KR101619604B1

KR101619604B1 - 전극조립체 및 이차전지의 제조방법

Info

Publication number: KR101619604B1
Application number: KR1020140108814A
Authority: KR
Inventors: 양영주; 민기홍; 안창범
Original assignee: 주식회사 엘지화학
Priority date: 2013-09-26
Filing date: 2014-08-21
Publication date: 2016-05-10
Anticipated expiration: 2034-08-21
Also published as: TW201535833A; JP6278970B2; EP2905838A4; US9893376B2; CN104685702A; JP2015536036A; US20160049687A1; TWI508349B; KR20150034600A; EP2905838B1; CN110010975A; WO2015046803A1; EP2905838A1

Abstract

본 발명은 이차전지가 장착되는 디바이스의 설계 자유도를 높일 수 있는 구조의 이차전지를 제조하는 데에 적합한 전극조립체와 이차전지의 제조방법에 관한 것으로서, 본 발명의 바람직한 제1 실시예에 따른 전극조립체의 제조방법은: 제1 전극과 제2 전극의 가장자리로부터 내측을 향하여 움푹 패인 함입부를 형성하는 단계(S11); 상기 제1 전극, 제1 분리막, 상기 제2 전극, 제2 분리막이 순차적으로 적층된 4층 구조나 상기 4층 구조가 반복적으로 적층된 구조, 또는 상기 제1 전극, 상기 제1 분리막, 상기 제2 전극, 상기 제2 분리막이 교대로 배치되어 일체로 결합된 2종 이상의 기본 단위체가 각각 1개씩 정해진 순서에 따라 적층되어 상기 4층 구조나 상기 4층 구조가 반복적으로 배치된 구조를 가지는 단위구조체를 형성하는 단계(S20); 상기 단위구조체에 구비된 상기 제1 분리막과 상기 제2 분리막의 상기 함입부에 대응되는 영역을 마진(margin)을 두고 절취하여 상기 제1 분리막과 상기 제2 분리막에도 함입부를 형성하는 단계(S31); 및 인접한 단위구조체들의 상기 함입부가 서로 마주볼 수 있도록 복수 개의 단위구조체들을 적층하여 전극조립체를 형성하는 단계(S41);를 포함할 수 있다.

Description

전극조립체 및 이차전지의 제조방법{Method of manufacturing electrode assembly and secondary battery}

본 발명은 전극조립체 및 이차전지의 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 이차전지가 장착되는 디바이스의 설계 자유도를 높일 수 있는 구조의 이차전지를 제조하는 데에 적합한 전극조립체와 이차전지의 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로, 모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요의 증가로 이차 전지의 수요 또한 급격히 증가하고 있으며, 그 중에서도 에너지 밀도와 작동 전압이 높고 보존과 수명 특성이 우수한 리튬(이온/폴리머) 이차전지는 각종 모바일 기기는 물론 다양한 전자제품의 에너지원으로 널리 사용되고 있다.

한국공개특허 제2008-0052869호를 참조하면, 일반적인 이차전지의 구조가 개시되어 있으며, 더욱 상세하게는 좌우대칭이며 대략 직육면체 형상인 파우치형 이차전지의 구조가 개시되어 있다.

통상적으로는 이차전지가 설치되는 디바이스의 공간활용 측면에 있어서, 이러한 직육면체 형상의 이차전지가 유리하다. 그러나, 특정한 경우에는 직육면체 형상의 이차전지가 오히려 디바이스의 공간활용을 제약하는 경우가 있다. 예컨대, 스마트폰은 휴대의 편의성을 위하여 초박형으로 설계되며 전체 두께가 1cm도 안되는 경우가 많다. 그런데, 제한된 스마트폰의 내부 공간에 이차전지, 각종 전자부품 및 카메라 모듈까지 모두 설치되어야 하기 때문에 부품의 배치가 매우 중요하다. 그러나, 카메라 모듈은 줌인(zoom in) 및 줌아웃(zoom out)이 가능하고 복수 개의 렌즈까지 구비되어 있기 때문에 두께를 줄이는 것이 매우 힘들다. 또한 스마트폰의 장시간 가동을 위하여 대용량의 이차전지가 사용되기 때문에 이차전지의 두께를 줄이는 것도 매우 어렵다. 따라서, 카메라 모듈과 이차전지는 스마트폰의 내부 공간에서 서로 이격되어 배치되어야 하고, 서로 겹쳐져서 배치되지는 못한다.

이와 같이, 이차전지의 형상에 제한이 있기 때문에 특히 소형 전자 디바이스에서는 부품의 설치위치가 특정 위치로 제한될 수밖에 없고, 이로 인해 디바이스의 사이즈 및 디자인이 상당히 제한된다.

한편, 이러한 한계를 극복할 수 있는 구조로서 중간에 구멍이 형성되어 있는 타공형 이차전지가 개발된 바가 있다. 이차전지는 전극조립체의 형태에 따라 젤리롤형, 스택 폴딩형, 스택형 등이 있는데, 젤리롤형과 스택 폴딩형 전극조립체는 타공형 이차전지를 제조하는 데에 적합하지 않다.

따라서, 전극과 분리막을 일일이 적층하여 형성하는 스택형 전극조립체만이 타공형 이차전지에 사용될 수 있다. 그러나, 스택형 전극조립체의 경우, 전극조립체를 이루고 있는 다층의 전극 및 분리막에 형성된 구멍을 일일이 맞추어 각층을 정렬하는 공정에 지나치게 많은 시간이 소요되는 문제가 있었다. 설사, 다층의 전극 및 분리막에 형성된 구멍을 일일이 맞추어 전극 및 분리막을 적층 하더라도, 이들을 가압하거나 가열하는 과정 중에 분리막이 변형되어 구멍의 위치 및 형상이 변화하는 경우가 빈번하게 발생하였고, 이 때문에 타공형 이차전지는 단순히 아이디어 수준에만 그치고 이를 실제 제품화하지는 못하는 실정이다.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해 착상된 것으로서, 이차전지가 장착되는 디바이스의 설계 자유도를 높일 수 있는 구조의 이차전지를 제조하는 데에 적합한 전극조립체의 제조방법과 이차전지의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 제1 실시예에 따른 전극조립체의 제조방법은: 제1 전극과 제2 전극의 가장자리로부터 내측을 향하여 움푹 패인 함입부를 형성하는 단계(S11); 상기 제1 전극, 제1 분리막, 상기 제2 전극, 제2 분리막이 순차적으로 적층된 4층 구조나 상기 4층 구조가 반복적으로 적층된 구조, 또는 상기 제1 전극, 상기 제1 분리막, 상기 제2 전극, 상기 제2 분리막이 교대로 배치되어 일체로 결합된 2종 이상의 기본 단위체가 각각 1개씩 정해진 순서에 따라 적층되어 상기 4층 구조나 상기 4층 구조가 반복적으로 배치된 구조를 가지는 단위구조체를 형성하는 단계(S20); 상기 단위구조체에 구비된 상기 제1 분리막과 상기 제2 분리막의 상기 함입부에 대응되는 영역을 마진(margin)을 두고 절취하여 상기 제1 분리막과 상기 제2 분리막에도 함입부를 형성하는 단계(S31); 및 인접한 단위구조체들의 상기 함입부가 서로 마주볼 수 있도록 복수 개의 단위구조체들을 적층하여 전극조립체를 형성하는 단계(S41);를 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 제2 실시예에 따른 전극조립체의 제조방법은: 제1 전극과 제2전극의 내측에 관통홀을 형성하는 단계(S12); 상기 제1 전극, 제1 분리막, 상기 제2 전극, 제2 분리막이 순차적으로 적층된 4층 구조나 상기 4층 구조가 반복적으로 적층된 구조, 또는 상기 제1 전극, 상기 제1 분리막, 상기 제2 전극, 상기 제2 분리막이 교대로 배치되어 일체로 결합된 2종 이상의 기본 단위체가 각각 1개씩 정해진 순서에 따라 적층되어 상기 4층 구조나 상기 4층 구조가 반복적으로 배치된 구조를 가지는 단위구조체를 형성하는 단계(S20); 상기 단위구조체에 구비된 상기 제1 분리막과 상기 제2 분리막의 상기 관통홀에 대응되는 영역을 마진을 두고 절취하여 상기 제1 분리막과 상기 제2 분리막에도 관통홀을 형성하는 단계(S32); 및 인접한 단위구조체들의 상기 관통홀이 서로 마주볼 수 있도록 복수 개의 단위구조체들을 적층하여 전극조립체를 형성하는 단계(S42);를 포함할 수 있다.

본 발명의 제1 실시예에 따른 이차전지의 제조방법은: 제1 전극과 제2 전극의 가장자리로부터 내측을 향하여 움푹 패인 함입부를 형성하는 단계(S11); 상기 제1 전극, 제1 분리막, 상기 제2 전극, 제2 분리막이 순차적으로 적층된 4층 구조나 상기 4층 구조가 반복적으로 적층된 구조, 또는 상기 제1 전극, 상기 제1 분리막, 상기 제2 전극, 상기 제2 분리막이 교대로 배치되어 일체로 결합된 2종 이상의 기본 단위체가 각각 1개씩 정해진 순서에 따라 적층되어 상기 4층 구조나 상기 4층 구조가 반복적으로 배치된 구조를 가지는 단위구조체를 형성하는 단계(S20); 상기 단위구조체에 구비된 상기 제1 분리막과 상기 제2 분리막의 상기 함입부에 대응되는 영역을 마진을 두고 절취하여 상기 제1 분리막과 상기 제2 분리막에도 함입부를 형성하는 단계(S31); 인접한 단위구조체들의 상기 함입부가 서로 마주볼 수 있도록 복수 개의 단위구조체들을 적층하여 전극조립체를 형성하는 단계(S41); 및 파우치 외장재에 상기 전극조립체를 수납하고 상기 파우치 외장재 중 상기 전극조립체의 수직 투영면 이외의 영역을 융착부로 형성하는 단계(S50);를 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 제2 실시예에 따른 이차전지의 제조방법은: 제1 전극과 제2 전극의 내측에 관통홀을 형성하는 단계(S12); 상기 제1 전극, 제1 분리막, 상기 제2 전극, 제2 분리막이 순차적으로 적층된 4층 구조나 상기 4층 구조가 반복적으로 적층된 구조, 또는 상기 제1 전극, 상기 제1 분리막, 상기 제2 전극, 상기 제2 분리막이 교대로 배치되어 일체로 결합된 2종 이상의 기본 단위체가 각각 1개씩 정해진 순서에 따라 적층되어 상기 4층 구조나 상기 4층 구조가 반복적으로 배치된 구조를 가지는 단위구조체를 형성하는 단계(S20); 상기 단위구조체에 구비된 상기 제1 분리막과 상기 제2 분리막의 상기 관통홀에 대응되는 영역을 마진을 두고 절취하여 상기 제1 분리막과 상기 제2 분리막에도 관통홀을 형성하는 단계(S32); 인접한 단위구조체들의 상기 관통홀이 서로 마주볼 수 있도록 복수 개의 단위구조체들을 적층하여 전극조립체를 형성하는 단계(S42); 및 파우치 외장재에 상기 전극조립체를 수납하고 상기 파우치 외장재 중 상기 전극조립체의 수직 투영면 이외의 영역을 융착부로 형성하는 단계(S50);를 포함할 수 있다.

본 발명에 따르면, 이차전지가 장착되는 디바이스의 설계 자유도를 높일 수 있는 구조의 이차전지를 제조하는 데에 적합한 전극조립체의 제조방법과 이차전지의 제조방법을 제공할 수 있다.

본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 전술된 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되지 않아야 한다.
도 1은 전극의 평면도이다.
도 2는 제1 실시예에 따른 함입부가 형성된 전극의 평면도이다.
도 3은 함입부가 형성된 전극과 함입부가 형성되지 않은 분리막을 포함하는 제1 실시예에 따른 단위구조체의 분해사시도이다.
도 4는 함입부가 형성된 전극과 함입부가 형성되지 않은 분리막을 포함하는 제1 실시예에 따른 단위구조체의 평면도이다.
도 5는 분리막에 함입부가 형성된 제1 실시예에 따른 단위구조체의 평면도이다.
도 6은 도 5의 단위구조체가 복수 개 적층된 제1 실시예에 따른 전극조립체의 사시도이다.
도 7은 단위구조체가 복수 개 적층된 제1 실시예의 변형예에 따른 전극조립체의 분해도로서 전극조립체를 함입부 측에서 바라본 측면도이다.
도 8은 제2 실시예에 따른 관통홀이 형성된 전극의 평면도이다.
도 9은 관통홀이 형성된 전극과 관통홀이 형성되지 않은 분리막을 포함하는 제2 실시예에 따른 단위구조체의 평면도이다.
도 10은 분리막에 관통홀이 형성된 제2 실시예에 따른 단위구조체의 평면도이다.
도 11은 도 10의 단위구조체가 복수 개 적층된 제2 실시예에 따른 전극조립체의 사시도이다.
도 12는 단위구조체가 복수 개 적층된 제2 실시예의 변형예에 따른 전극조립체의 분해도로서 전극조립체의 관통홀 부분을 수직으로 자른 단면도이다.
도 13은 제1 실시예에 따른 이차전지의 평면도로서 함입부에 대응되는 융착부가 미절취된 상태를 나타낸다.
도 14는 도 13의 이차전지에서 함입부에 대응되는 융착부가 절취된 상태를 나타낸다.
도 15은 제2 실시예에 따른 이차전지의 평면도로서 관통홀에 대응되는 융착부가 미절취된 상태를 나타낸다.
도 16는 도 15의 이차전지에서 관통홀에 대응되는 융착부가 절취된 상태를 나타낸다.
도 17은 본 발명에 따른 전극조립체의 제조방법에 의하여 제조되는 전극조립체에 구비되는 단위구조체의 제1 구조를 나타낸 측면도이다.
도 18은 본 발명에 따른 전극조립체의 제조방법에 의하여 제조되는 전극조립체에 구비되는 단위구조체의 제2 구조를 나타낸 측면도이다.
도 19는 본 발명에 따른 단위구조체를 제조하는 공정을 나타내는 공정도이다.
도 20은 단위구조체와 제1 보조단위체를 포함한 전극조립체의 제1 구조를 도시하고 있는 측면도이다.
도 21은 단위구조체와 제1 보조단위체를 포함한 전극조립체의 제2 구조를 도시하고 있는 측면도이다.
도 22는 단위구조체와 제2 보조단위체를 포함한 전극조립체의 제3 구조를 도시하고 있는 측면도이다.
도 23은 단위구조체와 제2 보조단위체를 포함한 전극조립체의 제4 구조를 도시하고 있는 측면도이다.
도 24는 단위구조체, 제1 보조단위체와 제2 보조단위체를 포함한 전극조립체의 제5 구조를 도시하고 있는 측면도이다.
도 25는 단위구조체와 제1 보조단위체를 포함한 전극조립체의 제6 구조를 도시하고 있는 측면도이다.
도 26은 단위구조체와 제2 보조단위체를 포함한 전극조립체의 제7 구조를 도시하고 있는 측면도이다.
도 27은 본 발명에 따른 전극조립체의 고정구조를 도시한 개략 사시도이다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다. 그러나 본 발명이 이하의 실시예에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다.

본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

도면에서 각 구성요소 또는 그 구성요소를 이루는 특정 부분의 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었다. 따라서, 각 구성요소의 크기는 실제크기를 전적으로 반영하는 것은 아니다. 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우, 그러한 설명은 생략하도록 한다.

본 발명의 바람직한 제1 실시예에 따른 전극조립체의 제조방법은, 제1 전극(111)과 제2 전극(113)의 가장자리로부터 내측을 향하여 움푹 패인 함입부(A1)를 형성하는 단계(S11); 상기 제1 전극(111), 제1 분리막(112), 상기 제2 전극(113), 제2 분리막(114)이 순차적으로 적층된 4층 구조나 상기 4층 구조가 반복적으로 적층된 구조, 또는 상기 제1 전극(111), 상기 제1 분리막(112), 상기 제2 전극(113), 상기 제2 분리막(114)이 교대로 배치되어 일체로 결합된 2종 이상의 기본 단위체가 각각 1개씩 정해진 순서에 따라 적층되어 상기 4층 구조나 상기 4층 구조가 반복적으로 배치된 구조를 가지는 단위구조체(110)를 형성하는 단계(S20); 단위구조체(110)에 구비된 제1 분리막(112)과 제2 분리막(114)의 상기 함입부(A1)에 대응되는 영역을 마진(margin)을 두고 절취하여 제1 분리막(112)과 제2 분리막(114)에도 함입부(A2)를 형성하는 단계(S31); 및 인접한 단위구조체들(110)의 함입부(A1, A2)가 서로 마주볼 수 있도록 복수 개의 단위구조체들(110)을 적층하여 전극조립체(100)를 형성하는 단계(S41);를 수행하는 것을 포함하는 제조방법이다.

먼저 S11단계를 수행하기 위하여 도 1에 도시된 전극(111, 113)을 준비하고, 도 2와 같이 제1 전극(111) 또는 제2 전극(113)의 일측 가장자리로부터 내측을 향하여 함입부(A1)를 형성할 수 있다. 함입부(A1)의 형성은 도 1에 도시된 전극(111, 113)을 커팅하는 것에 의하여 달성될 수도 있으나, 처음부터 함입부(A1)가 형성되어 있는 전극(111, 113)을 제조하는 것도 가능하다.

다음으로, 도 3 및 도 4와 같이 함입부(A1)가 형성된 제1 전극(111) 및 제2 전극(113)과, 함입부가 형성되지 않은 제1 분리막(112) 및 제2 분리막(114)을 제1 전극(111), 제1 분리막(112), 제2 전극(113), 제2 분리막(114)의 순서로 적층하여 단위구조체(110)를 형성하는 S20단계를 수행한다. 이와 같은 적층구조를 복수 개 포함하는 단위구조체(110)를 상정할 수도 있으며, 단위구조체(110)는 차후에 설명할 보조단위체를 더 포함할 수도 있다.

다음으로, 도 5 및 도 6과 같이 제1 분리막(112) 및 제2 분리막(114)의 전체 영역 중에서 전극(111, 113)에 형성된 함입부(A1)를 마주보는 영역을 절취하여, 제1 분리막(112) 및 제2 분리막(114)에도 함입부(A2)를 형성하는 S31단계를 수행한다. 각각의 분리막(112, 114)의 양면에 위치한 전극(111, 113)이 분리막(112, 114)을 통하지 않고 단락되는 것을 방지할 수 있도록 분리막(112, 114)은 전극(111, 113)보다는 다소 넓은 면적으로 재단된다. 이와 동일한 이유로, 분리막(112, 114)에 함입부(A2)를 형성할 때도 전극(111, 113)에 형성된 함입부(A1)를 구획하는 외곽선(outline)으로부터 다소 마진을 두고 도 4의 점선을 따라 분리막(112, 114)을 절취하는 것이 바람직하다.

다음으로, 도 6과 같이 서로 인접한 단위구조체들(110)의 함입부(A1, A2)가 서로 마주볼 수 있도록 단위구조체들(110)을 적층하여 전극조립체(100)를 형성하는 S41단계를 수행한다.

한편, 어느 하나의 단위구조체(110)에 형성된 함입부(A1, A2)는 인접한 단위구조체(110)에 형성된 함입부(A1, A2)와 동일한 사이즈를 가질 수 있으나, 이차전지가 기계 또는 전자 디바이스에 설치되는 부품과 간섭하지 않으면서도 최대한의 전기용량을 가질 수 있도록, 어느 하나의 단위구조체(110)에 형성된 함입부(A1, A2)는 인접한 단위구조체(110)에 형성된 함입부(A1, A2)와 다른 사이즈를 가질 수 있다.

예컨대, 도 7은 제1 실시예의 변형례로서 이를 참조하면, 전극조립체(100)의 최상측에 위치한 단위구조체(110)의 전극(111, 113)에 형성된 함입부(A1)의 폭(W1)이 가장 좁고, 전극조립체(100)의 중간에 위치한 단위구조체(110)의 전극(111, 113)에 형성된 함입부(A1)의 폭(W2)이 그 다음으로 넓고, 전극조립체(100)의 최하측에 위치한 단위구조체(110)의 전극(111, 113)에 형성된 함입부(A1)의 폭(W3)이 가장 넓은 것을 확인할 수 있다.

이와 같이, 전극(111, 113)에 형성된 함입부(A1)의 사이즈는 전극조립체(100)의 상면에서 하면을 향하여 점차적으로 커질 수 있거나 반대로 점차적으로 작아질 수 있다. 또한, 분리막(112, 114)에 형성된 함입부(A2)의 사이즈도 전극조립체(100)의 상면에서 하면을 향하여 점차적으로 커질 수 있거나 반대로 점차적으로 작아질 수 있다

이하에서는 본 발명의 바람직한 제2 실시예에 따른 전극조립체의 제조방법에 대하여 설명하기로 한다.

본 발명의 바람직한 제2 실시예에 따른 전극조립체의 제조방법은, 제1 전극(111)과 제2 전극(113)의 내측에 관통홀(B1)을 형성하는 단계(S12); 상기 제1 전극(111), 제1 분리막(112), 상기 제2 전극(113), 제2 분리막(114)이 순차적으로 적층된 4층 구조나 상기 4층 구조가 반복적으로 적층된 구조, 또는 상기 제1 전극(111), 상기 제1 분리막(112), 상기 제2 전극(113), 상기 제2 분리막(114)이 교대로 배치되어 일체로 결합된 2종 이상의 기본 단위체가 각각 1개씩 정해진 순서에 따라 적층되어 상기 4층 구조나 상기 4층 구조가 반복적으로 배치된 구조를 가지는 단위구조체(110)를 형성하는 단계(S20); 단위구조체(110)에 구비된 제1 분리막(112)과 제2 분리막(114)의 상기 관통홀(B1)에 대응되는 영역을 마진을 두고 절취하여 제1 분리막(112)과 제2 분리막(114)에도 관통홀(B2)을 형성하는 단계(S32); 및 인접한 단위구조체들(110)의 관통홀(B1, B2)이 서로 마주볼 수 있도록 복수 개의 단위구조체들(110)을 적층하여 전극조립체(100)를 형성하는 단계(S42);를 수행하는 것을 포함하는 제조방법이다.

먼저 S12단계를 수행하기 위하여 도 1에 도시된 전극(111, 113)을 준비하고, 도 8과 같이 제1 전극(111) 또는 제2 전극(113)의 내측에 관통홀(B1)을 형성할 수 있다. 관통홀(B1)의 형상은 원형에 한정되지 않고 다각형 및 부정형으로 형성될 수도 있으며, 복수 개의 관통홀(B1)이 전극(111, 113)에 형성될 수도 있다. 관통홀(B1)의 형성은 도 1에 도시된 전극(111, 113)을 커팅하는 것에 의하여 달성될 수도 있으나, 처음부터 관통홀(B1)이 형성되어 있는 전극(111, 113)을 제조하는 것도 가능하다.

다음으로, 도 9와 같이 관통홀(B1)이 형성된 제1 전극(111) 및 제2 전극(113)과, 관통홀이 형성되지 않은 제1 분리막(112) 및 제2 분리막(114)을 제1 전극(111), 제1 분리막(112), 제2 전극(113), 제2 분리막(114)의 순서로 적층하여 단위구조체(110)를 형성하는 S20단계를 수행한다. 이와 같은 적층구조를 복수 개 포함하는 단위구조체(110)를 상정할 수도 있으며, 단위구조체(110)는 차후에 설명할 보조단위체를 더 포함할 수도 있다. 도 3은 비록 제1 실시예를 나타내고 있으나, 제2 실시예에 따른 단위구조체(110)에 구비된 각 층도 도 3과 같은 방식으로 적층되므로, 도 3 및 도 9를 참조하면 제2 실시예에 따른 단위구조체(110)의 구조를 쉽게 파악할 수 있다.

다음으로, 도 10 및 도 11과 같이 제1 분리막(112) 및 제2 분리막(114)의 전체 영역 중에서 전극(111, 113)에 형성된 관통홀(B1)을 마주보는 영역을 절취하여, 제1 분리막(112) 및 제2 분리막(114)에도 관통홀(B2)을 형성하는 S32단계를 수행한다. 각각의 분리막(112, 114)의 양면에 위치한 전극(111, 113)이 분리막(112, 114)을 통하지 않고 단락되는 것을 방지할 수 있도록 분리막(112, 114)은 전극(111, 113)보다는 다소 넓은 면적으로 재단된다. 이와 동일한 이유로, 분리막(112, 114)에 관통홀(B2)을 형성할 때도 전극(111, 113)에 형성된 관통홀(B1)을 구획하는 외곽선(outline)으로부터 다소 마진을 두고 도 9의 점선에 의하여 구획되는 내측 영역의 분리막(112, 114)을 점선을 따라 절취하는 것이 바람직하다.

다음으로, 도 11과 같이 서로 인접한 단위구조체들(110)의 관통홀(B1, B2)이 서로 마주볼 수 있도록 단위구조체들(110)을 적층하여 전극조립체(100)를 형성하는 S42단계를 수행한다.

한편, 제1 실시예와 마찬가지로 제2 실시예에서도, 어느 하나의 단위구조체(110)에 형성된 관통홀(B1, B2)은 인접한 단위구조체(110)에 형성된 관통홀(B1, B2)과 동일한 사이즈를 가질 수 있고, 다른 사이즈를 가질 수도 있다.

예컨대, 도 12는 제2 실시예의 변형례로서 이를 참조하면, 전극조립체(100)의 최상측에 위치한 단위구조체(110)의 전극(111, 113)에 형성된 관통홀(B1)의 폭(D1)이 가장 좁고, 전극조립체(100)의 중간에 위치한 단위구조체(110)의 전극(111, 113)에 형성된 관통홀(B1)의 폭(D2)이 그 다음으로 넓고, 전극조립체(100)의 최하측에 위치한 단위구조체(110)의 전극(111, 113)에 형성된 관통홀(B1)의 폭(D3)이 가장 넓은 것을 확인할 수 있다.

이와 같이, 전극(111, 113)에 형성된 관통홀(B1)의 사이즈는 전극조립체(100)의 상면에서 하면을 향하여 점차적으로 커질 수 있거나 반대로 점차적으로 작아질 수 있다. 또한, 분리막(112, 114)에 형성된 관통홀(B2)의 사이즈도 전극조립체(100)의 상면에서 하면을 향하여 점차적으로 커질 수 있거나 반대로 점차적으로 작아질 수 있다

이하에서는 상술한 제1 실시예에 따른 전극조립체(100)를 구비하는 제1 실시예에 따른 이차전지를 제조하는 방법에 대하여 설명한다.

제1 실시예에 따른 이차전지의 제조방법은, S11단계, S20단계, S31단계, S41단계를 거쳐 제조된 전극조립체(100)를 파우치 외장재(200)에 수납하고 이 파우치 외장재(200) 중 전극조립체(100)의 수직 투영면 이외의 영역을 융착부(210, 220)로 형성하는 S50단계를 추가적으로 수행한다(도 13 및 도 14 참조).

즉, 제1 실시예에 따른 이차전지의 제조방법은, 제1 전극(111)과 제2 전극(113)의 가장자리로부터 내측을 향하여 움푹 패인 함입부(A1)를 형성하는 단계(S11); 상기 제1 전극(111), 제1 분리막(112), 상기 제2 전극(113), 제2 분리막(114)이 순차적으로 적층된 4층 구조나 상기 4층 구조가 반복적으로 적층된 구조, 또는 상기 제1 전극(111), 상기 제1 분리막(112), 상기 제2 전극(113), 상기 제2 분리막(114)이 교대로 배치되어 일체로 결합된 2종 이상의 기본 단위체가 각각 1개씩 정해진 순서에 따라 적층되어 상기 4층 구조나 상기 4층 구조가 반복적으로 배치된 구조를 가지는 단위구조체(110)를 형성하는 단계(S20); 단위구조체(110)에 구비된 제1 분리막(112)과 제2 분리막(114)의 상기 함입부(A1)에 대응되는 영역을 마진을 두고 절취하여 제1 분리막(112)과 제2 분리막(114)에도 함입부(A2)를 형성하는 단계(S31); 인접한 단위구조체들(110)의 함입부(A1, A2)가 서로 마주볼 수 있도록 복수 개의 단위구조체들(110)을 적층하여 전극조립체(100)를 형성하는 단계(S41); 및 파우치 외장재(200)에 전극조립체(100)를 수납하고 파우치 외장재(200) 중 전극조립체(100)의 수직 투영면 이외의 영역을 융착부(210, 220)로 형성하는 단계(S50);를 포함하는 제조방법이다.

S11단계, S20단계, S31단계, S41단계에 대해서는 중복설명을 생략하고, S50단계에 대하여 설명한다.

S50단계에서 전극조립체(100)의 수직 투영면이란 파우치 외장재(200)의 상면과 하면 중에서 전극조립체(100)와 겹쳐지는 영역을 지칭한다. 따라서, 파우치 외장재(200) 중의 전극조립체(100)의 수직 투영면 이외의 영역이란 도 13에서 음영으로 표시되어 있는 영역을 지칭한다. 결국, 전극조립체(100)의 수직 투영면 이외의 영역을 융착부(210, 220)로 형성하는 것은 도 13에서 음영으로 표시되어 있는 영역을 융착하는 것을 의미한다.

이미 설명한 것과 같이 전극조립체(100)에 함입부(A1, A2)를 형성한 것은 기계 또는 전자 디바이스의 설계 자유도를 높이는 것을 목적으로 하며, 이 목적을 충실하게 달성하기 위해서는 전극조립체(100)와 파우치 외장재(200)의 형상을 대략 동일하게 하는 것이 바람직하다.

따라서, S50단계는 융착부(210, 220) 중 함입부(A1, A2)에 대응되는 영역(220)을 제1 분리막(112)과 제2 분리막(114)의 함입부(A2)보다 좁은 영역만큼 절취하는 공정을 포함할 수 있으며, 이 공정이 완료된 이차전지는 도 14와 같다.

이하에서는, 상술한 제2 실시예에 따른 전극조립체(100)를 구비하는 제2 실시예에 따른 이차전지를 제조하는 방법에 대하여 설명한다.

제2 실시예에 따른 이차전지의 제조방법은, S12단계, S20단계, S32단계, S42단계를 거쳐 제조된 전극조립체(100)를 파우치 외장재(200)에 수납하고 이 파우치 외장재(200) 중 전극조립체(100)의 수직 투영면 이외의 영역을 융착부(210, 230)로 형성하는 S50단계를 추가적으로 수행한다(도 15 및 도 16 참조).

즉, 제2 실시예에 따른 이차전지의 제조방법은, 제1 전극(111)과 제2 전극(113)의 내측에 관통홀을 형성하는 단계(S12); 상기 제1 전극(111), 제1 분리막(112), 상기 제2 전극(113), 제2 분리막(114)이 순차적으로 적층된 4층 구조나 상기 4층 구조가 반복적으로 적층된 구조, 또는 상기 제1 전극(111), 상기 제1 분리막(112), 상기 제2 전극(113), 상기 제2 분리막(114)이 교대로 배치되어 일체로 결합된 2종 이상의 기본 단위체가 각각 1개씩 정해진 순서에 따라 적층되어 상기 4층 구조나 상기 4층 구조가 반복적으로 배치된 구조를 가지는 단위구조체(110)를 형성하는 단계(S20); 단위구조체(110)에 구비된 제1 분리막(112)과 제2 분리막(114)의 상기 관통홀(B1)에 대응되는 영역을 마진을 두고 절취하여 제1 분리막(112)과 제2 분리막(114)에도 관통홀(B2)을 형성하는 단계(S32); 및 인접한 단위구조체들(110)의 관통홀(B1, B2)이 서로 마주볼 수 있도록 복수 개의 단위구조체들(110)을 적층하여 전극조립체(100)를 형성하는 단계(S42); 및 파우치 외장재(200)에 전극조립체(100)를 수납하고 파우치 외장재(200) 중 전극조립체(100)의 수직 투영면 이외의 영역을 융착부(210, 230)로 형성하는 단계(S50);를 포함하는 제조방법이다.

S12단계, S20단계, S32단계, S42단계에 대해서는 중복설명을 생략하고, S50단계에 대하여 설명한다.

제2 실시예의 S50단계에서 전극조립체(100)의 수직 투영면이란 제1 실시예에서와 동일한 의미로 사용되며, 따라서, 전극조립체(100)의 수직 투영면 이외의 영역을 융착부(210, 230)로 형성하는 것은 도 15에서 음영으로 표시되어 있는 영역을 융착하는 것을 의미한다.

또한, S50단계는 융착부(210, 230) 중 관통홀(B1, B2)에 대응되는 영역(230)을 제1 분리막(112)과 제2 분리막(114)의 관통홀(B2)보다 좁은 영역만큼 절취하는 공정을 포함할 수 있으며, 이 공정이 완료된 이차전지는 도 16과 같다.

제1 실시예와 제2 실시예를 가리지 않고, 상기 S50단계에서 융착부(210, 220, 230)를 절취하는 공정은 레이저 커팅, 초음파 커팅, 금형 커팅을 통해 수행될 수 있다.

지금까지는 단위구조체(110)의 구조에 대하여 단순히 제1 전극(111), 제1 분리막(112), 제2 전극(113), 제2 분리막(114)의 순서로 각 층을 적층한 구조를 포함하는 것으로만 간단하게 설명하였다. 또한, 단위구조체(110)를 이루고 있는 서로 별개의 층의 상대위치를 고정하여 하나의 단위구조체(110)로 만들거나 단위구조체(110)를 포함하는 전극조립체(100)를 만드는 구체적인 과정에 대해서도 자세하게 설명하지는 않았다.

이에, 실제로 단위구조체(110)를 어떠한 공정을 통하여 만들 수 있는지와, 본 발명에 채용될 수 있는 다양한 전극조립체(100)의 구조에 대하여 이하에서 설명하도록 한다.

본 발명에 따른 전극조립체의 제조방법에 의하여 제조된 전극조립체(100)는 적어도 1개의 단위구조체(110a, 110b, 도 17 및 도 18 참조)를 포함한다.

본 발명에 따른 전극 조립체에서 기본 단위체는 전극과 분리막이 교대로 배치되어 형성된다. 이때 전극과 분리막은 같은 수만큼 배치된다. 예를 들어, 기본 단위체(110a)는 2개의 전극(111, 113)과 2개의 분리막(112, 114)이 적층되어 형성될 수 있다. 이때 양극과 음극은 당연히 분리막을 통해 서로 마주 볼 수 있다. 기본 단위체가 이와 같이 형성되면, 기본 단위체의 일측 말단에 전극이 위치하게 되고, 기본 단위체의 타측 말단에 분리막이 위치하게 된다.

본 발명에 따른 전극 조립체는 기본 단위체의 적층만으로 단위구조체(즉, 전극 조립체)를 형성할 수 있다는 점에 기본적인 특징이 있다. 즉, 본 발명은 1종의 기본 단위체를 반복적으로 적층하여, 또는 2종 이상의 기본 단위체를 정해진 순서에 따라 적층하여 단위구조체를 형성할 수 있다는 점에 기본적인 특징이 있다. 이와 같은 특징을 구현하기 위해 기본 단위체는 이하와 같은 구조를 가질 수 있다.

첫째로, 기본 단위체는 제1 전극, 제1 분리막, 제2 전극 및 제2 분리막이 차례로 적층되어 형성될 수 있다. 보다 구체적으로 기본 단위체(110a, 110b)는 제1 전극(111), 제1 분리막(112), 제2 전극(113) 및 제2 분리막(114)이 상측에서 하측으로 차례로 적층되어 형성되거나, 또는 제1 전극(111), 제1 분리막(112), 제2 전극(113) 및 제2 분리막(114)이 하측에서 상측으로 차례로 적층되어 형성될 수 있다. 이와 같은 구조를 가지는 기본 단위체를 이하에서 제1 기본 단위체라 한다. 이때 제1 전극(111)과 제2 전극(113)은 서로 반대되는 전극이다. 예를 들어, 제1 전극(111)이 양극이면 제2 전극(113)은 음극이다.

이와 같이 제1 전극, 제1 분리막, 제2 전극 및 제2 분리막이 차례로 적층되어 기본 단위체가 형성되면, 1종의 기본 단위체(110a)를 반복적으로 적층하는 것만으로도 단위구조체(100a)를 형성할 수 있다. 여기서 기본 단위체는 이와 같은 4층 구조 이외에도 8층 구조나 12층 구조를 가질 수 있다. 즉, 기본 단위체는 4층 구조가 반복적으로 배치된 구조를 가질 수 있다. 예를 들어, 기본 단위체는 제1 전극, 제1 분리막, 제2 전극, 제2 분리막, 제1 전극, 제1 분리막, 제2 전극 및 제2 분리막이 차례로 적층되어 형성될 수도 있다.

둘째로, 기본 단위체는, 제1 전극, 제1 분리막, 제2 전극, 제2 분리막, 제1 전극 및 제1 분리막이 차례로 적층되어 형성되거나, 제2 전극, 제2 분리막, 제1 전극, 제1 분리막, 제2 전극 및 제2 분리막이 차례로 적층되어 형성될 수 있다. 전자의 구조를 가지는 기본 단위체를 이하에서 제2 기본 단위체라 하고, 후자의 구조를 가지는 기본 단위체를 이하에서 제3 기본 단위체라 한다.

보다 구체적으로 제2 기본 단위체(110c)는 제1 전극(111), 제1 분리막(112), 제2 전극(113), 제2 분리막(114), 제1 전극(111) 및 제1 분리막(112)이 상측에서 하측으로 차례로 적층되어 형성될 수 있다. 또한 제3 기본 단위체(110d)는 제2 전극(113), 제2 분리막(114), 제1 전극(111), 제1 분리막(112), 제2 전극(113) 및 제2 분리막(114)이 상측에서 하측으로 차례로 적층되어 형성될 수 있다. 이와 반대로 하측에서 상측으로 차례로 적층되어 형성될 수도 있다.

제2 기본 단위체와 제3 기본 단위체를 하나씩만 적층하면 4층 구조가 반복적으로 적층된 구조가 형성된다. 따라서 제2 기본 단위체와 제3 기본 단위체를 하나씩 교대로 계속 적층하면, 도 6에서 도시하고 있는 것과 같이 제2 및 제3 기본 단위체의 적층만으로도 단위구조체를 형성할 수 있다.

이와 같이 본 발명에서 1종의 기본 단위체는 제1 전극, 제1 분리막, 제2 전극 및 제2 분리막이 순차적으로 배치된 4층 구조나 4층 구조가 반복적으로 배치된 구조를 가진다. 또한 본 발명에서 2종 이상의 기본 단위체를 각각 1개씩 정해진 순서에 따라 배치하면, 4층 구조나 4층 구조가 반복적으로 배치된 구조가 형성된다. 예를 들어, 전술한 제1 기본 단위체는 4층 구조를 가지고, 전술한 제2 기본 단위체와 제3 기본 단위체를 각각 1개씩 총 2개를 적층하면 4층 구조가 반복적으로 적층된 12층 구조가 형성된다.

따라서 본 발명에서 1종의 기본 단위체를 반복적으로 적층하거나, 또는 2종 이상의 기본 단위체를 정해진 순서에 따라 적층하면, 단지 적층만으로도 단위구조체(즉, 전극 조립체)를 형성할 수 있다.

본 발명에서 단위구조체는 기본 단위체가 기본 단위체 단위로 적층되어 형성된다. 즉, 먼저 기본 단위체를 제작한 다음에 이를 반복적으로 또는 정해진 순서에 따라 적층하여 단위구조체를 제작한다. 이와 같이 본 발명은 기본 단위체의 적층만으로 단위구조체를 형성할 수 있다. 따라서 본 발명은 기본 단위체를 매우 정밀하게 정렬시킬 수 있다. 기본 단위체가 정밀하게 정렬되면 전극과 분리막도 단위구조체에서 정밀하게 정렬될 수 있다. 또한 본 발명은 단위구조체(전극 조립체)의 생산성을 매우 향상시킬 수 있다. 공정이 매우 단순해지기 때문이다.

단위구조체(110)에 구비된 제1 전극(111)은 집전체 및 활물질층(활물질)을 구비하며, 활물질 층은 집전체의 양면에 도포된다. 이와 마찬가지로 단위구조체(110)에 구비된 제2 전극(113)도 집전체 및 활물질층(활물질)을 구비하며, 활물질 층은 집전체의 양면에 도포된다.

한편, 단위구조체(110)를 제조하는 공정은 다음과 같은 연속공정으로 이루어질 수 있다(도 19참조). 먼저 제1 전극 재료(121), 제1 분리막 재료(122), 제2 전극 재료(123) 및 제2 분리막 재료(124)를 준비한다. 여기서 전극 재료(121, 123)는 이하에서 살펴볼 바와 같이 소정 크기로 절단되어 전극(111, 113)을 형성한다. 이는 분리막 재료(122, 124)도 동일하다. 공정의 자동화를 위해 전극 재료(121, 123)와 분리막 재료(122, 124)는 롤에 권취되어 있는 형태를 가질 수 있다. 이와 같이 재료들을 준비한 다음에 제1 전극 재료(121)를 커터(C₁)를 통해 소정 크기로 절단한다. 그리고 제2 전극 재료(123)도 커터(C₂)를 통해 소정 크기로 절단한다. 그런 다음 소정 크기의 제1 전극 재료(121)를 제1 분리막 재료(122) 위로 공급한다. 그리고 소정 크기의 제2 전극 재료(123)도 제2 분리막 재료(124) 위로 공급한다. 그런 다음 재료들을 모두 함께 라미네이터(L₁, L₂)로 공급한다.

전극조립체(100)는 앞서 살펴본 바와 같이, 단위구조체(110)가 반복적으로 적층되어 형성된다. 그런데 단위구조체(110)를 구성하는 전극과 분리막이 서로 분리된다면, 단위구조체(110)를 반복적으로 적층하는 것이 매우 어려워질 것이다. 따라서 단위구조체(110)에 구비된 전극과 분리막은 서로 접착되는 것이 바람직하며, 라미네이터(L₁, L₂)는 이와 같이 전극과 분리막을 서로 접착하기 위해 사용된다. 즉, 라미네이터(L₁, L₂)는 재료들에 압력을 가하거나, 또는 열과 압력을 가하여 전극 재료와 분리막 재료를 서로 접착한다. 이와 같이 전극 재료와 분리막 재료는 라미네이터(L₁, L₂)에 의하여 라미네이팅 공정을 통해 서로 접착되고, 이와 같은 접착으로 단위구조체(110)는 보다 안정적으로 자신의 형상을 유지할 수 있다.

각 층의 라미네이팅 이후에는 제1 분리막 재료(122)와 제2 분리막 재료(124)를 커터(C₃)를 통해 소정 크기로 절단한다. 이와 같은 절단으로 단위구조체(110)가 형성될 수 있다. 추가적으로 필요에 따라 단위구조체(110)에 대한 각종 검사를 수행할 수도 있다. 예를 들어, 두께 검사, 비전 검사, 쇼트 검사와 같은 검사를 추가적으로 수행할 수도 있다.

단위구조체(110)를 제조하는 공정은 위와 같이 연속공정으로 수행될 수 있으나, 반드시 연속공정으로 수행되어야만 하는 것은 아니다. 즉, 제1 전극(111), 제1 분리막(112), 제2 전극(113) 및 제2 분리막(114)을 적절한 사이즈로 먼저 커팅한 후에 이들을 적층하여 단위구조체(110)를 형성하는 것도 물론 가능하다.

한편, 분리막(112, 114) 또는 분리막 재료(122, 124)는 접착력을 가지는 코팅 물질로 표면이 코팅될 수 있다. 이때 코팅 물질은 무기물 입자와 바인더 고분자의 혼합물일 수 있다. 여기서 무기물 입자는 분리막의 열적 안정성을 향상시킬 수 있다. 즉, 무기물 입자는 고온에서 분리막이 수축하는 것을 방지할 수 있다. 그리고 바인더 고분자는 무기물 입자를 고정시킬 수 있으며 이로 인해 바인더 고분자 사이에 고정된 무기물 입자들 사이에는 소정의 기공 구조가 형성될 수 있다. 이와 같은 기공 구조로 인해, 무기물 입자가 분리막에 코팅되어 있더라도 양극으로부터 음극으로 이온이 원활하게 이동할 수 있다. 또한 바인더 고분자는 무기물 입자를 분리막에 안정적으로 유지시켜 분리막의 기계적 안정성도 향상시킬 수 있다. 더욱이 바인더 고분자는 분리막을 전극에 보다 안정적으로 접착시킬 수 있다. 참고로, 분리막은 폴리올레핀 계열의 분리막 기재로 형성될 수 있다.

그런데 도 17과 도 18에서 도시하고 있는 것과 같이, 제1 분리막(112)은 양면에 전극(111, 113)이 위치하는데 반해, 제2 분리막(114)은 일면에만 전극(113)이 위치한다. 따라서 제1 분리막(112)은 양면에 코팅 물질이 코팅될 수 있고, 제2 분리막(114)은 일면에만 코팅 물질이 코팅될 수 있다. 즉, 제1 분리막(112)은 제1 전극(111)과 제2 전극(113)을 바라보는 양면에 코팅 물질이 코팅될 수 있고, 제2 분리막(114)은 제2 전극(113)을 바라보는 일면에만 코팅 물질이 코팅될 수 있다.

이와 같이 코팅 물질에 의한 접착은 단위구조체(110) 내에서 이루어지는 것으로 충분하다. 따라서 앞서 살펴본 바와 같이 제2 분리막(114)은 일면에만 코팅이 이루어져도 무방하다. 다만, 단위구조체(110)끼리도 히트 프레스(heat press) 등의 방법으로 서로 접착될 수 있으므로, 필요에 따라 제2 분리막(114)도 양면에 코팅이 이루어질 수 있다. 즉, 제2 분리막(114)도 제2 전극(113)을 바라보는 일면과 그 반대면에 코팅 물질이 코팅될 수 있다. 이와 같은 경우 상측에 위치하는 단위구조체(110)와 이의 바로 아래에 위치하는 단위구조체(110)는 제2 분리막(114) 외면의 코팅 물질을 통하여 서로 접착될 수 있다.

참고로, 접착력을 가지는 코팅 물질을 분리막에 도포한 경우, 소정의 물체로 분리막에 직접 압력을 가하는 것은 바람직하지 않다. 분리막은 통상적으로 전극보다 외측으로 길게 연장된다. 따라서 제1 분리막(112)의 말단과 제2 분리막(114)의 말단을 서로 결합시키려는 시도가 있을 수 있다. 예를 들어, 제1 분리막(112)의 말단과 제2 분리막(114)의 말단을 초음파 융착으로 서로 융착시키려는 시도가 있을 수 있고, 초음파 융착의 경우 혼(horn)으로 대상을 직접 가압할 필요가 있다. 그러나 이와 같이 혼으로 분리막의 말단을 직접 가압하면, 접착력을 갖는 코팅 물질로 인해 분리막에 혼이 들러붙을 수 있다. 이로 인해 장치의 고장이 초래될 수 있다. 따라서 접착력을 가지는 코팅 물질을 분리막에 도포한 경우, 소정의 물체로 분리막에 직접 압력을 가하는 공정을 적용하는 것은 바람직하지 않다.

한편, 전극조립체(100)는 제1 보조단위체(130)와 제2 보조단위체(140) 중의 적어도 어느 하나를 더 포함할 수 있다. 우선, 제1 보조단위체(130)에 대해 살펴본다. 단위구조체(110)는 제1 전극(111), 제1 분리막(112), 제2 전극(113) 및 제2 분리막(114)이 상측에서 하측으로, 또는 하측에서 상측으로 순차적으로 적층되어 형성된다. 따라서 이와 같은 단위구조체(110)가 반복적으로 적층되어 전극조립체(100)가 형성되면, 전극조립체(100)의 가장 위쪽(도 17 참조), 또는 가장 아래쪽(도 18 참조)에 제1 전극(111)(116, 이하 '제1 말단 전극'이라 한다)이 위치하게 된다. (제1 말단 전극은 양극일 수도 있고 음극일 수도 있다.) 제1 보조단위체(130)는 이와 같은 제1 말단 전극(116)에 추가적으로 적층된다.

보다 구체적으로 제1 보조단위체(130a)는 도 20에서 도시하고 있는 것과 같이 제1 전극(111)이 양극이고 제2 전극(113)이 음극이면, 제1 말단 전극(116)으로부터 순차적으로, 즉 제1 말단 전극(116)으로부터 외측(도 20을 기준으로 상측)으로 분리막(114), 음극(113), 분리막(112) 및 양극(111)이 차례로 적층되어 형성될 수 있다. 또한 제1 보조단위체(130b)는 도 21에서 도시하고 있는 것과 같이 제1 전극(111)이 음극이고 제2 전극(113)이 양극이면, 제1 말단 전극(116)으로부터 순차적으로, 즉 제1 말단 전극(116)으로부터 외측으로 분리막(114) 및 양극(113)이 차례로 적층되어 형성될 수 있다. 전극조립체(100)는 도 20 또는 도 21에서 도시하고 있는 것과 같이 제1 보조단위체(130)로 인하여 제1 말단 전극(116) 측의 가장 외측에 양극을 위치시킬 수 있다.

일반적으로 전극은 집전체와, 활물질층(활물질)을 구비하며, 활물질 층은 집전체의 양면에 도포된다. 이에 따라 도 20을 기준으로 양극의 활물질층 중 집전체의 아래쪽에 위치한 활물질층은 분리막을 매개로 음극의 활물질층 중 집전체의 위쪽에 위치한 활물질층과 서로 반응한다. 그런데 단위구조체(110)를 동일하게 형성한 다음에 이를 차례로 적층하여 전극조립체(100)를 형성하면, 전극조립체(100)의 가장 위쪽 또는 가장 아래쪽에 위치한 제1 말단 전극은 다른 제1 전극(111)과 동일하게 집전체의 양면에 활물질층을 구비할 수밖에 없다. 그러나 제1 말단 전극이 집전체의 양면에 활물질층을 도포한 구조를 가지면, 제1 말단 전극의 활물질층 중 외측에 위치한 활물질층은 다른 활물질층과 반응할 수 없다. 따라서 활물질층이 낭비되는 문제가 초래된다.

제1 보조단위체(130)는 이와 같은 문제를 해결하기 위한 것이다. 즉, 제1 보조단위체(130)는 단위구조체(110)와 별개로 형성된다. 따라서 제1 보조단위체(130)는 집전체의 일면에만 활물질층이 형성된 양극을 구비할 수 있다. 즉, 제1 보조단위체(130)는 집전체의 양면 중에 단위구조체(110)를 바라보는 일면(도 20을 기준으로 아래쪽을 바라보는 일면)에만 활물질층이 코팅된 양극을 구비할 수 있다. 결과적으로, 제1 말단 전극(116)에 추가적으로 제1 보조단위체(130)를 적층하여 전극조립체(100)를 형성하면, 제1 말단 전극(116) 측의 가장 외측에 단면만 코팅된 양극을 위치시킬 수 있다. 따라서 활물질층이 낭비되는 문제를 해결할 수 있다. 그리고 양극은 (예를 들어) 니켈 이온을 방출하는 구성이므로, 가장 외측에 양극을 위치시키는 것이 전지 용량에 유리하다.

다음으로 제2 보조단위체(140)에 대해 살펴본다. 제2 보조단위체(140)는 기본적으로 제1 보조단위체(130)와 동일한 역할을 수행한다. 보다 구체적으로 설명한다. 단위구조체(110)는 제1 전극(111), 제1 분리막(112), 제2 전극(113) 및 제2 분리막(114)이 상측에서 하측으로, 또는 하측에서 상측으로 순차적으로 적층되어 형성된다. 따라서 이와 같은 단위구조체(110)가 반복적으로 적층되어 전극조립체(100)가 형성되면, 전극조립체(100)의 가장 위쪽(도 18 참조), 또는 가장 아래쪽(도 17 참조)에 제2 분리막(114)(117, 이하 '제2 말단 분리막'이라 한다)이 위치하게 된다. 제2 보조단위체(140)는 이와 같은 제2 말단 분리막(117)에 추가적으로 적층된다.

보다 구체적으로 제2 보조단위체(140a)는 도 22에서 도시하고 있는 것과 같이 제1 전극(111)이 양극이고 제2 전극(113)이 음극이면, 양극(111)으로 형성될 수 있다. 또한 제2 보조단위체(140b)는 도 23에서 도시하고 있는 것과 같이 제1 전극(111)이 음극이고 제2 전극(113)이 양극이면, 제2 말단 분리막(117)으로부터 순차적으로, 즉 제2 말단 분리막(117)으로부터 외측(도 23을 기준으로 하측)으로 음극(111), 분리막(112) 및 양극(113)이 차례로 적층되어 형성될 수 있다. 제2 보조단위체(140)도 제1 보조단위체(130)와 동일하게 집전체의 양면 중에 단위구조체(110)를 바라보는 일면(도 23을 기준으로 위쪽을 바라보는 일면)에만 활물질층이 코팅된 양극을 구비할 수 있다. 결과적으로 제2 말단 분리막(117)에 제2 보조단위체(140)를 추가적으로 적층하여 전극조립체(100)를 형성하면, 제2 말단 분리막(117) 측의 가장 외측에 단면만 코팅된 양극을 위치시킬 수 있다.

참고로, 도 20와 도 21, 그리고 도 22과 도 23은 제1 전극(111), 제1 분리막(112), 제2 전극(113) 및 제2 분리막(114)이 상측에서 하측으로 순차적으로 적층된 경우를 예시하고 있다. 이와는 반대로 제1 전극(111), 제1 분리막(112), 제2 전극(113) 및 제2 분리막(114)이 하측에서 상측으로 순차적으로 적층된 경우도 앞서 설명된 바와 동일하게 설명될 수 있다. 그리고 제1 보조단위체(130)와 제2 보조단위체(140)는 필요에 따라 가장 외측에 분리막을 더 포함할 수도 있다. 일례로 가장 외측에 위치한 양극이 케이스와 전기적으로 절연될 필요가 있을 경우 제1 보조단위체(130)와 제2 보조단위체(140)는 양극의 외측에 분리막을 더 포함할 수 있다. 같은 이유에서, 도 22과 같이 제2 보조단위체(140)가 적층되어 있는 쪽의 반대쪽(즉, 도 22의 전극조립체(100)의 최상측)에 노출되어 있는 양극에도 분리막이 더 포함될 수 있다.

한편, 도 24 내지 도 26에서 도시하고 있는 것과 같이, 전극조립체(100)를 형성하는 것이 바람직하다. 우선, 도 24에서 도시하고 있는 것과 같이 전극조립체(100e)를 형성할 수 있다. 단위구조체(110b)는 하측에서 상측으로 제1 전극(111), 제1 분리막(112), 제2 전극(113) 및 제2 분리막(114)이 차례로 적층되어 형성될 수 있다. 이때 제1 전극(111)은 양극일 수 있고 제2 전극(113)은 음극일 수 있다. 그리고 제1 보조단위체(130c)는 제1 말단 전극(116)으로부터 순차적으로, 즉 도 24를 기준으로 상측에서 하측으로 분리막(114), 음극(113), 분리막(112) 및 양극(111)이 적층되어 형성될 수 있다. 이때 제1 보조단위체(130c)의 양극(111)은 단위구조체(110b)를 바라보는 일면에만 활물질층이 형성될 수 있다.

또한 제2 보조단위체(140c)는 제2 말단 분리막(117)으로부터 순차적으로, 즉 도 24를 기준으로 하측에서 상측으로 양극(111, 제1 양극), 분리막(112), 음극(113), 분리막(114) 및 양극(118, 제2 양극)이 적층되어 형성될 수 있다. 이때 제2 보조단위체(140c)의 양극 중 가장 외측에 위치한 양극(118, 제2 양극)은 단위구조체(110b)를 바라보는 일면에만 활물질층이 형성될 수 있다. 참고로, 보조단위체가 분리막을 포함하면 단위체의 정렬에 유리하다.

다음으로, 도 25에서 도시하고 있는 것과 같이 전극조립체(100f)를 형성할 수 있다. 단위구조체(110b)는 하측에서 상측으로 제1 전극(111), 제1 분리막(112), 제2 전극(113) 및 제2 분리막(114)이 차례로 적층되어 형성될 수 있다. 이때 제1 전극(111)은 양극일 수 있고 제2 전극(113)은 음극일 수 있다. 그리고 제1 보조단위체(130d)는 제1 말단 전극(116)으로부터 순차적으로 분리막(114), 음극(113) 및 분리막(112)이 적층되어 형성될 수 있다. 이때 제2 보조단위체는 구비되지 않아도 무방하다. 참고로, 음극은 전위차로 인해 파우치 외장재(200)의 알루미늄층과 반응을 일으킬 수 있다. 따라서 음극은 분리막을 통해 파우치 외장재(200)로부터 절연되는 것이 바람직하다.

마지막으로, 도 26에서 도시하고 있는 것과 같이 전극조립체(100g)를 형성할 수 있다. 단위구조체(110c)는 상측에서 하측으로 제1 전극(111), 제1 분리막(112), 제2 전극(113) 및 제2 분리막(114)이 적층되어 형성될 수 있다. 이때 제1 전극(111)은 음극일 수 있고 제2 전극(113)은 양극일 수 있다. 그리고 제2 보조단위체(140d)는 제2 말단 분리막(117)으로부터 순차적으로 음극(111), 분리막(112), 양극(113), 분리막(114) 및 음극(119)이 차례로 적층되어 형성될 수 있다. 이때 제1 보조단위체는 구비되지 않아도 무방하다.

이하에서는 도 27를 참조하여, 본 발명에 따른 전극조립체(100)의 고정구조에 대하여 설명하도록 한다.

본 발명에 따른 전극조립체(100)는 단위구조체(110) 또는 단위구조체(110)가 적층된 구조의 전극조립체(100)의 측면 또는 전면을 고정하는 고정부(T1)를 더 포함하여 구성될 수 있다.

즉, 적층 구조의 안정성을 확보하기 위해, 전극조립체(100)의 측면에 별개의 부재를 이용하여 고정을 수행할 수 있으며, 이러한 고정부는 도 27(a)에 도시된 것과 같이, 적층된 전극조립체(100)의 전면을 테이핑하는 방식으로 구현하거나, 도 27(b)에 도시된 것과 같이, 전극조립체(100)의 측면만을 고정하는 고정부(T2)로 구현하는 것이 가능하다. 또한 도 27(a), 도 27(b)의 경우, 고정부로는 고분자테이프가 채용될 수 있다.

전술한 바와 같은 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시예에 관해 설명하였다. 그러나 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서는 여러 가지 변형이 가능하다. 본 발명의 기술적 사상은 본 발명의 기술한 실시예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

100(100a, 100b, 100c, 100d, 100e, 100f, 100g): 전극조립체
110(110a, 110b, 110c): 단위구조체
111: 제1 전극 112: 제1 분리막
113: 제2 전극 114: 제2 분리막
116: 제1 말단 전극 117: 제2 말단 분리막
121: 제1 전극 재료 122: 제1 분리막 재료
123: 제2 전극 재료 124: 제2 분리막 재료
130(130a, 130b, 130c, 130d): 제1 보조단위체
140(140a, 140b. 140c, 140d): 제2 보조단위체
200 : 파우치 외장재 210, 220, 230 : 융착부
A1, A2 : 함입부 B1, B2 : 관통홀

Claims

제1 전극과 제2 전극의 가장자리로부터 내측을 향하여 움푹 패인 함입부를 형성하는 단계(S11);
상기 제1 전극, 제1 분리막, 상기 제2 전극, 제2 분리막이 순차적으로 적층된 4층 구조나 상기 4층 구조가 반복적으로 적층된 구조, 또는 상기 제1 전극, 상기 제1 분리막, 상기 제2 전극, 상기 제2 분리막이 교대로 배치되어 일체로 결합된 2종 이상의 기본 단위체가 각각 1개씩 정해진 순서에 따라 적층되어 상기 4층 구조나 상기 4층 구조가 반복적으로 배치된 구조를 가지는 단위구조체를 형성하는 단계(S20);
상기 단위구조체에 구비된 상기 제1 분리막과 상기 제2 분리막의 상기 함입부에 대응되는 영역을 마진(margin)을 두고 절취하여 상기 제1 분리막과 상기 제2 분리막에도 함입부를 형성하는 단계(S31); 및
인접한 단위구조체들의 상기 함입부가 서로 마주볼 수있도록 복수 개의 단위구조체들을 적층하여 전극조립체를 형성하는 단계(S41);를 포함하는 전극조립체의 제조방법.
제1항에 있어서,
어느 하나의 단위구조체에 형성된 함입부는 인접한 단위구조체에 형성된 함입부와 다른 사이즈를 갖는 것을 특징으로 하는 전극조립체의 제조방법.
제2항에 있어서,
상기 함입부의 사이즈는 상기 전극조립체의 상면에서 하면을 향하여 점차적으로 커지거나 작아지는 것을 특징으로 하는 전극조립체의 제조방법.
제1 전극과 제2 전극의 내측에 관통홀을 형성하는 단계(S12);
상기 제1 전극, 제1 분리막, 상기 제2 전극, 제2 분리막이 순차적으로 적층된 4층 구조나 상기 4층 구조가 반복적으로 적층된 구조, 또는 상기 제1 전극, 상기 제1 분리막, 상기 제2 전극, 상기 제2 분리막이 교대로 배치되어 일체로 결합된 2종 이상의 기본 단위체가 각각 1개씩 정해진 순서에 따라 적층되어 상기 4층 구조나 상기 4층 구조가 반복적으로 배치된 구조를 가지는 단위구조체를 형성하는 단계(S20);
상기 단위구조체에 구비된 상기 제1 분리막과 상기 제2 분리막의 상기 관통홀에 대응되는 영역을 마진(margin)을 두고 절취하여 상기 제1 분리막과 상기 제2 분리막에도 관통홀을 형성하는 단계(S32); 및
인접한 단위구조체들의 상기 관통홀이 서로 마주볼 수 있도록 복수 개의 단위구조체들을 적층하여 전극조립체를 형성하는 단계(S42);를 포함하며,
상기 단위구조체는 상기 전극과 상기 분리막이 서로 접착되어 형성되고,
상기 단위구조체 들은 서로 접착되지 않는 것을 특징으로 하는 전극조립체의 제조방법.
제4항에 있어서,
어느 하나의 단위구조체에 형성된 관통홀은 인접한 단위구조체에 형성된 관통홀과 다른 사이즈를 갖는 것을 특징으로 하는 전극조립체의 제조방법.
제5항에 있어서,
상기 관통홀의 사이즈는 상기 전극조립체의 상면에서 하면을 향하여 점차적으로 커지거나 작아지는 것을 특징으로 하는 전극조립체의 제조방법.
제1항에 있어서,
상기 단위구조체는 상기 전극과 상기 분리막이 서로 접착되어 형성되는 것을 특징으로 하는 전극조립체의 제조방법.
제4항 또는 제7항에 있어서,
상기 전극과 상기 분리막의 접착은, 상기 전극과 상기 분리막에 압력을 가하는 것에 의한 접착, 또는 상기 전극과 상기 분리막에 압력과 열을 가하는 것에 의한 접착인 것을 특징으로 하는 전극조립체의 제조방법.
제4항 또는 제7항에 있어서,
상기 단위구조체는 상기 전극과 상기 분리막을 라미네이팅하는 것에 의하여 형성되는 것을 특징으로 하는 전극조립체의 제조방법.
제4항 또는 제7항에 있어서,
상기 분리막은 접착력을 가지는 코팅 물질이 표면에 코팅되는 것을 특징으로 하는 전극조립체의 제조방법.
제10항에 있어서,
상기 코팅 물질은 무기물 입자와 바인더 고분자의 혼합물인 것을 특징으로 하는 전극조립체의 제조방법.
제10항에 있어서,
상기 제1 분리막은 상기 제1 전극과 상기 제2 전극을 바라보는 양면에 상기 코팅 물질이 코팅되고, 상기 제2 분리막은 상기 제2 전극을 바라보는 일면에만 상기 코팅 물질이 코팅되는 것을 특징으로 하는 전극조립체의 제조방법.
제1항에 있어서,
상기 제1 분리막은 상기 제1 전극과 상기 제2 전극을 바라보는 양면에 코팅 물질이 코팅되고, 상기 제2 분리막은 상기 제2 전극을 바라보는 일면과 그 반대면에 코팅 물질이 코팅되며,
상기 전극조립체에 구비된 복수 개의 단위구조체들은 상기 제2 분리막의 코팅 물질에 의하여 서로 접착되어 있는 것을 특징으로 하는 전극조립체의 제조방법.
제1항 또는 제4항에 있어서,
상기 전극조립체는 가장 위쪽 또는 가장 아래쪽에 위치하는 제1 전극인 제1 말단 전극에 적층되는 제1 보조단위체를 더 포함하며,
상기 제1 보조단위체는, 상기 제1 전극이 양극이고 상기 제2 전극이 음극일 때 상기 제1 말단 전극으로부터 순차적으로 분리막, 음극, 분리막 및 양극이 적층되어 형성되고, 상기 제1 전극이 음극이고 상기 제2 전극이 양극일 때 상기 제1 말단 전극으로부터 순차적으로 분리막 및 양극이 적층되어 형성되는 것을 특징으로 하는 전극조립체의 제조방법.
제14항에 있어서,
상기 제1 보조단위체의 양극은:
집전체; 및
상기 집전체의 양면 중에 상기 단위구조체를 바라보는 일면에만 코팅되는 양극 활물질;을 구비하는 것을 특징으로 하는 전극조립체의 제조방법.
제1항 또는 제4항에 있어서,
상기 전극조립체는 가장 위쪽 또는 가장 아래쪽에 위치하는 제1 전극인 제1 말단 전극에 적층되는 제1 보조단위체를 더 포함하며,
상기 제1 보조단위체는, 상기 제1 전극이 양극이고 상기 제2 전극이 음극일 때 상기 제1 말단 전극으로부터 순차적으로 분리막, 음극 및 분리막이 적층되어 형성되는 것을 특징으로 하는 전극조립체의 제조방법.
제1항 또는 제4항에 있어서,
상기 전극조립체는 가장 위쪽 또는 가장 아래쪽에 위치하는 제2 분리막인 제2 말단 분리막에 적층되는 제2 보조단위체를 더 포함하며,
상기 제2 보조단위체는, 상기 제1 전극이 양극이고 상기 제2 전극이 음극일 때 양극으로 형성되고, 상기 제1 전극이 음극이고 상기 제2 전극이 양극일 때 상기 제2 말단 분리막으로부터 순차적으로 음극, 분리막 및 양극이 적층되어 형성되는 것을 특징으로 하는 전극조립체의 제조방법.
제17항에 있어서,
상기 제2 보조단위체의 양극은:
집전체; 및
상기 집전체의 양면 중에 상기 단위구조체를 바라보는 일면에만 코팅되는 양극 활물질;을 구비하는 것을 특징으로 하는 전극조립체의 제조방법.
제1항 또는 제4항에 있어서,
상기 전극조립체는 가장 위쪽 또는 가장 아래쪽에 위치하는 제2 분리막인 제2 말단 분리막에 적층되는 제2 보조단위체를 더 포함하며,
상기 제2 보조단위체는, 상기 제1 전극이 양극이고 상기 제2 전극이 음극일 때 상기 제2 말단 분리막으로부터 순차적으로 제1 양극, 분리막, 음극, 분리막 및 제2 양극이 적층되어 형성되며,
상기 제2 보조단위체의 제2 양극은 집전체와 양극 활물질을 구비하며, 상기 양극 활물질은 집전체의 양면 중에 상기 단위구조체를 바라보는 일면에만 코팅되는 것을 특징으로 하는 전극조립체의 제조방법.
제1항 또는 제4항에 있어서,
상기 전극조립체는 가장 위쪽 또는 가장 아래쪽에 위치하는 제2 분리막인 제2 말단 분리막에 적층되는 제2 보조단위체를 더 포함하며,
상기 제2 보조단위체는, 상기 제1 전극이 음극이고 상기 제2 전극이 양극일 때 상기 제2 말단 분리막으로부터 순차적으로 음극, 분리막, 양극, 분리막 및 음극이 적층되어 형성되는 것을 특징으로 하는 전극조립체의 제조방법.
제1항 또는 제4항에 있어서,
상기 전극조립체의 측면 또는 전면을 고정하는 고정부를 더 포함하는 전극조립체의 제조방법.
제21항에 있어서,
상기 고정부는, 상기 전극조립체의 측면 또는 전면을 테이핑하는 고분자테이프를 이용하여 구현되는 전극조립체의 제조방법.
제1 전극과 제2 전극의 가장자리로부터 내측을 향하여 움푹 패인 함입부를 형성하는 단계(S11);
상기 제1 전극, 제1 분리막, 상기 제2 전극, 제2 분리막이 순차적으로 적층된 4층 구조나 상기 4층 구조가 반복적으로 적층된 구조, 또는 상기 제1 전극, 상기 제1 분리막, 상기 제2 전극, 상기 제2 분리막이 교대로 배치되어 일체로 결합된 2종 이상의 기본 단위체가 각각 1개씩 정해진 순서에 따라 적층되어 상기 4층 구조나 상기 4층 구조가 반복적으로 배치된 구조를 가지는 단위구조체를 형성하는 단계(S20);
상기 단위구조체에 구비된 상기 제1 분리막과 상기 제2 분리막의 상기 함입부에 대응되는 영역을 마진을 두고 절취하여 상기 제1 분리막과 상기 제2 분리막에도 함입부를 형성하는 단계(S31);
인접한 단위구조체들의 상기 함입부가 서로 마주볼 수 있도록 복수 개의 단위구조체들을 적층하여 전극조립체를 형성하는 단계(S41); 및
파우치 외장재에 상기 전극조립체를 수납하고 상기 파우치 외장재 중 상기 전극조립체의 수직 투영면 이외의 영역을 융착부로 형성하는 단계(S50);를 포함하는 이차전지의 제조방법.
제23항에 있어서,
상기 S50단계는 상기 융착부 중 상기 함입부에 대응되는 영역을 상기 제1 분리막과 제2 분리막의 함입부보다 좁은 면적만큼 절취하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지의 제조방법.
제1 전극과 제2 전극의 내측에 관통홀을 형성하는 단계(S12);
상기 제1 전극, 제1 분리막, 상기 제2 전극, 제2 분리막이 순차적으로 적층된 4층 구조나 상기 4층 구조가 반복적으로 적층된 구조, 또는 상기 제1 전극, 상기 제1 분리막, 상기 제2 전극, 상기 제2 분리막이 교대로 배치되어 일체로 결합된 2종 이상의 기본 단위체가 각각 1개씩 정해진 순서에 따라 적층되어 상기 4층 구조나 상기 4층 구조가 반복적으로 배치된 구조를 가지는 단위구조체를 형성하는 단계(S20);
상기 단위구조체에 구비된 상기 제1 분리막과 상기 제2 분리막의 상기 관통홀에 대응되는 영역을 마진을 두고 절취하여 상기 제1 분리막과 상기 제2 분리막에도 관통홀을 형성하는 단계(S32);
인접한 단위구조체들의 상기 관통홀이 서로 마주볼 수 있도록 복수 개의 단위구조체들을 적층하여 전극조립체를 형성하는 단계(S42); 및
파우치 외장재에 상기 전극조립체를 수납하고 상기 파우치 외장재 중 상기 전극조립체의 수직 투영면 이외의 영역을 융착부로 형성하는 단계(S50);를 포함하는 이차전지의 제조방법.
제25항에 있어서,
상기 S50단계는 상기 융착부 중 상기 관통홀에 대응되는 영역을 상기 제1 분리막과 제2 분리막의 관통홀보다 좁은 면적만큼 절취하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지의 제조방법.
제24항 또는 제26항에 있어서,
상기 융착부를 절취하는 공정은 레이저 커팅, 초음파 커팅, 금형 커팅을 통해 수행되는 것을 특징으로 하는 이차전지의 제조방법.