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KR102401809B1 - 배터리 셀용 전극 유닛의 제조 방법, 그리고 전극 유닛 - Google Patents

배터리 셀용 전극 유닛의 제조 방법, 그리고 전극 유닛 Download PDF

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KR102401809B1
KR102401809B1 KR1020197011815A KR20197011815A KR102401809B1 KR 102401809 B1 KR102401809 B1 KR 102401809B1 KR 1020197011815 A KR1020197011815 A KR 1020197011815A KR 20197011815 A KR20197011815 A KR 20197011815A KR 102401809 B1 KR102401809 B1 KR 102401809B1
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마티아스 데라
다니엘 자우어타익
질반 폴러
유에르겐 헤롤트
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로베르트 보쉬 게엠베하
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Abstract

본 발명은 배터리 셀용 전극 유닛을 제조하기 위한 방법에 관한 것이며, 상기 방법은 스트립형 제1 분리층(18)과, 제1 전극(21, 22)의 복수의 판형 세그먼트의 접촉 러그들(35, 36)을 재료 결합 방식으로 결합하는 단계; 제1 전극(21, 22)의 세그먼트들의 접촉 러그들(35, 36)과 또는 제1 분리층(18)과, 스트립형 제2 분리층(19)을 재료 결합 방식으로 결합함으로써 스트립형 복합 요소(50)가 형성되고 제1 전극(21, 22)의 세그먼트들의 활물질(41, 42)이 제1 분리층(18) 및 제2 분리층(19)에 의해 에워싸이게 하는 단계; 및 복합 요소(50) 상에 제2 전극(21, 22)의 복수의 판형 세그먼트를 배열하는 단계;를 포함한다. 또한, 본 발명은 본 발명에 따른 방법에 따라서 제조되는 배터리 셀용 전극 유닛에도 관한 것이다.

Description

배터리 셀용 전극 유닛의 제조 방법, 그리고 전극 유닛
본 발명은 배터리 셀을 위한 전극 유닛을 제조하기 위한 방법에 관한 것이며, 제1 전극의 복수의 판형 세그먼트는 스트립형 제1 분리층과 재료 결합 방식으로 결합되며, 특히 접착된다. 또한, 본 발명은 본 발명에 따른 방법에 따라서 제조되는 배터리 셀용 전극 유닛에도 관한 것이다.
전기 에너지는 배터리들에 의해 저장될 수 있다. 배터리들은 화학 반응 에너지를 전기 에너지로 변환한다. 이런 경우, 일차 배터리와 이차 배터리로 구분된다. 일차 배터리들은 단지 한 번만 작동 가능하며, 그에 반해 축전지로서도 지칭되는 이차 배터리들은 다시 충전될 수 있다. 축전지에서는 특히 이른바 리튬이온 배터리 셀들이 사용된다. 상기 리튬이온 배터리 셀들은 특히 높은 에너지 밀도, 열적 안정성 및 특히 낮은 자기 방전을 특징으로 한다.
리튬이온 배터리 셀들은 캐소드로서도 지칭되는 양극 전극과 애노드로서도 지칭되는 음극 전극을 포함한다. 캐소드 및 애노드는 활물질이 그 상에 도포되어 있는 각각 하나의 전류 집전체를 포함한다. 배터리 셀의 전극들은 필름 유형으로 형성되며, 그리고 중간층으로서 캐소드로부터 애노드를 분리하는 분리판이 제공된 상태에서 전극 코일로 권선된다. 또한, 상기 전극 권선은 젤리 롤(Jelly Roll)로서도 지칭된다. 또한, 전극들은 서로 겹쳐 적층되어 하나의 전극 스택을 형성할 수 있거나, 또는 또 다른 유형으로 하나의 전극 유닛을 형성할 수 있다.
전극 유닛의 두 전극은 단자들로서도 지칭되는 배터리 셀의 극들(pole)과 전기 연결된다. 전극들 및 분리판은 일반적으로 액체인 전해질에 의해 에워싸여 있다. 또한, 배터리 셀은 예컨대 알루미늄으로 제조되는 셀 하우징을 포함한다. 셀 하우징은 일반적으로 각기둥형으로, 특히 직육면체형으로 구성되고 내압성으로 형성된다. 그러나 또 다른 하우징 형태들, 예컨대 원기둥형, 또는 가요성 파우치 셀들(Pouch cell) 역시도 공지되어 있다.
새로운 배터리 셀들의 개발 시 실질적인 노력은 셀 내의 전기 화학적 유효 부피를 증가시키는 것에 있다. 유효 부피의 최대화를 위한 전극 유닛의 적합한 구조 형상으로서 확인된 것은 전극 스택인데, 그 이유는 상기 전극 스택이 이상적인 각기둥형으로뿐만 아니라 임의의 다른 기하구조로도 제조될 수 있기 때문이다.
전극 유닛의 충전 상태 및 수명 상태(state of health)에 따라서 전극들의 팽창이 발생할 수 있으며, 이는 완전하게 권선된 전극 유닛들에서 라운딩부들의 영역에서의 변위, 박리 및 이질성을 야기할 수 있다. 이런 유형의 노화 과정은 전극 스택들의 경우 마찬가지로 최소화된다. 전극들 및 분리판의 접촉 손실(contact loss)을 방지하는 사항으로 전극들에 대한 균일한 힘 작용을 통해, 전극 유닛의 최대 사용 수명이 달성될 수 있다.
DE 10 2006 054 308 A1호로부터는, 전극들이 테두리 영역에서 재료 결합식 접착 결합을 통해 분리판 상에 고정되는 것인 전극 어셈블리가 공지되어 있다. 이 경우, 접착 점들은 전극들의 활물질 상에 위치한다.
DE 10 2009 013 345 A1호는 마찬가지로, 전극들이 테두리 영역에서 재료 결합식 접착 결합을 통해 분리판 상에 고정되는 것인 전극 어셈블리를 기술한다. 여기서는, 전극 유닛이 외주를 따라 연장되는 측면 접착 스트립들을 통해 고정되는 것인 일 변형예가 제시된다.
또한, 전극들의 모서리들 상의 접착점들 및 종측면들 상의 글루 비드들(glue bead)도 제시되어 있다.
WO 2001/059870 A1호는, 서브 요소들(sub element)이 개별화된 전극들 및 분리판들로 제조되는 것인 전극 유닛의 구성을 기술하고 있다. 이런 경우, 상기 서브 요소들은 연속적인 분리판과 함께 Z형 절첩을 통해 처리되어 완성된 전극 유닛을 형성한다. 서브 요소들의 제조 시 분리층들은 적층(lamination)을 통해 전극들 상에 적층된다.
US 2013/0059183 A1호에는, 전극 유닛을 포함한 배터리가 개시되어 있다. 이 경우, 전극 유닛은, 스트립형 분리판과 접착되는 스트립형 애노드 및 스트립형 캐소드를 포함한다. 접착은 바람직하게는 전극들의 전류 집전체들 상에서 2개의 스트립형 영역에서 실행된다.
US 2010/0175245 A1호는 배터리 셀용 전극 스택을 제조하기 위한 방법을 개시하고 있다. 이 경우, 접착제는 일측 전극의 전류 집전체 상에 도포되고 이렇게 전극은 분리판과 접착된다. 타측 전극의 전류 집전체 상에 마찬가지로 접착제가 도포되며, 그리고 타측 전극은 추가 분리판과 접착된다.
US 2010/0196167 A1호에서는 배터리 셀용 전극 유닛 및 전극 유닛의 제조를 위한 방법이 개시된다. 이 경우, 캐소드는 제1 분리판과 접착되고, 애노드는 제2 분리판과 접착된다.
EP 2 958 179 A1호 역시도 배터리 셀용 전극 유닛 및 전극 유닛의 제조를 위한 방법을 개시하고 있다. 이 경우, 스트립형 전극들은 판형 세그먼트들로 절단되어 스트립형 분리판들 상에 배열된다. 그런 다음, 전극 세그먼트들을 포함한 두 분리판들은 서로 접착된다. 그에 이어서, 전극 세그먼트들을 포함하여 서로 접착된 분리판들은 절단되어 적층된다.
본 발명에 따라서, 배터리 셀을 위한 전극 유닛을 제조하기 위한 방법이 제안된다. 이 경우, 본 발명은 적어도 하기에 열거되는 단계들을 포함한다.
제1 단계에서, 제1 전극의 복수의 판형 세그먼트의 접촉 러그들(contact lug)은 스트립형 제1 분리층과 재료 결합 방식으로 결합된다. 이 경우, 제1 전극은 애노드일 뿐만 아니라 캐소드일 수도 있다. 재료 결합식 결합으로서는 특히 접착이 고려되지만, 그러나 예컨대 용융(fusion) 역시도 고려된다.
제1 분리층은 평평하면서도 스트립형으로 형성된다. 이는, 본원과 관련하여, 종방향으로 제1 분리층의 치수가 종방향에 대해 직각으로 배향되는 횡방향으로 제1 분리층의 치수보다 훨씬 더 크며, 특히 적어도 10배 더 크다는 것을 의미한다.
제1 전극의 세그먼트들은 평평하면서도 판형으로 형성된다. 이는, 본원과 관련하여, 종방향으로 제1 전극의 세그먼트의 치수가 횡방향으로 제1 전극의 세그먼트의 치수와 거의 동일한 크기이며, 특히 최소한 반의 크기이고 최대한 2배의 크기라는 것을 의미한다.
제1 전극의 세그먼트들은 금속 필름으로서 형성되는 각각 하나의 전류 집전체를 포함하며, 이 전류 집전체 상에는 활물질이 바람직하게는 양면에 도포된다. 이 경우, 전류 집전체로부터는, 활물질로 코팅되지 않은, 다시 말하면 활물질이 없는 접촉 러그가 이격 돌출된다. 제1 전극의 세그먼트들의 접촉 러그들은 제1 전극의 세그먼트들을 상호 간에, 그리고 배터리 셀의 단자와 접촉시키기 위해 이용된다.
특히 오직 제1 전극의 세그먼트들의 접촉 러그들만이 제1 분리층과 재료 결합 방식으로 결합된다. 다시 말해 제1 분리층과 제1 전극의 세그먼트들의 활물질의 직접적인 결합은 제공되지 않는다.
제2 단계에서, 스트립형 제2 분리층은 제1 전극의 세그먼트들의 접촉 러그들과 재료 결합 방식으로 결합되거나, 또는 스트립형 제2 분리층은 제1 분리층과 재료 결합 방식으로 결합된다. 제2 분리층과 제1 전극의 세그먼트들의 활물질의 직접적인 결합도 마찬가지로 제공되지 않는다.
이 경우, 제1 분리층, 제2 분리층 및 제1 전극의 세그먼트들을 포함하는 스트립형 복합 요소(strip-shaped composite element)가 형성된다. 이 경우, 제1 전극의 세그먼트들은 실질적으로 두 분리층들 사이에 배열된다. 이 경우, 제1 전극의 세그먼트들의 활물질은 제1 분리층 및 제2 분리층에 의해 에워싸인다. 제1 전극의 세그먼트들의 접촉 러그들은 두 분리층들 사이에서 외부로 돌출되어 외부로부터 접촉될 수 있다.
제3 단계에서, 제2 전극의 복수의 판형 세그먼트는 복합 요소 상에 배열된다. 제1 전극이 애노드라면, 제2 전극은 캐소드이다. 제1 전극이 캐소드라면, 제2 전극은 애노드이다.
이 경우, 제2 전극의 세그먼트들은 제1 전극의 세그먼트들의 반대 방향으로 향해 있는 제1 분리층 또는 제2 분리층의 면(side) 상에 배열된다. 그에 따라, 제1 전극의 세그먼트와 제2 전극의 세그먼트 사이에는 항상 두 분리층 중 하나가 위치된다.
제1 분리층과 제2 분리층은 예컨대 서로 분리되어 별도의 필름들로서 형성될 수 있다. 그러나 제1 분리층과 제2 분리층은 일체형 필름으로서도 형성될 수 있다. 이런 경우에, 제2 분리층은 제1 단계 후에 종축을 따라서 제1 분리층에 상대적으로 180°만큼 만곡되며, 그리고 제2 단계에서는 제1 전극의 세그먼트들 상에 배치된다.
본 발명의 바람직한 실시형태에 따라서, 제3 단계 동안, 복합 요소는 제1 전극의 세그먼트들 사이에서 교호적인 방향들로 절첩된다. 이런 작업은 "Z형 절첩"으로서도 지칭된다. 그런 다음, 제3 단계에서, 제2 전극의 세그먼트들은 복합 요소의 제1 분리층 상에, 그리고 그 제2 분리층 상에 교호적으로 배열된다. 그에 따라, 제2 전극의 세그먼트들은 양면에서 각각 제1 분리층 상에, 또는 제2 분리층 상에 안착된다.
본 발명의 다른 바람직한 실시형태에 따라서, 제3 단계 동안, 복합 요소는 제1 전극의 세그먼트들 사이에서 동일한 방향으로 절첩된다. 이런 작업은 권선(winding)과 흡사하지만, 그러나 제1 전극의 세그먼트들은 평평한 상태로 유지되고 만곡되지 않는다. 그런 다음, 제3 단계에서, 제2 전극의 세그먼트들은 제1 분리층 상에 배열되고 제2 분리층에 의해 덮이거나, 또는 제2 전극의 세그먼트들은 제2 분리층 상에 배열되고 제1 분리층에 의해 덮인다. 그에 따라, 제2 전극의 세그먼트들은 각각 제1 분리층과 제2 분리층 사이에 위치한다.
본 발명의 또 다른 바람직한 실시형태에 따라서, 제3 단계 동안, 복합 요소는 제1 전극의 세그먼트들 사이에서 분리된다. 이런 작업은 "개별화(individuation)"로서도 지칭된다. 개별화를 통해, 제1 전극의 각각 하나의 세그먼트를 포함하는 개별 복합 세그먼트들이 형성된다. 그런 다음, 제3 단계에서, 복합 세그먼트들과 제2 전극의 세그먼트들은 교호적으로 적층된다. 그에 따라, 제2 전극의 세그먼트들은 각각 제1 분리층과 제2 분리층 사이에 위치한다.
바람직한 실시 변형예에 따라서, 제1 단계 전에, 스트립형 제1 접착 필름이 제1 분리층 상에, 특히 테두리 영역에서 도포된다. 그런 다음, 제1 전극의 세그먼트들의 접촉 러그들은 제1 단계에서 제1 접착 필름에 의해 제1 분리층과 접착된다. 그런 다음, 제2 단계에서, 제2 분리층은 제1 접착 필름에 의해 제1 분리층과 접착된다.
대안의 바람직한 실시 변형예에 따라서, 제1 단계 전에, 각각 하나의 스트립형 제3 접착 필름은 양면에서 제1 전극의 세그먼트들의 접촉 러그들 상에, 특히 테두리 영역에서 도포된다. 그런 다음, 제1 전극의 세그먼트들의 접촉 러그들은 제1 단계에서 제3 접착 필름에 의해 제1 분리층과 접착된다. 제2 단계에서, 제2 분리층은 제3 접착 필름에 의해 제1 전극의 세그먼트들의 접촉 러그들과 접착된다.
또한, 바람직하게는, 제2 전극의 세그먼트들의 접촉 러그들 역시도 복합 요소와, 특히 분리층과 재료 결합 방식으로 결합되며, 바람직하게는 접착된다.
이를 위해, 예컨대 제3 단계 전에, 스트립형 제2 접착 필름은 제2 분리층 상에, 특히 테두리 영역에서 도포된다. 그런 다음, 제3 단계에서, 제2 전극의 세그먼트들의 접촉 러그들은 제2 접착 필름에 의해 제2 분리층과 접착된다.
그 대안으로, 제3 단계 전에, 스트립형 제4 접착 필름은 제2 전극의 세그먼트들의 접촉 러그들 상에, 특히 테두리에 영역에 도포된다. 그런 다음, 제3 단계에서, 제2 전극의 세그먼트들의 접촉 러그들은 제4 접착 필름에 의해 제2 분리층과 접착된다.
또한, 본 발명에 따른 방법에 따라서 제조되는 배터리 셀용 전극 유닛 역시도 제안된다.
본 발명에 따른 전극 유닛은 바람직하게는 전기 차량(EV) 내, 하이브리드 차량(HEV) 내, 플러그인 하이브리드 차량(PHEV) 내, 또는 소비자 가전 제품 내의 배터리 셀에서 이용된다. 소비자 가전 제품은 특히 이동 전화기, 태블릿 PC 또는 노트북을 의미한다.
발명의 장점.
본 발명에 따른 방법은 분리층들에 상대적으로 전극들의 세그먼트들의 정확한 포지셔닝을 허용한다. 그 결과, 특히 비교적 높은 공정 속도 및 적은 제조 공차들을 갖는 연속적인 제조 공정이 실현될 수 있다. 본 발명에 따른 방법은 특히 Z형 절첩, 권선 또는 적층을 통한 전극 유닛의 제조를 허용한다. 또한, 본 발명에 따른 방법은 다양한 유형의 분리층들에도, 특히 세라믹으로 코팅된 분리판들 및 섬유 분리판들에도 적용될 수 있다.
이 경우, 바람직하게는, 전극들의 활물질들에는 접착제가 없으며, 그럼으로써 접착 필름들의 접착제는 전극 유닛의 전기 화학적 거동에 부정적인 영향을 미치지 않게 된다. 특히 접착제는 전극 유닛의 내부 저항의 증가를 야기하지 않는다. 그에 따라, 전극 유닛의 출력 용량 및 노화 거동은 바람직하게 향상된다.
또한, 접착 필름들은 외부 입자들, 예컨대 칩들(chip)의 침입으로부터 전극 유닛을 보호한다. 추가로, 접착제는 분리층들의 기계적 고정에 기여하며, 그리고 특히 열적 부하가 과도할 경우, 분리층들의 수축을 방지한다. 그 결과, 전극 유닛 및 배터리 셀의 안전성은 계속하여 증가된다.
본 발명의 실시형태들은 도면들 및 하기 기재내용에 따라서 더 상세하게 설명된다.
도 1은 배터리 셀의 개략도이다.
도 2는 제1 실시 변형예에 따르는 전극 유닛의 제조를 위한 단계들을 도시한 도면이다.
도 3은 제2 실시 변형예에 따르는 전극 유닛의 제조를 위한 단계들을 도시한 도면이다.
도 4는 Z형 절첩을 통해 제조된 전극 유닛의 개략적 단면도이다.
도 5는 권선을 통해 제조된 전극 유닛의 개략적 단면도이다.
도 6은 적층을 통해 제조된 전극 유닛의 개략적 단면도이다.
본 발명의 실시형태들의 하기 기재내용에서, 동일하거나 유사한 요소들은 동일한 도면부호들로 표시되며, 일부 경우에 상기 요소들의 반복되는 기재내용은 생략된다. 도면들에는 본 발명의 대상이 단지 개략적으로만 도시되어 있다.
도 1에는, 배터리 셀(2)의 개략도가 도시되어 있다. 배터리 셀(2)은 각기둥형으로, 본원에서는 직육면체형으로 형성되는 하우징(3)을 포함한다. 하우징(3)은 본원에서 전기 전도 방식으로 형성되고 예컨대 알루미늄으로 제조된다.
배터리 셀(2)은 음극 단자(11)와 양극 단자(12)를 포함한다. 단자들(11, 12)을 통해, 배터리 셀(2)에 의해 공급되는 전압이 픽업될 수 있다. 또한, 배터리 셀(2)은 단자들(11, 12)을 통해 충전될 수도 있다.
배터리 셀(2)의 하우징(3)의 내부에는, 본원에서 전극 스택으로서 구현되는 전극 유닛(10)이 배치된다. 전극 유닛(10)은 2개의 전극, 요컨대 애노드(21) 및 캐소드(22)를 포함한다. 애노드(21) 및 캐소드(22)는 각각 필름 유형으로 형성되고 하나 이상의 분리층(18, 19)을 통해 서로 분리된다. 하나 이상의 분리층(18, 19)은 이온 전도성이며, 다시 말해 리튬 이온들에 대해 투과성이다.
애노드(21)는 애노드 활물질(41)과 전류 집전체(31)를 포함한다. 애노드(21)의 전류 집전체(31)는 전기 전도성으로 형성되고 금속으로, 예컨대 구리로 제조된다. 애노드(21)의 전류 집전체(31)는 배터리 셀(2)의 음극 단자(11)와 전기 연결된다.
캐소드(22)는 캐소드 활물질(42)과 전류 집전체(32)를 포함한다. 캐소드(22)의 전류 집전체(32)는 전기 전도성으로 형성되고 금속으로, 예컨대 알루미늄으로 제조된다. 캐소드(22)의 전류 집전체(32)는 배터리 셀(2)의 양극 단자(12)와 전기 연결된다.
도 2에는, 제1 실시 변형예에 따르는 전극 유닛(10)의 제조를 위한 단계들이 도시되어 있다. 부분도 2a)에 도시된 것처럼, 제1 접착 필름(61)은 스트립형으로 형성된 제1 분리층(18)의 테두리 영역 상에 도포된다. 스트립형 형성은 하기에서 종방향(x)으로의 치수가, 종방향(x)에 직각으로 배향되는 횡방향(y)으로의 치수보다 훨씬 더 크다는 것을 의미한다.
이 경우, 제1 접착 필름(61)은 예컨대 전사 방법(transfer method)을 통해, 접착 스트립으로서, 접착 테이프로서, 또는 분무 접착제로서 도포될 수 있다.
또한, 감압 접착제들 외에도, 상이한 방식으로 활성 가능한 접착제들 역시도 이용될 수 있다. 또한, 또 다른 대안의 실시형태에서, 제1 분리층(18)은 열적으로 용융될 수 있고 이렇게 마찬가지로 재료 결합식 결합부를 생성할 수 있다.
부분도 2b)에는, 제1 분리층(18) 상에 캐소드(22)의 복수의 세그먼트이면서 판형으로 형성된 상기 복수의 세그먼트가 제1 전극으로서 어떻게 포지셔닝되는지가 도시되어 있다. 판형 형성은, 하기에서 종방향(x)으로의 치수가 횡방향(y)으로의 치수와 거의 동일한 크기라는 것을 의미한다.
캐소드(22)의 세그먼트들은 각각 캐소드 활물질(42)로 코팅되는 각각 하나의 전류 집전체(32)를 포함할 수 있다. 전류 집전체(32)로부터는, 코팅되지 않은, 다시 말하면 캐소드 활물질(42)이 없는 캐소드(22)의 접촉 러그(36)가 이격 돌출된다. 캐소드(22)의 세그먼트들은, 캐소드(22)의 접촉 러그들(36)이 제1 접착 필름(61) 상에 부착됨으로써 캐소드(22)의 세그먼트들이 제1 분리층(18)과 접착되는 방식으로 제1 분리층(18) 상에 포지셔닝된다.
이 경우, 캐소드(22)의 개별 세그먼트들의 배향 및 위치는, 캐소드(22)의 접촉 러그들(36)이 후행하는 권선, 절첩 또는 적층 후에 서로 겹쳐 위치하도록, 전극 유닛(10)의 추가 제조 공정에 매칭된다. 본 도면에서 위치 및 배향은 Z형 절첩을 위해 매칭되어 있다.
그에 이어서, 부분도 2c)에 도시된 것처럼, 스트립형 제2 분리층(19)은 합동이 되게 제1 분리층(18) 위쪽에 배치되고 제1 접착 필름(61)에 의해 제1 분리층(18)과 접착된다. 그 결과, 부분 투명하게 도시되어 있는 스트립형 복합 요소(50)가 형성된다. 이 경우, 캐소드(22)의 활물질(42)은 제1 분리층(18) 및 제2 분리층(19)에 의해 에워싸이며, 그리고 다만 캐소드(22)의 접촉 러그들(36)만이 분리층들(18, 19) 사이에서 외부로 돌출된다.
본 실시예에서, 제2 접착 필름(62)은 제2 분리층(19)의 테두리 영역 상에 도포된다. 그런 다음, 복합 요소(50)의 제2 분리층(19) 상에는 애노드(21)의 복수의 세그먼트이면서 판형으로 형성된 상기 복수의 세그먼트가 제2 전극으로서 포지셔닝되지만, 도면에는 단지 애노드(21)의 하나의 세그먼트만이 도시되어 있다.
애노드(21)의 세그먼트들은, 애노드 활물질(41)로 코팅되어 있는 각각 하나의 전류 집전체(31)를 포함한다. 전류 집전체(31)로부터는, 코팅되지 않은, 다시 말하면 애노드 활물질(41)이 없는 애노드(21)의 접촉 러그(35)가 이격 돌출된다. 애노드(21)의 세그먼트들은, 애노드(21)의 접촉 러그들(35)이 제2 접착 필름(62) 상에 부착됨으로써 애노드(21)의 세그먼트들이 제2 분리층(19)과 접착되는 방식으로 제2 분리층(19) 상에 포지셔닝된다.
도 3에는, 제2 실시 변형예에 따르는 전극 유닛(10)의 제조를 위한 단계들이 도시되어 있다. 부분도 3a)에 도시된 것처럼, 제3 접착 필름(63)은 양면에서 스트립형 캐소드(22)의 비코팅된 전류 집전체(32)의 테두리 상에 도포된다. 이 경우, 제3 접착 필름(63)은 예컨대 전사 방법을 통해, 접착 스트립으로서, 접착 테이프로서, 또는 분무 접착제로서 도포될 수 있다. 스트립형 캐소드(22)로부터는, 개별화를 통해 판형으로 형성된 캐소드(22)의 세그먼트들이 제조된다. 이 경우, 캐소드(22)의 세그먼트들의 접촉 러그들(36)은 제3 접착 필름(63)을 구비한다.
캐소드(22)의 세그먼트들은, 부분도 3b)에 도시된 것처럼, 제1 전극으로서 스트립형 제1 분리층(18) 상에 적층된다. 이 경우, 캐소드(22)의 세그먼트들의 접촉 러그들(36)은 제3 접착 필름(63)에 의해 제1 분리층(18)과 접착된다.
이 경우, 캐소드(22)의 개별 세그먼트들의 배향 및 위치는, 캐소드(22)의 접촉 러그들(36)이 후행하는 권선, 절첩 또는 적층 후에 서로 겹쳐 위치하도록, 전극 유닛(10)의 추가 제조 공정에 매칭된다. 본 도면에서 위치 및 배향은 Z형 절첩을 위해 매칭되어 있다.
그에 이어서, 부분도 3c)에 도시된 것처럼, 스트립형 제2 분리층(19)은 합동이 되게 제1 분리층(18) 위쪽에 배치되고 제3 접착 필름(63)에 의해 제1 캐소드(22)의 세그먼트들의 접촉 러그들(36)과 접착된다. 그 결과, 부분 투명하게 도시되어 있는 스트립형 복합 요소(50)가 형성된다. 이 경우, 캐소드(22)의 활물질(42)은 제1 분리층(18) 및 제2 분리층(19)에 의해 에워싸이며, 그리고 다만 캐소드(22)의 접촉 러그들(36)만이 분리층들(18, 19) 사이에서 외부로 돌출된다.
그런 다음, 복합 요소(50)의 제2 분리층(19) 상에는 애노드(21)의 복수의 세그먼트이면서 판형으로 형성된 상기 복수의 세그먼트가 제2 전극으로서 포지셔닝되지만, 도면에는 단지 애노드(21)의 하나의 세그먼트만이 도시되어 있다. 그에 앞서, 제4 접착 필름(64)은 애노드(21)의 세그먼트들의 접촉 러그들(35)의 테두리 영역 상에 도포된다. 애노드(21)의 세그먼트들은, 애노드(21)의 접촉 러그들(35)이 제4 접착 필름(64)에 의해 제2 분리층(19)과 접착되는 방식으로, 제2 분리층(19) 상에 포지셔닝된다.
제1 접착 필름(61), 제2 접착 필름(62), 제3 접착 필름(63) 및 제4 접착 필름(64)은, 제1 실시 변형예의 경우 및 제2 실시 변형예의 경우, 예컨대 폴리올레핀 기반 핫멜트 접착제들로서, 또는 아크릴레이트 기반 접착제로서 구현될 수 있다. 또한, 접착제들은 세라믹 충전 재료들, 예컨대 Al2O3을 함유할 수 있다.
제1 접착 필름(61), 제2 접착 필름(62), 제3 접착 필름(63) 및 제4 접착 필름(64)은, 바람직하게는 2㎜ 또는 그 미만의 폭으로 도포된다. 이 경우, 접착 필름들(61, 62, 63, 64)의 폭은 횡방향(y)으로의 그 치수에 상응한다.
또한, 스트립형 접착 필름들(61, 62, 63, 64) 대신 접착제 점들(adhesive point)을 사용하는 것도 생각해볼 수 있다. 상기 접착제 점들은 바람직하게는 최대 2㎜의 지름을 보유하며, 그리고 바람직하게는 최대 20㎜로 서로 이격되어 배치된다. 상기 접착제 점들의 도포는 예컨대 "제트(jet)"로서도 알려져 있는 방법에 의해 수행될 수 있다.
또한, 제1 실시 변형예에서의 제2 접착 필름(62) 및 제2 실시 변형예에서의 제4 접착 필름(64)은 생략될 수도 있으며, 그리고 제2 전극으로서의 애노드(21)의 세그먼트들이면서 판형으로 형성된 상기 세그먼트들은 간단하게 복합 요소(50)의 제2 분리층(19) 상에 포지셔닝될 수 있다.
제1 실시 변형예의 경우에서뿐만 아니라 제2 실시 변형예의 경우에서도, 제2 전극으로서의 애노드(21)의 세그먼트들은, 애노드(21)의 접촉 러그들(35)이 캐소드(22)의 접촉 러그들(36)과 동일한 방향으로 향하는 방식으로 포지셔닝될 수 있다. 동일하게, 제2 전극으로서의 애노드(21)의 세그먼트들은, 애노드(21)의 접촉 러그들(35)이 캐소드(22)의 접촉 러그들(36)과 반대되는 방향으로 향하는 방식으로 포지셔닝될 수 있다.
도 4에는, Z형 절첩을 통해 제조되는 전극 유닛(10)의 개략적 단면도가 도시되어 있다. 이 경우, 복합 요소(50)는 캐소드(22)의 세그먼트들 사이에서 교호적인 방향들로 절첩된다. 애노드(21)의 세그먼트들은 제1 분리층(18) 상에서, 그리고 제2 분리층(19) 상에서 교호적으로 배열된다.
도 5에는, 권선을 통해 제조되는 전극 유닛(10)의 개략적 단면도가 도시되어 있다. 이 경우, 복합 요소(50)는 캐소드(22)의 세그먼트들 사이에서 항상 동일한 방향으로 절첩된다. 애노드(21)의 세그먼트들은 두 분리층(18, 19) 중 일측 상에 배열되고 권선 시 두 분리층(18, 19) 중 타측에 의해 덮인다. 그런 후에, 애노드(21)의 세그먼트들은 각각 복합 요소(50)의 제1 분리층(18)과 제2 분리층(19) 사이에 위치한다. 다만 중앙에 배치되는 애노드(21)의 세그먼트만이 오직 제2 분리층(19)에 의해 에워싸인다.
도 6에는, 적층을 통해 제조된 전극 유닛(10)의 개략적 단면도가 도시되어 있다. 이 경우, 복합 요소(50)는 캐소드(22)의 세그먼트들 사이에서 분리된다. 이런 개별화를 통해, 캐소드(22)의 각각 하나의 세그먼트를 포함하는 복합 세그먼트들(52)이 형성된다. 그런 다음, 복합 세그먼트들(52) 및 애노드(21)의 세그먼트들은 교호적으로 적층된다. 그런 후에, 애노드(21)의 세그먼트들은 각각 복합 세그먼트들(52)의 제1 분리층(18)과 제2 분리층(19) 사이에 위치한다.
본 발명은 본원에 기술한 실시예들 및 이 실시예들에서 강조되는 양태들로만 제한되지 않는다. 오히려, 특허청구범위를 통해 명시되는 영역 이내에서, 통상의 기술자의 활동의 범위에 속하는 다수의 변형도 가능하다.

Claims (11)

  1. 배터리 셀(2)용 전극 유닛(10)을 제조하기 위한 방법에 있어서,
    - 스트립형 제1 분리층(18)과, 제1 전극(22)의 복수의 판형 세그먼트의 접촉 러그들(36)을 재료 결합 방식으로 결합하는 단계;
    - 그런 다음, 제1 전극(22)의 복수의 판형 세그먼트들의 접촉 러그들(36) 중 적어도 하나와 제1 분리층(18)을 스트립형 제2 분리층(19)에 재료 결합 방식으로 결합함으로써 스트립형 복합 요소(50)가 형성되고 제1 전극(22)의 복수의 판형 세그먼트들의 활물질(42)이 제1 분리층(18) 및 제2 분리층(19)에 의해 에워싸이게 하는 단계; 및
    - 복합 요소(50)를 일 방향으로 180°만곡시키고, 그런 다음에 제2 전극(21)의 복수의 판형 세그먼트들 중 적어도 하나를 제1 분리층(18) 상에 배열하고, 그런 다음에 상기 제1 분리층(18)상에 배열된 제2 전극(21)의 판형 세그먼트를 덮기 위해 복합 요소(50)를 반대 방향으로 180°만곡시키고, 그런 다음에 제2 전극(21)의 복수의 판형 세그먼트들 중 적어도 하나를 제2 분리층(19) 상에 배열하여, 복합 요소(50)는 제1 전극(22)의 세그먼트들 사이에서 교호적인 방향으로 절첩되는, Z형 절첩을 수행하는 단계;를 포함하고,
    제1 분리층(18) 및 제2 분리층(19)은 제1 전극(22)의 활물질과 직접적인 결합이 제공되지 않는, 배터리 셀용 전극 유닛의 제조 방법.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서, 스트립형 제1 접착 필름(61)이 제1 분리층(18) 상에 도포되며, 제1 전극(22)의 세그먼트들의 접촉 러그들(36)은 제1 접착 필름(61)에 의해 제1 분리층(18)과 접착되며, 제2 분리층(19)은 제1 접착 필름(61)에 의해 제1 분리층(18)과 접착되는, 배터리 셀용 전극 유닛의 제조 방법.
  6. 제1항에 있어서, 각각 하나의 스트립형 제3 접착 필름(63)은 양면에서 제1 전극(22)의 세그먼트들의 접촉 러그들(36) 상으로 도포되며, 제1 전극(22)의 세그먼트들의 접촉 러그들(36)은 제3 접착 필름(63)에 의해 제1 분리층(18)과 접착되며, 그리고 제2 분리층(19)은 제3 접착 필름(63)에 의해 제1 전극(22)의 세그먼트들의 접촉 러그들(36)과 접착되는, 배터리 셀용 전극 유닛의 제조 방법.
  7. 제1항에 있어서, 제2 전극(21)의 세그먼트들의 접촉 러그들(35)은 복합 요소(50)와 재료 결합 방식으로 결합되는, 배터리 셀용 전극 유닛의 제조 방법.
  8. 제7항에 있어서, 스트립형 제2 접착 필름(62)은 제2 분리층(19) 상에 도포되며, 그리고 제2 전극(21)의 세그먼트들의 접촉 러그들(35)은 제2 접착 필름(62)에 의해 제2 분리층(19)과 접착되는, 배터리 셀용 전극 유닛의 제조 방법.
  9. 제7항에 있어서, 스트립형 제4 접착 필름(64)은 제2 전극(21)의 세그먼트들의 접촉 러그들(35) 상에 도포되며, 그리고 제2 전극(21)의 세그먼트들의 접촉 러그들(35)은 제4 접착 필름(64)에 의해 제2 분리층(19)과 접착되는, 배터리 셀용 전극 유닛의 제조 방법.
  10. 제1항에 따른 방법에 따라서 제조되는 배터리 셀(2)용 전극 유닛(10).
  11. 전기 차량(EV) 내, 하이브리드 차량(HEV) 내, 플러그인 하이브리드 차량(PHEV) 내, 또는 소비자 가전 제품 내의 배터리 셀(2)에서 제10항에 따르는 전극 유닛(10)의 이용 방법.
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