JP7726445B2 - 二次電池製造装置及びそれを用いる二次電池製造方法 - Google Patents

Description

本出願は、２０２１年９月１６日付けの韓国特許出願第１０－２０２１－０１２４３５７号及び２０２２年９月１３日付けの韓国特許出願第１０－２０２２－０１１５２２８号に基づく優先権の利益を主張し、当該韓国特許出願の文献に開示された全ての内容が本明細書の一部として組み込まれる。

本発明は、二次電池製造装置及びそれを用いる二次電池製造方法に関し、より詳細には、電極単位体内部の電極及び分離膜の未接着領域と電極組立体内部の電極単位体及び分離膜シートの未接着領域を改善できる二次電池製造装置及びそれを用いる二次電池製造方法に関する。

物質の物理的反応や化学的反応により電気エネルギーを生成して外部に電源を供給する電池（ｃｅｌｌ，ｂａｔｔｅｒｙ）は、各種電気電子機器に囲まれている生活環境によって、建物に供給される交流電源を取得できない場合や直流電源が必要な場合に用いられる。

このような電池のうち、化学的反応を利用する化学電池である一次電池と二次電池が一般に多く用いられているが、一次電池は、乾電池と通称されるものであって、消耗性電池である。また、二次電池は、電流と物質間の酸化還元過程を複数回繰り返し可能な素材を用いて製造される再充電式電池であって、電流により素材の還元反応が起こると電源が充電され、素材の酸化反応が起こると電源が放電されるが、そのような充電－放電が繰り返し行われることにより電気が生成される。

ここで、二次電池のうち、リチウムイオン電池は、正極導電フォイルと負極導電フォイルにそれぞれ活物質、導電材及びバインダーが混合されている電極スラリー（ｓｌｕｒｒｙ）を所定の厚さにコーティングすることにより電極を製造し、両導電フォイル間に分離膜を介在することにより電極単位体を製造することができる。

また、二次電池は、構造によって分類することもできる。例えば、前記二次電池は、長いシート状の電極単位体を分離膜シートが介在した状態でジェリーロール（ｊｅｌｌｙ ｒｏｌｌ）状に複数回巻き取って電極組立体を製造し、製造された電極組立体を円筒型缶などに収納してそれを密封処理して製作される円筒型二次電池や、所定サイズ単位の電極単位体を分離膜シートが介在した状態で積層されるようにフォルディングして電極組立体を製造し、製造された電極組立体をパウチに収納してそれを密封処理して製作されるパウチ型二次電池などに分類することができる。

一方、電極の製造時、電極スラリーの粘性により、電極スラリーが導電フォイルに不均一に塗布され、電極スラリーのコーティング厚さの差が生じるという問題があった。このような電極スラリーのコーティング厚さの差は、前記電極を含んで製造される電極単位体内部の電極及び分離膜の未接着領域を形成した。また、パウチ型二次電池は、電極単位体が分離膜シートに積層されて製造されるので、前記電極単位体を含む電極組立体内部の未接着領域が形成された。上記のような未接着領域は、負極の界面抵抗によるリチウム析出の原因となり、電極の抵抗を増加させるという問題があった。

本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、本発明の課題は、電極単位体内部の電極及び分離膜の未接着領域と電極組立体内部の電極単位体及び分離膜シートの未接着領域を改善できる二次電池製造装置及び二次電池製造方法を提供することにある。

本発明は、電極及び分離膜が交互に配置された積層体を加圧する加圧部を含む二次電池製造装置において、前記加圧部は、前記積層体の全体面を加圧するメイン加圧部；及び前記全体面のうち前記電極に備えられた電極活物質層のエッジ部が位置する前記積層体の一部面を加圧するドラム部を備えたサブ加圧部を含み；前記ドラム部は、回転軸を有する胴部；及び前記胴部の外周面に備えられ、前記積層体の一部面を加圧する弾性部を含んでもよい。

前記電極活物質層のエッジ部は、端部に行くほど高さが低くなる曲面に形成され、前記ドラム部は、互いに対応する前記電極活物質層のエッジ部と分離膜との間が接着されるように加圧してもよい。

前記弾性部は、弾性変形可能に備えられてもよい。

前記弾性部は、内部空間が形成され、前記内部空間には、予め設定された圧力を維持するように空気（ａｉｒ）又は流体が充填されてもよい。

前記弾性部は、変形可能な合成樹脂からなり、前記合成樹脂は、シリコーンゴム（ｓｉｌｉｃｏｎｅ ｒｕｂｂｅｒ）からなるようにしてもよい。

前記サブ加圧部は、前記一部面の加圧時にのみ形状が変形してもよい。

前記二次電池製造装置は、前記サブ加圧部が前記積層体の前記一部面を加圧する圧力を検出する圧力検出部を含んでもよい。

前記圧力検出部は、圧力を感知するセンサ部；及び前記センサ部により感知された圧力を表示する表示部を含んでもよい。

前記センサ部は、前記積層体の前記一部面を挟んで前記サブ加圧部に対向して配置されてもよい。

前記積層体は、前記電極に接続される電極タブを含み；前記サブ加圧部は、前記電極タブが接続され、前記電極に備えられた電極活物質層のエッジ部が位置する前記積層体の一部面を加圧してもよい。

前記サブ加圧部は、前記メイン加圧部の前方及び後方の少なくともいずれか一方に配置されてもよい。

前記二次電池製造装置は、前記加圧部の後方に配置されて前記電極及び前記分離膜が積層された前記積層体に熱を加える加熱部を含み；前記サブ加圧部は、前記加熱部及び前記メイン加圧部間に配置されてもよい。

前記エッジ部は、前記電極に備えられた電極活物質層の両端部にそれぞれ備えられ、前記ドラム部は、電極活物質層の両端部にそれぞれ備えられた前記エッジ部が位置する前記積層体の一部面のみをそれぞれ加圧するように一対設けられてもよい。

前記エッジ部は、前記電極に備えられた電極活物質層の両端部にそれぞれ備えられ、前記ドラム部は、電極活物質層の両端部にそれぞれ備えられた前記エッジ部が位置する前記積層体の一部面を含む面を加圧してもよい。

前記サブ加圧部は、前記弾性部の内部空間に充填された空気（ａｉｒ）又は流体の圧力を測定する圧力センサをさらに含んでもよい。

前記サブ加圧部は、前記胴部を介して前記弾性部の内部空間に空気（ａｉｒ）又は流体を注入する注入部がさらに形成されてもよい。

一方、本発明は、電極及び分離膜が配置された電極単位体を製造する電極単位体製造ステップ；前記電極単位体製造ステップで製造された複数の電極単位体間に分離膜シートを配置して電極組立体を製造する電極組立体製造ステップ；並びに前記電極組立体を加圧する電極組立体加圧ステップを含む二次電池製造方法であって、前記電極単位体製造ステップは、前記分離膜と前記電極とを交互に配置して積層体を作製する積層ステップ；及び前記積層体に含まれる前記分離膜と前記電極とを接着する接着ステップを含み；前記接着ステップは、前記積層体の全体面を加圧する全体面加圧ステップ；及び前記全体面のうち前記電極に備えられた電極活物質層のエッジ部が位置する前記積層体の一部面を加圧する第１一部面加圧ステップを含んでもよい。

前記電極組立体加圧ステップは、前記電極組立体の全体面を加圧する第２全体面加圧ステップ；及び前記電極組立体の全体面のうち前記電極に備えられた電極活物質層のエッジ部が位置する前記電極組立体の一部面を加圧する第２一部面加圧ステップを含んでもよい。

本発明による二次電池製造装置及びそれを用いる二次電池製造方法は、サブ加圧部を用いて積層体の全体面のうち積層体の電極に備えられた電極活物質層のエッジ部が位置する一部面を加圧することにより、積層体内部の未接着領域を改善することができるという利点がある。

また、本発明による二次電池製造装置は、弾性部を含むサブ加圧部を用いることにより、サブ加圧部を交替することなく積層体の全体面のうちの一部面の様々な大きさ及び形状に対応することができるという利点がある。

さらに、本発明による二次電池製造装置は、圧力検出部を含むことにより、サブ加圧部が積層体を加圧する圧力を検出し、検出された圧力に基づいて、積層体のモデル及び工程環境に応じた工程性を容易に管理することができるという効果がある。

本発明の積層体を示す斜視図である。 図１ａの積層体を側面から見た様子を示す側面図である。 本発明の一実施形態による二次電池製造装置を上から見下ろした様子を示す平面図である。 図２の二次電池製造装置を側面から見た様子を示す側面図である。 図２の二次電池製造装置におけるサブ加圧部の側面をより詳細に示す側面図である。 図２の二次電池製造装置におけるサブ加圧部のドラム部を示す正面図である。 図２の二次電池製造装置におけるサブ加圧部のドラム部を示す側面図である。 図２の二次電池製造装置における弾性部が一形状の積層体を加圧する様子をより詳細に示す拡大図である。 図２の二次電池製造装置における弾性部が他の形状の積層体を加圧する様子をより詳細に示す拡大図である。 図２の二次電池製造装置における弾性部がさらに他の形状の積層体を加圧する様子をより詳細に示す拡大図である。 図２の二次電池製造装置における他の実施形態のサブ加圧部が積層体を加圧する様子をより詳細に示す拡大図である。 図２の二次電池製造装置におけるサブ加圧部及び圧力検出部の様子をより詳細に示す斜視図である。 従来の二次電池製造装置（ａ）及び本発明による二次電池製造装置（ｂ）により製造されたｂｉ－ｃｅｌｌの未接着領域の形成を比較して示す画像である。

以下、添付の図面を参照して、本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者が容易に実施できるように、本発明の好ましい実施形態について詳細に説明する。しかし、本発明は、様々な異なる形態で実現することができ、以下の実施形態に制限又は限定されるものではない。

本発明を明確に説明するために、説明と関係ない部分又は本発明の要旨を不明にし得る関連公知技術についての詳細な説明は省略し、本明細書において各図面の構成要素に参照符号を付加するにあたっては、明細書全体にわたって同一又は類似の構成要素には同一又は類似の参照符号を付す。

なお、本明細書及び特許請求の範囲に用いられた用語や単語は、通常的又は辞書的な意味に限定して解釈されてはならず、発明者は自らの発明を最も最善の方法で説明するために用語の概念を適切に定義できるという原則に立脚して、本発明の技術的思想に合致する意味と概念に解釈されるべきである。

本発明は、電極１０１及び分離膜１０２が積層された積層体１０を加圧する加圧部１００を含む二次電池製造装置を提供することができる。

まず、積層体１０は、電極１０１及び分離膜１０２が積層された構成であって、様々な構成が可能である。ここで、前記積層体１０とは、電極１０１及び分離膜１０２が積層された電極単位体、すなわち単位セルであって、ｂｉ－ｃｅｌｌ、ｍｏｎｏ－ｃｅｌｌ及びｆｕｌｌ－ｃｅｌｌのいずれか１つを意味することがあり、電極１０１及び分離膜１０２が積層された複数の電極単位体（単位セル）と分離膜シート２０が積層された電極組立体を意味することもある。

前記電極１０１は、図１ｂを参照すると、電極集電体１０１１と、前記電極集電体１０１１の表面にコーティングされる電極活物質層１０１２とを含む。

ここで、電極組立体は、複数の前記電極単位体と分離膜シートが積層された構造であればどのような構造でも可能である。一例として、前記電極組立体は、複数の電極単位体が分離膜シート上に配列又は羅列された構造を有してもよい。他の例として、前記電極組立体は、複数の前記電極単位体が分離膜シート上に配列又は羅列され、その後前記電極単位体と前記分離膜シートとが交互に積層されてフォルディングされた構造を有してもよい。

ここで、前記積層体１０は、電極と分離膜とを、電極単位体と分離膜シートとを互いに接着するために、後述する加圧部１００により加圧されるようにしてもよい。このとき、前記積層体１０において加圧部１００に対向して備えられて加圧される面全体は、全体面１１と定義される。

一方、前述したように、前記全体面１１は、電極集電体（ｅｘ．導電フォイル）上に電極スラリーが不均一に塗布されるので、高さの差が形成される。特に、全体面１１のうち高さが相対的に低く形成された面は、加圧工程の実行時に加圧が困難であるので、電極－分離膜又は電極単位体－分離膜シートが接着されていない未接着領域として残り、それは負極の界面上のリチウム析出の原因となる。

より詳細には、全体面１１は、図１ａ～図１ｂに示すように、積層体１０の全体面１１のうち高さが相対的に低く形成された面を含む一部面１２と、電極集電体上に電極スラリーが均一に塗布されて高さが一定に形成された他部面１３とを含む。一方、図面において、積層体１０に示された点線は、一部面１２と他部面１３とを区分するためのものであり、前記積層体１０の内部構造が分離されていることを意味するわけではない。

ここで、一部面１２は、電極集電体上に電極スラリーが不十分に塗布されて積層体１０の全体面１１のうち高さが相対的に低く形成された面を含む面であって、様々な構成が可能である。

一例として、前記一部面１２は、高さの差が形成された面であって、図１ｂに示すように、全体面１１のうち高さが相対的に低く形成された第１一部面１２ａと、前記第１一部面１２ａの高さより高く形成された第２一部面１２ｂとを含む。

ここで、第１一部面１２ａは、全体面のうち高さが相対的に低く形成された面であって、前記全体面１１のうち前記電極１０１に備えられた電極活物質層１０１２のエッジ部１０１３が位置する前記積層体１０の表面であり得る。一方、電極活物質層１０１２のエッジ部１０１３は、電極スラリーが流れ落ち、端部に行くほど高さが低くなる曲面に形成され、エッジ部が位置する前記積層体１０の表面は、曲面のエッジ部１０１３により低い高さを有する。よって、互いに対応する電極活物質層１０１２のエッジ部１０１３と分離膜１０２間は接着されていない状態を維持する。本発明の技術的特徴は、互いに接着されていない電極活物質層のエッジ部１０１３と分離膜１０２間を接着することにある。

また、第２一部面１２ｂは、第１一部面１２ａより高く形成された面であって、前記積層体１０のモデル毎の大きさ及び前記積層体１０内の電極スラリーが不均一に塗布された程度に応じて前記第１一部面１２ａを基準に様々な方向に形成される。

例えば、第２一部面１２ｂは、図１ｂに示すように、前記第１一部面１２ａと他部面１３間に形成されてもよい。ただし、前記第２一部面１２ｂは、これに限定されるものではなく、前記第１一部面１２ａにより囲まれるか、前記第１一部面１２ａを囲むように形成されるなど、様々に形成可能であることは言うまでもない。

他の例として、前記一部面１２は、全体面１１のうち高さが相対的に低く形成された第１一部面１２ａのみで構成されることも可能であることは言うまでもない。

一方、前記一部面１２は、前記積層体１０のいずれの部位にも位置することができる。

例えば、積層体１０の長さが長くなるほど、電極スラリーの塗布時、電極スラリーが電極集電体の縁部には少なく到達するので、前記一部面１２は、前記積層体１０の縁部に対応して位置する。

特に、一部面１２は、積層体１０の縁部領域のうち、電極タブ１４が位置する積層体１０の縁部領域に対応して位置する。

これは、電極の製造時、１つの電極集電体の中央部に電極スラリーを塗布及び乾燥した後、中央部を切断することにより２つの電極を製造する場合、元の電極集電体の中央部であった積層体１０の縁部領域には電極スラリーが十分に塗布されているものと予想されるが、電極タブ１４が位置する電極集電体の縁部領域には電極スラリーが相対的に到達しにくいからであると理解される。

ここで、電極タブ１４は、電極スラリーがコーティングされる前に電極集電体上にノッチング（ｎｏｔｃｈｉｎｇ）工程で形成されてもよく、電極スラリーがコーティングされた後に前記電極集電体のいずれか一部位に取り付けられることにより電極に連結されてもよい。

一方、加圧部１００は、前記積層体１０を加圧する構成であって、様々な構成が可能である。

具体的には、本発明による前記加圧部１００は、図２及び図３に示すように、前記積層体１０の全体面１１を加圧するメイン加圧部１１０；及び前記積層体１０の一部面１２を加圧するサブ加圧部１２０を含んでもよい。

ここで、メイン加圧部１１０は、前記積層体１０の全体面１１を加圧する構成であって、様々な構成が可能である。

例えば、前記メイン加圧部１１０は、前記積層体１０を回転しながら加圧するローラ（ｒｏｌｌｅｒ）又は前記積層体１０を上下方向に移動しながら加圧するプレス（ｐｒｅｓｓ）で構成されてもよい。

ここで、前記積層体１０が電極単位体である場合、前記メイン加圧部１１０は、ローラ（ｒｏｌｌｅｒ）として備えられてもよく、前記積層体１０が電極組立体である場合、前記メイン加圧部１１０は、プレス（ｐｒｅｓｓ）として備えられてもよい。

一方、サブ加圧部１２０は、前記積層体１０の一部面１２を加圧する構成であって、様々な構成が可能である。

より詳細には、前記サブ加圧部１２０は、前記メイン加圧部１１０の前方及び後方の少なくともいずれか一方に配置され、前記積層体１０の全体面１１の加圧前及び／又は全体面１１の加圧後に前記積層体１０の一部面１２を加圧してもよい。よって、前記サブ加圧部１２０は、前記電極１０１に備えられた電極活物質層１０１２のエッジ部１０１３が位置する一部面１２を加圧することにより、積層体１０の未接着領域、すなわち互いに対応する電極活物質層のエッジ部１０１３と分離膜１０２の未接着領域を接着することができる。一方、積層体１０のコンベアベルト上での進行方向に向かう方向を前方といい、前方の反対方向を後方という。

また、前記サブ加圧部１２０は、図３に示すように、前記積層体１０の全体面のうち前記電極に備えられた電極活物質層のエッジ部１０１３が位置する前記積層体１０の一部面１２を加圧するドラム部１２１を含んでもよい。

前記ドラム部１２１は、前記積層体１０の前記一部面１２を回転しながら加圧する構成であって、様々な構成が可能である。

より詳細には、積層体１０は、モデル毎にそれぞれ様々な長さ及び幅に形成されると共に、各積層体１０毎に電極スラリーが不均一に塗布される領域が不規則に形成されるので、積層体１０の全体面１１のうち高さが相対的に低く形成された面（ｅｘ．第１一部面１２ａ）の面積は、個々の積層体１０毎に様々な大きさに形成される。

ここで、サブ加圧部１２０のドラム部１２１が堅い素材（ｅｘ．ｓｔｅｅｌ）のみからなっていて一部面１２の加圧時に形状の変形が不可能な場合、前記ドラム部１２１は、全体面１１のうち高さが相対的に低く形成された面の様々な大きさ及び形状に対応できなくなる。よって、使用者がそれを考慮してサブ加圧部１２０を毎回交替しなければならないという煩わしさが生じる。

よって、本発明においては、サブ加圧部１２０又はサブ加圧部１２０に構成されたドラム部１２１を交替することなく、個々の積層体１０の全体面１１のうち電極活物質層のエッジ部１０１３が位置する前記積層体の一部面１２の様々な変化に対応できるドラム部１２１を構成しており、以下、前記ドラム部１２１について詳細に説明する。

ここで、前記ドラム部１２１は、図４ａ～図４ｃに示すように、前記回転軸１２２を有する胴部１２１ａ、及び前記胴部１２１ａの外周面に沿って固定結合されるように備えられ、弾性変形可能に備えられる弾性部１２１ｂを含んでもよい。

ここで、胴部１２１ａは、前記回転軸１２２と結合する構成であって、様々な構成が可能である。

このような構成を有するドラム部１２１は、図５ａに示すように、回転軸１２２により胴部１２１ａが回転すると、胴部１２１ａと連動して弾性部１２１ｂが回転しながら電極活物質層のエッジ部１０１３が位置する前記積層体１０の一部面１２を加圧する。ここで、弾性部１２１ｂは、前記積層体１０の一部面１２の加圧時に変形する積層体１０の形態に応じて変形しながら前記積層体１０の一部面１２全体を安定して加圧することができ、特に互いに対応する電極活物質層のエッジ部１０１３と分離膜１０２の未接着領域を接着することができる。

より詳細には、前記胴部１２１ａは、回転軸１２２から伝達された回転力で前記ドラム部１２１を回転させる構成であって、様々な形状を有することができる。例えば、前記胴部１２１ａは、円筒状のシリンダ形状、複数のスポークが形成されたホイール（ｗｈｅｅｌ）形状などを有することができる。

ここで、前記弾性部１２１ｂは、前記胴部１２１ａの外周面に沿って固定結合されるように備えられ、弾性変形可能に備えられる構成であって、様々な構成が可能である。

すなわち、前記弾性部１２１ｂには、図４ａ～図４ｃに示すように、内部空間１２１ｃが形成され、前記内部空間１２１ｃには、予め設定された圧力を維持するように空気（ａｉｒ）又は流体が充填される構造を有する。一例として、弾性部１２１ｂは、空気が充填される自転車の車輪の形態を有する。

以下、前記弾性部１２１ｂが前記全体面１１のうち電極活物質層のエッジ部が位置する前記積層体の一部面の様々な変化に対応する場合についてより詳細に説明する。ここで、後述する一部面１２の幅、第１一部面１２ａの幅、及びドラム部１２１の幅は、積層体１０のコンベアベルト上での進行方向を長さ方向とする幅として理解される。

具体的には、前記弾性部１２１ｂが前記一部面１２の加圧時に加圧面の形状が変形可能な弾性材質からなることにより、ドラム部１２１は、全体面１１のうち電極活物質層のエッジ部１０１３が位置する前記積層体１０の一部面１２の様々な変化に対応することができる。

一例として、前記ドラム部１２１は、図５ａに示すように、電極活物質層１０１２のエッジ部が位置する前記積層体の一部面を加圧すると、弾性部１２１ｂが一部面１２を加圧する弾性部１２１ｂの加圧面が前記一部面１２の形状に対応して段差を有するように変形する。よって、前記サブ加圧部１２０は、前記第１一部面１２ａ及び第２一部面１２ｂを含む一部面１２の全ての部分を加圧することができる。

他の例として、前記ドラム部１２１は、図５ｂに示すように、２つの電極タブ１４が電極の両方向にそれぞれ引き出される積層体１０の場合、電極活物質層１０１２のエッジ部１０１３は、前記電極に備えられた電極活物質層の両端部にそれぞれ備えられ、それにより、電極活物質層の両端部にそれぞれ備えられた前記エッジ部１０１３が位置する前記積層体１０の一部面１２をそれぞれ加圧するように一対設けられてもよい。すなわち、一対のドラム部１２１は、前記積層体の両側に位置する一部面１２をそれぞれ加圧することができる。

特に、弾性部１２１ｂは、一部面１２の幅がドラム部１２１の幅より大きく形成された場合、弾性部１２１ｂの加圧面が一部面１２の幅方向に広がることにより、前記一部面１２の全ての部分を加圧することができる。

さらに他の例として、ドラム部１２１は、図５ｃに示すように、２つの電極タブ１４が電極の両方向にそれぞれ引き出される積層体１０の場合、電極活物質層の両端部にそれぞれ備えられた前記エッジ部１０１３が位置する前記積層体１０の一部面１２を含む面全体を加圧することができる。すなわち、１つのドラム部１２１によりエッジ部が位置する前記積層体の一部面を含む面全体を加圧することができる。

さらに他の例として、サブ加圧部は、図５ｄに示すように、積層体１０の上面及び下面に対応してそれぞれ配置され、積層体の一部面１２の上部及び下部を同時に加圧することができる。ここで、積層体の下部に配置されたサブ加圧部は下部サブ加圧部１２０"といい、積層体の上部に配置されたサブ加圧部は上部サブ加圧部１２０'という。すなわち、下部サブ加圧部１２０"を積層体１０の一部面１２の下部に支持させた状態で、上部サブ加圧部１２０'を積層体の一部面の上部を加圧する。そうすると、上部及び下部サブ加圧部間に位置する積層体の一部面が加圧され、その結果、電極活物質層の両端部にそれぞれ備えられた前記エッジ部１０１３が位置する前記積層体１０の一部面をより効果的に加圧することができる。

一方、弾性部１２１ｂは、弾性変形可能な様々な材質からなることができる。例えば、前記弾性部１２１ｂは、変形可能な合成樹脂からなり、前記合成樹脂は、シリコーンゴム（ｓｉｌｉｃｏｎｅ ｒｕｂｂｅｒ）のいずれか１つを含む材質からなるようにしてもよい。

一方、前記サブ加圧部１２０の弾性部１２１ｂは、前記一部面の加圧時にのみ形状が変形してもよい。また、前記弾性部１２１ｂは、様々な構造を有することができる。

一例として、前記弾性部１２１ｂは、所定の厚さを有して弾性材質のみからなるパッド（ｐａｄ）構造を有してもよく、他の例として、前記弾性部１２１ｂは、内部空間が形成され、前記内部空間には、予め設定された圧力を維持するように空気（ａｉｒ）又は流体が充填されたタイヤ構造を有してもよい。

ここで、予め設定された圧力は、前記弾性部１２１ｂが前記一部面１２の加圧と共に弾性変形可能にする、所定の圧力値であってもよい。

このとき、前記予め設定された圧力は、前記弾性部１２１ｂの材質や大きさなどに応じて使用者により様々に設定され、後述する圧力検出部３００によりサブ加圧部１２０が積層体１０の一部面１２を加圧する圧力値がフィードバックされることにより調節されるようにしてもよいことは言うまでもない。

また、前記サブ加圧部１２０は、前記弾性部１２１ｂの内部空間に充填された空気（ａｉｒ）又は流体の圧力を測定する圧力センサ１２３をさらに含んでもよい。前記圧力センサ１２３は、胴部１２１ａに形成されて弾性部１２１ｂの内部に連結される貫通孔に設けられてもよい。それにより、外部からも弾性部１２１ｂの内部圧力を容易に確認することができる。

また、前記サブ加圧部１２０は、前記胴部１２１ａを介して前記弾性部１２１ｂの内部空間に空気（ａｉｒ）又は流体を注入する注入部１２４がさらに形成されてもよい。それにより、弾性部１２１ｂの内部圧力が低くなるか又は高い場合、注入部１２４を介して注入するか又は排出させて一定に維持することができる。一方、前記サブ加圧部１２０は、一部面１２の加圧時に形状が変形する構成であればどのような構成でも可能であり、上述した弾性部１２１ｂを備えた場合に限定されるものではない。

一方、回転軸１２２は、前記ドラム部１２１と結合して前記ドラム部を回転させる構成であって、様々な構成が可能である。

例えば、前記回転軸１２２は、一端が駆動モータと連結されて回転力が伝達され、前記駆動モータの回転力を上述した胴部１２１ａに伝達してもよい。また、前記回転軸１２２は、前記回転軸１２２及び前記胴部１２１ａ間で前記回転軸１２２の外周面を囲むように備えられるベアリング（図示せず）を含んでもよい。

一方、本発明による前記二次電池製造装置は、図６に示すように、圧力検出部３００をさらに含んでもよい。

ここで、圧力検出部３００は、前記サブ加圧部１２０が前記積層体１０の前記一部面１２を加圧する圧力を検出する構成であって、様々な構成が可能である。

すなわち、本発明による二次電池製造装置の使用者は、前記圧力検出部３００により前記サブ加圧部１２０が前記積層体１０を加圧する圧力を検出することにより、積層体１０のモデル毎、工程環境毎に加わる圧力に関するデータを用いて積層体１０のモデル毎、工程環境毎の工程性を管理することができるという利点がある。

一方、前記圧力検出部３００は、様々な位置に配置することができる。例えば、前記圧力検出部３００は、前記サブ加圧部１２０に対応する位置でコンベアベルトの下側に配置されてもよい。

また、前記圧力検出部３００は、図６に示すように、圧力を感知するセンサ部３１０；及び前記センサ部３１０により感知された圧力を表示する表示部３２０を含んでもよい。

ここで、センサ部３１０は、圧力を感知する構成であって、様々な構成が可能である。

すなわち、前記センサ部３１０は、圧力を感知する機械式、電子式、半導体式圧力センサを含んでもよく、要求される圧力の範囲及び圧力測定環境に応じて各種の圧力センサを用いることができる。

また、前記センサ部３１０は、様々な位置に配置することができる。ただし、前記センサ部３１０は、前記サブ加圧部１２０が前記一部面１２を加圧する際に一部面１２に加わる圧力を測定するために、図６に示すように、前記積層体１０の前記一部面１２を挟んで前記サブ加圧部１２０に対向して配置されることが好ましい。すなわち、センサ部３１０は、積層体１０の一部面１２が通過するライン上に配置されてもよい。

一方、表示部３２０は、前記センサ部３１０により感知された圧力を表示する構成であって、様々な構成が可能である。

すなわち、前記表示部３２０は、前記センサ部３１０により感知された圧力に関するデータを使用者に提供する構成であればどのような構成でも可能であり、例えば、前記圧力に関するデータを画像として出力するディスプレイ（ｄｉｓｐｌａｙ）装置を含んでもよい。

一方、本発明による二次電池製造装置は、前記電極及び前記分離膜が積層された前記積層体１０に熱を加える加熱部２００をさらに含んでもよい。

ここで、加熱部２００は、前記加圧部１００の後方に配置されて前記電極及び前記分離膜が積層された前記積層体１０に熱を加える構成であって、様々な構成が可能である。前述したように、前記後方とは、積層体１０のコンベアベルト上での進行方向に向かう方向の反対方向を意味するものであってもよい。

より詳細には、前記加熱部２００は、加圧部１００の後方に配置され、前記加圧部１００が積層体１０を加圧する前に積層体１０に熱を加えてもよい。すなわち、前記積層体１０は、温度が上昇することによって電極及び分離膜間の接着力が向上し、製造過程で積層体内部の電極、分離膜、分離膜シートなどに形成されたしわを改善することができる。

このとき、前記積層体１０は、室温超過の温度に加熱されてもよい。ここで、前記室温とは、当業界において「ｒｏｏｍ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ」又は常温と呼ばれる温度範囲を意味する。すなわち、実験室、研究室などの温度を意味し、特に温度を指定又は調節せずに実験を行った場合や試料と物質を室内に放置した場合に使用される温度条件の表現であって、室内の大気温度をいう。一般に、人間が快適に過ごせる温度であって、通常１５℃～２０℃前後である。

一方、前記サブ加圧部１２０は、前述したように、様々な位置に配置することができるが、積層体１０が加熱された状態でサブ加圧部１２０が一部面１２を加圧した場合、積層体１０内部の未接着領域をより効果的に改善することができるので、前記サブ加圧部１２０は、図２及び図３に示すように、前記加熱部２００及び前記メイン加圧部１１０間に配置されることが好ましい。

以下、本発明の二次電池製造装置を用いた二次電池製造方法について説明する。

一方、本発明の二次電池製造方法は、電極及び分離膜が積層された電極単位体を製造する電極単位体製造ステップ；前記電極単位体製造ステップで製造された複数の電極単位体と分離膜シートが積層された電極組立体を製造する電極組立体製造ステップ；並びに前記電極組立体を加圧する電極組立体加圧ステップを含む二次電池製造方法を提供する。

ここで、電極単位体製造ステップは、電極１０１及び分離膜１０２が積層された電極単位体を製造するステップであって、様々な方法で行うことができる。

例えば、前記電極単位体製造ステップは、前記分離膜１０２に前記電極１０１を積層して積層体１０を作製する積層ステップ；及び前記積層体１０内の前記分離膜と前記電極とを接着する接着ステップを含んでもよい。

ここで、積層ステップは、前記分離膜１０２に前記電極１０１を積層して積層体１０を作製するステップであって、様々な方法で行うことができる。

このとき、電極１０１は、電極集電体１０１１と、電極集電体１０１１にコーティングされる電極活物質層１０１２とを含む。すなわち、電極１０１は、電極スラリーを電極集電体（導電フォイル）１０１１上に塗布して電極集電体１０１１上にコーティングすることにより正極又は負極の電極を製造することができ、前記電極間に分離膜を介在して積層することにより行うことができる。ただし、電極の製造過程において、電極スラリーが電極集電体上に不均一にコーティングされることがある。すなわち、電極にコーティングされた電極活物質層１０１２のエッジ部１０１３は電極スラリーが不規則にコーティングされ、それにより、電極活物質層１０１２のエッジ部１０１３は端部に行くほど高さが低くなる曲面に形成される。

一方、接着ステップは、前記積層体内の前記分離膜と前記電極とを接着するステップであって、様々な方法で行うことができる。

例えば、前記接着ステップは、前記積層体１０の全体面を加圧する第１全体面加圧ステップ；及び前記積層体において高低差が形成された一部面１２を加圧する第１一部面加圧ステップを含んでもよい。

ここで、前記第１全体面加圧ステップは、前記積層体１０の全体面１１を加圧するステップであって、様々な方法で行うことができる。

このとき、前記第１全体面加圧ステップは、上述したメイン加圧部１１０により積層体１０の全体面１１を加圧することにより行われてもよい。ただし、電極スラリーが電極集電体上に不均一にコーティングされて積層体１０の全体面に高さの差が生じるので、全体面のうち電極活物質層のエッジ部が位置する前記積層体の一部面１２には未接着領域が発生することがある（図１ｂ参照）。

一方、前記第１一部面加圧ステップは、前記電極活物質層１０１２のエッジ部１０１３が位置する前記積層体１０の一部面１２を加圧するステップであって、様々な方法で行うことができる。

具体的には、前記第１一部面加圧ステップは、サブ加圧部１２０により積層体１０の一部面１２を加圧することにより行われてもよい。ここで、前記サブ加圧部１２０の詳細な構成及び効果については、前述した内容を援用する。

すなわち、前記第１一部面加圧ステップは、前記積層体１０の一部面１２を追加加圧することにより、前記積層体１０の電極活物質層のエッジ部１０１３と分離膜１０２間の未接着領域を接着することができる。ここで、前記第１一部面加圧ステップは、前記第１全体面加圧ステップの実行後だけでなく、第１全体面加圧ステップの実行前に行われてもよいことは言うまでもない。

一方、電極組立体製造ステップは、前記電極単位体製造ステップで製造された複数の電極単位体と分離膜シートが積層された電極組立体を製造するステップであって、様々な方法で行うことができる。ここで、電極組立体も、上述した積層体１０に対応する構成として理解できるが、上述した電極単位体との区別のために、以下、電極組立体で説明する。

具体的には、前記電極組立体製造ステップは、上述した電極単位体製造ステップで製造された電極単位体を分離膜シートに並んで配列して電極組立体を製造するか、前記電極単位体を分離膜シートに並んで配列した後、前記電極単位体及び分離膜シートが交互に積層されるように前記分離膜シートをフォルディングすることにより電極組立体を製造することができる。

ただし、電極及び分離膜間に未接着領域が発生した電極単位体の場合、前記電極単位体の特定の領域は他の領域に比べて高さが相対的に低く形成される。よって、電極組立体の製造時、前記電極単位体を一方向に向けて平行に配置して積層した場合、電極単位体と分離膜シート間の未接着領域が形成され、電極組立体の全体面のうち高さが相対的に低く位置する面が形成される。

一方、前記電極組立体加圧ステップは、電極組立体を加圧するステップであって、様々な方法で行うことができる。

例えば、前記電極組立体加圧ステップは、前記電極組立体の全体面を加圧する第２全体面加圧ステップ；及び前記電極組立体において外面に高低差が形成された一部面を加圧する第２一部面加圧ステップを含んでもよい。

ここで、第２全体面加圧ステップは、前記電極組立体の全体面を加圧するステップであって、様々な方法で行うことができる。

ここで、前記第２全体面加圧ステップは、上述したメイン加圧部１１０により電極組立体の全体面を加圧することにより行われてもよい。ただし、上述したように、電極組立体の全体面に高さの差が生じるので、全体面のうち高さが相対的に低い面を含む一部面には未接着領域が発生することがある。

一方、第２一部面加圧ステップは、前記電極組立体において外面に高低差が形成された一部面を加圧するステップであって、様々な方法で行うことができる。

具体的には、前記第２一部面加圧ステップは、サブ加圧部１２０により電極活物質層のエッジ部が位置する電極組立体の一部面を加圧することにより行われてもよい。ここで、前記サブ加圧部１２０の詳細な構成及び効果については、前述した内容を援用する。

すなわち、前記第２一部面加圧ステップは、前記電極組立体の一部面を追加加圧することにより、前記電極組立体の未接着領域を改善することができる。ここで、前記第２一部面加圧ステップは、前記第２全体面加圧ステップの実行後だけでなく、第２全体面加圧ステップの実行前に行われてもよいことは言うまでもない。

以下、図７を参照して、本発明を適用するか否かによる積層体の未接着領域の大きさについて説明する。ここで、積層体はｂｉ－ｃｅｌｌであり、図７の（ａ）には従来技術により製造されたｂｉ－ｃｅｌｌの前面画像（以下「比較例」という）が開示されており、図７の（ｂ）には本発明により製造されたｂｉ－ｃｅｌｌの前面画像（以下「本発明の実施例」という）が開示されている。

まず、図７の（ａ）の比較例により形成されたｂｉ－ｃｅｌｌの前面画像を見ると、ｂｉ－ｃｅｌｌの上部、すなわち電極タブに対応する縁部Ｂに黒色の電極－分離膜の未接着領域が形成されていることが分かる。また、上記のような単位セルを含む電極組立体の場合、単位セル－分離膜シート間の未接着領域が発生することが予想されるので、負極上にリチウムが析出されて電極の抵抗が増加する。よって、二次電池の性能が低下するという問題が生じる。

それに対して、図７の（ｂ）の本発明の実施例により形成されたｂｉ－ｃｅｌｌの前面画像を見ると、ｂｉ－ｃｅｌｌの上部、すなわち電極タブに対応する縁部Ｂに未接着領域がほとんど形成されていないことが分かる。よって、本発明の実施例により形成される電極単位体は、電極単位体内部の電極－分離膜の未接着領域だけでなく、電極組立体上での単位セル及び分離膜シート間の未接着領域もほとんど形成しないことが予想されるので、負極上における界面抵抗によるリチウム析出を最小限に抑え、二次電池の性能を改善することができるという利点がある。

以上、本発明は、たとえ限定された実施形態と図面により説明されたが、本発明は、これに限定されるものではなく、本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者により本発明の技術思想と添付の特許請求の範囲の均等範囲内で様々な実施が可能である。

１０ 積層体
１１ 全体面
１２ 一部面
１２ａ 第１一部面
１２ｂ 第２一部面
１３ 他部面
１４ 電極タブ
１０１ 電極
１０１１ 電極集電体
１０１２ 電極活物質層
１０１３ エッジ部
１０２ 分離膜
２０ 分離膜シート
１００ 加圧部
１１０ メイン加圧部
１２０ サブ加圧部
１２１ ドラム部
１２１ａ 胴部
１２１ｂ 弾性部
１２２ 回転軸
１２３ 圧力センサ
１２４ 注入部
２００ 加熱部
３００ 圧力検出部
３１０ センサ部
３２０ 表示部

Claims (16)

1. 電極及び分離膜が交互に配置された積層体を加圧する加圧部を含む二次電池製造装置において、
   前記加圧部は、
   前記積層体の全体面を加圧するメイン加圧部；及び
   前記積層体の全体面のうち前記電極に備えられた電極活物質層のエッジ部が位置する前記積層体の一部面を加圧するドラム部を備えたサブ加圧部を含み；
   前記ドラム部は、
   回転軸を有する胴部；及び
   前記胴部の外周面に備えられ、前記積層体の一部面を加圧する弾性部；を含み、
   前記エッジ部は、前記電極に備えられた前記電極活物質層の両端部にそれぞれ備えられ、
   前記ドラム部は、前記電極活物質層の両端部にそれぞれ備えられた前記エッジ部が位置する前記積層体の一部面をそれぞれ加圧するように一対設けられ、
   前記サブ加圧部は、前記メイン加圧部の後方に配置される、二次電池製造装置。
2. 前記電極活物質層のエッジ部は、端部に行くほど高さが低くなる曲面に形成され、
   前記ドラム部は、互いに対応する前記電極活物質層のエッジ部と前記分離膜との間が接着されるように加圧する、請求項１に記載の二次電池製造装置。
3. 前記弾性部は、弾性変形可能に備えられる、請求項２に記載の二次電池製造装置。
4. 前記弾性部は、内部空間が形成され、
   前記内部空間には、予め設定された圧力を維持するように空気（ａｉｒ）又は流体が充填される、請求項３に記載の二次電池製造装置。
5. 前記弾性部は、変形可能な合成樹脂からなり、
   前記合成樹脂は、シリコーンゴムからなる、請求項３に記載の二次電池製造装置。
6. 前記サブ加圧部は、前記一部面の加圧時にのみ形状が変形する、請求項１に記載の二次電池製造装置。
7. 前記二次電池製造装置は、
   前記サブ加圧部が前記積層体の前記一部面を加圧する圧力を検出する圧力検出部を含む、請求項１に記載の二次電池製造装置。
8. 前記圧力検出部は、
   圧力を感知するセンサ部；及び
   前記センサ部により感知された圧力を表示する表示部を含む、請求項７に記載の二次電池製造装置。
9. 前記センサ部は、前記積層体の一部面を挟んで前記サブ加圧部に対向して配置される、請求項８に記載の二次電池製造装置。
10. 前記積層体は、前記電極に接続される電極タブを含み；
    前記サブ加圧部は、前記電極タブが接続され、前記電極に備えられた電極活物質層のエッジ部が位置する前記積層体の一部面を加圧する、請求項１に記載の二次電池製造装置。
11. 前記二次電池製造装置は、
    前記加圧部の後方に配置されて前記電極及び前記分離膜が積層された前記積層体に熱を加える加熱部を含み；
    前記サブ加圧部は、前記加熱部及び前記メイン加圧部間に配置される、請求項１に記載の二次電池製造装置。
12. 前記サブ加圧部は、前記弾性部の前記内部空間に充填された前記空気（ａｉｒ）又は前記流体の圧力を測定する圧力センサをさらに含む、請求項４に記載の二次電池製造装置。
13. 前記サブ加圧部は、前記胴部を介して前記弾性部の前記内部空間に前記空気（ａｉｒ）又は前記流体を注入する注入部がさらに形成される、請求項４に記載の二次電池製造装置。
14. 前記サブ加圧部は、前記積層体の一部面の上部及び下部にそれぞれ対応して配置され、前記積層体の一部面の上部及び下部を同時に加圧するように一対設けられる、請求項１に記載の二次電池製造装置。
15. 電極及び分離膜が交互に配置された電極単位体を製造する電極単位体製造ステップ；
    前記電極単位体製造ステップで製造された複数の電極単位体間に分離膜シートを配置して電極組立体を製造する電極組立体製造ステップ；並びに
    前記電極組立体を加圧する電極組立体加圧ステップ；を含む二次電池製造方法であって、
    前記電極単位体製造ステップは、
    前記分離膜と前記電極とを交互に配置して積層体を作製する積層ステップ；及び
    前記積層体に含まれる前記分離膜と前記電極とを接着する接着ステップを含み；
    前記接着ステップは、
    前記積層体の全体面を加圧する全体面加圧ステップ；及び
    前記積層体の全体面のうち前記電極に備えられた電極活物質層のエッジ部が位置する前記積層体の一部面を加圧する第１一部面加圧ステップ；を含み、
    前記エッジ部は、前記電極に備えられた前記電極活物質層の両端部にそれぞれ備えられ、
    ドラム部は、前記電極活物質層の両端部にそれぞれ備えられた前記エッジ部が位置する前記積層体の一部面をそれぞれ加圧するように一対設けられ、
    前記第１一部面加圧ステップは、前記全体面加圧ステップの実行前に行われる、二次電池製造方法。
16. 前記電極組立体加圧ステップは、
    前記電極組立体の全体面を加圧する第２全体面加圧ステップ；及び
    前記電極組立体の全体面のうち前記電極に備えられた電極活物質層のエッジ部が位置する前記電極組立体の一部面を加圧する第２一部面加圧ステップを含む、請求項１５に記載の二次電池製造方法。