KR20170038263A - Pressing Device Including Concavo-Convex Portion - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 요철부를 포함하는 가압 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a pressing device including a concavo-convex portion.
모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서의 이차전지의 수요가 급격히 증가하고 있으며, 그러한 이차전지 중에서도 높은 에너지 밀도와 방전 전압을 가진 리튬 이차전지에 대한 많은 연구가 행해지고 있고 또한 상용화되어 널리 사용되고 있다.As technology development and demand for mobile devices are increasing, the demand for secondary batteries as energy sources is rapidly increasing. Among such secondary batteries, many studies have been made on lithium secondary batteries having high energy density and discharge voltage, Widely used.
일반적으로 이차전지는 양극, 음극 및 상기 양극과 음극 사이에 개재되는 분리막으로 구성된 전극조립체를 적층하거나 권취한 상태로 금속 캔 또는 라미네이트 시트의 전지케이스에 내장한 다음 전해액을 주입하거나 함침시키는 것으로 구성되어 있다.Generally, a secondary battery includes an electrode assembly composed of a positive electrode, a negative electrode, and a separator interposed between the positive electrode and the negative electrode, which is laminated or wrapped in a battery case of a metal can or a laminate sheet and then injected or impregnated with an electrolyte solution have.
상기 전극조립체는, 전극활물질을 포함하는 전극 합제를 집전체에 코팅하고 절취하여 단위 전극을 형성하고, 상기 단위 전극에 분리막을 적층한 상태에서 열과 압력에 의해 분리막을 전극에 접착하는 라미네이션(lamination) 공정을 거쳐 제조된다.The electrode assembly may be formed by laminating the electrode assembly including the electrode active material on a current collector to form a unit electrode, cutting the electrode assembly together with the separator, and laminating the separator to the electrode by heat and pressure, Process.
이와 같이 제조된 전극조립체는 상기한 바와 같이 전지케이스에 내장되어 전해액을 주입하고 함침시키는 것과 동시에 충방전하는 에이징(aging) 공정을 거치게 된다.The electrode assembly thus manufactured is built in a battery case as described above, and is subjected to an aging process of injecting and impregnating an electrolyte and charging / discharging the battery.
전극조립체에 전해액을 주입하고 함침시키는 에이징 공정은 전체 제조 공정 중 많은 시간을 소요하며, 전극조립체에 대한 전해액 함침률에 따라 전지의 성능이 결정되므로 전체 공정 중 에이징 공정의 중요성을 간과할 수 없다.The aging process of injecting and impregnating the electrolyte into the electrode assembly takes a lot of time in the entire manufacturing process and the performance of the battery is determined according to the electrolyte impregnation rate in the electrode assembly, so that the importance of the aging process in the entire process can not be overlooked.
따라서, 에이징 공정 중 전극조립체에 대한 전해액 함침량 및 함침 속도를 증가시킬 수 있고, 그에 따라 전체 제조 공정 중 에이징 공정의 소요 시간을 대폭 절감할 수 있는 기술의 필요성이 높은 실정이다. Therefore, there is a high need for a technique capable of increasing the electrolyte impregnation amount and the impregnation speed for the electrode assembly during the aging process, thereby greatly reducing the time required for the aging process in the entire manufacturing process.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to solve the above-mentioned problems of the prior art and the technical problems required from the past.
본 발명의 목적은, 에이징 공정 중 전극조립체에 대한 전해액 함침량및 함침 속도를 증가시킬 수 있는 분리막 구조를 형성할 수 있도록, 단위 전극에 분리막을 적층하는 라미네이션 공정 중 분리막에 요철부를 형성하는 가압 장치를 제공하는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a pressing device for forming a concavo-convex portion in a separation membrane in a lamination process for laminating a separation membrane on a unit electrode so as to form a separation membrane structure capable of increasing an impregnation rate and an electrolyte impregnation rate of an electrode assembly during an aging process. .
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 가압 장치는,According to an aspect of the present invention,
전극활물질을 포함하는 전극 합제가 집전체에 코팅되어 있는 하나 이상의 전극에 하나 이상의 분리막을 적층한 상태에서 열과 압력에 의해 분리막을 전극에 접착하는 가압 장치로서,A pressurizing apparatus for adhering a separator to an electrode by heat and pressure in a state where at least one separator is laminated on at least one electrode coated with an electrode mixture containing an electrode active material,
상기 전극과 분리막의 적층체에 접촉하여 열과 압력을 인가하는 롤러(Roller)와, 상기 롤러의 일측 단부에 연결되어 롤러의 회전 운동을 유도하는 구동부를 포함하고 있을 수 있고,A roller for applying heat and pressure in contact with the laminate of the electrode and the separator, and a driving unit connected to one end of the roller to induce rotational movement of the roller,
상기 롤러의 표면에는 전극-분리막 적층체에 인가되는 열과 압력의 국부적인 불균일화를 유도하기 위한 요철부가 형성되어 있을 수 있다. The surface of the roller may be provided with concave and convex portions for inducing local unevenness of heat and pressure applied to the electrode-separator laminate.
상기 구동부는 예를들어 전동 모터로 이루어져 있을 수 있지만, 롤러의 회전 운동을 유도할 수 있는 구동 장치라면 이에 제한되지 않는다.The driving unit may be, for example, an electric motor, but is not limited to a driving unit that can induce the rotational motion of the roller.
상기와 같은 구조에 의해 본 발명에 따른 가압 장치는, 롤러의 표면에 전극-분리막 적층체에 불균일화를 유도하기 위한 요철부가 형성되어 있음으로써, 라미네이션 공정 중 전극-분리막 적층체에 요철 형상을 형성할 수 있고, 그에 따라 라미네이션 공정 후 이어지는 에이징 공정에서 전극조립체에 함침되는 전해액량과 전해액의 함침 속도를 증가시킬 수 있다.According to the structure as described above, the pressing device according to the present invention is provided with the concavo-convex portion for inducing nonuniformity in the electrode-separator laminate on the surface of the roller, thereby forming the convexo-concave shape on the electrode- separator laminate during the lamination process So that the amount of the electrolytic solution impregnated into the electrode assembly and the impregnation speed of the electrolytic solution can be increased in the subsequent aging step after the lamination process.
본 발명의 하나의 실시예에서, 상기 롤러는 일측 단부로부터 타측 단부 방향으로 수직 단면 상 직경이 감소하는 테이퍼(taper) 구조로 이루어져 있을 수 있다.In one embodiment of the present invention, the roller may have a tapered structure with a reduced diameter on a vertical section from one end to the other end.
구체적으로, 상기 롤러는 원뿔대 형상으로 이루어져 있을 수 있다. Specifically, the roller may have a truncated cone shape.
또한, 상기 롤러의 일측 단부의 수직 단면 상 면적은 대향하는 타측 단부의 수직 단면 상 면적의 150 내지 200%의 크기로 이루어져 있을 수 있다. 상기 롤러의 일측 단부의 수직 단면 상 면적이 대향하는 타측 단부의 수직 단면 상 면적의 150 내지 200%의 크기 범위를 초과하는 경우에는, 상기 롤러의 일측 단부로부터 타측 단부로의 경사각이 커지게 되므로, 라미네이션 공정 중 상기 롤러의 상기 전극-분리막 적층체에 대한 인가 압력이 불균일하게 분포될 수 있다.In addition, the area of the vertical cross section of one end of the roller may be 150 to 200% of the area of the vertical cross section of the opposite end. The inclination angle from one end of the roller to the other end becomes larger when the area of the vertical cross section of the one end of the roller exceeds the size range of 150-200% of the area of the vertical cross section of the other opposite end, The applied pressure on the electrode-separator laminate of the roller during the lamination process can be unevenly distributed.
본 발명에 따른 요철부의 하나의 실시예에서, 상기 요철부는 롤러의 회전 방향을 따라 등간격으로 이격되어 있는 복수의 요철 스트립들로 이루어져 있을 수 있다. 상기 요철 스트립은 직선형 구조로 이루어져 있을 수 있다. 또한, 부분적으로 지그재그 구조가 추가로 형성되어 있는 구조로 이루어져 있을 수 있다. 상기 요철 스트립은 곡선형 구조로 이루어져 있을 수 있으며, 구체적으로 사인(sine)파 형상으로 이루어져 있을 수 있다.In one embodiment of the concave-convex portion according to the present invention, the concave-convex portion may be composed of a plurality of concave-convex strips spaced apart at equal intervals along the rotation direction of the roller. The uneven strip may have a straight structure. Further, it may have a structure in which a zigzag structure is additionally formed in part. The concavo-convex strip may have a curved structure, and may have a sine wave shape.
상기 요철부의 하나의 구체적인 예에서, 상기 요철 스트립들은 빗살무늬 형상을 이루고 있을 수 있다.In one specific example of the concave-convex portion, the concavo-convex strips may have a comb-like shape.
구체적으로, 상기 요철 스트립들은 롤러의 수평축에 대해 60도 내지 70도의 기울기로 형성되어 있을 수 있다. 상기 요철 스트립의 롤러의 수평축에 대한 기울기가 60도 미만일 경우에는, 상기 요철 스트립과 롤러의 회전 방향이 이루는 각이 커지므로, 요철 스트립에 의해 롤러의 회전 운동이 억제될 수 있으며, 그에 따라 롤러의 전극-분리막 적층체에 가해지는 압력이 줄어들 수 있으며, 이는 전극-분리막 적층체에 불균일화를 유도하기 위한 요철부가 소망하는 형상으로 완전히 형성되지 못할 수 있다.Specifically, the irregular strips may be formed at a slope of 60 to 70 degrees with respect to the horizontal axis of the roller. When the inclination of the roller of the irregular strip with respect to the horizontal axis is less than 60 degrees, the angle between the irregular strip and the rotational direction of the roller becomes large, so that the rotational movement of the roller can be suppressed by the irregular strip, The pressure applied to the electrode-separator laminated body may be reduced, and the irregular portion for inducing nonuniformity in the electrode-separator laminate may not be formed into a desired shape.
상기 요철 스트립의 하나의 구체적인 예로서, 상기 요철 스트립들은 롤러의 표면으로부터 돌출되어 있는 구조로 이루어져 있을 수 있다. 따라서, 전극-분리막 적층체에 형성되는 요철 형상은 분리막 표면에 상기 요철 스트립에 대응하는 만입부들이 형성될 수 있다.As one specific example of the uneven strip, the uneven strips may have a structure protruding from the surface of the roller. Accordingly, the concavo-convex shape formed on the electrode-separator laminate may have indentations corresponding to the concavo-convex strip on the surface of the separator.
구체적으로, 상기 요철 스트립들의 높이는 롤러의 직경을 기준으로 1% 내지 3%의 크기로 이루어져 있을 수 있다. 상기 요철 스트립들의 높이가 롤러의 직경을 기준으로 1% 미만일 경우에는, 전극-분리막 적층체에 형성되는 만입부들의 깊이가 얕게 형성되어 에이징 공정에서 소망하는 전해액 함침률 및 함침 시간을 달성하기 어려울 수 있다. 반면에, 상기 요철 스트립들의 높이가 롤러의 직경을 기준으로 3%의 크기를 초과하는 경우에는, 전극 및 분리막의 요철 스트립 부위에서의 접착 압력이 집중되어, 전극 및 분리막이 손상되는 문제가 발생할 수 있다.Specifically, the height of the concavo-convex strips may be 1% to 3% of the diameter of the roller. If the height of the irregular strips is less than 1% based on the diameter of the roller, the depth of the indentations formed in the electrode-separator laminated body is shallow so that it is difficult to achieve the desired electrolyte impregnation rate and impregnation time in the aging process have. On the other hand, when the height of the irregular strips exceeds 3% of the diameter of the roller, the adhesive pressure at the irregular strip portions of the electrode and the separator is concentrated, and the electrode and the separator may be damaged have.
상기 요철 스트립의 또 하나의 구체적인 예로서, 상기 요철 스트립들은 롤러의 표면으로부터 만입되어 있는 구조로 이루어져 있을 수 있다. 따라서, 전극-분리막 적층체에 형성되는 요철 형상은 분리막 표면에서 상기 요철 스트립에 대응하는 부위를 제외한 나머지 표면이 만입되어 있는 양각 구조로 형성될 수 있다.As another concrete example of the irregular strip, the irregular strips may have a structure indented from the surface of the roller. Therefore, the concavo-convex shape formed on the electrode-separator laminate may be formed in a relief structure in which the remaining surface except for the portion corresponding to the concavo-convex strip is recessed on the surface of the separator.
구체적으로, 상기 요철 스트립들은 롤러의 수직 단면 상 직경을 기준으로 1% 내지 3%의 깊이로 만입되어 있을 수 있다. 상기 요철 스트립들의 깊이가 롤러의 직경을 기준으로 1% 미만일 경우에는, 전극-분리막 적층체에 형성되는 돌출부들의 높이가 낮게 형성되어 에이징 공정에서 소망하는 전해액 함침률 및 함침 시간을 달성하기 어려울 수 있다. 반면에, 상기 요철 스트립들의 높이가 롤러의 직경을 기준으로 3%의 크기를 초과하는 경우에는, 전극 및 분리막의 요철 스트립 부위를 제외한 표면에 접착 압력이 집중되어, 전극 및 분리막이 손상되는 문제가 발생할 수 있다.Specifically, the concavo-convex strips may be embedded at a depth of 1% to 3% based on the diameter of the vertical cross section of the roller. If the depth of the irregular strips is less than 1% based on the diameter of the roller, the height of protrusions formed on the electrode-separator laminate may be low and it may be difficult to achieve the desired electrolyte impregnation rate and impregnation time in the aging process . On the other hand, when the height of the irregular strips exceeds 3% based on the diameter of the roller, the adhesive pressure is concentrated on the surface of the electrode and the separator except for the irregular strip portion, thereby damaging the electrode and the separator Lt; / RTI >
본 발명은 또한 상기 가압 장치에 의해 제조된 하나 이상의 전극과 하나 이상의 분리막이 접한 적층체를 단위셀로 포함하는 전극조립체를 제공한다.The present invention also provides an electrode assembly including a stacked body in which at least one electrode and at least one separator are in contact with each other, the unit cell being manufactured by the pressurizing apparatus.
상기 전극조립체는 복수의 단위셀들이 분리필름에 의해 권취되어 있는 스택-폴딩형 구조로 이루어져 있을 수 있다.The electrode assembly may have a stack-folding structure in which a plurality of unit cells are wound by a separation film.
상기 스택/폴딩형 전극 구조에 대해 상술하면 다음과 같다.The stack / folding type electrode structure will be described in detail as follows.
스택/폴딩형 구조의 단위셀은, 양극과 음극이 대면하는 구조로, 둘 이상의 극판들이 적층되어 있는 유닛셀들을 둘 이상 포함하고, 중첩되지 않은 형태로 하나 이상의 분리필름으로 유닛셀들을 권취하거나, 또는 유닛셀의 크기로 분리필름을 절곡하여 유닛셀들 사이에 개재함으로써 제조될 수 있다.The unit cell of the stack / folding type structure includes two or more unit cells in which the anode and the cathode face each other and in which two or more electrode plates are stacked, and the unit cells are wound with at least one separating film in a non- Or by bending the separation film to a size of the unit cell and interposing it between the unit cells.
경우에 따라서는, 양극과 음극이 대면하는 구조로, 임의의 유닛셀들 사이 및/또는 최외측 유니셀의 외면에 하나 이상의 단일 극판이 추가로 포함될 수도 있다.In some cases, the positive electrode and the negative electrode face each other, and one or more single electrode plates may be further included between any unit cells and / or an outer surface of the outermost unicell.
상기 유닛셀은 양측 최외곽의 극판들이 동일한 전극을 가진 S형 유닛셀과, 양측 최외곽의 극판들이 반대 전극을 가진 D형 유닛셀일 수 있다.The unit cell may be an S-type unit cell in which the outermost electrode plates on both sides have the same electrode, and a D-type unit cell in which the outermost electrode plates on opposite sides have opposite electrodes.
상기 S형 유닛셀은, 양측 최외곽의 극판들이 양극인 SC형 유닛셀과, 양측 최외곽의 극판들이 음극인 SA형 유닛셀일 수 있다.The S type unit cell may be an SA type unit cell in which the outermost electrode plates on both sides are the anode, and an SA type unit cell in which the outermost electrode plates on both sides are the cathodes.
본 발명은 또한 상기 전극조립체를 전해액과 함께 전지케이스에 내장하고 밀봉하여 제조되는 전지셀을 제공한다.The present invention also provides a battery cell manufactured by inserting and sealing the electrode assembly together with an electrolytic solution in a battery case.
상기 전지셀은 리튬 이차전지일 수 있고, 구체적으로 리튬 이온 전지 또는 리튬 이온 폴리머 전지일 수 있다.The battery cell may be a lithium secondary battery, specifically, a lithium ion battery or a lithium ion polymer battery.
일반적으로, 리튬 이차전지는 양극, 음극, 분리막, 및 리튬염 함유 비수 전해액으로 구성되어 있다.Generally, a lithium secondary battery is composed of a positive electrode, a negative electrode, a separator, and a non-aqueous electrolyte containing a lithium salt.
상기 양극은, 예를 들어, 양극 집전체 상에 양극 활물질, 도전재 및 바인더의 혼합물을 도포한 후 건조하여 제조되며, 필요에 따라서는, 상기 혼합물에 충진제를 더 첨가하기도 한다.The positive electrode is prepared, for example, by coating a mixture of a positive electrode active material, a conductive material and a binder on a positive electrode current collector, and then drying the mixture. Optionally, a filler may be further added to the mixture.
상기 양극 활물질은 리튬 코발트 산화물(LiCoO2), 리튬 니켈 산화물(LiNiO2) 등의 층상 화합물이나 1 또는 그 이상의 전이금속으로 치환된 화합물; 화학식 Li1+xMn2-xO4 (여기서, x 는 0 ~ 0.33 임), LiMnO3, LiMn2O3, LiMnO2 등의 리튬 망간 산화물; 리튬 동 산화물(Li2CuO2); LiV3O8, LiFe3O4, V2O5, Cu2V2O7 등의 바나듐 산화물; 화학식 LiNi1-xMxO2 (여기서, M = Co, Mn, Al, Cu, Fe, Mg, B 또는 Ga 이고, x = 0.01 ~ 0.3 임)으로 표현되는 Ni 사이트형 리튬 니켈 산화물; 화학식 LiMn2-xMxO2 (여기서, M = Co, Ni, Fe, Cr, Zn 또는 Ta 이고, x = 0.01 ~ 0.1 임) 또는 Li2Mn3MO8 (여기서, M = Fe, Co, Ni, Cu 또는 Zn 임)으로 표현되는 리튬 망간 복합 산화물; 화학식의 Li 일부가 알칼리토금속 이온으로 치환된 LiMn2O4; 디설파이드 화합물; Fe2(MoO4)3 등을 들 수 있지만, 이들만으로 한정되는 것은 아니다.The cathode active material may be a layered compound such as lithium cobalt oxide (LiCoO 2 ), lithium nickel oxide (LiNiO 2 ), or a compound substituted with one or more transition metals; Lithium manganese oxides such as Li 1 + x Mn 2 -x O 4 (where x is 0 to 0.33), LiMnO 3 , LiMn 2 O 3 , LiMnO 2 and the like; Lithium copper oxide (Li 2 CuO 2 ); Vanadium oxides such as LiV 3 O 8 , LiFe 3 O 4 , V 2 O 5 and Cu 2 V 2 O 7 ; A Ni-site type lithium nickel oxide expressed by the formula LiNi 1-x M x O 2 (where M = Co, Mn, Al, Cu, Fe, Mg, B or Ga and x = 0.01 to 0.3); Formula LiMn 2-x M x O 2 ( where, M = Co, Ni, Fe , Cr, and Zn, or Ta, x = 0.01 ~ 0.1 Im) or Li 2 Mn 3 MO 8 (where, M = Fe, Co, Ni, Cu, or Zn); LiMn 2 O 4 in which a part of Li in the formula is substituted with an alkaline earth metal ion; Disulfide compounds; Fe 2 (MoO 4 ) 3 , and the like. However, the present invention is not limited to these.
상기 도전재는 통상적으로 양극 활물질을 포함한 혼합물 전체 중량을 기준으로 1 내지 30 중량%로 첨가된다. 이러한 도전재는 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 천연 흑연이나 인조 흑연 등의 흑연; 카본블랙, 아세틸렌 블랙, 케첸 블랙, 채널 블랙, 퍼네이스 블랙, 램프 블랙, 서머 블랙 등의 카본블랙; 탄소 섬유나 금속 섬유 등의 도전성 섬유; 불화 카본, 알루미늄, 니켈 분말 등의 금속 분말; 산화아연, 티탄산 칼륨 등의 도전성 위스키; 산화 티탄 등의 도전성 금속 산화물; 폴리페닐렌 유도체 등의 도전성 소재 등이 사용될 수 있다.The conductive material is usually added in an amount of 1 to 30% by weight based on the total weight of the mixture including the cathode active material. Such a conductive material is not particularly limited as long as it has electrical conductivity without causing chemical changes in the battery, for example, graphite such as natural graphite or artificial graphite; Carbon black such as carbon black, acetylene black, ketjen black, channel black, furnace black, lamp black, and summer black; Conductive fibers such as carbon fiber and metal fiber; Metal powders such as carbon fluoride, aluminum, and nickel powder; Conductive whiskey such as zinc oxide and potassium titanate; Conductive metal oxides such as titanium oxide; Conductive materials such as polyphenylene derivatives and the like can be used.
상기 바인더는 활물질과 도전재 등의 결합과 집전체에 대한 결합에 조력하는 성분으로서, 통상적으로 양극 활물질을 포함하는 혼합물 전체 중량을 기준으로 1 내지 30 중량%로 첨가된다. 이러한 바인더의 예로는, 폴리불화비닐리덴, 폴리비닐알코올, 카르복시메틸셀룰로우즈(CMC), 전분, 히드록시프로필셀룰로우즈, 재생 셀룰로우즈, 폴리비닐피롤리돈, 테트라플루오로에틸렌, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 에틸렌-프로필렌-디엔 테르 폴리머(EPDM), 술폰화 EPDM, 스티렌 브티렌 고무, 불소 고무, 다양한 공중합체 등을 들 수 있다.The binder is a component which assists in bonding of the active material and the conductive material and bonding to the current collector, and is usually added in an amount of 1 to 30% by weight based on the total weight of the mixture containing the cathode active material. Examples of such binders include polyvinylidene fluoride, polyvinyl alcohol, carboxymethylcellulose (CMC), starch, hydroxypropylcellulose, regenerated cellulose, polyvinylpyrrolidone, tetrafluoroethylene, polyethylene , Polypropylene, ethylene-propylene-diene terpolymer (EPDM), sulfonated EPDM, styrene butylene rubber, fluorine rubber, various copolymers and the like.
상기 충진제는 양극의 팽창을 억제하는 성분으로서 선택적으로 사용되며, 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 섬유상 재료라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등의 올리핀계 중합체; 유리섬유, 탄소섬유 등의 섬유상 물질이 사용된다.The filler is optionally used as a component for suppressing the expansion of the anode, and is not particularly limited as long as it is a fibrous material without causing a chemical change in the battery. Examples of the filler include olefin polymers such as polyethylene and polypropylene; Fibrous materials such as glass fibers and carbon fibers are used.
상기 음극은 음극 집전체 상에 음극 활물질을 도포, 건조하여 제작되며, 필요에 따라, 앞서 설명한 바와 같은 성분들이 선택적으로 더 포함될 수도 있다.The negative electrode is manufactured by applying and drying a negative electrode active material on a negative electrode collector, and if necessary, the above-described components may be selectively included.
상기 음극 활물질로는, 예를 들어, 난흑연화 탄소, 흑연계 탄소 등의 탄소; LixFe2O3(0≤x≤1), LixWO2(0≤x≤1), SnxMe1-xMe'yOz (Me: Mn, Fe, Pb, Ge; Me': Al, B, P, Si, 주기율표의 1족, 2족, 3족 원소, 할로겐; 0<x≤1; 1≤y≤3; 1≤z≤8) 등의 금속 복합 산화물; 리튬 금속; 리튬 합금; 규소계 합금; 주석계 합금; SnO, SnO2, PbO, PbO2, Pb2O3, Pb3O4, Sb2O3, Sb2O4, Sb2O5, GeO, GeO2, Bi2O3, Bi2O4, and Bi2O5 등의 금속 산화물; 폴리아세틸렌 등의 도전성 고분자; Li-Co-Ni 계 재료 등을 사용할 수 있다.Examples of the negative electrode active material include carbon such as non-graphitized carbon and graphite carbon; Li x Fe 2 O 3 (0≤x≤1 ), Li x WO 2 (0≤x≤1), Sn x Me 1-x Me 'y O z (Me: Mn, Fe, Pb, Ge; Me' : Metal complex oxides such as Al, B, P, Si, Group 1, Group 2, Group 3 elements of the periodic table, Halogen, 0 < x < Lithium metal; Lithium alloy; Silicon-based alloys; Tin alloy; SnO, SnO 2, PbO, PbO 2, Pb 2 O 3, Pb 3 O 4, Sb 2O3, Sb 2 O 4, Sb 2 O 5, GeO, GeO 2, Bi 2 O 3, Bi 2 O 4, and Bi 2 O 5 and the like; Conductive polymers such as polyacetylene; Li-Co-Ni-based materials and the like can be used.
상기 분리막은 양극과 음극 사이에 개재되며, 높은 이온 투과도와 기계적 강도를 가지는 절연성의 얇은 박막이 사용된다. 분리막의 기공 직경은 일반적으로 0.01 ~ 10 ㎛이고, 두께는 일반적으로 5 ~ 300 ㎛이다. 이러한 분리막으로는, 예를 들어, 내화학성 및 소수성의 폴리프로필렌 등의 올레핀계 폴리머; 유리섬유 또는 폴리에틸렌 등으로 만들어진 시트나 부직포 등이 사용된다. 전해질로서 폴리머 등의 고체 전해질이 사용되는 경우에는 고체 전해질이 분리막을 겸할 수도 있다.The separation membrane is interposed between the anode and the cathode, and an insulating thin film having high ion permeability and mechanical strength is used. The pore diameter of the separator is generally 0.01 to 10 mu m and the thickness is generally 5 to 300 mu m. Such separation membranes include, for example, olefinic polymers such as polypropylene, which are chemically resistant and hydrophobic; A sheet or nonwoven fabric made of glass fiber, polyethylene or the like is used. When a solid electrolyte such as a polymer is used as an electrolyte, the solid electrolyte may also serve as a separation membrane.
리튬염 함유 비수계 전해액은, 극성 유기 전해액과 리튬염으로 이루어져 있다. 전해액으로는 비수계 액상 전해액, 유기 고체 전해질, 무기 고체 전해질 등이 사용된다. The non-aqueous electrolyte solution containing a lithium salt is composed of a polar organic electrolyte and a lithium salt. As the electrolytic solution, a non-aqueous liquid electrolytic solution, an organic solid electrolyte, an inorganic solid electrolyte and the like are used.
상기 비수계 액상 전해액으로는, 예를 들어, N-메틸-2-피롤리디논, 프로필렌 카르보네이트, 에틸렌 카르보네이트, 부틸렌 카르보네이트, 디메틸 카르보네이트, 디에틸 카르보네이트, 감마-부틸로 락톤, 1,2-디메톡시 에탄, 테트라히드록시 프랑(franc), 2-메틸 테트라하이드로푸란, 디메틸술폭시드, 1,3-디옥소런, 포름아미드, 디메틸포름아미드, 디옥소런, 아세토니트릴, 니트로메탄, 포름산 메틸, 초산메틸, 인산 트리에스테르, 트리메톡시 메탄, 디옥소런 유도체, 설포란, 메틸 설포란, 1,3-디메틸-2-이미다졸리디논, 프로필렌 카르보네이트 유도체, 테트라하이드로푸란 유도체, 에테르, 피로피온산 메틸, 프로피온산 에틸 등의 비양자성 유기용매가 사용될 수 있다.Examples of the nonaqueous liquid electrolytic solution include N-methyl-2-pyrrolidinone, propylene carbonate, ethylene carbonate, butylene carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, gamma -Butyrolactone, 1,2-dimethoxyethane, tetrahydroxyfuran, 2-methyltetrahydrofuran, dimethylsulfoxide, 1,3-dioxolane, formamide, dimethylformamide, dioxolane , Acetonitrile, nitromethane, methyl formate, methyl acetate, triester phosphate, trimethoxymethane, dioxolane derivatives, sulfolane, methylsulfolane, 1,3-dimethyl-2-imidazolidinone, propylene carbonate Nonionic organic solvents such as tetrahydrofuran derivatives, ethers, methyl pyrophosphate, ethyl propionate and the like can be used.
상기 유기 고체 전해질로는, 예를 들어, 폴리에틸렌 유도체, 폴리에틸렌 옥사이드 유도체, 폴리프로필렌 옥사이드 유도체, 인산 에스테르 폴리머, 폴리 에지테이션 리신(agitation lysine), 폴리에스테르 술파이드, 폴리비닐 알코올, 폴리 불화 비닐리덴, 이온성 해리기를 포함하는 중합체 등이 사용될 수 있다.Examples of the organic solid electrolyte include a polymer electrolyte such as a polyethylene derivative, a polyethylene oxide derivative, a polypropylene oxide derivative, a phosphate ester polymer, an agitation lysine, a polyester sulfide, a polyvinyl alcohol, a polyvinylidene fluoride, Polymers containing ionic dissociation groups, and the like can be used.
상기 무기 고체 전해질로는, 예를 들어, Li3N, LiI, Li5NI2, Li3N-LiI-LiOH, LiSiO4, LiSiO4-LiI-LiOH, Li2SiS3, Li4SiO4, Li4SiO4-LiI-LiOH, Li3PO4-Li2S-SiS2 등의 Li의 질화물, 할로겐화물, 황산염 등이 사용될 수 있다.Examples of the inorganic solid electrolyte include Li 3 N, LiI, Li 5 NI 2 , Li 3 N-LiI-LiOH, LiSiO 4 , LiSiO 4 -LiI-LiOH, Li 2 SiS 3 , Li 4 SiO 4 , Nitrides, halides and sulfates of Li such as Li 4 SiO 4 -LiI-LiOH and Li 3 PO 4 -Li 2 S-SiS 2 can be used.
상기 리튬염은 상기 비수계 전해질에 용해되기 좋은 물질로서, 예를 들어, LiCl, LiBr, LiI, LiClO4, LiBF4, LiB10Cl10, LiPF6, LiCF3SO3, LiCF3CO2, LiAsF6, LiSbF6, LiAlCl4, CH3SO3Li, CF3SO3Li, (CF3SO2)2NLi, 클로로 보란 리튬, 저급 지방족 카르본산 리튬, 4 페닐 붕산 리튬, 이미드 등이 사용될 수 있다.The lithium salt is a material that is readily soluble in the non-aqueous electrolyte, for example, LiCl, LiBr, LiI, LiClO 4, LiBF 4, LiB 10 Cl 10, LiPF 6, LiCF 3 SO 3, LiCF 3 CO 2, LiAsF 6, LiSbF 6, LiAlCl 4, CH 3 SO 3 Li, CF 3 SO 3 Li, (CF 3 SO 2) 2 NLi, chloroborane lithium, lower aliphatic carboxylic acid lithium, lithium tetraphenyl borate and imide have.
또한, 비수계 전해액에는 충방전 특성, 난연성 등의 개선을 목적으로, 예를 들어, 피리딘, 트리에틸포스파이트, 트리에탄올아민, 환상 에테르, 에틸렌 디아민, n-글라임(glyme), 헥사 인산 트리 아미드, 니트로벤젠 유도체, 유황, 퀴논 이민 염료, N-치환 옥사졸리디논, N,N-치환 이미다졸리딘, 에틸렌 글리콜 디알킬 에테르, 암모늄염, 피롤, 2-메톡시 에탄올, 삼염화 알루미늄 등이 첨가될 수도 있다. 경우에 따라서는, 불연성을 부여하기 위하여, 사염화탄소, 삼불화에틸렌 등의 할로겐 함유 용매를 더 포함시킬 수도 있고, 고온 보존 특성을 향상시키기 위하여 이산화탄산 가스를 더 포함시킬 수도 있다.For the purpose of improving the charge-discharge characteristics and the flame retardancy, the non-aqueous liquid electrolyte may contain, for example, pyridine, triethylphosphite, triethanolamine, cyclic ether, ethylenediamine, glyme, N, N-substituted imidazolidine, ethylene glycol dialkyl ether, ammonium salt, pyrrole, 2-methoxyethanol, aluminum trichloride, etc. are added It is possible. In some cases, a halogen-containing solvent such as carbon tetrachloride or ethylene trifluoride may be further added to impart nonflammability, or a carbon dioxide gas may be further added to improve high-temperature storage characteristics.
본 발명은 또한 상기 전지셀을 둘 이상 포함하고 있는 전지팩을 제공한다.The present invention also provides a battery pack including at least two battery cells.
본 발명은 또한 상기 전지팩을 전원으로 포함하고 있는 디바이스를 제공한다.The present invention also provides a device including the battery pack as a power source.
상기 디바이스는 휴대폰, 웨어러블 전자기기, 휴대용 컴퓨터, 스마트 패드, 넷북, LEV(Light Electronic Vehicle), 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 플러그-인 하이브리드 전기자동차, 및 전력저장장치로부터 선택되는 것일 수 있다.The device may be selected from a cell phone, a wearable electronic device, a portable computer, a smart pad, a netbook, a LEV (Light Electronic Vehicle), an electric vehicle, a hybrid electric vehicle, a plug-in hybrid electric vehicle, and a power storage device.
이들 디바이스의 구조 및 그것의 제작 방법은 당업계에 공지되어 있으므로, 본 명세서에서는 그에 대한 자세한 설명은 생략한다.The structure of these devices and their fabrication methods are well known in the art, and a detailed description thereof will be omitted herein.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 가압 장치는, 롤러의 표면에 전극-분리막 적층체에 불균일화를 유도하기 위한 요철부가 형성되어 있음으로써, 라미네이션 공정 중 전극-분리막 적층체에 요철 형상을 형성할 수 있고, 그에 따라 라미네이션 공정 후 이어지는 에이징 공정에서 전극조립체에 함침되는 전해액량과 전해액의 함침 속도를 증가시킬 수 있다.INDUSTRIAL APPLICABILITY As described above, the pressing device according to the present invention is provided with the concavo-convex portion for inducing nonuniformity in the electrode-separator laminate on the surface of the roller, so that the convexo-concave shape is formed on the electrode- separator laminate during the lamination process So that the amount of the electrolytic solution impregnated into the electrode assembly and the impregnation speed of the electrolytic solution can be increased in the subsequent aging step after the lamination process.
도 1은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 가압 장치의 사시도이다;
도 2는 도 1의 롤러의 우측 정면도이다;
도 3은 도 1의 롤러의 측면도이다;
도 4는 도 1의 롤러의 수직 단면도이다;
도 5는 본 발명의 또 하나의 실시예에 따른 가압 장치의 롤러의 수직 단면도이다.1 is a perspective view of a pressurizing device according to one embodiment of the present invention;
Figure 2 is a right front view of the roller of Figure 1;
Figure 3 is a side view of the roller of Figure 1;
Figure 4 is a vertical cross-sectional view of the roller of Figure 1;
5 is a vertical cross-sectional view of a roller of a pressurizing device according to another embodiment of the present invention.
이하에서는, 본 발명의 실시예에 따른 도면을 참조하여 설명하지만, 이는 본 발명의 더욱 용이한 이해를 위한 것으로, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings, but the present invention is not limited by the scope of the present invention.
도 1에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 가압 장치의 사시도가 모식적으로 도시되어 있다.Fig. 1 schematically shows a perspective view of a pressurizing device according to one embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 가압 장치(100)는 롤러(110)와 구동부(도시 하지 않음)로 이루어져 있다. 구동부는 롤러(110)의 좌측 단부(111)에 연결되어 롤러의 회전 운동을 유도하며, 일반적으로 사용되는 전동 모터 구조로 이루어져 있으므로 여기서는 그에 대한 설명은 생략하기로 한다.Referring to FIG. 1, the
롤러(110)의 표면에는 전극-분리막 적층체(도시하지 않음)에 인가되는 열과 압력의 국부적인 불균일화를 유도하기 위한 요철 스트립(130)이 형성되어 있다.On the surface of the
롤러(110)는 좌측 단부(111)로부터 우측 단부(112) 방향으로 수직 단면 상 직경이 감소하는 테이퍼 구조로 이루어져 있다. 즉, 롤러는 원뿔대 형상으로 이루어져 있다.The
도 2에는 도 1의 롤러의 우측 정면도가 모식적으로 도시되어 있다.Fig. 2 schematically shows a right front view of the roller of Fig.
도 2를 도 1과 함께 참조하면, 롤러(110)의 좌측 단부(111)의 수직 단면 상 면적은 대향하는 우측 단부(112)의 수직 단면 상 면적의 150%의 크기로 이루어져 있다.Referring to FIG. 2 together with FIG. 1, the area on the vertical section of the
도 3에는 도 1의 롤러의 측면도가 모식적으로 도시되어 있다.Fig. 3 schematically shows a side view of the roller of Fig.
도 3을 도 1과 함께 참조하면, 롤러(110)의 회전 방향을 따라 등간격으로 이격되어 복수의 요철 스트립(130)들이 형성되어 있다. Referring to FIG. 3 together with FIG. 1, a plurality of
요철 스트립(130)들은 빗살무늬 형상으로 이루어져 있다. 구체적으로, 요철 스트립(130)들은 롤러(110)의 수평축(A)에 대해 70도의 기울기(a)로 형성되어 있다.The
도 4에는 도 1의 롤러의 수직 단면도가 모식적으로 도시되어 있다.Figure 4 is a schematic vertical sectional view of the roller of Figure 1.
도 4를 도 1과 함께 참조하면, 요철 스트립(130)은 롤러(110)의 표면으로부터 돌출되어 있는 구조로 이루어져 있다. 요철 스트립(130)의 높이(H1)는 롤러의 직경(D1)을 기준으로 3%의 크기로 이루어져 있다.Referring to FIG. 4 together with FIG. 1, the
도 5에는 본 발명의 또 하나의 실시예에 따른 가압 장치의 롤러의 수직 단면도가 모식적으로 도시되어 있다.5 is a schematic vertical sectional view of a roller of a pressurizing device according to another embodiment of the present invention.
도 5를 참조하면, 요철 스트립(230)은 롤러(210)의 표면으로부터 만입되어 있는 구조로 이루어져 있다. 요철 스트립(230)은 롤러(210)의 수직 다면 상 직경(D2)을 기준으로 3%의 깊이(D3)로 만입되어 있다. 요철 스트립의 만입 구조를 제외한 나머지 구조는 도 1 내지 도 3에서 설명한 실시예들의 구조와 동일하므로, 이에 관한 기타 자세한 설명은 생략 하기로 한다.Referring to FIG. 5, the
이상 본 발명의 실시예에 따른 도면을 참조하여 설명하였지만, 본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주 내에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다.While the present invention has been described with reference to exemplary embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments.
Claims (17)
상기 전극과 분리막의 적층체에 접촉하여 열과 압력을 인가하는 롤러(Roller)와, 상기 롤러의 일측 단부에 연결되어 롤러의 회전 운동을 유도하는 구동부를 포함하고 있고,
상기 롤러의 표면에는 전극-분리막 적층체에 인가되는 열과 압력의 국부적인 불균일화를 유도하기 위한 요철부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 가압 장치.A pressurizing apparatus for adhering a separator to an electrode by heat and pressure in a state where at least one separator is laminated on at least one electrode coated with an electrode mixture containing an electrode active material,
A roller for applying heat and pressure in contact with the laminate of the electrode and the separator, and a driving unit connected to one end of the roller to induce rotational movement of the roller,
Wherein a surface of the roller is provided with a concavo-convex portion for inducing local nonuniformity of heat and pressure applied to the electrode-separator laminate.
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