KR20210061113A - 전극 조립체 및 그의 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 전극 조립체 제조 방법은 제1 양극 포일, 양극 절연층 및 제2 양극 포일이 순서대로 적층되어 형성된 양극 집전체의 적어도 일부에 양극 활물질을 도포하여 양극을 제조하고, 제1 음극 포일, 음극 절연층 및 제2 음극 포일이 순서대로 적층되어 형성된 음극 집전체의 적어도 일부에 음극 활물질을 도포하여 음극을 제조하는 단계; 상기 양극 및 상기 음극 사이에 분리막을 개재하는 단계; 상기 양극 집전체에서 상기 양극 활물질이 도포되지 않은 양극 탭 및 상기 음극 집전체에서 상기 음극 활물질이 도포되지 않은 음극 탭의 적어도 일부 영역에서, 각각 상기 양극 절연층 및 상기 음극 절연층을 제거하는 단계; 및 상기 양극 탭 및 상기 음극 탭에 각각 양극 리드 및 음극 리드를 연결하는 단계를 포함한다.

Description

전극 조립체 및 그의 제조 방법{The Electrode Assembly And The Method For Thereof}
본 발명은 전극 조립체 및 그의 제조 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 전극 집전체가 전극 절연층을 포함하는 다층 구조로 형성되고, 별도의 연결부가 없이도 복수의 전극 탭에 하나의 전극 리드를 용이하게 연결할 수 있는 전극 조립체 및 그의 제조 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 이차 전지의 종류로는 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 리튬 이온 전지 및 리튬 이온 폴리머 전지 등이 있다. 이러한 이차 전지는 디지털 카메라, P-DVD, MP3P, 휴대폰, PDA, Portable Game Device, Power Tool 및 E-bike 등의 소형 제품뿐만 아니라, 전기 자동차나 하이브리드 자동차와 같은 고출력이 요구되는 대형 제품과 잉여 발전 전력이나 신재생 에너지를 저장하는 전력 저장 장치와 백업용 전력 저장 장치에도 적용되어 사용되고 있다.
전극 조립체를 제조하기 위해, 양극(Cathode), 분리막(Separator) 및 음극(Anode)을 제조하고, 이들을 적층한다. 구체적으로, 양극 활물질 슬러리를 양극 집전체에 도포하고, 음극 활물질 슬러리를 음극 집전체에 도포하여 양극(Cathode)과 음극(Anode)을 제조한다. 그리고 상기 제조된 양극 및 음극의 사이에 분리막(Separator)이 개재되어 적층되면 단위 셀(Unit Cell)들이 형성되고, 단위 셀들이 서로 적층됨으로써, 전극 조립체가 형성된다. 그리고 이러한 전극 조립체가 특정 케이스에 수용되고 전해액을 주입하면 이차 전지가 제조된다.
그런데, 종래에는 양극 및 음극의 전극이 단층 구조로 형성되어, 전극의 양면끼리 전기가 흐를 수 있었다. 따라서, 외부로부터의 충격으로 전극 조립체가 파손되면, 전극의 일면에서 단락이 발생하고 상기 전극의 타면에도 단락이 발생하였을 때 폭발 등의 위험이 발생할 수 있는 문제가 있었다.
일본공개공보 제1997-213338호
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 전극 집전체가 전극 절연층을 포함하는 다층 구조로 형성되고, 별도의 연결부가 없이도 복수의 전극 탭에 하나의 전극 리드를 용이하게 연결할 수 있는 전극 조립체 및 그의 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 전극 조립체 제조 방법은 제1 양극 포일, 양극 절연층 및 제2 양극 포일이 순서대로 적층되어 형성된 양극 집전체의 적어도 일부에 양극 활물질을 도포하여 양극을 제조하고, 제1 음극 포일, 음극 절연층 및 제2 음극 포일이 순서대로 적층되어 형성된 음극 집전체의 적어도 일부에 음극 활물질을 도포하여 음극을 제조하는 단계; 상기 양극 및 상기 음극 사이에 분리막을 개재하는 단계; 상기 양극 집전체에서 상기 양극 활물질이 도포되지 않은 양극 탭 및 상기 음극 집전체에서 상기 음극 활물질이 도포되지 않은 음극 탭의 적어도 일부 영역에서, 각각 상기 양극 절연층 및 상기 음극 절연층을 제거하는 단계; 및 상기 양극 탭 및 상기 음극 탭에 각각 양극 리드 및 음극 리드를 연결하는 단계를 포함한다.
또한, 상기 양극 절연층 및 상기 음극 절연층을 제거하는 단계는, 상기 양극 탭 및 상기 음극 탭을 유기 용매에 침지하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 양극 절연층 및 상기 음극 절연층은, PET를 포함할 수 있다.
또한, 상기 유기 용매는, 아세톤을 포함할 수 있다.
또한, 상기 양극 탭 및 상기 음극 탭은, 상기 유기 용매에 전체 길이의 20 % 내지 80 %를 침지할 수 있다.
또한, 상기 양극 탭 및 상기 음극 탭은, 상기 유기 용매에 30초 내지 2분 동안 침지할 수 있다.
또한, 상기 양극 절연층 및 상기 음극 절연층을 제거하는 단계는, 상기 양극 탭 및 상기 음극 탭을 유기 용매에 침지하는 단계 이후에, 상기 유기 용매를 건조하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 양극 절연층 및 상기 음극 절연층을 제거하는 단계는, 유기 용매를 상기 양극 탭 및 상기 음극 탭에 분사하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 양극 집전체의 적어도 일부에 양극 활물질이 도포된 양극; 음극 집전체의 적어도 일부에 음극 활물질이 도포된 음극; 및 상기 양극 및 상기 음극 사이에 개재되는 분리막을 포함하되, 상기 양극 집전체는, 제1 양극 포일, 양극 절연층 및 제2 양극 포일이 순서대로 적층되어 형성되고, 상기 음극 집전체는, 제1 음극 포일, 음극 절연층 및 제2 음극 포일이 순서대로 적층되어 형성되며, 상기 양극 집전체에서 양극 활물질이 도포되지 않은 양극 탭은, 적어도 일부 영역에서 상기 양극 절연층이 제거되고, 상기 음극 집전체에서 음극 활물질이 도포되지 않은 음극 탭은, 적어도 일부 영역에서 상기 음극 절연층이 제거된다.
또한, 상기 양극 탭은, 상기 양극 절연층이 상기 양극 탭 전체 길이의 20% 내지 80% 제거되고, 상기 음극 탭은, 상기 음극 절연층이 상기 음극 탭 전체 길이의 20% 내지 80% 제거될 수 있다.
또한, 상기 양극 절연층 및 상기 음극 절연층은, PET를 포함할 수 있다.
본 발명의 기타 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
본 발명의 실시예들에 의하면 적어도 다음과 같은 효과가 있다.
전극 집전체가 전극 절연층을 포함하는 다층 구조로 형성되고, 유기 용매를 이용하여 복수의 전극 탭의 전극 절연층을 식각함으로써, 이웃하는 전극 탭끼리 서로 접촉하는 것으로 복수의 전극 탭을 모두 전기적으로 연결시킬 수 있으므로, 하나의 전극 리드를 복수의 전극 탭에 용이하게 연결할 수 있다.
본 발명에 따른 효과는 이상에서 예시된 내용에 의해 제한되지 않으며, 더욱 다양한 효과들이 본 명세서 내에 포함되어 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 파우치 형 이차 전지의 조립도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 집전체의 측면을 나타낸 개략도이다.
도 3은 전극 탭의 양극 포일 및 음극 포일에 연결부가 형성된 모습을 각각 측면에서 나타낸 개략도이다.
도 4는 연결부에 전극 리드가 연결된 모습을 상면에서 나타낸 개략도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 복수의 양극 탭과 복수의 음극 탭이 적층된 모습을 정면에서 나타낸 개략도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 복수의 양극 탭과 복수의 음극 탭을 유기 용매에 침지하는 모습을 나타낸 개략도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 복수의 양극 탭과 복수의 음극 탭에서, 각각 양극 절연층과 음극 절연층이 제거된 모습을 정면에서 나타낸 개략도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 복수의 양극 탭과 복수의 음극 탭에 각각 전극 리드가 연결된 모습을 정면에서 나타낸 개략도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 복수의 양극 탭과 복수의 음극 탭에 각각 전극 리드가 연결된 모습을 상면에서 나타낸 개략도이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소 외에 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 파우치 형 이차 전지(1)의 조립도이다.
파우치 형 이차 전지(1)를 제조하는 과정은, 먼저 전극 활물질과 바인더 및 가소제를 혼합한 슬러리를 양극 집전체(101) 및 음극 집전체(102)에 도포하여 양극과 음극 등의 전극을 제조하고, 이를 분리막(Separator)의 양 측에 적층함으로써 소정 형상의 전극 조립체(10)를 형성한 다음에, 전극 조립체(10)를 전지 케이스(13)에 삽입하고 전해액 주입 후 실링한다.
전극 조립체(Electrode Assembly, 10)는 전극 및 분리막이 적층되어 형성된다. 구체적으로, 전극 조립체(10)는 양극 및 음극 등 두 종류의 전극과, 상기 전극들을 상호 절연시키기 위해 전극들 사이에 개재되는 분리막을 포함한다. 이러한 전극 조립체(10)는 스택형, 젤리롤형, 스택 앤 폴딩형 등이 있다. 두 종류의 전극, 즉 양극과 음극은 각각 전극 절연층(1013, 1023)을 포함하는 다층 구조의 전극 집전체(101, 102)에 활물질 슬러리가 도포된 구조이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 집전체(101, 102)는 두 개의 전극 포일 사이에 전극 절연층(1013, 1023)이 적층된 다층 구조로 형성된다. 전극 집전체(101, 102)에 대한 자세한 설명은 후술한다. 슬러리는 통상적으로 입상의 활물질, 보조 도체, 바인더 및 가소제 등이 용매가 첨가된 상태에서 교반되어 형성될 수 있다. 용매는 후속 공정에서 제거된다.
전극 조립체(10)는 도 1에 도시된 바와 같이, 전극 탭(Electrode Tab, 11)을 포함한다. 전극 탭(11)은 전극 조립체(10)의 양극 및 음극으로부터 각각 돌출되어, 전극 조립체(10)의 내부와 외부 사이에 전자가 이동할 수 있는 경로가 된다. 전극 조립체(10)의 전극 집전체(101, 102)는 전극 활물질이 도포된 부분과 전극 활물질이 도포되지 않은 말단 부분, 즉 무지부로 구성된다. 그리고 전극 탭(11)은 무지부를 재단하여 형성되거나 무지부에 별도의 도전부재를 초음파 용접 등으로 연결하여 형성될 수도 있다. 이러한 전극 탭(11)은 도 1에 도시된 바와 같이, 전극 조립체(10)의 일측으로부터 동일한 방향으로 나란히 돌출될 수도 있으나, 이에 제한되지 않고 각각 다른 방향으로 돌출될 수도 있다.
전극 조립체(10)의 전극 탭(11)에는 이차 전지(1)의 외부로 전기를 공급하는 전극 리드(Electrode Lead, 12)가 스팟(Spot) 용접 등으로 연결된다. 그리고, 전극 리드(12)의 일부는 절연부(14)로 주위가 포위된다. 절연부(14)는 전지 케이스(13)의 상부 케이스(131)와 하부 케이스(132)가 열 융착되는 실링부(134)에 한정되어 위치하여, 전지 케이스(13)에 접착된다. 그리고, 전극 조립체(10)로부터 생성되는 전기가 전극 리드(12)를 통해 전지 케이스(13)로 흐르는 것을 방지하며, 전지 케이스(13)의 실링을 유지한다. 따라서, 이러한 절연부(14)는 전기가 잘 통하지 않는 비전도성을 가진 부도체로 제조된다. 일반적으로 절연부(14)로는, 전극 리드(12)에 부착하기 용이하고, 두께가 비교적 얇은 절연테이프를 많이 사용하나, 이에 제한되지 않고 전극 리드(12)를 절연할 수 있다면 다양한 부재를 사용할 수 있다.
전극 리드(12)는 양극 탭(111)에 일단이 연결되고, 양극 탭(111)이 돌출된 방향으로 연장되는 양극 리드(121) 및 음극 탭(112)에 일단이 연결되고, 음극 탭(112)이 돌출된 방향으로 연장되는 음극 리드(122)를 포함한다. 한편, 양극 리드(121) 및 음극 리드(122)는 도 1에 도시된 바와 같이, 모두 타단이 전지 케이스(13)의 외부로 돌출된다. 그럼으로써, 전극 조립체(10)의 내부에서 생성된 전기를 외부로 공급할 수 있다. 또한, 양극 탭(111) 및 음극 탭(112)이 각각 다양한 방향을 향해 돌출 형성되므로, 양극 리드(121) 및 음극 리드(122)도 각각 다양한 방향을 향해 연장될 수 있다.
양극 리드(121) 및 음극 리드(122)는 서로 그 재질이 다를 수 있다. 즉, 양극 리드(121)는 양극 집전체(101)의 양극 포일과 동일한 알루미늄(Al) 재질이며, 음극 리드(122)는 음극 집전체(102)의 음극 포일과 동일한 구리(Cu) 재질 또는 니켈(Ni)이 코팅된 구리 재질일 수 있다. 그리고 전지 케이스(13)의 외부로 돌출된 전극 리드(12)의 일부분은 단자부가 되어, 외부 단자와 전기적으로 연결된다.
전지 케이스(13)는 전극 조립체(10)를 내부에 수납하는, 연성의 재질로 제조된 파우치이다. 이하, 전지 케이스(13)는 파우치인 것으로 설명한다. 전지 케이스(13)는 전극 리드(12)의 일부, 즉 단자부가 노출되도록 전극 조립체(10)를 수용하고 실링된다. 이러한 전지 케이스(13)는 도 1에 도시된 바와 같이, 상부 케이스(131)와 하부 케이스(132)를 포함한다. 하부 케이스(132)에는 컵부(133)가 형성되어 전극 조립체(10)를 수용할 수 있는 수용 공간(1331)이 마련되고, 상부 케이스(131)는 상기 전극 조립체(10)가 전지 케이스(13)의 외부로 이탈되지 않도록 상기 수용 공간(1331)을 상부에서 커버한다. 이 때, 도 1에 도시된 바와 같이 상부 케이스(131)에도 수용 공간(1331)이 마련된 컵부(133)가 형성되어, 전극 조립체(10)를 상부에서 수용할 수도 있다. 상부 케이스(131)와 하부 케이스(132)는 도 1에 도시된 바와 같이 일측이 서로 연결되어 제조될 수 있으나, 이에 제한되지 않고 서로 분리되어 별도로 제조되는 등 다양하게 제조될 수 있다.
전극 조립체(10)의 전극 탭(11)에 전극 리드(12)가 연결되고, 전극 리드(12)의 일부분에 절연부(14)가 형성되면, 하부 케이스(132)의 컵부(133)에 마련된 수용 공간(1331)에 전극 조립체(10)가 수용되고, 상부 케이스(131)가 상기 공간을 상부에서 커버한다. 그리고, 내부에 전해액을 주입하고 상부 케이스(131)와 하부 케이스(132)의 테두리로부터 외측으로 연장 형성된 실링부(134)를 실링한다. 전해액은 이차 전지(1)의 충, 방전 시 전극의 전기 화학적 반응에 의해 생성되는 리튬 이온을 이동시키기 위한 것으로, 리튬염과 고순도 유기 용매(2)류의 혼합물인 비수질계 유기 전해액 또는 고분자 전해질을 이용한 폴리머를 포함할 수 있다. 이와 같은 방법을 통해 파우치 형 이차 전지(1)가 제조될 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 집전체(101, 102)의 측면을 나타낸 개략도이다.
상기 기술한 바와 같이, 양극과 음극 등의 전극은, 전극 활물질과 바인더 및 가소제를 혼합한 슬러리를 양극 집전체(101) 및 음극 집전체(102) 등의 전극 집전체(101, 102)에 각각 도포하여 제조한다.
종래에는 양극 집전체(101) 및 음극 집전체(102)가 각각 단층 구조로 형성되었다. 따라서, 외부로부터의 충격으로 전극 조립체(10)가 파손되면, 단락으로 인한 폭발 등의 위험이 발생할 수 있는 문제가 있었다. 그러나, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 도 2에 도시된 바와 같이 전극 집전체(101, 102)는 두 개의 전극 포일 사이에 전극 절연층(1013, 1023)이 적층된 다층 구조로 형성된다. 구체적으로, 양극 집전체(101)는 제1 양극 포일(1011), 양극 절연층(1013) 및 제2 양극 포일(1012)이 순서대로 적층되어 형성된다. 그리고 음극 집전체(102)는 제1 음극 포일(1021), 음극 절연층(1023) 및 제2 음극 포일(1022)이 순서대로 적층되어 형성된다.
제1 및 제2 양극 포일(1011, 1012)은 화학적 변화를 유발하지 않고 높은 도전성을 가지는 재료로 제조된다. 예를 들어, 스테인리스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소 또는 알루미늄이나 스테인리스 스틸의 표면에 카본, 니켈, 티탄, 은 등을 표면 처리한 것일 수 있으며, 특히 알루미늄인 것이 바람직하나 이에 제한되지 않는다. 그리고 제1 및 제2 양극 포일(1011, 1012)은 양극 활물질의 접착력을 높이기 위해 표면에 미세한 요철을 형성할 수도 있다.
제1 및 제2 음극 포일(1021, 1022)은 화학적 변화를 유발하지 않고 도전성을 가지는 재료로 제조된다. 예를 들어, 구리, 스테인리스 스틸, 니켈, 티탄, 소성 탄소 또는 구리나 스테인리스 스틸의 표면에 카본, 니켈, 티탄, 은 등을 표면 처리한 것, 또는 알루미늄-카드뮴 합금일 수 있으며, 특히 구리 또는 니켈을 도금한 구리인 것이 바람직하나, 이에 제한되지 않는다. 그리고 제1 및 제2 음극 포일(1021, 1022)은 음극 활물질의 결합력을 높이기 위해 표면에 미세한 요철을 형성할 수도 있다.
양극 절연층(1013)은 제1 양극 포일(1011)과 제2 양극 포일(1012)의 사이에 적층되어, 제1 양극 포일(1011)과 제2 양극 포일(1012) 사이를 절연시킨다. 그리고, 음극 절연층(1023)은 제1 음극 포일(1021)과 제2 음극 포일(1022)의 사이에 적층되어, 제1 음극 포일(1021)과 제2 음극 포일(1022) 사이를 절연시킨다. 그럼으로써, 외부로부터의 충격으로 전극 조립체(10)가 파손되더라도, 하나의 전극에서 일면과 타면을 전기적으로 단절시킴으로써, 단락으로 인한 폭발 등의 위험을 미리 방지하여 안전성을 확보할 수 있다. 이러한 양극 절연층(1013) 및 음극 절연층(1023)은 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리카보네이트, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리염화비닐, 아크릴계 고분자, 폴리아크릴로나이트릴, 폴리이미드, 폴리아마이드, 셀룰로오스, 아라미드, 나일론, 폴리에스테르, 폴리파라페닐렌벤조비스옥사졸, 폴리아릴레이트, 테프론, 및 유리섬유로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 물질로 이루어질 수 있다. 특히, 주로 내마모성 및 내열성을 가지는 나일론(Nylon) 수지 또는 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 등의 폴리머가 사용된다.
도 3은 전극 탭(11)의 양극 포일 및 음극 포일에 연결부(113)가 형성된 모습을 각각 측면에서 나타낸 개략도이고, 도 4는 연결부(113)에 전극 리드(12)가 연결된 모습을 상면에서 나타낸 개략도이다.
상기 기술한 바와 같이, 전극 탭(11)은 전극 집전체(101, 102)에서 무지부를 재단하여 형성되거나 무지부에 별도의 도전부재를 초음파 용접 등으로 연결하여 형성될 수 있다. 그리고 전극 리드(12)는 전극 탭(11)에 일단이 연결되고, 전극 탭(11)이 돌출된 방향으로 연장되어 타단이 전지 케이스(13)의 외부로 돌출된다. 이하, 전극 탭(11)은 무지부를 단지 재단하여 형성한 것으로 설명하나, 이는 설명의 편의를 위한 것이며, 권리범위를 제한하기 위함이 아니다.
전극 집전체(101, 102)가 단층 구조로 형성된다면, 서로 이웃한 전극 탭(11)을 접촉시켜 연결함으로써 복수의 전극 탭(11)이 모두 전기적으로 연결된다. 따라서, 하나의 전극 리드(12)가 하나의 전극 탭(11)에만 연결되더라도, 전극 리드(12)를 통해 전극 조립체(10) 내부에서 생성된 전기를 모두 충분히 이차 전지(1)의 외부로 공급할 수 있다.
그러나, 본 발명의 일 실시예에 따르면 전극 집전체(101, 102)가 전극 절연층(1013, 1023)을 포함하는 다층 구조로 형성되므로, 서로 이웃한 전극 탭(11)을 접촉시켜 연결하더라도, 복수의 전극 탭(11)이 모두 전기적으로 연결되지 않는다. 따라서, 복수의 전극 탭(11)끼리 모두 연결하는 동시에, 하나의 전극 리드(12)와도 연결하는 복수의 연결부(113)가 별도로 형성되어야 한다.
복수의 연결부(113)는 도 3에 도시된 바와 같이, 복수의 제1 양극 포일(1011), 제2 양극 포일(1012)들에 각각 연결되는 양극 연결부(1131) 및 복수의 제1 음극 포일(1021), 제2 음극 포일(1022)들에 각각 연결되는 음극 연결부(1132)를 포함한다. 그리고 도 4에 도시된 바와 같이, 서로 이웃한 복수의 양극 연결부(1131)를 접촉시켜 연결하고, 하나의 양극 연결부(1131)에 하나의 양극 리드(121)를 연결한다. 마찬가지로, 서로 이웃한 복수의 음극 연결부(1132)를 접촉시켜 연결하고, 하나의 음극 연결부(1132)에 하나의 음극 리드(122)를 연결한다. 그럼으로써, 전극 조립체(10) 내부에서 생성된 전기를 모두 하나의 양극 리드(121) 및 하나의 음극 리드(122)를 통해 충분히 이차 전지(1)의 외부로 공급할 수 있다.
그러나, 이러한 방법은 복수의 연결부(113)가 별도로 필요하고, 이러한 복수의 연결부(113)를 각각 제1 및 제2 양극 포일(1011, 1012), 제1 및 제2 음극 포일(1021, 1022)에 연결하는 공정도 별도로 필요하므로, 제조 비용 및 시간이 과도하게 소모되는 문제가 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 복수의 양극 탭(111)과 복수의 음극 탭(112)이 적층된 모습을 정면에서 나타낸 개략도이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 전극 집전체(101, 102)가 전극 절연층(1013, 1023)을 포함하는 다층 구조로 형성되고, 유기 용매(2)를 이용하여 복수의 전극 탭(11)의 전극 절연층(1013, 1023)을 식각함으로써, 이웃하는 전극 탭(11)끼리 서로 접촉하는 것으로 복수의 전극 탭(11)을 모두 전기적으로 연결시킬 수 있으므로, 하나의 전극 리드(12)를 복수의 전극 탭(11)에 용이하게 연결할 수 있다.
이를 위해, 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체(10) 제조 방법은 제1 양극 포일(1011), 양극 절연층(1013) 및 제2 양극 포일(1012)이 순서대로 적층되어 형성된 양극 집전체(101)의 적어도 일부에 양극 활물질을 도포하여 양극을 제조하고, 제1 음극 포일(1021), 음극 절연층(1023) 및 제2 음극 포일(1022)이 순서대로 적층되어 형성된 음극 집전체(102)의 적어도 일부에 음극 활물질을 도포하여 음극을 제조하는 단계; 상기 양극 및 상기 음극 사이에 분리막을 개재하는 단계; 상기 양극 집전체(101)에서 상기 양극 활물질이 도포되지 않은 양극 탭(111) 및 상기 음극 집전체(102)에서 상기 음극 활물질이 도포되지 않은 음극 탭(112)의 적어도 일부 영역에서, 각각 상기 양극 절연층(1013) 및 상기 음극 절연층(1023)을 제거하는 단계; 및 상기 양극 탭(111) 및 상기 음극 탭(112)에 각각 양극 리드(121) 및 음극 리드(122)를 연결하는 단계를 포함한다. 그리고, 상기 양극 절연층(1013) 및 상기 음극 절연층(1023)을 제거하는 단계는, 상기 양극 탭(111) 및 상기 음극 탭(112)을 유기 용매(2)에 침지하는 단계를 포함할 수 있다.
그리고 이러한 방법으로 제조된 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체(10)는 양극 집전체(101)의 적어도 일부에 양극 활물질이 도포된 양극; 음극 집전체(102)의 적어도 일부에 음극 활물질이 도포된 음극; 및 상기 양극 및 상기 음극 사이에 개재되는 분리막을 포함하되, 상기 양극 집전체(101)는, 제1 양극 포일(1011), 양극 절연층(1013) 및 제2 양극 포일(1012)이 순서대로 적층되어 형성되고, 상기 음극 집전체(102)는, 제1 음극 포일(1021), 음극 절연층(1023) 및 제2 음극 포일(1022)이 순서대로 적층되어 형성되며, 상기 양극 집전체(101)에서 양극 활물질이 도포되지 않은 양극 탭(111)은, 적어도 일부 영역에서 상기 양극 절연층(1013)이 제거되고, 상기 음극 집전체(102)에서 음극 활물질이 도포되지 않은 음극 탭(112)은, 적어도 일부 영역에서 상기 음극 절연층(1023)이 제거된다.
도 5에 도시된 바와 같이, 양극 및 음극 사이에 분리막을 개재하면 전극 적층체가 형성되고, 복수의 양극 탭(111)과 복수의 음극 탭(112)들이 각각 적층된다. 그리고, 이러한 복수의 양극 탭(111)과 음극 탭(112)에는 각각 복수의 양극 절연층(1013)과 음극 절연층(1023)들이 삽입되어 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 복수의 양극 탭(111)과 복수의 음극 탭(112)을 유기 용매(2)에 침지하는 모습을 나타낸 개략도이고, 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 복수의 양극 탭(111)과 복수의 음극 탭(112)에서, 각각 양극 절연층(1013)과 음극 절연층(1023)이 제거된 모습을 정면에서 나타낸 개략도이다.
유기 용매(2)를 이용하여 복수의 전극 탭(11)의 전극 절연층(1013, 1023)을 식각한다. 특히 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 형성된 전극 적층체의 양극 탭(111) 및 음극 탭(112)을, 도 6에 도시된 바와 같이 유기 용매(2)에 침지한다.
상기 기술한 바와 같이, 양극 절연층(1013) 및 음극 절연층(1023)은 다양한 종류의 폴리머로 형성될 수 있으며, 특히 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)를 포함할 수 있다. 그리고, 제1 양극 포일(1011), 제2 양극 포일(1012), 제1 음극 포일(1021) 및 제2 음극 포일(1022)은 각각 금속으로 형성될 수 있다. 이 때, 유기 용매(2)는 금속과는 화학적 반응성이 없거나 낮고, 폴리머와는 화학적 반응성이 높은 것이 바람직하며, 예를 들면 아세톤을 포함할 수 있다. 그럼으로써, 유기 용매(2)는 금속으로 형성된 제1 양극 포일(1011), 제2 양극 포일(1012), 제1 음극 포일(1021) 및 제2 음극 포일(1022)은 변화시키지 않고, 도 7에 도시된 바와 같이 폴리머로 형성된 양극 절연층(1013) 및 음극 절연층(1023)만을 식각시킨다.
양극 탭(111) 및 음극 탭(112)의 적어도 일부 영역에서, 각각 양극 절연층(1013) 및 음극 절연층(1023)이 제거될 수 있다. 즉, 양극 탭(111) 및 음극 탭(112)의 전체에서 모두 양극 절연층(1013) 및 음극 절연층(1023)이 제거될 수도 있으나, 일부 영역에서만 제거될 수도 있다. 이를 위해, 양극 탭(111) 및 음극 탭(112)은 상기 유기 용매(2)에 일부만 침지될 수 있으며, 특히 양극 탭(111) 및 음극 탭(112)의 전체 길이의 20 % 내지 80 %만큼, 바람직하게는 30 % 내지 70 %만큼 침지될 수 있다.
유기 용매(2)는 화학적 반응성이 높은 물질이므로, 양극 탭(111) 및 음극 탭(112)을 장시간 침지시킨다면, 금속으로 형성된 제1 양극 포일(1011), 제2 양극 포일(1012), 제1 음극 포일(1021) 및 제2 음극 포일(1022)과도 화학적 반응이 발생할 수 있다. 따라서, 양극 탭(111) 및 음극 탭(112)은 상기 유기 용매(2)에 30초 내지 2분 동안, 바람직하게는 1분 내지 2분 동안 침지될 수 있다.
한편 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 노즐 등을 이용하여 유기 용매(2)를 상기 형성된 전극 적층체의 양극 탭(111) 및 상기 음극 탭(112)에 분사할 수 있다. 그럼으로써, 단순히 유기 용매(2)에 침지하는 것 보다, 유기 용매(2) 자체의 압력으로 전극 절연층(1013, 1023)이 더욱 빠르고 용이하게 식각될 수 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 복수의 양극 탭(111)과 복수의 음극 탭(112)에 각각 전극 리드(12)가 연결된 모습을 정면에서 나타낸 개략도이고, 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 복수의 양극 탭(111)과 복수의 음극 탭(112)에 각각 전극 리드(12)가 연결된 모습을 상면에서 나타낸 개략도이다.
양극 탭(111) 및 상기 음극 탭(112)을 유기 용매(2)에 침지한 후에, 유기 용매(2)를 건조한다. 그럼으로써, 전극 탭(11)에서 양극 절연층(1013) 및 음극 절연층(1023)만이 제거될 수 있다.
전극 탭(11)에서 양극 절연층(1013) 및 음극 절연층(1023)이 제거되므로, 제1 양극 포일(1011)들과 제2 양극 포일(1012)들 사이에는 빈 공간이 형성되고, 제1 음극 포일(1021)들과 제2 음극 포일(1022)들 사이에도 빈 공간이 형성된다. 그럼으로써 도 8에 도시된 바와 같이, 이웃한 양극 포일들끼리 서로 접촉하여 모두 전기적으로 연결될 수 있고, 이웃한 음극 포일들끼리 서로 접촉하여 모두 전기적으로 연결될 수 있다.
그리고 도 8 및 도 9에 도시된 바와 같이, 하나의 양극 포일에 하나의 양극 리드(121)가 연결되고, 하나의 음극 포일에 하나의 음극 리드(122)가 연결된다. 따라서, 하나의 전극 리드(12)가 하나의 전극 탭(11)에만 연결되더라도, 전극 리드(12)를 통해 전극 조립체(10) 내부에서 생성된 전기를 모두 충분히 이차 전지(1)의 외부로 공급할 수 있다.
본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 다양한 실시 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
1: 이차 전지 2: 유기용매
10: 전극 조립체 11: 전극 탭
12: 전극 리드 13: 전지 케이스
14: 절연부 101: 양극 집전체
102: 음극 집전체 111: 양극 탭
112: 음극 탭 113: 연결부
121: 양극 리드 122: 음극 리드
131: 상부 케이스 132: 하부 케이스
133: 컵부 134: 실링부
1011: 제1 양극 포일 1012: 제2 양극 포일
1013: 양극 절연층 1021: 제1 음극 포일
1022: 제2 음극 포일 1023: 음극 절연층
1131: 양극 연결부 1132: 음극 연결부
1331: 수용 공간

Claims (11)

  1. 제1 양극 포일, 양극 절연층 및 제2 양극 포일이 순서대로 적층되어 형성된 양극 집전체의 적어도 일부에 양극 활물질을 도포하여 양극을 제조하고, 제1 음극 포일, 음극 절연층 및 제2 음극 포일이 순서대로 적층되어 형성된 음극 집전체의 적어도 일부에 음극 활물질을 도포하여 음극을 제조하는 단계;
    상기 양극 및 상기 음극 사이에 분리막을 개재하는 단계;
    상기 양극 집전체에서 상기 양극 활물질이 도포되지 않은 양극 탭 및 상기 음극 집전체에서 상기 음극 활물질이 도포되지 않은 음극 탭의 적어도 일부 영역에서, 각각 상기 양극 절연층 및 상기 음극 절연층을 제거하는 단계; 및
    상기 양극 탭 및 상기 음극 탭에 각각 양극 리드 및 음극 리드를 연결하는 단계를 포함하는 전극 조립체 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 양극 절연층 및 상기 음극 절연층을 제거하는 단계는,
    상기 양극 탭 및 상기 음극 탭을 유기 용매에 침지하는 단계를 포함하는 전극 조립체 제조 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 양극 절연층 및 상기 음극 절연층은,
    PET를 포함하는 전극 조립체 제조 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 유기 용매는,
    아세톤을 포함하는 전극 조립체 제조 방법.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 양극 탭 및 상기 음극 탭은,
    상기 유기 용매에 전체 길이의 20 % 내지 80 %를 침지하는 전극 조립체 제조 방법.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 양극 탭 및 상기 음극 탭은,
    상기 유기 용매에 30초 내지 2분 동안 침지하는 전극 조립체 제조 방법.
  7. 제2항에 있어서,
    상기 양극 절연층 및 상기 음극 절연층을 제거하는 단계는,
    상기 양극 탭 및 상기 음극 탭을 유기 용매에 침지하는 단계 이후에,
    상기 유기 용매를 건조하는 단계를 더 포함하는 전극 조립체 제조 방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 양극 절연층 및 상기 음극 절연층을 제거하는 단계는,
    유기 용매를 상기 양극 탭 및 상기 음극 탭에 분사하는 단계를 포함하는 전극 조립체 제조 방법.
  9. 양극 집전체의 적어도 일부에 양극 활물질이 도포된 양극;
    음극 집전체의 적어도 일부에 음극 활물질이 도포된 음극; 및
    상기 양극 및 상기 음극 사이에 개재되는 분리막을 포함하되,
    상기 양극 집전체는,
    제1 양극 포일, 양극 절연층 및 제2 양극 포일이 순서대로 적층되어 형성되고,
    상기 음극 집전체는,
    제1 음극 포일, 음극 절연층 및 제2 음극 포일이 순서대로 적층되어 형성되며,
    상기 양극 집전체에서 양극 활물질이 도포되지 않은 양극 탭은,
    적어도 일부 영역에서 상기 양극 절연층이 제거되고,
    상기 음극 집전체에서 음극 활물질이 도포되지 않은 음극 탭은,
    적어도 일부 영역에서 상기 음극 절연층이 제거된 전극 조립체.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 양극 탭은,
    상기 양극 절연층이 상기 양극 탭 전체 길이의 20% 내지 80% 제거되고,
    상기 음극 탭은,
    상기 음극 절연층이 상기 음극 탭 전체 길이의 20% 내지 80% 제거된 전극 조립체.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 양극 절연층 및 상기 음극 절연층은,
    PET를 포함하는 전극 조립체.
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