WO2019151626A1 - 전극조립체 및 이의 제조 방법 - Google Patents

전극조립체 및 이의 제조 방법 Download PDF

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WO2019151626A1
WO2019151626A1 PCT/KR2018/014119 KR2018014119W WO2019151626A1 WO 2019151626 A1 WO2019151626 A1 WO 2019151626A1 KR 2018014119 W KR2018014119 W KR 2018014119W WO 2019151626 A1 WO2019151626 A1 WO 2019151626A1
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electrode
separator
cell
electrode assembly
stacked
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PCT/KR2018/014119
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표정관
구자훈
정수택
김석진
정태진
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주식회사 엘지화학
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    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
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    • H01M10/04—Construction or manufacture in general
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    • H—ELECTRICITY
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    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
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    • 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
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    • 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
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    • H01M50/40—Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
    • H01M50/46—Separators, membranes or diaphragms characterised by their combination with electrodes
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    • 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 improve the alignment of the secondary battery and to implement a battery of high capacity, an electrode assembly and a method of manufacturing the same that can reduce the loss (loss) in the event of a failure. It is about.
  • 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 is configured by embedding an electrode assembly in a battery case (pouch, can, etc.).
  • the electrode assembly mounted inside the battery case has a stacked structure of positive electrode / membrane / cathode and thus can be repeatedly charged and discharged.
  • FIG. 1A is a side view illustrating a process of making an electrode assembly by a stack & folding process in a conventional electrode assembly.
  • the stack-and-folding electrode assembly seats a plurality of unit cells 4 formed by sequentially stacking the anode 1, the separator 3, and the cathode 2 on the sheet-type separator 5,
  • This sheet-shaped separator 5 has a structure formed by folding in one direction (L).
  • an individual unit cell 4 formed by stacking an anode 1, a separator 3, and a cathode 2 into a basic unit is first made, and then the unit cell 4 ) Is attached to the sheet-type separator (5) and is folded, thereby complicating the electrode assembly manufacturing procedure.
  • the tolerances generated in each of the positive electrode 1, the negative electrode 2, and the separator 3 in the process of making the unit cell 4 are accumulated, and when the unit cell 4 is folded in the next step, folding and stacking are performed. Since the tolerances between the unit cells 4 accumulate again during the process, an overhang issue may occur in which the alignment of the anode 1 is out of the cathode 2 and the alignment is disturbed.
  • This overhang A is likely to increase as the number of stacks of the unit cells 4 increases (that is, the number of folding times increases). That is, in this process, if the stacking number of the electrodes constituting the unit cell 4 is increased, the folding count may be reduced, and the folding count may be reduced. There was a problem that the alignment becomes difficult.
  • FIG. 1B is a side view illustrating a lamination form of an electrode assembly manufactured by a lamination & stacking process.
  • the unit cells formed by stacking the anode 1, the separator 3, the cathode 2, and the separator 3 are aligned by the outer dimensions of the separator 3.
  • an overhang issue occurred. That is, in the process of making the unit cell, individual tolerances of the plurality of electrodes 1 and 2 and the plurality of separation membranes 3 are accumulated, and the tolerances between the unit cells are also accumulated, so that the anode 1 is out of the cathode 2. An overhang issue has occurred.
  • the overhang region A which is the region where the anode 1 deviates from the cathode 2, is shown.
  • the present applicant is arranged between the two separators at regular intervals and the anode is disposed on both sides at the position of every other one of the cathode, and then stacked to form a zigzag 'electrode assembly and its It has been filed a patent application (Patent Application No. 10-2016-0128583) as of January 1, 2016.
  • the zigzag stacking structure has an effect of reducing the overhang issue, but there is a problem in that the entire cell is defective when a position defect occurs even in one electrode.
  • the present invention is directed to providing an electrode assembly and a method of manufacturing the same that can solve the above problems.
  • the present invention provides a method of manufacturing an electrode assembly, comprising: interposing a plurality of first electrodes one by one so as to be spaced apart from each other between two sheets of separators; By stacking the second electrode on the outer surface of the separator on both sides of the first electrode in the position skipped one of the plurality of positions on which the first electrode is placed, the second electrode / separator / first electrode / separator / Continuously forming the bi-cells stacked in the order of two electrodes and the half cells stacked in the order of separator / first electrode / separator; Cutting into one unit cell, wherein the bicell and the half cell are connected; Folding the unit cell so that the bicell and the half cell are stacked; And stacking a plurality of folded unit cells to form an electrode assembly.
  • a first sealing is performed to bond the stacked separators to each other at the edge of the unit cell with the first electrode interposed therebetween.
  • a step of performing a second sealing to be bonded at a position where the edge portion of the bicell and the edge portion of the half cell are in contact with each other may be performed.
  • the point where the second seal is made is overlapped at least in part with the point where the first seal was made.
  • the first seal and the second seal are made by applying heat and pressure to bond the separators to each other.
  • the unit cells When the unit cells are stacked, the unit cells are stacked to connect the bicells and the half cells and to fold the folding parts, which are folded parts, face in the same direction.
  • the unit cell placed in the n layer (n is a natural number of 1 or more) connects the bicell and the half cell, and the folding part, which is the folded part, is placed toward one side (
  • the folding part of the unit cell lying on the n + 1) layer may be manufactured so as to face the other side of the unit cell.
  • the first electrode has an area greater than or equal to that of the second electrode, the first electrode is a cathode, and the second electrode is an anode.
  • the present invention can also provide a method of manufacturing a secondary battery including the method of manufacturing an electrode assembly as described above. That is, the method of manufacturing a secondary battery according to the present invention comprises the steps of manufacturing an electrode assembly and the step of embedding the electrode assembly in a case, the manufacturing method of the electrode assembly is a method of manufacturing an electrode assembly provided in the present invention This applies.
  • Electrode assembly which is prepared by sequentially stacking a cathode, a separator, and an anode.
  • Electrode assembly according to the present invention is a bi-cell stacked in the order of the anode / separator / cathode / separator / anode; and the half cell stacked in the order of the separator / cathode / separator; has a structure that is alternately repeated stacked, one side A cell is formed, and a half cell is formed at the other side, and a plurality of folded unit cells are stacked and stacked so that the bicell and the half cell are stacked.
  • the half cell and the bicell that are folded in each unit cell are bonded at least at one or more points such that the separator of the half cell and the bicell are blocked.
  • the unit cells adjacent to each other are bonded to at least one point between the separation membranes disposed adjacent to each other.
  • the electrode assembly of the present invention having the configuration as described above constitutes a unit cell in a state in which the half cell and the bicell are connected to each other, it is possible to reduce the possibility of the conventional overhang, and the unit cells are defective because the folding is performed in the divided state one by one.
  • the problem of disposing the entire electrode assembly when generated (more specifically, the problem of the structure described in Patent Application No. 10-2016-0128583) can be solved.
  • the first sealing and / or the second sealing of the unit cell is made to more effectively block the movement of the electrode to cope with the overhang issue.
  • 1A is a side view illustrating a process of manufacturing an electrode assembly by a stack and folding process.
  • Figure 1b is a side view showing the process of manufacturing the electrode assembly in a lamination and stacking process.
  • Figure 2a is a side view showing a state in which the negative electrode disposed between the two separators in accordance with an embodiment of the present invention.
  • Figure 2b is a side view showing the anode is attached to each of both sides of the cathode spaced one by one in the state of Figure 2a.
  • FIG. 2C is a side view illustrating a state in which an anode is attached in FIG. 2B;
  • FIG. 3 is a side view illustrating a unit cell in which one bicell and one half cell are connected and a first sealing at each end of the uncell;
  • FIG. 4 is a side view showing the folding of the unit cell is made.
  • 5A is a diagram illustrating a state in which a plurality of unit cells are stacked to face in the same direction.
  • FIG. 5B is a view showing a state in which the folding parts of the unit cells lying on the n-layer (n is an odd number) and the folding parts of the unit cells lying on the (n + 1) layer face each other.
  • FIG. 6A is a plan view illustrating the unit cell before and after folding, showing a point at which primary and secondary sealing are performed;
  • FIG. 6B is a view illustrating stacking of unit cells in which secondary sealing is performed.
  • the present invention relates to a method for manufacturing an electrode assembly and an electrode assembly manufactured through the manufacturing method for solving the overhang issue and to reduce the loss rate due to defects, and further provides a method for manufacturing a secondary battery including the manufacturing method. do.
  • FIG. 2A is a side view illustrating the cathodes 20 disposed at intervals between the two separators 30 according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 2B is one of the cathodes spaced one by one in the state of FIG. 2A
  • 20 is a side view showing a state in which the anode 10 is attached to each of both sides
  • FIG. 2C is a side view showing a state in which the anode 10 is attached to FIG. 2B.
  • the manufacturing method according to the present invention starts from interposing a plurality of first electrodes one by one so as to be spaced apart from each other between the two separators (30).
  • the first electrode may be an anode 10, but is preferably a cathode 20, and the distance between neighboring cathodes 20 is the thickness between the cathodes 20 and the separation membranes 30. It may be determined according to the thickness and conditions required for folding.
  • the second electrode which is the anode 10
  • the second electrode is formed on the outer surface of the separators 30 at both sides of the first electrode at a position skipped by one of the plurality of positions on which the first electrode is placed. Attach the electrodes so that they are stacked.
  • bicells 101 stacked in the order of anode / separator / cathode / separator / anode and half cells 102 stacked in the order of separator / cathode / separator are alternately formed.
  • the unit cell 100 has a first sealing in a state where the upper and lower sides are symmetrical with respect to an imaginary center line (which will pass through the center of the cathode), so that the unit cell 100 may be subjected to a high temperature and a high pressure that occur during the production process of the secondary battery. The occurrence of bending and / or deformation can be suppressed.
  • the unit cell 100 is folded as shown in FIG. 4 such that the half cell 102 and the bicell 101 are stacked.
  • the folded unit cell 100 may be manufactured as an electrode assembly by stacking a plurality of pieces, and as illustrated in FIGS. 5A and 5B, the stacked unit cells 100 may be manufactured to support stacking by a separate folding separator 40 or each unit cell. The upper and lower surfaces of the 100 may be bonded to each other to form a stack without a separate folding separator 40.
  • the unit cells 100 may be stacked to connect the bicell 101 and the half cell 102 and fold the folding parts facing in the same direction as shown in FIG. 5A, or FIG.
  • the folding part of the unit cell lying on the n-layer (n is one or more natural numbers) and the folding part of the unit cell lying on the (n + 1) layer may be stacked to face in opposite directions. This may be an option according to the product specification, but the latter case may be a more useful structure to align the height of both sides.
  • the first sealing is made to prevent the movement of the separator 30 and the electrodes (the cathode and the anode).
  • a second sealing may be additionally performed to fix the folded state of the unit cell 100. That is, as shown in FIG. 6A, primary sealing is performed between the separators 30 at each edge of the unit cell 100 (having a square shape when viewed from the top and bottom) before the folding is performed. Secondary sealing may then take place. Since the secondary sealing is made at the edge portion of the bicell 101 and the edge portion of the half cell 102 as shown, the secondary sealing is made at least in part from the point where the primary sealing was made. May overlap.
  • the separator 30 according to the present invention is manufactured to contain a polymer material that generates adhesive strength when heat is applied, the first sealing and the second sealing may be performed by applying heat and pressure.
  • the unit cell 100 manufactured in a state where the second sealing is made may be more stably stacked because the movement of both ends is fixed as shown in FIG. 6B.
  • the first electrode is the cathode 20 and the second electrode is the anode 10, and the first electrode has an area greater than or equal to that of the second electrode.
  • a method of manufacturing a secondary battery incorporating an electrode assembly is typically configured to include a step of preparing an electrode assembly and a step of embedding the electrode assembly in a pouch (case). Accordingly, the present invention may provide an additional method of manufacturing a secondary battery because the method of manufacturing an electrode assembly is provided as a 'step of manufacturing an electrode assembly' in the method of manufacturing a secondary battery. Since the manufacturing method of the secondary battery overlaps with the manufacturing method of the electrode assembly described above, further description is omitted.
  • the present invention further provides an electrode assembly in which the cathode 20, the separator 30, and the anode 10 are successively stacked.
  • the electrode assembly according to the present invention is configured by stacking a plurality of unit cells 100 as shown in Figure 5a, 5b, 6b, the unit cell 100 is a bi-cell 101 and a half cell 102 It has a folded structure in the state.
  • the unit cell 100 of the present invention has a structure in which one bicell 101 and one half cell 102 are connected, but the bicell 101 has a structure of the half cell 102.
  • the anode 10 is further laminated on each side.
  • the bicell 101 has a structure stacked in the order of the anode / separator / cathode / separator / anode
  • the half cell 102 has a structure stacked in the order of the separator / cathode / separator.
  • the unit cell 100 is folded to stack the half cell 102 and the bicell 101 as shown in FIG. 4, but the primary sealing and the secondary sealing are performed to prevent movement of the electrode and the folded state. Can be.
  • FIG. 4 For reference, in FIG.
  • the first sealing and the second sealing are shown to be performed only at a corner portion of the separation membrane 30, but the first sealing and the second sealing may be entirely performed along the circumference of the separation membrane 30.
  • sealing with adhesive will also be possible.
  • the electrode assembly of the present invention having the configuration as described above constitutes the unit cell 100 in a state in which the half cell 102 and the bicell 101 are connected to each other, the possibility of a conventional overhang may be reduced, and the unit cells Since the folding is made in the divided state one by one, it is possible to solve the problem that the entire electrode assembly should be discarded when a defect occurs.
  • the first sealing and / or the second sealing of the unit cell 100 may be made to more effectively block the movement of the electrode to cope with the overhang issue.

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Abstract

본 발명은, 전극조립체의 제조방법에 있어서, 두 장의 분리막 사이에서 서로 간에 이격배치되도록 다수 개의 제1전극들을 하나씩 개재시키는 단계; 상기 제1전극이 놓인 다수 개의 위치들 중 하나씩 건너 뛴 위치에서 상기 제1전극의 양측 각각으로 상기 분리막들의 외부면에 제2전극을 적층하여, 제2전극/분리막/제1전극/분리막/제2전극 순서로 적층된 바이셀과 분리막/제1전극/분리막 순서로 적층된 하프셀을 교대로 연속하게 형성시키는 단계; 상기 바이셀 하나와 상기 하프셀 하나가 이어진 유닛셀로 절단하는 단계; 바이셀과 하프셀이 적층되도록 상기 유닛셀을 폴딩하는 단계; 및 폴딩된 유닛셀을 다수 개를 적층하여 전극조립체로 제조하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

전극조립체 및 이의 제조 방법
본 출원은 2018년 2월 1일자 한국특허출원 제10-2018-0012994호에 기초한 우선권의 이익을 주장하며, 해당 한국특허출원의 문헌에 개시된 모든 내용은 본 명세서의 일부로서 포함된다.
본 발명은 전극 조립체 및 이의 제조 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 이차 전지의 정렬도를 향상시키고 고용량의 전지를 구현할 수 있으며, 불량발생시 로스(loss)율을 줄일 수 있는 전극 조립체 및 이의 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 케이스(파우치, 캔 등)에 전극조립체가 내장되어 구성된다. 전지 케이스의 내부에 장착되는 전극조립체는 양극/분리막/음극의 적층 구조로 이루어져 반복적인 충방전이 가능하다.
도 1a은 종래의 전극 조립체 중에서 스택앤폴딩(Stack & folding) 공정으로 전극조립체를 만드는 과정을 도시하는 측면도이다.
도 1a 를 참조하면, 스택앤폴딩형 전극조립체는 양극(1), 분리막(3), 음극(2)이 순차로 적층되어 형성된 복수 개의 유닛셀(4)들을 시트형 분리막(5)에 안착하고, 이 시트형 분리막(5)을 일방향(L)으로 폴딩하여 형성된 구조를 가진다.
이와 같은 구조로 형성된 종래의 스택앤폴딩형 전극조립체는 다른 구조 대비 상대적으로 안정성이 향상된 장점을 갖지만 단점 또한 존재한다.
먼저, 종래의 스택앤폴딩형의 전극조립체에서는 양극(1), 분리막(3), 음극(2)을 적층하여 기본단위체로 절단하여 형성된 개별적인 유닛셀(4)을 먼저 만든 후에 이 유닛셀(4)을 시트형 분리막(5)에 부착하여 폴딩하는 공정을 거치게 되므로 전극조립체 제조 절차가 복잡해진다.
또한, 먼저 유닛셀(4)을 만드는 공정에서 양극(1), 음극(2), 분리막(3) 각각에서 발생한 공차가 누적되고, 이러한 유닛셀(4)을 다음단계에서 폴딩하면, 폴딩 및 적층되는 과정에서 유닛셀(4) 간의 공차가 다시 누적되는 현상이 발생하게 되므로, 양극(1)이 음극(2)을 벗어나서 정렬이 흐트러지는 오버행(overhang) 이슈가 발생할 수 있었다.
이러한 오버행(A)은 유닛셀(4)의 적층 갯수가 증가할수록(즉, 폴딩횟수가 증가할수록) 더 커질 가능성이 있다. 즉, 이 공정에서는 유닛셀(4)을 구성하는 전극의 적층갯수를 증가시키면 폴딩횟수가 감소되어 폴딩횟수가 줄어들 수 있겠으나, 유닛셀(4)을 구성하는 전극의 적층갯수를 증가시키면 폴딩 시 정렬이 어려워지는 문제점이 있었다.
그리고, 도 1b 는 라미네이션앤스택킹(Lamination & stacking) 공정으로 제조되는 전극조립체의 적층 형태를 보여주는 측면도이다. 도 1b 에 도시된 바와 같이, 라미네이션앤스택킹 공정에서는 양극(1), 분리막(3), 음극(2), 분리막(3)이 적층되어 형성된 유닛셀들이 분리막(3)의 외곽 치수에 의하여 정렬되게 되는데, 이 경우 역시도 오버행 이슈가 발생하였다. 즉, 유닛셀을 만드는 과정에서 복수의 전극(1, 2)과 복수의 분리막(3)의 개별 공차가 누적되고, 유닛셀끼리의 공차 역시 누적되므로, 양극(1)이 음극(2)을 벗어나는 오버행 이슈가 발생하였다. 도 1b 에서는 양극(1)이 음극(2)을 벗어나는 영역인 오버행 영역(A)이 도시되고 있다.
아울러, 위와 같은 문제점을 해소하기 위해 본 출원인은 두 개의 분리막 사이에 음극을 일정 간격으로 배치하고 상기 음극의 하나 걸러 위치에서 양면에 양극을 배치한 후, 지그재그 모양을 이루도록 적층하는 '전극조립체 및 이의 제조 방법'을 2016.10.5 자로 특허 출원(특허출원 10-2016-0128583 호)한 바 있다.
하지만, 이러한 지그재그 적층 구조는 오버행 이슈를 감소시키는 것에 효과가 있었으나, 한 곳의 전극이라도 위치불량이 발생하는 경우 셀 전체가 불량이 발생하는 문제가 있었다.
따라서, 본 발명은 전술한 바와 같은 문제점들을 해소할 수 있는 전극조립체 및 이의 제조 방법을 제공하는 것에 주목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 전극조립체의 제조방법으로써, 두 장의 분리막 사이에서 서로 간에 이격배치되도록 다수 개의 제1전극들을 하나씩 개재시키는 단계; 상기 제1전극이 놓인 다수 개의 위치들 중 하나씩 건너 뛴 위치에서 상기 제1전극의 양측 각각으로 상기 분리막들의 외부면에 제2전극을 적층하여, 제2전극/분리막/제1전극/분리막/제2전극 순서로 적층된 바이셀과 분리막/제1전극/분리막 순서로 적층된 하프셀을 교차하여 연속적으로 형성시키는 단계; 상기 바이셀 하나와 상기 하프셀 하나가 이어진 유닛셀로 절단하는 단계; 바이셀과 하프셀이 적층되도록 상기 유닛셀을 폴딩하는 단계; 및 폴딩된 유닛셀을 다수 개를 적층하여 전극조립체로 제조하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 방법에서는 유닛셀로 절단됐을 때 상기 유닛셀의 폴딩이 이루어지기 전에 제1전극을 사이에 두고 적층된 분리막끼리 유닛셀의 테두리 부분에서 접착시키는 제1실링이 실행되는 단계;를 더 포함한다.
그리고, 상기 유닛셀의 폴딩이 이루어진 후에 바이셀의 테두리 부분과 하프셀의 테두리 부분이 맞닿는 곳에서 접착시키는 제2실링이 실행되는 단계;를 더 포함할 수도 있다.
이때, 상기 제2실링이 이루어지는 지점은 제1실링이 이루어졌던 지점과 적어도 일부에서 중복된다.
상기 제1실링과 제2실링은 분리막끼리 서로 접착되도록 열과 압력을 가하여 이루어진다.
그리고, 상기 유닛셀들이 적층될 때, 각각의 유닛셀들은 바이셀과 하프셀을 연결하며 폴딩된 부분인 폴딩부가 동일한 방향을 향하여 놓이도록 적층된다.
본 발명의 다른 실시예로써, 상기 유닛셀들이 적층될 때, n층(n 은 1 이상의 자연수)에 놓인 유닛셀에서 바이셀과 하프셀을 연결하며 폴딩된 부분인 폴딩부가 일측을 향하도록 놓이면 (n+1)층에 놓인 유닛셀의 폴딩부는 그 반대쪽 타측을 향하도록 놓이도록 제조될 수 있다.
본 발명에서, 상기 제1전극은 제2전극 보다 크거나 같은 면적을 가지며, 상기 제1전극은 음극이고 제2전극은 양극이다.
이에 따라, 본 발명은 위와 같은 전극조립체의 제조방법이 포함된 이차전지의 제조방법 또한 제공할 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 이차전지의 제조방법은 전극조립체를 제조하는 단계 및 상기 전극조립체를 케이스에 내장하는 단계를 포함하여 구성되되, 상기 전극조립체의 제조방법은 본 발명에서 제공된 전극조립체의 제조방법이 적용된다.
아울러, 본 발명은 음극, 분리막, 양극이 연속적으로 적층되어 제조되는 전극조립체를 추가적으로 제공한다. 본 발명에 따른 전극조립체는 양극/분리막/음극/분리막/양극 순서로 적층된 바이셀;과 분리막/음극/분리막 순서로 적층된 하프셀;이 교대로 반복되어 적층된 구조를 갖되, 일측에는 바이셀이 형성되고 타측에는 하프셀이 형성되며 상기 바이셀과 하프셀이 적층되도록 폴딩된 유닛셀 다수 개가 적층되어 형성된 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 전극조립체는 각각의 유닛셀에서 폴딩된 하프셀과 바이셀은 움직임이 차단되도록 상기 하프셀의 분리막과 바이셀의 분리막은 적어도 어느 한 지점 이상에서 접착된다. 그리고, 서로 이웃하는 유닛셀들은 서로 간에 인접배치된 분리막들끼리 적어도 어느 한 지점 이상에서 접착된다.
상기와 같은 구성을 갖는 본 발명의 전극조립체는 하프셀과 바이셀이 이어진 상태로 유닛셀을 구성하므로 종래의 오버행 발생 가능성을 감소시킬 수 있으며, 상기 유닛셀들은 하나씩 나눠진 상태에서 폴딩이 이루어지므로 불량 발생 시 전극조립체 전체를 폐기해야하는 문제점(더 상세하게는 특허출원 10-2016-0128583 호에 기재된 구조의 문제점)을 해소할 수 있다.
아울러, 본 발명에서는 유닛셀의 제1실링 및/또는 제2실링이 이루어져 전극의 움직임을 더 효율적으로 차단하여 오버행 이슈에 대응할 수 있다.
도 1a 는 스택앤폴딩 공정으로 전극조립체를 제조하는 과정이 도시된 측면도.
도 1b 는 라미네이션앤스택킹 공정으로 전극조립체를 제조하는 과정이 도시된 측면도.
도 2a 는 본 발명의 실시예에 따라 두 장의 분리막 사이에 음극들이 간격을 두고 배치된 모습이 도시된 측면도.
도 2b 는 도 2a 의 상태에서 하나씩 간격을 둔 음극의 양면 각각에 양극이 부착되는 모습이 도시된 측면도.
도 2c 는 도 2b 에서 양극이 부착된 상태가 도시된 측면도.
도 3 은 하나의 바이셀과 하나의 하프셀이 이어진 유닛셀의 모습과 상기 유니셀의 양끝단 각각에서 제1실링이 이루어진 모습이 도시된 측면도.
도 4 는 유닛셀의 폴딩이 이루어진 모습이 도시된 측면도.
도 5a 는 다수 개의 유닛셀들이 동일한 방향을 향하도록 놓인 상태로 적층된 모습이 도시된 도면.
도 5b 는 n층(n 은 홀수)에 놓인 유닛셀의 폴딩부와 (n+1)층에 놓인 유닛셀의 폴딩부가 서로 반대쪽을 향하도록 놓인 상태로 적층된 모습이 도시된 도면.
도 6a 는 유닛셀이 폴딩되기 전과 폴딩된 후의 모습이 도시된 평면도로써, 1차실링과 2차실링이 이루어지는 지점을 표시한 도면.
도 6b 는 2차실링이 이루어진 유닛셀들이 적층된 모습이 도시된 도면.
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 오버행 이슈를 해소하고 불량발생에 따른 손실율을 저감하기 위한 전극조립체의 제조방법 및 상기 제조방법을 통해 제조된 전극조립체에 관한 것이며, 상기 제조방법이 포함되는 이차전지의 제조방법을 추가적으로 제공한다. 이하, 본 발명에 따른 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 더욱 상세히 설명한다.
실시예1
도 2a 는 본 발명의 실시예에 따라 두 장의 분리막(30) 사이에 음극들(20)이 간격을 두고 배치된 모습이 도시된 측면도이며, 도 2b 는 도 2a 의 상태에서 하나씩 간격을 두고 음극(20)의 양면 각각에 양극(10)이 부착되는 모습이 도시된 측면도이고, 도 2c 는 도 2b 에서 양극(10)이 부착된 상태가 도시된 측면도이다.
상기 도면들을 참조하면, 본 발명에 따른 제조방법은 두 장의 분리막(30) 사이에서 서로 간에 이격배치되도록 다수 개의 제1전극들을 하나씩 개재시키는 단계부터 시작된다.
본 발명에서 상기 제1전극은 양극(10)이 될 수도 있으나 음극(20)인 것이 바람직하며 이웃하는 음극들(20) 사이의 간격은 음극들(20) 사이의 두께, 분리막들(30)의 두께 및 폴딩시 요구되는 조건들 등에 따라 결정될 수 있다.
그리고, 도 2b 에 도시된 바와 같이 상기 제1전극이 놓인 다수 개의 위치들 중 하나씩 건너 뛴 위치에서 상기 제1전극의 양측 각각으로 상기 분리막들(30)의 외부면에 양극(10)인 제2전극이 적층되도록 부착시킨다.
이에 따라, 도 2c 에 도시된 바와 같이 양극/분리막/음극/분리막/양극 순서로 적층된 바이셀(101)과 분리막/음극/분리막 순서로 적층된 하프셀(102)이 교대로 연속하게 형성된다.
그리고, 상기 바이셀(101) 하나와 상기 하프셀(102) 하나가 이어진 유닛셀(100)로 절단이 이루어진다. 이때, 절단된 유닛셀(100)은 양측 끝단에서 분리막(30)끼리 벌어진 상태이므로 도 3 에 도시된 바와 같이 분리막(30)끼리 테두리 부분에서 제1실링(1차 실링)이 이루어져 봉해진다.
상기 유닛셀(100)은 (음극의 중심을 지날 것인) 가상의 중심선을 기준으로 상하가 대칭을 이룬 상태에서 제1실링이 이루어지므로 차후 이차전지의 생산공정 중에 발생하게 되는 고온, 고압 조건에서 벤딩 및/또는 변형 발생이 억제될 수 있다.
제1실링이 이루어진 후 상기 유닛셀(100)은 하프셀(102)과 바이셀(101)이 적층되도록 도 4 에 도시된 바와 같이 폴딩이 이루어진다.
폴딩된 유닛셀(100)은 다수 개들이 적층되어 전극조립체로 제조되되, 도 5a 와 5b 에 도시된 바와 같이 별도의 폴딩분리막(40)에 의해 적층이 지지되도록 제조될 수도 있고 각각의 유닛셀들(100)의 상면과 하면을 접착시켜 별도의 폴딩분리막(40)이 없이도 적층이 이루어질 수도 있다.
그리고, 상기 유닛셀들(100)은 도 5a 에 도시된 바와 같이 바이셀(101)과 하프셀(102)을 연결하며 폴딩된 부분인 폴딩부가 동일한 방향을 향하여 놓이도록 적층될 수도 있고, 또는 도 5b 에 도시된 바와 같이, n층(n 은 1 이상의 자연수)에 놓인 유닛셀의 폴딩부와 (n+1)층에 놓인 유닛셀의 폴딩부가 서로 반대방향을 향하도록 적층될 수도 있다. 이는 제품 사양에 따른 선택사항일 것이나 후자의 경우가 양측의 높이가 맞도록 정렬되기에는 더 유용한 구조일 것이다.
아울러, 본 발명에서는 전술한 바와 같이 분리막(30)과 전극들(음극, 양극)의 움직임을 방지하하도록 제1실링이 이루어진다. 그리고, 유닛셀(100)이 폴딩된 상태가 고정될 수 있도록 제2실링(2차 실링)이 추가적으로 이루어질 수 있다. 즉, 도 6a 에 도시된 바와 같이 폴딩이 이루어지기 전에 (위아래에서 바라봤을 때 사각모양을 갖는) 유닛셀(100)의 각 테두리부분에서 분리막(30)끼리 1차 실링이 이루어지고, 폴딩이 이루어진 후에 2차 실링이 이루어질 수 있다. 상기 2차 실링은 도시된 바와 같이 바이셀(101)의 테두리 부분과 하프셀(102)의 테두리 부분이 맞닿는 곳에서 이루어지므로 2차 실링이 이루어지는 지점은 1차 실링이 이루어졌던 지점과 적어도 일부에서 중복될 수 있다.
이때, 본 발명에 따른 분리막(30)은 열이 가해지면 접착력이 발생하는 고분자재질을 함유하도록 제조되므로, 열과 압력을 가해 제1실링과 제2실링이 실시될 수 있다.
제2실링이 이루어진 상태로 제조된 유닛셀(100)은 도 6b 에 도시된 바와 같이 양끝단의 움직임이 고정되므로 더 안정적으로 적층이 이루어질 수 있다.
참고적으로, 전술한 바와 같이 본 발명에서는 상기 제1전극은 음극(20)이고 제2전극은 양극(10)이되, 상기 제1전극은 제2전극 보다 크거나 같은 면적을 갖는 것이 바람직하다.
한편, 전극조립체를 내장하는 이차전지의 제조방법은 통상적으로 '전극조립체를 제조하는 단계' 및 '상기 전극조립체를 파우치(케이스)에 내장하는 단계'를 포함하여 구성된다. 이에 따라, 본 발명은 위와 같은 전극조립체의 제조방법을 이차전지의 제조방법 중 '전극조립체를 제조하는 단계'로써 제공하므로 이차전지의 제조방법을 추가적으로 제공할 수 있다. 상기 이차전지의 제조방법은 위에 설명된 전극조립체의 제조방법과 중복되므로 추가설명은 생략된다.
실시예2
본 발명은 음극(20), 분리막(30), 양극(10)이 연속적으로 적층되어 제조되는 전극조립체를 추가적으로 제공한다.
본 발명에 따른 전극조립체는 도 5a, 5b, 6b 에 도시된 바와 같이 유닛셀(100) 다수 개가 적층되어 구성되되, 상기 유닛셀(100)은 바이셀(101)과 하프셀(102)이 이어진 상태에서 폴딩된 구조를 갖는다.
즉, 도 3 에 도시된 바와 같이, 본 발명의 유닛셀(100)은 바이셀(101) 하나와 하프셀(102) 하나가 연결된 구조를 갖되 상기 바이셀(101)은 하프셀(102)의 양면 각각에 양극(10)이 추가로 적층되는 구조를 갖는다. 따라서, 바이셀(101)은 양극/분리막/음극/분리막/양극 순서로 적층된 구조를 갖고 하프셀(102)은 분리막/음극/분리막 순서로 적층된 구조를 갖는다. 그리고, 상기 유닛셀(100)은 도 4 와 같이 하프셀(102)과 바이셀(101)의 적층이 이루어지도록 폴딩되되, 전극 및 폴딩 상태의 움직임을 방지하도록 1차 실링과 2차 실링이 이루어질 수 있다. 참고로, 도 6a 에서는 1차 실링과 2차 실링이 분리막(30)의 모서리 일부분에서만 실시된 것으로 도시되었으나, 상기 1차 실링과 2차 실링은 분리막(30)의 둘레를 따라 전체적으로 실시될 수 있으며, 위에 설명된 열과 압력을 통한 실링 뿐만아니라 접착제를 통한 실링도 가능할 것이다.
상기와 같은 구성을 갖는 본 발명의 전극조립체는 하프셀(102)과 바이셀(101)이 이어진 상태로 유닛셀(100)을 구성하므로 종래의 오버행 발생 가능성을 감소시킬 수 있으며, 상기 유닛셀들(100)은 하나씩 나눠진 상태에서 폴딩이 이루어지므로 불량 발생 시 전극조립체 전체를 폐기해야하는 문제점을 해소할 수 있다.
아울러, 본 발명에서는 유닛셀(100)의 제1실링 및/또는 제2실링이 이루어져 전극의 움직임을 더 효율적으로 차단하여 오버행 이슈에 대응할 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 (12)

  1. 전극조립체의 제조방법에 있어서,
    두 장의 분리막 사이에서 서로 간에 이격배치되도록 다수 개의 제1전극들을 하나씩 개재시키는 단계;
    상기 제1전극이 놓인 다수 개의 위치들 중 하나씩 건너 뛴 위치에서 상기 제1전극의 양측 각각으로 상기 분리막들의 외부면에 제2전극을 적층하여, 제2전극/분리막/제1전극/분리막/제2전극 순서로 적층된 바이셀과 분리막/제1전극/분리막 순서로 적층된 하프셀을 교대로 연속하게 형성시키는 단계;
    상기 바이셀 하나와 상기 하프셀 하나가 이어진 유닛셀로 절단하는 단계;
    바이셀과 하프셀이 적층되도록 상기 유닛셀을 폴딩하는 단계; 및
    폴딩된 유닛셀을 다수 개를 적층하여 전극조립체로 제조하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 전극조립체의 제조방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    유닛셀로 절단됐을 때 상기 유닛셀의 폴딩이 이루어지기 전에 제1전극을 사이에 두고 적층된 분리막끼리 유닛셀의 테두리 부분에서 접착시키는 제1실링이 실행되는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전극조립체의 제조방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 유닛셀의 폴딩이 이루어진 후에 바이셀의 테두리 부분과 하프셀의 테두리 부분이 맞닿는 곳에서 접착시키는 제2실링이 실행되는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전극조립체의 제조방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제2실링이 이루어지는 지점은 제1실링이 이루어졌던 지점과 적어도 일부에서 중복되는 것을 특징으로 하는 전극조립체의 제조방법.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 제1실링과 제2실링은 분리막끼리 서로 접착되도록 열과 압력을 가하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 전극조립체의 제조방법.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유닛셀들이 적층될 때, 각각의 유닛셀들은 바이셀과 하프셀을 연결하며 폴딩된 부분인 폴딩부가 동일한 방향을 향하여 놓이도록 적층되는 것을 특징으로 하는 전극조립체의 제조방법.
  7. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유닛셀들이 적층될 때, n층(n 은 1 이상의 자연수)에 놓인 유닛셀에서 바이셀과 하프셀을 연결하며 폴딩된 부분인 폴딩부가 일측을 향하도록 놓이면 (n+1)층에 놓인 유닛셀의 폴딩부는 그 반대쪽 타측을 향하도록 놓이는 것을 특징으로 하는 전극조립체의 제조방법.
  8. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1전극은 제2전극 보다 크거나 같은 면적을 가지며, 상기 제1전극은 음극이고 제2전극은 양극인 것을 특징으로 하는 전극조립체의 제조방법.
  9. 전극조립체를 제조하는 단계 및 상기 전극조립체를 케이스에 내장하는 단계를 포함하는 이차전지의 제조방법에 있어서,
    상기 전극조립체를 제조하는 단계는,
    두 장의 분리막 사이에서 서로 간에 이격배치되도록 다수 개의 제1전극들을 하나씩 개재시키는 단계;
    상기 제1전극이 놓인 다수 개의 위치들 중 하나씩 건너 뛴 위치에서 상기 제1전극의 양측 각각으로 상기 분리막들의 외부면에 제2전극을 적층하여, 제2전극/분리막/제1전극/분리막/제2전극 순서로 적층된 바이셀과 분리막/제1전극/분리막 순서로 적층된 하프셀을 교차하여 연속적으로 형성시키는 단계;
    상기 바이셀 하나와 상기 하프셀 하나가 이어진 유닛셀로 절단하는 단계;
    바이셀과 하프셀이 적층되도록 상기 유닛셀을 폴딩하는 단계; 및
    폴딩된 유닛셀을 다수 개를 적층하여 전극조립체로 제조하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지의 제조방법.
  10. 음극, 분리막, 양극이 연속적으로 적층되어 제조되는 전극조립체에 있어서,
    양극/분리막/음극/분리막/양극 순서로 적층된 바이셀;과 분리막/음극/분리막 순서로 적층된 하프셀;이 교대로 반복되어 적층된 구조를 갖되,
    일측에는 바이셀이 형성되고 타측에는 하프셀이 형성되며 상기 바이셀과 하프셀이 적층되도록 폴딩된 유닛셀 다수 개가 적층되어 형성된 것을 특징으로 하는 전극조립체.
  11. 제 10 항에 있어서,
    각각의 유닛셀에서 폴딩된 하프셀과 바이셀은 움직임이 차단되도록 상기 하프셀의 분리막과 바이셀의 분리막은 적어도 어느 한 지점 이상에서 접착된 것을 특징으로 하는 전극조립체
  12. 제 10 항 또는 제 11 항에 있어서,
    서로 이웃하는 유닛셀들은 서로 간에 인접배치된 분리막들끼리 적어도 어느 한 지점 이상에서 접착된 것을 특징으로 하는 전극조립체.
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