KR100319109B1 - Electrode of secondary battery and method for making the same - Google Patents
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Abstract
목적 : 세퍼레이터를 개재하여 롤 상으로 권취되는 정극 및 부극과 같은 이차전지의 전극 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 특히 특정 부위의 두께 증가와 그에 따른 불균일 반응을 제거할 수 있도록 한다.PURPOSE: The present invention relates to an electrode of a secondary battery such as a positive electrode and a negative electrode wound on a roll via a separator, and to a method of manufacturing the same, in particular, to increase the thickness of a specific portion and to eliminate a heterogeneous reaction thereof.
구성 : 베이스 플레이트의 표면에 활물질을 도포하여 전극을 형성함에 있어서, 상기 베이스 플레이트(6)에 균등하게 분산된 돌기(8)를 형성하여 이루어진다. 상기 돌기는 베이스 플레이트의 장변에 대하여 소정 각도로 경사지게 형성하되, 다수개의 돌기를 배열하거나 상기 돌기에 대하여 교차하는 돌기를 배열한 구조로 형성한다.Structure: In forming an electrode by applying an active material to the surface of the base plate, the protrusions 8 evenly distributed on the base plate 6 are formed. The protrusion is formed to be inclined at a predetermined angle with respect to the long side of the base plate, it is formed in a structure in which a plurality of protrusions are arranged or arranged to intersect the protrusions.
효과 : 특정 부위의 집중적인 두께 증가를 방지하고 전극 전체적으로 균일한 충·방전 반응이 이루어지도록 한다.Effect: Prevents intensive thickness increase of specific part and makes uniform charge / discharge reaction.
Description
본 발명은 세퍼레이터를 개재하여 절연되고 권취된 정극 및 부극과 같은 이차전지의 전극 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 특히 롤 상으로 권취되는 전극군의 두께 증가와 그 부분에서의 충·방전시의 불균일 반응을 해소할 수 있도록 한 이차전지의 전극 및 그 제조방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an electrode of a secondary battery, such as a positive electrode and a negative electrode, insulated and wound through a separator, and to a method of manufacturing the same. The present invention relates to an electrode of a secondary battery and a method of manufacturing the same that can eliminate a reaction.
이차전지는 충·방전이 가능한 것으로, 외관상 원통형과 각형으로 구분되고 양극 및 음극 물질에 따라 니켈-수소(Ni-MH) 전지, 리튬(Li) 전지, 리튬이온(Li-ion) 전지 등으로 구분되고 있다.Secondary batteries are capable of charging and discharging, and are divided into cylindrical and rectangular in appearance, and are classified into nickel-hydrogen (Ni-MH) batteries, lithium (Li) batteries, and lithium-ion (Li-ion) batteries according to positive and negative electrode materials. It is becoming.
여기서 각형 구조를 갖는 이차전지는 정극과 부극의 사이에 세퍼레이터를 개재하여 함께 권취하고, 이것을 압착하여 전극군을 형성한 다음 각형 캔의 내부에 수납하고, 그 각형 캔의 상부에 캡 플레이트를 용접한 후 액체 전해질을 주입 및 밀봉하여 이루어진다.In this case, the secondary battery having a rectangular structure is wound together through a separator between the positive electrode and the negative electrode, and pressed to form an electrode group, and then housed in a rectangular can, and a cap plate welded on the upper part of the rectangular can. It is then made by injecting and sealing the liquid electrolyte.
이러한 이차전지의 구성들 중에서 정극 및 부극과 같은 전극(電極)은 전지의 종류에 따라 다소 차이가 있지만, 베이스 플레이트의 양면에 활물질을 도포하고 이를 건조 및 롤 프레스한 다음 소정의 크기로 절단하여 제조한다. 활물질로는 리튬(이온)전지의 경우 정극에 리튬-천이금속산화물을 사용하고 부극에 리튬금속(탄소 및 탄소복합체)을 사용한다.Among the components of the secondary battery, electrodes such as a positive electrode and a negative electrode are somewhat different depending on the type of the battery, but are manufactured by coating an active material on both sides of the base plate, drying and roll pressing it, and then cutting it to a predetermined size. do. In the case of a lithium (ion) battery, a lithium-transition metal oxide is used for the positive electrode and lithium metal (carbon and carbon composite) is used for the negative electrode.
이렇게 제조된 전극은 사이에 세퍼레이터를 개재하여 절연한 상태로 권취하고 압착하여 롤상의 전극군을 형성한 다음, 각형 캔의 내부로 수납한다.The electrode thus produced is wound in the insulated state with a separator therebetween to form a roll-shaped electrode group, and then housed in a rectangular can.
그러나 상술한 종래의 전극군은 권취 시작점에서 선 권취되는 세퍼레이터의 여분에 의하여 또한 전극에 용접되는 탭으로 인하여 권취후 특정 부위의 두께가 증가하게 되는바, 이와 같은 이유로 전지의 충·방전시에 상기 특정 부위가 압착되고, 그에 따라 해당 부위에서 전극의 활물질 열화 및 불균일 반응이 발생하는 문제점이 있다.However, in the above-described conventional electrode group, the thickness of a specific part after winding is increased due to the tab welded to the electrode due to the excess of the separator that is pre-wound at the starting point of winding. There is a problem in that a specific portion is compressed, and thus the active material deterioration and heterogeneous reaction of the electrode occur at the portion.
보다 구체적으로 종래의 이차전지를 분해하여 펼쳐놓고 보면, 도 7에 표시한 바와 같이 전극(2)의 특정 부위에 미 반응 영역(4)이 존재하게 되며, 그 영역은 전극의 폭 방향으로 평행하고 서로 겹쳐져 중복되는 것이며, 충·방전 반응이 활성화된 다른 영역에 비하여 활물질 사용에서 현격한 차이를 나타내게 된다.More specifically, when the conventional secondary battery is disassembled and laid out, as shown in FIG. 7, the unreacted region 4 is present at a specific portion of the electrode 2, and the region is parallel to the width direction of the electrode. They overlap each other and overlap, and show a marked difference in the use of the active material compared to other regions in which the charge / discharge reaction is activated.
앞서 설명한 종래 기술의 문제점을 해소하기 위한 것으로서, 본 발명은 미 반응 영역을 조절하여 균등하게 분산시키므로, 롤 상의 전극군에서 특정 부위의 집중적인 두께 증가를 방지하며, 아울러 불균일 반응의 집중을 제거할 수 있도록 함에 그 목적을 두고 있다.In order to solve the problems of the prior art described above, the present invention is uniformly dispersed by adjusting the unreacted region, thereby preventing the intensive thickness increase of a specific portion in the electrode group on the roll, and also eliminates the concentration of the heterogeneous reaction The purpose is to make it possible.
이를 위하여 본 발명에서는 베이스 플레이트의 표면에 활물질을 도포하여 정극 및 부극과 같은 전극을 형성함에 있어서, 상기 베이스 플레이트에 돌기를 분산 형성하여, 특정 부위의 집중적인 두께 증가를 방지하고 전극 전체적으로 균일한 충·방전 반응이 이루어지도록 한다.To this end, in the present invention, by forming an electrode such as a positive electrode and a negative electrode by applying the active material to the surface of the base plate, by forming a protrusion dispersed in the base plate, to prevent the intensive thickness increase of a specific portion and uniform filling throughout the electrode Allow discharge reactions to occur.
여기서 상기 돌기는 베이스 플레이트의 장변에 대하여 소정 각도로 경사지게 형성할 수 있으며, 다수개의 돌기를 소정 각도로 경사지게 배열하거나, 혹은 상기 돌기에 대하여 교차하는 돌기를 배열한 구조로 형성할 수 있다. 또한 상기 돌기는베이스 플레이트의 양면으로 불특정 다수개를 돌출 형성할 수도 있다.Here, the protrusion may be formed to be inclined at a predetermined angle with respect to the long side of the base plate, a plurality of protrusions may be arranged to be inclined at a predetermined angle, or may have a structure in which the protrusions intersecting the protrusions are arranged. In addition, the protrusion may protrude to form a plurality of unspecified on both sides of the base plate.
한편 본 발명에서는 상기한 돌기를 형성하는 방법으로 베이스 플레이트를 엠보싱하여 돌기를 형성하는 방법을 제안한다.Meanwhile, the present invention proposes a method of forming the protrusions by embossing the base plate as a method of forming the protrusions.
도 1은 본 발명에 의한 이차전지의 전극 기재를 도시한 사시도.1 is a perspective view showing an electrode substrate of a secondary battery according to the present invention.
도 2는 도 1의 A-A 선을 절취 도시한 단면도.Figure 2 is a cross-sectional view taken along the line A-A of Figure 1;
도 3 및 도 4는 본 발명에 의한 전극 기재의 다른 예를 도시한 정면도 및 사시도.3 and 4 are front and perspective views showing another example of the electrode substrate according to the present invention.
도 5 및 도 6은 본 발명에 의한 전극의 다른 예를 도시한 사시도 및 정면도.5 and 6 are a perspective view and a front view showing another example of the electrode according to the present invention.
도 7은 종래 공지된 이차전지의 전극을 도시한 정면도.7 is a front view showing an electrode of a conventionally known secondary battery.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings
6-베이스 플레이트 8,8′,80,14-돌기6-base plate 8,8 ′, 80,14-protrusion
10-전극 12-활물질10-electrode 12-active material
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부 도면에 의거하여 보다 상세하게 설명한다. 참고로 본 발명에서는 일 예로서 각형 케이스 구조를 가지며, 리튬 이온의 이동에 따라 충, 방전이 이루어지도록 하는 이차전지에 대하여 설명하고 있다.EMBODIMENT OF THE INVENTION Hereinafter, preferred embodiment of this invention is described in detail based on an accompanying drawing. For reference, in the present invention, a secondary battery having a rectangular case structure and configured to be charged and discharged according to the movement of lithium ions is described.
도 1은 본 발명에 관련된 이차전지의 전극을 구성하는 베이스 플레이트를 보여주고 있으며, 도 2는 도 1의 일부를 절취한 구성을 보여주고 있다.1 illustrates a base plate constituting an electrode of a secondary battery according to the present invention, and FIG. 2 illustrates a configuration in which a part of FIG. 1 is cut out.
도면에서 베이스 플레이트(6)는 정극 혹은 부극 활물질이 도포되기 전의 전개된 상태이다.In the drawing, the base plate 6 is in a developed state before the positive electrode or the negative electrode active material is applied.
베이스 플레이트(6)는 본 발명의 목적에 따라 전체적으로 균일한 분포를 갖는 돌기(8)를 형성하고 있으며, 이것은 베이스 플레이트(6)의 장변에 대하여 소정 각도로 경사지게 형성되고, 다수개의 돌기(8)가 복수 열로 배열된 구조로 이루어진다.The base plate 6 forms a projection 8 having a uniform distribution as a whole according to the object of the present invention, which is formed to be inclined at a predetermined angle with respect to the long side of the base plate 6, and the plurality of projections 8 Has a structure arranged in a plurality of columns.
이와 같은 구조를 갖는 베이스 플레이트(6)는 박판의 소재를 엠보싱하여 돌기(8)를 형성하는 것이며, 또 다른 방법으로는 마스크를 이용하여 고분자를 도포 혹은 인쇄하여 형성할 수도 있다.The base plate 6 having such a structure is to emboss the material of the thin plate to form the protrusions 8, and as another method, it may be formed by applying or printing a polymer using a mask.
이렇게 제조된 베이스 플레이트(6)는 표면에 정극 혹은 부극 활물질을 도포하고, 이것을 건조후 롤 프레스하여 압축하므로 전극판으로 제조할 수 있다. 또 상기 전극판은 그 상태대로 전극군으로 권취할 수 있으며, 전지에 규격에 맞추어 슬리팅한 후 권취하여 전극군으로 형성할 수 있다.The base plate 6 thus prepared is coated with a positive electrode or a negative electrode active material on a surface thereof, and then dried and rolled and compressed to produce an electrode plate. In addition, the electrode plate may be wound in an electrode group as it is, and may be wound and formed into an electrode group after slitting in accordance with a standard to a battery.
여기서 상기한 활물질로는 리튬(이온)전지의 경우 정극에 리튬-천이금속산화물을 사용하고 부극에 리튬금속(탄소 및 탄소복합체)을 사용하여 제조한다.In the case of the lithium (ion) battery, the active material is manufactured using lithium-transition metal oxide for the positive electrode and lithium metal (carbon and carbon composite material) for the negative electrode.
이렇게 제조한 전극은 돌기(8)로 인하여 권취후 압착하더라도 특정 부위가 집중적으로 압착되지 않으며, 전체적으로 균등한 압력 분포를 갖게 되므로, 전극군의 두께를 급격하게 변화시키지 않고 완만한 상태로 변화되게 한다.The electrode thus manufactured is not intensively squeezed even though it is squeezed after being wound due to the projection 8, and has a uniform pressure distribution as a whole, so that the electrode group is changed to a smooth state without sharply changing the thickness of the electrode group. .
따라서 본 발명에 의하면 특정 부위에 한정된 활물질의 열화를 방지할 수 있으며, 그 결과 전체적으로 균일한 충·방전 반응을 얻을 수 있다.Therefore, according to the present invention, deterioration of the active material limited to a specific site can be prevented, and as a result, a uniform charge / discharge reaction can be obtained as a whole.
한편 도 3 및 도 4는 본 발명에 의한 베이스 플레이트(6)의 다른 예를 보여주고 있다.3 and 4 show another example of the base plate 6 according to the present invention.
보다 구체적으로 도 3의 베이스 플레이트(6)는 장변에 대하여 소정 각도로 경사지고 다수개가 복수 열로 배열된 돌기(8)를 포함하고, 여기에 상기 돌기(8)에 대하여 교차하는 구조로 또 다른 배열을 갖는 돌기(8′)를 형성하고 있다.More specifically, the base plate 6 of FIG. 3 includes a protrusion 8 which is inclined at a predetermined angle with respect to the long side and is arranged in a plurality of rows, and another arrangement having a structure intersecting the protrusion 8. The projection 8 'which has is formed.
도 4의 베이스 플레이트(6)는 전체적으로 균일한 돌기(8)를 형성하되, 그 돌기(8)가 베이스 플레이트의 양측 표면으로 모두 돌출되게 구성한 것이며, 전체적으로는 균등한 분포를 갖도록 하고 있다.The base plate 6 of FIG. 4 forms uniform projections 8 as a whole, but the projections 8 are configured to protrude to both surfaces of the base plate, and have an even distribution as a whole.
또한 도 5 및 도 6은 본 발명에 의한 전극(10) 구조를 보여주고 있다.5 and 6 show the structure of the electrode 10 according to the present invention.
도 5에서와 같이 전극(10)은 베이스 플레이트(6)에 활물질(12)을 도포한 구성으로 되어 있으며, 그 장변에 대하여 소정의 각도로 경사지게 형성된 돌기(14)를 구비하여 이루어진다. 상기 돌기(14)는 앞서 설명한 바와 같이 베이스 플레이트(6)를 엠보싱하여 형성되는 것이며, 여기에 활물질을 도포하여 제조할 수 있다. 또한 상기 돌기(14)는 먼저 전극을 제조한 후 그것을 엠보싱하여 형성할 수도 있다.As shown in FIG. 5, the electrode 10 has a structure in which the active material 12 is coated on the base plate 6, and includes the protrusion 14 formed to be inclined at a predetermined angle with respect to the long side thereof. The protrusion 14 is formed by embossing the base plate 6 as described above, and may be manufactured by applying an active material thereto. In addition, the protrusion 14 may be formed by first manufacturing an electrode and then embossing it.
또한 도 6의 전극(10)은 돌기(14)에 대하여 교차하도록 또 다른 돌기(14′)를 부가 형성한 구조를 보여주고 있다.In addition, the electrode 10 of FIG. 6 shows a structure in which another protrusion 14 'is additionally formed to intersect with the protrusion 14.
이와 같이 구성된 전극(10)은 베이스 플레이트(6)에 도시하지 않은 전극 탭을 용접하고, 전극 즉, 정극 및 부극의 사이에 2장의 세퍼레이터를 개재하여 함께 권취하고, 이것을 압착하므로 롤 상의 전극군을 형성하게 된다.The electrode 10 configured as described above welds an electrode tab (not shown) to the base plate 6, is wound together between two electrodes, that is, between a positive electrode and a negative electrode, through two separators. To form.
이상에서 설명한 구성 및 작용을 통하여 알 수 있듯이, 본 발명은 균일하게 분포된 돌기를 형성하여 전극의 특정 부위에 집중되는 압력을 분산시키므로, 두께 편차를 줄이고 그에 의한 불균일 반응 영역을 제거하는 효과를 얻을 수 있다.As can be seen through the configuration and operation described above, the present invention forms a uniformly distributed protrusion to distribute the pressure concentrated on a specific portion of the electrode, thereby reducing the thickness variation and thereby obtain the effect of removing the non-uniform reaction region Can be.
또한 본 발명에 의하면 전극 활물질의 불균일 반응 영역을 제거하므로, 그에 해당 부분만큼 충·방전 반응에 기여하는 영역을 확대하게 되므로, 전지의 성능을 향상시키는 효과도 얻을 수 있다.In addition, according to the present invention, since the non-uniform reaction region of the electrode active material is removed, the region contributing to the charge / discharge reaction by the corresponding portion is enlarged, so that the effect of improving the performance of the battery can also be obtained.
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