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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-06-17
(45)【発行日】2024-06-25
(54)【発明の名称】電極組立体およびその製造方法
(51)【国際特許分類】
H01M 10/0583 20100101AFI20240618BHJP
H01M 4/13 20100101ALI20240618BHJP
H01M 4/02 20060101ALI20240618BHJP
H01M 10/04 20060101ALI20240618BHJP
H01M 4/139 20100101ALI20240618BHJP
【ＦＩ】
H01M10/0583
H01M4/13
H01M4/02 Z
H01M10/04 Z
H01M4/139
【請求項の数】
7
(21)【出願番号】P 2022522599
(86)(22)【出願日】2021-02-26
(65)【公表番号】
(43)【公表日】2022-12-15
(86)【国際出願番号】 KR2021002512
(87)【国際公開番号】W WO2021177681
(87)【国際公開日】2021-09-10
【審査請求日】2022-04-19
(31)【優先権主張番号】10-2020-0027431
(32)【優先日】2020-03-04
(33)【優先権主張国・地域又は機関】KR
(73)【特許権者】
【識別番号】521065355
【氏名又は名称】エルジー エナジー ソリューション リミテッド
(74)【代理人】
【識別番号】110000877
【氏名又は名称】弁理士法人ＲＹＵＫＡ国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】リー、ハン ヨン
【審査官】多田 達也
(56)【参考文献】
【文献】特開２００４－２０７１１９（ＪＰ，Ａ）
【文献】国際公開第２０２０／１３９８０２（ＷＯ，Ａ２）
【文献】米国特許出願公開第２００７／０２０２４０１（ＵＳ，Ａ１）
【文献】特開２０１６－１５４１３８（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１９－０７９７１１（ＪＰ，Ａ）
【文献】韓国登録特許第１０－７１９７１３（ＫＲ，Ｂ１）
【文献】米国特許第５１４７７３７（ＵＳ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０１Ｍ ４／００－ ４／６２
Ｈ０１Ｍ１０／００－１０／０５８７
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
一つのシート形状であって、所定の間隔で繰り返されるインフォールディングとアウトフォールディングとを含む第１電極と、複数の切れ形状であって、フォールディングされた前記第１電極に囲まれるようにそれぞれ介在された第２電極と、
一つのシート形状であって、前記第１電極と前記第２電極との間に介在され、前記第１電極とともに所定の間隔で繰り返されるインフォールディングとアウトフォールディングとを含むセパレータとを含み、
前記第１電極は、
第１電極活物質が第１電極集電体の一面のみに塗布された片面電極であり、
前記第２電極は、
第２電極活物質が第２電極集電体の両面にすべて塗布された両面電極であり、
前記セパレータは、
前記第１電極の前記第１電極活物質が塗布された一面と、前記第２電極との間に介在され、
前記第１電極は、
前記セパレータが介在されていない他面に、一つのフィルム形状である絶縁部が介在されており、
前記絶縁部は、
ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリテトラフルオロエチルレン（ＰＴＦＥ）の少なくとも一つを含み、
前記第１電極がアウトフォールディングされた部分において、前記絶縁部同士が積層される、電極組立体。
【請求項2】
前記第２電極は、インフォールディングされた前記第１電極にのみ囲まれるようにそれぞれ介在されている、請求項１に記載の電極組立体。
【請求項3】
一つのシート形状に形成された第１電極の一面に、一つのシート形状に形成されたセパレータを互いに同じ方向に積層するステップと、複数の切れで形成された第２電極を、前記セパレータ上に所定の間隔で離隔して載置し、電極積層体を形成するステップと、
前記第１電極および前記セパレータをインフォールディングおよびアウトフォールディングすることで、前記電極積層体をフォールディングするステップとを含み、
前記第１電極は、
第１電極活物質が第１電極集電体の一面のみに塗布された片面電極であり、
前記第２電極は、
第２電極活物質が第２電極集電体の両面にすべて塗布された両面電極であり、
前記電極積層体をフォールディングするステップの前に、
前記第１電極において、前記第１電極活物質が塗布されていない他面に、絶縁物質を塗布した後、乾燥して絶縁部を形成するステップをさらに含む、電極組立体の製造方法。
【請求項4】
前記セパレータを積層するステップにおいて、前記セパレータは、
前記第１電極の前記第１電極活物質が塗布された一面に積層される、請求項３に記載の電極組立体の製造方法。
【請求項5】
前記所定の間隔は、前記第２電極の長さよりも長く形成される、請求項３または請求項４に記載の電極組立体の製造方法。
【請求項6】
前記絶縁部を形成するステップは、前記第２電極を載置するステップの前に行われる、請求項３から５のいずれか一項に記載の電極組立体の製造方法。
【請求項7】
前記電極積層体をフォールディングするステップは、前記第１電極および前記セパレータにおいて、前記第２電極の一端が位置した領域はそれぞれインフォールディングし、前記第２電極の他端が位置した領域はそれぞれアウトフォールディングする、請求項３から請求項６のいずれか一項に記載の電極組立体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本出願は、２０２０年３月４日付けの韓国特許出願第１０－２０２０－００２７４３１号に基づく優先権の利益を主張し、該当韓国特許出願の文献に開示されている全ての内容は、本明細書の一部として組み込まれる。
【0002】
本発明は、電極組立体およびその製造方法に関し、より詳細には、テーピング工程によって、電極にシワまたはウネリが発生するか、電極の活物質が脱離するなど、電極が破損することを防止する電極組立体およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【0003】
一般的に、二次電池の種類としては、ニッケルカドミウム電池、ニッケル水素電池、リチウムイオン電池およびリチウムイオンポリマー電池などがある。このような二次電池は、デジタルカメラ、Ｐ－ＤＶＤ、ＭＰ３Ｐ、携帯電話、ＰＤＡ、Ｐｏｒｔａｂｌｅ Ｇａｍｅ Ｄｅｖｉｃｅ、Ｐｏｗｅｒ ＴｏｏｌおよびＥ－ｂｉｋｅなどの小型製品だけでなく、電気自動車やハイブリッド自動車のような高出力を要する大型製品と余剰発電電力や新・再生可能エネルギーを貯蔵する電力貯蔵装置と、バックアップ用の電力貯蔵装置にも適用され使用されている。
【0004】
二次電池を製造するために、電池ケースに電極組立体（Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ Ａｓｓｅｍｂｌｙ）を収納し電解液を注入した後、シールする。そして、電極組立体を製造するために、先ず、正極活物質スラリーを正極集電体に塗布し、負極活物質スラリーを負極集電体に塗布して正極と負極を製造する。正極と負極との間にセパレータを介在して電極組立体が製造され、このような電極組立体は、様々な種類に分類される。例えば、単位セルを製造することなく、単純に、正極、セパレータ、負極を交差して積層し続ける単純スタック型（Ｓｉｍｐｌｅ Ｓｔａｃｋ Ｔｙｐｅ）、正極、セパレータ、負極を用いて単位セルを先に製造した後、このような単位セルを積層するラミネーションアンドスタック型（Ｌ＆Ｓ、Ｌａｍｉｎａｔｉｏｎ ＆ Ｓｔａｃｋ Ｔｙｐｅ）、長さの長いセパレータフィルムの一面に複数の単位セルを所定の間隔で付着し、セパレータフィルムの一端から同じ方向に繰り返してフォールディングするスタックアンドフォールディング型（Ｓ＆Ｆ、Ｓｔａｃｋ ＆ Ｆｏｌｄｉｎｇ Ｔｙｐｅ）などがある。
【0005】
【0006】
従来の単純スタック型またはラミネーションアンドスタック型電極組立体３０は、構造が単純であり、電解液の含浸度が高い一方、生産速度が遅く、整列度が低下する問題がある。このような電極組立体３０の積層された複数の電極およびセパレータの整列度を維持するために、テーピング工程が行われる。これにより、図１に図示されているように、電極組立体３０の両側面および上下面の一部にテープ３１が貼り付けられる。
【0007】
しかし、単純スタック型またはラミネーションアンドスタック型電極組立体３０は、負極およびセパレータが正極より相対的に広い広さを有する。したがって、周辺部が外側に突出するため、このようなテープ３１が貼り付けられると、電極にシワまたはウネリが発生するか、電極の活物質が脱離するなど、電極が破損する問題がある。
【0008】
また、以降、電解液注入工程またはガス抜き工程で、前記テープ３１が取り外されることもある。特に、ガス抜き工程は、ケース内部のガスを外部に排出しなければならないため、ガスの流動によってテープ３１がより取り外されやすいという問題がある。
【0009】
一方、スタックアンドフォールディング型電極組立体は、生産速度が速く、構造安定性が高いが、工程が複雑であり、整列度および電解液の含浸度が低下する問題がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0010】
本発明が解決しようとする課題は、テーピング工程によって、電極にシワまたはウネリが発生するか、電極の活物質が脱離するなど、電極が破損することを防止する電極組立体およびその製造方法を提供することである。
【0011】
本発明の課題は、以上で言及した課題に制限されず、言及していない他の課題は、以下の記載から当業者が明確に理解することができる。
【課題を解決するための手段】
【0012】
上記課題を解決するための本発明の実施形態による電極組立体は、一つのシート形状であって、所定の間隔で繰り返されるインフォールディングとアウトフォールディングとを含む第１電極と、複数の切れ形状であって、フォールディングされた前記第１電極に囲まれるようにそれぞれ介在された第２電極と、一つのシート形状であって、前記第１電極と前記第２電極との間に介在され、前記第１電極とともに所定の間隔で繰り返されるインフォールディングとアウトフォールディングとを含むセパレータとを含み、前記第１電極は、第１電極活物質が第１電極集電体の一面のみに塗布された片面電極であり、前記第２電極は、第２電極活物質が第２電極集電体の両面にすべて塗布された両面電極である。
【0013】
また、前記第２電極は、インフォールディングされた前記第１電極にのみ囲まれるようにそれぞれ介在されることができる。
【0014】
また、前記セパレータは、前記第１電極の前記第１電極活物質が塗布された一面と、前記第２電極との間に介在されることができる。
【0015】
また、前記第１電極は、前記セパレータが介在されていない他面に、一つのフィルム形状である絶縁部が介在されることができる。
【0016】
また、前記絶縁部は、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリテトラフルオロエチルレン（ＰＴＦＥ）の少なくとも一つを含むことができる。
【0017】
上記課題を解決するための本発明の実施形態による電極組立体の製造方法は、一つのシート形状に形成された第１電極の一面に、一つのシート形状に形成されたセパレータを互いに同じ方向に積層するステップと、複数の切れで形成された第２電極を、前記セパレータ上に所定の間隔で離隔して載置し、電極積層体を形成するステップと、前記第１電極および前記セパレータをインフォールディングおよびアウトフォールディングすることで、前記電極積層体をフォールディングするステップとを含み、前記第１電極は、第１電極活物質が第１電極集電体の一面のみに塗布された片面電極であり、前記第２電極は、第２電極活物質が第２電極集電体の両面にすべて塗布された両面電極である。
【0018】
また、前記セパレータを積層するステップにおいて、前記セパレータは、前記第１電極の前記第１電極活物質が塗布された一面に積層されることができる。
【0019】
また、前記所定の間隔は、前記第２電極の長さよりも長く形成されることができる。
【0020】
また、前記電極積層体をフォールディングするステップの前に、前記第１電極において、前記第１電極活物質が塗布されていない他面に、絶縁物質を塗布した後、乾燥して絶縁部を形成するステップをさらに含むことができる。
【0021】
また、前記絶縁部を形成するステップは、前記第２電極を載置するステップの前に行われることができる。
【0022】
また、前記電極積層体をフォールディングするステップは、前記第１電極および前記セパレータにおいて、前記第２電極の一端が位置した領域はそれぞれインフォールディングし、前記第２電極の他端が位置した領域はそれぞれアウトフォールディングすることができる。
【0023】
本発明のその他の具体的な事項は、詳細な説明および図面に含まれている。
【発明の効果】
【0024】
本発明の実施形態によると、少なくとも以下のような効果がある。
【0025】
第１電極が一つのシート形状に形成されることから、電極組立体にテープで固定する必要がなく、電極にシワまたはウネリが発生するか、電極の活物質が脱離するなど、電極が破損することを防止することができる。
【0026】
また、第１電極が片面電極であることから、電極組立体の最外側に無駄な電極活物質が形成されず、体積に対するエネルギー密度が向上することができる。
【0027】
また、単位セルを先に製造する必要がないことから、連続工程が容易であり、工程時間を節約することができる。
【0028】
本発明による効果は、以上で例示されている内容によって制限されず、より様々な効果が本明細書内に含まれている。
【図面の簡単な説明】
【0029】
【図1】従来の電極組立体の斜視図である。
【図2】従来の電極組立体の正面図である。
【図3】本発明の一実施形態による電極積層体の概略図である。
【図4】本発明の一実施形態による電極積層体をフォールディングする様子を示す概略図である。
【図5】本発明の一実施形態による電極組立体の概略図である。
【図6】本発明の他の実施形態による電極積層体の概略図である。
【図7】本発明の他の実施形態による電極積層体をフォールディングする様子を示す概略図である。
【図8】本発明の他の実施形態による電極組立体の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【0030】
本発明の利点および特徴、そしてそれらを達成する方法は、添付の図面と共に詳細に後述されている実施形態を参照すれば明確になる。しかし、本発明は、以下で開示される実施形態に限定されるものではなく、互いに異なる様々な形態に実現されることができ、ただし、本実施形態は、本発明の開示を完全にし、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に発明の範疇を完全に知らせるために提供されるものであり、本発明は、請求項の範疇によって定義されるだけである。明細書の全体にわたり同一の参照符号は、同一構成要素を指す。
【0031】
他の定義がなければ、本明細書で使用されているすべての用語（技術および科学的用語を含む）は、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共通して理解することができる意味で使用されることができる。また、一般的に使用される辞書に定義されている用語は、明らかに特別に定義されていない限り、理想的にまたは過剰に解釈されない。
【0032】
本明細書で使用されている用語は、実施形態を説明するためのものであって、本発明を制限するためのものではない。本明細書において、単数型は、文言で特別に言及していない限り複数型も含む。明細書で使用されている「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ）」および／または「含み（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」は、言及された構成要素の他に、一つ以上の他の構成要素の存在または追加を排除しない。
【0033】
以下、添付の図面を参照して、本発明の好ましい実施形態を詳細に説明する。
【0034】
図３は本発明の一実施形態による電極積層体１１の概略図である。
【0035】
本発明の一実施形態によると、第１電極１０１が一つのシート形状に形成されることから、電極組立体１０にテープで固定する必要がなく、電極にシワまたはウネリが発生するか、電極の活物質が脱離するなど、電極が破損することを防止することができる。また、第１電極１０１が片面電極であることから、電極組立体１０の最外側に無駄な電極活物質が形成されず、体積に対するエネルギー密度が向上することができる。また、単位セルを先に製造する必要がないことから、連続工程が容易であり、工程時間を節約することができる。
【0036】
このために、本発明の一実施形態による電極組立体１０の製造方法は、一つのシート形状に形成された第１電極１０１の一面に、一つのシート形状に形成されたセパレータ１０３を互いに同じ方向に積層するステップと、複数の切れで形成された第２電極１０２を、前記セパレータ１０３上に所定の間隔で離隔して載置し、電極積層体１１を形成するステップと、前記第１電極１０１および前記セパレータ１０３をインフォールディングおよびアウトフォールディングすることで、前記電極積層体１１をフォールディングするステップとを含み、前記第１電極１０１は、第１電極集電体１０１１において、第１電極活物質１０１２が一面のみに塗布された片面電極であり、前記第２電極１０２は、第２電極集電体１０２１において、第２電極活物質１０２２が両面にすべて塗布された両面電極である。
【0037】
このような方法で製造された本発明の一実施形態による電極組立体１０は、一つのシート形状に形成され、所定の間隔でインフォールディングとアウトフォールディングが繰り返して行われた第１電極１０１と、複数の切れで形成され、前記第１電極１０１がフォールディングされて形成される空間にそれぞれ介在された第２電極１０２と、一つのシート形状に形成され、前記第１電極１０１と前記第２電極１０２との間に介在され、前記第１電極１０１とともに所定の間隔でインフォールディングとアウトフォールディングが繰り返して行われたセパレータ１０３とを含み、前記第１電極１０１は、第１電極集電体１０１１において、第１電極活物質１０１２が一面のみに塗布された片面電極であり、前記第２電極１０２は、第２電極集電体１０２１において、第２電極活物質１０２２が両面にすべて塗布された両面電極である。
【0038】
上述のように、電極組立体１０を製造するために、先ず、正極活物質スラリーを正極集電体に塗布し、負極活物質スラリーを負極集電体に塗布して正極と負極を製造する。正極と負極との間にセパレータ１０３が介在されて積層されることで、電極組立体１０が形成される。
【0039】
本発明において使用される正極および負極の両電極としては、特に制限されず、当業界において周知の通常の方法によって電極活物質を電極集電体に結着した形態に製造することができる。ここで、正極は、例えば、正極集電体上に、正極活物質、導電剤およびバインダーのスラリーを塗布した後、これを乾燥し、プレスして製造されることができる。この際、必要に応じて、スラリーは、充填剤をさらに含むこともできる。正極は、シート形状に製造され、ロールに装着されることもできる。
【0040】
正極集電体は、一般的に、３～５００μｍの厚さに製造される。正極集電体は、通常、化学的変化を引き起こさず、高い導電性を有する材料で製造される。このような材料として、例えば、ステンレス鋼、アルミニウム、ニッケル、チタン、焼成炭素またはアルミニウムやステンレス鋼の表面にカーボン、ニッケル、チタン、銀などを表面処理したものであることができるが、ただし、これに制限されない。また、正極集電体は、正極活物質の接着力を高めるために、表面に微細な凹凸を形成することもできる。また、正極集電体は、フィルム、シート、箔、網、多孔質体、発泡体、不織布体など、様々な形態に製造されることができる。
【0041】
正極活物質は、リチウム二次電池の場合、例えば、リチウムコバルト酸化物（ＬｉＣｏＯ２）、リチウムニッケル酸化物（ＬｉＮｉＯ２）などの層状化合物や１またはそれ以上の遷移金属で置換された化合物；化学式Ｌｉ１＋ｘＭｎ２－ｘＯ４（ｘは、０～０．３３）、ＬｉＭｎＯ３、ＬｉＭｎ２Ｏ３、ＬｉＭｎＯ２などのリチウムマンガン酸化物；リチウム銅酸化物（Ｌｉ２ＣｕＯ２）；ＬｉＶ３Ｏ８、ＬｉＦｅ３Ｏ４、Ｖ２Ｏ５、Ｃｕ２Ｖ２Ｏ７などのバナジウム酸化物；化学式ＬｉＮｉ１－ｘＭｘＯ２（Ｍ＝Ｃｏ、Ｍｎ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｍｇ、ＢまたはＧａであり、ｘ＝０．０１～０．３）で表されるニッケル（Ｎｉ）サイト型リチウムニッケル酸化物；化学式ＬｉＭｎ２－ｘＭｘＯ２（Ｍ＝Ｃｏ、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｒ、ＺｎまたはＴａであり、ｘ＝０．０１～０．１）またはＬｉ２Ｍｎ３ＭＯ８（Ｍ＝Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、ＣｕまたはＺｎ）で表されるリチウムマンガン複合酸化物；化学式のＬｉの一部がアルカリ土類金属イオンで置換されたＬｉＭｎ２Ｏ４；ジスルフィド化合物；Ｆｅ２（ＭｏＯ４）３などであることができる。ただし、これらに限定されるものではない。
【0042】
導電剤は、通常、正極活物質を含む混合物の全重量に対して１～５０重量％添加される。導電剤は、通常、化学的変化を引き起こさず、導電性を有する材料で製造される。このような材料として、例えば、天然黒鉛や人造黒鉛などの黒鉛；カーボンブラック、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、ファーネスブラック、チャンネルブラック、ランプブラック、サーマルブラックなどのカーボンブラック；炭素繊維や金属繊維などの導電性繊維；フッ化カーボン、アルミニウム、ニッケル粉末などの金属粉末；酸化亜鉛、チタン酸カリウムなどの導電性ウィスカー；酸化チタンなどの導電性金属酸化物；ポリフェニレン誘導体などの導電性素材などが使用されることができる。
【0043】
バインダーは、活物質と導電剤などの結合と集電体に対する結合などに役立つ成分であり、通常、正極活物質を含む混合物の全重量に対して１～５０重量％添加される。このようなバインダーは、代表的に、ポリフッ化ビニリデン、ポリビニルアルコール、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）、澱粉、ヒドロキシプロピルセルロース、再生セルロース、ポリビニルピロリドン、テトラフルオロエチルレン、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン－プロピレン－ジエンターポリマー（ＥＰＤＭ）、スルホン化ＥＰＤＭ、スチレンブチレンゴム、フッ素ゴム、様々な共重合体などであることができる。
【0044】
充填剤は、正極の膨張を抑制する成分であり、選択的に使用される。また、化学的変化を引き起こさず、繊維状材料であれば、一般的に充填剤として使用されることができる。充填剤は、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレンなどのオレフィン系重合体；ガラス繊維、炭素繊維などの繊維状物質であることができる。
【0045】
負極は、例えば、負極集電体上に負極活物質を塗布した後、これを乾燥し、プレスして製造されることができる。必要に応じて、負極活物質に、選択的に、導電剤、バインダー、充填剤などを含ませることができる。負極は、シート形状に製造され、ロールに装着されることもできる。
【0046】
負極集電体は、一般的に、３～５００μｍの厚さに製造される。負極集電体は、通常、化学的変化を引き起こさず、導電性を有する材料で製造される。このような材料として最も代表的なものである銅、ステンレス鋼、アルミニウム、ニッケル、チタン、焼成炭素や、銅またはステンレス鋼の表面にカーボン、ニッケル、チタン、銀などを表面処理したもの、またはアルミニウム－カドミウム合金などである。また、負極集電体は、負極活物質の結合力を高めるために、表面に微細な凹凸を形成することもある。また、負極集電体は、フィルム、シート、箔、網、多孔質体、発泡体、不織布体など様々な形態に製造されることができる。
【0047】
負極活物質は、例えば、難黒鉛化炭素、黒鉛系炭素などの炭素；ＬｉｘＦｅ２Ｏ３（０≦ｘ≦１）、ＬｉｘＷＯ２（０≦ｘ≦１）、ＳｎｘＭｅ１－ｘＭｅ'ｙＯｚ（Ｍｅ：Ｍｎ、Ｆｅ、Ｐｂ、Ｇｅ；Ｍｅ'：Ａｌ、Ｂ、Ｐ、Ｓｉ、周期表の第１族、第２族、第３族元素、ハロゲン；０＜ｘ≦１；１≦ｙ≦３；１≦ｚ≦８）などの金属複合酸化物；リチウム金属；リチウム合金；ケイ素系合金；スズ系合金；ＳｎＯ、ＳｎＯ２、ＰｂＯ、ＰｂＯ２、Ｐｂ２Ｏ３、Ｐｂ３Ｏ４、Ｓｂ２Ｏ３、Ｓｂ２Ｏ４、Ｓｂ２Ｏ５、ＧｅＯ、ＧｅＯ２、Ｂｉ２Ｏ３、Ｂｉ２Ｏ４、およびＢｉ２Ｏ５などの金属酸化物；ポリアセンチレンなどの導電性高分子；Ｌｉ－Ｃｏ－Ｎｉ系材料などであることができる。
【0048】
前記正極と負極との間で前記電極を絶縁させるセパレータ１０３としては、通常知られているポリオレフィン系セパレータ１０３や、前記オレフィン系基材に有・無機複合層が形成された複合セパレータ１０３などをいずれも使用することができ、特に限定されない。
【0049】
前記のような構造からなる電極組立体１０を電池ケースに収納した後、電解液を注入し、シールして、二次電池を製造する。
【0050】
本発明の一実施形態によると、第１電極１０１は負極、第２電極１０２は正極であることができるが、これに制限されず、第１電極１０１は正極、第２電極１０２は負極であってもよい。
【0051】
先ず、図３に図示されているように、一つのシート形状に形成された第１電極１０１の一面に、一つのシート形状に形成されたセパレータ１０３を互いに同じ方向に積層する。この際、第１電極１０１は、第１電極集電体１０１１において、第１電極活物質１０１２が一面のみに塗布された片面電極である。したがって、第１電極１０１の一面には第１電極活物質１０１２が形成され、第１電極１０１の他面には第１電極活物質１０１２が形成されず、第１電極集電体１０１１が外部に露出する。前記一つのシート形状に形成されたセパレータ１０３は、第１電極１０１において、第１電極活物質１０１２が塗布された一面に積層されることが好ましい。
【0052】
そして、複数の切れで形成された第２電極１０２を、セパレータ１０３上に所定の間隔で離隔して載置し、電極積層体１１を形成する。この際、第２電極１０２は、第２電極集電体１０２１において、第２電極活物質１０２２が両面にすべて塗布された両面電極である。したがって、第２電極１０２は、一面および他面の両方に第２電極活物質１０２２が形成される。
【0053】
前記所定の間隔は、第２電極１０２の長さよりも長く形成されることが好ましい。仮に、所定の間隔が第２電極１０２の長さより短い場合には、以降、前記電極積層体１１をフォールディングする時に、第２電極１０２が均一に整列されず、外側に突出する問題が発生する。しかし、所定の間隔が第２電極１０２の長さより長い場合には、第２電極１０２が均一に整列されて体積が減少し、第２電極１０２と第１電極１０１が互いに重複する領域が増加して、エネルギー密度も増加することができる。
【0054】
図４は本発明の一実施形態による電極積層体１１をフォールディングする様子を示す概略図である。
【0055】
図４に図示されているように、第１電極１０１およびセパレータ１０３をインフォールディングおよびアウトフォールディングすることで、電極積層体１１をフォールディングする。すなわち、電極積層体１１において、第１電極１０１およびセパレータ１０３が積層されたシートを、一側でインフォールディングした後、逆方向にアウトフォールディングする方式を交互に繰り返す。そして、前記シートの一側から他側方向にフォールディングし続ける。この際、前記第１電極１０１および前記セパレータ１０３において、前記第２電極１０２の一端１０２３が位置した領域Ｉ．Ａはそれぞれインフォールディングし、前記第２電極１０２の他端１０２４が位置した領域Ｏ．Ａはそれぞれアウトフォールディングすることができる。すなわち、第２電極１０２の位置に応じて、前記第１電極１０１および前記セパレータ１０３において、インフォールディングとアウトフォールディングする領域が決定される。
【0056】
ここで、インフォールディングとは、第１電極１０１が第２電極１０２を囲む方向にフォールディングすることを意味し、このようなインフォールディングを行うと、第２電極１０２の両面にいずれもセパレータ１０３と第１電極１０１が順に積層される。また、アウトフォールディングとは、インフォールディングとは逆に、第１電極１０１が第２電極１０２を排除する方向にフォールディングすることを意味し、このようなアウトフォールディングを行うと、第１電極１０１の他面に露出した第１電極集電体１０１１同士が積層される。
【0057】
図５は本発明の一実施形態による電極組立体１０の概略図である。
【0058】
前記のような方法で、図５に図示されているように、本発明の一実施形態による電極組立体１０が製造されることができる。このような電極組立体１０は、第１電極１０１、第２電極１０２およびセパレータ１０３を含み、第１電極１０１は、第１電極集電体１０１１において、第１電極活物質１０１２が一面のみに塗布された片面電極であり、第２電極１０２は、第２電極集電体１０２１において、第２電極活物質１０２２が両面にすべて塗布された両面電極である。
【0059】
第１電極１０１は、一つのシート形状に形成され、所定の間隔でインフォールディングとアウトフォールディングが繰り返して行われる。第２電極１０２は、複数の切れで形成され、第１電極１０１がフォールディングされて形成される空間にそれぞれ介在される。特に、第２電極１０２は、第１電極１０１がインフォールディングされて形成される空間のみにそれぞれ介在されることが好ましい。セパレータ１０３は、一つのシート形状に形成され、第１電極１０１と第２電極１０２との間に介在され、第１電極１０１とともに所定の間隔でインフォールディングとアウトフォールディングが繰り返して行われる。特に、セパレータ１０３は、第１電極１０１において、第１電極活物質１０１２が塗布された一面と、第２電極１０２との間に介在される。
【0060】
一般的に、電極組立体の最外側の両面は、電気を生産するために使用されない。しかし、本発明の一実施形態による電極組立体１０は、図５に図示されているように、最外側の両面に片面電極である第１電極１０１の第１電極集電体１０１１が露出する。したがって、第１電極活物質１０１２が電気を生産しない最外側の両面に形成されないため、エネルギー密度が増加することができる。
【0061】
ただし、本発明の一実施形態によると、第１電極１０１のアウトフォールディングされた部分も電極集電体同士が積層されるため、電気を生産するために使用されない。しかし、一般的に、電極において電極集電体より電極活物質がはるかに厚い厚さを有する。したがって、第１電極１０１のアウトフォールディングされた部分が電気を生産しないとしても、厚さがはるかに薄くなるため、体積が減少する。すなわち、体積に対するエネルギー密度がより向上することができる。
【0062】
また、第１電極１０１およびセパレータ１０３が一つのシート形状に形成されることから、電極組立体１０にテープで固定する必要がなく、電極にシワまたはウネリが発生するか、電極の活物質が脱離するなど、電極が破損することを防止することができる。また、単位セルを先に製造する必要がないことから、連続工程が容易であり、工程時間を節約することができる。
【0063】
図６は本発明の他の実施形態による電極積層体１１ａの概略図である。
【0064】
二次電池が実際使用される途中に、外部との衝突によって事故が発生することがある。例えば、先鋭な物体が二次電池を貫通して、正極と負極が直接接触することで短絡（Ｓｈｏｒｔ）が発生することがある。このような短絡は、短時間で速い速度で多量のガス生成、高温上昇などを引き起こし得、さらには、大きな爆発が発生し、大型事故につながることもある。
【0065】
本発明の他の実施形態によると、図６に図示されているように、電極積層体１１ａをフォールディングする前に、第１電極１０１において第１電極活物質１０１２が塗布されていない他面に、絶縁物質を塗布した後、乾燥して、絶縁部１０４を形成することもできる。このような絶縁物質は、電気がよく通らない非伝導性を有する不導体であり、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリテトラフルオロエチルレン（ＰＴＦＥ）の少なくとも一つを含むことができる。
【0066】
このような絶縁部１０４は、電極積層体１１ａを形成した後、電極積層体１１ａをフォールディングする直前に形成されることもできる。しかし、第１電極１０１およびセパレータ１０３を積層し、第２電極１０２を載置する前に絶縁部１０４が形成されることが好ましい。さらに、第１電極１０１にセパレータ１０３を積層する前に絶縁部１０４が形成されることがより好ましい。第１電極１０１に絶縁物質を塗布し、乾燥させるためには、第１電極１０１の上下面を反転させて配置しなければならない。すなわち、第１電極１０１の一面が下方に向かい、第１電極１０１の他面が上方に向かう状態で絶縁物質を塗布しなければならない。したがって、第１電極１０１の一面には積層された物体が少ないほど、第１電極１０１を反転させる工程および絶縁物質を塗布する工程がより容易であるためである。
【0067】
【0068】
図７に図示されているように、第１電極１０１およびセパレータ１０３をインフォールディングおよびアウトフォールディングすることで、電極積層体１１ａをフォールディングする。前記のような方法で、図８に図示されているように、本発明の他の実施形態による電極組立体１０ａが製造されることができる。このような電極組立体１０ａに含まれた第１電極１０１は、セパレータ１０３が介在されていない他面に、一つのフィルム形状に形成される絶縁部１０４が介在される。そして、このような絶縁部１０４は、電気がよく通らない非伝導性を有する不導体であり、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリテトラフルオロエチルレン（ＰＴＦＥ）の少なくとも一つを含むことができる。すなわち、本発明の他の電極組立体１０ａは、最外側の両面に片面電極である第１電極１０１の他面に形成された絶縁部１０４が露出する。そして、第１電極１０１のアウトフォールディングされた部分も絶縁部１０４同士が積層される。
【0069】
本発明の他の実施形態よると、二次電池に先鋭な釘が貫通しても、正極と負極との間の短絡を防止し、発熱を減少させ、爆発の危険性を軽減させることができる。
【0070】
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は、本発明がその技術的思想や必須の特徴を変更しなくても、他の具体的な形態で実施され得ることを理解することができる。したがって、以上で記述した実施形態は、すべての面において例示的なものであって、限定的なものではないことを理解すべきである。本発明の範囲は、前記詳細な説明よりは後述する特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲の意味および範囲、およびその均等な概念から導き出される様々な実施形態が本発明の範囲に含まれるものと解釈すべきである。
【符号の説明】
【0071】
１０、３０ 電極組立体
１１ 電極積層体
１０１ 第１電極
１０１１ 第１電極集電体
１０１２ 第１電極活物質
１０２ 第２電極
１０２１ 第２電極集電体
１０２２ 第２電極活物質
１０２３ （第２電極の）一端
１０２４ （第２電極の）他端
１０３ セパレータ
１０４ 絶縁部
３１ テープ
１１ 電極積層体
１０１ 第１電極
１０１１ 第１電極集電体
１０１２ 第１電極活物質
１０２ 第２電極
１０２１ 第２電極集電体
１０２２ 第２電極活物質
１０２３ （第２電極の）一端
１０２４ （第２電極の）他端
１０３ セパレータ
１０４ 絶縁部
３１ テープ
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】