JP-2026514577-A - スタックセル及びスタックセルの製造方法

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Abstract

本発明は、スタックセルを開示する。本発明のスタックセルは、電極積層体；前記電極積層体の周りを巻いて、前記電極積層体を固定させる少なくとも１つ以上の固定テープ；及び前記電極積層体の上面のエッジ部にそれぞれ付着して、前記固定テープと前記電極積層体の上面との段差を解消する段差解消テープ；を含む。

Inventors

チョクゥーマン

Assignees

エルジーエナジーソリューションリミテッド

Dates

Publication Date: 20260512
Application Date: 20240503
Priority Date: 20230503

Claims (20)

電極積層体；前記電極積層体の周りを巻いて、前記電極積層体を固定させる少なくとも１つ以上の固定テープ；及び前記電極積層体の上面のエッジ部にそれぞれ付着して、前記固定テープと前記電極積層体の上面との段差を解消する段差解消テープ；を含む、スタックセル。
前記段差解消テープは、前記電極積層体の外郭における活物質層のスライド部に対応するように付着する、請求項１に記載のスタックセル。
前記段差解消テープは、前記電極積層体におけるタブ部が配置された縁に配置される、請求項１に記載のスタックセル。
前記段差解消テープの厚さは、前記固定テープの厚さと同様に形成される、請求項１に記載のスタックセル。
前記段差解消テープの幅は、前記電極積層体のスライド部の幅よりも広く形成される、請求項１に記載のスタックセル。
前記電極積層体における負極スライド部の端部は、正極スライド部の端部よりも外側に配置される、請求項１に記載のスタックセル。
電極積層体；前記電極積層体の周りを巻いて、前記電極積層体を固定させる少なくとも１つ以上の固定テープ；前記電極積層体の上面のエッジ部に付着して、前記固定テープと前記電極積層体の上面との段差を解消する第１の段差解消テープ；及び前記電極積層体の下面のエッジ部にそれぞれ付着して、前記固定テープと前記電極積層体の下面との段差を解消する第２の段差解消テープ；を含む、スタックセル。
前記第１の段差解消テープと前記第２の段差解消テープは、前記電極積層体の外郭における活物質層のスライド部に対応するように付着する、請求項７に記載のスタックセル。
前記第１の段差解消テープと前記第２の段差解消テープは、前記電極積層体におけるタブ部が配置された縁に配置される、請求項７に記載のスタックセル。
前記第１の段差解消テープと前記第２の段差解消テープの厚さは、前記固定テープの厚さと同様に形成される、請求項７に記載のスタックセル。
前記第１の段差解消テープと前記第２の段差解消テープの幅は、前記電極積層体のスライド部の幅よりも広く形成される、請求項７に記載のスタックセル。
前記電極積層体における負極スライド部の端部は、正極スライド部の端部よりも外側に配置される、請求項７に記載のスタックセル。
電極積層体を形成する積層段階と、加圧ジグが前記電極積層体の両側を加圧して密着させる密着段階と、前記電極積層体の周りを複数の固定テープで巻いて、前記電極積層体を固定させる固定段階と、前記電極積層体のエッジ部に段差解消テープを付着して、前記固定テープと前記エッジ部との段差を解消する段差解消段階と、前記電極積層体を加圧装置で圧着する圧着段階と、を含む、スタックセルの製造方法。
前記段差解消段階では、前記電極積層体の上面のエッジ部に第１の段差解消テープを付着する、請求項１３に記載のスタックセルの製造方法。
前記段差解消段階は、前記電極積層体の上面のエッジ部に第１の段差解消テープを付着する段階と、前記電極積層体の下面のエッジ部に第２の段差解消テープを付着する段階と、を含む、請求項１３に記載のスタックセルの製造方法。
前記段差解消テープは、前記電極積層体の分離膜の外郭における活物質層のスライド部に対応するように付着する、請求項１３に記載のスタックセルの製造方法。
前記段差解消テープは、前記電極積層体におけるタブ部が配置されたエッジ部に配置される、請求項１３に記載のスタックセルの製造方法。
前記段差解消テープの厚さは、前記固定テープの厚さと同様に形成される、請求項１３に記載のスタックセルの製造方法。
前記段差解消テープの幅は、前記電極積層体のスライド部の幅よりも広く形成される、請求項１３に記載のスタックセルの製造方法。
前記電極積層体における負極スライド部の端部は、正極スライド部の端部よりも外側に配置される、請求項１３に記載のスタックセルの製造方法。

Description

本出願は、２０２３年５月３日付け大韓民国特許出願第１０－２０２３－００５７６９５号を基礎とする優先権の利益を主張し、同大韓民国特許出願の文献に開示の内容は、いずれも本明細書の一部として含まれる。本発明は、スタックセルの損傷または破損を防止し、リチウムの析出を防止することができるスタックセル及びスタックセルの製造方法に関する。通常、二次電池は、正極、負極及び電解質を含み、化学反応を利用して電気エネルギーを発生させる。二次電池は、充放電可能である長所により、その使用が徐々に増えている動きである。これらの二次電池の中でもリチウム二次電池は、単位重量当たりのエネルギー密度が高いため、電子通信機器の電源に使われるか、高出力のハイブリッド自動車、電気自動車などの駆動源などに広く使われている。これらの二次電池の形状の側面からは、薄厚で携帯電話などのような製品に適用され得る角型二次電池とパウチ型二次電池に対する需要が増えている。二次電池の材料の側面からは、高いエネルギー密度、放電電圧、出力が安定的なリチウムイオン電池、リチウムイオンポリマー電池などのようなリチウム二次電池に対する需要が増えている。二次電池の電極積層体は、ラミネーション工程及びスタッキング工程（ＬａｍｉｎａｔｉｏｎａｎｄＳｔａｃｋｉｎｇ）によって製造される。ラミネーション工程では、高温に加熱された電極と分離膜を強い圧力で圧着して、モノセルを製造する。スタッキング工程では、複数のモノセルを積層した後、最上層のモノセルにハーフセルを積層して、電極積層体を形成する。このとき、積層されたモノセルとハーフセルは、非常に薄厚であるため、複数のモノセルとハーフセルの両側が曲がって、浮き上がるか開くようになる。両側が曲がって浮き上がった電極積層体の両側をテーピングすると、電極積層体が堅固にテーピングされにくかった。また、電極積層体の両側が浮き上がるか開いた状態で、テーピング装置がテーピングすると、最外郭のモノセルまたはハーフセルが割れるか、分離膜が折り畳まれるか、分離膜にシワが発生し得る。上記問題を解決するために、ジグ装置が電極積層体の両側のエッジ部を加圧して、テーピング装置が電極積層体を固定テープでテーピングする。しかし、電極積層体の両側のエッジ部がジグ装置によって圧着した状態で、電極積層体をテーピングするため、電極積層体の両側のエッジ部をテーピングすることができなかった。これによって、ハーフセルの上面のエッジ部には固定テープの厚さだけの段差（ｓｔｅｐ）が形成される。次いで、加圧プレスは、テーピングされた電極積層体を加圧して、電極と分離膜を緊密に密着させることによって、電極積層体の電極と分離膜との間の空間をなくす。このとき、加圧プレスは、固定テープには直接接触するものの、ハーフセルの上面のエッジ部には段差だけ離隔するため、電極積層体の両側のエッジ部に加圧プレスの加圧力がほとんど加えられなくなる。また、加圧プレスの加圧力を増加させても、電極積層体の両側のエッジ部に加圧力が十分加えられにくかった。これによって、電極積層体の両側のエッジ部における電極と分離膜との間に間隙や空間が発生すると、前記間隙や空間にリチウムが析出し得る。また、二次電池でリチウムが析出すると、二次電池の爆発の原因になり得る。また、前記電極の両側のエッジ部には、活物質層のスライド部（ｓｌｉｄｉｎｇｐｏｒｔｉｏｎ）が形成される。前記スライド部は、コーティング工程で活物質層がプレスローラに加圧されることによって、電極の両側に押されて傾斜した部分である。これらのスライド部は、電極積層体の両側のエッジ部に配置されるため、スライド部では、電極と分離膜との間に間隙や空間が発生しやすい。これによって、前記電極積層体の両側のエッジ部に位置されたスライド部でリチウムが析出する可能性が顕著に高くなり得る。よって、電極積層体の両側のエッジ部に加圧プレスの加圧力が加えられる技術が要求される。本発明の背景技術は、大韓民国公開特許公報第２０２２－０１０３４６５号（２０２２年７月２２日付公開、発明の名称：電極組立体及びこれを含む二次電池）に開示されている。本発明による電極集電体に活物質をコートする状態を概略的に示した図である。本発明による電極集電体にコートされた活物質の端部にスライド部が形成された状態を概略的に示した図である。本発明による電極積層体を概略的に示した図である。図３の電極積層体における負極活物質の面積が正極活物質の面積よりも広く形成された状態を概略的に示した図である。図３の電極積層体における正極活物質の面積が負極活物質の面積よりも広く形成された状態を概略的に示した図である。図３の電極積層体が固定テープでテーピングされる状態を概略的に示した図である。本発明によるテーピング装置が固定テープを吸着した状態を概略的に示した図である。図７のテーピング装置が電極積層体を固定テープでテーピングされる状態を概略的に示した図である。本発明による電極積層体が固定テープでテーピングされた状態を概略的に示した図である。本発明による電極積層体の第１実施例を概略的に示した図である。図１０の電極積層体のエッジ部に段差解消テープが付着した状態を概略的に示した斜視図である。図１０の電極積層体が加圧装置によって加圧される状態を概略的に示した図である。図１０の電極積層体のエッジ部に段差解消テープが付着した状態で、加圧装置が電極積層体を加圧する状態を概略的に示した図である。本発明による電極積層体の第２実施例を概略的に示した図である。本発明による電極積層体の製造方法を概略的に示したフローチャートである。以下では、本発明の好ましい実施例について添付の図面を参照して詳説する。本発明は、以下に開示する実施例に限定されるものではなく、様々な変更を加えることができ、互いに異なる様々な形態に具現することができる。但し、本実施例は、本発明の開示を完全なものにして、通常の知識を有する者に発明の範疇を完全に知らせるために提供されるものである。よって、本発明は、以下に開示する実施例に限定されるものではなく、いずれか実施例の構成と他の実施例の構成を互いに切り替えるか付け加えることはもちろん、本発明の技術思想と範囲に含まれる変更、均等物または代替物をいずれも含むものであると理解すべきである。添付の図面は、本明細書に開示の実施例を理解しやすくするためのものであり、添付の図面によって本明細書に開示の技術思想が制限されず、本発明の思想及び技術範囲に含まれる変更、均等物または代替物をいずれも含むものであると理解すべきである。図面における構成要素は、理解の便宜などを考慮して、大きさや厚さが誇張して大きい或いは小さく表現されてもよいものの、これにより本発明の保護範囲が制限的に解釈されてはならない。本明細書で使った用語は、単に特定の具現例や実施例を説明するために使われるものであり、本発明を限定しようとする意図はない。そして、単数の表現は、文脈上明らかに他に意味しない限り、複数の表現を含む。明細書における～含む、～なるなどの用語は、明細書上に記載した特徴、数字、段階、動作、構成要素、部品、またはこれらを組み合わせたものが存在することを指定しようとするものである。すなわち、明細書における～含む、～なるなどの用語は、１つまたはそれ以上の他の特徴や数字、段階、動作、構成要素、部品、またはこれらの組み合わせたなどの存在または付加可能性を予め排除するものではないと理解すべきである。第１、第２などのように、序数を含む用語は、様々な構成要素を説明するために使われるものの、上記構成要素は、上記用語によって限定されない。上記用語は、一構成要素を他構成要素から区別する目的だけで使われる。ある構成要素が他の構成要素に「連結されて」いるか「接続されて」いると言及されたときは、その他の構成要素に直接に連結されている或いは接続されていてもよいものの、その間に他の構成要素が存在し得ると理解しなければならない。他方、ある構成要素が他の構成要素に「直接連結されて」いるか「直接接続されて」いると言及されたときは、その間に他の構成要素が存在しないものと理解しなければならない。ある構成要素が他の構成要素の「上部にある」か「下部にある」と言及されたときは、その他の構成要素の真上に配置されていることだけでなく、その間に他の構成要素が存在し得ると理解しなければならない。他に定義されない限り、技術的あるいは科学的用語を含み、ここで使われる用語は、いずれも本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者によって一般に理解されるのと同様の意味を有している。一般に使われる辞書に定義するのと同様の用語は、関連技術の文脈上有する意味と一致する意味を有するものと解釈しなければならず、本出願で明白に定義しない限り、理想的或いは過度に形式的な意味には解釈されない。以下では、本発明の実施例による装置について説明することとする。図１は、本発明による電極集電体に活物質をコートする状態を概略的に示した図であり、図２は、本発明による電極集電体にコートされた活物質の端部にスライド部が形成された状態を概略的に示した図であり、図３は、本発明による電極積層体を概略的に示した図であり、図４は、図３の電極積層体における負極活物質の面積が正極活物質の面積よりも広く形成された状態を概略的に示した図であり、図５は、図３の電極積層体における正極活物質の面積が負極活物質の面積よりも広く形成された状態を概略的に示した図である。図１～図５を参照すると、本発明の実施例によるスタックセル１００は、電極積層体１１０、固定テープ１２０及び段差解消テープ１３０を含む。電極積層体１１０は、コーティング工程、切欠き工程、ラミネーション工程、及びスタッキング工程によって製造される（ＬａｍｉｎａｔｉｏｎａｎｄＳｔａｃｋｉｎｇＰｒｏｃｅｓｓ）。前記電極積層体１１０は、複数の単位セルを長いシート状の分離膜に一定間隙で積層した後、分離膜を一方向に巻き取ることで形成されるものであってもよい（ＳｔａｃｋｉｎｇａｎｄＦｏｌｄｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓ）。また、前記電極積層体１１０は、複数の単位セルを長いシート状の分離膜に積層した後、分離膜をジグザグに積層することで形成されるものであってもよい（ＺｉｇｚａｇＳｔａｃｋｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓ）。本発明によれば、固定テープと段差解消テープが電極積層体に付着する限り、様々な構造の電極積層体を適用することができる。下記では、電極積層体１１０がラミネーション及びスタッキング工程によって製造される場合を基準として説明することとする。コーティング工程では、電極１１１，１１２に活物質１２が塗布される。電極１１１，１１２は、正極１１２と負極１１１を含む。正極１１２は、正極集電体１１に正極活物質１２を塗布することで製造される。正極集電体１１は、アルミニウム材質を含むものであってもよい。負極１１１は、負極集電体１１に負極活物質１２を塗布することで製造される。負極集電体１１は、銅材質を含むものであってもよい。コーティング工程（ｃｏａｔｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓ）では、活物質が電極集電体１１に塗布される。電極集電体１１は、負極集電体と正極集電体を含む。電極集電体１１が移送されると、プレスローラ２０が高温状態の活物質を加圧して、電極集電体１１に圧着させる。活物質が圧着することによって、電極集電体１１の両側に薄く広がりながら流動する。このとき、電極集電体１１の両側のエッジ部１１８には、傾斜した形態の活物質部分が形成され、前記傾斜した活物質部分をスライド部１３（ｓｌｉｄｉｎｇｐａｒｔ）と言う。スライド部１３は、電極１１１，１１２の外側に行くほど、高さ（Ｔ：図２参照）が徐々に低くなり得る。スライド部１３は、電極集電体１１とプレスローラ２０