WO2022139142A1 - 전극조립체의 제조방법, 그에 사용되는 실링 유닛, 및 그 실링 유닛에 의하여 제조된 전극조립체 - Google Patents

전극조립체의 제조방법, 그에 사용되는 실링 유닛, 및 그 실링 유닛에 의하여 제조된 전극조립체 Download PDF

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electrode
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오정수
하정민
김근희
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Definitions

  • the present invention relates to a method for manufacturing an electrode assembly, a sealing unit used therein, and an electrode assembly manufactured by the sealing unit, wherein, when sealing the separator around the electrode assembly, the separator is prevented from being folded in an uncontrolled arbitrary direction, , by folding and sealing with a certain directionality, when inserting the electrode assembly into a tight pouch battery case, it is possible to prevent interference that occurs between the electrode assembly periphery separator and the pouch sealing part, and as a result, excellent quality secondary batteries are produced. It relates to a method of manufacturing an electrode assembly that can be implemented, a sealing unit used therein, and an electrode assembly manufactured by the sealing unit.
  • lithium secondary batteries such as lithium ion batteries and lithium ion polymer batteries having advantages such as high energy density, discharge voltage, and output stability.
  • secondary batteries are classified into cylindrical batteries and prismatic batteries in which the electrode assembly is embedded in a cylindrical or prismatic metal can, and pouch-type batteries in which the electrode assembly is embedded in a pouch-type case of an aluminum laminate sheet.
  • the pouch-type battery includes a pouch having a cup portion having an internal space and an electrode assembly inserted into the cup portion.
  • a sealing unit is used for the periphery of the electrode assembly, especially the corner part. After sealing the separation membrane, it was inserted into the cup part.
  • sealing was performed using a sealing block of a private magnetic shape, the separators around the electrode assembly were sealed while being folded in an uncontrolled direction.
  • the present invention has been devised to solve the above problems, and an object of the present invention is to prevent the separator from being folded in any uncontrolled direction when sealing the separator around the electrode assembly, and to be folded and sealed with a certain directionality. Accordingly, when the electrode assembly is inserted into the tight pouch battery case, interference that occurs between the electrode assembly peripheral part separator and the pouch sealing part can be prevented, and as a result, a secondary battery of excellent quality can be realized. , to provide a sealing unit used therein and an electrode assembly manufactured by the sealing unit.
  • the method for manufacturing an electrode assembly includes an electrode laminate manufacturing step of manufacturing an electrode laminate by alternately stacking a plurality of electrodes and a plurality of separators, and a sealing unit including a sealing part having a sealing groove recessed inward. and a sealing step of inserting a plurality of separators positioned on the periphery of the electrode stack into a sealing groove, and the sealing unit uses a sealing unit to seal the plurality of separators.
  • the sealing part based on the thickness direction (Y) of the electrode laminate, the separator positioned above the central part O of the electrode laminate and the separator positioned below the central part of the electrode laminate. can be sealed.
  • the sealing part performs sealing of the separator in a state in which the separator positioned at the corner of the electrode stack is inserted into the sealing groove, and the sealing part extends obliquely upward from the bottom surface and the bottom surface forming the bottom of the sealing groove.
  • the separation membrane may be sealed by using the first inclined surface, which is an inclined surface, and the second inclined surface, which is an inclined surface that is inclined downwardly extending from the bottom surface.
  • the first inclined surface of the separator positioned above the center of the electrode stack has an electrode based on the thickness direction of the electrode stack.
  • the laminate may be folded in the direction of the central portion, and the second inclined surface of the separator positioned below the central portion of the electrode laminate may be folded in the direction of the central portion of the electrode laminate.
  • the sealing unit according to the present invention includes a sealing part for sealing an electrode laminate formed by alternately stacking electrodes and a separator, and a body part extending from the sealing part, the sealing part having a sealing groove recessed inwardly,
  • the sealing part includes a bottom surface constituting the bottom of the sealing groove, a first inclined surface that is an inclined surface extending in an upward direction from the bottom surface, and a second inclined surface that is an inclined surface that is inclinedly extended in a downward direction from the bottom surface.
  • the length (B) of the bottom surface may be a length corresponding to 80% to 90% of the thickness (H) of the electrode laminate.
  • the depth D of the bottom surface may have a value corresponding to 40% to 50% of the length of the bottom surface.
  • An angle ⁇ formed by the first inclined surface with the floor surface and an angle ⁇ formed by the second inclined surface with the floor surface may be 120 degrees to 140 degrees, respectively.
  • An angle ⁇ formed by the first inclined surface with the floor surface and an angle ⁇ formed by the second inclined surface with the floor surface may be the same.
  • the cross-section of the sealing groove may have a trapezoidal shape.
  • It further comprises an energy supply line for supplying energy to heat the sealing part, the first inclined surface and the second inclined surface extend in a direction inclined with respect to the front direction (F) of the floor surface, and the body part is a rear direction (R) of the floor surface ), and the energy supply line can be inserted into the inside of the body from the back of the body.
  • the electrode assembly according to the present invention includes an electrode laminate formed by alternately stacking a plurality of electrodes and a plurality of separators, and portions of the plurality of separators forming the circumference of the electrode stack are formed with sealing grooves recessed inward. It is sealed by a sealing unit including a sealing unit, and as a plurality of separation membranes located on the periphery of the electrode laminate are inserted into the sealing groove and sealed by the sealing unit, the plurality of separation membranes are folded with directionality.
  • the upper separator part which is a part of the separator positioned above the central part (O), which is a part positioned at the center in the thickness direction (Y), and the lower separator part, which is a part of the separator positioned below the central part (O), move toward the central part It may be folded so as to be gathered.
  • the portion of the separation membrane that is directionally folded by the sealing process may be a portion of the separation membrane that forms a corner part in the periphery.
  • the angle at which the upper separator part is folded toward the central part and the angle at which the lower separator part is folded toward the central part may be symmetric to each other.
  • the upper separator portion and the lower separator portion may be in close contact with the corner portion.
  • the corner portion may have a chamfered shape.
  • the secondary battery according to the present invention may include the above electrode assembly and a pouch case into which the electrode assembly is inserted.
  • the method for manufacturing an electrode assembly according to the present invention, and a sealing unit used therefor prevent the separator from being folded in an uncontrolled arbitrary direction when sealing the separator around the electrode assembly, and fold and seal with a certain direction, so that it is tight
  • the electrode assembly is inserted into the pouch battery case, it is possible to prevent interference between the electrode assembly peripheral part separator and the pouch sealing part, and as a result, it is possible to implement an electrode assembly and a secondary battery of excellent quality.
  • Example 1 is a perspective view illustrating a sealing unit according to Example 1 of the present invention for sealing an electrode laminate and a separator of the electrode laminate.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating a state in which the sealing unit according to Embodiment 1 of the present invention seals the separator at the corner of the electrode laminate.
  • Figure 3 is an enlarged cross-sectional view showing only the sealing portion of the sealing unit according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a perspective view showing a sealing unit according to a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view illustrating an electrode assembly in which a separator is sealed by a sealing unit according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 6 is a plan view of a secondary battery showing a state in which a sealing part is formed through a pouch lid sealing process and an additional sealing process.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view illustrating another type of electrode assembly in which a separator is sealed by a sealing unit according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 1 is a perspective view illustrating a sealing unit according to Example 1 of the present invention for sealing an electrode laminate and a separator of the electrode laminate.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating a state in which the sealing unit according to Embodiment 1 of the present invention seals the separator at the corner of the electrode laminate.
  • Figure 3 is an enlarged cross-sectional view showing only the sealing portion of the sealing unit according to the first embodiment of the present invention.
  • the sealing unit 100 may be a mechanism for sealing the electrode laminate 10 .
  • the electrode laminate 10 may be formed by alternately stacking the electrodes 11 and the separator 12 .
  • the sealing unit 100 may include a sealing part 110 for sealing the electrode laminate 10 and a body part 130 extending from the sealing part 110 . As shown in FIG. 1 , the sealing part 110 may have a shape that protrudes laterally from the body part 130 and extends.
  • a sealing groove 114 recessed inward may be formed in the sealing part 110 .
  • the sealing part 110 may include a bottom surface 113 , a first inclined surface 111 , and a second inclined surface 112 .
  • the bottom surface 113 may be a portion forming the bottom of the sealing groove 114 .
  • the first inclined surface 111 may be an inclined surface extending in an upward direction from the bottom surface 113 .
  • the second inclined surface 112 may be an inclined surface extending in a downward direction from the bottom surface 113 .
  • the sealing unit 100 according to Embodiment 1 of the present invention including this configuration prevents the separator 12 from being folded in an uncontrolled arbitrary direction when sealing the separator 12 around the electrode laminate 10 . can do.
  • the electrode stacked body 10 may include a plurality of separators 12
  • the sealing part 110 includes a plurality of separators 12 at the periphery of the electrode stacked body 10 . can be sealed to be folded with a certain directionality. That is, the folding direction of the separator 12 can be controlled.
  • the sealing part 110 includes the separator 12 and the electrode stacked body 10 positioned above the central portion O of the electrode stacked body 10 with respect to the thickness direction Y of the electrode stacked body 10 . ), the separation membrane 12 can be sealed while gathering the separation membrane 12 located below the central part toward the central part.
  • the sealing unit 100 may perform sealing of the separator 12 in a state in which the separator 12 positioned at the corner portion 13 of the electrode laminate 10 is inserted into the sealing groove 114 .
  • the bottom surface 113 , the first inclined surface 111 , and the second inclined surface 112 of the sealing part 110 may seal the separation membrane 12 .
  • the first The inclined surface 111 may fold the separator 12 positioned above the central portion of the electrode stacked body 10 toward the center of the electrode stacked body 10 .
  • the second inclined surface 112 may fold the separator 12 positioned below the central portion of the electrode stacked body 10 toward the center of the electrode stacked body 10 .
  • the separators 12 positioned at the corners 13 of the electrode laminate 10 can be folded and sealed with a controlled constant directionality.
  • the separators 12 have a shape attached to the body of the electrode laminate 10 at the corner portion 13 of the electrode laminate 10 .
  • the neat electrode assembly 10-1 that has completed the sealing of the separator 12 in this way is inserted into a tight pouch battery case (that is, a battery case that almost fits the size of the electrode assembly 10-1), the electrode assembly 10 -1) Interference occurring between the peripheral portion (especially the corner portion 13) and the separation membrane 12 and the pouch sealing portion (in particular, the pouch sealing portion adjacent to the corner portion of the pouch cup portion) can be prevented. As a result, a secondary battery of excellent quality can be realized.
  • the cross-section of the sealing groove 114 may have a trapezoidal shape.
  • a trapezoidal shape may be desirable to achieve the objects of the present invention.
  • the length B of the bottom surface 113 corresponds to 80% to 90% of the thickness H of the electrode laminate 10 . If it is less than 80%, the cross-sectional shape of the sealing groove 114 becomes relatively closer to a triangle, so the degree of reliable folding to prevent interference may be partially weak. And when it is greater than 90%, the number of separators 12 that are certainly folded in a certain direction may be less than a certain amount.
  • the depth D of the bottom surface 113 may preferably have a value corresponding to 40% to 50% of the length of the bottom surface 113 . If it is deeper than 50%, the cross-sectional shape of the sealing groove 114 becomes relatively closer to a triangle, so the degree of reliable folding to prevent interference may be partially weak. In addition, when the depth is less than 40%, the length of the first and second inclined surfaces for guiding the separator 12 is shortened, and thus, the guiding function of the separator 12 of the first and second inclined surfaces may be partially weakened.
  • the angle ⁇ between the first inclined surface 111 and the bottom surface 113 may be 120 degrees to 140 degrees.
  • the angle ⁇ formed by the second inclined surface 112 with the bottom surface 113 may also be 120 degrees to 140 degrees.
  • the size of the sealing groove 114 becomes relatively small, so that in the process of inserting the electrode laminate 10 into the sealing groove 114 , It can be difficult to insert easily.
  • the folding angle of the separator 12 may be reduced in proportion thereto.
  • the angle ⁇ formed by the first inclined surface 111 with the bottom surface 113 and the angle ⁇ formed by the second inclined surface 112 with the floor surface 113 may be the same as each other, but the first inclined surface ( When the angle ⁇ formed by the 111) with the bottom surface 113 and the angle ⁇ formed by the second inclined surface 112 with the bottom surface 113 are the same, it has a vertical symmetrical structure, so The separator 12 that is folded and the separator 12 that are folded from the lower side to the upper side may have a symmetrical shape. As a result, a balanced electrode laminate 10 can be manufactured to realize a stable secondary battery.
  • FIG. 4 is a perspective view showing a sealing unit according to a second embodiment of the present invention.
  • the sealing part 210 and the body part 230 have the same width and have a structure that continues in a straight line, and the energy supply line 250 is the body part ( 230) is different from Example 1 in that it has a shape to be inserted toward the inside.
  • the sealing part 210 may extend forward and the body part 230 may extend backward in the opposite direction to the front.
  • the sealing part 210 and the body part 230 may have the same width and may be integrally formed in a shape extending forward and backward on one virtual straight line.
  • the first inclined surface 211 and the second inclined surface 212 may extend in an inclined direction with respect to the front direction F of the bottom surface 213 .
  • the first inclined surface 211 may extend in a direction inclined upward with respect to the front direction F of the bottom surface 213 .
  • the second inclined surface 212 may extend in a downwardly inclined direction with respect to the front direction F of the bottom surface 213 .
  • the body 230 may extend in the rear direction R of the bottom surface 213 .
  • the sealing unit 200 may further include an energy supply line 250 .
  • the energy supply line 250 may be configured to supply energy to heat the sealing part 210 . This may be, for example, an electric wire for supplying electricity.
  • the energy supply line 250 may have a shape that is inserted into the inside of the body 230 from the back of the body 230 . In the case of having such a shape, the energy supply line 250 is not caught (ie, not disturbed) in the electrode laminate 10 of various shapes that are moved to be inserted into the sealing groove 214, so that a smooth sealing operation can be performed. have.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view illustrating an electrode assembly in which a separator is sealed by a sealing unit according to Embodiment 1 of the present invention.
  • Embodiment 3 of the present invention describes an electrode assembly in which a separator is sealed by the sealing unit according to Embodiment 1 of the present invention and a secondary battery including the electrode assembly.
  • Example 1 Contents common to Example 1 will be omitted as much as possible, and Example 3 will be described with a focus on differences. That is, it is self-evident that the content not described in the third embodiment may be regarded as the content of the first embodiment if necessary.
  • the electrode assembly 10-1 includes an electrode laminate 10 formed by alternately stacking a plurality of electrodes and a plurality of separators, the electrode laminate
  • the portions of the plurality of separation membranes forming the periphery of (10) may be sealed by a sealing unit including a sealing portion in which a sealing groove recessed inward is formed.
  • the plurality of separators positioned at the periphery of the electrode laminate 10 are inserted into the sealing groove and sealed by the sealing part, the plurality of separators may be folded with directionality.
  • the electrode assembly 10 - 1 according to the third embodiment of the present invention may be formed by alternately stacking a plurality of electrodes 11 and a separator 12 .
  • a portion of the separator forming the periphery of the electrode assembly may be folded with directionality by a sealing process.
  • the electrode assembly 10-1 includes an upper separator part, which is a part of the separator positioned above the central part (O), which is a part positioned at the center in the thickness direction (Y), and , the lower separation membrane portion, which is a portion of the separation membrane located below the central portion O, may be folded to gather toward the central portion.
  • the portion of the separator that is folded with directionality by the sealing process may be a portion of the separator that forms the corner portion 13 in the periphery of the electrode assembly 10 - 1 .
  • the upper separator portion 12-1 and the lower separator portion 12-2 may be in close contact with the corner portion 13 of the electrode assembly 10-1.
  • the electrode assembly 10-1 according to Embodiment 3 of the present invention formed in this way has a peripheral portion (especially a corner portion) of the electrode assembly 10-1 when the electrode assembly 10-1 is inserted into a tight pouch case. ) It is possible to prevent interference between the separation membrane and the pouch sealing part. As a result, a secondary battery of excellent quality can be realized.
  • the angle at which the upper separator portion is folded toward the central portion and the angle at which the lower separator portion is folded toward the center portion may be symmetric to each other.
  • a balanced electrode assembly 10-1 is manufactured to realize a stable secondary battery.
  • the electrode assembly 10-1 according to the third embodiment of the present invention may be inserted into a pouch case to form a secondary battery.
  • a secondary battery completed by a pouch case into which the electrode assembly 10-1 and the electrode assembly 10-1 are inserted can be implemented.
  • the electrode assembly 10-1, the corner part 13, and the separator There can be no interference between the inner corners of the pouch case.
  • the present invention can be remarkably effective in preventing interference between the electrode assembly 10-1 corner part separator and the inner corner of the pouch case sealing part.
  • FIG. 6 is a plan view of the secondary battery showing the formation of the sealing part 410 through the pouch lid sealing process and the additional sealing process.
  • the process of forming the sealing part 410 may be specifically sealing by two steps.
  • the sealing of the second step may refer to a normal lead sealing process and an additional sealing process.
  • a typical lead sealing area S1 may be formed through a conventional lead sealing process, and an additional sealing area S2 may be formed through an additional sealing process. 6 to describe the shape of the sealing portion 410 in more detail, one end of the sealing portion is to be formed below the upper end (TE) of the circumference (P-1) of the cup (P) of the exterior material.
  • the circumference P-1 and the upper end TE of the cup are specifically illustrated.
  • the circumference P-1 of the cup may refer to a circumference portion of the cup P having an internal accommodation space into which the electrode assembly is inserted.
  • it may mean the upper perimeter of the cup rather than the perimeter of the bottom of the cup (P).
  • the upper part may mean the upper part based on the thickness direction of the secondary battery.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view illustrating another type of electrode assembly in which a separator is sealed by a sealing unit according to Embodiment 1 of the present invention.
  • Embodiment 4 of the present invention describes another type of electrode assembly in which the separator is sealed by the sealing unit according to Embodiment 1 of the present invention.
  • the electrode assembly 10-1 in the electrode assembly 10-1 according to the fourth embodiment of the present invention, in the electrode laminate 10 formed by alternately stacking a plurality of electrodes 11 and a separator 12, the electrode A portion of the separator forming the periphery of the laminate 10 may be folded with directionality by a sealing process.
  • the electrode assembly according to Example 4 of the present invention has an upper separator portion that is a portion of the separator positioned above the central portion O, which is a portion located in the center with respect to the thickness direction Y, and the central portion O)
  • the lower separation membrane which is a portion of the separation membrane located below, may be folded so as to be gathered toward the central portion.
  • the portion of the separator that is folded with directionality by the sealing process may be a portion of the separator that forms the corner portion 13 in the periphery of the electrode assembly.
  • the corner part 13 may be a chamfered form, and the upper separator part 12-1 and the lower separator part 12-2 may be in close contact with the electrode assembly corner part 13. have.
  • the electrode assembly 10-1 according to Example 3 of the present invention formed in this way is generated between the electrode assembly peripheral portion (especially the corner portion) separator and the pouch sealing portion when the electrode assembly is inserted into a tight pouch case. Interference can be prevented, and a form of a secondary battery that is more advantageous to be inserted into a secondary battery insertion space with limited edge space can be implemented.
  • Embodiment 5 of the present invention relates to a manufacturing method for manufacturing an electrode assembly using the sealing unit according to Embodiment 1 of the present invention.
  • Embodiment 5 will be described with a focus on differences. That is, it is obvious that, if necessary, contents not described in Embodiment 5 may be regarded as contents of the previous embodiments.
  • the method of manufacturing an electrode assembly according to Example 5 of the present invention may include an electrode laminate manufacturing step, a sealing unit preparation step, and a sealing step.
  • the electrode laminate manufacturing step may be a step of manufacturing the electrode laminate 10 by alternately stacking a plurality of electrodes and a plurality of separators 12 .
  • the sealing unit preparation step may be a step of preparing the sealing unit 100 including the sealing part 110 in which the sealing groove 114 recessed inward is formed. And in the sealing step, a plurality of separation membranes 12 positioned on the periphery of the electrode laminate 10 are inserted into the sealing groove 114, and the sealing unit 100 is a plurality of separation membranes ( 12) may be a step of sealing.
  • the sealing step may be a sealing step while folding the separation membrane 12 to gather toward the central portion.
  • the sealing part 110, the separator 12 and the electrode positioned above the central portion O of the electrode stacked body 10 based on the thickness direction (Y) of the electrode stacked body 10 . It is possible to seal the separator 12 while gathering the separator 12 positioned below the central portion of the laminate 10 toward the central portion.
  • the sealing part 110 seals the separator 12 in a state in which the separator 12 positioned at the corner part 13 of the electrode laminate 10 is inserted into the sealing groove 114 . can do.
  • the sealing part 110 includes a bottom surface 113 forming the bottom of the sealing groove 114, a first inclined surface 111 that is an inclined surface extending in an upward direction from the bottom surface, and a bottom surface extending obliquely in a downward direction.
  • the separation membrane 12 may be sealed by using the second inclined surface 112 which is an inclined surface.
  • the sealing step when the separator 12 positioned at the corner portion 13 of the electrode laminate 10 is inserted into the sealing groove 114 for sealing, the thickness direction (Y) of the electrode laminate 10 is ), the first inclined surface 111 folds the separator 12 positioned above the central portion O of the electrode laminate 10 in the central portion O direction of the electrode laminate 10, and the second The inclined surface 112 may fold the separator 12 positioned below the central portion O of the electrode laminate 10 in the direction of the central portion O of the electrode laminate 10 .
  • the separators 12 positioned on the side or corners 13 of the electrode laminate 10 can be folded and sealed with a controlled constant directionality.
  • the separators 12 may have a shape attached to the body of the electrode stacked body 10 at the side or corner portions 13 of the electrode stacked body 10 .
  • the neat electrode assembly 10-1 that has completed the sealing of the separator 12 in this way is inserted into a tight pouch battery case (that is, a battery case that almost fits the size of the electrode assembly 10-1), the electrode assembly 10 -1) Interference occurring between the peripheral portion (especially the corner portion) separator 12 and the pouch sealing portion can be prevented. As a result, a secondary battery of excellent quality can be realized.

Abstract

본 발명은 실링 유닛에 관한 것으로서, 전극조립체 둘레부의 분리막 실링 시, 분리막이 컨트롤되지 않는 임의의 방향으로 폴딩되는 것을 방지하고, 일정한 방향성을 가지고 폴딩되며 실링되도록 하여, 타이트한 파우치 전지 케이스에 전극조립체를 삽입할 시 전극조립체 둘레부 분리막과 파우치 실링부 사이에 발생되는 간섭을 방지할 수 있고, 그 결과 우수한 품질의 이차전지를 구현할 수 있게 하는 실링 유닛에 관한 것이다. 본 발명에 따른 실링 유닛은 전극과 분리막이 교대로 적층되어 형성되는 전극조립체를 실링하는 실링부, 및 실링부에서 연장되는 몸체부를 포함하고, 실링부에는 내측으로 만입되는 실링홈이 형성되며, 실링부는 실링 홈의 바닥을 이루는 바닥면, 바닥면에서 상측 방향으로 경사지게 연장되는 경사면인 제1 경사면, 및 바닥면에서 하측 방향으로 경사지게 연장되는 경사면인 제2 경사면을 포함한다.

Description

전극조립체의 제조방법, 그에 사용되는 실링 유닛, 및 그 실링 유닛에 의하여 제조된 전극조립체
관련출원과의 상호인용
본 출원은 2020년 12월 23일자 한국특허출원 제10-2020-0182649호 및 2021년 06월 08일자 한국특허출원 제10-2021-0074476에 기초한 우선권의 이익을 주장하며, 해당 한국특허출원의 문헌에 개시된 모든 내용은 본 명세서의 일부로서 포함된다.
기술분야
본 발명은 전극조립체의 제조방법, 그에 사용되는 실링 유닛 및 그 실링 유닛에 의하여 제조된 전극조립체에 관한 것으로서, 전극조립체 둘레부의 분리막 실링 시, 분리막이 컨트롤되지 않는 임의의 방향으로 폴딩되는 것을 방지하고, 일정한 방향성을 가지고 폴딩되며 실링되도록 하여, 타이트한 파우치 전지 케이스에 전극조립체를 삽입할 시 전극조립체 둘레부 분리막과 파우치 실링부 사이에 발생되는 간섭을 방지할 수 있고, 그 결과 우수한 품질의 이차전지를 구현할 수 있게 하는 전극조립체의 제조방법, 그에 사용되는 실링 유닛 및 그 실링 유닛에 의하여 제조된 전극조립체에 관한 것이다.
근래에는 화석 연료의 고갈에 의한 에너지원의 가격 상승, 환경 오염의 관심이 증폭되며, 친환경 대체 에너지원에 대한 요구가 미래 생활을 위한 필수 불가결한 요인이 되고 있다. 이에 태양광, 풍력, 조력 등 다양한 전력 생산 기술들에 대한 연구가 지속되고 있으며, 이렇게 생산된 전기 에너지를 더욱 효율적으로 사용하기 위한 전지 등의 전력 저장 장치 또한 지대한 관심이 이어지고 있다.
더욱이, 전지를 사용하는 전자 모바일 기기와 전기 자동차에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서의 전지의 수요가 급격히 증가하고 있고, 그에 따라 다양한 요구에 부응할 수 있는 전지에 대한 많은 연구가 행해지고 있다.
특히, 재료 면에서는 높은 에너지 밀도, 방전 전압, 출력 안정성 등의 장점을 가진 리튬 이온 전지, 리튬 이온 폴리머 전지 등과 같은 리튬 이차 전지에 대한 수요가 높다.
이차전지는 전지케이스의 형상에 따라, 전극조립체가 원통형 또는 각형의 금속 캔에 내장되어 있는 원통형 전지 및 각형 전지와, 전극조립체가 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치형 케이스에 내장되어 있는 파우치형 전지 등으로 분류될 수 있다.
파우치형 전지의 경우 내부 공간을 구비하는 컵부가 형성된 파우치와 상기 컵부 내부로 삽입되는 전극조립체를 포함한다. 종래에는 전극조립체를 상기 컵부로 삽입 시 상기 전극조립체 둘레의 분리막과 상기 컵부 주변 파우치 실링부 사이에 간섭이 발생하는 것을 방지하기 위하여, 상기 전극조립체의 둘레부, 특히 코너부에 대해서 실링 유닛을 이용하여 분리막을 실링한 후에 상기 컵부에 삽입을 하였다. 그런데 종래에는 민자 형상의 실링 블록을 이용하여 실링을 수행하였기에 전극조립체 둘레 분리막들이 컨트롤 되지 않는 임의의 방향으로 폴딩되면서 실링되었다.
그런데 다양한 최첨단 기기들이 등장하면서 점점 더 높은 에너지 밀도가 요구되는 시대적 변화에 따라 파우치 케이스의 사이즈는 점점 더 타이트하게 변하게 되었고, 그 결과 종래의 실링을 통해 제작된 전극조립체는 파우치의 컵부에 삽입 시 둘레 분리막과 파우치 실링부 간의 간섭 발생이 발생하였다. 그에 따라 이차전지의 품질 저하 문제가 야기되었다.
본 발명은 위와 같은 문제를 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 과제는 전극조립체 둘레부의 분리막 실링 시, 분리막이 컨트롤되지 않는 임의의 방향으로 폴딩되는 것을 방지하고, 일정한 방향성을 가지고 폴딩되며 실링되도록 하여, 타이트한 파우치 전지 케이스에 전극조립체를 삽입할 시 전극조립체 둘레부 분리막과 파우치 실링부 사이에 발생되는 간섭을 방지할 수 있고, 그 결과 우수한 품질의 이차전지를 구현할 수 있게 하는 전극조립체의 제조방법, 그에 사용되는 실링 유닛 및 그 실링 유닛에 의하여 제조된 전극조립체를 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 전극조립체의 제조 방법은 복수의 전극과 복수의 분리막을 교대로 적층하여 전극적층체를 제조하는 전극적층체 제조 단계, 내측으로 만입되는 실링홈이 형성된 실링부를 포함하는 실링 유닛을 준비하는 실링 유닛 준비 단계, 및 전극적층체의 둘레부에 위치하는 복수의 분리막을 실링홈 내로 삽입하고, 실링 유닛은 실링부를 이용하여 복수의 분리막을 실링하는 실링 단계를 포함한다.
실링 단계에서, 실링부는, 전극적층체의 두께 방향(Y)을 기준으로, 전극적층체의 중앙부(O) 위쪽에 위치하는 분리막과 전극적층체의 중앙부 아래쪽에 위치하는 분리막을 중앙부 쪽으로 모아 주면서 분리막을 실링할 수 있다.
실링 단계에서, 실링부는 전극적층체의 코너부에 위치하는 분리막이 실링홈 내로 삽입된 상태에서 분리막의 실링을 수행하고, 실링부는 실링 홈의 바닥을 이루는 바닥면, 바닥면에서 상측 방향으로 경사지게 연장되는 경사면인 제1 경사면, 및 바닥면에서 하측 방향으로 경사지게 연장되는 경사면인 제2 경사면을 이용하여 분리막을 실링할 수 있다.
실링 단계에서, 실링을 위해 전극적층체의 코너부에 위치하는 분리막이 실링홈 내로 삽입 시, 전극적층체의 두께 방향을 기준으로, 제1 경사면은 전극적층체의 중앙부 위쪽에 위치하는 분리막을 전극적층체의 중앙부 방향으로 폴딩시키고, 제2 경사면은 전극적층체의 중앙부 아래쪽에 위치하는 분리막을 전극적층체의 중앙부 방향으로 폴딩시킬 수 있다.
본 발명에 따른 실링 유닛은 전극과 분리막이 교대로 적층되어 형성되는 전극적층체를 실링하는 실링부, 및 실링부에서 연장되는 몸체부를 포함하고, 실링부에는 내측으로 만입되는 실링홈이 형성되며, 실링부는 실링 홈의 바닥을 이루는 바닥면, 바닥면에서 상측 방향으로 경사지게 연장되는 경사면인 제1 경사면, 및 바닥면에서 하측 방향으로 경사지게 연장되는 경사면인 제2 경사면을 포함한다.
바닥면의 길이(B)는 전극적층체 두께(H)의 80% ~ 90%에 해당하는 길이일 수 있다.
바닥면의 깊이(D)는 바닥면 길이의 40% ~ 50%에 해당하는 값을 가질 수 있다.
제1 경사면이 바닥면과 이루는 각도(α) 및 제2 경사면이 바닥면과 이루는 각도(β)는 각각 120도 ~ 140도일 수 있다.
제1 경사면이 바닥면과 이루는 각도(α) 및 제2 경사면이 바닥면과 이루는 각도(β)는 서로 동일할 수 있다.
실링홈의 단면은 사다리꼴의 형상을 가질 수 있다.
실링부를 가열하기 위하여 에너지를 공급하는 에너지 공급선을 더 포함하고, 제1 경사면과 제2 경사면은 바닥면의 앞쪽 방향(F)에 대해서 경사진 방향으로 연장하고, 몸체부는 바닥면의 뒤쪽 방향(R)으로 연장하며, 에너지 공급선은 몸체부의 뒤편에서 몸체부의 내부 쪽으로 삽입되어 들어올 수 있다.
본 발명에 따른 전극조립체는 복수의 전극과 복수의 분리막이 교대로 적층되어 형성되는 전극적층체를 포함하고, 전극적층체의 둘레를 형성하는 복수의 분리막의 부분은 내측으로 만입되는 실링홈이 형성된 실링부를 포함하는 실링 유닛에 의하여 실링(Sealing)되어 있되, 전극적층체의 둘레부에 위치하는 복수의 분리막이 실링홈 내로 삽입되어 실링부에 의하여 실링처리 됨에 따라 복수의 분리막 부분이 방향성을 가지고 폴딩되어 있을 수 있다.
두께 방향(Y)을 기준으로 중앙에 위치하는 부분인 중앙부(O)의 위쪽에 위치하는 분리막의 부분인 상부 분리막 부분과, 중앙부(O) 아래쪽에 위치하는 분리막의 부분인 하부 분리막 부분이 중앙부 쪽으로 모아지도록 폴딩되어 있을 수 있다.
실링(Sealing) 처리에 의하여 방향성을 가지고 폴딩되어 있는 분리막의 부분은 둘레 중에서 코너부를 형성하는 분리막의 부분일 수 있다.
상부 분리막 부분이 중앙부쪽으로 폴딩되는 각도와, 하부 분리막 부분이 중앙부 쪽으로 폴딩되는 각도는 서로 대칭이 될 수 있다.
상부 분리막 부분과 하부 분리막 부분은 코너부에 밀착되어 있을 수 있다.
코너부는 모따기가 되어있는 형태일 수 있다.
본 발명에 따른 이차전지는 상기의 전극조립체, 및 전극조립체가 삽입되는 파우치 케이스를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 전극조립체의 제조방법, 그에 사용되는 실링 유닛은 전극조립체 둘레부의 분리막 실링 시, 분리막이 컨트롤되지 않는 임의의 방향으로 폴딩되는 것을 방지하고, 일정한 방향성을 가지고 폴딩되며 실링되도록 하여, 타이트한 파우치 전지 케이스에 전극조립체를 삽입할 시 전극조립체 둘레부 분리막과 파우치 실링부 사이에 발생되는 간섭을 방지할 수 있고, 그 결과 우수한 품질의 전극조립체 및 이차전지를 구현할 수 있게 한다.
도 1은 전극적층체 및 전극적층체의 분리막을 실링하는 본 발명의 실시예 1에 따른 실링 유닛을 도시하는 사시도이다.
도 2는 본 발명의 실시예 1에 따른 실링 유닛이 전극적층체의 코너부 분리막을 실링하는 모습을 도시하는 단면도이다.
도 3은 본 발명의 실시예 1에 따른 실링 유닛의 실링부만을 확대하여 도시하는 단면도이다.
도 4는 본 발명의 실시예 2에 따른 실링 유닛을 도시하는 사시도이다.
도 5는 본 발명의 실시예 1에 따른 실링 유닛에 의하여 분리막이 실링된 전극조립체를 도시하는 단면도이다.
도 6은 파우치 리드 실링 과정과 추가 실링 과정을 통해 실링부를 형성하는 모습이 도시되는 이차전지의 평면도이다.
도 7은 본 발명의 실시예 1에 따른 실링 유닛에 의하여 분리막이 실링된 또 다른 형태의 전극조립체를 도시하는 단면도이다.
이하에서는 첨부의 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 이하의 실시예에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분 또는 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 관련 공지 기술에 대한 상세한 설명은 생략하였으며, 본 명세서에서 각 도면의 구성요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서는, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일 또는 유사한 참조 부호를 붙이도록 한다
또한, 본 명세서 및 특허청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정하여 해석되어서는 안되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
실시예 1
도 1은 전극적층체 및 전극적층체의 분리막을 실링하는 본 발명의 실시예 1에 따른 실링 유닛을 도시하는 사시도이다. 도 2는 본 발명의 실시예 1에 따른 실링 유닛이 전극적층체의 코너부 분리막을 실링하는 모습을 도시하는 단면도이다. 도 3은 본 발명의 실시예 1에 따른 실링 유닛의 실링부만을 확대하여 도시하는 단면도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예 1에 따른 실링 유닛(100)은 전극적층체(10)를 실링하는 기구일 수 있다. 전극적층체(10)는 전극(11)과 분리막(12)이 교대로 적층되어 형성될 수 있다. 실링 유닛(100)은 전극적층체(10)를 실링하는 실링부(110) 및 실링부(110)에서 연장되는 몸체부(130)를 포함할 수 있다. 도 1에서 도시되듯이 실링부(110)는 몸체부(130)에서 측방향으로 돌출되어 연장되는 형태를 가질 수 있다.
실링부(110)에는 내측으로 만입되는 실링홈(114)이 형성될 수 있다. 실링부(110)는 바닥면(113), 제1 경사면(111), 및 제2 경사면(112)을 포함할 수 있다. 바닥면(113)은 실링홈(114)의 바닥을 이루는 부분일 수 있다. 제1 경사면(111)은 바닥면(113)에서 상측 방향으로 경사지게 연장되는 경사면일 수 있다. 제2 경사면(112)은 바닥면(113)에서 하측 방향으로 경사지게 연장되는 경사면일 수 있다.
이러한 구성을 포함하는 본 발명의 실시예 1에 따른 실링 유닛(100)은 전극적층체(10) 둘레부의 분리막(12) 실링 시, 분리막(12)이 컨트롤되지 않는 임의의 방향으로 폴딩되는 것을 방지할 수 있다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 전극적층체(10)는 복수의 분리막(12)을 포함할 수 있는데, 실링부(110)는 전극적층체(10)의 둘레부에서 복수의 분리막(12)을 일정한 방향성을 가지고 폴딩되도록 실링할 수 있다. 즉, 분리막(12)이 폴딩되는 방향을 컨트롤 할 수 있다.
일례로 실링부(110)는, 전극적층체(10)의 두께 방향(Y)을 기준으로, 전극적층체(10)의 중앙부(O) 위쪽에 위치하는 분리막(12)과 전극적층체(10)의 중앙부 아래쪽에 위치하는 분리막(12)을 중앙부 쪽으로 모아 주면서 분리막(12)을 실링할 수 있다.
도 2는 본 발명의 실시예 1에 따른 실링 유닛(100)이 전극적층체(10)의 코너부(13) 분리막(12)을 실링하는 모습을 도시하는 단면도인데, 도 2를 참조하면, 실링부(110)는 전극적층체(10)의 코너부(13)에 위치하는 분리막(12)이 실링홈(114) 내로 삽입된 상태에서 분리막(12)의 실링을 수행할 수 있다. 이 경우 실링부(110)의 바닥면(113), 제1 경사면(111), 및 제2 경사면(112)이 분리막(12)을 실링할 수 있다.
구체적으로, 실링을 위해 전극적층체(10)의 코너부(13)에 위치하는 분리막(12)이 실링홈(114) 내로 삽입 시, 전극적층체(10)의 두께 방향을 기준으로, 제1 경사면(111)은 전극적층체(10)의 중앙부 위쪽에 위치하는 분리막(12)을 전극적층체(10)의 중앙부 방향으로 폴딩시킬 수 있다. 그리고 제2 경사면(112)은 전극적층체(10)의 중앙부 아래쪽에 위치하는 분리막(12)을 전극적층체(10)의 중앙부 방향으로 폴딩시킬 수 있다.
이와 같이 폴딩되며 실링될 경우, 전극적층체(10) 코너부(13)에 위치하는 분리막(12)들이 컨트롤되는 일정한 방향성을 가지고 폴딩되며 실링되도록 할 수 있다. 그 결과 분리막(12)들은 전극적층체(10) 코너부(13)에서 전극적층체(10) 바디에 붙는 형상을 가지게 된다.
이렇게 분리막(12) 실링을 완료한 단정한 전극조립체(10-1)는 타이트한 파우치 전지 케이스(즉, 전극조립체(10-1) 사이즈에 거의 딱 맞는 전지 케이스)에 삽입될 시, 전극조립체(10-1) 둘레부(특히, 코너부(13)) 분리막(12)과 파우치 실링부(특히 파우치 컵부의 코너부에 인접하는 파우치 실링부) 사이에 발생되는 간섭 발생이 방지될 수 있다. 그 결과 우수한 품질의 이차전지를 구현할 수 있다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예 1에 따른 실링 유닛(100)에서, 실링홈(114)의 단면은 사다리꼴의 형상을 가질 수 있다. 사다리꼴 형상이 본원발명의 목적을 달성하기에 바람직할 수 있다.
그리고 이 경우 바닥면(113)의 길이(B)는 전극적층체(10) 두께(H)의 80% ~ 90%에 해당하는 것이 바람직할 수 있다. 80%보다 작은 경우 실링홈(114)의 단면 형상이 삼각형에 상대적으로 더 가까워지는 것이 되므로 간섭이 방지되도록 확실한 폴딩이 이루어지는 정도가 일부 약할 수 있다. 그리고 90%보다 더 클 경우 확실하게 일정한 방향으로 폴딩되는 분리막(12)의 수가 일정량보다 적을 수 있다.
그리고, 바닥면(113)의 깊이(D)는 바닥면(113) 길이의 40% ~ 50%에 해당하는 값을 가지는 것이 바람직할 수 있다. 50%보다 더 깊은 경우 실링홈(114)의 단면 형상이 삼각형에 상대적으로 더 가까워지는 것이 되므로 간섭이 방지되도록 확실한 폴딩이 이루어지는 정도가 일부 약할 수 있다. 그리고 40%보다 작아 덜 깊을 경우 분리막(12)을 가이드하는 제1 및 제2 경사면의 길이가 짧아지는 결과가 되어, 제1 및 제2 경사면의 분리막(12) 가이드 기능이 일부 약해질 수 있다.
그리고, 본 발명의 실시예 1에 따른 실링 유닛(100)에서 제1 경사면(111)이 바닥면(113)과 이루는 각도(α)는 120도 ~ 140도 일 수 있다. 또한, 제2 경사면(112)이 바닥면(113)과 이루는 각도(β) 역시 120도 ~ 140도 일 수 있다.
120도 보다 작은 정도로 경사면이 바닥면(113)과 이루는 각도가 작을 경우, 실링홈(114)의 크기가 상대적으로 작아지게 되므로, 전극적층체(10)를 실링홈(114)에 삽입하는 과정에서 용이하게 삽입하기 어려울 수 있다. 그리고 140도 보다 큰 정도로 경사면이 바닥면(113)과 이루는 각도가 클 경우는, 그에 비례하여 분리막(12) 폴딩의 각도가 줄어들게 될 수 있다.
그리고, 제1 경사면(111)이 바닥면(113)과 이루는 각도(α) 및 제2 경사면(112)이 바닥면(113)과 이루는 각도(β)는 서로 동일할 수 있는데, 제1 경사면(111)이 바닥면(113)과 이루는 각도(α)와 제2 경사면(112)이 바닥면(113)과 이루는 각도(β)가 서로 동일할 경우 상하 대칭적인 구조를 가지게 되므로, 상측에서 하측으로 폴딩되는 분리막(12)과 하측에서 상측으로 폴딩되는 분리막(12)이 대칭적인 형상을 가질 수 있다. 그 결과 균형 잡힌 전극적층체(10)가 제조 되어 안정적인 이차전지가 구현될 수 있다.
실시예 2
도 4는 본 발명의 실시예 2에 따른 실링 유닛을 도시하는 사시도이다.
본 발명의 실시예 2에서는, 실링부(210)와 몸체부(230)가 동일한 폭을 가지고 직선 형태로 이어지는 구조를 가지고 있으며, 에너지 공급선(250)이 몸체부(230)의 뒤편에서 몸체부(230)의 내부 쪽으로 삽입되는 형태를 가진다는 점에서 실시예 1과 차이가 있다.
실시예 1과 공통된 내용은 가급적 생략하고 차이점 중심으로 실시예 2에 대해서 설명하기로 한다. 즉, 실시예 2에서 설명하지 않은 내용이 필요한 경우 실시예 1의 내용으로 간주될 수 있음은 자명하다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 실시예 2에 따른 실링 유닛(200)은 실링부(210)가 전방으로 연장하고 몸체부(230)가 상기 전방의 반대 방향인 후방으로 연장할 수 있다. 실링부(210)와 몸체부(230)는 동일한 폭을 가지고, 하나의 가상의 직선 상에서 앞과 뒤로 연장되는 모양으로 일체형으로 형성될 수 있다.
그리고 본 발명의 실시예 2에 따른 실링 유닛(200)에서 제1 경사면(211)과 제2 경사면(212)은 바닥면(213)의 앞쪽 방향(F)에 대해서 경사진 방향으로 연장할 수 있다. 제1 경사면(211)은 바닥면(213)의 앞쪽 방향(F)에 대해서 상측으로 경사진 방향으로 연장할 수 있다. 제2 경사면(212)은 바닥면(213)의 앞쪽 방향(F)에 대해서 하측으로 경사진 방향으로 연장할 수 있다. 그리고 몸체부(230)는 바닥면(213)의 뒤쪽 방향(R)으로 연장할 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예 2에 따른 실링 유닛(200)은 에너지 공급선(250)을 더 포함할 수 있다. 에너지 공급선(250)은 실링부(210)를 가열하기 위하여 에너지를 공급하는 구성일 수 있다. 이는 일례로 전기를 공급하는 전기선일 수 있다. 이러한 에너지 공급선(250)은 몸체부(230)의 뒤편에서 몸체부(230)의 내부 쪽으로 삽입되어 들어오는 형태를 가질 수 있다. 이와 같은 형태를 가질 경우 실링홈(214) 내부로 삽입되는 움직이는 다양한 형상의 전극적층체(10)에 에너지 공급선(250)이 걸리지 않아(즉, 방해되지 않아) 원활할 실링 작업이 수행되도록 할 수 있다.
실시예 3
도 5는 본 발명의 실시예 1에 따른 실링 유닛에 의하여 분리막이 실링된 전극조립체를 도시하는 단면도이다.
본 발명의 실시예 3은 본 발명의 실시예 1에 따른 실링 유닛에 의하여 분리막이 실링된 전극조립체 및 그 전극조립체를 포함하는 이차전지를 설명한다.
실시예 1과 공통된 내용은 가급적 생략하고 차이점 중심으로 실시예 3에 대해서 설명하기로 한다. 즉, 실시예 3에서 설명하지 않은 내용이 필요한 경우 실시예 1의 내용으로 간주될 수 있음은 자명하다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 실시예 3에 따른 전극조립체(10-1)는 복수의 전극과 복수의 분리막이 교대로 적층되어 형성되는 전극적층체(10)를 포함하고, 상기 전극적층체(10)의 둘레를 형성하는 복수의 분리막의 부분은 내측으로 만입되는 실링홈이 형성된 실링부를 포함하는 실링 유닛에 의하여 실링(Sealing)되어 있을 수 있다. 그리고 전극적층체(10)의 둘레부에 위치하는 복수의 분리막이 실링홈 내로 삽입되어 실링부에 의하여 실링처리 됨에 따라 복수의 분리막 부분이 방향성을 가지고 폴딩되어 있을 수 있다.
본 발명의 실시예 3에 따른 전극조립체(10-1)는 복수의 전극(11)과 분리막(12)이 교대로 적층되어 형성되는 것일 수 있다. 그리고 전극조립체의 둘레를 형성하는 분리막의 부분이 실링(Sealing) 처리에 의하여 방향성을 가지고 폴딩되어 있을 수 있다.
구체적으로, 본 발명의 실시예 3에 따른 전극조립체(10-1)는 두께 방향(Y)을 기준으로 중앙에 위치하는 부분인 중앙부(O)의 위쪽에 위치하는 분리막의 부분인 상부 분리막 부분과, 중앙부(O) 아래쪽에 위치하는 분리막의 부분인 하부 분리막 부분이 중앙부 쪽으로 모아지도록 폴딩되어 있는 것일 수 있다.
이때, 실링(Sealing) 처리에 의하여 방향성을 가지고 폴딩되어 있는 분리막의 부분은 전극조립체(10-1)의 둘레 중에서 특히 코너부(13)를 형성하는 분리막의 부분일 수 있다. 그리고, 상부 분리막 부분(12-1)과 하부 분리막 부분(12-2)은 전극조립체(10-1) 코너부(13)에 밀착되어 있는 것일 수 있다.
이러한 방식으로 형성되는 본 발명의 실시예 3에 따른 전극조립체(10-1)는 타이트한 파우치 케이스에 전극조립체(10-1)를 삽입할 시 전극조립체(10-1) 둘레부(특히, 코너부) 분리막과 파우치 실링부 사이에 발생되는 간섭을 방지할 수 있다. 그 결과 우수한 품질의 이차전지를 구현할 수 있다.
그리고, 본 발명의 실시예 3에 따른 전극조립체(10-1)는 상부 분리막 부분이 중앙부쪽으로 폴딩되는 각도와, 하부 분리막 부분이 중앙부 쪽으로 폴딩되는 각도는 서로 대칭이 될 수 있다. 이처럼 상측에서 하측으로 폴딩되는 분리막과 하측에서 상측으로 폴딩되는 분리막이 대칭적인 형상을 가질 경우, 균형 잡힌 전극조립체(10-1)가 제조 되어 안정적인 이차전지가 구현될 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예 3에 따른 전극조립체(10-1)는 파우치 케이스에 삽입되어 이차전지를 형성할 수 있다. 구체적으로 전극조립체(10-1) 및 전극조립체(10-1)가 삽입되는 파우치 케이스에 의하여 완성된 이차전지가 구현될 수 있는데, 이때, 전극조립체(10-1) 코너부(13) 분리막과 파우치 케이스 내부 코너 사이에는 간섭 발생이 없게 될 수 있다.
특히, 파우치형 이차전지에서 추가 실링 영역이 형성되는 이차전지에 있어서, 전극조립체(10-1) 코너부 분리막과 파우치 케이스 실링부의 내부 코너 사이에 간섭이 없도록 하는데 본 발명은 현저히 효과적일 수 있다.
도 6은 파우치 리드 실링 과정과 추가 실링 과정을 통해 실링부(410)를 형성하는 모습이 도시되는 이차전지의 평면도이다.
도 6을 참조하면, 최근 공간 효율을 높이고 에너지 밀도가 높도록 개량된 파우치형 이차전지 제조과정에서 실링부(410)를 형성하는 과정은 구체적으로 2단계에 의한 실링일 수 있다. 2단계의 실링은 통상의 리드 실링 과정과 추가 실링 과정을 의미할 수 있다.
통상의 리드 실링 과정을 통해서는 통상 리드 실링 영역(S1)이 형성될 수 있고, 추가 실링 과정을 통해서는 추가 실링 영역(S2)이 형성될 수 있다. 도 6을 참조하여 실링부(410)의 형태에 대해 좀 더 구체적으로 설명하면, 실링부의 일 끝부는 외장재의 컵(P)의 둘레(P-1)의 상부 끝부(TE)보다 하부에 형성될 수 있다.
도 6에서 컵의 둘레(P-1)와 상부 끝부(TE)가 구체적으로 도시 되고 있다. 컵의 둘레(P-1)는 전극조립체가 삽입되는 내부 수용공간을 가지는 컵(P)의 둘레 부분을 의미할 수 있다. 특히, 컵(P)의 바닥부의 둘레가 아닌 컵의 상부 둘레를 의미할 수 있다. 여기서 상부는 이차전지의 두께 방향을 기준으로 상부를 의미할 수 있다.
이처럼 개량된 파우치형 이차전지에서 추가 실링 영역(S2)이 존재하는 경우, 종래에는 전극조립체 코너부 분리막과 파우치 케이스 실링부의 내부 코너 사이에 간섭이 빈번하게 발생하였다. 그러나 본 발명의 실시예에 따르는 실링 유닛 및 그 실링 유닛에 의하여 제조된 전극조립체에 의할 경우, 전극조립체 코너부 분리막과 파우치 케이스 실링부의 내부 코너 사이에 간섭(파우치 실링 시 분리막의 단부가 실링 영역에 끼어 들어가는 등의 문제)이 발생하는 것을 방지할 수 있게 된다.
실시예 4
도 7은 본 발명의 실시예 1에 따른 실링 유닛에 의하여 분리막이 실링된 또 다른 형태의 전극조립체를 도시하는 단면도이다.
본 발명의 실시예 4는 본 발명의 실시예 1에 따른 실링 유닛에 의하여 분리막이 실링되는 또 다른 형태의 전극조립체를 설명한다.
도 7을 참조하면, 본 발명의 실시예 4에 따른 전극조립체(10-1)는 복수의 전극(11)과 분리막(12)이 교대로 적층되어 형성되는 전극적층체(10)에서 , 상기 전극적층체(10)의 둘레를 형성하는 분리막의 부분이 실링(Sealing) 처리에 의하여 방향성을 가지고 폴딩되어 있는 것일 수 있다.
구체적으로, 본 발명의 실시예 4에 따른 전극조립체는 두께 방향(Y)을 기준으로 중앙에 위치하는 부분인 중앙부(O)의 위쪽에 위치하는 분리막의 부분인 상부 분리막 부분과, 중앙부(O) 아래쪽에 위치하는 분리막의 부분인 하부 분리막 부분이 중앙부 쪽으로 모아지도록 폴딩되어 있는 것일 수 있다.
이때, 실링(Sealing) 처리에 의하여 방향성을 가지고 폴딩되어 있는 분리막의 부분은 전극조립체의 둘레 중에서 특히 코너부(13)를 형성하는 분리막의 부분일 수 있다. 그리고, 여기서 코너부(13)는 모따기가 되어있는 형태인 것일 수 있고, 상부 분리막 부분(12-1)과 하부 분리막 부분(12-2)은 전극조립체 코너부(13)에 밀착되어 있는 것일 수 있다.
이러한 방식으로 형성되는 본 발명의 실시예 3에 따른 전극조립체(10-1)는 타이트한 파우치 케이스에 전극조립체를 삽입할 시 전극조립체 둘레부(특히, 코너부) 분리막과 파우치 실링부 사이에 발생되는 간섭을 방지할 수 있고, 또한 모서리 공간이 제한된 이차전지 삽입 공간에 삽입되기에 더욱 유리한 이차전지 형태를 구현할 수 있다.
실시예 5
본 발명의 실시예 5는 본 발명의 실시예 1에 따른 실링 유닛을 이용하여 전극조립체를 제조하는 제조 방법에 대한 것인다.
앞의 실시예들과 공통된 내용은 가급적 생략하고 차이점 중심으로 실시예 5에 대해서 설명하기로 한다. 즉, 실시예 5에서 설명하지 않은 내용이 필요한 경우 앞의 실시예들의 내용으로 간주될 수 있음은 자명하다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예 5에 따른 전극조립체의 제조 방법은 전극적층체 제조 단계, 실링 유닛 준비 단계, 및 실링 단계를 포함할 수 있다.
전극적층체 제조 단계는 복수의 전극과 복수의 분리막(12)을 교대로 적층하여 전극적층체(10)를 제조하는 단계일 수 있다. 실링 유닛 준비 단계는 내측으로 만입되는 실링홈(114)이 형성된 실링부(110)를 포함하는 실링 유닛(100)을 준비하는 단계일 수 있다. 그리고 실링 단계는 전극적층체(10)의 둘레부에 위치하는 복수의 분리막(12)을 실링홈(114) 내로 삽입하고, 실링 유닛(100)은 실링부(110)를 이용하여 복수의 분리막(12)을 실링하는 단계일 수 있다.
실링 단계는 분리막(12)이 중앙부 쪽으로 모이도록 폴딩하면서 실링하는 단계일 수 있다. 구체적으로 실링 단계에서, 실링부(110)는, 전극적층체(10)의 두께 방향(Y)을 기준으로, 전극적층체(10)의 중앙부(O) 위쪽에 위치하는 분리막(12)과 전극적층체(10)의 중앙부 아래쪽에 위치하는 분리막(12)을 중앙부 쪽으로 모아 주면서 분리막(12)을 실링할 수 있다.
또한, 실링 단계에서, 실링부(110)는 전극적층체(10)의 코너부(13)에 위치하는 분리막(12)이 실링홈(114) 내로 삽입된 상태에서 분리막(12)의 실링을 수행할 수 있다. 그리고 실링부(110)는 실링홈(114)의 바닥을 이루는 바닥면(113), 바닥면에서 상측 방향으로 경사지게 연장되는 경사면인 제1 경사면(111), 및 바닥면에서 하측 방향으로 경사지게 연장되는 경사면인 제2 경사면(112)을 이용하여 분리막(12)을 실링할 수 있다.
구체적으로, 실링 단계에서, 실링을 위해 전극적층체(10)의 코너부(13)에 위치하는 분리막(12)이 실링홈(114) 내로 삽입 시, 전극적층체(10)의 두께 방향(Y)을 기준으로, 제1 경사면(111)은 전극적층체(10)의 중앙부(O) 위쪽에 위치하는 분리막(12)을 전극적층체(10)의 중앙부(O) 방향으로 폴딩시키고, 제2 경사면(112)은 전극적층체(10)의 중앙부(O) 아래쪽에 위치하는 분리막(12)을 전극적층체(10)의 중앙부(O) 방향으로 폴딩시킬 수 있다.
이와 같이 폴딩되며 실링될 경우, 전극적층체(10) 측부 또는 코너부(13)에 위치하는 분리막(12)들이 컨트롤되는 일정한 방향성을 가지고 폴딩되며 실링되도록 할 수 있다. 그 결과 분리막(12)들은 전극적층체(10) 측부 또는 코너부(13)에서 전극적층체(10) 바디에 붙는 형상을 가질 수 있다.
이렇게 분리막(12) 실링을 완료한 단정한 전극조립체(10-1)는 타이트한 파우치 전지 케이스(즉, 전극조립체(10-1) 사이즈에 거의 딱 맞는 전지 케이스)에 삽입될 시, 전극조립체(10-1) 둘레부(특히, 코너부) 분리막(12)과 파우치 실링부 사이에 발생되는 간섭 발생이 방지될 수 있다. 그 결과 우수한 품질의 이차전지를 구현할 수 있다.
이상에서 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 실시가 가능하다.
[부호의 설명]
10: 전극적층체
10-1: 전극조립체
11: 전극
12: 분리막
12-1: 상부 분리막 부분
12-2: 하부 분리막 부분
13: 코너부
100, 200: 실링 유닛
110, 210: 실링부
111, 211: 제1 경사면
112, 212: 제2 경사면
113, 213: 바닥면
114, 214: 실링홈
130, 230: 몸체부
250: 에너지 공급선
O: 중앙부
B: 바닥면의 길이
D: 바닥면의 깊이
H: 전극적층체 두께
Y: 전극적층체의 두께 방향
α: 제1 경사면이 바닥면과 이루는 각도
β: 제2 경사면이 상기 바닥면과 이루는 각도
F: 바닥면의 앞쪽 방향
R: 바닥면의 뒤쪽 방향

Claims (18)

  1. 복수의 전극과 복수의 분리막을 교대로 적층하여 전극적층체를 제조하는 전극적층체 제조 단계;
    내측으로 만입되는 실링홈이 형성된 실링부를 포함하는 실링 유닛을 준비하는 실링 유닛 준비 단계; 및
    상기 전극적층체의 둘레부에 위치하는 상기 복수의 분리막을 상기 실링홈 내로 삽입하고, 상기 실링 유닛은 상기 실링부를 이용하여 상기 복수의 분리막을 실링하는 실링 단계;를 포함하는 전극조립체의 제조 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 실링 단계에서,
    상기 실링부는, 상기 전극적층체의 두께 방향(Y)을 기준으로, 상기 전극적층체의 중앙부(O) 위쪽에 위치하는 분리막과 상기 전극적층체의 중앙부 아래쪽에 위치하는 분리막을 상기 중앙부 쪽으로 모아 주면서 상기 분리막을 실링하는 것을 특징으로 하는 전극조립체의 제조 방법.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 실링 단계에서,
    상기 실링부는 상기 전극적층체의 코너부에 위치하는 분리막이 상기 실링홈 내로 삽입된 상태에서 상기 분리막의 실링을 수행하고,
    상기 실링부는 상기 실링 홈의 바닥을 이루는 바닥면, 상기 바닥면에서 상측 방향으로 경사지게 연장되는 경사면인 제1 경사면, 및 상기 바닥면에서 하측 방향으로 경사지게 연장되는 경사면인 제2 경사면을 이용하여 상기 분리막을 실링하는 것을 특징으로 하는 전극조립체의 제조 방법.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 실링 단계에서,
    실링을 위해 상기 전극적층체의 상기 코너부에 위치하는 분리막이 상기 실링홈 내로 삽입 시,
    상기 전극적층체의 두께 방향을 기준으로, 상기 제1 경사면은 상기 전극적층체의 중앙부 위쪽에 위치하는 분리막을 상기 전극적층체의 중앙부 방향으로 폴딩시키고,
    상기 제2 경사면은 상기 전극적층체의 중앙부 아래쪽에 위치하는 분리막을 상기 전극적층체의 중앙부 방향으로 폴딩시키는 것을 특징으로 하는 전극조립체의 제조 방법.
  5. 전극과 분리막이 교대로 적층되어 형성되는 전극적층체를 실링하는 실링부; 및
    상기 실링부에서 연장되는 몸체부를 포함하고,
    상기 실링부에는 내측으로 만입되는 실링홈이 형성되며,
    상기 실링부는 상기 실링 홈의 바닥을 이루는 바닥면, 상기 바닥면에서 상측 방향으로 경사지게 연장되는 경사면인 제1 경사면, 및 상기 바닥면에서 하측 방향으로 경사지게 연장되는 경사면인 제2 경사면을 포함하는 것을 특징으로 하는 실링 유닛.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 바닥면의 길이(B)는 상기 전극적층체 두께(H)의 80% ~ 90%에 해당하는 길이인 것을 특징으로 하는 실링 유닛.
  7. 청구항 5에 있어서,
    상기 바닥면의 깊이(D)는 상기 바닥면 길이의 40% ~ 50%에 해당하는 값을 가지는 것을 특징으로 하는 실링 유닛.
  8. 청구항 5에 있어서,
    상기 제1 경사면이 상기 바닥면과 이루는 각도(α) 및 상기 제2 경사면이 상기 바닥면과 이루는 각도(β)는 각각 120도 ~ 140도인 것을 특징으로 하는 실링 유닛.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 제1 경사면이 상기 바닥면과 이루는 각도(α) 및 상기 제2 경사면이 상기 바닥면과 이루는 각도(β)는 서로 동일한 것을 특징으로 하는 실링 유닛.
  10. 청구항 5에 있어서,
    상기 실링홈의 단면은 사다리꼴의 형상을 가지는 것을 특징으로 하는 실링 유닛.
  11. 청구항 5에 있어서,
    상기 실링부를 가열하기 위하여 에너지를 공급하는 에너지 공급선을 더 포함하고,
    상기 제1 경사면과 상기 제2 경사면은 상기 바닥면의 앞쪽 방향(F)에 대해서 경사진 방향으로 연장하고, 상기 몸체부는 상기 바닥면의 뒤쪽 방향(R)으로 연장하며,
    상기 에너지 공급선은 상기 몸체부의 뒤편에서 상기 몸체부의 내부 쪽으로 삽입되어 들어오는 것을 특징으로 하는 실링 유닛.
  12. 복수의 전극과 복수의 분리막이 교대로 적층되어 형성되는 전극적층체를 포함하고,
    상기 전극적층체의 둘레를 형성하는 상기 복수의 분리막의 부분은 내측으로 만입되는 실링홈이 형성된 실링부를 포함하는 실링 유닛에 의하여 실링(Sealing)되어 있되,
    상기 전극적층체의 둘레부에 위치하는 상기 복수의 분리막이 상기 실링홈 내로 삽입되어 상기 실링부에 의하여 실링처리 됨에 따라 상기 복수의 분리막 부분이 방향성을 가지고 폴딩되어 있는 전극조립체.
  13. 청구항 12에 있어서,
    두께 방향(Y)을 기준으로 중앙에 위치하는 부분인 중앙부(O)의 위쪽에 위치하는 상기 분리막의 부분인 상부 분리막 부분과, 상기 중앙부(O) 아래쪽에 위치하는 상기 분리막의 부분인 하부 분리막 부분이 상기 중앙부 쪽으로 모아지도록 폴딩되어 있는 전극조립체.
  14. 청구항 13에 있어서,
    실링(Sealing) 처리에 의하여 방향성을 가지고 폴딩되어 있는 상기 분리막의 부분은 상기 둘레 중에서 코너부를 형성하는 상기 분리막의 부분인 것을 특징으로 하는 전극조립체.
  15. 청구항 14에 있어서,
    상기 상부 분리막 부분이 상기 중앙부쪽으로 폴딩되는 각도와, 상기 하부 분리막 부분이 상기 중앙부 쪽으로 폴딩되는 각도는 서로 대칭이 되는 것을 특징으로 하는 전극조립체.
  16. 청구항 15에 있어서,
    상기 상부 분리막 부분과 상기 하부 분리막 부분은 상기 코너부에 밀착되어 있는 것을 특징으로 하는 전극조립체.
  17. 청구항 16에 있어서,
    상기 코너부는 모따기가 되어있는 형태인 것을 특징으로 하는 전극조립체.
  18. 청구항 12에 따른 전극조립체; 및
    상기 전극조립체가 삽입되는 파우치 케이스를 포함하는 이차전지.
PCT/KR2021/014564 2020-12-23 2021-10-19 전극조립체의 제조방법, 그에 사용되는 실링 유닛, 및 그 실링 유닛에 의하여 제조된 전극조립체 WO2022139142A1 (ko)

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