WO2020231186A1 - 전극 조립체 제조방법과, 이를 통해 제조된 전극 조립체 및 이차전지 - Google Patents

전극 조립체 제조방법과, 이를 통해 제조된 전극 조립체 및 이차전지 Download PDF

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WO2020231186A1
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electrode
separator
electrode assembly
matching
protective film
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PCT/KR2020/006307
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김웅기
이상돈
최민승
여상욱
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주식회사 엘지화학
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Definitions

  • the present invention relates to a method for manufacturing an electrode assembly, and an electrode assembly and a secondary battery manufactured through the method.
  • secondary batteries can be recharged, and due to their small size and large capacity, many research and developments have been made in recent years. As technology development and demand for mobile devices increase, the demand for secondary batteries as an energy source is rapidly increasing.
  • Secondary batteries are classified into coin-type batteries, cylindrical batteries, prismatic batteries, and pouch-type batteries according to the shape of the battery case.
  • an electrode assembly mounted inside a battery case is a power plant capable of charging and discharging having a stacked structure of electrodes and separators.
  • the electrode assembly is a jelly-roll type in which a separator is interposed between a sheet-shaped positive electrode and a negative electrode coated with an active material, and a stack type in which a plurality of positive and negative electrodes are sequentially stacked with a separator interposed therebetween.
  • stacked unit cells may be roughly classified into a stack/folding type wound with a long-length separation film.
  • a plurality of unit cells made of an assembly of a plurality of electrodes and a plurality of separators are stacked to be manufactured.
  • a first electrode, a first separator, a second electrode, and a second separator are combined and bonded together.
  • the second electrode positioned between the first separator and the second separator is a first separator and a second separator. 2
  • the electrode in the form of a sheet is moved after cutting at a certain interval.
  • the moving distance of the electrode is long, which may cause a meandering due to tension loosening. Due to this, there has been a problem of folding, and there has been a problem of deteriorating the cutting position precision.
  • Patent Literature Korean Laid-Open Patent No. 10-2014-0015647
  • One aspect of the present invention is a method of manufacturing an electrode assembly in which when a plurality of electrodes and a plurality of separators are stacked, position correction between the electrodes is easy, the traveling distance of the electrodes is shortened, and the electrode meandering can be reduced and prevented, It is to provide a manufactured electrode assembly and a secondary battery.
  • An electrode assembly manufacturing method is an electrode assembly manufacturing method of manufacturing an electrode assembly by alternately stacking electrodes and a separator, wherein the electrode includes a plurality of first electrodes and second electrodes, and the separator Including a first separator, a first matching process of forming a first match by matching a plurality of the first electrodes with the first separator at regular intervals, and a plurality of the second electrodes forming the first separator It may include a second matching process of forming a second matching material by matching with the first matching material so as to face the first electrode through a gap.
  • one electrode is combined with one separator and then the other electrode and the separator are combined based on one electrode, thereby increasing the manufacturing speed and increasing the electrode
  • the driving distance is shortened, and the meandering of the electrodes can be prevented.
  • the position of the first electrode is detected through a sensor, and the second electrode is combined with the second separator based on the position of the first electrode.
  • FIG. 1 is a flow chart showing a method of manufacturing an electrode assembly according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a front view schematically showing a method of manufacturing an electrode assembly according to an embodiment of the present invention.
  • FIG 3 is a front view schematically showing a method of manufacturing an electrode assembly according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a perspective view schematically showing an electrode assembly manufactured by a method of manufacturing an electrode assembly according to an embodiment of the present invention and a secondary battery including the same.
  • FIG. 1 is a flowchart showing a method of manufacturing an electrode assembly according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a front view schematically showing a method of manufacturing an electrode assembly according to an embodiment of the present invention.
  • the first electrode 11 is matched with the first separator 14 at regular intervals to form a first matched material S1.
  • a first matching process (S10), a detection process (S20) for detecting the position of the first electrode 11 in the first matching material (S1) through the position sensor 140, and a plurality of second electrodes 12 ) To the first matching material S1 so as to face the first electrode 11 through the first separator 14 to form a second matching material S2.
  • the electrode assembly manufacturing method according to an embodiment of the present invention comprises a unit cell forming process of forming a plurality of unit cells 10 by cutting the second matching material S2 at regular intervals, and the unit cell 10.
  • the electrode assembly forming process of stacking to form the electrode assembly 10 ′ may be further included.
  • the electrode assembly manufacturing method according to an embodiment of the present invention includes a first electrode supply process of cutting the first electrode 11 at regular intervals and supplying it to the first matching process S10, and the second electrode 12 It may further include a second electrode supply process of cutting at regular intervals and supplying it to the second matching process S30.
  • the electrode assembly manufacturing method according to an embodiment of the present invention is an electrode assembly manufacturing method of manufacturing an electrode assembly 10' by alternately stacking electrodes 13 and separators 16. .
  • the electrode assembly 10 ′ is a power generating device capable of charging and discharging, and may be formed in a form in which the electrodes 13 and the separator 16 are alternately stacked.
  • the electrode 13 may include a plurality of first electrodes 11 and second electrodes 12, and the separator 16 may include a first separator 14 and a second separator 15.
  • the first electrode 11 may be formed of an anode
  • the second electrode 12 may be formed of a cathode
  • the first electrode 11 may be formed of a cathode
  • the second electrode 12 may be formed of an anode
  • the positive electrode may include a positive electrode current collector and a positive electrode active material applied to the positive electrode current collector.
  • the positive electrode current collector may be made of, for example, a foil made of aluminum, and the positive electrode active material includes, for example, lithium manganese oxide, lithium cobalt oxide, lithium nickel oxide, lithium iron phosphate, or one or more of these. It may be made of compounds and mixtures.
  • the negative electrode may include a negative electrode current collector and a negative electrode active material applied to the negative electrode current collector.
  • the negative electrode current collector may be made of, for example, a foil made of copper (Cu) or nickel (Ni).
  • the negative electrode active material may be made of, for example, artificial graphite, lithium metal, lithium alloy, carbon, petroleum coke, activated carbon, graphite, silicon compound, tin compound, titanium compound, or alloys thereof.
  • the negative active material may further include, for example, non-graphitic silica (SiO) or silicon carbide (SiC).
  • the separator 16 may be made of an insulating material and a flexible material. At this time, the separator 16 may be formed of a polyolefin-based resin film such as polyethylene or polypropylene having microporous properties.
  • the first electrode 11 wound on the first electrode winding roll 110 in the form of a sheet may be cut at regular intervals and supplied to the first matching process S10.
  • the first electrode 11 in the form of a sheet wound on the first electrode winding roll 110 is released, and is moved to the first cutting part C1 through the first conveyor belt,
  • the first electrode 11 may be cut at regular intervals in the cutting part C1 and supplied to the first matching process S10.
  • the first matching material S1 may be formed by matching the plurality of first electrodes 11 with the first separator 14 at regular intervals.
  • a plurality of first electrodes 11 may be stacked on the upper surface of the first separation membrane 14 and then combined.
  • the first matching material S1 may be formed by bonding the first electrode 11 and the first separator 14 to each other through lamination applying heat and pressure.
  • the first separation membrane 14 wound on the first separation membrane winding roll 120 is supplied, and a plurality of first electrodes 11 are provided on the upper surface of the first separation membrane 14 at a predetermined interval. Is stacked, passing through the first separator 14 and the first electrode 11 stacked on the first separator 14 between the pair of first lamy rolls 130 and pressurizing the first matched material S1 Can be formed. At this time, when the first electrode 11 is stacked on the first separator 14, it may be moved toward the pair of first lamy rolls 130 through the second conveyor belt V2.
  • the first electrode 11 and the first separator 14 are combined in the first matching process (S10) and then moved to the second matching process (S30), the first electrode 11 is driven before cutting. Since the distance can be minimized, tension loosening between electrodes traveling can be prevented, and since electrode positioning precision can be improved, electrode meandering can be significantly reduced. In addition, as the travel distance before cutting of the first electrode 11 is minimized, damage to the electrode tab (not shown) located at the end of the first electrode 11 by a roller or the like that moves the first electrode 11 Can be significantly reduced.
  • the position of the first electrode 11 in the first match S1 may be detected through the position sensor 140 before performing the second match process S30.
  • the position of the first electrode 11 may be detected by applying a vision camera sensor to the position sensor 140.
  • the position of the second electrode 12 may be further detected through a sensor (not shown) before performing the second matching process S30.
  • the second electrode 12 wound on the second electrode winding roll 150 in a sheet form may be cut at regular intervals and supplied to the second matching process S30.
  • the second electrode 12 in the form of a sheet wound on the second electrode winding roll 150 is released and moved to the second cutting portion C2 through the third conveyor belt V3.
  • the second electrode 12 may be cut at regular intervals in the second cutting part C2 and supplied to the second matching process S30.
  • the plurality of second electrodes 12 are matched with the first matching material S1 so that the plurality of second electrodes 12 face the first electrode 11 through the first separation membrane 14, and the second matching material S2. ) Can be formed.
  • the location of the second electrode 12 may be matched to the location of the first electrode 11 detected through the detection process S20.
  • the second matching process (S30) compares the position value of the first electrode 11 detected by the position sensor 140 by the control unit (not shown) with a reference value stored in the memory (not shown), and the first electrode (
  • the first matching material S1 may be stacked on the upper surface of the second electrode 12 so that the position of the second electrode 12 corresponds to 11).
  • the second separation membrane 15 may be further combined with the first matching material S1 with the second electrode 12 interposed therebetween.
  • the second electrode 12 and the second separator 15 may be bonded to the first matching material S1 through lamination applying heat and pressure.
  • the second separation membrane 15 wound on the second separation membrane winding roll 160 is unwound and supplied, and a second separation membrane to which a plurality of second electrodes 12 are supplied ( 15) is stacked at regular intervals, and after the first matching material S1 is stacked on the upper surface of the second electrode 12, the second separator 15 is inserted between the pair of second ramie rolls 170, The second electrode 12 and the first combination S1 may be passed through and pressurized to form the second combination S2.
  • the first separation membrane 14, the first electrode 11, and the first combination S1 are stacked, they may be moved toward the pair of second lamy rolls 170 through the fourth conveyor belt V4. have.
  • the second matching process (S30) is, for example, by laminating the first electrode 11, the first separator 14, the second electrode 12, and the second separator 15 from top to bottom. I can make it. That is, the first matching material S1, the second electrode 12, and the second separator 15 may be combined. As a result, it is possible to match the remaining second electrode 12 and the second separator 15, etc., based on the first electrode 11 of the first matching material S1 exposed at the top, thereby increasing the accuracy of inputting the remaining materials. You can increase it.
  • the second matching process S30 is another example, when the first matching material S1, the second electrode 12, and the second separator 14 are combined, an additional first electrode (not shown) is It may be further matched to face the second electrode 12 under the separator 14. At this time, for example, the stacking of the additional first electrode facing between the second separator 14 under the second electrode 12 will be matched with respect to the first electrode 11 of the first match S1. I can.
  • the first electrode 11 positioned above the second electrode 12 and the first electrode positioned below the second electrode 12 may have the same polarity.
  • the unit cell formation process is a method of cutting the first separator 14 and the second separator 15 positioned between the plurality of first electrodes 11 together, and cutting the second matching material S2 at regular intervals.
  • a number of unit cells 10 may be formed.
  • the second matching material S2 that is matched while passing through the second matching process S30 may be cut at regular intervals through the third cutting part C3.
  • the electrode assembly 10 ′ may be formed by stacking a plurality of unit cells 10.
  • a plurality of unit cells 10 may be sequentially stacked and bonded to each other by applying heat and pressure.
  • movement of the electrode 13 and the separator 16 may be guided or driven through a plurality of running rollers R.
  • the electrode assembly manufacturing method when stacking a plurality of electrodes 13 and a plurality of separators 16, the first matching process (S10 ), as the electrode and the separator are combined with one electrode in the second matching process (S30), the manufacturing speed is increased and the electrode travel distance is shortened. , Electrode meandering can be prevented. In addition, as the traveling distance of the electrode is shortened, it is easy to maintain the tension of the electrode 13 and the number of devices for correcting the traveling position of the electrode 13 can be reduced.
  • the first electrode 11 after forming the first matching material S1 by matching the first electrode 11 with the first separator 11, the first electrode 11 The position of the second electrode 12 is combined with the second separator 12 based on the position of the first electrode 11 by detecting the position of the position sensor 140 through the position sensor 140, so that the first electrode 11 ) And the position between the second electrode 12 is easy, and the meandering of the electrode can be significantly reduced or prevented.
  • FIG 3 is a front view schematically showing a method of manufacturing an electrode assembly according to another embodiment of the present invention.
  • a method of manufacturing an electrode assembly includes a first lower protective film combining process and a first electrode in which the first lower protective film 17a is joined under the first separator 14.
  • a method of manufacturing an electrode assembly according to another embodiment of the present invention includes a second lower protective film joining process for joining the second lower protective film 18a under the second separator 15, the second collating material S2.
  • a unit cell forming process of forming a plurality of unit cells 10 by cutting at regular intervals, and an electrode assembly forming process of forming an electrode assembly 10 ′ by stacking the unit cells 10 may be further included.
  • the electrode assembly manufacturing method according to another embodiment of the present invention is compared with the electrode assembly manufacturing method according to the embodiment of the present invention described above, the first and second lower protective film matching process and the first and second lower protective film separation process. There is a difference that includes more. Accordingly, in the other embodiment of the electrode assembly manufacturing method, overlapping content with the above-described embodiment of the electrode assembly manufacturing method will be omitted or briefly described, and the differences will be mainly described.
  • the first lower protective film joining process is performed to match the first lower protective film 17a under the first separator 14 before the first joining process.
  • the first lower protective film 17a may be made of PET material, for example.
  • the first lower protective film 17a is aligned under the first separator 14, the occurrence of wrinkles and position defects of the first separator 14 during driving can be significantly reduced.
  • the first lower protective film 17a is joined under the first separator 14 and then wound onto the first separator winding roll R1.
  • the first matching material S1 may be formed by matching the plurality of first electrodes 11 with the first separator 14 at regular intervals.
  • the first matching process may be performed after stacking a plurality of first electrodes 11 on the upper surface of the first separation membrane 14.
  • the first matching process may form the first matching material S1 by bonding the first electrode 11 and the first separator 14 to each other through lamination applying heat and pressure.
  • the first separator 14 wound on the first separator winding roll 120 is supplied, and a plurality of first electrodes 11 are stacked on the upper surface of the first separator 14 at regular intervals.
  • a first match (S1) can be formed by pressing the first separator 14 and the first electrode 11 stacked on the first separator 14 between the pair of first ramie rolls 130 and pressing it. have.
  • the first electrode 11 when the first electrode 11 is stacked on the first separator 14, it may be moved toward the pair of first lamy rolls 130 through the second conveyor belt V2.
  • the first matching process is performed before the first electrode 11 and the first separator 14 are passed between the pair of first ramyl rolls 130.
  • a first heating step of heating the electrode 11 and the first separator 14 through the first heater units H1 and H2 may be included.
  • the first heater units H1 and H2 may include a first preheating heater H1 and a first main heater H2.
  • the first preheating heater H1 is located on the side to which the first separation membrane winding roll R1 is released and supplied to first heat the first separation membrane 14 and the first lower protective film 17a
  • the first The main heater H2 is located above the first electrode 11 stacked on the first separator 14 and can secondarily heat the stacked body of the first separator 14 and the first electrode 11 from the top. have. Accordingly, before the heating section of the stack of the first separator 14 and the first electrode 11 in which the first main heater H2 is positioned, the first separator winding roll ( The degree of adhesion between the first separator 14 and the first electrode 11 may be increased by preheating the first separator 14 released and supplied from R1).
  • the lower guide G1 may be positioned at a predetermined interval on the side facing the first main heater H2 to support the lower portions of the first separation membrane 14 and the first lower protective film 17a.
  • the first preheating heater H1 and the first main heater H2 may be formed of an IR (infrared ray) heater. Accordingly, it is possible to heat the first electrode 11 and the first separator 14 by using the IR heater, so that the electrode tab can be prevented from being twisted by the heater in the existing heating zone section. That is, the conventional upper and lower heaters are installed at 2mm intervals, so that the electrode tabs are jammed at the entrances of the upper and lower heaters, but the present invention is an IR heater, the first preheating heater H1 and the first main heater H2. Since the first electrode 11 and the first separator 14 can be heated at a greater distance, twisting of the electrode tabs can be prevented from being caught by the heater units H1 and H2. In this case, for example, the first preheating heater H1 and the first main heater H2 may be positioned at a distance of 20 mm from the heated object.
  • IR infrared ray
  • the first lower protective film 17a may be separated from the first separation layer 14 after the first matching process and before the second matching process.
  • the first lower protective film 17a may be separated from the lower portion of the first separator 14 and then wound on the first lower protective film winding roll R1.
  • the electrode assembly manufacturing method is a first upper protective film joining process of further joining the first upper protective film 17b on the top of the first electrode 11 before the first joining process, and It may further include a first upper protective film separating process of separating the first upper protective film 17b from the first electrode 11 after the first matching process.
  • the first upper protective film 17b may be unwound and supplied from the first lower protective film supply roll R3 on which the first upper protective film 17b is wound.
  • the first upper protective film 17b may be separated from the first electrode 11 and wound on the first upper protective film winding roll R4.
  • the second lower protective film 18a may be joined under the second separation membrane 15 before the second joining process.
  • the second lower protective film 18a may be made of PET material, for example.
  • the second lower protective film 18a is aligned under the second separator 15, it is possible to significantly reduce the occurrence of wrinkles and positional defects of the second separator 15 during driving.
  • the second lower protective film 18a may be joined under the second separator 15 and then wound on the second separator winding roll R2.
  • the position of the first electrode 11 in the first matching object S1 may be detected through the position sensor 140 before performing the second matching process.
  • the position of the first electrode 11 may be detected by applying a vision camera sensor to the position sensor 140.
  • the detection process may further detect the position of the second electrode 12 through a sensor before performing the second matching process.
  • a second matching material S2 is formed by matching a plurality of second electrodes 12 with the first matching material S1 to face the first electrode 11 through the first separator 14 I can make it.
  • the second matching process may match the location of the second electrode 12 to correspond to the location of the first electrode 11 detected through the detection process.
  • the position value of the first electrode 11 detected by the position sensor 140 by the control unit is compared with a reference value stored in the memory, and the position of the second electrode 12 on the first electrode 11
  • the first matching material S1 may be stacked on the upper surface of the second electrode 12 so as to correspond to.
  • the second separation membrane 15 may be further combined with the first matching material S1 with the second electrode 12 interposed therebetween.
  • the second electrode 12 and the second separator 15 may be bonded to each other to the first matching material S1 through lamination applying heat and pressure.
  • the second separation membrane 15 wound on the second separation membrane winding roll 160 is unwound and supplied, and the second separation membrane 15 is supplied with a plurality of second electrodes 12.
  • the second separator 15 and the second electrode are interposed between the pair of second lamy rolls 170. (12), it is possible to form a second match (S2) by passing the first match (S1) and pressing.
  • the first separation membrane 14, the first electrode 11, and the first combination S1 are stacked, they may be moved toward the pair of second lamy rolls 170 through the fourth conveyor belt V4. have.
  • the second lower protective film 18a may be separated from the second separator 15 after the second matching process.
  • the second lower protective film 18a may be separated under the second separator 15 and then wound on the second lower protective film winding roll R2.
  • the electrode assembly manufacturing method is a second upper protective film joining process of further joining the second upper protective film 18b on the top of the first electrode 11 before the second joining process, and After the second matching process, a second upper protective film separation process of separating the second upper protective film 18b from the first electrode 11 may be further included.
  • the second upper protective film 18b may be unwound and supplied from the second upper protective film supply roll R5 on which the second upper protective film 18b is wound.
  • the second upper protective film 18b may be separated from the first electrode 11 and wound on the second upper protective film winding roll R6.
  • the first matching material S1, the second electrode 12, and the second separator 15 are used as a pair of second ramie rolls.
  • the second heater units H3 and H24 may include a second preheating heater H3 and a second main heater H4.
  • the second preheating heater H3 is unwound from the second separation membrane winding roll R2 and is located on the supplied side to primarily heat the second separation membrane 15 and the second lower protective film 18a, and
  • the main heater H4 is located on the upper side of the first combination S1 stacked on the second electrode 15 so that the first combination S1, the second electrode 15, and the second separator 15 are formed.
  • the laminate can be secondary heated from the top.
  • the second preheating heater H3 before the heating section of the stack of the first assembly S1, the second electrode 12, and the second separator 15 in which the second main heater H4 is located Through the preheating of the second separator 15 that is unwound from the second separator winding roll R2 and supplied therethrough, the degree of adhesion between the second separator 15 and the second electrode 12 may be increased.
  • the lower guide G2 may be positioned at a predetermined interval on the side facing the second main heater H4 to support the lower portions of the second separation membrane 15 and the second lower protective film 18a.
  • the second preheating heater H3 and the second main heater H4 may be formed of an IR (infrared ray) heater. Accordingly, it is possible to heat the first match (S1), the second electrode (15), and the second separator 15 by using the IR heater, so that the electrode tab is caught by the heater part in the existing heating zone section. It can be prevented from occurring. That is, the existing upper and lower heaters are installed at 2mm intervals, so that the electrode tabs are jammed at the inlets of the upper and lower heaters, but the present invention is the IR heater, the second preheating heater (H3) and the second main heater (H4). The first match (S1), the second electrode (15), and the second separator 15 can be heated at a greater distance, so that the electrode tab is caught by the heater parts (H3, H4) and twisting occurs. Can be prevented.
  • IR infrared ray
  • the unit cell formation process is a method of cutting the first separator 14 and the second separator 15 positioned between the plurality of first electrodes 11 together, and cutting the second matching material S2 at regular intervals.
  • a number of unit cells 10 may be formed.
  • the second matching material S2 that has passed through the second matching process and has been matched may be cut at regular intervals through the third cutting part C3.
  • the electrode assembly 10 ′ may be formed by stacking a plurality of unit cells 10.
  • a plurality of unit cells 10 may be sequentially stacked and bonded to each other by applying heat and pressure.
  • movement of the electrode 13 and the separator 16 may be guided or driven through a plurality of running rollers R.
  • the electrode assembly manufacturing method when stacking a plurality of electrodes 13 and a plurality of separators 16, one in the first matching process. After combining the electrodes of the same with one separator, and combining the other electrodes and the separator based on one electrode in the second matching process, the manufacturing speed is increased, the electrode driving distance is shortened, and the electrode meandering is prevented. I can. In addition, as the traveling distance of the electrode is shortened, it is easy to maintain the tension of the electrode 13 and the number of devices for correcting the traveling position of the electrode 13 can be reduced.
  • the first electrode 11 after forming the first matching material S1 by matching the first electrode 11 with the first separator 11, the first electrode 11 The position of the second electrode 12 is combined with the second separator 12 based on the position of the first electrode 11 by detecting the position of the position sensor 140 through the position sensor 140, so that the first electrode 11 ) And the position between the second electrode 12 is easy, and the meandering of the electrode can be significantly reduced or prevented.
  • FIG. 4 is a perspective view schematically showing an electrode assembly manufactured by a method of manufacturing an electrode assembly according to an embodiment of the present invention and a secondary battery including the same.
  • the electrode assembly 10 ′ according to the embodiment of the present invention relates to the electrode assembly 10 ′ manufactured through the electrode assembly manufacturing method according to the above-described embodiment and other embodiments. will be.
  • the electrode assembly 10 ′ is a power generating device capable of charging and discharging, and may be formed in a form in which the electrode 13 and the separator 16 are stacked and assembled.
  • the electrode assembly 10 ′ may have a form in which, for example, the first electrode 11, the first separator 14, the second electrode 12, and the second separator 15 are alternately stacked and assembled.
  • the electrode assembly 10 ′ may be formed by stacking a plurality of unit cells 10, for example. That is, the electrode assembly 10' is formed by stacking a plurality of unit cells 10 in which the first electrode 11, the first separator 14, the second electrode 12, and the second separator 15 are matched. Can be.
  • the secondary battery according to the embodiment of the present invention includes an electrode assembly 10 ′ and a battery case 20 accommodating the electrode assembly 10 ′.
  • a secondary battery according to an embodiment of the present invention relates to a secondary battery 1 including an electrode assembly 10 ′ manufactured through the method of manufacturing an electrode assembly according to the above-described embodiment and another embodiment. Accordingly, in the present embodiment, overlapping content with the above-described embodiment will be omitted or briefly described, and the differences will be mainly described.
  • the electrode assembly 10 ′ is an electrode assembly 10 ′ manufactured through the method for manufacturing an electrode assembly described above, and the electrodes 13 and the separator 16 may be alternately stacked.
  • the electrode assembly 10 ′ may be formed by stacking a plurality of unit cells 10, for example.
  • the electrode assembly 10 ′ is a form in which the first electrode 11, the first separator 14, the second electrode 12, and the second separator 15 are alternately stacked and assembled through lamination. Can be formed as
  • the electrode assembly 10 ′ may further include, for example, an electrode lead 17 connecting the electrode 13 and an external device.
  • the battery case 20 may have an accommodating part 21 formed therein to accommodate the electrode assembly 10 ′.

Abstract

본 발명은 전극 조립체 제조방법과, 이를 통해 제조된 전극 조립체 및 이차전지에 관한 것으로, 본 발명에 따른 전극 조립체 제조방법은 전극 및 분리막을 교대로 적층하여 전극 조립체를 제조하는 전극 조립체 제조방법으로서, 상기 전극은 다수개의 제1 전극 및 제2 전극을 포함하고, 상기 분리막은 제1 분리막을 포함하여, 다수개의 상기 제1 전극을 일정간격으로 상기 제1 분리막에 합치하여 제1 합치물을 형성시키는 제1 합치공정, 및 다수개의 상기 제2 전극을 상기 제1 분리막을 사이로 상기 제1 전극과 대면되도록 상기 제1 합치물에 합치하여 제2 합치물을 형성시키는 제2 합치공정을 포함한다.

Description

전극 조립체 제조방법과, 이를 통해 제조된 전극 조립체 및 이차전지
관련출원과의 상호인용
본 출원은 2019년 05월 13일자 한국특허출원 제10-2019-0055813호 및 2020년 05월 13일자 한국특허출원 제10-2020-0056979호에 기초한 우선권의 이익을 주장하며, 해당 한국특허출원의 문헌에 개시된 모든 내용은 본 명세서의 일부로서 포함된다.
기술분야
본 발명은 전극 조립체 제조방법과, 이를 통해 제조된 전극 조립체 및 이차전지에 관한 것이다.
이차 전지는 일차 전지와는 달리 재충전이 가능하고, 또 소형 및 대용량화 가능성으로 인해 근래에 많이 연구 개발되고 있다. 모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서의 이차 전지의 수요가 급격하게 증가하고 있다.
이차 전지는 전지 케이스의 형상에 따라, 코인형 전지, 원통형 전지, 각형 전지, 및 파우치형 전지로 분류된다. 이차 전지에서 전지 케이스 내부에 장착되는 전극 조립체는 전극 및 분리막의 적층 구조로 이루어진 충방전이 가능한 발전소자이다.
전극 조립체는 활물질이 도포된 시트형의 양극과 음극 사이에 분리막을 개재(介在)하여 권취한 젤리 롤(Jelly-roll)형, 다수의 양극과 음극을 분리막이 개재된 상태에서 순차적으로 적층한 스택형, 및 스택형의 단위 셀들을 긴 길이의 분리 필름으로 권취한 스택/폴딩형으로 대략 분류할 수 있다.
종래의 스택형 전극 조립체의 경우 복수개의 전극 및 복수개의 분리막의 접합체로 이루어진 유닛셀을 다수로 적층하여 제조하였다. 그리고, 유닛셀은 예를 들어 제1 전극, 제1 분리막, 제2 전극, 및 제2 분리막이 한번에 합쳐져 접합되는데, 제1 분리막 및 제2 분리막 사이에 위치된 제2 전극이 제1 분리막 및 제2 분리막 사이에 가려져 보이지 않게 되어, 제1 전극을 제2 전극에 대응되도록 적층하기가 어려운 문제가 있어왔고, 이로 인해 전극 사행이 발생되는 문제가 있어왔다. 즉, 음극의 범위를 벗어나며 양극이 적층되며 오버행 불량이 발생되어, 전지 용량이 감소되고, 리튬이온이 석출되는 문제가 있어왔다.
또한, 복수개의 전극 및 복수개의 분리막이 한번에 합치시키기 위해, 시트 형태의 전극을 일정간격을 커팅 후 이동시키는데, 전극의 이동거리가 길어 텐션 풀림으로 사행이 발생될 수 있고, 전극 탭이 롤 주행으로 인하여 접히는 문제가 있어왔으며, 커팅 위치 정밀도가 저하되는 문제가 있어왔다.
[선행기술문헌] (특허문헌) 한국 공개특허 제 10-2014-0015647호
본 발명의 하나의 관점은 복수개의 전극 및 복수개의 분리막을 적층 시, 전극 간 위치보정이 용이하고, 전극 주행거리가 짧아지며, 전극사행이 감소 및 방지될 수 있는 전극 조립체 제조방법과, 이를 통해 제조된 전극 조립체 및 이차전지를 제공하는 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 전극 조립체 제조방법은, 전극 및 분리막을 교대로 적층하여 전극 조립체를 제조하는 전극 조립체 제조방법으로서, 상기 전극은 다수개의 제1 전극 및 제2 전극을 포함하고, 상기 분리막은 제1 분리막을 포함하여, 다수개의 상기 제1 전극을 일정간격으로 상기 제1 분리막에 합치하여 제1 합치물을 형성시키는 제1 합치공정, 및 다수개의 상기 제2 전극을 상기 제1 분리막을 사이로 상기 제1 전극과 대면되도록 상기 제1 합치물에 합치하여 제2 합치물을 형성시키는 제2 합치공정을 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 복수개의 전극 및 복수개의 분리막을 적층 시, 하나의 전극을 하나의 분리막에 합치 시킨 후 다른 전극 및 분리막을 하나의 전극을 기준으로 합치시킴에 따라, 제조속도가 증가되고, 전극 주행거리가 짧아지며, 전극 사행이 방지될 수 있다.
이때, 제1 전극을 제1 분리막에 합치시켜 제1 합치물을 형성시킨 후, 제1 전극의 위치를 센서를 통해 검출하여, 제2 전극을 제1 전극의 위치를 기준으로 제2 분리막과 함께 합치시킴에 따라, 제1 전극 및 제2 전극 사이의 위치보정이 용이하고, 전극 사행이 현저히 감소되거나 방지될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체 제조방법을 나타낸 순서도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체 제조방법을 개략적으로 나타낸 정면도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전극 조립체 제조방법을 개략적으로 나타낸 정면도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 전극 조립체 제조방법을 통해 제조된 전극 조립체 및 이를 포함하는 이차전지를 예시적으로 나타낸 사시도이다.
본 발명의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되어지는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예들로부터 더욱 명백해질 것이다. 본 명세서에서 각 도면의 구성요소들에 참조번호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 번호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다. 또한, 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고, 본 발명을 설명함에 있어서, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 관련된 공지 기술에 대한 상세한 설명은 생략하도록 한다.
일 실시예에 따른 전극 조립체 제조방법
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체 제조방법을 나타낸 순서도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체 제조방법을 개략적으로 나타낸 정면도이다.
도 1 및 도 2를 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체 제조방법은 제1 전극(11)을 일정간격으로 제1 분리막(14)에 합치하여 제1 합치물(S1)을 형성시키는 제1 합치공정(S10), 제1 합치물(S1)에서 제1 전극(11)의 위치를 위치감지센서(140)를 통해 검출하는 검출공정(S20), 및 다수개의 제2 전극(12)을 제1 분리막(14)을 사이로 제1 전극(11)과 대면되도록 제1 합치물(S1)에 합치하여 제2 합치물(S2)을 형성시키는 제2 합치공정(S30)을 포함한다. 또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체 제조방법은 제2 합치물(S2)을 일정간격으로 커팅하여 다수개의 유닛셀(10)을 형성하는 유닛셀 형성공정, 및 유닛셀(10)을 적층하여 전극 조립체(10')를 형성시키는 전극 조립체 형성공정을 더 포함할 수 있다. 아울러, 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체 제조방법은 제1 전극(11)을 일정간격으로 커팅하여 제1 합치공정(S10)으로 공급하는 제1 전극 공급공정, 및 제2 전극(12)을 일정간격으로 커팅하여 제2 합치공정(S30)으로 공급하는 제2 전극 공급공정을 더 포함할 수 있다.
이하에서, 도 1 내지 도 3을 참조하여, 본 발명의 일 실시예인 전극 조립체 제조방법에 대해 보다 상세히 설명하기로 한다.
도 1 및 도 2를 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체 제조방법은 전극(13) 및 분리막(16)을 교대로 적층하여 전극 조립체(10')를 제조하는 전극 조립체 제조방법이다.
전극 조립체(10')는 충방전이 가능한 발전소자로서, 전극(13) 및 분리막(16)이 교대로 적층되어 결집된 형태로 형성될 수 있다.
전극(13)은 다수개의 제1 전극(11) 및 제2 전극(12)을 포함하고, 분리막(16)은 제1 분리막(14) 및 제2 분리막(15)을 포함할 수 있다.
여기서, 일례로 제1 전극(11)은 양극으로 이루어지고, 제2 전극(12)은 음극으로 이루어질 수 있다.
이때, 다른 예로 제1 전극(11)은 음극으로 이루어지고, 제2 전극(12)은 양극으로 이루어질 수 있다.
양극은 양극 집전체 및 양극 집전체에 도포된 양극 활물질을 포함할 수 있다. 양극 집전체는 예를 들어 알루미늄 재질의 포일(Foil)로 이루어질 수 있고, 양극 활물질은 예를 들어 리튬망간산화물, 리튬코발트산화물, 리튬니켈산화물, 리튬인산철, 또는 이들 중 1종 이상이 포함된 화합물 및 혼합물 등으로 이루어질 수 있다.
음극은 음극 집전체 및 음극 집전체에 도포된 음극 활물질을 포함할 수 있다. 음극 집전체는 예를 들어 구리(Cu) 또는 니켈(Ni) 재질로 이루어진 포일(foil)로 이루어질 수 있다. 음극 활물질은 예를 들어 인조흑연, 리튬금속, 리튬합금, 카본, 석유코크, 활성화 카본, 그래파이트, 실리콘 화합물, 주석 화합물, 티타늄 화합물 또는 이들의 합금으로 이루어질 수 있다. 이때, 음극 활물질은 예를 들어 비흑연계의 SiO(silica, 실리카) 또는 SiC(silicon carbide, 실리콘카바이드) 등이 더 포함되어 이루어질 수 있다.
분리막(16)은 절연 재질 및 연성이 있는 재질로 이루어질 수 있다. 이때, 분리막(16)은 예를 들어 미다공성을 가지는 폴리에칠렌, 폴리프로필렌 등 폴리올레핀계 수지막으로 형성될 수 있다.
제1 전극 공급공정은 시트(Sheet) 형태로 제1 전극 권취롤(110)에 권취된 제1 전극(11)을 일정간격으로 커팅하여 제1 합치공정(S10)으로 공급할 수 있다.
여기서, 제1 전극 공급공정은 제1 전극 권취롤(110)에 권취된 시트 형태의 제1 전극(11)이 풀어지며 제1 컨베이어 벨트를 통해 제1 커팅부(C1)로 이동되고, 제1 커팅부(C1)에서 일정 간격으로 제1 전극(11)을 커팅하여 제1 합치공정(S10) 측으로 공급할 수 있다.
제1 합치공정(S10)은 다수개의 제1 전극(11)을 일정간격으로 제1 분리막(14)에 합치하여 제1 합치물(S1)을 형성시킬 수 있다. 여기서, 제1 합치공정(S10)은 제1 분리막(14)의 상면에 다수개의 제1 전극(11)을 적층한 후 합치할 수 있다.
또한, 제1 합치공정(S10)은 열과 압력을 가하는 라미네이션을 통해 제1 전극(11) 및 제1 분리막(14)을 상호 접합시켜 제1 합치물(S1)을 형성시킬 수 있다.
여기서, 제1 합치공정(S10)은 제1 분리막 권취롤(120)에 권취된 제1 분리막(14)이 공급되며 다수개의 제1 전극(11)이 제1 분리막(14)의 상면에 일정간격으로 적층되어, 한 쌍의 제1 라미롤(130) 사이로 제1 분리막(14) 및 제1 분리막(14)에 적층된 제1 전극(11)을 통과시키며 가압하여 제1 합치물(S1)을 형성시킬 수 있다. 이때, 제1 분리막(14)에 제1 전극(11)이 적층되면 제2 컨베이어 벨트(V2)를 통해 한 쌍의 제1 라미롤(130) 측으로 이동될 수 있다.
결국, 제1 합치공정(S10)에서 제1 전극(11) 및 제1 분리막(14)을 합치시킨 후 제2 합치공정(S30)으로 이동시킴에 따라, 제1 전극(11)의 커팅 전 주행거리를 최소화 시킬 수 있어, 전극 주행 간 텐션(Tension) 풀림이 방지되고, 전극 위치 정밀도를 높일 수 있어 전극 사행이 현저히 감소될 수 있다. 또한, 제1 전극(11)의 커팅 전 주행거리가 최소화됨에 따라, 제1 전극(11)을 이동시키는 롤러 등에 의해 제1 전극(11)의 단부에 위치된 전극 탭(미도시)의 손상이 현저히 감소될 수 있다.
검출공정(S20)은 제2 합치공정(S30)을 수행하기 전에 제1 합치물(S1)에서 제1 전극(11)의 위치를 위치감지센서(140)를 통해 검출할 수 있다.
아울러, 검출공정(S20)은 위치감지센서(140)로 비젼 카메라 센서(Vision camera sensor)를 적용하여 제1 전극(11)의 위치를 검출할 수 있다.
한편, 검출공정(S20)은 제2 합치공정(S30)을 수행하기 전에 제2 전극(12)의 위치를 센서(미도시)를 통해 더 검출할 수 있다.
제2 전극 공급공정은 시트 형태로 제2 전극 권취롤(150)에 권취된 제2 전극(12)을 일정간격으로 커팅하여 제2 합치공정(S30)으로 공급할 수 있다.
여기서, 제2 전극 공급공정은 제2 전극 권취롤(150)에 권취된 시트 형태의 제2 전극(12)이 풀어지며 제3 컨베이어 벨트(V3)를 통해 제2 커팅부(C2)로 이동되고, 제2 커팅부(C2)에서 일정 간격으로 제2 전극(12)을 커팅(Cutting)하여 제2 합치공정(S30) 측으로 공급할 수 있다.
제2 합치공정(S30)은 다수개의 제2 전극(12)을 제1 분리막(14)을 사이로 제1 전극(11)과 대면되도록 제1 합치물(S1)에 합치하여 제2 합치물(S2)을 형성시킬 수 있다.
또한, 제2 합치공정(S30)은 검출공정(S20)을 통해 검출된 제1 전극(11)의 위치에 제2 전극(12)의 위치가 대응되도록 합치시킬 수 있다. 이때, 제2 합치공정(S30)은 제어부(미도시)에서 위치감지센서(140)에서 검출한 제1 전극(11)의 위치값을 메모리(미도시)에 저장된 기준값과 비교하며 제1 전극(11)에 제2 전극(12)의 위치가 대응되도록 제1 합치물(S1)을 제2 전극(12)의 상면에 적층할 수 있다.
아울러, 제2 합치공정(S30)은 제2 전극(12)을 사이에 두고 제1 합치물(S1)에 제2 분리막(15)을 더 합치시킬 수 있다.
그리고, 제2 합치공정(S30)은 열과 압력을 가하는 라미네이션(lamination)을 통해 제1 합치물(S1)에 제2 전극(12) 및 제2 분리막(15)을 상호 접합시킬 수 있다.
여기서, 제2 합치공정(S30)은 제2 분리막 권취롤(160)에 권취된 제2 분리막(15)이 권취가 풀어지며 공급되며, 다수개의 제2 전극(12)이 공급되는 제2 분리막(15)의 상면에 일정간격으로 적층되고, 제2 전극(12)의 상면에 제1 합치물(S1)이 적층된 후, 한 쌍의 제2 라미롤(170) 사이로 제2 분리막(15), 제2 전극(12), 제1 합치물(S1)을 통과시키며 가압하여 제2 합치물(S2)을 형성시킬 수 있다.
이때, 제1 분리막(14), 제1 전극(11), 및 제1 합치물(S1)이 적층되면 제4 컨베이어 벨트(V4)를 통해 한 쌍의 제2 라미롤(170) 측으로 이동될 수 있다.
한편, 제2 합치공정(S30)은 일례로, 상부에서 하부 방향으로 제1 전극(11), 제1 분리막(14), 제2 전극(12), 및 제2 분리막(15)을 적층시켜 접합시킬 수 있다. 즉, 제1 합치물(S1)과 제2 전극(12) 및 제2 분리막(15)을 합치시킬 수 있다. 결국, 최상부에 노출된 제1 합치물(S1)의 제1 전극(11)을 기준으로 나머지 제2 전극(12) 및 제2 분리막(15) 등을 합치시킬 수 있어, 나머지 자재의 투입 정밀도를 높일 수 있다.
그리고, 제2 합치공정(S30)은 다른 예로, 제1 합치물(S1)과 제2 전극(12) 및 제2 분리막(14)을 합치시킬 때, 추가적인 제1 전극(미도시)을 제2 분리막(14)의 하부에 제2 전극(12)과 대면되도록 더 합치 시킬 수 있다. 이때, 예를 들어 제2 전극(12)의 하부에 제2 분리막(14)의 사이로 대면되는 추가적인 제1 전극의 적층은 제1 합치물(S1)의 제1 전극(11)을 기준으로 합치될 수 있다. 여기서, 제2 전극(12)을 기준으로 상부에 위치되는 제1 전극(11) 및 하부에 위치되는 제1 전극은 동일 극성일 수 있다.
유닛셀 형성공정은 다수개의 제1 전극(11) 사이에 위치된 제1 분리막(14) 및 제2 분리막(15) 부분을 함께 커팅하는 방식으로 제2 합치물(S2)을 일정간격으로 커팅하여 다수개의 유닛셀(10)을 형성할 수 있다.
이때, 유닛셀 형성공정은 제2 합치공정(S30)을 통과하며 합치된 제2 합치물(S2)을 제3 커팅부(C3)를 통해 일정 간격으로 커팅할 수 있다.
전극 조립체 형성공정은 다수개의 유닛셀(10)을 적층하여 전극 조립체(10')를 형성시킬 수 있다.
여기서, 다수개의 유닛셀(10)을 순차적으로 적층하며 열과 압력을 가하여 상호 접합시킬 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예인 전극 조립체 제조방법에서 각 공정은 다수개의 주행롤러(R)를 통해 전극(13) 및 분리막(16)의 이동이 안내되거나 주행될 수 있다.
도 1 및 도 2를 참고하면, 상기와 같이 구성된 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체 제조방법은, 복수개의 전극(13) 및 복수개의 분리막(16)을 적층 시, 제1 합치공정(S10)에서 하나의 전극을 하나의 분리막에 합치 시킨 후, 제2 합치공정(S30)에서 다른 전극 및 분리막을 하나의 전극을 기준으로 합치시킴에 따라, 제조속도가 증가되고, 전극 주행거리가 짧아지며, 전극 사행이 방지될 수 있다. 그리고, 전극 주행거리가 짧아 짐에 따라, 전극(13)의 텐션 유지가 용이하고, 전극(13)의 주행위치를 보정하는 장치들의 수량을 줄일 수 있다.
이때, 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체 제조방법은, 제1 전극(11)을 제1 분리막(11)에 합치시켜 제1 합치물(S1)을 형성시킨 후, 제1 전극(11)의 위치를 위치감지센서(140)를 통해 검출하여, 제2 전극(12)을 제1 전극(11)의 위치를 기준으로 제2 분리막(12)과 함께 합치시킴에 따라, 제1 전극(11) 및 제2 전극(12) 사이의 위치보정이 용이하고, 전극 사행이 현저히 감소되거나 방지될 수 있다.
다른 실시예에 따른 전극 조립체 제조방법
이하에서는 본 발명의 다른 실시예에 따른 전극 조립체 제조방법을 설명하기로 한다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전극 조립체 제조방법을 개략적으로 나타낸 정면도이다.
도 3을 참고하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 전극 조립체 제조방법은 제1 분리막(14)의 하부에 제1 하부 보호필름(17a)을 합치시키는 제1 하부 보호필름 합치 공정, 제1 전극(11)을 일정간격으로 제1 분리막(14)에 합치하여 제1 합치물(S1)을 형성시키는 제1 합치공정, 제1 합치물(S1)에서 제1 전극(11)의 위치를 위치감지센서(140)를 통해 검출하는 검출공정, 및 다수개의 제2 전극(12)을 제1 분리막(14)을 사이로 제1 전극(11)과 대면되도록 제1 합치물(S1)에 합치하여 제2 합치물(S2)을 형성시키는 제2 합치공정을 포함한다.
또한, 본 발명의 다른 실시예에 따른 전극 조립체 제조방법은 제2 분리막(15)의 하부에 제2 하부 보호필름(18a)을 합치시키는 제2 하부 보호필름 합치 공정, 제2 합치물(S2)을 일정간격으로 커팅하여 다수개의 유닛셀(10)을 형성하는 유닛셀 형성공정, 및 유닛셀(10)을 적층하여 전극 조립체(10')를 형성시키는 전극 조립체 형성공정을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 전극 조립체 제조방법은 전술한 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체 제조방법과 비교할 때, 제1,2 하부 보호필름 합치 공정 및 제1,2 하부 보호필름 분리 공정을 더 포함하는 차이가 있다. 따라서, 본 전극 조립체 제조방법에 대한 다른 실시예는 전술한 전극 조립체 제조방법에 대한 일 실시예와 중복되는 내용은 생략하거나 간략히 기술하고, 차이점을 중심으로 기술하도록 한다.
보다 상세히, 본 발명의 다른 실시예에 따른 전극 조립체 제조방법에서, 제1 하부 보호필름 합치 공정은 제1 합치공정 전에 제1 분리막(14)의 하부에 제1 하부 보호필름(17a)을 합치시킬 수 있다. 이때, 제1 하부 보호필름(17a)은 예를 들어 PET 재질로 이루어질 수 있다.
이에 따라, 제1 분리막(14)의 하부에 제1 하부 보호필름(17a)이 합치되어 주행 시 제1 분리막(14)의 주름 발생 및 위치불량 발생을 현저히 감소시킬 수 있다.
여기서, 제1 하부 보호필름 합치 공정은 제1 분리막(14)의 하부에 제1 하부 보호필름(17a)을 합치시킨 후 제1 분리막 권취롤(R1)에 권취시킬 수 있다.
제1 합치공정은 다수개의 제1 전극(11)을 일정간격으로 제1 분리막(14)에 합치하여 제1 합치물(S1)을 형성시킬 수 있다. 여기서, 제1 합치공정은 제1 분리막(14)의 상면에 다수개의 제1 전극(11)을 적층한 후 합치할 수 있다.
또한, 제1 합치공정은 열과 압력을 가하는 라미네이션을 통해 제1 전극(11) 및 제1 분리막(14)을 상호 접합시켜 제1 합치물(S1)을 형성시킬 수 있다.
여기서, 제1 합치공정은 제1 분리막 권취롤(120)에 권취된 제1 분리막(14)이 공급되며 다수개의 제1 전극(11)이 제1 분리막(14)의 상면에 일정간격으로 적층되어, 한 쌍의 제1 라미롤(130) 사이로 제1 분리막(14) 및 제1 분리막(14)에 적층된 제1 전극(11)을 통과시키며 가압하여 제1 합치물(S1)을 형성시킬 수 있다. 이때, 제1 분리막(14)에 제1 전극(11)이 적층되면 제2 컨베이어 벨트(V2)를 통해 한 쌍의 제1 라미롤(130) 측으로 이동될 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 실시예에 따른 전극 조립체 제조방법에서 제1 합치공정은 제1 전극(11) 및 제1 분리막(14)이 한 쌍의 제1 라미롤(130) 사이로 통과되기 전에 제1 전극(11) 및 제1 분리막(14)을 제1 히터부(H1,H2)를 통해 가열하는 제1 히팅단계 포함할 수 있다. 또한, 제1 히터부(H1,H2)는 제1 예열 히터(H1) 및 제1 메인 히터(H2)를 포함할 수 있다.
여기서, 제1 예열 히터(H1)는 제1 분리막 권취롤(R1)에서 풀어지며 공급되는 측에 위치되어 제1 분리막(14) 및 제1 하부 보호필름(17a)을 1차 가열하고, 제1 메인 히터(H2)는 제1 분리막(14)에 적층된 제1 전극(11)의 상측에 위치되어 제1 분리막(14) 및 제1 전극(11)의 적층체를 상부에서 2차 가열할 수 있다. 이에 따라, 제1 메인 히터(H2)가 위치되는 제1 분리막(14) 및 제1 전극(11)의 적층체의 히팅 구간 투입 전, 제1 예열 히터(H1)를 통해 제1 분리막 권취롤(R1)에서 풀어지며 공급되는 제1 분리막(14)을 예열하여 제1 분리막(14) 및 제1 전극(11) 사이의 접착 정도를 높일 수 있다.
또한, 하부 가이드(G1)가 제1 메인 히터(H2)와 대면되는 측에 일정간격 이격되어 위치되어, 제1 분리막(14) 및 제1 하부 보호필름(17a)의 하부를 지지할 수 있다.
아울러, 제1 예열 히터(H1) 및 제1 메인 히터(H2)는 IR(적외선) 히터로 이루어질 수 있다. 이에 따라, IR 히터를 사용하여 제1 전극(11) 및 제1 분리막(14)을 가열 할 수 있어, 기존 히팅존 구간에서 전극 탭이 히터부에 걸려 틀어짐이 발생되는 것을 방지할 수 있다. 즉, 기존의 상,하부 히터가 2mm 간격으로 설치되어 전극 탭이 상,하부 히터의 입구에서 걸림이 발생되었지만, 본 발명은 IR 히터인 제1 예열 히터(H1) 및 제1 메인 히터(H2)를 사용하여 제1 전극(11) 및 제1 분리막(14)을 보다 먼 거리에서 가열시킬 수 있어 전극 탭이 히터부(H1,H2)에 걸려 틀어짐이 발생되는 것이 방지될 수 있다. 이때, 예를 들어 제1 예열 히터(H1) 및 제1 메인 히터(H2)는 가열 대상체에 대하여 20mm 이격된 거리에 위치될 수 있다.
제1 하부 보호필름 분리 공정은 제1 합치공정 후, 제2 합치공정 전에, 제1 분리막(14)에서 제1 하부 보호필름(17a)을 분리시킬 수 있다. 여기서, 제1 하부 보호필름 분리 공정은 제1 분리막(14)의 하부에서 제1 하부 보호필름(17a)을 분리시킨 후 제1 하부 보호필름 권취롤(R1)에 권취시킬 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 실시예에 따른 전극 조립체 제조방법은 제1 합치공정 전에 제1 전극(11)의 상부에 제1 상부 보호필름(17b)을 더 합치시키는 제1 상부 보호필름 합치공정, 및 제1 합치공정 후에 제1 전극(11)에서 제1 상부 보호필름(17b)을 분리시키는 제1 상부 보호필름 분리 공정을 더 포함할 수 있다.
여기서, 제1 상부 보호필름 합치공정은 제1 상부 보호필름(17b)이 권취된 제1 하부 보호필름 공급롤(R3)에서 제1 상부 보호필름(17b)의 권취가 풀어지며 공급될 수 있다. 여기서, 제1 상부 보호필름 분리공정은 제1 상부 보호필름(17b)이 제1 전극(11)에서 분리되어 제1 상부 보호필름 권취롤(R4)에 권취될 수 있다.
제2 하부 보호필름 합치 공정은 제2 합치공정 전에 제2 분리막(15)의 하부에 제2 하부 보호필름(18a)을 합치시킬 수 있다. 이때, 제2 하부 보호필름(18a)은 예를 들어 PET 재질로 이루어질 수 있다.
이에 따라, 제2 분리막(15)의 하부에 제2 하부 보호필름(18a)이 합치되어 주행 시 제2 분리막(15)의 주름 발생 및 위치불량 발생을 현저히 감소시킬 수 있다.
여기서, 제2 하부 보호필름 합치 공정은 제2 분리막(15)의 하부에 제2 하부 보호필름(18a)을 합치시킨 후 제2 분리막 권취롤(R2)에 권취시킬 수 있다.
검출공정은 제2 합치공정을 수행하기 전에 제1 합치물(S1)에서 제1 전극(11)의 위치를 위치감지센서(140)를 통해 검출할 수 있다.
아울러, 검출공정은 위치감지센서(140)로 비젼 카메라 센서(Vision camera sensor)를 적용하여 제1 전극(11)의 위치를 검출할 수 있다.
한편, 검출공정은 제2 합치공정을 수행하기 전에 제2 전극(12)의 위치를 센서를 통해 더 검출할 수 있다.
제2 합치공정은 다수개의 제2 전극(12)을 제1 분리막(14)을 사이로 제1 전극(11)과 대면되도록 제1 합치물(S1)에 합치하여 제2 합치물(S2)을 형성시킬 수 있다.
또한, 제2 합치공정은 검출공정을 통해 검출된 제1 전극(11)의 위치에 제2 전극(12)의 위치가 대응되도록 합치시킬 수 있다. 이때, 제2 합치공정은 제어부에서 위치감지센서(140)에서 검출한 제1 전극(11)의 위치값을 메모리에 저장된 기준값과 비교하며 제1 전극(11)에 제2 전극(12)의 위치가 대응되도록 제1 합치물(S1)을 제2 전극(12)의 상면에 적층할 수 있다.
아울러, 제2 합치공정은 제2 전극(12)을 사이에 두고 제1 합치물(S1)에 제2 분리막(15)을 더 합치시킬 수 있다.
그리고, 제2 합치공정은 열과 압력을 가하는 라미네이션(lamination)을 통해 제1 합치물(S1)에 제2 전극(12) 및 제2 분리막(15)을 상호 접합시킬 수 있다.
여기서, 제2 합치공정은 제2 분리막 권취롤(160)에 권취된 제2 분리막(15)이 권취가 풀어지며 공급되며, 다수개의 제2 전극(12)이 공급되는 제2 분리막(15)의 상면에 일정간격으로 적층되고, 제2 전극(12)의 상면에 제1 합치물(S1)이 적층된 후, 한 쌍의 제2 라미롤(170) 사이로 제2 분리막(15), 제2 전극(12), 제1 합치물(S1)을 통과시키며 가압하여 제2 합치물(S2)을 형성시킬 수 있다.
이때, 제1 분리막(14), 제1 전극(11), 및 제1 합치물(S1)이 적층되면 제4 컨베이어 벨트(V4)를 통해 한 쌍의 제2 라미롤(170) 측으로 이동될 수 있다.
제2 하부 보호필름 분리 공정은 제2 합치공정 후에 제2 분리막(15)에서 제2 하부 보호필름(18a)을 분리시킬 수 있다. 여기서, 제2 하부 보호필름 분리 공정은 제2 분리막(15)의 하부에 제2 하부 보호필름(18a)을 분리시킨 후 제2 하부 보호필름 권취롤(R2)에 권취시킬 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 실시예에 따른 전극 조립체 제조방법은 제2 합치공정 전에 제1 전극(11)의 상부에 제2 상부 보호필름(18b)을 더 합치시키는 제2 상부 보호필름 합치공정, 및 제2 합치공정 후에 제1 전극(11)에서 제2 상부 보호필름(18b)을 분리시키는 제2 상부 보호필름 분리 공정을 더 포함할 수 있다.
여기서, 제2 상부 보호필름 합치공정은 제2 상부 보호필름(18b)이 권취된 제2 상부 보호필름 공급롤(R5)에서 제2 상부 보호필름(18b)의 권취가 풀어지며 공급될 수 있다. 여기서, 제2 상부 보호필름 분리공정은 제2 상부 보호필름(18b)이 제1 전극(11)에서 분리되어 제2 상부 보호필름 권취롤(R6)에 권취될 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 실시예에 따른 전극 조립체 제조방법에서 제2 합치공정은 제1 합치물(S1), 제2 전극(12), 및 제2 분리막(15)이 한 쌍의 제2 라미롤(170) 사이로 통과되기 전에 제1 합치물(S1), 제2 전극(12), 및 제2 분리막(15)을 제2 히터부(H3,H4)를 통해 가열하는 제2 히팅단계 포함할 수 있다. 또한, 제2 히터부(H3,H24)는 제2 예열 히터(H3) 및 제2 메인 히터(H4)를 포함할 수 있다.
여기서, 제2 예열 히터(H3)는 제2 분리막 권취롤(R2)에서 풀어지며 공급되는 측에 위치되어 제2 분리막(15) 및 제2 하부 보호필름(18a)을 1차 가열하고, 제2 메인 히터(H4)는 제2 전극(15)에 적층된 제1 합치물(S1)의 상측에 위치되어 제1 합치물(S1), 제2 전극(15), 및 제2 분리막(15)의 적층체를 상부에서 2차 가열할 수 있다. 이에 따라, 제2 메인 히터(H4)가 위치되는 제1 합치물(S1), 제2 전극(12), 및 제2 분리막(15) 적층체의 히팅 구간 투입 전, 제2 예열 히터(H3)를 통해 제2 분리막 권취롤(R2)에서 풀어지며 공급되는 제2 분리막(15)을 예열하여 제2 분리막(15) 및 제2 전극(12) 사이의 접착 정도를 높일 수 있다.
또한, 하부 가이드(G2)가 제2 메인 히터(H4)와 대면되는 측에 일정간격 이격되어 위치되어, 제2 분리막(15) 및 제2 하부 보호필름(18a)의 하부를 지지할 수 있다.
아울러, 제2 예열 히터(H3) 및 제2 메인 히터(H4)는 IR(적외선) 히터로 이루어질 수 있다. 이에 따라, IR 히터를 사용하여 제1 합치물(S1), 제2 전극(15), 및 제2 분리막(15)을 가열 할 수 있어, 기존 히팅존 구간에서 전극 탭이 히터부에 걸려 틀어짐이 발생되는 것을 방지할 수 있다. 즉, 기존의 상,하부 히터가 2mm 간격으로 설치되어 전극 탭이 상,하부 히터의 입구에서 걸림이 발생되었지만, 본 발명은 IR 히터인 제2 예열 히터(H3) 및 제2 메인 히터(H4)를 사용하여 제1 합치물(S1), 제2 전극(15), 및 제2 분리막(15)을 보다 먼 거리에서 가열시킬 수 있어 전극 탭이 히터부(H3,H4)에 걸려 틀어짐이 발생되는 것이 방지될 수 있다.
유닛셀 형성공정은 다수개의 제1 전극(11) 사이에 위치된 제1 분리막(14) 및 제2 분리막(15) 부분을 함께 커팅하는 방식으로 제2 합치물(S2)을 일정간격으로 커팅하여 다수개의 유닛셀(10)을 형성할 수 있다.
이때, 유닛셀 형성공정은 제2 합치공정을 통과하며 합치된 제2 합치물(S2)을 제3 커팅부(C3)를 통해 일정 간격으로 커팅할 수 있다.
전극 조립체 형성공정은 다수개의 유닛셀(10)을 적층하여 전극 조립체(10')를 형성시킬 수 있다.
여기서, 다수개의 유닛셀(10)을 순차적으로 적층하며 열과 압력을 가하여 상호 접합시킬 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예인 전극 조립체 제조방법에서 각 공정은 다수개의 주행롤러(R)를 통해 전극(13) 및 분리막(16)의 이동이 안내되거나 주행될 수 있다.
도 1 및 도 2를 참고하면, 상기와 같이 구성된 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체 제조방법은, 복수개의 전극(13) 및 복수개의 분리막(16)을 적층 시, 제1 합치공정에서 하나의 전극을 하나의 분리막에 합치 시킨 후, 제2 합치공정에서 다른 전극 및 분리막을 하나의 전극을 기준으로 합치시킴에 따라, 제조속도가 증가되고, 전극 주행거리가 짧아지며, 전극 사행이 방지될 수 있다. 그리고, 전극 주행거리가 짧아 짐에 따라, 전극(13)의 텐션 유지가 용이하고, 전극(13)의 주행위치를 보정하는 장치들의 수량을 줄일 수 있다.
이때, 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체 제조방법은, 제1 전극(11)을 제1 분리막(11)에 합치시켜 제1 합치물(S1)을 형성시킨 후, 제1 전극(11)의 위치를 위치감지센서(140)를 통해 검출하여, 제2 전극(12)을 제1 전극(11)의 위치를 기준으로 제2 분리막(12)과 함께 합치시킴에 따라, 제1 전극(11) 및 제2 전극(12) 사이의 위치보정이 용이하고, 전극 사행이 현저히 감소되거나 방지될 수 있다.
전극 조립체
이하에서 본 발명의 실시예에 따른 전극 조립체를 설명하기로 한다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 전극 조립체 제조방법을 통해 제조된 전극 조립체 및 이를 포함하는 이차전지를 예시적으로 나타낸 사시도이다.
도 2 및 도 4를 참고하면, 본 발명의 실시예에 따른 전극 조립체(10')는 전술한 일 실시예 및 다른 실시예에 따른 전극 조립체 제조방법을 통해 제조된 전극 조립체(10')에 대한 것이다.
따라서, 본 실시예는 전술한 일 실시예 및 다른 실시예에 따른 전극 조립체 제조방법과 중복되는 내용을 생략하기로 한다.
전극 조립체(10')는 충방전이 가능한 발전소자로서, 전극(13) 및 분리막(16)이 적층되어 결집된 형태로 형성될 수 있다. 여기서, 전극 조립체(10')는 예를 들어 제1 전극(11), 제1 분리막(14), 제2 전극(12), 제2 분리막(15)이 교대로 적층되어 결집된 형태일 수 있다. 이때, 전극 조립체(10')는 예를 들어 다수개의 유닛셀(10)이 적층되어 형성될 수 있다. 즉, 전극 조립체(10')는 제1 전극(11), 제1 분리막(14), 제2 전극(12), 제2 분리막(15)이 합치된 유닛셀(10)이 다수개로 적층되어 형성될 수 있다.
이차전지
이하에서 본 발명의 실시예에 따른 이차전지를 설명하기로 한다.
도 2 및 도 4를 참고하면, 본 발명의 실시예에 따른 이차전지는 전극 조립체(10') 및 전극 조립체(10')를 수용하는 전지 케이스(20)를 포함한다.
본 발명의 실시예에 따른 이차전지는 전술한 일 실시예 및 다른 실시예에 따른 전극 조립체 제조방법을 통해 제조된 전극 조립체(10')를 포함하는 이차전지(1)에 대한 것이다. 따라서, 본 실시예는 전술한 실시예와 중복되는 내용은 생략하거나 간략히 기술하고, 차이점을 중심으로 기술하도록 한다.
보다 상세히, 전극 조립체(10')는 전술한 전극 조립체 제조방법을 통해 제조된 전극 조립체(10')로서, 전극(13) 및 분리막(16)이 교대로 적층될 수 있다. 여기서, 전극 조립체(10')는 예를 들어 다수개의 유닛셀(10)이 적층되어 형성될 수 있다. 이때, 전극 조립체(10')는 제1 전극(11), 제1 분리막(14), 제2 전극(12), 제2 분리막(15)이 교대로 적층되어 라미네이션(lamination)을 통해 결집된 형태로 형성될 수 있다.
한편, 전극 조립체(10')는 예를 들어 전극(13)과 외부 기기를 연결하는 전극 리드(17)를 더 포함할 수 있다.
전지 케이스(20)는 전극 조립체(10')를 내부에 수용하도록 수용부(21)가 형성될 수 있다.
이상 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세히 설명하였으나, 이는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명에 따른 전극 조립체 제조방법과, 이를 통해 제조된 전극 조립체 및 이차전지는 이에 한정되지 않는다. 본 발명의 기술적 사상 내에서 당해 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 실시가 가능하다고 할 것이다.
또한, 발명의 구체적인 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의하여 명확해질 것이다.

Claims (15)

  1. 전극 및 분리막을 교대로 적층하여 전극 조립체를 제조하는 전극 조립체 제조방법으로서,
    상기 전극은 다수개의 제1 전극 및 제2 전극을 포함하고, 상기 분리막은 제1 분리막을 포함하여,
    다수개의 상기 제1 전극을 일정간격으로 상기 제1 분리막에 합치하여 제1 합치물을 형성시키는 제1 합치공정; 및
    다수개의 상기 제2 전극을 상기 제1 분리막을 사이로 상기 제1 전극과 대면되도록 상기 제1 합치물에 합치하여 제2 합치물을 형성시키는 제2 합치공정을 포함하는 전극 조립체 제조방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 합치공정 전에 상기 제1 분리막의 하부에 제1 하부 보호필름을 합치시키는 제1 하부 보호필름 합치 공정을 더 포함하는 전극 조립체 제조방법.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 제1 하부 보호필름 합치 공정은 상기 제1 하부 보호필름이 합치된 상기 제1 분리막을 제1 분리막 권취롤에 권취시키고,
    상기 제1 합치공정은 상기 제1 분리막 권취롤에 권취된 상기 제1 분리막의 권취가 풀어지며 상기 제1 전극과 상기 제1 분리막을 합치시키는 전극 조립체 제조방법.
  4. 청구항 2에 있어서,
    상기 제1 합치공정 후, 상기 제2 합치공정 전에,
    상기 제1 분리막에서 상기 제1 합부 보호필름을 분리시키는 제1 하부 보호필름 분리 공정을 더 포함하는 전극 조립체 제조방법.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 제2 합치공정을 수행하기 전에 상기 제1 합치물에서 상기 제1 전극의 위치를 위치감지센서를 통해 검출하는 검출공정을 더 포함하여,
    상기 제2 합치공정은 상기 검출공정을 통해 검출된 상기 제1 전극의 위치에 상기 제2 전극의 위치가 대응되도록 합치시키는 전극 조립체 제조방법.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 검출공정은
    상기 위치감지센서로 비젼 카메라 센서(Vision camera sensor)를 적용하여 상기 제1 전극의 위치를 검출하는 전극 조립체 제조방법.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 분리막은 제2 분리막을 더 포함하고,
    상기 제2 합치공정은 상기 제2 전극을 사이에 두고 상기 제1 합치물에 상기 제2 분리막을 더 합치시키는 전극 조립체 제조방법.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 제2 합치공정 전에,
    상기 제2 분리막의 하부에 제2 하부 보호필름을 합치시키는 제2 하부 보호필름 합치 공정을 더 포함하는 전극 조립체 제조방법.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 제2 하부 보호필름 합치 공정은 상기 제2 하부 보호필름이 합치된 상기 제2 분리막을 제2 분리막 권취롤에 권취시키고,
    상기 제2 합치공정은 상기 제2 분리막 권취롤에 권취된 상기 제2 분리막의 권취가 풀어지며 상기 제2 전극과 상기 제2 분리막을 합치시키는 전극 조립체 제조방법.
  10. 청구항 8에 있어서,
    상기 제2 합치공정 후,
    상기 제2 분리막에서 상기 제2 하부 보호필름을 분리시키는 제2 하부 보호필름 분리 공정을 더 포함하는 전극 조립체 제조방법.
  11. 청구항 7에 있어서,
    상기 제1 합치공정은 열과 압력을 가하는 라미네이션을 통해 상기 제1 전극 및 상기 제1 분리막을 상호 접합시켜 상기 제1 합치물을 형성시키고,
    상기 제2 합치공정은 열과 압력을 가하는 라미네이션을 통해 상기 제1 합치물에 상기 제2 전극 및 상기 제2 분리막을 상호 접합시키는 전극 조립체 제조방법.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 다수개의 상기 제1 전극 사이에 위치된 상기 제1 분리막 및 상기 제2 분리막 부분을 함께 커팅하는 방식으로 상기 제2 합치물을 일정간격으로 커팅하여 다수개의 유닛셀을 형성하는 유닛셀 형성공정; 및
    다수개의 상기 유닛셀을 적층하여 전극 조립체를 형성시키는 전극 조립체 형성공정을 더 포함하는 전극 조립체 제조방법.
  13. 청구항 1에 있어서,시트 형태로 제1 전극 권취롤에 권취된 상기 제1 전극을 일정간격으로 커팅하여 상기 제1 합치공정으로 공급하는 제1 전극 공급공정; 및
    시트 형태로 제2 전극 권취롤에 권취된 상기 제2 전극을 일정간격으로 커팅하여 상기 제2 합치공정으로 공급하는 제2 전극 공급공정을 더 포함하는 전극 조립체 제조방법.
  14. 청구항 1 내지 청구항 13 중 어느 한 항에 기재된 전극 조립체 제조방법을 통해 제조된 전극 조립체.
  15. 청구항 1 내지 청구항 13 중 어느 한 항에 기재된 전극 조립체 제조방법을 통해 제조된 전극 조립체를 포함하는 이차전지.
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