WO2023075420A1 - 전극 조립체의 제조방법 - Google Patents

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서태준
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    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Definitions

  • the present invention relates to a method for manufacturing an electrode assembly, and more specifically, to a method for manufacturing an electrode assembly capable of minimizing the influence of an alignment error of electrodes.
  • a secondary battery is a representative example of an electrochemical device using such electrochemical energy, and its use area is gradually expanding.
  • Nickel metal hydride secondary batteries are mainly used as a power source for electric vehicles and hybrid electric vehicles, but studies using lithium secondary batteries with high energy density and discharge voltage are being actively conducted, and some commercialization is in progress.
  • a cathode or an anode active material, a binder, and a conductive material are coated on a current collector in the form of a slurry and dried to form an electrode mixture layer to manufacture a cathode and a cathode, and a separator is interposed between the cathode and the anode and by embedding the laminated electrode assembly in a battery case together with the electrolyte.
  • the electrode assembly may be manufactured in the form of stacking or folding each component, but may be manufactured in the form of manufacturing a unit cell as an electrode assembly including an electrode and a separator, and stacking or folding it.
  • an electrode assembly can be manufactured by manufacturing a laminate (unit cell) composed of a laminated structure of an anode/separator/cathode, and stacking a plurality of these unit cells with a separator therebetween.
  • a laminate unit cell
  • additional unit cells are stacked, or the uppermost or lowermost layer of the unit cell is constituted by a separator, and the process of stacking them in order is repeated. form an electrode assembly.
  • the unit cells are stacked based on the location of the center of the unit cells.
  • the electrode present inside the defective unit cell.
  • An object to be solved by the present invention is to provide a method for manufacturing an electrode assembly capable of minimizing an alignment error in the entire electrode assembly even if an electrode alignment error exists inside the unit cell in a process of manufacturing an electrode assembly by stacking unit cells. is to provide
  • a method of manufacturing an electrode assembly according to an embodiment of the present invention is a method of manufacturing an electrode assembly by stacking two or more unit cells in which a positive electrode, a first separator, and a negative electrode are sequentially stacked with a second separator interposed therebetween. , before stacking the unit cells, inspecting the alignment state of the anode and the cathode included in the lower unit cell disposed below the unit cell, and stacking if there is a defect in the alignment as a result of the inspection It includes the step of correcting the stacking position of the unit cell to be.
  • the step of correcting the stacking position of the unit cells includes a first distance between one side edge of the cathode included in the lower unit cell and one side edge of the anode of the lower unit cell and included in the lower unit cell. Detecting a second gap between the other edge of the negative electrode and the other edge of the positive electrode of the lower unit cell, and the smaller of the first gap and the second gap to be stacked It may include moving the stacking position of the unit cell.
  • the one edge portion and the other edge portion of the cathode of the unit cell coincide with one side edge portion and the other edge portion of the first separator of the lower unit cell, respectively, or , can be placed inside it.
  • the alignment defect may be a case in which the distance between the edge of the anode and the edge of the cathode included in the lower unit cell is different from one side and the other side of the lower unit cell.
  • the stacking position before the step of correcting the stacking position of the unit cell is a position where the center of the lower unit cell and the unit cell coincide, and the unit cell newly disposed after the step of correcting the stacking position of the unit cell may be disposed at a stacking position prior to the correcting step.
  • the center of the lower unit cell may be marked by a laser irradiated from the lower unit cell and a laser irradiation unit disposed above the unit cell.
  • the step of inspecting the alignment state of the anode and the cathode included in the lower unit cell may include irradiating light from a light source disposed below the lower unit cell, and the anode and the cathode generated by the light. It may include the step of deriving the distance between the edge of the anode and the edge of the cathode by detecting the shadow of the detection unit disposed on the upper part of the lower unit cell.
  • Inspecting the alignment of the anode and the cathode included in the lower unit cell may include detecting the position of the anode from a detector disposed above the lower unit cell, The method may include irradiating light from a light source to detect the position of the cathode, and deriving a distance between an edge of the anode and an edge of the cathode by combining the position of the anode and the position of the cathode.
  • the second separator may be integrally formed with the unit cell or the lower unit cell on the lower portion of the unicell or on the upper portion of the lower unit cell.
  • the lower unit cell and the unit cell form one set, and the second separator disposed between the lower unit cell and the unit cell in the one set is bent at the edge of the unit cell, It may be continuously formed with the second separator disposed between the lower unit cell and the unit cell in a set.
  • the occurrence of defects can be prevented by minimizing the alignment error in the entire electrode assembly.
  • FIG. 1 to 4 are views showing a method of manufacturing an electrode assembly according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a view for explaining a first modified example of a method for measuring a gap between electrodes of a lower unit cell in one embodiment of the present invention.
  • 6A and 6B are diagrams for explaining a second modified example of a method for measuring a gap between electrodes of a lower unit cell in one embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a view showing an electrode assembly obtained by a manufacturing method of an electrode assembly according to another embodiment of the present invention.
  • a part such as a layer, film, region, plate, etc.
  • a part when a part is said to be “directly on” another part, it means that there is no other part in between.
  • a reference part means to be located above or below the reference part, and to necessarily be located “on” or “on” in the opposite direction of gravity does not mean no.
  • planar image it means when the target part is viewed from above, and when it is referred to as “cross-sectional image”, it means when a cross section of the target part cut vertically is viewed from the side.
  • FIGS. 1 to 6 a method of manufacturing an electrode assembly according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 6 .
  • FIGS. 1 to 4 are diagrams showing a manufacturing method of an electrode assembly according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 5 is a first modified example of a method for measuring a gap between electrodes of a lower unit cell in an embodiment of the present invention
  • FIGS. 6A and 6B are diagrams for explaining a second modified example of a method for measuring a gap between electrodes of a lower unit cell in one embodiment of the present invention.
  • the method of manufacturing an electrode assembly according to an embodiment of the present invention is for manufacturing an electrode assembly in which positive electrodes and negative electrodes are alternately stacked and a separator is positioned between the positive electrode and the negative electrode, in particular, It is a method for manufacturing an electrode assembly obtained by manufacturing a laminate (unit cell) composed of a laminated structure of an anode/separator/cathode, and stacking a plurality of these unit cells with a separator therebetween.
  • separators and unit cells are stacked on the stack table 100.
  • the second stacked unit cell is exemplified as a lower unit cell, and the case of additionally stacking the unit cell after inspecting the lower unit cell is described as an example, but it is not limited thereto, and each step to be described is It may be applied for each stacking step of each unit cell.
  • the lower unit cell 10 has a form in which a negative electrode/a first separator/anode are sequentially stacked on a second separator.
  • Components included in the unit cell 10 will be described as a lower cathode 11, a lower first separator 12, and a lower anode 13. In addition, however, it is not limited thereto, and configurations included in each unit cell are not different from each other.
  • the second separator 30 has been described as a configuration not included in a unit cell, but this is only for convenience of explanation, and the separator/cathode/separator/anode structure may be defined as a unit cell, and is not particularly limited. .
  • the lower unit cell 10 may be stacked with its location set so that the center of the lower unit cell 10 is disposed at a predetermined position, for example, the number of unit cells disposed before the lower unit cell 10
  • the center and the center (C) of the lower unit cell 10 may be arranged to coincide.
  • the position where the lower unit cell 10 is arranged so that it can be aligned can be indicated by a laser or the like irradiated from the laser irradiation unit 400 disposed on the stack table 100 for manufacturing the electrode stack. .
  • the alignment state of the lower positive electrode 13 and the lower negative electrode 11 included in the lower unit cell 10 is inspected. do. That is, as shown in FIG. 1, the first distance G1 between one end of the lower anode 13 and the lower cathode 11 and the second distance G2 between the other end are measured and the corresponding values are compared. Sort status can be checked. At this time, the distance between the lower anode 13 and the lower cathode 11 is such that the light source 200 radiates light from the lower portion of the lower anode 13 and the lower cathode 11 and the detector 300 disposed thereon. It can be detected by, and a detailed method will be described later with reference to FIGS. 5 and 6a and 6b.
  • the first interval G1 and the second interval G2 of the lower anode 13 and the lower cathode 11 are different from each other, especially the lower anode If (13) is biased to one side, it goes through a process of correcting it. That is, since the negative electrode generally has a larger area than the positive electrode in the electrode assembly, if the arrangement is displaced during the manufacturing process of the unit cell, as in the lower unit cell 10 of FIG.
  • the lower positive electrode 13 The first gap G1 and the second gap G2 between the lower anode 13 and the lower cathode 11 become different from each other due to a bias (overhang) to one side. In this case, if the stacking is continued as it is without correcting the position of the subsequently stacked unit cells, defects may occur due to the bias of the lower anode 13. Therefore, in this embodiment, after stacking the lower unit cells 10, the alignment of the lower unit cells 10 is detected, and if there is bias in the alignment, a correction step for this is performed.
  • the unit cell 20 refers to a unit cell stacked on the lower unit cell 10, and is stacked on the lower unit cell 10 with the second separator 30 therebetween.
  • the unit cell 20 includes a cathode 21, a first separator 22, and an anode 23 sequentially from the bottom.
  • the stacking position of the unit cell 20 is adjusted as much as a defect occurs in the alignment state of the lower unit cell 10 that has been previously performed. That is, in the lower unit cell 10 , the alignment criterion is moved to a side having a smaller value among the first gap G1 and the second gap G2 between the lower anode 13 and the lower cathode 11 . For example, as shown in FIG. 2, since the size of the first interval G1, which is the left side in FIG. 2, is smaller, the center C is moved to the left so that the center of the unit cell 20 is the second center ( C') are laminated to match.
  • the amount of moving the center C to the second center C′ may be calculated by a controller (not shown) in consideration of the previously detected difference between the first interval G1 and the second interval G2.
  • a controller not shown
  • the degree of overhang can be increased when the movement amount is excessive, preferably, both ends 211 and 212 of the negative electrode 21 included in the unit cell 20 are included in the lower unit cell 10, respectively.
  • the amount of movement is controlled within a range that coincides with the corresponding end of the first separation membrane 12 or is disposed inside.
  • the difference value between G2') becomes smaller than the difference value between the first interval G1 and the second interval G2. That is, the offset value between the cathode and anode becomes smaller than before the correction, so that the degree of overhang can be alleviated.
  • the level of the defect can be mitigated by distributing the degree of the defect to adjacent cells, thereby reducing the risk of defects due to defective cells. can reduce
  • FIG. 5 is a view for explaining an embodiment of a method for measuring a distance between electrodes of a lower unit cell in an embodiment of the present invention
  • FIGS. 6A and 6B are between electrodes of a lower unit cell in an embodiment of the present invention. It is a drawing for explaining a modified example of the method of measuring the interval.
  • FIG. 5, in FIGS. 1 to 4, shows the lower unit cell 10 viewed from the detector 300 disposed thereon in a state in which light is irradiated from the light source 200.
  • the detector 300 for example, a camera
  • the lower cathode disposed under the first separator 12 having the largest area ( 11) is difficult to accurately detect.
  • the first separator 12 has translucency to light, when light shines from the bottom, the shadow of the lower cathode 11 is observed from the top, and as shown in FIG. 5, the position of the lower cathode 11 is determined. detection becomes possible. That is, a portion indicated by a dotted line in FIG.
  • FIG. 6A in a state where light is not illuminated, the position of the lower cathode 11 is not detected because the lower cathode 11 is covered by the first separator 12, but the position of the lower anode 13 is more accurately detected. It is possible.
  • FIG. 6A in a state where light is not illuminated, the position of the lower cathode 11 is not detected because the lower cathode 11 is covered by the first separator 12, but the position of the lower anode 13 is more accurately detected. It is possible.
  • FIG. 6A in a state where light is not illuminated, the position of the lower cathode 11 is not detected because the lower cathode 11 is covered by the first separator 12, but the position of the lower anode 13 is more accurately detected. It is possible.
  • FIG. 6A in a state where light is not illuminated, the position of the lower cathode 11 is not detected because the lower cathode 11 is covered by the first separator 12, but the position of the lower anode 13 is more accurately detected.
  • the shadow of the lower cathode 11 becomes clearer and the edge of the lower anode 13 is not clearly detected by the strong light. Therefore, it is possible to more accurately detect the position of the lower cathode 11 . Therefore, the position of the lower anode 13 is detected in a state where the light source 200 is turned off, and the position of the lower anode 11 is detected in a state in which the light source 200 emits stronger light, respectively, from which The distances G1 and G2 between the lower cathode 11 and the lower anode 13 can be calculated.
  • the distance between the lower cathode 11 and the lower anode 13 can be accurately detected by appropriately selecting the process of the embodiment described in FIG. 5 or the modified example described in FIGS. 6A and 6B according to the process situation and environment. can
  • FIG. 7 is a view showing an electrode assembly obtained by a manufacturing method of an electrode assembly according to another embodiment of the present invention.
  • the manufacturing method in another embodiment differs only in the shape of the second separator 30, and since the rest of the configuration is the same as that of the previous embodiment, description of the same configuration will be omitted.
  • each unit cell second separator 30 disposed between the unit cells 10 and 20 is not separated and included as one component of each unit cell, but is integrally formed as a whole to form the second separator 30.
  • each unit cell second separator 30 is formed to be disposed. That is, after disposing the second separator 30 on the stack table 100 and disposing the unit cell thereon, the second separator 30 is folded to cover the corresponding unit cell, and in the folded state, the lower unit cell 10 ) is placed. Thereafter, before folding the second separator 30 back to the opposite side, the position of the lower anode 13 and the lower cathode 11 in the lower unit cell 10 is detected to determine the stacking position of the unit cell 20, The second separator 30 is folded to cover the unit cell 10 . Subsequently, after disposing the unit cell 20 at the determined stacking position, the electrode assembly is completed by repeating the folding process so that the second separator 30 covers the unit cell 20 .
  • the alignment between the anode and the cathode included in the unit cell is detected, and if there is a defect, the adjacent unit cell is the defect, that is, By correcting the lamination position to relieve the overhang value, it is possible to minimize the risk due to overhang failure and obtain an electrode laminate in which failure is suppressed.

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체의 제조 방법은, 양극, 제1 분리막, 및 음극이 순차 적층된 유닛셀을, 제2 분리막을 사이에 두고 두 개 이상 적층하여 전극 조립체를 제조하는 방법으로서, 상기 유닛셀을 적층하기 이전에, 해당 유닛셀의 하부에 배치된 하부 유닛셀에 포함된 상기 양극 및 상기 음극의 정렬 상태를 검사하는 단계, 및 상기 검사의 결과 정렬 상태에 불량이 있을 경우 적층하고자 하는 상기 유닛셀의 적층 위치를 보정하는 단계를 포함한다.

Description

전극 조립체의 제조방법
관련 출원(들)과의 상호 인용
본 출원은 2021년 10월 26일자 한국 특허 출원 제10-2021-0143905호에 기초한 우선권의 이익을 주장하며, 해당 한국 특허 출원의 문헌에 개시된 모든 내용은 본 명세서의 일부로서 포함된다.
본 발명은 전극 조립체의 제조방법, 구체적으로는 전극의 정렬 오차가 발생하더라고 그 영향을 최소화할 수 있는 전극 조립체의 제조방법에 관한 것이다.
화석 연료 사용의 급격한 증가로 인하여 대체 에너지, 청정 에너지의 사용에 대한 요구가 증가하고 있으며, 그 일환으로 가장 활발하게 연구되고 있는 분야가 전기화학을 이용한 발전, 축전 분야이다.
현재 이러한 전기 화학적 에너지를 이용하는 전기화학 소자의 대표적인 예로 이차전지를 들 수 있으며, 점점 더 그 사용 영역이 확대되고 있는 추세이다.
최근에는 휴대용 컴퓨터, 휴대용 전화기, 카메라 등의 휴대용 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서 이차전지의 수요가 급격히 증가하고 있고, 그러한 중 높은 에너지 밀도와 작동 전위를 나타내고 사이클 수명이 길며 자기 방전율이 낮은 리튬 이차전지에 대해 많은 연구가 행해져 왔고, 또한 상용화되어 널리 사용되고 있다.
또한, 환경 문제에 대한 관심이 커짐에 따라, 대기 오염의 주요 원인의 하나인 가솔린 차량, 디젤 차량 등 화석 연료를 사용하는 차량을 대체할 수 있는 전기 자동차, 하이브리드 전기 자동차 등에 대한 연구가 많이 진행되고 있다. 이러한 전기 자동차, 하이브리드 전기 자동차 등의 동력원으로는 주로 니켈 수소금속 이차전지가 사용되고 있지만, 높은 에너지 밀도와 방전 전압의 리튬 이차전지를 사용하는 연구가 활발히 진행되고 있으며, 일부 상용화 단계에 있다.
이러한 리튬 이차전지는 양극 또는 음극 활물질과, 바인더, 도전재를 슬러리의 형태로 집전체에 코팅 및 건조하여 전극 합제층을 형성시켜 양극과 음극을 제조하고, 상기 양극과 상기 음극 사이에 분리막을 개재시키고, 이를 라미네이션한 전극조립체를 전해액과 함께 전지케이스에 내장시킴으로써 제조된다.
또한, 상기 전극 조립체는 각각의 구성들을 적층 또는 폴딩하는 형태로 제조될 수도 있으나, 전극 및 분리막을 포함하는 전극 조립체로서 유닛셀을 제조하고, 이를 적층 또는 폴딩하는 형태로 제조할 수도 있다.
즉, 일반적으로는 양극/분리막/음극의 적층 구조로 이루어지는 적층체(유닛셀)을 제조하고, 이들 유닛셀을, 분리막을 사이에 두고 복수개 적층하여 전극 조립체를 제조할 수 있다. 이러한 전극 조립체의 제조 방법에 있어서는 유닛셀을 배치하고 그 위에 분리막 시트를 배치한 후 추가의 유닛셀을 적층하거나, 또는 유닛셀의 최상층 또는 최하층을 분리막으로 구성하고, 이들을 순서대로 쌓는 공정을 반복하여 전극 조립체를 형성한다.
이 과정에서 유닛셀 간의 정렬을 위하여, 유닛셀의 중심부의 위치를 기준으로 유닛셀을 적층하게 된다. 이 때, 유닛셀 내에 포함된 전극(음극 또는 양극)의 위치에 오차가 존재하는 불량 유닛셀이 존재할 경우, 중심부를 기준으로 올바를 정렬로 유닛셀이 배치된다 하더라도, 불량 유닛셀 내부에 존재하는 전극의 정렬 오차로 인해 양극과 음극간 정렬 오차가 존재하게 되어 전극 조립체의 불량률이 높아진다는 문제가 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 유닛셀을 적층하여 전극 조립체를 제조하는 공정에서, 유닛셀 내부에서 전극 정렬 오차가 존재하더라도 전체 전극 조립체에서의 정렬 오차를 최소화할 수 있는 전극 조립체의 제조 방법을 제공하는 것이다.
그러나, 본 발명의 실시예들이 해결하고자 하는 과제는 상술한 과제에 한정되지 않고 본 발명에 포함된 기술적 사상의 범위에서 다양하게 확장될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체의 제조 방법은, 양극, 제1 분리막, 및 음극이 순차 적층된 유닛셀을, 제2 분리막을 사이에 두고 두 개 이상 적층하여 전극 조립체를 제조하는 방법으로서, 상기 유닛셀을 적층하기 이전에, 해당 유닛셀의 하부에 배치된 하부 유닛셀에 포함된 상기 양극 및 상기 음극의 정렬 상태를 검사하는 단계, 및 상기 검사의 결과 정렬 상태에 불량이 있을 경우 적층하고자 하는 상기 유닛셀의 적층 위치를 보정하는 단계를 포함한다.
상기 유닛셀의 적층 위치를 보정하는 단계는, 상기 하부 유닛셀에 포함된 상기 음극의 일측 가장자리부와, 상기 하부 유닛셀의 상기 양극의 일측 가장자리부 사이의 제1 간격 및 상기 하부 유닛셀에 포함된 상기 음극의 타측 가장자리부와, 상기 하부 유닛셀의 상기 양극의 타측 가장자리부 사이의 제2 간격을 검출하는 단계, 및 상기 제1 간격과 상기 제2 간격 중 크기가 더 작은 쪽으로 상기 적층하고자 하는 상기 유닛셀의 적층 위치를 이동시키는 단계를 포함할 수 있다.
상기 유닛셀의 적층 위치를 이동시키는 단계 종료 후 상기 유닛셀의 상기 음극의 상기 일측 가장자리부 및 상기 타측 가장자리부는, 각각 상기 하부 유닛셀의 상기 제1 분리막의 일측 가장자리부 및 타측 가장자리부와 일치하거나, 그 내측에 배치될 수 있다.
상기 정렬 상태의 불량은, 상기 하부 유닛셀에 포함된 상기 양극의 가장자리와 상기 음극의 가장자리 사이의 간격이, 상기 하부 유닛셀의 일측 및 타측에서 서로 상이한 경우일 수 있다.
상기 유닛셀의 적층 위치를 보정하는 단계 이전의 적층 위치는 상기 하부 유닛셀의 과 상기 유닛셀의 중심이 일치하는 위치이고, 상기 유닛셀의 적층 위치를 보정하는 단계 이후에 새로이 배치되는 상기 유닛셀은, 상기 보정하는 단계 이전의 적층 위치에 배치될 수 있다.
상기 하부 유닛셀의 중심은, 상기 하부 유닛셀 및 상기 유닛셀 상부에 배치된 레이저 조사부로부터 조사된 레이저에 의해 표시될 수 있다.
상기 하부 유닛셀에 포함된 상기 양극 및 상기 음극의 정렬 상태를 검사하는 단계는, 상기 하부 유닛셀의 하부에 배치된 광원으로부터 광을 조사하는 단계, 및 상기 광에 의해 발생하는 상기 양극 및 상기 음극의 음영을 상기 하부 유닛셀의 상부에 배치된 검출부로 검출하여 상기 양극의 가장자리와 상기 음극의 가장자리간 간격을 도출하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 하부 유닛셀에 포함된 상기 양극 및 상기 음극의 정렬 상태를 검사하는 단계는, 상기 하부 유닛셀의 상부에 배치된 검출부로부터 상기 양극의 위치를 검출하는 단계, 상기 하부 유닛셀의 하부에 배치된 광원으로부터 광을 조사하여 상기 음극의 위치를 검출하는 단계, 및 상기 양극의 위치와 상기 음극의 위치를 조합하여 상기 양극의 가장자리와 상기 음극의 가장자리간 간격을 도출하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 제2 분리막은, 상기 유니셀의 하부 또는 상기 하부 유닛셀의 상부에상기 유닛셀 또는 상기 하부 유닛셀과 일체로 형성될 수 있다.
상기 하부 유닛셀과 상기 유닛셀은 하나의 세트를 이루고, 상기 하나의 세트에서 상기 하부 유닛셀과 상기 유닛셀 사이에 배치되는 상기 제2 분리막은, 상기 유닛셀의 가장자리에서 절곡되어, 이웃하는 다른 세트에서 상기 하부 유닛셀과 상기 유닛셀 사이에 배치되는 상기 제2 분리막과 연속적으로 형성될 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 유닛셀을 적층하여 전극 조립체를 제조하는 공정에서, 유닛셀 내부에서 전극 정렬 오차가 존재하더라도 전체 전극 조립체에서의 정렬 오차를 최소화하여 불량 발생을 방지할 수 있다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1 내지 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체의 제조 방법을 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에서 하부 유닛셀의 전극간 간격을 측정하는 방법의 제1 변형예를 설명하기 위한 도면이다.
도 6a 및 도 6b는 본 발명의 일 실시예에서 하부 유닛셀의 전극간 간격을 측정하는 방법의 제2 변형예를 설명하기 위한 도면이다.
도 7는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전극 조립체의 제조 방법에 의해 얻어진 전극 조립체를 도시한 도면이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 여러 실시예들에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예들에 한정되지 않는다.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.
또한, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다. 도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 그리고 도면에서, 설명의 편의를 위해, 일부 층 및 영역의 두께를 과장되게 나타내었다.
또한, 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 또는 “상에” 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다. 또한, 기준이 되는 부분 "위에" 또는 “상에” 있다고 하는 것은 기준이 되는 부분의 위 또는 아래에 위치하는 것이고, 반드시 중력 반대 방향을 향하여 “위에” 또는 “상에” 위치하는 것을 의미하는 것은 아니다.
또한, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
또한, 명세서 전체에서, "평면상"이라 할 때, 이는 대상 부분을 위에서 보았을 때를 의미하며, "단면상"이라 할 때, 이는 대상 부분을 수직으로 자른 단면을 옆에서 보았을 때를 의미한다.
이하에서는, 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체의 제조 방법에 대해 도 1 내지 6을 참조하여 설명한다.
도 1 내지 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체의 제조 방법을 나타낸 도면이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에서 하부 유닛셀의 전극간 간격을 측정하는 방법의 제1 변형예를 설명하기 위한 도면이고, 도 6a 및 도 6b는 본 발명의 일 실시예에서 하부 유닛셀의 전극간 간격을 측정하는 방법의 제2 변형예를 설명하기 위한 도면이다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체의 제조 방법은, 양극과 음극이 번갈아 적층되며 양극과 음극 사이에 분리막이 위치하는 전극 조립체를 제조하기 위한 것으로서, 특히, 양극/분리막/음극의 적층 구조로 이루어지는 적층체(유닛셀)을 제조하고, 이들 유닛셀을, 분리막을 사이에 두고 복수개 적층하여 얻어지는 전극 조립체를 제조하기 위한 방법이다.
우선, 도 1에 도시한 바와 같이 스택 테이블(100) 상에 분리막과 유닛셀을 적층한다. 본 실시예에서는, 특히 2번째 적층된 유닛셀을 하부 유닛셀로 예시하여 해당 하부 유닛셀을 검사한 후 유닛셀을 추가 적층하는 경우를 예로 들어 설명하나, 이에 한정되는 것은 아니고 설명하는 각 단계는 매 유닛셀의 적층 단계마다 적용될 수 있다.
하부 유닛셀(10)은 제2 분리막 상에 순차로 음극/제1 분리막/양극이 적층된 형태를 가지며, 여기서는 설명의 편의를 위해 후술하는 유닛셀(20)에 포함된 구성과 구분하기 위하여 하부 유닛셀(10)에 포함된 구성을 하부 음극(11), 하부 제1 분리막(12), 하부 양극(13)으로 칭하여 설명하기로 한다. 또한, 그러나, 이에 한정되거나, 각 유닛셀에 포함된 구성이 서로 상이한 것은 아니다. 아울러 제2 분리막(30)은 유닛셀에 포함되지 않은 구성으로 설명하였으나, 이는 단지 설명의 편의를 위한 것이고, 분리막/음극/분리막/양극 구조를 유닛셀로 정의할 수 있으며, 특별히 한정되는 것은 아니다.
하부 유닛셀(10)은, 하부 유닛셀(10)의 중심이 소정의 위치에 배치되도록 그 위치가 설정되어 적층될 수 있으며, 예를 들면, 하부 유닛셀(10) 이전에 배치된 유닛셀들의 중심과 하부 유닛셀(10)의 중심(C)이 일치하도록 배치될 수 있다. 이 때, 하부 유닛셀(10)이 정렬될 수 있도록 배치되는 위치는, 전극 적층체를 제조하기 위한 스택 테이블(100) 상에 배치된 레이저 조사부(400)로부터 조사된 레이저 등에 의해 표시될 수 있다.
하부 유닛셀(10)이 적층된 후 그 상부에 유닛셀(20)을 추가 적층하기 이전에, 하부 유닛셀(10)에 포함된 하부 양극(13)과 하부 음극(11)의 정렬 상태를 검사한다. 즉, 도 1에 도시된 바와 같이, 하부 양극(13)과 하부 음극(11)의 일측 단부간 제1 간격(G1) 및 타측 단부간 제2 간격(G2)을 측정하여, 해당 값을 비교하는 것에 의해 정렬 상태를 확인할 수 있다. 이 때, 하부 양극(13)과 하부 음극(11) 사이의 간격은, 하부 양극(13)과 하부 음극(11)의 하부로부터 광을 조사하는 광원(200)과 상부에 배치된 검출부(300)에 의해 검출할 수 있으며, 구체적인 방법에 대해서는 도 5 및 도 6a, 6b를 참조하여 후술한다.
검출된 제1 간격(G1) 및 제2 간격(G2)이 동일한 경우, 이어서 동일한 위치, 즉 레이저에 의해 표시된 중심(C)이 이어서 적층되는 유닛셀들의 중심과 일치하도록 동일한 위치에 계속해서 적층을 이어갈 수 있다. 그러나, 도 1에 도시한 바와 같이, 하부 유닛셀(10)에서 하부 양극(13)과 하부 음극(11)의 제1 간격(G1)과 제2 간격(G2)이 서로 상이하여, 특히 하부 양극(13)이 어느 한 쪽으로 치우쳐 있을 경우 이를 보정하는 공정을 거친다. 즉, 일반적으로 전극 조립체에 있어서 음극은 양극에 비해 큰 면적을 갖고 있기 때문에, 유닛셀의 제조 과정에서 그 배열이 어긋날 경우, 도 1의 하부 유닛셀(10)과 같이 하부 양극(13)이 어느 한쪽으로 치우침(오버행)이 발생하여 하부 양극(13)과 하부 음극(11)의 제1 간격(G1)과 제2 간격(G2)이 서로 달라지게 된다. 이 경우, 이어서 적층되는 유닛셀의 위치 보정 없이 그대로 적층을 이어갈 경우 하부 양극(13)의 치우침에 의해 불량이 발생할 수 있게 된다. 따라서 본 실시형태에서는, 하부 유닛셀(10) 적층 후 하부 유닛셀(10)의 정렬을 검출하고 정렬에 치우침이 있는 경우 이에 대한 보정 단계를 거친다.
이어서, 도 2에 도시한 바와 같이 하부 유닛셀(10) 상에 적층되는 유닛셀(20)의 적층 위치를 보정한다.
유닛셀(20)은 하부 유닛셀(10) 상에 적층되는 유닛셀을 지칭하는 것으로, 제2 분리막(30)을 사이에 두고 하부 유닛셀(10) 상에 적층된다. 아울러 유닛셀(20)은 하부로부터 순차적으로 음극(21), 제1 분리막(22), 양극(23)을 포함한다.
유닛셀(20)의 적층 위치는 앞서 진행된 하부 유닛셀(10)의 정렬 상태에 불량이 발생한 만큼 조정된다. 즉, 하부 유닛셀(10)에서 하부 양극(13)과 하부 음극(11)의 제1 간격(G1)과 제2 간격(G2) 중 더 작은 값은 갖는 쪽으로 정렬 기준을 이동시킨다. 예를 들면, 도 2에 도시된 바와 같이 도 2에서는 좌측인 제1 간격(G1)의 크기가 더 작기 때문에, 좌측으로 중심(C)을 이동시켜서 유닛셀(20)의 중심이 제2 중심(C’)과 일치하도록 적층한다. 이 때, 중심(C)을 제2 중심(C’)으로 이동시키는 양은, 앞서 검출한 제1 간격(G1) 및 제2 간격(G2) 간의 차이를 고려하여, 제어부(미도시)에서 계산될 수 있다. 특히, 이동량이 과도할 경우 오히려 오버행 정도가 더 커질 수 있기 때문에, 바람직하게는 유닛셀(20)에 포함된 음극(21)의 양측 단부(211, 212)가 각각 하부 유닛셀(10)에 포함된 제1 분리막(12)의 대응하는 단부와 일치하거나 그보다 내측에 배치되는 범위 내에서 이동량을 제어한다.
이어서, 도 3에 도시한 바와 같이, 유닛셀(20)의 적층을 완료한다.
적층된 상태에서 유닛셀(20)에 포함된 음극(21)과, 하부 유닛셀에 포함된 하부 양극(13)의 일측 단부간 보정 제1 간격(G1’) 및 타측 단부간 보정 제2 간격(G2’) 사이의 차이값은, 제1 간격(G1)과 제2 간격(G2) 사이의 차이값보다 작아지게 된다. 즉, 음극과 양극간의 어긋남 값이 보정을 행하기 이전에 비해 작아지게 되어 오버행 정도를 완화시킬 수 있게 된다.
이어서, 도 4에 도시한 바와 같이 추가의 유닛셀(20’)을 적층한다.
이 때, 추가의 유닛셀(20’)의 경우 원래 최초의 유닛셀 적층 위치와 동일하게 정렬되도록 적층한다. 이 과정에서 기준이 되는 중심(C)의 위치는, 레이저 조사부(400)에 의해 동일 위치에 표시되어 있기 때문에, 정확한 위치에 계속해서 정렬하는 것이 가능하게 된다.
이러한 적층 방법에 의해, 유닛셀 내부에서 양극과 음극의 정렬상태가 불량한 셀이 포함되어 있더라도, 해당 불량의 정도를 인접한 셀에 분산시켜서 불량의 정도를 완화시킬 수 있는바, 불량셀에 의한 불량 리스크를 감소시킬 수 있다.
다음으로, 도 5 및 도 6a, 6b를 참조하여 본 발명의 일 실시예에서 하부 유닛셀의 전극간 간격을 측정하는 방법에 대해 설명한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에서 하부 유닛셀의 전극간 간격을 측정하는 방법의 실시예를 설명하기 위한 도면이고, 도 6a 및 도 6b는 본 발명의 일 실시예에서 하부 유닛셀의 전극간 간격을 측정하는 방법의 변형예를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는, 도 1 내지 4에서, 광원(200)으로부터 광을 비춘 상태에서 상부에 배치된 검출부(300)에서 바라본 하부 유닛셀(10)을 도시하고 있다. 하부 유닛셀(10)의 상부에서 검출부(300), 예를 들면 카메라 등에 의해 하부 유닛셀(10)을 검출할 경우, 가장 넓은 면적을 갖는 제1 분리막(12)의 하부에 배치된 하부 음극(11)의 위치는 정확하게 검출하기 어렵다. 그런데 제1 분리막(12)은, 광에 대해 반투과성을 갖기 때문에, 하부에서 광을 비출 경우 하부 음극(11)의 그림자가 상부에서 관찰되어 도 5에 도시한 바와 같이 하부 음극(11)의 위치를 검출하는 것이 가능하게 된다. 즉, 도 5에서 점선으로 표시한 부분은, 하부 음극(11)의 그림자를 나타낸다. 따라서, 하부에서 광원(200)으로부터 광을 비춘 상태에서는, 하부 음극(11)의 그림자 및 하부 양극(13)의 경계가 모두 나타나기 때문에, 상부에 배치된 검출부(300)에 의해 한번에 하부 음극(11)과 하부 양극(13)의 단부, 및 이들 간의 간격(G1, G2)을 검출하는 것이 가능하다.
도 6a, 6b는 각각 도 1 내지 도 4에서, 광원(200)으로부터 광을 비추지 않은 상태(도 6a)및 광원(200)으로부터 강한 광을 비춘 상태(도 6b)에서 각각 상태에서 상부에 배치된 검출부(300)에서 바라본 하부 유닛셀(10)을 도시하고 있다. 도 6a와 같이 광을 비추지 않은 상태에서는, 제1 분리막(12)에 의해 하부 음극(11)이 가려져서 하부 음극(11)의 위치는 검출되지 않지만, 하부 양극(13)의 위치는 보다 정확하게 검출하는 것이 가능하다. 아울러, 도 6b에 도시된 바와 같이, 광원(200)으로부터 강한 광을 비춘 경우에는, 하부 음극(11)의 그림자가 보다 또렷해지고 하부 양극(13)은 강한 광에 의해 그 가장자리가 명확히 검출되지 않기 때문에, 하부 음극(11)의 위치를 보다 정확하게 검출하는 것이 가능하다. 따라서, 광원(200)을 오프한 상태에서 하부 양극(13)의 위치를 검출하고, 광원(200)이 보다 강한 광을 조사하도록 한 상태에서 하부 양극(11)의 위치를 각각 검출하여, 이로부터 하부 음극(11)과 하부 양극(13) 간의 간격(G1, G2)을 계산해낼 수 있다.
이와 같이, 공정 상황 및 환경에 따라, 도 5에서 설명한 실시예 또는 도 6a 및 도 6b에서 설명한 변형예의 공정을 적절하게 선택하여 하부 음극(11)과 하부 양극(13) 간의 간격을 정확하게 검출해 낼 수 있다.
다음으로, 도 7을 참조하여 또다른 실시예에서의 전극 조립체의 제조 방법에 대해 설명한다.
도 7는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전극 조립체의 제조 방법에 의해 얻어진 전극 조립체를 도시한 도면이다.
또 다른 실시예에서의 제조 방법은 단지 제2 분리막(30)의 형태에서만 차이가 있고 나머지 구성은 앞선 실시예와 동일한바 동일한 구성에 대한 설명은 생략하도록 한다.
도 7에 도시한 바와 같이, 유닛셀(10, 20) 사이에 배치된 제2 분리막(30)이 분리되어 각 유닛셀의 일 구성으로 포함된 구성이 아니라, 전체로서 일체로 형성되어 제2 분리막(30)을 접는 것에 의해 각 유닛셀 제2 분리막(30)이 배치되도록 형성된다. 즉, 제2 분리막(30)을 스택 테이블(100) 상에 배치하고, 그 위에 유닛셀을 배치한 후 해당 유닛셀을 덮도록 제2 분리막(30)을 접고, 접힌 상태에서 하부 유닛셀(10)을 배치한다. 이후 제2 분리막(30)을 다시 반대쪽으로 접기 전에, 하부 유닛셀(10) 내의 하부 양극(13)과 하부 음극(11)의 위치를 검출하여 유닛셀(20)의 적층 위치를 결정한 후, 하부 유닛셀(10)을 덮도록 제2 분리막(30)을 접는다. 이어서 결정된 적층 위치에 유닛셀(20)을 배치한 후 제2 분리막(30)이 유닛셀(20)을 덮도록 접는 공정을 반복하여 전극 조립체를 완성한다.
이와 같이 제2 분리막(30)이 일체로 형성되어 스택과 폴딩을 반복하는 공정에 있어서도, 유닛셀에 포함된 양극과 음극간의 정렬을 검출하여 불량이 존재하는 경우 이웃하는 유닛셀이 해당 불량, 즉 오버행 값을 완화하도록 적층 위치를 보정하는 것에 의해, 오버행 불량에 의한 리스크를 최소화하고 불량이 억제된 전극 적층체를 얻을 수 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
<부호의 설명>
10: 하부 유닛셀
20: 유닛셀
100: 스택 테이블
200: 광원
300: 검출부
400: 레이저 조사부

Claims (10)

  1. 양극, 제1 분리막, 및 음극이 순차 적층된 유닛셀을, 제2 분리막을 사이에 두고 두 개 이상 적층하여 전극 조립체를 제조하는 방법으로서,
    상기 유닛셀을 적층하기 이전에, 해당 유닛셀의 하부에 배치된 하부 유닛셀에 포함된 상기 양극 및 상기 음극의 정렬 상태를 검사하는 단계, 및
    상기 검사의 결과 정렬 상태에 불량이 있을 경우 적층하고자 하는 상기 유닛셀의 적층 위치를 보정하는 단계를 포함하는 전극 조립체의 제조 방법.
  2. 제1항에서,
    상기 유닛셀의 적층 위치를 보정하는 단계는,
    상기 하부 유닛셀에 포함된 상기 음극의 일측 가장자리부와, 상기 하부 유닛셀의 상기 양극의 일측 가장자리부 사이의 제1 간격 및 상기 하부 유닛셀에 포함된 상기 음극의 타측 가장자리부와, 상기 하부 유닛셀의 상기 양극의 타측 가장자리부 사이의 제2 간격을 검출하는 단계, 및
    상기 제1 간격과 상기 제2 간격 중 크기가 더 작은 쪽으로 상기 적층하고자 하는 상기 유닛셀의 적층 위치를 이동시키는 단계를 포함하는 전극 조립체의 제조 방법.
  3. 제2항에서,
    상기 유닛셀의 적층 위치를 이동시키는 단계 종료 후 상기 유닛셀의 상기 음극의 상기 일측 가장자리부 및 상기 타측 가장자리부는, 각각 상기 하부 유닛셀의 상기 제1 분리막의 일측 가장자리부 및 타측 가장자리부와 일치하거나, 그 내측에 배치되는 전극 조립체의 제조 방법.
  4. 제2항에서,
    상기 정렬 상태의 불량은, 상기 하부 유닛셀에 포함된 상기 양극의 가장자리와 상기 음극의 가장자리 사이의 간격이, 상기 하부 유닛셀의 일측 및 타측에서 서로 상이한 경우인 전극 조립체의 제조 방법.
  5. 제2항에서,
    상기 유닛셀의 적층 위치를 보정하는 단계 이전의 적층 위치는 상기 하부 유닛셀의 과 상기 유닛셀의 중심이 일치하는 위치이고,
    상기 유닛셀의 적층 위치를 보정하는 단계 이후에 새로이 배치되는 상기 유닛셀은, 상기 보정하는 단계 이전의 적층 위치에 배치되는 전극 조립체의 제조 방법.
  6. 제5항에서,
    상기 하부 유닛셀의 중심은, 상기 하부 유닛셀 및 상기 유닛셀 상부에 배치된 레이저 조사부로부터 조사된 레이저에 의해 표시되는 전극 조립체의 제조 방법.
  7. 제1항에서,
    상기 하부 유닛셀에 포함된 상기 양극 및 상기 음극의 정렬 상태를 검사하는 단계는,
    상기 하부 유닛셀의 하부에 배치된 광원으로부터 광을 조사하는 단계, 및
    상기 광에 의해 발생하는 상기 양극 및 상기 음극의 음영을 상기 하부 유닛셀의 상부에 배치된 검출부로 검출하여 상기 양극의 가장자리와 상기 음극의 가장자리간 간격을 도출하는 단계를 포함하는 전극 조립체의 제조 방법.
  8. 제1항에서,
    상기 하부 유닛셀에 포함된 상기 양극 및 상기 음극의 정렬 상태를 검사하는 단계는,
    상기 하부 유닛셀의 상부에 배치된 검출부로부터 상기 양극의 위치를 검출하는 단계;
    상기 하부 유닛셀의 하부에 배치된 광원으로부터 광을 조사하여 상기 음극의 위치를 검출하는 단계; 및
    상기 양극의 위치와 상기 음극의 위치를 조합하여 상기 양극의 가장자리와 상기 음극의 가장자리간 간격을 도출하는 단계를 포함하는 전극 조립체의 제조 방법.
  9. 제1항에서,
    상기 제2 분리막은, 상기 유니셀의 하부 또는 상기 하부 유닛셀의 상부에상기 유닛셀 또는 상기 하부 유닛셀과 일체로 형성되는 전극 조립체의 제조 방법.
  10. 제1항에서,
    상기 하부 유닛셀과 상기 유닛셀은 하나의 세트를 이루고, 상기 하나의 세트에서 상기 하부 유닛셀과 상기 유닛셀 사이에 배치되는 상기 제2 분리막은, 상기 유닛셀의 가장자리에서 절곡되어, 이웃하는 다른 세트에서 상기 하부 유닛셀과 상기 유닛셀 사이에 배치되는 상기 제2 분리막과 연속적으로 형성되는 전극 조립체의 제조 방법.
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