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KR101428541B1 - 래핑 전극체 및 그 제조방법 - Google Patents

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KR101428541B1 KR1020120100329A KR20120100329A KR101428541B1 KR 101428541 B1 KR101428541 B1 KR 101428541B1 KR 1020120100329 A KR1020120100329 A KR 1020120100329A KR 20120100329 A KR20120100329 A KR 20120100329A KR 101428541 B1 KR101428541 B1 KR 101428541B1
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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 래핑 전극체는, 전극 적층방식으로 제조되는 이차전지에 사용되는 전극체에 있어서, 리튬이온을 가역적으로 흡장, 방출할 수 있는 전극 활물질의 코팅층 및 무지돌출부를 가지는 전극판; 상기 무지 돌출부만을 노출시키면서 상기 전극판의 양면을 피복하는 제1분리막 및 제2분리막; 및 상기 전극판의 둘레의 적어도 일부에서 상기 제1분리막 또는 상기 제2분리막 중 어느 하나의 외면에 위치하여 상기 제1분리막과 상기 제2분리막을 접착시키는 절연성 고분자 필름;을 포함하여, 절연성 고분자 필름의 양면이 접착 성분을 가질 필요가 없다.

Description

래핑 전극체 및 그 제조방법{WRAPPING ELECTRODE PLATE FOR USE IN LITHIUM ION SECONDARY BATTERY AND MANUFACTURING METHOD OF THE SAME}
본 발명은 이차전지에 사용되는 래핑 전극체 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 전극판을 분리막으로 래핑함에 있어서 절연성 고분자 필름이 전극판과 마주 보는 분리막의 외면에 위치하는 래핑 전극체 및 그 제조방법을 제공한다.
휴대전화, 캠코더, 노트북 컴퓨터 등의 휴대용 전자기기 시장이 확대되고 다양화됨에 따라 재충전이 가능한 전원공급용 이차 전지에 대한 수요도 확대되고 있다. 휴대용 전자기기의 소형화, 경량화, 고성능화 및 다기능화는 전력원으로 사용되는 이차 전지의 에너지 저장밀도의 계속적인 향상을 요구하고 있다. 따라서, 이를 충족하기 위한 다년간의 연구결과, 현재 리튬의 가역적인 삽입, 방출이 가능한 탄소음극과 리튬의 가역적인 삽입, 방출이 가능한 양극물질을 채용한 리튬이온 이차 전지가 등장하였다.
이 리튬이온 이차 전지는, 기존의 니켈-카드뮴 및 니켈-수소와 같은 수용액계 이차 전지와 비교할 경우, 단위무게당 에너지 밀도 및 충방전 수명이 상대적으로 크기 때문에 최근 휴대용 전자기기의 새로운 에너지원으로 급속히 기존 전지를 대치하고 있다. 그러나, 휴대용 전자기기의 급속한 발전과 다변화에 따라 더 높은 에너지 밀도와 다양한 규격의 전지 선택에 대한 요구가 급증하고 있는 바, 현재 리튬이온 이차 전지는 이와 같은 요구를 충족시켜 주지는 못하고 있는 실정이다.
특히, 전자기기의 급속한 박형화와 소형화는 얇은 두께의 박형 리튬이온 이차 전지에 대한 수요를 급속히 확대시키고 있는 반면, 기존의 원통형이나 각형 리튬이온 이차 전지의 조립방법을 그대로 채용하는 경우, 박형화에 따르는 부피당 에너지 밀도의 하락이 지나치게 큰 편이다. 따라서, 부피당 에너지 밀도가 높은 박형 리튬이온 이차 전지의 개발은 다양한 휴대용 전자기기의 소형화, 경량화, 박형화를 이룩하는 데 필수적이라고 판단된다.
이차전지의 부피당 에너지 밀도를 높이기 위해서는 양극판/분리막/음극판의 적층이 정확하게 되어야 한다. 즉, 음극판의 면적이 양극판의 양극활물질 코팅 면적 보다 큰 상태를 유지하면서 전극판이 적층되어야 한다. 만약, 양극판과 음극판을 적층하는 과정에서 양극판의 활물질 코팅 부분이 음극판 내에 정확하게 위치하하지 않은 상태가 되면 전지의 성능이 저하되는 문제가 있다.
따라서, 양극판과 음극판의 정렬 상태를 유지하면서도 생산성을 높일 수 있는 이차전지 내지 전극체에 대한 요구가 증대되고 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 전극판을 교대로 적층하는 과정에서 전극판끼리의 얼라인먼트를 유지할 수 있는 래핑 전극체 및 그 제조방법을 제공한다.
본 발명은 양면에 접착 성분이 도포된 절연성 고분자 필름을 사용할 필요가 없는 래핑 전극체 및 그 제조방법을 제공한다.
본 발명은 분리막과 전극판의 접촉 상태를 견고하게 유지할 수 있는 래핑 전극체 및 그 제조방법을 제공한다.
상기한 바와 같은 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 래핑 전극체는, 전극 적층방식으로 제조되는 이차전지에 사용되는 전극체에 있어서, 리튬이온을 가역적으로 흡장, 방출할 수 있는 전극 활물질의 코팅층 및 무지돌출부를 가지는 전극판; 상기 무지 돌출부만을 노출시키면서 상기 전극판의 양면을 피복하는 제1분리막 및 제2분리막; 및 상기 전극판의 둘레의 적어도 일부에서 상기 제1분리막 또는 상기 제2분리막 중 어느 하나의 외면에 위치하여 상기 제1분리막과 상기 제2분리막을 접착시키는 절연성 고분자 필름;을 포함할 수 있다.
상기와 같이 형성함으로써, 절연성 고분자 필름의 양면이 접착 성분을 가질 필요가 없다.
상기 제1분리막 또는 상기 제2분리막 중 적어도 하나는 가장자리의 일부에 절곡부(154)가 형성될 수 있다.
상기 절연성 고분자 필름은 상기 절곡부 상에 위치하도록 형성될 수 있다.
상기 절연성 고분자 필름은 상기 절곡부 보다 외측으로 돌출되지 않도록 형성되거나 상기 절곡부가 형성된 분리막 보다 외측으로 돌출되지 않도록 형성될 수 있다.
상기 절연성 고분자 필름은 상기 제1분리막과 상기 제2분리막을 접착시키는 접착 성분을 포함하며, 상기 접착 성분이 상기 제1분리막 또는 상기 제2분리막에 스며들어 상기 제1분리막과 상기 제2분리막을 접착시킬 수 있다.
상기 제1분리막 및 상기 제2분리막에 의해 피복되는 상기 전극판의 크기는 상기 제1분리막 및 상기 제2분리막에 의해 피복되지 않는 다른 전극판의 크기 보다 작게 형성될 수 있다.
상기 제1분리막 또는 상기 제2분리막의 최대 투영 면적은 상기 다른 전극판의 최대 투영 면적과 동일하게 형성될 수 있다.
상기 절연성 고분자 필름은 폴리 올레핀 수지 필름, 폴리 에스테르 수지 필름, 폴리 스티렌 수지 필름, 폴리 이미드 필름, 폴리 아마이드 필름, 플로로 카본 수지 필름, 에비에스 필름, 폴리 아크릴계 필름, 아세탈 계 필름, 폴리 카보네이트 필름으로 구성된 군으로부터 선택된 어느 하나를 포함할 수 있다.
상기 절연성 고분자 필름은 에틸렌비닐아세테이트, 에틸렌 에틸 아세테이트, 에틸렌 아크릴릭 애시드 계 화합물, 아이오노머계 화합물, 폴리 에틸렌, 폴리 비닐 아세테이트, 폴리 비닐 뷰티랄로 구성된 고온 용융형 접착물질군으로부터 선택된 어느 하나의 접착 성분을 포함할 수 있다.
한편, 발명의 다른 분야에 의하면, 본 발명은 전극적층 방식으로 제조되는 이차전지에 사용되는 전극체의 제조방법에 있어서, 리튬이온을 가역적으로 흡장, 방출할 수 있는 전극 활물질의 코팅층 및 무지돌출부를 그 각각이 가지는 동일 형상의 다수 전극판들을 준비하는 단계; 상기 전극판이 일정 간격을 갖고 정렬된 상태로 수납될 수 있는 공간이 형성되도록 접착 성분을 포함하는 띠 형상의 절연성 고분자 필름의 일부를 제거해내는 단계; 띠 형상의 제1분리막과 제2분리막 사이에 상기 전극판들을 위치시키되, 상기 전극판들의 무지 돌출부들만이 노출되고 상기 전극판들의 나머지 부분들은 피복되도록 하는 단계; 상기 고분자 필름의 타발 공간 내에 상기 전극판들을 일정 간격으로 정렬 배치하는 단계; 상기 절연성 고분자 필름과 상기 분리막을 가열하며 가압 롤 사이로 통과시키는 단계; 및 상기 전극판의 외부 테두리의 적어도 일부에서 상기 제1분리막과 상기 제2분리막이 상기 절연성 고분자 필름에 의해 접착된 다수의 래핑 전극체를 얻는 단계;를 포함하는 래핑 전극체의 제조방법을 제공할 수 있다.
상기 절연성 고분자 필름은 폴리 올레핀 수지 필름, 폴리 에스테르 수지 필름, 폴리 스티렌 수지 필름, 폴리 이미드 필름, 폴리 아마이드 필름, 플로로 카본 수지 필름, 에비에스 필름, 폴리 아크릴계 필름, 아세탈 계 필름, 폴리 카보네이트 필름으로 구성된 군으로부터 선택된 어느 하나를 포함할 수 있다.
상기 절연성 고분자 필름은 에틸렌비닐아세테이트, 에틸렌 에틸 아세테이트, 에틸렌 아크릴릭 애시드 계 화합물, 아이오노머계 화합물, 폴리 에틸렌, 폴리 비닐 아세테이트, 폴리 비닐 뷰티랄로 구성된 고온 용융형 접착물질군으로부터 선택된 어느 하나의 접착 성분을 포함할 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 래핑 전극체 및 그 제조방법은 전극판을 교대 적층하는 과정에서 전극판끼리의 얼라인먼트를 용이하게 유지할 수 있다.
본 발명에 따른 래핑 전극체 및 그 제조방법은 절연성 고분자 필름의 양면에 접착 성분이 도포될 필요가 없기 때문에 생산비를 절감할 수 있다.
본 발명에 따른 래핑 전극체 및 그 제조방법은 분리막의 외면에서 절연성 고분자 필름이 전극판의 일면을 피복하는 분리막을 전극판과 밀착시키기 때문에 분리막과 전극판의 접촉 상태를 견고하게 유지할 수 있다.
본 발명에 따른 래핑 전극체 및 그 제조방법은 분리막의 외면에서 분리막을 접합시키는 절연성 고분자 필름의 두께가 전극판의 두께 보다 작아도 전극판을 이용하여 밀착된 상태로 적층이 가능하기 때문에 필요한 절연성 고분자 필름의 양을 줄일 수도 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 래핑 전극체를 구비한 이차전지를 개략적으로 도시한 분해 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 래핑 전극체를 도시한 사시도이다.
도 3 내지 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 래핑 전극체를 제조하는 과정을 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 래핑 전극체를 도시한 평면도이다.
도 7은 도 6의 절단선 "Ⅶ-Ⅶ"에 따른 단면도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 래핑 전극체와 래핑되지 않은 전극판을 비교하는 도면이다.
이하에서, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예들을 상세하게 설명한다. 그러나, 본 발명이 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 래핑 전극체를 구비한 이차전지를 개략적으로 도시한 분해 사시도, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 래핑 전극체를 도시한 사시도, 도 3 내지 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 래핑 전극체를 제조하는 과정을 도시한 도면, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 래핑 전극체를 도시한 평면도, 도 7은 도 6의 절단선 "Ⅶ-Ⅶ"에 따른 단면도, 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 래핑 전극체와 래핑되지 않은 전극판을 비교하는 도면이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지(100)는 리튬이온 이차전지(Lithium Ion Secondary Battery)를 포함하되 리튬이온 이차전지에 국한되는 것은 아니다. 이하에서는 설명의 편의를 위해 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지(100)가 리튬이온 이차전지인 경우를 예로 들어 설명한다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 이차전지(100)는 전극조립체가 수용되는 캔(120) 및 캔(120)을 밀폐하는 캡(110)을 포함할 수 있다. 캡(110)과 캔(120)은 스테인레스스틸과 같은 금속성 재질로 만들어지며, 캔(120)에는 전극조립체를 수용하기 위한 공간, 전극탭(132,142)을 수용하기 위한 공간이 형성될 수 있다. 도 1에 도시된 이차전지(100)는 박형 광면적을 가지는 대용량의 대형전지로 도시되어 있으나, 본 발명에 따른 이차전지는 코인형 또는 버튼형 등의 소형전지를 포함할 수 있다. 즉, 이하에서 설명하는 래핑 전극군(150)은 대형전지와 소형전지에 모두 적용될 수 있다.
캔(120)에 수용되는 전극조립체는 래핑 전극체(150, wrapping electrode plate)와 래핑되지 않은 전극판(130, 이하에서는 "베어전극판(bare electrode plate)"라고 함)이 교대로 다수개 적층되어 형성될 수 있다. 여기서, 래핑 전극체(150)는 포케팅 전극체(pocketing electrode plate)라고 불릴 수도 있다.
도 1에는 편의상 래핑 전극체(150)와 베어전극판(130)이 각각 1개씩 도시되어 있으나, 실제로는 여러 개의 래핑 전극체(150)와 베어전극판(130)이 교대로 적층되어 전극조립체를 형성하게 된다.
도시되지는 않았으나, 다수개의 래핑 전극체(150)는 무지돌출부(142)가 서로 겹쳐지도록 적층되고, 다수개의 베어전극판(130)도 무지돌출부(132)가 서로 겹쳐지도록 적층된다. 래핑 전극체(150)의 무지돌출부(142)끼리 서로 연결하고, 베어전극판(130)의 무지돌출부(132)끼리 서로 연결하여 외부의 단자에 연결하게 된다.
한편, 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 래핑 전극체(150)는, 전극 적층방식으로 제조되는 리튬이온 이차전지(100)에 사용되는 래핑 전극체에 있어서, 리튬이온을 가역적으로 흡장, 방출할 수 있는 전극 활물질의 코팅층 및 무지돌출부(142)를 가지는 전극판(140), 무지 돌출부(142)만을 노출시키면서 전극판(142)의 양면을 피복하는 제1분리막(151) 및 제2분리막(153) 및 전극판(140)의 둘레의 적어도 일부에서 제1분리막(151) 또는 제2분리막(153) 중 어느 하나의 외면에 위치하여 제1분리막(151)과 제2분리막(153)을 접착시키는 절연성 고분자 필름(160)을 포함할 수 있다.
상기와 같이 형성함으로써, 절연성 고분자 필름(160)의 양면이 접착 성분을 가질 필요가 없다.
본 발명의 일 실시예에 따른 래핑 전극체(150)를 구성하는 전극판(140)의 양면에는 전극 활물질이 코팅된다. 전극 활물질은 전극판(140)의 양면 대부분에 코팅되어 활물질의 코팅층을 형성하지만, 튀어나온 무지돌출부(142)에는 활물질이 코팅되지 않는다.
활물질이 코팅된 전극판(140)의 양면은 2개의 분리막 즉, 제1분리막(151)과 제2분리막(153)에 의해서 피복될 수 있다. 이 때, 제1분리막(151)과 제2분리막(153)의 가장자리 중 적어도 일부는 서로 접합될 수 있다. 예를 들면, 무지돌출부(142)가 형성된 전극판(140)의 가장자리를 제외한 나머지 3군데의 가장자리 중 적어도 한 군데를 둘러싸도록 제1/제2분리막(151,153)이 서로 접합될 수 있다.
제1분리막(151)과 제2분리막(153)은 절연성 고분자 필름(160)을 매개로 하여 서로 접착될 수 있다. 제1분리막(151)과 제2분리막(153)의 사이가 아닌, 제1 또는 제2분리막(151,153) 중 어느 하나의 외면에 존재하는 절연성 고분자 필름(160)에 의해서 서로 접합 또는 접착될 수 있다.
제1분리막(151)과 제2분리막(153) 사이에 전극판(140)이 위치하게 되는데, 이 때 전극판(140)과 마주 보는 제1/제2분리막(151,153)의 일면을 내면이라고 하고 그 반대쪽 일면을 외면이라고 하면, 절연성 고분자 필름(160)은 제1 또는 제2분리막(151,153) 중 어느 하나의 외면에 위치하게 된다. 즉, 절연성 고분자 필름(160)은 제1분리막(151)과 제2분리막(153)의 사이에서 분리막을 서로 접합시키는 것이 아니라 분리막의 외부에서 분리막을 서로 접합시킨다고 할 수 있다.
절연성 고분자 필름(160)은 전극판(140)의 가장자리를 둘러싸도록 제1/제2분리막(151,153)이 서로 접합되는 부분에 한하여 제공되는 것이 바람직하다. 예를 들면, 무지돌출부(142)가 형성된 전극판(140)의 가장자리를 제외한 나머지 3군데의 가장자리 중 적어도 한 군데를 둘러싸도록 제1/제2분리막(151,153)이 서로 접합된다면, 절연성 고분자 필름(160)은 분리막(151,153)이 서로 접합되는 부분의 외면에만 제공된다.
한편, 제1분리막(151) 또는 제2분리막(153)의 가장자리의 일부에 절곡부(154)가 형성될 수 있다. 도 2에는 제2분리막(153)의 가장자리에만 절곡부(154)가 형성되어 있으나, 제2분리막(153) 대신 제1분리막(151)의 가장자리에만 절곡부가 형성될 수도 있다. 이하에서는 편의상 절곡부(154)가 제2분리막(153)의 가장자리에 형성된 경우를 예로 들어 설명한다.
도 2에 도시된 바와 같이, 제1/제2분리막(151,153)은 전극판(140) 보다 크게 형성되고 전극판(140)이 제1/제2분리막(151,153) 보다 두껍기 때문에, 제2분리막(153)의 가장자리 외면에 절연성 고분자 필름(160)이 위치하기 위해서는 제2분리막(153)의 가장자리에 절곡부(154)가 형성되어야 한다. 절연성 고분자 필름(160)은 절곡부(154) 상에 위치하도록 형성될 수 있다.
상기 절곡부(154)는 제2분리막(154)의 가장자리에서 계단 또는 단차 모양으로 형성될 수 있다. 즉, 상기 절곡부(154)는 수직부(154a) 및 상기 수직부(154a)에서 수평으로 연장된 수평부(154b)를 포함하며, 상기 수직부(154a)는 상기 전극판(140)의 둘레를 에워싸고, 상기 절곡부(154)의 수평부(154b)는 상기 전극판(140)의 일면을 피복하는 상기 제1분리막(151)의 내면과 접촉된다.
이때, 상기 절연성 고분자 필름(160)은 절곡부(154)와 접하는 면에 접착 성분이 도포될 수 있다. 즉, 상기 절곡부(154)의 수평부(154b)와 대향하는 상기 절연성 고분자 필름(160)의 일면에는 접착 성분이 도포될 수 있다. 그리고, 상기 제1분리막(151)과 제2분리막(153)을 접합하기 위해서 상기 절연성 고분자 필름(160)을 가열하게 되는데, 이 과정에서 상기 절연성 고분자 필름(160)의 일면에 도포된 접착 성분이 상기 절곡부(154)의 수평부(154b)에 스며들어 상기 수평부(154b)와 접하는 제1분리막(151)의 면까지 스며들 수 있다.
이와 같이, 절연성 고분자 필름(160)은 제1분리막(151)과 제2분리막(153)을 접착시키는 접착 성분을 포함하며, 상기 접착 성분이 제1분리막(151) 또는 제2분리막(153)에 스며들어 제1분리막(151)과 제2분리막(153)을 서로 접착시킬 수 있다.
한편, 절연성 고분자 필름(160)은 상기 절곡부(154)의 수직부(153a) 또는 수평부(154b) 보다 외측으로 돌출되지 않도록 형성되는 것이 바람직하다. 그리고, 상기 절곡부(154) 상에 위치되는 상기 절연성 고분자 필름(160)의 높이는 상기 절곡부(154)의 수직부(154a) 높이와 동일하고, 상기 절연성 고분자 필름(160)의 폭은 상기 절곡부(154)의 수평부(154b) 폭과 동일한 것이 더욱 바람직하다.
도 2 및 도 7을 참조하면, 절곡부(154) 위에 놓여지는 절연성 고분자 필름(160)의 높이는 전극판(140)의 상면을 피복하는 제2분리막(153)의 높이 보다 높지 않아야 한다. 만약, 절연성 고분자 필름(160)이 제2분리막(153)의 상면 또는 상단 보다 높게 되면, 래핑 전극체(150)와 베어전극판(130)을 촘촘하게 적층할 수 없게 되고 이는 이차전지의 성능을 저하시키는 원인이 될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 래핑 전극체(150)는 절연성 고분자 필름(160)의 두께가 전극판(140)의 두께 보다 동일해야 할 필요는 없으며, 전극판(140)의 두께 보다 작더라도, 전극판(140)의 상면을 이용하여 래핑 전극체(150)와 베어전극판(130)을 쉽게 적층할 수 있다.
또한, 절곡부(154) 위에 놓이는 절연성 고분자 필름(160)의 가장자리 단부가 절곡부(154) 또는 제1분리막(151)의 가장자리 단부 보다 더 튀어나오면 안 된다. 절연성 고분자 필름(160)의 가장자리 단부가 절곡부(154)의 가장자리 단부 보다 튀어나오게 되면, 래핑 전극체(150)와 베어전극판(130)의 적층 과정에서 얼라인먼트 불량이 발생할 수 있고, 이 또한 이차전지의 성능을 저하시킬 수 있다.
도 8에 도시된 바와 같이, 래핑 전극체(150)의 폭(A)은 베어전극판(130)의 폭(C)과 동일하다. 따라서, 래핑 전극체(150)와 베어전극판(130)을 적층함에 있어서, 래핑 전극체(150)의 폭방향 양단과 베어전극판(130)의 폭방향 양단을 일치시키면서 적층하게 되면 자연히 래핑 전극체(150)와 베어전극판(130)의 얼라인먼트가 이루어지게 된다. 따라서, 적층의 편의성을 높이고 래핑 전극체(150)와 베어전극판(130)의 얼라인먼트를 확보하기 위해서 절곡부(154) 위에 놓이는 절연성 고분자 필름(160)의 가장자리 단부가 절곡부(154) 또는 제1분리막(151)의 가장자리 단부 보다 더 튀어나오면 안 된다.
도 8을 참조하면, 제1분리막(151) 및 제2분리막(153)에 의해 피복되는 전극판(140)의 크기(B)는 제1분리막(151) 및 제2분리막(153)에 의해 피복되지 않는 다른 전극판(130)의 크기(C) 보다 작게 형성될 수 있다. 즉, 래핑 전극체(150)를 형성하는 전극판(140)의 폭(B)은 베어전극판(130)의 폭(C) 보다 작게 형성될 수 있다. 다시 말하면, 이차전지(100)를 전극체 적층방식으로 제조할 경우에 래핑 전극체(150)와 베어전극판(130)의 활성면 간의 모서리 불일치를 방지하고 원활한 적층 정렬을 위해, 래핑 전극체(150)의 크기가 베어전극판(130)의 크기보다 작지 않으며, 베어전극판(130)의 면적이 래핑 전극체(150) 전극판(140)의 활물질 코팅면적보다 큰 것이 바람직하다.
래핑 전극체(150)를 형성하는 제1분리막(151) 또는 제2분리막(153)의 최대 투영 면적은 다른 전극판(130)의 최대 투영 면적과 동일하게 형성될 수 있다. 래핑 전극체(150)의 모서리와 베어전극판(130)의 모서리가 일치한다면, 래핑 전극체(150)를 형성하는 제1/제2분리막(151,153)의 투영면적은 베어전극판(130)의 투영면적과 동일하게 된다.
한편, 절연성 고분자 필름(160)의 두께는 제1/제2분리막(151,153)의 두께 보다는 크고 전극판(140)의 두께 보다는 크지 않도록 형성되는 것이 바람직하다.
래핑 전극체(150)를 형성하는 절연성 고분자 필름(160)은 폴리 올레핀 수지 필름, 폴리 에스테르 수지 필름, 폴리 스티렌 수지 필름, 폴리 이미드 필름, 폴리 아마이드 필름, 플로로 카본 수지 필름, 에비에스 필름, 폴리 아크릴계 필름, 아세탈 계 필름, 폴리 카보네이트 필름으로 구성된 군으로부터 선택된 어느 하나를 포함할 수 있다.
또한, 절연성 고분자 필름(160)은 에틸렌비닐아세테이트, 에틸렌 에틸 아세테이트, 에틸렌 아크릴릭 애시드 계 화합물, 아이오노머계 화합물, 폴리 에틸렌, 폴리 비닐 아세테이트, 폴리 비닐 뷰티랄로 구성된 고온 용융형 접착물질군으로부터 선택된 어느 하나의 접착 성분을 포함하는 것이 바람직하다.
이하에서는, 본 발명의 일 실시예에 따른 래핑 전극체를 제조하는 방법에 대해서 설명한다.
발명의 다른 분야에 의하면, 본 발명은 전극적층 방식으로 제조되는 리튬이온 이차전지에 사용되는 래핑 전극체(150)의 제조방법에 있어서, 리튬이온을 가역적으로 흡장, 방출할 수 있는 전극 활물질의 코팅층 및 무지돌출부(142)를 그 각각이 가지는 동일 형상의 다수 전극판들(140)을 준비하는 단계; 상기 전극판(140)이 일정 간격을 갖고 정렬된 상태로 수납될 수 있는 공간(163)이 형성되도록 일면에 접착성분이 도포된 띠 형상의 절연성 고분자 필름(160)의 일부를 제거해내는 단계;띠 형상의 제1분리막(151)과 제2분리막(153) 사이에 상기 전극판(140)들을 일정간격 이격시켜 위치시키되, 상기 전극판(140)들의 무지 돌출부(142)들만이 노출되고 상기 전극판(140)들의 나머지 부분들은 피복되도록 하는 단계; 절연성 고분자 필름(160)을 상기 제1분리막(151) 또는 제2분리막(153)의 상면에 적층시켜 상기 절연성 고분자 필름(160)의 타발 공간 내에 상기 제1분리막(151)과 제2분리막(153)에 의해 피복된 전극판(140)들을 일정간격으로 각각 배치하는 단계; 상기 절연성 고분자 필름(160)을 위에서 아래로 가압하여 상기 제1분리막(151) 또는 제2분리막(153)에 절곡부(154)를 형성시키고 상기 절곡부(154)에 절연성 고분자 필름(160)을 위치시키는 단계; 상기 절연성 고분자 필름(160)과 상기 제1분리막 및 제2분리막(151, 153)을 가열하며 가압 롤(200) 사이로 통과시키는 단계; 및 상기 전극판(140)의 외부 테두리의 적어도 일부에서 상기 제1분리막(151)과 상기 제2분리막(153)이 상기 절연성 고분자 필름(160)에 의해 접착된 다수의 래핑 전극체를 얻는 단계를 포함하는 래핑 전극체의 제조방법을 제공할 수 있다.
리튬이온을 가역적으로 흡장, 방출할 수 있는 전극 활물질의 코팅층 및 무지돌출부(142)를 그 각각이 가지는 동일 형상의 다수 전극판들(140)을 준비한 후, 전극판(140)이 일정 간격을 갖고 정렬된 상태로 수납될 수 있는 공간(163)이 형성되도록 접착 성분을 포함하는 띠 형상의 절연성 고분자 필름(160)의 일부를 제거해내는 단계를 수행할 수 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 절연성 고분자 필름(160)은 띠 모양을 가지되 길이 방향을 따라 가운데 부분에 일정한 간격으로 타발 공간(163)이 형성되어 있다. 타발 공간(163)은 래핑 전극체(150)를 형성하는 전극판(140), 제1/제2분리막(151,153)이 수용되는 공간이다. 타발 공간(163)의 폭 내지 크기는 전극판(140)의 폭 보다 다소 크게 형성되는 것이 바람직하다.
그 다음으로, 띠 형상의 제1분리막(151)과 제2분리막(153) 사이에 전극판(140)들을 위치시키되, 상기 전극판(140)들의 무지 돌출부(142)들만이 노출되고 상기 전극판(140)들의 나머지 부분들은 피복되도록 하는 단계와, 절연성 고분자 필름(160)을 상기 제1분리막(151) 또는 제2분리막(153)의 상면에 적층시켜 상기 절연성 고분자 필름(160)의 타발 공간 내에 상기 제1분리막(151)과 제2분리막(153)에 의해 피복된 전극판(140)들을 일정간격으로 각각 배치하는 단계와, 상기 절연성 고분자 필름(160)을 위에서 아래로 가압하여 상기 제1분리막(151) 또는 제2분리막(153)에 절곡부(154)를 형성시키고 상기 절곡부(154)에 절연성 고분자 필름(160)을 위치시키는 단계;를 수행하게 된다.
도 3에 도시된 바와 같이, 띠 형의 절연성 고분자 필름(160), 띠 형의 제2분리막(153), 전극판(140), 띠 형의 제1분리막(151)의 순서로 차례대로 적층된 상태에서, 절연성 고분자 필름(160)의 상면을 위에서 아래로 누르게 되면 전극판(140)과 함께 제2분리막(153)이 타발 공간(163)으로 들어오게 된다. 이 과정에서 제2분리막(153)의 가장자리에 절곡부(154)가 만들어지게 되고, 절연성 고분자 필름(160)이 절곡부(154) 위에 놓이게 된다. 이러한 단계를 거치게 되면, 절곡부(154)가 형성된 제2분리막(153)의 대략 가운데 부분은 절연성 고분자 필름(160)에 형성된 타발 공간(163)과 형합하게 된다. 이러한 상태를 위에서 보게 되면, 도 4에 도시된 모양이 된다. 참고로, 상기 절연성 고분자 필름(160)을 공지의 가압수단에 의해 가압 받으며, 상기 가압수단은 상기 절연성 고분자 필름(160)의 형상과 동일한 형상의 승강 금형을 구비할 수 있다.
도 4를 참조하면, 절연성 고분자 필름(160)의 폭이 가장 크고, 제1/제2분리막(151,153)의 폭(d)은 절연성 고분자 필름(160) 보다는 작게 형성된다. 제1/제2분리막(151,153)의 하단은 전극판(140)의 하단 보다 길고 상단은 전극판(140)의 상단과 무지돌출부(142) 사이에 위치하는 것이 바람직하다.
절연성 고분자 필름(160)과 분리막(151,153)을 가열하며 가압 롤(200) 사이로 통과시키는 단계는 도 5와 같이 수행될 수 있다. 상기 절연성 고분자 필름(160)을 위에서 아래로 가압하여 상기 제1분리막(151) 또는 제2분리막(153)에 절곡부(154)를 형성시키고 상기 절곡부(154)에 절연성 고분자 필름(160)을 위치시키는 단계에 의해, 상기 절연성 고분자 필름(160)의 타발공간(163) 내에 제2분리막(153)과 전극판(140)이 수용된 상태에서 상기 제2분리막(153)의 상면과 상기 제1분리막(151)의 하면을 가압 롤(200)에 의해서 가압하면서 가열하여 제1분리막(151)과 제2분리막(153)을 접합할 수 있다. 이때, 절연성 고분자 필름(160)의 일면에 도포된 접착 성분이 제2분리막(153)과 제1분리막(151)에 순차적으로 스며들면서 상기 제2분리막(153)과 제1분리막(151)이 접합 가능하게 된다.
전극판(140)의 외부 테두리의 적어도 일부에서 제1분리막(151)과 제2분리막(153)이 절연성 고분자 필름(160)에 의해 접착된 다수의 래핑 전극체(150)를 얻는 단계는 가압 롤(200)에 의해 접합된 상태에서 일정한 크기로 절단하는 과정이다. 예를 들면, 도 4에 도시된 절단선(C)을 따라 절단하고 제1/제2분리막(151,153)의 상하단에 맞추어 절단하면, 도 6에 도시된 래핑 전극체(150)를 얻을 수 있다.
여기서, 절연성 고분자 필름(160)은 폴리 올레핀 수지 필름, 폴리 에스테르 수지 필름, 폴리 스티렌 수지 필름, 폴리 이미드 필름, 폴리 아마이드 필름, 플로로 카본 수지 필름, 에비에스 필름, 폴리 아크릴계 필름, 아세탈 계 필름, 폴리 카보네이트 필름으로 구성된 군으로부터 선택된 어느 하나를 포함할 수 있다.
또한, 절연성 고분자 필름(160)은 에틸렌비닐아세테이트, 에틸렌 에틸 아세테이트, 에틸렌 아크릴릭 애시드 계 화합물, 아이오노머계 화합물, 폴리 에틸렌, 폴리 비닐 아세테이트, 폴리 비닐 뷰티랄로 구성된 고온 용융형 접착물질군으로부터 선택된 어느 하나의 접착 성분을 포함할 수 있다.
이러한 제조방법에 의해서 만들어진 래핑 전극체(150)와 베어전극판(130)을 교대로 여러 개 적층하여 전극조립체를 만들고, 이러한 전극조립체는 캔(120)에 넣고 캡(110)으로 밀봉하면 이차전지를 얻을 수 있다.
한편, 래핑 전극체(150)를 형성하는 전극판(140)은 양극 전극판이고 베어전극판(130)은 음극 전극판인 것이 바람직하지만, 반드시 이에 국한되는 것은 아니다. 밸런스가 음극 전극판이 양극 전극판 보다 커도 되는 경우에는 래핑 전극체는 음극 전극판을 이용하고 베어전극판은 양극 전극판이 될 수도 있다.
상기한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 래핑 전극체 및 그 제조방법에 따르면, 분리막을 서로 접합시키는 절연성 고분자 필름이 분리막 사이에 위치하는 것이 아니기 때문에 절연성 고분자 필름의 양면에 접착 성분을 도포할 필요가 없고, 절연성 고분자 필름의 두께를 전극판의 두께와 동일하게 형성해야 하는 한계를 벗어날 수 있다.
이상과 같이 본 발명의 일실시예에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
100: 이차전지로 110: 캡
120: 캔 130: 베어전극판
140: 래핑 전극체의 전극판 132,142: 무지돌출부
150: 래핑 전극체 151: 제1분리막
153: 제2분리막 154: 절곡부
160: 절연성 고분자 필름 163: 타발 공간
200: 가압 롤

Claims (12)

  1. 전극 적층방식으로 제조되는 이차전지에 사용되는 전극체에 있어서,
    리튬이온을 가역적으로 흡장, 방출할 수 있는 전극 활물질의 코팅층 및 무지돌출부를 가지는 전극판;
    상기 무지 돌출부만을 노출시키면서 상기 전극판의 저면을 피복하는 제1분리막;
    상기 무지 돌출부만을 노출시키면서 상기 전극판의 상면을 피복하되, 상기 전극판의 둘레 일부를 감싸는 수직부와 상기 수직부에서 연장되어 수평으로 뻗은 수평부를 포함하는 절곡부가 가장자리에 형성된 제2분리막; 및
    상기 전극판의 둘레의 적어도 일부에서 상기 제2분리막의 절곡부 상에 위치하여 상기 제1분리막과 상기 제2분리막을 접착시키며, 상기 절곡부의 수평부와 대향하는 일면에 접착 성분이 도포된 절연성 고분자 필름;을 포함하되,
    상기 절곡부 상에 위치되는 상기 절연성 고분자 필름은 상기 수평부 또는 상기 수직부보다 외측으로 돌출되지 않으며,
    상기 절연성 고분자 필름에 도포된 접착 성분은, 상기 제2분리막에 형성된 절곡부의 수평부와 상기 수평부와 접촉되는 제1분리막에 스며드는 것을 특징으로 하는 래핑 전극체.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제1분리막 및 상기 제2분리막에 의해 피복되는 상기 전극판의 크기는 상기 제1분리막 및 상기 제2분리막에 의해 피복되지 않는 다른 전극판의 크기 보다 작게 형성되는, 래핑 전극체.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제1분리막 또는 상기 제2분리막의 최대 투영 면적은 상기 다른 전극판의 최대 투영 면적과 동일하게 형성되는, 래핑 전극체.
  8. 제1항, 제6항, 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 절연성 고분자 필름은 폴리 올레핀 수지 필름, 폴리 에스테르 수지 필름, 폴리 스티렌 수지 필름, 폴리 이미드 필름, 폴리 아마이드 필름, 플로로 카본 수지 필름, 에비에스 필름, 폴리 아크릴계 필름, 아세탈 계 필름, 폴리 카보네이트 필름으로 구성된 군으로부터 선택된 어느 하나를 포함하는, 래핑 전극체.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 절연성 고분자 필름은 에틸렌비닐아세테이트, 에틸렌 에틸 아세테이트, 에틸렌 아크릴릭 애시드 계 화합물, 아이오노머계 화합물, 폴리 에틸렌, 폴리 비닐 아세테이트, 폴리 비닐 뷰티랄로 구성된 고온 용융형 접착물질군으로부터 선택된 어느 하나의 접착 성분을 포함하는, 래핑 전극체.
  10. 제1항에 따른 래핑 전극체의 제조방법에 있어서,
    리튬이온을 가역적으로 흡장, 방출할 수 있는 전극 활물질의 코팅층 및 무지돌출부를 그 각각이 가지는 동일 형상의 다수 전극판들을 준비하는 단계;
    상기 전극판이 일정 간격을 갖고 정렬된 상태로 수납될 수 있는 공간이 형성되도록 일면에 접착성분이 도포된 띠 형상의 절연성 고분자 필름의 일부를 제거해내는 단계;
    띠 형상의 제1분리막과 제2분리막 사이에 상기 전극판들을 일정간격 이격시켜 위치시키되, 상기 전극판들의 무지 돌출부들만이 노출되고 상기 전극판들의 나머지 부분들은 피복되도록 하는 단계;
    상기 절연성 고분자 필름을 상기 제1분리막 또는 제2분리막의 상면에 적층시켜 상기 절연성 고분자 필름의 타발 공간 내에 상기 제1분리막과 제2분리막에 의해 피복된 전극판들을 일정간격으로 각각 배치하는 단계;
    상기 절연성 고분자 필름을 위에서 아래로 가압하여 상기 제1분리막 또는 제2분리막에 절곡부를 형성시키고 상기 절곡부에 절연성 고분자 필름을 위치시키는 단계;
    상기 절연성 고분자 필름과 상기 분리막을 가열하며 가압 롤 사이로 통과시키는 단계; 및
    상기 전극판의 외부 테두리의 적어도 일부에서 상기 제1분리막과 상기 제2분리막이 상기 절연성 고분자 필름에 의해 접착된 다수의 래핑 전극체를 얻는 단계;
    를 포함하는 래핑 전극체의 제조방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 절연성 고분자 필름은 폴리 올레핀 수지 필름, 폴리 에스테르 수지 필름, 폴리 스티렌 수지 필름, 폴리 이미드 필름, 폴리 아마이드 필름, 플로로 카본 수지 필름, 에비에스 필름, 폴리 아크릴계 필름, 아세탈 계 필름, 폴리 카보네이트 필름으로 구성된 군으로부터 선택된 어느 하나를 포함하는, 래핑 전극체의 제조방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 절연성 고분자 필름은 에틸렌비닐아세테이트, 에틸렌 에틸 아세테이트, 에틸렌 아크릴릭 애시드 계 화합물, 아이오노머계 화합물, 폴리 에틸렌, 폴리 비닐 아세테이트, 폴리 비닐 뷰티랄로 구성된 고온 용융형 접착물질군으로부터 선택된 어느 하나의 접착 성분을 포함하는, 래핑 전극체의 제조방법.
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