KR101675011B1 - Stack and folding-type electrode assembly and method for fabricating the same - Google Patents
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Abstract
단위셀(cell) 내부에 전해액이 고루 함침되어 전지 사이클(cycle) 특성을 향상시킨 스택-폴딩형 전극조립체 및 그 제조방법을 제공한다. 본 발명에 따른 스택-폴딩형 전극조립체는 다수의 적층형 단위셀들이 중첩되어 있고, 각각의 중첩부에는 연속적인 폴딩 분리막 시트가 개재되는 구조의 전극조립체로서, 상기 중첩된 단위셀들을 권취하여 감싼 폴딩 분리막 시트와 상기 단위셀의 측면 사이에 다공성관이 개재되어 있는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 따르면, 단위셀 내부에 전해액이 고루 함침되어 전지 사이클 특성을 향상시킬 수 있고 전극조립체 내부에서 발생된 기화 전해액 또는 가스가 외부로 용이하게 배출될 수 있다. A stack-folding type electrode assembly in which electrolyte is uniformly impregnated in a unit cell to improve cycle characteristics, and a method of manufacturing the same. The stack-folding type electrode assembly according to the present invention is an electrode assembly in which a plurality of stacked unit cells are overlapped and a continuous folding separator sheet is interposed in each overlapping portion, And a porous tube is interposed between the separator sheet and the side surface of the unit cell. According to the present invention, the electrolytic solution is uniformly impregnated in the unit cell to improve the battery cycle characteristics, and the vaporized electrolyte or gas generated in the electrode assembly can be easily discharged to the outside.
Description
본 발명은 스택-폴딩형 전극조립체 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 단위셀(cell) 내부에 전해액이 고루 함침되어 전지 사이클(cycle) 특성을 향상시킨 스택-폴딩형 전극조립체 및 그 제조방법에 관한 것이다. The present invention relates to a stack-folding type electrode assembly and a method of manufacturing the stack-folding type electrode assembly, and more particularly, to a stack-folding type electrode assembly in which electrolyte is uniformly impregnated in a unit cell to improve battery cycle characteristics, And a manufacturing method thereof.
모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요의 증가로, 이차전지의 수요 또한 급격히 증가하고 있으며, 그 중에서도 에너지 밀도와 작동전압이 높고 보존과 수명 특성이 우수한 리튬 이차전지는 각종 모바일 기기는 물론 다양한 전자제품의 에너지원으로 널리 사용되고 있다. Due to the development of technology and demand for mobile devices, the demand for secondary batteries is also rapidly increasing. Among them, lithium secondary batteries, which have high energy density, high operating voltage and excellent storage and life characteristics, It is widely used as an energy source.
이차전지는 외부 및 내부의 구조적 특징에 따라 대략 원통형 전지, 각형 전지 및 파우치형 전지로 분류되며, 그 중에서도 높은 집적도로 적층될 수 있고, 길이 대비 작은 폭을 가진 각형 전지와 파우치형 전지가 특히 주목받고 있다.The secondary battery is roughly classified into a cylindrical battery, a prismatic battery and a pouch-shaped battery according to the structural characteristics of the outside and the inside. Among them, the secondary battery can be stacked with a high degree of integration, and prismatic batteries and pouch- .
이차전지를 구성하는 양극/분리막/음극 구조의 전극조립체는 그것의 구조에 따라 크게 젤리-롤형(권취형)과 스택형(적층형)으로 구분된다. 젤리-롤형 전극조립체는, 집전체로 사용되는 금속 호일에 전극 활물질 등을 코팅하고 건조 및 프레싱한 후, 소망하는 폭과 길이의 밴드 형태로 재단하고 분리막을 사용하여 음극과 양극을 격막한 후 나선형으로 감아 제조된다. 젤리-롤형 전극조립체는 원통형 전지에는 적합하지만, 각형 또는 파우치형 전지에 적용함에 있어서는 전극 활물질의 박리 문제, 낮은 공간 활용성 등의 단점이 있다. 반면에, 스택형 전극조립체는 다수의 양극 및 음극 단위셀들을 순차적으로 적층한 구조로서, 각형의 형태를 얻기가 용이한 장점이 있지만, 제조과정이 번잡하고 충격이 가해졌을 때 전극이 밀려서 단락이 유발되는 단점이 있다.The electrode assembly of the anode / separator / cathode structure constituting the secondary battery is largely classified into a jelly-roll type (winding type) and a stack type (laminate type) depending on its structure. In the jelly-roll type electrode assembly, an electrode active material or the like is coated on a metal foil used as a current collector, dried and pressed, cut into a band shape having a desired width and length, and a cathode and an anode are diaphragm- . The jelly-roll type electrode assembly is suitable for a cylindrical battery. However, when applied to a square or pouch type battery, it has disadvantages such as peeling of an electrode active material and low space utilization. On the other hand, the stacked electrode assembly has a structure in which a plurality of positive electrode and negative electrode unit cells are sequentially stacked and has a merit that it is easy to obtain a rectangular shape. However, when the manufacturing process is troublesome and impact is applied, .
이러한 문제점을 해결하기 위하여 상기 젤리-롤형과 스택형의 혼합 형태 전극조립체로서, 일정한 단위 크기의 양극/분리막/음극 구조의 풀셀(full cell) 또는 양극(음극)/분리막/음극(양극)/분리막/양극(음극) 구조의 바이셀(bicell)을 긴 길이의 연속적인 폴딩 분리막 시트를 사용하여 폴딩한 구조의 스택-폴딩형 전극조립체가 개발되었다.In order to solve such a problem, the jelly-roll type and stack type mixed type electrode assemblies have been proposed in which a full cell or a positive electrode (cathode) / separator / cathode (anode) / separator A stack-folding type electrode assembly having a structure in which a bicell having an anode / cathode structure is folded by using a continuous long folding separator sheet has been developed.
도 1은 종래 기술에 따라 단위셀의 중앙으로부터 폴딩 분리막 시트로 폴딩된 스택-폴딩형 전극조립체를 나타낸 것이다. FIG. 1 shows a stack-folding type electrode assembly folded from a center of a unit cell to a folding separator sheet according to a related art.
도 1을 참조하면, 단위셀(10)이 복수 개 중첩되어 있고, 각각의 중첩부에는 폴딩 분리막 시트(20)가 개재되어 있다. 폴딩 분리막 시트(20)는 단위셀(10)을 감쌀 수 있는 단위길이를 갖고, 단위길이마다 내측으로 꺾여서 중앙의 단위셀(10)로부터 시작되어 최외각의 단위셀(10)까지 연속하여 각각의 단위셀(10)을 감싸는 구조로 단위셀(10)의 중첩부에 개재되어 있다. 또한 폴딩 분리막 시트(20)의 말단부는 접착 테이프(30) 등에 의해 마무리되어 있다. Referring to FIG. 1, a plurality of
이와 같이 일반적으로 스택-폴딩형 전극조립체는 그것의 외면이 폴딩 분리막 시트(20)로 감싸여 있고, A로 표시한 부분과 같이 단위셀(10)의 측면에서 폴딩 분리막 시트(20)가 다층으로 존재하므로, 전지 제조의 마지막 단계에서 투입되는 전해액이 내부의 단위셀까지 도달하여 완전하게 습윤화되기 어렵고 또 함침 속도가 느린 단점이 있다. 이는 전지의 제조 공정 시간을 비효율적으로 증가시키는 원인 중 하나이다. 또한, 전극이 전해액에 충분히 젖지 않은 상태에서 전지의 활성화 작업이 진행될 경우, 음극의 SEI막이 제대로 형성되지 않아 전지의 수명 특성이 저하되는 문제가 있다. 따라서, 종래에는 전극에 대한 전해액의 습윤화를 촉진하기 위하여, 전해액 주입 후 음극이 전해액에 충분히 젖도록 일정 시간동안 보관하는 숙성(aging) 등의 추가 공정을 부가하거나, 진공 또는 압력을 가하는 등의 특별한 공정 기법을 이용하여 이러한 문제를 해결하려고 노력하고 있다. In general, the stack-folding type electrode assembly has its outer surface surrounded by the
뿐만 아니라, 도 1과 같은 구조에서는 고온 또는 과충전과 같은 비상시에 전해액이 기화되거나 전극조립체 내부에 가스가 발생하는 경우, 기화 전해액 또는 가스가 여러 겹이 중첩된 폴딩 분리막 시트(20)로 인하여 외부로 용이하게 배출되기 어렵기 때문에 전지의 부풀음 현상이 자주 발생된다. 이 때, 폴딩 분리막 시트(20)로 막혀있지 않은 권취 방향과 수직인 방향(전극탭들이 돌출되는 방향, 도면에서는 지면에 수직인 방향)으로 상기 기화 전해액 또는 가스 등이 배출될 수도 있으나, 이러한 가스 등은 스택-폴딩형 전극조립체의 중앙부분에서 더욱 많이 발생하기 때문에 중앙에 발생된 가스 등이 전극탭들이 돌출된 양쪽 방향으로 배출되는 데에는 한계가 있다. 따라서 스택-폴딩형 전극조립체 내부의 중앙 부분에 고여있는 가스 및 기화 전해액으로 인하여 전지가 부푸는 스웰링 현상이 발생할 가능성이 더욱 높아지며, 이에 따라 단위셀의 양극 및 음극의 전극이 휘어지는 정도가 더 심하고, 또한, 전지가 고온 또는 과충전 상태에 있게 되면 상기 단위셀에 개재된 분리막은 마모되거나 줄어드는 현상이 발생하기도 하는 바, 전지가 고온 또는 과충전의 비상 상황에 있는 경우, 단위셀의 전극들은 휘어지게 되고 상기와 같은 분리막의 수축 또는 마모 현상이 동시에 발생될 수 있어 단위셀의 말단 모서리 부분에서 양극과 음극이 서로 맞닿아 단락이 일어나기도 한다. 이러한 전극간 단락은 많은 열을 발생시키므로 전지의 발화 내지 폭발이 발생할 수 있어 이차 전지의 안전성을 크게 저하시키는 문제가 되고 있다. 1, when the electrolytic solution is vaporized in an emergency such as high temperature or overcharging, or when gas is generated in the electrode assembly, the folded
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 단위셀 내부에 전해액이 고루 함침되어 전지 사이클 특성을 향상시킬 수 있고 전극조립체 내부에서 발생된 기화 전해액 또는 가스가 외부로 용이하게 배출될 수 있도록 하는 스택-폴딩형 전극조립체 및 그 제조방법을 제공하는 것이다. SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a stack-folding type electrode capable of enhancing battery cycle characteristics by uniformly impregnating an electrolyte solution in a unit cell and discharging a vaporized electrolyte or gas generated inside the electrode assembly to the outside easily. Assembly and a method of manufacturing the same.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 스택-폴딩형 전극조립체는 다수의 적층형 단위셀들이 중첩되어 있고, 각각의 중첩부에는 연속적인 폴딩 분리막 시트가 개재되는 구조의 전극조립체로서, 상기 중첩된 단위셀들을 권취하여 감싼 폴딩 분리막 시트와 상기 단위셀의 측면 사이에 다공성관이 개재되어 있는 것을 특징으로 한다. According to an aspect of the present invention, there is provided a stack-folding type electrode assembly comprising a plurality of stacked unit cells overlapping each other, and a continuous folding separator sheet interposed between the stacked unit cells, And a porous tube is interposed between the folding separator sheet wrapped around the cells and the side surface of the unit cell.
상기 다공성관은 중앙 단위셀 양쪽 측면에 구비되어 있을 수 있다. 상기 다공성관은 상기 단위셀 양쪽 측면마다 구비되어 있을 수 있다. 상기 다공성관의 일단은 개방되고 타단은 폐쇄될 수 있다. 상기 단위셀은 풀셀 또는 바이셀일 수 있다. 본 발명에 따른 스택-폴딩형 전극조립체는 전극탭이 돌출되는 방향을 기준으로 상기 폴딩 분리막 시트의 양쪽 측면에 형성된 쓰루홀을 더 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 상기 폴딩 분리막 시트는 상기 단위셀의 측면에 대응되는 위치에 구멍이 형성되어 있을 수 있다.The porous tube may be provided on both side surfaces of the central unit cell. The porous tube may be provided on both side surfaces of the unit cell. One end of the porous tube may be open and the other end closed. The unit cell may be a pull cell or a bicycle. The stack-folding type electrode assembly according to the present invention may further include through holes formed on both sides of the folding separator sheet, with respect to a direction in which the electrode tab protrudes. In one embodiment, the folding separator sheet may have a hole formed at a position corresponding to a side surface of the unit cell.
상기 폴딩 분리막 시트는 상기 단위셀을 구성하는 분리막과 동일한 소재일 수 있다. 본 발명에서는 이와 같은 스택-폴딩형 전극조립체를 포함하는 이차전지도 제공한다.The folding separator sheet may be the same material as the separator constituting the unit cell. The present invention also provides a secondary battery including the stack-folding type electrode assembly.
본 발명에 따른 스택-폴딩형 전극조립체 제조방법은, 폴딩 분리막 시트의 첫번째 단에 중앙 단위셀을 위치시키고 소정의 간격으로 단위셀들을 상호 동일한 전극 배향 방식으로 연속하여 위치시키고, 상기 단위셀 측면에 다공성관을 배치하는 단계; 및 상기 중앙 단위셀과 다공성관을 상기 긴 길이의 폴딩 분리막 시트로 1회 권취한 후, 인접하는 단위셀이 위치하는 외측으로 상기 폴딩 분리막 시트를 접어서 각각의 단위셀을 중첩하여 폴딩하는 단계;를 포함한다. A method of manufacturing a stack-folding type electrode assembly according to the present invention includes positioning a central unit cell at a first end of a folding separator sheet and successively positioning the unit cells at a predetermined interval in the same electrode alignment manner, Disposing a porous tube; And folding the folded separator sheet to the outside where the adjacent unit cells are located and folding each unit cell by folding the unit cell and the porous tube once with the long length of the folding separator sheet, .
본 발명에 따른 스택-폴딩형 전극조립체 제조방법에 있어서, 상기 폴딩 분리막 시트의 폴딩이 완료된 후, 전극탭이 돌출되는 방향을 기준으로 상기 폴딩 분리막 시트의 양쪽 측면에 쓰루홀을 형성하는 단계;를 더 포함할 수 있다. In the stack-folding type electrode assembly manufacturing method according to the present invention, after the folding of the folding separator sheet is completed, forming a through hole on both sides of the folding separator sheet based on the direction in which the electrode tab protrudes .
상기 쓰루홀은 소정 크기의 직경을 가진 침상체로 상기 폴딩 분리막 시트의 해당 부분을 부분적으로 펀칭하여 형성할 수 있다. 다른 실시예에서, 상기 폴딩 분리막 시트는 상기 단위셀의 측면에 대응되는 위치에 구멍이 형성되어 있을 수 있다.The through hole may be formed by partially punching a corresponding portion of the folding separator sheet with a needle having a predetermined diameter. In another embodiment, the folding separator sheet may have a hole formed at a position corresponding to a side surface of the unit cell.
본 발명에 따른 스택-폴딩형 전극조립체 제조방법에서 상기 다공성관은 폴딩시 압축이 될 수 있다. In the method of manufacturing a stack-folding type electrode assembly according to the present invention, the porous tube may be compressed during folding.
본 발명에 따르면, 스택-폴딩형 전극조립체의 폴딩 분리막 시트와 단위셀 측면 사이에 다공성관을 개재시킴으로써, 전지의 활성화 공정시 전해액의 이동 통로를 마련하여 전해액에 대한 함침성 및 함침 속도를 현저히 개선하는 효과가 있다. 따라서, 셀 제작 기간이 단축되고 전지 사이클 특성을 향상시킬 수 있다. According to the present invention, by providing a porous tube between the folding separator sheet of the stack-folding type electrode assembly and the side surface of the unit cell, a passage for the electrolytic solution during the activation process of the battery is provided to remarkably improve the impregnation property and impregnation speed . Therefore, the cell making period can be shortened and the battery cycle characteristics can be improved.
또한, 고온 및 과충전 등 이상 현상 발생시 기화된 전해액 및 가스 등이 다공성관을 통해 전극조립체의 외부로 신속히 배출될 수 있으므로 전지의 부풀음 현상을 방지하여 전지의 안전성 및 성능을 향상시키는 효과가 있다. In addition, when an abnormal phenomenon such as high temperature and overcharging occurs, vaporized electrolytic solution and gas can be quickly discharged to the outside of the electrode assembly through the porous tube, thereby preventing swelling of the battery, thereby improving the safety and performance of the battery.
전해액 함침과 가스 배출을 돕기 위하여 다공성관과 더불어 폴딩 분리막 시트의 측면에 쓰루홀을 더 형성하거나 폴딩 분리막 시트에 구멍을 형성하여 폴딩함으로써 다공성관의 효과를 극대화할 수 있다. 일반적으로 전극조립체의 측부는 전극탭이 형성되는 상단 또는 하단에 비해 상대적으로 길므로, 본 발명에서와 같이 전극조립체 측부에 다공성관을 통해 전해액과 가스의 통로를 마련한 경우 습윤화 공정을 더욱 단축시킬 수 있다. In order to help impregnate the electrolyte and discharge the gas, a through hole is formed on the side surface of the folding separator sheet together with the porous tube, or a hole is formed in the folding separator sheet and folded, thereby maximizing the effect of the porous tube. Generally, the side of the electrode assembly is relatively longer than the upper or lower end of the electrode tab. Therefore, when the electrolyte and gas passages are provided on the side of the electrode assembly through the porous tube as in the present invention, the wetting process is further shortened .
도 1은 종래 기술에 따라 단위셀의 중앙으로부터 폴딩 분리막 시트로 폴딩된 스택-폴딩형 전극조립체를 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 스택-폴딩형 전극조립체의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 스택-폴딩형 전극조립체에 포함되는 다공성관의 사시도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 스택-폴딩형 전극조립체의 단면도이다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 스택-폴딩형 전극조립체의 단면도이다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 스택-폴딩형 전극조립체의 단면도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 스택-폴딩형 전극조립체 제조방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 스택-폴딩형 전극조립체 제조방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 스택-폴딩형 전극조립체의 사시도이다.
도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 스택-폴딩형 전극조립체의 단면도이다.
도 11은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 스택-폴딩형 전극조립체 제조방법을 설명하기 위한 도면이다. FIG. 1 shows a stack-folding type electrode assembly folded from a center of a unit cell to a folding separator sheet according to a related art.
2 is a cross-sectional view of a stack-folding type electrode assembly according to an embodiment of the present invention.
3 is a perspective view of a porous tube included in a stack-folding type electrode assembly according to an embodiment of the present invention.
4 is a cross-sectional view of a stack-folding type electrode assembly according to another embodiment of the present invention.
5 is a cross-sectional view of a stack-folding type electrode assembly according to another embodiment of the present invention.
6 is a cross-sectional view of a stack-folding type electrode assembly according to another embodiment of the present invention.
7 is a view for explaining a method of manufacturing a stack-folding type electrode assembly according to an embodiment of the present invention.
8 is a view for explaining a method of manufacturing a stack-folding type electrode assembly according to another embodiment of the present invention.
9 is a perspective view of a stack-folding type electrode assembly according to another embodiment of the present invention.
10 is a cross-sectional view of a stack-folding type electrode assembly according to another embodiment of the present invention.
11 is a view for explaining a method of manufacturing a stack-folding type electrode assembly according to another embodiment of the present invention.
이하에서 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 상세하게 설명한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The present invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein. Rather, these embodiments are provided so that this disclosure will be thorough and complete, and will fully convey the scope of the invention to those skilled in the art. It is provided to let you know.
또한, 본 발명에 포함되는 전지 또는 전극조립체는 특별히 그 형태를 한정하지 아니하고 다양한 형태가 모두 포함될 수 있음을 물론이며, 예를 들어, 바이셀과 풀셀이라는 서로 다른 타입의 스택형 단위셀을 교차하여 길게 재단된 폴딩 분리막 시트로 권취한 스택-폴딩형 전극조립체, 상기와 같은 방식의 스택-폴딩형 전극조립체로서 바이셀과 풀셀의 구별없이 동일한 타입의 스택형 단위셀을 포함하는 스택-폴딩형 전극조립체, 상기 스택형 단위셀들을 폴딩 분리막 시트로 권취하는 경우, 지그재그 방향으로 폴딩하는 Z형 스택-전극조립체 등이 모두 포함될 수 있다.In addition, the battery or the electrode assembly included in the present invention is not particularly limited in its shape and may include various shapes. For example, the battery or the electrode assembly may be formed by crossing different types of stacked unit cells, A stack-folding type electrode assembly in which the stacked-folded electrode assembly is wound in a long-cut folded separator sheet, a stack-folding type electrode assembly in the above-described manner, An Z-type stack-electrode assembly for folding the stacked unit cells in a zigzag direction when the stacked unit cells are wound with a folding separator sheet, and the like.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 스택-폴딩형 전극조립체의 단면도이다.2 is a cross-sectional view of a stack-folding type electrode assembly according to an embodiment of the present invention.
도 2를 참조하면, 스택-폴딩형 전극조립체(100)는 적층형 단위셀(110)이 복수 개 중첩되어 있고, 각각의 중첩부에서는 폴딩 분리막 시트(120)가 개재되어 있다. 폴딩 분리막 시트(120)는 단위셀(110)을 감쌀 수 있는 단위길이를 갖고, 단위길이마다 내측으로 꺾여서 중앙의 단위셀(110)로부터 시작되어 최외각의 단위셀(110)까지 연속하여 각각의 단위셀(110)을 감싸는 구조로 단위셀(110)의 중첩부에 개재되어 있다. 또한 폴딩 분리막 시트(120)의 말단부는 열융착하거나 접착 테이프(130) 등을 붙여서 마무리된다. Referring to FIG. 2, a plurality of
위와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 스택-폴딩형 전극조립체(100)는 다수의 적층형 단위셀(110)들이 중첩되어 있고, 각각의 중첩부에는 연속적인 폴딩 분리막 시트(120)가 개재되는 구조의 전극조립체로서, 상기 중첩된 단위셀(110)들을 권취하여 감싼 폴딩 분리막 시트(120)와 상기 적층형 단위셀(110)의 측면 사이에 다공성관(140)이 개재되어 있는 것을 특징으로 한다. 다공성관(140)은 최소한 하나가 단위셀(110) 측면과 나란한 방향을 따라 신장되는 구조로 포함될 수 있는데, 대칭적인 요소를 고려한다면 도시한 바와 같이 다공성관(140)은 중앙 단위셀(110) 양쪽 측면에 구비되어 있을 수 있다. 다공성관(140)은 폴딩시 압축되어 있을 수 있다. 이를 위해 다공성관(140)의 재질은 폴딩 분리막 시트(120)처럼 유연하면서도 압축이 가능한 소재로 마련함이 바람직하다. As described above, in the stack-folding
단위셀(110)은 양극/분리막/음극 구조의 풀셀 또는 양극(음극)/분리막/음극(양극)/분리막/양극(음극) 구조의 바이셀일 수 있다. 양극은, 예를 들어 양극 집전체의 양면에 양극 활물질, 도전재, 및 바인더의 혼합물을 도포한 후 건조 및 프레싱하여 제조되며, 필요에 따라서는 상기 혼합물에 충진제를 더 첨가하기도 한다. 음극은 음극 집전체 상에 음극활물질을 도포, 건조 및 프레싱하여 제조되며, 필요에 따라 상기에서와 같은 도전재, 바인더, 충진제 등이 선택적으로 더 포함될 수 있다. 폴딩 분리막 시트(120) 상에 위치된 상태로 권취되는 풀셀 또는 바이셀 등의 단위셀(110)들의 수는 각 풀셀 또는 바이셀 등의 단위셀의 구조와 최종 제조되는 전지의 소망하는 용량 등 다양한 요소들에 의하여 결정될 수 있다. 도시의 편의상 도 2에서 단위셀(110)은 5개를 나타내었으나 스택-폴딩형 전극조립체(100)에 포함되는 단위셀(110) 개수는 그 이상, 예를 들어 15개 정도일 수 있다. The
폴딩 분리막 시트(120)는 단위셀(110)을 구성하는 분리막과 동일한 소재일 수 있다. 상기 폴딩 분리막 시트 또는 분리막은 미세 기공을 포함하는 폴리에틸렌 필름, 폴리프로필렌 필름, 또는 이들 필름의 조합에 의해서 제조되는 다층 필름, 및 폴리비닐리덴 플루오라이드, 폴리에틸렌 옥사이드, 폴리아크릴로니트릴, 또는 폴리비닐리덴 플루오라이드 헥사플루오로프로필렌 공중합체의 고분자 전해질용 고분자 필름으로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상의 재질로 이루어진 것일 수 있으며, 상기 재질을 이용하여 제조된 단층 또는 이중층 이상의 다층으로 이루어진 폴딩 분리막 시트 또는 분리막일 수 있다. The
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 스택-폴딩형 전극조립체에 포함되는 다공성관의 사시도이다.3 is a perspective view of a porous tube included in a stack-folding type electrode assembly according to an embodiment of the present invention.
다공성관(140)은 도시한 바와 같이 일 방향으로 신장하는 대롱 모양이며 미세한 구멍(142)을 다수 포함하고 있어, 전해액과 가스가 원활히 이동할 수 있도록 한다. 다공성관(140)은 전극조립체 안에서 일단은 개방이 되고 타단은 폐쇄가 될 수 있다. 도시한 바와 같이 개방된 일단을 통해 화살표 방향으로 전해액이 주입되면 미세한 구멍(142)을 통해 전해액이 사방으로 이동할 수 있다. 다공성관(140)의 타단을 폐쇄하는 이유는 미세한 구멍(142)을 통해 다공성관(140)의 긴 축에 수직인 단면에서의 원주 방향, 즉 사방으로 전해액이 이동할 수 있도록 하기 위함이다. 이에 따라, 종래에 비하여 전극조립체 측면 부분의 전해액 함침을 원활히 할 수 있다. 또한, 전지 내부에서 가스가 발생이 되면 다공성관(140)의 개방된 일단을 통해 외부로 배출되기가 용이하므로 종래에 비하여 전지 부풀음 현상을 개선할 수 있다. As shown in the figure, the
이와 같이, 본 발명은 단위셀(110)을 감싸는 폴딩 분리막 시트(120)와 단위셀(110) 측면 사이에 다공성관(140)을 두어, 다공성관(140)의 미세한 구멍(142)을 통해 셀 내부로 전해액의 함침이 용이하게 될 수 있도록 함과 동시에 불안정성 상황 발생시 셀 내부의 가스를 효과적으로 배출함에 따라 셀의 안정성을 강화할 수 있다. 이러한 구조의 전극조립체는 셀의 웨팅성 향상으로 셀 전체적 제조 기간이 줄어드는 장점과 함께 불안전한 상황시 일정하게 셀 내압을 배출함에 따라 사이드 벤팅시 발생할 수 있는 쇼트나 스파크를 예방할 수 있게 된다. 결과적으로 셀 제작 과정에 큰 변화없이 제작기간 및 비용 단축과 안전성을 확보할 수 있다. As described above, according to the present invention, the
본 발명에 따른 스택-폴딩형 전극조립체는 리튬 이온 이차전지의 구성요소가 될 수 있다. 본 발명은 또한, 이러한 이차전지를 단위전지로 포함하는 것을 특징으로 하는 중대형 전지모듈로도 이용될 수 있다. The stack-folding type electrode assembly according to the present invention can be a component of a lithium ion secondary battery. The present invention can also be used as a middle- or large-sized battery module that includes such a secondary battery as a unit cell.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 스택-폴딩형 전극조립체의 단면도이다.4 is a cross-sectional view of a stack-folding type electrode assembly according to another embodiment of the present invention.
도 4에 도시한 스택-폴딩형 전극조립체는 도 2에 도시한 스택-폴딩형 전극조립체(100)와 비교시 다공성관(140)이 단위셀(110) 양쪽 측면마다 구비되어 있는 것이 차이점이다. The stack-folding type electrode assembly shown in FIG. 4 is different from the stack-folding
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 스택-폴딩형 전극조립체의 단면도이다. 도시한 바와 같이, 도 5에서는 다공성관(140)이 하나의 단위셀(110)에 하나씩 대응되는 구조이면서 좌, 우 번갈아 교번적으로 배치됨에 특징이 있다.5 is a cross-sectional view of a stack-folding type electrode assembly according to another embodiment of the present invention. As shown in FIG. 5, the
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 스택-폴딩형 전극조립체의 단면도이다. 도 6에 도시한 스택-폴딩형 전극조립체는 다공성관(140)이 중심 단위셀(110)을 기준으로 좌측 하방과 우측 상방으로 나란히 대응되는 위치에 배치됨에 특징이 있다.6 is a cross-sectional view of a stack-folding type electrode assembly according to another embodiment of the present invention. The stack-folding type electrode assembly shown in FIG. 6 is characterized in that the
도 2, 도 4 내지 도 6에 도시한 바와 같이, 다공성관(140)의 개수나 위치는 얼마든지 변경이 가능하며, 폴딩 분리막 시트(120)와 적층형 단위셀(110)의 측면 사이에 개재되기만 하면 된다. 다공성관(140) 삽입으로 인해 전극조립체의 부피가 커지는 것을 방지하기 위해서는 폴딩시 최대한 팽팽히 폴딩 분리막 시트(120)를 감아 다공성관(140)이 압축된 상태로 전극조립체 안에 포함되도록 함이 바람직하다. 2 and 4 to 6, the number and positions of the
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 스택-폴딩형 전극조립체 제조방법을 설명하기 위한 도면이다. 이 방법은 도 2에 도시한 것과 같은 스택-폴딩형 전극조립체(100)를 제조하는 방법이라고 할 수 있다. 7 is a view for explaining a method of manufacturing a stack-folding type electrode assembly according to an embodiment of the present invention. This method can be regarded as a method of manufacturing the stack-folding
먼저 양극과 음극을 분리막이 개재된 상태로 적층하고, 소정 크기로 절단하여 복수개의 풀셀 또는 바이셀을 제조하여 단위셀(110)을 마련한다. 폴딩 분리막 시트(120)를 길게 재단하여 준비한 후, 단위셀(110)을 도 7과 같이 배열한다. 폴딩 분리막 시트(120)는 단위셀(110)의 전극탭(T)을 노출시키면서 단위셀(110)보다 약간 큰 폭을 가지고 있으며, 권취 후 전극조립체를 한차례 감싸는 연장된 길이를 가질 수 있고, 폴딩 분리막 시트(120)의 최외곽 말단은 열융착되거나 테이프가 붙여져 고정될 수 있다. 예를 들어, 열용접기 또는 열판 등을 마무리되는 폴딩 분리막 시트(120)에 접촉시켜 폴딩 분리막 시트(120) 자체가 열에 의해 용융되어 접착 고정되도록 할 수 있고, 접착 테이프(130) 등에 의해 마무리할 수도 있다. First, the positive electrode and the negative electrode are laminated with a separator interposed therebetween, and a plurality of pull cells or bi-cells are cut by a predetermined size to prepare a
폴딩 분리막 시트(120) 첫단에 놓이는 단위셀(110)이 중앙 단위셀이 되고, 도면부호 121의 공간은 단위셀의 폭(단위셀의 두께 포함)만큼 띄운 것을 의미한다. 도면부호 122, 123, 124의 사이는 말아가면서 두께(단위셀의 두께 포함)가 증가하는 정도만큼 띄우는 간격을 의미한다. 단위셀(110)들이 순차적으로 폴딩됨에 따라 폴딩 두께는 증가하므로, 단위셀(110)들이 대면하는 거리는 점차적으로 넓어지도록 구성된다. The
폴딩 분리막 시트(120)는 전극탭(T)이 전지의 양단에 마주보고 형성되는 예를 들었으므로 전지 배열시 같은 극이 나란히 오도록 하면 된다. 만약 전극탭이 전지 일단에 나란히 형성되는 경우의 예라면 전극탭의 극성이 서로 일치하도록 단위셀의 놓는 면을 배치하여야 한다. 즉, 폴딩 분리막 시트(120) 위에 제1, 및 제2의 단위셀은 전극 방향을 양극, 음극의 순으로 위치시키고, 제3 이상의 단위셀은 전극 방향을 앞의 단위셀의 전극 방향과 반대의 순으로 위치시킨다. 이와 같이 단위셀(110)의 종류에 따라 소정의 간격으로 단위셀(110)들을 상호 동일한 전극 배향 방식으로 연속하여 위치시킨다. Since the
본 실시예에서는 첫 단의 단위셀(110), 즉 중앙 단위셀 양측면에 다공성관(140)을 배치한다. 상기 단위셀(110)이 위치된 폴딩 분리막 시트(120)를 그대로 롤라미네이터를 통과시켜 폴딩 분리막 시트(120) 위에 접착시킴으로써 중앙 단위셀(110)과 다공성관(140)을 긴 길이의 폴딩 분리막 시트(120)로 1회 권취한다. 상기에서 접착된 가장 첫 단의 단위셀(110)부터 인접하는 단위셀이 위치하는 외측으로 접으면서 각각의 단위셀(110)을 중첩하여 감아 나간다. 다 감은 후에는 탱탱하게 테이프(130)로 붙여서 고정시키거나 열융착시킨다. In this embodiment, the
이후의 전지 제조 공정은 다음과 같다. 제작된 스택-폴딩형 전극조립체(100)의 전극탭(T) 부분에 양극과 음극 리드를 웰딩한다. 이 때 상기 양극으로는 알루미늄, 음극으로는 구리를 사용하는 것이 효과적이다. 상기 웰딩한 셀을 알루미늄 파우치로 패킹(packing) 작업 후 전해액을 주입한다.The subsequent battery manufacturing process is as follows. The positive electrode and the negative electrode lead are welded to the electrode tab (T) portion of the stack-folding
상기 전해액으로는 당분야에서 사용하는 것으로 그 성분을 특별히 한정하지 않는다. 구체적으로 DMC(dimethyl carbonate), EC(ethylene carbonate), EMC(ethyl methyl carbonate), PC(propylene carbonate), DEC(diethyl carbonate), EC(ethylene carbonate), DMC(dimethyl carbonate), DMA(dimethyl acetamide), DMF(N,N-dimethylformamide), NMP(N-methyl-2-pyrrolidinone), DMSO(dimethyl sulfoxide), THF(tetrahydrofuran), PC(propylene carbonate) 및 DEC(diethylene carbonate) 등 중에서 선택한 1 종 이상을 사용한다. The electrolytic solution used in the art is not particularly limited. Specific examples of the solvent include dimethyl carbonate (DMC), ethylene carbonate (EC), ethyl methyl carbonate (EC), propylene carbonate (PC), diethyl carbonate (EC), ethylene carbonate (EC), dimethyl carbonate (DMA) At least one selected from the group consisting of N, N-dimethylformamide (DMF), N-methyl-2-pyrrolidinone (NMP), dimethyl sulfoxide (DMSO), tetrahydrofuran (THF), propylene carbonate use.
이 때, 전해액은 다공성관(140)의 개방된 일단을 통해 주입이 되면서 다공성관(140)의 미세한 구멍(142)을 통해 사방으로 분산이 되므로 종래보다 신속하게 전해액 함침 공정을 수행할 수 있다. At this time, since the electrolyte is injected through the open end of the
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 스택-폴딩형 전극조립체 제조방법을 설명하기 위한 도면이다. 이 방법은 도 4에 도시한 것과 같은 전극조립체를 제조하는 방법이라고 할 수 있다. 8 is a view for explaining a method of manufacturing a stack-folding type electrode assembly according to another embodiment of the present invention. This method can be regarded as a method of manufacturing an electrode assembly as shown in Fig.
여기서는 단위셀(110) 측면마다 다공성관(140)을 배치한다. 가장 첫 단의 단위셀(110)부터 인접하는 단위셀이 위치하는 외측으로 접으면서 각각의 단위셀(110)과 다공성관(140)을 중첩하여 감아 나간다. Here, the
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 스택-폴딩형 전극조립체의 사시도이다.9 is a perspective view of a stack-folding type electrode assembly according to another embodiment of the present invention.
이러한 스택-폴딩형 전극조립체 제조를 위해서는, 상기 폴딩 분리막 시트(120)의 폴딩이 완료된 후, 전극탭(T)이 돌출되는 방향을 기준으로 폴딩 분리막 시트(120)의 양쪽 측면에 쓰루홀(150)을 형성하는 단계를 더 수행하도록 한다. After the folding of the
쓰루홀(150)의 크기는 특별히 한정하지는 아니하나, 쓰루홀(150)의 크기가 너무 크게 형성되면 폴딩 분리막 시트(120)의 기능이 저하되거나 폴딩 분리막 시트(120)의 훼손을 촉진하여 전지의 성능이나 수명을 오히려 나쁘게 할 수 있으며, 반대로 쓰루홀(150)의 크기가 너무 작은 경우에는 본 발명에서 예상하는 전해액 함침성의 개선이나 가스의 용이한 배출과 같은 효과가 충분히 발현되기 어렵다. 따라서 쓰루홀(150)의 크기는 상기와 같은 목적을 발현하기 위하여 당업자에 의하여 적절한 크기로 조절될 수 있으며, 보다 구체적으로는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따라 0.1 ~ 2mm의 크기로 형성될 수 있다. The size of the through
한편, 폴딩 분리막 시트(120) 상에 쓰루홀(150)이 형성되는 위치는 폴딩 분리막 시트(120)의 양쪽 측면에서도 상기 다공성관(140)과 나란한 위치인 것이 바람직하다. It is preferable that the positions where the through
쓰루홀(150)의 개수 등도 특별히 제한되지 아니하며, 이차전지의 용도나 크기 형상에 따라 형성되는 쓰루홀(150)의 개수가 달라질 수 있음은 물론이다. 이때, 쓰루홀(150)의 개수는 쓰루홀(150)의 크기와 관련되며, 쓰루홀(150)의 크기가 작은 경우에는 다수의 쓰루홀(150)을 전극조립체 중앙부분에서부터 형성할 수 있으며, 쓰루홀(150)의 크기가 상대적으로 큰 경우에는 형성되는 쓰루홀(150)의 수를 줄여 가스의 배출양과 속도, 방향 등을 조절할 수 있다. The number of the through
한편, 쓰루홀(150)의 모양은 되도록 각이 지지 않는 원형 또는 타원형의 곡선형태로 형성되도록 한다. 쓰루홀(150)이 이러한 곡선형태로 형성되지 않고 모가 나거나 각이 진 형태로 형성되는 경우에는 상기 각이 진 부분에 응력이 집중될 수 있고 이로 인하여 폴딩 분리막 시트(120)가 쉽게 손상되거나 기능이 저하될 수 있기 때문이다. On the other hand, the shape of the through
쓰루홀(150)의 형성 방법은 특별히 제한하지 아니하나, 바람직하기로는, 소정 크기의 직경을 가진 침상체로 폴딩 분리막 시트(120)의 해당 부분을 부분적으로 펀칭하여 쓰루홀(150)을 형성할 수 있다. 쓰루홀(150)은 다공성관(140)과 더불어 전해액 함침과 가스 배출의 통로를 구성한다. The through
도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 스택-폴딩형 전극조립체의 단면도이다. 폴딩 분리막 시트(120)는 단위셀(110)의 측면에 대응되는 위치에 구멍(H)이 형성되어 있다. 이러한 스택-폴딩형 전극조립체 제조를 위해서는, 도 11에서와 같이 폴딩 전에 폴딩 분리막 시트(120) 중 단위셀(110)의 측면에 대응되는 위치에 구멍(H)을 형성한다. 구멍(H)은 프레스 커팅 장비를 이용하여 단위셀(110)들 사이에 규칙적으로 천공한다. 구멍(H) 크기는, 구체적으로 길이 10 ~ 30 mm, 폭 0.5 ~ 2 mm, 구멍(H) 사이 간격은 20mm를 초과하도록 할 수 있으며, 이 범위 내에서는 다양한 종류의 전지에 적용이 용이한 점이 있다. 10 is a cross-sectional view of a stack-folding type electrode assembly according to another embodiment of the present invention. The
구멍(H)은 다공성관(140)과 나란한 위치에 놓이면서 폴딩됨으로써 구멍(H)과 다공성관(140)이 연통되도록 할 수 있다. 구멍(H)이 단위셀(110) 사이에 위치하기 때문에 단위셀(110)간의 쇼트 문제는 발생하지 않으면서 웨팅 및 벤트의 효과를 가져올 수 있다. The hole H may be folded while being in parallel with the
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 스택-폴딩형 전극조립체는 다공성관(140), 다공성관(140)과 쓰루홀(150), 다공성관(140)과 구멍(H)에 의해서, 전지 제조의 마지막 단계에서 투입되는 전해액이 내부의 단위셀까지 도달하여 완전하게 습윤화되는 것이 가능하고 함침 속도도 빨라진다. 전해액 주입 후 음극이 전해액에 충분히 젖도록 일정 시간 동안 보관하는 숙성 등의 추가공정, 진공 또는 압력을 가하는 등의 특별한 공정기법이 필요치 않을 뿐 아니라, 전지 제조 시간을 단축시킬 수 있다.As described above, the stack-folding type electrode assembly according to the present invention is formed by the
본 발명에 따른 스택-폴딩형 전극조립체는 다공성관(140), 다공성관(140)과 쓰루홀(150), 다공성관(140)과 구멍(H)에 의해서, 고온 또는 과충전과 같은 비상시에 전해액이 기화되거나 전극조립체 내부에 가스가 발생하는 경우, 기화 전해액 또는 가스가 외부로 용이하게 배출될 수 있다. 따라서, 전지의 부풀음 현상이 상대적으로 적어지고 전지의 발화 내지 폭발 발생 가능성을 낮출 수 있어 이차 전지의 안전성을 크게 향상시킬 수 있다. The stack-folding type electrode assembly according to the present invention is a stack-folding type electrode assembly in which a
이상, 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, but many variations and modifications may be made without departing from the spirit and scope of the invention as defined in the appended claims. It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and detail may be made therein without departing from the scope of the appended claims.
110...단위셀 120...폴딩 분리막 시트
130...접착 테이프 140...다공성관
150...쓰루홀 H...구멍 110 ...
130 ...
150 ... Through hole H ... Hole
Claims (13)
상기 폴딩 분리막 시트의 첫번째 단에 중앙 단위셀을 위치시키고 소정의 간격으로 단위셀들을 상호 동일한 전극 배향 방식으로 연속하여 위치시키고, 상기 단위셀 측면에 다공성관을 배치하는 단계; 및
상기 중앙 단위셀과 다공성관을 긴 길이의 상기 폴딩 분리막 시트로 1회 권취한 후, 인접하는 단위셀이 위치하는 외측으로 상기 폴딩 분리막 시트를 접어서 각각의 단위셀을 중첩하여 폴딩하는 단계;를 포함하는 스택-폴딩형 전극조립체 제조방법.A plurality of stacked unit cells are overlapped with each other and a continuous folding separator sheet is interposed in each of the overlapping portions, wherein the folded separator sheet wrapped by the stacked unit cells and the side faces of the unit cells have a porous A method of manufacturing a stack-folding type electrode assembly, comprising the steps of:
Placing a central unit cell at a first end of the folding separator sheet and successively positioning the unit cells at a predetermined interval in the same electrode alignment manner, and arranging a porous tube at a side of the unit cell; And
Folding the center unit cell and the porous tube once with the folding separator sheet having a long length and then folding the folding separator sheet to the outside where adjacent unit cells are located and folding each unit cell by folding Wherein the stacked electrode assembly is a stacked electrode assembly.
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