WO2019093610A1 - 전극조립체 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 다수 개의 전극이 적층되되 음극, 양극이 순차적으로 번갈아 적층되며 상기 음극과 양극 사이에 분리막이 위치하게 적층되는 전극조립체의 제조방법에 있어서, n(n은 1 이상의 자연수)층에 놓인 전극의 상면을 분리막으로 덮는 단계; n층에 놓인 전극 위로 덮인 분리막을 가열하는 단계; 가열된 분리막 위로 n+1층에 놓이게 되는 전극을 적층하는 단계; n+1층에 놓인 전극의 상면을 분리막으로 덮는 단계; n+1층에 놓인 전극 위로 덮인 분리막을 가열하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다. 상기와 같은 구성을 갖는 본 발명은 분리막이 전극에 접착되거나 분리막끼리 접착되어 전극의 움직임이 고정되므로 전극의 움직임이 고정되므로 안정성을 향상시킬 수 있으며, 폭방향으로 분리막이 쌓이지 않으므로 동일 부피 대비 용량을 증대시킬 수 있다.

Description

전극조립체 및 그 제조방법
관련출원과의 상호인용
본 출원은 2017년 11월 13일자 한국특허출원 제10-2017-0150821호에 기초한 우선권의 이익을 주장하며, 해당 한국특허출원의 문헌에 개시된 모든 내용은 본 명세서의 일부로서 포함된다.
기술분야
본 발명은 이차전지에 내장되는 전극조립체(또는 복수 개의 전극판들이 적층된 적층형 전지) 및 상기 전극조립체의 제조방법에 관한 것으로써, 더욱 상세하게는 종래 구조 대비 부피당 용량을 증대시킬 수 있고, 전극(전극판: 음극, 양극)의 움직임을 고정시키며 분리막(세퍼레이터: separator)의 수축을 방지할 수 있는 전극조립체의 제조방법 및 상기 제조방법으로 제조된 전극조립체에 관한 것이다.
개인 휴대단말, 전기 자동차 분야를 포함하여 여러 분야에서 에너지원으로서 이차전지의 수요가 급격히 증가하고 있다.
일차전지와는 달리 충방전이 가능한 이차전지는 디지털 기기 뿐만 아니라 전기 자동차 등과 같은 운송수단용으로도 개발이 이뤄지고 있다.
이차전지는 양극과 음극의 재질 및 외부 형상에 따라 다양하게 분류될 수 있으나, 이 중에서 리튬 화합물 재질을 사용하는 리튬 이차전지는 용량이 크고 자가 방전율이 적어 종래의 니켈-카드뮴 이차전지 등을 대신하여 다양한 기기의 전원장치로써 널리 사용되고 있다.
그리고, 상기 리튬 이차전지는 다양한 형태로 제조 가능한데, 대표적으로 원통형(cylinder type), 각형(prismatic type), 파우치형(pouch type)으로 구분될 수 있되, 케이스 내부에 전기 에너지를 충방전하는 전극조립체가 내장되는 구조를 갖는다.
상기 전극조립체는 일반적으로 음극과 양극이 분리막 상에 배치되도록 라미네이션하고(열접착시키기고) 이를 와인딩하여(말아서) 제조하는 라미네이션 와인딩(lamination winding) 공법과 음극, 양극, 분리막을 순차적으로 적층시켜 제조하는 스택킹(stacking)이 널리 사용되고 있다.
상기 라미네이션 와인딩 공법은 음극, 양극이 분리막에 접착된 상태로 와인딩이 이뤄지므로 음극과 양극의 흔들림이 발생하지 않아 안정성이 향상되는 반면에 와인딩이 이뤄질 때(말아질 때) 전극조립체의 폭방향으로 분리막이 쌓여 폭방향이 증대되므로 동일 부피 대비 용량이 작아지는 단점이 있다.
그리고, 상기 스택킹 공법은 도 1a 내지 1d 에 도시된 바와 같이, 분리막(1)을 중앙에 두고 양측 각각에서부터 음극(2)과 양극(3)이 중앙으로 이동하여 적층되되, 적층이 이뤄지는 동안 분리막(1)이 지그재그 모양을 이루며 음극(2)과 양극(3) 사이에 적층되도록 구성된다.
즉, 도 1b 에 도시된 바와 같이, 가장 아래에 분리막(1)이 놓인 상태에서 음극(2)이 그 위에 적층되면, 일측에서 그리퍼(4a)가 진입하여 분리막(1)의 일부분을 고정시키고 상기 그리퍼(4a)를 중심으로 폴딩(folding)이 이뤄지며, 폴딩된 분리막 위로 양극(3)이 그 위에 적층된다. 그리고, 타측에서 그리퍼(4b)가 진입하여 분리막의 일부분을 고정시키면 상기 분리막이 반대쪽으로 폴딩되고 전극(음극, 양극)이 적층되는 동작이 반복된다(참고로, 도면상에서는 음극탭(2a)과 양극탭(3a)이 반대방향에 놓이는 것으로 도시되었으나, 이는 이차전지 설계에 따라 달라질 수 있다).
이와 같은 스택킹 공법은 폭방향으로 분리막(1)이 쌓이지 않으므로 라미네이션와인딩 공법과 비교하여 동일 부피 대비 용량을 증대시킬 수 있는 장점이 있으나, 음극(2)과 양극(3)의 고정이 이뤄지지 않으므로 폭방향(도 1d 에서 화살표로 표시된 방향)으로 전극이 움직여 안정성이 저하될 수 있는 단점이 있다.
따라서, 본 발명은 스택킹 공법을 기반으로 라미네이션 공법의 장점을 취합하여 전극의 움직임을 억제하여 안정성을 향상시키고 동일 부피 대비 용량을 증대시킬 수 있는 전극조립체의 제조방법 및 상기 제조방법으로 제조된 전극조립체를 제공하는 것에 주목적이 있다.
전술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제조방법은, 다수 개의 전극이 적층되되 음극, 양극이 순차적으로 번갈아 적층되며 상기 음극과 양극 사이에 분리막이 위치하게 적층되는 전극조립체의 제조방법에 있어서, n(n은 1 이상의 자연수)층에 놓인 전극의 상면을 분리막으로 덮는 단계; n층에 놓인 전극 위로 덮인 분리막을 가열하는 단계; 가열된 분리막 위로 n+1층에 놓이게 되는 전극을 적층하는 단계; n+1층에 놓인 전극의 상면을 분리막으로 덮는 단계; n+1층에 놓인 전극 위로 덮인 분리막을 가열하는 단계;를 포함하는 하는 것을 특징으로 한다.
상기 분리막은 n층에 놓인 전극의 일측 끝단에서부터 타측 끝단으로 이어지도록 덮이고 'n층에 놓인 전극'과 'n+1층에 놓이는 전극'이 연속적으로 적층되는 동안에 상기 전극들의 일측과 타측을 왕복하는 지그재그로 이어지는 모양을 갖는다.
상기 분리막이 일측에서 타측을 왕복하며 지그재그로 이어질 때, 분리막의 방향이 바뀌는 동안 꺽이는 지점을 지지하는 그리퍼가 삽입된다.
상기 그리퍼는 분리막이 왕복하는 방향에서 직각방향으로 활주가능하게 배치되며, 상기 그리퍼는 서로 대향하는 위치에 각각 하나씩 두 개가 배치된다.
본 발명의 실시예에서, 상기 분리막은 별도의 히팅플레이트에 의해 가열되며, 상기 분리막에 열과 압력을 가하여 상기 분리막을 상기 분리막과 맞닿은 전극의 상면에 접착시키는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 실시예에서, 상기 분리막은 그리퍼에 의해 가열되되, 상기 분리막으로 열과 압력을 가하여 해당 층의 분리막을 아래층의 분리막에 접착시킨다.
이때, 상기 그리퍼는 상기 전극을 덮지 않는 분리막의 테두리 부분을 가압할 수 있는 크기와 모양을 갖는다. 즉, 상기 전극은 사각판 모양을 가지며, 상기 그리퍼는 직각을 이루는 부분이 적어도 어느 한 곳 이상에서 형성된 모양(가령 'L' 자 모양)을 갖는다.
아울러, 본 발명에서는 위의 방법에 따라 제조된 전극조립체를 제공한다.
즉, 전자의 전극조립체는, 다수 개의 전극이 적층되되 음극, 양극이 순차적으로 번갈아 적층되며 상기 음극과 양극 사이에 분리막이 위치하게 적층되는 전극조립체로써, n(n은 1 이상의 자연수)층에 놓인 전극의 상면이 분리막으로 덮이되, 상기 분리막에 전극의 상면에 고정접착된다.
그리고, 후자의 전극조립체는 다수 개의 전극이 적층되되 음극, 양극이 순차적으로 번갈아 적층되며 상기 음극과 양극 사이에 분리막이 위치하게 적층되는 전극조립체로써, n(n은 1 이상의 자연수)층에 놓인 전극의 상면에 m(m은 1 이상의 자연수)층의 분리막이 덮이고, 그 위로 n+1층의 전극이 적층되며 상기 n+1층에 놓인 전극의 상면에 m+1층의 분리막이 덮이되, m+1층의 분리막은 전극이 덮이지 않은 m층의 분리막의 테두리 부분에서 접착된다.
또한, 본 발명은 전극의 움직임을 방지하되, 전극탭(음극탭 또는 양극탭)이 분리막을 관통하는 방향으로 적층된 적층형 전지와 그 제조방법을 추가적으로 제공한다.
즉, 다수 개의 전극판이 적층되되 제1전극판, 제2전극판이 순차적으로 번갈아 적층되며, 상기 제1전극판과 제2전극판 사이에 세퍼레이터가 위치하게 적층되는 적층형 전지에 있어서, 제 1 전극판과, 상기 제 1 전극판의 적어도 일단에 갖는 제 1 전극 단자와, 상기 전극판의 양면을 덮는 세퍼레이터를 포함하는 제 1 전지 요소를 갖고, 상기 세퍼레이터는, 상기 제 1 전극판의 상기 일단에서, 충돌부에 의해 꺾이고, 상기 충돌부의 적어도 일부에는 개구가 형성되고, 상기 제 1 전극 단자가 상기 개구를 개재하여 상기 세퍼레이터로부터 인출되어 있고, 또한 상기 세퍼레이터는, 상기 제 1 전지 요소 상에 배치된 제 2 전극판의 양면을 덮도록, 상기 제 2 전극판의 일단에서 꺾이는 제 2 충돌부와, 상기 제 2 전극판의 타단에 형성된 제 2 전극 단자가 인출되는 방향에 제 3 충돌부를 형성하고, 상기 제 1 전극 단자와 상기 제 2 전극 단자는, 동일 방향으로 인출되고, 상기 충돌부와, 상기 제 2 충돌부는, 상기 세퍼레이터의 꺾임부이고, 상기 제 3 충돌부는, 상기 세퍼레이터끼리에 의해 접합된 접합부이며, n(n은 1 이상의 자연수)층에 놓인 전극판의 상면이 세퍼레이터로 덮이되, 상기 세퍼레이터는 상기 전극판의 상면에 고정접착된 것을 특징으로 한다.
그리고, 다른 실시예에 따른 적층형 전지는 상기 구조와 마찬가지로, 제 1 전극판과, 상기 제 1 전극판의 적어도 일단에 갖는 제 1 전극 단자와, 상기 전극판의 양면을 덮는 세퍼레이터를 포함하는 제 1 전지 요소를 갖고, 상기 세퍼레이터는, 상기 제 1 전극판의 상기 일단에서, 충돌부에 의해 꺾이고, 상기 충돌부의 적어도 일부에는 개구가 형성되고, 상기 제 1 전극 단자가 상기 개구를 개재하여 상기 세퍼레이터로부터 인출되어 있고, 또한 상기 세퍼레이터는, 상기 제 1 전지 요소 상에 배치된 제 2 전극판의 양면을 덮도록, 상기 제 2 전극판의 일단에서 꺾이는 제 2 충돌부와, 상기 제 2 전극판의 타단에 형성된 제 2 전극 단자가 인출되는 방향에 제 3 충돌부를 형성하고, 상기 제 1 전극 단자와 상기 제 2 전극 단자는, 동일 방향으로 인출되고, 상기 충돌부와, 상기 제 2 충돌부는, 상기 세퍼레이터의 꺾임부이고, 상기 제 3 충돌부는, 상기 세퍼레이터끼리에 의해 접합된 접합부이되, n(n은 1 이상의 자연수)층에 놓인 전극판의 상면에 m(m은 1 이상의 자연수)층의 세퍼레이터가 덮이고, 그 위로 n+1층의 전극판이 적층되며 상기 n+1층에 놓인 전극판의 상면에 m+1층의 세퍼레이터가 덮이며, 전극판이 덮이지 않은 m+1층의 세퍼레이터의 테두리 부분은 전극이 덮이지 않은 m층의 세퍼레이터의 테두리 부분에서 모아져 접착된다.
상기와 같은 적층형 전지의 제조 방법은, 백형상(bag-shaped) 세퍼레이터에 소면적 전극을 수납하는 단계; 집전체가 접속된 판상의 전극 단자 접속부가 꺼내지는 위치를 제외한 백형상 세퍼레이터의 개구부를 적어도 일부분을 접합하는 단계; 소면적 전극들과 대면적 전극들을 교대로 적층하는 단계; 및 소면적 전극의 단자 접속부 또는 전극의 집전체 측을 가열하여, 세퍼레이터를 열융착함으로써 대면적 전극의 단면의 이동을 규제하는 충돌부를 형성하는 단계를 포함하고, n(n은 1 이상의 자연수)층에 놓인 소면적 전극의 상면을 세퍼레이터로 덮는 단계; n층에 놓인 전극 위로 덮인 세퍼레이터를 가열하는 단계; 가열된 세퍼레이터 위로 n+1층에 놓이게 되는 대면적 전극을 적층하는 단계; n+1층에 놓인 대면적 전극의 상면을 세퍼레이터로 덮는 단계; n+1층에 놓인 대면적 전극 위로 덮인 세퍼레이터를 가열하는 단계;를 포함한다.
상기와 같은 구성을 갖는 본 발명은 분리막이 전극에 접착되거나 분리막끼리 접착되어 전극의 움직임이 고정되므로 안정성을 향상시킬 수 있으며, 폭방향으로 분리막이 쌓이지 않으므로 동일 부피 대비 용량을 증대시킬 수 있다.
도 1a 는 종래의 스택킹 공법으로 제조된 전극조립체가 분해된 사시도.
도 1b 는 종래의 스택킹 공법으로 전극조립체가 제조되는 모습들이 도시된 평면도.
도 1c 는 종래의 스택킹 공법으로 전극조립체가 제조되는 모습들이 도시된 정면도.
도 1d 는 종래의 스택킹 공법으로 제조된 전극조립체의 정면도.
도 2 는 본 발명의 제1실시예에 따른 제조방법으로 전극조립체가 제조되는 모습들이 도시된 평면도.
도 3 은 본 발명의 제1실시예에 따른 제조방법으로 전극조립체가 제조되는 모습들이 도시된 정면도.
도 4 는 본 발명의 제1실시예에 따른 제조방법으로 제조된 전극조립체의 정면도.
도 5 는 본 발명의 제2실시예에 따른 제조방법에서 사용되는 그리퍼의 평면도.
도 6 은 본 발명의 제2실시예에 따른 제조방법으로 전극조립체가 제조되는 모습들이 도시된 정면도.
도 7 은 본 발명의 제2실시예에 따른 제조방법으로 제조된 전극조립체의 정면도.
도 8a 는 본 발명의 제3실시예에 따른 제조방법으로 제조된 전극조립체가 분해된 모습이 도시된 사시도.
도 8b 는 본 발명의 제3실시예에 따른 제조방법으로 제조된 전극조립체의 일부분을 확대하여 도시한 측면도.
이하, 첨부된 도면에 의거하여 본 발명에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.
또한, 본 명세서 및 특허청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정하여 해석되어서는 안되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
본 발명은 종래 구조 대비 부피당 용량을 증대시킬 수 있고, 전극(음극, 양극)의 움직임을 고정시키며 (양측에서 고정되거나 전극의 상면에 접착됨으로써) 분리막(1)의 수축을 방지할 수 있는 전극조립체의 제조방법 및 상기 제조방법으로 제조된 전극조립체에 관한 것이다.
본 발명에 따른 제조방법은 다수 개의 전극이 적층되되 음극(2), 양극(3)이 순차적으로 번갈아 적층되며 상기 음극(2)과 양극(3) 사이에 분리막(1)이 위치하게 적층되는 전극조립체를 제조하기 위한 것으로써, 최하단에 놓이게 되는 전극의 상면이 분리막으로 덮이면 그 위로 전극이 적층되기 전에 분리막(1)의 가열이 이뤄져서 분리막(1)과 전극 사이의 흔들림이 차단되는 것을 특징으로 한다.
즉, 본 발명에 따른 전극조립체의 제조방법은, n(n은 1 이상의 자연수)층에 놓인 전극의 상면을 분리막으로 덮는 단계, n층에 놓인 전극 위로 덮인 분리막을 가열하는 단계, 가열된 분리막 위로 n+1층에 놓이게 되는 전극을 적층하는 단계, n+1층에 놓인 전극의 상면을 분리막으로 덮는 단계; n+1층에 놓인 전극 위로 덮인 분리막을 가열하는 단계를 포함한다.
이하 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 실시예들을 더욱 상세히 설명한다.
실시예1
도 2 와 도 3 을 참조하면, 분리막(1)은 윗쪽에서부터 연속적으로 공급되도록 배치되며, 상기 분리막(1)을 중앙에 두고 일측에서는 음극(2)이 공급되고 타측에서는 양극(3)이 공급되도록 구성된다.
즉, 맨 아래에 분리막(1)이 깔린상태에서, 음극(2)이 그 위에 놓이면 상기 분리막(1)은 그리퍼(4a)에 의해 지지된 상태에서 폴딩되어(접혀져) 상기 음극(2) 상면을 덮고, 음극(2)의 상면과 분리막(1)의 접착이 이뤄지도록 히팅플레이트(10)가 음극(2)의 상면 위로 분리막(1)을 가열접착시킨다.
그리고, 히팅플레이트(10)가 원위치로 복귀한 상태에서, 타측의 양극(3)이 그 위로 적층되고 반대쪽 그리퍼(4b)가 진입한 다음에 분리막(1)은 처음 폴딩된 반대쪽 방향으로 다시 폴딩이 이뤄진다. 폴딩된 이후, 히팅플레이트(10)가 재진입하여 양극(3)의 상면과 분리막(1)을 접합시키고 위와 같은 과정이 계속적으로 반복된다. 이때, 히팅플레이트(10)가 분리막(1)을 접합시킨 이후에는 그리퍼가 먼저 진입할 수도 있고 전극이 먼저 적층될 수도 있다.
따라서, 상기 분리막(1)은 'n층에 놓인 전극'과 'n+1층에 놓이는 전극'이 연속적으로 적층되는 동안에 상기 전극들의 일측과 타측을 왕복하는 지그재그로 이어지는 모양을 갖는다.
아울러, 상기 그리퍼들(4a, 4b)은 분리막(1)이 일측에서 타측을 왕복하며 지그재그로 이어질 때, 분리막(1)의 방향이 바뀌는 동안 꺽이는 지점을 지지하도록 진입하되, 분리막(1)이 왕복하는 방향에서 직각방향으로 활주가능하게 서로 대향하는 위치에 각각 하나씩 두 개가 배치된다.
이와 같은 방법에 따라 제조된 전극조립체는 n층에 놓인 전극의 상면이 분리막(1)으로 덮이되 상기 분리막(1)에 전극의 상면에 고정접착되므로(별도의 히팅플레이트에 의해 분리막과 전극이 직접적으로 도 4 와 같이 면접착이 이뤄지므로) 전극의 적층이 보다 견고해질 수 있다.
하지만, 위와 같은 제조방법은 전극의 움직임을 더욱 확실히 억제할 수 있는 효과를 가지나, 히팅플레이트(10)의 슬라이딩 장치가 추가되어 공정이 복잡해지고 히팅플레이트(10)의 슬라이딩 시간이 추가됨에 따라 생산시간이 증가하게되므로 본 발명에서는 이를 해소할 수 있는 추가적인 실시예를 제공한다.
실시예2
이 실시예에서는 별도의 히팅플레이트(10)가 삭제될 수 있는 방법을 제공한다. 즉, 이 실시예에서는 히팅플레이트(10)를 대신하여 히터가 추가적으로 장착되거나 히터가 그 기능을 대신하는 그리퍼(20a, 20b)가 분리막(1)을 가열접착시키는 것을 특징으로 한다.
도 5 에 도시된 바와 같이, 이 실시예에서 사용되는 그리퍼(20a, 20b)는 내부에 열을 가하는 히터가 내장되어 적절한 압력과 온도로 분리막(1)의 폴딩되는 지점에서 해당 층의 분리막을 아래층의 분리막에 접착시킨다.
따라서, 상기 그리퍼(20a, 20b)는 상기 전극이 덮이지 않은 분리막(1)의 테두리 부분을 가압할 수 있는 크기와 모양을 갖는다. 즉, 상기 전극은 사각판 모양을 가지며, 상기 그리퍼(20a, 20b)는 직각을 이루는 부분이 적어도 어느 한 곳 이상에서 형성된 모양(예를들어 'L' 자 모양)을 갖는다.
도 6 에 도시된 바와 같이, 이 실시예에 따른 방법도 제1실시예의 방법과 같이 맨 아래에 분리막(1)이 깔린상태에서, 음극(2)이 그 위에 놓이면 상기 분리막(1)은 그리퍼(20a)에 의해 지지된 상태에서 폴딩되어(접혀져) 상기 음극(2) 상면을 덮는다. 이때, 그리퍼(20a)는 가열된 상태로 아랫쪽으로 하강하여, 아래층의 분리막 테두리에 가열 압착시킨다(참고로, 분리막은 윗쪽에서부터 연속적으로 공급되는 구조이므로 분리막의 늘어짐이나 손상은 발생하지 않는다).
그리고, 타측의 양극(3)이 그 위로 적층되고 반대쪽 그리퍼(20b)가 진입한 다음에 분리막(1)은 처음 폴딩된 반대쪽 방향으로 다시 폴딩되되, 반대쪽에서도 그리퍼(20b)가 동일하게 분리막(1)의 테두리 부분을 아래층의 분리막 테두리에 가열 압착시키며, 위와 같은 과정이 계속적으로 반복된다.
따라서, 이와 같은 과정을 반복하는 동안에 전극조립체는 도 7 에 도시된 바와 같이 양끝단(A) 테두리부분에서 분리막이 모아져 접착하게 된다. 이때, 양끝단이 고정된 상태이므로 전극의 움직임은 차단될 수 있다.
따라서, 이 실시예에 따라 제조된 전극조립체는 n(n은 1 이상의 자연수)층에 놓인 전극의 상면에 m(m은 1 이상의 자연수)층의 분리막(1)이 덮이고, 그 위로 n+1층의 전극이 적층되며 상기 n+1층에 놓인 전극의 상면에 m+1층의 분리막이 덮이되, m+1층의 분리막 테두리 부분은 m층의 분리막의 테두리부분에서 모아져 접착된다.
상기와 같은 구성을 갖는 본 발명은 분리막(1)이 전극에 접착되거나 분리막(1)끼리 테두리부분(A) 접착되어 전극의 움직임이 고정되므로 안정성을 향상시킬 수 있으며, 폭방향으로 분리막이 쌓이지 않으므로 동일 부피 대비 용량을 증대시킬 수 있다.
아울러, 본 발명에서는 전극들(음극 또는 양극)의 전극탭(양극탭 또는 음극탭)이 분리막을 관통하는 방향으로 적층되는 전극조립체 및 그 제조방법을 실시예3으로써 제공한다.
실시예3
실시예3에 따른 적층형 전지는 위의 실시예와 동일하게 다수 개의 전극이 적층되되 음극판, 양극판이 순차적으로 번갈아 적층되며 상기 음극판과 양극판 사이에 세퍼레이터(분리막)가 위치하게 적층되는 전극조립체에 있어서, n(n은 1 이상의 자연수)층에 놓인 전극판의 상면이 세퍼레이터로 덮이되, 상기 세퍼레이터에 전극판의 상면에 고정접착된다.
도 8a 에 도시된 바와 같이 실시예3에서, 상기 세퍼레이터(300)는 n층에 놓인 제1전극판(100)의 상면을 덮음으로써 일측에서 꺾여져 충돌부(302a)가 형성되고, 상기 충돌부(302a)에서는 일부가 절개되어 개구(303)가 형성된다. 상기 개구(303)는 n층에 놓이는 제1전극판(100)의 전극탭인 제1전극단자(101)가 삽입될 수 있는 위치에서 적정한 크기로 형성된다.
즉, 실시예3에서는 제1전극단자(101)과 제2전극단자(202)가 세퍼레이터(300)의 꺽이는 지점을 향하게 배치되는 점에 있어서 먼저의 실시예들과 차이를 가지나, 전극판 상면에 세퍼레이터의 접착이 이뤄지는 점에 있어서 동일 성을 갖는다.
이 실시예에서, 본 발명의 적층형 전지는 다 수개 의 전지 요소들이 반복적층된 구성을 갖되, 제 1 전지 요소는 제 1 전극판과, 상기 제 1 전극판의 적어도 일단에 갖는 제 1 전극 단자와, 상기 전극판의 양면을 덮는 세퍼레이터를 포함한다. 상기 세퍼레이터(300)는, 도 8a 에 도시된 바와 같이 상기 제 1 전극판(100)의 상기 일단에서, 충돌부(302a)에 의해 꺾이고, 상기 충돌부(302a)의 적어도 일부에는 개구(303)가 형성된다.
상기 제 1 전극 단자(100)는 상기 개구(303)를 개재하여 상기 세퍼레이터(300)로부터 인출된다. 또한 상기 세퍼레이터(300)는, 상기 제 1 전지 요소 상에 배치된 제 2 전극판(200)의 양면을 덮도록, 상기 제 2 전극판(200)의 일단에서 꺾이는 제 2 충돌부(302b)와, 상기 제 2 전극판(200)의 타단에 형성된 제 2 전극 단자(201)가 인출되는 방향에 제 3 충돌부(302c)를 형성한다.
이때, 상기 제 1 전극 단자(101)와 상기 제 2 전극 단자(201)는, 동일 방향으로 인출되고, 상기 충돌부(302a)와, 상기 제 2 충돌부(302b)는, 상기 세퍼레이터(300)의 꺾여진 지점이다.
반면에, 상기 제 3 충돌부(302c)는 개구(303) 형성에 의해 절개된 부분 끼리 접합되는 부분에 형성된다. 즉, 상기 제 3 충돌부(302c)는 세퍼레이터끼리에 의해 접합된 접합부이다.
이때, 상기 적층형 전지는 실시예1, 2 에서 기재된 특징 중 어느 하나를 공통적으로 포함한다. 즉, n(n은 1 이상의 자연수)층에 놓인 전극판의 상면이 세퍼레이터(300)로 덮이되, 상기 세퍼레이터(300)는 각각의 전극판 상면에 고정접착된다.
또는, n(n은 1 이상의 자연수)층에 놓인 전극판의 상면에 m(m은 1 이상의 자연수)층의 세퍼레이터(300)가 덮이고, 그 위로 n+1층의 전극판이 적층되며 상기 n+1층에 놓인 전극판의 상면에 m+1층의 세퍼레이터가 덮이며, 전극판이 덮이지 않은 m+1층의 세퍼레이터의 테두리 부분은 전극이 덮이지 않은 m층의 세퍼레이터의 테두리 부분에서 모아져 접착된다.
아울러, 본 발명에 따른 적층형 전지의 제조 방법은, 백형상(bag-shaped: 일부분은 막히고 일부분은 개구된 형상) 세퍼레이터(300)에 소면적 전극(200: 도 8b 에서 제2전극 참조)을 수납하는 단계; 집전체(분말상태의 활물질이 극판의 형태로 존재 할 수 있게 지지체 기능을 하는 판상 부재)가 접속된 판상의 전극 단자 접속부가 꺼내지는 위치를 제외한 백형상 세퍼레이터(300)의 개구부(303)를 적어도 일부분을 접합하는 단계; 소면적 전극들(200)과 대면적 전극들(100)을 교대로 적층하는 단계; 및 소면적 전극(200)의 단자 접속부(201) 또는 전극의 집전체 측을 가열하여, 세퍼레이터(300)를 열융착함으로써 대면적 전극(100)의 단면의 이동을 규제하는 충돌부(302c)를 형성하는 단계를 포함하고, n(n은 1 이상의 자연수)층에 놓인 소면적 전극(200)의 상면을 세퍼레이터(300)로 덮는 단계; n층에 놓인 소면적 전극(200) 위로 덮인 세퍼레이터(300)를 가열하는 단계; 가열된 세퍼레이터(300) 위로 n+1층에 놓이게 되는 대면적 전극(100)을 적층하는 단계; n+1층에 놓인 대면적 전극(100)의 상면을 세퍼레이터(300)로 덮는 단계; n+1층에 놓인 대면적 전극(100) 위로 덮인 세퍼레이터(300)를 가열하는 단계;를 포함한다.
이와 같이 구성된, 적층형 전지는 각층의 전극판의 상면이 세퍼레이터(300)와 접합되어 움직임이 봉쇄될 뿐만 아니라 양측 끝단들 또한 충돌부들에 의해 갇힌 상태가 되어 움직임이 억제된다.
아울러, 위와 같은 구성 시 각층의 전극판끼리 동일한 면적을 갖는 경우에는 위아래쪽에서 (개구가 형성에 의해 찢겨진 부분이 형성되더라도) 길이가 짧아질 수 있다.
이와 같은 문제를 해소하기 위해서 본 발명의 실시예에서는 도 8b 에 도시된 바와 같이, n층에 놓인 전극과 n+2층에 놓인 전극은 상대적으로 더 넓은 면적을 갖는 대면적 전극이고, n+1층에 놓인 전극은 상대적으로 더 작은 면적을 갖는 소면적 전극이다. 이에 따라 개구부 형성에 의해 찢겨진 부분끼리 맞닿은 상태에서 (소면적 전극에 열을 가하거나 세퍼레이터끼리 맞닿는 부분에 직접적으로) 열을 가해 위아래쪽 세퍼레이터를 접합하여 접합부를 형성할 수 있다.
이러한 전극조립체를 제조하는 방법은 위의 실시예와 같이, 음극판, 양극판이 순차적으로 번갈아 적층되며 상기 음극판과 양극판 사이에 세퍼레이터가 위치하게 적층하되, 음극판 또는 양극판 중 어느 하나는 소면적전극으로 구성하고 다른 하나는 대면적전극으로 구성한 다음에 위와 같이 각 층의 전극판마다 상면에 세퍼레이터가 접착되게 열을 가하되, 소면적 전극의 끝단에 열을 가해 추가적인 접합을 함으로써 이루어질 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.

Claims (14)

  1. 다수 개의 전극이 적층되되 음극, 양극이 순차적으로 번갈아 적층되며 상기 음극과 양극 사이에 분리막이 위치하게 적층되는 전극조립체의 제조방법에 있어서,
    n(n은 1 이상의 자연수)층에 놓인 전극의 상면을 분리막으로 덮는 단계;
    n층에 놓인 전극 위로 덮인 분리막을 가열하는 단계;
    가열된 분리막 위로 n+1층에 놓이게 되는 전극을 적층하는 단계;
    n+1층에 놓인 전극의 상면을 분리막으로 덮는 단계;
    n+1층에 놓인 전극 위로 덮인 분리막을 가열하는 단계;를 포함하는 전극조립체의 제조방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 분리막은 n층에 놓인 전극의 일측 끝단에서부터 타측 끝단으로 이어지도록 덮이고 'n층에 놓인 전극'과 'n+1층에 놓이는 전극'이 연속적으로 적층되는 동안 상기 전극들의 일측과 타측을 왕복하는 지그재그로 이어지는 모양을 갖는 것을 특징으로 하는 전극조립체의 제조방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 분리막이 일측에서 타측을 왕복하며 지그재그로 이어질 때, 분리막의 방향이 바뀌는 동안 꺽이는 지점을 지지하는 그리퍼가 삽입되는 것을 특징으로 하는 전극조립체의 제조방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 그리퍼는 분리막이 왕복하는 방향에서 직각방향으로 활주가능하게 배치된 것을 특징으로 하는 전극조립체의 제조방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 그리퍼는 서로 대향하는 위치에 각각 하나씩 두 개가 배치된 것을 특징으로 하는 전극조립체의 제조방법.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 분리막은 히팅플레이트에 의해 가열되며, 상기 분리막에 열과 압력을 가하여 상기 분리막을 상기 분리막과 맞닿은 전극의 상면에 접착시키는 것을 특징으로 하는 전극 조립체의 제조방법.
  7. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 분리막은 그리퍼에 의해 가열되되, 상기 분리막으로 열과 압력을 가하여 해당 층의 분리막을 아래층의 분리막에 접착시키는 것을 특징으로 하는 전극 조립체의 제조방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 그리퍼는 상기 전극이 덮이지 않은 분리막의 테두리 부분을 가압할 수 있는 크기와 모양을 갖는 것을 특징으로 하는 전극 조립체의 제조방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 전극은 사각판 모양을 가지며, 상기 그리퍼는 직각을 이루는 부분이 적어도 어느 한 곳 이상에서 형성된 모양을 갖는 것을 특징으로 하는 전극 조립체의 제조방법.
  10. 다수 개의 전극이 적층되되 음극, 양극이 순차적으로 번갈아 적층되며 상기 음극과 양극 사이에 분리막이 위치하게 적층되는 전극조립체에 있어서,
    n(n은 1 이상의 자연수)층에 놓인 전극의 상면이 분리막으로 덮이되, 상기 분리막은 상기 전극의 상면에 고정접착된 것을 특징으로 하는 전극조립체.
  11. 다수 개의 전극이 적층되되 음극, 양극이 순차적으로 번갈아 적층되며 상기 음극과 양극 사이에 분리막이 위치하게 적층되는 전극조립체에 있어서,
    n(n은 1 이상의 자연수)층에 놓인 전극의 상면에 m(m은 1 이상의 자연수)층의 분리막이 덮이고, 그 위로 n+1층의 전극이 적층되며 상기 n+1층에 놓인 전극의 상면에 m+1층의 분리막이 덮이되,
    전극이 덮이지 않은 m+1층의 분리막의 테두리 부분은 전극이 덮이지 않은 m층의 분리막의 테두리 부분에서 모아져 접착된 것을 특징으로 하는 전극조립체.
  12. 다수 개의 전극판이 적층되되 제1전극판, 제2전극판이 순차적으로 번갈아 적층되며, 상기 제1전극판과 제2전극판 사이에 세퍼레이터가 위치하게 적층되는 적층형 전지에 있어서,
    제 1 전극판과, 상기 제 1 전극판의 적어도 일단에 갖는 제 1 전극 단자와, 상기 전극판의 양면을 덮는 세퍼레이터를 포함하는 제 1 전지 요소를 갖고,
    상기 세퍼레이터는, 상기 제 1 전극판의 상기 일단에서, 충돌부에 의해 꺾이고,
    상기 충돌부의 적어도 일부에는 개구가 형성되고,
    상기 제 1 전극 단자가 상기 개구를 개재하여 상기 세퍼레이터로부터 인출되어 있고,
    또한 상기 세퍼레이터는, 상기 제 1 전지 요소 상에 배치된 제 2 전극판의 양면을 덮도록, 상기 제 2 전극판의 일단에서 꺾이는 제 2 충돌부와,
    상기 제 2 전극판의 타단에 형성된 제 2 전극 단자가 인출되는 방향에 제 3 충돌부를 형성하고,
    상기 제 1 전극 단자와 상기 제 2 전극 단자는, 동일 방향으로 인출되고,
    상기 충돌부와, 상기 제 2 충돌부는, 상기 세퍼레이터의 꺾임부이고,
    상기 제 3 충돌부는, 상기 세퍼레이터끼리에 의해 접합된 접합부이며,
    n(n은 1 이상의 자연수)층에 놓인 전극판의 상면이 세퍼레이터로 덮이되, 상기 세퍼레이터는 상기 전극판의 상면에 고정접착된 것을 특징으로 하는 적층형 전지.
  13. 다수 개의 전극판이 적층되되 제1전극판, 제2전극판이 순차적으로 번갈아 적층되며, 상기 제1전극판과 제2전극판 사이에 세퍼레이터가 위치하게 적층되는 적층형 전지에 있어서,
    제 1 전극판과, 상기 제 1 전극판의 적어도 일단에 갖는 제 1 전극 단자와, 상기 전극판의 양면을 덮는 세퍼레이터를 포함하는 제 1 전지 요소를 갖고,
    상기 세퍼레이터는, 상기 제 1 전극판의 상기 일단에서, 충돌부에 의해 꺾이고,
    상기 충돌부의 적어도 일부에는 개구가 형성되고,
    상기 제 1 전극 단자가 상기 개구를 개재하여 상기 세퍼레이터로부터 인출되어 있고,
    또한 상기 세퍼레이터는, 상기 제 1 전지 요소 상에 배치된 제 2 전극판의 양면을 덮도록, 상기 제 2 전극판의 일단에서 꺾이는 제 2 충돌부와,
    상기 제 2 전극판의 타단에 형성된 제 2 전극 단자가 인출되는 방향에 제 3 충돌부를 형성하고,
    상기 제 1 전극 단자와 상기 제 2 전극 단자는, 동일 방향으로 인출되고,
    상기 충돌부와, 상기 제 2 충돌부는, 상기 세퍼레이터의 꺾임부이고,
    상기 제 3 충돌부는, 상기 세퍼레이터끼리에 의해 접합된 접합부이며,
    n(n은 1 이상의 자연수)층에 놓인 전극판의 상면에 m(m은 1 이상의 자연수)층의 세퍼레이터가 덮이고, 그 위로 n+1층의 전극판이 적층되며 상기 n+1층에 놓인 전극판의 상면에 m+1층의 세퍼레이터가 덮이되,
    전극판이 덮이지 않은 m+1층의 세퍼레이터의 테두리 부분은 전극이 덮이지 않은 m층의 세퍼레이터의 테두리 부분에서 모아져 접착된 것을 특징으로 하는 적층형 전지.
  14. 적층형 전지의 제조 방법으로서,
    백형상(bag-shaped) 세퍼레이터에 소면적 전극을 수납하는 단계;
    집전체가 접속된 판상의 전극 단자 접속부가 꺼내지는 위치를 제외한 백형상 세퍼레이터의 개구부를 적어도 일부분을 접합하는 단계;
    소면적 전극들과 대면적 전극들을 교대로 적층하는 단계; 및
    소면적 전극의 단자 접속부 또는 전극의 집전체 측을 가열하여, 세퍼레이터를 열융착함으로써 대면적 전극의 단면의 이동을 규제하는 충돌부를 형성하는 단계를 포함하고,
    n(n은 1 이상의 자연수)층에 놓인 소면적 전극의 상면을 세퍼레이터로 덮는 단계;
    n층에 놓인 소면적 전극 위로 덮인 세퍼레이터를 가열하는 단계;
    가열된 세퍼레이터 위로 n+1층에 놓이게 되는 대면적 전극을 적층하는 단계;
    n+1층에 놓인 대면적 전극의 상면을 세퍼레이터로 덮는 단계;
    n+1층에 놓인 대면적 전극 위로 덮인 세퍼레이터를 가열하는 단계;를 포함하는 적층형 전지의 제조방법.
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