KR20200061033A - 라미네이션장치 및 방법, 그를 포함하는 이차전지 제조설비 - Google Patents

라미네이션장치 및 방법, 그를 포함하는 이차전지 제조설비 Download PDF

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Abstract

본 발명은 라미네이션장치로서, 복수의 전극과 복수의 분리막이 교대로 적층된 전극조립체가 상면에 배치되는 지그; 상기 지그에 배치된 상기 전극조립체의 전체 표면을 가압하여 1차로 접합하는 제1 라미네이션부; 및 상기 지그에 배치된 상기 전극조립체의 전체 표면 중 일부 표면만 가압하여 2차로 접합하는 제2 라미네이션부를 포함하며, 상기 제2 라미네이션부는 상기 제1 라미네이션부 보다 큰 가압력을 가진다.

Description

라미네이션장치 및 방법, 그를 포함하는 이차전지 제조설비{LAMINATION APPARATUS AND METHOD, PRODUCING FACILITY OF SECONDARY BATTERY INCLUDING THE SAME}
본 발명은 라미네이션장치 및 방법, 그를 포함하는 이차전지 제조설비에 관한 것으로서, 특히 전극조립체의 접합력을 개선한 라미네이션장치 및 방법, 그를 포함하는 이차전지 제조설비에 관한 것이다.
일반적으로, 이차전지는 충전이 불가능한 일차 전지와 달리, 충방전이 가능한 전지를 의미하며, 휴대폰, 노트북 컴퓨터, 캠코더 등의 전자기기 또는 전기 자동차 등에 널리 사용되고 있다.
이와 같은 이차전지는 전극탭을 구비한 전극조립체, 상기 전극탭에 결합되는 전극리드, 상기 전극리드의 선단이 외부로 인출된 상태로 상기 전극조립체를 수용하는 케이스를 포함하며, 상기 전극조립체는 전극과 분리막이 교대로 적층되는 기본단위체, 또는 상기 기본단위체가 복수개 적층되는 단위체 스택부로 형성된다.
한편, 상기한 전극조립체는 전극과 분리막의 접합력을 높이기 위해 라미네이션공정을 수행하며, 상기 라미네이션공정은 전극조립체를 압연하여 전극과 분리막의 접합력을 높일 수 있다.
그러나 상기한 전극조립체는 전해액이 함침되거나 또는 온도가 상승하면, 모서리 또는 꼭지점 영역을 포함한 국부적인 부분의 접합력이 약화되는 문제점이 있었다.
국내 특허공개번호 제10-2014-0004572호
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 발명된 것으로, 본 발명은 전극조립체의 전체를 1차로 접합한 후, 전극조립체의 국부적인 부분을 2차로 접합하며, 이에 따라 전극조립체의 접합력을 개선할 수 있는 라미네이션장치 및 방법, 그를 포함하는 이차전지 제조설비를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제1 실시예에 따른 라미네이션장치는 복수의 전극과 복수의 분리막이 교대로 적층된 전극조립체가 상면에 배치되는 지그; 상기 지그에 배치된 상기 전극조립체의 전체 표면을 가압하여 1차로 접합하는 제1 라미네이션부; 및 상기 지그에 배치된 상기 전극조립체의 전체 표면 중 일부 표면만 가압하여 2차로 접합하는 제2 라미네이션부를 포함하며, 상기 제2 라미네이션부는 상기 제1 라미네이션부 보다 큰 가압력을 가질 수 있다.
상기 일부 표면은, 상기 전극조립체의 각 꼭지점 영역으로 형성될 수 있다.
상기 제2 라미네이션부는, 상기 지그의 상부에 구비되고 상기 지그에 배치된 상기 전극조립체를 향해 하강하면서 상기 전극조립체의 꼭지점 영역을 가압하여 접합하는 제2 가압편을 구비한 제2 가압부재를 포함할 수 있다.
상기 제2 가압편은 상기 전극조립체의 각 꼭지점 영역을 가압하도록 4개로 마련되고, 4개의 상기 제2 가압편은, 상기 전극조립체의 길이방향 끝에 위치한 일측 끝단면과 상기 전극조립체의 폭방향 끝에 위치한 일측 측단면을 포함한 'ㄱ'자 형태를 가질 수 있다.
상기 전극조립체를 가압하는 상기 제2 가압편의 가압면은 상기 전극조립체의 외측에서 내측으로 갈수록 폭이 작아지는 경사면으로 형성될 수 있다.
상기 일부 표면은, 상기 전극조립체의 표면 중앙에 위치한 중앙 영역을 더 포함하고, 상기 제2 라미네이션부는, 상기 전극조립체의 중앙 영역을 가압하는 제3 가압편을 구비한 제3 가압부재를 더 포함할 수 있다.
상기 제3 가압편의 가압면은 상기 제2 가압편의 가압면 보다 상기 지그를 기준으로 보았을 때 상기 지그 방향으로 더 돌출될 수 있다.
상기 전극조립체의 중앙 영역을 가압하는 상기 제3 가압편의 가압면은 사각틀 형태를 가질 수 있다.
상기 제3 가압부재는 상기 전극조립체의 중앙 영역을 탄력적으로 가압할 수 있다.
상기 제2 가압편의 가압면은 복수개의 홈과 돌기를 포함하는 요철부로 형성되면서 상기 전극조립체의 꼭지점 영역을 패턴 접착할 수 있다.
한편, 본 발명의 제1 실시예에 따른 라미네이션방법은 지그의 상면에 복수의 전극과 복수의 분리막이 교대로 적층된 전극조립체를 배치하는 배치단계(S10); 상기 지그에 배치된 상기 전극조립체의 전체 표면을 제1 라미네이션부로 가압하여 1차로 접합하는 1차 접합단계(S20); 및 1차 접합된 상기 전극조립체의 표면 전체 중 일부 영역만 제2 라미네이션부로 가압하여 2차로 접합하는 2차 접합단계(S30)를 포함하며, 상기 2차 접합단계(S30)는 상기 1차 접합단계(S20) 보다 큰 가압력으로 전극조립체를 가압할 수 있다.
상기 일부 영역은 상기 전극조립체의 각 꼭지점 영역과 중앙 영역으로 형성될 수 있다.
상기 2차 접합단계(S30)는 상기 제2 라미네이션부의 제2 가압부재로 상기 지그에 배치된 상기 전극조립체의 각 꼭지점 영역을 가압하여 접합하는 메인 접합공정과, 상기 제2 라미네이션부의 제3 가압부재를 통해 상기 지그에 배치된 상기 전극조립체의 중앙 영역을 가압하여 접합하는 임시 접합공정을 포함할 수 있다.
상기 2차 접합단계(S30)는 상기 임시 접합공정을 먼저 수행한 후, 상기 메인 접합공정을 수행할 수 있다.
한편, 본 발명의 제2 실시예에 따른 이차전지 제조설비는 복수의 전극과 복수의 분리막이 교대로 적층된 전극조립체을 접합하는 라미네이션장치를 포함하며, 상기 라미네이션장치는, 전극조립체가 상면에 배치되는 지그, 상기 지그에 배치된 상기 전극조립체의 전체 표면을 가압하여 1차로 접합하는 제1 라미네이션부; 및 상기 지그에 배치된 상기 전극조립체의 전체 표면 중 일부 표면만 가압하여 2차로 접합하는 제2 라미네이션부를 포함하며, 상기 제2 라미네이션부는 상기 제1 라미네이션 보다 큰 가압력을 가질 수 있다.
본 발명의 라미네이션장치는 전극조립체의 전체 표면을 1차로 접합하는 제1 라미네이션부와, 전극조립체의 일부 표면인 각 꼭지점 영역과 중앙 영역을 2차로 접합하는 제2 라미네이션부를 포함하는 것에 특징을 가지며, 이와 같은 특징으로 인해 전극조립체의 접합력을 크게 높일 수 있고, 이에 따라 전해액이 함침되거나 또는 130℃까지 온도가 상승하더라도 접합력이 약화되는 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 라미네이션장치를 대략적으로 도시한 측면도.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 라미네이션장치의 제1 라미네이션부를 도시한 사시도.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 라미네이션장치의 제2 라미네이션부를 도시한 정면 사시도.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 라미네이션장치의 제2 라미네이션부를 도시한 저면 사시도.
도 5는 도 4에 표시한 A-A선 단면도.
도 6은 도 4에 표시한 B-B선 단면도.
도 7은 본 발명의 제1 실시예에 따른 라미네이션장치의 사용상태를 도시한 단면도.
도 8은 본 발명의 제1 실시예에 따른 라미네이션방법을 나타낸 순서도.
도 9는 본 발명의 제2 실시예에 따른 이차전지 제조설비의 실링장치를 도시한 측면도.
도 10은 본 발명의 제3 실시예에 따른 라미네이션장치의 제2 라미네이션부를 도시한 저면도.
도 11은 본 발명의 제4 실시예에 따른 라미네이션장치의 제2 라미네이션부를 도시한 저면도.
도 12는 본 발명의 실험결과를 나타낸 그래프.
도 13은 본 발명의 실험결과를 정리한 표.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
[본 발명의 제1 실시예에 따른 라미네이션장치]
본 발명의 제1 실시예에 따른 라미네이션장치는 복수의 전극과 복수의 분리막이 교대로 적층된 전극조립체를 접합하되, 전극조립체의 전체 표면을 1차로 접합하고, 다음으로 전극조립체의 전체 표면 중 국부적인 부분을 2차로 접합하며, 이에 따라 전극조립체의 전체 표면, 특히 국부적인 부분의 접합력을 효과적으로 개선할 수 있다.
한편, 전극조립체(10)는 도 7을 참조하면 복수의 전극(11)과 복수의 분리막(12)이 상하방향을 따라 교대로 적층되는 구조를 가진다.
즉, 본 발명의 제1 실시예에 따른 라미네이션장치(100)는 도 1에 도시되어 있는 것과 같이, 전극조립체(10)가 상면에 배치되는 지그(110), 상기 지그에 배치된 전극조립체(10)의 전체 표면을 가압하여 1차로 접합하는 제1 라미네이션부(120), 및 상기 지그(110)에 배치된 상기 전극조립체(10)의 전체 표면 중 일부 표면만 가압하여 2차로 접합하는 제2 라미네이션부(130)를 포함한다.
지그
상기 지그(110)는 도 1을 참조하면, 전극조립체를 배치하기 위한 것으로, 사각판 형태를 가지고, 상기 전극조립체(10)가 배치되는 상면은 수평면으로 형성된다.
한편, 상기 수평면에는 상기 전극조립체(10)를 설정된 곳에 위치시키기 위한 가이드편(111)이 더 포함되며, 상기 가이드편(111)은 상기 지그(110)에 배치되는 전극조립체(10)의 일측 단부를 지지하며, 이에 따라 전극조립체(10)의 위치를 지그의 일측 단부를 기준으로 항상 일정하게 배치시킬 수 있다.
제1 라미네이션부
상기 제1 라미네이션부(120)는 도 1 및 도 2에 도시되어 있는 것과 같이, 전극조립체의 전체 표면을 1차로 접합하기 위한 것으로, 상기 지그(110)의 상부에 구비되고 상기 지그(110)를 향해 수직 이동하면서 상기 지그(110)에 배치된 전극조립체(10)의 상부 표면 전체를 가압하는 제1 가압부재(121)와, 상기 제1 가압부재(121)를 상기 지그(110)를 향해 수직 이동시키거나 또는 원위치로 복귀시키는 제1 실린더(122)를 포함한다.
여기서 상기 제1 가압부재(121)는 지그(110)를 향하는 저면에 제1 가압편(121a)을 포함하며, 상기 제1 가압편(121a)의 가압면은 전극조립체(10)의 표면 전체를 동시에 가압하도록 수평면으로 형성된다.
특히, 상기 제1 가압편(121a)은 상기 제1 가압부재(121)로부터 착탈 가능한 구조를 가진다. 즉, 상기 제1 가압편(121a)에 돌기가 형성되고, 상기 제1 가압부재(121)에 상기 돌기가 결합되는 홈이 형성되며, 상기 돌기와 상기 홈의 결합여부에 따라 상기 제1 가압편(121a)을 상기 제1 가압부재(121)로부터 결합하거나 또는 분리시킬 수 있다. 이는 제1 가압편(121a)이 설정된 수치 이상 마모되었을 경우 손쉽게 교체할 수 있다.
이와 같은 제1 라미네이션부(120)는 상기 지그(110)에 배치된 전극조립체(10) 전체를 가압하여 전극조립체(10)에 포함된 전극(11)과 분리막(12)을 1차로 접합하며, 이에 따라 전극(11)과 분리막(12)의 결합성을 높일 수 있고, 이와 함께 제2 라미네이션부에 의해 가압시 전극(11)과 분리막(12)의 사행 발생을 미연에 방지할 수 있다.
제2 라미네이션부
상기 제2 라미네이션부(130)는 전극조립체의 전체 표면 중 일부 표면을 가압하여 2차로 접합하기 위한 것이다. 특히 전극조립체의 일부 표면인 각 꼭지점 영역을 가압하여 2차 접합하기 위한 것이다.
한편, 전극조립체(10)는 제1 라미네이션부(120)에 의해 전체 표면이 접합되더라도 전해액 함침 및 온도 변화에 의해 전극조립체(10)의 테두리면에 위치한 전극(11)과 분리막(12)이 쉽게 분리될 수 있다. 이를 개선하기 위해 상기 제2 라미네이션부(130)은 전극조립체(10)의 전체 표면 중 접착력이 약한 일부 표면을 다시 가압하여 2차 접합하며, 이에 따라 전극조립체(10)의 접합력을 크게 개선할 수 있다.
여기서 상기 제2 라미네이션부(130)는 전극조립체(10)의 테두리면 전체를 접합하지 않고, 각 꼭지점 영역만 2차로 접합하며, 이는 전극조립체(10)의 각 꼭지점은 외부 물체와의 접촉이 많이 발생하기 때문에 쉽게 접착력이 약화될 수 있으며, 이에 따라 상기 제2 라미네이션부(130)을 통해 전극조립체(10)의 각 꼭지점을 2차 접합하여 접합력을 높일 수 있다. 특히 도 7을 참조하면, 전극조립체(10)의 각 꼭지점 사이에 2차 미접착 영역(β)을 형성할 수 있고, 상기 2차 미접착영역(β)을 통해 전해액 함침성을 높일 수 있다. 즉, 각 꼭지점 영역(α)은 전극과 분리막이 2차 접합됨에 따라 전해액의 침투성이 낮을 수 있지만, 2차 미접착 영역(β)은 전극과 분리막이 1차 접함됨에 따라 각 꼭지점 영역(α) 보다 전해액 침투성을 높일 수 있다. 따라서 상기 제2 라미네이션부(130)는 전극조립체의 접합성과 전해액 함침성을 동시에 높일 수 있다.
이와 같은 제2 라미네이션부(130)의 구성을 상세히 설명하면 다음과 같다.
상기 제2 라미네이션부(130)는 도 3 내지 도 7에 도시되어 있는 것과 같이, 상기 지그(110)의 상부에 구비되고 상기 지그(110)에 배치된 상기 전극조립체(10)를 향해 하강하면서 상기 전극조립체(10)의 꼭지점 영역(도 7에서 점선으로 표시한 α부분)을 가압하여 접합하는 제2 가압편(131a)을 구비한 제2 가압부재(131)과, 상기 제2 가압부재(131)를 상기 전극조립체(10)를 향해 하강시키거나 또는 원위치로 복귀시키는 제2 실린더(132)를 포함한다.
즉, 상기 전극조립체(10)의 꼭지점 영역(α)은 제1 라미네이션부(120)와 제2 라이네이션부(130)에 의해 2번 접합되며, 이에 따라 상기 전극조립체(10)의 꼭지점 영역(α)에 포함된 전극(11)과 분리막(12)의 접합력을 크게 높일 수 있다.
특히 상기 제2 라미네이션부(130)는 상기 제1 라미네이션부(120) 보다 큰 가압력을 가진다. 즉, 상기 전극조립체(10)의 꼭지점 영역(α)에 위치한 전극(11)과 분리막(12)은 전해액 및 온도 변화에 의해 쉽게 분리되기 때문에 상기 제1 라미네이션부(120)와 상기 제2 라미네이션부(130)가 동일한 가압력을 가질 경우 상기 전극조립체(10)의 꼭지점 영역(α)의 접합력을 조금 높일 수는 있지만 상기 전극조립체(10)의 꼭지점 영역(α)에 포함된 전극(11)과 분리막(12)이 분리되는 것을 완전히 방지할 수는 없다. 이를 개선하기 위해 상기 제2 라미네이션부(130)는 상기 제1 라미네이션부(120) 보다 큰 가압력, 바람직하게는 1.5배 이상 높은 가압력으로 상기 전극조립체(10)의 꼭지점 영역(α)을 가압하여 2차 접합하며, 이에 따라 전극조립체(10)의 꼭지점 영역(α)에 포함된 전극(11)과 분리막(12)이 분리되는 것을 완전히 방지할 수 있다.
여기서 상기 제2 가압편(131a)은 상기 전극조립체(10)의 각 꼭지점 영역(a)을 가압하도록 4개로 마련되고, 4개의 상기 제2 가압편(131a)은 상기 전극조립체(10)의 길이방향 끝에 위치한 일측 끝단면(131a-1)과 상기 전극조립체(10)의 폭방향 끝에 위치한 일측 측단면(131a-2)을 포함한 'ㄱ'자 형태를 가진다. 즉, 상기 제2 가압편(131a)은 상기 전극조립체(10)의 각 꼭지점 영역(a)에 포함된 표면 중 일측 끝단면(131a-1)과 일측 측단면(131a-2)만 가압하며, 이에 따라 전극조립체의 접합성을 높이는 한편, 2차 미접착 영역을 크게 확보하여 전해액 함침성을 높일 수 있다.
한편, 상기 일측 끝단면(131a-1)과 일측 측단면(131a-2)은 동일한 두께와 동일한 길이를 가지며, 이에 따라 상기 전극조립체(10)의 각 꼭지점 영역(a)을 균등하게 2차 접합할 수 있고, 그 결과 전극조립체(10)의 균형성을 높일 수 있다.
한편, 상기 전극조립체(10)를 가압하는 상기 제2 가압편(131a)의 가압면(131a-3)은 도 4 내지 도 6에 도시되어 있는 것과 같이, 상기 전극조립체(10)의 외측(도 4에서 보았을 때 상기 제2 가압편의 외측)에서 내측(도 4에서 보았을 때 상기 제2 가압편의 내측)으로 갈수록 폭이 작아지는 경사면으로 형성된다. 즉, 도 7에 도시된 확대도를 참조하면, 전극조립체(10)의 테두리면은 분리막만 적층되며, 이에 따라 수평면을 가진 가압면을 가진 제2 가압편으로 전극조립체의 각 꼭지점을 가압할 경우 상기 전극조립체(10)의 테두리면에 위치한 분리막은 접합되지 않는다. 이를 개선하기 위해 상기 제2 가압편(131a)의 가압면(131a-3)을 경사면으로 형성하며, 이에 따라 상기 전극조립체(10)의 꼭지점 영역에 위치한 분리막까지 접합할 수 있고, 이에 따라 분리막 사이에 적층된 전극의 외부 인출을 방지할 수 있다. 특히 상기 전극조립체(10)의 꼭지점 영역에 위치한 전극과 분리막에 가해지는 데미지를 최소화할 수 있고, 그 결과 전극 및 분리막이 훼손되는 것을 방지할 수 있다.
한편, 경사진 상기 가압면(131a-3)에서 외측 끝단과 내측 끝단의 높이(γ)는 도 6에 도시되어 있는 것과 같이, 상기 제2 가압편의 표면 또는 전극조립체의 표면을 기준으로 보았을 때 10㎛~60㎛, 바람직하게는 20㎛~40㎛의 길이를 가진다. 즉, 상기 가압면(131a-3)에서 외측 끝단과 내측 끝단의 높이(γ)가 10㎛ 이하이면 전극조립체의 꼭지점에 위치한 전극과 분리막에 가해지는 충격력의 차이가 적기 때문에 전극의 훼손이 발생할 수 있다. 그리고 상기 가압면(131a-3)에서 외측 끝단과 내측 끝단의 높이(γ)가 60㎛ 이상일 경우 전극조립체의 꼭지점에 위치한 전극과 분리막에 가해지는 충격력이 크게 감소하기 때문에 전극과 분리막을 효과적으로 접합할 수 없다. 따라서 상기 가압면(131a-3)에서 외측 끝단과 내측 끝단의 높이(γ)는 10㎛~60㎛, 바람직하게는 20㎛~40㎛를 가지며, 이에 따라 전극조립체의 꼭지점에 위치한 전극과 분리막에 가해지는 충격을 효과적으로 감소시킴과 동시에 접합할 수 있다.
한편, 상기 일부 표면은 상기 전극조립체(10)의 표면 중앙에 위치한 중앙 영역을 더 포함하고, 상기 제2 라미네이션부(130)는 상기 전극조립체(10)의 중앙 영역을 가압하는 제3 가압편을 구비한 제3 가압부재(133)를 더 포함한다.
즉, 상기 제2 라미네이션부(130)는 상기 전극조립체(10)의 각 꼭지점 영역에 가해지는 가압력의 차이가 발생할 경우 전극조립체(10)에 포함된 전극(11) 또는 분리막(12)의 이동이 발생할 수 있다. 이를 방지하기 위해 상기 제2 라미네이션부(130)는 제3 가압부재(133)를 통해 상기 전극조립체(10)의 중앙 영역을 먼저 가압하여 상기 전극조립체(10)에 포함된 전극과 분리막을 임시 접합한 다음, 제2 가압부재(131)를 통해 상기 전극조립체(10)의 각 꼭지점 영역을 가압하며, 이에 따라 전극조립체(10)에 포함된 전극(11) 또는 분리막(12)의 이동을 방지할 수 있다.
이와 같은 상기 제3 가압부재(133)는 상기 제2 가압부재(131)의 저면 중앙에 구비되는 고정봉(133a)과, 상기 고정봉(133a)에 구비되고 상기 전극조립체(10)의 중앙 영역을 가압하는 제3 가압편(133b)을 포함한다. 여기서 상기 제3 가압편(133b)의 가압면은 상기 제2 가압편(131a)의 가압면 보다 지그(110)를 기준으로 보았을 때 상기 지그(110)를 향하는 방향으로 더 돌출되며, 이에 따라 상기 제3 가압편(133b)은 제2 가압부재(131) 하강시 상기 제2 가압편(131a) 보다 먼저 상기 전극조립체(10)의 중앙 영역을 가압하여 임시 접합할 수 있다.
한편, 상기 제3 가압편(133b)의 가압면(133b-1)은 도 4를 참조하면, 사각틀 형태를 가지며, 이에 따라 상기 전극조립체(10)의 중앙 영역을 사각틀 형태로 접합할 수 있고, 그 결과 전극조립체의 접합성을 향상시킴과 동시에 접합면적을 최소화 전해액 함침성도 높일 수 있다. 여기서 사각틀 형태를 가진 상기 제3 가압편(133b)의 가압면에는 하나 이상의 관통홀(133b-2)이 형성될 수 있으며, 이에 따라 상기 제3 가압편(133b)에 의해 전극 조립체(10)의 가압시 상기 관통홀(133b-2) 부분은 가압되지 않음에 따라 미 접합영역을 형성할 수 있고, 상기 미 접합영역을 통해 전극조립체의 중앙까지 전해액을 효과적으로 침투시켜서 함침성을 높일 수 있다.
한편, 상기 제3 가압부재(133)는 상기 전극조립체의 중앙 영역을 탄력적으로 가압할 수 있다. 즉, 상기 제3 가압부재(133)는 상기 제3 가압편(133b)을 상기 고정봉(133a)의 길이방향으로 이동 가능하게 구비하고, 상기 제2 가압부재(131)와 상기 제3 가압편(133b) 사이에 스프링(133c)을 더 포함한다. 이에 따라 상기 제3 가압부재(133)는 상기 스프링(133c)에 의해 상기 제3 가압편(133b)이 상기 전극조립체의 중앙 영역을 탄력적으로 가압할 수 있으며, 그 결과 상기 전극조립체의 중앙 영역의 가압력을 상기 전극조립체의 꼭지점 영역에 가해지는 가압력과 동일하게 또는 약하게 조절할 수 있다.
상기와 같은 구성을 가진 본 발명의 제1 실시예에 따른 라미네이션장치는 제1 및 제2 라미네이션부를 포함하는 것에 특징을 가지며, 이와 같은 특징으로 인해 전극조립체의 전체 표면을 1차로 접합한 후, 전극조립체의 전체 표면 중 국부적인 부분인 꼭지점 영역을 2차로 접합할 수 있으며, 이에 따라 전극조립체의 접합력을 효과적으로 개선할 수 있다.
이하, 본 발명의 본 발명의 제1 실시예에 따른 라미네이션장치를 이용한 라미네이션방법을 설명한다.
[본 발명의 제1 실시예에 따른 라미네이션방법]
본 발명의 제1 실시예에 따른 라미네이션방법은 도 8에 도시되어 있는 것과 같이, 전극조립체를 배치하는 배치단계(S10), 전극조립체의 전체 표면을 1차 접합하는 1차 접합단계(S20); 및 1차 접합된 전극조립체의 일부 영역을 2차로 접합하는 2차 접합단계(S30)를 포함한다.
배치단계
상기 배치단계(S10)는 도 1 및 도 7에 도시되어 있는 것과 같이, 복수의 전극(11)과 복수의 분리막(12)이 교대로 적층된 전극조립체(10)를 지그(110)의 상면에 배치한다. 이때 지그(110) 상면에 배치된 전극조립체(10)는 일측면을 가이드편(111)에 지지시킨다.
1차 접합단계
상기 1차 접합단계(S20)는 도 1 및 도 2에 도시되어 있는 것과 같이, 상기 지그(110)의 상면에 제1 라미네이션부(120)를 위치시킨 다음, 제1 라미네이션부(120)의 제1 실린더(122)를 통해 제1 가압부재(121)를 상기 지그(110)를 향해 하강시킨다. 그러면 제1 가압부재(121)의 제1 가압편(121a)이 상기 지그(110)에 배치된 전극조립체(10)의 상면 전체를 가압하며, 특히 상기 제1 가압편(121a)은 가열된 상태로 전극조립체(10)의 상면 전체를 가압하여 전극조립체(10)에 포함된 전극(11)과 분리막(12)을 1차로 접합한다.
2차 접합단계
상기 2차 접합단계(S30)은 도 7에 도시되어 있는 것과 같이, 제2 라미네이션부의 제1 가압부재로 상기 지그에 배치된 상기 전극조립체의 테두리 영역을 가압하여 접합하는 메인 접합공정을 포함한다.
상기 메인 접합공정은 상기 지그(110)에 위치한 제1 라미네이션부(120)를 이동시킨 다음, 제2 라미네이션부(130)를 상기 지그(110)의 상면에 위치시킨다. 그런 다음, 제2 라미네이션부(130)의 제2 실린더(132)를 통해 제2 가압부재(131)를 상기 지그(110)를 향해 하강시킨다. 그러면 제2 가압부재(131)의 제2 가압편(131a)이 상기 지그(110)에 배치된 전극조립체(10)의 각 꼭지점 영역을 가압하며, 특히 제2 가압부재(131)의 제2 가압편(131a)은 가열된 상태로 전극조립체(10)의 각 꼭지점 영역을 가압하여 전극조립체(10)에 포함된 전극(11)과 분리막(12)을 2차로 접합한다.
여기서 제2 라미네이션부(130)은 제1 라미네이션부(120) 보다 높은 가압력으로 상기 전극조립체(10)의 꼭지점 영역을 가압하며, 이에 따라 상기 전극조립체(10)의 꼭지점 영역에 포함된 전극과 분리막의 접합력을 높일 수 있다.
특히 제2 가압편(131a)의 제2 가압면(131a-3)은 경사면으로 형성되면서 상기 전극조립체(10)의 꼭지점 영역에 위치한 분리막까지 접합할 수 있으며, 이에 따라 분리막 사이에 위치한 전극의 사행불량을 방지할 수 있고, 상기 전극조립체(10)의 꼭지점 영역에 포함된 전극과 분리막에 강한 충격이 가해지는 것을 방지할 수 있고, 전극과 분리막의 훼손을 방지할 수 있다.
한편, 상기 2차 접합단계(S30)은 도 7에 도시되어 있는 것과 같이, 상기 제2 라미네이션부의 제3 가압부재를 통해 상기 지그에 배치된 상기 전극조립체의 중앙 영역을 가압하여 접합하는 임시 접합공정을 더 포함한다.
상기 임시 접합공정은 상기 메인 접합공정 보다 먼저 수행되며, 제3 가압부재(133)를 통해 상기 전극조립체(10)의 중앙 영역을 가압하여 접합한다. 이때 상기 제3 가압부재(133)는 상기 전극조립체(10)의 중앙 영역을 탄력적으로 가압하여 상기 전극조립체(10)에 포함된 전극 및 분리막의 훼손을 방지한다.
따라서 본 발명의 제1 실시예에 따른 라미네이션방법은 전극조립체의 접합력을 높일 수 있고, 이에 따라 고품질의 전극조립체를 연속하여 생산할 수 있다.
이하, 본 발명의 다른 실시예를 설명함에 있어 전술한 제1 실시예와 동일한 기능을 가지는 구성에 대해서는 동일한 구성부호를 사용하며, 중복되는 설명은 생략한다.
[본 발명의 제2 실시예에 따른 이차전지 제조설비]
본 발명의 제2 실시예에 따른 이차전지 제조설비는 전술한 제1 실시예에 따른 라미네이션 장치를 포함한다.
즉, 본 발명의 제2 실시예에 따른 이차전지 제조설비는 도 1 및 도 9를 참조하면, 복수의 전극과 복수의 분리막이 교대로 적층된 전극조립체을 접합하는 라미네이션장치(100), 및 상기 라미네이션장치(100)에 의해 접합된 전극조립체(10)를 파우치(20)에 수용한 다음, 상기 파우치(20)의 테두리면을 실링하여 이차전지(1)를 제조하는 실링장치(200)를 포함한다.
여기서 상기 라미네이션장치(100)는 복수의 전극과 복수의 분리막이 교대로 적층된 전극조립체의 표면 전체를 가압하여 1차로 접합하는 제1 라미네이션부(120) 및 상기 지그에 배치된 상기 전극조립체의 전체 표면 중 일부 표면만 가압하여 2차로 접합하는 제2 라미네이션부(130)를 포함한다.
한편, 상기 라미네이션장치(100)는 전술한 제1 실시예에 따른 라미네이션장치와 동일한 구성과 기능을 가지며, 이에 따라 중복되는 설명은 생략한다.
따라서 본 발명의 제2 실시예에 따른 이차전지 제조설비는 고품질의 이차전지 생산할 수 있다.
[본 발명의 제3 실시예에 따른 라미네이션장치]
본 발명의 제3 실시예에 따른 라미네이션장치는 도 10에 도시되어 있는 것과 같이, 제2 가압편(131a)을 구비한 제2 가압부재(131)를 포함하고, 상기 제2 가압편(131a)은 일측 끝단면(131a-1)와 일측 측단면(131a-2)를 포함한다.
여기서 상기 일측 측단면(131a-2)은 상기 일측 끝단면(131a-1) 보다 길게 형성되며, 이에 따라 전극조립체 측면의 접합 면적을 높일 수 있고, 그 결과 전극조립체의 접합력을 개선할 수 있다.
[본 발명의 제4 실시예에 따른 라미네이션장치]
본 발명의 제4 실시예에 따른 라미네이션장치는 도 11에 도시되어 있는 것과 같이, 제2 가압편(131a)을 구비한 제2 가압부재(131)를 포함한다.
여기서 상기 전극조립체(10)를 가압하는 상기 제2 가압편(131a)의 제2 가압면(131a-3)은 홈과 돌기를 포함한 요철부로 형성된다.
즉, 상기 전극조립체(10)의 각 꼭지점 영역은 2차 접합되면서 접합력은 높일 수 있지만 전해액 함침력은 낮아지게 된다.
이를 개선하기 위해 본 발명의 제4 실시예에 따른 라미네이션장치는 상기 제2 가압편(131a)의 제2 가압면(131a-3)을 홈과 돌기를 포함한 요철부로 형성하여 상기 전극조립체(10)의 각 꼭지점 영역을 패턴 접합하며, 이에 따라 전극조립체(10)의 각 꼭지점 영역에 2차 접합영역과 2차 미접착영역이 모두 형성할될 수 있고, 그 결과 접합력과 전해액 함침력을 동시에 높일 수 있다.
[실험예]
제조예
비교예는 제1 라미네이션부를 포함하는 라미네이션장치를 통해 전극조립체의 전체 표면을 접합한다. 즉, 본 발명의 제1 실시예에 따른 라미네이션장치에서 제1 라미네이션부만 포함하여 전극조립체의 전체 표면을 접합한다.
제조예는 제1 및 제2 라미네이션부를 포함하는 라미네이션장치를 통해 전극조립체의 전체 표면을 1차 접합하고, 상기 제1 라미네이션부 보다 큰 가압력으로 전극조립체의 각 꼭지점 영역을 2차 접합한다. 즉, 본 발명의 제1 실시예에 따른 라미네이션장치는 제1 라미네이션부로 전극조립체의 전체 표면을 1차 접합한 후, 제2 라미네이션부로 전극조립체의 각 꼭지점 영역을 2차 접합한다.
여기서 상기 비교예와 제조예는 동일한 전극조립체를 사용한다. 그리고 상기 비교예와 제조예의 제1 라미네이션부는 180kgf 의 가압력과, 60℃의 온도를 가진다. 제2 라미네이션부는 200kgf의 가압력과, 85℃의 온도를 가진다.
접합력
상기 비교예 및 상기 제조예를 통해 접합된 전극조립체의 꼭지점 영역에 포함된 전극과 분리막의 접합상태를 측정한 실험결과 도 12의 그래프를 얻을 수 있다.
즉, 도 12에 도시된 것과 같이, 상기 비교예에서 전극과 분리막의 접합력(도 12에 도시된 비교예의 최상단값과 최하단값의 평균값)은 46.6(gf/20mm)임을 확인할 수 있고, 상기 제조예에서 전극과 분리막의 접합력(도 12에 도시된 제조예의 최상단값과 최하단값의 평균값)은 64.3(gf/20mm)임을 확인할 수 있다.
따라서 상기와 같은 실험결과, 도 13에 도시된 바와 같은 표로 정리할 수 있으며, 상기 표를 참조하면, 제조예인 본 발명의 라미네이션장치는 비교예 보다 전극과 분리막의 접합력이 크게 향상된 것을 확인할 수 있다.
본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 다양한 실시 형태가 가능하다.
100: 라미네이션장치
110: 지그
120: 제1 라미네이션부
121: 제1 가압부재
122: 제1 실린더
130: 제2 라미네이션부
131: 제1 가압부재
132: 제2 실린더
133: 제3 가압부재

Claims (15)

  1. 복수의 전극과 복수의 분리막이 교대로 적층된 전극조립체가 상면에 배치되는 지그;
    상기 지그에 배치된 상기 전극조립체의 전체 표면을 가압하여 1차로 접합하는 제1 라미네이션부; 및
    상기 지그에 배치된 상기 전극조립체의 전체 표면 중 일부 표면만 가압하여 2차로 접합하는 제2 라미네이션부를 포함하며,
    상기 제2 라미네이션부는 상기 제1 라미네이션부 보다 큰 가압력을 가지는 라미네이션장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 일부 표면은, 상기 전극조립체의 각 꼭지점 영역으로 형성되는 라미네이션장치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 제2 라미네이션부는, 상기 지그의 상부에 구비되고 상기 지그에 배치된 상기 전극조립체를 향해 하강하면서 상기 전극조립체의 꼭지점 영역을 가압하여 접합하는 제2 가압편을 구비한 제2 가압부재를 포함하는 라미네이션장치.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 제2 가압편은 상기 전극조립체의 각 꼭지점 영역을 가압하도록 4개로 마련되고,
    4개의 상기 제2 가압편은, 상기 전극조립체의 길이방향 끝에 위치한 일측 끝단면과 상기 전극조립체의 폭방향 끝에 위치한 일측 측단면을 포함한 'ㄱ'자 형태를 가지는 라미네이션장치.
  5. 청구항 3에 있어서,
    상기 전극조립체를 가압하는 상기 제2 가압편의 가압면은 상기 전극조립체의 외측에서 내측으로 갈수록 폭이 작아지는 경사면으로 형성되는 라미네이션장치.
  6. 청구항 3에 있어서,
    상기 일부 표면은, 상기 전극조립체의 표면 중앙에 위치한 중앙 영역을 더 포함하고,
    상기 제2 라미네이션부는, 상기 전극조립체의 중앙 영역을 가압하는 제3 가압편을 구비한 제3 가압부재를 더 포함하는 라미네이션장치.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 제3 가압편의 가압면은 상기 제2 가압편의 가압면 보다 상기 지그를 기준으로 보았을 때 상기 지그 방향으로 더 돌출되는 라미네이션장치.
  8. 청구항 6에 있어서,
    상기 전극조립체의 중앙 영역을 가압하는 상기 제3 가압편의 가압면은 사각틀 형태를 가지는 라미네이션장치.
  9. 청구항 6에 있어서,
    상기 제3 가압부재는 상기 전극조립체의 중앙 영역을 탄력적으로 가압하는 라미네이션장치.
  10. 청구항 5에 있어서,
    상기 제2 가압편의 가압면은 복수개의 홈과 돌기를 포함하는 요철부로 형성되면서 상기 전극조립체의 꼭지점 영역을 패턴 접착하는 라미네이션장치.
  11. 지그의 상면에 복수의 전극과 복수의 분리막이 교대로 적층된 전극조립체를 배치하는 배치단계(S10);
    상기 지그에 배치된 상기 전극조립체의 전체 표면을 제1 라미네이션부로 가압하여 1차로 접합하는 1차 접합단계(S20); 및
    1차 접합된 상기 전극조립체의 표면 전체 중 일부 영역만 제2 라미네이션부로 가압하여 2차로 접합하는 2차 접합단계(S30)를 포함하며,
    상기 2차 접합단계(S30)는 상기 1차 접합단계(S20) 보다 큰 가압력으로 전극조립체를 가압하는 라미네이션방법.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 일부 영역은 상기 전극조립체의 각 꼭지점 영역과 중앙 영역으로 형성되는 라미네이션방법.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 2차 접합단계(S30)는 상기 제2 라미네이션부의 제2 가압부재로 상기 지그에 배치된 상기 전극조립체의 각 꼭지점 영역을 가압하여 접합하는 메인 접합공정과, 상기 제2 라미네이션부의 제3 가압부재를 통해 상기 지그에 배치된 상기 전극조립체의 중앙 영역을 가압하여 접합하는 임시 접합공정을 포함하는 라미네이션방법.
  14. 청구항 13에 있어서,
    상기 2차 접합단계(S30)는 상기 임시 접합공정을 먼저 수행한 후, 상기 메인 접합공정을 수행하는 라미네이션방법.
  15. 복수의 전극과 복수의 분리막이 교대로 적층된 전극조립체을 접합하는 라미네이션장치를 포함하며,
    상기 라미네이션장치는, 전극조립체가 상면에 배치되는 지그, 상기 지그에 배치된 상기 전극조립체의 전체 표면을 가압하여 1차로 접합하는 제1 라미네이션부, 및 상기 지그에 배치된 상기 전극조립체의 전체 표면 중 일부 표면만 가압하여 2차로 접합하는 제2 라미네이션부를 포함하며,
    상기 제2 라미네이션부는 상기 제1 라미네이션 보다 큰 가압력을 가지는 이차전지 제조설비.
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