인 전극 조립체의 제조 방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시상태에 있어서, 상기 스택 테이블에 처음으로 적층되는 분리막은 분리막 잉여부를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 있어서, 상기 스택 테이블에 처음으로 적층되는 분리막은 분리막 잉여부가 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 있어서, 상기 스택 테이블에 마지막으로 적층되는 분리막은 분리막 잉여부를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 있어서, 상기 스택 테이블에 마지막으로 적층되는 분리막은 분리막 잉여부가 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 있어서, 상기 스택 테이블에 처음으로 적층되는 분리막 및 상기 스택 테이블에 마지막으로 적층되는 분리막은 각각 분리막 잉여부를 포함할 수 있다. 즉, 상기 스택 테이블에 처음으로 적층되는 분리막 및 상기 스택 테이블 모두 분리막 잉여부를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 있어서, 상기 스택 테이블에 처음으로 적층되는 분리막 및 상기 스택 테이블에 마지막으로 적층되는 분리막은 각각 분리막 잉여부가 형성될 수 있다. 즉, 상기 스택 테이블에 처음으로 적층되는 분리막 및 상기 스택 테이블 모두 분리막 잉여부가 형성될 수 있다.
본 출원의 실시상태에 따른 전극 조립체 제조 방법은 처음 또는 마지막으로 적층되는 분리막에 일정 길이의 분리막 잉여부를 형성하는 것이 특징이다. 이렇게 분리막 잉여부를 형성한 후, 상기 분리막 잉여부를 접어서 전극 및 분리막이 적층된 적층물의 측면과 접촉시키고, 상기 분리막 잉여부가 접촉된 상기 적층물의 측면을 가열하여 분리막의 주름 또는 분리막의 접힘 현상을 방지하는 효과가 있다. 따라서, 본 출원의 전극 조립체 제조 방법에 의해 제조된 전극 조립체는 성능이 우수하며, 전압 강하 현상이 발생하는 것을 방지할 수 있어서 안정성 측면에서 특히 우수한 면이 있다.
본 발명의 일 실시상태에 있어서, 상기 스택 테이블에 처음으로 적층되는 분리막 및 상기 스택 테이블에 마지막으로 적층되는 분리막 중 적어도 하나는 일정 길이의 분리막 잉여부가 형성되도록 상기 폴딩되는 상기 분리막 사이사이에 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극이 교대로 배치되는 형태로 상기 제1 전극, 분리막 및 제2 전극을 스택 테이블 위에 적층하여 적층물을 제조하는 단계는
(S1) 상기 스택 테이블 위에 상기 분리막을 적층하는 단계;
(S2) 상기 분리막 상면에 제1 전극을 적층하는 단계;
(S3) 상기 분리막을 추가로 공급하여 상기 제1 전극의 상면을 덮는 단계;
(S4) 상기 제1 전극의 상면을 덮고 있는 상기 분리막의 상기 제1 전극과 닿는 면의 반대면에 상기 제2 전극을 적층하는 단계; 및
(S5) 상기 분리막을 추가로 공급하여 상기 제2 전극의 상면을 덮는 단계를 포함하며, 상기 (S1) 내지 (S5)의 단계를 1회 이상 반복하는 것이고, 처음으로 진행하는 (S1) 단계; 및 마지막으로 진행하는 (S5)의 단계에서 공급되는 분리막 중 적어도 하나는 상기 분리막이 폴딩되는 부분의 반대 방향으로 일정 길이의 분리막 잉여부가 형성된 것일 수 있다.
본 출원의 일 실시상태에 있어서, 상기 분리막은 분리막 시트의 형태로 공급되는 것일 수 있다. 즉, 추가로 공급되는 분리막은 연속적인 형태로 공급되는 것일 수 있다. 또한, 상기 "상면"은 분리막 또는 전극이 상기 스택 테이블을 바라보는 면의 반대면을 의미할 수 있다.
본 출원의 일 실시상태에 있어서, 상기 (S3) 상기 분리막을 추가로 공급하여 상기 제1 전극의 상면을 덮는 단계; 및 (S5) 상기 분리막을 추가로 공급하여 상기 제2 전극의 상면을 덮는 단계는 각각 상기 스택 테이블이 좌우로 이동하는 방식, 분리막이 좌우로 이동하는 방식 및 상기 스택 테이블이 회전하는 방식 중 1개의 방식으로 진행되는 것일 수 있다.
즉, 폴딩되는 상기 분리막 사이사이에 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극이 교대로 배치되는 형태로 상기 제1 전극, 분리막 및 제2 전극이 적층하기 위해서 상기 스택 테이블이 좌우로 이동하는 방식, 분리막이 좌우로 이동하는 방식 또는 상기 스택 테이블이 회전하는 방식이 사용될 수 있으며, 이에 대해서는 해당 분야의 통상적인 기술이 적용될 수 있다.
즉, 본 출원에 따른 전극 조립체 제조 방법은 상기 적층물을 제조하는 과정에서 분리막이 처음과 마지막으로 적층되는 특징이 있다.
본 명세서에 있어서, 상기 '분리막이 폴딩되는 부분의 반대 방향'은 상기 적층물의 중심을 기준으로 적층 방향을 따라 가상의 적층축을 설정했을 때, 상기 적층축과는 수직이고, 상기 폴딩이 형성되는 부분과는 상기 적층축을 기준으로 반대인 방향을 의미한다.
본 명세서에 있어서, 상기 분리막 잉여부의 '일정 길이'는 스택 테이블의 영역의 끝단을 기준으로 상기 스택 테이블로부터 벗어난 분리막의 영역의 끝단까지의 최단 거리를 의미한다.
이에 따라서 처음으로 적층되는 분리막에 분리막 잉여부가 형성되는 경우 상기 분리막의 일부 영역이 상기 스택 테이블의 영역을 벗어나도록 적층된 후, 처음으로 상기 스택 테이블에 공급되는 전극(제1 전극 또는 제2 전극)이 상기 분리막 상에 적층되고, 상기 스택 테이블의 영역을 벗어나는 일부 영역의 반대 영역의 분리막이 폴딩되면서 처음으로 공급된 전극을 감싸게 된다. 이 때, 상기 스택 테이블의 영역을 벗어나는 일부 영역이 분리막 잉여부가 될 수 있다.
또한, 마지막으로 적층되는 분리막에 분리막 잉여부가 형성되는 경우 마지막 전극(제1 전극 또는 제2 전극)이 스택 테이블로 공급되어 기존에 상기 스택 테이블에 적층된 분리막에 적층되고, 마지막으로 공급되는 분리막이 폴딩되면서 상기 마지막 전극을 감싸게 된다. 이 때, 상기 마지막 전극을 감싸면서 상기 마지막으로 공급되는 분리막의 일부 영역이 상기 분리막이 폴딩되는 방향을 따라서 상기 스택 테이블의 영역을 벗어나도록 적층되어 분리막 잉여부가 형성될 수 있다.
이 때, 홀딩기구에 의해서 상기 분리막을 파지하여 상기 분리막이 상기 스택 테이블의 영역을 벗어나는 일부 영역을 갖더라도 상기 폴딩되는 분리막 사이사이에 제1 전극 및 제2 전극이 교대로 배치되는 형태의 적층물을 제조할 수 있다.
다시 말해서, 본 발명의 일 실시상태에 있어서, 상기 스택 테이블에 처음으로 적층되는 분리막 및 상기 스택 테이블에 마지막으로 적층되는 분리막 중 적어도 하나는 분리막 잉여부가 형성되도록 하는 것은 상기 스택 테이블에 처음으로 적층되는 분리막 또는 상기 스택 테이블에 마지막으로 적층되는 분리막이 여유 길이를 갖도록 스택 테이블에 적층하는 단계; 및 상기 스택 테이블에 최초로 적층되는 분리막 또는 상기 스택 테이블에 마지막으로 적층되는 분리막을 홀딩기구로 파지하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 있어서, 상기 스택 테이블에 처음으로 적층되는 분리막이 분리막 잉여부가 형성되도록 하는 것은 상기 스택 테이블에 처음으로 적층되는 분리막이 여유 길이를 갖도록 스택 테이블에 적층하는 단계; 및 상기 스택 테이블에 처음으로 적층되는 분리막을 홀딩기구로 파지하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 있어서, 상기 마지막으로 적층되는 분리막이 분리막 잉여부가 형성되도록 하는 것은 상기 스택 테이블에 마지막으로 적층되는 분리막이 여유 길이를 갖도록 스택 테이블에 적층하는 단계; 및 상기 스택 테이블에 마지막으로 적층되는 분리막을 홀딩기구로 파지하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 있어서, 상기 스택 테이블에 처음으로 적층되는 분리막 및 마지막으로 적층되는 분리막은 모두 분리막 잉여부가 형성되도록 하는 것은 상기 스택 테이블에 처음으로 적층되는 분리막 및 상기 스택 테이블에 마지막으로 적층되는 분리막이 각각 여유 길이를 갖도록 스택 테이블에 적층하는 단계; 및 상기 스택 테이블에 처음으로 적층되는 분리막 및 상기 스택 테이블에 마지막으로 적층되는 분리막을 각각 홀딩기구로 파지하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따른 전극 조립체의 제조 방법은 상기 스택 테이블에 처음으로 적층되는 분리막 및 상기 스택 테이블에 마지막으로 적층되는 분리막 중 적어도 하나는 일정 길이의 분리막 잉여부를 포함하도록 상기 분리막 잉여부를 제조하는 단계를 더 포함하고, 상기 분리막 잉여부를 제조하는 단계는 상기 스택 테이블에 처음으로 적층되는 분리막 또는 상기 스택 테이블에 마지막으로 적층되는 분리막이 여유 길이를 갖도록 스택 테이블에 적층하는 단계; 및 상기 스택 테이블에 처음으로 적층되는 분리막 또는 상기 스택 테이블에 마지막으로 적층되는 분리막을 홀딩기구로 파지하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 있어서, 상기 분리막 잉여부를 제조하는 단계는 상기 스택 테이블에 마지막으로 적층되는 분리막이 여유 길이를 갖도록 스택 테이블에 적층하는 단계; 상기 스택 테이블에 마지막으로 적층되는 분리막을 홀딩기구로 파지하는 단계; 및 상기 스택 테이블에 마지막으로 적층되는 분리막의 여유 길이의 끝단을 컷팅(cutting)하는 단계를 포함할 수 있다.
본 명세서에 있어서, "홀딩기구"는 상기 스택 테이블에 처음으로 공급된 분리막 및 마지막으로 공급된 분리막 중 적어도 하나가 분리막 잉여부를 갖도록 상기 스택 테이블에 처음으로 공급된 분리막 및 마지막으로 공급된 분리막 중 분리막 잉여부가 형성되는 분리막을 파지하는 것 이외에도 상기 스택 테이블 상에서 폴딩되는 상기 분리막 사이사이에 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극이 교대로 배치되는 형태로 상기 제1 전극, 분리막 및 제2 전극이 적층된 적층물을 제조하는 과정에서 제1 전극 또는 제2 전극을 적층하기 위해서 상기 스택 테이블에 적층된 적층물을 파지하는 기능을 수행하는 것으로, 상기 적층물을 가열 및 가압을 하는 과정에서 상기 적층물을 파지하는 그리퍼와는 그 기능이 상이한 것이다. 즉, 상기 홀딩기구는 분리막 잉여부 형성 과정 외에도 상기 제1 전극, 분리막 및 제2 전극이 적층을 하는 과정에서 사용될 수 있다.
도 1은 본 발명의 분리막 잉여부를 형성하는 과정을 보여주는 것으로, 보다 구체적으로 스택 테이블에 처음으로 적층되는 분리막을 기준으로 설명하는 것이다. 즉, 본 출원의 전극 조립체 제조 방법은 스택 테이블(미도시)에 상기 분리막(14)이 처음으로 적층되고, 적층축(z축)을 따라서 전극(11, 12) 및 분리막(14)이 적층된다. 이 때, 상기 스택 테이블에 처음으로 적층되는 분리막(14)은 분리막 잉여부(A)에 해당하는 일정 길이만큼 스택 테이블을 벗어나도록 적층될 수 있다. 이 후, 홀딩기구(170)에 의해 상기 분리막(14)이 파지되고, 상기 분리막 위에 제1 전극(11)이 적층된다. 이 후, 상기 분리막(14)이 지속적으로 공급되면서 상기 제1 전극을 감싸면서 적층될 수 있으며, 이로 인하여 상기 분리막이 폴딩되는 부분(B)이 형성된다. 즉, 상기 적층축(z축)과 수직(x축)이고, 상기 폴딩이 형성되는 부분(B)과는 상기 적층축(z)을 기준으로 반대인 방향으로 즉, 분리막이 폴딩되는 부분의 반대 방향으로 분리막 잉여부(A)가 형성될 수 있다.
상기 스택 테이블에 마지막으로 적층되는 분리막(14)의 경우 상기 분리막 잉여부(A)에 해당하는 일정 길이가 되도록 커팅하는 과정이 추가되는 것을 제외하고, 도 1과 동일한 설명이 적용될 수 있으며, 도 1에서 제1 전극이 먼저 적층되는 경우를 기준으로 설명했으나, 제2 전극이 먼저 적층되는 경우에도 동일한 설명이 적용될 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 있어서, 상기 분리막 잉여부의 일정 길이는 상기 적층물의 높이의 0.5 배 내지 1 배인 것일 수 있다. 즉, 상기 분리막 잉여부의 일정 길이는 상기 적층물의 높이를 초과할 수 없다.
본 발명의 일 실시상태에 있어서, 상기 분리막 잉여부가 접촉된 상기 적층물의 측면을 가열하는 단계는 120℃ 내지 140℃의 온도, 바람직하게는 120℃ 내지 130℃의 온도에서 진행되는 것일 수 있다. 상기 온도 범위에서 측면을 가열해야 전극에 손상을 입히지 않으면서 상기 분리막 잉여부를 상기 적층물의 측면에 접착시킬 수 있다.
본 출원의 일 실시상태에 있어서, 상기 전극 조립체 제조 방법은 상기 적층물을 적층축을 따라서 가열 및 가압하는 히트 프레스(Heat Press) 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 출원의 일 실시상태에 있어서, 상기 적층축을 따라서 가열 및 가압하는 히트 프레스 단계는 상기 적층물을 프레스 히터를 포함하는 한 쌍의 가압블럭 사이로 이동시키는 단계; 상기 한 쌍의 상기 가압블럭이 상기 적층축을 따라서 상호 마주보는 방향으로 이동되며 상기 적층물을 면 가압하는 단계; 및 상기 프레스 히터에 의해 상기 적층물을 가열하는 단계를 포함할 수 있다.
추가적으로, 본 출원의 일 실시상태에 있어서, 상기 히트 프레스 단계는 단계는 상기 적층물을 그리퍼로 파지하고 적층물을 가열 및 가압하는 제1 차 히트 프레스 단계; 및 상기 제1 차 히트 프레스 단계 이 후, 상기 그리퍼의 파지를 중지하고, 상기 적층물을 가열 및 가압하는 제2 차 히트 프레스 단계를 포함할 수 있다.
본 출원의 일 실시상태에 있어서, 상기 제1 차 히트 프레스 단계는 상기 적층물을 그리퍼를 이용하여 상기 적층물의 상면을 가압하여 고정시키는 단계; 상기 그리퍼로 고정된 적층물을 프레스 히터를 포함하는 한 쌍의 가압 블록 사이로 이동시키는 단계; 상기 한 쌍의 가압블럭이 상기 적층물의 적층축을 따라서 상호 마주보는 방향으로 이동되며 고정된 상기 적층물을 면 가압하는 단계; 및 상기 프레스 히터에 의해 고정된 상기 적층물을 가열하는 단계를 포함할 수 있다.
본 출원의 일 실시상태에 있어서, 상기 제2 차 히트 프레스 단계는 상기 제1 차 히트 프레스 단계 이 후 상기 적층물의 가열 및 가압을 중지하는 단계; 상기 그리퍼를 상기 적층물로부터 이격시키는 단계; 상기 그리퍼가 이격된 적층물을 프레스 히터를 포함하는 한 쌍의 가압 블록 사이로 이동시키는 단계; 상기 한 쌍의 가압블럭이 상기 그리퍼가 이격된 적층물의 적층축을 따라서 상호 마주보는 방향으로 이동되며 상기 적층물을 가압하는 단계; 및 상기 프레스 히터에 의해 상기 적층물을 가열하는 단계를 포함할 수 있다.
본 출원의 일 실시상태에 있어서, 상기 제1 차 히트 프레스 단계에서 사용되는 가압블럭의 경우, 그리퍼에 대응되는 홈을 가질 수 있다.
본 출원의 일 실시상태에 있어서, 상기 그리퍼를 상기 적층물로부터 이격시키는 단계는 상기 그리퍼를 이용하여 상기 적층물의 상면을 가압하는 것을 중지하는 단계; 및 상기 그리퍼를 상기 적층물로부터 이격시키는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 히트 프레스 단계(제1 차 및 제2 차 히트프레스 단계 포함)에서 상기 적층물을 프레스 히터를 포함하는 한 쌍의 가압블럭 사이로 이동시키는 단계는 상기 적층물 자체만 이동하는 경우뿐 아니라 상기 적층물이 스택 테이블에 놓여진 상태로 함께 이동하는 경우도 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 한 쌍의 가압블럭 및 상기 프레스 히터에 가열 및 가압되는 대상은 적층물 및 스택 테이블을 의미할 수 있다.
본 출원의 일 실시상태에 있어서, 상기 제1 차 히트 프레스 단계는 65℃ 내지 90℃의 온도 조건 및 1Mpa 내지 3Mpa의 압력 조건으로 10초 내지 30초 동안 상기 적층물을 가열 및 가압하는 것일 수 있다. 더 바람직하게는 65℃ 내지 75℃의 온도 조건 및 1.5Mpa 내지 2Mpa의 압력 조건으로 10초 내지 20초동안 적층물을 가열 및 가압하는 것일 수 있다.
본 출원의 일 실시상태에 있어서, 상기 2차 히트 프레스 단계는 50℃ 내지 90℃의 온도 조건 및 1Mpa 내지 6Mpa의 압력 조건으로 5초 내지 60초, 바람직하게는 65℃이상, 90℃이하의 온도 조건 및 1.5Mpa 내지 6Mpa의 압력 조건으로 5초 내지 30초동안 적층물을 가열 및 가압하는 것일 수 있다. 더욱 바람직하게는 65℃ 내지 85℃의 온도 조건 및 3Mpa 내지 5.5Mpa의 압력 조건으로 7초 내지 25초동안 적층물을 가열 및 가압하는 것일 수 있다.
상기 조건을 만족하면서 가열 및 가압하는 경우, 상기 제1 전극, 분리막 및 제2 전극에 손상을 시키지 않으면서 상기 제1 전극, 분리막 및 제2 전극의 적층물의 전극 및 분리막의 접착이 용이하고, 제조된 전극 조립체의 성능이 우수할 수 있다.
또한, 본 출원의 일 실시상태에 있어서, 상기 히트 프레스 단계의 온도 조건, 압력 조건 및 시간 조건은 상술한 제2 차 히트 프레스의 조건이 적용될 수 있다. 즉, 상기 히트 프레스 단계는 50℃ 내지 90℃의 온도 조건 및 1Mpa 내지 6Mpa의 압력 조건으로 5초 내지 60초, 바람직하게는 65℃ 이상, 90℃ 이하의 온도 조건 및 1.5Mpa 내지 6Mpa의 압력 조건으로 5초 내지 30초동안 적층물을 가열 및 가압하는 것일 수 있다. 더욱 바람직하게는 65℃ 내지 85℃의 온도 조건 및 3Mpa 내지 5.5Mpa의 압력 조건으로 7초 내지 25초동안 적층물을 가열 및 가압하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시상태는, 폴딩되는 분리막 사이사이에 제1 전극 및 제2 전극이 교대로 배치되는 형태인 전극 조립체를 제조하는 전극 조립체 제조 장치로서, 상기 폴딩되는 상기 분리막 사이사이에 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극이 교대로 배치되는 형태로 상기 제1 전극, 분리막 및 제2 전극이 적층되는 스택 테이블; 상기 분리막을 상기 스택 테이블 측으로 상기 분리막을 공급하는 분리막 공급부; 상기 제1 전극을 공급하는 제1 전극 공급부; 상기 제2 전극을 공급하는 제2 전극 공급부; 상기 스택 테이블에 처음으로 공급된 분리막 및 마지막으로 공급된 분리막 중 적어도 하나가 분리막 잉여부를 갖도록 상기 스택 테이블에 처음으로 공급된 분리막 및 마지막으로 공급된 분리막 중 분리막 잉여부가 형성되는 분리막을 파지하는 홀딩 기구; 상기 적층물을 가열 및 가압하여 상기 제1 전극, 상기 분리막 및 상기 제2 전극 사이를 접착시키는 프레스부; 상기 분리막 잉여부가 상기 적층물의 측면에 접하도록 상기 분리막 잉여부를 폴딩시키는 분리막 잉여부 폴딩부; 및 상기 적층물의 측면 방향에 대해 수직으로 이동하여 상기 적층물의 측면에 접하도록 상기 분리막 잉여부를 가열하는 분리막 잉여부 가열부를 포함하는 것인 전극 조립체 제조 장치를 제공한다.
본 발명의 일 실시상태에 따른 전극 조립체 제조 장치는, 상기 제1 전극 공급부로부터 공급되는 상기 제1 전극을 상기 스택 테이블에 적층시키는 제1 전극 스택부; 및 상기 제2 전극 공급부로부터 공급되는 상기 제2 전극을 상기 스택 테이블에 적층시키는 제2 전극 스택부를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시상태에 따른 전극 조립체 제조 장치는 상기 제1 전극 공급부는 상기 제1 전극이 상기 제1 전극 스택부에 의해 상기 스택 테이블에 적층되기 전에 안착되는 제1 전극 안착 테이블을 포함하고, 상기 제2 전극 공급부는 상기 제2 전극이 상기 제2 전극 스택부에 의해 상기 스택 테이블에 적층되기 전에 안착되는 제2 전극 안착 테이블을 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따른 전극 조립체 제조 장치는 상기 스택 테이블에 마지막으로 공급된 분리막의 끝단을 컷팅(cutting)하는 커터(cutter)를 더 포함할 수 있다. 상기 스택 테이블에 마지막으로 공급된 분리막의 끝단을 컷팅하는 위치에 따라서 상기 스택 테이블에 마지막으로 공급된 분리막에 분리막 잉여부를 형성할 수도 있다. 반대로 분리막 잉여부를 형성하지 않을 수도 있으며, 이 경우, 본 발명에서는 상기 스택 테이블에 처음으로 공급된 분리막에 분리막 잉여부를 형성하게 된다. 또한, 상기 스택 테이블에 처음으로 공급된 분리막 및 상기 스택 테이블에 마지막으로 공급된 분리막 모두가 분리막 잉여부를 가질 수도 있다.
본 출원의 일 실시상태에 있어서, 상기 폴딩되는 상기 분리막 사이사이에 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극이 교대로 배치되는 형태로 상기 제1 전극, 분리막 및 제2 전극이 적층하기 위해서 상기 스택 테이블이 좌우로 이동하는 방식, 분리막이 좌우로 이동하는 방식 또는 상기 스택 테이블이 회전하는 방식이 사용될 수 있으며, 이에 대해서는 해당 분야의 통상적인 기술이 적용될 수 있다.
본 출원의 일 실시상태에 따른 전극 조립체 제조 장치는 상기 스택 테이블을 좌우로 이동시키는 스택 테이블 이동부; 또는 상기 분리막을 좌우로 이동시키는 분리막 가이드부는 포함하는 것일 수 있다. 또한, 상기 스택 테이블 이동부 및 분리막 가이드부는 각각 상기 스택 테이블 및 상기 분리막을 좌우로 이동시키는 기능을 수행하는 것이라면 그 형태가 제한되지 아니하고, 해당 분야에서 통상적으로 사용되는 장치가 사용될 수 있다.
이하에서 도 2 내지 13을 통해서 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체 제조 방법 및 제조 장치에 대해서 보다 구체적으로 설명하도록 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체 제조 장치를 예시적으로 나타낸 평면도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체 제조 장치의 개념을 나타낸 정면도이다. 여기서, 편의상 도 2에서는 도 3에 도시된 홀딩기구(170), 분리막 잉여부 폴딩부(190) 및 분리막 잉여부 가열부(191) 생략하여 도시하였고, 평면도 상으로 후방측에 위치된 프레스부(180)를 점선으로 도시하였으며, 도 3에서는 도 2에 도시된 분리막 공급부(120)를 생략하여 도시하였다. 또한, 도 2는 상술한 방식 중 스택 테이블이 회전하는 방식이 적용된 예를 도시하였다.
도 2 및 도 3을 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체 제조 장치(100)는 스택 테이블(110)과, 분리막(14)을 공급하는 분리막 공급부(120)와, 제1 전극(11)을 공급하는 제1 전극 공급부(130)와, 제2 전극(12)을 공급하는 제2 전극 공급부(140)와, 제1 전극(11)을 스택 테이블(110)에 적층시키는 제1 전극 스택부(150)와, 제2 전극(12)을 스택 테이블(110)에 적층시키는 제2 전극 스택부(160), 및 제1 전극(11), 분리막(14), 및 제2 전극(12) 사이를 접착시키는 프레스부(180)를 포함한다. 또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체 제조 장치(100)는 제1 전극(11) 및 제2 전극(12)이 스택 테이블(110)에 적층될 때 고정하는 홀딩기구(170)를 더 포함할 수 있다. 마지막으로 상기 스택 테이블에 처음으로 공급된 분리막 및 상기 스택 테이블에 마지막으로 공급된 분리막 중 적어도 하나에 형성된 분리막 잉여부(A)를 상기 전극 조립체(10)의 측면과 접촉하도록 폴딩(folding)시키는 분리막 잉여부 폴딩부(190) 및 상기 측면과 접촉하도록 폴딩(folding)된 분리막 잉여부(A)를 상기 전극 조립체(10)의 측면 방향에서 가열하는 분리막 잉여부 가열부(191)를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시상태에 있어서, 상기 제1 전극, 상기 분리막 및 상기 제2 전극은 각각 가열되면서 스택 테이블에 공급되는 것일 수 있다.
즉, 상기 분리막 공급부는 상기 분리막을 가열하면서 상기 스택 테이블에 공급할 수 있으며, 상기 제1 전극 공급부 및 상기 제2 전극 공급부는 각각 제1 전극 및 제2 전극을 가열하면서 상기 스택 테이블에 제1 전극 및 제2 전극을 공급하는 것일 수 있다.
도 4는 기존의 전극 조립체를 예시적으로 나타낸 단면도이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체 제조 장치 또는 전극 조립체 제조방법을 통해 제조되는 전극 조립체를 예시적으로 나타낸 단면도이다.
도 2 내지 도 5를 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체 제조 장치(100)는 제1 전극(11), 분리막(14), 및 제2 전극(12)을 적층시켜 전극 조립체(10)를 제조하는 장치이다.
도 4에 나타난 바와 같이 일반적으로 전극 조립체(10)는 충방전이 가능한 발전소자로서, 제1 전극(11), 분리막(14), 및 제2 전극(12)이 교대로 적층되어 결집된 형태로 형성될 수 있다. 여기서, 전극 조립체(10)는 예를 들어 분리막(14)이 지그 재그 형태로 폴딩되고, 폴딩되는 분리막(14) 사이사이에 제1 전극(11) 및 제2 전극(12)이 교대로 배치되는 형태일 수 있다. 이때, 도 4에 나타난 바와 같이 전극 조립체(10)는 최외각을 분리막(14)이 감싼 형태로 구비될 수도 있다.
반면, 도 5에 나타난 바와 같이 본 출원에 따른 전극 조립체(10)는 상기 스택 테이블에 처음으로 공급된 분리막(14) 및 상기 스택 테이블에 마지막으로 공급된 분리막(14) 모두가 분리막 잉여부(A)를 갖고 있는 형태를 보여주는 것으로, 각각 상기 분리막(14)의 폴딩이 형성되는 부분(B)과는 상기 적층축(z)을 기준으로 반대인 방향으로 즉, 분리막이 폴딩되는 부분의 반대 방향으로 분리막 잉여부(A)가 형성될 수 있다. 이 후 분리막 잉여부 폴딩부(190)에 의해서 상기 분리막 잉여부(A)를 폴딩시킴으로써, 상기 전극 조립체(10)의 측면에 상기 분리막 잉여부(A)가 접하게 된다. 이 후, 분리막 잉여부 가열부(191)로 상기 전극 조립체(10)의 측면 방향에서 상기 폴딩된 분리막 잉여부(A)를 가열하여 본 출원에 따른 전극 조립체(10)을 제조할 수 있다. 이 때, 폴딩된 분리막 잉여부(A)의 가열 조건은 상술한 내용이 적용될 수 있다. 또한, 도 5에 표시된 상기 분리막 잉여부(A)는 상기 분리막(14)에서 연장되는 것으로 끊어지거나 다른 두께를 갖는 것이 아니며, 상기 분리막 잉여부(A)의 위치를 강조하기 위해서 도 5와 같이 표시한 것이다. 즉, 상기 분리막 잉여부(A)가 상기 분리막(14)과 두께 등이 상이함을 의미하는 것이 아니다.
다시 말해서, 본 출원에 따른 전극 조립체 제조 장치는 이러한 전극 조립체를 제조하기 위한 것이다.
본 출원의 일 실시상태에 있어서, 상기 분리막 공급부는 상기 분리막이 권취되는 분리막 롤을 더 포함할 수 있다. 상기 분리막 롤에 권취된 분리막이 점점 풀어지며 스택 테이블로 공급될 수 있다. 즉, 상기 분리막은 분리막 시트의 형태일 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체 제조 장치의 프레스부 및 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체 제조 장치에서 프레스부가 적층물을 가압하는 상태를 예시적으로 나타낸 사시도이다.
도 2, 도 3 및 도 6을 참고하면, 프레스부(180)는 한 쌍의 가압블럭(181,182)을 포함하여, 상기 한 쌍의 가압블럭(181, 182) 사이에 제1 전극(11), 분리막(14) 및 제2 전극(12)의 적층물이 배치될 수 있다. 이후, 한 쌍의 가압블럭(181,182)이 상호 마주보는 방향으로 이동되며, 상기 프레스부(180)는 상기 적층물을 가열 및 가압하면서 상기 적층된 제1 전극(11), 분리막(14), 및 제2 전극(12) 사이를 접착시킬 수 있다.
아울러, 프레스부(180)는 한 쌍의 가압블럭(181,182)을 가열하는 프레스 히터(183,184)를 더 포함하여, 한 쌍의 가압블럭(181,182)이 상기 적층물을 가열 및 가압할 수 있다. 이에 따라, 상기 적층물 내의 제1 전극(11), 분리막(14), 및 제2 전극(12) 사이의 열융착이 보다 잘 이루어져 보다 견고한 접착이 가능할 수 있다.
한 쌍의 가압블럭(181,182)은 가압면의 가로 및 세로 길이는 상기 적층물의 가로 및 세로 길이보다 더 길게 형성될 수 있다. 그리고, 한 쌍의 가압블럭(181,182)은 제1 가압블럭(181) 및 제2 가압블럭(182)을 포함하고, 제1 가압블럭(181) 및 제2 가압블럭(182)은 직육면체 형태의 사각형 블록으로 구비될 수 있다.
즉, 본 발명의 일 실시상태에 있어서, 상기 프레스부는 한 쌍의 가압블럭 및 상기 가압블럭을 가열하는 프레스 히터를 더 포함하여, 한 쌍의 상기 가압블럭이 상호 마주보는 방향으로 이동되며 상기 적층물을 면 가압하고, 상기 프레스 히터에 의해 상기 상기 적층물을 각각 가열하는 것일 수 있다.
이 때, 본 발명의 일 실시상태에 있어서, 상기 한 쌍의 가압블럭이 상기 프레스 히터를 내부에 포함하는 것일 수 있다.
상기 프레스부에 의한 가열 및 가압의 압력 조건 및 온도 조건은 상술한 히트 프레스 단계의 조건에 대한 설명이 적용될 수 있다. 가열 및 압력이 가해지는 시간(시간 조건)의 경우에도 마찬가지이다.
여기서, 상기 압력 조건은 상기 한 쌍의 가압블록(또는 상기 스택 테이블에 대한 가압블록)에 의해 가해지는 압력을 의미하며, 상기 온도 조건은 프레스 히터에 의해 가해지는 열의 온도를 의미한다.
본 출원의 일 실시상태에 있어서, 상기 프레스부에 의한 가열 및 가압을 진행하는 과정에서 상기 제1 전극, 상기 분리막 및 상기 제2 전극이 적층된 적층물을 고정하는 그리퍼를 더 포함할 수 있다. 구체적으로 상기 그리퍼는 상술한 제1 차 히트 프레스 단계에서 적용되는 것일 수 있다.
본 출원의 일 실시상태에 있어서, 상기 프레스부는 제1 프레스부 및 제2 프레스부를 포함할 수 있다. 구체적으로 상기 제1 프레스부 및 제2 프레스부는 각각 상술한 제1 차 히트 프레스 단계 및 제2 차 히트 프레스 단계에 적용되는 것일 수 있으며, 가열 조건 및 가압 조건은 상술한 내용이 적용될 수 있다.
본 출원의 일 실시상태에 있어서, 상기 제1 프레스부는 한 쌍의 제1 가압블럭을 포함하고, 한 쌍의 제1 가압블럭의 가압면은 상기 그리퍼에 대응되는 형태의 홈을 포함하고, 상기 홈 외의 가압면은 평면으로 구비되는 것일 수 있다. 즉, 상기 제1 프레스부는 상술한 제1 차 히트 프레스 단계에서 적용되는 것일 수 있다.
본 출원의 일 실시상태에 있어서, 상기 제2 프레스부는 한 쌍의 제2 가압블럭을 포함하고, 한 쌍의 제2 가압블럭의 가압면은 평면으로 구비되는 것일 수 있다. 즉, 상기 제2 프레스부는 상술한 제2 차 히트 프레스 단계에서 적용되는 것일 수 있다.
도 7(a)는 본 발명의 일 실시상태에 따른 제1 프레스부(50)를 도시한 사시도이고, 도 7(b)는 본 발명의 일 실시상태에 따른 제2 프레스부(60)를 도시한 사시도이다.
도 7(a)를 참고하면 제1 프레스부(50)는 그리퍼(51)로 적층물(S)을 고정한 상태로 가열 및 가압할 수 있다. 상기 제1 프레스부(50)는 한 쌍의 제1 가압블럭(50a. 50b)으로 구성되어 있고, 상기 한 쌍의 제1 가압블럭(50a. 50b)은 상기 그리퍼(51)의 고정부(51b)와 대응되는 형태의 홈을 제외하면 가압하는 가압면이 모두 평면으로 구비되어 있다.
상기 그리퍼(51)는 상기 적층물(S)의 길이(x) 및 높이(y)와 대응되거나, 적층물(S)의 길이(x) 및 높이(y) 보다 넓게 구비된 본체(51a)와 본체(51a)의 일면에 복수개가 구비되고 적층물(S)의 폭(z) 방향을 따라 기둥 또는 판 형태로 구비되는 고정부(51b)를 포함할 수 있다. 여기서, 적층물(S)의 길이(x)는 적층물(S)의 한 끝에서 다른 끝까지 거리가 가장 긴 부분을 의미하고, 높이(y)는 적층물(S)의 적층 방향의 거리를 의미하고, 폭(z)은 적층물(S)의 상면을 가로로 건너지른 거리를 의미할 수 있다.
상기 고정부(51b)는 상기 본체(51a)의 높이 방향을 따라 위치 조절이 가능하여 상기 고정부(51b)는 적층물(S)의 상면 및 하면과 접촉하여 적층물(S), 적층물(S) 을 고정할 수 있다. 이 후, 상기 제1 프레스부(50)에 포함된 한 쌍의 제1 가압블럭(50a. 50b)은 상호 마주보는 방향으로 이동되며 적층물(S) 및 그리퍼(51) 중 어느 하나 이상을 면 가압하여, 상기 적층물(S)에 포함된 전극 및 분리막 사이를 접착시킬 수 있다.
도 7(b)를 참고하면 제2 프레스부(60)는 상기 제1 프레스부(50)에 의해 1차적으로 가열 및 가압된 적층물(S)을 최종적으로 가열 및 가압할 수 있다. 상기 제2 프레스부(60)는 한 쌍의 제2 가압블럭(60a. 60b)을 포함하며, 한 쌍의 가압블럭(61, 62)은 상호 마주보는 방향으로 이동되며 적층물(S)을 면 가압할 수 있다. 또한, 상기 제2 프레스부(60)에 포함된 한 쌍의 제2 가압블럭(60a. 60b)은 적층물(S)과 접촉하여 가압하는 가압면이 모두 평면으로 구비될 수 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체 제조 장치에서 스택 테이블을 나타낸 사시도이다.
도 2 및 도 8을 참고하면, 스택 테이블(Stack table)(110)은 폴딩되는 분리막(14) 사이사이에 제1 전극(11) 및 제2 전극(12)이 교대로 배치되는 형태로 제1 전극(11), 분리막(14), 및 제2 전극(12)이 적층될 수 있다.
또한, 스택 테이블(110)은 제1 전극(11), 분리막(14), 및 제2 전극(12)이 적층되는 테이블 몸체(111) 및 테이블 몸체(111)를 가열하여, 적층되는 적층물(S)을 히팅(Heating)하는 스택 테이블 히터(112)를 포함할 수 있다.
상기 제1 전극(11)은 양극으로 구성되고, 상기 제2 전극(12)은 음극으로 구성될 수 있지만, 본 발명이 여기에 반드시 한정되는 것은 아니며, 예를 들어 제1 전극(11)이 음극으로 구성되고, 제2 전극(12)이 양극으로 구성될 수 있다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체 제조 장치에서 제1 전극 안착 테이블을 나타낸 사시도이다.
도 2 및 도 9를 참고하면, 제1 전극 공급부(130)는 제1 전극(11)을 가열하면서 제1 전극 스택부(150)로 공급할 수 있다.
또한, 제1 전극 공급부(130)는 제1 전극(11)이 제1 전극 스택부(150)에 의해 스택 테이블(110)에 적층되기 전에 안착되는 제1 전극 안착 테이블(131) 및 제1 전극 안착 테이블(131)을 가열하여 제1 전극(11)을 가열하는 제1 전극 히터(132)를 포함할 수 있다.
한편, 제1 전극 공급부(130)는 제1 전극(11)이 시트(Sheet) 형태로 권취되는 제1 전극 롤(133)과, 제1 전극 롤(133)에 권취된 시트 형태의 제1 전극(11)이 풀어지며 공급될 때 일정간격으로 절단하여 소정 크기의 제1 전극(11)을 형성시키는 제1 커터(cutter)(134)와, 제1 커터(134)에 절단된 제1 전극(11)을 이동시키는 제1 컨베이어 벨트(conveyer belt)(135)와, 제1 컨베이어 벨트(135)에 의해 이송되는 제1 전극(11)을 진공 흡착하여 제1 전극 안착 테이블(131)에 안착시키는 제1 전극 공급 헤드(136)를 더 포함할 수 있다. 여기서, 제1 커터(134)는 시트 형태의 제1 전극(11)을 절단 시 단부에 제1 전극 탭(11a)이 돌출 형성되도록 커팅 할 수 있다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체 제조 장치에서 제2 전극 안착 테이블을 나타낸 사시도이다.
도 2 및 도 10을 참고하면, 제2 전극 공급부(140)는 제2 전극(12)을 히팅시키며 제2 전극 스택부(160)로 공급할 수 있다.
또한, 제2 전극 공급부(140)는 제2 전극(12)이 제2 전극 스택부(160)에 의해 스택 테이블(110)에 적층되기 전에 안착되는 제2 전극 안착 테이블(141) 및 제2 전극 안착 테이블(141)을 가열하여 제2 전극(12)을 히팅시키는 제2 전극 히터(142)를 포함할 수 있다.
한편, 제2 전극 공급부(140)는 제2 전극(12)이 시트(Sheet) 형태로 권취되는 제2 전극 롤(143)과, 제2 전극 롤(143)에 권취된 시트 형태의 제2 전극(12)이 풀어지며 공급될 때 일정간격으로 절단하여 소정 크기의 제2 전극(12)을 형성시키는 제2 커터(144)와, 제2 커터(144)에 절단된 제2 전극(12)을 이동시키는 제2 컨베이어 벨트(145)와, 제2 컨베이어 벨트(145)에 의해 이송되는 제2 전극(12)을 진공 흡착하여 제2 전극 안착 테이블(141)에 안착시키는 제2 전극 공급 헤드(146)를 더 포함할 수 있다. 여기서, 제2 커터(144)는 시트 형태의 제2 전극(12)을 절단 시 단부에 제2 전극 탭(12a)이 돌출 형성되도록 커팅 할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 있어서, 상기 제1 전극 스택부는 상기 제1 전극 안착 테이블에 안착된 상기 제1 전극을 진공 흡입하는 제1 석션 헤드를 포함하고, 상기 제2 전극 스택부는 상기 제2 전극 안착 테이블에 안착된 상기 제2 전극을 진공 흡입하는 제2 석션 헤드를 포함하는 것일 수 있다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체 제조 장치에서 제1 석션 헤드를 나타낸 사시도이고, 도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체 제조 장치에서 제1 석션 헤드를 나타낸 저면도이다.
도 1, 도 2, 도 11 및 도 12를 참고하면, 제1 전극 스택부(150)는 제1 전극(11)을 스택 테이블(110)에 적층시킬 수 있다.
또한, 제1 전극 스택부(150)는 제1 석션 헤드(151)와, 제1 이동부(153)를 포함할 수 있다.
제1 석션 헤드(151)는 제1 전극 안착 테이블(131)에 안착된 제1 전극(11)을 진공 흡입할 수 있다. 이때, 제1 석션 헤드(151)는 바닥면(151b)에 진공 흡입구(151a)가 형성되어 진공 흡입구(151a)를 통해 제1 전극(11)을 흡입하여 제1 전극(11)을 제1 석션 헤드(151)의 바닥면(151b)에 고정시킬 수 있다. 여기서, 제1 석션 헤드(151)는 진공 흡입구(151a)와 진공흡입 장치(미도시)를 연결하는 통로가 내부에 형성될 수 있다.
제1 이동부(153)는 제1 석션 헤드(151)가 제1 전극 안착 테이블(131)에 안착된 제1 전극(11)을 스택 테이블(110)에 적층시킬 수 있도록 제1 석션 헤드(151)를 스택 테이블(110)로 이동시킬 수 있다.
또한, 제2 전극 스택부(160)는 제2 전극(12)을 스택 테이블(110)에 적층시킬 수 있다. 여기서, 제2 전극 스택부(160)는 전술한 제1 전극 스택부(150)와 동일한 구조로 이루어질 수 있다. 이때, 제2 전극 스택부(160)는 제2 석션 헤드(161)와, 제2 이동부(163)를 포함할 수 있다.
제2 석션 헤드(161)는 제2 전극 안착 테이블(141)에 안착된 제2 전극(12)을 진공 흡입할 수 있다.
제2 이동부(163)는 제2 석션 헤드(161)가 제1 전극 안착 테이블(141)에 안착된 제2 전극(12)을 스택 테이블(110)에 적층시킬 수 있도록 제2 석션 헤드(161)를 스택 테이블(110)로 이동시킬 수 있다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체 제조 장치에서 홀딩기구 및 스택 테이블을 나타낸 평면도이다.
도 2 및 도 13을 참고하면, 홀딩기구(170)는 스택 테이블(110)에 제1 전극(11) 또는 제2 전극(12)이 적층될 때, 제1 전극(11) 또는 제2 전극(12)을 파지하며 스택 테이블(110)에 고정할 수 있다.
또한, 홀딩기구(170)는 스택 테이블(110)에 제1 전극(11)을 스택(Stack) 시 스택 테이블(110)의 최상측에 적층된 제1 전극(11)의 상면을 가압하여 고정하고, 스택 테이블(110)에 제2 전극(12)을 스택 시 스택 테이블(110)의 최상측에 적층된 제2 전극(12)의 상면을 가압하여 고정할 수 있다. 또한, 상기 스택 테이블(110) 상에 적층된 상기 제1 전극(11), 상기 분리막(14) 및 상기 제2 전극(12)의 적층물의 상면을 가압하여 고정할 수 있다.
즉, 분리막(14) 사이사이에 제1 전극(11) 및 제2 전극(12)이 위치되며 적층되며 적층물을 형성 시, 홀딩기구(170)는 적층물에서 최상위에 위치되는 면을 스택 테이블(110) 방향으로 가압하는 방식으로 파지하여 적층물이 스택 테이블(110)에서 이탈되는 것을 방지할 수 있다.
한편, 홀딩기구(170)는 예를 들어 제1 홀딩기구(171) 및 제2 홀딩기구(172)를 포함하여, 제1 전극(11) 또는 제2 전극(12)의 양측을 고정할 수 있다.
그리고, 상술한 바와 같이 스택 테이블(110)이 회전하면서 지그 재그 폴딩이 진행되는 경우를 예를 들면 홀딩기구(170)가 제1 전극(11) 또는 제2 전극(12)을 파지한 후 스택 테이블(110)이 회전되면, 분리막(14)이 스택 테이블(110)의 회전량에 비례하여 분리막 롤(122)에서 풀어지며 스택 테이블(110) 측으로 공급될 수 있다.
한편, 예를 들어 홀딩기구(170) 및 스택 테이블(110)은 회전장치(미도시)와 연결 또는 결합될 수 있다. 여기서, 홀딩기구(170)가 제1 전극(11)을 또는 제2 전극(12)을 파지하면 회전장치가 홀딩기구(170)와 스택 테이블(110)을 회전시킬 수 있다.
이 후, 상기 분리막(14) 사이사이에 제1 전극(11) 및 제2 전극(12)의 적층물이 완료되면 상기 적층물의 상면 및 바닥면을 상술한 프레스부에 의해서 가열 및 가압이 진행될 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 있어서, 상기 스택 테이블을 회전시키는 회전부를 더 포함하고, 상기 분리막이 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 사이에 위치되는 방식으로 지그 재그 폴딩이 가능하도록, 상기 회전부의 일측에 제1 전극 스택부가 구비되고, 상기 회전부의 타측에 제2 전극 스택부가 구비되며, 상기 회전부는 상기 제1 전극을 스택 시 상기 스택 테이블을 상기 제1 전극 스택부의 상기 제1 석션 헤드와 마주보도록 일측으로 회전시키고, 상기 제2 전극을 스택 시 상기 스택 테이블을 상기 제2 전극 스택부의 상기 제2 석션 헤드와 마주보도록 타측으로 회전시키는 것을 교대로 번갈아 진행하는 것일 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 전극 조립체 제조 장치는 상기 제1 전극 및 제2 전극을 비젼(Vision) 검사하는 비젼장치를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 전극 조립체 제조 장치는 스택 테이블을 회전시키는 회전부 및 상기 제1 전극 및 제2 전극을 비젼(Vision) 검사하는 비젼장치를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 전극 조립체 제조 장치는 상기 스택 테이블을 좌우로 이동시키는 스택 테이블 이동부; 또는 상기 분리막을 좌우로 이동시키는 분리막 가이드부를 포함하고, 상기 제1 전극 및 제2 전극을 비젼(Vision) 검사하는 비젼장치를 더 포함하는 것일 수 있다. 상기 스택 테이블 이동부 및 분리막 가이드부는 각각 상기 스택 테이블 및 상기 부리막을 좌우로 이동시키는 기능을 수행하는 것이라면 그 형태가 제한되지 아니하고, 해당 분야에서 통상적으로 사용되는 장치가 사용될 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 있어서, 상기 스택 테이블을 좌우로 이동시키는 스택 테이블 이동부를 포함하고, 상기 분리막이 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 사이에 위치되는 방식으로 지그 재그 폴딩이 가능하도록, 상기 스택 테이블의 일측에 제1 전극 스택부가 구비되고, 상기 스택 테이블의 타측에 제2 전극 스택부가 구비되며, 상기 스택 테이블 이동부는 상기 제1 전극을 스택 시 상기 스택 테이블을 상기 제1 전극 스택부의 상기 제1 석션 헤드와 마주보도록 일측으로 이동시키고, 상기 제2 전극을 스택 시 상기 스택 테이블을 상기 제2 전극 스택부의 상기 제2 석션 헤드와 마주보도록 타측으로 이동시키는 것을 교대로 번갈아 진행하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 있어서, 상기 분리막을 좌우로 이동시키는 분리막 가이드부를 포함하고, 상기 분리막이 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 사이에 위치되는 방식으로 지그 재그 폴딩이 가능하도록, 상기 분리막 가이드부는 상기 스택 테이블에 공급되는 분리막을 좌우로 이동시키는 것을 반복적으로 진행하는 것일 수 있다.
즉, 본 발명의 실시예에 따른 전극 조립체 제조 장치는 상기 스택 테이블의 이동 방식 또는 상기 분리막의 공급 방식에 따라서 추가적인 구성 요소가 더 포함될 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 있어서 상기 비젼장치는 제1 카메라 및 제2 카메라를 포함할 수 있다. 상기 제1 카메라는 제1 전극 공급부에서 제1 전극 안착 테이블에 안착된 제1 전극을 촬영할 수 있고, 제2 카메라는 제2 전극 공급부에서 제2 전극 안착 테이블에 안착된 제2 전극을 촬영할 수 있다. 상기 제1 카메라 및 제2 카메라의 촬영을 통해 획득된 영상 정보를 통해 제1 전극 및 제2 전극의 적층품질을 검사할 수 있다. 보다 구체적으로, 제1 전극 및 제2 전극의 안착 위치와, 크기, 적층상태 등을 검사할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태는, 폴딩되는 분리막 사이사이에 제1 전극 및 제2 전극이 교대로 배치되는 형태인 전극 조립체로서, 상기 전극 조립체의 최상단 및 최하단은 각각 분리막이 위치하고, 상기 최상단 및 최하단의 분리막 중 적어도 하나는 분리막 잉여부를 포함하고, 상기 분리막 잉여부는 상기 전극 조립체의 측면에 접착되어 있는 것인 전극 조립체를 제공한다.
본 발명의 일 실시상태에 따른 전극 조립체는 상기 전극 조립체의 최상단의 분리막이 분리막 잉여부를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따른 전극 조립체는 상기 전극 조립체의 최하단의 분리막이 분리막 잉여부를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따른 전극 조립체는 상기 전극 조립체의 최상단의 분리막 및 최하단의 분리막 모두 분리막 잉여부를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 있어서, 상기 분리막 잉여부가 2개 형성되는 경우 상기 분리막 잉여부가 형성되는 위치는 상기 전극 조립체 측면을 기준으로 동일 측면 또는 상이한 측면일 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 있어서, 상기 제1 전극은 양극이고, 상기 제2 전극은 음극일 수 있다. 반대로 상기 제1 전극은 음극이고, 상기 제2 전극은 양극일 수 있다.
본 명세서에 있어서, 전극 조립체 제조 장치에 대한 설명은 전극 조립체의 제조 방법 및 전극 조립체에 적용될 수 있으며, 그 반대도 마찬가지일 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시상태에 있어서, 상기 양극은 예를 들어, 양극 집전체 상에 양극 활물질, 도전재 및 바인더의 혼합물을 도포한 후 건조하여 제조되며, 필요에 따라서는, 상기 혼합물에 충진제를 더 첨가하기도 한다. 이 때 사용되는 물질은 해당 분야에서 통상적으로 사용되는 물질이 사용될 수 있다.
구체적으로, 상기 양극 활물질은 예를 들어, 리튬 코발트 산화물(LiCoO2), 리튬 니켈 산화물(LiNiO2) 등의 층상 화합물이나 1 또는 그 이상의 전이금속으로 치환된 화합물; 화학식 Li1+xMn2-xO4 (여기서, x 는 0 ~ 0.33 임), LiMnO3, LiMn2O3, LiMnO2 등의 리튬 망간 산화물; 리튬 동 산화물(Li2CuO2); LiV3O8, LiFe3O4, V2O5, Cu2V2O7 등의 바나듐 산화물; 화학식 LiNi1-xMxO2 (여기서, M = Co, Mn, Al, Cu, Fe, Mg, B 또는 Ga 이고, x = 0.01 ~ 0.3 임)으로 표현되는 Ni사이트형 리튬 니켈 산화물; 화학식 LiMn2-xMxO2 (여기서, M = Co, Ni, Fe, Cr, Zn 또는 Ta 이고, x = 0.01 ~ 0.1 임) 또는 Li2Mn3MO8 (여기서, M = Fe, Co, Ni, Cu 또는 Zn 임)으로 표현되는 리튬 망간 복합 산화물; 화학식의 Li 일부가 알칼리토금속 이온으로 치환된 LiMn2O4; 디설파이드 화합물; Fe2(MoO4)3 등을 들 수 있지만, 이들만으로 한정되는 것은 아니다.
구체적으로, 상기 양극 집전체는, 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 높은 도전성을 가지는 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 스테인레스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소, 또는 알루미늄이나 스테리인레스 스틸의 표면에 카본, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면처리한 것 등이 사용될 수 있으나, 상세하게는 알루미늄일 수 있다. 집전체는 그것의 표면에 미세한 요철을 형성하여 양극 활물질의 접착력을 높일 수도 있으며, 필름, 시트, 호일, 네트, 다공질체, 발포체, 부직포체 등 다양한 형태가 가능하다. 또한. 상기 양극 집전체는 일반적으로 3 ㎛ 내지 500 ㎛의 두께일 수 있다.
상기 도전재는 통상적으로 양극 활물질을 포함한 혼합물 전체 중량을 기준으로 1 내지 50 중량%로 첨가될 수 있다. 이러한 도전재는 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 것은
아니며, 예를 들어, 천연 흑연이나 인조 흑연 등의 흑연; 카본블랙, 아세틸렌 블랙, 케첸 블랙, 채널 블랙, 퍼네이스 블랙, 램프 블랙, 서머 블랙 등의 카본블랙; 탄소 섬유나 금속 섬유 등의 도전성 섬유; 불화 카본, 알루미늄, 니켈 분말 등의 금속 분말; 산화아연, 티탄산 칼륨 등의 도전성 위스키; 산화 티탄 등의 도전성 금속 산화물; 폴리페닐렌 유도체 등의 도전성 소재 등이 사용될 수 있다.
상기 바인더는 활물질과 도전재 등의 결합과 집전체에 대한 결합에 조력하는 성분으로서, 통상적으로 양극 활물질을 포함하는 혼합물 전체 중량을 기준으로 1 내지 50 중량%로 첨가된다. 이러한 바인더의 예로는, 폴리불화비닐리덴, 폴리비닐알코올, 카르복시메틸셀룰로우즈(CMC), 전분, 히드록시프로필셀룰로우즈, 재생 셀룰로우즈, 폴리비닐피롤리돈, 테트라플루오로에틸렌, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 에틸렌-프로필렌-디엔 테르 폴리머(EPDM), 술폰화 EPDM, 스티렌 브티렌 고무, 불소 고무, 다양한 공중합체 등을 들 수 있다.
상기 충진제는 양극의 팽창을 억제하는 성분으로서 선택적으로 사용되며, 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 섬유상 재료라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등의 올리핀계 중합체; 유리섬유, 탄소섬유 등의 섬유상 물질이 사용된다.
또한, 본 발명의 일 실시상태에 있어서, 상기 음극은 음극 집전체 상에 상기 음극 활물질을 도포, 건조 및 프레싱하여 제조되며, 필요에 따라 상기에서와 같은 도전재, 바인더, 충진제 등이 선택적으로 더 포함될 수 있다. 이 경우에도 해당 분야에서 통상적으로 사용되는 물질이 사용될 수 있다.
구체적으로, 상기 음극 활물질은, 예를 들어, 난흑연화 탄소, 흑연계 탄소 등의 탄소; LixFe2O3(0≤x≤1), LixWO2(0≤x≤1), SnxMe1-xMe’yOz (Me: Mn, Fe, Pb, Ge; Me’: Al, B, P, Si, 주기율표의 1족, 2족, 3족 원소, 할로겐; 0<x≤1; 1≤y≤3; 1≤z≤8) 등의 금속 복합 산화물; 리튬 금속; 리튬 합금; 규소계 합금; 주석계 합금; SnO, SnO2, PbO, PbO2, Pb2O3, Pb3O4, Sb2O3, Sb2O4, Sb2O5, GeO, GeO2, Bi2O3, Bi2O4 및 Bi2O5 등의 금속 산화물; 폴리아세틸렌 등의 도전성 고분자; Li-Co-Ni 계 재료 등을 사용할 수 있다.
이러한 음극 집전체는, 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 구리, 스테인레스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소, 구리나 스테인레스 스틸의
표면에 카본, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면처리한 것, 알루미늄-카드뮴 합금 등이 사용될 수 있다. 또한, 양극 집전체와 마찬가지로, 표면에 미세한 요철을 형성하여 음극 활물질의 결합력을 강화시킬 수도 있으며, 필름, 시트, 호일, 네트, 다공질체, 발포체, 부직포체 등 다양한 형태로 사용될 수 있다. 또한, 상기 음극 집전체는 일반적으로 3 ㎛ 내지 500 ㎛의 두께일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 분리막은 유/무기 복합 다공성의 SRS(Safety-Reinforcing Separators) 분리막일 수 있다. 상기 SRS 분리막은 폴리올레핀 계열 분리막 기재상에 무기물 입자와 바인더 고분자를 포함하는 코팅층 성분이 도포된 구조일 수 있다.
이러한 SRS 분리막은 무기물 입자의 내열성으로 인해 고온 열수축이 발생하지 않는바, 침상 도체에 의해 전극조립체가 관통되더라도, 안전 분리막의 연신율을 유지할 수 있다.
이러한, SRS 분리막은 분리막 기재 자체에 포함된 기공 구조와 더불어 코팅층 성분인 무기물 입자들간의 빈 공간(interstitial volume)에 의해 형성된 균일한 기공 구조를 가질 수 있고, 상기 기공은 전극조립체에 가해지는 외부의 충격을 상당히 완화 시킬 수 있을 뿐만 아니라, 기공을 통해 리튬 이온의 원활한 이동이 이루어지고, 다량의 전해액이 채워져 높은 함침율을 나타낼 수 있으므로, 전지의 성능 향상을 함께 도모할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 분리막은 폭방향을 기준으로 양극 및 음극의 폭보다 양측으로 연장되어 있는 분리막 잉여부를 가지고 있으며, 상기 분리막 잉여부의 양측부의 일면 또는 양면에 분리막 수축 방지를 위해 분리막의 두께보다 두꺼운 코팅층이 형성되어 있는 구조로 구성되어 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 분리막 잉여부는 각각 분리막의 폭을 기준으로 5% 내지 12%의 크기일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 코팅층은 일측의 분리막 잉여부의 폭을 기준으로 50% 내지 90%의 크기로 분리막 양면에 코팅될 수 있다. 또한, 상기 양면의 코팅층들의 폭은 서로 동일하거나 다른 크기일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 코팅층은 무기물 입자 및 바인더 고분자를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 폴리올레핀 계열 분리막 성분의 예로는 고밀도 폴리에틸렌, 선형 저밀도 폴리에틸렌, 저밀도 폴리에틸렌, 초고분자량 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 또는 이들의 유도체 등이 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 코팅층의 두께는 상기 제1 전극 또는 제2 전극의 두께보다 작은 크기일 수 있다. 구체적인 예에서, 상기 코팅층의 두께는 제1 전극 또는 제2 전극의 두께의 30% 내지 99% 크기일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 코팅층은 습식 코팅 또는 건식 코팅에 의해 이루어질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 기재와 코팅층은 폴리올레핀 계열 분리막 기재 표면의 기공과 코팅층이 상호 엉켜있는 형태(anchoring)로 존재하여 분리막 기재와 활성층이 물리적으로 견고하게 결합할 수 있다. 이 때, 상기 기재와 활성층은 물리적 결합력과 분리막 상에 존재하는 기공 구조를 고려하여 9 : 1 내지 1 : 9의 두께 비를 가질 수 있으며, 상세하게는 5 : 5의 두께 비를 가질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 무기물 입자는 당 업계에서 통상적으로 사용되는 무기물 입자가 사용될 수 있다. 상기 무기물 입자는 무기물 입자들간 빈 공간의 형성을 가능하게 하여 미세 기공을 형성하는 역할과 물리적 형태를 유지할 수 있는 일종의 스페이서(spacer) 역할을 겸하게 된다. 또한, 상기 무기물 입자는 일반적으로 200℃ 이상의 고온이 되어도 물리적 특성이 변하지 않는 특성을 갖기 때문에, 형성된 유/무기 복합 다공성 필름이 탁월한 내열성을 갖게 된다.
또한, 상기 무기물 입자는 전기화학적으로 안정하기만 하면 특별히 제한되지 않는다. 즉, 본 발명에서 사용할 수 있는 무기물 입자는 적용되는 전지의 작동 전압 범위(예컨대, Li/Li+ 기준으로 0~5V)에서 산화 및/또는 환원 반응이 일어나지 않는 것이면 특별히 제한되지 않는다. 특히, 이온 전달 능력이 있는 무기물 입자를 사용하는 경우, 전기 화학 소자 내의 이온 전도도를 높여 성능 향상을 도모할 수 있으므로, 가능한 이온 전도도가 높은 것이 바람직하다. 또한, 상기 무기물 입자가 높은 밀도를 갖는 경우, 코팅시 분산시키는데 어려움이 있을 뿐만 아니라 전지 제조시 무게 증가의 문제점도 있으므로, 가능한 밀도가 작은 것이 바람직하다. 또한, 유전율이 높은 무기물인 경우, 액체 전해질 내 전해질 염, 예컨대 리튬염의 해리도 증가에 기여하여 전해액의 이온 전도도를 향상시킬 수 있다.
전술한 이유들로 인해, 상기 무기물 입자는 압전성(piezoelectricity)을 갖는 무기물 입자 및 리튬 이온 전달 능력을 갖는 무기물 입자로 구성된 군으로부터 선택된 1종 이상일 수 있다.
상기 압전성(piezoelectricity) 무기물 입자는 상압에서는 부도체이나, 일정 압력이 인가되었을 경우 내부 구조 변화에 의해 전기가 통하는 물성을 갖는 물질을 의미하는 것으로서, 유전율 상수가 100 이상인 고유전율 특성을 나타낼 뿐만 아니라 일정 압력을 인가하여 인장 또는 압축되는 경우 전하가 발생하여 한 면은 양으로, 반대편은 음으로 각각 대전됨으로써, 양쪽 면 간에 전위차가 발생하는 기능을 갖는 물질이다.
상기와 같은 특징을 갖는 무기물 입자를 코팅층 성분으로 사용하는 경우, 침상 도체와 같은 외부 충격에 의해 양(兩) 전극의 내부 단락이 발생하는 경우 분리막에 코팅된 무기물 입자로 인해 양극과 음극이 직접 접촉하지 않을 뿐만 아니라, 무기물 입자의 압전성으로 인해 입자 내 전위차가 발생하게 되고 이로 인해 양(兩) 전극 간의 전자 이동, 즉 미세한 전류의 흐름이 이루어짐으로써, 완만한 전지의 전압 감소 및 이로 인한 안전성 향상을 도모할 수 있다.
상기 압전성을 갖는 무기물 입자의 예로는 BaTiO3, Pb(Zr,Ti)O3 (PZT), Pb1-xLaxZr1-yTiyO3 (PLZT), PB(Mg3Nb2/3)O3-PbTiO3 (PMN-PT) 및 hafnia (HfO2)로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 리튬 이온 전달 능력을 갖는 무기물 입자는 리튬 원소를 함유하되 리튬을 저장하지 아니하고 리튬 이온을 이동시키는 기능을 갖는 무기물 입자를 지칭하는 것으로서, 리튬 이온 전달 능력을 갖는 무기물 입자는 입자 구조 내부에 존재하는 일종의 결함(defect)으로 인해 리튬 이온을 전달 및 이동시킬 수 있기 때문에, 전지 내 리튬 이온 전도도가 향상되고, 이로 인해 전지 성능 향상을 도모할 수 있다.
상기 리튬 이온 전달 능력을 갖는 무기물 입자의 예로는 리튬포스페이트(Li3PO4), 리튬티타늄포스페이트(LixTiy(PO4)3, 0<x<2, 0<y<3), 리튬알루미늄티타늄포스페이트 (LixAlyTiz(PO4)3, 0<x<2, 0<y<1, 0<z<3), (LiAlTiP)xOy 계열 glass(0<x<4, 0<y<13), 리튬란탄티타네이트 (LixLayTiO3, 0<x<2, 0<y<3), 리튬게르마니움티오포스페이트 (LixGeyPzSw, 0<x<4, 0<y<1, 0<z<1, 0<w<5), 리튬나이트라이드 (LixNy, 0<x<4, 0<y<2), SiS2(LixSiySz, 0<x<3, 0<y<2, 0<z<4) 계열 glass 및 P2S5 (LixPySz, 0<x<3, 0<y< 3, 0<z<7) 계열 glass로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 코팅층 성분인 무기물 입자 및 바인더 고분자의 조성비는 크게 제약은 없으나, 10:90 내지 99:1 중량% 범위 내에서 조절 가능하며, 80:20 내지 99:1 중량% 범위가 바람직하다. 10:90 중량% 비 미만인 경우, 고분자의 함량이 지나치게 많게 되어 무기물 입자들 사이에 형성된 빈 공간의 감소로 인한 기공 크기 및 기공도가 감소되어 최종 전지 성능 저하가 야기되며, 반대로 99:1 중량% 비를 초과하는 경우, 고분자 함량이 너무 적기 때문에 무기물 사이의 접착력 약화로 인해 최종 유/무기 복합 다공성 분리막의 기계적 물성이 저하될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 바인더 고분자는 당 업계에서 통상적으로 사용되는 바인더 고분자가 사용될 수 있다.
상기 유/무기 복합 다공성 분리막 중 코팅층은 전술한 무기물 입자 및 바인더 고분자 이외에, 통상적으로 알려진 기타 첨가제를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 코팅층은 활성층이라고 할 수도 있다.
이상 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세히 설명하였으나, 이는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명에 따른 전극 조립체 제조 장치는 이에 한정되지 않는다. 본 발명의 기술적 사상 내에서 당해 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 실시가 가능하다고 할 것이다.
10: 전극 조립체
11: 제1 전극
11a: 제1 전극 탭
12: 제2 전극
12a: 제2 전극 탭
14: 분리막
51: 그리퍼
51a: 본체
51b: 고정부
100: 전극 조립체 제조 장치
110: 스택 테이블
111: 테이블 몸체
112: 스택 테이블 히터
120: 분리막 공급부
121: 분리막 히팅부
122: 분리막 롤
130: 제1 전극 공급부
131: 제1 전극 안착 테이블
132: 제1 전극 히터
133: 제1 전극 롤
134: 제1 커터
135: 제1 컨베이어 벨트
136: 제1 전극 공급 헤드
140: 제2 전극 공급부
141: 제2 전극 안착 테이블
142: 제2 전극 히터
143: 제2 전극 롤
144: 제2 커터
145: 제2 컨베이어 벨트
146: 제2 전극 공급 헤드
150: 제1 전극 스택부
151: 제1 석션 헤드
151a: 진공 흡입구
151b: 바닥면
152: 제1 헤드 히터
153: 제1 이동부
160: 제2 전극 스택부
161: 제2 석션 헤드
162: 제2 헤드 히터
163: 제2 이동부
170: 홀딩기구
171: 제1 홀딩기구
172: 제2 홀딩기구
180: 프레스부
181: 제1 가압블럭
182: 제2 가압블럭
183,184: 프레스 히터
190: 분리막 잉여부 폴딩부
191: 분리막 잉여부 가열부
S: 적층물
A: 분리막 잉여부
B: 폴딩이 형성되는 부분
11: 제1 전극
11a: 제1 전극 탭
12: 제2 전극
12a: 제2 전극 탭
14: 분리막
51: 그리퍼
51a: 본체
51b: 고정부
100: 전극 조립체 제조 장치
110: 스택 테이블
111: 테이블 몸체
112: 스택 테이블 히터
120: 분리막 공급부
121: 분리막 히팅부
122: 분리막 롤
130: 제1 전극 공급부
131: 제1 전극 안착 테이블
132: 제1 전극 히터
133: 제1 전극 롤
134: 제1 커터
135: 제1 컨베이어 벨트
136: 제1 전극 공급 헤드
140: 제2 전극 공급부
141: 제2 전극 안착 테이블
142: 제2 전극 히터
143: 제2 전극 롤
144: 제2 커터
145: 제2 컨베이어 벨트
146: 제2 전극 공급 헤드
150: 제1 전극 스택부
151: 제1 석션 헤드
151a: 진공 흡입구
151b: 바닥면
152: 제1 헤드 히터
153: 제1 이동부
160: 제2 전극 스택부
161: 제2 석션 헤드
162: 제2 헤드 히터
163: 제2 이동부
170: 홀딩기구
171: 제1 홀딩기구
172: 제2 홀딩기구
180: 프레스부
181: 제1 가압블럭
182: 제2 가압블럭
183,184: 프레스 히터
190: 분리막 잉여부 폴딩부
191: 분리막 잉여부 가열부
S: 적층물
A: 분리막 잉여부
B: 폴딩이 형성되는 부분
Claims (11)
- 폴딩되는 분리막 사이사이에 제1 전극 및 제2 전극이 교대로 배치되는 형태인 전극 조립체의 제조 방법으로서,
상기 분리막을 스택 테이블에 공급하는 단계;
상기 제1 전극을 스택 테이블에 공급하는 단계;
상기 제2 전극을 스택 테이블에 공급하는 단계;
상기 스택 테이블에 처음으로 적층되는 분리막 및 상기 스택 테이블에 마지막으로 적층되는 분리막 중 적어도 하나는 일정 길이의 분리막 잉여부를 포함하고, 상기 폴딩되는 상기 분리막 사이사이에 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극이 교대로 배치되는 형태로 상기 제1 전극, 분리막 및 제2 전극을 스택 테이블 위에 적층하여 적층물을 제조하는 단계;
상기 분리막 잉여부를 접어서 상기 적층물의 측면과 접촉시키는 단계; 및
상기 분리막 잉여부가 접촉된 상기 적층물의 측면을 가열하는 단계를 포함하는 것인 전극 조립체의 제조 방법. - 청구항 1에 있어서,
상기 스택 테이블에 처음으로 적층되는 분리막 및 상기 스택 테이블에 마지막으로 적층되는 분리막 중 적어도 하나는 일정 길이의 분리막 잉여부가 형성되고, 상기 폴딩되는 상기 분리막 사이사이에 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극이 교대로 배치되는 형태로 상기 제1 전극, 분리막 및 제2 전극을 스택 테이블 위에 적층하여 적층물을 제조하는 단계는
(S1) 상기 스택 테이블 위에 상기 분리막을 적층하는 단계;
(S2) 상기 분리막 상면에 제1 전극을 적층하는 단계;
(S3) 상기 분리막을 추가로 공급하여 상기 제1 전극의 상면을 덮는 단계;
(S4) 상기 제1 전극의 상면을 덮고 있는 상기 분리막의 상기 제1 전극과 닿는 면의 반대면에 상기 제2 전극을 적층하는 단계; 및
(S5) 상기 분리막을 추가로 공급하여 상기 제2 전극의 상면을 덮는 단계를 포함하며, 상기 (S1) 내지 (S5)의 단계를 1회 이상 반복하는 것이고,
처음으로 진행하는 (S1) 단계; 및 마지막으로 진행하는 (S5)의 단계에서 공급되는 분리막 중 적어도 하나는 상기 분리막이 폴딩되는 부분의 반대 방향으로 일정 길이의 분리막 잉여부가 형성된 것인 전극 조립체의 제조 방법. - 청구항 1에 있어서,
상기 스택 테이블에 처음으로 적층되는 분리막 및 상기 스택 테이블에 마지막으로 적층되는 분리막 중 적어도 하나는 일정 길이의 분리막 잉여부를 포함하도록 상기 분리막 잉여부를 제조하는 단계를 더 포함하고,
상기 분리막 잉여부를 제조하는 단계는
상기 스택 테이블에 처음으로 적층되는 분리막 또는 상기 스택 테이블에 마지막으로 적층되는 분리막이 여유 길이를 갖도록 스택 테이블에 적층하는 단계; 및
상기 스택 테이블에 처음으로 적층되는 분리막 또는 상기 스택 테이블에 마지막으로 적층되는 분리막을 홀딩기구로 파지하는 단계를 포함하는 전극 조립체의 제조 방법. - 청구항 3에 있어서,
상기 분리막 잉여부를 제조하는 단계는
상기 스택 테이블에 마지막으로 적층되는 분리막이 여유 길이를 갖도록 스택 테이블에 적층하는 단계;
상기 스택 테이블에 마지막으로 적층되는 분리막을 홀딩기구로 파지하는 단계; 및
상기 스택 테이블에 마지막으로 적층되는 분리막이 여유 길이의 끝단을 컷팅(cutting)하는 단계를 포함하는 전극 조립체의 제조 방법. - 청구항 1에 있어서,
상기 분리막 잉여부의 일정 길이는 상기 적층물의 높이의 0.5 배 내지 1 배인 것인 전극 조립체의 제조 방법. - 청구항 1에 있어서,
상기 분리막 잉여부가 접촉된 상기 적층물의 측면을 가열하는 단계는 120℃ 내지 140℃의 온도에서 진행되는 것인 전극 조립체의 제조 방법. - 폴딩되는 분리막 사이사이에 제1 전극 및 제2 전극이 교대로 배치되는 형태인 전극 조립체를 제조하는 전극 조립체 제조 장치로서,
상기 폴딩되는 상기 분리막 사이사이에 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극이 교대로 배치되는 적층물 형태로 상기 제1 전극, 상기 분리막 및 상기 제2 전극이 적층되는 스택 테이블;
상기 제1 전극을 상기 스택 테이블에 공급하는 제1 전극 공급부;
상기 제2 전극을 상기 스택 테이블에 공급하는 제2 전극 공급부;
상기 분리막을 상기 스택 테이블에 공급하는 분리막 공급부;
상기 스택 테이블에 처음으로 공급된 분리막 및 마지막으로 공급된 분리막 중 적어도 하나가 분리막 잉여부를 갖도록 상기 스택 테이블에 처음으로 공급된 분리막 및 마지막으로 공급된 분리막 중 분리막 잉여부가 형성되는 분리막을 파지하는 홀딩 기구;
상기 적층물을 가열 및 가압하여 상기 제1 전극, 상기 분리막 및 상기 제2 전극 사이를 접착시키는 프레스부;
상기 분리막 잉여부가 상기 적층물의 측면에 접하도록 상기 분리막 잉여부를 폴딩시키는 분리막 잉여부 폴딩부; 및
상기 적층물의 측면 방향에 대해 수직으로 이동하여 상기 적층물의 측면에 접하도록 상기 분리막 잉여부를 가열하는 분리막 잉여부 가열부를 포함하는 것인 전극 조립체 제조 장치. - 청구항 7에 있어서,
상기 제1 전극 공급부로부터 공급되는 상기 제1 전극을 상기 스택 테이블에 적층시키는 제1 전극 스택부; 및
상기 제2 전극 공급부로부터 공급되는 상기 제2 전극을 상기 스택 테이블에 적층시키는 제2 전극 스택부를 포함하는 전극 조립체 제조 장치. - 청구항 8에 있어서,
상기 제1 전극 공급부는 상기 제1 전극이 상기 제1 전극 스택부에 의해 상기 스택 테이블에 적층되기 전에 안착되는 제1 전극 안착 테이블을 포함하고,
상기 제2 전극 공급부는 상기 제2 전극이 상기 제2 전극 스택부에 의해 상기 스택 테이블에 적층되기 전에 안착되는 제2 전극 안착 테이블을 포함하는 것인 전극 조립체 제조 장치. - 청구항 7에 있어서,
상기 스택 테이블에 마지막으로 공급된 분리막의 끝단을 컷팅(cutting)하는 커터(cutter)를 더 포함하는 전극 조립체 제조 장치. - 폴딩되는 분리막 사이사이에 제1 전극 및 제2 전극이 교대로 배치되는 형태인 전극 조립체로서,
상기 전극 조립체의 최상단 및 최하단은 각각 분리막이 위치하고,
상기 최상단 및 최하단의 분리막 중 적어도 하나는 분리막 잉여부를 포함하고,
상기 분리막 잉여부는 상기 전극 조립체의 측면에 접착되어 있는 것인 전극 조립체.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020220147049A KR20240065839A (ko) | 2022-11-07 | 2022-11-07 | 전극 조립체, 전극 조립체 제조 방법 및 전극 조립체 제조 장치 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020220147049A KR20240065839A (ko) | 2022-11-07 | 2022-11-07 | 전극 조립체, 전극 조립체 제조 방법 및 전극 조립체 제조 장치 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20240065839A true KR20240065839A (ko) | 2024-05-14 |
Family
ID=91076028
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020220147049A KR20240065839A (ko) | 2022-11-07 | 2022-11-07 | 전극 조립체, 전극 조립체 제조 방법 및 전극 조립체 제조 장치 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR20240065839A (ko) |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20130132230A (ko) | 2012-05-25 | 2013-12-04 | 주식회사 엘지화학 | 단차를 갖는 전극 조립체 및 이를 포함하는 전지셀, 전지팩 및 디바이스 |
-
2022
- 2022-11-07 KR KR1020220147049A patent/KR20240065839A/ko unknown
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20130132230A (ko) | 2012-05-25 | 2013-12-04 | 주식회사 엘지화학 | 단차를 갖는 전극 조립체 및 이를 포함하는 전지셀, 전지팩 및 디바이스 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR20240017892A (ko) | 전극 조립체 | |
| KR101521684B1 (ko) | 분리막 제조공정 및 이에 따른 분리막을 포함하는 전기화학소자 | |
| KR102570167B1 (ko) | 전극 조립체 제조 방법 및 전극 조립체 제조장치 | |
| KR20240065839A (ko) | 전극 조립체, 전극 조립체 제조 방법 및 전극 조립체 제조 장치 | |
| KR102569078B1 (ko) | 전극 조립체 제조 방법 | |
| KR102560892B1 (ko) | 전극 조립체 | |
| KR20240065842A (ko) | 전극 조립체 제조 방법 및 전극 조립체 제조 장치 | |
| KR102579153B1 (ko) | 전극 조립체 제조장치 및 제조방법 | |
| KR20240061212A (ko) | 전극 조립체, 전극 조립체 제조장치 및 전극 조립체 제조 방법 | |
| US20230015260A1 (en) | Electrode Assembly | |
| KR20240056285A (ko) | 전극 조립체 제조 장치 및 전극 조립체 제조 방법 | |
| CN116711114A (zh) | 电极组件的组件制造设备和方法 | |
| KR20240076560A (ko) | 전극 조립체 제조 장치 및 전극 조립체 제조 방법 | |
| CN116888784A (zh) | 电极组件的制造方法及电极组件制造设备 | |
| KR20230144765A (ko) | 이차전지 및 이의 제조방법 | |
| CN116888783A (zh) | 电极组件制造方法 |