WO2023043230A1 - 이차전지 제조장치 및 이를 이용하는 이차전지 제조방법 - Google Patents

이차전지 제조장치 및 이를 이용하는 이차전지 제조방법 Download PDF

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WO2023043230A1
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pressing
unit
secondary battery
laminate
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이민하
박기범
송의섭
이정화
이효준
송은지
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주식회사 엘지에너지솔루션
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Definitions

  • the present invention relates to a secondary battery manufacturing apparatus and a secondary battery manufacturing method using the same, and more particularly, it is possible to improve the non-adhesive area of an electrode and a separator inside an electrode unit and the non-adhesive area of an electrode unit and a separator sheet inside an electrode assembly. It relates to a secondary battery manufacturing apparatus and a secondary battery manufacturing method using the same.
  • a cell or battery which generates electrical energy through physical or chemical reactions of materials and supplies power to the outside, may not be able to obtain AC power supplied to buildings depending on the living environment surrounded by various electrical and electronic devices. It is used in cases where direct current power is required.
  • primary batteries and secondary batteries which are chemical batteries using chemical reactions, are generally used.
  • Primary batteries are collectively referred to as dry batteries and are consumable batteries.
  • a secondary battery is a rechargeable battery manufactured using a material in which an oxidation-reduction process between an electric current and a material can be repeated many times. When a reduction reaction for the material is performed by an electric current, power is charged and an oxidation reaction for the material is performed. When the power is discharged, electricity is generated as such charge-discharge is repeatedly performed.
  • an electrode is manufactured by coating an electrode slurry in which an active material, a conductive material, and a binder are mixed to a predetermined thickness on a positive electrode conductive foil and a negative electrode conductive foil, respectively, and between the two conductive foils
  • An electrode unit may be manufactured by interposing a separator therebetween.
  • secondary batteries may be classified according to their structures.
  • an electrode assembly is manufactured by winding a long sheet-shaped electrode unit in the form of a large amount of jelly roll multiple times with a separator sheet interposed therebetween, and the manufactured electrode assembly is stored in a cylindrical can, etc.
  • a cylindrical secondary battery manufactured by sealing this and electrode units of a predetermined size are folded so as to be stacked with a separator sheet interposed therebetween to produce an electrode assembly, and storing the manufactured electrode assembly in a pouch to seal it. It can be classified as a pouch-type secondary battery and the like.
  • the electrode slurry is non-uniformly applied to the conductive foil due to the viscosity of the electrode slurry, resulting in a difference in coating thickness of the electrode slurry.
  • the difference in coating thickness of the electrode slurry formed an unbonded area between the electrode and the separator inside the electrode unit manufactured including the electrode.
  • the pouch-type secondary battery is manufactured by stacking electrode units on a separator sheet, an unbonded region is formed inside the electrode assembly including the electrode units.
  • the unbonded area as described above causes precipitation of lithium due to interfacial resistance of the cathode, thereby increasing the resistance of the electrode.
  • the present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to improve the non-adhesive area of the electrode and the separator inside the electrode unit and the non-adhesive area of the electrode unit and the separator sheet inside the electrode assembly. It is to provide a battery manufacturing device and a secondary battery manufacturing method.
  • the pressurizing unit includes: a main pressurizing unit for pressing the entire surface of the laminate; and a sub-pressing unit having a drum unit that presses a portion of the entire surface of the stack where the edge portion of the electrode active material layer provided in the electrode is located among the entire surface;
  • the drum unit may include a body portion having a rotating shaft; and an elastic part provided on an outer circumferential surface of the body and pressurizing a portion of a surface of the laminate.
  • the edge portion of the electrode active material is formed in a curved surface whose height decreases toward the end, and the drum portion may press so that the edge portion of the electrode active material layer and the separator are adhered to each other.
  • the elastic part may be provided to be elastically deformable.
  • the elastic part may have an internal space, and air or fluid may be filled in the internal space to maintain a preset pressure.
  • the elastic part may be made of deformable synthetic resin, and the synthetic resin may be made of silicone rubber.
  • the shape of the sub-pressing part may be deformed only when the partial surface is pressed.
  • the secondary battery manufacturing apparatus may include a pressure detection unit that detects pressure applied by the sub-pressing unit to the partial surface of the laminate.
  • the pressure detection unit may include a sensor unit for sensing pressure; and a display unit displaying the pressure sensed by the sensor unit.
  • the sensor unit may be disposed to face the sub-pressing unit with the partial surface of the laminated body interposed therebetween.
  • the laminate includes electrode tabs connected to the electrodes;
  • the sub-pressing unit may press a portion of a surface of the laminate to which the electrode tab is connected and where an edge portion of an electrode active material layer provided in the electrode is located.
  • the sub-pressing unit may be disposed at least one of a front side and a rear side of the main pressing unit.
  • the secondary battery manufacturing apparatus includes a heating unit disposed behind the pressing unit and applying heat to the laminate in which the electrode and the separator are stacked;
  • the sub pressing part may be disposed between the heating part and the main pressing part.
  • the edge portion is provided at both ends of the electrode active material layer provided in the electrode, and the drum portion presses only a portion of the laminated body where the edge portion provided at both ends of the electrode active material layer is located. can be provided.
  • the edge portion is provided at both ends of the electrode active material layer provided in the electrode, and the drum portion presses a surface including a partial surface of the stack where the edge portion provided at both ends of the electrode active material layer is located. can do.
  • the sub-pressing unit may further include a pressure sensor for measuring the pressure of air or fluid filled in the inner space of the elastic unit.
  • the sub-pressing part may further include an injection part for injecting air or fluid into an inner space of the elastic part through the body part.
  • the present invention comprises an electrode unit manufacturing step of manufacturing an electrode unit in which an electrode and a separator are disposed; An electrode assembly manufacturing step of manufacturing an electrode assembly by disposing a separator sheet between the plurality of electrode units manufactured in the electrode unit manufacturing step; and an electrode assembly pressing step of pressurizing the electrode assembly, wherein the electrode unit manufacturing step includes: a lamination step of making a laminate by alternately arranging the separator and the electrode; and an bonding step of bonding the separator and the electrode included in the laminate;
  • the bonding step may include an entire surface pressing step of pressing the entire surface of the laminate; and a first partial pressing step of pressing a portion of the entire surface of the laminate where an edge portion of the electrode active material layer provided in the electrode is located among the entire surface.
  • the pressing of the electrode assembly may include a second front pressing step of pressing the entire surface of the electrode assembly; and a second partial pressing step of pressing a partial surface of the electrode assembly, on which an edge portion of an electrode active material layer provided in the electrode is located, among the entire surface of the electrode assembly.
  • a secondary battery manufacturing apparatus and a secondary battery manufacturing method using the same according to the present invention pressurizes a portion of the front surface of the laminate, on which the edge portion of the electrode active material layer provided in the electrode of the laminate is located, by using a sub-pressing unit, so that the inside of the laminate is There is an advantage of improving the unbonded area.
  • the secondary battery manufacturing apparatus has the advantage of being able to respond to various sizes and shapes of some of the front surfaces of the laminate without replacing the sub-pressing part by using the sub-pressing part including the elastic part.
  • the secondary battery manufacturing apparatus includes a pressure detector, so that the sub-pressurizer detects the pressure applied to the laminate and easily manages fairness according to the model and process environment of the laminate based on the detected pressure.
  • 1A is a perspective view showing a laminate of the present invention.
  • FIG. 1B is a side view showing a state in which the laminate of FIG. 1A is viewed from the side.
  • FIG. 2 is a plan view showing a state of looking down from above the secondary battery manufacturing apparatus according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a side view showing the secondary battery manufacturing apparatus of FIG. 2 viewed from the side.
  • FIG. 4A is a side view showing a side of the sub-pressing unit in the secondary battery manufacturing apparatus of FIG. 2 in more detail.
  • FIG. 4B is a front view illustrating the drum part of the sub-pressing unit in the secondary battery manufacturing apparatus of FIG. 2 .
  • FIG. 4C is a side view illustrating the drum part of the sub-pressing unit in the secondary battery manufacturing apparatus of FIG. 2 .
  • FIG. 5A is an enlarged view showing in more detail how an elastic part presses a laminate of a shape in the secondary battery manufacturing apparatus of FIG. 2 .
  • FIG. 5B is an enlarged view showing in more detail how the elastic part presses a laminate having a different shape in the secondary battery manufacturing apparatus of FIG. 2 .
  • FIG. 5C is an enlarged view showing in more detail how the elastic part presses a laminate having another shape in the secondary battery manufacturing apparatus of FIG. 2 .
  • FIG. 5D is an enlarged view showing in detail a state in which the sub-pressing unit presses the laminate in the secondary battery manufacturing apparatus of FIG. 2 according to another embodiment.
  • FIG. 6 is a perspective view showing in more detail the appearance of the sub-pressing unit and the pressure detection unit in the secondary battery manufacturing apparatus of FIG. 2 .
  • FIG. 7 is an image showing a comparison of the formation of unbonded regions of bi-cells manufactured by a conventional secondary battery manufacturing apparatus (a) and a secondary battery manufacturing apparatus (b) according to the present invention.
  • the present invention may provide a secondary battery manufacturing apparatus including a pressing unit 100 for pressing the laminate 10 in which the electrode 101 and the separator 102 are stacked.
  • the laminate 10 has a structure in which the electrode 101 and the separator 102 are stacked, and various configurations are possible.
  • the laminate 10 is an electrode unit in which the electrode 101 and the separator 102 are stacked, that is, a unit cell, and may mean any one of bi-cell, mono-cell, and full-cell, It may mean an electrode assembly in which a plurality of electrode units (unit cells) in which the electrode 101 and the separator 102 are stacked and the separator sheet 20 are stacked.
  • the electrode 101 includes an electrode current collector 1011 and an electrode active material layer 1012 coated on a surface of the electrode current collector 1011 .
  • the electrode assembly may have any structure as long as it has a structure in which a plurality of electrode units and a separator sheet are stacked.
  • the electrode assembly may have a structure in which a plurality of electrode units are arranged or arranged on a separator sheet.
  • the electrode assembly may have a structure in which a plurality of electrode units are arranged or lined up on a separator sheet, and then the electrode units and the separator sheet are alternately stacked and folded.
  • the laminate 10 may be pressed by a pressing unit 100 to be described later in order to bond the electrode and the separator, and the electrode unit and the separator sheet to each other.
  • the entire surface of the laminate 10 provided to face the pressing unit 100 and pressed may be defined as the entire surface 11 .
  • the entire surface 11 may have a height difference.
  • the surface formed with a relatively low height among the entire surface 11 is difficult to pressurize during the pressurization process, it remains as an unbonded area where the electrode-separator or electrode unit-separator sheet is not bonded, which is the cause of lithium precipitation on the negative electrode interface. This can be.
  • the entire surface 11 of the laminate 10 includes a partial surface 12 including a surface formed with a relatively low height
  • the electrode slurry may be uniformly applied on the electrode current collector to include the remaining surface 13 having a constant height.
  • the dotted line shown in the laminate 10 is to distinguish a part of the surface 12 and the remaining surface 13, and does not mean that the internal structure of the laminate 10 is separated.
  • the partial surface 12 is a surface including a surface formed with relatively low height among the entire surface 11 of the laminate 10 because less electrode slurry is applied on the electrode current collector, and can be configured in various ways there is.
  • the partial surface 12 is a surface in which a height difference is formed, and as shown in FIG. 1B, a first partial surface 12a having a relatively low height among the entire surface 11, and the first It may include a second partial surface 12b formed higher than the height of the partial surface 12a.
  • the first partial surface 12a is a surface formed with a relatively low height among the entire surface 11, and the edge portion 1013 of the electrode active material layer 1012 provided on the electrode 101 among the entire surface 11 is It may be the surface of the laminate 10 located thereon.
  • the edge portion 1013 of the electrode active material layer 1012 is formed as a curved surface whose height decreases toward the end as the electrode slurry flows, and the edge portion 1013, which is a curved surface, provides The surface will have a low height. Accordingly, a non-adhesive state is maintained between the edge portion 1013 of the electrode active material layer 1012 and the separator 102 corresponding to each other.
  • a technical feature of the present invention is to bond between the edge portion 1013 of the non-adhered electrode active material layer and the separator 102.
  • the second partial surface 12b is a surface formed higher than the first partial surface 12a, and the size of the stack 10 for each model and the degree of non-uniform application of the electrode slurry in the stack 10 Accordingly, it may be formed in various directions based on the first partial surface 12a.
  • the second partial surface 12b may be formed between the first partial surface 12a and the remaining surface 13 .
  • the formation of the second partial surface 12b is not limited thereto, and may be formed in various ways, such as surrounded by the first partial surface 12a or formed while surrounding the first partial surface 12a. Of course you can.
  • the partial surface 12 may be composed of only the first partial surface 12a having a relatively low height among the entire surface 11 .
  • the partial surface 12 may be located anywhere on the laminate 10 .
  • the electrode slurry less easily reaches the edge of the electrode current collector when the electrode slurry is applied, so that the partial surface 12 corresponds to the edge of the laminate 10 It can be positioned as possible.
  • the partial surface 12 may be positioned to correspond to the edge region of the laminate 10 where the electrode tab 14 is located.
  • the edge area of the laminate 10 originally corresponding to the central portion of the electrode current collector is relatively less easily reached by the electrode slurry.
  • the electrode tab 14 may be connected to the electrode by being formed on the electrode current collector through a notching process before the electrode slurry is coated or attached to any part of the electrode current collector after the electrode slurry is coated. .
  • the pressing unit 100 is a configuration for pressing the laminate 10, and various configurations are possible.
  • the pressing unit 100 As shown in Figures 2 and 3, the main pressing unit 110 for pressing the entire surface 11 of the laminate 10; and a sub-pressing unit 120 that presses the partial surface 12 of the laminate 10 .
  • the main pressing unit 110 is configured to press the entire surface 11 of the laminate 10, and various configurations are possible.
  • the main pressing unit 110 may be composed of a roller for pressing while rotating the laminate 10 or a press for pressing while moving the laminate 10 in a vertical direction.
  • the main pressing part 110 when the laminate 10 is an electrode unit, the main pressing part 110 may be provided as a roller, and when the laminate 10 is an electrode assembly, the main pressing part 110 ) may be provided with a press.
  • the sub-pressing unit 120 is configured to press a portion of the surface 12 of the laminate 10, and various configurations are possible.
  • the sub-pressing part 120 is disposed on at least one of the front and rear sides of the main pressing part 110, before and/or the entire surface 11 of the laminate 10 is pressed. After pressing (11), some surfaces 12 of the laminate 10 may be pressed. Accordingly, the sub-pressing part 120 presses the portion of the surface 12 where the edge part 1013 of the electrode active material layer 1012 provided in the electrode 101 is located, so that the unbonded area of the laminate 10, That is, the edge portion 1013 of the electrode active material layer and the unbonded area of the separator 102 may be bonded to each other.
  • a direction toward the moving direction on the conveyor belt of the laminate 10 may be referred to as a front, and a direction opposite to the front may be referred to as a rear.
  • the sub-pressing part 120 is the laminate 10 where the edge 1013 of the electrode active material layer provided in the electrode is located on the entire surface of the laminate 10.
  • the drum part 121 is configured to rotate and press the partial surface 12 of the laminate 10, and various configurations are possible.
  • the laminate 10 is formed in various lengths and widths for each model, and the region where the electrode slurry is applied unevenly is formed irregularly for each laminate 10,
  • the area of the surface (eg, the first partial surface 12a) of the front surface 11 having a relatively low height may be formed in various sizes for each individual laminate 10 .
  • the drum part 121 of the sub-pressing part 120 is made of only a hard material (ex. steel) and the shape of the part of the surface 12 cannot be deformed during pressing, the drum part 121 is the entire surface. (11), it is unable to respond to various sizes and shapes of surfaces formed with a relatively low height. Accordingly, the inconvenience of having to replace the sub-pressing unit 120 repeatedly in consideration of this may occur.
  • the edge portion ( 1013) constitutes a drum unit 121 capable of responding to various changes in the partial surface 12 of the laminate, and the drum unit 121 will be described in detail below.
  • the drum part 121 is provided to be fixedly coupled along the outer circumferential surface of the body part 121a having the rotating shaft 122 and the body part 121a, and is elastic.
  • An elastic part 121b provided to be deformable may be included.
  • the body portion 121a is configured to be coupled to the rotating shaft 122, and various configurations are possible.
  • the elastic part 121b rotates in conjunction with the body part 121a. while pressing the part surface 12 of the laminate 10 where the edge portion 1013 of the electrode active material layer is located.
  • the elastic part 121b is deformed according to the shape of the laminate 10 that is deformed when the partial surface 12 of the laminate 10 is pressed, stably stably covering the entire partial surface 12 of the laminate 10. It can be pressurized, and in particular, it is possible to bond the unbonded area of the edge portion 1013 of the electrode active material layer and the separator 102 corresponding to each other.
  • the body portion 121a is configured to rotate the drum portion 121 by receiving rotational force from the rotating shaft 122, and may have various shapes.
  • the body portion 121a may have a cylindrical cylinder shape, a wheel shape having a plurality of spokes, and the like.
  • the elastic part 121b is provided to be fixedly coupled along the outer circumferential surface of the body part 121a and is elastically deformable, and various configurations are possible.
  • the elastic part 121b is formed with an inner space 121c, and air or air is used in the inner space 121c to maintain a preset pressure. It has a structure filled with fluid.
  • the elastic part 121b may have the shape of a bicycle wheel filled with air.
  • the elastic part 121b corresponds to various changes in the partial surface of the laminate where the edge portion of the electrode active material layer is located among the entire surface 11 will be described in detail.
  • the width of the partial surface 12, the width of the first partial surface 12a, and the width of the drum unit 121, which will be described later, can be understood as a width in which the conveyor belt traveling direction of the laminate 10 is the longitudinal direction. there is.
  • the elastic part 121b has an elastic material capable of changing the shape of the pressure surface when the partial surface 12 is pressed, so that the drum part 121 is the edge portion of the electrode active material layer among the entire surface 11 It may correspond to various changes of the part surface 12 of the laminate 10 where 1013 is located.
  • the elastic portion 121b may cause the portion of the surface 12 )
  • the pressing surface of the elastic part 121b for pressing may be deformed stepwise to correspond to the shape of the partial surface 12. Accordingly, the sub-pressing unit 120 may press all parts of the partial surface 12 including the first partial surface 12a and the second partial surface 12b.
  • the drum unit 121 in the case of a laminate 10 in which two electrode tabs 14 are drawn out in both directions of the electrode, respectively, the electrode active material layer 1012
  • the edge portion 1013 is provided at both ends of the electrode active material layer provided in the electrode, and accordingly, the edge portion 1013 provided at both ends of the electrode active material layer is located in the laminate 10 It may be provided as a pair to press some of the surfaces 12, respectively. That is, the pair of drum parts 121 may press the partial surfaces 12 located on both sides of the stack, respectively.
  • the elastic part 121b spreads in the width direction of the part of the surface 12, so that the pressure surface of the elastic part 121b spreads in the width direction of the part of the surface 121. All parts of (12) can be pressurized.
  • the drum unit 121 in the case of a laminate 10 in which two electrode tabs 14 are drawn out in both directions of the electrode, respectively, both ends of the electrode active material layer It is possible to press the entire surface including the partial surface 12 of the laminate 10 where the edge portion 1013 provided on each is located. That is, it is possible to press the entire surface including a partial surface of the stack where the edge part is located with one drum unit 121 .
  • the sub-pressing unit is disposed to correspond to the upper and lower surfaces of the laminate 10, and can simultaneously press the upper and lower portions of some surfaces 12 of the laminate.
  • the sub-pressing unit disposed below the stack is referred to as a lower sub-pressing unit 120'
  • the sub-pressing unit disposed above the stack is referred to as an upper sub-pressing unit 120". That is, in a state in which the lower sub-pressing part 120' is supported on the lower part of the partial surface 12 of the laminate 10, the upper western pressing part 120' presses the upper part of the partial surface of the laminated body. Then, some surfaces of the laminate located between the upper and lower sub-pressing parts are pressed, and as a result, more effectively than some surfaces of the laminate 10 where the edge parts 1013 provided at both ends of the electrode active material layer are located. can be pressurized.
  • the elastic part 121b may have various materials capable of being elastically deformed.
  • the elastic part 121b may be made of a deformable synthetic resin, and the synthetic resin may have a material including any one of silicone rubber.
  • the shape of the elastic part 121b of the sub-pressing part 120 may be deformed only when the partial surface is pressed. Also, the elastic part 121b may have various structures.
  • the elastic part 121b may have a pad structure made of only an elastic material and have a predetermined thickness.
  • the elastic part 121b may have an inner space, and the inner space may be formed.
  • the space may have a tire structure filled with air or fluid to maintain a preset pressure.
  • the preset pressure may be a predetermined pressure value that allows the elastic portion 121b to be elastically deformed along with pressing the partial surface 12 .
  • the preset pressure may be variously set by the user according to the material and size of the elastic part 121b, and the sub-pressing part 120 may be set by the pressure detector 300 to be described later. ) Of course, it may be adjusted by receiving feedback of the pressure value for pressing the part of the surface 12.
  • the sub pressurization part 120 may further include a pressure sensor 123 for measuring the pressure of air or fluid filled in the inner space of the elastic part 121b.
  • the pressure sensor 123 may be provided in a through hole formed in the body portion 121a and connected to the inside of the elastic portion 121b. Accordingly, the internal pressure of the elastic part 121b can be easily checked even from the outside.
  • the sub-pressing part 120 may further include an injection part 124 for injecting air or fluid into the inner space of the elastic part 121b through the body part 121a. Accordingly, when the internal pressure of the elastic part 121b is low or high, it can be injected or discharged through the injection part 124 to keep it constant.
  • the sub-pressing part 120 can be of any configuration as long as the shape can be deformed when the partial surface 12 is pressed, and is not limited to the case of having the aforementioned elastic part 121b.
  • the rotating shaft 122 is coupled to the drum unit 121 to rotate the drum unit, and various configurations are possible.
  • one end of the rotating shaft 122 is connected to a driving motor to receive rotational force, and the rotational force of the driving motor can be transmitted to the aforementioned body portion 121a.
  • the rotating shaft 122 may include a bearing (not shown) provided while surrounding an outer circumferential surface of the rotating shaft 122 between the rotating shaft 122 and the body portion 121a.
  • the secondary battery manufacturing apparatus may further include a pressure detector 300 as shown in FIG. 6 .
  • the pressure detection unit 300 is a component that detects the pressure applied by the sub-pressing unit 120 to the partial surface 12 of the laminate 10, and various configurations are possible.
  • the user of the secondary battery manufacturing apparatus detects the pressure with which the sub-pressing unit 120 presses the stack 10 through the pressure detection unit 300, so that each stack 10 model, There is an advantage in that processability can be managed according to each model of the laminate 10 and each process environment by using pressure data applied for each process environment.
  • the pressure detector 300 may be disposed in various positions.
  • the pressure detection unit 300 may be disposed below the conveyor belt at a position corresponding to the sub-pressing unit 120 .
  • the pressure detection unit 300 as shown in Figure 6, the sensor unit 310 for sensing the pressure; and a display unit 320 displaying the pressure sensed by the sensor unit 310 .
  • the sensor unit 310 is a component that senses pressure, and various configurations are possible.
  • the sensor unit 310 may include a mechanical, electronic, or semiconductor type pressure sensor that detects pressure, and various types of pressure sensors may be used depending on the required pressure range and pressure measurement environment.
  • the sensor unit 310 may be disposed in various positions. However, in order to measure the pressure applied to the partial surface 12 when the sub-pressing unit 120 presses the partial surface 12, the sensor unit 310, as shown in FIG. , It is preferable to face the sub-pressing part 120 with the partial surface 12 of the laminate 10 interposed therebetween. That is, the sensor unit 310 may be disposed on a line through which the partial surface 12 of the laminate 10 passes.
  • the display unit 320 is configured to display the pressure sensed by the sensor unit 310, and various configurations are possible.
  • the display unit 320 may have any configuration as long as it is configured to provide the user with the pressure data sensed by the sensor unit 310, and for example, a display capable of outputting the pressure data as an image ( display) device.
  • the secondary battery manufacturing apparatus may further include a heating unit 200 for applying heat to the laminate 10 in which the electrode and the separator are laminated.
  • the heating unit 200 is disposed behind the pressing unit 100 and applies heat to the laminate 10 in which the electrode and the separator are stacked, and various configurations are possible.
  • the rear may refer to a direction opposite to a direction in which the laminate 10 travels on the conveyor belt.
  • the heating unit 200 is disposed behind the pressing unit 100, and may apply heat to the stack 10 before the pressing unit 100 presses the stack 10. . That is, as the temperature of the laminate 10 increases, the adhesion between the electrode and the separator is improved, and wrinkles formed on the electrode, the separator, and the separator sheet inside the laminate during the manufacturing process can be improved.
  • the laminate 10 may be heated to a temperature higher than room temperature.
  • the meaning of the room temperature refers to a temperature range referred to as 'room temperature' or room temperature in the art. In other words, it refers to the temperature of a laboratory, laboratory, etc., especially when an experiment is conducted without specifying or adjusting the temperature, or when samples and substances are left indoors.
  • As an expression of temperature conditions it refers to the indoor air temperature. . Generally, it is a temperature at which humans can comfortably live, and is usually around 15°C to 20°C.
  • the sub-pressing unit 120 may be disposed in various positions, but when the sub-pressing unit 120 presses a portion of the surface 12 while the laminate 10 is heated. , Since the unbonded area inside the laminate 10 can be improved more effectively, the sub pressing part 120, as shown in FIGS. 2 and 3, the heating part 200 and the main pressing part ( 110) may be preferable.
  • the secondary battery manufacturing method of the present invention includes an electrode unit manufacturing step of manufacturing an electrode unit in which an electrode and a separator are stacked; An electrode assembly manufacturing step of manufacturing an electrode assembly in which the plurality of electrode units and the separator sheet manufactured in the electrode unit manufacturing step are stacked; and an electrode assembly pressing step of pressurizing the electrode assembly.
  • the electrode unit manufacturing step is a step of manufacturing an electrode unit in which the electrode 101 and the separator 102 are stacked, and may be performed in various ways.
  • the electrode unit manufacturing step may include a lamination step of forming a laminate 10 by laminating the electrode 101 on the separator 102; An bonding step of bonding the separator and the electrode in the laminate 10 may be included.
  • the lamination step is a step of making the laminate 10 by laminating the electrode 101 on the separator 102, and may be performed in various ways.
  • the electrode 101 includes an electrode current collector 1011 and an electrode active material layer 1012 coated on the electrode current collector 1011 . That is, the electrode 101 can manufacture an anode or cathode electrode by applying the electrode slurry on the electrode current collector (conductive foil) 1011 and coating it on the electrode current collector 1011, and a separator between the electrodes It can be performed by laminating through.
  • the electrode slurry may be non-uniformly coated on the electrode current collector. That is, the electrode slurry is irregularly coated on the edge portion 1013 of the electrode active material layer 1012 coated on the electrode, and accordingly, the edge portion 1013 of the electrode active material layer 1012 has a curved surface whose height decreases toward the end. is formed
  • the bonding step is a step of bonding the separator and the electrode in the laminate, and may be performed in various ways.
  • the bonding step may include a first front pressing step of pressing the front surface of the laminate 10; and a first partial pressing step of pressing the partial surfaces 12 having height differences in the laminate.
  • the first front pressing step is a step of pressing the entire surface 11 of the laminate 10, and may be performed in various ways.
  • the first front pressing step may be performed by pressing the entire surface 11 of the laminate 10 through the main pressing unit 110 described above.
  • the electrode slurry is non-uniformly coated on the electrode current collector, a difference in height occurs on the front surface of the laminate 10, and there is an unadhesive area on the partial surface 12 of the laminate where the edge of the electrode active material layer is located. can occur (see Fig. 1b).
  • the first partial surface pressing step is a step of pressing the partial surface 12 of the laminate 10 where the edge portion 1013 of the electrode active material layer 1012 is located, and may be performed in various ways. there is.
  • the first partial surface pressing step may be performed by pressing the partial surface 12 of the laminate 10 through the sub-pressing unit 120 .
  • the detailed configuration and effects of the sub-pressing unit 120 may be substituted for the above description.
  • the first partial surface pressing step the partial surface 12 of the laminate 10 is additionally pressed to form a gap between the edge portion 1013 of the electrode active material layer of the laminate 10 and the separator 102. It is possible to bond the unbonded area of At this time, of course, the first partial surface pressing step may be performed not only after performing the first front pressing step but also before performing the first front pressing step.
  • the electrode assembly manufacturing step is a step of manufacturing an electrode assembly in which a plurality of electrode units manufactured in the electrode unit manufacturing step and a separator sheet are stacked, and may be performed in various ways.
  • the electrode assembly may also be understood as a configuration corresponding to the above-described laminate 10, but in order to distinguish it from the electrode unit above, the electrode assembly will be described below.
  • the electrode units manufactured in the above-described electrode unit manufacturing step are arranged side by side on a separator sheet to prepare an electrode assembly, or after arranging the electrode units side by side on a separator sheet, the electrode unit And the electrode assembly may be manufactured by folding the separator sheets so that the separator sheets are alternately stacked.
  • a specific region of the electrode unit may have a relatively low height compared to other regions. Therefore, when manufacturing the electrode assembly, when the electrode units are arranged and stacked in parallel in one direction, an unbonded area between the electrode units and the separator sheet may be formed, and a surface located at a relatively low height among the front surfaces of the electrode assembly. can be formed.
  • the pressing of the electrode assembly is a step of pressing the electrode assembly, and may be performed in various ways.
  • the pressing of the electrode assembly may include a second front pressing step of pressing the front surface of the electrode assembly; and a second partial pressing step of pressing a partial surface of the electrode assembly having a height difference formed on an outer surface of the electrode assembly.
  • the second front pressing step is a step of pressing the front surface of the electrode assembly, and may be performed in various ways.
  • the second front pressing step may be performed by pressing the entire surface of the electrode assembly through the main pressing unit 110 described above.
  • a difference in height occurs on the front surface of the electrode assembly as described above, an unbonded area may occur on some surfaces including surfaces with a relatively low height among the entire surfaces.
  • the second partial surface pressing step is a step of pressing a partial surface on which a height difference is formed on the outer surface of the electrode assembly, and may be performed in various ways.
  • the second partial surface pressing step may be performed by pressing a partial surface of the electrode assembly where the edge portion of the electrode active material layer is located through the sub-pressing unit 120 .
  • the detailed configuration and effects of the sub-pressing unit 120 may be substituted for the above description.
  • the non-adhesive area of the electrode assembly may be improved by additionally pressing a partial surface of the electrode assembly.
  • the second partial surface pressing step may be performed not only after performing the second front pressing step but also before performing the second front pressing step.
  • the laminate is a bi-cell
  • a front image of the bi-cell manufactured according to the prior art hereinafter referred to as “comparative example”
  • an embodiment of the present invention A front image of a bi-cell manufactured according to the present invention
  • the black electrode-separator non-adhesive area on the upper part of the bi-cell that is, the edge portion B corresponding to the electrode tab It can be seen that this is formed.
  • the black electrode-separator non-adhesive area on the upper part of the bi-cell that is, the edge portion B corresponding to the electrode tab It can be seen that this is formed.

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Abstract

본 발명은 이차전지 제조장치 및 이를 이용하는 이차전지 제조방법에 관한 것으로서 보다 상세하게는 전극 단위체 내부의 전극 및 분리막의 미접착 영역 및 전극조립체 내부의 전극 단위체 및 분리막 시트의 미접착 영역을 개선할 수 있는 이차전지 제조장치 및 이를 이용하는 이차전지 제조방법에 관한 것이다. 본 발명은, 전극 및 분리막이 교대로 배치된 적층체를 가압하는 가압부를 포함하는 이차전지 제조장치에 있어서, 상기 가압부는, 상기 적층체의 전체 면을 가압하는 메인 가압부; 및 상기 전체 면 중 상기 전극에 구비된 전극활물질층의 엣지부가 위치한 상기 적층체의 일부 면을 가압하는 드럼부를 구비한 서브 가압부를 포함하며; 상기 드럼부는, 회전축을 가지는 몸체부; 및 상기 몸체부의 외주면에 구비되고, 상기 적층체의 일부 면을 가압하는 탄성부를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지 제조장치를 제공한다.

Description

이차전지 제조장치 및 이를 이용하는 이차전지 제조방법
관련출원과의 상호인용
본 출원은 2021년 09월 16일자 한국특허출원 제10-2021-0124357호 및 2022년 09월 13일자 한국특허출원 제10-2022-0115228호에 기초한 우선권의 이익을 주장하며, 해당 한국특허출원의 문헌에 개시된 모든 내용은 본 명세서의 일부로서 포함된다.
기술분야
본 발명은 이차전지 제조장치 및 이를 이용하는 이차전지 제조방법에 관한 것으로서 보다 상세하게는 전극 단위체 내부의 전극 및 분리막의 미접착 영역 및 전극조립체 내부의 전극 단위체 및 분리막 시트의 미접착 영역을 개선할 수 있는 이차전지 제조장치 및 이를 이용하는 이차전지 제조방법에 관한 것이다.
물질의 물리적 반응이나 화학적 반응을 통해 전기에너지를 생성시켜 외부로 전원을 공급하게 되는 전지(cell, battery)는 각종 전기전자 기기로 둘러싸여 있는 생활환경에 따라, 건물로 공급되는 교류 전원을 획득하지 못할 경우나 직류전원이 필요할 경우 사용하게 된다.
이와 같은 전지 중에서 화학적 반응을 이용하는 화학전지인 일차전지와 이차전지가 일반적으로 많이 사용되고 있는데, 일차전지는 건전지로 통칭되는 것으로 소모성 전지이다. 또한 이차전지는 전류와 물질 사이의 산화환원과정이 다수 반복 가능한 소재를 사용하여 제조되는 재충전식 전지로서, 전류에 의해 소재에 대한 환원반응이 수행되면 전원이 충전되고, 소재에 대한 산화반응이 수행되면 전원이 방전되는데, 이와 같은 충전-방전이 반복적으로 수행되면서 전기가 생성되게 된다.
이때, 이차 전지 중 리튬 이온 전지는, 양극 도전 포일과 음극 도전 포일에 각각 활물질, 도전재 및 바인더가 혼합되어 있는 전극 슬러리(slurry)를 일정한 두께로 코팅함으로써 전극을 제조하고, 양 도전 포일 사이에는 분리막이 개재되도록 하여 전극 단위체를 제조할 수 있다.
또한, 이차전지는 구조에 따라 분류될 수도 있다. 예를 들어, 상기 이차전지는 긴 시트형의 전극 단위체를 분리막 시트가 개재된 상태에서 대량 젤리 롤(jelly roll) 형태로 다수회 권취하여 전극조립체를 제조하고, 제조된 전극조립체를 원통형 캔 등에 수납하고 이를 밀봉처리하여 제작되는 원통형 이차전지와, 소정 크기 단위의 전극 단위체들을 분리막 시트를 개재한 상태로 적층되도록 폴딩하여 전극조립체를 제조하고, 제조된 전극조립체를 파우치에 수납하여 이를 밀봉처리하여 제작되는 파우치형 이차전지 등으로 분류될 수 있다.
한편, 전극 제조 시, 전극 슬러리의 점성으로 인하여 전극 슬러리가 도전 포일에 불균일하게 도포되어 전극 슬러리의 코팅 두께 차이가 발생하는 문제가 있었다. 이러한 전극 슬러리의 코팅 두께 차이는, 상기 전극을 포함하여 제조되는 전극 단위체 내부의 전극 및 분리막의 미접착 영역을 형성하였다. 또한, 파우치형 이차전지는 전극 단위체가 분리막 시트에 적층되어 제조되므로, 상기 전극 단위체를 포함하는 전극조립체 내부의 미접착 영역을 형성하게 되었다. 상기와 같은 미접착 영역은 음극 계면저항에 의한 리튬 석출의 원인이 되어 전극의 저항을 증가시키는 문제가 있었다.
본 발명은 위와 같은 문제를 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 과제는 전극 단위체 내부의 전극 및 분리막의 미접착 영역 및 전극조립체 내부의 전극 단위체 및 분리막 시트의 미접착 영역을 개선할 수 있는 이차전지 제조장치 및 이차전지 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명은, 전극 및 분리막이 교대로 배치된 적층체를 가압하는 가압부를 포함하는 이차전지 제조장치에 있어서, 상기 가압부는, 상기 적층체의 전체 면을 가압하는 메인 가압부; 및 상기 전체 면 중 상기 전극에 구비된 전극활물질층의 엣지부가 위치한 상기 적층체의 일부 면을 가압하는 드럼부를 구비한 서브 가압부를 포함하며; 상기 드럼부는, 회전축을 가지는 몸체부; 및 상기 몸체부의 외주면에 구비되고, 상기 적층체의 일부 면을 가압하는 탄성부를 포함할 수 있다.
상기 전극활물질의 엣지부는, 끝단으로 갈수록 높이가 줄어드는 곡면으로 형성되고, 상기 드럼부는, 상호 대응하는 상기 전극활물질층의 엣지부와 분리막 사이가 접착되도록 가압할 수 있다.
상기 탄성부는, 탄성 변형 가능하게 구비될 수 있다.
상기 탄성부는, 내부 공간이 형성되며, 상기 내부 공간에는, 미리 설정된 압력을 유지하도록 공기(air) 또는 유체가 충진될 수 있다.
상기 탄성부는, 변형이 가능한 합성수지로 마련되고, 상기 합성수지는, 실리콘 고무(silicone rubber)으로 마련될 수 있다.
상기 서브 가압부는, 상기 일부 면의 가압 시에만 형상이 변형될 수 있다.
상기 이차전지 제조장치는, 상기 서브 가압부가 상기 적층체의 상기 일부 면을 가압하는 압력을 검출하는 압력 검출부를 포함할 수 있다.
상기 압력 검출부는, 압력을 감지하는 센서부; 및 상기 센서부에 의해 감지된 압력을 표시하는 표시부를 포함할 수 있다.
상기 센서부는, 상기 적층체의 상기 일부 면을 사이에 두고 상기 서브 가압부와 마주보게 배치될 수 있다.
상기 적층체는, 상기 전극에 연결되는 전극 탭을 포함하며; 상기 서브 가압부는, 상기 전극 탭이 연결되고, 상기 전극에 구비된 전극활물질층의 엣지부가 위치한 상기 적층체의 일부 면을 가압할 수 있다.
상기 서브 가압부는, 상기 메인 가압부의 전방 및 후방 중 적어도 어느 하나에 배치될 수 있다.
상기 이차전지 제조장치는, 상기 가압부의 후방에 배치되며 상기 전극 및 상기 분리막이 적층된 상기 적층체에 열을 가하는 가열부를 포함하며; 상기 서브 가압부는, 상기 가열부 및 상기 메인 가압부의 사이에 배치될 수 있다.
상기 엣지부는, 상기 전극에 구비된 전극활물질층의 양쪽 단부에 각각 구비되고, 상기 드럼부는, 전극활물질층의 양쪽 단부에 각각 구비된 상기 엣지부가 위치한 상기 적층체의 일부 면만 각각 가압하게 한 쌍으로 마련될 수 있다.
상기 엣지부는, 상기 전극에 구비된 전극활물질층의 양쪽 단부에 각각 구비되고, 상기 드럼부는, 전극활물질층의 양쪽 단부에 각각 구비된 상기 엣지부가 위치한 상기 적층체의 일부 면을 포함하는 면을 가압할 수 있다.
상기 서브 가압부는, 상기 탄성부의 내부 공간에 충진된 공기(air) 또는 유체의 압력을 측정하는 압력센서를 더 포함할 수 있다.
상기 서브 가압부는, 상기 몸체부를 통해 상기 탄성부의 내부 공간에 공기(air) 또는 유체를 주입하는 주입부가 더 형성될 수 있다.
한편, 본 발명은 전극 및 분리막이 배치된 전극 단위체를 제조하는 전극 단위체 제조단계; 상기 전극 단위체 제조단계에서 제조된 다수의 전극 단위체사이에 분리막 시트를 배치하여 전극조립체를 제조하는 전극조립체 제조단계; 및 상기 전극조립체를 가압하는 전극조립체 가압단계를 포함하는 이차전지 제조방법으로서, 상기 전극 단위체 제조단계는, 상기 분리막과 상기 전극을 교대로 배치하여 적층체를 만드는 적층단계; 상기 적층체에 포함된 상기 분리막과 상기 전극을 접착시키는 접착단계를 포함하며; 상기 접착단계는, 상기 적층체의 전체 면을 가압하는 전체 면 가압단계; 및 상기 전체 면 중 상기 전극에 구비된 전극활물질층의 엣지부가 위치한 상기 적층체의 일부 면을 가압하는 제1 일부 면 가압단계를 포함할 수 있다.
상기 전극조립체 가압단계는, 상기 전극조립체의 전체 면을 가압하는 제2 전면 가압단계; 및 상기 전극조립체의 전체 면 중 상기 전극에 구비된 전극활물질층의 엣지부가 위치한 상기 전극조립체의 일부 면을 가압하는 제2 일부 면 가압단계를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 이차전지 제조장치 및 이를 이용하는 이차전지 제조방법은, 서브 가압부를 이용하여 적층체의 전면 중 적층체의 전극에 구비된 전극활물질층의 엣지부가 위치한 일부 면을 가압함으로써 적층체 내부의 미접착 영역을 개선할 수 있는 이점이 있다.
또한, 본 발명에 따른 이차전지 제조장치는, 탄성부를 포함하는 서브 가압부를 이용하여, 서브 가압부를 교체하지 않고도 적층체의 전면 중 일부 면의 다양한 크기 및 형상에 대응할 수 있는 이점이 있다.
또한, 본 발명에 따른 이차전지 제조장치는 압력 검출부를 포함함으로써 서브 가압부가 적층체를 가압하는 압력을 검출하여 검출된 압력을 기반으로, 적층체의 모델 및 공정 환경에 따른 공정성을 용이하게 관리할 수 있는 효과가 있다.
도 1a는, 본 발명의 적층체를 도시한 사시도이다.
도 1b는, 도 1a의 적층체를 측면에서 바라본 모습을 보여주는 측면도이다.
도 2는, 본 발명의 실시예 1에 따른 이차전지 제조장치를 위에서 아래로 내려다보는 모습을 보여주는 평면도이다.
도 3은, 도 2의 이차전지 제조장치를 측면에서 바라본 모습을 보여주는 측면도이다.
도 4a는, 도 2의 이차전지 제조장치에서 서브 가압부의 측면을 보다 상세하게 보여주는 측면도이다.
도 4b는, 도 2의 이차전지 제조장치에서 서브 가압부의 드럼부를 도시한 정면도이다.
도 4c는, 도 2의 이차전지 제조장치에서 서브 가압부의 드럼부를 도시한 측면도이다.
도 5a는, 도 2의 이차전지 제조장치에서 탄성부가 일 형상의 적층체를 가압하는 모습을 보다 상세하게 보여주는 확대도이다.
도 5b는, 도 2의 이차전지 제조장치에서 탄성부가 다른 형상의 적층체를 가압하는 모습을 보다 상세하게 보여주는 확대도이다.
도 5c는, 도 2의 이차전지 제조장치에서 탄성부가 또 다른 형상의 적층체를 가압하는 모습을 보다 상세하게 보여주는 확대도이다.
도 5d는 도 2의 이차전지 제조장치에서 다른 실시예의 서브 가압부가 적층체를 가압하는 모습을 보다 상세하게 보여주는 확대도이다.
도 6는, 도 2의 이차전지 제조장치에서 서브 가압부 및 압력 검출부의 모습을 보다 상세하게 보여주는 사시도이다.
도 7은, 종래의 이차전지 제조장치(a) 및 본 발명에 따른 이차전지 제조장치(b)에 의해 제조된 bi-cell의 미접착 영역의 형성을 비교하여 보여주는 이미지이다.
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.
본 발명은, 전극(101) 및 분리막(102)이 적층된 적층체(10)를 가압하는 가압부(100)를 포함하는 이차전지 제조장치를 제공할 수 있다.
먼저, 적층체(10)는, 전극(101) 및 분리막(102)이 적층된 구성으로서, 다양한 구성이 가능하다. 이때, 상기 적층체(10)는, 전극(101) 및 분리막(102)이 적층된 전극 단위체, 즉 단위 셀로서, bi-cell, mono-cell 및 full-cell 중 어느 하나를 의미할 수 있으며, 전극(101) 및 분리막(102)이 적층된 다수의 전극 단위체(단위 셀)와 분리막 시트(20)가 적층된 전극조립체를 의미할 수도 있다.
상기 전극(101)은 도 1b를 참조하면, 전극 집전체(1011)와, 상기 전극 집전체(1011)의 표면에 코팅되는 전극 활물질층(1012)을 포함한다.
여기서 전극조립체는 다수의 상기 전극 단위체와 분리막 시트가 적층된 구조라면 어떠한 구조나 가능하다. 일례로서, 상기 전극조립체는 분리막 시트 상에 다수의 전극 단위체가 배열 또는 나열된 구조를 가질 수 있다. 다른 예로서, 상기 전극조립체는 다수의 상기 전극 단위체가 분리막 시트 상에서 배열 또는 나열된 후, 상기 전극 단위체와 상기 분리막 시트가 교대로 적층되어 폴딩된 구조를 가질 수 있다.
여기서 상기 적층체(10)는, 전극과 분리막, 전극 단위체와 분리막 시트를 서로 접착시키기 위하여 후술하는 가압부(100)에 의하여 가압될 수 있다. 이때 상기 적층체(10)에서 가압부(100)에 마주보게 구비되어 가압되는 면의 전체는, 전체 면(11)으로 정의될 수 있다.
한편, 전술한 바와 같이, 상기 전체 면(11)은, 전극 슬러리가 전극 집전체(ex. 도전 포일)상에 불균일하게 도포되므로 높이 차이가 형성될 수 있다. 특히 전체 면(11) 중 상대적으로 높이가 낮게 형성된 면은 가압 공정 수행 시 가압이 어려우므로 전극-분리막 또는 전극 단위체-분리막 시트가 미접착된 미접착 영역으로 남게 되며, 이는 음극 계면 상의 리튬 석출 원인이 될 수 있다.
보다 상세하게 전체 면(11)은, 도 1a 내지 도 1b에 도시된 바와 같이, 적층체(10)의 전체 면(11) 중 높이가 상대적으로 낮게 형성된 면을 포함하는 일부 면(12)과, 전극 슬러리가 전극 집전체 상에 균일하게 도포되어 높이가 일정하게 형성된 나머지 면(13)을 포함할 수 있다. 한편 도면 상에서, 적층체(10)에 도시된 점선은, 일부 면(12)과 나머지 면(13)을 구분하기 위함이며, 상기 적층체(10) 내부 구조가 분리됨을 의미하는 것은 아니다.
여기서, 일부 면(12)은, 전극 슬러리가 전극 집전체 상에 덜 도포되어 적층체(10)의 전체 면(11) 중 높이가 상대적으로 낮게 형성된 면을 포함하는 면으로서, 다양하게 구성될 수 있다.
일례로서, 상기 일부 면(12)은, 높이 차가 형성되는 면으로, 도 1b에 도시된 바와 같이, 전체 면(11) 중 높이가 상대적으로 낮게 형성된 제1 일부 면(12a)과, 상기 제1 일부 면(12a)의 높이보다 높게 형성되는 제2 일부 면(12b)을 포함할 수 있다.
여기서 제1 일부 면(12a)은, 전체 면 중 상대적으로 높이가 낮게 형성된 면으로서, 상기 전체 면(11) 중 상기 전극(101)에 구비된 전극 활물질층(1012)의 엣지부(1013)가 위치한 상기 적층체(10)의 표면일 수 있다. 한편, 전극 활물질층(1012)의 엣지부(1013)는 전극 슬러리가 흘러내면서 끝단으로 갈수록 높이가 줄어드는 곡면으로 형성되고, 곡면인 엣지부(1013)에 의해 엣지부가 위치한 상기 적층체(10)의 표면은 낮은 높이를 가지게 된다. 이에 따라 상호 대응하는 전극활물질층(1012)의 엣지부(1013)와 분리막(102) 사이는 접착되지 않은 상태를 유지한다. 본 발명의 기술적 특징은 상호 접착되지 않은 전극활물질층의 엣지부(1013)와 분리막(102) 사이를 접착하기 위한 것이다.
그리고, 제2 일부 면(12b)은, 제1 일부 면(12a)보다 높게 형성된 면으로서, 상기 적층체(10)의 모델 별 크기 및 상기 적층체(10) 내의 전극 슬러리가 불균일하게 도포된 정도에 따라 상기 제1 일부 면(12a)을 기준으로 다양한 방향에 형성될 수 있다.
예를 들어, 제2 일부 면(12b)은, 도 1b에 도시된 바와 같이, 상기 제1 일부 면(12a)과, 나머지 면(13) 사이에 형성될 수 있다. 다만, 상기 제2 일부 면(12b)의 형성은 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 제1 일부 면(12a)에 의해 둘러싸이거나, 상기 제1 일부 면(12a)을 둘러싸면서 형성되는 등 다양하게 형성될 수 있음은 물론이다.
다른 예로서, 상기 일부 면(12)은, 전체 면(11) 중 높이가 상대적으로 낮게 형성된 제1 일부 면(12a)만으로 구성될 수도 있음은 물론이다.
한편, 상기 일부 면(12)은, 상기 적층체(10)의 어느 부위에나 위치될 수도 있다.
예를 들어, 적층체(10)의 길이가 길어질수록 전극 슬러리 도포 시 전극 집전체의 가장자리에 전극 슬러리가 덜 도달하기 쉬우므로 상기 일부 면(12)은, 상기 적층체(10)의 가장자리에 대응되도록 위치될 수 있다.
특히, 일부 면(12)은, 적층체(10)의 가장자리 영역 중, 전극 탭(14)이 위치하는 적층체(10)의 가장자리 영역에 대응되어 위치될 수 있다.
이는 전극 제조 시, 하나의 전극 집전체의 중앙부에 전극 슬러리를 도포 및 건조한 후, 중앙부를 자름으로써 2개의 전극을 제조하는 경우, 본래 전극 집전체의 중앙부에 해당했던 적층체(10)의 가장자리 영역에는 전극 슬러리가 충분히 도포되어 있을 것으로 예상되나, 전극 탭(14)이 위치되는 전극 집전체의 가장자리 영역은 전극 슬러리가 상대적으로 덜 도달하기 쉽기 때문으로 이해될 수 있다.
여기서 전극 탭(14)은 전극 슬러리가 코팅되기 이전에 전극 집전체 상에 노칭(notching)공정을 통해 형성되거나, 전극 슬러리 코팅 이후에 상기 전극 집전체의 어느 한 부위에 부착됨으로써 전극과 연결될 수 있다.
한편, 가압부(100)는 상기 적층체(10)를 가압하는 구성으로서, 다양한 구성이 가능하다.
구체적으로 본 발명에 따른 상기 가압부(100)는, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 적층체(10)의 전체 면(11)을 가압하는 메인 가압부(110); 및 상기 적층체(10)의 일부 면(12)을 가압하는 서브 가압부(120)를 포함할 수 있다.
여기서 메인 가압부(110)는, 상기 적층체(10)의 전체 면(11)을 가압하는 구성으로서, 다양한 구성이 가능하다.
예를 들어, 상기 메인 가압부(110)는, 상기 적층체(10)를 회전하면서 가압하는 롤러(roller) 또는 상기 적층체(10)를 상하방향으로 이동하면서 가압하는 프레스(press)로 구성될 수 있다.
이때, 상기 적층체(10)가 전극 단위체인 경우, 상기 메인 가압부(110)는 롤러(roller)로 구비될 수 있으며, 상기 적층체(10)가 전극조립체인 경우, 상기 메인 가압부(110)는 프레스(press)로 구비될 수 있다.
한편, 서브 가압부(120)는, 상기 적층체(10)의 일부 면(12)을 가압하는 구성으로서, 다양한 구성이 가능하다.
보다 상세하게 상기 서브 가압부(120)는, 상기 메인 가압부(110)의 전방 및 후방 중 적어도 어느 하나에 배치되어, 상기 적층체(10) 전체 면(11)의 가압 이전 및/또는 전체 면(11)의 가압 이후에 상기 적층체(10)의 일부 면(12)을 가압할 수 있다. 이에 상기 서브 가압부(120)는, 상기 전극(101)에 구비된 전극 활물질층(1012)의 엣지부(1013)가 위치한 일부 면(12)을 가압함으로써 적층체(10)의 미접착 영역, 즉 상호 대응하는 전극활물질층의 엣지부(1013)와 분리막(102)의 미접착 영역을 접착할 수 있다. 한편, 적층체(10)의 컨베이어 벨트 상 진행방향을 향하는 방향을 전방이라 하고, 전방의 반대 방향을 후방이라 할 수 있다.
그리고, 상기 서브 가압부(120)는, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 적층체(10)의 전체 면 중 상기 전극에 구비된 전극 활물질층의 엣지부(1013)가 위치한 상기 적층체(10)의 일부 면(12)을 가압하는 드럼부(121)를 포함할 수 있다.
상기 드럼부(121)는, 상기 적층체(10)의 상기 일부 면(12)을 회전하면서 가압하는 구성으로서, 다양한 구성이 가능하다.
보다 자세히 설명하면, 적층체(10)는 모델 별로 각각 다양한 길이 및 폭으로 형성되는 동시에, 전극 슬러리가 불균일하게 도포되는 영역이 각 적층체(10)마다 불규칙하게 형성되므로, 적층체(10)의 전면(11) 중 높이가 상대적으로 낮게 형성된 면(ex. 제1 일부 면(12a))의 면적은 개별 적층체(10)마다 다양한 크기로 형성될 수 있다.
이때, 서브 가압부(120)의 드럼부(121)가 단단한 소재(ex. steel)만으로 이루어져 일부 면(12)의 가압 시 형상의 변형이 불가한 경우, 상기 드럼부(121)는, 전체 면(11) 중 높이가 상대적으로 낮게 형성된 면의 다양한 크기 및 형상에 대응하지 못하게 된다. 이에 사용자가 이를 고려하여 서브 가압부(120)를 번번이 교체해야하는 번거로움이 발생할 수 있다.
이에 본 발명에서는, 서브 가압부(120) 또는 서브 가압부(120)에 구성된 드럼부(121)를 교체하지 않고도, 개별 적층체(10)의 전체 면(11) 중 전극 활물질층의 엣지부(1013)가 위치한 상기 적층체의 일부 면(12)의 다양한 변화에 대응할 수 있는 드럼부(121)를 구성한 바, 이하에서 상기 드럼부(121)에 대하여 자세히 설명한다.
여기서 상기 드럼부(121)는, 도 4a 내지 도 4c에 도시된 바와 같이, 상기 회전축(122)을 가지는 몸체부(121a) 및 상기 몸체부(121a)의 외주면을 따라 고정결합되도록 구비되며, 탄성 변형 가능하게 구비되는 탄성부(121b)를 포함할 수 있다.
여기서 몸체부(121a)는, 상기 회전축(122)과 결합하는 구성으로서, 다양한 구성이 가능하다.
이와 같은 구성을 가진 드럼부(121)는, 도 5a에 도시된 바와 같이, 회전축(122)에 의해 몸체부(121a)가 회전하면, 몸체부(121a)와 연동하여 탄성부(121b)가 회전하면서 전극 활물질층의 엣지부(1013)가 위치한 상기 적층체(10)의 일부 면(12)을 가압한다. 이때 탄성부(121b)는 상기 적층체(10)의 일부 면(12) 가압시 변형되는 적층체(10)의 형태에 따라 변형되면서 상기 적층체(10)의 일부 면(12) 전체를 안정적으로 가압할 수 있고, 특히 상호 대응하는 전극활물질층의 엣지부(1013)와 분리막(102)의 미접착 영역을 접착할 수 있다.
보다 상세하게, 상기 몸체부(121a)는 회전축(122)으로부터 회전력을 전달받아, 상기 드럼부(121)를 회전시키는 구성으로서, 다양한 형상을 가질 수 있다. 예를 들어 상기 몸체부(121a)는, 원통형의 실린더 형상, 복수개의 바퀴살이 형성된 휠(wheel)의 형상 등을 가질 수 있다.
여기서 상기 탄성부(121b)는, 상기 몸체부(121a)의 외주면을 따라 고정결합되도록 구비되며, 탄성 변형 가능하게 구비되는 구성으로서, 다양한 구성이 가능하다.
즉, 상기 탄성부(121b)는, 도 4a 내지 도 4c에 도시되어 있는 것과 같이, 내부 공간(121c)이 형성되고, 상기 내부 공간(121c)에는, 미리 설정된 압력을 유지하도록 공기(air) 또는 유체가 충진되는 구조를 가진다. 일례로, 탄성부(121b)는 공기가 충진되는 자전거 바퀴 형태를 가질 수 있다.
이하에서는 상기 탄성부(121b)가 상기 전체 면(11) 중 전극 활물질층의 엣지부가 위치한 상기 적층체의 일부 면의 다양한 변화에 대응하는 경우에 대해 보다 자세히 설명한다. 이때, 후술하는 일부 면(12)의 폭, 제1 일부 면(12a)의 폭 및 드럼부(121)의 폭은 적층체(10)의 컨베이어 벨트 진행방향을 길이방향으로 하는 폭으로 이해될 수 있다.
구체적으로, 상기 탄성부(121b)는, 상기 일부 면(12)의 가압 시 가압 면의 형상이 변형 가능한 탄성 재질을 가짐으로써 드럼부(121)가 전체 면(11) 중 전극 활물질층의 엣지부(1013)가 위치한 상기 적층체(10)의 일부 면(12)의 다양한 변화에 대응할 수 있다.
일례로서, 상기 드럼부(121)는, 도 5a에 도시된 바와 같이, 전극 활물질층(1012)의 엣지부가 위치한 상기 적층체의 일부 면을 가압할 경우, 탄성부(121b)가 일부 면(12)을 가압하는 탄성부(121b)의 가압면이 상기 일부 면(12)의 형상에 대응하여 단차지게 변형될 수 있다. 이에 상기 서브 가압부(120)는, 상기 제1 일부 면(12a) 및 제2 일부 면(12b)을 포함한 일부 면(12)의 모든 부분을 가압할 수 있다.
다른 예로서, 상기 드럼부(121)는, 도 5b에 도시된 바와 같이, 2개의 전극 탭(14)이 전극의 양쪽 방향으로 각각 인출되는 적층체(10)의 경우, 전극 활물질층(1012)의 엣지부(1013)는, 상기 전극에 구비된 전극 활물질층의 양쪽 단부에 각각 구비되고, 이에 따라 전극 활물질층의 양쪽 단부에 각각 구비된 상기 엣지부(1013)가 위치한 상기 적층체(10)의 일부 면(12)을 각각 가압하게 한 쌍으로 마련될 수 있다. 즉, 한 쌍의 드럼부(121)는 상기 적층체의 양쪽에 위치한 일부 면(12)을 각각 가압할 수 있다.
특히 탄성부(121b)는 일부 면(12)의 폭이 드럼부(121)의 폭보다 크게 형성된 경우, 탄성부(121b)의 가압면이 일부 면(12)의 폭 방향으로 퍼짐으로써 상기 일부 면(12)의 모든 부분을 가압할 수 있다.
또 다른 예로서, 드럼부(121)는, 도 5c에 도시된 바와 같이, 2개의 전극 탭(14)이 전극의 양쪽 방향으로 각각 인출되는 적층체(10)의 경우, 전극 활물질층의 양쪽 단부에 각각 구비된 상기 엣지부(1013)가 위치한 상기 적층체(10)의 일부 면(12)을 포함하는 면 전체를 가압할 수 있다. 즉, 하나의 드럼부(121)로 엣지부가 위치한 상기 적층체의 일부 면을 포함하는 면 전체를 가압할 수 있다.
또 다른 예로서, 서브 가압부는, 도 5d에 도시된 바와 같이, 적층체(10)의 상면과 하면에 대응되게 각각 배치되고, 적층체의 일부 면(12) 상부와 하부를 동시에 가압할 수 있다. 여기서 적층체 하부에 배치된 서브 가압부는 하부 서브 가압부(120')라 하고, 적층체의 상부에 배치된 서브 가압부는 상부 서브 가압부(120”)라 한다. 즉, 하부 서브 가압부(120')를 적층체(10)의 일부 면(12) 하부에 지지시킨 상태로, 상부 서부 가압부(120”)를 적층체의 일부 면 상부를 가압한다. 그러면 상부 및 하부 서브 가압부 사이에 위치한 적층체의 일부 면이 가압되며, 그 결과 전극 활물질층의 양쪽 단부에 각각 구비된 상기 엣지부(1013)가 위치한 상기 적층체(10)의 일부 면 보다 효과적으로 가압할 수 있다.
한편, 탄성부(121b)는, 탄성 변형 가능한 다양한 재질을 가질 수 있다. 예를 들어, 상기 탄성부(121b)는, 변형이 가능한 합성수지로 마련되고, 상기 합성수지는 실리콘 고무(silicone rubber) 중 어느 하나를 포함하는 재질을 가질 수 있다.
한편, 상기 서브 가압부(120)의 탄성부(121b)는, 상기 일부 면의 가압 시에만 형상이 변형될 수 있다. 그리고 상기 탄성부(121b)는 다양한 구조를 가질 수 있다.
일례로서, 상기 탄성부(121b)는, 소정의 두께를 가지며 탄성 재질로만 이루어진 패드(pad) 구조를 가질 수 있으며, 다른 예로서, 상기 탄성부(121b)는, 내부 공간이 형성되며, 상기 내부 공간에는 미리 설정된 압력을 유지하도록 공기(air) 또는 유체가 충진 된 타이어 구조를 가질 수 있다.
여기서 미리 설정된 압력은, 상기 탄성부(121b)가 상기 일부 면(12)의 가압과 함께 탄성 변형 가능하게 하는, 소정의 압력 값일 수 있다.
이때, 상기 미리 설정된 압력은, 상기 탄성부(121b)의 재질 및 크기 등에 따라 사용자에 의해 다양하게 설정될 수 있으며, 후술할 압력 검출부(300)에 의해 서브 가압부(120)가 적층체(10)의 일부 면(12)을 가압하는 압력 값을 피드백 받음으로써 조절될 수도 있음은 물론이다.
또한, 상기 서브 가압부(120)는, 상기 탄성부(121b)의 내부 공간에 충진된 공기(air) 또는 유체의 압력을 측정하는 압력센서(123)를 더 포함할 수 있다. 상기 압력센서(123)는 몸체부(121a)에 형성되고 탄성부(121b)의 내부와 연결되는 관통홀에 마련될 수 있다. 이에 따라 외부에서도 탄성부(121b)의 내부 압력을 손쉽게 확인할 수 있다.
또한, 상기 서브 가압부(120)는, 상기 몸체부(121a)를 통해 상기 탄성부(121b)의 내부 공간에 공기(air) 또는 유체를 주입하는 주입부(124)가 더 형성될 수 있다. 이에 따라 탄성부(121b)의 내부 압력이 낮아지거나 높을 경우 주입부(124)를 통해 주입하거나 또는 배출시켜서 일정하게 유지시킬 수 있다. 한편, 상기 서브 가압부(120)는, 일부 면(12)의 가압 시 형상이 변형될 수 있는 구성이라면 어떠한 구성이나 가능하며, 상술한 탄성부(121b)를 구비하는 경우에 한정되는 것은 아니다.
한편, 회전축(122)은, 상기 드럼부(121)와 결합하여 상기 드럼부를 회전시키는 구성으로서, 다양한 구성이 가능하다.
예를 들어 상기 회전축(122)은 일단이 구동모터와 연결되어 회전력을 전달받으며, 상기 구동모터의 회전력을 상술한 몸체부(121a)에 전달할 수 있다. 또한, 상기 회전축(122)은, 상기 회전축(122) 및 상기 몸체부(121a) 사이에서 상기 회전축(122)의 외주면을 둘러싸면서 구비되는 베어링(미도시)을 포함할 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 상기 이차전지 제조장치는, 도 6에 도시된 바와 같이, 압력 검출부(300)를 추가로 포함할 수 있다.
여기서 압력 검출부(300)는, 상기 서브 가압부(120)가 상기 적층체(10)의 상기 일부 면(12)을 가압하는 압력을 검출하는 구성으로서, 다양한 구성이 가능하다.
즉, 본 발명에 따른 이차전지 제조장치의 사용자는 상기 압력 검출부(300)를 통해 상기 서브 가압부(120)가 상기 적층체(10)를 가압하는 압력을 검출함으로써 적층체(10) 모델별, 공정환경별로 가해지는 압력 데이터를 이용하여 적층체(10) 모델별, 공정환경별에 따른 공정성을 관리할 수 있는 이점이 있다.
한편, 상기 압력 검출부(300)는, 다양한 위치에 배치될 수 있다. 예를 들어, 상기 압력 검출부(300)는, 상기 서브 가압부(120)에 대응되는 위치에서 컨베이어 벨트의 하측에 배치될 수 있다.
또한, 상기 압력 검출부(300)는, 도 6에 도시된 바와 같이, 압력을 감지하는 센서부(310); 및 상기 센서부(310)에 의해 감지된 압력을 표시하는 표시부(320)를 포함할 수 있다.
여기서 센서부(310)는, 압력을 감지하는 구성으로서, 다양한 구성이 가능하다.
즉, 상기 센서부(310)는, 압력을 감지하는 기계식, 전자식, 반도체식 압력센서를 포함할 수 있으며, 요구되는 압력의 범위 및 압력측정 환경에 따라 다양한 종류의 압력센서가 사용될 수 있다.
또한, 상기 센서부(310)는, 다양한 위치에 배치될 수 있다. 다만, 상기 센서부(310)는, 상기 서브 가압부(120)가 상기 일부 면(12)을 가압할 시, 일부 면(12)에 가해지는 압력을 측정하기 위하여, 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 적층체(10)의 상기 일부 면(12)을 사이에 두고 상기 서브 가압부(120)와 마주보게 배치됨이 바람직하다. 즉, 센서부(310)는 적층체(10)의 일부 면(12)이 통과하는 라인 상에 배치될 수 있다.
한편, 표시부(320)는, 상기 센서부(310)에 의해 감지된 압력을 표시하는 구성으로서, 다양한 구성이 가능하다.
즉, 상기 표시부(320)는, 상기 센서부(310)에 의하여 감지된 압력 데이터를 사용자에게 제공하는 구성이라면 어떠한 구성이나 가능하며, 예를 들어, 상기 압력 데이터를 화상으로 출력할 수 있는 디스플레이(display) 장치를 포함할 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 이차전지 제조장치는, 상기 전극 및 상기 분리막이 적층된 상기 적층체(10)에 열을 가하는 가열부(200)를 추가로 포함할 수 있다.
여기서 가열부(200)는, 상기 가압부(100)의 후방에 배치되며 상기 전극 및 상기 분리막이 적층된 상기 적층체(10)에 열을 가하는 구성으로서, 다양한 구성이 가능하다. 전술한 바와 같이 상기 후방은, 적층체(10)의 컨베이어 벨트 상 진행방향을 향하는 방향의 반대 방향을 의미할 수 있다.
보다 상세하게 상기 가열부(200)는, 가압부(100)의 후방에 배치되어, 상기 가압부(100)가 적층체(10)를 가압하기 이전에 적층체(10)에 열을 가할 수 있다. 즉, 상기 적층체(10)는 온도가 상승되면서 전극 및 분리막 간의 접착력이 향상되며, 제조과정에서 적층체 내부의 전극, 분리막 및 분리막 시트 등에 형성된 주름이 개선될 수 있다.
이때, 상기 적층체(10)는, 실온 초과의 온도로 가열될 수 있다. 여기서 상기 실온의 의미는, 당업계에 'room temperature' 또는 상온이라 칭하여지는 온도 범위를 말한다. 즉, 실험실, 연구실 등의 온도를 뜻하며, 특히 온도를 지정하거나 조절을 하지 않고 실험을 진행한 경우라든가 시료와 물질을 실내에 방치한 경우에 사용되는 온도 조건의 표현으로서, 실내의 대기 온도를 말한다. 일반적으로 인간이 쾌적하게 지낼 수 있는 온도로서, 보통 15℃ 내지 20℃ 전후이다.
한편, 상기 서브 가압부(120)는, 전술한 바와 같이, 다양한 위치에 배치될 수 있으나, 적층체(10)가 가열된 상태에서 서브 가압부(120)가 일부 면(12)을 가압하는 경우, 적층체(10) 내부 미접착 영역이 보다 효과적으로 개선될 수 있으므로, 상기 서브 가압부(120)는, 도 2 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 가열부(200) 및 상기 메인 가압부(110)의 사이에 배치됨이 바람직할 수 있다.
이하, 본 발명의 이차전지 제조장치를 이용한 이차전지 제조방법을 설명한다.
한편, 본 발명의 이차전지 제조방법은, 전극 및 분리막이 적층된 전극 단위체를 제조하는 전극 단위체 제조단계; 상기 전극 단위체 제조단계에서 제조된 다수의 전극 단위체와 분리막 시트가 적층된 전극조립체를 제조하는 전극조립체 제조단계; 및 상기 전극조립체를 가압하는 전극조립체 가압단계를 포함하는 이차전지 제조방법을 제공한다.
여기서 전극 단위체 제조단계는, 전극(101) 및 분리막(102)이 적층된 전극 단위체를 제조하는 단계로서, 다양한 방법으로 수행될 수 있다.
예를 들어, 상기 전극 단위체 제조단계는, 상기 분리막(102)에 상기 전극(101)을 적층하여 적층체(10)를 만드는 적층단계; 상기 적층체(10) 내 상기 분리막과 상기 전극을 접착시키는 접착단계를 포함할 수 있다.
여기서 적층단계는, 상기 분리막(102)에 상기 전극(101)을 적층하여 적층체(10)를 만드는 단계로서, 다양한 방법으로 수행될 수 있다.
이때, 전극(101)은 전극 집전체(1011)와 전극 집전체(1011)에 코팅되는 전극 활물질층(1012)을 포함한다. 즉, 전극(101)은 전극 슬러리를 전극 집전체(도전포일)(1011) 상에 도포하여 전극 집전체(1011) 상에 코팅함으로써 양극 또는 음극의 전극을 제조할 수 있으며, 상기 전극 사이에 분리막을 개재하여 적층함으로써 수행될 수 있다. 다만, 전극 제조과정에서 전극 슬러리가 전극 집전체 상에 불균일하게 코팅될 수 있다. 즉, 전극에 코팅된 전극 활물질층(1012)의 엣지부(1013)는 전극 슬러리가 불규칙하게 코팅되며, 이에 따라 전극 활물질층(1012)의 엣지부(1013)는 끝단으로 갈수록 높이가 줄어드는 곡면으로 형성된다.
한편, 접착단계는, 상기 적층체 내 상기 분리막과 상기 전극을 접착시키는 단계로서, 다양한 방법으로 수행될 수 있다.
예를 들어, 상기 접착단계는, 상기 적층체(10)의 전면을 가압하는 제1 전면 가압단계; 및 상기 적층체에서 높낮이 차이가 형성된 일부 면(12)을 가압하는 제1 일부 면 가압단계를 포함할 수 있다.
여기서 상기 제1 전면 가압단계는, 상기 적층체(10)의 전체 면(11)을 가압하는 단계로서, 다양한 방법으로 수행될 수 있다.
이때, 상기 제1 전면 가압단계는, 상술한 메인 가압부(110)를 통해서 적층체(10)의 전체 면(11)을 가압함으로써 수행될 수 있다. 다만, 전극 슬러리가 전극 집전체 상에 불균일하게 코팅되어 적층체(10)의 전면에 높이 차가 발생하는 바, 전면 중 전극 활물질층의 엣지부가 위치한 상기 적층체의 일부 면(12)에는 미접착 영역이 발생할 수 있다(도 1b 참조).
한편, 상기 제1 일부 면 가압단계는, 상기 전극 활물질층(1012)의 엣지부(1013)가 위치한 상기 적층체(10)의 일부 면(12)을 가압하는 단계로서, 다양한 방법으로 수행될 수 있다.
구체적으로 상기 제1 일부 면 가압단계는, 서브 가압부(120)를 통해서 적층체(10)의 일부 면(12)을 가압함으로써 수행될 수 있다. 여기서 상기 서브 가압부(120)의 자세한 구성 및 효과는 전술한 내용에 갈음할 수 있다.
즉, 상기 제1 일부 면 가압단계는, 상기 적층체(10)의 일부 면(12)을 추가로 가압함으로써 상기 적층체(10)의 전극활물질층의 엣지부(1013)와 분리막(102) 사이의 미접착 영역을 접착할 수 있다. 이때 상기 제1 일부 면 가압단계는, 상기 제1 전면 가압단계 수행 이후뿐만 아니라, 제1 전면 가압단계 수행 이전에도 수행될 수 있음은 물론이다.
한편, 전극조립체 제조단계는, 상기 전극 단위체 제조단계에서 제조된 다수의 전극 단위체와 분리막 시트가 적층된 전극조립체를 제조하는 단계로서, 다양한 방법으로 수행될 수 있다. 이때 전극조립체 역시 상술한 적층체(10)에 대응되는 구성으로 이해될 수 있으나, 앞서 전극 단위체와의 구별을 위하여, 이하에서 전극조립체로 설명한다.
구체적으로 상기 전극조립체 제조단계는, 상술한 전극 단위체 제조단계에서 제조된 전극 단위체들을 분리막 시트에 나란하게 배열하여 전극조립체를 제조하거나, 상기 전극 단위체들을 분리막 시트에 나란하게 배열한 뒤, 상기 전극 단위체 및 분리막 시트가 교대로 적층되도록 상기 분리막 시트를 폴딩함으로써 전극조립체를 제조할 수 있다.
다만, 전극 및 분리막 사이에 미접착 영역이 발생한 전극 단위체의 경우, 상기 전극 단위체의 특정 영역은 타 영역에 비하여 상대적으로 높이가 낮게 형성될 수 있다. 이에 전극조립체 제조 시, 상기 전극 단위체들을 일 방향을 향하여 평행하게 배치하여 적층하는 경우, 전극 단위체와 분리막 시트간의 미접착 영역이 형성될 수 있으며, 전극조립체의 전면 중 상대적으로 높이가 낮게 위치되는 면이 형성될 수 있다.
한편, 상기 전극조립체 가압단계는, 전극조립체를 가압하는 단계로서, 다양한 방법으로 수행될 수 있다.
예를 들어, 상기 전극조립체 가압단계는, 상기 전극조립체의 전면을 가압하는 제2 전면 가압단계; 및 상기 전극조립체에서 외면에 높낮이 차이가 형성된 일부 면을 가압하는 제2 일부 면 가압단계를 포함할 수 있다.
여기서 제2 전면 가압단계는, 상기 전극조립체의 전면을 가압하는 단계로서, 다양한 방법으로 수행될 수 있다.
이때, 상기 제2 전면 가압단계는, 상술한 메인 가압부(110)를 통해서 전극조립체의 전체 면을 가압함으로써 수행될 수 있다. 다만, 상술한 바와 같이 전극조립체의 전면에 높이 차가 발생하는 바, 전체 면 중 상대적으로 높이가 낮은 면을 포함하는 일부 면에는 미접착 영역이 발생할 수 있다.
한편, 제2 일부 면 가압단계는, 상기 전극조립체에서 외면에 높낮이 차이가 형성된 일부 면을 가압하는 단계로서, 다양한 방법으로 수행될 수 있다.
구체적으로 상기 제2 일부 면 가압단계는, 서브 가압부(120)를 통해서 전극 활물질층의 엣지부가 위치한 전극조립체의 일부 면을 가압함으로써 수행될 수 있다. 여기서 상기 서브 가압부(120)의 자세한 구성 및 효과는 전술한 내용에 갈음할 수 있다.
즉, 상기 제2 일부 면 가압단계는, 상기 전극조립체의 일부 면을 추가로 가압함으로써 상기 전극조립체의 미접착 영역을 개선할 수 있다. 이때 상기 제2 일부 면 가압단계는, 상기 제2 전면 가압단계 수행 이후뿐만 아니라, 제2 전면 가압단계 수행 이전에도 수행될 수 있음은 물론이다.
이하에서는 도 7을 참조하여, 본 발명 적용 여부에 따른 적층체의 미접착 영역의 크기를 살펴본다. 여기서 적층체는 bi-cell이며, 도 7의 (a)에는 종래 기술에 따라 제조된 bi-cell의 전면 이미지(이하 “비교예”라 한다)가 개시되어 있으며, 도 7의 (b)에는 본 발명에 따라 제조된 bi-cell의 전면 이미지(이하 “본 발명의 실시예”라 한다)가 개시되어 있다.
먼저, 도 7(a)의 비교예에 의해 형성된 bi-cell의 전면 이미지를 살펴보면, bi-cell의 상부, 즉, 전극 탭에 대응하는 가장자리부(B)에 검은 색의 전극-분리막 미접착 영역이 형성되어 있음을 알 수 있다. 또한 상기와 같은 단위 셀을 포함하는 전극조립체의 경우, 단위 셀-분리막 시트 간의 미접착 영역이 발생할 것이 예상되므로 음극 상에 리튬이 석출되어 전극의 저항이 증가할 수 있다. 이에 이차전지의 성능이 저하되는 문제가 발생할 수 있다.
반면에 도 7(b)의 본 발명의 실시예에 따라 형성된 bi-cell의 전면 이미지를 살펴보면, bi-cell의 상부, 즉, 전극 탭에 대응하는 가장자리부(B)에 미접착 영역이 거의 형성되어 있지 않음을 알 수 있다. 이로써 본 발명의 실시예에 따라 형성되는 전극 단위체는, 전극 단위체 내부의 전극-분리막의 미접착 영역뿐만 아니라, 전극조립체 상에서 단위셀 및 분리막 시트 간의 미접착 영역 또한 거의 형성하지 않을 것이 예상 되므로 음극 상에 계면 저항에 의한 리튬 석출을 최소화하여 이차전지의 성능을 개선시킬 수 있는 이점이 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 : 적층체
11 : 전면
12 : 일부 면
12a: 제1 일부 면
12b: 제2 일부 면
13 : 나머지 면
14 : 전극 탭
101: 전극
1011: 전극 집전체
1012: 전극 활물질층
1013: 엣지부
102: 분리막
20: 전극시트
100 : 가압부
110 : 메인 가압부
120 : 서브 가압부
121 : 드럼부
121a: 몸체부
121b: 탄성부
122 : 회전축
123: 압력센서
124: 주입부
200 : 가열부
300 : 압력 검출부
310 : 센서부
320 : 표시부

Claims (19)

  1. 전극 및 분리막이 교대로 배치된 적층체를 가압하는 가압부를 포함하는 이차전지 제조장치에 있어서,
    상기 가압부는,
    상기 적층체의 전체 면을 가압하는 메인 가압부; 및
    상기 적층체의 전체 면 중 상기 전극에 구비된 전극활물질층의 엣지부가 위치한 상기 적층체의 일부 면을 가압하는 드럼부를 구비한 서브 가압부를 포함하며;
    상기 드럼부는,
    회전축을 가지는 몸체부; 및
    상기 몸체부의 외주면에 구비되고, 상기 적층체의 일부 면을 가압하는 탄성부를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지 제조장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 전극활물질의 엣지부는, 끝단으로 갈수록 높이가 줄어드는 곡면으로 형성되고,
    상기 드럼부는, 상호 대응하는 상기 전극활물질층의 엣지부와 분리막 사이가 접착되도록 가압하는 것을 특징으로 하는 이차전지 제조장치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 탄성부는, 탄성 변형 가능하게 구비되는 것을 특징으로 하는 이차전지 제조장치.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 탄성부는, 내부 공간이 형성되며,
    상기 내부 공간에는, 미리 설정된 압력을 유지하도록 공기(air) 또는 유체가 충진되는 것을 특징으로 하는 이차전지 제조장치.
  5. 청구항 3에 있어서,
    상기 탄성부는, 변형이 가능한 합성수지로 마련되고,
    상기 합성수지는, 실리콘 고무로 마련되는 것을 특징으로 하는 이차전지 제조장치.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 서브 가압부는, 상기 일부 면의 가압 시에만 형상이 변형되는 것을 특징으로 하는 이차전지 제조장치.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 이차전지 제조장치는,
    상기 서브 가압부가 상기 적층체의 상기 일부 면을 가압하는 압력을 검출하는 압력 검출부를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지 제조장치.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 압력 검출부는,
    압력을 감지하는 센서부; 및
    상기 센서부에 의해 감지된 압력을 표시하는 표시부를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지 제조장치.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 센서부는, 상기 적층체의 일부 면을 사이에 두고 상기 서브 가압부와 마주보게 배치되는 것을 특징으로 하는 이차전지 제조장치.
  10. 청구항 1에 있어서,
    상기 적층체는, 상기 전극에 연결되는 전극 탭을 포함하며;
    상기 서브 가압부는, 상기 전극 탭이 연결되고, 상기 전극에 구비된 전극활물질층의 엣지부가 위치한 상기 적층체의 일부 면을 가압하는 것을 특징으로 하는 이차전지 제조장치.
  11. 청구항 1에 있어서,
    상기 서브 가압부는,
    상기 메인 가압부의 전방 및 후방 중 적어도 어느 하나에 배치되는 것을 특징으로 하는 이차전지 제조장치.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 이차전지 제조장치는,
    상기 가압부의 후방에 배치되며 상기 전극 및 상기 분리막이 적층된 상기 적층체에 열을 가하는 가열부를 포함하며;
    상기 서브 가압부는, 상기 가열부 및 상기 메인 가압부의 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 이차전지 제조장치.
  13. 청구항 1에 있어서,상기 엣지부는, 상기 전극에 구비된 전극활물질층의 양쪽 단부에 각각 구비되고,
    상기 드럼부는, 전극활물질층의 양쪽 단부에 각각 구비된 상기 엣지부가 위치한 상기 적층체의 일부 면을 각각 가압하게 한 쌍으로 마련되는 것을 특징으로 하는 이차전지 제조장치.
  14. 청구항 1에 있어서,
    상기 엣지부는, 상기 전극에 구비된 전극활물질층의 양쪽 단부에 각각 구비되고,
    상기 드럼부는, 전극활물질층의 양쪽 단부에 각각 구비된 상기 엣지부가 위치한 상기 적층체의 일부 면을 포함하는 면을 가압하는 것을 특징으로 하는 이차전지 제조장치.
  15. 청구항 4에 있어서,
    상기 서브 가압부는, 상기 탄성부의 내부 공간에 충진된 공기(air) 또는 유체의 압력을 측정하는 압력센서를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지 제조장치.
  16. 청구항 4에 있어서,
    상기 서브 가압부는, 상기 몸체부를 통해 상기 탄성부의 내부 공간에 공기(air) 또는 유체를 주입하는 주입부가 더 형성되는 것을 특징으로 하는 이차전지 제조장치.
  17. 청구항 1에 있어서,
    상기 서브 가압부는, 상기 적층체의 일부 면 상부와 하부에 각각 대응되게 배치되고 상기 적층체의 일부 면 상부와 하부를 동시에 가압하게 한 쌍으로 마련되는 것을 특징으로 하는 이차전지 제조장치.
  18. 전극 및 분리막이 교대로 배치된 전극 단위체를 제조하는 전극 단위체 제조단계;
    상기 전극 단위체 제조단계에서 제조된 다수의 전극 단위체 사이에 분리막 시트를 배치하여 전극조립체를 제조하는 전극조립체 제조단계; 및
    상기 전극조립체를 가압하는 전극조립체 가압단계를 포함하는 이차전지 제조방법으로서,
    상기 전극 단위체 제조단계는,
    상기 분리막과 상기 전극을 교대로 배치하여 적층체를 만드는 적층단계;
    상기 적층체에 포함된 상기 분리막과 상기 전극을 접착시키는 접착단계를 포함하며;
    상기 접착단계는,
    상기 적층체의 전체 면을 가압하는 전체 면 가압단계; 및
    상기 적층체의 전체 면 중 상기 전극에 구비된 전극활물질층의 엣지부가 위치한 상기 적층체의 일부 면을 가압하는 제1 일부 면 가압단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지 제조방법.
  19. 청구항 18에 있어서,
    상기 전극조립체 가압단계는,
    상기 전극조립체의 전체 면을 가압하는 제2 전면 가압단계; 및
    상기 전극조립체의 전체 면 중 상기 전극에 구비된 전극활물질층의 엣지부가 위치한 상기 전극조립체의 일부 면을 가압하는 제2 일부 면 가압단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지 제조방법.
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