WO2018009042A1 - 전극 조립체 및 그의 제조 방법 - Google Patents

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WO2018009042A1
WO2018009042A1 PCT/KR2017/007330 KR2017007330W WO2018009042A1 WO 2018009042 A1 WO2018009042 A1 WO 2018009042A1 KR 2017007330 W KR2017007330 W KR 2017007330W WO 2018009042 A1 WO2018009042 A1 WO 2018009042A1
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unit cell
separator
electrode
electrode assembly
separator sheet
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PCT/KR2017/007330
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Inventor
이상균
표정관
구자훈
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주식회사 엘지화학
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    • 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
    • H01M50/40—Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
    • H01M50/409—Separators, membranes or diaphragms characterised by the material
    • 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

Definitions

  • the present invention relates to an electrode assembly and a method of manufacturing the same, and more particularly, to an electrode assembly and a method of manufacturing the same that can improve the degree of alignment of the cell.
  • Secondary batteries unlike primary batteries, can be recharged and have been researched and developed in recent years due to the possibility of miniaturization and large capacity. As technology development and demand for mobile devices increase, the demand for secondary batteries as an energy source is rapidly increasing.
  • the secondary battery may be configured by embedding an electrode assembly in a battery case.
  • the electrode assembly mounted inside the battery case is a power generator capable of charging and discharging having a stacked structure of a cathode, a separator and a cathode.
  • 1 is a plan view illustrating a stacked electrode assembly in a conventional electrode assembly.
  • 2 is a cross-sectional view showing a stacked electrode assembly in a conventional electrode assembly.
  • a plurality of unit cells 3 are stacked to form an electrode assembly 1.
  • the degree of alignment of the electrode assembly 1 may worsen. This is because, in the case where a large number of unit cells 3 are stacked, the unit cells 5 which are not kept in place and are separated from the stacked unit cells 3 easily occur.
  • the degree of alignment of the electrode assembly can be easily deteriorated, which is a problem.
  • an object of the present invention is to provide an electrode assembly and a method of manufacturing the improved alignment in the stacked electrode assembly.
  • an electrode assembly and a manufacturing method thereof capable of improving the degree of alignment of the electrode assembly in a low cost and high efficiency method are provided.
  • the present invention also provides an electrode assembly and a method of manufacturing the same, which can improve the degree of alignment of the electrode assembly while preventing impregnation.
  • the electrode assembly according to the present invention comprises a separator sheet folded in a zigzag, and a unit cell having a form in which electrodes and separators are alternately stacked, and the unit cell is repeatedly disposed between the separator sheets folded in a zigzag and unit At least a portion of the cell and at least a portion of the separator sheet are attached to each other.
  • a unit cell having a form in which electrodes and separators are alternately stacked, and a preparation step of preparing a separator sheet, and a unit cell repeatedly arranged between the separator sheets zigzag-folded
  • An arrangement step and an attachment step of attaching at least a portion of the unit cell and at least a portion of the separator sheet to each other.
  • the electrode assembly and its manufacturing method according to the present invention can improve the degree of alignment of the electrode assembly in the stacked electrode assembly, in particular in the electrode assembly having a structure that can improve the productivity, the electrode assembly in a low cost, high efficiency method
  • the degree of alignment of the electrode assembly can be improved, and the degree of alignment of the electrode assembly can be improved while preventing impairment of the impregnation.
  • FIG. 1 is a plan view illustrating a stacked electrode assembly in a conventional electrode assembly.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view showing a stacked electrode assembly in a conventional electrode assembly.
  • FIG. 3 is a conceptual diagram illustrating a zigzag stacked structure in an electrode assembly according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 4 is a conceptual diagram illustrating yet another embodiment of a zigzag stacked structure in the electrode assembly according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view showing a first unit cell in the electrode assembly according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view showing a second unit cell in the electrode assembly according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a perspective view illustrating a method of manufacturing an electrode assembly according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 8 is a perspective view showing an electrode assembly according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 9 is a perspective view showing an electrode assembly according to Embodiment 2 of the present invention.
  • FIG. 3 is a conceptual diagram illustrating a zigzag stacked structure in an electrode assembly according to Embodiment 1 of the present invention.
  • 4 is a conceptual diagram illustrating yet another embodiment of a zigzag stacked structure in the electrode assembly according to the first embodiment of the present invention.
  • 5 is a cross-sectional view showing a first unit cell in the electrode assembly according to the first embodiment of the present invention.
  • 6 is a cross-sectional view showing a second unit cell in the electrode assembly according to the first embodiment of the present invention.
  • 7 is a perspective view illustrating a method of manufacturing an electrode assembly according to Embodiment 1 of the present invention.
  • 8 is a perspective view showing an electrode assembly according to Embodiment 1 of the present invention.
  • an electrode assembly according to Embodiment 1 of the present invention includes a separator sheet 150 and unit cells 110 and 130.
  • the separator sheet 150 may be folded in a zigzag form, and the unit cells 110 and 130 may be repeatedly disposed between the separator sheets 150 that are folded in a zigzag form (see FIG. 3).
  • the unit cells 110 and 130 may have a form in which the electrodes 10 and 20 and the separator 30 are alternately stacked.
  • the unit cells 110 and 130 may form one unit as the electrodes 10 and 20 and the separator 30 included in the unit cells 110 and 130 are bonded to each other by lamination.
  • the unit cells 110 and 130 may specifically include the first unit cell 110 and the second unit cell 130.
  • 5 illustrates a first unit cell 110
  • FIG. 6 illustrates a second unit cell 130.
  • the first unit cell 110 includes a first electrode 10, a separator 30, a second electrode 20, a separator 30, and a first electrode 10. And, they may have a form stacked sequentially.
  • the first electrode 10 may be an anode.
  • the second unit cell 130 includes a second electrode 20, a separator 30, a first electrode 10, a separator 30, and a second electrode 20, which are stacked sequentially. Can have.
  • the second electrode 20 may be a cathode.
  • the first unit cell 110 and the second unit cell 130 are alternately disposed between the separator sheets 150 that are zigzag-folded. It may be in a stacked form.
  • the unit cells may all have the same size, but the unit cells may have different sizes.
  • the size of the unit cells 110 and 130 decreases step by step from bottom to top.
  • the electrode assembly 100 may have a stepped shape as a whole.
  • the electrode assembly 100 may have a variety of shapes.
  • the space utilization of the secondary battery may be maximized.
  • the method of configuring the electrode assembly 100 while stacking the separator sheet 150 in a zigzag may be performed in the following order.
  • the separator sheet 150 is bent in the left direction L based on the drawing, the first unit cell 110 may be stacked on the separator sheet 150 (A).
  • the second unit cell 130 may be stacked on the separator sheet 150 (B).
  • the stacked electrode assembly ( 100 may be configured.
  • the zigzag electrode assembly 100 or the zigzag electrode assembly manufacturing method of this type may be a manufacturing method of the electrode assembly 100 or the electrode assembly 100 can be significantly improved productivity.
  • the separator sheet 150 is folded in a zigzag form, and unit cells 110 and 130 are disposed between the folded separator sheet 150.
  • the separator sheet 150 may be attached to each other.
  • the alignment of the electrode assembly 100 may be improved in the stacked electrode assembly 100. That is, as shown in FIGS. 1 and 2, it is possible to prevent generation of unit cells that are displaced in place, and as a result, the degree of alignment of the electrode assembly 100 may be significantly improved. Even if an external shock or movement occurs, the alignment of the electrode assembly 100 may not be disturbed.
  • the unit cells 110 and 130 are included in the unit cells 110 and 130.
  • the separator 30 and the separator sheet 150 may be attached to each other. Attachment of the separator 30 and the separator sheet 150 may be thermal bonding by heating (Q).
  • the thermal bonding by the heating (Q) may be a thermal bonding by heating made in the temperature range of 50 °C ⁇ 120 °C. If the temperature is less than 50 ° C., there is a possibility that the adhesive strength may not be sufficiently expressed. If the temperature is greater than 120 ° C., a problem may occur in which the separator is deformed.
  • the separator 30 and the separator sheet 150 included in the unit cell may be attached to each other along side surfaces of the electrodes 10 and 20 included in the unit cells 110 and 130.
  • the separator 30 included in the unit cell and the separator sheet 150 may be attached to each other along the electrode circumference of the unit cells 110 and 130.
  • the electrodes 10 and 20 included in the unit cell may be sealed from the outside.
  • This may include meaning that the electrode is isolated from the outside, or that the electrode is sealed from the outside.
  • At least one of the separator 30 and the separator sheet 150 included in the unit cells 110 and 130 may be surface treated by plasma discharge or corona discharge.
  • Plasma treatment or corona treatment of the surface of a polymer material such as a separator or a separator sheet improves adhesion.
  • a temperature for attachment or sealing in the process of attaching or sealing the separator 30 and the separator sheet 150 to each other. Can be lowered. According to such a method it is possible to improve the alignment of the electrode assembly 100 in a low cost, high efficiency method.
  • the electrode assembly 100 according to Embodiment 1 of the present invention has been described.
  • a method of manufacturing the electrode assembly 100 will be described.
  • the manufacturing method of the electrode assembly 100 according to Embodiment 1 of the present invention includes a preparation step, a unit cell arrangement step, and an attachment step.
  • the preparing step may be a step of preparing the unit cells 110 and 130 and the separator sheet 150 having the form in which the electrodes 10 and 20 and the separator 30 are alternately stacked.
  • the electrodes 10 and 20 and the separator 30 included in the unit cells 110 and 130 may be bonded to each other by lamination. Accordingly, the unit cell may form one unit.
  • the unit cells 110 and 130 may include a first electrode in which the first electrode 10, the separator 30, the second electrode 20, the separator 30, and the first electrode 10 are sequentially stacked.
  • the unit cell arrangement step may be a step of repeatedly disposing the unit cells 110 and 130 between the separator sheets 150 that are folded in a zigzag manner.
  • the first unit cell 110 and the second unit cell 130 may be alternately disposed and stacked alternately between the separator sheets 150 that are folded in a zigzag manner.
  • the attaching step may be attaching at least a portion of the unit cells 110 and 130 and at least a portion of the separator sheet 150 to each other.
  • the attaching step may be a step in which the separator 30 and the separator sheet 150 included in the unit cells 110 and 130 are attached to each other.
  • Such attachment may be performed by heating the separator 30 and the separator sheet 150 included in the unit cells 110 and 130.
  • the separator 30 included in the unit cell and the separator sheet 150 may be attached to each other along side surfaces of the electrodes 10 and 20 included in the unit cells 110 and 130.
  • the separator 30 and the separator sheet 150 included in the unit cell may be attached to each other along the electrode circumference of the unit cell.
  • the attachment process by heating may be made in a temperature range of 50 °C ⁇ 120 °C. If the temperature is less than 50 ° C., there is a possibility that the adhesive strength may not be sufficiently expressed. If the temperature is greater than 120 ° C., a problem may occur in which the separator is deformed.
  • the electrodes included in the unit cell may be sealed from the outside.
  • At least one of the separator 30 and the separator sheet 150 included in the unit cells 110 and 130 may be plasma (prepared) before the attaching step.
  • the method may further include a surface treatment step of performing surface treatment by plasma discharge or corona discharge.
  • Plasma treatment or corona treatment may improve the adhesion of the surface of the polymer material such as the separator 30 or the separator sheet 150. Accordingly, the manufacturing process of the electrode assembly 100 can be performed more efficiently and effectively.
  • FIG. 9 is a perspective view showing an electrode assembly according to Embodiment 2 of the present invention.
  • Embodiment 2 has a configuration similar to the electrode assembly according to Embodiment 1 described above. However, Example 2 is different from Example 1 in the structure and manner in which the unit cell and the separator sheet are bonded to each other.
  • the electrode assembly 200 includes a separator sheet 150 and unit cells 110 and 130, and the separator sheet 150 is folded in a zigzag form, and the unit cells are folded in a zigzag form. It may be repeatedly disposed between the separator sheet 150.
  • At least a portion of the unit cells 110 and 130 and at least a portion of the separator sheet 150 may be bonded to each other.
  • the electrodes 10 and 20 included in the unit cell and the separator sheet 150 may be attached to each other.
  • Such attachment may be adhesion by heating and pressing (P).
  • Heating and pressurization (P) may be performed by using a heat press on the separator sheet 150 covering the electrodes 10 and 20 of the unit cell.
  • P heating and pressurization
  • at least some of the electrodes 10 and 20 of the unit cell and at least some of the separator sheet 150 may be adhered to each other.
  • the adhesion by heating may be adhesion by heating made in a temperature range of 50 ° C to 120 ° C. If the temperature is less than 50 ° C., there is a possibility that the adhesive strength may not be sufficiently expressed. If the temperature is greater than 120 ° C., a problem may occur in which the separator is deformed.
  • the adhesion by pressure P may be adhesion by pressure made in the pressure range of 100 kgf / cm 2 ⁇ 400 kgf / cm 2 .
  • Partial pressurization of the electrode can be performed efficiently at pressures of 100 kgf / cm 2 or more.
  • the pressure is 400 kgf / cm 2 If larger, a problem may occur in which the electrode or the separator may be damaged or deformed.
  • a part of the outermost electrode T and a part of the separator sheet 150 of the electrodes included in the unit cell may be attached to each other.
  • heating and pressurization P are performed with respect to the some area
  • the interfacial adhesion between the electrode and the separator sheet is in the range of 20 gf / 20 mm to 30 gf / 20 mm based on the cathode / membrane.
  • the impregnation of the electrode assembly 200 may be prevented. If the electrode is adhered to the separator sheet 150 in its entirety, the impregnation of the electrode assembly 200 will be significantly worse.
  • the electrode assembly 200 according to the second embodiment of the present invention may significantly improve the degree of alignment of the electrode assembly 200 while preventing the impregnation of the electrode assembly 200.
  • the method of manufacturing the electrode assembly 200 according to the second embodiment of the present invention is similar to the method of manufacturing the electrode assembly 100 according to the first embodiment described above. However, there is a difference in the attachment step.
  • the electrode 10, 20 included in the unit cells 110, 130 and the separator sheet 150 is attached to each other To carry out the process.
  • Such attachment may be performed by heating and pressurizing (P) the electrode and the separator sheet 150 included in the unit cell, and in this process, only a portion of the outermost electrode T and a portion of the separator sheet 150 may be used. Can be attached.

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Abstract

본 발명은 전극 조립체 및 그의 제조 방법에 관한 것으로서, 보다 자세하게는 셀의 정렬도를 향상시킬 수 있는 전극 조립체 및 그의 제조 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 전극 조립체는 지그재그로 폴딩되는 분리막 시트, 및 전극과 분리막이 교대로 적층된 형태를 가지는 유닛 셀을 포함하고, 유닛 셀은 지그재그로 폴딩되는 분리막 시트의 사이에 반복적으로 배치되며, 유닛 셀의 적어도 일부와 분리막 시트의 적어도 일부는 서로 부착된다.

Description

전극 조립체 및 그의 제조 방법
관련출원과의 상호인용
본 출원은 2016년 7월 8일자 한국특허출원 제10-2016-0086662호 및 2017년 7월 6일자 한국특허출원 제10-2017-0086059호에 기초한 우선권의 이익을 주장하며, 해당 한국특허출원의 문헌에 개시된 모든 내용은 본 명세서의 일부로서 포함된다.
기술분야
본 발명은 전극 조립체 및 그의 제조 방법에 관한 것으로서, 보다 자세하게는 셀의 정렬도를 향상시킬 수 있는 전극 조립체 및 그의 제조 방법에 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 케이스에 전극 조립체가 내장되어 구성될 수 있다. 전지 케이스의 내부에 장착되는 전극 조립체는 양극/분리막/음극의 적층 구조로 이루어진 충방전이 가능한 발전소자이다.
도 1은 종래의 전극 조립체 중에서 스택형 전극 조립체를 도시하는 평면도이다. 도 2는 종래의 전극 조립체 중에서 스택형 전극 조립체를 도시하는 단면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 복수 개의 유닛 셀(3)들이 적층되어 전극 조립체(1)를 이루고 있다. 그러나 많은 수의 유닛 셀(3)이 적층될 경우 전극 조립체(1)의 정렬도는 나빠질 수 있다. 많은 수의 유닛 셀(3)이 적층되는 경우에 있어서, 적층된 유닛 셀(3)들 중에서 제자리를 지키지 못하고 자리에서 이탈되는 유닛 셀(5)이 쉽게 발생하기 때문이다.
이와 같이 복수의 유닛 셀을 적층하여 전극 조립체를 만드는 경우에 있어서, 전극 조립체의 정렬도가 쉽게 나빠질 수 있으므로 문제된다.
본 발명은 위와 같은 문제를 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 과제는 스택형 전극 조립체에 있어서 정렬도가 향상된 전극 조립체 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다. 특히 생산성이 향상될 수 있는 구조를 가지는 전극 조립체에 있어서 저비용, 고효율의 방법으로 전극 조립체의 정렬도를 향상시킬 수 있는 전극 조립체 및 그의 제조 방법을 제공하는 것이다. 또한, 함침성의 저하를 방지하면서도 전극 조립체의 정렬도를 향상시킬 수 있는 전극 조립체 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 전극 조립체는 지그재그로 폴딩되는 분리막 시트, 및 전극과 분리막이 교대로 적층된 형태를 가지는 유닛 셀을 포함하고, 유닛 셀은 지그재그로 폴딩되는 분리막 시트의 사이에 반복적으로 배치되며, 유닛 셀의 적어도 일부와 분리막 시트의 적어도 일부는 서로 부착된다.
본 발명에 따른 전극 조립체의 제조 방법은 전극과 분리막이 교대로 적층된 형태를 가지는 유닛 셀과 분리막 시트를 준비하는 준비 단계, 지그재그로 폴딩되는 분리막 시트의 사이에 유닛 셀을 반복적으로 배치하는 유닛 셀 배치 단계, 및 유닛 셀의 적어도 일부와 분리막 시트의 적어도 일부를 서로 부착하는 부착 단계를 포함한다.
본 발명에 따른 전극 조립체 및 그 제조 방법은 스택형 전극 조립체에 있어서 전극 조립체의 정렬도를 향상시킬 수 있고, 특히 생산성이 향상될 수 있는 구조를 가지는 전극 조립체에 있어서 저비용, 고효율의 방법으로 전극 조립체의 정렬도를 향상시킬 수 있으며, 또한, 함침성의 저하를 방지하면서도 전극 조립체의 정렬도를 향상시킬 수 있다.
도 1은 종래의 전극 조립체 중에서 스택형 전극 조립체를 도시하는 평면도이다.
도 2는 종래의 전극 조립체 중에서 스택형 전극 조립체를 도시하는 단면도이다.
도 3은 본 발명의 실시예 1에 따른 전극 조립체에 있어서, 지그재그 적층 구조를 도시하는 개념도이다.
도 4는 본 발명의 실시예 1에 따른 전극 조립체에 있어서, 지그재그 적층 구조의 또 다른 형태를 도시하는 개념도이다.
도 5는 본 발명의 실시예 1에 따른 전극 조립체에 있어서, 제1 유닛 셀을 도시하는 단면도이다.
도 6은 본 발명의 실시예 1에 따른 전극 조립체에 있어서, 제2 유닛 셀을 도시하는 단면도이다.
도 7은 본 발명의 실시예 1에 따른 전극 조립체를 제조하는 방식을 도시하는 사시도이다.
도 8은 본 발명의 실시예 1에 따른 전극 조립체를 도시하는 사시도이다.
도 9는 본 발명의 실시예 2에 따른 전극 조립체를 도시하는 사시도이다.
이하에서는 첨부의 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다. 그러나 본 발명이 이하의 실시예에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
실시예 1
도 3은 본 발명의 실시예 1에 따른 전극 조립체에 있어서, 지그재그 적층 구조를 도시하는 개념도이다. 도 4는 본 발명의 실시예 1에 따른 전극 조립체에 있어서, 지그재그 적층 구조의 또 다른 형태를 도시하는 개념도이다. 도 5는 본 발명의 실시예 1에 따른 전극 조립체에 있어서, 제1 유닛 셀을 도시하는 단면도이다. 도 6은 본 발명의 실시예 1에 따른 전극 조립체에 있어서, 제2 유닛 셀을 도시하는 단면도이다. 도 7은 본 발명의 실시예 1에 따른 전극 조립체를 제조하는 방식을 도시하는 사시도이다. 도 8은 본 발명의 실시예 1에 따른 전극 조립체를 도시하는 사시도이다.
이하에서는 도 3 및 8을 참조하여 본 발명의 실시예 1에 따른 전극 조립체에 대해 설명한다.
먼저, 도 3 내지 도 6을 참조하면, 본 발명의 실시예 1에 따른 전극 조립체는 분리막 시트(150) 및 유닛 셀(110, 130)을 포함한다. 분리막 시트(150)는 지그재그 형태로 폴딩되고, 유닛 셀(110, 130)은 지그재그로 폴딩되는 분리막 시트(150)의 사이에 반복적으로 배치될 수 있다(도 3 참조). 여기서 유닛 셀(110, 130)은 전극(10, 20)과 분리막(30)이 교대로 적층된 형태를 가질 수 있다. 또 유닛 셀(110, 130)은 유닛 셀(110, 130)에 포함된 전극(10, 20)과 분리막(30)이 라미네이션에 의하여 서로 접합됨에 따라 하나의 단위체를 형성할 수 있다.
유닛 셀(110, 130)은 구체적으로 제1 유닛 셀(110) 및 제2 유닛 셀(130)을 포함할 수 있다. 도 5는 제1 유닛 셀(110)을 도시하고 있으며, 도 6은 제2 유닛 셀(130)을 도시하고 있다. 도 5 및 도 6을 참조하면, 제1 유닛 셀(110)은 제1 전극(10), 분리막(30), 제2 전극(20), 분리막(30), 및 제1 전극(10)을 포함하며, 이들이 순차적으로 적층된 형태를 가질 수 있다. 여기서 제1 전극(10)은 양극일 수 있다.
제2 유닛 셀(130)은 제2 전극(20), 분리막(30), 제1 전극(10), 분리막(30), 및 제2 전극(20)을 포함하며, 이들이 순차적으로 적층된 형태를 가질 수 있다. 여기서 제2 전극(20)은 음극일 수 있다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예 1에 따른 전극 조립체는 지그재그로 폴딩되는 분리막 시트(150) 사이에 교대로 제1 유닛 셀(110)과 제2 유닛 셀(130)이 반복적으로 배치되어 적층되는 형태일 수 있다.
도 3에서와 같이 유닛 셀들이 모두 동일한 크기를 가지고 있을 수도 있지만, 유닛 셀들의 크기가 서로 다른 크기를 가질 수도 있다. 도 4에서는 아래에서 위로 갈수록 유닛 셀(110, 130)의 크기가 단계적으로 작아지는 형태를 도시하고 있다.
유닛 셀의 크기가 단계적으로 작아질 경우, 도 4에서 도시되는 것과 같이 전극 조립체(100)는 전체적으로 볼 때 단차진 형상을 가질 수 있다. 전극 조립체(100)가 단차진 형상을 가질 경우 더욱 다양한 형상의 전극 조립체(100)를 구현할 수 있다. 뿐만 아니라, 이 경우 이차 전지의 공간 활용도도 극대화 할 수 있다.
도 7을 참조하면, 분리막 시트(150)를 지그재그로 적층하면서 전극 조립체(100)를 구성하는 방법은 다음과 같은 순서일 수 있다. 분리막 시트(150)가 도면을 기준으로 왼쪽 방향(L)으로 젖혀지고 난 뒤에 제1 유닛 셀(110)을 분리막 시트(150) 상에 적층할 수 있다(A). 그리고 그 이후 분리막 시트(150)를 오른쪽 방향(R)으로 젖히고 나서, 제2 유닛 셀(130)을 분리막 시트(150)에 적층할 수 있다(B).
이와 같은 방식으로 분리막 시트(150)를 지그재그로 폴딩하면서 제1 유닛 셀(110) 및 제2 유닛 셀(130)을 분리막 시트(150)의 사이에 배치시키는 과정을 반복하면, 스택형 전극 조립체(100)가 구성될 수 있다. 이와 같은 형태의 지그재그 전극 조립체(100) 또는 지그재그 전극 조립체 제조 방식은 생산성이 현저히 향상될 수 있는 전극 조립체(100) 또는 전극 조립체(100)의 제조 방식일 수 있다.
본 발명의 실시예 1에 따른 전극 조립체(100)는 이상에서 살펴본 바와 같이 분리막 시트(150)가 지그재그 형태로 폴딩되고, 폴딩되는 분리막 시트(150) 사이에 유닛 셀(110, 130)이 배치되며, 이때, 유닛 셀(110, 130)의 적어도 일부와 분리막 시트(150)의 적어도 일부는 서로 부착될 수 있다.
이렇게 유닛 셀(110, 130)과 분리막 시트(150)가 부착되면 스택형 전극 조립체(100)에 있어서 전극 조립체(100)의 정렬도를 향상시킬 수 있다. 즉, 도 1 및 도 2에서 도시되는 것과 같이 제자리에서 이탈되는 유닛 셀의 발생을 막을 수 있게 되며, 그 결과 전극 조립체(100)의 정렬도는 현저히 향상될 수 있다. 외부의 충격이나 움직임이 발생하더라도 전극 조립체(100)의 정렬이 흐트러 지지 않을 수 있다.
도 8을 참조하면, 이러한 유닛 셀(110, 130)과 분리막 시트(150)의 부착에 있어서, 특히 본 발명의 실시예 1에 따른 전극 조립체(100)에서는, 유닛 셀(110, 130)에 포함된 분리막(30)과 분리막 시트(150)가 서로 부착될 수 있다. 분리막(30)과 분리막 시트(150)의 부착은 가열(Q)에 의한 열접착일 수 있다.
이때 가열(Q)에 의한 열접착은 50℃ ~120℃의 온도 범위에서 이루어지는 가열에 의한 열접착일 수 있다. 50℃ 미만의 경우 접착 강도가 충분히 발현되지 못할 가능성이 있게 되며, 120℃보다 큰 경우 분리막이 변형될 수 있는 문제가 발생할 수 있다.
열접착 시, 유닛 셀(110, 130)에 포함된 전극(10, 20)의 측면을 따라 유닛 셀에 포함된 분리막(30)과 분리막 시트(150)가 서로 부착될 수 있다. 또한, 유닛 셀(110, 130)에 포함된 전극 둘레를 따라 유닛 셀에 포함된 분리막(30)과 분리막 시트(150)가 서로 부착될 수 있다.
이와 같이 유닛 셀(110, 130)에 포함된 분리막(30)과 분리막 시트(150)가 서로 부착되는 것에 의하여, 유닛 셀에 포함된 전극(10, 20)이 외부로부터 씰링(sealing)될 수 있다. 이것은 전극이 외부로부터 격리된다는 의미, 또는, 전극이 외부로부터 밀봉된다는 의미를 포함할 수 있다.
한편, 유닛 셀(110, 130)에 포함된 분리막(30)과, 분리막 시트(150) 중 적어도 어느 하나는 플라즈마(Plasma) 방전 또는 코로나(corona) 방전에 의하여 표면 처리되어 있을 수 있다.
분리막 또는 분리막 시트 같은 고분자 물질의 표면을 플라즈마 처리 또는 코로나 처리를 하게 되면 접착력이 향상되는데, 그 결과, 분리막(30)과 분리막 시트(150)를 서로 부착하거나 씰링하는 과정에서 부착 또는 씰링을 위한 온도를 낮출 수 있게 된다. 이와 같은 방법에 의할 경우 저비용, 고효율의 방법으로 전극 조립체(100)의 정렬도를 향상시킬 수 있다.
이상에서는 본 발명의 실시예 1에 따른 전극 조립체(100)에 관하여 설명하였다. 이하에서는 이러한 전극 조립체(100)를 제조하는 방법에 관하여 설명한다.
본 발명의 실시예 1에 따른 전극 조립체(100)의 제조 방법은 준비 단계, 유닛 셀 배치 단계, 및 부착 단계를 포함한다.
여기서, 준비 단계는 전극(10, 20)과 분리막(30)이 교대로 적층된 형태를 가지는 유닛 셀(110, 130)과 분리막 시트(150)를 준비하는 단계일 수 있다. 준비 단계에서 유닛 셀(110, 130)에 포함된 전극(10, 20)과 분리막(30)은 라미네이션에 의하여 서로 접합되는 과정을 거칠 수 있다. 그에 따라 유닛 셀은 하나의 단위체를 형성할 수 있다.
준비 단계에서, 유닛 셀(110, 130)은 제1 전극(10), 분리막(30), 제2 전극(20), 분리막(30), 및 제1 전극(10)이 순차적으로 적층된 제1 유닛 셀(110), 및 제2 전극(20), 분리막(30), 제1 전극(10), 분리막(30), 및 제2 전극(20)이 순차적으로 적층된 제2 유닛 셀(130)을 포함하도록 준비될 수 있다.
유닛 셀 배치 단계는 지그재그로 폴딩되는 분리막 시트(150)의 사이에 유닛 셀(110, 130)을 반복적으로 배치하는 단계일 수 있다. 유닛 셀 배치 단계에서는, 지그재그로 폴딩되는 분리막 시트(150) 사이에 교대로 제1 유닛 셀(110)과 제2 유닛 셀(130)이 반복적으로 배치되어 적층될 수 있다.
부착 단계는 유닛 셀(110, 130)의 적어도 일부와 분리막 시트(150)의 적어도 일부를 서로 부착하는 단계일 수 있다. 구체적으로, 부착 단계는 유닛 셀(110, 130)에 포함된 분리막(30)과 분리막 시트(150)가 서로 부착되는 단계일 수 있다.
이러한 부착은 유닛 셀에(110, 130) 포함된 분리막(30)과 분리막 시트(150)를 가열함에 따라 수행될 수 있다. 부착 시, 유닛 셀(110, 130)에 포함된 전극(10, 20)의 측면을 따라 유닛 셀에 포함된 분리막(30)과 분리막 시트(150)가 서로 부착될 수 있다. 또는 유닛 셀에 포함된 전극 둘레를 따라 유닛 셀에 포함된 분리막(30)과 분리막 시트(150)가 서로 부착될 수 있다.
이때 가열에 의한 부착 과정은 50℃ ~120℃의 온도 범위에서 이루어질 수 있다. 50℃ 미만의 경우 접착 강도가 충분히 발현되지 못할 가능성이 있게 되며, 120℃보다 큰 경우 분리막이 변형될 수 있는 문제가 발생할 수 있다.
이와 같은 방식으로 유닛 셀(110, 130)에 포함된 분리막(30)과 분리막 시트(150)가 부착되면, 유닛 셀에 포함된 전극이 외부로부터 씰링(sealing)될 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예 1에 따른 전극 조립체(100)의 제조 방법은 부착 단계 전에, 유닛 셀(110, 130)에 포함된 분리막(30)과 분리막 시트(150) 중 적어도 어느 하나를 플라즈마(Plasma) 방전 또는 코로나(corona) 방전에 의하여 표면 처리하는 표면 처리 단계를 더 포함할 수 있다.
플라즈마 처리 또는 코로나 처리를 하게 되면 분리막(30) 또는 분리막 시트(150) 같은 고분자 물질의 표면의 접착력을 향상시킬 수 있다. 그에 따라 더욱 효율적이고 효과적으로 전극 조립체(100)의 제조 공정을 수행 할 수 있다.
실시예 2
도 9는 본 발명의 실시예 2에 따른 전극 조립체를 도시하는 사시도이다.
실시예 2는 전술한 실시예 1에 따른 전극 조립체와 유사한 구성을 가진다. 다만, 실시예 2는 유닛 셀과 분리막 시트가 서로 접착되는 구조 및 방식에 있어서 실시예 1과 차이점이 있다.
참고로 전술한 구성과 동일한 (또는 상당한) 부분에 대해서는 동일한 (또는 상당한) 도면 부호를 부여하고, 그에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.
이하에서는 도 9를 참조하여 본 발명의 실시예 2에 따른 전극 조립체에 대해 설명한다.
본 발명의 실시예 2에 따른 전극 조립체(200)는 분리막 시트(150) 및 유닛 셀(110, 130)을 포함하고, 분리막 시트(150)는 지그재그 형태로 폴딩되며, 유닛 셀은 지그재그로 폴딩되는 분리막 시트(150)의 사이에 반복적으로 배치될 수 있다.
여기서, 유닛 셀(110, 130)의 적어도 일부와 분리막 시트(150)의 적어도 일부는 서로 접합될 수 있다.
특히, 본 발명의 실시예 2에 따른 전극 조립체(200)에서는, 유닛 셀에 포함된 전극(10, 20)과 분리막 시트(150)가 서로 부착되는 형태를 가질 수 있다. 이러한 부착은 가열 및 가압(P)에 의한 접착일 수 있다. 유닛 셀의 전극(10, 20)을 덮은 분리막 시트(150) 위로 히트 프레스(heat press)를 이용하여 가열 및 가압(P)을 수행할 수 있다. 그 결과 유닛 셀의 전극(10, 20)의 적어도 일부와 분리막 시트(150)의 적어도 일부가 서로 접착될 수 있다.
이때 가열에 의한 부착은 50℃ ~120℃의 온도 범위에서 이루어지는 가열에 의한 부착일 수 있다. 50℃ 미만의 경우 접착 강도가 충분히 발현되지 못할 가능성이 있게 되며, 120℃보다 큰 경우 분리막이 변형될 수 있는 문제가 발생할 수 있다.
또한, 가압(P)에 의한 부착은 100 kgf/cm2 ~ 400 kgf/cm2 의 압력 범위에서 이루어지는 가압에 의한 부착일 수 있다. 100 kgf/cm2 이상의 압력일 때 전극의 일부분 가압이 효율적으로 수행될 수 있다. 그리고, 압력이 400 kgf/cm2 보다 큰 경우 전극 또는 분리막이 손상 또는 변형될 수 있는 문제가 발생할 수 있다.
본 발명의 실시예 2에 따른 전극 조립체(200)에서는, 유닛 셀에 포함된 전극 중 최외각 전극(T)의 일부분과 분리막 시트(150)의 일부가 서로 부착되는 형태가 될 수 있다. 도 9에서는 전극의 일부 영역(Z)에 대해서 가열 및 가압(P)이 이루어지고 있는 것이 도시되고 있다.
유닛 셀에 포함된 전극의 일부분과 분리막 시트(150)의 일부가 서로 부착되는 경우에 있어서, 전극과 분리막 시트의 계면 부착력은, 음극/분리막을 기준으로, 20gf/20mm ~ 30gf/20mm의 범위 값을 가질 수 있다. 20gf/20mm 이하의 접착력의 경우 전지 제조 공정 과정(전지의 다양한 제조 단계) 상의 정렬도(alignment) 틀어짐 이슈(issue) 발생 가능성이 있게 되고, 30gf/20mm 이상의 접착력의 경우 전해액이 셀(cell) 내부를 함침(wetting)시키는 정도에 있어서 어려움이 생길 수 있다.
이와 같이 일부 영역(Z)에서만 전극과 분리막 시트(150) 부착 시, 전극 조립체(200)의 함침성의 저하를 방지할 수 있다. 만일 전극이 전체 면에서 분리막 시트(150)와 접착된다면 전극 조립체(200)의 함침성은 현저히 나빠질 것이다.
따라서, 본 발명의 실시예 2에 따른 전극 조립체(200)는 전극 조립체(200)의 함침성 저하를 방지하면서도, 전극 조립체(200)의 정렬도를 현저히 향상시킬 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예 2에 따른 전극 조립체(200)를 제조하는 방법은 앞서 설명한 실시예 1에 따른 전극 조립체(100)를 제조하는 방법과 유사하다. 다만, 부착 단계에 있어서 차이가 있다.
구체적으로 본 발명의 실시예 2에 따른 전극 조립체(200) 제조 시는, 부착 단계에서, 유닛 셀(110, 130)에 포함된 전극(10, 20)과 분리막 시트(150)를 서로 부착하는 방식으로 공정을 수행한다. 이러한 부착은 유닛 셀에 포함된 전극과 분리막 시트(150)를 가열 및 가압(P)함에 따라 수행될 수 있고, 또 이 과정에서 최외각 전극(T)의 일부분과 분리막 시트(150)의 일부만을 부착시킬 수 있다.
이상에서 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 실시가 가능하다.
[부호의 설명]
1: 전극 조립체
3: 유닛 셀
5: 이탈 된 유닛 셀
10: 제1 전극
20: 제2 전극
30: 분리막
100, 200: 전극 조립체
110: 제1 유닛 셀
130: 제2 유닛 셀
150: 분리막 시트
L: 왼쪽 방향
R: 오른쪽 방향
Z: 일부 영역
T: 최외각 전극

Claims (24)

  1. 지그재그로 폴딩되는 분리막 시트; 및
    전극과 분리막이 교대로 적층된 형태를 가지는 유닛 셀;을 포함하고,
    상기 유닛 셀은 지그재그로 폴딩되는 상기 분리막 시트의 사이에 반복적으로 배치되며,
    상기 유닛 셀의 적어도 일부와 상기 분리막 시트의 적어도 일부는 서로 부착되는 것을 특징으로 하는 전극 조립체.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 유닛 셀에 포함된 상기 전극과 상기 분리막은 라미네이션에 의하여 서로 접합되어 있는 것을 특징으로 하는 전극 조립체.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 유닛 셀은 제1 전극, 분리막, 제2 전극, 분리막, 및 제1 전극이 순차적으로 적층된 제1 유닛 셀; 및
    제2 전극, 분리막, 제1 전극, 분리막, 및 제2 전극이 순차적으로 적층된 제2 유닛 셀을 포함하고,
    지그재그로 폴딩되는 상기 분리막 시트 사이에 교대로 상기 제1 유닛 셀과 상기 제2 유닛 셀이 반복적으로 배치되어 적층되는 것을 특징으로 하는 전극 조립체.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 유닛 셀에 포함된 분리막과 상기 분리막 시트가 서로 부착되는 것을 특징으로 하는 전극 조립체.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 부착은 가열에 의한 열접착인 것을 특징으로 하는 전극 조립체.
  6. 청구항 4 또는 청구항 5에 있어서,
    상기 유닛 셀에 포함된 전극의 측면을 따라 상기 유닛 셀에 포함된 분리막과 상기 분리막 시트가 서로 부착되는 것을 특징으로 하는 전극 조립체.
  7. 청구항 4 또는 청구항 5에 있어서,
    상기 유닛 셀에 포함된 전극 둘레를 따라 상기 유닛 셀에 포함된 분리막과 상기 분리막 시트가 서로 부착되는 것을 특징으로 하는 전극 조립체.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 유닛 셀에 포함된 분리막과 상기 분리막 시트의 부착에 의하여, 상기 유닛 셀에 포함된 전극이 외부로부터 씰링(sealing)되는 것을 특징으로 하는 전극 조립체.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 유닛 셀에 포함된 전극과 상기 분리막 시트가 서로 부착되는 것을 특징으로 하는 전극 조립체.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 부착은 가열 및 가압에 의한 접착인 것을 특징으로 하는 전극 조립체.
  11. 청구항 9 또는 청구항 10에 있어서,
    상기 유닛 셀에 포함된 전극 중 최외각 전극의 일부분과 상기 분리막 시트의 일부가 서로 부착되는 것을 특징으로 하는 전극 조립체.
  12. 청구항 1에 있어서,
    상기 유닛 셀에 포함된 분리막과 상기 분리막 시트 중 적어도 어느 하나는 플라즈마(Plasma) 방전 또는 코로나(corona) 방전에 의하여 표면 처리되는 것을 특징으로 하는 전극 조립체.
  13. 전극과 분리막이 교대로 적층된 형태를 가지는 유닛 셀과 분리막 시트를 준비하는 준비 단계;
    지그재그로 폴딩되는 상기 분리막 시트의 사이에 상기 유닛 셀을 반복적으로 배치하는 유닛 셀 배치 단계; 및
    상기 유닛 셀의 적어도 일부와 상기 분리막 시트의 적어도 일부를 서로 부착하는 부착 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 전극 조립체의 제조방법.
  14. 청구항 13에 있어서,
    상기 준비 단계에서 상기 유닛 셀에 포함된 상기 전극과 상기 분리막은 라미네이션에 의하여 서로 접합되는 것을 특징으로 하는 전극 조립체의 제조방법.
  15. 청구항 13에 있어서,
    상기 준비 단계에서,
    상기 유닛 셀은 제1 전극, 분리막, 제2 전극, 분리막, 및 제1 전극이 순차적으로 적층된 제1 유닛 셀; 및 제2 전극, 분리막, 제1 전극, 분리막, 및 제2 전극이 순차적으로 적층된 제2 유닛 셀을 포함하고,
    상기 유닛 셀 배치 단계에서,
    지그재그로 폴딩되는 상기 분리막 시트 사이에 교대로 상기 제1 유닛 셀과 상기 제2 유닛 셀이 반복적으로 배치되어 적층되는 것을 특징으로 하는 전극 조립체의 제조방법.
  16. 청구항 13에 있어서,
    상기 부착 단계에서,
    상기 유닛 셀에 포함된 분리막과 상기 분리막 시트가 서로 부착되는 것을 특징으로 하는 전극 조립체의 제조방법.
  17. 청구항 16에 있어서,
    상기 부착은 상기 유닛 셀에 포함된 분리막과 상기 분리막 시트를 가열함에 따라 수행되는 것을 특징으로 하는 전극 조립체의 제조방법.
  18. 청구항 16 또는 청구항 17에 있어서,
    상기 유닛 셀에 포함된 전극의 측면을 따라 상기 유닛 셀에 포함된 분리막과 상기 분리막 시트가 서로 부착되는 것을 특징으로 하는 전극 조립체의 제조방법.
  19. 청구항 16 또는 청구항 17에 있어서,
    상기 유닛 셀에 포함된 전극 둘레를 따라 상기 유닛 셀에 포함된 분리막과 상기 분리막 시트가 서로 부착되는 것을 특징으로 하는 전극 조립체의 제조방법.
  20. 청구항 19에 있어서,
    상기 유닛 셀에 포함된 분리막과 상기 분리막 시트의 부착에 의하여, 상기 유닛 셀에 포함된 전극이 외부로부터 씰링(sealing)되는 것을 특징으로 하는 전극 조립체의 제조방법.
  21. 청구항 13에 있어서,
    상기 부착 단계에서,
    상기 유닛 셀에 포함된 전극과 상기 분리막 시트가 서로 부착되는 것을 특징으로 하는 전극 조립체의 제조방법.
  22. 청구항 21에 있어서,
    상기 부착은 상기 유닛 셀에 포함된 전극과 상기 분리막 시트를 가열 및 가압함에 따라 수행되는 것을 특징으로 하는 전극 조립체의 제조방법.
  23. 청구항 21 또는 청구항 22에 있어서,
    상기 유닛 셀에 포함된 전극 중 최외각 전극의 일부분과 상기 분리막 시트의 일부가 서로 부착되는 것을 특징으로 하는 전극 조립체의 제조방법.
  24. 청구항 13에 있어서,
    상기 부착 단계 전에,
    상기 유닛 셀에 포함된 분리막과 상기 분리막 시트 중 적어도 어느 하나를 플라즈마(Plasma) 방전 또는 코로나(corona) 방전에 의하여 표면 처리하는 표면 처리 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전극 조립체의 제조방법.
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