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KR20210144311A - 전극, 이차 전지, 전극 제조 장치 및 방법 - Google Patents

전극, 이차 전지, 전극 제조 장치 및 방법 Download PDF

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KR20210144311A
KR20210144311A KR1020200061489A KR20200061489A KR20210144311A KR 20210144311 A KR20210144311 A KR 20210144311A KR 1020200061489 A KR1020200061489 A KR 1020200061489A KR 20200061489 A KR20200061489 A KR 20200061489A KR 20210144311 A KR20210144311 A KR 20210144311A
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KR
South Korea
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electrode
corner
electrode sheet
sheet
notching
Prior art date
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Ceased
Application number
KR1020200061489A
Other languages
English (en)
Inventor
김현일
이우용
김성현
박기현
Original Assignee
주식회사 엘지에너지솔루션
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
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Priority to PCT/KR2021/006450 priority patent/WO2021235911A1/ko
Priority to DE212021000384.2U priority patent/DE212021000384U1/de
Priority to CN202190000318.3U priority patent/CN218996752U/zh
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Abstract

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 전극은 전극 집전체의 적어도 일면에 전극 활물질이 도포되어 형성된 전극에 있어서, 챔퍼링된 전극 코너부를 포함하되, 상기 전극 코너부는, 일측 모서리와 평행하게 형성되는 평탄부; 및 상기 평탄부의 일단으로부터 경사를 가지며 연장되고, 상기 일측 모서리와 연결되는 경사부를 포함한다.

Description

전극, 이차 전지, 전극 제조 장치 및 방법{The Electrode, The Secondary Battery, The Apparatus And The Method For Manufacturing Electrode}
본 발명은 전극, 이차 전지, 전극 제조 장치 및 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 커터를 이용하여 전극 시트를 일정 간격으로 커팅할 때, 작동 오차 또는 조립 공차 등으로 인하여 첨예한 리스크 발생부가 형성되는 것을 방지하는 전극, 이차 전지, 전극 제조 장치 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 이차 전지의 종류로는 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 리튬 이온 전지 및 리튬 이온 폴리머 전지 등이 있다. 이러한 이차 전지는 디지털 카메라, P-DVD, MP3P, 휴대폰, PDA, Portable Game Device, Power Tool 및 E-bike 등의 소형 제품뿐만 아니라, 전기 자동차나 하이브리드 자동차와 같은 고출력이 요구되는 대형 제품과 잉여 발전 전력이나 신재생 에너지를 저장하는 전력 저장 장치와 백업용 전력 저장 장치에도 적용되어 사용되고 있다.
이러한 이차 전지를 제조하기 위해, 먼저 전극 활물질 슬러리를 양극 집전체 및 음극 집전체에 도포하여 양극(Cathode)과 음극(Anode)을 제조하고, 이를 분리막(Separator)의 양 측에 적층함으로써 소정 형상의 전극 조립체(Electrode Assembly)를 형성한다. 그리고 전지 케이스에 전극 조립체를 수납하고 전해액 주입 후 실링한다.
이차 전지의 제조 공정은 크게 전극 공정, 조립 공정, 화성 공정의 3단계로 구분된다. 그리고 상기 전극 공정은 다시 활물질 혼합 공정, 전극 코팅 공정, 압연 공정, 노칭 공정, 커팅 공정 등으로 구분된다. 이 중, 노칭 공정은 전극 시트의 일측에 형성된, 전극 활물질이 코팅되지 않은 무지부를, 전극 탭의 형상으로 노칭하여 전극 탭을 형성하는 공정이다. 그리고 커팅 공정은 전극 시트를 폭 방향으로, 일정하게 커팅하여 복수의 전극을 형성하는 공정이다.
도 1은 종래의 전극 제조 장치(4)의 개략도이고, 도 2는 종래의 마크(52)가 형성된 전극 시트(5)의 평면도이며, 도 3은 종래의 전극(50)의 평면도이다.
종래의 전극 제조 장치(4)를 이용하여 전극(50)을 제조할 때, 도 1에 도시된 바와 같이, 먼저 이송부(41)가 전극 시트(5)를 길이 방향으로 이송한다. 그리고, 노칭부(42)가 전극 시트(5)의 일측에 형성된 무지부를 노칭하여 전극 탭(51)을 형성한다. 이 때, 슬리터(43)가 전극 시트(5)의 타측을 슬리팅할 수도 있다. 그 후, 커터(44)가 상기 전극 시트(5)를 폭 방향으로 일정 간격으로 커팅하여 전극(50)을 형성한다.
종래에는 이러한 전극 제조 장치(4)를 이용하여 전극(50)을 제조할 때, 노칭 공정에서 전극 시트(5)에 전극 탭(51)을 형성하면서, 전극 시트(5)에 삼각형의 형상을 가진 복수의 마크(52)도 일정 간격으로 함께 형성하였다. 그리고 추후에 커팅 공정에서, 이러한 삼각형의 형상의 마크(52)를 기준으로 전극 시트(5)를 커팅하여, 복수의 전극(50)의 폭이 모두 일정하게 형성될 수 있었다. 그리고, 상기의 방법으로 제조된 전극(50)은 상면에서 볼 때의 코너가 챔퍼링(Chamfering, 모따기)되어 형성될 수 있었다.
마크(52)는 삼각형의 형상을 가지므로, 커터(44)가 전극 시트(5)를 커팅할 때에는, 커팅 라인이 마크(52)의 꼭지점을 정확히 통과하여야 한다. 그런데 커팅 라인이 설계될 때에는 마크(52)의 꼭지점을 정확히 통과하도록 설계되더라도, 전극 제조 장치(4)의 작동 오차, 조립 공차 또는 외부의 방해 요소 등 다양한 원인으로 오차가 발생하여, 실제 커팅 라인(CL)은 설계된 커팅 라인과 다를 수 있다. 그럼으로써 도 2에 도시된 바와 같이, 마크(52)의 꼭지점을 정확히 통과하지 않는 실제 커팅 라인(CL)을 따라 커터(44)가 전극 시트(5)를 절단할 수 있었다. 이렇게 형성된 전극(50)은 도 3에 도시된 바와 같이, 전극 코너부(501) 일측에 첨예한 리스크 발생부(502)가 형성되어, 전극(50)과 적층되는 분리막이 파손되는 문제가 있었다. 또한, 외부의 충격을 받으면 이러한 충격이 리스크 발생부(502)로 집중되므로, 전극 활물질이 파손되어 전극(50)으로부터 탈리되는 문제도 있었다. 특히 전극 조립체를 파우치 형 전지 케이스에 삽입할 때, 전극 코너부(501)에 형성된 리스크 발생부(502)에 의해, 케이스 코너부와 간섭이 발생하여, 전극 활물질이 전극(50)으로부터 탈리될 수 있었고, 전지 케이스도 내부에 크랙이 발생하는 문제도 있었다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 커터를 이용하여 전극 시트를 일정 간격으로 커팅할 때, 작동 오차 또는 조립 공차 등으로 인하여 첨예한 리스크 발생부가 형성되는 것을 방지하는 전극, 이차 전지, 전극 제조 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 전극은 전극 집전체의 적어도 일면에 전극 활물질이 도포되어 형성된 전극에 있어서, 챔퍼링된 전극 코너부를 포함하되, 상기 전극 코너부는, 일측 모서리와 평행하게 형성되는 평탄부; 및 상기 평탄부의 일단으로부터 경사를 가지며 연장되고, 상기 일측 모서리와 연결되는 경사부를 포함한다.
또한, 상기 경사부는, 상기 평탄부의 연장선과 이루는 경사각이 예각일 수 있다.
또한, 상기 일측 모서리는, 전극 탭이 형성된 모서리일 수 있다.
또한, 상기 평탄부는, 길이가 0.1 mm 내지 2.0 mm 일 수 있다.
또한, 상기 평탄부 및 상기 경사부가 서로 연결되는 제1 연결부에 라운딩 처리가 되고, 상기 경사부 및 상기 일측 모서리가 서로 연결되는 제2 연결부에도 라운딩 처리가 될 수 있다.
또한, 상기 경사부는, 상기 평탄부의 일단으로부터 연장되면서부터, 상기 일측 모서리와 연결될 때까지 상기 경사가 변화할 수 있다.
또한, 상기 경사부는, 상기 경사가 일정한 변화량을 가지며 변화할 수 있다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 이차 전지는 전극 및 분리막이 적층되어 형성되는 전극 조립체; 및 상기 전극 조립체가 내부에 수납되는 전지 케이스를 포함하고, 상기 전극은, 챔퍼링된 전극 코너부를 포함하되, 상기 전극 코너부는, 일측 모서리와 평행하게 형성되는 평탄부; 및 상기 평탄부의 일단으로부터 경사를 가지며 연장되고, 상기 일측 모서리와 연결되는 경사부를 포함한다.
또한, 상기 전지 케이스는, 파우치 형이며, 케이스 코너부가 라운딩 처리가 될 수 있다.
또한, 상기 전극 코너부의 상기 평탄부의 타단과 상기 전지 케이스의 내벽 사이의 간격이 0.15 mm 이상일 수 있다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 전극 제조 장치는 전극 시트를 길이 방향으로 이송하는 이송부; 이송되는 상기 전극 시트의 일측에 형성된 무지부를 노칭하여, 일정 간격으로 전극 탭 및 사다리꼴 형상의 마크를 형성하는 노칭부; 및 상기 전극 시트를 폭 방향으로, 일정 간격으로 커팅하여 전극을 형성하는 커터를 포함한다.
또한, 상기 마크는, 상기 전극 시트의 일측 모서리와 평행한 밑변; 및 상기 밑변의 양 단으로부터 각각 경사를 가지며 연장되고, 상기 일측 모서리와 각각 만나는 빗변을 포함할 수 있다.
또한, 상기 빗변은, 상기 밑변의 연장선과 이루는 경사각이 예각일 수 있다.
또한, 상기 마크는, 상기 밑변의 길이가 0.2 mm 내지 4.0 mm 일 수 있다.
또한, 상기 노칭부는, 레이저를 이용하여 상기 무지부를 노칭하는 제1 레이저 발생기일 수 있다.
또한, 상기 전극 시트의 타측을 슬리팅하는 슬리터를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 슬리터는, 레이저를 이용하여 상기 전극 시트의 타측을 슬리팅하는 제2 레이저 발생기일 수 있다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 전극 제조 방법은 노칭부가 전극 시트의 일측에 형성된 무지부를 노칭하여, 일정 간격으로 전극 탭 및 사다리꼴 형상의 마크를 형성하는 노칭 단계; 및 커터가 상기 전극 시트를 폭 방향으로, 일정 간격으로 커팅하여 전극을 형성하는 커팅 단계를 포함한다.
또한, 상기 노칭 단계에 있어서, 상기 마크는, 상기 전극 시트의 일측 모서리와 평행한 밑변; 및 상기 밑변의 양 단으로부터 각각 경사를 가지며 연장되고, 상기 일측 모서리와 각각 만나는 빗변을 포함할 수 있다.
또한, 상기 노칭 단계에서, 슬리터가 상기 전극 시트의 타측을, 상기 전극 시트의 길이 방향으로 슬리팅할 수 있다.
본 발명은 또한, 상기 전극을 포함하는 전극 조립체를 제공한다.
본 발명의 기타 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
본 발명의 실시예들에 의하면 적어도 다음과 같은 효과가 있다.
전극 시트에 형성되는 마크가 사다리꼴 형상을 가짐으로써, 커터를 이용하여 전극 시트를 일정 간격으로 커팅할 때 작동 오차 또는 조립 공차 등이 발생하더라도 전극에 첨예한 리스크 발생부가 형성되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 리스크 발생부가 형성되지 않으므로, 외부의 충격을 받더라도 전극 활물질이 파손되어 전극으로부터 탈리되는 것을 최소화할 수 있다.
본 발명에 따른 효과는 이상에서 예시된 내용에 의해 제한되지 않으며, 더욱 다양한 효과들이 본 명세서 내에 포함되어 있다.
도 1은 종래의 전극 제조 장치(4)의 개략도이다.
도 2는 종래의 마크(52)가 형성된 전극 시트(5)의 평면도이다.
도 3은 종래의 전극(50)의 평면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 제조 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 제조 장치(1)의 개략도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 마크(22)가 형성된 전극 시트(2)의 평면도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 마크(22)를 확대한 확대도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 전극(20)의 평면도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 코너부(201)를 확대한 확대도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 전극(20)이, 제1 전지 케이스(3a)에 수납될 때, 케이스 코너부(31a)를 확대한 확대도이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 전극(20)이, 제2 전지 케이스(3b)에 수납될 때, 케이스 코너부(31b)를 확대한 확대도이다.
도 12는 본 발명의 다른 실시예에 따른 전극(20a)의 평면도이다.
도 13은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전극(20b)의 평면도이다.
도 14는 본 발명의 추가적인 실시예에 따른 전극(20c)의 평면도이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소 외에 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 제조 방법을 나타낸 흐름도이다.
본 발명에 따르면, 전극 시트(2)에 형성되는 마크(22)가 사다리꼴 형상을 가짐으로써, 커터를 이용하여 전극 시트(2)를 일정 간격으로 커팅할 때 작동 오차 또는 조립 공차 등이 발생하더라도 전극(20)에 첨예한 리스크 발생부(502)가 형성되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 리스크 발생부가 형성되지 않으므로, 외부의 충격을 받더라도 전극 활물질이 파손되어 전극으로부터 탈리되는 것을 최소화할 수 있다. 특히 전극 조립체를 전지 케이스(3)에 삽입할 때 전극 코너부(201)와 케이스 코너부(31) 사이에 간섭이 발생하는 것을 방지하여, 전극 활물질이 전극(20)으로부터 탈리되는 것을 최소화할 수 있다.
이를 위해 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 제조 방법은, 노칭부(12)가 전극 시트(2)의 일측에 형성된 무지부를 노칭하여, 일정 간격으로 전극 탭(21) 및 사다리꼴 형상의 마크(22)를 형성하는 노칭 단계; 및 커터가 상기 전극 시트(2)를 폭 방향으로, 일정 간격으로 커팅하여 전극(20)을 형성하는 커팅 단계를 포함한다.
이하, 도 4의 흐름도에 도시된 각 단계를 도 5 내지 도 7을 참고하여 구체적으로 설명한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 제조 장치(1)의 개략도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전극 제조 장치(1)는 도 5에 도시된 바와 같이, 전극 시트(2)를 길이 방향으로 이송하는 이송부(11); 이송되는 상기 전극 시트(2)의 일측에 형성된 무지부를 노칭하여, 일정 간격으로 전극 탭(21) 및 사다리꼴 형상의 마크(22)를 형성하는 노칭부(12); 및 상기 전극 시트(2)를 폭 방향으로, 일정 간격으로 커팅하여 전극(20)을 형성하는 커터(14)를 포함한다.
이송부(11)는 전극 시트(2)를 길이 방향으로 이송시킨다. 이러한 이송부(11)는 도 5에 도시된 바와 같이, 복수의 이송 롤러로 형성될 수 있다. 따라서, 전극 시트(2)의 상면 및 하면에서 각각 회전하며, 전극 시트(2)를 길이 방향으로 이송시킬 수 있다.
노칭부(12)는 이송되는 상기 전극 시트(2)의 일측에 배치된다. 그리고, 상기 전극 시트(2)의 일측에 형성된, 전극 활물질이 코팅되지 않은 무지부를 전극 탭(21)의 형상으로 노칭하여 일정 간격으로 전극 탭(21)을 형성한다. 이러한 노칭부(12)는, 레이저를 이용하여 상기 무지부를 노칭하는 제1 레이저 발생기일 수 있다. 레이저(121)를 이용하여 전극 시트(2)를 노칭하면, 일반적인 나이프를 이용하는 경우보다 더욱 빠르고 정교하게 노칭할 수 있으며, 특히 전극 탭(21)의 형상이 복잡하더라도 용이하게 노칭할 수 있다. 다만 고열, 고에너지의 파장이 전극 시트(2)에 가해지므로, 분진이 많이 발생한다. 따라서, 전극 시트(2)의 일측 주변에, 집진 장치를 배치하는 것이 바람직하다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 노칭부(12)가 전극 시트(2)의 무지부를 노칭할 때, 일정 간격으로 사다리꼴 형상의 마크(22)도 형성한다. 이러한 마크(22)에 대한 자세한 설명은 후술한다.
노칭부(12)는 전극 시트(2)의 길이 방향으로는 이동하지 않고, 전극 시트(2)의 폭 방향으로만 이동할 수 있다. 그리고, 전극 시트(2)가 길이 방향으로 이동하면서, 전극 탭(21)을 형성할 수도 있다. 이러한 경우에는 전극 탭(21)이 사다리꼴 형상으로 형성될 수 있다. 다만, 이에 제한되지 않고, 노칭부(12)가 전극 시트(2)의 폭 방향뿐만 아니라, 전극 시트(2)의 길이 방향으로도 이동할 수도 있다. 이러한 경우에는 전극 탭(21)이 직사각형 형상 등 다양한 형상으로 형성될 수 있다.
한편, 전극 코팅 공정에서 전극 활물질이 전극 집전체에 도포될 때, 전극 시트(2)의 타단에서 완벽하게 도포되지 않아, 전극 활물질의 두께가 불균일 할 수 있고, 심한 경우에는 일부 영역에서 전극 집전체가 노출될 수도 있다. 그러면, 이러한 전극(20)에 분리막을 적층하면 전극(20)의 모든 면이 분리막과 균일하게 라미네이팅되지 않고, 분리막에 너울이 발생하며, 이차 전지의 에너지 효율이 저하될 수 있다. 따라서, 상기 노칭 공정을 수행하면서, 슬리터(13)가 전극 시트(2)의 타측을, 전극 시트(2)의 길이 방향으로 슬리팅할 수 있다. 그럼으로써, 전극 시트(2)의 타측의 두께가 불균일하게 되는 문제를 방지할 수 있다. 나아가 이러한 슬리터(13)도, 레이저를 이용하여 전극 시트(2)의 타측을 슬리팅하는 제2 레이저 발생기일 수 있다.
커터(14)는 전극 시트(2)의 폭 방향으로 길게 형성된다. 그리고 전극 시트(2)를 폭 방향으로, 일정 간격으로 커팅하여 전극(20)을 형성한다. 이러한 커터(14)는 전극 시트(2)의 상방에 배치되어, 상하로 이동하면서 상기 전극 시트(2)를 폭 방향으로 커팅할 수 있다. 다만, 이에 제한되지 않고 전극 시트(2)의 일측 또는 타측에 배치되어, 전극 시트(2)의 폭 방향으로 이동하면서 상기 전극 시트(2)를 커팅할 수도 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전극 제조 장치(1)를 이용하면, 먼저 이송부(11)가 전극 시트(2)를 길이 방향으로 이송한다. 그리고 노칭부(12)가 상기 이송되는 전극 시트(2)의 일측에 형성된 무지부를 노칭하여, 일정 간격으로 전극 탭(21) 및 사다리꼴 형상의 마크(22)를 형성한다(S401). 이 때, 슬리터(13)가 전극 시트(2)의 타측을, 전극 시트(2)를 길이 방향으로 슬리팅할 수 있다. 그 후, 커터(14)가 상기 전극 시트(2)를 폭 방향으로, 일정 간격으로 커팅하여 전극(20)을 형성한다(S402).
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 마크(22)가 형성된 전극 시트(2)의 평면도이고, 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 마크(22)를 확대한 확대도이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 노칭 공정에서 노칭부(12)가 전극 시트(2)의 무지부를 노칭할 때, 도 6에 도시된 바와 같이 전극 시트(2)의 일측에 일정 간격으로 사다리꼴 형상의 마크(22)도 형성한다. 이러한 마크(22)는, 전극 시트(2)의 내측으로 함몰 형성된다. 그리고 복수로 형성되어 서로 간의 간격이 일정할 뿐만 아니라, 양 측으로 인접한 전극 탭(21)과의 거리도 모두 일정한 것이 바람직하다.
마크(22)는 사다리꼴 형상을 가지므로 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 전극 시트(2)의 일측 모서리와 평행한 밑변(221); 및 상기 밑변(221)의 양 단으로부터 각각 경사를 가지며 연장되고, 상기 일측 모서리와 각각 연결되는 빗변(222)을 포함한다.
밑변(221)은 전극 시트(2)의 일측 모서리와 평행하게 형성된다. 여기서 전극 시트(2)의 일측 모서리란, 노칭부(12)가 노칭을 수행하였던 일측의 모서리이다. 따라서, 상기 일측 모서리는 전극 탭(21)이 형성된 모서리이다.
커팅 공정에서 커터가 전극 시트(2)를 일정 간격으로 커팅할 때, 커터는 마크(22)를 기준으로 전극 시트(2)를 커팅한다. 이 때, 본 발명의 실시예들에 따르면, 커터가 커팅하도록 설계된 커팅 라인은, 밑변(221)의 중심을 통과한다. 그런데 상기 기술한 바와 같이, 작동 오차 또는 조립 공차 등이 발생하여 실제 커팅 라인(CL)이 설계된 커팅 라인과 다를 수 있다. 이를 위해 밑변(221)의 길이(L)는 적당히 길어야 한다. 여기서 길이가 적당히 길다는 것은, 실제 커팅 라인(CL)과 설계된 커팅 라인 사이에 발생할 수 있는 오차의 최대 범위를 포함할 정도로 길다는 것을 의미한다. 즉 밑변(221)의 길이(L)는, 실제 커팅 라인(CL)과 설계된 커팅 라인 사이의 최대 오차의 두 배보다 긴 것이 바람직하다. 따라서, 실제 커팅 라인(CL)과 설계된 커팅 라인 사이의 오차가 최대로 발생하더라도, 실제 커팅 라인(CL)은 마크(22)의 밑변(221)을 통과하므로 첨예한 리스크 발생부(502)가 형성되는 것을 방지할 수 있다. 특히, 본 발명의 일 실시예에 따른 마크(22)는, 밑변(221)의 길이(L)가 0.2 mm 내지 4.0 mm 일 수 있다.
빗변(222)은 밑변(221)의 양 단으로부터 각각 경사를 가지며 연장된다. 이 때, 빗변(222)이 밑변(221)의 연장선과 이루는 경사각(θ)이 예각인 것이 바람직하다. 그리고, 빗변(222)은 상기 일측 모서리와 각각 연결된다. 상기 기술한 바와 같이, 밑변(221)과 일측 모서리는 서로 평행하므로, 밑변(221)과 일측 모서리가 각각 빗변(222)과 연결되어 이루는 각은 서로 엇각으로 동일하다. 따라서, 빗변(222)이 밑변(221)의 연장선과 이루는 경사각(θ)이 예각이므로, 빗변(222)이 일측 모서리의 연장선과 이루는 경사각도 예각이다.
한편, 밑변(221)과 빗변(222)이 서로 연결되는 제1 연결부에는 라운딩 처리가 될 수 있다. 또한, 빗변(222)과 일측 모서리가 서로 연결되는 제2 연결부에도 라운딩 처리가 될 수 있다. 그리고 이러한 제1 연결부의 곡률 반경(R1)과 제2 연결부의 곡률 반경(R2)은, 도 7에 도시된 바와 같이, 서로 동일한 것이 바람직하다. 다만 이에 제한되지 않고 서로 상이할 수도 있다.
마크(22)는 등변 사다리꼴 형상인 것이 바람직하다. 그럼으로써, 밑변(221)의 양 측에 형성된 두 빗변(222)은 서로 대칭일 수 있다. 즉, 두 빗변(222)이 밑변(221)의 연장선과 이루는 각각의 경사각(θ)이 서로 동일할 수 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 전극(20)의 평면도이고, 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 코너부(201)를 확대한 확대도이다.
실제 커팅 라인(CL)을 따라서, 커터가 전극 시트(2)를 커팅하면, 도 8에 도시된 바와 같이 전극(20)이 형성된다. 이 때, 전극 시트(2)의 마크(22)가 사다리꼴 형상을 가지므로, 전극 코너부(201)는 두 개의 직선이 서로 연결된 모양으로 챔퍼링된 형상을 가질 수 있다.
구체적으로, 전극(20)은 챔퍼링된 전극 코너부(201)를 포함하되, 전극 코너부(201)는 일측 모서리(202)와 평행하게 형성되는 평탄부(2011); 및 상기 평탄부(2011)의 일단으로부터 경사를 가지며 연장되고, 상기 일측 모서리(202)와 연결되는 경사부(2012)를 포함한다. 여기서 일측 모서리(202)는 전극 탭(21)이 형성된 모서리이다.
평탄부(2011)는 전극 시트(2)가 절단되기 전, 마크(22)의 밑변(221)에 대응되는 부분이다. 따라서, 평탄부(2011)는 마크(22)의 밑변(221)과 같이 일측 모서리(202)와 평행하게 형성되며, 밑변(221)의 길이(L)보다 짧다. 만약, 실제 커팅 라인(CL)과 설계된 커팅 라인 사이에 오차가 전혀 없이, 서로 정확히 일치한다면, 평탄부(2011)의 길이(L/2)는 밑변(221)의 길이(L)의 절반이다. 즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 전극 코너부(201)는, 평탄부(2011)의 길이가 0.1 mm 내지 2.0 mm 일 수 있다.
경사부(2012)는 전극 시트(2)가 절단되기 전, 마크(22)의 빗변(222)에 대응되는 부분이다. 따라서, 평탄부(2011)의 일단으로부터 경사를 가지며 연장된다. 이 때, 경사부(2012)가 평탄부(2011)의 연장선과 이루는 경사각(θ)이 예각인 것이 바람직하다. 그리고, 경사부(2012)는 상기 일측 모서리(202)와 연결된다. 상기 기술한 바와 같이, 평탄부(2011)와 일측 모서리(202)는 서로 평행하므로, 평탄부(2011)와 일측 모서리(202)가 각각 경사부(2012)와 연결되어 이루는 각은 서로 엇각으로 동일하다. 따라서, 경사부(2012)가 평탄부(2011)의 연장선과 이루는 경사각이 예각(θ)이므로, 경사부(2012)가 일측 모서리(202)의 연장선과 이루는 경사각도 예각이다.
한편, 평탄부(2011)와 경사부(2012)가 서로 연결되는 제1 연결부에는 라운딩 처리가 될 수 있다. 또한, 경사부(2012)와 일측 모서리(202)가 서로 연결되는 제2 연결부에도 라운딩 처리가 될 수 있다. 그리고 이러한 제1 연결부의 곡률 반경(R1)과 제2 연결부의 곡률 반경(R2)은, 도 9에 도시된 바와 같이, 서로 동일한 것이 바람직하다. 다만 이에 제한되지 않고 서로 상이할 수도 있다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 전극(20)이, 제1 전지 케이스(3a)에 수납될 때, 케이스 코너부(31a)를 확대한 확대도이고, 도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 전극(20)이, 제2 전지 케이스(3b)에 수납될 때, 케이스 코너부(31b)를 확대한 확대도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전극(20)을 이용하여 이차 전지를 제조할 수 있다. 이러한 이차 전지는 전극(20) 및 분리막이 적층되어 형성되는 전극 조립체; 및 상기 전극 조립체가 내부에 수납되는 전지 케이스(3)를 포함하고, 상기 전극(20)은, 챔퍼링된 전극 코너부(201)를 포함하되, 상기 전극 코너부(201)는, 일측 모서리(202)와 평행하게 형성되는 평탄부(2011); 및 상기 평탄부(2011)의 일단으로부터 경사를 가지며 연장되고, 상기 일측 모서리(202)와 연결되는 경사부(2012)를 포함한다.
파우치 형 전지 케이스(3)는 드로잉 성형으로 제조되며, 구체적으로 유연성을 가지는 파우치 필름을 펀치 등으로 연신시켜 컵부를 형성함으로써 제조된다. 그런데 이러한 드로잉 성형을 수행하면, 펀치의 코너부와 대응되는 케이스 코너부(31)에서 응력이 집중되므로, 크랙이 쉽게 발생한다. 따라서, 이러한 크랙의 발생을 저하시키기 위해, 펀치의 코너부가 첨예하게 형성되지 않도록 라운딩 처리가 되고, 이에 대응되어 전지 케이스(3)의 케이스 코너부(31)에도 라운딩 처리가 될 수 있다.
상기 제조된 전극(20)을 분리막과 적층하여 전극 조립체를 형성하면, 파우치 형 전지 케이스(3)에 전극 조립체를 수납한다. 이 때, 전극 코너부(201)의 전체 사이즈와 케이스 코너부(31)의 곡률 반경에 따라서, 전극(20)과 전지 케이스(3) 사이에 간섭이 발생할 수 있다.
구체적으로, 도 10 및 도 11에 도시된 바와 같이, 제1 전지 케이스(3a)의 케이스 코너부(31)의 곡률 반경(r1)이, 제2 전지 케이스(3b)의 케이스 코너부(31)의 곡률 반경(r2)보다 상대적으로 작다. 이 때, 전극 조립체를 제1 전지 케이스(3a) 및 제2 전지 케이스(3b)에 각각 수납한다. 그러면, 도 10에 도시된 바와 같이, 곡률 반경(r1)이 상대적으로 작은 경우에는, 전극 코너부(201)의 평탄부(2011)의 타단과 전지 케이스(3)의 내벽 사이의 간격(g1)이 상대적으로 넓으므로 간섭이 발생하지 않는다. 반면에, 도 11에 도시된 바와 같이, 곡률 반경(r2)이 상대적으로 큰 경우에는, 전극 코너부(201)의 평탄부(2011)의 타단과 전지 케이스(3)의 내벽 사이의 간격(g2)이 상대적으로 좁으므로 간섭이 발생할 수 있다.
실제로는 전극 코너부(201)의 평탄부(2011)의 타단과 전지 케이스(3)의 내벽 사이의 간격이 0.15 mm보다 작게 되면, 전극(20)과 전지 케이스(3) 사이에 간섭이 발생할 수 있다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 전극 코너부(201)의 평탄부(2011)의 타단과 전지 케이스(3)의 내벽 사이의 간격이 0.15 mm 이상인 것이 바람직하다. 그리고 이를 위해, 전극 코너부(201)의 전체 사이즈는, 전지 케이스(3)의 케이스 코너부(31)의 곡률 반경에 따라 다르게 설계될 수 있다. 그럼으로써, 전극 조립체를 전지 케이스(3)에 삽입할 때 전극 코너부(201)와 케이스 코너부(31) 사이에 간섭이 발생하는 것을 방지할 수 있고, 전극 활물질이 전극(20)으로부터 탈리되는 것을 최소화할 수 있다.
도 12는 본 발명의 다른 실시예에 따른 전극(20a)의 평면도이고, 도 13은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전극(20b)의 평면도이며, 도 14는 본 발명의 추가적인 실시예에 다른 전극(20c)의 평면도이다.
상기 기술한 본 발명의 일 실시예에 따르면, 전극 코너부(201)의 경사부(2012)는 평탄부(2011)의 일단으로부터 연장되면서부터, 일측 모서리(202)와 연결될 때까지 상기 경사가 항상 일정하다. 따라서, 도 8 및 도 9에 도시된 바와 같이, 경사부(2012)는 상면에서 볼 때 직선의 형상을 가진다.
그러나, 본 발명의 실시예들에 따르면, 이에 제한되지 않고 전극 코너부(201a, 201b, 201c)의 경사부는 상기 경사가 계속 변화할 수 있다. 구체적으로, 경사부는 평탄부(2011)의 일단으로부터 연장되면서부터, 일측 모서리(202)와 연결될 때까지 상기 경사가 변화할 수 있다. 따라서, 경사부는 상면에서 볼 때 곡선의 형상을 가질 수 있다.
특히, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 경사는 일정한 변화량을 가지며 변화할 수 있으며, 도 12에 도시된 바와 같이 상기 경사의 경사각(θ)이 0°부터 90°까지 일정한 변화량을 가지며 증가할 수 있다. 반면에, 본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 도 13에 도시된 바와 같이 상기 경사의 경사각(θ)이 90°부터 0°까지 일정한 변화량을 가지며 감소할 수도 있다. 또는, 본 발명의 추가적인 실시예에 따르면, 도 14에 도시된 바와 같이, 상기 경사의 경사각(θ)이 0°부터 일정한 변화량을 가지며 증가하다가, 다시 일정한 변화량을 가지며 0°까지 감소할 수도 있다. 다만 이에 제한되지 않고, 경사부는 경사가 일정하지 않은 변화량을 가지며 변화하는 등 다양한 형상을 가질 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 실제 커팅 라인(CL)이 전극 시트(2)에서 밑변(221)을 통과하므로, 커터가 전극 시트(2)를 커팅하여 전극(20)을 형성하면 전극 코너부(201)에 평탄부(2011)가 형성된다. 그럼으로써, 작동 오차 또는 조립 공차 등이 발생하더라도 전극(20)에 첨예한 리스크 발생부(502)가 형성되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 리스크 발생부(502)가 형성되지 않으므로, 외부의 충격을 받더라도 전극 활물질이 파손되어 전극(20)으로부터 탈리되는 것을 최소화할 수 있다. 특히 전극 조립체를 전지 케이스(3)에 삽입할 때 전극 코너부(201)와 케이스 코너부(31) 사이에 간섭이 발생하는 것을 방지하여, 전극 활물질이 전극(20)으로부터 탈리되는 것을 최소화할 수 있다.
본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 다양한 실시 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
1, 4: 전극 제조 장치 2, 5: 전극 시트
3: 전지 케이스 11, 41: 이송부
12, 42: 노칭부 13, 43: 슬리터
14, 44: 커터 20, 50: 전극
21, 51: 전극 탭 22, 52: 마크
201, 501: 코너부 202: 일측 모서리
221: 밑변 222: 빗변
502: 리스크 발생부 2011: 평탄부
2012: 경사부

Claims (21)

  1. 전극 집전체의 적어도 일면에 전극 활물질이 도포되어 형성된 전극에 있어서,
    챔퍼링된 전극 코너부를 포함하되,
    상기 전극 코너부는,
    일측 모서리와 평행하게 형성되는 평탄부; 및
    상기 평탄부의 일단으로부터 경사를 가지며 연장되고, 상기 일측 모서리와 연결되는 경사부를 포함하는 전극.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 경사부는,
    상기 평탄부의 연장선과 이루는 경사각이 예각인 전극.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 일측 모서리는,
    전극 탭이 형성된 모서리인 전극.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 평탄부는,
    길이가 0.1 mm 내지 2.0 mm 인 전극.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 평탄부 및 상기 경사부가 서로 연결되는 제1 연결부에 라운딩 처리가 되고,
    상기 경사부 및 상기 일측 모서리가 서로 연결되는 제2 연결부에도 라운딩 처리가 되는 전극.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 경사부는,
    상기 평탄부의 일단으로부터 연장되면서부터, 상기 일측 모서리와 연결될 때까지 상기 경사가 변화하는 전극.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 경사부는,
    상기 경사가 일정한 변화량을 가지며 변화하는 전극.
  8. 전극 및 분리막이 적층되어 형성되는 전극 조립체; 및
    상기 전극 조립체가 내부에 수납되는 전지 케이스를 포함하고,
    상기 전극은,
    챔퍼링된 전극 코너부를 포함하되,
    상기 전극 코너부는,
    일측 모서리와 평행하게 형성되는 평탄부; 및
    상기 평탄부의 일단으로부터 경사를 가지며 연장되고, 상기 일측 모서리와 연결되는 경사부를 포함하는 이차 전지.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 전지 케이스는,
    파우치 형이며, 케이스 코너부가 라운딩 처리가 된 이차 전지.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 전극 코너부의 상기 평탄부의 타단과 상기 전지 케이스의 내벽 사이의 간격이 0.15 mm 이상인 이차 전지.
  11. 전극 시트를 길이 방향으로 이송하는 이송부;
    이송되는 상기 전극 시트의 일측에 형성된 무지부를 노칭하여, 일정 간격으로 전극 탭 및 사다리꼴 형상의 마크를 형성하는 노칭부; 및
    상기 전극 시트를 폭 방향으로, 일정 간격으로 커팅하여 전극을 형성하는 커터를 포함하는 전극 제조 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 마크는,
    상기 전극 시트의 일측 모서리와 평행한 밑변; 및
    상기 밑변의 양 단으로부터 각각 경사를 가지며 연장되고, 상기 일측 모서리와 각각 만나는 빗변을 포함하는 전극 제조 장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 빗변은,
    상기 밑변의 연장선과 이루는 경사각이 예각인 전극 제조 장치.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 마크는,
    상기 밑변의 길이가 0.2 mm 내지 4.0 mm 인 전극 제조 장치.
  15. 제11항에 있어서,
    상기 노칭부는,
    레이저를 이용하여 상기 무지부를 노칭하는 제1 레이저 발생기인 전극 제조 장치.
  16. 제11항에 있어서,
    상기 전극 시트의 타측을 슬리팅하는 슬리터를 더 포함하는 전극 제조 장치.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 슬리터는,
    레이저를 이용하여 상기 전극 시트의 타측을 슬리팅하는 제2 레이저 발생기인 전극 제조 장치.
  18. 노칭부가 전극 시트의 일측에 형성된 무지부를 노칭하여, 일정 간격으로 전극 탭 및 사다리꼴 형상의 마크를 형성하는 노칭 단계; 및
    커터가 상기 전극 시트를 폭 방향으로, 일정 간격으로 커팅하여 전극을 형성하는 커팅 단계를 포함하는 전극 제조 방법.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 노칭 단계에 있어서,
    상기 마크는,
    상기 전극 시트의 일측 모서리와 평행한 밑변; 및
    상기 밑변의 양 단으로부터 각각 경사를 가지며 연장되고, 상기 일측 모서리와 각각 만나는 빗변을 포함하는 전극 제조 방법.
  20. 제18항에 있어서,
    상기 노칭 단계에서,
    슬리터가 상기 전극 시트의 타측을, 상기 전극 시트의 길이 방향으로 슬리팅하는 전극 제조 방법.
  21. 제1항에 따른 전극을 포함하는 전극 조립체.
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