JP7729020B2 - 二次電池製造装置および二次電池製造方法 - Google Patents

二次電池製造装置および二次電池製造方法

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Description

関連出願(等)との相互引用
本出願は、2022年01月14日付の韓国特許出願第10-2022-0005741号に基づいた優先権の利益を主張して、当該韓国特許出願の文献に開示された全ての内容は本明細書の一部として含まれる。
本発明は、二次電池製造装置および二次電池製造方法に関するものであって、工程上の不良率および電池性能低下を防止する二次電池製造装置および二次電池製造方法に関するものである。
一般的に、二次電池の種類としては、ニッケルカドミウム電池、ニッケル水素電池、リチウムイオン電池およびリチウムイオンポリマー電池などがある。このような二次電池は、デジタルカメラ、P-DVD、MP3P、携帯電話機、PDA(登録商標)、Portable Game Device、Power ToolおよびE-bikeなどの小型製品だけでなく、電気自動車やハイブリッド自動車のような高出力が求められる大型製品と余剰発電電力や新再生エネルギーを貯蔵する電力貯蔵装置とバックアップ用電力貯蔵装置にも適用され用いられている。
このような二次電池を製造するために、まず、電極活物質スラリーを正極集電体および負極集電体に塗布して正極と負極を製造し、これを分離膜(Separator)の両側に積層することによって所定の形状の電極組立体を形成する。そして、電池ケースに電極組立体を収納し、電解液を注入した後にシーリングする。
電極組立体は、多様な種類に分類される。例えば、単位セルを製造せず、単に正極、分離膜、負極を交差して積層し続ける単純スタック型(Simple Stack Type)、正極、分離膜、負極を用いて単位セルをまず製造した後、このような単位セルを積層するラミネーションアンドスタック型(L&S、Lamination&Stack Type)、長さが一側で長い分離膜シートの一面に複数の電極または単位セルを離隔させて付着し、分離膜シートを一端から同一の方向に繰り返しフォールディングしていくスタックアンドフォールディング型(S&F、Stack&Folding Type)、長さが一側で長い分離膜シートの一面と他面に複数の電極または単位セルをそれぞれ交番して付着し、分離膜シートを一端から特定の方向にフォールディングした後、反対方向にフォールディングする方式を交互に繰り返すZ-フォールディング型(Z-Folding Type)などがある。
この中で、ラミネーションアンドスタック型、スタックアンドフォールディング型またはZ-フォールディング型の電極組立体を製造するためには、まず、単位セルを製造することができる。一般的に単位セルを製造するためには、中央電極の上下面にそれぞれ分離膜が積層され、その後に最上段に上部電極がさらに積層されてもよい。そして電極と分離膜とが積層された積層体に熱および圧力を印加するラミネーティング工程が行われてもよい。このようなラミネーティング工程を行うことによって、電極と分離膜の間が接着され、単位セルを堅固に形成することができる。
しかし、従来には、電極と分離膜とが積層された積層体にラミネーティング工程を行う前までは、電極と分離膜とが互いに接着されず、単に接触しているだけであった。したがって、ラミネーティング工程を行うために、積層体を移送する過程で電極が正位置から離脱するという問題があった。また、ラミネーティング工程は、積層体に高い熱および圧力を印加することであるので、電極が破損するという問題が発生することもあった。引いては、最近、小さい熱および圧力でも電極と接着可能な分離膜が開発されているが、このような分離膜は製造費用が過度に多くかかり、経済的でなく、かつ工程効率が低下するという問題もあった。
一方、このような問題を解決するための案として、接着剤を用いて単位セルを製作する方法が考えられるが、この場合、接着剤が電極の表面に存在して、当該部分では電極が本来の機能を発揮できないため、電池性能が低下するという問題があった。
本発明が解決しようとする課題は、電極と分離膜とを積層して単位セルを製造するとき、電極または分離膜が正位置から離脱することを防止する二次電池製造装置および二次電池製造方法を提供することである。
また、従来のラミネーションによる基本単位体セル製作方法に対し、生産費用を減らすことができ、高い熱と圧力により発生する工程上の不良率を下げると共に、電池の性能低下を防止できる二次電池製造装置および二次電池製造方法を提供することである。
しかし、本発明の実施例が解決しようとする課題は、前述の課題に限定されず、本発明に含まれた技術的思想の範囲で多様に拡張可能である。
本発明の一実施例に係る二次電池製造方法は、電極と分離膜とが交互に積層されるように、前記電極と前記分離膜とが接着剤によって固定された電極組立体を製造する電極組立体製造ステップと、前記電極組立体を電解液と共にパウチケース内に収容し、前記パウチケースをシーリングすることによって電池セルを製造する電池セル製造ステップと、を含み、前記電極組立体製造ステップは、前記電極と前記分離膜の間に形成される第1接着部、および前記電極組立体に含まれる複数の分離膜の中で、隣り合う分離膜の間に形成される第2接着部を形成するステップを含み、前記第2接着部は、前記電極と前記分離膜とが積層される方向と直交する方向に沿って前記第1接着部の外側に配置されるように形成される。
前記第1接着部を形成する第1接着剤と前記第2接着部を形成する第2接着剤とは互いに異なる種類を用いてもよい。
前記第1接着剤の少なくとも一部は、前記電解液に溶解しつつ、前記分離膜に接着剤の塗布跡が形成されてもよい。
前記第2接着剤は、電解液に溶解しない性質を有してもよい。
前記第1接着部は、前記電極と前記分離膜の間ごとに同一の位置に配置される接着パターンを含むように形成してもよい。
前記第1接着部は、前記電極と前記分離膜の間ごとに互いに交差した形態に配置される接着パターンを含むように形成してもよい。
前記第1接着部と前記第2接着部の少なくとも一つは、ドット状に接着剤が塗布され形成されてもよい。
前記第1接着部は、ドット状に接着剤が塗布され形成されてもよい。
前記第2接着部は、複数の開口を有する接着層で形成されてもよい。
前記分離膜は、長方形の分離膜シートがフォールディングされ形成されたジグザグ形態を有するように形成してもよい。
前記分離膜は、向き合う長辺および向き合う短辺を有し、前記第2接着部を形成する接着層は、前記分離膜の長辺に沿って形成されてもよい。
前記第2接着部を形成する前記接着層は、ワブルパターンの接着剤を塗布することによって形成され、前記ワブルパターンは、二つの線が交差したパターン形状を有してもよい。
前記二次電池製造方法は、前記電池セル製造ステップは、前記電池セルを常温より高い温度で充電して活性化するフォーメーション工程をさらに含み、前記接着剤の少なくとも一部は、前記フォーメーション工程で前記電解液に溶解してもよい。
前記フォーメーション工程は摂氏50度以上摂氏70度以下の温度で行われてもよい。
前記フォーメーション工程は、ジグを用いて前記初期セルの両側面を加圧するジグ加圧工程を含んでもよい。
前記フォーメーション工程は摂氏55度以上摂氏65度以下の温度で行われ、前記接着剤は、前記フォーメーション工程で前記電解液に全て溶解し、前記電極の表面に位置した前記接着剤が除去されてもよい。
前記電池セル製造ステップは、プレチャージング(pre-charging)するステップをさらに含んでもよい。
前記電池セル製造ステップは、フォーメーション工程の前にキュアリング(curing)するステップをさらに含んでもよい。
前記接着剤は、アクリレート系接着剤であり、前記電解液は、有機溶媒であってもよい。
前記二次電池製造方法は、前記電極と前記分離膜との積層単位体である基本単位体を製造する基本単位体製造ステップをさらに含み、前記電極組立体は、前記基本単位体が複数個積層され形成された電極積層体の周りに固定テープを付着して製造されてもよい。
前記基本単位体製造ステップは、下部分離膜リールから下部分離膜が巻き出されるステップと、巻き出された前記下部分離膜で上向きの一面の少なくとも一部に、第1ノズルが接着剤を塗布するステップと、接着剤が塗布された前記下部分離膜の一面に、第1電極が載置されるステップと、上部分離膜リールから上部分離膜が巻き出されるステップと、巻き出された前記上部分離膜で前記第1電極と当接する一面の少なくとも一部に、第2ノズルが接着剤を塗布するステップと、前記上部分離膜で上向きの他面の少なくとも一部に、第3ノズルが接着剤を塗布するステップと、第3ノズルが接着剤を塗布した後に、接着剤が塗布された前記上部分離膜の他面に、第2電極が載置されるステップと、を含んでもよい。
前記第1ノズル、前記第2ノズルおよび前記第3ノズルは、複数のドット(dot)状に接着剤を塗布してもよい。
前記二次電池製造方法は、前記分離膜がフォールディングされ前記電極をカバーし、前記電極と前記分離膜とが積層されている基本単位体を製造する基本単位体製造ステップをさらに含み、前記電極組立体は、前記基本単位体が繰り返し形成され製造されてもよい。
前記基本単位体製造ステップは、電極リールから電極シートが巻き出され、前記電極シートから複数の電極が形成されるステップと、前記電極と積層される分離膜が分離膜リールから巻き出されるステップと、前記分離膜がテーブルの上面に載置されるステップと、前記テーブルに載置した前記分離膜および前記電極の少なくとも一部にノズルが接着剤を塗布するステップと、を含み、前記電極は、第1電極および第2電極を含んでもよい。
前記二次電池製造方法は、前記接着剤の塗布ステップの後にフォールディングステップをさらに含み、前記フォールディングステップは、前記分離膜に前記第1電極が載置されると、前記分離膜の一側がフォールディングされ前記第1電極をカバーし、前記分離膜に前記第2電極が載置されると、前記分離膜の他側がフォールディングされ前記第2電極をカバーしてもよい。
前記ノズルは、複数のドット(dot)状に接着剤を塗布してもよい。
前記電解液は、ゲルライト(Gelyte)電解液を用いてもよい。
前記電解液は、フッ素系、ポリカーボネート系またはシリコン系オリゴマーを含んでもよい。
本発明の他の一実施例に係る二次電池製造装置は、電極と分離膜とが交互に積層され形成された電極組立体を含む二次電池を製造する装置において、複数の電極が形成される電極シートが巻き出される電極リールと、前記電極と共に積層される分離膜シートが巻き出される分離膜リールと、前記電極シート、前記電極、前記分離膜シート、および前記分離膜の少なくとも一つに接着剤を塗布するノズルと、を含み、前記ノズルを通じて注入する接着剤の種類を変更することにより、前記電極と前記分離膜の間に第1接着部、および前記電極組立体に含まれる複数の分離膜の中で、隣り合う分離膜の間に第2接着部を形成してもよい。
前記ノズルは、複数のノズルを有し、互いに異なるノズルを通じて前記第1接着部と前記第2接着部を形成する接着剤をそれぞれ塗布してもよい。
前記分離膜リールは、下部分離膜シートを巻き出す下部分離膜リールと上部分離膜シートを巻き出す上部分離膜リールとを含んでもよい。
前記下部分離膜リールから巻き出された前記下部分離膜シートで上向きの一面の少なくとも一部に接着剤を塗布する第1ノズルと、前記接着剤が塗布された前記下部分離膜シートの一面に定着された電極と当接する前記上部分離膜シートの少なくとも一部に接着剤を塗布する第2ノズルと、前記上部分離膜シートで上向きの他面の少なくとも一部に接着剤を塗布する第3ノズルと、を含んでもよい。
前記第1ノズル、前記第2ノズルおよび前記第3ノズルは、複数のドット(dot)状に接着剤を塗布してもよい。
前記二次電池製造装置は、前記下部分離膜シート、前記下部分離膜シートの一面に定着された電極、前記上部分離膜シート、および前記上部分離膜シートの他面に定着された電極を含む積層体の上下両面にそれぞれ配置され、前記積層体に圧力を加える加圧ニップロールをさらに含んでもよい。
前記二次電池製造装置は、前記積層体を所定の間隔で切断するカッターをさらに含んでもよい。
前記二次電池製造装置は、前記電極シートを所定の大きさに切断して前記下部分離膜シートの一面に載置されるようにするカッターをさらに含んでもよい。
前記二次電池製造装置は、前記分離膜が定着されるテーブルをさらに含み、前記テーブル上に前記分離膜が定着された状態で前記接着剤が前記分離膜に塗布されてもよい。
前記二次電池製造装置は、前記電極を吸着するヘッダと、前記ヘッダが前記電極を吸着するように前記電極を移送させる移送装置と、をさらに含んでもよい。
前記第2接着部を形成するノズルは、ワブルパターンの接着剤を塗布してもよい。
実施例に係ると、電極と分離膜を交互に積層して電極組立体を製造するとき、接着剤によって電極または分離膜が正位置から離脱することを防止できる。
また、前記接着剤の少なくとも一部は、前記電解液に溶解しつつ、前記分離膜に接着剤の塗布跡が形成され、前記接着剤の塗布跡は、前記接着剤の成分を含まないことで、前記接着剤による電池の性能低下を防止することができる。
また、従来のラミネーションによる基本単位体セル製作方法に対し、生産費用を減らすことができ、高い熱と圧力により発生する工程上の不良率を下げることができる。
図1は、本発明の一実施例に係る二次電池製造方法を示すフローチャートである。 図2は、本発明の一実施例に係る二次電池製造方法の基本単位体製造ステップを示す斜視図である。 図3は、本発明の一実施例に係る二次電池製造方法の基本単位体製造ステップを示す正面図である。 図4は、本発明の一実施例に係る二次電池製造方法の基本単位体製造ステップによって製造された基本単位体を積層して形成された電極組立体を示す断面図である。 図5は、本発明の他の一実施例に係る二次電池製造方法の基本単位体製造ステップによって製造された基本単位体を積層して形成された電極組立体を示す断面図である。 図6は、本発明の他の一実施例に係る二次電池製造方法の基本単位体製造ステップを示す概略図である。 図7は、本発明の他の一実施例に係る二次電池製造方法の基本単位体製造ステップを示す概略図である。 図8は、本発明の他の一実施例に係る二次電池製造方法の基本単位体製造ステップを示す概略図である。 図9は、本発明の他の一実施例に係る二次電池製造方法の基本単位体製造ステップを示す概略図である。 図10は、本発明の他の一実施例に係る二次電池製造方法の基本単位体製造ステップによって製造された基本単位体が繰り返し形成され製造された電極組立体を示す断面図である。 図11は、本発明の他の一実施例に係る二次電池製造方法の基本単位体製造ステップによって製造された基本単位体が繰り返し形成され製造された電極組立体を示す断面図である。 図12は、本発明の他の一実施例に係る二次電池製造方法の基本単位体製造ステップで製造された基本単位体の分解斜視図である。 図13は、本発明の他の一実施例に係る二次電池製造方法の基本単位体製造ステップで製造された基本単位体の分解斜視図である。 図14は、本発明のまた他の一実施例に係る基本単位体の分解斜視図である。 図15は、図14の構成要素が結合された電極組立体を示す斜視図である。 図16は、図15のA-A軸に沿って切り出した断面図である。 図17は、本発明の他の一実施例に係る電極組立体を示した図である。 図18は、本発明の他の一実施例に係る電極組立体を示した図である。 図19は、電極組立体の側面を撮影した写真である。 図20は、電極組立体の剛性に関するテストを示した図である。 図21は、電極組立体に接着剤を塗布する装置および塗布された接着剤の一例を示した図である。 図22は、電極組立体に接着剤を塗布する装置および塗布された接着剤の他の例を示した図である。 図23は、図21および図22の装置を用いて塗布された接着剤を比較した写真である。 図24は、図23のB領域を拡大した写真である。 図25は、図21および図22の工程が適用された電極組立体の濡れ性に関するテストを撮影した写真である。 図26は、本発明の他の実施例に係る電極組立体を示した図である。 図27は、本発明の他の実施例に係る電極組立体を示した図である。 図28は、本発明の他の一実施例に係る二次電池製造方法の初期セル製造ステップを示す斜視図である。 図29は、本発明の他の一実施例に係る二次電池製造方法のフォーメーション工程を示す正面図である。 図30は、分離膜表面に残っている接着剤の塗布跡を示す図である。 図31は、本発明の他の一実施例に係る二次電池製造方法を示すフローチャートである。
以下では、添付の図面を参照して本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者が容易に実施できるように本発明の好ましい実施例を詳細に説明する。しかし、本発明は、様々な異なる形態で具現可能であり、以下の実施例によって制限または限定されるものではない。
本発明を明確に説明するために、説明に関係のない部分または本発明の要旨を不要に曖昧にする関連公知技術に対する詳細な説明は省略しており、本明細書で各図面の構成要素に参照符号を付加するにあたり、明細書全体にわたって同一または類似の構成要素については同一または類似の参照符号を付することにする。
また、図面に示した各構成の大きさおよび厚さは、説明の便宜のために任意に示しているので、本発明が必ずしも図示されたものに限定されない。図面で様々な層および領域を明確に表現するために厚さを拡大して示している。そして図面において、説明の便宜のために、一部の層および領域の厚さを誇張して示している。
また、本明細書および特許請求の範囲に使用された用語や単語は、通常的または辞典的な意味に限定して解釈されてはならず、発明者はその自身の発明をもっとも最善の方法で説明するために用語の概念を適切に定義できるという原則に立って本発明の技術的な思想に合致する意味と概念で解釈されなければならない。
また、明細書全体において、ある部分がある構成要素を「含む」とするとき、これは特に反対される記載がない限り、他の構成要素を除外するものではなく、他の構成要素をさらに含んでもよいことを意味する。
図1は、本発明の一実施例に係る二次電池製造方法を示すフローチャートである。
図1から図3を参照すると、本発明の一実施例に係る二次電池製造方法は、基本単位体製造ステップ、電極組立体製造ステップ、初期セル製造ステップ、および最終セル製造ステップを含んでもよい。
以下では、本発明の一実施例に係る二次電池製造方法で、基本単位体製造ステップおよび電極組立体製造ステップを中心に説明する。
図2は、本発明の一実施例に係る二次電池製造方法の基本単位体製造ステップを示す斜視図である。図3は、本発明の一実施例に係る二次電池製造方法の基本単位体製造ステップを示す正面図である。
まず、本実施例において、基本単位体10は、電極と分離膜13との積層単位体であってもよい。つまり、電極と分離膜13とが順次積層されて一つの基本単位体10をなし、その基本単位体10を複数個積層すると、図4の電極積層体20になり得る。
本実施例に係る二次電池製造方法で、基本単位体製造ステップは、電極と分離膜13の少なくともいずれか一つの表面に接着剤14が塗布され、電極と分離膜13とが互いに接着されている基本単位体10を製造するステップであってもよい。
図2および3を参照すると、基本単位体製造ステップは、下部分離膜リール110から下部分離膜シート111が巻き出されるステップを含んでもよい。そして、巻き出された下部分離膜シート111で上向きの一面の少なくとも一部に、第1ノズル211が接着剤14を塗布するステップを含んでもよい。第1ノズル211は、複数のドット(dot)状に接着剤14を塗布してもよい。次いで、第1ノズル211によって接着剤14が塗布された下部分離膜シート111の一面に、第1電極11が載置されるステップが続いて行われてもよい。第1電極11は、第1電極リール11-1から巻き出される第1電極11シートを第1カッター221が所定の大きさに切断して前記下部分離膜シート111の一面に載置されるようにしてもよい。第1ノズル211によって塗布された接着剤14により第1電極11と下部分離膜とが接着されてもよい。
そして、本実施例に係る二次電池製造方法は、上部分離膜リール120から上部分離膜シート121が上部分離膜リール120から巻き出されるステップを含んでもよい。上部分離膜シート121が巻き出されると、巻き出された上部分離膜シート121で第1電極11と当接する一面の少なくとも一部に、第2ノズル212が接着剤14を塗布するステップが行われてもよい。第2ノズル212は、複数のドット(dot)状に接着剤14を塗布してもよい。
図2を参照すると、第2ノズル212が上部分離膜シート121の一面に接着剤14を塗布した後に、上部分離膜シート121は一面と他面が互いに反転してもよい。これは、接着剤14は、上側から下側に落ちる形態に塗布されるが、上部分離膜シート121で第1電極11と当接する一面は、第1電極11と当接するために下向きになる部分であるので、接着剤14を塗布するときの状態と、第1電極11と接着するときの状態が上下に反転した形態であってもよい。
上部分離膜シート121が上下に反転して第1電極11と互いに接着されると、その後、上部分離膜シート121で上向きの他面の少なくとも一部に、第3ノズル213が接着剤14を塗布するステップが行われてもよい。つまり、下部分離膜シート111、第1電極11、上部分離膜シート121が下側から上側に順次積層されている積層体の上部に第3ノズル213が接着剤14を塗布してもよい。この場合、第3ノズル213は、複数のドット(dot)状に接着剤14を塗布してもよい。
そして、このように第3ノズル213が接着剤14を塗布した後に、本発明の実施例に係る二次電池製造方法で、基本単位体製造ステップは、接着剤14が塗布された上部分離膜シート121の他面に、第2電極12が載置されるステップを含んでもよい。第2電極12は、第2電極リール12-1から巻き出されてくる第2電極12シートを、第2カッター222を用いて切断することによって形成されてもよい。これによって4層構造を形成することができる。つまり、第2電極12が載置されるステップの後に、下部分離膜シート111、第1電極11、上部分離膜シート121および第2電極12が順次積層され形成された4層構造の積層体130を形成することができる。
そして図3に示しているように、4層構造の積層体130の上下両面に加圧ニップロール230がそれぞれ配置され、回転しながら4層構造の積層体130に圧力を印加するステップをさらに含んでもよい。加圧ニップロール230による圧力印加ステップを通じて4層構造の積層体130内に浮き立つ部分が無いようにすることができる。それにより電極と分離膜13とを密着して接着することができる。
図2および図3に示されているように、4層構造の積層体130に圧力を印加するステップの後には、カッターが4層構造の積層体130を一定の間隔で切断して基本単位体10を形成するステップをさらに含んでもよい。これは、電極と電極との間隔の部分に位置する上部分離膜シート121部分および下部分離膜シート111部分を第3カッター223でカッティングして基本単位体10を製造することであってもよい。
本実施例に係る二次電池製造方法において、基本単位体製造ステップによると、電極と分離膜とを積層して単位セル(つまり、基本単位体)を製造するとき、電極を分離膜シート(下部分離膜シート111、上部分離膜シート121)上に載置されるたびに接着剤14を予め塗布することにより、高価の分離膜を用いなくても電極の位置が離脱することを防止できる効果がある。
また、ラミネーティング工程を行う必要がなく、高い熱と圧力により発生する工程上の不良率を下げることができる。そして、ラミネータを除去することができるので、単位セル製造装置の体積が減少し、製造工程を簡素化することができる。
本明細書で説明する実施例に係る分離膜はCCS(Ceramic Coated Separator)であってもよい。一般的に分離膜は、原反フィルムと前記原反フィルムの少なくとも一面にコーティング層が形成されているが、前記コーティング層はアルミナ粉とこれらを固めるバインダーを含んでもよい。SRS(Safety Reinforced Separator)は、前記コーティング層の表面にバインダーが多量コーティングされているが、CCSは、前記コーティング層の表面にバインダーがコーティングされていないか、SRSに対して表面に分布するバインダー含有量が非常に低いことがある。仮に、本実施例に係るCCS分離膜の場合、分離膜のコーティング層の表面にコーティングされたバインダー含有量がほぼ3wt%以下であることがある。
分離膜がCCSである場合には、電極組立体に含まれた内部電極が固定されていない状態で移送されるので、移送中に整列が乱れる可能性がある。もちろん、分離膜がCCSである場合に、熱と圧力で固定させることもできるが、電極と分離膜との積層体を形成した後、熱と圧力の固定装置に移送する過程でも内部電極の整列が乱れることがある。また、熱と圧力で電極と分離膜とを貼り付けるためには、バインダー含有量の高い高価の分離膜を用いなければならないというデメリットもある。これに対し、本実施例によると、移送中に内部電極の整列が乱れることを防止すると共に固定力を高めることができる。
分離膜がCCSである場合、本実施例に係る電解液は、ゲルライト(Gelyte)電解液を用いてもよい。ゲルライト電解液は、ゲルタイプの電解液を含んでもよい。一実施例として、ゲルライト電解液は、オリゴマー内部に液体溶媒を物理的に結合させて揮発抑制および流れ性が殆どない特性を有するようにすることができ、これにより漏液を防止することができる。本実施例に係るゲルライト電解液に含まれるオリゴマーは、フッ素系、ポリカーボネート系またはシリコン系を含んでもよい。フッ素系オリゴマーを用いると、難燃性を高め、発熱による正極材分解時に発生する酸素をスカベンジング(scavenging)する役割を果たし、追加的な発熱を抑制する効果があり、ポリカーボネート系オリゴマーを用いると、正極親和性を有し、有機電解液と類似の構造を有するようになってイオン伝導度が優れるようになる。また、シリコン系オリゴマーを用いるときには、ガス低減に有利で、特にフッ酸スカベンジャー(HF scavenger)の役割を果たし、高温貯蔵環境を改善することができる。
既存のように熱と圧力によって電極と分離膜とを接着しないと、接着力が弱く、セル剛性が減少して安全性に関するイシューが発生する可能性が高くなるが、本実施例のように、ゲルライト電解液を用いると、液体電解液を用いた場合に対して接着力を少なくとも50%以上向上させることができる。これにより、セル剛性が液体電解液を用いた場合に対してほぼ40%以上高くなり、分離膜としてSRSを用いることで、ラミネーション工程で電極と分離膜とを接着し、液体電解質を用いた場合に対してもほぼ19%以上セル剛性を向上させることができる。
図4は、本発明の一実施例に係る二次電池製造方法の基本単位体製造ステップによって製造された基本単位体10を積層して形成された電極組立体1を示す断面図である。図5は、本発明の他の一実施例に係る二次電池製造方法の基本単位体製造ステップによって製造された基本単位体を積層して形成された電極組立体を示す断面図である。
図4を参照すると、本実施例に係る二次電池製造方法で、電極組立体製造ステップは、基本単位体10を複数個積層して形成された電極積層体20の周りに固定テープ50を付着して電極組立体1を製造するステップであってもよい。ここで、電極組立体製造ステップは、前述の基本単位体製造ステップと別個に行われるか、電極組立体製造ステップに前述の基本単位体製造ステップが含まれてもよい。
基本単位体10内で、電極(第1電極11、第2電極12)と分離膜13とは、接着剤14で互いに接着されている状態であり、それにより電極(第1電極11、第2電極12)と分離膜13とは接着剤14の接着力によって整列度を維持することができる。そして、積層されている基本単位体10と基本単位体10とは外側に付着される固定テープ50によって相対位置を固定することができる。つまり、固定テープ50の固定力によって基本単位体10同士の積層整列状態を維持することができる。参考までに、固定テープ50を付着する前の積層体状態を電極積層体20と命名してもよく、固定テープ50を付着した後の積層体状態を電極組立体1と命名してもよい。
また、本実施例で製造された電極組立体1で、接着剤14は、電極(第1電極11、第2電極12)と分離膜13間ごとに同一の位置に配置されていてもよい。一例として、図4のように、本実施例の電極組立体1で、第1電極11の下部と分離膜13間に位置する接着剤14と第1電極11の上部と分離膜13間に位置する接着剤14とは、底面を基準にそれぞれ同一の垂直線上に配置されていてもよく、接着剤14が配置されている間隔は互いに同一であってもよい。これは、第2電極12と分離膜13間に位置した接着剤14の場合にも同様に説明することができる。
これにより、本実施例で製造された電極組立体1で、接着剤14は、電極(第1電極11、第2電極12)と分離膜13間ごとに同一の位置に配置されており、工程時間および効率性を増大させることができるというメリットがある。
また、本発明の他の一実施例に係る二次電池製造方法で製造された電極組立体2で、接着剤14は、電極(第1電極11、第2電極12)と分離膜13間ごとに配置されており、かつ互いに隣接した層に配置された接着剤14は交差した形態に配置されていてもよい。一例として、図5のように、本実施例の電極組立体2で、第1電極11の下部と分離膜13間に位置する第1接着剤14-1と第1電極11の上部と分離膜13間に第2接着剤14-2とは互いに交差して配置されていてもよい。このとき、第1接着剤14-1と第2接着剤14-2とは位置が互いに交差しているだけで、塗布されている間隔は互いに同一であってもよい。これは、第2電極12と分離膜13間に位置した接着剤14の場合にも同様に説明することができる。
一例として、前述の基本単位体製造ステップで、図2および図3に示した第1ノズル211、第2ノズル212および第3ノズル213の少なくとも一つの位置を調節することにより、第1接着剤14-1および第2接着剤14-2が互いに交差して配置されてもよい。
他の一例として、前述の基本単位体製造ステップで、第1ノズル211、第2ノズル212および第3ノズル213の以外に別途のノズルがさらに配置され、第1接着剤14-1および第2接着剤14-2が互いに交差して配置されてもよい。より具体的には、前記別途のノズルは、第1ノズル211、第2ノズル212および第3ノズル213と他の位置に配置され、第1ノズル211、第2ノズル212および第3ノズル213から第1接着剤14-1および第2接着剤14-2のうち一つが塗布され、前記別途のノズルから第1接着剤14-1および第2接着剤14-2のうち他の一つが塗布され、第1接着剤14-1および第2接着剤14-2が互いに交差して配置されてもよい。
ただし、これに限定されるものではなく、第1接着剤14-1および第2接着剤14-2が互いに交差して配置される構造は多様な方式によって塗布され製造されてもよい。
これにより、本実施例で製造された電極組立体2で、接着剤14は、電極(第1電極11、第2電極12)と分離膜13間ごとに配置されており、かつ互いに隣接した層に配置された接着剤14は交差した形態に配置されており、接着剤14による電極組立体2の厚さ増加を最少化することができる。これと共に、互いに隣接した層に配置された接着剤14が互いに交差していて、後述される図29の初期セル0に含まれた電解液に接着剤14をより容易に溶解することができる。
以下では、本発明の他の一実施例に係る二次電池製造方法で、基本単位体製造ステップおよび電極組立体製造ステップを中心に説明する。
図6から図9は、本発明の他の一実施例に係る二次電池製造方法の基本単位体製造ステップを示す概略図である。
まず、本実施例において、図9の基本単位体30は、分離膜322がフォールディングされ電極31をカバーし、電極31と分離膜322とが積層されている単位体であってもよい。つまり、基本単位体30は、分離膜322の一側および他側が順次にフォールディングされ電極31をカバーしつつ、電極31と分離膜322とが順次積層されていてもよい。このような基本単位体30が複数回繰り返し形成されることで図10の電極積層体40を製造することができる。
図6から図9を参照すると、本実施例に係る二次電池製造方法は、電極リール311、312から電極シート3111、3121が巻き出され、電極シート3111、3121から複数の電極31が形成されるステップと、電極31と積層体を形成する分離膜322が分離膜リール321から巻き出されるステップと、分離膜322がテーブル36上面に載置されるステップと、テーブル36に載置した分離膜322および電極31の少なくとも一部にノズル37が接着剤を塗布するステップと、を含み、電極31は、第1電極3112および第2電極3122を含む。本実施例で分離膜リール321から巻き出されるものを分離膜322と称しているが、後で説明するように分離膜シートがフォールディングされ各層に分離膜を形成すると見ることができる。したがって、分離膜リール321から分離膜シートが巻き出されると見ることもできる。
より具体的には、図6を参照すると、本実施例に係る二次電池製造方法は、第1電極リール311から第1電極シート3111が巻き出されると、第1カッター331が第1電極シート3111を切断して、複数の第1電極3112が形成されてもよい。次に、第1移送装置341が第1電極3112を移送させると、第1ヘッダ351が第1電極3112を吸着する。
一方、図6を参照すると、分離膜リール321から分離膜322が巻き出されると、分離膜322の第1領域3221がテーブル36の上面に載置される。次に、図6のように、第1ノズル371は、分離膜322の第1領域3221の少なくとも一部に接着剤を塗布してもよい。ここで、第1ノズル371は、複数のドット(dot)状に接着剤を塗布してもよい。
次に、テーブル36が第1移送装置341に向けて移動してもよく、第1電極3112を吸着した第1ヘッダ351がテーブル36に向けて移動してもよい。ただし、これに限定されるものではなく、テーブル36は固定されていてもよい。テーブル36の上方に第1ヘッダ351が位置すると、図6のように、第1ヘッダ351は、接着剤が塗布された分離膜322の第1領域3221に第1電極3112を載置させることができる。
ただし、これに限定されるものではなく、図6とは異なり、分離膜322の第1領域3221に接着剤が塗布されておらず、第1電極3112の下部に接着剤が予め塗布されていてもよい。つまり、第1電極3112の下部に接着剤が予め塗布された状態で、第1電極3112を第1ヘッダ351によって分離膜322の第1領域3221に載置されることができる。
また、本実施例に係る二次電池製造方法は、前記接着剤の塗布ステップの後にフォールディングステップをさらに含み、前記フォールディングステップは、分離膜322に第1電極3112が載置されると、分離膜322の一側がフォールディングされ第1電極3112をカバーし、分離膜322に第2電極3122が載置されると、分離膜322の他側がフォールディングされ第2電極3122をカバーすることができる。
より具体的には、図7を参照すると、第1領域3221に第1電極3112が載置された後、テーブル36が第2電極3122を移送する第2移送装置342に向けて移動する。すると、分離膜322の一側がフォールディングされ、分離膜322の第2領域3222が第1電極3112をカバーすることができる。ここで、第1電極3112が分離膜322の第2領域3222でカバーされる前に、第1ノズル371によって第1電極3112の上部または分離膜322の第2領域3222に接着剤が予め塗布されていてもよい。
一方、第2電極シート3121が第2電極リール312から巻き出されると、第2カッター332が第2電極シート3121を切断して、複数の第2電極3122が形成されてもよい。次に、第2移送装置342が第2電極3122を移送させると、第2ヘッダ352が第2電極3122を吸着する。
また、図7および図8のように、分離膜322の第2領域3222が第1電極3112をカバーしていると、第2領域3222の上方に位置した第2ノズル372が分離膜322の第2領域3222の少なくとも一部に接着剤を塗布する。ここで、第2ノズル372は、複数のドット(dot)状に接着剤を塗布してもよい。
次に、図8を参照すると、テーブル36が第2移送装置342に向けて移動してもよく、第2電極3122を吸着した第2ヘッダ352がテーブル36に向けて移動してもよい。ただし、これに限定されるものではなく、テーブル36は固定されていてもよい。テーブル36の上方に第2ヘッダ352が位置すると、図8のように、第2ヘッダ352は接着剤が塗布された分離膜322の第2領域3222に第2電極3122を載置させることができる。
ただし、これに限定されるものではなく、図8とは異なり、分離膜322の第2領域3222に接着剤が塗布されておらず、第2電極3122の下部に接着剤が予め塗布されていてもよい。つまり、第2電極3122の下部に接着剤が予め塗布された状態で、第2電極3122を第2ヘッダ352によって分離膜322の第2領域3222に載置させることができる。
次に、図9を参照すると、第2領域3222に第2電極3122が載置された後、テーブル36が第1電極3112を移送する第1移送装置341に向けて移動する。ただし、これに限定されるものではなく、テーブル36は固定されていてもよい。すると、分離膜322の他側がフォールディングされ、分離膜322の第1領域3221が第2電極3122をカバーしてもよい。ここで、第2電極3122が分離膜322の第1領域3221でカバーされる前に、第2ノズル372によって第2電極3122の上部または分離膜322の第1領域3221に接着剤が予め塗布されていてもよい。
そして、図9のように、第1領域3221が第2電極3122をカバーしていると、第1領域3221の上方に位置した第1ノズル371が分離膜322の第1領域3221の少なくとも一部に接着剤を塗布する。ここで、第1ノズル371は、複数のドット(dot)状に接着剤を塗布してもよい。
つまり、前記の過程を繰り返すことによって、本実施例に係る二次電池製造方法で基本単位体を製造することができる。
図10は、本発明の他の一実施例に係る二次電池製造方法の基本単位体製造ステップによって製造された基本単位体が繰り返し形成され製造された電極組立体を示す断面図である。図11は、本発明の他の一実施例に係る二次電池製造方法の基本単位体製造ステップによって製造された基本単位体が繰り返し形成され製造された電極組立体を示す断面図である。
図10を参照すると、本実施例に係る二次電池製造方法で、電極組立体製造ステップは、基本単位体30が複数回繰り返し形成された電極積層体40の周りに、図4の電極積層体20のように固定テープ50を付着して電極組立体3を製造するステップであってもよい。また、電極組立体3は、図4の電極組立体1とは異なり、図10のように固定テープ50が省略されていてもよい。また、図4の固定テープ50の代わりに、電極組立体3は、分離膜322の一端部が電極積層体40の外面のうち一部を囲んでいてもよい。ここで、電極組立体製造ステップは、前述の基本単位体製造ステップと別個に行われるか、電極組立体製造ステップに前述の基本単位体製造ステップが含まれてもよい。
本実施例の基本単位体30は、図4の基本単位体10のように、電極(第1電極3112、第2電極3122)と分離膜322とが接着剤34に互いに接着されている状態であってもよい。これにより、電極(第1電極3112、第2電極3122)と分離膜322とは、接着剤34の接着力によって整列度を維持することができる。
本実施例の電極積層体40は、分離膜322が電極(第1電極3112、第2電極3122)の上下部および一側面をカバーしており、図4のような別途の固定テープ50がなくても、基本単位体30同士の積層整列状態を維持することができる。また、本実施例の電極積層体40の外側に図4の固定テープ50が付着されているか、分離膜322の一端部が囲んでいる場合には、基本単位体30同士の積層整列状態をより安定的に維持することができる。
また、本実施例で製造された電極組立体3で、接着剤34は、電極(第1電極3112、第2電極3122)と分離膜322の間ごとに同一の位置に配置されていてもよい。一例として、図10のように、本実施例の電極組立体3で、第1電極3112の下部と分離膜322の間に位置する接着剤34と第1電極3112の上部と分離膜322の間に位置する接着剤34とは、第1電極3112または分離膜322の底面を基準にそれぞれ同一の垂直線上に配置されていてもよく、接着剤34が配置されている間隔は互いに同一であってもよい。これは、第2電極3122と分離膜322の間に位置した接着剤34の場合にも同様に説明することができる。
これにより、本実施例で製造された電極組立体3で、接着剤34は、電極(第1電極3112、第2電極3122)と分離膜322の間ごとに同一の位置に配置されており、工程時間および効率性を増大させることができるというメリットがある。
また、本発明の他の一実施例に係る二次電池製造方法で製造された電極組立体4で、接着剤34は、電極(第1電極3112、第2電極3122)と分離膜322の間ごとに配置されており、かつ互いに隣接した層に配置された接着剤34は交差した形態に配置されていてもよい。一例として、図11のように、本実施例の電極組立体4で、第1電極3112の下部と分離膜322の間に位置する第1接着剤34-1と第1電極3112の上部と分離膜322の間に位置する第2接着剤34-2とは、互いに交差して配置されていてもよい。このとき、第1接着剤34-1と第2接着剤34-2とは位置が互いに交差しているだけで、塗布されている間隔は互いに同一であってもよい。これは、第2電極3122と分離膜322の間に位置した接着剤14の場合にも同様に説明することができる。
一例として、前述の基本単位体製造ステップで、第1ノズル371および第2ノズル372の少なくとも一つの位置を調節することにより、第1接着剤34-1および第2接着剤34-2が互いに交差して配置されてもよい。
他の一例として、前述の基本単位体製造ステップで、第1ノズル371および第2ノズル372以外に別途のノズルがさらに配置され、第1接着剤34-1および第2接着剤34-2が互いに交差して配置されてもよい。より具体的には、前記別途のノズルは、第1ノズル371および第2ノズル372と他の位置に配置され、第1ノズル371および第2ノズル372から第1接着剤34-1および第2接着剤34-2のうち一つが塗布され、前記別途のノズルから第1接着剤34-1および第2接着剤34-2のうち他の一つが塗布され、第1接着剤34-1および第2接着剤34-2が互いに交差して配置されてもよい。
ただし、これに限定されるものではなく、第1接着剤34-1および第2接着剤34-2が互いに交差して配置される構造は多様な方式によって塗布され製造されてもよい。
これにより、本実施例で製造された電極組立体4で、接着剤34は、電極(第1電極3112、第2電極3122)と分離膜322の間ごとに配置されており、かつ互いに隣接した層に配置された接着剤34は交差した形態に配置されていて、接着剤34による電極組立体4の厚さ増加を最少化することができる。これと共に、互いに隣接した層に配置された接着剤34が互いに交差していて、後述される図29の初期セル0に含まれた電解液に接着剤34をより容易に溶解することができる。
以下では、前述の基本単位体10、30を中心に説明する。
図12および図13は、本発明の他の一実施例に係る二次電池製造方法の基本単位体製造ステップで製造された基本単位体の分解斜視図である。
図12を参照すると、基本単位体10は、図2から図5で説明したように、分離膜13、第1電極11、分離膜13および第2電極12が交互に積層されている構造を有してもよい。ここで、第1電極11の下部に位置した分離膜13を下部分離膜、第2電極12の下部に位置した分離膜13を上部分離膜と命名する。
また、基本単位体30の場合にも、図6から図11で説明したように、分離膜322がフォールディングされ電極(第1電極3112、第2電極3122)をカバーするジグザグ形態であり、第1電極3112、分離膜322および第2電極3122が交互に積層されている構造を有してもよい。ただし、図12では、説明の便宜上、分離膜322がフォールディングされている面は省略して示した。
基本単位体10、30で、第1電極11、3112の一端部に第1電極タップ11t、3112tが形成されており、第2電極12、3122の一端部に第2電極タップ12t、3122tが形成されていてもよい。ここで、第1電極11、3112と第2電極12、3122とは、第1電極タップ11t、3112tと第2電極タップ12t、3122tとが互いに異なる方向を向けるように配置されてもよい。
ここで、第1電極11、3112と分離膜13、322の間、および第2電極12、3122と分離膜13、322の間に接着層(接着剤14、34)が形成されていてもよい。一例として、接着層(接着剤14、34)は、図12のように複数のドット状に接着剤が塗布され形成されてもよい。また、前記複数のドットは一定の間隔で配置されていてもよい。また、接着層(接着剤14、34)は後述される図29の初期セル0に含まれた電解液に溶解する接着剤成分を含んでもよい。
これにより、本実施例の基本単位体10、30は、接着層(接着剤14、34)が複数のドット状に配置されており、前記電解液により容易に溶解することができる。これと共に、接着層(接着剤14、34)は電解液に溶解する接着剤成分を含み、最終電池セルで接着層(接着剤14、34)が第1電極11、3112および第2電極12、3122の表面に残らないため、接着層(接着剤14、34)によるセル性能低下を防止することができる。
図13を参照すると、基本単位体10'、30'は、図12の基本単位体10、30とほとんどの同様に説明することができ、以下では、接着層(接着剤14、34)を中心に説明する。
本実施例に係る基本単位体10'、30'で、接着層(接着剤14、34)は、第1接着層1410、3410および第2接着層1420、3420を含んでもよい。ここで、第1接着層1410、3410は、第1電極11、3112の中心部と分離膜13、322の間、および第2電極12、3122の中心部と分離膜13、322の間に位置してもよい。
一例として、図13のように、第2接着層1420、3420は、第1電極タップ11t、3112t或いは第2電極タップ12t、3122tと隣接した分離膜13、322の両端部に位置してもよい。より具体的には、第2接着層1420、3420は、第1電極タップ11t、3112tと分離膜13、322の間、および第2電極タップ12t、3122tと分離膜13、322の間に位置してもよい。
他の一例として、図13とは異なり、第2接着層1420、3420は、第1電極タップ11t、3112tと分離膜13、322の間で第1電極タップ11t、3112tと分離膜13、322とが互いに対面する部分だけ形成されていてもよく、第2電極タップ12t、3122tと分離膜13、322の間で第2電極タップ12t、3122tと分離膜13、322とが互いに対面する部分だけ形成されていてもよい。
このとき、第1接着層1410、3410および第2接着層1420、3420はそれぞれ複数のドット状に接着剤が塗布され形成されてもよい。第1接着層1410、3410は、第1接着体で形成され、第2接着層1420、3420は、第2接着剤で形成されてもよい。
ここで、第1接着層1410、3410を形成する第1接着剤は、図12の接着層(接着剤14、34)のように、後述される図29の初期セル0に含まれた電解液に溶解する接着剤成分を含んでもよい。これとは異なり、第2接着層1420、3420を形成する第2接着剤は、前記電解液に溶解しない接着剤成分を含んでもよい。
一例として、前述の基本単位体製造ステップで、図2および図3のノズル210の少なくとも一つ或いは図6から図9のノズル37の少なくとも一つから塗布される接着剤の種類を製造工程上で変更することにより、第1接着層1410、3410および第2接着層1420、3420がそれぞれ形成されてもよい。具体的には、第1接着層1410、3410と第2接着層1420、3420とを形成する接着剤を一つのノズルを通じて塗布するか、互いに異なるノズルを通じて塗布してもよい。
他の一例として、前述の基本単位体製造ステップで、図2および図3のノズル210或いは図6から図9のノズル37以外に別途のノズルがさらに配置され、第1接着層1410、3410および第2接着層1420、3420がそれぞれ形成されてもよい。より具体的には、前記別途のノズルは、分離膜13、322の両端部に隣接して配置され、図2および図3のノズル210或いは図6から図9のノズル37から第1接着層1410、3410が形成され、前記別途のノズルから第2接着層1420、3420が形成されてもよい。
ただし、これに限定されるものではなく、第1接着層1410、3410および第2接着層1420、3420は多様な方式によって互いに異なる接着剤が塗布され形成されてもよい。
これにより、本実施例の基本単位体10'、30'で、第1接着層1410、3410が第1電極11、3112の中心部と分離膜13、322の間、および第2電極12、3122の中心部と分離膜13、322の間に位置し、最終電池セルで第1接着層15、35が第1電極11、3112および第2電極12、3122の表面に残らないため、第1接着層1410、3410によるセル性能低下を防止することができる。
これと共に、本実施例の基本単位体10'、30'で、第2接着層1420、3420が第1電極タップ11t、3112tと分離膜13、322の間、および第2電極タップ12t、3122tの間に位置し、最終電池セルで第2接着層1420、3420が前記電解液に溶解しないため、第1電極タップ11t、3112tおよび第2電極タップ12t、3122tと対面する分離膜13、322が折りたたまれることを防止できる。また、第2接着層1420、3420は、最終電池セルで第1電極11、3112および第2電極12、3122が分離膜13、322から離脱することを防止できる。
また、第2接着層1420、3420は互いに対面する一対の分離膜13、322の間に位置しつつ、分離膜13、322と第1電極11、3112および/または、第2電極12、3122が接する部分を除外した部分に形成されていてもよい。言い換えると、第2接着層1420、3420は互いに対面する一対の分離膜13、322の間に位置しつつ、第1電極11、3112および第2電極12、3122と接しないことがある。
これにより、本実施例の基本単位体10'、30'で、第2接着層1420、3420は、第1電極11、3112および/または、第2電極12、3122が分離膜13、322と接する部分を回避する位置に形成されており、第2接着層1420、3420は、第1電極11、3112および/または、第2電極12、3122が分離膜13、322の間のリチウムイオン移動を妨げないことがある。つまり、第2接着層1420、3420は、セル性能を低下させずに、前述の分離膜13、322が折りたたまれることを防止でき、第1電極11、3112および第2電極12、3122が分離膜13、322から離脱することを防止できる。
図14は、本発明のまた他の一実施例に係る基本単位体の分解斜視図である。図15は、図14の構成要素が結合された電極組立体を示す斜視図である。図16は、図15のA-A軸に沿って切り出した断面図である。
図14および図15を参考にすると、本実施例に係る電極組立体は、複数の基本単位体を含み、本実施例に係る基本単位体109は、電極(第1電極119、第2電極159)と分離膜219、259とが積層される方向に沿って電極(第1電極119、第2電極159)と分離膜219、259の間に形成される第1接着部P1、および複数の分離膜219、259の中で、電極(第1電極119、第2電極159)と分離膜219、259とが積層される方向に沿って隣り合う分離膜219、259の間に形成される第2接着部P2を含む。第2接着部P2は、電極(第1電極119、第2電極159)と分離膜219、259とが積層される方向に沿って第1接着部P1の外側に位置する。
より具体的には、分離膜219、259は、下部分離膜219および上部分離膜259を含み、電極119、159は、第1電極119および第2電極159を含み、下部分離膜219、第1電極119、上部分離膜259および第2電極159の順に積層されていてもよい。
ここで、第1電極119は、一方向に突出している第1電極タップ116を含んでもよく、第2電極159は、一方向に突出している第2電極タップ155を含んでもよい。一例として、図14および15のように、第1電極119と第2電極159の間に上部分離膜259が位置するように積層され、第1電極119の第1電極タップ116と第2電極159の第2電極タップ155が互いに反対方向に位置するように積層されてもよい。ただし、これに限定されるものではなく、第1電極タップ116と第2電極タップ155とが同じ方向に位置するように積層される構造も、本実施例に含まれてもよい。以上で説明した第1接着部P1の外側は、電極タップ(第1電極タップ116、第2電極タップ155)が突出した方向と交差する方向に位置してもよい。
ここで、第1電極119および第2電極159はそれぞれ電極集電体と前記電極集電体上に位置する活物質層とを含んでもよい。ここで、前記活物質層は、電極活物質を含む電極組成物からなってもよい。より具体的には、第1電極119および第2電極159は正極または負極であってもよい。ここで、前記正極は、正極集電体と正極活物質を含む活物質層を含んでもよく、前記負極は、負極集電体と負極活物質を含む活物質層を含んでもよい。一例として、第1電極119は負極であってもよく、第2電極159は正極であってもよい。ただし、これに限定されるものではなく、反対の場合にも同様に本実施例に含まれてもよい。
分離膜219、259は、第1電極119と第2電極159とを分離してリチウムイオンの移動通路を提供することができる。また、分離膜219、259は、下部分離膜219および上部分離膜259を含み、下部分離膜219および上部分離膜259は異なるか、互いに同一の素材の分離膜が適用可能である。
一例として、分離膜219、259は、通常リチウム二次電池でセパレータに用いられるものであれば、特別な制限なく用いてもよいが、先に説明したように、分離膜としてCCS(Ceramic Coated Separator)であってもよい。
図14および図16を参照すると、第1接着部P1は、第1電極119と下部分離膜219の間、第1電極119と上部分離膜259の間、および第2電極159と上部分離膜259の間の少なくとも一つに位置してもよい。
これにより、第1接着部P1は、第1電極119および第2電極159をそれぞれ下部分離膜219および/または、上部分離膜259に固定させてもよい。つまり、第1接着部P1は、電極(第1電極119、第2電極159)と分離膜219、259の間の動きを防止することができ、電極(第1電極119、第2電極159)と分離膜219、259の変形および破損を防止することができる。
また、第2接着部P2は、上部分離膜259と下部分離膜219の間に位置してもよい。より具体的には、第2接着部P2は、下部分離膜219の端部と第1電極119の端部の間に位置してもよい。また、第2接着部P2は、上部分離膜259の端部と第1電極119の端部の間に位置してもよい。言い換えると、第2接着部P2は、分離膜219、259で第1電極119が接しない面に位置しつつ、第2接着部P2は、第1電極119の周りに沿って位置してもよい。ここで、第2接着部P2は、電極(第1電極119、第2電極159)で突出している電極タップ(第1電極タップ116、第2電極タップ155)が位置した部分に対しても選択的に位置してもよい。
これにより、上部分離膜259と下部分離膜219の間に第1電極119が位置しつつ、上部分離膜259と下部分離膜219を第2接着部P2によって互いに固定することができ、第1電極119が上部分離膜259および下部分離膜219の間で動くことを防止できる。言い換えると、第2接着部P2は、第1電極119の周りに沿って上部分離膜259および下部分離膜219を互いに固定させ、第1電極119が動ける空間を制限することができ、これにより、第1電極119の変形および破損を防止することができる。
本実施例に係ると、第1接着部P1を形成する第1接着剤と第2接着部P2を形成する第2接着剤とは互いに異なる種類であってもよい。具体的には、前記第1接着剤は、電解液に溶解する性質を有し、前記第2接着剤は、電解液に溶解しない性質を有してもよい。
図4、5、10、11、12、13で説明した接着剤14、34に関する内容は、本実施例に係る第1接着部P1を形成する第1接着剤に全て適用可能である。それだけでなく、先に説明した分離膜に関する説明も本実施例に適用可能である。
また、第1接着部P1および第2接着部P2は、図14および図16のように、それぞれ複数のドットを含むパターンで形成されていてもよい。より具体的には、前記複数のドットは互いに離隔していてもよい。ここで、前記複数のドット間の間隔は必要に応じて同一であるか互いに異なるように調節されてもよい。
第2接着部は、電極組立体の長手方向に沿って部分的に接着剤を塗布して形成されてもよい。長手方向は、電極タップ(第1電極タップ116、第2電極タップ155)が突出した方向と同一であってもよい。
これにより、第1接着部P1および第2接着部P2は、前述のパターンで形成することができ、電池セル(二次電池)を形成するために基本単位体109を含む電極組立体をケースに取り付けた後、ケース内に電解液を注入するとき、前記電極組立体が急速に含浸されることがある。
より具体的には、第1接着部P1および第2接着部P2で複数のドットが互いに離隔しており、複数のドットの間に電解液が流れるというメリットがある。つまり、本実施例に係ると、電池セルの製造時間を相対的に短縮させ、収率も改善することができる。ただし、第2接着部P2に形成される接着パターンは、ドットパターンに限定されず、図21で示したように、渦巻きパターンで形成されてもよい。また、後述する図17および図18で説明する接着層145、145'に関する内容は、本実施例に係る第2接着部P2を形成する第2接着剤に全て適用可能である。
以下では、本発明の他の一実施例に係る電極組立体に関して説明する。
図17および図18は、本発明の他の一実施例に係る電極組立体を示した図である。
図17および図18を参照すると、本実施例の電極組立体105は充放電が可能な発電素子であって、電極(正極115、負極125)および分離膜135を含んでもよい。電極組立体105に含まれた電極115、125は正極115および負極125を含んでもよく、各電極115、125の間に分離膜135が介されることにより、電極組立体105は、正極115/分離膜135/負極125が交互に積層された構造を有してもよい。ここで、図4および図5に示された正極115と負極125の位置は便宜に応じて示したものであり、その位置は相互変更されてもよい。
また、本実施例の電極組立体105は、側面に形成された接着層145、145'を含んでもよい。電極組立体105は、電極115、125および分離膜135が交互に積層されたセル積層体の側面に形成された接着層145、145'を含んでもよい。ここで、セル積層体とは、本実施例の電極組立体105で電極115、125および分離膜135の積層体を意味するもので、接着層145、145'を含まないこともある。また、ここで、セル積層体の側面とは、電極(正極115、負極125)および分離膜135が交互に積層されたセル積層体で多数の電極(正極115、負極125)および/または分離膜135の末端が露出された面を称するものであってもよい。電極組立体105の製造時の分離膜135の大きさは、電極(正極115、負極125)の大きさより大きく提供されてもよく、分離膜135の末端は、電極(正極115、負極125)の末端を越えて突出してもよい。また、後述するが、電極組立体105がジグザグ形に積層され形成される場合、分離膜135の折り曲げ部は、電極(正極115、負極125)の末端を越えて突出してもよい。ここで、突出した分離膜135の末端または分離膜135の折り曲げ部は「延長部138」と称することができる。
接着層145、145'は接着剤を塗布することによって形成されてもよい。接着剤は、電解液に容易に溶解しない成分を含んでもよい。接着層145、145'に用いられる接着剤の一例としては、PO、PUR、EVA、rubber系が挙げられる。また、他の例としては、自然硬化、湿気硬化、UV硬化などが可能な硬化性接着剤が挙げられる。
接着層145、145'は、電極(正極115、負極125)と接触しない分離膜135の延長部138と接触することにより、分離膜135の形態を固定するものであってもよい。分離膜135およびそれと隣接した他の分離膜135は、接着層145、145'によって互いに固定されてもよい。
接着層145、145'は、分離膜135と接触してもよい。このとき、接着層145は、図17のように分離膜135の間に形成されることにより、分離膜135の延長部138とその位置が対応するように形成されてもよく、接着層145'は、図18のように分離膜135の延長部138の外部までカバーするように形成されてもよい。
接着層145、145'は、正極115と接触しないことが好ましい。これは、接着層145、145'が正極115から負極125に移動するイオンの流れを妨げるためである。また、接着層145、145'は、負極125と接触しないことが好ましいが、負極125は直接的な充電領域ではないので、正極115と接着層145、145'とが接触することよりはその影響が少ない。
接着層145、145'は、電極組立体105の全ての側面に形成されてもよいが、一部の側面にだけ形成されることが好ましい。これは、接着層145、145'が電極組立体105の側面に全て形成される場合、電極(正極115、負極125)の電解液含浸または活性化工程で電極組立体105のガス放出が接着層145によって妨げられるためである。
接着層145、145'は、電極組立体105の一側面を全て覆うように形成されてもよく、側面の70から80%を覆うように形成されてもよい。ここで、電極組立体105の側面は、積層を通じて形成された「高さ」および電極組立体105で長辺または短辺の長さに対応する「幅」を有してもよく、このとき、接着層145、145'は、電極組立体105の側面の幅を70から80%を覆うように形成されてもよい。接着層145、145'が電極組立体105の側面を全て覆わないことで、電極115、125の電解液含浸または活性化工程で電極組立体105のガス放出が接着層145、145'によって妨げられることを防止できる。
接着層145、145'は、電極組立体105の側面のうち分離膜135の長辺が位置した面に形成されてもよい。接着層145、145'は、分離膜135の長辺上に形成されてもよい。これは、分離膜135の短辺より相対的に長さが長い長辺に折りたたまれる現象などがより頻繁に発生するためである。しかし、このような説明が分離膜135の短辺に接着層145、145'を形成可能なことを完全に排除するものではない。
図19は、電極組立体の側面を撮影した写真である。図20は、電極組立体の剛性に関するテストを示した図である。
図19および図20を参照すると、接着層145、145'によって分離膜135の終端が折りたたまれる現象を防止することができ、電極組立体105の剛性を補完することができる。
具体的には、接着層145、145'が電極組立体105の側面に形成されることにより、前述の図2のA領域で生じた折りたたまれる現象が改善されることが確認された。また、図3で行われたのと同一のテストでも、図20では、電極組立体105の一部が垂れる現象が生じないため、接着層145、145'によって電極組立体105に要求される最小限の剛性が確保されたことが確認できた。このように電極組立体105の剛性が補完されることにより、外力が加わる時に電極組立体105の過度な変形を防止することができる。
図21は、電極組立体に接着剤を塗布する装置および塗布された接着剤の一例を示した図である。図22は、電極組立体に接着剤を塗布する装置および塗布された接着剤の他の例を示した図である。
図21を参考にすると、本実施例の接着層145、145'はパターン方式で形成されてもよい。ここで、パターン方式とは、標的位置に塗布された接着剤15が所定のパターンを有するように接着剤を塗布することを意味する。
パターン方式の接着剤の塗布装置205は、ハウジング215およびノズル225を含んでもよい。接着剤15は、接着剤の塗布装置205の外部から供給され、ハウジング215に受容されてもよく、ノズル225を通過した接着剤15は線状に吐出されてもよい。具体的には、ノズル225から出る接着剤が細い糸のように連結され、ワブル(wobble)パターンにつながって塗布されてもよい。塗布された接着剤15は、ノズル225の動きによって特定のパターンを有してもよい。一例として、図21の下には、接着剤15が螺旋形で塗布されることにより、多数の円形が重なったパターン形状を有することが示された。このようなパターン形状は、ピグテール(pig tail)形状または渦巻きパターン(swirl pattern)に称することができる。
図22を参考にすると、本実施例の接着層145、145'は、面塗布方式で形成されてもよい。ここで、面塗布方式とは、標的位置に接着剤15'が満遍なく塗布されるように接着剤を高密度で塗布することを意味する。
面塗布方式の接着剤の塗布装置305は、図22の下写真のように接着剤15'が標的部分を全て覆うように接着剤15'を塗布してもよい。面塗布方式の接着剤の塗布装置305は、スプレー、スロットまたはその他の方法を通じて接着剤を塗布してもよい。一例として、面塗布方式の接着剤の塗布装置305は、ハウジング315、ノズル325およびハウジング315内部に接着剤15が供給される管335、および前記管335と連結されたノズル325を通じて接着剤15が噴射されるとき、圧縮空気を注入するエアー管345を含んでもよい。
一方、図22の面塗布方式の接着剤の塗布装置305は、圧縮空気などを用いるので、接着剤15'の噴射時に接着剤15'が飛び散る飛散現象が生じる恐れがある。また、接着層145、145'の厚さを厚く形成しようとする場合、接着層145、145'の均一性が劣るというデメリットがある。
これに対し、図21の接着剤の塗布装置205は、線状に接着剤15を吐出するので、エアーなどによる接着剤の飛散現象を最小化することができ、装置の汚染を最小化することができる。また、図21の接着剤の塗布装置205は、線間の間隔を調節することによって接着層145、145'の密度および厚さを比較的に自在に調節することができる。図21の接着剤の塗布装置205は、一定のパターンで接着剤15を塗布することによって、接着層145、145'の厚さを厚く形成しようとする場合にも、図22の接着剤の塗布装置305より均一に接着剤15を塗布することができる。
図21の接着剤の塗布装置205は、図22の接着剤の塗布装置305より接着層145、145'の厚さを最少化することができる。具体的には、図21の接着剤の塗布装置205を通じて形成される接着層145、145'の厚さは約100μm以上であるのに対し、図22の接着剤の塗布装置305を通じて形成される接着層145、145'の厚さは約200μm以上であってもよい。これは、前述のように図21の接着剤の塗布装置205が線状に接着剤15を塗布するためである。
電極組立体105に形成される接着層145、145'の厚さは設計によって多様に設定されてもよい。例えば、接着層145、145'の厚さは、電池セル内部の電極組立体105と電池ケースの間の離隔空間の大きさを考慮して、その以下に設計されてもよい。具体的な例を挙げると、接着層145、145'が形成されていない状態で電極組立体105が電池ケースに組み込まれるとき、電極組立体105と電池ケースとの離隔距離は600μm内外であってもよい。このような場合、電極組立体105に形成される接着層145、145'の厚さは600μm以下、500μm以下、400μm以下、300μm以下、200μm以下であってもよい。また、電極組立体105に形成される接着層145、145'の厚さは100から600μm、100から500μm、100から400μm、100から300μm、または100から200μmであってもよい。このとき、接着層145、145'は、図21の接着剤の塗布装置205によって線が繰り返し積層されることによって形成されてもよい。
接着剤の塗布装置を通じて提供される接着剤(15、15')は所定の温度を有してもよい。これは、接着剤(15、15')が容易に塗布されるように、接着剤の塗布装置が接着剤(15、15')の温度を調節するためである。図21の接着剤の塗布装置205の動作温度は110℃であり、接着剤の塗布装置205から吐出される接着剤15の温度は40℃から50℃の水準であってもよい。図22の接着剤の塗布装置305の動作温度は160℃であり、接着剤の塗布装置305から吐出される接着剤15'の温度は60℃から70℃の水準であってもよい。接着剤15'の温度が高いと、分離膜135が収縮する可能性が高いので、図22の接着剤の塗布装置305よりは、図21の接着剤の塗布装置205が本実施例の接着層145、145'の形成に用いられることが好ましい。
図23は、図21および図22の装置を用いて塗布された接着剤を比較した写真である。図24は、図23のB領域を拡大した写真である。
図23および図24を参照すると、図21および図22の装置に係る接着剤の塗布形状を比較することができる。当該形状は、電極組立体105の側面に塗布された接着層145、145'の形状であってもよい。
図23の(a)はパターン方式によるものであり、図21の接着剤の塗布装置205によって形成されたものであってもよい。図23の(a)では線状に吐出された接着剤15が螺旋形または円形に繰り返されることによってパターンを形成する。パターン方式によって形成された接着層145、145'は少なくとも二つの線が交差するパターンを有してもよい。パターン方式によって形成された接着層145、145'は多数の開口88を含んでもよい。パターン方式による接着剤15の線幅は20から100μmであってもよく、線間の間隔は100から800μmであってもよい。
図24を参照すると、接着層145、145'がピグテールパターンを有することがより明確に確認された。写真から測定された第1線幅D1は50μm、第1線間隔W1は600μmと確認された。
これに対し、図23の(b)は面塗布方式によるものであり、図22の接着剤の塗布装置305によって形成されたものであってもよい。図23の(b)は接着剤15'間の間隔がなく、一つの面をなすように塗布されている。図23の(b)では、図23の(a)とは異なり、少なくとも二つの線が交差することによって形成されるパターンは見当たらず、接着層145、145'に開口が形成されていないことが確認された。
一方、本実施例の接着層145、145'は、電極組立体105の側面に形成されるので、接着層145、145'が電極組立体105の側面を通じて吸収される電解液と電極(正極115、負極125)とが接触することを妨げることがある。したがって、接着層145、145'は電解液の吸収低下を最少化する方式で形成されなければならない。
図25は、図21および図22の工程が適用された電極組立体の濡れ性に関するテストを撮影した写真である。具体的には、図25は、図21および図22の工程を通じて形成された接着層145、145'を有する電極組立体105を電解液に含浸させた後、分解したものである。写真を通じて電極(正極115、負極125)で電解液が吸収されていない部分はノンウェッティング(non-wetting)領域25として確認することができ、これに基づいて電解液に対する電極(正極115、負極125)の濡れ性が接着層145、145'によって低下するか否かを確認することができる。ここで、ノンウェッティング領域25が小さいほど電極(正極115、負極125)と電解液との接触が十分であったことを意味する。
図25を参照すると、図21のパターン方式が適用された図25の(a)の電極は、図22の面塗布方式が適用された図25の(b)の電極よりノンウェッティング(non-wetting)領域25が小さく形成されたことを確認することができる。言い換えると、図21によって形成された接着層145、145'が、図22によって形成された接着層145、145'より電解液の吸収を妨げないことがある。
図21のパターン塗布方式は、多数の線が交差したパターンを有するので、図17および図18の接着層145、145'内に多数の開口を含むように形成されてもよい。電極組立体105が電解液に含浸されると、開口を通じて電解液が電極組立体105内部に吸収されることがあるので、パターン塗布方式による接着層145、145'は面塗布方式による接着層145、145'より電解液の浸透低下を最小化することができる。
電解液が電極(正極115、負極125)にまともに吸収されないと、電極組立体105の出力特性が低下することがある。したがって、図22の面塗布方式によって接着層145、145'を形成する場合にも、電極組立体105の側面に接着層145、145'を部分的に形成することによって電解液の吸収率を高めることもできる。しかし、このように接着層145、145'を部分的に形成する場合には、図3に示されているように、電極組立体105の剛性が低下することがあるので、接着層145、145'の塗布位置および塗布水準をより厳しく設計しなければならない。
以下では、本発明の他の実施例に係る電極組立体に関して説明する。
説明に先立ち、本実施例の電極組立体は、セル積層体の形状が異なる以外には、前述の電極組立体の内容と同一であることを明らかにしておく。したがって、別途の言及がなくても、本実施例に係る電極組立体は、上述した図17から図25の電極組立体に関する内容を全て含むものと説明することができる。
図26および図27は、本発明の他の実施例に係る電極組立体を示した図である。
図26および図27を参照すると、本実施例の電極組立体105は、正極115/分離膜135/負極125が交互に積層されたセル積層体、およびセル積層体の側面を囲む仕上げ分離膜132、134を含んでもよい。ここで、分離膜135は長方形の分離膜シートが折り曲げられることによって形成されたジグザグ形態を有し、ジグザグに折り曲げられた分離膜135は正極115および負極125の間に介されてもよい。ジグザグ型積層が完了した後、分離膜135は仕上げ分離膜132、134を通じてセル積層体の側面を少なくとも一回以上囲んでもよく、これによりセル積層体の側面を仕上げてもよい。
このとき、図26および図27に示された正極115と負極125の位置は便宜に応じて示したものであり、その位置は相互変更されてもよい。
セル積層体の側面には、接着層145、145'が形成されてもよい。接着層145、145'は、分離膜135の延長部138と接触し、延長部138を連結することによって分離膜135の形態を固定することができる。接着層145、145'は、分離膜135の折り曲げられた部分、つまり、分離膜135の折り曲げ部を連結することにより、分離膜135の全体的な形態を固定することができる。接着層145、145'によって分離膜135をはじめとするセル積層体の全体的な形状が固定され、最小限の剛性を保障することができる。
接着層145、145'は、前述のようにセル積層体の全ての側面に形成されてもよいが、図26および図27のように折り曲げられた分離膜135が位置する両側面に形成されてもよい。また、図26および図27とは異なり、セル積層体の他側面に形成されることも可能である。しかし、電極(正極115、負極125)の電解液含浸または活性化工程で電極組立体105のガス放出が接着層145、145'によって妨げられることもあるので、接着層145、145'の位置は適切に設計される必要があり、セル積層体の全ての側面を覆うように形成されることは好ましくない。また、接着層145、145'は、電極組立体105の一側面を全て覆うように形成されてもよく、側面の70から80%を覆うように形成されてもよい。
セル積層体に接着層145、145'が形成された後、接着層145、145'の外側に仕上げ分離膜132、134が形成されてもよい。仕上げ分離膜132、134は、接着層145、145'が形成されたセル積層体の側面を囲んでもよい。このとき、仕上げ分離膜132は、図26のようにセル積層体の周りを全体的に一回巻き付けることによって、セル積層体の側面を一回巻き付けた後、仕上げることができる。また、仕上げ分離膜132、134は、図27のようにセル積層体の周りを二回り以上巻き付けることによって、セル積層体の側面を二回以上巻き付けた後、仕上げ処理をすることができる。
一方、電極組立体105で仕上げ分離膜132、134を形成しなくても、セル積層体の側面は熱融着または接着テープのような接着手段を付けて仕上げることができ、仕上げられる方法は、前述のような実施例の他にも、いくらでも多様に変更して実施することができる。
以下では、本発明の一実施例に係る電極組立体の製造方法に関して説明する。
本実施例の電極組立体の製造方法S1000は、電極(正極115、負極125)および分離膜135が交互に積層されたセル積層体を形成するステップS1100、セル積層体の側面に接着剤15を塗布するステップS1200、および前記分離膜135を固定する接着層145、145'を形成するステップS1300を含んでもよい。
ここで、セル積層体を形成するステップS1100は、正極115、分離膜135、負極125、分離膜135の順、または負極125、分離膜135、正極115、分離膜135の順に電極および分離膜を積層するものであれば、公知の如何なる方法を用いてもよい。例えば、セル積層体は、図17および図18のようにスタック型で製造されてもよく、図26および図27のようにジグザグ型で製造されてもよい。
ここで、セル積層体の側面に接着剤を塗布するステップS1200には、図21の接着剤の塗布装置205が用いられてもよく、図22の接着剤の塗布装置305が用いられてもよい。図21の接着剤の塗布装置205を用いる場合、前記ステップS1200は、接着剤15の塗布パターンを決定するステップ、および/または、前記決定されたパターンでノズル225を移動させることによって接着剤をパターン塗布するステップを含んでもよい。ここで、接着剤15の塗布パターンを決定するステップは、セル積層体を形成するステップS1100の前に行われてもよい。
接着剤15は、粘性がある状態で塗布されるので、接着剤内の溶媒または水分を除去することによって接着剤15の形態が固定されるようにすることが好ましい。このような場合、接着層145、145'を形成するステップS1300は、接着剤15を乾燥させるステップを含んでもよい。また、接着剤15の固有の性質により接着剤15が熱硬化またはUV硬化によって固化してもよく、このような場合に接着層145、145'を形成するステップS1300は接着剤15を硬化するステップを含んでもよい。
一方、本実施例が図26および図27で示されたジグザグ型電極組立体105の製造方法の場合、前述の製造方法は、セル積層体の側面を仕上げ処理するステップS1400をさらに含んでもよい。本ステップを通じて、セル積層体の側面には仕上げ分離膜132、134が形成されてもよい。仕上げ分離膜132、134は、セル積層体の側面を少なくとも一回以上巻き付けた後、仕上げ処理をすることができる。仕上げ分離膜132、134は、図26のようにセル積層体の側面を1度巻き付けてもよく、図27のようにセル積層体の側面を二回以上巻き付けてもよい。
一方、以上で説明した本実施例の電極組立体105は、電解液と共にセルケース内に収納され、二次電池、つまり電池セルに提供されてもよい。
本発明の一実施例に係る電池セルは、複数個の電極および複数個の分離膜が交互に積層された電極組立体105、複数個の電極から伸びる電極タップと連結された電極リードおよび電極リードの一端が突出した状態で電極組立体を密封するセルケースを含んでもよい。
また、一方、前述の電池セルは、一方向に積層され、電池セル積層体を形成してもよく、電池モジュールでモジュール化して電池の温度や電圧などを管理する電池管理システム(Battery Management System;BMS)および/または冷却装置などと共に電池パックを形成してもよい。電池パックは、多様なデバイスに適用可能である。例えば、電池パックが適用されるデバイスは、電気自転車、電気自動車、ハイブリッド自動車などの運送手段であってもよい。しかし、前述のデバイスがこれに制限されるものではなく、前述の例示の外に多様なデバイスに本実施例に係る電池パックが用いられてもよく、これも本発明の範囲に属する。
図28は、本発明の他の一実施例に係る二次電池製造方法の初期セル製造ステップを示す斜視図である。図29は、本発明の他の一実施例に係る二次電池製造方法のフォーメーション工程を示す正面図である。
図28を参照すると、本実施例に係る二次電池製造方法は、電極組立体製造ステップの後に初期セル製造ステップを含んでもよい。
初期セル製造ステップは、前述の電極組立体1、2、3、4をパウチケース70内に収容し、電解液をパウチケース70内に注液した後、パウチケース縁部71をシーリングして図29の初期セル0を製造するステップであってもよい。パウチケース70は、電極組立体1、2、3、4が収容されるカップ部74の一側に延びるガスポケット部75を含んでもよい。電極組立体1、2、3、4と電解液とをカップ部に収容した後、パウチケース縁部71をシーリングしてもよい。
この場合、シーリングは、カップ部74の縁部とガスポケット部75の外縁部でシーリングが行われる。つまり、カップ部74とガスポケット部75とを合わせた領域の縁部が閉曲線を描くようにシーリングして、カップ部74とガスポケット部75とを合わせた領域が外部と密閉されるようにシーリングすることができる。つまり、外部とは断絶されつつ、シーリング後、カップ部74とガスポケット部75とは互いに連通可能な構造である。
外部と密閉された形態で図29の初期セル0が製造されると、初期セル0を後処理して最終セルを製造するステップが行われてもよい。最終セル製造ステップでは、前の基本単位体製造ステップで電極と分離膜13、322の少なくともいずれか一つの表面に塗布された接着体が溶解してもよい。初期セル0内に含まれている電解液は、有機溶媒であってもよいが、接着剤14、34が溶解するという意味は、有機溶媒である電解液内に接着剤14、34が溶け込むということを意味する。
それにより、電極または分離膜13、322表面に塗布されて存在した接着剤14、34の塗布領域が減るか、あるいは塗布された接着剤14、34が全て無くなることを意味する。
ここで、電極11、12、31の場合には、電極の表面で接着剤14、34が残らなくなるということを意味する。
また、分離膜13、322の場合には、分離膜13、322は一般的に多孔質シートである点から、接着剤14、34のうち一部が分離膜13、322に浸透していてもよい。このとき、前述の最終セル製造ステップで、分離膜13、322に浸透した接着剤14、34が電解液内に溶解することがあり、この過程で分離膜13、322に接着剤14、34の塗布跡が残っていることもある。
ここで、接着剤14、34の塗布跡とは、接着剤14、34の成分は残っていないが、分離膜13、322の外面のうち一部が接着剤14、34によって変形されたことを意味する。ただし、これに限定されるものではなく、接着剤14、34の塗布跡は目視で接着剤14、34の塗布の有無を確認できる跡のように、多様な方式で接着剤14、34の塗布の有無を確認できる跡を意味する。
これにより、分離膜13、322に形成された接着剤14、34の塗布跡は、接着剤14、34が塗布されている位置と同一の位置に形成されることがある。
特に、本実施例に係る二次電池製造方法で用いられる電極と分離膜の接着のための接着剤14、34はアクリレート系接着剤であってもよい。アクリレート系接着剤14、34を用いることによって接着剤14、34が電解液内に溶け込むことが可能である。
本実施例に係る二次電池製造方法で、最終セル製造ステップは、初期セル0を常温より高い高温で充電して活性化するフォーメーション工程を含んでもよい。フォーメーション工程(活性化工程)とは、充電過程を通じて電極組立体の極板の表面にSEI層(SEI Layer)を形成し、電荷を帯びるようにする工程であり、これを通じて二次電池が電力を供給できるように形成することができる。
最終セル製造ステップで、フォーメーション工程は摂氏45度以上の温度で行われてもよい。そして、接着剤14、34は、フォーメーション工程で少なくとも一部が溶解されてもよい。そして、さらに好ましくは、最終セル製造ステップで、フォーメーション工程は摂氏50度~70度の間の温度で行われてもよい。45度よりも温度がさらに高い50以上では接着剤14の溶解がより起こりやすい。そして70度以上の温度ではセル製品の性能低下が発生することがあるので好ましくない。
また、図29を参照すると、本実施例に係る二次電池製造方法の最終セル製造ステップで、フォーメーション工程は、ジグ500を用いて初期セル0の両側面を加圧するジグ加圧過程を含んでもよい。左側ジグ510で初期セル0の左側を加圧し、右側ジグ520で初期セル0の右側ジグ520を加圧する方式であってもよい。ジグ500で初期セル0を加圧時に電極組立体1、2、3、4の内部で発生したガスが円滑に図29のガスポケット部75に移動することができる。ガスポケット部75に移動したガスは、後のデガス工程でセルの外部に円滑に排出することができる。フォーメーション工程中にジグ加圧過程を行うと、接着剤14、34が電解液に溶解する過程がより容易になる。
ここで、ジグ加圧過程は、初期セル0の両側面を加圧するジグ500の圧力を加えるか解除するなど過程を含んでもよい。つまり、ジグ500が初期セル0を加圧する圧力を加えるか解除するなど1サイクルの過程を少なくとも2回繰り返してもよい。
ジグ500が圧力を加えるか解除するなど1サイクルの過程は、溶解中にある接着剤14、34に正圧と負圧を交互に加える方式で直接的に物理力を与える過程であってもよい。したがって、接着剤14、34の溶解が顕著により起こりやすくする効果が得られる。
この場合、より体系的な作動のために、ジグ装置には制御装置が連結されてもよい。それにより、正圧時間と負圧時間を調節することができ、正圧の大きさと負圧の大きさも制御することができる。これを通じて、より効果的な接着剤溶解システムを具現することができる。
特に、本発明の実施例に係る二次電池製造方法の最終セル製造ステップで、フォーメーション工程は摂氏55度~65度の間の温度で行われ、同時にジグ500を用いて初期セル0の両側面を加圧するジグ加圧過程を含んでもよい。この場合、接着剤14、34はフォーメーション工程で全てが溶解し、電極の表面には、接着剤14、34が残っていないことがある。また、分離膜13、322には、前述のように、接着剤14、34の塗布跡が残っていることもある。
接着剤14、34が電極の表面に残ると、接着剤14、34が残っている当該領域は、電極反応が起こらない未反応領域になり得るので、電池性能低下が発生することがある。しかし、本発明のように接着剤14、34が電極および/または分離膜13、322表面で全て溶解して無くなると、接着剤14、34による未反応領域が無くなって性能低下が防止され、優れた電池性能を具現することができる。
一方、本実施例に係る二次電池製造方法の最終セル製造ステップは、フォーメーション工程前に、初期セル0を常温で貯蔵するプレエイジング(Pre-aging)工程をさらに含んでもよい。常温のプレエイジング工程は1.5日程度行われてもよい。プレエイジング工程は電解液が電極と分離膜13、322の間に十分に含浸できるように時間を与える工程であってもよい。もちろん、接着剤14、34はプレエイジング工程でも少なくとも一部が溶解することがある。
本実施例に係る電解液がゲルライト電解液である場合、本実施例に係る二次電池製造方法は、図31に示しているように、前記プレエイジング工程前にプレチャージング(pre-charging)するステップ(図31参照)をさらに含んでもよい。一例として、0.05Cの電流で1.7Vまで充電してもよい。前記プレチャージング(pre-charging)という工程は、前記プレエイジング工程の後に行うことも可能である。
また、本実施例に係る二次電池製造方法の最終セル製造ステップは、フォーメーション工程の後、初期セル0を常温で貯蔵する常温エイジング工程をさらに含んでもよい。常温エイジング工程は1日程度行われてもよい。また、最終セル製造ステップは、常温エイジング工程の後かつデガス工程の前に、初期セル0を摂氏60度~65度の温度で貯蔵する高温エイジング工程をさらに含んでもよい。ここで、常温エイジング工程と高温エイジング工程の順に互いに変わってもよい。
また、本実施例に係る二次電池製造方法の最終セル製造ステップは、高温エイジング工程の後に、デガス工程を含んでもよい。デガス工程は、初期セル0の内部ガスを外部に排出する工程であってもよい。デガス工程で排出されるガスは主にフォーメーション工程で発生した内部ガスがガスポケット部75に貯蔵されていたものである。デガス工程は、ガスポケット部75に貫通ホールを形成してガスが外部に排出されるようにしてもよい。
最終セル製造ステップは、デガス工程の後に初期セル0を再び外部と密閉されるように再シーリングする再シーリング工程を含んでもよい。これによって最終セル製造ステップは、最終セルを製造することができる。このように製造された最終セルの内部電極または分離膜13、322の表面には、接着剤14、34が溶解し、それ以上残っていないことがある。特に、分離膜13、322には、前述のように、接着剤14、34の塗布跡が残っていないこともある。
一方、本実施例に係る二次電池製造方法は、最終セル製造ステップの後に、最終セルを充放電する仕上げ充放電ステップをさらに含んでもよい。仕上げ充放電ステップは、最終セルの電池容量を測定する工程を含んでもよく、最終製品の出荷のために設定電圧まで電池を最終充電する過程を含んでもよい。
本実施例に係る電解液がゲルライト電解液である場合に本実施例に係る二次電池製造方法は、フォーメーション工程の前にほぼ5時間摂氏60~65度でキュアリング(curing)するステップ(図31参照)をさらに含んでもよい。キュアリング工程を通じて、液状形態である電解液をゲル(gel)形態に硬化することができる。さらに、電解液を電極内に均一に硬化するためにジグキュアリング(Jig Curing)をすることが好ましい。ジグキュアリング工程は、電池セル両面を均一に加圧した状態で硬化することによって電極内に電解液が均一に硬化することができる。ジグキュアリング工程を行うと、電解液を電極内に均一に分布させることができるためである。
以下では、より具体的な実験例を通じて本発明の内容を説明するが、下記の実験例は、本発明を例示的に説明するためのものであり、本発明の範囲がこれに限定されるものではない。
<実験例-接着剤の塗布跡の確認>
正極、負極、および分離膜が交互に積層されている電極組立体および電解液を共に収容する電池セルを製造した。ここで、正極と分離膜の間および負極と分離膜の間には、接着剤が複数のドット状に塗布されている。ここで、分離膜はCCS(Ceramic Coated Separator)であり、接着剤はアクリレート系接着物質を含み、電解液はEC(ethylene carbonate)およびEMC(ethyl methyl carbonate)が3:7である比率で混合された標準電解液であってもよい。
次に、製造された電池セルを充電し、充電された電池セルから分離膜を分離し、分離された分離膜をアセトンで洗浄および乾燥して、分離された分離膜に吸収した電解液を除去させた後、分離膜の表面を観察した。その結果は、図30に示した。図30の(a)は、目視で確認したイメージであり、図30の(b)は、顕微鏡で拡大して撮影したイメージである。
<実験結果分析-接着剤の塗布跡の確認>
図30の(a)および(b)を参照すると、充電された電池セルから分離された分離膜で、前記接着剤が前記分離膜上に跡を残すことを確認することができる。特に、図30の(b)のように顕微鏡で拡大して撮影した場合、分離膜上に残した接着剤の塗布跡がより容易に観察されることを確認することができる。
つまり、本実施例に係る電池セルは、分離膜の外面に残した接着剤の塗布跡を通じて、電極組立体単位で正極と分離膜の間および負極と分離膜の間に接着剤が塗布されていたという事実を確認することができる。
以上で、本発明は限られた実施例と図面によって説明されているが、本発明はこれによって限定されず、本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者によって本発明の技術思想と以下に記載される特許請求の範囲の均等範囲内で多様な実施が可能である。
0:初期セル
1、2、3、4:電極組立体
70:パウチケース
71:パウチケース縁部
75:ガスポケット部
10、30:基本単位体
11、119、3112:第1電極
11-1、311:第1電極リール
12、159、3122:第2電極
12-1、312:第2電極リール
13、322:分離膜
14、15、15'、34:接着剤
20、40:電極積層体
50:固定テープ
60:電極リード
110:下部分離膜リール
111:下部分離膜シート
120:上部分離膜リール
121:上部分離膜シート
130:4層構造の積層体
138:延長部
205、305:接着剤の塗布装置
210、371:ノズル
211、371:第1ノズル
212、372:第2ノズル
213:第3ノズル
221、331:第1カッター
222、332:第2カッター
223:第3カッター
230:加圧ニップロール
341、342:第1、2移送装置
500:ジグ
510:左側ジグ
520:右側ジグ
P1、P2:第1、2接着部

Claims (38)

  1. 電極と分離膜とが交互に積層されるように、前記電極と前記分離膜とが接着剤によって固定された電極組立体を製造する電極組立体製造ステップと、
    前記電極組立体を電解液と共にパウチケース内に収容し、前記パウチケースをシーリングすることによって電池セルを製造する電池セル製造ステップと、を含み、
    前記電極組立体製造ステップは、前記電極と前記分離膜の間に形成される第1接着部、および前記電極組立体に含まれる複数の分離膜の中で、隣り合う分離膜の間に形成される第2接着部を形成するステップを含み、
    前記第2接着部は、前記電極と前記分離膜とが積層される方向と直交する方向に沿って前記第1接着部の外側に配置されるように形成され
    前記第1接着部を形成する第1接着剤の少なくとも一部は、前記電解液に溶解し、前記第2接着部を形成する第2接着剤は、前記電解液に溶解しない性質を有する、
    二次電池製造方法。
  2. 前記第1接着部を形成する第1接着剤と前記第2接着部を形成する第2接着剤とは互いに異なる種類を用いる、請求項1に記載の二次電池製造方法。
  3. 前記第1接着剤の少なくとも一部は前記分離膜に接着剤の塗布跡が形成される、請求項2に記載の二次電池製造方法。
  4. 前記第1接着部は、前記電極と前記分離膜の間ごとに同一の位置に配置される接着パターンを含むように形成する、請求項1に記載の二次電池製造方法。
  5. 前記第1接着部は、前記電極と前記分離膜の間ごとに互い違い形態に配置される接着パターンを含むように形成する、請求項1に記載の二次電池製造方法。
  6. 前記第1接着部と前記第2接着部の少なくとも一つは、ドット状に接着剤が塗布され形成される、請求項1に記載の二次電池製造方法。
  7. 前記第1接着部は、ドット状に前記接着剤が塗布され形成される、請求項に記載の二次電池製造方法。
  8. 前記第2接着部は、複数の開口を有する接着層で形成される、請求項に記載の二次電池製造方法。
  9. 前記分離膜は、長方形の分離膜シートがフォールディングされ形成されたジグザグ形態を有するように形成する、請求項1に記載の二次電池製造方法。
  10. 前記分離膜は、向き合う長辺および向き合う短辺を有し、
    前記第2接着部を形成する接着層は、前記分離膜の前記長辺に沿って形成される、請求項に記載の二次電池製造方法。
  11. 前記第2接着部を形成する前記接着層は、ワブルパターンの前記第2接着剤を塗布することによって形成され、
    前記ワブルパターンは、二つの線が交差したパターン形状を有する、請求項1に記載の二次電池製造方法。
  12. 前記電池セル製造ステップは、前記電池セルを常温より高い温度で充電して活性化するフォーメーション工程をさらに含み、
    前記第1接着剤の少なくとも一部は、前記フォーメーション工程で前記電解液に溶解する、請求項1に記載の二次電池製造方法。
  13. 前記フォーメーション工程は摂氏50度以上摂氏70度以下の温度で行われる、請求項1に記載の二次電池製造方法。
  14. 前記フォーメーション工程は、ジグを用いて初期セルの両側面を加圧するジグ加圧工程を含む、請求項1に記載の二次電池製造方法。
  15. 前記フォーメーション工程は摂氏55度以上摂氏65度以下の温度で行われ、
    前記第1接着剤は、前記フォーメーション工程で前記電解液に全て溶解し、前記電極の表面に位置した前記接着剤が除去されている、請求項1に記載の二次電池製造方法。
  16. 前記電池セル製造ステップは、プレチャージング(pre-charging)するステップをさらに含む、請求項1に記載の二次電池製造方法。
  17. 前記電池セル製造ステップは、フォーメーション工程の前にキュアリング(curing)するステップをさらに含む、請求項1に記載の二次電池製造方法。
  18. 前記第1接着剤及び前記第2接着剤は、アクリレート系接着剤であり、
    前記電解液は、有機溶媒である、請求項1に記載の二次電池製造方法。
  19. 前記電極と前記分離膜との積層単位体である基本単位体を製造する基本単位体製造ステップをさらに含み、
    前記電極組立体は、前記基本単位体が複数個積層され形成された電極積層体の周りに固定テープを付着して製造される、請求項1に記載の二次電池製造方法。
  20. 前記基本単位体製造ステップは、
    下部分離膜リールから下部分離膜が巻き出されるステップと、
    巻き出された前記下部分離膜で上向きの一面の少なくとも一部に、第1ノズルが前記第1接着剤及び前記第2接着剤のうちの1つを塗布するステップと、
    前記第1接着剤及び前記第2接着剤のうちの1つが塗布された前記下部分離膜の一面に、第1電極が載置されるステップと、
    上部分離膜リールから上部分離膜が巻き出されるステップと、
    巻き出された前記上部分離膜で前記第1電極と当接する一面の少なくとも一部に、第2ノズルが前記第1接着剤及び前記第2接着剤のうちの1つを塗布するステップと、
    前記上部分離膜で上向きの他面の少なくとも一部に、第3ノズルが前記第1接着剤及び前記第2接着剤のうちの1つを塗布するステップと、
    第3ノズルが前記第1接着剤及び前記第2接着剤のうちの1つを塗布した後に、当該接着剤が塗布された前記上部分離膜の他面に、第2電極が載置されるステップと、を含む、請求項19に記載の二次電池製造方法。
  21. 前記第1ノズル、前記第2ノズルおよび前記第3ノズルは、複数のドット(dot)状に前記第1接着剤及び前記第2接着剤のうちの1つを塗布する、請求項2に記載の二次電池製造方法。
  22. 前記分離膜がフォールディングされ前記電極をカバーし、前記電極と前記分離膜とが積層されている基本単位体を製造する基本単位体製造ステップをさらに含み、
    前記電極組立体は、前記基本単位体が繰り返し形成され製造される、請求項1に記載の二次電池製造方法。
  23. 前記基本単位体製造ステップは、
    電極リールから電極シートが巻き出され、前記電極シートから複数の電極が形成されるステップと、
    前記電極と積層される分離膜が分離膜リールから巻き出されるステップと、
    前記分離膜がテーブルの上面に載置されるステップと、
    前記テーブルに載置した前記分離膜および前記電極の少なくとも一部にノズルが前記第1接着剤及び前記第2接着剤を塗布するステップと、を含み、
    前記電極は、第1電極および第2電極を含む、請求項2に記載の二次電池製造方法。
  24. 前記第1接着剤及び前記第2接着剤の塗布ステップの後にフォールディングステップをさらに含み、
    前記フォールディングステップは、
    前記分離膜に前記第1電極が載置されると、前記分離膜の一側がフォールディングされ前記第1電極をカバーし、
    前記分離膜に前記第2電極が載置されると、前記分離膜の他側がフォールディングされ前記第2電極をカバーする、請求項2に記載の二次電池製造方法。
  25. 前記ノズルは、複数のドット(dot)状に前記第1接着剤及び前記第2接着剤を塗布する、請求項2に記載の二次電池製造方法。
  26. 前記電解液は、ゲルタイプの電解液を用いる、請求項1に記載の二次電池製造方法。
  27. 前記電解液は、フッ素系、ポリカーボネート系またはシリコン系オリゴマーを含む、請求項2に記載の二次電池製造方法。
  28. 電極と分離膜とが交互に積層され形成された電極組立体を含む二次電池を製造する装置において、
    複数の電極が形成される電極シートが巻き出される電極リールと、
    前記電極と共に積層される分離膜シートが巻き出される分離膜リールと、
    前記電極シート、前記電極、前記分離膜シート、および前記分離膜の少なくとも一つに接着剤を塗布するノズルと、を含み、
    前記ノズルを通じて注入する接着剤の種類を変更することにより、前記電極と前記分離膜の間に第1接着部、および前記電極組立体に含まれる複数の分離膜の中で、隣り合う分離膜の間に第2接着部を形成し、
    前記第1接着部を形成する第1接着剤の少なくとも一部は、電解液に溶解し、前記第2接着部を形成する第2接着剤は、前記電解液に溶解しない性質を有する、
    二次電池製造装置。
  29. 前記ノズルは、複数のノズルを有し、互いに異なるノズルを通じて前記第1接着部と前記第2接着部を形成する前記第1接着剤及び前記第2接着剤をそれぞれ塗布する、請求項28に記載の二次電池製造装置。
  30. 前記分離膜リールは、下部分離膜シートを巻き出す下部分離膜リールと上部分離膜シートを巻き出す上部分離膜リールとを含む、請求項28に記載の二次電池製造装置。
  31. 前記下部分離膜リールから巻き出された前記下部分離膜シートで上向きの一面の少なくとも一部に前記第1接着剤及び前記第2接着剤のうちの1つを塗布する第1ノズルと、
    前記接着剤が塗布された前記下部分離膜シートの一面に定着された電極と当接する前記上部分離膜シートの少なくとも一部に前記第1接着剤及び前記第2接着剤のうちの1つを塗布する第2ノズルと、
    前記上部分離膜シートで上向きの他面の少なくとも一部に前記第1接着剤及び前記第2接着剤のうちの1つを塗布する第3ノズルと、を含む、請求項3に記載の二次電池製造装置。
  32. 前記第1ノズル、前記第2ノズルおよび前記第3ノズルは、複数のドット(dot)状に前記第1接着剤又は前記第2接着剤を塗布する、請求項3に記載の二次電池製造装置。
  33. 前記下部分離膜シート、前記下部分離膜シートの一面に定着された電極、前記上部分離膜シート、および前記上部分離膜シートの他面に定着された電極を含む積層体の上下両面にそれぞれ配置され、前記積層体に圧力を加える加圧ニップロールをさらに含む、請求項3に記載の二次電池製造装置。
  34. 前記積層体を所定の間隔で切断するカッターをさらに含む、請求項3に記載の二次電池製造装置。
  35. 前記電極シートを所定の大きさに切断して前記下部分離膜シートの一面に載置されるようにするカッターをさらに含む、請求項3に記載の二次電池製造装置。
  36. 前記分離膜が定着されるテーブルをさらに含み、前記テーブル上に前記分離膜が定着された状態で前記第1接着剤又は前記第2接着剤が前記分離膜に塗布される、請求項2に記載の二次電池製造装置。
  37. 前記電極を吸着するヘッダと、
    前記ヘッダが前記電極を吸着するように前記電極を移送させる移送装置と、をさらに含む、請求項3に記載の二次電池製造装置。
  38. 前記第2接着部を形成するノズルは、ワブルパターンの前記第2接着剤を塗布する、請求項2に記載の二次電池製造装置。
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