KR20240109161A - 전극 조립체, 그 제조 방법 및 그 제조 장치 - Google Patents

전극 조립체, 그 제조 방법 및 그 제조 장치 Download PDF

Info

Publication number
KR20240109161A
KR20240109161A KR1020230056357A KR20230056357A KR20240109161A KR 20240109161 A KR20240109161 A KR 20240109161A KR 1020230056357 A KR1020230056357 A KR 1020230056357A KR 20230056357 A KR20230056357 A KR 20230056357A KR 20240109161 A KR20240109161 A KR 20240109161A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
electrode assembly
electrode
induction heating
laminate
separator
Prior art date
Application number
KR1020230056357A
Other languages
English (en)
Inventor
김종석
김용남
Original Assignee
주식회사 엘지에너지솔루션
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사 엘지에너지솔루션 filed Critical 주식회사 엘지에너지솔루션
Publication of KR20240109161A publication Critical patent/KR20240109161A/ko

Links

Images

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
    • H01M10/05—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
    • 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
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/50—Current conducting connections for cells or batteries
    • H01M50/531—Electrode connections inside a battery casing

Abstract

본 발명은 전극 조립체, 그 제조 방법 및 그 제조 장치에 관한 것이다.

Description

전극 조립체, 그 제조 방법 및 그 제조 장치{ELECTRODE ASSEMBLY, MANUFACTURING METHOD FOR SAME AND MANUFACTURING EQUIPMENT FOR SAME}
본 발명은 2023년 01월 03일에 각각 한국특허청에 제출된 한국 특허 출원 제 10-2023-0000712호의 출원일의 이익을 주장하며, 그 내용 전부는 본 명세서에 포함된다.
본 발명은 전극 조립체와 상기 전극 조립체를 제조하는 제조 방법 및 상기 전극 조립체를 제조하는 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 에너지원으로서 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 구조로서 충방전이 가능한 발전소자이다.
전극 조립체는 활물질이 각각 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 재그 형태로 폴딩되면서 적층되고 폴딩된 분리막 사이에 양극 또는 음극의 전극이 삽입되면서 양극, 분리막 및 음극이 적층된 형태의 전극 조립체를 제조하게 된다.
이 과정에서 상기 전극들과 분리막을 서로 접착시키기 위해서 양극, 분리막 및 음극이 적층된 형태의 적층물에 열과 압력을 가하게 된다.
다만, 상기 적층물에 열과 압력을 가하여 상기 적층물 내의 전극(양극, 음극) 및 분리막을 접착시키 위해서는 오랜 시간과 많은 에너지가 필요하다.
또한, 상기 적층물에 열과 압력을 가할 때 상기 적층물의 내의 전극 및 분리막의 적층 위치 차이(적층 높이)로 인하여 전극 및 분리막의 적층 위치와 무관하게 균일하게 열과 압력을 가하지 못하는 문제가 있었다. 즉, 분리막 및 전극들 사이의 접착력이 일정하지 못한 문제가 발생하였다.
그 결과 전극 조립체 성능이 불균일해지는 문제가 있어 왔다.
한국 공개특허 제10-2013-0132230호
본 발명은 접착력이 일정하지 않음으로 인하여 발생하는 문제를 해소하기 위한 전극 조립체, 그 제조 방법 및 그 제조 장치를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 일 실시상태는, 제1 전극, 분리막 및 제2 전극을 포함하는 전극 조립체 제조 방법으로서, 상기 제1 전극, 분리막 및 제2 전극을 포함하는 적층물을 스택 테이블에 적층하는 스택킹(stacking) 단계; 상기 적층물을 유도 가열하는 유도 가열 단계; 및 상기 유도 가열된 적층물을 가열 및 가압하는 히트 프레스(heat press)단계를 포함하는 전극 조립체 제조 방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시상태는, 제1 전극, 분리막 및 제2 전극을 포함하는 전극 조립체를 제조하는 전극 조립체 제조 장치로서, 상기 제1 전극, 분리막 및 제2 전극이 적층되어 상기 제1 전극, 분리막 및 제2 전극을 포함하는 적층물이 놓여지는 스택 테이블; 상기 적층물을 가열 및 가압하는 히트 프레스부; 및 상기 히트 프레스부에서 상기 적층물을 가열 및 가압하기 전에 상기 적층물을 유도 가열하는 유도 가열부를 포함하는 전극 조립체 제조 장치를 제공한다.
마지막으로, 본 발명의 일 실시상태는, 제1 전극, 분리막 및 제2 전극을 포함하는 전극 조립체로서, 상기 전극 조립체는 지그 재그 스택킹(Zig Zag Stacking)되고, 상기 지그 재그 스택킹 후 상기 전극 조립체는 가열 및 가압되고, 하기 식 1을 만족하는 전극 조립체를 제공한다.
[식 1]
1.02EA ≤ EB
상기 식 1에 있어서,
EA는 가열 및 가압 전의 전극 조립체의 에너지 밀도(Wh/L)이고,
EB는 가열 및 가압 후의 전극 조립체의 에너지 밀도(Wh/L)이다.
본 출원의 실시상태에 따른 전극 조립체 제조 방법 및 전극 조립체 제조 장치는 전극 조립체를 제조하는 시간을 단축시킬 수 있다.
본 출원의 실시상태에 따른 전극 조립체 제조 방법 및 전극 조립체 제조 장치는 전극의 온도를 특정 온도 범위로 조절하기 용이하여 전극 간의 온도 편차를 줄일 수 있으므로, 성능이 균일한 전극 조립체를 제공할 수 있다.
본 출원의 실시상태에 따른 전극 조립체는 위치에 따른 분리막 통기도 편차가 작아서 성능이 균일한 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체 제조 장치를 예시적으로 나타낸 평면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체 제조 장치의 개념을 나타낸 정면도이다.
도 3은 통상적인 전극 조립체를 예시적으로 나타낸 단면도이다.
도 4 및 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체 제조 방법 또는 제조 장치를 적용하여 과정을 예시적으로 나타낸 도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시상태에 따른 유도 가열부를 예시적으로 나타내는 도이다.
도 7(a)는 본 발명의 일 실시상태에 따른 제1 히트 프레스부(50)를 도시한 사시도이고, 도 7(b)는 본 발명의 일 실시상태에 따른 제2 히트 프레스부(60)를 도시한 사시도이다.
도 8은 본 발명의 실시예의 전극 조립체를 제조하는 과정에서 적층물의 표면 온도 변화를 측정한 결과를 보여주는 도이다.
도 9는 본 발명의 실시예의 전극 조립체의 접착력 패턴을 나타내는 도이다.
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 발명의 일 실시상태에 있어서, 상기 전극 조립체는 폴딩되는 상기 분리막 사이사이에 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극이 교대로 배치되는 형태로 적층될 수 있다.
본 명세서에 있어서, 폴딩되는 상기 분리막 사이사이에 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극이 교대로 배치되는 형태로 적층되는 것을 지그 재그 스택킹(Zig Zag stacking)이라고 한다.
이 때, 폴딩되는 상기 분리막 사이사이에 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극이 교대로 배치되는 형태에 대해서 보다 구체적으로 설명하면 상기 폴딩되는 분리막은 분리막이 지그 재그 형태로 겹치면서 적층되는 형태의 분리막을 의미할 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 분리막은 적층축을 기준으로 상기 적층축의 좌측과 상기 적층축의 우측을 교대로 왕복하는 형태로 폴딩되면서 지그 재그 형태로 적층이 된다. 그리고, 상기 적층된 분리막 사이에 제1 전극 및 제2 전극이 교대로 배치되는 형태로 적층되는 것을 의미한다. 여기서 상기 적층축은 제1 전극, 분리막 및 제2 전극이 적층되는 방향과 평행하고, 상기 전극 및 분리막이 적층된 적층물의 중심을 통과하는 가상의 축을 의미한다.
즉, 상기 분리막 사이사이에 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극이 교대로 배치된다는 것의 의미는 상기 분리막이 지그 재그 형태로 겹치면서 상기 적층축의 방향으로 적층되고, 상기 분리막이 겹쳐지면서 발생하는 공간(분리막과 분리막 사이)에 제1 전극 및 제2 전극이 각각 1 개씩 번갈아가며 삽입되는 것을 의미한다.
<전극 조립체 제조 방법>
본 발명의 일 실시상태는 제1 전극, 분리막 및 제2 전극을 포함하는 전극 조립체 제조 방법을 제공한다.
본 발명에 따른 전극 조립체 제조 방법은 상기 적층물을 제조하는 단계인 스택킹 공정과 상기 적층물을 가열 및 가압하는 단계인 히트 프레스 단계 사이에 상기 적층물을 유도 가열하는 단계를 포함하는 것이 특징이다.
상기 히트 프레스 단계는 가열 및 가압될 전극 조립체가 놓여지고 열이 부가될 수 있는 하부 플레이트와 상기 하부 플레이트에 대응하며 열이 부가될 수 있는 상부 플레이트를 포함한다. 상기 하부 플레이트 및 상기 하부 플레이트는 한 쌍으로 구성되는 가압 블록일 수 있다.
전극 조립체를 가열 및 가압하는 히트 프레스 단계에서, 상기 적층물의 최외곽(적층물의 최상단 및 최하단)에 위치하는 전극은 상기 하부 플레이트 및 상기 상부 플레이트와 물리적으로 직접 접촉하므로 상기 적층물의 중간 위치에 있는 전극보다 더 많은 열과 압력을 전달받을 수 있다. 상기 히트 프레스 단계는 적층물의 최상단 및 최하단과 물리적으로 접촉한 상태로 가압하면서 가열하기 때문이다.
즉, 히트 프레스 단계에서 상기 적층물 내 전극은 위치에 따라 서로 다른 온도로 가열될 수 있어 전극과 분리막은 서로 위치에 따라 서로 다른 접착력을 가지게 된다. 그 결과, 전극 조립체의 성능이 위치에 따라서 불균일해지는 문제가 발생할 수 있다.
이에 본 발명에 따른 전극 조립체 제조 방법은 유도 가열하는 단계를 통해서 적층물 내의 국부 영역, 특히 중심부에 더 많은 열을 가열한다. 그리고 상기 국부 영역에 가해진 열이 전극 조립체 전체로 확산되게 한다. 그리고 유도 가열 단계에 이어지는 히트 프레스 단계에서 전극 조립체를 가열 및 가압함으로써, 전극 조립체가 전체적으로 균일하게 가온되게 하는 것을 특징으로 한다.
이를 통해서 상기 히트 프레스 단계를 통해 제조된 전극 조립체 내부의 분리막의 통기도 편차를 줄이고, 전극과 분리막 간의 접착력 편차를 감소시켜 균일한 성능을 갖는 전극 조립체를 제조할 수 있다.
본 발명의 일 실시 상태에 있어서, 상기 스택킹 단계는 상기 제1 전극을 스택 테이블에 공급하는 단계; 상기 제2 전극을 상기 스택 테이블에 공급하는 단계; 및 상기 분리막을 상기 스택 테이블에 공급하는 단계를 포함할 수 있다.
본 명세서에서 "유도 가열"은 전자기 유도 현상을 이용하여 대상물을 가열하는 것이다. 이렇게 전자기 유도 현상에 의해 대상물에 발생한 유도 전류에 의해서 대상물에 줄(Joule) 열이 발생하게 된다. 그러므로 유도 가열은 대상물에 직접 접촉하여 가열하는 직접 가열 방법에 비해 발열체와 일정 거리 떨어진 대상물에도 국부적으로 가열이 가능한 가열 방법이다.
상기 유도 가열을 하기 위해서 코일(coil)을 이용할 수 있으며, 이를 "유도 가열 코일"이라고 정의할 수 있다. 유도 가열 방식은 가열 대상에 가해지는 열과 시간을 조절하기 용이한 장점이 있다. 또한, 비접촉 가열도 가능하여 가열 대상에 손상을 입히지 않을 수 있다.
본 명세서에서 "유도 가열 단계"는 전자기 유도 가열 현상을 이용하여 적층물을 국부적으로 가열하는 것을 의미할 수 있다. 국부적으로 가열되는 적층물은 적층물 중심부에 배치되는 전극들일 수 있다. 직접 가열 방식을 사용하면 전극 조립체의 최상측 또는 최하측 전극이 전극 조립체의 중심부 전극보다 더 많이 가열될 수 있다. 그러나 본 발명의 일 실시 상태에 따른 전극 조립제 제조 방법은 유도 가열 방법을 통해 먼저 전극 조립체의 중심부를 선택적으로 가열한 다음, 이어지는 히트 프레스 단계에서 직접 가열 방식으로 전극 조립체를 가열함으로써 최종적으로 전극 조립체가 균일하게 가열되게 할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 있어서, 상기 유도 가열 단계는 상기 적층물의 일부분을 유도 가열하고 그 열이 상기 적층물 전체로 확산되어 상기 적층물 전체를 가열할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 있어서, 상기 유도 가열 단계는 적층물 중 제1 전극 또는 제2 전극을 유도 가열할 수 있다. 보다 구체적으로, 본 발명의 일 실시상태에 있어서, 유도 가열 단계는 적층물의 중앙에 배치되는 제1 전극 또는 제2 전극을 유도 가열할 수 있다. 히트 프레스 단계에서, 적층물의 중앙에 배치되는 제1 전극 또는 제2 전극은 적층물의 최외각에 배치되는 제1 전극 또는 제2 전극에 비해 상대적으로 적은 열이 부가될 수 있다. 그러나 유도 가열 단계를 통해서 적층물의 중앙에 배치되는 제1 전극 또는 제2 전극에 먼저 열을 인가할 수 있으며, 이어서 히트 프레스 단계를 진행함으로써 적층물 전체에 걸쳐 균일하게 열이 인가되게 할 수 있다.
본 명세서에서 상기 적층물의 표면 중 일부 영역(국부 영역)만을 유도 가열하는 것 이외에도 상기 적층물의 표면을 전부 유도 가열하는 것도 포함할 수 있으나, 일부 영역만을 유도 가열해도 본 발명의 목적을 달성할 수 있다. 또한, 상기 적층물에 대한 가압이 이루어지지 않는 점에서 히트 프레스와 구분할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 있어서, 상기 유도 가열 단계는 1초 내지 60초, 바람직하게는 5초 내지 40초, 더욱 바람직하게는 10초 내지 30초 동안 진행할 수 있다. 유도 가열 시간은 히트 프레스 단계에서 전극 조립체가 불균일하게 가열되는 정도를 고려하여 선택할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 있어서, 상기 유도 가열 단계는 유도 가열 코일을 이용하여 상기 적층물을 유도 가열하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따른 전극 조립체 제조 방법은 상기 스택킹 단계 이후 히트 프레스 단계로 적층물을 이송하는 단계를 포함할 수 있다., 상기 이송하는 단계에서 상기 적층물을 이송하기 위해서 상기 적층물을 그리퍼로 파지할 수 있다.
상기 그리퍼는 히트 프레스 단계에서 적층물에 대한 파지를 유지할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따른 전극 조립체 제조 방법은 적층물을 스택 테이블로부터 히트 프레스부로 이송하는 동안 상기 적층물을 유도 가열할 수 있다.
보다 구체적으로, 본 발명의 일 실시상태에 있어서, 상기 유도 가열 단계는 상기 스택킹 단계와 상기 히트 프레스 단계 사이에서 상기 적층물을 유도 가열 코일을 포함하는 그리퍼로 파지하고, 상기 적층물을 이송하는 이송 단계를 더 포함하고, 상기 이송 단계 중에 상기 그리퍼로 상기 유도 가열 단계를 진행할 수 있다.
더욱 구체적으로, 본 발명의 일 실시상태에 있어서, 상기 유도 가열 단계는 적층물을 유도 가열 코일을 포함하는 그리퍼로 파지하는 단계; 파지된 상기 적층물을 히트 프레스 단계로 이송하는 단계; 및 상기 적층물을 이송하는 동안 상기 그리퍼의 유도 가열 코일로 상기 적층물을 유도 가열하는 단계를 포함할 수 있다.
즉, 유도 가열 코일이 그리퍼에 내장되거나 그리퍼에 부착됨으로써 유도 가열을 위해 별도로 공간을 마련해야 할 필요가 없어 전극 조립체 제조 장치를 컴팩트하게 만들 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시상태에 있어서, 상기 유도 가열 단계는 상기 스택킹 단계와 상기 히트 프레스 단계 사이에서 상기 적층물을 유도 가열 코일을 포함하는 유도 가열 장치로 이송하는 이송 단계를 더 포함하고, 상기 유도 가열 장치에서 상기 유도 가열 단계를 진행할 수 있다. 상기 유도 가열 장치는 유도 가열을 진행할 수 있다면 해당 분야에서 통상적으로 사용되는 방식이 사용될 수 있다.
보다 구체적으로, 본 발명의 일 실시상태에 있어서, 상기 유도 가열 단계는 상기 적층물을 그리퍼로 파지하고 상기 파지된 적층물을 유도 가열 코일을 포함하는 유도 가열 장치로 이송하는 이송 단계; 및 상기 유도 가열 장치에서 적층물을 유도 가열하는 단계를 포함할 수 있다.
즉, 유도 가열 코일이 상기 그리퍼 내부 또는 외부에 장착되는 구성이 아니라 그리퍼와는 별도의 유도 가열 장치가 유도 가열 코일을 포함하는 경우일 수 있다. 별도의 유도 가열 장치를 이용하는 경우 전극 및 분리막을 포함하는 적층물의 두께가 두꺼워져도 유도 가열 단계를 수행할 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명과 같이 별도의 유도 가열 장치를 사용하는 경우 유도 가열 장치로 전극으로부터 돌출되는 상기 전극 탭 부분을 추가 가열할 수도 있으므로, 전극 탭과 전극 간의 온도차를 줄일 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 있어서, 상기 유도 가열 단계는 40℃ 이상, 90℃ 이하, 바람직하게는 50℃ 이상, 80℃ 이하의 온도로 적층물을 가열할 수 있다. 상기 온도 범위에서 적층물을 유도 가열하는 경우, 적층물 내부의 전극 및 분리막의 손상 없이 적층물을 가열할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 있어서, 상기 유도 가열 코일은 적층물과 접촉 또는 일정 거리 이격되어 있을 수 있다.
상기 유도 가열 코일은 상기 적층물과 접촉(적층물과 유도 가열 코일의 거리 0mm)인 경우 열을 최대한 전달할 수 있으므로, 짧은 시간 동안 유도 가열을 진행하여도 상기 적층물의 내부 온도를 높일 수 있는 장점이 있다.
또한 상기 유도 가열 코일이 상기 적층물과 일정 거리 이격되어 있는 경우, 상기 유도 가열 코일에 의해 발생하는 열로 인해 상기 적층물이 손상되지 않으면서 상기 적층물의 내부의 온도를 높일 수 있는 장점이 있다.
본 발명의 일 실시상태에 있어서, 상기 일정 거리는 15mm 이하일 수 있다. 보다 구체적으로, 본 발명의 일 실시 상태에 있어서, 상기 일정 거리는 0mm 초과, 15mm 이하, 바람직하게는 0.05mm 이상, 10mm 이하, 더욱 바람직하게는 0.3mm 이상, 5mm 이하일 수 있다. 상기 거리를 만족하는 경우 상술한 바와 같이 적층물을 손상시키지 않으면서도 전극을 유도 가열할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따른 전극 조립체 제조 방법은 상기 히트 프레스 단계 전에 유도 가열부를 전극 조립체의 이동 동선으로부터 제거하는 단계를 더 포함할 수 있다. 이를 통해서 유도 가열부와 히트 프레스부의 물리적 충돌을 방지할 수 있다.
또한, 그리퍼 및 히트 프레스부의 물리적 충돌은 후술하는 제1 차 히트 프레스 단계 및 제2 차 히트레스 단계를 통해서도 방지할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따른 전극 조립체 제조 방법은 상기 유도 가열 단계와 상기 히트 프레스(heat press)단계 사이에 상기 적층물을 일정 시간 대기(大氣) 상태에서 대기(待期)시키는대기(待期) 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 대기 상태는 유도 가열 단계 이 후, 일정 시간 동안 유도 가열을 중지하고 유도 가열에 의해 적층물에 인가된 열이 적층물 전체로 확산되도록 기다리는 것을 의미한다.
상기 대기 단계를 통해서 적층물의 일부 영역에 전달된 열이 적층물 전체 영역으로 전달될 수 있다. 이처럼 히트 프레스 단계를 진행하기 전에 의도적으로 상기 적층물을 유도 가열하는 것을 일정 시간 중지(적층물에 대한 유도 가열을 일정 시간 멈춤)함으로써, 유도 가열에 의해 적층물에 전달된 열이 상기 적층물 전체로 고르게 확산되게 한다.
그리고 이어지는 히트 프레스 단계를 통해 적층물을 가열하고 가압함으로써 전극 조립체 전체에 걸쳐 전극의 두께의 균일성을 높일 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 있어서, 상기 대기 단계는 3초 이상, 60초 이하, 바람직하게는 5초 이상, 45초 이하, 더욱 바람직하게는 10초 이상, 40초 이하 동안 진행될 수 있다.
상기 시간 범위를 만족하는 경우, 유도 가열에 의해 적층물의 내부의 전극의 일부 영역에 전달된 열이 상기 적층물 전체로 고르게 분포될 수 있는 시간을 확보할 수 있다. 즉, 3초 미만의 대기 단계 진행하는 경우, 적층물의 일부 영역에 전달된 열이 전극 전체로 전달되기 어렵다. 반면, 60초 초과의 대기 단계를 진행하는 경우, 전달된 열에 의해 상승된 전극의 온도가 냉각될 수 있어서, 유도 가열의 효과가 저하되는 문제가 있을 수 있다.
상기 대기 시간은 이어지는 히트 프레스 단계에서 적층물이 가열되는 시간과 가열 온도 범위에 따라 변경될 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 있어서, 폴딩되는 분리막 사이사이에 제1 전극 및 제2 전극이 교대로 배치되는 형태의 적층물을 제조하는 단계는 해당 분야에서 통상적으로 사용되는 기술이 사용될 수 있다. 예들 들어 상기 스택 테이블에 제1 전극을 적층하고, 상기 제1 전극을 분리막이 덮은 다음, 상기 분리막 상면에 제2 전극을 적층하고, 이어서 분리막을 폴딩하여 상기 제2 전극을 덮고 이어서 상기 분리막 상면에 제1 전극을 적층하는 과정을 반복하는 단계일 수 있다. 이것을 본 실시 예에서 지그 재그 스태킹 방법이라고 부르기로 한다. 이 때, 분리막이 상기 분리막 상에 놓인 제1 전극 또는 제2 전극을 덮으면서 이동하는 과정은 스택 테이블이 좌우로 이동하는 방식, 분리막이 좌우로 이동하는 방식 및 스택 테이블이 회전하는 방식 등이 적용될 수 있다.
상기 지그 재그 스태킹 방법에 있어, 홀딩기구가 상기 적층물을 파지하여 제1 전극, 제2 전극 및 분리막이 적층되는 과정에서 적층물의 정렬을 유지할 수 있다.
본 명세서에 있어서, "홀딩기구"는 상기 지그 재그 스태킹 방법에서, 제1 전극 또는 제2 전극을 적층하기 위해서 스택 테이블에 놓인 적층물을 파지하는 기구물로 히트 프레스 단계에서 적층물을 파지하는 그리퍼와는 다른 것이다.
본 발명의 일 실시상태에 있어서, 상기 분리막은 분리막 시트의 형태로 공급될 수 있다. 즉, 추가로 공급되는 분리막은 연속적인 형태로 공급되는 것일 수 있다. 또한, 상기 "상면"은 분리막 또는 전극이 상기 스택 테이블에 놓이는 면의 반대면을 의미할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따른 전극 조립체 제조 방법은 상술한 바와 같이 상기 유도 가열된 적층물을 가열 및 가압하는 히트 프레스 단계를 포함할 수 있다. 상기 히트 프레스 단계는 상기 적층축 방향으로적층물을 가압하면서 가열하는 것일 수 있다. 또한, 상기 히트 프레스 단계는 후술하는 히트 프레스부에 의해서 진행될 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시상태에 있어서, 상기 히트 프레스 단계는 프레스 히터를 포함하는 한 쌍의 가압 블럭 사이로 적층물을 이동시키는 단계; 상기 한 쌍의 상기 가압 블럭이 상기 적층축 방향으로 상호 이동하여 상기 적층물을 면 가압하는 단계; 및 상기 적층물을 가열하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 한 쌍의 가압 블록은 하부 플레이트 및 상기 하부 플레이트와 마주보는 상부 플레이트일 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시상태에 있어서, 상기 히트 프레스 단계는 상기 적층물을 한 쌍의 가압 블럭 사이로 이동시키는 단계; 상기 한 쌍의 상기 가압 블럭이 상기 적층축 방향으로 이동하여 상기 적층물을 면 가압하는 단계; 및 별도로 마련되는 프레스 히터에 의해 상기 적층물을 가열하는 단계를 포함할 수 있다.
즉, 프레스 히터는 가압 블럭에 포함되거나, 별도의 구성으로 구비될 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따른 전극 조립체 제조 방법은 상기 히트 프레스 단계 전 상기 그리퍼의 파지를 푸는 단계를 더 포함할 수 있다.
즉 그리퍼의 파지를 푸는 단계는, 상기 그리퍼로 인한 상기 적층물의 상면 가압을멈추는 단계; 및 상기 그리퍼를 상기 적층물로부터 이격시키는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 히트 프레스 단계에서 상기 적층물을 프레스 히터를 포함하는 한 쌍의 가압블럭 사이로 이동시키는 단계는 상기 적층물 자체만 이동하는 경우뿐 아니라 상기 적층물이 스택 테이블에 놓여진 상태로 스택 테이블과 함께 이동하는 경우도 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 한 쌍의 가압 블럭 및 상기 프레스 히터에 가열 및 가압되는 대상은 적층물 및 스택 테이블을 의미할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 있어서, 상기 히트 프레스 단계는 50℃ 내지 90℃의 온도 조건 및 0.5Mpa 내지 6.0Mpa의 압력 조건으로 5초 내지 60초 동안 상기 적층물을 가열 및 가압할 수 있다. 더 바람직하게는 65℃ 내지 90℃의 온도 조건 및 1.0Mpa 내지 6.0Mpa의 압력 조건으로 5초 내지 30초 동안 적층물을 가열 및 가압하는 것일 수 있다. 더욱 바람직하게는 65℃ 내지 85℃의 온도 조건 및 3Mpa 내지 5.5Mpa의 압력 조건으로 7초 내지 25초 동안 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 전극과 분리막 및 상기 분리막과 제2 전극 사이의 접착력을 향상시킬 수 있다. 그 결과, 전극 조립체의 성능을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 있어서, 유도 가열 단계가 진행되는 동안 히트 프레스 단계는 진행되지 않는다.
본 발명의 일 실시상태에 있어서, 유도 가열 단계는 적층물의 표면의 온도 분포를 측정하는 단계; 측정된 온도 분포에 따라서 적층물에 대한 유도 가열 온도를 설정하는 단계; 및 상기 설정된 유도 가열 온도를 기준으로 적층물을 유도 가열하는 단계를 포함할 수 있다. 즉, 측정되는 적층물의 상면의 온도 분포에 따라서 적층물의 유도 가열 온도를 조절함으로써, 불필요한 에너지를 사용하지 않고, 효율적으로 전극을 유도 가열할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따른 전극 조립체 제조 방법은 유도 가열 단계; 및 히트 프레스 단계를 순차적으로 진행하는 것일 수 있다. 또한, 상기 유도 가열 단계; 및 상기 히트 프레스 단계 사이에 대기 단계를 추가적으로 진행할 수 있다.
<전극 조립체 제조 장치>
본 발명의 일 실시상태는 제1 전극, 분리막 및 제2 전극을 포함하는 전극 조립체 제조 장치를 제공한다.
참고로, 제1 전극, 분리막 및 제2 전극이 반복되면서 적층되는 반제품 상태를 적층물로 표현하고, 상기 반제품에 분리막 와인딩 공정을 진행하여 하나의 구별되는 구성물을 전극 조립체로 구분할 수 있을 것이다.
상기 전극 조립체 제조 장치는 유도 가열부를 포함하는 것이 특징이다. 본 발명의 전극 조립체 제조 장치의 유도 가열부는 상술한 유도 가열 단계를 수행한다. 즉, 본 발명에 따른 전극 조립체 제조 장치를 이용하면 히트 프레스부에 의해 히트 프레스 단계를 진행하는 과정에서 제1 전극, 분리막 및 제2 전극을 포함하는 적층물이 균일하게 가열되어 적층물 내의 각 층들간에 균일한 접착력을 확보할 수 있다. 이를 통해서 전극 조립체의 적층 위치에 따른 분리막 통기도의 편차, 분리막 두께 변화 편차 및 접착력 편차를 감소시켜 전극 조립체의 부피를 줄이면서도 균일한 성능을 갖는 전극 조립체를 제조할 수 있다. 더불어 단위 부피당 에너지 밀도가 증가하는 전극 조립체를 제조할 수 있다.
본 발명에 따른 전극 조립체 제조 장치는 분리막을 스택 테이블에 공급하는 분리막 공급부; 제1 전극을 스텍 테이블에 공급하는 제1 전극 공급부; 및 제2 전극을 스텍 테이블에 공급하는 제2 전극 공급부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 있어서, 상기 유도 가열부는 유도 가열 코일을 포함하고, 상기 적층물을 상기 히트 프레스부로 이송하기 위해서 상기 적층물을 파지하는 그리퍼일 수 있다. 즉, 본 발명의 일 실시상태에 있어서, 유도 가열부는 적층물을 히트 프레스부로 이송하기 위해 적층물을 파지하는 그리퍼일 수 있다. 상기 그리퍼는 유도 가열 코일을 포함할 수 있다. 상기 유도 가열 코일은 상술한 바와 같이 상기 그리퍼 내부에 내장되거나 그리퍼의 외측에 설치될 수도 있다. 상기 그리퍼가 유도 가열부의 역할을 수행하게 하면, 유도 가열부를 설치하기 위한 공정 공간을 절약할 수 있고, 이송하면서 유도 가열을 진행할 수 있으므로, 공정 시간도 단축할 수 있다. 상기 그리퍼는 적층물을 스택 테이블로부터 히트 프레스부로 이송하는 동안 상기 적층물을 파지하는 기능을 수행할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 있어서, 유도 가열부는 적층물을 이송하는 그리퍼와 별도로 구분되어 설치될 수 있다. 즉, 상기 유도 가열부는 유도 가열 코일을 포함하는 유도 가열 장치; 및 상기 유도 가열 장치를 적층물의 표면으로 이동시키는 이동부를 포함할 수 있다. 이동부가 유도 가열 장치를 적층물로 적절한 거리까지 이동시키면 유도 가열 장치가 적층물을 유도 가열할 수 있다. 적층물에 대한 유도 가열이 완료되면 상기 이동부가 적층물로부터 유도 가열 장치를 이격시킬 수 있다.
이 경우, 상술한 바와 같이 적층물의 두께가 두꺼워도 적용하기 용이한 장점이 있으며, 전극 탭을 유도 가열하는 경우에도 활용할 수 있는 장점이 있다.
본 명세서에 있어서 "부"는 전극 조립체 제조 장치 내에서 특정 기능을 수행하는 인터페이스(interface)를 의미한다.
본 발명의 일 실시상태에 따른 전극 조립체 제조 장치의 상기 유도 가열 코일은 적층물과 접촉 또는 일정 거리 이격되어 있을 수 있다. 이 때, 상기 일정 거리는 15mm 이하일 수 있으며, 보다 구체적으로 0mm 초과, 15mm 이하, 바람직하게는 0.05mm 이상, 10mm 이하, 더욱 바람직하게는 0.3mm 이상, 5mm 이하일 수 있다.
유도 가열 코일이 적층물과 접촉하는 경우의 장점 및 유도 가열 코일이 적층물과 일정 거리 이격된 경우의 장점은 전극 조립체 제조 방법에서 설명한 바와 같다.
본 발명의 일 실시상태에 있어서, 상기 유도 가열부는 유도 가열 코일 및 유도 가열 플레이트를 포함할 수 있다.
또한, 상기 유도 가열 코일은 비전도성 물질을 포함하는 유도 가열 플레이트 내부에 포함될 수 있다. 상기 유도 가열 플레이트는 유도 가열 코일에 교류 전류를 제공하는 교류 발생 장치를 포함할 수 있고 유도 가열 코일을 보호하는 기능을 수행할 수 있다. 유도 가열 플레이트의 재질로 비전도성 물질을 사용하는 것은 상기 유도 가열 코일에 의한 유도 전류가 유도 가열 플레이트에도 발생하는 것을 방지하기 위함이다.
상기 유도 가열 플레이트는 비전도성 물질로 이루어진 몰드(mould)일 수 있다. 상기 비전도성 물질은 에폭시일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, 유도 가열 코일 및 유도 가열 플레이트는 하나의 세트로 이루어질 수 있다.
상기 유도 가열부는 교류 발생 장치를 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니고, 유도 가열 코일에 전자기 유도 현상이 발생할 수 있는 수단이라면 모두 적용할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 따른 전극 조립체 제조 장치는 적층물의 표면의 온도 분포를 측정하고 측정된 온도 분포에 따라서 적층물에 대한 유도 가열 온도를 설정하거나, 유도 가열 온도 및 적층물에 대한 유도 가열 시간을 기준으로 적층물에 대한 유도 가열의 중단 여부를 결정하는 제어부를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 제어부는 적층물에 대한 유도 가열 시간도 조절할 수 있다.
즉, 상기 제어부에 의해서 유도 가열 단계를 진행하는 조건 및 대기 단계를 진행하는 조건을 설정할 수 있다. 각각의 조건에 대해서는 전극 조립체 제조 방법에서 상술한 내용이 적용될 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 있어서, 히트 프레스부는 한 쌍의 가압 블럭으로 구성되고, 상기 한 쌍의 가압 블럭이 상호 마주보는 방향으로 이동되며 적층물을 면 가압하는 것일 수 있다.
상기 히트 프레스(press)부는 한 쌍의 가압 블럭 및 가압 블럭을 가열하는 프레스 히터를 포함한다. 프레스 히터가 가압 블록을 가열하면서 한 쌍의 가압 블럭이 상호 마주보는 방향으로 이동하여 가압 블록 사이에 놓인적층물을 면 가압할 수 있다.
이 때, 상기 한 쌍의 가압 블록은 그 내부에 프레스 히터를 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 다른 실시상태에 있어서, 상기 히트 프레스부는 나누어지는 두 개의 히트 프레스부 일 수 있다. 즉, 제1 히트 프레스부 및 제2 히트 프레스부를 포함할 수 있다.
상기 제1 히트 프레스부는 도 7을 참조하면, 한 쌍의 제1 가압 블럭을 포함할 수 있다. 상기 한 쌍의 제1 가압 블럭의 가압면은 그리퍼가 적층물을 그립한 상태에서 적층물을 가압할 수 있도록 상기 그리퍼에 대응되는 형태의 홈을 포함할 수 있다. 상기 홈 이외의 가압면은 평면일 수 있다. 상기 제2 히트 프레스부는 한 쌍의 제2 가압 블럭을 포함할 수 있다. 상기 한 쌍의 제2 가압 블럭의 가압면은 평면으로 구비될 수 있다. 즉, 제2 가압 블록은 적층물이 가압 블록의 가압 면에 놓이면 상호 이동하여 적층물을 가열 및 가압할 수 있다.
히트 프레스부를 상기와 같이 두 부분으로 나누면 가열된 적층물이 이송되는 동안 냉각되어 적층물 내부의 각 층들간의 접착력이 손실되는 것을 방지할 수 있다.
상기 히트 프레스부로 적층물을 가열 및 가압하는 조건은 상술한 히트 프레스 단계의 조건과 동일하다.
한편, 본 발명의 실시 상태에 있어서, 전극 조립체는 정격 용량이 50Ah 내지 200Ah, 바람직하게는 50Ah 내지 150Ah, 더 바람직하게는 60Ah 내지 140Ah일 수 있다.
상기 전극 조립체는 전폭에 대한 전장의 비가 5 내지 10, 바람직하게는 5 내지 8일 수 있다. 구체적으로는, 상기 전극 조립체는 전장 길이가 400mm 내지 600mm이고, 전폭 길이가 50mm 내지 150mm, 바람직하게는 전장 길이가 500mm 내지 600mm이고, 전폭 길이가 50mm 내지 100mm일 수 있다.
본 발명의 실시 예는 적층 테이블 상에서 적층물이 조립되어 전극 조립체가 완성된 후, 유도 가열을 포함하는 제1 프레스부 및 유도 가열된 전극 조립체를 가열 및 가압하는 제2 프레스부를 포함하는 것을 특징으로 한다. 특히, 상기 전극 조립체와 같이, 크기가 대형인 전극 조립체의 경우, 직접 접촉 방식으로 가열하면, 전극 조립체 내부의 위치 특히, 전극 조립체의 최외곽과 전극 조립체의 중앙부 사이에 온도 편차가 심하게 발생할 수 있다. 그러나 본 발명의 실시 예를 대형의 전극 조립체에 적용하면 전극 조립체의 두께가 두껍더라도 전극 조립체 내의 위치에 관계 없이 전체를 균일하게 가열하는 데 장점을 보일 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 있어서, 스택 테이블은 적층물이 놓여지는 테이블 몸체 및 상기 테이블 몸체를 구동하는 구동부를 포함할 수 있다. 상기 테이블 몸체는 상기 적층물이 놓여질 때 상기 적층물을 소정의 온도로 가열할 수 있는 스택 테이블 히터를 포함할 수도 있다.
본 발명의 일 실시상태에 있어서, 제1 전극 공급부는 제1 전극 안착 테이블, 제1 전극 롤, 제1 커터, 제1 컨베이어 벨트 및 제1 전극 공급 헤드 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
더불어 상기 제1 전극 안착 테이블은 제1 전극 안착 테이블 상에 놓여지는 제1 전극을 소정의 온도로 가열하는 제1 전극 히터를 포함할 수도 있다.
본 발명의 일 실시상태에 있어서, 제2 전극 공급부는 제2 전극 안착 테이블, 제2 전극 롤, 제2 커터, 제2 컨베이어 벨트 및 제2 전극 공급 헤드 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
더불어 상기 제2 전극 안착 테이블은 제2 전극 안착 테이블 상에 놓여지는 제2 전극을 소정의 온도로 가열하는 제2 전극 히터를 포함할 수도 있다.
본 발명의 일 실시상태에 있어서, 제1 전극 스택부는 제1 전극 안착 테이블에 안착된 제1 전극을 진공 흡입하는 제1 석션 헤드를 포함할 있다. 제1 전극 스택부를 통해 제1 전극은 상기 제1 전극 안착 테이블에서 스택 테이블로 이동할 수 있다.
제2 전극 스택부는 제2 전극 안착 테이블에 안착된 제2 전극을 진공 흡입하는 제2 석션 헤드를 포함하는 것일 수 있다. 제2 전극 스택부를 통해 제2 전극은 상기 제2 전극 안착 테이블에서 스택 테이블로 이동할 수 있다.
본 발명의 일 실시 상태에 있어서, 상기 제1 전극은 양극이고, 상기 제2 전극은 음극일 수 있다.
본 발명의 일 실시 상태에 있어서, 상기 제1 전극은 음극이고, 상기 제2 전극은 양극일 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 있어서, 양극 및 음극에 사용되는 집전체, 활물질, 도전재 등을 당업계에 공지된 활물질이라면 제한없이 사용될 수 있고, 양극 및 음극을 제조하는 방법도 당업계에서 공지된 방법이 제한없이 사용될 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 있어서, 분리막도 당업계에 공지된 활물질이라면 제한없이 사용될 수 있고, 분리막을 제조하는 방법도 당업계에서 공지된 방법이 제한없이 사용될 수 있다. 다만, 본 발명의 일시상태에 있어서, 상기 분리막은 다공성의 고분자 기재 및 상기 고분자 기재의 적어도 일면에 형성된 유기/무기 복합 다공성 코팅층을 포함하고, 상기 유기/무기 복합 다공성 코팅층은 입자상의 바인더 수지들 및 무기물 입자들을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 있어서, 상기 입자상의 바인더 수지는 불소계 고분자, 아크릴계 고분자 입자, 아크릴계 고분자 입자 및 아크릴계 고분자의 혼성 고분자 입자로 이루어진 군에서 선택된 1 종 이상을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 있어서, 상기 불소계 고분자는 불화비닐리덴의 단독 중합체, 불화비닐리덴과 다른 중합 가능한 단량체와의 공중합체 또는 이들 중 둘 이상의 혼합물일 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 있어서, 상기 무기물 입자는 Al2O3일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 유기/무기 복합 다공성 코팅층을 포함하기 때문에 전극 조립체 제조 방법 및/또는 전극 조립체 제조 장치에서 설명한 유부 가열 단계 및 히트 프레스 단계를 적용하여 전극 및 분리막 사이의 접착력을 높인 전극 조립체의 제조가 가능하다.
이하에서, 본 발명의 일 실시예인 전극 조립체 제조 장치 및 전극 조립체 제조 방법에 대해 보다 상세히 설명하기로 한다. 이하에서는 본 발명의 전극 조립체가 지그 재그 스택킹되는 경우를 전제로 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체 제조 장치의 공정 흐름을 단면도로 보여주는 것이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체 제조 장치의 공정 흐름을 평면적으로 보여주는 것이다. 여기서, 편의상 도 1에서는 도 2에 도시된 홀딩기구(170), 히트 프레스부(180) 및 유도 가열부(190)를 생략하여 도시하였고, 도 2에서는 도 1에 도시된 분리막 공급부(120)를 생략하여 도시하였다.
도 1 내지 도 3을 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체 제조 장치(100)는 스택 테이블(110)에 분리막(14)을 공급하는 분리막 공급부(120), 스택 테이블(110)에 제1 전극(11)을 공급하는 제1 전극 공급부(130) 및 스택 테이블(110)에 제2 전극(12)을 공급하는 제2 전극 공급부(140)를 포함한다. 이 때, 상기 분리막(14), 제1 전극(11) 및 제2 전극(12)은 각각 제1 전극 공급부(130) 및 제2 전극 공급부(140)에서 가열되면서 스택 테이블(110)에 공급될 수도 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체 제조 장치(100)는 제1 전극 공급부(130)에 의해 공급되는 상기 제1 전극(11)을 스택 테이블(110)에 적층시키는 제1 전극 스택부(150)와 제2 전극 공급부(140)에 의해 공급되는 제2 전극(12)을 스택 테이블(110)에 적층시키는 제2 전극 스택부(160)를 포함한다. 이 때, 분리막 공급부(120)에 의해 공급되는 분리막(14)은 적층축을 기준으로 적층축의 좌측과 적층축의 우측을 교대로 왕복하면서지그 재그 형태로 적층된다. 이 때, 상기 분리막(14)이 폴딩되면서 발생하는 공간(분리막과 분리막 사이)에 제1 전극(11) 및 제2 전극(12)중 어느 하나가번갈아가며 삽입되고 결과적으로 제1 전극(11), 분리막(14), 제2 전극(12) 및 분리막(14)이 반복되어 적층된 형태의 적층물이 스택 테이블(110)에 놓이게 된다.
분리막 공급부(120)는 분리막 히팅부(121)와 분리막 롤(122)을 포함할 수 있다. 상기 분리막 히팅부(121)은 선택적으로 적용 가능하다.
보다 구체적으로 제1 전극 공급부(130)는 제1 전극 안착 테이블(131), 제1 전극 히터(132), 제1 전극 롤(133), 제1 커터(134), 제1 컨베이어 벨트(135)와 제1 전극 공급 헤드(136)를 포함할 수 있다. 상기 제1 전극 히터(132)는 선택적으로 적용 가능하다.
또한, 제2 전극 공급부(140)는 제2 전극 안착 테이블(141), 제2 전극 히터(142), 제2 전극 롤(143), 제2 커터(144), 제2 컨베이어 벨트(145)와 제2 전극 공급 헤드(146)를 포함할 수 있다. 상기 제2 전극 히터(142)는 선택적으로 적용 가능하다.
상기 제1 전극 스택부(150)는 제1 전극(11)을 스택 테이블(110)에 적층한다. 이때, 제1 전극 스택부(150)는 제1 석션 헤드(151), 제1 헤드 히터(미도시), 제1 이동부(153)를 포함할 수 있다. 또한, 제2 전극 스택부(160)는 제2 전극(12)을 스택 테이블(110)에 적층한다. 제2 전극 스택부(160)는 제2 석션 헤드(161), 제2 헤드 히터(미도시), 제2 이동부(163)를 포함할 수 있다.
제1 전극 스택부(150) 및 제2 전극 스택부(160)은 경우에 따라 제1 전극 및 제2 전극을 예열하는 히터(미도시)를 더 포함할 수 있다.
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. 추가적으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체 제조 장치(100)는 스택 테이블(110)에 놓여진 적층물을 가열 및 가압하여 제1 전극(11), 분리막(14), 및 제2 전극(12) 사이를 접착시키는 히트 프레스부(180)를 포함한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체 제조 장치(100)는 적층물을 유도 가열하여 상기 적층물 내의 전극에 열을 전달하는 유도 가열부(190)를 더 포함한다. 또한, 유도 가열부(190)의 작동 여부 등을 제어하는 제어부(미도시)를 더 포함할 수 있다. 이를 통해서 최종적으로 도 3과 같은 전극 조립체(10)를 제조할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체 제조 장치 및 전극 조립체 제조 방법을 통해 제조되는 전극 조립체를 예시적으로 나타낸 단면도이다.
도 3을 참조하면, 전극 조립체(10)은 지그 재그 형태로 접히면서 적층된 분리막과, 상기 분리막 사이의 공간에 삽입되는 제1 전극 또는 제2 전극이 교대로 삽입되면서 적층되는 형태일 수 있다.
이때, 전극 조립체(10)는 적층물의 최외각을 분리막(14)이 감싼 형태로 구비될 수 있다. 그러나 전극 조립체(10)의 구성은 도 3의 예시에 제한 되는 것은 아니다.
도 4 및 도 5는 본 발명에 따른 유도 가열부의 작동 과정을 대략적으로 나타낸 도이다. 도 4 및 도 5는 스택킹 이후의 단계를 보여주는 도이다.
구체적으로 도 4는 유도 가열부(190)가 그리퍼(51)인 경우를 도시한 것이다. 그리퍼(510)는 유도 가열 코일(미도시)을 포함할 수 있다. 그리퍼(51)는 적층물(S)을 파지한 상태에서 적층물(S)에 유도 가열을 진행할 수 있다. 그리퍼(51)로 유도 가열을 진행하면서 적층물(S)을 히트 프레스부(180)로 이송할 수 있다. 히트 프레스부(180)에서는 적층물(S)을 가열 및 가압할 수 있다. 이 때, 히트 프레스부(180)에서 적층물(S)을 가열 및 가압하기 전에 적층물(S)에 대한 유도 가열을 중지하고, 일정 시간 대기시키는 대기 공정(단계)를 진행할 수도 있다. 이 때 대기 공정은 제어부(미도시)에서 대기 공정의 조건이 설정될 수 있다.
도 5는 유도 가열의 다른 실시 예로서, 그리퍼(51)와 별도로 구비되는 유도 가열 장치(190)를 이용하여 적층물(S)을 유도 가열하는 것을 보여준다. 이 때, 적층물(S)은 유도 가열 장치로 이동한 후 유도 가열된다. 유도 가열이 완료되면 도 4와 마찬가지로 적층물(S)을 히트 프레스부(180)에서 가열 및 가압할 수 있다. 이 때, 히트 프레스부(180)에서 적층물(S)을 가열 및 가압하기 전에 유도 가열된 적층물(S)에 대한 유도 가열을 중지하고, 일정 시간 대기시키는 대기 공정(단계)를 진행할 수도 있다. 이 경우에도 대기 공정은 제어부(미도시)로 조건이 조절될 수 있다. 상기 대기 공정은 도 5에 나타난 바와 같이 유도 가열부(190)에서 벗어나 그리퍼(51)로 적층물(S)를 파지한 상태로 이루어 질 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시상태에 따른 유도 가열부를 예시적으로 나타낸 것이다. 도 6을 참고하면, 유도 가열부(190)는 유도 가열 코일(191) 및 유도 가열 플레이트(192)를 포함할 수 있다. 보다 구체적으로 유도 가열 플레이트(192a, 192b)의 내부에 유도 가열 코일(191a, 191b)이 내장될 수 있다. 상기 유도 가열 코일(190)은 U자 형태를 가질 수 있다. 유도 가열 코일(191a, 191b)은 서로 마주보는 형태일 수 있으며, 구체적인 유도 가열 코일(191)의 배치는 도 6에 나타난 바와 같이 배치될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
유도 가열 코일(191)에 교류 전류를 인가하면 전극 조립체 내의 금속성의 전극들에 유도 전류를 발생시킬 수 있으므로 상기 유도 전류에 의해 전극들이 가열되는 것이다. 그러므로 유도 가열은 전극 조립체 내의 특정한 층에 배치되는 전극을 타겟으로 하여 유도 가열을 발생시키는 것도 가능한 것이다.
본 발명은 전극 조립체를 가열 및 가압하는 히트 프레스 단계에서 특히 가열이 취약한 적극 조립체의 중앙부에 배치되는 전극들을 타겟으로 히트 프레스 단계 전에 미리 유도 가열하는 것을 특징으로 한다.
도 7은 히트 프레스(50)의 구성을 도시한 것인데, 특히 히트 프레스부(50)가 제1 히트 프레스부(50) 및 제2 히트 프레스부(60)을 구비하는 경우를 도시하고 있다.
도 7(a)는 제1 히트 프레스부(50)를 도시한 사시도이고, 도 7(b)는 제2 히트 프레스부(60)를 도시한 사시도이다.
도 7(a)를 참고하면 제1 히트 프레스부(50)는 그리퍼(51)로 적층물(S)을 고정한 상태로 가열 및 가압할 수 있다. 상기 제1 히트 프레스부(50)는 한 쌍의 제1 가압 블럭(50a. 50b)으로 구성될 수 있다. 상기 한 쌍의 제1 가압블럭(50a. 50b)은 상기 그리퍼(51)의 고정부(51b)와 대응되는 형태의 홈을 제외하면 가압하는 가압면이 모두 평면으로 구비된다.
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)로부터 돌출하여 적층물(S)을 잡는 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) 을 고정할 수 있다.
이 후, 상기 한 쌍의 제1 가압 블럭(50a. 50b)은 상호 마주보는 방향으로 이동하여 적층물(S)을 가열 및 가압한다. 상기 가열 및 가압을 통해 전극 조립체 내부의 전극들과 분리막은 안정적으로 접합된다.
제1 히트 프레스부(60)는 유도 가열된 전극 조립체가 이동하는 동안 냉각되는 것을 보완하는 구성체 일 수 있으며 선택적으로 구비될 수 있다. 즉, 경우에 따라 생략도 가능하다.
도 7(b)를 참고하면 제2 히트 프레스부(60)는 상기 제1 히트 프레스부(50)에 의해 1차적으로 가열 및 가압된 적층물(S)을 최종적으로 가열 및 가압할 수 있다. 상기 제2 히트 프레스부(60)는 한 쌍의 제2 가압 블럭(60a. 60b)을 포함하며, 한 쌍의 가압 블럭(61, 62)은 상호 마주보는 방향으로 이동되며 적층물(S)을 면 가압할 수 있다. 또한, 상기 제2 히트 프레스부(60)에 포함된 한 쌍의 제2 가압블럭(60a. 60b)은 적층물(S)과 접촉하여 가압하는 가압면이 모두 평면으로 구비될 수 있다.
본 발명에 따른 전극 조립체 제조 방법에 관한 설명은 본 발명에 따른 전극 조립체 제조 장치에도 적용할 수 있다. 그 반대도 마찬가지다.
<전극 조립체>
본 명세서에 있어서, 상기 "전극 조립체의 최외각"은 적층물의 적층 방향으로 최상단 위치 또는 최하단 위치를 의미한다.
또한, 본 명세서에 있어서, 상기 "전극 조립체의 중간"은 상기 적층축을 기준으로 적층되는 적층물의 적층 방향으로 최상단 위치 및 최하단 위치 사이이고, 중간 부분에 해당하는 위치를 의미한다.
본 발명의 일 실시상태는 본 발명에 따른 전극 조립체 제조 방법 및/또는 전극 조립체 제조 장치에 따라 제조된 제1 전극, 분리막 및 제2 전극을 포함하는 전극 조립체를 제공한다. 즉, 상기 전극 조립체는 지그 재그 스택킹(Zig Zag Stacking)방법으로 적층된 전극 조립체 일 수 있다.
그러나 전극 조립체는 전극들 및 분리막이 권취되는 형태의 라미네이션 앤드 폴딩(L&F) 구조이거나, 전극들과 분리막이 차례로 적층되는 스택킹 앤드 라미네이션(S&L) 구조인 것도 가능하다. 즉, 본 발명은 전극 조립체를 완성한 후, 전극 조립체 내의 전극들과 분리막의 접착력을 향상하기 위해 전극 조립체를 가열하고 가압하는 공정을 추가하는 것이므로 다양한 형태의 전극 조립체에 적용 가능하다.
본 발명의 일 실시상태에 있어서, 전극 조립체는 가열되면서 압축되므로 단위 부피당 에너지 밀도가 높아질 수 있다. 즉, 단순히 전극들과 분리막을 적층한 후 패키징하는 경우보다 전극 조립체를 가열하면서 가압하므로 전극 조립체는 부피가 줄어든다.
특히, 전극 조립체의 부피 감소는 분리막을 통해 구현될 수 있다. 본 명세서에서 분리막이 지그 재그 스택킹 후 압축된다는 것은 상기 전극 조립체의 분리막은 압축 전의 분리막 대비 압축됨을 의미한다.
즉, 본 발명의 일 실시상태에 있어서, 상기 전극 조립체의 최외각에 위치하는 분리막의 압축률은 상기 전극 조립체의 중간에 위치하는 분리막의 압축률보다 크고, 상기 압축률 차이는 3%p(Percentage Point), 바람직하게는 2%p, 더욱 바람직하게는 1.5%p일 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 있어서, 상기 전극 조립체의 최외각에 위치하는 분리막의 압축률은 3% 내지 8%, 바람직하게는 4% 내지 8%일 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 있어서, 상기 전극 조립체의 중간에 위치하는 분리막의 압축률은 3% 내지 8%, 바람직하게는 4% 내지 8%일 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 있어서, 상기 전극 조립체의 최외각에 위치하는 분리막의 압축률은 3% 내지 8%, 바람직하게는 4% 내지 8%이고, 상기 전극 조립체의 중간에 위치하는 분리막의 압축률은 3% 내지 8%, 바람직하게는 4% 내지 8%일 수 있다.
상기 분리막의 압축률은 공급되는 분리막의 두께(원단 두께, 공정 전)와 전극 조립체 완성 후(공정 후)의 분리막의 두께의 차이를 통해 계산할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 있어서, 상기 전극 조립체의 중간에 위치하는 분리막의 두께는 상기 전극 조립체의 최외각에 위치하는 분리막의 두께의 1배 이상 1.09배 이하, 바람직하게는 1배 초과 1.09배 이하, 더욱 바람직하게는 1 초과 1.05배 이하, 더더욱 바람직하게는 1초과 1.03배 이하일 수 있다.
즉, 본 발명의 일 실시상태에 있어서, 상기 전극 조립체는 상기 전극 조립체의 최외각에 위치하는 분리막의 두께가 상기 전극 조립체의 중간에 위치하는 분리막의 두께보다 작고, 상기 전극 조립체의 중간에 위치하는 분리막의 두께는 상기 전극 조립체의 최외각에 위치하는 분리막의 두께의 1.09배 이하일 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 있어서, 상기 전극 조립체의 분리막 두께의 편차는 9% 이하, 바람직하게는 5% 이하, 더욱 바람직하게는 3% 이하일 수 있다.
본 발명에 따른 전극 조립체는 전극 및 분리막이 적층된 적층물(미완성 전극 조립체)을 가열 및 가압하여 제조하는 것으로, 상기 전극 조립체의 최외각 분리막과 상기 전극 조립체의 중간 분리만의 두께 편차가 가장 크기 때문에, 상기 전극 조립체의 최외각 분리막과 상기 전극 조립체의 중간 분리막의 두께를 비교하여 상기 전극 조립체의 분리막 두께의 편차가 상기 수치 범위에 포함되는지 여부를 확인할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 있어서, 상기 전극 조립체의 상기 식 1을 만족할 수 있다. 구체적으로, 상기 식 1은 1.02EA ≤ EB, 바람직하게는 1.03EA ≤ EB일 수 있다. 즉, 가열 및 가압하는 과정에서 분리막 및 전극의 압축됨에 따라서 에너지 밀도(Wh/L)가 증가한다. 이 때, 에너지 밀도는 부피당 전력을 의미한다.
에너지 밀도는 전극 조립체를 분해하여 전극 조립체의 최외각 및 중간 위치의 에너지 밀도를 구한 후 그 값을 평균하여 계산한 값이다.
이처럼, 본 출원의 실시상태에 따른 전극 조립체는 분리막의 두께가 균일하기 때문에 성능이 균일하며, 내전압도 더 우수한 효과가 있다.
본 발명의 일 실시상태에 있어서, 상기 전극 조립체의 최외각에 위치하는 분리막의 압축률은 상기 전극 조립체의 중간에 위치하는 분리막의 압축률보다 큰 것일 수 있다.
즉, 본 발명에 따른 전극 조립체는 분리막의 두께가 균일하기 때문에 성능이 균일하며, 내전압도 더 우수한 효과가 있다.
본 발명의 일 실시상태에 있어서, 상기 전극 조립체의 내전압은 1.5kv 이상일 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에 있어서, 상기 전극 조립체의 중간에 위치하는 분리막의 통기도는 80 sec/100ml 내지 120 sec/100ml, 바람직하게는 80 sec/100ml 내지 110 sec/110ml, 더욱 바람직하게는 85 sec/100ml 내지 100 sec/100ml일 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시상태에 있어서, 상기 전극 조립체의 최외각에 위치하는 분리막의 통기도는 전극 조립체의 중간에 위치하는 분리막의 통기도는 80 sec/100ml 내지 120 sec/100ml, 바람직하게는 80 sec/100ml 내지 110 sec/110ml, 더욱 바람직하게는 85 sec/100ml 내지 100 sec/100ml일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 전극 조립체의 중간에 위치하는 분리막의 통기도와 상기 전극 조립체의 최외각에 위치하는 분리막의 통기도의 편차가 2 sec/100ml 내지 15 sec/100ml, 바람직하게는 2 sec/100ml 내지 10 sec/100ml 일 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 전극 조립체 제조 장치 및 상기 제조 장치의 구성에 관한 설명은 본 발명에 따른 제조방법 및 본 발명에 따른 제조방법에 의해 제조된 전극 조립체에도 적용할 수 있다.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것은 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게는 자명할 것이다.
<전극 조립체 제조>
1) 실시예 1
양극 공급부, 음극 공급부 및 분리막 공급부로부터 각각 양극 19장, 음극 20장 및 분리막을 스택 테이블에 공급하였다.
보다 구체적으로, 양극 및 음극은 각각 양극 시트 및 음극 시트에서 커팅(cutting)된 형태로 공급되고, 분리막은 분리막 시트의 형태로 공급되었다. 이 후, 상기 스택 테이블을 회전시키면서 공급되는 분리막을 폴딩(folding)시키며, 상기 양극, 음극 및 분리막을 적층시켰다.
이 때, 양극 및 음극은 각각 석션 헤드, 전극 비접촉식 히터 및 이동부를 포함하는 전극 스택부를 이용하여 공급하였다.
동시에 홀딩기구로 스택 테이블의 최상측에 적층된 상기 양극 또는 음극의 적층을 진행하였다. 결과적으로 양극, 음극 및 분리막이 지그 재그 스택킹된 적층물(전극 조립체)를 제조하였다.
이어서, 상기 적층물을 U 자형의 유도 가열 코일을 포함하는 유도 가열부로 상기 적층물을 15초 유도 가열(유도 가열 공정)하였다. 이후, 15초 동안 상기 적층물을 대기시킨 후(대기 공정)을 수행하였다. 대기 공정 이후, 70℃의 온도 조건 및 3.5 MPa의 압력 조건으로 상기 적층물을 15초 동안 가열 및 가압(히트 프레스 공정)하여 실시예 1의 전극 조립체를 제조하였다.
제조하는 과정에서 적층물(S)의 표면 온도 변화를 측정하였다. 구체적으로, 상기 적층물(S)의 표면 중에서 U 자형의 유도 가열 코일에 의해서 가열되는 가열부 및 U 자형의 유도 가열 코일에 의해서 가열되지 않는 미가열부를 구분하였고, 각각의 부분에 대해서 온도 변화를 측정하였다. 그 결과는 도 8과 같았다.
전극 조립체를 제조하는 과정에서 본 발명에 관해서 상술한 내용이 적용될 수 있다.
이어서, 접착력 측정기를 이용하여 실시예 1의 전극 조립체의 접착력 패턴을 측정하였고, 그 결과는 도 9과 같았다. 구체적으로 도 9의 화살표 방향으로 전극 조립체의 접착력 패턴을 측정하였다.
도 8의 결과로부터 유도 가열 공정을 진행하는 경우 적층물 표면의 온도를 높일 수 있음을 확인할 수 있었다. 특히, 직접적으로 접촉하지 않는 적층물의 최외각에 위치하지 않는 전극에 대해서 유도 가열이 가능하기 때문에 히트 프레스 공정에서의 전극 간의 온도 불균일을 방지할 수 있음을 확인할 수 있었다.
또한, 도 8의 결과로부터 대기 공정을 진행하는 경우 가열부 및 미가열부의 온도 편차도 줄일 수 있음을 확인할 수 있었다. 온도 편차가 줄어들었기 때문에 도 9에 나타난 바와 같이 전극 조립체의 접착력 패턴이 균일함을 확인할 수 있었다.
2) 비교예 1
실시예 1에서 유도 가열 및 대기 공정 공정을 진행하지 않는 것을 제외하고, 실시예 1과 동일한 방법으로 비교예 1의 전극 조립체를 제조하였다.
<실험예 1 - 분리막 원단 두께 변화 및 분리막 압축률 평가>
실시예 1 및 비교예 1의 전극 조립체에 대해서 분리막 원단 두께 변화 및 분리막 압축률을 평가하였다.
구체적으로, 적층 전 분리막 원단 두께를 측정한 후, 실시예 1 및 비교예 1의 전극 조립체를 분해하여 상기 전극 조립체의 적층 방향을 기준으로 상기 전극 조립체의 상단(최외각)에 위치하는 분리막과 상기 전극 조립체의 상단과 하단의 중간 위치(중앙부)에 해당하는 분리막을 포집하여, 공정 전 후의 분리막 원단 두께 변화를 측정하였고, 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다. 또한, 상기 분리막 원단 두께 변화 값으로부터 분리막 압축률도 계산하여 하기 표 1에 나타내었다.
분리막 원단 두께 (㎛) 분리막 압축률 (%)
중앙부 최외각 중앙부 최외각
실시예 1 공정 전 9.8 6 7
공정 후 9.3 9.2
비교예 1 공정 전 9.8 0 9
공정 후 9.8 8.9
상기 표 1에서 확인할 수 있듯이, 유도 가열 및 대기 공정을 진행하지 않은 경우 분리막의 원단 두께 변화 편차가 큰 것을 확인할 수 있으며, 최외각의 경우 필요 이상으로 분리막의 원단 두께가 감소하고, 중앙부의 경우 분리막의 원단 두께 변화가 거의 발생하지 않음을 확인할 수 있었다. 즉, 비교예 1의 경우 실시예 1과 다르게 전극 조립체의 위치에 따라서 분리막 두께의 편차가 크게 발생함을 확인할 수 있었다.
이 것은 전극 조립체가 전극 조립체의 위치와 무관하게 균일한 성능을 가지기 어려움을 의미하는 것이다. 즉, 본 발명에 따른 제조 장치 및 방법으로 제조된 전극 조립체는 균일할 성능을 가지는 것을 확인할 수 있었다.
<실험예 2 - 내전압 평가>
실시예 1 및 비교예 1의 전극 조립체에 대해서 내전압을 평가하였다. 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
내전압 (kV)
실시예 1 1.58
비교예 1 1.17
상기 표 2에서 확인할 수 있듯이, 유도 가열 및 대기 공정을 진행하는 경우, 유도 가열 및 대기 공정을 진행하지 않은 경우보다 내전압이 우수함을 확인할 수 있었다. 즉, 비교예 1의 경우 실시예 1보다 내전압 성능이 좋지 않음을 확인할 수 있었다.
<실험예 3 - 분리막 통기도 평가>
실시예 1 및 비교예 1의 전극 조립체를 분해하여 상기 전극 조립체의 적층 방향을 기준으로 상기 전극 조립체의 상단과 하단의 중간 위치에 해당하는 분리막을 포집한 후, 절단하여 5㎝ X 5㎝(가로 X 세로) 크기의 분리막 샘플을 준비하였다. 이 후, 상기 분리막 샘플을 유기 용매로 세척하였다.
이 후, 일본 산업 표준의 걸리(JIS Gurley) 측정방법에 따라 Toyoseiki사 Gurley type Densometer(No. 158)를 사용하여 상기 분리막이 상온 및 0.05MPa의 압력 조건에서 100ml(또는 100cc)의 공기가 1 평방 인치의 분리막을 통과하는데 걸리는 시간을 측정함으로써, 실시예 1 및 비교예 1의 통기도를 측정하였다.
그 결과를 하기 표 3에 나타내었다.
유도 가열(대기 공정) 적용 분리막 통기도 (sec/100ml)
실시예 1 O 97
비교예 1 X 98
상기 표 3에서 확인할 수 있듯이, 실시예 1과 비교예 1은 통기도가 유사함을 확인할 수 있었다.
상기 실험예로부터 본 발명의 전극 조립체 장치 및 방법으로 제조된 전극 조립체는 전극 및 분리막의 안정성이 우수하고, 분리막 변형이 일어나지 않는 적절할 수준의 통기도를 가지고 있음을 확인할 수 있었다.
또한, 내전압이 우수하고, 균일한 성능의 전극 조립체를 제조할 수 있음을 확인할 수 있었다.
10: 전극 조립체
11: 제1 전극
12: 제2 전극
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
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: 히트 프레스부
181: 제1 가압블럭
182: 제2 가압블럭
190: 유도 가열부
191: 유도 가열 코일
192: 유도 가열 플레이트
S: 적층물

Claims (20)

  1. 제1 전극, 분리막 및 제2 전극을 포함하는 전극 조립체 제조 방법으로서,
    상기 제1 전극, 분리막 및 제2 전극을 포함하는 적층물을 스택 테이블에 적층하는 스택킹(stacking) 단계;
    상기 적층물을 유도 가열하는 유도 가열 단계; 및
    상기 유도 가열된 적층물을 가열 및 가압하는 히트 프레스(heat press)단계를 포함하는 전극 조립체 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 유도 가열 단계는 유도 가열 코일을 이용하여 상기 적층물을 유도 가열하는 것인 전극 조립체 제조 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 스택킹 단계와 상기 히트 프레스 단계 사이에서 상기 적층물을 유도 가열 코일을 포함하는 그리퍼로 파지하고, 상기 적층물을 이송하는 이송 단계를 더 포함하고,
    상기 이송 단계 중에 상기 그리퍼로 상기 유도 가열 단계를 진행하는 전극 조립체 제조 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 스택킹 단계와 상기 히트 프레스 단계 사이에서 상기 적층물을 유도 가열 코일을 포함하는 유도 가열 장치로 이송하는 이송 단계를 더 포함하고,
    상기 유도 가열 장치에서 상기 유도 가열 단계를 진행하는 전극 조립체 제조 방법.
  5. 제2항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유도 가열 코일은 상기 적층물과 접촉 또는 일정 거리 이격되어 있는 전극 조립체의 제조 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 일정 거리는 15mm 이하인 전극 조립체의 제조 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 유도 가열 단계와 상기 히트 프레스(heat press)단계 사이에 상기 적층물을 일정 시간 대기 상태에서 대기시키는 대기 단계를 더 포함하는 전극 조립체 제조 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 대기 단계는 3초 이상, 60초 이하 동안 진행되는 전극 조립체 제조 방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 유도 가열 단계는 1초 내지 60초 동안 진행하는 전극 조립체 제조 방법.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 유도 가열 단계는
    상기 적층물의 표면의 온도 분포를 측정하는 단계;
    상기 측정된 온도 분포에 따라서 상기 적층물에 대한 유도 가열 온도를 설정하는 단계; 및
    상기 설정된 유도 가열 온도를 기준으로 상기 적층물을 유도 가열하는 단계를 포함하는 전극 조립체 제조 방법.
  11. 제1 전극, 분리막 및 제2 전극을 포함하는 전극 조립체를 제조하는 전극 조립체 제조 장치로서,
    상기 제1 전극, 분리막 및 제2 전극이 적층되어 상기 제1 전극, 분리막 및 제2 전극을 포함하는 적층물이 놓여지는 스택 테이블;
    상기 적층물을 가열 및 가압하는 히트 프레스부; 및
    상기 히트 프레스부에서 상기 적층물을 가열 및 가압하기 전에 상기 적층물을 유도 가열하는 유도 가열부를 포함하는 전극 조립체 제조 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 유도 가열부는 유도 가열 코일을 포함하고, 상기 적층물을 상기 히트 프레스부로 이송하기 위해서 상기 적층물을 파지하는 그리퍼인 전극 조립체 제조 장치.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 유도 가열부는
    유도 가열 코일을 포함하는 유도 가열 장치; 및
    상기 유도 가열 장치를 상기 적층물의 표면으로 이동시키는 이동부를 포함하는 전극 조립체 제조 장치.
  14. 제12항 또는 제13항에 있어서,
    상기 유도 가열 코일은 상기 적층물과 접촉 또는 일정 거리 이격되어 있는 전극 조립체 제조 장치.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 일정 거리는 15mm 이하인 전극 조립체 제조 장치.
  16. 제11항에 있어서,
    상기 적층물의 표면의 온도 분포를 측정하고 상기 측정된 온도 분포에 따라서 상기 적층물에 대한 유도 가열 온도를 설정하거나,
    상기 유도 가열 온도 및 상기 적층물에 대한 유도 가열 시간을 기준으로 상기 적층물에 대한 유도 가열의 중단 여부를 결정하는 제어부를 더 포함하는 전극 조립체 제조 장치.
  17. 제1 전극, 분리막 및 제2 전극을 포함하는 전극 조립체로서,
    상기 전극 조립체는 지그 재그 스택킹(Zig Zag Stacking)되고,
    상기 지그 재그 스택킹 후 상기 전극 조립체는 가열 및 가압되고,
    하기 식 1을 만족하는 전극 조립체:
    [식 1]
    1.02EA ≤ EB
    상기 식 1에 있어서,
    EA는 가열 및 가압 전의 전극 조립체의 에너지 밀도(Wh/L)이고,
    EB는 가열 및 가압 후의 전극 조립체의 에너지 밀도(Wh/L)이다.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 전극 조립체의 최외곽에 위치하는 분리막의 압축률이 상기 전극 조립체의 중간에 위치하는 분리막의 압축률보다 크고, 상기 압축률 차이는 3%p 이하인 전극 조립체.
  19. 제17항에 있어서,
    상기 전극 조립체의 전장 길이가 400mm 내지 600mm이고, 전폭 길이가 50mm 내지 150mm인 전극 조립체.
  20. 제17항에 있어서,
    상기 전극 조립체의 중간에 위치하는 분리막의 통기도는 80 sec/100ml 내지 120 sec/100ml인 전극 조립체.
KR1020230056357A 2023-01-03 2023-04-28 전극 조립체, 그 제조 방법 및 그 제조 장치 KR20240109161A (ko)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020230000712 2023-01-03

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20240109161A true KR20240109161A (ko) 2024-07-10

Family

ID=

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR20230118779A (ko) 전극 조립체 제조장치
KR20230135020A (ko) 전극 조립체 제조장치
KR102065556B1 (ko) 전극 조립체 폴딩 장치 및 이를 이용한 전극 조립체 폴딩 방법
US11438998B2 (en) Plasma generating apparatus for secondary battery and lamination system comprising the same
KR20200066901A (ko) 전극 조립체 제조장치 및 전극 조립체 제조방법
KR102065558B1 (ko) 전극 조립체 폴딩 장치 및 이를 이용한 전극 조립체 폴딩 방법
KR20180109576A (ko) 전극적층방법 및 이를 수행하는 전극적층장치
KR20240109161A (ko) 전극 조립체, 그 제조 방법 및 그 제조 장치
KR20240109162A (ko) 전극 조립체, 그 제조 방법 및 그 제조 장치
KR20240109219A (ko) 전극 조립체, 그 제조 방법 및 그 제조 장치
KR102063583B1 (ko) 이차전지, 그의 제조장치 및 방법
KR20240109204A (ko) 전극 조립체, 그 제조 방법 및 그 제조 장치
EP4398357A1 (en) Electrode assembly, method for manufacturing the same, and manufacturing apparatus therefor
EP4398356A1 (en) Electrode assembly, method for manufacturing the same, and manufacturing apparatus therefor
US20220013803A1 (en) Apparatus and method for manufacturing electrode assembly
US20240222683A1 (en) Electrode Assembly, Method for Manufacturing the Same, and Manufacturing Apparatus Therefor
US20240222684A1 (en) Electrode Assembly, Method for Manufacturing the Same, and Manufacturing Apparatus Therefor
KR102572761B1 (ko) 전극 조립체
JP6902731B2 (ja) 電池の製造方法
US20230369630A1 (en) Unit Cell Preparation Apparatus and Method
KR20230135010A (ko) 전극 조립체, 전극 조립체의 제조 장치 및 전극 조립체의 제조 방법
KR20230117773A (ko) 전극 조립체 제조장치
KR20240083024A (ko) 전극 조립체 합착 장치, 이를 포함하는 전극 조립체의 제조장치, 전극 조립체 합착 방법 및 전극 조립체 제조방법
CN220439675U (zh) 一种电芯模组定位加热装置
KR102540600B1 (ko) 전극 조립체