WO2021091057A1 - 폴딩형 전극조립체 및 그 제조 방법 - Google Patents

폴딩형 전극조립체 및 그 제조 방법 Download PDF

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WO2021091057A1
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cell
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electrode assembly
monocells
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신양호
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주식회사 엘지에너지솔루션
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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 a method of manufacturing an electrode assembly by applying a monocell to a folding method.
  • an electrode assembly is embedded in a battery case, and the electrode assembly is a power plant consisting of a stacked structure with a separator interposed between a positive electrode and a negative electrode, and is a jelly-roll type, a stack type, and a stack/folding type electrode.
  • the assembly was developed.
  • the stack/folding electrode assembly is a bi-cell structure of a positive electrode/separator/cathode structure of a certain unit size or a bi-cell structure of a positive electrode (cathode)/separator/cathode (anode)/separator/anode (cathode) structure.
  • -cell is folded using a long continuous separation film.
  • FIG. 1 shows an apparatus for manufacturing such an electrode assembly, and includes a basic unit manufacturing unit 10, a transfer unit 20, and an alignment unit 30.
  • the basic unit is made in the basic unit manufacturing unit 10. Thereafter, the basic unit is moved over the transfer belt portion of the transfer unit 20 and is moved along the transfer belt portion.
  • the basic units moved from the transfer belt unit to the alignment unit 30 may be sequentially aligned by the alignment unit 30 so that the unit stack unit may be manufactured.
  • the unit stack portion may be further subjected to a taping process of attaching the tape to the side portion afterwards, and a complete electrode assembly can be manufactured by completing such a taping process (Korean Patent Laid-Open No. 2016-0094182).
  • the apparatus of FIG. 1 has a problem in that a basic unit must be manufactured and then subjected to a complicated process of stacking on a transfer and alignment unit.
  • FIG. 2 is an example of a stack-folding electrode assembly in which a cathode-separator-anode-separator-cathode is sequentially stacked C-type bicell (C) and an anode-separator-cathode-separator-anode is sequentially stacked.
  • the separation film (S) has a unit length that can wrap the bicell, and is bent inward for each unit length, starting from the central bicell and continuing to the outermost bicell. It is intervened in the department.
  • the distal end of the separation film (S) is finished by heat-sealing or attaching adhesive tape.
  • Patent Document 1 Korean Laid-Open Patent Publication No. 2016-0094182
  • an object of the present invention is to provide a method of manufacturing an electrode assembly of a new structure using a monocell and an electrode assembly manufactured by this method.
  • a monocell having the same structure in which a first electrode, a separator, and a second electrode having opposite polarity to the first electrode are sequentially stacked on a separation film.
  • Adhering the stacked monocells in a lamination device, positioning one bicell apart from the monocell by an interval for folding at a folding start portion on the separation film where folding starts, and one direction from the bicell It characterized in that it comprises the step of proceeding to the folding.
  • the step of positioning one bi-cell in the electrode assembly manufacturing method according to the present invention is characterized in that it proceeds immediately before the step of bonding the stacked monocells in a lamination device.
  • the first electrode is an anode
  • the second electrode is a cathode
  • the bi-cell is an A-type bi-cell (anode-separator-cathode-separator-anode).
  • the first electrode is a cathode
  • the second electrode is an anode
  • the bi-cell is a C-type bi-cell (cathode-separator-anode-separator-cathode).
  • the bonding in the laminate device is one of a method of applying pressure or a method of simultaneously applying pressure and heat.
  • the bi-cell is separately produced and prepared.
  • the electrode assembly according to the present invention includes one bi-cell positioned at the folding start portion where folding starts on a continuous separation film, and a first electrode discontinuously positioned apart from the bi-cell by an interval for folding, and a separator. , A plurality of monocells in which the first electrode and the second electrode having the opposite polarity are sequentially stacked are folded in one direction from the bi-cell.
  • the first electrode is an anode
  • the second electrode is a cathode
  • the bi-cell is an A-type bi-cell (anode-separator-cathode-separator-anode).
  • the first electrode is a cathode
  • the second electrode is an anode
  • the bi-cell is a C-type bi-cell (cathode-separator-anode-separator-cathode).
  • the secondary battery according to the present invention is characterized in that it includes the electrode assembly.
  • the battery pack according to the present invention is characterized in that it includes the secondary battery.
  • the electrode assembly manufacturing method of the present invention has the advantage of simplifying the electrode assembly production process since the folding process can be performed immediately without a separate additional process after the lamination process.
  • FIG. 1 is a schematic diagram of a conventional electrode assembly manufacturing apparatus.
  • FIG. 2 is a schematic diagram of an electrode assembly structure manufactured using conventional bicells.
  • FIG. 3 is a schematic diagram showing an embodiment of an electrode assembly manufacturing apparatus for manufacturing an electrode assembly of the present invention.
  • FIG. 4 is a schematic diagram showing an embodiment of an electrode assembly structure manufactured using a monocell of the present invention.
  • FIG. 5 is a schematic diagram showing another embodiment of the structure of an electrode assembly manufactured using the monocell of the present invention.
  • FIG. 3 is a schematic diagram of an electrode assembly manufacturing apparatus 100 according to a first embodiment of the present invention.
  • the first electrode supplied from the first electrode winding roll 102 is a cutter.
  • the separation membrane supplied from the separation membrane winding roll 103 is cut to a predetermined size using (110) and placing it in a discontinuous structure on the separation film, and then cutting the separation membrane supplied from the separation membrane winding roll 103 into a predetermined size using the cutter 110 to the first It is laminated on the electrode.
  • a second electrode having a polarity opposite to the first electrode supplied from the second electrode winding roll 104 is cut to a predetermined size using the cutter 110 and stacked on the separator to form a monocell (M).
  • the stacked monocells (M) are supplied to the laminating device 120, and pressure is applied to the monocells in the laminating device 120, or pressure and heat are applied at the same time so that the electrode and the separator are adhered.
  • the discontinuous structure means that it does not extend integrally without interruption, and it means that it is an individual electrode separated from each other having a certain size.
  • the bi-cell (B) prepared and prepared separately is positioned at a predetermined distance apart from the monocell in consideration of the folding interval at the folding start portion on the separation film (S) on which the adhered monocells are located.
  • folding is performed in the folding device 130 to manufacture an electrode assembly.
  • the distal end of the separation film (S) is finished by heat-sealing or attaching adhesive tape.
  • the step of positioning the bicell (B) may be after the monocells pass through the laminate device 120 as described above, or after the monocells are stacked, the stacked monocells enter the laminate device 120 It may be before.
  • 4 and 5 are schematic diagrams showing the structure of the electrode assembly before and after the folding process.
  • the type of the bi-cell located at the folding start portion where folding on the separation film S starts is on the separation film S in consideration of the polarities of neighboring electrodes after the folding process. It depends on the type of the first electrode of the located monocell. As shown in FIG. 4, if the first electrode is the positive electrode, the bicell has A type (A), and as shown in FIG. 5, if the first electrode is the negative electrode, the bicell has the C type (C). do.
  • the positive electrode may be prepared, for example, by coating a mixture of a positive electrode active material, a conductive material, and a binder on a positive electrode current collector, followed by drying, and if necessary, a filler may be further added to the mixture.
  • the conductive material is typically added in an amount of 1 to 20% by weight based on the total weight of the mixture including the positive electrode active material.
  • a conductive material is not particularly limited as long as it has conductivity without causing a chemical change in the battery, and examples thereof include graphite such as natural graphite or artificial graphite; Carbon blacks such as carbon black, acetylene black, Ketjen black, channel black, furnace black, lamp black, and thermal black; Conductive fibers such as carbon fibers and metal fibers; Metal powders such as carbon fluoride, aluminum, and nickel powder; Conductive whiskey such as zinc oxide and potassium titanate; Conductive metal oxides such as titanium oxide; Conductive materials such as polyphenylene derivatives may be used.
  • the filler is selectively used as a component that suppresses the expansion of the positive electrode, and is not particularly limited as long as it is a fibrous material without causing chemical changes to the battery, and examples thereof include olivine polymers such as polyethylene and polypropylene; Fibrous materials such as glass fiber and carbon fiber are used.
  • the negative electrode is manufactured by coating, drying, and pressing a negative electrode active material on a negative electrode current collector, and a conductive material, a binder, a filler, etc. may be optionally further included if necessary.
  • the negative electrode current collector is not particularly limited as long as it has conductivity without causing chemical changes to the battery, for example, copper, stainless steel, aluminum, nickel, titanium, calcined carbon, copper, or stainless steel. Surface treatment with carbon, nickel, titanium, silver, etc., aluminum-cadmium alloy, etc. may be used.
  • the negative electrode active material like the positive electrode current collector, it is possible to enhance the bonding strength of the negative electrode active material by forming fine irregularities on the surface thereof, and it may be used in various forms such as films, sheets, foils, nets, porous bodies, foams, and nonwoven fabrics.
  • the negative active material may include, for example, carbon such as non-graphitized carbon and graphite-based carbon; Li x Fe 2 O 3 (0 ⁇ x ⁇ 1), Li x WO 2 (0 ⁇ x ⁇ 1), Sn x Me 1-x Me' y O z (Me: Mn, Fe, Pb, Ge; Me' : Al, B, P, Si, elements of groups 1, 2, and 3 of the periodic table, halogen, metal complex oxides such as 0 ⁇ x ⁇ 1;1 ⁇ y ⁇ 3;1 ⁇ z ⁇ 8); Lithium metal; Lithium alloy; Silicon-based alloys; Tin-based alloys; SnO, SnO 2 , PbO, PbO 2 , Pb 2 O 3 , Pb 3 O 4 , Sb 2 O 3 , Sb 2 O 4 , Sb 2 O 5 , GeO, GeO 2 , Bi 2 O 3 , Bi 2 O 4 , And metal oxides such as Bi 2 O 5; Conductive polymers such as polyacetylene; Li
  • an insulating thin film having high ion permeability and mechanical strength is used as the separator.
  • the pore diameter of the separator is generally 0.01 to 10 ⁇ m, and the thickness is generally 5 to 300 ⁇ m.
  • Examples of such a separation membrane include olefin-based polymers such as polypropylene having chemical resistance and hydrophobic properties; Sheets or non-woven fabrics made of glass fiber or polyethylene are used.
  • a solid electrolyte such as a polymer
  • the solid electrolyte may also serve as a separator.
  • the separation film used in the present invention also corresponds to the description of the separation membrane.
  • A A type bicell

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Abstract

본 발명은 라미네이트 공정 후 별도의 준비공정 없이 바로 폴딩 공정을 진행할 수 있어 전극조립체 생산 공정을 간소화할 수 있도록, 연속적인 길이의 분리필름 상에 권취롤에서 일정 크기로 커팅된 불연속적인 구조의 제1 전극, 분리막, 제1 전극과 극성이 반대인 제2 전극을 차례로 적층하여 모노셀들을 형성하는 단계, 상기 적층된 모노셀들을 라미네이트 장치에서 접착시키는 단계, 상기 분리필름 상의 폴딩 개시부에 모노셀과 폴딩을 위한 간격만큼 이격하여 하나의 바이셀을 위치시키는 단계 및 상기 바이셀부터 일방향으로 폴딩을 진행하는 단계를 포함하는 전극조립체 제조방법 및 이러한 방법으로 제조된 전극조립체에 관한 것이다.

Description

폴딩형 전극조립체 및 그 제조 방법
본 출원은 2019년 11월 07일자 한국 특허 출원 제 2019-0141360 호에 기초한 우선권의 이익을 주장하며, 해당 한국 특허 출원의 문헌에 개시된 모든 내용은 본 명세서의 일부로서 포함된다.
본 발명은 폴딩 공법에 모노셀을 적용하여 전극조립체를 제조하는 방법에 관한 것이다.
휴대폰, 노트북, 캠코더, 디지털 카메라 등 모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 충방전이 가능한 이차전지에 관한 기술이 활발해지고 있다. 또한, 이차 전지는 대기오염 물질을 유발하는 화석 연료의 대체 에너지원으로, 전기 자동차(EV), 하이브리드 전기자동차(HEV), 플러그-인 하이브리드 전기자동차(P-HEV) 등에 적용되고 있어, 이차 전지에 대한 개발의 필요성이 갈수록 높아지고 있는 상황이다.
이와 같은 이차 전지는 전극조립체가 전지 케이스에 내장된 형태로, 전극조립체는 양극과 음극 사이에 분리막이 개재되어 적층된 구조로 이루어진 발전소자로서, 젤리-롤형, 스택형, 및 스택/폴딩형 전극조립체가 개발되었다.
스택/폴딩형 전극조립체는 일정한 단위 크기의 양극/분리막/음극 구조의 모노셀(mono-cell) 또는 양극(음극)/분리막/음극(양극)/분리막/양극(음극) 구조의 바이셀(bi-cell)을 긴 길이의 연속적인 분리필름을 이용하여 폴딩한 구조이다.
또한, 기존 스택형 전극조립체의 공정성을 향상시키고, 다양한 형태의 이차전지 수요를 충족시키기 위해, 전극과 분리막이 교대로 적층되어 접합(lamination)되어 있는 단위셀들을 적층한 구조의 라미네이션/스택형 전극조립체도 개발되었다.
도 1은 이러한 전극조립체를 제조하기 위한 장치를 나타내는 것으로, 기본 단위체 제작 유닛(10), 이송유닛(20), 및 정렬 유닛(30)을 포함한다. 기본 단위체는 기본 단위체 제작 유닛(10)에서 만들어진다. 이 후 기본 단위체는 이송 유닛(20)의 이송벨트부 위로 옮겨지고, 이송벨트부를 따라서 이동된다.
이송벨트부에서 정렬 유닛(30)으로 옮겨진 기본 단위체는 정렬 유닛(30)에 의하여 순차적으로 가지런히 정렬되어 단위체 스택부가 제조될 수 있다. 단위체 스택부는 이후 테이프를 측부에 부착하는 테이핑 공정을 더 거칠 수 있는데, 이러한 테이핑 공정까지 마치면 완전한 전극 조립체가 제작될 수 있다.(한국 공개특허공보 제2016-0094182호)
그러나 도 1의 장치는 기본 단위체를 제조한 후 이송과 정렬 유닛에 적층하는 복잡한 공정을 거쳐야 하는 문제점이 있다.
한편, 도 2는 스택-폴딩형 전극조립체의 한 예로 음극-분리막-양극-분리막-음극이 순차적으로 적층된 C타입 바이셀(C)과 양극-분리막-음극-분리막-양극이 순차적으로 적층된 A타입 바이셀(A)을 각각 제조한 후 연속적인 길이의 분리필름(S) 상에 C 타입 바이셀(C)과 A 타입 바이셀(A)이 번갈아 중첩되어 있고, 각각의 중첩부에는 분리필름(S)이 개재되어 있다. 분리필름(S)은 바이셀을 감쌀 수 있는 단위길이를 갖고, 단위길이마다 내측으로 꺾여서 중앙의 바이셀로부터 시작되어 최외각의 바이셀까지 연속하여 각각의 바이셀을 감싸는 구조로 바이셀의 중첩부에 개재되어 있다. 분리필름(S)의 말단부는 열융착하거나 접착테이프 등을 붙여서 마무리한다.
그러나, 도 2의 전극조립체를 제조하기 위해서는 두 종류의 바이셀들을 각각 제조하여 준비한 후 이들을 다시 분리필름(S) 상에 배열하여 폴딩하는 복잡한 공정을 거쳐야 한다는 문제점이 있다.
(선행기술문헌)
(특허문헌 1 )한국공개특허공보 제2016-0094182호
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 모노셀을 이용한 새로운 구조의 전극조립체를 제조하는 방법 및 이러한 방법으로 제조된 전극조립체를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전극조립체 제조방법은, 제1 전극, 분리막, 제1 전극과 극성이 반대인 제2 전극이 분리필름 상에 순차적으로 적층된 동일 구조의 모노셀을 이용하여 전극조립체를 제조하는 방법에 있어서, 연속적인 길이의 분리필름 상에 권취롤에서 일정 크기로 커팅된 불연속적인 구조의 제1 전극, 분리막, 제2 전극을 차례로 적층하여 모노셀들을 형성하는 단계, 상기 적층된 모노셀들을 라미네이트 장치에서 접착시키는 단계, 상기 분리필름 상의 폴딩이 시작되는 폴딩 개시부에 모노셀과 폴딩을 위한 간격만큼 이격하여 하나의 바이셀을 위치시키는 단계 및 상기 바이셀부터 일방향으로 폴딩을 진행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 따른 전극조립체 제조방법에서 하나의 바이셀을 위치시키는 단계는 상기 적층된 모노셀들을 라미네이트 장치에서 접착시키는 단계 직전에 진행되는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 따른 전극조립체 제조방법에서 제1 전극은 양극이고, 제2 전극은 음극이며, 바이셀은 A타입 바이셀(양극-분리막-음극-분리막-양극)인 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 따른 전극조립체 제조방법에서 제1 전극은 음극이고, 제2 전극은 양극이며, 바이셀은 C타입 바이셀(음극-분리막-양극-분리막-음극)인 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 따른 전극조립체 제조방법에서 라미네이트 장치에서 접착시키는 단계는 압력을 가하는 방법 또는 압력과 열을 동시에 가하는 방법 중 하나 인 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 따른 전극조립체 제조방법에서 바이셀은 별도로 생산하여 준비된 것은 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 따른 전극조립체는 연속적인 길이의 분리필름 상에서 폴딩이 시작되는 폴딩 개시부에 위치하는 하나의 바이셀 및 상기 바이셀과 폴딩을 위한 간격만큼 이격하여 불연속적으로 위치한 제1 전극, 분리막, 제1 전극과 극성이 반대인 제2 전극이 순차적으로 적층된 다수의 모노셀들을 상기 바이셀부터 일방향으로 폴딩하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 따른 전극조립체에서 제1 전극은 양극이고, 제2 전극은 음극이며, 바이셀은 A타입 바이셀(양극-분리막-음극-분리막-양극)인 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 따른 전극조립체에서 제1 전극은 음극이고, 제2 전극은 양극이며, 바이셀은 C타입 바이셀(음극-분리막-양극-분리막-음극)인 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 따른 이차 전지는 상기 전극조립체를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 따른 전지팩은 상기 이차 전지를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 전극조립체 제조방법은, 라미네이트 공정 후 별도의 추가 공정 없이 바로 폴딩 공정을 진행할 수 있어 전극조립체 생산 공정을 간소화할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 종래 전극 조립체 제조 장치의 개략도이다.
도 2는 종래 바이셀들을 이용하여 제조된 전극조립체 구조의 모식도이다.
도 3은 본 발명의 전극조립체를 제조하기 위한 전극조립체 제조장치의 일 실시예를 나타내는 개략도이다.
도 4는 본 발명의 모노셀을 이용하여 제조된 전극조립체 구조의 일 실시예를 나타내는 모식도이다.
도 5는 본 발명의 모노셀을 이용하여 제조된 전극조립체 구조의 또 다른 실시예를 나타내는 모식도이다.
본 출원에서 "포함한다", "가지다" 또는 "구비하다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
또한, 도면 전체에 걸쳐 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 사용한다. 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 연결되어 있다고 할 때, 이는 직접적으로 연결되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고, 간접적으로 연결되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 어떤 구성요소를 포함한다는 것은 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라, 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
이하, 본 발명에 따른 전극조립체 제조방법 및 이러한 방법에 의해 제조된 전극조립체에 관하여 첨부한 도면을 참조하여 설명하기로 한다.
도 3은 본 발명의 바람직한 제1 실시예에 따른 전극조립체 제조장치(100)의 개략도이다.
도 3을 참조하여 전극조립체 제조방법을 설명하면, 먼저 분리필름 권취롤(101)로부터 연속적으로 공급되는 분리필름(S) 상에, 제1 전극 권취롤(102)로부터 공급되는 제1 전극을 커터(110)를 이용하여 일정 크기로 커팅하여 분리필름 상에 불연속적인 구조로 위치시키고, 그 다음으로 분리막 권취롤(103)로부터 공급되는 분리막을 커터(110)를 이용하여 일정 크기로 커팅하여 제1 전극 상에 적층한다. 그 후 제2 전극 권취롤(104)로부터 공급되는 제1 전극과 극성이 반대인 제2 전극을 커터(110)를 이용하여 일정 크기로 커팅하고 분리막 상에 적층하여 모노셀(M)을 형성한다. 그 후 적층된 모노셀(M)을 라미네이트 장치(120)로 공급하고, 라미네이트 장치(120)에서 모노셀에 압력을 가하거나, 압력과 열을 동시에 가하여 전극과 분리막이 접착되도록 한다.
여기서 불연속적인 구조라 함은 끊김이 없이 일체형으로 연장되지 않는다는 것을 의미하며, 일정 크기를 가진 여러 개의 서로 분리된 개별적인 전극이라는 것을 의미한다.
이어서 별도로 제조하여 준비된 바이셀(B)을 접착된 모노셀들이 위치한 분리필름(S) 상의 폴딩이 시작되는 폴딩 개시부에, 폴딩되는 간격을 고려하여 모노셀과 일정 간격 이격하여 위치시킨다. 그 후 폴딩 장치(130)에서 폴딩을 진행하여 전극조립체를 제조한다. 분리필름(S)의 말단부는 열융착하거나 접착테이프 등을 붙여서 마무리한다.
한편, 바이셀(B)을 위치시키는 단계는 위에서 살펴본 바와 같이 모노셀들이 라미네이트 장치(120)를 통과한 이후 일 수도 있고, 모노셀들을 적층한 후 적층된 모노셀들이 라미네이트 장치(120)에 진입하기 이전일 수도 있다.
도 4 및 도 5는 폴딩 공정 전/후의 전극조립체 구조를 보여주는 모식도이다.
도 4 및 도 5를 참조하여 설명하면, 분리필름(S) 상의 폴딩이 시작되는 폴딩 개시부에 위치하는 바이셀의 타입은 폴딩 공정 후 이웃하는 전극의 극성을 고려하여 분리필름(S) 상에 위치한 모노셀의 제1 전극의 종류에 따라 달라진다. 만약 도 4에 도시된 바와 같이 제1 전극이 양극이면 바이셀은 A타입(A)이 위치하며, 도 5에 도시된 바와 같이 제1 전극이 음극이라면 바이셀은 C타입(C)이 위치하게 된다.
상기 양극은 예를 들어, 양극 집전체 상에 양극 활물질, 도전재 및 바인더의 혼합물을 도포한 후 건조하여 제조될 수 있으며, 필요에 따라서는 상기 혼합물에 충진제를 더 첨가하기도 한다.
상기 양극 활물질은 전기화학적 반응을 일으킬 수 있는 물질로서, 리튬 전이금속 산화물로서, 2 이상의 전이금속을 포함하고, 예를 들어, 1 또는 그 이상의 전이금속으로 치환된 리튬 코발트 산화물(LiCoO 2), 리튬 니켈 산화물(LiNiO 2) 등의 층상 화합물; 1 또는 그 이상의 전이금속으로 치환된 리튬 망간 산화물; 화학식 LiNi 1-yMyO 2(여기서, M = Co, Mn, Al, Cu, Fe, Mg, B, Cr, Zn 또는 Ga이고 상기 원소 중 하나 이상의 원소를 포함, 0.01≤y≤0.7 임)으로 표현되는 리튬 니켈계 산화물; Li 1+zNi 1/3Co 1/3Mn 1/3O 2, Li 1+zNi 0.4Mn 0.4Co 0.2O 2 등과 같이 Li 1+zNi bMn cCo 1-(b+c+d)M dO (2-e)A e(여기서,
-0.5≤z≤0.5, 0.1≤b≤0.8, 0.1≤c≤0.8, 0≤d≤0.2, 0≤e≤0.2, b+c+d<1임, M = Al, Mg, Cr, Ti, Si 또는 Y 이고, A = F, P 또는 Cl 임)으로 표현되는 리튬 니켈 코발트 망간 복합산화물; 화학식 Li 1+xM 1-yM' yPO 4-zX z(여기서, M = 전이금속, 바람직하게는 Fe, Mn, Co 또는 Ni 이고, M' = Al, Mg 또는 Ti이고, X = F, S 또는 N이며, -0.5≤x≤+0.5, 0≤y≤0.5, 0≤z≤0.1 임)로 표현되는 올리빈계 리튬 금속 포스페이트 등을 들 수 있지만, 이들만으로 한정되는 것은 아니다.
상기 도전재는 통상적으로 양극 활물질을 포함한 혼합물 전체 중량을 기준으로 1 내지 20 중량%로 첨가된다. 이러한 도전재는 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 천연 흑연이나 인조 흑연 등의 흑연; 카본블랙, 아세틸렌 블랙, 케첸 블랙, 채널 블랙, 퍼네이스 블랙, 램프 블랙, 서머 블랙 등의 카본블랙; 탄소 섬유나 금속 섬유 등의 도전성 섬유; 불화 카본, 알루미늄, 니켈 분말 등의 금속 분말; 산화아연, 티탄산 칼륨 등의 도전성 위스키; 산화 티탄 등의 도전성 금속 산화물; 폴리페닐렌 유도체 등의 도전성 소재 등이 사용될 수 있다.
상기 충진제는 양극의 팽창을 억제하는 성분으로서 선택적으로 사용되며, 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 섬유상 재료라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등의 올리핀계 중합체; 유리섬유, 탄소섬유 등의 섬유상 물질이 사용된다.
또한, 상기 음극은 음극 집전체 상에 음극 활물질을 도포, 건조 및 프레싱하여 제조되며, 필요에 따라 도전재, 바인더, 충진제 등이 선택적으로 더 포함될 수 있다. 음극 집전체는, 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 구리, 스테인레스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소, 구리나 스테인레스 스틸의 표면에 카본, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면처리한 것, 알루미늄-카드뮴 합금 등이 사용될 수 있다. 또한, 양극 집전체와 마찬가지로, 표면에 미세한 요철을 형성하여 음극 활물질의 결합력을 강화시킬 수도 있으며, 필름, 시트, 호일, 네트, 다공질체, 발포체, 부직포체 등 다양한 형태로 사용될 수 있다. 상기 음극 활물질은, 예를 들어, 난흑연화 탄소, 흑연계 탄소 등의 탄소; Li xFe 2O 3(0≤x≤1), Li xWO 2 (0≤x≤1), Sn xMe 1-xMe' yO z (Me: Mn, Fe, Pb, Ge; Me': Al, B, P, Si, 주기율표의 1족, 2족, 3족 원소, 할로겐; 0<x≤1; 1≤y≤3; 1≤z≤8) 등의 금속 복합 산화물; 리튬 금속; 리튬 합금; 규소계 합금; 주석계 합금; SnO, SnO 2, PbO, PbO 2, Pb 2O 3, Pb 3O 4, Sb 2O 3, Sb 2O 4, Sb 2O 5, GeO, GeO 2, Bi 2O 3, Bi 2O 4, 및 Bi 2O 5 등의 금속 산화물; 폴리아세틸렌 등의 도전성 고분자; Li-Co-Ni계 재료 등을 사용할 수 있다.
상기 분리막은, 높은 이온 투과도와 기계적 강도를 가지는 절연성의 얇은 박막이 사용된다. 분리막의 기공 직경은 일반적으로 0.01 ~ 10 ㎛이고, 두께는 일반적으로 5 ~ 300 ㎛이다. 이러한 분리막으로는, 예를 들어, 내화학성 및 소수성의 폴리프로필렌 등의 올레핀계 폴리머; 유리섬유 또는 폴리에틸렌 등으로 만들어진 시트나 부직포 등이 사용된다. 전해질로서 폴리머 등의 고체 전해질이 사용되는 경우에는 고체 전해질이 분리막을 겸할 수도 있다. 본 발명에서 사용되는 분리필름 역시 상기 분리막의 설명에 대응된다.
이상으로 본 발명 내용의 특정한 부분을 상세히 기술하였는 바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게, 이러한 구체적 기술은 단지 바람직한 실시양태일 뿐이며, 이에 의해 본 발명의 범위가 제한되는 것은 아니며, 본 발명의 범주 및 기술사상 범위 내에서 다양한 변경 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속하는 것도 당연하다.
(부호의 설명)
10 : 기본 단위체 제작 유닛
20 : 이송 유닛
30 : 정렬 유닛
A : A타입 바이셀
C : C타입 바이셀
S : 분리필름
M : 모노셀
B : 바이셀
100 : 전극조립체 제조장치
101 : 분리필름 권취롤
102 : 제1 전극 권취롤
103 : 분리막 권취롤
104 : 제2 전극 권취롤
110 : 커터
120 : 라미네이트 장치
130 : 폴딩 장치

Claims (11)

  1. 제1 전극, 분리막 및 제1 전극과 극성이 반대인 제2 전극이 분리필름 상에 순차적으로 적층된 동일 구조의 모노셀을 이용하여 전극조립체를 제조하는 방법에 있어서,
    연속적인 길이의 분리필름 상에 권취롤에서 일정 크기로 커팅된 불연속적인 구조의 제1 전극, 분리막, 제2 전극을 차례로 적층하여 모노셀들을 형성하는 단계;
    상기 적층된 모노셀들을 라미네이트 장치에서 접착시키는 단계;
    상기 분리필름 상의 폴딩이 시작되는 폴딩 개시부에 상기 모노셀들과 폴딩을 위한 간격만큼 이격하여 하나의 바이셀을 위치시키는 단계; 및
    상기 바이셀부터 일방향으로 폴딩을 진행하는 단계;
    를 포함하는 전극조립체 제조방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 하나의 바이셀을 위치시키는 단계는 상기 적층된 모노셀들을 라미네이트 장치에서 접착시키는 단계 직전에 진행되는 것을 특징으로 하는 전극조립체 제조방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제1 전극은 양극이고, 상기 제2 전극은 음극이며, 상기 바이셀은 A타입 바이셀인 것을 특징으로 하는 전극조립체 제조방법.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제1 전극은 음극이고, 상기 제2 전극은 양극이며, 상기 바이셀은 C타입 바이셀인 것을 특징으로 하는 전극조립체 제조방법.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 라미네이트 장치에서 접착시키는 단계는 압력을 가하는 방법 또는 압력과 열을 동시에 가하는 방법 중 하나 인 것을 특징으로 하는 전극조립체 제조방법.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 바이셀은 별도로 생산하여 준비된 것은 것을 특징으로 하는 전극조립체 제조방법.
  7. 연속적인 길이의 분리필름 상에서 폴딩이 시작되는 폴딩 개시부에 위치하는 하나의 바이셀; 및
    상기 바이셀과 폴딩을 위한 간격만큼 이격하여 불연속적으로 위치한 제1 전극, 분리막, 제1 전극과 극성이 반대인 제2 전극이 순차적으로 적층된 다수의 모노셀들;을
    상기 바이셀부터 일방향으로 폴딩하여 이루어진 전극조립체.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제1 전극은 양극이고, 상기 제2 전극은 음극이며, 상기 바이셀은 A타입 바이셀인 것을 특징으로 하는 전극조립체.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 제1 전극은 음극이고, 상기 제2 전극은 양극이며, 상기 바이셀은 C타입 바이셀인 것을 특징으로 하는 전극조립체.
  10. 제7항 내지 제9항 중 어느 한 항에 기재된 전극조립체를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  11. 제10항에 따른 이차 전지를 포함하는 것을 특징으로 하는 전지팩.
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