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KR-20260061616-A - ELECTRODE ASSEMBLY AND APPARATUS FOR MANUFACTURING THE SAME

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Abstract

본 발명의 실시예에 따른 분리막을 사이에 개재하여 음극판 및 양극판이 교대로 복수 개로 적층되는 전극 조립체를 고정하는 전극 조립체 제조 장치는 상기 전극 조립체의 분리막 간에 융착되도록 하는 실링 유닛을 포함하고, 상기 실링 유닛은 상기 전극 조립체를 향하는 일면에 상기 전극 조립체의 적어도 일 측면을 수용하도록 오목한 형상을 갖는 수용부 및 상기 수용부에 구비된 상기 전극 조립체의 분리막을 가열하는 가열부를 포함할 수 있다.

Inventors

  • 김윤수
  • 최성호
  • 김창현
  • 윤시경
  • 김필수
  • 김태원

Assignees

  • 주식회사 엘지에너지솔루션

Dates

Publication Date
20260506
Application Date
20241028

Claims (17)

  1. 분리막을 사이에 개재하여 음극판 및 양극판이 교대로 복수 개로 적층되는 전극 조립체를 고정하는 전극 조립체 제조 장치에 있어서, 상기 전극 조립체의 분리막 간에 융착되도록 하는 실링 유닛을 포함하고, 상기 실링 유닛은 상기 전극 조립체를 향하는 일면에 상기 전극 조립체의 적어도 일 측면을 수용하도록 오목한 형상을 갖는 수용부 및 상기 수용부에 구비된 상기 전극 조립체의 분리막을 가열하는 가열부를 포함하는, 전극 조립체 제조 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 전극 조립체의 가장자리를 따라 복수 개의 실링부를 형성하도록 상기 가열부는 복수 개로 구비되고, 복수 개의 실링부의 이웃하는 실링부 간에 분리막이 융착되지 않은 미실링부를 형성하도록, 복수 개의 가열부는 상기 전극 조립체의 가장자리와 평행한 방향을 따라 일렬로 배치되고, 이웃하는 가열부 간에 서로 이격되어 배치되는, 전극 조립체 제조 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 실링 유닛은 이웃하는 가열부 간에 형성된 리세스를 포함하고, 상기 리세스에는 상기 전극 조립체가 노출되는, 전극 조립체 제조 장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 전극 조립체를 지지하는 지지 유닛을 더 포함하고, 상기 지지 유닛은 상기 실링 유닛과 마주보는 가장자리를 따라 복수 개의 오목부 및 이웃하는 오목부 사이에 상대적으로 돌출된 돌출부를 포함하고, 위에서 볼 때, 상기 실링 유닛의 수용부와 상기 지지 유닛의 오목부가 서로 맞물리고, 상기 실링 유닛의 리세스와 상기 지지 유닛의 돌출부가 서로 맞물리는, 전극 조립체 제조 장치.
  5. 제4항에 있어서, 상기 지지 유닛의 오목부에 상기 전극 조립체의 가장자리가 노출된 상태에서, 상기 지지 유닛의 돌출부가 상기 전극 조립체의 가장자리를 지지하는, 전극 조립체 제조 장치.
  6. 제4항에 있어서, 상기 지지 유닛과 동일한 구조 및 형상을 가지는 얼라인먼트 유닛을 더 포함하고, 상기 지지 유닛은 상기 전극 조립체의 하부면 아래에 배치되어 상기 전극 조립체를 지지하고, 상기 얼라인먼트 유닛은 상기 전극 조립체의 상부면 위에 배치되어 상기 전극 조립체를 정렬시키는, 전극 조립체 제조 장치.
  7. 제1항에 있어서, 상기 수용부는 상기 전극 조립체의 일 측면 및 이와 연결된 상기 전극 조립체의 상부면의 일 가장자리 및 그 부근과 상기 전극 조립체의 하부면의 일 가장자리 및 그 부근을 수용하는, 전극 조립체 제조 장치.
  8. 제1항에 있어서, 상기 가열부는 상기 전극 조립체의 일 측면 및 이와 연결된 상기 전극 조립체의 상부면의 일 가장자리 및 그 부근과 상기 전극 조립체의 하부면의 일 가장자리 및 그 부근을 가열하는, 전극 조립체 제조 장치.
  9. 제1항에 있어서, 상기 가열부는 상기 수용부의 노출된 표면을 따라 둘러싸는, 전극 조립체 제조 장치.
  10. 제1항에 있어서, 상기 실링 유닛은 상기 전극 조립체의 장변 가장자리 양쪽에 배치되는 한 쌍의 제1 실링 유닛 및 상기 전극 조립체의 단변 가장자리 양쪽에 배치되는 한 쌍의 제2 실링 유닛 중 적어도 하나를 포함하는, 전극 조립체 제조 장치.
  11. 제1항에 있어서, 상기 가열부 및 상기 수용부는 각각 “ ”자 형상 또는 이의 좌우 대칭의 형상을 가지는, 전극 조립체 제조 장치.
  12. 제1항에 있어서, 상기 실링 유닛은 위치 센서를 더 포함하고, 상기 위치 센서는 상기 전극 조립체의 상부면의 높이 및/또는 하부면의 높이를 측정하는, 전극 조립체 제조 장치.
  13. 분리막을 사이에 개재하여 음극판 및 양극판이 교대로 복수 개로 적층되는 전극 조립체에 있어서, 상기 전극 조립체의 장변 가장자리 및/또는 단변 가장자리를 따라 분리막 간에 융착된 실링부를 포함하여 상기 전극 조립체의 적층이 고정된, 전극 조립체.
  14. 제13항에 있어서, 상기 전극 조립체의 일 가장자리를 기준으로, 상기 실링부는 상기 전극 조립체의 측면 및 이와 연결된 상기 전극 조립체의 상부면의 상기 일 가장자리 및 그 부근과 상기 전극 조립체의 하부면의 상기 일 가장자리 및 그 부근에 형성된, 전극 조립체.
  15. 제13항에 있어서, 상기 실링부는 복수 개로 구비되고, 복수 개의 실링부의 이웃하는 실링부 간에 이격되어 분리막이 융착되지 않은 미실링부가 형성된, 전극 조립체.
  16. 제13항에 있어서, 상기 전극 조립체의 전극 탭과 상기 실링부 간에 미실링부를 더 포함하는, 전극 조립체.
  17. 제13항에 있어서, 상기 전극 조립체는 상기 전극 조립체의 둘레를 테이핑하지 않고 케이스에 수납되는, 전극 조립체.

Description

전극 조립체 및 전극 조립체 제조 장치 {ELECTRODE ASSEMBLY AND APPARATUS FOR MANUFACTURING THE SAME} 본 발명은 전극 조립체 및 전극 조립체 제조 장치에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 테이핑 공정이 불필요한 전극 조립체 및 전극 조립체 제조 장치에 관한 것이다. 현대 사회에서는 휴대폰, 노트북, 캠코더, 디지털 카메라 등의 휴대형 기기 및 에너지 저장 장치(ESS)의 사용이 일상화되면서, 이와 관련된 분야의 기술에 대한 개발이 활발해지고 있다. 또한, 충방전이 가능한 이차 전지는 화석 연료를 사용하는 기존의 가솔린 차량 등의 대기 오염 등을 해결하기 위한 방안으로, 전기 자동차(EV), 하이브리드 전기 자동차(HEV), 플러그-인 하이브리드 전기 자동차(P-HEV) 등의 동력원으로 이용되고 있는 바, 이차 전지에 대한 개발의 필요성이 높아지고 있다. 현재 상용화된 이차 전지로는 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지, 리튬 이차 전지 등이 있는데, 이 중에서 리튬 이차 전지는 충, 방전이 자유롭고, 자가 방전율이 낮으며 에너지 밀도가 높은 장점이 있어 가장 많은 주목을 받고 있다. 이러한 리튬 이차 전지는 주로 리튬계 산화물과 탄소재를 각각 양극 활물질과 음극 활물질로 사용한다. 리튬 이차 전지는, 이러한 양극 활물질과 음극 활물질이 각각 도포된 양극판과 음극판이 세퍼레이터를 사이에 두고 배치된 전극 조립체와, 전극 조립체를 전해액과 함께 밀봉 수납하는 외장재, 즉 전지 케이스를 구비한다. 일반적으로 리튬 이차 전지는 외장재의 형상에 따라, 전극 조립체가 금속 캔에 내장되어 있는 캔형 이차 전지와 전극 조립체가 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치에 내장되어 있는 파우치형 이차 전지로 분류될 수 있다. 이러한 전지 셀(1)은 도 1을 참조하면, 각각, 전지 케이스(10), 전극 조립체(11), 전극 조립체(11)로부터 돌출된 전극 탭(12) 및 전극 조립체(11)를 고정하는 테이프(13)를 포함할 수 있다. 이러한 리튬 이차 전지의 제조 공정은 크게 전극 공정, 조립 공정, 화성 공정의 3단계로 구분된다. 상기 조립 공정에서, 종래 기술에 따르면, 도 1에 도시된 바와 같이, 전극 조립체(11)의 외면의 적어도 일부를 테이프(13)로 둘러싼 다음, 테이프(13)로 고정된 전극 조립체(11)를 전지 케이스(10) 내에 수납한다. 도 1은 종래 기술에 따른 테이핑 공정으로 전극 조립체를 테이프로 고정하는 경우를 도시한다. 도 2 및 도 3은 각각 전극 조립체 제조 장치의 상면도 및 정면도를 개략적으로 도시한다. 도 4는 도 2의 전극 조립체 제조 장치에 의해 실링이 완료된 전극 조립체를 예시적으로 도시한다. 도 5는 도 2 및 도 3의 전극 조립체 제조 장치의 변형 실시예를 도시한다. 도 6은 도 2 및 도 3의 전극 조립체 제조 장치의 다른 변형 실시예를 도시한다. 도 7은 도 2 및 도 3의 전극 조립체 제조 장치의 또 다른 변형 실시예를 도시한다. 도 8은 도 7의 참조도로서, 도 7에서 전극 조립체를 제외하고 도시한다. 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 실시예에 대해 도면을 참조하여 설명한다. 도 2 및 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 조립체 제조 장치의 개략도이다. 도 2에서는, 전극 조립체 제조 장치의 상면도를 개략적으로 도시하고, 도 3에서는, 전극 조립체 제조 장치의 정면도를 개략적으로 도시한다. 도 2 및 도 3을 참조하면, 전극 조립체 제조 장치(1000)는 적층이 완료된 전극 조립체(11)를 고정하기 위하여 전극 조립체(11)의 적층된 분리막 간을 융착시키는 실링 유닛(100)을 포함한다. 실링 유닛(100)은 상기 전극 조립체(11)의 적어도 일 측면에 배치되어 적층된 분리막 간에 가열하여 융착시킨다. 실링 유닛(100)의 본체는 예를 들어 부피감이 있는 블록 형상을 가질 수 있고, 예를 들어 전체적으로는 직육면체 형상을 가질 수 있지만, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 본 발명이 구현되는 환경에 맞게 다양하게 변형, 변경하여 적용가능하다. 도 2 및 도 3을 참조하면, 실링 유닛(100)의 일면에는 전극 조립체(11)의 분리막에 접촉하여 분리막을 가열하는 가열부(110)를 포함한다. 또한, 실링 유닛(100)의 일면에 오목한 형상으로 된 수용부(120)가 형성되어 있고, 수용부(120)에 가열부(110)가 구비되어 있다. 또한, 도 3을 참조하면, 실링 유닛(100)의 일면에는 전극 조립체(11)의 적어도 일 측면을 수용하도록 오목하게 형성된 수용부(120)를 포함한다. 보다 구체적으로는, 수용부(120)는 전극 조립체(11) 중에서 일 측면 및 이와 연결된 상부면의 일 가장자리와 그 부근 및 하부면의 일 가장자리와 그 부근을 수용한다. 결과적으로 전극 조립체(11)의 일 측면의 전극판을 제외한 분리막만이 적층된 부분만이 실링 유닛(100)의 수용부(120) 내에 수용된다. 이러한 수용부(120)의 측면, 상부면, 하부면에 가열부(110)가 구비되어 있으며, 예를 들어, 수용부(120)의 노출된 표면을 따라 가열부(110)가 둘러싸고 있을 수 있다. 수용부(120) 및 가열부(110)는 예를 들어 “”자 형상 또는 이의 좌우 대칭의 형상을 가질 수 있다. 실링 유닛(100)이 전극 조립체(11)를 향하여 이동하여, 상기 수용부(120)에 각각 전극 조립체(11) 적어도 일 측면이 수납되며, 수용부(120)에 수용된 전극 조립체(11)의 분리막이 가열부(110)에 접촉하여 융착될 수 있다. 이 때, 전극 조립체(11)의 전극판은 실링 유닛(100)의 수용부(120)에 수용되지 않고, 전극 조립체(11)의 전극판의 끝단을 기준으로 밖으로 연장된 더 분리막만이 수용부(120)에 수용되어, 적층된 분리막끼리 가열되어 융착될 수 있다. 참고로, 가열부(110)가 실링 유닛(100)의 상면 및 하면의 외부면으로는 노출되어 있지 않으나, 도 2에서는 이해의 편의상, 가열부(110)의 위치를 투시도로서 표시하였다. 실링 유닛(100)은 한 쌍의 제1 실링 유닛(100-1) 및 한 쌍의 제2 실링 유닛(100-2) 중 적어도 하나를 포함한다. 한 쌍의 제1 실링 유닛(100-1)은 각각 전극 조립체(11)의 장변 가장자리 양쪽에 배치된다. 한 쌍의 제2 실링 유닛(100-2)은 각각 전극 조립체(11)의 단변 가장자리 양쪽에 배치된다. 한 쌍의 제1 실링 유닛(100-1) 각각은 전극 조립체(11)(즉, 전극 조립체(11)의 장변을 따른 양측면)를 향하는 일면에 가열부(110)를 포함한다. 그에 따라, 한 쌍의 제1 실링 유닛(100-1) 각각은 전극 조립체(11)의 장변을 따라 양측에 실링부(S)를 형성한다. 한편, 각각의 제1 실링 유닛(100-1)에서 가열부(110)는 복수 개로 구비될 수 있고, 복수 개의 가열부(110)는 전극 조립체(11)의 장변 가장자리와 평행한 방향을 따라 일렬로 배치되되, 이웃하는 가열부(110) 간에 서로 이격되어 배치될 수 있다. 이러한 이웃하는 가열부(110) 간에 서로 이격된 영역을 형성하도록, 도 2에서 도시된 바와 같이, 제1 실링 유닛(100-1)은 해당 영역에 리세스(130)가 형성된 것일 수도 있다. 정리하면, 실링 유닛(100)은 일면에 복수 개의 일렬로 배치된 가열부(110) 및 가열부(110)가 구비된 수용부(120)를 포함하고, 이웃하는 가열부(110) 간에(이웃하는 수용부(120) 간에) 오목하게 형성된 리세스(130)가 형성되어 있다. 수용부(120)에는 상술한 바와 같이 전극 조립체(11)의 일부가 수용되어 있고, 리세스(130)에는 전극 조립체(11)가 노출되어 있다. 그에 따라, 제1 실링 유닛(100-1)의 복수 개의 가열부(110)에 대응하여, 전극 조립체(11)의 장변을 따라 양측에 형성된 실링부(S)도 복수 개로 일렬로 형성될 수 있고, 이웃하는 실링부(S) 간에 서로 이격되어 배치될 수 있다. 다시 말하면, 이웃하는 실링부(S) 간에 서로 이격된 영역은 분리막이 융착되지 않은 미실링부(N)가 되고, 이러한 미실링부(N)는 전극 조립체(11)의 장변 방향을 따라 형성된다. 본 발명에 따르면, 이웃하는 실링부(S) 간에 분리막이 융착되지 않은 미실링부(N)를 형성함으로써, 전극 조립체(11)를 전해액에 함침시킬 때에,