説明

電池用電極組立体及びその製造方法

本発明は、セパレータを挟んで正極板と負極板とが交互に積層されるとともに、一方向または両方向に積層されて形成することができる電極組立体及びその製造方法に関するものであって、正極板集電体の両端部または下端部を露出させて塗膜層との間に段差をおくことにより正極板段差部を形成し、この正極板段差部に接着剤を塗布してセパレータに付着させることにより、電池の製造時に電池の厚さが増加することを防止し、組立性を改善することができる電池用電極組立体及びその製造方法を提供する。また、負極板集電体にも負極板段差部を形成して、電池の製造時に接着剤の累積により電池の厚さが増加することを効果的に防止することができる。これにより、接着剤の塗布により電池の性能が低下することを防止し、電解液の含浸性もそのまま維持することができる効果がある。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、電池用電極組立体及びその製造方法に関し、より詳細には、セパレータを挟んで正極板と負極板とが交互に積層されるとともに、一方向または両方向に積層して形成することができる電極組立体及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
最近、電気エネルギーを利用した多様な形態の携帯用電子機器が開発されており、移動手段として、環境に優しい自動車に分類される電気自動車が脚光を浴びている。これにつれて、このような携帯用電子機器及び電気自動車の性能向上に係わって電気エネルギーを貯蔵及び供給する電池の性能問題に対する関心が高まっている。特に、このような機器に用いられる電池のうち、電池の寿命が長く、単位重量当りエネルギー密度に優れるという長所を有するリチウム二次電池が注目されている。
【0003】
このようなリチウム二次電池は、電解液の種類によって、液体電解質を用いるリチウムイオン電池と高分子電解質を用いるリチウムポリマー電池とに分けられる。このうちリチウムポリマー電池は、電池の安定性及び形状の自由度が比較的高いという長所があり、集電体に活物質が塗布された正極及び負極の間に薄い多孔性の高分子セパレータが位置した構造からなる。
【0004】
前記セパレータは、高い機械的強度及びイオン透過度を有する絶縁性薄膜であり、正極と負極との電子短絡を防止し、リチウムイオン(Li-ion)の挿入及び脱離のための経路の役割を遂行するように構成される。このようなセパレータの材質は、ポリエチレン(polyethylene)、ポリプロピレン(polypropylene)を基本構造として、これらの混合形態または不織布からなることができる。
【0005】
また、前記集電体は、正極及び負極として伝導性の高い材質がそれぞれ用いられ、これは、電気化学的副反応による材料の溶解を考慮して区分して用いられる。常用化された一般的な材質の形態は、正極にはアルミニウムが適用され、負極には銅などが適用される。上記のリチウム二次電池の構成物を、打ち抜いた(または切断した)正極板及び負極板とともに積層して電池を製作するようになる。
【0006】
即ち、通常リチウム二次電池は、正極活物質がコーティングされた正極電極板(以下、正極板という)、負極活物質がコーティングされた負極電極板(以下、負極板という)、前記正極電極板と負極電極板との間に位置されるセパレータが交互に積層された電極組立体と、前記電極組立体を収容するリチウム二次電池用ケースと、前記リチウム二次電池用ケースの内側に注入され、リチウムイオンの移動を可能にする電解液などからなっている。
【0007】
このようなリチウム二次電池用電極組立体は、一定のサイズに打ち抜いた(または切断した)正極板と負極板とを、所望の容量に応じて、セパレータを挟んで交互に千鳥状に積層して製造したり、または、設計容量に適した長さに製作した正極板と負極板を、セパレータを挟んで中心コアを用いて巻回し、巻取型に積層して製造することができる。
【0008】
また、このように製造した電極組立体をリチウム二次電池用ケースに入れてこの電極組立体が離脱しないようにした後、前記リチウム二次電池用ケースに電解液を注入した後封止することにより、リチウム二次電池を完成することができる。
【0009】
しかし、既存の電極組立体を千鳥状に積層して製造する方法の場合、正極板と負極板とが単純に物理的に接触しているため、正極板及び負極板が積層時にセパレータ上で動くようになり、組立性が低下するという問題がある。
【0010】
これを解決するために、一定のサイズに打ち抜いた(または切断した)正極板と負極板に接着剤を塗布し、これをセパレータに付着した後折り畳む方式(folding)で電池用電極組立体を製造することにより、電池を組み立てる時に正極板及び負極板が動かないようにして、電極組立体の組立性を改善した。しかし、この場合、接着剤を塗布した部分で充電及び放電がなされないため、電池容量が減少するという問題が発生する。また、正極板または負極板を積層する時に接着剤部分が累積されて、電極組立体及び電池の厚さが増加するという問題点がある。
【0011】
一方、セパレータの表面をポリマーコーティングした後、正極板と負極板を二枚のセパレータ(以下、第1セパレータと第2セパレータという)上にそれぞれ一定間隔で配置してラミネイション(lamination)を経た後、第1セパレータに正極板、第2セパレータに負極板を付着して、コアを用いてセパレータと正極板及び負極板をともに巻回する方式で電池用電極組立体を製造する従来技術がある。
【0012】
これは、電池の製造時に正極板及び負極板がセパレータ上で動かないようにし、電極組立体を巻取型積層方法で製作することを可能にするため、電池の生産性は向上させたが、セパレータ上にポリマーをコーティングすることにより、電解液の含浸性及び電池の性能が低下するという問題がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0013】
本発明は上記のような問題点を解決するためのものであり、正極板集電体の両端部または下端部を露出させて塗膜層との間に段差をおくことにより正極板段差部を形成し、この正極板段差部に接着剤を塗布してセパレータに付着させることにより、電池の製造時に電池の厚さが増加することを防止し、組立性を改善することができる電池用電極組立体及びその製造方法を提供することをその目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0014】
上記の目的を果たすための本発明によると、正極板集電体110を露出させて正極板塗膜層120と段差をおくように設けられた正極板段差部111を有する複数の正極板100と、複数の負極板200と、前記正極板段差部111に接着剤が塗布された複数の正極板100が配置されて離隔固定される第1セパレータ310と、前記複数の負極板200が配置されて離隔固定される第2セパレータ320と、を含んで構成され、前記第1セパレータ310と第2セパレータ320とが上下に重ねられた状態で一方向にともに巻回され、前記負極板200と正極板100とが前記セパレータ310、320を挟んで交互に積層構成されたことを特徴とする電池用電極組立体が提供される。
【0015】
また、本発明によると、正極板集電体110の一部を露出させて正極板塗膜層120と段差をおくように設けられた正極板段差部111を有する複数の正極板100を供給する段階と、複数の負極板200を供給する段階と、複数の前記正極板100を第1セパレータ310に離隔配置して固定する段階と、複数の前記負極板200を第2セパレータ320に離隔配置して固定する段階と、前記第1セパレータ310と第2セパレータ320とが上下に重ねられた状態で一方向にともに巻回し、前記負極板200と正極板100とを交互に積層する段階と、を含み、前記正極板段差部111に接着剤を塗布して、厚さが増加することなく製造することを特徴とする電池用電極組立体の製造方法が提供される。
【発明の効果】
【0016】
本発明は、正極板集電体に形成された正極板段差部に接着剤を塗布してセパレータ上に固定させることにより、電池の製造時に接着剤の累積により電池の厚さが増加することを防止し、組立性を改善することができる効果がある。
【0017】
また、負極板集電体にも負極板段差部を形成して、電池の製造時に接着剤の累積により電池の厚さが増加することをさらに効果的に防止することができる。
【0018】
これにより、本発明は、実質的に電池の充電及び放電がなされる塗膜層部分で接着剤による干渉が発生しないため、接着剤の塗布により電池の性能が低下することを防止して、その性能を維持することができ、電解液の含浸性もそのまま維持することができる効果が得られる。
【0019】
また、本発明により巻取方式で電極組立体を製造することができるため、製造工程が単純化され、これにより製品の生産性が向上する効果がある。
【図面の簡単な説明】
【0020】
【図1】本発明による正極板の実施例を示す斜視図である。
【図2】本発明による正極板と負極板の実施例の多様な組合せを示す例示図である。
【図3】本発明による正極板と負極板の実施例の多様な組合せを示す例示図である。
【図4】本発明による正極板と負極板の実施例の多様な組合せを示す例示図である。
【図5】本発明による正極板と負極板の実施例の多様な組合せを示す例示図である。
【図6】本発明による正極板と負極板の実施例の多様な組合せを示す例示図である。
【図7】本発明による正極板と負極板の実施例の多様な組合せを示す例示図である。
【図8】本発明による電池用電極組立体を巻取型に製造する過程を概略的に図示した斜視図である。
【図9】本発明による電池用電極組立体を巻取型に製造する過程を概略的に図示した斜視図である。
【図10】本発明による電池用電極組立体を巻取型に製造する過程を概略的に図示した斜視図である。
【図11】本発明により、セパレータを千鳥状に積層して製造した電極組立体を図示した斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【0021】
本発明において用いた用語は、ただ特定の実施例を説明するために用いられたものであり、本発明を限定しようとする意図ではない。単数の表現は文脈上明白に異なって意味しない限り、複数の表現を含む。
【0022】
本発明の実施例は多数個が存在することができ、説明において従来の技術と同様の部分に対して重複する説明は省略されることもある。
【0023】
以下、好ましい実施例を参考して、本発明について詳細に説明する。
【0024】
添付された図1は本発明による正極板の実施例を示す斜視図であり、図2から図7は本発明による正極板と負極板の実施例の多様な組合せを示す例示図である。
【0025】
本発明は、セパレータ310、320、330を挟んで正極板100と負極板200とが交互に積層される電池用電極組立体及びその製造方法に関するものであって、電極板100、200に接着剤(またはポリマー)を塗布してセパレータに固定して、電池の製造時に接着剤による電池の厚さが増加することなく、セパレータ310、320、330を一方向または両方向に巻回(winding)して積層形成することができる電極組立体及びその製造方法を提供する。
【0026】
そのために、本発明は図1に図示するように、正極板100の正極板集電体110のうち接着剤を塗布しようとする部分を露出させて正極板段差部111を形成し、この正極板段差部111に接着剤を塗布してセパレータ(第1セパレータ)310に固定させることにより、既存の小型電池のように巻取方式で電池を製造することができる。
【0027】
より具体的に説明すると、通常、正極板100は、正極タップ接合部113を有する正極板集電体110と、この正極板集電体110の両面に積層形成された正極板塗膜層120と、からなり、図1(a)に図示するように、前記正極板集電体110の上下の両端部を露出させて正極板段差部111を形成することにより、正極板集電体110と正極板塗膜層120との間に段差を形成する。
【0028】
これにより、前記正極板段差部111、即ち、正極板の上部段差部111aと正極板の下部段差部111bに接着剤を塗布した正極板100を、第1セパレータ310上に一定間隔をおいて付着して固定する。
【0029】
または、図1(b)に図示するように、前記正極板集電体110の下端部のみを露出させて正極板の下部段差部111bを形成し、この正極板の下部段差部111bと正極タップ接合部113に接着剤を塗布した後、正極板100の接着面(接着剤が塗布された部分)を第1セパレータ310に相接するようにして一定間隔を維持しながら付着して固定することができる。
【0030】
電極板100、200の塗膜層120、220は実質的に充電及び放電がなされる部分であり、そのうちでも正極板塗膜層120は接着剤などの異物が付着する場合、異物の干渉によって電池の性能が低下する可能性があるため、上記のように正極板段差部111または正極タップ接合部113などに接着剤を塗布することにより、電池の性能が低下することなく電池の組立性を改善することができる。
【0031】
さらに、正極板塗膜層120と段差を有する部分、即ち、正極板段差部111及び正極タップ接合部113に接着剤を塗布して、電池の製造時に接着剤により電池の厚さが増加することを防止することができる。
【0032】
一方、電池用電極組立体において負極板200は、セパレータ310、320を挟んで正極板100と交互に積層されて一対を成すように構成され、本発明の負極板200にも接着剤を塗布してセパレータ(第2セパレータ)320に固定配置される。
【0033】
電池用電極組立体において負極板は、接着剤などの異物による干渉が発生しないため、前記負極板段差部211を形成せずに負極板塗膜層220上に接着剤を塗布してセパレータ320に固定されることができ、前記負極板塗膜層220に塗布された接着剤の厚さは正極板段差部111により相殺されることができる。
【0034】
しかし、図2または図6に図示するように、負極板集電体210にも負極板段差部211を形成することにより、電池の製造時、接着剤の累積により電池の厚さが増加することをより効果的に防止することができる。
【0035】
そのために、図2に図示するように、負極板集電体210のうち接着剤を塗布しようとする部分を露出させて負極板段差部211、即ち、負極板の上部段差部211a及び負極板の下部段差部211bを形成し、この負極板段差部211に接着剤を塗布した後、第2セパレータ320に一定間隔をおいて付着して固定する。
【0036】
または、図6に図示するように、前記負極板集電体210の下端部に負極板の下部段差部211bのみを形成した後、この負極板の下部段差部211bと負極タップ接合部213に接着剤を塗布して、接着剤により厚さが増加することがなく第2セパレータ320に固定されるようにすることもできる。
【0037】
また、本発明は、この他にも、図3から図5及び図7に図示するように、負極板集電体210の上端部と下端部のうち一方または両方を露出させて負極板の上部段差部211aと負極板の下部段差部211bを選択的に形成し、多様な実施例に具現された正極板100と負極板200が一対を成すように組合せて構成することにより、多様な形態の電極組立体を製造することができる。
【0038】
一方、本発明において第1セパレータ310及び第2セパレータ320は、電池の設計容量に応じて複数の電極板100、200を配置できる長さに構成される。
【0039】
図2から図7に図示するように、本発明による正極板100と負極板200は、電極板段差部111、211の位置及び個数が多様な組合せに変更されて多様に形成されることができ、電極組立体の製造時、正極板段差部111及び負極板段差部211の位置を対応させることが、電池の厚さの増加を防止するのにより効果的である。
【0040】
図8から図10は、本発明による電池用電極組立体を巻取型に製造する過程を概略的に図示した斜視図である。
【0041】
本発明は上述のように、前記正極板100と負極板200がセパレータ310、320上にそれぞれ固定配置されることにより、図8から図10に図示するように、第1セパレータ310と第2セパレータ320とが上下に並んで重ねられた状態で、ともに折り畳んで巻取型に積層形成することができる。
【0042】
詳細に説明すると、図8から図10に図示するように、複数の正極板100が固定配置された第1セパレータ310を、複数の負極板200が固定配置された第2セパレータ320上に重ねた後(正極板100と負極板200とが一対を成すようにする位置で重ねる)、コアCを用いて二つのセパレータ310、320を一方向にともに巻回して巻取型に積層させることにより、セパレータ310、320を挟んで正極板100と負極板200とが交互に積層されるようにする。
【0043】
また、積層後、最も外側面に巻回された第2セパレータ320の端は、通常、ポリプロピレンテープなどの固定部材400を用いて第2セパレータ320の一側に固定させる。
【0044】
この際、各セパレータ310、320上での正極板100または負極板200との間隔は、セパレータ310、320が巻回されるにつれて増加する厚さを考慮して、前記セパレータ310、320の巻回が進行する方向に向って徐々に増加するように構成することが好ましい。
【0045】
また、このように電極組立体を巻取型に製造する過程で、巻回初期に前記負極板200が正極板100を両側面でくるむようにするために、図4bに図示するように、第2セパレータ320に構成される負極板200が、第1セパレータ310に構成される正極板100よりも一枚前方から配置構成される。これにより、セパレータ310、320の後方では、正極板100が負極板200より一枚後方まで配置される。
【0046】
上記のように電極板100、200とセパレータ310、320の積層が完了すると、前記コアCを除去することにより電極組立体の製造を完了することができる。
【0047】
一方、図11は、本発明によってセパレータ330を千鳥状に積層して製造した電極組立体を図示した斜視図である。
【0048】
本発明による電池用電極組立体は、上述のような正極板100及び負極板200を用いて、一枚のセパレータ330が左右に往復しながら複数層に積層され、千鳥状に積層されるように製造されることもできる。
【0049】
図11に図示された実施例を参照して具体的に説明すると、正極板段差部111に接着剤を塗布した正極板100をセパレータ330上に載置して固定した後、このセパレータ330が前記正極板100を包むように一側に折り畳んだ後、負極板段差部211に接着剤を塗布した負極板200を前記セパレータ330上に載置し、正極板100の上側に積層固定する。
【0050】
次に、セパレータ330が前記負極板200を包むように他側に折り畳んだ後、前記セパレータ330上に、接着剤を塗布した他の正極板100を載置し、前記負極板200の上側に積層固定する。
【0051】
製造しようとする電池の設計容量に応じて前記過程を繰り返すことにより、セパレータ330を挟んで正極板100と負極板200とが交互に積層された多層構造の電極組立体を製造することができる。
【0052】
ここで、電極板を包んで千鳥状に積層されたセパレータ330の両端部は、左右に往復しながら積層されたセパレータ330の間に露出された電極板100、200の端を包むように巻回された後、通常、ポリプロピレンテープなどの固定部材400を用いてセパレータ330の一側に固定される。
【0053】
本発明では、負極板塗膜層220に接着剤が一部塗布されることもあるが、負極板200は異物(接着剤)による干渉がなく、負極板塗膜層220に接着剤が塗布された部分は、電極組立体の製造時に正極板段差部111の位置に相応する部分であるため、この部分では実質的な充電及び放電が殆ど遂行されないため、電池用ケースに注入された電解液の含浸性が低下することなく、そのまま維持されることができる。
【0054】
一方、本発明によるさらに他の実施例として、正極タップ接合部113と負極タップ接合部213とが互いに異なる方向に向かうようにして電極組立体を形成することもできる。
【0055】
このように本発明は、接着剤を用いて正極板100及び負極板200をセパレータ310、320上に固定させることにより、巻取方式で電池用電極組立体を製造することができ、これにより、電池の製造工程を単純化することができ、生産性を向上させることができる。
【0056】
また、実際に充電及び放電がなされる塗膜層120、220、特に、正極板塗膜層120に接着剤による干渉が発生しないため、電池の性能及び安定性を十分提供することができる。
【0057】
また、本発明による電極組立体を千鳥状に積層して電池を製造する場合にも、セパレータ330上で正極板100及び負極板200が動かなくなるため、製品の生産性を増大し、製造工程を単純化して生産性を向上させることができる。
【0058】
以上、本発明を特定の好ましい実施例について図示及び説明したが、本発明はこのような実施例に限定されず、本発明が属する技術分野において通常の知識を有する者が特許請求範囲で請求する本発明の技術的思想を外れない範囲内で実施することができる多様な形態の実施例を全て含む。
【符号の説明】
【0059】
100 正極板
110 正極板集電体
111 正極板段差部
111a 正極板の上部段差部
111b 正極板の下部段差部
120 正極板塗膜層
200 負極板
210 負極板集電体
211 負極板段差部
211a 負極板の上部段差部
211b 負極板の下部段差部
220 負極板塗膜層
310 第1セパレータ
320 第2セパレータ
330 セパレータ
400 固定部材



【特許請求の範囲】
【請求項1】
正極板集電体110を露出させることにより正極板塗膜層120と段差をおくように設けられた正極板段差部111を有する複数の正極板100と、
複数の負極板200と、
前記正極板段差部111に接着剤が塗布された前記複数の正極板100が配置されて離隔固定される第1セパレータ310と、
前記複数の負極板200が配置されて離隔固定される第2セパレータ320と、
を含んで構成され、
前記第1セパレータ310と第2セパレータ320とが上下に重ねられた状態で一方向にともに巻回されて、前記負極板200と正極板100とが前記セパレータ310、320を挟んで交互に積層構成されることを特徴とする電池用電極組立体。
【請求項2】
一枚のセパレータ330が左右に往復しながら展開されて複数層に積層形成されて、
複数の負極板200と、正極板集電体110を露出させることにより正極板塗膜層120と段差をおくように備えられた正極板段差部111を有する複数の正極板100とが、前記セパレータ330を挟んで交互に積層されてセパレータ330に固定され、前記正極板段差部111に接着剤を塗布して、厚さが増加することなく形成されたものであることを特徴とする電池用電極組立体。
【請求項3】
前記正極板段差部111が正極板集電体110の下端部に形成されていることを特徴とする請求項1または2に記載の電池用電極組立体。
【請求項4】
前記正極板段差部111が正極板集電体110の上下の両端部に形成されていることを特徴とする請求項1または2に記載の電池用電極組立体。
【請求項5】
前記負極板200の負極板集電体210を露出させることにより負極板塗膜層220と段差をおくように備えられた負極板段差部211を形成し、この負極板段差部211に接着剤が塗布されていることを特徴とする請求項1または2に記載の電池用電極組立体。
【請求項6】
前記負極板段差部211が、負極板集電体210の上端部と下端部の一方または両方に形成されていることを特徴とする請求項5に記載の電池用電極組立体。
【請求項7】
前記第1セパレータ310及び第2セパレータ320上に配置された正極板100または負極板200の間隔が、前記第1セパレータ310及び第2セパレータ320の巻回が進行する方向に向って徐々に増加していることを特徴とする請求項1に記載の電池用電極組立体。
【請求項8】
正極板集電体110の一部を露出させることにより正極板塗膜層120と段差をおくように備えられた正極板段差部111を有する複数の正極板100を供給する段階と、
複数の負極板200を供給する段階と、
前記複数の正極板100を第1セパレータ310に離隔配置して固定する段階と、
前記複数の負極板200を第2セパレータ320に離隔配置して固定する段階と、
前記第1セパレータ310と第2セパレータ320とが上下に重ねられた状態で一方向にともに巻回して、前記負極板200と正極板100とを交互に積層する段階と、
を含み、
前記正極板段差部111に接着剤を塗布して、厚さが増加することなく製造することを特徴とする電池用電極組立体の製造方法。
【請求項9】
一枚のセパレータ330を左右に往復させながら展開して複数層に積層して、
複数の負極板200と、正極板集電体110の一部を露出させることにより正極板塗膜層120と段差をおくように形成した正極板段差部111を有する複数の正極板100とを、前記セパレータ330を挟んで交互に積層し、前記正極板段差部111に接着剤を塗布して、厚さが増加することなく製造することを特徴とする電池用電極組立体の製造方法。
【請求項10】
前記正極板段差部111を正極板集電体110の下端部に形成することを特徴とする請求項8または9に記載の電池用電極組立体の製造方法。
【請求項11】
前記正極板段差部111を正極板集電体110の上下の両端部に形成することを特徴とする請求項8または9に記載の電池用電極組立体の製造方法。
【請求項12】
前記負極板200の負極板集電体210を露出させることにより負極板塗膜層220と段差をおくように備えられた負極板段差部211を形成し、この負極板段差部211に接着剤を塗布することを特徴とする請求項8または9に記載の電池用電極組立体の製造方法。
【請求項13】
前記負極板段差部211を負極板集電体210の上端部と下端部の一方または両方に形成することを特徴とする請求項12に記載の電池用電極組立体の製造方法。
【請求項14】
前記第1セパレータ310及び第2セパレータ320上に配置された正極板100または負極板200との間隔を、前記セパレータ310、320の巻回が進行する方向に向って徐々に増加させることを特徴とする請求項8に記載の電池用電極組立体の製造方法。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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【図6】
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【図7】
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【図8】
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【図9】
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【図10】
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【図11】
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【公表番号】特表2013−507732(P2013−507732A)
【公表日】平成25年3月4日(2013.3.4)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2012−533079(P2012−533079)
【出願日】平成22年10月6日(2010.10.6)
【国際出願番号】PCT/KR2010/006826
【国際公開番号】WO2011/043587
【国際公開日】平成23年4月14日(2011.4.14)
【出願人】(308007044)エスケー イノベーション  カンパニー リミテッド (53)
【氏名又は名称原語表記】SK INNOVATION CO.,LTD.
【Fターム(参考)】