WO2023055094A1 - 전극조립체 제조방법 및 이의 제조장치 - Google Patents

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WO2023055094A1
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separation film
manufacturing
winding
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송은지
박기범
송의섭
이민하
이정화
이효준
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주식회사 엘지에너지솔루션
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Definitions

  • the present invention relates to a method for manufacturing an electrode assembly and an apparatus for manufacturing the same.
  • a secondary battery is a representative example of an electrochemical device using such electrochemical energy, and its use area is gradually expanding.
  • Nickel metal hydride secondary batteries are mainly used as a power source for electric vehicles and hybrid electric vehicles, but studies using lithium secondary batteries with high energy density and discharge voltage are being actively conducted, and some commercialization is in progress.
  • Such a lithium secondary battery has a structure in which an electrode assembly is embedded in a secondary battery case, and the electrode assembly is structurally a positive electrode sheet, a negative electrode sheet, a jelly roll-type electrode assembly manufactured by winding a separator film, a unit positive electrode, a unit negative electrode, and a stacked/folded electrode assembly that laminates separators, a stack/folded electrode assembly that winds unit cells such as bi-cells, full cells, or monocells with separator films, and a stack/lamination-type electrode assembly that laminates and laminates the unit cells. .
  • the stack/folding type electrode assembly is simply wound after mounting the unit cells on the separation film, resulting in an unbonded area between the folding surface and the unit cells. Interfacial resistance in the unbonded region is increased, causing a problem of lithium precipitation.
  • the electrodes included in the unit cells have a flat portion having a constant thickness of the active material layer and an inclined portion at both ends of which the thickness gradually decreases. At this time, the inclined portion is more prominent.
  • lithium precipitated therefrom threatens the safety of the secondary battery, and there is a problem in that cycle characteristics are remarkably deteriorated.
  • the present invention is to solve the above problems, and to provide an electrode assembly manufacturing method and manufacturing apparatus capable of improving the safety and cycle characteristics of a secondary battery by suppressing lithium precipitation at both ends where electrode assembly tabs are formed. do.
  • an electrode assembly manufacturing method comprising the step of winding the heat-treated unit cells into the separation film.
  • the unit cells may be mounted on the upper surface of the separation film so that the electrode tabs of the same polarity are at the same position in the vertical direction.
  • step (b) may be performed by heating or hot air, and the heat treatment of step (b) may be performed at 50 ° C to 200 ° C.
  • the electrodes included in the unit cells have a flat portion where the thickness of the active material layer is constant and an inclined portion where the thickness of the active material layer decreases at both ends of the flat portion,
  • One end and the other end of the unit cells where the tabs are formed may include a region corresponding to the inclined portion.
  • the winding speed of step (c) may be 5 ppm to 30 ppm.
  • step (b) and the winding of step (c) may be performed continuously, and therefore, the heat treatment time is affected by the winding speed.
  • the electrode assembly may be a single-sided electrode in which an active material layer is formed only on the inner side of an outermost electrode in a wound state.
  • each of the unit cells may be a bicell, a full cell, or a monocell.
  • a winder for winding an array in which the unit cells are mounted on the upper surface of the separation film
  • An electrode assembly including one end and the other end of the tabs of the unit cells positioned at upper and lower portions in the longitudinal direction of the separation film parallel to the winding direction of the array, and a heater for heat-treating the separation film corresponding thereto A manufacturing device is provided.
  • the heater may be a heating type or a hot air type.
  • the heater may be formed entirely in a portion where the unit cells are mounted on the upper surface of the separation film.
  • the winder may be located on one side of the heater.
  • FIG. 1 is a schematic diagram of an electrode assembly manufacturing apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a schematic side view of a unit cell of the present invention.
  • FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of the electrode assembly of the present invention.
  • an electrode assembly manufacturing method comprising the step of winding the heat-treated unit cells into the separation film.
  • a winding machine that winds the arrangement in which the unit cells are mounted on the upper surface of the separation film so that the electrode tabs of the same polarity are at the same position in the vertical direction after winding
  • Electrodes including one end and the other end of the unit cells at the top and bottom in the longitudinal direction of the separation film parallel to the winding direction of the array and formed with tabs of the unit cells, and a heater for heat-treating the separation film corresponding thereto
  • An assembly manufacturing apparatus is provided.
  • FIG. 1 schematically illustrates an apparatus for manufacturing an electrode for a secondary battery according to an embodiment of the present invention.
  • unit cells 108 (101, 102, 103, 104, 105, 106, 107) are mounted on the upper surface of a separator film 110.
  • a winder 130 that winds the arrangement 120 in a state of being arranged, and tabs of the unit cells 108 located at upper and lower parts in the longitudinal direction of the separation film 110 parallel to the winding direction of the arrangement 120 It includes a heater 140 that heat-treats the formed one end and the other end thereof, and the separation film 110 corresponding thereto.
  • a plurality of unit cells 108 are arranged on a separation film 110 to prepare an array 120.
  • the unit cells 108 are arranged so that the electrode tabs of the same polarity are at the same position in the vertical direction after winding.
  • Each of the unit cells 108 may be a bicell in which electrodes of the same polarity are positioned at both ends, a full cell in which electrodes of different polarities are positioned at both ends, or a monocell in the form including one electrode.
  • the bi-cell may have a structure such as cathode/separator/anode/separator/cathode
  • the full cell may have a structure such as cathode/separator/anode
  • the monocell may have a structure of either an anode or a cathode and It may have a structure in which separators are stacked.
  • the unit cells 108 should be arranged in a stacked form in which positive electrodes and negative electrodes are alternately arranged after winding.
  • an inclination occurs at one end where the tab is formed and the other end thereof due to application of the electrode active material slurry during the manufacturing process of the electrode.
  • FIG. 2 schematically shows a side view of the unit cell of the present invention.
  • a unit cell 200 is composed of a plurality of electrodes 210 , 220 , and 230 .
  • 2 shows a bi-cell composed of three electrodes 210, 220, and 230, but is not limited thereto.
  • the electrodes 210, 220, and 230 have a structure in which active material layers 212, 222, and 232 are formed on current collectors 211, 221, and 231, respectively, and the current collectors 211, 221, and 231 Electrode tabs 211a, 221a, and 231a are respectively formed on one side of the .
  • the active material layers 212, 222, and 232 when examining the active material layers 212, 222, and 232, the active material layers 212, 222, and 232 have a flat portion P and a flat portion P having a constant thickness. At both ends, the active material layers 212, 222, and 232 have inclined portions L 1 and L 2 in which the thickness decreases. Specifically, it has an inclined portion L 1 at one end in the direction in which the tab is formed and a corresponding inclined portion L 2 at the other end.
  • the active material layer of the electrodes 210, 220, and 230 constituting the unit cell 200 has inclined portions L 1 and L 2 , when the unit cell 200 is wound with a separator film, the tab The inclined part (L 1 ) of one end and the inclined part (L 2 ) of the other end corresponding thereto are spaced apart from the separation film and a space is generated, so they are not adhered, and accordingly, lithium precipitation occurs in the region. well it happens
  • the present invention with respect to the arrangement 120 in which such unit cells 108 are mounted on the separation film 110, one end where tabs are formed in the unit cells 108 And a process of heat-treating the other end thereof and the corresponding separation film 110 together is performed.
  • one end and the other end of the unit cells 108 where the heat treatment is performed may be regions S 1 and S 2 including regions corresponding to the inclined portions of the electrodes.
  • the heat treatment is performed by the heater 140 located at the top and bottom of the separation film 110 in the longitudinal direction, and at this time, the heat treatment may be performed by heating or hot air. Therefore, the heater 140 It may be a heating type or hot air type device.
  • heat treatment may be performed at 50 °C to 200 °C.
  • the unit cells 108 are wound into a separation film 110 .
  • the heat treatment time may be influenced by a winding speed performed after the heat treatment.
  • the winder 130 for winding the array 120 may be located on one side of the heater 140, and accordingly, the heat treatment of step (b) and the winding of step (c) are continuously performed. can Therefore, the heat treatment time may be affected by the winding speed.
  • step (c) may be 5 ppm to 30 ppm.
  • the heater 140 performing the heat treatment is not limited in size, but unit cells 108 are placed on the upper surface of the separation film 110 so that the unit cells 108 can be sufficiently heat treated.
  • the mounted portion may be formed as a whole.
  • the heat treatment time for the unit cell may be 3 seconds to 20 seconds.
  • the electrode assembly manufactured in this way may be a single-sided electrode in which an active material layer is formed only on the inner side of the outermost electrode in a wound state.
  • electrodes facing the separator film 110 in the two unit cells 106 and 107 at the end of winding in FIG. 1 may be single-sided electrodes.
  • FIG. 3 a cross-sectional view of the electrode assembly in a wound form is shown in FIG. 3 below.
  • the electrode assembly 300 has a structure in which unit cells are wound with a separator film 310 .
  • each of the electrodes 320 and 330 included in the outermost unit cells 106 and 107 are active material layers 322 and 332 on current collectors 321 and 331, respectively, as an electrode assembly. It is a single-sided electrode formed only on the inner side of (300).
  • the active material layer 321 is formed only on the lower surface of the current collector 321 in the upper electrode 320, and the lower electrode 330 has an active material layer (only on the upper surface of the current collector 331). 332) is formed.
  • the outermost electrodes are single-sided electrodes, it is more preferable because there is no waste of the active material layer and the overall thickness of the electrode assembly is reduced.

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Abstract

본 발명에서는, 단위셀들을 분리필름으로 권취한 전극조립체를 제조하는 방법으로서, (a) 권취 후 동일한 극성의 전극 탭들이 서로 상하 방향의 동일한 위치에 있도록, 상기 단위셀들을 상기 분리필름의 상면에 탑재하여 배열체를 제조하는 과정; (b) 상기 배열체의 권취방향과 평행한 상기 분리필름의 길이방향으로 상하부에서 상기 단위셀들의 탭이 형성된 일단부 및 이의 타단부와, 이에 대응되는 상기 분리필름을 함께 열처리하는 과정; 및 (c) 상기 열처리된 단위셀들을 상기 분리필름으로 권취하는 과정을 포함하는 전극조립체 제조방법 및 이의 제조장치가 제공된다.

Description

전극조립체 제조방법 및 이의 제조장치
관련 출원(들)과의 상호 인용
본 출원은 2021년 09월 29일자 한국 특허 출원 제10-2021-0128689호에 기초한 우선권의 이익을 주장하며, 해당 한국 특허 출원의 문헌에 개시된 모든 내용은 본 명세서의 일부로서 포함된다.
본 발명은 전극조립체 제조방법 및 이의 제조장치에 관한 것이다.
화석연료 사용의 급격한 증가로 인하여 대체 에너지, 청정 에너지의 사용에 대한 요구가 증가하고 있으며, 그 일환으로 가장 활발하게 연구되고 있는 분야가 전기화학을 이용한 발전, 축전 분야이다.
현재 이러한 전기화학적 에너지를 이용하는 전기화학 소자의 대표적인 예로 이차전지를 들 수 있으며, 점점 더 그 사용 영역이 확대되고 있는 추세이다.
최근에는 휴대용 컴퓨터, 휴대용 전화기, 카메라 등의 휴대용 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서 이차전지의 수요가 급격히 증가하고 있고, 그러한 이차전지 중 높은 에너지 밀도와 작동 전위를 나타내고 사이클 수명이 길며 자기방전율이 낮은 리튬 이차전지에 대해 많은 연구가 행해져 왔고, 또한 상용화되어 널리 사용되고 있다.
또한, 환경문제에 대한 관심이 커짐에 따라, 대기 오염의 주요 원인의 하나인 가솔린 차량, 디젤 차량 등 화석 연료를 사용하는 차량을 대체할 수 있는 전기자동차, 하이브리드 전기자동차 등에 대한 연구가 많이 진행되고 있다. 이러한 전기자동차, 하이브리드 전기자동차 등의 동력원으로는 주로 니켈 수소금속 이차전지가 사용되고 있지만, 높은 에너지 밀도와 방전 전압의 리튬 이차전지를 사용하는 연구가 활발히 진행되고 있으며, 일부 상용화 단계에 있다.
이러한 리튬 이차전지는 전극조립체가 이차전지 케이스에 내장된 구조로 이루어져 있고, 상기 전극조립체는 구조적으로, 양극 시트, 음극 시트, 분리필름을 권취하여 제조하는 젤리롤형 전극조립체, 단위 양극, 단위 음극, 및 분리막을 적층하는 적층형 전극조립체, 바이셀, 풀셀 또는 모노셀 등의 단위셀을 분리필름으로 권취하는 스택/폴딩형 전극조립체, 상기 단위셀을 적층하여 라미네이션 하는 스택/라미네이션형 전극조립체로 구분된다.
이때, 상기 스택/폴딩형 전극조립체는 분리필름으로 단위셀들을 권취하는 폴딩 공정시, 상기 단위셀들을 분리필름에 거치한 후 단순 와인딩함에 따라 폴딩면과 단위셀 간의 미접착 영역이 발생하고, 이러한 미접착 영역에서의 계면 저항이 증가되어 리튬이 석출되는 문제가 야기된다.
특히 이러한 미접착 영역은, 상기 단위셀들에 포함되는 전극이 활물질층의 두께가 일정한 평탄부와, 이들의 양단에서 그 두께가 점차 감소하는 경사부를 가지게 되는데, 이때 상기 경사부에서 더욱 두드러진다.
따라서, 이로부터 석출된 리튬이 이차전지의 안전성을 위협하게 되며, 사이클 특성이 현저하게 저하되는 문제가 있다.
따라서, 이러한 문제를 해결할 수 있는 이차전지용 전극조립체 제조 기술 개발이 절실한 실정이다.
본 발명은 상기한 문제를 해결하기 위한 것으로, 전극조립체 탭이 형성된 양단에서의 리튬 석출을 억제하여 이차전지의 안전성 및 사이클 특성을 향상시킬 수 있는 전극조립체 제조방법 및 제조장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 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.
이하 본 발명의 일 구현에예 따르면, 단위셀들을 분리필름으로 권취한 전극조립체를 제조하는 방법으로서,
(a) 상기 단위셀들을 상기 분리필름의 상면에 탑재하여 배열체를 제조하는 단계;
(b) 상기 배열체의 권취방향과 평행한 상기 분리필름의 길이방향으로 상하부에서 상기 단위셀들의 탭이 형성된 일단부 및 이의 타단부와, 이에 대응되는 상기 분리필름을 열처리하는 단계; 및
(c) 상기 열처리된 단위셀들을 상기 분리필름으로 권취하는 단계를 포함하는 전극조립체 제조방법이 제공된다.
상기 단계 (a)는 권취 후 동일한 극성의 전극 탭들이 서로 상하 방향의 동일한 위치에 있도록, 상기 단위셀들을 상기 분리필름 상면에 탑재할 수 있다.
또한, 상기 단계 (b)의 열처리는 가열 또는 열풍으로 수행될 수 있으며, 상기 단계 (b)의 열처리는 50℃ 내지 200℃로 수행될 수 있다.
상기 열처리가 수행되는 영역을 구체적으로 검토하면, 상기 단위셀들에 포함되는 전극은, 활물질층의 두께가 일정한 평탄부 및 상기 평탄부의 양단에서 활물질층의 두께가 감소하는 경사부를 가지며,
상기 단위셀들의 탭이 형성된 일단부 및 이의 타단부는, 상기 경사부에 대응되는 영역을 포함하는 하는 것일 수 있다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 단계 (c)의 권취 속도는 5ppm 내지 30ppm일 수 있다.
상기 상기 단계 (b)의 열처리와 단계 (c)의 권취는 연속적으로 이루어질 수 있으며, 따라서, 열처리 시간은 상기 권취 속도에 영향을 받는다.
한편, 상기 전극조립체는 권취된 상태에서 최외각에 위치하는 전극이 내측에만 활물질층이 형성되어 있는 단면 전극일 수 있다.
또한, 상기 단위셀들은 각각 바이셀, 풀셀 또는 모노셀일 수 있다.
본 발명의 또 다른 일 구현에예 따르면, 단위셀들을 분리필름으로 권취한 전극조립체를 제조하는 장치로서,
상기 단위셀들이 상기 분리필름의 상면에 탑재된 상태의 배열체를 귄취하는 권취기, 및
상기 배열체의 권취방향과 평행한 상기 분리필름의 길이방향으로 상하부에 위치하여 상기 단위셀들의 탭이 형성된 일단부 및 이의 타단부와, 이에 대응되는 상기 분리필름을 열처리하는 히팅기를 포함하는 전극조립체 제조장치가 제공된다.
여기서, 상기 히팅기는 가열식 또는 열풍식일 수 있다.
또한, 상기 히팅기는 상기 단위셀들이 상기 분리필름의 상면에 탑재되는 부분 전체적으로 형성되어 있을 수 있다.
상기 권취기는 상기 히팅기의 일측에 위치할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 전극조립체 제조장치의 모식도이다.
도 2는 본 발명의 단위셀의 측면 모식도이다.
도 3은 본 발명의 전극조립체의 단면 모식도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 기초로 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.
또한, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이고 사전적인 의미로 해석되어서는 아니되며, 발명자들은 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. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 바람직한 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있으며 본 발명의 범위가 다음에 기술하는 실시 예에 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 단위셀들을 분리필름으로 권취한 전극조립체를 제조하는 방법으로서,
(a) 상기 단위셀들을 상기 분리필름의 상면에 탑재하여 배열체를 제조하는 단계;
(b) 상기 배열체의 권취방향과 평행한 상기 분리필름의 길이방향으로 상하부에서 상기 단위셀들의 탭이 형성된 일단부 및 이의 타단부와, 이에 대응되는 상기 분리필름을 열처리하는 단계; 및
(c) 상기 열처리된 단위셀들을 상기 분리필름으로 권취하는 단계를 포함하는 전극조립체 제조방법이 제공된다.
또한, 본 발명의 또 다른 일 구현예에 따르면,
단위셀들을 분리필름으로 권취한 전극조립체를 제조하는 장치로서,
권취 후 동일한 극성의 전극 탭들이 서로 상하 방향의 동일한 위치에 있도록, 상기 단위셀들이 상기 분리필름의 상면에 탑재된 상태의 배열체를 귄취하는 권취기, 및
상기 배열체의 권취방향과 평행한 상기 분리필름의 길이방향으로 상하부에 위치하여 상기 단위셀들의 탭이 형성된 일단부 및 이의 타단부와, 이에 대응되는 상기 분리필름을 함께 열처리하는 히팅기를 포함하는 전극조립체 제조장치가 제공된다.
이하에서는, 전극조립체 제조장치의 모식도를 바탕으로, 본 발명에 따른 전극조립체 제조방법과 이의 제조장치를 함께 설명한다.
구체적으로, 도 1에는 본 발명의 일 구현예에 따른 이차전지용 전극 제조장치를 모식적으로 도시하였다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 이차전지용 전극조립체 제조장치(100)는 단위셀들(108: 101, 102, 103, 104, 105, 106, 107)이 분리필름(110)의 상면에 탑재된 상태의 배열체(120)를 귄취하는 권취기(130), 및 배열체(120)의 권취방향과 평행한 분리필름(110)의 길이방향으로 상하부에 위치하여 단위셀들(108)의 탭이 형성된 일단부 및 이의 타단부와, 이에 대응되는 분리필름(110)을 함께 열처리하는 히팅기(140)를 포함한다.
먼저, 본 발명의 일 구현예에 따르면, 본 발명의 전극조립체는, 먼저 분리필름(110) 상에 다수의 단위셀들(108)을 배열하여 배열체(120)를 제조한다.
이때, 단위셀들(108)은 권취 후 동일한 극성의 전극 탭들이 서로 상하 방향의 동일한 위치에 있도록 배열된다.
단위셀들(108) 각각은, 같은 극성의 전극이 양단에 위치하는 형태의 바이셀, 다른 극성의 전극이 양단에 위치하는 형태의 풀셀, 또는 하나의 전극을 포함하는 형태의 모노셀일 수 있다.
예를 들어, 상기 바이셀은 음극/분리막/양극/분리막/음극과 같은 구조일 수 있고, 풀셀은 음극/분리막/양극과 같은 구조일 수 있으며, 상기 모노셀은 양극 또는 음극 중 하나의 전극과 분리막이 적층된 형태의 구조일 수 있다.
단, 단위셀들(108)은 권취 후 양극과 음극이 교번배열되는 적층형태를 가지도록 배열되어야 함은 물론이다.
한편, 단위셀들(108)에 포함되는 전극들은, 전극의 제조과정 중 전극 활물질 슬러리의 도포로 인해 탭이 형성되는 일단부와 이의 타단부에 경사가 발생한다.
이에 대해 구체적으로 설명하기 위해, 도 2에 본 발명의 단위셀의 측면도를 모식적으로 도시하였다.
도 2를 참조하면, 단위셀(200)은 다수의 전극들(210, 220, 230)로 구성된다. 도 2에는 3개의 전극들(210, 220, 230)로 구성되는 바이셀을 도시하였으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
전극들(210, 220, 230)은 각각, 집전체들(211, 221, 231) 상에 활물질층(212, 222, 232)이 형성된 구조로 이루어져 있으며, 집전체들(211, 221, 231)의 일측에는 전극 탭들(211a, 221a, 231a)이 각각 형성되어 있다.
여기서, 활물질층(212, 222, 232)를 검토하면, 활물질층(212, 222, 232)은 활물질층(212, 222, 232)가 두께가 일정한 평탄부(P) 및 평탄부(P)의 양단에서 활물질층(212, 222, 232)의 두께가 감소하는 경사부들(L1, L2)를 가진다. 구체적으로는 탭이 형성된 방향의 일단부 측의 경사부(L1)과 이에 대응되는 타단부 측의 경사부(L2)를 가진다.
이와 같이, 단위셀(200)을 이루는 전극들(210, 220, 230)의 활물질층이 경사부(L1, L2)를 가지기 때문에 이러한 단위셀(200)을 분리필름으로 권취하는 경우, 탭이 형성된 일단부의 경사부(L1)와 이에 대응되는 타단부의 경사부(L2)는 분리필름과 사이가 이격되어 공간이 발생하는 바, 미접착되고, 이에 따라, 상기 영역에서 리튬 석출이 잘 발생하게 된다.
그러나, 다시 도 1을 참조하면, 본 발명은, 이와 같은 단위셀들(108)이 분리필름(110) 상에 탑재된 배열체(120)에 대하여 단위셀들(108)에서 탭이 형성된 일단부 및 이의 타단부와 이에 대응되는 분리필름(110)을 함께 열처리하는 과정이 수행된다.
이때, 열처리가 수행되는 단위셀들(108)의 탭이 형성된 일단부 및 이의 타단부는, 전극의 경사부에 대응되는 영역을 포함하는 영역(S1, S2)일 수 있다.
상기 열처리의 수행은 분리필름(110)의 길이 방향으로 상하부에 위치하는 히팅기(140)에 의해 수행되며, 이때, 열처리는 가열 또는 열풍으로 수행될 수 있고, 다라서, 히팅기(140)는 가열식 또는 열풍식 기기일 수 있다.
또한, 열처리는 50℃ 내지 200℃로 수행될 수 있다.
상기 범위를 벗어나, 너무 낮은 온도로 수행하는 경우에는, 본 발명이 의도한 접착 효과를 충분히 얻을 수 없고, 너무 높은 온도의 경우에는 활물질층에의 변형, 분리필름의 변형이 이루어질 수 있어, 바람직하지 않다.
한편, 상기 열처리 이후에는 단위셀들(108)을 분리필름(110)으로 권취한다.
이때, 상기 열처리 시간은 열처리 이후 수행되는 권취 속도에 영향을 받을 수 있다.
구체적으로, 배열체(120)을 권취하는 권취기(130)는 히팅기(140)의 일측에상기 위치할 수 있으며, 이에 따라 단계 (b)의 열처리와 단계 (c)의 권취는 연속적으로 이루어질 수 있다. 따라서, 열처리 시간이 귄취 속도에 영향을 받을 수 있다
이때, 상기 단계 (c)의 권취 속도는 5ppm 내지 30ppm일 수 있다.
상기 범위를 벗어나, 너무 권취 속도가 너무 빠르면 충분한 열처리 효과를 얻을 수 없고, 너무 느리면 과열될 수 있으므로, 바람직하지 않다.
또한, 상기 열처리를 수행하는 히팅기(140)는 그 크기에 제한이 있는 것은 아니나, 단위셀들(108)이 충분히 열처리 될 수 있도록, 단위셀들(108)이 분리필름(110)의 상면에 탑재되는 부분 전체적으로 형성되어 있을 수 있다.
구체적으로, 이와 같이 수행되는 경우, 상기 단위셀에 대한 열처리 시간은, 3초 내지 20초일 수 있다.
상기 범위를 벗어나는 경우 충분한 열처리 효과를 얻을 수 없거나, 반대로 과열될 수 있으므로, 바람직하지 않다.
한편, 이와 같이 제조된 전극조립체는 권취된 상태에서 최외각에 위치하는 전극이 내측에만 활물질층이 형성되어 있는 단면 전극일 수 있다.
따라서, 도 1의 권취 종점에 있는 2개의 단위셀들(106, 107)에서의 분리필름(110)과 대면하는 전극은 단면 전극일 수 있다.
이를 좀 더 명확히 설명하고자, 하기 도 3에 권취된 형태의 전극조립체의 단면도를 도시하였다.
도 3을 참조하면, 전극조립체(300)은 단위셀들이 분리필름(310)으로 권취된 구조로 이루어져 있다. 이때, 최외각에 존재하는 단위셀들(106, 107)에 포함되는 각각의 전극들(320, 330)은 각각 집전체들(321, 331) 상에 활물질층들(322, 332)이 전극조립체(300)의 내측에만 형성되어 있는 단면 전극이다.
구체적으로, 상부에 위치하는 전극(320)은 집전체(321)의 하면에만 활물질층(321)이 형성되어 있고, 하부에 위치하는 전극(330)은 집전체(331)의 상면에만 활물질층(332)이 형성되어 있다.
이와 같이 최외각에 위치하는 전극들이 단면 전극인 경우, 활물질층의 낭비가 없으며, 전극조립체의 전체적인 두께가 감소하므로, 더욱 바람직하다.
본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주내에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다.
[부호의 설명]
100: 전극조립체 제조장치,
110: 분리필름
101, 102, 103, 104, 105, 106, 107: 단위셀
120: 배열체,
130: 권취기,
140: 히팅기,
200: 단위셀
300: 전극조립체.
본 발명에 따르면, 전극조립체에서 접착이 잘 이루어지지 않는 탭이 형성된 일단부와 이의 대응하는 타단부에 대하여, 단위셀들을 분리필름 상에 배열한 상태에서 권취 전에 열처리를 수행하는 경우, 분리필름과 단위셀들의 미접착 영역을 최소화할 수 있는 바, 리튬 석출이 최소화되고, 이에 따라 이를 포함하는 이차전지의 안전성 및 사이클 특성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

Claims (13)

  1. 단위셀들을 분리필름으로 권취한 전극조립체를 제조하는 방법으로서,
    (a) 상기 단위셀들을 상기 분리필름의 상면에 탑재하여 배열체를 제조하는 단계;
    (b) 상기 배열체의 권취방향과 평행한 상기 분리필름의 길이방향으로 상하부에서 상기 단위셀들의 탭이 형성된 일단부 및 이의 타단부와, 이에 대응되는 상기 분리필름을 열처리하는 단계; 및
    (c) 상기 열처리된 단위셀들을 상기 분리필름으로 권취하는 단계를 포함하는 전극조립체 제조방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 단계 (a)는 권취 후 동일한 극성의 전극 탭들이 서로 상하 방향의 동일한 위치에 있도록, 상기 단위셀들을 상기 분리필름 상면에 탑재하는 것인 전극조립체 제조방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 단계 (b)의 열처리는 가열 또는 열풍으로 수행되는 전극조립체 제조방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 단계 (b)의 열처리는 50℃ 내지 200℃로 수행되는 전극조립체의 제조방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 단위셀들에 포함되는 전극은, 활물질층의 두께가 일정한 평탄부 및 상기 평탄부의 양단에서 활물질층의 두께가 감소하는 경사부를 가지며,
    상기 단위셀들의 탭이 형성된 일단부 및 이의 타단부는, 상기 경사부에 대응되는 영역을 포함하는 전극조립체의 제조방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 단계 (c)의 권취 속도는 5ppm 내지 30ppm인 전극조립체의 제조방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 단계 (b)의 열처리와 단계 (c)의 권취는 연속적으로 이루어지는 전극조립체 제조방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 전극조립체는 권취된 상태에서 최외각에 위치하는 전극이 내측에만 활물질층이 형성되어 있는 단면 전극인 전극조립체 제조방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 단위셀들은 각각 바이셀, 풀셀 또는 모노셀인 전극조립체 제조방법.
  10. 단위셀들을 분리필름으로 권취한 전극조립체를 제조하는 장치로서,
    상기 단위셀들이 상기 분리필름의 상면에 탑재된 상태의 배열체를 귄취하는 권취기, 및
    상기 배열체의 권취방향과 평행한 상기 분리필름의 길이방향으로 상하부에 위치하여 상기 단위셀들의 탭이 형성된 일단부 및 이의 타단부와, 이에 대응되는 상기 분리필름을 열처리하는 히팅기를 포함하는 전극조립체 제조장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 히팅기는 가열식 또는 열풍식인 전극조립체 제조장치.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 히팅기는 상기 단위셀들이 상기 분리필름의 상면에 탑재되는 부분 전체적으로 형성되어 있는 전극조립체 제조장치.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 권취기는 상기 히팅기의 일측에 위치하는 전극조립체 제조장치.
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