JP2020514951A

JP2020514951A - 電極及びそれを含む二次電池

Info

Publication number: JP2020514951A
Application number: JP2019530150A
Authority: JP
Inventors: ウォンキム、ナム; キュパーク、ピル; ガブソン、ハン; スージョン、アン
Original assignee: LG Chem Ltd
Current assignee: LG Chem Ltd
Priority date: 2017-06-09
Filing date: 2018-06-01
Publication date: 2020-05-21
Anticipated expiration: 2038-06-01
Also published as: US20200058962A1; EP3522282B1; CN110024196B; PL3522282T3; KR102473689B1; JP7088600B2; US11043669B2; CN110024196A; KR20180134757A; EP3522282A1; EP3522282A4

Abstract

本発明は、二次電池に関するものであって、電極と分離膜が交互に積層されて巻き取られた電極組立体を含み、前記電極は、集電体、前記集電体の表面に電極活物質を１次コーティングした第１コーティング層、及び前記第１コーティング層の外側に電極活物質を２次コーティングした第２コーティング層を含み、前記電極の巻取方向を基準に前記第２コーティング層の一端の長さを前記第１コーティング層の一端の長さより短く形成し、巻取中心から外側方向に進むにつれて、前記第１コーティング層の一端と前記第２コーティング層の一端との間に段差が形成される。

Description

［関連出願との相互参照］
本出願は、２０１７年６月９日付韓国特許出願第１０−２０１７−００７２５８８号及び２０１８年５月３１日付韓国特許出願第１０−２０１８−００６２４２０号に基づいた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は本明細書の一部として含まれる。

本発明は、電極及びそれを含む二次電池に関し、特にコア部に巻き取られる電極のクラックの発生を防止した電極及びそれを含む二次電池に関する。

一般的に、二次電池は充電が不可能な一次電池とは異なり、充電及び放電が可能な電池を言うものであって、携帯電話、ＰＤＡ、ノートパソコンなどの小型先端電子機器の分野において広く用いられている。

このような二次電池は、電極組立体と、前記電極組立体の巻芯に挿入するコア部と、前記コア部が挿入された電極組立体を収容する缶、及び前記缶の開口部に実装するキャップ組立体を含み、前記電極組立体は、複数の電極と複数の分離膜が交互に積層される構造を有する。そして、前記複数の電極は集電体の表面に電極活物質がコーティングされた電極活物質層と、前記電極活物質層の端部に備えられて電極活物質がない無地部を形成する。

前記のような二次電池は、複数の電極と複数の分離膜が積層された積層体を前記コア部を介して巻き取って電極組立体を形成し、前記電極組立体を缶に挿入し、前記缶の開口部にキャップ組立体を結合させて製造する。

しかし、前記複数の電極は、前記コア部に巻き取られる際に、前記電極活物質層と前記無地部との間の段差部分が折れつつクラックが発生する問題点があった。

本発明は、前記のような問題点を解決するために発明されたものであって、本発明の解決しようとする課題は、電極活物質層と無地部との間の段差高さが漸進的に増大される電極を具現し、これによりコア部に電極の巻き取りの際、電極活物質層と無地部との間の段差部分が折れずに安定的に巻き取ることができ、その結果、クラックの発生を防止することができる電極及びそれを含む二次電池を提供する。

前記のような目的を達成するための第１発明による二次電池は、電極と分離膜が交互に積層されて巻き取られる電極組立体を含み、前記電極は、集電体、前記集電体の表面に電極活物質を１次コーティングした第１コーティング層、及び前記第１コーティング層の外側に電極活物質を２次コーティングした第２コーティング層を含み、前記電極の巻取方向を基準に前記第２コーティング層の一端の長さを前記第１コーティング層の一端の長さより短く形成され、巻取中心から外側方向に進むにつれて前記第１コーティング層の一端と前記第２コーティング層の一端との間に段差が形成されてよい。

前記電極は、巻取開始部に電極活物質がない第１無地部を含み、前記第１無地部、前記第１コーティング層の一端及び前記第２コーティング層の一端は、階段状の段差を形成することができる。

前記電極組立体を巻き取るためのコア部を含み、前記第２コーティング層の一端は、前記第１コーティング層の一端で前記コア部の円周長さほど小さく形成することができる。

前記電極は、巻取終端部にコーティングされた前記第２コーティング層の終端の長さを前記第１コーティング層の終端長さより短く形成し、前記第２コーティング層の終端と前記第１コーティング層の終端との間に段差を形成することができる。

前記電極は、巻取終端部に電極活物質がない第２無地部を含み、前記第２無地部、前記第１コーティング層の終端及び前記第２コーティング層の終端は、階段状の段差を形成することができる。

前記第１コーティング層と前記第２コーティング層は、同一のコーティング厚さを有してよい。

前記第１コーティング層と前記第２コーティング層は、互いに異なるコーティング厚さを有してよい。

前記電極は、前記第２コーティング層の外側に電極活物質を３次コーティングする第３コーティング層と、前記第３コーティング層の外側に電極活物質を４次コーティングする第４コーティング層をさらに含んでよい。

前記電極は、巻取開始部にコーティングされた前記第３コーティング層の一端の長さを前記第２コーティング層の一端の長さより小さく形成し、前記第４コーティング層の一端の長さを前記第３コーティング層の一端の長さより小さく形成し、前記第１、第２、第３及び第４コーティング層の一端は、階段状の段差を形成することができる。

前記第１無地部には、電極タブを備えてよい。

前記電極タブは、前記第１コーティング層の一端と接する前記第１無地部に備えられつつ、前記電極タブと前記第１コーティング層との間に段差を除去することができる。

一方、第２発明による電極は、集電体；前記集電体の表面に電極活物質を１次コーティングした第１コーティング層；及び前記第１コーティング層の外側に電極活物質を２次コーティングした第２コーティング層を含み、相互対応する前記第２コーティング層の一端の長さは、前記第１コーティング層の一端の長さより所定長さが短く形成し、前記第１コーティング層の一端と前記第２コーティング層の一端との間に段差を形成してよい。

前記集電体の一端には電極活物質がない第１無地部を含み、前記第１無地部、前記第１コーティング及び前記第２コーティング層の一端は、階段状に連結される段差を形成してよい。

前記第１無地部には電極タブを備え、前記電極タブは、前記第１コーティング層の一端に接する前記第１無地部に備えられつつ、前記電極タブと前記第１コーティング層の一端との間に段差を除去することができる。

前記のような実施例を介し、本発明は下記のような効果を有する。

第一：本発明の二次電池は、集電体の表面に第１及び第２コーティング層を形成して電極を形成するが、前記第１コーティング層の一端と前記第２コーティング層の一端との間に段差を形成することに特徴を有し、このような特徴によって、前記第１コーティング層の一端と前記第２コーティング層の一端との間に緩い傾斜角度を具現することができ、これによりコア部に電極を折れずに安定的に巻き取ることができ、その結果、製品性を高めることができる。

第二：本発明の二次電池において、電極は巻取開始部に第１無地部を含むことに特徴を有し、このような特徴によって第１無地部、第１コーティング層及び第２コーティング層に連結される段差を形成し、より緩い傾斜角度を具現することができ、その結果、コア部に電極をより安定的に巻き取ることができる。

第三：本発明の電極において、第１コーティング層の終端部と第２コーティング層の終端部との間は、コア部の円周長さほど小さく形成することに特徴を有し、このような特徴によってコア部に電極を安定的に巻き取るのと同時に電池性能を安定的に確保することができる。

第四：本発明の電極は、巻取終端部に位置した第１コーティング層と第２コーィング層の終端部を段差あるように形成して緩い傾斜角度を具現することに特徴を有し、このような特徴によって電極の終端部をより面密着されるように巻き取ることができ、その結果、電極巻取力と結合力を高めることができる。

第五：本発明の電極は、巻取終端部に第２無地部を含むことに特徴を有し、このような特徴によって第２コーティング層の終端、第１コーティング層の終端及び第２無地部に連結される段差を形成してより緩い傾斜角度を具現することができ、その結果、コア部に電極の終端部をより安定的に巻き取ることができる。

第六：本発明の電極は、第１コーティング層と第２コーティング層の厚さを同一に形成することに特徴を有し、このような特徴によって漸進的に高くなる段差を形成することができ、その結果、第１コーティング層と第２コーティング層の間を折れずに安定的に巻き取ることができる。

第七：本発明の二次電池は、第１無地部に電極タブを結合するが、前記電極タブは、前記第１コーティング層の一端部が連結された第１無地部の表面に結合することに特徴を有し、このような特徴によって電極タブと第１コーティング層との間に段差を除去することができ、その結果、コア部に電極巻き取りのとき電極タブと第１コーティング層の間が折れずに安定的に巻き取りさせることができる。

第１発明の第１実施例による二次電池を示す斜視図である。第１発明の第１実施例による巻取前の電極組立体を示す断面図である。第１発明の第１実施例による電極を示す断面図である。第１発明の第２実施例による電極を示す断面図である。第１発明の第３実施例による電極を示す断面図である。第１発明の第４実施例による電極を示す断面図である。第２発明による電極を示す斜視図である。

以下、図面を参照しつつ、本発明が属する技術分野で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実施例を詳しく説明する。しかし、本発明は、幾つか異なる形態に具現されてよく、ここで説明する実施例に限定されない。また、図面において、本発明を明確に説明するために、説明と関係のない部分は省略し、明細書全体に亘って類似の部分に対しては類似の図面符号を付した。

第１発明の二次電池
第１発明の第１実施例
第１発明の第１実施例による二次電池１００は、図１に示すとおり、コア部１１０、前記コア部１１０の円周に巻き取られる電極組立体１２０を含む。ここで、前記コア部１１０は、前記電極組立体１２０の巻き取りが完了されると、前記電極組立体１２０から除去されてよい。

すなわち、第１発明の第１実施例による二次電池１００は、図２に示されたように、長いシート状の電極組立体１２０を前記コア部１１０に巻き取ってロール状の電極組立体１２０を形成し、前記電極組立体１２０は電極１２１と分離膜１２２が交互に積層される構造を有する。

前記電極１２１は、図３に示すとおり、集電体１２１ｚ、前記集電体１２１ｚの表面に電極活物質を１次コーティングした第１コーティング層１２１ａ、及び前記第１コーティング層１２１ａの外側に電極活物質を２次コーティングした第２コーティング層１２１ｂを含む。

ここで、前記電極１２１は図３を参照すれば、前記電極１２１の巻取方向を基準に前記第２コーティング層１２１ｂの一端Ｂの長さを前記第１コーティング層１２１ａの一端Ａの長さより短く形成し、巻取中心から外側方向に進むにつれて前記第１コーティング層１２１ａの一端Ａと前記第２コーティング層１２１ｂの一端Ｂとの間に段差（図３に示された点線参照）が形成される。

すなわち、前記電極１２１は、前記第１コーティング層１２１ａの一端Ａと前記第２コーティング層１２１ｂの一端Ｂとの間に段差（図３に示された点線参照）を形成して緩やかな傾斜を具現することができ、前記緩やかな傾斜を有する前記第１コーティング層１２１ａの一端Ａと前記第２コーティング層１２１ｂの一端Bとが順次にコア部１１０に巻き取られつつ折れずに安定的に巻き取ることができ、その結果、二次電池の品質性を高めることができる。

一方、前記コア部１１０に密着される前記電極１２１の巻取開始部には、電極活物質がない第１無地部１２１ｃを含んでよい。

すなわち、電極１２１は、図３からみたとき、集電体１２１ｚの左側終端部が延長されつつ第１無地部１２１ｃを形成し、これにより前記第１無地部１２１ｃ、前記第１コーティング層１２１ａの一端Ａ及び前記第２コーティング層１２１ｂの一端Ｂは、漸進的な高さを有する階段状の段差（図３に示された点線参照）を形成してよい。

これにより、電極１２１は、前記第１無地部１２１ｃ、前記第１コーティング層１２１ａの一端Ａ及び前記第２コーティング層１２１ｂの一端Ｂが前記コア部１１０に順次に巻き取られ、その結果、安定した巻取力とクラックの発生を防止することができる。

一方、前記電極１２１で、前記第２コーティング層１２１ｂの一端Ｂは、前記第１コーティング層１２１ａの一端Ａで前記コア部１１０の円周長さほど小さく、好ましくは前記コア部１１０の円周長さと同一に形成してよい。

すなわち、前記第２コーティング層１２１ｂの一端Ｂと前記第１コーティング層１２１ａの一端Ａとの間の長さが前記コア部１１０の円周長さより短くても、前記第２コーティング層１２１ｂの一端Ｂと前記第１コーティング層１２１ａの一端Ａとの間の階段状の段差により前記コア部１１０にクラックの発生なく巻き取ることができる。但し、前記第２コーティング層１２１ｂの一端Ｂと前記第１コーティング層１２１ａの一端Ａとの間が前記コア部１１０に安定的に密着できない可能性がある。

また、前記第２コーティング層１２１ｂの一端Ｂと前記第１コーティング層１２１ａの一端Ａとの間の長さが前記コア部１１０の円周長さより大きい場合、前記電極１２１にコーティングされる電極活物質が大きく減少され得、その結果、電池性能が大きく落ちることがある。

したがって、前記電極１２１で前記第２コーティング層１２１ｂの一端Ｂと前記第１コーティング層１２１ａの一端Ａとの間の長さは、前記コア部１１０の円周長さ程度で備え、その結果、巻取力と電池性能を高めることができる。

一方、前記第１コーティング層１２１ａと前記第２コーティング層１２１ｂは同一のコーティング厚さを有してよく、これにより段差高さを均一に形成してよく、その結果、より安定した巻き取りを誘導することができる。

もちろん、前記第１コーティング層１２１ａと前記第２コーティング層１２１ｂは互いに異なるコーティング厚さを有してよい。これは、二次電池の形態及び大きさに応じて前記第１コーティング層１２１ａと前記第２コーティング層１２１ｂのコーティング厚さを調節することができ、その結果、安定した巻取力を得ることができる。

このような構成を有した第１発明の第１実施例による二次電池１００は、前記電極１２１を含む長いシート状の電極組立体１２０をコア部１１０に巻き取れば、前記電極１２１の一端に階段状に形成された段差によってコア部１１０に安定的に巻き取ることができ、その結果、電極１２１が折れたり又はクラックの発生を防止することができる。

以下、本発明の他の実施例を説明するのにおいて、前述の実施例と同一の構成と機能を有する構成に対しては同一の構成符号を使用し、重複される説明は省略する。

第１発明の第２実施例
第１発明の第２実施例による二次電池１００は、図４に示すとおり、電極１２１を含むが、前記電極１２１は集電体１２１ｚ、前記集電体１２１ｚの表面に電極活物質を１次コーティングした第１コーティング層１２１ａ、及び前記第１コーティング層１２１ａの外側に電極活物質を２次コーティングした第２コーティング層１２１ｂを含む。

ここで、前記電極１２１は図４を参照すれば、巻取終端部にコーティングされた前記第２コーティング層１２１ｂの終端Ｄの長さを前記第１コーティング層１２１ａの終端Ｃの長さより短く形成し、前記第２コーティング層１２１ｂの終端Ｄと前記第１コーティング層１２１ａの終端Ｃの間に段差（図４に示された点線参照）を形成する。

すなわち、前記電極１２１は、前記第１コーティング層１２１ａの終端Ｃと前記第２コーティング層１２１ｂの終端Ｄとの間に段差（図４に示された点線参照）を形成して緩やかな傾斜を具現することができる。言い換えれば、前記第２コーティング層１２１ｂの終端Ｄは、前記第１コーティング層１２１ａの終端Ｃより長さは短く、高さは高く段差を形成して緩やかな傾斜を具現し、これにより前記第１コーティング層１２１ａの終端Ｃと前記第２コーティング層１２１ｂの終端Ｄは、コア部１１０に巻き取られた電極組立体１１０の最外側に順次に巻き取られつつ安定的に巻き取ることができ、その結果、電極１２１が折れたりクラックの発生を防止して二次電池の品質性を高めることができる。

一方、前記電極１２１は、巻取終端部（図４からみるとき、集電体の右側の端部）に電極活物質がない第２無地部１２１ｄを含み、前記第２無地部１２１ｄ、前記第１コーティング層１２１ａの終端Ｃ及び前記第２コーティング層１２１ｂの終端Ｄは階段状の段差を形成することができる。

すなわち、第２無地部１２１ｄ、前記第１コーティング層１２１ａの終端Ｃ及び前記第２コーティング層１２１ｂの終端Ｄは、漸進的な高さを有する階段状の段差を形成することができる。

これにより、電極１２１は、前記第２無地部１２１ｄ、前記第１コーティング層１２１ａの終端Ｃ及び前記第２コーティング層１２１ｂの終端Ｄが前記コア部１１０に順次に巻き取られ、その結果、安定した巻取力とクラックの発生を防止することができる。

第１発明の第３実施例
第１発明の第３実施例による二次電池１００は、図５に示すとおり、電極１２１に備えられた第１無地部１２１ｃに電極タブ１２３を備えてよい。特に、前記電極タブ１２３は、前記第１コーティング層１２１ａの一端Ａと接する前記第１無地部１２１ｃに備えられてよく、これにより前記電極タブ１２３と前記第１コーティング層１２１ａとの間に隙間及び段差を除去して安定的に電極１２１を巻き取ることができる。

ここで、前記電極タブ１２３と前記第１コーティング層１２１ａは同一の厚さを有してよく、これによって前記電極タブ１２３と前記第１コーティング層１２１Ａとの間に段差を完璧に除去することができ、その結果、より安定的に電極１２１を巻き取ることができる。

第１発明の第４実施例
第１発明の第４実施例による二次電池１００は、図６に示すとおり、電極１２１を含むが、前記電極１２１は集電体１２１ｚ、前記集電体１２１ｚの表面に電極活物質を１次コーティングした第１コーティング層１２１ａ、前記第１コーティング層１２１ａの外側に電極活物質を２次コーティングした第２コーティング層１２１ｂ、前記第２コーティング層１２１ｂの外側に電極活物質を３次コーティングする第３コーティング層１２１ｅ及び前記第３コーティング層１２１ｅの外側に電極活物質を４次コーティングする第４コーティング層１２１ｆを含んでよい。

ここで、前記電極１２１は、前記電極１２１の巻取方向を基準に前記第２コーティング層１２１ｂの一端Ｂの長さを前記第１コーティング層１２１ａの一端Ａの長さより小さく形成し、前記第３コーティング層１２１ｅの一端Ｅの長さを前記第２コーティング層１２１ｂの一端Ｂの長さより小さく形成し、前記第４コーティング層１２１ｆの一端Ｆの長さを前記第３コーティング層１２１ｅの一端Ｅの長さより小さく形成することができる。これによって、前記第１、第２、第３及び第４コーティング層の一端の階段状の段差（図６に示された点線参照）を形成することができる。

したがって、前記電極１２１は、前記第１、第２、第３及び第４コーティング層の一端が緩やかな傾斜を有した段差を具現し、コア部１１０に順次に巻き取られつつ安定した巻取力を得ることができる。

［第２発明の電極］
第２発明の電極１２１は、図７に示すとおり、集電体１２１ｚ、前記集電体１２１ｚの表面に電極活物質を１次コーティングした第１コーティング層１２１ａ、及び前記第１コーティング層の外側に電極活物質を２次コーティングした第２コーティング層１２１ｂを含み、前記電極１２１の巻取方向を基準に前記第２コーティング層１２１ｂの一端Ｂの長さを前記第１コーティング層１２１ａの一端Ａの長さより短く形成し、巻取中心から外側方向に進むにつれて前記第１コーティング層１２１ａの一端Ａと前記第２コーティング層１２１ｂの一端Ｂとの間に段差が形成される。

このように、第２発明の電極１２１は、一端に段差を形成してその後のコア部の巻取の際に安定した巻取力を得ることができる。

参考までに、第１発明の第１実施例は二次電池をその対象とするが、第２発明はその二次電池の内部に入る電極をその対象とすることに差がある。

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り示され、特許請求の範囲の意味及び範囲そしてその均等概念から導出される多様な実施形態が可能である。

Claims

電極と分離膜が交互に積層されて巻き取られる電極組立体を含み、
前記電極は、
集電体、前記集電体の表面に電極活物質を１次コーティングした第１コーティング層、及び前記第１コーティング層の外側に電極活物質を２次コーティングした第２コーティング層を含み、
前記電極の巻取方向を基準に前記第２コーティング層の一端の長さを前記第１コーティング層の一端の長さより短く形成し、巻取中心から外側方向に進むにつれて前記第１コーティング層の一端と前記第２コーティング層の一端との間に段差が形成される二次電池。
前記電極は、巻取開始部に電極活物質がない第１無地部を含み、
前記第１無地部、前記第１コーティング層の一端及び前記第２コーティング層の一端は、階段状の段差を形成する請求項１に記載の二次電池。
前記電極組立体を巻き取るためのコア部を含み、
前記第２コーティング層の一端は、前記第１コーティング層の一端で前記コア部の円周長さほど小さく形成する請求項１または２に記載の二次電池。
前記電極は、巻取終端部にコーティングされた前記第２コーティング層の終端の長さを前記第１コーティング層の終端長さより短く形成し、前記第２コーティング層の終端と前記第１コーティング層の終端との間に段差を形成する請求項１から３のいずれか一項に記載の二次電池。
前記電極は、巻取終端部に電極活物質がない第２無地部を含み、
前記第２無地部、前記第１コーティング層の終端及び前記第２コーティング層の終端は、階段状の段差を形成する請求項４に記載の二次電池。
前記第１コーティング層と前記第２コーティング層は、同一のコーティング厚さを有する請求項１から５のいずれか一項に記載の二次電池。
前記第１コーティング層と前記第２コーティング層は、互いに異なるコーティング厚さを有する請求項１から５のいずれか一項に記載の二次電池。
前記電極は、
前記第２コーティング層の外側に電極活物質を３次コーティングする第３コーティング層と、前記第３コーティング層の外側に電極活物質を４次コーティングする第４コーティング層をさらに含む請求項１から７のいずれか一項に記載の二次電池。
前記電極は、巻取開始部にコーティングされた前記第３コーティング層の一端の長さを前記第２コーティング層の一端の長さより小さく形成し、前記第４コーティング層の一端の長さを前記第３コーティング層の一端の長さより小さく形成し、
前記第１、第２、第３及び第４コーティング層の一端は、階段状の段差を形成する請求項８に記載の二次電池。
前記第１無地部には、電極タブを備える請求項２に記載の二次電池。
前記電極タブは、前記第１コーティング層の一端と接する前記第１無地部に備えられつつ、前記電極タブと前記第１コーティング層との間に段差を除去する請求項１０に記載の二次電池。
集電体；
前記集電体の表面に電極活物質を１次コーティングした第１コーティング層；及び
前記第１コーティング層の外側に電極活物質を２次コーティングした第２コーティング層を含み、
相互対応する前記第２コーティング層の一端の長さは、前記第１コーティング層の一端の長さより短く形成し、前記第１コーティング層の一端と前記第２コーティング層の一端との間に段差を形成する電極。
前記集電体の一端には電極活物質がない第１無地部を含み、
前記第１無地部、前記第１コーティング層の一端及び前記第２コーティング層の一端は、階段状に連結される段差を形成する請求項１２に記載の電極。
前記第１無地部には電極タブを備え、
前記電極タブは、前記第１コーティング層の一端に接する前記第１無地部に備えられつつ、前記電極タブと前記第１コーティング層の一端との間に段差を除去する請求項１３に記載の電極。