JP2024502801A - 電極組立体およびそれを含む電池セル - Google Patents
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Abstract
本発明の一実施形態による電極組立体は、正極集電体および前記正極集電体上に位置する正極活物質層を含む正極；および負極集電体および前記負極集電体上に位置する負極活物質層を含む負極を含み、前記正極と前記負極は前記正極活物質層と前記負極活物質層が互いに対面する方向に配置され、前記正極は前記正極活物質層の端部から前記正極活物質層のうち少なくとも一部までカバーする絶縁コート層を含み、前記絶縁コート層は前記正極活物質層の端部を基準として前記正極活物質層の中心部に向かって突出している少なくとも一つの突出部を含む。
Description
［関連出願との相互引用］
本出願は２０２１年１０月２１日付韓国の特許出願第１０－２０２１－０１４１１１３号および２０２２年１０月２１日付韓国の特許出願第１０－２０２２－０１３６３４３号に基づく優先権の利益を主張し、当該韓国の特許出願の文献に開示されたすべての内容は本明細書の一部として含まれる。
本出願は２０２１年１０月２１日付韓国の特許出願第１０－２０２１－０１４１１１３号および２０２２年１０月２１日付韓国の特許出願第１０－２０２２－０１３６３４３号に基づく優先権の利益を主張し、当該韓国の特許出願の文献に開示されたすべての内容は本明細書の一部として含まれる。
本発明は電極組立体およびそれを含む電池セルに関し、より具体的には容量損失を最小化しながらも、Ｎ／Ｐ比の逆転を防止することにより、リチウムイオンの析出を防止する電極組立体およびそれを含む電池セルに関する。
モバイル機器に対する技術開発と需要の増加によりエネルギ源としての二次電池の需要が急激に増加している。特に、二次電池は携帯電話、デジタルカメラ、ノートパソコン、ウェアラブルデバイスなどのモバイル機器だけでなく、電気自転車、電気自動車、ハイブリッド電気自動車などの動力装置に対するエネルギ源としても多くの関心を集めている。
二次電池は正極、負極および分離膜からなる電極組立体をケースに挿入した後密封して形成することができる。ここで、正極または負極のような二次電池用電極は集電体上で活物質層と前記活物質層が形成されていない無地部が形成されている。前記活物質層は活物質スラリーがコートされて形成される。また、前記活物質層は電極集電体と接着性が増加し、活物質容量密度が増加するように圧延工程が含まれ得る。
本発明が解決しようとする課題は、容量損失を最小化しながらも、Ｎ／Ｐ比の逆転を防止することにより、リチウムイオンの析出を防止する電極組立体およびそれを含む電池セルを提供することにある。
本発明が解決しようとする課題は上述した課題に制限されるものではなく、言及されていない課題は本明細書および添付する図面から本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者に明確に理解されるものである。
本発明の一実施形態による電極組立体は、正極集電体および前記正極集電体上に位置する正極活物質層を含む正極；および負極集電体および前記負極集電体上に位置する負極活物質層を含む負極を含み、前記正極と前記負極は前記正極活物質層と前記負極活物質層が互いに対面する方向に配置され、前記正極は前記正極活物質層の端部から前記正極活物質層のうち少なくとも一部までカバーする絶縁コート層を含み、前記絶縁コート層は前記正極活物質層の端部を基準として前記正極活物質層の中心部に向かって突出している少なくとも一つの突出部を含む。
前記正極集電体は前記正極活物質層が位置しない第１無地部を含み、前記負極集電体は前記負極活物質層が位置しない第２無地部を含み得る。
前記絶縁コート層は前記第１無地部と前記正極活物質層の境界線を基準として前記第１無地部の少なくとも一部まで延びていてもよい。
この時、前記絶縁コート層は前記第１無地部全体の面積を基準として１０％～５０％の範囲で第１無地部をカバーするものであり得、前記正極活物質層と前記第１無地部をカバーする比率は２：１～１：２の面積比率であり得る。
前記正極活物質層の端部は前記第１無地部に向かう方向に行くほど前記正極活物質層の中心部の厚さより薄くなり、前記負極活物質層の端部は前記第２無地部に向かう方向に行くほど前記負極活物質層の中心部の厚さより薄くなり得る。
前記突出部の長さは、前記正極活物質層と前記第１無地部の境界線を基準として、前記正極活物質層から前記負極活物質層のうち前記負極活物質層の中心部の厚さに対して０．９以上～１．０以下の比率の厚さを有する領域と対面する領域までの長さであり得る。前記正極活物質層の一部は前記正極活物質層の中心部の厚さと同じ厚さを有し得る。
前記突出部の幅は前記正極活物質層の幅に対して２０％～５０％の範囲を突出部の個数で割った絶対値の範囲であり得る。
前記第１無地部の長さは前記第２無地部の長さと同一であるか、それより大きくてもよい。
前記突出部は二つ以上形成されており、これらは互いに離隔していてもよい。
この時、前記突出部が互いに離隔している距離は前記突出部の幅と同一であるか、それより小さくてもよい。
この時、前記突出部が互いに離隔している距離は前記突出部の幅と同一であるか、それより小さくてもよい。
前記絶縁コート層はリチウムイオンが通過できない材質からなり得る。
前記正極と前記負極の間に分離膜が位置し得る。
本発明の他の一実施形態による電池セルは前記で説明した電極組立体を含む。
前記正極と前記負極の間に分離膜が位置し得る。
本発明の他の一実施形態による電池セルは前記で説明した電極組立体を含む。
以下、添付する図面を参照して本発明の様々な実施形態について本発明が属する技術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詳細に説明する。本発明は様々な異なる形態で実現することができ、ここで説明する実施形態に限定されない。
本発明を明確に説明するために説明と関係ない部分は省略し、明細書全体にわたって同一または類似の構成要素に対しては同じ参照符号を付ける。
また、図面に示す各構成の大きさおよび厚さは説明の便宜上任意に示したので、本発明は必ずしも示されたところに限られない。図面で複数の層および領域を明確に表現するために厚さを誇張して示した。そして図面では、説明の便宜上一部の層および領域の厚さを誇張して示した。
また、明細書全体で、ある部分がある構成要素を「含む」というとき、これは特に反対の意味を示す記載がない限り、他の構成要素を除くのではなく他の構成要素をさらに含み得ることを意味する。
また、明細書全体で、「平面上」というとき、これは対象部分を上から見たときを意味し、「断面上」というとき、これは対象部分を垂直に切断した断面を横から見たときを意味する。
以下では、本発明の実施形態による電極組立体について説明する。ただし、ここでは前記電極組立体の一つの正極と一つの負極を基準として説明するが、前記電極組立体は必ずしもこれに限定されるものではなく、複数の正極と複数の負極が交差して配置されている構造である場合にも同一または類似の内容により説明されることができる。
図１は従来の電極組立体を示す断面図である。
図１を参照すると、従来の電極組立体は正極１０および負極２０を含み、正極１０は正極集電体１１上に正極活物質層１５が位置し、負極２０は負極集電体２１上に負極活物質層２５が位置する。
図１を参照すると、従来の電極組立体は正極１０および負極２０を含み、正極１０は正極集電体１１上に正極活物質層１５が位置し、負極２０は負極集電体２１上に負極活物質層２５が位置する。
一般に、正極１０および負極２０について、バッテリの安全性および容量に対する指標としてＮ／Ｐ比を測定する。ここで、Ｎ／Ｐ比は、負極充電容量から負極不可逆容量を引いた値に対して正極充電容量から正極不可逆容量または負極不可逆容量のうちの大きい値を引いた値で除した値である。
この時、Ｎ／Ｐ比は安全性および容量に重大な影響を及ぼすので、通常１００以上でなければならない。すなわち、言葉を変えれば、これとは異なり、Ｎ／Ｐ比が１００未満の場合、Ｎ／Ｐ比が逆転したと表現することができ、充放電時に負極２０の表面にリチウムイオンが析出されやすく、高率の充放電時に電池の安全性を急激に劣化させる問題がある。
そのため、正極１０および負極２０について、Ｎ／Ｐ比が１００以上になるように正極１０および負極２０の大きさ、位置、形状などを設計する必要がある。
図１を参照すると、リチウムイオンは正極活物質層１５から負極活物質層２５に移動する。この時、通常は工程上正極スラリーあるいは負極スラリーの流動性により、正極活物質層１５の端部および負極活物質層２５の端部は少しずつ厚さが薄くなる。
この時、正極活物質層１５の端部と負極活物質層２５端部の位置および／または厚さの差などにより、正極活物質層１５の端部と負極活物質層２５の端部が互いに対面する位置でＮ／Ｐ比が逆転する問題が発生する。特に、負極活物質層２５の端部が薄くなる程度が正極活物質層１５の端部が薄くなる程度より大きい場合には、このような問題がより発生しやすくなる。
このようにＮ／Ｐ比が逆転する場合、リチウムイオンが正極活物質層１５から負極活物質層２５に完全に移動できず、リチウムイオンの一部が負極２０の表面に析出される問題がある。
そのため、従来の電極組立体とは異なり、容量損失を最小化しながらも、Ｎ／Ｐ比の逆転を防止することにより、リチウムイオンの析出を防止する電極組立体およびそれを含む電池セルを開発する必要がある。
図２は本発明の一実施形態による電極組立体の一部を示す断面図である。
図２を参照すると、本発明の一実施形態による電極組立体は、正極集電体１１０および正極集電体１１０上に位置する正極活物質層１５０を含む正極１００；および負極集電体２１０および負極集電体２１０上に位置する負極活物質層２５０を含む負極２００を含む。
図２を参照すると、本発明の一実施形態による電極組立体は、正極集電体１１０および正極集電体１１０上に位置する正極活物質層１５０を含む正極１００；および負極集電体２１０および負極集電体２１０上に位置する負極活物質層２５０を含む負極２００を含む。
より具体的には、正極１００と負極２００は正極活物質層１５０と負極活物質層２５０が互いに対面する方向に配置される。また、図２に示していないが、正極１００と負極２００の間に分離膜（図示せず）が位置することができる。より具体的には、前記分離膜（図示せず）は互いに対面する正極活物質層１５０と負極活物質層２５０の間に位置することができる。
正極集電体１１０は電池に化学的変化を誘発せず、かつ導電性を有するものであれば、特に制限されるものではなく、例えば、ステンレススチール、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スチール表面に炭素、ニッケル、チタン、銀などで表面処理したものなどを使用することができる。
正極活物質層１５０は正極活物質を含む正極スラリーが正極集電体１１０上に付着または塗布される形態で製造されることができ、前記正極スラリーは前記正極活物質以外にも導電材および高分子材料をさらに含むことができる。
前記正極活物質は、一例として、リチウムコバルト酸化物（ＬｉＣｏＯ２）、リチウムニッケル酸化物（ＬｉＮｉＯ２）；リチウムマンガン酸化物；リチウム銅酸化物（Ｌｉ２ＣｕＯ２）；バナジウム酸化物；Ｎｉサイト型リチウムニッケル酸化物；リチウムマンガン複合酸化物；スピネル構造のリチウムマンガン複合酸化物；化学式Ｌｉの一部がアルカリ土金属イオンに置換されたＬｉＭｎ２Ｏ４；ジスルフィド化合物；Ｆｅ２（ＭｏＯ４）３などを含むことができる。
負極集電体２１０は電池に化学的変化を誘発せず、かつ高い導電性を有するものであれば、特に制限されるのではなく、例えば、銅、ステンレススチール、アルミニウム、ニッケル、チタン、焼成炭素、銅やステンレススチールの表面に炭素、ニッケル、チタン、銀などで表面処理したもの、アルミニウム－カドミウム合金などを使用することができる。
負極活物質層２５０は負極活物質を含む負極スラリーが負極集電体２１０上に付着または塗布される形態で製造されることができ、前記負極スラリーは前記負極活物質の以外にも導電材および高分子材料をさらに含むことができる。
前記負極活物質は当業界において通常のものであるリチウム二次電池用負極活物質を使用することができ、一例として、リチウム金属、リチウム合金、石油コークス、活性化炭素（ａｃｔｉｖａｔｅｄ ｃａｒｂｏｎ）、グラファイト（ｇｒａｐｈｉｔｅ）、ケイ素、スズ、金属酸化物またはその他炭素類などのような物質を使用することができる。
前記分離膜（図示せず）は正極１００と負極２００を分離してリチウムイオンの移動通路を提供するものであり、通常、リチウム二次電池でセパレータとして用いられるものであれば、特に制限なく用いることができ、特に電解質のイオン移動に対して低抵抗であり、かつ電解液含湿能力に優れるものが好ましい。
図２を参照すると、正極集電体１１０は正極活物質層１５０が位置しない第１無地部１１０ａを含むことができ、負極集電体２１０は負極活物質層２５０が位置しない第２無地部２１０ａを含むことができる。ここで、第１無地部１１０ａの一部に正極タブ（図示せず）が付着し、第２無地部２１０ａの一部に負極タブ（図示せず）が付着する。これにより、正極１００および負極２００は前記正極タブ（図示せず）および前記負極タブ（図示せず）を介して、互いに異なる正極１００または負極２００と電気的に接続されることができ、外部構成要素と電気的に接続されることができる。
より具体的には、第１無地部１１０ａの長さは第２無地部２１０ａの長さと同一であるか、それより大きくてもよい。言葉を変えれば、正極活物質層１５０の端部と正極集電体１１０の端部の間の距離は負極活物質層２５０の端部と負極集電体２１０の端部の間の距離と同一であるか、それより大きくてもよい。すなわち、負極活物質層２５０の端部が正極活物質層１５０の端部より外側に位置し、負極活物質層２５０の面積が正極活物質層１５０の面積より大きくてもよい。
これにより、本実施形態による電極組立体で、正極活物質層１５０の端部と対面する負極活物質層２５０の反応面積が相対的に大きいため、リチウムイオンが正極活物質層１５０の端部から負極活物質層２５０に容易に移動できる。すなわち、本実施形態はＮ／Ｐ比が逆転するリスクを最小化することができ、リチウムイオンの析出もまた、防止することができる。
図３は図２の電極組立体に含まれた正極を示す断面図である。図４は図３の正極の上面図である。
図３および図４を参照すると、正極１００は正極活物質層１５０の端部から正極活物質層１５０の少なくとも一部までカバーする絶縁コート層１１５を含む。言葉を変えれば、絶縁コート層１１５は第１無地部１１０ａと正極活物質層１５０の境界線を基準として正極活物質層１５０の少なくとも一部までカバーすることができる。
ここで、絶縁コート層１１５はリチウムイオンが通過できない材質からなる。一例として、絶縁コート層１１５はＰＶＤＦ（Ｐｏｌｙｖｉｎｙｌｉｄｅｎｅ ｆｌｕｏｒｉｄｅ、ポリビニリデンフルオリド）、ＰＶＤＦおよびセラミックの混合物、セラミックとＳＢＲ（Ｓｔｙｒｅｎｅ Ｂｕｔａｄｉｅｎｅ Ｒｕｂｂｅｒ、スチレン－ブタジエンゴム）の混合物などのような材質からなる。ただし、これに限定されるものではなく、リチウムイオンが通過できない材質であれば、本実施形態に含まれ得る。
したがって、本実施形態による電極組立体は、正極活物質層１５０の一部にカバーされている絶縁コート層１１５により、負極活物質層２５０の端部と対面する正極活物質層１５０の面積を調節できる。すなわち、正極活物質層１５０の端部と対面する負極活物質層２５０の反応面積を相対的に調節して、Ｎ／Ｐ比が逆転することを防止することができる。
また、絶縁コート層１１５は第１無地部１１０ａと正極活物質層１５０の境界線を基準として第１無地部１１０ａの少なくとも一部まで延びている。言葉を変えれば、絶縁コート層１１５は第１無地部１１０ａと正極活物質層１５０の境界線を基準として第１無地部１１０ａおよび正極活物質層１５０に向かってそれぞれ延びている。
この時、絶縁コート層１１５は第１無地部１１０ａ全体の面積Ｓを基準として１０％～５０％の範囲Ｓ１で第１無地部１１０ａをカバーする
前記範囲を外れ、絶縁コート層１１５が過度に多い第１無地部１１０ａをカバーする場合、タブが付着する領域に絶縁コート層１１５が形成され得るため、伝導性に影響を及ぼし得、過度に小さい場合、正極活物質層１５０と第１無地部１１０ａの境界線が露出し得るので好ましくない。
また、正極活物質層１５０の一部と第１無地部１１０ａの一部をカバーする形態であれば、その面積比率は限定されないが、例えば、正極活物質層１５０と第１無地部１１０ａをカバーする比率は２：１～１：２の面積比率（Ｓ２：Ｓ１）であり得る。
正極活物質層１５０を過度に多くカバーする場合は、容量損失が大きくなり、過度に少なくカバーする場合、Ｎ／Ｐ比の逆転防止効果を十分に得ることができないため、前記のような面積比率で、絶縁コート層１１５が正極活物質層１５０と第１無地部１１０ａをカバーすることがより好ましい。
したがって、本実施形態による電極組立体は、絶縁コート層１１５が第１無地部１１０ａと正極活物質層１５０の境界線をカバーしているため、絶縁コート層１１５によるＮ／Ｐ比の逆転防止効果がより向上することができる。
図３および図４を参照すると、絶縁コート層１１５は正極活物質層１５０の端部を基準として正極活物質層１５０の中心部に向かって突出している少なくとも一つの突出部を含む。一例として、前記少なくとも一つの突出部は図４のように四角形の形状を有することができる。ただし、前記少なくとも一つの突出部の形状はこれに限定されるものではなく、互いに離隔して正極活物質層１５０をカバーできる形状であれば、本実施形態に含まれ得る。
したがって、本実施形態による電極組立体は、絶縁コート層１１５に含まれた前記突出部の大きさおよび／または形状などにより、負極活物質層２５０の端部と対面する正極活物質層１５０の面積を調節することができる。すなわち、正極活物質層１５０の端部と対面する負極活物質層２５０の反応面積を調節して、Ｎ／Ｐ比が逆転することを防止することができる。
図２を参照すると、正極活物質層１５０の端部は第１無地部１１０ａに向かう方向に行くほど正極活物質層１５０の中心部の厚さより薄くなり、負極活物質層２５０の端部は第２無地部２１０ａに向かう方向に行くほど負極活物質層２５０の中心部の厚さより薄くなる。より具体的には、正極１００は前記正極スラリーが正極集電体１１０上に塗布されることにより、正極活物質層１５０と第１無地部１１０ａの境界に位置する正極活物質層１５０は前記正極スラリーの流動性により少しずつ厚さが薄くなる。これは負極２００も同様に説明されることができる。
また、正極活物質層１５０で、正極活物質層１５０の両端部を除いた残りの部分は正極活物質層１５０の中心部を意味する。ここで、正極活物質層１５０の中心部は正極活物質層１５０の端部とは異なり、平坦な厚さを有することができる。ここで、平坦な厚さとは互いに同一であるか、類似の厚さを有することを意味する。これは負極２００も同様に説明されることができる。
図２および図４を参照すると、前記突出部は正極活物質層１５０の端部から正極活物質層１５０の一部まで延びている。ここで、正極活物質層１５０の一部は正極活物質層１５０の中心部の厚さと同じ厚さを有することができる。
ここで、前記突出部の長さｄ１は、正極活物質層１５０と対面する負極活物質層２５０の厚さを基準として決定される。
一般に、電極組立体は正極活物質層１５０の中心部のように平坦な部分と負極活物質層２５０の中心部のように平坦な部分を基準として、Ｎ／Ｐ比が１１０以上になるように設計され、このような値をあらかじめ設計されたＮ／Ｐ比という。この時、負極活物質層２５０の中心部の厚さに対して正極活物質層１５０の中心部のように平坦な部分と対面する負極活物質層２５０の厚さは１００／Ａ（Ａ＝あらかじめ設計されたＮ／Ｐ比）以上を満たさなければならない。一例として、あらかじめ設計されたＮ／Ｐ比が１１０である場合、負極活物質層２５０の中心部の厚さに対して正極活物質層１５０の中心部のように平坦な部分と対面する負極活物質層２５０の厚さは概ね０．９以上の比率を有さなければならない。
そのため、正極活物質層１５０と対面する負極活物質層２５０の厚さが負極活物質層２５０の中心部の厚さに対して０．９以上の比率を有する場合、該当部分でのＮ／Ｐ比は１００以上の値を有すると見ることができる。
より具体的には、図３および図４を参照すると、前記突出部の長さｄ１は、正極活物質層１５０と第１無地部１１０ａの境界線を基準として、正極活物質層１５０から負極活物質層２５０のうち負極活物質層２５０の中心部の厚さに対して０．９以上～１．０以下の比率の厚さを有する領域と対面する領域までの長さであり得る。
そのため、前記突出部の長さｄ１が上述した範囲に含まれ、Ｎ／Ｐ比が１００以上の値を有することができ、リチウムイオンの析出もまた防止することができる。
これとは異なり、前記突出部の長さｄ１が、正極活物質層１５０と第１無地部１１０ａの境界線を基準として、正極活物質層１５０から負極活物質層２５０のうち負極活物質層２５０の中心部の厚さに対して０．９未満の比率の厚さを有する領域と対面する領域までの長さである場合、Ｎ／Ｐ比が１００未満の値を有することになる。すなわち、この場合、Ｎ／Ｐ比が逆転し得、リチウムイオンが容易に析出される問題が発生し得る。
また、突出部の幅ｄ３は正極活物質層１５０の幅、すなわち、正極活物質層１５０と第１無地部１１０ａの境界面方向に対して２０％～５０％の範囲を突出部の個数で割った絶対値の範囲であり得る。
例えば、突出部が２個形成されている場合は、それぞれの突出部の幅ｄ３は正極活物質層１５０の幅に対して１０％（２０／２）～２５％（５０／２）であり得、図４に示すように、突出部が５個形成されている場合、それぞれの突出部の幅ｄ３は正極活物質層１５０の幅に対して４％（２０／５）～１０％（５０／５）の範囲であり得る。
また、本実施形態による電極組立体は、正極１００に絶縁コート層１１５が位置して、正極活物質層１５０から負極活物質層２５０に向かって移動するリチウムイオンは、図２のように、絶縁コート層１１５が形成されていない正極活物質層１５０に移動して正極活物質層１５０の外側に移動することができる。
しかし、この場合、絶縁コート層１１５によりリチウムイオンの移動距離が長くなることにより、正極活物質層１５０でのリチウムイオンの一部が充放電時に反応に参加できない場合が発生し得、これに伴う容量損失の問題があり得る。
これを考慮して、本実施形態による電極組立体は、図４のように、絶縁コート層１１５で、前記突出部が二つ以上で形成されており、これらは互いに離隔している。言葉を変えれば、前記突出部を二つ以上形成して突出部の間に位置する正極活物質層１５０は負極活物質層２５０に向かって露出するようにすることができる。
そのため、正極活物質層１５０におけるリチウムイオンの一部は、絶縁コート層１１５の前記少なくとも一つの突出部の間に露出している正極活物質層１５０を介して負極活物質層２５０に移動することができる。
すなわち、本実施形態による電極組立体は、正極活物質層１５０の一部を絶縁コート層１１５でカバーしてＮ／Ｐ比の逆転を防止しながらも、絶縁コート層１１５の前記少なくとも一つの突出部の間に正極活物質層１５０の一部を負極活物質層２５０に向かって露出させて、絶縁コート層１１５による容量損失を最小化することができる。
また、図４を参照すると、絶縁コート層１１５で、前記突出部が互いに離隔している距離ｄ２は前記突出部の幅ｄ３と同一であるか、それより小さい。
一例として、前記少なくとも一つの突出部が互いに離隔している距離ｄ２は(２／３＊前記突出部の幅ｄ３)より大きいか、前記突出部の幅ｄ３より小さい。これは絶縁コート層１１５が位置する正極活物質層１５０に含まれたリチウムイオンを基準として、左側、右側、および下方に移動できることと、リチウムイオンが両側で移動できることを考慮して計算されたものである。
ただし、これに限定されるものではなく、前記少なくとも一つの突出部が互いに離隔している距離ｄ２は、絶縁コート層１１５のＮ／Ｐ比の逆転防止効果を最大化しながらも、絶縁コート層１１５による容量損失を最小化できる程度であれば、本実施形態に含まれ得る。
そのため、前記少なくとも一つの突出部が互いに離隔している距離ｄ２は上述した範囲に含まれ、絶縁コート層１１５によりＮ／Ｐ比の逆転を防止しながらも、絶縁コート層１１５による容量損失を最小化することができる。
これとは異なり、前記少なくとも一つの突出部が互いに離隔している距離ｄ２が過度に小さい場合、負極活物質層２５０に向かって露出している正極活物質層１５０の面積が過度に減り、絶縁コート層１１５による容量損失が大きくなる。また、前記少なくとも一つの突出部が互いに離隔している距離ｄ２が過度に大きい場合、絶縁コート層１１５によりカバーされている正極活物質層１５０の面積が過度に減り、絶縁コート層１１５のＮ／Ｐ比の逆転防止効果が低下し得る。
一方、本発明の他の一実施形態による電池セルは上述した電極組立体を含む。また、前記電池セルは複数積層された形態で電池モジュール内に含まれ得る。また、前記電池モジュールは一つまたはそれ以上がパックケース内にパッケージングされて電池パックを形成することもできる。
前述した電池モジュールおよびそれを含む電池パックは多様なデバイスに適用することができる。このようなデバイスには、電気自転車、電気自動車、ハイブリッド自動車などの運送手段に適用できるが、本発明はこれに制限されず、電池モジュールおよびそれを含む電池パックを使用できる多様なデバイスに適用することが可能であり、これもまた本発明の権利範囲に属する。
以上、本発明の好ましい実施形態について詳細に説明したが、本発明の権利範囲はこれに限定されるものではなく、次の特許請求の範囲で定義している本発明の基本概念を利用した当業者の様々な変形および改良形態も本発明の権利範囲に属する。
実施形態によれば、本発明は正極が前記正極活物質層の端部から前記正極活物質層の少なくとも一部までカバーする絶縁コート層を含む電極組立体およびそれを含む電池セルに関するものであり、前記絶縁コート層が前記正極活物質層の端部を基準として前記正極活物質層の中心部に向かって突出している少なくとも一つの突出部を含み、容量損失を最小化しながらもＮ／Ｐ比の逆転を防止することにより、リチウムイオンの析出を防止することができる。
本発明の効果は上述した効果に制限されるものではなく、言及されていない効果は本明細書および添付する図面から本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者に明確に理解されるものである。
１００ 正極
１１０ 正極集電体
１１０ａ 第１無地部
１１５ 絶縁コート層
１５０ 正極活物質層
２１０ 負極集電体
２１０ａ 第２無地部
２５０ 負極活物質層
２００ 負極
１１０ 正極集電体
１１０ａ 第１無地部
１１５ 絶縁コート層
１５０ 正極活物質層
２１０ 負極集電体
２１０ａ 第２無地部
２５０ 負極活物質層
２００ 負極
Claims (15)
- 正極集電体および前記正極集電体上に位置する正極活物質層を含む正極；および
負極集電体および前記負極集電体上に位置する負極活物質層を含む負極を含み、
前記正極と前記負極は前記正極活物質層と前記負極活物質層が互いに対面する方向に配置され、
前記正極は前記正極活物質層の端部から前記正極活物質層の少なくとも一部までカバーする絶縁コート層を含み、
前記絶縁コート層は前記正極活物質層の端部を基準として前記正極活物質層の中心部に向かって突出している少なくとも一つの突出部を含む、電極組立体。 - 前記正極集電体は前記正極活物質層が位置しない第１無地部を含み、
前記負極集電体は前記負極活物質層が位置しない第２無地部を含む、請求項１に記載の電極組立体。 - 前記絶縁コート層は前記第１無地部と前記正極活物質層の境界線を基準として前記第１無地部の少なくとも一部まで延びている、請求項２に記載の電極組立体。
- 前記絶縁コート層は前記第１無地部全体の面積を基準として１０％～５０％の範囲で前記第１無地部をカバーする、請求項３に記載の電極組立体。
- 前記絶縁コート層は前記正極活物質層と前記第１無地部をカバーする比率が２：１～１：２の面積比率である、請求項３に記載の電極組立体。
- 前記正極活物質層の端部は前記第１無地部に向かう方向に行くほど前記正極活物質層の中心部の厚さより薄くなり、
前記負極活物質層の端部は前記第２無地部に向かう方向に行くほど前記負極活物質層の中心部の厚さより薄くなる、請求項２に記載の電極組立体。 - 前記突出部の長さは、前記正極活物質層と前記第１無地部の境界線を基準として、前記正極活物質層から前記負極活物質層のうち前記負極活物質層の中心部の厚さに対して０．９以上～１．０以下の比率の厚さを有する領域と対面する領域までの長さである、請求項６に記載の電極組立体。
- 前記正極活物質層の一部は前記正極活物質層の中心部の厚さと同じ厚さを有する、請求項７に記載の電極組立体。
- 前記突出部の幅は前記正極活物質層の幅に対して２０％～５０％の範囲を突出部の個数で割った絶対値の範囲である、請求項１に記載の電極組立体。
- 前記第１無地部の長さは前記第２無地部の長さと同一であるか、それより大きい、請求項２に記載の電極組立体。
- 前記突出部は二つ以上形成されており、これらは互いに離隔している、請求項１に記載の電極組立体。
- 前記突出部が互いに離隔している距離は前記突出部の幅と同一であるか、それより小さい、請求項１１に記載の電極組立体。
- 前記絶縁コート層はリチウムイオンが通過できない材質からなる、請求項１に記載の電極組立体。
- 前記正極と前記負極の間に分離膜が位置する、請求項１に記載の電極組立体。
- 請求項１による電極組立体を含む、電池セル。
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