WO2024049096A1 - 전극 조립체 제조 방법 및 전극 조립체 - Google Patents

전극 조립체 제조 방법 및 전극 조립체 Download PDF

Info

Publication number
WO2024049096A1
WO2024049096A1 PCT/KR2023/012520 KR2023012520W WO2024049096A1 WO 2024049096 A1 WO2024049096 A1 WO 2024049096A1 KR 2023012520 W KR2023012520 W KR 2023012520W WO 2024049096 A1 WO2024049096 A1 WO 2024049096A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
electrode
cell stack
separator
electrode assembly
joint
Prior art date
Application number
PCT/KR2023/012520
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
박성철
강태원
박동혁
Original Assignee
주식회사 엘지에너지솔루션
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from KR1020230109253A external-priority patent/KR20240031065A/ko
Application filed by 주식회사 엘지에너지솔루션 filed Critical 주식회사 엘지에너지솔루션
Publication of WO2024049096A1 publication Critical patent/WO2024049096A1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/04—Construction or manufacture in general
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/40—Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
    • H01M50/463—Separators, membranes or diaphragms characterised by their shape
    • H01M50/466—U-shaped, bag-shaped or folded
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Definitions

  • the present invention relates to a method for manufacturing an electrode assembly for a secondary battery, and an electrode assembly manufactured thereby.
  • secondary batteries are classified into cylindrical batteries and square batteries in which the electrode assembly is housed in a cylindrical or square metal can, and pouch-type batteries in which the electrode assembly is housed in a pouch-shaped case of aluminum laminate sheet. It can be.
  • electrode assemblies can be classified into various types depending on their manufacturing methods.
  • the electrode assembly is a simple stack type in which a plurality of electrodes and separators are stacked alternately, a Lamination & Stack type in which unit cells laminated with electrodes and separators are stacked, and an electrode sheet and a separator sheet. Jelly-roll type in which the unit cells are rolled together, Stack & Folding type in which the separator sheet with unit cells stacked is folded, and z-folding in which the separator sheet with multiple electrodes stacked is folded in a zigzag manner. It can be classified into (z-Folding) type, etc.
  • the lamination-and-stack type electrode assembly has the advantage of being of high quality and being manufactured quickly.
  • the lamination-and-stack type electrode assembly has no or weak adhesive force between unit cells, so there is a risk that the alignment between unit cells may be misaligned.
  • the separator may fold due to external force or shrink due to heat, causing a direct short circuit between the anode and cathode.
  • One problem to be solved by the present invention is to provide an electrode assembly and a manufacturing method thereof that prevent short circuits between electrodes having opposite polarities from occurring by bonding between separators.
  • Another problem to be solved by the present invention is to provide an electrode assembly that can easily bond between separators and has a high energy density, and a method of manufacturing the same.
  • a method of manufacturing an electrode assembly includes preparing a cell stack in which a first electrode and a second electrode having a wider width than the first electrode are alternately stacked with a separator interposed therebetween; and bonding the plurality of separators protruding outward from the first electrode and the second electrode to each other to form a joint folded toward the cell stack.
  • the plurality of separators may be joined to each other while passing between the first roll and the second roll, at least one of which is heated.
  • the diameter of the first roll may be smaller than the diameter of the second roll.
  • the plurality of separators may be rolled toward the first roll while being bonded to each other.
  • Preparing the cell stack includes preparing a unit cell in which the sum of the number of the first electrode and the second electrode is equal to the number of the separator; And it may include stacking the unit cells.
  • the protruding length of the separator beyond the second electrode may be 1.25 times or more than the height of the cell stack.
  • the length at which the separator protrudes beyond the second electrode may be 1.88 times or less than the height of the cell stack.
  • one type of unit cell may be stacked repeatedly, or two or more types of unit cells may be stacked in a given order.
  • the joint portion is located on both sides of the cell stack in the width direction and may extend in the direction of the full length of the cell stack.
  • An electrode assembly includes a cell stack in which first electrodes and second electrodes having a wider width than the first electrode are alternately stacked with a separator in between; and a joint portion where the plurality of separators protruding outward from the first electrode and the second electrode are bonded to each other and folded toward the cell stack.
  • the length at which the outermost separator of the plurality of separators protrudes beyond the second electrode may be 1.25 times or more than the height of the cell stack.
  • the length at which the outermost separator protrudes beyond the second electrode may be 1.88 times or less than the height of the cell stack.
  • the joint portion is located on both sides of the cell stack in the width direction and may extend in the direction of the full length of the cell stack.
  • the folded joint may not protrude beyond the cell stack with respect to the stacking direction of the cell stack.
  • the proximal end of the joint may be located corresponding to the central portion in the stacking direction of the cell stack.
  • the separator includes a first region overlapping the first electrode or the second electrode in the stacking direction of the cell stack; a second region forming the junction; And it may include a third area connecting the first area and the second area. The more the separator is located on both outer shells, the steeper the slope of the third region can be formed.
  • the separator protrudes sufficiently longer than the cathode, so that the joint can be easily formed and fracture or disconnection of the joint can be prevented.
  • the junction can be folded, the overall width of the electrode assembly can be prevented from being unnecessarily increased, thereby increasing the energy density of the electrode assembly.
  • the inner end of the joint can be formed as close to the cell stack as possible by the roll, an increase in the width of the electrode assembly due to the separator can be minimized, and the energy density of the electrode assembly can be improved.
  • FIG. 1 is a perspective view of an electrode assembly according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 2 is a cross-sectional view of an electrode assembly according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view showing a state before the joint shown in FIG. 2 is formed.
  • Figure 4 is a flowchart of a method for manufacturing an electrode assembly according to another embodiment of the present invention.
  • Figure 5 is a schematic diagram of a unit cell manufacturing device.
  • Figures 6 and 7 are diagrams showing various examples of the stacked structure of a cell stack.
  • Figure 8 is a schematic diagram showing an example of a method for manufacturing a joint.
  • Figure 9 is a schematic diagram showing another example of a method for manufacturing a joint.
  • FIG. 1 is a perspective view of an electrode assembly according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of the electrode assembly according to an embodiment of the present invention.
  • the electrode assembly 10 includes a cell stack 11 in which electrodes 110 and 120 are stacked with a separator 130 interposed therebetween, and a cell stack 11 outside the electrodes 110 and 120.
  • the plurality of separators 130 protruding may include a joint portion 12 where the plurality of separators 130 are joined to each other.
  • Each electrode 110 and 120 may have a substantially square shape.
  • Each electrode 110, 120 has a pair of long sides extending in the full length direction of the cell stack 11 (for example, a direction parallel to the Y axis in FIG. 1) and a pair of long sides extending in the full width direction of the cell stack 11. It may have a pair of short sides extending in a direction (for example, a direction parallel to the X-axis of FIG. 1).
  • the electrodes 110 and 120 may include a first electrode 110 and a second electrode 120.
  • the second electrode 120 may have a wider width than the first electrode 110.
  • the first electrode 110 and the second electrode 120 may be alternately stacked with the separator 130 interposed therebetween.
  • the first electrode 110 may be an anode
  • the second electrode 120 may be a cathode.
  • the separator 130 may protrude outward from the electrodes 110 and 120 and may be joined to each other to form the joint 12 .
  • the joint portion 12 may be formed by joining edge portions of the separator 130 to each other.
  • the joint portion 12 may be formed by joining edge portions of the separator 130 on both sides in the width direction to each other. Accordingly, the joint portion 12 may be located on both sides of the cell stack 11 in the width direction.
  • the overall length of the electrode assembly 10 is longer than the overall width (for example, a long cell), there is a risk that the width direction edge of the separator 130 may be folded. Accordingly, it may be effective to prevent the above concern if the joint portion 12 is located on both sides in the width direction of the cell stack 11.
  • the joint portion 12 may be formed to be long in the direction of the overall length of the cell stack 11 . However, it is not limited to this, and a plurality of joints 12 may be formed at predetermined intervals in the direction of the overall length of the cell stack 11.
  • the joint 12 may be folded toward the cell stack 11 .
  • the junction 12 may be folded toward the cell stack 11 at least once.
  • the joint 12 may be folded once as shown in FIG. 2 .
  • the joint 12 may be double side folded (DSF).
  • the overall width of the electrode assembly 10 can be prevented from being unnecessarily increased, and energy density can be increased. Additionally, when the electrode assembly 10 is stored in a pouch-type battery case (not shown), interference of the joint 12 with the battery case can be minimized. Additionally, compared to the case where the joint portion 12 is formed so short that it cannot be folded, the bonding force between the plurality of separators 130 forming the joint portion 12 can be strengthened.
  • the folded joint portion 12 may not protrude beyond the cell stack 11 with respect to the stacking direction of the cell stack 11 .
  • the entire folded joint 12 may overlap the cell stack 11 in the full width direction of the cell stack 11. For example, when the joint 12 is folded once as shown in FIG. 2, the end of the joint 12 may not protrude beyond the top or bottom of the cell stack 11.
  • the height of the electrode assembly 10 can be prevented from being unnecessarily increased, and energy density can be increased. Additionally, when the electrode assembly 10 is stored in a pouch-type battery case (not shown), interference of the joint 12 with the battery case can be minimized.
  • Each separator 130 has a first region 131 that overlaps the first electrode 110 or the second electrode 120 in the stacking direction of the cell stack 11, and a second region forming the junction 12. It may include (132) and a third area (133) connecting the first area (131) and the second area (132).
  • the first area 131 may be parallel to the electrodes 120 and 130.
  • the third regions 133 of the plurality of separators 130 may be formed to be inclined in a direction that approaches each other toward the outside.
  • All separators 130 of the cell stack 11 may be joined at once to form the joint 12.
  • the proximal end of the joint 12 may be located corresponding to the central portion in the stacking direction of the cell stack 11 (for example, a direction parallel to the Z axis of FIG. 1 ).
  • the slope of the third region 133 may be formed as the separator 130 is located on both outer sides, making it steeper. The longer the separator 130 is located on both outer shells, the longer the third region 133 can be formed.
  • the outermost separator 130 is a separator 130 located on the outermost side of the cell stack 11, or a separator 130 in which electrodes 110 and 120 located on the outermost side of the cell stack 11 are stacked. It can be.
  • the length of the third region 133 is formed as the separator 130 is located on both outer shells, the length of the outermost separator 130 needs to be sufficiently long to easily form the joint 12. Additionally, as the height of the cell stack 11 increases, the length of the outermost separator 130 required to form the joint 12 must also increase.
  • the length of the outermost separator 130 of the plurality of separators 130 of the electrode assembly 10 protruding beyond the second electrode 120 may be 0.7 times or more than the height (h) of the cell stack 11. there is.
  • the joint 12 can be easily formed, and the third region 133 of the outermost separator 130 can be prevented from being fractured or broken after the joint 12 is formed.
  • the length at which the outermost separator 130 protrudes beyond the second electrode 120 is the height of the cell stack 11. (h) may be 0.7 times or more, preferably 1.25 times or more.
  • the length at which each separator 130 protrudes beyond the second electrode 120 may mean the sum of the length of the joint 12 and the length of the third region 133 of each separator 130.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view showing a state before the joint shown in FIG. 2 is formed.
  • the length of the outermost separator 130 of the cell stack 11 may be different from the length of the other separators 130 may be inefficient in terms of manufacturing. Accordingly, as shown in FIG. 3, before the junction 12 is formed, the plurality of separators 130 included in the cell stack 11 may have the same or similar widths.
  • the length d of the separator 130 protruding from the cell stack 11 beyond the second electrode 120 is 0.7 times the height h of the cell stack 11. It may be more than 1.25 times, preferably more than 1.25 times. As a result, the joint portion 12 can be easily formed.
  • the length d of the separator 130 protruding from the cell stack 11 beyond the second electrode 120 is equal to the height h of the cell stack 11. It may be 2.4 times or less, preferably 1.88 times or less. As a result, the separator 130 can be prevented from being formed unnecessarily long and the manufacturing cost of the cell stack 11 can be reduced.
  • the length d of the separator 130 protruding from the cell stack 11 beyond the second electrode 120 is equal to the height h of the cell stack 11. It may be 0.7 times to 2.4 times, preferably 1.25 times to 1.88 times.
  • the height (h) of the cell stack 11 may be approximately 8 mm, and the length of each separator 130 protruding from the second electrode 120 may be 10 mm to 15 mm.
  • the cell stack 11 may be formed by stacking a plurality of unit cells 100. That is, the cell stack 11 may be of the Lamination and Stack (L&S) type.
  • L&S Lamination and Stack
  • the sum of the number of first electrodes 110 and second electrodes 120 may be equal to the number of separators 130.
  • each unit cell may include one first electrode 110, one second electrode 120, and two separators 130.
  • the electrodes 110 and 120 and the separator 130 included in each unit cell 100 may be laminated to each other.
  • the adhesive force between adjacent unit cells 100 may be weaker than the adhesive force between the electrodes 110 and 120 and the separator 130 within each unit cell 100.
  • the adhesive force between the electrodes 110 and 120 of one unit cell 100 and the separator 130 of another unit cell 100 is determined by (130) It may be weaker than liver adhesion. Based on these characteristics, it can be determined that the cell stack 11 is a lamination and stack (L&S) type rather than a simple stacked type.
  • L&S lamination and stack
  • the length d of the separator 130 protrudes beyond the second electrode 120 is the height of the cell stack 11 to be formed by stacking a plurality of unit cells 100 ( It may be 0.7 times or more, preferably 1.25 times or more, than h).
  • the length (d) of the separator 130 protruding beyond the second electrode 120 is 2.4 times or less, preferably 1.88 times the height (h) of the cell stack 11. It may be twice or less.
  • the length d of the separator 130 protruding beyond the second electrode 120 is the height of the cell stack 11 to be formed by stacking a plurality of unit cells 100 ( It may be 0.7 to 2.4 times h), and preferably 1.25 to 1.88 times.
  • Figure 4 is a flowchart of an electrode assembly manufacturing method according to another embodiment of the present invention
  • Figure 5 is a schematic diagram of a unit cell manufacturing apparatus
  • Figures 6 and 7 are diagrams showing various examples of the stacked structure of the cell stack
  • Figure 8 is a schematic diagram showing an example of a method for manufacturing a joint.
  • An electrode assembly manufacturing method (hereinafter referred to as 'manufacturing method') according to another embodiment of the present invention includes preparing a cell stack 11 (S10) and forming a joint 12 (S20). can do.
  • the step of preparing the cell stack 11 may include a step of preparing the unit cells 100 (S11) and a step of stacking the unit cells 100 (S12).
  • step S11 of preparing the unit cell 100 will be described with reference to FIG. 5.
  • the separator unwinder 230 can unwind the separator roll mounted thereon to unwind the sheet-shaped separator 1.
  • a pair of separator unwinders 230 may be provided, and the sheet-shaped separators 1 unwound from a pair of separator unwinders 230 may be aligned side by side to face each other.
  • the electrode unwinders 210 and 220 can unwind the electrode roll mounted thereon to unwind the sheet-shaped electrodes 110 and 120.
  • a pair of electrode unwinders 230 may be provided.
  • the sheet-shaped first electrode 110 unwound from the one electrode unwinder 210 can be cut into the first electrode 110 with a predetermined width by the cutter 242, and is formed into a sheet-shaped separator. (130) Can be placed at regular intervals.
  • the sheet-shaped second electrode 120 unwound from the other electrode unwinder 220 can be cut into the second electrode 120 with a predetermined width by the cutter 241, and the sheet-shaped other separator (130) Can be placed at regular intervals. In this process, the second electrode 120 may be cut longer than the first electrode 110.
  • the second electrode 120 may be disposed at regular intervals between a pair of sheet-shaped separators 130, and the first electrode 110 may be disposed between a pair of sheet-shaped separators 130. It may be disposed at regular intervals on the upper separator 130.
  • the first electrode 110 and the second electrode 120 may be arranged oppositely.
  • the electrodes 110 and 120 having a predetermined width are already manufactured in a previous process, and the previously manufactured electrodes 110 and 120 are transferred to a transfer device such as a pick and place device (not shown). ) Of course, it is also possible to place it on the separator 130.
  • the electrode stack 101 can be formed in which the sheet-shaped separator 130 and the electrodes 110 and 120 having a predetermined width are alternately stacked.
  • the electrode stack 101 may be laminated by the lamination device 260. That is, the lamination device 260 can laminate the separator 130 and the electrodes 110 and 120 of the electrode stack 101 to each other.
  • the lamination device 260 may include a heater that heats the electrode stack 101 and a pressure roller (not shown) that presses the electrode stack 101.
  • a heater that heats the electrode stack 101
  • a pressure roller (not shown) that presses the electrode stack 101.
  • the configuration of the lamination device 260 is not limited to this and may vary depending on need.
  • the laminated electrode stack 101 may be cut into unit cells 100 by a cutter 243.
  • the sheet-shaped separator 130 of the laminated electrode stack 101 may be cut into a separator 130 having a predetermined width by a cutter 243.
  • the separator 130 may be cut longer than the second electrode 120.
  • the length at which the separator 130 protrudes from the second electrode 120 in the unit cell 100 may be 0.7 times or more and 2.4 times or less the height of the cell stack 11 to be manufactured later.
  • the length at which the separator 130 protrudes from the second electrode 120 in the unit cell 100 may be 1.25 times or more and 1.88 times or less the height of the cell stack 11 to be manufactured later.
  • the unit cell 100 can be prepared. However, this is only an exemplary method, and it is possible for the unit cell 100 to be prepared by other methods.
  • step (S12) of stacking the unit cells 100 will be described with reference to FIGS. 6 and 7.
  • a plurality of unit cells 100 may be stacked.
  • one type of unit cell 100 may be stacked repeatedly, or as shown in FIG. 7, two or more types of unit cells 100a (100b) may be stacked in a given order. You can.
  • the unit cell 100 when one type of unit cell 100 is repeatedly stacked, the unit cell 100 has a four-layer structure in which electrodes 110, 120 and separators 130 are alternately stacked. You can have it.
  • the unit cell 100 may have a four-layer structure in which a separator 130, a second electrode 120, a separator 130, and a first electrode 110 are sequentially stacked.
  • a four-layer structure in which the electrodes 110 and 120 and the separator 130 are alternately stacked, or a structure in which the four-layer structure is repeatedly arranged, may be formed.
  • the type 1 unit cell 100a includes a separator 130, a first electrode 110, a separator 130, a second electrode 120, a separator 130, and a first electrode 110 sequentially. It may have a 6-layer structure stacked, and the type 2 unit cell 100b includes a separator 130, a second electrode 120, a separator 130, a first electrode 110, a separator 130, and a separator 130.
  • the two electrodes 120 may have a six-layer structure in which the two electrodes 120 are sequentially stacked. Therefore, when the first type unit cell 100a and the second type unit cell 100b are stacked one by one, a structure in which the four-layer structure is repeatedly arranged three times can be formed.
  • a cell stack 11 in which the first electrode 110 and the second electrode 120 are alternately stacked with the separator 130 interposed can be manufactured.
  • the electrodes 110 and 120 may be placed on one outermost corner of the cell stack 11 and the separator 130 may be placed on the other outermost corner.
  • the separator 130 is disposed on both outermost sides of the cell stack 11 by additionally stacking sub-unit cells (not shown) on the plurality of unit cells 100, or the electrodes 110
  • sub-unit cells not shown
  • the electrodes 110 Of course, it is also possible to have (120) arranged. Since this is a well-known technology, detailed description is omitted.
  • step (S20) of forming the joint 12 will be described with reference to FIG. 8.
  • a pair of rolls 270 can be used as shown in FIG. 8.
  • Each roll 270 may rotate around a rotation axis parallel to the overall length direction of the cell stack 11.
  • Each roll 270 may be a single roll formed to be long in the direction of the overall length of the cell stack 11. However, it is not limited to this, and each roll 270 may include a plurality of sub-heating rolls arranged at predetermined intervals in the direction of the full length of the cell stack 11. In this case, a plurality of joints 12 may be formed at predetermined intervals in the direction of the full length of the cell stack 11.
  • the plurality of separators 130 may be bonded to each other while passing between a pair of rolls 270, at least one of which is heated.
  • the edge portions of the plurality of separators 130 that protrude in the width direction beyond the cathode 160 may pass between the pair of rolls 270 and be joined to each other. At least one of the pair of rolls 270 may pressurize the plurality of separators 130 while being heated to a temperature sufficiently higher than room temperature. As a result, the edge portions of the plurality of separators 130 can be joined by hot forming to form the joint portion 12.
  • a fixing jig (not shown) configured to bring together the edges of the plurality of separators 130 protruding from the cathode 160 may be used.
  • the pair of rolls 270 may include a first roll 271 and a second roll 282.
  • the diameter of the first roll 271 may be smaller than the diameter of the second roll 272. Accordingly, the plurality of separators 130 can be rolled toward the first roll 271 while being bonded to each other. That is, at the same time as the joint portion 12 is formed, it can be folded toward the cell stack 11.
  • each roll 271 and 272 In order to facilitate folding of the folded portion 12, the rotation speed of each roll 271 and 272.
  • the movement path of the rotation axis of each roll 271 and 272 can be appropriately set.
  • the second roll 272 may rotate and move along the outer circumference of the first roll 271. Accordingly, there is an advantage that a separate process for folding the joint 12 is unnecessary.
  • first roll 271 and the second roll 272 may rotate and move toward the cell stack 11. Accordingly, the inner end of the joint 12 can be formed as close to the cell stack 11 as possible.
  • the inner end of the joint 12 may represent the boundary between the second region 132 (see FIG. 2) and the third region 133 of the separator 130. As a result, an increase in the width of the electrode assembly 10 caused by the third region 133 of the separator 132 can be minimized, and the energy density of the electrode assembly 10 can be improved.
  • the folded joint 12 protrudes beyond the cell stack 11 in the stacking direction of the cell stack 11, it may be possible to cut a portion of the end side of the joint 12.
  • Figure 9 is a schematic diagram showing another example of a method for manufacturing a joint.
  • a pair of rolls 270 with the same or similar diameters can be used as shown in FIG. 9.
  • the plurality of separators 130 and more specifically, the edge portions of the plurality of separators 130 that protrude in the width direction from the cathode 160, may pass between the pair of rolls 270 and be joined to each other.
  • a pair of rolls 270 may move toward the cell stack 11 with the edge portion of the separator 130 gathered therebetween.
  • a fixing jig (not shown) configured to bring together the edges of the plurality of separators 130 protruding from the cathode 160 can be used.
  • Each roll 270 may rotate around a rotation axis parallel to the overall length direction of the cell stack 11. Each roll 270 rotates and can move in the direction of the full width of the cell stack 11.
  • the pair of rolls 270 moves toward the cell stack 11 and joins the plurality of separators 130, so that the inner end of the joint 12 can be formed as close to the cell stack 11 as possible. .
  • an increase in the width of the electrode assembly 10 caused by the third region 133 of the separator 132 can be minimized, and the energy density of the electrode assembly 10 can be improved.
  • a process of folding the joint portion 12 toward the cell stack 11 may be additionally performed.
  • junction 100 unit cell
  • first electrode 120 second electrode
  • Second area 133 Third area

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)

Abstract

본 발명의 실시예에 따른 전극 조립체 제조 방법은, 제1전극 및 상기 제1전극보다 넓은 폭을 갖는 제2전극이 분리막을 사이에 두고 교대로 적층된 셀 적층체를 준비하는 단계; 및 상기 제1전극 및 제2전극보다 외측으로 돌출된 복수개의 상기 분리막이 서로 접합되며 상기 셀 적층체를 향해 폴딩된 접합부를 형성하는 단계를 포함할 수 있다.

Description

전극 조립체 제조 방법 및 전극 조립체
관련출원과의 상호인용
본 출원은 2022년 08월 29일자 한국특허출원 제10-2022-0108707호 및 2023년 08월 21일자 한국특허출원 제10-2023-0109253호에 기초한 우선권의 이익을 주장하며, 해당 한국특허출원의 문헌에 개시된 모든 내용은 본 명세서의 일부로서 포함된다.
기술분야
본 발명은 이차 전지용 전극 조립체의 제조 방법과, 그에 의해 제조되는 전극 조립체에 관한 것이다.
근래에는 화석 연료의 고갈에 의한 에너지원의 가격 상승, 환경 오염의 관심이 증폭되며, 친환경 대체 에너지원에 대한 요구가 미래 생활을 위한 필수 불가결한 요인이 되고 있다. 이에 태양광, 풍력, 조력 등 다양한 전력 생산 기술들에 대한 연구가 지속되고 있으며, 이렇게 생산된 전기 에너지를 더욱 효율적으로 사용하기 위한 전지 등의 전력 저장 장치 또한 지대한 관심이 이어지고 있다.
더욱이, 전지를 사용하는 전자 모바일 기기와 전기 자동차에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서 이차 전지의 수요가 급격히 증가하고 있고, 그에 따라 다양한 요구에 부응할 수 있는 이차 전지에 대한 많은 연구가 행해지고 있다.
이차 전지는 전지케이스의 형상에 따라, 전극조립체가 원통형 또는 각형의 금속 캔에 내장되어 있는 원통형 전지 및 각형 전지와, 전극조립체가 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치형 케이스에 내장되어 있는 파우치형 전지 등으로 분류될 수 있다.
또한, 전극 조립체는 그 제조 방법에 따라 다양한 타입으로 분류될 수 있다. 예를 들어, 전극 조립체는, 복수개의 전극과 분리막이 번갈아 적층된 단순 스택(stack) 타입, 전극과 분리막이 라미네이션된 단위셀이 적층되는 라미네이션 앤 스택(Lamination & Stack) 타입, 전극 시트와 분리막 시트가 함께 권취되는 젤리-롤(Jelly-roll) 타입, 단위셀이 적층된 분리막 시트가 폴딩되는 스택 앤 폴딩(Stack & Folding) 타입, 복수개의 전극이 적층된 분리막 시트가 지그재그로 폴딩되는 z-폴딩(z-Folding) 타입 등으로 분류될 수 있다.
특히 라미네이션 앤 스택 타입의 전극 조립체는, 높은 품질을 가지며 신속하게 제조될 수 있는 이점을 갖는다. 다만, 라미네이션 앤 스택 타입의 전극 조립체는 단위셀 간 접착력이 없거나 약하여 단위셀 간 얼라인이 틀어질 우려가 있다.
또한, 분리막이 외력에 의해 접히거나 열에 의해 수축되어 양극과 음극의 직접적인 단락을 유발할 우려가 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 일 과제는, 서로 반대 극성을 갖는 전극 간 단락이 발생하는 것을 분리막 간 접합에 의해 방지하는 전극 조립체 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는, 분리막 간 접합이 용이하게 이뤄질 수 있고 높은 에너지 밀도를 갖는 전극 조립체 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 전극 조립체 제조 방법은, 제1전극 및 상기 제1전극보다 넓은 폭을 갖는 제2전극이 분리막을 사이에 두고 교대로 적층된 셀 적층체를 준비하는 단계; 및 상기 제1전극 및 제2전극보다 외측으로 돌출된 복수개의 상기 분리막이 서로 접합되며 상기 셀 적층체를 향해 폴딩된 접합부를 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 접합부를 형성하는 단계 시, 상기 복수개의 분리막은, 적어도 하나가 가열되는 제1롤 및 제2롤의 사이를 통과하며 서로 접합될 수 있다.
상기 제1롤의 직경은 제2롤의 직경보다 작을 수 있다. 상기 복수개의 분리막은 서로 접합되면서 상기 제1롤 쪽으로 말릴 수 있다.
상기 셀 적층체를 준비하는 단계는, 상기 제1전극 및 제2전극의 개수의 합이 상기 분리막의 개수와 동일한 단위셀을 준비하는 단계; 및 상기 단위셀을 적층하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 단위셀에서, 상기 분리막이 상기 제2전극보다 돌출된 길이는, 상기 셀 적층체의 높이의 1.25배 이상일 수 있다.
상기 단위셀에서, 상기 분리막이 상기 제2전극보다 돌출된 길이는, 상기 셀 적층체의 높이의 1.88배 이하일 수 있다.
상기 단위셀을 적층하는 단계 시, 1종의 단위셀이 반복적으로 적층되거나, 2종 이상의 단위셀이 정해진 순서에 따라 적층될 수 있다.
상기 접합부는, 상기 셀 적층체의 폭 방향 양측에 위치하며 상기 셀 적층체의 전장 방향으로 연장될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 전극 조립체는, 제1전극과 상기 제1전극보다 넓은 폭을 갖는 제2전극이 분리막을 사이에 두고 교대로 적층된 셀 적층체; 및 상기 제1전극 및 제2전극보다 외측으로 돌출된 복수개의 상기 분리막이 서로 접합되며 상기 셀 적층체를 향해 폴딩된 접합부를 포함할 수 있다.
상기 복수개의 분리막 중 최외각 분리막이 상기 제2전극보다 돌출된 길이는, 상기 셀 적층체의 높이의 1.25배 이상일 수 있다.
상기 최외각 분리막이 상기 제2전극보다 돌출된 길이는, 상기 셀 적층체의 높이의 1.88배 이하일 수 있다.
상기 접합부는, 상기 셀 적층체의 폭 방향 양측에 위치하며 상기 셀 적층체의 전장 방향으로 연장될 수 있다.
폴딩된 상기 접합부는, 상기 셀 적층체의 적층 방향에 대해 상기 셀 적층체보다 비돌출될 수 있다.
상기 접합부의 기단부는, 상기 셀 적층체의 적층 방향에 대해 중앙부에 대응되게 위치할 수 있다.
상기 분리막은, 상기 셀 적층체의 적층 방향으로 상기 제1전극 또는 제2전극과 중첩되는 제1영역; 상기 접합부를 이루는 제2영역; 및 상기 제1영역과 상기 제2영역을 연결하는 제3영역을 포함할 수 있다. 양 외각에 위치한 분리막일수록 상기 제3영역의 기울기가 가파르게 형성될 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 분리막끼리 접합되어 이루어진 접합부에 의해 제1전극과 제2전극 간 단락이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
또한, 분리막이 음극보다 충분히 길게 돌출되어 상기 접합부가 용이하게 형성될 수 있으며, 접합부의 파단이나 끊김이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
또한, 접합부가 폴딩될 수 있으므로, 전극 조립체의 전폭이 불필요하게 커지는 것을 방지하여 전극 조립체의 에너지 밀도가 높아질 수 있다.
또한, 롤에 의해 접합부의 내측 단부가 셀 적층체에 최대한 인접하게 형성될 수 있으므로, 분리막에 의해 전극 조립체의 폭이 커지는 것을 최소화할 수 있고, 전극 조립체의 에너지 밀도가 향상될 수 있다.
이 외에도, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 구성들로부터 당업자가 용이하게 예측 가능한 효과들을 포함할 수 있다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술되는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체의 단면도이다.
도 3은 도 2에 도시된 접합부가 형성되기 이전 상태가 도시된 단면도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 전극 조립체 제조방법의 순서도이다.
도 5은 단위셀 제조장치의 개략도이다.
도 6 및 도 7는 셀 적층체의 적층 구조의 다양한 예가 도시된 도면이다.
도 8은 접합부를 제조하는 방법의 일 예가 도시된 모식도이다.
도 9는 접합부를 제조하는 방법의 다른 예가 도시된 모식도이다.
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 전극 조립체의 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체의 단면도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체(10)는, 전극(110)(120)이 분리막(130)을 사이에 두고 적층된 셀 적층체(11)와, 전극(110)(120)보다 외측으로 돌출된 복수개의 분리막(130)이 서로 접합된 접합부(12)를 포함할 수 있다.
각 전극(110)(120)는 대략 사각 형상을 가질 수 있다. 각 전극(110)(120)은 셀 적층체(11)의 전장 방향(예를 들어, 도 1의 Y축과 나란한 방향)으로 연장된 한 쌍의 장변과, 셀 적층체(11)의 전폭 방향(예를 들어, 도 1의 X축과 나란한 방향)으로 연장된 한 쌍의 단변을 가질 수 있다.
전극(110)(120)은 제1전극(110)과 제2전극(120)을 포함할 수 있다. 제2전극(120)은 제1전극(110)보다 넓은 폭을 가질 수 있다. 제1전극(110)과 제2전극(120)은 분리막(130)을 사이에 두고 교대로 적층될 수 있다. 예를 들어, 제1전극(110)은 양극일 수 있고, 제2전극(120)은 음극일 수 있다.
분리막(130)은 전극(110)(120)보다 외측으로 돌출될 수 있고, 서로 접합되어 접합부(12)를 형성할 수 있다. 접합부(12)는 분리막(130)의 가장자리부가 서로 접합되어 형성될 수 있다. 좀 더 상세히, 접합부(12)는 분리막(130)의 폭방향 양측 가장자리부가 서로 접합되어 형성될 수 있다. 따라서, 접합부(12)는 셀 적층체(11)의 폭 방향 양측에 위치할 수 있다.
이로써, 전극(110)(120)의 장변끼리 단락되는 것을 신뢰성있게 방지할 수 있다. 특히 전극 조립체(10)의 전폭에 비해 전장이 길수록(예를 들어, 롱 셀) 분리막(130)의 폭 방향 가장자리가 접힐 우려가 있다. 따라서, 접합부(12)가 셀 적층체(11)의 폭 방향 양측에 위치하는 것이 상기 우려를 방지하는데 효과적일 수 있다.
접합부(12)는 셀 적층체(11)의 전장 방향으로 길게 형성될 수 있다. 다만 이에 한정되는 것은 아니며, 접합부(12)는 셀 적층체(11)의 전장 방향으로 소정의 간격을 이루는 복수개가 형성되는 것도 가능하다.
접합부(12)는 셀 적층체(11)를 향해 폴딩될 수 있다. 좀 더 상세히, 접합부(12)는 셀 적층체(11)를 향해 적어도 1회 폴딩될 수 있다. 일례로 접합부(12)는, 도 2에 도시된 바와 같이 1회 폴딩될 수 있다. 다른 예로, 접합부(12)는 더블 사이드 폴딩(Double Side Folding, DSF)될 수 있다.
이로써, 전극 조립체(10)의 전폭이 불필요하게 커지는 것을 방지하여 에너지 밀도가 높아질 수 있다. 또한, 전극 조립체(10)가 파우치형 전지 케이스(미도시)에 수납되었을 때 접합부(12)가 전지 케이스와 간섭하는 것을 최소화할 수 있다. 또한, 접합부(12)가 폴딩되지 않을 정도로 짧게 형성되는 경우와 비교하여, 접합부(12)를 이루는 복수개의 분리막(130) 간 접합력이 강해질 수 있다.
폴딩된 접합부(12)는, 셀 적층체(11)의 적층 방향에 대해 셀 적층체(11)보다 비돌출될 수 있다. 좀 더 상세히, 폴딩된 접합부(12) 전체는, 셀 적층체(11)의 전폭 방향으로 셀 적층체(11)와 중첩될 수 있다. 예를 들어, 도 2에 도시된 바와 같이 접합부(12)가 1회 폴딩된 경우, 접합부(12)의 단부는 셀 적층체(11)의 최상단 또는 최하단보다 비돌출될 수 있다.
이로써, 전극 조립체(10)의 높이가 불필요하게 커지는 것을 방지하여 에너지 밀도가 높아질 수 있다. 또한, 전극 조립체(10)가 파우치형 전지 케이스(미도시)에 수납되었을 때 접합부(12)가 전지 케이스와 간섭하는 것을 최소화할 수 있다.
각 분리막(130)은, 셀 적층체(11)의 적층 방향으로 제1전극(110) 또는 제2전극(120)과 중첩되는 제1영역(131)과, 접합부(12)를 이루는 제2영역(132)과, 제1영역(131)과 제2영역(132)을 연결하는 제3영역(133)을 포함할 수 있다. 제1영역(131)은 전극(120)(130)과 나란할 수 있다. 복수개의 분리막(130)의 제3영역(133)은 외측으로 갈수록 서로 가까워지는 방향으로 경사지게 형성될 수 있다.
셀 적층체(11)의 모든 분리막(130)은 한꺼번에 접합되어 접합부(12)를 형성할 수 있다. 접합부(12)의 기단부는 셀 적층체(11)의 적층 방향(예를 들어, 도 1의 Z축과 나란한 방향)에 대해 중앙부에 대응되게 위치할 수 있다. 따라서, 양 외각에 위치한 분리막(130)일수록 제3영역(133)의 기울기가 가파르게 형성될 수 있다. 양 외각에 위치한 분리막(130)일수록 제3영역(133)의 길이가 길게 형성될 수 있다.
만일 접합부(12)의 기단부가 셀 적층체(11)의 적층 방향에 대해 하측으로 편심되게 위치한 경우, 최상측 분리막(130)의 제3영역(133)이 매우 길어져야 하는 문제점이 있다. 즉, 접합부(12)의 기단부가 셀 적층체(11)의 중앙부에 대응되게 위치함으로써, 접합부(12)의 형성을 위해 필요한 최외각 분리막(130)의 길이가 감소할 수 있다. 최외각 분리막(130)이란, 셀 적층체(11)의 최외각에 위치한 분리막(130)이거나, 셀 적층체(11)의 최외각에 위치한 전극(110)(120)이 적층된 분리막(130)일 수 있다.
양 외각에 위치한 분리막(130)일수록 제3영역(133)의 길이가 길게 형성되므로, 접합부(12)를 용이하게 형성하기 위해서는 최외각 분리막(130)의 길이가 충분히 길 필요가 있다. 그리고, 셀 적층체(11)의 높이가 커짐에 따라 접합부(12)의 형성에 요구되는 최외각 분리막(130)의 길이도 길어져야 한다.
따라서, 전극 조립체(10)의 복수개의 분리막(130) 중 최외각 분리막(130)이 제2전극(120)보다 돌출된 길이는, 셀 적층체(11)의 높이(h)의 0.7배 이상일 수 있다. 이로써, 접합부(12)가 용이하게 형성될 수 있으며, 접합부(12)가 형성된 이후에 최외각 분리막(130)의 제3영역(133)이 파단되거나 끊어지는 것을 방지할 수 있다.
좀 더 상세히, 도 2와 같이 셀 적층체(11)의 전폭 방향에 대해 바라보았을 때, 최외각 분리막(130)이 제2전극(120)보다 돌출된 길이는, 셀 적층체(11)의 높이(h)의 0.7배 이상, 바람직하게는 1.25배 이상일 수 있다.
각 분리막(130)이 제2전극(120)보다 돌출된 길이는, 접합부(12)의 길이와 각 분리막(130)의 제3영역(133)의 길이를 합한 것을 의미할 수 있다.
도 3은 도 2에 도시된 접합부가 형성되기 이전 상태가 도시된 단면도이다.
접합부(12)의 형성 이전에, 셀 적층체(11)의 최외각 분리막(130)의 길이를 다른 분리막(130)의 길이와 다르게 형성하는 것은 제조 측면에서 비효율적일 수 있다. 따라서, 도 3에 도시된 바와 같이, 접합부(12)가 형성되기 이전에 셀 적층체(11)에 포함된 복수개의 분리막(130)은 서로 동일하거나 유사한 폭을 가질 수 있다.
접합부(12)의 형성 이전에, 셀 적층체(11)에서 분리막(130)이 제2전극(120)보다 돌출된 길이(d)는, 셀 적층체(11)의 높이(h)의 0.7배 이상일 수 있고, 바람직하게는 1.25배 이상일 수 있다. 이로써, 접합부(12)가 용이하게 형성될 수 있다.
또한, 접합부(12)의 형성 이전에, 셀 적층체(11)에서 분리막(130)이 제2전극(120)보다 돌출된 길이(d)는, 셀 적층체(11)의 높이(h)의 2.4배 이하, 바람직하게는 1.88배 이하일 수 있다. 이로써, 분리막(130)이 불필요하게 길게 형성되는 것을 방지하고 셀 적층체(11)의 제조 단가를 낮출 수 있다.
즉, 접합부(12)의 형성 이전에, 셀 적층체(11)에서 분리막(130)이 제2전극(120)보다 돌출된 길이(d)는, 셀 적층체(11)의 높이(h)의 0.7배 내지 2.4배일 수 있고, 바람직하게는 1.25배 내지 1.88배일 수 있다.
예를 들어, 셀 적층체(11)의 높이(h)는 대략 8 mm 일 수 있고, 각 분리막(130)이 제2전극(120)보다 돌출된 길이는 10 mm 내지 15 mm 일 수 있다.
한편, 셀 적층체(11)는 복수개의 단위셀(100)이 적층되어 형성될 수 있다. 즉, 셀 적층체(11)는 라미네이션 앤 스택(Lamination and Stack, L&S) 타입일 수 있다. 각 단위셀(100)은, 제1전극(110) 및 제2전극(120)의 개수의 합이 분리막(130)의 개수와 동일할 수 있다. 예를 들어, 도 3에 도시된 바와 같이, 각 단위셀은 1개의 제1전극(110)과, 1개의 제2전극(120)과, 2개의 분리막(130)을 포함할 수 있다.
각 단위셀(100)에 포함된 전극(110)(120) 및 분리막(130)은 서로 라미네이션된 상태일 수 있다.
서로 인접한 단위셀들(100) 간 접착력은, 각 단위셀(100) 내의 전극(110)(120)과 분리막(130) 간 접착력보다 약할 수 있다. 좀 더 상세히, 일 단위셀(100)의 전극(110)(120)과 타 단위셀(100)의 분리막(130) 간 접착력은, 각 단위셀(100) 내의 전극(110)(120)과 분리막(130) 간 접착력보다 약할 수 있다. 이러한 특징을 기반으로, 셀 적층체(11)가 단순 적층 타입이 아닌 라미네이션 앤 스택(Lamination and Stack, L&S) 타입임을 판별할 수 있을 것이다.
따라서, 각 단위셀(100)에서, 분리막(130)이 제2전극(120)보다 돌출된 길이(d)는, 단위셀(100)이 복수개 적층되어 형성될 셀 적층체(11)의 높이(h)의 0.7배 이상, 바람직하게는 1.25배 이상일 수 있다. 또한, 각 단위셀(100)에서, 분리막(130)이 제2전극(120)보다 돌출된 길이(d)는 상기 셀 적층체(11)의 높이(h)의 2.4배 이하, 바람직하게는 1.88배 이하일 수 있다.
즉, 각 단위셀(100)에서, 분리막(130)이 제2전극(120)보다 돌출된 길이(d)는, 단위셀(100)이 복수개 적층되어 형성될 셀 적층체(11)의 높이(h)의 0.7배 내지 2.4배일 수 있고, 바람직하게는 1.25배 내지 1.88배일 수 있다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 전극 조립체 제조방법의 순서도이고, 도 5은 단위셀 제조장치의 개략도이고, 도 6 및 도 7는 셀 적층체의 적층 구조의 다양한 예가 도시된 도면이고, 도 8은 접합부를 제조하는 방법의 일 예가 도시된 모식도이다.
이하, 앞서 설명한 전극 조립체(10)를 제조하는 방법을 본 발명의 다른 실시예로서 설명한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 전극 조립체 제조 방법(이하, '제조 방법')은, 셀 적층체(11)를 준비하는 단계(S10)와, 접합부(12)를 형성하는 단계(S20)를 포함할 수 있다.
셀 적층체(11)를 준비하는 단계(S10)는, 단위셀(100)을 준비하는 단계(S11)와, 단위셀(100)을 적층하는 단계(S12)를 포함할 수 있다.
이하, 도 5를 참조하여 단위셀(100)을 준비하는 단계(S11)에 대해 설명한다.
분리막 언와인더(230)는 그에 장착된 분리막 롤을 언와인딩하여 시트 형상의 분리막(1)을 권출할 수 있다.
분리막 언와인더(230)는 한 쌍이 구비될 수 있으며, 한 쌍의 분리막 언와인더(230)에서 권출된 시트 형상의 분리막(1)은 서로 마주보도록 나란하게 얼라인될 수 있다.
전극 언와인더(210)(220)는 그에 장착된 전극 롤을 언와인딩하여 시트 형상의 전극(110)(120)을 권출할 수 있다.
전극 언와인더(230)는 한 쌍이 구비될 수 있다. 일 전극 언와인더(210)에서 권출된 시트 형상의 제1전극(110)은, 커터(242)에 의해 소정의 폭을 갖는 제1전극(110)으로 절단될 수 있고, 시트 형상의 일 분리막(130) 상에 일정 간격마다 배치될 수 있다. 타 전극 언와인더(220)에서 권출된 시트 형상의 제2전극(120)은, 커터(241)에 의해 소정의 폭을 갖는 제2전극(120)으로 절단될 수 있고, 시트 형상의 타 분리막(130) 상에 일정 간격마다 배치될 수 있다. 이러한 과정에서, 제2전극(120)은 제1전극(110)보다 길게 절단될 수 있다.
예를 들어, 제2전극(120)은 시트 형상의 한 쌍의 분리막(130)의 사이에 일정 간격마다 배치될 수 있고, 제1전극(110)은 시트 형상의 한 쌍의 분리막(130) 중 상측 분리막(130) 상에 일정 간격마다 배치될 수 있다. 다만 이에 한정되는 것은 아니며, 제1전극(110)과 제2전극(120)이 반대로 배치되는 것도 가능함은 물론이다.
또한, 도 5에 도시된 바와 달리, 소정의 폭을 갖는 전극(110)(120)이 이전 공정에서 기 제조되고, 기 제조된 전극(110)(120) 픽앤 플레이스 장치 등과 같은 이송장치(미도시)에 의해 분리막(130)에 배치되는 것도 가능함은 물론이다.
이로써, 시트 형상인 분리막(130)과, 소정의 폭을 갖는 전극(110)(120)이 번갈아 적층된 전극 적층체(101)가 형성될 수 있다.
전극 적층체(101)는 라미네이션 장치(260)에 의해 라미네이션 될 수 있다. 즉, 라미네이션 장치(260)는 전극 적층체(101)의 분리막(130)과 전극(110)(120)을 서로 라미네이션 시킬 수 있다.
예를 들어, 라미네이션 장치(260)는 전극 적층체(101)를 가열하는 히터와, 전극 적층체(101)를 가압하는 가압 롤러(미도시)를 포함할 수 있다. 다만 라미네이션 장치(260)의 구성이 이에 한정되는 것은 아니며 필요에 따라 달라질 수 있다.
라미네이션 된 전극 적층체(101)는 커터(243)에 의해 단위셀(100)로 절단될 수 있다. 좀 더 상세히, 라미네이션 된 전극 적층체(101)의 시트 형상의 분리막(130)은 커터(243)에 의해 소정의 폭을 갖는 분리막(130)으로 절단될 수 있다. 이러한 과정에서, 분리막(130)은 제2전극(120)보다 길게 절단될 수 있다. 단위셀(100)에서 분리막(130)이 제2전극(120)보다 돌출된 길이는, 이후 제조될 셀 적층체(11)의 높이의 0.7배 이상일 수 있고, 2.4배 이하일 수 있다. 바람직하게는, 단위셀(100)에서 분리막(130)이 제2전극(120)보다 돌출된 길이는, 이후 제조될 셀 적층체(11)의 높이의 1.25배 이상일 수 있고, 1.88배 이하일 수 있다
이로써, 단위셀(100)이 준비될 수 있다. 다만 이는 예시적인 방법일 뿐이며, 단위셀(100)이 다른 방법에 의해 준비되는 것도 가능하다.
이하, 도 6 및 도 7을 참조하여 단위셀(100)을 적층하는 단계(S12)에 대해 설명한다.
단위셀(100)을 적층하는 단계(S12) 시, 단위셀(100)이 복수개 적층될 수 있다. 좀 더 상세히, 도 6에 도시된 바와 같이 1종의 단위셀(100)이 반복적으로 적층되거나, 도 7에 도시된 바와 같이 2종 이상의 단위셀(100a)(100b)이 정해진 순서에 따라 적층될 수 있다.
도 6에 도시된 바와 같이, 1종의 단위셀(100)이 반복적으로 적층되는 경우, 단위셀(100)은 전극(110)(120)과 분리막(130)이 교대로 적층된 4층 구조를 가질 수 있다. 예를 들어, 단위셀(100)은 분리막(130), 제2전극(120), 분리막(130), 제1전극(110)이 순차적으로 적층된 4층 구조를 가질 수 있다.
도 7에 도시된 바와 같이, 2종 이상의 단위셀(100a)(100b)이 정해진 순서에 따라 적층되는 경우, 2종 이상의 단위셀(100a)(100b)을 각각 1개씩 정해진 순서에 따라 적층하면, 전극(110)(120)과 분리막(130)이 교대로 적층된 4층 구조나, 상기 4층 구조가 반복적으로 배치된 구조가 형성될 수 있다.
예를 들어, 제1종 단위셀(100a)은 분리막(130), 제1전극(110), 분리막(130), 제2전극(120), 분리막(130), 제1전극(110)이 순차적으로 적층된 6층 구조를 가질 수 있고, 제2종 단위셀(100b)은 분리막(130), 제2전극(120), 분리막(130), 제1전극(110), 분리막(130), 제2전극(120)이 순차적으로 적층된 6층 구조를 가질 수 있다. 따라서, 제1종 단위셀(100a)과 제2종 단위셀(100b)이 한 개씩 적층되면 상기 4층 구조가 3번 반복적으로 배치된 구조를 형성할 수 있다.
따라서, 단위셀(100)을 복수개 적층함으로써, 제1전극(110)과 제2전극(120)이 분리막(130)을 사이에 두고 교대로 적층되는 셀 적층체(11)를 제조할 수 있다.
단위셀(100)만으로 셀 적층체(11)를 형성할 경우, 셀 적층체(11)의 일 최외각에는 전극(110)(120)이 배치되고 타 최외각에는 분리막(130)이 배치될 수 있다. 다만 이에 한정되는 것은 아니며, 복수개의 단위셀(100)에 서브 단위셀(미도시)을 추가로 적층하여 셀 적층체(11)의 양 최외각에 분리막(130)이 배치되거나, 전극(110)(120)이 배치되도록 하는 것도 가능함은 물론이다. 이는 주지 기술이므로 자세한 설명은 생략한다.
이하, 도 8을 참조하여 접합부(12)를 형성하는 단계(S20)에 대해 설명한다.
접합부(12)를 형성하기 위한 방법의 일 예로, 도 8에 도시된 바와 같이 한 쌍의 롤(270)을 사용할 수 있다.
각 롤(270)은 셀 적층체(11)의 전장 방향과 나란한 회전축을 중심으로 회전할 수 있다. 각 롤(270)은 셀 적층체(11)의 전장 방향으로 길게 형성된 단일의 롤일 수 있다. 다만 이에 한정되는 것은 아니며, 각 롤(270)은 셀 적층체(11)의 전장 방향으로 소정의 간격을 두고 배치된 복수개의 서브 히팅 롤을 포함할 수도 있다. 이 경우, 접합부(12)는, 셀 적층체(11)의 전장 방향으로 소정의 간격을 이루는 복수개가 형성될 수 있다.
접합부(12)를 형성하는 단계(S20) 시, 복수개의 분리막(130)은, 적어도 하나가 가열되는 한 쌍의 롤(270)의 사이를 통과하며 서로 접합될 수 있다.
좀 더 상세히, 음극(160)보다 폭 방향으로 돌출된 복수개의 분리막(130)의 가장자리부는, 한 쌍의 롤(270)의 사이를 통과하며 서로 접합될 수 있다. 한 쌍의 롤(270) 중 적어도 하나는 상온보다 충분히 높은 온도로 가열된 상태로 복수개의 분리막(130)을 가압할 수 있다. 이로써, 복수개의 분리막(130)의 가장자리부가 열간 성형에 의해 접합되어 접합부(12)를 형성할 수 있다.
이러한 과정에서, 음극(160)보다 돌출된 복수개의 분리막(130)의 가장자리부를 서로 모으도록 구성된 고정 지그(미도시)가 사용될 수도 있음은 자명하다.
한 쌍의 롤(270)은, 제1롤(271) 및 제2롤(282)을 포함할 수 있다. 제1롤(271)의 직경은 제2롤(272)의 직경보다 작을 수 있다. 따라서, 복수개의 분리막(130)은 서로 접합되면서 제1롤(271) 쪽으로 말릴 수 있다. 즉, 접합부(12)가 형성됨과 동시에 셀 적층체(11)를 향해 폴딩될 수 있다.
접힘부(12)의 폴딩이 용이하게 이뤄지도록 하기 위해, 각 롤(271)(272)의 회전 속도나. 각 롤(271)(272)의 회전축의 이동 경로가 적절하게 설정될 수 있다. 예를 들어, 제2롤(272)은 회전하며 제1롤(271)의 외둘레를 따라 이동할 수 있다. 이로써, 접합부(12)를 폴딩시키기 위한 별도의 공정이 불필요한 이점이 있다.
또한, 제1롤(271) 및 제2롤(272)은 회전하며 셀 적층체(11) 쪽으로 이동할 수 있다. 따라서, 접합부(12)의 내측 단부가 셀 적층체(11)에 최대한 인접하게 형성될 수 있다. 접합부(12)의 내측 단부는 분리막(130)의 제2영역(132)(도 2 참조)과 제3영역(133)의 경계를 의미할 수 있다. 이로써, 분리막(132)의 제3영역(133)에 의해 전극 조립체(10)의 폭이 커지는 것을 최소화할 수 있고, 전극 조립체(10)의 에너지 밀도가 향상될 수 있다.
만일 폴딩된 접합부(12)가, 셀 적층체(11)의 적층 방향에 대해 셀 적층체(11)보다 돌출되는 경우, 접합부(12)의 단부측 일부를 절단하는 것도 가능할 것이다.
도 9는 접합부를 제조하는 방법의 다른 예가 도시된 모식도이다.
접합부(12)를 형성하기 위한 방법의 다른 예로, 도 9에 도시된 바와 같이 직경이 동일하거나 유사한 한 쌍의 롤(270)을 사용할 수 있다.
복수개의 분리막(130), 좀 더 상세히는 음극(160)보다 폭 방향으로 돌출된 복수개의 분리막(130)의 가장자리부는, 한 쌍의 롤(270)의 사이를 통과하며 서로 접합될 수 있다.
좀 더 상세히, 한 쌍의 롤(270)이 서로 모인 분리막(130)의 가장자리부를 사이에 두고 셀 적층체(11) 쪽으로 이동할 수 있다. 이 때, 음극(160)보다 돌출된 복수개의 분리막(130)의 가장자리부를 서로 모으도록 구성된 고정 지그(미도시)가 사용될 수 있음은 자명하다.
각 롤(270)은 셀 적층체(11)의 전장 방향과 나란한 회전축을 중심으로 회전할 수 있다. 각 롤(270)은 회전하며 셀 적층체(11)의 전폭 방향으로 이동할 수 있다.
이처럼 한 쌍의 롤(270)이 셀 적층체(11) 쪽으로 이동하며 복수개의 분리막(130)을 접합함으로써, 접합부(12)의 내측 단부가 셀 적층체(11)에 최대한 인접하게 형성될 수 있다. 이로써, 분리막(132)의 제3영역(133)에 의해 전극 조립체(10)의 폭이 커지는 것을 최소화할 수 있고, 전극 조립체(10)의 에너지 밀도가 향상될 수 있다. 이후, 접합부(12)를 셀 적층체(11)쪽으로 폴딩하는 공정이 추가로 수행될 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]
10: 전극 조립체 11: 셀 적층체
12: 접합부 100: 단위셀
110: 제1전극 120: 제2전극
130: 분리막 131: 제1영역
132: 제2영역 133: 제3영역
270: 롤 271: 제1롤
272: 제2롤

Claims (14)

  1. 제1전극 및 상기 제1전극보다 넓은 폭을 갖는 제2전극이 분리막을 사이에 두고 교대로 적층된 셀 적층체를 준비하는 단계; 및
    상기 제1전극 및 제2전극보다 외측으로 돌출된 복수개의 상기 분리막이 서로 접합되며 상기 셀 적층체를 향해 폴딩된 접합부를 형성하는 단계를 포함하는 전극 조립체 제조 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 접합부를 형성하는 단계 시,
    상기 복수개의 분리막은, 적어도 하나가 가열되는 제1롤 및 제2롤의 사이를 통과하며 서로 접합되는 전극 조립체 제조 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제1롤의 직경은 제2롤의 직경보다 작고,
    상기 복수개의 분리막은 서로 접합되면서 상기 제1롤 쪽으로 말리는 전극 조립체 제조 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 셀 적층체를 준비하는 단계는,
    상기 제1전극 및 제2전극의 개수의 합이 상기 분리막의 개수와 동일한 단위셀을 준비하는 단계; 및
    상기 단위셀을 적층하는 단계를 포함하며,
    상기 단위셀에서, 상기 분리막이 상기 제2전극보다 돌출된 길이는, 상기 셀 적층체의 높이의 1.25배 이상인 전극 조립체 제조 방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 단위셀에서, 상기 분리막이 상기 제2전극보다 돌출된 길이는, 상기 셀 적층체의 높이의 1.88배 이하인 전극 조립체 제조 방법.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 단위셀을 적층하는 단계 시,
    1종의 단위셀이 반복적으로 적층되거나,
    2종 이상의 단위셀이 정해진 순서에 따라 적층되는 전극 조립체 제조 방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 접합부는, 상기 셀 적층체의 폭 방향 양측에 위치하며 상기 셀 적층체의 전장 방향으로 연장되는 전극 조립체 제조 방법.
  8. 제1전극과 상기 제1전극보다 넓은 폭을 갖는 제2전극이 분리막을 사이에 두고 교대로 적층된 셀 적층체; 및
    상기 제1전극 및 제2전극보다 외측으로 돌출된 복수개의 상기 분리막이 서로 접합되며, 상기 셀 적층체를 향해 폴딩된 접합부를 포함하는 전극 조립체.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 복수개의 분리막 중 최외각 분리막이 상기 제2전극보다 돌출된 길이는, 상기 셀 적층체의 높이의 1.25배 이상인 전극 조립체.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 최외각 분리막이 상기 제2전극보다 돌출된 길이는, 상기 셀 적층체의 높이의 1.88배 이하인 전극 조립체.
  11. 제 8 항에 있어서,
    상기 접합부는, 상기 셀 적층체의 폭 방향 양측에 위치하며 상기 셀 적층체의 전장 방향으로 연장된 전극 조립체.
  12. 제 8 항에 있어서,
    폴딩된 상기 접합부는, 상기 셀 적층체의 적층 방향에 대해 상기 셀 적층체보다 비돌출된 전극 조립체.
  13. 제 8 항에 있어서,
    상기 접합부의 기단부는, 상기 셀 적층체의 적층 방향에 대해 중앙부에 대응되게 위치한 전극 조립체.
  14. 제 8 항에 있어서,
    상기 분리막은,
    상기 셀 적층체의 적층 방향으로 상기 제1전극 또는 제2전극과 중첩되는 제1영역;
    상기 접합부를 이루는 제2영역; 및
    상기 제1영역과 상기 제2영역을 연결하는 제3영역을 포함하고,
    양 외각에 위치한 분리막일수록 상기 제3영역의 기울기가 가파르게 형성된 전극 조립체.
PCT/KR2023/012520 2022-08-29 2023-08-24 전극 조립체 제조 방법 및 전극 조립체 WO2024049096A1 (ko)

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR20220108707 2022-08-29
KR10-2022-0108707 2022-08-29
KR1020230109253A KR20240031065A (ko) 2022-08-29 2023-08-21 전극 조립체 제조 방법 및 전극 조립체
KR10-2023-0109253 2023-08-21

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2024049096A1 true WO2024049096A1 (ko) 2024-03-07

Family

ID=90098259

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/KR2023/012520 WO2024049096A1 (ko) 2022-08-29 2023-08-24 전극 조립체 제조 방법 및 전극 조립체

Country Status (1)

Country Link
WO (1) WO2024049096A1 (ko)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000215886A (ja) * 1999-01-26 2000-08-04 Matsushita Electric Ind Co Ltd アルカリ蓄電池の製造方法
KR20110069713A (ko) * 2009-12-17 2011-06-23 삼성에스디아이 주식회사 이차 전지
JP2011258501A (ja) * 2010-06-11 2011-12-22 Nisshin Steel Co Ltd 電池用ケースの製造方法
KR101807354B1 (ko) * 2015-05-12 2017-12-08 주식회사 엘지화학 전극 조립체
KR102259747B1 (ko) * 2019-05-14 2021-06-02 주식회사 엘지에너지솔루션 전극조립체 및 그 제조방법

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000215886A (ja) * 1999-01-26 2000-08-04 Matsushita Electric Ind Co Ltd アルカリ蓄電池の製造方法
KR20110069713A (ko) * 2009-12-17 2011-06-23 삼성에스디아이 주식회사 이차 전지
JP2011258501A (ja) * 2010-06-11 2011-12-22 Nisshin Steel Co Ltd 電池用ケースの製造方法
KR101807354B1 (ko) * 2015-05-12 2017-12-08 주식회사 엘지화학 전극 조립체
KR102259747B1 (ko) * 2019-05-14 2021-06-02 주식회사 엘지에너지솔루션 전극조립체 및 그 제조방법

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2015046803A1 (ko) 전극조립체 및 이차전지의 제조방법
WO2014073751A1 (ko) 단차가 형성된 전극 조립체, 상기 전극 조립체를 포함하는 이차전지, 전지팩 및 디바이스, 상기 전극 조립체 제조방법
WO2013180482A1 (ko) 전극탭 접합성이 우수한 전극 조립체, 이를 포함하는 전지셀, 디바이스 및 이의 제조방법
WO2018216859A1 (ko) 복합 구조의 전극 조립체 및 상기 전극 조립체를 갖는 리튬이온 이차전지
WO2022030839A1 (ko) 단선 방지층을 포함하는 전극 조립체 및 이의 제조방법
WO2015046703A1 (ko) 테이프를 이용한 전극조립체의 고정방법
WO2018097606A1 (ko) 전극조립체 제조 장치 및 그 전극조립체 제조 장치에 의한 전극조립체 제조 방법
WO2020105834A1 (ko) 전극조립체
WO2018088722A1 (ko) 전극 조립체 및 그 제조방법
WO2016024699A1 (ko) 스택-폴딩형 전극조립체 및 그 제조방법
WO2014137017A1 (ko) 라운드 코너를 포함하는 전극조립체
WO2016056764A1 (ko) 양 방향으로 권취되어 있는 전극조립체 및 이를 포함하는 리튬 이차전지
WO2022019599A1 (ko) 단위 셀 제조 장치 및 방법
WO2015030333A1 (ko) 폴리머 2차전지 셀용 전극조립체
WO2018080080A1 (ko) 이차 전지
WO2020060022A1 (ko) 전극조립체
WO2024049096A1 (ko) 전극 조립체 제조 방법 및 전극 조립체
WO2023085850A1 (ko) 전지 조립체 제조방법, 전지 조립체 및 이를 포함하는 이차 전지
WO2022025700A1 (ko) 외장재, 외장재에 패턴을 형성하는 방법 및 외장재를 포함하는 배터리를 생성하는 방법
WO2021080239A1 (ko) 전극 조립체 제조방법 및 이를 통해 제조된 전극 조립체
WO2018004185A1 (ko) 이차 전지용 스택 장치, 이를 이용한 스택 방법 및 이에 따른 이차 전지
WO2021085917A1 (ko) 전극 조립체 및 이를 포함하는 이차전지
WO2020197246A1 (ko) 전극조립체 및 그 전극조립체 제조용 라미네이션 장치 및 그 전극조립체의 제조 방법
WO2013141431A1 (ko) 배터리 셀
WO2023063734A1 (ko) 접착코팅부가 부가된 리튬 이차전지용 전극 및 이의 제조방법

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 23860773

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1