KR100249340B1 - Electrode used in a secondary battery - Google Patents
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Abstract
목적 : 인접된 전극과 반응되지 않는 부분의 불필요한 활물질을 제거하여 전지의 무게를 줄이고, 동일 용기에서 전체 활물질의 형성량을 늘일 수 있도록 하는데 적합한 이차전지용 전극을 제공하는 것이다.Purpose: To provide a secondary battery electrode suitable for removing the unnecessary active material in the portion that does not react with the adjacent electrode to reduce the weight of the battery, and to increase the amount of formation of the entire active material in the same container.
구성 : 이를 위하여, 세퍼레이터(4)를 개재하여 안쪽에 권취된 정극(2)의 활물질이 도포된 면과 비접촉되는 바깥쪽의 부극(60)의 대향면에는 활물질이 도포되지 않은 베이스 플레이트(62)가 대향되게 설치되고, 상기 정극의 활물질이 도포된 면과 접촉되는 부극의 대향면에는 베이스 플레이트에 도포된 활물질(64)이 대향된 구성으로 이루어진다.Composition: For this purpose, the base plate 62 without the active material applied to the opposite surface of the outer negative electrode 60 which is in contact with the surface on which the active material of the positive electrode 2 wound inside is interposed through the separator 4. Is disposed to face each other, and the active surface 64 applied to the base plate is disposed on the opposite surface of the negative electrode in contact with the surface on which the active material of the positive electrode is coated.
효과 : 상기한 부극은 인접된 정극의 활물질과 비접촉 및 비압착되는 영역에서 활물질을 제거함으로써, 그 제거된 양만큼 전지 전체의 무게를 줄일 수 있다. 또, 제거된 활물질 만큼 전극 롤의 직경이 축소되므로 전극의 전체 길이를 더 길게 형성할 수 있게 되는 것이며, 이에 따라 전체 활물질의 형성량이 증대되어 고용량의 전지를 실현할 수 있다.Effect: The negative electrode can reduce the weight of the entire battery by the amount removed by removing the active material in a region which is in non-contact and non-compression contact with the active material of the adjacent positive electrode. In addition, since the diameter of the electrode roll is reduced as much as the removed active material, the entire length of the electrode can be formed longer, whereby the amount of formation of the total active material can be increased, thereby realizing a high capacity battery.
Description
본 발명은 정극과 부극의 사이에 세퍼레이터가 개재되어서 권취되는 이차전지용 전극에 관한 것으로서, 특히 인접된 전극과 반응되지 않는 부분의 불필요한 활물질을 제거하여, 전지의 무게를 줄이거나 또는 동일 용기에서 전체 활물질의 형성량을 증대시킬 수 있도록 한 이차전지용 전극 구조에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a secondary battery electrode wound with a separator interposed between a positive electrode and a negative electrode. In particular, an unnecessary active material in a portion that does not react with an adjacent electrode is removed to reduce the weight of the battery or to make the whole active material in the same container. It relates to a secondary battery electrode structure that can increase the amount of formed.
이차전지는 재형성이 가능하고 소형 및 대용량화가 가능한 것으로서, 대표적인 것으로 니켈수소(Ni-MH)전지와 리튬(Li) 및 리튬이온(Li-ion)전지가 주로 사용되고 있다.Rechargeable secondary batteries can be reformed, miniaturized, and large-capacity. Representative examples are nickel-hydrogen (Ni-MH) batteries and lithium (Li) and lithium-ion (Li-ion) batteries.
지금까지 알려진 이차전지에서 리튬이온전지는 정극 활물질로 리튬-천이금속산화물이 사용되고, 부극활물질로 탄소 혹은 탄소복합체가 사용되며, 산소기, 질소기, 황산기 등을 포함한 한 개 이상의 유기 용매에 리튬염을 녹인 전해액이 사용된 것으로, 상기한 정극과 부극간에 리튬 이온이 이동되어 기전력을 발생시킴으로써 충·방전이 이루어지도록 한다.Lithium-ion batteries in lithium secondary batteries, which have been known so far, use lithium-transition metal oxides as positive electrode active materials, carbon or carbon complexes as negative electrode active materials, and use lithium salts in one or more organic solvents including oxygen, nitrogen, and sulfate groups. The melted electrolyte is used, and lithium ions are moved between the positive electrode and the negative electrode to generate an electromotive force, thereby performing charge and discharge.
이러한 리튬이온전지의 종래 공지된 구조가 도 3에 잘 나타나 있다.The conventionally known structure of such a lithium ion battery is well shown in FIG.
도면에 표시된 바와 같이, 리튬이온전지는 정극(2)과 세퍼레이터(4) 및 부극(6)이 함께 권취된 전극 롤(8)이 상기 부극(6)과 접속된 캔(10)의 내부에 수납되고, 그 캔(10)의 상부에 상기 정극(2)과 접속된 캡 어셈블리(12)가 설치되어서, 상기 캔(10)에 전해액이 주입된 후 밀봉된 구조로 이루어진다. 여기서, 전극 롤(8)은 그 상면과 하면에 절연판(14)을 개재하여 캡 어셈블리(12) 및 캔(10)과의 접촉이 방지된다.As shown in the figure, in a lithium ion battery, an electrode roll 8 in which a positive electrode 2, a separator 4, and a negative electrode 6 are wound together is stored in a can 10 connected to the negative electrode 6. The cap assembly 12 connected to the positive electrode 2 is provided on the can 10 so that the can 10 is filled with an electrolyte solution and then sealed. Here, the electrode roll 8 is prevented from contacting the cap assembly 12 and the can 10 via the insulating plate 14 on the upper and lower surfaces thereof.
이와 같이 구성된 리튬이온전지에 있어서, 정극 및 부극과 같은 전극(電極)은 전지의 종류에 따라 다소 차이가 있지만, 도 4에 도시된 바와 같이 베이스 플레이트(16)의 양면에 활물질(18)을 포함하는 슬러리를 도포하고, 이것을 건조 및 롤 프레스한 다음, 소정의 크기로 절단하는 공정에 의해 제조된다.In the lithium ion battery configured as described above, electrodes such as a positive electrode and a negative electrode are somewhat different depending on the type of the battery, but as shown in FIG. 4, the active material 18 is included on both sides of the base plate 16. It is manufactured by the process of apply | coating the slurry to make, drying and roll pressing this, and cutting | disconnecting to predetermined size.
이렇게 제조된 각각의 전극(2)(6)은 그 사이에 세퍼레이터(4)를 개재하여 롤 상으로 권취된 후 캔(10)의 내부로 삽입된다.Each of the electrodes 2 and 6 thus produced is wound onto a roll via a separator 4 therebetween and then inserted into the can 10.
그러나 종래 기술에서 설명된 전극 특히, 바깥쪽에 권취된 부극(6)은 도 5에 자세하게 도시된 바와 같이, 롤상의 권취 구조상 그 길이 방향의 양측 단부에서 안쪽에 권취된 정극(2)과 접촉 및 압착되지 않는 영역(A)(B)이 생성되는 바, 이 영역은 대향되는 면에 정극(2)의 활물질이 없어 실제적으로 반응에 기여하지 못하는 불필요한 영역으로 존재하는 것이며, 전지의 무게만을 증가시키고 있는 문제점이 있다.However, the electrode described in the prior art, in particular, the negative electrode 6 wound on the outer side is contacted and compressed with the positive electrode 2 wound on the inner side at both ends in the longitudinal direction of the rolled winding structure, as shown in detail in FIG. 5. A region (A) (B) is formed, which is an unnecessary region that does not actually contribute to the reaction because there is no active material of the positive electrode 2 on the opposite side, and only increases the weight of the battery. There is a problem.
또한, 상기한 불필요한 영역(A)(B)은 정해진 크기의 캔(10) 내부 공간을 줄여, 결과적으로 각 전극의 활물질 형성량을 감소되게 하는 문제점도 있다.In addition, the unnecessary area (A) (B) also has a problem of reducing the internal space of the can 10 of a predetermined size, resulting in a reduction in the amount of active material formation of each electrode.
따라서 본 발명은 종래 기술의 문제점을 해결하는 방안으로, 인접된 전극과의 비접촉 및 비압착부에서 활물질을 제거하여 전지의 경량화를 달성하고, 전체 전극의 활물질 형성량을 증대시킬 수 있도록 하는 이차전지용 전극을 제공함에 그 목적을 두고 있는 것이다.Accordingly, the present invention is to solve the problems of the prior art, to reduce the weight of the battery by removing the active material from the non-contact and non-compression parts with the adjacent electrode, and to increase the amount of active material formation of the entire electrode The purpose is to provide an electrode.
상기 목적을 실현하기 위한 수단으로, 본 발명은 세퍼레이터를 개재하여 안쪽에 권취된 정극의 활물질이 도포된 면과 비접촉되는 바깥쪽의 부극의 대향면에 활물질이 도포되지 않은 베이스 플레이트가 대향되게 설치하고, 상기 정극의 활물질이 도포된 면과 접촉되는 부극의 대향면에는 베이스 플레이트에 도포된 활물질이 대향되게 함을 특징으로 한다.As a means for realizing the above object, the present invention is installed in such a way that the base plate without the active material is opposed to the surface of the outer negative electrode which is in non-contact with the surface coated with the active material of the positive electrode wound inside the separator, The opposite surface of the negative electrode in contact with the surface to which the active material of the positive electrode is coated is characterized in that the active material applied to the base plate is opposed.
본 발명의 목적물인 부극은 기재인 베이스 플레이트의 한쪽 면에 활물질 슬러리를 도포하고, 다음 공정에서 나머지 한쪽 면에 활물질 슬러리를 도포함에 의해 얻어지는 것이다.The negative electrode which is the object of this invention is obtained by apply | coating an active material slurry to one surface of the base plate which is a base material, and apply | coating an active material slurry to the other surface in the next process.
이에 따라, 상기한 부극은 인접된 정극의 활물질과 비접촉 및 비압착되는 영역에서 활물질을 제거함으로써, 그 제거된 양만큼 전지 전체의 무게를 줄일 수 있는 것이다. 또, 상기 활물질이 제거된 만큼 전극 롤의 직경이 축소되므로 전극의 전체 길이를 더 길게 형성할 수 있게 되는 것이며, 이에 따라 전체 활물질의 형성량이 증대되어 고용량의 전지를 실현할 수 있게 된다.Accordingly, the negative electrode can reduce the weight of the entire battery by the removed amount by removing the active material in a region which is not in contact and non-compression with the active material of the adjacent positive electrode. In addition, since the diameter of the electrode roll is reduced as much as the active material is removed, the entire length of the electrode can be formed longer, thereby increasing the amount of forming the entire active material, thereby realizing a high capacity battery.
도 1은 본 발명에 의한 이차전지용 전극을 도시한 전개 단면도.1 is a developed cross-sectional view showing a secondary battery electrode according to the present invention.
도 2는 본 발명에 의한 이차전지를 도시한 평단면도.Figure 2 is a plan view showing a secondary battery according to the present invention.
도 3은 종래 공지된 이차전지의 전체 구성을 보인 종단면도.Figure 3 is a longitudinal sectional view showing the overall configuration of a conventionally known secondary battery.
도 4는 종래 공지된 이차전지용 전극의 전개 단면도.4 is a developed cross-sectional view of a conventionally known secondary battery electrode.
도 5는 도 3의 이차전지를 도시한 평단면도.5 is a cross-sectional view illustrating the secondary battery of FIG. 3.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings
2-정극 4-세퍼레이터2-positive 4-separator
60-부극 62-베이스 플레이트60-negative 62-base plate
64,66-활물질64,66-active substance
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면에 의거하여 보다 상세하게 설명한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
참고로 본 발명을 설명함에 있어, 종래 기술에서 인용된 도면에서 참조된 부분과 동일한 구성에 대하여는 설명의 중복을 피하기 위해 동일 부호를 부여하기로 한다.For reference, in describing the present invention, the same reference numerals will be given to the same components as those referred to in the drawings cited in the related art in order to avoid duplication of description.
도 1은 본 발명에 관련된 이차전지용 전극 구조를 나타내고 있다. 본 발명에서는 이차전지의 일 예로서 리튬이온전지에 사용되는 부극에 관하여 설명한다.1 shows a secondary battery electrode structure according to the present invention. In the present invention, a negative electrode used in a lithium ion battery as an example of a secondary battery will be described.
도면에서 설명 부호 (60)은 리튬이온전지용 부극을 지칭한다. 부극(60)은 베이스 플레이트(62)의 양쪽 면에 탄소 혹은 탄소복합체로 된 활물질(64)(66)을 각각 형성한 구성으로 되어 있다.In the drawings, reference numeral 60 denotes a negative electrode for a lithium ion battery. The negative electrode 60 has a structure in which active materials 64 and 66 made of carbon or carbon composite material are formed on both surfaces of the base plate 62, respectively.
이렇게 형성된 부극(60)은 도 2에 자세하게 도시된 바와 같이, 정극(2)과의 사이에 세퍼레이터(4)를 개재하여 롤 상으로 권취되는 것이며, 안쪽에는 정극(2)이 바깥쪽에는 부극(60)이 위치되도록 권취된 상태로 되어 있다.As described above, the negative electrode 60 is wound in a roll shape with the separator 4 interposed between the positive electrode 2 and the positive electrode 2 on the inside, and the negative electrode (on the outside). 60) is wound up to be located.
상기와 같이 롤의 바깥쪽으로 권취된 부극(60)은 안쪽으로 권취된 정극(2)의 활물질이 형성된 부분과 비접촉 및 비압착되는 영역(A1)(B1)에서, 불필요한 활물질을 제거하고, 나머지 부분에만 활물질이 형성되도록 한 구성으로 되는 것이다.As described above, the negative electrode 60 wound to the outside of the roll removes the unnecessary active material in the areas A1 and B1 where the active material of the positive electrode 2 wound inward is not contacted and non-compressed. Only the active material is formed to be a configuration.
예를 들어, 부극(60)의 내측 단부에 위치된 영역(A1)에서는 정극(2)의 활물질이 형성되지 않은 베이스 플레이트(2a)와 대향되는 면중에서, 바깥쪽 한면에만 활물질(66)을 형성한다.For example, in the region A1 located at the inner end of the negative electrode 60, the active material 66 is formed only on one outer side of the surface facing the base plate 2a where the active material of the positive electrode 2 is not formed. do.
여기서, 부극(60)의 한쪽 면에 활물질을 형성하는 이유는 전지의 과형성시 정극에서 발생된 리튬 이온이 부극으로 흡수되지 못할 경우, 베이스 플레이트(62)와 반응하여 석출되는 문제점을 해소하기 위한 것이다.Here, the reason for forming the active material on one side of the negative electrode 60 is to solve the problem of reacting with the base plate 62 when lithium ions generated from the positive electrode are not absorbed into the negative electrode when the battery is over-formed. .
한편, 부극(60)의 외곽 바깥쪽 단부에 위치된 영역(B1)에서는 정극(2)의 활물질과 대향되어 접촉 및 압착되는 안쪽 한면에만 활물질(64)을 형성하고, 그 바깥쪽면에서는 활물질을 제거한 구성으로 되어 있다.On the other hand, in the region B1 located at the outer outer end of the negative electrode 60, the active material 64 is formed only on one inner side of the positive electrode 2 which is opposed to the active material, and the active material 64 is removed from the outer side thereof. It is composed.
또 부극(60)의 최외곽 단부에 위치된 영역(B2)은 정극(2)과 비접촉 및 비압착되는 양쪽 면에서 모두 활물질이 없는 것으로 여기에는 탭이 부착되는 것이고, 반대로 내측 단부에는 양쪽면 모두에 활물질이 도포되지 않은 무지부(A2)가 형성되어 있다.In addition, the region B2 located at the outermost end of the negative electrode 60 has no active material on both sides of the positive electrode 2 in contact and non-compression, whereby tabs are attached thereto. The non-coated portion A2 to which the active material is not coated is formed.
이와 같이 구성된 본 발명의 목적물인 부극은 기재인 베이스 플레이트(62)의 한쪽 면에 영역(A1)(A2)(B2)를 제외한 상태로 활물질(64) 슬러리를 도포하고, 다음 공정에서 나머지 한쪽 면에 영역(A2)(B1)(B2)를 제외한 상태로 활물질(66) 슬러리를 도포한 다음, 이것을 건조 및 롤 프레스하고, 소정의 크기로 절단하는 공정에 의해 제조될 수 있다.The negative electrode which is the object of the present invention configured as described above applies the slurry of the active material 64 to one side of the base plate 62 as the base material in a state excluding the regions A1, A2, and B2, and in the next step, the other side. It can be produced by the process of applying the slurry of the active material 66 in the state excluding the regions A2, B1, and B2, followed by drying and roll pressing it, and cutting it to a predetermined size.
베이스 플레이트(62)의 양쪽 면에 형성되는 활물질(64)(66)의 면적 분포가 각각 다르게 형성된 본 발명의 부극(60)은 인접된 정극(2)의 활물질과 실제적으로 반응이 일어나지 않는 불필요한 영역에서 활물질을 제거하고 베이스 플레이트(62)만 남게 한 것으로, 그 활물질의 제거된 양만큼 전지 전체의 무게를 감소하도록 한다.The negative electrode 60 of the present invention in which the area distribution of the active materials 64 and 66 formed on both sides of the base plate 62 is different from each other is an unnecessary region where practical reaction does not occur with the active materials of the adjacent positive electrodes 2. By removing the active material and leaving only the base plate 62, to reduce the weight of the entire battery by the removed amount of the active material.
또한, 상기 활물질이 제거된 만큼 전극 롤의 직경이 축소되도록 하여, 전극의 전체 길이가 더 길게 형성될 수 있도록 함으로써 전체 전극의 활물질 양을 증대할 수 있다.In addition, the diameter of the electrode roll is reduced as much as the active material is removed, so that the entire length of the electrode can be formed longer, thereby increasing the amount of active material of the entire electrode.
그 결과로, 본 출원인은 일명 18650 사이즈의 전지를 실험하여 0.5∼6g의 무게 감소 효과를 얻을 수 있었으며, 전극 롤의 직경이 0.5㎜ 까지 축소되는 효과를 얻을 수 있었다.As a result, the present inventors were able to obtain a weight reduction effect of 0.5 to 6 g by experimenting with a battery of a so-called 18650 size, and the effect of reducing the diameter of the electrode roll to 0.5 mm.
한편, 상술한 본 발명에서는 부극(60)에 대해서만 설명하고 있지만, 이에 한정되는 것은 아니며 이차전기용 전극 롤의 바깥쪽에 권취되는 전극을 모두 포함할 수 있다.In the present invention described above, only the negative electrode 60 is described, but the present invention is not limited thereto and may include all of the electrodes wound on the outer side of the electrode roll for secondary electricity.
따라서, 부극과 정극을 포함하는 전극은 세퍼레이터(4)를 개재하여 롤 상으로 권취되어 캔(10)의 내부로 삽입되는 것이고, 그 캔(10)의 개구에 가스켓을 개재하여 캡 어셈블리가 설치되며, 전해액이 주입된 후 밀봉됨에 의해 제품으로써 완성되어 진다.Accordingly, the electrode including the negative electrode and the positive electrode is wound onto a roll through the separator 4 and inserted into the can 10, and the cap assembly is installed through the gasket in the opening of the can 10. After the electrolyte is injected and sealed, it is completed as a product.
이상에서 설명된 구성 및 작용을 통하여 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에 의한 이차전지용 전극은 종래 기술의 문제점을 실질적으로 해소하고 있는 것이다.As can be seen through the configuration and operation described above, the secondary battery electrode according to the present invention substantially solves the problems of the prior art.
즉, 본 발명은 전극 롤의 바깥쪽에 권취되는 전극에서 불필요한 활물질을 제거한 구성으로, 그 제거된 활물질의 양만큼 전지 전체의 무게를 축소할 있으며, 또 그 제거된 양만큼 전극 롤의 직경이 축소되므로 전극의 전체 길이를 더 길게 형성할 수 있게 되는 것이다.That is, the present invention is configured to remove the unnecessary active material from the electrode wound on the outer side of the electrode roll, the weight of the entire battery can be reduced by the amount of the removed active material, and the diameter of the electrode roll is reduced by the removed amount The entire length of the electrode can be formed longer.
따라서 본 발명에 의하면 전체 전극의 활물질 양이 증대될 수 있으며, 이에 따라 고용량의 전지를 실현하는 효과를 얻을 수 있다.Therefore, according to the present invention, the amount of the active material of the entire electrode can be increased, and thus an effect of realizing a high capacity battery can be obtained.
또한 본 발명에 의하면 전극 롤의 최외곽에 배치된 전극이 활물질이 도포되지 않은 베이스 플레이트 상태 그대로 노출됨으로써, 전지 내부에서 발생된 열의 방출 효과가 뛰어나며, 그에 따라 전지의 안정성을 향상시키는 효과도 아울러 얻을 수 있다.In addition, according to the present invention, the electrode disposed at the outermost portion of the electrode roll is exposed as it is without the active material is applied to the base plate state, it is excellent in the heat release effect generated inside the battery, thereby improving the stability of the battery as well Can be.
한편, 본 발명은 상술한 특정의 바람직한 발명에 한정되지 아니하며, 특허 청구의 범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능할 것이다.On the other hand, the present invention is not limited to the above-described specific preferred invention, any person having ordinary skill in the art to which the invention belongs without departing from the gist of the invention claimed in the claims. It will be possible.
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