WO2023054915A1 - 분리막 적층체 및 이를 포함하는 전극 조립체, 그리고 전극 조립체 제조 방법 - Google Patents

분리막 적층체 및 이를 포함하는 전극 조립체, 그리고 전극 조립체 제조 방법 Download PDF

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sealing
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separators
electrodes
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한현규
권경근
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Definitions

  • the present invention relates to a separator laminate, an electrode assembly including the same, and a method for manufacturing the electrode assembly.
  • a secondary battery means a battery that can be charged and discharged, unlike a primary battery that cannot be charged, and is widely used in electronic devices such as mobile phones, laptop computers, and camcorders, or electric vehicles.
  • the lithium secondary battery since the lithium secondary battery has a higher capacity than a nickel-cadmium battery or a nickel-hydrogen battery and has a high energy density per unit weight, the degree of its utilization is rapidly increasing.
  • Lithium secondary batteries are classified according to the structure of the electrode assembly of the cathode/separator/cathode structure.
  • a jelly-roll electrode assembly in which long sheet-type electrodes are wound with a separator interposed therebetween, a predetermined size
  • a stacked electrode assembly in which a plurality of electrodes cut in units are sequentially stacked with a separator interposed therebetween, a bi-cell or full-cell in which predetermined unit electrodes are stacked with a separator interposed therebetween and a stack/folding type electrode assembly having a structure in which coils are wound.
  • the problem to be solved by the present invention is to provide an electrode assembly with improved stability and easy alignment of electrodes, and a separator laminate included therein.
  • Another problem to be solved by the present invention is to provide a method for manufacturing an electrode assembly by a novel stacking method of electrodes.
  • a separator laminate according to an embodiment of the present invention has a pair of first edges extending in a first direction and a pair of second edges extending in a second direction orthogonal to the first direction, and is stacked with each other. a plurality of separation membranes; and a sealing portion formed by sealing central portions of the plurality of separation membranes in the first direction to each other and extending in the second direction.
  • a width of the sealing portion in the first direction may decrease toward an upper side in a stacking direction of the plurality of separators.
  • the pair of second edges of the plurality of separation membranes may be located on the inner side toward the upper side with respect to the stacking direction of the plurality of separation membranes.
  • the sealing part may have a symmetrical shape with respect to the first direction.
  • the plurality of separators may be folded around the sealing part.
  • An electrode assembly includes a separator laminate having a sealing portion formed at the center of a plurality of separators stacked on each other and folded around the sealing portion; And it may include a plurality of electrodes inserted between the plurality of separators.
  • the sealing part may be located on one side of the plurality of electrodes.
  • At least some of the plurality of electrodes may contact or be adjacent to the sealing part.
  • a thickness of the sealing portion may increase toward a central portion in a stacking direction of the separation membrane laminate.
  • the sealing part may have a symmetrical shape with respect to the stacking direction of the separation membrane laminate.
  • An outer surface of the sealing unit may be flat or may be bent or folded convexly toward the outside of the separator laminate.
  • a sub-sealing portion located on the other side of the plurality of electrodes and sealing the plurality of separation membranes may be formed, and the sub-sealing portion may have an asymmetrical shape with the sealing portion.
  • a separator laminate according to another embodiment of the present invention includes a base separator having a pair of first edges extending in a first direction and a pair of second edges extending in a second direction perpendicular to the first direction; a substrate portion provided at a central portion of the base separator in the first direction and elongated in the second direction; and a plurality of main separators having fixed edges connected to the base unit.
  • some of the plurality of main separators may be spread to one side and other portions may be spread to the other side.
  • the base separator may be folded around the base part so that the plurality of main separators are gathered.
  • a non-fixed edge located opposite to the fixed edge may be located on the inner side toward the upper side with respect to the stacking direction.
  • An electrode assembly includes a separator laminate in which one edge of a plurality of main separators is fixed to a substrate provided in the center of a base separator and folded around the substrate; and a plurality of electrodes inserted between the base separator and the plurality of main separators.
  • the base unit may be located on one side of the plurality of electrodes.
  • the plurality of electrodes may be in contact with or adjacent to the substrate portion.
  • a thickness of the substrate portion may be constant in a stacking direction of the plurality of main separators.
  • the substrate portion may be flat or bent or folded convexly toward the outside of the separator laminate.
  • a sub-sealing portion located on the other side of the plurality of electrodes and in which the base separator and the plurality of separators are fused to each other is formed, and the sub-sealing portion may have an asymmetrical shape with the substrate portion.
  • a method of manufacturing an electrode assembly includes preparing a separation membrane stack in which central portions of a plurality of separation membranes stacked on each other are sealed to each other to form a sealing portion; folding the separation membrane laminate around the sealing part; and inserting a plurality of electrodes between the plurality of separators.
  • the preparing of the separation membrane laminate may include stacking another separation membrane on top of one separation membrane; And the process of forming a sealing part by fusing the central part of the one separation membrane and the other separation membrane to each other may be repeated.
  • a width of the sealing portion may become narrower toward an upper side with respect to a stacking direction of the separation membrane laminate.
  • the method may further include forming a sub-sealing portion by sealing the plurality of separators with each other at opposite sides of the sealing portion.
  • An electrode assembly manufacturing method includes preparing a separator laminate in which one edge of a plurality of main separators is fixed to a base material provided in a central portion of a base separator; folding the separation membrane laminate around the substrate; and inserting a plurality of electrodes between the base separator and the plurality of main separators.
  • the method may further include sealing edges located on opposite sides of the base separator to each other with respect to the base separator and the plurality of main separators.
  • the sealing stability of the sealing unit or the substrate unit provided in the separator stack is maintained high, separation of the plurality of electrodes from the separator stack can be prevented. Accordingly, occurrence of a short circuit between a plurality of electrodes may be prevented, and stability of the electrode assembly may be improved.
  • the thickness of the sealing part or the substrate part provided in the separator laminate is formed to be relatively thinner than the thickness of the conventional separator sealing part, it is possible to efficiently dissipate heat from the plurality of electrodes.
  • FIG. 1 is a side view of a separation membrane laminate according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a plan view of the separator laminate shown in FIG. 1 .
  • FIG 3 is a side view illustrating a state in which a plurality of electrodes are inserted into a separator laminate according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is an enlarged view of part 'A' shown in FIG. 3 .
  • FIG. 5 is a side view of an electrode assembly according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a flowchart of a method of manufacturing an electrode assembly according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a side view of a separation membrane laminate according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a side view illustrating a state in which a plurality of electrodes are inserted into a separator laminate according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is an enlarged view of part 'B' shown in FIG. 8 .
  • FIG. 10 is a side view of an electrode assembly according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 11 is a flowchart of a method of manufacturing an electrode assembly according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 12 is an exploded perspective view of a secondary battery including an electrode assembly according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 13 is a schematic diagram of a battery module including the secondary battery shown in FIG. 12 .
  • FIG. 1 is a side view of a separation membrane stack according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a plan view of the separation membrane stack shown in FIG. 1 .
  • the separation membrane stack 100 may include a plurality of separation membranes 110 stacked on each other, and a sealing portion 120 formed by sealing central portions of the plurality of separation membranes 110 to each other. .
  • Each separator 110 may include a pair of first edges 110a extending in a first direction and a pair of second edges 110b extending in a second direction perpendicular to the first direction. Accordingly, the pair of second edges 110b of each separator 110 may form both ends of the separator 110 in the first direction.
  • the first direction may be parallel to any one of the length direction and the width direction of the separator 110, and the second direction may be parallel to the other one of the length direction and width direction of the separator 110.
  • the sealing unit 120 may be formed by sealing central portions of the plurality of separators 110 in the first direction to each other.
  • the sealing part 120 may be formed long in the second direction.
  • a width of the sealing portion 120 in the first direction may be narrowed upward with respect to the stacking direction of the plurality of separators 110 . That is, the lower width w1 of the sealing part 120 may be wider than the upper width w2.
  • the thickness of the sealing portion 120 in the stacking direction of the plurality of separation membranes 110 may increase toward the central portion in the first direction.
  • the sealing part 120 may have a symmetrical shape with respect to the first direction. Both ends of the sealing unit 120 in the first direction may be located inwardly toward the upper side in the stacking direction of the plurality of separators 110 .
  • the sealing part 120 may be formed whenever each separation film 110 is sealed, and the width of the sealing part 120 may be gradually narrowed as the separation film 110 is stacked.
  • the central portions of the first separator 110 and the second separator 110 are sealed to each other, thereby sealing a sealing portion having a first width. (120) can be formed.
  • the third separation film 110 is stacked on top of the second separation film 110, the central portions of the second separation film 110 and the third separation film 110 are sealed to each other so that the second separation film 110 is narrower than the first width.
  • a second sealing portion 120 having a width may be formed.
  • the first to third separators are arbitrary names for explaining the stacking order of the separators, not specific separators.
  • the separation membrane stack 100 more specifically, the plurality of separation membranes 110 may be folded around the sealing portion 120 (see FIG. 3). Accordingly, the length of the separator stack 100 in the first direction may be reduced by approximately half, and the height in the stacking direction may be approximately doubled.
  • a portion of the last separation membrane 110 stacked last among the plurality of separation membranes 110 and another portion may be folded in a direction facing each other. Accordingly, a part and the other part of the last separator 110 are located at the center of the stacking direction of the folded separator film stack 100 and may face each other.
  • a portion of the first separation membrane 110 stacked first and another portion may form both outermost shells of the folded separation membrane stack 100.
  • the separator laminate 100 according to the present embodiment may have a structure similar to a bound book, and the first separator 110 is on the cover of the book, and the other separator 110 is on each page of the book. can be matched.
  • the folded separator laminate 100 will be described in more detail later.
  • the pair of second edges 110b of the plurality of separation membranes 110 may be located on the inner side toward the upper side with respect to the stacking direction of the plurality of separation membranes 110 . That is, the length between the pair of second edges 110b of the plurality of separators 110 may decrease toward the upper side in the stacking direction.
  • the length from the sealing portion 120 to the plurality of second edges 110b for the plurality of separation membranes 110 may be the same or similar to each other.
  • a plurality of separators 110 having a certain length are stacked.
  • the separation membrane stack in a state in which the separation membrane stack 100 is folded around the sealing portion 120, the separation membrane stack such that the lengths from the sealing portion 120 to the plurality of second edges 110b are the same or similar to each other.
  • a process of cutting a part of (100) may be additionally performed.
  • FIG. 3 is a side view showing a plurality of electrodes being inserted into a separator laminate according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 4 is an enlarged view of part 'A' shown in FIG. 3
  • FIG. 5 is a view of the present invention. It is a side view of an electrode assembly according to an embodiment.
  • the electrode assembly 10 includes a plurality of electrodes 200 inserted between a separator stack 100 folded around a sealing portion 120 and a plurality of separators 110 can include
  • separator laminate 100 will be described based on a folded state.
  • the sealing unit 120 may be located on one side of the separation membrane stack 100, and the second edge 110b of the plurality of separation membranes 100 may be located on the other side.
  • the shape of the sealing unit 120 may vary depending on the degree to which the separation membrane stack 100 is folded.
  • the outer surface 120a of the sealing part 120 may be formed flat as shown in FIG. 4 .
  • the outer surface 120a of the sealing unit 120 may be convexly bent or folded toward the outside of the separation membrane stack 100 .
  • the outer surface 120a of the sealing part 120 may form a part of the circumference of the separation membrane stack 100 .
  • the thickness t of the sealing portion 120 may become thicker toward the central portion in the stacking direction of the separation membrane stack 100 . Accordingly, the sealing portion 120 may have a maximum thickness tm at the center of the separation membrane stack 100 in the stacking direction.
  • the thickness t of the sealing portion 120 is determined from the point where each separation membrane 110 and the sealing portion 120 are connected in a direction perpendicular to the outer surface 120a of the sealing portion 120. ) may mean the distance to the outer surface 120a. For example, when the outer surface 120a of the sealing part 120 is formed flat, the thickness t of the sealing part 120 may be parallel to the first direction.
  • the sealing unit 120 may have a symmetrical shape with respect to the stacking direction of the separation membrane stack 100 .
  • the sealing part 120 may be located on one side of the plurality of electrodes 200 . At least some of the plurality of electrodes 200 may contact or be adjacent to the sealing part 120 . The sealing part 120 may prevent the plurality of electrodes 200 from being separated from the separation membrane stack 100 .
  • the plurality of electrodes 200 may be inserted between the plurality of separators 110 included in the separator stack 100 .
  • the plurality of electrodes 200 may include a plurality of anodes and a plurality of cathodes alternately positioned with the separator 110 interposed therebetween.
  • Each electrode 200 may be formed by coating an electrode active material on a current collector in the form of an electrode plate.
  • an electrode tab 210 (see FIG. 12 ) may be connected to each electrode 200 , and the electrode tab 210 may be an uncoated portion of the current collector to which the electrode active material is not coated.
  • the plurality of electrode tabs 210 may protrude from one side or both sides of the electrode assembly 10 .
  • the plurality of electrode tabs 210 may include a positive electrode tab connected to the positive electrode and a negative electrode tab connected to the negative electrode, and the positive electrode tab and the negative electrode tab may protrude parallel to each other or in opposite directions. .
  • the plurality of electrode tabs 210 may protrude in a direction that does not interfere with the sealing portion 120 of the separator stack 100 and the sub-sealing portion 130 to be described later.
  • a sub-sealing portion 130 may be formed in the separation membrane laminate 100 .
  • the sub-sealing part 130 may be located on the opposite side of the sealing part 120 with the plurality of electrodes 200 interposed therebetween. That is, the sealing part 120 may be located on one side of the plurality of electrodes 200 and the sub-sealing part 130 may be located on the other side of the plurality of electrodes 200 .
  • the sub-sealing part 130 may be formed by sealing a plurality of separators 110 with each other.
  • the sub-sealing part 130 may be formed by sealing the second edges 110b of the plurality of separators 110 with each other.
  • the second edges 110b of the plurality of separators 110 are gathered in the center by a separate sealing tool (not shown) and heat-sealed, or folded in a random direction and heat-sealed. can Therefore, when the sub-sealing part 130 is formed, the sub-sealing part 130 inevitably has an asymmetric shape with the sealing part 120 .
  • the sub-sealing portion 130 is not formed in the separation membrane laminate 100 .
  • FIG. 6 is a flowchart of a method of manufacturing an electrode assembly according to an embodiment of the present invention.
  • the manufacturing method of the electrode assembly 10 includes the steps of preparing a separation membrane stack 100 constituting the sealing portion 120 by fusing central portions of a plurality of separation membranes 110 stacked on each other. (S10), folding the separation membrane stack 100 around the sealing portion 120 (S20), and inserting a plurality of electrodes 200 between the plurality of separation membranes 110 (S30) can include
  • the sealing unit 120 may be formed at the central portion of the plurality of separation membranes 110 in the first direction, and the sealing unit 120 is in the first direction. It may be formed long in the second direction orthogonal to.
  • the process of stacking the other separation membrane 120 on top of one separation membrane 110, and the central portions of the separation membrane 110 and the other separation membrane 110 are fused to each other.
  • the process of forming the sealing portion 120 may be repeated.
  • the sealing portion 120 may have a narrower width toward the upper side with respect to the stacking direction of the separation membrane stack 100 .
  • the sealing portion 120 formed at the center of the separation membrane stack 100 may have a shape in which the width becomes narrower toward the upper side with respect to the stacking direction of the separation membrane stack 100 .
  • the separation membrane stack 100 may be folded around the sealing portion 120 formed long in the second direction.
  • a portion of the last separation membrane 110 stacked last among the plurality of separation membranes 110 and another portion may be folded in a direction facing each other.
  • the sealing unit 120 may be located on one side of the separation membrane stack 100, and the thickness t (see FIG. 5) of the sealing unit 120 is the separation membrane stack. With respect to the stacking direction of the sieve 100, it may become thicker toward the center.
  • the shape of the sealing unit 120 may vary depending on the degree of folding of the separation membrane stack 100 .
  • the sealing unit 120 itself is non-folded so that the shape of the sealing unit 120 may be maintained.
  • the outer surface 120a of the sealing part 120 may be flat.
  • the sealing unit 120 when the separation membrane stack 100 is folded, the sealing unit 120 may be bent along with the plurality of separation membranes 110 .
  • the outer surface 120a of the sealing unit 120 may be convexly bent or folded toward the outside of the separation membrane stack 100 .
  • the plurality of electrodes 200 may be inserted into the separator stack 100 simultaneously or sequentially.
  • a plurality of guide slits may be inserted between the plurality of separators 110, and each electrode 200 may be inserted into the separator stack 100 through the guide slits. Then, the guide slit may be removed.
  • the sealing portion 120 of the separation membrane stack 100 may be located on one side of the plurality of electrodes 200 and may be in contact with or adjacent to at least a part of the plurality of electrodes 200 .
  • the electrode tabs 210 (see FIG. 12 ) provided on the plurality of electrodes 200 may protrude outward from the separator stack 100 .
  • the electrode tab 210 may protrude in a direction that does not interfere with the sealing portion 120 .
  • a plurality of separators 110 are sealed to each other on the opposite side of the sealing part 120 to form a sub-sealing part 130. It may further include steps to do.
  • the second edges 110b of the plurality of separators 110 may be sealed to each other by a separate sealing tool (not shown) to form the sub-sealing portion 130 .
  • the sealing part 120 and the sub-sealing part 130 may be located on opposite sides of each other with the plurality of electrodes 200 interposed therebetween, and may have asymmetrical shapes.
  • the electrode tabs 210 (see FIG. 12 ) provided on the plurality of electrodes 200 may protrude in a direction that does not interfere with the sealing portion 120 and the sub-sealing portion 130 .
  • the manufacturing method of the electrode assembly 10 according to the present embodiment is relatively simple, and thus has the advantage of simplifying the manufacturing process and simplifying manufacturing facilities.
  • the separation membrane stack 100 without the electrode 200 is manufactured first, there is an advantage in that accurate alignment between the plurality of separation membranes 110 is possible.
  • the plurality of electrodes 200 are simultaneously or sequentially inserted into the separation membrane laminate 100, there is an advantage in that accurate alignment between the plurality of electrodes 200 is possible. As a result, the quality and energy density of the electrode assembly 10 may be improved.
  • sealing stability of the sealing unit 120 may be increased compared to the prior art, and separation of the plurality of electrodes 200 from the separation membrane stack 100 may be prevented by the sealing unit 120 . Accordingly, occurrence of a short between the plurality of electrodes 200 may be prevented, and stability of the electrode assembly 10 may be improved.
  • FIG. 7 is a side view of a separation membrane laminate according to another embodiment of the present invention.
  • the separation membrane stack 100' includes a base separator 111, a substrate portion 140 disposed in the center of the base separator 111, and a plurality of main separators connected to the substrate portion 140 ( 112) may be included.
  • the base separator 111 may include a pair of first edges extending in a first direction and a pair of second edges 111b extending in a second direction perpendicular to the first direction. Accordingly, the pair of second edges 110b of the base separator 111 may form both ends of the separator 110 in the first direction.
  • the first direction may be parallel to any one of the length direction and the width direction of the base separator 111, and the second direction may be parallel to the other one of the length direction and width direction of the base separator 111.
  • the base separator 111 may be a single separator or may include a pair of separators spaced apart from each other connected to the base unit 140 to be described later.
  • a case in which the base separator 111 is a single separator will be described as an example.
  • the substrate portion 140 may be provided in the central portion of the base separator 111 in the first direction.
  • the base unit 140 may be provided on a central portion of the upper surface of the base separator 111 in the first direction.
  • the base unit 140 may be formed long in the second direction. The width and thickness of the base unit 140 are preferably formed uniformly.
  • the base unit 140 may be configured to fix the edge 112a of the main separator 112 to be described later, and the material thereof is not limited.
  • the base unit 140 may include an adhesive or a heat-sealable polymer resin.
  • the plurality of main separators 112 may have one edge 112a connected to the base unit 140 and another edge 112b positioned opposite to the one edge 112a.
  • the one edge 112a and the other edge 112b may extend in parallel in the second direction.
  • the one edge 112a is referred to as a fixed edge and the other edge 112b is referred to as a non-fixed edge.
  • each main separator 112 may be vertically connected to the base unit 140 .
  • some of the plurality of main separators 112 may be spread to one side and other portions may be spread to the other side in the first direction.
  • the separation membrane laminate 100 ′ may be folded around the base unit 140 .
  • the base separator 111 may be folded around the substrate portion 140 so that the plurality of main separators 112 are gathered (see FIG. 8 ). Therefore, the plurality of main separators 112 may be gathered to face each other in the stacking direction, and a part and the other part of the base separator 111 may form both outermost sides of the folded separator laminate 100'.
  • the separator laminate 100' may have a structure similar to a bound book, and the base separator 111 is on the cover of the book, and the main separator 112 is on each page of the book. can be matched.
  • the folded separator laminate 100' will be described in more detail later.
  • non-fixed edges 112b of the plurality of main separators 112 may be located inside the second edge 111b of the base separator 111 .
  • non-fixed edges 112b of the plurality of main separators 112 may be located on the inside as they go upward with respect to the stacking direction of the plurality of main separators 112 . That is, the length from the fixed edge 112a to the non-fixed edge 112b of the plurality of main separation membranes 112 may be shorter toward the upper side in the stacking direction.
  • the plurality of main separators 112 extend from the substrate portion 140 to the plurality of non-fixed edges 112b.
  • the lengths of may be equal to or similar to each other.
  • the separation membrane laminate 100' in a state in which the separation membrane laminate 100' is folded around the substrate portion 140, the separation membranes are laminated so that the lengths from the substrate portion 140 to the plurality of non-fixed edges 112b are the same or similar to each other.
  • a process of cutting a part of the sieve 100' may be additionally performed.
  • FIG. 8 is a side view showing a plurality of electrodes being inserted into a separator laminate according to another embodiment of the present invention
  • FIG. 9 is an enlarged view of part 'B' shown in FIG. 8
  • FIG. 10 is a view of the present invention. It is a side view of an electrode assembly according to another embodiment.
  • the electrode assembly 10' is a separation membrane stack 100' folded around the base unit 140 and a plurality of separators 111 and 112 inserted between the plurality of separation membranes 111 and 112. It may include two electrodes 200 .
  • separator laminate 100' will be described based on a folded state.
  • the substrate unit 120 On one side of the separation membrane stack 100', the substrate unit 120 is located, and on the other side, the plurality of non-fixed edges 112b of the main separator 112 and the second edge 111b of the base separator 111 are located.
  • the base separator 111 When the base separator 111 is a single separator, a portion of the base separator 111 may cover the substrate 120 from the outside. However, it is not limited thereto, and when the base separator 111 includes a pair of separators that are connected to the substrate unit 140 and are spaced apart from each other, the substrate unit 140 covers a portion of the circumference of the separator laminate 100'. can be achieved
  • the shape of the base unit 140 may vary depending on the degree to which the separation membrane stack 100' is folded.
  • the base unit 140 may be formed flat as shown in FIG. 9 .
  • the base unit 140 may be bent or folded convexly toward the outside of the separation membrane stack 100'.
  • the thickness of the substrate portion 140 may be constant with respect to the stacking direction of the plurality of main separators 112 .
  • the base unit 140 may be located on one side of the plurality of electrodes 200 .
  • the plurality of electrodes 200 may be in contact with or adjacent to the substrate 140 .
  • the base unit 140 may prevent the plurality of electrodes 200 from being separated from the separation membrane laminate 100'.
  • the plurality of electrodes 200 may be inserted between the base separator 111 and the plurality of main separators 112 included in the separator stack 100'. In more detail, both outermost electrodes 200 among the plurality of electrodes 200 are inserted between the base separator 111 and the main separator 112, and the remaining electrodes 200 are inserted between the plurality of main separators 112. It can be.
  • the plurality of electrodes 200 may include a plurality of anodes and a plurality of cathodes alternately positioned with the separators 111 and 112 interposed therebetween.
  • Each electrode 200 may be formed by coating an electrode active material on a current collector in the form of an electrode plate.
  • an electrode tab 210 (see FIG. 12 ) may be connected to each electrode 200 , and the electrode tab 210 may be an uncoated portion of the current collector to which the electrode active material is not coated.
  • the plurality of electrode tabs 210 may protrude from one side or both sides of the electrode assembly 10'.
  • the plurality of electrode tabs 210 may include a positive electrode tab connected to the positive electrode and a negative electrode tab connected to the negative electrode, and the positive electrode tab and the negative electrode tab may protrude parallel to each other or in opposite directions. .
  • the plurality of electrode tabs 210 may protrude in a direction that does not interfere with the base portion 140 of the separator laminate 100' and the sub-sealing portion 150 to be described later.
  • a sub-sealing portion 150 may be formed in the separation membrane laminate 100'.
  • the sub-sealing part 150 may be located on the opposite side of the substrate part 140 with the plurality of electrodes 200 interposed therebetween. That is, the substrate part 140 may be located on one side of the plurality of electrodes 200 and the sub-sealing part 150 may be located on the other side of the plurality of electrodes 200 .
  • the sub-sealing part 150 may be formed by sealing a plurality of separation films 111 and 112 with each other.
  • the sub-sealing part 130 may be formed by sealing the plurality of non-fixed edges 112b of the main separator 112 and the second edge 111b of the base separator 111 to each other.
  • the sub-sealing part 150 is formed by separating the non-fixed edges 112b of the plurality of main separators 112 and the second edge 111b of the base separator 111 by a separate sealing tool (not shown). It can be gathered and heat sealed, or it can be folded in random directions and heat sealed. Therefore, when the sub-sealing part 150 is formed, the sub-sealing part 150 inevitably has an asymmetric shape with the base part 140 .
  • the sub-sealing portion 150 is not formed in the separation membrane laminate 100'.
  • FIG. 11 is a flowchart of a method of manufacturing an electrode assembly according to another embodiment of the present invention.
  • one edge 112a of the plurality of main separators 112 is fixed to the base part 140 provided in the center of the base separator 111.
  • the step of preparing the separation membrane stack 100' (S10'), the step of folding the separation membrane stack 100' around the base unit 140 (S20'), the base separator 111 and a plurality of A step of inserting a plurality of electrodes 200 between two main separators 112 (S30') may be included.
  • the substrate part 140 may be provided at the center of the base separator 111 in the first direction, and the second direction orthogonal to the first direction It can be formed long in the direction.
  • the base unit 140 may have a certain width and thickness.
  • an adhesive may be applied or coated on the central portion of the upper surface of the base separator 111 to form the substrate portion 140 .
  • an adhesive member or a polymer resin member provided separately from the base separator 111 may be attached or bonded to the central portion of the upper surface of the base separator 111 to form the substrate portion 140 .
  • a pair of separators spaced apart from each other in the first direction may be connected to a separately provided adhesive member or polymer resin member.
  • the pair of separators may form the base separator 111, and the adhesive member or polymer resin member may form the base unit 140.
  • the separation membrane stack 100' may be folded around the base unit 140 that is elongated in the second direction.
  • the separation membrane stack 100 ′ may be folded in a direction in which the plurality of main separation membranes 112 face each other.
  • the base unit 140 may be positioned on one side of the separation membrane stack 100', and the thickness of the base unit 140 is the thickness of the separation membrane stack 100'. direction can be constant.
  • the shape of the base unit 140 may vary depending on the degree of folding of the separation membrane laminate 100'.
  • the substrate portion 140 itself is non-folded so that the shape of the substrate portion 140 may be maintained.
  • the base unit 140 may be flat.
  • the substrate 140 when the separator stack 100 ′ is folded, the substrate 140 may be bent together with the base separator 111 .
  • the base unit 140 may be bent or folded convexly toward the outside of the separation membrane stack 100'.
  • the plurality of electrodes 200 may be simultaneously or sequentially inserted into the separator stack 100'.
  • a plurality of guide slits may be inserted between the plurality of separators 111 and 112, and each electrode 200 may be inserted into the separator stack 100' through the guide slits. can Then, the guide slit may be removed.
  • the substrate portion 140 of the separation membrane stack 100' may be located on one side of the plurality of electrodes 200 and may be in contact with or adjacent to the plurality of electrodes 200.
  • the electrode tabs 210 (see FIG. 12 ) provided on the plurality of electrodes 200 may protrude outward from the separator laminate 100'. In more detail, the electrode tab 210 may protrude in a direction that does not interfere with the base portion 140 .
  • a plurality of separators 111 and 112 are sealed to each other on the opposite side of the base part 140 to form a sub-sealing part ( 150) may be further included.
  • the second edge 111b of the base separator 111 and the non-fixed edges 112b of the plurality of main separators 112 are sealed to each other by a separate sealing tool (not shown) to form a sub-sealing unit 150 ) can be formed.
  • the substrate part 140 and the sub-sealing part 150 may be located on opposite sides of each other with the plurality of electrodes 200 interposed therebetween, and may have asymmetrical shapes.
  • the electrode tabs 210 (see FIG. 12 ) provided on the plurality of electrodes 200 may protrude in a direction that does not interfere with the base portion 140 and the sub-sealing portion 150 .
  • the separator stack 100' without the electrode 200 is first manufactured, accurate alignment between the plurality of separators 111 and 112 is possible. There is an advantage.
  • the plurality of electrodes 200 are simultaneously or sequentially inserted into the separation membrane laminate 100', there is an advantage in that accurate alignment between the plurality of electrodes 200 is possible. As a result, the quality and energy density of the electrode assembly 10' can be improved.
  • sealing stability of the base unit 140 may be increased, and separation of the plurality of electrodes 200 from the separation membrane laminate 100' may be prevented by the base unit 140. Accordingly, occurrence of a short between the plurality of electrodes 200 may be prevented, and stability of the electrode assembly 10' may be improved.
  • the base portion 140 has a constant thickness, alignment of the plurality of electrodes 200 can be more accurate. Therefore, the empty space between the base unit 140 and the plurality of electrodes 200 can be minimized, the energy density of the electrode assembly 10' can be further improved, and the plurality of electrodes 200 can be cooled more efficiently. can be done with
  • FIG. 12 is an exploded perspective view of a secondary battery including an electrode assembly according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 13 is a schematic view of a battery module including the secondary battery shown in FIG. 12 .
  • Electrode assembly 10 will be described based on the electrode assembly 10 according to an embodiment of the present invention. From this, those skilled in the art will be able to easily understand the electrode assembly 10' (see FIG. 10) according to another embodiment of the present invention.
  • a plurality of electrode tabs 210 may be provided in the electrode assembly 10 according to an embodiment of the present invention.
  • Each electrode tab 210 may be connected to a plurality of electrodes 200 included in the electrode assembly 10 and may protrude in a direction that does not interfere with the sealing portion 120 and the sub-sealing portion 130 .
  • a lead 220 may be connected to the plurality of electrode tabs 210 .
  • the lead 220 may be bonded to the plurality of electrode tabs 210 by spot welding or the like, and together with the plurality of electrode tabs 210 may serve as a passage for supplying power to the outside of the electrode assembly 10. .
  • a portion of the circumference of the lead 220 may be surrounded by the insulating member 230 .
  • the insulating member 230 may be an insulating tape.
  • the insulating member 230 may insulate between the lead 220 and the terrace 24 of the pouch-type battery case 20, which will be described later, and a portion of the lead 220 protrudes to the outside of the pouch-type battery case 20. It can be.
  • the electrode assembly 10 may be accommodated in a pouch-type battery case 20 (hereinafter referred to as 'battery case') to form the secondary battery 1 . That is, the secondary battery 1 may include the electrode assembly 10 and the battery case 20 .
  • the battery case 20 may be formed by sealing a pair of cases 21 connected by a folding unit 22 to each other.
  • the configuration of each case 21 described below will be described based on the state in which the battery case 20 is unfolded.
  • the 'state in which the battery case 20 is unfolded' refers to a state in which the battery case 20 is unfolded as shown in FIG.
  • Each case 21 may include a cup portion 23 having a recessed shape and a terrace 24 extending around the cup portion 23 .
  • the cup portion 23 is formed only in one of the pair of cases 21, of course.
  • the battery case 20 In a state where the electrode assembly 10 is seated on one of the cup parts 23, the battery case 20 can be folded around the folding part 22, and the terrace 24 of the pair of cases 21 may contact each other to be sealed. Thus, the electrode assembly 10 can be accommodated in the storage space formed by the pair of cup parts 23 .
  • a portion located on the opposite side of the folding unit 22 may be folded at least once, for example, double side folding (DSF). Since this is a well-known technique, those skilled in the art will be able to easily understand it.
  • DSF double side folding
  • the sealing portion 120 of the electrode assembly 10 may be disposed to face the folding portion 22 of the battery case 20 .
  • the sealing part 120 of the electrode assembly 10 may face the outer wall on the side of the folding part 22 among the plurality of outer walls forming the circumference of the cup part 23 .
  • the sub-sealing part 130 of the electrode assembly 10 may face an outer wall positioned opposite to the folding part 22 among a plurality of outer walls forming the circumference of the cup part 23 .
  • the base part 140 may be disposed to face the folding part 22 of the battery case 20 .
  • the substrate portion 140 of the electrode assembly 10 ′ may face the outer wall on the side of the folding portion 22 among the plurality of outer walls forming the circumference of the cup portion 23 .
  • the sub-sealing part 150 of the electrode assembly 10 ′ may face an outer wall located on the opposite side of the folding part 22 among a plurality of outer walls forming the circumference of the cup part 23 .
  • the battery module 5 may include a plurality of secondary batteries 1 stacked on each other and a housing 51 accommodating the plurality of secondary batteries 1 .
  • a cooling unit 52 having high thermal conductivity may be provided on the inner bottom surface of the housing 51, and each secondary battery 1 may be placed upright so that the folding unit 22 contacts the cooling unit 52.
  • the cooling unit 52 may include thermal grease.
  • the terrace 24 positioned opposite the foldable portion 22 in the battery case 20 is folded at least once, it may be relatively thicker than the foldable portion 22 . Therefore, in order to efficiently dissipate heat from the plurality of electrodes 200 included in the electrode assembly 10, it is more effective to bring the folding part 22 into contact with the cooling part 52.
  • the thickness of the sealing part 120 may be formed thinner than the thickness of the sub-sealing part 130 as a whole. Therefore, by disposing the sealing portion 120 of the electrode assembly 10 toward the folding portion 22 of the battery case 20, the plurality of electrodes 200 can be efficiently dissipated.
  • the thickness of the substrate portion 140 may be generally thinner than the thickness of the sub-sealing portion 150 . Therefore, by arranging the substrate portion 140 of the electrode assembly 10' according to another embodiment of the present invention to face the folding portion 22 of the battery case 20, the plurality of electrodes 200 can efficiently dissipate heat. can
  • the substrate portion 140 of the electrode assembly 10' according to another embodiment of the present invention has a thin and constant thickness, compared to the electrode assembly 10 according to an embodiment, the number of electrodes 200 Heat dissipation efficiency can be further increased.
  • Base separator 112 main separator
  • sealing part 130 sub-sealing part

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체는, 서로 적층된 복수개의 분리막의 중앙부에 형성된 실링부가 형성되며 상기 실링부를 중심으로 폴딩된 분리막 적층체; 및 상기 복수개의 분리막의 사이에 삽입된 복수개의 전극을 포함할 수 있고, 상기 실링부는 상기 복수개의 전극의 일측에 위치할 수 있다.

Description

분리막 적층체 및 이를 포함하는 전극 조립체, 그리고 전극 조립체 제조 방법
관련출원과의 상호인용
본 출원은 2021년 09월 30일자 한국특허출원 제10-2021-0130273호에 기초한 우선권의 이익을 주장하며, 해당 한국특허출원의 문헌에 개시된 모든 내용은 본 명세서의 일부로서 포함된다.
기술분야
본 발명은 분리막 적층체 및 이를 포함하는 전극 조립체, 그리고 전극 조립체의 제조 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 이차전지는 충전이 불가능한 일차 전지와 달리, 충방전이 가능한 전지를 의미하며, 휴대폰, 노트북, 캠코더 등의 전자기기 또는 전기 자동차 등에 널리 사용되고 있다. 특히, 리튬 이차전지는 니켈-카드뮴 전지 또는 니켈-수소 전지보다 큰 용량을 가지며, 단위 중량당 에너지 밀도가 높기 때문에 그 활용 정도가 급속도로 증가되는 추세에 있다.
리튬 이차전지는 양극/분리막/음극 구조의 전극 조립체가 어떠한 구조로 이루어져 있는지에 따라 분류되기도 하는 바, 대표적으로 긴 시트형의 전극들을 분리막이 개재된 상태에서 권취한 젤리-롤 전극 조립체, 소정 크기의 단위로 절취한 다수의 전극들을 분리막을 개재한 상태로 순차적으로 적층한 스택형 전극조립체, 소정 단위 전극들을 분리막을 개재한 상태로 적층한 바이 셀(bi-cell) 또는 풀 셀(full-cell)들을 권취한 구조의 스택/폴딩형 전극 조립체 등을 들 수 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 전극의 얼라인이 용이하고 안정성이 향상된 전극 조립체와, 그에 포함된 분리막 적층체를 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는, 전극의 새로운 적층 방식으로 전극 조립체를 제조하는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 분리막 적층체는, 제1방향으로 연장된 한 쌍의 제1엣지와 상기 제1방향과 직교하는 제2방향으로 연장된 한 쌍의 제2엣지를 가지며, 서로 적층된 복수개의 분리막; 및 상기 복수개의 분리막의 상기 제1방향에 대한 중앙부가 서로 실링되어 형성되며 상기 제2방향으로 길게 형성된 실링부를 포함할 수 있다.
상기 실링부의 상기 제1방향에 대한 폭은, 상기 복수개의 분리막의 적층 방향에 대해 상측으로 갈수록 좁아질 수 있다.
상기 복수개의 분리막의 상기 한 쌍의 제2엣지는, 상기 복수개의 분리막의 적층 방향에 대해 상측으로 갈수록 내측에 위치할 수 있다.
상기 실링부는 상기 제1방향에 대해 대칭 형상을 가질 수 있다.
상기 복수개의 분리막은 상기 실링부를 중심으로 폴딩될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체는, 서로 적층된 복수개의 분리막의 중앙부에 형성된 실링부가 형성되며 상기 실링부를 중심으로 폴딩된 분리막 적층체; 및 상기 복수개의 분리막의 사이에 삽입된 복수개의 전극을 포함할 수 있다. 상기 실링부는 상기 복수개의 전극의 일측에 위치할 수 있다.
상기 복수개의 전극 중 적어도 일부는 상기 실링부와 접하거나 인접할 수 있다.
상기 실링부의 두께는, 상기 분리막 적층체의 적층 방향에 대해 중앙부로 갈수록 두꺼워질 수 있다.
상기 실링부는, 상기 분리막 적층체의 적층 방향에 대해 대칭 형상을 가질 수 있다.
상기 실링부의 외면은, 평평하거나 상기 분리막 적층체의 외측을 향해 볼록하게 벤딩 또는 폴딩될 수 있다.
상기 분리막 적층체에는, 상기 복수개의 전극의 타측에 위치하며 상기 복수개의 분리막이 서로 실링된 서브 실링부가 형성되고, 상기 서브 실링부는 상기 실링부와 비대칭 형상을 가질 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 분리막 적층체는, 제1방향으로 연장된 한 쌍의 제1엣지와 상기 제1방향과 직교하는 제2방향으로 연장된 한 쌍의 제2엣지를 갖는 베이스 분리막; 상기 베이스 분리막의 상기 제1방향에 대한 중앙부에 구비되며, 상기 제2방향으로 길게 형성된 기재부; 및 상기 기재부에 연결된 고정 엣지를 갖는 복수개의 메인 분리막을 포함할 수 있다.
상기 제1방향에 대해, 상기 복수개의 메인 분리막 중 일부는 일측으로 펼쳐지고 다른 일부는 타측으로 펼쳐질 수 있다.
상기 베이스 분리막은, 상기 복수개의 메인 분리막이 모이도록 상기 기재부를 중심으로 폴딩될 수 있다.
상기 복수개의 메인 분리막에서 상기 고정 엣지의 반대편에 위치한 비고정 엣지는, 적층 방향에 대해 상측으로 갈수록 내측에 위치할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 전극 조립체는, 베이스 분리막의 중앙부에 구비된 기재부에 복수개의 메인 분리막의 일 엣지가 고정되며, 상기 기재부를 중심으로 폴딩된 분리막 적층체; 및 상기 베이스 분리막 및 상기 복수개의 메인 분리막의 사이에 삽입된 복수개의 전극을 포함할 수 있다. 상기 기재부는 상기 복수개의 전극의 일측에 위치할 수 있다.
상기 복수개의 전극은 상기 기재부와 접하거나 인접할 수 있다.
상기 기재부의 두께는, 상기 복수개의 메인 분리막의 적층 방향에 대해 일정할 수 있다.
상기 기재부는 평평하거나 상기 분리막 적층체의 외측을 향해 볼록하게 벤딩 또는 폴딩될 수 있다.
상기 분리막 적층체에는, 상기 복수개의 전극의 타측에 위치하며 상기 베이스 분리막 및 복수개의 분리막이 서로 융착된 서브 실링부가 형성되고, 상기 서브 실링부는 상기 기재부와 비대칭 형상을 가질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체 제조 방법은, 서로 적층된 복수개의 분리막의 중앙부가 서로 실링되어 실링부를 이루는 분리막 적층체를 준비하는 단계; 상기 실링부를 중심으로 상기 분리막 적층체를 폴딩하는 단계; 및 상기 복수개의 분리막의 사이에 복수개의 전극을 삽입하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 분리막 적층체를 준비하는 단계는, 일 분리막의 상측에 타 분리막을 적층하는 과정; 및 상기 일 분리막과 상기 타 분리막의 중앙부를 서로 융착하여 실링부를 형성하는 과정을 반복할 수 있다. 상기 실링부의 폭은, 상기 분리막 적층체의 적층 방향에 대해 상측으로 갈수록 좁아질 수 있다.
상기 실링부의 반대편에서 상기 복수개의 분리막이 서로 실링되어 서브 실링부를 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 전극 조립체 제조 방법은, 베이스 분리막의 중앙부에 구비된 기재부에 복수개의 메인 분리막의 일 엣지가 고정된 분리막 적층체를 준비하는 단계; 상기 기재부를 중심으로 상기 분리막 적층체를 폴딩시키는 단계; 및 상기 베이스 분리막 및 복수개의 메인 분리막의 사이에 복수개의 전극을 삽입하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 베이스 분리막 및 복수개의 메인 분리막에 대해 상기 기재부의 반대편에 위치한 엣지를 서로 실링시키는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 종래 다양한 방식의 전극 조립체의 제조 방법들과 비교하여, 제조 공정이 단순화되고 제조 설비가 간소해지는 이점이 있다.
또한, 전극을 미포함하는 분리막 적층체를 우선 제조하므로 복수개의 분리막 간 정확한 얼라인이 가능하고, 분리막 적층체에 복수개의 전극을 동시 또는 순차적으로 삽입하므로 복수개의 전극 간 정확한 얼라인이 가능한 이점이 있다. 이로써 전극 조립체의 품질 및 에너지 밀도가 향상될 수 있다.
또한, 분리막 적층체에 구비된 실링부 또는 기재부의 실링 안정성이 높게 유지되므로, 복수개의 전극이 분리막 적층체에서 이탈하는 것을 방지할 수 있다. 이로써 복수개의 전극 간 쇼트가 발생하는 것을 방지하고, 전극 조립체의 안정성이 향상될 수 있다.
또한, 분리막 적층체에 구비된 실링부 또는 기재부의 두께가 종래의 분리막 실링부 두께보다 상대적으로 얇게 형성되므로, 복수개의 전극을 효율적으로 방열할 수 있다.
이 외에도, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 구성들로부터 당업자가 용이하게 예측 가능한 효과들을 포함할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 분리막 적층체의 측면도이다.
도 2는 도 1에 도시된 분리막 적층체의 평면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 분리막 적층체에 복수개의 전극을 삽입하는 모습이 도시된 측면도이다.
도 4는 도 3에 표시된 'A'부분의 확대도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체의 측면도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체의 제조 방법의 순서도이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 분리막 적층체의 측면도이다.
도 8는 본 발명의 다른 실시예에 따른 분리막 적층체에 복수개의 전극을 삽입하는 모습이 도시된 측면도이다.
도 9는 도 8에 표시된 'B'부분의 확대도이다.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전극 조립체의 측면도이다.
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전극 조립체의 제조 방법의 순서도이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체를 포함하는 이차 전지의 분해 사시도이다.
도 13은 도 12에 도시된 이차 전지를 포함하는 전지 모듈의 개략도이다.
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.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 분리막 적층체의 측면도이고, 도 2는 도 1에 도시된 분리막 적층체의 평면도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 분리막 적층체(100)는, 서로 적층된 복수개의 분리막(110)과, 복수개의 분리막(110)의 중앙부가 서로 실링되어 형성된 실링부(120)를 포함할 수 있다.
각 분리막(110)은 제1방향으로 연장된 한 쌍의 제1엣지(110a)와, 상기 제1방향과 직교한 제2방향으로 연장된 한 쌍의 제2엣지(110b)를 포함할 수 있다. 따라서, 각 분리막(110)의 한 쌍의 제2엣지(110b)는, 제1방향에 대한 분리막(110)의 양 단부를 이룰 수 있다.
상기 제1방향은 분리막(110)의 길이 방향 및 폭 방향 중 어느 하나와 나란할 수 있고, 상기 제2방향은 분리막(110)의 길이 방향 및 폭 방향 중 다른 하나와 나란할 수 있다.
실링부(120)는 복수개의 분리막(110)의 제1방향에 대한 중앙부가 서로 실링되어 형성될 수 있다. 실링부(120)는 상기 제2방향으로 길게 형성될 수 있다.
실링부(120)의 제1방향에 대한 폭은, 복수개의 분리막(110)의 적층 방향에 대해 상측으로 갈수록 좁아질 수 있다. 즉, 실링부(120)의 하부폭(w1)은 상부폭(w2)보다 넓을 수 있다.
그로 인해, 복수개의 분리막(110)의 적층 방향에 대한 실링부(120)의 두께는, 제1방향에 대한 중앙부로 갈수록 두꺼워질 수 있다.
또한, 실링부(120)는 제1방향에 대해 대칭 형상을 가질 수 있다. 실링부(120)의 제1방향에 대한 양 단부는, 복수개의 분리막(110)의 적층 방향에 대해 상측으로 갈수록 내측에 위치할 수 있다.
이를 위해, 각 분리막(110)을 실링할때마다 실링부(120)를 형성할 수 있으며, 분리막(110)이 적층될수록 실링부(120)의 폭을 점차 좁게 형성할 수 있다.
좀 더 상세히, 제1분리막(110)의 상측에 제2분리막(110)을 적층하면 상기 제1분리막(110)과 상기 제2분리막(110)의 중앙부를 서로 실링시켜 제1폭을 갖는 실링부(120)를 형성할 수 있다. 이후, 상기 제2분리막(110)의 상측에 제3분리막(110)을 적층하면 상기 제2분리막(110)과 상기 제3분리막(110)의 중앙부를 서로 실링시켜 상기 제1폭보다 좁은 제2폭을 갖는 제2실링부(120)를 형성할 수 있다. 여기서 제1분리막 내지 제3분리막은 특정 분리막이 아닌 분리막의 적층 순서를 설명하기 위한 임의의 명칭임을 밝힌다.
이러한 과정을 반복하며 복수개의 분리막(110)을 적층 및 실링함으로써, 상측으로 갈수록 실링부(120)의 폭이 좁아지는 분리막 적층체(100)를 형성할 수 있다.
그리고, 분리막 적층체(100), 좀 더 상세히는 복수개의 분리막(110)은 실링부(120)를 중심으로 폴딩될 수 있다(도 3 참조). 따라서, 분리막 적층체(100)의 제1방향에 대한 길이는 대략 절반으로 줄어들 수 있고, 적층 방향에 대한 높이는 대략 2배로 증가할 수 있다.
좀 더 상세히, 분리막 적층체(100)는, 복수개의 분리막(110) 중 마지막에 적층된 마지막 분리막(110)의 일부와 다른 일부가 서로 마주보는 방향으로 폴딩될 수 있다. 따라서, 상기 마지막 분리막(110)의 일부 및 다른 일부는, 폴딩된 분리막 적층체(100)의 적층 방향 중앙부에 위치하며 서로 마주볼 수 있다. 또한, 복수개의 분리막(110) 중 처음 적층된 최초 분리막(110)의 일부와 다른 일부는, 폴딩된 분리막 적층체(100)의 양 최외각을 이룰 수 있다.
즉, 본 실시예에 따른 분리막 적층체(100)는 제본된 책(book)과 유사한 구조를 가질 수 있으며, 상기 최초 분리막(110)은 책의 표지, 다른 분리막(110)은 책의 각 페이지에 대응될 수 있다.
폴딩된 분리막 적층체(100)에 대해서는 이후 더 자세히 설명한다.
한편, 복수개의 분리막(110)의 한 쌍의 제2엣지(110b)는, 복수개의 분리막(110)의 적층 방향에 대해 상측으로 갈수록 내측에 위치할 수 있다. 즉, 복수개의 분리막(110)의 한 쌍의 제2엣지(110b) 사이의 길이는, 적층 방향에 대해 상측으로 갈수록 짧아질 수 있다. 이로써, 분리막 적층체(100)가 실링부(120)를 중심으로 폴딩되면(도 3 참조), 복수개의 분리막(110)에 대해 실링부(120)부터 복수개의 제2엣지(110b)까지의 길이가 서로 동일 또는 유사해질 수 있다.
다만 이에 한정되는 것은 아니며, 일정한 길이를 갖는 복수개의 분리막(110)이 적층되는 것도 가능하다. 이 경우, 분리막 적층체(100)가 실링부(120)를 중심으로 폴딩된 상태에서, 실링부(120)부터 복수개의 제2엣지(110b)까지의 길이가 서로 동일 또는 유사해지도록 분리막 적층체(100)의 일부를 절단하는 공정을 추가로 실시할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 분리막 적층체에 복수개의 전극을 삽입하는 모습이 도시된 측면도이고, 도 4는 도 3에 표시된 'A'부분의 확대도이고, 도 5은 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체의 측면도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체(10)는, 실링부(120)를 중심으로 폴딩된 분리막 적층체(100)와, 복수개의 분리막(110)의 사이에 삽입된 복수개의 전극(200)을 포함할 수 있다.
이하, 분리막 적층체(100)는 폴딩된 상태를 기준으로 설명한다.
분리막 적층체(100)의 일측에는 실링부(120)가 위치하고, 타측에는 복수개의 분리막(100)의 제2엣지(110b)가 위치할 수 있다.
실링부(120)의 형상은 분리막 적층체(100)가 폴딩되는 정도에 따라 달라질 수 있다. 일 예로, 실링부(120)의 외면(120a)은 도 4에 도시된 바와 같이 평평하게 형성될 수 있다. 다른 예로, 실링부(120)의 외면(120a)은 분리막 적층체(100)의 외측을 향해 볼록하게 벤딩 또는 폴딩될 수 있다.
실링부(120)의 외면(120a)은 분리막 적층체(100)의 둘레 일부를 이룰 수 있다.
실링부(120)의 두께(t)는, 분리막 적층체(100)의 적층 방향에 대해 중앙부로 갈수록 두꺼워질 수 있다. 따라서, 실링부(120)는, 분리막 적층체(100)의 적층 방향 중앙부에서, 최대 두께(tm)를 가질 수 있다.
여기서 실링부(120)의 두께(t)는, 실링부(120)의 외면(120a)에 직교하는 방향에 대해, 각 분리막(110)과 실링부(120)가 연결되는 지점부터 실링부(120)의 외면(120a)까지의 거리를 의미할 수 있다. 예를 들어 실링부(120)의 외면(120a)이 평평하게 형성되는 경우, 실링부(120)의 두께(t)는 제1방향과 나란할 수 있다.
실링부(120)는 분리막 적층체(100)의 적층 방향에 대해 대칭 형상을 가질 수 있다.
또한, 실링부(120)는 복수개의 전극(200)의 일측에 위치할 수 있다. 복수개의 전극(200) 중 적어도 일부는 실링부(120)와 접하거나 인접할 수 있다. 실링부(120)는 복수개의 전극(200)이 분리막 적층체(100)에서 이탈하는 것을 방지할 수 있다.
복수개의 전극(200)은, 분리막 적층체(100)에 포함된 복수개의 분리막(110)의 사이로 삽입될 수 있다. 복수개의 전극(200)은, 분리막(110)을 사이에 두고 번갈아 위치한 복수개의 양극 및 복수개의 음극을 포함할 수 있다.
각 전극(200)은 극판 형태의 집전체에 전극 활물질이 도포되어 형성될 수 있다. 또한, 각 전극(200)에는 전극탭(210)(도 12 참조)이 연결될 수 있으며, 상기 전극탭(210)은 집전체에서 전극 활물질이 미도포된 무지부일 수 있다.
복수개의 전극탭(210)은 전극 조립체(10)의 일측 또는 양측으로 돌출될 수 있다. 좀 더 상세히, 복수개의 전극탭(210)은 양극에 연결된 양극탭과 음극에 연결된 음극탭을 포함할 수 있고, 상기 양극탭 및 음극탭은 서로 나란하게 돌출되거나, 서로 반대 방향으로 돌출될 수 있다.
복수개의 전극탭(210)은 분리막 적층체(100)의 실링부(120) 및 후술할 서브 실링부(130)와 간섭되지 않는 방향으로 돌출될 수 있다.
한편, 분리막 적층체(100)에는 서브 실링부(130)가 형성될 수 있다.
서브 실링부(130)는 복수개의 전극(200)을 사이에 두고 실링부(120)의 반대편에 위치할 수 있다. 즉, 실링부(120)는 복수개의 전극(200)의 일측에 위치하고, 서브 실링부(130)는 복수개의 전극(200)의 타측에 위치할 수 있다.
서브 실링부(130)는 복수개의 분리막(110)이 서로 실링되어 형성될 수 있다. 좀 더 상세히, 서브 실링부(130)는 복수개의 분리막(110)의 제2엣지(110b)가 서로 실링되어 형성될 수 있다.
더욱 상세히, 서브 실링부(130)는 복수개의 분리막(110)의 제2엣지(110b)가 별도의 실링툴(미도시)에 의해 중앙부로 모이며 열 실링되거나, 무작위 방향으로 폴딩되며 열 실링될 수 있다. 따라서, 서브 실링부(130)가 형성된 경우, 서브 실링부(130)는 필연적으로 실링부(120)와 비대칭 형상을 가지게 된다.
다만, 분리막 적층체(100)에 서브 실링부(130)가 미형성되는 것도 가능함은 물론이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체의 제조 방법의 순서도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체(10)의 제조 방법은, 서로 적층된 복수개의 분리막(110)의 중앙부가 서로 융착되어 실링부(120)를 이루는 분리막 적층체(100)를 준비하는 단계(S10)와, 실링부(120)를 중심으로 분리막 적층체(100)를 폴딩하는 단계(S20)와, 복수개의 분리막(110)의 사이에 복수개의 전극(200)을 삽입하는 단계(S30)를 포함할 수 있다.
분리막 적층체(100)를 준비하는 단계(S10)에서, 실링부(120)는 복수개의 분리막(110)의 제1방향에 대한 중앙부에 형성될 수 있고, 실링부(120)는 상기 제1방향과 직교하는 제2방향으로 길게 형성될 수 있다.
분리막 적층체(100)를 준비하는 단계(S10)는, 일 분리막(110)의 상측에 타 분리막(120)을 적층하는 과정과, 일 분리막(110)과 타 분리막(110)의 중앙부를 서로 융착하여 실링부(120)를 형성하는 과정을 반복할 수 있다. 그리고, 실링부(120)의 폭은, 분리막 적층체(100)의 적층 방향에 대해 상측으로 갈수록 좁게 형성될 수 있다.
따라서, 분리막 적층체(100)의 중앙에 형성된 실링부(120)는, 분리막 적층체(100)의 적층 방향에 대해 상측으로 갈수록 폭이 좁아지는 형상을 가질 수 있다.
분리막 적층체(100)를 폴딩하는 단계(S20)에서, 분리막 적층체(100)는 제2방향으로 길게 형성된 실링부(120)를 중심으로 폴딩될 수 있다. 좀 더 상세히, 분리막 적층체(100)는, 복수개의 분리막(110) 중 마지막에 적층된 마지막 분리막(110)의 일부와 다른 일부가 서로 마주보는 방향으로 폴딩될 수 있다.
따라서, 분리막 적층체(100)가 폴딩되면, 실링부(120)는 분리막 적층체(100)의 일측에 위치할 수 있으며, 실링부(120)의 두께(t)(도 5 참조)는 분리막 적층체(100)의 적층 방향에 대해 중앙부로 갈수록 두꺼워질 수 있다.
또한, 실링부(120)의 형상은 분리막 적층체(100)의 폴딩 정도에 따라 달라질 수 있다.
일 예로, 분리막 적층체(100)가 폴딩될 때 실링부(120) 자체는 비폴딩되어 실링부(120)의 형상이 유지될 수 있다. 이 경우, 실링부(120)의 외면(120a)은 플랫할 수 있다.
다른 예로, 분리막 적층체(100)가 폴딩될 때 실링부(120)는 복수개의 분리막(110)과 함께 휘어질 수 있다. 이 경우, 실링부(120)의 외면(120a)은 분리막 적층체(100)의 외측을 향해 볼록하게 벤딩 또는 폴딩될 수 있다.
복수개의 전극(200)을 삽입하는 단계(S30)에서, 복수개의 전극(200)은 분리막 적층체(100)에 동시에 삽입되거나 순차적으로 삽입될 수 있다.
예를 들어, 복수개의 분리막(110) 사이에는 복수개의 가이드 슬릿(미도시)이 삽입될 수 있고, 각 전극(200)은 상기 가이드 슬릿을 통해 분리막 적층체(100)로 삽입될 수 있다. 이후, 상기 가이드 슬릿은 제거될 수 있다.
이로써, 분리막 적층체(100)의 실링부(120)는 복수개의 전극(200)의 일측에 위치할 수 있고, 복수개의 전극(200) 중 적어도 일부와 접하거나 인접할 수 있다.
그리고, 복수개의 전극(200)에 구비된 전극탭(210)(도 12 참조)은 분리막 적층체(100)의 외측으로 돌출될 수 있다. 좀 더 상세히, 전극탭(210)은 실링부(120)와 간섭되지 않는 방향으로 돌출될 수 있다.
한편, 도 6에는 도시되지 않았으나, 본 실시예에 따른 전극 조립체(10)의 제조 방법은, 실링부(120)의 반대편에서 복수개의 분리막(110)이 서로 실링되어 서브 실링부(130)를 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
좀 더 상세히, 복수개의 분리막(110)의 제2엣지(110b)는 별도의 실링툴(미도시)에 의해 서로 실링되어 서브 실링부(130)를 형성할 수 있다. 실링부(120)와 서브 실링부(130)는 복수개의 전극(200)을 사이에 두고 서로 반대편에 위치할 수 있으며, 서로 비대칭 형상을 가질 수 있다.
이 경우, 복수개의 전극(200)에 구비된 전극탭(210)(도 12 참조)은 실링부(120) 및 서브 실링부(130)와 간섭되지 않는 방향으로 돌출될 수 있다.
종래 다양한 방식의 전극 조립체의 제조 방법들과 비교하면, 본 실시예에 따른 전극 조립체(10)의 제조 방법은 상대적으로 간단하므로 제조 공정이 단순화되고 제조 설비가 간소해지는 이점이 있다.
또한, 전극(200)을 미포함하는 분리막 적층체(100)를 우선 제조하므로, 복수개의 분리막(110) 간 정확한 얼라인이 가능한 이점이 있다. 또한, 분리막 적층체(100)에 복수개의 전극(200)을 동시 또는 순차적으로 삽입하므로, 복수개의 전극(200) 간 정확한 얼라인이 가능한 이점이 있다. 이로써 전극 조립체(10)의 품질 및 에너지 밀도가 향상될 수 있다.
또한, 종래와 비교하여 실링부(120)의 실링 안정성이 높아질 수 있으며, 실링부(120)에 의해 복수개의 전극(200)이 분리막 적층체(100)에서 이탈하는 것이 방지될 수 있다. 이로써 복수개의 전극(200) 간 쇼트가 발생하는 것을 방지하고, 전극 조립체(10)의 안정성이 향상될 수 있다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 분리막 적층체의 측면도이다.
본 실시예에 따른 분리막 적층체(100')는, 베이스 분리막(111)과, 베이스 분리막(111)의 중앙부에 배치된 기재부(140)과, 기재부(140)에 연결된 복수개의 메인 분리막(112)을 포함할 수 있다.
베이스 분리막(111)은, 제1방향으로 연장된 한 쌍의 제1엣지와, 상기 제1방향과 직교한 제2방향으로 연장된 한 쌍의 제2엣지(111b)를 포함할 수 있다. 따라서, 베이스 분리막(111)의 한 쌍의 제2엣지(110b)는, 제1방향에 대한 분리막(110)의 양 단부를 이룰 수 있다.
상기 제1방향은 베이스 분리막(111)의 길이 방향 및 폭 방향 중 어느 하나와 나란할 수 있고, 상기 제2방향은 베이스 분리막(111)의 길이 방향 및 폭 방향 중 다른 하나와 나란할 수 있다.
베이스 분리막(111)은 단일의 분리막이거나, 후술할 기재부(140)에 연결되며 서로 이격된 한 쌍의 분리막을 포함할 수 있다. 이하에서는 베이스 분리막(111)이 단일의 분리막인 경우를 예로 들어 설명한다.
기재부(140)은 베이스 분리막(111)의 제1방향에 대한 중앙부에 구비될 수 있다. 좀 더 상세히, 기재부(140)은 베이스 분리막(111)의 상면 중 제1방향에 대한 중앙부에 구비될 수 있다. 그리고, 기재부(140)은 제2방향으로 길게 형성될 수 있다. 기재부(140)의 폭 및 두께는 일정하게 형성됨이 바람직하다.
기재부(140)은 후술할 메인 분리막(112)의 엣지(112a)가 고정 가능하도록 구성될 수 있으며 그 재질은 한정되지 않는다. 예를 들어, 기재부(140)은 접착제를 포함하거나, 열 실링 가능한 고분자 수지를 포함할 수 있다.
복수개의 메인 분리막(112)은, 기재부(140)에 연결된 일 엣지(112a)와, 상기 일 엣지(112a)의 반대편에 위치한 타 엣지(112b)를 가질 수 있다. 상기 일 엣지(112a)와 타 엣지(112b)는 제2방향으로 나란하게 연장될 수 있다.
이하에서는 설명의 편의를 위해 상기 일 엣지(112a)는 고정 엣지로 명명하고, 상기 타 엣지(112b)는 비고정 엣지로 명명한다.
각 메인 분리막(112)의 고정 엣지(112a)는 기재부(140)에 수직하게 연결될 수 있다.
그리고, 상기 제1방향에 대해 복수개의 메인 분리막(112) 중 일부는 일측으로 펼쳐지고 다른 일부는 타측으로 펼쳐질 수 있다.
그리고, 분리막 적층체(100')는 기재부(140)을 중심으로 폴딩될 수 있다. 좀 더 상세히, 베이스 분리막(111)은, 복수개의 메인 분리막(112)이 모이도록 기재부(140)을 중심으로 폴딩될 수 있다(도 8 참조). 따라서, 복수개의 메인 분리막(112)은 적층 방향에 대해 서로 마주보도록 모일 수 있고, 베이스 분리막(111)의 일부 및 다른 일부는 폴딩된 분리막 적층체(100')의 양 최외각을 이룰 수 있다.
즉, 본 실시예에 따른 분리막 적층체(100')는 제본된 책(book)과 유사한 구조를 가질 수 있으며, 베이스 분리막(111)은 책의 표지, 메인 분리막(112)은 책의 각 페이지에 대응될 수 있다.
폴딩된 분리막 적층체(100')에 대해서는 이후 더 자세히 설명한다.
한편, 복수개의 메인 분리막(112)의 비고정 엣지(112b)는, 베이스 분리막(111)의 제2엣지(111b)보다 내측에 위치할 수 있다.
또한, 복수개의 메인 분리막(112)의 비고정 엣지(112b)는, 복수개의 메인 분리막(112)의 적층 방향에 대해 상측으로 갈수록 내측에 위치할 수 있다. 즉, 복수개의 메인 분리막(112)의 고정 엣지(112a)에서 비고정 엣지(112b)까지의 길이는, 적층 방향에 대해 상측으로 갈수록 짧아질 수 있다.
이로써, 분리막 적층체(100')가 기재부(140)를 중심으로 폴딩되면(도 8 참조), 복수개의 메인 분리막(112)에 대해 기재부(140)부터 복수개의 비고정 엣지(112b)까지의 길이가 서로 동일 또는 유사해질 수 있다.
다만 이에 한정되는 것은 아니며, 일정한 길이를 갖는 복수개의 메인 분리막(112)이 사용되는 것도 가능하다. 이 경우, 분리막 적층체(100')가 기재부(140)를 중심으로 폴딩된 상태에서, 기재부(140)부터 복수개의 비고정 엣지(112b)까지의 길이가 서로 동일 또는 유사해지도록 분리막 적층체(100')의 일부를 절단하는 공정을 추가로 실시할 수 있다.
도 8는 본 발명의 다른 실시예에 따른 분리막 적층체에 복수개의 전극을 삽입하는 모습이 도시된 측면도이고, 도 9는 도 8에 표시된 'B'부분의 확대도이고, 도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전극 조립체의 측면도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체(10')는, 기재부(140)를 중심으로 폴딩된 분리막 적층체(100')와, 복수개의 분리막(111)(112)의 사이에 삽입된 복수개의 전극(200)을 포함할 수 있다.
이하, 분리막 적층체(100')는 폴딩된 상태를 기준으로 설명한다.
분리막 적층체(100')의 일측에는 기재부(120)가 위치하고, 타측에는 복수개의 메인 분리막(112)의 비고정 엣지(112b)와 베이스 분리막(111)의 제2엣지(111b)가 위치할 수 있다.
베이스 분리막(111)이 단일의 분리막인 경우, 베이스 분리막(111)의 일부는 기재부(120)를 외측에서 커버할 수 있다. 다만 이에 한정되는 것은 아니며, 베이스 분리막(111)이 기재부(140)에 연결되며 서로 이격된 한 쌍의 분리막을 포함하는 경우, 기재부(140)는 분리막 적층체(100')의 둘레 일부를 이룰 수 있다.
기재부(140)의 형상은 분리막 적층체(100')가 폴딩되는 정도에 따라 달라질 수 있다. 일 예로, 기재부(140)는 도 9에 도시된 바와 같이 평평하게 형성될 수 있다. 다른 예로, 기재부(140)는 분리막 적층체(100')의 외측을 향해 볼록하게 벤딩 또는 폴딩될 수 있다.
기재부(140)의 두께는, 복수개의 메인 분리막(112)의 적층 방향에 대해 일정할 수 있다.
또한, 기재부(140)는 복수개의 전극(200)의 일측에 위치할 수 있다. 복수개의 전극(200)은 기재부(140)와 접하거나 인접할 수 있다. 기재부(140)는 복수개의 전극(200)이 분리막 적층체(100')에서 이탈하는 것을 방지할 수 있다.
복수개의 전극(200)은, 분리막 적층체(100')에 포함된 베이스 분리막(111) 및 복수개의 메인 분리막(112)의 사이로 삽입될 수 있다. 좀 더 상세히, 복수개의 전극(200) 중 양 최외각 전극(200)은 베이스 분리막(111)과 메인 분리막(112)의 사이로 삽입되고, 나머지 전극(200)은 복수개의 메인 분리막(112) 사이로 삽입될 수 있다.
복수개의 전극(200)은, 분리막(111)(112)을 사이에 두고 번갈아 위치한 복수개의 양극 및 복수개의 음극을 포함할 수 있다.
각 전극(200)은 극판 형태의 집전체에 전극 활물질이 도포되어 형성될 수 있다. 또한, 각 전극(200)에는 전극탭(210)(도 12 참조)이 연결될 수 있으며, 상기 전극탭(210)은 집전체에서 전극 활물질이 미도포된 무지부일 수 있다.
복수개의 전극탭(210)은 전극 조립체(10')의 일측 또는 양측으로 돌출될 수 있다. 좀 더 상세히, 복수개의 전극탭(210)은 양극에 연결된 양극탭과 음극에 연결된 음극탭을 포함할 수 있고, 상기 양극탭 및 음극탭은 서로 나란하게 돌출되거나, 서로 반대 방향으로 돌출될 수 있다.
복수개의 전극탭(210)은 분리막 적층체(100')의 기재부(140) 및 후술할 서브 실링부(150)와 간섭되지 않는 방향으로 돌출될 수 있다.
한편, 분리막 적층체(100')에는 서브 실링부(150)가 형성될 수 있다.
서브 실링부(150)는 복수개의 전극(200)을 사이에 두고 기재부(140)의 반대편에 위치할 수 있다. 즉, 기재부(140)는 복수개의 전극(200)의 일측에 위치하고, 서브 실링부(150)는 복수개의 전극(200)의 타측에 위치할 수 있다.
서브 실링부(150)는 복수개의 분리막(111)(112)이 서로 실링되어 형성될 수 있다. 좀 더 상세히, 서브 실링부(130)는 복수개의 메인 분리막(112)의 비고정 엣지(112b)와, 베이스 분리막(111)의 제2엣지(111b)가 서로 실링되어 형성될 수 있다.
더욱 상세히, 서브 실링부(150)는 복수개의 메인 분리막(112)의 비고정 엣지(112b)와, 베이스 분리막(111)의 제2엣지(111b)가 별도의 실링툴(미도시)에 의해 중앙부로 모이며 열 실링되거나, 무작위 방향으로 폴딩되며 열 실링될 수 있다. 따라서, 서브 실링부(150)가 형성된 경우, 서브 실링부(150)는 필연적으로 기재부(140)와 비대칭 형상을 가지게 된다.
다만, 분리막 적층체(100')에 서브 실링부(150)가 미형성되는 것도 가능함은 물론이다.
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전극 조립체의 제조 방법의 순서도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체(10')의 제조 방법은, 베이스 분리막(111)의 중앙부에 구비된 기재부(140)에 복수개의 메인 분리막(112)의 일 엣지(112a)가 고정된 분리막 적층체(100')를 준비하는 단계(S10')와, 기재부(140)를 중심으로 분리막 적층체(100')를 폴딩시키는 단계(S20')와, 베이스 분리막(111) 및 복수개의 메인 분리막(112)의 사이에 복수개의 전극(200)을 삽입하는 단계(S30')를 포함할 수 있다.
분리막 적층체(100')를 준비하는 단계(S10')에서, 기재부(140)는 베이스 분리막(111)의 제1방향에 대한 중앙부에 구비될 수 있고, 상기 제1방향과 직교하는 제2방향으로 길게 형성될 수 있다. 또한, 기재부(140)는 일정한 폭과 두께를 가질 수 있다.
일 예로, 접착제가 베이스 분리막(111)의 상면 중앙부에 도포되거나 코팅되어 기재부(140)를 이룰 수 있다.
다른 예로, 베이스 분리막(111)과 별도로 구비된 접착 부재나 고분자 수지 부재가 베이스 분리막(111)의 상면 중앙부에 부착되거나 접합되어 기재부(140)를 이룰 수 있다.
또다른 예로, 제1방향으로 서로 이격된 한 쌍의 분리막이, 별도로 구비된 접착 부재나 고분자 수지 부재에 연결될 수 있다. 이 경우, 상기 한 쌍의 분리막이 베이스 분리막(111)을 이루고, 상기 접착 부재나 고분자 수지 부재가 기재부(140)를 이룰 수 있다.
분리막 적층체(100')를 폴딩하는 단계(S20)에서, 분리막 적층체(100')는 제2방향으로 길게 형성된 기재부(140)를 중심으로 폴딩될 수 있다. 좀 더 상세히, 분리막 적층체(100')는, 복수개의 메인 분리막(112)이 서로 마주보도록 모이는 방향으로 폴딩될 수 있다.
따라서, 분리막 적층체(100)가 폴딩되면, 기재부(140)는 분리막 적층체(100')의 일측에 위치할 수 있으며, 기재부(140)의 두께는 분리막 적층체(100')의 적층 방향에 대해 일정할 수 있다.
또한, 기재부(140)의 형상은 분리막 적층체(100')의 폴딩 정도에 따라 달라질 수 있다.
일 예로, 분리막 적층체(100')가 폴딩될 때 기재부(140) 자체는 비폴딩되어 기재부(140)의 형상이 유지될 수 있다. 이 경우, 기재부(140)는 플랫할 수 있다.
다른 예로, 분리막 적층체(100')가 폴딩될 때 기재부(140)는 베이스 분리막(111)과 함께 휘어질 수 있다. 이 경우, 기재부(140)는 분리막 적층체(100')의 외측을 향해 볼록하게 벤딩 또는 폴딩될 수 있다.
복수개의 전극(200)을 삽입하는 단계(S30')에서, 복수개의 전극(200)은 분리막 적층체(100')에 동시에 삽입되거나 순차적으로 삽입될 수 있다.
예를 들어, 복수개의 분리막(111)(112) 사이에는 복수개의 가이드 슬릿(미도시)이 삽입될 수 있고, 각 전극(200)은 상기 가이드 슬릿을 통해 분리막 적층체(100')로 삽입될 수 있다. 이후, 상기 가이드 슬릿은 제거될 수 있다.
이로써, 분리막 적층체(100')의 기재부(140)는 복수개의 전극(200)의 일측에 위치할 수 있고, 복수개의 전극(200)과 접하거나 인접할 수 있다.
그리고, 복수개의 전극(200)에 구비된 전극탭(210)(도 12 참조)은 분리막 적층체(100')의 외측으로 돌출될 수 있다. 좀 더 상세히, 전극탭(210)은 기재부(140)와 간섭되지 않는 방향으로 돌출될 수 있다.
한편, 도 11에는 도시되지 않았으나, 본 실시예에 따른 전극 조립체(10')의 제조 방법은, 기재부(140)의 반대편에서 복수개의 분리막(111)(112)이 서로 실링되어 서브 실링부(150)를 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
좀 더 상세히, 베이스 분리막(111)의 제2엣지(111b)와 복수개의 메인 분리막(112)의 비고정 엣지(112b)는 별도의 실링툴(미도시)에 의해 서로 실링되어 서브 실링부(150)를 형성할 수 있다. 기재부(140)와 서브 실링부(150)는 복수개의 전극(200)을 사이에 두고 서로 반대편에 위치할 수 있으며, 서로 비대칭 형상을 가질 수 있다.
이 경우, 복수개의 전극(200)에 구비된 전극탭(210)(도 12 참조)은 기재부(140) 및 서브 실링부(150)와 간섭되지 않는 방향으로 돌출될 수 있다.
본 실시예에 따른 전극 조립체(10')의 제조 방법은, 전극(200)을 미포함하는 분리막 적층체(100')를 우선 제조하므로, 복수개의 분리막(111)(112) 간 정확한 얼라인이 가능한 이점이 있다. 또한, 분리막 적층체(100')에 복수개의 전극(200)을 동시 또는 순차적으로 삽입하므로, 복수개의 전극(200) 간 정확한 얼라인이 가능한 이점이 있다. 이로써 전극 조립체(10')의 품질 및 에너지 밀도가 향상될 수 있다.
또한, 기재부(140)의 실링 안정성이 높아질 수 있으며, 기재부(140)에 의해 복수개의 전극(200)이 분리막 적층체(100')에서 이탈하는 것이 방지될 수 있다. 이로써 복수개의 전극(200) 간 쇼트가 발생하는 것을 방지하고, 전극 조립체(10')의 안정성이 향상될 수 있다.
추가적으로, 기재부(140)의 두께가 일정하므로, 복수개의 전극(200)의 얼라인이 더욱 정확해질 수 있다. 따라서, 기재부(140)와 복수개의 전극(200) 사이의 빈 공간을 최소화할 수 있고, 전극 조립체(10')의 에너지 밀도가 더욱 향상될 수 있으며 복수개의 전극(200)의 냉각이 더 효율적으로 이뤄질 수 있다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체를 포함하는 이차 전지의 분해 사시도이고, 도 13은 도 12에 도시된 이차 전지를 포함하는 전지 모듈의 개략도이다.
도 12에는 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체(10)를 기준으로 설명한다. 이로부터 당업자는 본 발명의 다른 실시예에 따른 전극 조립체(10')(도 10 참조)에 대해서도 용이하게 이해할 수 있을 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체(10)에는 복수개의 전극탭(210)이 구비될 수 있다. 각 전극탭(210)은 전극 조립체(10)에 포함된 복수개의 전극(200)에 연결될 수 있으며, 실링부(120) 및 서브 실링부(130)와 간섭되지 않는 방향으로 돌출될 수 있다.
복수개의 전극탭(210)에는 리드(220)가 연결될 수 있다. 리드(220)는 복수개의 전극탭(210)에 스팟 용접 등에 의해 접합될 수 있으며, 복수개의 전극탭(210)과 함께 전극 조립체(10)의 외부로 전력을 공급하는 통로 역할을 수행할 수 있다.
리드(220)의 둘레 일부는 절연 부재(230)에 의해 포위될 수 있다. 예를 들어, 절연 부재(230)는 절연 테이프일 수 있다. 절연 부재(230)는 후술할 파우치형 전지 케이스(20)의 테라스(24)와 리드(220) 사이를 절연시킬 수 있고, 리드(220)의 일부는 파우치형 전지 케이스(20)의 외부로 돌출될 수 있다.
전극 조립체(10)는 파우치형 전지 케이스(20)(이하, '전지 케이스')에 수납되어 이차 전지(1)를 형성할 수 있다. 즉, 이차 전지(1)는 전극 조립체(10) 및 전지 케이스(20)를 포함할 수 있다.
한편, 전지 케이스(20)는, 폴딩부(22)로 연결된 한 쌍의 케이스(21)가 서로 실링되어 형성될 수 있다. 이하에서 설명하는 각 케이스(21)의 구성은, 전지 케이스(20)를 전개한 상태를 기준으로 설명한다. 상기 '전지 케이스(20)를 전개한 상태'는, 전지 케이스(20)에 존재하던 소정의 접착이나 실링을 해제함으로써 전지 케이스(20)를 도 12와 같이 펼친 상태를 의미한다.
각 케이스(21)는 만입된 형상을 갖는 컵부(23)와, 컵부(23)의 둘레로 확장된 테라스(24)를 포함할 수 있다. 다만 이에 한정되는 것은 아니며, 한 쌍의 케이스(21) 중 어느 하나에만 컵부(23)가 형성되는 것도 가능함은 물론이다.
전극 조립체(10)가 어느 하나의 컵부(23)에 안착된 상태에서, 전지 케이스(20)는 폴딩부(22)를 중심으로 폴딩될 수 있고, 한 쌍의 케이스(21)의 테라스(24)가 서로 맞닿아 실링될 수 있다. 따라서, 전극 조립체(10)는 한 쌍의 컵부(23)에 의해 형성되는 수납 공간에 수납될 수 있다.
그리고, 서로 실링된 테라스(24) 중에서 폴딩부(22)의 반대편에 위치한 부분은 적어도 1회 폴딩될 수 있으며, 예를 들어 더블 사이드 폴딩(DSF)될 수 있다. 이는 주지 기술이므로 당업자는 용이하게 이해할 수 있을 것이다.
전극 조립체(10)의 실링부(120)는, 전지 케이스(20)의 폴딩부(22)를 향하도록 배치될 수 있다. 좀 더 상세히, 전극 조립체(10)의 실링부(120)는 컵부(23)의 둘레를 이루는 복수개의 외벽 중 폴딩부(22)측 외벽을 향할 수 있다. 그리고, 전극 조립체(10)의 서브 실링부(130)는 컵부(23)의 둘레를 이루는 복수개의 외벽 중 폴딩부(22)의 반대편에 위치한 외벽을 향할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 전극 조립체(10')(도 10 참조)의 경우, 기재부(140)가 전지 케이스(20)의 폴딩부(22)를 향하도록 배치될 수 있다. 좀 더 상세히, 전극 조립체(10')의 기재부(140)는 컵부(23)의 둘레를 이루는 복수개의 외벽 중 폴딩부(22)측 외벽을 향할 수 있다. 그리고, 전극 조립체(10')의 서브 실링부(150)는 컵부(23)의 둘레를 이루는 복수개의 외벽 중 폴딩부(22)의 반대편에 위치한 외벽을 향할 수 있다.
한편, 전지 모듈(5)은, 서로 적층된 복수개의 이차 전지(1)와, 상기 복수개의 이차 전지(1)가 수용된 하우징(51)을 포함할 수 있다.
하우징(51)의 내측 저면에는 높은 열전도도를 갖는 쿨링부(52)가 구비될 수 있고, 각 이차 전지(1)는 폴딩부(22)가 쿨링부(52)와 접촉하도록 세워져 배치될 수 있다. 예를 들어, 쿨링부(52)는 써멀 그리스(Thermal Grease)를 포함할 수 있다.
앞서 설명한 바와 같이, 전지 케이스(20)에서 폴딩부(22)의 반대편에 위치한 테라스(24)는 적어도 1회 폴딩되므로, 폴딩부(22)에 비해 상대적으로 두께가 두꺼울 수 있다. 따라서, 전극 조립체(10)에 포함된 복수개의 전극(200)을 효율적으로 방열시키기 위해서는, 폴딩부(22)를 쿨링부(52)에 접촉시키는 것이 보다 효과적이다.
또한, 도 5를 참조하면, 실링부(120)의 두께는 서브 실링부(130)의 두께보다 전체적으로 얇게 형성될 수 있다. 따라서, 전극 조립체(10)의 실링부(120)가 전지 케이스(20)의 폴딩부(22)를 향하게 배치함으로써, 복수개의 전극(200)을 효율적으로 방열시킬 수 있다.
마찬가지로, 도 10을 참조하면, 기재부(140)의 두께는 서브 실링부(150)의 두께보다 전체적으로 얇게 형성될 수 있다. 따라서, 본 발명의 다른 실시예에 따른 전극 조립체(10')의 기재부(140)가 전지 케이스(20)의 폴딩부(22)를 향하게 배치함으로써, 복수개의 전극(200)을 효율적으로 방열시킬 수 있다.
특히, 본 발명의 다른 실시예에 따른 전극 조립체(10')의 기재부(140)는 두께가 얇고 일정하므로, 일 실시예에 따른 전극 조립체(10)와 비교하여, 복수개의 전극(200)의 방열 효율이 더욱 높아질 수 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다.
따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
[부호의 설명]
100: 분리막 적층체 110: 분리막
111; 베이스 분리막 112: 메인 분리막
120: 실링부 130: 서브 실링부
140: 기재부 150: 서브 실링부

Claims (25)

  1. 제1방향으로 연장된 한 쌍의 제1엣지와 상기 제1방향과 직교하는 제2방향으로 연장된 한 쌍의 제2엣지를 가지며, 서로 적층된 복수개의 분리막; 및
    상기 복수개의 분리막의 상기 제1방향에 대한 중앙부가 서로 실링되어 형성되며, 상기 제2방향으로 길게 형성된 실링부를 포함하는 분리막 적층체.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 실링부의 상기 제1방향에 대한 폭은, 상기 복수개의 분리막의 적층 방향에 대해 상측으로 갈수록 좁아지는 분리막 적층체.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수개의 분리막의 상기 한 쌍의 제2엣지는, 상기 복수개의 분리막의 적층 방향에 대해 상측으로 갈수록 내측에 위치한 분리막 적층체.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 실링부는 상기 제1방향에 대해 대칭 형상을 갖는 분리막 적층체.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수개의 분리막은 상기 실링부를 중심으로 폴딩된 분리막 적층체.
  6. 서로 적층된 복수개의 분리막의 중앙부에 형성된 실링부가 형성되며, 상기 실링부를 중심으로 폴딩된 분리막 적층체; 및
    상기 복수개의 분리막의 사이에 삽입된 복수개의 전극을 포함하고,
    상기 실링부는 상기 복수개의 전극의 일측에 위치한 전극 조립체.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 복수개의 전극 중 적어도 일부는 상기 실링부와 접하거나 인접한 전극 조립체.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 실링부의 두께는, 상기 분리막 적층체의 적층 방향에 대해 중앙부로 갈수록 두꺼워지는 전극 조립체.
  9. 제 6 항에 있어서,
    상기 실링부는, 상기 분리막 적층체의 적층 방향에 대해 대칭 형상을 갖는 전극 조립체.
  10. 제 6 항에 있어서,
    상기 실링부의 외면은, 평평하거나 상기 분리막 적층체의 외측을 향해 볼록하게 벤딩 또는 폴딩된 전극 조립체.
  11. 제 6 항에 있어서,
    상기 분리막 적층체에는, 상기 복수개의 전극의 타측에 위치하며 상기 복수개의 분리막이 서로 실링된 서브 실링부가 형성되고,
    상기 서브 실링부는, 상기 실링부와 비대칭 형상을 갖는 전극 조립체.
  12. 제1방향으로 연장된 한 쌍의 제1엣지와 상기 제1방향과 직교하는 제2방향으로 연장된 한 쌍의 제2엣지를 갖는 베이스 분리막;
    상기 베이스 분리막의 상기 제1방향에 대한 중앙부에 구비되며, 상기 제2방향으로 길게 형성된 기재부; 및
    상기 기재부에 연결된 고정 엣지를 갖는 복수개의 메인 분리막을 포함하는 분리막 적층체.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 제1방향에 대해, 상기 복수개의 메인 분리막 중 일부는 일측으로 펼쳐지고 다른 일부는 타측으로 펼쳐진 분리막 적층체.
  14. 제 12 항에 있어서,
    상기 베이스 분리막은, 상기 복수개의 메인 분리막이 모이도록 상기 기재부를 중심으로 폴딩된 분리막 적층체.
  15. 제 12 항에 있어서,
    상기 복수개의 메인 분리막에서 상기 고정 엣지의 반대편에 위치한 비고정 엣지는, 적층 방향에 대해 상측으로 갈수록 내측에 위치한 분리막 적층체.
  16. 베이스 분리막의 중앙부에 구비된 기재부에 복수개의 메인 분리막의 일 엣지가 고정되며, 상기 기재부를 중심으로 폴딩된 분리막 적층체; 및
    상기 베이스 분리막 및 상기 복수개의 메인 분리막의 사이에 삽입된 복수개의 전극을 포함하고,
    상기 기재부는 상기 복수개의 전극의 일측에 위치한 전극 조립체.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 복수개의 전극은 상기 기재부와 접하거나 인접한 전극 조립체.
  18. 제 16 항에 있어서,
    상기 기재부의 두께는, 상기 복수개의 메인 분리막의 적층 방향에 대해 일정한 전극 조립체.
  19. 제 16 항에 있어서,
    상기 기재부는 평평하거나 상기 분리막 적층체의 외측을 향해 볼록하게 벤딩 또는 폴딩된 전극 조립체.
  20. 제 16 항에 있어서,
    상기 분리막 적층체에는, 상기 복수개의 전극의 타측에 위치하며 상기 베이스 분리막 및 복수개의 분리막이 서로 융착된 서브 실링부가 형성되고,
    상기 서브 실링부는, 상기 기재부와 비대칭 형상을 갖는 전극 조립체.
  21. 서로 적층된 복수개의 분리막의 중앙부가 서로 실링되어 실링부를 이루는 분리막 적층체를 준비하는 단계;
    상기 실링부를 중심으로 상기 분리막 적층체를 폴딩하는 단계; 및
    상기 복수개의 분리막의 사이에 복수개의 전극을 삽입하는 단계를 포함하는 전극 조립체 제조 방법.
  22. 제 21 항에 있어서,
    상기 분리막 적층체를 준비하는 단계는,
    일 분리막의 상측에 타 분리막을 적층하는 과정; 및
    상기 일 분리막과 상기 타 분리막의 중앙부를 서로 융착하여 실링부를 형성하는 과정을 반복하되,
    상기 실링부의 폭은, 상기 분리막 적층체의 적층 방향에 대해 상측으로 갈수록 좁아지는 전극 조립체 제조 방법.
  23. 제 21 항에 있어서,
    상기 실링부의 반대편에서 상기 복수개의 분리막이 서로 실링되어 서브 실링부를 형성하는 단계를 더 포함하는 전극 조립체 제조 장치.
  24. 베이스 분리막의 중앙부에 구비된 기재부에 복수개의 메인 분리막의 일 엣지가 고정된 분리막 적층체를 준비하는 단계;
    상기 기재부를 중심으로 상기 분리막 적층체를 폴딩시키는 단계; 및
    상기 베이스 분리막 및 복수개의 메인 분리막의 사이에 복수개의 전극을 삽입하는 단계를 포함하는 전극 조립체 제조 방법.
  25. 제 24 항에 있어서,
    상기 베이스 분리막 및 복수개의 메인 분리막에 대해 상기 기재부의 반대편에 위치한 엣지를 서로 실링시키는 단계를 더 포함하는 전극 조립체 제조 방법.
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