KR102347981B1

KR102347981B1 - 전극 조립체 및 그 전극 조립체 제조방법

Info

Publication number: KR102347981B1
Application number: KR1020180046762A
Authority: KR
Inventors: 유미정; 신병헌; 이우용
Original assignee: 주식회사 엘지에너지솔루션
Priority date: 2018-04-23
Filing date: 2018-04-23
Publication date: 2022-01-07
Anticipated expiration: 2038-04-23
Also published as: KR20190123062A; WO2019208912A1; EP3660969B1; HUE068684T2; US11367928B2; US20200194763A1; CN111052476B; CN111052476A; EP3660969A1; EP3660969A4; ES2991246T3

Abstract

전극 조립체 및 전극 조립체 제조방법이 개시된다.
종래에 비해 작은 곡률 반경을 갖는 곡면이 형성된 전극 조립체를 제조하기 위하여, 본 발명의 일 측면에 따르면, 전극과 분리막을 포함하는 복수의 기본 단위체를 포함하되 상기 복수의 기본 단위체가 순차적으로 적층된 구조를 갖는 전극 적층체; 를 포함하고, 상기 전극 적층체의 둘레 중 적어도 일부는 분리막에 의해 감싸지고, 상기 전극 적층체의 상면 또는 하면에는 곡률 반경을 갖는 곡면이 형성되고, 서로 인접한 상기 기본 단위체 간의 상대적인 거리가 유지되도록 상기 전극 적층체의 둘레 중 적어도 일부를 감싸는 분리막은 상기 전극 적층체에 형성된 상기 곡면을 감싸는 전극 조립체가 제공된다.

Description

전극 조립체 및 그 전극 조립체 제조방법{Electrode assembly and method of manufacturing the same}

본 발명은 전극 조립체 및 그 전극 조립체 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 곡면이 형성된 전극 조립체 및 그 전극 조립체 제조방법에 관한 것이다.

전자기기에 대한 수요 및 전자기기에 대한 수요자의 요구가 점차 다양해짐에 따라 전자기기에 장착되며 반복적인 충전 및 방전이 가능한 이차전지(secondary battery)에 요구되는 사양(specification) 역시 다양해지고 있다. 예를 들어, 최근 전자기기의 사용자가 전자기기를 손에 쥐었을 때의 그립감 향상을 위해 전자기기는 기존의 각진 형태를 벗어나 곡면 형상을 가질 것이 요구되는데, 이를 위해 이차전지 역시 기존의 형상을 벗어나 곡면 형상을 가질 것이 요구된다. 또는, 전자기기의 내부 공간의 활용성을 극대화하기 위해 이차전지의 형상이 기존의 정형적인 형상을 벗어나 곡면 형상 등의 비정형적인 형상을 가질 것이 요구된다.

곡면이 형성되는 이차전지를 제조하기 위해서는 곡면을 포함하는 가압 프레스를 이용하여 전극 조립체의 외부면을 가압하는 과정이 필요한 것이 일반적이다. 그러나, 종래 기술에 따르면 가압 프레스를 이용하여 전극 조립체의 외부면을 가압하여 곡면을 형성하는 과정에서 여러 가지 문제점이 있었다.

예를 들어, 가압 프레스에 의해 가압되기 전의 전극 조립체 내에서 전극과 분리막은 서로 접착된 상태인데, 가압 프레스로 전극 조립체를 가압하여 곡면이 형성되더라도, 가압 프레스에 의해 가압되기 전 전극과 분리막과의 접착력에 의해 곡면이 유지되지 못하고 가압되기 전의 상태로 돌아가는 문제점이 있었다. 이러한 문제점은 가압 프레스에 의해 형성되는 곡면의 곡률 반경이 작아질수록(즉, 가압 프레스에 의해 전극 조립체가 많이 휠수록) 심해지는 경향이 있었다.

또한, 전극과 분리막을 교대로 적층하여 제조되는 적층형 전극 조립체를 가압하여 곡면이 형성되는 경우, 적층형 전극 조립체의 곡면 형상을 유지하기 위해서 전극 조립체를 지지하는 구성이 없으므로, 전극 조립체 내의 전극과 분리막이 박리되는 문제점이 있었다. 이러한 문제점 역시 가압 프레스에 의해 형성되는 곡면의 곡률 반경이 작아질수록 심해지는 경향이 있었다.

상기의 문제점들은 종래에 비해 작은 곡률 반경을 갖는 곡면이 형성된 전극 조립체 및 이차전지를 제조하는데 장애로 작용하였다.

따라서, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 종래에 비해 작은 곡률 반경을 갖는 곡면이 형성된 전극 조립체를 제조하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따르면, 전극과 분리막을 포함하는 복수의 기본 단위체를 포함하되 상기 복수의 기본 단위체가 순차적으로 적층된 구조를 갖는 전극 적층체; 를 포함하고, 상기 전극 적층체의 둘레 중 적어도 일부는 분리막에 의해 감싸지고, 상기 전극 적층체의 상면 또는 하면에는 곡률 반경을 갖는 곡면이 형성되고, 서로 인접한 상기 기본 단위체 간의 상대적인 거리가 유지되도록 상기 전극 적층체의 둘레 중 적어도 일부를 감싸는 분리막은 상기 전극 적층체에 형성된 상기 곡면을 감싸는 전극 조립체가 제공된다.

상기 곡률 반경은 70 내지 110mm일 수 있다.

상기 기본 단위체는, 최외곽 양면에 각각 양극이 구비되는 제1 바이셀; 및 최외곽 양면에 각각 음극이 구비되는 제2 바이셀; 을 포함하고, 상기 전극 적층체는 상기 제1 바이셀 및 상기 제2 바이셀이 교대로 적층된 구조를 가지되, 상기 제1 바이셀 및 상기 제2 바이셀 사이에는 별도의 분리막이 구비될 수 있다.

상기 전극 적층체의 둘레 중 적어도 일부를 감싸는 분리막은 상기 제1 바이셀을 구성하는 분리막, 상기 제2 바이셀을 구성하는 분리막, 및 상기 제1 바이셀과 상기 제2 바이셀 사이에 구비되는 별도의 분리막과는 별개의 분리막일 수 있다.

상기 전극 적층체의 둘레 중 적어도 일부를 감싸는 분리막은 상기 전극 적층체의 둘레 전체를 감쌀 수 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 측면에 따르면, 최외곽 양면에 각각 양극이 구비되는 복수의 제1 바이셀 및 최외곽 양면에 각각 음극이 구비되는 복수의 제2 바이셀을 구비하는 단계; 상기 제1 바이셀, 별도의 분리막 및 제2 바이셀을 교대로 적층하여 전극 적층체를 제조하는 적층 단계; 상기 전극 적층체의 둘레 중 적어도 일부를 분리막으로 감싸는 분리막 와인딩 단계; 곡면을 갖는 가압 프레스로 상기 전극 적층체를 가압하여 전극 적층체의 상면 또는 하면에 곡면을 형성하는 곡면 형성 단계; 를 포함하고, 상기 곡면 형성 단계 이후에, 서로 인접한 상기 바이셀 간의 상대적인 거리가 유지되도록 상기 전극 적층체의 둘레 중 적어도 일부를 감싸는 분리막은 상기 전극 적층체에 형성된 상기 곡면을 감싸는 전극 조립체 제조방법이 제공된다.

상기 곡면 형성 단계에서 상기 전극 적층체의 상면 또는 하면에 형성되는 상기 곡면의 곡률 반경은 70 내지 110mm일 수 있다.

상기 적층 단계에서, 상기 전극 적층체의 최외곽 양면에는 상기 제1 바이셀이 구비되고, 상기 전극 적층체의 최외곽 양면에 구비되는 상기 제1 바이셀의 최외곽 양면 중 바깥쪽 면에는 집전체의 일면에만 양극 활물질이 코팅된 단면 양극이 구비될 수 있다.

상기 제1 바이셀은, 양극, 분리막, 음극, 분리막, 양극이 배치된 구조를 가지고, 상기 제2 바이셀은, 음극, 분리막, 양극, 분리막, 음극이 배치된 구조를 가질 수 있다.

상기 적층 단계에서, 상기 전극 적층체에 상기 제1 바이셀은 8개가 구비되고, 상기 전극 적층체에 상기 제2 바이셀은 7개가 구비될 수 있다.

상기 분리막 와인딩 단계에서, 상기 전극 적층체의 둘레 중 적어도 일부를 감싸는 분리막은 상기 제1 바이셀을 구성하는 분리막, 상기 제2 바이셀을 구성하는 분리막, 및 상기 제1 바이셀과 상기 제2 바이셀 사이에 구비되는 별도의 분리막과는 별개의 분리막일 수 있다.

상기 분리막 와인딩 단계에서, 상기 전극 적층체의 둘레 중 적어도 일부를 감싸는 분리막은 상기 전극 적층체의 둘레 전체를 감쌀 수 있다.

상기 곡면 형성 단계에서, 상기 가압 프레스가 상기 전극 적층체를 가압하는 온도는 60℃ 내지 100℃일 수 있다.

상기 곡면 형성 단계에서, 상기 가압 프레스가 상기 전극 적층체를 가압하는 시간은 40초 내지 70초일 수 있다.

본 발명에 따르면, 종래에 비해 작은 곡률 반경을 갖는 곡면이 형성된 전극 조립체를 제조할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 예에 따른 전극 적층체를 도시한 측면도이다.
도 2는 본 발명의 일 예에 따라 전극 적층체의 둘레에 와인딩 분리막이 구비된 전극 조립체로서, 가압 프레스에 의해 가압되기 전의 전극 조립체를 도시한 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 예에 따라 제조된, 곡면이 형성된 전극 조립체를 도시한 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일 예에 따른 전극 조립체를 구성하는 제1 바이셀을 도시한 측면도이다.
도 5는 본 발명의 일 예에 따른 전극 조립체를 구성하는 제2 바이셀을 도시한 측면도이다.

이하, 도면을 참고하여 본 발명의 일 예에 따른 전극 조립체의 구조를 설명하도록 한다.

전극 조립체

도 1은 본 발명의 일 예에 따른 전극 적층체를 도시한 측면도이고, 도 2는 본 발명의 일 예에 따라 전극 적층체의 둘레에 와인딩 분리막이 구비된 전극 조립체로서, 가압 프레스에 의해 가압되기 전의 전극 조립체를 도시한 사시도이다.

도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 본 발명의 일 예에 따른 전극 조립체(10)는 복수의 기본 단위체(110, 120)가 순차적으로 적층된 전극 적층체(100)를 포함할 수 있다. 복수의 기본 단위체(110, 120)는 기본 단위체의 세부적인 구성에 따라 몇 가지 종류로 나뉠 수 있다. 예를 들어, 복수의 기본 단위체(110, 120)는 서로 다른 구조를 갖는 제1 기본 단위체(110) 및 제2 기본 단위체(120)로 이루어질 수 있다. 이 경우, 전극 적층체(100)는 제1 기본 단위체(110) 및 제2 기본 단위체(120)가 교대로 적층된 구조를 가질 수 있다. 그러나, 이에 제한되지 않고, 본 발명의 일 예에 따른 전극 적층체는 세 종류 이상의 기본 단위체로 구성될 수도 있다.

한편, 본 명세서에서'기본 단위체'는 적어도 하나의 전극을 포함하는 구성으로 이해될 수 있다. 즉, 본 명세서에 따르면 '기본 단위체'는 전극과 분리막을 포함하는 구성뿐 아니라, 전극으로만 이루어진 구성도 포함하는 개념으로 이해될 수 있다.

한편, 도 2에 도시된 바와 같이 본 발명의 일 예에 따른 전극 조립체(10)는 전극 적층체(100)의 둘레 중 적어도 일부를 감싸는 분리막(102)를 포함할 수 있다. 하기에서는 전극 적층체(100)의 둘레 중 적어도 일부를 감싸는 분리막을 와인딩 분리막(102)이라 부르기로 한다.

와인딩 분리막(102)은 전극 적층체(100)의 둘레 전체를 감쌀 수 있다. 예를 들어, 와인딩 분리막(102)은 도 2에 도시된 바와 같이 전극 적층체(100)의 둘레를 한 바퀴 감쌀 수 있다.

이때, '와인딩 분리막(102)이 전극 적층체(100)의 둘레를 한 바퀴 감싼다'라는 것은 도 2에 도시된 바와 같이, 와인딩 분리막(102)의 양 끝부가 서로 접착될 수 있도록 와인딩 분리막(102)의 양 끝부가 서로 중첩되는 경우를 포함하는 것으로 해석되어야 할 것이다.

또한, '와인딩 분리막(102)이 전극 적층체(100)의 둘레 전체를 감쌀 수 있다'라는 것은 와인딩 분리막(102)이 전극 적층체(100)의 모든 외면을 감쌈으로써 전극 적층체(100)를 외부로부터 격리되는 것을 의미하는 것은 아니며, 와인딩 분리막(102)의 양 끝부가 서로 만나 접착되는 것을 의미할 수 있다.

와인딩 분리막(102)은 전극 적층체(100)를 구성하는 분리막과는 별개의 분리막일 수 있다. 즉, 전극 조립체(10)는, 전극 적층체(100)의 둘레를 전극 적층체(100) 내의 분리막과는 별개의 분리막(즉, 와인딩 분리막)이 감싸는 구조를 가질 수 있다.

본 발명의 일 예에 따른 전극 조립체(10)에서 전극 적층체(100)를 구성하는 기본 단위체들은 바이셀(bi-cell)일 수 있다. 이하, 바이셀에 대해서 설명하도록 한다.

도 4는 본 발명의 일 예에 따른 전극 조립체를 구성하는 제1 바이셀을 도시한 측면도이고, 도 5는 본 발명의 일 예에 따른 전극 조립체를 구성하는 제2 바이셀을 도시한 측면도이다.

도 4를 참고하면, 제1 바이셀(110a)은 최외곽 양면에 각각 양극이 구비된 구조를 갖는 바이셀일 수 있다. 이때, 제1 바이셀(110a)은 도 4에 도시된 바와 같이 양극(142), 분리막(146), 음극(144), 분리막(146) 및 양극(142)이 순차적으로 배치된 5층 구조를 가질 수 있다.

한편, 도 5를 참고하면, 제2 바이셀(120a)은 최외곽 양면에 각각 음극이 구비된 구조를 갖는 바이셀일 수 있다. 이때, 제2 바이셀(120a)은 도 4에 도시된 바와 같이 음극(144), 분리막(146), 양극(142), 분리막(146) 및 음극(144)이 순차적으로 배치된 5층 구조를 가질 수 있다.

한편, 전술한 바와 같이 복수의 기본 단위체는 제1 기본 단위체 및 제2 기본 단위체로 나뉠 수 있으므로, 제1 바이셀(110a)은 제1 기본 단위체에 대응될 수 있고, 제2 바이셀(120a)은 제2 기본 단위체에 대응될 수 있다.

기본 단위체가 제1 바이셀 및 제2 바이셀로 나뉘는 경우 본 발명에 따른 전극 조립체의 전극 적층체(100)는 도 1에 도시된 바와 같이 제1 바이셀(110a) 및 제2 바이셀(120a)이 교대로 적층된 구조를 가질 수 있다. 이때, 제1 바이셀(110a)과 제2 바이셀(120a)이 서로 직접 접촉하도록 적층되는 경우 제1 바이셀의 최외곽 양면에 구비된 양극과 제2 바이셀의 최외곽 양면에 구비된 음극이 직접 접촉할 수 있다. 이를 방지하게 위해, 제1 바이셀(110a)과 제2 바이셀(120a) 사이에는 별도의 분리막(130)이 배치될 수 있다. 하기에서는 제1 바이셀(110a)과 제2 바이셀(120a) 사이에 배치되는 별도의 분리막을 삽입 분리막(130)이라 부르기로 한다.

즉, 본 발명의 일 예에 따르면, 전극 적층체(100)는 제1 바이셀(110a), 삽입 분리막(130) 및 제2 바이셀(120a)이 교대로 적층된 구조를 가질 수 있다.

또한, 도 1에 도시된 바와 같이 전극 적층체(100)의 최외곽 양면에는 모두 제1 바이셀(110a)이 배치될 수 있다. 즉, 전극 적층체(100)의 최외곽 양면에는 모두 제1 바이셀(110a)의 최외곽 일면에 배치된 양극이 배치될 수 있다. 그리고, 전극 적층체(100)의 최외곽 양면에 구비되는 제1 바이셀(110a)의 최외곽 양면 중 바깥쪽 면(즉, 전극 적층체의 최외곽 면)에는 집전체의 일면에만 양극 활물질이 코팅된 단면 양극이 구비될 수 있다. 전극 적층체의 최외곽 양면에 배치되는 양극 중 일부(보다 상세하게는, 집전체의 바깥쪽에 코팅된 양극 활물질)는 충전 및 방전 과정에서 반응에 관여하지 않으므로, 본 발명의 일 예에 따라, 전극 적층체의 최외곽 양면에 모두 단면 양극이 배치되는 경우, 전극 적층체의 단위 부피 당 전기 용량이 향상될 수 있다.

본 발명의 일 예에 따른 전극 적층체(100)에는 8개의 제1 바이셀(110a)과 7개의 제2 바이셀(120a), 그리고, 제1 바이셀과 제2 바이셀 사이에 배치되는 14개의 삽입 분리막(130)이 구비될 수 있다.

한편, 와인딩 분리막(102)은 제1 바이셀(110a)을 구성하는 분리막, 제2 바이셀(120a)을 구성하는 분리막 및 제1 바이셀(110a)과 제2 바이셀(120a) 사이에 구비되는 별도의 삽입 분리막(130)과는 별개의 분리막일 수 있다.

도 3은 본 발명의 일 예에 따라 제조된, 곡면이 형성된 전극 조립체를 도시한 사시도이다.

도 3에 도시된 바와 같이 본 발명의 일 예에 따른 전극 조립체(10)의 전극 적층체(100)에는 일정한 곡률 반경을 갖는 곡면(C)이 형성될 수 있다. 도 3에 도시된 바와 같이 곡면(C)은 전극 적층체(100)의 상면 및 하면 모두에 형성될 수 있다. 이와 달리 곡면(C)은 전극 적층체(100)의 상면 또는 하면에만 형성될 수도 있다.

이때, 전극 적층체(100)의 둘레를 감싸는 와인딩 분리막(102)은 전극 적층체(100)의 상면 또는 하면에 형성된 곡면(C)을 감싸는 구성일 수 있다. 본 발명에 따르면, 와인딩 분리막(102)이 전극 적층체(100)의 곡면(C)을 감쌈으로써, 서로 인접한 기본 단위체(또는, 바이셀) 간의 상대적인 거리가 유지될 수 있다. 따라서, 기본 단위체 간에 박리 현상이 발생하는 것을 방지할 수 있다. 또는, 본 발명에 따르면, 와인딩 분리막(102)이 전극 적층체(100)의 곡면(C)을 감쌈으로써, 전극 적층체(100)를 구성하며 서로 인접한 전극과 분리막 간에 박리 현상이 발생하는 것을 방지하는 것으로 이해될 수도 있다.

본 발명에 따른 전극 조립체(10)에서 전극 적층체(100)의 곡면(C)의 곡률 반경은 70 내지 110mm일 수 있다. 보다 바람직하게, 곡면(C)의 곡률 반경은 80 내지 100mm, 또는, 85 내지 95mm일 수 있다.

곡면이 형성된 전극 조립체 중에서도 상대적으로 곡면의 곡률 반경이 작은(즉, 곡면이 많이 휘어진) 전극 조립체를 제조하는 것이 어렵다. 곡률 반경이 작은 곡면이 형성되는 전극 조립체를 제조하기 위해서는 곡면이 형성된 가압 프레스로 전극 조립체 또는 전극 적층체를 가압해야 하는데, 곡률 반경이 작을수록 전극 적층체를 구성하는 전극과 분리막 간에 박리 현상이 많이 일어나 전극 조립체에 형성되는 곡면이 유지되지 못하기 때문이다.

전술한 바와 같이 와인딩 분리막(102)은 그러한 박리 현상을 방지하는 구성으로, 와인딩 분리막(102)은 특히, 곡률 반경이 작은 곡면이 형성된 전극 조립체에서 전극과 분리막 간의 박리 현상이 발생하는 것을 효과적으로 방지할 수 있다.

이하, 도면을 참고하여, 본 발명의 일 예에 따른 전극 조립체의 제조방법을 설명하도록 한다.

전극 조립체의 제조방법

도 1 내지 도 5를 참고하면, 본 발명의 일 예에 따른 전극 조립체의 제조방법은, 최외곽 양면에 각각 양극이 구비되는 복수의 제1 바이셀(110a) 및 최외곽 양면에 각각 음극이 구비되는 복수의 제2 바이셀(120a)을 구비하는 구비 단계, 제1 바이셀(110a), 삽입 분리막(130) 및 제2 바이셀(120a)을 교대로 적층하여 전극 적층체(100)를 제조하는 적층 단계, 전극 적층체(100)의 둘레 중 적어도 일부를 와인딩 분리막(102)으로 감싸는 분리막 와인딩 단계, 및 곡면을 갖는 가압 프레스로 전극 적층체(100)를 가압하여 전극 적층체(100)의 상면 또는 하면에 곡면(C)을 형성하는 곡면 형성 단계를 포함할 수 있다. 상기 구비 단계, 적층 단계, 분리막 와인딩 단계 및 곡면 형성 단계는 시계열적으로 순차적으로 이루어질 수 있다.

이때, 곡면 형성 단계 이후에, 서로 인접한 바이셀 간의 상대적인 거리가 유지될 수 있도록 전극 적층체의 둘레 중 적어도 일부를 감싸는 와인딩 분리막(102)은 전극 적층체(100)에 형성된 곡면(C)을 감쌀 수 있다.

곡면 형성 단계에서, 전극 적층체(100)의 상면 또는 하면에 형성되는 곡면(C)의 곡률 반경은 70 내지 110mm일 수 있다. 보다 바람직하게, 곡면(C)의 곡률 반경은 80 내지 100mm, 또는, 85 내지 95mm일 수 있다.

또한, 적층 단계에서, 전극 적층체(100)의 최외곽 양면에는 제1 바이셀(110a)이 구비될 수 있다. 그리고, 전극 적층체(100)의 최외곽 양면에 구비되는 제1 바이셀(110a)의 최외곽 양면 중 바깥쪽 면에는 집전체의 일면에만 양극 활물질이 코팅된 단면 양극이 구비될 수 있다.

제1 바이셀(110a)은 양극, 분리막, 음극, 분리막 및 양극이 배치된 5층 구조를 가질 수 있고, 제2 바이셀(120a)은 음극, 분리막, 양극, 분리막 및 음극이 배치된 5층 구조를 가질 수 있다.

또한, 적층 단계에서 전극 적층체(100)에 구비되는 제1 바이셀(110a)은 8개일 수 있고, 제2 바이셀(120a)은 7개일 수 있다.

분리막 와인딩 단계에서, 전극 적층체(100)의 둘레 중 적어도 일부를 감싸는 와인딩 분리막(102)은 제1 바이셀(110a)을 구성하는 분리막, 제2 바이셀(120a)을 구성하는 분리막, 및 제1 바이셀(110a)과 제2 바이셀(120a) 사이에 구비되는 삽입 분리막(130)과는 별개의 분리막일 수 있다.

또한, 분리막 와인딩 단계에서, 전극 적층체(100)의 둘레 중 적어도 일부를 감싸는 와인딩 분리막(102)은 전극 적층체(100)의 둘레 전체를 감쌀 수 있다. 이때, '와인딩 분리막(102)이 전극 적층체(100)의 둘레 전체를 감쌀 수 있다'의 의미에 대해서는 전술한 바 있다.

곡면 형성 단계에서, 가압 프레스가 전극 적층체(100)를 가압하는 온도는 60℃ 내지 100℃일 수 있다. 보다 바람직하게, 가압 프레스가 전극 적층체(100)를 가압하는 온도는 70℃ 내지 90℃, 또는, 75℃ 내지 85℃일 수 있다.

곡면 형성 단계에서, 가압 프레스가 전극 적층체(100)를 가압하는 압력은 400kgf 내지 800kgf일 수 있다. 보다 바람직하게, 가압 프레스가 전극 적층체(100)를 가압하는 온도는 500kgf 내지 700kgf, 또는, 550kgf 내지 650kgf일 수 있다.

곡면 형성 단계에서, 가압 프레스가 전극 적층체(100)를 가압하는 시간 40초 내지 70초일 수 있다. 보다 바람직하게, 가압 프레스가 전극 적층체(100)를 가압하는 시간은 45초 내지 65초일 수 있다.

전술한 바와 같이 본 발명의 일 예에 따른 전극 조립체는 복수의 기본 단위체를 순차적으로 적층 및 접착하여 전극 적층체를 제조한 후, 전극 적층체의 둘레를 와인딩 분리막으로 감쌈으로써 제조될 수 있다. 이러한 제조 방식에 의해 제조된 전극 조립체는, 분리 필름에 복수의 기본 단위체를 배치한 후 분리 필름을 폴딩함으로써 제조되는, 이른바 스택앤 폴딩형 전극 조립체와 비교하여 다음과 같은 장점을 가질 수 있다.

스택앤 폴딩형 전극 조립체의 경우, 분리 필름 상에 기본 단위체를 배치한 후 분리 필름을 폴딩함으로써 제조되고 이 과정에서 분리 필름 및 기본 단위체의 움직임이 많기 때문에, 분리 필름의 폴딩 과정에서 기본 단위체가 폴딩 필름으로부터 박리되거나, 기본 단위체 내의 전극과 분리막 간에 박리 현상이 일어나기 쉽다. 그러므로, 스택앤 폴딩형 전극 조립체를 제조하기 위해서는 기본 단위체의 제조 과정에서 기본 단위체 내 전극과 분리막 간의 접착력과 폴딩 과정에서 기본 단위체와 분리 필름 간의 접착력이 상대적으로 강할 필요가 있다.

그러나, 곡면이 형성되기 전에 전극과 분리막 또는 기본 단위체와 분리 필름 간에 접착력이 강한 경우, 전극 조립체에 곡면을 형성하는 데 장애가 될 수 있다. 즉, 곡면이 형성된 가압 프레스로 전극 조립체를 가압하여 전극 조립체에 곡면을 형성하더라도, 곡면이 형성되기 전에 형성된 기본 단위체 내 전극과 분리막간의 접착력과 기본 단위체와 분리 필름 간의 접착력이 일종의 복원력으로 작용하여 곡면 형상이 유지되는 것을 방해하기 때문이다. 이러한 경향은 전극 조립체에 형성된 곡면의 곡률 반경이 작을수록(즉, 곡면이 많이 휠수록) 강해진다. 따라서, 스택앤 폴딩형 전극 조립체의 경우 곡면의 곡률 반경이 제한되는 문제가 있을 수 있다.

반면, 본 발명의 일 예에 따른 전극 조립체의 경우 복수의 기본 단위체를 적층함으로써 제조되기 때문에 전극 조립체의 제조 과정에서 기본 단위체의 움직임이 적기 때문에 기본 단위체 내 전극과 분리막의 접착력이 강할 필요가 없다. 따라서, 가압 프레스로 전극 조립체를 가압하여 곡면을 형성하더라도 전극 조립체 내부의 접착력에 의한 복원력이 상대적으로 작게 작용하므로 전극 조립체에 형성되는 곡면의 곡률 반경을 상대적으로 자유롭게 형성할 수 있다.

실시예 1

양극, 분리막, 음극, 분리막 및 양극이 교대로 적층된 구조를 갖는 제1 바이셀을 8개 준비하고, 음극, 분리막, 양극, 분리막 및 음극이 교대로 적층된 구조를 갖는 제2 바이셀을 7개 준비하고, 14개의 분리막을 준비하였다. 8개의 제1 바이셀 중 2개의 제1 바이셀은 최외곽 양면에 단면 양극이 구비되도록 준비하였다. 모든 전극과 분리막은 직사각형의 시트 형상을 가졌다.

실시예 1에 사용된 양극의 가로 길이는 32.26mm였고, 세로 길이는 56.25mm였다. 실시예 1에 사용된 음극의 가로 길이는 33.96mm였고, 세로 길이는 57.95mm였다. 실시예 1에 사용된 분리막의 가로 길이는 35.46mm였고, 세로 길이는 60mm였다.

이후, 밑에서부터 제1 바이셀, 분리막, 제2 바이셀, 제1 바이셀 순으로 제1 바이셀, 분리막 및 제2 바이셀을 순차적으로 적층하여 전극 적층체를 제조하였다(즉, 전극 적층체는 최외곽의 양면에 제1 바이셀이 배치된 구조를 가짐). 이때, 전극 적층체의 최외곽의 양면에 배치된 제1 바이셀은 단면 양극이 구비된 제1 바이셀이었다.

이후, 전극 적층체를 구성하는 분리막과는 별개의 분리막을 준비하여 전극 적층체의 둘레를 따라 별개의 분리막을 한 바퀴 감싼 후, 별개의 분리막의 양 끝부를 서로 접착하였다.

이후, 가압 프레스로 전극 적층체를 가압하여 90mm의 곡률 반경을 갖는 곡면이 형성된 전극 조립체를 제조하였다.

가압 프레스로 전극 적층체를 가압할 때의 가압 온도는 80℃, 가압 압력은 600kgf, 가압 시간은 50초였다.

전극 조립체의 곡률 반경을 측정한 방법은 다음과 같다.

전극 조립체를 위에서 보았을 때 전극 조립체에 형성된 곡면의 형상을 따라 형성되며 전극 조립체의 가운데 영역을 지나는 가상선에서 세 점을 추출하여 추출된 세 점으로부터 곡면의 곡률 반경을 측정하였다. 가상선에서 추출된 세 점은 전극 조립체의 양 끝부에서 전극 조립체의 중심 방향으로 각각 5mm 떨어진 지점의 두 점과 상기 두 점을 연결한 선분의 중점으로 이루어졌다. 추출된 세 점으로부터 곡률 반경을 측정하는 것은 Keyence 사의 VR-3000을 통해 이루어졌다.

실시예 2

8개의 제1 바이셀, 7개의 제2 바이셀, 14개의 분리막으로 전극 적층체를 제조하는 것 및 전극 적층체의 구조는 실시예 1과 동일하였다. 또한, 전극 적층체를 구성하는 분리막과 별개의 분리막을 준비하여 전극 적층체의 둘레를 따라 별개의 분리막을 한 바퀴 감싼 후, 별개의 분리막의 양 끝부를 서로 접착하는 것 역시 실시예 1과 동일하였다. 또한, 전극과 분리막의 가로 및 세로 길이 역시 실시예 1과 동일하였다.

또한, 실시예 2에서도 가압 프레스로 전극 적층체를 가압하여 90mm의 곡률 반경을 갖는 곡면이 형성된 전극 조립체를 제조하였다.

가압 프레스로 전극 적층체를 가압할 때의 가압 온도는 80℃, 가압 압력은 600kgf, 가압 시간은 60초였다.

전극 조립체의 곡률 반경을 측정한 방법은 실시예 1과 동일하였다.

비교예 1

8개의 제1 바이셀, 7개의 제2 바이셀, 14개의 분리막으로 전극 적층체를 제조하는 것 및 전극 적층체의 구조는 실시예 1과 동일하였다. 또한, 전극과 분리막의 가로 및 세로 길이 역시 실시예 1과 동일하였다.

이후, 별개의 분리막으로 전극 적층체를 감싸지 않고, 가압 프레스로 전극 적층체를 가압하여 전극 적층체에 90mm의 곡률이 형성되도록 하였다.

비교예 2

실험예

실시예 및 비교예에 의해 제조된 전극 조립체에 형성된 곡면의 형상이 유지되고 있는지와 전극 조립체를 구성하는 전극과 분리막 간의 박리 현상이 존재하였는지 여부를 육안으로 확인하였다.

실시예 1 및 실시예 2의 경우 90R의 곡률을 갖는 곡면이 그대로 유지되면서 전극 조립체를 구성하는 전극과 분리막 간의 박리 현상도 발생하지 않았음을 확인하였다.

비교예 1 및 비교예 2의 경우 전극 조립체를 구성하는 전극과 분리막 간에 박리 현상이 발생하였다. 따라서, 곡면 역시 그대로 유지되지 못하였음을 확인하였다.

10 : 전극 조립체
100 : 전극 적층체
102 : 와인딩 분리막
110 : 제1 기본 단위체
120 : 제2 기본 단위체
110a : 제1 바이셀
120a : 제2 바이셀
130 : 삽입 분리막
142 : 양극
144 : 음극
146 : 분리막
C : 곡면

Claims

전극과 분리막을 포함하는 복수의 기본 단위체를 포함하되 상기 복수의 기본 단위체가 순차적으로 적층된 구조를 갖는 전극 적층체; 를 포함하고,
상기 전극 적층체의 둘레 중 적어도 일부는 분리막에 의해 감싸지고,
상기 전극 적층체의 상면 또는 하면에는 곡률 반경을 갖는 곡면이 형성되고,
서로 인접한 상기 기본 단위체 간의 상대적인 거리가 유지되도록 상기 전극 적층체의 둘레 중 적어도 일부를 감싸는 분리막은 상기 전극 적층체에 형성된 상기 곡면을 감싸며,
상기 전극 적층체는 제1 바이셀과 제2 바이셀을 포함하고,
상기 전극 적층체는 상기 제1 바이셀 및 상기 제2 바이셀이 교대로 적층된 구조를 가지되, 상기 제1 바이셀 및 상기 제2 바이셀 사이에는 별도의 분리막이 구비되고,
상기 전극 적층체의 둘레 중 적어도 일부를 감싸는 분리막은 상기 제1 바이셀을 구성하는 분리막, 상기 제2 바이셀을 구성하는 분리막, 및 상기 제1 바이셀과 상기 제2 바이셀 사이에 구비되는 별도의 분리막과는 별개의 분리막으로 형성되는 전극 조립체.
청구항 1에서,
상기 곡률 반경은 70 내지 110mm인 전극 조립체.
청구항 1에서,
상기 기본 단위체는,
최외곽 양면에 각각 양극이 구비되는 제1 바이셀; 및
최외곽 양면에 각각 음극이 구비되는 제2 바이셀; 을 포함하는 전극 조립체.
삭제
청구항 1에서,
상기 전극 적층체의 둘레 중 적어도 일부를 감싸는 분리막은 상기 전극 적층체의 둘레 전체를 감싸는 전극 조립체.
최외곽 양면에 각각 양극이 구비되는 복수의 제1 바이셀 및 최외곽 양면에 각각 음극이 구비되는 복수의 제2 바이셀을 구비하는 단계;
상기 제1 바이셀, 별도의 분리막 및 제2 바이셀을 교대로 적층하여 전극 적층체를 제조하는 적층 단계;
상기 전극 적층체의 둘레 중 적어도 일부를 분리막으로 감싸는 분리막 와인딩 단계;
곡면을 갖는 가압 프레스로 상기 전극 적층체를 가압하여 전극 적층체의 상면 또는 하면에 곡면을 형성하는 곡면 형성 단계; 를 포함하고,
상기 곡면 형성 단계 이후에,
서로 인접한 상기 바이셀 간의 상대적인 거리가 유지되도록 상기 전극 적층체의 둘레 중 적어도 일부를 감싸는 분리막은 상기 전극 적층체에 형성된 상기 곡면을 감싸며,
상기 분리막 와인딩 단계에서,
상기 전극 적층체의 둘레 중 적어도 일부를 감싸는 분리막은 상기 제1 바이셀을 구성하는 분리막, 상기 제2 바이셀을 구성하는 분리막, 및 상기 제1 바이셀과 상기 제2 바이셀 사이에 구비되는 별도의 분리막과는 별개의 분리막으로 형성되는 전극 조립체 제조방법.
청구항 6에서,
상기 곡면 형성 단계에서 상기 전극 적층체의 상면 또는 하면에 형성되는 상기 곡면의 곡률 반경은 70 내지 110mm인 전극 조립체 제조방법.
청구항 6에서,
상기 적층 단계에서,
상기 전극 적층체의 최외곽 양면에는 상기 제1 바이셀이 구비되고,
상기 전극 적층체의 최외곽 양면에 구비되는 상기 제1 바이셀의 최외곽 양면 중 바깥쪽 면에는 집전체의 일면에만 양극 활물질이 코팅된 단면 양극이 구비되는 전극 조립체 제조방법.
청구항 6에서,
상기 제1 바이셀은,
양극, 분리막, 음극, 분리막, 양극이 배치된 구조를 가지고,
상기 제2 바이셀은,
음극, 분리막, 양극, 분리막, 음극이 배치된 구조를 가지는 전극 조립체 제조방법.
청구항 6에서,
상기 적층 단계에서,
상기 전극 적층체에 상기 제1 바이셀은 8개가 구비되고,
상기 전극 적층체에 상기 제2 바이셀은 7개가 구비되는 전극 조립체 제조방법.
삭제
청구항 6에서,
상기 분리막 와인딩 단계에서,
상기 전극 적층체의 둘레 중 적어도 일부를 감싸는 분리막은 상기 전극 적층체의 둘레 전체를 감싸는 전극 조립체 제조방법.
청구항 6에서,
상기 곡면 형성 단계에서,
상기 가압 프레스가 상기 전극 적층체를 가압하는 온도는 60℃ 내지 100℃인 전극 조립체 제조방법.
삭제
청구항 6에서,
상기 곡면 형성 단계에서,
상기 가압 프레스가 상기 전극 적층체를 가압하는 시간은 40초 내지 70초인 전극 조립체 제조방법.