WO2022065810A1 - 이차전지 제조방법 및 이차전지 - Google Patents

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WO2022065810A1
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folding cell
folding
cell
tape
secondary battery
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노태균
박성빈
조미루
한정인
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주식회사 엘지에너지솔루션
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    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Definitions

  • the present invention relates to a secondary battery manufacturing method and secondary battery.
  • Secondary batteries unlike primary batteries, can be recharged, and have been widely researched and developed in recent years due to their small size 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 classified into a coin-type battery, a cylindrical battery, a prismatic battery, and a pouch-type battery according to the shape of the battery case.
  • an electrode assembly mounted inside a battery case is a charging/discharging power generating element having a stacked structure of an electrode and a separator.
  • the electrode assembly is a jelly-roll type in which a separator is interposed between a sheet-type positive electrode and a negative electrode coated with an active material, and a plurality of positive and negative electrodes are sequentially stacked with a separator interposed therebetween. It can be roughly classified into a stacked type and a stacked/folding type in which the stacked unit cells are wound with a long-length separation film.
  • a pouch-type battery having a structure in which a stack/folding-type electrode assembly is embedded in a pouch-type battery case of an aluminum laminate sheet is of great interest for reasons of low manufacturing cost, small weight, easy shape deformation, etc. is being collected and its usage is gradually increasing.
  • lithium precipitation occurs in the cell, which initially occurs locally, but eventually causes a problem of exacerbating cell retention and swelling.
  • Patent Document Korean Patent Laid-Open No. 10-2018-0051072
  • One aspect of the present invention is to provide a secondary battery manufacturing method and secondary battery capable of preventing precipitation from occurring at the end of a folding cell.
  • a secondary battery manufacturing method is a folding cell forming process in which a plurality of unit cells each including at least one electrode and at least one separator are seated on one surface of a separation film and sequentially folded to form a folding cell ; a tape attachment process of attaching a pressure tape to an end of the folding cell; a receiving process of accommodating the folding cell and the electrolyte to which the pressure tape is attached to the inside of a battery case; and pressing the outer surface of the battery case and pressing the folding cell.
  • a secondary battery includes: a plurality of unit cells each including at least one electrode and at least one separator; and a separation film folded to be positioned between the plurality of unit cells; a folding cell comprising; a pressure tape attached to the folding cell; and a battery case in which the folding cell and the electrolyte are accommodated, and the pressure tape may be attached to the end of the folding cell so that the end of the folding cell is pressed when the outer surface of the battery case is pressed.
  • a pressing force is applied to the end of the folding cell, so that the electrolyte solution accumulated at the end is pushed out of the unit cell to prevent precipitation from occurring, and a long-term cycle (Cycle) Abnormal Swellling and retention fading can be prevented.
  • FIG. 1 is a plan view showing a folding cell forming process in a secondary battery manufacturing method according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a front view showing a unit cell in a method for manufacturing a secondary battery according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a perspective view illustrating a first example of a tape attaching process in a method for manufacturing a secondary battery according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a perspective view illustrating an accommodation process in a method for manufacturing a secondary battery according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a front view illustrating a pressurization process in a method for manufacturing a secondary battery according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a perspective view illustrating a second example of a tape attaching process in a method for manufacturing a secondary battery according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a perspective view illustrating a third example of a tape attaching process in a method for manufacturing a secondary battery according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a perspective view illustrating a fourth example of a tape attachment process in a method for manufacturing a secondary battery according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a graph showing the performance of a secondary battery manufactured by the method for manufacturing a secondary battery according to an embodiment of the present invention and a secondary battery according to the related art.
  • FIG. 1 is a plan view showing a folding cell forming process in a secondary battery manufacturing method according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a front view showing a unit cell in a secondary battery manufacturing method according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 3 is this view It is a perspective view showing a first example of a tape attaching process in a method for manufacturing a secondary battery according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a perspective view showing the receiving process in the secondary battery manufacturing method according to the embodiment of the present invention
  • FIG. 5 is a front view showing the pressing process in the secondary battery manufacturing method according to the embodiment of the present invention.
  • the unit cells 110 are seated on one surface of the separation film 120 and folded to form the folding cell 100 .
  • the process, the tape attaching process of attaching the pressure tape 300 to the folding cell 100, the receiving process of accommodating the folding cell 100 and the electrolyte in the battery case 200, and pressing the battery case 200 It may include a pressurization process.
  • a plurality of unit cells 110 each including at least one electrode 113 and at least one separator 114 are seated on one surface of the separation film 120 . to sequentially fold to form the folding cell 100 .
  • the separation film 120 may be folded to be positioned between the plurality of unit cells 110 .
  • the separation film 120 may be folded in the X-axis direction to form the folding cell 100 .
  • the unit cell 110 is a power generating element capable of charging and discharging, and at least one electrode 113 and at least one separator 114 are assembled to form a structure in which they are alternately stacked.
  • the electrode 113 may include an anode 111 and a cathode 112 .
  • the separator 114 separates the anode 111 and the cathode 112 to electrically insulate them.
  • the separator 114 is made of an insulating material and is alternately stacked with the positive electrode 111 and the negative electrode 112 .
  • the separator 114 is, for example, a multilayer film made of polyethylene, polypropylene, or a combination thereof having microporosity, polyvinylidene fluoride, polyethylene oxide, polyacrylonitrile, or polyvinylidene fluoride hexa It may be a polymer film for a solid polymer electrolyte such as a fluoropropylene copolymer or for a gel polymer electrolyte.
  • the unit cell 110 may further include an electrode tab 130 provided at an end of the electrode 113 .
  • the electrode tab 130 may be provided on the electrode 113 .
  • an upper portion of the electrode 113 may be an upper side of the folding cell 100 in a direction parallel to the folding axis direction of the folding cell 100 .
  • the folding axis direction of the folding cell 100 may be the Y-axis direction.
  • the electrode tab 130 is not necessarily limited to being provided on the electrode 113 , and for example, the electrode tab 130 is disposed on the upper side, which is both sides of the electrode 113 .
  • the electrode tab 130 may include a positive electrode tab 131 provided at an end of the positive electrode 111 and a negative electrode tab provided at an end of the negative electrode 112 , respectively.
  • the positive electrode tab 131 may be provided on the positive electrode 111
  • the negative electrode tab 132 may be provided on the negative electrode 112 .
  • the folding cell 100 may further include an electrode lead 140 having one side connected to the electrode tab 130 and the other side protruding to the outside of the battery case 200 to be connected to an external terminal.
  • the electrode lead 140 may include a positive electrode lead 141 connected to the positive electrode tab 131 and a negative electrode lead 142 connected to the negative electrode tab 132 .
  • the pressure tape 300 may be attached to the end of the folding cell 100 .
  • the pressure tape 300 may be attached to the end at which the electrode tab 130 is located in the folding cell 100 .
  • the pressure tape 300 may be attached to the upper portion where the electrode tab 130 is located in the folding cell 100 .
  • the pressure tape 300 may be further attached to the lower portion of the folding cell 100 .
  • the pressure tape 300 may be attached to the outermost surface of the separation film 120 .
  • the pressure tape 300 may be attached to at least one surface of the front surface or the rear surface of the folding cell 100 in the vertical direction of the folding axis.
  • the folding axis direction may be the Y-axis direction
  • the vertical direction of the folding axis may be the Z-axis direction.
  • the thickness t1 of the pressure tape 300 may be formed in a range of 10 ⁇ m to 300 ⁇ m. Accordingly, the thickness t1 of the pressure tape 300 is formed to be 10 ⁇ m or more, and a stronger pressing force is applied from the folding cell 100 to the end portion through the pressure tape 300 when the outer surface of the battery case 200 is pressed. It is formed to be less than 300 ⁇ m, so it may not occupy an excessive space, and the separation membrane located on the outer surface of the folding cell 100 may not be damaged by excessive pressing force.
  • the length L1 of the pressure tape attached to the folding cell 100 in the folding axis direction of the folding cell 100 may be formed in a range of 5 to 300 mm. Accordingly, the length (L1) of the pressure tape 300 is formed to be 5 mm or more, and when the outer surface of the battery case 200 is pressed, the end portion of the folding cell 100 that can be accumulated in the electrolyte through the pressure tape 300.
  • the effect of pushing the electrolyte to the outside of the folding cell 100 can be effectively applied so that the pressing force can be applied, it can be formed to be 300 mm or less, so that it does not occupy an excessive space, and it is too far out of the part of the folding cell 100 that can be accumulated in the electrolyte can be prevented from decreasing.
  • FIG. 6 is a perspective view illustrating a second example of a tape attaching process in a method for manufacturing a secondary battery according to an embodiment of the present invention.
  • the pressure tape 300 ′ may be attached to surround the upper portion of the folding cell 100 so that the end of the folding cell 100 is pressed.
  • the tape attaching process is a second specific example, but attaching the pressure tape 300 ′ surrounding the upper portion of the folding cell 100 so that the upper portion of the folding cell 100 is pressed, and attaching the pressure tape 300 ′ to the folding cell ( It can be attached to surround the folding cell 100 in the folding direction of 100). That is, the pressure tape 300 ′ may be attached to surround the upper portion of the folding cell 100 in the full width direction of the folding cell 100 . Accordingly, it is possible to easily pressurize the upper portion of the folding cell 100 and maintain the pressing force.
  • the tension of the pressure tape 300 ′ may be maintained so that the upper portion of the folding cell 100 is pressed against the pressure tape 300 ′.
  • the thickness of the pressure tape 300 ′ may be formed in a range of 1 ⁇ m to 300 ⁇ m. Accordingly, the thickness of the pressure tape 300' is formed to be 1 ⁇ m or more so that the upper portion of the folding cell 100 is pressed through the pressure tape 300' that surrounds the upper portion of the folding cell 100 and presses the folding cell ( 100), the pressing force may be applied to the end portion, and it may not occupy an excessive space as it is formed to be 300 ⁇ m or less, and the separator located on the outer surface of the folding cell 100 may not be damaged by the excessive pressing force.
  • the length (L2) of the pressure tape 300 ′ attached to the folding cell 100 in the folding axis direction of the folding cell 100 may be formed in a range of 0.5 to 300 mm. Accordingly, the length L2 of the pressure tape 300 ′ is formed to be 0.5 mm or more so that the upper portion of the folding cell 100 is pressed through the pressure tape 300 that surrounds and presses the upper portion of the folding cell 100 .
  • the folding cell 100 that may be immersed in the electrolyte it is possible to effectively apply a pressing force to the end portion, and it may be formed to be 300 mm or less so as not to occupy excessive space, and the folding cell 100 that may be accumulating in the electrolyte is too large. It is possible to prevent the effect of pushing the electrolyte to the outside of the folding cell 100 from being reduced.
  • FIG. 7 is a perspective view illustrating a third example of a tape attaching process in a method for manufacturing a secondary battery according to an embodiment of the present invention.
  • the pressure tapes 300 ′ and 300 ′′ surround the upper and lower portions of the folding cell 100 so that the upper and lower portions of the folding cell 100 are pressed.
  • the pressure tapes 300 ′ and 300 ′′ may be attached to surround the folding cell 100 in the folding direction of the folding cell 100 . That is, one pressure tape 300 ′ is attached to surround the upper portion of the folding cell 100 in the full width direction of the folding cell 100 , and the other pressure tape 300 ′′ is applied to the folding cell 100 . It can be attached to surround the lower portion of the folding cell 100 in the full width direction. Accordingly, it is possible to easily press the upper and lower portions of the folding cell 100 and maintain the pressing force.
  • the pressure tapes 300' and 300 ") has a thickness of 1 to 300 ⁇ m, and the length (L2, L3) attached to the folding cell 100 in the direction of the folding axis of the folding cell 100 of the pressure tape 300 ', 300" is 0.5 to 300 mm can be formed with
  • FIG. 8 is a perspective view illustrating a fourth example of a tape attachment process in a method for manufacturing a secondary battery according to an embodiment of the present invention.
  • a pressure tape 300"' may be attached to surround the upper portion of the folding cell 100 so that the end of the folding cell 100 is pressed.
  • the pressure tape 300"' is attached to surround the upper part of the folding cell 100 so that the upper part of the folding cell 100 is pressed, but when the folding cell 100 is folded, the folding axis is vertical.
  • the front and back surfaces of the folding cell 100 in the direction, and the upper portion of the folding cell 100 in the folding axial direction of the folding cell 100 may be attached.
  • the pressure tape 300"' is a fourth example, the first part P1 and the folding cell 100 attached to the front and back surfaces of the folding cell 100 in the vertical direction with respect to the folding axis of the folding cell 100. It may include a second portion P2 attached to surround the upper portion of the folding cell 100 in the direction of the folding axis of the folding cell. It is attached to surround the upper part of the folding cell 100 to prevent an increase in the overall width of the folding cell 100, to prevent the unwinding of the folding cell 100, and to suppress excessive swelling. In addition, since the end of the electrode 113 is thinner than the central portion, it is possible to prevent the separation between the electrode 113 and the separation film 114 .
  • the thickness of the pressure tape 300"' may be formed to be 10 ⁇ 300 ⁇ m.
  • the length of the pressure tape 300"' attached to the folding cell 100 in the folding axis direction of the folding cell 100. (L4) may be formed to 5 ⁇ 300mm. That is, the length of the first portion P1 of the pressure tape 300′′′ attached to the folding cell 100 may be formed in a range of 5 to 300 mm.
  • the folding cell 100 to which the pressure tape 300 is attached and the electrolyte may be accommodated in the battery case 200 .
  • the accommodating part 210 is formed inside the battery case 200 to accommodate the folding cell 100 and the electrolyte.
  • the outer peripheral surface of the battery case 200 may be sealed through thermal fusion.
  • the upper and lower portions of the battery case 200 along the outer edge of the receiving portion 210 of the battery case 200 may be bonded to each other by applying heat and pressure.
  • the pressing process may pressurize the folding cell 100 while pressing the outer surface of the battery case 200 .
  • both sides of the battery case 200 may be pressed from both sides of the battery case 200 through a pair of pressing jigs 30 .
  • the pair of pressing jigs 30 may include an upper jig 10 and a lower jig 20 .
  • the pressing process may press the upper and lower sides of the battery case 200 in which the folding cell 100 is accommodated between the upper jig 10 and the lower jig 20 .
  • the pressing tape (300) attached to the upper portion of the folding cell (100) causes stronger pressing on the upper portion of the folding cell (100).
  • FIG. 9 is a graph showing the performance of a secondary battery manufactured by the method for manufacturing a secondary battery according to an embodiment of the present invention and a secondary battery according to the related art.
  • the graph shown in FIG. 9 shows the cycle performance of the secondary battery (A) of the present invention in which the pressure tape is attached to the folding cell and the conventional secondary battery (B) in which the pressure tape is not attached to the folding cell.
  • the secondary battery E includes a plurality of unit cells 110 and a separation film 120 that is folded to be positioned between the plurality of unit cells 110 .
  • ) may include a folding cell 100 , a pressure tape 300 attached to the folding cell 100 , and a battery case 200 in which the folding cell 100 and the electrolyte are accommodated.
  • the secondary battery (E) according to the embodiment of the present invention relates to a secondary battery manufactured by the method for manufacturing the secondary battery according to the embodiment described above. Accordingly, in the present embodiment, the content overlapping with the above-described embodiment will be omitted or briefly described, and the differences will be mainly described.
  • the folding cell 100 may include unit cells 110 and a separation film 120 .
  • the unit cells 110 may include at least one electrode 113 and at least one separator 114 , respectively.
  • the unit cell 110 is a power generating element capable of charging and discharging, and at least one electrode 113 and at least one separator 114 may be assembled to form a structure in which they are alternately stacked.
  • the electrode 113 may include an anode 111 and a cathode 112 .
  • the separator 114 separates the anode 111 and the cathode 112 to electrically insulate them.
  • the separation film 120 may be folded to be positioned between the plurality of unit cells 110 .
  • the unit cell 110 may further include an electrode tab 130 provided at an end of the electrode 113 .
  • the electrode tab 130 may be provided on the electrode 113 .
  • an upper portion of the electrode 113 may be an upper side of the folding cell 100 in a direction parallel to the folding axis direction of the folding cell 100 .
  • the folding axis direction of the folding cell 100 may be the Y-axis direction.
  • the electrode tab 130 is not necessarily limited to being provided on the electrode 113 , and for example, the electrode tab 130 is an upper side and a lower side that are both sides of the electrode 113 . Of course, each side may be provided.
  • the electrode tab 130 may include a positive electrode tab 131 provided at an end of the positive electrode and a negative electrode tab 132 provided at an end of the negative electrode 112 .
  • the positive electrode tab 131 may be provided on the positive electrode 111
  • the negative electrode tab 132 may be provided on the negative electrode 112 .
  • the folding cell 100 may further include an electrode lead 140 having one side connected to the electrode tab 130 and the other side protruding to the outside of the battery case 200 to be connected to an external terminal.
  • the electrode lead 140 may include a positive electrode lead 141 connected to the positive electrode tab 131 and a negative electrode lead 142 connected to the negative electrode tab 132 .
  • the battery case 200 may have a folding cell 100 and an accommodating part 210 in which the electrolyte is accommodated therein.
  • the battery case 200 may be formed of a pouch-type battery case made of a flexible material.
  • the battery case 200 may include, for example, an aluminum sheet and a resin layer provided on both surfaces of the aluminum sheet.
  • the pressure tape 300 may be attached to the folding cell 100 .
  • the pressure tape 300 may be attached to the end of the folding cell 100 so that the end of the folding cell 100 is pressed when the outer surface of the battery case is pressed.
  • the pressure tape 300 includes a heat dissipation material, and when the electrode tab 130 located at the end of the folding cell 100 generates heat, the folding cell including a separator by dissipating heat at the end of the folding cell 100 . (100) damage can be prevented.
  • the pressure tape 300 may include a substrate and an adhesive layer provided on one surface of the substrate.
  • the substrate may be made of a polymer resin film.
  • the substrate may include, for example, any one of polypropylene, polyethylene, polyimide, and polyethylene terephthalate.
  • polyimide and polyethylene terephthalate are materials having a very good heat dissipation function.
  • pressure tape 300 may be attached to the outermost surface of the separation film (120).
  • the pressure tape 300 may be attached to the end where the electrode tab 130 is located in the folding cell 100 .
  • the pressure tape 300 may be attached to an upper portion where the electrode tab 130 is located in the folding cell 100 as a first example.
  • the pressure tape 300 may be further attached to the lower portion of the folding cell 100 .
  • the pressure tape 300 is to be attached to at least one of the front and back surfaces of the folding cell 100 in the vertical direction with respect to the folding axis of the folding cell 100 as a first example.
  • the pressure tape 300 may be attached to the front and back surfaces of the folding cell 100 in a direction perpendicular to the folding axis of the folding cell 100 as a first specific example.
  • the folding axis direction may be the Y-axis direction
  • the vertical direction of the folding axis may be the Z-axis direction.
  • the thickness t1 of the pressure tape 300 may be formed in a range of 10 ⁇ m to 300 ⁇ m.
  • the thickness t1 of the pressure tape 300 is formed to be 10 ⁇ m or more, and a stronger pressing force is applied from the folding cell 100 to the end portion through the pressure tape 300 when the outer surface of the battery case 200 is pressed. It is formed to be less than 300 ⁇ m, so it may not occupy an excessive space, and the separation membrane located on the outer surface of the folding cell 100 may not be damaged by excessive pressing force.
  • the length L1 of the pressure tape attached to the folding cell 100 in the folding axis direction of the folding cell 100 may be formed in a range of 5 to 300 mm. Accordingly, the length (L1) of the pressure tape 300 is formed to be 5 mm or more, and when the outer surface of the battery case 200 is pressed, the end portion of the folding cell 100 that can be accumulated in the electrolyte through the pressure tape 300.
  • the effect of pushing the electrolyte to the outside of the folding cell 100 can be effectively applied so that the pressing force can be applied, it can be formed to be 300 mm or less, so that it does not occupy an excessive space, and it is too far out of the part of the folding cell 100 that can be accumulated in the electrolyte can be prevented from decreasing.
  • the pressure tape 300 ′ may be attached to surround the end of the folding cell 100 so that the upper portion of the folding cell 100 is pressed as a second example.
  • the pressure tape 300 ′ is a second specific example, but the pressure tape 300 ′ is attached to surround the upper portion of the folding cell 100 so that the upper portion of the folding cell 100 is pressed, and the folding cell 100 is folded. It may be attached to surround the folding cell 100 in the direction. At this time, the tension of the pressure tape 300 ′ may be maintained so that the upper portion of the folding cell 100 is pressed against the pressure tape 300 ′.
  • the thickness of the pressure tape 300 ′ may be formed in a range of 1 ⁇ m to 300 ⁇ m.
  • the thickness of the pressure tape 300 is formed to be 1 ⁇ m or more, so that the upper portion of the folding cell 100 is pressed through the pressure tape 300 that surrounds the upper portion of the folding cell 100 and presses the folding cell 100. It is possible to apply a pressing force to the end portion, and it may not occupy an excessive space as it is formed to be 300 ⁇ m or less, and the separator located on the outer surface of the folding cell 100 may not be damaged by the excessive pressing force.
  • the length (L2) of the pressure tape 300 ′ attached to the folding cell 100 in the folding axis direction of the folding cell 100 may be formed in a range of 0.5 to 300 mm. Accordingly, the length L2 of the pressure tape 300 ′ is formed to be 0.5 mm or more so that the upper portion of the folding cell 100 is pressed through the pressure tape 300 that surrounds and presses the upper portion of the folding cell 100 .
  • the folding cell 100 that may be immersed in the electrolyte it is possible to effectively apply a pressing force to the end portion, and it may be formed to be 300 mm or less so as not to occupy excessive space, and the folding cell 100 that may be accumulating in the electrolyte is too large. It is possible to prevent the effect of pushing the electrolyte to the outside of the folding cell 100 from being reduced.
  • the pressure tapes 300 ′ and 300 ′′ are attached to surround the upper portion of the folding cell 100 so that the upper portion of the folding cell 100 is pressed as a third example, and It may be attached to surround the lower portion of the folding cell 100 so that the lower portion is pressed.
  • the pressure tapes 300 ′ and 300 ′′ are applied to the folding cell 100 in the vertical direction with respect to the folding axis of the folding cell 100 .
  • the front and back surfaces and the folding axial direction of the folding cell 100 may surround and attach the upper and lower portions of the folding cell 100 .
  • the thickness of the pressure tapes 300' and 300" is formed in a range of 1 to 300 ⁇ m, and the length of the pressure tapes 300' and 300" attached to the folding cell 100 in the folding axis direction of the cell 100 is attached. (L2, L3) may be formed to 0.5 ⁇ 300mm.
  • the pressure tape 300 ′′′ may be attached to surround the upper portion of the folding cell 100 so that the end of the folding cell 100 is pressed as a fourth example.
  • the pressure tape 300 As a fourth specific example, "') surrounds and attaches to the upper part of the folding cell 100 so that the upper part of the folding cell 100 is pressed.
  • the front and back surfaces and the folding axial direction of the folding cell 100 may surround and attach the upper portion of the folding cell 100 . That is, the pressure tape 300 "' is a fourth example, the first part P1 and the folding cell 100 attached to the front and back surfaces of the folding cell 100 in the vertical direction with respect to the folding axis of the folding cell 100.
  • the thickness of the pressure tape 300"' may be formed in a range of 10 to 300 ⁇ m.
  • the length L4 attached to the folding cell 100 in the direction of the folding axis of the folding cell 100 of the pressure tape 300 "' may be formed in a range of 5 to 300 mm. That is, the pressure tape 300 "' ) of the first portion (P1) attached to the folding cell 100 may be formed in a length of 5 ⁇ 300mm.

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Abstract

본 발명은 이차전지 제조방법 및 이차전지에 관한 것으로, 본 발명에 따른 이차전지 제조방법은 적어도 하나의 전극 및 적어도 하나의 분리막을 각각 포함하는 복수개의 단위셀들을 분리필름의 일면에 안착시켜 순차적으로 폴딩하여 폴딩셀을 형성시키는 폴딩셀 형성과정; 상기 폴딩셀의 단부에 가압 테이프를 부착하는 테이프 부착과정; 상기 가압 테이프가 부착된 상기 폴딩셀 및 전해액을 전지 케이스의 내부에 수용시키는 수용과정; 및 상기 전지 케이스의 외면을 가압하며 상기 폴딩셀을 가압하는 가압과정을 포함한다.

Description

이차전지 제조방법 및 이차전지
관련출원과의 상호인용
본 출원은 2020년 09월 23일자 한국특허출원 제10-2020-0123363호 및 2021년 06월 02일자 한국특허출원 제10-2021-0071815호에 기초한 우선권의 이익을 주장하며, 해당 한국특허출원의 문헌에 개시된 모든 내용은 본 명세서의 일부로서 포함된다.
기술분야
본 발명은 이차전지 제조방법 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.
또한, 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.
최근에는, 스택/폴딩형 전극조립체를 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치(Pouch)형 전지 케이스(Case)에 내장한 구조의 파우치형 전지가, 낮은 제조비, 작은 중량, 용이한 형태 변형 등을 이유로, 많은 관심을 모으고 있고 또한 그것의 사용량이 점차적으로 증가하고 있다.
리튬 파우치형 전지의 급속충전에 대한 요구가 고도화됨에 따라 높은 에너지(Energy), 장수명, 낮은 스웰링(Low Swelling) 방향으로 셀의 설계가 이루어지고 있다.
급속충전의 레이트(Rate)가 높아짐에 따라 셀(Cell)에 리튬 석출이 발생하게 되며 이는 초기에는 국부적으로 발생하나 종국에는 셀의 리텐션(Retention)과 스웰링을 악화시키는 문제를 발생시킨다.
최근 진행한 급속충전 이슈에서 셀의 상단부에 석출이 발생하는 문제가 있었으며, 급속충전, 장수명 사이클(Clycle)을 만족시키기 위해서는 상단 석출 문제를 해결해야 한다. 즉, 셀의 상단부가 라미네이션이 약하게 이루어지져 전해액이 고이게 되며, 이는 리튬 석출을 발생시키게 되어 많은 문제를 일으키게 한다.
[선행기술문헌](특허문헌) 한국 공개특허 제10-2018-0051072호
본 발명의 하나의 관점은 폴딩셀의 단부에서 석출이 발생하는 것을 방지할 수 있는 이차전지 제조방법 및 이차전지를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 이차전지 제조방법은 적어도 하나의 전극 및 적어도 하나의 분리막을 각각 포함하는 복수개의 단위셀들을 분리필름의 일면에 안착시켜 순차적으로 폴딩하여 폴딩셀을 형성시키는 폴딩셀 형성과정; 상기 폴딩셀의 단부에 가압 테이프를 부착하는 테이프 부착과정; 상기 가압 테이프가 부착된 상기 폴딩셀 및 전해액을 전지 케이스의 내부에 수용시키는 수용과정; 및 상기 전지 케이스의 외면을 가압하며 상기 폴딩셀을 가압하는 가압과정을 포함할 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 이차전지는, 적어도 하나의 전극 및 적어도 하나의 분리막을 각각 포함하는 복수개의 단위셀들; 및 복수개의 상기 단위셀들 사이에 위치되도록 폴딩되어 있는 분리필름;을 포함하는 폴딩셀; 상기 폴딩셀에 부착되는 가압 테이프; 및 상기 폴딩셀 및 전해액이 내부에 수용되는 전지 케이스를 포함 하고, 상기 가압 테이프는 상기 전지 케이스의 외면이 가압될 때 상기 폴딩셀의 단부가 가압되도록 상기 폴딩셀의 단부에 부착될 수 있다.
본 발명에 따르면, 폴딩셀의 단부에 가압 테이프를 부착하여 폴딩셀의 단부에 가압력이 가해져 단부에 고여있는 전해액이 단위셀의 외부로 밀려나가게 되어 석출이 발생되는 것을 방지하고, 장기 사이클(Cycle)에서의 비정상적인(Abnormal Swellling) 및 리텐션 페이딩(Retention Fading) 이 방지될 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 이차전지 제조방법에서 폴딩셀 형성과정을 나타낸 평면도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 이차전지 제조방법에서 단위셀을 나타낸 정면도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 이차전지 제조방법에서 테이프 부착과정의 제1 예를 나타낸 사시도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 이차전지 제조방법에서 수용과정을 나타낸 사시도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 이차전지 제조방법에서 가압과정을 나타낸 정면도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 이차전지 제조방법에서 테이프 부착과정의 제2 예를 나타낸 사시도이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 이차전지 제조방법에서 테이프 부착과정의 제3 예를 나타낸 사시도이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 이차전지 제조방법에서 테이프 부착과정의 제4 예를 나타낸 사시도이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 이차전지 제조방법으로 제조된 이차전지 및 종래 기술에 따른 이차전지의 성능을 나타낸 그래프이다.
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.
실시예에 따른 이차전지 제조방법
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 이차전지 제조방법에서 폴딩셀 형성과정을 나타낸 평면도이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 이차전지 제조방법에서 단위셀을 나타낸 정면도이며, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 이차전지 제조방법에서 테이프 부착과정의 제1 예를 나타낸 사시도이다.
또한, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 이차전지 제조방법에서 수용과정을 나타낸 사시도이고, 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 이차전지 제조방법에서 가압과정을 나타낸 정면도이다.
도 1 내지 도 5를 참고하면, 본 발명의 실시예에 따른 이차전지 제조방법은 단위셀(110)들을 분리필름(120)의 일면에 안착시켜 폴딩하여 폴딩셀(100)을 형성시키는 폴딩셀 형성과정, 폴딩셀(100)에 가압 테이프(300)는 부착하는 테이프 부착과정, 폴딩셀(100) 및 전해액을 전지 케이스(200)의 내부에 수용시키는 수용과정, 및 전지 케이스(200)를 가압하는 가압과정을 포함할 수 있다.
이하에서, 본 발명의 실시예인 이차전지 제조방법에 대해 보다 상세히 설명하기로 한다.
도 1 및 도 2를 참고하면, 폴딩셀 형성과정은 적어도 하나의 전극(113) 및 적어도 하나의 분리막(114)을 각각 포함하는 복수개의 단위셀(110)들을 분리필름(120)의 일면에 안착시켜 순차적으로 폴딩하여 폴딩셀(100)을 형성시킬 수 있다. 이때, 분리필름(120)은 복수개의 단위셀(110)들 사이에 위치되도록 폴딩될 수 있다. 여기서, 도 1을 참고할 때, 분리필름(120)을 X축 방향으로 폴딩하며 폴딩셀(100)을 형성시킬 수 있다.
단위셀(110)은 충방전이 가능한 발전소자로서, 적어도 하나의 전극(113)과 적어도 하나의 분리막(114)이 결집되어 교대로 적층된 구조를 형성한다.
전극(113)은 양극(111)과 음극(112)을 포함할 수 있다. 그리고, 분리막(114)은 양극(111)과 음극(112)을 분리하여 전기적으로 절연시킨다.
분리막(114)은 절연 재질로 이루어져 양극(111) 및 음극(112)과 교대로 적층된다.
한편, 분리막(114)은 예를 들어 미다공성을 가지는 폴리에칠렌, 폴리프로필렌 또는 이들의 조합에 의해 제조되는 다층 필름이나, 폴리비닐리덴 플루오라이드, 폴리에틸렌 옥사이드, 폴리아크릴로니트릴 또는 폴리비닐리덴 플루오라이드 헥사플루오로프로필렌 공중합체와 같은 고체 고분자 전해질용 또는 겔형 고분자 전해질용 고분자 필름일 수 있다.
한편, 단위셀(110)은 전극(113)의 단부에 구비된 전극 탭(130)을 더 포함할 수 있다. 이때, 전극 탭(130)은 전극(113)의 상부에 구비될 수 있다. 여기서, 전극(113)의 상부는 폴딩셀(100)의 폴딩축 방향과 나란한 방향에 대하여 폴딩셀(100)의 상부측일 수 있다. 이때, 도 1을 참고하면, 폴딩셀(100)의 폴딩축 방향은 Y축 방향일 수 있다. 한편, 본 발명의 이차전지 제조방법에서 전극 탭(130)이 전극(113)의 상부에 구비되는 것으로 반드시 한정되는 것은 아니고, 예를 들어 전극 탭(130)은 전극(113)의 양측부인 상부측과 하부측에 각각 구비될 수 있음은 물론이다.전극 탭(130)은 양극(111)의 단부에 구비된 양극 탭(131) 및 음극(112)의 단부에 구비된 음극 탭을 포함할 수 있다. 여기서, 예를 들어 양극 탭(131)은 양극(111)의 상부에 구비되고, 음극 탭(132)은 음극(112)의 상부에 구비될 수 있다.
한편, 폴딩셀(100)은 일측부가 전극 탭(130)과 연결되고, 타측부가 전지 케이스(200)의 외부로 돌출되어 외부 단자와 접속되는 전극 리드(140)를 더 포함할 수 있다.
전극 리드(140)는 양극 탭(131)과 연결된 양극 리드(141) 및 음극 탭(132)과 연결된 음극리드(142)를 포함할 수 있다.
도 3을 참고하면, 테이프 부착과정은 폴딩셀(100)의 단부에 가압 테이프(300)는 부착할 수 있다.
또한, 테이프 부착과정은 제1 예로 폴딩셀(100)에서 전극 탭(130)이 위치된 단부에 가압 테이프(300)를 부착할 수 있다. 여기서, 테이프 부착과정은 구체적인 제1 예로 폴딩셀(100)에서 전극 탭(130)이 위치된 상부에 가압 테이프(300)를 부착할 수 있다. 이때, 테이프 부착과정은 폴딩셀(100)의 하부에 가압 테이프(300)를 더 부착할 수 있다.
아울러, 테이프 부착과정은 가압 테이프(300)를 분리필름(120)의 최외면에 부착할 수 있다.
여기서, 테이프 부착과정은 제1 예로 가압 테이프(300)를 폴딩셀(100)의 폴딩 시 폴딩축의 수직방향으로 폴딩셀(100)의 앞면 또는 뒷면 중 적어도 어느 하나 이상의 면에 부착할 수 있다. 이때, 도 3을 참고할 때, 폴딩축 방향은 Y축 방향이고, 폴딩축의 수직방향은 Z축 방향일 수 있다.
여기서, 가압 테이프(300)의 두께(t1)는 10 ~ 300μm로 형성될 수 있다. 이에 따라, 가압 테이프(300)의 두께(t1)는 10μm 이상으로 형성되어 전지 케이스(200)의 외면을 가압 시 가압 테이프(300)를 통해 폴딩셀(100)에서 단부 부분으로 더 강한 가압력이 가해지도록 할 수 있고, 300μm 이하로 형성되어 과도한 공간을 차지하지 않을 수 있고 과도한 가압력에 의해 폴딩셀(100)의 외면에 위치된 분리막이 손상되지 않을 수 있다.
그리고, 가압 테이프의 폴딩셀(100)의 폴딩축 방향으로 폴딩셀(100)에 부착된 길이(L1)는 5 ~ 300mm로 형성될 수 있다. 이에 따라, 가압 테이프(300)의 길이(L1)가 5mm 이상으로 형성되어 전지 케이스(200)의 외면을 가압 시 가압 테이프(300)를 통해 전해액에 고일 수 있는 폴딩셀(100)에서 단부 부분에 효과적으로 가압력이 가해지도록 할 수 있고, 300mm 이하로 형성되어 과도한 공간을 차지하지 않을 수 있고, 전해액에 고일 수 있는 폴딩셀(100) 부분을 너무 벗어나 전해액을 폴딩셀(100)의 외부로 밀어내는 효과가 감소되는 것을 방지할 수 있다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 이차전지 제조방법에서 테이프 부착과정의 제2 예를 나타낸 사시도이다.
한편, 도 6을 참고하면, 테이프 부착과정은 제2 예로 가압 테이프(300')를 폴딩셀(100)의 단부가 가압되도록 폴딩셀(100)의 상부를 둘러싸며 부착할 수 있다. 이때, 테이프 부착과정은 구체적인 제2 예로 가압 테이프(300')를 폴딩셀(100)의 상부가 가압되도록 폴딩셀(100)의 상부를 둘러싸며 부착하되, 가압 테이프(300')를 폴딩셀(100)의 폴딩방향으로 폴딩셀(100)을 둘러싸며 부착할 수 있다. 즉, 가압 테이프(300')를 폴딩셀(100)의 전폭 방향으로 폴딩셀(100)의 상부를 둘러싸며 부착할 수 있다. 이에 따라, 폴딩셀(100)의 상부를 용이하게 가압하며 가압력을 유지할 수 있다.
이때, 폴딩셀(100)의 상부가 가압 테이프(300')에 위해 가압되도록 가압 테이프(300')의 텐션(Tension)이 유지될 수 있다. 여기서, 가압 테이프(300')의 두께는 1 ~ 300μm로 형성될 수 있다. 이에 따라, 가압 테이프(300')의 두께는 1μm 이상으로 형성되어 폴딩셀(100)의 상부가 가압되도록 폴딩셀(100)의 상부를 둘러싸며 가압 하는 가압 테이프(300')를 통해 폴딩셀(100)에서 단부 부분으로 가압력이 가해지도록 할 수 있고, 300μm 이하로 형성되어 과도한 공간을 차지하지 않을 수 있고 과도한 가압력에 의해 폴딩셀(100)의 외면에 위치된 분리막이 손상되지 않을 수 있다.
그리고, 가압 테이프(300')의 폴딩셀(100)의 폴딩축 방향으로 폴딩셀(100)에 부착된 길이는(L2) 0.5 ~ 300mm로 형성될 수 있다. 이에 따라, 가압 테이프(300')의 길이(L2)가 0.5mm 이상으로 형성되어 폴딩셀(100)의 상부가 가압되도록 폴딩셀(100)의 상부를 둘러싸며 가압하는 가압 테이프(300)를 통해 전해액에 고일 수 있는 폴딩셀(100)에서 단부 부분에 효과적으로 가압력이 가해지도록 할 수 있고, 300mm 이하로 형성되어 과도한 공간을 차지하지 않을 수 있고, 전해액에 고일 수 있는 폴딩셀(100) 부분을 너무 벗어나 전해액을 폴딩셀(100)의 외부로 밀어내는 효과가 감소되는 것을 방지할 수 있다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 이차전지 제조방법에서 테이프 부착과정의 제3 예를 나타낸 사시도이다.
한편, 도 7을 참고하면, 테이프 부착과정은 제3 예로 가압 테이프(300',300")를 폴딩셀(100)의 상부 및 하부가 가압되도록 폴딩셀(100)의 상부 및 하부를 둘러싸며 부착하되, 가압 테이프(300',300")를 폴딩셀(100)의 폴딩방향으로 폴딩셀(100)을 둘러싸며 부착할 수 있다. 즉, 하나의 가압 테이프(300')를 폴딩셀(100)의 전폭 방향으로 폴딩셀(100)의 상부를 둘러싸며 부착하고, 아울러 다른 하나의 가압 테이프(300")를 폴딩셀(100)의 전폭 방향으로 폴딩셀(100)의 하부를 둘러싸며 부착할 수 있다. 이에 따라, 폴딩셀(100)의 상부 및 하부를 용이하게 가압하며 가압력을 유지할 수 있다. 여기서, 가압 테이프(300',300")의 두께는 1 ~ 300μm로 형성되고, 가압 테이프(300',300")의 폴딩셀(100)의 폴딩축 방향으로 폴딩셀(100)에 부착된 길이(L2,L3)는 0.5 ~ 300mm로 형성될 수 있다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 이차전지 제조방법에서 테이프 부착과정의 제4 예를 나타낸 사시도이다.
그리고, 도 8을 참고하면, 테이프 부착과정은 제4 예로 가압 테이프(300"')를 폴딩셀(100)의 단부가 가압되도록 폴딩셀(100)의 상부를 둘러싸며 부착할 수 있다. 여기서, 테이프 부착과정은 구체적인 제4 예로 가압 테이프(300"')를 폴딩셀(100)의 상부가 가압되도록 폴딩셀(100)의 상부를 둘러싸며 부착하되, 폴딩셀(100)의 폴딩 시 폴딩축의 수직방향으로 폴딩셀(100)의 앞면 및 뒷면, 및 폴딩셀(100)의 폴딩 축 방향으로 폴딩셀(100)의 상부를 둘러싸며 부착할 수 있다. 즉, 가압 테이프(300"')는 제4 예로 폴딩셀(100)의 폴딩축에 대하여 수직방향으로 폴딩셀(100)의 앞면 및 뒷면에 부착되는 제1 부분(P1) 및 폴딩셀(100)의 폴딩 축 방향으로 폴딩셀(100)의 상부를 둘러싸며 부착되는 제2 부분(P2)을 포함할 수 있다. 따라서, 가압 테이프(300"')를 폴딩셀(100)의 전장 방향으로 폴딩셀(100)의 상부를 둘러싸며 부착하여, 폴딩셀(100)의 전폭이 커지는 것을 방지하고, 폴딩셀(100)의 권취 풀림을 방지하며, 과도한 스웰링을 억제할 수 있다. 또한, 전극(113)의 단부가 중앙부에 비해 두께가 얇아 분리막(114)과 접합이 떨어지는 것을 방지할 수 있다. 여기서, 가압 테이프(300"')의 두께는 10 ~ 300μm로 형성될 수 있다. 또한, 가압 테이프(300"')의 폴딩셀(100)의 폴딩축 방향으로 폴딩셀(100)에 부착된 길이(L4)는 5 ~ 300mm로 형성될 수 있다. 즉, 가압 테이프(300"')의 제1 부분(P1)의 폴딩셀(100)에 부착된 길이는 5 ~ 300mm로 형성될 수 있다.
도 4를 참고하면, 수용과정은 가압 테이프(300)가 부착된 폴딩셀(100) 및 전해액을 전지 케이스(200)의 내부에 수용시킬 수 있다. 이때, 전지 케이스(200)의 내부에 수용부(210)가 형성되어 폴딩셀(100) 및 전해액을 수용할 수 있다.
또한, 수용과정은 폴딩셀(100) 및 전해액을 전지 케이스(200)의 내부에 수용시킨 후, 전지 케이스(200)의 외주면을 열융착을 통해 실링할 수 있다. 이때, 전지 케이스(200)의 수용부(210)의 외측 가장자리를 따라 전지 케이스(200)의 상,하부를 열과 압력을 가해 상호 접합시킬 수 있다.
도 5를 참고하면, 가압과정은 전지 케이스(200)의 외면을 가압하며 폴딩셀(100)을 가압할 수 있다.
가압과정은 한 쌍의 가압지그(30)를 통해 전지 케이스(200)의 양측에서 전지 케이스(200)의 양면을 가압할 수 있다.
한 쌍의 가압지그(30)는 상부지그(10)와 하부지그(20)를 포함할 수 있다. 여기서, 가압과정은 상부지그(10)와 하부지그(20) 사이에 폴딩셀(100)이 수용된 전지 케이스(200)의 상,하측을 가압할 수 있다.
따라서, 가압지그(30)를 통해 이차전지(E)가 가압될 때 폴딩셀(100)의 상부에 부착된 가압 테이프(300)가 폴딩셀(100)의 상부에 더 강한 가압이 이루어지도록 함에 따라, 폴딩셀(100)의 상부에 고여있는 전해액을 용이하게 폴딩셀(100)의 외측으로 밀어낼 수 있다. 이에 따라, 석출이 발생되는 것을 방지하고, 장기 사이클(Cycle)에서의 비정상적인(Abnormal Swellling) 및 리텐션 페이딩(Retention Fading)이 방지될 수 있다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 이차전지 제조방법으로 제조된 이차전지 및 종래 기술에 따른 이차전지의 성능을 나타낸 그래프이다.
도 9에 나타나 있는 그래프는 폴딩셀에 가압 테이프가 부착된 본 발명의 이차전지(A) 및 폴딩셀에 가압 테이프가 부착되지 않은 종래의 이차전지(B)의 사이클(Cycle) 성능을 나타낸다.
도 9에 나타나 있는 그래프를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 이차전지 제조방법으로 제조된 이차전지(A)는 충방전 사이클이 진행됨에 따라 리테이션(Retention) 변화가 거의 반면, 종래의 이차전지(B)는 충방전 사이클이 진행됨에 따라 210 사이클 이후에서 급격한 리테이션 페이딩(Retention Fading)이 발생된 것을 알 수 있다.
따라서, 본 발명의 실시예에 따른 이차전지 제조방법으로 제조된 이차전지(A)가 폴딩셀의 상부에 부착된 가압 테이프를 통해 가압 시 전해액을 밀어내어 폴딩셀의 상부에서 석출되는 것을 방지할 수 있음을 알 수 있다.
실시예에 따른 이차전지
이하에서는 본 발명의 실시예에 따른 이차전지를 설명하기로 한다.
도 1 내지 도 5를 참고하면, 본 발명의 실시예에 따른 이차전지(E)는 복수개의 단위셀(110)들 및 복수개의 단위셀(110)들 사이에 위치되도록 폴딩되어 있는 분리필름(120)을 포함하는 폴딩셀(100), 폴딩셀(100)에 부착되는 가압 테이프(300), 및 폴딩셀(100) 및 전해액이 수용되는 전지 케이스(200)를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 이차전지(E)는 전술한 실시예에 따른 이차전지 제조방법으로 제조된 이차전지에 관한 것이다. 따라서, 본 실시예는 전술한 실시예와 중복되는 내용은 생략하거나, 간략히 기술하고, 차이점을 중심으로 기술하도록 한다.
보다 상세히, 도 1 및 도 2를 참고하면, 폴딩셀(100)은 단위셀(110)들 및 분리필름(120)을 포함할 수 있다.
단위셀(110)들은 적어도 하나의 전극(113) 및 적어도 하나의 분리막(114)을 각각 포함할 수 있다. 단위셀(110)은 충방전이 가능한 발전소자로서, 적어도 하나의 전극(113)과 적어도 하나의 분리막(114)이 결집되어 교대로 적층된 구조를 형성할 수 있다.
전극(113)은 양극(111)과 음극(112)을 포함할 수 있다. 그리고, 분리막(114)은 양극(111)과 음극(112)을 분리하여 전기적으로 절연시킨다.
분리필름(120)은 복수개의 단위셀(110)들 사이에 위치되도록 폴딩되어 있을 수 있다.
단위셀(110)은 전극(113)의 단부에 구비된 전극 탭(130)을 더 포함할 수 있다. 이때, 전극 탭(130)은 전극(113)의 상부에 구비될 수 있다. 여기서, 전극(113)의 상부는 폴딩셀(100)의 폴딩축 방향과 나란한 방향에 대하여 폴딩셀(100)의 상부측일 수 있다. 이때, 도 1을 참고하면, 폴딩셀(100)의 폴딩축 방향은 Y축 방향일 수 있다. 한편, 본 발명의 이차전지에서 전극 탭(130)이 전극(113)의 상부에 구비되는 것으로 반드시 한정되는 것은 아니고, 예를 들어 전극 탭(130)은 전극(113)의 양측부인 상부측과 하부측에 각각 구비될 수 있음은 물론이다.
전극 탭(130)은 양극의 단부에 구비된 양극 탭(131) 및 음극(112) 의 단부에 구비된 음극 탭(132)을 포함할 수 있다. 여기서, 예를 들어 양극 탭(131)은 양극(111)의 상부에 구비되고, 음극 탭(132)은 음극(112)의 상부에 구비될 수 있다.
한편, 폴딩셀(100)은 일측부가 전극 탭(130)과 연결되고, 타측부가 전지 케이스(200)의 외부로 돌출되어 외부 단자와 접속되는 전극 리드(140)를 더 포함할 수 있다.
전극 리드(140)는 양극 탭(131)과 연결된 양극 리드(141) 및 음극 탭(132)과 연결된 음극리드(142)를 포함할 수 있다.
전지 케이스(200)는 폴딩셀(100) 및 전해액이 수용되는 수용부(210)가 내부에 형성될 수 있다. 여기서, 전지 케이스(200)는 플랙서블(Flexile) 재질로 이루어진 파우치형 전지 케이스로 이루어질 수 있다. 이때, 전지 케이스(200)는 예를 들어 알루미늄 시트 및 알루미늄 시트의 양면에 구비된 수지층을 포함할 수 있다.
도 3을 참고하면, 가압 테이프(300)는 폴딩셀(100)에 부착될 수 있다. 이때, 가압 테이프(300)는 전지 케이스의 외면이 가압될 때 폴딩셀(100)의 단부가 가압되도록 폴딩셀(100)의 단부에 부착될 수 있다.
또한, 가압 테이프(300)는 방열 재질을 포함하여, 폴딩셀(100)의 단부에 위치된 전극 탭(130)의 발열 시, 폴딩셀(100)의 단부의 열을 방열하여 분리막을 포함한 폴딩셀(100)의 손상을 방지할 수 있다.
그리고, 가압 테이프(300)는 기재 및 기재의 일면에 구비된 접착층을 포함할 수 있다. 여기서, 기재는 고분자 수지필름으로 이루어질 수 있다. 이때, 기재는 예를 들어 폴리프로필렌(polypropylene), 폴리에틸렌(polyethylene), 폴리이미드(Polyimide), 및 폴리에틸렌 테레프탈레이트(Polyethylene terephthalate) 중에서 어느 하나의 재질의 포함할 수 있다. 특히, 폴리이미드(Polyimide) 및 폴리에틸렌 테레프탈레이트(Polyethylene terephthalate)는 방열 기능이 상당히 우수한 재질이다.
또한, 가압 테이프(300)는 분리필름(120)의 최외면에 부착될 수 있다.
아울러, 가압 테이프(300)는 폴딩셀(100)에서 전극 탭(130)이 위치된 단부에 부착될 수 있다. 여기서, 가압 테이프(300)는 제1 예로 폴딩셀(100)에서 전극 탭(130)이 위치된 상부에 가압 테이프(300)를 부착할 수 있다. 이때, 가압 테이프(300)는 폴딩셀(100)의 하부에 더 부착될 수 있다.
보다 구체적으로, 도 3을 참고하면, 가압 테이프(300)는 제1 예로 폴딩셀(100)의 폴딩축에 대하여 수직방향으로 폴딩셀(100)의 앞면 또는 뒷면 중에서 적어도 어느 하나 이상의 면에 부착될 수 있다. 여기서, 가압 테이프(300)는 구체적인 제1 예로 폴딩셀(100)의 폴딩축에 대하여 수직방향으로 폴딩셀(100)의 앞면 및 뒷면에 부착될 수 있다. 이때, 도 3을 참고할 때, 폴딩축 방향은 Y축 방향이고, 폴딩축의 수직방향은 Z축 방향일 수 있다. 여기서, 가압 테이프(300)의 두께(t1)는 10 ~ 300μm로 형성될 수 있다. 이에 따라, 가압 테이프(300)의 두께(t1)는 10μm 이상으로 형성되어 전지 케이스(200)의 외면을 가압 시 가압 테이프(300)를 통해 폴딩셀(100)에서 단부 부분으로 더 강한 가압력이 가해지도록 할 수 있고, 300μm 이하로 형성되어 과도한 공간을 차지하지 않을 수 있고 과도한 가압력에 의해 폴딩셀(100)의 외면에 위치된 분리막이 손상되지 않을 수 있다.
그리고, 가압 테이프의 폴딩셀(100)의 폴딩축 방향으로 폴딩셀(100)에 부착된 길이(L1)는 5 ~ 300mm로 형성될 수 있다. 이에 따라, 가압 테이프(300)의 길이(L1)가 5mm 이상으로 형성되어 전지 케이스(200)의 외면을 가압 시 가압 테이프(300)를 통해 전해액에 고일 수 있는 폴딩셀(100)에서 단부 부분에 효과적으로 가압력이 가해지도록 할 수 있고, 300mm 이하로 형성되어 과도한 공간을 차지하지 않을 수 있고, 전해액에 고일 수 있는 폴딩셀(100) 부분을 너무 벗어나 전해액을 폴딩셀(100)의 외부로 밀어내는 효과가 감소되는 것을 방지할 수 있다.
한편, 도 6을 참고하면, 가압 테이프(300')는 제2 예로 폴딩셀(100)의 상부가 가압되도록 폴딩셀(100)의 단부를 둘러싸며 부착될 수 있다. 여기서, 가압 테이프(300')는 구체적인 제2 예로 가압 테이프(300')를 폴딩셀(100)의 상부가 가압되도록 폴딩셀(100)의 상부를 둘러싸며 부착하되, 폴딩셀(100)의 폴딩방향으로 폴딩셀(100)을 둘러싸며 부착될 수 있다. 이때, 폴딩셀(100)의 상부가 가압 테이프(300')에 위해 가압되도록 가압 테이프(300')의 텐션(Tension)이 유지될 수 있다. 여기서, 가압 테이프(300')의 두께는 1 ~ 300μm로 형성될 수 있다. 이에 따라, 가압 테이프(300)의 두께는 1μm 이상으로 형성되어 폴딩셀(100)의 상부가 가압되도록 폴딩셀(100)의 상부를 둘러싸며 가압 하는 가압 테이프(300)를 통해 폴딩셀(100)에서 단부 부분으로 가압력이 가해지도록 할 수 있고, 300μm 이하로 형성되어 과도한 공간을 차지하지 않을 수 있고 과도한 가압력에 의해 폴딩셀(100)의 외면에 위치된 분리막이 손상되지 않을 수 있다.
그리고, 가압 테이프(300')의 폴딩셀(100)의 폴딩축 방향으로 폴딩셀(100)에 부착된 길이는(L2) 0.5 ~ 300mm로 형성될 수 있다. 이에 따라, 가압 테이프(300')의 길이(L2)가 0.5mm 이상으로 형성되어 폴딩셀(100)의 상부가 가압되도록 폴딩셀(100)의 상부를 둘러싸며 가압 하는 가압 테이프(300)를 통해 전해액에 고일 수 있는 폴딩셀(100)에서 단부 부분에 효과적으로 가압력이 가해지도록 할 수 있고, 300mm 이하로 형성되어 과도한 공간을 차지하지 않을 수 있고, 전해액에 고일 수 있는 폴딩셀(100) 부분을 너무 벗어나 전해액을 폴딩셀(100)의 외부로 밀어내는 효과가 감소되는 것을 방지할 수 있다.
그리고, 도 7을 참고하면, 가압 테이프(300',300")는 제3 예로 폴딩셀(100)의 상부가 가압되도록 폴딩셀(100)의 상부를 둘러싸며 부착되고, 폴딩셀(100)의 하부가 가압되도록 폴딩셀(100)의 하부를 둘러싸며 부착될 수 있다. 이때, 가압 테이프(300',300")는 폴딩셀(100)의 폴딩축에 대하여 수직방향으로 폴딩셀(100)의 앞면 및 뒷면, 및 폴딩셀(100)의 폴딩 축 방향으로 폴딩셀(100)의 상부 및 하부를 둘러싸며 부착될 수 있다. 여기서, 가압 테이프(300',300")의 두께는 1 ~ 300μm로 형성되고, 가압 테이프(300',300")의 폴딩셀(100)의 폴딩축 방향으로 폴딩셀(100)에 부착된 길이(L2,L3)는 0.5 ~ 300mm로 형성될 수 있다.
그리고, 도 8을 참고하면, 가압 테이프(300"')는 제4 예로 폴딩셀(100)의 단부가 가압되도록 폴딩셀(100)의 상부를 둘러싸며 부착될 수 있다. 여기서, 가압 테이프(300"')는 구체적인 제4 예로 폴딩셀(100)의 상부가 가압되도록 폴딩셀(100)의 상부를 둘러싸며 부착되되, 폴딩셀(100)의 폴딩축에 대하여 수직방향으로 폴딩셀(100)의 앞면 및 뒷면, 및 폴딩셀(100)의 폴딩 축 방향으로 폴딩셀(100)의 상부를 둘러싸며 부착될 수 있다. 즉, 가압 테이프(300"')는 제4 예로 폴딩셀(100)의 폴딩축에 대하여 수직방향으로 폴딩셀(100)의 앞면 및 뒷면에 부착되는 제1 부분(P1) 및 폴딩셀(100)의 폴딩축 방향으로 폴딩셀(100)의 상부를 둘러싸며 부착되는 제2 부분(P2)을 포함할 수 있다. 여기서, 가압 테이프(300"')의 두께는 10 ~ 300μm로 형성될 수 있다. 또한, 가압 테이프(300"')의 폴딩셀(100)의 폴딩축 방향으로 폴딩셀(100)에 부착된 길이(L4)는 5 ~ 300mm로 형성될 수 있다. 즉, 가압 테이프(300"')의 제1 부분(P1)의 폴딩셀(100)에 부착된 길이는 5 ~ 300mm로 형성될 수 있다.
이상 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세히 설명하였으나, 이는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명은 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.
[부호의 설명]
10: 상부지그
20: 하부지그
30: 가압지그
100: 폴딩셀
110: 단위셀
111: 양극
112: 음극
113: 전극
114: 분리막
120: 분리필름
130: 전극 탭
131: 양극 탭
132: 음극 탭
140: 전극 리드
141: 양극 리드
142: 음극 리드
200: 전지 케이스
210: 수용부
300,300',300",300”': 가압 테이프
E: 이차전지

Claims (21)

  1. 적어도 하나의 전극 및 적어도 하나의 분리막을 각각 포함하는 복수개의 단위셀들을 분리필름의 일면에 안착시켜 순차적으로 폴딩하여 폴딩셀을 형성시키는 폴딩셀 형성과정;
    상기 폴딩셀의 단부에 가압 테이프를 부착하는 테이프 부착과정;
    상기 가압 테이프가 부착된 상기 폴딩셀 및 전해액을 전지 케이스의 내부에 수용시키는 수용과정; 및
    상기 전지 케이스의 외면을 가압하며 상기 폴딩셀을 가압하는 가압과정을 포함하는 이차전지 제조방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 단위셀은 상기 전극의 상부에 구비된 전극 탭을 더 포함하며,
    상기 테이프 부착과정은 상기 폴딩셀에서 상기 전극 탭이 위치된 상부에 상기 가압 테이프를 부착하는 이차전지 제조방법.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 테이프 부착과정은 상기 폴딩셀의 하부에 상기 가압 테이프를 더 부착하는 이차전지 제조방법.
  4. 청구항 2에 있어서,
    상기 테이프 부착과정은
    상기 가압 테이프를 상기 분리필름의 최외면에 부착하는 이차전지 제조방법.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 테이프 부착과정은
    상기 가압 테이프를 상기 폴딩셀의 폴딩 시 폴딩축의 수직방향으로 상기 폴딩셀의 앞면 또는 뒷면 중에서 어느 하나 이상의 면에 부착하는 이차전지 제조방법.
  6. 청구항 4에 있어서,
    상기 테이프 부착과정은
    상기 가압 테이프를 상기 폴딩셀의 상부가 가압되도록 상기 폴딩셀의 상부를 둘러싸며 부착하는 이차전지 제조방법.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 테이프 부착과정은
    상기 가압 테이프를 상기 폴딩셀의 폴딩방향으로 상기 폴딩셀을 둘러싸며 부착하는 이차전지 제조방법.
  8. 청구항 6에 있어서,
    상기 테이프 부착과정은
    상기 가압 테이프를 상기 폴딩셀의 폴딩 축 방향으로 상기 폴딩셀의 상부를 둘러싸며 부착하는 이차전지 제조방법.
  9. 적어도 하나의 전극 및 적어도 하나의 분리막을 각각 포함하는 복수개의 단위셀들; 및 복수개의 상기 단위셀들 사이에 위치되도록 폴딩되어 있는 분리필름;을 포함하는 폴딩셀;
    상기 폴딩셀에 부착되는 가압 테이프; 및
    상기 폴딩셀 및 전해액이 내부에 수용되는 전지 케이스를 포함하고,
    상기 가압 테이프는 상기 전지 케이스의 외면이 가압될 때 상기 폴딩셀의 단부가 가압되도록 상기 폴딩셀의 단부에 부착되는 이차전지.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 단위셀은 상기 전극의 상부에 구비된 전극 탭을 더 포함하며,
    상기 가압 테이프는 상기 폴딩셀에서 상기 전극 탭이 위치된 상부에 부착되는 이차전지.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 가압 테이프는 상기 폴딩셀의 하부에 더 부착되는 이차전지.
  12. 청구항 10에 있어서,
    상기 가압 테이프는 상기 분리필름의 최외면에 부착되는 이차전지.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 가압 테이프는 상기 폴딩셀의 폴딩축에 대하여 수직방향으로 상기 폴딩셀의 앞면 또는 뒷면 중에서 어느 하나 이상의 면에 부착되는 이차전지.
  14. 청구항 13에 있어서,
    상기 가압 테이프의 두께는 10 ~ 300μm로 형성되는 이차전지.
  15. 청구항 13에 있어서,
    상기 가압 테이프의 상기 폴딩셀의 폴딩축 방향으로 상기 폴딩셀에 부착된 길이는 5 ~ 300mm로 형성되는 이차전지.
  16. 청구항 12에 있어서,
    상기 가압 테이프는 상기 폴딩셀의 상부가 가압되도록 상기 폴딩셀의 상부를 둘러싸며 부착되는 이차전지.
  17. 청구항 16에 있어서,
    상기 가압 테이프는 상기 폴딩셀의 폴딩방향으로 상기 폴딩셀을 둘러싸며 부착되는 이차전지.
  18. 청구항 17에 있어서,
    상기 가압 테이프의 두께는 1 ~ 300μm로 형성되는 이차전지.
  19. 청구항 17에 있어서,
    상기 가압 테이프의 상기 폴딩셀의 폴딩축 방향으로 상기 폴딩셀에 부착된 길이는 0.5 ~ 300mm로 형성되는 이차전지.
  20. 청구항 16에 있어서,
    상기 테이프 부착과정은
    상기 가압 테이프를 상기 폴딩셀의 폴딩 축 방향으로 상기 폴딩셀의 상부를 둘러싸며 부착되는 이차전지.
  21. 청구항 9에 있어서,
    상기 가압 테이프는 기재 및 접착층을 포함하고,
    상기 기재는 폴리프로필렌(polypropylene), 폴리에틸렌(polyethylene), 폴리이미드(Polyimide), 및 폴리에틸렌 테레프탈레이트(Polyethylene terephthalate) 중에서 어느 하나의 재질의 포함하는 이차전지.
PCT/KR2021/012733 2020-09-23 2021-09-16 이차전지 제조방법 및 이차전지 WO2022065810A1 (ko)

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